KR100876372B1 - 진동자의 지지 구조 및 물리량 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 기판(12)과, 이 기판(12)에 고정되고 진동자에 연결되는 본딩 와이어(14A, 14B)를 구비하는 지지 구조가 마련된다. 기판(12)은 서로 대향하는 한 쌍의 고정부(12a)와, 서로 대향하는 한 쌍의 비고정부(12b)를 구비한다. 고정부(12a)와 비고정부(12b)는 함께 기판(12)에 관통 구멍(13A)을 형성한다. 진동자(1)는 기판(12)에 직접 접촉하지 않도록 본딩 와이어에 의해 지지된다. 본딩 와이어(14A, 14B)는 고정부(12a)에 부착되고, 비고정부(12b)에는 부착되지 않는다.

Description

진동자의 지지 구조 및 물리량 측정 장치{STRUCTURES FOR SUPPORTING VIBRATORS AND DEVICES FOR MEASURING PHYSICAL QUANTITIES}

도 1은 본 발명에 사용 가능한 진동자(1)의 구동 진동 모드를 보여주는 평면도.

도 2는 진동자(1)의 검출 진동 모드를 보여주는 평면도.

도 3은 비교예에 있어서 영점 자이로스코프 성분과 온도의 관계를 보여주는 도표.

도 4는 본 발명에 따른 예에 있어서 영점 자이로스코프 성분과 온도의 관계를 보여주는 도표.

도 5의 (a)는 본 발명에 사용 가능한 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 도시된 지지 구조를 보여주는 정면도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.

도 10은 도 9에 도시된 지지 구조를 보여주는 단면도.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.

도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도.

도 17은 본 발명에 사용 가능한 본딩 와이어 및 기판의 형상을 보여주는 평면도.

도 18은 도 17에 도시된 기판 상에서 지지되는 진동자를 보여주는 평면도.

도 19는 본 발명의 예에 따른 디튜닝의 온도 변화를 보여주는 도표.

도 20은 본 발명의 예에 따른 디튜닝의 온도 변화를 보여주는 도표.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 진동자

2 : 베이스부

3A, 3B : 검출 진동 아암

4A, 4B, 4C, 4D : 구동 진동 아암

10 : 연결부

12 : 기판

14A, 14B; 본딩 와이어

본 발명은, 진동자를 지지하는 구조 및 진동형 자이로스코프와 같이 물리량을 측정하는 장치에 관한 것이다.

차량 제어 시스템에서, 진동형 자이로스코프 및 그 진동자는 고온 및 저온을 포함하는 넓은 온도 범위에 노출된다. 그러한 온도 범위는 통상 영하 40℃에서 영상 85℃에 이르며, 보다 가혹한 상황에서는 더 넓을 수 있다. 특히, 진동자가 압전 단결정으로 이루어지는 경우, 그 단결정의 온도 의존성은 자이로스코프의 안정성에 영향을 미칠 것이다.

일본 특허 공개 공보 제2003-28648A호에는 진동형 자이로스코프에 사용되는 진동자를 지지하는 부재가 개시되어 있다. 그 개시 내용에 따르면, 지지 부재는 복잡한 형상으로 만곡된 긴 로드로 이루어져, 진동자가 그 로드에 의해 지지되고 있다. 또한, 지지 부재는 진동자에 형성된 전극에 전기적으로 접속되는 것으로 기재되어 있다.

또한, 본 출원인 명의의 일본 특허 공개 공보 제2003-294450A호에는, 진동자가 본딩 와이어에 의해 패키지 내에서 기판 상에 지지되어 있는 것이 개시되어 있다. 본딩 와이어는 진동자 표면 상의 전극에 접합된다.

그러나, 그러한 지지 방법에 따르면, 상당한 온도 드리프트(drift)가 예를 들면 고온 영역에서 관찰될 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 영점 자이로스코프 신호는 실내 온도 범위에서 빠르게 증대되어 피크 드리프트를 초래할 수 있다. 비정상적인 진동을 나타내는 진동자가 진동형 자이로스코프용으로 사용되는 경우, 검출 신호에서의 영점 온도 드리프트는 최악의 경우 그 자이로스코프가 센서로서 작동할 수 없을 정도로 증가한다.

본 발명의 목적은, 진동자를 사용하여 물리량을 측정하는 장치를 위해 검출 신호의 영점 온도 드리프트를 감소시키기 위한 지지 구조를 제공하는 것이다.

