CN116358510A - 传感器模块 - Google Patents

Abstract

提供传感器模块，具有优异的检测精度。传感器模块具有：电路基板；传感器元件，其具有沿着电路基板的平面方向的检测轴；传感器封装，其收纳传感器元件，安装在电路基板上；传感器封装安装用的基板焊盘图案，其配置在电路基板上；以及封装电极，其配置于传感器封装的与电路基板对置的安装面，通过焊料与基板焊盘图案接合，在将基板焊盘图案在沿着电路基板的平面方向的第1方向上的宽度设为Xp，将封装电极在第1方向上的宽度设为X1时，Xp≤X1。

Description

传感器模块

技术领域

本发明涉及传感器模块。

背景技术

近年来，为了检测绕垂直的2轴或3轴的角加速度，开发了使检测轴相互垂直地配置2个或3个陀螺仪传感器的传感器模块。作为这样的传感器模块，例如在专利文献1中公开了以下的传感器模块：其具有2个封装，这2个封装收纳有传感器用振动片，该传感器用振动片表面安装在布线基板上，检测轴与布线基板平行且相互垂直。而且，记载了如下结构：作为布线基板侧的封装安装用的焊盘图案(land pattern)的接合端子在俯视时大于作为封装的安装用的封装电极的安装端子。

专利文献1：日本特开2008-51629号公报

然而，在专利文献1所记载的传感器模块中，由于封装侧的封装安装用的焊盘图案大于封装的封装电极，因此存在如下课题：由于在将封装安装于布线基板的焊料回流时熔融的焊料的表面张力，使封装在布线基板的平面方向上进行旋转移动，伴随着旋转，检测轴的方向发生变化，由此使检测精度恶化。

发明内容

传感器模块具有：电路基板；传感器元件，其具有沿着所述电路基板的平面方向的检测轴；传感器封装，其收纳所述传感器元件，安装在所述电路基板上；所述传感器封装安装用的基板焊盘图案，其配置在所述电路基板上；以及封装电极，其配置于所述传感器封装的与所述电路基板对置的安装面，通过焊料与所述基板焊盘图案接合，在将所述基板焊盘图案在沿着所述电路基板的所述平面方向的第1方向上的宽度设为Xp，将所述封装电极在所述第1方向上的宽度设为X1时，Xp≤X1。

附图说明

图1是表示第1实施方式的传感器模块的概略结构的立体图。

图2是表示传感器模块的内部结构的立体图。

图3是表示传感器模块的内部结构的侧视图。

图4是表示设置于传感器封装的封装电极的俯视图。

图5是表示电路基板的基板焊盘图案与传感器封装的封装电极的位置关系的俯视图。

图6是说明伴随传感器封装的旋转移动的检测轴偏离的图。

图7是表示安装于传感器封装的传感器元件的概略结构的俯视图。

图8是图7中的A-A线处的剖视图。

图9是表示第2实施方式的传感器模块的内部结构的侧视图。

图10是电路基板的基板焊盘图案和传感器封装的封装电极的位置关系的俯视图。

图11是第3实施方式的传感器模块所具有的传感器封装的封装电极的俯视图。

图12是电路基板的基板焊盘图案和传感器封装的封装电极的位置关系的俯视图。

标号说明

1、1a、1b：传感器模块；10：基座部；11：引线框；12：金属盖；13：电路基板；14：平面；15：传感器封装；15X：第1传感器封装；15Y：第2传感器封装；16：安装面；17：半圆孔包边(castellation)；18：焊料；21：第1惯性传感器；22：第2惯性传感器；23：第3惯性传感器；30：基板焊盘图案；31：第1基板焊盘图案；32：第2基板焊盘图案；40：封装电极；41：第1封装电极；42：第2封装电极；43a：上表面；44：第1基板；44a：内底面；45：第2基板；46：第3基板；47：盖；48：接合部件；49：金属凸块；50：传感器元件；50X：第1传感器元件；50Y：第2传感器元件；51：基部；52：检测用振动臂；53：连结臂；54、55：驱动用振动臂；H、H1：检测轴；S：内部空间；X1、Xp：宽度；Y1、Yp：宽度。

具体实施方式

1.第1实施方式

首先，参照图1～图6对第1实施方式的传感器模块1进行说明。

另外，对于传感器模块1所具有的惯性传感器21、22、23，列举对围绕检测轴H的角速度进行检测的陀螺传感器为一例来进行说明。另外，为了便于说明，在图2中，图示了将金属盖12拆下后的状态。另外，图3是从Y方向正侧观察到的侧视图。另外，在图2、图3以及图5中，省略了设置在电路基板13上的电阻、电容器等电路部件以及布线的图示。

