JP2010002348A - Physical quantity sensor device - Google Patents

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Satoshi Waga
聡 和賀
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a physical quantity sensor device for mounting the face of a circuit substrate by completing a mounting process in one time. <P>SOLUTION: The physical quantity sensor device includes: a mounting substrate 2 erected in a height direction (Z direction) on a circuit substrate 6; and a gyro sensor element 3 mounted on a vertical face 8a of the mounting substrate 2 by being seen from the surface of the circuit substrate 6. The bottom face 36 of the mounting substrate 2 is a mounting face to the circuit substrate 6 exposing an electrode 35. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、特に物理量センサ素子を立てた状態にて実装するための物理量センサ装置に関する。   The present invention particularly relates to a physical quantity sensor device for mounting a physical quantity sensor element in a standing state.

例えば音叉型振動子を備えたジャイロセンサ装置において、Z軸方向(高さ方向)の軸周りの角速度Ωを検知するには、音叉型振動子をZ軸方向に向けて立てた状態で実装しなければならない。   For example, in a gyro sensor device equipped with a tuning fork type vibrator, in order to detect the angular velocity Ω around the axis in the Z-axis direction (height direction), the tuning-fork type vibrator is mounted in a standing state in the Z-axis direction. There must be.

下記特許文献1には角速度センサに関する発明が開示されている。
特許文献1に示す角速度センサは、振動子21を立てた状態でケース30内に収納し、さらに振動子21を備えたケース30を収納部43内に収納した構成である。
Patent Document 1 below discloses an invention related to an angular velocity sensor.
The angular velocity sensor shown in Patent Document 1 is configured such that the vibrator 21 is stowed in a case 30 and the case 30 having the vibrator 21 is housed in a housing portion 43.

しかしながら特許文献1に示す構成では、センサ素子を、ケース内に実装する工程と、センサ素子を備えたケースを収納部内に実装する工程があり、装置内へのセンサ素子に対する実装工程が複数工程、必要になる。よって製造工程が煩雑化しまたコスト高にもなる。   However, in the configuration shown in Patent Document 1, there are a step of mounting the sensor element in the case and a step of mounting the case provided with the sensor element in the storage unit, and a plurality of mounting steps for the sensor element in the device are performed. I need it. This complicates the manufacturing process and increases the cost.

また下記特許文献2には、加速度センサに関する発明が開示されている。
特許文献2に示す加速度センサは、半導体センサ素子2を、ベース基板3にて支持し、半導体センサ素子2を立てた状態でパッケージ11内に収納し、さらにパッケージ11の上方からキャップ状の樹脂製カバー13を被せた構成である。パッケージ11の底面には、突出する複数の脚部12dが設けられており、脚部12dを回路基板PLに挿入して加速度センサを実装する。
Patent Document 2 below discloses an invention related to an acceleration sensor.
In the acceleration sensor shown in Patent Document 2, the semiconductor sensor element 2 is supported by the base substrate 3 and is housed in the package 11 in a state in which the semiconductor sensor element 2 is erected. The cover 13 is covered. A plurality of protruding leg portions 12d are provided on the bottom surface of the package 11, and the acceleration sensor is mounted by inserting the leg portions 12d into the circuit board PL.

しかしながら特許文献2に記載された発明のように、脚部12dを回路基板に挿入して実装する構成では、他の面実装部品とは別工程での実装になるため、工程数が増え、且つコスト高になる。また特許文献2では、半導体センサ素子2をベース基板3に実装する工程、半導体センサ素子2を備えたベース基板3をパッケージ11内に実装する工程があり、特許文献1と同様に、装置内へのセンサ素子に対する実装工程を複数工程行っており、特許文献1と同様の問題が生じている。
国際公開2003/046479号パンフレット 特開平9−318652号公報
However, as in the invention described in Patent Document 2, in the configuration in which the leg portion 12d is inserted and mounted on the circuit board, mounting is performed in a separate process from other surface mount components, and thus the number of processes increases, and High cost. Further, in Patent Document 2, there are a process of mounting the semiconductor sensor element 2 on the base substrate 3 and a process of mounting the base substrate 3 including the semiconductor sensor element 2 in the package 11. A plurality of mounting processes for the sensor element are performed, and the same problem as in Patent Document 1 occurs.
International Publication No. 2003/046479 Pamphlet Japanese Patent Laid-Open No. 9-318652

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、実装工程が1回で済み、回路基板に面実装できる物理量センサ装置を提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention is to solve the above-described conventional problems, and in particular, an object of the present invention is to provide a physical quantity sensor device that can be mounted on a circuit board by a single mounting process.

本発明における物理量センサ装置は、回路基板上に高さ方向に向けて立設される実装基板と、前記回路基板の表面から見て前記実装基板の垂直面に実装される物理量センサ素子と、を有し、
前記実装基板の底面は電極が露出した前記回路基板への実装面であることを特徴とするものである。
A physical quantity sensor device according to the present invention includes a mounting board that is erected on a circuit board in a height direction, and a physical quantity sensor element that is mounted on a vertical surface of the mounting board as viewed from the surface of the circuit board. Have
The bottom surface of the mounting substrate is a mounting surface on the circuit substrate where the electrodes are exposed.

本発明によれば、物理量センサ装置内での物理量センサ素子に対する実装工程が1回で済み、しかも回路基板に面実装できる。   According to the present invention, the mounting process for the physical quantity sensor element in the physical quantity sensor device is performed only once, and surface mounting can be performed on the circuit board.

