JP2012107968A - 圧電振動子、振動ジャイロセンサー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型圧電振動子であり落下等の衝撃に強い圧電振動子を得る。
【解決手段】圧電振動子1は、圧電振動素子4と、これを収容するパッケージと、を備えている。圧電振動素子1は、複数の振動腕9a、9b、これらを連接する基部5、各振動腕9a、9bの他方の端部に設けた錘部9a、9bを備えた圧電基板4aと、各振動腕の表裏面に形成され励振電極と、を備えている。パッケージは、素子搭載パッド18、及び実装端子16を備えた絶縁基板11と、気密封止する蓋体35と、絶縁基板11上面には圧電振動素子4の各錘部9a、9b及び基部5の先部と対向する部位に夫々金属、又は高分子からなる緩衝材24が形成されている。
【選択図】図1
【解決手段】圧電振動子1は、圧電振動素子4と、これを収容するパッケージと、を備えている。圧電振動素子1は、複数の振動腕9a、9b、これらを連接する基部5、各振動腕9a、9bの他方の端部に設けた錘部9a、9bを備えた圧電基板4aと、各振動腕の表裏面に形成され励振電極と、を備えている。パッケージは、素子搭載パッド18、及び実装端子16を備えた絶縁基板11と、気密封止する蓋体35と、絶縁基板11上面には圧電振動素子4の各錘部9a、9b及び基部5の先部と対向する部位に夫々金属、又は高分子からなる緩衝材24が形成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、圧電振動子、振動ジャイロセンサー及びその製造方法に関する。
圧電振動子の一種としての音叉型水晶振動子は、時計用の基準周波数源や、圧電ジャイロ装置用の角速度センサーなどに用いられ、これらを搭載した電子機器等の小型化が進んでいる。これに伴い、圧電振動子の更なる小型化、低背化が求められている。
特許文献1には、図9に示すように、耐衝撃性を改善した容器体(パッケージ)を用いた圧電デバイス(圧電振動子)が開示されている。図9は、その圧電デバイスの断面図である。圧電振動子100は、圧電振動素子130と、この圧電振動素子130を収容する容器体(パッケージ本体)110と、蓋体140と、を備えている。
特許文献1には、図9に示すように、耐衝撃性を改善した容器体(パッケージ)を用いた圧電デバイス(圧電振動子)が開示されている。図9は、その圧電デバイスの断面図である。圧電振動子100は、圧電振動素子130と、この圧電振動素子130を収容する容器体(パッケージ本体)110と、蓋体140と、を備えている。
圧電振動素子(音叉型圧電振動素子)130は、圧電基板と、この圧電基板上に形成された励振電極とから構成されている。圧電基板は、基部132と、基部132の一端縁からほぼ並行に突出された一対の振動腕133と、各振動腕133の先端の各錘部135と、を備えている。振動腕133の夫々の表裏面には、各振動腕133を励振するための励振電極134が形成されている。
容器体(パッケージ本体)110の内底面の一端寄りには第1凹部111が形成され、内底面の他の部位には第2凹部112が形成されている。第1凹部111の底面上には搭載パッド122が形成され、この搭載パッド122上に導電性接着剤124を介して、圧電振動素子130が第2凹部112の底面と並行に接着・固定される。
容器体(パッケージ本体)110の内底面の一端寄りには第1凹部111が形成され、内底面の他の部位には第2凹部112が形成されている。第1凹部111の底面上には搭載パッド122が形成され、この搭載パッド122上に導電性接着剤124を介して、圧電振動素子130が第2凹部112の底面と並行に接着・固定される。
第2凹部112の底面上に衝撃吸収部120が設けられている。衝撃吸収部120が配設される位置は、圧電振動素子130を搭載パッド122に搭載した際に、圧電振動素子130の錘部135に対応する位置である。
衝撃吸収部120としては、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、金(Au)の金属を用いる。タングステン(W)はスクリーン印刷に容易に形成することが可能であり、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、金(Au)は蒸着法、スパッタ法で形成することが可能である。また、上記金属を二層構造としてもよい。
衝撃吸収部120としては、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、金(Au)の金属を用いる。タングステン(W)はスクリーン印刷に容易に形成することが可能であり、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、金(Au)は蒸着法、スパッタ法で形成することが可能である。また、上記金属を二層構造としてもよい。
容器体(パッケージ本体)110の底面に衝撃吸収部120を設けることにより、落下等により圧電振動素子130の先端部が振動して容器体内底面と衝突するときに衝撃吸収部120が衝撃力を緩和して破損を防ぎ、圧電振動素子130の金属の剥がれを防ぐことができると開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示の圧電振動子では、容器体(パッケージ本体)110の第2凹部112の底面上の所定の位置に衝撃吸収部120を形成し、その容器体110の搭載パッド122上に圧電振動素子130を搭載するため、各衝撃吸収部120と、圧電振動素子130の各錘部135との位置関係に僅かのズレが生じ、落下等による衝撃力を十分には緩和できない虞があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、衝撃を吸収する各緩衝材の位置と、圧電振動素子の各錘部及び支持腕の先部とを正確に対応させて、衝撃力に対して強い圧電振動子提供することにある。また、同様に、振動ジャイロ素子の各検出用振動腕及び各駆動用振動腕の各先端部と対向する部位に正確に緩衝材を形成し、衝撃力に対して強い振動ジャイロセンサーを提供することにある。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、衝撃を吸収する各緩衝材の位置と、圧電振動素子の各錘部及び支持腕の先部とを正確に対応させて、衝撃力に対して強い圧電振動子提供することにある。また、同様に、振動ジャイロ素子の各検出用振動腕及び各駆動用振動腕の各先端部と対向する部位に正確に緩衝材を形成し、衝撃力に対して強い振動ジャイロセンサーを提供することにある。
本発明は、上記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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本発明に係る圧電振動子は、圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えた圧電振動子であって、前記圧電振動素子は、複数の振動腕、各振動腕の一方の端部間を連接すると共に複数の電極パッドを備えた基部、前記各振動腕の他方の端部に夫々形成され該各振動腕よりも幅広の錘部、及び、前記各振動腕の振動中心に沿った表面及び裏面の少なくとも一方の面に形成された溝部、を備えた圧電基板と、前記各溝部内を含めた前記各振動腕の表裏面の少なくとも一方の面に夫々形成され、且つ前記複数の電極パッドとの間を夫々電気的に接続される励振電極と、を有し、前記パッケージは、前記圧電振動素子の前記各電極パッドと夫々電気的機械的に接続される素子搭載パッド、及び実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載された前記圧電振動素子を含む前記絶縁基板上面を気密封止する蓋体と、を備え、前記絶縁基板面の、少なくとも前記圧電振動素子の各錘部及び基部の先部と対向する部位に夫々緩衝材を配設したことを特徴とする圧電振動子である。
絶縁基板面(パッケージ本体のキャビティー底面)の、前記圧電振動素子の各錘部及び基部(支持腕)の先部と対向する部位に夫々緩衝材を配設した圧電振動子(音叉型圧電振動子)を構成することにより、落下等により絶縁基板面と直交する方向の衝撃力が圧電振動子に加わった際に、圧電振動子の各振動腕の錘部、及び基部の支持腕の先部が緩衝材に衝突するが、緩衝材によりその衝撃力は低減され、錘部に形成した電極が剥がれたり、支持腕先部が破損する事態が大幅に減少し、衝撃力に対して強い圧電振動子が得られるという効果がある。
