JP2006112856A - センサ素子基板、センサ素子基板の製造方法、センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ２軸若しくは３軸の方向における検知対象を好適に検知可能で、しかも昨今の小型化の要求に十分に対応でき、ノイズ対策にも適応可能なセンサ素子基板を提供する。
【解決手段】 本発明のセンサ素子基板は、フレキシブル基板１０上に少なくともジャイロセンサ素子を含む複数のセンサ素子２ａ，２ｂが搭載されてなり、前記フレキシブル基板１０が、隣合うセンサ素子２ａ，２ｂの境界で折り曲げられてなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センサ素子基板及びその製造方法と、該センサ素子基板を備えるセンサに関する。

従来より、電子機器において発生し得る振動を検知するために、振動子を有する振動子デバイスを当該電子機器に用いる技術が知られている。特許文献１には、手振れ補正用のデバイスとして１軸ジャイロセンサが開示されている。
特開２００４−９６４０３号公報

特許文献１に開示された１軸ジャイロセンサは、地面に対して平行な面に実装され、水平方向の回転を検出するものである。しかし、もう１つの振動（例えば地面に対して前進、後進方向の回転）を検出するためには、水平方向に実装したジャイロセンサに加えて、上記ジャイロセンサを地面に対して垂直方向に立てた状態で構成しなければならない。

このように実装した２つのジャイロセンサは、デジタルスチルカメラや携帯電話のカメラ部周辺に取り付けられるが、光軸に対しジャイロセンサは平面方向と縦方向に実装することとなり、どちらか一方のジャイロセンサを実装するための回路基板は、もう一方のジャイロセンサが搭載されている回路基板側に搭載することが構造上困難となり、残された一方のジャイロセンサを搭載するためだけに回路基板をもう一枚要することとなる。また、各ジャイロセンサを別基板構造にすることでジャイロセンサからの信号を処理する信号処理回路までの配線経路が長くなり、ノイズ対策が困難となる場合もある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、２軸若しくは３軸の方向における検知対象を好適に検知可能で、しかも昨今の小型化の要求に十分に対応でき、ノイズ対策にも適応可能なセンサ素子基板と、その製造方法、さらには該センサ素子基板を備えたセンサを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のセンサ素子基板は、その第１の態様として、フレキシブル基板上に少なくともジャイロセンサ素子を含む複数のセンサ素子が搭載されてなるセンサ素子基板であって、前記フレキシブル基板が、隣合うセンサ素子の境界で折り曲げられてなることを特徴とする。

このようなセンサ素子基板によると、フレキシブル基板の折り曲げによりセンサ素子を異なる平面上に配設させるものとしているため、２軸若しくは３軸の方向における検知対象（例えば振動）を好適に検知可能となり、しかも昨今の小型化の要求にも十分対応できるものとなる。また、各センサ素子を同一のフレキシブル基板に搭載しているため、各センサ素子毎に基板を用意して各基板を異方向に配設する場合に比して、構成が簡便となり、センサ素子からの信号を処理する信号処理回路までの配線経路を短くすることが可能となる。したがって、当該センサ素子基板を内蔵したセンサ装置の小型化を実現できる一方、ノイズ対策にも十分適応可能なものとなる。

また、上記課題を解決するために、本発明のセンサ素子基板は、その第２の態様として、フレキシブル基板上に複数のジャイロセンサ素子が搭載されてなるセンサ素子基板であって、前記ジャイロセンサ素子が、それぞれ前記フレキシブル基板の主面と直交する軸周りの回転角速度を測定するものである一方、前記フレキシブル基板が、隣合うジャイロセンサ素子の境界で折り曲げられてなることを特徴とする。

このようなセンサ素子基板によると、フレキシブル基板の折り曲げによりジャイロセンサ素子を異なる平面上に配設させるものとしているため、２軸若しくは３軸の方向における振動を好適に検知可能となり、しかも昨今の小型化の要求にも十分対応できるものとなる。また、各ジャイロセンサ素子を同一のフレキシブル基板に搭載しているため、各ジャイロセンサ素子毎に基板を用意して各基板を異方向に配設する場合に比して、構成が簡便となり、ジャイロセンサ素子からの信号を処理する信号処理回路までの配線経路を短くすることが可能となる。したがって、当該センサ素子基板を内蔵したセンサ装置の小型化を実現できる一方、ノイズ対策にも十分適応可能なものとなる。

