(57)【要約】【課題】所定の検出軸に関連する振動子をパッケージ用基板の実装面上に実装するための構造であって、種々の方向の検出軸に対して、振動子の振動モードを変更することなく、容易に対応可能とする。【解決手段】本支持構造は、パッケージ用基板３１、パッケージ用基板３１の実装面３１ａに固定されている支持基板３、および支持基板３上に支持されており、所定の検出軸Ｚに対応する振動子１を備えている。支持基板３が、実装面４ａに対して角度θで交差する方向Ｃに延びている。【選択図】      図１
2005241490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ用基板、このパッケージ用基板の実装面に固定されている支持基板、およびこの支持基板上に支持されており、所定の検出軸に対応する振動子を備えており、前記支持基板が前記実装面に対して交差する方向に延びていることを特徴とする、振動子の支持構造。
【請求項２】
前記振動子が前記支持基板に対して接触しないように保持されていることを特徴とする、請求項１記載の支持構造。
【請求項３】
前記振動子が前記支持基板上にボンディングワイヤによって支持されてい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】
前記支持基板が平板の変形によって作製されており、前記実装面に対して接合されている固定部を備え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】
前記支持基板が前記実装面に対してなす角度が１５°〜９０°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】
前記振動子の前記検出軸が前記実装面に対して略平行であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の支持構造。
【請求項７】
前記振動子が平面的に延びており、前記振動子の平面が前記実装面に対して略垂直であ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】
前記振動子が平面的に延びており、前記振動子の平面が前記支持基板の表面に対して略平行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。
【請求項９】
前記振動子が、回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープ用の振動子であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つの請求項に記載の支持構造。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つの請求項に記載の支持構造、および前記パッケージ用基板と組み合わされる蓋を備えていることを特徴とする、振動子用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型ジャイロスコープ等の振動子の支持構造および振動子用パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、多軸方向での回転角速度の検出ができる多軸検出型振動型ジャイロスコープが記載されている。この文献によると、３つの振動ジャイロのセンサモジュールをフレキシブル基板を介して連結し、次いでフレキシブル基板を折り曲げ、各センサモジュールを、それぞれ相異なる３軸方向に向かって配向させる。
【特許文献１】特開平７−３０６０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１記載の方法では、センサモジュールを実装する基板に特殊なコネクタ  を付けたり、加工を施す必要がある。また、振動子を基板上に実装する際の工程が実施困難である。
【０００４】
本発明の課題は、所定の検出軸に関連する振動子をパッケージ用基板の実装面上に実装するための構造であって、種々の方向の検出軸に対して、振動子の振動モードを変更することなく、容易に対応可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、パッケージ用基板、このパッケージ用基板の実装面に固定されている支持基板、およびこの支持基板上に支持されており、所定の検出軸に対応する振動子を備えており、支持基板が実装面に対して交差する方向に延びていることを特徴とする、振動子の支持構造に係るものである。
また、本発明は、この支持構造、およびパッケージ用基板と組み合わされる蓋を備えていることを特徴とする、振動子用パッケージに係るものである。
【発明の効果】
【０００６】
図１（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、本発明の作用効果について更に述べる。
