特開 2024-70412 電子デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024070412

(43)【公開日】2024-05-23

(54)【発明の名称】電子デバイス

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5628 20120101AFI20240516BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20240516BHJP

【ＦＩ】

G01C19/5628

H01L29/84 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022180884

(22)【出願日】2022-11-11

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091292

【弁理士】

【氏名又は名称】増田 達哉

(74)【代理人】

【識別番号】100173428

【弁理士】

【氏名又は名称】藤谷 泰之

(74)【代理人】

【識別番号】100091627

【弁理士】

【氏名又は名称】朝比 一夫

(72)【発明者】

【氏名】數野 雅隆

(72)【発明者】

【氏名】山本 憲司

【テーマコード（参考）】

2F105

4M112

【Ｆターム（参考）】

2F105BB04

2F105BB09

2F105BB12

2F105BB17

2F105CC01

2F105CD02

2F105CD06

2F105CD13

4M112AA02

4M112BA07

4M112CA45

4M112EA02

(57)【要約】

【課題】動作特性の低下を抑制することのできる電子デバイスを提供すること。
【解決手段】電子デバイスは、基板と、前記基板に搭載され、前記基板に沿う第１面に沿って振動する第１振動素子を備える第１電子部品と、前記基板に搭載され、前記第１面と交差する第２面に沿って振動する第２振動素子を備える第２電子部品と、前記基板に搭載され、前記第１面および前記第２面と交差する第３面に沿って振動する第３振動素子を備える第３電子部品と、前記基板に搭載され、前記第１電子部品、前記第２電子部品および第３電子部品を覆うキャップと、を有し、動作温度範囲において前記第２振動素子および前記第３振動素子の振動周波数帯内に前記キャップの共振モードを有しない。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板に搭載され、前記基板に沿う第１面に沿って振動する第１振動素子を備える第１電子部品と、
前記基板に搭載され、前記第１面と交差する第２面に沿って振動する第２振動素子を備える第２電子部品と、
前記基板に搭載され、前記第１面および前記第２面と交差する第３面に沿って振動する第３振動素子を備える第３電子部品と、
前記基板に搭載され、前記第１電子部品、前記第２電子部品および第３電子部品を覆うキャップと、を有し、
動作温度範囲において前記第２振動素子および前記第３振動素子の振動周波数帯内に前記キャップの共振モードを有しないことを特徴とする電子デバイス。

【請求項2】

前記動作温度範囲において前記第１振動素子の振動周波数帯内に前記キャップの共振モードを有しない請求項１に記載の電子デバイス。

【請求項3】

前記第１振動素子、前記第２振動素子および前記第３振動素子は、互いに振動周波数が異なる請求項１に記載の電子デバイス。

【請求項4】

前記第１電子部品は、第１ベースおよび第１リッドを備え、内部に前記第１振動素子を収容する第１パッケージを有し、
前記第２電子部品は、第２ベースおよび第２リッドを備え、内部に前記第２振動素子を収容する第２パッケージを有し、
前記第３電子部品は、第３ベースおよび第３リッドを備え、内部に前記第３振動素子を収容する第３パッケージを有し、
前記キャップは、金属材料で構成され、
前記基板、前記第１ベース、前記第２ベースおよび前記第３ベースは、それぞれ、セラミック材料で構成されている請求項１に記載の電子デバイス。

【請求項5】

前記基板は、表裏関係にある第１面および第２面を有し、
前記第１面に前記第１電子部品、前記第２電子部品および前記第３電子部品が搭載され、
前記第２面に搭載された第４電子部品と、
前記基板から前記第２面側に延出するリードと、を有する請求項１に記載の電子デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載された電子デバイスは、基板と、基板に実装された３つの角速度センサーと、これら３つの角速度センサーを覆うように基板に被せられたキャップと、を有する。また、各角速度センサーは、パッケージに収容された振動素子を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－０４６９２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、キャップの共振周波数は、温度によって変化する。そのため、特定の温度においてキャップの共振周波数が振動素子の振動周波数に接近すると、キャップと振動素子とが共鳴して振動素子に不要な振動が発生する。これにより、角速度センサーの出力が変動し、電子デバイスの特性、例えば、温度ドリフト特性が悪化する。つまり、温度によって静止時の角速度センサーからの出力が変動し易くなる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の電子デバイスは、基板と、
前記基板に搭載され、前記基板に沿う第１面に沿って振動する第１振動素子を備える第１電子部品と、
前記基板に搭載され、前記第１面と交差する第２面に沿って振動する第２振動素子を備える第２電子部品と、
前記基板に搭載され、前記第１面および前記第２面と交差する第３面に沿って振動する第３振動素子を備える第３電子部品と、
前記基板に搭載され、前記第１電子部品、前記第２電子部品および第３電子部品を覆うキャップと、を有し、
動作温度範囲において前記第２振動素子および前記第３振動素子の振動周波数帯内に前記キャップの共振モードを有しない。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態に係る電子デバイスを示す上面図である。

