JP6255865B2 - センサーユニット、電子機器、および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、センサーユニット、それを備えた電子機器、および移動体に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されているような、台座に支持された回路基板に駆動部を振動させる振動型角速度センサーや可動体を備えた加速度センサー等の慣性センサーやコネクターなどの電子部品が搭載され、回路基板や電子部品が蓋部材で覆われているセンサーモジュールが知られている。このセンサーモジュールでは、台座に設けられた複数の突出部によって基板が支持されている。また、このセンサーモジュールでは、蓋部材の側面に設けられた開口部にコネクターが露出している。センサーモジュールを搭載する電子機器の実装基板（制御回路）とセンサーモジュールとの電気的接続は、嵌め合わされたコネクターから延在するケーブルやフレキシブル配線基板などの接続部材によって行われる。

特開２０１３−１９８２６号公報

しかしながら、前述の構成では、複数の突出部を有しているため、それぞれの高さにばらつきを生じ易く、これらの突出部を介して台座に支持されている基板と台座との位置関係がばらつく、所謂基板が支持される姿勢精度のばらつきを生じ易い。この姿勢精度にばらつきを生じると、センサーユニットを実装基板などに取り付けた際のセンサーデバイスの検出軸のばらつきとなりセンサーの検出精度が低下してしまう虞を有していた。また、前述の構成では、電子機器の実装基板とセンサーモジュールとの電気的接続が、嵌め合わされたコネクターから延在するケーブルやフレキシブル配線基板などの接続部材によって行われている。この接続部材は、コネクターから延在する部分が共振する共振周波数を有している。そして、共振周波数近傍の周波数の振動が加わると、共振状態となって振動を増幅してしまい、その振動がコネクターを介して回路基板、および慣性センサーに伝播する。具体的には、振動型角速度センサーの駆動部や加速度センサーの可動体に振動が伝搬し、慣性センサーの検出、出力特性に影響を与えてしまう虞を有していた。

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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るセンサーユニットは、外面に配置されている電極を備えたセンサーデバイスと、前記センサーデバイスに接続されたコネクターと、が設けられた基板と、平面視で前記センサーデバイスと重なる位置に設けられた部品収納部と、前記部品収納部より厚い肉厚を有し、且つ交差する２方向に延在する基板接合部と、前記コネクターの少なくとも一部が露出する開口部と、が備えられた台座と、を備え、前記基板は、前記基板接合部と接続されていることを特徴とする。

本適用例によれば、部品収納部より厚い肉厚を有する基板接合部が、交差する２方向に延在して設けられている。そしてこの基板接合部にセンサーデバイスおよびコネクターが接続された基板が接続される。基板接合部は、肉厚が厚く交差する２方向に延在しているため剛性が高く、且つ台座の底面を基準として一体的に高さを揃えることができるため、高さのばらつきを抑えることができ、基板の接合姿勢を安定させることができる。これにより、台座の底面（実装基板への接続面）基準での基板の姿勢を揃える（ばらつきを小さくする）ことが可能となり、結果としてセンサーデバイスの検出軸方向のばらつきを抑えることができ、検出精度を安定させることができる。また、台座の開口部からコネクターが露出しているため、センサーユニットが接続される実装基板のコネクターとセンサーユニットのコネクターとを直接接続することができる。これにより、従来用いていた配線やフレキシブル配線基板などが不要となり、配線やフレキシブル配線基板の共振現象が基板を介して慣性センサーに伝播し、慣性センサーの特性に影響を与えることを防止することができる。

［適用例２］上記適用例に記載のセンサーユニットにおいて、前記基板は、互いに表裏関係にある第１面および第２面と、側面と、前記第１面の輪郭に沿って配置されている導電端子と、を備え、少なくとも一つの前記センサーデバイスは、前記外面が前記基板の前記側面と対向し、前記電極と前記導電端子とが導電体により接合されて前記基板に固定されていることが好ましい。

本適用例によれば、センサーデバイスを基板の側面に対向して実装し、センサーデバイスの電極と基板の導電端子とを導電体により電気的かつ機械的に確実に固定することができ、既存のセンサーパッケージを用いて小型で低背なセンサーユニットを提供できる。

［適用例３］上記適用例に記載のセンサーユニットにおいて、前記センサーデバイスと前記台座との間には、間隙を有していることが好ましい。

本適用例によれば、センサーデバイスと台座との間に間隙を設けることにより、外部から台座が受ける衝撃、あるいは変形などの応力が、センサーデバイスに直接伝わることを防止することができ、センサーデバイスの検出精度を高めることが可能となる。

［適用例４］上記適用例に記載のセンサーユニットにおいて、前記部品収納部の前記側面に実装されたセンサーデバイスと平面視で重なる部分が、他の前記部品収納部よりも薄肉になっていることが好ましい。

本適用例によれば、基板の側面に実装されたセンサーデバイスと平面視で重なる部分の台座を薄肉とすることにより、センサーユニットの高さ方向の寸法を小さくすることができる。

［適用例５］上記適用例に記載のセンサーユニットにおいて、前記基板接合部は、前記部品収納部の周囲に設けられていることが好ましい。

本適用例によれば、基板が、その外周部において基板接合部に接合して支持されることから、基板のばたつきや撓みが抑えられ、基板に接続されているコネクターの脱着をよりスムースに、確実に行うことができる。

