JP2009175010A - 振動センサ - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性に優れ量産性の高い振動センサを提供すること。
【解決手段】本発明は、パッケージ１０と、パッケージ１０の内部に搭載された振動子と、パッケージ１０の下外面１２が露出するように開口部２８を有し、パッケージ１０を開口部２８の対向する２辺８４で支持するように搭載する搭載部２０と、を具備し、搭載部２０の下面が実装されるべき実装面７０である振動センサである。本発明によれば、搭載部２０の開口部２８の２辺８４でパッケージ１０を支持するため、耐久性に優れている。
【選択図】図４

Description

本発明は、振動センサに関し、より詳細には振動子を有する振動センサに関する。

振動センサは、振動子の振動により角速度や加速度等を検出するセンサであり、カメラの手ぶれ防止やカーナビゲーションシステム、自動車やロボットの姿勢制御システム等に使用されている。

特許文献１には、角速度センサを内蔵したパッケージを回路基板に異方性導電エラストーマを用い搭載した角速度センサが開示されている。
特開２００６−１７５２４号公報

振動センサにおいては、外部の振動が振動子に伝搬すると振動センサの性能の劣化の要因となりうる。よって、振動子と実装面との干渉を抑制することが求められている。特許文献１に記載の振動センサによれば、異方性導電エラストーマを用い振動子と外部との干渉を抑制している。さらに、パッケージと回路基板との間の熱応力に起因した劣化を抑制している。

しかしながら、異方性導電エラストーマを用いたパッケージと回路基板との接着条件等により、異方性導電エラストーマが劣化する可能性がある。これにより、パッケージと回路基板間の断線や短絡が生じえる。

異方性導電エラストーマを用いない場合は、半田等でパッケージと回路基板とを接続することとなる。この場合、パッケージと回路基板との間に応力緩和や振動の干渉を抑制するための弾性樹脂等を設けることとなり製造工数が増大する。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、耐久性に優れ量産性の高い振動センサを提供することを目的とする。

本発明は、パッケージと、前記パッケージの内部に搭載された振動子と、前記パッケージの下外面が露出するように開口部を有し、前記パッケージを前記開口部の対向する２辺で支持するように搭載する搭載部と、を具備し、前記搭載部の下面が実装されるべき実装面であることを特徴とする振動センサである。本発明によれば、搭載部の開口部の２辺でパッケージを支持するため、パッケージと搭載部との熱膨張係数の差に起因した熱応力を開口部の別の２辺と外側面との間の部分で緩和させることができる。また、搭載部上にパッケージが搭載され、２辺近傍でパッケージが保持されているため、振動子と実装面との干渉を抑制することができる。さらに、パッケージを搭載部に搭載することにより振動センサが完成するため量産性に優れている。

上記構成において、前記２辺に沿って設けられ、前記パッケージと前記搭載部とを接続する接続部を具備する構成とすることができる。この構成によれば、熱応力に起因した接続部の劣化を抑制することができる。

上記構成において、前記２辺は前記振動子の幅方向に対向する２辺である構成とすることができる。この構成によれば、２辺と振動子との距離を、別の２辺と振動子との距離より長くすることができる。よって、振動の干渉をより抑制することができる。

上記構成において、前記パッケージは四角形状であり、前記開口部は前記パッケージの形状に対応する形状である構成とすることができる。

上記構成において、前記２辺に挟まれた別の２辺に対応する前記パッケージの辺は前記開口部を介し露出している構成とすることができる。この構成によれば、熱応力を一層緩和させることができる。

上記構成において、前記２辺に挟まれた別の２辺に対応する前記搭載部の前記開口部と外側面との幅は、前記２辺に対応する前記搭載部の前記開口部と外側面との幅より狭い構成とすることができる。この構成によれば、熱応力を一層緩和させることができる。

上記構成において、搭載部は、前記２辺に挟まれた別の２辺に対応する部分にくびれを有する構成とすることができる。この構成によれば、熱応力を一層緩和させることができる。

上記構成において、搭載部は、前記２辺の両端に対応する部分の前記開口部の内側面に上下に連通する溝を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記パッケージの下外面に搭載されたチップ部品を具備し、前記開口部は、前記チップ部品を露出するように形成されている構成とすることができる。この構成によれば、チップ部品の交換や調整が容易となる。

