JP2011017580A - Physical quantity detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動片の振動や変位を検出することにより、物理量を検出する物理量検出装置の改良に関するものである。 The present invention relates to an improvement in a physical quantity detection device that detects a physical quantity by detecting vibration and displacement of a piezoelectric vibrating piece.
近年、車両における車体制御やカーナビゲーションシステムの自車位置検出、また、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの振動制御補正機能(所謂手ぶれ補正)などを充実させる物理測定装置としての振動ジャイロセンサー(以下振動ジャイロと呼ぶ)が広く利用されている。振動ジャイロは、水晶などの圧電性単結晶物からなるジャイロ振動片により、物体の揺れや回転などの振動によってジャイロ振動片の一部に発生する電気信号を角速度として検出し、回転角を算出することによって物体の変位を求めるものである。
このような振動ジャイロを搭載する電子機器に対して、近年、高機能化の要求がますます高まるのに伴って、振動ジャイロには、より高精度な角速度検出を実現する高感度化が強く求められてきている。
In recent years, a vibration gyro sensor (hereinafter referred to as vibration) as a physical measurement device that enhances vehicle body control in vehicles, vehicle position detection in car navigation systems, and vibration control correction functions (so-called camera shake correction) for digital cameras and digital video cameras, etc. Called gyro) is widely used. A vibrating gyroscope uses a gyro vibrating piece made of a piezoelectric single crystal such as quartz to detect an electrical signal generated in a part of the gyro vibrating piece by vibration such as shaking or rotation of an object as an angular velocity, and calculates a rotation angle. Thus, the displacement of the object is obtained.
As electronic devices equipped with such vibratory gyros have been increasingly demanded for higher functionality in recent years, vibratory gyros are strongly required to be highly sensitive to realize more accurate angular velocity detection. It has been.
振動ジャイロは、例えば水晶基板などの圧電薄板を加工することにより形成された振動片(ジャイロ素子)と、その振動片を駆動振動させる駆動回路、および、角速度が加わったときに振動片に生じる検出振動を検出する検出回路と、を含む電子部品としてのICチップが、ベース基板としてのパッケージ内に気密に封止された構造を有している。すなわち、例えば、特許文献1に示された、従来より広く用いられている圧電振動片を有する圧電振動デバイスと同様な構造を有している。 A vibrating gyroscope is a vibrating piece (gyro element) formed by processing a piezoelectric thin plate such as a quartz substrate, a driving circuit that drives and vibrates the vibrating piece, and detection that occurs in the vibrating piece when an angular velocity is applied. An IC chip as an electronic component including a detection circuit for detecting vibration has a structure hermetically sealed in a package as a base substrate. That is, for example, it has the same structure as the piezoelectric vibrating device shown in Patent Document 1 and having a piezoelectric vibrating piece that has been widely used conventionally.
特許文献1に記載の圧電振動デバイス(水晶発振器)は、振動片(圧電振動板)と、その振動片とともに発振回路を構成する電子部品としてのICチップ(集積回路素子)とが、パッケージ(セラミックパッケージ)内に接合され、気密に封止されている。
パッケージの収納部を構成するパッケージベースは、上部が開口した凹部を有している。さらに、この凹部には、ICチップが接合で収納される下部収納部と、振動片が接合されて収納される上部収納部とを有し、その下部収納部にICチップが接合され、上部収納部に振動片が接合される。さらに詳細には、下部収納部には、ICチップがダイボンディングされる凹部の凹底部分と、ICチップを囲む領域の一段高い位置に形成されたICチップの電子部品側ボンディング部としての電極パッドとボンディングワイヤーにより接続されるベース基板側ボンディング部とを有している。さらに、ベース基板側ボンディング部の外側の領域の一段高い位置には、振動片の一端側が接合される接合電極(電極パッド)が設けられ、振動片の他端側の下方には、振動や落下などによる圧電振動デバイス内の振動片の変位を機械的に規制する枕部(補助支持部)が設けられている。
A piezoelectric vibration device (crystal oscillator) described in Patent Document 1 includes a vibration piece (piezoelectric vibration plate) and an IC chip (integrated circuit element) as an electronic component that constitutes an oscillation circuit together with the vibration piece. Package) and hermetically sealed.
The package base constituting the package storage unit has a recess having an upper opening. Further, the concave portion has a lower storage portion in which the IC chip is stored by bonding and an upper storage portion in which the resonator element is bonded and stored. The IC chip is bonded to the lower storage portion and the upper storage portion is stored. A vibrating piece is joined to the part. More specifically, the lower storage portion includes a concave bottom portion of a concave portion where the IC chip is die-bonded, and an electrode pad as an electronic component side bonding portion of the IC chip formed at a level higher than the region surrounding the IC chip. And a base substrate side bonding portion connected by a bonding wire. Furthermore, a bonding electrode (electrode pad) to which one end side of the vibrating piece is bonded is provided at a level higher than the region outside the base substrate side bonding portion, and vibration or dropping is provided below the other end side of the vibrating piece. A pillow part (auxiliary support part) that mechanically restricts the displacement of the vibration piece in the piezoelectric vibration device due to the above is provided.
しかしながら、特許文献1に記載の圧電振動デバイスの構成では、下部収納部から上部収納部に向かって、平面視で外側に広がった位置に各収納部の接合端子が配置されている。すなわち、平面視で、下部収納部にダイボンディングされたICチップを囲む領域に、ベース基板側ボンディング部が配置され、そのベース基板側ボンディング部のさらに外側の領域に、振動片の接合端子および枕部が配置されている。このため、圧電振動デバイスの小型化、特に、平面サイズの小型化が図り難いという問題があった。 However, in the configuration of the piezoelectric vibration device described in Patent Document 1, the junction terminals of the respective storage units are arranged at positions extending outward in plan view from the lower storage unit toward the upper storage unit. That is, in plan view, the base substrate side bonding portion is disposed in a region surrounding the IC chip die-bonded to the lower storage portion, and the bonding terminal and pillow of the resonator element are disposed in a region further outside the base substrate side bonding portion. The part is arranged. For this reason, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the piezoelectric vibration device, in particular, to reduce the planar size.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
〔適用例1〕本適用例にかかる物理量検出装置は、基部と、前記基部から両側に延出された連結腕と、前記連結腕の一方の先端付近から該連結腕の延出方向と直交する二方向のそれぞれに同じ長さで延出され第1駆動電極および第2駆動電極を有する第1駆動振動腕と、他方の前記連結腕の先端付近から該連結腕の延出方向と直交する二方向のそれぞれに同じ長さで延出され第3駆動電極および第4駆動電極を有する第2駆動振動腕と、平面視で前記第1駆動振動腕と前記第2駆動振動腕との間に設けられ、前記基部から一方に延出され第1検出電極および第2検出電極を有する第1検出振動腕、および、前記基部から他方に延出され第3検出電極および第4検出電極を有する第2検出振動腕と、前記第1駆動電極と前記第3駆動電極とを電気的に接続する第1駆動配線と、前記第2駆動電極と前記第4駆動電極とを電気的に接続する第2駆動配線と、を有する振動片と、前記第1駆動電極および前記第3駆動電極が接続される第1中継電極と、前記第2駆動電極および前記第4駆動電極が接続される第2中継電極と、前記第1検出電極が接続される第3中継電極と、前記第2検出電極が接続される第4中継電極と、前記第3検出電極が接続される第5中継電極と、前記第4検出電極が接続される第6中継電極と、前記第4中継電極と前記第6中継電極とを電気的に接続する二電極接続配線と、を有する中継部と、前記第1駆動電極と前記第2駆動電極との少なくとも一方、および、前記第3駆動電極と前記第4駆動電極との少なくとも一方に駆動信号を供給する駆動回路と、前記第1検出振動腕に形成された前記第1検出電極または前記第2検出電極に生じる第1検出信号と、前記第2検出振動腕に形成された前記第3検出電極または前記第4検出電極に生じる第2検出信号とを差動増幅させて差動増幅信号を生成し該作動増幅信号に基づいて物理量を検出する検出回路と、を少なくとも含み、且つ、複数の電子部品側ボンディング部を有する電子部品と、前記電子部品の複数の電子部品側ボンディング部と電気的に接続される第1のベース基板側ボンディング部、第2のベース基板側ボンディング部、およびその他のベース基板側ボンディング部と、前記第1のベース基板側ボンディング部および前記第2のベース基板側ボンディング部より鉛直方向に突出した突部上に前記中継部との電気的な接続に供する接続端子が設けられた第1突部、第2突部、第3突部、第4突部、および第5突部と、を有するベース基板であって、平面視で前記第1のベース基板側ボンディング部と前記第2のベース基板側ボンディング部との間に少なくとも一部が配置され、前記第4中継電極、前記第6中継電極、および前記二電極接続配線の少なくとも一部が電気的に接続される前記第1突部と、平面視で前記第1のベース基板側ボンディング部、前記第2のベース基板側ボンディング部、および前記第1突部のそれぞれの少なくとも一部を間に配置する位置関係にある前記第2突起部および前記第3突部であって、前記ベース基板の一端側で、且つ、前記電子部品の一端付近に配置され、前記第1中継電極および前記第2中継電極の一方が電気的に接続される前記第2突部と、前記第3中継電極および前記第5中継電極の一方が電気的に接続される前記第3突部と、平面視で前記ベース基板の他端寄りで、且つ、前記電子部品の他端付近に配置される前記第4突部および前記第5突部であって、前記第1中継電極および前記第2中継電極の他方が電気的に接続される前記第4突部、および、前記第3中継電極および前記第5中継電極の他方が電気的に接続される前記第5突部と、を有するベース基板と、を含むことを特徴とする。 