【図2】図１の電子デバイスからキャップおよびモールド部を省略した上面図である。

【図3】図１の電子デバイスの下面図である。

【図4】振動素子を示す平面図である。

【図5】振動素子の駆動状態を示す模式図である。

【図6】振動素子の駆動状態を示す模式図である。

【図7】第１角速度センサーの断面図である。

【図8】第２角速度センサーの断面図である。

【図9】第３角速度センサーの断面図である。

【図10】図２中のＡ－Ａ線断面図である。

【図11】角速度センサーの仕様を示す表である。

【図12】各角速度センサーの動作温度範囲とキャップの振動モードとの関係を示すグラフである。

【図13】キャップの共振モードを示す断面図である。

【図14】各角速度センサーの動作温度範囲とキャップの振動モードとの関係を示すグラフである。

【図15】第２実施形態に係る電子デバイスを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、本発明の電子デバイスを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図４ないし図６を除く各図には、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として図示している。Ｘ軸と平行な方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸と平行な方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸と平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、Ｚ軸が鉛直方向に沿っており、矢印側を「上」、反対側を「下」とも言う。また、図４ないし図６には、互いに直交する３軸をＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸として図示している。Ａ軸と平行な方向を「Ａ軸方向」とも言い、Ｂ軸と平行な方向を「Ｂ軸方向」とも言い、Ｃ軸と平行な方向を「Ｃ軸方向」とも言う。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系は、電子デバイスに設定されたものであり、Ａ、Ｂ、Ｃ座標系は、角速度センサーに設定されたものである。

【0008】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る電子デバイスを示す上面図である。図２は、図１の電子デバイスからキャップおよびモールド部を省略した上面図である。図３は、図１の電子デバイスの下面図である。図４は、振動素子を示す平面図である。図５および図６は、振動素子の駆動状態を示す模式図である。図７は、第１角速度センサーの断面図である。図８は、第２角速度センサーの断面図である。図９は、第３角速度センサーの断面図である。図１０は、図２中のＡ－Ａ線断面図である。図１１は、角速度センサーの仕様を示す表である。図１２は、各角速度センサーの動作温度範囲とキャップの振動モードとの関係を示すグラフである。図１３は、キャップの共振モードを示す断面図である。図１４は、各角速度センサーの動作温度範囲とキャップの振動モードとの関係を示すグラフである。

【0009】

図１ないし図３に示す電子デバイス１は、ＱＦＰ(Quad Flat Package)構造である。また、電子デバイス１は、基板２と、基板２の上面２１に搭載された第１電子部品としての第１角速度センサー３ｚ、第２電子部品としての第２角速度センサー３ｘおよび第３電子部品としての第３角速度センサー３ｙと、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙを覆うように基板２に被せられたキャップ１０と、基板２の下面２２に搭載された第４電子部品６と、基板２から延出するリード群７と、第４電子部品６をモールド封止すると共にキャップ１０を基板２に接合するモールド部９と、を有する。

【0010】

≪基板２≫
基板２は、平面視形状が略正方形の板状であり、互いに表裏関係にある上面２１および下面２２を有する。基板２は、セラミック基板であり、アルミナ、チタニア等の各種セラミック材料で構成されている。これにより、高い耐食性と優れた機械的強度とを有する基板２となる。また、吸湿し難く耐熱性にも優れるため、例えば、電子デバイス１の製造時に加わる熱によるダメージを受け難い。なお、基板２は、例えば、所定の配線パターンが形成された複数のセラミックシート（グリーンシート）を積層し、この積層体を焼結することにより製造される。ただし、基板２は、セラミック基板に限定されず、例えば、各種半導体基板、各種ガラス基板、各種プリント基板等を用いることもできる。

【0011】

また、図２に示すように、上面２１には、第１角速度センサー３ｚと電気的に接続された端子Ｐ３ｚと、第２角速度センサー３ｘと電気的に接続された端子Ｐ３ｘと、第３角速度センサー３ｙと電気的に接続された端子Ｐ３ｙと、が形成されている。一方、図３に示すように、下面２２には、第４電子部品６と電気的に接続された端子Ｐ６と、リード群７と電気的に接続された端子Ｐ７と、が形成されている。これら各端子Ｐ３ｚ、Ｐ３ｘ、Ｐ３ｙ、Ｐ６、Ｐ７は、基板２に形成された図示しない配線を介して電気的に接続されている。

【0012】

≪第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙ≫
第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙは、それぞれ、基板２の上面２１に搭載されている。また、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙは、それぞれ、パッケージ化された表面実装部品である。これにより、素子が剥き出しの実装部品と比べて高い機械的強度を発揮することができる。さらに、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙの基板２への搭載が容易となる。

【0013】

第１角速度センサー３ｚは、Ｚ軸まわりの角速度を検出し、第２角速度センサー３ｘは、Ｘ軸まわりの角速度を検出し、第３角速度センサー３ｙは、Ｙ軸まわりの角速度を検出する。これら第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙは、それぞれ、後述する振動素子３４の振動周波数が異なること以外は、基本的構成が同じであり、検出軸がＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を向くように互いに姿勢を直交させて配置されている。