本発明おいては、振動子１を支持基板３の表面３ａ上に、例えばボンディングワイヤ２によって固定する。この振動子１の検出軸をＺとする。図１（ａ）の状態では、振動子１の平面と支持基板３の表面３ａとは略平行であり、検出軸Ｚと表面３ａとは略垂直である。
【０００７】
この支持基板３を図１（ｂ）のように折り曲げ、振動子１を支持する支持部３ａと、パッケージ用基板への固定部３ｂとを作製する。３ａと３ｂとを例えば垂直にする。次いで支持基板３Ａの固定部３ｂを、図１（ｃ）に示すようにパッケージ用基板３１の実装面３１ａ上に固定する。これによって、振動子１の検出軸Ｚを実装面３１ａの方向Ａに対して略平行にできる。折り曲げ角度θを変更することによって、検出軸Ｚと実装面３１ａとのがなす角度を種々変更できる。
【０００８】
このように，本発明によれば、支持基板３の形状を変更することによって、振動子１の振動モード（検出軸）を変化させることなく、実装面３１ａに対する検出軸Ｚの角度を種々変更できる。従って、同じ形態のパッケージを使用し、かつ同じタイプの振動子を使用しつつ、同時にパッケージ内の振動子の検出軸Ｚの方向を、所望方向に配向することができる。しかもこのような実装プロセスは、支持基板３の形状を変更、調節するだけで、従来の実装方法を転用することで容易に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
好適な実施形態においては、振動子が支持基板に対して接触しないように保持されている。これによって、パッケージに対して衝撃に加わったときに、振動子の振動状態の変化を最小限とし、また振動子の破損を防止できる。
【００１０】
また、好適な実施形態においては、振動子が支持基板上にボンディングワイヤによって支持されている。この場合には、振動子の振動状態が支持によって悪影響を受けにくい。特に好ましくは、ボンディングワイヤが振動子の端子に対して電力を供給するための電線を兼ねている。
【００１１】
好適な実施形態においては、支持基板が平板の変形によって作製されており、パッケージ用基板の実装面に対して接合されている固定部を備えている。平板上に振動子を位置決めして支持する場合には、振動子の位置決めが比較的容易である。そして、振動子を支持基板上に固定した後に支持基板を折り曲げて固定部を形成する工程も容易に実施できる。
【００１２】
好適な実施形態においては、支持基板が実装面に対してなす角度が１５°〜９０°であり、更に好ましくは３０°以上である。特に好ましくは支持基板が実装面に対して略垂直である。
【００１３】
好適な実施形態においては、振動子の検出軸Ｚがパッケージ用基板３１の実装面３１ａに対して略平行である。また、他の好適な実施形態においては、振動子が平面的に延びており、振動子の平面Ｂが実装面３１ａに対して略垂直である。また、好適な実施形態においては、振動子が平面的に延びており、振動子の平面Ｂが支持基板３Ａの表面３ａに対して略平行である。
【００１４】
本発明の振動子によって測定するべき対象は、例えば所定の検出軸についての回転速度、回転角速度である。また、好適な実施形態においては、振動子が振動型ジャイロスコープ用の振動子である。
【００１５】
振動子の材質は限定されないが、圧電単結晶が好ましく、水晶、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶等からなる圧電単結晶が特に好ましい。
【００１６】
振動子の寸法は限定されない。しかし、振動子の重量や寸法が大きいと、ボンディングワイヤに加わる重力が大きくなり、長期間経過時にボンディングワイヤが変形する可能性がある。このため、ボンディングワイヤの変形による振動への影響を抑制するという観点からは、振動子の幅を１０ｍｍ以下とすることが好ましく、５ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。また、同様の観点からは、振動子の重量を５ｍｇ以下とすることが好ましく、１ｍｇ以下とすることが一層好ましい。また、振動子の厚さを０．３ｍｍ以下とすることが好ましく、０．２ｍｍ以下とすることが更に好ましい。
【００１７】
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。
【００１８】
ボンディングワイヤの振動子への接合方法は限定されないが、超音波ボンディング、スポット溶接、導電性接着剤、半田付けが好ましい。
ボンディングワイヤの材質は特に限定されないが、導電性材料である必要があり，また柔軟性ないし可撓性を有する材料であることが好ましい。この観点からは、金めっき付銅、金めっき付ニッケル、ニッケル、アルミニウムが好ましい。
【００１９】
