DE10220924B4

DE10220924B4 - Sensorschaltungsmodul und elektronische Vorrichtung unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE10220924B4
Application number: DE10220924A
Authority: DE
Inventors: Katsumi Fujimoto; Masato Koike; Keiichi Okano
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2022-05-11
Also published as: CN1172371C; CN1386042A; DE10220924A1; US6770956B2; US20020167063A1; JP2003028649A

Abstract

Sensorschaltungsmodul, das ein Gehäusesubstrat (2), ein Sensorelement (4), das auf dem Gehäusesubstrat (2) angebracht ist, und ein Halbleiterelement (5) vom Typ eines ungehäusten Chips aufweist, mit Durchgangslochanschlüssen (3, 22) in den Endflächen des Gehäusesubstrats zum Ein- und Ausgeben eines Signals,
wobei das Gehäusesubstrat (2) mit einer Lichttransmissions-Blockiereinrichtung (18) versehen ist, zum Verhindern, daß Licht in einen Schaltungsbildungsbereich (5b) des Halbleiterelements (5) durch eine Endfläche des Gehäusesubstrats (2) übertragen wird,
wobei die Lichttransmissions-Blockiereinrichtung ein lichtabschirmendes Beschichtungsmaterial ist, mit dem Teile der Endflächen des Gehäusesubstrats (2), in denen keine Durchgangslochanschlüsse gebildet sind, beschichtet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sensorschaltungsmodul und eine elektronische Vorrichtung unter Verwendung desselben und spezieller auf ein Sensorschaltungsmodul, wie z. B. ein Vibrationsgyroskop zur Verwendung als eine Vorrichtung zum Korrigieren eines Verwackelns einer Videokamera, und eine elektronische Vorrichtung unter Verwendung desselben.
10 ist eine auseinandergenommene perspektivische Ansicht eines Vibrationsgyroskops, das eines von Sensorschaltungsmodulen der verwandten Technik ist. In 10 weist ein Vibrationsgyroskop 1 ein Gehäusesubstrat 2, ein Schwingungselement 4, das ein Sensorelement ist, das auf dem Gehäusesubstrat angebracht ist, ein Halbleiterelement 5 vom Typ eines ungehäusten Chips bzw. Nacktchiptyp, das durch Flip-Chip-Ronden angebracht ist, ein Chipteil 6, wie z. B. einen Chipwiderstand oder einen Chipkondensator, und eine Abdeckung 7 auf. Das Gehäusesubstrat 2 ist aus Harz gefertigt. Vier Durchgangslochanschlüsse 3 sind auf den Endflächen des Substrats 2 vorgesehen und sind durch Teilen von jedem Durchgangsloch, das auf dem Gehäusesubstrat 2 gebildet ist, in im wesentlichen zwei Hälften gebildet.
Von diesen Komponenten enthält das Halbleiterelement 5 eine integrierte Schaltung mit einer Schaltung zum Treiben des Schwingelements 4 und eine Schaltung zum Erfassen einer Colioris-Kraft basierend auf einem Signal, das vom Schwingelement 4 ausgegeben wird. Die integrierte Schaltung umfaßt eine Verstärkerschaltung mit einem hohen Verstärkungsfaktor, da das Halbleiterelement 5 feine Signale verarbeitet. Die Durchgangslochanschlüsse 3 werden zum Ein- und Ausgeben eines Signals und zum Erden verwendet.
11 ist eine perspektivische Ansicht des Halbleiterelements 5. In 11 weist das Halbleiterelement 5 ein Halbleitersubstrat 5a, einen Schaltungsbildungsbereich 5b, der in der Mitte einer Hauptfläche des Halbleitersubstrats 5a gebildet ist, und eine Mehrzahl von Kontakthügeln 5c, die so angeordnet sind, um den Schaltungsbildungsbereich 5b auf der einen Hauptfläche des Halbleitersubstrats 5a zu umgeben, auf.
12 ist eine Draufsicht, die den Teil des Gehäusesubstrats 2 zeigt, auf dem das Halbleiterelement 5 befestigt ist. Wie in 12 gezeigt ist, weist ein Bereich 2b des Gehäusesubstrats 2 zum Anbringen des Halbleiterelements 5 eine Mehrzahl von Verdrahtungselektroden 2a auf, die auf demselben gebildet sind, um einer Mehrzahl der Kontakthügel 5c des Halbleiterelements 5 zu entsprechen. Das Halbleiterelement 5 ist auf dem Bereich 2b des Gehäusesubstrats 2 im Flip-Chip-Verfahren angebracht, wobei die eine Hauptfläche des Halbleiterelements 5 mit dem Bereich 2b in Kontakt gebracht wird. Daher ist eine Mehrzahl von Kontakthügeln 5c mit einer Mehrzahl von Verdrahtungselektroden 2a verbunden.
Es sollte beachtet werden, daß in einem Teil des Bereichs 2b des Gehäusesubstrats 2 zum Anbringen des Halbleiterelements 5 keine Elektroden gebildet sind, wobei der Teil des Bereichs 2b entgegengesetzt zum Schaltungsbildungsbereich 5b des Halbleiterelements 5 angeordnet ist, um eine Erzeugung von Streukapazität zu verhindern.
