WO2018096896A1 - 振動センサ - Google Patents

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WO2018096896A1
WO2018096896A1 PCT/JP2017/039598 JP2017039598W WO2018096896A1 WO 2018096896 A1 WO2018096896 A1 WO 2018096896A1 JP 2017039598 W JP2017039598 W JP 2017039598W WO 2018096896 A1 WO2018096896 A1 WO 2018096896A1
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WO
WIPO (PCT)
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substrate
frame
conductive member
metallized layer
vibration sensor
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/039598
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真吾 松浦
剛 寒竹
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00—Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
    • H01H35/14—Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch

Definitions

  • the present invention relates to a vibration sensor.
  • a vibration sensor includes a substrate having a recess on an upper surface, a conductive plate provided in the recess, a frame-shaped conductive member provided on the substrate and surrounding the conductive plate.
  • a spherical conductive member that is provided on the substrate and is in contact with the conductive plate in a region surrounded by the frame-shaped conductive member, a frame that is provided on the substrate and surrounds the frame-shaped conductive member, and the substrate
  • a metallized layer that is provided on the upper surface and that is connected to the frame-shaped conductive member while taking in the concave portion; and a lid that is provided on the frame and covers the spherical conductive member.
  • the outer end of the metallized layer is located between the substrate and the frame.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a cross section of the vibration sensor along XX in FIG. 1. It is sectional drawing of the vibration sensor shown in FIG. It is a perspective view which expands and shows the principal part of the vibration sensor shown in FIG. It is a perspective view which decomposes
  • FIG. (A)-(c) is a top view which decomposes
  • (A) is the perspective view which looked at the package contained in the vibration sensor shown in FIG. 1 from the upper side
  • (b) is the perspective view seen from the lower side.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of the vibration sensor according to the present embodiment, showing a state in which a lid is attached.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the vibration sensor according to the present embodiment, and shows a state where the inside can be seen by removing the lid.
  • FIG. 3 is a side view of the vibration sensor shown in FIG. 4A is a top view of the vibration sensor shown in FIG. 1, and FIG. 4B is a bottom view.
  • FIG. 5 is an external perspective view showing a cross section of the vibration sensor along XX in FIG. 6 is a cross-sectional view of the vibration sensor shown in FIG.
  • FIG. 7 is an enlarged perspective view showing a main part of the vibration sensor shown in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the vibration sensor shown in FIG. 9A to 9C are plan views showing the vibration sensor shown in FIG. 1 in an exploded manner.
  • FIG. 10A is a perspective view of a package included in the vibration sensor shown in FIG. 1 as viewed from above
  • FIG. 10B is a perspective view as viewed from below.
  • the vibration sensor is incorporated in home appliances, electronic devices, etc., and detects inclination and vibration of those products.
  • Examples of home appliances and electronic devices are digital cameras, mobile phones, smartphones, and the like.
  • the vibration sensor can change the operation of various home appliances and electronic devices in accordance with a change in the conduction state of the vibration sensor.
  • the vibration sensor 1 includes a substrate 2 having a recess 2 a on the upper surface, a conductive plate 3 provided in the recess 2 a, and a frame-like conductivity provided on the substrate 2 and surrounding the conductive plate 3.
  • a member 4 a spherical conductive member 5 provided on the substrate 2 and in contact with the conductive plate 3 in a region surrounded by the frame-shaped conductive member 4, and a frame 6 provided on the substrate 2 and surrounding the frame-shaped conductive member 4.
  • a first metallized layer 7 provided on the substrate 2 and connected to the frame-like conductive member 4, and a lid 8 provided on the frame 6 and covering the spherical conductive member 5.
  • the substrate 2 is an insulating substrate and is made of, for example, a ceramic material such as alumina, mullite, or aluminum nitride, or a glass ceramic material. Alternatively, the substrate 2 is made of a composite material obtained by mixing a plurality of these materials.
  • the substrate 2 has a rectangular outer shape in plan view, and the length of one side is set to 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the thickness of the substrate 2 is set to 0.5 mm or more and 3 mm or less.
  • the thermal conductivity of the substrate 2 is set to 14 W / m ⁇ K or more and 200 W / m ⁇ K or less.
  • the thermal expansion coefficient of the substrate 2 is set to 4 ppm / K or more and 8 ppm / K or less.
