JP2017151010A - センサーデバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】離調周波数と同等の振動成分を含む衝撃が加わった場合でも角速度の検出精度の低下を低減することのできるセンサーデバイス、電子機器および移動体を提供すること。
【解決手段】物理量を検出するセンサーと、一端側に前記センサーが取り付けられ、他端側に実装用の固定部を有するリードと、を備え、前記リードの固有振動数をｆ１とし、前記センサーの駆動振動モードの周波数と検出振動モードの周波数との差の絶対値である離調周波数をｆ２としたとき、ｆ１＜ｆ２／√２の関係を満足することを特徴とするセンサーデバイス。また、前記センサーは、検出軸まわりの角速度を検出する角速度センサーである。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサーデバイス、電子機器および移動体に関するものである。

従来から、振動片およびＩＣを収容したパッケージと、パッケージに電気的に接続されたリードと、リードを露出させつつパッケージをモールドするモールド材と、を有し、リードを介して実装基板に搭載される電子デバイスが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。また、振動片として、駆動振動腕および検出振動腕を有し、検出振動腕の検出振動により発生する検出信号に基づいて電子デバイスに加わった角速度を検出するジャイロセンサー素子を用いることも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１０−１４５１３７号公報 特開２０１０−１４７６０４号公報 特開２０１４−０３２２０５号公報

しかしながら、例えば、衝撃が実装基板からリードを介してパッケージに伝わった場合、その衝撃にジャイロセンサー素子の離調周波数（駆動振動腕の共振周波数と検出振動腕の共振周波数との差の絶対値）と同等の周波数の振動成分が含まれていると、ジャイロセンサー素子からの検出信号に乗るノイズに起因して、角速度の検出精度が低下するという課題がある。

本発明の目的は、離調周波数と同等の振動成分を含む衝撃が加わった場合でも角速度の検出精度の低下を低減することのできるセンサーデバイス、電子機器および移動体を提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。

本適用例のセンサーデバイスは、物理量を検出するセンサーと、
一端側に前記センサーが取り付けられ、他端側に実装用の固定部を有するリードと、を備え、
前記リードの固有振動数をｆ１とし、前記センサーの駆動振動モードの周波数と検出振動モードの周波数との差の絶対値である離調周波数をｆ２としたとき、

の関係を満足することを特徴とする。
これにより、離調周波数と同等の振動成分を含む衝撃が加わった場合における角速度の検出精度の低下を低減することのできるセンサーデバイスとなる。

本適用例のセンサーデバイスでは、前記センサーは、検出軸まわりの角速度を検出する角速度センサーであることが好ましい。
これにより、角速度を検出することができ、利便性の高いセンサーデバイスとなる。

本適用例のセンサーデバイスでは、前記リードの前記検出軸に沿った方向でのバネ定数は、０．０１Ｎ／ｍｍ以上、かつ、２．０Ｎ／ｍｍ以下であることが好ましい。
これにより、リードによって、離調周波数と同等の振動成分をより効果的に減衰させることができる。

本適用例のセンサーデバイスでは、前記リードの前記検出軸に直交する方向でのバネ定数は、０．０２Ｎ／ｍｍ以上、かつ、４．０Ｎ／ｍｍ以下であることが好ましい。
これにより、リードによって、離調周波数と同等の振動成分をより効果的に減衰させることができる。

本適用例のセンサーデバイスでは、前記リードの前記検出軸に直交する方向でのバネ定数は、０．０４Ｎ／ｍｍ以上、かつ、６．０Ｎ／ｍｍ以下であることが好ましい。
これにより、リードによって、離調周波数と同等の振動成分をより効果的に減衰させることができる。

本適用例のセンサーデバイスでは、前記リードは、第１屈曲部と、前記第１屈曲部よりも前記他端側に位置する第２屈曲部と、を有していることが好ましい。
これにより、リードによって、振動成分をより効果的に減衰させることができる。

本適用例のセンサーデバイスでは、前記センサーを覆う樹脂部を有し、
前記第１屈曲部および前記第２屈曲部は、それぞれ、前記樹脂部の外側に位置していることが好ましい。
これにより、リードによって、振動成分をより効果的に減衰させることができる。

本適用例のセンサーデバイスでは、前記リードでは、前記第２屈曲部よりも前記他端側に前記固定部が位置していることが好ましい。
これにより、リードによって、振動成分をより効果的に減衰させることができる。

本適用例のセンサーデバイスでは、前記第２屈曲部は、前記第１屈曲部と反対側に屈曲していることが好ましい。
これにより、センサーデバイスの実装基板への実装安定性が向上する。

本適用例のセンサーデバイスでは、前記第２屈曲部は、前記第１屈曲部と同じ側に屈曲していることが好ましい。
これにより、センサーデバイスの小型化を図ることができる。

本適用例のセンサーデバイスでは、前記リードとして、前記センサーに対して互いに反対側に位置している第１リードおよび第２リードを有していることが好ましい。
これにより、センサーデバイスの実装基板への実装安定性が向上する。

