JPWO2018154936A1 - 振動センサ - Google Patents

Abstract

振動センサは、上面に凹部を有する基板と、凹部内に位置しており、上面が凸状に湾曲している導電板と、基板に位置し、凹部の周囲を囲んだ枠状導電部材と、基板上に位置し、枠状導電部材で囲まれる領域に導電板と接触した球状導電部材と、基板上に位置し、枠状導電部材を取り囲む枠体と、基板上に位置し、凹部を取り囲むとともに枠状導電部材と接続されているメタライズ層と、枠体上に位置し、球状導電部材を覆う蓋体とを備えている。

Description

本発明は、振動センサに関する。

近年、転動可能な導電性球状電極と固定電極との電気的接触を利用して、傾斜や振動状態を検知する振動センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開2009−238715号公報 特開2015−87220号公報

本発明の一実施形態に係る振動センサは、上面に凹部を有する基板と、前記凹部内に位置しており、上面が凸状に湾曲している導電板と、前記基板上に位置し、前記凹部の周囲を囲んだ枠状導電部材と、前記基板上に位置し、前記枠状導電部材で囲まれる領域に前記導電板と接触した球状導電部材と、前記基板上に位置し、前記枠状導電部材を取り囲む枠体と、前記基板上に位置し、前記凹部を取り囲むとともに前記枠状導電部材と接続されているメタライズ層と、前記枠体上に位置し、前記球状導電部材を覆う蓋体とを備えている。

本実施形態に係る振動センサの概観を示す斜視図である。 本実施形態に係る振動センサから蓋体を外した状態を示す斜視図である。 図１で示した振動センサの側面図である。 （ａ）は図１で示した振動センサの上面図であり、（ｂ）は下面図である。 図１のＸ−Ｘに沿った振動センサの断面を示す斜視図である。 図５で示した振動センサの断面図である。 図５で示した振動センサの要部を拡大して示す斜視図である。 図１で示した振動センサを分解して示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は図１で示した振動センサを分解して示す平面図である。 （ａ）は図１で示した振動センサに含まれるパッケージを上側から見た斜視図であり、（ｂ）は下側から見た斜視図である。 図６の変形例を示す断面図である。 図６の他の変形例を示す断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる振動センサの実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものとする。また、以下の実施形態における上下の区別は便宜的なものであり、実際に振動センサが使用されるときの上下を限定するものではない。

＜振動センサの概略構成＞
図１は、本実施形態に係る振動センサの概観斜視図であって、蓋体を取り付けた状態を示している。図２は、本実施形態に係る振動センサの外観斜視図であって、蓋体を取り外して内部が見える状態を示している。図３は、図１で示した振動センサの側面図である。図４（ａ）は、図１で示した振動センサの上面図であり、図４（ｂ）は下面図である。図５は、図１のＸ−Ｘに沿った振動センサの断面を示す外観斜視図である。図６は、図５で示した振動センサの断面図である。図７は、図６で示した振動センサの要部を拡大して示す斜視図である。図８は、図１で示した振動センサを分解して示す斜視図である。図９（ａ）および（ｂ）は、図１で示した振動センサを分解して示す平面図である。図10（ａ）は図１で示した振動センサに含まれるパッケージを上側から見た斜視図であり、図10（ｂ）は下側から見た斜視図である。

振動センサは、家電製品、電子機器等に組み込んで、それらの製品の傾斜や振動を検出するためのものである。家電製品や電子機器の例としては、デジタルカメラ、携帯電話、スマートフォン等である。振動センサは、振動センサの導通状態の変化に応じて、各種家電製品や電子機器の動作を変化させることができる。

本実施形態に係る振動センサ１は、上面に凹部２ａを有する基板２と、凹部２ａ内に位置しており、上面が凸状に湾曲している導電板３と、基板２上に位置し、凹部２ａの周囲を囲んだ枠状導電部材４と、基板２上に位置し、枠状導電部材４で囲まれる領域に導電板３と接触した球状導電部材５と、基板２上に位置し、枠状導電部材４を取り囲む枠体６と、基板２上に位置し、凹部２ａを取り囲むとともに枠状導電部材４と接続されているメタライズ層７と、枠体６上に位置し、球状導電部材５を覆う蓋体８とを備えている。

基板２は、絶縁性の基板であって、例えば、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミ等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料等から成る。または、基板２は、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から成る。なお、基板２は、平面視して矩形状の外形であって、一辺の長さが１ｍｍ以上10ｍｍ以下に設定されている。基板２の厚みは、0.5ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。また、基板２の熱伝導率は、14Ｗ／ｍ・Ｋ以上200Ｗ／ｍ・Ｋ以下に設定されている。基板２の熱膨張係数は、４ｐｐｍ／Ｋ以上８ｐｐｍ／Ｋ以下に設定されている。

基板２は、例えばセラミックグリーンシート積層法で製作されたものであり、複数の絶縁層（符号なし）が上下に積層されたものでもよい。複数のグリーンシートのそれぞれが絶縁層になる。この実施形態の例では２層の絶縁層によって基板２が形成されている。基板２の製造方法の詳細については後述する。