［適用例６］上記適用例に記載のセンサーユニットにおいて、前記コネクターの外周部と前記開口部の周縁との間には、充填材が設けられていることが好ましい。

本適用例によれば、コネクターの外周部と開口部の周縁との間に設けられている充填材によって、コネクターの外周部と開口部の周縁との間の開口が塞がれるため、開口からの水分、塵などの異物侵入を防止することが可能となる。

［適用例７］上記適用例に記載のセンサーユニットにおいて、前記コネクターの入出力面は、前記台座の内側に位置していることが好ましい。

本適用例によれば、コネクターが、台座の前記基板が接続される面の反対面、即ち台座の実装基板側の面から突出していない。これにより、不測の事態によるコネクターの破損を防止することが可能となる。

［適用例８］上記適用例に記載のセンサーユニットにおいて、前記基板を覆う蓋部材を備え、前記蓋部材は前記台座に接続されていることが好ましい。

本適用例によれば、蓋部材が台座に接続されているため、この蓋部材により、基板に接続・装着されているセンサーデバイスやコネクターなどの部品を保護することができる。また、水分、塵などの異物侵入を防止することが可能となり、センサーユニットの信頼性を向上させることができる。

［適用例９］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載のセンサーユニットを備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、センサーデバイスに外部から加わる共振振動、応力変動などが抑制され、より安定した測定を行うことができると共に、センサーデバイスの検出軸のばらつきが抑制され、センサーの検出精度を向上させたセンサーユニットを備えているため、より信頼性の高い電子機器を提供することが可能となる。

［適用例１０］本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載のセンサーユニットを備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、センサーデバイスに外部から加わる共振振動、応力変動などが抑制され、より安定した測定を行うことができると共に、センサーデバイスの検出軸のばらつきが抑制され、センサーの検出精度を向上させたセンサーユニットを備えているため、より信頼性の高い移動体を提供することが可能となる。

第１実施形態に係るセンサーユニットの概略構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正断面図、（ｃ）は底面図。 第１実施形態における台座の概略を示す斜視図。 センサーユニットの実装例を示す正断面図。 第２実施形態に係るセンサーユニットの概略構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は底面図。 第２実施形態における台座の概略を示す斜視図。 台座の変形例を示す斜視図。 一実施形態に係る電子機器の構成を概略的に示すブロック図。 一実施形態に係る移動体の構成を概略的に示すブロック図。 一実施形態に係る機械の構成を概略的に示すブロック図。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
（センサーユニットの構成）
図１は、第１実施形態に係るセンサーユニットの外観を概略的に示す図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正断面図、図１（ｃ）は底面図である。なお、図１（ａ）では、図を見易くするため、蓋部材としてのキャップを省略した図としている。また、図２は、第１実施形態における台座の概略を示す斜視図である。

図１に示すように、第１実施形態に係るセンサーユニット１０は、センサーデバイスとしての第１センサーデバイス２３と、第１センサーデバイス２３に接続されたコネクター１４とが設けられた基板１１と、基板１１を載置し且つコネクター１４が露出する開口部としての貫通孔１３を備えた台座２０と、を含む。また、センサーユニット１０は、台座２０に接続されて基板１１を覆う蓋部材としてのキャップ２４を備えている。第１センサーデバイス２３は、基板１１と台座２０との間に設けられた間隙である部品収納部１９と平面視（図示Ｚ軸方向から見たとき）で重なる位置に配置されている。なお、本実施形態では、第１センサーデバイスとして慣性センサーを用いた例で説明する。以下、構成部材について他の構成部材も含め詳細を説明する。

（基板）
基板１１は、表裏に主面が設けられ、一方の主面である第１面１１ａと、第１面１１ａと表裏関係にある他方の主面である第２面１１ｂと、第１面１１ａと第２面１１ｂとを繋ぐ側面を備えている。そして、基板１１は、後述する台座２０の基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、図中ハッチングで示す接続領域Ｒ１の位置で接続されている。基板１１は、例えば樹脂やセラミックといった絶縁体から形成される。基板１１の第１面１１ａおよび第２面１１ｂには、例えばめっき成膜で導電材から形成される配線パターン（実装配線や導電端子、電極など）が形成されているが、図示を省略している。

台座２０に接続されている基板１１の部品収納部１９と平面視（Ｚ軸方向視）で重なる領域における第１面１１ａには、第１センサーデバイス２３、および第２センサーデバイス１８が実装されている。慣性センサーである第１センサーデバイス２３は、平たい略直方体の外形を有しており、外面の輪郭は長方形に形成されている。第１センサーデバイス２３は、図示しない複数の電極としての外部電極が外面に配置されている。そして、第１センサーデバイス２３は、部品収納部１９と平面視で重なる領域にあって、外面としての底面が基板１１の第１面１１ａに重ねられるように配置される。そして、第１センサーデバイス２３は、外面に設けられている電極と基板１１に設けられた導電端子とが電気的接続を取って基板１１に実装される。実装における接続には、例えばはんだ材といった接合材が用いられる。第１センサーデバイス２３は、一軸の検出軸５０を有する角速度センサー、すなわちジャイロセンサーから構成される。角速度センサーでは、検出軸５０が底面に直交しており、検出軸５０回りの角速度が検出される。なお、本例では、第１センサーデバイス２３を角速度センサーとして一つ用いる構成を例示したが、後述する第２実施形態のように第１センサーデバイス２３と同様なセンサーデバイスを複数用いて、多軸方向の検出軸回りの角速度を検出することが可能な構成とすることもできる。例えば、直交する三軸方向の角速度を検出する場合には、それぞれのセンサーデバイスを、それぞれ直交する三方向に底面を向けて基板１１に実装することで実現することができる。