【0014】

このような第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙは、それぞれ、パッケージ３１と、パッケージ３１に収容された振動素子３４と、を有する。また、パッケージ３１は、凹部を有し、凹部内に収容された振動素子３４を支持する箱型のベース３２と、凹部の開口を塞ぐようにベース３２に接合されたリッド３３と、を有する。また、ベース３２には、振動素子３４と電気的に接続された接続端子３９が形成されている。また、ベース３２は、アルミナ、チタニア等のセラミック材料で構成され、リッド３３は、コバール等の金属材料で構成されている。これにより、ベース３２とリッド３３との線膨張係数差が小さくなり、熱応力の発生を効果的に抑制することができる。

【0015】

振動素子３４は、例えば、駆動腕および振動腕を有する水晶振動素子である。水晶振動素子では、駆動信号を印加して駆動腕を駆動振動させた状態で検出軸まわりの角速度が加わると、コリオリの力によって検出腕に検出振動が励振される。そして、検出振動により検出腕に発生する電荷を検出信号として取り出し、取り出した検出信号に基づいて角速度を求めることができる。

【0016】

振動素子３４の構成は、特に限定されないが、本実施形態の振動素子３４は、図４に示す構成である。なお、図４では、互いに直交する３軸であるＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸を図示している。振動素子３４は、中央部に位置する基部３４１と、基部３４１からＢ軸方向両側に延出する一対の検出振動腕３４２、３４３と、基部３４１からＡ軸方向両側へ延出する一対の支持腕３４４、３４５と、一方の支持腕３４４の先端部からＢ軸方向両側に延出する一対の駆動振動腕３４６、３４７と、他方の支持腕３４５の先端部からＢ軸方向両側に延出する一対の駆動振動腕３４８、３４９と、を有する。このような振動素子３４は、基部３４１においてベース３２に支持される。

【0017】

また、振動素子３４は、検出振動腕３４２の両主面に配置された第１検出信号電極３５１と、検出振動腕３４２の両側面に配置された第１検出接地電極３５２と、検出振動腕３４３の両主面に配置された第２検出信号電極３５３と、検出振動腕３４３の両側面に配置された第２検出接地電極３５４と、駆動振動腕３４６、３４７の両主面および駆動振動腕３４８、３４９の両側面に配置された駆動信号電極３５５と、駆動振動腕３４６、３４７の両側面および駆動振動腕３４８、３４９の両主面に配置された駆動接地電極３５６と、を有する。

【0018】

駆動信号電極３５５と駆動接地電極３５６との間に駆動信号を印加すると、図５に示すように、駆動振動腕３４６、３４７と駆動振動腕３４８、３４９とがＡ－Ｂ平面に沿ってＡ軸方向に逆相で屈曲振動する（以下、この状態を「駆動振動モード」とも言う）。この状態では、駆動振動腕３４６、３４７、３４８、３４９の振動がキャンセルされ、検出振動腕３４２、３４３は、実質的に振動しない。駆動振動モードで駆動している状態で振動素子３４にＣ軸まわりの角速度ωｃが加わると、図６に示すように、駆動振動腕３４６、３４７、３４８、３４９にコリオリの力が働いてＡ軸方向の屈曲振動が励振され、この屈曲振動に呼応するように検出振動腕３４２、３４３がＢ軸方向に屈曲振動する（以下、この状態を「検出振動モード」とも言う）。

【0019】

このような屈曲振動によって検出振動腕３４２に発生した電荷を第１検出信号電極３５１から第１出力信号として取り出し、検出振動腕３４３に発生した電荷を第２検出信号電極３５３から第２出力信号として取り出し、これら第１、第２出力信号に基づいて角速度ωｃが求められる。

【0020】

以上、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙの構成についてまとめて説明した。図７に示すように、第１角速度センサー３ｚは、Ｃ軸がＺ軸に沿うように配置されている。そのため、振動素子３４は、基板２に沿うＸ－Ｙ平面である第１面Ｆ１に沿って振動する。また、第１角速度センサー３ｚは、ベース３２の底面において複数の導電性の接合部材Ｂ３ｚを介して基板２の上面２１に接合されている。また、各接続端子３９は、接合部材Ｂ３ｚを介して所定の端子Ｐ３ｚと電気的に接続されている。

【0021】

また、図８に示すように、第２角速度センサー３ｘは、Ｃ軸がＸ軸に沿うように配置されている。そのため、振動素子３４は、第１面Ｆ１と交差するＹ－Ｚ平面である第２面Ｆ２に沿って振動する。また、第２角速度センサー３ｘは、ベース３２の側面において複数の導電性の接合部材Ｂ３ｘを介して基板２の上面２１に接合されている。また、各接続端子３９は、接合部材Ｂ３ｘを介して所定の端子Ｐ３ｘと電気的に接続されている。

【0022】

また、図９に示すように、第３角速度センサー３ｙは、Ｃ軸がＹ軸に沿うように配置されている。そのため、振動素子３４は、第１面Ｆ１および第２面Ｆ２と交差するＸ－Ｚ面である第３面Ｆ３に沿って振動する。また、第３角速度センサー３ｙは、ベース３２の側面において複数の導電性の接合部材Ｂ３ｙを介して基板２の上面２１に接合されている。また、各接続端子３９は、接合部材Ｂ３ｙを介して所定の端子Ｐ３ｙと電気的に接続されている。