また、基板２の上面に形成された凹部２ａは、導電板３を収める大きさである。凹部２ａは、基板２の上面の中央部分に設けられる。凹部２ａは、平面視して円形状であって、例えば、直径が0.5ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。凹部２ａは、例えば、上下方向の深さが、0.3ｍｍ以上2.5ｍｍ以下に設定されている。

導電板３は、凹部２ａに収められる。導電板３は、球状導電部材５と電気的に接続される。この電気的な接続は、球状導電部材５の下側の端部分と導電板３の上面との直接の接触によって行なわれる。導電板３は、導電性の円板であって、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバルト、鉄、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。あるいは、導電板３は、それらの金属材料の合金、あるいはこれらの金属材料を含む複数の材料を混合した複合系材料、あるいはそれらの材料の複合層からなる。

導電板３は、例えば所定の厚みを持った円板状である。また、導電板３は、その上面が凸状に湾曲している。図５−図７に示す例では、導電板３の円形状の上面は、平面視における中心が最も高く、外周に近付くにつれて高さ位置が次第に低くなっている。すなわち、この例における導電板３の上面は、その全体が凸状に湾曲した面になっている。

導電板３の具体的な一例は次のとおりである。導電板３の熱膨張係数は、３ｐｐｍ／Ｋ以上28ｐｐｍ／Ｋ以下に設定されている。導電板３は、直径が0.2ｍｍ以上３ｍｍ以下であって、上下方向の厚みが0.3ｍｍ以上2.5ｍｍ以下に設定されている。例えば、平面視における導電板３の中心部分における厚みが約0.5〜2.5ｍｍであり、外周部はそれよりも0.3〜2.3ｍｍ下側に位置するように設定される。また、上面が全体的に湾曲している上記の例において、その上面の曲率半径が0.3〜15ｍｍ程度の湾曲した面になるように、導電板３の厚みを設定してもよい。なお、導電板３は、凹部２ａの底面にろう材を介して接続される。

導電板３は、所定の厚みを持った円板にすることで、球状導電部材５、凹部２ａまたは振動センサ１の内部の空間内の熱を効率よく吸収して、基板２を介して熱を振動センサ１の外部に放熱しやすくすることができる。凹部２ａを含む振動センサ１の内部の空間内は、振動センサ１を製造する工程や外部の実装基板にはんだを介して実装するときに加えられる熱、振動センサ１の環境試験および信頼性試験において加えられる熱、または振動センサ１が作動する際に生じる熱がこもりやすい。そこで、導電板３を設けることで、凹部２ａを含む振動センサ１の内部の空間内の熱を導電板３および基板２を介して振動センサ１の外部に放散しやすくすることができる。導電板３の厚みは、球状導電部材５や振動センサ１の内部からの熱を吸収しやすいように、基板２の厚みの半分以上の大きさであって、球状導電部材５の直径の半分以上の大きさの直径に設定されている。

導電板３は、凹部２ａに収めた状態で、導電板３の側面と凹部２ａの内壁面との間に隙間ｓｐ１が設けられる。隙間ｓｐ１は、導電板３が熱膨張を起こしても、凹部２ａの内壁面に導電板３の側面が当接しないように設定されている。仮に、導電板３が凹部２ａに隙間なく嵌った状態に設定されている場合は、導電板３が熱膨張を起こして、凹部２ａの内壁面に対して導電板３から熱応力が加わり、基板２が破壊される虞がある。そこで、導電板３の側面と凹部２ａの内壁面との間に隙間ｓｐ１を設けることで、凹部２ａの内壁面に対する導電板３からの熱応力を効果的に低減することができる。

基板２および枠体６といった絶縁体部分にはメタライズ層７（以下、第１メタライズ層７という）とは別に他のメタライズ層が配置されていてもよい。例えば、凹部２ａの底面には、導電板３が銀ろう等の接合材を介して接合される、第２メタライズ層９ａが設けられる。第２メタライズ層９ａは、例えば導電板３を接合するための下地金属層として、機能することができる。

また、基板２は、第２メタライズ層９ａと電気的に接続される内層配線導体（図示せず）が設けられてもよい。また、基板２は、上面から下面を貫通する、第１メタライズ層７と絶縁されるとともに、第２メタライズ層９ａおよび内層配線導体と電気的に接続された第１基板貫通導体（図示せず）が設けられていてもよい。

このような場合に、第１基板貫通導体は、内層配線導体および第２メタライズ層９ａを介して導電板３と電気的に接続される。また、第１基板貫通導体は、凹部２ａの中心位置に設けられ、内層配線導体を設けずに凹部２ａの底面から基板２の下面を貫通するように、第２メタライズ層９ａに直接接続されてもよい。これにより、第１基板貫通導体には、導電板３からの熱が第２メタライズ層９ａを介して伝わる。この熱は、第１基板貫通導体の下方に向かって伝わる。したがって、凹部２ａ内の熱を外部に伝える（放熱する）ことができる。