[適用例2]また圧電振動子は、圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えた圧電振動子であって、前記圧電振動素子は、複数の振動腕、各振動腕の一方の端部間を連接すると共に複数の電極パッドを備えた基部、前記各振動腕の他方の端部に夫々形成され該各振動腕よりも幅広の錘部、及び、前記各振動腕の振動中心に沿った表面及び裏面の少なくとも一方の面に形成された溝部、を備えた圧電基板と、前記各溝部内を含めた前記各振動腕の表裏面の少なくとも一方の面に夫々形成され、且つ前記複数の電極パッドとの間を夫々電気的に接続される励振電極と、を有し、前記パッケージは、上面の凹陥部内に前記圧電振動素子の前記各電極パッドと夫々電気的機械的に接続される素子搭載パッドを有すると共に、該凹陥部の外部に実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載された前記圧電振動素子を含む前記絶縁基板上面を気密封止する蓋体と、を備え、前記絶縁基板の凹陥部内底面には、前記圧電振動素子の各錘部及び基部の先部と対向する部位に夫々緩衝材を配設し、且つ、前記凹陥部の内壁には、前記圧電振動素子の基部の先部と対向する部位に夫々緩衝材を配設したことを特徴とする圧電振動子である。
絶縁基板面(パッケージ本体のキャビティー底面)の、前記圧電振動素子の各錘部及び基部(支持腕)の先部と対向する部位に夫々緩衝材を配設すると共に、前記絶縁基板内側の両側壁面の、前記圧電振動素子の基部の先部と対向する部位に夫々緩衝材を配設した圧電振動子(音叉型圧電振動子)を構成する。このように構成すると、落下等により絶縁基板面と直交する方向の衝撃力が圧電振動子に加わった際に、圧電振動子の各振動腕の錘部、及び基部の支持腕の先部が、底面の緩衝材に衝突するが、緩衝材により衝撃力は低減され、錘部に形成した電極が剥がれたり、支持腕先部が破損する虞が大幅に低減され、圧電振動子の不良が大幅に低減されるという効果がある。また、絶縁基板面と平行な方向の衝撃力が圧電振動子に加わると、圧電振動子の基部の支持腕先部が、側壁面の緩衝材に衝突する虞があるが、緩衝材により衝撃力は低減され、支持腕先部が破損する虞が大幅に低減され、圧電振動子の不良が大幅に低減されるという効果がある。
[適用例3]また、圧電振動子は、前記基部は、基部本体と、該基部本体の前記振動腕とは反対側の他端縁中間部に設けた連結部と、該連結部を介して連接され且つ前記基部本体とは離間して延びる左右一対の支持腕と、を備え、前記各支持腕の先部と対向する前記絶縁基板面に前記緩衝材を配置したことを特徴とする適用例1又は2に記載の圧電振動子である。
圧電振動素子の基部が、基部本体と、連結部と、該連結部を介して連接した左右一対の支持腕と、を備えた構成とすることにより、絶縁基板の素子搭載パッドに導電性接着剤を介して圧電振動素子を接着・固定する際に、接着・固定による歪の影響が基部構造により緩和され、圧電振動素子のCI(クリスタルインピーダンスー)値を小さく、即ちQ値を大きくすることができるという効果がある。また、圧電振動素子に加わる衝撃力が緩和されるという効果もある。
[適用例4]また、圧電振動子は、前記緩衝材が、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)の何れか一つの物質から成る緩衝材層、又は複数の物質から成る緩衝材層であることを特徴とする適用例1乃至3の何れかに1つに記載の圧電振動子である。
緩衝材層にAg、Mo、W、Cr、Niの何れか一つの金属、又は複数の金属を使い、蒸着法又はスパッタ法、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法を用いれば、緩衝材が容易に形成でき、衝撃力に対して強い圧電振動子が得られるという効果がある。
[適用例5]また、圧電振動子は、前記緩衝材が、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系高分子材の何れか一つを用いた緩衝材であることを特徴とする適用例1乃至3の何れかに1つに記載の圧電振動子である。
パッケージ本体(絶縁基板)面の所定の領域にエポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系高分子材の何れか一つの高分子材を所定の厚さで塗布し、レーザー装置を用いて圧電振動素子の錘部及び支持腕の先部をマスクとして、不要な高分子材を除去すれば、絶縁基板面に錘部、及び支持腕の先部と正確に対応する高分子材の緩衝材が容易に形成され、落下等による衝撃に対し強い圧電振動子が得られるという効果がある。
[適用例6]本発明に係る振動ジャイロセンサーは、振動ジャイロ素子と、該振動ジャイロ素子を収容するパッケージと、を備えた振動ジャイロセンサーであって、前記振動ジャイロ素子は、基部と、該基部の対向する2つの端縁から夫々同一直線上に突設された1対の検出用振動腕と、前記基部の対向する他の2つの端縁から夫々前記検出用振動腕と直交する方向に同一直線上に突設された1対の第1の連結腕と、前記各第1の連結腕からそれと直交する両方向へ夫々突設された各1対の駆動用振動腕と、前記基部の四隅から夫々突設され、一対が一方の前記検出用振動腕の両側方において該検出用振動腕と同方向へ延びており、他方の一対が他方の前記検出用振動腕の両側方において該他方の検出用振動腕と同方向へ延びた二対の支持腕と、少なくとも前記1対の検出用振動腕と、前記各1対の駆動用振動腕とに夫々形成され、且つ前記基部に設けた複数の電極パッドとの間を夫々電気的に接続される励振電極と、を備えており、前記絶縁基板面の、前記圧振動ジャイロ素子の各検出用振動腕及び各駆動用振動腕の先端部と対向する部位に緩衝材を設けたことを特徴とする振動ジャイロセンサーである。
絶縁基板面の、圧振動ジャイロ素子の各検出用振動腕及び各駆動用振動腕の先部と対向する部位に緩衝材を設けた振動ジャイロセンサーを構成する。このように構成することにより、落下等により絶縁基板面と直交する方向の衝撃力が圧電振動子に加わった際に、振動ジャイロセンサーの各検出用振動腕及び各駆動用振動腕の先部が緩衝材に衝突するが、緩衝材によりその衝撃力は低減され、各検出用振動腕及び各駆動用振動腕の電極が剥がれたり、破損したりすること低減され、衝撃に対し強い振動ジャイロセンサーが構成できるという効果がある。
[適用例7]また、振動ジャイロセンサーは、前記緩衝材が、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)の何れか一つの物質から成る緩衝材層、又は複数の物質から成る緩衝材層であることを特徴とする適用例6に記載の振動ジャイロセンサーである。
緩衝材層に銀(Ag)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)の何れか一つの金属、又は複数の金属を使い、蒸着法又はスパッタ法、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法を用いれば、緩衝材24が容易に形成でき、衝撃力に対して強い圧電振動子が得られるという効果がある。
[適用例8]振動ジャイロセンサーは、前記緩衝材が、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系高分子材の何れか一つを用いた緩衝材であることを特徴とする適用例6に記載の振動ジャイロセンサーである。
パッケージ本体(絶縁基板)面の所定の領域にエポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系高分子材の何れか一つの高分子材を所定の厚さで塗布し、レーザー装置を用いて、振動ジャイロセンサーの各検出用振動腕及び各駆動用振動腕の先部をマスクとして、不要な高分子材を除去すれば、絶縁基板面に各検出用振動腕及び各駆動用振動腕の先部と正確に対応する高分子材の緩衝材が容易に形成され、落下等による衝撃に対し強い振動ジャイロセンサーが得られるという効果がある。
