JP2005257637A - Mounting structure of vibrator - Google Patents
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Description
本発明は、所定の検出軸に対応する物理量を測定するのに用いる複数の振動子を実装する実装構造に関するものである。 The present invention relates to a mounting structure for mounting a plurality of vibrators used for measuring a physical quantity corresponding to a predetermined detection axis.
自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに、振動型ジャイロスコープを使用することが検討されている。こうしたシステムにおいては、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。 The use of a vibratory gyroscope has been studied for a rotational speed sensor used in a vehicle control method of an automobile body rotational speed feedback type. In such a system, the direction of the steering wheel itself is detected by the rotation angle of the steering wheel. At the same time, the rotational speed at which the vehicle body is actually rotating is detected by the vibration gyroscope. Then, the direction of the steering wheel is compared with the actual rotational speed of the vehicle body to obtain a difference, and based on this difference, correction is made to the wheel torque and the steering angle, thereby realizing stable vehicle body control.
操舵輪の方向を制御するために振動型ジャイロスコープを用いる技術においては、振動型ジャイロスコープの誤動作や誤差によって操舵輪の制御角度が狂うことを防止する必要かある。このため、特許文献1においては、それぞれが異なる方式で前輪操舵角を検出する3個以上の前輪操舵角検出手段を用い、前輪操舵角検出手段のいずれかが検出する前輪操舵角を検出出力とし、3個以上の前輪操舵角検出手段がそれぞれ検出した前輪操舵角同士を比較して、各前輪操舵角の一致関係を判定する。この際には、前輪操舵角出力手段による検出出力とされている前輪操舵角検出手段の検出結果が他の前輪操舵角検出手段のいずれの検出結果とも一致しないと判定する場合には、この検出出力を与えている操舵角検出手段に異常があると判定する。
本発明者は、振動型ジャイロスコープを複数個、回路基板上に実装することによって、各振動型ジャイロスコープからの回転角速度の検出値を得、複数の検出値の中から、他の検出値から大きく離れた検出値を除去し、残った検出値を測定値として使用することを検討した。これによって、一つの振動型ジャイロスコープないし振動子の測定誤差が大きくなったり、破損したときに、その振動型ジャイロスコープからの検出値を測定結果から除くことができる。 The present inventor obtains a rotational angular velocity detection value from each vibration gyroscope by mounting a plurality of vibration gyroscopes on a circuit board, and from other detection values among the plurality of detection values. We investigated the removal of detected values that were far apart and using the remaining detected values as measured values. Accordingly, when a measurement error of one vibration gyroscope or vibrator becomes large or breaks, a detection value from the vibration gyroscope can be excluded from the measurement result.
しかし、このように複数個の振動子を回路基板上に実装するプロセスは、比較的に難しいことが判明してきた。例えば平面的な振動子を複数個、回路基板上に実装する際には、各振動子の検出軸をアライメントした状態で実装する必要がある。なぜなら、回路基板上で各振動子の検出軸が互いにずれると、同じ回転角速度が加わったときに各振動子からの検出値が異なるからである。しかし、振動子は微小な電子部品であり、特に携帯電話用途においては振動子の寸法はきわめて小さい。従って、振動子を回路基板上に実装する工程は、かなり困難かつ煩雑な工程である。このとき、複数個の振動子を同一の回路基板上に、検出軸を精密にアライメントした状態で実装することは困難である。 However, it has been found that the process of mounting a plurality of vibrators on a circuit board in this manner is relatively difficult. For example, when a plurality of planar vibrators are mounted on a circuit board, it is necessary to mount them with the detection axes of the vibrators aligned. This is because if the detection axes of the transducers are shifted from each other on the circuit board, the detection values from the transducers differ when the same rotational angular velocity is applied. However, the vibrator is a small electronic component, and the dimensions of the vibrator are extremely small, particularly in mobile phone applications. Therefore, the process of mounting the vibrator on the circuit board is a rather difficult and complicated process. At this time, it is difficult to mount a plurality of vibrators on the same circuit board with the detection axes accurately aligned.