また、第１基板貫通導体は、上記のような複数の絶縁層が積層された基板２の上面から下面にわたって各層に設けられてもよく、基板２の各層に設けられた内層配線導および第２メタライズ層９ａと電気的に接続されてもよい。なお、第１基板貫通導体は、円柱状のビア導体である。第１基板貫通導体は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、ニッケル、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。第１基板貫通導体は、それらの金属材料を含む合金材料からなるものでもよい。また、第１基板貫通導体は、これらの金属材料のうち複数の材料を混合した複合系材料、あるいはそれらの材料の複合層からなるものでもよい。なお、第１基板貫通導体は、直径が0.1ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定されている。また、第１基板貫通導体は、上下方向の長さが、0.2ｍｍ以上2.7ｍｍ以下に設定されている。

基板２の上面には、枠状導電部材４と電気的に接続される、第１メタライズ層７が形成されている。第１メタライズ層７は平面視で凹部２ａを取り囲んでいる。第１メタライズ層７の上面の一部と枠状導電部材４の下端とが直接に、または導電性接続材（図示せず）を介して接続し合い、第１メタライズ層７と枠状導電部材４とが互いに電気的に接続されている。

この実施の形態の例において、第１メタライズ層７は、枠状であり、凹部２ａの周囲を除いて形成されており、凹部２ａと反対側の第１周縁（外周縁）と、凹部２ａ側の第２周縁（内周縁）とを有している。第１メタライズ層７の第２周縁は、凹部２ａの縁よりも基板２の上面の外周に近い。また、第１メタライズ層７は、凹部２ａの内壁面には形成されない。

また、第１メタライズ層７は、一部に絶縁箇所（図示せず）が設けられていてもよく、絶縁箇所内に、第１基板貫通導体の上面が配置されてもよい。すなわち、第１メタライズ層７は枠状には限定されず、第１および第２周縁の長さ方向の一部において不連続な（複数に分割された）枠状のものでもよい。また、第１メタライズ層７は、第１周縁および第２周縁の少なくとも一方が凹凸を有する形状でも構わない。

この実施形態では、第１メタライズ層７は、平面視において枠状または環状のパターンである。実施形態の振動センサ１において、枠状等の第１メタライズ層７の第１周縁は、例えば図９に示すように、四角形状または角部が円弧状に成形された四角形状等である。この四角形状等の第１メタライズ層７の第１周縁は、基板２と枠体６との間に位置している。言い換えれば、第１メタライズ層７は、その第１周縁（外周縁）が基板２と枠体６とで挟まれた位置にあり、外部に露出していない。さらに言い換えれば、第１メタライズ層７の第１周縁が枠体６の外側面より内側に位置している。

この場合、第１メタライズ層７の第１周縁部分（外周部分）が基板２と枠体６とで挟まれているため、枠状導電部材４と球状導電部材５との接触に起因した応力が集中しやすいメタライズ層の外周部分の基板２との接合が効果的に向上している。そのため、例えば繰り返し第１メタライズ層７に応力が生じたとしても、第１メタライズ層７と基板２との間で剥離等の機械的な破壊が生じる可能性を低減することができる。また、第１メタライズ層７の外周部分を挟み込む基板２および枠体６と、第１メタライズ層７との熱膨張係数（線膨張係数等）の差に伴って生じる応力に起因した第１メタライズ層７の剥離等についても同様に、その可能性を低減することができる。

また、この場合には、第１メタライズ層７の第１周縁が振動センサ１の外側面に露出していないため、振動センサ１の外側に配置される外部の金属部材（電子機器の筐体等）との電気的な短絡等の可能性も低減することができる。

なお、第１メタライズ層７は、上記のように切断された枠状のものであるときには、そのそれぞれに、枠状導電部材４が接続される。すなわち、１つの枠状導電部材４が、複数の切断された枠状の第１メタライズ層７にまたがって接続される。また、この場合には、第１周縁および第２周縁の端同士の間をつなぐ側縁部分（図示せず）を有する。この側縁部分のうち第１周縁に近い部分は、第１周縁と同様に基板２と枠体６との間に位置するように設定されて構わない。このときにも、球状導電部材５を介した導電板３と枠状導電部材との接触による電気的接続で電子機器の傾きを検知することができる。

第１メタライズ層７は、導電板３および第２メタライズ層９ａとは電気的に絶縁している。第１メタライズ層７は、例えば、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。また、第１メタライズ層７は、あるいはそれらの金属材料の合金材料からなる。また、第１メタライズ層７は、上記の金属材料を含む複数の材料を混合した複合系材料、あるいはそれらの材料の複合層からなる。

枠状導電部材４は、図５および図６に示すように、第１メタライズ層７上に設けられる。枠状導電部材４の下面は、ろう材を介して第１メタライズ層７に接続される。枠状導電部材４は、円筒状に形成されている。枠状導電部材４は、図９に示すように、平面視して、導電板３の中心と枠状導電部材４で囲まれた領域の中心とが一致するように設けられている。なお、枠状導電部材４は、例えば、タングステン、モリブデン、鉄、ニッケル、コバルト、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。また、枠状導電部材４は、それらの合金材料からなるものでもよい。また、枠状導電部材４は、複数の材料を混合した複合系材料からなるものでもよい。なお、枠状導電部材４の熱膨張係数は、３ｐｐｍ／Ｋ以上28ｐｐｍ／Ｋ以下に設定されている。