본 발명은 진동자를 지지하는 구조를 제공한다. 이 진동자 지지 구조는, 서로 대향하는 한 쌍의 고정부와, 서로 대향하는 한 쌍의 비고정부를 구비하는 기판을 포함한다. 이들 고정부와 비고정부는 함께 기판에 관통 구멍을 형성하고, 본딩 와이어가 상기 기판에 부착되며 진동자에 연결된다. 진동자는 상기 기판에 직접 접촉하지 않도록 상기 본딩 와이어에 의해 지지되며, 상기 본딩 와이어는 상기 고정부에 부착되고, 상기 비고정부에는 부착되지 않는다.

또한, 본 발명은 전술한 지지 구조를 포함하는 물리량 측정용 장치를 제공한다.

본원의 발명자들은 도 3에 도시된 바와 같은 피크 온도 드리프트의 원인에 대해 연구하였으며, 다음의 연구 결과를 얻었다. 즉, 본원의 발명자들은 진동자의 의사(擬似) 진동 모드와, 본딩 와이어의 진동이 결과 검출 신호에 미치는 부작용을 실질적으로 방지하는데 성공하였다. 본원의 발명자들은 전술한 바와 같이 의사 진동 모드와 부작용이 방지된 이후에도 관찰되는 도 3에 도시된 영점 온도 드리프트의 원인에 대해 연구하였다. 그 결과, 진동자를 지지하는 지지 기판의 진동 모드가 검출 신호의 온도 드리프트를 초래할 수 있다는 점을 확인하였다. 지지 기판의 당업자는 이러한 지지 기판의 영향을 간과하였다.

본원의 발명자는 앞서 발견한 점에 기초하여 본딩 와이어와 기판의 설계를 더 연구하였다. 본 발명에 따르면, 지지 기판에는 본딩 와이어 삽입용 관통 구멍이 마련된다. 한 쌍의 고정부와 한 쌍의 비고정부가 함께 마련되어 상기 관통 구멍을 형성한다. 진동자를 지지하는 지지 지판의 고정부는 패키징 기판 등과 같은 하부 기판 상에 더 고정되고, 비고정부는 2개의 고정부 사이에 마련된다.

고정부는 지지 기판에 있어서 하부 기판에 고정되는 부분을 의미한다.

비고정부는 지지 기판에 있어서 하부 기판에 고정되지 않는 부분을 의미한다.

본원의 발명자는 본딩 와이어가 비고정부로부터 돌출하지 않도록 본딩 와이어를 고정부에 연결 또는 부착하는 안을 도출하기에 이르렀다. 따라서,

구동 진동의 공진 진동수 "fd"에 가까운 특성 진동수를 갖는 지지 기판의 진동이 검출 신호에 미치는 부작용을 감소시킬 수 있어, 영점 온도 드리프트를 방지할 수 있다. 본 발명은 앞서 설명한 발견에 기초한다.

본 발명의 전술한 목적, 특징 및 이점뿐만 아니라 기타 목적, 특징 및 이점은 첨부된 도면과 함께 본 발명의 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 명백해질 것이고, 그것의 일부의 수정, 변형 및 변경이 당업자들에 의해 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

본 발명에 따르면, 진동자는 구동 수단이 내부에 마련된 구동 진동 아암과, 검출 수단이 내부에 마련된 검출 진동 아암, 그리고 구동 진동 아암과 검출 진동 아암 사이에 마련되는 베이스부를 구비한다. 진동자는 베이스부와 구동 진동 아암을 연결하는 긴 연결부를 더 구비하는 것이 바람직하다. 본 발명은 본원의 실시예를 참조하여 기술되지만, 본 발명은 이러한 타입의 진동자에 제한되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동자(1)(구동 진동 모드)를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도 2는 진동자(1)의 검출 진동 모드를 보여주는 평면도이다.

이 예에 따른 진동자(1)는 베이스부(2)와, 베이스부(2)로부터 돌출하는 한 쌍의 검출 진동 아암(3A 및 3B)과, 베이스부(2)로부터 각각 돌출하는 한 쌍의 연결부(10), 그리고 연결부(10)의 단부에 각각 마련되는 구동 진동 아암(4A, 4B, 4C 및 4D)을 구비한다. 구동 진동 아암(4A, 4B, 4C 및 4D)의 주표면에는 긴 홈이 각각 형성된다. 구동 진동 아암(4A 내지 4D) 각각은 실질적으로 "H"자형 단면을 갖는다. 상기 홈에는 구동 전극(9)이 형성된다. 구동 진동 아암(4A 내지 4D)의 선단부에는 광폭의 또는 무거운 부분(5A, 5B, 5C 및 5D)이 각각 마련된다. 상기 광폭부에는 관통 구멍(7)이 각각 형성된다.