本発明では、前記実装基板は、前記回路基板上に実装される第1基板と、前記第1基板の表面に立設された第2基板とを備え、前記第1基板の表面から見て前記第2基板の垂直面に前記物理量センサ素子が実装され、前記第1基板の底面が前記回路基板への前記実装面であることが好ましい。これにより、実装基板を回路基板上に確実に実装でき、また実装基板の安定した立設状態を得ることが出来る。   In the present invention, the mounting board includes a first board mounted on the circuit board and a second board erected on the surface of the first board, and is viewed from the surface of the first board. It is preferable that the physical quantity sensor element is mounted on a vertical surface of the second substrate, and a bottom surface of the first substrate is the mounting surface on the circuit board. As a result, the mounting board can be reliably mounted on the circuit board, and a stable standing state of the mounting board can be obtained.

また本発明では、前記第1基板と前記第2基板は一体成形されている構成にできる。
また本発明では、前記実装基板には、凹部が形成され、この凹部内に前記物理量センサ素子と電気的に接続されるICが収納されていることが好ましい。これにより、ICを実装基板へ適切に実装できる。
In the present invention, the first substrate and the second substrate can be integrally formed.
In the present invention, it is preferable that a concave portion is formed in the mounting substrate, and an IC electrically connected to the physical quantity sensor element is accommodated in the concave portion. Thereby, the IC can be appropriately mounted on the mounting substrate.

また、前記凹部は前記垂直面に形成されることが好ましい。このとき、凹部内にICを実装することで、ICの設置が物理量センサ素子の実装の邪魔になることはない。   Moreover, it is preferable that the said recessed part is formed in the said perpendicular | vertical surface. At this time, by mounting the IC in the recess, the IC installation does not interfere with the mounting of the physical quantity sensor element.

また本発明では、前記物理量センサ素子と電気的に接続されるセンサ側接続部、ICと電気的に接続されるIC側第1接続部、及びIC側第2接続部が前記垂直面に形成され、下から高さ方向に向けて、前記IC側第2接続部、前記IC側第1接続部、及び前記センサ側接続部の順に形成されており、
前記センサ側接続部と前記IC側第1接続部間を電気的に接続する第1配線パターンと、前記IC側第2接続部と前記電極間を電気的に接続する第2配線パターンとが、高さ方向に向けて並設されていることが好ましい。これにより第1配線パターンと第2配線パターンとを適切に離すことができるため、信号の耐クロストーク性を向上させることができ、且つ垂直面の実装面積を小さくできる。
In the present invention, a sensor side connection part electrically connected to the physical quantity sensor element, an IC side first connection part electrically connected to the IC, and an IC side second connection part are formed on the vertical surface. From the bottom to the height direction, the IC side second connection part, the IC side first connection part, and the sensor side connection part are formed in this order,
A first wiring pattern that electrically connects the sensor side connection portion and the IC side first connection portion, and a second wiring pattern that electrically connects the IC side second connection portion and the electrode, It is preferable that they are arranged in parallel in the height direction. As a result, the first wiring pattern and the second wiring pattern can be appropriately separated, so that the crosstalk resistance of the signal can be improved and the mounting area of the vertical surface can be reduced.

また本発明では、前記物理量センサは、少なくとも2つのアーム部と、これらアーム部を連結する基部とを有する振動子を備えた高さ方向への軸周りの角速度を検知するためのジャイロセンサである構成に適している。   In the present invention, the physical quantity sensor is a gyro sensor for detecting an angular velocity around an axis in the height direction, including a vibrator having at least two arm portions and a base portion connecting the arm portions. Suitable for configuration.

本発明の物理量センサ素子装置によれば、物理量センサ装置内での物理量センサ素子に対する実装工程が1回で済み、しかも回路基板に面実装できる。   According to the physical quantity sensor element device of the present invention, the mounting process for the physical quantity sensor element in the physical quantity sensor device can be performed only once, and surface mounting can be performed on the circuit board.

図1は、本発明の第1実施形態のジャイロセンサ装置の断面図(図2のA−A線に沿って切断し矢印方向から見た断面図)、図2は、第1実施形態のジャイロセンサ装置の正面図、図3は第1実施形態のジャイロセンサ装置の底面図、図4は、図2に示すジャイロセンサ装置からカバーを外した状態のジャイロセンサ装置の正面図、図5は、第1実施形態のジャイロセンサ装置の裏面図、図6は、本発明の第2実施形態のジャイロセンサ装置の正面図(カバーを外した状態を示す)、図7はジャイロセンサ装置を構成する音叉型振動子の拡大平面図、図8は、図7に示すB−B線から切断し矢印方向から見た音叉型振動子の拡大断面図、である。   1 is a cross-sectional view of a gyro sensor device according to a first embodiment of the present invention (a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2 and viewed from the direction of the arrow), and FIG. 2 is a gyro according to the first embodiment. FIG. 3 is a bottom view of the gyro sensor device of the first embodiment, FIG. 4 is a front view of the gyro sensor device with a cover removed from the gyro sensor device shown in FIG. 2, and FIG. FIG. 6 is a rear view of the gyro sensor device of the first embodiment, FIG. 6 is a front view of the gyro sensor device of the second embodiment of the present invention (showing a cover removed), and FIG. 7 is a tuning fork constituting the gyro sensor device. FIG. 8 is an enlarged sectional view of the tuning fork vibrator viewed from the direction of the arrow cut along the line BB shown in FIG.

各図におけるX軸方向及びY軸方向は水平面での直交する2方向を指す。Z軸方向はX軸方向及びY軸方向に対して直交する高さ方向(垂直方向)を指す。またX軸方向は、図2や図4のように、ジャイロセンサ装置1を正面から見たときのジャイロセンサ装置の幅方向であり、Y軸方向は、ジャイロセンサ装置の奥行き方向を指す。   The X-axis direction and the Y-axis direction in each figure refer to two orthogonal directions on the horizontal plane. The Z-axis direction indicates a height direction (vertical direction) orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction. 2 and 4, the X-axis direction is the width direction of the gyro sensor device when the gyro sensor device 1 is viewed from the front, and the Y-axis direction indicates the depth direction of the gyro sensor device.

