(57)【要約】【課題】圧電性材料からなり、振動子側電極が設けられた振動子と、基板側電極が設けられた支持基板とを備える振動子の支持構造であって、ボンディングワイヤの共振の危険性なしに、振動子の支持基板上での安定した支持と、振動子側電極の振動子側電極への電気的接続とを実現する。【解決手段】支持構造２０Ａ、２０Ｂは、圧電性材料からなり、振動子側電極１１Ａ、１１Ｂが設けられた振動子７Ａと、基板側電極１２Ａ、１２Ｂが設けられた支持基板１０とを備える。導電性接合材１３Ａ、１３Ｂは、振動子７Ａを支持基板１０に対して接合し、支持する。導電性接合材１３Ａ、１３Ｂによって、振動子側電極１１Ａ、１１Ｂと基板側電極１２Ａ、１２Ｂとが電気的に接続されている。【選択図】　　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電性材料からなり、振動子側電極が設けられた振動子と、基板側電極が設けられた支持基板とを備える振動子の支持構造であって、
前記振動子を前記支持基板に対して接合し、支持する導電性接合材を備えており、この導電性接合材によって前記振動子側電極と前記基板側電極とが電気的に接続されていることを特徴とする、振動子の支持構造。
【請求項２】
前記導電性接合材が略球状であることを特徴とする、請求項１記載の支持構造。
【請求項３】
前記導電性接合材が異方導電性材料であることを特徴とする、請求項１または２記載の支持構造。
【請求項４】
前記振動子側電極および前記基板側電極にそれぞれ導電性パッドが設けられており、前記導電性接合材が前記導電性パッドに接合されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の支持構造。
【請求項５】
前記支持基板が、半導体回路基板またはパッケージ用基板であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の支持構造。
【請求項６】
前記支持基板が特定用途向け集積回路基板であることを特徴とする、請求項５記載の支持構造。
【請求項７】
前記支持基板とは別体の固定用基板を備えており、前記支持基板が前記固定用基板に対して固定されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の支持構造。
【請求項８】
前記振動子が振動型ジャイロスコープ用振動子であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動子の支持構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに、振動型ジャイロスコープを使用することが検討されている。こうしたシステムにおいては、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。
【０００３】こうした振動子は、セラミックパッケージなどの収容部材に収容し、これを回路基板に実装し、さらに所定の筐体内に収容し、筐体を車体へと取り付け可能とする必要がある。
【０００４】特許文献１に記載の支持構造では、支持基板表面に支持ピンを設け、支持ピン上に、振動子の振動の少ない部分を接着剤で接着することが開示されている。接着剤としては、動的弾性率の温度変化の少ない樹脂、例えばシリコーン樹脂が開示されている。
【特許文献１】
特開２００１−１９４１５４
【０００５】しかし、例えば振動型ジャイロスコープ用途の圧電性材料製振動子においては、振動子表面に電極を設け、回転角速度に対応する電気信号を発生させ、これを回路基板の電極へと伝送する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本出願人は、特許文献２において、支持基板表面に支持ピンを設け、支持ピン上に振動子を接着すると共に、振動子の表面の電極端子からボンディングワイヤを延ばし、ボンディングワイヤを支持基板表面の電極に接続することを開示した。また、ボンディングワイヤの好適な形状を検討し、開示した。
【特許文献２】
特願２００２−１２３４５７
【０００７】しかし、振動子側電極を振動子側電極に接続するためのボンディングワイヤが、ゼロ点温度ドリフトの原因となる場合があることが分かった。このようなゼロ点温度ドリフトは、ボンディングワイヤが振動子の振動の周波数に近い帯域に共振周波数を有していることに起因していると考えられる。
【０００８】ボンディングワイヤが張りつめている状態での共振周波数は、ボンディングワイヤの張力、材質、直径などによって定まる。しかし、振動子に接続されているボンディングワイヤは、耐衝撃特性などの理由から張りつめた状態になっていない。このようなボンディングワイヤは微妙なループ形状の違い、接合部強度の差違により、複雑な振動を起こすので、共振周波数を検出するのは困難である。
