JP2015114248A - 慣性センサ - Google Patents

Abstract

【課題】特定の方向に物理量を検出する検出軸が設定されたセンサチップが基板に実装されており、特定の方向に対して検出軸が設定されるように基板をケースに位置決め固定することができる構造を備えた慣性センサを提供する。【解決手段】慣性センサ１０は、基板３０の四隅の角部３６にそれぞれ対応して配置されていると共に、ケース２０の実装面２４に平行な面方向の形状がＬ字状に形成された４つのＬ字リブ２６を備える。Ｌ字リブ２６はケース２０の実装面２４に垂直な方向の断面がＬ字状に形成されている。Ｌ字リブ２６は、接着剤４０の厚みを一定にコントロールする厚み固定部２６ａと、実装面２４における基板３０の位置決めを行う位置決め部２６ｂと、を有する。これにより、ケース２０の実装面２４と基板３０との間の接着剤４０の厚みがコントロールされ、かつ、実装面２４における基板３０が位置決め固定される。【選択図】図２

Description

本発明は、特定の方向に物理量を検出する検出軸が設定された慣性センサに関する。

従来より、板状の第１ブロックが第２ブロックに固定された構造を有する電子装置が、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、第１ブロックは第２ブロックに面する一面に当該一面から突出した複数の突起を有している。そして、第１ブロックの一面に接着剤が塗布された後、第１ブロックの複数の突起が第２ブロックに当接するように第１ブロックが第２ブロックの上に配置される。

これにより、突起の高さによって第１ブロックと第２ブロックとの間に形成された隙間に接着剤が充填される。したがって、接着剤の厚みが一定にコントロールされた状態で第１ブロックが第２ブロックに固定される。

国際公開第２００７／１３８６８１号

しかしながら、上記従来の技術では、第１ブロックは第２ブロックの上に固定されただけの構造であるので、第２ブロックに対する第１ブロックの位置が精度良く決まらないという問題がある。

特に、特定の方向にだけ物理量を検出する検出軸が設定されたセンサチップが第１ブロックに実装されている場合、センサチップの検出軸が特定の方向に対して傾いた状態で第１ブロックが第２ブロックに固定されてしまう可能性がある。このため、特定の方向に対してセンサチップの検出軸が設定されるように、第１ブロックを第２ブロックに固定しなければならない。

本発明は上記点に鑑み、特定の方向に物理量を検出する検出軸が設定されたセンサチップが基板に実装されており、特定の方向に対して検出軸が設定されるように基板をケースに位置決め固定することができる構造を備えた慣性センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、表面（３１）、当該表面（３１）の反対側の裏面（３２）、表面（３１）及び裏面（３２）に接する側面（３３）を有しており、特定の方向に物理量を検出する検出軸が設定されたセンサチップ（６０）が表面（３１）に実装された基板（３０）を備えている。

また、実装面（２４）を有するケース（２０）と、基板（３０）の裏面（３２）とケース（２０）の実装面（２４）との間に配置されると共に、基板（３０）をケース（２０）に固定する接着剤（４０）と、を備えている。

さらに、基板（３０）の裏面（３２）とケース（２０）の実装面（２４）との間に配置されると共に、接着剤（４０）の厚みを一定にコントロールする厚みコントロール手段（２６ａ、２７、３８）と、ケース（２０）の実装面（２４）に配置されていると共に、基板（３０）の側面（３３）に当接することにより、実装面（２４）における基板（３０）の位置決めを行う位置決め手段（２６ｂ、２８）と、を備えていることを特徴とする。

これによると、厚みコントロール手段（２６ａ、２７、３８）によって接着剤（４０）の厚みを一定にコントロールすることができる。また、位置決め手段（２６ｂ、２８）によってケース（２０）の実装面（２４）における基板（３０）の位置が固定されるので、特定の方向に対してセンサチップ（６０）の検出軸が設定されるように基板（３０）をケース（２０）に位置決め固定することができる。したがって、本発明に係る慣性センサでは、接着剤（４０）の厚みをコントロールし、かつ、基板（３０）を位置決め固定することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る慣性センサの平面図である。 II−II断面図である。 本発明の第２実施形態に係る慣性センサの平面図である。 本発明の第３実施形態に係る慣性センサの平面図である。 V−V断面図である。 本発明の第４実施形態に係る慣性センサの一部断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る慣性センサは、加速度や角速度等のように検出軸が設定された物理量を検出するセンサである。図１及び図２に示されるように、慣性センサ１０は、ケース２０、基板３０、及び接着剤４０を備えて構成されている。

