JP2008039576A - 振動型ジャイロセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】リフロー実装時におけるセンサ内部の応力変化を原因とする振動素子の出力特性の変動を抑制することができる振動型ジャイロセンサを提供する。
【解決手段】本発明に係る振動型ジャイロセンサ１０は、支持基板２を介して振動素子１（１Ｘ，１Ｙ）を中継基板４上に実装するように構成することで、はんだ接合により中継基板４上に実装される回路部品７，８の実装面から振動素子１を独立させ、集合基板９へのセンサ１０のリフロー実装時における中継基板４の応力分布の変動から振動素子１の振動特性の変化を防ぐようにしている。これにより、集合基板９に対する振動型ジャイロセンサ１０の実装前後における振動素子１の振動特性の変化を抑制でき、実装前に設定した振動素子１の電気的特性を安定に維持することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、ビデオカメラの手振れ検知やバーチャルリアリティ装置における動作検知、カーナビゲーションシステムにおける方向検知などに用いられる振動型ジャイロセンサに関する。

従来より、民生用の角速度センサとしては、片持ち梁の振動子を所定の共振周波数で振動させておき、角速度の影響によって生じるコリオリ力を圧電素子などで検出することによって角速度を検出する、いわゆる振動型のジャイロセンサ（以下「振動型ジャイロセンサ」という。）が広く用いられている。

振動型ジャイロセンサは、単純な機構、短い起動時間、安価で製造可能といった利点を有しており、例えば、ビデオカメラ、バーチャルリアリティ装置、カーナビゲーションシステムなどの電子機器に搭載され、それぞれ手振れ検知、動作検知、方向検知などをする際のセンサとして活用されている。

振動型ジャイロセンサは、搭載される電子機器の小型化、高性能化に伴い、小型化、高性能化が要求されている。例えば、電子機器の多機能化のため、他の用途で用いる各種センサと組み合わせて、振動型ジャイロセンサを集合基板上に搭載し小型化を図るといった要請がある。この小型化を図る上で、シリコン（Ｓｉ）基板を用い、半導体で用いられる薄膜プロセスとフォトリソグラフィ技術を用いて振動素子を形成する、ＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical System）と呼ばれる技術を用いることが一般的となってきている（例えば下記特許文献１参照）。

そして、振動型ジャイロセンサは、上記振動素子とともに、この振動素子を駆動する回路部品（ＩＣチップ、受動部品等）を、外部接続端子を備えた基板上に実装することで、一つのセンサモジュールとして構成することができる。上記回路部品は、例えば、はんだ接合により基板上に実装される。

特開２００５−２２７１１０号公報

さて、上述した構成の振動型ジャイロセンサは、電子機器に組み込まれる際、他のセンサ部品等とともに集合基板上に一括実装される。実装方法は、リフロー炉を用いたはんだ接合で行うことができる。

このとき、はんだのリフロー温度（例えば２５０℃前後）の熱がモジュール内部に加えられるため、モジュールの内部の温度もリフロー温度にまで上昇し、モジュール内部の回路部品のはんだ接合部が溶融し再凝固する可能性がある。これら回路部品のはんだ接合部の溶融・再凝固が発生すると、センサモジュールが集合基板上へ実装される前の状態と比較して、振動素子及び回路部品等を支持する基板の面内応力分布に変化を生じさせることになる。この結果、特に振動素子においては、応力変化による歪みの影響を受けて機械的特性あるいは振動特性が変化し、モジュール完成時に個々に設定した電気的特性が大きく変動してしまう可能性がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、リフロー実装時におけるセンサ内部の応力変化を原因とする振動素子の出力特性の変動を抑制することができる振動型ジャイロセンサを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の振動型ジャイロセンサは、角速度を検出する振動素子と、この振動素子を駆動するための回路部品と、振動素子と電気的に接続され当該振動素子を支持する支持基板と、支持基板と電気的に接続され外部接続端子を有する中継基板とを備え、振動素子は、支持基板に対して、非はんだ接合により実装されており、回路部品の少なくとも一部は、中継基板に対して、はんだ接合により実装されていることを特徴とする。