另外，在以后的立体图、侧视图以及俯视图中，作为相互垂直的3个轴，图示了X轴、Y轴以及Z轴。将沿着X轴的方向称为“X方向”，将沿着Y轴的方向称为“Y方向”，将沿着Z轴的方向称为“Z方向”，将各轴的箭头侧称为“正侧”，将与箭头相反的一侧称为“负侧”。

如图1以及图2所示，本实施方式的传感器模块1具有多个引线框11，并具有由模制树脂构成的基座部10、配置在基座部10内的电路基板13、覆盖电路基板13并与基座部10接合的金属盖12、以及安装在电路基板13上的3个惯性传感器21、22、23。第1惯性传感器21是对围绕以检测轴H为X轴的X轴的角速度进行检测的陀螺传感器，第2惯性传感器22是对围绕以检测轴H为Y轴的Y轴的角速度进行检测的陀螺传感器，第3惯性传感器23是对围绕以检测轴H为Z轴的Z轴的角速度进行检测的陀螺传感器。

电路基板13是平板，在作为上表面的平面14上配置有收纳有传感器元件50的传感器封装15安装用的多个基板焊盘图案30，在基板焊盘图案30上经由焊料18安装有传感器封装15。另外，第3惯性传感器23具备具有与电路基板13的平面14方向垂直的检测轴H的传感器元件50。因此，第3惯性传感器23以上下表面与电路基板13的平面14平行的方式被安装。

但是，第1惯性传感器21和第2惯性传感器22具备具有沿着电路基板13的平面14方向的检测轴H的传感器元件50。即，第1惯性传感器21在第1传感器封装15X中收纳有以沿着电路基板13的平面14方向的X轴为检测轴H的第1传感器元件50X。另外，第2惯性传感器22在第2传感器封装15Y中收纳有以沿着电路基板13的平面14方向的Y轴为检测轴H的第2传感器元件50Y。即，第1传感器元件50X的检测轴H的方向与第2传感器元件50Y的检测轴H的方向互不相同。因此，如图3所示，第1惯性传感器21和第2惯性传感器22以相互垂直的方式被配置，并以侧面为安装面16而与电路基板13的平面14平行的方式被安装。即，第1惯性传感器21和第2惯性传感器22通过相同的安装方法被安装在电路基板13上。因此以下，将第2惯性传感器22的安装方法作为一例来进行说明。

如图3以及图4所示，第2惯性传感器22在第2传感器封装15Y的与电路基板13对置的安装面16上，配置有通过焊料18而与基板焊盘图案30接合的多个封装电极40。另外，在第2传感器封装15Y的安装面16上形成有半圆孔包边17，封装电极40配置在半圆孔包边17内。

另外，如图5所示，设置于电路基板13的基板焊盘图案30和设置于第2传感器封装15Y的封装电极40配置为在俯视时重叠。

在将基板焊盘图案30在作为沿着电路基板13的平面14方向的第1方向的X方向上的宽度设为Xp、将封装电极40在作为第1方向的X方向上的宽度设为X1时，第1基板焊盘图案31的宽度Xp比第1封装电极41的宽度X1小，为第1封装电极41的宽度X1以下即Xp≤X1。另外，第2基板焊盘图案32的宽度Xp大于第2封装电极42的宽度X1。通过将第1基板焊盘图案31的宽度Xp设为第1封装电极41的宽度X1以下，如图6所示，能够减少在基板焊盘图案30的宽度Xp大于封装电极40的宽度X1的情况下产生的检测轴H的偏离。即，第1基板焊盘图案31和第1封装电极41、以及第2基板焊盘图案32和第2封装电极42中的至少任意一方满足Xp≤X1。因此，通过将基板焊盘图案30的宽度Xp设为封装电极40的宽度X1以下的基板焊盘图案30形成为最低1个，能够减少如下情况：由于在将传感器封装15安装于电路基板13的焊料回流时熔融的焊料18的表面张力，传感器封装15在电路基板13的平面14方向上旋转移动，伴随着旋转，检测轴H1从规定的检测轴H偏离角度θ，检测精度恶化。

在将基板焊盘图案30在作为沿着电路基板13的平面14方向且与第1方向交叉的第2方向的Y方向上的宽度设为Yp、将封装电极40在作为第2方向的Y方向上的宽度设为Y1时，基板焊盘图案30的宽度Yp比封装电极40的宽度Y1大，满足Yp＞Y1。通过使基板焊盘图案30的宽度Yp比封装电极40的宽度Y1大，在基板焊盘图案30的在俯视时不与传感器封装15重叠的部分形成焊脚，能够提高接合强度，能够提高接合可靠性。

