JP2022095430A - 微小振動体の把持構造、慣性センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微小振動体が実装基板に搭載されてなる慣性センサにおいて、微小振動体の傷付きを防止する。
【解決手段】三次元曲面形状の曲面部２１と曲面部２１から凹んだ凹部２２とを有する微小振動体２と、接着部材６２が配置された棒状のロッド６１で構成された支持部材６とを備え、支持部材６が凹部２２に挿入され、接着部材６２により微小振動体２が接着された把持構造１００を構成する。これにより、ロッド６１を把持することで、微小振動体２に直接触れることなく、微小振動体２を取り扱うことができ、微小振動体２やこれに形成される電極膜に傷が付くことが抑制される。
【選択図】図８Ｂ

Description

本発明は、微小振動体を備える慣性センサの製造に用いられる把持構造および慣性センサの製造方法に関する。

近年、車両の自動運転のシステム開発が進められており、この種のシステムでは、高精度の自己位置の推定技術が必要である。例えば、いわゆるレベル３の自動運転向けに、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systemの略）とＩＭＵ（Inertial Measurement Unitの略）とを備える自己位置推定システムの開発が進められている。ＩＭＵは、例えば、３軸のジャイロセンサと３軸の加速度センサから構成される６軸の慣性力センサである。将来的に、いわゆるレベル４以上の自動運転を実現するためには、現状よりもさらに高感度のＩＭＵが求められる。

このような高感度のＩＭＵを実現するためのジャイロセンサとしては、ＢＲＧ（Bird-bath Resonator Gyroscopeの略）が有力視されている。ＢＲＧは、ワイングラスモードで振動する三次元曲面を有する微小振動体が実装基板に搭載されてなる（例えば特許文献１）。この微小振動体は、振動の状態を表すＱ値が１０^６以上に達するため、従来よりも高感度が見込まれる。

米国特許出願公開第２０１９／００９４０２４Ａ１号明細書

この微小振動体は、例えば、数十μｍの厚みの石英等で構成されるため、実装基板への搭載において傷を付けない取り扱いが求められる。微小振動体のベースとなる基材（例えば石英等）やその表面に形成される電極膜に傷が付いたり、電極膜が剥がれたりすると、Ｑ値が低下し、ジャイロセンサの感度が低下してしまう。

特許文献１に記載のＢＲＧは、実装基板の一部として微小振動体の位置決め用の可動治具が形成されており、微小振動体を実装基板に載置し、可動治具により微小振動体の位置調整を行った後に、微小振動体が実装基板に接合されることで製造される。しかし、特許文献１では、微小振動体の位置決めを行う際の具体的な微小振動体の搬送方法については記載されておらず、微小振動体やその電極膜に傷が付くおそれがある。

本発明は、上記の点に鑑み、この種の微小振動体を備える慣性センサにおいて、微小振動体を実装基板に搭載する際における微小振動体の傷付きを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の微小振動体の把持構造は、環状曲面を備える曲面部（２１）および曲面部から凹んだ凹部（２２）を有する微小振動体（２）と、棒状のロッド（６１）と、ロッドの先端に配置される接着部材（６２）とを有する支持部材（６）と、を備え、支持部材は、接着部材を介して、凹部の内側における底面である接続面（２２ａ）に接着されている。

これにより、支持部材を介して微小振動体が接続された把持構造となり、微小振動体の曲面部を直接把持する必要がなくなり、微小振動体の搬送において微小振動体に傷を付けることが抑制できる。また、微小振動体に電極膜を成膜する場合であっても、微小振動体のうち電極膜が成膜される部分に触れることがないため、電極膜の剥がれを抑止し、振動特性の低下が抑制される。

請求項９に記載の慣性センサの製造方法は、環状曲面を備える曲面部（２１）および曲面部から凹んだ凹部（２２）を有する微小振動体（２）と、実装基板（３）とを有してなり、微小振動体の凹部が実装基板のうち枠体状の実装部（５１）の内側領域に搭載され、曲面部が中空状態である慣性センサ（１）の製造方法であって、微小振動体を用意することと、棒状のロッド（６１）と、ロッドの先端に配置される接着部材（６２）とを有する支持部材（６）を用意することと、ロッドの先端を微小振動体の凹部に挿入し、接着部材を凹部の内側における底面である接続面（２２ａ）に密着させることと、接着部材を接続面に密着させた状態で、接着部材を溶融した後、再度固化することで、ロッドと微小振動体とを接続した把持構造（１００）を構成することと、把持構造を構成した後、微小振動体の表面に導電層（２３）を成膜することと、実装基板の実装部の内側領域に接合部材（５２）を塗布することと、把持構造のうちロッドを用いて微小振動体を搬送し、微小振動体のうち凹部の外側における底面である実装面（２２ｂ）を接合部材に接触させることと、実装基板を加熱して接合部材および接着部材を溶融させた後に、接合部材を固化させ、微小振動体と実装基板とを接合することと、微小振動体と実装基板との接合後に、ロッドを微小振動体から取り外すことと、を含む。

