JP2005083779A

JP2005083779A - 角速度センサ

Info

Publication number: JP2005083779A
Application number: JP2003313383A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kotani; 勉小谷; Shinji Yoshiyuki; 伸治吉行
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】回路基板上に搭載する振動体の振動の減衰をできるだけ小さくすることができる回路基板と圧電性基板との接続構造を有する角速度センサを提供する。
【解決手段】回路基板１に形成された複数のパッド１０と、該回路基板１上角速度センサ振動体２を実装する。パッド１０と、振動体２の圧電性基板５に形成された複数の電極１３〜２０との間に、それぞれ、正四面体をなす導体ピース５を介在させる。導体ピース５の１つの面をパッド１０に対面させ、かつその反対側の１つの頂部を電極１３〜２０に対面させて介在させる。また、各導体ピース６とパッド１０および電極１３〜２０との間を接合剤２３、２４によって接続することにより、電気的、機械的に接続する。
【選択図】図５

Description

本発明は、回路基板上に振動体を搭載してなる角速度センサに係り、特にその回路基板と振動体との接続構造に関する。

ビデオカメラの手ぶれ防止や自動車のナビゲーション等に使用される角速度センサにおいては、特許文献１に開示されているように、圧電性基板の電極と回路基板のパッドとの接続とを、極細のリード線の両端を前記電極、パッドに半田付けすることにより行なっている。

また、回路基板上に電子部品を搭載し、これらを複数の接続部によって電気的、機械的に接続することにより、全体として所定の機能を発揮させる電子部品を構成する場合、特許文献２に開示されているように、回路基板上に複数のパッドを形成し、電子部品には、前記パッドに対応してそれぞれ電極を設け、それぞれのパッドと電極との間に球状で高剛性の導電球体を配置して半田により接続した構造が採用される場合がある。

特開平９−２２２４３４号公報特開２００１−６０７５９号公報

前記特許文献１に記載のように、角速度センサの圧電性基板とこれを搭載する回路基板との接続をリード線により行う場合、接続作業に困難を伴い、細心の注意を払う必要がある。この問題点を解決するため、特許文献２に記載のように導体ピースにより回路基板と角速度センサを接続するとすれば、導体ピースとパッドおよび圧電性基板の電極との接続をそれぞれ半田により接続することになる。

しかし、このような剛性の高い導体ピースを介在させた接続構造によれば、角速度センサの振動板や圧電性基板の振動が接続部の剛性によって減衰され、効率が低下するという問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、回路基板上に搭載する振動体の振動の減衰をできるだけ小さくすることができる回路基板と圧電性基板との接続構造を有する角速度センサを提供することを目的とする。

（１）本発明の角速度センサは、回路基板に形成された複数のパッドと、該回路基板上に実装される角速度センサ振動体の圧電性基板に形成された複数の電極との間に、それぞれ、正四面体をなす導体ピースを、その１つの面を前記パッドに対面させ、かつその反対側の１つの頂部を前記電極に対面させて介在させ、かつ該各導体ピースと前記パッドおよび電極との間を接合剤によって接続することにより、電気的、機械的に接続したことを特徴とする。

（２）また、本発明の角速度センサは、前記（１）において、前記導体ピースが、正四面体をなす樹脂製またはゴム製ピースの表面に導体膜を形成したものでなることを特徴とする。

（３）また、本発明の角速度センサは、前記（１）または（２）において、前記回路基板上に、前記角速度センサ振動体を覆うカバーを固定し、
前記角速度センサ振動体を振動板と圧電性基板とを接着して構成し、
前記カバーと、前記振動板のノード部との間に、押さえリングを設けたことを特徴とする。

本発明において、回路基板のパッドと圧電性基板の電極との接続部を構成する導体ピースは、正四面体の頂部で圧電性基板の電極に半田や導電性接着剤からなる接合剤により接続されるため、平面で接合される場合に比較して、振動体の振動が接続部で減衰する度合が減少し、効率が向上する。また、導体ピースは正四面体をなすため、パッドにマウントの際には自動的に頂部が上向きになり、またリフロー炉における半田による接続の場合には、溶融半田の表面張力によって導体ピースの位置が半田を付けたパッド上に自動的に合わせられる。すなわち姿勢、位置の制御が自動的に行われる。

図１は本発明による角速度センサの一実施の形態を断面図、図２はその分解斜視図である。１は回路基板、２は角速度センサ振動体、３は角速度センサ振動体２を覆うカバーである。前記角速度センサ振動体２は、エリンバのような恒弾性金属材料からなる振動板４にＰＺＴ等でなる圧電性基板５を貼り合わせたものである。

６は回路基板１上の圧電性基板５との接続部に設けた導体ピース、７はカバー３と角速度センサ振動体２の振動板４のノード部との間に介在させた押さえリングである。該押さえリングは、その一方の端面をカバー３に接着し、他方の面を振動板４のノード部に接着して取付けられる。９は角速度センサ振動体２の駆動信号と検出信号を作成するための回路を構成するための半導体素子、コンデンサ、インダクタあるいは抵抗等からなる電子部品である。

図２において、１０は回路基板１に形成された配線パターン１１の端部に、後述の圧電性基板５の電極に対応して環状に配置して形成されたパッドである。

導体ピース６は、図３に示すように、正四面体をなす、銅、ニッケル、アルミニウム、銀、もしくはこれらに半田付けを容易とするための錫や半田などのメッキを施したものである。

図２に示すように、前記振動板４の中心にはコリオリ力を発生させるための錘４ａが一体に形成される。該振動板４の周囲の凸状に形成された部分４ｂは自励振動周波数を調整するためのものである。