第２センサーデバイス１８は、例えば、加速度センサーで構成されている。本例では、一軸（検出軸５０）方向の加速度を検出可能なセンサーを例示しており、検出軸５０に沿って加速度を検出することができる。なお、第２センサーデバイス１８は、多軸方向の加速度を検出可能な、例えば三軸加速度センサーで構成されてもよい。三軸加速度センサーを用いれば、直交三軸に沿って加速度を検出することができる。

基板１１の主面の内で、第１面１１ａと表裏関係にある第２面１１ｂには、コネクター１４、チップ抵抗やチップコンデンサーといったその他の電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などが実装されている。実装における接続には、例えば、はんだ材といった接合材が用いられる。なお、チップ抵抗またはチップコンデンサーをセンサーデバイスからの出力特性の改善に用いてもよい。また、コネクター１４、その他の電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などは、図示しない配線パターンで相互に電気的に接続される。なお、コネクター１４は、その底面（固定面）が基板１１の第２面と重なるように配置され、基板１１の第２面１１ｂに取り付けられている。このように、コネクター１４が取り付けられることで、第１センサーデバイス２３の検出軸５０の方向とコネクター１４の挿入方向とを、基板１１を介して合わせることが可能となる。

なお、上述では、基板１１の第１面１１ａに、第１センサーデバイス２３、および第２センサーデバイス１８が実装され、第２面１１ｂに、コネクター１４、電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などが実装されている例で説明したが、実装する面、および組み合わせを特定するものではない。例えば、第１面１１ａに、電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などが実装され、第２面１１ｂに、コネクター１４、第１センサーデバイス２３、および第２センサーデバイス１８などが実装されている構成であってもよい。

（台座）
ここで、台座２０について、図２も加えて参照しながら詳細を説明する。台座２０は、基板１１の第２面１１ｂと対向するように設けられている。台座２０は、基板１１の第２面１１ｂと対向するように設けられた板状の基体２５と、基体２５の外周に沿って基体２５から基板１１の第２面１１ｂに向かって突出する、基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃとが設けられている。台座２０は、下面（外底面）２０ｂと、下面２０ｂと表裏関係であって基体２５の内底面である上面２０ａと、基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの上面である基板１１との接合面２２ｆとを有している。基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれの接合面２２ｆは、同一面で形成されている。

基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、基体２５の厚みＨ１（肉厚：上面２０ａと下面２０ｂとの厚さ）より大きな厚みＨ２（肉厚：接合面２２ｆと下面２０ｂとの厚さ）を有している。即ち、基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、基体２５の上面２０ａから突出している。また、本例では、Ｘ軸方向の端部にあってＹ軸方向に延びる基板接合部２２ａと、Ｙ軸方向の両端部にあってＸ軸方法に延びる基板接合部２２ｂ，２２ｃとで突出部２２が形成されている。そして、突出している基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの内側面と基体２５の上面２０ａとで形成される空間領域が部品収納部１９となる。

台座２０の基板接合部２２ａには、接合面２２ｆから下面２０ｂに貫通する貫通孔１３が設けられている。貫通孔１３は、後述するように基板１１が台座２０に接続された際に、基板１１に接続されているコネクター１４を収納するように設けられている。貫通孔１３は、コネクター１４の外形よりも一回り大きな形状を有した孔である。本例の貫通孔１３は、矩形状の開口を有した孔である。さらに、台座２０には、基体２５の外周端部に薄肉状に設けられた鍔部２１が設けられている。

そして、基板１１の外周部およびコネクター１４を挿入する貫通孔１３の外周部を含む接続領域Ｒ１において、基板１１が基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ上に接続されることにより、台座２０に基板１１が支持される。基板１１の接続方法は特に限定されないが、例えば接着剤による接続、あるいはネジ止めによる固定などを用いることができる。なお、接着剤による固定とネジ止めとを併用するのが好ましく、これにより、突出部２２への基板１１の固定を確実に行うことができる。また、台座２０と基板１１との間に接着剤の層が介在するため、台座２０からの振動を接着剤が吸収、緩和し、基板１１の不要な振動が抑制される。その結果、センサーユニット１０の検出精度がより向上する。

なお、基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、少なくとも交差する２方向に延在していればよく、基板１１を確実に接続することが可能である。例えば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のそれぞれに複数の突起部が設けられてもよいし、基板接合部２２ａのＹ軸方向の中央部からＸ軸方向に向かって延在する一つの突起部が設けられている構成でもよい。このように、基板１１が、その外周部において、部品収納部１９の周囲に設けられている基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃに接合して支持されることから、基板１１のばたつきや撓みが抑えられ、基板１１に接続されているコネクター１４の脱着をよりスムースに、確実に行うことができる。また、コネクター１４の周囲で基板１１と台座２０とが接合されることから、コネクター１４の接続されている周辺の基板１１が撓み難くなり、コネクター１４の脱着をよりスムースに、確実に行うことができる。

上面２０ａを基準としたときの突出部２２の高さは、突出部２２に基板１１が接続されたとき、コネクター１４の入出力面１４ａが、貫通孔１３の内に収まるように設定される。換言すれば、突出部２２に基板が接続されたとき、コネクター１４の入出力面１４ａが基体２５の下面２０ｂ（台座２０の下面）より内側（上面２０ａ側）に位置している。このように構成することで、不測の事態が起こってもコネクター１４に衝撃や負荷が加わることが防止でき、コネクター１４の破損を防止することが可能となる。なお、貫通孔１３とコネクター１４の外周部との隙間には、充填材１６が配設されている。このように充填材１６によって隙間が埋められていることにより、台座２０の下面（基体２５の下面２０ｂ）への開口部が塞がれるため、台座２０の下面側から基板１１と台座２０との間に設けられた間隙である部品収納部１９への水分、塵などの異物侵入を防止することが可能となる。

