JP2016176763A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】熱応力がセンサ素子の検出精度に及ぼす影響を低減できる角速度センサを提供する。【解決手段】角速度センサ１０１において、センサ素子１は、圧電材料からなるセンサ基体３と、センサ基体３に設けられた励振電極５及び検出電極７とを有し、実装基体１１１は、センサ基体３の材料とは異なる材料からなる絶縁基体１１９と、絶縁基体１１９に設けられた複数の外部端子１２５とを有している。角速度センサ１０１は、センサ基体３の材料と同一の材料からなり、センサ素子１と接合されるとともに実装基体１１１と接合されることによりセンサ素子１を実装基体１１１に間接的に保持させる中間基体１２９を有している。【選択図】図８

Description

本発明は、角速度センサに関する。

圧電振動式の角速度センサ（ジャイロセンサ）が知られている（例えば特許文献１）。この角速度センサは、例えば、センサ素子と、センサ素子と電気的に接続されるＩＣと、これらを収容するパッケージとを有している。センサ素子は、圧電体からなるセンサ基体と、センサ基体に設けられた励振電極及び検出電極を有し、パッケージの内面に設けられたパッドに対して半田等のバンプによって接合されている。励振電極によってセンサ基体に交流電圧が印加され、センサ基体が振動している状態でセンサ基体が回転すると、その角速度に応じた大きさのコリオリの力が生じ、このコリオリの力によってもセンサ基体が振動する。その振動による電気信号を検出電極により取り出すことにより、角速度が検出される。

特開２００６−２０１０５３号公報

上記のような角速度センサでは、パッケージ及びセンサ素子の熱膨張率の相違によって生じる熱応力が角速度の検出精度に影響を及ぼすおそれがある。例えば、センサ素子に熱応力が生じると、センサ素子の振動の特性が変化し、検出精度が低下するおそれがある。また、例えば、熱応力がパッケージとセンサ素子との接合部に加えられると、センサ素子のパッケージに対する姿勢が変化し、検出精度が低下するおそれがある。なお、角速度センサの温度変化は、例えば、角速度センサの使用時に周囲の温度変化によって生じたり、角速度センサをマザーボート等へ実装するときに半田を溶融するための熱によって生じたりする。

以上のことから、熱応力がセンサ素子の検出精度に及ぼす影響を低減できる角速度センサが提供されることが望ましい。

本発明の一態様に係る角速度センサは、圧電材料からなるセンサ基体と、当該センサ基体に設けられた励振電極及び検出電極とを有するセンサ素子と、前記センサ基体の材料とは異なる材料からなる絶縁基体と、当該絶縁基体に設けられた複数の外部端子とを有する実装基体と、前記センサ基体の材料と同一の材料からなり、前記センサ素子と接合されるとともに前記実装基体と接合されることにより前記センサ素子を前記実装基体に間接的に保持させる中間基体と、を有している。

好適には、前記中間基体と実装基体との接合強度は、前記センサ素子と前記中間基体との接合強度よりも高い。

好適には、前記センサ基体及び前記中間基体は、単結晶からなり、結晶の向きを互いに一致させた状態で接合されている。

好適には、前記センサ基体は、基部と、前記基部から延び、前記励振電極が設けられた１以上の駆動腕と、前記基部から前記１以上の駆動腕と同一平面内において延び、前記検出電極が設けられた１以上の検出腕とを有し、前記絶縁基体は、前記複数の外部端子が設けられた第１面と、その背面の第２面とを有し、前記中間基体は、前記第２面に対向するとともに当該第２面にバンプにより接合された第３面と、当該第３面の背面であり、前記センサ素子と対向するとともに前記センサ素子がバンプにより接合された第４面とを有している。

好適には、前記１以上の駆動腕及び前記１以上の検出腕は全て所定方向において延びており、前記センサ基体は、前記１以上の駆動腕及び前記１以上の検出腕全体の側方両側に、前記基部から前記所定方向の一方側へ延びる２本の実装腕及び前記基部から前記所定方向の他方側へ延びる２本の実装腕を更に有し、前記４本の実装腕の先端側にて前記中間基体に接合されている。

好適には、前記角速度センサは、前記実装基体をその一部として有し、前記センサ素子及び前記中間基体を収容するパッケージを有する。

上記の構成によれば、熱応力がセンサ素子の検出精度に及ぼす影響を低減できる。

本発明の第１実施形態に係る角速度センサを有するセンサ素子を示す斜視図。 図１のセンサ素子を示す平面図。 図３（ａ）は図１のIIIａ−IIIａ線における断面図、図３（ｂ）は図１のIIIｂ−IIIｂ線における断面図。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は駆動腕及び検出腕における電位等を説明するための模式的な断面図。 図５（ａ）は全駆動腕のｘ軸方向における励振を説明するための模式図、図５（ｂ）は全駆動腕及び全検出腕のｚ軸方向における振動を説明するための模式図。 図１のセンサ素子の配線の一例を示すための図１よりも模式的な斜視図。 図１のセンサ素子を有する角速度センサの分解斜視図。 図７のVIII−VIII線における断面図。 本発明の第２実施形態に係る角速度センサの断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面は、模式的なものである。従って、細部は省略されることがあり、また、寸法比率等は現実のものと必ずしも一致しない。

各図には、説明の便宜のために、直交座標系ｘｙｚを付している。直交座標系ｘｙｚは、センサ素子の形状に基づいて定義されている。すなわち、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、結晶の電気軸、機械軸及び光軸を示すとは限らない。また、センサ素子及び角速度センサは、いずれの方向が上方又は下方とされてもよい。

同一又は類似する構成については、「第１駆動腕１１Ａ」、「第２駆動腕１１Ｂ」のように、同一名称に対して互いに異なる番号及びアルファベットを付して呼称することがあり、また、この場合において、単に「駆動腕１１」といい、これらを区別しないことがある。

＜第１実施形態＞
（センサ素子の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る角速度センサ１０１のセンサ素子１を示す斜視図である。図２は、センサ素子１の平面図である。

センサ素子１は、例えば、ｙ軸回りの角速度を検出するためのものである。角速度センサ１０１は、圧電振動式のものであり、センサ素子１は、例えば、ｘ軸方向に励振され、ｚ軸方向にコリオリの力が生じるように構成されている。具体的には、例えば、以下のとおりである。

センサ素子１は、圧電体からなるセンサ基体３と、センサ基体３に電圧を印加するための第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂ（図１）と、センサ基体３に生じた電気信号を取り出すための第１検出電極７Ａ（図１）及び第２検出電極７Ｂ（図１）と、センサ素子１を後述する実装基体に実装するための第１実装パッド１５Ａ〜第４実装パッド１５Ｄとを有している。

センサ基体３は、その全体が一体的に形成されている。センサ基体３を構成する圧電体は、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよい。また、圧電体の材料は適宜に選択されてよく、例えば、水晶（ＳｉＯ_２）、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、ＰＺＴである。