接下来，参照图7以及图8对传感器模块1所具有的惯性传感器21、22、23进行说明。

另外，由于3个惯性传感器21、22、23全部为相同的结构，因此，以第3惯性传感器23为一例来进行说明。另外，为了便于说明，图7省略了盖47的图示。此外，在图7以及图8中，省略了对传感器元件50和形成于传感器封装15的封装电极40进行电连接的布线、以及形成于传感器元件50的驱动电极或检测电极的图示。

第3惯性传感器23是将检测轴H设为Z轴，并能够对绕Z轴的角速度进行测量的单轴陀螺仪传感器。此外，传感器元件50是使用光刻技术对石英基板进行加工而制造出的石英陀螺仪传感器元件，将检测振动臂的振动转换为电信号，检测角速度。另外，由于以石英为基材，因此温度特性优异。因此，与使用MEMS技术而制造出的陀螺传感器元件相比，不易受到来自外部的噪声或温度的影响，从而检测精度较高。

如图7以及图8所示，第3惯性传感器23具有：传感器元件50；传感器封装15，其由对传感器元件50进行收纳的陶瓷等构成；盖47，其由玻璃、陶瓷或者金属等构成。

传感器封装15通过将板状的第1基板44、框状的第2基板45以及框状的第3基板46层叠而形成。另外，传感器封装15具有向上方敞开的内部空间S。另外，通过利用低熔点玻璃等接合部件48对盖47进行接合，收纳传感器元件50的内部空间S被气密密封为减压状态，优选被气密密封为更接近真空的状态。

在传感器封装15的内底面44a上形成有向上方突出的凸部43，在凸部43的上表面43a上经由金属凸块49等而电固定以及机械固定有传感器元件50。因此，能够防止传感器元件50与第1基板44的接触。

在传感器封装15的与内底面44a相反侧的面上，设置有作为安装端子的多个封装电极40。封装电极40经由未图示的布线与传感器元件50电连接。

传感器元件50具有：位于中心部分的基部51；从基部51起在X方向上延伸的一对检测用振动臂52；以与检测用振动臂52垂直的方式从基部51起在Y方向上延伸的一对连结臂53；以及以与检测用振动臂52平行的方式从各连结臂53的末端侧起在X方向上延伸的各一对驱动用振动臂54、55。传感器元件50在基部51处经由金属凸块49等而被电固定以及机械固定在设置于传感器封装15的凸部43的上表面43a上。

在驱动用振动臂54、55以互为反相的方式在Y方向上进行弯曲振动的状态下，施加有绕Z轴的角速度ωz时，对驱动用振动臂54、55以及连结臂53作用X方向的科氏力，从而传感器元件50在X方向上进行振动。通过该振动而使检测用振动臂52在Y方向上进行弯曲振动。因此，形成于检测用振动臂52的检测电极通过将因振动而产生的石英的变形作为电信号来进行检测，由此求出角速度ωz。

另外，虽然在本实施方式中，作为惯性传感器21、22、23，以石英陀螺传感器为一例进行了说明，但并不限定于此，也可以是使用MEMS技术制造出的硅陀螺传感器。另外，惯性传感器21、22、23除了陀螺仪传感器以外，也可以是加速度传感器。

如上所述，本实施方式的传感器模块1在电路基板13上形成有基板焊盘图案30的宽度Xp为封装电极40的宽度X1以下的基板焊盘图案30。因此，能够减少如下情况：由于在将传感器封装15安装于电路基板13的焊料回流时熔融的焊料18的表面张力，传感器封装15在电路基板13的平面14方向上旋转移动，伴随着旋转，检测轴H1从规定的检测轴H偏离角度θ。因此，能够减少因检测轴H的偏离而导致的检测精度的恶化，从而获得具有优异的检测精度的传感器模块1。

另外，由于使基板焊盘图案30的宽度Yp比封装电极40的宽度Y1大，所以在基板焊盘图案30的与传感器封装15在俯视时不重叠的部分形成焊脚，能够提高接合强度，能够提高电路基板13与传感器封装15的接合可靠性。因此，能够得到具有高可靠性的传感器模块1。

2.第2实施方式

接下来，参照图9以及图10对第2实施方式的传感器模块1a进行说明。此外，为了便于说明，在图9以及图10中，省略了设置在电路基板13a上的电阻、电容器等电路部件以及布线的图示。

本实施方式的传感器模块1a与第1实施方式的传感器模块1相比，除了设置于电路基板13a的基板焊盘图案30a的形状不同以外，与第1实施方式的传感器模块1相同。此外，以与上述的第1实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项省略其说明。

