JP2023130812A - 微小振動体の実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】表面電極を有する微小振動体が実装基板に接合された実装構造にて、当該表面電極のうち実装基板との接合部分以外の部分に接触せずとも、当該表面電極の印加電圧を検出可能とする。【解決手段】実装基板３は、互いに離れて配置される複数の分割内枠部５１と、異なる分割内枠部に接続される電圧印加用配線４２Ａおよび電圧検出用配線４２Ｂと、を有し、微小振動体２の接続部２２が接続される。電圧検出用配線４２Ｂは、実装基板３において電圧印加用配線４２Ａと距離を隔てて配置され、電圧印加用配線４２Ａとは電気的に独立している。配線４２Ａ、４２Ｂは、それぞれ、異なる分割内枠部５１に接続されると共に、実装基板３のうち分割内枠部５１側の一端が表面電極２３に接続される電極接続部４２１となっている。【選択図】図８

Description

本発明は、三次元曲面を有する微小振動体の実装構造に関する。

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）が有力視されており、ワイングラスモードで振動する略半球形状の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。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。

この種の微小振動体と実装基板との実装構造としては、例えば、特許文献１に記載のものが挙げられる。この実装構造は、微小振動体のうち略半球形の三次元曲面の頂点付近からその半球の内側中心に向かって凹むように延設された有底筒状の接合部が、実装基板のうち略環状枠体に囲まれた接合領域に挿入されている。この実装構造は、微小振動体の全面を覆う表面電極と実装基板の接合領域に形成された配線とが接合されており、実装基板の当該配線を介して微小振動体の表面電極に所定の電圧を印加可能となっている。

米国特許出願公開第２００９／００９４０２４号明細書

さて、このＢＲＧは、実装基板に形成された配線を介して、当該配線と電気的に接続された接合領域に接合された微小振動体の表面電極に電圧を印加する構成であり、電圧印加の安定性を確保するためには、微小振動体と実装基板との接合信頼性が重要である。また、この実装構造では、微小振動体の表面電極に電圧が印加されているか否かを確認するためには、表面電極のうち実装基板との接合部分以外の部分にプロービングをし、電圧検出を行う必要がある。

しかし、微小振動体の表面電極に直接プローブを接触させると、表面電極や表面電極に覆われた基材に傷が付くおそれがある。また、表面電極や基材に傷が付くと、微小振動体のＱ値が低下してしまう。さらに、例えば、実装基板に蓋材が取り付けられ、微小振動体が封止されると、微小振動体の表面電極にプローブを接触させることができないため、表面電極の印加電圧を検出できなくなってしまう。

本発明は、上記の点に鑑み、三次元曲面形状およびこれを覆う表面電極を有する微小振動体が実装基板に接合された実装構造にて、当該表面電極のうち実装基板との接合部分以外の部分に接触せずとも、当該表面電極の印加電圧を検出可能と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実装構造は、半球形状の三次元曲面を有する曲面部（２１）と、曲面部から半球形状の中心に向かって延設された接続部（２２）と、接続部および曲面部の少なくとも一部を覆う表面電極（２３）とを有する微小振動体（２）と、２つ以上の配線（４２）を有し、微小振動体の一部が接続される実装基板（３）と、を備え、配線のうち内枠領域の側に位置する一端は、表面電極のうち接続部を覆う部分と接続される電極接続部（４２１）であり、２つ以上の配線は、表面電極に電圧を印加するための電圧印加用配線（４２Ａ）、および表面電極に印加される電圧を検出するための電圧検出用配線（４２Ｂ）をそれぞれ少なくとも１つ以上含み、電圧検出用配線は、実装基板において電圧印加用配線と距離を隔てて配置されている。

この微小振動体の実装構造は、微小振動体の表面電極のうち接続部を覆う部分が、実装基板に形成された電圧検出用配線の一端である電極接続部と接合されてなる。この電圧検出用配線は、実装基板に形成された配線のうち微小振動体の表面電極への電圧印加用配線とは距離を隔てて配置され、実装基板において電圧印加用配線とは電気的に独立している。そのため、この実装構造は、電圧検出用配線を介することで、微小振動体の表面電極のうち実装基板との接合部以外の部分に直接触れることなく、表面電極の電圧を検出可能である。よって、この実装構造は、微小振動体の表面電極やこれに覆われた基材への傷付きやＱ値の低下を防ぎつつ、微小振動体と実装基板との接合信頼性を電圧印加用配線と電圧検出用配線を両端に持つ経路の電気抵抗などの電気的特性による確認が可能となっている。