センサ基体３において、電気軸乃至は分極軸（以下、両者を代表して分極軸のみに言及することがある。）は、ｘ軸に一致するように設定されている。なお、分極軸は、所定の範囲（例えば１５°以内）でｘ軸に対して傾斜していてもよい。また、センサ基体３が単結晶である場合において、機械軸及び光軸は、適宜な方向とされてよいが、例えば、機械軸はｙ軸方向、光軸はｚ軸方向とされている。

センサ基体３は、ｘ軸方向に延びる基部９と、基部９からｙ軸方向の正側又は負側に延びる各種の腕（１０Ａ〜１０Ｄ、１１Ａ〜１１Ｄ、１３Ａ及び１３Ｂ）とを有している。各種の腕は、同一平面（ｘｙ平面）内において延びている。以下において、単に平面視という場合、この平面を見ることを指すものとする。

第１駆動腕１１Ａ〜第４駆動腕１１Ｄは、電圧（電界）が印加されることによってｘ軸方向（以下、「励振方向」ということがある。）に励振される部分である。第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂは、コリオリの力によってｚ軸方向（以下、「検出方向」ということがある。）に振動され、角速度に応じた電気信号を生成する部分である。基部９は、これら駆動腕１１及び検出腕１３を支持する部分である。第１実装腕１０Ａ〜第４実装腕１０Ｄは、基部９を支持する部分である。これらの位置及び形状等は、例えば、以下のように設定されている。

センサ基体３は、概略、全体として厚さ（ｚ軸方向）が一定にされており、また、ｙ軸方向に延びる中心線ＣＬ０（図２）に対して線対称の形状に形成されている。

基部９は、概ね直方体状とされている。基部９の３軸方向の寸法比率は適宜に設定されてよい。基部９は、ｘ軸方向の大きさ＞ｙ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさに設定されている。すなわち、基部９は、ｘ軸方向を長手方向とし、ｚ軸方向を厚み方向とする概ね長方形の板状とされている。なお、ｘ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさ≧ｙ軸方向の大きさとされてもよい。

４本の実装腕１０は、基部９の両端部９ａ（他の全ての腕のｘ軸方向の外側部分）からｙ軸方向の両側に延びている（ただし、ｙ軸に平行でなくてもよい）。なお、実装腕１０は、駆動腕１１及び検出腕１３に平行である必要はないが、本実施形態では平行である。４本の実装腕１０は、ｘ軸方向及びｙ軸方向のいずれにおいても線対称の配置及び形状となるように設けられている。実装腕１０の具体的形状は適宜に設定されてよいが、例えば、概略矩形の板状とされている。実装腕１０の長さ等の各種の寸法は適宜に設定されてよい。本実施形態では、実装腕１０は、駆動腕１１及び検出腕１３の長さ以下とされている。

複数の駆動腕１１は、互いに同一方向（ｙ軸方向の正側）に互いに並列に（平行に）延びており、その先端は自由端とされている。駆動腕１１の数は、偶数（本実施形態では４）である。偶数本の駆動腕１１は、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称に配置されている。また、偶数本の駆動腕１１は、その形状も、中心線ＣＬ０に対して線対称とされている。すなわち、第１駆動腕１１Ａと第４駆動腕１１Ｄとは、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称の配置及び形状とされ、第２駆動腕１１Ｂと第３駆動腕１１Ｃとは、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称の配置及び形状とされている。また、互いに隣り合う駆動腕１１同士（例えば１１Ａ及び１１Ｂ）は、互いに同一、及び／又は、対称軸（図２に示すＣＬ１又はＣＬ２）に対して互いに線対称の形状とされている。

後述するように、中心線ＣＬ０の一方側の複数の駆動腕１１（１１Ａ及び１１Ｂ）は、共に同一側へ湾曲するように振動するから、全体として一つの仮想駆動腕を構成する。同様に、中心線ＣＬ０の他方側の複数の駆動腕１１（１１Ｃ及び１１Ｄ）は、全体として一つの仮想駆動腕を構成する。上述のような線対称の形状及び配置の結果、２本の仮想駆動腕は、振動に係る特性が互いに線対称である。換言すれば、中心線ＣＬ０に対して互いに対称に横方向の正負を定義すれば、両者の振動に係る特性は互いに同一であり、固有振動数等も互いに同一である。

駆動腕１１の形状は、ｙ軸方向を長手方向とする直方体において、ｚ軸方向の正側及び負側の面にｙ軸方向に延びる凹溝１１ａ（図３（ａ）も参照）が形成された形状とされている。凹溝１１ａの断面形状は例えば概略矩形である。なお、凹溝１１ａは省略されてもよい。また、駆動腕１１は、先端が幅広に形成され、いわゆるハンマ形状とされてもよい。

駆動腕１１の幅（ｘ軸方向）が大きくなると、駆動腕１１の励振方向（ｘ軸方向）における固有振動数は高くなり、駆動腕１１の長さ（質量）が大きくなると、駆動腕１１の励振方向における固有振動数は低くなる。従って、駆動腕１１の各種の寸法は、励振させたい周波数に応じて設定される。なお、駆動腕１１のｘ軸方向の固有振動数とｚ軸方向の固有振動数とは等しくされることが好ましい。

複数の検出腕１３は、複数の駆動腕１１の延びる方向とは反対方向（ｙ軸方向の負側）に互いに並列に（平行に）延びており、その先端は自由端とされている。検出腕１３の数は、偶数（本実施形態では２）であり、また、駆動腕１１の数よりも少ない。偶数本の検出腕１３は、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称に配置されている。また、偶数本の検出腕１３は、その形状も、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称とされている。

従って、駆動腕１１と同様に、中心線ＣＬ０の一方側と他方側とで、検出腕１３の振動特性は、互いに対称である。換言すれば、中心線ＣＬ０に対して互いに対称に横方向の正負を定義すれば、両者の振動に係る特性は互いに同一であり、固有振動数等も互いに同一である。

検出腕１３の概略形状は、直方体とされている。この直方体においては、例えば、ｙ軸方向の大きさ＞ｘ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさである。すなわち、検出腕１３は、ｙ軸方向を長手方向とし、ｚ軸方向を厚み方向とする概ね長方形の板状とされている。従って、検出腕１３は、相対的に、励振方向（ｘ軸方向）には振動しにくく、検出方向（ｚ軸方向）に振動しやすくなっている。

また、検出腕１３は、当該検出腕１３をｚ軸方向に貫通し、ｙ軸方向に延びる１又は複数（本実施形態では複数）の貫通溝１３ａ（図３（ｂ）も参照）が形成された形状とされている。別の観点では、検出腕１３は、基部９からｙ軸方向に延び、ｘ軸方向に並べられ、先端が互いに固定された複数の分割腕１３ｂを有している。分割腕１３ｂ（貫通溝１３ａ）のｘｚ断面の形状は例えば概略矩形である。なお、貫通溝１３ａは省略されてもよい。また、検出腕１３は、先端が幅広に形成され、いわゆるハンマ形状とされてもよい。

