(57)【要約】【課題】  再溶融やゲル化の恐れがなく、圧電振動子の振動が漏れ出したり阻害されたりするのを防止可能であり、しかも、固定の前後で圧電振動子の特性変化が生じることを防止できる圧電振動子の接合構造を採用して構成された角速度センサを提供する。【解決手段】  本発明に係る角速度センサ１は、圧電振動子２と、この圧電振動子２を振動可能に支持する支持基板６とを備えており、ノード点近傍に位置する前記圧電振動子２の接合部（連結部分４の表面）に形成された電極１２と、前記支持基板６の接合部（台座部分５の表面）に形成された電極１４とを金バンプ７の固相接合によって連結していることを特徴とする。また、前記圧電振動子２の接合部に形成された電極１２は前記圧電振動子２の変位部から前記接合部にまで延びており、前記金バンプ７は信号配線の一部を構成していることが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、この圧電振動子を振動可能に支持する支持基板または支持部材とを備えており、ノード点近傍に位置する前記圧電振動子の接合部に形成された電極と前記支持基板または支持部材の接合部に形成された電極とを金バンプの固相接合によって連結していることを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記圧電振動子の接合部に形成された電極は前記圧電振動子の変位部から前記接合部にまで延びており、前記金バンプは信号配線の一部を構成していることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記圧電振動子の接合部に形成された電極と前記支持基板または支持部材の接合部に形成された電極との表面を、金被膜で被覆していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記金バンプの外周囲を非導電性接着剤で取り囲んでおり、この非導電性接着剤によって前記圧電振動子の接合部と前記支持基板または支持部材の接合部とを接合していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は角速度センサに係り、特には、角速度センサに用いられる圧電振動子の支持基板または支持部材への接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度センサの従来例としては、特許文献１や特許文献２で開示されたものがある。すなわち、特許文献１で開示された角速度センサは、図示を省略しているが、互いに並列配置された一対の脚部の基端同士が連結されてなる構造の圧電振動子、いわゆる音叉型圧電振動子と、そのノード点（非振動点）近傍である基端同士からなる連結部分が接合部として底面上の台座部分に固定される筺体とを備えている。
【０００３】
そして、この際、音叉型圧電振動子の連結部分と、筺体の接合部である台座部分とは、半田や接着剤を用いることにより直接的に連結されている。なお、ここでの音叉型振動子は、駆動電極に電圧が印加されるのに伴って脚部の各々が反対向きに屈曲する構成とされており、各脚部の先端（開放端）同士が開閉動作する振動、つまり、各脚部の先端が互いに遠ざかりあったり近づきあったりする振動を繰り返すものである。
【０００４】
ところで、ここでのノード点近傍という表現は、以下のような内容を意味している。すなわち、圧電振動子の理想的なノード点は振動子自体の内部に存在することが多く、固定的に支持される振動子表面にはノード点が存在していない。しかしながら、圧電振動子を支持するためには、振動子表面を固定せざるを得ないのが現実である。従って、振動子表面における一部分であって振動子内部の理想的なノード点に最も近接した所定部分を、ノード点近傍と表現する。
【０００５】
一方、特許文献２で開示された角速度センサは、いわゆる音片型圧電振動子を備えて構成されたものである。そして、図示を省略しているが、この音片型圧電振動子のノード点近傍である接合部に対しては、屈曲して成形された金属板材からなる振動緩衝用の支持部材それぞれの一端が接合部であるとして各別に連結されている。
【０００６】
また、これら支持部材の他端はそれぞれ支持基板や筺体の所定部位に連結されており、その結果、音片型圧電振動子は支持部材を介して支持基板等に実装されたことになる。なお、ここでの音片型振動子は、駆動電極に電圧が印加されると、その厚み方向や幅方向に繰り返して屈曲しながら振動するものであり、音片型圧電振動子及び支持部材の接合部同士は半田や接着剤を用いることにより連結されている。
