JP2008185369A - 角速度センサ、角速度センサの製造方法、電子機器、及び回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】小型薄型化及び低コスト化を図りつつ、検出感度の良好な角速度センサを提供する。
【解決手段】一枚の基板にスリットを形成して、コリオリ力を検出するための片持ち梁の振動子を固定する回路基板部と、外部接続用の端子を有する中継基板部と、回路基板部と中継基板部とを弾性支持するためのビーム（橋梁）部とを同一平面上に設けた角速度センサにおいて、金属製の基板材にエッチングによりスリットを形成してベース部とし、このベース部の面にガラス材からなる絶縁層を形成し、導体パターンを印刷したものを基板とした。これにより、振動子の激しい振動に十分対応できる基板が得られ、十分なＱ値（共振ピークにおける振幅増幅率）を確保でき、検出感度の良好な角速度センサを提供できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの手振れ補正などに用いられる角速度センサ、この角速度センサの製造方法、この角速度センサを搭載する電子機器、及び回路基板に関する。

ビデオカメラ、デジタルカメラなどの手振れ補正において、その振れを検出するために角速度センサが使われる。

角速度センサは、例えば片持ち支持梁の振動子が用いられる。この振動子は、例えばシリコン素子の梁の表面に圧電膜を形成して構成される（特許文献１参照）。
特開２００５−２２７１１０号公報

角速度センサは、上記の振動子を回路基板上に実装して構成される。振動子は自励で振動する構成となっているが、振動子を固定している回路基板自体も物理的にみれば振動子の台座と一体になっているので、振動子の梁の振動の影響を受けて振動している。

一方、この角速度センサをビデオカメラ、デジタルカメラなどの電子機器の基板に搭載したときには、電子機器の基板の歪や電子機器の基板と上記の回路基板との接合時のリフローにおける熱の影響による残留応力の変化などによって、回路基板に対して外力がかかる。

この外力は、回路基板の振動状態に変化をもたらし、回路基板と振動子を含めた振動系に影響を与え、角速度センサが出力変動を起こす要因となる。

この対策として、１枚の回路基板にスリットを設けることにより、この一枚の回路基板に、回路基板部と、この回路基板部と外部との接続を行う中継基板部と、回路基板部を中継基板部が弾性的に保持するためのビーム（橋梁）部の３つの部位を設けた角速度センサが、本発明者らによって提案されている。このような構成を有する角速度センサでは、上記３つの部位が一枚の回路基板から得られることから、部品コストとＡＳＳＹコストの低減を図ることができるとともに、上記３つの部位は同一平面に配置されることになるため、製品高さの薄型化が可能になる。さらに、回路基板部は、ビーム部によって片持ち状態となるため、外部からの応力の影響を直接受けにくくすることができ、さらにその振動系の共振周波数を、コリオリ力を検出するための振動子の振動周波数の１／√２未満とすることで、振動絶縁を実現することが可能である。

コリオリ力を検出するための振動子に片持ち梁タイプのものを用いた場合、振動子の梁の激しい振動に十分対応できるように、振動子を強固に保持することが重要である。振動子の保持が不十分であると、十分なＱ値（共振ピークにおける振幅増幅率）が確保できず、十分な検出感度が得られない。

そこで、振動する振動子を強固に保持することができるように、基板として、ヤング率が高く、密度も高い、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などをベースとしたセラミック積層基板を使用することが検討されてきた。アルミナセラミック（Ａ４４０）を例にとると、ヤング率は約３１０ＧＰａであって、これは一般的なガラスエポキシ樹脂材料のそれよりも一桁高く、密度も約３．６（ｇ／ｃｍ³）で、約２倍であることから、振動子をより強固に保持することが可能である。

しかしながら、セラミック積層基板は焼成工程での収縮のコントロールが難しく、小型化に伴ったベアチップＩＣ搭載に対応したものでは生産歩留りが上がりにくいため、基板価格をつり上げることとなり、製品価格に与える影響が大であった。

本発明の目的は、小型薄型化及び低コスト化を図りつつ、検出感度の良好な角速度センサ、その製造方法、電子機器、及び回路基板を提供することにある。

本発明に係る角速度センサは、コリオリ力を検出するための振動子と、前記振動子を固定する基板であって、金属からなるベース部と、前記ベース部の上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層に設けられた導体パターンとを有する基板とを具備する。

本発明では、振動子を固定する基板のベース部が金属で構成されていることで、振動子の梁の激しい振動に十分対応できる基板が得られ、十分なＱ値（共振ピークにおける振幅増幅率）を確保でき、検出感度の良好な角速度センサを提供することができる。また、金属の強度はセラミック材料と同等あるいはそれ以上であるため、同等の強度を有するセラミック基板よりも厚さを小さくすることが可能であり、角速度センサの小型薄型化を図ることができる。