  • the substrate 2 is manufactured, for example, by a ceramic green sheet laminating method, and a plurality of insulating layers (no symbols) may be laminated vertically. Each of the plurality of green sheets becomes an insulating layer. In the example of this embodiment, the substrate 2 is formed by two insulating layers. Details of the manufacturing method of the substrate 2 will be described later.
  • the recess 2 a formed on the upper surface of the substrate 2 is sized to accommodate the conductive plate 3.
  • the recess 2 a is provided in the central portion of the upper surface of the substrate 2.
  • the recess 2a has a circular shape in plan view, and has a diameter set to 0.5 mm or more and 5 mm or less, for example.
  • the depth of the concave portion 2a is set to 0.3 mm or more and 2.5 mm or less.
  • the conductive plate 3 is received in the recess 2a.
  • the conductive plate 3 is electrically connected to the spherical conductive member 5. This electrical connection is made by direct contact between the lower end portion of the spherical conductive member 5 and the upper surface of the conductive plate 3.
  • the conductive plate 3 is a conductive disc, for example, a metal material such as tungsten, molybdenum, nickel, cobalt, iron, copper, silver, gold or aluminum, or an alloy thereof, or a plurality of these materials. The composite material which mixed these materials, or the composite layer of those materials.
  • a specific example of the conductive plate 3 is as follows.
  • the thermal expansion coefficient of the conductive plate 3 is set to 3 ppm / K or more and 28 ppm / K or less.
  • the conductive plate 3 has a diameter of 0.2 mm to 3 mm and a vertical thickness of 0.3 mm to 2.5 mm.
  • the conductive plate 3 is connected to the bottom surface of the recess 2a via a brazing material.
  • the conductive plate 3 When the conductive plate 3 is a disc having a predetermined thickness, the heat in the spherical conductive member 5 or the recess 2a space can be efficiently absorbed, and the heat can be easily radiated to the outside. In the space of the recess 2a, heat tends to be trapped when the vibration sensor 1 operates. Therefore, by providing the conductive plate 3, it is possible to easily dissipate the heat in the recess 2 a space to the outside.
  • the conductive plate 3 is set to have a diameter that is more than half the thickness of the substrate 2 and more than half the diameter of the spherical conductive member 5 so as to easily absorb heat from the spherical conductive member 5. ing.
  • a gap sp1 is provided between the side surface of the conductive plate 3 and the inner wall surface of the recess 2a.
  • the gap sp1 is set so that the side surface of the conductive plate 3 does not contact the inner wall surface of the recess 2a even if the conductive plate 3 undergoes thermal expansion. If the conductive plate 3 is set in a state in which the conductive plate 3 is fitted in the recess 2a without a gap, the conductive plate 3 undergoes thermal expansion, and thermal stress is applied from the conductive plate 3 to the inner wall surface of the recess 2a. 2 may be destroyed. Therefore, by providing the gap sp1 between the side surface of the conductive plate 3 and the inner wall surface of the recess 2a, the thermal stress from the conductive plate 3 on the inner wall surface of the recess 2a can be effectively reduced.
  • another metallized layer may be disposed on the insulating portions such as the substrate 2 and the frame body 6.
  • the second metallized layer 9a to which the conductive plate 3 is bonded via a bonding material such as silver solder is provided on the bottom surface of the recess 2a.
  • the second metallized layer 9a can function as a base metal layer for joining the conductive plates 3, for example.
  • the substrate 2 may be provided with an inner layer wiring conductor (not shown) that is electrically connected to the second metallized layer 9a.
  • substrate 2 may be provided with the 1st board
  • the first substrate through conductor is insulated from the first metallized layer 7 and is electrically connected to the second metallized layer 9a and the inner layer wiring conductor.
  • the first substrate through conductor is electrically connected to the conductive plate 3 via the inner layer wiring conductor and the second metallized layer 9a.
  • the first substrate through conductor may be provided at the center position of the recess 2a. In this case, the first substrate through conductor penetrates the substrate 2 from the bottom surface of the recess 2 a to the lower surface of the substrate 2. Further, the first substrate through conductor may be directly connected to the second metallized layer 9a without providing the inner layer wiring conductor. Thereby, the heat from the conductive plate 3 is transmitted to the first substrate through conductor via the second metallized layer 9a. This heat is transmitted downward of the first substrate through conductor. Therefore, the heat in the recess 2a can be transmitted to the outside (dissipated).