如图9和图10所示，在传感器模块1a中，第1基板焊盘图案31a的第1方向上的宽度Xp为第1封装电极41的作为第1方向的X方向上的宽度X1以下，第2基板焊盘图案32a的第1方向上的宽度Xp为第2封装电极42的作为第1方向的X方向上的宽度X1以下。即，在第1基板焊盘图案31a和第1封装电极41、以及第2基板焊盘图案32a和第2封装电极42中，分别满足Xp≤X1，在电路基板13a上形成有2个基板焊盘图案30a的第1方向的宽度Xp为封装电极40的第1方向的宽度X1以下的基板焊盘图案30a。因此，能够进一步减少在焊料回流时产生的传感器封装15向电路基板13a的平面14方向旋转所引起的检测轴H的偏离。

通过采用这种结构，能够得到与第1实施方式的传感器模块1同等的效果。

3.第3实施方式

接下来，参照图11以及图12对第3实施方式的传感器模块1b进行说明。此外，为了便于说明，在图12中，省略了设置在电路基板13b上的电阻、电容器等电路部件以及布线的图示。

本实施方式的传感器模块1b与第1实施方式的传感器模块1相比，除了设置于电路基板13b的基板焊盘图案30b的形状与设置于传感器封装15b的安装面16的封装电极40b的形状不同以外，与第1实施方式的传感器模块1相同。此外，以与上述的第1实施方式的不同点为中心进行说明，对于相同的事项省略其说明。

如图11所示，传感器模块1b具有在传感器封装15b的安装面16配置有多个封装电极40b的传感器封装15b。多个封装电极40b在安装面16的Y方向正侧的端部和安装面16的Y方向负侧的端部沿X方向排列配置。另外，如图12所示，在电路基板13b上，在俯视时与传感器封装15b的封装电极40b重叠的位置处，配置有多个基板焊盘图案30b。

基板焊盘图案30b在第1方向上的宽度Xp为封装电极40b在第1方向上的宽度X1以下，即Xp≤X1。另外，基板焊盘图案30b在第2方向上的宽度Yp比封装电极40b在第2方向上的宽度Y1大，满足Yp＞Y1。

通过采用这种结构，能够得到与第1实施方式的传感器模块1同等的效果。

Claims (6)

1.一种传感器模块，其中，该传感器模块具有：

电路基板；

传感器元件，其具有沿着所述电路基板的平面方向的检测轴；

传感器封装，其收纳所述传感器元件，安装在所述电路基板上；

所述传感器封装安装用的基板焊盘图案，其配置在所述电路基板上；以及

封装电极，其配置于所述传感器封装的与所述电路基板对置的安装面，通过焊料与所述基板焊盘图案接合，

在将所述基板焊盘图案在沿着所述电路基板的所述平面方向的第1方向上的宽度设为Xp，

将所述封装电极在所述第1方向上的宽度设为X1时，

Xp≤X1。

2.根据权利要求1所述的传感器模块，其中，

所述基板焊盘图案具有第1基板焊盘图案和第2基板焊盘图案，

所述封装电极具有与所述第1基板焊盘图案接合的第1封装电极和与所述第2基板焊盘图案接合的第2封装电极，

所述第1基板焊盘图案和所述第1封装电极、以及所述第2基板焊盘图案和所述第2封装电极中的至少任意一方满足Xp≤X1。

3.根据权利要求1所述的传感器模块，其中，

所述基板焊盘图案具有第1基板焊盘图案和第2基板焊盘图案，

所述封装电极具有与所述第1基板焊盘图案接合的第1封装电极和与所述第2基板焊盘图案接合的第2封装电极，

在所述第1基板焊盘图案和所述第1封装电极、以及所述第2基板焊盘图案和所述第2封装电极中，分别满足Xp≤X1。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的传感器模块，其中，

在将所述基板焊盘图案在沿着所述电路基板的所述平面方向且与所述第1方向交叉的第2方向上的宽度设为Yp，

将所述封装电极在所述第2方向上的宽度设为Y1时，

满足Yp＞Y1。

5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的传感器模块，其中，

在所述传感器封装的所述安装面上形成有半圆孔包边，

所述封装电极配置在所述半圆孔包边内。

6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的传感器模块，其中，

作为所述传感器封装，具有：第1传感器封装，其收纳有第1传感器元件；以及第2传感器封装，其收纳有第2传感器元件，

所述第1传感器元件的所述检测轴的方向与所述第2传感器元件的所述检测轴的方向互不相同。

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