(57)【要約】【課題】回路基板への蓋の接合作業に伴う熱の影響を解消して良好な特性を確保することのできるＭＥＭＳデバイスを提供する。  【解決手段】圧電材を用いた振動子を固定する回路基板２００と、この回路基板２００の部品搭載側の面を気密封止のために被う金属製の蓋３００とを、レーザ溶接によって接合する。また、回路基板２００の蓋３００が接合される部位表面に、溶接用の金属パターン２１８を設けておき、レーザ溶接によって金属パターン２１８と金属製の蓋３００とを溶融一体化することで確実な接合を図る。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料を用いて構成された部品と、
前記部品を固定する回路基板と、
前記回路基板の前記部品を固定している側の面を被うように前記回路基板にレーザ溶接によって接合された金属製の蓋と
を具備することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記部品は、コリオリ力を検出するための振動子であることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記回路基板に、前記振動子を駆動して角速度を検出する駆動検出用ベアチップＩＣが実装されていることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
前記回路基板の前記蓋の接合面に対向する部位に、溶接用の金属パターンが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
前記金属パターンが、タングステンからなることを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
前記金属パターンが、ＧＮＤが設定されていることを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
回路基板の、圧電材料を用いた部品が固定された側の面を被うための金属製の蓋を、前記回路基板にレーザ溶接によって接合することを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項８】
前記回路基板の前記蓋の接合面に対向する部位に、溶接用の金属パターンを形成しておき、前記レーザ溶接によって前記蓋と前記金属パターンとを溶融一体化することを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
【請求項９】
圧電材料を用いて構成された部品と、前記部品を固定する回路基板と、前記回路基板の前記部品を固定している側の面を被うように前記回路基板にレーザ溶接によって接合された金属製の蓋とを具備するＭＥＭＳデバイスを有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの手振れ補正などに用いられる角速度センサなどのＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical Systems）デバイス、このＭＥＭＳデバイスの製造方法、このＭＥＭＳデバイスを搭載する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラ、デジタルカメラなどの手振れ補正において、その振れを検出するために角速度センサが使われる。
【０００３】
角速度センサは、例えば片持ち支持梁の振動子が用いられる。この振動子は、例えばシリコン素子の梁の表面に圧電膜を形成して構成される（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２２７１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
手ぶれ補正などに使用される振動型角速度センサの振動子タイプとしては、その振動子の形状から、片持ち梁タイプ、２本音叉タイプ、３本音叉タイプなどがある。このような振動子を用いた角速度センサでは、搭載されるベアチップＩＣなどを外部環境からの保護、特に耐湿性の確保を目的として、基板全体を蓋で気密に封止する構造を採っている。
【０００５】
蓋の材料にはリフローに耐え得るように金属が用いられ、蓋の接合には熱硬化性の樹脂を用いていた。しかしながら、この熱硬化樹脂を硬化させるために、例えば、１７５℃１２０分などの熱を印加しなければならない。
【０００６】
これに対し、振動子に用いられる圧電材は、比較的熱に弱く、熱履歴を重ねるごとに、性能が低下する傾向が知られている。このため、熱に弱い振動子は、図７に示すように、Ｇｏ特性がリフロー後に悪化してしまうおそれがあった。図７はリフローが複数回行われることによって、Ｇｏ特性が次第に悪化して行く様子を示すグラフである。
【０００７】
振動子を用いた角速度センサにおいては、検出電圧が一定となるように、振動子の駆動系に検出電圧をフィードバックする構成を採っている。この構成により、振動子の圧電膜が劣化しても、一定の検出電圧を確保できるようにしている。このフィードバックのかかった駆動電圧をＧｏと称しており、一定の検出電圧を得るのに必要なＧｏの電圧が低いほうが、圧電膜の特性が良好といえる。このフィードバック系においては、圧電膜の特性が悪化するにつれて、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）によってＧｏの値を大きくするが、電源電圧の限界から、対応できる圧電膜の特性の悪化の程度に限界がある。
