JP2012194032A - Sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサ装置に関し、特に、パッケージ本体にセンサ素子を搭載するセンサ装置に関する。 The present invention relates to a sensor device, and more particularly to a sensor device in which a sensor element is mounted on a package body.
物理量センサの検出軸を傾斜させることが従来から行なわれている。物理量センサの検出軸を傾斜させた構造は、たとえば、特開2009−41962号公報(特許文献1)および特開2008−96420号公報(特許文献2)などに記載されている。 Conventionally, the detection axis of the physical quantity sensor is tilted. The structure in which the detection axis of the physical quantity sensor is inclined is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-41962 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-96420 (Patent Document 2).
特許文献1に記載の外力検知装置としての角速度センサにおいて、樹脂層(11)は実装基板(16)の表面に対して傾斜していて、その傾斜面(11a)上に、角速度センサ素子(1)が設置される。このため、角速度センサ素子の底面に対して垂直となるように設けられている検知軸は、実装面(16a)に対して傾斜している。角速度センサ素子(1)およびICデバイス(12)を実装した実装基板(16)は、セラミックパッケージ(14)の凹部の内部に、接着剤(17)を介在させて、接着固定されていて、上記凹部の開口部は、封止材を介在させてキャップ(15)によって封止されている。
In the angular velocity sensor as the external force detection device described in
特許文献2に記載の慣性センサは、ジャイロセンサ(10)の角速度検出軸(G)が、当該慣性センサ(1)の上面の垂線Vに対して角度θだけ傾いた状態でリード端子(3)に固定されていて、樹脂モールドパッケージ(2)によって封止されている。 The inertial sensor described in Patent Document 2 includes a lead terminal (3) in a state where the angular velocity detection axis (G) of the gyro sensor (10) is inclined by an angle θ with respect to the normal V on the upper surface of the inertial sensor (1). And is sealed by a resin mold package (2).
特許文献1に記載の外力検知装置では、角速度センサ素子(1)が集合形成された半導体基板(41)における、角速度センサ素子(1)の外部電極が形成された面と反対側の面上に、上面が傾斜した樹脂層(11)が一体形成され、切断によって個別に分割される。角速度センサ(1)と一体形成された樹脂(11)の熱膨張係数が、角速度センサ素子(1)の熱膨張係数と大きく異なるため、ジャイロセンサ(10)に応力が加わる。そのため、ジャイロセンサ(10)に変形が生じ、ゼロ点変動が発生するという問題がある。また、傾斜面を有する角速度センサ素子(1)の電子回路と実装基板(16)とをワイヤボンディングにより電気的に接続するため、生産性が低くなるという問題がある。
In the external force detection device described in
特許文献2に記載の慣性センサでは、ジャイロセンサ(10)、リード端子(3)、および樹脂モールドパッケージ(2)で、熱膨張係数が大きく異なるため、ジャイロセンサ(10)に応力が生じる。そのため、ジャイロセンサ(10)に変形が生じ、ゼロ点変動が発生するという問題がある。 In the inertial sensor described in Patent Document 2, the thermal expansion coefficient differs greatly between the gyro sensor (10), the lead terminal (3), and the resin mold package (2), so that stress is generated in the gyro sensor (10). For this reason, there is a problem that the gyro sensor (10) is deformed and a zero point fluctuation occurs.
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、検出性能の劣化が抑制されたセンサ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a sensor device in which deterioration of detection performance is suppressed.
本発明に係るセンサ装置は、中空部を有する箱型形状のパッケージ本体と、パッケージ本体の対向する2つの側壁に設けられている複数のリード端子と、中空部の底面に搭載され、検知軸を有するセンサ素子と、中空部を封止するようにパッケージ本体に取り付けられる蓋部材と、中空部の底面とセンサ素子との間に介在し、パッケージ本体よりも高い柔軟性を有する接着部とを備え、複数のリード端子のうち、側壁の一方に設けられているリード端子の長さが、側壁の他方に設けられているリード端子の長さと異なることにより、検知軸が鉛直方向に対して角度θ(0°<θ<90°)をなしているセンサ装置である。上記センサ装置は、蓋部材がセンサ装置の実装面と対向する構造を有し、パッケージ本体の裏面が実装面と平行に延びている。 A sensor device according to the present invention is mounted on a box-shaped package body having a hollow portion, a plurality of lead terminals provided on two opposing side walls of the package body, and a bottom surface of the hollow portion, and has a detection shaft. A sensor element, a lid member attached to the package main body so as to seal the hollow portion, and an adhesive portion interposed between the bottom surface of the hollow portion and the sensor element and having higher flexibility than the package main body. The length of the lead terminal provided on one of the side walls among the plurality of lead terminals is different from the length of the lead terminal provided on the other side of the side wall, so that the detection axis is at an angle θ with respect to the vertical direction. This is a sensor device that satisfies (0 ° <θ <90 °). The sensor device has a structure in which the lid member faces the mounting surface of the sensor device, and the back surface of the package body extends parallel to the mounting surface.