台座２０をこのような構成とすることにより、基板１１を簡単に支持することができるとともに、基板１１と基体２５との間に、チップ抵抗やチップコンデンサーといったその他の電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などを収容するスペース（部品収納部１９）を確保することができる。このようにして基板１１を固定すると、基板１１と基体２５との間に空間が形成され、当該空間内に、電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などが収容される。これにより、これら部品と台座２０との接触が防止され、センサーユニット１０の信頼性が向上する。また、鍔部２１には、後述する蓋部材としてのキャップ２４が接合されている。キャップ２４は、例えばエポキシ樹脂を基材とした樹脂接着剤などを用いることにより、容易に台座２０に接合することができる。

このような台座２０の構成材料としては、特に限定されないが、制振特性を有する材料であるのが好ましい。これにより、基板１１の不要な振動が抑えられ、第１センサーデバイス２３、および第２センサーデバイス１８などの検出精度が向上する。このような材料としては、例えば、マグネシウム合金、鉄系合金、銅合金、マンガン合金、Ｎｉ−Ｔｉ系合金などの各種制振合金が挙げられる。

（蓋部材）
蓋部材としてのキャップ２４は、箱状をなしており、基板１１を覆うように鍔部２１の部分で台座２０に固定されている。キャップ２４は、台座２０の鍔部２１に沿った略矩形状の開口を有し、その開口が台座２０に向かうように配置され、樹脂接着剤などにより台座２０に接合されている。なお、キャップ２４の台座２０への接合方法は、ネジ止めを用いてもよい。

このようなキャップ２４の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリ−（４−メチルペンテン−１）、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル（液晶ポリマー）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン等、またはこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。また、アルミニウム、ステンレス、鉄系合金、銅系合金などの薄板に表面処理を施した材料を用い、プレス成型などによって形成されたキャップ２４を適用することもできる。

以上説明したセンサーユニット１０を実装基板に実装する構成について、図３を用いて説明する。図３は、センサーユニットの実装例を示す正断面図である。なお、同図においては、上述の実施形態と同じ構成には同符号を付してあり、また実装基板に係る構成は２点鎖線によって表してある。また、上述の実施形態と同じ構成の説明は省略する。

図３に示すように、センサーユニット１０は、コネクター１４（オス型コネクター）に実装基板３０側のコネクター３１（メス型コネクター）が挿入されるとともに、実装基板３０の上面３０ａに台座２０の下面２０ｂが重なるように配置されて接続されている。このように、センサーユニット１０のコネクター１４と実装基板３０のコネクター３１とを直接接続する。なお、コネクター１４がオス型コネクター、コネクター３１がメス型コネクターの例で説明したが、逆の構成、即ちコネクター１４がメス型コネクター、コネクター３１がオス型コネクターであってもよい。

また、センサーユニット１０の外周下部（図中符号Ｗで示す範囲）を接着剤２８などによって接合してもよい。この接合によって、センサーユニット１０を実装基板３０により強固に接合することができる。なお、接着剤２８は、センサーユニット１０の底面（台座２０の基体２５の下面２０ｂ）と実装基板３０との間に施してもよい。接着剤２８は、センサーユニット１０の外周下部の全周に亘って施すことでシール効果が生じる。このように、接着剤２８をセンサーユニット１０の外周下部の全周に亘って施すことでセンサーユニット１０の底面（台座２０の基体２５の下面２０ｂ）に位置する貫通孔１３からの異物侵入を防止することが可能となる。

また、センサーユニット１０の外周下部（図中符号Ｗで示す範囲）に位置するキャップ２４の表面に、接着剤２８の濡れ性を向上させるための処理を施すことが好ましい。この処理方法としては、ホーニング、あるいはエッチングなどによりキャップ２４の表面を粗くする処理（例えば、ＭＡＴ処理）などを用いることができる。また、キャップ２４の材質がアルミニウムを用いている場合には、図中符号Ｗで示す範囲を除きアルマイト処理を施し、図中符号Ｗで示す範囲にアルマイト処理を施さない方法を適用することができる。なお、符号Ｗで示す範囲は、キャップ２４の開口する端から１ｍｍ程度であることが好ましい。

このように、センサーユニット１０の外周下部（図中符号Ｗで示す範囲）の処理を行うことにより、図中符号Ｗで示す範囲における接着剤２８の濡れ性を向上させることができ、接着剤の塗布を確実に行うことが可能となる。また、図中符号Ｗで示す範囲以外への接着剤２８の流れ出しを防止することができる。これらにより、接着剤２８の塗布量を安定させ、シール効果をより確実にすることができる。

上述した第１実施形態のセンサーユニット１０によれば、部品収納部１９より厚い肉厚を有する基板接合部２２ａと基板接合部２２ｂおよび基板接合部２２ｃとが、交差する２方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）に延在して設けられている。そしてこの基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃに、例えば第１センサーデバイス２３やコネクター１４が接続された基板１１が接続される。基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、肉厚が厚く交差する２方向に延在しているため剛性が高く、且つ台座２０の底面（下面２０ｂ）を基準として一体的に接合面２２ｆの高さを揃えることができるため、高さのばらつきを抑えることができ、基板１１の接合姿勢を安定させることができる。これにより、台座２０の底面（実装基板への接続面である下面２０ｂ）基準での基板１１の姿勢を揃える（ばらつきを小さくする）ことが可能となり、結果として第１センサーデバイス２３などのセンサーデバイスの検出軸方向のばらつきを抑えることができ、検出精度を安定させることができる。