本発明において、金属としては、特にステンレスが有効であり、低コスト、小型薄型を図りつつ、検出感度の良好な角速度センサを確実に提供することができる。ステンレスの他には、リン青銅、ベリリウム銅なども有効である。

本発明において、絶縁層は、ガラス材からなるものであることが有効である。基板の絶縁層の材料としてガラスを用いることで、他の絶縁材料を用いた場合に比べ、基板全体としての強度をかせぐことができる。

本発明において、絶縁層は、アルミナ粉末を強化材として含むガラス材からなるものとしてもよい。これにより、絶縁層の強度をより一層高めることができ、振動子をより強固に保持することができ、角速度センサの小型薄型化を図りつつ、検出感度の良好な角速度センサを提供することができる。

本発明において、基板は、振動子を固定する第１の領域と、所定の間隔を隔てて第１の領域を取り囲むように設けられた第２の領域と、第２領域が第１の領域を弾性的に保持するように、第１の領域と第２の領域とを架け渡す第３の領域とを有する構成としてもよい。この発明では、第３の領域が、第２領域が第１の領域を弾性的に保持するように第１の領域と第２の領域とを架け渡しているので、外部応力の緩和と振動絶縁を行うことができ、出力変動を防止することができる。しかも、本発明では、第１の領域と第２の領域と第３の領域とが１つの基板によって構成されているので、３点の部品を１枚の基板により構成することができ、小型薄型化及び低コスト化を図ることができる。

本発明では、前記第１の領域及び前記第２の領域から構成されるバネ系の共振周波数が、前記振動子の共振周波数に対して（２）^−１／２未満であるように構成してもよい。これにより、振動絶縁の効果が得られる。但し、あまり低すぎると実際に検出したい応答周波数領域と干渉することになる。従って、上記のバネ系の共振周波数は、少なくとも実際に検出したい応答周波数領域よりも大きくした方が好ましい。

本発明の別の観点に係る角速度センサの製造方法は、金属製の基板材に、コリオリ力を検出するための振動子を固定する第１の領域と、所定の間隔を隔てて前記第１の領域を取り囲むように設けられた第２の領域と、前記第２領域が前記第１の領域を弾性的に保持するように、前記第１の領域と前記第２の領域とを架け渡す第３の領域を構成するように、エッチングによってスリットを形成して、基板のベース部を得る工程と、前記ベース部の表面に、ガラスペーストを用いて絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の表面に導体パターンを形成する工程とを具備する。

本発明では、金属製の基板材に、コリオリ力を検出するための振動子を固定する第１の領域と、所定の間隔を隔てて前記第１の領域を取り囲むように設けられた第２の領域と、前記第２領域が前記第１の領域を弾性的に保持するように、前記第１の領域と前記第２の領域とを架け渡す第３の領域を構成するように、エッチングによってスリットを形成することによって、微細な導電パターンに合わせたスリットの位置の微調整が可能であるとともに、スリットの形成をレーザー加工などによって行う必要のあるセラミック材料を用いた場合に比べ、スリット形成のための加工コストを低減することができる。

本発明の別の観点に係る電子機器は、コリオリ力を検出するための振動子と、前記振動子を固定する基板であって、金属からなるベース部と、前記ベース部の上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層に設けられた導体パターンとを有する基板とを具備する角速度センサと、前記角速度センサによる検出結果に基づいて所定の制御を行う制御部とを具備する。

本発明では、小型薄型化及び低コスト化を図りつつ、検出感度の良好な角速度センサを実装しているので、当該電子機器の小型薄型化及び低コスト化を図り、しかも精度がよく安定した動作を実現することができる。

本発明の別の観点に係る回路基板は、金属からなるベース部と、前記ベース部の上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層に設けられた導体パターンとを具備する。本発明では、強度が高く、小型薄型の回路基板を得ることができる。この発明において、金属には、特にステンレスが有効であり、低コスト、小型薄型を図りつつ、強度の高い回路基板が得られる。また、本発明において、絶縁層の材料としてガラスを用いることで、他の絶縁材料を用いた場合に比べ、基板全体としての強度をかせぐことができる。さらに、絶縁層は、アルミナ粉末を強化材として含むガラス材からなるものとすることで、絶縁層の強度をより一層高めることができる。

本発明では、小型薄型化及び低コスト化を図りつつ、検出感度の良好な角速度センサを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
〔第１の実施形態〕