図1に示すジャイロセンサ装置1は、実装基板2と、ジャイロセンサ素子3と、IC4と、カバー5を有して構成されている。   A gyro sensor device 1 shown in FIG. 1 includes a mounting substrate 2, a gyro sensor element 3, an IC 4, and a cover 5.

実装基板2は、回路基板6上に実装される第1基板7と、第1基板7の表面7aに立設された第2基板8を備えて構成される。図1に示す形態では、第1基板7と第2基板8とが一体化されている。また第1基板7及び第2基板8は例えば樹脂成形品である。   The mounting board 2 includes a first board 7 mounted on the circuit board 6 and a second board 8 erected on the surface 7 a of the first board 7. In the form shown in FIG. 1, the first substrate 7 and the second substrate 8 are integrated. The first substrate 7 and the second substrate 8 are, for example, resin molded products.

図1に示すように、側面から見た実装基板2の断面形状は略L字型であるが、形状を限定するものではない。ただし図1に示すように、第1基板7の奥行き方向(Y軸方向)の長さ寸法を、第2基板8の奥行き方向(Y軸方向)の長さ寸法(厚さ寸法)よりも大きく形成して、第1基板7の回路基板6との実装面積を広く形成することで、実装基板2を確実に回路基板6上に実装できる。また図1に示す立設状態の実装基板2を安定して得ることが出来る。   As shown in FIG. 1, the cross-sectional shape of the mounting substrate 2 viewed from the side is substantially L-shaped, but the shape is not limited. However, as shown in FIG. 1, the length dimension of the first substrate 7 in the depth direction (Y-axis direction) is larger than the length dimension (thickness dimension) of the second substrate 8 in the depth direction (Y-axis direction). By forming and forming a mounting area of the first substrate 7 with the circuit board 6 wide, the mounting board 2 can be reliably mounted on the circuit board 6. Further, the mounting substrate 2 in the standing state shown in FIG. 1 can be obtained stably.

図1、図4等に示すように、第1基板7の表面7aから見て第2基板8には、高さ方向(Z軸方向)に延びる垂直面8aが設けられている。この垂直面8aはX−Z平面と平行な面であり、後述する凹部8bの部分を除いて平坦な面で形成される。垂直面8aの平面形状は矩形状であることが好ましいが、それ以外の平面形状を除外するものではない。   As shown in FIGS. 1 and 4, the second substrate 8 is provided with a vertical surface 8 a extending in the height direction (Z-axis direction) when viewed from the surface 7 a of the first substrate 7. The vertical surface 8a is a surface parallel to the XZ plane, and is formed as a flat surface except for a concave portion 8b described later. The planar shape of the vertical surface 8a is preferably a rectangular shape, but other planar shapes are not excluded.

図1、図4に示すように、第2基板8の垂直面8aには、ジャイロセンサ素子3が直接、実装されている。   As shown in FIGS. 1 and 4, the gyro sensor element 3 is directly mounted on the vertical surface 8 a of the second substrate 8.

図1、図4、図7に示すように、ジャイロセンサ素子3は、振動子12と、台座部13と、振動子12を所定方向に振動させ、且つ振動子12がコリオリ力を受けたときに変位する変位量を検出するための圧電機能素子14とを有して構成される。   As shown in FIGS. 1, 4, and 7, the gyro sensor element 3 vibrates the vibrator 12, the pedestal portion 13, and the vibrator 12 in a predetermined direction, and the vibrator 12 receives Coriolis force. And a piezoelectric functional element 14 for detecting the amount of displacement.

振動子12はSi基板を加工して形成されたものであることが好適である。本実施形態では振動子12は音叉型振動子であるが音片型振動子であってもよい。   The vibrator 12 is preferably formed by processing a Si substrate. In this embodiment, the vibrator 12 is a tuning fork vibrator, but may be a sound piece vibrator.

図7に示すように振動子12はX軸方向に所定間隔を空けてZ軸方向に長く延びる2本のアーム部15,16(第1アーム部15と第2アーム部16)と、これらアーム部15,16の一端部側を連結する基部(連結部)17とを有して構成される。   As shown in FIG. 7, the vibrator 12 has two arm portions 15 and 16 (first arm portion 15 and second arm portion 16) that extend long in the Z-axis direction with a predetermined interval in the X-axis direction, and these arms. It has a base portion (connecting portion) 17 that connects one end portions of the portions 15 and 16.

基部17はアーム部15,16より厚く形成されて台座部13としても機能している。なお基部17をアーム部15,16とほぼ同じ厚さで形成し、基部17の裏面に別に台座部13を設ける形態であってもよい。   The base portion 17 is formed thicker than the arm portions 15 and 16 and also functions as the pedestal portion 13. The base portion 17 may be formed with substantially the same thickness as the arm portions 15 and 16, and the base portion 13 may be separately provided on the back surface of the base portion 17.

台座部13が第2基板8の垂直面8aに実装されることで、図1に示すように振動子12のアーム部15,16は、垂直面8aから離れた状態で支持される。   By mounting the pedestal portion 13 on the vertical surface 8a of the second substrate 8, the arm portions 15 and 16 of the vibrator 12 are supported in a state separated from the vertical surface 8a as shown in FIG.