검출 진동 아암(3A 및 3B)의 주표면에는 긴 홈이 각각 형성된다. 검출 진동 아암(3A, 3B) 각각은 실질적으로 "H"자형 단면을 갖는다. 상기 홈에는 검출 전극(30)이 형성된다. 검출 진동 아암(3A 및 3B)의 선단에는 광폭의 또는 무거운 부분(6A 및 6B)이 각각 마련된다. 상기 광폭부에는 관통 구멍(8)이 각각 형성된다.

도 1은 구동 진동 모드를 보여준다. 구동 진동이 진동자에서 여기될 때, 구동 진동 아암(4A 내지 4D)은 연결부(10)에 대한 아암의 베이스(11)를 그 지지점으로 하여 화살표 "A"와 같이 각각 진동한다. 본 발명에 있어서 '중심축 X 방향으로 굽힘 진동한다'라는 것은, 이와 같이 구동 진동 아암(4A 내지 4D)이 화살표 "A" 방향으로 굽힘 진동하는 것을 의미한다. 진동자(1)는 진동자(1)에 수직한 방향으로 연장되는 회전축(Z축)의 주위를 회전한다. 그 후, 연결부(10)는 굽힘 진동 모드에서 베이스부(고정부)(2)에 대한 연결부(10)의 베이스를 그 지지점으로 하여 화살표 "B"와 같이 진동한다. 이 진동에 응답하여, 검출 진동 아암(3A 및 3B)은 굽힘 진동 모드에서 베이스부(고정부)(2)에 대한 아암(3)의 베이스를 그 지지점으로 하여 화살표 "C"와 같이 각각 진동한다. 검출 진동 아암(3A 및 3B)은 검출 진동에 상응하는 전기 신호를 각각 발생시킨다. 그 후, 이 전기 신호는 회전축(Z축)에 대한 회전 각속도를 계산하는 데 이용된다.

도 5의 (a)는 본 발명에 사용되는 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도 이다. 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 도시된 지지 구조를 보여주는 정면도이다.

기판(12)에는 중앙 관통 구멍(13A)이 형성된다. 이 예에 따르면, 중앙 관통 구멍(13A)은 직사각형 등과 같은 긴 형상을 갖는다. 기판(12)은 서로 대향하는 한 쌍의 고정부(12a)와 서로 대향하는 한 쌍의 비(非)고정부(12b)를 구비한다. 고정부(12a)와 비고정부(12b)는 중앙 관통 구멍(13A)을 함께 형성한다. 이 예에 따르면, 고정부(12a)의 폭은 크고 비고정부(12b)의 폭은 작다. 고정부(12a)는 패키징 기판 등과 같은 하부 기판 상에 고정된다.

진동자(1)는 기판(12)의 중앙 관통 구멍(13A) 바로 위에서 지지된다. 이 예에 따르면, 진동자는 4개의 본딩 와이어(14A)와 2개의 본딩 와이어(14B)에 의해 지지된다. 각 본딩 와이어는 고정부(12a)에 접합 및 부착되며, 기판(12)의 고정부(12a)에 있는 대향 에지(13a)로부터 베이스부(2)를 향해 돌출된다.

각 본딩 와이어(14A)는 각 대향 에지(13a)의 각 단부로부터 돌출하고, 실질적으로 "L"자 평면 형상을 갖도록 만곡된다. 즉, 본딩 와이어(14A)는 중앙 관통 구멍(13A)에 면하는 대향 에지(13b)에 실질적으로 평행한 방향으로 형성되는 광폭부(14a)와, 협폭부(14b), 그리고 대향 에지(13a)에 실질적으로 평행한 방향으로 형성되는 만곡부(14c)를 구비한다. 만곡부(14c)의 선단부는 베이스부(2)에 형성된 전극에 접속된다.

또한, 각 대향 에지(13a)의 중심으로부터 각각 돌출하는 두 개의 본딩 와이어(14B)는 광폭부(14a)와 협폭부(14b)를 구비한다. 협폭부(14b)의 선단부는 고정부(2)에 접합된다. 이 예에 따르면, 각 본딩 와이어(14A 및 14B)는 광폭부(14a)와 협폭부(14b)를 구비하여, 전체 본딩 와이어의 특성 진동수가 조절될 수 있다. 본딩 와이어의 폭은, 예컨대 본딩 와이어를 에칭에 의해 패터닝하는 데 사용되는 마스크 패턴의 마스크 폭을 변경함으로써, 쉽게 조절될 수 있다.

