JP2008098507A - 樹脂基板および樹脂基板を用いた超音波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ワイヤボンディングによる配線が可能な樹脂基板およびこの樹脂基板を用いた超音波センサを実現する。
【解決手段】 超音波センサ１０は、樹脂基板３１と、樹脂基板３１の基板面の略中央部に設けられた超音波を発生及び検出する超音波振動子２１とから構成されている。樹脂基板３１は、例えば、自動車のバンパと同一材料のポリカーボネート系樹脂により平板状に形成されている。樹脂基板３１の基板面には、超音波振動子２１に隣接して、ワイヤボンディングによる金属配線を行うためのパッド１１が設けられている。パッド１１は、導電性、耐熱性に優れた硬質な材料、例えば、ステンレス鋼、ＡｌまたはＡｌ合金などの金属材料により形成されており、樹脂基板３１を形成する際に、溶融状態の樹脂を流し込み一体成形するインサート成形により、樹脂基板３１の基板面に配置されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、樹脂基板および樹脂基板に超音波振動子を接着した超音波センサに関する。

従来から、基板に超音波振動子を接着した超音波センサとして、例えば、自動車（車両）に搭載されたものが知られている。この超音波センサは、超音波の送受信が可能な素子から超音波を送信して、被検出体に当たって反射された超音波をこの素子によって受信することにより、自動車の周囲にある物体の位置測定または距離測定や、当該物体の２次元形状または３次元形状の測定などを行う。
例えば、車両に取り付けられた円筒状のアルミケースの先端に設けられた基板に、超音波を検出する圧電式超音波振動子を直接取り付けて、基板の振動によって超音波を送受信する超音波センサが知られている（特許文献１）。
特開２００２−５８０９７号公報

ここで、この種の超音波センサは、外部から見える位置に取り付けられるため、美観を損ねることがないように、超音波センサを小型化することが求められている。
しかし、超音波センサを小型化すると共振周波数が大きくなってしまい、信号の減衰が大きくなる、または、指向性の悪くなる、などによりセンサ特性が悪くなるという問題があった。
共振周波数を低減するためには、超音波振動子を貼り付ける基板の剛性を下げればよい。基板の剛性を下げる方策としては、低ヤング率の基板、例えば、樹脂基板を用いることが考えられる。
樹脂基板を用いて形成される超音波センサ１１０は、例えば、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、樹脂基板１３１と、圧電体１２１ｃを上部電極１２１ａと下部電極１２１ｂとにより挟んで形成された超音波振動子１２１とから構成される。ここで、上部電極１２１ａには、リード線１２８がはんだ付けにより接続され、下部電極１２１ｂには、電極１２３を介してリード線２５がはんだ付けにより接続される。
超音波振動子１２１への配線は、各電極にリード線をはんだ付けすることにより行うが、超音波振動子１２１を１ｍｍ角以下まで小型化するとはんだ付けが困難になる。そこで、配線方法をはんだ付けからワイヤボンディングに変更することが望ましいが、樹脂基板１３１は耐熱性が低いため、３００度以上の高温が必要なサーモコンプレッション（熱圧着）方式を適用することができない。また、樹脂基板１３１は剛性が低いため、サーモソニック（超音波熱圧着）方式では、適切な摩擦熱が発生せず、適用することができない。
つまり、超音波センサの小型化には、樹脂基板の採用が有効であるが、樹脂基板にワイヤボンディングによる配線を行うことができないという問題があった。

そこで、この発明では、ワイヤボンディングによる配線が可能な樹脂基板およびこの樹脂基板を用いた超音波センサを実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、樹脂基板が、ワイヤボンディングによる配線を形成することができるパッドを基板面に備えた、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、樹脂基板が、ワイヤボンディングによる配線を形成することができるパッドを基板面に備えているので、ワイヤボンディングによる配線を形成する必要がある素子を搭載することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の樹脂基板において、前記パッドは、金属系材料により形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明のように、パッドの形成材料として、導電性、耐熱性に優れた硬質な材料である金属系材料を好適に用いることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の樹脂基板において、前記金属系材料は、ＡｌまたはＡｌ合金である、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明のように、金属系材料としてＡｌまたはＡｌ合金を用いると、電極層を形成せずに、そのままでワイヤボンディングによる配線が可能であり、安価である。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の樹脂基板において、前記パッドの表面に導電性を有する電極層が形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明によれば、パッドの表面に導電性を有する電極層を形成することにより、導電性が低い材料もパッドとして用いることができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の樹脂基板において、前記パッドは、前記樹脂基板を形成する際に、インサート成形により前記樹脂基板の基板面に取り付けられている、という技術的手段を用いる。

