JP2006177728A - Acceleration sensor - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acceleration sensor with enhanced sensitivity by suppressing dispersion of an applied stress. <P>SOLUTION: In this acceleration sensor, an acceleration stress sensing element 10 formed by laminating through a bonding layer 2, a plurality of piezoelectric substrates 1 having respectively an electrode adhering to both main surfaces are stored in a sealing case 5 and sealed airtightly, and fixed by a fixing part 4 provided in the sealing case 5. In the sensor, the material of the bonding layer 2 comprises inorganic glass. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、外部からの加速の応力を感知する加速度センサに関するものである。   The present invention relates to an acceleration sensor for sensing acceleration stress from the outside.

従来より、ハードディスクドライブ等に外部からの加速の応力を感知するための加速度センサが用いられている。   Conventionally, an acceleration sensor for sensing acceleration stress from the outside is used in a hard disk drive or the like.

かかる従来の加速度センサは、例えば両主面に電極を被着させた圧電基板を、複数個貼り合わせて成る加速応力感知素子を、収納する封止用ケース内で固定した構造のものが知られている。   Such a conventional acceleration sensor has a structure in which, for example, an acceleration stress sensing element formed by bonding a plurality of piezoelectric substrates having electrodes attached to both main surfaces is fixed in a sealing case for housing. ing.

上記従来の加速度センサは、衝突等によって生じる外部からの加速の応力が印加された際に、固定部を軸にしてたわみ、貼り合わされている圧電基板１の両主面に被着した電極に電荷が発生する。この発生した電荷を外部に出力することにより、加速度センサとして機能するようになる。   In the conventional acceleration sensor, when an external acceleration stress caused by a collision or the like is applied, the electrode is attached to both main surfaces of the piezoelectric substrate 1 which is bent and bonded with the fixed portion as an axis. Will occur. By outputting the generated charge to the outside, it functions as an acceleration sensor.

また従来の加速度センサの用いられる加速応力感知素子としては、圧電グリーンシートを貼り合わせて焼成することにより形成されたものと、圧電基板を樹脂材で接合することにより形成されたものとがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−１８１２０１号公報 In addition, acceleration stress sensing elements used in conventional acceleration sensors include those formed by bonding and firing a piezoelectric green sheet and those formed by bonding a piezoelectric substrate with a resin material ( For example, see Patent Document 1.)
JP 7-18201 A

しかしながら、加速応力感知素子として圧電グリーンシートを貼り合わせて焼成することにより形成されたものでは、電極と同時に焼成するため、異種材料間の焼結収縮作用の違いによって基板が変形しやすいという問題があり、圧電基板を樹脂材で接合することにより形成されたものでは、応力が印加された時に樹脂の弾性が応力を分散させるので感度が低くなるという問題があった。   However, in the case of an acceleration stress sensing element formed by bonding and firing a piezoelectric green sheet, since it is fired at the same time as the electrode, there is a problem that the substrate is easily deformed due to a difference in sintering shrinkage between different materials. In addition, in the case where the piezoelectric substrate is formed by bonding with a resin material, there is a problem that the sensitivity becomes low because the elasticity of the resin disperses the stress when the stress is applied.

本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は、印加された応力の分散を抑えて感度を高くした加速度センサを提供することにある。   The present invention has been devised in view of the above-described drawbacks, and an object thereof is to provide an acceleration sensor with high sensitivity by suppressing the dispersion of applied stress.

本発明の加速度センサは、両主面に電極が被着した圧電基板を、接合層を介し複数個貼り合わせて成る加速応力感知素子を、封止用ケースに収納して気密封止するとともに、前記封止用ケース内に設けられた固定部で固定して成る加速度センサにおいて、前記接合層の材質が無機質ガラスから成ることを特徴とするものである。   In the acceleration sensor of the present invention, an acceleration stress sensing element formed by laminating a plurality of piezoelectric substrates having electrodes attached to both main surfaces through a bonding layer is housed in a sealing case and hermetically sealed. In the acceleration sensor fixed by a fixing portion provided in the sealing case, the material of the bonding layer is made of inorganic glass.