本発明に係る振動型ジャイロセンサにおいては、支持基板を介して振動素子を中継基板上に実装するように構成することで、はんだ接合により中継基板上に実装される回路部品の実装面から振動素子を独立させ、センサのリフロー実装時における中継基板の応力分布の変動から振動素子の振動特性の変化を防ぐようにしている。これにより、集合基板に対する振動型ジャイロセンサの実装前後における振動素子の振動特性の変化を抑制でき、実装前に設定した振動素子の電気的特性を安定に維持することが可能となる。

本発明において、振動素子は、支持基板に対して金属バンプを介した超音波接合によって実装される。これにより、振動素子の機械的品質係数（Ｑ値）を高くでき、角速度の優れた検出特性を得ることができる。

また、中継基板に対する支持基板の実装形態としては、センサのリフロー実装時における支持基板の応力分布の変動を防ぐため、非はんだ接合であることが好ましい。例えば、支持基板は、中継基板に対して金属バンプを介しての超音波接合により実装することができる。また、支持基板の実装面と中継基板の実装面とを対向配置させ、両者間を比較的剛性の高いセンサ側壁部で接続する構成も採用可能である。センサ側壁部としては、中継基板の周縁に沿って立設させた枠状の支持部材を用いることができ、この支持部材の内壁面に沿って電気配線層を形成することで支持基板と中継基板との電気的接続を図ることができる。

以上述べたように、本発明によれば、集合基板に対する振動型ジャイロセンサの実装前後における振動素子の振動特性の変化を抑制でき、実装前に設定した振動素子の電気的特性を安定に維持することが可能となる。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施形態による振動型ジャイロセンサ１０の構成を概略的に示す側断面図である。図２は、振動型ジャイロセンサ１０の内部構成を概略的に示す中継基板４の平面図である。

本実施形態の振動型ジャイロセンサ１０は、図１に示すように、一対の振動素子１Ｘ，１Ｙと、これらの振動素子１Ｘ，１Ｙを支持する支持基板２と、支持基板２と電気的に接続され外部接続端子３を有する中継基板４とを備えている。

本実施形態の振動型ジャイロセンサ１０は、例えばビデオカメラに搭載されて手振れ補正機構を構成する。また、振動型ジャイロセンサ１０は、例えばバーチャルリアリティ装置に用いられて動作検知器を構成したり、カーナビゲーションシステムに用いられて方向検知器を構成する。

支持基板２は、例えば、セラミックス基板やガラス基板等で構成されている。支持基板２の一方の主面（図１において下面）は、後述する振動素子１Ｘ，１Ｙが実装される複数個のランドを含む配線パターンが形成された部品実装面２Ａとされている。部品実装面２Ａには、一対の振動素子１Ｘ，１Ｙ（以下、個別に説明する場合を除いて振動素子１と総称する）のみが実装されている。

振動素子１は複数の金属バンプ１３を備えており、支持基板２の部品実装面２Ａに金属バンプ１３を介しての超音波接合により実装されている。これにより、振動素子１の機械的品質係数（Ｑ値）を高くでき、角速度の優れた検出特性を得ることができる。なお、金属バンプ１３は、例えば金のスタッドバンプで構成されているが、めっきバンプ等で構成されていてもよい。

中継基板４は、例えば、ガラスエポキシ材料を基板とする有機系多層配線基板で構成されている。中継基板４の一方の面（図１において下面）４Ａには複数の外部接続端子３が配列されている。外部接続端子３は、例えば、はんだバンプで構成されている。振動型ジャイロセンサ１０は、これら外部接続端子３を介して外部の集合基板（制御基板）９に対して電気的・機械的に接続されている。

ここで、集合基板４は、振動型ジャイロセンサ１０に対する入出力配線が形成された配線基板であり、デジタルカメラ等の電子機器に搭載される。この集合基板９には、振動型ジャイロセンサ１０だけでなく、図示せずとも他の電気・電子部品が実装されている。集合基板９上の各種部品は、例えばリフロー炉に装填されることで一括的にはんだ付けされる。