本適用例の電子機器は、上記適用例のセンサーデバイスを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。

本適用例の移動体は、上記適用例のセンサーデバイスを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。

本発明の第１実施形態に係るセンサーデバイスの断面図である。 図１に示すセンサーデバイスが有するセンサーの断面図である。 図２に示すセンサーが有するジャイロセンサー素子の平面図である。 図３に示すジャイロセンサー素子の駆動振動モードを示す模式図である。 図３に示すジャイロセンサー素子の検出振動モードを示す模式図である。 図２に示すセンサーの平面図である。 図１に示すセンサーの上面図である。 図１に示すセンサーデバイスが有するリードの斜視図である。 βとλとの関係を示したグラフである。 リードの固有振動数と各軸方向のバネ定数との関係を示すグラフである。 図１に示すセンサーデバイスの変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るセンサーデバイスの断面図である。 本発明の第３実施形態に係るセンサーデバイスの断面図である。 本発明の第４実施形態に係るセンサーデバイスの断面図である。 本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用した携帯電話機（スマートフォン、ＰＨＳ等も含む）の構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。

以下、本発明のセンサーデバイス、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るセンサーデバイスについて説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサーデバイスの断面図である。図２は、図１に示すセンサーデバイスが有するセンサーの断面図である。図３は、図２に示すセンサーが有するジャイロセンサー素子の平面図である。図４は、図３に示すジャイロセンサー素子の駆動振動モードを示す模式図である。図５は、図３に示すジャイロセンサー素子の検出振動モードを示す模式図である。図６は、図２に示すセンサーの平面図である。図７は、図１に示すセンサーの上面図である。図８は、図１に示すセンサーデバイスが有するリードの斜視図である。図９は、βとλとの関係を示したグラフである。図１０は、リードの固有振動数と各軸方向のバネ定数との関係を示すグラフである。図１１は、図１に示すセンサーデバイスの変形例を示す断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とする。

図１に示すセンサーデバイス１は、角速度（物理量）を検出することのできる角速度センサーデバイスであり、センサー２と、センサー２に接続された複数のリード７と、リード７の端部を露出させた状態でセンサー２をモールドする樹脂部８と、を有している。そして、このようなセンサーデバイス１では、リード７の先端部（自由端部）において、接合部材１２を介して実装基板（固定対象物）９に固定されている。

（パッケージ部品）
センサー２は、検出軸まわりの角速度を検出することのできる角速度センサーであり、図２に示すように、パッケージ３と、パッケージ３内に収容されたジャイロセンサー素子４、支持基板５およびＩＣ６と、を有している。このように、センサー２として、角速度センサーを用いることで、利便性の高いセンサーデバイス１となる。

パッケージ３は、矩形の平面視形状をなしており、上面に開口する凹部３１１を有するキャビティ状のベース３１と、凹部３１１の開口を塞いでベース３１に接合された板状のリッド３２と、を有している。そして、センサーデバイス１内に、リッド３２を下側（実装基板９側）に向けた姿勢で配置されている。パッケージ３をこのような姿勢とすることで、リード７の全長を長く確保しつつ、センサーデバイス１の低背化を図ることができる。

パッケージ３は、凹部３１１の開口がリッド３２で塞がれることにより形成された内部空間Ｓを有し、この内部空間Ｓにジャイロセンサー素子４、支持基板５およびＩＣ６を収容している。なお、内部空間Ｓは、気密封止され、減圧状態（１０Ｐａ以下程度。好ましくは真空）となっている。これにより、内部空間Ｓ内の粘性抵抗が減るため、ジャイロセンサー素子４を効率的に駆動することができる。

また、ベース３１は、内部空間Ｓに臨んで設けられた複数の内部端子３３１および複数の内部端子３３２と、底面に設けられた複数の外部端子３３３と、を有している。各内部端子３３１は、ＩＣ６とボンディングワイヤーＢＷを介して電気的に接続されている。また、複数の内部端子３３１には、ベース３１に形成された図示しない内部配線を介して内部端子３３２と電気的に接続されているものと、外部端子３３３と電気的に接続されているものと、がある。また、各内部端子３３２は、後述するように、導電性の接合部材５９を介して支持基板５と電気的に接続されている。また、複数の外部端子３３３は、パッケージ３の底面における対向する一対の辺に沿って配置されている。なお、内部端子３３１、３３２や外部端子３３３の数としては、特に限定されず、必要に応じて適宜設定すればよい。

図３に示すように、ジャイロセンサー素子４は、振動体４１と、振動体４１に配置された電極と、を有している。

振動体４１は、Ｚカット水晶板で構成され、水晶の結晶軸であるＸ軸（電気軸）およびＹ軸（機械軸）で規定されるＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ軸（光軸）方向に厚みを有している。そして、振動体４１は、基部４２と、基部４２からＹ軸方向両側に向けて延出する検出腕４３１、４３２と、基部４２からＸ軸方向両側に向けて延出する連結腕４４１、４４２と、連結腕４４１の先端部からＹ軸方向両側に向けて延出する駆動腕４５１、４５２と、連結腕４４２の先端部からＹ軸方向両側に向けて延出する駆動腕４５３、４５４と、を有している。