図7に示すように、圧電機能素子14は各アーム部15,16から基部17にかけて形成されている。以下、圧電機能素子14の形態について説明する。   As shown in FIG. 7, the piezoelectric functional element 14 is formed from the arm portions 15 and 16 to the base portion 17. Hereinafter, the form of the piezoelectric functional element 14 will be described.

図7に示すように、第1アーム部15上には互いにX軸方向に離間して設けられた第1駆動部18及び第2駆動部19と、駆動部18,19間に離間して設けられた検出部20が設けられる。   As shown in FIG. 7, the first drive unit 18 and the second drive unit 19 provided on the first arm unit 15 so as to be spaced apart from each other in the X-axis direction and the drive units 18 and 19 are provided apart from each other. The detected unit 20 is provided.

図8に示すように、第1駆動部18及び第2駆動部19は、下から下部電極18a,19a、例えばPZTからなりY軸方向に分極処理された圧電膜18b,19b、及び上部電極(駆動電極)18c,19cの順に積層されている。   As shown in FIG. 8, the first driving unit 18 and the second driving unit 19 are composed of lower electrodes 18a and 19a from the bottom, for example, piezoelectric films 18b and 19b made of PZT and polarized in the Y-axis direction, and upper electrodes ( Drive electrodes) are stacked in the order of 18c and 19c.

また、図8に示すように、検出部20は、下から下部電極20a、例えばPZTからなりY軸方向に分極処理された圧電膜20b、及び上部電極(検出電極)20cの順に積層されている。   Further, as shown in FIG. 8, the detection unit 20 is laminated in order of a lower electrode 20a from the bottom, for example, a piezoelectric film 20b made of PZT and polarized in the Y-axis direction, and an upper electrode (detection electrode) 20c. .

検出部20は、アーム部15のX軸方向(幅方向)の略中心位置にZ軸方向に沿って設けられており、各駆動部18,19は、検出部20からX軸方向(幅方向)に略等間隔の位置にZ軸方向に沿って設けられる。   The detection unit 20 is provided along the Z-axis direction at a substantially central position in the X-axis direction (width direction) of the arm unit 15, and each drive unit 18, 19 is moved from the detection unit 20 in the X-axis direction (width direction). ) At substantially equal intervals along the Z-axis direction.

図7に示すように、第2アーム部16側にも第1アーム部15と同じ圧電機能素子14が形成されている。第1アーム部15に形成された圧電機能素子14と第2アーム部16に形成された圧電機能素子14とは、第1アーム部15と第2アーム部16との間のZ軸方向への中心線を対称軸として線対称関係で形成される。   As shown in FIG. 7, the same piezoelectric functional element 14 as the first arm portion 15 is also formed on the second arm portion 16 side. The piezoelectric functional element 14 formed on the first arm portion 15 and the piezoelectric functional element 14 formed on the second arm portion 16 are in the Z-axis direction between the first arm portion 15 and the second arm portion 16. It is formed in a line symmetrical relationship with the center line as the axis of symmetry.

図7に示すように、振動子12の基部17上には各下部電極と接続する共通グランド25が形成される。   As shown in FIG. 7, a common ground 25 connected to each lower electrode is formed on the base 17 of the vibrator 12.

そして図7に示すように、第1アーム部15に形成された第1駆動部18の上部電極18cと、第2アーム部16に形成された第1駆動部18の上部電極18cとが基部17上にまで引き出されて基部17の圧電膜26上で共通の電極パッド21に接続される。   As shown in FIG. 7, the upper electrode 18 c of the first drive unit 18 formed on the first arm unit 15 and the upper electrode 18 c of the first drive unit 18 formed on the second arm unit 16 are the base 17. It is pulled out to the top and connected to the common electrode pad 21 on the piezoelectric film 26 of the base 17.

また図7に示すように、第1アーム部15に形成された第2駆動部19の上部電極19cと、第2アーム部16に形成された第2駆動部19の上部電極19cとが基部17上にまで引き出されて基部17の圧電膜26上で共通の電極パッド22に接続される。   Further, as shown in FIG. 7, the upper electrode 19 c of the second driving unit 19 formed on the first arm unit 15 and the upper electrode 19 c of the second driving unit 19 formed on the second arm unit 16 are the base 17. It is pulled out to the top and connected to the common electrode pad 22 on the piezoelectric film 26 of the base 17.

さらに図7に示すように、第1アーム部15に形成された検出部20の上部電極20c、及び第2アーム部16に形成された検出部20の上部電極20cとが夫々、基部17上にまで引き出されて基部17上で電極パッド23,24に接続されている。   Further, as shown in FIG. 7, the upper electrode 20 c of the detection unit 20 formed on the first arm unit 15 and the upper electrode 20 c of the detection unit 20 formed on the second arm unit 16 are respectively formed on the base 17. To the electrode pads 23 and 24 on the base 17.

駆動回路から互いに位相が逆の駆動振動が電極パッド21,22に供給される。このとき、例えば、第1駆動部18の圧電膜18bがZ軸方向に縮むと、第2駆動部19の圧電膜19bはZ軸方向に延びる。これにより各アーム部15,16が逆位相でX軸方向に曲がり音叉振動を起こす。   Drive vibrations having phases opposite to each other are supplied to the electrode pads 21 and 22 from the drive circuit. At this time, for example, when the piezoelectric film 18b of the first drive unit 18 contracts in the Z-axis direction, the piezoelectric film 19b of the second drive unit 19 extends in the Z-axis direction. As a result, the arm portions 15 and 16 are bent in the X-axis direction in the opposite phase to cause tuning fork vibration.