  • the first substrate through conductor may be provided in each layer from the upper surface to the lower surface of the substrate 2 on which the plurality of insulating layers as described above are laminated, and the inner layer wiring conductor and the second layer provided in each layer of the substrate 2. It may be electrically connected to the metallized layer 9a.
  • the first substrate through conductor is a cylindrical via conductor.
  • the first substrate through conductor is made of a metal material such as tungsten, molybdenum, manganese, nickel, copper, silver, gold, or aluminum.
  • the 1st substrate penetration conductor may consist of alloy materials containing those metal materials.
  • the first substrate through conductor may be composed of a composite material obtained by mixing a plurality of materials among these metal materials, or a composite layer of these materials.
  • the first substrate through conductor has a diameter set to 0.1 mm or more and 1 mm or less. Further, the length of the first substrate through conductor in the vertical direction is set to 0.2 mm or more and 2.7 mm or less.
  • a first metallized layer 7 that is electrically connected to the frame-like conductive member 4 is formed.
  • the first metallized layer 7 surrounds the recess 2a in plan view.
  • a part of the upper surface of the first metallized layer 7 and the lower end of the frame-like conductive member 4 are connected directly or via a conductive connecting material (not shown). By this connection, the first metallized layer 7 and the frame-like conductive member 4 are electrically connected to each other.
  • the first metallized layer 7 has a frame shape and is formed except for the periphery of the recess 2a. It has a first peripheral edge (outer peripheral edge) opposite to the concave portion 2a and a second peripheral edge (inner peripheral edge) on the concave portion 2a side. The second peripheral edge of the first metallized layer 7 is closer to the outer periphery of the upper surface of the substrate 2 than the edge of the recess 2a. Further, the first metallized layer 7 is not formed on the inner wall surface of the recess 2a.
  • the first metallized layer 7 may be provided with an insulating portion (not shown) in part, and the upper surface of the first substrate through conductor may be disposed in the insulating portion. That is, the first metallized layer 7 is not limited to a frame shape, and may be a frame shape that is discontinuous (divided into a plurality of portions) in a part of the first and second peripheral edges in the length direction. Further, the first metallized layer 7 may have a shape in which at least one of the first peripheral edge and the second peripheral edge is uneven.
  • the first metallized layer 7 has a frame-like or annular pattern in plan view.
  • the first peripheral edge of the first metallization layer 7 such as a frame has a quadrangular shape or a quadrangular shape in which corners are formed in an arc shape as shown in FIG. 9, for example.
  • the first peripheral edge of the first metallization layer 7 having a square shape or the like is located between the substrate 2 and the frame body 6.
  • the first metallized layer 7 is at a position where the first peripheral edge (outer peripheral edge) is sandwiched between the substrate 2 and the frame body 6 and is not exposed to the outside.
  • the first peripheral edge of the first metallized layer 7 is located inside the outer surface of the frame body 6.
  • the first peripheral portion (outer peripheral portion) of the first metallized layer 7 is sandwiched between the substrate 2 and the frame body 6. Therefore, the bonding with the substrate 2 in the outer peripheral portion of the metallized layer where stress due to the contact between the frame-shaped conductive member 4 and the spherical conductive member 5 tends to concentrate is effectively improved. Therefore, for example, even if stress is repeatedly generated in the first metallized layer 7, it is possible to reduce the possibility of mechanical breakdown such as peeling between the first metallized layer 7 and the substrate 2.
  • first metallized layer caused by the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient, etc.) between the first metallized layer 7 and the substrate 2 and the frame body 6 sandwiching the outer peripheral portion of the first metallized layer 7. Similarly, the possibility of the peeling of 7 can be reduced.
  • the frame-shaped conductive member 4 is connected to each of them. That is, one frame-shaped conductive member 4 is connected across a plurality of cut frame-shaped first metallization layers 7. Moreover, in this case, it has a side edge part (not shown) which connects between the ends of the first peripheral edge and the second peripheral edge. A portion close to the first peripheral edge among the side edge portions may be set so as to be positioned between the substrate 2 and the frame body 6 similarly to the first peripheral edge. Also at this time, the inclination of the electronic device can be detected by electrical connection by contact between the conductive plate 3 and the frame-shaped conductive member via the spherical conductive member 5.