一方、電極は、駆動信号電極４８１と、駆動接地電極４８２と、第１検出信号電極４８３と、第１検出接地電極４８４と、第２検出信号電極４８５と、第２検出接地電極４８６と、を有している。

駆動信号電極４８１は、駆動腕４５１、４５２の上面および下面と、駆動腕４５３、４５４の両側面と、に配置されている。一方、駆動接地電極４８２は、駆動腕４５１、４５２の両側面と、駆動腕４５３、４５４の上面および下面と、に配置されている。また、第１検出信号電極４８３は、検出腕４３１の上面および下面に配置され、第１検出接地電極４８４は、検出腕４３１の両側面に配置されている。一方、第２検出信号電極４８５は、検出腕４３２の上面および下面に配置され、第２検出接地電極４８６は、検出腕４３２の両側面に配置されている。また、図示しないが、これら各電極４８１〜４８６は、基部４２に引き回されており、基部４２において支持基板５と電気的に接続されている。

以上、ジャイロセンサー素子４の構成について簡単に説明した。このようなジャイロセンサー素子４は、次のようにして検出軸であるＺ軸まわりの角速度ωｚを検出する。まず、駆動信号電極４８１および駆動接地電極４８２間に駆動信号を印加すると、駆動腕４５１〜４５４が、図４に示すような駆動振動モードで振動する。駆動振動モードで駆動している状態で、ジャイロセンサー素子４にＺ軸まわりの角速度ωｚが加わると、図５に示すような検出振動モードが新たに励振される。この検出振動モードでは、駆動腕４５１〜４５４にコリオリの力が作用して矢印Ａに示す方向の振動が励振され、この振動に呼応するように、検出腕４３１、４３２が矢印Ｂに示す方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動する。このような検出振動モードの振動によって検出腕４３１、４３２に発生した電荷を第１、第２検出信号電極４８３、４８５および第１、第２検出接地電極４８４、４８６の間から検出信号として取り出し、この信号に基づいて角速度ωｚを検出することができる。

なお、駆動振動モードの周波数（駆動腕４５１〜４５４の共振周波数）ｆｄと、検出振動モードの周波数（検出腕４３１、４３２の共振周波数）ｆｓとは、互いに異なるように設定されており、これらの差の絶対値（｜ｆｄ−ｆｓ｜）を「離調周波数Δｆ」と言う。なお、ｆｄ＞ｆｓであっても、ｆｄ＜ｆｓであってもよい。また、離調周波数Δｆとしては、特に限定されないが、例えば、３００Ｈｚ以上、３９６０Ｈｚ以下程度とすることができる。

支持基板５は、従来から知られるＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）実装用の基板である。このような支持基板５は、図６に示すように、枠状の基部５１と、基部５１に設けられた複数（本実施形態では６本）のリード５２と、を有している。そして、基部５１は、接合部材５９を介してベース３１に固定され、さらに、この接合部材５９を介して各リード５２と内部端子３３２とが電気的に接続されている。また、各リード５２の先端部には接合部材５８を介してジャイロセンサー素子４が固定され、リード５２と電極４８１〜４８６とが電気的に接続されている。そのため、支持基板５を介してジャイロセンサー素子４がベース３１に支持されると共に、ＩＣ６と電気的に接続された状態となっている。

図２に示すように、ＩＣ６は、凹部３１１の底面に固定されている。ＩＣ６には、例えば、外部のホストデバイスと通信を行うインターフェース部や、ジャイロセンサー素子４を駆動し、ジャイロセンサー素子４に加わった角速度ωｚを検出する駆動／検出回路が含まれている。

以上、センサー２について説明したが、センサー２としては、角速度を検出することが出きれば、上述の構成に限定されない。例えば、ジャイロセンサー素子４の構成としては、上述の構成に限定されなし、角速度の検出軸もＺ軸に限定されない。また、例えば、支持基板５を省略して、ジャイロセンサー素子４をベース３１やＩＣ６上に固定してもよい。

（樹脂部）
図１に示すように、樹脂部８は、センサー２の全域を覆っている。これにより、センサー２を衝撃、ゴミ（埃、塵）、水分から保護することができる。また、センサー２とリード７との接続部分を保護することもできる。このような樹脂部８としては、例えば、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等の各種樹脂材料を用いることができる。また、樹脂部８は、例えば、トランスファーモールドによって成形することができる。

（リード）
図１に示すように、複数（本実施形態では８本）のリード７は、それぞれ、その基端側（一端側）でセンサー２のパッケージ３の底面に配置された外部端子３３３に導電性の接合部材１１を介して固定されていると共に、外部端子３３３と電気的に接続されている。また、複数のリード７は、それぞれ、先端側（他端側）に固定部７９を有しており、固定部７９において導電性の接合部材１２を介して実装基板９に固定されていると共に、実装基板９と電気的に接続されている。

このような複数のリード７は、図７に示すように、パッケージ３の底面における対向する一対の辺に沿って配置されており、センサー２の一方側（−ｘ軸側）に延出するように配置されている複数（４本）の第１リード７ａと、他方側（＋ｘ軸側）に延出するように配置されている複数（４本）の第２リード７ｂと、に分かれている。センサー２に対して互いに反対側に位置する第１リード７ａおよび第２リード７ｂを有することで、センサーデバイス１をより安定した姿勢で実装基板９に固定することができ、実装安定性を向上させることができる。