Wenn auf das oben beschriebene Vibrationsgyroskop 1 ein externes Licht gerichtet wird, wird ein Ausgangssignal desselben variiert. Das heißt, das das Vibrationsgyroskop 1 problematischerweise eine Funktionsstörung aufweist. Diese wird wie folgt verursacht: wenn ein Licht in das Gehäusesubstrat 2 durch eine Endfläche desselben eintritt, durch das Innere des Gehäusesubstrats 2 gelangt und den Schaltungsbildungsbereich des Halbleiterelements 5, das durch Flip-Chip-Ronden angebracht wurde, erreicht, absorbiert das Halbleiterelement 5 das Licht, um eine elektromotorische Kraft zu erzeugen. Speziell in dem Fall, in dem das Vibrationsgyroskop in einer Videokamera verwendet wird, üben ein Blitz und eine Fernbedienung, die für die Videokamera vorgesehen sind, und Infrarotstrahlen, die bei einer Infrarotstrahlenkommunikation verwendet werden, Einflüsse aus, so daß das Vibrationsgyroskop leicht Funktionsstörungen aufweisen kann. In anderen Worten, wenn ein Halbleiter, der kein Nacktchiptyp ist, sondern mit Anschlüssen versehen und harzgeformt ist, verwendet wird, treten die oben beschriebenen Probleme nicht auf.
Ein Licht, das von der oberen Seite des Gehäusesubstrats 2 aufgebracht wird, wird durch die Abdeckung 7 abgeschirmt, während ein Licht von der unteren Seite des Gehäusesubstrats 2 durch eine Elektrode, die auf der hinteren Oberfläche des Gehäusesubstrats 2 gebildet ist, und durch eine Elektrode, die auf der Oberfläche eines gedruckten Substrats gebildet ist, auf dem das Gehäusesubstrat 2 angebracht ist, abgeschirmt wird, wobei die Elektrode in Kontakt mit der hinteren Oberfläche des Gehäusesubstrats 2 positioniert ist. Folglich übt ein solches Licht weniger Einfluß auf das Halbleiterelement 5 aus.
Die oben beschriebenen Probleme werden leichthin verursacht, wenn ein Halbleiterelement des Nacktchip-Typs durch Flip-Chip-Ronden angebracht ist. Außerdem, wenn das Halbleiterelement angebracht ist, während der Schaltungsbildungsbereich desselben so ausgerichtet ist, daß er nach oben gerichtet ist, und eine Verdrahtung durch Drahtbonden gebildet ist, treten auch ähnliche Probleme aufgrund eines Lichts auf, das in das Gehäusesubstrat durch eine Endfläche desselben eintritt, von der Oberfläche desselben austritt und innerhalb der Abdeckung reflektiert.
Ein Gehäuse, das dem zuvor beschriebenen Stand der Technik ähnelt, ist aus der US 5966052 bekannt.
Die US 5966052 offenbart einen spannungsgesteuerten Oszillator, bei dem ein Substrat auf seitlichen Oberflächen desselben große metallisierte Kerben als Kontaktflächen und eine metallische Abdeckung aufweist. Die Schaltung wird durch die Metallabdeckung abgeschirmt.
Aus der DE 10039646 A1 ist eine leitende Abdeckung für ein elektronisches Bauelement bekannt, die ausgebildet ist, um z. B. einen piezoelektrischen Resonator, der an einer oberen Oberfläche eines Substrats angebracht ist, abzudecken. Das Substrat weist Seiten bedeckende Endelektroden auf, die auf Endflächen einer oberen Fläche und einer unteren Fläche desselben angebracht sind.
In der DE 19654303 B4 ist ein Mikrogyroskop beschrieben, bei dem ein Schwingungsbauteil mittels eines Halterungsteils mit einem vorbestimmten Abstand von einem Substrat gehalten wird. Das Schwingungsbauteil ist über elastische Elemente mit dem Halterungsteil elastisch verbunden, um Störeinflüsse auf den Sensor, bedingt durch das Verwackeln einer Videokamera, zu vermeiden.
Die DE 19841947 C2 offenbart einen piezoelektrischen Beschleunigungssensor, der zum Messen von Körperschall zur Verwendung in der technischen Diagnostik geeignet ist.
Die US 5752182 offenbart eine hybride integrierte Schaltung, bei der ein Halbleiterchip mittels einer Flip/Montage auf einem Substrat angebracht ist. Eine Verbindung zwischen dem Substrat und einer externen Schaltungsplatine wird durch die Verwendung von Anschlüssen, die auf Endflächen des Substrats gebildet sind, erreicht. Die Anschlüsse haben eine konkave Form bezüglich der Endfläche des Substrats, auf der sie gebildet sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sensorschaltungsmodul mit einem Gehäusesubstrat zu schaffen, bei dem verhindert wird, daß Licht auf einen Schaltungsbildungsbereich des Halbleiterelements übertragen wird und somit die Funktionsweise der Halbleiterschaltung stört.
Diese Aufgabe wird durch ein Sensorschaltungsmodul gemäß Anspruch 1 gelöst.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme zu lösen und ein Sensorschaltungsmodul, das keine Funktionsstörungen aufweisen kann, die durch ein externes Licht, das in ein Gehäusesubstrat über eine Endfläche desselben eintritt, verursacht werden können, und eine elektronische Vorrichtung unter Verwendung desselben zu schaffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Sensorschaltungsmodul geschaffen, das ein Gehäusesubstrat, ein Sensorelement, das auf dem Gehäusesubstrat angebracht ist, und ein Halbleiterelement vom Nacktchip-Typ aufweist, mit Durchgangslochanschlüssen in den Endflächen des Gehäusesubstrats zum Ein- und Ausgeben eines Signals, wobei das Gehäusesubstrat mit einer Lichttransmissions-Blockiereinrichtung versehen ist, die verhindert, daß ein Licht zu einem Schaltungsbildungsbereich des Halbleiterelements durch eine Endfläche des Gehäusesubstrats übertragen wird. Die Lichttransmissions-Blockiereinrichtung, die auch als Lichtübertragungs-Stoppeinrichtung bezeichnet ist, umfasst ein lichtabschirmendes Beschichtungsmaterial, mit dem die Endflächen des Gehäusesubstrats beschichtet sind, und zwar in den Bereichen, in denen keine Durchgangslochanschlüsse gebildet sind.