本発明の課題は、所定の検出軸に対応する物理量を測定するのに用いる複数の振動子を実装する実装構造において、複数個の振動子を同一の基板上に、検出軸をアライメントした状態で容易に実装可能な構造を提供することである。 An object of the present invention is to provide a mounting structure in which a plurality of transducers used for measuring a physical quantity corresponding to a predetermined detection axis are mounted, with a plurality of transducers on the same substrate and with detection axes aligned. It is to provide a structure that can be easily mounted.
本発明は、所定検出軸に対応する物理量を測定するのに用いる複数の振動子を実装する実装構造であって、振動子の少なくとも一部が所定面に沿って形成されており、複数の振動子が所定面に対して略垂直な方向へと向かって積層されていることを特徴とする。 The present invention is a mounting structure for mounting a plurality of vibrators used to measure a physical quantity corresponding to a predetermined detection axis, wherein at least a part of the vibrator is formed along a predetermined surface, and the plurality of vibrations The child is laminated in a direction substantially perpendicular to the predetermined plane.
本発明によれば、複数の振動子を所定面に対して略垂直な方向へと向かって積層し、複数の振動子を含む実装構造を得る。この実装構造においては、複数の振動子の配列方向が幾何学的に定まっているので、結果的に各振動子の検出軸の方向も互いに同じになるようにアライメントされる。このようにして得られた実装構造を、目的とする回路基板上に取り付けることによって、この回路基板上に複数の振動子が、各検出軸がアライメントされた状態で実装されることになる。 According to the present invention, a plurality of vibrators are stacked in a direction substantially perpendicular to a predetermined plane to obtain a mounting structure including a plurality of vibrators. In this mounting structure, since the arrangement direction of the plurality of transducers is geometrically determined, as a result, alignment is performed so that the directions of the detection axes of the transducers are the same. By mounting the mounting structure thus obtained on a target circuit board, a plurality of vibrators are mounted on the circuit board in a state where the detection axes are aligned.
好適な実施形態においては、各振動子が支持基板上に実装されている。この場合には、各支持基板を、その主面と略垂直な方向に向かって積層することによって、各振動子の検出軸を幾何学的にアライメントさせることが容易である。 In a preferred embodiment, each vibrator is mounted on a support substrate. In this case, it is easy to geometrically align the detection axes of the transducers by laminating the support substrates in a direction substantially perpendicular to the main surface.
この実施形態においては、複数の支持基板を互いに直接接合し、一体化することができる。この場合の接合方法は特に限定されず、紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、機械的固定など種々の方法であってよい。あるいは、各支持基板をそれぞれ別体の小型パッケージ内に収容し、複数個の小型パッケージを互いに接合し、一体化することができる。この場合の接合方法は特に限定されず、紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、機械的固定など種々の方法であってよい。 In this embodiment, a plurality of support substrates can be directly joined to each other and integrated. The joining method in this case is not particularly limited, and may be various methods such as an ultraviolet curable adhesive, a thermosetting adhesive, and mechanical fixing. Alternatively, each support substrate can be accommodated in a separate small package, and a plurality of small packages can be joined together and integrated. The joining method in this case is not particularly limited, and may be various methods such as an ultraviolet curable adhesive, a thermosetting adhesive, and mechanical fixing.
好適な実施形態においては、支持基板に電子部品が実装されている。しかし、各支持基板に電子部品を実装することは必須ではなく、複数個の振動子の駆動および出力信号の処理を行うための電子部品を一つにまとめることもできる。 In a preferred embodiment, an electronic component is mounted on the support substrate. However, it is not essential to mount electronic components on each support substrate, and electronic components for driving a plurality of vibrators and processing output signals can be combined into one.
