WO2018173527A1 - 振動センサ - Google Patents

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WO2018173527A1
WO2018173527A1 PCT/JP2018/004215 JP2018004215W WO2018173527A1 WO 2018173527 A1 WO2018173527 A1 WO 2018173527A1 JP 2018004215 W JP2018004215 W JP 2018004215W WO 2018173527 A1 WO2018173527 A1 WO 2018173527A1
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WO
WIPO (PCT)
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conductive member
vibration sensor
substrate
lid
electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/004215
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真二 中本
作本　大輔
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
Priority to JP2019507421A priority Critical patent/JPWO2018173527A1/ja
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Definitions

  • the present invention relates to a vibration sensor.
  • a vibration sensor that detects a vibration state using an electrical contact between a rollable conductive spherical electrode and a fixed electrode.
  • a sensor to detect includes a substrate having a conductive plate, a frame-shaped conductive member, a spherical conductive member located inside the frame-shaped conductive member, a frame surrounding the frame-shaped conductive member, and a spherical shape.
  • a vibration sensor including a lid that covers a conductive member is disclosed (for example, see Patent Document 1).
  • a vibration sensor includes a base body having a space surrounded by a bottom surface, a top surface facing the bottom surface, and a side surface located between the bottom surface and the top surface.
  • a first conductive member located on the bottom surface in the space a second conductive member located on the top surface, a third conductive member located on the side surface, and a spherical fourth conductive material located in the space. And a member.
  • the fourth conductive member is moved by vibration and electrically connects the first conductive member and the third conductive member, or the second conductive member and the third conductive member.
  • the second conductive member has a convex shape that is inclined toward the center from the outer edge of the upper surface and extends toward the bottom surface. In the bottom view, the convex shape overlaps the central portion of the fourth conductive member.
  • FIG. 6A is a plan view from above showing the vibration sensor shown in FIG. 2, and FIG. 6B is a plan view from below.
  • FIG. 3 is a cross-sectional perspective view taken along line XX in the vibration sensor shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line XX in the vibration sensor shown in FIG. 2. It is sectional drawing which shows the vibration sensor which concerns on other embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the vibration sensor which concerns on other embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the vibration sensor which concerns on other embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a vibration sensor according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view from above showing an overview of the vibration sensor according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view from the bottom showing an overview of the vibration sensor according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view from the upper surface showing a state in which the upper surface (lid) of the vibration sensor according to the embodiment of the present invention is removed.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view from above showing a vibration sensor according to an embodiment of the present invention.
  • 6A is a plan view from above showing the vibration sensor shown in FIG. 2, and
  • FIG. 6B is a plan view from below.
  • FIG. 7 is a side view showing a vibration sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view showing the upper surface (lid) of the vibration sensor according to one embodiment of the present invention.
  • 9A and 9B are plan views from above showing a part of FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional perspective view taken along line XX in the vibration sensor shown in FIG.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XX in the vibration sensor shown in FIG. 12 to 14 are sectional views showing a vibration sensor according to another embodiment of the present invention.
  • a vibration sensor is incorporated in home appliances, electronic devices, etc., and detects vibrations of those products.
  • Examples of home appliances and electronic devices are digital cameras, mobile phones, smartphones, and the like.
  • the vibration sensor can detect movements of various home appliances and electronic devices by using a change in the conduction state in the vibration sensor.
  • Fig. 1 schematically shows a vibration sensor.
  • the vibration sensor according to the present invention includes a base body 10 in which a space 15 surrounded by an upper surface 1e, a side surface 2e, and a bottom surface 6e is provided.
  • the second conductive member 1b located on the upper surface 1e, the first conductive member 5 located on the bottom surface 6e, and the third conductive member 3 located on the side surface 2e are located.
  • a spherical fourth conductive member 4 is located in the space 15.
  • substrate 10 may be formed with the cover body 1, the frame body 2, and the board
  • each part will be specifically described with reference to an embodiment of the present invention.
  • the base body 10 includes an upper surface 1e surrounding the space 15, a side surface 2e surrounding the space 15, and a bottom surface 6e surrounding the space 15.
  • the upper surface 1 e is the lower surface of the lid 1.
  • the side surface 2 e is an inner wall surface of the frame body 2.
  • the bottom surface 6 e is the top surface of the substrate 6.
  • the second conductive member 1 b, the third conductive member 3, the fourth conductive member 4, and the first conductive member 5 are located inside the space 15 of the base body 10.
  • the vibration sensor 20 is configured by the base 10 and each component located in the space 15 of the base 10.
  • the upper surface 1 e surrounding the space 15 of the base body 10 is described as the lid 1.
  • the side surface 2e is described as the frame 2.
  • the bottom surface 6 e is described as the substrate 6.
  • the first conductive member 5 is described as the electrode 5.
  • the fourth conductive member 4 is described as a ball 4.
  • the second conductive member 1b is located on the surface of the lid 1 on the space 15 side.
  • the third conductive member 3 is located on the inner wall of the frame 2 on the space 15 side.
  • the first conductive member 5 is located on the surface of the substrate 6 on the space 15 side.
  • a ball 4 that electrically connects the electrode 5 and the third conductive member 3 or the second conductive member 1 b and the third conductive member 3 is located.
  • the substrate 6 is an insulating substrate and is made of, for example, a ceramic material such as aluminum oxide, mullite, or aluminum nitride, or a glass ceramic material. Or it consists of a composite material which mixed several materials among these materials.
  • the size of the outer shape of the substrate 6 is, for example, a rectangular shape with one side of 1 mm to 10 mm.
  • the thickness of the substrate 6 is 0.5 mm to 3 mm.
  • the thermal conductivity of the substrate 6 is 14 W / m ⁇ K to 200 W / m ⁇ K.
  • the thermal expansion coefficient of the substrate 6 is 4 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. to 8 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the substrate 6 is manufactured by, for example, a ceramic green sheet laminating method, and a plurality of insulating layers may be laminated vertically (Z direction). Each of the plurality of green sheets becomes an insulating layer. As shown in FIGS. 2 to 5, the insulating layer of the substrate 6 is formed of one layer. As shown in FIG. 7, the substrate 6 may be formed of two insulating layers. Moreover, the board
  • a recess 6 a is located on the upper surface of the substrate 6.
  • the recess 6 a is provided for accommodating the electrode 5.
  • the recess 6a is located at the center of the upper surface of the substrate 6 in plan view.
  • the size of the recess 6a is, for example, a circular shape having a diameter of 0.5 mm to 5 mm.
  • the depth of the recess 6a in the Z direction is, for example, 0.3 mm to 2.5 mm.
  • the electrode 5 has a disc shape with a predetermined thickness and has a flat surface.
  • the flat surfaces are, for example, the upper surface and the lower surface of the electrode 5.
  • the electrode 5 is electrically connected to the ball 4. This electrical connection is made by direct contact between the lower end portion of the ball 4 and the upper surface of the electrode 5.
  • the electrode 5 is a conductive disc and is made of, for example, a metal material such as tungsten, molybdenum, nickel, cobalt, iron, copper, silver, gold, or aluminum, or an alloy thereof. Moreover, you may be from the composite type material which mixed several materials among these materials, or the composite layer of those materials.
  • the electrode 5 is connected to the bottom surface of the recess 6a (the top surface of the substrate 6) by a brazing material, a metallized layer, or the like.
  • the thermal expansion coefficient of the electrode 5 is, for example, 3 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. to 28 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the diameter of the electrode 5 is, for example, 0.2 mm to 3 mm.
  • the thickness of the electrode 5 in the Z direction is, for example, 0.5 mm to 2.5 mm.
  • the electrode 5 is described as a disk shape having a flat surface, it is not limited to this.
  • the shape where the upper surface of the electrode 5 is curved in a convex shape may be used.