Vorzugsweise weist das Sensorschaltungsmodul ferner eine Abdeckung zum Schützen des Sensorelements und des Halbleiterelements auf, wobei die Abdeckung auf das Gehäusesubstrat angebracht ist, um die Endflächen des Gehäusesubstrats nicht zu bedecken.
Vorzugsweise enthält das Halbleiterelement auch eine Verstärkerschaltung mit einem hohen Verstärkungsfaktor.
Vorzugsweises sind die Endflächen des Gehäusesubstrats im wesentlichen mit den Durchgangslochanschlüssen zum Ein- und Ausgeben eines Signals besetzt und die Durchgangslochanschlüsse weisen jeweils eine Lichttransmissions-Blockiereinrichtung auf.
Vorzugsweise, weist ein Material, das das Gehäusesubstrat bildet, wie die Lichtübertragungs-Stoppeinrichtung, einen geringen optischen Transmissionsgrad auf.
Vorzugsweise weist das Material, das das Gehäusesubstrat bildet, einen optischen Transmissionsgrad im Wellenlängenbereich von 600 bis 1000 nm, der im wesentlichen gleich dem des Wellenlängenbereichs von 400 bis 600 nm ist, auf.
Vorzugsweise ist das Halbleiterelement durch Flip-Chip-Bonden angebracht, und wie bei der Lichtübertragungs-Stoppeinrichtung ist eine Elektrode zum Abschirmen des Lichts auf dem Teil des Gehäusesubstrats gebildet, der dem Schaltungsbildungsbereich des Halbleiterelements entgegengesetzt ist.
Vorzugsweise ist das Halbleiterelement durch Flip-Chip-Bonden angebracht, und wie bei der Lichtübertragungs-Stoppeinrichtung wird ein Harz mit einer Lichtabschirmeigenschaft in einen Zwischenraum zwischen dem Gehäusesubstrat und dem Halbleiterelement gefüllt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektronische Vorrichtung unter Verwendung eines der oben beschriebenen Sensorschaltungsmodule geschaffen.
Das Sensorschaltungsmodul der vorliegenden Erfindung, das die oben beschriebene Konfiguration aufweist, ist dahingehend von Vorteil, daß verhindert wird, das das Modul Funktionsstörungen aufweist, die dadurch verursacht werden können, daß ein externes Licht in das Gehäusesubstrat über eine Endfläche desselben eintritt.
Die elektronische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist dahingehend von Vorteil, als das Verhalten der Vorrichtung verbessert ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegend Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine auseinandergenommene perspektivische Ansicht eines Vibrationsgyroskop, das ein Beispiel des Sensorschaltungsmoduls der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Schaltplan des Vibrationsgyroskops von 1;
3A und 3B charakteristische Diagramme, die jeweils Verände rungen der Ausgangssignale aus dem Vibrationsgyroskop von 1 und 10, die durch Licht bewirkt wurden, zeigt;
4 eine auseinandergenommene perspektivische Ansicht eines Vergleichsbeispiels eines Vibrationsgyroskops mit einem Gehäusesubstrat ähnlich dem Gehäusesubstrat aus der US 5966052 ;
5 eine auseinandergenommene perspektivische Ansicht eines Vibrationsgyroskops, das als weiteres Beispiel eines Sensorschaltungsmoduls in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
6A bis 6D charakteristische Diagramme, die den optischen Transmissionsgrad von Materialien zeigen, die ein Gehäusesubstrat bilden, das im Sensorschaltungsmodul der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
7 ist eine Draufsicht, die den Ausschnitt eines Gehäusesubstrats zeigt, auf dem ein Halbleiterelement in einem Vibrationsgyroskop angebracht werden soll, das ein weiteres Beispiel des Sensorschaltungsmoduls der vorliegenden Erfindung ist;
8 eine Querschnittsansicht, die den Ausschnitt eines Vibrationsgyroskops zeigt, der ein weiteres Beispiel des Sensorschaltungsmodul der vorliegenden Erfindung ist, bei dem eine Halbleitervorrichtung auf ein Gehäusesubstrat angebracht ist;
9 eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein Gerät ist, in das die vorliegende Erfindung eingebaut ist;
10 eine auseinandergenommene perspektivische Ansicht eines Vibrationsgyroskops, das ein herkömmliches Sensorschaltungsmodul zeigt;
11 eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterelements, das im Vibrationsgyroskop von 9 verwendet wird; und
12 eine Draufsicht, die den Ausschnitt des Gehäusesubstrats zeigt, auf dem das Halbleiterelement im Vibrationsgyroskop von 10 angebracht werden soll.
1 ist eine auseinandergenommene perspektivische Ansicht eines Vibrationsgyroskops, das ein Beispiel des Sensorschaltungsmoduls der vorliegenden Erfindung ist. In 1 werden Teile, die mit jenen, die in 10 gezeigt sind, identisch sind oder diesen entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und von einer erneuten Beschreibung wird abgesehen.