また、センサーユニット１０によれば、台座２０の開口部としての貫通孔１３の中にコネクター１４が露出しているため、センサーユニット１０が接続される実装基板３０のコネクター３１とセンサーユニット１０のコネクター１４とを直接接続することができる。これにより、従来用いていた配線やフレキシブル配線基板などが不要となり、配線やフレキシブル配線基板の共振現象が基板を介して慣性センサーとしての第１センサーデバイス２３に伝播し、第１センサーデバイス２３の特性に影響を与えることが生じなくなる。また、第１センサーデバイス２３は、台座２０と基板１１とが接続されている台座接合領域Ｒ１以外の位置で基板１１に接続されているため、台座２０から受ける応力変動（熱歪み、振動、衝撃など）が第１センサーデバイス２３に伝播し難い。したがって、本例のセンサーユニット１０は、外部からの共振振動、応力変動などを抑制し、より安定した測定を行うことが可能となる。

（第２実施形態）
次に、センサーユニットの第２実施形態について、図４、および図５を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係るセンサーユニットの概略構成を示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｃ）は底面図である。なお、図４（ａ）では、図を見易くするため、蓋部材としてのキャップを省略した図としている。また、図５は、第２実施形態における台座の概略を示す斜視図である。なお、前述の第１実施形態と同様の構成については同符号を付している。また、同じ構成についての説明は省略することがある。

図４に示すように、第２実施形態に係るセンサーユニット６０は、センサーデバイスとしての第１センサーデバイス２３と、第３センサーデバイス３３と、第４センサーデバイス４３と、第１、第３、第４センサーデバイス２３，３３，４３に接続されたコネクター１４とが設けられた基板１１と、基板１１を載置し且つコネクター１４が露出する開口部としての貫通孔１３を備えた台座４０と、を含む。また、センサーユニット６０は、台座４０に接続されて基板１１を覆う蓋部材としてのキャップ２４を備えている。第１センサーデバイス２３は、基板１１と台座４０との間に設けられた間隙である部品収納部１９と平面視（図示Ｚ軸方向から見たとき）で重なる位置における基板１１の第１面１１ａに所謂横置きで配置されている。また、第３センサーデバイス３３および第４センサーデバイス４３は、基板１１の切り欠き部１１ｈ，１１ｋに所謂縦置きで実装されている。この第１センサーデバイス２３、第３センサーデバイス３３および第４センサーデバイス４３の実装については後述する。なお、本実施形態では、第１センサーデバイス２３、第３センサーデバイス３３および第４センサーデバイス４３として慣性センサーを用いた例で説明する。以下、構成部材について他の構成部材も含め詳細を説明する。

（基板）
基板１１は、表裏に主面が設けられ、一方の主面である第１面１１ａと、第１面１１ａと表裏関係にある他方の主面である第２面１１ｂと、第１面１１ａと第２面１１ｂとを繋ぐ側面を備えている。加えて本例の基板１１は、２つの角部に切り欠き部１１ｈと切り欠き部１１ｋとを有している。切り欠き部１１ｈは、基板１１の第１面１１ａの向く方向であるＺ軸方向と直交するＹ軸方向に側面１１ｃを有している。また、切り欠き部１１ｋは、Ｚ軸方向およびＹ軸方向の双方と直交するＸ軸方向に側面１１ｄを有している。そして、基板１１は、後述する台座４０の基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、図中ハッチングで示す接続領域Ｒ１の位置で接続されている。基板１１は、例えば樹脂やセラミックといった絶縁体から形成される。基板１１の第１面１１ａおよび第２面１１ｂには、例えばめっき成膜で導電材から形成される配線パターン（実装配線や導電端子、電極など）が形成されている。また、切り欠き部１１ｈ，１１ｋの縁（第１面の輪郭）に沿った第１面１１ａには、後述する第３センサーデバイス３３および第４センサーデバイス４３を実装する導電端子が配置されている。なお、これらの配線パターン（実装配線や導電端子、電極など）は、図示を省略している。

台座４０に接続されている基板１１の部品収納部１９と平面視（Ｚ軸方向視）で重なる領域における第１面１１ａには、第１センサーデバイス２３、および第２センサーデバイス１８が実装されている。慣性センサーである第１センサーデバイス２３は、平たい略直方体の外形を有しており、外面の輪郭は長方形に形成されている。第１センサーデバイス２３は、図示しない複数の電極としての外部電極が外面に配置されている。そして、第１センサーデバイス２３は、部品収納部１９と平面視で重なる領域にあって、外面としての底面が基板１１の第１面１１ａに重ねられるように配置される。そして、第１センサーデバイス２３は、外面に設けられている導電端子と基板１１に設けられた電極とが電気的接続を取って、基板１１に実装される。実装における接続には、例えばはんだ材といった接合材が用いられるが図示では省略している。第１センサーデバイス２３は、一軸の検出軸５０を有する角速度センサー、すなわちジャイロセンサーから構成される。角速度センサーでは、検出軸５０が底面に直交しており、検出軸５０回りの角速度が検出される。

