JP4379478B2 - 圧電デバイスおよび圧電デバイスを搭載する電子機器。 - Google Patents

Description

本発明は、水晶などの振動片を用いた圧電デバイス、圧電デバイスの製造方法、及び圧
電デバイスを搭載した電子機器に関する。

図１１に従来の圧電デバイスの構成を示し説明する。
従来の圧電デバイスの構成は、基材であるパッケージ１１４上に、支持基板１１３に固
着されたリード線１１２Ａ，１１２Ｂが接続されており、前記リード線１１２Ａ，１１２
Ｂの一端に、圧電振動片１１０が接続されて保持されている。なお、前記支持基板１１３
は、前記パッケージ１１４に対向する面と表裏の関係にある面に前記リード線１１２Ａ、
１１２Ｂを固着している構成となっていた。

しかしながら、前述の構成によれば、リード線は、パッケージとの接合部におけるパッ
ケージとの密着を確保するために、前記リード線と前記パッケージとの間に存在する支持
基板の厚み分だけ折り曲げられた形状（以下リードフォーミングという）が必要であった
。
また、上面にリード線が露出している構成であるため、例えば、振動片の振動周波数の
チューニングを行なう際に発生する、溶着した金粒の飛散（以下Ａｕスプラッシュという
）などによる、リード線とリード線との短絡不良を発生させるという問題も有していた。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、リード線を支
持基板の下面、即ち、パッケージに対向する面に固着することから、リードフォーミング
することなくリード線をベース基板に密着させることが可能となり、リードフォーミング
加工を不要とすることにある。
また、Ａｕスプラッシュをリード線の上面にある支持基板で受けることにより、リード
線へのＡｕスプラッシュの付着を防止して、リード線とリード線との短絡を防止すること
にある。

かかる課題を解決するために、本発明のジャイロセンサは、回転角速度を検出するための圧電振動片と、前記圧電振動片を保持し一端が前記圧電振動片に接続されたリード線と、前記リード線を支持する支持基板であって、開口部を備え、前記振動片に対向する面に前記リード線の他端近傍が固定された前記支持基板と、前記圧電振動片を収容する凹部を備えたパッケージを有し、
前記リード線は、前記開口部の位置で折り曲げられ、前記圧電振動片が前記パッケージと接触せず前記凹部に位置するように成型され、前記支持基板と前記圧電振動片とが空隙を持って配置されることを特徴とする。
本発明のジャイロセンサによれば、リード線を支持基板の下面、即ち、パッケージに対向する面に固着することから、リードフォーミングすることなくリード線をベース基板に密着させることが可能となり、リードフォーミング加工を不要とすることができる。

また、前記支持基板は、前記支持基板に固定された前記リード線に対向する窓開け部を有することとしてもよい。
このようにすれば、リード線を基材に接合する際に、支持基板を介さずに接合ツールを直接リード線に接触させることができ、接合の不具合を減少させることが可能となる。

また、本発明の電子機器においては、本発明に係るジャイロセンサを搭載して構成されることを特徴とする。
本発明によれば、安価な、不具合の発生を防止することが可能な電子機器を提供することができる。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて説明する。
本実施の形態では、水晶振動片を用いたジャイロセンサを例にして説明する。

＝＝＝ジャイロセンサの構成＝＝＝
図１は、圧電デバイスの一例としてのジャイロセンサの構成を示す説明図であり、図１
（Ａ）は、平面図、図１（Ｂ）は、ａ−ａ'断面を表す正面図である。
図１によれば、ジャイロセンサ１００は、電子機器及び乗り物のような物体の姿勢や位
置を検出すべく前記物体に搭載されて使用される。ジャイロセンサ１００は、圧電振動片
であるジャイロ振動片１０と、ジャイロ振動片１０を保持するための支持機構であるリー
ド線１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ及び１６Ｂと、前記リード線１５Ａ等を介して前記ジャイロ
振動片１０が載置されるための、例えばセラミック製のパッケージ２０と、前記リード線
を支持するための支持基板２２と、前記ジャイロ振動片１０等の部材を収納するための蓋
体１９とから構成されている。

＜第一の実施の形態＞
以下第一の実施の形態について図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照しながら、図２、図３
、及び図４を用いて説明する。図２は、駆動アームの動作を示す。図３は、駆動アームの
動作とコリオリ力との関係を示す。図４は、検出アームの動作を示す。

