JP4682671B2 - 圧電デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、上記問題を解消するためになされたものであって、その目的は、圧電振動片の振動特性が支持構造の影響を受けない柔軟な支持構造と、落下などの衝撃によって生ずる圧電振動片の変位を抑える支持構造とを同時に実現して、安定した振動特性と耐衝撃性とを兼ね備えたジャイロ振動片などの圧電振動片を有する圧電デバイスを提供することにある。
以下、本発明をジャイロセンサに具体化した第一の実施形態について図面に従って説明する。
まず、ジャイロセンサ1の全体構成を説明する。
ジャイロセンサ1は、水晶からなる圧電振動片としてのジャイロ振動片10と、ジャイロ振動片10を支持して且つ電気的に接続するのに供する複数(本例では6本)の電極リード6a〜6fと複数の電極リード6a〜6fの一方端部を支持する支持基材5とを有する支持基板としてのTAB基板4と、前記ジャイロ振動片10が支持されたTAB基板4を収納するパッケージ2の収納容器であるパッケージ本体2aと、このパッケージ本体2aの上面開口を天板として封鎖しているパッケージ蓋体2bとから構成されている。
次に、TAB基板4の複数の電極リード6a〜6fの形状を中心に図面に従って詳細に説明する。
図2は、本実施形態に係るTAB基板の電極リード形状を説明する平面図である。
本実施形態では、電極リード6a,6bの幅は44μm〜54μmに、また、電極リード6c,6d及び6e,6fは、24〜34μmの幅で形成されている。このように、複数の電極リードは、電極リード6a,6bが属する太い電極リード群と、電極リード6c,6d及び6e,6fが属する細い電極リード群とに群分けされている。
また、ギャングボンディングするときのジャイロ振動片10の高さと、TAB基板4の高さとを調整することによって、電極リード6a〜6fの厚み方向の屈曲形状を制御して形成する。従って、ジャイロ振動片10の下面がTAB基板4と接触しないように空隙Tを形成することができる。本実施形態では、TAB基板4とジャイロ振動片10のクリアランスを50μm以上確保するように、空隙Tを形成している。
次に、ジャイロ振動片10について、図面を用いて詳細に説明する。
図1(a)に示すように、ジャイロセンサ1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の3つのモードで動作すべく、駆動モードに供する第一の駆動アーム11及び第二の駆動アーム12と、検出モードに供する検出アーム13と、連結アーム14と、支持板部15とを有している。
また、前記二対の電極リード6c,6f及び6d,6eに挟まれた真中に配置され、太めに形成された一対の電極リード6a,6bは、剛性があり変形し難いうえ、電極バンプ16a,16bおよび支持基材5との接合面積を広く稼げてこれらとの接合強度が高くなっているので、電極リード6a〜6fの全体的な強度が増すことになる。例えば振動や落下時の衝撃がジャイロセンサ1に加わったとき、パッケージ2内でのジャイロ振動片10の変位を小さく抑えることができるため、ジャイロ振動片10がパッケージ2の内壁に当たって破損などすることが防止される。また、電極リード6a〜6fの全体的な強度が増していることから、ジャイロセンサ1に強い衝撃が加わったときにも電極リード6a〜6fが塑性変形しにくくなる。よって、電極リード6a〜6fが塑性変形したことに起因するジャイロ振動片10の姿勢や位置のずれを防止することが可能になる。
さらに電極リード6a〜6fは、ジャイロセンサ1の固有振動数がジャイロ振動片10を振動源とする共振が起きにくい値となるように、バネ定数の調整がなされている。このため、ジャイロセンサ1の使用時に共振が起きにくくなって共振に起因する検出精度の低下が抑制されるため、ジャイロセンサ1を用いて回転角速度を検出する際に高い検出精度が得られる。
さらに電極リード6a〜6fは、ジャイロセンサ1の固有振動数がジャイロ振動片10を振動源とする共振が起きにくい値となるように、バネ定数の調整がなされている。このため、ジャイロセンサ1の使用時に共振が起きにくくなって共振に起因する検出精度の低下が抑制されるため、ジャイロセンサ1を用いて回転角速度を検出する際に高い検出精度が得られる。
この結果、二対の細めの電極リード6c,6d及び6e,6fの2つの接合箇所間で空中配線された部分のリード長が、屈曲したリード経路をとるリード形状の採用により長くなり、これによりリード幅を細くし過ぎることなく電極リード6c〜6fに必要なバネ性(小さなバネ定数)を付与することができ、ジャイロ振動片10をより柔軟な支持に供することが可能となる。
