(57)【要約】【課題】本発明は、検出素子を基板や筐体等に接着剤を用いて実装、固定する場合に、この接着剤を所定の位置に規制でき、角速度や加速度等の物理量を安定して検出できる物理量センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の物理量センサは、角速度検出素子の固定部２２ａ、２２ｂと外側梁部２３ａ、２３ｂの接続部分に金属バンプ７２を設けることにより、アンダーフィル剤等の接着剤流れを抑制したものである。【選択図】図２
2012233834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、前記固定部に接続された外側梁部と、前記固定部と外側梁部にスリットを介して囲まれたセンシング部と、前記外側梁部と前記センシング部とを連結する連結部と、からなる検出素子と、支持基板とを備え、前記固定部に設けた電極部と前記支持基板とはフリップチップ実装によって電気的に接続されるとともに、前記固定部と前記外側梁部との接続部分に金属バンプを形成した物理量センサ。
【請求項２】
前記金属バンプは前記外側梁部の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話・携帯ゲーム機等において、角速度や加速度を検出する物理量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来の物理量センサのひとつである角速度センサで用いられる圧電素子の上面図を示す（特許文献１参照）。図３において、水晶や圧電単結晶等からなる圧電素子１は桟２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄからなる長方形の枠２を備えており、該枠２の中に検出振動片３Ａ、３Ｂが延びている。４は空隙である。各検出振動片３Ａ、３Ｂの表面、裏面および両側面には、検出電極５が形成されている。また、検出振動片３Ａ、３Ｂに直交する方向に細長い一対の駆動振動片６Ａ、６Ｂが延びている。各駆動振動片６Ａ、６Ｂの先端にはそれぞれ幅広い重量付加部７Ａ、７Ｂが設けられている。重量付加部７Ａ、７Ｂの表面、裏面および側面は駆動電極８によって被覆されている。更に枠２の内側面には、重量付加部７Ａ、７Ｂに対向する位置に、導電性膜からなる駆動部９が設けられている。検出電極５、駆動電極８はワイヤーボンディング等(図示せず)を通して、それぞれ所定の駆動回路、検出回路に接続されている。また、駆動部９は配線(図示せず)を介して、外部の駆動回路に接続されている。
【０００３】
駆動電極８と駆動部９との間に交流電圧を印加すると、重量付加部７Ａ、７Ｂに静電力が加えられ、駆動振動片６Ａ、６Ｂは矢印Ａのように伸縮振動を行なう。この状態で圧電素子１をＺ軸の周りに回転させると、各重量付加部７Ａ、７Ｂには、矢印Ｂのような屈曲振動が励振される。この振動Ｂとバランスをとるように、各検出振動片３Ａ、３Ｂに矢印Ｃのように屈曲振動が励振される。この屈曲振動Ｃを検出振動とし、検出電極５から発生する信号を検出回路によって検出する。これにより、Ｚ軸周りの角速度が検出できるものである。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８５３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の圧電素子１の枠２を基板や筐体等に接着剤を用いて実装、固定して角速度センサを構成しようとすると、接着剤の塗布量によっては圧電素子１の支持状態が変化し、圧電素子１の振動が不安定となったり、斜め駆動等の不要振動を起こしたりすることにより、駆動効率が悪化する、あるいは検出軸以外の検出軸の感度を検出してしまうといった問題点があった。すなわち、桟２Ａ、２Ｂに塗布された接着剤が検出振動片３Ａ、３Ｂの近傍にまで流れた場合には、検出振動片３Ａ、３Ｂに発生する屈曲振動を妨げられ、その結果、検出電極５から発生する信号の周波数が変動し、信号の振幅やＳ／Ｎが劣化してしまうという問題点があった。
【０００７】