上記構成において、前記接続部は、前記２辺のそれぞれに沿って対称に設けられている構成とすることができる。

上記構成において、前記開口部を覆うカバー部を具備する構成とすることができる。上記構成において、前記開口部は、前記カバー部を位置決めする溝を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記振動子は音叉型振動子であり、前記実装面に平行な方向を回転軸とする角速度を検出する構成とすることができる。

本発明によれば、搭載部の開口部の２辺でパッケージを支持するため、パッケージと搭載部との熱膨張係数の差に起因した熱応力を開口部の別の２辺と外側面との間の部分で緩和させることができる。また、搭載部上にパッケージが搭載され、２辺近傍でパッケージが保持されているため、振動子と実装面との干渉を抑制することができる。さらに、パッケージを搭載部に搭載することにより振動センサが完成するため量産性に優れている。

以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る振動センサの下面から視た斜視図であり、図２は、上面から視た斜視図である。なお、以下の図面では下から上への方向をＺ方向とする。図１および図２を参照に、例えばガラスエポキシ等の樹脂基板からなる搭載部２０上にパッケージ１０が搭載されている。搭載部２０の上下面はそれぞれ平坦である。搭載部２０には開口部が形成され、開口部はカバー部４０で覆われている。カバー部４０は爪４２により搭載部２０に固定されている。搭載部２０の下面が、振動センサが実装されるべき実装面７０である。実装面７０には外部と接続する接続端子３０が設けられている。上視した場合、搭載部２０はパッケージ１０を含むように設けられている。

図３はカバー部を外した分解斜視図であり、図４はカバー部を外した下面図（搭載部を透過しパッケージを点線で図示）である。図３および図４を参照に、搭載部２０にはパッケージ１０を下面から視た形状に対応する開口部２８が設けられている。すなわち、パッケージ１０を下面から視た形状は四角形状であり、開口部２８の形状も四角形状である。パッケージ１０の対向する２辺８０に開口部２８の２辺８４が対応し、パッケージ１０の２辺８０に挟まれた別の２辺８２に開口部２８の２辺８４に挟まれた別の２辺８６が対応する。パッケージ１０の下外面１２に設けられた抵抗、コンデンサおよびサーミスタ等のチップ部品５０（図３では不図示）が開口部２８を介し露出している。開口部２８には溝２２および２４が設けられている。

図５（ａ）は、爪４２付近の拡大図、図５（ｂ）は断面図である。図３、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照に、カバー部４０の突起４４が溝２４に嵌ることによりカバー部４０が位置決めされる。カバー部４０の爪４２が溝２２に案内され搭載部２０に係合することにより、カバー部４０が固定される。

図６は、実施例１に係る振動センサのパッケージの断面図である。セラミックからなるパッケージ１０の本体１１の凹部１８に樹脂からなる接着剤（不図示）を用いＩＣチップ６６が搭載されている。ＩＣチップ６６は、振動子６０を駆動させる回路や検出信号から角速度に相当する信号を演算する制御回路の一部を構成する。パッケージの台座６８には例えばシリコンからなる弾性樹脂６４を介し例えば金属製の支持部６２が固定されている。支持部６２は樹脂からなる接着剤（不図示）を介し振動子６０を支持している。ＩＣチップ６６とパッケージ１０、振動子６０とパッケージ１０とは、バンプやボンディングワイヤ（不図示）により電気的に接続されている。本体１１上には溶接または半田等を用い蓋１４が固定されている。蓋１４が設けられることにより、凹部１８が密閉され、振動子６０が封止される。

図７は、蓋１４を外した状態のパッケージ１０の平面図である。振動子は例えばＬｉＮｂＯ_３またはＬｉＴａＯ_３等の圧電材料からなる音叉型振動子でありＹ方向（実装面７０に平行な方向）を回転軸とする角速度を検出する。振動子６０はＹ方向に伸びる複数のアーム６１とアーム６１を保持するベース６３とを有している。ベース６３が支持部６２により保持されている（図６参照）。