図２に示すように、前記圧電性基板５の振動板４側の面には参照電極１２が設けられる。圧電性基板５は板厚方向に分極されたもので、回路基板１との対向面には、図４に示すように、弧状の駆動電極１３、１４と、フィードバック電極１５、１６とがノード部２１に沿って形成される。また、これらの電極１３〜１６の内側に、４個の扇形のＸ軸回りの角速度検出用の検出電極１７、１８およびＹ軸回りの角速度検出用の検出電極１９、２０が形成される。

図５は前記各部材の接続構造を示す断面図である。前記導体ピース６はその１つの平面がパッド１０に対面してパッド１０に対して半田や導電性接着剤からなる接合剤２３により接続される。また、導体ピース６のパッド１０との対向面の反対側の１つの頂部が、電極２０について代表して示すように、前記電極１３〜２０にそれぞれ接合剤２４により接続される。また、前記圧電性基板５と振動板４とは接合剤２５により固着されている。

なお、電極１２と回路基板1上の素子との接続をリード線により行なってもよいが、前記押さえリング７およびカバー３とこれらの接合する接合剤に導通材を用いるか、あるいは導通回路を形成することにより、前記接続を行なうようにしてもよく、このような構成とすれば、リード線による前記接続を皆無とすることができる。

この角速度センサ振動体２を図１のように組立てた状態において、前記参照電極１２と駆動電極１３、１４との間に電圧をかけると、振動板４は上または下に変形する。これに伴い、フィードバック電極１５、１６には参照電極１２に対して正または負の方向に電位が発生し、前記回路基板１上に構成される発振回路（図示せず）に自励発振を持続させるための信号を帰還させる。

ここで、例えばＸ軸の回り（図４参照）に振動板４が回転すると、振動板４の中心の錘４ａに、角速度と振動速度と質量に比例する大きさで、角速度と振動速度と両ベクトルに直交する方向のコリオリ力が作用し、錘４ａを基本振動に同期してＹ方向に動かす。これにより、電極１７、１８には逆方向の電圧が発生する。この信号を同期検波し、増幅することにより、前記Ｘ軸回りの角速度が検出できる。Ｙ軸の回りの振動板４の回転が生じた場合も同様に検出電極１９、２０からＹ軸回りの角速度の検出信号が得られる。

前記角速度センサの作動において、回路基板１のパッド１０と圧電性基板の電極１３〜２０との接続部を構成する導体ピース６は、正四面体の頂部で圧電性基板５の電極１３〜２０に半田や導電性接着剤からなる接合剤２４により接続されるため、平面で接合される場合に比較して、振動体２の振動が接続部で減衰する度合が減少し、効率が向上する。

また、導体ピース６は正四面体をなすため、パッド１０にマウントの際には自動的に頂部が上向きになり、またリフロー炉における半田による接続の場合には、溶融半田の表面張力によって導体ピース６の位置が半田を付けたパッド１０上に自動的に合わせられる。すなわち姿勢、位置の制御が自動的に行われる。

図６は本発明による導体ピースの他の例を示す断面図であり、正四面体をなし、かつ可撓性を有する樹脂製またはゴム性球体３１ａの周囲に、スパッタリング等の膜形成技術により金属等でなる導体膜３１ｂを一体に形成被覆して導電性を持たせてものである。球体３１ａを構成する材質としては、シリコン系樹脂あるいはフッ素系樹脂が、弾性率として１５Ｎ／ｃｍ^２以下（より好ましくは１０Ｎ／ｃｍ^２以下）の値が得られ、かつリフロー等に対応できる耐熱性を有する点において好ましい。また、導体膜３１ｂとしては、半田を接合剤に用いる場合、半田付けが可能な錫、銅、ニッケルもしくは銀あるいはこれらの多層構造のものを用いることができる。

このような弾性を有する材料を導体ピース６の代わりに用いることにより、振動体２の振動の減衰度合がさらに減少し、されなる効率向上が達成できる。

本発明による角速度センサの一実施の形態を示す断面図である。図１の一部部材の分解斜視図である。本発明において用いる導体ピースの構造を示す斜視図である。本実施の形態において、圧電性基板における電極配置を示す図である。本実施の形態の接続部の構造を示す断面図である。本発明で用いる導体ピースの他の例を示す断面図である。

符号の説明

１：回路基板、２：角速度センサ、３：カバー、４：振動板、４ａ：錘、５：圧電性基板、６：導体ピース、７：押さえリング、９：電子部品、１０：パッド、１１：配線パターン、１２：参照電極、１３、１４：駆動電極、１５、１６：フィードバック電極、１７、１８、１９、２０：検出電極、２１：ノード部、２３〜２５：接合剤、３０：接合剤、３１：導体ピース、３１ａ：樹脂またはゴム、３１ｂ：導体膜

Claims

回路基板に形成された複数のパッドと、該回路基板上に実装される角速度センサ振動体の圧電性基板に形成された複数の電極との間に、それぞれ、正四面体をなす導体ピースを、その１つの面を前記パッドに対面させ、かつその反対側の１つの頂部を前記電極に対面させて介在させ、かつ該各導体ピースと前記パッドおよび電極との間を接合剤によって接続することにより、電気的、機械的に接続したことを特徴とする角速度センサ。
請求項１に記載の角速度センサにおいて、
前記導体ピースが、正四面体をなす樹脂製またはゴム製ピースの表面に導体膜を形成したものでなることを特徴とする角速度センサ。
請求項１または２に記載の角速度センサにおいて、
前記回路基板上に、前記角速度センサ振動体を覆うカバーを固定し、
前記角速度センサ振動体を振動板と圧電性基板とを接着して構成し、
前記カバーと、前記振動板のノード部との間に、押さえリングを設けたことを特徴とする角速度センサ。