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実施形態の実装構造を示す上面レイアウト図である。 第１実施形態に係る微小振動体を示す斜視断面図である。 図２のIII-III間の断面構成を示す断面図である。 三次元曲面を有する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。 第１実施形態に係る実装基板を示す上面レイアウト図である。 図５のVI-VI間の断面構成を示す断面図である。 図５のVII-VII間の断面構成を示す断面図である。 図１のVIII-VIII間の断面構成を示す断面図である。 図１のIX-IX間の断面構成を示す断面図である。 実装基板のうち対向領域を含む所定の領域を拡大したものであって、分割内枠部および電極接続部の他の一例を示す上面レイアウト図である。 図１０に相当する図であって、分割内枠部および電極接続部の他の一例を示す上面レイアウト図である。 図１０に相当する図であって、分割内枠部および電極接続部の他の一例を示す上面レイアウト図である。 第１実施形態の実装構造における表面電極とブリッジ配線との電気的接続を説明するための説明図である。 図１０に相当する図であって、第１実施形態における実装基板の変形例を示す上面レイアウト図である。 図１４の実装基板に微小振動体を接合した状態を示す図であって、図１４中のXV-XV間の断面に相当する断面を示す断面図である。 第２実施形態の実装構造のうち微小振動体と実装基板との接合部分を示す斜視図である。 第２実施形態における微小振動体の接続部を示す斜視図である。 図１７中のパターン形状の表面電極を形成する際に使用するキャップマスクを示す斜視図である。 第２実施形態の変形例における微小振動体の接続部を示す斜視図である。 図１０に相当する図であって、第２実施形態の変形例における実装基板の一部の構成を示す上面レイアウト図である。 第２実施形態の変形例に係る実装構造のうち微小振動体と実装基板との接合部分を示す図であって、図２０中のXXI-XXI間の断面を示す断面図である。 第２実施形態の他の変形例に係る実装構造を示す図であって、図２１に相当する断面図である。 第３実施形態の実装構造のうち微小振動体と実装基板との接合部分を示す断面図である。 図１０に相当する図であって、第３実施形態の実装構造の変形例における実装基板の構成を示す上面レイアウト図である。 他の実施形態に係る実装構造の一例を示す断面図である。 他の実施形態に係る実装基板の他の構成例を示す上面レイアウト図である。 図１４に相当する図であって、他の実施形態に係る微小振動体の表面電極と実装基板の配線との接続構造の一例を示す図である。 図１４に相当する図であって、他の実施形態に係る微小振動体の表面電極と実装基板の配線との接続構造の他の一例を示す図である。 図１４に相当する図であって、他の実施形態に係る微小振動体の表面電極と実装基板の配線との接続構造の他の一例を示す図である。

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実施形態の実装構造１について、図面を参照して説明する。本実施形態の実装構造１は、ワイングラスモードで振動する微小振動体２を有し、微小振動体２の振動特性を利用した各種デバイス、例えば、ＢＲＧ等のジャイロセンサやクロックデバイス等に適用されると好適である。本明細書では、実装構造１がＢＲＧに適用された場合を代表例として説明するが、実装構造１は、この用途を限定するものではなく、勿論、ジャイロセンサとは異なる慣性センサ等の他の用途にも適用されうる。

図２では、後述する微小振動体２の構成を分かり易くするため、微小振動体２の一部を省略して断面を示しつつ、微小振動体２の外郭のうち図２に示す角度から見えない部分については破線で示している。図１０～図１２では、後述する実装基板３のうちブリッジ配線４２および分割内枠部５１の他の構成例を分かり易くするため、分割内枠部５１の含む所定領域を示すと共に、実装基板３の他の構成要素を省略している。また、図１０～図１２では、断面を示すものではないが、ブリッジ配線４２にハッチングを施している。

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３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方向上側から実装構造１または実装基板３を見た状態を「上面視」と称することがある。

本実施形態の実装構造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。実装構造１は、ワイングラスモードで振動することが可能な薄肉の微小振動体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、実装構造１に印加された角速度を検出する構成となっている。

微小振動体２は、例えば図２に示すように、半球形状の三次元曲面の外形を含む曲面部２１と、曲面部２１のなす仮想半球の頂点側から当該半球の中心側に向かうように延設された接続部２２とを備える。接続部２２は、例えば、有底筒状の凹部となっている。微小振動体２は、例えば、曲面部２１が椀状の三次元曲面を有し、その振動のＱ値が１０^５以上となっている。

曲面部２１のうち接続部２２とは反対側の端部をリム２１１として、リム２１１は、例えば、略円筒形状とされる。微小振動体２は、実装基板３に搭載された際に、リム２１１が、表面２ａ側が実装基板３のうち後述する複数の電極部５３と向き合うと共に、複数の電極部５３の間隔が等間隔となるように搭載される。微小振動体２は、実装基板３への実装時において、リム２１１を含む曲面部２１が他の部材とは接触しない中空状態になる部位である。微小振動体２は、実装基板３に搭載されたとき、中空状態のリム２１１がワイングラスモードで振動可能な構造となっている。

微小振動体２は、例えば、図２や図３に示すように、外径が大きいほうの面を表面２ａとし、その反対面を裏面２ｂとして、この両面の一部または全部を覆う表面電極２３を有する。微小振動体２は、接続部２２のうち裏面２ｂ側の面が実装基板３と向き合う実装面２２ｂとなっている。微小振動体２は、本実施形態では、例えば、接続部２２の底面のうち実装面２２ｂとは反対の面が微小振動体２の吸着搬送に用いられる吸着面２２ａとなっている。