＝＝＝振動片の構成＝＝＝
ジャイロセンサ１００に用いられるジャイロ振動片１０は、従来知られた駆動モード、
検出モード、及びスプリアスモードという３つのモードで動作すべく、駆動部を構成する
第一の駆動腕部及び第二の駆動腕部である第一の駆動アーム１１Ａ及び第二の駆動アーム
１１Ｂと、検出部である検出アーム１２と、腕支持部であるアーム支持部１３と、支持部
である支持板１４とを有している。

第１及び第２の駆動アーム１１Ａ、１１Ｂは、図１（Ａ）に示されるように、各々が図
示のＹ方向に延在する即ち相互に平行する、所定長を有する板状の部材である。第１及び
第２の駆動アーム１１Ａ、１１Ｂは、図示のＸ方向に沿った振動中に、前記した物体の姿
勢の変動の一つである、図示のＺ方向を回転軸として与えられる回転に応じて、当該回転
角速度の大きさに対応するコリオリ力を生成する。

駆動アーム１１Ａは、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、その中心を軸とする屈曲
動作により振動し、より詳細には、その端部に近い部位ほどＸ方向に沿って大きく変位す
るという凹凸型に変形することにより振動する。駆動アーム１１Ｂは、駆動アーム１１Ａ
が変形する凹凸形状とは線対称な関係にある形状に屈曲動作により振動する。

図３に示されるように、第１の駆動アーム１１Ａが点線で示された形状から実線で示さ
れた形状へ変化しており、第２の駆動アーム１１Ｂも点線で示された形状から実線で示さ
れた形状へ変化しているとき、紙面内時計回り方向の回転が加えられると、コリオリ力は
、図３の矢印１９Ａ、１９Ｂで示される方向に発生する。他方で、第１の駆動アーム１１
Ａが実線で示された形状から点線で示された形状へ変化し、第２の駆動アーム１１Ｂが実
線で示された形状から点線で示された形状へ変化しているとき、紙面内時計回り方向の回
転が加えられると、コリオリ力は、図３の矢印１９Ａ、１９Ｂとは反対方向に発生する。

検出アーム１２は、第１の駆動アーム１１Ａ及び第２の駆動アーム１１Ｂと同様に、図
示のＹ方向に沿って延在している、所定長を有する板部材である。即ち、第１の駆動アー
ム１１Ａ、第２の駆動アーム１１Ｂ、及び検出アーム１２は、相互に平行である。検出ア
ーム１２は、第１及び第２の駆動アーム１１Ａ、１１Ｂに働く前記コリオリ力を検出すべ
く、第１及び第２の駆動アーム１１Ａ、１１Ｂからアーム支持部１３を経て伝播される前
記コリオリ力に応答して、当該コリオリ力の大きさに対応する振動を行なう。

検出アーム１２は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、図３（Ａ）〜（Ｃ）で示し
た第１及び第２の駆動アーム１１Ａ、１１Ｂの屈曲動作と同様に、概ねＳ字状及び逆Ｓ字
状に変形するという屈曲動作を行なう。検出アーム１２による前記屈曲動作回転により発
生する電気信号を検出することにより前記コリオリ力の大きさを知得し、これにより、前
記物品に加えられた回転角速度の大きさを認識する。

図１（Ａ）に戻り、アーム支持部１３は、一端が第１の駆動アーム１１Ａの中心に接続
されており、他端が第２の駆動アーム１１Ｂの中心に接続されており、検出アーム１２は
、その中心がアーム支持部１３の中心と一致するように接続されている。支持板１４は、
アーム支持部１３と検出アーム１２との接続点を含む所定の面積を有する板状部材である
。

＝＝＝振動片の保持構造＝＝＝
Ｘ方向に延在するリード線１５Ａと１５Ｂ及びＹ方向に延在する１６Ａと１６Ｂは、相
互に同一又は異なる形状を有する帯状部材である。また、リード線１５Ａ、１５Ｂ、１６
Ａ及び１６Ｂは、図１（Ｂ）に示されるように、一端が支持板１４の対応する辺の近傍に
接続されており、他端がパッケージ２０に接続されている。
リード線１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ、及び１６Ｂは、パッケージ２０上に該リード線１５
Ａ等を挟んだ位置関係で設けられる支持基板２２によって固定されている。