このように振動子12がX軸方向にて音叉振動しているときに、Z軸周りの角速度Ωがジャイロセンサ素子3に印加されるとコリオリ力により各アーム部15,16がY軸方向に逆位相で変位する。このときの各アーム部15,16の変位量は各アーム部15,16に設けられた検出部20の上部電極20cにて検出される。各アーム部15,16の上部電極20cにて検出された電荷は逆極性であり、それら電荷は夫々電極パッド23,24に導かれる。そして各電極パッド23,24に接続される差動アンプ等を備えるIC4にて信号処理がされて角速度信号が出力される。   As described above, when the vibrator 12 vibrates in the tuning fork in the X-axis direction, when the angular velocity Ω around the Z-axis is applied to the gyro sensor element 3, the arms 15 and 16 are moved in the Y-axis direction by Coriolis force. Displaces in opposite phase. The displacement amount of each arm part 15 and 16 at this time is detected by the upper electrode 20c of the detection part 20 provided in each arm part 15 and 16. The charges detected by the upper electrodes 20c of the arm portions 15 and 16 have opposite polarities, and these charges are guided to the electrode pads 23 and 24, respectively. Then, signal processing is performed by an IC 4 including a differential amplifier connected to each electrode pad 23, 24, and an angular velocity signal is output.

なお、図7,図8に示すジャイロセンサ素子3の形態はあくまで一形態であり、例えば台座部13下に支持板が設けられ、この支持板が垂直面8a上に実装される形態でもよい。   The form of the gyro sensor element 3 shown in FIGS. 7 and 8 is only one form. For example, a form in which a support plate is provided below the pedestal portion 13 and this support plate is mounted on the vertical surface 8a may be used.

図4に示すように、振動子12の基部17付近の垂直面8aには、複数個のセンサ側接続部30が設けられており、これらセンサ側接続部30と振動子12の各電極パッド間が例えばワイヤボンディングにて電気的に接続されている。   As shown in FIG. 4, a plurality of sensor side connection portions 30 are provided on the vertical surface 8 a near the base portion 17 of the vibrator 12, and between the sensor side connection portions 30 and the electrode pads of the vibrator 12. Are electrically connected by wire bonding, for example.

図1,図4に示すように、振動子12の基部17よりも第1基板7側(図示下方向)の垂直面8aに凹部8bが形成されている。基部17の部分は、垂直面8aへの実装位置(固定位置)なので、凹部8bは、ジャイロセンサ素子3から離れた位置の垂直面8aに形成される。そしてIC4が凹部8b内に収納されている。IC4付近の垂直面8aには複数個のIC側第1接続部31とIC側第2接続部32が設けられる。   As shown in FIGS. 1 and 4, a concave portion 8 b is formed on a vertical surface 8 a on the first substrate 7 side (downward direction in the drawing) from the base portion 17 of the vibrator 12. Since the portion of the base portion 17 is a mounting position (fixed position) on the vertical surface 8a, the concave portion 8b is formed on the vertical surface 8a at a position away from the gyro sensor element 3. IC4 is accommodated in the recess 8b. A plurality of IC side first connection portions 31 and IC side second connection portions 32 are provided on the vertical surface 8a in the vicinity of the IC 4.

図4に示すように、IC側第1接続部31は、センサ側接続部30よりも第1基板7側にあるが、IC側第2接続部32よりも第1基板7から離れた位置にある。すなわち下から図示上方向に向けて、IC側第2接続部32、IC側第1接続部31、及びセンサ側接続部30の順に設けられる。   As shown in FIG. 4, the IC-side first connection portion 31 is located closer to the first substrate 7 than the sensor-side connection portion 30, but is located farther from the first substrate 7 than the IC-side second connection portion 32. is there. That is, the IC-side second connection portion 32, the IC-side first connection portion 31, and the sensor-side connection portion 30 are provided in this order from the bottom toward the top in the figure.

IC4とIC側第1接続部31及びIC側第2接続部32間は例えばワイヤボンディングにより電気的に接続されている。IC4は凹部8b内にポッティング樹脂38等により埋設されている。   The IC 4 and the IC side first connection part 31 and the IC side second connection part 32 are electrically connected, for example, by wire bonding. The IC 4 is embedded in the recess 8b with a potting resin 38 or the like.

図4に示すように、センサ側接続部30とIC側第1接続部31とが第1配線パターン33にて電気的に接続される。第1配線パターン33は、導電性材料にて垂直面8a上にスパッタやメッキ等で形成される。   As shown in FIG. 4, the sensor side connection part 30 and the IC side first connection part 31 are electrically connected by a first wiring pattern 33. The first wiring pattern 33 is formed of a conductive material on the vertical surface 8a by sputtering or plating.

一方、IC側第2接続部32には、第2配線パターン34が電気的に接続されている。第2配線パターン34は、図3に示す実装基板2(第1基板7)の底面36に露出して設けられた電極35と電気的に接続されている。電極35は平板形状であり、平面の底面36に薄い膜厚で形成される。   On the other hand, the second wiring pattern 34 is electrically connected to the IC-side second connection portion 32. The second wiring pattern 34 is electrically connected to an electrode 35 provided exposed on the bottom surface 36 of the mounting substrate 2 (first substrate 7) shown in FIG. The electrode 35 has a flat plate shape and is formed on the flat bottom surface 36 with a thin film thickness.

本実施形態では複数ある第2配線パターン34のうち、半分の第2配線パターン34は、実装基板2の正面である垂直面8a上を通って電極35にまで延出しており、残り半分の第2配線パターン34は、図4,図5に示すようにビアホール37を介して、実装基板2の裏面に通され、裏面から電極35にまで延出している。   In the present embodiment, among the plurality of second wiring patterns 34, half of the second wiring patterns 34 extend to the electrode 35 through the vertical surface 8 a that is the front surface of the mounting substrate 2, and the remaining half of the second wiring patterns 34. As shown in FIGS. 4 and 5, the two wiring pattern 34 is passed through the back surface of the mounting substrate 2 through the via hole 37 and extends from the back surface to the electrode 35.