  • the first metallized layer 7 is electrically insulated from the conductive plate 3 and the second metallized layer 9a.
  • the first metallized layer 7 is made of a metal material such as tungsten, molybdenum, nickel, copper, silver, gold, or aluminum.
  • the first metallized layer 7 is made of an alloy material of those metal materials.
  • the first metallized layer 7 is composed of a composite material obtained by mixing a plurality of materials including the above metal material, or a composite layer of these materials.
  • the frame-like conductive member 4 is provided on the first metallized layer 7 as shown in FIGS.
  • the lower surface of the frame-shaped conductive member 4 is connected to the first metallized layer 7 via a brazing material.
  • the frame-shaped conductive member 4 is cylindrical. As shown in FIG. 9, the frame-shaped conductive member 4 is provided so that the center of the conductive plate 3 coincides with the center of the region surrounded by the frame-shaped conductive member 4 in plan view.
  • the frame-like conductive member 4 is made of a metal material such as tungsten, molybdenum, iron, nickel, cobalt, copper, silver, gold, or aluminum. Further, the frame-like conductive member 4 may be made of those alloy materials.
  • the frame-like conductive member 4 may be made of a composite material obtained by mixing a plurality of materials.
  • the thermal expansion coefficient of the frame-shaped conductive member 4 is set to 3 ppm / K or more and 28 ppm / K or less.
  • the frame-shaped conductive member 4 has a size that can be accommodated in the frame body 6 and has, for example, a cylindrical shape with an outer diameter of 0.45 mm to 7.5 mm and an inner diameter of 0.3 mm to 6 mm. Further, the frame-shaped conductive member 4 is set to have a vertical length of 0.4 mm or more and 4 mm or less.
  • the spherical conductive member 5 is accommodated inside the frame-shaped conductive member 4. As shown in FIGS. 5 and 6, the spherical conductive member 5 is positioned near the center of the region surrounded by the frame-shaped conductive member 4 at the center of the spherical conductive member 5. In this case, an insulating space sp ⁇ b> 2 is provided between the inner wall surface of the frame-shaped conductive member 4 and the surface of the spherical conductive member 5. The insulating space sp ⁇ b> 2 changes as the spherical conductive member 5 moves on the conductive plate 3.
  • the maximum distance between the inner surface of the frame-like conductive member 4 and the surface of the spherical conductive member 5 is set to 0.05 mm or more and 2 mm or less in the planar direction along the upper surface of the substrate 2. And it moves according to the inclination resulting from the vibration etc. of the electronic device in which the vibration sensor 1 is mounted.
  • the spherical conductive member 5 moves inside the frame-shaped conductive member 4 and comes into contact with the inside of the frame-shaped conductive member 4. As a result, the electronic device can detect that the electronic device is tilted.
  • the spherical conductive member 5 is provided on the substrate 2 in contact with the conductive plate 3 in a region surrounded by the frame-shaped conductive member 4.
  • the spherical conductive member 5 can roll on the conductive plate 3 when the vibration sensor 1 is tilted.
  • the spherical conductive member 5 can freely move in the region surrounded by the frame-shaped conductive member 4.
  • At least the exposed surface of the spherical conductive member 5 is made of a metal material such as tungsten, molybdenum, iron, nickel, cobalt, chromium, copper, silver, gold, or aluminum.
  • the spherical conductive member 5 may be entirely made of those metal materials.
  • the spherical conductive member 5 may be made of an alloy material of those metal materials.
  • the spherical conductive member 5 may be made of a composite material obtained by mixing a plurality of materials including those metal materials.
  • the spherical conductive member 5 has a size that fits in a region surrounded by the frame-shaped conductive member 4 and has a diameter of 0.2 mm or more and 5 mm or less.
  • the spherical conductive member 5 may be one in which the metal material layer is disposed on the exposed surface of a spherical main body made of a resin material.
  • the metal material layer can be formed in the form of, for example, a plating layer or a metallized layer.
  • the frame body 6 is provided on the substrate 2 and is provided so as to surround the frame-like conductive member 4.
