JP2010185716A - 角速度センサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】リードフレームに搭載された角速度センサおよび他の電子部品の応力を低減可能な角速度センサモジュールを提供する。
【解決手段】角速度センサモジュールは、角速度検出素子を有する角速度センサ３０と、角速度センサ３０に接続される電子回路を有するＡＳＩＣ素子２０と、角速度センサ３０およびＡＳＩＣ素子２０が搭載されるリードフレーム１０と、リードフレーム１０上に搭載された角速度センサ３０およびＡＳＩＣ素子２０を封止するモールド樹脂５０とを備え、リードフレーム１０は、角速度センサ３０とＡＳＩＣ素子２０とが重なる方向に折り曲げられている。一例では、折り曲げられたリードフレーム１０を角速度センサ３０およびＡＳＩＣ素子２０が挟むようにリードフレーム１０が折り曲げられている。
【選択図】図８

Description

本発明は、角速度センサモジュールに関し、特に、角速度検出素子を含む角速度センサおよび他の電子部品が搭載されるリードフレームを有する角速度センサモジュールに関する。

特開２００２−３３４９６５号公報（特許文献１）には、実装時において基板の設置電極と実装部とを導通可能とするダイリード端子を備えた高周波デバイス用パッケージが記載されている。

実用新案登録第３０６１６６０号公報（特許文献２）には、入力出力端子フレームとペレット設置面とが平行でないホール素子が記載されている。

また、特開２００４−１６３３７６号公報（特許文献３）には、複数の質量部を互いに逆位相で振動させることにより角速度を検出する角速度センサが記載されている。

特開２００２−３３４９６５号公報 実用新案登録第３０６１６６０号公報 特開２００４−１６３３７６号公報

リードフレーム上に搭載される電子部品には、外部要因によるリードフレームの変形に伴なう応力が伝達される（本明細書では、これを『外部応力』と称する）。また、リードフレームに搭載された部品を樹脂でモールドする場合は、当該部品と樹脂との熱膨張差による応力も発生する（本明細書では、これを『内部応力』と称する）。

電子部品に作用する応力をできる限り小さくしたいという要請があるため、上記外部応力および内部応力を縮小させる構造を設けることが望ましい。しかし、特許文献１〜３には、このような応力低減のための解決策が記載も示唆もなされていない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、リードフレームに搭載された角速度センサおよび他の電子部品の応力を低減可能な角速度センサモジュールを提供することにある。

本発明に係る角速度センサモジュールは、角速度検出素子を含む角速度センサと、角速度センサに接続される電子回路を有する他の電子部品と、角速度センサおよび他の電子部品が搭載されるリードフレームと、リードフレーム上に搭載された角速度センサおよび他の電子部品を封止する樹脂部とを備え、リードフレームは、角速度センサと他の電子部品とが重なる方向に折り曲げられている。

１つの実施態様では、上記角速度センサモジュールにおいて、折り曲げられたリードフレームを角速度センサおよび他の電子部品が挟むようにリードフレームが折り曲げられる。

１つの実施態様では、上記角速度センサモジュールにおいて、リードフレームにおける折り返された部分が該リードフレームに密着するようにリードフレームが折り曲げられる。

１つの実施態様では、上記角速度センサモジュールにおいて、折り曲げられたリードフレームが角速度センサおよび他の電子部品を挟むようにリードフレームが折り曲げられる。

１つの実施態様では、上記角速度センサモジュールにおいて、角速度センサと他の電子部品とはワイヤを介して電気的に接続される。

１つの実施態様では、上記角速度センサモジュールにおいて、角速度検出素子は、基板と、基板に対して隙間をもって配置され、該基板に対して変位可能な質量部と、質量部の変位量に基づいて角速度を出力する角速度出力部とを含む。

本発明によれば、リードフレームを折り曲げることにより、リードフレームの剛性が高まるため、外部要因によるリードフレームの変形が抑制され、結果的に角速度センサおよび他の電子部品に作用する外部応力を低減することができる。また、リードフレームを折り曲げることにより、モールド樹脂の量を低減することができるので、角速度センサおよび他の電子部品と樹脂との熱膨張差による内部応力を低減することができる。

このように、本発明によれば、角速度センサモジュールにおいて、リードフレームに搭載された角速度センサおよび他の電子部品の応力を低減することができる。

本発明の１つの実施の形態に係る角速度センサモジュールに含まれる角速度検出素子の構造を示す平面図である。 図１に示される角速度検出素子に含まれる振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。 本発明の実施の形態１，２に係る角速度センサモジュールの製造方法における第１工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１，２に係る角速度センサモジュールの製造方法における第２工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る角速度センサモジュールの製造方法における第３工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る角速度センサモジュールの製造方法における第４工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る角速度センサモジュールの製造方法における第５工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る角速度センサモジュールを示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る角速度センサモジュールの製造方法における第３工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る角速度センサモジュールの製造方法における第４工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る角速度センサモジュールの製造方法における第５工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る角速度センサモジュールを示す断面図である。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。また、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

