JP2006153724A

JP2006153724A - 加速度センサモジュール

Info

Publication number: JP2006153724A
Application number: JP2004346541A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Muramoto; 昭一村本; Toshifumi Nakamura; 利文中村; Naoki Takamoto; 直紀高本
Original assignee: Tateyama Kagaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tateyama Kagaku Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】簡単な構造で、浮遊容量を極力抑え、外部からのノイズを減らして高精度の加速度検知を可能にし、安価で設計変更等にも柔軟に対応可能な加速度センサモジュールを提供する。
【解決手段】加速度を検知するセンサ素子１０と、センサ素子１０が一方の面に搭載された多層基板１２と、多層基板１２を挟んでほぼ反対側に位置しセンサ素子１０を駆動するＩＣ１４を有する。センサ素子１０等を搭載した多層基板１２が載置される金属ベース板２６と、金属ベース板２６に形成され多層基板１２を支持して位置決めする複数の受け部２８ｂ，２８ｃ，２８ｄを備える。金属ベース板２６に取り付けられた多層基板１２を覆い、金属ベース板２６に固定される金属筐体３０を備える。
【選択図】図５

Description

この発明は、静電容量等の変化を検出して加速度を検知する加速度センサを備えた加速度センサモジュールに関する。

従来、静電容量型の半導体加速度センサを内蔵した加速度センサモジュールは、特許文献１，２に開示されているように、センサ素子とその駆動ＩＣが基板上に搭載され、金属製のケース内に封止された構造であった。この場合、基板上のセンサ素子と駆動ＩＣは同一面上に位置し、その基板の裏面に電極が設けられていた。

その他、センサ素子と駆動ＩＣをセラミックパッケージに実装したセンサモジュールや、センサ素子と駆動ＩＣとを一体構造にして半導体チップ上に形成したものも提案されている。
特開平５−３４０９６２号公報特開２００４−１３２７９２号公報

上記従来の技術の特許文献に開示された構造の場合、センサ素子と駆動ＩＣとの間の配線による浮遊容量や抵抗値のばらつきがセンサの検知精度を悪くし、加速度センサの信頼性にも影響を与えていた。また、セラミックパッケージや半導体チップ上で一体化した加速度センサモジュールは、コストがかかり、柔軟性に乏しいという問題もある。

この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みて成されたもので、簡単な構造で、浮遊容量を抑え、外部からのノイズを減らして高精度の加速度検知を可能にし、安価で設計変更等にも柔軟に対応可能な加速度センサモジュールを提供することを目的とする。

この発明は、加速度を検知するセンサ素子と、このセンサ素子が一方の面に搭載された基板と、この基板の他方の面に搭載され前記センサ素子を駆動するＩＣと、前記センサ素子を搭載した前記基板が載置される金属ベース板と、この金属ベース板に形成され前記基板を支持して位置決めする複数の基板受け部と、前記金属ベース板に取り付けられた基板を覆い、前記金属ベース板に固定される金属筐体とから成りこれらを一体的に組み合わせた加速度センサモジュールである。

前記ＩＣは、前記センサ素子に対して前記基板を挟んでほぼ反対側に位置したものである。また、前記基板受け部は、前記金属ベース板から一体に延出し、折り曲げられて形成され、前記基板のアース電極と前記金属ベース板とがその折り曲げ部でハンダ付けされ接続されている。さらに、前記センサ素子は、前記基板に対してワイヤボンディングされたワイヤのみが樹脂により封止されているものである。

この発明の加速度センサモジュールは、構造が簡単であり、浮遊容量を抑え外部からのノイズの影響が少なく、検出値のばらつきも少ない高精度の加速度センサを提供することができる。さらに、構造も小型化され、耐久性も高くコストも安価なものである。

以下この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１〜図８はこの発明の一実施形態を示すもので、この実施形態の加速度センサモジュールに用いられるセンサ素子１０は、シリコンにより一体に形成された重りと電極を備え、この電極に対面してガラス板等の絶縁基板が固定され、この絶縁基板表面に静電容量を形成する電極が設けられている静電容量型の加速度センサである。

この実施形態の加速度センサモジュールは、セラミックスや合成樹脂による絶縁性の基板に配線が形成された多層基板１２の一方の面に、センサ駆動用のＩＣ１４とその他の電子素子であるチップ部品１６が表面実装されている。また、多層基板１２の他方の面には、多層基板１２を挟んでＩＣ１４とほぼ対面する位置に、センサ素子１０がダイボンド材１８を介して接合されている。センサ素子１０の各電極は、ボンディングワイヤ２０により多層基板１２の各電極１５と接続されている。さらに、センサ素子１０のボンディングワイヤ２０の部分のみが、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂による樹脂封止２２により保護されている。また、多層基板１２の表面には、適宜の調整用電極１９が形成され、多層基板１２の一端部には、リード線２４が電極２１にハンダ付けされている。