図８は、搭載部２０の下面図である。開口部２８の２辺８４に沿って端子３２が設けられている。２辺８４に対応する外側面には溝２６が形成され、溝２６内は金属膜３８で覆われている。図９は図７のＡ−Ａ断面図である。搭載部２０は層２１ａおよび２１ｂから形成される多層構造を有している。層２１ａには貫通電極３４が設けられ、層２１ａと２１ｂとの間には層間配線３６が設けられている。搭載部２０の実装面７０に設けられた接続端子３０は、金属膜３８、層間配線３６および貫通電極３４を介し端子３２と電気的に接続されている。接続端子３０、端子３２、貫通電極３４、層間配線３６および金属膜３８は、例えば、ＣｕまたはＡｕ等の金属からなる。

図１０はパッケージの下面図である。パッケージ１０の下外面１２には、抵抗、コンデンサやサーミスタ等のチップ部品５０が配置されている。チップ部品５０として、例えばレーザを照射しパターンの一部を除去することで抵抗値を調整可能なトリミング抵抗５２も配置されている。パッケージ１０の上外面１２には端子１９が設けられている。端子１９は、パッケージ１０内のＩＣチップ６６や振動子６０と電気的に接続されている。

図１１はパッケージ１０を搭載部２０に搭載する際の斜視図である。図７に示した搭載部２０の端子３２と図１０に示したパッケージ１０の端子１９とを半田や溶接等の接続部９０を用い電気的に接続する。これにより、搭載部２０の接続端子３０はパッケージ１０と電気的に接続される。

実施例１によれば、図６のように、振動子６０はパッケージ１０の内部に搭載されている。図４のように、搭載部２０は、パッケージ１０の下外面１２が露出するように開口部２８を有し、パッケージ１０を開口部２８の対向する２辺８４で支持するように搭載している。開口部２８の２辺８４でパッケージ１０を支持するため、パッケージ１０と搭載部２０との熱膨張係数の差に起因した熱応力を開口部２８の別の２辺８６と外側面との間の部分８８で緩和させることができる。搭載部２０上にパッケージ１０が搭載され、２辺８４近傍でのみパッケージ１０が保持されているため、振動子６０と実装面７０との干渉を抑制することができる。さらに、パッケージ１０を搭載部２０に搭載することにより振動センサが完成するため量産性に優れている。

また、図１１のように、パッケージ１０の下外面１２に設けられた端子１９（図１０参照）と搭載部２０の上面に設けられた端子３２とを接続する接続部９０が設けられている場合、パッケージ１０と搭載部２０と熱膨張係数の差に起因した熱応力により接続部９０が劣化しやすい。そこで、接続部９０を２辺８４に沿って設けることにより熱応力に起因する接続部９０の劣化を抑制することができる。

さらに、図７および図８を参照に、２辺８４は振動子６０の幅方向（すなわち図７および図８中のＸ方向）に対向する２辺である。これにより、２辺８４と振動子６０との距離は、別の２辺８６と振動子６０との距離より長くなる。パッケージ１０を支持する２辺８４が振動子６０に近いと、振動の干渉が起こり得る。実施例１によれば、振動子６０と実装面７０との干渉を抑制することができる。

開口部２８の形状は任意に設定できるが、製造を容易とするためパッケージは四角形状であり、開口部２８は前記パッケージの形状に対応する形状であることが好ましい。

さらに、図４のように、パッケージ１０の辺８２は開口部２８を介し露出している。このように開口部２８を広くすることにより、辺８２に対応する部分８８の幅がより狭くなり、熱応力を一層緩和させることができる。

さらに、図８のように、別の２辺８６に対応する搭載部２０の開口部２８と外側面との幅Ｗ２は、２辺８４に対応する搭載部２０の開口部２８と外側面との幅Ｗ１より狭い。これにより、熱応力を辺８６に対応する部分８８により一層緩和させることができる。

さらに、図８のように、搭載部２０は、別の２辺８６に対応する部分８８の中央部にくびれ２３を有している。このように、くびれ２３により熱応力を一層緩和させることができる。なお、くびれ２３はカバー部４０を搭載部２０に固定するための爪４２の案内溝２２により形成されることが好ましい。

さらに、図８のように、搭載部２０は、２辺８４の両端に対応する部分の開口部２８の内側面に上下に連通する溝２４を有している。このように、２辺８４のそれぞれの両側でくびれているため熱応力を一層緩和させることができる。なお、溝２４はカバー部４０を搭載部２０に固定する際の位置決め溝としても機能することが好ましい。

