JP2013096893A - 力学量センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部ケースの底壁部に呼吸穴を形成したものにあって、回路基板への実装時に防湿剤が呼吸穴に侵入することを効果的に防止する。
【解決手段】角速度センサ装置（２１）は、内部ユニットを外部ケース（２３）内に収容して構成され、回路基板上に実装される。外部ケース（２３）の下カバー（３２）に、空気抜き用の４個の呼吸穴（３６）を形成する。下カバー（３２）の下面部に、回路基板上に塗布された防湿剤が、該下カバー（３２）の下面部に付着した際に、その防湿剤を呼吸穴（３６）以外の部位に誘導するための溝部（３７）を、下カバー（３２）の四辺部寄り部位に呼吸穴（３６）形成部分を取囲むように矩形枠状に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車に搭載される半導体角速度センサ等の力学量センサ装置に関する。

この種の力学量センサ装置、例えば自動車用の角速度センサ装置には、力学量検出部（センサチップ）を有する内部ユニットを、外部ケース内に収容して構成され、外部ケースから導出されているリード脚を、回路基板にはんだ付け接続することにより実装されるものがある。このとき、外部ケースの振動が、内部ユニット（力学量検出部）に伝わると、力学量検出部からの出力に含まれるノイズが増大する。そこで、外部ケースと、内部ユニットとの間に、それらの間の相対的な振動を減衰する（ダンパ機能を得る）ため、防振用の弾性部材を設けることが考えられている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、従来のこの種の角速度センサ装置１の構成を例示している。この角速度センサ装置１は、内部ユニット２を、外部ケース３内に収容して構成されている。内部ユニット２は、力学量検出部が形成されたセンサチップ４を信号処理チップ５にバンプ接続により載置状に設け、それらを、電極を有する矩形容器状のセラミックパッケージ６内に取付け、セラミックパッケージ６の開口部を蓋７にて閉塞した構造を備える。

前記外部ケース３は、プラスチック製のケーシング本体８にリード（リードフレーム）９をインサート成形により備え、内部の載置板部８ａ上に前記内部ユニット２が上下反転した状態で装着される。このとき、ケーシング本体８の載置板部８ａと、内部ユニット２（蓋７）との間には、例えばシリコーンゴムからなる防振用の弾性部材１０が介在される。また、内部ユニット２（セラミックパッケージ６の電極）とリード９とがボンディングワイヤ１１により電気的に接続される。更に、ケーシング本体８の上下両面が、金属製の上カバー１２、下カバー１３により夫々閉塞される。尚、この角速度センサ装置１は、図示しない回路基板にはんだ接続される。

特開２０１０−１８１３９２号公報（図１４）

ところで、上記した角速度センサ装置１は、外部からの異物侵入防止のために、外部ケース３を上カバー１２及び下カバー１３により密閉する構造を採用している。そのため、回路基板への実装作業時（リフロー工程）の熱によって、外部ケース３の内部が高圧となる問題点がある。そこで、例えば、下カバー１３に空気抜き用の呼吸穴を設けることにより、内外の圧力差の発生を解消することが考えられる。

しかしながら、下カバー１３に呼吸穴を設けたものでは、次のような不具合の発生が予測される。即ち、車載用の回路基板といった防湿性が要求されるものでは、ヒューミシール等の防湿剤（絶縁コーティング剤）が塗布されることが一般的である。このように回路基板上に防湿剤を塗布した場合、防湿剤が、基板の上面と角速度センサ装置１の下面（下カバー１３）との間に入り込み、呼吸穴を塞いでしまうことが考えられる。

