JP2022129553A - センサーモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性の高いセンサーモジュールを提供すること。【解決手段】センサーモジュール1は、第1面21と、第1面21とは表裏関係にある第2面22と、第1面21又は第2面22の一方に設けられる第1端子292と、第1面21に設けられる第2端子294と、を有する基板2と、第1端子292に接合されるリード9と、第1融点を有し、第1ヤング率を有し、リード9と第1端子292とを接合する第1導電性接合部材51と、第2端子294に接合される慣性センサー3と、第1融点よりも低い第2融点を有し、第1ヤング率よりも高い第2ヤング率を有し、慣性センサー3と第2端子294とを接合する第2導電性接合部材52と、を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、センサーモジュールに関する。
従来、特許文献1に示すように、気密パッケージ内に圧電素子片を固着した圧電素子などの電子部品を基板にはんだ固着して電子装置を製造する際に、先にはんだ固着する作業に高い溶融温度のはんだを用い、後ではんだ固着する作業に低い溶融温度のはんだを用い、後で行なわれるはんだ付けが前に行なわれたはんだに影響しないようにはんだの溶融温度を異ならせること、が知られている。
しかしながら、特許文献1に記載の電子装置では、溶融温度の低い方のはんだ材料として、例えば、Sn-Bi共晶はんだが用いられており、Sn-Bi共晶はんだは、機械的強度や熱疲労耐性が低く、電子装置用はんだとしての信頼性が十分ではない。このため、特許文献1に記載されている電子装置におけるはんだの使い分けを、例えば、加速度センサーや角速度センサーなどの慣性センサーを基板に搭載したセンサーモジュールに適用した場合、センサーモジュールの使用環境において、慣性センサーと基板との熱膨張率の差に起因する応力が、慣性センサーと基板との接合部であるはんだに繰り返し加わることにより、はんだが劣化し、センサーモジュールの機能が不安定になるなど、センサーモジュールの信頼性が低下するという課題がある。
センサーモジュールは、第1面と、前記第1面とは表裏関係にある第2面と、前記第1面又は前記第2面の一方に設けられる第1端子と、前記第1面に設けられる第2端子と、を有する基板と、前記第1端子に接合されるリードと、第1融点を有し、第1ヤング率を有し、前記リードと前記第1端子とを接合する第1導電性接合部材と、前記第2端子に接合される慣性センサーと、前記第1融点よりも低い第2融点を有し、前記第1ヤング率よりも高い第2ヤング率を有し、前記慣性センサーと前記第2端子とを接合する第2導電性接合部材と、を備える。
1.実施形態1
実施形態1に係るセンサーモジュール1について、図1~図4を参照して説明する。なお、図1は、センサーモジュール1の内部の構成を説明する便宜上、キャップ7の天板部70を取り外した状態を図示している。図4は、第1慣性センサー31の内部の構成を説明する便宜上、加速度センサー素子310、角速度センサー素子3r、及び内部電極313以外の構成要素を省略して図示している。なお、各図の各構成要素の寸法比率は実際とは異なる。
実施形態1に係るセンサーモジュール1について、図1~図4を参照して説明する。なお、図1は、センサーモジュール1の内部の構成を説明する便宜上、キャップ7の天板部70を取り外した状態を図示している。図4は、第1慣性センサー31の内部の構成を説明する便宜上、加速度センサー素子310、角速度センサー素子3r、及び内部電極313以外の構成要素を省略して図示している。なお、各図の各構成要素の寸法比率は実際とは異なる。
図面に付記する座標においては、互いに直交する3つの軸をX軸、Y軸及びZ軸として説明する。X軸に沿う方向を「X方向」、Y軸に沿う方向を「Y方向」、Z軸に沿う方向を「Z方向」とし、矢印の方向がプラス方向である。また、Z方向のプラス方向を「上」又は「上方」、Z方向のマイナス方向を「下」又は「下方」として説明する。また、Z方向からの平面視において、Z方向プラス側の面を上面、これと反対側となるZ方向マイナス側の面を下面として説明する。
図1~図3に示すように、センサーモジュール1は、基板2と、基板2の第1面21に接合されたキャップ7と、第1面21に接合された慣性センサー3と、第1面21とは表裏関係にある基板2の第2面22に接合されたリード9と、第2面22に接合された回路素子8と、を有する。本実施形態では、基板2の第1面21は、基板2の上面であり、第2面22は、基板2の下面である。
