JP2003021515A - 物理量検出装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単や製造方法が簡単で、外部からの振動の
影響を受けることがなく、さらに、使用材料やワイヤボ
ンドによる配線接続に制限を受けることのない物理量検
出装置およびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 缶パッケージ１６に固定される台座１１
と、台座１１に取り付けられるセンサチップ１３と、セ
ンサチップ１３と台座１１を接続するリード線２０とを
備えた角速度検出装置１０のセンサチップ１３と台座１
１の間に、接着剤層からなる弾性の振動緩衝部１２を設
けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動子の変位によ
り、角速度、加速度、圧力等の物理量を検出する物理量
検出装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、自動車等に使用される物理量
検出装置、例えば、ヨーレートセンサは、外部からの振
動を受けるとその影響でヨーの出力をしてしまうため、
これを防止する目的で防振構造が採用されている。この
ような防振構造を備えた物理量検出装置として、特開平
７−２４３８５７号公報に開示されたヨーレートセンサ
や、特開２０００−２１３９４２号公報に開示された振
動ジャイロがある。

【０００３】上記ヨーレートセンサは、センサ素子を構
成する振動子の一端を支持部を介して基板に浮遊させた
状態で取り付けて、その状態のセンサ素子を缶パッケー
ジしており、この缶パッケージ自体をゴムの緩衝材を介
して、缶パッケージを支持するケース側に取り付けた構
成になっている。また、上記振動ジャイロは、振動子を
ジンバル体に接合して構成したものである。なお、ジン
バルとは、羅針盤やジャイロを水平に支える装置のこと
で、ここで使用されるジンバル体は、柔構造を有して振
動子等をバランスをとって支持できる構造になってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
ヨーレートセンサでは、ケース側にダンパーを設けて外
部からの振動を缶パッケージ全体に伝えない構造にして
いるため、構造が複雑になるという問題が生じている。
また、缶パッケージには電源や信号線が配線されるが、
この場合、ケース側からの振動が缶パッケージ側に伝わ
らないようにするため、柔らかなフレキシブル配線板を
使用する必要が生じる等、使用する材料に制限が課せら
れるという問題もある。

【０００５】また、後者の振動ジャイロでは、不安定な
姿勢の振動子をジンバル体に接合する構造のため十分な
耐震性を確保できないという問題や、外部からの振動を
そのまま検知してしまいやすく振動による影響を十分に
解消できないという問題がある。さらに、ジンバル体が
柔構造を有しているため振動子が振動しやすくなり、振
動子からの配線接続がワイヤボンドではできないという
問題もある。

【０００６】

【発明の概要】本発明は、上記した問題に対処するため
になされたもので、その目的は、簡単な構造にするとと
もに、その製造方法も簡単にでき、外部からの振動の影
響を受けることがなく、フレキシブル配線の使用材料に
制限を受けず、さらに、ワイヤボンドによる配線接続も
容易にできる物理量検出装置およびその製造方法を提供
することである。

【０００７】上記の目的を達成するため、本発明に係る
物理量検出装置の特徴は、缶パッケージ内に固定される
台座と、台座に取り付けられ、基板上面から浮かせた状
態で振動子を支持する基板を有するセンサ素子とを備
え、振動子の変位により物理量を検出する物理量検出装
置であって、台座とセンサ素子との間に、台座とセンサ
素子とを接着固定する接着剤層からなる弾性の振動緩衝
部を設けたことにある。

【０００８】前記のように構成した本発明の特徴によれ
ば、従来例のヨーレートセンサのように、缶パッケージ
に防振機構を設けるのでなく、振動緩衝部によって、セ
ンサ素子だけを台座から浮かせた構造にできるため、防
振機構の構造が簡単になる。これによって、外部からの
振動伝達を効果的に低減することができ精度のよい物理
量検出装置が得られる。

【０００９】また、本発明の他の構成上の特徴は、缶パ
ッケージ内に固定される台座と、台座に取り付けられ、
基板上面から浮かせた状態で振動子を支持する前記基板
を有するセンサ素子とを備え、振動子の変位により物理
量を検出する物理量検出装置の製造方法であって、エッ
チング液との接触によって溶解する硬質材からなる緩衝
部成形枠を台座の上面に載置する工程と、台座の上面に
載置された緩衝部成形枠内に、固化することにより弾性
を有する振動緩衝部を形成する液状の接着剤を注入する
工程と、緩衝部成形枠内に注入された接着剤層の上面に
センサ素子を載置して、接着剤層を固化させこの接着剤
層の固化により、台座とセンサ素子を接着固定して一体
化させる工程と、センサ素子と台座を金属細線で接続す
る工程と、緩衝部成形枠をエッチング処理により除去す
る工程とを備えたことにある。

