JP2009058462A

JP2009058462A - 角速度センサ

Info

Publication number: JP2009058462A
Application number: JP2007227741A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Nakajima; 耕一郎中島; Shinjiro Ueda; 真二郎上田; Hiroaki Mori; 浩明毛利
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2027-09-03
Also published as: JP5277593B2

Abstract

【課題】本発明は、角速度センサに強い振動が加わっても、振動子が傾いて出力信号の感度が劣化してしまうということはなく、信頼性が向上した角速度センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の角速度センサは、支持部２９に接着剤が充填される孔３０を設けるとともに、この孔３０の内底面に位置する基板２１の表面粗さが支持部２９の上面の表面粗さよりも大となるように構成したものであり、角速度センサの出力信号の感度は安定したものが得られるという作用効果を有するものである。
【選択図】図６

Description

本発明は、特に、デジタルスチルカメラの手ぶれ防止システム等の電子機器や、自動車のナビゲーションシステム等の車両システムに利用可能な角速度センサに関するものである。

従来のこの種の角速度センサは、図１０〜図１３に示されるような構成を有していた。

図１０は従来の角速度センサの側断面図、図１１は同角速度センサにおけるカバーを取り外した状態を示す上面図、図１２は同角速度センサにおける振動子の斜視図、図１３は同角速度センサにおける基板の斜視図である。

図１０〜図１３において、１はＨ形の水晶からなる振動子で、この振動子１は略中央に取付部２を設けており、そしてこの取付部２の上面には一対の駆動パッド電極３、一対の出力パッド電極４を設けている。また、前記振動子１における取付部２からは外方へ突出するように一対の第１の腕部６を設けており、かつこの第１の腕部６の外側面には駆動電極７を設けている。そして、この駆動電極７は前記取付部２における駆動パッド電極３および出力パッド電極４に電気的に接続している。そしてまた、前記振動子１における取付部２からは、前述の第１の腕部６を設けた方向と反対の方向に一対の第２の腕部８を設けており、この第２の腕部８には一対の検出電極９を設けている。そして、この検出電極９は前記取付部２における一対の出力パッド電極４に電気的に接続している。１０は基板で、この基板１０は図１３に示すように、略中央に直方体の支持部１１を設けており、そしてこの支持部１１に、図１０に示すように振動子１における取付部２を接着剤（図示せず）により固着している。そしてまた、前記取付部２の表面粗さの精度を向上させることにより、振動子１を基板１０に対して平行に取り付けている。また、前記基板１０には支持部１１を取り囲むように４つの配線電極１２を設けている。１３はワイヤーからなる金属線で、この金属線１３は振動子１１における取付部２に設けた駆動パッド電極３および出力パッド電極４と、前記基板１０における４つの配線電極１２に電気的に接続している。１４はカバーで、このカバー１４は前記基板１０を覆うように設けており、そしてカバー１４と基板１０とにより振動子１を収納している。

以上のように構成された従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。

発振回路（図示せず）から出力される正弦波信号などの駆動信号が駆動パッド電極３を介して一対の駆動電極７に印加されると、第１の腕部６が屈曲振動する。そしてこの屈曲振動が取付部２等を伝わって第２の腕部８に到達することにより、第２の腕部８も同様に屈曲振動する。そしてこの状態において、振動子１の長手方向の中心軸を中心に振動子１が回転すると、その回転角速度に応じたコリオリ力が第２の腕部８に発生する。そして、このコリオリ力により、第２の腕部８に設けた検出電極９に出力電圧が発生し、取付部２に設けた出力パッド電極４および配線電極１２を介して外部に設けたコンピュータ（図示せず）に出力し、角速度センサに加わる角速度を検出するものであった。

そして、基板１０における支持部１１の表面粗さを管理して、基板１０に対して振動子１を平行に取り付ける程、第２の腕部８に発生するコリオリ力が大きくなり、角速度センサの出力信号の感度が向上するものであった。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平７−５５４７９号公報