[適用例9]適用例1乃至4の何れか一項に記載の圧電振動子の製造方法であって、前記絶縁基板上に前記圧電振動素子を搭載する前に、前記各錘部と対向する前記絶縁基板面に略全幅に渡って前記金属の緩衝材層を形成する緩衝材層形成工程と、前記緩衝材層の表面にフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、前記絶縁基板上に前記圧電振動素子を搭載してから、前記各錘部及び前記支持腕先部をマスクとして、前記フォトレジスト膜の露出部位を露光して除去する露光工程と、前記露光工程による前記フォトレジストの除去によって露出した前記緩衝材層の特定部位をエッチングにより除去するエッチング工程と、前記レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法である。
圧電振動子のパッケージ本体(絶縁基板)面に、蒸着法又はスパッタ法を使用して、銀(Ag)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)の何れか一つの金属、又は複数の金属を用いて、緩衝材層を形成し、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法で緩衝材層を加工すれば、絶縁基板面の圧電振動素子の各錘部及び支持腕の先部と対向する部位に正確に、且つ容易に緩衝材を形成することができ、落下等による衝撃に対し強い圧電振動子が得られるという効果がある。
[適用例10]適用例6又は7に係る振動ジャイロセンサーの製造方法であって、前記絶縁基板上に前記振動ジャイロ素子を搭載する前に、前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕の各先部と対向する前記絶縁基板面に略全幅に渡って緩衝材層を形成する緩衝材層形成工程と、前記緩衝材層の表面にフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、前記絶縁基板上に前記振動ジャイロ素子を搭載してから、前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕の先部をマスクとして、前記フォトレジスト膜の露出部位を露光して除去する露光工程と、前記露光工程による前記フォトレジストの除去によって露出した前記緩衝材層の特定部位をエッチングにより除去するエッチング工程と、前記レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、を含むことを特徴とする振動ジャイロセンサーの製造方法である。
振動ジャイロセンサーのパッケージ本体(絶縁基板)面に、蒸着法又はスパッタ法を用いて、銀(Ag)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)の何れか一つの金属、又は複数の金属の緩衝材層を形成し、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法用いて緩衝材層を加工すれば、絶縁基板面に各検出用振動腕、及び各駆動用振動腕の先部と対向する部位に正確に、且つ容易に緩衝材を形成することでき、落下等による衝撃に対し強い振動ジャイロセンサーが得られるという効果がある。
[適用例11]形状認識用カメラ、レーザー装置及び情報処理装置を用いた適用例1乃至3、又は5の何れか一項に係る圧電振動子の製造方法であって、前記絶縁基板上に前記圧電振動素子を搭載する前に、前記各錘部と対向する前記絶縁基板面に略全幅に渡って前記高分子材の何れか一つを用いた緩衝材層を塗布する緩衝材層形成工程と、前記絶縁基板上に前記圧電振動素子を搭載してから、前記各錘部及び前記支持腕を前記形状認識用カメラで認識し、該形状認識用カメラの出力情報に基づいて前記各錘部及び前記支持腕を僅かに避けて前記緩衝材層をレーザー装置で蒸散させ除去する蒸散工程と、を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法である。
圧電振動子用絶縁基板面の所定の領域に高分子材を塗布し、形状認識用カメラ、レーザー装置及び情報処理装置を用いて、圧電振動素子の振動腕、支持腕をマスクとして高分子材を加工すれば、絶縁基板面に振動腕、支持腕と正確に対応する高分子材の緩衝材が容易に形成され、落下等による衝撃に対し強い圧電振動子が得られるという効果がある。
[適用例12]形状認識用カメラ、レーザー装置及び情報処理装置を用いた適用例6又は8に係る振動ジャイロセンサーの製造方法であって、前記絶縁基板上に前記振動ジャイロ素子を搭載する前に、前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕の各先部と対向する前記絶縁基板面に略全幅に渡って前記高分子材の何れか一つを用いた緩衝材層を塗布する緩衝材層形成工程と、前記絶縁基板上に前記振動ジャイロ素子を搭載してから、前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕の各先部を前記形状認識用カメラで認識し、該形状認識用カメラの出力情報に基づいて前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕を僅かに避けて前記緩衝材層をレーザー装置で蒸散させ除去する蒸散工程と、を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法である。
振動ジャイロセンサーのパッケージ本体(絶縁基板)面の所定の領域に、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系高分子材の何れか一つの高分子材を塗布し、形状認識用カメラ、レーザー装置及び情報処理装置を用いて、振動ジャイロ素子の各検出用振動腕、及び各駆動用振動腕の先部をマスクとして、不要な高分子材を除去すれば、絶縁基板面に各検出用振動腕、及び各駆動用振動腕と正確に対応する高分子材の緩衝材が容易に形成され、落下等による衝撃に対し強い圧電振動子が得られるという効果がある。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る圧電振動子(音叉型水晶振動子)1の構成を示す概略図であり、同図(a)は蓋体を取り除いた平面図、同図(b)はP−P断面図である。圧電振動子(音叉型水晶振動子)1は、圧電振動素子4と、圧電振動素子4を収容するパッケージと、を概略備えている。
圧電振動素子4は、圧電基板4aと、圧電基板4aの複数の振動腕7a、7bを励振するための励振電極と、絶縁基板11との接続用パッド電極(図示せず)と、を概略備えている。
圧電基板4aは、複数の振動腕7a、7bと、各振動腕7a、7bの一方の端部間を連接する基部5と、各振動腕7a、7bの他方の端部に夫々形成され各振動腕よりも幅広の錘部9a、9bと、各振動腕7a、7bの各振動中心Cに沿った表面及び裏面の少なくとも一方の面に形成された溝部8a、8bと、を備えている。なお、圧電基板4aの外形、及び溝部8a、8bは、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工で形成されている。
複数の振動腕7a、7bを励振する励振電極は、蒸着法、又はスパッタ法を用いて、各溝部8a、8b内を含めた各振動腕7a、7bの表裏面、及び側面に夫々形成されている。また、複数の電極パッドと励振電極との間を夫々電気的に接続するリード電極が形成されている。
圧電振動素子4は、圧電基板4aと、圧電基板4aの複数の振動腕7a、7bを励振するための励振電極と、絶縁基板11との接続用パッド電極(図示せず)と、を概略備えている。
圧電基板4aは、複数の振動腕7a、7bと、各振動腕7a、7bの一方の端部間を連接する基部5と、各振動腕7a、7bの他方の端部に夫々形成され各振動腕よりも幅広の錘部9a、9bと、各振動腕7a、7bの各振動中心Cに沿った表面及び裏面の少なくとも一方の面に形成された溝部8a、8bと、を備えている。なお、圧電基板4aの外形、及び溝部8a、8bは、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工で形成されている。
複数の振動腕7a、7bを励振する励振電極は、蒸着法、又はスパッタ法を用いて、各溝部8a、8b内を含めた各振動腕7a、7bの表裏面、及び側面に夫々形成されている。また、複数の電極パッドと励振電極との間を夫々電気的に接続するリード電極が形成されている。