図１は、後述する本発明の実施の形態１，２に係る角速度センサモジュールに含まれる角速度検出素子の構造を示す平面図である。図２は、図１に示す角速度検出素子に含まれる振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。

実施の形態１，２に係る角速度センサモジュールは、角速度検出素子１を備えている。この角速度検出素子１は、静電駆動／容量検出型で、かつ非共振型のものであって、たとえば単結晶または多結晶の低抵抗なシリコン材料からなる振動子基板２と、この振動子基板２の主面上および裏面上に設けられたたとえば高抵抗なシリコン材料またはガラス材料等からなる保護基板３とを含む三層構造を有する。そして、両基板２，３は、振動子基板２の可動部分を収納するためのキャビティ４が形成される箇所を除いてたとえば陽極接合等の接合方法により一体的に接合されている。また、キャビティ４内は振動ダンピングを低減するために真空状態あるいは低圧力状態に保たれている。

振動子基板２には、エッチング処理等の微細加工を施すことにより、第１〜第４の各質量部７１〜７４、駆動梁８、第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２などが形成されている。

ここで、図１において、角速度検出素子１の長手方向をＹ軸方向、これに直交する短手方向をＸ軸方向、両軸に共に直交する紙面に垂直な方向をＺ軸方向としたとき、第１〜第４の各質量部７１〜７４は、部分的に接地電極１８１，１８２に接続された駆動梁８によってＹ軸方向に沿って直列に支持されており、これによって第１〜第４の各質量部７１〜７４はＸ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。すなわち、第１〜第４の各質量部７１〜７４および駆動梁８が可動部分となっており、第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、および接地電極１８１，１８２が固定部となっている。

上記の第１質量部７１においては、第１モニター電極９１および第１，第２の駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃが設けられている。

また、第２質量部７２は、駆動梁８により支持された四角形の第１駆動枠１２１と、第１駆動枠１２１の内側において上下の第１検出梁１３１により支持された２つの四角形を連接した形状の第１検出枠１４１とを有する。第１駆動枠１２１の外側には第１質量部７１に近接して上記の第１，第２駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５１ａ，１５１ｂが形成されている。また、第１検出枠１４１の２つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第１，第２検出電極１６１，１６２にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７１が形成されている。これにより、第１検出枠１４１は可動側電極１７１と共に第１検出梁１３１によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。

上記の第４質量部７４においては、第２モニター電極９２および第３，第４の駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃが設けられている。

また、第３質量部７３は、駆動梁８により支持された四角形の第２駆動枠１２２と、第２駆動枠１２２の内側において上下の第２検出梁１３２により支持された２つの四角形を連接した形状の第２検出枠１４２とを有する。第２駆動枠１２２の外側には第４質量部７４に近接して上記の第３，第４駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５２ａ，１５２ｂが形成されている。また、第２検出枠１４２の２つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第３，第４検出電極１６３，１６４にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７２が形成されている。これにより、第２検出枠１４２は可動側電極１７２と共に第２検出梁１３２によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。

上記の第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２は、振動子基板２上の保護基板３との接合箇所の上に形成されていて固定状態になっている。そして、これらの固定側の各電極９１，９２、１０１〜１０４、１６１〜１６４、１８１，１８２は、図２に示すように各電極パッド５にそれぞれ個別に接続されており、これらの各電極パッド５を介して外部の電気回路と電気的接続が可能になっている。なお、角速度検出素子１の可動部分は、駆動梁８を介して接地電極１８１，１８２と機械的かつ電気的に接続されていて接地電位に保たれている。

角速度検出素子１による角速度の検出の原理については、以下に説明するとおりである。すなわち、第１〜第４質量部７１〜７４がＸ軸方向に振動しているときに、角速度検出素子１にＺ軸まわりに角速度が加わると、第２質量部７２および第３質量部７３がコリオリ力によりＹ軸方向において互いに逆向きに変位する。これにより、上記変位量は静電容量の変化として検出され、第１〜第４検出電極１６１〜１６４から検出信号として出力される。

以上に説明した角速度検出素子１は、応力により反りや捩れなどの変形が生じると、特性悪化を生じるものである。したがって、角速度検出素子１に生じる応力は、極力低減することが好ましい。本発明の実施の形態１，２に係る角速度センサモジュールでは、後述する機構により、角速度検出素子１の応力の低減を図っている。