請求項５に記載の発明によれば、パッドは、樹脂基板を形成する際に、インサート成形により樹脂基板の基板面に取り付けられるため、樹脂基板にパッドを取り付ける工程が不要であり、一体的に形成することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の樹脂基板において、前記パッドは、前記樹脂基板の基板面に接着固定されている、という技術的手段を用いる。

請求項６に記載の発明によれば、パッドは、樹脂基板の基板面に接着固定されているため、簡便な方法で取り付けることができ、位置決めも容易である。

請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の樹脂基板において、前記パッドは、ワイヤボンディングを行う表面の裏面から突出する突出部を有し、この突出部が前記樹脂基板に埋設されることにより、前記樹脂基板の基板面に固定されている、という技術的手段を用いる。

請求項７に記載の発明によれば、ワイヤボンディングを行う表面の裏面から突出する突出部を有し、この突出部が樹脂基板に埋設されることにより、パッドが樹脂基板の基板面に固定されているため、樹脂基板の厚さ方向で固定される部分が存在するので、強固に固定することができ、樹脂基板から外れるおそれを少なくすることができる。

請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の樹脂基板において、前記パッドの表面が、前記樹脂基板の基板面と同一面になるように形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項８に記載の発明によれば、パッドの表面が、樹脂基板の基板面と同一面になるように形成されているため、ワイヤボンディングの位置ずれが生じてもプローブがパッドの表面と樹脂基板の基板面との段差に落ちることがない。また、
パッドの表面に電極層を形成する場合に、樹脂基板の基板面に形成する他の電極と同一工程で形成することができる。

請求項９に記載の発明では、請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載の樹脂基板において、前記パッドの表面の端部から略垂直方向に形成された導電性を有するリード部を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項９に記載の発明によれば、パッドの表面の端部から略垂直方向に形成された導電性を有するリード部を備えているため、パッドにリード線を接続する必要がない。

請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の樹脂基板において、前記樹脂基板は、ポリカーボネート系樹脂により形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項１０に記載の発明によれば、樹脂基板は、車両のバンパ材料などに用いられるポリカーボネート系樹脂により形成することができる。ポリカーボネート系樹脂は、堅牢で耐候性に優れているため、例えば、車載用の超音波センサに好適に用いることができる。

請求項１１に記載の発明では、請求項１ないし請求項１０のいずれか１つに記載の樹脂基板に超音波振動子を備えてなる超音波センサであって、前記超音波振動子は、前記樹脂基板のパッドが形成されている基板面に設けられ、前記パッドにおいてワイヤボンディングによる配線を施した、という技術的手段を用いる。

請求項１１に記載の発明のように、請求項１ないし請求項１０のいずれか１つに記載の樹脂基板は、共振周波数を低減できるため、超音波振動子を備えてなる超音波センサに好適に用いることができる。また、ワイヤボンディングによる配線が可能であるため、超音波振動子を小型化することができ、超音波センサを小型化することができる。

請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の超音波センサにおいて、前記超音波振動子は、一対の電極に圧電体が挟まれて形成された圧電式超音波振動子であり、少なくとも一方の電極において前記パッドとの間でワイヤボンディングによる配線が施されている、という技術的手段を用いる。

請求項１２に記載の発明によれば、超音波振動子として、検出感度が良好な圧電式超音波振動子をワイヤボンディングによる配線が施して用いることができる。

請求項１３に記載の発明では、請求項１１または請求項１２に記載の超音波センサにおいて、前記樹脂基板の外周部において前記樹脂基板を梁状に保持し、端部において所定の物体に取り付けられるとともに、送受信される超音波の振動により変形し、前記樹脂基板の振動を増幅する振動増幅部材を更に備えた、という技術的手段を用いる。

請求項１３に記載の発明によれば、樹脂基板の外周部において樹脂基板を梁状に保持し、端部において所定の物体に取り付けられるとともに、送受信される超音波の振動により変形し、前記樹脂基板の振動を増幅する振動増幅部材を更に備えているため、超音波振動子に伝達される振動が大きくなるので、超音波センサの感度を向上させることができる。

請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の超音波センサにおいて、前記樹脂基板の基板面上の、前記超音波振動子を中心にして前記パッドに対して対称な位置に、前記超音波振動子を中心として前記樹脂基板の重量のバランスを厚さ方向の振動を阻害しない程度に対称にするためのダミーパッドを設けた、という技術的手段を用いる。

