JP2009103715A - System and structure for supporting vibrator - Google Patents
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Description
本発明は、振動子の支持装置および支持構造に関するものである。 The present invention relates to a vibrator support device and a support structure.
自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに、振動型ジャイロスコープを使用することが検討されている。こうしたシステムにおいては、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。 The use of a vibratory gyroscope has been studied for a rotational speed sensor used in a vehicle control method of an automobile body rotational speed feedback type. In such a system, the direction of the steering wheel itself is detected by the rotation angle of the steering wheel. At the same time, the rotational speed at which the vehicle body is actually rotating is detected by the vibration gyroscope. Then, the direction of the steering wheel is compared with the actual rotational speed of the vehicle body to obtain a difference, and based on this difference, correction is made to the wheel torque and the steering angle, thereby realizing stable vehicle body control.
車体制御システムにおいては、振動型ジャイロスコープおよびその振動子は、幅広い環境温度、即ち高温と低温とにさらされる。このような使用温度範囲は、通常は−40℃−+85℃の範囲にわたっており、一層厳しい仕様では更に広い温度範囲にわたる場合もある。特に、振動子を圧電性単結晶によって形成した場合には、圧電性単結晶の有する温度特性の影響がある。本出願人は、特許文献1において、振動型ジャイロスコープの環境温度が変化した場合に、検出振動のQ値の変動を抑制するために、振動子を支持部材へと接着する接着剤のtanδを、使用温度範囲内において0.1以下とすることを開示した。
本発明者は、圧電単結晶製の振動子を支持部材上に接着し、固定する構造を量産する研究を進めていたが、この過程で、次の問題点を見いだした。即ち、振動子の支持構造を製造するためには、典型的には、振動子をピン状、平板状の支持部材へと接着している。このためには、振動子と支持部材との間に、液状の接着剤組成物を流し込み、硬化させる必要がある。次いで支持部材とパッケージの台座の表面との間に、接着剤、例えば銀ペーストを流し込み、熱処理によって硬化させる。これによって、振動子と支持部材とをパッケージの台座に接着できる。振動子の支持部材への接着剤としては、例えばシリコーン樹脂系接着剤が好ましい。 The present inventor has been researching mass production of a structure in which a piezoelectric single crystal vibrator is bonded and fixed on a support member. In this process, the following problem has been found. That is, in order to manufacture a support structure for a vibrator, typically, the vibrator is bonded to a pin-like or flat plate-like support member. For this purpose, a liquid adhesive composition needs to be poured between the vibrator and the support member and cured. Next, an adhesive such as silver paste is poured between the support member and the surface of the base of the package, and is cured by heat treatment. Thereby, the vibrator and the support member can be bonded to the base of the package. As an adhesive to the support member of the vibrator, for example, a silicone resin adhesive is preferable.
しかし、最近の技術進歩に伴い、新たな問題点が生じてきた。即ち、本発明者は、パッケージを薄くするために、振動子およびその実装構造を小型化することを研究している。例えば携帯電話の画像撮影装置に振動型ジャイロスコープを内蔵するためには、超小型のパッケージが必要となる。 However, new problems have arisen with recent technological advances. That is, the present inventor has been studying downsizing the vibrator and its mounting structure in order to make the package thinner. For example, in order to incorporate a vibration-type gyroscope in an image capturing device of a mobile phone, an ultra-small package is required.
しかし、振動子の支持部材を薄い平板とし、その厚さを0.5mm以下、更には0.3mm以下とすると、種々の問題点が生じてきた。例えば、振動子と平板状の支持部材との間に液状の接着剤組成物を流し込み、硬化させる場合、接着面が小さくなり、使用する接着剤組成物の容積が非常に小さくなると、接着剤の総量や面積を均一に調整することが難しくなる。また、接着剤の液だれや不要な回り込みが発生しやすくなり、全体として接着層の形状および容量の制御が困難になってくる。振動子の接着層の形状や容量に不均一が生じたり、液だれや不要な回り込みが発生すると、接着層の全体的な物性が変動し、この結果、振動子の振動特性が変化する。特に、振動型ジャイロスコープの場合には、振動子上の検出電極からの出力信号が、回転角速度を表す信号である。このため、振動子の振動特性が変化すると、ノイズが大きくなり、回転角速度の正しい値を得ることが難しくなる。 However, if the support member of the vibrator is a thin flat plate and the thickness is 0.5 mm or less, further 0.3 mm or less, various problems have arisen. For example, when a liquid adhesive composition is poured between a vibrator and a flat support member and cured, the adhesive surface becomes small, and the volume of the adhesive composition to be used becomes very small. It becomes difficult to adjust the total amount and area uniformly. Also, dripping of the adhesive and unnecessary wraparound easily occur, and it becomes difficult to control the shape and capacity of the adhesive layer as a whole. If the shape and capacity of the adhesive layer of the vibrator become non-uniform, or if dripping or unnecessary wraparound occurs, the overall physical properties of the adhesive layer change, and as a result, the vibration characteristics of the vibrator change. In particular, in the case of a vibrating gyroscope, the output signal from the detection electrode on the vibrator is a signal representing the rotational angular velocity. For this reason, when the vibration characteristics of the vibrator change, noise increases and it becomes difficult to obtain a correct value of the rotational angular velocity.
本発明の課題は、電気的接続のための端子部を備える振動子を支持するための支持装置であって、振動子を小型化することが可能であり、かつ各支持装置ごとの振動子の振動特性の変動を抑制できるような、新規な支持装置を提供することである。 An object of the present invention is a support device for supporting a vibrator having a terminal portion for electrical connection, the vibrator can be miniaturized, and the vibrator of each support device It is an object of the present invention to provide a novel support device that can suppress fluctuations in vibration characteristics.