【０００８】
本発明は、この点に鑑み、回路基板への蓋の接合作業に伴う熱の影響を解消して良好な特性を確保することのできるＭＥＭＳデバイス、ＭＥＭＳデバイスの製造方法、及び電子機器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】
【０００９】
本発明に係るＭＥＭＳデバイスは、圧電材料を用いて構成された部品と、前記部品を固定する回路基板と、前記回路基板の前記部品を固定している側の面を被うように前記回路基板にレーザ溶接によって接合された蓋とを具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、レーザ溶接によって蓋と回路基板とを接合することによって、ピンポイントでの入熱が行われ、圧電材料を用いて構成された部品までで高熱に晒されることがない。これにより、圧電材料を用いて構成された部品の特性が熱によって変化するのを防止することができる。
【００１１】
本発明において、前記部品は、コリオリ力を検出するための振動子であってよい。この場合、振動子の圧電材のＧｏ特性が熱によって悪化するのを回避することができる。
【００１２】
本発明は、前記回路基板に、前記振動子を駆動して角速度を検出する駆動検出用ベアチップＩＣが実装された構成を有するものであってもよい。振動子の圧電材のＧｏ特性が良好であれば、駆動検出用ベアチップＩＣによる角速度検出を精度良く行うことができる。
【００１３】
本発明は、前記回路基板の前記蓋の接合面に対向する部位に、溶接用の金属パターンが設けられた構成としてもよい。これにより、レーザ溶接による蓋と回路基板との溶融一体化による接合がより安定する。また、金属パターンを融点の高いタングステンを用いて形成することによって、レーザ溶接時に金属パターン側が過度に溶融して、回路基板と蓋との接合強度が低下するのを防止できる。
【００１４】
本発明は、前記金属パターンが、ＧＮＤが設定されていることとしてもよい。金属パターンと金属製の蓋とをレーザ溶接によって溶融一体とすることでシールド効果が発揮され、外部からの電磁波などの侵入による誤動作の防止を図ることができる。
【００１５】
本発明の別の観点に係るＭＥＭＳデバイスの製造方法は、回路基板の、圧電材料を用いた部品が固定された側の面を被うための金属製の蓋を、前記回路基板にレーザ溶接によって接合することを特徴とする。
【００１６】
本発明の別の観点に係る電子機器は、圧電材料を用いて構成された部品と、前記部品を固定する回路基板と、前記回路基板の前記部品を固定している側の面を被うように前記回路基板にレーザ溶接によって接合された金属製の蓋とを具備するＭＥＭＳデバイスを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明では、圧電材料を用いて構成された部品の特性が安定したＭＥＭＳデバイスを用いることによって、電子機器の安定した動作を実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回路基板への蓋の接合作業に伴う熱の影響を解消して良好な特性を有するＭＥＭＳデバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。  
【００２０】
図１は本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスである角速度センサの分解斜視図、図２は図１の角速度センサの断面図である。
【００２１】
これらの図に示すように、この角速度センサ１００は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などをベースとしたセラミック積層基板などからなる回路基板２００と、回路基板２００の部品搭載側の主面を被う金属製の蓋３００とを有する。
【００２２】
回路基板２００の表面には、Ｘ軸の振動子２１２と、Ｙ軸の振動子２１３と、駆動検出用ベアチップＩＣ２１４と、チップＣＲ部品２１５が、バンプ２１６を介して、回路基板２００の表面に設けられたパッド部２１７と接続されている。Ｘ軸の振動子２１２は、回路基板２００のＸ方向に沿った辺に沿うように配置されている。このＸ軸の振動子２１２の近傍に駆動検出用ベアチップＩＣ２１４が配置されている。Ｙ軸の振動子２１３は、回路基板２００のＹ方向に沿った辺に沿うように配置されている。駆動検出用ベアチップＩＣ２１４は、回路基板２００のほぼ中央に配置されている。
【００２３】
振動子２１２及び振動子２１３は、コリオリ力を検出するための片持ち梁タイプの振動子であり、振動子２１２，２１３は、台座部２１２ａ、２１３ａと、振動部２１２ｂ、２１３ｂとを有する。つまり、この角速度センサ１００では、ＸＹの２軸に対する振動子を同一パッケージ内に実装している。これらの振動子２１２、２１３は、例えば例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）工程で製造されるもので、シリコン素子の梁の表面に圧電膜を形成して構成され、その構成は、例えば特開２００５−２２７１１０号公報に詳しく開示されている。
【００２４】
これらの振動子２１２、２１３は、要するに自励タイプの振動子であり、検出方向に対する位相差を検出することでコリオリ力を検出している。この実施形態では、Ｘ軸検出用の振動子２１２は、例えば３６ｋＨｚ付近、Ｙ軸検出用の振動子２１３は、３９ｋＨｚ付近の共振周波数でそれぞれ振動するように構成されている。なお、振動子としては、片持ち梁タイプに限らず音叉タイプの振動子などの各種の振動子を勿論用いることができる。