  • the frame body 6 is provided along the edge of the substrate 2.
  • the frame body 6 seals the frame-like conductive member 4 and the spherical conductive member 5.
  • the frame 6 is made of an insulating material, for example, a ceramic material such as alumina, mullite or aluminum nitride, or a glass ceramic material. Or it consists of a composite material which mixed several materials among these materials.
  • the frame 6 has a rectangular outer edge in plan view, and the length of one side of the outer edge is set to 1 mm or more and 10 mm or less.
  • the thickness of the frame 6 in the vertical direction is set to 0.6 mm or more and 6 mm or less.
  • the thermal conductivity of the frame 6 is set to 14 W / m ⁇ K or more and 200 W / m ⁇ K or less.
  • the frame 6 is provided with a third metallized layer 9b on the upper surface as another example of the other metallized layers described above.
  • the lid 8 is joined to the third metallized layer 9b via gold-tin solder, and is electrically joined to the lid 8.
  • the frame body 6 is provided with an in-frame through conductor (not shown) as a wiring conductor that penetrates from the upper surface to the lower surface and is electrically connected to the lid body 8 through the third metallized layer 9b. .
  • the in-frame through conductor extends from the upper surface of the frame body 6 to the lower surface of the frame body 6 through the frame body 6. Further, the lower surface of the in-frame through conductor is electrically connected to the upper surface of the first substrate through conductor.
  • the in-frame through conductor is made of a conductive material, for example, a metal material such as tungsten, molybdenum, manganese, nickel, copper, silver, gold, or aluminum.
  • the in-frame through conductor may be made of an alloy material thereof.
  • the in-frame through conductor may be composed of a composite material obtained by mixing a plurality of materials among these materials, or a composite layer of these materials.
  • the thermal expansion coefficient of the frame 6 is set to 4 ppm / K or more and 8 ppm / K or less.
  • the inner end of the first metallized layer 7 may be separated from the recess 2a. Also in this case, the possibility of mechanical destruction of the substrate 2 due to stress can be effectively reduced. That is, a portion of the substrate 2 close to the recess 2a (such as an annular region surrounding the recess 2a) has a relatively low mechanical strength due to stress or the like when forming the recess 2a described later. On the other hand, if the first metallized layer 7 is not formed in a portion where the mechanical strength is relatively small, the following stress reduction effect can be obtained. This stress is, for example, a thermal stress applied through the first metallized layer 7 in the manufacturing process of the vibration sensor.
  • the thermal stress collides with the frame-shaped conductive member 4 while the spherical conductive member 5 rolls on the conductive plate 3, and the first bonding material and the first bonding material that joins the frame-shaped conductive member 4.
  • This is a stress applied through the metallized layer 7.
  • the possibility that the stress is applied to the portion of the substrate 2 close to the recess 2a is effectively reduced. Therefore, the possibility of mechanical destruction of the substrate 2 due to the stress can be effectively reduced.
  • the vibration sensor 1 of the said structure may be simply located in the central portion.
  • the first peripheral edge of the first metallized layer 7 is located at the center, the peeling of the first metallized layer 7 starting from the first peripheral edge of the first metallized layer 7 and its peripheral part is effectively suppressed. be able to. That is, in this case, the position of the first peripheral edge of the first metallized layer 7 can be separated from the joining position of the frame-like conductive member 4 corresponding to the stress point of stress. Thereby, the stress which acts on the 1st metallization layer 7 can be restrained small. Further, the first peripheral edge of the first metallized layer 7 is separated from the bonding interface between the substrate 2 and the inner surface of the frame 6. Thereby, the possibility of mechanical destruction such as cracking or peeling starting from the joint interface portion can be effectively reduced.
  • the first metallized layer 7 is basically a rectangular frame shape, and the outer corner portion is formed into an arc shape (so-called chamfering). In this case, stress is prevented from concentrating on the outer corner portion of the first metallized layer 7. Therefore, the possibility of mechanical breakage such as cracking or peeling of the first metallized layer 7 from the corner portion can be effectively reduced.
  • the substrate 2 is provided with a second substrate through conductor (not shown) electrically connected to the first metallized layer 7.
  • the second substrate through conductor is formed from the upper surface of the substrate 2 to the lower surface of the substrate 2 so as not to be electrically connected to the first substrate through conductor and the second metallized layer 9a (that is, not to be electrically short-circuited).
