JP2008014633A - 振動型ジャイロセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】歪みや振動などによる影響を受けることなく振動特性の安定化を図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は、角速度を検出する振動素子１Ｘ，１Ｙと、振動素子１Ｘ，１Ｙと電気的に接続され当該振動素子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、支持基板２と中継基板４との間に配置され、これら支持基板２と中継基板４間における歪み及び振動の伝達を減衰させる緩衝部材（バネ部材）５とを備えている。
【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一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構造体を形成する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）。

特開２００５−２２７１１０号公報

しかしながら、上記のような小型でかつ振動動作を伴う部品は、外部からの歪みの影響や振動の反射の影響を受けて、特性が大きく変動してしまう可能性がある。特に、この種の振動型ジャイロセンサを他のセンサ部品とともに同一基板上に実装してモジュール化を図る場合、基板への実装前後で角速度の検出特性が変化するようなことがあると、実装後さまざまな調整を行っても仕様規格から外れてしまう懸念がある。

更に、実装した基板に、カメラレンズのズーム機構などの可動部が搭載あるいは近接配置されている場合、その動きを拾って振動素子の振動特性が変動したり、Ｓ／Ｎが低下して検出出力が低下することが懸念される。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、歪みや振動などによる影響を受けることなく振動特性の安定化を図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、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、支持基板と中継基板との間に配置された緩衝部材とを備えている。

緩衝部材は、中継基板に対して支持基板を弾性的に支持するバネやゴム等の弾性部材で構成することができる。中継基板に対して支持基板を緩衝部材によって弾性的に支持する構造とすることで、中継基板に生じた歪みが支持基板に伝達されるのを阻止することができ、振動素子の振動特性の安定化を図ることができる。また、振動素子を支持する支持基板から中継基板側への振動の伝播を抑制できるので、振動素子の振動が外部に漏れることによるノイズの影響を回避して、安定した振動特性と出力特性の向上を図ることができる。

緩衝部材は、支持基板と中継基板との間を電気的に接続する配線部材を兼ねる構成とすることで、部品点数の低減を図ることができる。具体的には、緩衝部材として金属製バネ、フレキシブル配線基板、比較的弾性変形能の高い導電性ペーストや異方性導電性フィルムなどが挙げられる。

以上述べたように、本発明の振動型ジャイロセンサによれば、歪みや振動による影響を受けることなく振動特性の安定化を図ることができる。

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。なお、本発明は、以下の各実施形態に限定されることはなく、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。

（第１の実施形態）
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。

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、センサ高さ方向に対向する支持基板２と中継基板４との間に配置された緩衝部材５と、中継基板４の上面を被覆するキャップ部材６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）、ＩＣ回路素子７、更には多数個のセラミックコンデンサ等の適宜の電子部品８が混載されている。なお、簡略のため、図１には電子部品８を一部のみ示している。

図２は、支持基板２の部品実装面２Ａを上から見たときの平面図である。支持基板２は四角形状とされているが、勿論、形状はこれに限られない。支持基板２の部品実装面２Ａには、所定の配線パターン（図示略）が形成されているとともに、振動素子１がそれぞれバンプ１３（図１参照）を介して支持基板２上にフリップチップ実装されている。本実施形態では、バンプ１３は金のスタッドバンプからなり、支持基板２上に超音波接合されている。振動素子１は、支持基板２上の配線パターンを介して、ＩＣ回路素子７に電気的に接続されている。

支持基板２は両面配線基板として構成され、部品実装面２Ａ上に形成された配線パターンが支持基板２の他方の面（図１において上面）に導出されている。図３は図１に示した振動型ジャイロセンサ１０をキャップ部材６を取り外して見たときの平面図である。この支持基板２の他方側の面は端子形成面２Ｂとされており、図３に示すように、この端子形成面２Ｂの周囲に沿って複数の端子部２ｔが形成されている。各端子部２ｔには、後述する複数の緩衝部材５がそれぞれ接合されている。

中継基板４は、例えばガラスエポキシ材料を基材とする有機系両面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。振動型ジャイロセンサ１０は、これら外部接続端子３を介して外部の制御基板９に対して電気的・機械的に接続される。制御基板９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。この制御基板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。制御基板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支持基板２と電気的に接続される端子形成面とされている。支持基板２は、複数の緩衝部材５を介して中継基板４の端子形成面４Ｂ上に支持されている。後述するように、緩衝部材５は導電性材料で構成されており、これら複数の緩衝部材５と接する端子形成面４Ｂ上の領域には、外部接続端子３と電気的に連絡する端子部（図示略）がそれぞれ形成されている。

本実施形態において、緩衝部材５は、中継基板４に対して支持基板２を弾性的に支持するバネ部材で構成されている。また、緩衝部材５は、支持基板２と中継基板４との間を電気的に接続する配線部材をも兼ねており、部品点数の低減が図られている。緩衝部材５の構成材料は、バネ性と導電性を有するものであれば特に限定されず、金属材料が好適であり、特に本実施形態では、りん青銅からなるバネ部材が用いられている。なお、以下の説明では、緩衝部材５を「バネ部材５」と称して説明する。

バネ部材５は、支持基板２の端子形成面２Ｂに形成された端子部２ｔに接合される第１アーム部５ａと、中継基板４の端子形成面４Ｂに形成された端子部に接合される第２アーム部５ｂと、これら第１，第２アーム部５ａ，５ｂの間を連結する連結部５ｃとからなるコの字形状を有している。勿論、バネ部材５の形状は上記コの字状に限定されることはなく、例えば、Ｌ字状、Γ字状、Ｉ字状など、上記第１，第２アーム部５ａ，５ｂの何れか一方又は両方が省略された形状でもよい。各アーム部５ａ，５ｂと端子部との間の接合は、導電性ペーストやはんだ等の導電性接合材を用いることができ、本実施形態では、Ａｇ（銀）ペーストが用いられている。

バネ部材５は、支持基板２と中継基板４間における歪み及び振動の伝達を減衰させる機能を有する。具体的には、中継基板４側から支持基板２側へ伝達される歪みを緩和する機能と、支持基板２上の振動素子１の振動が中継基板４に伝達されるのを防ぐ機能を有している。従って、バネ部材５は、振動素子１の駆動周波数に対して吸収を示す振動系をもつように構成されている。

本実施形態においては、一方の振動素子１Ｘの駆動共振周波数が３６ｋＨｚ、他方の振動素子１Ｙの駆動共振周波数が３９ｋＨｚとされている。また、各バネ部材５は、厚みが５０μｍ、幅が１００μｍのりん青銅材からなる板バネで、その共振周波数は、後述するように、振動素子１Ｘ，１Ｙの駆動周波数の１／５以下（本例では約７ｋＨｚ以下）となるように設定されている。

キャップ部材６は、中継基板４に支持されている支持基板２と、この支持基板２に実装されている振動素子１、ＩＣ回路素子７、電子部品８などを外部から遮蔽するためのものである。キャップ部材６の側壁部は、中継基板の端子形成面４Ｂの周囲に接着、嵌め込み等により密着固定されている。特に本実施形態においては、支持基板２の部品実装面２Ａと中継基板４の端子形成面４Ｂとを対向配置させることで、振動型ジャイロセンサ１０の薄型化を図るようにしている。

