(57)【要約】【課題】インナーリードによるフォーミング量の工程バラツキが少なく、静止時出力電圧の温度ドリフトが少ない物理量検出装置を提供する。【解決手段】水晶振動片１２をインナーリード３６によりリッド５０側へ押し上げ、水晶振動片１２をパッケージ４０のキャビティ６８内に弾性支持する構造を有するジャイロセンサーであって、リッド５０における水晶振動片１２に対向する面にスペーサー５２を設け、スペーサー５２は、パッケージ４０をリッド５０により封止した状態において水晶振動片１２に接触し、インナーリード３６による水晶振動片１２の押し上げ量を規制することを特徴とする。このような特徴を有するジャイロセンサー１０では、スペーサー５２は、インナーリード３６による水晶振動片１２の中心に接触する位置に設けることが望ましい。【選択図】図１
2010164499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量検出素子をインナーリードによりリッド側へ押し上げ、前記物理量検出素子をパ
ッケージのキャビティ内に弾性支持する構造を有する物理量検出装置であって、
前記リッドにおける前記物理量検出素子に対向する面にスペーサーを設け、
前記スペーサーは、前記パッケージを前記リッドにより封止した状態において前記物理
量検出素子に接触し、前記インナーリードによる前記物理量検出素子の押し上げ量を規制
することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物理量検出装置であって、
前記スペーサーは、前記インナーリードによる前記物理量検出素子支持点間の中心に接
触する位置に設けたことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の物理量検出装置であって、
前記スペーサーは少なくとも３つ設け、前記物理量検出素子に対して少なくとも３点で
接触することを特徴とする物理量検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の物理量検出装置であって、
前記スペーサーは、前記物理量検出素子に対して面接触する構造としたことを特徴とす
る物理量検出装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の物理量検出装置であって、
前記物理量検出素子は、基部と、当該基部から延設された一対の支持アームと一対の検
出アーム、および前記支持アームのそれぞれから延設された対を成す駆動アームとを有し
、
前記スペーサーは、前記支持アームと前記駆動アームとの交差部に接触する位置にも設
けたことを特徴とする物理量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量検出装置に係り、特に耐衝撃性及び搭載高さの精度を高めた物理量検
出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度や加速度といった物理量を検出する物理量検出装置として、ジャイロセンサーや
加速度センサーが知られている。そして、このような物理量検出装置における物理量検出
素子として、基部と、この基部から延設された一対の検出アームと一対の支持アーム、お
よび各支持アームから延設された対を成す駆動アームを有する、いわゆるＷＴ型と呼ばれ
るものがある。このような物理量検出素子は、近年の小型化薄型化への要望を受け、基板
等へ固定される基部のサイズが小型化されたことにより、次のような問題を生ずるように
なった。すなわち、接着部の面積が小さくなることにより、接着剤の塗布量や接着面の面
積を均一に保つことが困難となるのである。このように物理量検出素子を接着する接着層
の形状や接着剤の量に不均一が生じたり、接着剤に液ダレや不要な回り込みが生じた場合
、接着層の全体的な物性が変動する。このような物性の変動が生ずると、素子の振動特性
が変化し、物理量の検出精度が低下するという問題があった。
【０００３】
