(57)【要約】【課題】  圧電デバイスに衝撃などが加わった際の圧電振動片を保持するリード板の変形を防止し、リード板の変形による検出感度の低下を防止することにより所望の検出を行うことができる圧電デバイスを提供する。【解決手段】  圧電デバイスであるジャイロセンサ１００は、パッケージ２０内にジャイロ振動片１０、複数のリード板１５、および支持基板１８を収納し、蓋体２１をパッケージ２０の固着面に固着している。リード板１５には、支持基板１８の一部が当該支持基板１８の窓開き部２５にそれぞれのリード板１５に対応して張り出したリード板補強部１６が接合されている。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動片と、
支持基板と、
前記圧電振動片と前記支持基板とに接続させて両者を導通させるとともに、前記支持基板に対して前記圧電振動片を離間する状態に支持するリード板と、
前記支持基板の一部が前記リード板に略沿って張り出して形成され、前記リード板と接合されたリード板補強部と、を有することを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
前記リード板補強部は、前記支持基板の略中心に向かって張り出していることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
前記リード板補強部の先端は、前記リード板と前記圧電振動片との接続部分までの間に形成されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
前記リード板は、折り曲げられた状態で前記支持基板に対して前記圧電振動片を離間させていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
前記リード板と前記リード板補強部とは、両者が接合された状態で折り曲げられ、前記支持基板に対して前記圧電振動片を離間させていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載の圧電デバイスにおいて、
前記支持基板と前記リード板とが折り曲げられた前記リード板補強部の面上で接続されていることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の圧電デバイスにおいて、
前記圧電振動片が、回転角速度を検出するためのジャイロセンサに用いるジャイロ振動片であることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の圧電デバイスと、
少なくとも前記圧電振動片を駆動するための機能を有する回路素子と、を有することを特徴とする圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャイロ振動片のような圧電振動片を有する圧電デバイス、及び当該圧電デバイスを備える圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載されたような従来の圧電デバイスでは、図１０に示すように、圧電振動片としてのジャイロ振動片１１０が、支持基板１１１に接合材１１２で固着されたリード板１１３ａ、１１３ｂによって保持され導電性接着材１１４等で接続されている。支持基板１１１は、パッケージ１１５に固着材１１６により固着されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９４４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の背景技術に示した圧電デバイスでは、圧電振動片を支持するリード板１１３ａ、１１３ｂの１つずつの強度が弱いため、圧電振動片に衝撃などが加わることによってリード板１１３ａ、１１３ｂが変形し、圧電振動片の保持姿勢が予期しない状態に変化することがある。この圧電振動片の保持姿勢の変化による特性への影響により、圧電振動片の一例としてのジャイロ振動片の検出感度が低下し所望の検出ができなくなるという問題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、衝撃などが加わっても検出感度が低下しにくく、所望の検出を行うことができる圧電デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる問題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、圧電振動片と、支持基板と、前記圧電振動片と前記支持基板とに接続させて両者を導通させるとともに、前記支持基板に対して前記圧電振動片を離間する状態に支持するリード板と、前記支持基板の一部が前記リード板に略沿って張り出して形成され、前記リード板と接合されたリード板補強部とを有することを特徴とする。