センサ素子１０やＩＣ１４等を搭載した多層基板１２は、金属板を折り曲げて形成した金属ベース板２６に取り付けられている。金属ベース板２６は、例えば０．１〜０．３ｍｍの厚さであり、鉄板に錫メッキしたものやリン青銅にニッケルメッキしたもの等から成る。金属ベース板２６は、図６に示すように、長方形のベース部２６ａの３方の各側縁部に、ベース部２６ａから直角に折り曲げられて一体に設けられた折り曲げ部２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを備えている。折り曲げ部２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、ベース部２６ａの側縁部の各凹部２７から同方向に折り曲げられ、さらに各々ベース部２６ａと平行に内側に折り曲げられた基板受け部２８ｂ，２８ｃ，２８ｄが形成されている。また、折り曲げ部２６ｂ，２６ｃ，２６ｄには、基板受け部２８ｂ，２８ｃ，２８ｄよりもベース部２６ａに対して突出方向に延びた突起部２９ｂ，２９ｃ，２９ｄが各々形成されている。基板受け部２８ｂ，２８ｃ，２８ｄの位置は、ベース部２６ａに対して等しい高さで面一に位置して形成されている。

センサ素子１０等の電子部品が搭載された基板１２は、金属ベース板２６に載置され、さらに図５，図７に示すような金属製の金属筐体３０が被せられる。金属筐体３０は、直方体に形成され、金属ベース板２６が位置する下面３０ａが開口し、多層基板１２のリード線２４が延出する側面も一部に開口部３０ｂが形成されている。

この実施形態の加速度センサモジュールの組み立て方法は、先ず図８に示すように、図示しない配線パターンが形成され、後に個々に分割されるセラミックスや合成樹脂による絶縁性の大型の多層集合基板３２に、ＩＣ１４やその他の電子素子であるチップ部品１６を図１に示すように、一方の面に表面実装する。表面実装は、予め多層集合基板３２に形成された電極に各電子部品をハンダ付けする。ハンダ付け方法は、例えばハンダ印刷後、各電子部品を実装し、リフローによりハンダ付けする。この後、図２に示すように、多層集合基板３２の他方の面に、ＩＣ１４と対面する反対側の位置にエポキシ樹脂等のダイボンド材１８を塗布し、センサ素子１０を接着する。そして、８０℃〜１５０℃で１０分〜３０分の条件でダイボンド材１８を硬化させる。この後、ＡｌまたはＡｕのワイヤにより、センサ素子１０と多層基板１２の電極１５をワイヤボンディングによりつなぐ。

さらに、図３に示すように、ボンディングワイヤ２０が位置した部分に、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂を塗布し、樹脂封止２２を形成する。樹脂封止２２を硬化させた後、多層集合基板３２を個々の多層基板１２に毎に分割する。分割は、通常のダイサーやルーターにより行う。この後、多層基板１２の電極２１にリード線２４をハンダ付けする。なお、多層集合基板３２の分割は、ＩＣ１４、チップ部品１６の実装後、センサ素子１０の実装前に行っても良い。

次に、図４に示すように、金属ベース板２６の基板受け部２８ｂ，２８ｃ，２８ｄに、ＩＣ１４がベース部２６ａに対面するようにして、多層基板１２を載置する。基板受け部２８ｂ，２８ｃ，２８ｄは面一に位置するので、金属ベース板２６に対して正確に多層基板１２が取り付けられる。また、多層基板１２の面方向の位置決めも、突起部２９ｂ，２９ｃ，２９ｄにより３方向に保持され、正確に固定される。そして、多層基板１２の図示しないアース電極と金属ベース板２６の突起部２９ｂ，２９ｃ，２９ｄを、ハンダ３５によりハンダ付けし、アース電極と金属ベース板２６を電気的に接続するとともに固定する。