キャップ部材６の構成材料は特に制限されないが、電磁シールド機能を持たせるために少なくとも一部が導電性材料で構成されるのが好ましく、本実施形態では、ステンレス板やアルミニウム板等の導電性板材のプレス成形体で構成されている。キャップ部材６は、制御基板９上のグランド端子に接続されることで、所定の電磁シールド機能を行う。

また、振動型ジャイロセンサ１０の電磁シールド機能を高めるため、キャップ部材６が取り付けられる中継基板４に対してもシールド機能をもたせることが好ましい。具体的には、多層基板で構成される中継基板４の内部配線層の一部をシールド層としてベタ状またはメッシュ状に形成し、このシールド層を制御基板９のグランド電位に接続する。これにより、外部からの電磁波の影響を受けにくい振動型ジャイロセンサ１０を提供することができる。なお、中継基板４に代えて又は中継基板４に加えて、支持基板２についても同様なシールド層が設けられてもよい。

本発明者らの実験では、キャップ部材と中継基板にシールド構造をもたせなかった場合のノイズ（最終アンプ出力）が０．９７〜１．０２Ｖｐ−ｐであったのに対し、中継基板にのみシールド構造をもたせた場合には０．１７〜０．２５Ｖｐ−ｐに、また、キャップ部材にのみシールド構造をもたせた場合には０．０２〜０．０４Ｖｐ−ｐにまでノイズを低減できることが確認されている。更に、キャップ部材と中継基板のそれぞれにシールド構造をもたせた場合には、０．０２〜０．０３Ｖｐ−ｐにまで低減することができた。

なお、キャップ部材６は、振動素子１の振動を拾って共振を起こし外部歪みやノイズを引き起こすことがないように、キャップ部材６のもつ共振周波数が振動素子１の駆動共振周波数の前後５ｋＨｚ以上離して構成されるようにする。

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に支持される基部１１と、この基部１１の一側周部から一体的に突出形成された片持ち梁構造の振動子部１２とからなる。各振動素子１Ｘ，１Ｙは、その振動子部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、各々の振動子部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は振動子部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は振動子部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、振動子部１２のほぼ全領域と基部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、振動子部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、それぞれ基部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部１２が振動する。このとき、検出電極１７Ｌ，１７Ｒは、振動子部１２の振動に伴って、圧電体薄膜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。振動子部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、振動子部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部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、振動子部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の各々の振動子部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、振動素子１が実装される支持基板２が、複数のバネ部材５を介して中継基板４上に弾性的に支持される構成であるので、中継基板４に生じた歪みが支持基板２に伝達されるのを阻止することができる。これにより、例えば、振動型ジャイロセンサ１０を制御基板９の上にリフローはんだ付けする際に生じる中継基板４の歪みをバネ部材５の弾性変形によって減衰させ、支持基板２上の振動素子１の振動特性の安定化を図ることができる。

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５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５は、振動素子１を支持する支持基板２を直接、制御基板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５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。

図６Ａ，Ｂは、振動型ジャイロセンサ１０Ｒにおいて、側周部の一辺を固定し対向する他の一辺に荷重を加えたときの振動素子１Ｘ，１Ｙのオフセット電圧の変動の様子を示している。図６Ａ，Ｂにおいて「往」は加重方向における変化の様子を示し、「復」は荷重除去方向における変化の様子を示している。印加する荷重の大きさは、実装により発生する支持基板２の歪み応力と一致することが確認されている。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圧差を意味する。このオフセット電圧が一定の場合、振動素子１は安定した振動特性を維持する。なお、図示の例では、振動素子１Ｘ，１Ｙとでオフセット電圧の設定値が互いに異なっている。

図６Ａ，Ｂに示すように、図５に示した振動型ジャイロセンサ１０Ｒにおいては、振動素子１Ｘ，１Ｙに関して、荷重の印加によりオフセット電圧Ｖ０が大きく変動し、変動の様子も急激であることがわかる。これは、荷重が印加されることで支持基板２に歪みが発生し、この歪みが振動素子１に伝播して圧電体薄膜層の変形を誘発することで、設定オフセット電圧が変動するものと考えられる。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が制御基板９上に直接実装される場合、支持基板２と制御基板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。従って、図５に示した振動型ジャイロセンサ１０Ｒの構成では、制御基板９への実装の前後で振動素子１の振動特性が変化してしまい、目的とする性能が得られなくなるおそれがある。

一方、図７Ａ，Ｂは、図１に示した振動型ジャイロセンサ１０について、図６と同様の荷重−Ｖｏ特性を評価したときの測定結果を示している。図７Ａ，Ｂに示すように、振動素子１Ｘ，１Ｙに関して、オフセット電圧Ｖ０の変動はほとんど認められず、設定値に対して±５０ｍＶ以下の変動量に収まっている。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を緩衝部材５を介して支持する中継基板４を設け、この中継基板４を制御基板９へ実装させる構造であるので、リフロー実装時において制御基板９との熱膨張率差に起因して中継基板４に歪みは発生するが、この発生した歪みは、緩衝部材５の弾性変形によって減衰されるため、支持基板２へ伝達されることはない。このため、支持基板２上に搭載されている振動素子１Ｘ，１Ｙに関しては、外部ストレスの影響を受けることなく安定した振動特性を確保できるようになる。また、制御基板９への実装前後における振動型ジャイロセンサ１０の振動特性の変化を防ぐことが可能となる。

次に、図８Ａ，Ｂに示すように、図５に示した振動型ジャイロセンサ１０Ｒを駆動させた状態で、センサ１０Ｒの上方に遮蔽物Ｐを揺動させたときの外乱ノイズの変動を評価した。遮蔽物Ｐはアルミニウム板を用い、センサ１０Ｒの表面から一定の距離Ｈだけ離れた上方位置で、図８Ｂに示すように遮蔽物Ｐを１Ｈｚ程度で揺動させ、遮蔽物Ｐがセンサ１０Ｒを覆ったときの当該センサ１０Ｒの出力に含まれるノイズの大きさの最大値を測定した。測定結果を図９に示す。横軸は距離Ｈを示し、縦軸はノイズの大きさ（増幅値）を示している。

図９に示すように、振動素子１Ｘ，１Ｙの共振周波数により、およそ半波長の整数倍のところでノイズが大きくなることが確認される。これは、振動素子１の共振による振動の漏れが影響していると考えられる。即ち、図５に示した構成の振動型ジャイロセンサ１０Ｒは、振動素子１を支持する支持基板２が直接、制御基板９上に実装される構造であるので、振動素子１の共振振動が支持基板２、外部接続端子３を介して制御基板９へ伝播する。そして更に、制御基板９の振動が上方の遮蔽物Ｐに伝播し、遮蔽物Ｐの表面で反射した振動が再び振動素子１へ入射することにより、センサ出力に当該振動成分が飛び込むと考えられる。