パッケージは、圧電振動素子4の各電極パッド(図示せず)と夫々電気的機械的に接続される素子搭載パッド18、及び複数の実装端子16を備えた絶縁基板(パッケージ本体)11と、素子搭載パッド上に搭載された圧電振動素子4を含む絶縁基板(パッケージ本体)11の上面を気密封止する蓋体35と、を備えている。
絶縁基板(パッケージ本体)11の凹陥部(キャビティー)の内底面上の、少なくとも圧電振動素子4の各錘部9a、9b及び基部5(支持腕5d、5e)の先部と対向する部位に夫々金属、又は高分子からなる緩衝材24が配設されている。
緩衝材24を帯状の連続体とせず個々に分離したのは、錘部9a、9bが緩衝材24に衝突する際に錘部9a、9bに形成した電極が金属の緩衝材に接することにより、振動腕7a、7bに形成した励振電極間に絶縁破壊が生じるのを防止するためである。
絶縁基板(パッケージ本体)11の凹陥部(キャビティー)の内底面上の、少なくとも圧電振動素子4の各錘部9a、9b及び基部5(支持腕5d、5e)の先部と対向する部位に夫々金属、又は高分子からなる緩衝材24が配設されている。
緩衝材24を帯状の連続体とせず個々に分離したのは、錘部9a、9bが緩衝材24に衝突する際に錘部9a、9bに形成した電極が金属の緩衝材に接することにより、振動腕7a、7bに形成した励振電極間に絶縁破壊が生じるのを防止するためである。
基部5は、基部本体5aと、基部本体5aの各振動腕7a、7bとは反対側の他端縁中間部に設けた連結部5bと、連結部5bを介して連接され基部本体5aとは離間し各振動腕7a、7bと直交して延びる支持片5cと、支持片5cの両端に連接し各振動腕7a、7bとは離間し並行して延びる左右一対の支持腕5d、5eと、を備えている。
圧電振動素子1の基部5が、基部本体5aと、連結部5bと、連結部5bを介して連接した左右一対の支持腕5d、5eと、を備えた構成とすることにより、絶縁基板11の素子搭載パッド18に導電性接着剤22を介して圧電振動素子を接着・固定する際に接着・固定による歪の影響が基部5の構造により緩和され、圧電振動素子1のCI(クリスタルインピーダンスー)値を小さく、即ちQ値を大きくすることができるという効果がある。また、圧電振動素子1に加わる衝撃力が緩和されるという効果もある。
圧電振動素子1の基部5が、基部本体5aと、連結部5bと、連結部5bを介して連接した左右一対の支持腕5d、5eと、を備えた構成とすることにより、絶縁基板11の素子搭載パッド18に導電性接着剤22を介して圧電振動素子を接着・固定する際に接着・固定による歪の影響が基部5の構造により緩和され、圧電振動素子1のCI(クリスタルインピーダンスー)値を小さく、即ちQ値を大きくすることができるという効果がある。また、圧電振動素子1に加わる衝撃力が緩和されるという効果もある。
図2は圧電振動素子4の電極構成を示す要部拡大図である。図2(a)は、励振電極30、31と、錘部9a、9b上の電極32a、32bと、リード電極33a、33bとを示す平面図であり、同図(b)はP−P断面図である。
図2(b)は、各振動腕7a、7bに夫々形成された励振電極30、31の配置を示す断面図である。
励振電極30、31は、各溝部8a、8bを含めた振動腕7a、7bの表裏面、側面、及び各溝部8a、8bの側面に形成されている。
振動腕7aの表裏面電極の極性は、振動腕7bの表裏面電極の極性に対して、異なる極性となるよう基部5に設けた複数の電極パッドを介して電圧が印加される。同様に、振動腕7aの側面電極の極性と、振動腕7bの側面電極の極性とは、互いに異なる極性となるように電圧が印加される。
つまり、振動腕7aの表裏面に+電圧、両側面に−電圧が印加されるとき、振動腕7bの表裏面に−電圧、両側面に+電圧が印加され、図2(b)の矢印で示すような電界が生じ、圧電振動素子4の重心を通る中心線Dに対し対称な音叉振動が励振される。
溝部8a、8bを形成することにより電界強度が強まり、音叉振動をより効率的に励振することができる。即ち、圧電振動素子のCI(クリスタルインピーダンスー)を小さく(Q値を大きく)することができる。
しかし、振動腕7a、7bの表裏面に必ずしも溝部を形成しなくともよい。
図2(b)は、各振動腕7a、7bに夫々形成された励振電極30、31の配置を示す断面図である。
励振電極30、31は、各溝部8a、8bを含めた振動腕7a、7bの表裏面、側面、及び各溝部8a、8bの側面に形成されている。
振動腕7aの表裏面電極の極性は、振動腕7bの表裏面電極の極性に対して、異なる極性となるよう基部5に設けた複数の電極パッドを介して電圧が印加される。同様に、振動腕7aの側面電極の極性と、振動腕7bの側面電極の極性とは、互いに異なる極性となるように電圧が印加される。
つまり、振動腕7aの表裏面に+電圧、両側面に−電圧が印加されるとき、振動腕7bの表裏面に−電圧、両側面に+電圧が印加され、図2(b)の矢印で示すような電界が生じ、圧電振動素子4の重心を通る中心線Dに対し対称な音叉振動が励振される。
溝部8a、8bを形成することにより電界強度が強まり、音叉振動をより効率的に励振することができる。即ち、圧電振動素子のCI(クリスタルインピーダンスー)を小さく(Q値を大きく)することができる。
しかし、振動腕7a、7bの表裏面に必ずしも溝部を形成しなくともよい。
図3は、図1のQ−Q断面図である。パッケージは、矩形の箱状に形成されているパッケージ本体(絶縁基板)11と、ガラス等からなる窓部材36を有する蓋体35と、を備えている。蓋体35はパッケージ本体11の上面に形成されたキャビティ(凹陥部)を気密封止する。
パッケージ本体(絶縁基板)11は、図3に示すように、絶縁材料から成る第1の基板12と、第2の基板13と、環状の第3の基板14とを順次積層して形成されている。各基板12、13、14は、絶縁材料としての酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートから成り、これらを箱状に成形した後で焼結して形成されている。表面実装用の実装端子16は、第1の基板12の外部底面に複数形成されている。
第3の基板14は中央部が除去された環状体であり、第3の基板14の上部周縁に例えばコバール等の金属シールリング15が焼成されている。
第2の基板13の上面と第3の基板14とにより、圧電振動素子4を収容するキャビティー(凹陥部)が形成されている。第2の基板13の上面の所定の位置には、内部導体17により各実装端子35と電気的に導通する複数の素子搭載パッド18が配設されている。また、第2の基板13上面(キャビティー内底面)の一端部寄りで、素子搭載パッド18に圧電振動素子4を搭載した際に錘部9a、9b及び支持腕5d、5eの先部に対応する部位に緩衝材24が形成されている。
パッケージ本体(絶縁基板)11は、図3に示すように、絶縁材料から成る第1の基板12と、第2の基板13と、環状の第3の基板14とを順次積層して形成されている。各基板12、13、14は、絶縁材料としての酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートから成り、これらを箱状に成形した後で焼結して形成されている。表面実装用の実装端子16は、第1の基板12の外部底面に複数形成されている。
第3の基板14は中央部が除去された環状体であり、第3の基板14の上部周縁に例えばコバール等の金属シールリング15が焼成されている。
第2の基板13の上面と第3の基板14とにより、圧電振動素子4を収容するキャビティー(凹陥部)が形成されている。第2の基板13の上面の所定の位置には、内部導体17により各実装端子35と電気的に導通する複数の素子搭載パッド18が配設されている。また、第2の基板13上面(キャビティー内底面)の一端部寄りで、素子搭載パッド18に圧電振動素子4を搭載した際に錘部9a、9b及び支持腕5d、5eの先部に対応する部位に緩衝材24が形成されている。
圧電振動子1を製造する場合は、まず、パッケージ本体11の素子搭載パッド18上に導電性接着剤22、例えばエポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤、ビスマレイミド系接着剤等の何れかを適量塗布し、その上に圧電振動素子4の各支持腕5d、5eを載置して荷重をかける。
パッケージ本体11内の素子搭載パッド18と、圧電振動素子4の電極パッドとを導通させるには、導電性接着剤22を硬化させるために所定温度の高温炉内に所定時間入れる。アニール処理を施した後、上方から錘部9a、9bに形成した周波数調整用電極にレーザー光を照射して、金属膜の一部を蒸散させて周波数粗調を行う。ガラス窓部材36を備えた蓋体35をパッケージ本体11の上面に形成したシールリング15にシーム溶接する。
