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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-05
(45)【発行日】2024-08-14
(54)【発明の名称】慣性センサおよび慣性センサの製造方法
(51)【国際特許分類】
G01C 19/5691 20120101AFI20240806BHJP
H01L 29/84 20060101ALI20240806BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20240806BHJP
B81C 3/00 20060101ALI20240806BHJP
B81C 1/00 20060101ALI20240806BHJP
【ＦＩ】
G01C19/5691
H01L29/84 Z
B81B3/00
B81C3/00
B81C1/00
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021032561
(22)【出願日】2021-03-02
(65)【公開番号】P2022133714
(43)【公開日】2022-09-14
【審査請求日】2023-12-11
(73)【特許権者】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(73)【特許権者】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001128
【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】明石 照久
(72)【発明者】
【氏名】稲垣 優輝
(72)【発明者】
【氏名】川合 祐輔
(72)【発明者】
【氏名】船橋 博文
【審査官】國田 正久
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００９４０２４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－０４２４５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２６４９３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１８６２４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０６２２８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２７７２１５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】Jae Yoong Cho et al.，0.00016 deg/√hr Angle Random Walk(ARW) and 0.0014 deg/hr Bias Instability(BI) from a 5.2M-Q and 1-cm Precision Shell Integrating(PSI) Gyroscope，2020 IEEE International Symposium on Inertial Sensors and Systems (INERTIAL)，2020年，https://dx.doi.org/10.1109/INERTIAL48129.2020.9090086
【文献】T.Nagourney et al.，MICROMACHINED HIGH-Q FUSED SILICA BELL RESONATOR WITH COMPLEX PROFILE CURVATURE REALIZED USING 3D MICRO BLOWTORCH MOLDING，2015 Transducers-2015 18th International Conference on Solid-State Sensors,Actuators and Microsystems(TRANSDUCERS)，2015年，https://dx.doi.org/10.1109/TRANSDUCERS.2015.7181172
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｃ １９／５６９１
Ｈ０１Ｌ ２９／８４
Ｂ８１Ｂ ３／００
Ｂ８１Ｃ ３／００
Ｂ８１Ｃ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
慣性センサであって、環状曲面を備える曲面部（２１）および前記曲面部から凹んだ凹部（２２）を有する微小振動体（２）と、
前記微小振動体の前記凹部が嵌め込まれる枠体状の内周枠（５１１）と、前記内周枠を囲む枠体状の外周枠（５１２）と、互いに距離を隔てつつ、前記外周枠を囲む配置とされる複数の電極部（５３）とを有してなる上部基板（５）が、下部基板（４）に接合されてなる実装基板（３）と、
少なくとも一部が前記内周枠の内側に配置され、前記微小振動体と前記実装基板とを接合する接合部材（５２）と、を備え、
前記微小振動体は、前記曲面部が中空状態となっており、
前記実装基板は、前記下部基板のうち前記内周枠の内側の領域、および前記内周枠の少なくとも一方に設けられ、前記内周枠の内側に配置される前記接合部材の余剰部分が流れ込む逃げ溝（４３、５５、５６）を有する、慣性センサ。
【請求項2】
前記逃げ溝は、前記内周枠で囲まれた領域と、前記外周枠と前記内周枠との間の領域とを繋いでいる、請求項１に記載の慣性センサ。
【請求項3】
前記逃げ溝は、前記下部基板の一部であって、前記内周枠を跨ぐ配置とされている、請求項１または２に記載の慣性センサ。
【請求項4】
前記逃げ溝は、前記内周枠に設けられている、請求項１または２に記載の慣性センサ。
【請求項5】
前記逃げ溝は、前記内周枠のうち前記下部基板と向き合う下面（５１１ｂ）に設けられた下端溝（５６）である、請求項４に記載の慣性センサ。
【請求項6】
前記内周枠は、前記下面とは反対側の上面（５１１ａ）と前記下面とを繋ぐ方向に沿って設けられたサイド溝（５７）を有し、前記サイド溝は、一端が前記下端溝に連通している、請求項５に記載の慣性センサ。
【請求項7】
前記逃げ溝は、前記内周枠のうち前記下部基板と向き合う下面（５１１ｂ）とは反対側の上面（５１１ａ）に設けられた上端溝（５５）である、請求項４に記載の慣性センサ。
【請求項8】
前記内周枠は、円環形状である、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の慣性センサ。
【請求項9】
環状曲面を備える曲面部（２１）および前記曲面部から凹んだ凹部（２２）を有する微小振動体（２）と、下部基板（４）と、前記微小振動体の前記凹部が嵌め込まれる枠体状の内周枠（５１１）を有し、前記下部基板に接合される上部基板（５）と、によりなり、接合部材（５２）を介して前記内周枠の内側領域に前記微小振動体の前記凹部が接合される実装基板（３）と、を備え、
前記微小振動体が前記内周枠に搭載されたとき、前記曲面部が中空状態となる慣性センサ（１）の製造方法であって、
前記微小振動体を用意することと、
前記実装基板を用意することと、