この場合、防湿剤が呼吸穴に侵入すると、呼吸穴としての機能が損なわれるだけでなく、呼吸穴を通った防湿剤が更に外部ケース３の内部まで侵入し、例えば弾性部材１０に付着してダンパ規能を阻害させてしまう虞がある。また、外部ケース３の内部まで侵入しなくとも、防湿剤が、下カバー１３の下面部と回路基板の上面との間において部分的に固着すると、振動の伝達にアンバランスが生じ、ダンパ性能が変動して耐衝撃性の低下を招く虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、外部ケースの底壁部に呼吸穴を形成したものにあって、回路基板への実装時に防湿剤が呼吸穴に侵入することを効果的に防止することができる力学量センサ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の力学量センサ装置は、力学量検出部を有する内部ユニット（２２）を、外部ケース（２３）内に収容して構成され、回路基板（２４）上に実装されるものであって、前記外部ケース（２３）のうち、前記回路基板（２４）の上面に対向配置される底壁部（３２、４２、５２）に、空気抜き用の呼吸穴（３６、４３、５３）を備えると共に、前記回路基板（２４）上に塗布された防湿剤が、前記底壁部（３２、４２、５２）の下面部に付着した際に、その防湿剤を前記呼吸穴（３６、４３、５３）以外の部位に誘導するための案内手段（３７、４４、５４、５５）を備えるところに特徴を有する（請求項１の発明）。

これによれば、回路基板（２４）上に塗布された防湿剤が、呼吸穴（３６、４３、５３）を有する底壁部（３２、４２、５２）の下面部に付着した場合でも、防湿剤は、案内手段（３７、４４、５４、５５）によって呼吸穴（３６、４３、５３）以外の部位に誘導されるようになる。従って、回路基板（２４）への実装時に防湿剤が呼吸穴（３６、４３、５３）に侵入して呼吸穴（３６、４３、５３）が塞がれることを未然に防止することができる。

より具体的には、前記案内手段を、呼吸穴（３６）を取囲むように延びて形成され、防湿剤が流れ込む経路となる溝部（３７）を含んで構成することができる（請求項２の発明）。これによれば、底壁部（３２）の下面部に防湿剤が付着した場合でも、その防湿剤は、呼吸穴（３６）を取囲むように延びる溝部（３７）に流れ込み、その内側に進入することが阻止されるので、防湿剤により呼吸穴（３６）が塞がれることを防止することができる。

前記案内手段を、呼吸穴（４３）から外れた位置に底壁部（４２）の外辺部で開放するように延びて形成され、防湿剤が流れ込む経路となる溝部（４４）を含んで構成することもできる（請求項３の発明）。これによれば、底壁部（４２）の下面部に防湿剤が付着した場合でも、その防湿剤は、呼吸穴（４３）から外れた位置を延びる溝部（４４）に流れ込み、底壁部（４２）の外辺部に導かれるので、防湿剤により呼吸穴（４３）が塞がれることを防止することができる。

前記案内手段を、呼吸穴（５３）から外れた位置に形成され、防湿剤を溜める凹部（５４）を含んで構成することもできる（請求項４の発明）。これによれば、底壁部（５２）の下面部に防湿剤が付着した場合でも、その防湿剤は、呼吸穴（５３）から外れた位置の凹部（５４）に溜められるようになるので、防湿剤により呼吸穴（５３）が塞がれることを防止することができる。

前記底壁部（５２）に防湿剤を溜める凹部（５４）を設ける場合には、前記呼吸穴（５３）を、底壁部（５２）の周囲部寄りに位置して形成し、凹部（５４）を、該底壁部（５２）の中央部に位置して形成する構成とすることができる（請求項５の発明）。これにより、防湿剤が付着するとしても、底壁部（５２）の中央部に位置しているので、アンバランスな位置で防湿剤が固着することに伴う、ダンパ性能の変動といった不具合を防止することができる。

このとき、底壁部（５２）の呼吸穴（５３）から外れた位置に、該底壁部（５２）の外辺部から前記凹部（５４）につながるように延びる溝部（５５）を形成することができる（請求項６の発明）。これによれば、底壁部（５２）に付着された防湿剤が、溝部（５５）を案内されて、凹部（５４）に至るようになり、より効果的となる。更にこのとき、前記溝部（５５）を、前記凹部（５４）に近い部分で、幅寸法が小さくなる形状とすることができ（請求項７の発明）、これにより、凹部（５４）内に導かれた防湿剤が、凹部（５４）から抜出すことを効果的に防止することができる。

本発明においては、前記外部ケース（２３）と、前記内部ユニット（２２）との間には、前記呼吸穴（３６、４３、５３）から外れた位置において、防振用の弾性部材（３４）を介在させる構成とすることができる（請求項８の発明）。弾性部材（３４）によりダンパ機能を得ることができ、力学量の検出精度を向上させることが可能となる。