ボンディングワイヤによって振動子の上面を支持することができる。この場合は、振動子がボンディングワイヤの端部から下へと向かってつり下げられる。この形態は、支持構造全体の厚さを低減するという観点から好適である。
あるいは、ボンディングワイヤによって振動子の下面を支持することができる。この形態は、振動子を長期間にわたって安定に支持するという観点からは好適である。
【００２０】
パッケージ用基板には電子部品を搭載することができる。電子部品の種類は特に限定されないが、抵抗抗器、コンデンサ、半導体集積回路チップを例示できる。チップの種類は特に限定されないが、角速度センサの出力信号を処理する半導体集積回路であることが好ましく、たとえばフィルタを構成するオペアンプやアナログ出力をデジタル化するアナログ／デジタル変換器や、デジタル化した信号を外部にシリアル通信で出力するシリアル通信ドライバが好ましい。角速度センサ外部から振動子に直接接続できる端子がある場合は、振動子の駆動信号および検出信号を制御する半導体集積回路チップであることが好ましく、例えばＡＳＩＣ（Application Specified
Integrated Circuit：特定用途向け集積回路）が好ましい。
【００２１】
振動子のパッケージへの封止方法は限定されず、例えば以下の方法がある。
（１）封止手段が半導体チップ用パッケージである。このようなパッケージとしては、ＱＦＰ(Quad Flat Package) パッケージ、ＱＦＮ(Quad Flat No −lead)パッケージを例示できる。
（２）封止手段が樹脂モールド材である。樹脂モールド材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂を例示できる。
（３）封止手段が、セラミックパッケージである。カバーは、シーム溶接されているか、あるいは半田溶接または金ロウ溶接されていることが好ましい。
（４）封止手段が金属パッケージである。材料としては、コバールが例示できる。
（５）封止手段が金属折り曲げ筐体である。気密封止にはなっていないが、電磁気シールドとしての効果はある。材料としては亜鉛メッキ鋼板、ステンレスを例示できる。
【００２２】
支持基板上に枠体を介在させ、枠体上に振動子を支持することができる。
この枠体が絶縁性材料からなっていてよい。この場合には、各ボンディングワイヤを枠体に対して直接固定することができる。こうした枠体の材質は特に限定されないが、樹脂、絶縁性セラミックス、ガラスが好ましく、具体的にはポリイミド、石英ガラス、アルミナセラミックスが好ましい。また、ボンディングワイヤの枠体への接合方法は、例えば接着、嵌合、圧着、かしめがある。
【００２３】
この枠体を導電性材料によって形成することができる。この材料としては、金属、導電性プラスチック、金属メッキ樹脂を例示できる。特に枠体を金属によって構成した場合には、枠体の形状安定性が一層高くなり、これによって各ボンディングワイヤのアライメント時の精度が一層高くなる。この金属としては、ステンレス、銅、ニッケル、アルミニウム、真鍮を例示できる。
【００２４】
ただし、枠体を導電性材料によって形成した場合には、枠体と各ボンディングワイヤとの間には絶縁体を設け、ボンディングワイヤと枠体とを絶縁する必要がある。こうした絶縁体としては、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂が好ましい。絶縁体の形態は特に限定されないが、膜状、シート状であることが好ましい。
【００２５】
図２〜図１４は、本発明の好適な実施形態に係る支持構造を示す図面である。
図２は、本例で使用する支持基板４を示す平面図である。支持基板４にはボンディングワイヤ用の貫通孔４ａおよび複数の円形孔４ｄが設けられている。
図３は、本例で使用する枠体７を示す平面図である。図４は、本例で使用するボンディングワイヤ９を示す平面図である。各ボンディングワイヤの先端にはそれぞれ、振動子の端子に電気的に接続されるパッド８が形成されている。
【００２６】
図５は、振動子１１、ボンディングワイヤ８、支持基板４および枠体７を積層し、一体化した状態を示す平面図であり、図６は、図５の組み立て体のＶＩ−ＶＩ線断面図であり、図７は、図５の組み立て体のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
支持基板４の裏面側に絶縁性の枠体７が接合され、枠体７の表面にボンディングワイヤ９の端部が接合されている。ボンディングワイヤは、折れ曲がり、貫通孔４ａを通過しており、ボンディングワイヤ９の先端８が振動子１１の端子２１に対して接合されている。
【００２７】
本例では、振動子１１は、中央の基部１２、基部１２から突出する一対の細長い支持片１３、各支持片１３の先端からそれぞれ突出する各一対の駆動振動片１４、および各駆動振動片の各先端に設けられた幅広部１５を備えている。更に基部１２の周縁から一対の細長い検出振動片１６が突出し、各検出振動片１６の各先端にそれぞれ幅広部１７が設けられている。各駆動振動片１４にはそれぞれ駆動電極１８が設けられており、各検出振動片１６にはそれぞれ検出電極１９が設けられている。各電極１８、１９は、基部１２中の端子２１に接続されている。