Application Example 1 A physical quantity detection device according to this application example includes a base, a connecting arm extending from the base to both sides, and an extending direction of the connecting arm from the vicinity of one end of the connecting arm. A first drive vibrating arm having the same length in each of the two directions and having a first drive electrode and a second drive electrode, and two orthogonal to the extension direction of the connection arm from the vicinity of the tip of the other connection arm A second drive vibrating arm having a third drive electrode and a fourth drive electrode extending in the same length in each direction, and provided between the first drive vibrating arm and the second drive vibrating arm in plan view A first detection vibrating arm extending from the base to one side and having a first detection electrode and a second detection electrode; and a second detection arm extending from the base to the other side and having a third detection electrode and a fourth detection electrode. A detection vibrating arm, the first drive electrode, and the third drive electrode are electrically connected. A resonator element having a first drive wiring that is electrically connected, and a second drive wiring that electrically connects the second drive electrode and the fourth drive electrode, and the first drive electrode and the third drive. A first relay electrode to which an electrode is connected; a second relay electrode to which the second drive electrode and the fourth drive electrode are connected; a third relay electrode to which the first detection electrode is connected; A fourth relay electrode to which the detection electrode is connected; a fifth relay electrode to which the third detection electrode is connected; a sixth relay electrode to which the fourth detection electrode is connected; the fourth relay electrode; A relay portion having two electrode connection wirings for electrically connecting the six relay electrodes, at least one of the first drive electrode and the second drive electrode, and the third drive electrode and the fourth drive A drive circuit for supplying a drive signal to at least one of the electrodes; A first detection signal generated in the first detection electrode or the second detection electrode formed on one detection vibrating arm and a third detection electrode or the fourth detection electrode formed on the second detection vibration arm A detection circuit that differentially amplifies the second detection signal to generate a differential amplification signal and detects a physical quantity based on the operation amplification signal, and has a plurality of electronic component side bonding parts A first base substrate-side bonding portion, a second base substrate-side bonding portion, and other base substrate-side bonding portions that are electrically connected to a plurality of electronic component-side bonding portions of the electronic component; A connection terminal for electrical connection with the relay portion is provided on a protrusion protruding in the vertical direction from one base substrate side bonding portion and the second base substrate side bonding portion. A base substrate having a first protrusion, a second protrusion, a third protrusion, a fourth protrusion, and a fifth protrusion provided, the first base substrate-side bonding portion in plan view And the second base substrate-side bonding part, and at least a part of the fourth relay electrode, the sixth relay electrode, and the two-electrode connection wiring is electrically connected. The first protrusion and the first base substrate side bonding part, the second base substrate side bonding part, and at least a part of the first protrusion in a positional relationship in a plan view. The second protrusion and the third protrusion, which are disposed on one end side of the base substrate and in the vicinity of one end of the electronic component, and one of the first relay electrode and the second relay electrode is The second protrusion electrically connected; The third protrusion, to which one of the third relay electrode and the fifth relay electrode is electrically connected, is arranged near the other end of the base substrate and in the vicinity of the other end of the electronic component in plan view. The fourth protrusion and the fifth protrusion, wherein the fourth protrusion and the third relay electrode are electrically connected to the other of the first relay electrode and the second relay electrode. And a base substrate having the fifth protrusion to which the other of the fifth relay electrodes is electrically connected.
上記適用例の物理量検出装置によれば、振動片とベース基板との接続を中継する中継部において、第1中継電極と第6中継電極とが二電極接続配線により電気的に接続されていることにより、振動片の六つの接続ポイントを五つに絞って出力することできる。これにより、振動片が接合された中継部との接合端子となるベース基板の突部を一つ減らすことがきるので、限られた面積においてベース基板に設ける機能構造を付与することができ、小型で高機能を有する物理量検出装置を提供することができる。 According to the physical quantity detection device of the above application example, the first relay electrode and the sixth relay electrode are electrically connected by the two-electrode connection wiring in the relay unit that relays the connection between the resonator element and the base substrate. Thus, the six connection points of the resonator element can be reduced to five and output. As a result, it is possible to reduce the number of protrusions of the base substrate that becomes a junction terminal with the relay portion to which the resonator element is bonded, so that it is possible to provide a functional structure provided on the base substrate in a limited area. Thus, it is possible to provide a physical quantity detection device having a high function.
〔適用例2〕上記適用例にかかる物理量検出装置において、前記第1突部〜第5突部に設けられた前記接続端子の各々が、前記ベース基板側ボンディング部のうち前記接続端子と同電位の前記ベース基板側ボンディング部と平面視で隣り合うように配置されていることを特徴とする。 Application Example 2 In the physical quantity detection device according to the application example described above, each of the connection terminals provided in the first to fifth protrusions has the same potential as the connection terminal in the base substrate side bonding part. The base substrate side bonding portion is arranged so as to be adjacent in a plan view.
この構成によれば、突部上に中継部を接合するときに用いる導電性接着剤などの固化前にペースト状を呈する接合部材を用いた場合に、固化前の接合部材がベース基板側ボンディング部に流れたり垂れたりした場合でも、短絡などの電気的な不具合が起こり難い。 According to this configuration, when a bonding member that is pasted before solidification, such as a conductive adhesive used when bonding the relay portion on the protrusion, is used, the bonding member before solidification is the base substrate side bonding portion. Even if it flows or hangs down, electrical problems such as short circuits are unlikely to occur.
〔適用例3〕上記適用例にかかる物理量検出装置において、前記中継部の基材がレーザーを透過しない材料で形成されていることを特徴とする。 Application Example 3 In the physical quantity detection device according to the application example described above, the base material of the relay unit is formed of a material that does not transmit laser.
この構成によれば、物理量検出装置の製造工程において、レーザーを用いて振動片の電極の一部をトリミングして質量を減少させることにより周波数を変化させる周波数調整を行う際に、レーザー光が振動片の下方の電子部品などに照射されてダメージを受けるなどの不具合を回避することができる。 According to this configuration, in the manufacturing process of the physical quantity detection device, the laser beam vibrates when performing frequency adjustment to change the frequency by trimming a part of the electrode of the resonator element using a laser to reduce the mass. It is possible to avoid problems such as damage caused by irradiation of an electronic component below the piece.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔振動片〕
まず、本実施形態に係る振動片100について、図面を参照しながら説明する。図1は、振動片100を一方の主面(第1表面101)側から見た概略平面図である。図2は、振動片100を他方の主面(第2表面102)側から見た概略平面図である。なお、図2は、図1の透視図である。また、図1および図2において、駆動振動電極、配線、端子などに斜め線のハッチングを施しているが、これは、各部の構成をわかりやすくする便宜上施しているものであり、金属の断面を示すものではない。
[Vibration piece]
First, the
以下、まず振動片100の形状等について説明し、次に振動片100に形成された各電極、配線、端子の配置等について説明し、次に振動片100の動作について説明する。
Hereinafter, first, the shape and the like of the vibrating
〔振動片の形状等〕
振動片100の材質としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料やシリコンなどが挙げられる。振動片100は、図1および図2に示すように、いわゆるダブルT型のジャイロスコープであることができる。振動片100は、例えば水晶の結晶軸のX軸とY軸とで定義される平面(以下、XY平面という)に拡がりを有し、Z軸方向に厚みを有することができる。振動片100は、互いに反対を向く第1表面101(図1参照)および第2表面102(図2参照)と、第1表面101および第2表面102を接続する側面103と、を有する。第1表面101および第2表面102は、XY平面に平行な面であって、第2表面102は、後述する図5に示すように、パッケージベース202の凹部の凹底部分の面と対向する面である。側面103は、第1表面101および第2表面102と直交し、Z軸に平行な面である。なお、本発明に係る記載では、「X軸」という文言を、X軸およびX軸を中心に0度より大きく2度以下の範囲の傾斜をした軸を意味するものとして用いる。「Y軸」および「Z軸」についても同様とする。
[Shape of vibrating piece, etc.]