この後、センサ素子１０の検出値のオフセットや温度等の補正を行い、性能検査を行った後、金属筐体３０を被せる。このとき、折り曲げ部２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの外側面に接着剤３４を塗布して金属筐体３０を被せる。また、リード線２４が延出した側の金属ベース板２６の端部と金属筐体３０の凹部３０ｂ周辺の端縁部を、ハンダ３６により接合し固定する。これにより、金属筐体３０は、金属ベース板２６を介して多層基板１２のアース電極に接続される。さらに、金属筐体３０の凹部３０ｂと金属ベース板２６の端縁により囲まれる開口部は、適宜樹脂を充填して塞ぐ。

この実施形態の加速度センサモジュールは、金属ベース板２６の基板受け部２８ｂ，２８ｃ，２８ｄに多層基板１２が載置され、突起部２９ｂ，２９ｃ，２９ｄにより位置決めされて、多層基板１２が固定されているので、金属ベース板２６に対してセンサ素子１０の位置精度が高く、測定精度も高いものとすることができる。さらに、センサ素子１０は、多層基板１２を挟んで駆動用のＩＣ１４の反対側に位置し、センサ素子１０と駆動用のＩＣ１４との間隔を最小限にすることができる。これにより、多層基板１２の配線パターンを最小限にすることができ、配線パターンによる浮遊容量の影響を抑え、多層基板１２が金属筐体３０と金属ベース板２６によりシールドされ、ノイズによる影響が極めて少なく、静電容量型の加速度センサの測定精度を大きく向上させることができる。また、センサ素子１０は、ボンディングワイヤ２０のみが樹脂封止２２に覆われているので、センサ素子１０に樹脂封止２２の樹脂からの力がかからず、センサ素子１０に無用な力がかからず、この点からも測定精度を上げることができる。

なお、この発明の加速度センサモジュールは、上実施形態に限定されるものではなく、図９に示すように、金属ベース板２６と金属筐体３０内部の空間にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂の充填剤４０を充填したものでも良い。また、図１０に示すように、リード線の代わりに、多層基板１２からピンタイプの端子４２をＩＣ１４側に立設させ、金属ベース板２６に形成した透孔４４から端子４２を突出させるようにしても良い。これらの実施形態においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、この発明の加速度センサモジュールは、静電容量型の加速度センサ以外の加速度センサモジュールにも利用できるものである。

この発明の一実施形態の加速度センサモジュールの製造工程の途中の状態を示す側面図である。この発明の一実施形態の加速度センサモジュールの製造工程の途中の状態を示す側面図である。この発明の一実施形態の加速度センサモジュールの製造工程の途中の状態を示す側面図である。この発明の一実施形態の加速度センサモジュールの金属ベース板に多層基板を取り付けた状態を示す側面図である。この発明の一実施形態の加速度センサモジュールの金属ベース板に多層基板を取り付けて金属筐体を被せた状態を示す金属筐体側面での断面図である。この発明の一実施形態の金属ベース板を示す斜視図である。この発明の一実施形態の金属筐体を示す斜視図である。この発明の一実施形態の多層集合基板を示す平面図である。この発明の他の実施形態の加速度センサモジュールの金属ベース板に多層基板を取り付けて金属筐体を被せた状態を示す金属筐体側面での断面図である。この発明のさらに他の実施形態の加速度センサモジュールの金属ベース板に多層基板を取り付けて金属筐体を被せた状態を示す金属筐体側面での断面図である。

符号の説明

１０加速度センサ
１２多層基板
１４ＩＣ
１６チップ部品
１８ダイボンド材
２０ボンディングワイヤ
２２樹脂封止
２４リード線
２６金属ベース板
２６ａベース部
２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ折り曲げ部
２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ基板受け部
３０金属筐体

Claims

加速度を検知するセンサ素子と、このセンサ素子が一方の面に搭載された基板と、この基板の他方の面に搭載され前記センサ素子を駆動するＩＣと、前記センサ素子を搭載した前記基板が載置される金属ベース板と、この金属ベース板に形成され前記基板を支持して位置決めする複数の基板受け部と、前記金属ベース板に取り付けられた基板を覆い前記金属ベース板に固定される金属筐体とから成ることを特徴とする加速度センサモジュール。
前記ＩＣは、前記センサ素子に対して前記基板を挟んでほぼ反対側に位置したことを特徴とする請求項１記載の加速度センサモジュール。
前記基板受け部は、前記金属ベース板から一体に延出し折り曲げられて形成され、前記基板のアース電極と前記金属ベース板とがその折り曲げ部でハンダ付けされ接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の加速度センサモジュール。
前記センサ素子は、前記基板に対してワイヤボンディングされたワイヤのみが樹脂により封止されていることを特徴とする請求項１，２または３記載の加速度センサモジュール。