本発明の圧電デバイスによれば、支持基板から張り出したリード板補強部とリード板とが接合されていることから、リード板単体の剛性にリード板補強部の剛性が加算され、接合されたリード板の方が単体のリード板よりも剛性が高くなる。従って、圧電振動片に衝撃などが加わってもリード板の変形が起こりにくくなる。換言すれば、圧電振動片の保持姿勢の変化が起こりにくくなり、圧電振動片の一例としてのジャイロ振動片の検出感度の低下を防止することができる。
【０００７】
また、前記リード板補強部は、前記支持基板の略中心に向かって張り出していることとしてもよい。
【０００８】
また、前記リード板補強部の先端は、前記リード板と前記圧電振動片との接続部分までの間に形成されていることが望ましい。
このようにすれば、リード板補強部の長さを短くすることができるため、リード板補強部の剛性を確保することができる。即ち、接合されたリード板との剛性を高めることが可能となる。
【０００９】
また、前記リード板は、折り曲げられた状態で前記支持基板に対して前記圧電振動片を離間させていることが望ましい。
このようにすれば、他の部材を用いることなく簡単に前記支持基板に対して前記圧電振動片を離間させることが可能となる。
【００１０】
また、前記リード板と前記リード板補強部とは、両者が接合された状態で折り曲げられ、前記支持基板に対して前記圧電振動片を離間させていることが望ましい。
このようにすれば、変形の起こり易いリード板の折り曲げ部分の剛性を増すことができるため、リード板の変形を起こりにくくすることが可能となる。
【００１１】
また、前記支持基板と前記リード板とが折り曲げられた前記リード板補強部の面上で接続されていることが望ましい。
このようにすれば、リード板の一端がリード板補強部の面上にあるためリード板の高さ方向の調整が容易に行うことができる。従って、複数のリード板の圧電振動片の支持高さを均一にすることが可能となる。
【００１２】
また、前記圧電振動片が、回転角速度を検出するためのジャイロセンサに用いるジャイロ振動片であることが望ましい。
このようにすれば、圧電振動片の保持姿勢が検出感度に大きく影響されるジャイロ振動片においても、検出感度の低下を防止することができ、所望の検出が可能なジャイロセンサを提供することが可能となる。
【００１３】
また、前述の圧電デバイスと、少なくとも前記圧電振動片を駆動するための機能を有する回路素子とを有することを特徴とする圧電発振器を提供することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る圧電デバイスの最良の形態について、以下に図面を用いて説明する。なお、本発明は、後述の実施形態に限定されるものではない。
（第一の実施形態）
【００１５】
本発明に係る圧電デバイスの第一の実施形態として、圧電振動片の一例としてジャイロセンサ用水晶振動片（以下、「ジャイロ振動片」という。）を用いたジャイロセンサについて、図面を用いて説明する。図１は、第一の実施形態のジャイロセンサの概略を示す平面図である。図２は、第一の実施形態のジャイロセンサの概略を示し、図１のＡ−Ａ断面図である。
＝＝ジャイロセンサの構成＝＝
【００１６】
先ず、ジャイロセンサの構成について説明する。ジャイロセンサ１００は、電子機器及び乗り物のような物体の姿勢や位置を検出するために前記物体に搭載されて使用される。
図１及び図２に示すように、ジャイロセンサ１００は、パッケージ２０内にジャイロ振動片１０（図１では、図面を解り易くするため一部を破断し２点鎖線で示してある。）、リード板１５および支持基板１８を収納し、蓋体２１をパッケージ２０固着面に固着して密封されている。
【００１７】