一方、図１０は、図１に示した振動型ジャイロセンサ１０について、図８と同様のノイズ量の評価を行ったときの測定結果を示している。図１０に示すように、遮蔽物Ｐの距離Ｈに関係なく、ノイズ量の増加はほとんど認められない。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をバネ部材５を介して支持する中継基板４を設け、この中継基板４を制御基板９へ実装させる構造であるので、振動素子１の共振振動は、バネ部材５の振動により吸収されるため、中継基板４や制御基板９へ当該振動の伝播が抑制される。これにより、振動素子１の共振振動が外部へ漏れることを防止できるので、振動の反射によるノイズ量の変動あるいは増大を抑制することができる。また、制御基板９上にカメラレンズのズーム機構などの可動部が搭載あるいは近接配置される場合でも、その動きを拾って振動素子の振動特性が変動したり、Ｓ／Ｎが低下して検出出力が低下することを防止し、角速度検出を高精度に行うことが可能となる。

次に、図１１は、振動素子１の実装面と垂直なＺ軸方向のバネ部材５の共振周波数と、図７Ａ，Ｂに示したようにして測定された振動素子１のオフセット電圧Ｖｏの設定値からの変動量との関係を示している。また、図１２は、バネ部材５のＺ軸方向の共振周波数と、図８に示したようにして測定された近接ノイズとの関係を示している。なお、実験に用いたバネ部材５のサンプルは、厚さ５０μｍ、幅１００μｍのりん青銅バネとした。

図１１及び図１２に示したように、バネ部材５の共振周波数が１０ｋＨｚ以上で、オフセット電圧変動量及び近接ノイズが急激に増加することがわかる。これは、バネ部材５のバネ定数が大きくなると、支持基板２に伝播する歪みの減衰作用及び中継基板４に伝播する振動素子１の共振振動の減衰作用が低下して、安定した振動特性及び出力特性が得られなくなることを示している。以上のことから、バネ部材５の共振周波数を１０ｋＨｚ以下、好ましくは７ｋＨｚ以下とすることで、歪みの伝播によるオフセット電圧の変動と振動の漏れによる近接ノイズの影響を回避することができる。

なお、バネ部材５の共振周波数７ｋＨｚ以下は、振動素子１の駆動周波数の１／５以下に相当する。従って、振動素子１の駆動周波数に対応してバネ部材５の共振周波数を設定することができる。また、バネ部材５の共振周波数の設定は、厚み及び幅が一定の場合にはその延在長（連結部５ｃの長さ）を調整することで行うことができる。

また、バネ部材５の共振周波数に関しては、上述したＺ軸方向の共振周波数だけでなく振動素子１の実装面と平行なＸ，Ｙ軸方向の共振周波数も併せて考慮する必要がある。図１３Ｂは、バネ部材５の水平距離Ｓとその共振周波数との関係を示している。バネ部材５の水平距離Ｓは、図１３Ａに示すようにバネ部材５の第１アーム部５ａの形成長さに概略一致し、より詳しくは、図３に示すように、端子部２ｔと接合される第１アーム部５ａの先端部と第１アーム部５ａの基端部（連結部５ｃ側の端部）までの距離Ｓをいう。

図１３Ｂに示したように、水平距離Ｓが大きくなるに従い、バネ部材５の共振周波数が低下することがわかる。上記知見から、歪みの伝播によるオフセット電圧の変動や振動の漏洩による近接ノイズの影響を回避するためには、バネ部材５の共振周波数を１０ｋＨｚ以下にする必要がある。この条件を満足するためには、水平距離Ｓを０．５ｍｍ以上とするのが好ましいことがわかる。なお、上記の値は、選択するバネ材料やバネ形状などにより異なるため、選択したバネにより最適値を決定する必要がある。

また、支持基板２の振動等により、支持基板２の縁部がバネ部材５の第１アーム部５ａに当接して第１アーム部５ａの振動形態に変動を生じさせるおそれがある。この場合、図１４に示すように、支持基板５の縁部にテーパー状の逃げ部５１を形成しておき、センサ駆動時における支持基板２の周縁部とバネ部材５との接触を回避する構成が有効である。これにより、バネ部材５の水平距離Ｓを確保できるので、バネ部材５による安定した歪み減衰機能及び振動減衰機能を得ることができるとともに、製品歩留まりの改善を図ることができる。

逃げ部５１のテーパー角度は、逃げ部５１を形成する前の支持基板２の表面とバネ部材５の第１アーム部５ａとの間のクリアランスによって調整できる。このクリアランスは、支持基板２とバネ部材５との間を固着する導電性接合材（例えば銀ペースト）の接合厚で決定される。具体的に、上記クリアランスが３００μｍの場合、逃げ部５１のテーパー角（逃げ部５１と第１アーム部５ａのなす角α）は、例えば、１５°〜３０°程度である。また、逃げ部５１の形成方法としては、支持基板２のダイシング（切り出し）時における回転砥石のテーパー角度で容易に調整することができる。

逃げ部はテーパー状のものに限られず、例えば、図１５に示すように、支持基板２の表面に形成したステップ状の逃げ部５２でもよい。これにより、上述と同様な効果を得ることができる。

更に、上記逃げ部を設けることにより、支持基板とバネ部材とを固着する導電性接合材の接合領域の意図しない拡大によるバネ部材の水平距離Ｓの変動を防止できる。即ち、例えば図１５に示したように、支持基板２とバネ部材５との接合位置よりも支持基板２の縁部側に逃げ部５２が設けられているので、接合材５３の塗布量が多い場合に余剰の接合材を凹部５２内に収容できるようになり、これにより接合面積の拡大によるバネ部材５の水平距離Ｓの変動を効果的に防止することができる。なお、接合材５３の流出を防止する観点からでは、図１５に示すステップ状の凹部（５２）に限らず、溝部でもよい。

そして、本実施形態の振動型ジャイロセンサ１０において、振動素子１を支持する支持基板２は、振動素子１の共振時の一定以上のＱ値（機械品質係数）を確保できる程度の硬い材料で構成される必要がある。本実施形態では、支持基板２としてアルミナセラミック基板を用いている。図１６は、０．５ｍｍ厚の支持基板２を用いたときの、基板面積とＱ値との関係を示している。Ｑ値は、この厚みの場合では５ｍｍ角（２５ｍｍ² ）で１０００以上となる。

次に、上述した本発明の第１の実施形態による振動型ジャイロセンサ１０における各部の構成の詳細について更に説明する。

（バネ部材の配置）
上述したように、本発明に係る緩衝部材としてのバネ部材５は、支持基板２と中継基板４間における歪み及び振動の伝達を減衰させる機能を有する。具体的には、中継基板４側から支持基板２側へ伝達される歪みを緩和する機能と、支持基板２上の振動素子１の振動が中継基板４に伝達されるのを防ぐ機能を有している。