本発明は、電気的接続のための端子部を備える振動子を支持するための支持装置であって、基板、および基板上に支持されており、振動子に対して接合されるべきボンディングワイヤを備えており、振動子をボンディングワイヤによって基板に接触しない状態で支持し、かつボンディングワイヤが端子部に対して電気的に接続されるように構成されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記支持装置と、この支持装置によって支持されている振動子とを備えていることを特徴とする、振動子の支持構造に係るものである。
The present invention is a support device for supporting a vibrator having a terminal portion for electrical connection, and includes a substrate and a bonding wire supported on the substrate and to be bonded to the vibrator. And the vibrator is configured to be supported by the bonding wire without contacting the substrate, and the bonding wire is electrically connected to the terminal portion.
The present invention also relates to a support structure for a vibrator, comprising the support device and a vibrator supported by the support device.
本発明者は、振動子の端子部に対して電気信号を供給したり、あるいは振動子の端子部から所定の電気信号をパッケージ基板に伝送するためのボンディングワイヤに着目した。そして、基板上に固定されたボンディングワイヤを振動子に対して接合し、振動子を基板から浮上した状態で支持することを想到した。振動子を小型化することによって、振動子を浮上状態で支持するのに必要な構造強度が、ボンディングワイヤによって得られる。このような支持構造によれば、各振動子ごとの振動状態の偏差や変動を抑制することができる。 The inventor paid attention to a bonding wire for supplying an electric signal to the terminal portion of the vibrator or transmitting a predetermined electric signal from the terminal portion of the vibrator to the package substrate. Then, the inventors have conceived that a bonding wire fixed on the substrate is bonded to the vibrator, and the vibrator is supported in a state of floating from the substrate. By downsizing the vibrator, the structural strength necessary to support the vibrator in a floating state can be obtained by the bonding wire. According to such a support structure, it is possible to suppress deviations and fluctuations in the vibration state of each vibrator.
以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。図1は、本発明の支持構造の分解斜視図であり、図2は、本実施例において使用する基板11を示す平面図であり、図3は、基板11上に固定された枠体7およびボンディングワイヤ9、10を示す平面図であり、図4は、本実施例の支持構造を示す平面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of a support structure of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a
図2に示すように、本例の基板11の実装面11aには、接点パッド12A、12Bが設けられている。図3に示すように、実装面11a上に枠体7を設置する。本例の枠体7は絶縁性材料からなる。枠体7は、外枠7aと、外枠7aから内側へと突出する補助支持部7bとを備えている。枠体7の内側に空隙8が形成されており、空隙8から基板11の実装面11aが露出している。外枠7a上に各ボンディングワイヤ9、10の端部9a、10aを接合し、固定する。この端部9a、10aは、それぞれ対応する接点パッド12A、12Bに対して電気的に接続されている。ボンディングワイヤ9、10の端部9a、10aから細長い本体9b、10bが伸びている。本体9aは補助支持部7b上に支持されている。
As shown in FIG. 2,
次いで、図4に示すように振動子1を実装する。本例の振動子1は、図1、図4に示すように、固定部2と、固定部2から突出する一対の検出振動片3と、固定部2から突出する一対の支持部5と、支持部5の先端に設けられている駆動振動片4とを備えている。駆動時には、各駆動振動片4が、支持部5への付け根を中心として屈曲振動する。この状態で振動子1に対して、振動子1に略垂直に延びる回転軸Zの周りに回転させる。すると、支持部5が固定部2への付け根を中心として屈曲振動し、各検出振動片3がその反作用によって固定部2への付け根を中心として屈曲振動する。各検出振動片3において発生した電気信号に基づいて、Z軸を中心とする回転角速度を算出する。
Next, the vibrator 1 is mounted as shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 4, the vibrator 1 of this example includes a
ここで、固定部2上には端子部6が設けられている。各端子部6と、駆動振動片、検出振動片上の電極とは、図示しない配線を通して電気的に接続されている。
Here, a
各ボンディングワイヤ9、10の端部9c、10cを振動子上の端子部6に対して接合する。本例では、振動子の下側面1bの端子部6に対して各ボンディングワイヤを接合し、振動子をボンディングワイヤ上に固定している。振動子1は、基板11の実装面11aに対して直接接触しないようにする必要がある。各ボンディングワイヤの端部9c、10cは、図9に示すように、振動子1の上側面の端子部6に対して接合することもできる。
The
この結果、振動子1はボンディングワイヤ9、10によって、枠体7を介して基板11上に支持され、実装される。この状態で、振動子1の端子部はボンディングワイヤ9、10を通して、基板11上の対応する各接点パッドに対して電気的に接続される。また、振動子1は、基板11の実装面11aに直接接触しないように支持されており、この結果、振動子1の振動が阻害されない。
As a result, the vibrator 1 is supported and mounted on the
なお、振動子1と実装面11aとの間の間隔を調整し、振動子1が実装面11aに接触しないようにするためには、各ボンディングワイヤ9、10の端部を折り曲げることによって、振動子1側の端部9c、10cを実装面11aから浮上させることができる。
In addition, in order to adjust the space | interval between the vibrator | oscillator 1 and the mounting surface 11a, and to make the vibrator | oscillator 1 not contact the mounting surface 11a, it is vibrating by bending the edge part of each
振動子の材質は限定されないが、圧電単結晶が好ましく、水晶、ニオブ酸リチウム単結晶、タンタル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶等からなる圧電単結晶が特に好ましい。 The material of the vibrator is not limited, but a piezoelectric single crystal is preferable. Crystal, lithium niobate single crystal, lithium tantalate single crystal, lithium niobate-lithium tantalate solid solution single crystal, lithium borate single crystal, langasite single crystal A piezoelectric single crystal made of, for example, is particularly preferable.