請求項１４に記載の発明によれば、樹脂基板の基板面上の、超音波振動子を中心にしてパッドに対して対称な位置に、超音波振動子を中心として樹脂基板の重量のバランスを厚さ方向の振動を阻害しない程度に対称にするためのダミーパッドが設けられているので、樹脂基板の厚さ方向の振動にねじれモードが生じないようにすることができ、超音波振動子に安定した強度の高い振動を伝達することができる。

請求項１５に記載の発明では、請求項１１ないし請求項１４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記超音波振動子は、前記超音波振動子に電気的に接続された配線の一端部を露出させた状態で埋設してモールド成形されたモールド部材の空間部に配置されている、という技術的手段を用いる。

請求項１５に記載の発明によれば、超音波振動子は、超音波振動子に電気的に接続された配線の一端部を露出させた状態で埋設してモールド成形されたモールド部材の空間部に配置されているため、配線と超音波振動子を外力の負荷などから保護することができる。

請求項１６に記載の発明では、請求項１１ないし請求項１４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記空間部には、超音波の振動を減衰させるゲル状材料が充填されている、という技術的手段を用いる。

請求項１６に記載の発明によれば、空間部には、超音波の振動を減衰させるゲル状材料が充填されているため、超音波振動子において発生する超音波のうち、モールド部材側に伝達する超音波はゲル状の材料により減衰し、樹脂基板に伝達する超音波のみが、高い強度で伝達されるため、ノイズを低減することができ、超音波の検出感度を向上することができる。

請求項１７に記載の発明では、請求項１５または請求項１６に記載の超音波センサにおいて、前記超音波振動子に電気的に接続された配線の一端部に、外部配線に接続するためのコネクタが設けられている、という技術的手段を用いる。

請求項１７に記載の発明によれば、超音波振動子に電気的に接続された配線の一端部に、外部配線に接続するためのコネクタが設けられているため、超音波センサを外部配線に容易に接続することができる。

請求項１８に記載の発明では、請求項１１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記樹脂基板において、車両のバンパに取り付けられた、という技術的手段を用いる。

請求項１８に記載の発明によれば、超音波センサは、バンパに設けて車両に搭載して用いることができる。例えば、超音波センサを車両前方の障害物センサなどに適用する場合に、好適に用いることができる。

［第１実施形態］
この発明に係る樹脂基板及び超音波センサの第１実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、超音波センサを車両に搭載して使用する場合を例に説明する。
図１は、第１実施形態の樹脂基板及び超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、第１実施形態の樹脂基板及び超音波センサを超音波振動子側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の縦断面説明図である。図２及び図３は、樹脂基板へのパッドの取付方法の変更例を示す断面説明図である。
なお、各図では、説明のために一部を拡大し、一部を省略して示している。

図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、超音波センサ１０は、樹脂基板３１と、樹脂基板３１の基板面の略中央部に設けられた超音波を発生及び検出する超音波振動子２１とから構成されている。
超音波振動子２１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体２１ｃを、上部電極２１ａと下部電極２１ｂとにより挟んで形成されている。
下部電極２１ｂは、樹脂基板３１の基板面にめっきなどにより形成されている電極２３に、例えば、導電性接着剤を介して電気的に接続されて取り付けられている。
ここで、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）は、圧電定数が大きいので、大きな超音波の発信、小さな超音波の受信をすることができ、感度の良好な超音波センサを作製することができる。

樹脂基板３１は、例えば、自動車のバンパと同一材料のポリカーボネート系樹脂により平板状に形成されている。樹脂基板３１の基板面には、超音波振動子２１に隣接して、ワイヤボンディングによる金属配線を行うためのパッド１１が設けられている。パッド１１は、導電性、耐熱性に優れた硬質な材料、例えば、ステンレス鋼、ＡｌまたはＡｌ合金などの金属材料により形成されており、樹脂基板３１を形成する際に、溶融状態の樹脂を流し込み一体成形するインサート成形により、樹脂基板３１の基板面に配置されている。
パッド１１の表面には、Ａｌ、Ａｕなど導電性が良好な電極層３２が形成される。この電極層３２は、電極２３と同一工程で形成することができる。
ここで、パッド１１がＡｌまたはＡｌ合金で形成されている場合は、そのままでワイヤボンディングによる配線が可能であるため、表面に電極層３２を形成する必要はない。