駆動腕１１と同様に、検出腕１３の各種の寸法は、固有振動数を規定することから、コリオリの力による振動の方向であるｚ軸方向の固有振動数が適宜なものとなるように設定される。なお、検出腕１３のｚ軸方向の固有振動数は、駆動腕１１のｘ軸方向の固有振動数と等しくされる（離調周波数が小さくされる）ことが好ましい。

駆動腕１１のｘ軸方向の位置と検出腕１３のｘ軸方向の位置との相対関係は、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの振動によって第１検出腕１３Ａを振動させ、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの振動によって第２検出腕１３Ｂを振動させることが可能に適宜に設定されている。

例えば、第１駆動腕１１Ａと第２駆動腕１１Ｂとの中間位置を通るこれらの腕に平行な線ＣＬ１（図２）と、第１検出腕１３Ａの中心線ＣＬ１３Ａ（図２）とは一致している。同様に、第３駆動腕１１Ｃと第４駆動腕１１Ｄとの中間位置を通るこれらの腕に平行な線ＣＬ２（図２）と、第２検出腕１３Ｂの中心線ＣＬ１３Ｂ（図２）とは一致している。ただし、これらはずれていてもよい。

なお、各腕の中心線は、例えば、本体部のｘｚ断面の重心をｙ軸方向に連ねた線である。また、中心線ＣＬ０を境界とする一方側又は他方側の複数の腕全体（仮想腕）としての中心線を定義することもできる。例えば、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの全体のｘｚ断面の重心をｙ軸方向に連ねた線を、中心線ＣＬ０の一方側の駆動腕１１全体（仮想駆動腕）の中心線ＣＬ１と定義できる。

上記のように複数の腕全体としての中心線を定義すると、本実施形態では、中心線ＣＬ０を境界とする一方側及び他方側のそれぞれにおいて、複数の駆動腕１１の全体としての中心線（ＣＬ１又はＣＬ２）と、１以上の検出腕１３の中心線（１３Ａ又は１３Ｂ）とが一致していると捉えることができる。この概念は、駆動腕及び検出腕の本数が本実施形態とは異なる場合にも適用できる。例えば、１本の検出腕１３に対応する駆動腕１１の数が３本の場合に、３本の駆動腕全体の中心線を考え、この中心線を検出腕１３の中心線と一致させてよい。また、例えば、３本の駆動腕１１と２本の検出腕１３とが対応している場合に、３本の駆動腕１１全体の中心線と、２本の検出腕全体の中心線とを一致させてよい。

中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、２本の駆動腕１１間の距離Ｄ１（例えば、中心間距離：各駆動腕１１の中心線同士の距離）は適宜に設定される。

本実施形態では、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、その全体としてのｘ軸方向の外側面（第１駆動腕１１Ａのｘ軸方向の負側の面及び第２駆動腕１１Ｂのｘ軸方向の正側の面）が、第１検出腕１３Ａのｘ軸方向の外側面に一致するように配置されている。第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄも同様である。これにより、検出腕１３の幅方向（ｘ軸方向）全体に振動を伝達させやすくなる。また、駆動腕１１の配置範囲は検出腕１３の配置範囲に収まり、センサ基体３が小型化される。

ただし、駆動腕１１間の距離は、本実施形態よりも短くされたり、長くされたりしてもよい。例えば、中心間距離Ｄ１は、中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣り合う駆動腕１１（１１Ｂ及び１１Ｃ）同士の中心間距離よりも短くされてもよい。この場合、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側又は他方側のそれぞれにおいて互いに隣り合う駆動腕１１間の相互影響が中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣り合う駆動腕１１間の相互影響よりも大きくなる。

また、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、複数本（本実施形態では２本）の駆動腕１１の中心間距離Ｄ１は、検出腕１３同士の中心間距離Ｄ２よりも短くされている。これにより、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおける、２本の駆動腕１１間の相互影響は、中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣り合う２本の検出腕１３間の相互影響よりも大きい。ただし、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおける駆動腕１１間の中心間距離Ｄ１は、検出腕１３間の中心間距離Ｄ２よりも長くてもよい。

４つの実装パッド１５は、４本の実装腕１０の先端部のｚ軸方向の正側又は負側（本実施形態では正側）の面に設けられた層状の導体である。その材料は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ等の適宜な金属である。なお、後述する他の導体の材料も同様に適宜な金属とされてよい。実装パッド１５の平面形状は適宜に設定されてよく、例えば、矩形である。実装パッド１５がバンプによって後述する実装基体に接合されることにより、センサ素子１は、実装基体との電気的な接続がなされるとともに、駆動腕１１及び検出腕１３が振動可能な状態で支持される。

図３（ａ）は、図２のIIIａ−IIIａ線における断面図である。図３（ａ）においては、第４駆動腕１１Ｄの断面を示しているが、他の駆動腕１１の断面も同様である。

励振電極５は、駆動腕１１の表面に形成された層状導体である。第１励振電極５Ａは、各駆動腕１１において、ｚ軸方向の正側の面及びｚ軸方向の負側の面にそれぞれ設けられている。これらの面には、上述のように凹溝１１ａが形成されており、各面において、第１励振電極５Ａは、凹溝１１ａの底面及び２つの内壁面を覆っている。また、第２励振電極５Ｂは、各駆動腕１１において、ｘ軸方向の正側の面及びｘ軸方向の負側の面にそれぞれ設けられている。

２つの第１励振電極５Ａ及び２つの第２励振電極５Ｂは、例えば、駆動腕１１の各面を概ね覆うように設けられている。ただし、第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂは、互いに短絡しないように、少なくとも一方（本実施形態では第１励振電極５Ａ）が各面よりも幅方向において小さく形成されている。

各駆動腕１１において、２つの第１励振電極５Ａは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの第１励振電極５Ａは、センサ基体３上の配線等により互いに接続されている。また、各駆動腕１１において、２つの第２励振電極５Ｂは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの第２励振電極５Ｂは、センサ基体３上の配線等により互いに接続されている。

なお、励振電極５の付加符号Ａ、Ｂは、直交座標系ｘｙｚに基づいて付されている。従って、例えば、後述するように、一の駆動腕１１の第１励振電極５Ａと、他の駆動腕１１の第１励振電極５Ａとは同電位とは限らない。

図３（ｂ）は、図２のIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。図３（ｂ）においては、第２検出腕１３Ｂの一部の分割腕１３ｂの断面を示しているが、第２検出腕１３Ｂの他の分割腕１３ｂ、及び、第１検出腕１３Ａの分割腕１３ｂの断面も同様である。

検出電極７は、検出腕１３（分割腕１３ｂ）の表面に形成された層状導体である。検出電極７は、各分割腕１３ｂに設けられている。すなわち、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の外側面だけでなく、複数の貫通溝１３ａの内壁面にも設けられている。

より具体的には、第１検出電極７Ａは、各分割腕１３ｂにおいて、ｘ軸方向の負側の面のうちのｚ軸方向の正側の領域、及び、ｘ軸方向の正側の面のうちのｚ軸方向の負側の領域にそれぞれ設けられている。第２検出電極７Ｂは、各分割腕１３ｂにおいて、ｘ軸方向の負側の面のうちのｚ軸方向の負側の領域、及び、ｘ軸方向の正側の面のうちのｚ軸方向の正側の領域にそれぞれ設けられている。第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂは、互いに短絡しないように適宜な間隔を空けて、分割腕１３ｂに沿って延びている。