【０００９】本発明の課題は、圧電性材料からなり、振動子側電極が設けられた振動子と、基板側電極が設けられた支持基板とを備える振動子の支持構造であって、ボンディングワイヤの共振の危険性なしに、振動子の支持基板上での安定した支持と、振動子側電極の振動子側電極への電気的接続とを実現できるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、圧電性材料からなり、振動子側電極が設けられた振動子と、基板側電極が設けられた支持基板とを備える振動子の支持構造であって、振動子を支持基板上に対して接合し、支持する導電性接合材を備えており、この導電性接合材によって振動子側電極と基板側電極とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１１】本発明によれば、導電性接合材によって振動子を支持基板上に対して接合し、支持するのと共に、この同じ導電性接合材によって、振動子側電極と基板側電極とを電気的に接続する。このように、振動子側電極と基板側電極とを電気的に接続するための導電性材料によって、振動子を基板に接合し、支持するという思想は類例がない。この結果、振動子を絶縁性接着剤によって振動子に接着する構造とは異なり、振動子側電極を基板側電極へと電気的に接続するボンディングワイヤを必要とせず、このためにボンディングワイヤの共振に起因する振動子の振動の変動を防止でき、例えばこれによるゼロ点温度ドリフトを防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に説明する。
図１は、本発明の一実施形態において使用する振動子１を示す平面図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、振動子１を支持基板１０に対して固定した状態を概略的に示す正面図である。
【００１３】最初に振動子１の概略を説明する。振動子１の基部６は、本例では略正方形状をしている。基部６に振動子１の全体の重心ＧＯ（振動子が振動していないときの重心）が存在する。基部６は、重心ＧＯを中心として四回対称の形状をなしている。基部６の周縁部の対向辺から、径方向（重心ＧＯから遠ざかる方向）に、細長い連結部３Ａ、３Ｂがそれぞれ突出している。各連結部３Ａ、３Ｂの先端からは、連結部３Ａ、３Ｂの長手方向に直交する方向に向かって延びる各一対の駆動振動片２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄが設けられている。３０は、各駆動振動片２Ａ〜２Ｄと各連結部３Ａ、３Ｂとの接続部分である。３１は各連結部３Ａ、３Ｂの基部６への付け根である。
【００１４】各検出振動片４Ａ、４Ｂは、それぞれ、基部６の対向辺から径方向に（重心ＧＯから遠ざかる方向へと）突出する。各検出振動片４Ａ、４Ｂの先端には重量部５Ａ、５Ｂが設けられている。
【００１５】振動子側電極によって、各駆動振動片２Ａ−２Ｄを、それぞれ、矢印Ａのように付け根３０を中心として屈曲振動させる。この際、駆動振動片２Ａ、２Ｂと２Ｃ、２Ｄとが逆位相で変位するようにする。これによって、駆動振動片２Ａ−２Ｄの各駆動振動を合わせた駆動振動の全体の重心ＧＤが、振動子の全体の重心ＧＯ上か、ＧＯの近傍に位置するようにする。
【００１６】この状態で振動子１をｚ軸の周りに回転させると、各連結部３Ａ、３Ｂが、それぞれ、基部６への付け根３１を中心として、矢印Ｂのように屈曲振動する。この際、重心ＧＯを中心として見たときに、連結部３Ａの屈曲振動の位相と、連結部３Ｂの屈曲振動の位相とは、互いに逆になる。言い換えると、任意の時点において、連結部３Ａの変位の方向と、連結部３Ｂの変位の方向とは、重心ＧＯを中心としたときに反対方向（反対の回転方向）になる。
【００１７】これらの連結部３Ａ、３Ｂの屈曲振動Ｂに対応して、各検出振動片４Ａ、４Ｂが、付け根３２を中心として矢印Ｃのように屈曲振動する。この際、重心ＧＯを中心として見たときに、検出振動片４Ａの屈曲振動の位相と、４Ｂの屈曲振動の位相とは、互いに逆になる。言い換えると、任意の時点において、屈曲振動片４Ａの変位の方向と、４Ｂの変位の方向とは、重心ＧＯを中心としたときに反対方向（反対の回転方向）になる。
【００１８】基部６の四つの角部ないし隅部に、それぞれ略正方形状の固定部７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄを形成する。各固定部は、各角部から、重心ＧＯから遠ざかる方向へと向かって突出している。図１では、振動子１を、支持基板１０とは反対側の表面７ｂ側から観察している。各固定部７Ａ−７Ｄの支持基板１０側の表面７ａには、それぞれ、図１に点線で示すように（図２（ａ）、（ｂ）に実線で示すように）、導電性パッド１１Ａ、１１Ｂが形成されている。各導電性パッドは、振動子側電極の端子を構成している。なお、振動子側電極の全体設計例は公知であるので、図１においては図示省略した。