パッケージ本体11内の素子搭載パッド18と、圧電振動素子4の電極パッドとを導通させるには、導電性接着剤22を硬化させるために所定温度の高温炉内に所定時間入れる。アニール処理を施した後、上方から錘部9a、9bに形成した周波数調整用電極にレーザー光を照射して、金属膜の一部を蒸散させて周波数粗調を行う。ガラス窓部材36を備えた蓋体35をパッケージ本体11の上面に形成したシールリング15にシーム溶接する。
パッケージ本体11の底面の貫通孔19を封止する前に加熱処理を施す。パッケージ本体11の上下を逆にして貫通孔19内の段差部上に金属球の充填材19aを載置する。充填材19aとしては金−ゲルマニウム合金等が好ましい。充填材19aにレーザー光を照射して溶融させ、貫通孔19を封止すると共にパッケージ内部を真空とする。
次に、パッケージの外部から窓部材36を介してレーザー光をパッケージ内に照射し、振動腕に形成した周波数調整用金属膜を蒸散させて周波数微調整を行い、圧電振動子1を完成する。
絶縁基板(パッケージ本体)11のキャビティー内底面の、圧電振動素子4の各錘部9a、9b及び支持腕5d、5eの先部と対向する部位に夫々緩衝材24を配設した圧電振動子(音叉型圧電振動子)1を構成することにより、落下等により絶縁基板11面と直交する方向の衝撃力が圧電振動子1に加わった際に、圧電振動子1の各振動腕の錘部9a、9b、及び基部5の支持腕5d、5eの先部が緩衝材24に衝突するが、緩衝材24によりその衝撃力は低減され、錘部9a、9bに形成した電極が剥れたり、支持腕5d、5eの先部が破損することが大幅に低減され、衝撃力に対して強い圧電振動子が得られるという効果がある。
次に、パッケージの外部から窓部材36を介してレーザー光をパッケージ内に照射し、振動腕に形成した周波数調整用金属膜を蒸散させて周波数微調整を行い、圧電振動子1を完成する。
絶縁基板(パッケージ本体)11のキャビティー内底面の、圧電振動素子4の各錘部9a、9b及び支持腕5d、5eの先部と対向する部位に夫々緩衝材24を配設した圧電振動子(音叉型圧電振動子)1を構成することにより、落下等により絶縁基板11面と直交する方向の衝撃力が圧電振動子1に加わった際に、圧電振動子1の各振動腕の錘部9a、9b、及び基部5の支持腕5d、5eの先部が緩衝材24に衝突するが、緩衝材24によりその衝撃力は低減され、錘部9a、9bに形成した電極が剥れたり、支持腕5d、5eの先部が破損することが大幅に低減され、衝撃力に対して強い圧電振動子が得られるという効果がある。
図4は、第2の実施の形態の圧電振動子2の構成を示す図であり、平面図は図1(a)に示す平面図とほぼ同様であるので省略する。図4(a)は幅方向(図1(a)のP−Pに相当する)の断面図であり、同図(b)は長さ方向(図1(a)のQ−Qに相当する)の断面図である。図1に示す圧電振動子1と異なる点は、パッケージ本体38のキャビティー38a内の両側壁面に長手方向に沿って緩衝材24aを設けたことである。
つまり、パッケージ本体38の素子搭載パッド18上に導電性接着剤22を介して圧電振動素子4を搭載する際に、錘部9a、9b、及び支持腕5d、5eの先部に対応するキャビティー38aの内底面上に夫々金属、又は高分子材の緩衝材24を配設し、支持腕5d、5eの先部に対応するキャビティー38aの側壁面に金属、又は高分子材の緩衝材24aを形成する。
緩衝材24aはパッケージ本体38を形成する段階で形成しておくことが望ましい。
つまり、パッケージ本体38の素子搭載パッド18上に導電性接着剤22を介して圧電振動素子4を搭載する際に、錘部9a、9b、及び支持腕5d、5eの先部に対応するキャビティー38aの内底面上に夫々金属、又は高分子材の緩衝材24を配設し、支持腕5d、5eの先部に対応するキャビティー38aの側壁面に金属、又は高分子材の緩衝材24aを形成する。
緩衝材24aはパッケージ本体38を形成する段階で形成しておくことが望ましい。
絶縁基板面(パッケージ本体38のキャビティー内底面)の、圧電振動素子4の各錘部及9a、9b、及び支持腕5d、5eの先部と対向する部位に夫々緩衝材24を配設すると共に、絶縁基板内側の両側壁面の圧電振動素子4の支持腕5d、5e(基部5)の先部と対向する部位に夫々緩衝材24aを配設した圧電振動子(音叉型圧電振動子)を構成する。落下等により絶縁基板38面と直交する方向の衝撃力が圧電振動子2に加わると、圧電振動子2の各振動腕の錘部9a、9b、及び基部の支持腕5d、5eの先部が底面の緩衝材24に衝突するが、緩衝材24により衝撃力は低減され、錘部9a、9bに形成した電極が剥がれたり、支持腕5d、5e先部が破損する虞が大幅に低減され、圧電振動子の不良が大幅に低減されるという効果がある。
また、絶縁基板38面と平行な方向の衝撃力が圧電振動子2に加わると、圧電振動子2の支持腕5d、5eの先部が側壁面と衝突する虞があるが、緩衝材24aにより衝撃力は低減され、支持腕先部が破損する虞が大幅に低減され、圧電振動子の不良が大幅に低減されるという効果がある。
また、絶縁基板38面と平行な方向の衝撃力が圧電振動子2に加わると、圧電振動子2の支持腕5d、5eの先部が側壁面と衝突する虞があるが、緩衝材24aにより衝撃力は低減され、支持腕先部が破損する虞が大幅に低減され、圧電振動子の不良が大幅に低減されるという効果がある。
図5は、第3の実施の形態の振動ジャイロセンサー3の構成を示す図であり、蓋体を取り除いて示している。図5(a)は、振動ジャイロセンサー3の平面図であり、同図(b)はP−P断面図である。
振動ジャイロセンサー3は、振動ジャイロ素子40と、振動ジャイロ素子40を収容するパッケージと、を概略備えている。パッケージは、絶縁基板(パッケージ本体)39と、絶縁基板39を気密封止する図示しない蓋体と、を備えている。
振動ジャイロ素子40は、中央に位置する基部41と、基部41の対向する2つの端縁(上下端縁40a、40b)の中央部から夫々同一直線上に、かつ反対方向へ突設された1対の検出用振動腕45a、45bと、を備えている。更に、振動ジャイロ素子40は、基部41の対向する他の2つの端縁(左右端縁41c、41d)の中央部から夫々検出用振動腕45a、45bと直交する方向に、かつ反対方向へ同一直線上に突設された1対の第1の連結腕42a、42bと、各第1の連結腕42a、42bの先部適所から夫々と直交する両方向へ突設された各1対の駆動用振動腕43a、43b及び44a、44bと、を備えている。
振動ジャイロセンサー3は、振動ジャイロ素子40と、振動ジャイロ素子40を収容するパッケージと、を概略備えている。パッケージは、絶縁基板(パッケージ本体)39と、絶縁基板39を気密封止する図示しない蓋体と、を備えている。
振動ジャイロ素子40は、中央に位置する基部41と、基部41の対向する2つの端縁(上下端縁40a、40b)の中央部から夫々同一直線上に、かつ反対方向へ突設された1対の検出用振動腕45a、45bと、を備えている。更に、振動ジャイロ素子40は、基部41の対向する他の2つの端縁(左右端縁41c、41d)の中央部から夫々検出用振動腕45a、45bと直交する方向に、かつ反対方向へ同一直線上に突設された1対の第1の連結腕42a、42bと、各第1の連結腕42a、42bの先部適所から夫々と直交する両方向へ突設された各1対の駆動用振動腕43a、43b及び44a、44bと、を備えている。
更に、振動ジャイロ素子40は、基部41の四隅(上下端縁40a、40bの各終端部)から夫々L字状に突設された2対の支持腕46a、46b及び47a、47bを備えている。各支持腕46a、47aの先部は、検出用振動腕45aの両側方において検出用振動腕45aと同方向へ延びている。各支持腕46b、47bの先部は、検出用振動腕45bの両側方において検出用振動腕45bと同方向へ延びている。
励振電極は、少なくとも1対の検出用振動腕45a、45bと、各1対の駆動用振動腕43a、43b及び44a、44bと、に夫々形成されている。支持腕46a、46b及び47a、47bには、複数の電極パッド(図示せず)が形成され、この電極パッドと励振電極との間は、夫々電気的に接続されている。
振動ジャイロセンサー3は、絶縁基板39面の、圧振動ジャイロ素子40の各検出用振動腕45a、45b、及び各駆動用振動腕43a、43b及び44a、44bの先部と対向する部位に金属、又は高分子材の緩衝材が設けられている。