また本発明の加速度センサは、前記無機質ガラスの軟化点が、前記圧電基板のキュリー点より低いことを特徴とするものである。   In the acceleration sensor of the present invention, the softening point of the inorganic glass is lower than the Curie point of the piezoelectric substrate.

更に本発明の加速度センサは、前記接合層の厚みが、１００μｍ以下であることを特徴とするものである。   Furthermore, the acceleration sensor of the present invention is characterized in that the bonding layer has a thickness of 100 μm or less.

本発明の加速度センサによれば、加速応力感知素子は、圧電基板を貼り合わせる接合層として弾性率の高い無機質ガラスを用いたことで、印加された応力が分散されにくくなるので、感度の高い加速度センサを提供することが可能となる。   According to the acceleration sensor of the present invention, since the acceleration stress sensing element uses inorganic glass having a high elastic modulus as a bonding layer for bonding the piezoelectric substrate, it is difficult to disperse the applied stress. A sensor can be provided.

また本発明の加速度センサによれば、無機質ガラスの軟化点を圧電基板のキュリー点（３１０℃付近）よりも低くしたことにより、分極した圧電基板を用いて接合することができる。   Further, according to the acceleration sensor of the present invention, since the softening point of the inorganic glass is set lower than the Curie point (around 310 ° C.) of the piezoelectric substrate, it can be bonded using the polarized piezoelectric substrate.

以下、本発明の加速度センサを添付の図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, an acceleration sensor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は本発明の一実施形態に係る加速度センサの概観斜視図、図２は図１の加速度センサから封止用ケース等を除いた図である。同図に示す加速度センサは、大略的には加速応力感知素子１０を封止用ケース５に収納した構造を有している。   FIG. 1 is a schematic perspective view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view in which a sealing case and the like are removed from the acceleration sensor of FIG. The acceleration sensor shown in the figure generally has a structure in which an acceleration stress sensing element 10 is housed in a sealing case 5.

加速応力感知素子１０を収納する封止用ケース５は、開口部を有する容器体であり、材質としては例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が用いられる。   The sealing case 5 that houses the acceleration stress sensing element 10 is a container body having an opening, and examples of the material include liquid crystal polymer (LCP), polyphenylene sulfide (PPS), polyether ether ketone (PEEK), and the like. Used.

また封止用ケース５には外部端子７が取り付けられており、ハンダ等によって外部の回路配線基板との電気的な接続及び固定を行う。外部端子７は、材質としては例えばリン青銅等が用いられ、その厚みは例えば０．１〜０．５ｍｍに設定される。尚、本実施形態の加速度センサにおいては、外部端子７は、インサートモールドにより封止用ケース５に一体成型させた。   An external terminal 7 is attached to the sealing case 5 and is electrically connected and fixed to an external circuit wiring board by solder or the like. The external terminal 7 is made of, for example, phosphor bronze and the thickness thereof is set to 0.1 to 0.5 mm, for example. In the acceleration sensor of this embodiment, the external terminal 7 is integrally formed in the sealing case 5 by insert molding.

封止用ケース５内に設けられた固定部４は、封止用ケース５の一部として開口部付近に設けられたものであり、加速応力感知素子１０を圧入する圧入窓が設けられている。尚、圧入された加速応力感知素子１０は、先に挿入された一端側が自由端となり、他端側が固定端となる。   The fixing portion 4 provided in the sealing case 5 is provided in the vicinity of the opening as a part of the sealing case 5 and is provided with a press-fitting window for press-fitting the acceleration stress sensing element 10. . The accelerated stress sensing element 10 that has been press-fitted has one end inserted before as a free end and the other end as a fixed end.

