專利名稱：角速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及角速度傳感器，更具體地涉及一種利用音叉式振動(dòng)器(tuning fork type vibrator)的角速度傳感器。
背景技術(shù)：
角速度傳感器檢測(cè)物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度。角速度傳感器用于避免在拍攝圖像中由于手的運(yùn)動(dòng)而引起的圖像模糊，并用于諸如汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的位置檢測(cè)系統(tǒng)、以及汽車和機(jī)器人用的姿勢(shì)控制系統(tǒng)。
已知一種帶有音叉式振動(dòng)器的角速度傳感器，該音叉式振動(dòng)器用作角速度傳感器的一個(gè)元件，用于感測(cè)角速度。音叉式振動(dòng)器在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于制造方面是優(yōu)選的。日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_平11-230758號(hào)公報(bào)公開了一種音叉式振動(dòng)器，如圖1所示。參照該圖，音叉式振動(dòng)器1具有一對(duì)臂2以及基部3，該基部將臂2的在同一側(cè)的端部相連接。臂2的另一端是自由端?；?的下端用作固定端，該固定端通過導(dǎo)電粘合劑以電和機(jī)械的方式固定于外殼(package)4上的電極焊盤5。
所述音叉式振動(dòng)器可以通過一部件附著于外殼，或者可以直接附著于其上。在任一情況下，振動(dòng)器的振動(dòng)都可能傳遞至外殼，并可能泄漏到振動(dòng)器之外。具體地，在外殼由諸如陶瓷的輕質(zhì)材料制成的情況下，由于振動(dòng)的泄漏，所述音叉式振動(dòng)器的特性可能會(huì)不穩(wěn)定。這會(huì)在角速度檢測(cè)中產(chǎn)生誤差。上述申請(qǐng)公報(bào)中所公開的現(xiàn)有技術(shù)完全沒有考慮振動(dòng)的泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種緊湊的、振動(dòng)泄漏減少的高精密角速度傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種角速度傳感器，該角速度傳感器包括感測(cè)角速度的振動(dòng)器；以及安裝有所述振動(dòng)器的外殼，所述振動(dòng)器布置在所述外殼中，以使得所述振動(dòng)器的寬度方向與所述外殼的長(zhǎng)邊方向一致。


結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)描述，將更清楚本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中圖1是傳統(tǒng)角速度傳感器的分解立體圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的角速度傳感器的平面圖；圖3A至圖3D示出了用在圖2所示的角速度傳感器中的支撐架，其中圖3A示出了展開圖；圖3B示出了平面圖；圖3C示出了正視圖；而圖3D示出了支撐音叉式振動(dòng)器并安裝在外殼上的支撐架；圖4是示出了表示外殼寬度與音叉式振動(dòng)器的振動(dòng)泄漏之間的關(guān)系的仿真結(jié)果的曲線圖；圖5是外殼的立體圖；圖6A示出了其中音叉式振動(dòng)器在外殼中以角θ1傾斜的布置；圖6B示出了其中音叉式振動(dòng)器在外殼中以另一角θ2傾斜的另一布置；圖7A和圖7B示出了音叉式振動(dòng)器的電極圖案；圖8示出了其上安裝有音叉式振動(dòng)器的外殼被一蓋覆蓋的布置；圖9示出了容納有音叉式振動(dòng)器的外殼被安裝在板上的布置；圖10A、圖10B和圖10C示出了容納有音叉式振動(dòng)器的外殼被安裝在板上的其它布置；以及圖11示出了容納有音叉式振動(dòng)器的外殼被安裝在板上的進(jìn)一步布置。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的角速度傳感器的結(jié)構(gòu)。角速度傳感器100具有音叉式振動(dòng)器10、支撐該音叉式振動(dòng)器10的支撐架20、以及陶瓷制成的外殼30。振動(dòng)器10具有基部13以及兩個(gè)臂11和12，這兩個(gè)臂從基部13沿相同方向延伸并彼此間隔開。