表面電極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、またはＴｉＮ（窒化チタン）等の基材と密着性のある導電性材料の単層膜で構成される。表面電極２３は、例えば、スパッタリングや蒸着、ＡＬＤ（原子層堆積法）等の任意の成膜法により微小振動体２の表面２ａおよび裏面２ｂに成膜される。表面電極２３は、本実施形態では、少なくとも実装面２２ｂおよびリム２１１の表面２ａに成膜され、これらの部位が電気的に接続される構成となっている。表面電極２３は、微小振動体２の表裏面の全域を覆うベタ形状であってもよいし、前述の構成となるようにパターニングされ、表裏面の一部を覆うパターン形状であってもよい。微小振動体２は、表面電極２３のうち接続部２２の実装面２２ｂを覆う部分が、実装基板３のうち後述する電極接続部４２１と接合部材５２を介して接続される。

微小振動体２は、例えば、石英、ホウケイ酸ガラスなどの添加物含有のガラス、金属ガラス、シリコンやセラミック等の材料で構成される。なお、微小振動体２は、三次元曲面形状とされた曲面部２１および接続部２２を形成でき、ワイングラスモードでの振動が可能なものであればよく、前述の材料に限定されない。微小振動体２は、例えば、後述する形成工程により、上記した材料で構成された薄肉基材を加工して形成されることで、曲面部２１および接続部２２の厚みが１０μｍ～１００μｍといった具合のマイクロメートルオーダーの薄肉部材となっている。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、リム２１１の表面２ａ側の外径が５ｍｍといったミリサイズの形状となっている。

微小振動体２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とを備える。型Ｍは、凹部Ｍ１の底面に減圧用の貫通孔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を溶融させる。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位２０１と、支柱部Ｍ２に支えられることで曲面部位２０１の中心近傍で凹む形状となった凹部位２０２とが形成される。また、石英板２０は、凹部Ｍ１の外側に位置する部分が、曲面部位２０１の外周端に位置し、平坦形状とされた端部２０３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側の面から図４Ｃの一点鎖線で示す部分まで研磨およびＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishingの略）を行い、封止材Ｅごと端部２０３を除去する。これにより、石英板２０は、環状曲面を有する曲面部２１と、曲面部２１の頂点から凹んだ接続部２２とを有する形状となる。

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。最後に、例えば、スパッタリングや蒸着等の成膜プロセスにより、上記した加工後の石英板２０の表裏面の両面に表面電極２３を形成する。表面電極２３は、必要に応じて、図示しないマスク等を用いる等の公知の方法によりパターニングされてもよい。

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るが、この製法例に限定されるものではない。例えば、図４Ｂに示す石英板２０を溶融するための熱源は、トーチＴによる火炎Ｆに代わって、火炎Ｆを用いた場合と同等面積で石英板２０を加熱できるヒータであってもよい。このように、微小振動体２の製造工程については、適宜変更されてもよく、他の公知の方法が採用されても構わない。

また、微小振動体２は、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、曲面部２１が椀状の三次元曲面形状を有し、ワイングラスモードで振動可能な構成であればよく、図示したＢＲの形状にのみ限定されるものではない。例えば、接続部２２は、有底筒状の凹部のほか、柱状の形状とされてもよい。

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、例えば、上部基板５の側に、複数の分割内枠部５１と、分割内枠部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と、電極部５３を囲むように互いに離れて配置された分割外枠部５４とを備える。また、実装基板３は、下部基板４側に、例えば、複数の分割内枠部５１と複数の電極部５３とを隔てつつ、複数の分割内枠部５１を囲む円環形状の溝４１と、溝４１の内側と外側とを跨ぐ複数のブリッジ配線４２とを備える。

溝４１は、例えば、図６や図７に示すように、複数の分割内枠部５１と複数の電極部５３との間に設けられる溝であり、ウェットエッチング等により形成される。溝４１は、例えば図８や図９に示すように、微小振動体２のリム２１１の外径に対応する寸法とされ、微小振動体２を実装基板３に実装したときに、リム２１１を実装基板３に接触させないために設けられる。

複数のブリッジ配線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とは電気的に独立している。複数のブリッジ配線４２は、例えば図７に示すように、下部基板４において溝４１を跨ぐと共に、一端側が分割内枠部５１に、他端が分割外枠部５４にそれぞれ接続されており、これらを電気的に接続している。ブリッジ配線４２は、例えば、少なくとも２つ形成され、異なる分割内枠部５１に接続される。ブリッジ配線４２は、実装基板３のうち分割内枠部５１に囲まれた領域を内枠領域として、内枠領域側の一端が微小振動体２の表面電極２３と接続される電極接続部４２１となっている。

複数のブリッジ配線４２は、微小振動体２の表面電極２３に電圧を印加するための電圧印加用配線４２Ａと、表面電極２３の電圧を検出するための電圧検出用配線４２Ｂとを少なくとも１つ以上有している。電圧検出用配線４２Ｂは、実装基板３において電圧印加用配線４２Ａと距離を隔てて配置され、微小振動体２が接続される前においては電圧印加用配線４２Ａとは電気的に独立している。言い換えると、電圧検出用配線４２Ｂの電極接続部４２１は、少なくとも電圧印加用配線４２Ａの電極接続部４２１とは電気的に独立している。ブリッジ配線４２は、例えば、電極接続部４２１とは反対の他端が分割外枠部５４あるいは外部に取り出し可能な図示しない端子に接続され、微小振動体２が図示しない蓋材で封止された後においても、表面電極２３への電圧印加および電圧検出を可能としている。