また加速応力感知素子１０には、差し込みと固定を行うため、固定部４の開口部側に突出する端部の両主面に、樹脂バンプ３が形成されている。樹脂バンプ３は、材質としてはエポキシ樹脂等が用いられ、厚みは０．１〜１．０ｍｍに設定される。本実施形態においては、樹脂バンプ３を形成することによって、工程での高い圧入性と、圧入後の強固な固定とが実現されている。   Further, in order to insert and fix the acceleration stress sensing element 10, resin bumps 3 are formed on both main surfaces of end portions protruding to the opening side of the fixing portion 4. The resin bump 3 is made of epoxy resin or the like as a material, and the thickness is set to 0.1 to 1.0 mm. In the present embodiment, by forming the resin bump 3, high press-fitting properties in the process and strong fixing after press-fitting are realized.

尚、加速応力感知素子１０を圧入して固定させた後、封止用ケース５の開口部は、エポキシ樹脂等の樹脂材６で封止される。また樹脂材６は、封止用ケース５の開口部に流し込むようにして形成することにより、加速応力感知素子１０の固定がより強化されるようになる。   After the acceleration stress sensing element 10 is press-fitted and fixed, the opening of the sealing case 5 is sealed with a resin material 6 such as an epoxy resin. Further, the resin material 6 is formed so as to flow into the opening of the sealing case 5, whereby the fixing of the acceleration stress sensing element 10 is further strengthened.

図３は、上記加速応力検出素子１０の断面図であり、同図に示す加速応力感知素子１０は、両主面に電極８が被着した圧電基板１を、接合層２を介し複数個貼り合わせた構造を有している。本実施形態の加速度センサにおいては、短冊状の圧電基板１を２枚貼り合わせたバイモルフ型の加速応力感知素子を用いた。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the acceleration stress detection element 10. The acceleration stress detection element 10 shown in FIG. 3 has a plurality of piezoelectric substrates 1 having electrodes 8 attached to both main surfaces. It has a combined structure. In the acceleration sensor of the present embodiment, a bimorph type acceleration stress sensing element in which two strip-shaped piezoelectric substrates 1 are bonded together is used.

圧電基板１は、厚み方向に分極されており、材質としては例えばチタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸鉛等の圧電セラミック材料から成り、寸法は長さが０．５〜５．０ｍｍ、幅が０．２〜１．０ｍｍ、厚みが０．１〜１．０ｍｍの短冊状に設定される。   The piezoelectric substrate 1 is polarized in the thickness direction, and is made of, for example, a piezoelectric ceramic material such as lead zirconate titanate or lead titanate, and has dimensions of 0.5 to 5.0 mm and a width of 0. .2 to 1.0 mm and thickness is set to a strip shape of 0.1 to 1.0 mm.

このような加速応力感知素子１０は、外部からの加速応力が印加された際に、固定部４を軸にしてたわみ、貼り合わされている圧電基板１の両主面に被着した電極８に電荷が発生する。従って、加速度センサは、衝突等を加速の応力として感知し、電流を外部端子７から外部に出力する機能を有することができる。尚、本実施形態においては、電極８は、外部端子７から延出した配線と、固定部４で導電性接着剤により電気的に接続される。   Such an acceleration stress sensing element 10 bends with the fixed portion 4 as an axis when an external acceleration stress is applied, and charges the electrodes 8 attached to both main surfaces of the bonded piezoelectric substrate 1. Will occur. Accordingly, the acceleration sensor can have a function of sensing a collision or the like as acceleration stress and outputting a current from the external terminal 7 to the outside. In the present embodiment, the electrode 8 is electrically connected to the wiring extending from the external terminal 7 by the conductive adhesive at the fixing portion 4.

また加速応力感知素子１０は、水平方向に対して２５°傾斜するようにして固定されており、垂直方向のみならず横方向からの応力に対しても感知することが可能となっている。   The acceleration stress sensing element 10 is fixed so as to be inclined by 25 ° with respect to the horizontal direction, and can sense not only the vertical direction but also the stress from the lateral direction.

