惯性传感器及其制造方法技术

本申请涉及一种惯性传感器及其制造方法，所述惯性传感器包括微振动体，所述微振动体(2)包括具有环形曲面的曲面部(21)和从曲面部凹入的凹部(22)。安装基板(3)包括内框架部(51)和环绕内框架部的电极部(53)。接合构件(52)设置在所述安装基板的被内框架部环绕的内部区域中。微振动体的凹部具有底面，所述底面限定位于所述内部区域中的被安装表面(22b)并通过接合构件接合于安装基板。曲面部具有边沿(211)，所述边沿包括曲面部的与所述凹部相反的一侧上的端部。所述边沿具有边沿下表面(211c)，其位于与被安装表面或被安装表面的梢端部(28)相同的平面上。端部(28)相同的平面上。端部(28)相同的平面上。

【技术实现步骤摘要】
惯性传感器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种包括微振动体的惯性传感器和制造所述惯性传感器的 方法。

技术介绍

[0002]近年来，车辆自动驾驶系统已研制成功。这种系统需要一种高度精确 的自定位估算技术。例如，为实现所谓的三级自动驾驶，研制了一种配备 全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量单元(IMU)的自定位估算系统。 例如，IMU是由三轴陀螺传感器和三轴加速度传感器组成的6轴惯性传感 器。未来，为了实现4级或更高的自动操作，需要灵敏度高于现有系统的 IMU。
[0003]作为实现这种高灵敏度IMU的陀螺传感器，例如考虑BRG(Bird
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bath 谐振器陀螺仪)。BRG包括具有三维曲面的微振动体，该微振动体以酒杯 模式振动，并且安装在安装基板上(例如，专利文献1)。该微振动体具有 达到106或更高的表示振动状态的Q值。因此，预期这种微振动体能够产 生比以前构造更高的灵敏度。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：US 2019/0094024A1。