なお、図５では、電圧印加用配線４２Ａが３つ、電圧検出用配線４２Ｂが１つ、合計４つのブリッジ配線４２が実装基板３に形成され、個々のブリッジ配線４２が電気的に独立している例を示しているが、この例に限定されるものではない。ブリッジ配線４２は、互いに電気的に独立した電圧印加用配線４２Ａと電圧検出用配線４２Ｂを１つ以上有していればよく、その数や配置等については適宜変更されうる。また、電圧印加用配線４２Ａは、複数形成されている場合、他の電圧印加用配線４２Ａとは電気的に独立していてもよいし、電気的に接続されていてもよい。これは、電圧検出用配線４２Ｂについても同様である。

複数の分割内枠部５１は、上面視にて、例えば、全体として断続的な円環形状となす形状とされ、互いに離れて配置されている。複数の分割内枠部５１は、少なくとも２以上配置されると共に、例えば図８や図９に示すように、その外側および内側が微小振動体２に当接しない寸法となっている。複数の分割内枠部５１は、例えば、少なくとも１つが電圧印加用配線４２Ａに接続され、少なくとも他の１つが電圧検出用配線４２Ｂに接続されている。複数の分割内枠部５１は、ブリッジ配線４２が接続されていないものを有していてもよい。

なお、複数の分割内枠部５１は、例えば図５に示すように、４つ形成され、円環形状の枠体を４つに等分割して得られる形状とされるが、これに限定されるものではなく、その数、配置、形状や寸法等については適宜変更されうる。例えば、複数の分割内枠部５１は、図１０に示すように、円環形状の枠体を２つに分割して得られる形状とされ、その１つに電圧印加用配線４２Ａが、残る１つに電圧検出用配線４２Ｂが、それぞれ接続される構成であってもよい。複数の分割内枠部５１は、例えば図１１に示すように、円環形状の枠体を三分割して得られる形状とされ、その１つに電圧印加用配線４２Ａが、他の１つに電圧検出用配線４２Ｂがそれぞれ接続され、残る１つにブリッジ配線４２が接続されない構成であってもよい。複数の分割内枠部５１は、例えば図１２に示すように、上面視にて、楕円形状とされつつ、３つ形成され、実装基板３のうち微小振動体２の接続部２２と対向する領域を対向領域Ｒ１として、互いに離れて対向領域Ｒ１を囲む構成であってもよい。

また、複数のブリッジ配線４２のうち電極接続部４２１は、本実施形態では、例えば図１０～図１２に示すように、互いに距離を隔てつつ、その一部が対向領域Ｒ１内に配置される構成であればよい。つまり、電極接続部４２１は、上面視にて、分割内枠部５１の内郭に沿った形状であってもよいし、円形状、楕円形状等の他の形状であってもよく、その形状、配置や寸法等については分割内枠部５１や微小振動体２の接続部２２に応じて適宜変更されうる。

複数の電極部５３は、溝４１の外周側の位置において、分割内枠部５１を囲むように互いに離れて配置されている。例えば、複数の電極部５３は、図５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、分割内枠部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。

複数の電極部５３は、例えば図６に示すように、それぞれ上面に電極膜５３１が形成されている。複数の電極部５３は、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とで、電位の制御が可能となっている。複数の電極部５３は、いずれも、例えば図１や図８に示すように、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。つまり、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。

なお、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。

分割外枠部５４は、例えば、上面視にて分割内枠部５１を囲む枠体が溝５５により複数に分割された構成とされると共に、図５や図７に示すように、上面にＡｌ等によりなる電極膜５４１を備える。複数の分割外枠部５４は、例えば、それぞれ、異なるブリッジ配線４２を介して異なる分割内枠部５１に電気的に接続されると共に、電極膜５４１に図示しないワイヤが接続される。これにより、複数の分割外枠部５４は、図示しない外部の回路基板等と電気的に接続されると共に、図示しない外部の電源等により、分割外枠部５４を介した微小振動体２の表面電極２３の電位制御および電圧検出を可能とする。

なお、分割外枠部５４のうち電圧検出用配線４２Ｂに接続されたものは、少なくとも電圧印加用配線４２Ａが接続された分割外枠部５４とは電気的に独立した構成とされる。また、分割外枠部５４は、図５に示す４つ形成される例に限定されるものではなく、その数、配置、形状や寸法等については、ブリッジ配線４２の数などに応じて適宜変更されうる。

接合部材５２は、微小振動体２と実装基板３との接合に用いられる導電性材料であり、ブリッジ配線４２の電極接続部４２１と微小振動体２の表面電極２３とを電気的に接続する。接合部材５２は、例えば、ＡｕＳｎ（金錫）、Ａｇ（銀）、Ａｕなどの導電性材料を有してなるペースト状の導電材とされ、シリンジ等を用いて電極接続部４２１に塗布される。接合部材５２は、実装基板３の電極接続部４２１のそれぞれに配置されるが、例えば図８に示すように、少なくとも電圧検出用配線４２Ｂの電極接続部４２１と電圧印加用配線４２Ａの電極接続部４２１とを跨がないように配置される。これは、電圧検出用配線４２Ｂが接合部材５２により電圧印加用配線４２Ａに直接接続され、表面電極２３の印加電圧と電圧印加用配線４２Ａの印加電圧との切り分けができなくなることを防ぐためである。