中継基板４の他方の面（図１において上面）４Ｂは、支持基板２を支持するとともに、振動素子１を駆動するためのＩＣチップ７、多数個のセラミックコンデンサ等の適宜の電子部品８からなる回路部品が実装される部品実装面とされている。本実施形態では、すべての回路部品が、中継基板４の部品実装面４Ｂに対して、はんだ接続により実装されている。

中継基板４には、部品実装面４Ｂの周囲に沿って立設された枠状の支持部材５が取り付けられており、この支持部材５を介して支持基板２が中継基板４の上に固定されている。支持基板２の部品実装面２Ａは、中継基板４の部品実装面４Ｂと対向配置されており、支持部材５の高さ方向（Ｚ方向）の寸法内において、振動素子１及び回路部品７，８を収容するセンサ内部空間を構成している。

そして、支持部材５の内壁面には、支持基板２の部品実装面２Ａと中継基板４の部品実装面４Ｂとの間を電気的に接続する配線パターン６が形成されており、振動素子１は、この配線パターン６を介して中継基板４の配線層及び外部接続端子３に電気的に接続されている。支持基板２と支持部材５との間および中継基板４と支持部材５との間の各々の電気的接続部は、例えば、導電性接着剤によってそれぞれ接合されている。中継基板４と支持部材５は、互いに独立した部材で構成される場合に限られず、一体的に構成されていてもよい。なお、支持基板２は、支持部材５と共に振動型ジャイロセンサ１０の内部を外部から遮蔽するカバーとして機能する。

次に、振動素子１の構成について説明する。

振動素子１は、支持基板２に支持される台座１１と、この台座１１の一側周部から一体的に突出形成された片持ち梁形状の振動子１２とからなる。各振動素子１Ｘ，１Ｙは、互いに同一の構成を有するとともに、その振動子１２をそれぞれ異なる方向に向けて実装され、本実施形態では、各々の振動子１２が互いに直交するように配置されている。即ち、一方の振動素子１Ｘは振動子１２の軸方向をＸ軸方向に向けて配置されており、他方の振動素子１Ｙは振動子１２の軸方向をＹ軸方向に向けて配置されている。

図４は、振動素子１の構成を概略的に示す裏面図である。振動素子１は、シリコン単結晶からなり、一枚のシリコンウェーハから多数個同時に製造された後、図示する素子形状に切り出される。図４に示すように、支持基板２の部品実装面２Ａに対向する振動素子１の基板対向面１Ａには、基準電極層１４、圧電体薄膜層１５、駆動電極１６、左右の検出電極１７Ｌ，１７Ｒ、リード配線部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄなどがそれぞれ形成されている。

基準電極層１４は、振動子１２のほぼ全領域と台座１１の一部領域とに形成されており、例えば、Ｔｉ（チタン）とＰｔ（白金）のスパッタ積層膜で構成されている。圧電体薄膜層１５は、基準電極層１４の形成領域のほぼ全域に形成されており、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）のスパッタ膜で構成されている。駆動電極１６及び左右の検出電極１７Ｌ，１７Ｒは、圧電体薄膜層１５の上に形成された例えばＰｔ（白金）スパッタ膜のパターン加工体からなる。

駆動電極１６は、振動子１２の中央部に軸方向に沿って形成されており、左右の検出電極１７Ｌ，１７Ｒは駆動電極１６を挟むように所定の間隔をあけて形成されている。リード配線部１８ａ〜１８ｄは、それぞれ台座１１の上にパターン形成された例えばＴｉとＣｕ（銅）の積層膜からなるもので、基準電極層１４、駆動電極１６及び左右の検出電極１７Ｌ，１７Ｒと各バンプ１３との間を電気的に接続している。

