JP2010223763A - 物理量検出デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】シールリングを用いてパッケージに蓋体を溶接する際に、金属成分がキャビティー内に飛散することを防止し、信頼性の高い物理量検出デバイスを提供する。
【解決手段】本発明に係る物理量検出デバイス１００は、振動子７０が実装されたパッケージ１０と、パッケージ１０の開口部１１の周囲の上面１６に形成されたシールリング２０と、パッケージ１０の開口部１１の周囲の上面１６であって、シールリング２０の内側に、シールリング２０と離間して形成されたリング状部材３０と、シールリング２０の上面に溶接された蓋体４０と、を含み、リング状部材３０の上面の少なくとも一部は、蓋体４０の下面と離間している。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量検出デバイスに関する。

シールリングを用いてパッケージに金属蓋を溶接する際に、シールリングないし金属蓋の金属成分がキャビティー内に飛散（スプラッシュ）することがある。特に、キャビティー内に収容された振動子に飛散した金属成分が付着すると、発振特性が大きく変動してしまい、所定の特性を得ることができない。このような問題を回避するため、特許文献１では、金属成分の飛散の発生自体を防止するように、シールリングと金属蓋との接合部に効率よく電流を流す構成が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、仮に金属成分の飛散が発生した場合に、キャビティー内への侵入を防止する構成となっていない。

特開平８−２９０２７２号公報

本発明の目的の１つは、シールリングを用いてパッケージに蓋体を溶接する際に、金属成分がキャビティー内に飛散することを防止し、信頼性の高い物理量検出デバイスを提供することにある。

本発明に係る物理量検出デバイスは、
振動子が実装されたパッケージと、
前記パッケージの開口部の周囲の上面に形成されたシールリングと、
前記パッケージの開口部の周囲の上面であって、前記シールリングの内側に、前記シールリングと離間して形成されたリング状部材と、
前記シールリングの上面に溶接された蓋体と、
を含み、
前記リング状部材の上面の少なくとも一部は、前記蓋体の下面と離間している。

このような物理量検出デバイスによれば、シールリングを用いてパッケージに蓋体を溶接する際に、金属成分がキャビティー内に飛散することを防止し、高い信頼性を有することができる。

本発明に係る物理量検出デバイスにおいて、
前記リング状部材の少なくとも一部は、前記シールリングに比べて低い低背部であり、
前記低背部の上面は、前記蓋体の下面と離間していることができる。

このような物理量検出デバイスによれば、前記低背部の上面と前記蓋体の下面との間に形成された通気部によって、前記シールリングと前記リング状部材との間の空間（空隙）内を脱気することができる。

本発明に係る物理量検出デバイスにおいて、
前記低背部の上面と前記蓋体の下面との間に形成された通気部は、
前記リング状部材の前記シールリング側の第１側面から、前記第１側面と反対側の第２側面まで、貫通していることができる。

このような物理量検出デバイスによれば、確実に、空隙内を脱気することができる。

本発明に係る物理量検出デバイスにおいて、
前記低背部は、複数設けられていることができる。

このような物理量検出デバイスによれば、仮に、金属成分の飛散によって１つの前記通気部が塞がれたとしても、残りの前記通気部によって、空隙内を脱気することができる。

本発明に係る物理量検出デバイスにおいて、
前記振動子は、基体と、前記基体から延出された振動腕と、を有し、
前記リング状部材は、平面視において、４つの辺を有し、
前記４つ辺のうちの少なくとも１辺は、前記振動腕の先端部から最も近い辺であり、
前記低背部は、前記最も近い辺以外の辺に設けられていることができる。

このような物理量検出デバイスによれば、仮に、前記通気部を通って、飛散した金属成分がキャビティー内に侵入したとしても、前記先端部への付着の可能性を小さくすることができる。

本発明に係る物理量検出デバイスにおいて、
前記基体は、
基部と、
前記基部から第１軸に沿って、両側へ延出された１対の連結腕と、を有し、
前記振動子は、
前記基部から前記第１軸と直交する第２軸に沿って、両側へ延出された１対の前記振動腕と、
前記１対の連結腕の各々から前記第２軸に沿って、両側へ延出された１対の前記振動腕と、を有することができる。