Examples of the material of the
振動片100は、図1および図2に示すように、基部10と、第1連結腕20および第2連結腕22と、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32と、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42と、第1梁50、第2梁52、第3梁54および第4梁56と、第1支持部60および第2支持部62と、を含む。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
基部10は、振動片100の重心Gを有する。重心Gは、振動片100の重心位置であることができる。X軸、Y軸およびZ軸は、互いに直交し、重心Gを通るものとする。振動片100は、重心Gに関して、点対称であることができる。すなわち、振動片100は、XZ平面に関して面対称であり、かつYZ平面に関して面対称であることができる。
The
第1連結腕20および第2連結腕22は、基部10からX軸に沿って、それぞれ正および負の方向に延出している。第1検出振動腕30および第2検出振動腕32は、基部10からY軸に沿って、それぞれ正および負の方向に延出している。第1駆動振動腕40は、第1連結腕20からY軸に沿って、それぞれ正および負の方向に延出している。第2駆動振動腕42は、第2連結腕22からY軸に沿って、それぞれ正および負の方向に延出している。第1検出振動腕30および第2検出振動腕32によって、角速度を検出する検出振動系が構成されている。また、第1連結腕20および第2連結腕22と第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42とによって、振動片100を駆動させる駆動振動系が構成されている。
The first connecting
第1検出振動腕30および第2検出振動腕32の先端部30a,32aは、他の部分より幅が大きい(X軸方向の長さが大きい)略四角形の形状を有している。同様に、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42それぞれの先端部40a,42aおよび先端部44a,46aは、他の部分より幅が大きい略四角形の形状を有している。このような形状の先端部30a,32a,40a,42a,44a,46aによって、振動片100は、角速度の検出感度を向上させることができる。
The
第1支持部60は、第1検出振動腕30に対して、Y軸の正の方向側に配置されている 。第2支持部62は、第2検出振動腕32に対して、Y軸の負の方向側に配置されている。支持部60,62のX軸方向の長さは、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32の先端部30a,32aのX軸方向の長さよりも大きく、例えば、第1連結腕20および第2連結腕22および基部10のX軸方向の長さの合計と同じ程度である。図示の例では、支持部60,62の平面形状は、略矩形であるが、特に限定されるものではない。支持部60,62は、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32と、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42とから離間して配置されている。第1支持部60および第2支持部62は、後述する図5に示すように、パッケージベース202に固定される部位となる。
The
第1梁50は、図1および図2に示すように、基部10から、第1検出振動腕30と第1駆動振動腕40との間を通って、第1支持部60まで延出している。第2梁52は、基部10から、第2検出振動腕32と第1駆動振動腕40との間を通って、第2支持部62まで延出している。第3梁54は、基部10から、第1検出振動腕30と第2駆動振動腕42との間を通って、第1支持部60まで延出している。第4梁56は、基部10から、第2検出振動腕32と第2駆動振動腕42との間を通って、第2支持部62まで延出している。このように第1および第3梁50,54は、第1支持部60と接続しており、第2および第4梁52,56は、第2支持部62と接続しており、基部10を支持することができる。梁50,52,54,56は、S字形状部50a,52a,54a,56aをそれぞれ有することができる。図示の例では、例えば第1梁50は、基部10からX軸の正の方向に延出し、次にY軸の正の方向に延出し、次にX軸の負の方向に延出し、次にY軸の正の方向に延出し、次にX軸の正の方向に延出し、次にY軸の正の方向に延出して、第1支持部60と接続している。すなわち、図示の例では、第1梁50は、S字形状部50aにおいて、X軸方向と平行となる部分を3つ有している。同様に、第2梁52、第3梁54、および第4梁56の各々は、S字形状部52a,54a,56aにおいて、X軸方向と平行となる部分を3つ有している。S字形状部50a,52a,54a,56aによって、第1梁50、第2梁52、第3梁54、および第4梁56は、X軸方向およびY軸方向に弾性を得ることができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
以上、説明した振動片100の外形形状は、例えば水晶ウエハなどの圧電基板材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
As described above, the outer shape of the
〔電極、配線、端子の配置等〕
振動片100には、図1および図2に示すように、第1検出電極および第3検出電極としての検出信号電極110、検出信号配線112、検出信号端子114、第2検出電極および第4検出電極としての検出接地電極120、検出接地配線122、検出接地端子124、第1駆動電極および第3駆動電極としての駆動信号電極130、駆動信号配線132、駆動信号端子134、第2駆動電極および第4駆動電極としての駆動接地電極140、駆動接地配線142、および駆動接地端子144が形成されている。なお、図1および図2において、各種電極、配線、端子をわかり易く区別して説明する便宜上、検出信号電極110、検出信号配線112および検出信号端子114を右下斜線で示し、検出接地電極120、検出接地配線122および検出接地端子124をクロス斜線で示し、駆動信号電極130、駆動信号配線132および駆動信号端子134を左下斜線で示し、駆動接地電極140、駆動接地配線142および駆動接地端子144をクロス縦横線で示している。また、図1および図2において、振動片100の側面103に形成されている電極、配線、端子を、太線で示している。
[Placement of electrodes, wiring, terminals, etc.]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
上記の各種電極、各種配線、および各種端子の材質としては、例えば、振動片100側からクロム、金の順序で積層したものなどを用いることができる。各種電極は、互いに電気的に分離されている。各種配線は、互いに電気的に分離されている。各種端子は、互いに電気的に分離されている。
As materials for the above various electrodes, various wirings, and various terminals, for example, those laminated in the order of chromium and gold from the vibrating
以下、各種電極、配線、および端子について詳細に説明する。 Hereinafter, various electrodes, wiring, and terminals will be described in detail.
〔検出信号電極、検出信号配線および検出信号端子〕
検出信号電極110は、図1および図2に示すように、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32に形成されている。本発明では、第1検出振動腕30に形成された検出信号電極110を第1検出電極とし、第2検出振動腕32に形成された検出信号電極110を第3検出電極としている。ただし、図示の例では、検出信号電極110は、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32の各先端部30a,32aには形成されていない。より具体的には、検出信号電極110は、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32の第1表面101および第2表面102に形成されている。検出信号電極110は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。検出信号電極110は、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32の検出振動が励起されたときに、該振動によって発生する圧電材料の歪みを、検出するための電極である。
[Detection signal electrode, detection signal wiring and detection signal terminal]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
検出信号配線112は、図1に示すように、第1および第2梁50,52に形成されている。より具体的には、検出信号配線112は、第1および第2梁50,52の第1表面101に形成されていることができる。さらに、検出信号配線112は、図1および図2に示すように、第1梁50と基部10との接合部分の側面103aと、第2梁52と基部10との接合部分の側面103bと、基部10の第1および第2表面101,102と、に形成されていることができる。検出信号配線112は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
検出信号端子114は、第1支持部60および第2支持部62に形成されている。より具体的には、検出信号端子114は、第1支持部60および第2支持部62の第1および第2表面101,102、さらに側面103に形成されていることができる。第1支持部60の表面101,102および側面103に形成された検出信号端子114は、互いに電気的に接続されている。また、第2支持部62の表面101,102および側面103に形成された検出信号端子114は、互いに電気的に接続されている。図示の例では、第1支持部60に形成された検出信号端子114は、後述するように駆動接地電極140が形成される第1駆動振動腕40の一方の先端部40aに対して、Y軸の正の方向側に配置されている。すなわち、第1支持部60に形成された検出信号端子114と、先端部40aに形成された駆動接地電極140とは、Y軸方向において対向しているといえる。また、第2支持部62に形成された検出信号端子114は、後述するように駆動接地電極140が形成される第1駆動振動腕40の他方の先端部42aに対して、Y軸の負の方向側に配置されている。すなわち、第2支持部62に形成された検出信号端子114と、先端部42aに形成された駆動接地電極140とは、Y軸方向において対向しているといえる。検出信号端子114は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。
The