これにより同じ機能の端子と接合される電極リード6a,6b間及び電極リード6c〜6f間で例えばインピーダンス等の電気特性が揃うため、駆動アーム11A,11B,12A,12B間における駆動タイミングのずれや、検出用端子からの検出信号の入力タイミングのずれを極力小さく抑えることができる。従って、ジャイロセンサ1の検出精度を高く確保することができる。
この結果、ジャイロ振動片10は、複数(6本)の電極リード6a〜6fとの接合箇所のみで6点支持されるので、ジャイロ振動片10を柔軟に支持することができる。従って、ジャイロ振動片10への支持構造の影響を最小限に抑えられるので、ジャイロ振動片10の振動特性を劣化させることなく、優れたジャイロセンサ1を提供することができる。
この結果、電極リード6a〜6fは腐蝕等の表面劣化を起こし難く、また、接続部でのマイグレーション等も起こり難くすることが可能であるため、高信頼性を有するジャイロセンサ1を提供することが可能である。
この結果、ジャイロ振動片10用のTAB基板4が等間隔で形成されたフープ状のTAB基板リールにより、リールトゥリール(Reel to reel)で連続してTAB基板へのジャイロ振動片10の接合ができるため、生産性に優れた効率的なジャイロセンサ1の生産が可能となる。しかも、ギャングボンディングするときのジャイロ振動片10とTAB基板4の高さとを調整することによって、電極リード6a〜6fをジャイロ振動片10側に曲げた形状を制御して形成することが可能となる。従って、ジャイロセンサ1に振動や落下などの衝撃が加わったときに、ジャイロ振動片10の下面がTAB基板4と接触しないで、且つ、ジャイロ振動片10がパッケージ蓋体2bに接触しない、最適なTAB基板4とジャイロ振動片10とのクリアランスを確保することが可能となり、耐衝撃性の優れたジャイロセンサ1を提供することができる。
上記第一の実施形態では、TAB基板4の複数の電極リード6a〜6fのリード幅を、ジャイロ振動片10の中心点Gに対して点対称の位置関係にあるリード対と、ジャイロ振動片10を二分する中心線P1(またはP2)に対して線対称の位置関係にあるリード対を同じ太さにして太い電極リード6a,6bと細い電極リード6c〜6fを混在させる方法を示した。これに対して、この第二の実施形態では、各電極リード6a〜6fの太さを異ならせる方法として、リード幅を異ならせるのではなく、電極リードの厚みを異ならせる方法を採用している。特に細い(リード断面積の小さい)電極リードについて厚みを一部分薄くしている。
この構成によれば、例えば突起部27に金などの接合金属を必要量積層させて形成することにより、ジャイロ振動片10の各バンプ電極16a〜16fにバンプ突起部を設けずに、双方を接合することが可能となる。
図7に示すTAB基板44のように、真中に位置する一対の電極リード46a,46bのリード幅を細めに形成し、両端に位置する二対の電極リード46c,46d及び46e,46fを太めに形成する構成としてもよい。
この構成によれば、ジャイロ振動片10の大きさや重さに応じて、適切な柔軟性と耐衝撃性を有する支持構造を構成することが可能となる。
図8に示すTAB基板54のように、開口穴7上に突出する電極リード56a〜56fの形状は上記第一の実施形態に示すように形成し、電極リード56a〜56fの支持基材5上に支持される側は太めに形勢してもよい。
この構成によれば、上記第一の実施形態と同じ作用効果が得られるうえに、支持基板5と各電極リード56a〜56fとの支持基材5との接着面積が大きくとれるために密着力が上がるので、ジャイロセンサ1の信頼性や耐衝撃性を確保することが可能となる。
Claims (11)
- 複数対の端子部を備える圧電振動片と、
前記端子部の各々に一端部が一つずつ接合された複数の電極リードであって、前記複数の電極リードのうち同数ずつが平面視で互いに離反する方向へ延在している複数の電極リードと、
前記複数の電極リードの他端部を支持する支持基材と、を備え、
前記複数の電極リードの対称中心となる点に対して点対称の位置関係にある少なくとも一対の電極リードの太さが、前記対称中心となる点に対して点対称の位置関係にある他の少なくとも一対の電極リードの太さと異なり、
前記電極リードの太さの違いは、前記電極リードのリード厚が異なることにより、
前記対称中心となる点に対して点対称の位置関係にある少なくとも一対の電極リードをそれぞれ含むように異なる太さごとに群分けされた複数の電極リード群のうち、一番太い電極リード群を除く、少なくとも一つの電極リード群に属する電極リードの前記一端部のリード厚は、前記電極リードの前記一端部と前記他端部との間のリード厚よりも厚く形成されていることを特徴とする圧電デバイス。 - 複数対の端子部を備える圧電振動片と、