【特許文献１】特開平１１−２３０７５８号公報
【特許文献２】特開平１０−３３２３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
圧電振動子の固定方法には、そのノード点近傍を支持基板や筺体に対して直接的に固定する方法と、振動緩衝用の支持部材の一端をノード点近傍に固定し、かつ、その他端を支持基板や筺体に固定する方法とがある。そして、圧電振動子のノード点近傍を固定する際には、圧電振動子に設けられた駆動電極や検出電極と、支持基板や支持部材に設けられた回路や配線との導通を確保し、かつ、これらの双方が固定された接合部分を信号配線の一部として利用するため、導電性を有する半田や接着剤を用いるのが一般的である。
【０００８】
ところが、半田を用いたうえで圧電振動子と支持基板や筺体、支持部材とを直接的に接合している場合は、接合後のリフロー工程等で高温環境下にさらされる結果、半田の再溶融が避けられず、その後、常温下で半田が凝固しても、元通りの良好な接合状態を維持することができなくなる。そして、元通りの接合状態を維持できなければ、元通りの特性を再現することもできず、角速度センサの性能を保証し難くなる。
【０００９】
一方、圧電振動子と支持部材等とを導電性接着剤でもって接合している場合には、接合後のリフロー工程等で高温環境下にさらされることがあっても、角速度センサの特性変化はほとんど発生しない。しかしながら、導電性接着剤による接合時には、硬化前の導電性接着剤がゲル化して流動し、濡れ拡がってしまうことがある。
【００１０】
従って、導電性接着剤を用いる場合には、その濡れ拡がりを予め考慮し、圧電振動子における接合部同士の間隔を大きく設定しておくことが必要となる。また、導電性接着剤を塗布する際にも、導電性接着剤の付着が不可とされる部分にまで導電性接着剤が濡れ拡がる可能性があるため、導電性接着剤の塗布面積や塗布間隔を小さくするにも限界がある。なお、導電性接着剤の最小塗布面積は直径０．２ｍｍ程度、その最小塗布間隔は０．２ｍｍ程度とされる。
【００１１】
さらに、半田や導電性接着剤は、さほど良好な弾性を有していないのが通常である。そのため、半田や導電性接着剤を介して圧電振動子の振動が支持基板等へ漏れ出したり、半田や導電性接着剤が圧電振動子の振動を阻害したりすることもあった。さらにまた、半田や導電性接着剤では接合前後における自身の形状変化が大きいことに起因し、圧電振動子を支持基板等に固定する前後の時点で圧電振動子の特性が変化することも起こっていた。      
【００１２】
本発明はこれらの問題点に鑑みて創案されたものであって、再溶融やゲル化の恐れがなく、圧電振動子の振動が漏れ出したり阻害されたりするのを防止することが可能であり、しかも、固定の前後で圧電振動子の特性変化が生じることを防止できる圧電振動子の接合構造を採用して構成された角速度センサの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に記載の本発明に係る角速度センサは、圧電振動子と、この圧電振動子を振動可能に支持する支持基板または支持部材とを備えており、ノード点近傍に位置する前記圧電振動子の接合部に形成された電極と前記支持基板または支持部材の接合部に形成された電極とを金バンプの固相接合によって連結していることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の本発明に係る角速度センサは請求項１に記載したものであって、前記圧電振動子の接合部に形成された電極は前記圧電振動子の変位部から前記接合部にまで延びており、前記金バンプは信号配線の一部を構成していることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の本発明に係る角速度センサは請求項１または請求項２に記載したものであって、前記圧電振動子の接合部に形成された電極と前記支持基板または支持部材の接合部に形成された電極との表面を、金被膜で被覆していることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の本発明に係る角速度センサは請求項１〜請求項３のいずれかに記載したものであって、前記金バンプの外周囲を非導電性接着剤で取り囲んでおり、この非導電性接着剤によって前記圧電振動子の接合部と前記支持基板または支持部材の接合部とを接合していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の角速度センサでは、ノード点近傍に位置する圧電振動子の接合部に形成された電極と支持基板または支持部材の接合部に形成された電極とを金バンプの固相接合で連結しているが、金バンプが半田のように溶融したり、接着剤のようにゲル化して流動することはない。そこで、この金バンプによる接合部分の接合面積や接合間隔を、小さく設定することが可能になるという効果が得られる。