カバー5は、塵埃の混入を防止し、またジャイロセンサ素子3に対する外的接触の防止等のために用いられる。カバー5は、例えば金属カバーである。なおカバー5の設置は必須でないが、設けたほうが好適である。   The cover 5 is used for preventing dust from entering and preventing external contact with the gyro sensor element 3. The cover 5 is a metal cover, for example. In addition, although installation of the cover 5 is not essential, it is preferable to provide it.

本実施形態におけるジャイロセンサ装置1の特徴的構成は、回路基板6上に高さ方向(Z軸方向)に立設される実装基板2が設けられ、この実装基板2の垂直面8aにジャイロセンサ素子3が直接、実装されている点、及び、実装基板2の底面36は、電極35が露出した回路基板6への実装面である点、である。   A characteristic configuration of the gyro sensor device 1 in the present embodiment is that a mounting board 2 is provided on a circuit board 6 so as to be erected in the height direction (Z-axis direction), and a gyro sensor is provided on a vertical surface 8 a of the mounting board 2. The element 3 is directly mounted, and the bottom surface 36 of the mounting substrate 2 is a mounting surface to the circuit substrate 6 where the electrodes 35 are exposed.

本実施形態では上記した構成により、ジャイロセンサ素子3を高さ方向(Z軸方向)に立てた状態でジャイロセンサ装置1内へ実装するための実装工程が、ジャイロセンサ素子3を実装基板2の垂直面8aに直接、実装する1回だけで足り、従来のように複数回行う必要がない。しかも、ジャイロセンサ装置1を回路基板6に面実装できる。以上により、従来に比べてジャイロセンサ素子3を高さ方向(Z軸方向)に立てて実装するジャイロセンサ装置1において、ジャイロセンサ素子3の実装工程が煩雑にならず、しかも、他の面実装部品と同工程でジャイロセンサ装置1を回路基板6上に実装でき、製造コストの低減を図ることが出来る。   In the present embodiment, with the above-described configuration, the mounting process for mounting the gyro sensor element 3 in the gyro sensor device 1 in a state where the gyro sensor element 3 stands in the height direction (Z-axis direction) Only one mounting is required directly on the vertical surface 8a, and there is no need to perform a plurality of times as in the prior art. Moreover, the gyro sensor device 1 can be surface-mounted on the circuit board 6. As described above, in the gyro sensor device 1 in which the gyro sensor element 3 is mounted upright in the height direction (Z-axis direction) as compared with the prior art, the mounting process of the gyro sensor element 3 is not complicated, and other surface mounting is performed. The gyro sensor device 1 can be mounted on the circuit board 6 in the same process as the parts, and the manufacturing cost can be reduced.

また本実施形態では、実装基板2に凹部8bを形成し、この凹部8b内にIC4を収納することで、ジャイロセンサ装置1を小型化のまま限られたスペースにIC4を確実に固定支持できる。ジャイロセンサ素子3との電気的接続を考えると、IC4をジャイロセンサ素子3と共に垂直面8aに設けることが好適である。このとき、垂直面8aに凹部8bを形成し、この凹部8b内にIC4を収納するので、IC4の垂直面8aへの設置がジャイロセンサ素子3の実装の邪魔になることはない。また、凹部8bを垂直面8aに形成するとき、アーム部15,16と対向する垂直面8aの位置に凹部8bを形成することで、垂直面8aの面積を大きくすることなく、ジャイロセンサ装置1の小型化を実現できる。   In the present embodiment, the concave portion 8b is formed in the mounting substrate 2, and the IC 4 is accommodated in the concave portion 8b, so that the gyro sensor device 1 can be securely fixed and supported in a limited space while being miniaturized. Considering the electrical connection with the gyro sensor element 3, it is preferable to provide the IC 4 together with the gyro sensor element 3 on the vertical surface 8a. At this time, since the recess 8b is formed in the vertical surface 8a and the IC 4 is accommodated in the recess 8b, the installation of the IC 4 on the vertical surface 8a does not interfere with the mounting of the gyro sensor element 3. Further, when the concave portion 8b is formed on the vertical surface 8a, the concave portion 8b is formed at the position of the vertical surface 8a facing the arm portions 15 and 16, thereby increasing the area of the vertical surface 8a without increasing the area of the vertical surface 8a. Can be reduced in size.

またセンサ側接続部30、IC側第1接続部31、IC側第2接続部32の高さ方向(Z軸方向)への並びを図4のように規定することで、摺動子側接続部30とIC側第1接続部31間を電気的に接続する第1配線パターン33と、IC側第2接続部32と底面36に現れる電極35間を電気的に接続する第2配線パターン34とを高さ方向(Z軸方向)に向けて並設することが出来る。   Further, by defining the arrangement in the height direction (Z-axis direction) of the sensor side connection part 30, the IC side first connection part 31, and the IC side second connection part 32 as shown in FIG. The first wiring pattern 33 that electrically connects the part 30 and the IC side first connection part 31 and the second wiring pattern 34 that electrically connects the IC side second connection part 32 and the electrode 35 that appears on the bottom surface 36. Can be juxtaposed in the height direction (Z-axis direction).