第1支持部60に形成された検出信号端子114は、図1に示すように、第1梁50に形成された検出信号配線112を介して、第1検出振動腕30に形成された本発明における第1検出電極としての検出信号電極110と電気的に接続されている。より具体的には、図1および図2に示すように、第1支持部60に形成された検出信号端子114は、第1梁50の第1表面101に形成された検出信号配線112と接続され、検出信号配線112は、第1梁50の第1表面101から、第1梁50と基部10との接合部分の側面103a、そして基部10の第1および第2表面101,102を通って、第1検出振動腕30の第1および第2表面101,102に形成された検出信号電極110に接続されていることができる。これにより、第1検出振動腕30が振動することにより生じる第1検出信号を、検出信号電極110から第1支持部60に形成された検出信号端子114に伝達することができる。
As shown in FIG. 1, the
第2支持部62に形成された検出信号端子114は、図1に示すように、第2梁52に形成された検出信号配線112を介して、第2検出振動腕32に形成された本発明における第3検出電極としての検出信号電極110と電気的に接続されている。より具体的には、図1および図2に示すように、第2支持部62に形成された検出信号端子114は、第2梁52の第1表面101に形成された検出信号配線112と接続され、検出信号配線112は、第2梁52の第1表面101から、第2梁52と基部10との接合部分の側面103b、そして基部10の第1および第2表面101,102を通って、第2検出振動腕32の第1および第2表面101,102に形成された検出信号電極110に接続されていることができる。これにより、第2検出振動腕32が振動することにより生じる第2検出信号を、検出信号電極110から第2支持部62に形成された検出信号端子114に伝達することができる。
As shown in FIG. 1, the
〔検出接地電極、検出接地配線および検出接地端子〕
検出接地電極120は、図1および図2に示すように、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32の検出信号電極110よりも先端側の先端部30a,32aに形成されている。本発明では、先端部30aに形成された検出接地電極120を第2検出電極とし、先端部32aに形成された検出接地電極120を第4検出電極としている。より具体的には、検出接地電極120は、先端部30a,32aの第1および第2表面101,102に形成されていることができる。さらに、検出接地電極120は、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32の側面103に形成されていることができる。第1検出振動腕30の表面101,102および側面103に形成された検出接地電極120は、互いに電気的に接続されている。また、第2検出振動腕32の表面101,102および側面103に形成された検出接地電極120は、互いに電気的に接続されている。図示の例では、検出接地電極120は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。検出接地電極120は、検出信号電極110に対してグランドとなる電位を有することができる。
[Detection ground electrode, detection ground wiring and detection ground terminal]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
検出接地配線122は、第1および第2梁50,52に形成されている。より具体的には、検出接地配線122は、第1および第2梁50,52の第2表面102、側面103に形成されていることができる。さらに、検出接地配線122は、基部10の第1および第2表面101,102に形成されていることができる。図示の例では、検出接地配線122は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。
The
検出接地端子124は、第1支持部60および第2支持部62に形成されている。より具体的には、検出接地端子124は、第1支持部60および第2支持部62の第1および第2表面101,102、さらに側面103に形成されていることができる。第1支持部60の表面101,102および側面103に形成された検出接地端子124は、互いに電気的に接続されている。また、第2支持部62の表面101,102および側面103に形成された検出接地端子124は、互いに電気的に接続されている。図示の例では、第1支持部60に形成された検出接地端子124は、検出接地電極120が形成された第1検出振動腕30の先端部30aに対して、Y軸の正の方向側に配置されている。すなわち、第1支持部60に形成された検出接地端子124と、先端部30aに形成された検出接地電極120とは、Y軸方向において対向しているといえる。また、第2支持部62に形成された検出接地端子124は、検出接地電極120が形成された第2検出振動腕32の先端部32aに対して、Y軸の負の方向側に配置されている。すなわち、第2支持部62に形成された検出接地端子124と、先端部32aに形成された検出接地電極120とは、Y軸方向において対向しているといえる。図示の例では、検出接地端子124は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。
The
第1支持部60に形成された検出接地端子124は、第1梁50に形成された検出接地配線122を介して、第1検出振動腕30に形成された第2検出電極としての検出接地電極120と電気的に接続されている。より具体的には、第1支持部60に形成された検出接地端子124は、第1梁50の第2表面102および側面103に形成された検出接地配線122と接続され、検出接地配線122は、第1梁50の第2表面102および側面103から、基部10の第1および第2表面101,102を通って、第1検出振動腕30の側面103に形成された検出接地電極120に接続されていることができる。
The
第2支持部62に形成された検出接地端子124は、第2梁52に形成された検出接地配線122を介して、第2検出振動腕32に形成された第4検出電極としての検出接地電極120と電気的に接続されている。より具体的には、第2支持部62に形成された検出接地端子124は、第2梁52の第2表面102および側面103に形成された検出接地配線122と接続され、検出接地配線122は、第2梁52の第2表面102および側面103から、基部10の第1および第2表面101,102を通って、第2検出振動腕32の側面103に形成された検出接地電極120に接続されていることができる。
The
以上のとおりに、振動片100には、検出信号用の電極、配線、端子(符号:110、:112、:114)と、検出接地の電極、配線、端子(符号:120、:122、:124)とが配置されている。これにより、第1検出振動腕30に生じた検出振動は、第1検出振動腕30に形成された検出信号電極110と検出接地電極120との間の電荷として現れ、第1支持部60に形成された検出信号端子114と検出接地端子124とから信号として取り出すことができる。また、第2検出振動腕32に生じた検出振動は、第2検出振動腕32に形成された検出信号電極110と検出接地電極120との間の電荷として現れ、第2支持部62に形成された検出信号端子114と検出接地端子124とから信号として取り出すことができる。
As described above, the
〔駆動信号電極、駆動信号配線および駆動信号端子〕
駆動信号電極130は、図1および図2に示すように、第1駆動振動腕40に形成されている。ただし、図示の例では、駆動信号電極130は、第1駆動振動腕40の先端部40a,42aには形成されていない。より具体的には、駆動信号電極130は、第1駆動振動腕40の第1表面101および第2表面102に形成されている。さらに、駆動信号電極130は、第2駆動振動腕42の側面103と、第2駆動振動腕42の先端部44a,46aの第1および第2表面101,102と、に形成されている。第2駆動振動腕42の表面101,102および側面103に形成された駆動信号電極130は、互いに電気的に接続されている。また、第2駆動振動腕42の表面101,102および側面103に形成された駆動信号電極130は、互いに電気的に接続されている。図示の例では、駆動信号電極130は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。駆動信号電極130は、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42の駆動振動を励起させるための電極である。なお、本発明において、第1駆動振動腕40に形成された駆動信号電極130を第1駆動電極とし、第2駆動振動腕42の先端部44a,46aに形成された駆動信号電極130を第3駆動電極とする。
[Drive signal electrode, drive signal wiring and drive signal terminal]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
駆動信号配線132は、図1に示すように、第3および第4梁54,56に形成されている。より具体的には、駆動信号配線132は、第3および第4梁54,56の第1表面101に形成されていることができる。さらに、駆動信号配線132は、基部10の第1表面101と、第1連結腕20の第1表面101と、第1連結腕20のYZ平面と平行となる側面103cと、第2連結腕22のXZ平面と平行となる側面103dと、に形成されていることができる。図示の例では、駆動信号配線132は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
駆動信号端子134は、図1および図2に示すように、第2支持部62に形成されている。より具体的には、駆動信号端子134は、第2支持部62の第1および第2表面101,102、さらに側面103に形成されていることができる。第2支持部62の表面101,102および側面103に形成された駆動信号端子134は、互いに電気的に接続されている。図示の例では、第2支持部62に形成された駆動信号端子134は、駆動信号電極130が形成された第2駆動振動腕42の一方の先端部46aに対して、Y軸の負の方向側に配置されている。すなわち、第2支持部62に形成された駆動信号端子134と、先端部46aに形成された駆動信号電極130とは、Y軸方向において対向しているといえる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第2支持部62に形成された駆動信号端子134は、図1に示すように、第4梁56に形成された駆動信号配線132を介して、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42に形成された駆動信号電極130と電気的に接続されている。より具体的には、駆動信号端子134は、第4梁56の第1表面101に形成された駆動信号配線132と接続され、駆動信号配線132は、第4梁56の第1表面101から、基部10の第1表面101、そして第1連結腕20の第1表面101を通って、第1駆動振動腕40の第1表面101に形成された第1駆動電極としての駆動信号電極130に接続されていることができる。さらに、図1および図2に示すように、駆動信号配線132は、第1連結腕20の第1表面101から、第1連結腕20の側面103cを通って、第1駆動振動腕40の第2表面102に形成された駆動信号電極130に接続されている。また、さらに、駆動信号配線132は、基部10の第1表面101から、第2連結腕22の側面103dを通って、第2駆動振動腕42の側面103に形成された駆動信号電極130に接続され、さらに、第2駆動振動腕42の先端部44a,46aの第1表面101および第2表面102表面に形成された第3駆動電極としての駆動信号電極130に接続されている。これにより、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42を駆動振動させるための駆動信号を、駆動信号端子134から駆動信号電極130に伝達することができる。