  • the upper surface of the electrode 5 may be a curved surface having a curvature radius of about 0.3 mm to 15 mm.
  • the thickness of the outer peripheral portion of the electrode 5 is located 0.3 mm to 2.3 mm below the thickness of the central portion of the electrode 5.
  • the electrode 5 can efficiently absorb the heat inside the ball 4, the recess 6 a or the vibration sensor 20 by making the electrode 5 into a disk shape having a flat surface and a predetermined thickness.
  • the absorbed heat can be easily radiated to the outside of the vibration sensor 20 via the substrate 6.
  • the inside of the vibration sensor 20 including the recess 6a includes heat applied during the manufacturing process of the vibration sensor 20 and mounting on the external mounting substrate via solder, and heat applied in the environmental test and reliability test of the vibration sensor 20. Alternatively, heat generated when the vibration sensor 20 is activated is likely to be accumulated. Therefore, by providing the electrode 5, it is possible to easily dissipate heat inside the vibration sensor 20 including the recess 6 a to the outside of the vibration sensor 20 through the electrode 5 and the substrate 6. Also in the second conductive member 1b described later, the heat inside the vibration sensor 20 can be easily dissipated to the outside of the vibration sensor 20 via the second conductive member 1b and the lid 1.
  • the gap is set so that the side surface of the electrode 5 does not contact the inner wall surface of the recess 6a even if the electrode 5 undergoes thermal expansion. If there is no gap between the side surface of the electrode 5 and the inner wall surface of the recess 6a, when the electrode 5 is thermally expanded, thermal stress is applied from the electrode 5 to the inner wall surface of the recess 6a. There is a risk of damage. Therefore, by providing a gap between the side surface of the electrode 5 and the inner wall surface of the recess 6a, the thermal stress from the side surface of the electrode 5 on the inner wall surface of the recess 6a can be effectively reduced.
  • a second metallized layer 6ac to which the electrode 5 is bonded via a bonding material such as silver solder or solder is provided on the bottom surface of the recess 6a.
  • the second metallized layer 6ac can be used, for example, as a base metal layer for joining the electrode 5.
  • the uppermost part of the upper surface of the electrode 5 may be located above the opening end of the recess 6a.
  • bowl 4 can be made more reliable. That is, when the ball 4 rolls to a lower position from the uppermost portion of the upper surface of the electrode 5, a part of the substrate 6 is interposed between the ball 4 and the third conductive member 3, and the ball 4 The possibility of contact with the substrate 6 can be reduced.
  • the board 6 may be a laminated board provided with a wiring conductor, such as a printed board.
  • a pattern metal film
  • the pattern is formed by a metal film forming process such as plating, an etching process or a laser process.
  • a tact can be improved.
  • the substrate 6 may be provided with an inner layer wiring conductor that is electrically connected to the second metallized layer 6ac.
  • the substrate 6 may be provided with a first through conductor that penetrates from the upper surface to the lower surface.
  • the first through conductor is insulated from the third metallized layer 6c and is electrically connected to the second metallized layer 6ac and the inner wiring conductor.
  • the substrate 6 may be provided with a second through conductor that is electrically connected to the third metallized layer 6c.
  • the second through conductor is provided from the upper surface of the substrate 6 to the lower surface of the substrate 6.
  • the second through conductor, the first through conductor, and the second metallized layer 6ac are not electrically connected. That is, the second through conductor and the first through conductor are not electrically short-circuited with each other.
  • the second through conductor is electrically connected to the third conductive member 3 through the third metallized layer 6c.
  • a third metallized layer 6 c is formed on the upper surface of the substrate 6.
  • the third metallized layer 6c surrounds the recess 6a when viewed from above.
  • a part of the upper surface of the third metallized layer 6c and the lower end of the third conductive member 3 are joined directly or via a conductive connecting material, whereby the third metallized layer 6c and the third conductive member 3 are mutually connected. Electrically connected.
  • the third metallized layer 6c has a frame shape and is formed except for the periphery of the recess 6a.
  • the first periphery (outer periphery) opposite to the recess 6a and the recess 6a side A second peripheral edge (inner peripheral edge). Further, the third metallized layer 6c is not formed on the inner wall surface of the recess 6a.
  • the third metallized layer 6c is, for example, a rectangular or circular frame pattern in a top view.
  • the first peripheral edge of the third metallized layer 6 c having a frame shape or the like has a quadrangular shape or a quadrangular shape in which corners are formed in an arc shape.
  • the first peripheral edge of the third metallization layer 6 c having a quadrangular shape is located between the substrate 6 and the frame body 2.
  • the third metallized layer 6c has a first peripheral edge (outer peripheral edge) sandwiched between the substrate 6 and the frame body 2 and is not exposed to the outside. That is, the first peripheral edge of the third metallized layer 6 c is located inside the outer surface of the frame body 2.
  • the first peripheral portion (outer peripheral portion) of the third metallized layer 6 c is sandwiched between the substrate 6 and the frame body 2.
  • the strength of the bonding between the substrate 6 and the first peripheral portion of the third metallized layer 6c where stress caused by the contact between the third conductive member 3 and the ball 4 is likely to concentrate is improved. Therefore, for example, even if stress is repeatedly generated in the third metallized layer 6c, mechanical breakage such as peeling between the third metallized layer 6c and the substrate 6 can be reduced. Further, the peeling of the third metallized layer 6c due to the stress caused by the difference in the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient etc.) between the substrate 6 and the frame 2 and the third metallized layer 6c can be similarly reduced.
  • the first peripheral edge of the third metallized layer 6c is not exposed on the outer surface of the vibration sensor 20, electrical connection with an external metal member (such as a casing of an electronic device) disposed outside the vibration sensor 20 is possible. Such as a short circuit can be reduced.
  • the third metallized layer 6c is electrically insulated from the electrode 5 and the second metallized layer 6ac.
  • the third metallized layer 6c is made of a metal material such as tungsten, molybdenum, nickel, copper, silver, gold, or aluminum.
  • the third metallized layer 6c is made of an alloy material of these metal materials.
  • the third metallized layer 6c 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 third conductive member 3 is provided on the third metallized layer 6c as shown in FIG. 5, FIG. 10, and FIG.
  • the lower surface of the third conductive member 3 is connected to the third metallized layer 6c via a joining member such as a brazing material or solder.
  • the third conductive member 3 is formed in a frame shape surrounding the recess 6a.
  • the third conductive member 3 has a cylindrical shape, for example.
  • the third conductive member 3 is provided so that the center of the electrode 5 coincides with the center of the region surrounded by the third conductive member 3.
  • the 3rd electrically-conductive member 3 demonstrated cylindrical shape, it is not limited to this. In the top view, for example, the third conductive member 3 may be rectangular.
  • the third conductive member 3 is made of a metal material such as tungsten, molybdenum, iron, nickel, cobalt, copper, silver, gold, or aluminum. Moreover, the 3rd electrically-conductive member 3 may consist of those alloy materials. The third conductive member 3 may be made of a composite material obtained by mixing a plurality of materials. The thermal expansion coefficient of the third conductive member 3 is 3 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. to 28 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the third conductive member 3 has a size that can be accommodated in the frame 2 and has, for example, a cylindrical shape having an outer diameter of 0.45 mm to 7.5 mm and an inner diameter of 0.3 mm to 6 mm.
  • the length of the third conductive member 3 in the Z direction is, for example, 0.4 mm to 4 mm.
  • the upper end of the third conductive member 3 in the Z direction may be positioned below the upper end of the frame body 2.
  • the upper end portion of the third conductive member 3 may have a gap positioned between the frame body 2 and the lid body 1 joined to the frame body 2.
  • the gap When there is such a gap, the difference in thermal expansion between the third conductive member 3 and the frame body 2 can be absorbed by the gap. Therefore, for example, the third conductive member 3 is more than the frame 2 by heat applied in the manufacturing process of the vibration sensor 20, heat applied in the environmental test and reliability test of the vibration sensor 20, or heat generated in the insulating space.