【0023】

なお、本実施形態では、第１面Ｆ１、第２面Ｆ２および第３面Ｆ３が互いに直交しているが、これに限定されず、互いに交差していればよい。

【0024】

なお、以下では、図７ないし図９に示したように、第１角速度センサー３ｚのパッケージ３１を「第１パッケージ３１ｚ」、ベース３２を「第１ベース３２ｚ」、リッド３３を「第１リッド３３ｚ」、振動素子３４を「第１振動素子３４ｚ」とも言う。また、第２角速度センサー３ｘのパッケージ３１を「第２パッケージ３１ｘ」、ベース３２を「第２ベース３２ｘ」、リッド３３を「第２リッド３３ｘ」、振動素子３４を「第２振動素子３４ｘ」とも言う。また、第３角速度センサー３ｙのパッケージ３１を「第３パッケージ３１ｙ」、ベース３２を「第３ベース３２ｙ」、リッド３３を「第３リッド３３ｙ」、振動素子３４を「第３振動素子３４ｙ」とも言う。

【0025】

電子デバイス１では、第１振動素子３４ｚの駆動振動モードでの振動周波数ｆｚと、第２振動素子３４ｘの駆動振動モードでの振動周波数ｆｘと、第３振動素子３４ｙの駆動振動モードでの振動周波数ｆｙと、が互いに異なっている。つまり、ｆｚ≠ｆｘ≠ｆｙである。これにより、第１、第２、第３振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙ同士の干渉（共鳴）が抑制され、角速度検出特性の低下を効果的に抑制することができる。

【0026】

≪キャップ１０≫
図１０に示すように、キャップ１０は、基板２の上面２１に接合されており、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙを覆っている。キャップ１０は、ハット型であり、下面に開口する凹部を有する基部１０１と、基部１０１の下端部から外周側に突出する環状のフランジ部１０２と、を有する。このようなキャップ１０は、凹部内に第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙを収容するようにして基板２の上面２１に配置されている。そして、モールド部９によってフランジ部１０２が基板２に接合されている。このように、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙを収容するキャップ１０を設けることで、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙを水分、埃、衝撃等から保護することができる。

【0027】

なお、本実施形態では、キャップ１０内が大気封止されている。ただし、これに限定されず、例えば、減圧封止、陽圧封止してもよいし、窒素、アルゴン等の安定したガスに置換してもよい。また、キャップ１０が気密封止されていなくてもよい。

【0028】

また、キャップ１０は、導電性を有し、例えば、金属材料で構成されている。特に、本実施形態では、鉄－ニッケル系合金である４２アロイで構成されている。これにより、セラミック基板からなる基板２とキャップ１０との線膨張係数差を十分に小さくすることができ、これらの線膨張係数差に起因する熱応力を効果的に抑制することができる。したがって、環境温度に影響を受け難く、安定した特性を有する電子デバイス１となる。

【0029】

また、キャップ１０は、電子デバイス１の使用時にグランド（ＧＮＤ）に接続される。これにより、キャップ１０が外部からの電磁ノイズを遮断するシールドとして機能し、キャップ１０の内部に収容された第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙの駆動がより安定する。ただし、キャップ１０の構成材料としては、４２アロイに限定されず、例えば、ＳＵＳ材等の金属材料、各種セラミック材料、各種樹脂材料、シリコン等の半導体材料、各種ガラス材料等を用いることもできる。

【0030】

以上のように、キャップ１０は、金属材料で構成され、基板２、第１ベース３２ｚ、第２ベース３２ｘおよび第３ベース３２ｙは、それぞれ、セラミック材料で構成されている。これにより、これら各部の線膨張係数差が小さくなり、熱応力の発生を効果的に抑制することができる。そのため、振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙに検出対象以外の外力が加わり難くなり、電子デバイス１の検出精度の低下を効果的に抑制することができる。

【0031】

≪第４電子部品６≫
第４電子部品６は、基板２の下面２２に搭載されている。このように、基板２の下面２２に第４電子部品６を搭載することにより、基板２の下面２２を有効活用することができる。第４電子部品６は、パッケージ化された表面実装部品である。これにより、素子が剥き出しの実装部品と比べて高い機械的強度を発揮することができる。さらに、第４電子部品６の基板２への実装も容易となる。

【0032】

図１０に示すように、第４電子部品６は、基板２の下面に接合された回路素子５と、回路素子５上に接合された加速度センサー４と、を有する。また、回路素子５は、ボンディングワイヤーを介して端子Ｐ６に電気的に接続され、加速度センサー４は、ボンディングワイヤーを介して回路素子５に電気的に接続されている。

【0033】

加速度センサー４は、Ｘ軸方向の加速度、Ｙ軸方向の加速度およびＺ軸方向の加速度をそれぞれ独立して検出することができる３軸加速度センサーである。これにより、電子デバイス１は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸まわりの角速度および各軸方向の加速度を検出可能な６軸複合センサーとなる。そのため、様々な電子部品に搭載可能で、利便性および需要の高い電子デバイス１となる。

【0034】

加速度センサー４は、パッケージ４１と、パッケージ４１に収納されている加速度振動素子４４、４５、４６と、を有する。パッケージ４１は、加速度振動素子４４、４５、４６を支持するベース４２と、ベース４２との間に加速度振動素子４４、４５、４６を収容するようにしてベース４２に接合されたリッド４３と、を有する。