振動子の寸法は限定されない。しかし、振動子の重量や寸法が大きいと、ボンディングワイヤに加わる重力が大きくなり、長期間経過時にボンディングワイヤが変形する可能性がある。このため、ボンディングワイヤの変形による振動への影響を抑制するという観点からは、振動子の幅を10mm以下とすることが好ましく、5mm以下とすることがさらに好ましい。また、同様の観点からは、振動子の重量を5mg以下とすることが好ましく、1mg以下とすることが一層好ましい。また、振動子の厚さを0.3mm以下とすることが好ましく、0.2mm以下とすることが更に好ましい。 The dimensions of the vibrator are not limited. However, if the weight and dimensions of the vibrator are large, gravity applied to the bonding wire increases, and the bonding wire may be deformed after a long period of time. For this reason, from the viewpoint of suppressing the influence on the vibration due to the deformation of the bonding wire, the width of the vibrator is preferably 10 mm or less, and more preferably 5 mm or less. From the same viewpoint, the weight of the vibrator is preferably 5 mg or less, and more preferably 1 mg or less. Further, the thickness of the vibrator is preferably 0.3 mm or less, more preferably 0.2 mm or less.
基板11の材質は特に限定されず、いわゆるパッケージ用途に用いられている絶縁性材料、例えばセラミックス、ガラス、樹脂を使用できる。
The material of the board |
ボンディングワイヤは、基板の実装面に直接に支持されていてもよいが、基板上の枠体上に支持されていることが好ましい。なぜなら、振動子に対して複数のボンディングワイヤを位置決めする必要がある。この際に、枠体上に複数のボンディングワイヤを位置決めし、アライメントすることは、基板の実装面上にボンディングワイヤを位置決めすることよりも容易だからである。 The bonding wire may be supported directly on the mounting surface of the substrate, but is preferably supported on a frame on the substrate. This is because it is necessary to position a plurality of bonding wires with respect to the vibrator. At this time, positioning and aligning the plurality of bonding wires on the frame is easier than positioning the bonding wires on the mounting surface of the substrate.
ボンディングワイヤの振動子への接合方法は限定されないが、超音波ボンディング、スポット溶接、導電性接着剤、半田付けが好ましい。 The bonding method of the bonding wire to the vibrator is not limited, but ultrasonic bonding, spot welding, conductive adhesive, and soldering are preferable.
ボンディングワイヤは、振動子の端子部に対して電気的に接続されている。ここで、好適な実施形態においては、ボンディングワイヤが振動子の端子部に対して接合されている。しかし、ボンディングワイヤは、端子部に対して直接接合されている必要はない。例えば、ボンディングワイヤの先端を振動子の端子部以外の領域に対して接合し、ボンディングワイヤの先端と端子部とを、例えば振動子上の配線や振動子とは別体の電線を通して、電気的に接続することができる。 The bonding wire is electrically connected to the terminal portion of the vibrator. Here, in a preferred embodiment, the bonding wire is bonded to the terminal portion of the vibrator. However, the bonding wire need not be directly bonded to the terminal portion. For example, the tip of the bonding wire is bonded to a region other than the terminal portion of the vibrator, and the tip of the bonding wire and the terminal portion are electrically connected through, for example, a wiring on the vibrator or a wire separate from the vibrator. Can be connected to.
振動子は、基板に直接接触しない状態で支持する必要があり、これによって振動子の振動の阻害を防止する。好適な実施形態においては、振動子と基板との間隔は、0.1mm以上であり、更に好ましくは0.2mm以上である。 The vibrator needs to be supported without being in direct contact with the substrate, thereby preventing the vibration of the vibrator from being hindered. In a preferred embodiment, the distance between the vibrator and the substrate is 0.1 mm or more, more preferably 0.2 mm or more.
振動子を基板実装面から浮上させる方法は特に限定されない。例えば、図1〜図4の例においては、各ボンディングワイヤの先端を折り曲げることによって、ボンディングワイヤの接合端部9c、10cを実装面11aから離す。しかし、基板実装面の接点パッドの厚さを大きくすることによって、振動子を実装面から離すこともできる。 The method for floating the vibrator from the board mounting surface is not particularly limited. For example, in the examples of FIGS. 1 to 4, the bonding ends 9c and 10c of the bonding wires are separated from the mounting surface 11a by bending the tips of the bonding wires. However, the vibrator can be separated from the mounting surface by increasing the thickness of the contact pad on the substrate mounting surface.