このような物理量検出デバイスによれば、いわゆるダブルＴ型の前記振動子を備え、高い信頼性を有することができる。

本発明に係る物理量検出デバイスにおいて、
前記振動子は、前記基体から並列して延出された１対の前記振動腕を有することができる。

このような物理量検出デバイスによれば、音叉型の前記振動子を備え、高い信頼性を有することができる。

本発明に係る物理量検出デバイスにおいて、
前記４つの辺は、互いに対向する１対の長辺と、互いに対向する１対の短辺と、から構成され、
前記低背部は、前記短辺に設けられていることができる。

このような物理量検出デバイスによれば、前記短辺と前記振動子の前記先端部との距離が、前記長辺と前記振動子の前記先端部との距離よりも小さい場合に、仮にキャビティー内に飛散した金属成分の前記先端部への付着の可能性を、小さくすることができる。

本発明に係る物理量検出デバイスにおいて、
リング状部材の材質は、セラミックスであることができる。

このような物理量検出デバイスによれば、安価に、前記リング状部材を形成することができる。

第１の実施形態に係る物理量検出デバイスを模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る物理量検出デバイスを模式的に示す平面図。 第１の実施形態に係る物理量検出デバイスの振動子の動作を説明するための平面図。 第１の実施形態に係る物理量検出デバイスの振動子の動作を説明するための平面図。 第１の実施形態に係る物理量検出デバイスの製造工程を模式的に示す断面図。 第１の実施形態に係る物理量検出デバイスの製造工程を模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る物理量検出デバイスを模式的に示す断面図。 第２の実施形態に係る物理量検出デバイスを模式的に示す平面図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１． 第１の実施形態
１．１． 第１の実施形態に係る物理量検出デバイス
まず、第１の実施形態に係る物理量検出デバイス１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、物理量検出デバイス１００を模式的に示す断面図である。図２は、物理量検出デバイス１００を模式的に示す平面図である。図３および図４は、物理量検出デバイス１００の振動子７０の動作を説明するための平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。また、図２では、便宜上、蓋体４０およびＩＣチップ８０の図示を省略している。

物理量検出デバイス１００は、図１および図２に示すように、パッケージ１０と、シールリング２０と、リング状部材３０と、蓋体４０と、振動子７０と、を有する。さらに、物理量検出デバイス１００は、支持基板５０と、リード６０と、ＩＣチップ８０と、を有することができる。

パッケージ１０は、図１に示すように、開口部１１内に、振動子７０を収容することができる。パッケージ１０の材質は、例えば、セラミックスである。パッケージ１０は、第１実装面１２と、第２実装面１４と、を有する。第１実装面１２には、振動子７０が実装されることができる。第２実装面１４には、ＩＣチップ８０が実装されることができる。第１実装面１２および第２実装面１４は、開口部１１の底面を構成している。第１実装面１２は、例えば、第２実装面１４に比べて高い位置（＋Ｚ方向側）にある。第１実装面１２および第２実装面１４は、平坦な面である。パッケージ１０は、例えば第２実装面１４から、パッケージ１０の下面１７（−Ｚ方向側の面）まで貫通している貫通孔１８を有することができる。貫通孔１８によって、キャビティー１（例えば、パッケージ１０と、蓋体４０と、リング状部材３０と、によって区画される空間）内を脱気することができる。これにより、キャビティー１内を、減圧空間、より好ましくは真空にすることができる。なお、図示はしないが、貫通孔１８は、キャビティー１内を脱気した後、塞がれることができる。

シールリング２０は、パッケージ１０の開口部１１の周囲に位置する上面１６（＋Ｚ方向側の面）に形成されている。シールリング２０は、図２に示すように、開口部１１を取り囲んで形成されている。シールリング２０の材質は、例えば、金とゲルマニウムとの合金などである。