図１は本発明の第１の実施形態に係る角速度センサの分解斜視図である。

図１に示すように、この角速度センサ１００は、基板２００と、上蓋３００と、下蓋４００とを有する。

図２は基板２００の平面図である。

基板２００は、第１の領域としての回路基板部２１０と、第２の領域としての中継基板部２２０と、第３の領域としてもビーム（橋梁）部２３０とを有する。つまり、回路基板部２１０と中継基板部２２０とビーム部２３０とは、所定の間隔としてのスリット２４０を介して隔てられているだけで１枚の基板２００から構成される。

回路基板部２１０は、矩形である。中継基板部２２０は、スリット２４０を介してこの回路基板部２１０を取り囲むように設けられている。ビーム部２３０は、中継基板部２２０が回路基板部２１０を弾性的に保持するように、回路基板部２１０と中継基板部２２０とを架け渡している。ビーム部２３０は、様々な形態が考えられるが、例えば回路基板部２１０の一辺２１１側の回路基板部２１０と中継基板部２２０とのスリット２４０に配置されて直線的な形状をなしている。ビーム部２３０の第１の端部２３１が回路基板部２１０の一辺２１１側の一端部２１１に連通し（Ｙ方向に連通している。）、ビーム部２３０の第２の端部２３２が第１の端部２３１とは反対側の中継基板部２２０に連通している（Ｘ方向に連通している。）。

回路基板部２１０の表面（第１の表面）には、Ｘ軸の振動子２１２と、Ｙ軸の振動子２１３と、駆動検出用ベアチップＩＣ２１４と、チップＣＲ部品２１５等が実装されている。Ｘ軸の振動子２１２は、回路基板部２１０における一端部２１１とは反対側のＸ方向に沿った辺に沿うように配置されている。このＸ軸の振動子２１２の近傍に駆動検出用ベアチップＩＣ２１４が配置されている。Ｙ軸の振動子２１３は、回路基板部２１０における一端部２１１とは反対側のＹ方向に沿った辺に沿うように配置されている。駆動検出用ベアチップＩＣ２１４は、回路基板部２１０のほぼ中央に配置されている。駆動検出用ベアチップＩＣ２１４は、回路基板部２１０とはその裏面に配置されたパッド２１４ａを介して電気的に接続されている。これらのパッド２１４ａは、例えば駆動検出用ベアチップＩＣ２１４の裏面で矩形の各辺に沿うように配置されている。

振動子２１２及び振動子２１３は、コリオリ力を検出するための片持ち梁タイプの振動子であり、各振動子２１２，２１３は、台座部２１２ａ、２１３ａと、振動部２１２ｂ、２１３ｂとを有する。つまり、この角速度センサ１００では、ＸＹの２軸に対する振動子を同一パッケージ内に実装している。これらの振動子２１２、２１３は、例えば例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）工程で製造されるもので、シリコン素子の梁の表面に圧電膜を形成して構成され、その構成は、例えば特開２００５−２２７１１０号公報に詳しく開示されている。これらの振動子２１２、２１３は、要するに自励タイプの振動子であり、検出方向に対する位相差を検出することでコリオリ力を検出している。この実施形態では、Ｘ軸検出用の振動子２１２は、例えば３６ｋＨｚ付近、Ｙ軸検出用の振動子２１３は、３９ｋＨｚ付近の共振周波数でそれぞれ振動するように構成されている。なお、振動子としては、片持ち梁タイプに限らず音叉タイプの振動子などの各種の振動子を勿論用いることができる。

回路基板部２１０の表面には、ビーム部２３０に隣接する辺以外の３つの辺の外縁付近にボンディングパッド２１６が列設されている。中継基板部２２０の表面にも、ボンディングパッド２１６と近接する位置に各ボンディングパッド２１６に対応するボンディングパッド２２１が列設されている。ボンディングパッド２１６とボンディングパッド２２１とは、ボンディングワイヤ２５０を介して接続されている。回路基板部２１０と中継基板部２２０との電気的接続をボンディングワイヤ２５０を用いることにより、回路基板部２１０と中継基板部２２０との間の振動を遮断しながら、ある程度中継基板部２２０が回路基板部２１０を支持することができる。

ボンディングパッド２１６と各ボンディングパッド２１６に対応するボンディングパッド２２１とは、位置がずれるように設けられている。これにより、ボンディングワイヤ２５０が長くなり、回路基板部２１０と中継基板部２２０との間の振動の遮断性を高めることができる。また、中継基板部２２０のボンディングパッド２２１のいくつかは、ボンディングワイヤ２５０が接続される接続部位２２１ａと、接続部位２２１ａから延在し、検査用の端子が接触される検査部位２２１ｂとを有する。これらのボンディングパッド２２１は、例えば瓢箪のような形状をなしている。これにより、ボンディングワイヤ２５０によりボンディングパッド２１６とボンディングパッド２２１とを接続した後であってもボンディングパッド２２１の検査部位２２１ｂを介してこの角速度センサ１００の検査を行うことができる。