励振電極は、少なくとも1対の検出用振動腕45a、45bと、各1対の駆動用振動腕43a、43b及び44a、44bと、に夫々形成されている。支持腕46a、46b及び47a、47bには、複数の電極パッド(図示せず)が形成され、この電極パッドと励振電極との間は、夫々電気的に接続されている。
振動ジャイロセンサー3は、絶縁基板39面の、圧振動ジャイロ素子40の各検出用振動腕45a、45b、及び各駆動用振動腕43a、43b及び44a、44bの先部と対向する部位に金属、又は高分子材の緩衝材が設けられている。
図5(c)は振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図である。振動ジャイロセンサー3は角速度が加わらない状態では、駆動用振動腕43a、43b、44a、44bが矢印Eで示す方向に屈曲振動を行う。このとき、駆動用振動腕43a、43bと駆動用振動腕44a、44bとが、重心Gを通るY軸方向の直線に関して線対称の振動を行っているため、基部41、連結腕42a、42b、検出用振動腕45a、45bはほとんど振動しない。
振動ジャイロセンサー3にZ軸回りの角速度ωが加わると、駆動用振動腕43a、43b、44a、44b、及び第1の連結腕42a、42bにコリオリ力が働き新たな振動が励起される。この振動は重心Gに対して周方向の振動である。同時に検出用振動腕45a、45bは、この振動に応じて検出振動が励起される。この振動により発生した歪を検出用振動腕45a、45bに形成した検出電極が検出して角速度が求められる。
振動ジャイロセンサー3にZ軸回りの角速度ωが加わると、駆動用振動腕43a、43b、44a、44b、及び第1の連結腕42a、42bにコリオリ力が働き新たな振動が励起される。この振動は重心Gに対して周方向の振動である。同時に検出用振動腕45a、45bは、この振動に応じて検出振動が励起される。この振動により発生した歪を検出用振動腕45a、45bに形成した検出電極が検出して角速度が求められる。
絶縁基板(パッケージ本体)39面の、圧振動ジャイロ素子40の各検出用振動腕45a、45b、及び各駆動用振動腕43a、43b、44a、44bの先部と対向する部位に緩衝材24を設けている。このように構成すると、落下等により絶縁基板39面と直交する方向への衝撃力が振動ジャイロセンサー3に加わった際に、振動ジャイロセンサー3の各検出用振動腕45a、45b、及び各駆動用振動腕43a、43b、44a、44bの先部が緩衝材24と接触するが、緩衝材24によりその衝撃力は低減され、各検出用振動腕45a、45b及び各駆動用振動腕43a、43b、44a、44bの電極が剥がれたり破損したりする不具合が低減され、衝撃に対して強い振動ジャイロセンサー3が構成できるという効果がある。
次に、圧電振動子1のパッケージ本体(絶縁基板)11に緩衝材24を形成する製造方法について説明する。図6、図7は、本発明の特徴である緩衝材24を、例えば銀(Ag)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)等の金属の一種、又は複数の金属を用いて、絶縁基板(パッケージ本体)11のキャビティー底面11aに形成する製造法を示す工程図と、フローチャート図である。
圧電振動素子4を搭載する前に、図6(a)に示すように絶縁基板(パッケージ本体)11のキャビティー底面11aの各錘部9a、9bと対向する部位に略全幅に渡り、各錘部9a、9bの振動腕方向の長さ程度に、所定厚さの緩衝材層24を、蒸着法、又はスパッタ法を用いて形成する(S10)。次に、緩衝材層24の表面全体にフォトレジスト膜26を形成する(S11)。
圧電振動素子4を搭載する前に、図6(a)に示すように絶縁基板(パッケージ本体)11のキャビティー底面11aの各錘部9a、9bと対向する部位に略全幅に渡り、各錘部9a、9bの振動腕方向の長さ程度に、所定厚さの緩衝材層24を、蒸着法、又はスパッタ法を用いて形成する(S10)。次に、緩衝材層24の表面全体にフォトレジスト膜26を形成する(S11)。
次に、図6(b)に示すように、緩衝材層24、フォトレジスト膜26が形成された絶縁基板(パッケージ本体)11の素子搭載パッド18に、導電性接着剤22を適量塗布してから圧電振動素子4を所定の位置に搭載し、軽く加重を加えてから接着剤を硬化させることにより搭載を完了する(S12)。次に、圧電振動素子4の各錘部9a、9b及び支持腕5d、5eの先部をフォトマスクとして用い、圧電振動素子4の上方から光を当てて露光する(S13)。図6(c)に示すように感光したフォトレジスト膜26を除去する(S14)。
次に、図6(d)に示すように、フォトレジスト26の除去によって露出した緩衝材層24の特定部位をエッチングにより除去する(S14)。図6(e)に示すように、残ったフォトレジスト26を除去することにより、絶縁基板(パッケージ本体)11のキャビティーの所定の位置、つまり、圧電振動素子4の錘部9a、9b、及び支持腕5d、5eの先部に対応する部位に正確に緩衝材24を形成することができる。
次に、図6(d)に示すように、フォトレジスト26の除去によって露出した緩衝材層24の特定部位をエッチングにより除去する(S14)。図6(e)に示すように、残ったフォトレジスト26を除去することにより、絶縁基板(パッケージ本体)11のキャビティーの所定の位置、つまり、圧電振動素子4の錘部9a、9b、及び支持腕5d、5eの先部に対応する部位に正確に緩衝材24を形成することができる。
以上では圧電振動子1のパッケージ本体(絶縁基板)11に緩衝材24を形成する製造方法について説明したが、振動ジャイロセンサー3のパッケージ本体(絶縁基板)39に緩衝材24を形成する製造方法も、図6、図7と同様な製造方法を用いて構成することができるので省略する。
即ち、緩衝材を備えた振動ジャイロセンサーの製造方法は、絶縁基板上に振動ジャイロ素子を搭載する前に、各検出用振動腕及び各駆動用振動腕の各先部と対向する絶縁基板面に略全幅に渡って緩衝材層を形成する緩衝材層形成工程と、緩衝材層の表面にフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、絶縁基板上に前記振動ジャイロ素子を搭載してから、前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕の先部をマスクとして、フォトレジスト膜の露出部位を露光して除去する露光工程と、露光工程によるフォトレジストの除去によって露出した緩衝材層の特定部位をエッチングにより除去するエッチング工程と、レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、を含むものである。
即ち、緩衝材を備えた振動ジャイロセンサーの製造方法は、絶縁基板上に振動ジャイロ素子を搭載する前に、各検出用振動腕及び各駆動用振動腕の各先部と対向する絶縁基板面に略全幅に渡って緩衝材層を形成する緩衝材層形成工程と、緩衝材層の表面にフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、絶縁基板上に前記振動ジャイロ素子を搭載してから、前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕の先部をマスクとして、フォトレジスト膜の露出部位を露光して除去する露光工程と、露光工程によるフォトレジストの除去によって露出した緩衝材層の特定部位をエッチングにより除去するエッチング工程と、レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、を含むものである。
ここで注意を要するのは、圧電振動素子4の電極の表面は一般的に金(Au)が用いられているので、緩衝材24としては金(Au)以外の金属を使うことである。これは、緩衝材層24をエッチングする際に、圧電振動素子4の電極がエッチングされないようなエッチング液を選択するためである。また、水晶の硬度は7であるので、緩衝材24の硬度は、硬度7より柔らかい硬度の緩衝材を用いることが望ましい。
圧電振動子1のパッケージ本体(絶縁基板)11面に、蒸着法又はスパッタ法を使用して、銀(Ag)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)の何れか一つの金属、又は複数の金属を用いて、緩衝材層24を形成し、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法で緩衝材層24を加工すれば、絶縁基板11面に圧電振動素子1の各錘部9a、9b及び支持腕5d、5eの先部と対向する部位に正確に、且つ容易に緩衝材24を形成することができ、落下等による衝撃に対し強い圧電振動子1が得られるという効果がある。