すなわち図6も本実施形態の一態様であるが、図6では、第1基板7側から図示上方向に向けて、センサ側接続部30、IC側第1接続部31、及びIC側第2接続部32の順に形成されている。かかる場合では、センサ側接続部30とIC側第1接続部31間を電気的に接続する第1配線パターン33と、IC側第2接続部32と電極35間を電気的に接続する第2配線パターン34とを高さ方向に並設できず、幅方向(X軸方向)に対向した配置関係になり、第1配線パターン33と第2配線パターン34とが近接する。   That is, FIG. 6 is also an aspect of the present embodiment, but in FIG. 6, the sensor-side connection portion 30, the IC-side first connection portion 31, and the IC-side second portion are directed from the first substrate 7 side upward in the drawing. The connection portions 32 are formed in this order. In such a case, the first wiring pattern 33 that electrically connects the sensor side connection part 30 and the IC side first connection part 31, and the second wiring line that electrically connects the IC side second connection part 32 and the electrode 35. The wiring patterns 34 cannot be arranged side by side in the height direction, and are in an arrangement relationship facing the width direction (X-axis direction), so that the first wiring pattern 33 and the second wiring pattern 34 are close to each other.

図4では、第1配線パターン33及び第2配線パターン34は、IC側接続部31,32から互いに離れる方向に向けて延出するが、図6の形態では、第1配線パターン33と第2配線パターン34とが図4の形態に比べて近接しやすいため、ジャイロセンサ素子3からIC4に向う微小な検出信号と、IC4で増幅された信号との耐クロストーク性が低下する。また図6の形態において垂直面8aの幅方向(X軸方向)の寸法を広げることで、幅方向にて対向する第1配線パターン33と、第2配線パターン34間の距離を離すことができるが、垂直面8aの面積(実装面積)が大きくなり、ジャイロセンサ装置1の小型化を実現できない。   In FIG. 4, the first wiring pattern 33 and the second wiring pattern 34 extend away from the IC side connection portions 31 and 32, but in the form of FIG. 6, the first wiring pattern 33 and the second wiring pattern 34 Since the wiring pattern 34 is more likely to be closer than in the form of FIG. 4, crosstalk resistance between a minute detection signal from the gyro sensor element 3 toward the IC 4 and a signal amplified by the IC 4 is reduced. In the embodiment of FIG. 6, the distance between the first wiring pattern 33 and the second wiring pattern 34 facing each other in the width direction can be increased by increasing the width direction (X-axis direction) dimension of the vertical surface 8a. However, the area (mounting area) of the vertical surface 8a is increased, and the gyro sensor device 1 cannot be reduced in size.

したがって図6の形態に比べて図4の形態を用いることで、信号の耐クロストーク性を向上させることができるとともに、ジャイロセンサ装置1の小型化を実現できる。   Therefore, by using the form of FIG. 4 compared to the form of FIG. 6, the crosstalk resistance of the signal can be improved, and the gyro sensor device 1 can be downsized.

本実施形態のジャイロセンサ装置1の製造方法では、垂直面8aを備えるとともに、センサ側接続部30、IC側第1接続部31、IC側第2接続部32、第1配線パターン33、第2配線パターン34が形成された実装基板2を形成する。また実装基板2の平面状の底面36に平板状の電極35をスパッタやメッキ等で形成し、底面36を回路基板6に対する実装面とする。続いて、IC4を実装基板2に実装する。このとき、実装基板2に凹部を形成し、この凹部内にIC4を収納するのが好適である。続いて、実装基板2の垂直面8aにジャイロセンサ素子3を直接、実装する。続いて、ワイヤボンディング等でジャイロセンサ素子3と接続部30間、IC4と接続部31,32間を電気的に接続する。そして最後にカバー5を被せる。本実施形態のジャイロセンサ装置1の製造方法によれば、装置内でのジャイロセンサ素子3の実装工程が1回で済む。また底面36を回路基板6への実装面にできるので、他の面実装部品と同じ工程で、簡単にジャイロセンサ装置1を回路基板6上に実装できる。   In the manufacturing method of the gyro sensor device 1 according to the present embodiment, the vertical surface 8a is provided, and the sensor side connection portion 30, the IC side first connection portion 31, the IC side second connection portion 32, the first wiring pattern 33, and the second. The mounting substrate 2 on which the wiring pattern 34 is formed is formed. A flat electrode 35 is formed on the planar bottom surface 36 of the mounting substrate 2 by sputtering or plating, and the bottom surface 36 is used as a mounting surface for the circuit substrate 6. Subsequently, the IC 4 is mounted on the mounting substrate 2. At this time, it is preferable to form a recess in the mounting substrate 2 and house the IC 4 in the recess. Subsequently, the gyro sensor element 3 is directly mounted on the vertical surface 8 a of the mounting substrate 2. Subsequently, the gyro sensor element 3 and the connection part 30 and the IC 4 and the connection parts 31 and 32 are electrically connected by wire bonding or the like. Finally, the cover 5 is put on. According to the manufacturing method of the gyro sensor device 1 of the present embodiment, the mounting process of the gyro sensor element 3 in the device is only required once. Since the bottom surface 36 can be used as a mounting surface on the circuit board 6, the gyro sensor device 1 can be easily mounted on the circuit board 6 in the same process as other surface mounting components.

上記の実施形態では、ジャイロセンサ装置1として説明したが、物理量センサ素子を立てた状態で実装する他の物理量センサ装置(圧力センサや加速度センサ等)にも適用できる。   In the above embodiment, the gyro sensor device 1 has been described. However, the present invention can also be applied to other physical quantity sensor devices (such as a pressure sensor and an acceleration sensor) that are mounted with the physical quantity sensor elements standing.