本発明のセンサ素子基板において、前記フレキシブル基板の折り曲げ部には、該基板の折り曲げ状態を保持する保持部材が配設されてなるものとすることができる。このような保持部材の配設により折り曲げ状態を一定に保持できるようになり、センシングの安定化を図ることが可能となる。

前記保持部材として、前記折り曲げ部において前記フレキシブル基板の表裏の少なくとも一方に形状安定部材を配設することができる。また、前記折り曲げ部において、前記フレキシブル基板の角部に挿通孔を設け、該挿通孔に柱状部材を挿通させて、これを前記保持部材として構成することもできる。なお、挿通孔は、前記フレキシブル基板の一部を谷折りする一方、他部を山折りすることで、谷折りされた部分と山折りされた部分との間に形成することができる。

また、本発明のセンサ素子基板において、前記複数のセンサ素子の外部接続端子が、いずれか１つのセンサ素子が配設された基板平面上に集約されてなるものとすることができる。このような構成によると、当該センサ素子基板を用いてセンサ装置を構成する際に、各方向のセンサ素子に対して端子接続を取る必要がなくなり、センサ装置の設計の幅が広がることとなる。

次に、上記課題を解決するために、本発明のセンサ素子基板の製造方法は、フレキシブル基板上に少なくともジャイロセンサ素子を含む複数のセンサ素子を搭載する工程と、前記フレキシブル基板を隣合うセンサ素子の境界で折り曲げる工程とを含むことを特徴とする。このような製造方法により、上述した第１の態様のセンサ素子基板を好適に製造することが可能となる。

また、上記課題を解決するために、本発明のセンサ素子基板の製造方法は、フレキシブル基板上に、該フレキシブル基板の主面と直交する軸周りの回転角速度を測定する複数のジャイロセンサ素子を搭載する工程と、前記フレキシブル基板を隣合うジャイロセンサ素子の境界で折り曲げる工程とを含むことを特徴とする。このような製造方法により、上述した第２の態様のセンサ素子基板を好適に製造することが可能となる。

上記したセンサ素子基板の製造方法においては、前記折り曲げる工程に先立って、前記フレキシブル基板の折り曲げ予定位置にスリットを形成する工程を含むものとすることができる。このようなスリットを形成することで、フレキシブル基板の折り曲げが容易化されることとなる。

次に、上記課題を解決するために、本発明のセンサは、上述したセンサ素子基板を筐体中に真空状態で密閉させてなることを特徴とする。このようなセンサは、上記センサ素子基板にて構成されてなるため、小型化の要求に適応可能で、しかも信頼性の高い検知特性を示すこととなる。なお、前記折り曲げられたセンサ素子基板と前記筐体との間に形成された空間に、前記センサ素子を駆動するための回路部品を収容すれば、更なる小型化を実現することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るセンサ素子基板１００の構成を説明するための側面模式図、図２は、該センサ素子基板１００を平面状に展開した展開基板１００ａの構成を示す平面模式図である。

図１に示すように、本実施形態のセンサ素子基板１００は、基体であるフレキシブル基板１０と、このフレキシブル基板１０に搭載された複数のジャイロセンサ素子２ａ，２ｂとを備えている。フレキシブル基板１０は、可撓性の樹脂材料からなり、隣合う各ジャイロセンサ素子２ａ，２ｂの境界領域で９０°に折り曲げられて構成されている。つまり、図２の展開基板１００ａからも分かるように、基板１００ａに形成された各ジャイロセンサ素子２ａ，２ｂの境界に位置する折り曲げ部１３を基準に、各素子２ａ，２ｂが形成された基板面がそれぞれ９０°の角度をなすように折り曲げて構成されている。なお、図２の展開基板１００ａに示すように、その折り曲げ部１３には、基板１００ａの折り曲げを容易にするためにスリット９が形成されている。