基準電極層１４には所定の基準電位（例えばグランド電位）に接続され、駆動電極１６にはＩＣ回路素子７から所定電圧の駆動交流電圧が印加される。これにより、基準電極層１４と駆動電極１６との間に挟まれた圧電体薄膜層１５の逆圧電効果によって振動子１２が振動する。このとき、検出電極１７Ｌ，１７Ｒは、振動子１２の振動に伴って、圧電体薄膜層１５の圧電効果によって発生する電圧値を検出しＩＣ回路素子７へ供給する。振動子１２のまわりに角速度が生じていない場合、両検出電極１７Ｌ，１７Ｒからの出力は同等又はほぼ同等である。

一方、振動子１２の長手方向のまわりに角速度が生じると、コリオリ力により振動子１２の振動方向が変化する。この場合、検出電極１７Ｌ，１７Ｒの一方の出力は増加し、他方の出力は減少する。何れか一方の出力あるいは両方の出力の変化量をＩＣ回路素子７により検出測定して、振動子１２の長手方向のまわりの入力角速度を検出する。本実施形態では、振動素子１Ｘ，１Ｙの各々の振動子１２がそれぞれＸ軸方向及びＹ軸方向に向けて配置されているので、この振動型ジャイロセンサ１０によって、Ｘ軸まわりの角速度とＹ軸まわりの角速度とが同時に検出されることになる。

以上のように構成される本実施形態の振動型ジャイロセンサ１０においては、支持基板２を介して振動素子１を中継基板４上に実装するように構成しているので、はんだ接合により中継基板４上に実装される回路部品７，８の実装面から振動素子１を独立させ、この振動型ジャイロセンサ１０の集合基板９へのリフロー実装時における中継基板４の応力分布の変動から振動素子１の振動特性の変化を防ぐことができる。これにより、集合基板９に対する振動型ジャイロセンサ１０の実装前後における振動素子１の振動特性の変化を抑制でき、実装前に設定した振動素子１の電気的特性を安定に維持することが可能となる。

次に、本実施形態の振動型ジャイロセンサ１０の作用効果を、図４に示す構造の振動型ジャイロセンサ１０Ｒと比較して説明する。ここで、図４は、振動素子１を支持する支持基板２を直接、集合基板９へ実装した振動型ジャイロセンサ１０Ｒの構成を示している。なお、図４において図１と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、図４において参照符号１９は、センサ内部を覆う金属製のカバー（キャップ）である。

図４に示した構成の振動型ジャイロセンサ１０Ｒにおいては、振動素子１及び回路部品が支持基板２上に共通に実装されており、振動素子１以外の部品がはんだ接合により実装されている。このため、この振動型ジャイロセンサ１０Ｒを集合基板９上へリフロー実装する場合、支持基板２上の回路部品７のはんだ接合部が溶解し再凝固することがあり、支持基板２の応力分布が変化する。その結果、同じ支持基板２上に実装されている振動素子１の振動特性に変化をもたらす可能性が高くなる。

図５Ａは、上記構成の振動型ジャイロセンサ１０Ｒについて行ったリフロー処理の回数と振動素子１のオフセット電圧（Ｖ０）との関係を示している。オフセット電圧Ｖ０は、振動素子１の駆動電極１６に印加する駆動電圧であって、基準電極層１４に接続される基準電位との電位差を意味する。設定初期のオフセット電圧Ｖ０は、１．３５Ｖである。また、このときの左右の検出信号（検出電極１７Ｌ，１７Ｒからの出力）の差分（Null）を図５Ｂに示す。

図５Ａに示したように、リフロー処理が行われる毎にオフセット電圧が大きく変動し、変動の様子も一様ではないことがわかる。これは、リフロー処理におけるはんだ接合部の溶解・再凝固によって支持基板２に歪みが発生し、この歪みが振動素子１に伝播して振動子１２の振動モードを変化させたり、圧電体薄膜層１５の変形を誘発して設定オフセット電圧を変動させることが原因であると考えられる。また、はんだ材料の種類にもよるが、一般にリフローはんだ付けでは２５０℃程度に基板が加熱される。支持基板２が集合基板９上へ直接実装される場合、支持基板２と集合基板９との間の熱膨張率差による影響で支持基板２に歪みが発生し易いことも影響していると考えられる。

