角速度传感器检测旋转时的角速度，用于防止由于手运动出现的模 糊图像，并用于汽车导航系统和汽车或机器人的姿势控制系统。国际公 告第WO 03/100350 A1(以下称为文献1)号公开了具有音叉谐振器的角 速度传感器。通常，音叉谐振器由基板等支撑。当音叉谐振器的振动传 递给基板时，检测精度或检测效率会变差。因此，需要不会使振动传递 给支撑基板的支撑结构。例如在文献1、日本专利申请特开平11-230758 号公报(以下称为文献2)、和日本专利申请特开2005-10034号公报(以 下称为文献3)中描述了谐振器的支撑基板。文献2公开了这样一种结构， 其中音叉谐振器直接附接在外壳(package)上。文献3公开了另一结构， 其中支撑多个臂的支撑板由四根引线支撑，并且引线的一端与支撑板连 接而其另一端与外壳连接。
然而，在文献2所述的支撑结构中，由于音叉谐振器直接附接在外 壳上，因此音叉谐振器的振动直接传递给外壳。这导致了这样的问题， 当外壳固定到电路板等上时，音叉谐振器的频率改变。另外，在文献3 所述的支撑结构中，谐振器由四根引线支撑。这增加了部件的数量以及 用于组装的工时，从而增加了生产成本。此外，谐振器由四点支撑，这 使得难于沿给定方向(例如与外壳的底面平行的方向)精确地支撑谐振 器。如果连接精度不足，则检测精度会变差。

本发明鉴于上述情况作出，提供了一种结构简单、检测精度优异并 且生产率高的角速度传感器。
根据本发明的一个方面，优选地，提供了一种角速度传感器，包括： 音叉谐振器，其具有从基底延伸的多个臂；支撑所述基底的单引线框架； 以及支撑所述单引线框架的外壳。所述外壳和引线框架在它们之间限定 了空间。利用上述结构，可以提供一种结构简单、检测精度优异并且生 产率高的角速度传感器。
根据本发明的另一方面，优选地，提供了一种角速度传感器，包括： 多个单元，所述多个单元中的每一个都包括音叉谐振器和单引线框架， 所述音叉谐振器具有从基底延伸的多个臂，所述单引线框架支撑所述基 底；以及容纳所述多个单元的外壳。所述多个单元布置在所述外壳中， 布置为所述多个单元具有不同的角速度检测轴。通过上述结构，可以提 供一种结构简单、检测精度优异并且生产率高的角速度传感器。
根据本发明的又一方面，优选地，提供了一种角速度传感器，包括： 多个角速度传感器元件；和电路板，所述多个角速度传感器元件安装于 其上。所述多个角速度传感器元件中的每一个都包括音叉谐振器、单引 线框架和外壳，所述音叉谐振器具有从基底延伸的多个臂，所述单引线 框架支撑所述基底，所述外壳支撑所述引线框架；并且所述外壳和所述 单引线框架限定了空间。
附图说明
下面将参照附图详细地描述本发明的优选实施例，其中：
图1A至图1D示出了根据本发明第一实施例的角速度传感器；
图2是示出了与比较例相比，根据本发明第一实施例设置的空间的 效果的曲线图；
图3是示出了基底的(非固定区域的)自由长度与频率的变化率之 间关系的曲线图；
图4示出了音叉谐振器以说明臂宽度和自由长度；
图5A至图5H示出了引线框架的另选结构；
图6是示出了具有梯形或M形截面的引线框架的效果的曲线图；
图7A和图7B示出了根据本发明第一实施例设置的音叉谐振器的电 极图案；
图8A至图8C示出了根据本发明第一实施例的角速度传感器；
图9A至图9C示出了根据本发明第二实施例使用的电路板；
图10A至图10C示出了根据本发明第二实施例的角速度传感器；
图11示出了安装在电路板上的根据本发明第一实施例的角速度传感 器；
图12A和图12B示出了根据本发明第三实施例的角速度传感器；
图13A和图13B示出了根据本发明第三实施例的角速度传感器的倾 斜布置；
图14A至图14E示出了根据本发明第四实施例的角速度传感器；
图15A至图15D示出了根据本发明第五实施例的角速度传感器；
图16A和图16B示出了根据本发明第六实施例的角速度传感器；
图17A和图17B示出了根据本发明第六实施例具有另选结构的角速 度传感器；
图18是根据本发明第七实施例的角速度传感器的立体图；以及