ここで、バネ部材５は、支持基板２の周囲に複数接合されることで中継基板４に対する支持基板２の支持構造を構成しているが、これら複数のバネ部材５の接合位置によっては中継基板４に生じた歪みや加速度等の外力によって、支持基板２が中継基板４に対して回転する方向に捩れが生じるおそれがある。即ち、制御基板９や中継基板４に生じた外力をバネ部材５で吸収し支持基板２への伝達を阻止する過程において、外力の発生方向によってバネ部材５に捩れが生じて支持基板２が回転し、角速度が生じていないにもかかわらず支持基板２の回転量に応じた角速度を検出してしまうおそれがある。

このような現象を抑えるためのバネ部材５の配置例を以下説明する。

図１７は支持基板２の端子形成面２Ｂの概略平面図である。なお、バネ部材５の本数や支持基板２上の各種部品の実装形態等は、図３に示した例とは必ずしも対応していない。図１７に示した例においては、支持基板２は正方形であり、その面内において支持基板２の中心を通る２つの直交軸（Ｘ軸及びＹ軸）に関して対称な位置に、バネ部材５がそれぞれ配置されている。Ｘ軸、Ｙ軸に関して対称なバネ部材５の配置としては、バネ部材５の本数や配置間隔、端子接合位置などがそれぞれ対称であることを意味する。

これにより、Ｘ軸方向の面内応力をＹ軸に関して対称配置された横方向（図１７において左右方向）のバネ部材５で吸収でき、Ｙ軸方向の面内応力をＸ軸に関して対称配置された縦方向（図１７において上下方向）のバネ部材５で吸収できる。また、斜め方向の面内応力は、横方向及び縦方向に対称配置された複数のバネ部材５によってバランス良く吸収でき、中継基板４に対する支持基板２の回転を抑えることが可能となる。

図１８は、支持基板２に対して１Ｎ（ニュートン）の歪みを方向を変えながら印加したときの振動素子１（１Ｘ，１Ｙ）の出力の変動量を示している。ここでは、横方向にのみバネ部材５を対称配置したサンプルと、縦方向にのみバネ部材５を対称配置したサンプルと、横及び縦方向にバネ部材５を対称配置したサンプルを用いた。出力変動は、歪みの印加による支持基板２の回転に起因して出力される角速度に対応し、変動電圧が大きいほど支持基板２の回転角速度が大きいことを表している。

図１８の結果から明らかなように、横方向にのみバネ部材５を配置したサンプルと、縦方向にのみバネ部材５を配置したサンプルでは、出力変動電圧が歪み印加方向に大きく依存するが、横及び縦方向にバネ部材５を対称配置したサンプルでは、歪みの印加方向に関係なく出力変動は認められなかった。

また、支持基板２の中心Ｏが中継基板４の中心位置と対応するように配置することで、中継基板４に対する支持基板２の回転抑制効果の向上を図ることができる。更に、対称配置された複数のバネ部材５の間の中心を支持基板２の中心Ｏに対応させることによって、センサの出力変動を効果的に抑えられることがわかっている。図１９は、縦方向のバネ部材５の間の中心位置を、当該支持基板の幅寸法の２０％に相当する大きさだけ基板中心Ｏからずらして配置したときの、歪み印加方向と出力変動との関係を示している。図１９に示すように、出力変動が±２０ｍＶ発生しており、中心Ｏからのずれ量が大きいほど出力変動が大きくなる傾向にある。

一方、支持基板２の上に実装されている各種部品の重量配分により決定される支持基板の重心位置と、バネ部材５の配置により決定される剛心位置とのずれ量の大きさによっては、歪みの印加による支持基板２の回転が生じることがわかっている。ここでいう剛心とは、支持基板２を揺らす力の中心を意味する。このような回転は、角度としては微小なものであっても、振動周波数が高くなると単位時間あたりの角度変位が大きくなる結果、角速度としては大きくなるものであった。

そこで、図２０に示すように、支持基板２上の部品の重量バランスにより決定される支持基板２の重心位置をＧ、支持基板２を支持する複数のバネ部材５の剛性バランスにより決定される剛心をＣ、重心Ｇに対する剛心ＣのＸ軸方向のズレ量のＸ方向基板幅Ｗｘに対する割合をΔＣｘ、重心Ｇに対する剛心ＣのＹ軸方向のズレ量のＹ方向基板幅Ｗｙに対する割合をΔＣｙとしたときに、ΔＣｘ、ΔＣｙの大きさを変えて支持基板２の平行移動振動に対する振動素子１（１Ｘ，１Ｙ）の出力を観察した。その結果、図２１に示すようにΔＣｘ、ΔＣｙそれぞれについて、ΔＣ／Ｗが１５％を超えるとノイズ量が急激に大きくなることがわかった。このノイズ量は、外力による支持基板２の回転に伴って発生するセンサ出力を内含し、ΔＣ／Ｗの値が大きいほど、即ち重心Ｇと剛心Ｐのズレ量が大きいほど外力の影響を受けやすくなる。

以上の結果から、バネ部材５により支持されている支持基板２の剛心が支持基板２の重心と対応するように、複数のバネ部材５をそれぞれ配置することで、外力による支持基板の回転を抑えて出力の高精度化を図ることができる。好ましくは、ΔＣ／Ｗの値が１５％未満となるようなバネ部材５の配置構成を採用する。図２２は、図２０に示した部品実装形態の支持基板２に対するバネ部材５の好適な配置例を示している。横方向及び縦方向においてバネ部材５の配置間隔を異ならせるとともに、横方向のバネ部材５を支持基板２の図中下方側に、縦方向のバネ部材５を支持基板２の図中右方側にそれぞれ偏倚させて配置することで、剛心Ｃの位置を支持基板２の重心Ｇの位置に近づけている。

一方、図１７に示したようにＸ，Ｙ軸に関して対称に位置にバネ部材５を配列したときの剛心位置に合わせて、支持基板２の重心位置を調整するようにしてもよい。この場合、例えば図２３に示すように、ＩＣ回路素子７などの単一部品は基板中心部に配置し、振動素子１Ｘ，１Ｙのように一対一組の部品は基板対角線上に配置し、更にチップコンデンサ８など複数用いられるものは２群に分けて基板対角位置に配置することで、支持基板２の中心付近に重心Ｇの位置を設定することができる。これにより、上述したバネ部材５の対称配置を組み合わせることで、図２４に示すように、支持基板２の重心Ｇの位置と剛心Ｃの位置とを概略一致させることが可能となる。

なお、支持基板２の重心Ｇと剛心Ｃとを支持基板２の中心に近い位置に設定することにより、Ｚ方向（高さ方向）からの振動に対しても支持基板２の角度変化を抑えることが可能となることがわかっている。この場合、重心と剛心の間の距離を支持基板の辺長の１５％以下、特に、７．５％以下とするのが好ましい。

（キャップ部材の構造）
次に、キャップ部材６の構造について説明する。上述のように、キャップ部材６は、支持基板２を外部から遮蔽するために中継基板４に取り付けられ、電磁シールド機能を持たせるためにステンレス板やアルミニウム板などの導電性板材のプレス成形体で構成されている。一方、支持基板２の周囲には、支持基板２を中継基板４に対して電気的・機械的に接続する複数のバネ部材５が配置されている。従って、振動型ジャイロセンサ１０に衝撃が加わると、中継基板４に対して支持基板２が平行移動して、バネ部材５とキャップ部材６とが接触し導通するおそれがある。