【００１０】このように構成した本発明の特徴によれ
ば、台座上に載置した緩衝部成形枠内に液状の接着剤を
注入し、その上にセンサ素子を載置して接着剤を固化す
るだけで、振動緩衝部の成形と台座へのセンサ素子の固
定ができるため、極めて簡単な方法で物理量検出装置を
得ることができるようになる。また、センサ素子と台座
を金属細線で接続する際には、まだ、台座とセンサ素子
の間に、緩衝部成形枠があるため、センサ素子は弾むこ
となくしっかりと固定された状態を保ち、センサ素子と
台座を金属細線で接続する工程が容易に行える。さら
に、緩衝部成形枠の除去は、緩衝部成形枠をエッチング
液に浸漬するだけで済むため簡単である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態にかか
る物理量検出装置について、角速度検出装置（ヨーレー
トセンサ）を例にして説明する。図１は同実施形態に係
る角速度検出装置１０を示しており、図２はその要部で
ある台座１１と、台座１１の上面に設けられた振動緩衝
部１２と、振動緩衝部１２の上面に設けられたセンサ素
子であるセンサチップ１３を示している。

【００１２】台座１１は金属製の板状体で構成され、振
動緩衝部１２は、シリコン系の接着剤層で構成されてい
る。この振動緩衝部１２成形用の材料として使用される
接着剤は、容器２２（図４参照）中で密閉された状態で
は液体状を維持し、大気中に露呈されることにより固化
する性質を有しており、固化した状態では、ゴム状の弾
性体になって、接着剤および防振材として機能する。し
たがって、台座１１とセンサチップ１３は、振動緩衝部
１２の接着作用によって一体化して、図２のような積層
体１４に構成されている。また、振動緩衝部１２の防振
作用によって、台座１１に加わる外部からの振動は、セ
ンサチップ１３には伝わり難い構造になっている。

【００１３】センサチップ１３は上面視が、図３に示す
ようになっており、シリコンで方形状に形成された基板
１３ａの上面に、支持部１３ｂの支持によって、基板１
３ａの上面から所定距離浮いた状態で振動子１３ｃが設
けられている。振動子１３ｃは、ＰＺＴ、チタン酸バリ
ュウム等のセラミックや水晶、ニオブ酸リチュウム等の
単結晶材料からなる圧電素子やマイクロマシニングによ
り製造された櫛歯構造による静電駆動、容量検出のシリ
コン素子などで構成されている。

【００１４】また、振動子１３ｃは、基板１３ａ上で変
位可能になっており、例えば、水平面上で互いに直交す
る二軸を、Ｘ軸，Ｙ軸とし、この二軸に直交する軸をＺ
軸とすると、振動子１３ｃは、Ｘ軸方向に振動している
状態で、Ｚ軸回りの角速度によって同角速度の大きさに
比例した振幅でＹ軸方向に振動するものである。すなわ
ち、Ｚ軸回りに角速度が作用すると、振動子１３ｃはコ
リオリ力によって前記角速度に比例した振幅でＹ軸方向
に振動し始める。この振動子１３ｃのＹ軸への振動によ
り図示せぬ電極部の圧電効果による電圧や静電容量が振
動に応じて変化するようになっており、角速度検出装置
１０は、センサチップ１３における振動子１３ｃのこの
ような振動状態を検出し、これによって角速度の検出を
行う。

【００１５】また、台座１１の上面におけるセンサチッ
プ１３の側方には、信号検出回路が形成された素子基板
からなる検出ＩＣ１５が配設されており、この検出ＩＣ
１５は、振動子１３ｃに生じる振動を電極部を介して信
号として受信し角速度を検出する。

【００１６】このようなセンサチップ１３や検出ＩＣ１
５を支持する台座１１は、金属製の缶パッケージ１６の
取り付けプレート１６ａに支持されている。この取り付
けプレート１６ａの所定箇所には、挿通穴１７が設けら
れ、この挿通穴１７に接続用の端子であるリードピン１
８が挿通している。また、挿通穴１７の周面とリードピ
ン１８の間には円筒状の絶縁体１９が設けられており、
この絶縁体１９によって、リードピン１８と取り付けプ
レート１６ａは電気的に絶縁されている。