前記実装基板のうち前記内周枠の内側領域に前記接合部材を配置することと、
前記接合部材を配置した後、前記内周枠の内側領域に、前記微小振動体のうち前記凹部を嵌め込み、前記接合部材と前記微小振動体の前記凹部とを接触させることと、
前記実装基板を加熱して前記接合部材を溶融させ、固化させることで、前記微小振動体を前記実装基板に接合することと、を含み、
前記実装基板を用意することにおいては、前記内周枠を囲む枠体状の外周枠（５１２）と、互いに距離を隔てつつ、前記外周枠を囲む配置とされる複数の電極部（５３）と、前記下部基板のうち少なくとも前記内周枠の内側領域または前記内周枠に設けられる逃げ溝（４３、５５、５６）と、を有する前記実装基板を用意し、
前記微小振動体を接合することにおいては、前記微小振動体の前記凹部を前記下部基板の側に押圧し、溶融した前記接合部材のうち余剰部分を前記逃げ溝に押し出す、慣性センサの製造方法。
【請求項10】
前記接合部材を配置することにおいては、ＡｕＳｎを主成分とする導電性材料を成形してなる板状部材を前記内側領域に配置する、請求項９に記載の慣性センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微小振動体を備える慣性センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、車両の自動運転のシステム開発が進められており、この種のシステムでは、高精度の自己位置の推定技術が必要である。例えば、いわゆるレベル３の自動運転向けに、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systemの略）とＩＭＵ（Inertial Measurement Unitの略）とを備える自己位置推定システムの開発が進められている。ＩＭＵは、例えば、３軸のジャイロセンサと３軸の加速度センサから構成される６軸の慣性力センサである。将来的に、いわゆるレベル４以上の自動運転を実現するためには、現状よりもさらに高感度のＩＭＵが求められる。
【0003】
このような高感度のＩＭＵを実現するためのジャイロセンサとしては、ＢＲＧ（Bird-bath Resonator Gyroscopeの略）が有力視されている。ＢＲＧは、ワイングラスモードで振動する三次元曲面を有する微小振動体が実装基板に搭載されてなる（例えば特許文献１）。この微小振動体は、振動の状態を表すＱ値が１０６以上に達するため、従来よりも高感度が見込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００９４０２４Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
この微小振動体は、例えば、数十μｍの厚みの石英等で構成されるため、実装基板への搭載において傷を付けない取り扱いが求められる。微小振動体のベースとなる基材（例えば石英等）やその表面に形成される電極膜に傷が付いたり、電極膜が剥がれたりすると、Ｑ値が低下し、ジャイロセンサの感度が低下してしまう。
【0006】
特許文献１に記載のＢＲＧは、実装基板の一部として微小振動体の位置決め用の可動治具が形成されており、微小振動体を実装基板に載置し、可動治具により微小振動体の位置調整を行った後に、微小振動体が接合部材で実装基板に接合されることで製造される。その後、実装基板のうち可動治具の部分は、エッチング等の処理により実装基板から解放され、除去される。
【0007】
しかし、この手法は、実装基板における微小振動体の位置決め精度を確保できるものの、プロセスが多く、製造コストが増大するおそれがある。そのため、微小振動体を傷付けず、かつ実装基板に対する微小振動体の位置決めを簡便にすることが求められる。
【0008】
また、上記のＢＲＧでは、実装基板のうち枠体状の実装部分の内側に接合部材を配置し、接合部材を溶融させ、固化させることにより微小振動体が実装基板に接合される。このとき、溶融した接合部材により微小振動体が一時的に浮かんだ状態となって、微小振動体が傾くおそれがあるため、微小振動体の傾きを抑制する必要がある。しかし、特許文献１では、この微小振動体の接合時における傾き抑制については記載されていない。
【0009】
本発明は、上記の点に鑑み、この種の微小振動体を備える慣性センサにおいて、微小振動体を実装基板に搭載する際の微小振動体の位置決めの簡便化および接合部材による傾き抑制を両立することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の慣性センサは、環状曲面を備える曲面部（２１）および曲面部から凹んだ凹部（２２）を有する微小振動体（２）と、微小振動体の凹部が嵌め込まれる枠体状の内周枠（５１１）と、内周枠を囲む枠体状の外周枠（５１２）と、互いに距離を隔てつつ、外周枠を囲む配置とされる複数の電極部（５３）とを有してなる上部基板（５）が、下部基板（４）に接合されてなる実装基板（３）と、少なくとも一部が内周枠の内側に配置され、微小振動体と実装基板とを接合する接合部材（５２）と、を備え、微小振動体は、曲面部が中空状態となっており、実装基板は、下部基板のうち少なくとも内周枠の内側の領域、または内周枠に設けられ、内周枠の内側に配置される接合部材の余剰部分が流れ込む逃げ溝（４３、５５、５６）を有する。
【0011】
これによれば、微小振動体の凹部が嵌め込まれる枠体状の内周枠、およびこれを囲む外周枠を有する上部基板と下部基板とが接合されてなる実装基板の内周枠に、曲面部および凹部を有する微小振動体の凹部が嵌め込まれてなる慣性センサとなる。この慣性センサは、微小振動体が嵌め込まれる内周枠を有することで、実装基板に対する微小振動体の位置決め精度が所定以上となると共に、位置決め工程が簡便化されつつ、位置決め後の微小振動体の位置ズレが抑制される構造となっている。
【0012】
また、慣性センサは、実装基板のうち下部基板または内周枠に逃げ溝を有することで、実装基板のうち内周枠の内側領域に接合部材を配置し、微小振動体を接合するに際して、溶融した接合部材の余剰部分が逃げ溝に流れ込む構造となっている。そのため、微小振動体の凹部と実装基板の接合面との間に必要以上の接合部材が介在することが抑止され、微小振動体が傾くことが抑制された慣性センサとなる。
【0013】
したがって、この慣性センサは、微小振動体の位置決めが簡便かつ高精度でなされ、面内方向での微小振動体の位置ズレが抑制されつつ、接合時における微小振動体の傾きが抑制された構造となる。
【0014】
請求項９に記載の慣性センサの製造方法は、環状曲面を備える曲面部（２１）および曲面部から凹んだ凹部（２２）を有する微小振動体（２）と、下部基板（４）と、微小振動体の凹部が嵌め込まれる枠体状の内周枠（５１１）を有し、下部基板に接合される上部基板（５）と、によりなり、接合部材（５２）を介して内周枠の内側領域に微小振動体の凹部が接合される実装基板（３）と、を備え、微小振動体が内周枠に搭載されたとき、曲面部が中空状態となる慣性センサ（１）の製造方法である。そして、微小振動体を用意することと、実装基板を用意することと、実装基板のうち内周枠の内側領域に接合部材を配置することと、接合部材を配置した後、内周枠の内側領域に、微小振動体のうち凹部を嵌め込み、接合部材と微小振動体の凹部とを接触させることと、実装基板を加熱して接合部材を溶融させ、固化させることで、微小振動体を実装基板に接合することと、を含む。実装基板を用意することにおいては、内周枠を囲む枠体状の外周枠（５１２）と、互いに距離を隔てつつ、外周枠を囲む配置とされる複数の電極部（５３）と、下部基板のうち少なくとも内周枠の内側領域または内周枠に設けられる逃げ溝（４３、５５、５６）と、を有する実装基板を用意する。微小振動体を接合することにおいては、微小振動体の凹部を下部基板の側に押圧し、溶融した接合部材のうち余剰部分を逃げ溝に押し出す。