各検出腕１３において、複数の第１検出電極７Ａがセンサ基体３から取り出した電荷は加算される。例えば、複数の第１検出電極７Ａは、センサ基体３上の配線等により接続されている。また、各検出腕１３において、複数の第２検出電極７Ｂがセンサ基体３から取り出した電荷は加算される。例えば、複数の第２検出電極７Ｂは、センサ基体３上の配線等により接続されている。

なお、励振電極５と同様に、検出電極７の付加符号Ａ、Ｂは、直交座標系ｘｙｚに基づいて付されている。従って、例えば、後述するように、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａと、第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａとは、（本実施形態では）接続されない。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、角速度センサ１０１は、励振電極５に電圧を印加する励振回路１０３と、検出電極７からの電気信号を検出する検出回路１０５とを有している。

励振回路１０３は、例えば、発振回路や増幅器を含んで構成されており、所定の周波数の交流電圧を第１励振電極５Ａと第２励振電極５Ｂとの間に印加する。なお、周波数は、角速度センサ１０１内にて予め定められていてもよいし、外部の機器等から指定されてもよい。

検出回路１０５は、例えば、増幅器や検波回路を含んで構成されており、第１検出電極７Ａと第２検出電極７Ｂとの電位差を検出し、その検出結果に応じた電気信号を外部の機器等に出力する。より具体的には、例えば、上記の電位差は、交流電圧として検出され、検出回路１０５は、検出した交流電圧の振幅に応じた信号を出力する。この振幅に基づいてｙ軸回りの角速度が特定される。また、検出回路１０５は、励振回路１０３の印加電圧と検出した電気信号との位相差に応じた信号を出力する。この位相差に基づいてｙ軸回りの回転の向きが特定される。

（センサ素子の動作説明）
図４（ａ）は、駆動腕１１における電位等を説明する図であり、図３（ａ）に対応する模式図である。図４（ｂ）は、検出腕１３における電位等を説明する図であり、図３（ｂ）に対応する模式図である。

第１励振電極５Ａに正の電位が付与され、第２励振電極５Ｂに負の電位（又は基準電位）が付与されると、同図において矢印で示すような電界が生じる。一方、分極軸は、ｘ軸方向に一致している。従って、電界のｘ軸方向の成分に着目すると、駆動腕１１のうちｘ軸方向の一方側部分においては電界の向きと分極軸の向きは一致し、他方側部分においては電界の向きと分極軸の向きは逆になる。

その結果、駆動腕１１のうちｘ軸方向の一方側部分はｙ軸方向において収縮し、他方側部分はｙ軸方向において伸長する。そして、駆動腕１１は、バイメタルのようにｘ軸方向の一方側へ湾曲する。第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂに印加される電圧が逆にされると、駆動腕１１は逆方向に湾曲する。このような原理により、交流電圧が第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂに印加されると、駆動腕１１はｘ軸方向において振動する。

ここで、上述のように、第１励振電極５Ａが設けられる駆動腕１１のｚ軸方向の正側及び負側の面には、凹溝１１ａが形成されている。従って、第１励振電極５Ａは、ｘ軸方向において第２励振電極５Ｂと対向する部分（凹溝１１ａの内壁に位置する部分）を有することになり、また、全体として面積が大きくなる。その結果、駆動腕１１内におけるｘ軸方向の電界の強さを大きくし、効率的に駆動腕１１を振動させることができる。

センサ素子１がｙ軸回りに回転されると、ｘ軸方向において振動している駆動腕１１には、慣性力の一つである、その角速度に応じた大きさのコリオリの力が加わる。その結果、駆動腕１１はｚ軸方向において振動する。駆動腕１１及び検出腕１３は基部９によって連結され、互いに力の相互作用を及ぼすから、検出腕１３は、ｚ軸方向において、駆動腕１１とは逆位相で振動する（駆動腕１１の湾曲方向とは逆方向に湾曲する。）。

検出腕１３がｚ軸方向に湾曲すると、図４（ｂ）において矢印で示すように、ｚ軸方向に平行な電界が生じる。電界の向きは、ｘ軸（分極軸）方向の正側部分と負側部分とで互いに逆である。また、電界の向きは、分極軸の向きと、湾曲の向き（ｚ軸方向の正側又は負側）とで決定される。この電圧（電界）が第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂに出力される。検出腕１３がｚ軸方向に振動すると、電圧は交流電圧として検出される。

ここで、上述のように、検出腕１３には複数の貫通溝１３ａが形成されており、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の正側及び負側の面だけでなく、その貫通溝１３ａの内壁面にも設けられている。従って、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の外側面だけに設けられている場合に比較して、全体としての面積が大きくなっている。その結果、検出腕１３において生じる電荷を効率的に電気信号として取り出すことができる。

図５（ａ）は、４本の駆動腕１１のｘ軸方向における励振を説明するための模式的な平面図である。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、励振方向（ｘ軸方向）において同一側へ共に変形するように互いに同一の位相で励振される。例えば、第１駆動腕１１Ａの第１励振電極５Ａと第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａとは接続され、第１駆動腕１１Ａの第２励振電極５Ｂと第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂとは接続され、これらの第１励振電極５Ａと、第２励振電極５Ｂとの間に交流電圧が印加される。

同様に、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄは、励振方向において同一側へ共に変形するように互いに同一の位相で励振される。この励振も、上記と同様に、２本の駆動腕１１間において、第１励振電極５Ａ同士が接続され、第２励振電極５Ｂ同士が接続されることなどにより実現されてよい。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、励振方向において互いに逆側へ変形するように互いに逆の位相（１８０°ずれた位相）で励振される。例えば、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第２励振電極５Ｂとが接続され（第１の電極群）、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第１励振電極５Ａとが接続され（第２の電極群）、第１の電極群と第２の電極群との間に交流電圧が印加される。

なお、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、ｘ軸方向において逆位相で振動していることから、センサ基体３全体としては、これらグループのｘ軸方向の力は互いに打ち消し合う。