なお、図示を省力するが、回路基板部２１０と中継基板部２２０との電気的な接続は、ビーム部２３０の例えば多層構造の配線パターンにより行うようにしてもよい。これにより、上記のようなボンディングワイヤ２５０をなくすことができ、ボンディングワイヤ２５０を配線する工程をなくすことができる。

図３はこの角速度センサ１００の概略的断面図である。図３では、下蓋４００が基板２００より離れているが、実際には下蓋４００は基板２００に取り付けられる。

上蓋３００は、例えば溶剤やブラスト加工などのエッチングにより逆凹状に形成される。逆凹状の基部３０１は、中継基板部２２０の外延部２２０ａ（図２参照）に例えば接着される。上蓋３００は、回路基板部２１０及び中継基板部２２０の第１の表面を覆う。

上蓋３００に対してエッチングを行うことにより、自ずと、掘り下げられた部分のコーナーに大きなＲが形成され、この部分が梁となって働き、上蓋３００の強度を向上させることができ、上蓋３００の蓋上部３０２の厚さをより薄くすることができる。また、上蓋３００のコーナー部３０３は、上蓋３００の高さの１／３以上のＲとなるように構成している。これにより上蓋３００の強度を更に向上させることができる。

下蓋４００は、凹状の形状をなし、回路基板部２１０の裏面（第１の表面と反対面）を覆い、回路基板部２１０を取り囲む中継基板部２２０に基部４０１が接着剤などにより取付けられている。これにより、回路基板部２１０の振動を許容しつつ、回路基板部２１０と中継基板部２２０との間のスリット２４０を封止することができる。

この角速度センサ１００は、これらの上蓋３００及び下蓋４００により回路基板部２１０の振動を許容しつつその内部が気密に封止され、耐環境性を向上させることができる。

なお、スリット２４０を基板２００の弾性よりも低い弾性する接着剤により封止するようにしてもよい。これにより、上記と同様に、回路基板部２１０の振動を許容しつつ、スリット２４０を封止することができる。また、部品点数を削減することができる。

図４はビーム部２３０を用いた振動絶縁を説明するための模式図である。

回路基板部２１０とそこに設けられた振動子２１２、２１３、駆動検出用ベアチップＩＣ２１４、チップＣＲ部品２１５等が一体の質量Ｍとなり、ビーム部２３０の形状、ヤング率により決定されるバネ定数Ｋによって、ビーム部２３０で支えられた回路基板部２１０の共振周波数が決定される。ここで、振動子２１２、２１３としては、上記したように、例えばＸ軸は３６ｋＨｚ付近、Ｙ軸は３９ｋＨｚ付近の共振周波数でそれぞれ振動するように構成している。図４から分かるように、上記のバネ定数Ｋが織り成す共振周波数は、Ｘ軸、Ｙ軸の振動子２１２、２１３の共振周波数に対して、（２）^−１／２未満とすることにより、振動絶縁の効果が得られる。

本実施形態では、回路基板部２１０の大きさをＩＣ２１４や振動子２１２、２１３が統制できる程度にしたことで、この部分の質量Ｍを容易に大きく取ることができ、これにより、共振周波数を容易に低くできる構成とした。回路基板部２１０とビーム部２３０とで形成される共振周波数が、振動子２１２、２１３の駆動周波数よりも低ければ低いほど、振動絶縁の効果が顕著となる。但し、共振周波数が低すぎる場合、実際に検出したい応答周波数領域と干渉することになり、バネ系の共振周波数の設定はこういった影響を考慮して行う。

このように本実施形態に係る角速度センサ１００では、ビーム部２３０が、中継基板部２２０が回路基板部２１０を弾性的に保持するように回路基板部２１０と中継基板部２２０とを架け渡しているので、外部応力の緩和と振動絶縁を行うことができ、出力変動を防止することができる。しかも、回路基板部２１０と中継基板部２２０とビーム部２３０とが１つの基板２００によって構成されているので、３点の部品を１枚の基板２００により構成することができ、小型薄型化及び低コスト化を図ることができる。

次に、基板２００の断面構造について説明する。
図５は基板２００の断面の詳細を示す図である。基板２００は、例えばステンレスなどの金属材料からなるベース部２６０と、ベース部２６０の面に形成されたガラス材料からなる絶縁層２７０と、絶縁層２７０の表面及び層内に設けられた導体パターン２８０（パッド２１４ａ、ボンディングパッド２１６，２２１を含む。）とを有している。