  • the cover body 1 mentioned later consists of electrically conductive members, such as a metal, the electrical short circuit with the 3rd conductive member 3 and the cover body 1 can be reduced. Therefore, for example, the reliability of sealing the ball 4, and thus the long-term reliability and operating characteristics of the vibration sensor 20 can be improved.
  • the ball 4 is accommodated in the third conductive member 3. As shown in FIGS. 10 and 11, the ball 4 is disposed near the center of the region surrounded by the third conductive member 3 at the center of the ball 4. In this case, an insulating space is provided between the inner wall surface of the third conductive member 3 and the surface of the ball 4. The size of the insulating space changes as the ball 4 moves on the electrode 5. In the planar direction along the upper surface of the substrate 6, the maximum distance between the inner surface of the third conductive member 3 and the surface of the ball 4 in the insulating space is, for example, 0.05 mm to 2 mm. And it moves according to the inclination resulting from the vibration etc. of the electronic device in which the vibration sensor 20 is mounted.
  • the vibration sensor 20 When the vibration sensor 20 vibrates due to an external influence, the ball 4 moves inside the third conductive member 3 and comes into contact with the inside of the third conductive member 3. As a result of this contact, a change occurs in the electrical conduction between the ball 4 and the third conductive member 3. As a result, the vibration sensor 20 can detect that the electronic device has vibrated.
  • the ball 4 is provided on the substrate 6 in contact with the electrode 5 in a region surrounded by the third conductive member 3.
  • the ball 4 can roll on the electrode 5 when the vibration sensor 20 is tilted.
  • the ball 4 can freely move in the X direction, the Y direction, and the Z direction by vibration in the region surrounded by the third conductive member 3.
  • At least the exposed surface of the ball 4 is made of a metal material such as tungsten, molybdenum, iron, nickel, cobalt, chromium, copper, silver, gold, or aluminum.
  • the ball 4 may be entirely made of those metal materials.
  • bowl 4 may consist of alloy materials of those metal materials.
  • the ball 4 may be made of a composite material obtained by mixing a plurality of materials including those metal materials.
  • the ball 4 has a size that fits in a region surrounded by the third conductive member 3.
  • the size of the ball 4 is, for example, a spherical shape having a diameter of 0.2 mm to 5 mm.
  • bowl 4 described that it was spherical, it is not limited to this. For example, some ellipsoids may be used due to manufacturing variations.
  • the ball 4 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 of, for example, a plating layer or a metallized layer.
  • the frame body 2 is provided on the substrate 6 so as to surround the third conductive member 3.
  • the outer periphery of the frame body 2 is provided along the outer peripheral edge of the substrate 6.
  • the frame 2 is for enclosing the third conductive member 3 and the ball 4.
  • the frame 2 is made of an insulating material, and is made of, for example, a ceramic material such as alumina, mullite, or aluminum nitride, or a resin or glass ceramic material.
  • the frame 2 is made of a composite material obtained by mixing a plurality of materials among these materials.
  • the size of the outer edge of the frame body 2 is, for example, a rectangular shape having a side length of 1 mm to 10 mm.
  • the thickness of the frame 2 in the Z direction is 0.6 mm to 6 mm.
  • the thermal conductivity of the frame body 2 is 14 W / m ⁇ K to 200 W / m ⁇ K.
  • the frame 2 is provided with a first metallized layer 2c on the upper surface.
  • the first metallized layer 2c is electrically joined to the lid 1 by joining the lid 1 via, for example, gold-tin solder.
  • the frame body 2 is provided with an in-frame through conductor as a wiring conductor that penetrates in the vertical direction (Z direction) and is electrically connected to the lid body 1 via the first metallized layer 2c.
  • the in-frame through conductor extends from the upper surface of the frame body 2 through the frame body 2 to the lower surface of the frame body 2.
  • the thermal expansion coefficient of the frame body 2 is 4 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. to 8 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • a pair of fourth metallization layers 6 b are provided on the lower surface of the substrate 6 along two opposing sides of the substrate 6.
  • the pair of fourth metallization layers 6b in this example is rectangular.
  • One of the pair of fourth metallized layers 6 b is provided along one side of the substrate 6.
  • the other of the pair of fourth metallized layers 6b is provided along the other side of the substrate 6 with a gap therebetween.
  • One fourth metallized layer 6b is electrically connected to both the first through conductor and the in-frame through conductor.
  • the other fourth metallized layer 6b is electrically connected to the second through conductor.
  • the fourth metallized layer 6b is made of a conductive material, for example, a metal material such as tungsten, molybdenum, manganese, nickel, copper, silver, gold, or aluminum. Further, the fourth metallized layer 6b may be made of those alloy materials. Alternatively, the fourth metallized layer 6b may be made of a composite material obtained by mixing a plurality of materials among these materials.
  • the lid 1 is provided on the frame 2 so as to cover the third conductive member 3 and the ball 4. As shown in FIGS. 6 and 7, the lid 1 is formed smaller than the frame 2 in the X direction and the Y direction. As shown in FIG. 4, the lid 1 can seal a space 15 surrounded by the substrate 6 and the frame 2.
  • the lid 1 is bonded to the first metallized layer 2c on the upper surface of the frame 2 via, for example, gold-tin solder.
  • the lid 1 is made of a metal material such as iron, nickel, cobalt, copper, silver, gold, or aluminum.
  • the cover body 1 may consist of alloy materials containing those metal materials.
  • the lid 1 is made of a composite material obtained by mixing a plurality of materials among these materials.
  • the lid 1 is electrically connected to the first metallized layer 2c as the wiring conductor, the in-frame through conductor, and the first through conductor.
  • the lid 1 passes through the frame 2 and the substrate 6 and is electrically connected to one of the fourth metallized layers 6b.
  • the lid body 1 has the same potential as the second metallized layer 6ac and the electrode 5 that are electrically connected via the inner layer wiring conductor of the substrate 6 that is electrically connected to the first through conductor.
  • the surface of the base body 10 opposite to the space 15 in the Z direction is a flat surface.
  • a second conductive member 1b extending toward the substrate 6 is located on the surface on the space 15 side in the Z direction of the lid 1.
  • the second conductive member 1 b is formed integrally with the lid 1.
  • the second conductive member 1 b has a convex shape formed to be inclined from the outer edge of the lid 1 toward the center of the lid 1.
  • the second conductive member 1 b extends toward the substrate 6 and is provided on the entire surface located in the space 15 of the lid 1.
  • the ball 4 electrically connects the second conductive member 1b and the third conductive member 3.
  • the ball 4 is not limited to the central portion of the lid 1 by the second conductive member 1b, but can easily roll to the same extent in all directions, so that the vibration detection accuracy can be improved.
  • the second conductive member 1b is in a position overlapping the center of the ball 4. As shown in FIG. In other words, the second conductive member 1b is provided in a range overlapping the central portion of the ball 4 when viewed from below.
  • the lower end of the second conductive member 1b in the Z direction is provided with a gap from the ball 4.
  • the lower end of the second conductive member 1 b is located at the same height as the upper end of the third conductive member 3 in the Z direction.
  • the second conductive member 1b has a curved cross section. Thereby, even when the vibration sensor 20 is turned upside down as described above, the surface of the second conductive member 1b can be moved smoothly when the ball 4 is moved by vibration.
  • the lower end of the 2nd conductive member 1b was located in the same height as the upper end of the Z direction of the 3rd conductive member 3, it is not limited to this. In the Z direction, a part of the lower end of the second conductive member 1 b may be located between the third conductive member 3 and the ball 4. Further, the lower end of the second conductive member 1 b may be positioned above the upper end of the third conductive member 3 in the Z direction. Thereby, since the inclination of the 2nd electroconductive member 1b can be adjusted, the sensitivity of the vibration detection of the vibration sensor 20 can be adjusted.