【００１８】
また、固相接合された金バンプは、比較的軟らかくて弾性を有している。従って、金バンプを介して圧電振動子の振動が支持基板等へ漏れ出したり、半田や導電性接着剤が圧電振動子の振動を阻害したりすることは、大幅に減少する。さらに、金バンプの固相接合であれば、半田や接着剤に比して圧電振動子の固定の前後における金バンプ自体の形状変化が少なくて済むので、圧電振動子の特性変化を抑制できるという効果も得られる。
【００１９】
請求項２に記載の角速度センサでは、圧電振動子の接合部に形成された電極は前記圧電振動子の変位部から前記接合部にまで延びており、前記金バンプは信号配線の一部を構成している。そのため、信号配線を合理化できるという効果が得られる。
【００２０】
請求項３に記載した角速度センサでは、圧電振動子の接合部と支持基板または支持部材の接合部との表面を金被膜で被覆しているため、金バンプを用いて接合された接合部分における接合強度が大きく増加するという効果が得られる。
【００２１】
請求項４に記載した角速度センサでは、金バンプの外周囲を非導電性接着剤によって取り囲んでおり、この非導電性接着剤によって前記圧電振動子の接合部と前記支持基板または支持部材の接合部とを接合している。従って、圧電振動子の接合部と支持基板または支持部材の接合部との間における接合強度が金バンプのみでは不十分な場合でも、非導電性接着剤により十分な接合強度を確保することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
再溶融やゲル化の恐れがなく、圧電振動子の振動が漏れ出したり阻害されたりすることが防止可能であり、しかも、固定の前後で圧電振動子の特性変化が生じるのを防止できる圧電振動子の接合構造を採用してなる角速度センサの提供という目的を、きわめて簡単な構成でもって実現した。
【実施例１】
【００２３】
図１は実施例１に係る角速度センサの全体構造を示す側断面図、図２はその分解斜視図であり、図３は角速度センサが備えている音叉型圧電振動子の構造を示す外観斜視図である。なお、図１〜図３における符号１は角速度センサ、２は音叉型圧電振動子であり、図３は音叉型圧電振動子をその表面方向から見た状態を示している。
【００２４】
実施例１に係る角速度センサ１は、図１及び図２で示すように、並列配置された一対の脚部３の基端同士が連結部分４を介して連結されてなる音叉型圧電振動子２と、この連結部分４、つまり、音叉型圧電振動子２のノード点近傍の連結部分４が接合部として底面上の台座部分５に固定され、かつ、脚部３のそれぞれを振動可能に支持する筺体６とを備えている。そして、音叉型圧電振動子２は、その表裏面が反転させられた裏返しの状態で筺体６内に収納されており、音叉型圧電振動子２の連結部分４と、筺体６の接合部である台座部分５とは、導電性を有する金（Ａｕ）バンプ７の固相接合により直接的に連結されている。
【００２５】
ここでの音叉型圧電振動子２は、厚み方向に沿って分極された一対の圧電体基板を厚み方向で互いの分極方向が逆向きとなるようにして貼り合わせたものであり、図３で示すように、この音叉型圧電振動子２における脚部３の各々は、スリット１１を介して切り離されている。そして、これら脚部３の表面上には、ともに２つずつの駆動・検出用外部電極１２がその幅方向に離間した並列状態で形成されている。
【００２６】
なお、この際における駆動・検出用外部電極１２のそれぞれは、筺体６に対する接合部である連結部分４、つまり、そのノード点近傍の位置にまで到達している。また、この音叉型圧電振動子２の裏面上には共通外部電極１３が一体的に形成されており、この共通外部電極１３も音叉型圧電振動子２の連結部分４にまで到達している。
【００２７】
一方、筺体６の台座部分５には４つの配線パターン１４、つまり、音叉型圧電振動子２の４つの駆動・検出用外部電極１２と各別に接合される導体パターン１４それぞれが互いに離間した並列状態で形成されている。そのため、本実施例に係る角速度センサ１は、音叉型圧電振動子２の表面上のノード点近傍に接合部（連結部分４の表面）を設けており、かつ、超音波ボンディングによる金バンプ７の固相接合でもって音叉型圧電振動子２の接合部の電極を筺体４の台座部分５の接合部の電極である配線パターン１４に連結したものとなっている。