パッド１１は、導電性、耐熱性に優れた硬質材料で形成されているため、ワイヤボンディングによる金属配線を行うことができる。
パッド１１（電極層３２）は、超音波振動子２１の上部電極２１ａとの間がボンディングワイヤ２４により配線され、リード線２６が電気的に接続される。
また、超音波振動子２１の下部電極２１ｂには、電極２３を介してリード線２５が電気的に接続される。
これらのリード線２５，２６を介して超音波振動子２１の駆動電流の供給、電圧信号の伝達が行われる。

パッド１１は、インサート成形以外にも、種々の方法により樹脂基板３１の基板面に配置することができる。
例えば、図２に示すように、電極層３２を形成したパッド１１を予め作製しておき、樹脂基板３１の基板面に接着剤３３により接着固定してもよい。ここで、基板面にパッド１１を嵌め込むことができる凹部を形成し、この凹部に接着固定することもできる。

また、図３に示すように、機械的に固定する方法を採用することもできる。なお、図３では、電極層３２を省略し、樹脂基板３１及びパッド１１のみを示している。
図３（Ａ）に示すように、針状の固定部１１ａを備えたパッド１１を用いることができる。これによると、樹脂基板３１に固定部１１ａを差し込むだけで、パッド１１を固定することができる。

図３（Ｂ）に示すように、ネジ部１１ｂを備えたパッド１１を用いることができる。これによると、樹脂基板３１にネジ部１１ｂをねじ込むことにより、パッド１１を固定することができる。また、パッド１１をネジ部１１ｂにより固定するため、樹脂基板３１に強固に固定することができ、外れるおそれが少ない。
図３（Ｃ）に示すように、樹脂基板３１に屈曲した溝部３１ｈを形成し、パッド１１の屈曲部１１ｃを挿入して固定する構成を用いることができる。ここで、屈曲部１１ｃは予めパッド１１に形成しておいてもよいし、液体状の樹脂を溝部３１ｈに充填した後に、パッド１１の平板部分を載置し、固化させて一体的に成形してもよい。
これによると、屈曲部１１ｃが溝部３１ｈに係止された状態となるため、パッド１１が外れるおそれが少ない。

その他、図３（Ｄ）に示すように、樹脂基板３１に貫通孔３１ｉを形成し、パッド１１に設けられたボルト部１１ｄとナット１１ｎとにより固定する構成を用いることもできる。
また、図３（Ｅ）に示すように、樹脂基板３１の基板面にパッド１１を固定可能な係止部３４を形成し、パッド１１の端部を係止することにより固定する構成を用いることもできる。

図３（Ａ）〜（Ｃ）に示したパッド１１は、インサート成形で用いてもよい。インサート成形で用いた場合においても、パッド１１が平板状に形成されている場合に比べて、樹脂基板３１の厚さ方向に伸びている固定部が存在するため、樹脂基板３１から外れるおそれを少なくすることができる。

ここで、パッド１１は、導電性、耐熱性に優れた硬質な材料であれば、金属材料に限らず、例えば、表面にＡｕなどのめっきを施した炭素系材料及びガラスなども用いることができる。
また、パッド１１は、電極層３２が外部に露出しており、ワイヤボンディングによる配線が可能であれば、パッド１１の表面が樹脂基板３１の基板面より凹んでいても突出していても同一面でもよい。
樹脂基板３１は、半導体装置などで良く用いられているプリント配線基板を用いることもできる。

上述の形態の樹脂基板３１を備えた超音波センサ１０は、後述する第３実施形態で示す取付方法と同様にバンパ４０（図６）に取り付けることにより、車両用の超音波センサとして用いることができる。
超音波センサ１０は、バンパ４０に超音波振動子２１が車両の内側になるように、樹脂基板３１を外部に露出させた状態で取り付けられている。
樹脂基板３１は、バンパ４０の構成材料であるポリカーボネート系樹脂により形成されているため、超音波センサ１０の存在を目立たなくすることができる。従って、意匠性に優れた超音波センサ１０を作製することができ、バンパ４０の美観を保つことができる。

超音波センサ１０は、超音波振動子２１により発生した超音波の振動を樹脂基板３１を介して車両の外部に送信する。そして、障害物により反射された超音波を、樹脂基板３１を介して超音波振動子２１により受信する。超音波振動子２１において受信された超音波は、電圧信号に変換される。
超音波振動子２１とリード線２５，２６により電気的に接続された回路素子（図示せず）は、ＥＣＵに電気的に接続されており、超音波振動子２１から出力される電圧信号に基づいて演算処理を行う。例えば、送信した超音波と受信した超音波との時間差や位相差を求めることにより、障害物との距離測定などを行うことができる。
なお、障害物に対して超音波を送信する超音波送信素子を別に用意して、超音波センサ１０を受信専用とする構成を用いることもできる。