このような振動特性の変化を抑制する手段として、特許文献１には、インナーリード（
ボンディングワイヤ）を利用して物理量検出素子を実装する構成が開示されている。具体
的には、インナーリードの先端側、すなわち物理量検出素子との接合部側を折り曲げ、物
理量検出素子がパッケージの底板等の基板から浮いた状態で実装されるようにしたのであ
る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２９４４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているような実装形態によれば確かに、物理量検出素子が直接パ
ッケージの底面等に接触することが無くなり、接着剤の余分な回り込みを避けることがで
きる。また、電気的導通を図るための接合部は略点接触となるため、接合面の面積の誤差
を小さくすることができる。このため、上記のような理由による素子の振動特性の変化を
抑制することができると共に、インナーリードがバネの役割を担うことより、物理量検出
装置としての耐衝撃性等も向上することとなる。
【０００６】
しかし、上記のようなインナーリードを用いた実装方法では、素子を支持する高さ（フ
ォーミング量）によってインナーリードの持つ共振周波数が変化する。インナーリードの
共振周波数の変化は、静止時出力電圧の温度ドリフトの要因となるため、検出精度の向上
に関する課題となる。
【０００７】
そこで本発明では上記課題を解決し、インナーリードによるフォーミング量の工程バラ
ツキが少なく、いわゆるヌル電圧（静止時出力電圧）の温度ドリフトが少ない物理量検出
装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］物理量検出素子をインナーリードによりリッド側へ押し上げ、前記物理量
検出素子をパッケージのキャビティ内に弾性支持する構造を有する物理量検出装置であっ
て、前記リッドにおける前記物理量検出素子に対向する面にスペーサーを設け、前記スペ
ーサーは、前記パッケージを前記リッドにより封止した状態において前記物理量検出素子
に接触し、前記インナーリードによる前記物理量検出素子の押し上げ量を規制することを
特徴とする物理量検出装置。
【０００９】
このような特徴を有する物理量検出装置によれば、物理量検出素子のフォーミング量の
工程バラツキの少ない物理量検出装置を構成することができる。このため、静止時出力電
圧の温度ドリフトが少なく、検出精度、信頼性の高い物理量検出装置とすることができる
。
【００１０】
［適用例２］適用例１に記載の物理量検出装置であって、前記スペーサーは、前記イン
ナーリードによる前記物理量検出素子支持点間の中心に接触する位置に設けたことを特徴
とする物理量検出装置。
【００１１】
このような特徴を有する物理量検出装置によれば、スペーサーが物理量検出素子支持点
間の中心に接触するため、スペーサーを１つとした場合であっても、安定してフォーミン
グ量の調整を行うことができる。また、スペーサーを１つとして物理量検出素子支持点間
の中心のみを支持する構成とすることで、角速度や加速度等の物理量を加えた際に物理量
検出素子に生ずる変形に影響を与えない。このため、物理量の検出感度が低下する虞が無
い。
【００１２】
［適用例３］適用例１に記載の物理量検出装置であって、前記スペーサーは少なくとも
３つ設け、前記物理量検出素子に対して少なくとも３点で接触することを特徴とする物理
量検出装置。
【００１３】
このような特徴を有する物理量検出装置によれば、スペーサーと物理量検出素子との接
点を線で結ぶことで面を構成することができる。このため、物理量検出素子のフォーミン
グ量の調整と共に、実装状態の傾きを修正することができる。
【００１４】
［適用例４］適用例１に記載の物理量検出装置であって、前記スペーサーは、前記物理
量検出素子に対して面接触する構造としたことを特徴とする物理量検出装置。
このような特徴を有する物理量検出装置によれば、物理量検出素子のフォーミング量の
