JP2010181313A

JP2010181313A - 角速度センサ

Info

Publication number: JP2010181313A
Application number: JP2009025735A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Nakajima; 耕一郎中島; Masayuki Nabeya; 公志鍋谷; Shinjiro Ueda; 真二郎上田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-19

Abstract

【課題】本発明は、デジタル信号配線パターンに発生する高周波のノイズ信号が、容量結合により、振動子アナログ信号配線パターンの出力信号に影響を及ぼすことはなくなり、これにより、出力信号の安定したものが得られる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、基板１１の凹部１２における内底面と同一面から上側にかけて振動子アナログ信号配線パターン１８を有するアナログ層１７を設けるとともに、凹部１２における内底面と同一面から下側にかけてデジタル信号配線パターン２１を有するデジタル層１９を設けたものである。
【選択図】図３

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および図１１に示すように構成されていた。

図１０は従来の角速度センサから上蓋を外した状態を示す斜視図、図１１は同角速度センサの側面図である。

図１０、図１１において、１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箱状の基台で、この基台１は凹部２を有し、かつこの凹部２の上面には、振動子電極（図示せず）を設けている。また、前記基台１には、凹部２における内底面と同一面から上面にかけて振動子アナログ信号配線パターン（図示せず）を設けるとともに、前記凹部２における内底面と同一面から下面にかけては出力用アナログ信号配線パターン（図示せず）を設けており、そして、この出力用アナログ信号配線パターン（図示せず）は実装端子３と電気的に接続している。４は振動子で、この振動子４は前記基台１の上方に設けられており、かつこの振動子４は駆動腕５と検出腕６とで構成されている。また、前記基台１の上面に設けた振動子電極（図示せず）は、前記振動子４における検出腕６の根元に設けた電極（図示せず）とワイヤー線７により電気的に接続されているものである。８はＩＣで、このＩＣ８は前記基台１の凹部２に設けられるとともに、ワイヤー線９を介して基台１における振動子アナログ信号配線パターン（図示せず）と電気的に接続することにより、振動子４を振動駆動し、かつ振動子４からの出力信号を処理している。すなわち、ＩＣ８から振動子アナログ信号配線パターン（図示せず）、振動子電極（図示せず）、ワイヤー線７および検出腕６の根元に設けた電極（図示せず）を介して振動子４における駆動腕５に駆動電圧を供給しているものである。また、前記ＩＣ８は、前記振動子４における検出腕６からの出力信号を、電極（図示せず）、ワイヤー線７、振動子電極（図示せず）および振動子アナログ信号配線パターン（図示せず）を介して入力するとともに、信号処理をして、出力用アナログ信号配線パターン（図示せず）を介して実装端子３から外部に出力しているものである。１０は上蓋で、この上蓋１０は前記基台１の上面を覆うことにより振動子４を保護しているものである。

上記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。

振動子４の駆動腕５に交流電圧が負荷されると、振動子４が駆動方向に駆動周波数で振動駆動する。そして、この状態において、振動子４を設けた平面と垂直な方向の軸回りに角速度が負荷されると、コリオリ力により、検出腕６が検出方向に検出振動数で振動する。そして、この振動により、一対の検出腕６から発生する電荷からなる出力信号をＩＣ８により信号処理して角速度を検出するものである。

ここで、デジタル信号を実装端子３から出力する場合を考えると、従来の角速度センサにおいては、ＩＣ８にデジタル処理回路部を設けるとともに、基台１にデジタル信号配線パターンを振動子アナログ信号配線パターンと同一層上の近傍に設け、そして、実装端子３よりデジタル信号からなる出力信号を出力するようにしていた。