본 발명에 따르면, 기판의 비고정부(12b)와, 고정부(12a)로부터 돌출하는 본딩 와이어의 기단부(돌출 위치)(30)의 간격 "T"은, 영점 온도 드리프트를 감소시키기 위해, 0.1 mm 이상인 것이 바람직하고, 0.2 mm 이상인 것이 더 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 고정부에 대한 본딩 와이어의 기단부는, 영점 온도 드리프트를 감소시키기 위해, 고정부(12a)를 가로지르는 기판(12)의 중심축 "X" 부근에 마련되는 것이 바람직하다. 중심축 "X"과, 고정부(12a)에 대한 본딩 와이어(14A)의 기단부(돌출 위치)의 간격 "M"은, 0.5 mm 이하인 것이 바람직하고, 0.3 mm 이하인 것이 더 바람직하다.

도 6에 도시된 예에 따르면, 중앙 관통 구멍(13B)은 그 폭이 도 5에 도시된 중앙 관통 구멍(13A) 보다 좁게 형성되어, 각 본딩 와이어가 보다 짧게 형성된다. 이러한 본딩 와이어의 길이 변화로 인하여 본딩 와이어의 특성 진동수가 바뀐다.

이 예에 따르면, 두 개의 접합 와이어(15)는 기판(12)의 고정부(12a)의 측면에 있는 각각의 대향 에지(13a)로부터 베이스부(2)를 향해 돌출한다. 각 본딩 와이어(15)는 실질적으로 대향 에지(13b)에 평행한 방향으로 연장되는 부분(15a)과, 베이스부(2)를 향해 만곡된 만곡부(15b)를 구비한다. 만곡부(15b)의 선단부는 베이스부(2) 상의 전극에 접합된다. 이들 부분(15a 및 15b)은 소정 각도 "θ"로 서로 교차할 수 있는데, 이 각도는 도 5에 도시된 바와 같이 직각이거나 또는 도 6에 도시된 바와 같이 예각이다. 따라서, 전체 본딩 와이어의 특성 진동수를 변화시키기 위해 각도 "θ"를 변경할 수 있다.

도 9에 도시된 예에 따르면, 도 5에도 도시된 부분이 동일한 도면 부호로 표시되어 있으며, 설명은 생략한다. 진동자용 지지 기판(12)은 소정의 위치(16)에서, 예컨대 여섯 곳에서 하부 기판에 고정된다. 각 위치(6)와, 각 본딩 와이어의 기판(12)에 대한 각 접촉점(30)은 서로 가깝게 형성되어, 본딩 와이어의 진동이 검출 전압에 미치는 영향이 감소될 수 있다.

도면의 시점에 있어서, 기판(12)의 하부 기판에 대한 고정 위치와, 본딩 와이어의 기판(12)에 대한 접촉점(30) 사이의 간격 "L"은 0.6 mm 이하인 것이 바람직하고, 0.4 mm 이하인 것이 더 바람직하다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지지 구조를 개략적으로 보여주는 평면도이다.

이 예에 따르면, 본딩 와이어(16)에 만곡부(16a 및 16b)가 형성되고, 만곡부(16b)의 기단부는 좁은 비고정부(12b)로부터 간격을 두고 형성되며, 기판(12)의 중심축인 X축에 보다 근접하게 형성된다. 기판(12)이 진동할 때, 비고정부(12b)의 진도(震度)는 매우 크다. 따라서, 본딩 와이어(16)의 기판(12)으로부터의 돌출부(30)는 좁은 비고정부(12b)로부터 간격을 두고 형성되고, X축 근방에 형성되어, 기판(12)의 진동이 진동자(1)의 진동 모드의 검출값에 영향을 미치는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 9의 예에 따르면, 기판(12)의 고정부(12a)의 양단부는 고정 위치(16)에서 고정된다. 고정 방법은 특별히 제한되는 것이 아니며, 전도성 접착제를 이용한 접착, 용접 등일 수 있다. 도 10에 개략적으로 도시된 바와 같이, 진동자(1), 기판(12) 및 본딩 와이어(14A)(14B)는 패키지(19) 내에 수용되며, 이 패키지에는 테이블(17) 및 IC 칩(18)이 장착된다. 기판(12)은 전도성 접착제(16)를 통해 테이블(17) 상에 장착되는데, 상기 전도성 접착제는 기판(12)을 접착에 의해 테이블(17) 상에 고정시키기 위해 이후에 가열된다.