  • the second conductive member 1 b is formed integrally with the lid 1 and is made of the same metal material as the lid 1. Thereby, since the difference of the thermal expansion coefficient between the 2nd electrically-conductive member 1b and the cover body 1 becomes small, generation
  • the thermal expansion coefficient of the second conductive member 1b is 3 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. to 28 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the second conductive member 1b is formed by metal processing such as pressing and cutting.
  • the second conductive member 1b is described as being integrally formed with the lid 1, but the present invention is not limited to this.
  • the second conductive member 1b and the lid 1 may be configured as separate members. In this case, you may connect the surface facing the board
  • the lid 1 may be formed of an insulating material, and the second conductive member 1b may be formed of a metal material.
  • the second conductive member 1b is electrically connected to the first metallized layer 2c as the wiring conductor, the in-frame through conductor, and the first through conductor.
  • the second conductive member 1b passes through the frame 2 and the substrate 6 and is electrically connected to one of the fourth metallized layers 6b.
  • the second conductive member 1b has the same potential as the second metallized layer 6ac and the electrode 5 that are electrically connected via the inner layer wiring conductor of the substrate 6 that is electrically connected to the first through conductor.
  • the second conductive member 1b As shown in FIGS. 10 and 11, a specific example of the second conductive member 1b is as follows. As shown in FIG. 8, when viewed from the bottom, the second conductive member 1b has a circular shape with a diameter of 0.5 mm to 8 mm. In this case, the center of the circle of the second conductive member 1b is deviated from the center point of the lid 1 in the X direction and the Y direction as long as the second conductive member 1b overlaps the central portion of the ball 4 in the bottom view. May be. Further, as shown in FIGS. 10 and 11, the thickness in the Z direction in the central portion of the lid body 1 is 0.5 mm to 3 mm, and the outer peripheral portion is positioned 0.2 mm to 2.5 mm below that.
  • the second conductive member 1b is set.
  • the thickness of the second conductive member 1b is set so that the curvature radius is a curved surface of about 0.3 mm to 15 mm. May be.
  • the inclination of the second conductive member 1b extends from the outer edge of the lid body 1 toward the center portion, but specifically, the center portion of the lid body 1 is centered on the center of the lid body 1. It is within 0.5 mm to 3 mm of the diameter of the circle.
  • the second conductive member 1 b is inclined toward the center of the lid 1 from a position 0.3 mm to 4.5 mm away from the outer edge of the lid 1.
  • the area ratio of the second conductive member 1b in the bottom view occupies 5% to 80% of the entire lid 1.
  • the second conductive member 1b has, for example, a circular shape, so that even when the vibration sensor 20 is turned upside down, the ball 4 easily rolls to the same extent in all directions. Furthermore, as shown in FIGS. 10 and 11, since the second conductive member 1 b overlaps the center of the ball 4, the ball 4 is always in the second conductive state even when the vibration sensor 20 is turned upside down. It is in contact with the member 1b. Thereby, even when the vibration sensor 20 is not vibrating, the ball 4 can always be electrically connected to the second conductive member 1b and the third conductive member 3. Based on these results, the sensitivity for detecting vibrations can be further increased. Furthermore, by making the second conductive member 1b circular, the thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient generated when the lid 1 is joined by the first metallized layer 2c provided with the frame 2 is also reduced. can do.
  • the second conductive member 1b has been described as being provided on the entire surface of the lid body 1 located inside the frame body 2, it is not limited thereto. As shown in FIG. 12, for example, the second conductive member 1 bx may be located on a part rather than the entire surface located in the space 15 of the lid 1.
  • the second conductive member 1b has been described as being curved, but the present invention is not limited to this.
  • the second conductive member 1by may be formed by a plane.
  • the second conductive member 1by may be a triangular pyramid or a cone instead of a curved convex.
  • the surface where the second conductive member 1b of the lid 1 is not provided is described as being flat, it is not limited thereto.
  • the surface of the lid 1 on which the second conductive member 1 b is not provided may be curved toward the substrate 6 side.
  • the recessed part 1x is formed in the surface in which the 2nd conductive member 1b of the cover body 1 is not provided.
  • the thickness of the center portion of the lid 1 in the Z direction and the thickness of the outer edge may be the same.
  • the stress at the time of joining the cover body 1 and the frame body 2 can be disperse
  • the 2nd electrically-conductive member 1b can be easily formed by pressing the cover body 1 from the upper direction of the Z direction.
  • the vibration sensor according to the embodiment of the present invention has the above-described configuration, the operation characteristics are improved by the second conductive member 1b, so that even a small vibration can be detected. Furthermore, by integrally forming the lid body 1 and the second conductive member 1b, stress generated when the lid body 1 and the frame body 2 are joined by a joining material such as a brazing material can be reduced. it can. Further, by sealing the ball 4 with the lid 1 and the frame 2, long-term reliability and operational characteristics as the vibration sensor 20 can be improved.
  • the substrate 6 is prepared.
  • the substrate 6 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 material 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 6 is subjected to punching or the like to provide a through hole.
  • the through hole is filled with a metal paste to form a second through conductor.
  • a third metallized layer 6c is formed by applying a metal paste, for example, by screen printing so as to be electrically connected to the second through conductor.
  • the green sheet as the lower layer of the substrate 6 is subjected to punching or the like and filled with a metal paste to form the first through conductor and the second through conductor.
  • the second metallization layer is formed by using, for example, a screen printing method so as to be insulated from the second through conductor and electrically connected to the first through conductor. 6ac and an inner layer wiring conductor are formed, and a fourth metallized layer 6b electrically connected to the first through conductor and the second through conductor is formed on the lower surface.
  • the green sheet substrate 6 an upper portion of the green sheet is previously formed with a punched portion that becomes the recess 6 a by mechanical processing such as punching (punching) using a mold.
  • the green sheet which is the lower layer of the substrate 6 is laminated and recessed so that the second through conductor provided in the upper layer and the lower layer of the substrate 6 is electrically connected to the lower side of the holed portion of the upper layer of the substrate 6. 6a is configured.
  • the green sheet as the upper and lower layers of the substrate 6 and the frame body 2 made of the green sheet prepared by the same method as the substrate 6 are laminated to integrally provide the unfired substrate 6 and the frame body 2. .
  • the integrally provided substrate 6 and frame body 2 can be obtained.
  • the first metallized layer 2c, the second metallized layer 6ac, and the third metallized layer 6c are subjected to nickel plating on the surface.
  • an electrode 5, a third conductive member 3, a ball 4, and a lid 1 are prepared. These can be made into a predetermined shape by using a metal processing method such as metal polishing for a metal material ingot or the like.
  • the electrode 5 is brazed with silver to the second metallized layer 6ac provided in the recess 6a of the prepared sintered substrate 6. Further, the third conductive member 3 is brazed to the third metallized layer 6c on the substrate 6 by silver brazing. Further, the lid 1 is soldered to the first metallized layer 2 c on the frame 2 with gold-tin solder in a state where the balls 4 are arranged in the region surrounded by the third conductive member 3. In this way, the vibration sensor 20 can be manufactured.