図5は、この実施形態に係る支持構造を示す分解斜視図である。図5において、図1に示した部分には同じ符号をつけ、その説明を省略する。図5においては、各ボンディングワイヤ19、20は折り曲げられておらず、略平面的である。このため、接点12A、12B(図1参照)上にボンディングワイヤ19、20を載せ、ボンディングワイヤの各端部19c、20c上に振動子1を載せると、振動子1と実装面11aとの間隔は非常に小さくなり、振動子が振動する際に接触するおそれがある。このため、基板実装面11a上の接点パッド17A、17Bの厚さを大きくし、接点パッド17A、17B上に各ボンディングワイヤの各端部19a、20aを載せ、接合する。この結果、振動子1を実装面11aから十分に離すことができる。なお、19b、20bは本体である。
FIG. 5 is an exploded perspective view showing the support structure according to this embodiment. In FIG. 5, the same reference numerals are given to the portions shown in FIG. 1, and the description thereof is omitted. In FIG. 5, the
振動子1の振動に対する実装面11aの悪影響を防止するという観点からは、実装面上の接点パッドの厚さを0.1mm以上とすることが好ましく、0.2mm以上とすることが更に好ましい。 From the viewpoint of preventing the mounting surface 11a from adversely affecting the vibration of the vibrator 1, the thickness of the contact pad on the mounting surface is preferably 0.1 mm or more, and more preferably 0.2 mm or more.
ボンディングワイヤの材質は特に限定されないが、導電性材料である必要があり,また柔軟性ないし可撓性を有する材料であることが好ましい。この観点からは、金めっき付銅、金めっき付ニッケル、ニッケル、アルミニウムが好ましい。 The material of the bonding wire is not particularly limited, but it needs to be a conductive material, and is preferably a material having flexibility or flexibility. From this viewpoint, copper with gold plating, nickel with gold plating, nickel, and aluminum are preferable.
ボンディングワイヤの幅と厚さは特に限定されないが、振動子を長期間にわたって安定して支持するという観点からは、幅25μm、厚さ10μm以上であることが好ましく、幅50μm、厚さ20μm以上であることが更に好ましい。また、支持構造全体の小型化という観点からは、幅200μm、厚さ80μm以下であることが好ましく、幅100μm、厚さ40μm以下であることが更に好ましい。 The width and thickness of the bonding wire are not particularly limited, but from the viewpoint of stably supporting the vibrator for a long period of time, the width is preferably 25 μm and the thickness is 10 μm or more, and the width is 50 μm and the thickness is 20 μm or more. More preferably it is. Further, from the viewpoint of reducing the size of the entire support structure, the width is preferably 200 μm and the thickness is 80 μm or less, and more preferably the width is 100 μm and the thickness is 40 μm or less.
ボンディングワイヤによって振動子の上面を支持することができる。この場合は、例えば後述の図9に示すように、振動子がボンディングワイヤの端部から下へと向かってつり下げられる。この形態は、支持構造全体の厚さを低減するという観点から好適である。 The upper surface of the vibrator can be supported by the bonding wire. In this case, for example, as shown in FIG. 9 described later, the vibrator is suspended downward from the end of the bonding wire. This form is suitable from the viewpoint of reducing the thickness of the entire support structure.
あるいは、例えば図4に示すように、ボンディングワイヤによって振動子の下面を支持することができる。この形態は、振動子を長期間にわたって安定に支持するという観点からは好適である。 Alternatively, for example, as shown in FIG. 4, the lower surface of the vibrator can be supported by a bonding wire. This form is suitable from the viewpoint of stably supporting the vibrator for a long period of time.
基板の種類は特に限定されないが、パッケージ用基板であることが好ましい。 Although the kind of board | substrate is not specifically limited, It is preferable that it is a board | substrate for a package.
好適な実施形態においては、振動子が、屈曲振動片と、この屈曲振動片を固定する固定部とを備えており、この固定部がボンディングワイヤに対して接合されている。これによって、振動片の屈曲振動に対する支持構造の影響を最小限に抑えることができ、支持構造の影響による振動子ごとの振動状態のバラツキを抑制できる。 In a preferred embodiment, the vibrator includes a bending vibration piece and a fixing portion that fixes the bending vibration piece, and the fixing portion is bonded to the bonding wire. As a result, the influence of the support structure on the bending vibration of the vibrating piece can be minimized, and variations in the vibration state of each vibrator due to the influence of the support structure can be suppressed.
好適な実施形態においては、振動子が、回転角速度を検出するための振動型ジャイロスコープ用の振動子である。この場合には、振動子からの出力信号を信号処理することで角速度を検出しているので、各振動子ごとの振動状態のバラツキに伴う角速度の誤差が大きくなる。従って、本発明の作用効果が特に顕著である。 In a preferred embodiment, the vibrator is a vibrator for a vibratory gyroscope for detecting a rotational angular velocity. In this case, since the angular velocity is detected by performing signal processing on the output signal from the vibrator, an error in angular velocity due to variations in the vibration state of each vibrator increases. Therefore, the effect of the present invention is particularly remarkable.
好適な実施形態においては、枠体が絶縁性材料からなる。この場合には、図1〜図5の例のように、各ボンディングワイヤを枠体に対して直接固定することができる。こうした枠体の材質は特に限定されないが、樹脂、絶縁性セラミックス、ガラスが好ましく、具体的にはポリイミド、石英ガラス、アルミナセラミックスが好ましい。また、ボンディングワイヤの枠体への接合方法は、例えば接着、嵌合、圧着、かしめがある。 In a preferred embodiment, the frame is made of an insulating material. In this case, each bonding wire can be directly fixed to the frame as in the example of FIGS. Although the material of such a frame is not particularly limited, resin, insulating ceramics, and glass are preferable, and specifically, polyimide, quartz glass, and alumina ceramic are preferable. Moreover, the bonding method of the bonding wire to the frame includes, for example, adhesion, fitting, crimping, and caulking.