なお、本実施形態では、四角形状の超音波振動子２１及び樹脂基板３１を用いた例について説明したが、これら部材の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、それぞれ円板状や多角形状などでもよい。また、パッド１１のワイヤボンディングを行う面の形状も、ワイヤボンディングが可能であれば任意である。第２、第３実施形態においても同様である。

［第１実施形態の効果］
（１）樹脂基板３１が、ワイヤボンディングによる配線を形成することができるパッド１１を基板面に備えているので、超音波振動子２１のようなワイヤボンディングによる配線を形成する必要がある素子を搭載することができる。
パッド１１の形成材料として、導電性、耐熱性に優れた硬質な材料である金属系材料を好適に用いることができ、更に、ＡｌまたはＡｌ合金は、電極層３２を形成せずに、そのままでワイヤボンディングによる配線が可能であり、安価であるため、好適である。
また、パッド１１の表面に導電性を有する電極層３２を形成することにより、導電性が低い材料もパッド１１として用いることができる。

（２）パッド１１は種々の方法で、樹脂基板３１に取り付けることができる。
樹脂基板３１を形成する際に、インサート成形によりパッド１１を樹脂基板３１の基板面に取り付けた場合には、樹脂基板３１にパッド１１を取り付ける工程が不要であり、一体的に形成することができる。
パッド１１を樹脂基板３１の基板面に接着固定した場合には、簡便な方法で取り付けることができ、位置決めも容易である。
パッド１１に、ワイヤボンディングを行う表面の裏面から突出する突出部、例えば、ネジ部１１ｂ、屈曲部１１ｃ、ボルト部１１ｄを形成した場合には、樹脂基板３１の厚さ方向で固定される部分が存在するので、強固に固定することができ、樹脂基板３１から外れるおそれを少なくすることができる。

（３）パッド１１の表面を樹脂基板３１の基板面と同一面になるように形成した場合には、ワイヤボンディングの位置ずれが生じてもプローブがパッドの表面と樹脂基板の基板面との段差に落ちることがない。また、パッド１１の表面に電極層３２を形成する場合に、樹脂基板の基板面に形成する他の電極２３と同一工程で形成することができる。

（４）樹脂基板３１は、車両のバンパ材料などに用いられるポリカーボネート系樹脂により形成することができる。ポリカーボネート系樹脂は、堅牢で耐候性に優れているため、例えば、車載用の超音波センサ１０に好適に用いることができる。

（５）樹脂基板３１を用い、超音波振動子２１を備えてなる超音波センサ１０は、樹脂基板３１の剛性が低いため、共振周波数を低減することができる。また、ワイヤボンディングによる配線が可能であるため、超音波振動子２１を小型化することができ、超音波センサを小型化することができる。

（６）超音波センサ１０は、バンパ４０に設けて車両に搭載して用いることができる。例えば、超音波センサを車両前方の障害物センサなどに適用する場合に、好適に用いることができる。

［第２実施形態］
この発明に係る超音波センサの第２実施形態について、図を参照して説明する。
図４は、第２実施形態の樹脂基板及び超音波センサの説明図である。図４（Ａ）は、第２実施形態の樹脂基板及び超音波センサを超音波振動子側から見た平面説明図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の縦断面説明図である。図５は、パッドの配置位置の変更例を示す平面説明図である。
ここで、図４（Ａ）の奥行側及び図４（Ｂ）の下方向が車両の外部を示す。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。

図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第２実施形態では、樹脂基板３１の外周部において樹脂基板３１を梁状に保持し、バンパ４０に取り付けるとともに、送受信される超音波により変形し、樹脂基板３１の振動を増幅する振動増幅部材３５を備えた点及びダミーパッド１２を設けた点において、第１実施形態と異なっている。

図４（Ａ）に示すように、樹脂基板３１の超音波振動子２１が備えられた基板面と反対側の面には、外周部から略垂直方向に向かって、振動増幅部材３５が「ロ」の字状に立設されている。
振動増幅部材３５は、樹脂系材料のような変形しやすい材料により形成されており、端面部３５ａにおいて、バンパ４０に取り付けられている。ここで、振動増幅部材３５は、樹脂基板３１と別に形成して樹脂基板３１に取り付けても良いし、樹脂基板３１と一体的に形成してもよい。
これにより、樹脂基板３１は、振動増幅部材３５により外周部を保持されて、バンパ４０に梁状に支えられた形状に形成される。
この構成によれば、樹脂基板３１において超音波を受信すると、振動増幅部材３５に振動が伝達し、端部が基板面方向にたわみ変形を繰り返す。このたわみ変形により、樹脂基板３１の振動が増幅されるため、超音波振動子２１に伝達される振動が大きくなるので、超音波センサ１０の感度を向上させることができる。