つまり、実装構造１は、例えば図１３に示すように、微小振動体２の表面電極２３の異なる位置に電圧印加用配線４２Ａと電圧検出用配線４２Ｂとが接続され、配線４２Ａ、４２Ｂが直接接続されず、表面電極２３を介して電気的に接続された構造である。そして、これらの配線４２Ａ、４２Ｂがそれぞれ外部端子に接続されており、表面電極２３のうち実装基板３との接合部以外の部位に接触することなく、外部からの電圧印加および電圧検出が可能となっている。また、微小振動体２が図示しない蓋材により封止された場合であっても、配線４２Ａ、４２Ｂが外部端子に接続されているため、表面電極２３の電圧印加および電圧検出が可能となる。なお、実装基板３の複数の電極部５３は、ワイングラスモードで駆動させるための駆動電極、および静電容量を検出するための検出電極を有し、図示しないワイヤ等で外部に接続されつつ、表面電極２３のうちリム２１１を覆う部分と対向している。また、図１３では、見易くするために、表面電極２３に電圧印加用配線４２Ａおよび電圧検出用配線４２Ｂが１つずつ接続された構成例を示しているが、配線４２Ａ、４２Ｂは、少なくともそれぞれ１つ以上あればよく、この例に限定されない。

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ェットエッチングにより円環状の溝４１を形成する。その後、溝４１を跨ぐと共に、分割内枠部５１の形成予定位置よりも内側に電極接続部４２１を有するブリッジ配線４２を、例えば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基板に後の分割内枠部５１、複数の電極部５３、分割外枠部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。

具体的には、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を部分的に露出させ、分割内枠部５１、複数の電極部５３、分割外枠部５４の各領域を分離させる。これにより、Ｓｉ基板は、互いに離隔した分割内枠部５１、複数の電極部５３、および分割外枠部５４を備える上部基板５となる。また、下部基板４に形成された溝４１は、このＳｉ基板の区画工程により、上部基板５から露出した状態となる。

最後に、例えば、複数の電極部５３および分割外枠部５４の上面にスパッタ等により電極膜５３１、５４１を形成する。このような工程の結果、上記した構造の実装基板３が得られる。そして、実装基板３は、微小振動体２が搭載される際に、下部基板４のうち電極接続部４２１上に接合部材５２が配置される。

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。言い換えると、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。

上記のような工程で製造された実装基板３を図示しないマウンタ装置に吸着固定し、図示しない搬送装置により微小振動体２を搬送し、接合部材５２上に接続部２２の実装面２２ｂを接触させ、接合部材５２を固化することで微小振動体２を搭載することができる。例えば、微小振動体２の吸着面２２ａに図示しない搬送装置の真空吸着可能な把持機構を接触させ、真空吸着を行うことで微小振動体２を搬送できる。そして、図示しないマウンタ装置の加熱機構により実装基板３を加熱し、微小振動体２を搭載後に冷却し、接合部材５２を固化させることで、微小振動体２が実装基板３に接合される。

なお、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。

以上が、微小振動体２の実装構造１の基本的な構成である。実装構造１は、ＢＲＧを構成する場合、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。このＢＲＧ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。このＢＲＧ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、当該ＢＲＧに働く角速度の検出が可能となっている。

本実施形態によれば、微小振動体２の表面電極２３が、実装基板３に形成され、互いに電気的に独立した電圧印加用配線４２Ａおよび電圧検出用配線４２Ｂに接続され、これらのブリッジ配線４２を介して外部と電気的に接続可能な実装構造１となっている。そのため、微小振動体２を実装基板３に接続した後において、電圧検出用配線４２Ｂを介して微小振動体２の表面電極２３の電圧検出をすることができる。これにより、表面電極２３の電圧検出において、表面電極２３のうち実装基板３との接合部以外の部分を直接プロービングする必要がなくなり、微小振動体２の基材や表面電極２３の傷付きやこれに伴うＱ値低下を防止できる実装構造１となる。また、この実装構造１を備えるＢＲＧは、表面電極２３の印加電圧の検査工程が簡便化され、微小振動体２と実装基板３との接合状態に起因する故障検知が可能であるため、歩留まりが向上し、信頼性向上および製造コスト低減の効果も得られる。

（第１実施形態の変形例）
実装基板３は、例えば図１４に示すように、複数の分割内枠部５１に囲まれた内枠領域Ｒ２に、電極接続部４２１を隔てる複数の分割溝４３が形成されていてもよい。

図１４では、図１０と同様に、実装基板３のうちブリッジ配線４２および分割内枠部５１の構成を分かり易くするため、分割内枠部５１の含む所定領域を示すと共に、実装基板３の他の構成要素を省略している。また、図１４では、断面を示すものではないが、ブリッジ配線４２にハッチングを施している。これらは、後述する図２０、図２３についても同様である。