【００１７】また、センサチップ１３の基板１３ａ上面
および検出ＩＣ１５の上面における所定箇所には複数の
電極（図示せず）が設けられており、この電極とリード
ピン１８の頭部１８ａに設けられた電極が多数の金属細
線からなるリード線２０によって接続されている。ま
た、台座１１の所定箇所にも電極（図示せず）が設けら
れており、台座１１とセンサチップ１３の電極間および
台座１１と検出ＩＣ１５の電極間もリード線２０によっ
て接続されている。さらに、センサチップ１３と検出Ｉ
Ｃ１５もリード線２０によって電気的に接続されてい
る。

【００１８】そして、缶パッケージ１６の取り付けプレ
ート１６ａの上面には、センサチップ１３や検出ＩＣ１
５を被覆するカバー部１６ｂが取り付けられて、角速度
検出装置１０が構成されている。なお、この角速度検出
装置１０の内部は、缶パッケージ１６の取り付けプレー
ト１６ａとカバー部１６ｂの接合部の密着性および絶縁
体１９によって気密性が保たれて密閉空間を形成してい
る。

【００１９】上記のように構成された角速度検出装置１
０における積層体１４は、図４に示したダイボンドとワ
イヤボンドの工程によって製造される。すなわち、ま
ず、ダイボンドの工程は、アルカリ液への浸漬によって
溶解するＳｉ等の硬質材からなる四角枠状の緩衝部成形
枠２１を準備し、この緩衝部成形枠２１を台座１１の上
面に載置する。ついで、振動緩衝部１２成形用の液体状
の接着剤を収容する容器２２を取り出し、台座１１の上
面に載置された状態の緩衝部成形枠２１内に、液状接着
剤を容器２２から吐出させて充填したのち、センサチッ
プ１３を緩衝部成形枠２１およびその中に充填した接着
剤層の上面に設置する。

【００２０】そして、液体状の接着剤が固化して、台座
１１、緩衝部成形枠２１、振動緩衝部１２およびセンサ
チップ１３が一体的に固定されたのち、ワイヤボンドの
工程を行う。このワイヤボンドは、センサチップ１３の
電極と台座１１の電極をリード線２０で高速ボンディン
グによって接続するもので、通常は、超音波による圧接
で行われる。

【００２１】つぎに、リード線２０および緩衝部成形枠
２１が組み付けられた状態の積層体１４ａを、ＫＯＨ，
ＴＭＡＨ等のアルカリ液からなるエッチング液に浸漬
し、緩衝部成形枠２１を溶解して除去する。これによっ
て、図２に示した積層体１４にリード線２０が取り付け
られた状態の積層体１４ｂが得られる。この場合、セン
サチップ１３には、予め、表面に酸化膜や窒化膜の層を
設けておき、緩衝部成形枠２１を除去するエッチング処
理の際に、センサチップ１３がエッチング液によって侵
されないようにしておく。なお、金属製の台座１１、リ
ード線２０および振動緩衝部１２は、前記エッチング液
に対して対侵食性を有するため、特別な処理は不要であ
る。

【００２２】そして、積層体１４ｂを、所定箇所にリー
ドピン１８が配設された缶パッケージ１６の取り付けプ
レート１６ａの上面に固定し、センサチップ１３の電極
とリードピン１８の電極をリード線２０で接続する。な
お、この場合のセンサチップ１３の電極とリード線２０
との接続は、上記積層体１４ｂを製造する際のワイヤボ
ンドの工程時に予め一緒に行っておく。

【００２３】つぎに、取り付けプレート１６ａの上面に
おけるセンサチップ１３の側方に検出ＩＣ１５を取り付
けるとともに、検出ＩＣ１５と台座１１の間、検出ＩＣ
１５と所定のリードピン１８の間および検出ＩＣ１５と
センサチップ１３の間をリード線２０で接続する。そし
て、最後に、取り付けプレート１６ａの上面にカバー部
１６ｂを密閉状態で取り付けることにより、缶パッケー
ジ１６によるモールディングの工程が終了し、角速度検
出装置１０が得られる。