樹脂基板３１の基板面には、パッド１１に加えて、配線を行わないダミーパッド１２が３箇所に設けられている。ダミーパッド１２は配線を行わないため、電極層３２を形成する必要がない。ダミーパッド１２は、超音波振動子２１を中心にして、パッド１１に対して対称な位置と、パッド１１との距離と等距離に、パッド１１と略直角方向の２箇所との計３箇所に設けられている。つまり、パッド１１及びダミーパッド１２は、超音波振動子２１に対して対称に設けられている。
パッド１１及びダミーパッド１２を超音波振動子２１に対して対称に配置することにより、超音波振動子２１を中心とした樹脂基板３１の重量のバランスを対称にすることができるので、樹脂基板３１の厚さ方向の振動にねじれモードが生じないようにすることができ、超音波振動子２１に安定した強度の高い振動を伝達することができる。

ダミーパッド１２は、樹脂基板３１の厚さ方向の振動にねじれモードが生じないように配置すれば良く、例えば、図５（Ａ）に示すように、パッド１１に対称な位置にのみ配置してもよい。
また、図５（Ｂ）に示すように、樹脂基板３１の外周に平行に帯状に形成したパッド１１及びダミーパッド１２により、超音波振動子２１を取り囲む構成を用いることもできる。これによると、パッド１１及びダミーパッド１２の重量が増大し、樹脂基板３１の重量が増大するため、共振周波数を低減することができる。

樹脂基板３１の厚さ方向の振動にねじれモードが生じないように重量バランスが取れれば、パッド１１及びダミーパッド１２の配置は任意である。例えば、樹脂基板３１の対角方向に配置することもできる。
また、ダミーパッド１２は、配線を行わないため、重量バランスが取れれば、材質及び形状は問わない。

［第２実施形態の効果］
（１）振動増幅部材３５は、樹脂基板３１の外周部において樹脂基板３１を梁状に保持し、端部３２ａにおいてバンパ４０に取り付けられるとともに、送受信される超音波の振動により変形し、樹脂基板３１の振動を増幅するため、超音波振動子２１に伝達される振動が大きくなるので、超音波センサの感度を向上させることができる。

（２）樹脂基板３１の基板面上の、超音波振動子２１を中心にしてパッド１１に対して対称な位置に、超音波振動子２１を中心として樹脂基板３１の重量のバランスを厚さ方向の振動を阻害しない程度に対称にするためのダミーパッド１２が設けられているので、樹脂基板３１の厚さ方向の振動にねじれモードが生じないようにすることができ、超音波振動子２１に安定した強度の高い振動を伝達することができる。

［第３実施形態］
この発明に係る超音波センサの第３実施形態について、図を参照して説明する。
図６は、第３実施形態に係るモールド成形を用いて形成された超音波センサの説明図である。図７は、インサート成形を用いて形成された超音波センサの説明図である。図８は、コネクタを備えた超音波センサの説明図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態の超音波センサでは、超音波振動子２１が、モールド成形されたモールド部材３６の空間部３６ａに配置されている。
本実施形態の超音波センサは、バンパ４０に貫通形成された取付部に樹脂基板３１の側面部において、超音波振動子２１が車両の内側になるように、樹脂基板３１を外部に露出させた状態で取り付けられている。
モールド部材３６の車両内側の面からは、超音波振動子２１の上部電極２１ａとワイヤボンディングにより配線されるパッド１３の一端部と、超音波振動子２１の下部電極２１ｂと電気的に接続される電極１４の一端部とが露出している。

パッド１３は、樹脂基板３１に取り付けられワイヤボンディングにより配線されるパッド部１３ａと、パッド部１３ａの端部から略垂直方向に形成されたリード部１３ｂとから構成されている。つまり、パッド１３は、ワイヤボンディング用のパッドと、パッドから外部配線に接続するためのリード線として作用する。
なお、パッド１３はＡｌ合金などにより形成してもよいし、表面に電極層を設けてもよい。
また、パッド部１３ａは図３に示したパッド１１と同様の形状に形成することができる。

電極１４は、樹脂基板３１に取り付けられ下部電極２１ｂと電気的に接続される接続部１４ａと、接続部１４ａの端部から略垂直方向に形成されたリード部１４ｂとから構成されている。つまり、電極１４は、下部電極２１ｂと電気的に接続される電極と、この電極から外部配線に接続するためのリード線として作用する。