また、枠体を導電性材料によって形成することができる。この材料としては、金属、導電性プラスチック、金属メッキ樹脂を例示できる。特に枠体を金属によって構成した場合には、枠体の形状安定性が一層高くなり、これによって各ボンディングワイヤのアライメント時の精度が一層高くなる。この金属としては、ステンレス、銅、ニッケル、アルミニウム、真鍮を例示できる。 Further, the frame body can be formed of a conductive material. Examples of this material include metals, conductive plastics, and metal plating resins. In particular, when the frame body is made of metal, the shape stability of the frame body is further increased, thereby further increasing the accuracy during alignment of the bonding wires. Examples of the metal include stainless steel, copper, nickel, aluminum, and brass.
ただし、枠体を導電性材料によって形成した場合には、枠体と各ボンディングワイヤとの間には絶縁体を設け、ボンディングワイヤと枠体とを絶縁する必要がある。こうした絶縁体としては、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂が好ましい。絶縁体の形態は特に限定されないが、膜状、シート状であることが好ましい。 However, when the frame is formed of a conductive material, it is necessary to provide an insulator between the frame and each bonding wire to insulate the bonding wire from the frame. As such an insulator, polyimide resin, epoxy resin, and silicon resin are preferable. The form of the insulator is not particularly limited, but is preferably a film or sheet.
図6〜図10は、枠体を導電性材料によって形成した実施形態に係るものである。図6は、本発明の支持構造の分解斜視図であり、図7は、本実施例において使用する基板11、枠体21および絶縁体22A、22B、22Cを示す平面図であり、図8は、図7のワイヤ21上に固定されたボンディングワイヤ9、10を示す平面図であり、図9は、本実施例の支持構造を示す平面図である。
6 to 10 relate to an embodiment in which the frame is formed of a conductive material. FIG. 6 is an exploded perspective view of the support structure of the present invention, FIG. 7 is a plan view showing the
図7に示すように、本例の基板11の実装面11aには、接点パッド12A、12Bが設けられている。実装面11a上には枠体21が設置されている。本例の枠体21は導電性材料からなる。枠体21は、外枠21aと、外枠21aから内側へと突出する補助支持部21bとを備えている。枠体21の内側に空隙8が形成されており、空隙8から基板11の実装面11aが露出している。外枠21の所定箇所に、絶縁体22A、22B、22Cが固定されている。
As shown in FIG. 7,
図8に示すように、外枠21a上に、絶縁体22A、22Bを介して各ボンディングワイヤ9、10の端部9a、10aを接合し、固定する。この端部9a、10aは、それぞれ対応する接点パッド12A、12Bに対して電気的に接続されている。ボンディングワイヤ9、10の端部9a、10aから細長い本体9b、10bが伸びている。本体9aは絶縁体22Cを介して補助支持部21b上に支持されている。
As shown in FIG. 8, the
次いで、図9に示すように各ボンディングワイヤ9、10の端部9c、10cを振動子上の端子部6に対して接合し、振動子1を実装する。本例では、振動子の上側面1aの端子部6に対して各ボンディングワイヤを接合し、振動子をボンディングワイヤ下につり下げている。この状態で、振動子1の端子部はボンディングワイヤ9、10を通して、基板11上の対応する各接点パッドに対して電気的に接続される。
Next, as shown in FIG. 9, the
なお、振動子1と実装面11aとの間の間隔を調整し、振動子1が実装面11aに接触しないようにするために、各ボンディングワイヤ9、10の端部を折り曲げることによって、振動子1側の端部9c、10cを実装面11aから浮上させている。
In addition, in order to adjust the space | interval between the vibrator | oscillator 1 and the mounting surface 11a, and to keep the vibrator | oscillator 1 from contacting the mounting surface 11a, by bending the edge part of each
図10は、更に他の実施形態に係る支持構造を示す分解斜視図である。図10において、図6に示した部分には同じ符号をつけ、その説明を省略する。図10においては、各ボンディングワイヤ19、20は折り曲げられておらず、略平面的である。このため、基板実装面11a上の接点パッド17A、17Bの厚さを大きくし、接点パッド17A、17B上に各ボンディングワイヤの各端部19a、20aを載せ、接合する。この結果、振動子1を実装面11aから十分に離すことができる。
FIG. 10 is an exploded perspective view showing a support structure according to still another embodiment. In FIG. 10, the same reference numerals are given to the portions shown in FIG. In FIG. 10, the
好適な実施形態においては、枠体を構成する導電性材料を接地する。これによって、各ボンディングワイヤ間での容量結合の寄与によるノイズを一層低減できることがわかった。 In a preferred embodiment, the conductive material constituting the frame is grounded. As a result, it has been found that noise due to the contribution of capacitive coupling between the bonding wires can be further reduced.
図11は、この実施形態に係る支持装置を示す平面図である。本例の支持装置は、図9に示した支持装置と類似のもであるので、図9に示した構成部分には同じ符号をつけ、その説明を省略する。図11の支持装置においては、基板の実装面11aに対して導電性接合部25によって枠体21が固定され、かつ電気的に接続されている。基板の実装面11aを接地することによって、枠体21も接地することができる。枠体21を接地すると、隣接するボンディングワイヤ9と10との間での静電結合の寄与によるノイズを低減できる。
FIG. 11 is a plan view showing a support device according to this embodiment. Since the support device of this example is similar to the support device shown in FIG. 9, the same reference numerals are given to the components shown in FIG. 9, and description thereof will be omitted. In the support device of FIG. 11, the
導電性材料を接地するための方法は限定されず、例えば導電性ペーストの焼き付け、ハンダ付け、導電性接着剤、スポット溶接法を例示できる。また、導電性材料と基板実装面とを接合する導電性接合部25の材質は、例えば金、銀などの貴金属であってよい。 The method for grounding the conductive material is not limited, and examples thereof include conductive paste baking, soldering, conductive adhesive, and spot welding. In addition, the material of the conductive joint 25 that joins the conductive material and the substrate mounting surface may be a noble metal such as gold or silver.