また、各リード７は、図８に示すように、長さ方向の途中に位置する第１屈曲部７１と、第１屈曲部７１よりも先端側（他端側）に位置する第２屈曲部７２と、を有している。また、第１屈曲部７１および第２屈曲部７２は、共に、略直角に屈曲しており、かつ反対側に屈曲している。そのため、各リード７は、クランク状をなしている。

より具体的には、各第１リード７ａは、外部端子３３３との固定部からセンサー２の外側へ向かって−ｘ軸方向に延在する基端部７３と、基端部７３の先端からセンサー２の下側へ向かって−ｚ軸方向に延在する中央部７４と、中央部７４の先端からセンサー２の外側へ向かって−ｘ軸方向に延在する先端部７５と、を有し、基端部７３と中央部７４との接続部が第１屈曲部７１となり、中央部７４と先端部７５との接続部が第２屈曲部７２となり、先端部７５に固定部７９が位置している。そのため、第１リード７ａは、ｘｙ平面内で延在している。

同様に、各第２リード７ｂは、外部端子３３３との固定部からセンサー２の外側へ向かって＋ｘ軸方向に延在する基端部７３と、基端部７３の先端からセンサー２の下側へ向かって−ｚ軸方向に延在する中央部７４と、中央部７４の先端からセンサー２の外側へ向かって＋ｘ軸方向に延在する先端部７５と、を有し、基端部７３と中央部７４との接続部が第１屈曲部７１となり、中央部７４と先端部７５との接続部が第２屈曲部７２となっている。そして、先端部７５（すなわち、第２屈曲部７２よりも先端側）に固定部７９が位置している。そのため、第２リード７ｂも、ｘｙ平面内で延在している。

各リード７をこのような構成とすると、リード７の形状が比較的簡単なものとなると共に、リード７によって、振動成分を効果的に減衰させることができる。特に、リード７の両固定端の間に２つの屈曲部が位置することで、振動成分をより効果的に減衰させることができる。また、センサー２を実装基板９から離間させた状態で、センサーデバイス１を実装基板９に固定することができるため、衝撃が実装基板９を介してセンサー２に伝わり難くなる。また、第１リード７ａの固定部７９と第２リード７ｂの固定部７９との離間距離を広げることができるため、センサーデバイス１をより安定した姿勢で実装基板９に固定することができる。また、各リード７の固定部７９を含む面がジャイロセンサー素子４の実装面（ｘｙ平面）と平行となり、実装基板９に対するジャイロセンサー素子４の実装角度を高精度に制御することができる。そのため、例えば、個体間での実装角度のバラつきを低減することができる。

また、各リード７は、第１屈曲部７１および第２屈曲部７２が共に樹脂部８の外側に位置している。これにより、第１屈曲部７１および第２屈曲部７２によって、実装基板９から伝わる衝撃を緩和・吸収することができる。そのため、衝撃がセンサー２へ伝わり難くなる。また、リード７によって、振動成分をより効果的に減衰させることもできる。

ここで、リード７のサイズについて、その一例を説明する。ただし、リード７のサイズは、以下のものに限定されず、リード７の構成材料等によっても異なる。リード７の横断面は、略正方形であり、幅Ｗおよび厚さＴとしては特に限定されないが、それぞれ、０．２５ｍｍ±０．１０ｍｍ程度とすることができる。また、基端部７３の長さ（樹脂部８から露出している部分の長さ）Ｌ１としては特に限定されないが、５．８４ｍｍ±２ｍｍ程度とすることが好ましく、５．８４ｍｍ±１ｍｍ程度とすることがより好ましく、５．８４ｍｍ±０．５ｍｍ程度とすることがさらに好ましい。また、中央部７４の長さＬ２としては特に限定されないが、９．５４ｍｍ±３ｍｍ程度とすることが好ましく、９．５４ｍｍ±１．５ｍｍ程度とすることがより好ましく、９．５４ｍｍ±０．５ｍｍ程度とすることがさらに好ましい。このようなサイズとすることで、大型化を抑えつつ、後述するように離調周波数Δｆと同等の振動成分を効果的に減衰することのできるリード７が得られる。

また、図１に示すように、各リード７の固定部７９が並ぶ面Ｆと樹脂部８の下面との離間距離Ｄとしては特に限定されないが、５ｍｍ以上、１５ｍｍ以下程度であることが好ましく、７ｍｍ以上、１０ｍｍ以下程度であることがより好ましい。これにより、実装基板９と樹脂部８との間に十分な大きさの空間を形成することができ、衝撃が加わった際の実装基板９と樹脂部８との衝突を低減することができる。

また、リード７の構成材料としては、導電性とある程度の硬さを有していれば、特に限定されず、各種金属材料（合金を含む）を用いることができる。また、金属材料の中でも特にカッパーアロイ（銅合金）または鉄／ニッケル系合金（例えば、鉄５７％、ニッケル４２％の４２アロイ）を用いることが好ましい。これらを用いることで、低抵抗かつ高強度のリード７となる。