图19是根据本发明第八实施例的角速度传感器的分解立体图。

下面将参照附图给出本发明实施例的描述。
(第一实施例)
图1A至图1D示出了根据本发明第一实施例的角速度传感器100。图 1A是角速度传感器100的立体图。图1B是角速度传感器100的分解立体 图。图1C是沿图1A所示的线A-A截取的截面图。图1D是沿图1A所示的 线A-A截取的另一截面图，并具有图1C所示的角速度传感器100的另选 结构。
图1A至图1D所示的角速度传感器100包括音叉谐振器10、单引线 框架20以及由陶瓷制成的外壳30。音叉谐振器10包括基底(base)13 以及两个臂11和12。臂11和12分开设置，并且二者沿着相同方向从基 底13延伸。引线框架20具有支撑基底13的作用，并具有平坦的U形形 状。这里，“U形”表示基本形状是U形，而不必是严格的U形。也可以 应用C形来代替U形。换言之，引线框架20包括中间部分和从该中间部 分的两端在相同侧延伸的两个部分。支撑音叉谐振器10的基底13的引 线框架20具有在图1C和图1D中示出的两种结构。如图1C和图1D中所 示，外壳30也具有两种结构。
在图1C所示的结构中，引线框架20具有平板的形状，并具有支撑 基底13的平坦部分21。在外壳30的支撑引线框架20的表面(底面)上 设置有凹部31。由外壳30的凹部31限定的空间设置在引线框架20的平 坦部分21的下方。即，在外壳30与引线框架20之间形成空间。在图1C 所示的结构中，空间31的宽度与基底13的宽度大致相等。空间31改变 了引线框架20的刚性，从而引线框架20是柔性的，因而使得很难将音 叉谐振器10的振动传递给外壳30。这样在将外壳30固定在配线基板上 时能够抑制频率变化。在其中基底13通过引线框架20支撑在空间31之 上的结构中，有这样的效果：即从外壳30施加的振动(干扰噪音)很难 传递给音叉谐振器10。
图2是示出了空间31的效果的曲线图。图2还示出了在通过改变图 1C所示的结构而不设置空间31的情况的特性(作为比较例)。水平轴表 示设置空间和不设置空间的情况。垂直轴表示在将外壳30固定于给定部 件时频率的变化量(％)。该曲线图表明通过在单引线框架20下方设置 空间31，可抑制振动频率的变化。
图3是示出了基底13的(非固定区域的)自由长度与频率的变化率 之间关系的曲线图。图3的水平轴表示自由长度与臂11或12的宽度的 比率。垂直轴表示频率的变化率(％)。这里，将比率2.5设定为基准值。 如图4所示，自由长度表示当将基底13分为两个区域时，基底13中非 固定区域的长度。所述两个区域是固定到引线框架20上的固定区域和没 有固定到引线框架20上的上述非固定区域。返回参照图3，如果自由长 度小于2.0，则频率的变化率较大，从而使得在安装之后变化增大。因此， 应理解，可以通过将自由长度设定为2.0或更大来抑制安装之后增大的 变化。
图1D所示的引线框架20具有截面为倒U形的弯曲部分22。弯曲部 分22支撑基底13。弯曲部分22限定了空间31。弯曲部分22的侧面彼 此面对，并在图1D中彼此平行地形成，但可以是倾斜的。外壳30的底 面是平面，这与图1C所示的不同。图1B所示的引线框架20具有与图1D 相同的结构。弯曲部分22附接到基底13的整个接触部分上。例如在图 1C和图1D中，引线框架20和基底13通过诸如环氧基树脂粘结剂之类的 粘结剂来固定。可以高生产率地固定引线框架20和基底13。
如图5A至图5H所示，引线框架20可以具有另选结构。图5A所示 的引线框架20具有截面为梯形的弯曲部分22。图5B所示的引线框架20 具有截面为大致M形的弯曲部分22。具有上述大致梯形截面的引线框架 20的长度L1比具有倒U形截面的引线框架20的长度要长。长度L1限定 了从支撑基底13的平坦部分24向外壳30延伸的长度。同样地，具有大 致M形截面的引线框架20的长度L2比具有倒U形截面的引线框架20的 长度要长。长度L2限定了支撑平坦部分24的支撑部分的长度。