本発明においては、前記外部ケース（２３）の底壁部（３２、４２、５２）を金属薄板から構成し、前記呼吸穴（３６、４３、５３）と、前記溝部（３７、４４、５５）及び／又は凹部（５４）とを、プレス成形により一体的に設ける構成とすることができる（請求項９の発明）。溝部（３７、４４、５５）及び／又は凹部（５４）の形成を容易に行うことができる。

本発明の第１の実施例を示すもので、角速度センサ装置の底面図 回路基板に実装した状態の角速度センサ装置の縦断側面図（ａ）、及び、下カバーの要部の拡大縦断側面図（ｂ） 本発明の第２の実施例を示すもので、図１相当図 下カバーの縦断面図 本発明の第３の実施例を示す図１相当図 従来例を示す角速度センサ装置の縦断側面図

以下、本発明を具体化したいくつかの実施例について、図１ないし図５を参照しながら説明する。尚、以下に述べる各実施例は、本発明を、例えば自動車用の半導体角速度センサ装置に適用したものである。

（１）第１の実施例
まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施例について述べる。図２（ａ）は、本実施例に係る力学量センサ装置たる半導体角速度センサ装置２１の全体構成を概略的に示す縦断側面図である。この角速度センサ装置２１は、内部ユニット２２を、外部ケース２３内に収容して構成され、回路基板２４上に実装される。

そのうち内部ユニット２２は、センサチップ２５を信号処理チップ２６に実装したスタック構造を備え、それらを例えばセラミック製のパッケージ２７内に収容して構成される。詳しい図示は省略するが、前記センサチップ２５は、周知のように、コリオリ力を検知することにより角速度を検出するための力学量検出部たる角速度検出部を備えて構成されている。また、前記信号処理チップ２６は、前記センサチップ２５よりもやや大きな矩形板状をなし、前記センサチップ２５の角速度検出部からの信号を処理する信号処理回路を備えて構成されている。

前記パッケージ２７は、例えば多層セラミック基板からなり、前記センサチップ２５及び信号処理チップ２６を収容するための凹部２７ａを有する全体として薄型の矩形容器状に構成されている。また、パッケージ２７には、図示しない電極や配線が設けられている。このパッケージ２７の開口部（図では下面）は、蓋２７ｂにより閉塞されるようになっている。

前記センサチップ２５は信号処理チップ２６に対し、フェースダウン状態（フリップチップ方式）で、バンプ接続により実装（電気的及び機械的な接続）され、いわばマルチチップモジュールの状態となる。これと共に、そのマルチチップモジュールの状態で、パッケージ２７の凹部２７ａ内に収容され、信号処理チップ２６の下面（図では上向きの面）が凹部２７ａの内底面に例えば接着されると共に、ボンディングワイヤ２８により電気的な接続がなされるようになっている。

前記外部ケース２３は、例えばプラスチック製のケーシング本体２９に、複数本のリード（リードフレーム）３０をインサート成形により備えている。図１にも示すように、本実施例では、前記リード３０は、外部ケース２３の前後の辺部に多数本ずつ設けられている。また、このケーシング本体２９の上下両面に、夫々金属製の薄板からなる上カバー３１及び下カバー３２が設けられる。

前記ケーシング本体２９は、ある程度の厚みを持った矩形枠状に構成されていると共に、その内側の底部寄り部位に、前記内部ユニット２２を取付けるための載置板部３３を一体に有している。載置板部３３は、水平方向に延びる薄板状をなすと共に、図１にも示すように、ほぼ十文字状をなす開口３３ａが形成されている。前記内部ユニット２２は、前記載置板部３３上に、上下反転した（蓋２７ｂを下向きにした）状態で装着される。

このとき、前記載置板部３３の開口３３ａの周囲部（内側に張出す４つの直角な角部分）には、内部ユニット２２（蓋２７ｂ）との間に、防振用（ダンパ機能を得るため）の例えばシリコーンゴムからなる弾性部材３４が介在される。また、内部ユニット２２（パッケージ２７）の底面（図で上面）の電極と、前記ケーシング本体２９の内側上面のリード３０との間が、ボンディングワイヤ３５により電気的に接続される。