また、圧電素子１の枠２を基板や筐体等にフリップチップを用いて実装、固定して角速度センサを構成する場合においても、接続強度および信頼性向上のためにアンダーフィル剤などの接着剤を使用した際にこの接着剤が毛細管現象によって所望の位置以上に流れてしまい検出振動片３Ａ、３Ｂに発生する屈曲振動が妨げられ、その結果、検出電極５から発生する信号の周波数が変動し、信号の振幅やＳ／Ｎが劣化してしまうという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、圧電素子を基板や筐体等に接着剤を用いて実装、固定する場合においても、この接着剤を所定の位置に規制でき、角速度や加速度等の物理量を安定して検出できる物理量センサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を解決するために本発明は、以下の内容を有する。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、固定部と、前記固定部に接続された外側梁部と、前記固定部と外側梁部にスリットを介して囲まれたセンシング部と、前記外側梁部と前記センシング部とを連結する連結部と、からなる検出素子と、支持基板とを備え、前記固定部に設けた電極部と前記支持基板とはフリップチップ実装によって電気的に接続されるとともに、前記固定部と前記外側梁部との接続部分に金属バンプを形成したもので、フリップチップ実装部の接続強度向上のためにアンダーフィル剤などの接着剤を塗布しても、前記固定部と前記外側梁部との接続部分に設けた金属バンプによって、接着剤が毛細管現象で広がる範囲を制限し、圧電振動子の支持状態を一定に保つことができるといった作用効果を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、金属バンプは前記外枠部の幅よりも大きくしたもので、この構成によれば、接着剤の塗布量が多い場合、あるいは接着剤の吐出圧が高い場合においても、圧電振動子の支持状態に影響する外側梁部に接着剤が流れることがなく、形成した金属バンプによって支持剛性が決まるため、検出感度を一定に保ち、角速度や加速度等の物理量を安定して検出できるという優れた効果を奏するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の物理量センサは、角速度検出素子の固定部と外側梁部の接続部分に金属バンプを設けることにより、アンダーフィル剤等の接着剤流れを抑制し、検出素子の支持状態を一定に保つことができ、これにより、角速度や加速度等の物理量を安定して検出できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における角速度センサの上面図
【図２】本発明の実施の形態における角速度センサの断面図
【図３】従来の角速度センサに用いられる圧電素子の上面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態における物理量センサについて、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態における角速度センサの上面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。図１、２において、２１はシリコン単結晶等からなる角速度検出素子であり、左右端部に設けられた固定部２２ａ、２２ｂと、該固定部２２ａ、２２ｂを接続する外側梁部２３ａ、２３ｂと、前記固定部２２ａ、２２ｂと外側梁部２３ａ、２３ｂにスリット２４ａ、２４ｂを介して囲まれたセンシング部２５と、前記外側梁部２３ａ、２３ｂとセンシング部２５とを連結する連結部２６ａ、２６ｂとからなる。センシング部２５は、内側梁部３０Ａと、中央梁部３０Ｂと、第１アーム３１Ａ、第２アーム３１Ｂ、第３アーム３１Ｃ、第４アーム３１Ｄと、各アーム３１の端部に設けられた錘３２Ａ〜３２Ｄを有する。内側梁部３０Ａは上面視で方形状である。中央梁部３０Ｂは内側梁部３０Ａの対向する辺を繋ぐとともに、外側梁部２３ａ、２３ｂに平行に形成されている。アーム３１Ａ〜３１Ｄは内側梁部３０Ａの内側に配置され、中央梁部３０Ｂに連結されている。
【００１６】
前記各アームと中央梁部３０Ｂとの近傍には駆動部４１、４２、４３、４４が設けられ、各アームと錘との近傍には図のようにＸＹＺ軸をとった時、Ｚ軸周りの角速度を検出するための検出部５１、５２、５３、５４が設けられている。同様にして、内側梁部３０Ａにおける前記固定部２２ａ、２２ｂに対向する部分にはＸ軸周りの角速度を検出するための検出部５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄが、内側梁部３０Ａにおける外側梁部２３ａ、２３ｂに対向する部分にはＹ軸周りの角速度を検出するための検出部５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄが設けられている。本実施の形態においては、前記駆動部４１、４２、４３、４４および検出部５１、５２、５３、５４、５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５Ｄ、５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄにはピエゾ素子を用いた圧電方式を採用している。