枠状導電部材４は、枠体６内に収まる大きさであって、例えば、外形が0.45ｍｍ以上7.5ｍｍ以下であり、内径が0.3ｍｍ以上６ｍｍ以下の円筒状に設定されている。また、枠状導電部材４は、上下方向の長さが0.4ｍｍ以上４ｍｍ以下に設定されている。

枠状導電部材４の内側には、球状導電部材５が収まる。球状導電部材５は、図５および図６に示すように、球状導電部材５の中心を枠状導電部材４で囲まれる領域の中心付近に配置させる。この場合には、枠状導電部材４の内壁面と球状導電部材５の表面との間には絶縁空間ｓｐ２が設けられる。絶縁空間ｓｐ２の大きさは、球状導電部材５が導電板３上を移動することで変化する。絶縁空間ｓｐ２は、基板２の上面に沿った平面方向において、枠状導電部材４の内面と球状導電部材５の表面との間の最大距離が、0.05ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。そして、振動センサ１が実装される電子機器の振動等に起因した傾きに応じて移動する。電子機器が傾いたときには、球状導電部材５が枠状導電部材４の内側で移動して、枠状導電部材４の内側に当接する。この当接の結果、球状導電部材５と枠状導電部材４との間の電気的な導通に変化が生じる。その結果、電子機器が傾いたことを振動センサ１が検知することができる。

球状導電部材５は、基板２上であって枠状導電部材４で囲まれる領域に導電板３と接触して設けられている。球状導電部材５は、振動センサ１を傾けると、導電板３上を転がることができる。そして、球状導電部材５は、枠状導電部材４で囲まれた領域内を自由に移動することができる。

球状導電部材５は、少なくともその露出表面が、例えば、タングステン、モリブデン、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。球状導電部材５は、その全体がそれらの金属材料からなるものでもよい。また、球状導電部材５は、それらの金属材料の合金材料からなるものでもよい。また、球状導電部材５は、それらの金属材料を含む複数の材料を混合した複合系材料からなるものでもよい。なお、球状導電部材５は、枠状導電部材４で囲まれる領域に収まる大きさであって、直径が0.2ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。球状導電部材５は、樹脂材料からなる球状の本体の露出表面に上記の金属材料の層が配置されたものでもよい。金属材料の層は、例えばめっき層またはメタライズ層等の形態で形成することができる。

実施形態の振動センサ１においては、導電板３の上面が凸状に湾曲しているため、導電板３の外周部分への転がりが容易である。つまり、導電板３の上面が凸状に湾曲しているため、球状導電部材５には、湾曲した面に沿った方向に重力（分力）も作用する。そのため、振動センサ１が傾いた方向に、導電板３の外周に向かって球状導電部材が転がりやすい。これによって、導電板３が収まっている凹部２ａを囲む枠状導電部材４に対する球状導電部材５の当接が容易に行なわれる。

なお、このときの球状導電部材５の移動は、導電板３の上面のうちより高い中央部から、より低い外周部に向かう方向に限らず、外周部に沿った方向の移動（円弧状の経路での移動）も生じ得る。例えば、球状導電部材５が導電板３の外周の一部（振動センサ１が現に傾いている方向）に位置しているときに、振動センサ１の傾きの方向が変われば、その方向に、導電板３の上面の中央部を通らず、球状導電部材５が転がって移動する。このような移動のときにも、湾曲した導電板３の上面に沿って球状導電部材５が容易に移動できる。

この場合に、導電板３について、例えば前述したような厚み、または上面の湾曲の度合い（曲率半径等）が設定されていれば、球状導電部材５の導電板３外周方向への転がりを容易にすることができる。

図５に断面図で示す例のように、導電板３の上面の全体が凸状に、部分球面状に湾曲しているときには、球状導電部材５を転がりやすくする効果の偏りを抑える上で有効である。導電板３の上面が平面視で円形状のときには、その半径方向の全方向で、同じ程度に球状導電部材５が転がりやすくなる。

すなわち、導電板３の上面は、平面視における上面の中央部から外周部にかけて、上方向に湾曲した曲面状であるときには、方向に偏りなく振動センサ１の傾きを検知する上で有利である。

また、導電板３の上面が上記のように全体的に湾曲した面であるときに、例えば図９に示すように、平面視において、導電板３の中央部が、凹部２ａの中央部に位置していてもよい。この場合には、導電板３の上面の最も高い位置から導電板３の外周、およびその外側に位置している枠状導電部材４までの距離が導電板３の全方向で同じ程度になる。そのため、方向に偏りなく振動センサ１の傾きを検知する効果を高めることができる。

また、図５に示す例では、導電板３の外周の高さ位置と凹部２ａの開口端（基板２の凹部２ａを囲む縁部分）の高さ位置とが互いに同じ程度である。この場合には、導電板３の外周部に沿って球状導電部材５が移動するようなときに、基板２の一部で球状導電部材５の移動が妨げられるような可能性を低減する上では有効である。

仮に、導電板３の外周部が凹部２ａの開口端の高さ位置より凹部２ａの底面側（より低い位置）に設けられる場合には、導電板３の外周部と凹部２ａの開口端との間に段差部が生じる。このような段差部が生じると、段差部に球状導電部材５が落ち込み、球状導電部材５の転がりが妨げられる可能性が生じる。その結果、振動センサ１は、球状導電部材５の転がりによって電子機器の振動を検知する感度が低下する可能性が生じる。これに対して、導電板３の外周の高さ位置が、凹部２ａの開口端の高さ位置と同じ程度であれば、上記のような振動の検知感度の低下の可能性を低減することができる。