【0015】
これによれば、微小振動体の凹部が嵌め込まれる枠体状の内周枠、およびこれを囲む外周枠を有する上部基板と下部基板とが接合され、下部基板のうち少なくとも内周枠の内側領域、または内周枠に逃げ溝が形成された実装基板を用いる。そして、当該実装基板のうち内周枠の内側領域に接合部材を配置した後に、内周枠に微小振動体を嵌め込み、接合部材を溶融・固化させて、微小振動体を接合する。このとき、溶融した接合部材の余剰部分を実装基板の逃げ溝に押し出し、微小振動体と実装基板とが接合された慣性センサを製造する。
【0016】
微小振動体の凹部を実装基板の内周枠に嵌め込むことで、実装基板に対する微小振動体の位置決めを簡素化することができる。また、微小振動体の接合時に、接合部材の余剰部分を実装基板の逃げ溝に逃がすことで、微小振動体の凹部と実装基板の実装面との間に必要以上の接合部材が介在することを抑止し、微小振動体の傾きを抑制することができる。
【0017】
したがって、慣性センサの製造において、微小振動体の位置決めの簡便化および接合部材による微小振動体の傾きを両立することができる。
【0018】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】第１実施形態に係る慣性センサを示す上面レイアウト図である。
【図2】微小振動体の一例を示す斜視図である。
【図4A】微小振動体の形成工程のうち部材の用意工程を示す図である。
【図7】微小振動体が搭載される前の実装基板を示す上面レイアウト図である。
【図11A】慣性センサの製造における微小振動体の搭載工程を示す図であって、部材の用意工程を示す図である。
【図12A】比較例の実装基板に微小振動体を接合する様子を示す図である。
【図13】第２実施形態の慣性センサに係る実装基板を示す上面レイアウト図である。
【図16】第２実施形態の慣性センサを示す断面図である。
【図17】第３実施形態の慣性センサに係る実装基板を示す上面レイアウト図である。
【図19】第３実施形態の慣性センサを示す断面図である。
【図20】第３実施形態の慣性センサに係る実装基板の変形例を示す上面レイアウト図である。
【図22】第３実施形態の慣性センサの変形例を示す断面図である。
【図23】第４実施形態の慣性センサに係る実装基板を示す上面レイアウト図である。
【図25】第４実施形態の慣性センサを示す断面図である。
【図26】第５実施形態の慣性センサに係る実装基板を示す上面レイアウト図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【0021】
【0022】
図２では、後述する微小振動体２の構成を分かり易くするため、微小振動体２の外郭のうち図２に示す角度から見えない部分については破線で示している。図５、図６では、見易くするため、微小振動体２のうち図２に示す後述の導電層２３を省略している。見易くするための導電層２３の省略については、図１１Ａ以降の図についても同様である。
【0023】
以下、説明の便宜上、図１に示すように、紙面における左右方向に沿った方向を「ｘ方向」と、同紙面上においてｘ方向に直交する方向を「ｙ方向」と、ｘｙ平面に対する法線方向を「ｚ方向」と、それぞれ称する。図３以降の図中のｘ、ｙ、ｚ方向は、図１のｘ、ｙ、ｚ方向にそれぞれ対応するものである。また、本明細書における「上」とは、図中のｚ方向に沿った方向であって、矢印側を意味し、「下」とは上の反対側を意味する。さらに、本明細書では、例えば図１等に示すように、ｚ方向上側から慣性センサ１または実装基板３を見た状態を「上面視」と称することがある。
【0024】
〔基本構成〕
慣性センサ１は、例えば、図１に示すように、微小振動体２と、実装基板３とを備え、微小振動体２の一部が実装基板３に接合されてなる。慣性センサ１は、ワイングラスモードで振動することが可能な微小振動体２と実装基板３のうち後述する複数の電極部５３との間における静電容量の変化に基づき、慣性センサ１に印加された角速度を検出する構成となっている。慣性センサ１は、例えば、ＢＲＧ構造のジャイロセンサであって、自動車等の車両に搭載される用途に適用されると好適であるが、勿論、他の用途にも適用されうる。
慣性センサ１は、例えば、図１に示すように、微小振動体２と、実装基板３とを備え、微小振動体２の一部が実装基板３に接合されてなる。慣性センサ１は、ワイングラスモードで振動することが可能な微小振動体２と実装基板３のうち後述する複数の電極部５３との間における静電容量の変化に基づき、慣性センサ１に印加された角速度を検出する構成となっている。慣性センサ１は、例えば、ＢＲＧ構造のジャイロセンサであって、自動車等の車両に搭載される用途に適用されると好適であるが、勿論、他の用途にも適用されうる。
【0025】
微小振動体２は、例えば、図２に示すように、略半球形の三次元曲面の外形を有する曲面部２１と、環状曲面形状の曲面部２１の頂点側から半球の中心側に向かうように凹んだ凹部２２とを備える。微小振動体２は、例えば図３に示すように、凹部２２のうち外側の面が実装基板３に接続される際の吸着搬送に用いられる吸着面２２ａであり、凹部２２のうち吸着面２２ａとは反対側が実装基板３に接続される実装面２２ｂである。微小振動体２は、実装面２２ｂの径が実装基板３のうち後述する枠体状の内周枠５１１の内側領域の径に対応する径とされており、実装基板３への搭載時に内周枠５１１に嵌合する寸法となっている。微小振動体２は、例えば、慣性センサ１が駆動していない状態においてリム２１１と複数の電極部５３との間隔が等間隔となるように、リム２１１が略円筒形状とされる。微小振動体２は、曲面部２１が椀状の三次元曲面を有し、その振動のＱ値が例えば１０６以上となっている。
【0026】
微小振動体２は、例えば、石英、ガラス、シリコンやセラミック等の材料で構成されるが、三次元曲面形状とされた曲面部２１および凹部２２を形成でき、ワイングラスモードで振動することが可能なものであればよく、これらの材料に限定されない。微小振動体２は、例えば、その厚みが２０μｍ～８０μｍといった具合の数十μｍの薄肉構成となっている。微小振動体２は、例えば、実装基板３の厚み方向に沿った方向を高さ方向として、高さ方向の寸法が２．５ｍｍ、その径が５ｍｍといったミリサイズの形状である。微小振動体２は、その表面が導電層２３で覆われている。導電層２３は、例えば、限定するものではないが、下地側からＣｒ（クロム）あるいはＴｉ（チタン）と、Ａｕ（金）やＰｔ（白金）等の任意の導電性材料との積層膜で構成され、電極膜として機能する。
【0027】
微小振動体２は、例えば、次のような工程により形成される。
【0028】