As shown in FIG. 1, the
〔駆動接地電極、駆動接地配線および駆動接地端子〕
第2駆動電極としての駆動接地電極140は、図1および図2に示すように、第1駆動振動腕40の駆動信号電極130よりも先端側の先端部40a,42aに形成されている。より具体的には、駆動接地電極140は、第1駆動振動腕40の先端部40a,42aの第1および第2表面101,102に形成されている。さらに、駆動接地電極140は、第1駆動振動腕40の側面103に形成されている。第1駆動振動腕40の表面101,102および側面103に形成された駆動接地電極140は、互いに電気的に接続されている。また、第2駆動振動腕42の表面101,102および側面103に形成された第4駆動電極としての駆動接地電極140は、互いに電気的に接続されている。さらに、駆動接地電極140は、第2駆動振動腕42の第1および第2表面101,102に形成されている。ただし、図示の例では、駆動接地電極140は、先端部44a,46aには形成されていない。図示の例では、駆動接地電極140は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。駆動接地電極140は、駆動信号電極130に対してグランドとなる電位を有する。
[Drive ground electrode, drive ground wiring and drive ground terminal]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
駆動接地配線142は、第3および第4梁54,56に形成されている。より具体的には、駆動接地配線142は、第3および第4梁54,56の第2表面102および側面103に形成されていることができる。さらに、駆動接地配線142は、基部10の第2表面102と、第1連結腕20のXZ平面と平行となる側面103eと、第2連結腕22の第2表面102と、第2連結腕22のYZ平面と平行となる側面103fと、に形成されていることができる。図示の例では、駆動接地配線142は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。
The
駆動接地端子144は、第1支持部60に形成されている。より具体的には、駆動接地端子144は、第1支持部60の第1および第2表面101,102、さらに側面103に形成されていることができる。第1支持部60の表面101,102および側面103に形成された駆動接地端子144は、互いに電気的に接続されている。図示の例では、第1支持部60に形成された駆動接地端子144は、駆動信号電極130が形成された第2駆動振動腕42の先端部44aに対して、Y軸の正の方向側に配置されている。すなわち、第1支持部60に形成された駆動接地端子144と、先端部44aに形成された駆動信号電極130とは、Y軸方向において対向しているといえる。
The
第1支持部60に形成された駆動接地端子144は、第3梁54に形成された駆動接地配線142を介して、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42に形成された駆動接地電極140と電気的に接続されている。より具体的には、駆動接地端子144は、第3梁54の第2表面102および側面103に形成された駆動接地配線142と接続され、駆動接地配線142は、第3梁54の第2表面102および側面103から、基部10の第2表面102、そして第1連結腕20の側面103eを通って、第1駆動振動腕40の側面103に形成された駆動接地電極140に接続されている。さらに、駆動接地配線142は、基部10の第2表面102から、第2連結腕22の第2表面102を通って、第2駆動振動腕42の第2表面102に形成された駆動接地電極140に接続されている。また、さらに、駆動接地配線142は、第2連結腕22の第2表面102から、第2連結腕22の側面103fを通って、第2駆動振動腕42の第1表面101に形成された駆動接地電極140に接続されている。
The
以上のとおりに、振動片100には、各種の駆動信号電極、配線、端子(符号:130、132、134)と、各種の駆動接地電極、配線、端子(符号:140、142、144)とが配置されている。これにより、振動片100では、第2支持部62に形成された駆動信号端子134と、第1支持部60に形成された駆動接地端子144との間に駆動信号を印加することで、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42に形成された駆動信号電極130と駆動接地電極140との間に電界を生じさせ、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42を駆動振動させることができる。
As described above, the
〔振動片の動作〕
図3および図4は、振動片100の動作を説明するための概略平面図である。なお、図3および図4では、便宜上、基部10、第1連結腕20および第2連結腕22、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42以外の図示を省略している。
[Operation of vibrating piece]
3 and 4 are schematic plan views for explaining the operation of the
図3に示すように、振動片100は、角速度が加わらない状態において、駆動信号電極および駆動接地電極の間に電界が生じると、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42が矢印Aに示す方向に屈曲振動を行う。このとき、第1駆動振動腕40と、第2駆動振動腕42とは、振動片100の重心Gを通るYZ平面に関して面対称の振動を行っているため、基部10、第1連結腕20および第2連結腕22と、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32とは、ほとんど振動しない。
As shown in FIG. 3, in the
この駆動振動を行っている状態で、振動片100にZ軸周りの角速度ωが加わると、図4に示すような振動を行う。すなわち、駆動振動系を構成する第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42および連結腕20,22に矢印B方向のコリオリの力が働き、新たな振動が励起される。この矢印B方向の振動は、重心Gに対して周方向の振動である。また同時に、検出振動腕30,32は、矢印Bの振動に呼応して、矢印C方向の検出振動が励起される。そして、この振動により発生した圧電材料の歪みを、検出振動腕30,32に形成した検出信号電極および検出接地電極が検出して角速度が求められる。
When an angular velocity ω around the Z axis is applied to the
〔振動ジャイロ〕
次に、上記振動片100を含む物理量検出装置としての振動ジャイロについて、図面を参照しながら説明する。
図5は、本実施形態の振動ジャイロ201を説明するものであり、(a)は上側からみた概略平面図、(b)は(a)のA−A線断面を示す概略断面図である。なお、図5(a)では、振動ジャイロの内部の構造を説明する便宜上、振動ジャイロの上方に設けられた蓋体としてのリッド203を取り外した状態を図示しており、リッド203の搭載位置を破線で示している。また、図6は、振動ジャイロを底面側からみた概略平面図である。また、図7は、本実施形態の振動ジャイロ201に含む電子部品としてのICチップ260が接合されたIC搭載部201Aを説明する概略平面図である。また、図8は、本実施形態の振動ジャイロ201において、振動片100とパッケージベース202との接合を中継する中継部としての中継基板250を説明するものであり、(a)は上側(振動片100が接合される側)からみた概略平面図、(b)は下側(パッケージベース202と接合される側)からみた概略平面図である。
なお、本実施形態に係る振動ジャイロ201において、本実施形態に係る振動片100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付して詳細な説明を省略し、また、一部図示を省略する。
(Vibration gyro)
Next, a vibration gyro as a physical quantity detection device including the
5A and 5B are diagrams for explaining the vibrating
Note that in the vibrating
振動ジャイロ201は、図5に示すように、ベース基板としてのパッケージベース202とリッド203とを有するパッケージと、そのパッケージ内に接合された電子部品としてのICチップ260と、中継部としての中継基板250を介して接合された振動片100と、を有している。
As shown in FIG. 5, the
〔パッケージベース〕
パッケージベース202は、例えば、平板状の第1層基板211上に、開口部の大きさが異なる矩形環状の第2層基板221および第3層基板231をこの順に重ねて設けることにより段差や突起部を有する凹部が形成され、該凹部内に振動片100およびICチップ260を収容することが可能になっている。パッケージベース202の材質としては、例えば、セラミック、ガラスなどを用いることができる。
[Package base]
The
図5および図7に示すように、パッケージベース202の凹部の凹底部分となる第1層基板211上には、ICチップ260が配置されるダイパッド212が設けられている。また、図5(b)および図6に示すように、パッケージベース202の外底面となる第1層基板211のダイパッド212が設けられた面と異なる面には、外部基板との接合に供する外部実装端子214〜219が設けられている。また、第1層基板211の上記ダイパッド212および外部実装端子214〜219が設けられた領域と平面視で重ならない領域には、パッケージベース202の凹部空間と外部とを連通する封止孔213が設けられ、その封止孔213が封止材293により閉塞されている。
As shown in FIG. 5 and FIG. 7, a
パッケージベース202の凹部において、第2層基板221によりダイパッド212を囲むように形成される段差上には、ICチップ260の電子部品側ボンディング部としての複数の電極パッド265と対応して接合される第1のベース基板側ボンディング部としての第1のIC接続端子225a、第2のベース基板側ボンディング部としての第2のIC接続端子225b、および、それら以外のベース基板側ボンディング部としての複数のIC接続端子225が設けられている。
In the recess of the
また、パッケージベース202の凹部において、第1のIC接続端子225a、第2のIC接続端子225b、およびそれら以外のIC接続端子225が設けられた第2層基板221上には、第3層基板231により形成された複数の突部と、それら突部上に設けられ中継基板250が電気的に接続される接続端子を有する第1突部としての第1突部端子234、第2突部としての第2突部端子235、第3突部としての第3突部端子236、第4突部としての第4突部端子237、および第5突部としての第5突部端子238が設けられている。
パッケージベース202に設けられた上記の各種端子は、対応する端子どうしが、図示しない引き回し配線やスルーホールなどの層内配線により接続されている。
Further, in the recess of the
The above-mentioned various terminals provided on the
ここで、本実施形態の振動ジャイロ201において重要な構成であるIC接続端子および突部端子の位置関係について詳細に説明する。