  • the second substrate through conductor is electrically connected to the frame-shaped conductive member 4 via the first metallized layer 7.
  • the second substrate through conductor is made of a conductive material, for example, a metal material such as tungsten, molybdenum, manganese, nickel, copper, silver, gold, or aluminum.
  • the second substrate through conductor may be made of an alloy material including those metal materials.
  • the 2nd substrate penetration conductor may consist of a composite system material which mixed a plurality of materials among these materials, or a composite layer of those materials.
  • the lower surface of the substrate 2 is provided with a pair of lower surface metallization layers 10 along two opposing sides of the substrate 2 as shown in FIGS. 4 and 10, for example.
  • the pair of lower surface metallization layers 10 are formed in a rectangular shape.
  • one side 10 a of the pair of lower surface metallized layers 10 is provided along one side of the substrate 2.
  • the other 10b of the pair of lower surface metallized layers 10 is provided along the other side of the substrate 2 with a space between the other 10b.
  • 10a is electrically connected to both the first substrate through conductor and the in-frame through conductor.
  • the other 10b is electrically connected to the second substrate through conductor.
  • the lower surface metallized layer 10 is made of a conductive material, for example, a metal material such as tungsten, molybdenum, manganese, nickel, copper, silver, gold, or aluminum. Further, the lower surface metallized layer 10 may be made of those alloy materials. Alternatively, the lower surface metallized layer 10 may be made of a composite material obtained by mixing a plurality of materials among these materials.
  • the lid 8 is provided on the frame 6 so as to cover the frame-like conductive member 4 and the spherical conductive member 5.
  • the lid body 8 has a function of sealing a space surrounded by the substrate 2 and the frame body 6.
  • the lid 8 is joined to the third metallized layer 9b on the upper surface of the frame 6 via, for example, gold-tin solder.
  • the lid 8 is made of a metal material such as iron, nickel, cobalt, copper, silver, gold, or aluminum.
  • the lid 8 may be made of an alloy material including those metal materials.
  • the lid 8 is made of a composite material obtained by mixing a plurality of materials among these materials.
  • the lid 8 is electrically connected to the third metallized layer 9b as the wiring conductor, the in-frame through conductor 11 and the first substrate through conductor.
  • the lid 8 passes through the frame 6 and the substrate 2 and is electrically connected to one side 10 a of the lower surface metallized layer 10. Further, the lid 8 has the same potential as the second metallized layer 9a and the conductive plate 3 that are electrically connected via the inner layer wiring conductor of the substrate 2 that is electrically connected to the first substrate through conductor.
  • a frame-shaped conductive member 4 made of a metal material is disposed in a substrate 2 and a frame body 6 made of a ceramic material, and the frame-shaped conductive member 4 in contact with the spherical conductive member 5 is disposed.
  • the structure is not embedded in the substrate 2 or the frame 6.
  • the cylindrical frame-shaped conductive member 4 is formed so as to surround the spherical conductive member 5, the tilted angle can be accurately detected regardless of the orientation of the vibration sensor 1 in the device. And sensing errors can be reduced.
  • the upper end of the frame-like conductive member 4 may be positioned below the upper end of the frame body 6 as in the example shown in FIGS.
  • a difference in thermal expansion between the frame-shaped conductive member 4 and the frame body 6 can be absorbed by the gap. Therefore, for example, even if the frame-like conductive member 4 expands larger than the frame 6 due to the heat generated in the insulating space sP2 (extends upward), force is applied from the frame-like conductive member 4 to the lid 8 or the like. The possibility is reduced. Therefore, for example, the reliability of sealing of the spherical conductive member 5 and thus the long-term reliability as the vibration sensor 1 can be improved.
  • the thickness of the first metallized layer 7 may not be uniform, and may be thicker or thinner in part than in other parts.
  • the thickness of the metallized layer in the part sandwiched between the substrate 2 and the frame 6 may be smaller than the thickness in the other part.