そこで、図２５に示すように、キャップ部材６の内面に絶縁膜５４を形成することで、キャップ部材６とバネ部材５との接触時における両者間の電気的導通を阻止することが可能となる。絶縁膜５４としては、ＳｉＯ₂ やＡｌ₂Ｏ₃などの電気絶縁材料の薄膜や塗膜、あるいは電気絶縁シートなどによって構成することができる。また、絶縁膜５４は、キャップ部材６の内面全域に形成される場合に限られず、少なくとも、支持基板２の平行移動によってバネ部材５と接触し得る領域にのみ絶縁膜５４が形成されていればよい。

一方、図２６〜図２９に示すように、キャップ部材６の形状を工夫することで、バネ部材５とキャップ部材６の内面との間の接触を防止することも可能である。

即ち、図２６及び図２７は、キャップ部材６の側周部四隅位置に対応するコーナー部６Ａを曲面状に形成している。そして、支持基板２が振動等により水平方向に平行移動した際、バネ部材５がキャップ部材６に当接するよりも先に、支持基板２のコーナー部２Ｃがキャップ部材６のコーナー部６Ａに当接するように構成される。これにより、支持基板２の面内方向の移動が規制され、バネ部材５とキャップ部材６との間の接触による導通を回避することができる。キャップ部材６のコーナー部６Ａは、本発明に係る「規制部」に対応する。

また、図２７及び図２８は、キャップ部材６の上面四隅位置に対応するコーナー部６Ｂを平坦に形成している。そして、支持基板２が振動等により水平方向に平行移動した際、バネ部材５がキャップ部材６に当接するよりも先に、支持基板２のコーナー部２Ｃがキャップ部材６のコーナー部６Ｂに当接するように構成される。これにより、支持基板２の面内方向の移動が規制され、バネ部材５とキャップ部材６との間の接触による導通を回避することができる。キャップ部材６のコーナー部６Ｂは、本発明に係る「規制部」に対応する。
なお、図示の例では説明を分かり易くするためキャップ部材６のコーナー部６Ｂを平坦面で示したが、これに限らず、曲面形状であってもよい。実際に、キャップ部材６は絞り加工で作製される場合が多く、この場合はコーナー部６Ｂが曲面形状に形成されるからである。

以上の構成により、バネ部材５とキャップ部材６との接触を回避しながら、バネ部材５とキャップ部材６内面との間のクリアランスを小さく設定することが可能となり、振動型ジャイロセンサの小型化を図ることができる。

（バネ部材の接合構造）
バネ部材５は、支持基板２及び中継基板４の各々の端子部に、銀ペースト等の導電性接合材を用いて固着されている。従って、バネ部材５の厚みと接着層の厚みに相当する分だけ高さが嵩み、ジャイロセンサの薄型化が困難になっている。そこで、バネ部材５の接合高さを低減してジャイロセンサの薄型化を図ることができるバネ部材５の接合構造について以下説明する。

図３０Ａ，Ｂ及び図３１は、図１に示したバネ部材５と支持基板２及び中継基板４の接合部を拡大して示す模式である。バネ部材５の第１アーム部５ａは、図３０Ａに示すように支持基板２の端子部２ｔに接合材５３を介して接合されている。また、バネ部材５の第２アーム部５ｂは、図３０Ｂに示すように中継基板４の端子部４ｔに接合材５３を介して接合されている。

図示の例では、接合材５３は銀ペーストであり、バネ部材５の接着高さが約５０μｍとなるように塗布量が設定されている。バネ部材５は、図３２に示すように、りん青銅からなる基材５６の表面にニッケルめっき層５７及び金めっき層５８が順次形成されている。ニッケルめっき層５７は金めっき層５８の密着性を高めるための下地膜であり、金めっき層５８は銀ペーストとの接着性を高めて低接触抵抗化を図るためのものである。なお、金めっき層５８は金ペーストの塗膜や金蒸着膜などであってもよい。

図３０の例においては、接合材５３の接着高さとバネ部材５（第１アーム部５ａ）の厚さの和に相当する高さ（５０μｍ＋５０μｍ＝１００μｍ）分だけ、支持基板２の上面から突出する。この場合、バネ部材５の接触を避けるため、キャップ部材６の取付高さも高くする必要があり、これによりジャイロセンサの薄型化が図れなくなる。

そこで、本発明では、支持基板の端子部及び中継基板の端子部のうち少なくとも一方は、支持基板の端子部形成面又は中継基板の端子部形成面に設けられた凹所内に形成するようにしている。図３３及び図３４は、支持基板２の端子部形成面２Ｂに設けた凹所６１の底部に端子部２ｔを形成した例を示している。凹所６１は、個々の端子部２ｔに対応して複数設けられている。これにより、端子部２ｔ上に接合材５３を介して接合されるバネ部材５（第１アーム部５ａ）の支持基板２上面からの突出量を抑えることが可能となり、キャップ部材６の低背化を実現してジャイロセンサの薄型化を図れるようになる。

凹所６１の形成深さは特に制限されないが、特に、図３３に示したように、バネ部材５が支持基板２の上面から突出しない程度の深さとするのが好ましい。また、凹所６１の形成により、支持基板２に対するバネ部材５の取付けが容易となり、作業性の向上を図ることも可能となる。

なお、凹所６１は個々の端子部２ｔに対応して複数箇所に設けられる構成に限らず、支持基板２の周縁部の各端子部２ｔの形成領域にまたがって一つの凹所を形成するようにしてもよい。この場合、支持基板２の周縁部の厚みが凹所の形成分だけ薄くなるため、振動素子１の機械品質係数Ｑを少なくとも確保できる程度の厚みは維持するようにする。図３５は、支持基板の厚みと振動素子の機械品質係数Ｑとの関係を示している。基板の厚みが薄くなるほどＱが低下するのがわかる。

なお、上記構成は、支持基板２の端子部２ｔについての例だけに限らず、中継基板４の端子部４ｔについても同様に適用可能である。特に、支持基板２及び中継基板４の両方に対して適用することにより、ジャイロセンサの更なる薄型化を図ることができる。図３６は、図１に示した構成を有するジャイロセンサ１０Ｈと、凹所６１を備えたバネ接合部構造を有するジャイロセンサ１０Ｌの高さを比較した側断面図である。ジャイロセンサ１０Ｌの方がジャイロセンサ１０ＨよりもΔＨだけ薄く構成することができる。ΔＨの値は、支持基板２及び中継基板４の双方に対するバネ部材５の接合高さに相当する。

一方、本発明に係る振動型ジャイロセンサは、図３７に示すように構成することも可能である。図３７は、バネ部材５の配置例を変更したジャイロセンサ１０Ｍの概略構成図である。図示するジャイロセンサ１０Ｍにおいては、支持基板２の端子部形成面が振動素子１（１Ｘ，１Ｙ）等が実装される部品実装面と同一面で構成され、支持基板２の中継基板４との対向面にバネ部材５の第１アーム部５ａが接合されている。