【００２５】
回路基板２００の表面には、各振動子２１２，２１３、駆動検出用ベアチップＩＣ２１４、チップＣＲ部品２１５などとの電気的な接続をとるためのパッド部２１７が設けられている。また、回路基板２００の表面の縁部には、蓋３００の溶接用の金属パターン２１８が環状に連続するように設けられている。この溶接用の金属パターン２１８は、導体材料としてタングステンなどの融点の高い金属を用いて形成されている。溶接用の金属パターン２１８に融点の高い金属を使用することによって、レーザ溶接時に金属パターン２１８側が過度に溶融して、回路基板２００と蓋３００との接合強度が低下するのを防止できる。
【００２６】
蓋３００は、例えば溶剤やブラスト加工などのエッチングにより逆凹状に形成されたものであり、天板部３０１と側壁部３０２とにより構成される。蓋３００は側壁部３０２の端面を、回路基板２００の表面縁部に設けられた溶接用の金属パターン２１８の位置に合わせて、レーザ溶接によって互いに溶融一体とされて接合される。レーザ溶接は、炭酸ガスやＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）をつかった高エネルギーのレーザ光を溶接対象である金属に照射して溶かして溶接を行う手法であり、入熱量が少ないという利点を有するとともに、ピンポイントでの加熱が可能であるため金属を深く溶融できるとともに、熱によって影響を受ける範囲が小さいので、高品質の溶接が可能である。
【００２７】
蓋３００の材料には、当然ながら、レーザ溶接に適した金属が用いられる。具体的には、例えば、アルミ合金、リン青銅、ベリリウム鋼などを使用することが可能である。
【００２８】
また、上記のような形状の蓋３００は一枚の金属板からエッチングによって作製することが可能である。この場合、自ずと、掘り下げられた部分のコーナ部に大きなアール部３０３が形成され、このアール部３０３が蓋３００の強度を高めることになる。これによって、蓋３００の天板部３０１の厚さをより小さくすることができ、デバイス全体の薄型化を図れる。蓋３００のコーナ部３０３の曲率は蓋３００の高さの１／３以上とすることが、蓋３００の強度を十分高めるために望ましい。
【００２９】
図３は、この角速度センサ１００の製造プロセスを示す図である。
【００３０】
まず、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などをベースとし、パッド部２１７、溶接用の金属パターン２１８、その他の必要な配線パターンを形成したセラミック積層基板を作製する（Ｓ１）。この際、少なくとも溶接用の金属パターン２１８の形成には、タングステンなどの融点の高い金属材料が使用される。次に、このセラミック積層基板の表面に、Ｘ軸の振動子２１２、Ｙ軸の振動子２１３、駆動検出用ベアチップＩＣ２１４、チップＣＲ部品２１５などの部品を実装する（Ｓ２）。その一方で、アルミ合金、リン青銅、ベリリウム鋼などのレーザ溶接に適した金属材料からなる板材から、エッチングによって天板部３０１と側壁部３０２とにより構成される蓋３００を作製しておき（Ｓ３）、この蓋３００の側壁部３０２の端面を、回路基板２００の表面縁部に設けられた溶接用の金属パターン２１８の位置に合わせるようにして互いに位置決めし、仮固定した状態で、対物レンズ１０によって集光させたレーザ光を接合部に照射して金属を溶融させて互いに接合する（Ｓ４）。
【００３１】
以上のように、この実施形態では、レーザ溶接によって蓋３００と回路基板２００とを接合することによって、ピンポイントでの入熱が行われ、振動子２１２，２１３までが高熱に晒されることがなくなり、振動子の圧電材のＧｏ特性が熱によって悪化するのを回避することができる。
【００３２】
また、回路基板２００の表面に設けられた溶接用の金属パターン２１８がＧＮＤに設定され、この金属パターン２１８と金属製の蓋３００とをレーザ溶接によって溶融一体とすることでシールド効果が発揮され、外部からの電磁波などの侵入による誤動作の防止を図ることができる。
【００３３】
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。
図４は第２の実施形態のＭＥＭＳデバイスである角速度センサの分解斜視図である。
【００３４】
この角速度センサ１０１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などをベースとしたセラミック積層基板などからなる回路基板２００と、回路基板２００の部品搭載側の主面を被う金属製の上蓋３５０と、下蓋４００とを有する。
【００３５】
回路基板２００は、第１の領域としての回路基板部２１０と、第２の領域としての中継基板部２２０と、第３の領域としてもビーム（橋梁）部２３０とを有する。つまり、回路基板部２１０と中継基板部２２０とビーム部２３０とは、所定の間隔としてのスリット２４０を介して隔てられているだけで１枚の基板から構成される。
【００３６】
回路基板部２１０は、矩形である。中継基板部２２０は、スリット２４０を介してこの回路基板部２１０を取り囲むように設けられている。ビーム部２３０は、中継基板部２２０が回路基板部２１０を弾性的に保持するように、回路基板部２１０と中継基板部２２０とを架け渡している。