以上、リード７の形状について説明した。次に、リード７の物性について説明する。まず、このようなセンサーデバイス１では、衝撃が実装基板９からリード７を介してセンサー２に伝わった場合、その衝撃にジャイロセンサー素子４の離調周波数Δｆと同等の周波数の振動成分が含まれていると、その振動成分によって検出振動モードが励振され、ジャイロセンサー素子４からの検出信号に乗るノイズが大きくなってしまい、角速度の検出精度が低下するという問題がある。そこで、センサーデバイス１では、離調周波数Δｆと同等の振動成分を含む衝撃が加わった場合でも角速度の検出精度の低下を低減することができるように、リード７の物性に特徴を持たせている。

具体的には、リード７の固有振動数（固有周波数）をｆ１とし、センサー２（ジャイロセンサー素子４）の離調周波数Δｆをｆ２としたとき、下記の式（１）を満足するようにリード７の物性を設定している。

すなわち、例えば、離調周波数ｆ２が６００Ｈｚの場合、リード７の固有振動数ｆ１を下記の式（２）で求まるように４２４以下程度となるようにリード７の物性を設定している。

このような関係を満足することで、リード７によって離調周波数Δｆと同等の振動成分を効果的に減衰（緩和・吸収）することができ、離調周波数Δｆと同等の振動成分を含む衝撃が加わった場合でも角速度の検出精度の低下を低減することができる。なお、ｆ１の最小値としては、特に限定されないが、例えば、ｆ２／２０＜ｆ１なる関係を満足することが好ましい。これにより、リード７の固有振動数ｆ１が小さくなり過ぎる（すなわち、リード７が柔らかくなり過ぎる）ことを防止できる。

ここで、センサーデバイス１を実装基板９に固定した状態で、実装基板９を振動させたときのリード７の支持点（リード７の樹脂部８との境界部）への振動伝達率をλとしたとき、振動伝達率λは、以下の式（３）で表される。

ただし、β＝ω／Ωであり、ωは加振角振動数（実装基板９の振動数）、Ωはリード７の固有角振動数（＝２π・ｆ１）、ζは減衰比である。

図９のグラフは、センサー２のＱ値が異なる複数のセンサーデバイス１について、βとλとの関係を示したグラフである。このグラフから、Ｑ値の大小に関わらず、β＝１．０、すなわち、加振角振動数ωがリード７の固有角振動数Ωと一致したときに、リード７が共振してセンサーデバイス１が非常に大きく振動していることが分かる。反対に、β＞√２の範囲では、振動伝達率λが１より小さくなっていることが分かる。そして、加振角振動数ωが離調周波数の角振動数である２π・ｆ２と一致している（すなわち、ω＝２π・ｆ２である）としたとき、β＞√２は、前述した式（１）であるｆ１＜ｆ２／√２となる。したがって、前述したように、ｆ１＜ｆ２／√２の関係を満足することで、リード７によって離調周波数Δｆと同等の振動成分を効果的に減衰することができ、離調周波数Δｆと同等の振動成分を含む衝撃が加わった場合でも角速度の検出精度の低下を低減することができる。

次に、各リード７のバネ定数について説明する。下記の表１は、離調周波数ｆ２（Δｆ）が３００Ｈｚ、６２２Ｈｚ、８００Ｈｚ、３０００Ｈｚ、３９６０Ｈｚの時の固有振動数ｆ１のほぼ最大値（≒ｆ２／√２）を示し、その固有振動数ｆ１となるようにリード７を設定したときのｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向のバネ定数（Ｎ／ｍｍ）を示した表である。また、図１０のグラフは、表１に示す固有振動数ｆ１と各軸方向のバネ定数との関係を示すグラフである。

なお、図１０中のｘ軸方向のバネ定数の近似式は下記式（４）で表され、ｙ軸方向のバネ定数の近似式は下記式（５）で表され、ｚ軸方向のバネ定数の近似式は下記式（６）で表される。

この表１および図１０から、離調周波数ｆ２が３００Ｈｚ以上、３９６０Ｈｚ以下のときには、ｘ軸方向（センサー２の検出軸に直交する方向。ジャイロセンサー素子４の実装面（ｘｙ平面）の面内方向）のバネ定数は、０．０４Ｎ／ｍｍ以上、かつ、６．０Ｎ／ｍｍ以下であることが好ましく、ｙ軸方向（センサー２の検出軸に直交する方向。ジャイロセンサー素子４の実装面の面内方向）のバネ定数は、０．０２Ｎ／ｍｍ以上、かつ、４．０Ｎｍｍ以下であることが好ましく、ｚ軸方向（センサー２の検出軸に沿った方向。ジャイロセンサー素子４の実装面の法線方向）のバネ定数は、０．０１Ｎ／ｍｍ以上、かつ、２．０Ｎ／ｍｍ以下であることが好ましい。これら少なくとも１つの条件を満足することで、リード７によって離調周波数Δｆと同等の振動成分をより効果的に減衰することができる。