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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

振動センサは、底面と、上面と、側面とで囲まれた空間が内部に設けられた基体と、底面に位置する第１導電部材と、上面に位置する第２導電部材と、側面に位置する第３導電部材と、空間内に位置しており、振動により動く第４導電部材とを備えている。第４導電部材は、第１導電部材と第３導電部材とを、または、第２導電部材と第３導電部材とを、電気的に接続する。第２導電部材は、上面の外縁から中心部に向かって傾斜した、底面に向けて延びた凸形状である。下面視において、凸形状は、第４導電部材の中心部と重なる範囲で設けられる。

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、振動状態を検知する振動センサが知られている。このような、検知するセンサとしては、導電板を有する基板と、枠状導電部材と、枠状導電部材の内部に位置している球状導電部材と、枠状導電部材を取り囲む枠体と、球状導電部材を覆う蓋体とを備えた振動センサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
　本発明の一実施形態に係る振動センサは、底面と、前記底面と向かい合っている上面と、前記底面と前記上面との間に位置する側面とで囲まれた空間を内部に有している基体と、前記空間内において前記底面に位置する第１導電部材と、前記上面に位置する第２導電部材と、前記側面に位置する第３導電部材と、前記空間内に位置する球状の第４導電部材とを備えている。前記第４導電部材は、振動により動くとともに、前記第１導電部材と前記第３導電部材とを、または、前記第２導電部材と前記第３導電部材とを、電気的に接続する。前記第２導電部材は、前記上面の外縁から中心部に向かって傾斜した、前記底面に向けて延びた凸形状である。下面視において、前記凸形状は、前記第４導電部材の中心部と重なっている。
本発明に係る振動センサを模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る振動センサの概観を示す上面からの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る振動センサの概観を示す下面からの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る振動センサの上面（蓋体）を外した状態を示す上面からの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る振動センサを示す上面からの分解斜視図である。 図６Ａは図２で示した振動センサを示す上面からの平面図であり、図６Ｂは下面からの平面図である。 本発明の一実施形態に係る振動センサを示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る振動センサの上面（蓋体）を示す平面図である。 図９Ａおよび図９Ｂは図５の一部を示す上面からの平面図である。 図２に示した振動センサにおけるＸ－Ｘ線での断面斜視図である。 図２に示した振動センサにおけるＸ－Ｘ線での断面図である。 本発明の他の実施形態に係る振動センサを示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る振動センサを示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る振動センサを示す断面図である。
　図１は、本発明に係る振動センサを模式的に示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る振動センサの概観を示す上面からの斜視図である。図３は、本発明の一実施形態に係る振動センサの概観を示す下面からの斜視図である。図４は、本発明の一実施形態に係る振動センサの上面（蓋体）を外した状態を示す上面からの斜視図である。図５は、本発明の一実施形態に係る振動センサを示す上面からの分解斜視図である。図６Ａは図２で示した振動センサを示す上面からの平面図であり、図６Ｂは下面からの平面図である。図７は、本発明の一実施形態に係る振動センサを示す側面図である。図８は、本発明の一実施形態に係る振動センサの上面（蓋体）を示す平面図である。図９Ａおよび図９Ｂは図５の一部を示す上面からの平面図である。図１０は、図２に示した振動センサにおけるＸ－Ｘ線での断面斜視図である。図１１は、図２に示した振動センサにおけるＸ－Ｘ線での断面図である。そして、図１２～図１４は、本発明の他の実施形態に係る振動センサを示す断面図である。
　以下、本発明にかかる振動センサの実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、以下の説明中のＸ、Ｙ、Ｚの方向は、図中の矢印を基準としている。
　　＜振動センサの概略構成＞
　振動センサは、家電製品、電子機器等に組み込んで、それらの製品の振動を検知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、振動センサ内の導通状態の変化を利用することで、各種家電製品や電子機器の動きを検知することができる。
　図１では振動センサを模式的に示している。本発明に係る振動センサは、上面１ｅと、側面２ｅと、底面６ｅとで囲まれた空間１５が内部に設けられた基体１０を有している。基体１０の空間１５には、上面１ｅに位置する第２導電部材１ｂと、底面６ｅに位置する第１導電部材５と、側面２ｅに位置する第３導電部材３とが位置している。また、空間１５内には、球状の第４導電部材４が位置する。
　なお、基体１０は、図２に示すように、蓋体１と、枠体２と、基板６とにより形成されてもよい。以下、各部位について本発明の実施形態を挙げて具体的に説明する。
　基体１０は、空間１５を囲む上面１ｅと、空間１５を囲む側面２ｅと、空間１５を囲む底面６ｅとで構成される。図２に示す振動センサ２０では、上面１ｅは蓋体１の下面である。側面２ｅは枠体２の内壁面である。底面６ｅは基板６の上面である。
　図５に示すように、基体１０の空間１５内部には、第２導電部材１ｂと、第３導電部材３と、第４導電部材４と、第１導電部材５とが位置する。振動センサ２０は、図２および図５に示すように、基体１０と基体１０の空間１５内に位置する各部品により構成される。なお、説明の便宜上、基体１０の空間１５を囲む上面１ｅは蓋体１として記載する。側面２ｅは枠体２として記載する。底面６ｅは基板６として記載する。また、第１導電部材５は電極５として記載する。第４導電部材４はボール４として記載する。
　蓋体１の空間１５側の面には、第２導電部材１ｂが位置する。枠体２の空間１５側の内壁には、第３導電部材３が位置する。基板６の空間１５側の面には、第１導電部材５が位置する。空間１５内には、電極５と第３導電部材３とを、または、第２導電部材１ｂと第３導電部材３とを電気的に接続するボール４が位置する。
　基板６は、絶縁性の基板であって、例えば、酸化アルミニウム、ムライトまたは窒化アルミニウム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、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。
　上面視において、基板６の外形の大きさは例えば、一辺が１ｍｍ～１０ｍｍの矩形状である。また、基板６の厚みは、０．５ｍｍ～３ｍｍである。また、基板６の熱伝導率は、１４Ｗ／ｍ・Ｋ～２００Ｗ／ｍ・Ｋである。基板６の熱膨張係数は、４×１０－６／℃～８×１０－６／℃である。
　基板６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、複数の絶縁層が上下（Ｚ方向）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。図２～図５に示すように、基板６の絶縁層が１層によって形成されている。図７に示すように、絶縁層が２層によって基板６が形成されてもよい。また、絶縁層が３層以上から形成される基板６でもよい。基板６の製造方法の詳細については後述する。
　また、基板６の上面には凹部６ａが位置している。凹部６ａは、電極５を収めるために設けられている。凹部６ａは、平面視において基板６の上面の中央部分に位置している。上面視において、凹部６ａの大きさは例えば、直径が０．５ｍｍ～５ｍｍの円形状である。凹部６ａのＺ方向における深さは例えば、０．３ｍｍ～２．５ｍｍである。
　電極５は、所定の厚みを持った円盤状であり、平坦面を有している。平坦面は、例えば電極５の上面および下面である。電極５は、ボール４と電気的に接続される。この電気的な接続は、ボール４の下側の端部分と電極５の上面との直接の接触によって行なわれる。電極５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から成る。また、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でもよい。なお、電極５は、凹部６ａの底面（基板６の上面）にろう材やメタライズ層等により接続される。
　電極５の熱膨張係数は例えば、３×１０－６／℃～２８×１０－６／℃である。上面視において、電極５の直径は例えば、０．２ｍｍ～３ｍｍである。また、電極５のＺ方向における厚みは例えば、０．５ｍｍ～２．５ｍｍである。