上面が凸状に湾曲した導電板３は、例えば後述するように金属材料の原材料を金属研磨等の金属加工法で導電板３を作製するときに、その上面が湾曲するように金属研磨を行なうようにすればよい。導電板３の上面の湾曲の程度（湾曲している領域の範囲および曲率半径等の数値）は、例えばレーザ光を使用した３次元測定器等を用いて測定することができる。

導電板３は、湾曲した上面および平坦な下面を有する曲面部材と、円板状等の平板状の部材とによって構成されているもの（図示せず）でも構わない。曲面部材の下面を平板状の部材の上面にろう材等によって接合すれば、上面が凸状に湾曲した導電板３を作製することができる。このような接合構造の場合には、導電板３の上面の湾曲の度合いおよび上面に占める湾曲した部分の範囲等の設定が容易であり、設計の自由度等の向上に対しては有効である。この場合、曲面部材と平板状の部材とで、互いに異なる金属材料を用いて導電板３を作製してもよい。

例えば、凹部２ａの底面（基板２）に接続される平板状の部材として熱伝導率が高い部材を用いたり、基板２の熱膨張係数との差が小さい部材を用いたりしてもよい。導電板３を上記のような構成にすることにより、振動センサ１の放熱性を高めたり、基板２に生じる応力を低減したりすることができる。また、例えば、上述の曲面部材として耐摩耗性に優れる部材を用いることにより、振動センサ１の長期信頼性を向上することもできる。すなわち、振動センサ１に求められる機能や用途、コストに応じた機能を、上述の導電板３によって追加することができる。

枠体６は、基板２上に設けられ、枠状導電部材４を取り囲むように設けられている。枠体６の外周は、基板２の外周縁に沿って設けられている。枠体６は、枠状導電部材４および球状導電部材５を封止するものである。枠体６は、絶縁性の材料からなり、例えば、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミ等のセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料等からなる。または、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料からなる。なお、枠体６は、平面視して外縁が矩形状であって、外縁の一辺の長さが１ｍｍ以上10ｍｍ以下に設定されている。枠体６の上下方向の厚みは、0.6ｍｍ以上６ｍｍ以下に設定されている。また、枠体６の熱伝導率は、14Ｗ／ｍ・Ｋ以上200Ｗ／ｍ・Ｋ以下に設定されている。

枠体６は、前述した他のメタライズ層の他の例として、上面に第３メタライズ層９ｂが設けられる。第３メタライズ層９ｂは、例えば、金−錫はんだを介して蓋体８が接合され、蓋体８と電気的に接合される。枠体６は、上面から下面を貫通するとともに、第３メタライズ層９ｂを介して蓋体８と電気的に接続される、配線導体としての枠内貫通導体（図示せず）が設けられている。枠内貫通導体は、枠体６の上面から枠体６内を通って、枠体６の下面にまで達している。また、枠内貫通導体は、下面が第１基板貫通導体の上面と電気的に接続される。これにより、基板２および枠体６は、枠体６の上面から基板２の下面にかけて、第１基板貫通導体と枠内貫通導体によって電気的に導通される。枠内貫通導体は、導電材料からなり、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、ニッケル、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。また、枠内貫通導体は、それらの合金材料からなるものでもよい。あるいは、枠内貫通導体は、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料、あるいはそれらの材料の複合層からなるものでもよい。枠体６の熱膨張係数は、４ｐｐｍ／Ｋ以上８ｐｐｍ／Ｋ以下に設定されている。

実施形態の振動センサ１は、例えば図５および図６に示すように、第１メタライズ層７の内側の端が凹部２ａから離れていても構わない。この場合にも、応力による基板２の機械的な破壊の可能性を効果的に低減することができる。すなわち、基板２のうち凹部２ａに近い部分（凹部２ａを囲む環状の領域等）は、後述する凹部２ａ形成時のストレス等によって機械的な強度が比較的小さくなっている。これに対して、この機械的な強度が比較的小さい部分に第１メタライズ層７が形成されていなければ、振動センサの製造工程において第１メタライズ層７を介して加えられる熱応力や、振動センサ１を作動させる際に、球状導電部材５が導電板３上を転がりながら枠状導電部材４に衝突し、枠状導電部材４を接合する接合材および第１メタライズ層７を介して加えられる応力が基板２の凹部２ａに近い部分に加わる可能性が効果的に低減される。そのため、上記応力による基板２の機械的な破壊の可能性を効果的に低減することができる。

また、上記構成の振動センサ１について、例えば図５および図６に示す例のように、第１メタライズ層７の第１周縁が、枠体６の外側面と内側面との間の中央部（以下、単に中央部ともいう）に位置しているものでもよい。第１メタライズ層７の第１周縁が中央部に位置しているときには、第１メタライズ層７の第１周縁およびその周辺部分を起点にした第１メタライズ層７の剥がれ等を効果的に抑制することができる。すなわち、この場合には、第１メタライズ層７の第１周縁の位置を、応力の力点に相当する枠状導電部材４の接合位置から離すことができるので、第１メタライズ層７に作用する応力を小さく抑えることができる。また、第１メタライズ層７の第１周縁が、基板２と枠体６の内側面との接合界面から離れるので、この接合界面部分を起点にしたクラックまたは剥がれといった機械的な破壊の可能性を効果的に低減することができる。