なお、リード７のバネ定数の測定は、例えば、次のようにして行うことができる。すなわち、まず、リード７（樹脂部８から露出している部分）を単体で用意し、このリード７を固定部７９にて固定する。そして、自由端にｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各方向に荷重を加えることで、各軸方向のバネ定数を測定することができる。

以上、本実施形態のセンサーデバイス１について説明した。上述したように、本実施形態では、リード７とパッケージ３とが接合部材１１を介して固定されると共に、リード７と外部端子３３３とが接合部材１１を介して電気的に接続されているが、当該箇所の構成としては、特に限定されない。例えば、図１１に示すように、リード７とパッケージ３とが接合部材１１を介して固定され、リード７と外部端子３３３とがボンディングワイヤーＢＷ１を介して電気的に接続されていてもよい。

また、リード７の数としては、８本に限定されず、１〜７本であってもよいし、９本以上であってもよく、センサーデバイス１の構成に応じて適宜設定することができる。また、本実施形態では、複数のリード７が第１リード７ａと第２リード７ｂとに分かれているが、全てのリード７が第１リード７ａまたは第２リード７ｂであってもよい。すなわち、全てのリード７が、パッケージ３の底面における１つの辺に沿って配置されていてもよい。

また、本実施形態では、第１、第２屈曲部７１、７２の屈曲角度が共に９０°であったが、第１、第２屈曲部７１、７２の屈曲角度については、特に限定されない。ただし、基端部７３と先端部７５とが平行となるように、言い換えると、ジャイロセンサー素子４の実装面と固定部７９が並ぶ面Ｆとが平行となるように、第１、第２屈曲部７１、７２の屈曲角度が設定されていることが好ましい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るセンサーデバイスについて説明する。
図１２は、本発明の第２実施形態に係るセンサーデバイスの断面図である。

本実施形態にかかるセンサーデバイスでは、主に、リードの構成が異なっていること以外は、前述した第１実施形態のセンサーデバイスと同様である。

なお、以下の説明では、第２実施形態のセンサーデバイスに関し、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、図１２では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態のセンサーデバイス１が有する各リード７では、第１屈曲部７１および第２屈曲部７２が共に略直角に屈曲しており、かつ同じ側に屈曲している。

より具体的には、各第１リード７ａは、外部端子３３３との固定部からセンサー２の外側へ向かって−ｘ軸方向に延在する基端部７３と、基端部７３の先端からセンサー２の下側へ向かって−ｚ軸方向に延在する中央部７４と、中央部７４の先端からセンサー２の内側へ向かって＋ｘ軸方向に延在する先端部７５と、を有し、基端部７３と中央部７４との接続部が第１屈曲部７１となり、中央部７４と先端部７５との接続部が第２屈曲部７２となり、先端部７５に固定部７９が位置している。

同様に、各第２リード７ｂは、外部端子３３３との固定部からセンサー２の外側へ向かって＋ｘ軸方向に延在する基端部７３と、基端部７３の先端からセンサー２の下側へ向かって−ｚ軸方向に延在する中央部７４と、中央部７４の先端からセンサー２の内側へ向かって−ｘ軸方向に延在する先端部７５と、を有し、基端部７３と中央部７４との接続部が第１屈曲部７１となり、中央部７４と先端部７５との接続部が第２屈曲部７２となり、先端部７５に固定部７９が位置している。

リード７をこのような構成とすると、例えば、前述した第１実施形態と比較して、リード７のｘ軸方向の広がりを抑えることができる。そのため、センサーデバイス１の小型化を図ることができる。

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。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るセンサーデバイスについて説明する。
図１３は、本発明の第３実施形態に係るセンサーデバイスの断面図である。

本実施形態にかかるセンサーデバイスでは、主に、リードの構成が異なっていること以外は、前述した第１実施形態のセンサーデバイスと同様である。

なお、以下の説明では、第３実施形態のセンサーデバイスに関し、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、図１３では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態のセンサーデバイス１では、図１３に示すように、各リード７は、基端部７３に２つの屈曲部（第３屈曲部７３１、第４屈曲部７３２）を有している。さらには、全ての屈曲部７１、７２、７３１、７３２が互いに同じ側に屈曲している。そのため、リード７は、螺旋状をなしている。また、各リード７は、第１屈曲部７１、第２屈曲部７２および第４屈曲部７３２が樹脂部８の外側に位置し、第３屈曲部７３１が樹脂部８の内側に位置している。

より具体的には、各第１リード７ａは、外部端子３３３との固定部からセンサー２の内側に向かって＋ｘ軸方向に延在する第１基端部７３３と、第１基端部７３３の先端からセンサー２の上側に向かって＋ｚ軸方向に延在する第２基端部７３４と、第２基端部７３４の先端からセンサー２の外側に向かって−ｘ軸方向に延在する第３基端部７３５と、第３基端部７３５の先端からセンサー２の下側へ向かって−ｚ軸方向に延在する中央部７４と、中央部７４の先端からセンサー２の内側へ向かって＋ｘ軸方向に延在する先端部７５と、を有し、第１基端部７３３と第２基端部７３４との接続部が第３屈曲部７３１となり、第２基端部７３４と第３基端部７３５との接続部が第４屈曲部７３２となり、第３基端部７３５と中央部７４との接続部が第１屈曲部７１となり、中央部７４と先端部７５との接続部が第２屈曲部７２となり、先端部７５に固定部７９が位置している。