パッケージ２０は、セラミック等で形成され、その凹部底面１７に支持基板１８の裏面が固着されている。支持基板１８は、例えばポリイミド樹脂などの絶縁性材料で形成されており、その表面には導電パターン（図示せず）が形成されている。支持基板１８の中央部には打ち抜かれた窓開き部２５が形成されている。この窓開き部２５の打ち抜きによって支持基板１８が窓開き部２５の内側へ延出するように張り出したリード板補強部１６が形成され、このリード板補強部１６にリード板１５が固着されている。前述の導電パターンに、リード板１５の長手方向の一端部が接続されている。リード板１５の他端部には、ジャイロ振動片１０が導電接着剤或いは金バンプなどの接合材（図示せず）で接続されている。
＝＝リード板の説明＝＝
【００１８】
６本のリード板１５は、一例として厚み１８μｍ、幅３０〜１００μｍ、程度の銅薄板にニッケル金メッキが施され形成されている。リード板１５は、パッケージ２０の凹部の４側面方向から、パッケージ２０の中心、即ち支持基板１８の中心２７に概ね向かって設けられている。リード板１５は、一端部の接続部２２により支持基板１８の表面に設けられた導電パターン（図示せず）に接続されており、この接続部分の中心２７側の部分で上方に折り曲げられて間隙形成部２６が形成されている。この間隙形成部２６は、ジャイロ振動片１０と支持基板１８との間に隙間を設け、ジャイロ振動片１０と支持基板１８との接触を防止する。
【００１９】
リード板１５は、間隙形成部２６の先部で他端部がさらに折り曲げられてジャイロ振動片１０の受け部２３が形成されている。この受け部２３にジャイロ振動片１０の電極（図示せず）が導通を取って接続されている。
＝＝リード板補強部の説明＝＝
【００２０】
リード板補強部１６は、支持基板１８の中央部に形成された窓開き部２５に、支持基板１８の一部が対応するリード板１５に沿ってそれぞれ張り出して形成されている。リード板補強部１６は、対応するリード板１５の幅寸法よりやや幅広形状であり、その先端２４はリード板１５の間隙形成部２６の中途に位置して形成されている。リード板補強部１６には、対応するリード板１５が固着されており、リード板補強部１６は、リード板１５の間隙形成部２６とともに上方に折り曲げられている。即ち、間隙形成部２６の中途までリード板１５とリード板補強部１６とは、固着されている。
【００２１】
＝＝ジャイロ振動片の説明＝＝
次に、ジャイロ振動片について、図面を用いて詳細に説明する。図３は、駆動アームの動作を示す図である。図４は、駆動アームの動作とコリオリ力との関係を示す図である。図５は、検出アームの動作を示す図である。
【００２２】
先ず、ジャイロ振動片の構成について説明する。
図１に示す、圧電振動片の一例であってジャイロセンサ１００に用いられるジャイロ振動片１０は、水晶を用いた薄板状に形成されている。ジャイロ振動片１０は、従来知られた駆動モード、検出モード、及びスプリアスモードという３つのモードで動作すべく、駆動部を構成する第一の駆動腕部及び第二の駆動腕部である第１の駆動アーム１１Ａ及び第２の駆動アーム１１Ｂと、検出部である検出アーム１２と、腕支持部であるアーム支持部１３と、支持部である支持板１４とを有している。
【００２３】
アーム支持部１３は、一端が第１の駆動アーム１１Ａの中心に接続されており、他端が第２の駆動アーム１１Ｂの中心に接続されており、検出アーム１２は、その中心がアーム支持部１３の中心と一致するように接続されている。支持板１４は、アーム支持部１３と検出アーム１２との接続点を含む所定の面積を有する板状部である。
【００２４】
次に、ジャイロ振動片の動作について説明する。
図３（ａ）に示すように、第１の駆動アーム１１Ａは、図示のＹ方向に延在する所定長を有する板状部である。第１の駆動アーム１１Ａは、図示のＸ方向に沿った振動中に、前記した物体の姿勢の変動の一つである、図示のＺ方向を回転軸として与えられる回転に応じて、当該回転角速度の大きさに対応するコリオリ力を生成する。なお、第２の駆動アーム１１Ｂは、図示しないが第１の駆動アーム１１Ａと相互に平行する所定長を有する板状部であり、第１の駆動アーム１１Ａと同様にコリオリ力を生成する。
【００２５】