【００２４】以上のように、この角速度検出装置１０で
は、台座１１とセンサチップ１３が弾性を有する振動緩
衝部１２によって接着固定されて一体化しているため、
センサチップ１３が、缶パッケージ１６に固定された台
座１１から浮いた状態になる。このため、角速度検出装
置１０に外部からの振動が伝わっても、その振動は振動
緩衝部１２によって吸収されるようになり、台座１１か
ら直接センサチップ１３に伝わる振動が少なくなる。

【００２５】その結果、角速度検出装置１０の構造が簡
単になるとともに、センサチップ１３の振動子１３ｃが
外部からの振動による影響を受けない角速度検出装置１
０が得られる。また、この角速度検出装置１０は、振動
緩衝部１２によって支持されるものがセンサチップ１３
だけであるため振動緩衝部１２に係る荷重が少なく耐震
性にも優れたものとなる。さらに、角速度検出装置１０
自体には、防振機構を設ける必要がないため、角速度検
出装置１０に接続するフレキシブル配線の使用材料等に
は、特に制限を受けない。したがって、使用する材料に
自由度が増すようになる。

【００２６】また、この角速度検出装置１０の製造方法
によれば、台座１１とセンサチップ１３の間をリード線
２０で接続するボンディング工程の際、台座１１とセン
サチップ１３の間に硬質材からなる緩衝部成形枠２１が
位置しているため、圧接によってセンサチップ１３に力
を付加してもセンサチップ１３に振動が生じることがな
い。したがって、台座１１とセンサチップ１３の間にリ
ード線２０を取り付けるワイヤボンドの作業が容易かつ
正確に行える。

【００２７】さらに、振動緩衝部１２を形成する材料と
して、固化することによって弾性体を構成する液状のシ
リコン系接着剤を用い、この接着剤を緩衝部成形枠２１
内に流し込むことにより振動緩衝部１２の成形を行うよ
うになっているため、簡単な作業で振動緩衝部１２の成
形を行うことができる。また、振動緩衝部１２が成形さ
れたのちは、緩衝部成形枠２１をアルカリ液からなるエ
ッチング液に浸漬することにより溶解して除去できるた
め、緩衝部成形枠２１の除去作業も簡単、かつ容易に行
える。

【００２８】なお、前記実施形態では、物理量検出装置
を角速度検出装置１０として、説明したが、本発明によ
る物理量検出装置には、基板に対して変位可能な振動子
と、振動による振動子の変位量を検出する検出手段とを
備えた装置であればどのような装置でも含まれる。例え
ば、加速度検出装置や圧力検出装置等である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る角速度検出装置を
示す断面図である。

【図２】 その要部を構成する積層体を示す正面図であ
る。

【図３】 センサチップの平面図である。

【図４】 積層体を製造する工程を説明する説明図であ
る。

【符号の説明】

１０…角速度検出装置、１１…台座、１２…振動緩衝
部、１３…センサチップ、１３ａ…基板、１３ｃ…振動
子、１４，１４ｂ…積層体、１６…缶パッケージ、１６
ａ…取り付けプレート、１６ｂ…カバー部、２０…リー
ド線、２１…緩衝部成形枠。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】缶パッケージ内に固定される台座と、 前記台座に取り付けられ、基板上面から浮かせた状態で
   振動子を支持する前記基板を有するセンサ素子とを備
   え、前記振動子の変位により物理量を検出する物理量検
   出装置であって、 前記台座と前記センサ素子との間に、前記台座と前記セ
   ンサ素子とを接着固定する接着剤層からなる弾性の振動
   緩衝部を設けたことを特徴とする物理量検出装置。
2. 【請求項２】缶パッケージ内に固定される台座と、前記
   台座に取り付けられ、基板上面から浮かせた状態で振動
   子を支持する前記基板を有するセンサ素子とを備え、前
   記振動子の変位により物理量を検出する物理量検出装置
   の製造方法であって、 エッチング液との接触によって溶解する硬質材からなる
   緩衝部成形枠を前記台座の上面に載置する工程と、 前記台座の上面に載置された緩衝部成形枠内に、固化す
   ることにより弾性を有する振動緩衝部を形成する液状の
   接着剤を注入する工程と、 前記緩衝部成形枠内に注入された接着剤層の上面にセン
   サ素子を載置して、前記接着剤層を固化させこの接着剤
   層の固化により、前記台座と前記センサ素子を接着固定
   して一体化させる工程と、 前記センサ素子と前記台座を金属細線で接続する工程
   と、 前記緩衝部成形枠をエッチング処理により除去する工程
   とを備えたことを特徴とする物理量検出装置の製造方
   法。