【００１７】
６１は複数層のセラミック基板によって構成された支持基板であり、前記基板中央部には凹部を有している。前記凹部の周辺部には前記支持基板６１の底面部に設けられた外部電極（図示せず）と電気的に接続された電極パッド６２が設けられており、前記角速度検出素子２１の固定部２２ａ、２２ｂの支持基板６１に対向する面上に設けられた電極６３と、金などの金属バンプ６４によって電気的および機械的に接続されている。また、前記角速度検出素子２１の裏面上で前記外側梁部２３ａ、２３ｂと固定部２２ａ、２２ｂとの接続部には電極７０が設けられており、前記支持基板６１上の前記電極７０に対向する位置に設けられた電極７１と、金などの金属バンプ７２によって機械的に接続されている。ここで、前記金属バンプ７２は前記外側梁部２３ａ、２３ｂの幅よりも大きく形成されているものである。
【００１８】
以上のように構成された角速度センサについて、製造方法を説明する。最初に、複数の角速度検出素子２１が形成されたウェハ上の電極６３、７０に超音波バンプボンディングにより複数の金属バンプ６４、７２を形成する。次に、前記ウェハをダイシングして、角速度検出素子２１の個片化を行う。次に、金属バンプ６４、７２が形成された角速度検出素子２１をゴムまたはシリコンなどで形成された円柱型のノズルにより吸着、反転して、高温(１５０〜２００℃)ステージ上に吸着保持された支持基板６１上の所定の位置に配置する。次に、前記角速度検出素子２１の固定部２２ａ、２２ｂの裏面に形成された金属バンプ６４を前記支持基板６１上に設けられた電極パッド６２上にフリップチップ実装し、電気的、機械的に接続するとともに、前記角速度検出素子２１の裏面上で、固定部２２ａ、２２ｂと外側梁部２３ａ、２３ｂとの接続部に形成された金属バンプ７２を前記支持基板６１上に設けられた電極７１上にフリップチップ実装し、機械的に接続する。次に、前記金属バンプ６４の周囲にアンダーフィル剤８０を注入することにより、角速度検出素子２１と支持基板との接続強度を向上させているものである。
【００１９】
駆動部４１、４２、４３、４４に駆動振動共振周波数の交流電圧を印加すると、アーム３１Ａ〜３１Ｄと錘３２Ａ〜３２Ｄとが駆動振動方向Ｄ１に沿ってＸＹ平面内で駆動振動する。このとき、Ｚ軸周りに角速度が加わると、駆動振動方向Ｄ１と直交した方向にコリオリ力が発生する。このコリオリ力によって、コリオリ力方向に駆動振動と同調した検出振動が励起される。この検出振動により発生したアーム３１Ａ〜３１Ｄの歪みを検出部５１、５２、５３、５４がアーム３１Ａ〜３１Ｄの変位として検出することによってＺ軸周りの角速度を検出することができる。同様にして、検出部５５Ａ、５５Ｂ、５５Ｃ、５５ＤにてＸ軸周りの角速度を、検出部５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６ＤにてＹ軸周りの角速度を検出することができる。
【００２０】
本発明の実施の形態における物理量センサにおいては、角速度検出素子２１の固定部２２ａ、２２ｂと外側梁部２３ａ、２３ｂとの接続部分に金属バンプ７２を設けることで、角速度検出素子２１の固定部２２ａ、２２ｂと支持基板６１との間に注入されたアンダーフィル剤８０が毛細管現象によって検出素子２１の外側梁部２３ａ、２３ｂ上に流れるのを金属バンプ７２によって抑制することができるため、角速度検出素子２１の支持状態を一定に保つことができ、これにより、角速度や加速度等の物理量を安定して検出できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の物理量センサは、角速度検出素子の固定部と外側梁部の接続部分に金属バンプを設けることにより、アンダーフィル剤等の接着剤流れを抑制し、角速度や加速度等の物理量を安定して検出できるという効果を有するもので、携帯端末などにおいて使用する角速度センサとして有用なものである。
【符号の説明】
【００２２】
２１  検出素子
２２ａ、２２ｂ  固定部
２３ａ、２３ｂ  外側梁部
２４ａ、２４ｂ  スリット
２５  センシング部
２６ａ、２６ｂ  連結部
６１  支持基板
６４、７２  金属バンプ
【図１】
2012233834.tif 000003
【図２】
2012233834.tif 000004
【図３】
2012233834.tif 000005