Ausgehend von dem Vibrationsgyroskop 10, das in 10 gezeigt ist, ist im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in 1 der Teil der Endflächen des Gehäusesubstrats 2, in dem die Durchgangslochanschlüsse 3 zum Aus- und Eingeben eines Signals und Erden nicht gebildet sind, mit einem lichtabschirmenden Beschichtungsmaterial 18 beschichtet, das eine Lichttransmissions-Blockiereinrichtung ist. Vorzugsweise ist die Farbe des Lichtabschirmungs-Beschichtungsmaterials 18 so dunkel wie möglich und möglichst schwarz. Außerdem ist das lichtabschirmende Beschichtungsmaterial 18 vorzugsweise mit einer sehr großen Dicke aufgebracht. Speziell weist das lichtabschirmende Beschichtungsmaterial 18 für das Vibrationsgyroskop zur Verwendung in einer Videokamera vorzugsweise einen niedrigen Transmissionsgrad eines Infrarotstrahls auf.
2 ist ein Schaltplan des Vibrationsgyroskops 10, das in 1 gezeigt ist. Bei dem Vibrationsgyroskop 10 von 2 enthält das Schwingelement 4, das ein Sensorelement ist, zwei Elektroden zum Erfassen und eine Elektrode zum Treiben. Die zwei Elektroden zum Erfassen des Schwingelements 4 sind mit Pufferverstärkern Buf1 bzw. Buf2 verbunden. Die Ausgänge aus den Pufferverstärkern Buf1 und Buf2 sind über eine Additionsschaltung 11 mit einer Oszillationsschaltung 12 verbunden. Ein Ausgang aus der Oszillationsschaltung 12 ist mit der Treiberelektrode des Schwingelements 4 verbunden. Außerdem sind die Ausgänge der Pufferverstärker Buf1 und Buf2 jeweils mit einer BTL-Schaltung 13 verbunden. Ein Ausgang aus der BTL-Schaltung 13 ist in zwei Teile geteilt, die jeweils mit den Erfassungselektroden des Schwingelements 4 über die Widerstände RL bzw. RR verbunden sind. Außerdem sind die Ausgänge aus den Pufferverstärkern Buf1 und Buf2 mit einem Differentialverstärker 14 verbunden. Ein Ausgang aus dem Differentialverstärker 14 ist mit einer synchronen Erfassungsschaltung 15 verbunden. Der Ausgang aus der Oszillationsschaltung 12 ist ebenfalls mit der synchronen Erfassungsschaltung 15 verbunden. Ein Ausgang aus der synchronen Erfassungsschaltung 15 ist mit einem Ausgangsanschluß OUT über eine Glättungsschaltung 16 und einen Gleichstromverstärker 17 verbunden. Alle diese Elemente ausschließlich des Schwingelements 4, eines Widerstands R1 der synchronen Erfassungsschaltung 15, eines Kondensators C1 der Glättungsschaltung 16 und eines Kondensators C2 des Gleichstromverstärkers 17 sind auf dem Halbleiterelement 5 integriert. Das heißt, daß mehrere Verstärkerschaltungen mit hohen Verstärkungsfaktoren, wie z. B. die Pufferverstärker Buf1 und Buf2, der BTL-Verstärker 13, der Differentialverstärker 14 usw. auf dem Halbleiterelement 5 gebildet sind.
Der Betrieb des Vibrationsgyroskops 10, das wie vorstehend beschrieben gebildet ist, ist einfach beschrieben. Zuerst werden Signale, die aus den zwei Erfassungselektroden des Schwingelements 4 ausgegeben werden, durch die Pufferverstärker Buf1 bzw. Buf2 verstärkt und der Zusatzschaltung 11 hinzugefügt, so daß die Colioris-Kraft-Komponente ausgeschlossen ist. Das Signal wird in der Oszillationsschaltung 12 phasenjustiert und verstärkt. Anschließend wird das Signal an die Treiberelektrode des Schwingelements 4 angelegt. Folglich erfährt das Vibrationsgyroskop 10 durch die Eigenoszillation eine Biegungsschwingung. In diesem Fall wird das Signal, dessen Phase sich entgegengesetzt zu der der Signale verhält, die an die Treiberelektrode über die BTL-Schaltung 13 und die Widerstände RL und RR angelegt wurden, an die zwei Erfassungselektroden des Schwingelements 4 angelegt, so daß die Biegeschwingung des Schwingelements 4 effizienter ist. Für die Signale, die aus den zwei Erfas sungselektroden des Schwingelements 4 ausgegeben werden, wird die Antriebssignalkomponente aus denselben durch den Differentialverstärker 14 entfernt. Die Signale werden synchron in der synchronen Erfassungsschaltung 15 erfaßt, in der Glättungsschaltung 16 geglättet und durch den Gleichstromverstärker 17 verstärkt. Auf diese Weise wird nur die Colioris-Kraft-Komponente aus dem Ausgangsanschluß OUT ausgegeben.
3A und 3B zeigen eine Veränderung eines Ausgangssignals aus dem Vibrationsgyroskop 10, das wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, wenn ein Licht, das über einen vorbestimmten Zeitraum blinkt, auf das Vibrationsgyroskop 10 gerichtet wird. Im Vergleich dazu zeigt 3A die Veränderung eines Ausgangssignals aus dem Vibrationsgyroskop 1 der verwandten Technik, das in 10 gezeigt ist, und 3B zeigt die Veränderung eines Ausgangssignals aus dem Vibrationsgyroskop 10 von 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall werden keine Winkelgeschwindigkeiten an die Vibrationsgyroskope 1 und 10 angelegt.