調整と共に、実装状態の傾きを修正することができる。また、物理量検出素子の実装位置
がパッケージの中心からずれた場合であっても、フォーミング量の調整を安定して行うこ
とが可能となる。
【００１５】
［適用例５］適用例２乃至適用例４のいずれかに記載の物理量検出装置であって、前記
物理量検出素子は、基部と、当該基部から延設された一対の支持アームと一対の検出アー
ム、および前記支持アームのそれぞれから延設された対を成す駆動アームとを有し、前記
スペーサーは、前記支持アームと前記駆動アームとの交差部に接触する位置にも設けたこ
とを特徴とする物理量検出装置。
【００１６】
このような特徴を有することにより、物理量検出素子の厚み方向に衝撃が加えられた際
の支持アームの変形を抑制することができる。このため、変形によるリッドと駆動アーム
の接触を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係るジャイロセンサーの構成を示す図である。
【図２】実施形態に係る水晶振動片の形態を示す平面図である。
【図３】実施形態に係る支持基板の構成を示す平面図である。
【図４】第２の実施形態に係るジャイロセンサーの構成を示す図である。
【図５】第３の実施形態に係るジャイロセンサーの構成を示す図である。
【図６】第４の実施形態に係るジャイロセンサーの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下本発明の物理量検出装置に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明
する。なお、以下の実施形態では、物理量検出装置としてジャイロセンサーを例に挙げて
説明する。
まず、第１の実施形態に係るジャイロセンサーについて、図１を参照して詳細に説明す
る。
【００１９】
本実施形態に係るジャイロセンサー１０は、物理量検出素子としての水晶振動片１２と
支持基板３０、ＩＣ３８、パッケージ４０、およびリッド５０を基本として構成される。
なお、図１はジャイロセンサーの側断面を示す図である。水晶振動片１２は、角速度を検
出する役割を担う。本実施形態では、物理量検出素子として水晶振動片１２を例に挙げた
が、振動片の材質としては、ニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウム等、圧電効果を奏す
る部材であれば特に限定するものでは無い。水晶振動片１２の具体的構成は、図２を参照
して以下に説明する。
【００２０】
本実施形態の水晶振動片１２は、基部１４と、基部１４から延設された一対の検出アー
ム１６ａ，１６ｂ、検出アーム１６ａ，１６ｂに直交する方向へ向けて基部１４から延設
された一対の支持アーム２０、各支持アーム２０の先端から検出アーム１６ａ，１６ｂに
平行に延設された２対の駆動アーム２２ａ〜２２ｄとを有する。図４に示す水晶振動片１
２では、各検出アーム１６ａ，１６ｂ、各駆動アーム２２ａ〜２２ｄの先端には、重み付
けの役割を担う重量部１８ａ，１８ｂ，２４ａ〜２４ｄが設けられている。また、検出ア
ーム１６ａ，１６ｂ、駆動アーム２２ａ〜２２ｄにはそれぞれ、励振電極としての検出電
極（不図示）と駆動電極（不図示）が形成され、基部１４に形成された入出力電極２６に
接続されている。なお、検出アーム１６ａ，１６ｂ、駆動アーム２２ａ〜２２ｄの断面形
状に関しては、アームに溝（不図示）を設けることにより、いわゆるＨ型断面を採用する
ことで、溝の深さ方向と直交する方向の屈曲性を向上させ、検出感度を上げるようにして
も良い。
【００２１】
支持基板３０は、詳細を後述するパッケージ４０の底面４２、あるいは段部４４，４６
から水晶振動片１２を浮かせた状態で支持する役割を担う。その構成としては、可撓性を
有する導電性のワイヤ（インナーリード）３６（３６ａ〜３６ｆ）と、当該インナーリー
ド３６を被覆する絶縁性の樹脂フィルム３２とより構成される。支持基板３０の中心付近
の樹脂フィルム３２には開口部３４が設けられ、インナーリード３６が剥き出しにされて