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２００７−２７８７１７号公報

しかしながら、上記した従来の構成においては、基台１にデジタル信号配線パターンを振動子アナログ信号配線パターンと同一層上の近傍に設けているため、デジタル信号配線パターンに発生する高周波のノイズ信号が、容量結合により、振動子アナログ信号配線パターンの出力信号に影響を及ぼすことになり、これにより、振動子の振動駆動が不安定になって、角速度センサの出力信号が変動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、デジタル信号配線パターンに発生する高周波のノイズ信号が、容量結合により、振動子アナログ信号配線パターンの出力信号に影響を及ぼすことはなくなり、これにより、出力信号の安定したものが得られる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、振動子電極を上面に設けるとともに、内底面にアナログバンプ接合部とデジタルバンプ接合部とを有する凹部を設けた基板と、この基板の上面に設けられるとともに基板における振動子電極と電気的に接続される駆動電極および検出電極を有する振動子と、前記基板における凹部に設けられるとともに振動子を振動駆動しかつ振動子からの出力信号を処理する振動子アナログ信号処理回路部とこの振動子アナログ信号処理回路部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するデジタル信号処理回路部とを有するＩＣとを備え、前記基板の凹部における内底面と同一面から上側にかけて振動子アナログ信号配線パターンを有するアナログ層を設けるとともに、凹部における内底面と同一面から下側にかけてデジタル信号配線パターンを有するデジタル層を設けたもので、この構成によれば、基板の凹部における内底面と同一面から上側にかけて振動子アナログ信号配線パターンを有するアナログ層を設けるとともに、凹部における内底面と同一面から下側にかけてデジタル信号配線パターンを有するデジタル層を設けているため、基板の凹部における内底面以外の層で振動子アナログ信号配線パターンとデジタル信号配線パターンとが近傍に配線されることはなくなり、これにより、デジタル信号配線パターンに発生する高周波のノイズ信号が、容量結合により、振動子アナログ信号配線パターンの出力信号に影響を及ぼすことはなくなるため、振動子の振動駆動は安定することになり、その結果、角速度センサの出力信号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。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、基板の凹部における内底面に設けた振動子アナログ信号配線パターンとデジタル信号配線パターンとを異なる側に配置するようにしたもので、この構成によれば、基板の凹部における内底面に設けた振動子アナログ信号配線パターンとデジタル信号配線パターンとを異なる側に配置するようにしているため、基板の凹部における内底面においても、振動子アナログ信号配線パターンとデジタル信号配線パターンとが近くに配線されることはなくなり、その結果、角速度センサの出力信号はさらに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。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、基板におけるアナログ層に設けた振動子アナログ信号配線パターンとデジタル層に設けたデジタル信号配線パターンとが互いに交差しないように構成したもので、この構成によれば、基板におけるアナログ層に設けた振動子アナログ信号配線パターンとデジタル層に設けたデジタル信号配線パターンとが互いに交差しないように構成しているため、異なる層であるアナログ層とデジタル層においても、振動子アナログ信号配線パターンとデジタル信号配線パターンとが近くに配線されることはなくなり、その結果、角速度センサの出力信号はさらに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、振動子電極を上面に設けるとともに、内底面にアナログバンプ接合部とデジタルバンプ接合部とを有する凹部を設けた基板と、この基板の上面に設けられるとともに基板における振動子電極と電気的に接続される駆動電極および検出電極を有する振動子と、前記基板における凹部に設けられるとともに振動子を振動駆動しかつ振動子からの出力信号を処理する振動子アナログ信号処理回路部とこの振動子アナログ信号処理回路部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するデジタル信号処理回路部とを有するＩＣとを備え、前記基板の凹部における内底面と同一面から上側にかけて振動子アナログ信号配線パターンを有するアナログ層を設けるとともに、凹部における内底面と同一面から下側にかけてデジタル信号配線パターンを有するデジタル層を設けているため、基板の凹部における内底面以外の層で振動子アナログ信号配線パターンとデジタル信号配線パターンとが近傍に配線されることはなくなり、これにより、デジタル信号配線パターンに発生する高周波のノイズ信号が、容量結合により、振動子アナログ信号配線パターンの出力信号に影響を及ぼすことはなくなるため、振動子の振動駆動は安定することになり、その結果、出力信号は安定したものが得られ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有するものである。

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は同角速度センサから上蓋の一部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側断面図、図４は同角速度センサにおける基板の上面図、図５は同角速度センサの基板におけるアナログ層の上面図、図６は同角速度センサにおける基板の凹部内底面の位置での上面図、図７は同角速度センサにおける基板の下面図、図８は同角速度センサにおける振動子の上面図、図９は同角速度センサにおけるＩＣの下方からの斜視図である。

