JP2010028025A

JP2010028025A - 電子装置

Info

Publication number: JP2010028025A
Application number: JP2008190932A
Authority: JP
Inventors: Takuya Kadoguchi; 卓矢門口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】外部からの応力がＭＥＭＳの作動に与える影響を低減することが可能な電子装置を提供すること。
【解決手段】制御ＩＣとＭＥＭＳと有する電子装置であって、前記制御ＩＣは、背面に、縁部によって一部又は全部が囲繞された凹部が形成されており、前記ＭＥＭＳは、可動部が存する側の面の外縁に、該可動部を含む中央部に比して厚みが小さいエッジ部が形成されており、該エッジ部と前記制御ＩＣの縁部が接合することにより、前記中央部が前記制御ＩＣの凹部に収納されるように前記制御ＩＣと接合され、該制御ＩＣとの接合面と反対側の面が、該電子装置における外部への実装面と反対側の面となる、電子装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御ＩＣ（Integrated Circuit）とＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を主要な構成要素とする電子装置に関する。

従来、各種のセンサー等、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等の機械部品を含む部品と制御ＩＣ（回路チップ）を備える電子部品が広く用いられている。ＭＥＭＳとは、機械部品、センサー、アクチュエータ、電子回路等を一つのシリコン基板、ガラス基板、有機材料などの上に集積化したデバイスと定義されている。

この一種であって、一面に検出部を有する電子部品と基材とが重ねられ、これら電子部品と基材とが電気的に接続されてなる電子装置において、電子部品は、一面を基材に対向させた状態でバンプを介して基材に重ねられており、電子部品と基材とはバンプによって電気的に接続されるとともに、バンプによって電子部品と基材とは離間しており、電子部品の一面には、電気絶縁性を有するフィルム状の接着フィルムが貼り付けられており、この接着フィルムのうち検出部に対応する部位は、検出部とは空隙を有して離れた中空部を構成しており、中空部の内部の圧力は、中空部の外部の圧力よりも高いことを特徴とする電子装置についての発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−８９４１１号公報

上記特許文献１には、外部への接続をセンサチップ（上記機械部品に相当）側で行なうことが記載されている（図１参照）。しかしながら、係る構成では、基板等に実装された後において、基板等と装置の線膨張係数の差による応力をセンサチップが強く受けることとなり、誤作動や誤検出を生じる場合がある。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、外部からの応力がＭＥＭＳの作動に与える影響を低減することが可能な電子装置を提供することを、主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
制御ＩＣとＭＥＭＳと有する電子装置であって、
前記制御ＩＣは、
背面に、縁部によって一部又は全部が囲繞された凹部が形成されており、
前記ＭＥＭＳは、
可動部が存する側の面の外縁に、該可動部を含む中央部に比して厚みが小さいエッジ部が形成されており、
該エッジ部と前記制御ＩＣの縁部が接合することにより、前記中央部が前記制御ＩＣの凹部に収納されるように前記制御ＩＣと接合され、
該制御ＩＣとの接合面と反対側の面が、該電子装置における外部への実装面と反対側の面となる、
電子装置である。

この本発明の第１の態様によれば、ＭＥＭＳを実装面と反対側に配置しているため、ＭＥＭＳに応力によるストレスが伝達されにくい。従って、外部からの応力がＭＥＭＳの作動に与える影響を低減することができる。

本発明の第１の態様において、
前記制御ＩＣの縁部に、前記制御ＩＣと前記ＭＥＭＳとを導通させる導電体が挿入されているものとしてもよい。

本発明の第２の態様は、
制御ＩＣと、ＭＥＭＳとが封止部材により封止された電子装置であって、
前記ＭＥＭＳは、
可動部が存する側の面が、前記制御ＩＣに対向すると共に、ガラスによりキャッピングされており、
前記可動部が存する側の面と反対側の面の外縁付近に、張り出し部を有することを特徴とする、
電子装置である。