導電性接合材24の接地部位は複数存在することが好ましい。この場合には、振動子1の重心GOを通るX軸に対して、複数の導電性接合材25の位置が略線対称であることが好ましい。
本例では、各ボンディングワイヤ9、10の端部9a、10aおよび絶縁体22A、22Bを包囲するように、それぞれクリアランス24が形成されている。クリアランス24内には、基板実装面11a上の接地電極が存在しない。
It is preferable that a plurality of grounding portions of the
In this example,
好適な実施形態においては、基板と振動子との間にクッション層が設けられている。図12は、この実施形態に係る支持装置を示す分解斜視図である。図12に示す各構成部分は図1に示したので、同じ構成部分の説明は省略する。 In a preferred embodiment, a cushion layer is provided between the substrate and the vibrator. FIG. 12 is an exploded perspective view showing the support device according to this embodiment. Since each component shown in FIG. 12 is shown in FIG. 1, description of the same component is abbreviate | omitted.
本例では、クッション材26が基板11の実装面11aに設けられている。クッション材26の位置は振動子1の直下とする。クッション材26は、設置時には振動子1に接触しないようにクリアランスを設ける。
In this example, the
この利点について述べる。支持構造に外部から衝撃が加わったときには、ボンディングワイヤ9、10が変形し、振動子が実装面11a側へと落下する。このとき、振動子1が実装面11aに直接衝突すると、振動子が破損するおそれがある。また、振動子が破損しない場合であっても、ボンディングワイヤの変形が弾性限界を超え、塑性変形することがある。ボンディングワイヤが塑性変形すると、振動子の支持状態が変化するので、不要な回転軸の周りの回転角速度を計測してノイズとなったり、温度ドリフトが増大するおそれがある。
This advantage will be described. When an impact is applied to the support structure from the outside, the
これに対して、振動子が実装面11aへと向かって落下するときに、クッション材26によって保持することで、衝撃を緩和でき、かつボンディングワイヤの過大な変形を防止できる。
On the other hand, when the vibrator drops toward the mounting surface 11a, it is possible to alleviate the impact and prevent excessive deformation of the bonding wire by holding the vibrator with the
クッション材26は、導電性を有する材質からなることがさらに好ましく、これによってクッション材26を実装面11aへと設置することが、振動子上の電極への電気的影響を抑制する点から好ましい。
クッション材26の材質は、例えばシリコーン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂、ゴム、金属バネであってよい。
The
The material of the
また、好適な実施形態においては、絶縁性材料上あるいは絶縁体上に、接地されたガード電極を設ける。また、好適な実施形態においては、ボンディングワイヤが、駆動側信号電極に接続されるべき駆動側信号電極用ボンディングワイヤ、駆動側接地電極に接続されるべき駆動側接地電極用ボンディングワイヤ、検出側信号電極に接続されるべき検出側信号電極用ボンディングワイヤ、および検出側接地電極に接続されるべき検出側接地電極用ボンディングワイヤを含む。 In a preferred embodiment, a grounded guard electrode is provided on an insulating material or an insulator. In a preferred embodiment, the bonding wire includes a driving-side signal electrode bonding wire to be connected to the driving-side signal electrode, a driving-side ground electrode bonding wire to be connected to the driving-side ground electrode, and a detection-side signal. A detection-side signal electrode bonding wire to be connected to the electrode, and a detection-side ground electrode bonding wire to be connected to the detection-side ground electrode.
図13、図14は、この実施形態に係るものである。図13、図14の支持装置は、図3に示す支持装置と類似のものである。しかし、図13においては、絶縁性材料からなる枠体7の表面に、設置されたガード電極50A、50Bが形成されている。本例では、ボンディングワイヤは、駆動側信号電極用ボンディングワイヤ9A、検出側信号電極用ボンディングワイヤ9B、駆動側設置電極用ボンディングワイヤ10Aおよび検出側接地電極用ボンディングワイヤ10Bを含む。そして、駆動側接地電極用ボンディングワイヤ10Aおよび検出側接地電極用ボンディングワイヤ10Bは、ガード電極50A、50Bに接続され、接地されている。
13 and 14 relate to this embodiment. 13 and 14 is similar to the support device shown in FIG. However, in FIG. 13, the
図14においては、ボンディングワイヤは、駆動側信号電極用ボンディングワイヤ9A、検出側信号電極用ボンディングワイヤ9B、駆動側設置電極用ボンディングワイヤ10Aおよび検出側接地電極用ボンディングワイヤ10Bを含む。そして、信号電極用ボンディングワイヤ9A、9Bの各端部9aを包囲するように、枠体7Aに各包囲部7cが形成されている。絶縁性材料からなる枠体7の表面に、設置されたガード電極50A、50Bが形成されており、包囲部7c上にガード電極50Cが形成されている。駆動側接地電極用ボンディングワイヤ10Aおよび検出側接地電極用ボンディングワイヤ10Bは、ガード電極50A、50Bに接続され、接地されている。また、信号電極用ボンディングワイヤ9A、9Bの各端部9aが、ガード電極50A、50Bと50Cとによって包囲されている。
In FIG. 14, the bonding wires include a driving side signal
好適な実施形態においては、複数の検出側信号電極用ボンディングワイヤを含み、駆動側信号電極用ボンディングワイヤの接続部と駆動側接地電極用ボンディングワイヤの接続部とを結ぶ直線に対して、複数の検出側信号電極用ボンディングワイヤが略線対称の位置に配置されている。さらに好適な実施形態においては、駆動側信号電極用ボンディングワイヤの接続部と駆動側接地電極用ボンディングワイヤの接続部とを結ぶ直線に対して、複数の検出側接地電極用ボンディングワイヤが略線対称の位置に配置されている。 In a preferred embodiment, a plurality of detection-side signal electrode bonding wires are included, and a plurality of lines are connected to a straight line connecting a connection portion of the drive-side signal electrode bonding wire and a connection portion of the drive-side ground electrode bonding wire. The detection-side signal electrode bonding wires are arranged at substantially symmetrical positions. In a more preferred embodiment, the plurality of detection-side ground electrode bonding wires are substantially line-symmetric with respect to a straight line connecting the connection portion of the drive-side signal electrode bonding wire and the connection portion of the drive-side ground electrode bonding wire. It is arranged at the position.