图5C、图5E和图5G所示的引线框架20分别包括L形的折叠部分 (folding portion)23。L形的折叠部分23设置有用于支撑基底13的 平坦部分24，并增加了引线框架20中支撑基底13的支撑面积。这提高 了结合强度。图5D是仅示出了图5C所示的引线框架20的立体图。图5F 是仅示出了图5E所示的引线框架20的立体图。图5H是仅示出了图5G 所示的引线框架20的立体图。
图6是示出了具有梯形或M形截面的引线框架20的效果的曲线图。 作为比较例，图6还示出了具有倒U形截面的引线框架20的特性。图6 中的水平轴表示单引线框架20的形状，而垂直轴表示在将外壳30固定 到给定部件上的情况下音叉谐振器10的阻抗(Zy)变化量(kΩ)。分别 具有梯形和M形截面的引线框架20的长度L1和L2可以构造成比具有倒 U形截面的引线框架20的长度要长。这改善了引线框架20的柔性，并抑 制了阻抗变化量。
优选地，引线框架20由热膨胀系数与音叉谐振器10的材料的热膨 胀系数接近的材料制成。例如，如果音叉谐振器10由铌酸锂(热膨胀系 数：15.4×10-6/℃)制成，则引线框架20由SUS(热膨胀系数：17.3× 10-6/℃)或磷青铜(热膨胀系数：17.8×10-6/℃)制成。外壳30由热膨 胀系数为7.8×10-6/℃的氧化铝(Al2O3)制成。外壳30优选地由其中沉 积了多个陶瓷衬底的结构构成。外壳30包括布置成夹层的布线层。布线 层具有连接形成在不同层中的布线层的通孔(via hole)。
接下来将描述音叉谐振器10。如图7A和图7B所示形成电极。图7A 示出了音叉谐振器10的前侧。图7B示出了音叉谐振器10的背侧。在臂 11中设置有检测电极11a、11b和11c。检测电极11a和11b通过电极11d 耦合。检测电极11a包括引出电极(extraction electrode)11f。电极 11c与引出电极11e连接。同样地，在臂12中设置有检测电极12a、12b 和12c。检测电极12a和12b通过电极12d耦合。检测电极12a包括引出 电极12f。电极12c与引出电极12e连接。在音叉谐振器10的前侧上设 置有驱动电极14a，其与引出电极14b连接。同样地，在音叉谐振器10 的背侧上设置有驱动电极15a，其与引出电极15b连接。这里，图7A和 图7B所示的音叉谐振器10中的基底13的形状与图1中所示的略有不同。 图7A和图7B所示的音叉谐振器10中的基底13是图1中所示的音叉谐 振器10的变型例。图1所示的基底13具有一较宽部分，上述引线框架 20附接到该较宽部分上。然而，图7A和图7B所示的基底13的宽度一致， 并且基底13可以沿检测轴方向定位在引线框架20的任意位置处。
例如如图8A所示，图7A和图7B所示的引出电极通过引线42结合 到设置于外壳30上的焊盘(端子)32上。焊盘32形成在触排(bank) 33上，并与设置在外壳30上的配线耦合。这里，图8A是角速度传感器 100的平面图。图8B是角速度传感器100的截面图。图8C是角速度传感 器100的仰视图。外壳30的顶面是开口的，外部连接焊盘(端子)34形 成在环形外壳30的附接面上。外部连接焊盘34通过外壳30的内部配线 与音叉谐振器10的电极耦合。在外壳30的底面上形成有将与外壳30的 内部配线连接的外部连接焊盘(端子)35。图8A至图8C分别示出了坐 标轴X、Y和Z。角速度传感器100检测绕Y轴的角速度ωy。
(第二实施例)
图9A至图9C以及图10A至图10C是示出了根据本发明第二实施例 的角速度传感器200的视图。角速度传感器200包括两个根据本发明第 一实施例的角速度传感器100(以下称为角速度传感器元件100A和 100B)，以检测绕两个轴方向的角速度。