【００２８】
具体的にいうと、この角速度センサ１は、裏返し状態とされた音叉型圧電振動子２の脚部３それぞれに形成されている合計４つの駆動・検出用外部電極１２と、筺体６の台座部分５に形成されている４つの配線パターン１４とが、互いに金バンプ７でもって連結された構造である。従って、駆動・検出用外部電極１２のそれぞれは、固相接合された金バンプ７を介して各配線パターン１４に固定されており、金バンプ７のそれぞれは、導電性を有するため、音叉型圧電振動子２に対する信号配線の一部を構成している。
【００２９】
音叉型圧電振動子２と筺体４とを互いに固相接合している金バンプ７は、比較的軟らかく、しかも、弾性を有している。そこで、金バンプ７を通じて音叉型圧電振動子２の振動が筺体６へ漏れ出したり、この金バンプ７が音叉型圧電振動子２の振動を阻害したりすることは起こらない。また、固相接合された金バンプ７であれば、音叉型圧電振動子２の固定の前後における金バンプ７自体の形状変化が少なくて済むので、音叉型圧電振動子２の特性変化が抑制される。
【００３０】
さらに、金の融点は１０６４℃であり、Ｐｂ−Ａｇ系半田（融点は３０３℃）やＡｕ−Ｉｎ半田（融点は４５１℃）に比して高いため、リフロー工程等のような高温環境下にさらされても、金バンプ７が半田のように溶融することはない。また、接合時に、金バンプ７が、接着剤のようにゲル化することもない。ここで、本発明の発明者らが、直径１００μｍ（０．１ｍｍ）を目標として金バンプ７の作製実験を行ってみたところ、表１で実験結果を示すように、直径１００μｍに近い大きさの金バンプ７を容易に作製することができた。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
この実験結果によれば、金バンプ７の固相接合である場合には、接合部分の接合面積や接合間隔を小さく設定し得ることが分かる。なお、技術的には、直径８０μｍ程度の金バンプ７を作製することも可能と考えられるので、金バンプ７による接合部分の微小化及び狭ピッチ化を容易に実現できる。
【００３３】
また、図示省略しているが、圧電振動子２の接合部（連結部分４の表面）の電極と筺体６の接合部（台座部分５の表面）の電極とを、それぞれ金被膜でもって被覆した構造としてもよい。このような構造であれば、金バンプ７を用いて接合された接合部分における接合強度が大きく増加する。
【００３４】
すなわち、本発明の発明者らが、接合部（連結部分４、台座部分５）の表面の電極における被膜別のシェア強度（ｍＮ）を測定する実験を行ってみたところ、表２で示すような実験結果が得られている。そして、この表２によれば、接合部の表面に金被膜を形成した場合のシェア強度がきわめて大きくなることが分かる。なお、銀（Ａｇ）被膜や銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）被膜であったとしても、接合自体は可能である。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
さらに、この角速度センサ１において、十分な接合強度を得ようとする場合には、接合面積の範囲内で金バンプ７の個数を増やせばよい。さらにまた、図示を省略しているが、金バンプ７と同等の弾性を有する非導電性接着剤でもって各金バンプ７の周囲を取り囲んだうえ、この非導電性接着剤により圧電振動子２の接合部と筺体６の接合部とを接合してもよく、このような構成とした場合には、接合部分における接合強度が金バンプ７のみでは不十分であったとしても、非導電性接着剤により十分な接合強度を確保することが可能になる。なお、非導電性接着剤であるため、音叉型圧電振動子２における導通不可部分にまで付着して短絡事故を招く恐れはない。
【００３７】
ところで、本実施例に係る角速度センサ１においては、音叉型圧電振動子２が筺体６に収納して支持されるとしているが、このような構造に限定されることはなく、筺体６に代わる平板形状等の支持基板でもって音叉型圧電振動子２を支持する構造であってもよい。また、音叉型圧電振動子２がバイモルフ型に限られず、ユニモルフ型であってもよく、さらには、水晶等からなる単結晶音叉であってもよいことは勿論である。
【実施例２】
【００３８】
図４は実施例２に係る角速度センサの全体構造を示す外観斜視図、図５はその分解斜視図であり、図６は角速度センサが備えている音片型圧電振動子の構造を示す外観斜視図である。なお、図４〜図６における符号２１は角速度センサ、２２は音片型圧電振動子であり、図６は音片型圧電振動子をその表面方向から見た状態を示している。
【００３９】