1つの実施態様では、上記センサ装置は、センサ素子とともに中空部内に搭載されているIC素子をさらに備える。 In one embodiment, the sensor device further includes an IC element mounted in the hollow portion together with the sensor element.
1つの実施態様では、上記センサ装置において、接着部は、シリコン系樹脂またはフッ素系樹脂を含む。 In one embodiment, in the above sensor device, the adhesive portion includes a silicon-based resin or a fluorine-based resin.
本発明によれば、物理量センサの検出性能の劣化を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, deterioration of the detection performance of a physical quantity sensor can be suppressed.
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。 Embodiments of the present invention will be described below. Note that the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may not be repeated.
なお、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。 Note that in the embodiments described below, when referring to the number, amount, and the like, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, and the like unless otherwise specified. In the following embodiments, each component is not necessarily essential for the present invention unless otherwise specified.
(センサ装置の構造)
図1は、本実施の形態に係るセンサ装置を示す断面図である。図1に示すように、本実施の形態に係るセンサ装置は、角速度センサ素子1と、パッケージ本体2と、Auワイヤ3と、ダイボンド材4と、リッド5と、リード端子6と、ポッティング材7とを含む。
(Structure of sensor device)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a sensor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the sensor device according to the present embodiment includes an angular
角速度センサ素子1の構造については、後述する。パッケージ本体2は、たとえばポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)等の合成樹脂材からなる。リード端子6は、たとえば銅ベースの金属材からなる。パッケージ本体2およびリード端子6は、たとえばインサートモールドにより一体成型されている。
The structure of the angular
パッケージ本体2は、中空部2Aを有する方形箱型形状となっている。中空部2Aの底面2A1には、角速度センサ素子1と、角速度センサ素子1からの信号を処理するASIC等のIC素子(図示せず)が、ダイボンド材4(接着剤)により接着固定されている。ダイボンド材4としては、たとえば、硬化後も所定の柔軟性を有するシリコン系樹脂やフッ素系樹脂を含むものを用いている。ダイボンド材4は、硬化後においても、パッケージ本体2、リッド5および後述する保護基板20等よりも高い柔軟性を有する。より具体的には、ダイボンド材4は、JIS K6253に準拠したTypeAのデュロメータで測定した値が50以下であることが好ましい。角速度センサ素子1およびIC素子は、Auワイヤ3を介してリード端子6の一端と電気的に接続されている。
The package body 2 has a rectangular box shape having a
パッケージ本体2は、裏面2Bを有する。中空部2Aの底面2A1の延在方向と裏面2Bの延在方向とは、角度θをなしている。中空部2Aの底面2A1は、実装面に対して角度θをなしており、裏面2Bは、実装面と平行に延びている。
The package body 2 has a
中空部2Aの4つの内側面には第1段部8が設けられている。第1段部8にリッド5が嵌合されることにより、センサ装置のパッケージは封止される。さらに、中空部2Aの4つの内側面のうち対向する2つの内側面には、第2段部9が設けられている。第2段部9は、第1段部8よりも内側であって、第1段部8よりも低い位置(パッケージ本体2の裏面2Bに近い位置)に形成されている。複数のリード端子6は、パッケージ本体2の第2段部9が設けられている側壁を貫通するように設けられている。すなわち、複数のリード端子6の一端は、パッケージ本体2の対向する2つの側壁から外側に延びて、回路基板の実装面に接続される。また、リード端子6の他端は、第2段部9上(図1においては下側)に露出している。この露出面がAuワイヤ3と電気的に接続されている。