图9A是安装角速度传感器元件100A和100B的电路板50的平面图。 图9B是电路板50的侧视图。图9C是电路板50的仰视图。图10A是角速 度传感器200的平面图，角速度传感器200包括安装在电路板50上的、 根据本发明第一实施例的两个角速度传感器元件100A和100B。图10B是 角速度传感器200的侧视图，并且是外壳30内部的立体图。图10C是角 速度传感器200的仰视图。如图10A所示，角速度传感器元件100A和100B 设置在电路板50上，设置为角速度传感器元件100A和100B可以分别检 测绕X轴方向和Y轴方向的角速度。电路板50设置成由角速度传感器元 件100A和100B共用。如图10B所示，角速度传感器元件100A和100B 安装在电路板50上，其开口表面面向下。也就是说，角速度传感器元件 100A和100B由共用设置的电路板50密封。如图9A所示，电路板50包 括为角速度传感器元件100A和100B设置的、图8A所示的外部连接焊盘 34，并且还包括用于电耦合的焊盘(端子)51。例如，采用浆状的各向 异性导电粘结剂进行该耦合。
现在参照图11，在电路板50上设置有各向异性导电粘结剂57，以 附接地固定角速度传感器元件100A和100B。在角速度传感器元件100A 和100B与电路板50之间建立电耦合。
返回参照图9A，焊盘51的结构与焊盘34的结构相对应。电路板50 的由焊盘51包围的区域用作部件安装区52。例如电阻器、电容器等的电 子部件用矩形表示，并安装在电路板50上。参照图10B，部件安装区52 中的电子部件由角速度传感器元件100A和100B的外壳30密封。电路板 50可以由单层或多层构成。电路板50还包括另一部件安装区53和IC安 装区54。一个或更多个IC可以安装在IC安装区54上。在电路板50的 两侧形成有城堡形件(连接通道)55，并且外部连接焊盘与图9C和图10C 所示的电路板50的底面上的城堡形件55一体形成。Vcc表示电源电压， GND表示地，Vref1和Vref2分别表示角速度传感器元件100A和100B的 基准电压，而Vout1和Vout2分别表示角速度传感器元件100A和100B 的输出电压。城堡形件55分别与音叉谐振器10的对应电极耦合。
角速度传感器元件100A和100B根据本发明第一实施例构成。因此， 可以抑制在将角速度传感器元件100A和100B安装在电路板50上之前和 之后出现的频率变化，从而能够提供具有较高检测精度的两轴角速度传 感器。另外，为角速度传感器元件100A和100B设置了共用的单个电路 板50，从而可以减小角速度传感器200的尺寸。
(第三实施例)
图12A和图12B示出了根据本发明第三实施例的角速度传感器300。 角速度传感器300能够检测三个轴方向的角速度。图12A是角速度传感 器300的平面图。图12B是角速度传感器300的侧视图，并且是外壳30 内部的立体图。图12A和图12B所示的角速度传感器300除了上述角速 度传感器200之外，还包括布置在图9A所示的IC安装区54上的角速度 传感器100C。角速度传感器100C安装在电路板50上，以与电路板50垂 直地设置音叉谐振器10的方式来检测绕Z轴的角速度。在角速度传感器 100C的外壳30的较短侧的侧面上可以设置一焊盘，以建立与电路板50 的电连接或机械连接。另选地，可以采用后面将描述的垂直类型的角速 度传感器。在角速度传感器100C中外壳30的开口表面上设置盖101，以 密封外壳30的内部。
角速度传感器100A、100B和100C分别具有根据本发明第一实施例 的结构，从而可以抑制在将它们安装在电路板50上之前和之后出现的频 率变化。因此，可以提供具有较高检测精度的三轴角速度传感器。为角 速度传感器100A、100B和100C提供共用的单个电路板50，以减小角速 度传感器300的尺寸。
这里，描述了设置在电路板50上的焊盘51的布置。图9A所示的焊 盘51的布置被确定为使得可以检测绕Z轴和Y轴的角速度。如图13A和 图13B所示，可以以这样的方式布置焊盘51：角速度传感器100A和100B 相对于X轴和/或Y轴以给定角度θ倾斜。图13A示出了在角速度传感器 元件100A和100B都以给定角度θ倾斜的情况下焊盘51的布置。图13B 示出了在只有角速度传感器元件100B以给定角度θ倾斜的情况下焊盘51 的布置。这样，仅通过焊盘51的布置，就可以任意并容易地调节被检测 的角速度所围绕的轴。