전도성 접착제의 종류는 특별히 제한되는 것이 아니지만, 카본 페이스트와, 구리, 은, 금 페이스트 등의 귀금속 페이스트가 고려될 수 있다.

도 11에 도시된 예에 따르면, 각 본딩 와이어(22A 및 22B)는 도 5에 도시된 본딩 와이어와 실질적으로 동일한 형상을 갖는다. 그러나, 이 예에 따르면, 기판(12)의 중앙 관통 구멍(13B)의 폭이 도 5에 도시된 것보다 작고, 실질적으로 정사각형의 평면 형상을 갖는다.

도 12에 도시된 예에 따르면, 예컨대 여섯 개의 본딩 와이어(23)가 고정부(12a)의 측면에 있는 대향 에지(13a)로부터 관통 구멍(13A)을 향해 일직선으로 연장된다. 각 본딩 와이어(23)는 베이스부(2)에 접합된 협폭부(23b)와, 광폭부(23a)를 구비한다.

도 13에 도시된 지지 구조는 도 11에 도시된 지지 구조와 기본적으로 동일한 것이다. 이 예에 따르면, 중앙 관통 구멍(13C)의 형상은 직사각형의 네 코너에 각각 곡선형 프로파일(13c)이 형성되어 있는 점을 제외하고는, 기본적으로 직사각형이다. 관통 구멍의 형상은 전술한 바와 같이 본딩 와이어의 길이를 변경하기 위해 변경될 수 있으며, 이로 인해 본딩 와이어의 특성 진동수가 변경될 수 있다.

도 14의 예에 따르면, 3개의 본딩 와이어(26)가, 관통 구멍(13A)에 면하는 고정부(12a)의 한 쌍의 대향 에지(13a) 각각으로부터 돌출된다. 본딩 와이어는 직선형이고, 그 전체 길이에 걸쳐 폭이 일정하다. 본딩 와이어의 선단부는 진동자(1)의 베이스부(2)의 소정 위치에 접합된다.

도 15의 예에 따르면, 중앙 관통 구멍(13A)이 기판(12)에 마련된다. 중앙 관통 구멍(13A)은 긴 형상이고, 예컨대 실질적으로 직사각형이다. 서로 대향하는 한 쌍의 고정부(12a)와 서로 대향하는 한 쌍의 비고정부(12b)는, 이들 고정부(12a)와 비고정부(12b)가 함께 중앙 관통 구멍(13A)을 형성하도록 마련된다.

이 예에 따르면, 진동자는 4개의 본딩 와이어(25A)와 2개의 본딩 와이어(25B)에 의해 지지된다. 각 본딩 와이어는 기판(12)의 고정부(12a)에 접합 및 부착되며, 고정부(12a)의 측면에 있는 대향 에지(13a)로부터 베이스부(2)를 향해 돌출한다.

각 본딩 와이어(25A)는 대향 에지(13a) 각각의 단부로부터 돌출하고, 평면도에서 보면 실질적으로 "L"자형으로 만곡된다. 즉, 본딩 와이어(25A)는 관통 구멍(13A)에 면하는 대향 에지(13b)에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 광폭부(25a)와, 협폭부(25b), 그리고 대향 에지(13a)에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 만곡부(25c)를 구비한다. 만곡부(25c)의 선단부는 베이스부(2)에 마련된 전극에 접합된다.

또한, 2개의 본딩 와이어(25B) 각각은 대향 에지(13a) 각각의 중앙으로부터 돌출하고, 광폭부(25a)와 협폭부(25b)를 구비한다. 협폭부(25b)의 선단부는 베이스부(2)에 접합된다. 이 예에 따르면, 각 본딩 와이어(25A 및 25B)는 광폭부(25a)와 협폭부(25b)를 구비한다. 그러나, 이 예에 따르면, 광폭부(25a)는 도 5에 도시된 것보다 짧다.

바람직한 실시예에 따르면, 본딩 와이어는 고정부로부터 중앙 관통 구멍을 향해 돌출하는 돌출부와, 본딩 와이어가 진동자에 접합되는 위치와 상기 돌출부 사이에 있는 복수 개의 만곡부를 구비한다. 만곡부의 길이 방향은 서로 다르다.