図５（ｂ）は、４本の駆動腕１１及び２本の検出腕１３のｚ軸方向における振動を説明するための模式的な斜視図である。より具体的には、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示したように駆動腕１１が湾曲しているセンサ基体３が、中心線ＣＬ０回り（ｙ軸回り）に矢印ｙ５で示す方向へ回転した場合における、駆動腕１１及び検出腕１３の湾曲状態を示す斜視図である。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、回転中心（中心線ＣＬ０）に対して、その半径方向（ｘ軸方向）の同一側に配置されている。また、両駆動腕１１は、図５（ａ）に示したように、その半径方向（励振方向、ｘ軸方向）において共に外側又は内側へ湾曲するように励振される。従って、両駆動腕１１においてコリオリの力の向きは互いに同一である。その結果、図５（ｂ）に示すように、両駆動腕１１はｚ軸方向において同一側へ共に湾曲するように振動する。同様に、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄは、コリオリの力によって、ｚ軸方向において同一側へ共に湾曲するように振動する。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、回転中心（中心線ＣＬ０）に対して、その半径方向（ｘ軸方向）において互いに逆側に配置されており、ひいては、回転によるｚ軸方向の移動の向きは互いに逆である。また、図５（ａ）に示したように、一方のグループが半径方向において外側（又は内側）へ湾曲するとき、他方のグループも半径方向において外側（又は内側）へ湾曲するように、両グループは励振される。従って、両グループにおいてコリオリの力の向きは互いに逆となる。その結果、図５（ｂ）に示すように、両グループはｚ軸方向において互いに逆側へ湾曲するように振動する。

駆動腕１１及び検出腕１３は、基部９によって連結されている。従って、駆動腕１１の振動は、基部９を介して検出腕１３に伝達され、検出腕１３も振動する。具体的には、第１検出腕１３Ａは、ｚ軸方向において第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂとは逆側へ湾曲するように振動する。また、第２検出腕１３Ｂは、ｚ軸方向において第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄとは逆側へ湾曲するように振動する。

第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂは、ｚ軸方向において互いに逆側に湾曲するように振動する。従って、両者は、ｘ軸方向の一方側部分（又は他方側部分）において生じる電圧がｚ軸方向において互いに逆向きである。従って、例えば、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａと第２検出腕１３Ｂの第２検出電極７Ｂとが接続され、第１検出腕１３Ａの第２検出電極７Ｂと第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａとが接続されることにより、両検出腕１３において生じた電気信号は加算される。

（配線の一例）
上記の動作説明においては、複数の励振電極５及び複数の検出電極７の接続関係について言及した。この接続関係を実現する配線の一例を図６に示す。

図６は、センサ素子１の斜視図である。ただし、この図は、配線を視認しやすいようにセンサ素子１を図１よりも更に模式的に示している。例えば、実装腕１０は省略され、基部９の端部９ａに実装パッド１５が示されている。また、例えば、駆動腕１１及び検出腕１３の形状は単純化されて示され、また、各種の電極は小さく示されている。

この例において、第１実装パッド１５Ａ及び第２実装パッド１５Ｂは、複数の励振電極５に印加される電圧が入力されるパッドである。また、第３実装パッド１５Ｃ及び第４実装パッド１５Ｄは、複数の検出電極７からの信号を出力するためのパッドである。

第１実装パッド１５Ａからは、第１配線１７Ａが延びている。第１配線１７Ａは、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａ、並びに、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第２励振電極５Ｂに接続されている。また、第２実装パッド１５Ｂからは、第２配線１７Ｂが延びている。第２配線１７Ｂは、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂ、並びに、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第１励振電極５Ａに接続されている。

第３実装パッド１５Ｃからは、第３配線１７Ｃが延びている。第３配線１７Ｃは、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａ及び第２検出腕１３Ｂの第２検出電極７Ｂに接続されている。また、第４実装パッド１５Ｄからは、第４配線１７Ｄが延びている。第４配線１７Ｄは、第１検出腕１３Ａの第２検出電極７Ｂ及び第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａに接続されている。

配線１７は、互いに交差しないように、基部９の４面及び各種の腕部の根元側部分及び先端側部分の４面等に適宜に配置され、また、適宜に分岐又は合流している。

なお、図６に示す配線は、あくまで一例であり、他の種々のパターンによって、動作説明において言及した電極の接続関係が実現されてよい。４本の実装腕１０と、その上に設けられる４種の実装パッド１５との組み合わせも変更されてよい。配線１７は、絶縁体を介して互いに立体交差するように設けられてもよい。

以上に説明したセンサ素子１の製造方法は、センサ基体３の具体的な形状に係る部分を除いては、公知の方法と同様とされてよい。例えば、特に図示しないが、エッチングによってセンサ基体３を形成し、そのセンサ基体３に対して成膜用マスクを介して導電材料を成膜して励振電極５、検出電極７、実装パッド１５及び配線１７を形成することによって、センサ素子１は作製される。エッチング及び導電材料の成膜は、例えば、センサ基体３が多数個取りされるウェハに対して行われる。

図７は、センサ素子１を有する角速度センサ１０１を示す分解斜視図である。図８は、図７のVIII−VIII線における断面図である。

角速度センサ１０１は、例えば、紙面下方（ｚ軸方向正側）から順に、センサ素子１等を収容する凹部１１９ａを有する実装基体１１１と、上述した励振回路１０３（符号は図３）及び検出回路１０５（符号は図３）を含むＩＣ１０７と、実装基体１１１に搭載される中間部材１１３と、中間部材１１３に搭載されるセンサ素子１と、実装基体１１１の凹部１１９ａを塞ぐ蓋体１１５とを有している。

実装基体１１１と蓋体１１５とによって、センサ素子１、ＩＣ１０７及び中間部材１１３を保護するパッケージ１１７（符号は図８）が構成されている。センサ素子１は、中間部材１１３に搭載され、その中間部材１１３が実装基体１１１に搭載されることにより、間接的に実装基体１１１に搭載されている。各部材の具体的な構成は、例えば、以下のとおりである。

実装基体１１１は、例えば、その大部分を構成する絶縁基体１１９と、絶縁基体１１９に設けられた各種の導体とを有している。各種の導体は、例えば、ＩＣ１０７と電気的に接続される複数のＩＣ用パッド１２１、中間部材１１３を実装基体１１１に実装するための複数の中間部材用パッド１２３、角速度センサ１０１を不図示の回路基板等に実装するための複数の外部端子１２５（図８）、複数のＩＣ用パッド１２１の一部と中間部材用パッド１２３とを接続する不図示の配線、及び、複数のＩＣ用パッド１２１の他の一部と外部端子１２５とを接続する不図示の配線である。

絶縁基体１１９は、センサ基体３の材料とは異なる材料からなる。ここでいう異なる材料は、特に熱膨張率の観点からいうものであり、例えば、組成及び／又は構造（例えば分子構造）が異なるものをいい、単結晶及び多結晶も互いに異なる材料であるものとする。絶縁基体１１９の材料は、例えば、セラミック又は樹脂である。絶縁基体１１９及びセンサ基体３は材料が互いに異なることから、熱膨張率も互いに異なる。例えば、センサ基体３の材料が水晶であり、絶縁基体１１９の材料がセラミック（焼結されたもの）又は樹脂である場合、一般に、絶縁基体１１９の熱膨張率は、センサ基体３の熱膨張率よりも大きい。

絶縁基体１１９の形状は、例えば、概略薄型直方体の最も面積が大きい面に凹部１１９ａが形成された形状とされている。凹部１１９ａ内には、凹部１１９ａの最底面よりも高く形成された台部１１９ｂと、台部１１９ｂよりも高く形成された台座部１１９ｃが設けられている。台部１１９ｂは、例えば、凹部１１９ａの底面に沿う方向の両側に（合計で２つ）設けられている。台座部１１９ｃは、例えば、平面視矩形の凹部１１９ａの底面の４隅に設けられている。なお、台部１１９ｂ及び／又は台座部１１９ｃは凹部１１９ａの底面外周に枠状に形成されていてもよい。