（実施の形態１）
図３〜図７は、実施の形態１に係る角速度センサモジュールの製造方法における第１〜第５工程を示す断面図である。また、図８は、実施の形態１に係る角速度センサモジュールを示す断面図である。

本実施の形態に係る角速度センサモジュールは、図８に示すように、リードフレーム１０と、ＡＳＩＣ素子２０と、角速度センサ３０と、ワイヤ４０と、モールド樹脂５０と、実装基板６０とを含む。

ＡＳＩＣ素子２０および角速度センサ３０は、リードフレーム１０上に搭載される。ＡＳＩＣ素子２０は、角速度センサ１０に接続される電子回路を有し、角速度センサ３０を制御するものである。

ＭＥＭＳ素子である角速度センサ３０は、上述した角速度検出素子１を互いに直交する３軸方向に沿って３つ配置したものである。これにより、角速度を三次元で測定することができる。

ワイヤ４０は、ＡＳＩＣ素子２０と角速度センサ３０とを電気的に接続するものである。モールド樹脂５０は、リードフレーム１０、ＡＳＩＣ素子２０、および角速度センサ３０をモールドするものである。

次に、図３〜図７を用いて、図８に示す角速度センサモジュールの製造工程について説明する。

まず、図３に示すように、略平面形状のリードフレーム１０を準備する。次に、図４に示すように、リードフレーム１０における同一の主表面上に、ＡＳＩＣ素子２０および角速度センサ３０を載置する。そして、図５に示すように、ＡＳＩＣ素子２０と角速度センサ３０とをワイヤ４０により電気的に接続する。なお、ワイヤ４０による接続工程を行なうためには、ＡＳＩＣ素子２０と角速度センサ３０とをリードフレーム１０における同一の主表面に搭載することが必須である。ここで、ワイヤ４０は、本実施の形態のようにリードフレーム１０を折り曲げない場合と比べて長く形成される。その後、図６に示すように、ＡＳＩＣ素子２０と角速度センサ３０とが外側に位置するように、リードフレーム１０を折り曲げる。ここで、リードフレーム１０には、折り曲げ工程を容易にするため、折り曲げ位置の表面に予め溝部等を形成しておくことが好ましい。リードフレーム１０を折り曲げた後、図７に示すように、モールド樹脂５０により、リードフレーム１０、ＡＳＩＣ素子２０、および角速度センサ３０をモールドする。このようにして形成されたデバイスを実装基板６０に実装することで、本実施の形態に係る角速度センサモジュール（図８）が形成される。

本実施の形態に係る角速度センサモジュールによれば、以下の効果を奏する。すなわち、リードフレーム１０を折り曲げることにより、リードフレーム１０の剛性が高まるため、外部要因によるリードフレーム１０の変形が抑制され、結果的に角速度センサ３０およびＡＳＩＣ素子２０に作用する外部応力を低減することができる。また、リードフレーム１０を折り曲げることにより、モジュールの平面積を減少させ、モールド樹脂５０の量を低減することができるので、角速度センサ３０およびＡＳＩＣ素子２０とモールド樹脂５０との熱膨張差による内部応力を低減することができる。この結果、本実施の形態に係る角速度センサモジュールでは、リードフレーム１０に搭載された角速度センサ３０およびＡＳＩＣ素子２０の応力を低減することができる。

上述の如く、角速度センサ３０に含まれる角速度検出素子１は、応力により反りや捩れなどの変形が生じると、特性悪化を生じるものである。本実施の形態に係る角速度センサモジュールでは、上述の構造により、角速度検出素子１の特性の悪化を抑制している。

また、上記のようにリードフレーム１０を折り曲げることにより、リードフレーム１０を折り曲げない場合と比較して、実装基板６０に実装する際の実装面積を低減することもできる。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る角速度センサモジュールは、角速度検出素子１を含む角速度センサ３０と、角速度センサ３０に接続される電子回路を有する『他の電子部品』としてのＡＳＩＣ素子２０と、角速度センサ３０およびＡＳＩＣ素子２０が搭載されるリードフレーム１０と、リードフレーム１０上に搭載された角速度センサ３０およびＡＳＩＣ素子２０を封止する『樹脂部』としてのモールド樹脂６０とを備え、リードフレーム１０は、角速度センサ３０とＡＳＩＣ素子２０とが重なる方向に折り曲げられている。角速度センサ３０に含まれる角速度検出素子１は、保護基板３と、保護基板３に対して隙間をもって配置され、保護基板３に対して変位可能な質量部７２，７３と、質量部７２，７３の変位量に基づいて角速度を出力する『角速度出力部』としての第１〜第４検出電極１６１〜１６４とを含む。