도 16에 도시된 예에 따르면, 도 5에 도시된 "L"자 형상을 갖는 와이어(14A) 대신에 크랭크 형상의 와이어(24)가 사용된다. 와이어(24)는 광폭부(24a)와, 협폭부(24b)와, 협폭부(24b)로부터 내측으로 돌출하는 만곡부(24c), 그리고 추가 만곡부(24d)를 구비한다. 와이어의 특성 진동수는 와이어에 있어서의 만곡부의 개수를 증대시키는 것에 의해 변경될 수 있다.

도 17의 예에 따르면, 중앙 관통 구멍(13C)은 직사각형의 네 코너에 곡선형 프로파일(13c)이 각각 형성되어 있는 점을 제외하고는 실질적으로 직사각형이다. 또한, 본딩 와이어(24)의 길이를 약간 감소시키기 위해 짧은 에지(13a 및 13d)가 마련되어, 본딩 와이어(30)는 약간 길게 형성된다. 크랭크 형상을 갖는 4개의 본딩 와이어(24) 각각은 짧은 에지(13a)로부터 돌출하고, 광폭부(24a)와, 협폭부(24b)와, 협폭부(24b)로부터 내측으로 돌출하는 만곡부(24c), 그리고 추가 만곡부(24d)를 구비한다. 직선형 본딩 와이어(30) 각각은 짧은 에지(13d)로부터 돌출하고, 광폭부(30a)와 협폭부(30d)를 구비한다.

도 18은 도 17에 도시된 6개의 본딩 와이어에 의해 베이스부가 지지되어 있는 진동자를 보여주는 평면도이다.

각 본딩 와이어의 단부는 진동자의 하부면에 있는 단자부에 접합될 수도 있고, 진동자의 상부면에 있는 단자부에 접합될 수도 있다.

진동자의 치수는 특별히 제한되는 것이 아니다. 그러나, 진동자의 중량 또는 치수가 너무 크면, 과도한 중량이 본딩 와이어에 인가되어 본딩 와이어를 장기간에 걸쳐 변형시킬 수 있다. 본딩 와이어의 변형이 진동에 미치는 부작용을 방지하기 위하여, 진동자의 폭은 10 mm 이하인 것이 바람직하고, 5 mm 이하인 것이 더 바람직하다. 이러한 점에서, 진동자의 중량은 5 mg 이하인 것이 바람직하고, 1 mg 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 진동자의 두께는 0.3 mm 이하인 것이 바람직하고, 0.2 mm 이하인 것이 더 바람직하다.

기판(12)용 재료는 특별히 제한되지 않으며, 세라믹, 유리 또는 수지 등과 같이 패키지용으로 사용되는 절연 재료일 수 있다.

본딩 와이어를 진동자에 접합하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 이러한 방법으로는 가열 프레싱, 초음파 접합, 스폿 용접, 전도성 접착체, 또는 솔더링에 의한 접합을 들 수 있다.

진동에 미치는 부작용을 방지하기 위하여, 진동자가 기판에 직접 접촉하지 않도록 진동자를 지지할 필요가 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 진동자와 기판 사이의 간격은 0.1 mm 이상이고, 0.2 mm 이상인 것이 더 바람직하다.

본딩 와이어의 재료는 특별히 제한되지 않으며, 금속, 수지, 접착제, 또는 금속 및 수지의 복합 재료일 수 있고, 바람직하게는 금속일 수 있다. 구리, 금, 알루미늄, 은, 텅스텐, 스테인레스강, 철, 니켈, 주석, 황동, 또는 이들의 합금이 가장 바람직하다.

이들 금속 또는 합금은 도금 등에 의해 표면 처리될 수 있다. 예컨대, 금 도금된 구리 포일이 매우 바람직하다.

진동자의 재료는 특별히 제한되지 않으며, 압전 단결정인 것이 바람직하다. 진동자의 재료는 석영, 니오븀산 리튬, 탄탈륨산 리튬, 니오븀산 리튬-탄탈륨산 리튬 고용체(固溶體), 붕산 리튬 및 랑거사이트로 이루어진 군에서 선택되는 압전 단결정인 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따라 측정되는 물리량은 특별히 제한되지 않는다. 구동 진동이 진동자에 여기되고, 진동자에 가해지는 특정 물리량의 영향으로 인해 진동자의 진동 상태가 변화하는 경우, 물리량이 검출 회로를 통해 검출될 수 있다면 이 물리량은 본 발명에 포함된다. 이러한 물리량은 진동자에 인가되는 각속도, 각가속도, 또는 가속도인 것이 바람직하다. 본 발명의 측정 시스템은 관성 센서(inertia censor)인 것이 바람직하다.