しかしながら、上記した従来の構成においては、支持部１１の上面の表面粗さを小さくすることにより、振動子１の基板１０に対する平行度を確保しているため、支持部１１と接着剤（図示せず）との境界面が平滑となり、これにより、振動子１と基板１０における支持部１１との接着強度が低下することになるため、角速度センサに強い振動が加わると、振動子１が傾くことになり、その結果、角速度センサの出力信号の感度が劣化してしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、角速度センサに強い振動が加わっても、振動子が傾いて出力信号の感度が劣化してしまうということはなく、信頼性が向上した角速度センサを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、駆動電極と検出電極のいずれか一方、もしくは両方を設けた腕部とこの腕部の一端側を支持する取付部とからなる振動子と、この振動子における取付部を接着剤により固着する支持部を有するとともに配線パターンを設けた基板と、前記振動子における駆動電極、検出電極と基板における配線パターンとを電気的に接続する金属線とを備え、前記支持部に接着剤が充填される孔を設けるとともに、この孔の内底面に位置する基板の表面粗さが支持部の上面の表面粗さよりも大となるようにしたもので、この構成によれば、支持部に接着剤が充填される孔を設けるとともに、この孔の内底面に位置する基板の表面粗さが支持部の上面の表面粗さよりも大となるようにしているため、支持部の上面の表面粗さは小さいものとなり、その結果、振動子の基板に対する平行度を確保することができ、また孔の内底面に位置する基板の表面粗さが大きいため、アンカー効果により、振動子の基板に対する取付強度は大きなものとなり、これにより、角速度センサに強い振動が加わっても、振動子が傾くことはなくなるため、角速度センサの出力信号の感度は安定したものが得られるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の角速度センサは、駆動電極と検出電極のいずれか一方、もしくは両方を設けた腕部とこの腕部の一端側を支持する取付部とからなる振動子と、この振動子における取付部を接着剤により固着する支持部を有するとともに配線パターンを設けた基板と、前記振動子における駆動電極、検出電極と基板における配線パターンとを電気的に接続する金属線とを備え、前記支持部に接着剤が充填される孔を設けるとともに、この孔の内底面に位置する基板の表面粗さが支持部の上面の表面粗さよりも大となるようにしているため、支持部の上面の表面粗さは小さいものとなり、その結果、振動子の基板に対する平行度を確保することができ、また孔の内底面に位置する基板の表面粗さが大きいため、アンカー効果により、振動子の基板に対する取付強度は大きなものとなり、これにより、角速度センサに強い振動が加わっても、振動子が傾くことはなくなるため、出力信号の感度が安定している角速度センサを提供することができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図、図２は同角速度センサにおける上蓋を取り外した状態を示す斜視図、図３は同角速度センサの上面図、図４は同角速度センサの側断面図、図５は同角速度センサにおける上蓋および振動子を取り外した状態を示す上面図、図６は同角速度センサの基板における支持部近傍の側断面図、図７は同角速度センサにおける振動子の上面図、図８は同角速度センサにおけるＩＣの下面図、図９は同角速度センサにおける基板にＩＣを取り付けた状態を示す上面図である。

図１〜図９において、２１はセラミックを積層して焼成することにより構成された基板で、この基板２１は上面に凹部２２を設けるとともに、この凹部２２の内底面に、図５に示すように放射線状の表面配線２３を設けている。また、前記基板２１における表面配線２３の各々には、内側バンプ接合部２４および外側バンプ接合部２５を設けており、そして複数の内側バンプ接合部２４および外側バンプ接合部２５は方形状に位置するように構成されている。そしてまた、前記基板２１には、図４に示すように積層状に上面から下面にわたってＡｇからなる配線パターン２６を設けている。また、この基板２１の上面にはＡｇからなる振動子電極２７と部品実装電極２８を設けている。