Wie in 3A und 3B zu sehen ist, ist die Differenz zwischen den Ausgangsspannungen aus dem Vibrationsgyroskop 1 der verwandten Technik, die sich ergibt, wenn das Licht ein- und ausgeschaltet wird, groß, während die zwischen den Ausgangsspannungen des Vibrationsgyroskops 10 gemäß der vorliegenden Erfindung auf etwa ein Viertel der Differenz des Vibrationsgyroskops 1 der verwandten Technik reduziert wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird bei dem Vibrationsgyroskop 10 gemäß der vorliegenden Erfindung das lichtabschirmende Beschichtungsmaterial 18 auf den Teil der Endflächen des Gehäusesubstrats 2 aufgebracht, in dem keine Durchgangslochanschlüsse 3 gebildet sind. Daher tritt kein Licht durch die Endflächen des Gehäusesubstrats 2 ein. Es wird verhindert, daß sich ein Ausgangssignal aus dem Vibrationsgyroskop 10 verändert, was durch Licht bewirkt werden kann, das in das Gehäusesubstrat eintritt und durch das Halbleiterelement 5 absorbiert wird.
4 ist eine auseinandergenommene perspektivische Ansicht, die ein Sensorschaltungsmodul zeigt, mit einem Substrat, wie es auch aus der US 5966052 bekannt ist. In 4 werden Teile, die mit jenen, die in 10 gezeigt sind, identisch sind oder diesen entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, von einer erneuten Beschreibung wird abgesehen.
Bei dem Vibrationsgyroskop 20, das in 4 gezeigt ist, werden die Durchgangslochanschlüsse 22, die Lichtübertragungs-Stoppeinrichtungen sind, in dem Teil der Endflächen des Gehäusesubstrats 21 des Vibrationsgyroskop 20 gebildet, in dem die Durchgangslochanschlüsse 3 zum Ein- und Ausgeben eines Signals und zum Erden nicht gebildet sind. Daher ist ein großer Teil der Endflächen des Gehäusesubstrats 21 durch die Durchgangslochanschlüsse 3 und 22 besetzt. Wünschenswerterweise sind die Durchgangslöcher 22 aus Elektroden gefertigt, die eine Dicke aufweisen, so daß Licht nicht durch die Durchgangslöcher 22 übertragen werden kann. Außerdem sind die Durchgangslöcher 22 wünschenswerterweise in der größtmöglichen Größe gebildet, so daß der Bereich auf den Endflächen auf dem Gehäusesubstrats 21 ausschließlich der Durchgangslochanschlüsse 3 und 22 möglichst weitgehend verringert ist. Speziell die Durchgangslöcher 22 sind vorzugsweise auf den Endflächen des Gehäusesubstrats 21 gebildet, um in den Positionen, die sich näher an der Anbringungsposition des Halbleiterelements 5 befinden, größer zu sein.
Bei dem Vibrationsgyroskop 20, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, tritt jedoch etwas Licht in die Endflächen des Gehäusesubstrats 21 ein. Daher wird nur zum Teil verhindert, daß sich ein Ausgangssignal aus dem Vibrationsgyroskop 20 verändert, was durch ein Licht bewirkt werden kann, das in das Gehäusesubstrat eintritt und im Halbleiterelement 5 absorbiert wird.
Es ist nicht notwendig, die Durchgangslöcher 22 mit einer Schaltung im Vibrationsgyroskop 20 zu verbinden. Im hochohmigen Zustand können die Durchgangslöcher 22 jedoch als Antennen funktionieren, die sich gefährlich auf den Betrieb des Gyroskops auswirken. Folglich kann verhindert werden, daß die Durchgangslöcher 22, wenn diese geerdet sind, als Antennen dienen, und diese können eine Rolle bei der elektromagnetischen Abschirmung spielen.
Allerdings wird ein störender Lichteintritt erst vollständig verhindert, wenn die Endflächen des Gehäusesubstrats 21 mit einem lichtabschirmenden Beschichtungsmaterial beschichtet werden, und zwar in den Teilen, in denen die Durchgangslochanschlüsse 3 und 22 des Gehäusesubstrats nicht im Vibrationsgyroskop 10 gebildet sind. In diesem Fall können hohe Lichtabschirmungseffekte erhalten werden.
5 ist eine auseinandergenommene perspektivische Ansicht, die ein Vibrationsgyroskop zeigt, das als weiteres Beispiel eines Sensorschaltungsmoduls in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. In 5 werden Teile, die mit jenen, die in 10 gezeigt sind, identisch sind oder diesen entsprechen, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und von einer erneuten Beschreibung wird abgesehen.
Bei einem Vibrationsgyroskop 30, das in 5 gezeigt ist, ist das Material, das ein Gehäusesubstrat 31 bildet, ein schwarzes organisches Harzmaterial, das einen geringen optischen Transmissionsgrad aufweist, so daß die Übertragung eines Lichts durch das Substrat 31 unterdrückt wird. Das heißt, daß das Material an sich, welches das Gehäusesubstrat 31 bildet, eine Lichtübertragungs-Stoppeinrichtung ist. Eine Licht verhindernde Schicht ist an den Endflächen also nicht dargestellt. Das in 5 gezeigte Gehäusesub strat kann in der Erfindung als zusätzliche Lichttransmissions-Blockiereinrichtung verwendet werden.
6A zeigt die Messungen des optischen Transmissionsgrades des schwarzen organischen Harzmaterials (nachstehend bezeichnet als Material A). Im Vergleich dazu zeigt 6B die Messungen des optischen Transmissionsgrades des braunen organischen Harzmaterials (nachstehend bezeichnet als Material B), das für das Gehäusesubstrat des Sensorschaltungsmoduls der verwandten Technik verwendet wird, das in 10 gezeigt ist. Zur Messung des optischen Transmissionsgrades wird ein Lagenmaterial mit einer Dicke von 0,8 mm verwendet, und ein Licht wird auf eine Seitenoberfläche des Lagenmaterials aufgebracht, um zu der anderen Seitenoberfläche desselben transmittiert zu werden.