第１の駆動アーム１１Ａは、図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、その中心を軸とする屈曲動作により振動し、より詳細には、その端部に近い部位ほどＸ方向に沿って大きく変位するという凹凸型に変形することにより振動する。第２の駆動アーム１１Ｂは、第１の駆動アーム１１Ａが変形する凹凸形状とは線対称な関係にある形状に屈曲動作により振動する。
【００２６】
図４に示すように、第１の駆動アーム１１Ａが２点鎖線で示された形状から実線で示された形状へ変化しており、第２の駆動アーム１１Ｂも２点鎖線で示された形状から実線で示された形状へ変化しているとき、紙面内時計回り方向の回転が加えられると、コリオリ力は、図４の矢印１９Ａ、１９Ｂで示される方向に発生する。他方で、第１の駆動アーム１１Ａが実線で示された形状から２点鎖線で示された形状へ変化し、第２の駆動アーム１１Ｂが実線で示された形状から２点鎖線で示された形状へ変化しているとき、紙面内時計回り方向の回転が加えられると、コリオリ力は、図４の矢印１９Ａ、１９Ｂとは反対方向に発生する。
【００２７】
検出アーム１２は、第１の駆動アーム１１Ａ及び第２の駆動アーム１１Ｂと同様に、図示のＹ方向に沿って延在している、所定長を有する板部材である。即ち、第１の駆動アーム１１Ａ、第２の駆動アーム１１Ｂ、及び検出アーム１２は、相互に平行である。検出アーム１２は、第１の駆動アーム１１Ａ及び第２の駆動アーム１１Ｂに働く前記コリオリ力を検出すべく、第１の駆動アーム１１Ａ及び第２の駆動アーム１１Ｂからアーム支持部１３を経て伝播される前記コリオリ力に応答して、当該コリオリ力の大きさに対応する振動を行う。
【００２８】
検出アーム１２は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、図３（ａ）〜（ｃ）で示した第１の駆動アーム１１Ａ及び第２の駆動アーム１１Ｂの屈曲動作と同期して、概ねＳ字状及び逆Ｓ字状に変形するという屈曲動作を行う。検出アーム１２による前記屈曲動作により発生する電気信号を検出することにより前記コリオリ力の大きさを知得し、これにより、前記物体に加えられた回転角速度の大きさを認識する。
【００２９】
上述の第一の実施形態によれば、支持基板１８から張り出したリード板補強部１６とリード板１５とが接合されていることから、リード板１５単体の剛性にリード板補強部１６の剛性が加算される。これにより当該接合部分、即ちリード板１５が変形し易い立ち上がり部分の剛性が見かけ上高くなることから圧電振動片の一例としてのジャイロ振動片１０に衝撃などが加わってもジャイロ振動片１０を支持しているリード板１５の変形が起こりにくくなる。従って、ジャイロ振動片１０の保持姿勢の変化が起こりにくくなり、ジャイロ振動片１０の検出感度の低下を防止したジャイロセンサ１００を提供することが可能となる。
また、リード板補強部１６が支持基板１８の一部を張り出して形成されていることから、他の材料を用いることなく、即ち、部品数を増やすことなくリード板補強部１６を形成することができ、特性を向上させたジャイロセンサ１００を安価に提供することが可能となる。
（第二の実施形態）
【００３０】
本発明に係る圧電デバイスの第二の実施形態として、圧電振動片としてジャイロ振動片を用いたジャイロセンサについて、図面を用いて説明する。図６は、第二の実施形態のジャイロセンサの概略を示す平面図である。図７は、第二の実施形態のジャイロセンサの概略を示し、図６のＢ−Ｂ断面図である。
【００３１】
第二の実施形態におけるジャイロセンサ１００の構成、及びジャイロ振動片１０については、先述した第一の実施形態と同様であるため詳細の説明を省略し、第二の実施形態の特徴点であるリード板３５、及びリード板補強部３６について詳細を説明する。
【００３２】
図６及び図７によれば、ジャイロセンサ１００は、パッケージ４０の凹部底面３７に固着された支持基板３９と、支持基板３９の張り出し部３６に接続されたリード板３５と、リード板３５に接続されたジャイロ振動片１０と、パッケージ４０の上面に固着された蓋体４１とから構成されている。
【００３３】
例えばポリイミド樹脂などの絶縁体で形成された支持基板３９は、その表面に導電パターン（図示せず）が形成され、中央部は打ち抜かれた窓開き部３８が形成されている。支持基板３９の中央部に向かって支持基板３９が張り出したリード板補強部３６は窓開き部３８に突出して形成されている。リード板補強部３６は、リード板３５と対応して設けられており、支持基板３９から突出する基部付近で斜め上方に折り曲げらている。