リード端子6におけるパッケージ本体2の外側に露出する部分は、一旦下方に折り曲がり、さらに外方に折り曲がる形状となっている。パッケージ本体2の一方の側壁側のリード端子6に対して、パッケージ本体2の他方の側壁側のリード端子6は長く、パッケージ本体2の中空部2Aの底面2A1が実装面に対して所定の角度θ(0°<θ<90°)をなすように、リード端子6が曲げ加工されている。これによって、角速度センサ素子1の検知軸が鉛直方向に対してなす角度はθとなる。なお、リード端子6の加工には金型を使用するため、精度よく加工できる。
A portion of the lead terminal 6 exposed to the outside of the package body 2 has a shape that is once bent downward and further bent outward. The lead terminal 6 on the other side wall side of the package body 2 is longer than the lead terminal 6 on one side wall side of the package body 2, and the bottom surface 2A1 of the
パッケージ本体2にリッド5が取り付けられることにより、中空部2Aが封止される。具体的には、中空部2Aの4つの内側面には、第1段部8に、たとえばポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)等の合成樹脂からなるリッド5が嵌合され、接着剤や熱圧着で接着固定される。リッド5は、一体成形の構造物であっても、2つ以上のパーツを接着した構造物であってもよい。また、リッド5の材料は樹脂に限定されるものではなく、金属であってもよい。
By attaching the lid 5 to the package body 2, the
パッケージ本体2の中空部2Aの底面2A1と裏面2Bとがなす角度は、上記の角度θと等しい。これにより、パッケージ本体2の裏面2Bは実装面に対して平行になる。そのため、部品実装装置の部品吸着ノズルによって、パッケージ本体2の裏面2Bを容易に吸着できる。
The angle formed by the bottom surface 2A1 and the
角速度センサ素子1およびIC素子とは、外部からの応力を緩和するために、たとえば、硬化後も所定の柔軟性を有するシリコン系樹脂やフッ素系樹脂の材料からなるポッティング材7で覆われていることが望ましい。ポッティング材7は、硬化後においても、パッケージ本体2、リッド5および後述する保護基板20等よりも高い柔軟性を有する。より具体的には、ポッティング材7は、JIS K6253に準拠したTypeAのデュロメータで測定した値が50以下であることが好ましい。さらに、ポッティング材7は、ゲル状ポッティング材であることが好ましい。また、角速度センサ素子1およびIC素子は、リード端子形成の1側面に対して、並列にならぶように配置されていることが望ましい。このようにすることで、センサ装置が全体としてより小型化される。
The angular
(センサ装置の製造方法)
次に、図1に示すセンサ装置の製造方法について説明する。
(Manufacturing method of sensor device)
Next, a method for manufacturing the sensor device shown in FIG. 1 will be described.
まず、リードフレームの所定箇所に複数のパッケージ本体2がモールド形成される。
次に、パッケージ本体2の中空部2Aの底面に、ダイボンド材4(接着剤)を塗布し、角速度センサ素子1およびIC素子をダイボンドする。
First, a plurality of package bodies 2 are molded at predetermined locations on the lead frame.
Next, a die bond material 4 (adhesive) is applied to the bottom surface of the
そして、角速度センサ素子1およびIC素子と、リード端子6の一端とがAuワイヤ3を介して電気的に接続されるように、ワイヤボンディングする。
Then, wire bonding is performed so that the angular
その後、角速度センサ素子1およびIC素子を覆うように、ポッティング材7を塗布する。
Thereafter, a
さらに、パッケージ本体2の中空部3の第1段部9に接着剤を塗布し、リッド5を搭載する。
Further, an adhesive is applied to the
そして、金型を使用してリードフレームを切断加工し、リード端子6を所定長さとなるように加工する。さらに、金型を使用して、リード端子6を所定の形状となるように曲げ加工する。 Then, the lead frame is cut using a mold, and the lead terminal 6 is processed to have a predetermined length. Further, the lead terminal 6 is bent so as to have a predetermined shape using a mold.
吊りリードを切断し、パッケージ本体2を含むセンサ装置をリードフレームから分離する。 The suspension lead is cut, and the sensor device including the package body 2 is separated from the lead frame.