これにより、微小振動体に支持部材を接続した把持構造を構成した後、把持構造のまま微小振動体を実装基板に搭載し、微小振動体と実装基板との接合後にロッドを微小振動体から取り外す慣性センサの製造方法となる。この製造方法では、把持構造を介して微小振動体の搬送、導電層の形成および実装基板への搭載を行い、これらの工程の後にロッドを取り外すため、一連の工程にて微小振動体を直接把持する必要がなくなり、微小振動体や導電層の傷付きを抑制できる。そのため、信頼性が高く、高感度の慣性センサを製造することが可能となる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る慣性センサの一例を示す上面レイアウト図である。 微小振動体を示す斜視図である。 図２のIII-III間の断面構成を示す断面図である。 図２の微小振動体の形成工程のうち部材の用意工程を示す断面図である。 図４Ａに続く微小振動体の形成工程を示す断面図である。 図４Ｂに続く微小振動体の形成工程を示す断面図である。 微小振動体が搭載される前の実装基板を示す上面レイアウト図である。 図１のVI-VI間の断面構成を示す断面図である。 図１のVII-VII間の断面構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る微小振動体の把持構造を示す斜視図である。 図８ＡのVIIIB-VIIIB間の断面構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る慣性センサの製造工程のうち微小振動体の把持構造に用いるロッドの準備工程を示す断面図である。 図９Ａに続く慣性センサの製造工程を示す断面図である。 図９Ｂに続く慣性センサの製造工程を示す断面図である。 図９Ｃに続く慣性センサの製造工程を示す断面図である。 図９Ｄに続く慣性センサの製造工程を示す断面図である。 図９Ｅに続く慣性センサの製造工程を示す断面図である。 図９Ｆに続く慣性センサの製造工程を示す断面図である。 図９Ｇに続く慣性センサの製造工程を示す断面図である。 図９Ｈに続く慣性センサの製造工程を示す断面図である。 図９Ｉに続く慣性センサの製造工程を示す断面図である。 図９Ｊに続く慣性センサの製造工程を示す断面図である。 第１実施形態に係る微小振動体の把持構造のうちロッドの第１の変形例を示す斜視図である。 第１実施形態に係る微小振動体の把持構造のうちロッドの第２の変形例を示す斜視図である。 第１実施形態に係る微小振動体の把持構造のうちロッドの第３の変形例を示す斜視図である。 第１実施形態に係る微小振動体の把持構造のうちロッドの第４の変形例を示す断面図である。 図１３に示す第４の変形例に係るロッドの効果を説明するための説明図である。 第１実施形態に係る微小振動体の把持構造のうちロッドの第５の変形例を示す断面図である。 図１５Ａに示すロッドをXVBの方向から見た矢視図である。 図１５Ａに示す第５の変形例に係るロッドの効果を説明するための説明図である。 第１実施形態に係る微小振動体の把持構造のうちロッドの第６の変形例を示す断面図である。 図１６Ａに示すロッドをXVIBの方向から見た矢視図である。 第２実施形態の微小振動体の把持構造を示す断面図である。 慣性センサの製造工程のうち図９Ｋに示す工程に相当するものであって、第２実施形態の把持構造を用いた場合におけるロッドの分離工程を示す断面図である。 第３実施形態の微小振動体の把持構造に係るロッドを示す斜視図である。 慣性センサの製造工程のうち図９Ｊに示す工程に相当するものであって、第３実施形態の把持構造を用いた場合の微小振動体の接合工程を示す断面図である。 図２０Ａに続く慣性センサの製造工程であって、ロッドの一部を微小振動体から分離する工程の一例を示す断面図である。 図２０Ａに続く慣性センサの製造工程であって、ロッドの一部を微小振動体から分離する工程の他の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態の慣性センサ１およびこれに用いられる微小振動体２の把持構造１００について、図面を参照して説明する。

以下、説明の便宜上、図１に示すように、紙面における左右方向に沿った方向を「ｘ方向」と、同紙面上においてｘ方向に直交する方向を「ｙ方向」と、ｘｙ平面に対する法線方向を「ｚ方向」と、それぞれ称する。図２以降の図中のｘ、ｙ、ｚ方向は、図１のｘ、ｙ、ｚ方向にそれぞれ対応するものである。また、本明細書における「上」とは、図中のｚ方向に沿った方向であって、矢印側を意味し、「下」とは上の反対側を意味する。さらに、本明細書では、例えば図１等に示すように、ｚ方向上側から慣性センサ１あるいはその一部を見た状態を「上面視」と称することがある。なお、図２では、構成を分かりやすくするため、図２に示す角度では見えない曲面部２１および凹部２２の一部の外郭を破線で示している。

〔慣性センサ〕
本実施形態の慣性センサ１は、例えば、図１に示すように、微小振動体２と、実装基板３とを備え、微小振動体２の一部が実装基板３に接合されてなる。慣性センサ１は、ワイングラスモードで振動することが可能な微小振動体２と実装基板３のうち後述する複数の電極部５３との間における静電容量の変化に基づき、慣性センサ１に印加された角速度を検出する構成となっている。慣性センサ１は、例えば、ＢＲＧ構造のジャイロセンサであって、自動車等の車両に搭載される用途に適用されると好適であるが、勿論、他の用途にも適用されうる。

微小振動体２は、例えば、図２に示すように、略半球形の三次元曲面の外形を有する曲面部２１と、環状曲面形状の曲面部２１の頂点側から球の中心側に向かうように凹んだ凹部２２とを備える。微小振動体２は、例えば図３に示すように、凹部２２のうち内側底面が実装基板３に搭載される際に、後述する支持部材６が接続される接続面２２ａであり、凹部２２のうち接続面２２ａとは反対側の外側底面が実装基板３に接合される実装面２２ｂである。

微小振動体２は、実装面２２ｂの径が実装基板３のうち後述する枠体状の実装部５１の内側領域の径よりも小さくなっており、実装基板３に搭載したときに、実装部５１に当接しない形状となっている。微小振動体２は、例えば、慣性センサ１が駆動していない状態においてリム２１１と複数の電極部５３との間隔が等間隔となるように、リム２１１が略円筒形状とされる。微小振動体２は、凹部２２の実装面２２ｂ側が実装基板３に搭載されたとき、リム２１１を含む三次元曲面形状の部分が中空の状態となり、ワイングラスモードで振動することが可能となっている。微小振動体２は、曲面部２１が椀状の三次元曲面を有し、その振動のＱ値が例えば１０^６以上となっている。

微小振動体２は、例えば、石英、ガラス、シリコンやセラミック等の材料で構成されるが、三次元曲面形状とされた曲面部２１および凹部２２を形成でき、ワイングラスモードで振動することが可能なものであればよく、これらの材料に限定されない。微小振動体２は、その厚みが２０μｍ～８０μｍといった具合の数十μｍの薄肉構成となっている。微小振動体２は、例えば、実装基板３の厚み方向に沿った方向を高さ方向として、高さ方向の寸法が２．５ｍｍ、その径が５ｍｍといったミリサイズの形状である。