また、実施形態の振動センサ１では、第１メタライズ層７は基本的に四角枠状であって、外側の角部分は円弧状に成形（いわゆる面取り）されている。この場合には、第１メタライズ層７の外側の角部分に応力が集中することが抑制される。そのため、角部分からの第１メタライズ層７のクラックまたは剥がれといった機械的な破壊の可能性を効果的に低減することができる。

基板２には、第１メタライズ層７と電気的に接続された、第２基板貫通導体（図示せず）が設けられていてもよい。第２基板貫通導体は、基板２の上面から基板２の下面にかけて、第１基板貫通導体および第２メタライズ層９ａと電気的に接続されないように（つまり電気的短絡しないように）形成される。第２基板貫通導体は、第１メタライズ層７を介して枠状導電部材４と電気的に接続される。第２基板貫通導体は、導電材料からなり、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、ニッケル、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。また、第２基板貫通導体は、それらの金属材料を含む合金材料からなるものでもよい。あるいは第２基板貫通導体は、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料、あるいはそれらの材料の複合層からなるものでもよい。

基板２の下面は、例えば図４および図10に示すように、基板２の対向する２辺に沿って一対の下面メタライズ層10が設けられている。一対の下面メタライズ層10は、矩形状に形成されている。そして、一対の下面メタライズ層10の一方10ａが、基板２の一方の辺に沿って設けられている。また、一対の下面メタライズ層10の他方10ｂが、一方10ａと間を空けて基板２の他方の辺に沿って設けられている。一方10ａは、第１基板貫通導体と枠内貫通導体の両方と電気的に接続されている。他方10ｂは、第２基板貫通導体と電気的に接続されている。なお、下面メタライズ層10は、導電材料からなり、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、ニッケル、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。また、下面メタライズ層10は、それらの合金材料からなるものでもよい。あるいは、下面メタライズ層10は、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料からなるものでもよい。

蓋体８は、枠体６上に、枠状導電部材４および球状導電部材５を覆うように設けられている。蓋体８は、基板２と枠体６とで囲まれる空間を封止する機能を備えている。蓋体８は、例えば、金−錫はんだを介して枠体６上面の第３メタライズ層９ｂに接合される。なお、蓋体８は、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、銅、銀、金またはアルミニウム等の金属材料からなる。また、蓋体８は、それらの金属材料を含む合金材料からなるものでもよい。あるいは、蓋体８は、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料からなる。

蓋体８は、配線導体としての第３メタライズ層９ｂ、枠内貫通導体および第１基板貫通導体と電気的に接続されている。そして、蓋体８は、枠体６および基板２内を通って、下面メタライズ層10の一方10ａと電気的に接続されている。また、蓋体８は、第１基板貫通導体と電気的に接続される基板２の内層配線導体を介して電気的に接続された、第２メタライズ層９ａおよび導電板３と同電位となる。

以上の各実施形態の振動センサ１について、例えば図５および図６に示す例のように、枠状導電部材４の上端が、枠体６の上端よりも下側に位置していてもよい。言い換えれば、枠状導電部材４の上端部分に、枠体６および枠体６に接合される蓋体８との間に隙間があってもよい。このような隙間があるときには、枠状導電部材４と枠体６との熱膨張差を隙間で吸収することができる。そのため、例えば、振動センサ１の製造工程で加えられる熱や、振動センサ１の環境試験および信頼性試験において加えられる熱、または絶縁空間ｓｐ２に生じた熱で枠体６よりも枠状導電部材４が大きく膨張した（上方向に伸びた）としても、蓋体８等に枠状導電部材４から力が加わる可能性が低減される。また、枠状導電部材４と蓋体８との電気的な短絡を防ぐことができる。そのため、例えば球状導電部材５の封止の信頼性、ひいては振動センサ１としての長期信頼性や動作特性を向上させることができる。

振動センサ１は、上記の各例にいて、導電板３の上面の最も上方に位置する部分が、凹部２ａの開口端よりも上方に位置するものであってよい。この例としては、例えば図６に示す例のように導電板３の上面の中央部およびその周囲が凹部２ａの開口端よりも上側に位置する例を挙げることができる。また、例えば図11に示す例のように導電板３の上面の外周が凹部２ａの開口端よりも上側に位置する例を挙げることができる。この例では導電板３の上面の全面が凹部２ａの開口端よりも上側に位置している。

導電板３の上面の最も上方に位置する部分が、凹部２ａの開口端よりも上方に位置するときには、球状導電部材５の枠状導電部材４に対する当接をより確実なものとすることができる。すなわち、導電板３の上面の最も上方に位置する部分からより低い位置に球状導電部材５が転がったときに、球状導電部材５と枠状導電部材４との間に基板２の一部が介在し、球状導電部材５が基板２と接触する可能性が低減される。言い換えれば、球状導電部材５が、基板２の一部によって妨げられず、かつ基板２と接触せずに枠状導電部材４に当接することが容易になる。その結果、振動センサ１が電子機器の振動を検知する感度が低下する可能性を低減できるとともに、球状導電部材５が凹部２ａの開口端に接触することによる基板２または球状導電部材５の摩耗を抑制できる。したがって、振動センサ１の長期信頼性を向上させることができる。