この本発明の第２の態様によれば、外部からの応力がＭＥＭＳの作動に与える影響を低減することができる。

本発明の第３の態様は、
制御ＩＣと、ＭＥＭＳとが封止部材により封止された電子装置であって、
前記ＭＥＭＳは、
可動部が存する側の面が、前記制御ＩＣに対向すると共に、該可動部が存する側の面に比して広く且つ該可動部が存する側の面を覆うガラスによりキャッピングされていることを特徴とする、
電子装置である。

この本発明の第３の態様によれば、外部からの応力がＭＥＭＳの作動に与える影響を低減することができる。

本発明の第４の態様は、角速度センサー、加速度センサー、圧力センサーのいずれかとして構成される本発明の第１ないし第３の態様の電子装置であって、前記ＭＥＭＳは、検出用機械部品を含む、電子装置である。

本発明の第５の態様は、
ＭＥＭＳが封止部材により封止された電子装置であって、
前記封止部材は、中空構造を有さず、
前記ＭＥＭＳは、
可動部が存する側の面が、前記制御ＩＣに対向すると共に、該可動部が存する側の面に比して広く且つ該可動部が存する側の面を覆うガラスによりキャッピングされていることを特徴とする、
電子装置である。

この本発明の第５の態様によれば、外部からの応力がＭＥＭＳの作動に与える影響を低減することができる。

本発明によれば、外部からの応力がＭＥＭＳの作動に与える影響を低減することが可能な電子装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

＜第１実施例＞
以下、本発明の第１実施例に係る電子装置１について説明する。

［構成］
図１は、本発明の第１実施例に係る電子装置１を構成要素毎に分離して示す断面図である。電子装置１は、主要な構成として、制御ＩＣ１０と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）２０と、を備える。

制御ＩＣ１０は、例えば、シリコン基板の一方の面（主面１１）に、トランジスタ等を含む回路が形成されている。制御ＩＣ１０は、ＭＥＭＳ２０と貫通電極１５で導通しており、ＭＥＭＳ２０への駆動信号の送信や、ＭＥＭＳ２０から入力される信号を処理して外部に出力する機能を有する。

制御ＩＣ１０の背面１２には、キャビティ（凹部）１３及びこれを囲繞する縁部１４が形成されている。前述した貫通電極１５は、縁部を貫通して主面１１に形成された回路とＭＥＭＳ２０を導通させている。

また、制御ＩＣ１０は、表面実装により外部（例えばプリント基板等）に実装される。このための構成として、半田ボール１８及び絶縁体１９を図示した。なお、本実施例の電子装置１はＣＳＰ(Chip size package)型の装置として構成されるため表面実装されるのが好適であるが、半田ボールによる実装の他、他の種類のバンプや平面電極パッド、剣山型の電極等によって外部に実装されてもよい。

ＭＥＭＳ２０は、機械部品である可動部２２、その他必要な電子回路等を有する。ＭＥＭＳ２０の第１の面２１には、可動部２２を含む中央部２３と、その外縁であって中央部２３よりも厚みが小さいエッジ部２４が形成されている。エッジ部２４には、可動部２２と信号入出力を行なうためのＭＥＭＳ電極２５が、中央部２３から引き出されている。

ＭＥＭＳ２０は、例えば、ＳＯＩ基板を基本として形成され、ＳＯＩ基板における第２シリコン層に対してトレンチエッチングやリリースエッチングなどを施すことにより可動部２２が形成される。可動部２２は、バネ性を有する梁などによりＭＥＭＳ２０に連結されている。

図２は、電子装置１の完成状態を示す断面図である。図示する如く、制御ＩＣ１０の縁部１４は、ＭＥＭＳ２０のエッジ部２４と接合される。係る接合の具体的手段については特段の制限はない。そして、ＭＥＭＳ２０の可動部２２を含む中央部２３が、制御ＩＣ１０のキャビティ１３に収納された状態で制御ＩＣ１０とＭＥＭＳ２０が接合され、ＣＳＰ型の電子装置１が構成される。係る構成によって、制御ＩＣの主面１１が電子装置１の実装面となる。また、ＭＥＭＳ２０の第２の面２６は、電子装置１の実装面と反対の面となる。