【００１９】図２（ａ）、（ｂ）には、各固定部７Ａ（または７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ）の周辺を示す。支持基板１０の振動子側の表面１０ａには、導電性パッド１１Ａ、１１Ｂに対応する各導電性パッド１２Ａ、１２Ｂが設けられている。図２（ａ）の支持構造２０Ａにおいては、振動子側の導電性パッド１１Ａ、１１Ｂが、略球状の導電性接合材１３Ａ、１３Ｂによって、支持基板１０側の導電性パッド１２Ａ、１２Ｂに接合されており、これによって振動子１が支持基板１０上に支持されている。このように球状の導電性接合材を使用した場合には、振動子の表面７ａと支持基板１０の表面１０ａとの間隔を容易に一定に保持でき、かつ導電性接合材１３Ａ、１３Ｂの位置決めが容易である。なぜなら、導電性接合材１３Ａ、１３Ｂを支持基板上に設置する際に、導電性接合材の向きを特定する必要がないからである。
【００２０】図２（ｂ）の支持構造２０Ｂにおいては、振動子側の導電性パッド１１Ａ、１１Ｂが、略柱状の導電性接合材１４Ａ、１４Ｂによって、支持基板１０側の導電性パッド１２Ａ、１２Ｂに接合されており、これによって振動子１が支持基板１０上に支持されている。このように柱状の導電性接合材を使用した場合には、振動子の表面７ａと支持基板１０の表面１０ａとの間隔を容易に一定に保持できるという利点がある。この観点からは、導電性接合材１４Ａ、１４Ｂが略円柱状であることが特に好ましい。
【００２１】図３の支持構造２０Ｃにおいては、振動子側の導電性パッド１１Ａ、１１Ｂが、略円錐形状の導電性接合材１５Ａ、１５Ｂによって、支持基板１０側の導電性パッド１２Ａ、１２Ｂに接合されており、これによって振動子１が支持基板１０上に支持されている。
【００２２】本発明においては、導電性接合材として、いわゆる異方導電性接合材を使用することができる。異方導電性材料は、通常は、樹脂フィルム中に導電性粒子を分散させて製造する。異方導電性接合材を使用することによって、振動子と支持基板とを複数箇所で電気的に接続することができ、その際に導電性接合材の位置決めが容易である。図４（ａ）は、この実施形態に係る支持構造２０Ｄを示す正面図である。
【００２３】本例では、振動子の表面に例えば３列の導電性パッド１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが設けられており、支持基板１０の表面１０ａに、それぞれ対応する導電性パッド１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが設けられている。振動子と支持基板との間には、異方導電性材料からなる接合材１６が挟まれており、接合材１６によって振動子１と支持基板１０とが接合されている。接合材１６は、対応するパッド１１Ａと１２Ａ、１１Ｂと１２Ｂ、１１Ｃと１２Ｃとの間は電気的に接続する（矢印Ｄ）が、隣接するパッド間での電気抵抗は大きく、絶縁される。このように、複数対の導電性パッドが存在するときに、１つの接合材１６によって複数対の導電性パッドを電気的に接続できる。その上、接合材１６の位置が変化しても、導電性パッド間の電気的抵抗や、隣接する導電性パッド間の絶縁性にはほとんど影響しない。従って、接合材１６の位置決めの裕度が大きい。
【００２４】各電極端子（導電性パッド）の間隔は、異方導電性材料の異方導電性ピッチより大きければ良く、従ってかなりパッド間隔を小さくしても対応可能であり、微細ピッチの電極パターンに対応できる。
【００２５】支持基板の種類は特に限定されないが、パッケージ用基板であることが好ましく、あるいは、半導体集積回路チップを支持した回路基板であることが好ましい。後者の場合には、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ：特定用途向け集積回路）が特に好ましい。
【００２６】支持基板の材質は特に限定されず、いわゆるパッケージ用途に用いられている絶縁性材料、例えばセラミックス、ガラス、樹脂を使用できる。
【００２７】支持基板を更に別体の固定用基板上に固定し、支持することが可能である。この場合には、固定基板の種類は限定されないが、例えばパッケージ用基板であることが好ましい。
【００２８】図５、図６は、この実施形態に係るものである。図５の支持構造２５Ａにおいては、図２（ａ）の支持構造２０Ａを使用している。更に支持基板１０の振動子とは反対側の表面１０ｂに例えば一対の導電性パッド１９Ａ、１９Ｂが設けられている。支持基板１０の下には、更に別体の固定用基板１８が設けられている。支持基板１０は例えば半導体集積回路チップであり、１８は例えばセラミックパッケージの基板である。固定用基板１８側にも一対の導電性パッド１７Ａ、１７Ｂが設けられている。支持基板１０側の導電性パッド１９Ａ、１９Ｂが、略球状の導電性接合材１６Ａ、１６Ｂによって、固定用基板１８側の導電性パッド１７Ａ、１７Ｂに接合されている。