  • the first metallized layer sandwiched between the substrate 2 and the frame 6 is a portion where the stress generated due to the difference between the thermal expansion system coefficients of the substrate 2, the frame 6 and the metallized layer is relatively large. Since the thickness of 7 is relatively small, the stress generated in the first metallized layer 7 sandwiched between the substrate 2 and the frame 6 can be reduced, so that the junction interface between the substrate 2, the frame 6 and the first metallized layer 7 is the starting point. As a result, it is possible to reduce the possibility of occurrence of cracks and cracks, and to effectively suppress peeling of the first metallized layer 7 from the substrate 2 and the frame body 6.
  • first substrate through conductors there may be a plurality of first substrate through conductors. In this case, it is advantageous in enhancing the effect of heat radiation to the outside via the first substrate through conductor. Moreover, it is advantageous in reducing the conduction resistance of the electrical connection to the outside through the first substrate through conductor.
  • the surface of the metal portion exposed to the outside, such as the first substrate through conductor may be covered with a plating layer such as nickel and gold.
  • the plating layer can suppress deterioration such as oxidation of the exposed metal portion. It is also possible to improve the wettability of the brazing material when the metal part is connected to an external member (such as a terminal of the circuit board or the housing of the sensor device) with a low melting point brazing material such as solder.
  • the substrate 2 is prepared.
  • the substrate 2 is made of, for example, an aluminum oxide sintered body, from a mixture obtained by adding and mixing an organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like to raw powders such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide and calcium oxide Mold green sheets.
  • a high melting point metal powder such as tungsten or molybdenum is prepared, and an organic binder, a plasticizer, a solvent or the like is added to and mixed with the powder to obtain a metal paste.
  • the green sheet that is the upper layer of the substrate 2 punching or the like is performed on the green sheet that is the upper layer of the substrate 2, and a metal paste is filled to form a second substrate through conductor.
  • the first metallized layer 7 is formed on the upper surface of the green sheet as the upper layer of the substrate 2 by applying a metal paste, for example, by screen printing so as to be electrically connected to the second substrate through conductor. To do.
  • the green sheet as the lower layer of the substrate 2 is subjected to punching or the like and filled with a metal paste to form the first substrate through conductor and the second substrate through conductor.
  • a screen printing method is used so as to be insulated from the second substrate through conductor and electrically connected to the first substrate through conductor.
  • a metallized layer 9a and an inner layer wiring conductor are formed, and a lower surface metallized layer 10 electrically connected to the first substrate through conductor and the second substrate through conductor is formed on the lower surface.
  • an upper portion of the green sheet is previously formed with a punched portion that becomes the recess 2 a by mechanical processing such as punching (punching) using a mold.
  • the green sheet as the lower layer of the substrate 2 is laminated so that the second substrate through conductor provided in the upper layer and the lower layer of the substrate 2 is electrically connected to the lower side of the holed portion of the upper layer of the substrate 2.
  • a recess 2a is formed. Then, the green sheet as the upper and lower layers of the substrate 2 and the frame body 6 made of the green sheet prepared in the same manner as the substrate 2 are laminated, and the unfired substrate 2 and the frame body 6 are integrally provided.
  • the integrally provided substrate 2 and frame 6 can be obtained.
  • the first metallized layer 7, the second metallized layer 9a, and the third metallized layer 9b are subjected to nickel plating on the surfaces.
  • the conductive plate 3, the frame-shaped conductive member 4, the spherical conductive member 5 and the lid 8 are prepared. These can be produced in a predetermined shape by using a metal processing method such as metal polishing on an ingot obtained by casting and solidifying a molten metal material into a mold.
  • the conductive plate 3 is connected to the second metallized layer 9a provided in the concave portion 2a of the prepared substrate 2 after sintering by silver brazing. Further, the frame-like conductive member 4 is connected to the first metallized layer 7 on the substrate 2 by silver brazing. Further, the lid 8 is soldered to the third metallized layer 9b on the frame 6 with gold-tin solder in a state where the spherical conductive member 5 is disposed in the region surrounded by the frame-shaped conductive member 4. In this way, the vibration sensor 1 can be manufactured.