基板２００のベース部２６０の材料に金属を用いたのは、激しく振動する振動子２１２，２１３を強固に保持するために必要な強度を基板２００に確保するためである。ステンレスなどの金属材料からなる基板は、アルミナセラミック基板に比べ、低コストで、そのうえ強度が高いことから同等の強度を有するアルミナセラミック基板よりも基板厚を抑えることができる。

たとえば、ＳＵＳ３０４を例にとると、アルミナセラミック（Ａ４４０）の密度は約３．６（ｇ／ｃｍ³）、ヤング率は約３１０ＧＰａであるのに比べ、ＳＵＳ３０４の密度は約７．９（ｇ／ｃｍ³）であるから約２．２倍、ヤング率は約１９２ＧＰａであるから約０．６２倍であり、その積である１．３３倍の強度をＳＵＳ３０４は持っていることになる。これは、ＳＵＳ３０４を基板２００のベース部２６０の材料として用いた場合には、同等の強度を有するアルミナセラミック基板の約７３％の板厚ですむことを意味し、例えば、アルミナセラミック基板の厚さが０．４ｍｍであった場合、０．３ｍｍ前後の厚さに抑えることができる。

また、ステンレスなどの金属材料は、耐食性が高いため基板側面に腐食防止のため保護皮膜を形成する必要がないことからも低コスト化に有効である、という利点も有している。

基板２００のベース部２６０の金属材料としては、ステンレスのほか、リン青銅、ベリリウム銅などを挙げることができるが、その他、同等の特性を備えたものであれば、上に挙げたもの以外の金属材料を用いることも勿論可能である。但し、材料コストを考慮すれば、ステンレスはＳＵＳ３０４など、流通量が安定して高いものが多いことから入手が容易であり、より好ましい。

また、ステンレスなどの金属は、一般的な基板材料であるＦＲ−４などのガラス織布を基材としたガラス基材エポキシ樹脂積層板と比較しても、熱膨張が小さく、ベアチップＩＣを搭載した状態でのヒートショック試験へも対応が可能であるという点で、セラミック材料と同様に好適である。

さらに、ステンレスなどの金属材料からなるベース部２６０は、スリット２４０の形成をエッチングによって形成することが可能であるから、微細な導電パターン２８０（パッド２１４ａ、ボンディングパッド２１６，２２１を含む。）に合わせたスリット２４０の位置の微調整が可能であるとともに、スリット２４０の形成をレーザー加工などによって行う必要のあるセラミック材料を用いた場合に比べ、スリット２４０の形成のための加工コストを低減することができる。

また、基板２００の絶縁層２７０の材料としてガラス材を用いたのは、基板２００の全体としての強度をかせぐためには絶縁層２７０の強度も重要であるからである。ガラス材の密度は２．０〜２．５（ｇ／ｃｍ³）程度で、絶縁材料として代表的なエポキシ樹脂などに比べ２倍程度大きい。このため、代表的なエポキシ樹脂を用いて金属製のベース部２６０の上に絶縁層を形成した場合に比べ、基板２００の厚さを抑えることができる。

次に、基板２００の製造プロセスを説明する。図６は基板２００の製造プロセスのフローを示す図である。

まず、ステンレスなどの金属材料からなる基板材に、回路基板部２１０、中継基板部２２０、及びビーム部２３０の３つの部位を構成するように、ウェットエッチング、ドライエッチングなどの公知のエッチング方法によってスリット２４０を形成し、ベース部２６０を得る（ステップＳ１）。

次に、ベース部２６０の表面に、ガラスペーストの塗布、乾燥、焼成のプロセスなどによって絶縁層２７０の一部の層を形成し（ステップＳ２）、この絶縁層２７０の一部の層の表面に、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉなどからなる導体パターン２８０を、例えば、印刷などによって形成する（ステップＳ３）。あるいは、スパッタリングにより下地を形成した後、その上にメッキを重ねる方法によって導体パターン２８０を形成してもよい。この実施形態では、上記の絶縁層２７０の一部の層の形成、導体パターン２８０の形成の各ステップを複数回繰り返すことで、多層の導体パターン２８０を有する絶縁層２７０を形成している。以上で、基板２００が完成する。

ここで、一層分の絶縁層の厚さは約９μｍで、導体パターンの厚さは約１μｍとすることができる。これにより、一層分の絶縁層と導体パターンからなる回路層一層あたりの厚さは約１０μｍとなり、この回路層を４層形成した場合には、トータルで約４０μｍの厚さｈｇ１＋ｈｇ２の回路層が形成されることになる。ベース部２６０の厚さｈｓを０．３ｍｍとした場合、デバイス全体の厚さｈは約０．３４ｍｍとなり、アルミナセラミック基板（Ａ４４０）を用いた場合に比べ、デバイス全体を薄くすることができる。