ＩＣ用パッド１２１は、例えば、台部１１９ｂの上面に設けられた層状導体である。複数のＩＣ用パッド１２１は、例えば、台部１１９ｂの、凹部１１９ａ中央側の縁部に沿って配列されている。

中間部材用パッド１２３は、例えば、台座部１１９ｃ上に設けられた層状導体である。中間部材用パッド１２３は、例えば、各台座部１１９ｃに１つずつ設けられており、合計で４つ設けられている。

外部端子１２５は、例えば、絶縁基体１１９のｚ軸方向正側の面（凹部１１９ａが開口する側とは反対側の面）に設けられた層状導体である。外部端子１２５は、例えば、絶縁基体１１９のｚ軸方向正側の面の４隅等に設けられている。複数の外部端子１２５は、例えば、不図示の回路基板のパッドと対向して配置され、不図示のバンプによってその回路基板のパッドに接合される。これにより、角速度センサ１０１は、回路基板に実装される。

ＩＣ１０７は、パッケージされたものであってもよいし、ベアチップであってもよい。ＩＣ１０７の外形は、適宜な形状とされてよいが、例えば、薄型の直方体状である。ＩＣ１０７は、例えば、凹部１１９ａの最底面に接着剤等により固定され、ＩＣ１０７のｚ軸方向負側の面に形成されたＩＣ端子１０７ａがボンディングワイヤー１２７によってＩＣ用パッド１２１と接続されることにより、実装基体１１１に実装される。

中間部材１１３は、例えば、絶縁性の中間基体１２９と、中間基体１２９に設けられた各種の導体とを有している。各種の導体は、例えば、中間部材１１３を実装基体１１１に実装するための中間端子１３１（図８）、センサ素子１を中間部材１１３に実装するためのセンサ素子用パッド１３３、及び、中間端子１３１とセンサ素子用パッド１３３とを接続する中継配線１３５（図７）である。

中間基体１２９は、センサ基体３の材料と同一の材料（圧電体）からなる。ここでいう材料の同一は、熱膨張率の観点からいうものであり、例えば、組成及び構造（例えば分子構造）の双方が同一であることをいい、また、材料が結晶構造を有する場合は、双方が単結晶、又は、双方が多結晶であることをいうものとする。ただし、例えば、製造工程において意図せずに混入する若干の不純物に関して相違があっても構わない。中間基体１２９の形状は、例えば、厚さが一定の矩形の板状である。その寸法は適宜に設定されてよい。ただし、センサ素子１を実装可能な広さ（複数の実装パッド１５の配置範囲に亘る広さ）を有している。

中間端子１３１は、例えば、中間基体１２９のｚ軸方向正側の主面に設けられた層状導体である。中間端子１３１は、例えば、中間基体１２９の主面の４隅に設けられ、合計で４つ設けられている。中間端子１３１は、中間部材用パッド１２３と対向し、半田又は導電性接着剤からなるバンプ１３７（図８）によって中間部材用パッド１２３に接合される。これにより、中間部材１１３は、実装基体１１１に電気的に接続されるとともに固定（支持）される。

センサ素子用パッド１３３は、例えば、中間基体１２９のｚ軸方向負側の主面（中間端子１３１が設けられた主面の背面）に設けられた層状導体である。センサ素子用パッド１３３は、例えば、中間基体１２９の主面の４隅に設けられ、合計で４つ設けられている。センサ素子１の実装パッド１５は、センサ素子用パッド１３３と対向し、半田又は導電性接着剤からなるバンプ１３９（図８）によってセンサ素子用パッド１３３に接合される。これにより、センサ素子１は、中間部材１１３に電気的に接続されるともに固定（支持）される。

中継配線１３５は、例えば、中間基体１２９の表面に形成された層状導体であり、中間基体１２９の一方の主面から外周面を経由して他方の主面に延びることにより、中間端子１３１とセンサ素子用パッド１３３とを接続している。なお、中継配線１３５は、中間基体１２９を貫通するビア導体によって構成されてもよい。

以上のように、センサ素子１（実装パッド１５）は、中間部材１１３（センサ素子用パッド１３３）に固定され、中間部材１１３（中間端子１３１）は、実装基体１１１（中間部材用パッド１２３）に固定される。これにより、センサ素子１は、中間部材１１３を介して間接的に実装基体１１１に固定される。

また、センサ素子１（実装パッド１５）は、中間部材１１３（センサ素子用パッド１３３）に電気的に接続され、中間部材１１３（センサ素子用パッド１３３と中継配線１３５によって電気的に接続された中間端子１３１）は、実装基体１１１（中間部材用パッド１２３）に電気的に接続される。これにより、センサ素子１は、実装基体１１１に電気的に接続され、ひいては、実装基体１１１（ＩＣ用パッド１２１）に電気的に接続されたＩＣ１０７と、実装基体１１１（中間部材用パッド１２３と複数のＩＣ用パッド１２１の一部とを接続する不図示の配線）を介してＩＣ１０７に接続される。ＩＣ１０７は、実装基体１１１（複数のＩＣ用パッド１２１の他の一部と外部端子１２５とを接続する不図示の配線）を介して外部端子１２５に電気的に接続される。

センサ基体３及び中間基体１２９が単結晶からなる場合、両者は、結晶の向きを互いに一致させた状態で互いに固定されることが好ましい。すなわち、両者間において、電気軸、機械軸及び光軸は一致することが好ましい。例えば、センサ基体３（厳密にはセンサ基体３の元になるウェハ）が単結晶の材料から所定のカット角で切り出されたものであり、また、中間基体１２９が板状である場合、中間基体１２９（その元になるウェハ）は、例えば、センサ基体３が切り出された単結晶の材料と同一種類の単結晶の材料から同一のカット角で切り出されて形成される。そして、これらが積層的に互いに固定されることにより、両者の結晶の向きは一致する。

実装基体１１１と中間部材１１３との接合は、センサ素子１と中間部材１１３との接合よりも強度が高いことが好ましい。例えば、中間部材用パッド１２３及び中間端子１３１は、センサ素子用パッド１３３及び実装パッド１５よりも面積（接合面積）が広く、ひいては、前者の方が後者よりも接合の強度が高い。表面の材料の相違によって、前者の方が後者よりも接合の強度が高くされてもよい。

また、中間基体１２９の複数の中間端子１３１間における強度（例えば平面方向の強度、曲げに対する強度等）は、センサ基体３の複数の実装パッド１５間における強度よりも高いことが好ましい。例えば、中間基体１２９がセンサ基体３よりも厚いことにより、及び／又は、センサ基体３がフレーム状である（基部９及び実装腕１０によって強度が確保される）のに対して中間基体１２９が板状であることにより、中間基体１２９は、センサ基体３よりも強度が高くされている。