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Abstract

振動センサは、上面に凹部を有する基板と、凹部内に設けられた導電板と、基板上に設けられ、導電板の周囲を囲んだ枠状導電部材と、基板上に設けられ、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、基板上に設けられ、枠状導電部材を取り囲む枠体と、基板上に設けられ、枠状導電部材と接続されている第１メタライズ層と、枠体上に設けられ、球状導電部材を覆う蓋体とを備えている。第１メタライズ層の凹部と反対側の第１周縁が基板と枠体との間に位置している。

Description

振動センサ
　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、前記凹部内に設けられた導電板と、前記基板上に設けられ、前記導電板の周囲を囲んだ枠状導電部材と、前記基板上に設けられ、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、前記基板上に設けられ、前記枠状導電部材を取り囲む枠体と、前記基板上に設けられ、前記凹部を取り込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、前記枠体上に設けられ、前記球状導電部材を覆う蓋体とを備えている。また、前記メタライズ層の外側の端が前記基板と前記枠体との間に位置している。
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）～（ｃ）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。
　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）～（ｃ）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内に設けられた導電板３と、基板２上に設けられ、導電板３の周囲を囲んだ枠状導電部材４と、基板２上に設けられ、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上に設けられ、枠状導電部材４を取り囲む枠体６と、基板２上に設けられ、枠状導電部材４と接続されている第１メタライズ層７と、枠体６上に設けられ、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、あるいはそれらの合金、あるい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。
　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。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または凹部２ａ空間内の熱を効率よく吸収して、熱を外部に放熱しやすくすることができる。凹部２ａ空間内は、振動センサ１が作動すると熱がこもりやすい。そこで、導電板３を設けることで、凹部２ａ空間内の熱を外部に放散しやすくすることができる。導電板３は、球状導電部材５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第１メタライズ層７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）が設けられていてもよい。また、基板２は、上面から下面を貫通する第１基板貫通導体（図示せず）が設けられていてもよい。第１基板貫通導体は、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る。
　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ていてもよい。この場合の第１基板貫通導体は、凹部２ａの底面から基板２の下面にかけて基板２を貫通する。また、内層配線導体を設けずに、第１基板貫通導体が第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）を介して接続し合う。この接続により、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いる。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。そのため、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。したがって、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、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、円筒状である。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位置する。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。電子機器が傾いたりすると、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。その結果、電子機器が傾いたことを電子機器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。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。
　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は、基板２の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、次のような応力低減の効果が得られる。この応力は、例え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である。また、この熱応力は、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である。上記構成では、そ上記応力が基板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。これにより、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。これにより、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）が設けられている。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）形成されている。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ている。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１１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。
　本実施形態に係る振動センサ１は、セラミック材料からなる基板２および枠体６内に、金属材料からなる枠状導電部材４を配置して、球状導電部材５と接触する枠状導電部材４を基板２や枠体６内に埋まった構造としない。しかも、球状導電部材５の周囲を取り囲むように円筒状の枠状導電部材４としたことで、振動センサ１を機器内に向きをどう配置しても、傾いた角度を正確に検出することができ、センシングの誤差を低減することができる。
　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との間に位置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、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。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を向上させることができる。
　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、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ので、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とから、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とともに、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、
    前記凹部内に設けられた導電板と、
    前記基板上に設けられ、前記導電板の周囲を囲んだ枠状導電部材と、
    前記基板上に設けられ、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、
    前記基板上に設けられ、前記枠状導電部材を取り囲む枠体と、
    前記基板上に設けられ、前記凹部を取り込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、
    前記枠体上に設けられ、前記球状導電部材を覆う蓋体とを備えており、
    前記メタライズ層の前記凹部と反対側の第１周縁の少なくとも一部が前記基板と前記枠体との間に位置している振動センサ。
  2. 　請求項１に記載の振動センサであって、
    前記メタライズ層の前記凹部側の第２周縁が前記凹部から離れている振動センサ。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の振動センサであって、
    前記メタライズ層の第１周縁の全体が、前記枠体の外側面と内側面との間の中央部に位置している振動センサ。
  4. 　請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の振動センサであって、
    前記枠状導電部材の上端が、前記枠体の上端よりも下側に位置する振動センサ装置。
  5. 　請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の振動センサであって、
    前記蓋体は、導電材料からなり前記枠体内及び前記基板内に設けられた配線導体を介して前記導電板と電気的に接続されていることを特徴とする振動センサ。
     
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WO2007021039A1 (ja) * 2005-08-17 2007-02-22 G-Device Corporation 小型傾斜・振動センサとその製造方法
JP2015087220A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 京セラ株式会社 振動センサ

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