まず、例えば図４Ａに示すように、石英板２０、三次元曲面形状を形成するための型Ｍおよび型Ｍを冷却するための冷却体Ｃを用意する。型Ｍは、例えば、石英板２０に三次元曲面形状を形成する際のスペースとなる凹部Ｍ１と、凹部Ｍ１の中心において、凹部Ｍ１の深さ方向に沿って延設され、加工時に石英板２０の一部を支える支柱部Ｍ２とを備え、凹部Ｍ１の底面に貫通孔Ｍ１１が形成されている。冷却体Ｃは、型Ｍが嵌め込まれる嵌め込み部Ｃ１と、嵌め込み部Ｃ１の底面に排気用の排気口Ｃ１１とを備え、石英板２０を加工する際に型Ｍを冷却する役割を果たす。石英板２０は、型Ｍの凹部Ｍ１の全域を覆うように配置される。
【0029】
続けて、例えば図４Ｂに示すように、石英板２０に向けてトーチＴから火炎Ｆを吹きかけ、石英板２０を溶融させる。このとき、型Ｍの凹部Ｍ１は、図示しない真空機構により冷却体Ｃの排気口Ｃ１１を通じて真空引きされている。これにより、石英板２０のうち溶融した部分は、凹部Ｍ１の底面に向かって引き延ばされると共に、その中心周辺領域が支柱部Ｍ２により支えられた状態となる。その後、石英板２０の加熱をやめて冷却することで、石英板２０は、略半球形の三次元曲面形状とされた曲面部位２０１と、曲面部位２０１の中心近傍で凹んだ凹部位２０２と、曲面部位２０１の外周端に位置し、平坦形状とされた端部２０３とを有する形状となる。
【0030】
次いで、型Ｍの凹部Ｍ１を常圧に戻し、加工後の石英板２０を取り外し、例えば図４Ｃに示すように、任意の硬化性樹脂材料によりなる封止材Ｅで石英板２０を封止する。その後、例えば、封止材Ｅを端部２０３側の面から研磨およびＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishingの略）を行い、封止材Ｅごと端部２０３を除去し、凹部位２０２を残す。そして、加熱や薬液を用いた溶解等の任意の方法により、封止材Ｅをすべて除去し、石英板２０を取り出す。最後に、例えば、スパッタリング、蒸着、原子層堆積（ＡＬＤ）や化学蒸着（ＣＶＤ）等の任意の成膜プロセスにより、上記の加工後の石英板２０の両面に導電層２３を形成する。
【0031】
なお、微小振動体２は、例えば、上記のような製造プロセスにより製造され、Ｚ方向を回転軸として回転対称な略ハーフトロイダル形状とされるが、上記の方法に限定されるものではなく、他の公知の方法が採用されても構わない。また、微小振動体２は、ワイングラスモードで振動可能な形状であればよく、ＢＲの形状に限定されるものではない。
【0032】
微小振動体２は、例えば、図５や図６に示すように、凹部２２の実装面２２ｂ側が実装基板３に接合されたとき、リム２１１を含む三次元曲面形状の部分が中空の状態となり、ワイングラスモードで振動することが可能となっている。微小振動体２は、例えば図６に示すように、実装基板３に接合されたとき、中空状態のリム２１１が実装基板３のうち複数の電極部５３と距離を隔てて配置される。
【0033】
微小振動体２は、例えば、凹部２２が図７等に示す実装基板３のうち後述する内周枠５１１に嵌め込まれることで、所定以上の位置合わせ精度で実装基板３に搭載されると共に、面内方向、すなわちｘｙ平面方向における実装基板３との位置のズレが抑制される。この詳細については後述する。
【0034】
実装基板３は、例えば図７に示すように、下部基板４と、上部基板５とを備え、これらが接合された構成となっている。例えば、実装基板３は、絶縁材料のホウケイ酸ガラスにより構成された下部基板４に、半導体材料のＳｉ（シリコン）により構成された上部基板５を陽極接合することで得られる。実装基板３は、微小振動体２が搭載される実装部５１と、実装部５１を囲むように互いに離隔して配置された複数の電極部５３と、電極部５３を囲む配置とされた枠体状の外枠部５４とを備える。
【0035】
実装部５１は、例えば図５に示すように、微小振動体２の凹部２２が嵌め込まれる枠体形状の内周枠５１１と、内周枠５１１を囲む枠体形状の外周枠５１２とにより構成されている。内周枠５１１および外周枠５１２は、例えば図７に示すように、上面視にて、円環形状とされるが、枠体形状であればよく、この形状に限定されない。内周枠５１１は、その内周側が微小振動体２の凹部２２の外形寸法に応じた寸法とされ、例えば、微小振動体２の凹部２２が嵌め込まれたときのクリアランスが５μｍ～１０μｍ程度となる寸法とされる。なお、実装部５１は、実装基板３に対する微小振動体２が接合部材５２により固定される部位であると共に、微小振動体２の位置決めに用いられる部位でもあるため、微小振動体２程の位置決め固定部としての役割を果たす。
【0036】
実装基板３は、例えば図７に示すように、上面視にて、円環形状の外周枠５１２よりも外周側の位置に、実装部５１を囲む環状のエッチング溝４１が形成されている。これにより、微小振動体２が実装基板３に搭載されたとき、図５や図６に示すように、微小振動体２のリム２１１を含む曲面部２１が他の部位に接触しない中空状態となる。実装基板３は、下部基板４のエッチング溝４１を跨ぐブリッジ配線４２を備え、実装部５１と外枠部５４とが電気的に接続され、同電位となっている。ブリッジ配線４２は、例えばＡｌ（アルミニウム）等の導電性材料により構成されると共に、複数の電極部５３の間を通過する配置とされ、複数の電極部５３とは電気的に独立している。
【0037】
例えば、実装基板３は、図５や図６に示すように、環状の内周枠５１１の内側領域がＡｕＳｎ（金錫）等を主成分とする接合部材５２が配置される領域となっており、接合部材５２を介して微小振動体２が接合される。また、実装基板３は、例えば図８に示すように、ブリッジ配線４２の一端が内周枠５１１により、他端が外枠部５４により、一端と他端との途中部分が外周枠５１２により、それぞれ覆われている。これにより、実装基板３は、微小振動体２が搭載されたとき、内周枠５１１、外周枠５１２、ブリッジ配線４２および外枠部５４が微小振動体２と電気的に接続された状態となる。
【0038】
実装基板３は、例えば図７に示すように、下部基板４のうち外周枠５１２よりも内側に位置する領域内に、複数の逃げ溝４３が形成されている。実装基板３は、例えば図９に示すように、内周枠５１１で囲まれた領域（以下「内側領域」という）と、内周枠５１１と外周枠５１２との間の領域（以下「外側領域」という）とが下部基板４に設けられた逃げ溝４３により連通している。逃げ溝４３は、内側領域と外側領域とを繋ぐ溝であり、図６に示すように、内周枠５１１の内側に配置される接合部材５２の余剰部分を内側領域から外側領域に誘導し、微小振動体２が接合時に傾くことを抑制するために設けられる。この詳細については、後述する慣性センサ１の製造方法において説明する。
【0039】
なお、複数の逃げ溝４３は、微小振動体２の接合時において、溶融した接合部材５２の余剰部分の流れに偏りが生じないようにする観点から、例えば図７に示すように、上面視にて対称配置されることが好ましいが、これに限定されるものではない。また、逃げ溝４３の数、深さや寸法等についても、微小振動体２や内周枠５１１等の寸法等に応じて、適宜変更されうる。下部基板４のうち逃げ溝４３が設けられていない部分については、図１０に示すように、内周枠５１１により内側領域と外側領域とが区画されている。
【0040】