また、左右の検出信号差は、ジャイロセンサ製造時に支持基板２上に実装した振動素子１に対して所定の処理を施すことで予め調整される。しかし、図５Ｂに示すように、左右の検出信号の差分もリフロー処理を行うことによって大きく変動する様子がわかる。

以上より、図４に示した構成の振動型ジャイロセンサ１０Ｒにおいては、集合基板９への実装の前後で振動素子１の振動特性が大きく変化してしまい、目的とする性能が得られなくなるおそれがある。

これに対して、図６Ａ，Ｂは、図１に示した本実施形態の振動型ジャイロセンサ１０について、図５Ａ，Ｂと同様のリフロー回数−オフセット電圧特性及び左右検出信号差特性の測定結果を示している。図６Ａに示すように、本実施形態の振動型ジャイロセンサ１０によれば、リフロー回数に関係なく、オフセット電圧Ｖ０及び左右検出信号差（Null）の変動はほとんど認められないことが確認できる。

従って、図１に示した構成の本実施形態の振動型ジャイロセンサ１０においては、集合基板９に対する振動型ジャイロセンサ１０の実装前後における振動素子１の振動特性の変化を抑制でき、実装前に設定した振動素子１の電気的特性を安定に維持することが可能となる。

次に、以上のように構成される本実施形態の振動型ジャイロセンサ１０における支持基板２の振動対策について説明する。

図７に示すように、振動素子１は、基台１１と、基台１１に片持ち梁形式で支持された振動子１２とからなり、台座１１はバンプ１３を介して支持基板２に実装されている。台座１１は振動子１２の振動を支持する台座として機能するが、振動子１２の振動に伴って台座１１も振動し、この台座１１の振動がバンプ１３を介して支持基板２にも伝達される。そして、この振動が集合基板９にまで伝達されると、振動素子１の出力信号に対するノイズという形で問題が顕在化する場合がある。

図８は、図４に示した構成の振動型ジャイロセンサ１０Ｒについて、集合基板９の振動量（振動振幅）と近接ノイズとの関係を測定した一実験結果である。実験に用いた集合基板は、縦５ｃｍ、横５ｃｍ、厚さ２ｍｍのガラスエポキシ基板である。近接ノイズは、ジャイロセンサの直上１ｃｍの高さでアルミニウム製の板を揺動させ、この板がセンサを遮蔽したときのセンサ出力に含まれるノイズを１０００倍に増幅したものである。この実験例に用いたセンサの仕様では、ノイズの許容値が５０ｍＶ以下である。

図８の結果より、集合基板の振動量が１５ｎｍを超えると、急激にノイズ量が増加していることが確認できる。この集合基板の振動とノイズ量の関係に関しての詳細は不明であるが、集合基板自体がスピーカの振動板のような働きをなし、外部に対して発振した空気振動がアルミニウム板にはね返り、それが集合基板へ到達し、最終的に振動素子にまでその振動が伝達され、ノイズとなって現れるものと考えられる。

図９は、上記実験サンプルにおける振動素子の台座の振動量と、集合基板の振動量との関係を示している。図９より、これらの関係は、振動子台座の振動量に対してほぼリニアに集合基板の振動量も増加していることが確認できる。先の図８と組み合わせて考慮すると、近接ノイズを５０ｍＶ以下に抑えるるためには、振動子台座の振動量を２５ｎｍ以下にする必要があることがわかる。