　また、電極５は平坦面を有する円盤状と記載したが、これに限定されない。例えば、電極５の上面が凸状に湾曲した形状であってもよい。この場合、電極５の上面が曲率半径０．３ｍｍ～１５ｍｍ程度の湾曲した面になるようにしてもよい。電極５の外周部の厚みが電極５の中心部分の厚みよりも０．３ｍｍ～２．３ｍｍ下側に位置する。これにより、ボール４が電極５上を転がりやすくなることで振動検知の動作特性を向上させることができる。
　電極５は、平坦面を有する所定厚みの円板状にすることで、ボール４、凹部６ａまたは振動センサ２０の内部の熱を効率よく吸収できる。吸収した熱は、基板６を介して振動センサ２０の外部に容易に放熱できる。凹部６ａを含む振動センサ２０の内部は、振動センサ２０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２０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２０が作動する際に生じる熱がこもりやすい。そこで、電極５を設けることで、凹部６ａを含む振動センサ２０の内部の熱を電極５および基板６を介して振動センサ２０の外部に放散しやすくすることができる。また、後述する第２導電部材１ｂにおいても、振動センサ２０の内部の熱を第２導電部材１ｂや蓋体１を介して振動センサ２０の外部に放散しやすくすることができる。
　電極５が凹部６ａに収められた状態で、電極５の側面と凹部６ａの内壁面との間に隙間がある。隙間は、電極５が熱膨張を起こしても、凹部６ａの内壁面に電極５の側面が当接しないように設定されている。仮に、電極５の側面と凹部６ａの内壁面との間に隙間がない場合は、電極５が熱膨張したときに、凹部６ａの内壁面に対して電極５から熱応力が加わり、基板６が破損する虞がある。そこで、電極５の側面と凹部６ａの内壁面との間に隙間を設けることで、凹部６ａの内壁面に対する電極５の側面からの熱応力を効果的に低減することができる。
　凹部６ａの底面には、電極５が銀ろうやはんだ等の接合材を介して接合される、第２メタライズ層６ａｃが設けられる。第２メタライズ層６ａｃは、例えば電極５を接合するための下地金属層として、使用することができる。
　また、電極５の上面の最も上側に位置する部分が、凹部６ａの開口端よりも上側に位置するものであってよい。これにより、ボール４の第３導電部材３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、電極５の上面の最も上側に位置する部分からより低い位置にボール４が転がったときに、ボール４と第３導電部材３との間に基板６の一部が介在し、ボール４が基板６と接触する虞を低減することができる。
　また、基板６は、凹部６ａを有しており、電極５が内部に位置すると説明したが、これに限定されない。基板６は、プリント基板のような、配線導体が設けられた積層基板であってもよい。この場合、電極５の代わりとしてパターン（金属膜）を使用してもよい。パターンは、めっき等の金属膜形成加工、エッチング加工やレーザー加工等の工程により形成される。これにより、基板６の凹部６ａを形成する工程を省略できるため、タクトを向上させることができる。また、プリント基板（絶縁基板）上に別体の電極５を取付けてもよい。この場合、電極５ははんだ等の接合材によりプリント基板に取付けられる。
　また、基板６は、第２メタライズ層６ａｃと電気的に接続される内層配線導体が設けられてもよい。また、基板６は、上面から下面まで貫通する第１貫通導体が設けられていてもよい。第１貫通導体は、第３メタライズ層６ｃと絶縁されるとともに、第２メタライズ層６ａｃおよび内層配線導体と電気的に接続される。また、基板６には、第３メタライズ層６ｃと電気的に接続された、第２貫通導体が設けられてもよい。第２貫通導体は、基板６の上面から基板６の下面にかけて設けられる。第２貫通導体、第１貫通導体および第２メタライズ層６ａｃと電気的に接続されない。つまり、第２貫通導体と第１貫通導体とは互いに電気的に短絡しない。第２貫通導体は、第３メタライズ層６ｃを介して第３導電部材３と電気的に接続される。
　基板６の上面には、第３メタライズ層６ｃが形成されている。第３メタライズ層６ｃは上面視で凹部６ａを取り囲んでいる。第３メタライズ層６ｃの上面の一部と第３導電部材３の下端とが直接に、または導電性接続材を介して接合することで、第３メタライズ層６ｃと第３導電部材３とが互いに電気的に接続される。
　図９に示すように、第３メタライズ層６ｃは、枠状であり、凹部６ａの周囲を除いて形成されており、凹部６ａと反対側の第１周縁（外周縁）と、凹部６ａ側の第２周縁（内周縁）とを有している。また、第３メタライズ層６ｃは、凹部６ａの内壁面には形成されない。
　また、図９に示すように、第３メタライズ層６ｃは、上面視において例えば、矩形状または円形状の枠状のパターンである。振動センサ２０において、枠状等の第３メタライズ層６ｃの第１周縁は、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３メタライズ層６ｃの第１周縁は、基板６と枠体２との間に位置している。言い換えれば、第３メタライズ層６ｃは、その第１周縁（外周縁）が基板６と枠体２とで挟まれた位置にあり、外部に露出していない。すなわち、第３メタライズ層６ｃの第１周縁は、枠体２の外側面より内側に位置している。
　この場合、第３メタライズ層６ｃの第１周縁部分（外周部分）が基板６と枠体２とで挟まれている。これにより、第３導電部材３とボール４との接触に起因した応力が集中しやすい第３メタライズ層６ｃの第１周縁部分と、基板６との接合の強度が向上する。そのため、例えば繰り返し第３メタライズ層６ｃに応力が生じたとしても、第３メタライズ層６ｃと基板６との間で剥離等の機械的な破壊を低減することができる。また、基板６および枠体２と、第３メタライズ層６ｃ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よる第３メタライズ層６ｃの剥離等も同様に低減することができる。さらに、第３メタライズ層６ｃの第１周縁が振動センサ２０の外側面に露出していないため、振動センサ２０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を低減することができる。
　第３メタライズ層６ｃは、電極５および第２メタライズ層６ａｃとは電気的に絶縁している。第３メタライズ層６ｃ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３メタライズ層６ｃ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３メタライズ層６ｃ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。
　第３導電部材３は、図５、図１０および図１１に示すように、第３メタライズ層６ｃ上に設けられる。第３導電部材３の下面は、ろう材やはんだ等の接合部材を介して第３メタライズ層６ｃに接続される。第３導電部材３は、凹部６ａを取り囲む枠状として形成されている。第３導電部材３は、図５に示すように、例えば、円筒状である。図９に示すように、第３導電部材３は、電極５の中心と第３導電部材３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。また、第３導電部材３は、円筒状であると説明したが、これに限定されない。上面視において、例えば、第３導電部材３は矩形状であってもよい。
　第３導電部材３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、第３導電部材３は、それらの合金材料からなるものでもよい。また、第３導電部材３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、第３導電部材３の熱膨張係数は、３×１０－６／℃～２８×１０－６／℃である。
　第３導電部材３は、枠体２内に収まる大きさであって、例えば、外径が０．４５ｍｍ～７．５ｍｍであり、内径が０．３ｍｍ～６ｍｍの円筒状である。また、第３導電部材３のＺ方向の長さは例えば、０．４ｍｍ～４ｍｍである。
　図１０および図１１に示すように、第３導電部材３のＺ方向の上端が、枠体２の上端よりも下方に位置していてもよい。言い換えれば、第３導電部材３の上端部分に、枠体２および枠体２に接合される蓋体１との間に位置する隙間があってもよい。このような隙間があるときには、第３導電部材３と枠体２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２０の製造工程で加えられる熱や、振動センサ２０の環境試験および信頼性試験において加えられる熱、または絶縁空間に生じた熱で枠体２よりも第３導電部材３が大きく膨張した（Ｚ方向に伸びた）としても、蓋体１等に第３導電部材３から力が加わる虞を低減することができる。また、後述する蓋体１が金属等の導電部材からなる場合、第３導電部材３と蓋体１との電気的な短絡を低減することができる。そのため、例えばボール４の封止の信頼性、ひいては振動センサ２０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。