【００２９】図６の支持構造２５Ｂにおいては、図２（ａ）の支持構造２０Ａを使用している。更に支持基板１０の振動子側の表面１０ａに導電性パッド１９が設けられている。支持基板１０の下には、別体の固定用基板１８が設けられている。支持基板１０は固定用基板１８に接合されている。固定用基板１８側にも導電性パッド１７が設けられている。支持基板１０側の導電性パッド１９が、ボンディングワイヤ２２によって、固定用基板１８側の導電性パッド１７に接合されている。
【００３０】このように支持基板を固定用基板上に固定し、実装することによって、パッケージ全体の底面積を低減可能である。
【００３１】図５、図６の支持構造２５Ａ、２５Ｂにおいて、支持構造２０Ａ以外に、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを使用できる。また、図５の支持構造２５Ａでは、固定用基板１８と支持基板１０との電気的接続にもボンディングワイヤを使用しない。この場合には、ボンディングワイヤの着地のためのスペースが不要なので、基板１０、１８の寸法を一層小さくできる。また、図６の支持構造２５Ｂでは、ボンディングワイヤ２２が振動子１に直接接触しないので、振動子の振動へのボンディングワイヤの共振は生じにくい。
【００３２】導電性接合材の材質としては、以下が好ましい。
（１）導電性樹脂：例えばＡｇペースト、Ａｕペースト
（２）金属：例えば、金、ニッケル、アルミニウム
（３）半田
（４）複合材料：例えば絶縁性樹脂の表面を導電性物質によって被覆した導電性接合材。このような絶縁性樹脂としては、シリコーン、ポリイミド、エポキシ、ウレタン、アクリルを例示でき、導電性物質としては、金、銀、ニッケル、カーボンを例示できる。
【００３３】異方導電性材料としては、以下を例示できる。
絶縁性樹脂の微粒子をニッケル−金メッキし、更に絶縁膜でコーティングしたもの。加熱圧着により、接合用パッドにはさまれた部分だけ絶縁膜が破れ、導通する。
【００３４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、圧電性材料からなり、振動子側電極が設けられた振動子と、基板側電極が設けられた支持基板とを備える振動子の支持構造において、ボンディングワイヤの共振の危険性なしに、振動子の支持基板上での安定した支持と、振動子側電極の振動子側電極への電気的接続とを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】振動子１を概略的に示す平面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る支持構造２０Ａを概略的に示す正面図であり、略球状の導電性接合材１３Ａ、１３Ｂを使用している。（ｂ）は、他の実施形態に係る支持構造２０Ｂを概略的に示す正面図であり、略柱状の導電性接合材１４Ａ、１４Ｂを使用している。
【図３】本発明の更に他の実施形態に係る支持構造２０Ｃを概略的に示す正面図であり、略円錐状の導電性接合材１５Ａ、１５Ｂを使用している。
【図４】本発明の更に他の実施形態に係る支持構造２０Ｄを概略的に示す正面図であり、異方導電性材料からなる接合材１６を使用している。
【図５】振動子、支持基板１０および別体の固定用基板１８の支持構造２５Ａを示す正面図であり、支持基板１０を別体の固定用基板１８に接合し、支持している。
【図６】振動子、支持基板１０および別体の固定用基板１８の支持構造２５Ｂを示す正面図であり、支持基板１０を固定用基板１８に接合し、支持すると共に、支持基板１０と固定用基板１８との電極をボンディングワイヤ２２によって接続する。
【符号の説明】１　振動子　　　　２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ　駆動振動片
３Ａ、３Ｂ　連結部　　　　４Ａ、４Ｂ　検出振動片　　　　６　基部
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ　固定部　　　　１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ　振動子側電極の端子（導電性パッド）　　　　１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１９Ａ、１９Ｂ基板側電極の端子（導電性パッド）　　　　１３Ａ、１３Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ略球状の導電性接合材　　　　１４Ａ、１４Ｂ　略柱状の導電性接合材
１５Ａ、１５Ｂ　略円錐状の導電性接合材　　　　１６　異方導電性材料
１７Ａ、１７Ｂ　固定用基板側電極の端子（導電性パッド）　　　　１８　固定用基板　　　　　２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ　振動子の支持構造
２２　ボンディングワイヤ　　　　２５Ａ、２５Ｂ　支持構造
【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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