ここで、リード線１５Ａ等の形状について詳細を説明する。リード線１５Ａ、１５Ｂ、
１６Ａ、及び１６Ｂは、ジャイロ振動片１０が支持基板２２、及びパッケージ２０と接触
しないように成型されている。詳述すれば、パッケージ２０に一端を接続したリード線１
５Ａ等は支持基板２２の開口部１８の位置で支持基板２２の周縁部から中央上方に向かう
方向に一旦折り曲げられた後、さらにパッケージ２０の底面２１にほぼ平行となるように
他端を含む部位を折り曲げ、他端にジャイロ振動片１０を接続する。

支持基板２２は、例えば、図５に示す支持基板２２の断面図のように、ステンレス鋼板
３０にポリイミド樹脂等の絶縁層３１を設けた基板であり、絶縁層３１にリード線１５Ａ
、１５Ｂ、１６Ａ、及び１６Ｂが固定されており、その中央には、該リード線１５Ａ等の
成型のための開口部１８が設けられている。さらに、支持基板２２には、それぞれのリー
ド線１５Ａ等の一端近傍にはそれぞれ窓開け部２３、２４，２５、及び２６が設けられて
いる。

また、窓開け部２３、２４，２５、及び２６の形状について、図８により説明する。図
８は、支持基板における窓開け部の応用例を示す図である。図８に示すように、窓開け部
２３、２４，２５、及び２６の形状については、半円形状、コーナー部が円弧状となった
形状など、リード線の一端をパッケージ２０に接続する際の阻害要因とならない形状であ
ればよい。

上述したように、第一の実施の形態の圧電デバイスによれば、リード線１５Ａ等を支持
基板２２の下面、即ち、パッケージ２０に対向する面に固着することから、リード線１５
Ａ等のリードフォーミングをすることなく、リード線１５Ａ等をパッケージ２０に密着さ
せることが可能となる。
また、Ａｕスプラッシュをリード線の上面にある支持基板で受けることにより、リード
線へのＡｕスプラッシュの付着を防止して、リード線とリード線との短絡を防止すること
も可能となる。

＝＝＝圧電振動デバイスの製造方法＝＝＝
本発明のジャイロセンサの製造方法の一例について図７を用いて説明する。図７は、リ
ード線の両端の接続方法を示す図である。
先ず、図７においては図示しないが、支持基板２２に固定されたリード線１５Ａ等は、
支持基板２２の窓開け部において、所定の形状に成型されている。
次に、図７（Ａ）に示すように、リード線１５Ａ等（リード線は複数本存在しており、
前述の第一の実施の形態においては、１５Ａ、１５Ｂ、１６Ａ及び１６Ｂを示して説明し
たが、以下の本製造方法の説明においては、１５Ａを代表例として１５Ａ等と称して説明
する）とジャイロ振動片１０とを接続する。パッケージ２０に一端を固着されたリード線
１５Ａ等は、他の一端にジャイロ振動片１０を載置し、導電性接着剤３３を塗布したのち
乾燥を行なってジャイロ振動片１０の支持電極２７と接続する。

次に、図７（Ｂ）に示すように、成型されたリード線１５Ａ等をパッケージ２０と固着
する。詳述すると、例えばパッケージ２０上にＡｕバンプ３２を載置し、さらに、Ａｕバ
ンプ３２上にリード線１５Ａ等を載置する。ここで、前述の固着部分の支持基板２２には
窓開け部２３が設けられており、この窓開け部２３に加熱ツール２９などを挿入してリー
ド線１５Ａ、Ａｕバンプ３２、及びパッケージを加熱しながら加圧することによって固着
する。

なお、前述の圧電振動デバイスの製造方法においては、先ず、リード線にジャイロ振動
片を接続した後、前記リード線をパッケージに固着することで説明したが、工程順序は逆
でもよく、先ず、パッケージにリード線を固着した後、ジャイロ振動片をリード線に固着
することとしてもよい。

本方法によれば、加熱ツールをリード線１５Ａ等に直接当てることができるため、加熱
の効率を高めることができるとともに、安定した固着を行なうことができる。

＜第二の実施の形態＞
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を用いて第二の実施の形態について説明する。図６は、圧電
デバイスの一例としてのジャイロセンサの構成を示す説明図であり、図６（Ａ）は、平面
図、図６（Ｂ）は、ａ−ａ'断面を表す正面図である。
本実施形態に係るジャイロセンサ１００の構成については、前述した「ジャイロセンサ
の構成」と同じであるため詳細の説明はここでは行なわない。また、振動片の構成につい
ても前述した第一の実施の形態で説明した「振動片の構成」と同じであるため詳細の説明
は省略する。