振動ジャイロセンサー3のパッケージ本体(絶縁基板)39面に、蒸着法又はスパッタ法を用いて、銀(Ag)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)の何れか一つの金属、又は複数の金属の緩衝材層24を形成し、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法を用いて緩衝材層24を加工すれば、絶縁基板39面に各検出用振動腕45a、45b、及び各駆動用振動腕43a、43b、44a、44bの先部と対向する部位に正確に、且つ容易に緩衝材を形成することでき、落下等による衝撃に対し強い振動ジャイロセンサー3が得られるという効果がある。
図8は、緩衝材24に高分子材、例えばエポキシ系、ポリイミド、ビスマレイミド系の高分子材を用いて圧電振動子1を構成する場合の製造フローチャートである。
初めに、絶縁基板(パッケージ本体)11に圧電振動素子4を搭載する前に、絶縁基板(パッケージ本体)11のキャビティー底面11aに、各錘部9a、9bと対向する絶縁基板11面の略全幅に渡り、各錘部9a、9bの振動腕方向の長さ程度で、所定の厚さの緩衝材層24を塗布する(S20)。
次に、緩衝材層24が形成された絶縁基板(パッケージ本体)11の素子搭載パッド18に、導電性接着剤22を適量塗布し、圧電振動素子4を所定の位置に搭載し、軽く加重をかける(S21)。次に、形状認識用カメラと、レーザー装置と、情報処理装置(パーソナルコンピュータPC)とを装備した装置を用い、圧電振動素子4の各錘部9a、9b、及び支持腕5d、5eの先部の形状を撮影し、この情報をPCの格納する(S22)。
次に、PCに格納した情報に基づき、各錘部9a、9b、及び支持腕5d、5eの先部を僅かに避けて緩衝材層24を蒸散して、圧電振動素子4の錘部9a、9b、及び支持腕5d、5eの先部に対応する部位に、正確に緩衝材24を形成することができる。
初めに、絶縁基板(パッケージ本体)11に圧電振動素子4を搭載する前に、絶縁基板(パッケージ本体)11のキャビティー底面11aに、各錘部9a、9bと対向する絶縁基板11面の略全幅に渡り、各錘部9a、9bの振動腕方向の長さ程度で、所定の厚さの緩衝材層24を塗布する(S20)。
次に、緩衝材層24が形成された絶縁基板(パッケージ本体)11の素子搭載パッド18に、導電性接着剤22を適量塗布し、圧電振動素子4を所定の位置に搭載し、軽く加重をかける(S21)。次に、形状認識用カメラと、レーザー装置と、情報処理装置(パーソナルコンピュータPC)とを装備した装置を用い、圧電振動素子4の各錘部9a、9b、及び支持腕5d、5eの先部の形状を撮影し、この情報をPCの格納する(S22)。
次に、PCに格納した情報に基づき、各錘部9a、9b、及び支持腕5d、5eの先部を僅かに避けて緩衝材層24を蒸散して、圧電振動素子4の錘部9a、9b、及び支持腕5d、5eの先部に対応する部位に、正確に緩衝材24を形成することができる。
図8では、緩衝材24に高分子材、例えばエポキシ系、ポリイミド、ビスマレイミド系の高分子材を用いて圧電振動子1の製造方法について説明したが、振動ジャイロセンサー3についても、同様な製造方法で構成することができる。
圧電振動子1のパッケージ本体(絶縁基板)11面の所定の領域にエポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系高分子材の何れか一つの高分子材を塗布し、形状認識用カメラ、レーザー装置及び情報処理装置(PC)を用いて、圧電振動素子の錘部9a、9b及び支持腕5d、5eの先部をマスクとして、不要な高分子材を除去すれば、絶縁基板11面に錘部9a、9b及び支持腕5d、5eの先部と正確に対応する高分子材の緩衝材が容易に形成され、落下等による衝撃力に対し、強い圧電振動子1が得られるという効果がある。
振動ジャイロセンサー3のパッケージ本体(絶縁基板)39面の所定の領域に、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系高分子材の何れか一つの高分子材を塗布し、形状認識用カメラ、レーザー装置及び情報処理装置(PC)を用いて、振動ジャイロ素子の各検出用振動腕45a、45b、及び各駆動用振動腕43a、43b、44a、44bの先部をマスクとして、不要な高分子材を除去すれば、絶縁基板39面に各検出用振動腕45a、45b、及び各駆動用振動腕43a、43b、44a、44bと正確に対応する高分子材の緩衝材24が容易に形成され、落下等による衝撃力に対し強い振動ジャイロセンサー3が得られるという効果がある。
圧電振動子1のパッケージ本体(絶縁基板)11面の所定の領域にエポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系高分子材の何れか一つの高分子材を塗布し、形状認識用カメラ、レーザー装置及び情報処理装置(PC)を用いて、圧電振動素子の錘部9a、9b及び支持腕5d、5eの先部をマスクとして、不要な高分子材を除去すれば、絶縁基板11面に錘部9a、9b及び支持腕5d、5eの先部と正確に対応する高分子材の緩衝材が容易に形成され、落下等による衝撃力に対し、強い圧電振動子1が得られるという効果がある。
振動ジャイロセンサー3のパッケージ本体(絶縁基板)39面の所定の領域に、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系高分子材の何れか一つの高分子材を塗布し、形状認識用カメラ、レーザー装置及び情報処理装置(PC)を用いて、振動ジャイロ素子の各検出用振動腕45a、45b、及び各駆動用振動腕43a、43b、44a、44bの先部をマスクとして、不要な高分子材を除去すれば、絶縁基板39面に各検出用振動腕45a、45b、及び各駆動用振動腕43a、43b、44a、44bと正確に対応する高分子材の緩衝材24が容易に形成され、落下等による衝撃力に対し強い振動ジャイロセンサー3が得られるという効果がある。
1、2…圧電振動子、3…振動ジャイロセンサー、4…圧電振動素子、4a…圧電基板、5、41…基部、5a…基部本体、5b…連結部、5c…支持片、5d、5e…支持腕、7a、7b…振動腕、8a、8b…溝部、9a、9b…錘部、11、38、39…絶縁基板(パッケージ本体)、12…第1の基板、13…第2の基板、14…第3の基板、15…シールリング、16…実装端子、17…導体、18…素子搭載パッド、19…貫通孔19、19a…充填材、22…導電性接着剤、24…緩衝材、30、31…励振電極、32a、32b…錘部電極、33a、33b…リード電極、35…蓋体35、36…窓部材、40…振動ジャイロ、42a、42b…第1の連結腕、43a、43b、44a、44b…駆動用振動腕、45a、45b…検出用振動腕、46a、46b、47a、47b…支持腕、C…振動中心、D…重心
Claims (12)
- 圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えた圧電振動子であって、
前記圧電振動素子は、複数の振動腕、各振動腕の一方の端部間を連接すると共に複数の電極パッドを備えた基部、前記各振動腕の他方の端部に夫々形成され該各振動腕よりも幅広の錘部、及び、前記各振動腕の振動中心に沿った表面及び裏面の少なくとも一方の面に形成された溝部、を備えた圧電基板と、前記各溝部内を含めた前記各振動腕の表裏面の少なくとも一方の面に夫々形成され、且つ前記複数の電極パッドとの間を夫々電気的に接続される励振電極と、を有し、
前記パッケージは、前記圧電振動素子の前記各電極パッドと夫々電気的機械的に接続される素子搭載パッド、及び実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載された前記圧電振動素子を含む前記絶縁基板上面を気密封止する蓋体と、を備え、
前記絶縁基板面の、少なくとも前記圧電振動素子の各錘部と対向する部位に夫々緩衝材を配設したことを特徴とする圧電振動子。 - 圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えた圧電振動子であって、