実装基板３は、例えば図１や図６に示すように、エッチング溝４１の外周側の位置において、実装部５１を囲むように互いに離れて配置された複数の電極部５３を備える。複数の電極部５３は、微小振動体２が搭載されたとき、微小振動体２のリム２１１と所定の距離を隔てた状態となり、それぞれが微小振動体２とキャパシタを形成する。複数の電極部５３は、上面に電極膜５３１が形成されると共に、例えば、電極膜５３１に図示しないワイヤが接続され、図示しない外部の回路基板等と電気的に接続される。これにより、実装基板３は、複数の電極部５３を介して、微小振動体２との間の静電容量を検出したり、微小振動体２との間に静電引力を生じさせ、微小振動体２をワイングラスモードで振動させたりすることが可能となっている。複数の電極部５３は、例えば図１に示すように、上面視にて、内周側および外周側の辺がそれぞれ円弧状となっており、内周側および外周側の辺それぞれを繋げると、径の異なる断続的な円を描く状態となっている。言い換えると、複数の電極部５３は、実装部５１を囲む円環を所定間隔で均等に分割した構成となっている。
【0041】
なお、実装基板３の「内周側」とは、図７に示すような上面視において、内周枠５１１に囲まれた内側領域の中心側を意味し、「外周側」とは、内周側とは反対に位置する側を意味する。また、図１等には、実装基板３に１６個の電極部５３が互いに離れて環を描くように均等配置された例を示しているが、これに限定されるものではなく、電極部５３の数や配置については微小振動体２の形状やサイズ等に応じて適宜変更されうる。
【0042】
外枠部５４は、それぞれ、例えば図７や図８に示すように、上面にＡｌ等によりなる電極膜５４１を備えると共に、電極膜５４１に図示しないワイヤが接続され、図示しない外部の回路基板等と電気的に接続される。これにより、実装基板３は、電極膜５４１に接続される図示しない外部の電源等により、外枠部５４を介して微小振動体２の電位を所望の値に制御することが可能となっている。
【0043】
実装基板３は、例えば、次のような工程により製造されうる。
【0044】
まず、例えば、ホウケイ酸ガラスによりなる下部基板４を用意し、バッファードフッ酸を用いたウエットエッチングにより円環状のエッチング溝４１および複数の逃げ溝４３を形成する。その後、エッチング溝４１を跨ぐブリッジ配線４２をＡｌのスパッタによる成膜を用いたリフトオフ法により形成する。なお、ブリッジ配線４２の厚みは、例えば、０．１μｍ程度とされる。
【0045】
続けて、例えば、ＳｉによりなるＳｉ基板（後の上部基板５）を用意し、ホウケイ酸ガラスの下部基板４と陽極接合する。次にＳｉ基板に後の内周枠５１１、外周枠５１２、電極部５３、外枠部５４となる領域に区画する溝を公知のエッチング方法により形成する。
【0046】
具体的には、例えば、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etchingの略）によりトレンチエッチングを行って、下部基板４を露出させ、内周枠５１１、外周枠５１２、電極部５３、外枠部５４の各領域を分離させる。これにより、Ｓｉ基板は、互いに離隔した実装部５１、複数の電極部５３、および外枠部５４を備える上部基板５となる。また、この工程により、下部基板４に形成された複数の逃げ溝４３は、上面視にて、内周枠５１１を跨ぐ配置となる。
【0047】
最後に、例えば、複数の電極部５３および外枠部５４の上面にスパッタリング等の真空成膜法により電極膜５３１、５４１を形成する。このような工程の結果、上述した構造の実装基板３が得られる。そして、実装基板３に微小振動体２を搭載する際に、内周枠５１１に囲まれた内側領域に、接合部材５２として例えばＡｕＳｎを主成分とする板状部材が配置される。
【0048】
なお、図７等で示す１つの実装基板３は、例えば、ウエハに上記構造の複数の実装基板３となる領域を形成し、ダイシングカット等により個片化することにより得られる。言い換えると、実装基板３の製造については、ウエハレベルでの対応が可能である。
【0049】
以上が、慣性センサ１の基本的な構成である。慣性センサ１は、駆動時には、複数の電極部５３の一部と微小振動体２との間に静電引力を生じさせることで、微小振動体２をワイングラスモードで振動させる。慣性センサ１は、微小振動体２が振動状態のときに、外部からコリオリ力が印加されると、微小振動体２が変位してその振動モードの節の位置が変化する。慣性センサ１は、この振動モードの節の変化を微小振動体２と複数の電極部５３との静電容量で検出することで、慣性センサ１に働く角速度の検出が可能となっている。
【0050】
慣性センサ１の製造においては、内周枠５１１および外周枠５１２によりなる実装部５１と、逃げ溝４３とを有する実装基板３を用いることにより、簡便に、微小振動体２の実装基板３に対する位置決め精度の確保および傾き抑制の両立が可能となっている。
【0051】
〔慣性センサの製造方法〕
次に、本実施形態の慣性センサ１の製造方法について図１１Ａ～図１１Ｆを参照して説明するが、微小振動体２および実装基板３自体の製造については上記したため、ここでは、微小振動体２を実装基板３に接合する工程について主に説明する。
次に、本実施形態の慣性センサ１の製造方法について図１１Ａ～図１１Ｆを参照して説明するが、微小振動体２および実装基板３自体の製造については上記したため、ここでは、微小振動体２を実装基板３に接合する工程について主に説明する。
【0052】
なお、図１１Ａ～図１１Ｆは、図９に示す断面図に相当するものである。また、図１１Ｃ～図１１Ｆでは、見易くするため、後述するピックアップ機構３００の一部のみを簡易的に示すと共に、コレット３０２の内部を破線で示している。
【0053】
まず、図１１Ａに示すように、例えば、上記の方法により製造した微小振動体２および実装基板３を用意する。その後、例えば、図１１Ｂに示すように、内周枠５１１に囲まれた内側領域に接合部材５２を配置する。接合部材５２としては、例えば、ＡｕＳｎ板材やＡｕペーストやＡｇ（銀）ペースト等の導電性の接合材料が用いられ、板材の場合には図示しないピンセット等を用いることによって、ペースト状の場合にはシリンジ等を用いて塗布されることによって配置される。
【0054】
なお、接合部材５２としては、微小振動体２の接合工程の安定化やアウトガス低減の観点から、ＡｕＳｎ等によりなる板状部材が用いられることが好ましい。接合部材５２が板状部材である場合、微小振動体２を内周枠５１１に嵌め込む前に接合部材５２の一部が逃げ溝４３に過度に流れ込むことを抑止でき、後述する微小振動体２の接合工程が安定する。また、接合部材５２として板状部材を用いることで、ペースト材料を用いる場合に比べて、微小振動体２を実装基板３に接合した後の後述する真空封止において、接合部材５２から生じるアウトガスの量を低減できる。接合部材５２として板状部材を用いる場合には、例えば、Ａｕ８０％Ｓｎ２０％の組成で構成され、厚み５０μｍ～２００μｍ程度の板状の成形はんだを用いることができる。接合部材５２の厚みについては、内周枠５１１の厚み以下であればよく、上記の例に限られず、適宜変更されうる。
【0055】
そして、例えば、実装基板３を図示しないマウンタ装置の吸着面に載置し、真空吸着により実装基板３を固定する。なお、この図示しないマウンタ装置は、吸着面を加熱可能な加熱機構を備えた構成となっている。
【0056】