Wie in 6A gezeigt ist, ist der optische Transmissionsgrad des Materials A gering, d. h. im Bereich von etwa 0,3 bis 0,35 und zeigt eine relativ flache Kurve im Gesamtwellenlängenbereich von 400 nm bis 1000 nm.
Bei dem Vibrationsgyroskop 30, welches das Gehäusesubstrat, das aus dem oben beschriebenen Material A gefertigt ist, enthält, wird ein Licht, selbst wenn es in das Gehäusesubstrat 31 durch eine Endfläche desselben eintritt, schnell gedämpft, so daß das Licht das Halbleiterelement 5 nicht erreicht. Daher wird das Licht, das in die Endfläche des Gehäusesubstrats 31 eintritt, nicht durch das Halbleiterelement 5 absorbiert. Folglich kann verhindert werden, daß ein Ausgangssignal aus dem Vibrationsgyroskop 30 durch das Licht verändert wird, das in das Gehäusesubstrat 31 über eine Endfläche desselben eintreten und durch das Halbleiterelement 5 absorbiert werden würde.
Andererseits, wie in 6B gezeigt ist, unterscheidet sich der optische Transmissionsgrad des Materials B im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 600 nm nicht wesentlich von dem des Materials A und wird schnell auf einen Pegel von 0,6% oder mehr im Wellenlängenbereich von mehr als 600 nm erhöht. Daher ist zu beobachten, daß das Material B kein ausreichendes Abschirmungsverhalten für ein Licht mit einer Wellenlänge im Wellenlängenbereich von 600 nm bis 1000 nm aufweist.
In den meisten Fällen weisen die im allgemeinen verwendeten Harze einen optischen Transmissionsgrad auf, der ausreichend niedrig und im Wellenlängenbereich von 400 bis 600 nm einheitlich ist. Daher ist es für das Material, das das Gehäusesubstrat des Sensorschaltungsmoduls bildet, erforderlich, daß der optische Transmissionsgrad im Wellenlängenbereich von 600 nm bis 1000 nm im wesentlichen mit dem im Wellenlängenbereich von 400 bis 600 nm identisch ist.
Die Farbe des organischen Harzes muß nicht schwarz sein, wenn der optische Transmissionsgrad ausreichend gering ist. Außerdem bedeutet die schwarze Farbe des Harzes nicht notwendigerweise, daß das Harz einen geringen optischen Transmissionsgrad aufweist. Zum Beispiel weisen einige Harzmaterialien, die Komponenten mit Reaktionsgruppen enthalten, die hauptsächlich auf Infrarotstrahlen sensibel ansprechen, einen geringen optischen Transmissionsgrad auf, d. h. etwa 0,35% und zeigen eine relativ flache Kurve des optischen Transmissionsgrades im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 1000 nm, auch wenn die Farbe weiß ist, wie im Falle des organischen Harzmaterials von 6C (nachstehend bezeichnet als Material C). Diese Materialien können als Material für das Gehäusesubstrat verwendet werden. Umgekehrt weisen einige Harzmaterialien einen optischen Transmissionsgrad auf, der schnell auf etwa 1% im Wellenlängenbereich von 750 nm oder mehr erhöht werden kann, auch wenn die Farbe schwarz ist, wie im Falle des organischen Harzmaterials (nachstehend bezeichnet als Material D) von 6D. Diese Materialien können nicht als Material verwendet werden, welches das Gehäusesubstrat bildet. Hier wird speziell auf Infrarotstrahlen Bezug genommen, da Maßnahmen gegen die Infrarotstrahlen von Bedeutung sind. Dafür gibt es folgende Gründe: Selbstverständlich hat ein Licht mit einer kurzen Wellenlänge einen niedrigen optischen Transmissionsgrad für Harzmaterialien, und sichtbares Licht tritt nicht immer in z. B. das Innere einer Videokamera ein, jedoch wirken sich Infrarotstrahlen aus einer in sich geschlossenen Fernbedienung häufig gefährlich auf den Betrieb eines Vibrationsgyroskops aus.
Für die Erfindung werden die Endflächen des Gehäusesubstrats 31 mit einem lichtabschirmenden Beschichtungsmaterial wie im Vibrationsgyroskop 10 beschichtet. Die Durchgangslochanschlüsse werden in den Endflächen gebildet. Sie können, wie beim Vibrationsgyroskop dargestellt, verteilt werden. Daher können hohe Lichtübertragungs-Blockiereffekte erhalten werden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird verhindert, daß ein Licht, das in die Endfläche des Gehäusesubstrats eintritt, die Nähe des Halbleiterelements erreicht. Somit können der gleiche Betrieb sowie die gleichen Wirkungen erreicht werden, indem verhindert wird, daß ein Licht, das die Nähe des Halbleiterelements erreicht, zu dem Schaltungsbildungsbereich gelangt.