예

(비교예 1)

도 1 및 도 2에 도시된 진동자(1A)를 사용하였다. 구체적으로, 100 옹스트롬의 두께를 갖는 크롬 필름과 1500 옹스트롬의 두께를 갖는 금 필름을, 0.1 mm 두께의 석영 Z-플레이트로 제조된 웨이퍼 상의 소정 영역에 스퍼터링에 의해 형성하 였다. 웨이퍼의 주표면은 모두 레지스트 필름으로 각각 피복된다.

그 후, 상기 금 필름에 있어서의 과잉 금을 에칭에 의해 제거하기 위해, 웨이퍼를 요오드와 요오드화 칼륨의 수용액에 침지하고, 또한 상기 크롬 필름에 있어서의 과잉 크롬을 에칭에 의해 제거하기 위해, 질산 세륨-암모늄과 과염소산의 수용액에 침지하였다. 웨이퍼를 80℃의 온도의 이플루오르화 암모늄에 20시간 동안 침지하는 것에 의해 웨이프를 에칭하여, 진동자(1)의 외형을 형성하였다. 금속 마스크를 사용하여 100 옹스트롬의 두께를 갖는 크롬 필름 상에 2000 옹스트롬의 두께를 갖는 금 필름을 전극용 필름으로서 형성하였다. 진동자는 길이가 2.0 ㎜, 폭이 2.2 ㎜, 두께가 0.1 ㎜, 그리고 중량이 0.3 ㎎이었다.

진동자(1)는 도 10에 도시된 바와 같이 패키지 내에 장착되었다. 기판(12)은 중앙 관통 구멍을 갖는 폴리이미드 필름과 구리 포일의 접합체로 형성되었다. 구리 포일을 에칭하여, 본딩 와이어, 배선 및 접촉 패드를 기판(12)에 형성하였다. 프레임은 알루미나 세라믹으로 형성하였다. 구리 포일의 표면은 금 도금으로 피복되었다. 본딩 와이어는 가열 프레싱에 의한 접합에 의해 금 범프(gold bump)(25)를 통해 진동자(1)의 베이스부(2)에 접합되었다.

이 예에 따르면, 각 본딩 와이어는 직선 형상을 갖고 폭이 0.03 ㎜이였다. 진동자는 6개의 본딩 와이어에 의해 지지되었다. 6개의 본딩 와이어 중 2개는 고정부(12a)에 고정되었고, 나머지 4개는 비고정부(12b)에 고정되었다.

이와 같이 얻어진 진동형 자이르스코프는 온도 테스트 배스(bath) 내에 수용되며, 온도는 영하 40℃ 내지 영상 85℃의 범위에서 변경되었다. 구동 진동은 자 가 진동 회로를 사용하여 여기되어, 구동 진동 모드의 공진 진동수 "fd"가 4000 Hz로 설정되었다.

이와 같이 얻어진 검출 신호를 처리하여 영점 자이로스코프 신호를 얻었다. 피크 영점 온도 드리프트는 도 3에 도시된 바와 같이 실내 온도 범위에서 검출되었음이 확인되었다. 영점 온도 드리프트의 진도는 56 dps인 것으로 확인되었다.

영점 온도 드리프트는 다음과 같이 계산되었다. 영점 자이로스코프 신호 성분의 데이터를 온도의 함수로서 표시하여 도표를 형성하였다. 피크를 제외하고는 도표는 영하 40℃ 내지 영상 85℃의 범위에서 직선으로 근사되었다. 직선에 대한 피크의 높이가 계산되어, 영점 온도 드리프트로 지정되었다.

(예 1)

진동자(1)는 도 16에 도시된 지지 구조가 적용되었다는 점을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 절차에 따라 기판에 지지되었다. 영점 자이로스코프 신호 성분의 온도에 대한 의존성은 도 4에 도시되어 있다. 영점 온도 드리프트는 2.5 dps인 것으로 확인되었다. 즉, 영점 자이로스코프 신호 성분은 영하 40℃와 영상 85℃ 사이에서 거의 선형 함수를 따라 점진적으로 낮아졌고, 실질적인 영점 온도 드리프트는 관찰되지 않았다.

(예 2)

진동자(1)는 도 12에 도시된 지지 구조가 적용되었다는 점을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 절차에 따라 기판에 지지되었다. 디튜닝 진동수의 온도에 대한 의존성은 도 19에 도시되어 있다. 즉, 디튜닝은 영하 40℃ 내지 영상 85℃의 범위 에서 거의 선형 함수를 따라 감소하였다. 영점 온도 드리프트는 7 dps인 것으로 확인되었다.