分割溝４３は、微小振動体２と実装基板３の電極接続部４２１とを接合する接合部材５２が濡れ広がった場合に、接合部材５２の余剰部分が流れ込むように、複数の電極接続部４２１それぞれの近傍に形成される。複数の分割溝４３は、例えば、電極接続部４２１と同数形成されると共に、互いに距離を隔てて配置され、別個独立した構成とされる。分割溝４３は、例えば図１５に示すように、電極接続部４２１それぞれの上に配置された接合部材５２の余剰部分が流れ込むことで、異なる電極接続部４２１が接合部材５２により電気的に直接接続されることを防止する役割を果たす。これにより、電圧印加用配線４２Ａと電圧検出用配線４２Ｂとが直接接続されることをより確実に防止することができ、微小振動体２の表面電極２３の電圧検出を安定して行うことが可能となる。なお、微小振動体２は、実装面２２ｂの一部が実装基板３のうち内枠領域Ｒ２の一部と当接しており、実装面２２ｂが実装基板３に突き当てられた突き当て部にもなっている。

なお、複数の分割溝４３は、少なくとも電圧印加用配線４２Ａの近傍に形成されたものと電圧検出用配線４２Ｂの近傍に形成されたものとが離隔した構成であればよく、数、配置、形状、幅や深さの寸法等については適宜変更されうる。また、複数の分割溝４３は、溝４１と同じ工程で形成されてもよいし、溝４１とは別工程でウェットエッチング等により形成されてもよい。

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実装構造１となる。また、実装基板３が複数の分割溝４３を有することで、電圧印加用配線４２Ａと電圧検出用配線４２Ｂとが接合部材５２の回り込むにより直接接続されて絶縁不良となることをより確実に防止できる効果も得られる。

（第２実施形態）
第２実施形態の実装構造１について、図面を参照して説明する。

図１６、図２０では、微小振動体２と実装基板３との接合状態を分かり易くするため、実装基板３のうち分割内枠部５１を含む所定の領域のみを示し、実装基板３の他の部位については省略している。図１６～図１９、図２１では、見易くするため、微小振動体２のうち接続部２２の実装面２２ｂ側の一部構成のみを示し、微小振動体２の他の部分については省略している。また、図１６～図１９では、表面電極２３のパターン形状を分かり易くするため、断面を示すものではないが、表面電極２３にハッチングを施すと共に、図面に示す角度からは見えない一部の外郭を破線で示している。

本実施形態の実装構造１は、例えば図１６に示すように、微小振動体２の表面電極２３のうち接続部２２の側壁面を覆う部分が枝分かれした分岐電極２３１となっている。この実装構造１は、微小振動体２の複数の分岐電極２３１が、接合部材５２を介して、それぞれ実装基板３の異なる分割内枠部５１に接続されている。この実装構造１は、上記した点で上記第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。

微小振動体２は、本実施形態では、接続部２２の実装面２２ｂが表面電極２３から露出すると共に、表面電極２３のうち複数の分岐電極２３１が接合部材５２により実装基板３に接合されている。微小振動体２は、複数の分岐電極２３１が接合部材５２によりそれぞれ異なるブリッジ配線４２の電極接続部４２１に接続されている。微小振動体２は、本実施形態では、接続部２２の裏面２ｂ側における側壁面２２ｃ（以下、単に「側壁面２２ｃ」という）のうち隣接する分岐電極２３１に挟まれた部位が、表面電極２３から露出している。その結果、本実施形態の実装構造１も図１３に示す上記第１実施形態と同様の電気接続構造になっている。

表面電極２３は、本実施形態では、例えば図１７に示すように、側壁面２２ｃのうち実装面２２ｂ側の端部である下端近傍であって、実装基板３の複数の分割内枠部５１に対応する位置に分岐電極２３１を有する構成となっている。言い換えると、表面電極２３は、例えばブリッジ配線４２が接続された分割内枠部５１と同じ数だけ枝分かれした分岐電極２３１を有している。

分岐電極２３１は、隣接する他の分岐電極２３１と接合部材５２を介して直接接続されないように、例えば、図１６に示すように、その幅が分割内枠部５１の幅よりも小さくされる。分岐電極２３１は、例えば図１８に示すように、金属あるいは樹脂などの任意の材料で構成されたキャップマスクＣＰを接続部２２の実装面２２ｂ側に取り付けた状態で、スパッタリング等の真空成膜により表面電極２３を成膜することで形成される。

本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる実装構造１となる。

（第２実施形態の変形例）
実装構造１は、例えば図１９に示すように、実装面２２ｂに実装基板３との位置決め用の底面凸部２４を有した構成であってもよい。この場合、実装基板３は、例えば図２０に示すように、対向領域Ｒ１内に微小振動体２の底面凸部２４と嵌合する嵌合凹部４４を有した構成とされる。

微小振動体２の底面凸部２４は、例えば図４Ａで示す型Ｍとして、支柱部Ｍ２の先端面に突起部を有するものを用意し、上記第１実施形態で説明した工程と同様の工程を経ることで形成されうる。底面凸部２４は、例えば図１９に示すように、その表面に分岐電極２３１の１つが延設された構成とされるが、これに限定されるものではなく、表面電極２３から露出する構成であってもよい。なお、前者の表面電極２３の構成については、底面凸部２４の一部と接続部２２の側壁面２２ｃのうち分岐電極２３１の形成予定部分の１つとを繋ぐ溝を有するキャップマスクＣＰを用いることにより形成することができる。