＜振動センサの変形例＞
図11は、図６の変形例を示す断面図である。図12は、図６の他の変形例を示す断面図である。図11および図12において図１〜図10と同様の部位には同様の符号を付している。

図11に示す例において、導電板３の上面の外周部の高さ位置が、凹部２ａの開口端の高さ位置よりも上側に位置している。つまり、凹部２ａの底面を基準にしたときに、導電板３の上面の外周の高さが、凹部２ａの開口端の高さよりも高い。この例においても、図６等に示す例と同様に、導電板３の上面の全面が上方向に凸状に湾曲している。

この場合には、導電板３の上面の外周部まで球状導電部材５が移動するとき、および導電板３の外周部に沿って球状導電部材５が移動するときに、基板２の一部で球状導電部材５の移動が妨げられるような可能性を効果的に低減することができる。また、基板２の一部と球状導電部材５とが継続的に接触することによって生じる、それぞれの摩耗を効果的に低減することもできる。

また、上記の効果を得るときに、導電板３の上面の高さ位置を凹部２ａの開口端に正確に合せるような必要がない。また、導電板３を凹部２ａの底面に設置する際に、導電板３が傾いて設置されたとしても、導電板３の上面の外周部の高さ位置が、凹部２ａの開口端の高さ位置よりも下側に位置する可能性が低くなる。そのため、図11に示すような形態は、生産性および経済性の向上についても有効である。

なお、図６および図11に示す例をあわせて考慮すれば、凹部２ａの底面を基準にしたときに、導電板３の上面の外周の高さが、凹部２ａの開口端の高さ以上であれば、球状導電部材５の枠状導電部材４に対する当接が、凹部２ａの開口端等の基板２の一部で妨げられる可能性を効果的に低減することができる。すなわち、傾きの検知に関する動作特性の向上に有効な振動センサ１とすることができる。

図12に示す例において、導電板３の上面の平面視における中央部が平らになっている。この例は、図６に示す例において導電板３の上面の長部を平面に成形した形態とみなすこともできる。また、図６に示す例における導電板３の上面の中央部を平面状に研磨したものとみなすこともできる。

この場合には、導電板３の上面の中央部が平面状であるため、例えば、球状導電部材５が湾曲した上面に沿って加速されて移動する距離を小さくすることができる。そのため、球状導電部材５が枠状導電部材４に当接する速度が抑制され、当接時の衝撃が低減される。これによって、枠状導電部材４の剥がれを抑制する効果も向上させることができる。

また、この場合には、図６に示す例に比べて、この中央部に球状導電部材５を留まらせることが容易である。そのため、例えば振動センサ１のわずかな動きでは、球状導電部材５が導電板３の上面の中央部から外周部に向かって転がりにくい。したがって、誤って傾きを検知する可能性が低減された振動センサ１とすることができる。また、いったん球状導電部材５が転がり始めたときには、湾曲した上面に沿って容易に球状導電部材５を移動させて枠状導電部材４に当接させることができる。つまり、傾き検知の動作特性を効果的に向上させながら、誤検知の可能性も低減する上で有効な振動センサ１とすることができる。さらに、導電板３の上面の中央部が平面状であるため、振動センサ１の動作特性を効果的に維持しつつ、球状導電部材５の蓋体８側の頂部の高さ位置を低くすることができる。その結果、振動センサ１の低背化を図ることができる。

なお、本発明は上述の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

例えば、導電板３の上面の湾曲の度合いを一部において他の部分よりも大きく（曲率半径を小さく）したときに、第１メタライズ層７の基板２と枠体６とで挟まれている範囲も部分的に変えてもよい。この場合、湾曲の度合いが大きく、球状導電部材５が枠状導電部材４に当接するときの応力が大きい部分において、第１メタライズ層７の基板２と枠体６とで挟まれている範囲を比較的大きくして、第１メタライズ層７の剥がれを抑制するようにしてもよい。

また、導電板３の上面は、その中央部が最も高い形状に限らず、外周部の一部において最も高い形状でも構わない。この場合には、例えば、振動センサ１の一部の方向において特に傾きの検知を容易にすることができる。つまり、振動センサ１の用途等に応じて、傾きを検知しやすい方向を調整することもできる。

また、第１メタライズ層７の厚みは一様なものでなくてもよく、一部において他の部分よりも厚い、または薄いものであっても構わない。例えば、基板２と枠体６とで挟まれた部分におけるメタライズ層の厚みが他の部分における厚みよりも小さくても構わない。この場合には、基板２と枠体６とメタライズ層の熱膨張系係数の差に起因して生じる応力が比較的大きい部分となる、基板２と枠体６とで挟まれた第１メタライズ層７の厚みが比較的小さい。そのため、基板２と枠体６とで挟まれた第１メタライズ層７に生じる応力を小さくできる。これにより、基板２と枠体６と第１メタライズ層７の接合界面を起点として、クラックや割れが生じる可能性を低減することができる。また、第１メタライズ層７の基板２や枠体６からの剥がれ等を効果的に抑制することができる。