同様に、各第２リード７ｂは、外部端子３３３との固定部からセンサー２の内側に向かって−ｘ軸方向に延在する第１基端部７３３と、第１基端部７３３の先端からセンサー２の上側に向かって＋ｚ軸方向に延在する第２基端部７３４と、第２基端部７３４の先端からセンサー２の外側に向かって＋ｘ軸方向に延在する第３基端部７３５と、第３基端部７３５の先端からセンサー２の下側へ向かって−ｚ軸方向に延在する中央部７４と、中央部７４の先端からセンサー２の内側へ向かって−ｘ軸方向に延在する先端部７５と、を有し、第１基端部７３３と第２基端部７３４との接続部が第３屈曲部７３１となり、第２基端部７３４と第３基端部７３５との接続部が第４屈曲部７３２となり、第３基端部７３５と中央部７４との接続部が第１屈曲部７１となり、中央部７４と先端部７５との接続部が第２屈曲部７２となり、先端部７５に固定部７９が位置している。

リード７をこのような構成とすると、例えば、前述した第１実施形態と比較して、リード７のｘ軸方向の広がりを抑えることができる。そのため、センサーデバイス１の小型化を図ることができる。さらには、前述した第２実施形態と比較して、ｘ軸方向の広がりを同程度としつつ、リード７をより長くすることができる。そのため、リード７によって振動をより効果的に減衰させることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るセンサーデバイスについて説明する。
図１４は、本発明の第４実施形態に係るセンサーデバイスの断面図である。

本実施形態にかかるセンサーデバイスでは、主に、リードの構成が異なっていること以外は、前述した第１実施形態のセンサーデバイスと同様である。

なお、以下の説明では、第４実施形態のセンサーデバイスに関し、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、図１４では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態のセンサーデバイス１では、センサー２が前述した第１実施形態と上下反対の姿勢となっている。すなわち、リッド３２を上側（実装基板９（固定部７９が並ぶ面Ｆ）と反対側）に向けた姿勢となっている。

また、各リード７は、基端部７３に２つの屈曲部（第３屈曲部７３１、第４屈曲部７３２）を有している。さらには、第３、第４屈曲部７３１、７３２が互いに同じ側に屈曲し、第１、第２屈曲部７１、７２が互いに同じ側に、かつ、第３、第４屈曲部７３１、７３２とは反対側に屈曲している。そのため、リード７は、蛇行した形状をなしている。また、各リード７は、第１屈曲部７１、第２屈曲部７２および第４屈曲部７３２が樹脂部８の外側に位置し、第３屈曲部７３１が樹脂部８の内側に位置している。

より具体的には、各第１リード７ａは、外部端子３３３との固定部からセンサー２の内側に向かって＋ｘ軸方向に延在する第１基端部７３３と、第１基端部７３３の先端からセンサー２の下側に向かって−ｚ軸方向に延在する第２基端部７３４と、第２基端部７３４の先端からセンサー２の外側に向かって−ｘ軸方向に延在する第３基端部７３５と、第３基端部７３５の先端からセンサー２の下側へ向かって−ｚ軸方向に延在する中央部７４と、中央部７４の先端からセンサー２の内側へ向かって＋ｘ軸方向に延在する先端部７５と、を有し、第１基端部７３３と第２基端部７３４との接続部が第３屈曲部７３１となり、第２基端部７３４と第３基端部７３５との接続部が第４屈曲部７３２となり、第３基端部７３５と中央部７４との接続部が第１屈曲部７１となり、中央部７４と先端部７５との接続部が第２屈曲部７２となり、先端部７５に固定部７９が位置している。

同様に、各第２リード７ｂは、外部端子３３３との固定部からセンサー２の内側に向かって−ｘ軸方向に延在する第１基端部７３３と、第１基端部７３３の先端からセンサー２の下側に向かって−ｚ軸方向に延在する第２基端部７３４と、第２基端部７３４の先端からセンサー２の外側に向かって＋ｘ軸方向に延在する第３基端部７３５と、第３基端部７３５の先端からセンサー２の下側へ向かって−ｚ軸方向に延在する中央部７４と、中央部７４の先端からセンサー２の内側へ向かって−ｘ軸方向に延在する先端部７５と、を有し、第１基端部７３３と第２基端部７３４との接続部が第３屈曲部７３１となり、第２基端部７３４と第３基端部７３５との接続部が第４屈曲部７３２となり、第３基端部７３５と中央部７４との接続部が第１屈曲部７１となり、中央部７４と先端部７５との接続部が第２屈曲部７２となり、先端部７５に固定部７９が位置している。

リード７をこのような構成とすると、例えば、前述した第１実施形態と比較して、リード７のｘ軸方向の広がりを抑えることができる。そのため、センサーデバイス１の小型化を図ることができる。さらには、前述した第２実施形態と比較して、ｘ軸方向の広がりを同程度としつつ、リード７をより長くすることができる。そのため、リード７によって振動をより効果的に減衰させることができる。