いる。開口部３４に位置するインナーリード３６は、水晶振動片１２を浮かせた状態で支
持するために、支持基板３０の主面に対して水晶振動片１２を配置する側へオフセットさ
せるように屈曲している。ここで、オフセットさせたインナーリード３６の先端（一端）
が、水晶振動片１２の入出力電極２６に接続される接続端子となる。また、各インナーリ
ード３６の他端は、詳細を後述するパッケージ４０の段差部４６に配された内部接続端子
（不図示）と接続される接続端子となる。
【００２２】
ＩＣ３８は、上述した水晶振動片１２の駆動アーム２２ａ〜２２ｄを制御すると共に、
水晶振動片１２の検出アーム１６ａ，１６ｂによって得られた信号を検出する役割等を担
う集積回路である。なお、ＩＣ３８は、パッケージの底面４２に対して接着剤６０等を介
して搭載される。また、能動面に形成された接続パッド（不図示）とパッケージ４０の段
部４４に配された内部接続端子（不図示）は、金属ワイヤ４５を介して電気的に接続され
る。
【００２３】
パッケージ４０は、上述した水晶振動片１２と支持基板３０、及びＩＣ３８を収容する
箱体である。パッケージ４０の内側には、段部４４，４６、および底面４２から構成され
る階段状のキャビティ６８が形成されている。なお、構成部材としては絶縁性を有するセ
ラミックス等とすると良い。
【００２４】
パッケージ４０の底面４２、及び段部４４，４６には、上述した支持基板３０やＩＣ３
８を実装するための内部接続端子（不図示）が設けられている。また、パッケージ４０の
外部底面（裏面）には、外部接続端子（不図示）が設けられている。なお上述した内部接
続端子と外部接続端子とは、図示しないスルーホール等により、電気的に接続されている
。
【００２５】
リッド５０は、上述したパッケージ４０の開口部を封止する蓋体である。一般的には構
成部材として、パッケージ４０と線膨張係数の近似する金属（合金：例えばコバール）や
ガラス（例えばソーダガラス）等が用いられる。パッケージ４０とリッド５０の接合に関
しては接続部材６６として、リッド５０を金属とした場合にはコバール等の低融点金属が
、リッド５０をガラスとした場合には低融点ガラスが、それぞれ用いられる。
【００２６】
本実施形態に係るリッド５０は、水晶振動片１２に対向する側の面にスペーサー５２を
備える。スペーサー５２は、パッケージ４０をリッド５０で封止した際に、水晶振動片１
２の基部１４に接触し、インナーリード３６により押し上げられた水晶振動片１２を押し
下げ、水晶振動片１２のフォーミング量を調整する役割を担う。量産時においても、パッ
ケージ４０を構成する基板の厚みは略均一である。このため、パッケージ４０の開口部の
上部に載置されるリッド５０から、スペーサー５２の厚み分だけ押し下げられることによ
り、水晶振動片１２のフォーミング量を略均等に調整することができる。
【００２７】
スペーサー５２は、厚みのある平板を削ることで一部を凸に形成しても良いし、平板状
のリッドに凸部を盛ることで形成しても良い。厚みのある平板を削る場合には、エッチン
グによれば良い。リッドの材質とエッチング時間により、スペーサー５２の厚み（高さ）
は、略均一に精度良く保つことができるからである。
【００２８】
凸部を盛る場合には、樹脂や金属をリッドに塗布した後、リッド主面と平行な定盤によ
り押圧し、高さの調整を行う事となる。このような場合であっても、塗布する物質と塗布
量、および押圧する力により、スペーサー５２の高さ制御は可能となる。なお、図１に示
す例は、エッチングによりスペーサー５２となる凸部を形成した場合の例である。エッチ
ングによるスペーサー５２の形成は、バッチ処理が可能なため、量産性に優れ、部品単価
を安価に抑えることが可能となる。
【００２９】
スペーサー５２は、水晶振動片１２の中心、換言するとインナーリード３６との接合部
である入出力電極２６の中心（接触する面は入出力電極２６形成面と反対側）に接触する
位置に設けるようにする。水晶振動片１２の中心に接触し、接触面の面積を微小なもの（