リング状部材３０は、パッケージ１０の開口部１１の周囲に位置する上面１６であって、シールリング２０の内側に形成されている。リング状部材３０は、シールリング２０と離間している。リング状部材３０は、シールリング２０に比べて低い（Ｚ方向の長さが短い）低背部３１を有することができる。低背部３１の上面は、蓋体４０の下面と離間している。低背部３１の上面と、蓋体９０の下面と、の間には、通気部３が形成されている。通気部３は、リング状部材３０のシールリング２０側の第１側面３２から、第１側面３２と反対側の第２側面３３まで連通している。すなわち、通気部３は、キャビティー１と、シールリング２０とリング状部材３０との間の空間５（以下、「空隙５」ともいう）と、を連通している。低背部３１は、例えば、複数設けられることができ、図示の例では２つだが、その数は特に限定されない。リング状部材３０の低背部３１以外の上面は、蓋体９０と接していることができる。リング状部材３０の材質は、例えば、セラミックス、金とゲルマニウムとの合金などである。リング状部材３０の材質がセラミックスである場合は、例えば、金とゲルマニウムとの合金によって形成される場合に比べて、安価に形成されることができる。

リング状部材３０は、図２に示すように、互いに対向する１対の長辺３４ａ，３４ｂと、互いに対向する１対の短辺３５ａ，３５ｂと、を有する。長辺３４ａ，３４ｂと、短辺３５ａ，３５ｂとは、直交していることができる。長辺３４ａは、４つの辺３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂのうち、例えば、振動子７０の検出用振動腕７４の先端部７４ａ、および駆動用振動腕７６の先端部７６ａから最も近い辺である。また、長辺３４ｂは、４つの辺３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂうち、検出用振動腕７４の先端部７４ｂ、および駆動用振動腕７６の先端部７６ｂから最も近い辺である。低背部３１は、このような先端部７４ａ，７４ｂ，７６ａ，７６ｂから最も近い辺以外の辺に設けられている。図示の例では、低背部３１は、短辺３５ａ，３５ｂに設けられている。なお、図示はしないが、リング状部材３０は、その全てがシールリング２０より低くてもよい。すなわち、リング状部材３０は、その全てが低背部３１であってもよい。

蓋体４０は、図１に示すように、シールリング２０の上面に、例えばシーム溶接によって、溶接されている。蓋体４０は、リング状部材３０の低背部３１以外の上面と、例えばシーム接合によって、接合されていてもよい。蓋体４０の材質は、例えば、コバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）などの金属である。

支持基板５０は、パッケージ１０に収容されている。支持基板５０の材質は、例えば、ポリイミドなどの樹脂である。支持基板５０は、リード６０を介して第１実装面１２に固定されている。支持基板５０は、支持基板５０の上面から下面まで貫通している開孔５２を有することができる。

リード６０は、パッケージ１０に収容されている。リード６０の材質は、例えば、銅、金、ニッケル、または、これらの合金などである。第リード６０は、図２に示すように、複数設けられていてもよく、図示の例は６つ設けられているが、その数は特に限定されない。リード６０は、図１に示すように、支持基板５０の端部の下面側から、開孔５２を介して、支持基板５０の上面側まで、延びていることができる。リード６０の一方側の端部６１の上面は、例えば接着材によって支持基板５０の下面と接着されており、リード６０の一方側の端部６１の下面は、例えばろう材９０によって第１実装面１２と接着されている。リード６０の他方側の端部６２の上面は、例えば熱圧着によって振動子７０の下面と接着されている。

振動子７０は、図１に示すように、リード６０によって、支持基板５０の上方に支持されている。振動子７０の材質は、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料である。振動子７０を有する物理量検出デバイス１００は、物理量に応じて振動子７０の周波数が変動することを利用して、その物理量を検出するセンサーである。より具体的には、物理量検出デバイス１００は、加速度によって発生する応力、角速度によって発生するコリオリ力などを、検出するジャイロセンサーである。このようなジャイロセンサーに使用される振動子（ジャイロスコープ）７０の態様としては、いわゆるダブルＴ型振動子、音叉型振動子、ＡＴ振動子、ウォーク型振動子などを例示することができる。以下、振動子７０を、いわゆるダブルＴ型のジャイロスコープとして説明する。