図7に示すように、ICチップ260の複数の電極パッド265と対応させて電気的に接続されるIC接続端子のうち、第1のIC接続端子225aと第2のIC接続端子225bとは、平面視でパッケージベース202の一端側で、且つ、ICチップ260の一端付近に隣接して配置されている。
また、隣接する第1のIC接続端子225aおよび第2のIC接続端子225bを間にはさむ領域、および、パッケージベース202の他端側には、それら以外の複数のIC接続端子225が配置されている。
Here, the positional relationship between the IC connection terminal and the protrusion terminal, which is an important configuration in the
As shown in FIG. 7, among the IC connection terminals that are electrically connected in correspondence with the plurality of
In addition, a plurality of other
平面視で第1のIC接続端子225aと第2のIC接続端子225bとの間には、第1突部端子234が少なくともその一部を配置させて設けられている。本実施形態では、第1突部端子234と、その第1突部端子234の両側に隣接させて配置された第1のIC接続端子225aおよび第2のIC接続端子225bは、後述するように、振動ジャイロ201に形成する電気回路において同電位の端子となっている。
Between the first
また、平面視で第1のIC接続端子225a、第2のIC接続端子225b、および第1突部端子234それぞれの少なくとも一部を間に挟んだ両側には、第1のIC接続端子225aおよび第2のIC接続端子225b以外のIC接続端子225の少なくとも一部をさらに間に挟んだ位置関係で、第2突部端子235および第3突部端子236がそれぞれ設けられている。本実施形態では、第2突部端子235および第3突部端子236のそれぞれと平面視で隣接するIC接続端子225が、後述するように、振動ジャイロ201に形成する電気回路において同電位の端子となっている。
Further, the first
また、平面視でパッケージベース202の他端寄りで、且つ、ICチップ260の他端付近には、第1のIC接続端子225aおよび第2のIC接続端子225b以外のIC接続端子225の少なくとも一部を間に挟んだ位置関係で、第4突部端子237および第5突部端子238が設けられている。本実施形態では、第4突部端子237および第5突部端子238のそれぞれと平面視で隣接するIC接続端子225が、後述するように、振動ジャイロ201に形成する電気回路において同電位の端子となっている。
Further, at least one of the
〔IC搭載部〕
次に、パッケージベース202内において、ICチップ260が搭載されたIC搭載部201Aについて説明する。
図7において、ICチップ260は、振動片100を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動片100に生じる検出振動を検出する検出回路と、を有する。具体的には、ICチップ260が有する駆動回路は、振動片100の第1駆動振動腕40に形成された駆動信号電極130に駆動信号を供給する。また、ICチップ260が有する検出回路は、振動片100の第1検出振動腕30に形成された検出信号電極110に生じる第1検出信号と、第2検出振動腕32に形成された検出接地電極120に生じる第2検出信号とを差動増幅させて差動増幅信号を生成し、該差動増幅信号に基づいて物理量を検出する。
[IC mounting part]
Next, the
In FIG. 7, the
図7および図5(b)において、ICチップ260は、パッケージベース202の凹部の凹底部分に設けられたダイパッド212上に、例えばろう材294によって接着・固定されている。本実施形態では、ICチップ260とパッケージベース202とが、ワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。すなわち、ICチップ260に設けられた複数の電極パッド265と、パッケージベース202の対応する第1のIC接続端子225a、または第2のIC接続端子225b、あるいはIC接続端子225とが、ボンディングワイヤー291により接続されている。
In FIG. 7 and FIG. 5B, the
〔振動片搭載部〕
次に、振動ジャイロ201における振動片100搭載部について説明する。
図5に示すように、パッケージベース202の凹部内において、ICチップ260の上方には、振動片100が、中継基板250を介して接合されている。
まず、パッケージベース202への振動片100の接続を中継する中継基板250について詳細に説明する。
図8に示すように、中継基板250は、基材251と、その基材251に形成された中継電極および接続配線とを有している。すなわち、基材251の一方の主面(振動片100が接合される側の主面)において、図8(a)に示すように、平面視で略矩形状の基材251の対向する二辺(本実施形態では基材251の短辺側)近傍のうち一端側には、第2中継電極245、第4中継電極244、および第3中継電極246は設けられている。本実施形態では、基材251の一辺側の略中央に第4中継電極244が設けられ、その第4中継電極244の両側に第2中継電極245および第3中継電極246が配設されている。
また、基材251の他端側には、第1中継電極247、第6中継電極249、および第5中継電極248が設けられている。本実施形態では、基材251の他端側において、前記第4中継電極244と対向する位置に第6中継電極249が設けられ、その第6中継電極249の両側には、上記第2中継電極245および第3中継電極246のそれぞれと対向する位置に第1中継電極247および第5中継電極248が配設されている。
[Vibration piece mounting part]
Next, the
As shown in FIG. 5, the
First, the
As shown in FIG. 8, the
Further, a
また、中継基板250の他方の主面(パッケージベース202と接合される側)において、第1中継電極247、第2中継電極245、第3中継電極246、第4中継電極244、第5中継電極248、第6中継電極249のそれぞれと平面視で重なる位置には、第1中継端子257、第2中継端子255、第3中継端子256、第4中継端子254、第5中継端子258、第6中継端子259が設けられている。第1中継端子257、第2中継端子255、第3中継端子256、第4中継端子254、第5中継端子258、第6中継端子259と、対応する第1中継電極247、第2中継電極245、第3中継電極246、第4中継電極244、第5中継電極248、第6中継電極249とは、電気的に接続されている。本実施形態では、略矩形状の基材251のコーナー部、および、各辺に設けられた切欠き部C1〜C9の側壁に形成された図示しない側面配線により、第1〜第6中継端子と、対応する第1〜第6中継電極とが電気的に接続されている。すなわち、第1中継電極247と第1中継端子257とが切欠き部C7に設けられた側面配線により接続され、第2中継電極245と第2中継端子255とが切欠き部C4に設けられた側面配線により接続され、第3中継電極246と第3中継端子256とが切欠き部C6に設けられた側面配線により接続され、第4中継電極244と第4中継端子254とが切欠き部C5に設けられた側面配線により接続され、第5中継電極248と第5中継端子258とが切欠き部C8に設けられた側面配線により接続され、第6中継電極249と第6中継端子259とが切欠き部C9に設けられた側面配線により接続されている。
Further, on the other main surface of the relay substrate 250 (the side to be joined to the package base 202), the
また、中継基板250の他方の主面側において、一方の主面に設けられた第4中継電極244と第6中継電極249とにそれぞれ対応して接続された第4中継端子254と第6中継端子259とが、二電極接続配線252により電気的に接続されている。
なお、中継基板250の基材251に用いる材料には、様々な材料を用いることができるが、本実施形態では、ポリイミドやガラスエポキシ樹脂等、レーザー光を透過しない材料を用いている、これは、振動ジャイロ201の製造工程において、レーザーを用いて振動片100の電極の一部をトリミングして周波数を調整する際に、レーザー光が振動片100の下方のICチップ260などへのダメージを抑えるためである。
In addition, on the other main surface side of the
Various materials can be used as the material for the
次に、中継基板250を介したパッケージベース202への振動片100の電気的な接続を伴う接合と、そのときの各部の電極・端子の位置関係について説明する。
図5に示すように、振動片100は、その支持部60,62が例えば導電性接着剤295により中継基板250に電気的に接続されて、且つ、固定され、その中継基板250が例えば導電性接着剤296によりパッケージベース202に電気的に接続された状態で固定されている。
Next, a description will be given of bonding involving electrical connection of the
As shown in FIG. 5, the vibrating
振動片100の第1支持部60に形成された駆動接地端子144、検出接地端子124、検出信号端子114、および、第2支持部62に形成された駆動信号端子134、検出接地端子124、検出信号端子114(図1、図2を併せて参照)が、中継基板250の一方の主面側に設けられた対応する中継電極に、例えば導電性接着剤295により接続されている。本実施形態では、第1支持部60に設けられた駆動接地端子144、検出接地端子124、および検出信号端子114が、中継基板250の一端側に設けられた第2中継電極245、第4中継電極244、および第3中継電極246とがこの順に接合され、第2支持部62の駆動信号端子134、検出接地端子124、および検出信号端子114が、中継基板250の他端側に設けられた第1中継電極247、第6中継電極249、および第5中継電極248とがこの順に接続されている。
The
振動片100が接合された中継基板250は、例えば導電性接着剤296により、パッケージベース202の第3層基板231により形成された第1突部端子234、第2突部端子235、第3突部端子236、第4突部端子237、および第5突部端子238に接続・固定されている。本実施形態では、中継基板250の他方の主面側に設けられた第1中継端子257、第2中継端子255、第3中継端子256、第4中継端子254、第5中継端子258と、それぞれ対応する第4突部端子237、第2突部端子235、第3突部端子236、第1突部端子234、および第5突部端子238とがそれぞれ接続されている。
The
上記したように、振動片100は、中継基板250の一方の主面側において、第1中継電極247、第2中継電極245、第3中継電極246、第4中継電極244、第5中継電極248、および、第6中継電極249の六つの中継電極と接続される。ここで、第4中継電極244に接続された検出接地端子124と、第6中継電極249に接続された検出接地端子124(図1、図2を併せて参照)とは同電位であり、本実施形態では、中継基板250の他方の主面側に設けられた対応する第4中継端子254と第6中継端子259とが二電極接続配線252により接続されることにより、中継基板250からは1つの共通端子として出力される。したがって、中継基板250とパッケージベース202との接続は、五つの中継端子(符号:254、255、256、257、258)と突部端子(符号:234、235、236、237、238)との接合によってなすことができる。