また、ジャイロセンサ素子２ａ，２ｂは、それぞれフレキシブル基板１０の主面と直交する軸周りの回転角速度を測定するためのセンサ素子であり、振動子にて構成されている。振動子を構成する材料としては、圧電性単結晶の他に、ＰＺＴ等の圧電セラミックスを例示でき、また恒弾性金属を例示できる。圧電性単結晶としては、水晶、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ_３）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。

フレキシブル基板１０上には、図２にも示すように、各ジャイロセンサ素子２ａ，２ｂからの検出信号等が導通する引き廻し配線１１ａ，１１ｂが形成されている。この引き廻し配線１１ａ，１１ｂを導通する検出信号等は、一方のジャイロセンサ素子２ａが形成された基板面内に位置する外部接続端子１４ａ，１４ｂから、それぞれ外部の制御装置等に接続されている。つまり、本実施形態のセンサ素子基板１００は、フレキシブル基板１０が各ジャイロセンサ素子２ａ，２ｂの境界で９０°に折り曲げられて構成されているが、折り曲げて形成された２つの基板面のうちの一方の基板面に、各ジャイロセンサ素子２ａ，２ｂからの配線１１ａ，１１ｂが集約されて、外部接続端子１４ａ，１４ｂが配設されている。

以上のような構成の本実施形態のセンサ素子基板１００は、真空状態でパッケージングされることによりジャイロセンサとして使用に供される。このようなジャイロセンサは、例えば、デジタルカメラ、ＧＰＳ、ＰＤＡあるいは携帯電話等に組み込むことができる。そして、このようなセンサ素子基板１００からなるジャイロセンサを組み込んだ電子機器によれば、当該電子機器の性能の大幅な向上を図ることができ、これら電子機器における手ぶれ防止機能や位置検出機能の高性能化を実現することができるようになる。

しかも本実施形態のセンサ素子基板１００では、フレキシブル基板１０の折り曲げにより各ジャイロセンサ素子２ａ，２ｂを異なる平面上に配設させるものとしているため、２軸の方向における振動を好適に検知可能となり、しかも昨今の小型化の要求にも十分対応できるものとなる。また、各ジャイロセンサ素子２ａ，２ｂを同一のフレキシブル基板１０に搭載しているため、各ジャイロセンサ素子毎に基板を用意して各基板を異方向に配設する場合に比して、構成が簡便となり、ジャイロセンサ素子からの信号を処理する信号処理回路までの配線経路を短くすることが可能となる。したがって、当該センサ素子基板１００を内蔵したジャイロセンサ装置の小型化、ひいては当該センサ装置を備える電子機器の小型化を実現できる一方、ノイズ対策にも十分適応することができるようになる。

以上のようなセンサ素子基板１００は、図２に示したような展開基板１００ａを折り曲げ部１３に沿って９０°に折り曲げることにより製造することができる。具体的には、平坦なフレキシブル基板１０を用意した後、該フレキシブル基板１０の折り曲げ予定位置にスリット９を形成する。そして、フレキシブル基板１０の折り曲げ部１３を挟んで各ジャイロセンサ素子２ａ，２ｂを形成し、配線１１ａ，１１ｂ及び外部接続端子１４ａ，１４ｂを形成した後、フレキシブル基板１０を折り曲げ部１３に沿って９０°に折り曲げることにより、図１に示すセンサ素子基板１００を得ることができる。

次に、センサ素子基板の変形例について幾つか説明する。
図３は第１の変形例のセンサ素子基板２００の構成を示す側面模式図、図４は該センサ素子基板２００を展開した展開基板２００ａの構成を示す平面模式図である。なお、図１に示したセンサ素子基板１００、及び図２に示した展開基板１００ａと同一の構成部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

図３に示したセンサ素子基板２００では、フレキシブル基板１０の折り曲げ部において、該基板１０の折り曲げ状態を保持するための保持部材１５が配設されている。保持部材１５は形状記憶合金等からなる形状安定化部材にて構成され、基板１０の角部を覆うように、該基板１０の角部において表裏両面に形成されている。このような保持部材の導入により基板１０の折り曲げ構造を好適に保持することが可能となり、当該センサ素子基板２００の信頼性を一層高めることが可能となる。