＝＝＝振動片の保持構造＝＝＝
Ｘ方向に延在するリード線４０Ａと４０Ｂ及びＹ方向に延在する４１Ａと４１Ｂは、相
互に同一又は異なる形状を有する帯状部材である。また、リード線４０Ａ、４０Ｂ、４１
Ａ及び４１Ｂは、図６（Ｂ）に示されるように、一端が支持板１４の対応する辺の近傍に
接続されており、他端がパッケージ４６に接続されている。
リード線４０Ａ、４０Ｂ、４１Ａ、及び４１Ｂは、パッケージ４６上に該リード線４０
Ａ等を挟んだ位置関係で設けられる支持基板４２によって固定されている。

ここで、リード線４０Ａ等の形状について詳細を説明する。リード線４０Ａ、４０Ｂ、
４１Ａ、及び４１Ｂは、ジャイロ振動片１０がパッケージ４６と接触せずパッケージ４６
の底面４８に設けられた凹部４５に位置するようにに成型されている。詳述すれば、パッ
ケージ４６に一端を接続したリード線４０Ａ等は支持基板４２の開口部４３の位置で支持
基板４２の周縁部から中央下方に向かう方向に一旦折り曲げられた後、さらにパッケージ
凹部４５の底面４７にほぼ平行となるように他端を含む部位を折り曲げ、他端にジャイロ
振動片１０を接続する。

支持基板４２は、例えば、ステンレス鋼板にポリイミド樹脂等の絶縁層を設けた基板で
あり、前記絶縁層にリード線４０Ａ、４０Ｂ、４１Ｂ及び４１Ｂが固定されており、その
中央には、該リード線４０Ａ等の成型のための開口部４３が設けられている。さらに、支
持基板４２には、それぞれのリード線４０Ａ等の一端近傍にはそれぞれ窓開け部２３、２
４，２５、及び２６が設けられている。
上述したように、第二の実施の形態の圧電デバイスによれば、リード線４０Ａ等を支持
基板４２の下面、即ち、パッケージ４６に対向する面に固着することから、リード線４０
Ａ等のリードフォーミングをすることなく、リード線４０Ａ等をパッケージ４６に密着さ
せることが可能となる。

また、図９の正面断面図に示すように、リード線３５を折り曲げすることない形状の構
成、即ち、支持基板３６のパッケージに対向する面に固定されたリード線３５の一端をパ
ッケージ３７に固着して平坦に延在した他の一端にジャイロ振動片１０を接続した構成に
してもよい。
このような構成によれば、リード線３５のパッケージとの接続部におけるリードフォー
ミングをすることなく、リード線３５等をパッケージ３７に密着させることが可能となる
。
また、振動片との接続部においてもリード線３５等のリードフォーミングが不要となり
、リード線加工の容易性を向上することも可能となる。

＜その他の実施の形態＞
ここで、本発明の圧電発振器の構成を説明する。図１０は、本発明の圧電発振器の構成
を示す正面断面図である。
図１０によれば、圧電発振器５０は、圧電振動片６０と、圧電振動片６０を保持するた
めの支持機構である複数のリード線５５Ａ及び５５Ｂ（本例では５５Ａ、５５Ｂの２本で
説明する）と、前記リード線５５Ａ及び５５Ｂを介して前記圧電振動片６０が載置される
ための、例えばセラミック製のパッケージ５８と、前記リード線５５Ａ及び５５Ｂを支持
するための支持基板５６と、少なくとも圧電振動片６０を発振させるための機能を有する
回路素子５７と、圧電振動片６０等の部材をパッケージ５８の中に収納するための蓋体５
９とから構成されている。

なお、リード線５５Ａ及び５５Ｂは、パッケージ５８上に該リード線５５Ａ及び５５Ｂ
を挟んだ位置関係で設けられる支持基板５６によって固定されている。

ここで、リード線５５Ａ及び５５Ｂの形状について説明する。リード線５５Ａ及び５５
Ｂは、圧電振動片６０がパッケージ５８、又は回路素子５７等と接触せずパッケージ５８
内に位置するようにに成型されている。詳述すれば、パッケージ５８に一端を接続したリ
ード線線５５Ａ及び５５Ｂは支持基板５６の窓開け部（図示しない）の位置で支持基板５
６の周縁部から中央上方に向かう方向に一旦折り曲げられた後、さらにパッケージ５８の
底面にほぼ平行となるように他端を含む部位を折り曲げ、他端に圧電振動片６０を接続す
る。