また、第１基板貫通導体が複数であっても構わない。この場合には、第１基板貫通導体を介した外部への放熱の効果を高める上で有利である。また、第１基板貫通導体を介した外部への電気的な接続の導通抵抗を低減する上で有利である。

また、第１基板貫通導体等の、外部に露出する金属部分の表面を、ニッケルおよび金等のめっき層で被覆してもよい。めっき層によって、露出する金属部分の酸化等の劣化の抑制ができる。また、金属部分を外部部材（回路基板の端子またはセンサ機器の筐体等）にはんだ等の低融点ろう材で接続するときのろう材の濡れ性を向上させることもできる。

＜振動センサの製造方法＞
ここで、図１に示す振動センサ１の製造方法について説明する。

先ず、基板２を準備する。基板２が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム等の原料粉末に、有機バインダー、可塑剤、および溶剤等を添加混合して得た混合物よりグリーンシートを成型する。

また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。

そして、基板２の上層となるグリーンシートにパンチ等の打ち抜き加工を施し、金属ペーストを充填して第２基板貫通導体を形成する。そして、基板２の上層となるグリーンシートの上面には、第２基板貫通導体と電気的に接続されるように、例えばスクリーン印刷法を用いて、金属ペーストを塗って第１メタライズ層７を形成する。また、同様にして、基板２の下層となるグリーンシートにパンチ等の打ち抜き加工を施し、金属ペーストを充填して第１基板貫通導体および第２基板貫通導体を形成する。そして、基板２の下層となるグリーンシートの上面には、第２基板貫通導体と絶縁されるとともに第１基板貫通導体と電気的に接続されるように、例えばスクリーン印刷法を用いて、第２メタライズ層９ａと内層配線導体が形成され、下面に対しては、第１基板貫通導体および第２基板貫通導体と電気的に接続される下面メタライズ層10を形成する。

また、グリーンシート状態の基板２のうち上層のグリーンシートには、あらかじめ、金型を用いたパンチ（打ち抜き加工）等の機械的な加工で凹部２ａになる孔あけ部分を形成しておく。基板２の下層となるグリーンシートは、基板２の上層の孔あけした部分の下側に基板２の上層と下層に設けられた第２基板貫通導体が電気的に接続されるように積層されて凹部２ａが構成される。そして、前述の基板２の上層および下層となるグリーンシート、および基板２と同様の方法で準備したグリーンシートからなる枠体６を積層して未焼成の基板２および枠体６を一体的に設け、約1600℃の温度で焼成することによって一体的に設けられた基板２および枠体６を得ることができる。そして、第１メタライズ層７、第２メタライズ層９ａおよび第３メタライズ層９ｂは、表面にニッケルめっきが施される。

次に、導電板３、枠状導電部材４、球状導電部材５および蓋体８を準備する。これらは、溶融した金属材料を型枠に鋳込んで固化させたインゴットに対して、金属研磨等の金属加工法を用いることで、所定形状に作製することができる。

次に、準備した焼結後の基板２の凹部２ａに設けられた第２メタライズ層９ａに導電板３を銀ろうでろう付けで接続する。また、基板２上の第１メタライズ層７に枠状導電部材４を銀ろうでろう付けで接続する。さらに、枠状導電部材４で囲まれた領域に球状導電部材５を配置した状態で、枠体６上の第３メタライズ層９ｂに蓋体８を金−錫はんだではんだ付けする。このようにして、振動センサ１を作製することができる。

１ 振動センサ
２ 基板
２ａ 凹部
３ 導電板
４ 枠状導電部材
５ 球状導電部材
６ 枠体
７ 第１メタライズ層
８ 蓋体
９ａ 第２メタライズ層
９ｂ 第３メタライズ層
１０ 下面メタライズ層
ｓｐ１ 隙間
ｓｐ２ 絶縁空間

Claims (5)

1. 上面に凹部を有する基板と、
   前記凹部内に位置しており、上面が凸状に湾曲している導電板と、
   前記基板上に位置し、前記凹部の周囲を囲んだ枠状導電部材と、
   前記基板上に位置し、前記枠状導電部材で囲まれる領域において前記導電板と接触した球状導電部材と、
   前記基板上に位置し、前記枠状導電部材を取り囲む枠体と、
   前記基板上に位置し、前記凹部を取り囲むとともに前記枠状導電部材と接続されているメタライズ層と、
   前記枠体上に位置し、前記球状導電部材を覆う蓋体とを備える振動センサ。
2. 前記導電板の上面は、平面視における該上面の中央部から外周部にかけて、上方向に湾曲した曲面状である請求項１記載の振動センサ。
3. 平面視において、前記導電板の中央部が、前記凹部の中央部に位置している請求項１または請求項２記載の振動センサ。
4. 前記導電板の上面の最も上方に位置する部分は、前記凹部の開口端よりも上方に位置する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の振動センサ。
5. 前記凹部の底面を基準にしたときに、前記導電板の上面の外周の高さが、前記凹部の開口端の高さ以上である請求項１〜請求項４のいずれかに記載の振動センサ。
   

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