【００３４】
本例のリード板３５は、６本設けられており、第一の実施形態と同様に一例として厚み１８μｍ、幅３０〜１００μｍ、程度の銅薄板にニッケル金メッキが施され形成されている。リード板３５は、一端４２近傍をリード板補強部３６内の導電パターンと導電性接着剤、又は半田などを用いて電気的に接合されている。さらに、リード板３５には、その他端部を支持基板３９とほぼ平行となるように折り曲げたジャイロ振動片１０の受け部４３が形成されている。６本のリード板３５に形成された受け部４３は、支持基板３９の面とジャイロ振動片１０が平行となるように高さを合わせて設けられる。この受け部４３にジャイロ振動片１０の電極（図示せず）が導電性接着剤、又は金バンプなどの接合材（図示せず）で接続されリード板３５とジャイロ振動片１０の電極との電気的導通が取られている。
【００３５】
上述の第二の実施形態によれば、前述した第一の実施形態の効果に加え、リード板３５の一端４２がリード板補強部３６の面上にあるためリード板３５の高さ方向の調整を容易に行うことができる。従って、複数のリード板３５の受け部４３の高さを均一にすることができる。よって、支持基板３９とジャイロ振動片１０の平行を容易に実現することが可能となる。
【００３６】
なお、前述の実施形態では６本のリード板の構成で説明したが、リード板の数はこれに限らず、必要とされる数量であれば何本の構成でもよい。
また、リード板と支持基板の導電パターンとの接続は、導電パターンを形成する金属層とリード板とを導電材で接合する構成、或いは導電パターンを形成する金属層をそのまま延伸してリード板とする構成のどちらを用いてもよい。
（リード板補強部の変形例）
【００３７】
ここで、リード板補強部の変形例を説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、リード板補強部の形状を示す平面図である。
【００３８】
図８（ａ）に示すように、リード板補強部５６は、支持基板５９の一部がリード板５５の脇に沿って張り出した部分５６Ａと、張り出した部分５６Ａに交差する部分５６Ｂとで形成されている。リード板５５は折り曲げ部５７で斜め上方（本図では手前方向）に折り曲げられており、リード板補強部５６も折り曲げ部５８でリード板５５と同じく斜め上方に折り曲げられている。両者の折り曲げ部５７、５８は、支持基板５９の窓開き部の辺６０の延長上に形成されている。なお、リード板５５とリード板補強部５６とは、重なり合った部分で接合されている。
【００３９】
また、図８（ｂ）に示すように、リード板補強部５６は、支持基板５９の一部がリード板５５の両脇に沿って２本張り出し、その先端を結ぶ形状に形成されている。即ち、張り出し部の中央に窓開き部が形成されている。前述と同様に、リード板５５とリード板補強部５６とは、支持基板５９の窓開き部の辺６０の延長上に形成された折り曲げ部５７で、斜め上方に折り曲げられている。また、リード板５５とリード板補強部５６とは、重なり合った部分で接合されている。
【００４０】
また、図８（ｃ）に示すように、リード板補強部５６は、支持基板５９との接続部分の幅が広く、張り出した先端部の幅が狭い形状に形成されている。なお、リード板５５とリード板補強部５６とは接合されており、支持基板５９の窓開き部の辺６０の延長上で両者とも斜め上方に折り曲げられている。
【００４１】
なお、前述の変形例では、両者の折り曲げ位置が支持基板５９の中心部に設けられた窓開き部の辺の延長上に設けられた例で説明したが、折り曲げは、支持基板の窓開き部の中、即ちリード板が支持基板から離れた箇所で行ってもよい。
また、リード板とリード板補強部とは接合されておらず、接触している構成でもリード板の下方への変形を防止することができる。
【００４２】
上述の補強部の変形例によれば、リード板５５にリード板補強部５６が接合されることにより当該接合部分の剛性が増す。即ち、見かけ上リード板５５の剛性が増したことになり、ジャイロ振動片に衝撃などが印加されてもリード板５５の変形が起こりにくくなる。
（第三の実施形態）
【００４３】
本発明の圧電振動片を用いた圧電発振器を、図を用いて説明する。図９は、本発明の圧電振振器の概略正断面図である。