嵌合凹部４４は、例えば図２１に示すように、微小振動体２を実装基板３上に載置した際に底面凸部２４と嵌合可能となるように、底面凸部２４の外径と同程度の内径とされ、少なくとも底面凸部２４の高さ以上の深さとされている。嵌合凹部４４は、例えば、溝４１と同様に、ウェットエッチング等により形成される。なお、実装基板３は、例えば図２２に示すように、嵌合凹部４４に加えて、嵌合凹部４４と電極接続部４２１とを隔てる複数の分割溝４３を有する構成であってもよい。なお、微小振動体２は、実装面２２ｂのうち底面凸部２４の周囲に位置する部分が、実装基板３のうち内枠領域Ｒ２における嵌合凹部４４の外側または分割溝４３の外側に位置する部分に突き当てられた状態とされた突き当て部となっている。

本変形例によっても、上記第２実施形態と同様の効果が得られる実装構造１となる。また、本変形例によれば、微小振動体２が底面凸部２４を、実装基板３が嵌合凹部４４を、それぞれ有することで微小振動体２と実装基板３との位置決めが簡便化され、歩留まりがより向上し、より接続信頼性の高い実装構造１となる効果が得られる。さらに、実装基板３が複数の分割溝４３を有する場合には、第１実施形態の変形例と同様の効果も得られる。

（第３実施形態）
第３実施形態の実装構造１について、図面を参照して説明する。

図２３では、微小振動体２と実装基板３との接合状態を分かり易くするため、微小振動体２のうち接続部２２を含む所定の領域および実装基板３のうち分割内枠部５１を含む所定の領域のみを示し、微小振動体２および実装基板３の他の部位については省略している。図２４では、実装基板３のうち分割内枠部５１を含む所定の領域のみを示し、実装基板３の他の部位については省略している。

本実施形態の実装構造１は、例えば図２３に示すように、微小振動体２の表面電極２３と実装基板３の電極接続部４２１とが当接し、接合部材５２を介さずに直接接合さ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。

表面電極２３は、本実施形態では、接合部材５２等の他の部材を介することなく、実装基板３の電極接続部４２１と接合されている。表面電極２３および電極接続部４２１は、例えば、限定するものではないが、ＡｌとＣｕ等のように互いに拡散し合うことが可能な導電性材料で構成され、拡散接合を利用して接合されている。

表面電極２３は、例えば、次のような工程により電極接続部４２１と接合されうる。例えば、表面電極２３と電極接続部４２１との接合面が酸化されないように、減圧あるいは不活性ガス雰囲気等の環境下にて、微小振動体２を実装基板３に搭載し、表面電極２３と電極接続部４２１とを当接させる。そして、表面電極２３により電極接続部４２１を加圧しつつ、表面電極２３および電極接続部４２１が共晶点以上、かつこれらの構成材料の融点未満の温度になるように実装基板３を加熱する。これにより、表面電極２３および電極接続部４２１の接触部分において相互の構成材料が他方のバルクに拡散し、共晶層が形成される。このとき、必要に応じて最初の加圧よりも圧力を高くした二次加圧を行ってもよい。その後、冷却を行うことで、表面電極２３および電極接続部４２１が液相を経ることなく、他の部材を介さずに直接接合した状態となる。

なお、本実施形態における表面電極２３と電極接続部４２１との接合は、「直接接合」、「固相接合」、「共晶接合」、「拡散接合」等と称されうる。

本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる実装構造１となる。また、本実施形態では、接合部材５２を用いないため、電圧印加用配線４２Ａと電圧検出用配線４２Ｂとが直接接続されることがなく、絶縁不良をより確実に防止できる効果も得られる。

（第３実施形態の変形例）
実装基板３は、例えば図２４に示すように、微小振動体２との対向領域Ｒ１内であって、複数の電極接続部４２１に囲まれた領域に、補助電極４５を有する構成であってもよい。補助電極４５は、例えば、すべての電極接続部４２１から距離を隔てて配置され、電極接続部４２１とは電気的に独立している。補助電極４５は、微小振動体２の表面電極２３との接合面積を増やし、微小振動体２と実装基板３との接合強度を向上する役割を果たす。補助電極４５は、電圧印加用配線４２Ａと電圧検出用配線４２Ｂとが電気的に独立する構成を保つことができればよく、電圧印加用配線４２Ａまたは電圧検出用配線４２Ｂに接続されていてもよい。

本変形例によっても、上記第３実施形態と同様の効果が得られる実装構造１となる。また、本変形例によれば、補助電極４５により微小振動体２と実装基板３との接合強度が向上し、接合信頼性がより向上する効果が得られる。

（他の実施形態）
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示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。本開示は、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、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

（１）例えば、実装構造１は、微小振動体２が分岐電極２３１を有さない一方で、底面凸部２４を有し、実装基板３が嵌合凹部４４を有する構成であってもよい。また、この場合において、実装基板３は、複数の分割溝を有する構成であってもよいし、電極接続部４２１が接合部材５２を介さずに表面電極２３に直接接合されてもよい。このように、実装構造１は、明らかに両立しない場合を除き、上記各実施形態およびその変形例の構成要素を自由に組み合わせた構成とされうる。