As described above, the
なお、本実施形態では、二電極接続配線252により接続された第4中継端子254と第6中継端子259のうち、第1中継端子257とパッケージベース202の第4突部端子234とを接続したが、パッケージベース202の突部端子と接続するのは第6中継端子259であってもよい。
また、中継基板に、第4中継端子254、第6中継端子259、および二電極接続配線252と接続された別の中継端子を設けて、それをパッケージベース202の突部端子と接続する構成としてもよい。
In the present embodiment, among the
Further, another relay terminal connected to the
このように、振動片100の六つの接続ポイントを、中継基板250により五つにまとめることにより、パッケージベース202の突部端子を一つ減らすことがきる。これにより、限られた面積においてパッケージベース202の設計の自由度が広がり、振動ジャイロの小型化に効果を奏する。
本実施形態では、図5(b)および図7に示すように、パッケージベース202の一端側の第1突部端子234と対応する他端側の位置に突部端子が不要であるため、その領域に封止孔213を設けている。
In this way, by combining the six connection points of the
In this embodiment, as shown in FIG. 5B and FIG. 7, the projecting terminal is not required at the position on the other end side corresponding to the first projecting
図5に示すように、ICチップ260および振動片100が接合されたパッケージベース202上には、蓋体としてのリッド203が配置され、パッケージベース202の開口を封止している。リッド203の材質としては、例えば、42アロイ(鉄にニッケルが42%含有された合金)やコバール(鉄、ニッケルおよびコバルトの合金)等の金属、セラミックス、あるいはガラスなどを用いることができる。例えば、金属からなるリッド203は、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング209を介してシーム溶接することによりパッケージベース202と接合される。パッケージベース202およびリッド203によって形成されるキャビティーT1は、振動片100が動作するための空間となる。
As shown in FIG. 5, a
本実施形態の振動ジャイロ201において、キャビティーT1は、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止することができる。例えば、キャビティーT1内を減圧空間にして密閉封止する場合には、パッケージベース202の封止孔213に、例えば球状の封止材293の原型となる固形の封止材を配置させた状態で真空チャンバー内に入れ、所定の真空度まで減圧させて振動ジャイロ201の内側から出るガスを封止孔213から排出させた後、固形の封止材に電子ビームあるいはレーザーを照射することなどにより封止材293を溶融してから固化させることにより、封止孔213を閉塞させて封止する。
なお、封止材293の材料としては、完成した振動ジャイロ201を外部実装基板に実装する際のリフロー温度よりも高い温度を融点として有したものが望ましく、例えば、金と錫(Sn)との合金、あるいは、金とゲルマニウム(Ge)との合金などを用いることができる。
In the vibrating
Note that the material of the sealing
次に、上記実施形態の振動ジャイロ201の効果を述べる。
Next, the effect of the
(1)上記実施形態の振動ジャイロ201では、振動片100とパッケージベース202との接続を中継する中継基板250において、同電位の第4中継端子254と第6中継端子259とを二電極接続配線252により電気的に接続することにより、振動片100の六つの接続ポイントを五つに絞って出力することできる構成とした。
これにより、振動片100が接合された中継基板250の接合端子となるパッケージベース202の突部端子を一つ減らすことがきるので、限られた面積においてパッケージベース202に設ける機能構造を付与することができ、小型で高機能を有する振動ジャイロを提供することができる。例えば、上記実施形態では、パッケージベース202の一端側の第1突部端子234と対応する他端側の位置の突部端子が不要となったことにより、パッケージベース202の平面視のサイズを増大させることなく、振動片100を気密に封止するための封止孔213を設けることができた。
(1) In the vibrating
Accordingly, one protrusion terminal of the
(2)上記実施形態の振動ジャイロ201では、平面視で隣接して配置される各突部端子とIC接続端子とが、振動ジャイロ201に形成する電気回路において同電位の端子どうしとなるように配置する構成とした。
これにより、突部端子上に中継基板250を接合するときに用いる導電性接着剤296などの固化前にペースト状を呈する接合部材を用いた場合に、固化前の接合部材がIC接続端子側に流れたり垂れたりした場合でも、短絡などの電気的な不具合を起こし難い。
(2) In the
As a result, when using a joining member that is in a paste form before solidification, such as the
(3)上記実施形態では、中継基板250の基材251に、ポリイミドやガラスエポキシ樹脂などの、レーザーを透過しない材料を用いた。
これにより、振動ジャイロ201の製造工程において、レーザーを用いて振動片100の電極の一部をトリミングして質量を減少させることにより周波数を変化させる周波数調整を行う際に、レーザー光が振動片100の下方のICチップ260などに照射されてダメージを受けるなどの不具合を回避することができる。
(3) In the said embodiment, the material which does not permeate | transmit a laser, such as a polyimide and a glass epoxy resin, was used for the
Thus, in the manufacturing process of the vibrating
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。 Although the embodiments of the present invention made by the inventor have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications thereof, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It is possible to make changes.
例えば、上記実施形態の振動ジャイロ201では、中継基板250の基材251の材料として、レーザーを透過しにくい材料、例えば、ポリイミドやガラスエポキシ樹脂などを用いる構成を説明した。例えば、振動片100に金属膜をスパッタすることなどによる質量負荷法により周波数を変動させて周波数調整する場合など、レーザーを使用する必要がなければ、レーザーの透過性を考慮する必要はない。
For example, in the vibrating
また、上記実施形態では、電子部品としてのICチップ260の電極パッド265と、対応する第1のIC接続端子225a、第2のIC接続端子225b、および、それら以外の複数のIC接続端子225とを、ワイヤーボンディング法を用いてボンディングワイヤー291により接合した。これに限らず、ICチップ260などの電子部品を、金属バンプや導電性接着剤などの接合部材を用いてフェースダウン接合する構成としてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、中継部として、基材251に中継電極および中継端子を設けた中継基板250を用いる構成とした。これに限らず、例えば、パッケージベース202よりも小さなパッケージなどを中継部として用いる構成としてもよい。
Moreover, in the said embodiment, it was set as the structure which uses the relay board |
また、上記実施形態では、各電極、配線、端子などの形成用金属材料として、振動片100側からクロム、金の順で積層されたものなどを用いる構成を説明した。
これに限らず、ニッケル、クロムの順に積層させたものを下地層として、その上に蒸着またはスパッタリングにより、例えば金による電極層を成膜したものを用いたり、あるいは、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウムなどの金属材料を用いることもできる。また、マグネシウムなどを用いることも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the configuration using the metal material for forming each electrode, wiring, terminal, and the like, which is laminated in the order of chromium and gold from the vibrating
Not limited to this, a layer in which nickel and chromium are laminated in order is used as a base layer, and an electrode layer made of, for example, gold is formed thereon by vapor deposition or sputtering, or titanium, tantalum, tungsten, aluminum A metal material such as can also be used. Magnesium or the like can also be used.
また、上記実施形態および変形例で説明した特定の形態、例えば、振動片100の基部10、第1連結腕20および第2連結腕22、第1検出振動腕30および第2検出振動腕32、第1駆動振動腕40および第2駆動振動腕42、第1梁50、第2梁52、第3梁54、および第4梁56、第1支持部60および第2支持部62などの形状は限定されるものではない。
同様に、各電極、配線、端子などの位置や形状についても上記実施形態に限定されない。
In addition, the specific form described in the embodiment and the modified example, for example, the
Similarly, the position and shape of each electrode, wiring, terminal, etc. are not limited to the above embodiment.