振動子の検出軸は、実装方向と等しくてもよいが、実装方向と異なっていても良い。好適な実施形態においては、振動子の検出軸が所定面に対して略垂直である。また、他の好適な実施形態においては、振動子の検出軸が所定面と略平行である。 The detection axis of the vibrator may be equal to the mounting direction, but may be different from the mounting direction. In a preferred embodiment, the detection axis of the vibrator is substantially perpendicular to the predetermined plane. In another preferred embodiment, the detection axis of the vibrator is substantially parallel to the predetermined plane.
好適な実施形態においては、本発明の実装構造をパッケージ内に収容する。この場合には、パッケージを回路基板上に実装することによって、複数個の振動子が検出軸をアライメントした状態で回路基板上に実装される。 In a preferred embodiment, the mounting structure of the present invention is housed in a package. In this case, by mounting the package on the circuit board, the plurality of vibrators are mounted on the circuit board with the detection axes aligned.
本発明においては、振動子の少なくとも一部が所定面に沿って形成されているが、振動子の全体が所定面に沿って形成されていてもよい。また、所定面と振動子の積層方向とがなす角度は略垂直である。これは幾何学的に厳密な意味での垂直だけでなく、実装技術において通常の程度の誤差は許容される意図であり、一例としては例えば幾何学的垂直から3°ずれていても良い。 In the present invention, at least a part of the vibrator is formed along the predetermined surface, but the whole vibrator may be formed along the predetermined surface. Further, the angle formed by the predetermined plane and the stacking direction of the vibrators is substantially vertical. This is intended not only to be vertical in a geometrically strict sense, but also to allow a normal degree of error in the mounting technology. For example, it may be shifted by 3 ° from the geometrical vertical.
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings as appropriate.
図1は、本発明の一実施形態において使用する振動子収容パッケージ11A(11B、11C)を概略的に示す模式図であり、図2は、図1のパッケージ内における振動子の実装状態を模式的に示す断面図であり、図3(a)は、図2のパッケージ内部の平面図であり、図3(b)は、図1のパッケージの底面図である。
FIG. 1 is a schematic view schematically showing a
本例では、各振動子4の実装構造1A(1B、1C)がパッケージ容器8内に収容されている。振動子4は所定面Xに沿って形成されている。支持基板32は平板状であり、一方の対向面32aおよび他方の対向面32bを有する。一方の対向面32a上には、更に別体の枠体13がボンディングワイヤ14によって設置されており、枠体13上にボンディングワイヤ5によって振動子4の下面が支持されている。ボンディングワイヤ5、14は、振動子4上の図示しない電極に対して電気的に接続されている。他方の対向面32b上には、バンプ7によって電子部品6が支持されている。振動子4上の電極端子、電子部品6の端子は、それぞれボンディングワイヤを介して、基板32上の電極に接続されている。
In this example, the mounting structure 1A (1B, 1C) of each
本例では、振動子4と電子部品6とが、基板32の厚さ方向に投影したときに互いにほぼ重複しない位置に設置されている。この実装構造1A、1B、1Cは、パッケージ容器8内に収容され、パッケージ1A(1B、1C)を構成している。 本例に限らず、パッケージ容器8には空気孔(図示せず)を設け、パッケージ内を真空にして振動子を動作させることも好適に行われる。
In this example, the
このパッケージ11A(11B、11C)を、図1に示すように、各基板2A(2B、2C)上に固定する。この際、各振動子の検出軸Aは、各振動子4が形成されている所定面に対して略垂直であり、また各基板2A、2B、2Cに対して略垂直である。本例では、各振動子4を用いて、それぞれ、検出軸Aの周りの回転角速度ωを検出する。
The
次いで、各パッケージ11A、11B、11Cおよび支持基板2A、2B、2Cを、図4に示すように、矢印Dの方向へと向かって積層し、一体化することによって、複数の振動子4を含む実装構造3を得る。この場合の接合方法は特に限定されず、紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、機械的固定など種々の方法であってよい。本例では、積層方向Dが検出軸Aと同じである。
Next, each of the
次いで、所定個数のリード10を矢印Bのように基板11Aに取り付け、図5に示すパッケージ16内に実装構造3を収容する。パッケージの底面に、所定の端子が設けられており、このパッケージ16を所定の回路基板上に実装する。