微小振動体２は、後述する支持部材６が接続面２２ａに接続され、図８Ａ等に示す後述の把持構造１００を構成した後に、その表面が一部を除いて導電層２３により覆われた構成となる。導電層２３は、例えば、限定するものではないが、下地側からＣｒ（クロム）あるいはＴｉ（チタン）と、Ａｕ（金）やＰｔ（白金）等の任意の導電性材料との積層膜で構成され、電極膜として機能する。導電層２３は、微小振動体２のうち実装面２２ｂ側の面を内側面とし、その反対面を外側面として、少なくとも内側面および外側面のうちリム２１１の部分に形成されており、実装面２２ｂとリム２１１の外側とが同電位となる構成になっている。導電層２３は、微小振動体２が把持構造１００を構成した後に形成されるため、例えば図３に示すように、微小振動体２の接続面２２ａのうち少なくとも支持部材６が接続される部分には形成されない。

微小振動体２の形状については、例えば、次のような工程により形成される。

まず、例えば図４Ａに示すように、石英板２０、三次元曲面形状を形成するための型Ｍおよび型Ｍを冷却するための冷却体Ｃを用意する。型Ｍは、例えば、石英板２０に三次元曲面形状を形成する際のスペースとなる凹部Ｍ１と、凹部Ｍ１の中心において、凹部Ｍ１の深さ方向に沿って延設され、加工時に石英板２０の一部を支える支柱部Ｍ２とを備え、凹部Ｍ１の底面に貫通孔Ｍ１１が形成されている。冷却体Ｃは、型Ｍが嵌め込まれる嵌め込み部Ｃ１と、嵌め込み部Ｃ１の底面に排気用の排気口Ｃ１１とを備え、石英板２０を加工する際に型Ｍを冷却する役割を果たす。石英板２０は、型Ｍの凹部Ｍ１の全域を覆うように配置される。

続けて、例えば図４Ｂに示すように、石英板２０に向けてトーチＴから火炎Ｆを吹きかけ、石英板２０を溶融される。このとき、型Ｍの凹部Ｍ１は、図示しない真空機構により冷却体Ｃの排気口Ｃ１１を通じて真空引きされている。これにより、石英板２０のうち溶融した部分は、凹部Ｍ１の底面に向かって引き延ばされると共に、その中心周辺領域が支柱部Ｍ２により支えられた状態となる。その後、石英板２０の加熱をやめて冷却することで、石英板２０は、略半球形の三次元曲面形状とされた曲面部２０１と、曲面部２０１の中心近傍で凹んだ凹部２０２と、曲面部２０１の外周端に位置し、平坦形状とされた端部２０３とを有する形状となる。

次いで、型Ｍの凹部Ｍ１を常圧に戻し、加工後の石英板２０を取り外し、例えば図４Ｃに示すように、任意の硬化性樹脂材料によりなる封止材Ｅで石英板２０を封止する。その後、例えば、封止材Ｅを端部２０３側の面から研磨およびＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishingの略）を行い、封止材Ｅごと端部２０３を除去し、凹部２０２を残す。そして、加熱や薬液を用いた溶解等の任意の方法により、封止材Ｅをすべて除去し、石英板２０を取り出す。

なお、微小振動体２は、例えば、上記のような製造プロセスにより製造され、Ｚ方向を回転軸として回転対称な略ハーフトロイダル形状とされるが、上記の方法に限定されるものではなく、他の公知の方法が採用されても構わない。

微小振動体２は、後述する支持部材６が接続面２２ａに接続され、図８Ａ等で後述する把持構造１００を構成する。微小振動体２は、支持部材６が接続された把持構造１００の状態で実装基板３に搭載されることで、基材部分やこれを覆う導電層２３に傷が付くことが抑制される。この詳細については後述する。

実装基板３は、例えば図５に示すように、下部基板４と、上部基板５とを備え、これらが接合された構成となっている。例えば、実装基板３は、絶縁材料のホウケイ酸ガラスにより構成された下部基板４に、半導体材料のＳｉ（シリコン）により構成された上部基板５を陽極接合することで得られる。実装基板３は、微小振動体２が搭載される実装部５１と、実装部５１を囲むように互いに離隔して配置された複数の電極部５３と、電極部５３を囲むように互いに離隔して配置された複数の外枠部５４とを備える。

実装基板３は、例えば図５や図６に示すように、環状の実装部５１よりも外周側の位置に、実装部５１を囲む環状のエッチング溝４１が形成されている。これにより、微小振動体２が実装基板３に搭載されたとき、図６や図７に示すように、微小振動体２のリム２１１を含む曲面部２１が中空状態となる。実装基板３は、下部基板４のエッチング溝４１を跨ぐブリッジ配線４２を備え、実装部５１と４つの外枠部５４とが電気的に接続され、同電位となっている。ブリッジ配線４２は、例えばＡｌ（アルミニウム）等の導電性材料により構成されると共に、複数の電極部５３の間を通過する配置とされ、複数の電極部５３から電気的に独立している。なお、図６、図７では、見易くするため、微小振動体２の導電層２３を省略している。

実装基板３は、例えば、環状の実装部５１の内側領域にＡｕペースト等の接合部材５２が塗布されており、接合部材５２を介して微小振動体２が接合される。接合部材５２は、Ａｕペーストのほか、例えば、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）等のナノ粒子を含む導電性ペーストであってもよいし、ＡｕＳｎ、ＡｌＧｅ、ＣｕＳｎ等の共晶はんだ材であってもよい。接合部材５２は、本実施形態では、後述する接着部材６２よりも融点が高い材料で構成すればよい。また、実装基板３は、ブリッジ配線４２の一端が実装部５１により、他端が外枠部５４により、それぞれ覆われている。これにより、実装基板３は、微小振動体２が搭載されたとき、実装部５１、ブリッジ配線４２および外枠部５４が微小振動体２と電気的に接続された状態となる。