続いて、例えば図１１Ｃに示すように、微小振動体２のうち凹部２２の吸着面２２ａにピックアップ機構３００の一部を挿入し、真空吸着により微小振動体２を把持する。ピックアップ機構３００は、例えば、台座部３０１と、略円筒形状のコレット３０２とを備え、台座部３０１が図示しない搬送部および真空機構に接続されており、コレット３０２による真空吸着と、吸着した物体の搬送とが可能な構成となっている。ピックアップ機構３００は、例えば、コレット３０２の最大径が凹部２２の内径よりも小さくされ、コレット３０２の先端部の外径が他の部分よりも小さくなっている。また、ピックアップ機構３００は、コレット３０２の長さが微小振動体２の凹部２２の深さよりも大きくなっており、コレット３０２を微小振動体２の凹部２２に挿入した際に、コレット３０２が微小振動体２の吸着面２２ａ以外に当接しない構成となっている。これにより、微小振動体２を搬送する際に、微小振動体２の導電層２３や基材に傷が生じることが抑止される。
【0057】
一方、図示しないマウンタ装置により実装基板３を吸着した状態で加熱し、接合部材５２を溶融もしくは軟化させておく。これにより、接合部材５２は、例えば図１１Ｃに示すように、一部が逃げ溝４３に入り込みつつ、残部が内周枠５１１の内側領域に残った状態となる。
【0058】
なお、ここでは、微小振動体２を内周枠５１１に嵌め込む前に、実装基板３を加熱する例について説明したが、これに限定されるものではなく、微小振動体２を内周枠５１１に嵌め込んだ後に実装基板３を加熱しても構わない。
【0059】
そして、例えば図１１Ｄに示すように、上記のピックアップ機構３００を用いて、微小振動体２の吸着面２２ａを真空吸着により把持しつつ、微小振動体２を実装基板３のうち環状の内周枠５１１に嵌め込んで内側領域に挿入する。これにより、実装基板３に対する微小振動体２の位置決めが簡便かつ高精度になされると共に、その後の面内方向、すなわちｘｙ平面上における微小振動体２の位置ズレが抑制される効果が得られる。続けて、微小振動体２を実装基板３側に近づけていき、微小振動体２の実装面２２ｂを接合部材５２に接触させる。
【0060】
微小振動体２の実装基板３に対する位置合わせについては、例えば、微小振動体２および実装基板３を撮像し、公知の画像処理技術によりエッジ検出により特徴点を抽出することで、相対位置を調整するといった方法で行うことができる。
【0061】
また、内周枠５１１は、前述したように、微小振動体２の凹部２２の外径に対して所定のクリアランスが生じる内径寸法とされている。そのため、画像処理技術による微小振動体２と実装基板３との相対位置調整に加え、内周枠５１１への微小振動体２の嵌め込みにより、簡便に、実装基板３に対する微小振動体２の位置合わせ精度を確保することが可能となっている。
【0062】
その後、ピックアップ機構３００により微小振動体２を実装基板３側に押し込み、実装面２２ｂで溶融した接合部材５２を押圧する。このとき、例えば図１１Ｅに示すように、溶融した接合部材５２の余剰部分は、逃げ溝４３に押し出され、逃げ溝４３を通じて内側領域から外側領域に流れ込む。これにより、微小振動体２の実装面２２ｂと下部基板４のうち実装面２２ｂと向き合う搭載面との間に必要以上の接合部材５２が介在しないため、これらの面同士の距離が所定以下となり、微小振動体２が実装基板３に対して傾くことを抑制できる。
【0063】
その後、図示しないマウンタ装置等の吸着面の温度を下げ、溶融した接合部材５２を固化させることで微小振動体２と実装基板３とを接合する。そして、例えば図１１Ｆに示すように、コレット３０２の内部を常圧に戻して微小振動体２の真空吸着を解除し、ピックアップ機構３００を退避させ、コレット３０２を微小振動体２の凹部２２から抜き出す。
【0064】
続いて、図示しないマウンタ装置等による吸着を解除し、微小振動体２が接合された実装基板３を吸着面から取り外す。そして、実装基板３を図示しない回路基板等に搭載し、実装基板３の電極膜５３１、５４１にワイヤボンディングをし、回路基板等と実装基板３の電極部５３および外枠部５４とを電気的に接続し、真空気密封止を行うことで慣性センサ１を製造することができる。
【0065】
以上が、本実施形態の慣性センサ１の基本的な製造方法である。
【0066】
〔実装基板の逃げ溝〕
逃げ溝４３による微小振動体２の傾き抑制効果について、例えば図１２Ａに示す比較例の実装基板６に微小振動体２を接合する場合と対比して説明する。
逃げ溝４３による微小振動体２の傾き抑制効果について、例えば図１２Ａに示す比較例の実装基板６に微小振動体２を接合する場合と対比して説明する。
【0067】
比較例の実装基板６は、下部基板４に上部基板５が接合されてなり、上部基板５には１つの環状枠体で構成された実装部６１が形成されている。比較例の実装基板６は、実装部６１で囲まれた領域に接合部材５２が配置され、微小振動体２の凹部２２が接合部材５２を介して接合される。実装部６１は、その内径が微小振動体２の凹部２２の外径に対して大きく、微小振動体２が挿入されたとき、例えば数十μｍのクリアランスが生じ、微小振動体２とは当接しない寸法となっている。そして、比較例の実装基板６は、逃げ溝４３が形成されていない。
【0068】
比較例の実装基板６に微小振動体２を接合する場合、微小振動体２は、例えば図１２Ｂに示すように、実装基板６に対して傾くおそれがある。これは、比較例の実装基板６では、接合部材５２のすべてが環状の実装部６１内に留まることで、下部基板４と微小振動体２との間に必要以上の接合部材５２が介在し、微小振動体２の実装面２２ｂと下部基板４の搭載面との距離が大きくなるためである。この場合、接合部材５２が固化するまでの間に、微小振動体２が接合部材５２上で泳ぐような状態となり、比較例の実装基板６に対して傾き得る。
【0069】
これに対して、本実施形態に係る実装基板３は、下部基板４のうち実装部５１の内側領域に逃げ溝４３が設けられており、溶融した接合部材５２の余剰部分が外側領域に誘導される構成となっている。その結果、微小振動体２を接合する際に、微小振動体２の実装面２２ｂと下部基板４の搭載面との間に必要以上の接合部材５２が介在することが抑制され、これらの面同士の距離が小さくなる。そのため、微小振動体２は、溶融した接合部材５２が再び固化するまでの間に、接合部材５２上で泳ぐこと、すなわち、実装基板３に対して傾くことが抑制される。
【0070】
〔微小振動体の把持、実装基板の内周枠〕
上記の製造方法における微小振動体２の把持方法および実装基板３の内周枠５１１の効果について説明する。
上記の製造方法における微小振動体２の把持方法および実装基板３の内周枠５１１の効果について説明する。
【0071】
ＢＲＧ構造の慣性センサ１を製造する場合、微小振動体２のリム２１１と複数の電極部５３とのそれぞれの間隔を同じとし、１つの電極部５３と対向する微小振動体２とで構成されるキャパシタにおける初期の静電容量を一定にする必要がある。これは、電極部５３ごとに微小振動体２とのギャップが異なると、外力が慣性センサ１に印加されたときの微小振動体２の変位に伴う上記キャパシタにおける静電容量の変化が電極部５３ごとに異なることとなり、センサ精度が低下するためである。そのため、微小振動体２を実装基板３に搭載するとき、その位置決めについては所定以上の高い精度が求められる。
【0072】
このような高精度が求められる位置決め実装としては、画像処理を利用してエッジ検出を行い、各部材の特徴点を抽出する方法が挙げられる。具体的には、微小振動体２および実装基板３を撮像した後、公知の画像処理により微小振動体２や実装基板３のエッジを検出して特徴点を抽出し、その位置関係を推定し、位置合わせをしつつ、微小振動体２を実装基板３に搭載することが想定される。