さらに、基板１１の切り欠き部１１ｈには、その側面１１ｃに第３センサーデバイス３３が実装されている。第３センサーデバイス３３は、図示しない複数の電極としての外部電極が外面（底面）に配置されている。そして、第３センサーデバイス３３は、部品収納部１９の内の段差部１９ｂ（図５参照）と平面視で重なる領域にあって、底面が切り欠き部１１ｈの側面１１ｃに対向し当接された状態で、基板１１に実装（固定）されている。第３センサーデバイス３３は、その底面（外面）に設けられている電極（図示せず）と、切り欠き部１１ｈの縁に沿って設けられている導電端子（図示せず）とが、例えばはんだ材といった接合材としての導電体３８によって電気的接続を取って実装される。第３センサーデバイス３３は、一軸の検出軸５１を有する角速度センサー、すなわちジャイロセンサーから構成される。角速度センサーでは、検出軸５１が底面に直交しており、Ｙ軸方向に沿った検出軸５１回りの角速度が検出される。

また、第３センサーデバイス３３と同様に、第４センサーデバイス４３も基板１１に実装されている。第４センサーデバイス４３は、基板１１の切り欠き部１１ｋに配置されている。第４センサーデバイス４３は、図示しない複数の電極が外面（底面）に配置されている。そして、第４センサーデバイス４３は、部品収納部１９の内の段差部１９ｃ（図５参照）と平面視で重なる領域にあって、底面が切り欠き部１１ｋの側面１１ｄに対向し当接された状態で、基板１１に実装（固定）されている。第４センサーデバイス４３は、その底面（外面）に設けられている電極（図示せず）と、切り欠き部１１ｋの縁に沿って設けられている導電端子（図示せず）とが、例えばはんだ材といった接合材としての導電体３９によって電気的接続を取って実装される。第４センサーデバイス４３は、一軸の検出軸５２を有する角速度センサー、すなわちジャイロセンサーから構成される。角速度センサーでは、検出軸５２が底面に直交しており、Ｘ軸方向に沿った検出軸５２回りの角速度が検出される。

第２センサーデバイス１８は、例えば、加速度センサーで構成されている。本例では、一軸（検出軸５０）方向の加速度を検出可能なセンサーを例示しており、検出軸５０に沿って加速度を検出することができる。なお、第２センサーデバイス１８は、多軸方向の加速度を検出可能な、例えば三軸加速度センサーで構成されてもよい。三軸加速度センサーを用いれば、直交三軸に沿って加速度を検出することができる。

基板１１の主面の内で、第１面１１ａと表裏関係にある第２面１１ｂには、コネクター１４、チップ抵抗やチップコンデンサーといったその他の電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などが実装されている。実装における接続には、例えば、はんだ材といった接合材が用いられる。なお、チップ抵抗またはチップコンデンサーをセンサーデバイスからの出力特性の改善に用いてもよい。また、コネクター１４、その他の電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などは、図示しない配線パターンで相互に電気的に接続される。なお、コネクター１４は、その底面（固定面）が基板１１の第２面１１ｂと重なるように配置され、基板１１の第２面１１ｂに取り付けられている。このように、コネクター１４が取り付けられることで、第１センサーデバイス２３の検出軸５０の方向とコネクター１４の挿入方向とを、基板１１を介して合わせることが可能となる。

なお、上述では、基板１１の第１面１１ａに、第１センサーデバイス２３、および第２センサーデバイス１８が実装され、第２面１１ｂに、コネクター１４、電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などが実装されている例で説明したが、実装する面、および組み合わせを特定するものではない。例えば、第１面１１ａに、電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などが実装され、第２面１１ｂに、コネクター１４、第１センサーデバイス２３、および第２センサーデバイス１８などが実装されている構成であってもよい。

（台座）
ここで、台座４０について、図５も加えて参照しながら詳細を説明する。台座４０は、基板１１の第２面１１ｂと対向するように設けられている。台座４０は、基板１１の第２面１１ｂと対向するように設けられた板状の基体２５と、基体２５の外周に沿って基体２５から基板１１の第２面１１ｂに向かって突出する、基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃとが設けられている。台座４０は、下面（外底面）２０ｂと、下面２０ｂと表裏関係であって基体２５の内底面である上面２０ａと、基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの上面である基板１１との接合面２２ｆとを有している。基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれの接合面２２ｆは、同一面で形成されている。基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、基体２５の厚みＨ１（肉厚：上面２０ａと下面２０ｂとの厚さ）より大きな厚みＨ２（肉厚：接合面２２ｆと下面２０ｂとの厚さ）を有している。即ち、基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、基体２５の上面２０ａから突出している。また、本例では、Ｘ軸方向の端部にあってＹ軸方向に延びる基板接合部２２ａと、Ｙ軸方向の両端部にあってＸ軸方法に延びる基板接合部２２ｂ，２２ｃとで突出部２２が形成されている。

また、基板接合部２２ａが設けられている側と反対側の２つの角部には、上面２０ａから段差を有し、上面２０ａの部分よりさらに肉厚の薄い厚みＨ３を有する段差部１９ｂと段差部１９ｃが設けられている。段差部１９ｂおよび段差部１９ｃには、前述した第３センサーデバイス３３および第４センサーデバイス４３が配置される。このように段差部１９ｂ，１９ｃを設けることで、厚さの異なる領域が部品収納部１９に設けられることになり、部品収納部１９の剛性を高めることができる。これにより台座４０の剛性も高まり、台座４０の変形などを起こり難くすることができる。そして、突出している基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの内側面と基体２５の上面２０ａ、および段差部１９ｂおよび段差部１９ｃの上面２０ｃとで形成される空間領域が部品収納部１９となる。