(第四实施例)
图14A至图14E示出了根据本发明第四实施例的角速度传感器400。 角速度传感器400包括由盖密封的角速度传感器100和沿着与角速度传 感器400的安装表面垂直的方向设置的音叉谐振器10。图14A是图8A所 示的角速度传感器100的平面图，图14B是在其内部具有角速度传感器 100的角速度传感器400的前视立体图。图14C是角速度传感器400的侧 视图。图14D是角速度传感器100的侧视图。图14E是角速度传感器400 的仰视图。
角速度传感器400包括电路板60和支撑基板64。电路板60支撑外 壳30。支撑基板64在与角速度传感器400的安装表面垂直的方向支撑电 路板60。外壳30的开口表面附接到电路板60上。在电路板60上安装有 电子部件62，并且外壳30定位成覆盖该电子部件62。在电路板60的背 侧上还设置有电子部件66。音叉谐振器10面对着电子部件62。电路板 60由支撑基板64支撑，并且音叉谐振器10的检测轴与和支撑基板64垂 直的方向相一致。支撑基板64包括芯柱(stem)64A、作为电路板的印 刷电路板64B、以及外部连接引脚65。外部连接引脚65除一部分外耦合 到设置在电路板60的背侧的焊盘上，并且通过形成在电路板60上的配 线而耦合到音叉谐振器10的电极上。外部连接引脚65穿过芯柱64A和 印刷电路板64B，从印刷电路板64B的底面中央沿两个方向(对应于印刷 电路板64B的较短侧)延伸到端部。印刷电路板64B由多层组成。盖68 覆盖外壳30、电路板60和芯柱64A，以气密地密封角速度传感器400的 内部。盖68例如通过使用粘结剂而固定到印刷电路板64B上。
角速度传感器400包括角速度传感器100。因此，可以抑制在将角速 度传感器100安装到电路板60上之前和之后出现的频率变化，并提供具 有高检测精度的角速度传感器。这里，角速度传感器400可以用作图12A 和图12B所示的角速度传感器100C。
(第五实施例)
图15A至图15D示出了根据本发明第五实施例的角速度传感器500。 角速度传感器500包括图8A至图8C所示的角速度传感器100和音叉谐 振器10，该音叉谐振器保持在与角速度传感器500的安装表面垂直的方 向。图15A是角速度传感器500的平面图。图15B是角速度传感器500 的前视立体图。图15C是角速度传感器500的侧视图。图15D是角速度 传感器500的仰视图。角速度传感器100安装在由模具(mold)制成的 支撑基板74上。电路板70也以相同的方式安装在支撑基板74上。角速 度传感器100和电路板70分开设置。在角速度传感器100的外壳30的 背侧上设置有多个焊盘19。焊盘19通过外壳30中的配线而耦合到设置 在内部的音叉谐振器10的电极上。具有引脚形状的连接部件72与焊盘 19连接。连接部件72在电路板70的设置有电子部件66的一面上延伸， 并与形成于其上的焊盘连接。电子部件62设置在电路板70的另一面上。 电子部件62面对外壳30。连接引脚75设置在支撑基板74上，并除一部 分之外，电耦合至设置在电路板70上的焊盘。可以通过连接引脚75在 音叉谐振器10与外部之间建立连接。
角速度传感器500包括角速度传感器100。因此，因此可以抑制在将 角速度传感器100安装到电路板70上之前和之后出现的频率变化，并提 供具有高检测精度的角速度传感器。
(第六实施例)
图16A和图16B示出了根据本发明第六实施例的角速度传感器600。 图16A是角速度传感器600的平面图。图16B是角速度传感器600的侧 视立体图。根据本发明的第六实施例，单个外壳130包括两个音叉谐振 器10A和10B。音叉谐振器10A和10B布置成彼此垂直。音叉谐振器10A 和10B具有与上述音叉谐振器10相同的结构，并分别由单引线框架120A 和120B支撑。这里，单元分别限定了具有音叉谐振器10A和引线框架120A 的结构、以及具有音叉谐振器10B和引线框架120B的结构。引线框架120A 和120B具有线性平坦形状，并具有倒U形截面。如图1D所示，通过以 与弯曲引线框架20相似的方式弯曲该引线框架而形成倒U形截面。弯曲 部分分别限定了引线框架120A与外壳130之间的空间、以及引线框架 120B与外壳130之间的另一空间。音叉谐振器10A和10B分别通过引线 与设置在外壳130内的触排131和132上的焊盘连接。例如，金属盖(未 示出)可以安装在外壳130的开口表面上，以气密地密封外壳130的内 部。