本発明者は、台座１１の振動の大きさをバンプ１３の位置によって制御できることを見出した。図１０Ａに示すように、まず、振動素子１の台座１１の前後方向（振動子１２の延在方向）中心部をＭとし、この中心部Ｍから振動子１２が位置する側の領域を前部領域１１Ｆ、その反対側を１１Ｂとそれぞれ規定する。更に、各領域について前後方向（図１０Ａにおいて上下方向）に等分に３つの小領域を区画し、それぞれの小領域をＦＦ、ＦＭ、ＦＢ、及びＢＦ、ＢＭ、ＢＢとそれぞれ規定した。そして、バンプ１３の中心位置が上記各小領域のいずれに位置するかで台座１１の振動振幅を測定したところ、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すような結果が得られた。測定条件は、バンプ１３の個数を４つとし、前後（上下）各々の２バンプをそれぞれ同一の小領域に配置した。

図１０Ｂの結果から、前方の２バンプ（上バンプ）については、振動子１２に最も近い領域ＦＦへの配置例が台座振動が最も小さく、振動子１２から最も離れた領域ＦＢへの配置例が台座振動が最も大きいことがわかった。また、図１０Ｃの結果から、後方の２バンプが最も小さく、振動子１２に最も近い領域ＢＦへの配置例が台座振動が最も大きいことがわかった。

なお、図１０Ｂにおいて、領域ＦＦ及び領域ＦＢには各々２つのデータプロットが示されているが、これらは下バンプのバンプ位置が領域ＢＦに位置するときと領域ＢＢに位置するときとを示しており、領域ＦＦに関して、台座振動量が大きい方は下バンプが領域ＢＦに位置するとき、台座振動量が小さい方は下バンプが領域ＢＢに位置するときに相当する。同様に、領域ＦＢに関して、台座振動量が大きい方は下バンプが領域ＢＢに位置するとき、台座振動量が小さい方は下バンプが領域ＢＦに位置するときに相当する。

一方、図１０Ｃにおいても同様に、領域ＢＦ及び領域ＢＢには各々２つのデータプロットが示されているが、これらは上バンプのバンプ位置が領域ＦＦに位置するときと領域ＦＢに位置するときとを示しており、領域ＢＦに関して、台座振動量が大きい方は上バンプが領域ＦＢに位置するとき、台座振動量が小さい方は上バンプが領域ＦＦに位置するときに相当する。同様に、領域ＢＢに関して、台座振動量が大きい方は上バンプが領域ＦＢに位置するとき、台座振動量が小さい方は上バンプが領域ＦＦに位置するときに相当する。

以上の結果から、台座１１に設けられるバンプ１３の配置個所としては、前方の２バンプを振動子１２にできるだけ接近させて配置するとともに、後方の２バンプを振動子１２からできるだけ離間させた位置に配置することで、支持基板２への振動伝達を最小限に抑えられることになる。好適には、台座１１の前後方向の全長に対して、台座１１の前方端部及び後方端部から３０％以内の領域（以下「バンプ配置領域」という。）にそれぞれバンプ１３を配置するようにする。上記バンプ配置領域は、台座１１を振動子１２の延在方向に沿って等分に区画した３つの領域（ＦＦとＦＭが属する領域、ＦＢとＢＦが属する領域、ＢＭとＢＢが属する領域）のうち、振動子１２に最も近い領域（ＦＦとＦＭが属する領域）と、振動子１２から最も離れた領域（ＢＭとＢＢが属する領域）とに該当する。なお、各バンプは前後２つずつ共通のバンプ配置領域に配置される例に限らず、少なくとも１個のバンプ、あるいは別途形成したダミーバンプが、各バンプ配置領域に配置されていればよい。

そして、図１１は、振動子の根元近傍の台座の振動量とジャイロセンサのオフセット電圧の変動量との関係を示したもので、特に、基準オフセット電圧（１．３５Ｖ）からのズレ量を示している。横軸の振動量は、振動子の根元部位と、この根元部位に近いバンプ位置との距離を異ならせて変化させたもので、バンプ位置が振動子根元部位から遠ざかるに従って、根元部位の振動量が増加する関係にある。