(예 3)

진동자(1)는 도 5에 도시된 지지 구조가 적용되었다는 점을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 절차에 따라 기판에 지지되었다. 그 결과, 디튜닝의 온도에 대한 의존성은 도 20에 도시되어 있다. 즉, 디튜닝은 영하 40℃ 내지 영상 85℃의 범위에서 거의 선형 함수를 따라 감소하였다. 영점 온도 드리프트는 5 dps인 것으로 확인되었다.

(예 4)

진동자(1)는 도 6에 도시된 지지 구조가 적용되었다는 점을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 절차에 따라 기판에 지지되었다. 영점 온도 드리프트는 6 dps인 것으로 확인되었다.

(예 5)

진동자(1)는 도 8에 도시된 지지 구조가 적용되었다는 점을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 절차에 따라 기판에 지지되었다. 영점 온도 드리프트는 6 dps인 것으로 확인되었다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조로 설명되었지만, 본 발명은 단지 예시를 목적으로 제시된 예시적인 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 형태로 실시될 수 있다.

본 발명에 따른 진동자를 지지하는 지지 구조 및 이를 포함하는 진동형 자이로스코프와 같은 물리량 측정 장치는, 영점 온도 드리프트를 제거하거나 현저히 감소시켜, 종래에 검출 신호에서의 영점 온도 드리프트로 인해 발생하는 문제점을 해결한다.

Claims (8)

1. 기판의 중심축 "X" 방향으로 굽힘 진동하는 구동 진동 아암을 구비한 진동자를 지지하는 진동자 지지 구조에 있어서,

   서로 대향하는 한 쌍의 고정부와, 서로 대향하는 한 쌍의 비고정부를 포함하는 기판으로서, 상기 고정부 및 비고정부는 함께 상기 기판에 관통 구멍을 형성하는 것인 기판과;

   상기 기판에 부착되고 상기 진동자에 연결되는 제1쌍, 제2쌍, 및 제3쌍의 본딩 와이어;

   를 포함하며,

   상기 제1쌍의 본딩 와이어는 실질적으로 상기 기판의 중심축 "X"를 따라 정렬되고, 상기 제2쌍의 본딩 와이어는 상기 중심축 "X"를 중심으로 그 일측에서 상기 고정부로부터 상기 중심축 "X"와 평행한 방향으로 연장되도록 마련되고, 상기 제3쌍의 본딩 와이어는 상기 중심축 "X"를 중심으로 타측에서 상기 고정부로부터 상기 중심축 "X"와 평행한 방향으로 연장되도록 마련되며,

   상기 진동자가 상기 기판에 직접 접촉하지 않도록 상기 진동자는 상기 본딩 와이어에 의해서만 지지되고, 상기 본딩 와이어는 상기 고정부에만 부착되고 상기 비고정부에는 부착되지 않는 것인 진동자 지지 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 진동자는 상기 관통 구멍 상에서 지지되는 베이스부와, 상기 베이스부로부터 돌출하는 진동 아암을 포함하고, 상기 베이스부는 상기 본딩 와이어에 의해 지지되는 것인 진동자 지지 구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본딩 와이어는 상기 고정부로부터 상기 관통 구멍을 향해 돌출하는 돌출부와, 상기 돌출부로부터 상기 본딩 와이어가 상기 진동자에 접합되는 위치를 향해 만곡되는 만곡부를 포함하는 것인 진동자 지지 구조.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본딩 와이어는 상기 고정부로부터 상기 관통 구멍을 향해 돌출하는 돌출부와, 상기 본딩 와이어가 상기 진동자에 접합되는 위치와 상기 돌출부와의 사이에 있는 복수 개의 만곡부를 포함하고, 상기 만곡부는 서로 다른 길이 방향을 갖는 것인 진동자 지지 구조.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 본딩 와이어가 상기 고정부로부터 돌출하는 위치와 상기 비고정부는 0.1 mm 이상의 간격을 두고 서로 이격되는 것인 진동자 지지 구조.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고정부는 복수 개의 위치에서 전도성 접착제를 통해 하부 기판에 접합되는 것인 진동자 지지 구조.
7. 제1항 또는 제2항에 따른 진동자 지지 구조를 포함하는 것인 물리량 측정 장치.
8. 제7항에 있어서, 진동형 자이로스코프를 포함하는 것인 물리량 측정 장치.

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