実施例２に係る角速度センサ２１は、図４及び図５で示すように、略直方体形状とされた音片型圧電振動子２２と、この音片型圧電振動子２２を振動自在に支持する一対ずつ２組の支持部材２３と、これらの支持部材２３を介して音片型圧電振動子２２を収納する筐体２４とを備えている。ここでの支持部材２３それぞれは屈曲成形された金属板から作製されたものであり、その接合部である一端側接合パッド２５は、表裏面が反転させられて裏返しの状態となった音片型圧電振動子２２の接合部である節点部分２６における電極と金バンプ２７の固相接合により連結されている。
【００４０】
そして、このとき、各支持部材２３における他方側接合パッド２８は、それぞれ筐体２４の底面上に設けられた台座部分２９に固定されている。なお、これらの支持部材２３が屈曲成形された形状を有している必要はないのであり、図示を省略しているが、直線形状等を有していてもよいことは勿論である。
【００４１】
一方、音片型圧電振動子２２は、厚み方向に沿って分極された一対の圧電体基板を厚み方向で互いの分極方向が逆向きとなるようにして貼り合わせたものである。そして、図６で示すように、その厚み方向における一方側表面（図６では、上側表面）には、その幅方向の中央位置に配置され、かつ、その長手方向に延びる溝部３０が形成されている。
【００４２】
また、この音片型圧電振動子２２の一方側表面には、溝部３０を介して分離させられた２つの駆動・検出用外部電極３１が並列状態で形成され、かつ、その他方側表面（図６では、下側表面）には共通外部電極３２が全面にわたって形成されている。そして、これらの駆動・検出用外部電極３１及び共通外部電極３２は、ともに音片型圧電振動子２２の節点部分２６、つまり、そのノード点近傍の位置にまで到達している。
【００４３】
そこで、角速度センサ２１は、音片型圧電振動子２２のノード点近傍に接合部（節点部分２６）を設けており、かつ、超音波ボンディングによる金バンプ２７の固相接合でもって音片型圧電振動子２２の接合部を支持部材２３の接合部（一端側接合パッド２５）に連結したものとなる。具体的にいうと、この角速度センサ２１は、裏返し状態とされた音片型圧電振動子２２に形成されている合計２つの駆動・検出用外部電極３１と、支持部材２３それぞれの一端側接合パッド２５とが、金バンプ２７でもって連結された構造である。      
【００４４】
以上説明したように、本実施例に係る角速度センサ２１では、実施例１に係る角速度センサ１と同様の構造、つまり、音片型圧電振動子２２のノード点近傍に設けられた接合部と支持部材２３の接合部とを金バンプ２７の固相接合によって連結した構造が採用されている。そのため、ここでは詳しい説明を省略するものの、実施例１に係る角速度センサ１と同様の作用、効果が得られることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る角速度センサは、ビデオカメラやスチルカメラ、デジタルカメラ等の手振れ補正用として、また、カーナビゲーションシステムやロールオーバーセンサ等に組み込んで使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１に係る角速度センサの全体構造を示す側断面図である。
【図２】実施例１に係る角速度センサの全体構造を示す分解斜視図である。
【図３】実施例１に係る角速度センサが備えている音叉型圧電振動子の構造を示す外観斜視図である。
【図４】実施例２に係る角速度センサの全体構造を示す外観斜視図である。
【図５】実施例２に係る角速度センサの全体構造を示す分解斜視図である。
【図６】実施例２に係る角速度センサが備えている音叉型圧電振動子の構造を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１，２１    角速度センサ
２    音叉型圧電振動子
４    音叉型圧電振動子の連結部分（接合部）
５    筐体の台座部分（接合部）
６，２４    筐体（支持基板）
７，２７    金バンプ
２２    音片型圧電振動子
２３    支持部材
２５    支持部材の一端側接合パッド（接合部）
２６    音片型圧電振動子の節点部分（接合部）
【図１】
2005127758.tif 000005
【図２】
2005127758.tif 000006
【図３】
2005127758.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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