なお、この実施形態においては、ベース部２６０と絶縁層２７０を貫通するようにバイアホール２８１を形成することによって、基板２００の表裏両面に設けられたボンディングパッド２２１，２２１間の導通をとっている。なお、バイアホールではなく、絶縁層２７０の側面に電極を形成し、この電極を通じて基板２００の表裏両面のボンディングパッド２２１，２２１間の導通をとるようにしてもよい。ここで、金属製のベース部２６０の厚さを０．３ｍｍとした場合、デバイス全体の厚さｈは約０．３４ｍｍとなり、振動子２１２，２１３の同等の保持力を有する基板をアルミナセラミック基板（Ａ４４０）を用いて実現する場合に比べ、デバイス全体を薄くすることができる。

また、電気絶縁性を有する強化材、例えばアルミナ粉末などを、ガラスペーストに混合したものを金属製のベース部２６０の表面に塗布し、乾燥、焼成することによって、より一層強度の高い絶縁層２７０を得ることができる。

また、コリオリ力を検出するための振動子を固定する基板以外の基板に関しても、ステンレスなどの金属材料からなるベース部を採用することで、その高強度、小型薄型の利点を活かして、角速度センサ以外の様々な用途の回路基板、例えば携帯電話などの携帯機器用の回路基板などに適用することができる。この場合にも、絶縁層としてはガラス材、あるいはアルミナ粉末を強化材として含むガラス材からなるものを採用することで、より一層強度の高い基板が得られ、より薄型のデバイスの提供に寄与することができる。

（基板２００の他の形態その１）

基板２００の形態は、図２に示されたものに限らず様々変形が可能である。

図７は基板２００の他の形態を示す図である。

図７に示す基板２００では、ビーム部２３０Ａは、回路基板部２１０の隣接する第１及び第２の辺２１１Ａ、２１１Ｂ側に沿った回路基板部２１０と中継基板部２２０とのスリット２４０に配置されてＬ字状の形状をなし、ビーム部２３０Ａの第１の端部２３１Ａが回路基板部２１０の第１の辺２１１Ａ側の所定の位置（例えば第１の辺２１１Ａの最も端）に連通し、ビーム部２３０Ａの第２の端部２３１Ｂが回路基板部２１０の第２の辺２１１Ｂ側の中継基板部２２０の所定の位置（例えば第２の辺２１１Ａの最も端に近い位置）に連通している。

これにより、ビーム部２３０Ａを更に長くとることができ、バネ定数の自由度を更に高めることができる。具体的には、ビーム部２３０ＡがＸＹ平面上の２方向に延長して構成されているので、ＸＹ方向の共振周波数もより低くし、振動絶縁の効果を高めることができる。

（基板２００の他の形態その２）

図８は基板２００の更に他の形態を示す図である。

図８に示す基板２００では、回路基板部２１０Ｂが凹形状あり、ビーム部２３０Ｂは、凹形状の窪みに配置され、ビーム部２３０Ｂの第１の端部が回路基板部２１０Ｂの凹形状の窪みの底部に連通し、ビーム部２３０Ｂの第２の端部が中継基板部２２０の窪みの底部と対向する位置に連通している。これにより、ビーム部２３０Ｂを介して中継基板部２２０が回路基板部２１０Ｂをバランスよく保持することができる。
可能となる。
〔第２の実施形態〕

図９は本発明の第２の実施形態に係る角速度センサの分解斜視図である。図１０はその断面図である。

図９及び図１０に示すように、この角速度センサ１００Ａが、上蓋の形態が第１の実施形態と異なる。

この角速度センサ１００Ａでは、上蓋３００Ａは、回路基板部２１０の上下変動を規制するようにするように回路基板部２１０の表面と所定の間隔（所定のクリアランス）ｄを有する当接部３１０Ａが設けられている。当接部３１０Ａは、回路基板部２１０のほぼ中央に対応する位置に設けられている。

回路基板部２１０は、ビーム部２３０により弾性的に支持されているので、落下などにより、外部衝撃（加速度）が印加された場合、自身の質量とその加速度の積の力が働き、回路基板部２１０を変動させる。上下方向に変動した場合、内部のＩＣ２１４や振動子２１２、２１３などの部品が、図１１に示すように、上蓋３００の内側と衝突することとなり、破損の恐れがある。また、基板２００自体、小型化による微細パターンへの対応と、熱膨張に対する形状安定性の観点から、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミック材料が用いられる。このため、逆に弾性に対しては弱くなり、外部応力が大きい場合、基板２００自体が破壊する可能性がある。