なお、図３７に示すジャイロセンサ１０Ｍにおいては、バネ部材５の共振周波数との関係でバネ部材５の垂直方向の長さ（連結部５ｃの長さ）を一定以上確保する必要がある。図３８は、バネ部材の（垂直方向の）長さとその共振周波数との関係を示している。図３８より、バネ部材の長さにより当該バネ部材のもつ共振周波数は変化し、短くなるほど共振周波数は高くなる傾向にある。先に説明したように、図１１及び図１２を参照して説明したように、バネ部材５の共振周波数は１０ｋＨｚ以下が好ましく、このためには、バネ部材５の長さは０．５ｍｍ以上とする必要がある。

更に、支持基板２の端子部形成領域に上述した凹所６１内にバネ部材５を接合する構成において、図３９に示すように、凹所６１内のバネ部材５の先端を覆うように補強板６２を支持基板２の上に貼り付けることで、外部衝撃に対するバネ部材５の接合強度の信頼性を高めることができる点で有利である。また、凹所内に充填した非導電性の接合材によってバネ部材と端子部との接触状態を保持する構成も適用可能である。

（リフロー対策）
図４０は、図１に示した振動型ジャイロセンサの構成の変形例を示す概略側断面図である。図４０に示す振動型ジャイロセンサ１０Ｎは、一対の振動素子１（１Ｘ，１Ｙ）が実装された支持基板２を複数本のバネ部材５を介して中継基板４に機械的・電気的に接続されている点で、図１に示した振動型ジャイロセンサの構成と共通する。

本実施形態では、センサを構成する各種部品のうち、はんだ付け実装されるチップコンデンサ８等の電子部品は中継基板４に実装し、はんだ付け以外の方法で実装される振動素子１等の部品を支持基板２へ集約させている。これにより、制御基板４へのリフロー実装時に、はんだ接合部の再溶融・凝固により発生する歪みから振動素子１を保護し、制御基板４のセンサ実装前後における振動素子１の振動特性の変化を防止できるようになる。なお、図４０に示した例では、ＩＣ回路素子７が、振動素子１と同様に、バンプ１９を介した超音波接合により実装される形態を示している。

（支持基板の振動対策）
次に、支持基板の振動対策について説明する。図４１に示すように、振動素子１は、基台１１と、基台１１の片持ち梁形式で支持された振動子部１２とからなり、基部１１はバンプ１３を介して支持基板２に実装されている。基部１１は振動子部１２の振動を支持する台座として機能するが、振動子部１２の振動に伴って基部１１も振動し、この基部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。図４２は、基部（振動子台座）１１の振動（振幅）と支持基板２の振動（振幅）との関係の一例を示している。図４２より、基部１１の振動が大きくなるほど、支持基板２の振動も大きくなる傾向にある。

支持基板２の振動は、本発明に係る緩衝部材としてのバネ部材５によって中継基板４側への伝達は減衰される。しかし、支持基板２の振動は小さい方が好ましい。また、支持基板２の振動が大きい状態を放置すると、衝撃（加速度）がセンサに作用したときなど、支持基板２が中継基板４に対して相対移動した場合にバネ部材５がキャップ６と接触する可能性が高くなるため、センサの安定した動作確保という観点からでは支持基板２の振動はできるだけ低減する必要がある。

本発明者らは、基台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４３Ａに示すように、まず、振動子１の基部１１の前後方向（振動子部１２の延在方向）中心部をＭとし、この中心部Ｍから振動子部１２が位置する側の領域を前部領域１１Ｆ、その反対側を後部領域１１Ｂとそれぞれ規定する。更に、各領域について前後方向（図４３Ａ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基部（台座）１１の振動振幅を測定したところ、図４３Ｂ及び図４３Ｃ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４３Ｂの結果から、前方の２バンプ（上バンプ）については、振動子部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、振動子部１２から最も離れた領域ＦＢへ配置例が台座振動が最も大きいことがわかった。また、図４３Ｃの結果から、後方の２バンプ（下バンプ）については、振動子部１２から最も遠い領域ＢＢへの配置例が台座振動が最も小さく、振動子部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。

以上の結果から、基部１１に設けられるバンプ１３の配置個所としては、前方の２バンプを振動子部１２にできるだけ接近させて配置するとともに、後方の２バンプを振動子部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、基部１１の前後方向の全長に対して、基部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、基部１１を振動子部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、振動子部１２に最も近い領域（ＦＦとＦＭが属する領域）と、振動子部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。

（第２の実施形態）
図４４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２０Ａの概略構成を示す側断面図である。なお、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。また、図において支持基板２の上に搭載される電子部品８の図示は省略している。

本実施形態の振動型ジャイロセンサ２０Ａは、一対の振動素子１Ｘ，１Ｙを支持する支持基板と、制御基板９に実装される中継基板４との間に、振動吸収性の材料からなる緩衝部材２３が設置されているとともに、支持基板２と中継基板４との間の電気的接続が電極部材２１とボンディングワイヤ２２とを介して行われている。ボンディングワイヤ２２は本発明に係る「配線部材」の一例であり、支持基板２上の各端子部と、中継基板４上に取り付けられた電極部材２１との間を電気的に接続する。

緩衝部材２３は、中継基板４側から支持基板２側への歪みの伝播及び支持基板２側から中継基板４側への振動の伝播を減衰する作用を有する材料、例えば、ゴム材料、ウレタンフォーム等の樹脂材料等で構成されている。これにより、歪みの伝播及び振動の漏洩等による外乱ノイズの増大を抑制して、上述の第１の実施形態と同様に、安定した振動特性の確保と出力特性の向上を図ることが可能となる。

また、図４５に示す振動型ジャイロセンサ２０Ｂは、支持基板２と中継基板４との間に板バネで構成された緩衝部材２４を用いた例を示している。この緩衝部材２４は支持基板２を中継基板４に対して弾性的に支持することで、上述と同様な作用効果を行う。

（第３の実施形態）
図４６は本発明の第３の実施形態を示している。なお、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。また、図において支持基板２の上に搭載される電子部品８の図示は省略している。

本実施形態の振動型ジャイロセンサ３０Ａは、一対の振動素子１Ｘ，１Ｙを支持する支持基板２が中継基板４上の電極部材２１に対してフレキシブル配線基板３１を介して電気的に接続されているとともに、これらのフレキシブル配線基板３１によって支持基板２が中継基板４の上方位置で懸吊支持された構造を有している。

フレキシブル配線基板３１は、支持基板２と中継基板４との間における歪み及び振動の伝播を減衰させる緩衝部材として機能すると同時に、支持基板２と中継基板４との間を電気的に接続する配線部材としての機能をも有している。本実施形態によっても上述の第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

また、図４７に示す振動型ジャイロセンサ３０Ｂは、フレキシブル配線部材３１の代わりにバネ性のある金属線３２を用いて構成されている。金属線３２は、支持基板２１上の各端子部３３と中継基板４上の電極部材２１との間を電気的・機械的に接続する。支持基板２と中継基板４との間における歪み及び振動の伝播は、これら金属線３２の弾性変形によって減衰される。