本発明の第1実施形態のジャイロセンサ装置の断面図(図2のA−A線に沿って切断し矢印方向から見た断面図)、Sectional drawing (sectional drawing cut | disconnected along the AA line of FIG. 2 and seen from the arrow direction) of the gyro sensor apparatus of 1st Embodiment of this invention, 第1実施形態のジャイロセンサ装置の正面図、The front view of the gyro sensor device of a 1st embodiment, 第1実施形態のジャイロセンサ装置の底面図、A bottom view of the gyro sensor device of the first embodiment, 図2に示すジャイロセンサ装置からカバーを外した状態のジャイロセンサ装置の正面図、FIG. 2 is a front view of the gyro sensor device with a cover removed from the gyro sensor device shown in FIG. 第1実施形態のジャイロセンサ装置の裏面図、The back view of the gyro sensor device of a 1st embodiment, 本発明の第2実施形態のジャイロセンサ装置の正面図(カバーを外した状態を示す)、A front view of the gyro sensor device of the second embodiment of the present invention (showing a state where the cover is removed), ジャイロセンサ装置を構成する音叉型振動子の拡大平面図、An enlarged plan view of a tuning fork type vibrator constituting the gyro sensor device, 図7に示すB−B線から切断し矢印方向から見た音叉型振動子の拡大断面図、FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a tuning fork vibrator viewed from the direction of the arrow cut along the line BB shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 ジャイロセンサ装置
2 実装基板
3 ジャイロセンサ素子
5 カバー
6 回路基板
7 第1基板
8 第2基板
8a 垂直面
8b 凹部
12 振動子
14 圧電機能素子
15、16 アーム部
17 基部
30 センサ側接続部
31、32 IC側接続部
33 第1配線パターン
34 第2配線パターン
35 電極
36 底面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gyro sensor apparatus 2 Mounting board 3 Gyro sensor element 5 Cover 6 Circuit board 7 1st board 8 2nd board | substrate 8a Vertical surface 8b Recessed part 12 Vibrator 14 Piezoelectric functional element 15, 16 Arm part 17 Base part 30 Sensor side connection part 31, 32 IC side connection part 33 1st wiring pattern 34 2nd wiring pattern 35 Electrode 36 Bottom face

Claims (7)

回路基板上に高さ方向に向けて立設される実装基板と、前記回路基板の表面から見て前記実装基板の垂直面に実装される物理量センサ素子と、を有し、
前記実装基板の底面は電極が露出した前記回路基板への実装面であることを特徴とする物理量センサ装置。
A mounting board that is erected on the circuit board in the height direction, and a physical quantity sensor element that is mounted on a vertical surface of the mounting board when viewed from the surface of the circuit board,
The physical quantity sensor device according to claim 1, wherein a bottom surface of the mounting substrate is a mounting surface on the circuit substrate from which an electrode is exposed.
前記実装基板は、前記回路基板上に実装される第1基板と、前記第1基板の表面に立設された第2基板とを備え、前記第1基板の表面から見て前記第2基板の垂直面に前記物理量センサ素子が実装され、前記第1基板の底面が前記回路基板への前記実装面である請求項1記載の物理量センサ装置。   The mounting board includes a first board mounted on the circuit board and a second board erected on the surface of the first board, and the second board as viewed from the surface of the first board. The physical quantity sensor device according to claim 1, wherein the physical quantity sensor element is mounted on a vertical plane, and a bottom surface of the first substrate is the mounting surface on the circuit board. 前記第1基板と前記第2基板は一体成形されている請求項2記載の物理量センサ装置。   The physical quantity sensor device according to claim 2, wherein the first substrate and the second substrate are integrally formed. 前記実装基板には、凹部が形成され、この凹部内に前記物理量センサ素子と電気的に接続されるICが収納されている請求項1ないし3のいずれかに記載の物理量センサ装置。   The physical quantity sensor device according to claim 1, wherein a concave portion is formed in the mounting substrate, and an IC electrically connected to the physical quantity sensor element is accommodated in the concave portion. 前記凹部は前記垂直面に形成される請求項1ないし4のいずれかに記載の物理量センサ装置。   The physical quantity sensor device according to claim 1, wherein the concave portion is formed on the vertical surface. 前記物理量センサ素子と電気的に接続されるセンサ側接続部、ICと電気的に接続されるIC側第1接続部、及びIC側第2接続部が前記垂直面に形成され、下から高さ方向に向けて、前記IC側第2接続部、前記IC側第1接続部、及び前記センサ側接続部の順に形成されており、
前記センサ側接続部と前記IC側第1接続部間を電気的に接続する第1配線パターンと、前記IC側第2接続部と前記電極間を電気的に接続する第2配線パターンとが、高さ方向に向けて並設されている請求項1ないし5のいずれかに記載の物理量センサ装置。
A sensor-side connection portion that is electrically connected to the physical quantity sensor element, an IC-side first connection portion that is electrically connected to the IC, and an IC-side second connection portion are formed on the vertical surface, and have a height from below. In the direction, the IC side second connection part, the IC side first connection part, and the sensor side connection part are formed in this order,
A first wiring pattern that electrically connects the sensor side connection portion and the IC side first connection portion, and a second wiring pattern that electrically connects the IC side second connection portion and the electrode, The physical quantity sensor device according to claim 1, wherein the physical quantity sensor device is arranged in parallel in a height direction.
前記物理量センサは、少なくとも2つのアーム部と、これらアーム部を連結する基部とを有する振動子を備えた高さ方向への軸周りの角速度を検知するためのジャイロセンサである請求項1ないし6のいずれかに記載の物理量センサ装置。   The physical quantity sensor is a gyro sensor for detecting an angular velocity around an axis in a height direction including a vibrator having at least two arm portions and a base portion connecting the arm portions. The physical quantity sensor device according to any one of the above.
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