従って、上蓋３００Ａに回路基板部２１０の上下変動を規制するようにするように回路基板部２１０の表面と所定のクリアランスｄを有する当接部３１０Ａが設けることで、図１２に示すように、基板２００が上下変動した場合に、僅かなクリアランスｄ分だけで、基板２００と上蓋３００Ａの当接部３１０Ａが接触する。

これにより、図１１に示したように、このような当接部３１０Ａがない場合には、ＩＣ２１４などの部品が先に上蓋３００の内側に接触していたが、上蓋３００Ａの当接部３１０Ａと回路基板部２１０の表面とが先に接触し、素子の破壊を防ぐばかりか、接触するまでのクリアランスｄが小さいことから、基板２００の破壊を防ぐこともできる。また、回路基板部２１０と中継基板部２２０とを電気的に接続しているボンディングワイヤ２５０の破壊も防ぎ、より信頼性の高いデバイスを提供できる。

なお、既に説明したように、上蓋３００Ａを溶剤などによるエッチングを行うことにより、自ずと、掘り下げられた部分のコーナーに大きなＲが形成され、この部分が梁となって働き、上蓋３００Ａの強度を向上させることができ、上蓋上部３０１Ａの厚みｔを従来よりも薄くすることができる。このようにして薄くなった分、全体の厚みｈを小さくすることができ、これを搭載するデジタルカメラ、携帯電話などの電子機器の薄型化に貢献できることとなる。更に、エッチングにより上蓋３００Ａの側壁３０２Ａを部分的に厚く構成することで、所謂、任意の柱形状を形成することができ、素体強度を飛躍的に向上できるうえ、逆に柱部以外の部分を薄くすることができ、デバイスの面積も小さくすることができる。また、同様の形状をプレス品で形成する場合、形状が複雑になり、任意の形状が出しにくいためコストアップとなってしまうが、上記のエッチングのパターンによって、複雑な形状にも対応したものを、容易に製作することができ、したがって、低コストの角速度センサを提供することができる。

〔第３の実施形態〕

図１３は本発明の第３の実施形態に係る角速度センサの分解斜視図、図１４は角速度センサの基板の平面図、図１５は角速度センサの一部拡大斜視図である。

図１３〜図１５に示すように、この実施形態に係る角速度センサ１００Ｂは、駆動検出用ＩＣの配置位置が主として第１の実施形態と異なる。

この角速度センサ１００Ｂでは、ＩＣ２１４Ａのパッド２１７及びパッド２１７に対応する回路基板部２１０のパッド（図示を省略）を回路基板部２１０上のビーム部２３０側に設けることを規制し、つまり回路基板部２１０上のビーム部２３０側に設けないようにし、かつ、ＩＣ２１４Ａは、ビーム部２３０の上に及ぶように配置されている。ＩＣ２１４Ａは、ビーム部２３０の上にあるだけで、接触はしていない。回路基板部２１０上のビーム部２３０側には、ＩＣ２１４Ａの傾きを抑制するためのバランス用のパッド２１８が設けられている。

このように構成されることにより、ＩＣ２１４Ａが、比較的大きな面積を有したとしても、回路基板部２１０の面積をＩＣ２１４Ａの外形が収まる程度まで拡大することなく、回路基板部２１０の面積の一部が、ビーム部２３０に覆いかぶさり、装置の面積を小さくすることができる。特に小型化を目指したＩＣには、ベアチップＩＣが使用され、一般的に、その輪郭に沿って配線パッドが配置される。しかし、この実施形態では、意図的に片側に寄せてパッド２１７を配置することにより、もう一方の部分にパッドのない部分を設け、ＩＣ２１４Ａをビーム部２３０に覆いかぶせている。

この実装には、パッド２１７に対して、金バンプを形成し、基板に対して超音波によって接合している。金バンプは、実装状態で、２０〜８０μｍ程度の高さを有するから、当然ながら、この分、ビーム部２３０に対してクリランスを得ることができる。したがって、ＩＣビーム部２３０とは非接触状態となり、振動絶縁効果は保たれる。このようにして、振動絶縁効果を得られる状態で、面積を小さくすることができることとなる。

また、例えばＩＣ実装においては、超音波のホーンにて、基板２００に実装されるが、ベアチップの配線パッド２１７が、３辺にのみ存在させた場合、中央部付近の支えがなく、バランスが取りにくくなる懸念がある。そのため、上記のようにＩＣ２１４Ａの輪郭から遠ざかった部分にバランス用のパッド２１８を配置している。これにより、より安定してＩＣ２１４Ａの実装を行うことができる。