（第４の実施形態）
図４８〜図５０は本発明の第４の実施形態を示している。なお、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。

図４８に示す振動型ジャイロセンサ４０Ａは、一対の振動素子１Ｘ，１Ｙを支持する支持基板４１が、導電性接着層４３を介して中継基板４上の側壁４５上端に電気的・機械的に接続された構成を有している。支持基板４１の一主面には配線層４２が形成されており、その配線層４２の上には振動素子１Ｘ，１Ｙのみが実装され、素子実装面を中継基板４に対向させて設置されている。また、支持基板４２はジャイロセンサ４０Ａの天蓋を構成している。

中継基板４には、ＩＣ回路素子７及びその他の電子部品８が実装されている。ＩＣ回路素子７、電子部品８と電気的に接続される配線層４４は、中継基板４の周囲に立設された側壁４５の内壁面及び上面にまで延在している。中継基板４の配線層４４は、導電性接着層４３を介して支持基板４１の配線層４２と電気的に接続されている。

導電性接着層４３は、導電性ペースト、異方性導電ペースト、異方性導電フィルム等で構成することができる。特に、導電性粒子が保持する樹脂マトリックス材は、比較的弾性変形能の高い、例えばゴム材料をベースとした絶縁材料が用いられている。これにより、上述の第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。即ち、導電性接着層４３は本発明に係る緩衝部材として機能し、中継基板４側から支持基板４１側への歪みの伝播を減衰させて、振動素子１Ｘ，１Ｙの振動特性の安定化を図る。また、支持基板４１側から中継基板４側へ向かう振動素子１Ｘ，１Ｙの振動の伝播の減衰作用が得られ、当該振動の外部への漏洩による出力特性の低下を抑えることができる。

また、本実施形態の振動型ジャイロセンサ４０Ａによれば、振動素子１Ｘ，１Ｙとこれ以外のＩＣ回路素子７及び電子部品８とがそれぞれ別基板（支持基板４１及び中継基板４）に実装されているため、各基板の実装面積の低減を図って振動型ジャイロセンサ４０Ａの小型化を実現することができる。更に、当該センサ４０Ａを制御基板９へリフローはんだ付け実装する際において、ＩＣ回路素子７や電子部品８等のはんだ接合部の再溶融〜冷却凝固過程により発生する中継基板４の歪みが支持基板４１へ伝播するのを阻止することができるため、振動素子１Ｘ，１Ｙの振動特性の安定化効果をより一層高めることができる。

次に、図４９に示す振動型ジャイロセンサ４０Ｂは、振動素子１Ｘ、１Ｙを支持する支持基板４１が両面配線基板からなり、その内面側の主面（図４９において下面）には振動素子１Ｘ，１Ｙが実装される配線層４２を有し、外面側の主面（図４９において上面）には、配線層４２と層間接続されたフレキシブル配線基板や板バネ部材などからなる配線部材を兼ねた緩衝部材４６が取り付けられている。そして、この緩衝部材４６の周縁部を中継基板４上の側壁４５及び配線層４４に対して電気的・機械的に接続することで、ＩＣ回路素子７及び電子部品８が実装される中継基板４の上方位置で支持基板４１が懸吊支持されている。このような構成の振動型ジャイロセンサ４０Ｂにおいても、上述と同様な効果を得ることができる。

そして、図５０に示す振動型ジャイロセンサ４０Ｃにおいては、一対の振動素子１Ｘ，１Ｙを支持する支持基板４１が、側壁４７及び導電性接着層４３を介して中継基板４上に支持された構造を有している。支持基板４１の部品実装面に形成された配線層４２は、側壁４７の内面及び導電性接着層４３を介して、中継基板４上の配線層４４に電気的に接続されている。導電性接着層４３は上述したような構成を有しており、配線部材を兼ねる緩衝部材として機能する。本例の振動型ジャイロセンサ４０Ｃにおいても上述と同様な作用効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
図５１は本発明の第５の実施形態による振動型ジャイロセンサ５０の概略構成を示す側断面図である。なお、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。

本実施形態の振動型ジャイロセンサ５０は、一対の振動素子１Ｘ，１Ｙを支持する支持基板２と、制御基板（図示略）と接続される外部接続端子（図示略）を備えた中継基板４との配置関係が上述の第１の実施形態と異なっている。即ち、上述の第１の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とセンサ基板４とは、センサ高さ方向に対向配置されているのに対して、本実施形態の振動型ジャイロセンサ５０においては、中継基板４が支持基板２の外側（外周側）に位置している。これにより、センサ高さを低減してジャイロセンサの薄型化が図られている。

中継基板４の略中央部には開口４Ｐが形成されており、支持基板２はその中継基板４の開口４Ｐ内に収容されている。支持基板２の端子部２ｔと中継基板４の端子部４ｔとの間は複数本のバネ部材５によって接続されており、対応する各端子部２ｔ，４ｔ間がこれらのバネ部材５によって電気的に接続されている。また、支持基板２はこれら複数本のバネ部材５によって開口４Ｐ内に懸吊されるように、中継基板４に対して機械的に接続されている。これにより、支持基板２の独立した振動系が構成されている。

支持基板２上に実装されている各種部品及びバネ部材５は、中継基板４の上面に取り付けられたキャップ部材６によって外部から遮蔽されている。また、開口４Ｐが図示する貫通孔の場合、中継基板４の下面側からの異物の侵入を防止するため、中継基板４と支持基板２との境界部が封止材５５で封止される。封止材５５は、支持基板２と中継基板４との間における振動及び歪みの伝達を抑えるため、柔軟性のある例えばシリコーン系接着剤などで構成される。

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５０においても、上述の第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。特に、本実施形態の振動型ジャイロセンサ５０においては、中継基板４が支持基板２の外側に位置しているので、センサ高さを低減してジャイロセンサの薄型化を図ることができる。なお、中継基板４は、上述の例のように支持基板２の外側に位置する場合に限らず、支持基板２の内側（内周側）に位置する構成においても同様な効果を得ることができる。