また、図５は第２の変形例のセンサ素子基板３００の構成を示す側面模式図、図６は該センサ素子基板３００を展開した展開基板３００ａの構成を示す平面模式図である。なお、図１に示したセンサ素子基板１００、及び図２に示した展開基板１００ａと同一の構成部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示したセンサ素子基板３００では、フレキシブル基板１０の折り曲げ部において、該基板１０の折り曲げ状態を保持するための保持部材１５が配設されている。保持部材１５は形状記憶合金等からなる形状安定化部材が用いられ、基板１０の角部を覆うように、該基板１０の角部の外側（鈍角側）に形成されている。このような保持部材の導入により基板１０の折り曲げ構造を好適に保持することが可能となり、当該センサ素子基板３００の信頼性を一層高めることが可能となる。

さらにセンサ素子基板３００では、フレキシブル基板１０の折り曲げ部において、フレキシブル基板１０の角部に挿通孔２１を設け、該挿通孔２１に柱状部材２０を挿通させている。柱状部材２０は、例えば樹脂材料からなる角材にて構成することができるが、その他、樹脂材料を挿通孔に流し込んで硬化させたものであっても良く、好ましくは熱膨張係数がフレキシブル基板１０と同程度のものが良い。
このような柱状部材２０を導入することによっても、上記形状安定部材と同様に基板１０の折り曲げ状態を好適に保持し、当該センサ素子基板３００の信頼性を向上させることが可能となる。

なお、挿通孔２１は、フレキシブル基板１０の一部を谷折りする一方、他部を山折りすることで、谷折りされた部分と山折りされた部分との間に形成することができる。具体的には、図６に示した展開基板３００ａの谷折り線１８，１９ｂを谷折りし、山折り線１９ａを山折りすることで、谷折り部及び山折り部からなる挿通孔２１を設けることができる。

さらに、図７は、上記センサ素子基板３００が真空状態で組み込まれたパッケージ（センサ）４００の構成を示す正面図で、図８は、該パッケージ４００の側面図である。
このパッケージ４００は、セラミックスあるいは缶体からなるパッケージ本体２５及び真空蓋２７により取り囲まれた空間に、上記センサ素子基板３００が配設された構成を具備しており、一方のジャイロセンサ素子２ａが地面に対して平行方向に、他方のジャイロセンサ素子２ｂが地面に対して垂直方向に配置されている。ここで、パッケージ４００から出る接続用端子２６は、パッケージ本体２５の５面に、具体的には平面方向と側面方向に配置されている。これにより、パッケージ４００を携帯電話等の電子機器に装着させる場合に、当該パッケージ４００のどの面を電子機器の回路基板側に実装しても２軸のジャイロセンサ機能を実現することができるようになる。

真空蓋２７側に設置されたセンサ素子基板３００は、パッケージ側に配設された配線２３と導電性ペースト２１を介して接続されている。そして、折り曲げ状態のセンサ素子基板３００にて構成される空間２４には、信号増幅用のアンプや周辺回路部品が実装された回路基板が収容されている。

以上のようなパッケージ４００からなるセンサは、２軸ジャイロセンサとして機能する。ここでは、上記実施形態のセンサ素子基板３００を用いて構成しているため、センサの厚みを最小限に抑えることが可能となる。また、電子機器のマザーボードに１パッケージを搭載することのみで２軸ジャイロセンサを完成することができるようになり、従来のような追加軸のセンサパッケージの回路基板が不要となる。さらに、実装されたジャイロセンサ素子２ａ，２ｂからの各検出信号は、従来の別回路基板から来る信号線の長さに比べて、マザーボード側の信号処理回路への配線経路を短くすることができるようになる。

以上、本発明のセンサ素子基板とその製造方法、さらにはセンサについて、実施の形態を示したが、本発明はこのような実施形態に特に限定されるものではない。上記実施形態では２軸のセンサを示したが、本発明のセンサ素子基板の採用により、例えば図９に示すような３軸のセンサを実現することも可能である。つまり、３つのジャイロセンサ素子２ａ，２ｂ，２ｃをフレキシブル基板１０に搭載し、各センサ素子２ａ，２ｂ，２ｃの境界で、各センサ素子２ａ，２ｂ，２ｃが搭載された基板がそれぞれ９０°の角度をなすように該基板１０を折り曲げて、３軸のジャイロセンサを実現することができる。