なお、図５では、実装基板３に４つのブリッジ配線４２が形成された場合を代表例として示しているが、この例に限定されるものではなく、ブリッジ配線４２の数や配置等については適宜変更されうる。

実装基板３は、例えば図５や図７に示すように、エッチング溝４１の外周側の位置において、実装部５１を囲むように互いに離れて配置された複数の電極部５３を備える。複数の電極部５３は、微小振動体２が搭載されたとき、微小振動体２のリム２１１と所定の距離を隔てた状態となり、それぞれが微小振動体２とキャパシタを形成する。複数の電極部５３は、上面に電極膜５３１が形成されると共に、例えば、電極膜５３１に図示しないワイヤが接続され、図示しない外部の回路基板等と電気的に接続される。これにより、実装基板３は、複数の電極部５３を介して、微小振動体２との間の静電容量を検出したり、微小振動体２との間に静電引力を生じさせ、微小振動体２をワイングラスモードで振動させたりすることが可能となっている。複数の電極部５３は、例えば図１に示すように、上面視にて、内周側および外周側の辺がそれぞれ円弧状となっており、内周側および外周側の辺それぞれを繋げると、径の異なる断続的な円を描く状態となっている。言い換えると、複数の電極部５３は、実装部５１を囲む円環を所定間隔で均等に分割した構成となっている。

なお、実装基板３の「内周側」とは、図５に示すような上面視において、実装部５１の内側領域の中心側を意味し、「外周側」とは、内周側とは反対に位置する側を意味する。また、図１等には、実装基板３に１６個の電極部５３が互いに離れて環を描くように均等配置された例を示しているが、これに限定されるものではなく、電極部５３の数や配置については微小振動体２の形状やサイズ等に応じて適宜変更されうる。

実装基板３は、例えば図５に示すように、複数の電極部５３の外周側において、外枠部５４が複数の電極部５３を取り囲むように配置されている。外枠部５４は、例えば、上面視にて、内周側の辺が複数の電極部５３の外周側の面に沿った円弧状となっている。外枠部５４は、例えば図５や図６に示すように、上面にＡｌ等によりなる電極膜５４１を備えると共に、電極膜５４１に図示しないワイヤが接続され、図示しない外部の回路基板等と電気的に接続される。これにより、実装基板３は、電極膜５４１に接続される図示しない外部の電源等により、外枠部５４を介して微小振動体２の電位を所望の値に制御することが可能となっている。

なお、図５では、実装基板３の外枠部５４の四隅それぞれに電極膜５４１が形成された場合を代表例として示しているが、この例に限定されるものではなく、電極膜５４１の数や配置等については適宜変更されうる。

実装基板３は、例えば、次のような工程により製造されうる。

まず、例えば、ホウケイ酸ガラスによりなる下部基板４を用意し、バッファードフッ酸を用いたウエットエッチングにより円環状のエッチング溝４１を形成する。その後、エッチング溝４１を跨ぐブリッジ配線４２をＡｌのスパッタによる成膜を用いたリフトオフ法により形成する。なお、ブリッジ配線４２の厚みは、例えば、０．１μｍ程度とされる。

続けて、例えば、ＳｉによりなるＳｉ基板（後の上部基板５）を用意し、ホウケイ酸ガラスの下部基板４と陽極接合する。次にＳｉ基板に後の実装部５１、電極部５３、外枠部５４となる領域に区画する溝を公知のエッチング方法により形成する。

そして、例えば、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etchingの略）によりトレンチエッチングを行って、下部基板４を露出させ、実装部５１、電極部５３、外枠部５４の各領域を分離させる。これにより、Ｓｉ基板は、互いに離隔した実装部５１、複数の電極部５３、および外枠部５４を備える上部基板５となる。

最後に、例えば、複数の電極部５３、および外枠部５４の上面にスパッタ等により電極膜５３１、５４１を形成した後、実装部５１の内側領域にディスペンサー等により接合部材５２を塗布する。

なお、図５等で示す１つの実装基板３は、例えば、ウエハに上記構造の複数の実装基板３となる領域を形成し、ダイシングカット等により個片化することにより得られる。すなわち、実装基板３の製造については、ウエハレベルでの対応が可能である。

以上が、慣性センサ１の基本的な構成である。慣性センサ１は、駆動時には、複数の電極部５３の一部と微小振動体２との間に静電引力を生じさせることで、微小振動体２をワイングラスモードで振動させる。慣性センサ１は、微小振動体２が振動状態のときに、外部からコリオリ力が印加されると、微小振動体２が変位してその振動モードの節の位置が変化する。慣性センサ１は、この振動モードの節の変化を微小振動体２と複数の電極部５３との静電容量で検出することで、慣性センサ１に働く角速度の検出が可能となっている。

慣性センサ１の製造においては、次に説明する把持構造１００を構成することで、微小振動体２を実装基板３に搭載する際に、微小振動体２の傷付きを抑制しつつ、簡便に搭載することが可能である。

〔微小振動体の把持構造〕
次に、慣性センサ１を製造する際に形成される微小振動体２の把持構造１００について、図８Ａ、図８Ｂを参照して説明する。図８Ａでは、構成を分かりやすくするため、図２と同様に、図８Ａに示す角度では見えない曲面部２１、凹部２２および後述する支持部材６の一部の外郭を破線で示している。

把持構造１００は、例えば図８Ａに示すように、微小振動体２の凹部２２に支持部材６が挿入され、凹部２２の底面で支持部材６が微小振動体２に接続されてなる。具体的には、把持構造１００は、例えば図８Ｂに示すように、微小振動体２と、先端に接着部材６２が配置された棒状のロッド６１で構成された支持部材６とを備え、微小振動体２のうち凹部２２の接続面２２ａに接着部材６２を介してロッド６１が接着されてなる。

支持部材６は、微小振動体２を直接把持することなく、微小振動体２の搬送や導電層２３の形成等の後工程を可能とするために用いられる部材である。支持部材６は、例えば、棒状のロッド６１と、接着部材６２とを備え、ロッド６１の先端面に接着部材６２が配置されている。