Next, a predetermined number of
また、図6、図7に示すような実装構造を採用することもできる。図6に示す実装構造3Aにおいては、フレキシブル基板12によって例えば3個のパッケージ11A、11B、11Cを一体化している。本例では、フレキシブル基板12は折り曲げられており、パッケージ11A、11B、11Cを固定する平板実装部12a、12b、12cと、各実装部を連結する折り曲げ部12d、12eを備えている。本例では、実装構造11Aは実装部12aと12bとの間にはさまれており、実装構造11Bは実装部12bと12cとの間にはさまれている。
Also, a mounting structure as shown in FIGS. 6 and 7 can be employed. In the mounting structure 3 </ b> A shown in FIG. 6, for example, three packages 11 </ b> A, 11 </ b> B, and 11 </ b> C are integrated by a
図7に示す実装構造3Bにおいては、パッケージ11A、11B、11Cを固定する平板実装部2A、2B、2Cと、各実装部を連結する配線20とを備えている。本例では、パッケージ11Aは実装部2Aと2Bとの間にはさまれており、パッケージ11Bは実装部2Bと2Cとの間にはさまれている。
The mounting
振動子の寸法は限定されない。しかし、振動子の重量や寸法が大きいと、ボンディングワイヤに加わる重力が大きくなり、長期間経過時にボンディングワイヤが変形する可能性がある。このため、ボンディングワイヤの変形による振動への影響を抑制するという観点からは、振動子の幅を10mm以下とすることが好ましく、5mm以下とすることがさらに好ましい。また、同様の観点からは、振動子の重量を5mg以下とすることが好ましく、1mg以下とすることが一層好ましい。また、振動子の厚さを0.3mm以下とすることが好ましく、0.2mm以下とすることが更に好ましい。 The dimensions of the vibrator are not limited. However, if the weight and dimensions of the vibrator are large, gravity applied to the bonding wire increases, and the bonding wire may be deformed after a long period of time. For this reason, from the viewpoint of suppressing the influence on the vibration due to the deformation of the bonding wire, the width of the vibrator is preferably 10 mm or less, and more preferably 5 mm or less. From the same viewpoint, the weight of the vibrator is preferably 5 mg or less, and more preferably 1 mg or less. Further, the thickness of the vibrator is preferably 0.3 mm or less, more preferably 0.2 mm or less.
好ましくは、振動片が圧電性単結晶からなる。圧電性単結晶としては、水晶、LiNbO3、LiTaO3、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体(Li(Nb,Ta)O3)単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶を例示できる。 Preferably, the resonator element is made of a piezoelectric single crystal. Examples of the piezoelectric single crystal include quartz, LiNbO 3 , LiTaO 3 , lithium niobate-lithium tantalate solid solution (Li (Nb, Ta) O 3 ) single crystal, lithium borate single crystal, and langasite single crystal.
振動子における駆動手段、検出手段は、振動型ジャイロスコープ分野において通常のいずれの手段も採用できる。振動子を圧電性材料によって形成した場合には、この振動子に駆動手段、検出手段として駆動電極および検出電極を設ける。圧電性材料としては、圧電単結晶の他に、PZT等の圧電セラミックスがある。また、振動子を恒弾性金属によって形成した場合には、駆動手段、検出手段として、圧電性セラミックスを振動子上に貼りつけることができる。 As the driving means and detection means in the vibrator, any means that is normal in the field of the vibration gyroscope can be adopted. When the vibrator is formed of a piezoelectric material, the vibrator is provided with a drive electrode and a detection electrode as drive means and detection means. Examples of the piezoelectric material include piezoelectric ceramics such as PZT in addition to the piezoelectric single crystal. In addition, when the vibrator is formed of a constant elastic metal, piezoelectric ceramics can be pasted on the vibrator as a driving means and a detection means.