7 ist eine Draufsicht eines Ausschnitts des Gehäusesubstrats eines Vibrationsgyroskop gemäß einem weiteren Beispiel des Sensorschaltungsmoduls der vorliegenden Erfindung. Wie in 7 gezeigt ist, wird eine Mehrzahl von Verdrahtungselektroden 41A gebildet, um einer Mehrzahl von Kontakthügeln 5c des Halbleiterelements 5 zu entsprechen. Eine Elektrode 41c, die eine Lichtübertragungs-Stoppeinrichtung ist, ist auf einem Teil des Bereichs 41b des Gehäusesubstrats 41 gebildet, auf dem das Halbleiterelement 5 angebracht ist, wobei der Teil sich entgegengesetzt zum Schaltungsbildungsbereich 5b des Halbleiterelements 5 befindet. Zum Beispiel ist die Elektrode 41c genauso wie die Verdrahtungselektroden 41a wünschenswerterweise aus Kupferfolie gefertigt und geerdet.
Das Halbleiterelement 5 ist auf dem Bereich 41b des Gehäusesubstrats 41 angebracht, wobei eine Hauptfläche des Halbleiterelements 5 zum Bereich 41b gerichtet ist und eine Mehrzahl der Kontakthügel 5c mit einer Mehrzahl von Verdrahtungselektroden 41a verbunden ist.
Wenn das Gehäusesubstrat 41, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, verwendet wird, wird ein Licht, das in eine Seitenfläche des Gehäusesubstrats 41 eintritt und die Nähe des Halbleiterelements 5 erreicht, durch die Elektrode 41c abgeschirmt. Daher wird verhindert, daß das Licht den Schaltungsbildungsbereich 5b des Halbleiterelements 5 erreicht. Daher wird verhindert, daß ein Ausgangssignal aus dem Vibrationsgyroskop durch ein Licht verändert wird, das in das Gehäusesubstrat 41 durch eine Endfläche desselben eintritt und durch das Halbleiterelement 5 absorbiert wird.
Eine Streukapazität wird zwischen der Elektrode 41c und dem Schaltungsbildungsbereich 5b des Halbleiterelements 5 erzeugt. Bezüglich der Sensormodule, wie z. B. einem Vibrationsgyroskop, die bei relativ niedrigen Frequenzen arbeiten, stellt die Streukapazität jedoch im wesentlichen kein Problem dar.
Die Endflächen des Gehäusesubstrats 41 sind wie beim Vibrationsgyroskop 10 mit einen lichtabschirmenden Beschichtungsmaterial beschichtet. Ferner können die in den Endflächen gebildeten Durchgangslochanschlüsse wie beim Vibrationsgyroskop 20 dargestellt verteilt werden. Das Gehäusesubstrat kann wie beim Vibrationsgyroskop 30 aus einem organischem Harzmaterial mit einem niedrigen Lichttransmissionsgrad gefertigt sein. Somit werden hohe Lichtübertragungs-Stoppeffekte erreicht.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Halbleiterelement des Nacktchip-Typs im Flip-Chip-Verfahren angebracht worden. Das Halbleiterelement kann so angebracht sein, daß der Schaltungsbildungsbereich desselben nach oben gerichtet ist und kann durch Drahtbonden verdrahtet sein. In diesem Fall können der gleiche Betrieb und die gleichen Effekte erzielt werden.
8 ist ausschnittsweise eine Querschnittsansicht des Halbleiterelements, das auf dem Gehäusesubstrat eines Vibrationsgyroskop angebracht ist, das ein weiteres Beispiel des Sensorschaltungsmoduls der vorliegenden Erfindung ist. In 8 werden Teile, die mit jenen, die in 10 gezeigt sind, identisch sind oder diesen entsprechen, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und von einer erneuten Beschreibung wird abgesehen.
Wie in 8 gezeigt ist, ist das Halbleiterelement 5 auf dem Gehäusesubstrat 2 durch Flip-Chip-Ronden angebracht worden. Ein Harz 45 mit einer Lichtabschirmungseigenschaft, das eine zusätzliche Lichtübertragungs-Stoppeinrichtung ist, wird in einen Zwischenraum zwischen dem Halbleiterelement 5 und dem Gehäusesubstrat 2 gefüllt. Das Harz 45 wird als Unterfüllungsharz bezeichnet, da es unter das Halbleiterelement 5 eingefüllt wird. Wünschenswerterweise ist die Farbe des Harzes 45 möglichst dunkel und, wenn möglich, schwarz. Die Farbe muß nicht schwarz sein, vorausgesetzt der optische Transmissionsgrad ist niedrig. Speziell im Fall von Videokameras, die häufig mit Fernbedienungen, die Infrarotstrahlen verwenden, verwendet werden, ist der Transmissionsgrad eines Infrarotstrahls wünschenswerterweise niedrig.
Wenn das Unterfüllungsharz 45 im Zwischenraum zwischen dem Halbleiterelement 5 und dem Gehäusesubstrat 2, wie vorstehend beschrieben wurde, vorgesehen ist, wird ein Licht, das in eine Endfläche des Gehäusesubstrats 2 eintritt und die Nähe des Halbleiterelements 5 erreicht, durch das Unterfüllungsharz 45 abgeschirmt. Daher erreicht das Licht nicht den Schaltungsbildungsbereich 5b. Folglich wird verhindert, daß sich ein Ausgangssignal aus dem Vibrationsgyroskop ver ändert, was durch ein Licht bewirkt wird, das in die Endfläche des Gehäusesubstrats 2 eintritt und durch das Halbleiterelement 5 absorbiert wird.