【００２８】
次いで、図５〜図７に示す組み立て体の支持基板４を折り曲げ、図８〜図１０に示す形態の組み立て体３３を得る。ここで、図８に示すように、支持基板４の端部が折り曲げられており、パッケージ用基板実装面に固定されるべき固定部４ｃと、振動子１１が支持された支持部４ｂとに分かれている。図９は、図８を矢印ＩＸ側（上側）から見た平面図であり、図１０は、図８を矢印Ｘ側から見た側面図である。本例では、固定部４ｃと支持部４ｂとが略垂直に曲げられているが、この角度の好適範囲は前述した。
【００２９】
次いで、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、組み立て体３３をパッケージ用基板２５上に設置および固定し、蓋２８によって被覆してパッケージ２９を得る。本例では、パッケージ用基板２５は側壁２５ｂを備えており、底部の収容孔２５ａに電子部品２６が収容されている。また基板２５の実装面２５ｃ上に固定部４ｂが設置、固定されており、これによって振動子１１およびその支持部４ｃがパッケージ内空間２７に立っている。そして側壁２５ｂの上面に蓋２８が載せられ、封止されている。
【００３０】
図１２に示すパッケージは、図１１（ｂ）のパッケージと同様のものである。ただし、支持基板４Ａの支持部４ｃが実装面２５ｃとなす角度θが９０°よりも小さい。図１３は、図１２のパッケージの内部空間２７の状態を示す斜視図である。
【００３１】
また、図１２、図１３に示すパッケージにおいて、支持部４ｃが実装面となす角度θが変化すると、振動子の検出軸が目的方向からずれ、測定誤差が増大する。そこで、図１４に示す支持部４ｃの裏面側にスペーサー３１を設置し、支持部４ｃを接触支持することによって、支持部４ｃの変形を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は組み立て体を模式的に示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）の組み立て体１の支持基板３を折り曲げて作製した組み立て体を示す正面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の組み立て体をパッケージ用基板４上に固定した状態を模式的に示す正面図である。
【図２】一実施形態で使用する支持基板４を示す平面図である。
【図３】支持基板４上に固定する絶縁体７を示す正面図である。
【図４】ボンディングワイヤ９の形態を示す平面図である。
【図５】折り曲げ前の組み立て体を示す平面図である。
【図６】折り曲げ前の組み立て体を示す断面図である（図５において矢印ＶＩ−ＶＩ方向から見た図）。
【図７】折り曲げ前の組み立て体を示す断面図である（図６において矢印ＶＩＩ−ＶＩＩ方向から見た図）。
【図８】図５〜７の組み立て体の支持基板４を折り曲げて作製した組み立て体を示す正面図である。
【図９】図８の組み立て体を矢印ＩＸ方向から見た平面図である。
【図１０】図８の組み立て体を矢印Ｘ方向から見た側面図である。
【図１１】（ａ）は、図８〜１０の組み立て体３３をパッケージ２５内に収容した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のパッケージの断面図である。
【図１２】パッケージ内に組み立て体を収容した状態を示す断面図であり、支持部４ｃが実装面２５ｃに対してなす角度θが９０°よりも小さい。
【図１３】図１２のパッケージの内部を示す斜視図である。
【図１４】パッケージ内に組み立て体を収容した状態を示す断面図であり、支持部４ｃが実装面２５ｃに対してなす角度θが９０°よりも小さく、支持部４ｃの裏面側にスペーサー３１が設置されている。
【符号の説明】
【００３３】
１、１１  振動子        ２、９  ボンディングワイヤ        ３、４  支持基板        ３ａ、４ａ  支持部        ３ｂ、４ｃ  固定部        ７  絶縁体        ２６  電子部品        ２９  パッケージ        ３１  パッケージ用基板        ３１ａ  パッケージ用基板３１の実装面        ３３  組み立て体        Ａ  実装面４ａと平行な平面        Ｂ  振動子１と平行な平面        Ｃ  支持部３ａと平行な平面        Ｚ  検出軸
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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