振動子７０は、図２に示すように、基体７２と、基体７２から延出された振動腕と、を有することができる。振動腕は、複数設けられ、検出用振動腕７４と、駆動用振動腕７６と、に区別されることができる。

基体７２は、基部７１と、連結腕７３と、を有する。基部７１は、リード６０と接着されていることができる。連結腕７３は、１対設けられており、基部７１からＸ軸に沿って両側へ（＋Ｘ方向と−Ｘ方向とに向かって）延出している。連結腕７３の延出方向は、例えば、長辺３４ａ，３４ｂの延出方向と同じである。

検出用振動腕７４は、１対設けられており、基部７１からＹ軸に沿って両側へ（＋Ｙ方向と−Ｙ方向とに向かって）延出している。検出用振動腕７４の延出方向は、例えば、短辺３５ａ，３５ｂの延出方向と同じである。検出用振動腕７４の表面には、検出電極（図示せず）が形成されている。検出用振動腕７４の先端部７４ａ，７４ｂは、検出用振動腕７４の他の部分に比べて幅が広い形状であることができる。先端部７４ａ，７４ｂによって、角速度の検出感度を向上させることができる。検出用振動腕７４によって、角速度を検出する検出振動系が構成されている。

駆動用振動腕７６は、１対の連結腕７３の各々からＹ軸に沿って両側へ（＋Ｙ方向と−Ｙ方向とに向かって）延出している。駆動用振動腕７６の延出方向は、例えば、短辺３５ａ，３５ｂの延出方向と同じである。駆動用振動腕７６の表面には、駆動電極（図示せず）が形成されている。駆動用振動腕７６の先端部７６ａ，７６ｂは、駆動用振動腕７６の他の部分に比べて幅が広い形状であることができる。先端部７６ａ，７６ｂによって、角速度の検出感度を向上させることができる。連結腕７３と駆動用振動腕７６とによって、振動子７０を駆動する駆動振動系が構成されている。

図３に示すように、振動子７０は、角速度が加わらない状態において、駆動用振動腕７６が矢印Ａに示す方向に屈曲振動を行う。このとき、＋Ｘ方向側に位置する１対の駆動用振動腕７６ｃと、−Ｘ方向側に位置する１対の駆動用振動腕７６ｄとは、振動子７０の重心Ｇを通るＹ方向に延びる線（図示せず）関して線対称の振動を行っているため、基部７１、連結腕７３および検出用振動腕７４は、ほとんど振動しない。

この駆動振動を行っている状態で、振動子７０にＺ軸周りの角速度ωが加わると、図４に示すような振動を行う。すなわち、駆動振動系を構成する駆動用振動腕７６および連結腕７３に矢印Ｂ方向のコリオリの力が働き、新たな振動が励起される。この矢印Ｂ方向の振動は、重心Ｇに対して周方向の振動である。また同時に、検出用振動腕７６は、矢印Ｂの振動に呼応して、矢印Ｃ方向の検出振動が励起される。そして、この振動により発生した圧電材料の歪みを、検出用振動腕７４に形成した検出電極が検出して角速度が求められる。

ＩＣチップ８０は、図１に示すように、パッケージ１０の第２実装面１４に、例えばろう材９０によって実装されている。ＩＣチップ８０は、金や銅などからなるワイヤー８２によって、パッケージ１０に形成された配線（図示せず）と電気的に接続されている。ＩＣチップ８０は、振動子７０を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動子７０に生じる検出振動を検出する検出回路と、を有することができる。