基板の材質は特に限定されず、いわゆるパッケージ用途に用いられている絶縁性材料、例えばセラミックス、ガラス、樹脂を使用できる。 The material of the substrate is not particularly limited, and insulating materials used for so-called package applications such as ceramics, glass, and resin can be used.
図6に示すように基板を折り曲げる実施形態においては、フレキシブル基板を使用する。これは、柔らかく薄いフィルム状の回路基板であり、一般的にはポリイミドのフィルム上に銅配線を施した基板が多く用いられている。設計の自由度の高さから、最近は小型・精密化の進むエレクトロニクス製品の多くに採用されている。 In the embodiment in which the substrate is bent as shown in FIG. 6, a flexible substrate is used. This is a soft and thin film-like circuit board, and generally a board in which copper wiring is provided on a polyimide film is often used. Due to its high degree of freedom in design, it has recently been adopted in many electronic products that are becoming smaller and more precise.
図7に示すように、平板状の実装部を配線20によって連結する場合には、この配線は、例えば各実装部上の電極パターンを構成する各配線に連続し、電気的に導通していてよい。このように、基板の配線を連結部として利用することによって、フレキシブル基板を折り曲げることが不要となるので、作製が一層容易となる。配線20の種類は特に限定されないが、銅箔、金めっき付銅箔、アルミ箔、ニッケル箔が好ましい。
As shown in FIG. 7, when the flat mounting portions are connected by the
ボンディングワイヤは、支持基板の実装面に直接に支持されていてもよいが、支持基板上の枠体上に支持されていてもよい。また、ボンディングワイヤの振動子への接合方法は限定されないが、超音波ボンディング、スポット溶接、導電性接着剤、半田付けが好ましい。 The bonding wire may be supported directly on the mounting surface of the support substrate, but may be supported on a frame on the support substrate. Further, the bonding method of the bonding wire to the vibrator is not limited, but ultrasonic bonding, spot welding, conductive adhesive, and soldering are preferable.
ボンディングワイヤは、振動子の端子部に対して電気的に接続できる。また、ボンディングワイヤの材質は特に限定されないが、導電性材料である必要があり,また柔軟性ないし可撓性を有する材料であることが好ましい。この観点からは、金めっき付銅、金めっき付ニッケル、ニッケル、アルミニウムが好ましい。 The bonding wire can be electrically connected to the terminal portion of the vibrator. Further, the material of the bonding wire is not particularly limited, but it needs to be a conductive material, and is preferably a material having flexibility or flexibility. From this viewpoint, copper with gold plating, nickel with gold plating, nickel, and aluminum are preferable.
ボンディングワイヤによって振動子の上面を支持することができ、あるいは、ボンディングワイヤによって振動子の下面を支持することができる。 The upper surface of the vibrator can be supported by the bonding wire, or the lower surface of the vibrator can be supported by the bonding wire.
本発明において測定されるべき物理量は、特に限定はされない。振動子に駆動振動を励振し、駆動振動中の振動子に対する物理量の影響によって振動子の振動状態に変化が生じたときに、この振動状態の変化から検出回路を通して検出可能な物理量を対象とする。こうした物理量としては、振動子に印加される加速度、角速度、角加速度が特に好ましい。また、測定装置としては慣性センサーが好ましい。 The physical quantity to be measured in the present invention is not particularly limited. When the vibration state of the vibrator is changed due to the influence of the physical quantity on the vibrator during driving vibration, the physical quantity that can be detected through the detection circuit from the change in the vibration state is targeted. . As such physical quantities, acceleration, angular velocity, and angular acceleration applied to the vibrator are particularly preferable. Further, an inertial sensor is preferable as the measuring device.