前記ケーシング本体２９の上面部には、断面コ字状の凹溝部２９ａが全周に渡って矩形枠状に形成されている。前記上カバー３１は、ケーシング本体２９の上面開口部を塞ぐ大きさの矩形板状をなし、その周囲部（四辺部）が前記凹溝部２９ａ内に嵌るように折り曲げられ、接着剤３８によって固着されている。

前記ケーシング本体２９の下面部にも、断面コ字状の凹溝部２９ｂが全周に渡って矩形枠状に形成されている。前記下カバー３２は、ケーシング本体２９の下面開口部を塞ぐ大きさの矩形板状をなし、その周囲部（四辺部）が前記凹溝部２９ｂ内に嵌るように折曲げられ、接着剤３８によって固着される。従って、この下カバー３２は、外部ケース２３の底壁部を構成している。

さて、前記外部ケース２３の下カバー３２には、図１及び図２（ｂ）にも示すように、空気抜き用の微小な呼吸穴３６が形成されている。この場合、呼吸穴３６は、下カバー３２の各コーナー寄り部分に位置して、つまり前記弾性部材３４から僅かに外れた位置に、４個が設けられている。

そして、下カバー３２の下面部には、前記回路基板２４上に塗布された防湿剤が、該下カバー３２の下面部に付着した際に、その防湿剤を前記呼吸穴３６以外の部位に誘導するための案内手段としての溝部３７が形成されている。本実施例では、この溝部３７は、例えば断面ほぼＶ字状をなし、下カバー３２の四辺部寄り部位に、前記４個の呼吸穴３６形成部分を取囲むように矩形枠状に延びて形成されている。このとき、下カバー３２の呼吸穴３６及び溝部３７は、下カバー３２の製造時におけるプレス成形により一体的に設けられている。

尚、図２（ａ）に示すように、以上のように構成された本実施例の角速度センサ装置２１は、前記回路基板２４に対し、各リード３０が回路基板２４の電極上に載置された状態で、はんだ付けにより実装される。このとき、外部ケース２３の底壁部を構成する下カバー３２は、回路基板２４の実装面から僅かな隙間をもって浮き上がった形態、つまり回路基板２４の上面に対向配置されて設けられる。また、図示はしないが、回路基板２４上には、例えばヒューミシールと称される、防湿剤（絶縁コーティング剤）が塗布（散布）されるようになっている。

次に、上記構成の作用について述べる。上記した角速度センサ装置２１においては、外部ケース２３は、基本的に密閉構造が採られているので、回路基板２４への実装作業時（リフロー工程）の熱によって、外部ケース２３の内部が高圧となる虞が考えられる。ところが、本実施例では、下カバー３２に呼吸穴３６が形成されているので、外部ケース２３内外での圧力差の発生を解消することができる。

ここで、下カバー３２に呼吸穴３６を設けた場合には、回路基板２４に塗布された防湿剤が、回路基板２４の上面と下カバー３２の下面との間に入り込み、呼吸穴３６を塞いでしまう不具合の発生が考えられる。もし、防湿剤が呼吸穴３６に侵入することがあると、呼吸穴３６としての機能が損なわれるだけでなく、呼吸穴３６を通った防湿剤が更に外部ケース２３の内部まで侵入し、例えば弾性部材３４に付着してダンパ規能を阻害させてしまう虞がある。

しかし、本実施例では、防湿剤を呼吸穴３６以外の部位に誘導するための案内手段としての溝部３７が形成されているので、回路基板２４への実装時に下カバー３２の下面部に防湿剤が付着した場合でも、その防湿剤は、呼吸穴３６を取囲むように延びる溝部３７に流れ込み、その内側領域に進入することが阻止されるので、防湿剤により呼吸穴３６が塞がれたり、外部ケース２３の内部に侵入したりすることを未然に防止することができるのである。

このように本実施例によれば、外部ケース２３の底壁部を構成する下カバー３２に呼吸穴３６を形成して外部ケース２３内外での圧力差の発生を解消することができるものにあって、下カバー３２の下面部に、呼吸穴３６を取囲むように延び、防湿剤が流れ込む経路となる溝部３７を形成したので、回路基板２４への実装時に防湿剤が呼吸穴３６に侵入することを効果的に防止することができるという優れた効果を得ることができる。