図１〜図９において、１１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１１は上面に凹部１２を設けるとともに、この凹部１２の内底面に、図４に示すように、複数の振動子接続用のアナログバンプ接合部１３、外部とのアナログ信号出力用のアナログバンプ接合部１４およびデジタルバンプ接合部１５を放射線状に設けている。また、前記基板１１の上面には、振動子電極１６を設けている。そしてまた、前記基板１１には、前記凹部１２における内底面と同一面から上面にかけてアナログ層１７を設けており、そして、このアナログ層１７には、前記振動子接続用のアナログバンプ接合部１３と電気的に接続される振動子アナログ信号配線パターン１８を設けているものである。さらに、前記基板１１には、前記凹部１２における内底面と同一面から下面にかけてデジタル層１９を設けており、そして、このデジタル層１９には、前記アナログ信号出力用のアナログバンプ接合部１４と電気的に接続される出力用アナログ信号配線パターン２０を設けるとともに、デジタルバンプ接合部１５と電気的に接続されるデジタル信号配線パターン２１を設けているものである。また、図４、図６に示すように、凹部１２における内底面では、デジタルバンプ接合部１５を設けた側と異なる側に振動子接続用のアナログバンプ接合部１３およびアナログ信号出力用のアナログバンプ接合部１４を設けているものである。そしてまた、図３に示すように、基板１１におけるアナログ層１７に設けた振動子アナログ信号配線パターン１８とデジタル層１９に設けたデジタル信号配線パターン２１とは互いに交差しないように構成されているものである。

２２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２２は前記基板１１の上面に設けられるとともに、図８に示すように、上面に駆動電極２３および検出電極２４を設けている。２５はＹ軸振動子で、このＹ軸振動子２５は前記基板１１の上面に設けられるとともに、前記Ｘ軸振動子２２と同様、上面に駆動電極２３および検出電極２４を設けている。また、前記基板１１の上面に設けた振動子電極１６は、前記Ｘ軸振動子２２とＹ軸振動子２５における駆動電極２３および検出電極２４とワイヤー線２６により電気的に接続されているものである。

２７はＩＣで、このＩＣ２７は前記基板１１の凹部１２に設けられるとともに、Ｘ軸振動子２２およびＹ軸振動子２５を振動駆動し、かつＸ軸振動子２２およびＹ軸振動子２５からの出力信号を処理する振動子アナログ信号処理回路部２８を設けている。また、前記ＩＣ２７にはデジタル信号処理回路部２９を設けており、そして、このデジタル信号処理回路部２９により、前記振動子アナログ信号処理回路部２８から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換している。そしてまた、前記ＩＣ２７の下面には、方形形状に整列するようにバンプ電極３０を設けており、かつこのバンプ電極３０は、基板１１における振動子接続用のアナログバンプ接合部１３、アナログ信号出力用のアナログバンプ接合部１４およびデジタルバンプ接合部１５と電気的に接続しているものである。すなわち、ＩＣ２７におけるバンプ電極３０から振動子接続用のアナログバンプ接合部１３、振動子アナログ信号配線パターン１８、振動子電極１６およびワイヤー線２６を介して前記Ｘ軸振動子２２およびＹ軸振動子２５における駆動電極２３に駆動電圧を供給している。また、前記ＩＣ２７は、前記Ｘ軸振動子２２およびＹ軸振動子２５における検出電極２４からの出力信号を、ワイヤー線２６、振動子電極１６、振動子アナログ信号配線パターン１８を介して入力するとともに、振動子アナログ信号処理回路部２８およびデジタル信号処理回路部２９により信号処理をしてデジタル信号配線パターン２１より外部に出力しているものである。３１は上蓋で、この上蓋３１は前記基板１１の上面を覆うことによりＸ軸振動子２２およびＹ軸振動子２５を保護しているものである。

上記したように本発明の一実施の形態においては、基板１１の凹部１２における内底面と同一面から上側にかけて振動子アナログ信号配線パターン１８を有するアナログ層１７を設けるとともに、凹部１２における内底面と同一面から下側にかけてデジタル信号配線パターン２１を有するデジタル層１９を設けているため、基板１１の凹部１２における内底面以外の層で振動子アナログ信号配線パターン１８とデジタル信号配線パターン２１とが近傍に配線されることはなくなり、これにより、デジタル信号配線パターン２１に発生する高周波のノイズ信号が、容量結合により、振動子アナログ信号配線パターン１８の出力信号に影響を及ぼすことはなくなるため、Ｘ軸振動子２２およびＹ軸振動子２５の振動駆動は安定することになり、その結果、角速度センサの出力信号は安定したものが得られるという効果を有するものである。

また、本発明の一実施の形態においては、基板１１の凹部１２における内底面に設けたアナログバンプ接合部１３とデジタルバンプ接合部１５とを異なる側に配置するようにしているため、基板１１の凹部１２における内底面においても、振動子アナログ信号配線パターンとデジタル信号配線パターンとが近くに配線されることはなくなり、その結果、角速度センサの出力信号はさらに安定したものが得られるという効果を有するものである。