例えば点接触）とすることにより、角速度が印加された際の水晶振動子１２の変形に影響
を与えることが無い。このため、ジャイロセンサー１０としての感度の低下が無い。
【００３０】
上記のような構成要素を有するジャイロセンサー装置１０は、パッケージ４０の底面４
２に接着剤６０を塗布し、ＩＣ３８を搭載する。ＩＣ３８を搭載した後、金属ワイヤ４５
を介したワイヤボンディングを行い、パッケージ４０の内部実装端子との電気的な接続を
図る。
【００３１】
次に、バンプ６４を介して支持基板３０のインナーリード３６を水晶振動片１２に接合
する。水晶振動片１２を接合した後、パッケージ４０の段部４６に設けた内部実装端子に
導電性接着剤６２を塗布し、支持基板３０を実装する。このような構成とすることで、水
晶振動片１２はインナーリード３６により弾性的に支持されることとなる。
【００３２】
なお、支持基板３０のインナーリード３６に対する水晶振動片１２の搭載方法は、バン
プ６４を介した超音波ボンディングの他、スポット溶接や導電性接着剤、ハンダ付け等で
あっても良い。また、支持基板のパッケージ段差部に対する実装も同様に、バンプを介し
た接合等であっても良い。
【００３３】
支持基板３０を実装した後、パッケージ４０の開口部にリッド５０を接合する。リッド
５０の接合により、リッド５０の一方の面に形成されたスペーサー５２が水晶振動片１２
の基部１４を押圧し、水晶振動片１２のフォーミング量が調整される。なお、スペーサー
５２による基部１４の押圧位置は、インナーリード３６による支持点（入出力電極２６）
間の中心とすることが望ましい。このように、水晶振動片１２とスペーサー５２との接触
点を１点とすることで、ジャイロセンサー１０に対して角速度が加えられた際の水晶振動
片１２の変形に影響が無い。このため、角速度の検出感度が低下する虞が無い。
【００３４】
リッド５０の接合は、シームリングを用いたシーム溶接や、低融点ガラスを用いた溶着
により行えば良い。なおリッド５０の接合は真空雰囲気中で行い、パッケージ４０の内部
空間を真空とする。水晶振動子１２の励振を妨げないようにするためである。
【００３５】
このような構成のジャイロセンサー１０によれば、水晶振動片１２のフォーミング量の
工程バラツキが無くなる。このため、インナーリード３６の持つ共振周波数にもバラツキ
が無くなり、インナーリード３６の接合状態の対称性も確保される。これにより、ジャイ
ロセンサー１０の静止時出力電圧の温度ドリフトが抑制され、角速度の検出精度、信頼性
を向上させることができる。
また、水晶振動片１２には、インナーリード３６によるバネ作用が効くため、耐衝撃性
を確保した上で水晶振動片１２の搭載高さを高精度に定めることができる。
【００３６】
次に、第２の実施形態に係るジャイロセンサーについて、図４を参照して説明する。な
お、本実施形態のジャイロセンサー１０ａの基本的な構成は、上述した第１の実施形態に
係るジャイロセンサー１０と同様である。相違点は、リッドにおける一方の面に設けたス
ペーサーの数と配置位置にある。よって、その機能と同一とする箇所については、図面に
同一の符号を付してその詳細な説明は省略することとする。また、図４において、図４（
Ａ）はジャイロセンサーの側断面を示す図であり、図４（Ｂ）は水晶振動片の構成を示す
平面図である。
【００３７】
第１の実施形態におけるスペーサー５２は、水晶振動片１２の中心に接触する位置に１
つ設ける構成としていた。これに対して本実施形態に係るジャイロセンサー１０ａでは、
水晶振動片１２における基部１４の少なくとも３点に接触するように、少なくとも３つの
スペーサー５２ａ〜５２ｃを設けたことを特徴としている。なお３つのスペーサー５２ａ
〜５２ｃの配置は直線的では無く、３つのスペーサー５２ａ〜５２ｃを結ぶ線が三角形を
形成する位置関係とすると良い。
【００３８】
このような構成とすることにより、スペーサー５２ａ〜５２ｃを結ぶ３点が面を構成す
ることとなり、水晶振動片１２の実装時の傾きを修正することが可能となる。なお、その