支撐架20支撐音叉式振動(dòng)器10的基部，并將該音叉式振動(dòng)器10固定于外殼30。圖3A示出了支撐架20的展開圖，圖3B是其平面圖。圖3C是支撐架20的正視圖，圖3D示出了安裝在外殼30上的支撐架20。如圖3A所示，支撐架20具有平坦部、臂部22和腿部23。音叉式振動(dòng)器10安裝在平坦部21上。臂部22支撐供安裝音叉式振動(dòng)器10的平坦部21。腿部23以穩(wěn)定的狀態(tài)將平坦部21和臂部22固定于外殼30。
平坦部21和基部13通過例如由環(huán)氧樹脂制成的粘合劑而彼此固定。該固定可以以高生產(chǎn)率來實(shí)現(xiàn)。如圖3C所示，使臂部22成曲線或彎曲成弓形形狀。臂部22可以彈性彎曲以支撐音叉式振動(dòng)器10。腿部23具有與外殼30接觸的大接觸面積，從而能以穩(wěn)定狀態(tài)支撐外殼30。
此外，支撐架20具有設(shè)在平坦部21中的L形折疊部，該L形折疊部用于支撐音叉式振動(dòng)器10的基部13。L形折疊部24增加了支撐架20的支撐面積并增強(qiáng)了粘合強(qiáng)度。圖3D示出了沿圖2所示的線A-A’剖取的剖面，并示出了支撐音叉式振動(dòng)器10的支撐架20。
外殼30可以由陶瓷材料制成。在外殼30中設(shè)有觸排(bank)32、以及供安裝電子部件(可以是例如IC芯片)33的安裝區(qū)域。在觸排32的上表面上設(shè)有用于與音叉式振動(dòng)器10進(jìn)行電連接的焊盤(pad)31。如稍后所述，觸排32用作振動(dòng)器定位部件。
在本實(shí)施例中，音叉式振動(dòng)器10以這樣的方式安裝在外殼30上，以使得音叉式振動(dòng)器10的寬度方向(短邊方向)與外殼30的長(zhǎng)邊方向一致。更具體地，假設(shè)W和L分別是外殼30的寬度和長(zhǎng)度，則外殼30設(shè)計(jì)成使得寬度W比平行于音叉式振動(dòng)器10的長(zhǎng)邊方向的長(zhǎng)度L更大。以這種方式，外殼30的寬度W相對(duì)加大。支撐音叉式振動(dòng)器10的外殼30的加大的寬度W致使慣性增加，從而使得音叉式振動(dòng)器10的振動(dòng)難以泄漏到外殼之外。
圖4示出了表示外殼寬度與音叉式振動(dòng)器10的振動(dòng)泄漏之間的關(guān)系的仿真結(jié)果。圖4的曲線圖的縱軸表示其中音叉式振動(dòng)器10被外殼30支撐的第一種情況與其中音叉式振動(dòng)器10未被支撐的第二種情況之間的音叉式振動(dòng)器10的諧振頻率之差(Δfy[Hz])。在該仿真中，外殼30的長(zhǎng)度L定為5[mm]，諧振頻率之差繪制成外殼30的寬度W的函數(shù)。從圖4中可以看出，諧振頻率之差Δfy隨著寬度W的增大而減小。具體地，當(dāng)外殼寬度W等于或大于外殼長(zhǎng)度L(＝5[mm])時(shí)，諧振頻率之差Δfy小到僅5[Hz]或更低。隨著諧振頻率之差Δfy變小，振動(dòng)泄漏減少。
音叉式振動(dòng)器10可按以下布置容納在外殼30中。
角速度傳感器100可以安裝在附著于車輛的儀表板的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)上。若儀表板傾斜，則角速度傳感器100的感測(cè)軸線也傾斜，從而增大了角速度感測(cè)中的誤差?？紤]到上述情況，以成給定角度的傾斜狀態(tài)將音叉式振動(dòng)器10附著于外殼30。音叉式振動(dòng)器10的傾斜附著提高了感測(cè)精度。