実際の構成の一例としては、上記の構成で、約２ｍｍの梁を持つシリコンを母体とし、半導体プロセスにより駆動検出用圧電膜を形成した振動子２１２、２１３をＸ軸とＹ軸とに配した構成の場合、図２のようなｘおよびｙの外形寸法に対して、ｘおよびｙ−αの寸法構成とすることができる。

なお、外周の中継基板部２２０にまで、上記ＩＣ２１４Ａを覆いかぶせれば、さらに小さな寸法で構成することが可能となる。

〔電子機器〕

図１６は本発明に係る角速度センサを搭載した電子機器の一例を示す概略ブロック図である。

この電子機器は、手振れ補正機能付のデジタルカメラである。

このデジタルカメラは、既に説明した角速度センサ１００と、制御部５１０と、レンズなどを備える光学系５２０と、ＣＣＤ５３０、光学系５２０に対して手振れ補正を実行する手振れ補正機構５４０とを有する。

角速度センサ１００によって、Ｘ方向及びＹ方向のコリオリ力が検出される。制御部５１０は、この検出されたコリオリ力に基づき手振れ補正機構５４０を使って光学系５２０で手振れの補正を行う。

なお、ビデオカメラや携帯電話などの他の電子機器にも本発明を当然適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る角速度センサの分解斜視図である。 図１に示した角速度センサにおける基板の平面図である。 図１に示した角速度センサの概略的断面図である。 ビーム部を用いた振動絶縁を説明するための模式図である。 基板の断面の詳細を示す図である。 基板の製造プロセスのフローを示す図である。 基板の他の形態を示す平面図である。 基板の更に別の形態を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る角速度センサの分解斜視図である。 図１０に示した角速度センサの断面図である。 第２の実施形態に係る角速度センサの効果の説明図である。 第２の実施形態に係る角速度センサの効果の説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る角速度センサの分解斜視図である。 図１３に示す角速度センサの基板の平面図である。 図１３に示す角速度センサの一部拡大斜視図である。 本発明に係る電子機器の一例を示す概略ブロック図である。

符号の説明

１００ 角速度センサ
２００ 基板
２１０ 回路基板部
２１２、２１３ 振動子
２２０ 中継基板部
２３０ ビーム部
２４０ スリット
２６０ ベース部
２７０ 絶縁層
２８０ 導体パターン

Claims (13)

1. コリオリ力を検出するための振動子と、
   前記振動子を固定する基板であって、金属からなるベース部と、前記ベース部の上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層に設けられた導体パターンとを有する基板と
   を具備することを特徴とする角速度センサ。
2. 前記金属がステンレスであることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
3. 前記絶縁層がガラス材からなることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
4. 前記絶縁層が、アルミナ粉末を強化材として含むガラス材からなることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
5. 前記基板が、前記振動子を固定する第１の領域と、所定の間隔を隔てて前記第１の領域を取り囲むように設けられた第２の領域と、前記第２領域が前記第１の領域を弾性的に保持するように、前記第１の領域と前記第２の領域とを架け渡す第３の領域とを有することを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
6. 前記振動子は、片持ち梁タイプであること特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
7. 前記第１の領域及び前記第２の領域から構成されるバネ系の共振周波数が、前記振動子の共振周波数に対して（２）^−１／２未満であることを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。
8. 金属製の基板材に、コリオリ力を検出するための振動子を固定する第１の領域と、所定の間隔を隔てて前記第１の領域を取り囲むように設けられた第２の領域と、前記第２領域が前記第１の領域を弾性的に保持するように、前記第１の領域と前記第２の領域とを架け渡す第３の領域を構成するように、エッチングによってスリットを形成して、基板のベース部を得る工程と、
   前記ベース部の表面に、ガラスペーストを用いて絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層の表面に導体パターンを形成する工程と
   を具備することを特徴とする角速度センサの製造方法。
9. コリオリ力を検出するための振動子と、前記振動子を固定する基板であって、金属からなるベース部と、前記ベース部の上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層に設けられた導体パターンとを有する基板とを具備する角速度センサと、
   前記角速度センサによる検出結果に基づいて所定の制御を行う制御部と
   を具備することを特徴とする電子機器。
10. 金属からなるベース部と、
    前記ベース部の上に設けられた絶縁層と、
    前記絶縁層に設けられた導体パターンと
    を具備することを特徴とする回路基板。
11. 前記金属がステンレスであることを特徴とする請求項１０に記載の回路基板。
12. 前記絶縁層がガラス材からなることを特徴とする請求項１０に記載の回路基板。
13. 前記絶縁層が、アルミナ粉末を強化材として含むガラス材からなることを特徴とする請求項１０に記載の回路基板。

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