技术实现思路

[0007]如专利文献1所述，例如通过将板材(如石英，其适配于由加热引起 的回流过程)设置在模具中，然后熔化和凝固板材，来形成该微振动体。 结果，形成了在酒杯模式下振动的三维曲面。在以上述工艺处理板材后， 板材被覆盖以密封材料。此外，通过CMP(化学机械抛光)等抛光和移除 不必要的部分。因此，微振动体具有包括将要被接合于安装基板的安装部 件和当安装在安装基板上时中空的三维形状部件的构造。此外，该微振动 体包括覆盖微振动体的前表面和后表面的电极膜。此外，该微振动体设置 在距待安装微振动体的安装基板上形成的多个电极一定距离处，从而在其 间形成电容器。
[0008]专利文献1中描述的BRG包括具有设置成环形且彼此间隔一定距离的 多个电极部的安装基板以及用作谐振器且安装在安装基板上的微振动体 (BR)，使得BRG的边沿变为中空。注意，当制造该BRG时，微振动体 可能在微振动体的安装部相对于安装基板的安装表面倾斜且相对于安装基 板倾斜的状态下被接合。在这种情况下，在微振动体中，边沿的分别面向 多个电极部的部分的区域可能根据位置而不同。因此，在BRG中，在BR 和所述多个电极部中的每个之间形成的电容器的电容发生变化，并且传感 器精度可能降低。
[0009]鉴于上述问题，本专利技术的目的是提供一种惯性传感器，其中，在安装 基板上安装以酒杯模式振动的微振动体，并抑制微振动体的边沿的面向安 装基板上多个电极中每一个的区域的变化，以及提高传感器的精度。
[0010]根据本专利技术的第一方面，惯性传感器包括一个微振动体，该微振动体 是具有前表面和后表面的薄壁构件，前表面是具有大外径的一侧上的表面， 所述后表面是与前表面相
传感器被构造成减少由微振动体和安装基板的多个电极部组成的电器器的 电容变化，并提高传感器的精度。
[0017]根据本专利技术的第三方面，一种用于制造惯性传感器的方法。所述惯性 传感器包括微振动体，其是具有前表面和后表面的薄壁构件，前表面是在 外径较大的一侧上的表面，后表面是与前表面相反的表面，微振动体包括 具有环形曲面的曲面部、凹部以及在限定凹部底面的被安装表面中形成的 通孔，该凹部从曲面部凹入到后表面侧。惯性传感器还包括安装基板，安 装基板包括彼此接合的下基板和上基板，上基板包括具有框架形状的内框 架部、彼此分离并环绕内框架部的多个电极部以及柱部，该柱部设置在由 内框架部环绕的区域中，微振动体和安装基板通过接合构件彼此接合。
[0018]该方法包括制备微振动体。该方法还包括将安装基板的柱部插入微振 动体的通孔中，以将微振动体安装在安装基板上。该方法包括在将微振动 体安装在安装基板上后，将接合构件注入凹部中，并将接合构件固化，以 将微振动体与安装基板接合，并使边沿处于空心状态，该边沿是微振动体 的曲面部的在与凹部相反的一侧上的端部。
[0019]所述制备微振动体包括加热和熔化微米级薄壁基料，将薄壁基料固化 以形成将成为曲面部的曲面部分和将成为凹部的凹部分，然后用密封材料 密封薄壁基材。所述制备微振动体还包括通过抛光去除所述曲面部分、凹 部分和密封材料的一部分，以形成边沿下表面，该边沿下表面将前表面与 后表面连接，使得边沿下表面和被安装表面位于同一平面上。
[0020]除了将被安装表面和边沿下表面定位在同一平面上，这类似于根据本 专利技术第二方面制造惯性传感器的方法，本专利技术还包括形成在被安装表面上 具有通孔的微振动体。另一方面，该方法要求制备安装基板，所述安装基 板具有要被插入到在微振动体的被安装表面中形成的通孔中的柱部。此外， 该方法要求将安装基板的支撑柱插入微振动体的通孔中，并将微振动体安 装在安装基板上，然后将接合构件注入微振动体的凹部中，并固化接合构 件。这样，微振动体与安装基板接合。即使在实施接合步骤后，被安装表 面和边沿下表面都位于同一平面上。因此，该方法能够制造一种惯性传感 器，所述惯性传感器被构造为减少由微振动体和安装基板的多个电极部组 成的电容器的电容变化，并提高传感器的精度。
附图说明
[0021]通过参考附图所作的以下详细说明，本专利技术的上述和其他目的、特征 和优点将变得更加明显。在附图中：
[0022]图1是示出根据第一实施例的惯性传感器的俯视图。
[0023]图2是示出用于惯性传感器的微振动体的透视图。
[0024]图3是示出沿图2中线III
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III截取的横截面构造的横截面图。
[0025]图4A是示出用于制备用于形成微振动体的构件的步骤的视图。
[0026]图4B是示出图4A的步骤之后的步骤的视图。
[0027]图4C是示出图4B的步骤之后的步骤的视图。
[0028]图4D是示出图4C的步骤之后的步骤的视图。
[0029]图5是示出图2的微振动体安装在其上的安装基板的俯视图。
[0030]图6是示出沿图5中线VI
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VI截取的横截面构造的横截面图。
[0031]图7是示出沿图5中线VII
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VII截取的横截面构造的横截面图。
[0032]图8是示出沿图1中线VIII
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VIII截取的横截面构造的横截面图。
[0033]图9是示出沿图1中线IX
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IX截取的横截面构造的横截面图。
[0034]图10A是示出比较示例的微振动体的横截面图。
[0035]图10B是示出了将图10A的微振动体安装在安装基板上的比较示例的 惯性传感器的横截面构造的横截面图。
[0036]图11A是示出在惯性传感器制造中微振动体的安装步骤的视图，是示 出制备部件的步骤的视图。
[0037]图11B是示出图11A的步骤之后的步骤的视图。
[0038]图11C是示出图11B的步骤之后的步骤的视图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惯性传感器，包括：微振动体，其是具有前表面和后表面的薄壁构件，所述前表面是具有大外径的一侧上的表面，所述后表面是与所述前表面相反的表面，所述微振动体包括具有环形曲面的曲面部以及从所述曲面部凹入到后表面侧的凹部；安装基板，其包括彼此接合的下基板和上基板，所述上基板包括具有框架形状的内框架部以及多个电极部，所述多个电极部彼此分离并环绕所述内框架部；以及接合构件，其设置在所述安装基板的被所述内框架部环绕的内部区域中，其中所述微振动体的所述凹部具有限定出后表面侧上的被安装表面的底面，所述被安装表面位于所述内部区域中，并通过所述接合构件接合至所述安装基板，所述曲面部具有处于中空状态的边沿，所述边沿是所述曲面部的一部分，并包括所述曲面部的在所述凹部的相反侧上的端部，所述边沿具有边沿下表面，所述边沿下表面是连接所述前表面与所述后表面的表面，以及所述边沿下表面位于与所述被安装表面或所述被安装表面的梢端部相同的平面上。2.根据权利要求1所述的惯性传感器，其中所述微振动体的所述被安装表面具有从所述后表面朝所述前表面凹入的被安装表面凹部，所述安装基板具有与所述微振动体的突出部相对应的定位槽，所述突出部从所述被安装表面凹部向所述被安装表面突出，并且所述突出部被插入所述定位槽中。3.根据权利要求1或2的惯性传感器，其中所述微振动体具有在所述前表面中在所述凹部的侧表面内设置的侧通孔，所述侧通孔设置为靠近所述底面，并将所述前表面与所述后表面连接，且所述接合构件至少部分地进入所述侧通孔。4.根据权利要求1所述的惯性传感器，其中所述微振动体具有设置在所述被安装表面内的底部通孔，并且所述接合构件至少部分地进入所述底部通孔。5.根据权利要求2所述的惯性传感器，其中所述微振动体具有设置在所述被安装表面凹部的底面内的底部通孔，并且所述接合构件至少部分地进入所述底部通孔。6.根据权利要求4或5的惯性传感器，其中所述安装基板在被所述内框架部环绕的区域中具有柱部，并且所述柱部被插入所述底部通孔。7.一种制造惯性传感器的方法，所述惯性传感器包括：微振动体，其是具有前表面和后表面的薄壁构件，所述前表面是具有大外径的一侧上的表面，所述后表面是与所述前表面相反的表面，所述微振动体包括具有环形曲面的曲面部以及凹部，所述凹部从所述曲面部凹入到后表面侧，以及安装基板，其包括彼此接合的下基板和上基板，所述上基板包括具有框架形状的内框
架部以及多个电极部，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤启太郎，原田翔太，后藤胜昭，稻垣优辉，明石照久，船桥博文，吉田贵彦，川合祐辅，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社未来瞻科技株式会社，
类型：发明
国别省市：