借助外殼30的觸排32可容易且準(zhǔn)確地將振動(dòng)器10定位在傾斜狀態(tài)。如圖2所示，觸排32可設(shè)置在音叉式振動(dòng)器10的兩側(cè)。此外，如圖5所示，左右觸排32具有面對(duì)音叉式振動(dòng)器10的表面，這些表面相對(duì)于外殼30的短邊方向形成不同角度。如圖6A和圖6B所示，左右觸排32可用于定位音叉式振動(dòng)器10。參照?qǐng)D6A，音叉式振動(dòng)器10定位成使得支撐架20與右觸排32的相對(duì)表面接合。這樣，音叉式振動(dòng)器10可相對(duì)于外殼30的短邊方向以角θ1確實(shí)地傾斜。參照?qǐng)D6B，音叉式振動(dòng)器10定位成使得支撐架20與左觸排32的相對(duì)表面接合。這樣，音叉式振動(dòng)器10可相對(duì)于外殼30的短邊方向以角θ2確實(shí)地傾斜。以這種方式，音叉式振動(dòng)器10可以以角θ1或θ2的傾斜狀態(tài)附著于外殼30。應(yīng)注意，外殼30相對(duì)于諸如儀表板的附著表面并未傾斜，但是音叉式振動(dòng)器10相對(duì)于外殼30傾斜。這樣，不管附著方式如何，角速度傳感器100處于附著狀態(tài)的高度不變。這有助于使供附著角速度傳感器100的裝置小型化。此外，音叉式振動(dòng)器10可以在寬度W大于長(zhǎng)度L的外殼30內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
音叉式振動(dòng)器10和外殼30如以下方式電連接。參照?qǐng)D7A和圖7B，音叉式振動(dòng)器10具有電極。圖7A示出了音叉式振動(dòng)器10的前側(cè)，圖7B示出了其后側(cè)。在臂11上設(shè)置有檢測(cè)電極11a、11b和11c。檢測(cè)電極11a和11b通過電極11d相連。檢測(cè)電極11a設(shè)有引出電極(extractionelectrode)11f。電極11c連接至引出電極11e。類似地，在臂12上設(shè)置有檢測(cè)電極12a、12b和12c。檢測(cè)電極12a和12b通過電極12d相連。檢測(cè)電極12a設(shè)有引出電極12f。電極12c連接至引出電極12e。在音叉式振動(dòng)器10的前表面上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電極14a，該驅(qū)動(dòng)電極連接至引出電極14b。類似地，在音叉式振動(dòng)器10的后表面上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電極15a，該驅(qū)動(dòng)電極連接至引出電極15b。
如圖2所示，圖7A和圖7B中所示的電極通過導(dǎo)線36與設(shè)在外殼30上的焊盤31接合。焊盤31設(shè)在觸排32上，并電連接至設(shè)在外殼30上或外殼30中的互連件(interconnection)。
例如可以是IC芯片的電子部件33安裝在外殼30的安裝區(qū)域上。在外殼30上設(shè)置有用于與電子部件33進(jìn)行連接的電極34，所述電極通過導(dǎo)線35連接至電子部件33。圖2示出了其中電子部件33通過接合線連接至外殼30的示例性布置?？蛇x地，可以通過倒裝式接合(flip-chipbonding)而進(jìn)行與電子部件33的電連接。
在外殼30的前部上設(shè)有金屬蓋(蓋部件)60，從而使音叉形振動(dòng)器10氣密密封。蓋60具有兩級(jí)結(jié)構(gòu)。蓋60以這樣的方式安裝在外殼30上，以使得蓋60的內(nèi)部分比接觸外殼30的頂部并進(jìn)入外殼30中的周向端部(外部分)厚。蓋60的厚的內(nèi)部分增加了蓋60的重量，從而可使得慣性變大?？梢栽谏w60的周向端部設(shè)置有由例如科瓦鐵鎳鈷合金(Kovar)制成的金屬重物(weight)61，從而可增加外殼30的重量。金屬重物61設(shè)置在外殼30的周邊部分。增大的慣性使振動(dòng)更難泄漏到外殼30之外。
如圖9所示，容納有音叉式振動(dòng)器10的外殼30接合于印刷電路板50。印刷電路板50通過支撐板51以豎直布置被支撐。支撐板51沿垂直于角速度傳感器的安裝平面的方向支撐印刷電路板。在印刷電路板50的與供安裝外殼30的表面相反的表面上安裝有電路部件52。如圖10A、圖10B和圖10C所示，外殼30可以按與圖9所示的布置不同的方式安裝于印刷電路板50。圖10A和圖10B示出了其中印刷電路板50用作外殼30的蓋的布置。即，印刷電路板50附著于外殼30，以使得電子部件33被外殼30覆蓋。在圖10A中，電子部件33附著于印刷電路板50。在圖10B中，電子部件33附著于外殼30。圖10C示出了放在外殼30上的蓋60。電子部件33沒有設(shè)置在外殼30中，而是附著于印刷電路板50的與供設(shè)置外殼30的表面相反的表面。