本実施例の電子装置１は、例えば角速度センサー、加速度センサー、圧力センサー等、機械部品と電子部品を具備する各種センサーとして構成される。以下、電子装置１が角速度センサーであるものとする。この場合、ＭＥＭＳ２０は、制御ＩＣ１０からの駆動信号に従って、図示しない励振機構が可動部２２を、ある方向に励振振動させる。そして、可動部２２に回転が与えられた際にコリオリ力によって生じる、励振振動と直交する方向の振動（変位）を、図示しない検出機構が容量変化等によって検出する。検出された振動は制御ＩＣ１０に出力され、制御ＩＣ１０が整流、検波、増幅等の処理を行なって、処理結果を角速度信号として外部に出力する。

［本実施例による効果等］
以下、本実施例の電子装置１が奏する効果について説明する。まず、ＭＥＭＳ２０において、機械部品である可動部２２は何らかの手段によりキャッピングされる必要があるが、この点、電子装置１では、制御ＩＣ１０の背面１２によって可動部２２のキャッピングがされているため、樹脂等の封止用部材等を設ける必要がない。そして、制御ＩＣ１０とＭＥＭＳ２０のサイズを一致させ、小型化するのが可能となる。

また、プリント基板等の実装対象に実装された後に、実装対象との線膨張係数の差によって応力が生じるが、電子装置１では、ＭＥＭＳ２０を実装側と反対側に配置しているため、ＭＥＭＳ２０に応力によるストレスが伝達されにくい。従って、誤作動や誤検出が生じるのを抑制することができる。

更に、キャビティ１３によって制御ＩＣ１０の中央部の厚みが薄くなっているため、実装対象が熱によって伸縮するのに合わせて制御ＩＣ１０もある程度伸縮することが可能となる。これによって、実装対象との接合部となる半田ボール１８の耐久性を向上させることができる。また、単に制御ＩＣ１０全体の厚みを薄くするのではなく、縁部１４を厚く維持しているため、制御ＩＣ１０の反りを抑制することができる。

本実施例の電子装置１によれば、外部からの応力がＭＥＭＳの作動に与える影響を低減することができる。また、上記の種々の効果を奏することもできる。

＜第２実施例＞
以下、本発明の第２実施例に係る電子装置２について説明する。電子装置２は、封止用部材５０によってパッケージされたＱＦＰ型の電子装置である。

［構成］
図３は、本発明の第２実施例に係る電子装置２の断面図である。電子装置２は、第１実施例と同様に制御ＩＣ１０とＭＥＭＳ２０とを備える他、キャッピングガラス３０と、外部端子４０と、封止用部材５０と、を備える。なお、制御ＩＣ１０とＭＥＭＳ２０が有する構造のうち第１実施例と共通ないし類似するものについては同一の符号を付すこととする。

本実施例の制御ＩＣ１０の主面に設けられた図示しない電極部は、ボンディングワイヤー６０によって外部端子４０と接続されている。制御ＩＣ１０の背面は、ダイパッド３５を介してキャッピングガラス３０に接合されている。

本実施例のＭＥＭＳ２０は、第１実施例と同様に、機械部品である可動部２２を備える。そして、可動部２２は、キャッピングガラス３０によってキャッピングされる。

ＭＥＭＳ２０のＭＥＭＳ電極２５は、キャッピングガラス３０上に設けられており、ボンディングワイヤー６２によって外部端子４０と接続されている。係る構成によって、制御ＩＣ１０とＭＥＭＳ２０の間の信号送受信や、これらと外部との信号送受信が可能となっている。