物理量検出デバイス１００は、例えば、以下の特徴を有する。

物理量検出デバイス１００では、シールリング２０の内側にリング状部材３０が形成されている。そのため、パッケージ１０に蓋体４０を溶接する際に、シールリング２０ないし蓋体４０の金属成分がキャビティー１内に飛散することを防止することができる。さらに、物理量検出デバイス１００では、低背部３１の上面と蓋体４０との下面とは離間しており、通気部３が形成されている。そのため、貫通孔１８からキャビティー１内を脱気する際に、通気部３を介して、空隙５内をも脱気することができる。仮に、通気部が形成されておらず、シールリングの間の空間を脱気できないと、シールリングの間に溜まった空気（大気）が徐々にキャビティー内に漏れてキャビティー内の真空度を低下させ、信頼性を悪化させる場合がある。すなわち、物理量検出デバイス１００では、飛散した金属成分のキャビティー１内への侵入を防止し、かつ、空隙５内をも脱気することができるので、高い信頼性を有することができる。

物理量検出デバイス１００では、複数の低背部３１によって、複数の通気部３を有することができる。そのため、仮に、金属成分の飛散によって１つの通気部３が塞がれたとしても、残りの通気部３によって、空隙５内を脱気することができる。

物理量検出デバイス１００では、低背部３１は、平面視において、振動腕７４，７６の先端部７４ａ，７４ｂ，７６ａ，７６ｂから最も近い辺３４ａ，３４ｂ以外の辺３５ａ，３５ｂに設けられていることができる。そのため、仮に、通気部３を通って、飛散した金属成分がキャビティー１内に侵入したとしても、先端部７４ａ，７４ｂ，７６ａ，７６ｂへの付着の可能性を小さくすることができる。一般的に、振動子は、特に先端部に異物等が付着すると、発振特性の変動が大きくなることが知られている。したがって、物理量検出デバイス１００では、仮に、通気部３を通って、飛散した金属成分がキャビティー１内に侵入したとしても、高い信頼性を保つことができる。

物理量検出デバイス１００では、リング状部材３０の材質は、セラミックスであることができる。そのため、リング状部材の材質が金属である場合に比べて、低コストで物理量検出デバイス１００を形成することができる。例えば、リング状部材３０とパッケージ１０とは、一体的に形成されていることができる。

１．２． 第１の実施例に係る物理量検出デバイスの製造方法
次に、物理量検出デバイス１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５および図６は、物理量検出デバイス１００の製造工程を模式的に示す断面図である。

図５に示すように、振動子４０およびＩＣチップ８０が実装されたパッケージ１０を用意する。

図６に示すように、シールリング２０上に蓋体４０を配置する。次に、蓋体４０の外周縁部にシーム溶接用のローラー電極９を当接させる。そして、所定電流を供給しながら、ローラー電極９を走査して、シールリング２０と蓋体４０とをシーム溶接させる。これにより、パッケージ１０と蓋体４０とが気密的に封止される。

図１に示すように、貫通孔１８からパッケージ１内を脱気する。上述のとおり、通気部３を介して、空隙５内をも脱気することができる。その後、貫通孔１８を塞ぐ（図示せず）。

以上により、物理量検出デバイス１００を製造することができる。

物理量検出デバイス１００の製造方法によれば、上述とおり、飛散した金属成分のキャビティー１内への侵入を防止し、かつ、空隙５内をも脱気することができる信頼性の高い物理量検出デバイス１００を得ることができる。

２． 第２の実施形態
２．１． 第２の実施形態に係る物理量検出デバイス
次に、第２の実施形態に係る物理量検出デバイス２００について、図面を参照しながら説明する。図７は、物理量検出デバイス２００を模式的に示す断面図である。図８は、物理量検出デバイス２００を模式的に示す平面図である。なお、図７は、図８のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。また、図８では、便宜上、蓋体４０およびＩＣチップ８０の図示を省略している。以下、第２の実施形態に係る物理量検出デバイス２００において、第１の実施形態に係る物理量検出デバイス１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

物理量検出デバイス２００は、図７および図８に示すように、振動子２７０を有する。振動子２７０は、音叉型の振動子である。振動子２７０は、図８に示すように、基体２７２と、振動腕２７４を有する。基体２７２は、第１実装面１２上に、ろう材９０によって実装されていることができる。振動腕２７４は、基体２７２から、＋Ｘ方向に並列して延出している。振動腕２７４の延出方向は、例えば、長辺３４ａ，３４ｂの延出方向と同じである。振動子２７０は、Ｘ方向に直交するＹ方向に屈曲振動する。すなわち、振動子２７０は、ＸＹ平面内で屈曲振動するといえる。