　第３導電部材３の内部には、ボール４が収まる。ボール４は、図１０および図１１に示すように、ボール４の中心を第３導電部材３で囲まれる領域の中心付近に配置される。この場合には、第３導電部材３の内壁面とボール４の表面との間には絶縁空間が設けられる。絶縁空間の大きさは、ボール４が電極５上を移動することで変化する。基板６の上面に沿った平面方向において、絶縁空間は、第３導電部材３の内面とボール４の表面との間の最大距離が例えば、０．０５ｍｍ～２ｍｍである。そして、振動センサ２０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。振動センサ２０が外部からの影響により振動したときには、ボール４が第３導電部材３の内側で移動して、第３導電部材３の内側に当接する。この当接の結果、ボール４と第３導電部材３との間の電気的な導通に変化が生じる。その結果、電子機器が振動したことを振動センサ２０が検知することができる。
　ボール４は、基板６上であって第３導電部材３で囲まれる領域に電極５と接触して設けられている。ボール４は、振動センサ２０を傾けると、電極５上を転がることができる。そして、ボール４は、第３導電部材３で囲まれた領域内を振動によりＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に自由に動くことができる。
　ボール４は、少なくともその露出した表面が、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。ボール４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、ボール４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、ボール４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。
　ボール４は、第３導電部材３で囲まれる領域に収まる大きさである。ボール４の大きさは例えば、直径が０．２ｍｍ～５ｍｍの球状である。また、ボール４は球状であると記載したが、これに限定されない。例えば、製造上のばらつきにより若干の楕円体であってもよい。ボール４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で形成することができる。
　枠体２は、基板６上に設けられ、第３導電部材３を取り囲むように設けられている。枠体２の外周は、基板６の外周縁に沿って設けられている。枠体２は、第３導電部材３およびボール４を囲むためのものである。枠体２は、絶縁性の材料からなり、例えば、アルミナ、ムライト、窒化アルミ等のセラミック材料または、樹脂あるいはガラスセラミック材料等からなる。または、枠体２は、これらの材料のうち複数の材料を混合した複合材料からなる。なお、上面視において、枠体２の外縁の大きさは例えば、一辺の長さが１ｍｍ～１０ｍｍの矩形状である。枠体２のＺ方向の厚みは、０．６ｍｍ～６ｍｍである。また、枠体２の熱伝導率は、１４Ｗ／ｍ・Ｋ～２００Ｗ／ｍ・Ｋである。
　枠体２は、上面に第１メタライズ層２ｃが設けられる。第１メタライズ層２ｃは、例えば、金－錫はんだを介して蓋体１が接合され、蓋体１と電気的に接合される。枠体２は、上下方向（Ｚ方向）に貫通するとともに、第１メタライズ層２ｃを介して蓋体１と電気的に接続される、配線導体としての枠内貫通導体が設けられている。枠内貫通導体は、枠体２の上面から枠体２内を通って、枠体２の下面にまで達している。また、枠体２の熱膨張係数は、４×１０－６／℃～８×１０－６／℃である。
　図３および図６に示すように、基板６の下面には、基板６の対向する２辺に沿って一対の第４メタライズ層６ｂが設けられている。この例における一対の第４メタライズ層６ｂは、矩形状である。一対の第４メタライズ層６ｂの一方が、基板６の一方の辺に沿って設けられている。また、一対の第４メタライズ層６ｂの他方が、一方と間を空けて基板６の他方の辺に沿って設けられている。一方の第４メタライズ層６ｂは、第１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。他方の第４メタライズ層６ｂは、第２貫通導体と電気的に接続されている。
　第４メタライズ層６ｂ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４メタライズ層６ｂは、それらの合金材料からなるものでもよい。あるいは、第４メタライズ層６ｂ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１は、枠体２上に、第３導電部材３およびボール４を覆うように設けられている。図６および図７に示すように、蓋体１は、Ｘ方向およびＹ方向において、枠体２よりも小さく形成されている。図４に示すように、蓋体１は、基板６と枠体２とで囲まれる空間１５を封止することができる。蓋体１は、例えば、金－錫はんだを介して枠体２上面の第１メタライズ層２ｃで接合される。なお、蓋体１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１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１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１は、配線導体としての第１メタライズ層２ｃ、枠内貫通導体および第１貫通導体と電気的に接続されている。そして、蓋体１は、枠体２および基板６内を通って、第４メタライズ層６ｂの一方と電気的に接続されている。また、蓋体１は、第１貫通導体と電気的に接続される基板６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６ａｃおよび電極５と同電位となる。
　蓋体１のＺ方向における、基体１０の空間１５と反対側の面は、平面である。蓋体１のＺ方向における、空間１５側の面には、基板６に向かって延びる第２導電部材１ｂが位置する。第２導電部材１ｂは、蓋体１と一体的に形成している。第２導電部材１ｂは、蓋体１の外縁から蓋体１の中心部に向けて傾斜して形成される凸形状である。第２導電部材１ｂは、基板６側に向かって延びており、蓋体１の空間１５内に位置する全面に設けられる。これにより、振動センサ２０が上下反転した場合においても、第２導電部材１ｂにより、ボール４が蓋体１の中心にとどまることを抑制でき、第３導電部材３側に転がることが可能となる。さらに、振動センサ２０が反転した場合においても、全方向で、同じ程度にボール４が転がりやすくなる。
　振動センサ２０が反転した場合には、ボール４は第２導電部材１ｂと第３導電部材３とを電気的に接続させる。この場合、ボール４は第２導電部材１ｂにより蓋体１の中心部にとどまらず、全方向で同じ程度に転がりやすくなることで、振動の検知精度を向上させることができる。
　図１０および図１１の断面図に示すように、第２導電部材１ｂは、ボール４の中心部と重なる位置にある。言い換えれば、下面視において、第２導電部材１ｂはボール４の中心部と重なる範囲で設けられている。第２導電部材１ｂのＺ方向の下端は、ボール４と隙間を空けて設けられる。図１０および図１１に示すように、第２導電部材１ｂの下端は、第３導電部材３のＺ方向の上端と同一の高さに位置している。
　また、図１１に示すように、第２導電部材１ｂは、断面が曲線状に形成されている。これにより、上記のように振動センサ２０の上下が逆になったときでも、ボール４が振動により動く際に、第２導電部材１ｂの表面を滑らかに動くことができる。また、第２導電部材１ｂの下端は、第３導電部材３のＺ方向の上端と同じ高さに位置していると記載したが、これに限定されない。Ｚ方向において、第２導電部材１ｂの下端の一部が、第３導電部材３とボール４との間に位置してもよい。また、第２導電部材１ｂの下端が第３導電部材３のＺ方向の上端よりも上方に位置してもよい。これにより、第２導電部材１ｂの傾斜を調整できるため、振動センサ２０の振動検知の感度を調整することができる。
　第２導電部材１ｂは、蓋体１と一体的に形成されており、蓋体１と同様の金属材料からなる。これにより、第２導電部材１ｂと蓋体１との熱膨張係数の差が小さくなるため、熱膨張係数による応力の発生を低減できる。また、第２導電部材１ｂの熱膨張係数は、３×１０－６／℃～２８×１０－６／℃である。第２導電部材１ｂは、プレスおよび切削等の金属加工により形成される。また、第２導電部材１ｂは蓋体１と一体的に形成されると記載したが、これに限定されない。第２導電部材１ｂと蓋体１とが別部材として構成されてもよい。この場合、蓋体１の基板６と向かい合っている面と第２導電部材１ｂとをろう材やはんだ等の接合部材を介して接続してもよい。
　例えば、蓋体１が絶縁性の材料で形成され、第２導電部材１ｂが金属材料で形成されてもよい。この場合、第２導電部材１ｂは、配線導体としての第１メタライズ層２ｃ、枠内貫通導体および第１貫通導体と電気的に接続される。そして、第２導電部材１ｂは、枠体２および基板６内を通って、第４メタライズ層６ｂの一方と電気的に接続される。また、第２導電部材１ｂは、第１貫通導体と電気的に接続される基板６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６ａｃおよび電極５と同電位となる。これにより、第３導電部材３と蓋体１とが接触した場合においても、蓋体１が絶縁物であるため、電気的な短絡を低減することができる。