ロッド６１は、その長手方向、すなわち延設された方向を延設方向として、延設方向を軸とする径が凹部２２の内径よりも小さく、かつ延設方向における長さが凹部２２の深さよりも大きい。言い換えると、ロッド６１は、凹部２２のうち接続面２２ａとは接触しない状態で挿入され、その一部が微小振動体２の凹部２２からはみ出した状態となる形状、寸法となっている。ロッド６１は、例えば、円柱状とされるが、これに限定されるものではなく、四角柱状、多角柱状などの他の形状であってもよい。ロッド６１は、例えば、石英、ガラス、シリコンやセラミック等の微小振動体２と同じ材料で構成されうるが、少なくとも接着部材６２および接合部材５２よりも融点が高い材料で構成されていればよく、微小振動体２とは異なる材料で構成されてもよい。ロッド６１は、微小振動体２が実装基板３に接合された後、微小振動体２から取り外される。

接着部材６２は、微小振動体２とロッド６１とを一時的に接着するための部材であり、本実施形態では、少なくとも接合部材５２よりも低融点の材料で構成される。接着部材６２は、例えば、接合部材５２としてＡｕペースト等の３５０℃～４００℃の温度で接合可能な材料を用いる場合には、２２０℃～３００℃程度の温度で溶融する低融点ガラスで構成されうる。これは、接合部材５２の溶融・固化により微小振動体２を実装基板３に接合され、微小振動体２が実装基板３に対して固定された状態を維持しつつ、接着部材６２が溶融した状態とし、ロッド６１を微小振動体２から取り外すことを可能にするためである。なお、接着部材６２は、接合部材５２の融点未満の温度で溶融し、かつ微小振動体２を実装基板３に搭載する前の後工程での温度では溶融しない材料が用いられていればよく、低融点ガラスに限定されるものではなく、材料については適宜変更されうる。

以上が、本実施形態の把持構造１００の基本的な構成である。この把持構造１００を構成することで、支持部材６を把持し、微小振動体２の搬送や導電層２３の形成等を行うことが可能となり、微小振動体２の傷付きや導電層２３の剥離等を抑制することが容易となる。

〔慣性センサの製造方法〕
次に、本実施形態の慣性センサ１の製造方法について、図９Ａ～図９Ｋを参照して説明するが、微小振動体２および実装基板３の製造については上記したため、ここでは、把持構造１００の形成およびこれを用いた微小振動体２の実装について主に説明する。

図９Ｉ～図９Ｋでは、見易くするため、微小振動体２に形成される導電層２３を省略している。

まず、図９Ａに示すように、棒状のロッド６１を用意する。このロッド６１の径や長さについては、微小振動体２の凹部２２の内径および深さに応じて適宜変更される。

続いて、例えば図９Ｂに示すように、接着部材６２の材料６２１を溶融させて液状にし、器７に入れた状態にし、ロッド６１の端面を材料６２１に接触させる。その後、ロッド６１を器７から引き抜いて材料６２１を固化させることで、ロッド６１の先端面に接着部材６２が配置された支持部材６を形成することができる。

また、例えば図９Ｄに示すように、上記の工程により形成された微小振動体２を用意し、加熱機構８２を有する台座８の凸部８１に微小振動体２のうち凹部２２の実装面２２ｂを載せ、微小振動体２を載置する。台座８は、上面８１ａが平坦面とされた凸部８１を有しており、微小振動体２の凹部２２が載置されたときに、リム２１１が他の部材と接触していない中空状態となる構成となっている。

次いで、例えば図９Ｅに示すように、図示しない搬送機構等により支持部材６を凹部２２に挿入し、接着部材６２と凹部２２の接続面２２ａに密着させる。このとき、台座８の凸部８１は、接着部材６２が溶融する温度（例えば３００℃）となっており、接着部材６２が溶融し、ロッド６１に接触しつつも接続面２２ａに濡れ広がった状態となる。

その後、例えば、台座８の加熱機構８２をオフ状態とし、凸部８１を接着部材６２の融点未満の温度とし、接着部材６２を固化させ、ロッド６１と微小振動体２とを固着させる。この時点で、微小振動体２の把持構造１００が形成されることとなる。そして、例えば図９Ｆに示すように、図示しない搬送機構等により支持部材６を引き上げ、把持構造１００を台座８から回収する。

続いて、例えば図９Ｇに示すように、成膜装置の成膜ステージ９にロッド６１を固定し、微小振動体２が中空状態となるようにする。なお、ここでいう「中空状態」とは、微小振動体２がロッド６１を介して固定され、ロッド６１以外とは接触していない状態を意味する。また、成膜ステージ９は、例えば、把持構造１００のロッド６１を固定する固定部９１を複数備え、固定部９１が所定間隔で配置されており、複数の把持構造１００を並べて設置することが可能な構成となっている。

次いで、スパッタリング、蒸着、原子層堆積（ＡＬＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）等の任意の方法により、例えば図９Ｈに示すように、微小振動体２の表面に導電層２３を形成する。例えば、スパッタリングの場合、成膜ステージ９に対向するように配置された図示しないバッキングプレートのターゲット材にＡｒ（アルゴン）プラズマを発生させ、ターゲット材の粒子を微小振動体２に向けて飛び出させることで、導電層２３を形成する。なお、図９Ｈでは、見易くするため、微小振動体２の表面にのみ導電層２３が形成されている様子を示しているが、ロッド６１や成膜ステージ９の表面にも導電層２３と同じ導電膜が形成される。また、接着部材６２が導電層２３の形成時の成膜温度（例えば１５０℃）よりも融点が高い材料で構成されるため、把持構造１００は、微小振動体２を支持した状態のまま、導電層２３の形成が可能である。