ケース２０は、慣性センサ１０の外観をなすものであり、例えば樹脂材料が成形されたものである。ケース２０は、穴部２１及びターミナル２２を有している。穴部２１は、ケース２０の外壁面の一部が凹んだ部分であり、凹んだ部分の側壁である壁部２３と、凹んだ部分の底面である実装面２４と、で構成されている。また、穴部２１は実装面２４の一部が凹んだ溝部２５を有している。なお、ケース２０の穴部２１には図示しない蓋部が設けられる。

ターミナル２２は、配線部品である。ターミナル２２は、一端が穴部２１に露出すると共に、他端がケース２０に設けられた図示しないコネクタ部に露出するようにケース２０にインサート成形されている。

図２に示されるように、基板３０は、表面３１、当該表面３１の反対側の裏面３２、表面３１及び裏面３２に接する側面３３を有する板状のものである。本実施形態では、基板３０は表面３１及び裏面３２の平面形状が四角形状をなしている。

基板３０は、例えば複数のセラミック基板が積層されて構成された積層セラミック基板である。基板３０は、各セラミック基板の貼り合わせ部に図示しない配線パターンを有している。配線パターンは積層配線を構成しており、図１に示されるように基板３０の表面３１に設けられた第１パッド３４及び第２パッド３５に電気的に接続されている。第１パッド３４は第１ワイヤ５０を介してターミナル２２に電気的に接続されている。なお、図２では、第１ワイヤ５０を省略している。

基板３０は、表面３１側が穴部２１の開口側に向けられた状態で穴部２１に収容されている。基板３０は、センサチップ６０及び回路チップ６１が表面３１に実装されている。一方、基板３０は、チップコンデンサ等の電子部品６２が裏面３２に実装されている。電子部品６２は溝部２５の空間に配置されている。

センサチップ６０は、特定の方向に物理量を検出する検出軸が設定されたセンシング部を有するセンサデバイスである。本実施形態では、図１のＸ方向を特定の方向とする。センシング部は、例えば櫛歯状の可動電極と固定電極とを有して構成されている。このような構成により、可動電極に加速度等の物理量が印加されることで可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。これにより、当該静電容量の変化に応じた加速度等の物理量が検出されるようになっている。

回路チップ６１は、センサチップ６０のセンサ出力に対して信号変換機能等を有する電子部品である。このため、回路チップ６１はセンサチップ６０に対して第２ワイヤ５１を介して電気的に接続されている。また、回路チップ６１は、第３ワイヤ５２を介して基板３０の第２パッド３５に電気的に接続されている。

接着剤４０は、基板３０の裏面３２とケース２０の実装面２４との間に位置すると共に、基板３０をケース２０に固定する固定手段である。以上が、本実施形態に係る慣性センサ１０の構成である。

次に、基板３０の実装面２４に基板３０を位置決め配置する方法について説明する。図１に示されるように、慣性センサ１０は４つのＬ字リブ２６を備えている。各Ｌ字リブ２６は基板３０の四隅の角部３６に対応する位置にそれぞれ配置されていると共に、ケース２０の実装面２４に平行な面方向の形状がＬ字状に形成されている。また、図２に示されるように、Ｌ字リブ２６は、ケース２０の実装面２４に垂直な方向の断面がＬ字状に形成されている。

このようなＬ字リブ２６は、厚み固定部２６ａ及び位置決め部２６ｂを有している。これら厚み固定部２６ａと位置決め部２６ｂとが一体化されることで断面Ｌ字のＬ字リブ２６が構成されている。Ｌ字リブ２６はケース２０の樹脂成形時にケース２０と共に形成される。なお、ケース２０とは別体として形成されたＬ字リブ２６がケース２０に固定されていても良い。

厚み固定部２６ａは、基板３０の裏面３２とケース２０の実装面２４との間に位置すると共に、接着剤４０の厚みを一定にコントロールする部分である。接着剤４０は、例えばＬ字リブ２６の間に位置するように基板３０の裏面３２の外縁部を一周するように実装面２４に塗布されている。

この厚み固定部２６ａによって接着剤４０の厚みを一定にコントロールすることができる。特に、接着剤４０の厚み及び実装面２４に対する塗布面積を一定に固定することができるので、慣性センサ１０が外部から受ける振動に対する回路チップの出力の変動を抑制することができる。接着剤４０の厚みをコントロールするために接着剤４０にビーズ等を混入させる必要もないので、部品点数が増えることもない。

また、位置決め部２６ｂは、ケース２０の実装面２４に配置されていると共に、基板３０の側面３３に当接することにより、実装面２４における基板３０の位置決めを行う部分である。この位置決め部２６ｂによって、ケース２０の実装面２４においてＸ方向及びＹ方向の両方の方向に対して基板３０の位置が固定される。このため、特定の方向であるＸ方向に対してセンサチップ６０の検出軸が設定されるように基板３０をケース２０に位置決め固定することができる。