【0035】

また、加速度振動素子４４は、Ｘ軸方向の加速度を検出する素子であり、加速度振動素子４５は、Ｙ軸方向の加速度を検出する素子であり、加速度振動素子４６は、Ｚ軸方向の加速度を検出する素子である。これら加速度振動素子４４、４５、４６は、ベース４２に固定された固定電極と、ベース４２に対して可変な可動電極と、を有するシリコン振動素子である。検出軸方向の加速度を受けると可動電極が固定電極に対し変位し、固定電極と可動電極との間に形成された静電容量が変化する。そのため、加速度振動素子４４、４５、４６の静電容量の変化を検出信号として取り出し、取り出した検出信号に基づいて各軸方向の加速度を求めることができる。

【0036】

回路素子５は、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙ、加速度センサー４およびリード群７と電気的に接続されている。回路素子５は、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙおよび加速度センサー４の駆動を制御する制御回路５１と、外部との通信を行うインターフェース回路５２と、を有する。

【0037】

制御回路５１は、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙおよび加速度センサー４の駆動を独立して制御し、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙおよび加速度センサー４から出力される検出信号に基づいて、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸まわりの角速度および各軸方向の加速度を独立して検出する。インターフェース回路５２は、信号の送受信を行い、外部装置からの指令を受け付けたり、検出した角速度および加速度を外部装置に出力したりする。

【0038】

以上、第４電子部品６について説明したが、第４電子部品６の構成としては、特に限定されない。例えば、加速度センサー４を省略してもよい。この場合、電子デバイス１は、３軸角速度センサーとして機能する。反対に、回路素子５を省略してもよい。この場合、電子デバイス１が実装される外部装置に回路素子５と同様の機能を有する回路を持たせ、当該回路によって電子デバイス１の制御を行えばよい。また、第４電子部品６は、加速度以外を検出する各種センサーであってもよいし、センサーでなくてもよい。また、第４電子部品６は、省略してもよい。

【0039】

≪リード群７≫
図３および図１０に示すように、リード群７は、基板２の下面２２側に位置し、導電性の接合部材Ｂ７を介して基板２の下面２２に接合された複数のリード７１を有する。複数のリード７１は、基板２の四辺に沿ってほぼ均等に設けられている。また、複数のリード７１は、接合部材Ｂ７を介して端子Ｐ７と電気的に接続されている。

【0040】

≪モールド部９≫
図１０に示すように、モールド部９は、第４電子部品６をモールドし、これらを水分、埃、衝撃等から保護する。また、モールド部９は、基板２と各リード７１との接続部をモールドし、当該部分を機械的に補強すると共に、水分、埃、衝撃等から保護する。また、モールド部９は、キャップ１０と基板２とを接合している。モールド部９を構成するモールド材としては、特に限定されず、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂、その他、硬化型の樹脂材料を用いることができる。また、モールド部９は、例えば、トランスファーモールド法等によって形成することができる。

【0041】

以上、電子デバイス１の構成について説明した。このような電子デバイス１では、キャップ１０が第１、第２、第３振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙと共鳴してしまうと、第１、第２、第３振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙに不要振動が生じ、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙからのゼロ点出力が変動して電子デバイス１の検出精度が低下するおそれがある。なお、前記「ゼロ点出力」とは、角速度が加わっていない静止状態における第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙからの出力を意味する。そこで、電子デバイス１では、第１、第２、第３振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙの振動周波数とキャップ１０の共振周波数とが十分に離間するように構成されている。以下、このことについて詳細に説明する。

【0042】

電子デバイス１には、期待された機能を保持し正常に動作する範囲として動作温度範囲Ｔａが設定されている。図１１に示すように、一般的には、動作温度範囲Ｔａは、電子デバイス１の包装箱や取扱説明書の製品仕様欄等に記載されている。動作温度範囲Ｔａとしては、特に限定されず、電子デバイス１の構成によって異なるが、本実施形態では、動作温度範囲Ｔａ＝－４０℃～＋１０５℃である。

【0043】

また、電子デバイス１には、第１振動素子３４ｚの振動周波数帯Ｔｆｚと、第２振動素子３４ｘの振動周波数帯Ｔｆｘと、第３振動素子３４ｙの振動周波数帯Ｔｆｙと、がそれぞれ設定されている。振動周波数帯Ｔｆｚは、第１振動素子３４ｚの振動周波数ｆｚを基準とし、第１振動素子３４ｚの個体差を加味して設定された周波数帯である。また、振動周波数帯Ｔｆｘは、第２振動素子３４ｘの振動周波数ｆｘを基準とし、第２振動素子３４ｘの個体差を加味して設定された周波数帯である。また、振動周波数帯Ｔｆｙは、第３振動素子３４ｙの振動周波数ｆｙを基準とし、第３振動素子３４ｙの個体差を加味して設定された周波数帯である。特に限定されないが、振動周波数帯Ｔｆｚ、Ｔｆｘ、Ｔｆｙは、それぞれ、振動周波数ｆｚ、ｆｘ、ｆｙの±０．５％程度に設定される。