その後、例えば図９Ｉに示すように、実装基板３を実装ステージ１０に吸着固定し、ピックアップ機構３００により把持構造１００を搬送する。ピックアップ機構３００は、ロッド６１を把持する把持部３０１を有し、図示しない搬送機構により把持構造１００を任意の位置に移動させることが可能な構成となっている。また、微小振動体２の実装基板３に対する位置合わせについては、例えば、微小振動体２および実装基板３を撮像し、公知の画像処理技術によりエッジ検出により特徴点を抽出することで、相対位置を調整するといった方法で行うことができる。

そして、図９Ｊに示すように、ピックアップ機構３００により微小振動体２を移動させ、微小振動体２の実装面２２ｂと実装基板３の接合部材５２とを接触させ、微小振動体２を実装基板３側に押圧する。微小振動体２を実装基板３に搭載後、接合部材５２および接着部材６２が加熱され、接合部材５２は、軟化または溶融した状態となる。また、接着部材６２は、接合部材５２よりも融点が低い材料で構成されるため、溶融した状態となる。

なお、微小振動体２を実装基板３側に押圧する際に、必要に応じて、実装ステージ１０を加熱して微小振動体２との接触前に接合部材５２を軟化させておいてもよい。

続いて、実装ステージ１０を降温し、接着部材６２の融点以上、かつ接合部材５２の融点未満とすることで、接合部材５２が固化し、かつ接着部材６２が溶融した状態とする。そして、この状態において、例えば図９Ｋに示すように、ピックアップ機構３００を退避させることで、ロッド６１と微小振動体２とを分離させ、ロッド６１を取り外すことができる。なお、接着部材６２が溶融した状態でロッド６１をピックアップ機構３００で引き上げるため、接着部材６２は、一部が微小振動体２に、残部がロッド６１の先端に、それぞれ付着した状態となる。

以上が、把持構造１００を用いた慣性センサ１の基本的な製造工程である。把持構造１００を構成し、ロッド６１を介して微小振動体２の搬送等を行うことにより、微小振動体２を直接把持する必要がなくなり、微小振動体２や導電層２３に傷が生じることを抑制できる。そのため、微小振動体２の振動特性を低下させることなく、信頼性が高く、高感度の慣性センサ１を簡便に製造することができる。

なお、上記の方法により製造された慣性センサ１は、微小振動体２の凹部２２に接着部材６２の一部が残ったままとなるが、微小振動体２のうち振動子として機能する部位が主にリム２１１であるため、機能に支障はない。

本実施形態によれば、微小振動体２を直接把持することなく、微小振動体２の搬送等が可能かつ容易な把持構造１００となり、信頼性が高く、高感度の慣性センサ１を製造することができる。

（第１実施形態の変形例）
把持構造１００を構成する支持部材６は、例えば図１０に示すように、ロッド６１が先端に固着部６１１を有していてもよい。具体的には、ロッド６１は、支柱部分が延設された方向を延設方向として、先端が支柱部分の延設方向を軸とする径よりも大きい寸法とされた固着部６１１を有する構成とされうる。これにより、微小振動体２と支持部材６との接着面積が大きくなり、支持部材６が微小振動体２に対して傾いた状態で固着されることが抑制される。

固着部６１１は、平面サイズがロッド６１の支柱部分よりも大きくなる形状であればよく、例えば、図１０に示すように円盤状でもよいし、図１１に示すように矩形板状でもよいし、図１２に示すように略Ｘ字板状であってもよい。固着部６１１は、少なくとも微小振動体２の凹部２２における内径よりも小さい平面寸法とされるが、ロッド６１の延設方向を軸とする径よりも大きい寸法となればよく、その形状等については適宜変更されうる。つまり、支持部材６は、ロッド６１のうち接着部材６２が配置される側の先端の径が他の部位の径よりも大きい形状、言い換えると、フランジ形状を有する任意の形状とされうる。支持部材６は、固着部６１１を有する構成とすることで、支柱部分の径がより小さいロッド６１とされることが可能となる。

固着部６１１は、例えば図１３に示すように、微小振動体２に接続される側の面を一面６１１ａとし、その反対面を他面６１１ｂとして、一面６１１ａの端部が他面６１１ｂの端部よりも内側とされることが好ましい。すなわち、固着部６１１は、断面視にて、一面６１１ａと他面６１１ｂとを繋ぐ側面のうち一面６１１ａ側の一端が、角のない湾曲した形状とされることが好ましい。これは、固着部６１１を微小振動体２に挿入した際に、固着部６１１が微小振動体２の凹部２２の内側底面である接続面２２ａと干渉し、支持部材６が微小振動体２に対して傾くことを抑制するためである。

具体的には、例えば図１４に示すように、微小振動体２の凹部２２の内側は、断面視にて、接続面２２ａの端部が湾曲した形状となっている。固着部６１１の一面６１１ａの端部が例えば断面視にて直角となる形状である場合、固着部６１１の一面６１１ａの端部と接続面２２ａの端部の湾曲部分とが当接し、一面６１１ａが接続面２２ａに対して傾き、支持部材６が傾いた状態となる可能性がある。

しかし、固着部６１１の一面６１１ａの端部が例えば図１４に示すように接続面２２ａの端部に沿うような湾曲形状である場合、これらの端部同士の干渉、すなわち当接が抑制される。その結果、固着部６１１の一面６１１ａが接続面２２ａに対して傾くことが抑止され、支持部材６が意図しない箇所で微小振動体２に接触することが抑制できる。

なお、図１３、１４では、見やすくするため、接着部材６２を省略している。これは、後述する図１５Ａ～図１６Ｂにおいても同様である。

また、固着部６１１は、例えば図１５Ａに示すように、一面６１１ａに溝部６１１ｃを有する構成にもされうる。これにより、支持部材６は、微小振動体２に固着する際に、溶融した接着部材６２の余剰部分が溝部６１１ｃに流れ込む構造となる。その結果、一面６１１ａと接続面２２ａとの間に過剰な接着部材６２が介在することを抑止し、支持部材６が微小振動体２に対して傾くことを抑制する効果が得られる。溝部６１１ｃは、例えば、図１５Ａ中のＸＶＢ方向から支持部材６を見たとき、図１５Ｂに示すように、２つの溝が直交する略Ｘ字状とされるが、この例に限定されるものではなく、形状やサイズ等については適宜変更されうる。

