JP2017003508A

JP2017003508A - 慣性力センサ装置

Info

Publication number: JP2017003508A
Application number: JP2015119878A
Authority: JP
Inventors: 和典太田; Kazunori Ota; 矢口　昭弘; Akihiro Yaguchi; 昭弘矢口; 雅秀林; Masahide Hayashi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2017-01-05

Abstract

【課題】複数の加速度センサ間の遠心加速度による検出誤差による計測精度の低下を抑制する。
【解決手段】加速度を検出するための半導体素子をパッケージ内部に備えた第一、第二のゲージセンサ１、２を実装基板３の第一の面と第二の面に搭載し、実装基板３はコネクタを備えた樹脂材料からなるハウジング４内部に固定され、実装基板３の第一の面に搭載する第一のゲージセンサ１の中心位置に対して、実装基板３の第二の面に搭載する第二のゲージセンサ２の中心位置を同一の位置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、加速度を検出する慣性力検出センサを電子部品とともに回路基板に実装した状態でパッケーシングした慣性力を検出するセンサ装置に関するものである。

近年、自動車や農業機械および建設機械などでは走行安定性制御や安全性、作業性を向上するため種々の物理量を検出するセンサ装置が用いられている。自動車においては、特に加速度センサや角速度センサが横滑り防止や乗員の安全性を向上するための機器（例えばエアバック）制御用として適用が拡大している。また、センサ装置の自動車への適用では、エンジンルームへの搭載も想定されるため、温度変化や機械的振動などの過酷な環境負荷に耐えることが必要となっている。一方、農業機械への適用では、車体の姿勢制御や、種々の耕作用途に用いる付属機の水平制御に用いられており、高精度な物理量の検出が必要となっている。センサ装置に搭載される加速度センサや角速度センサでは、小型化や多機能化・複合化、および量産性向上などを目的に、シリコン（Si）の微細加工技術(MEMS：Micro Electro Mechanical Systems)を用いた検出手段が主流となってきている。微細加工技術によって、シリコンの微細なくし歯状構造体を形成し、このくし歯状構造体の微小変位を電気信号に変換することで加速度や角速度の慣性力物理量を検出している。

加速度センサや角速度センサは、他の電子部品とともに実装基板に搭載された状態で使用される。また、実装基板に搭載したセンサを外部との電気的信号の入出力を行うコネクタとともにハウジングなどでモジュール化した状態で使用される。

このセンサ装置をはじめ、半導体素子を用いた慣性力センサ装置の実装構造として、例えば、特許文献１に記載されているセンサ装置のような構造が知られている。

特許文献１は、型式の異なる複数の加速度センサが当該センサに合わせて用意される実装基板に設けられたランドに接続される実装構造において、前記加速度センサの出力端子が接続される前記ランドの位置を前記加速度センサの型式に関わらず共通とした実装構造が開示されている。実装基板の多層基板の表面のみを加速度センサの型式に合わせて変更することで、型式の異なる前記加速度センサが実装基板上において、略同様のスペースに配置することが可能であり、省スペース化によりセンサ装置を小型化できることが示されている。

特開２００９−２３１４８９

上記したセンサ装置は、検出方向の異なる２つの加速度センサを実装基板の片面側へ横並びに配置している。そのため、それぞれの加速度センサの中心位置が異なっており、遠心力による加速度印加に対して、２つの加速度センサ間において検出誤差が生じ、センサ装置の計測精度を低下させる要因となる。

したがって、複数の加速度センサを用いたセンサ装置は、それぞれの加速度センサ間における検出誤差が生じない実装構造とすることが必要不可欠である。また、このようなセンサ装置を自動車のエンジンルームや、農業機械付属機などの限られた搭載スペースへの搭載を可能とするため、小型な実装構造とすることが必要不可欠である。

複数の加速度検出センサを回路基板上に搭載し、パッケージングした実装モジュールでは、遠心力による加速度印加に対して、それぞれの加速度センサ間において検出誤差が生じる場合がある。この検出誤差は、センサ装置の出力にも影響する。

例えば、遠心力により印加される加速度を２つの加速度センサで計測する際、２つの加速度センサ間の検出誤差は、それぞれの加速度センサの中心位置が異なっていることで生じ、センサ装置の計測精度を低下させる要因（課題）となる。

本発明の目的は、複数の加速度センサ間の検出誤差発生による計測精度の低下を抑制し、測定誤差を低減した小型な慣性力センサ装置の実装構造を提供することである。

この目的を達成するため、本発明の慣性センサ装置では、加速度を検出するための半導体素子をパッケージ内部に備えたゲージセンサを、ゲージセンサと電子部品を電気的に接続可能な配線パターンを備えた実装基板の第一の面と第二の面にそれぞれ１台ずつ搭載し、実装基板は加速度を検出するための半導体素子からの信号を取り出すためのコネクタを備えた樹脂材料からなるハウジング内部に固定され、コネクタと実装基板をワイヤによって電気的に接続し、ハウジングの開口部にカバーを接着することで、ゲージセンサと電子部品が搭載された実装基板とワイヤをハウジング内にパッケージングしている。