［電子機器］
次に、本発明の電子機器を説明する。

図１５は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６と、により構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００にはセンサーデバイス１が内蔵されている。

図１６は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（スマートフォン、ＰＨＳ等も含む）の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ（図示せず）、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００にはセンサーデバイス１が内蔵されている。

図１７は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。この図において、デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。このようなデジタルスチールカメラ１３００は、センサーデバイス１が内蔵されている。

このような電子機器は、センサーデバイス１を備えているので、前述したセンサーデバイス１の効果を享受でき、優れた信頼性を発揮することができる。

なお、本発明の電子機器は、図１５のパーソナルコンピューター、図１６の携帯電話機、図１７のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。

［移動体］
次に、本発明の移動体を説明する。

図１８は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。この図において、自動車１５００にはセンサーデバイス１が内蔵されており、例えば、センサーデバイス１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。センサーデバイス１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。また、センサーデバイス１は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。

このような移動体は、センサーデバイス１を備えているので、前述したセンサーデバイス１の効果を享受でき、優れた信頼性を発揮することができる。

以上、本発明のセンサーデバイス、電子機器および移動体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。

また、前述した実施形態では、センサーとして、角速度を検出可能なジャイロセンサーを用いた構成について説明したが、センサーとしては、離調周波数を有する物理量センサーであれば特に限定されず、例えば、加速度を検出可能な加速度センサーであってもよいし、加速度と角速度とを共に検出可能な複合センサーであってもよい。

１…センサーデバイス、１１、１２…接合部材、２…センサー、３…パッケージ、３１…ベース、３１１…凹部、３２…リッド、３３１、３３２…内部端子、３３３…外部端子、４…ジャイロセンサー素子、４１…振動体、４２…基部、４３１、４３２…検出腕、４４１、４４２…連結腕、４５１、４５２、４５３、４５４…駆動腕、４８１…駆動信号電極、４８２…駆動接地電極、４８３…第１検出信号電極、４８４…第１検出接地電極、４８５…第２検出信号電極、４８６…第２検出接地電極、５…支持基板、５１…基部、５２…リード、５８、５９…接合部材、６…ＩＣ、７…リード、７ａ…第１リード、７ｂ…第２リード、７１…第１屈曲部、７２…第２屈曲部、７３…基端部、７３１…第３屈曲部、７３２…第４屈曲部、７３３…第１基端部、７３４…第２基端部、７３５…第３基端部、７４…中央部、７５…先端部、７９…固定部、８…樹脂部、９…実装基板、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、Ａ、Ｂ…矢印、ＢＷ、ＢＷ１…ボンディングワイヤー、Ｄ…離間距離、Ｆ…面、Ｌ１、Ｌ２…長さ、Ｓ…内部空間、Ｔ…厚さ、Ｗ…幅、ωｚ…角速度

Claims (13)

1. 物理量を検出するセンサーと、
   一端側に前記センサーが取り付けられ、他端側に実装用の固定部を有するリードと、を備え、
   前記リードの固有振動数をｆ１とし、前記センサーの駆動振動モードの周波数と検出振動モードの周波数との差の絶対値である離調周波数をｆ２としたとき、
   

   

   の関係を満足することを特徴とするセンサーデバイス。
2. 前記センサーは、検出軸まわりの角速度を検出する角速度センサーである請求項１に記載のセンサーデバイス。
3. 前記リードの前記検出軸に沿った方向でのバネ定数は、０．０１Ｎ／ｍｍ以上、かつ、２．０Ｎ／ｍｍ以下である請求項２に記載のセンサーデバイス。
4. 前記リードの前記検出軸に直交する方向でのバネ定数は、０．０２Ｎ／ｍｍ以上、かつ、４．０Ｎ／ｍｍ以下である請求項２に記載のセンサーデバイス。
5. 前記リードの前記検出軸に直交する方向でのバネ定数は、０．０４Ｎ／ｍｍ以上、かつ、６．０Ｎ／ｍｍ以下である請求項２に記載のセンサーデバイス。
6. 前記リードは、第１屈曲部と、前記第１屈曲部よりも前記他端側に位置する第２屈曲部と、を有している請求項１ないし５のいずれか１項に記載のセンサーデバイス。
7. 前記センサーを覆う樹脂部を有し、
   前記第１屈曲部および前記第２屈曲部は、それぞれ、前記樹脂部の外側に位置している請求項６に記載のセンサーデバイス。
8. 前記リードでは、前記第２屈曲部よりも前記他端側に前記固定部が位置している請求項６または７に記載のセンサーデバイス。
9. 前記第２屈曲部は、前記第１屈曲部と反対側に屈曲している請求項６ないし８のいずれか１項に記載のセンサーデバイス。
10. 前記第２屈曲部は、前記第１屈曲部と同じ側に屈曲している請求項６ないし８のいずれか１項に記載のセンサーデバイス。
11. 前記リードとして、前記センサーに対して互いに反対側に位置している第１リードおよび第２リードを有している請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のセンサーデバイス。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のセンサーデバイスを有することを特徴とする電子機器。
13. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のセンサーデバイスを有することを特徴とする移動体。

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