【００３７】
回路基板部２１０の表面には、Ｘ軸の振動子２１２と、Ｙ軸の振動子２１３と、駆動検出用ベアチップＩＣ２１４と、チップＣＲ部品２１５が、バンプ２１６を介して、回路基板部２１０の表面に設けられたパッド部２１７と接続されている。Ｘ軸の振動子２１２は、回路基板２００のＸ方向に沿った辺に沿うように配置されている。このＸ軸の振動子２１２の近傍に駆動検出用ベアチップＩＣ２１４が配置されている。Ｙ軸の振動子２１３は、回路基板２００のＹ方向に沿った辺に沿うように配置されている。
【００３８】
回路基板部２１０の表面には、各振動子２１２，２１３、駆動検出用ベアチップＩＣ２１４、チップＣＲ部品２１５などとの電気的な接続をとるためのパッド部２１７が設けられている。また、中継基板部２２０の表面の縁部には、上蓋３５０の溶接用の金属パターン２１８が環状に連続するように設けられている。この溶接用の金属パターン２１８は、導体材料としてタングステンなどの融点の高い金属を用いて形成されている。
【００３９】
このような構成を有する角速度センサ１０１では、ビーム部２３０が、中継基板部２２０が回路基板部２１０を弾性的に保持するように回路基板部２１０と中継基板部２２０とを架け渡しているので、外部応力の緩和と振動絶縁を行うことができ、出力変動を防止することができ、しかも、回路基板部２１０と中継基板部２２０とビーム部２３０とが１つの回路基板２００によって構成されているので、３点の部品を１枚の回路基板２００により構成することができ、小型薄型化及び低コスト化を図ることができる、という利点を有する。
【００４０】
図５はこの第２の実施形態の角速度センサ１０１の断面図である。この図では、下蓋４００が回路基板２００から離れているが、実際には下蓋４００は回路基板２００の部品搭載面とは反対側に取り付けられる。
【００４１】
上蓋３５０は、図１の実施形態の蓋３００と同様に、例えば溶剤やブラスト加工などのエッチングにより逆凹状に形成されたものであり、天板部３５１と側壁部３５２とにより構成される。上蓋３５０は側壁部３５２の端面を、回路基板２００の表面縁部に設けられた溶接用の金属パターン２１８の位置に合わせて、レーザ溶接によって互いに溶融一体とされて接合される。
【００４２】
下蓋４００は、回路基板２００に設けられたスリット２４０を裏面から塞ぐように接着剤などにより取付けられている。かくして回路基板２００の全体は上蓋３５０と下蓋４００によって気密に封止され、耐環境性が確保されている。
【００４３】
以上のように、この実施形態においても、上蓋３５０をレーザ溶接によって回路基板２００に接合することによって、気密封止による耐湿性の確保が可能になるとともに、レーザ溶接時に熱が回路基板２００の上に実装された振動子２１２，２１３にまでは熱が伝わりにくく、振動子の圧電材のＧｏ特性が熱によって悪化するのを回避することができる。
【００４４】
また、以上の各実施形態では、金属製の蓋３００，上蓋３５０を回路基板２００にレーザ溶接することを可能にするために、回路基板２００の表面縁部に金属パターン２１８を設けたが、回路基板を金属製のベース部と、導体パターンを有する絶縁層とで構成し、蓋がレーザ溶接される位置のベース部の表面を露出させ、このベース部の露出面に蓋をレーザ溶接によって接合するようにしてもよい。
【００４５】
以上、ＭＥＭＳデバイスとして角速度センサの実施形態を説明したが、本発明は、回路基板上に、圧電材を用いた振動子のように熱に弱い部品を搭載したＭＥＭＳデバイスの全般に適用できるものである。
【００４６】
次に、本発明に係る角速度センサを搭載した電子機器について説明する。図７はこの電子機器の一例を示す概略ブロック図である。  
【００４７】
この電子機器は、手振れ補正機能付のデジタルカメラである。このデジタルカメラは、既に説明した角速度センサ１００と、制御部５１０と、レンズなどを備える光学系５２０と、ＣＣＤ５３０、光学系５２０に対して手振れ補正を実行する手振れ補正機構５４０とを有する。
【００４８】
角速度センサ１００によって、Ｘ方向及びＹ方向のコリオリ力が検出される。制御部５１０は、この検出されたコリオリ力に基づき手振れ補正機構５４０を使って光学系５２０で手振れの補正を行う。
【００４９】
なお、ビデオカメラや携帯電話などの他の電子機器にも本発明を当然適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＭＥＭＳデバイスである角速度センサの分解斜視図である。
【図２】図１の角速度センサの断面図である。
【図３】図１の角速度センサの製造プロセスを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のＭＥＭＳデバイスである角速度センサの分解斜視図である。
【図５】図４の角速度センサの断面図である。
【図６】基板の製造プロセスのフローを示す図である。
【図７】振動子のＧｏ特性のリフロー後の変化の様子を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１００  角速度センサ
２００  回路基板
２１２、２１３  振動子
２１４  駆動検出用ベアチップＩＣ
２１８  溶接用の金属パターン
３００  蓋
【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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