蓋体１１５は、樹脂又はセラミック等の絶縁材料により形成されていてもよいし、金属等の導電材料により形成されていてもよい。蓋体１１５は、例えば、凹部１１９ａ内を密閉するように実装基体１１１に接合されている。接合は、例えば、シーム溶接又は原子拡散接合である。密閉された凹部１１９ａ内は、真空とされてもよいし、不活性ガス（例えば窒素）等の適宜な気体が封入されてもよい。

以上のとおり、本実施形態では、角速度センサ１０１は、圧電材料からなるセンサ基体３を有するセンサ素子１と、センサ基体３の材料とは異なる材料からなる絶縁基体１１９を有する実装基体１１１と、センサ基体３の材料と同一の材料からなり、センサ素子１と接合されるとともに実装基体１１１と接合されることによりセンサ素子１を実装基体１１１に間接的に保持させる中間基体１２９とを有している。

従って、例えば、センサ基体３は、センサ基体３と同等の熱膨張率を有する中間基体１２９に固定されることになり、両者の温度が上昇しても、両者の間で熱による膨張量は同等であり、熱応力が生じにくい。また、例えば、実装基体１１１に生じる熱応力は、これに抗する中間基体１２９の応力によって低減されてからセンサ素子１へ伝わる。従って、例えば、中間基体１２９を設けない場合に比較して、センサ基体３に生じる熱応力が低減される。その結果、例えば、熱応力によってセンサ基体３の振動の特性が変化することが抑制される。すなわち、熱応力が検出精度に及ぼす影響が低減される。

また、本実施形態では、中間基体１２９と実装基体１１１との接合強度は、センサ素子１と中間基体１２９との接合強度よりも高い。

ここで、実装基体１１１の熱応力が直接的に加えられるのは、実装基体１１１と中間基体１２９との接合部であり、中間基体１２９とセンサ素子１と接合部には、実装基体１１１の熱応力が中間基体１２９の応力によって減じられて伝わる。従って、実装基体１１１の熱応力が直接に加えられる接合部における強度を相対的に高くすることにより、中間基体１２９の実装基体１１１に対する姿勢の変化の抑制と、センサ素子１の中間基体１２９に対する姿勢の変化の抑制とを効率的に行い、ひいては、センサ素子１の実装基体１１１に対する姿勢の変化を効率的に抑制し、熱応力が検出精度に及ぼす影響を抑制できる。また、中間基体１２９は、振動の特性を繊細に調整する必要があるセンサ素子１に比較して、振動に影響を及ぼす可能性がある接合面積を適宜に拡張することが容易であり、この観点からも、センサ素子１の姿勢の変化を好適に抑制できる。

また、本実施形態では、センサ基体３及び中間基体１２９は、単結晶からなり、結晶の向きを互いに一致させた状態で接合されている。

従って、センサ基体３の材料として好適な材料である単結晶を用いつつ、両者の熱膨張率の相違を無くし、熱応力が検出精度に及ぼす影響を低減できる。また、例えば、一般に単結晶は多結晶に比較して強度が高いことから、実装基体１１１からセンサ素子１へ伝わる熱応力を中間基体１２９によって緩和する効果が向上する。

また、本実施形態では、センサ基体３は、基部９と、基部９から延び、励振電極５が設けられた１以上の駆動腕１１と、基部９から１以上の駆動腕１１と同一平面内において延び、検出電極７が設けられた１以上の検出腕１３とを有している。絶縁基体１１９は、複数の外部端子１２５が設けられた第１面（ｚ軸方向正側の面）と、その背面の第２面（ｚ軸方向負側の面より詳細には台座部１１９ｃの上面）とを有している。中間基体１２９は、前記第２面に対向するとともに当該第２面にバンプ１３７により接合された第３面（ｚ軸方向正側の面）と、当該第３面の背面であり、センサ素子１と対向するとともにセンサ素子１がバンプ１３９により接合された第４面（ｚ軸方向負側の面）とを有している。

すなわち、実装基体１１１の外部端子１２５が設けられている部分（箱状の底面部分）と、中間基体１２９と、センサ素子１とは、この順で積層的に配置されている。従って、例えば、中間基体１２９の、実装基体１１１側（ｚ軸方向の正側）の面にセンサ素子１を実装した態様（この態様も本願発明に含まれる）に比較して、実装基体１１１からセンサ素子１へ伝わる熱応力は、中間基体１２９の厚み全体で低減されることになる。その結果、例えば、熱応力が検出精度に及ぼす影響を低減する効果が向上する。

また、本実施形態では、１以上の駆動腕１１及び１以上の検出腕１３は全て所定方向（ｙ軸方向）において延びている。センサ基体３は、１以上の駆動腕１１及び１以上の検出腕１３全体の側方両側に、基部９から所定方向の一方側（ｙ軸方向の正側）へ延びる２本の実装腕１０（１０Ａ及び１０Ｃ）及び基部９から所定方向の他方側（ｙ軸方向の負側）へ延びる２本の実装腕１０（１０Ｂ及び１０Ｄ）を更に有し、４本の実装腕１０の先端側にて中間基体１２９に接合されている。

従って、例えば、実装腕１０が設けられず、基部９が直接に中間基体１２９にバンプ１３９によって接合される態様（この態様も本願発明に含まれる）に比較して、バンプ１３９の量の誤差がセンサ素子１の中間基体１２９に対する平行度に及ぼす影響が低減される。その結果、検出精度が向上する。さらに、中間基体１２９が実装基体１１１からの熱応力によって変形したとしても、その変形は実装腕１０の変形によって吸収され、基部９に伝わりにくい。その結果、センサ素子１の振動の特性の変化が抑制される。

また、本実施形態では、角速度センサ１０１は、実装基体１１１をその一部として有し、センサ素子１及び中間基体１２９を収容するパッケージ１１７を有している。

従って、センサ素子１及び中間基体１２９は、パッケージ１１７に囲まれた同一の雰囲気に配置されることになり、両者の熱による膨張量の差が低減される。これにより、熱応力が検出精度に及ぼす影響を低減する効果が向上する。

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態に係る角速度センサ２０１を示す、図８に相当する断面図である。

なお、第２実施形態において、第１実施形態の構成と同一又は類似する構成については、第１実施形態の構成に付した符号と同一の符号を付し、また、説明を省略することがある。また、第１実施形態の構成と対応（類似）する構成に対して第１実施形態の符号とは異なる符号を付した場合においても、特に断りがない事項については、第１実施形態と同様である。

角速度センサ２０１は、ＩＣ１０７を有さず、中間部材１１３と外部端子１２５とが直接的に（ＩＣ１０７を介さずに）電気的に接続された構成とされている。なお、励振回路１０３及び検出回路１０５（ＩＣ１０７）は、例えば、角速度センサ２０１が実装される不図示の回路基板に設けられ、外部端子１２５と電気的に接続されている。