さらに、台座４０の基板接合部２２ａには、接合面２２ｆから下面２０ｂに貫通する貫通孔１３が設けられている。貫通孔１３は、後述するように基板１１が台座４０に接続された際に、基板１１に接続されているコネクター１４を収納するように設けられている。貫通孔１３は、コネクター１４の外形よりも一回り大きな形状を有した孔である。本例の貫通孔１３は、矩形状の開口を有した孔である。また、台座４０には、基体２５の外周端部に薄肉状に設けられた鍔部２１が設けられている。

そして、基板１１の外周部およびコネクター１４を挿入する貫通孔１３の外周部を含む接続領域Ｒ１において、基板１１が基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ上に接続されることにより、台座４０に基板１１が支持される。台座４０への基板１１の支持については、前述の第１実施形態と同様であるのでここでの説明は省略する。

上面２０ａを基準としたときの突出部２２の高さは、突出部２２に基板１１が接続されたとき、コネクター１４の入出力面１４ａが、貫通孔１３の内に収まるように設定される。換言すれば、突出部２２に基板が接続されたとき、コネクター１４の入出力面１４ａが基体２５の下面２０ｂ（台座４０の下面）より内側（上面２０ａ側）に位置している。このように構成することで、不測の事態が起こってもコネクター１４に衝撃や負荷が加わることが防止でき、コネクター１４の破損を防止することが可能となる。なお、貫通孔１３とコネクター１４の外周部との隙間には、充填材１６が配設されている。このように充填材１６によって隙間が埋められていることにより、台座４０の下面（基体２５の下面２０ｂ）への開口部が塞がれるため、台座４０の下面側から基板１１と台座２０との間に設けられた間隙である部品収納部１９への水分、塵などの異物侵入を防止することが可能となる。

また、台座４０の基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ上に、基板１１を接続したときに、第３センサーデバイス３３および第４センサーデバイス４３は、段差部１９ｂおよび段差部１９ｃの上面２０ｃとの間に、間隙が設けられるように配置されている。このように、間隙を設けることにより、外部から台座４０が受ける衝撃、あるいは変形などの応力が、第３センサーデバイス３３および第４センサーデバイス４３などのセンサーデバイスに直接伝わることを防止することができ、センサーデバイスの検出精度を高めることが可能となる。

台座４０をこのような構成とすることにより、基板１１を簡単に支持することができるとともに、基板１１と基体２５との間に、チップ抵抗やチップコンデンサーといったその他の電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などを収容するスペース（部品収納部１９）を確保することができる。このようにして基板１１を固定すると、基板１１と基体２５との間に空間が形成され、当該空間内に、電子部品１５、およびＩＣチップ（集積回路）１７などが収容される。これにより、これら部品と台座４０との接触が防止され、センサーユニット１０の信頼性が向上する。また、鍔部２１には、後述する蓋部材としてのキャップ２４が接合されている。キャップ２４は、例えばエポキシ樹脂を基材とした樹脂接着剤などを用いることにより、容易に台座４０に接合することができる。なお、蓋部材としてのキャップ２４は、前述の第１実施形態と同様であるので本実施形態での説明は省略する。

このような台座４０の構成材料としては、特に限定されないが、制振特性を有する材料であるのが好ましい。これにより、基板１１の不要な振動が抑えられ、第１センサーデバイス２３、および第２センサーデバイス１８などの検出精度が向上する。このような材料としては、例えば、マグネシウム合金、鉄系合金、銅合金、マンガン合金、Ｎｉ−Ｔｉ系合金などの各種制振合金が挙げられる。

以上説明したセンサーユニット６０は、前述の第１実施形態と同様に実装基板に実装することができる。なお、実装構成、およびキャップ２４の表面処理などについては、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

上述した第１実施形態のセンサーユニット６０によれば、前述の第１実施形態と同様な効果を有すると共に、次のような効果も併せて有している。なお、ここでの説明では、第１実施形態と重複する効果の記載は省略し、異なる効果について記載する。

センサーユニット６０は、第３センサーデバイス３３を基板１１の切り欠き部１１ｈの側面１１ｃに実装し、第４センサーデバイス４３を、基板１１の切り欠き部１１ｋの側面１１ｄに実装している。このように、センサーデバイスを基板１１の側面１１ｃ，１１ｄに対向して実装し、第３センサーデバイス３３および第４センサーデバイス４３の電極と基板１１の導電端子とを接合材としての導電体３８，３９により電気的かつ機械的に確実に固定することにより、既存のセンサーパッケージを用いて小型で低背なセンサーユニットを提供できる。また、センサーユニット６０では、台座４０に段差部１９ｂ，１９ｃが設けられている。このように段差部１９ｂ，１９ｃを設けることで、センサーユニットの高さ方向の寸法を小さくすることができる。

（台座の変形例）
台座の変形例について、図６を参照しながら説明する、図６は、台座の変形例を示す斜視図である。図６に示す台座８０は、第２実施形態で説明した台座４０と基板接合部の構成が異なっている。本説明では、第２実施形態の台座４０と異なる構成を説明し、同様な構成については説明を省略する。

台座８０は、第２実施形態の台座４０に設けられている基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃに加えて、基板接合部２２ｄが設けられている。基板接合部２２ｄは、基板接合部２２ａの設けられている端と反対側の端側に有って、段差部１９ｂと段差部１９ｃとの間に設けられている。基板接合部２２ｄは、他の基板接合部２２ａ，２２ｂ，２２ｃと同一平面となる高さの上面を有している。