【００４４】
本発明の圧電発振器８０は、圧電発振片の一例としての水晶片であるジャイロ振動片１０、ジャイロ振動片１０を保持するための複数のリード板６５、複数のリード板６５を支持する支持基板６９、少なくともジャイロ振動片１０を駆動させる機能を有する回路素子の一例としての半導体装置６６、前述したそれぞれの構成部品を収納するためのパッケージ７０、及び蓋体７１から構成される。
【００４５】
詳述すると、セラミック等で形成されたパッケージ７０の凹部底面に、支持基板６９が固着されている。支持基板６９は、例えば、ポリイミド樹脂などで形成されている。支持基板６９の上面には、各方向から中心部に向かって伸びる複数のリード板６５が接合材（図示せず）によって固着されている。複数のリード板６５には一端にてジャイロ振動片１０が導電接着剤或いは金バンプなどの接合材（図示せず）で接合されている。さらに、複数のリード板６５のパッケージの中央部に向かって斜め上方に折り曲げられて形成された立ち上がり形状の間隙形成部６７には、支持基板６９の一部が張り出したリード板補強部６８が接合されている。このリード板補強部６８はリード板６５の強度を補強し剛性を高める。
【００４６】
なお、前述では、圧電振動片の一例として、水晶片によるジャイロ振動片を用いて説明したが、これに限らず、例えば、矩形、音叉型、円盤状などの水晶振動片、リチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ3）振動片など他の圧電材料を用いた振動片でもよい。
【００４７】
上述の第三の実施形態によれば、ジャイロ振動片１０を保持し接続を行うリード板６５にリード板補強部６８が接合されることによりリード板６５の剛性が増し、ジャイロ振動片１０に衝撃などが加わってもリード板６５の変形が起こりにくくなる。従って、ジャイロ振動片１０の保持姿勢の変化が起こりにくくなり、ジャイロ振動片１０と、パッケージ７０の底面との平行度が変化することから発生するジャイロ振動片１０の検出感度の低下を防止することができる圧電発振器を提供することが可能となる。
【００４８】
なお、リード板補強部は、リード板の長手方向のうち、支持基板との接続部分と圧電振動片との接続部分とを除く全ての領域に設けられていても良い。
【００４９】
また、前述では圧電振動片が支持基板に対して複数のリード板により支持された構造で説明したがこれに限らず、圧電振動片が支持基板に対して１つのリード板により支持された片持ち構造でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第一の実施形態のジャイロセンサの概略を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、ジャイロ振動片の駆動アームの動作を示す平面図。
【図４】ジャイロ振動片の駆動アームの動作とコリオリ力との関係を示す平面図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、ジャイロ振動片の検出アームの動作を示す平面図。
【図６】第二の実施形態のジャイロセンサの概略を示す平面図。
【図７】図６のＢ−Ｂ断面図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、リード板補強部の変形例を示す平面図。
【図９】第三の実施形態の圧電振振器の正断面図。
【図１０】従来の圧電デバイスを示す正断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１０…圧電振動片としてのジャイロ振動片、１１Ａ…第一の駆動アーム、１１ｂ…第二の駆動アーム、１２…検出アーム、１３…アーム支持部、１４…支持板、１５…リード板、１６…リード板補強部、１７…凹部底面、１８…支持基板、２０…パッケージ、２１…蓋体、２２…接続部、２３…受け部、２４…リード板補強部先端、２５…窓開き部、２６…間隙形成部、２７…支持基板の中心、６６…回路素子としての半導体装置、８０…圧電発振器、１００…圧電デバイスとしてのジャイロセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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