図１１の結果より、振動子の根元近傍の台座の振動量が増加すると、基準オフセット電圧から離れてしまう。これは、金バンプ（バンプ１３）が振動子の根元近傍から遠ざかるに従い、根元近傍の台座の振動量が増加し、振動子の拘束状態が曖昧になり、左右の検出信号のバランスが崩れてしまうために起きている現象である。このようなオフセット電圧のズレの観点から見ても、バンプ位置を適切に設定することによって、振動子台座の不要な振動を抑え、電気的特性の安定化を図ることができるようになる。

以上のようなバンプ１３の形成位置の検討結果を踏まえて図１に示した本実施形態の振動型ジャイロセンサ１０における振動素子１を構成することにより、振動素子１の振動が支持基板２に伝達されることを効果的に抑制することが可能となる。これにより、近接ノイズの低減とオフセット電圧の変動が抑えられ、かつ電気的特性に優れた振動型ジャイロセンサ１０を得ることができる。

（第２の実施形態）
図１２及び図１３は本発明の第２の実施形態による振動型ジャイロセンサ２０の概略構成を示しており、図１２は振動型ジャイロセンサ２０の側断面図、図１３は中継基板４の平面図である。なお、各図において上述の第１の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態の振動型ジャイロセンサ２０は、振動素子１（１Ｘ，１Ｙ）を支持する支持基板２２が、中継基板４の部品実装面４Ｂに対して、バンプ（例えば金のスタッドバンプ等からなる金属バンプ）２３を介しての超音波接合により実装されている点で、上述の第１の実施形態における振動型ジャイロセンサ１０の構成と異なっている。支持基板２２には、一対の振動素子１Ｘ，１Ｙのみが、バンプ１３を介しての超音波接合により実装されている。

なお、図１２において参照符号２１は、中継基板４の周縁に沿って立設された支持部材５の上端部の接合されたカバーであり、センサ２０内部を外部から遮蔽する機能を有している。なお、支持部材５とカバー２１とは各々別部材で構成される場合に限られず、一体的に構成されていても構わない。

以上のような構成の本実施形態の振動型ジャイロセンサ２０においても、第１の実施形態の振動型ジャイロセンサ１０と同様に、振動素子１の実装面を回路部品７，８の実装面から独立させることができるので、集合基板９に対するリフローはんだ付け時における回路部品７，８のはんだ接合部の溶融・再凝固に伴う中継基板４の応力分布の変動から、振動素子１の振動特性あるいは電気的特性の変化を防止することが可能となる。

特に、支持基板２２が中継基板４に対してバンプ２３を介しての超音波接合により実装されているので、当該振動型ジャイロセンサ２０の集合基板９へのリフロー実装時において、支持基板２２の実装面の応力分布の変動を効果的に抑えることができ、振動素子の振動特性の更なる安定化を図ることが可能となる。

（第３の実施形態）
図１４及び図１５は本発明の第３の実施形態による振動型ジャイロセンサ３０の概略構成を示しており、図１４は振動型ジャイロセンサ３０の側断面図、図１５は中継基板４の平面図である。なお、各図において上述の第２の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態の振動型ジャイロセンサ３０は、振動素子１（１Ｘ，１Ｙ）を支持する支持基板３２が、中継基板４の部品実装面４Ｂに対して、バンプ（例えば金のスタッドバンプ等からなる金属バンプ）３３を介しての超音波接合により実装されている点で、上述の第２の実施形態における振動型ジャイロセンサ２０の構成と共通する。

しかし、本実施形態では、支持基板３２には、一対の振動素子１Ｘ，１Ｙのみならず、回路部品を構成するＩＣチップ７もまた支持基板３２に実装されている点で、上述の第２の実施形態における振動型ジャイロセンサ２０の構成と異なっている。本実施形態において、振動素子１は、バンプ１３を介しての超音波接合により支持基板３２上に実装されている。また、ＩＣチップ７もまた、バンプ３４を介しての超音波接合により支持基板３２上に実装されている。