具体的には、例えば、パッケージ２１７（実装基体２１１）の絶縁基体２１９は、底面が平坦な凹部２１９ａが形成された構成とされており、その底面に中間部材用パッド１２３が設けられている。そして、中間部材１１３は、第１実施形態と同様に、中間端子１３１がバンプ１３７により中間部材用パッド１２３に接合されることにより、実装基体２１１に電気的に接続されるとともに固定されている。また、中間部材用パッド１２３と、外部端子１２５とは、実装基体２１１の接続配線２２６によって接続されている。接続配線２２６は、例えば、絶縁基体２１９の底面部分を貫通するビア導体によって構成されている。

このような構成においても、第１実施形態と同様に、角速度センサ２０１が、センサ素子１と接合されるとともに実装基体２１１と接合されることによりセンサ素子１を実装基体２１１に間接的に保持させる中間基体１２９を有していることから、第１実施形態と同様の効果が奏される。すなわち、熱応力が検出精度に及ぼす影響が低減される。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

本発明における、中間基体を用いたセンサ素子の実装基体に対する間接的な固定は、あらゆる圧電振動式の角速度センサ（センサ素子）に適用可能である。従って、角速度センサの基本構成（例えば、駆動腕及び検出腕の本数、位置及び形状、並びに、電極の位置及び接続関係）は、実施形態に例示したものに限定されない。例えば、角速度センサは、実施形態と同様に、ｙ軸方向の互いに逆側に延びる１以上の駆動腕及び１以上の検出腕を含む圧電体を有し、実施形態とは異なり、ｘ軸又はｚ軸の回転を検出するように電極及び回路が構成されたものであってもよい。また、例えば、角速度センサは、ｙ軸方向の同一側に延びる１以上の駆動腕及び１以上の検出腕を含む圧電体を有し、ｘ軸回り、ｙ軸回り又はｚ軸回りの回転を検出するように電極及び回路が構成されたものであってもよい。また、例えば、角速度センサは、複数の駆動腕及び複数の検出腕が放射状に延びるものであってもよい。駆動腕及び検出腕の本数も適宜に設定されてよく、例えば、それぞれ１本のみでもよい。駆動腕に実施形態の検出電極のような２側面の４領域に形成される励振電極が形成されてもよいし、検出腕に実施形態の駆動電極のような４側面に形成される検出電極が形成されてもよい。実施形態とは逆に、駆動腕に貫通溝が形成されたり、検出腕に凹溝が形成されたりしてもよい。基部は、矩形状部分と、当該矩形状部分から延びる梁部分とを有し、駆動腕及び検出腕は、矩形状部分から延び、実装腕は梁部分の先端から延びてもよい。矩形状部分のみを基部と呼称する場合もあるが、これは基部の語の定義の問題に過ぎない。

また、角速度センサは、実施形態において示したように、励振回路及び／又は検出回路（ＩＣ）を有していてもよいし、有していなくてもよい。また、角速度センサは、励振回路及び／又は検出回路に加えて又は代えて、サーミスタ等の他の電子部品を有していてもよい。また、角速度センサは、センサ素子を密閉していないもの（パッケージを有していないもの）であってもよい。また、パッケージの構成及び形状は適宜なものとされてよく、例えば、平板状の実装基体に箱が被せられてもよい。また、センサ素子とＩＣとは積層的ではなく、並列に配置されてもよい。ＩＣはバンプによって実装されてもよい。

中間基体の形状は、矩形の板状に限定されない。例えば、中間基体は平面視において枠状であってもよい。この場合、例えば、中間基体の開口によって駆動腕及び／又は検出腕が振動可能なスペースを確保したり、ＩＣ等の少なくとも一部を配置するスペースを確保したりすることができる。ただし、実施形態の説明において言及したように、中間基体の強度を高くする観点からは、板状であることが好ましい。

中間基体は、センサ素子だけでなく、ＩＣ等の他の電子部品が固定されてもよい。また、中間基体に導体は設けられなくてもよい（中間基体を有する中間部材は導体を有さなくてもよい）。すなわち、中間部材は、センサ素子等の中間基体に固定される電子部品と、他の電子部品（例えば、実装基体に固定されるもの、中間基体に固定されるもの、及び／又は、実装基体自体）とを電気的に接続する機能を有していなくてもよい。例えば、実装基体と、中間基体に固定されたセンサ素子とは、ボンディングワイヤーによって中間部材を介さずに互いに電気的に接続されてもよい。

上記から理解されるように、先端が中間基体に接合される実装腕が設けられる場合において、その先端は、中間基体との電気的接続に寄与していなくてもよい。また、実装基体と中間部材との接合、中間部材とセンサ素子との接合は、絶縁性の接着剤によってなされてもよいし、中間部材の全面に亘ってベタ状になされてもよい。

１…センサ素子、３…センサ基体圧電、５Ａ…第１励振電極、５Ｂ…第２励振電極、５Ｃ…第３励振電極、５Ｄ…第４励振電極、７Ａ…第１検出電極、７Ｂ…第２検出電極、１０１…角速度センサ、１１１…実装基体、１１９…絶縁基体、１２５…外部端子、１２７…中間基体。

Claims (6)

1. 圧電材料からなるセンサ基体と、当該センサ基体に設けられた励振電極及び検出電極とを有するセンサ素子と、
   前記センサ基体の材料とは異なる材料からなる絶縁基体と、当該絶縁基体に設けられた複数の外部端子とを有する実装基体と、
   前記センサ基体の材料と同一の材料からなり、前記センサ素子と接合されるとともに前記実装基体と接合されることにより前記センサ素子を前記実装基体に間接的に保持させる中間基体と、
   を有する角速度センサ。
2. 前記中間基体と実装基体との接合強度は、前記センサ素子と前記中間基体との接合強度よりも高い
   請求項１に記載の角速度センサ。
3. 前記センサ基体及び前記中間基体は、単結晶からなり、結晶の向きを互いに一致させた状態で接合されている
   請求項１又は２に記載の角速度センサ。
4. 前記センサ基体は、基部と、前記基部から延び、前記励振電極が設けられた１以上の駆動腕と、前記基部から前記１以上の駆動腕と同一平面内において延び、前記検出電極が設けられた１以上の検出腕とを有し、
   前記絶縁基体は、前記複数の外部端子が設けられた第１面と、その背面の第２面とを有し、
   前記中間基体は、前記第２面に対向するとともに当該第２面にバンプにより接合された第３面と、当該第３面の背面であり、前記センサ素子と対向するとともに前記センサ素子がバンプにより接合された第４面とを有している
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の角速度センサ。
5. 前記１以上の駆動腕及び前記１以上の検出腕は全て所定方向において延びており、
   前記センサ基体は、前記１以上の駆動腕及び前記１以上の検出腕全体の側方両側に、前記基部から前記所定方向の一方側へ延びる２本の実装腕及び前記基部から前記所定方向の他方側へ延びる２本の実装腕を更に有し、前記４本の実装腕の先端側にて前記中間基体に接合されている
   請求項４に記載の角速度センサ。
6. 前記実装基体をその一部として有し、前記センサ素子及び前記中間基体を収容するパッケージを有する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の角速度センサ。

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