低背部３１は、４つの辺３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂのうち、振動子２７４の先端部２７４ａから最も近い辺である短辺３５ｂ以外の辺に設けられている。図示の例では、先端部２７４ａから最も遠い辺である短辺３５ａに設けられている。

２．２． 第２の実施形態に係る物理量検出デバイスの製造方法
第２の実施形態に係る物理量検出デバイス２００の製造方法は、基本的に、第１の実施形態に係る物理量検出デバイス１００の製造方法と同じである。よって、その説明を省略する。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

１ キャビティー、３ 通気部、５ 空隙、９ ローラー電極、１０ パッケージ、１１ 開口部、１２ 第１実装面、１４ 第２実装面、１６ 開口部の周囲の上面、１７ 下面、１８ 貫通孔、２０ シールリング、３０ リング状部材、３１ 低背部、３２ 第１側面、３３ 第２側面、３４ａ 長辺、３４ｂ 長辺、３５ａ 短辺、３５ｂ 短辺、４０ 蓋体、５０ 支持基板、５２ 開孔、６０ リード、６１ 端部、６２ 端部、７０ 振動子、７１ 基部、７２ 基体、７３ 連結腕、７４ 検出用振動腕、７４ａ 先端部、７４ｂ 先端部、７６ 駆動用振動腕、７６ａ 先端部、７６ｂ 先端部、８０ ＩＣチップ、９０ ろう材、１００ 物理量検出デバイス、２００ 物理量検出デバイス、２７０ 振動子、２７２ 基体、２７４ 振動腕、２７４ａ 先端部

Claims (8)

1. 振動子が実装されたパッケージと、
   前記パッケージの開口部の周囲の上面に形成されたシールリングと、
   前記パッケージの開口部の周囲の上面であって、前記シールリングの内側に、前記シールリングと離間して形成されたリング状部材と、
   前記シールリングの上面に溶接された蓋体と、
   を含み、
   前記リング状部材の上面の少なくとも一部は、前記蓋体の下面と離間している、物理量検出デバイス。
2. 請求項１において、
   前記リング状部材の少なくとも一部は、前記シールリングに比べて低い低背部であり、
   前記低背部の上面は、前記蓋体の下面と離間している、物理量検出デバイス。
3. 請求項２において、
   前記低背部の上面と前記蓋体の下面との間に形成された通気部は、
   前記リング状部材の前記シールリング側の第１側面から、前記第１側面と反対側の第２側面まで、貫通している、物理量検出デバイス。
4. 請求項２または３において、
   前記低背部は、複数設けられている、物理量検出デバイス。
5. 請求項２ないし４のいずれかにおいて、
   前記振動子は、基体と、前記基体から延出された振動腕と、を有し、
   前記リング状部材は、平面視において、４つの辺を有し、
   前記４つ辺のうちの少なくとも１辺は、前記振動腕の先端部から最も近い辺であり、
   前記低背部は、前記最も近い辺以外の辺に設けられている、物理量検出デバイス。
6. 請求項５において、
   前記基体は、
   基部と、
   前記基部から第１軸に沿って、両側へ延出された１対の連結腕と、を有し、
   前記振動子は、
   前記基部から前記第１軸と直交する第２軸に沿って、両側へ延出された１対の前記振動腕と、
   前記１対の連結腕の各々から前記第２軸に沿って、両側へ延出された１対の前記振動腕と、を有する、物理量検出デバイス。
7. 請求項５において、
   前記振動子は、前記基体から並列して延出された１対の前記振動腕を有する、物理量検出デバイス。
8. 請求項５ないし７において、
   前記４つの辺は、互いに対向する１対の長辺と、互いに対向する１対の短辺と、から構成され、
   前記低背部は、前記短辺に設けられている、物理量検出デバイス。

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