外部端子４０は、電子装置２から突き出したガルウイング形状となっており、実装対象となるプリント基板等に半田付け等されて接続される。

封止用部材５０は、例えば、セラミック、エポキシ樹脂、プラスチック等により形成され、制御ＩＣ１０、ＭＥＭＳ２０、キャッピングガラス３０等を、中空構造を有さない形で包含する。

また、本実施例のＭＥＭＳ２０は、特徴的な構造として、可動部２２が存する側の面と反対側の面の外縁付近に、張り出し部２８が形成されている。ここで、「可動部２２が存する側の面と反対側の面の外縁付近」とは、図４に示す如く、可動部２２の一端（可動部２２が外側に開口している開口側と反対の端）の延長線２９よりも、当該開口側の反対側寄りであると換言してよい。

［本実施例による効果等］
通常、この種のＱＦＰ型の電子装置では、実装後の熱ストレス、すなわち実装対象との線膨張係数の差によって生じる応力の影響を緩和するために、封止部材を中空構造にする等の工夫をしている。しかしながら、中空構造を形成するのは手間（コスト）がかかる上に、装置のサイズが大きくなるという問題も生じる。

この点、本実施例の電子装置２では、図３に示した如く、張り出し部２８に応力を集中させることができる。張り出し部２８は、可動部２２が存する側の面と反対側の面の外縁付近に形成されている（可動部２２の一端の延長線よりも、当該開口側の反対側寄りに形成されている）ため、張り出し部２８に与えられた応力が可動部２２に与える影響は小さいものとなる。従って、封止部材５０を中空構造としなくともよいのである。このため、封止部材５０の形成が容易となり、装置のサイズをコンパクトにすることができる。

本実施例の電子装置２によれば、中空構造を有さない封止部材を用いつつ、外部からの応力がＭＥＭＳの作動に与える影響を低減することができる。

＜第３実施例＞
以下、本発明の第３実施例に係る電子装置３について説明する。電子装置３は、第２実施例の電子装置２と同様、封止用部材５０によってパッケージされたＱＦＰ型の電子装置である。

［構成］
図５は、本発明の第３実施例に係る電子装置３の断面図である。電子装置３は、第１実施例と同様に制御ＩＣ１０とＭＥＭＳ２０とを備える他、キャッピングガラス３０と、外部端子４０と、封止用部材５０と、を備える。なお、第２実施例と同様、制御ＩＣ１０とＭＥＭＳ２０が有する構造のうち第１実施例と共通ないし類似するものについては同一の符号を付すこととする。

本実施例の制御ＩＣ１０の主面に設けられた図示しない電極部は、ボンディングワイヤー６０によって外部端子４０と接続されている。制御ＩＣ１０の背面は、ダイパッド３５を介してＭＥＭＳ２０の可動部２２が存する面と反対側の面に接合されている。

本実施例のＭＥＭＳ２０は、第１実施例と同様に、機械部品である可動部２２を備える。そして、可動部２２は、キャッピングガラス３０によってキャッピングされる。図示する如く、本実施例のＭＥＭＳ２０及びキャッピングガラス３０は、ダイパッド３５や制御ＩＣ１０に対して第２実施例とは反対側に取り付けられる。

ＭＥＭＳ２０のＭＥＭＳ電極２５は、キャッピングガラス３０を貫通して設けられており、ボンディングワイヤー６２によって外部端子４０と接続されている。係る構成によって、制御ＩＣ１０とＭＥＭＳ２０の間の信号送受信や、これらと外部との信号送受信が可能となっている。

また、本実施例のＭＥＭＳ２０は、特徴的な構造として、キャッピングガラス３０が、ＭＥＭＳ２０の可動部２２が存する面に比して広くなっており、且つＭＥＭＳ２０の可動部２２が存する面を覆うように取り付けられている。

この点、本実施例の電子装置３では、図５に示した如く、キャッピングガラス３０に応力を集中させることができる。従って、封止部材５０を中空構造としなくともよいのである。このため、封止部材５０の形成が容易となり、装置のサイズをコンパクトにすることができる。