２９は支持部で、この支持部２９は前記基板２１の上面に設けられるとともに、図６に示すように、上面から下面にわたって孔３０を設けている。また、前記支持部２９は、タングステン（Ｗ）からなる第１の層３１と、この第１の層３１の上面に設けられたニッケル（Ｎｉ）からなる第２の層３２と、この第２の層３２の上面に設けられた金（Ａｕ）からなる第３の層３３とで構成されている。そして、（表１）に示すように、基板２１の上面の平均表面粗さはＲａ＝１．７４μｍであり、一方、支持部２９における第３の層３３の上面の平均表面粗さはＲａ＝１．３０μｍである。

このように、基板２１の上面の表面粗さは、支持部２９の上面の表面粗さよりも大となるように構成されているものである。３４は音叉形状のシリコン基板（図示せず）の上面にＰＺＴからなる圧電薄膜（図示せず）を設けたＸ軸振動子で、このＸ軸振動子３４は一対の腕部３４ａと、この一対の腕部３４ａの一端側を連接する取付部３４ｂとを設けている。そして、前記Ｘ軸振動子３４における取付部３４ｂは前記基板２１における支持部２９の上面に熱硬化性樹脂からなる接着剤（図示せず）により固着されている。そしてまた、前記Ｘ軸振動子３４における一対の腕部３４ａの上面には、図７に示すように、駆動電極３５および検出電極３６を設けている。３７はＹ軸振動子で、このＹ軸振動子３７は前記支持部２９の上面に接着剤（図示せず）により固着されるとともに、上面に駆動電極３５および検出電極３６を設けている。

また、前記基板２１における振動子電極２７は、前記Ｘ軸振動子３４とＹ軸振動子３７における駆動電極３５および検出電極３６と金属線３８により電気的に接続されている。３９はＩＣで、このＩＣ３９は前記基板２１の凹部２２に設けられるとともに、図８に示すように、下面に方形形状に整列するようにバンプ電極４０を設けており、このバンプ電極４０を、基板２１の表面配線２３における外側バンプ接合部２５と電気的に接続している。そして、前記ＩＣ３９におけるバンプ電極４０から表面配線２３、配線パターン２６、振動子電極２７および金属線３８を介して前記Ｘ軸振動子３４およびＹ軸振動子３７における駆動電極３５に駆動電圧を供給している。また、前記ＩＣ３９は、前記Ｘ軸振動子３４およびＹ軸振動子３７における検出電極３６からの出力信号を金属線３８、振動子電極２７、配線パターン２６、表面配線２３を介して入力するとともに、信号処理をして外部に出力している。

４１は前記基板２１の上面に設けられたチップ部品で、このチップ部品４１は前記ＩＣ３９とともに信号処理をしている。４２は上蓋で、この上蓋４２は前記基板２１の上面を覆うことにより、Ｘ軸振動子３４、Ｙ軸振動子３７およびチップ部品４１を保護している。

以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次にその製造方法を説明する。

まず、基板２１の上面に設けた凹部２２にエポキシ系の熱硬化性樹脂を塗布した後、この凹部２２にＩＣ３９を搭載し、さらに高温雰囲気中で熱硬化性樹脂を硬化させることにより、基板２１にＩＣ３９を固着し、そしてこのＩＣ３９におけるバンプ電極４０を基板２１の表面配線２３における外側バンプ接合部２５に電気的に接続する。

次に、基板２１の上面に設けた支持部２９の上面から孔３０の内側にわたって熱硬化性樹脂からなる接着剤（図示せず）を塗布した後、振動子電極２７および部品実装電極２８にＡｇと樹脂とをペースト状にした導電性熱硬化性樹脂を塗布する。

次に、基板２１における支持部２９の上面にＸ軸振動子３４における取付部３４ｂおよびＹ軸振動子３７における取付部３４ｂを載置するとともに、部品実装電極２８の上面にチップ部品４１を載置した後、基板２１を約１５０℃の高温槽（図示せず）に約９０分投入して、基板２１における支持部２９の上面にＸ軸振動子３４、Ｙ軸振動子３７およびチップ部品４１を固着する。