通过具有上述结构的单元，可以抑制在将角速度传感器600安装到 电路板上之前和之后出现的频率变化，并且还可以提供具有高检测精度 的两轴角速度传感器。音叉谐振器10A和10B能够有效地防止通过外壳 130施加的干涉，并且还能够以高检测精度检测绕两轴的角速度，同时它 们具有小的尺寸。
图17A和图17B示出了根据本发明第六实施例的具有另选结构的角 速度传感器700。图17A是角速度传感器700的平面图。图17B是角速度 传感器700的侧视立体图。音叉谐振器10A和10B分别由具有线性平坦 形状的引线框架120C和120D支撑。引线框架120C和120D分别附接到一 对凸起133和134上。凸起133和134分别形成了引线框架120C与外壳 130之间的空间、以及引线框架120D与外壳130之间的另一空间。因此， 可以抑制将角速度传感器700安装到电路板上之前和之后出现的频率变 化，并且提供具有高检测精度的两轴角速度传感器。
(第七实施例)
图18是根据本发明第七实施例的角速度传感器800的立体图。角速 度传感器800包括两个音叉谐振器10A和10B，它们布置成以直角交叉， 并且在上述两个音叉谐振器10A和10B之间沿着厚度方向有一空间。音 叉谐振器10A和10B检测绕两个以直角交叉的轴线的角速度。外壳138 例如由陶瓷制成，并形成为这样的方式：设置了如图18所示的支撑多个 焊盘140的触排。焊盘以及音叉谐振器10A和10B的电极通过引线(未 示出)而结合。音叉谐振器10A由设置在位于外壳138中相对较低位置 的触排上的单引线框架支撑。音叉谐振器10B由设置在位于外壳138中 相对较高位置的触排上的单引线框架支撑。上述引线框架具有与前述任 一个引线框架相同的结构。另选地，引线框架可以是前述任一引线框架 的变型。在任何情况下，在引线框架的下方都形成有一空间。因此，可 以抑制在将如此构成的角速度传感器800安装到电路板上之前和之后出 现的频率变化，并且提供具有高检测精度的小尺寸的两轴线角速度传感 器。
(第八实施例)
图19是根据本发明第八实施例的角速度传感器900的分解立体图。 角速度传感器900包括角速度传感器和加速度传感器。以下，角速度传 感器900称为传感器模块。传感器模块900包括单轴角速度传感器910 和可以检测三维角速度的加速度传感器920。模架940包括具有矩形的底 部942和从该底部沿着与底部942垂直的方向延伸的分隔件944。角速度 传感器910通过使用例如树脂的固定部件950而固定到分隔件944上。 角速度传感器910包括具有四个臂和支撑所述臂的基底的音叉谐振器 912。如上所述，基底由布置在所述空间上方的引线框架支撑。加速度传 感器920附接到电路板930的一面上。电路板930垂直地附接到模架940 的底部942上。加速度传感器920和分隔件944通过耦合部件946相耦 合。角速度传感器910和加速度传感器920通过柔性印刷电路960而电 耦合。角速度传感器910和加速度传感器920由盖970密封。
可以抑制在将如此构成的角速度传感器910安装到分隔件944上之 前和之后出现的频率变化，并且能够提供具有角速度传感器910和加速 度传感器920的、高检测精度的小尺寸传感器模块。
本发明并不限于上述实施例，可以在不脱离本发明的范围的情况下 作出其它实施例、变型和修改。例如，音叉谐振器可以具有两至四个臂。
本发明基于2005年3月31日提交的第2005-104441号日本专利申 请和2005年8月22日提交的第2005-239711号日本专利申请，这里通过 引用并入它们的全部公开。