また、支持部材６は、溝部６１１ｃを有することで、例えば図１５Ｃに示すように、微小振動体２の凹部２２の接続面２２ａに意図しない突起部２２１が生じている場合であっても、溝部６１１ｃがこれを跨ぐように配置されることができる。これにより、接続面２２ａに突起部２２１が存在しても、接続面２２ａのうち突起部２２１とは異なる部分と一面６１１ａとが平行配置され、支持部材６が微小振動体２に対して傾くことを抑制する効果が得られる。

支持部材６は、例えば図１６Ａに示すように、固着部６１１を有さず、接着部材６２が配置される先端面６１ａに溝部６１ｂを有する構成にもされうる。このような構成であっても、支持部材６は、溝部６１１ｃが形成された固着部６１１を有する構成の場合と同様に、接続面２２ａに突起部２２１が存在しても、微小振動体２に対して傾くことが抑制される効果が得られる。溝部６１ｂは、例えば、図１６Ａ中のＸＶＩＢ方向から支持部材６を見たとき、図１６Ｂに示すように、先端面６１ａを二分割する直線状の溝とされるが、この例に限定されるものではなく、その形状やサイズ等については適宜変更されうる。

本変形例によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる把持構造１００となり、信頼性が高く、高感度の慣性センサ１を簡便に製造することができる。また、固着部６１１を有するロッド６１とすることで、支持部材６の傾きが抑制される効果も得られる。さらに、固着部６１１に溝部６１１ｃを有する場合、またはロッド６１が固着部６１１を有さず、先端面６１ａに溝部６１ｂを有する場合には、凹部２２の接続面２２ａに突起部２２１が存在しても支持部材６の傾きが抑制される効果が得られる。

（第２実施形態）
第２実施形態の把持構造１００について、図１７、図１８を参照して説明する。図１７、図１８では、構成を分かりやすくするため、ロッド６１のうち外部から視認できない後述する貫通孔６１２の外郭を破線で示している。

本実施形態の把持構造１００は、例えば図１７に示すように、支持部材６のロッド６１がその延設方向に沿った貫通孔６１２を有する点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。

支持部材６は、本実施形態では、ロッド６１がその延設方向に沿って設けられた貫通孔６１２を有する筒状となっている。貫通孔６１２は、例えば、圧縮した空気等の流体を外部に向けて吐出するために設けられる流体流路であり、微小振動体２を実装基板３に接合した後、微小振動体２からロッド６１を取り外す際に用いられる。

具体的には、貫通孔６１２は、例えば図１８に示すように、微小振動体２を実装基板３に搭載され、かつ接着部材６２が溶融している状態において、ピックアップ機構３００に接続された図示しない圧縮空気の吐出装置から圧縮空気が導入される。その結果、空気圧によりロッド６１と溶融した接着部材６２とが分離し、ピックアップ機構３００を退避させることで微小振動体２からロッド６１を取り外すことができる。なお、この方法によりロッド６１を取り外した場合においても、接着部材６２は、一部が微小振動体２に、残部がロッド６１の先端に、それぞれ付着した状態となる。

なお、上記のように貫通孔６１２への圧縮流体の導入によりロッド６１を微小振動体２から取り外す場合には、接着部材６２は、接合部材５２と同じ材料または同じ融点の材料であってもよい。

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に、微小振動体２を直接把持することなく搬送が可能な把持構造１００となり、信頼性が高く、高感度の慣性センサ１を製造することができる。また、圧縮流体を貫通孔６１２に導入して微小振動体２からロッド６１を分離することで、再現性良く、ロッド６１の分離工程を実行でき、慣性センサ１の量産性が向上する効果も得られる。

（第３実施形態）
第３実施形態の把持構造１００について、図１９～図２０Ｃを参照して説明する。

図２０Ｂ、図２０Ｃは、それぞれ、上記第１実施形態にて示した慣性センサ１の製造工程のうち図９Ｋに示すロッド６１の分離工程に相当する断面図である。

本実施形態の把持構造１００は、例えば図１９に示すように、支持部材６のうちロッド６１にくびれ部６３が設けられている点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。

ロッド６１は、本実施形態では、延設方向を軸とする径が他の部位よりも小さいくびれ部６３を有している。くびれ部６３は、微小振動体２と実装基板３との接合後に、ロッド６１を微小振動体２から分離する際に、ロッド６１を折る起点とするために設けられる部位である。

具体的には、例えば図２０Ａに示すように、ピックアップ機構３００により、くびれ部６３を有するロッド６１を把持し、接着部材６２で接着された微小振動体２を搬送し、実装基板３に搭載する。続けて、実装基板３が吸着されている実装ステージ１０を加熱し、降温することで接合部材５２および接着部材６２を一度溶融させ、再度固化し、微小振動体２と実装基板３とを接合した状態とする。その後、例えば図２０Ｂに示すように、ロッド６１の一端を把持したまま、ピックアップ機構３００を斜めに傾けることでくびれ部６３に応力を集中させ、くびれ部６３を起点としてロッド６１を折る。また、例えば図２０Ｃに示すように、ピックアップ機構３００を回転させ、把持したロッド６１を捻じることで、くびれ部６３に応力集中させ、ロッド６１を折ってもよい。これにより、微小振動体２を実装基板３に接合後、ロッド６１の一部を微小振動体２から分離することができる。

なお、上記の把持構造１００とすることで、慣性センサ１は、微小振動体２の凹部２２にロッド６１の残部が接着されたままの構成になるが、微小振動体２のうち振動子として機能する部位が主に曲面部２１のリム２１１であるため、機能に支障はない。また、接着部材６２は、本実施形態では、接合部材５２と同じ材料または同じ融点の材料であってもよい。さらに、くびれ部６３は、ロッド６１の任意の位置に設けられるが、他の部材等との意図しない接触を防ぐ観点から、凹部２２からはみ出さない位置に設けられることが好ましい。