本実施形態では、平面としても断面としてもＬ字状のＬ字リブ２６が用いられているので、ケース２０の実装面２４に予め設けられた４カ所のＬ字リブ２６に基板３０を嵌め込むだけで少なくとも特定の方向であるＸ方向に対して位置決めが完了するというメリットがある。

以上説明したように、本実施形態に係る慣性センサ１０では、Ｌ字リブ２６によって接着剤４０の厚みをコントロールし、かつ、基板３０を位置決め固定することができる。さらに、Ｌ字リブ２６の厚み固定部２６ａが基板３０を支持すると共に、位置決め部２６ｂが基板３０の位置を固定するので、接着剤４０が硬化していない状態でも第１ワイヤ５０等のワイヤボンディングを行うことができる。これにより、慣性センサ１０の製造において、接着剤４０の硬化工程を削減することができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、厚み固定部２６ａが特許請求の範囲の「厚みコントロール手段」に対応し、位置決め部２６ｂが特許請求の範囲の「位置決め手段」に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図３に示されるように、本実施形態では、Ｌ字リブ２６は、ケース２０の実装面２４に平行な面方向の形状がＩ字状に形成されている。また、Ｌ字リブ２６は、ケース２０の実装面２４のうち基板３０の側面３３にそれぞれ対応する位置にそれぞれ配置されている。

以上のように、基板３０の角部３６ではなく、側面３３に平面Ｉ字状のＬ字リブ２６を配置することによっても、接着剤４０の厚みを一定にコントロールし、かつ、基板３０の位置決めを行うことができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、 基板３０は外縁部の一部が切り取られた切り欠き部３７を有している。言い換えると、切り欠き部３７は基板３０の外縁部のうちの一部が内側に凹んだ凹部であり、いわゆるキャスタレーションである。なお、切り欠き部３７は基板３０の厚み方向に貫通しており、スリット状になっている。

具体的には、切り欠き部３７は、基板３０の側面３３のうちセンサチップ６０の検出軸に対して平行な方向（Ｘ方向）に面する側面３３ａ、３３ｂの一部が、基板３０の表面３１に平行な面方向のうち検出軸に対して垂直な方向に凹んだ部分である。すなわち、切り欠き部３７は、側面３３のうち検出軸に対して平行な方向に面する一対の側面３３ａ、３３ｂに対応して一対として設けられている。

上記の構造の基板３０は、例えば配線パターンが形成された焼成前のセラミック板が複数積層されると共に、プレス機によって基板３０のサイズにプレスされることで形成される。このプレスの際に、基板３０のうち切り欠き部３７に対応する部分が切断される。この後、生の状態の積層セラミック基板が焼成されることで基板３０が完成する。

一方、ケース２０は第１リブ２７及び第２リブ２８を有している。図５に示されるように、第１リブ２７は、ケース２０の実装面２４のうち基板３０の裏面３２に対応する部分の一部が柱状に突出した部分である。第１リブ２７は実装面２４に例えば４カ所設けられており、基板３０が乗せられる部分である。すなわち、第１リブ２７は、接着剤４０の厚みをコントロールするための厚みコントロール手段である。

第２リブ２８は、ケース２０の実装面２４の一部が第１リブ２７よりも高く突出していると共に、切り欠き部３７に嵌め込まれる部分である。言い換えると、第２リブ２８は、穴部２１の壁部２３の一部が基板３０の表面３１に平行な面方向のうちセンサチップ６０の検出軸（Ｘ方向）に対して垂直な方向（Ｙ方向）に突出した部分である。第２リブ２８は、基板３０の切り欠き部３７に嵌め込まれることで少なくともＸ方向に対して基板３０の位置を固定する位置決め手段である。

以上のように、第１リブ２７によって接着剤４０の厚みをコントロールし、かつ、第２リブ２８が基板３０の切り欠き部３７に嵌め込まれることでセンサチップ６０の検出軸（Ｘ方向）に対して基板３０の位置を固定することができる。

なお、第１リブ２７及び第２リブ２８は、ケース２０の樹脂成形時にケース２０と共に形成される。また、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第１リブ２７が特許請求の範囲の「厚みコントロール手段」に対応し、第２リブ２８が特許請求の範囲の「位置決め手段」に対応する。

（第４実施形態）
本実施形態では、第３実施形態と異なる部分について説明する。図６の断面図に示されるように、本実施形態では、基板３０は裏面３２の一部が突出した柱状の突出部３８を有している。この突出部３８が接着剤４０の厚みをコントロールするための厚みコントロール手段として機能する。なお、突出部３８は例えば基板３０を構成する一層のセラミック基板をパターニングしたものである。

一方、第２リブ２８は、基板３０がケース２０の穴部２１に配置された状態で、ケース２０の実装面２４を基準として当該実装面２４の一部が基板３０の裏面３２よりも高く突出するように形成されている。本実施形態では、第２リブ２８は実装面２４を基準として基板３０の表面３１よりも高く形成されていると共に、切り欠き部３７に嵌め込まれている。