前記圧電振動素子は、複数の振動腕、各振動腕の一方の端部間を連接すると共に複数の電極パッドを備えた基部、前記各振動腕の他方の端部に夫々形成され該各振動腕よりも幅広の錘部、及び、前記各振動腕の振動中心に沿った表面及び裏面の少なくとも一方の面に形成された溝部、を備えた圧電基板と、前記各溝部内を含めた前記各振動腕の表裏面の少なくとも一方の面に夫々形成され、且つ前記複数の電極パッドとの間を夫々電気的に接続される励振電極と、を有し、
前記パッケージは、上面の凹陥部内に前記圧電振動素子の前記各電極パッドと夫々電気的機械的に接続される素子搭載パッドを有すると共に、該凹陥部の外部に実装端子を備えた絶縁基板と、前記素子搭載パッド上に搭載された前記圧電振動素子を含む前記絶縁基板上面を気密封止する蓋体と、を備え、
前記絶縁基板の凹陥部内底面には、前記圧電振動素子の各錘部及び基部の先部と対向する部位に夫々緩衝材を配設し、且つ、前記凹陥部の内壁には、前記圧電振動素子の基部の先部と対向する部位に夫々緩衝材を配設したことを特徴とする圧電振動子。 - 前記基部は、基部本体と、該基部本体の前記振動腕とは反対側の他端縁中間部に設けた連結部と、該連結部を介して連接され且つ前記基部本体とは離間して延びる左右一対の支持腕と、を備え、前記各支持腕の先部と対向する前記絶縁基板面に前記緩衝材を配置したことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電振動子。
- 前記緩衝材は、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)の何れか一つの物質から成る緩衝材層、又は複数の物質から成る緩衝材層であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の圧電振動子。
- 前記緩衝材は、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系高分子材の何れか一つを用いた緩衝材であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の圧電振動子。
- 振動ジャイロ素子と、該振動ジャイロ素子を収容するパッケージと、を備えた振動ジャイロセンサーであって、
前記振動ジャイロ素子は、基部と、該基部の対向する2つの端縁から夫々同一直線上に突設された1対の検出用振動腕と、
前記基部の対向する他の2つの端縁から夫々前記検出用振動腕と直交する方向に同一直線上に突設された1対の第1の連結腕と、前記各第1の連結腕からそれと直交する両方向へ夫々突設された各1対の駆動用振動腕と、
前記基部の四隅から夫々突設され、一対が一方の前記検出用振動腕の両側方において該検出用振動腕と同方向へ延びており、他方の一対が他方の前記検出用振動腕の両側方において該他方の検出用振動腕と同方向へ延びた二対の支持腕と、
少なくとも前記1対の検出用振動腕と、前記各1対の駆動用振動腕とに夫々形成され、且つ前記基部に設けた複数の電極パッドとの間を夫々電気的に接続される励振電極と、を備えており、
前記絶縁基板面の、前記圧振動ジャイロ素子の各検出用振動腕及び各駆動用振動腕の先端部と対向する部位に緩衝材を設けたことを特徴とする振動ジャイロセンサー。 - 前記緩衝材は、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)の何れか一つの物質から成る緩衝材層、又は複数の物質から成る緩衝層材であることを特徴とする請求項6に記載の振動ジャイロセンサー。
- 前記緩衝材は、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系高分子材の何れか一つを用いた緩衝材であることを特徴とする請求項6に記載の振動ジャイロセンサー。
- 請求項1乃至4の何れか一項に係る圧電振動子の製造方法であって、
前記絶縁基板上に前記圧電振動素子を搭載する前に、前記各錘部と対向する前記絶縁基板面に略全幅に渡って前記緩衝材層を形成する緩衝材層形成工程と、
前記緩衝材層の表面にフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、
前記絶縁基板上に前記圧電振動素子を搭載してから、前記各錘部をマスクとして、前記フォトレジスト膜の露出部位を露光して除去する露光工程と、
前記露光工程による前記フォトレジストの除去によって露出した前記緩衝材層の特定部位をエッチングにより除去するエッチング工程と、
前記レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、
を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 請求項6又は7に係る振動ジャイロセンサーの製造方法であって、
前記絶縁基板上に前記振動ジャイロ素子を搭載する前に、前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕の各先部と対向する前記絶縁基板面に略全幅に渡って緩衝材層を形成する緩衝材層形成工程と、
前記緩衝材層の表面にフォトレジスト膜を形成するフォトレジスト膜形成工程と、
前記絶縁基板上に前記振動ジャイロ素子を搭載してから、前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕の先部をマスクとして、前記フォトレジスト膜の露出部位を露光して除去する露光工程と、
前記露光工程による前記フォトレジストの除去によって露出した前記緩衝材層の特定部位をエッチングにより除去するエッチング工程と、
前記レジスト膜を除去するレジスト膜除去工程と、
を含むことを特徴とする振動ジャイロセンサーの製造方法。 - 形状認識用カメラ、レーザー装置及び情報処理装置を用いた請求項1乃至3、又は5の何れか一項に係る圧電振動子の製造方法であって、
前記絶縁基板上に前記圧電振動素子を搭載する前に、前記各錘部と対向する前記絶縁基板面に略全幅に渡って前記高分子材の何れか一つを用いた緩衝材層を塗布する緩衝材層形成工程と、
前記絶縁基板上に前記圧電振動素子を搭載してから、前記各錘部及び前記支持腕を前記形状認識用カメラで認識し、該形状認識用カメラの出力情報に基づいて前記各錘部及び前記支持腕を僅かに避けて前記緩衝材層をレーザー装置で蒸散させ除去する蒸散工程と、
を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。 - 形状認識用カメラ、レーザー装置及び情報処理装置を用いた請求項6又は8に係る振動ジャイロセンサーの製造方法であって、
前記絶縁基板上に前記振動ジャイロ素子を搭載する前に、前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕の各先部と対向する前記絶縁基板面に略全幅に渡って前記高分子材の何れか一つを用いた緩衝材層を塗布する緩衝材層形成工程と、
前記絶縁基板上に前記振動ジャイロ素子を搭載してから、前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕の各先部を前記形状認識用カメラで認識し、該形状認識用カメラの出力情報に基づいて前記各検出用振動腕及び前記各駆動用振動腕を僅かに避けて前記緩衝材層をレーザー装置で蒸散させ除去する蒸散工程と、
を含むことを特徴とする圧電振動子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2010256542A JP2012107968A (ja) | 2010-11-17 | 2010-11-17 | 圧電振動子、振動ジャイロセンサー及びその製造方法 |
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| JP2010256542A Withdrawn JP2012107968A (ja) | 2010-11-17 | 2010-11-17 | 圧電振動子、振動ジャイロセンサー及びその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2010
- 2010-11-17 JP JP2010256542A patent/JP2012107968A/ja not_active Withdrawn
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