【0044】

なお、本実施形態では、図１１に示すように、第１振動素子３４ｚの振動周波数ｆｚ＝４９．５７５ｋＨｚであり、振動周波数帯Ｔｆｚ＝４９．０００ｋＨｚ～５０．１５０ｋＨｚである。また、第２振動素子３４ｘの振動周波数ｆｘ＝５１．０２５ｋＨｚであり、振動周波数帯Ｔｆｘ＝５０．４５０ｋＨｚ～５１．６００ｋＨｚである。また、第３振動素子３４ｙの振動周波数ｆｙ＝５３．５５０ｋＨｚであり、振動周波数帯Ｔｆｙ＝５２．９００ｋＨｚ～５４．２００ｋＨｚである。

【0045】

このように、振動周波数帯Ｔｆｚ、Ｔｆｘ、Ｔｆｙは、互いに重なり合わないように設定されている。これにより、第１、第２、第３振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙ同士の干渉（共鳴）が抑制される。したがって、第１、第２、第３振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙに不要振動が生じ難くなり、ゼロ点出力の変動が抑えられる。したがって、電子デバイス１の検出精度の低下を効果的に抑制することができる。

【0046】

また、キャップ１０は、少なくとも１つの共振モードを有する。本実施形態では、図１２に示すように、キャップ１０は、７つの共振モードＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７を有する。ただし、キャップ１０が有する共振モードの種類や数は、特に限定されない。以下では、共振モードＭ１の共振周波数をｆｍ１、共振モードＭ２の共振周波数をｆｍ２、共振モードＭ３の共振周波数をｆｍ３、共振モードＭ４の共振周波数をｆｍ４、共振モードＭ５の共振周波数をｆｍ５、共振モードＭ６の共振周波数をｆｍ６、共振モードＭ７の共振周波数をｆｍ７とする。なお、これら共振周波数ｆｍ１～ｆｍ７は、それぞれ、温度依存性を有し、例えば、電子デバイス１の温度によって変化する。

【0047】

電子デバイス１では、動作温度範囲Ｔａ内において、振動周波数帯Ｔｆｚ、振動周波数帯Ｔｆｘおよび振動周波数帯Ｔｆｙ内に共振周波数ｆｍ１～ｆｍ７を有しない。すなわち、動作温度範囲Ｔａ内の全温度において、共振周波数ｆｍ１～ｆｍ７は、それぞれ、振動周波数帯Ｔｆｚ、振動周波数帯Ｔｆｘおよび振動周波数帯Ｔｆｙ外に位置する。これにより、第１、第２、第３振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙとキャップ１０とが共振し難くなる。そのため、キャップ１０との共鳴によって第１、第２、第３振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙに不要な振動が生じるのを抑制することができる。したがって、第１、第２、第３角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙのゼロ点出力の温度ドリフト、すなわち、温度変化に伴うゼロ点出力の変動が抑制され、優れた角速度検出特性を発揮することができる。

【0048】

なお、図１３に示すように、キャップ１０の共振モードＭ１～Ｍ７では、それぞれ、主に、基部１０１の底部を構成する天板部１０１ａが厚さ方向つまりＺ軸方向に振動する。この振動は、３つの振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙの中でも、特に、第２、第３振動素子３４ｘ、３４ｙに不要な振動を生じさせ易い。これは、第２振動素子３４ｘの検出軸であるＣ軸がＸ軸方向を向き、第３振動素子３４ｙの検出軸であるＣ軸がＹ軸方向を向いているため、天板部１０１ａが共振モードによって厚さ方向に振動すると、当該振動によって各検出軸がＺ軸方向に揺れ、それに伴って第２、第３振動素子３４ｘ、３４ｙの振動が不安定になるためである。これに対して、第１振動素子３４ｚの検出軸は、Ｚ軸方向を向いている。そのため、天板部１０１ａが共振モードによって厚さ方向に振動しても第１振動素子３４ｚの検出軸であるＣ軸は、揺れない。したがって、第１振動素子３４ｚは、第２、第３振動素子３４ｘ、３４ｙよりもキャップ１０の振動の影響を受け難い。

【0049】

このことから、本実施形態では、動作温度範囲Ｔａ内において振動周波数帯Ｔｆｚ、振動周波数帯Ｔｆｘおよび振動周波数帯Ｔｆｙ内にキャップ１０の共振周波数ｆｍ１～ｆｍ７を有しないが、これに限定されず、図１４に示すように、少なくとも、振動周波数帯Ｔｆｘおよび振動周波数帯Ｔｆｙ内にキャップ１０の共振周波数ｆｍ１～ｆｍ７を有しなければよい。このような構成によっても、各角速度センサー３ｚ、３ｘ、３ｙのゼロ点出力の変動を効果的に抑制することができる。また、本実施形態と比べて、共振周波数ｆｍ１～ｆｍ７の設定可能範囲が広がるため、キャップ１０の設計が容易となる。