以上のように、基板３０に突出部３８を設けることで接着剤４０の厚みを一定にコントロールすることもできる。なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、突出部３８が特許請求の範囲の「厚みコントロール手段」に対応し、第２リブ２８が特許請求の範囲の「リブ」に対応する。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された慣性センサ１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、ケース２０は図１に示された形状に限らず他の形状でも良い。また、上記各実施形態において、溝部２５にゲル部材を充填しても良い。

上記各実施形態では、基板３０は表面３１及び裏面３２が四角形状の板状に構成されていたが、これは基板３０の平面形状の一例であり、他の形状でも良い。Ｌ字リブ２６や第２リブ２８は基板３０の形状に応じて実装面２４に配置されていれば良い。

上記各実施形態では、ケース２０の実装面２４に溝部２５が形成されていたが、これは基板３０の裏面３２に電子部品６２を実装するためである。したがって、基板３０が片面実装構造の場合はケース２０に溝部２５が設けられていなくても良い。

２０ ケース
２４ 実装面
２６ａ 厚み固定部（厚みコントロール手段）
２６ｂ 位置決め部（位置決め手段）
３０ 基板
３１ 表面
３２ 裏面
３３ 側面
４０ 接着剤
６０ センサチップ

Claims (6)

1. 表面（３１）、当該表面（３１）の反対側の裏面（３２）、前記表面（３１）及び前記裏面（３２）に接する側面（３３）を有しており、特定の方向に物理量を検出する検出軸が設定されたセンサチップ（６０）が前記表面（３１）に実装された基板（３０）と、
   実装面（２４）を有するケース（２０）と、
   前記基板（３０）の裏面（３２）と前記ケース（２０）の実装面（２４）との間に配置されると共に、前記基板（３０）を前記ケース（２０）に固定する接着剤（４０）と、
   前記基板（３０）の裏面（３２）と前記ケース（２０）の実装面（２４）との間に配置されると共に、前記接着剤（４０）の厚みを一定にコントロールする厚みコントロール手段（２６ａ、２７、３８）と、
   前記ケース（２０）の実装面（２４）に配置されていると共に、前記基板（３０）の側面（３３）に当接することにより、前記実装面（２４）における前記基板（３０）の位置決めを行う位置決め手段（２６ｂ、２８）と、
   を備えていることを特徴とする慣性センサ。
2. 前記基板（３０）は、前記側面（３３）のうち前記検出軸に対して平行な方向に面する側面（３３ａ、３３ｂ）の一部が、前記表面（３１）に平行な面方向のうち前記検出軸に対して垂直な方向に凹んだ切り欠き部（３７）を有し、
   前記厚みコントロール手段は、前記ケース（２０）の実装面（２４）の一部が突出した柱状の第１リブ（２７）であり、
   前記位置決め手段は、前記ケース（２０）の実装面（２４）の一部が前記第１リブ（２７）よりも高く突出していると共に、前記切り欠き部（３７）に嵌め込まれる第２リブ（２８）であることを特徴とする請求項１に記載の慣性センサ。
3. 前記基板（３０）は、前記側面（３３）のうち前記検出軸に対して平行な方向に面する側面（３３ａ、３３ｂ）の一部が前記表面（３１）に平行な面方向のうち前記検出軸に対して垂直な方向に凹んだ切り欠き部（３７）と、前記厚みコントロール手段として前記基板（３０）の裏面（３２）の一部が突出した柱状の突出部（３８）と、を有し、
   前記位置決め手段は、前記ケース（２０）の実装面（２４）の一部が当該実装面（２４）を基準として前記基板（３０）の裏面（３２）よりも高く突出していると共に、前記切り欠き部（３７）に嵌め込まれるリブ（２８）であることを特徴とする請求項１に記載の慣性センサ。
4. 前記厚みコントロール手段及び前記位置決め手段は、一体化されていると共に、前記ケース（２０）の実装面（２４）に垂直な方向の断面がＬ字状のＬ字リブ（２６）として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の慣性センサ。
5. 前記基板（３０）は、前記表面（３１）及び前記裏面（３２）が四角形となるように形成されており、
   前記Ｌ字リブ（２６）は、前記ケース（２０）の実装面（２４）に平行な面方向の形状がＬ字状に形成されていると共に、前記基板（３０）の四隅の角部（３６）にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項４に記載の慣性センサ。
6. 前記基板（３０）は、前記表面（３１）及び前記裏面（３２）が四角形となるように形成されており、
   前記Ｌ字リブ（２６）は、前記ケース（２０）の実装面（２４）のうち前記基板（３０）の側面（３３）にそれぞれ対応する位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の慣性センサ。

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