本実施形態によっても、微小振動体２を直接把持することなく搬送が可能な把持構造１００となり、信頼性が高く、高感度の慣性センサ１を製造することができる。また、微小振動体２を実装基板３に接合後に、ロッド６１の一部を容易に分離でき、再現性良く、ロッド６１の分離工程を行うこと、ひいては慣性センサ１の量産性が向上する効果も得られる。

（他の実施形態）
本発明は、実施例に準拠して記述されたが、本発明は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範疇や思想範囲に入るものである。

例えば、支持部材６のロッド６１は、上記第２、第３実施形態において、固着部６１１や溝部６１ｂを有する構成であってもよいし、上記第３実施形態において、貫通孔６１２を有する構成であってもよい。なお、上記第３実施形態において、ロッド６１に貫通孔６１２を設けた場合、貫通孔６１２に流体を導入する必要はなく、くびれ部６３でロッド６１を折ることが容易となる効果が得られる。

１・・・慣性センサ、２・・・微小振動体、２１・・・曲面部、２２・・・凹部、
２２ａ・・・接続面、２２ｂ・・・実装面、２３・・・導電層、３・・・実装基板、
５１・・・実装部、５２・・・接合材料、６・・・支持部材、６１・・・ロッド、
６１１・・・固着部、６１１ａ・・・一面、６１１ｃ・・・溝部、６１２・・・貫通孔、
６２・・・接着部材、６３・・・くびれ部

Claims (12)

1. 環状曲面を備える曲面部（２１）および前記曲面部から凹んだ凹部（２２）を有する微小振動体（２）と、
   棒状のロッド（６１）と、前記ロッドの先端に配置される接着部材（６２）とを有する支持部材（６）と、を備え、
   前記支持部材は、前記接着部材を介して、前記凹部の内側における底面である接続面（２２ａ）に接着されている、微小振動体の把持構造。
2. 前記支持部材は、前記ロッドが延設された方向を延設方向として、前記延設方向を軸とする径が前記凹部の内径よりも小さく、
   前記ロッドは、前記延設方向の長さが前記凹部の深さよりも大きい、請求項１に記載の微小振動体の把持構造。
3. 前記ロッドが延設された方向を延設方向として、前記ロッドは、前記延設方向に沿って設けられた貫通孔（６１２）を有する筒形状である、請求項１または２に記載の微小振動体の把持構造。
4. 前記ロッドが延設された方向を延設方向として、前記ロッドは、前記延設方向を軸とする径が他の部分よりも小さいくびれ部（６３）を備える、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の微小振動体の把持構造。
5. 前記ロッドが延設された方向を延設方向として、前記ロッドは、先端に他の部位よりも前記延設方向を軸とする径が大きい固着部（６１１）を備える、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の微小振動体の把持構造。
6. 前記固着部は、前記接着部材を介して前記微小振動体に接続される一面（６１１ａ）に溝部（６１１ｃ）を備える、請求項５に記載の微小振動体の把持構造。
7. 前記ロッドは、前記微小振動体を構成する材料と同じ材料により構成されている、請求項１ないし６に記載の微小振動体の把持構造。
8. 前記接着部材は、低融点ガラスである、請求項１ないし７に記載の微小振動体の把持構造。
9. 環状曲面を備える曲面部（２１）および前記曲面部から凹んだ凹部（２２）を有する微小振動体（２）と、実装基板（３）とを有してなり、前記微小振動体の前記凹部が前記実装基板のうち枠体状の実装部（５１）の内側領域に搭載され、前記曲面部が中空状態である慣性センサ（１）の製造方法であって、
   前記微小振動体を用意することと、
   棒状のロッド（６１）と、前記ロッドの先端に配置される接着部材（６２）とを有する支持部材（６）を用意することと、
   前記ロッドの前記先端を前記微小振動体の前記凹部に挿入し、前記接着部材を前記凹部の内側における底面である接続面（２２ａ）に密着させることと、
   前記接着部材を前記接続面に密着させた状態で、前記接着部材を溶融した後、再度固化することで、前記ロッドと前記微小振動体とを接続した把持構造（１００）を構成することと、
   前記把持構造を構成した後、前記微小振動体の表面に導電層（２３）を成膜することと、
   前記実装基板の前記実装部の内側領域に接合部材（５２）を塗布することと、
   前記把持構造のうち前記ロッドを用いて前記微小振動体を搬送し、前記微小振動体のうち前記凹部の外側における底面である実装面（２２ｂ）を前記接合部材に接触させることと、
   前記実装基板を加熱して前記接合部材および前記接着部材を溶融させた後に、前記接合部材を固化させ、前記微小振動体と前記実装基板とを接合することと、
   前記微小振動体と前記実装基板との接合後に、前記ロッドを前記微小振動体から取り外すことと、を含む慣性センサの製造方法。
10. 前記支持部材を用意することにおいては、前記接着部材として、前記導電層の成膜における成膜温度よりも融点が高い材料を用い、
    前記導電層の成膜においては、前記ロッドを介して成膜装置に前記把持構造を固定し、前記微小振動体を中空状態とする、請求項９に記載の慣性センサの製造方法。
11. 前記接合部材を塗布することにおいては、前記接合部材として、前記接着部材よりも融点が高い材料を用いる、請求項９または１０に記載の慣性センサの製造方法。
12. 前記支持部材を用意することにおいては、前記ロッドが延設された方向を延設方向として、前記延設方向を軸とする径が他の部位よりも小さいくびれ部（６３）を有する前記ロッドを用い、
    前記ロッドを前記微小振動体から取り外すことにおいては、前記接着部材を固化させた後、前記くびれ部で前記ロッドを折ることで、前記ロッドの一部を前記微小振動体の前記凹部に残し、前記ロッドの残部を前記微小振動体から取り外す、請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の慣性センサの製造方法。

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