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支持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のキャップ部材を取り外して見た平面図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサを構成する振動素子の構成を説明する裏面図である。 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側断面図である。 図５に示した比較例の振動型ジャイロセンサの荷重−オフセット電圧特性を示す一実験結果である。 図１に示した本発明の振動型ジャイロセンサの荷重−オフセット電圧特性を示す一実験結果である。 振動型ジャイロセンサの近接ノイズ評価方法を説明する図であり、Ａは側断面図、Ｂは平面図である。 図５に示した比較例の振動型ジャイロセンサの近接ノイズ特性を示す一実験結果である。 図１に示した本発明の振動型ジャイロセンサの近接ノイズ特性を示す一実験結果である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおける緩衝部材（バネ部材）の共振周波数と振動素子のオフセット電圧変動量との関係を示す一実験結果である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおけるバネ部材の共振周波数と近接ノイズの大きさとの関係を示す一実験結果である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおけるバネ部材の要部の水平距離と共振周波数との関係を説明するモデル図及び一実験結果である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおけるバネ部材と支持基板との接合部の構成の変形例を示す概略側断面図である。 図１４の要部構成の変形例を示す拡大図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおける支持基板の面積と振動素子のＱ値との関係を示す一実験結果である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおけるバネ部材の配置例を説明する要部平面図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおいて、バネ部材の各配置構成についての歪み印加方向と出力変動電圧との関係を示す図である。 図１８について、支持基板の剛心位置を変えたときのデータを付加した図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおけるバネ部材の他の配置例を説明する要部平面図である。 支持基板の重心−剛心間距離と出力ノイズとの関係を示す図である。 図２０に示したバネ部材の配置例の変形例を示す図である。 図２０に示した支持基板と部品の実装形態が異なる他の支持基板の概略平面図である。 図２３に示した支持基板に対して好適なバネ部材の配置例を説明する図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおけるキャップ部材の構成の変形例を示す概略側断面図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおけるキャップ部材の構成の他の変形例を示す全体斜視図である。 図２６に示した振動型ジャイロセンサの支持基板とキャップ部材との関係を示す支持基板の部品実装面側から見た断面図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおけるキャップ部材の構成の更に他の変形例を示す全体斜視図である。 図２８に示した振動型ジャイロセンサの支持基板とキャップ部材との関係を示す要部側断面図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおけるバネ部材と支持基板及び中継基板との間の接合部の構成を拡大して示す側断面図である。 図３０に示した接合部の概略平面図である。 図３０に示したバネ部材の一構成例を示す断面図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおけるバネ部材と支持基板及び中継基板との間の接合部の構成の変形例を示す側断面図である。 図３３に示した接合部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支持基板の厚みと振動素子の機械品質係数Ｑとの関係を示す図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサと、図３２に示した接合部構造を有する振動型ジャイロセンサとの高さを比較した側断面図である。 図３３に示したバネ部材の接合部構造を有する振動型ジャイロセンサの構成の変形例を示す概略側断面図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおけるバネ部材の長さ（高さ）と当該バネ部材の共振周波数との関係を示す図である。 図３４に示した接合部の構成の変形例を示す図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサの構成の変形例を示す概略側断面図である。 図１に示した振動型ジャイロセンサにおける振動素子の概略側面図である。 図４１に示した振動素子の基部（台座）の振動の大きさとこれを支持する支持基板の振動の大きさとの関係を示す図である。 図４１に示した振動素子のバンプ位置の相違による基部（台座）の振動の大きさを説明する図である。 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構成を示す概略側断面図である。 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他の構成を示す概略側断面図である。 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構成を示す概略側断面図である。 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他の構成を概略的に示す平面断面図である。 本発明の第４の実施形態による振動型ジャイロセンサの構成を示す概略側断面図である。 本発明の第４の実施形態による振動型ジャイロセンサの他の構成を示す概略側断面図である。 本発明の第４の実施形態による振動型ジャイロセンサの更に他の構成を示す概略側断面図である。 本発明の第５の実施形態による振動型ジャイロセンサの構成を示す概略側断面図である。

符号の説明

１，１Ｘ，１Ｙ…振動素子、２，４１…支持基板、２Ａ…部品実装面、２Ｂ…端子形成面、３…外部接続端子、４…中継基板、５…緩衝部材（バネ部材）、５ａ…第１アーム部、５ｂ…第２アーム部、５ｃ…連結部、６…キャップ部材、７…ＩＣ回路素子、８…電子部品、９…制御基板、１０，２０Ａ，２０Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，５０…振動型ジャイロセンサ、１１…基部、１２…振動子部、１３…バンプ、１４…基準電極層、１５…圧電体薄膜層、１６…駆動電極、１７Ｌ，１７Ｒ…検出電極、１８ａ〜１８ｄ…リード配線部、２２…ボンディングワイヤ（配線部材）、２３，２４，３１，３２，４３，４６…緩衝部材

Claims (21)

1. 角速度を検出する振動素子と、
   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、
   前記支持基板と前記中継基板との間に配置された緩衝部材とを備えた
   ことを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
2. 前記緩衝部材は、前記支持基板と前記中継基板との間を電気的に接続する配線部材を兼ねている
   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. 前記緩衝部材は、前記支持基板の周囲に複数配置され、前記支持基板と前記中継基板との間を電気的に接続する配線部材として形成されている
   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. 前記緩衝部材は、前記支持基板の周囲に複数配置され、
   前記複数の緩衝部材は、前記支持基板の面内の直交する２軸に関して対称な位置にそれぞれ配置されている
   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。
5. 前記緩衝部材は、前記支持基板の周囲に複数配置され、
   前記複数の緩衝部材は、当該複数の緩衝部材により支持されている前記支持基板の剛心が前記支持基板の重心と対応するように配置されている
   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。
6. 前記緩衝部材は、前記支持基板の端子部に接合される第１アーム部と、前記中継基板の端子部に接合される第２アーム部と、これら第１，第２アーム部の間を連結する連結部とからなるバネ部材である
   ことを特徴とする請求項３に記載の振動型ジャイロセンサ。
7. 前記支持基板の縁部には、前記第１アーム部との接触を回避するための逃げ部が形成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の振動型ジャイロセンサ。
8. 前記支持基板の端子部及び前記中継基板の端子部のうち少なくとも一方は、前記支持基板の端子部形成面又は前記中継基板の端子部形成面に設けられた凹所内に形成されている
   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。
9. 前記中継基板には、前記支持基板を外部から遮蔽するためのキャップ部材が取り付けられている
   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。
10. 前記キャップ部材の内面側の少なくとも一部は電気絶縁材料で形成されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の振動型ジャイロセンサ。
11. 前記キャップ部材の少なくとも一部は導電性材料からなるとともに接地電位に接続されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の振動型ジャイロセンサ。
12. 前記キャップ部材には、前記支持基板の面内方向の移動を規制する規制部が設けられている
    ことを特徴とする請求項９に記載の振動型ジャイロセンサ。
13. 前記中継基板及び／又は前記支持基板には、ノイズ遮蔽用のシールド層が設けられている
    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。
14. 前記支持基板と前記中継基板とは、センサ高さ方向に対向配置されている
    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。
15. 前記中継基板は、前記支持基板の外側又は内側に位置している
    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。
16. 前記支持基板の端子部と前記中継基板の端子部との間が、配線部材を介して接続されている
    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。
17. 前記振動素子は、前記支持基板上に複数設けられ、互いに異なる軸方向の角速度を検出する
    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。
18. 前記支持基板には、前記振動素子とともに回路素子が実装されている
    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。
19. 前記支持基板には前記振動素子のみが実装されており、前記中継基板には回路素子が実装されている
    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。
20. 前記振動素子は、片持ち梁構造の振動子を有する
    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。
21. 前記振動素子は、前記振動子を支持する基部と、この基部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、
    前記基部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２０に記載の振動型ジャイロセンサ。
    
    
    
    
    

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