本発明においては、パッケージ16または実装構造3、3A、3Bを所定の回路基板に対して固定する。この固定方法は限定されず、紫外線硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、機械的固定、リード10の半田付けなど種々の方法であってよい。
In the present invention, the
支持基板に搭載される電子部品の種類は特に限定されないが、抵抗抗器、コンデンサ、半導体集積回路チップを例示できる。チップの種類は特に限定されないが、角速度センサの出力信号を処理する半導体集積回路であることが好ましく、たとえばフィルタを構成するオペアンプやアナログ出力をデジタル化するアナログ/デジタル変換器や、デジタル化した信号を外部にシリアル通信で出力するシリアル通信ドライバが好ましい。角速度センサ外部から振動子に直接接続できる端子がある場合は、振動子の駆動信号および検出信号を制御する半導体集積回路チップであることが好ましく、例えばASIC(Application Specified Integrated Circuit:特定用途向け集積回路)が好ましい。 The type of electronic component mounted on the support substrate is not particularly limited, but examples include a resistor resistor, a capacitor, and a semiconductor integrated circuit chip. The type of chip is not particularly limited, but it is preferably a semiconductor integrated circuit that processes the output signal of the angular velocity sensor. For example, an operational amplifier that constitutes a filter, an analog / digital converter that digitizes analog output, or a digitized signal Is preferably a serial communication driver that outputs the data to the outside via serial communication. When there is a terminal that can be directly connected to the vibrator from the outside of the angular velocity sensor, it is preferably a semiconductor integrated circuit chip that controls the drive signal and detection signal of the vibrator, for example, an ASIC (Application Specified Integrated Circuit). ) Is preferred.
振動子のパッケージへの封止方法は限定されず、例えば以下の方法がある。
(1)封止手段が半導体チップ用パッケージである。このようなパッケージとしては、QFP(Quad Flat Package)
パッケージ、QFN(Quad Flat No −lead)パッケージを例示できる。
(2)封止手段が樹脂モールド材である。樹脂モールド材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂を例示できる。
(3)封止手段が、セラミックパッケージである。カバーは、シーム溶接されているか、あるいは半田溶接または金ロウ溶接されていることが好ましい。
(4)封止手段が金属パッケージである。材料としては、コバールが例示できる。
(5)封止手段が金属折り曲げ筐体である。気密封止にはなっていないが、電磁気シールドとしての効果はある。材料としては亜鉛メッキ鋼板、ステンレスを例示できる。
The method for sealing the vibrator into the package is not limited, and examples thereof include the following methods.
(1) The sealing means is a semiconductor chip package. As such a package, QFP (Quad Flat Package)
Examples of the package include a QFN (Quad Flat No-lead) package.
(2) The sealing means is a resin mold material. Examples of the resin molding material include epoxy resin, silicone resin, polyimide resin, and urethane resin.
(3) The sealing means is a ceramic package. The cover is preferably seam welded or solder welded or gold soldered.
(4) The sealing means is a metal package. An example of the material is Kovar.
(5) The sealing means is a metal bent casing. Although it is not hermetically sealed, it is effective as an electromagnetic shield. Examples of the material include galvanized steel sheets and stainless steel.
1A、1B、1C パッケージ内の振動子の実装構造 2A,2B、2C 基板 3,3A,3B 実装構造 4 振動子 5 ボンディングワイヤ 8 パッケージ容器 10 リード 11A、11B、11C 振動子を収容するパッケージ 16 パッケージ11A、11B、11Cを収容するパッケージ 12 フレキシブル基板 20 配線 A 検出軸 D 所定面Xに対して略垂直な方向 X 所定面 ω 回転角速度
1A, 1B, 1C Mounting structure of vibrator in
Claims (6)
前記振動子の少なくとも一部が所定面に沿って形成されており、複数の前記振動子が前記所定面に対して略垂直な方向へと向かって積層されていることを特徴とする、振動子の実装構造。 A mounting structure for mounting a plurality of vibrators used for measuring a physical quantity corresponding to a predetermined detection axis,
At least a part of the vibrator is formed along a predetermined plane, and the plurality of the vibrators are stacked in a direction substantially perpendicular to the predetermined plane. Implementation structure.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070605 |