【0073】
しかし、三次元曲面形状の微小振動体２の曲面部２１やリム２１１を把持すると、把持機構により微小振動体２の一部が隠れてしまい、エッジ検出による微小振動体２の特徴点の抽出が難しくなる。そのため、画像処理だけを利用した微小振動体２の実装方法は、工程が煩雑となり、位置ズレによって微小振動体２やその電極膜に傷が付いたり、製造コストが増大したりするおそれがある。
【0074】
そこで、本発明者らは、微小振動体２のうち凹部２２にコレット３０２を挿入し、吸着面２２ａへの真空吸着により微小振動体２を把持する方法を考案した。これによれば、把持機構により微小振動体２の外郭が隠される領域が減少し、画像処理における微小振動体２の特徴点抽出が容易となると共に、微小振動体２に傷が生じることを抑制できる。
【0075】
また、本発明者らは、実装基板３の実装部５１を環状の内周枠５１１とこれを囲む外周枠５１２とにより構成し、内周枠５１１の内径を微小振動体２の凹部２２の外径に対応させ、微小振動体２を内周枠５１１に嵌め込む方法を考案した。これによれば、画像処理により微小振動体２と実装基板３との相対位置を大まかに調整しておけば、微小振動体２を実装基板３の内周枠５１１に嵌め込むことが容易となる。また、微小振動体２を内周枠５１１に嵌め込むことで実装基板３に対する位置合わせがなされるため、簡便に、所定以上の精度での位置決めが可能となる。
【0076】
本実施形態によれば、実装部５１が内周枠５１１と外周枠５１２とによりなり、内側領域と外側領域とが逃げ溝４３で連通した構成の実装基板３に、微小振動体２が搭載された構造の慣性センサ１となっている。内周枠５１１に微小振動体２を嵌め込まれるため、微小振動体２の位置決めが簡便かつ高精度となると共に、実装基板３の逃げ溝４３により微小振動体２の傾きが抑制されるため、信頼性が高く、高感度な慣性センサ１となる。
【0077】
【0078】
本実施形態の慣性センサ１は、例えば図１３に示すように、実装基板３が逃げ溝４３の代わりに、内周枠５１１の上端に形成された上端溝５５を有する点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。
【0079】
実装基板３は、本実施形態では、例えば図１４に示すように、接合部材５２の余剰部分を内側領域から外側領域に逃がす上端溝５５が、内周枠５１１のうち上面５１１ａに形成されている。なお、内周枠５１１の上面５１１ａとは、図１５に示すように、内周枠５１１のうち下部基板４と向き合う面を下面５１１ｂとして、下面５１１ｂの反対面であり、内周枠５１１の上端に位置する。実装基板３は、例えば、内周枠５１１に複数の上端溝５５を有し、上面視にて、複数の上端溝５５が対称配置された構成となっている。
【0080】
上端溝５５は、例えば、ＤＲＩＥ等のトレンチエッチングにより、上部基板５を内周枠５１１、外周枠５１２、電極部５３および外枠部５４に分離する工程において形成される。具体的には、例えば上部基板５のトレンチエッチングにおいて、エッチング開始当初には上部基板５のうち分離する領域を露出させつつ、上端溝５５に相当する領域を覆うマスクを用いる。そして、エッチングの途中で上部基板５のうち分離する領域および上端溝５５に相当する領域を露出させた別のマスクに切り替え、下部基板４の一部が上部基板５から露出するまでエッチングを行う。上端溝５５は、例えば、上記のような工程で形成されるが、上部基板５の分離工程とは別の工程でエッチングを行うことで形成されてもよい。なお、上端溝５５の数、配置、寸法等については、適宜変更されうる。上端溝５５は、上記第１実施形態における逃げ溝４３に相当し、逃げ溝４３と同様の役割を果たす。
【0081】
【0082】
本実施形態の慣性センサ１は、下部基板４の逃げ溝４３の代わりに、内周枠５１１の上端溝５５を有する実装基板３を用意することを除き、上記第１実施形態と同様の工程により製造される。この実装基板３に微小振動体２を接合すると、接合部材５２の余剰部分は、例えば図１６に示すように、実装基板３の上側に這い上がって上端溝５５の高さにまで押し出され、上端溝５５を通じて、内側領域から外側領域に流入する。これにより、微小振動体２の実装面２２ｂと実装基板３の搭載面との間に必要以上の接合部材５２が介在することが抑制され、これらの面同士の距離が小さくなる。その結果、微小振動体２が実装基板３に対して傾くことが抑制され、信頼性が高く、高感度な慣性センサ１を製造することができる。
【0083】
本実施形態によれば、内周枠５１１に設けられた上端溝５５が接合部材５２の余剰部分を内側領域から外側領域に逃がす逃げ溝として機能する構成の実装基板３を用いた慣性センサ１となる。これにより、上記第１実施形態と同様に、実装基板３に対する微小振動体２の簡便な位置決めおよび傾き抑制を両立することが可能となり、信頼性が高く、高感度な慣性センサ１が得られる。
【0084】
【0085】
図１７では、内周枠５１１の構成を分かり易くするため、内周枠５１１のうち後述する下端溝５６に隣接する別断面の外郭を破線で示している。
【0086】
本実施形態の慣性センサ１は、例えば図１７および図１８に示すように、実装基板３が逃げ溝４３の代わりに、内周枠５１１の下端に形成された下端溝５６を有する点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。
【0087】
実装基板３は、本実施形態では、例えば図１８に示すように、内周枠５１１が複数の下端溝５６を有し、下部基板４に逃げ溝４３が形成されていない構成となっている。
【0088】
下端溝５６は、例えば、図１８に示すように、内周枠５１１の下端側において平面方向、すなわちｘｙ平面に属する方向に沿って設けられ、下部基板４の内側領域と外側領域とを連通する貫通孔である。下端溝５６は、本実施形態では、微小振動体２の接合時において、上記第１実施形態の逃げ溝４３と同様に、接合部材５２の余剰部分が押し出される溝であって、当該余剰部分を内側領域から外側領域に逃がす役割を果たす。下端溝５６は、例えば、後に上部基板５となるＳｉ基板のうち下部基板４との接合面にＤＲＩＥによって溝を形成しておき、下部基板４とＳｉ基板との接合後に、内周枠５１１を形成する工程において当該溝を内周枠５１１の側面に連通させることで形成される。下端溝５６の数、配置や寸法等については、図示された例に限定されるものではなく、適宜変更されうる。
【0089】
つまり、実装基板３は、例えば図１９に示すように、微小振動体２が接合される際に、接合部材５２の余剰部分が下端溝５６を通じて内側領域から外側領域に流れ、微小振動体２の実装面２２ｂと下部基板４の実装面との隙間が小さくなる構成である。この実装基板３を用いた慣性センサ１は、内周枠５１１への嵌め込みにより、簡便かつ高精度に微小振動体２の位置決めがされつつも、微小振動体２の傾きを抑制された構造となる。
【0090】
本実施形態によれば、微小振動体２の搭載時に、内周枠５１１に設けられた下端溝５６により接合部材５２の余剰部分を内側領域から外側領域に逃がすことが可能な構成の実装基板３を用いた慣性センサ１となる。これにより、上記第１実施形態と同様に、実装基板３に対する微小振動体２の簡便かつ高精度な位置決めがなされ、微小振動体２の傾きが抑制されるため、信頼性が高く、高感度な慣性センサ１が得られる。