【0050】

キャップ１０の共振周波数の調整方法は、特に限定されないが、例えば、キャップ１０の厚さを変更する方法が挙げられる。一般的に、厚さを大きくする程、各共振モードＭ１～Ｍ７の共振周波数ｆｍ１～ｆｍ７が高くなる。また、キャップ１０の寸法を変更することによっても、キャップ１０の共振周波数を調整することができる。一般的に、寸法を小さくする程、各共振モードＭ１～Ｍ７の共振周波数ｆｍ１～ｆｍ７が高くなる。また、キャップ１０の構成材料を選択することによっても、キャップ１０の共振周波数を変更することができる。構成材料の選定においては、例えば、振動周波数ｆｚ、ｆｘ、ｆｙのうち最も周波数が高い振動周波数ｆｙに対して＋１３％以上の共振周波数を持つ材質を選定することが好ましい。

【0051】

また、動作温度範囲Ｔａ内において、振動周波数帯Ｔｆｚ、Ｔｆｘ、Ｔｆｙ内にキャップ１０の共振周波数ｆｍ１～ｆｍ７を有しないことは、例えば、次のようにして調べることができる。例えば、各振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙを駆動させながら、動作温度範囲Ｔａ内において電子デバイス１の使用温度を変化させ、その際、各振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙの検出信号にディップ等の顕著な変化が生じなければ、振動周波数帯Ｔｆｚ、Ｔｆｘ、Ｔｆｘ内にキャップ１０の共振周波数ｆｍ１～ｆｍ７を有しないと推定することができる。また、レーザードップラー計測器を用いて常温でのキャップ１０の共振モードおよびその周波数を検出し、その結果に基づいてシミュレーション、実験データなどから動作温度範囲Ｔａ内での各共振モードの周波数変化を推定し、推定結果が振動周波数帯Ｔｆｚ、Ｔｆｘ、Ｔｆｙ外であれば、振動周波数帯Ｔｆｚ、Ｔｆｘ、Ｔｆｙ内にキャップ１０の共振周波数ｆｍ１～ｆｍ７を有しないと推定することができる。

【0052】

以上、電子デバイス１について説明した。このような電子デバイス１は、前述したように、基板２と、基板２に搭載され、基板２に沿う第１面Ｆ１に沿って振動する第１振動素子３４ｚを備える第１電子部品である第１角速度センサー３ｚと、基板２に搭載され、第１面Ｆ１と交差する第２面Ｆ２に沿って振動する第２振動素子３４ｘを備える第２電子部品である第２角速度センサー３ｘと、基板２に搭載され、第１面Ｆ１および第２面Ｆ２と交差する第３面Ｆ３に沿って振動する第３振動素子３４ｙを備える第３電子部品である第３角速度センサー３ｙと、基板２に搭載され、第１角速度センサー３ｚ、第２角速度センサー３ｘおよび第３角速度センサー３ｙを覆うキャップ１０と、を有する。そして、動作温度範囲Ｔａにおいて第２振動素子３４ｘおよび第３振動素子３４ｙの振動周波数帯Ｔｆｘ、Ｔｆｙ内にキャップ１０の共振モードＭ１～Ｍ７を有しない。これにより、第２、第３振動素子３４ｘ、３４ｙとキャップ１０とが共鳴し難くなる。そのため、第２、第３振動素子３４ｘ、３４ｙに不要な振動が生じるのを抑制することができる。したがって、動作温度範囲Ｔａ内でのゼロ点出力の変動が抑制され、電子デバイス１の温度ドリフト特性の低下を効果的に抑制することができる。

【0053】

また、前述したように、電子デバイス１は、動作温度範囲Ｔａにおいて第１振動素子３４ｚの振動周波数帯Ｔｆｚ内にキャップ１０の共振モードＭ１～Ｍ７を有しない。これにより、第１振動素子３４ｚとキャップ１０とが共振し難くなる。そのため、キャップ１０との共振によって第１振動素子３４ｚに不要な振動が生じるのを抑制することができる。したがって、動作温度範囲Ｔａ内でのゼロ点出力の変動が抑制され、電子デバイス１の温度ドリフト特性の低下を効果的に抑制することができる。

【0054】

また、前述したように、第１振動素子３４ｚ、第２振動素子３４ｘおよび第３振動素子３４ｙは、互いに振動周波数ｆｚ、ｆｘ、ｆｙが異なる。つまり、ｆｚ≠ｆｘ≠ｆｙである。これにより、第１、第２、第３振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙ同士の干渉が抑制される。つまり、ある振動素子３４の振動によって別の振動素子３４に不要な振動が生じるのを抑制することができる。したがって、ゼロ点出力の変動が抑制され、優れた角速度検出特性を発揮することができる。

【0055】

また、前述したように、第１角速度センサー３ｚは、第１ベース３２ｚおよび第１リッド３３ｚを備え、内部に第１振動素子３４ｚを収容する第１パッケージ３１ｚを有し、第２角速度センサー３ｘは、第２ベース３２ｘおよび第２リッド３３ｘを備え、内部に第２振動素子３４ｘを収容する第２パッケージ３１ｘを有し、第３角速度センサー３ｙは、第３ベース３２ｙおよび第３リッド３３ｙを備え、内部に第３振動素子３４ｙを収容する第３パッケージ３１ｙを有する。そして、キャップ１０は、金属材料で構成され、基板２、第１ベース３２ｚ、第２ベース３２ｘおよび第３ベース３２ｙは、それぞれ、セラミック材料で構成されている。これにより、これら各部の線膨張係数差が小さくなり、熱応力の発生を効果的に抑制することができる。そのため、振動素子３４ｚ、３４ｘ、３４ｙに検出対象以外の外力が加わり難くなり、電子デバイス１の検出精度の低下を効果的に抑制することができる。