また、本発明のセンサ素子基板に用いるセンサ素子としては、ジャイロセンサ素子のみならず、ジャイロセンサ素子と加速度センサ素子、ジャイロセンサ素子と温度センサ素子等を組み合わせて用いることも可能である。この場合も、各センサ素子を併用したにも拘らず装置を小型化することができ、配線の短縮化も実現することができるようになる。

実施形態に係るセンサ素子基板の構成を示す側面図。 図１のセンサ素子基板の展開した状態を示す平面図。 第１変形例に係るセンサ素子基板の構成を示す側面図。 図３のセンサ素子基板の展開した状態を示す平面図。 第２変形例に係るセンサ素子基板の構成を示す側面図。 図５のセンサ素子基板の展開した状態を示す平面図。 実施形態に係るセンサの構成を示す正面図。 図７のセンサの側面図。 第３変形例に係るセンサ素子基板の展開した状態を示す平面図。

符号の説明

２ａ，２ｂ…ジャイロセンサ素子（センサ素子）、１０…フレキシブル基板、１００…センサ素子基板

Claims (12)

1. フレキシブル基板上に少なくともジャイロセンサ素子を含む複数のセンサ素子が搭載されてなるセンサ素子基板であって、
   前記フレキシブル基板が、隣合うセンサ素子の境界で折り曲げられてなることを特徴とするセンサ素子基板。
2. フレキシブル基板上に複数のジャイロセンサ素子が搭載されてなるセンサ素子基板であって、
   前記ジャイロセンサ素子が、それぞれ前記フレキシブル基板の主面と直交する軸周りの回転角速度を測定するものである一方、前記フレキシブル基板が、隣合うジャイロセンサ素子の境界で折り曲げられてなることを特徴とするセンサ素子基板。
3. 前記フレキシブル基板の折り曲げ部には、該基板の折り曲げ状態を保持する保持部材が配設されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ素子基板。
4. 前記保持部材は、前記折り曲げ部において、前記フレキシブル基板の表裏の少なくとも一方に形成された形状安定部材であることを特徴とする請求項３に記載のセンサ素子基板。
5. 前記折り曲げ部において、前記フレキシブル基板の角部に挿通孔が設けられ、前記保持部材は、該挿通孔に挿通された柱状部材であることを特徴とする請求項３又は４に記載のセンサ素子基板。
6. 前記折り曲げ部において、前記フレキシブル基板の一部が谷折りされてなる一方、他部が山折りされてなり、前記挿通孔は、前記谷折りされた部分と前記山折りされた部分との間に形成されてなることを特徴とする請求項５に記載のセンサ素子基板。
7. 前記複数のセンサ素子の外部接続端子が、いずれか１つのセンサ素子が配設された基板平面上に集約されてなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のセンサ素子基板。
8. フレキシブル基板上に少なくともジャイロセンサ素子を含む複数のセンサ素子を搭載する工程と、前記フレキシブル基板を隣合うセンサ素子の境界で折り曲げる工程とを含むことを特徴とするセンサ素子基板の製造方法。
9. フレキシブル基板上に、該フレキシブル基板の主面と直交する軸周りの回転角速度を測定する複数のジャイロセンサ素子を搭載する工程と、前記フレキシブル基板を隣合うジャイロセンサ素子の境界で折り曲げる工程とを含むことを特徴とするセンサ素子基板の製造方法。
10. 前記折り曲げる工程に先立って、前記フレキシブル基板の折り曲げ予定位置にスリットを形成する工程を含むことを特徴とする請求項８又は９に記載のセンサ素子基板の製造方法。
11. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のセンサ素子基板を筐体中に真空状態で密閉させてなることを特徴とするセンサ。
12. 前記折り曲げられたセンサ素子基板と前記筐体との間に形成された空間に、前記センサ素子を駆動するための回路部品が収容されてなることを特徴とする請求項１１に記載のセンサ。

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