(角速度センサ素子1の構造)
次に、角速度センサ素子1の構造について説明する。図2は角速度センサ素子を構成す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。図3は角速度センサ素子に使用される振動子基板の構造を示す平面図である。
(Structure of angular velocity sensor element 1)
Next, the structure of the angular
図2に示す角速度センサ素子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をなす低抵抗なシリコン材料からなる振動子基板10と、この振動子基板10の主面および裏面の両面に接合されたたとえば高抵抗なシリコン材料、ガラス材料などからなる保護基板20とを有する。振動子基板10、保護基板20は、振動子基板10の可動部分を確保するためのキャビティ30の形成箇所を除いて、たとえば陽極接合などの接合方法により、一体的に接合されている。振動子基板10の両面側の保護基板20の、振動子基板10と対向する側の面に凹部が形成されており、角速度センサ素子1の内部にキャビティ30が形成されている。キャビティ30内は、振動ダンピングを低減するために、真空状態または低圧力状態に保たれている。保護基板20の一方には開口部が形成され、この開口部に膜状の電極40を形成することにより、振動子基板10に対して電気的信号の送受を行なっている。
An angular
図3に示すように、振動子基板10には、エッチング処理など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80、固定部181、182が形成されている。また、第1および第2モニタ電極91、92、第1〜第4駆動電極101〜104、ならびに第1〜第4検出電極161〜164などが形成されている。
As shown in FIG. 3, the
ここで、図3において、振動子基板10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軸方向とする。第1〜第4の各質量部71〜74は、駆動梁80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が可動部となっており、第1および第2モニタ電極91、92、ならびに第1〜第4駆動電極101〜104が固定部となっている。
Here, in FIG. 3, the longitudinal direction of the
第1質量部71には、第1モニタ電極91ならびに第1および第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。
The
第2質量部72は、駆動梁80により支持された四角形の第1駆動枠121と、そ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および第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および第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。
The
第4質量部74には、第2モニタ電極92ならびに第3および第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。
The
第3質量部73は、駆動梁80により支持された四角形の第2駆動枠122と、そ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および第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および第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。
The third
振動子基板10の平面に対して垂直なZ軸が、角速度検知軸となる。振動子基板10のY軸方向の振動による変位により、振動子基板10に対して垂直な検知軸(Z軸)まわりの角速度を検知することができる。つまり、角速度センサ素子1は、図2に示すZ軸方向を回転中心軸とした回転角速度に応じた出力信号(容量変化)を、電極40を介して外部に出力する。
The Z axis perpendicular to the plane of the
(作用効果)
上述のように、本実施の形態に係る角速度センサ素子1としては、単結晶Si基板(振動子基板10)に微細加工技術を用いてインターデジタル構造からなる駆動部と検出部とを形成し、駆動部と検出部が中空となるようにガラス基板(保護基板20)で挟み込んだ、いわゆるMEMS構造の角速度センサ素子を使用している。このような角速度センサ素子1に外部要因による応力が生じると、ゼロ点変動(角速度が生じていないにもかかわらず、センサチップの変形や反りにより誤信号が発生する状態)が発生する。したがって、角速度センサ素子1における応力を抑制することは重要である。
(Function and effect)
As described above, as the angular
これに対し、本実施の形態に係るセンサ装置では、パッケージ本体2の中空部2Aの底面が実装面に対して傾斜しているため、角速度センサ素子1の検知軸を傾斜させるために台座として角速度センサ素子1に接触する樹脂やリード端子が必要ない。そのため、角速度センサ素子1とパッケージ本体2との間に、ダイボンド材4およびポッティング材7として比較的高い柔軟性を有する素材を介在させることができる。これによって、角速度センサ素子1における応力の発生を抑制することができ、検出性能の劣化を抑制することができる。
On the other hand, in the sensor device according to the present embodiment, since the bottom surface of the
さらに、パッケージ本体2の中空部2Aの底面2A1と裏面2Bとがなす角度が、実装面に対する底面2A1の傾斜角θと等しくなっていることにより、パッケージ本体2の裏面2Bは実装面に対して平行になる。そのため、部品実装装置の部品吸着ノズルによって、パッケージ本体2の裏面2Bを容易に吸着できる。
Furthermore, since the angle formed between the bottom surface 2A1 and the
(まとめ)