そしてまた、本発明の一実施の形態においては、基板１１におけるアナログ層１７に設けた振動子アナログ信号配線パターン１８とデジタル層１９に設けたデジタル信号配線パターン２１とが互いに交差しないように構成しているため、異なる層であるアナログ層１７とデジタル層１９においても、振動子アナログ信号配線パターン１８とデジタル信号配線パターン２１とが近くに配線されることはなくなり、その結果、角速度センサの出力信号はさらに安定したものが得られるという効果を有するものである。

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１１の上面に設けた凹部１２に、エポキシ系の熱硬化性樹脂を塗布した後、凹部１２にＩＣ２７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１１にＩＣ２７を固着し、そしてこのＩＣ２７におけるバンプ電極３０を基板１１における振動子接続用のアナログバンプ接合部１３、アナログ信号出力用のアナログバンプ接合部１４およびデジタルバンプ接合部１５に電気的に接続する。

次に、基板１１におけるＸ軸振動子２２およびＹ軸振動子２５を載置する位置に、エポキシ系の熱硬化性樹脂を塗布する。

次に、基板１１の上面にＸ軸振動子２２、Ｙ軸振動子２５を載置した後、基板１１を約１５０℃の高温槽（図示せず）に約９０分投入して、基板１１の上面にＸ軸振動子２２、Ｙ軸振動子２５を固着する。

次に、Ｘ軸振動子２２およびＹ軸振動子２５と基板１１における振動子電極１６とを、ワイヤー線２６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１１の上面に上蓋３１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。

ＩＣ２７から基板１１における振動子接続用アナログバンプ接合部１３、振動子アナログ信号配線パターン１８、振動子電極１６、ワイヤー線２６を介してＸ軸振動子２２およびＹ軸振動子２５の駆動電極２３に交流電圧が負荷されると、Ｘ軸振動子２２およびＹ軸振動子２５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２２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２２における検出電極２４に出力信号が発生する。また、これと同様に、Ｙ軸振動子２５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２５における検出電極２４に出力信号が発生する。

そして、これらの出力信号をワイヤー線２６、振動子電極１６、振動子アナログ信号配線パターン１８を介してＩＣ２７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。

本発明に係る角速度センサは、デジタル信号配線パターンに発生する高周波のノイズ信号が、容量結合により、振動子アナログ信号配線パターンの出力信号に影響を及ぼすことはなくなり、これにより、出力信号の安定したものが得られる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等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の一部を取り外した状態を示す斜視図同角速度センサの側断面図同角速度センサにおける基板の上面図同角速度センサの基板におけるアナログ層の上面図同角速度センサにおける基板の凹部内底面の位置での上面図同角速度センサにおける基板の下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の下方からの斜視図従来の角速度センサから上蓋を外した状態を示す斜視図従来の角速度センサの側面図

１１基板
１２凹部
１３，１４アナログバンプ接合部
１５デジタルバンプ接合部
１６振動子電極
１７アナログ層
１８振動子アナログ信号配線パターン
１９デジタル層
２１デジタル信号配線パターン
２２，２５振動子
２３駆動電極
２４検出電極
２７ＩＣ
２８振動子アナログ信号処理回路部
２９デジタル信号処理回路部

Claims

振動子電極を上面に設けるとともに、内底面にアナログバンプ接合部とデジタルバンプ接合部とを有する凹部を設けた基板と、この基板の上面に設けられるとともに基板における振動子電極と電気的に接続される駆動電極および検出電極を有する振動子と、前記基板における凹部に設けられるとともに振動子を振動駆動しかつ振動子からの出力信号を処理する振動子アナログ信号処理回路部とこの振動子アナログ信号処理回路部から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するデジタル信号処理回路部とを有するＩＣとを備え、前記基板の凹部における内底面と同一面から上側にかけて振動子アナログ信号配線パターンを有するアナログ層を設けるとともに、凹部における内底面と同一面から下側にかけてデジタル信号配線パターンを有するデジタル層を設けた角速度センサ。
基板の凹部における内底面に設けた振動子アナログ信号配線パターンとデジタル信号配線パターンとを異なる側に配置するようにした請求項１記載の角速度センサ。
基板におけるアナログ層に設けた振動子アナログ信号配線パターンとデジタル層に設けたデジタル信号配線パターンとが互いに交差しないように構成した請求項１記載の角速度センサ。