（２）第２、第３の実施例、その他の実施例
図３及び図４は、本発明の第２の実施例を示すもので、力学量センサ装置たる角速度センサ装置４１の構成を示している。この角速度センサ装置４１が、上記第１の実施例の角速度センサ装置２１と異なる点は、外部ケース２３の底壁部を構成する下カバー４２の構成にある。尚、以下に述べる第２、第３の実施例については、下カバー以外の部分の構成は、上記第１の実施例と共通している。従って、上記第１の実施例と同一部分には、同一符号を付して新たな図示や詳しい説明を省略することとする。

即ち、下カバー４２には、各コーナー寄り部分に位置して、外部ケース２３の内外の圧力差を解消するための空気抜き用の４個の微小な呼吸穴４３が形成されている。そして、下カバー４２の下面部には、前記回路基板２４上に塗布された防湿剤が、該下カバー４２の下面部に付着した際に、その防湿剤を前記呼吸穴４３以外の部位に誘導するための案内手段として、防湿剤が流れ込む経路となる溝部４４が形成されている。

本実施例では、この溝部４４は、呼吸穴４３から外れた位置に、下カバー４２の外辺部で開放するように延びて形成されている。具体的には、溝部４４は、下カバー４２の下面部の前後方向の中央部を左右方向全体に渡って延びる部分と、左右方向の中央部を前後方向全体に渡って延びる部分とが十文字状に交差するように設けられている。下カバー４２の下面部の四辺部（外周部）についても、溝部４４と同程度の凹状に（呼吸穴４３形成部分の面よりも一段低く）構成されている。

言い換えれば、図４にも示すように、下カバー４２の下面部は、呼吸穴４３形成部分を含む前後左右の４箇所のほぼ矩形状の領域が、相互間に僅かな間隔をおいて下方に凸状となるように形成されている。尚、この下カバー４２についても、薄板状の金属材料をプレス成形することにより製造され、図４に示すように、呼吸穴４３及び溝部４４は、製造時におけるプレス成形により一体的に設けられている。

このような第２の実施例においても、回路基板２４上に塗布された防湿剤が、回路基板２４の上面と下カバー４２の下面との間に入り込み、下カバー４２の下面部に付着した場合でも、その防湿剤は、呼吸穴４３から外れた位置を延びる溝部４４に流れ込み、下カバー４２の外辺部に導かれるので、防湿剤により呼吸穴４３が塞がれることを未然に防止することができる。

図５は、本発明の第３の実施例に係る力学量センサ装置たる角速度センサ装置５１の構成を示している。この第３の実施例に係る角速度センサ装置５１においては、外部ケース２３の底壁部を構成する下カバー５２に、周囲部寄り（コーナー寄り部分）に位置して４個の呼吸穴５３が形成されていると共に、防湿剤を呼吸穴５３以外の部位に誘導するための案内手段が設けられる。このとき、本実施例では、下カバー５２の下面部には、案内手段として凹部５４及び溝部５５が形成されている。

即ち、下カバー５２の下面部の呼吸穴５３から外れた位置、本実施例では中央部に位置して、防湿剤を溜める凹部５４がほぼ円形をなすように形成されている。そして、下カバー５２の下面部の呼吸穴５３から外れた位置に、該下カバー５２の外辺部にて開放し、該辺部から前記凹部５４につながるように延びる溝部５５が、前記凹部５４と同等の深さで形成されている。このとき、溝部５５は、下カバー５２の各辺の中央部から、前記凹部５４に向けて、４本が形成されている。更に、それら溝部５５は、幅寸法が前記凹部５４に近い部分で、次第に小さくなる形状とされている。

このような第３の実施例によれば、下カバー５２の下面部に防湿剤が付着した場合には、その防湿剤は、溝部５５を案内されて、呼吸穴５３から外れた位置の凹部５４に至り、凹部５４に溜められるようになる。これにより、防湿剤により呼吸穴５３が塞がれることを効果的に防止することができる。しかも、前記溝部５５は、凹部５４に近い部分で、幅寸法が小さくなっていることにより、凹部５４内に導かれた防湿剤が、凹部５４から溝部５５を通って抜出すことを効果的に防止することができる。