【0091】
【0092】
サイド溝５７は、例えば、内周枠５１１の上面５１１ａと下面５１１ｂとを繋ぐ高さ方向、すなわち図２１に示すｚ方向に沿って設けられた有底溝である。サイド溝５７は、例えば、下端溝５６と同じ数だけ内周枠５１１に設けられ、一端が下端溝５６のうち外周枠５１２側の開口部に繋がるように延設されている。サイド溝５７は、例えば図２２に示すように、微小振動体２を実装基板３に接合する際に、下端溝５６を通じて外側領域に流れ出た接合部材５２の余剰部分の一部を、内周枠５１１の上端側に誘導する役割を果たす。つまり、サイド溝５７は、接合部材５２の余剰部分が意図しない領域に流出することを抑制するために形成される。
【0093】
サイド溝５７は、例えば、Ｓｉ基板（後の上部基板５）と下部基板４とを接合した後、ＤＲＩＥによりＳｉ基板を内周枠５１１、外周枠５１２、電極部５３および外枠部５４の各領域に分離するエッチング工程において同時に形成される。サイド溝５７は、例えば図２０に示すように、上面視にて、略Ｕ字形状とされるが、下端溝５６から外側領域に流れ出た溶融状態の接合部材５２の余剰部分を誘導できる形状であればよく、略Ｖ字形状や他の形状であってもよい。サイド溝５７の数や配置等については、下端溝５６の数や配置等に応じて適宜変更されうる。
【0094】
また、実装基板３が内周枠５１１にサイド溝５７を備えることで、例えば図２２に示すように、内側領域から外側領域に流れ出た接合部材５２の余剰部分が外周枠５１２に到達することが抑制される。そのため、実装基板３は、サイド溝５７が設けられる場合には、外周枠５１２が上面視にて切れ目のある枠体形状とされてもよい。
【0095】
本変形例によっても、上記第３実施形態と同様の効果が得られる慣性センサ１となる。また、下端溝５６に連通するサイド溝５７により、接合部材５２の余剰部分が内周枠５１１の上端に誘導されるため、意図しない領域に接合部材５２が流れ出ることを抑制する効果も得られる。
【0096】
【0097】
本実施形態の慣性センサ１は、例えば図２３に示すように、実装基板３の逃げ溝４３が内周枠５１１の内側領域にのみ形成された内溝となっている点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。
【0098】
実装基板３の逃げ溝４３は、本実施形態では、例えば図２４に示すように、内側領域にのみ設けられた内溝である。逃げ溝４３は、本実施形態では、例えば図２５に示すように、微小振動体２の接合時において、接合部材５２の余剰部分を外側領域ではなく、ｚ方向下側に逃がし、微小振動体２の傾きを抑制する。また、逃げ溝４３は、下部基板４の内側領域における微小振動体２との接合に寄与する部位、すなわちマウント部を明確にする溝としても機能し、微小振動体２とマウント部との接合を安定化させる役割も果たす。なお、ここでいうマウント部とは、図２３に示す例では、下部基板４の内側領域のうち環状の逃げ溝４３に囲まれた領域となるが、この例に限定されるものではない。
【0099】
なお、逃げ溝４３は、上面視にて、例えば環状とされるが、微小振動体２と下部基板４との接合領域を確保しつつ、接合部材５２の余剰部分を逃がすことができればよく、形状、数や配置等について適宜変更され得る。例えば、逃げ溝４３は、上面視にて、環状以外の枠体状の溝であってもよく、内周枠５１１の形状等に応じて適宜その形状が変更されうる。
【0100】
【0101】
本実施形態の慣性センサ１は、例えば図２６に示すように、実装基板３の逃げ溝４３が内側領域に設けられた環状の内溝４３１と、内溝４３１から外側領域に向かって延設された複数の連通溝４３２とによりなる点で上記第１実施形態と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。
【0102】
実装基板３は、本実施形態では、下部基板４に逃げ溝４３が形成されている。逃げ溝４３は、内側領域にのみ設けられた環状の内溝４３１と、一端が内溝４３１に、他端が外側領域にそれぞれ連通する複数の連通溝４３２とにより構成されている。
【0103】
内溝４３１は、本実施形態では、例えば図２７に示すように、内側領域にのみ形成された溝である。内溝４３１は、例えば、上面視にて、複数の連通溝４３２を繋ぐ円環形状の溝となっている。内溝４３１は、微小振動体２の接合時において、溶融した接合部材５２の余剰部分の一部を逃がす溝として機能すると共に、内側領域におけるマウント部を明確にする役割も果たす。
【0104】
複数の連通溝４３２は、例えば図２６に示すように、上面視にて、対称配置されている。連通溝４３２は、例えば図２８に示すように、下部基板４において内側領域と外側領域とを連通しており、微小振動体２の接合時において、溶融した接合部材５２の余剰部分を内側領域から外側領域に逃がす役割を果たす。連通溝４３２の数や配置等については、図２６に示す例に限定されるものではなく、適宜変更されうる。
【0105】
本実施形態によれば、実装基板３の下部基板４に設けられた逃げ溝４３により、微小振動体２の接合時における接合部材５２の余剰部分を外側領域および内溝４３１内に逃がす構成の慣性センサ１となっている。そのため、上記第１実施形態および上記第４実施形態と同様の効果が得られる。
【0106】
（他の実施形態）
本発明は、実施例に準拠して記述されたが、本発明は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範疇や思想範囲に入るものである。
本発明は、実施例に準拠して記述されたが、本発明は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範疇や思想範囲に入るものである。
【0107】
例えば、実装基板３は、上記第１実施形態の逃げ溝４３と、上記第３実施形態のサイド溝５７とを備える構成であってもよい。この場合、実装基板３は、例えば、上面視にて、内周枠５１１の外側領域側の壁面のうち、下部基板４の逃げ溝４３上に位置する部位にサイド溝５７が設けられた構成とされ得る。このように、慣性センサ１を構成する実装基板３は、可能な範囲内で、上記各実施形態の構成要素を自由に組み合わせた構成であってもよい。
【符号の説明】
【0108】
１・・・慣性センサ、２・・・微小振動体、２１・・・曲面部、２２・・・凹部、
３・・・実装基板、４・・・下部基板、４３・・・逃げ溝、５・・・上部基板、
５１１・・・内周枠、５１１ａ・・・上面、５１１ｂ・・・下面、５１２・・・外周枠、
５２・・・接合部材、５３・・・電極部、５５・・・上端溝、５６・・・下端溝、
５７・・・サイド溝
３・・・実装基板、４・・・下部基板、４３・・・逃げ溝、５・・・上部基板、
５１１・・・内周枠、５１１ａ・・・上面、５１１ｂ・・・下面、５１２・・・外周枠、
５２・・・接合部材、５３・・・電極部、５５・・・上端溝、５６・・・下端溝、
５７・・・サイド溝
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図11E】
【図11F】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】