このような台座８０によれば、基板１１における４方向の外周を接続することができるため、第２実施形態の台座４０と比べ更に、接続された基板１１のばたつきや撓みが生じ難く、基板１１に接続されている第３センサーデバイス３３、第４センサーデバイス４３、コネクター１４の接合の信頼度を高めることができる。また、コネクター１４の脱着をよりスムースに、確実に行うことができる。

（センサーユニットの適用例）
以上のようなセンサーユニット１０，６０は、電子機器、移動体、およびその他の機械などに適用することが可能である。以下、センサーユニット１０を用いた構成を例示して詳細を説明する。

＜電子機器＞
以上のようなセンサーユニット１０は、例えば図７に示されるように、電子機器１０１に組み込まれて利用されることができる。電子機器１０１では例えばメインボード（実装基板）１０２に演算処理回路１０３およびコネクター１０４が実装される。コネクター１０４には例えばセンサーユニット１０のコネクター１４が結合されることができる。演算処理回路１０３にはセンサーユニット１０から検出信号が供給されることができる。演算処理回路１０３はセンサーユニット１０からの検出信号を処理し処理結果を出力する。電子機器１０１には、例えばモーションセンシングユニットや民生用ゲーム機器、運動解析装置、外科手術ナビゲーションシステム、自動車のナビゲーションシステムなどが例示されることができる。

＜移動体＞
センサーユニット１０は、例えば図８に示されるように、移動体１０５に組み込まれて利用されることができる。移動体１０５では例えば制御ボード（実装基板）１０６に制御回路１０７およびコネクター１０８が実装される。コネクター１０８には例えばセンサーユニット１０のコネクター１４が結合されることができる。制御回路１０７にはセンサーユニット１０から検出信号が供給されることができる。制御回路１０７はセンサーユニット１０からの検出信号を処理し処理結果に応じて移動体１０５の運動を制御することができる。こういった制御には、移動体の挙動制御、自動車のナビゲーション制御、自動車用エアバッグの起動制御、飛行機や船舶の慣性航法制御、誘導制御などが例示されることができる。

＜その他の機械＞
センサーユニット１０は、例えば図９に示されるように、機械１０９に組み込まれて利用されることができる。機械１０９では例えば制御ボード（実装基板）１１１に制御回路１１２およびコネクター１１３が実装される。コネクター１１３には例えばセンサーユニット１０のコネクター１４が結合されることができる。制御回路１１２にはセンサーユニット１０から検出信号が供給されることができる。制御回路１１２はセンサーユニット１０からの検出信号を処理し処理結果に応じて機械１０９の動作を制御することができる。こういった制御には、産業用機械の振動制御および動作制御やロボットの運動制御などが例示されることができる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、センサーユニット１０、基板１１、第１センサーデバイス２３、および第２センサーデバイス１８、電子部品１５等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。

１０，６０…センサーユニット、１１…基板、１１ａ…基板の第１面、１１ｂ…基板の第２面、１３…貫通孔、１４…コネクター、１４ａ…コネクターの入出力面、１５…電子部品、１６…充填材、１７…ＩＣチップ（集積回路）、１８…第２センサーデバイス、１９…部品収納部、１９ｂ，１９ｃ…段差部、２０…台座、２０ａ…基体の上面、２０ｂ…基体の下面（外底面）、２１…鍔部、２２…突出部、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ…基板接合部、２２ｆ…接合面、２３…第１センサーデバイス、２４…蓋部材としてのキャップ、２５…基体、２８…接着剤、３０…実装基板、３０ａ…実装基板の上面、３１…実装基板側のコネクター、３３…第３センサーデバイス、４０…台座、４３…第４センサーデバイス、５０，５１，５２…検出軸、８０…台座、Ｒ１…台座接合領域。

Claims (10)

1. 電極を備えたセンサーデバイスと、前記センサーデバイスに電気的に接続されたコネクターと、が設けられた基板と、
   前記基板に接続される台座と、を備え、
   前記台座は前記基板の厚さ方向からの平面視で、前記センサーデバイスと重なる位置に設けられた部品収納部と、前記コネクターの少なくとも一部が露出する開口部と、前記開口部の少なくとも一部を囲むように、かつ、交差する２方向に延在するように配置された厚肉部と、を有し、
   前記厚肉部に前記基板が接合されていることを特徴とするセンサーユニット。
2. 前記基板は、互いに表裏関係にある第１面および第２面と、側面と、前記第１面の輪郭に沿って配置されている導電端子と、を備え、
   少なくとも一つの前記センサーデバイスは、前記基板の前記側面と対向し、前記電極と前記導電端子とが導電体により接合されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサーユニット。
3. 前記センサーデバイスと前記台座との間に、間隙を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサーユニット。
4. 前記平面視において、前記部品収納部の前記側面に実装された前記センサーデバイスと重なる領域は、他の領域よりも薄肉になっていることを特徴とする請求項２に記載のセンサーユニット。
5. 前記基板と前記台座とが接続される基板接合部は、前記部品収納部の周囲に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のセンサーユニット。
6. 前記コネクターの外周部と前記開口部を形成する前記台座との間には、充填材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のセンサーユニット。
7. 前記コネクターの入出力面は、前記台座の内側に位置していることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のセンサーユニット。
8. 前記基板を覆う蓋部材を備え、
   前記蓋部材は、前記台座に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のセンサーユニット。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のセンサーユニットを備えていることを特徴とする電子機器。
10. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のセンサーユニットを備えていることを特徴とする移動体。

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