【0056】

また、前述したように、基板２は、表裏関係にある第１面としての上面２１および第２面としての下面２２を有し、上面２１に第１角速度センサー３ｚ、第２角速度センサー３ｘおよび第３角速度センサー３ｙが搭載されている。また、電子デバイス１は、下面２２に搭載された第４電子部品６と、基板２から下面２２側に延出するリード７１と、を有する。これにより、基板２の下面２２を有効活用することができる。特に、本実施形態のように、第４電子部品６として加速度センサー４を搭載することにより、電子デバイス１を６軸複合センサーとすることができ、電子デバイス１の利便性が向上する。

【0057】

＜第２実施形態＞
図１５は、第２実施形態に係る電子デバイスを示す断面図である。

【0058】

本実施形態の電子デバイス１は、モールド部９が省略されたことと、第４電子部品６の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の図において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

【0059】

図１５に示すように、本実施形態の電子デバイス１では、前述した第１実施形態からモールド部９が省略されており、第４電子部品６が露出している。その代わり、第４電子部品６は、パッケージ化された表面実装部品となっており、前述した第１実施形態では剥き出しとなっていた加速度センサー４および回路素子５を収容するパッケージ６１を有する。

【0060】

パッケージ６１は、凹部を有する箱型のベース６２と、凹部の開口を塞ぐようにベース６２に接合されたリッド６３と、を有する。ベース６２は、アルミナ、チタニア等のセラミック材料で構成され、リッド６３は、コバール等の金属材料で構成されている。このように、加速度センサー４および回路素子５をパッケージ６１に収容することで、加速度センサー４および回路素子５が暴露せず、これらを保護することができる。

【0061】

第４電子部品６は、パッケージ６１の底面において導電性の接合部材Ｂ６を介して基板２の下面２２に接合されている。パッケージ６１の底面には回路素子５と電気的に接続された端子６５が形成されており、この端子６５が接合部材Ｂ６を介して端子Ｐ６と電気的に接続されている。

【0062】

また、キャップ１０は、フランジ部１０２において接合部材を介して基板２の上面２１に接合されている。

【0063】

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【0064】

以上、本発明の電子デバイスを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

【符号の説明】

【0065】

１…電子デバイス、１０…キャップ、１０１…基部、１０１ａ…天板部、１０２…フランジ部、２…基板、２１…上面、２２…下面、３ｘ…第２角速度センサー、３ｙ…第３角速度センサー、３ｚ…第１角速度センサー、３１…パッケージ、３１ｘ…第２パッケージ、３１ｙ…第３パッケージ、３１ｚ…第１パッケージ、３２…ベース、３２ｘ…第２ベース、３２ｙ…第３ベース、３２ｚ…第１ベース、３３…リッド、３３ｘ…第２リッド、３３ｙ…第３リッド、３３ｚ…第１リッド、３４…振動素子、３４ｘ…第２振動素子、３４ｙ…第３振動素子、３４ｚ…第１振動素子、３４１…基部、３４２…検出振動腕、３４３…検出振動腕、３４４…支持腕、３４５…支持腕、３４６…駆動振動腕、３４７…駆動振動腕、３４８…駆動振動腕、３４９…駆動振動腕、３５１…第１検出信号電極、３５２…第１検出接地電極、３５３…第２検出信号電極、３５４…第２検出接地電極、３５５…駆動信号電極、３５６…駆動接地電極、３９…接続端子、４…加速度センサー、４１…パッケージ、４２…ベース、４３…リッド、４４…加速度振動素子、４５…加速度振動素子、４６…加速度振動素子、５…回路素子、５１…制御回路、５２…インターフェース回路、６…第４電子部品、６１…パッケージ、６２…ベース、６３…リッド、６５…端子、７…リード群、７１…リード、９…モールド部、Ｂ３ｘ…接合部材、Ｂ３ｙ…接合部材、Ｂ３ｚ…接合部材、Ｂ６…接合部材、Ｂ７…接合部材、Ｆ１…第１面、Ｆ２…第２面、Ｆ３…第３面、Ｍ１…共振モード、Ｍ２…共振モード、Ｍ３…共振モード、Ｍ４…共振モード、Ｍ５…共振モード、Ｍ６…共振モード、Ｍ７…共振モード、Ｐ３ｘ…端子、Ｐ３ｙ…端子、Ｐ３ｚ…端子、Ｐ６…端子、Ｐ７…端子、Ｔａ…動作温度範囲、Ｔｆｘ…振動周波数帯、Ｔｆｙ…振動周波数帯、Ｔｆｚ…振動周波数帯、ｆｍ１…共振周波数、ｆｍ２…共振周波数、ｆｍ３…共振周波数、ｆｍ４…共振周波数、ｆｍ５…共振周波数、ｆｍ６…共振周波数、ｆｍ７…共振周波数、ωｃ…角速度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】