他の構成、作用、効果については、上述した第１の実施形態に係るジャイロセンサー１０
と同様である。
【００３９】
次に、第３の実施形態に係るジャイロセンサーについて、図５を参照して説明する。な
お、本実施形態のジャイロセンサー１０ｂも、その基本的な構成は、上述した第１、第２
の実施形態に係るジャイロセンサー１０、１０ａと同様である。相違点は、リッドにおけ
る一方の面に設けたスペーサーの形態にある。よって、その機能と同一とする箇所につい
ては、図面に同一の符号を付してその詳細な説明は省略することとする。また、図５にお
いて、図５（Ａ）はジャイロセンサーの側断面を示す図であり、図５（Ｂ）は水晶振動片
の構成を示す平面図である。
【００４０】
本実施形態に係るジャイロセンサー１０ｂのスペーサー５２ｄは、水晶振動片１２の基
部１４に相似する面を持つ形態とし、基部１４に対して面で接触するように構成されてい
る。
【００４１】
このような構成とすることにより、工程のバラツキにより水晶振動片１２の実装位置が
パッケージ４０の中心位置から外れた場合であっても、水晶振動片１２のフォーミング量
を安定して調整することができる。また、スペーサー５２ｄと水晶振動片１２の基部１４
とが面で接触しているため、振動や衝撃により水晶振動片１２が検出軸を揺動させるよう
に回転すること（Ｘ軸回り、あるいはＹ軸回りの回転）を抑制することができる。このた
め、駆動アーム２２や検出アーム１６、あるいは支持アーム２０がリッド５０と接触する
ことを防止することができる。なお、その他の構成、作用、効果については、上述した第
２の実施形態に係るジャイロセンサー１０ａと同様である。
【００４２】
次に、第４の実施形態に係るジャイロセンサーについて、図６を参照して説明する。本
実施形態に係るジャイロセンサー１０ｃは、水晶振動片の基部に接触する１つ乃至複数の
スペーサーまたは基部と面で接触するスペーサーを有する。すなわち、基本構成を上述し
た第１の実施形態に係るジャイロセンサー１０乃至第３の実施形態に係るジャイロセンサ
ー１０ｂのいずれかとしているのである。よって、その機能と同一とする箇所については
、図面に同一の符号を付してその詳細な説明は省略することとする。また、図６において
、図６（Ａ）はジャイロセンサーの側断面を示す図であり、図６（Ｂ）は水晶振動片の構
成を示す平面図である。
【００４３】
本実施形態に係るジャイロセンサー１０ｃでは、基部１４に接触するスペーサー５２ｃ
の他に、支持アーム２０と駆動アーム２２との交差部に接触する位置にもスペーサー５２
ｆ，５２ｇを設ける構成とした。
【００４４】
このような構成とすることにより、水晶振動片１２のフォーミング量の調整だけでなく
、水晶振動片１２に対して垂直方向（Ｚ軸方向）の衝撃が加えられた際、支持アーム２０
の変形を抑制することができる。このため、衝撃による変形で、駆動アーム２２がリッド
５０と接触することを防止することができる。なお、その他の構成、作用、効果について
は、上述した第１乃至第３の実施形態に係るジャイロセンサー１０，１０ａ，１０ｂと同
様である。
【符号の説明】
【００４５】
１０………ジャイロセンサー、１２………水晶振動片、１４………基部、１６（１６ａ
，１６ｂ）………検出アーム、１８（１８ａ，１８ｂ）………重量部、２０………支持ア
ーム、２２（２２ａ〜２２ｄ）………駆動アーム、２４（２４ａ〜２４ｄ）………重量部
、３０………支持基板、３２………樹脂フィルム、３４………開口部、３６（３６ａ〜３
６ｆ）………インナーリード、３８………ＩＣ、４０………パッケージ、４２………底面
、４４，４６………段部、５０………リッド、５２………スペーサー。
【図２】
2010164499.tif 000003
【図３】
2010164499.tif 000004
【図１】
2010164499.tif 000005
【図４】
2010164499.tif 000006
【図５】
2010164499.tif 000007
【図６】
2010164499.tif 000008