（２）また、実装構造１は、例えば図２５に示すように、実装基板３の電極部５３が上部基板５を構成する基部を有さず、金属配線５３２のみで形成された構成であってもよい。この場合、電極部５３は、金属配線５３２のうち微小振動体２のリム２１１の下面２１１ａと対向する部分となり、ｚ方向において微小振動体２の曲面部２１を振動させることが可能である。リム２１１の下面２１１ａとは、リム２１１のうち微小振動体２の表面２ａと裏面２ｂとを繋ぐ面であって、実装基板３と対向する部分である。さらに、実装構造１は、電圧印加用配線４２Ａおよび電圧検出用配線４２Ｂが上部基板５の基部で構成された分割外枠部５４に代わって、下部基板４上に形成された導電膜４６に接続され、導電膜４６を端子部とする構成であってもよい。なお、導電膜４６は、配線４２と一体であってもよいし、別体であってもよい。

（３）実装構造１は、例えば図２６に示すように、微小振動体２が搭載される実装基板３が分割内枠部５１を有しない構成であってもよい。この場合において、微小振動体２は、例えば図２７に示すように、接合部材５２を介して配線４２の電極接続部４２１と接合されてもよいし、図２８に示すように表面電極２３と配線４２の電極接続部４２１とが直接接合されてもよい。前者の場合、実装基板３は、電圧印加用配線４２Ａと電圧検出用配線４２Ｂとが接合部材５２により直接接続されようにする観点から、電極接続部４２１間に分割溝４３を有した構成とされると、より好ましい。

（４）実装構造１は、例えば図２９に示すように、配線４２の電極接続部４２１が、実装基板３のうち微小振動体２の接続部２２と向き合う対向領域Ｒ１まで延設されておらず、接合部材５２および分割内枠部５１を介して表面電極２３と接続されてもよい。この場合、配線４２は、例えば、一端が分割内枠部５１の直下あるいは対向領域Ｒ１の外側にまで延設されるにとどまり、対向領域Ｒ１もしくは分割内枠部５１よりも内側の領域には突き出ていない構成とされる。このとき、分割内枠部５１は、例えば、導電性シリコンにより構成され、接合部材５２と共に、配線４２と表面電極２３とを電気的に接続している。

（５）なお、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

２・・・微小振動体、２１・・・曲面部、２２・・・接続部、２２ｂ・・・実装面、
２２ｃ・・・側壁面、２３・・・表面電極、２３１・・・分岐電極、２４・・・底面凸部、
３・・・実装基板、４２・・・配線、４２Ａ・・・電圧印加用配線、
４２Ｂ・・・電圧検出用配線、４２１・・・電極接続部、４３・・・分割溝、
４４・・・嵌合凹部、５１・・・分割内枠部、５２・・・接合部材、５３・・・電極、
Ｒ１・・・対向領域、Ｒ２・・・内枠領域

Claims (5)

1. 微小振動体の実装構造であって、
   半球形状の三次元曲面を有する曲面部（２１）と、前記曲面部から前記半球形状の中心に向かって延設された接続部（２２）と、前記接続部および前記曲面部の少なくとも一部を覆う表面電極（２３）とを有する微小振動体（２）と、
   ２つ以上の配線（４２）を有し、前記微小振動体の一部が接続される実装基板（３）と、を備え、
   前記配線のうち一端は、前記表面電極のうち前記接続部を覆う部分と接続される電極接続部（４２１）であり、
   ２つ以上の前記配線は、前記表面電極に電圧を印加するための電圧印加用配線（４２Ａ）、および前記表面電極に印加される電圧を検出するための電圧検出用配線（４２Ｂ）をそれぞれ少なくとも１つ以上含み、
   前記電圧検出用配線は、前記実装基板において前記電圧印加用配線と距離を隔てて配置されている、微小振動体の実装構造。
2. 前記実装基板は、前記電圧検出用配線と前記電圧印加用配線とを隔てる分割溝（４３）が形成されている、請求項１に記載の微小振動体の実装構造。
3. 前記表面電極のうち前記接続部の側壁面（２２ｃ）を覆う部分は、前記電極接続部と同じ数以上に枝分かれし、かつ前記電極接続部に対応する位置に配置された分岐電極（２３１）となっており、
   前記微小振動体は、前記側壁面のうち隣接する前記分岐電極に挟まれた領域が前記表面電極から露出しており、
   複数の前記電極接続部は、接合部材（５２）を介して、それぞれ異なる前記分岐電極に接続されている、請求項１または２に記載の微小振動体の実装構造。
4. 前記微小振動体は、前記接続部の底面である実装面（２２ｂ）に底面凸部（２４）を有し、
   前記実装基板のうち前記微小振動体の前記接続部と対向する領域を対向領域（Ｒ１）として、前記実装基板は、前記対向領域に、前記底面凸部が嵌合する嵌合凹部（４４）を有する、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実装構造。
5. 前記電極接続部は、前記表面電極の一部と当接し、他の部材を介さずに前記表面電極と接合されている、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実装構造。

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