本発明によると、遠心加速度の検出に誤差が生じにくい構造となるため、遠心加速度を計測する場合において、計測精度の低下を抑制することができることから、慣性力センサ装置の測定誤差を低減することが可能となる。

また、複数の加速度センサを１つの実装基板に配置する場合において、センサ装置を小型化することが可能であるため、例えば、自動車のエンジンルームや、農業機械付属機などの限られた搭載スペースへも搭載が可能な、小型構造の慣性力センサ装置を提供することができる。

本発明による慣性力センサ装置の断面模式図である。本発明による慣性力センサ装置の上面図である。本発明による慣性力センサ装置の上面透視図である。

以下、実施例１における慣性力センサ装置の構成について説明する。

図１から図３に示すように、本発明による慣性力センサ装置は、加速度を検出するための半導体素子(図示しない)を内部に収納し、加速度を検出するための半導体素子の周辺を例えば樹脂で覆ってパッケージを形成した第一のゲージセンサ１と第二のゲージセンサ２を備えている。この第一のゲージセンサ１と電子部品(図示しない)を、電気的に接続可能な配線構造を備えた多層構造の実装基板３の第一の面に搭載し、第二のゲージセンサ２と電子部品(図示しない)を実装基板３の第二の面に搭載しており、実装基板３は、加速度を検出するための半導体素子の信号を取り出すためのコネクタ８を備えた樹脂製ハウジング４内に接着剤５などで固定されている。コネクタ端子７と実装基板３の第一の面上の図示されていない端子とは、アルミワイヤ６などによって電気的に接続されており、加速度を検出する半導体素子の信号を外部に取り出すことを可能にしている。ハウジング４の開口部には、カバー９が接着剤５などにより接着されてモジュール構造体化している。

実装基板３の第一の面に搭載された第一のゲージセンサ１のパッケージの中心位置に対して、実装基板３の第二の面に搭載された第二のゲージセンサ２の中心位置を同一の位置に配置することにより、第一のゲージセンサ１と第二のゲージセンサに回転による遠心力が印加された場合、印加される加速度[a]=回転半径(r)×回転数(ω)²であらわされるとおり、その回転半径が同一であるため印加される加速度は同一であり、第一のゲージセンサ１と第二のゲージセンサ２間が検出する加速度に誤差が生じにくくなっている。

これによって、本発明による慣性力センサ装置において、遠心加速度を計測する場合において、計測精度の低下を抑制することができることから、慣性力センサ装置の測定誤差を低減することが可能となる。

なお、慣性センサ装置を回転による遠心力を利用して加速度出力調整する際に、ハウジング４の設置位置を用いて印加する加速度を算出可能とするため、ハウジング４の中心位置に対して、第一のゲージセンサ１の中心位置または、第二のゲージセンサ２の中心位置が同一となるように搭載してもよい。

また、本発明の加速度を検出するための半導体素子は、検出する加速度の方向が１方向のみであってもよい。また、検出する加速度の方向が直交する２方向であってもよい。また、検出する加速度の方向がすべて直交する３方向であってもよい。

さらに、第一のゲージセンサ１の検出する加速度の方向と第二のゲージセンサ２の検出する加速度の方向を同一として、例えば、第一のゲージセンサ１の検出する加速度を第二のゲージセンサ２の検出する加速度と比較することによる第一のゲージセンサ１が検出した値の妥当性診断または、故障診断などの付加機能を設けてもよい。

また、実装基板３の第一の面に第一のゲージセンサ１、実装基板３の第二の面に第二のゲージセンサ２をそれぞれ搭載することにより、第一のゲージセンサ１と第二のゲージセンサ２が干渉することも、実装スペースを増大することもなく、実装基板３に搭載することができることから、複数のゲージセンサを１つの実装基板３に配置する場合において、センサ装置を小型化することが可能である。

これによって、例えば、自動車のエンジンルームや、農業機械付属機などの限られた搭載スペースへも搭載が可能な、小型構造の慣性力センサ装置を提供することができる。

１・・・第一のゲージセンサ、２・・・第２のゲージセンサ、３・・・実装基板、４・・・ハウジング、５・・・接着剤、６・・・アルミワイヤ、７・・・コネクタ端子、８・・・コネクタ、９・・・カバー

Claims

加速度を検出するための半導体素子をパッケージ内部に備えた第一のゲージセンサと、
加速度を検出するための半導体素子をパッケージ内部に備えた第二のゲージセンサと、
前記第一及び第二のゲージセンサを実装する実装基板と、
前記実装基板が配置されるハウジングと、を備える慣性力センサ装置であって、
前記実装基板の表面の中心に前記第一のゲージセンサが実装され、
前記実装基板の裏面の中心に前記第二のゲージセンサが実装されることを特徴とする慣性力センサ装置。
前記第一のゲージセンサまたは前記第二のゲージセンサは、その中心が、前記ハウジングの中心と一致するように該ハウジング内に実装される請求項１に記載の慣性力センサ。
前記第一のゲージセンサの検出する加速度の方向と前記第二のゲージセンサの検出する加速度の方向が同一であることを特徴とする請求項1または２に記載の慣性力センサ装置。