より具体的には、本実施の形態では、折り曲げられたリードフレーム１０を角速度センサ３０およびＡＳＩＣ素子２０が挟むようにリードフレーム１０が折り曲げられている。さらに具体的には、本実施の形態では、リードフレーム１０における折り返された部分が該リードフレーム１０に密着するようにリードフレーム１０が折り曲げられる。ただし、この部分は必ずしも互いに密着していなくてもよい。

（実施の形態２）
図９〜図１１は、実施の形態２に係る角速度センサモジュールの製造方法における第３〜第５工程を示す断面図である。また、図１２は、実施の形態２に係る角速度センサモジュールを示す断面図である。なお、本実施の形態においても、第１工程および第２工程は、実施の形態１（図３，図４）と同様である。

本実施の形態に係る角速度センサモジュールは、実施の形態１に係る角速度センサモジュールの変形例であって、図９〜図１２に示すように、ＡＳＩＣ素子２０と角速度センサ３０とが内側に位置するように、すなわち、折り曲げられたリードフレーム１０が角速度センサ３０およびＡＳＩＣ素子２０を挟むようにリードフレーム１０を折り曲げることを特徴とする。

本実施の形態に係る角速度センサモジュールによれば、実施の形態１に係る角速度センサモジュールと同様の効果を奏し、さらに、次のような効果も奏する。

ＡＳＩＣ素子２０および角速度センサ３０は、電気的な外乱に比較的敏感である。本実施の形態のように、ＡＳＩＣ素子２０および角速度センサ３０をワイヤ４０で接続する場合、ワイヤ４０がアンテナとして機能して電気的外乱が増大することが懸念される。したがって、これらに作用する電気的な外乱を極力小さくすることが望ましい。これに対し、本実施の形態では、上記のようにリードフレーム１０を折り曲げることにより、リードフレーム１０が、ＡＳＩＣ素子２０および角速度センサ３０に対する電気的外乱を遮断するシールド板としても機能するため、電気的外乱に強い角速度センサモジュールを得ることができる。

なお、本実施の形態に係る角速度センサモジュールにおいては、実施の形態１に係る角速度センサモジュールと比較して、ＡＳＩＣ素子２０と角速度センサ３０との位置関係に起因して、ワイヤ４０の長さが短く設定されている。すなわち、本実施の形態では、ＡＳＩＣ素子２０と角速度センサ３０とが内側に位置するようにリードフレーム１０を折り曲げるため、折り曲げ後において、ＡＳＩＣ素子２０と角速度センサ３０とが比較的短い。したがって、ワイヤ４０が長いと、該ワイヤ４０の収納が難しくなるため、実施の形態１と比較して、ワイヤ４０の長さを短く設定している。

なお、上記以外の事項については、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 角速度検出素子、２ 振動子基板、３ 保護基板、４ キャビティ、５ 電極パッド、８ 駆動梁、１０ リードフレーム、２０ ＡＳＩＣ素子、３０ 角速度センサ（ＭＥＭＳ素子）、４０ ワイヤ、５０ モールド樹脂、６０ 実装基板、７１〜７４ 第１〜第４の各質量部、９１，９２ 第１，第２モニター電極、１０１〜１０４ 第１〜第４駆動電極、１６１〜１６４ 第１〜第４検出電極、１８１，１８２ 接地電極。

Claims (6)

1. 角速度検出素子を含む角速度センサと、
   前記角速度センサに接続される電子回路を有する他の電子部品と、
   前記角速度センサおよび前記他の電子部品が搭載されるリードフレームと、
   前記リードフレーム上に搭載された前記角速度センサおよび前記他の電子部品を封止する樹脂部とを備え、
   前記リードフレームは、前記角速度センサと前記他の電子部品とが重なる方向に折り曲げられた、角速度センサモジュール。
2. 折り曲げられた前記リードフレームを前記角速度センサおよび前記他の電子部品が挟むように前記リードフレームが折り曲げられる、請求項１に記載の角速度センサモジュール。
3. 前記リードフレームにおける折り返された部分が該リードフレームに密着するように前記リードフレームが折り曲げられる、請求項２に記載の角速度センサモジュール。
4. 折り曲げられた前記リードフレームが前記角速度センサおよび前記他の電子部品を挟むように前記リードフレームが折り曲げられる、請求項１に記載の角速度センサモジュール。
5. 前記角速度センサと前記他の電子部品とはワイヤを介して電気的に接続される、請求項１から請求項４のいずれかに記載の角速度センサモジュール。
6. 前記角速度検出素子は、
   基板と、
   前記基板に対して隙間をもって配置され、該基板に対して変位可能な質量部と、
   前記質量部の変位量に基づいて角速度を出力する角速度出力部とを含む、請求項１から請求項５のいずれかに記載の角速度センサモジュール。

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