超音波振動子２１をモールド部材３６の空間部３６ａに配置することにより、超音波振動子２１を外力の負荷などから保護することができる。
空間部３６ａには、ゲル状の材料を充填することもできる。これによれば、超音波振動子２１において発生する超音波のうち、モールド部材３６側に伝達する超音波はゲル状の材料により減衰し、樹脂基板３１に伝達する超音波のみが、高い強度で伝達されるため、ノイズを低減することができ、超音波の検出感度を向上することができる。

図７に示すように、インサート成形により、パッド１３のリード部１３ｂ及び電極１４のリード部１４ｂをインサート部３７に埋設する構成を用いることもできる。これによれば、少ない樹脂量により、リード部１３ｂ,１４ｂを保護することができる。
図８に示すように、モールド部材３６から露出したパッド１３の一端部と、電極１４の一端部とにそれぞれコネクタ３８を設けることができる。これによれば、外部配線との接続を容易に行うことができる。図７に示す構成の超音波センサにおいても、同様にコネクタ３８を設けることができる。

［第３実施形態の効果］
（１）超音波振動子２１は、パッド１３のリード部１３ｂ及び電極１４のリード部１４ｂの一端部を露出させた状態で埋設してモールド成形されたモールド部材３６の空間部３６ａに配置されているため、超音波振動子２１を外力の負荷などから保護することができる。
空間部３６ａには、ゲル状の材料を充填することもできる。これによれば、超音波振動子２１において発生する超音波のうち、モールド部材３６側に伝達する超音波はゲル状の材料により減衰し、樹脂基板３１に伝達する超音波のみが、高い強度で伝達されるため、ノイズを低減することができ、超音波の検出感度を向上することができる。

（２）パッド１３は、樹脂基板３１に取り付けられワイヤボンディングにより配線されるパッド部１３ａと、パッド部１３ａの端部から略垂直方向に形成されたリード部１３ｂとから構成されているため、ワイヤボンディング用のパッドと、パッドから外部配線に接続するためのリード線として作用するので、リード線を接続する必要がない。

（３）モールド部材３６から露出したパッド１３の一端部と、電極１４の一端部とにそれぞれコネクタ３８を設ける構成を用いると、超音波センサを外部配線に容易に接続することができる。

［その他の実施形態］
（１）図９に示すように、樹脂基板３１の車両外方側の面に、バンパ４０と色調などが似ている材料を用いて板状に形成された保護材４１を形成してもよい。この構成によれば、バンパ４０と色調などが似ているため、超音波センサ１０の存在を目立たなくすることができる。従って、意匠性に優れた超音波センサ１０を作製することができ、バンパ４０の美観を保つことができる。
保護材４１は、例えば、バンパ４０と同一材料のポリカーボネート系樹脂により形成することができる。また、保護材４１は、板状部材に形成して樹脂基板３１に接着してもよいし、液状の樹脂を塗布した後に硬化させて形成してもよい。
また、保護材４１は、バンパ４０の一部として形成してもよい。更に、樹脂基板３１をバンパ４０と一体的に形成してもよい。

（２）超音波センサ１０は、超音波振動子２１が車両の外側になるようにバンパ４０に取り付けてもよい。この場合、超音波振動子２１を保護するために、超音波振動子２１を覆うカバーを設ける必要がある。
この構成によれば、超音波振動子２１が車両の外方に面して形成されているため、樹脂基板３１を介さずに超音波を伝達することができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
なお、カバーは、超音波の伝達をできるだけ阻害しないようにメッシュ状や多数の小さな貫通孔を有する形状に形成することができる。また、室内で使用するロボットなどに超音波センサ１０を取り付ける場合には、カバーを設けなくてもよい。

（３）超音波センサ１０は、バンパ４０以外の車両の部材に取り付けて使用することができる。例えば、ヘッドランプカバーに取り付けることができる。この構成を用いると、障害物などで反射した超音波が車両の一部に遮られることがないので、確実に超音波センサ１０で検出することができ、障害物センサなどに超音波センサ１０を適用する場合に有効である。
更に、超音波センサ１０の用途に合わせて、他の部材に取り付けることもできる。例えば、超音波センサ１０を車両側方の障害物センサとして用いる場合には、ウインカのカバー、ドアミラーなどに取り付けることもできる。車両後方の障害物センサとして用いる場合には、リアランプのカバー、バックランプのカバーなどに取り付けることもできる。