前記圧電振動片の端子部の各々に一端部が一つずつ接合された複数の電極リードであって、前記複数の電極リードのうち同数ずつが平面視で互いに離反する方向へ延在している複数の電極リードと、
前記複数の電極リードの他端部を支持する支持基材と、を備え、
前記複数の電極リードの対称中心となる点に対して点対称の位置関係にある少なくとも一対の電極リードの太さが、前記対称中心となる点に対して点対称の位置関係にある他の少なくとも一対の電極リードの太さと異なり、
前記電極リードの太さの違いは、前記電極リードのリード幅が異なることにより、
前記対称中心となる点に対して点対称の位置関係にある少なくとも一対の電極リードをそれぞれ含むように異なる太さごとに群分けされた複数の電極リード群のうち、一番太い電極リード群を除く、少なくとも一つの電極リード群に属する電極リードは、前記他端部側から前記一端部側へ近づくに従って徐々にリード幅が狭くなるように形成されていることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1又は2に記載の圧電デバイスにおいて、
前記対称中心となる点を通り、前記複数の電極リードの対称中心となる線を前記圧電振動片上に設定した場合、前記複数の電極リード群のうち、同じ電極リード群に属する前記対称中心となる点に対して点対称の位置関係にある少なくとも一対の電極リードを構成するそれぞれの電極リードと、前記それぞれの電極リードの少なくとも一方と前記対称中心となる線に対して線対称の位置関係にある電極リードとは、前記同じ電極リード群に属することを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
前記対称中心となる点に近い側に位置する端子部に接合され、前記対称中心となる点に対して点対称の位置関係にある少なくとも一対の電極リードの太さが、前記対称中心となる点から遠い側に位置する端子部に接合され、前記対称中心となる点に対して点対称の位置関係にある少なくとも一対の電極リードより太いことを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
前記電極リードの前記一端部と前記他端部のうち少なくとも一方の幅が、前記電極リードの前記一端部と前記他端部との間の部位の最小幅より広く形成されていることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項4又は5に記載の圧電デバイスにおいて、
前記複数の電極リードのうち、一番太い電極リード群を除く少なくとも二対の電極リードは、前記一端部と前記他端部との間の部位においてリード経路を屈曲させた形状に形成されていることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
前記圧電振動片の同種の電気信号のやりとりに供する前記端子部と接合される少なくとも一対の電極リードは、同じ太さの前記電極リード群に属することを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項7に記載の圧電デバイスにおいて、
前記圧電振動片の検出信号のやりとりに供する前記端子部と接合される少なくとも一対の電極リードの太さが、前記圧電振動片の駆動信号のやりとりに供する前記端子部と接合される少なくとも一対の電極リードより太いことを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
同じ電極リード群に属する電極リードはすべて同じ太さであることを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項9に記載の圧電デバイスにおいて、
前記同じ電極リード群に属し、前記対称中心となる点に対して点対称の位置関係で対をなす電極リードは、前記対称中心となる点に対して点対称となるリード形状をそれぞれ有することを特徴とする圧電デバイス。 - 請求項1〜10のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
前記電極リードの前記一端部と前記他端部との間の部位の長さは、前記点対称の位置関係にある電極リード間で略等しいことを特徴とする圧電デバイス。
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