上述した内容について要約すると、次のようになる。すなわち、本実施の形態に係るセンサ装置は、実装面に対してθの角度で傾斜する底面2A1を有するパッケージ本体2と、底面2A1上に搭載される角速度センサ素子1と、底面2A1上に角速度センサ素子1を収納する中空部2Aを形成するようにパッケージ本体2に取り付けられる「蓋部材」としてのリッド5と、複数のリード端子6と、底面2A1と角速度センサ素子1との間に介在し、パッケージ本体2よりも高い柔軟性を有する「接着部」としてのダイボンド材4とを備える。上記センサ装置においては、複数のリード端子6のうち、側壁の一方に設けられているリード端子6の長さが、側壁の他方に設けられているリード端子6の長さと異なることにより、検知軸が鉛直方向(実装面に対して直交する方向)に対して角度θ(0°<θ<90°)をなしている。上記センサ装置は、リッド5が実装面と対向する構造を有し、パッケージ本体2の裏面2Bが実装面と平行に延びる。
(Summary)
The above contents are summarized as follows. That is, the sensor device according to the present embodiment includes a package body 2 having a bottom surface 2A1 inclined at an angle θ with respect to the mounting surface, an angular
なお、本実施の形態では、角速度センサ素子1を覆うようにポッティング材7を設ける例について記載したが、ポッティング材7は設けられなくてもよい。
In the present embodiment, the example in which the
また、ダイボンド材4およびポッティング材7の素材の一例として、シリコン系樹脂またはフッ素系樹脂を挙げたが、ダイボンド材4およびポッティング材7の素材はこれらに限定されず、所定の柔軟性を有するものであれば、任意に変更可能である。
Moreover, although silicon-type resin or fluorine-type resin was mentioned as an example of the raw material of the die-bonding material 4 and the
さらに、本実施の形態では、「センサ素子」の一例として角速度センサ素子1について説明したが、本発明のセンサ素子(センサチップ)は、角速度センサ素子1に限定されず、たとえば、加速度センサ素子等、同様の課題を有する物理量センサ素子であってもよい。
Further, in the present embodiment, the angular
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 角速度センサ素子、2 パッケージ本体、2A 中空部、2B 裏面、3 Auワイヤ、4 ダイボンド材、5 リッド、6 リード端子、7 ポッティング材、8 第1段部、9 第2段部、10 振動子基板、20 保護基板、30 キャビティ、40 電極、71,72,73,74 質量部、80 駆動梁、91,92 モニタ電極、101,102,103,104 駆動電極、111a,111b,111c,112a,112b,112c 可動側電極、121,122 駆動枠、131,132 検出梁、141,142 検出枠、151a,151b,152a,152b,171,172 可動側電極、161,162,163,164 検出電極、181,182 固定部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
パッケージ本体の対向する2つの側壁に設けられている複数のリード端子と、
前記中空部の底面に搭載され、検知軸を有するセンサ素子と、
前記中空部を封止するように前記パッケージ本体に取り付けられる蓋部材と、
前記中空部の底面と前記センサ素子との間に介在し、前記パッケージ本体よりも高い柔軟性を有する接着部とを備え、
前記複数のリード端子のうち、前記側壁の一方に設けられているリード端子の長さが、前記側壁の他方に設けられているリード端子の長さと異なることにより、前記検知軸が鉛直方向に対して角度θ(0°<θ<90°)をなしているセンサ装置であって、
前記蓋部材が前記センサ装置の実装面と対向する構造を有し、
前記パッケージ本体の裏面が前記実装面と平行に延びる、センサ装置。 A box-shaped package body having a hollow portion;
A plurality of lead terminals provided on two opposing side walls of the package body;
A sensor element mounted on the bottom surface of the hollow portion and having a detection axis;
A lid member attached to the package body so as to seal the hollow portion;
An adhesive portion interposed between the bottom surface of the hollow portion and the sensor element, and having a higher flexibility than the package body,
Among the plurality of lead terminals, the length of the lead terminal provided on one of the side walls is different from the length of the lead terminal provided on the other side of the side wall, so that the detection axis is perpendicular to the vertical direction. A sensor device having an angle θ (0 ° <θ <90 °),
The lid member has a structure facing the mounting surface of the sensor device;
A sensor device, wherein a back surface of the package body extends parallel to the mounting surface.
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