上述したような構成の圧電発振器によれば、リード線５５Ａ等を支持基板５６の下面、
即ち、パッケージ５８に対向する面に固着することから、リード線５５Ａ等のリードフォ
ーミングをすることなく、リード線５５Ａ等をパッケージ５８に密着させることが可能と
なる。

また、本発明の圧電振動子、または圧電発振器を用いた電子機器について説明する。
本発明の圧電デバイス、または圧電発振器は、例えば、携帯電話、ビデオカメラ、デジ
タルカメラ及びパソコンなどの電子機器において、制御基準信号、計時機能の基準信号、
またはセンサなどに使用される。
本発明によれば、加工を容易にすることによる安価な圧電デバイス及び圧電発振器を用
いることにより、安価な電子機器を提供することができる。

以上説明したように、本発明の圧電デバイス、圧電デバイスの製造方法及び圧電デバイ
スを搭載した電子機器によれば、リード線を支持基板の下面、即ち、パッケージに対向す
る面に固着することから、リードフォーミングすることなくリード線をベース基板に密着
させることが可能となり、リードフォーミング加工を不要とすることができる。即ち、加
工の容易性を高め、安価な圧電デバイスを提供することが可能となる。
また、Ａｕスプラッシュをリード線の上面にある支持基板で受けることが可能となり、
リード線へのＡｕスプラッシュの付着を防止して、リード線とリード線との短絡を防止す
ることも可能となる。

図１は、圧電デバイスの一例としてのジャイロセンサの構成を示す説明図であり、図１（Ａ）は、平面図、図１（Ｂ）は、ａ−ａ'断面を表す正面図である。 図２は、駆動アームの動作を示す図である。 図３は、駆動アームの動作とコリオリ力との関係を示す図である。 図４は、検出アームの動作を示す図である。 図５は、支持基板２２の構造を示す断面図である。 図６は、圧電デバイスの一例としてのジャイロセンサの構成を示す説明図であり、図６（Ａ）は、平面図、図６（Ｂ）は、ａ−ａ'断面を表す正面図である。 図７は、リード線の両端の接続方法を示す図である。 図８は、支持基板における窓開け部の応用例を示す図である。 図９は、本発明の応用例を示す正面断面図である。 図１０は、本発明の圧電発振器の構成を示す正面断面図である。 図１１は、従来の圧電デバイスの構成を示す図である。

符号の説明

１０…圧電振動片であるジャイロ振動片、１１Ａ，１１Ｂ…第一の駆動腕部である第一
の駆動アーム、１２…検出部である検出アーム、１３…腕支持部であるアーム支持部、１
４…支持部である支持板、１５Ａ，１５Ｂ…Ｘ方向に延在するリード線、１６Ａ，１６Ｂ
…Ｙ方向に延在するリード線、１８…支持基板の開口部、１９…蓋体、２０…パッケージ
、２１…パッケージの底面、２２…支持基板、２３，２４，２５，２６…支持基板の窓開
け部、２７…ジャイロ振動片の支持電極、２９…加熱ツール、３２…Ａｕバンプ、３３…
導電性接着剤、５７…回路素子、１００…ジャイロセンサ。

Claims (3)

1. 回転角速度を検出するための圧電振動片と、
   前記圧電振動片を保持し一端が前記圧電振動片に接続されたリード線と、
   前記リード線を支持する支持基板であって、開口部を備え、前記振動片に対向する面に前記リード線の他端近傍が固定された前記支持基板と、
   前記圧電振動片を収容する凹部を備えたパッケージを有し、
   前記リード線は、前記開口部の位置で折り曲げられ、前記圧電振動片が前記パッケージと接触せず前記凹部に位置するように成型され、
   前記支持基板と前記圧電振動片とが空隙を持って配置されることを特徴とするジャイロセンサ。
2. 請求項１に記載のジャイロセンサにおいて、
   前記支持基板は、前記支持基板に固定された前記リード線に対向する窓開け部を有することを特徴とする圧電デバイス。
3. 請求項１又は請求項２に記載のジャイロセンサを搭載して構成されることを特徴とする電子機器。

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