図15〜図19は、この実施形態に係るものである。図15には、絶縁性材料からなる枠体40を示す。枠体40には、振動子を配置することを意図した中央穴42と、これを包囲する4つの貫通孔41とが設けられている。43はブリッジ部である。本例の枠体40は導電性材料からなる。
15 to 19 relate to this embodiment. FIG. 15 shows a
図16においては、枠体40上に絶縁体44を載置した状態を示した。図17においては、さらに絶縁体44上に、駆動側信号電極用ボンディングワイヤ45および駆動側接地電極用ボンディングワイヤ46を載置した状態を示す。図18においては、さらに検出側信号電極用ボンディングワイヤ47A、47Bを載置した状態を示す。図19には、さらに検出側接地電極用ボンディングワイヤ48A、48Bを載置した状態を示す。
FIG. 16 shows a state where the
例えば図17に示すように、駆動側信号電極用ボンディングワイヤ45は、配線部45a、中央穴42への突出部45bおよび振動子の電極パッドへの接続部45cを備えている。このボンディングワイヤ45は、振動子の駆動側の信号電極に対して接続されている。駆動側接地電極用ボンディングワイヤ46は、配線部46a、中央穴42への突出部46bおよび振動子の電極パッドへの接続部46cを備えている。このボンディングワイヤ46は、振動子の駆動側の接地電極に対して接続されている。本例では、ボンディングワイヤ45の接続部45cとボンディングワイヤ46の接続部46cとは対向している。Mは、接続部45cと46cとを結ぶ直線である。
For example, as shown in FIG. 17, the driving-side signal
図18に示すように、検出側信号電極用ボンディングワイヤ47A、47Bは、それぞれ配線部47a、中央穴42への突出部47bおよび振動子の電極パッドへの接続部47cを備えている。図19に示すように、検出側接地電極用ボンディングワイヤ48A、48Bは、それぞれ配線部48a、中央穴42への突出部48b、振動子の電極パッドへの接続部48cおよびガード電極部48dを備えている。このボンディングワイヤ48A、48Bは、基板実装面に接地されている。
As shown in FIG. 18, the detection-side signal
本例では、駆動側信号電極用ボンディングワイヤの接続部45cと駆動側接地電極用ボンディングワイヤの接続部46cとを結ぶ直線Mに対して、検出側信号電極用ボンディングワイヤ47Aと47Bが略線対称の位置に配置されている。さらに、直線Mに対して、複数の検出側接地電極用ボンディングワイヤ48Aと48Bが略線対称の位置に配置されている。
In this example, the detection-side signal
この利点について述べる。本発明者は、振動型ジャイロスコープを小型の電子機器、例えば携帯電話に内蔵することを検討している。しかし、このためには振動子の寸法を著しく小さくする必要があり、振動子の寸法は例えば数mm程度となる。この大きさになると、従来の振動子では問題にならなかった静電結合が生じ、ノイズの原因になる。振動子上の各パッド間の間隔は、例えば50μm程度しかとることができない。この水準の寸法になると、駆動側信号パッドと検出側パッドとの間での静電結合の寄与が大きくなる。この結果、振動子が静止しているときに2つの検出振動系からの検出値の差をとると、静電結合の寄与によって差が0にならず、ノイズを生ずる。また、環境温度が変化すると、零点温度ドリフトの原因となる。 This advantage will be described. The present inventor is considering incorporating the vibratory gyroscope into a small electronic device such as a mobile phone. However, for this purpose, the size of the vibrator needs to be remarkably reduced, and the size of the vibrator is, for example, about several mm. When this size is reached, electrostatic coupling, which was not a problem with conventional vibrators, occurs and causes noise. The spacing between the pads on the vibrator can only be about 50 μm, for example. If it becomes the dimension of this level, the contribution of the electrostatic coupling between a drive side signal pad and a detection side pad will become large. As a result, if the difference between the detection values from the two detection vibration systems is taken while the vibrator is stationary, the difference is not zero due to the contribution of electrostatic coupling, and noise is generated. Further, when the environmental temperature changes, it causes a zero point temperature drift.