かかる圧電基板１は、まず原料粉末にバインダを加えてプレスする方法、或いは、原料粉末を水、分散剤と共にボールミルを用いて混合及び乾燥し、バインダ、溶剤、可塑剤等を加えてドクターブレード法により成型する方法などによってシート状と成し、次に、１１００℃〜１４００℃のピーク温度で数１０分〜数時間焼成して基板を形成した後、例えば、厚み方向に６０℃〜１５０℃の温度にて３ｋＶ／ｍｍ〜１５ｋＶ／ｍｍの電圧をかけ分極処理を施すことにより製作される。   The piezoelectric substrate 1 is formed by first adding a binder to the raw material powder and pressing it, or mixing and drying the raw material powder together with water and a dispersant using a ball mill, and adding a binder, a solvent, a plasticizer, etc., and a doctor blade method. After forming into a sheet shape by a method such as molding, and then baking at a peak temperature of 1100 ° C. to 1400 ° C. for several tens of minutes to several hours to form a substrate, for example, 60 ° C. to 150 ° C. in the thickness direction It is manufactured by applying a voltage of 3 kV / mm to 15 kV / mm at a temperature to perform polarization treatment.

圧電基板１の両主面に被着した電極８は、材質としては、例えば金、銀、銅、クロム、ニッケル、錫、鉛、アルミニウム等の良導電性の金属から成り、これらの金属材料を従来周知の真空蒸着やスパッタリング法等によって圧電基板１の両主面に被着・形成したり、或いは、上述した金属材料を含む所定の導体ペーストを従来周知の印刷法等によって所定パターンに塗布し、高温で焼き付けることにより被着・形成される。   The electrodes 8 deposited on both main surfaces of the piezoelectric substrate 1 are made of a highly conductive metal such as gold, silver, copper, chromium, nickel, tin, lead, aluminum, and the like. Depositing and forming on both main surfaces of the piezoelectric substrate 1 by a conventionally known vacuum deposition or sputtering method, or applying a predetermined conductor paste containing the above-mentioned metal material to a predetermined pattern by a conventionally known printing method or the like. It is deposited and formed by baking at a high temperature.

圧電基板１を貼り合わせる接合層２は、材質としては、例えば軟化点を２５０℃以下にすることができるＳｎＯ−ＳｎＦ−Ｐ_２Ｏ_５系の無機質ガラスが用いられる。 The bonding layer 2 to which the piezoelectric substrate 1 is bonded is made of, for example, SnO—SnF—P ₂ O ₅ inorganic glass whose softening point can be 250 ° C. or lower.

本実施形態の接合層２は、圧電基板１に、上記無機質ガラスの粉末をビヒクル中に分散させて成るガラスペーストを塗布し、２５０〜２８０℃で焼き付けることにより形成される。   The bonding layer 2 of the present embodiment is formed by applying a glass paste obtained by dispersing the inorganic glass powder in a vehicle to the piezoelectric substrate 1 and baking it at 250 to 280 ° C.

また本実施形態の加速度センサにおいて、圧電基板１のキュリー点は３１０℃付近に設定されている。従って、接合層２の材質として上述したような無機質ガラスを用いることにより、無機質ガラスの軟化点が圧電基板１のキュリー点より低いことから、圧電基板１を接合した後に分極効果が消失するようなことはない。   In the acceleration sensor of this embodiment, the Curie point of the piezoelectric substrate 1 is set to around 310 ° C. Therefore, by using the inorganic glass as described above as the material of the bonding layer 2, the softening point of the inorganic glass is lower than the Curie point of the piezoelectric substrate 1, so that the polarization effect disappears after the piezoelectric substrate 1 is bonded. There is nothing.

また分極処理がなされた圧電基板１を貼り合わせるので、圧電基板１の分極による変形により接合層２が剥がれることもない。   Further, since the piezoelectric substrate 1 subjected to the polarization treatment is bonded, the bonding layer 2 is not peeled off due to the deformation of the piezoelectric substrate 1 due to the polarization.