次に、Ｘ軸振動子３４およびＹ軸振動子３７と基板２１における振動子電極２７とを金属線３８のワイヤーボンディングにより電気的に接続する。

最後に、基板２１の上面に上蓋４２を取り付ける。

以上のようにして構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次にその動作を説明する。

ＩＣ３９から基板２１における配線パターン２６、振動子電極２７、金属線３８を介してＸ軸振動子３４およびＹ軸振動子３７の駆動電極３５に交流電圧が負荷されると、Ｘ軸振動子３４およびＹ軸振動子３７は、各々の振動方向に所定の周波数で振動駆動する。この状態において、Ｘ軸振動子３４にＸ軸方向を中心軸として角速度が負荷されると、コリオリ力によりＸ軸振動子３４における検出電極３６に出力信号が発生する。また、これと同様に、Ｙ軸振動子３７にＹ軸方向を中心軸として角速度が負荷されると、コリオリ力によりＹ軸振動子３７における検出電極３６に出力信号が発生する。

そして、これらの出力信号を金属線３８、振動子電極２７、配線パターン２６を介してＩＣ３９に入力して信号処理することにより、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の角速度を検出するものである。

上記したように本発明の一実施の形態においては、Ｘ軸振動子３４における取付部３４ｂを接着剤により固着する支持部２９を有するとともに配線パターン２６を設けた基板２１と、前記Ｘ軸振動子３４における駆動電極３５、検出電極３６と基板２１における配線パターン２６とを電気的に接続する金属線３８とを備え、前記支持部２９に接着剤が充填される孔３０を設けるとともに、この孔３０の内底面に位置する基板２１の表面粗さが支持部２９の上面の表面粗さよりも大となるようにしているため、支持部２９の上面の表面粗さは小さいものとなり、その結果、Ｘ軸振動子３４の基板２１に対する平行度を確保することができ、また孔３０の内底面に位置する基板２１の表面粗さが大きいため、アンカー効果により、Ｘ軸振動子３４の基板２１に対する取付強度は大きなものとなり、これにより、角速度センサに強い振動が加わっても、Ｘ軸振動子３４が傾くことはなくなるため、出力信号の感度が安定している角速度センサを提供することができるものである。

本発明に係る角速度センサは、角速度センサに強い振動が加わっても、振動子が傾いて出力信号の感度が劣化してしまうということはなく、信頼性が向上した角速度センサを提供することができるという効果を有するものであり、特にデジタルスチルカメラの手ぶれ防止システム等の電子機器や、自動車のナビゲーションシステム等の車両システムに利用可能な角速度センサとして有用なものである。

本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図同角速度センサから上蓋を取り外した状態を示す斜視図同角速度センサの上面図同角速度センサの側断面図同角速度センサにおける上蓋および振動子を取り外した状態を示す上面図同角速度センサの基板における支持部近傍の側断面図同角速度センサにおける振動子の上面図同角速度センサにおけるＩＣの下面図同角速度センサにおける基板にＩＣを取り付けた状態を示す上面図従来の角速度センサの側断面図同角速度センサにおけるカバーを取り外した状態を示す上面図同角速度センサにおける振動子の斜視図同角速度センサにおける基板の斜視図

符号の説明

２１基板
２６配線パターン
２９支持部
３０孔
３４，３７振動子
３４ａ腕部
３４ｂ取付部
３５駆動電極
３６検出電極
３８金属線

Claims

駆動電極と検出電極のいずれか一方、もしくは両方を設けた腕部とこの腕部の一端側を支持する取付部とからなる振動子と、この振動子における取付部を接着剤により固着する支持部を有するとともに配線パターンを設けた基板と、前記振動子における駆動電極、検出電極と基板における配線パターンとを電気的に接続する金属線とを備え、前記支持部に接着剤が充填される孔を設けるとともに、この孔の内底面に位置する基板の表面粗さが支持部の上面の表面粗さよりも大となるように構成した角速度センサ。