［各請求項と実施形態との対応関係］
ネジ部１１ｂ、屈曲部１１ｃ、ボルト部１１ｄが請求項８に記載の突出部に対応する。

第１実施形態の樹脂基板及び超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、第１実施形態の樹脂基板及び超音波センサを超音波振動子側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の縦断面説明図である。 樹脂基板へのパッドの取付方法の変更例を示す断面説明図である。 樹脂基板へのパッドの取付方法の変更例を示す断面説明図である。 第２実施形態の樹脂基板及び超音波センサの説明図である。図４（Ａ）は、第２実施形態の樹脂基板及び超音波センサを超音波振動子側から見た平面説明図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の縦断面説明図である。 パッドの配置位置の変更例を示す平面説明図である。 第３実施形態に係るモールド成形を用いて形成された超音波センサの説明図である。 インサート成形を用いて形成された超音波センサの説明図である。 コネクタを備えた超音波センサの説明図である。 その他の実施形態の超音波センサの説明図である。 従来の超音波センサの説明図である。図１０（Ａ）は、従来の超音波センサを超音波振動子側から見た平面説明図であり、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の縦断面説明図である。

符号の説明

１０ 超音波センサ
１１ パッド
１１ｂ ネジ部（突出部）
１１ｃ 屈曲部（突出部）
１１ｄ ボルト部（突出部）
１２ ダミーパッド
１３ｂ リード部
１４ 取付部材
２１ 超音波振動子
２１ａ 上部電極
２１ｂ 下部電極
２１ｃ 圧電体
３１ 樹脂基板
３２ 電極層
３５ 振動増幅部材
３６ モールド部材
３８ コネクタ
４０ バンパ

Claims (18)

1. ワイヤボンディングによる配線を形成することができるパッドを基板面に備えたことを特徴とする樹脂基板。
2. 前記パッドは、金属系材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂基板。
3. 前記金属系材料は、ＡｌまたはＡｌ合金であることを特徴とする請求項２に記載の樹脂基板。
4. 前記パッドの表面に導電性を有する電極層が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の樹脂基板。
5. 前記パッドは、前記樹脂基板を形成する際に、インサート成形により前記樹脂基板の基板面に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の樹脂基板。
6. 前記パッドは、前記樹脂基板の基板面に接着固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の樹脂基板。
7. 前記パッドは、ワイヤボンディングを行う表面の裏面から突出する突出部を有し、この突出部が前記樹脂基板に埋設されることにより、前記樹脂基板の基板面に固定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の樹脂基板。
8. 前記パッドの表面が、前記樹脂基板の基板面と同一面になるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の樹脂基板。
9. 前記パッドの表面の端部から略垂直方向に形成された導電性を有するリード部を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載の樹脂基板。
10. 前記樹脂基板は、ポリカーボネート系樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の樹脂基板。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１つに記載の樹脂基板に超音波振動子を備えてなる超音波センサであって、
    前記超音波振動子は、前記樹脂基板のパッドが形成されている基板面に設けられ、前記パッドにおいてワイヤボンディングによる配線を施したことを特徴とする超音波センサ。
12. 前記超音波振動子は、一対の電極に圧電体が挟まれて形成された圧電式超音波振動子であり、少なくとも一方の電極において前記パッドとの間でワイヤボンディングによる配線が施されていることを特徴とする請求項１１に記載の超音波センサ。
13. 前記樹脂基板の外周部において前記樹脂基板を梁状に保持し、端部において所定の物体に取り付けられるとともに、送受信される超音波の振動により変形し、前記樹脂基板の振動を増幅する振動増幅部材を更に備えたことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の超音波センサ。
14. 前記樹脂基板の基板面上の、前記超音波振動子を中心にして前記パッドに対して対称な位置に、前記超音波振動子を中心として前記樹脂基板の重量のバランスを厚さ方向の振動を阻害しない程度に対称にするためのダミーパッドを設けたことを特徴とする請求項１３に記載の超音波センサ。
15. 前記超音波振動子は、前記超音波振動子に電気的に接続された配線の一端部を露出させた状態で埋設してモールド成形されたモールド部材の空間部に配置されていることを特徴とする請求項１１ないし請求項１４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
16. 前記空間部には、超音波の振動を減衰させるゲル状材料が充填されていることを特徴とする請求項１５に記載の超音波センサ。
17. 前記超音波振動子に電気的に接続された配線の一端部に、外部配線に接続するためのコネクタが設けられていることを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の超音波センサ。
18. 前記樹脂基板において、車両のバンパに取り付けられたことを特徴とする請求項１１ないし請求項１７のいずれか１つに記載の超音波センサ。

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