これに対して、駆動側信号電極用ボンディングワイヤの接続部45cと駆動側接地電極用ボンディングワイヤの接続部46cとを結ぶ直線Mに対して、検出側信号電極用ボンディングワイヤ47Aと47Bとを略線対称の位置に配置することによって、同位相、同振幅のノイズを相殺でき、容量結合の影響を抑制してノイズを低減するのに有効である。さらに、直線Mに対して、複数の検出側接地電極用ボンディングワイヤ48Aと48Bを略線対称の位置に配置することも有効である。
On the other hand, the detection-side signal
好適な実施形態においては、複数の検出側信号電極用ボンディングワイヤ47Aと47Bとが直線Mに対して略線対称の形状を有する。即ち、47Aと47Bとが略合同形状を有する。ただし、47Aと47Bとは合同である必要はない。 In a preferred embodiment, the plurality of detection-side signal electrode bonding wires 47 </ b> A and 47 </ b> B have a substantially line-symmetric shape with respect to the straight line M. That is, 47A and 47B have a substantially congruent shape. However, 47A and 47B need not be congruent.
(実験1)
図1に示す振動型ジャイロスコープ用の支持構造を作製した。具体的には、厚さ0.1mmの水晶のZ板のウエハーに、スパッタ法によって、所定位置に、厚さ100オングストロームのクロム膜と、厚さ1500オングストロームの金膜とを形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングした。
(Experiment 1)
A support structure for the vibrating gyroscope shown in FIG. 1 was produced. Specifically, a chromium film having a thickness of 100 angstroms and a gold film having a thickness of 1500 angstroms were formed at predetermined positions on a quartz Z-plate wafer having a thickness of 0.1 mm by sputtering. Resist was coated on both sides of the wafer.
このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去した。温度80℃の重フッ化アンモニウムに20時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、振動子1の外形を形成した。メタルマスクを使用して、厚さ100オングストロームのクロム膜上に厚さ2000オングストロームの金膜を電極膜として形成した。振動子1の寸法は、縦3.8mm、横4.5mm、厚さ0.1mmであり、重量は約0.8mgであった。 This wafer is immersed in an aqueous solution of iodine and potassium iodide, and the excess gold film is removed by etching. Further, the wafer is immersed in an aqueous solution of cerium ammonium nitrate and perchloric acid, and the excess chromium film is etched. Removed. The wafer was immersed in ammonium bifluoride at a temperature of 80 ° C. for 20 hours, and the wafer was etched to form the outer shape of the vibrator 1. Using a metal mask, a gold film having a thickness of 2000 angstroms was formed as an electrode film on a chromium film having a thickness of 100 angstroms. The dimensions of the vibrator 1 were 3.8 mm in length, 4.5 mm in width, 0.1 mm in thickness, and the weight was about 0.8 mg.
図2〜図4を参照しつつ説明したプロセスに従って、振動子1をパッケージに実装した。ただし、基板11はアルミナセラミックスによって形成し、接点パッド12A、12Bは金によって形成し、枠体7はポリイミド樹脂によって形成した。枠体7によって、パッケージ中でボンディングワイヤと接点パッド12A、12Bの位置を合わせることができる。ボンディングワイヤは、銅膜線を金によってメッキすることで製造した。銅膜線の厚さは約20μmであり、幅は約100μmであり、金メッキの厚さは約1μmであった。ボンディングワイヤを枠体に対して接着によって接合し、振動子1に対して超音波ボンディングによって接合した。
The vibrator 1 was mounted on a package according to the process described with reference to FIGS. However, the
(実験2)
実験1と同様にして、図15〜図19に示す支持構造を製造した。ただし、基板11はアルミナセラミックスによって形成し、接点パッドは金によって形成し、枠体40はSUSによって形成し、絶縁体44はポリイミド樹脂によって形成した。各ボンディングワイヤは、銅膜線を金によってメッキすることで製造した。銅膜線の厚さは約20μmであり、幅は約100μmであり、金メッキの厚さは約1μmであった。各ボンディングワイヤを絶縁体44に対して接着し、振動子1に対して超音波ボンディングによって接合した。
(Experiment 2)
In the same manner as in Experiment 1, the support structure shown in FIGS. However, the
以上述べたように、本発明によれば、電気的接続のための端子部を備える振動子を支持するための支持装置であって、振動子を小型化することが可能であり、かつ各支持装置ごとの振動子の振動特性の変動を抑制できるような、新規な支持装置を提供できる。 As described above, according to the present invention, a support device for supporting a vibrator having a terminal portion for electrical connection, the vibrator can be downsized, and each support It is possible to provide a novel support device that can suppress fluctuations in the vibration characteristics of the vibrator for each device.
1 振動子 2 固定部 3 検出振動片(屈曲振動片) 4 駆動振動片(屈曲振動片) 5 支持部(屈曲振動片) 6 端子部 7 絶縁性材料からなる枠体 7a、21a 外枠 7b、21b 補助支持部 9、10 ボンディングワイヤ(端部の折り曲げあり) 9a、10a ボンディングワイヤの枠体側の端部 9c、10c ボンディングワイヤの振動子側の端部 11 基板 11a 基板の実装面 12A、12B 接点パッド 17A、17B 厚みのある接点パッド 19、20 平面状のボンディングワイヤ(端部の折り曲げなし) 21 導電性材料からなる枠体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (17)
基板、および前記基板上に支持されており、前記振動子に対して接合されるべきボンディングワイヤを備えており、前記振動子を前記ボンディングワイヤによって前記基板に接触しない状態で支持し、かつ前記ボンディングワイヤが前記端子部に対して電気的に接続されるように構成されていることを特徴とする、振動子の支持装置。 A support device for supporting a vibrator having a terminal portion for electrical connection,
A substrate, and a bonding wire supported on the substrate and to be bonded to the vibrator; supporting the vibrator without contacting the substrate by the bonding wire; and the bonding An apparatus for supporting a vibrator, wherein a wire is configured to be electrically connected to the terminal portion.
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