本実施例の電子装置３によれば、中空構造を有さない封止部材を用いつつ、外部からの応力がＭＥＭＳの作動に与える影響を低減することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、図６に示す如く、第１実施例において、ＭＥＭＳ電極２５を中央部２３からエッジ部２４に引き出すのではなく、中央部２３とエッジ部２４にそれぞれ電極を備え、これらをボンディングワイヤー６４によって接続してもよい。

また、図７に示す如く、第３実施例において、制御ＩＣ１０を備えず、ＢＧＡ構造等によって外部と接続する（実装される）ものとしてもよい。この場合、制御ＩＣ１０の機能は、当該電子装置が実装される側の電子回路等が有することとなる。係る構成であっても、第３実施例と同様に、外部からの応力がＭＥＭＳの作動に与える影響を低減することができる。

また、図８に示す如く、第３実施例において、制御ＩＣ１０を複数個備えるものとしてもよい。

本発明は、自動車製造業や自動車部品製造業等に利用可能である。

本発明の第１実施例に係る電子装置１を構成要素毎に分離して示す断面図である。電子装置１の完成状態を示す断面図である。本発明の第２実施例に係る電子装置２の断面図である。電子装置２の特徴部分を説明するための説明図である。本発明の第３実施例に係る電子装置３の断面図である。本発明の第１実施例の変形例を示す図である。本発明の第３実施例の変形例を示す図である。本発明の第３実施例の変形例を示す図である。

符号の説明

１、２、３電子装置
１０制御ＩＣ
１１主面
１２背面
１３キャビティ（凹部）
１４縁部
１５貫通電極
１８半田ボール
１９絶縁体
２０ＭＥＭＳ
２１第１の面
２２可動部
２３中央部
２４エッジ部
２５ＭＥＭＳ電極
２６第２の面
２８張り出し部
２９延長線
３０キャッピングガラス
３５ダイパッド
４０外部端子
５０封止用部材
６０、６２、６４ボンディングワイヤー

Claims

制御ＩＣとＭＥＭＳと有する電子装置であって、
前記制御ＩＣは、
背面に、縁部によって一部又は全部が囲繞された凹部が形成されており、
前記ＭＥＭＳは、
可動部が存する側の面の外縁に、該可動部を含む中央部に比して厚みが小さいエッジ部が形成されており、
該エッジ部と前記制御ＩＣの縁部が接合することにより、前記中央部が前記制御ＩＣの凹部に収納されるように前記制御ＩＣと接合され、
該制御ＩＣとの接合面と反対側の面が、該電子装置における外部への実装面と反対側の面となる、
電子装置。
前記制御ＩＣの縁部に、前記制御ＩＣと前記ＭＥＭＳとを導通させる導電体が挿入されている、請求項１に記載の電子装置。
制御ＩＣと、ＭＥＭＳとが封止部材により封止された電子装置であって、
前記ＭＥＭＳは、
可動部が存する側の面が、前記制御ＩＣに対向すると共に、ガラスによりキャッピングされており、
前記可動部が存する側の面と反対側の面の外縁付近に、張り出し部を有することを特徴とする、
電子装置。
制御ＩＣと、ＭＥＭＳとが封止部材により封止された電子装置であって、
前記ＭＥＭＳは、
可動部が存する側の面が、前記制御ＩＣに対向すると共に、該可動部が存する側の面に比して広く且つ該可動部が存する側の面を覆うガラスによりキャッピングされていることを特徴とする、
電子装置。
角速度センサー、加速度センサー、圧力センサーのいずれかとして構成される請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電子装置であって、
前記ＭＥＭＳは、検出用機械部品を含む、電子装置。
ＭＥＭＳが封止部材により封止された電子装置であって、
前記封止部材は、中空構造を有さず、
前記ＭＥＭＳは、
可動部が存する側の面が、前記制御ＩＣに対向すると共に、該可動部が存する側の面に比して広く且つ該可動部が存する側の面を覆うガラスによりキャッピングされていることを特徴とする、
電子装置。