本実施形態においても、上述の第２の実施形態と同様な作用及び効果を得ることができる。特に、振動素子１を駆動するための回路部品のうち、超音波接合等の非はんだ接合による実装形態を採用する部品を有する場合に本実施形態を好適に採用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、支持基板に対する振動素子の非はんだ接合による実装形態として超音波接合方式を採用したが、これに限らず、ワイヤボンディング接合や金バンプと異方性導電フィルム（ＡＣＦ）とを併用したフリップチップ接合等の他の非はんだ接合方式を採用してもよい。

同様に、以上の第２，第３の実施形態では、振動素子を支持する支持基板の中継基板に対する非はんだ接合による実装形態として超音波接合方式を採用したが、これに限らず、ワイヤボンディングや導電性バネを用いた機械的電気的接合方式等の非はんだ接合方式を採用してもよい。

本発明の第１の実施形態による振動型ジャイロセンサの概略構成を示す側断面図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおける中継基板の概略平面図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおける振動素子の概略裏面図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサと対比して説明する他のジャイロセンサの概略側断面図である。 図４に示した比較例に係る振動型ジャイロセンサについてのリフロー回数とオフセット電圧特性（Ａ）及び左右検出信号差特性（Ｂ）との関係を示す図である。 図１に示した本発明に係る振動型ジャイロセンサについてのリフロー回数とオフセット電圧特性（Ａ）及び左右検出信号差特性（Ｂ）との関係を示す図である。 支持基板に実装された振動素子の一作用を説明する概略側面図である。 図７の構成例における集合基板の振動量と近接ノイズとの関係を示す図である。 図７の構成例における振動素子の台座の振動量と集合基板の振動量との関係を示す図である。 図７の構成例における振動素子のバンプ位置と台座の振動量との関係を示す図である。 図７の構成例における振動素子の振動子根元近傍の振動量とオフセット電圧変動量との関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態による振動型ジャイロセンサの概略構成を示す側断面図である。 図１２に示した振動型ジャイロセンサにおける中継基板の概略平面図である。 本発明の第３の実施形態による振動型ジャイロセンサの概略構成を示す側断面図である。 図１４に示した振動型ジャイロセンサにおける中継基板の概略平面図である。

符号の説明

１，１Ｘ，１Ｙ…振動素子、２，２２，３２…支持基板、３…外部接続端子、４…中継基板、５…支持部材、７…ＩＣチップ（回路部品）、８…コンデンサ部品（回路部品）、９…集合基板、１０，２０，３０…振動型ジャイロセンサ、１１…台座、１２…振動子、１３…バンプ、２３，３３…バンプ

Claims (7)

1. 角速度を検出する振動素子と、
   前記振動素子を駆動するための回路部品と、
   前記振動素子と電気的に接続され当該振動素子を支持する支持基板と、
   前記支持基板と電気的に接続され外部接続端子を有する中継基板とを備え、
   前記振動素子は、前記支持基板に対して、非はんだ接合により実装されており、
   前記回路部品の少なくとも一部は、前記中継基板に対して、はんだ接合により実装されている
   ことを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
2. 前記振動素子は、前記支持基板に対して金属バンプを介しての超音波接合により実装されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動型ジャイロセンサ。
3. 前記支持基板の実装面は、前記中継基板の実装面と対向配置されているとともに、
   前記支持基板は、前記中継基板の周縁に沿って立設された枠状の支持部材によって支持されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動型ジャイロセンサ。
4. 前記支持基板は、前記中継基板に対して非はんだ接合により実装されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動型ジャイロセンサ。
5. 前記支持基板は、前記中継基板に対して金属バンプを介しての超音波接合により実装されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の振動型ジャイロセンサ。
6. 前記支持基板には、前記振動素子のほか、前記回路部品の一部が非はんだ接合により実装されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動型ジャイロセンサ。
7. 前記振動素子は、振動子と、この振動子部を支持する台座と、この台座に設けられた実装用の複数の金属バンプとを備えているとともに、
   前記台座を前記振動子の延在方向に沿って等分に区画した３つの領域のうち、前記振動子に最も近い領域と、前記振動子から最も離れた領域のそれぞれについて少なくとも１つの金属バンプが配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動型ジャイロセンサ。
   
   

Images