　図１０および図１１に示すように、第２導電部材１ｂの具体的な一例は次のとおりである。図８に示すように、下面視において、第２導電部材１ｂは、直径が０．５ｍｍ～８ｍｍの円形状である。この場合、下面視において、第２導電部材１ｂがボール４の中心部と重なる範囲であれば、第２導電部材１ｂの円の中心が、蓋体１の中心点からＸ方向およびＹ方向にずれてもよい。また、図１０および図１１に示すように、蓋体１の中心部分におけるＺ方向の厚みが０．５ｍｍ～３ｍｍであり、外周部はそれよりも０．２ｍｍ～２．５ｍｍ下側に位置するように第２導電部材１ｂは設定される。また、蓋体１の基板６と向かい合う面が全体的に湾曲している場合では、その曲率半径が０．３ｍｍ～１５ｍｍ程度の湾曲した面になるように、第２導電部材１ｂの厚みを設定してもよい。
　また、第２導電部材１ｂの傾斜が蓋体１の外縁から中心部に向けて延びていると説明したが、具体的には、蓋体１の中心部とは、蓋体１の中心を中心とした円の直径の０．５ｍｍ～３ｍｍ内である。また、図８において、第２導電部材１ｂは、蓋体１の外縁から０．３ｍｍ～４．５ｍｍ離れた位置から蓋体１の中心部に向かって傾斜する。第２導電部材１ｂの下面視での面積比は、蓋体１全体の５％～８０％を占める。
　下面視において、第２導電部材１ｂは、例えば、円形状であることで、振動センサ２０が上下反転した場合でも、全方向で同じ程度にボール４が転がりやすくなる。さらに、図１０および図１１に示すように、第２導電部材１ｂがボール４の中心部と重なっていることで、振動センサ２０が上下反転した状態であっても、ボール４が常に第２導電部材１ｂと接している。これにより、振動センサ２０が振動していない場合でも、ボール４は常に第２導電部材１ｂおよび第３導電部材３と電気的に接続することができる。これらの結果により、振動を検知する感度をより高めることができる。さらに、第２導電部材１ｂを円形状にすることで、蓋体１を枠体２の設けられた第１メタライズ層２ｃにより接合される際に、発生する熱膨張係数の差による熱応力も緩和することができる。
　第２導電部材１ｂは、枠体２の内部に位置する蓋体１の全面に設けられていると説明したが、これに限定されない。図１２に示すように、例えば、第２導電部材１ｂｘは、蓋体１の空間１５内に位置する全面ではなく一部に位置していてもよい。
　また、図１０および図１１に示すように、振動センサ２０の断面図において、第２導電部材１ｂは、曲線状であると説明したが、これに限定されない。図１３に示すように、第２導電部材１ｂｙが平面により形成されてもよい。また、第２導電部材１ｂｙは曲面状の凸ではなく、三角錐や円錐の形状であってもよい。これにより、第２導電部材１ｂｙの傾斜がより大きくなるため、ボール４が転がりやすくなる。これらの構造を適宜採用することにより、振動センサ２０の振動検知の感度を適正に調整することが可能となる。
　また、蓋体１の第２導電部材１ｂが設けられていない面は平坦であると説明したが、これに限定されない。図１４に示すように、蓋体１の第２導電部材１ｂが設けられていない面が基板６側に湾曲していてもよい。これにより、蓋体１の第２導電部材１ｂが設けられていない面に凹部１ｘが形成される。この場合、蓋体１の中心部のＺ方向の厚みと外縁の厚みは同一であってもよい。これにより、蓋体１と枠体２との接合時による応力を凹部１ｘにより分散させることができる。また、蓋体１をＺ方向の上方から蓋体１をプレス等することで、容易に第２導電部材１ｂを形成することができる。
　本発明の実施形態に係る振動センサは、上述した構成であることによって、第２導電部材１ｂにより動作特性が向上することで、小さい振動でも検知することができる。さらに、蓋体１と第２導電部材１ｂとを一体的に形成することで、蓋体１と枠体２とをろう材等の接合材により接合する際に発生する応力についても緩和することができる。また、蓋体１と枠体２によりボール４を封止することで振動センサ２０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。
　　＜振動センサの製造方法＞
　ここで、図２に示す振動センサ２０の製造方法について説明する。
　先ず、基板６を準備する。基板６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。
　図７に示すように基板６が上層と下層とで形成されている場合、基板６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て貫通孔を設ける。この貫通孔に金属ペーストを充填して第２貫通導体を形成する。そして、基板６の上層となるグリーンシートの上面には、第２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３メタライズ層６ｃを形成する。また、同様にして、基板６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貫通導体および第２貫通導体を形成する。そして、基板６の下層となるグリーンシートの上面には、第２貫通導体と絶縁されるとともに第１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６ａｃと内層配線導体が形成され、下面に対しては、第１貫通導体および第２貫通導体と電気的に接続される第４メタライズ層６ｂを形成する。
　また、グリーンシート状態の基板６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６ａになる孔あけ部分を形成しておく。なお、凹部６ａは必要に応じて形成させればよい。基板６の下層となるグリーンシートは、基板６の上層の孔あけした部分の下側に基板６の上層と下層に設けられた第２貫通導体が電気的に接続されるように積層されて凹部６ａが構成される。そして、前述の基板６の上層および下層となるグリーンシート、および基板６と同様の方法で準備したグリーンシートからなる枠体２を積層して未焼成の基板６および枠体２を一体的に設ける。積層した未焼成の基板６および枠体２を約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６および枠体２を得ることができる。そして、第１メタライズ層２ｃ、第２メタライズ層６ａｃおよび第３メタライズ層６ｃは、表面にニッケルめっきが施される。
　次に、電極５、第３導電部材３、ボール４および蓋体１を準備する。これらは、金属材料のインゴット等に対して、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６の凹部６ａに設けられた第２メタライズ層６ａｃに電極５を銀ろうでろう付けする。また、基板６上の第３メタライズ層６ｃに第３導電部材３を銀ろうでろう付けする。さらに、第３導電部材３で囲まれた領域にボール４を配置した状態で、枠体２上の第１メタライズ層２ｃに蓋体１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２０を作製することができる。
１　蓋体
１ｂ　第２導電部材
１ｅ　上面
２　枠体
２ｃ　第１メタライズ層
２ｅ　側面
３　第３導電部材
４　第４導電部材（ボール）
５　第１導電部材（電極）
６　基板
６ａ　凹部
６ａｃ　第２メタライズ層
６ｃ　第３メタライズ層
６ｂ　第４メタライズ層
６ｅ　底面
１０　基体
１５　空間
２０　振動センサ

Claims (6)

  1. 　底面と、前記底面と向かい合っている上面と、前記底面と前記上面との間に位置する側面とで囲まれた空間を内部に有している基体と、
    　前記空間内において前記底面に位置する第１導電部材と、前記上面に位置する第２導電部材と、前記側面に位置する第３導電部材と、
    　前記空間内に位置しており、振動により動くとともに、前記第１導電部材と前記第３導電部材とを、または、前記第２導電部材と前記第３導電部材とを、電気的に接続する球状の第４導電部材とを備えており、
    　前記第２導電部材は、前記上面の外縁から中心部に向かって傾斜した、前記底面に向けて延びた凸形状であるとともに、
    　下面視において、前記凸形状は、前記第４導電部材の中心部と重なっていることを特徴とする振動センサ。
  2. 　前記基体と前記第２導電部材とは、一体であることを特徴とする請求項１に記載の振動センサ。
  3. 　前記上面から前記底面にかけての断面視において、前記凸形状は、曲線状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動センサ。
  4. 　前記第３導電部材は、前記第４導電部材を囲む枠状であるとともに、
    　前記凸形状は、前記枠状の上端よりも下方に位置する部分を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の振動センサ。
  5. 　前記底面に位置する凹部をさらに備えており、
    　上面視において、前記第１導電部材は、円形状であるとともに、前記凹部内に位置することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の振動センサ。
  6. 　前記第１導電部材は、前記空間内に湾曲状に突出していることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の振動センサ。
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