圖11是這樣一種布置的立體圖，即，將安裝在印刷電路板50上的外殼30安裝在通過模制形成的基底70上。印刷電路板50通過引導(dǎo)件(lead)而72支撐在基底70上。在基底70上設(shè)置有用于與外部裝置進(jìn)行連接的外部端子71。音叉式振動(dòng)器10相對(duì)于垂直方向傾斜。
本發(fā)明不限于具體描述的實(shí)施例，而是可以在不背離權(quán)利要求所要求的范圍的情況下，作出其它實(shí)施例、變型和修改。例如，所述音叉式振動(dòng)器可以具有二至四個(gè)臂。
本發(fā)明基于2005年9月6日提交的日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_第2005-258515號(hào)公報(bào)，這里通過引用將其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種角速度傳感器，該角速度傳感器包括感測(cè)角速度的振動(dòng)器；以及安裝有所述振動(dòng)器的外殼，所述振動(dòng)器布置在所述外殼中，以使得所述振動(dòng)器的寬度方向與所述外殼的長(zhǎng)邊方向一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，所述振動(dòng)器附著于所述外殼，以使得該振動(dòng)器相對(duì)于垂直方向傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，所述外殼具有一定位部件，該定位部件將所述振動(dòng)器定位成這樣，即，該振動(dòng)器在所述外殼中以給定角度傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，所述外殼具有多個(gè)定位部件，這些定位部件將所述振動(dòng)器定位成這樣，即，該振動(dòng)器在所述外殼中以相應(yīng)的不同角度傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，該角速度傳感器還包括用于氣密密封所述外殼中的所述振動(dòng)器的蓋，該蓋的內(nèi)部分比外部分厚。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，該角度傳感器還包括設(shè)置于所述外殼的周邊部分的重物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角速度傳感器，其特征在于，該角速度傳感器還包括支撐所述外殼的印刷電路板，和沿垂直于所述角速度傳感器的安裝平面的方向支撐所述印刷電路板的支撐板。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的角速度傳感器，其特征在于，該角速度傳感器還包括安裝在所述印刷電路板上的電子部件，其中所述外殼附著于所述印刷電路板以覆蓋所述電子部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的角速度傳感器，其特征在于，該角速度傳感器還包括安裝在所述印刷電路板的第一表面上的電子部件，其中所述外殼附著于所述印刷電路板的與所述第一表面相反的第二表面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種角速度傳感器。該角速度傳感器包括感測(cè)角速度的振動(dòng)器、以及安裝有所述振動(dòng)器的外殼。所述振動(dòng)器布置在所述外殼中，以使得該振動(dòng)器的寬度方向與所述外殼的長(zhǎng)邊方向一致。所述振動(dòng)器可附著于所述外殼，以使得該振動(dòng)器相對(duì)于垂直方向傾斜。
文檔編號(hào)G01P9/04GK1928496SQ200610128999
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者太田和弘, 細(xì)川季展, 田中浩, 谷內(nèi)雅紀(jì), 宮下勉, 石川寬 申請(qǐng)人:富士通媒體部品株式會(huì)社, 富士通株式會(huì)社