また、上記実施形態では、物理量検出装置としての振動ジャイロ201について説明した。これに限らず、本発明は、圧電基板を所望の形状に加工して形成されていて、外部から作用する物理量の影響によって圧電基板の振動状態に変化が生じたときに、この振動状態の変化から検出回路を通して検出可能な物理量を検出する物理量検出装置を対象とする。こうした物理量としては、圧電振動片に印加される加速度、角速度、角加速度が特に好ましい。また、物理量検出装置としては慣性センサーが好ましい。
In the above embodiment, the
10…基部、20…第1連結腕、22…第2連結腕、30…第1検出振動腕、30a…先端部、32…第2検出振動腕、32a…先端部、40…第1駆動振動腕、40a…先端部、42…第2駆動振動腕、42a…先端部、44a…先端部、46a…先端部、50…第1梁、50a…S字形状部、52…第2梁、52a…S字形状部、54…第3梁、54a…S字形状部、56…第4梁、56a…S字形状部、60…第1支持部、62…第2支持部、100…振動片、101…第1表面、102…第2表面、103…側面、103a…側面、103b…側面、103c…側面、103d…側面、103e…側面、103f…側面、110…第1および第3検出電極としての検出信号電極、112…検出信号配線、114…検出信号端子、120…第2および第4検出電極としての検出接地電極、122…検出接地配線、124…検出接地端子、130…第1および第3駆動電極としての駆動信号電極、132…駆動信号配線、134…駆動信号端子、140…第2および第4駆動電極としての駆動接地電極、142…駆動接地配線、144…駆動接地端子、201…物理量検出装置としての振動ジャイロ、201A…IC搭載部、202…ベース基板としてのパッケージベース、203…リッド、209…シールリング、211…第1層基板、212…ダイパッド、213…封止孔、214〜219…外部実装端子、221…第2層基板、225…ベース基板側ボンディング部としてのIC接続端子、225a…第1の接続端子としての第1のIC接続端子、225b…第2の接続端子としての第2のIC接続端子、231…第3層基板、234…第1突部端子、235…第2突部端子、236…第3突部端子、237…第4突部端子、238…第5突部端子、244…第4中継電極、245…第2中継電極、246…第3中継電極、247…第1中継電極、248…第5中継電極、249…第6中継電極、250…中継部としての中継基板、251…基材、252…二電極接続配線、254…第4中継端子、255…第2中継端子、256…第3中継端子、257…第1中継端子、258…第5中継端子、259…第6中継端子、260…電子部品としてのICチップ、265…電子部品側ボンディング部としての複数の電極パッド、291…ボンディングワイヤー、293…封止材、295…導電性接着剤、296…導電性接着剤、C1〜C9…切り欠き部、G…重心、T1…キャビティー、ω…角速度。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1駆動電極および前記第3駆動電極が接続される第1中継電極と、前記第2駆動電極および前記第4駆動電極が接続される第2中継電極と、前記第1検出電極が接続される第3中継電極と、前記第2検出電極が接続される第4中継電極と、前記第3検出電極が接続される第5中継電極と、前記第4検出電極が接続される第6中継電極と、前記第4中継電極と前記第6中継電極とを電気的に接続する二電極接続配線と、を有する中継部と、
前記第1駆動電極と前記第2駆動電極との少なくとも一方、および、前記第3駆動電極と前記第4駆動電極との少なくとも一方に駆動信号を供給する駆動回路と、前記第1検出振動腕に形成された前記第1検出電極または前記第2検出電極に生じる第1検出信号と、前記第2検出振動腕に形成された前記第3検出電極または前記第4検出電極に生じる第2検出信号とを差動増幅させて差動増幅信号を生成し該差動増幅信号に基づいて物理量を検出する検出回路と、を少なくとも含み、且つ、複数の電子部品側ボンディング部を有する電子部品と、
前記電子部品の複数の電子部品側ボンディング部と電気的に接続される第1のベース基板側ボンディング部、第2のベース基板側ボンディング部、およびその他のベース基板側ボンディング部と、前記第1のベース基板側ボンディング部および前記第2のベース基板側ボンディング部より鉛直方向に突出した突部上に前記中継部との電気的な接続に供する接続端子が設けられた第1突部、第2突部、第3突部、第4突部、および第5突部と、を有するベース基板であって、
平面視で前記第1のベース基板側ボンディング部と前記第2のベース基板側ボンディング部との間に少なくとも一部が配置され、前記第4中継電極、前記第6中継電極、および前記二電極接続配線の少なくとも一部が電気的に接続される前記第1突部と、
平面視で前記第1のベース基板側ボンディング部、前記第2のベース基板側ボンディング部、および前記第1突部のそれぞれの少なくとも一部を間に配置する位置関係にある前記第2突部および前記第3突部であって、前記ベース基板の一端側で、且つ、前記電子部品の一端付近に配置され、前記第1中継電極および前記第2中継電極の一方が電気的に接続される前記第2突部と、前記第3中継電極および前記第5中継電極の一方が電気的に接続される前記第3突部と、
平面視で前記ベース基板の他端寄りで、且つ、前記電子部品の他端付近に配置される前記第4突部および前記第5突部であって、前記第1中継電極および前記第2中継電極の他方が電気的に接続される前記第4突部、および、前記第3中継電極および前記第5中継電極の他方が電気的に接続される前記第5突部と、を有するベース基板と、を含むことを特徴とする物理量検出装置。 A base, a connecting arm extending to both sides from the base, and a first drive extending from the vicinity of one end of the connecting arm to each of two directions orthogonal to the extending direction of the connecting arm. A first driving vibrating arm having an electrode and a second driving electrode, and a third driving electrode extending from the vicinity of the tip of the other connecting arm in the two directions orthogonal to the extending direction of the connecting arm. And a second drive vibration arm having a fourth drive electrode, and between the first drive vibration arm and the second drive vibration arm in plan view, extending from the base to one side, and a first detection electrode and A first detection vibrating arm having a second detection electrode; a second detection vibrating arm having a third detection electrode and a fourth detection electrode extending from the base to the other; the first drive electrode and the third drive; A first drive wiring for electrically connecting an electrode; and the second drive electrode A vibrating piece having a second driving wiring for electrically connecting the said fourth driving electrodes,
A first relay electrode to which the first drive electrode and the third drive electrode are connected, a second relay electrode to which the second drive electrode and the fourth drive electrode are connected, and the first detection electrode are connected A third relay electrode, a fourth relay electrode to which the second detection electrode is connected, a fifth relay electrode to which the third detection electrode is connected, and a sixth relay electrode to which the fourth detection electrode is connected A two-electrode connection wiring that electrically connects the fourth relay electrode and the sixth relay electrode;
A drive circuit for supplying a drive signal to at least one of the first drive electrode and the second drive electrode and at least one of the third drive electrode and the fourth drive electrode; and A first detection signal generated in the formed first detection electrode or the second detection electrode, and a second detection signal generated in the third detection electrode or the fourth detection electrode formed in the second detection vibrating arm. A detection circuit that differentially amplifies the signal to generate a differential amplification signal and detects a physical quantity based on the differential amplification signal, and an electronic component having a plurality of electronic component side bonding portions,
A first base substrate side bonding portion, a second base substrate side bonding portion, and other base substrate side bonding portions that are electrically connected to a plurality of electronic component side bonding portions of the electronic component; A first protrusion and a second protrusion provided with a connection terminal for electrical connection with the relay part on a protrusion protruding in a vertical direction from the base substrate side bonding part and the second base substrate side bonding part. A base substrate having a portion, a third protrusion, a fourth protrusion, and a fifth protrusion,
In plan view, at least a portion is disposed between the first base substrate side bonding portion and the second base substrate side bonding portion, and the fourth relay electrode, the sixth relay electrode, and the two-electrode connection The first protrusion to which at least a part of the wiring is electrically connected;
The second protrusions in a positional relationship in which at least a part of each of the first base substrate-side bonding part, the second base substrate-side bonding part, and the first protrusion is disposed in plan view; The third protrusion, which is disposed on one end side of the base substrate and in the vicinity of one end of the electronic component, and one of the first relay electrode and the second relay electrode is electrically connected A second protrusion, and the third protrusion to which one of the third relay electrode and the fifth relay electrode is electrically connected;
The fourth protrusion and the fifth protrusion, which are disposed near the other end of the base substrate in the plan view and near the other end of the electronic component, the first relay electrode and the second relay. A base substrate having the fourth protrusion to which the other of the electrodes is electrically connected, and the fifth protrusion to which the other of the third relay electrode and the fifth relay electrode is electrically connected; And a physical quantity detecting device.
前記第1突部〜第5突部に設けられた前記接続端子の各々が、前記ベース基板側ボンディング部のうち前記接続端子と同電位の前記ベース基板側ボンディング部と平面視で隣り合うように配置されていることを特徴とする物理量検出装置。 The physical quantity detection device according to claim 1,
Each of the connection terminals provided on the first to fifth protrusions is adjacent to the base substrate-side bonding portion having the same potential as the connection terminal in the base substrate-side bonding portion in plan view. A physical quantity detection device characterized by being arranged.
前記中継部の基材がレーザーを透過しない材料で形成されていることを特徴とする物理量検出装置。 The physical quantity detection device according to claim 1 or 2,
A physical quantity detection device, wherein the base material of the relay portion is formed of a material that does not transmit laser.
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JP2012198098A (en) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Seiko Epson Corp | Inertial sensor |
CN104359640A (en) * | 2014-11-24 | 2015-02-18 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | Relay scanning vibration test platform |
JP2017015734A (en) * | 2016-10-07 | 2017-01-19 | セイコーエプソン株式会社 | Method for manufacturing electronic device |
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- 2009-07-08 JP JP2009161529A patent/JP2011017580A/en not_active Withdrawn
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