さらに、図８のように、接続部（図８では端子３２を図示）は２辺８４それぞれに沿って対称に形成されていることが好ましい。つまり左右かつ上下に対称に形成されていることが好ましい。これにより、熱応力をより分散化させることができる。より好ましくは、接続部は２つの辺８４それぞれに沿って等間隔に設けられることが好ましい。

さらに、図４のように、開口部２８は、チップ部品５０を露出するように形成されている。これにより、チップ部品５０の交換やトリミング抵抗５２の調整を行い振動センサの調整が容易となる。振動センサの調整としては、例えば、角速度や加速度を電圧に変換した際のオフセット電圧の調整等である。

なお、１枚のガラスエポキシ基板に複数の搭載部２０を形成し、搭載部２０にパッケージ１０を搭載した後、搭載部２０の接続端子３０にプローブを接続させる。この状態で、振動センサの評価を行い、チップ部品５０の交換等を行うことができる。その後、ガラシエポキシ基板切断し個々の搭載部２０とすることにより振動センサを製造することもできる。

図６のように、振動子６０は音叉型振動子であり、実装面７０に平行方向を回転軸とする角速度を検出することができる。角速度センサにおいては、実装面に平行な方向を回転軸とする角速度を検出することが求められており、実施例１においては、このような角速度センサを安価に製造することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１は実施例１に係る振動センサの下面から視た斜視図である。 図２は実施例１に係る振動センサの上面から視た斜視図である。 図３は実施例１に係る振動センサのカバー部を外した斜視図である。 図４は実施例１に係る振動センサのカバー部を外した下面図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は爪付近の拡大図である。 図６はパッケージの断面図である。 図７はパッケージの平面図である。 図８は搭載部の上面図である。 図９は図８のＡ−Ａ断面図である。 図１０はパッケージの下面図である。 図１１はパッケージを搭載部に搭載する際の図である。

符号の説明

１０ パッケージ
１２ パッケージの下外面
２０ 搭載部
２３ くびれ
２４ 溝
２８ 開口部
３０ 接続端子
４０ カバー部
５０ チップ部品
６０ 振動子
７０ 実装面
８４ 開口部の２辺
８６ 開口部の別の２辺

Claims (13)

1. パッケージと、
   前記パッケージの内部に搭載された振動子と、
   前記パッケージの下外面が露出するように開口部を有し、前記パッケージを前記開口部の対向する２辺で支持するように搭載する搭載部と、を具備し、
   前記搭載部の下面が実装されるべき実装面であることを特徴とする振動センサ。
2. 前記２辺に沿って設けられ、前記パッケージと前記搭載部とを接続する接続部を具備することを特徴とする請求項１記載の振動センサ。
3. 前記２辺は前記振動子の幅方向に対向する２辺であることを特徴とする請求項１または２記載の振動センサ。
4. 前記パッケージは四角形状であり、前記開口部は前記パッケージの形状に対応する形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の振動センサ。
5. 前記２辺に挟まれた別の２辺に対応する前記パッケージの辺は前記開口部を介し露出していることを特徴とする請求項４記載の振動センサ。
6. 前記２辺に挟まれた別の２辺に対応する前記搭載部の前記開口部と外側面との幅は、前記２辺に対応する前記搭載部の前記開口部と外側面との幅より狭いことを特徴とする請求項４記載の振動センサ。
7. 搭載部は、前記２辺に挟まれた別の２辺に対応する部分にくびれを有することを特徴とする請求項４記載の振動センサ。
8. 搭載部は、前記２辺の両端に対応する部分の前記開口部の内側面に上下に連通する溝を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の振動センサ。
9. 前記パッケージの下外面に搭載されたチップ部品を具備し、
   前記開口部は、前記チップ部品を露出するように形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の振動センサ。
10. 前記接続部は、前記２辺のそれぞれに沿って対称に設けられていることを特徴とする請求項２記載の振動センサ。
11. 前記開口部を覆うカバー部を具備することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の振動センサ。
12. 前記開口部は、前記カバー部を位置決めする溝を有することを特徴とする請求項１０記載の振動センサ。
13. 前記振動子は音叉型振動子であり、前記実装面に平行な方向を回転軸とする角速度を検出することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項記載の振動センサ。

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