ここで、防湿剤が外部ケース２３の内部まで侵入しなくとも、防湿剤が、下カバー５２の下面部と回路基板２４の上面との間において部分的に固着すると、振動の伝達にアンバランスが生じ、弾性部材３４によるダンパ性能が変動して耐衝撃性の低下を招く虞がある。しかし、本実施例では、凹部５４内の防湿剤が、回路基板２４と外部ケース２３の下カバー５２との間において固着した場合でも、下カバー５２の中央部に位置するので、アンバランスな位置で防湿剤が固着することに伴う、ダンパ性能の変動といった不具合を防止することができる。

尚、上記各実施例では、本発明を角速度センサ装置に適用するようにしたが、それ以外でも、例えば加速度センサや慣性力センサ等にも適用することができる。防振用の弾性部材の材質についても、シリコーンゴムに限らず、各種のエラストマーなど様々なものを採用することができる。更には、呼吸穴の個数や形成する位置、溝部や凹部の形状や形成位置等についても、様々な変形例が考えられる。その他、内部ユニットの構成や、外部ケースの形状や構造についても種々の変更が可能であるなど、本発明は、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

図面中、２１、４１、５１は角速度センサ装置（力学量センサ装置）、２２は内部ユニット、２３は外部ケース、２４は回路基板、３２、４２、５２は下カバー（底壁部）、３４は弾性部材、３６、４３、５３は呼吸穴、３７、４４、５５は溝部（案内手段）、５４は凹部（案内手段）を示す。

Claims (9)

1. 力学量検出部を有する内部ユニット（２２）を、外部ケース（２３）内に収容して構成され、回路基板（２４）上に実装される力学量センサ装置であって、
   前記外部ケース（２３）のうち、前記回路基板（２４）の上面に対向配置される底壁部（３２、４２、５２）に、空気抜き用の呼吸穴（３６、４３、５３）を備えると共に、
   前記回路基板（２４）上に塗布された防湿剤が、前記底壁部（３２、４２、５２）の下面部に付着した際に、その防湿剤を前記呼吸穴（３６、４３、５３）以外の部位に誘導するための案内手段（３７、４４、５４、５５）を備えることを特徴とする力学量センサ装置。
2. 前記案内手段は、前記呼吸穴（３６）を取囲むように延びて形成され、前記防湿剤が流れ込む経路となる溝部（３７）を含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の力学量センサ装置。
3. 前記案内手段は、前記呼吸穴（４３）から外れた位置に前記底壁部（４３）の外辺部で開放するように延びて形成され、前記防湿剤が流れ込む経路となる溝部（４４）を含んで構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の力学量センサ装置。
4. 前記案内手段は、前記呼吸穴（５３）から外れた位置に形成され、前記防湿剤を溜める凹部（５４）を含んで構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の力学量センサ装置。
5. 前記呼吸穴（５３）は、前記底壁部（５２）の周囲部寄りに位置して形成され、前記凹部（５４）は、該底壁部（５２）の中央部に位置して形成されていることを特徴とする請求項４記載の力学量センサ装置。
6. 前記底壁部（５２）の前記呼吸穴（５３）から外れた位置に、該底壁部（５２）の外辺部から前記凹部（５４）につながるように延びる溝部（５５）が形成されていることを特徴とする請求項５記載の力学量センサ装置。
7. 前記溝部（５５）は、前記凹部（５４）に近い部分で、幅寸法が小さくなる形状とされていることを特徴とする請求項６記載の力学量センサ装置。
8. 前記外部ケース（２３）と、前記内部ユニット（２２）との間には、前記呼吸穴（３６、４３、５３）から外れた位置において、防振用の弾性部材（３４）が介在されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の力学量センサ装置。
9. 前記外部ケース（２３）の底壁部（３２、４２，５２）は金属薄板から構成され、前記呼吸穴３６、４３、５３）、前記溝部（３７、４４、５５）及び／又は凹部（５４）が、プレス成形により一体的に設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の力学量センサ装置。

Images