また本実施形態の加速度センサにおいては、加速応力感知素子１０に、圧電基板１を貼り合わせる接合層２として弾性率の高い無機質ガラスを用いているので、印加された応力が分散されにくくなり、感度が高く発生電荷が多い加速度センサを提供することが可能となる。   In the acceleration sensor of the present embodiment, since the high-modulus inorganic glass is used for the acceleration stress sensing element 10 as the bonding layer 2 to which the piezoelectric substrate 1 is bonded, the applied stress is less likely to be dispersed and the sensitivity. Therefore, it is possible to provide an acceleration sensor with a high amount of generated charges.

更に、接合層２の厚みを１００μｍ以下に設定することによって、接合層２が応力を吸収する量がより少なくすることができる。特に本実施形態においては、接合層２の厚みを２５〜５０μｍに設定した場合に、発生電荷が最も多く検出された。   Furthermore, by setting the thickness of the bonding layer 2 to 100 μm or less, the amount of the bonding layer 2 that absorbs stress can be further reduced. In particular, in the present embodiment, the most generated charges were detected when the thickness of the bonding layer 2 was set to 25 to 50 μm.

尚、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、上述した実施形態においては、加速応力感知素子は、圧電基板を２枚貼り合わせた構造としているが、３枚以上重ねても良い。この場合、電荷の発生量を多くすることができるので、加速度センサの感度を高めることができる。   For example, in the above-described embodiment, the acceleration stress sensing element has a structure in which two piezoelectric substrates are bonded together, but three or more may be stacked. In this case, since the amount of generated charges can be increased, the sensitivity of the acceleration sensor can be increased.

また上述した実施形態においては、加速応力感知素子の固定を両端のうち一方のみを行っているが、両端で固定しても構わず、また中央の一部を固定するようにしても構わない。   In the above-described embodiment, the acceleration stress sensing element is fixed only at one of both ends, but it may be fixed at both ends or a part of the center may be fixed.

また上述した実施形態においては、加速応力感知素子の固定を樹脂バンプで行っているが、圧入後に接着剤等を用いて固定を強化するようにしても構わない。   In the above-described embodiment, the acceleration stress sensing element is fixed by the resin bump. However, the fixing may be reinforced by using an adhesive or the like after the press-fitting.

図１は本発明の一実施形態に係る加速度センサの概観斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention. 図２は図２の加速度センサの封止用ケース等を除いた図である。FIG. 2 is a diagram excluding the sealing case of the acceleration sensor of FIG. 図３は本発明の一実施形態に係る加速度センサに用いる加速応力感知素子の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an acceleration stress sensing element used in the acceleration sensor according to the embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・圧電基板
２・・・接合層
３・・・樹脂パッド
４・・・固定部
５・・・封止用ケース
６・・・樹脂材
７・・・外部端子
８・・・電極
１０・・・加速応力感知素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric substrate 2 ... Bonding layer 3 ... Resin pad 4 ... Fixed part 5 ... Sealing case 6 ... Resin material 7 ... External terminal 8 ... Electrode 10 ... Acceleration stress sensing elements

Claims (3)

両主面に電極が被着した圧電基板を、接合層を介し複数個貼り合わせて成る加速応力感知素子を、封止用ケースに収納して気密封止するとともに、前記封止用ケース内に設けられた固定部で固定して成る加速度センサにおいて、
前記接合層の材質が無機質ガラスから成ることを特徴とする加速度センサ。 An acceleration stress sensing element formed by bonding a plurality of piezoelectric substrates having electrodes attached to both main surfaces through a bonding layer is housed in a sealing case and hermetically sealed, and in the sealing case In an acceleration sensor that is fixed by a fixed portion provided,
An acceleration sensor, wherein the bonding layer is made of inorganic glass. 前記無機質ガラスの軟化点が、前記圧電基板のキュリー点より低いことを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。 The acceleration sensor according to claim 1, wherein a softening point of the inorganic glass is lower than a Curie point of the piezoelectric substrate. 前記接合層の厚みが、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加速度センサ。 The acceleration sensor according to claim 1, wherein a thickness of the bonding layer is 100 μm or less.

Images