Die Endflächen des Gehäusesubstrats 2 sind wiederum mit einem lichtabschirmenden Beschichtungsmaterial wie beim Vibrationsgyroskop 10 beschichtet. Ferner können die in den Endflächen gebildeten Durchgangslochanschlüsse wie beim Vibrationsgyroskop 20 dargestellt verteilt werden. Das Gehäusesubstrat kann auch aus einem organischem Harzmaterial mit einem geringen Lichttransmissionsgrad wie beim Vibrationsgyroskop 30 gefertigt sein. Eine Elektrode, die eine Lichtübertragungs-Stoppeinrichtung ist, kann in dem Teil des Gehäusesubstrats gebildet sein, der dem Schaltungsbildungsbereich des Halbleiterelements entgegengesetzt ist, vgl. 7. In diesen Fällen können hohe Lichtübertragungs-Stoppeffekte erreicht werden.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Gehäusesubstrat aus einem organischem Harzmaterial gefertigt. Das Material, das das Gehäusesubstrat bildet, ist jedoch nicht auf ein organisches Harzmaterial beschränkt. Es können andere Materialien, wie z. B. Keramik, verwendet werden.
Bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele handelt es sich um ein Vibrationsgyroskop. Das Sensorschaltungsmodul der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf das Vibrationsgyroskop beschränkt. Es kann eine Vorrichtung sein, die ein Sensorelement, wie z. B. einen Beschleunigungssensor, einen Magnetsensor, einen Infrarotstrahlensensor oder dergleichen, und ein Halbleiterelement des Nacktchip-Typs mit einer Verstärkerschaltung mit einem hohen Verstärkungsschalter, in dem ein feines Signal, das aus dem Sensorelement ausgegeben wird, verstärkt wird, enthält. Es kann verhindert werden, daß bei der Vorrichtung eine Funktionsstörung auftritt, die durch ein externes Licht bewirkt werden kann, ähnlich wie beim Vibrationsgyroskop der vorstehenden Ausführungsbeispiele.
9 ist eine perspektivische Ansicht einer Videokamera, die ein Beispiel für ein Gerät ist, in dem die vorliegende Erfindung eingebaut sein kann. Wie in 9 gezeigt ist, enthält eine Videokamera 50 das Vibrationsgyroskop 10 zum Korrigieren des Verwackelns einer Kamera, welches das Sensorschaltungsmodul der vorliegenden Erfindung ist.
Gemäß der Videokamera 50, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, können jederzeit exakte Informationen über die Winkelgeschwindigkeit eingeholt werden, da die Kamera 50 mit dem Sensorschaltungsmodul der vorliegenden Erfindung versehen ist. Daher wird das Verhalten der Kamera verbessert.
Die Verwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf Verwendung in einer Videokamera beschränkt. Sie kann z. B. als ein Vibrationsgyroskop in einer digitalen Kamera zum Korrigieren des Verwackelns der Kamera, in einem Navigationssystem zum Positionserfassen, in einem System zum Erfassen des Wendens eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen verwendet werden. Außerdem kann die Erfindung auch andere Sensorschaltungsmodule als ein Vibrationsgyroskop umfassen.

Claims

Sensorschaltungsmodul, das ein Gehäusesubstrat (2), ein Sensorelement (4), das auf dem Gehäusesubstrat (2) angebracht ist, und ein Halbleiterelement (5) vom Typ eines ungehäusten Chips aufweist, mit Durchgangslochanschlüssen (3, 22) in den Endflächen des Gehäusesubstrats zum Ein- und Ausgeben eines Signals, wobei das Gehäusesubstrat (2) mit einer Lichttransmissions-Blockiereinrichtung (18) versehen ist, zum Verhindern, daß Licht in einen Schaltungsbildungsbereich (5b) des Halbleiterelements (5) durch eine Endfläche des Gehäusesubstrats (2) übertragen wird, wobei die Lichttransmissions-Blockiereinrichtung ein lichtabschirmendes Beschichtungsmaterial ist, mit dem Teile der Endflächen des Gehäusesubstrats (2), in denen keine Durchgangslochanschlüsse gebildet sind, beschichtet sind.
Sensorschaltungsmodul nach Anspruch 1, wobei die Endflächen des Gehäusesubstrats (21) im wesentlichen mit den Durchgangslochanschlüssen (3, 22) zum Ein- und Ausgeben eines Signals und Durchgangslochanschlüssen zum Lichtabschirmen besetzt sind und die Durchgangslochanschlüsse jeweils eine Lichttransmissions-Blockiereinrichtung aufweisen.
Sensorschaltungsmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, das ferner eine Abdeckung (7) zum Schützen des Sensorelements (4) und des Halbleiterelements (5) aufweist, wobei die Abdeckung auf dem Gehäusesubstrat (2, 21, 31, 41) angebracht ist und nicht die Endflächen des Gehäusesubstrats bedeckt.
Sensorschaltungsmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Halbleiterelement (5) eine Verstärkerschaltung mit einem hohen Verstärkungsfaktor enthält.
Sensorschaltungsmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Halbleiterelement (5) durch Flip-Chip-Bonden angebracht ist, und die Lichttransmissions-Blockiereinrichtung ferner eine Elektrode (41c) zum Lichtabschirmen auf dem Teil des Gehäusesubstrats (41) aufweist, der dem Schaltungsbildungsbereich (5b) des Halbleiterelements (5) gegenüberliegt.
Sensorschaltungsmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Halbleiterelement (5) durch Flip-Chip-Bonden angebracht ist, und die Lichttransmissions-Blockiereinrichtung ferner ein Harz (45) mit einer lichtabschirmenden Eigenschaft, das in einen Zwischenraum zwischen dem Gehäusesubstrat (2) und dem Halbleiterelement gefüllt (5) ist, aufweist.
Elektronische Vorrichtung unter Verwendung eines Sensorelements, nach einem der Ansprüche 1 bis 6.