基板2の第2面22には、センサーモジュール1の外部接続端子である第1端子292と、センサーモジュール1の内部接続端子である第3端子296と、が設けられる。第1端子292と、リード9と、は、第1導電性接合部材51を介して接合している。なお、本実施形態では、第1端子292は、第2面22に設けられているが、第1面21に設けられていても構わない。言い換えると、第1端子292は、第1面21又は第2面22の一方に設けられていれば構わない。
また、第3端子296と、回路素子8と、は、第3導電性接合部材53を介して接合している。
基板2の第1面21には、センサーモジュール1の内部接続端子である第2端子294が設けられる。第2端子294と、慣性センサー3と、は、第2導電性接合部材52を介して接合している。
まず、基板2について説明する。
図1及び図2に示すように、基板2は、プリント基板である。本実施形態では、基板2は、第1面21に直交するZ方向からの平面視で、外形が矩形状の板状である。基板2としては、例えば、セラミック基板、ガラスエポキシ基板などを用いることができる。なお、説明の便宜上、基板2に形成される配線については図示を省略し、第1面21に設けられる第2端子294と、第2面22に設けられる第1端子292、第3端子296のみを図示している。第1端子292、第2端子294、及び第3端子296は、基板2に形成される図示しない配線と電気的に接続している。
図1及び図2に示すように、基板2は、プリント基板である。本実施形態では、基板2は、第1面21に直交するZ方向からの平面視で、外形が矩形状の板状である。基板2としては、例えば、セラミック基板、ガラスエポキシ基板などを用いることができる。なお、説明の便宜上、基板2に形成される配線については図示を省略し、第1面21に設けられる第2端子294と、第2面22に設けられる第1端子292、第3端子296のみを図示している。第1端子292、第2端子294、及び第3端子296は、基板2に形成される図示しない配線と電気的に接続している。
基板2は、Z方向からの平面視で、第1の辺2Aと、第1の辺2Aに対向する第2の辺2Bと、第1の辺2Aと第2の辺2Bとに隣り合う第3の辺2Cと、第3の辺2Cに対向する第4の辺2Dと、を有する。
基板2の第1面21において、第1の辺2Aには第1の凹部23Aが設けられ、第2の辺2Bには第2の凹部23Bが設けられ、第3の辺2Cには第3の凹部23Cが設けられ、第4の辺2Dには第4の凹部23Dが設けられる。
次に、基板2の第1面21側に位置する各部について説明する。
図1及び図3に示すように、基板2の第1面21には、慣性センサー3が接合されている。第1面21に、キャップ7が接合されることにより、第1面21と、キャップ7と、の間に、慣性センサー3が収容される。
図1及び図3に示すように、基板2の第1面21には、慣性センサー3が接合されている。第1面21に、キャップ7が接合されることにより、第1面21と、キャップ7と、の間に、慣性センサー3が収容される。
キャップ7は、Z方向からの平面視で、基板2とほぼ相似形を呈する矩形状である。キャップ7としては、例えば、鉄-ニッケル系合金である42アロイを用いることができる。
キャップ7は、天板部70と、天板部70の外周縁から下方に延設される側壁71と、天板部70と側壁71とにより形成される凹部711と、側壁71の下端部から内側に向けて突出する第1の凸部72A、第2の凸部72B、第3の凸部72C、第4の凸部72Dと、を有する。
キャップ7の凸部72A,72B,72C,72Dは、Z方向からの平面視で、基板2の凹部23A,23B,23C,23Dとそれぞれ重なるように配置される。
キャップ7の第1の凸部72Aは、基板2の第1の凹部23Aと、図示しない接合部材を介して接着される。同様に、キャップ7の第2の凸部72B、第3の凸部72C、第4の凸部72Dは、それぞれ基板2の第2の凹部23B、第3の凹部23C、第4の凹部23Dと、図示しない接合部材を介して接合される。
キャップ7と、基板2の第1面21と、が接合されることにより、凹部711内に慣性センサー3が収容される。
慣性センサー3は、第1慣性センサー31と、第2慣性センサー32と、角速度センサー33と、を含む。
第1慣性センサー31と、第2慣性センサー32と、はX軸、Y軸、Z軸の3軸回りの角速度と、3軸に沿った方向の加速度と、を検出する、いわゆる6軸慣性センサーである。角速度センサー33は、X軸、Y軸、Z軸の3軸のうち、所望の検出軸回りの角速度を高精度に検出するために設けられる。本実施形態では、角速度センサー33は、Z軸回りの角速度を検出する。なお、慣性センサー3は、このような構成に限定されず、各軸に沿った方向の加速度又は各軸回りの角速度のうち少なくとも1つを検出するセンサーであれば構わない。
慣性センサー3は、慣性センサー3の下面に接続端子301を有する。接続端子301は、慣性センサー3を制御する制御信号を慣性センサー3に入力するために、また、慣性センサー3が検出した加速度又は角速度などの検出信号を慣性センサー3から出力するために用いられる。
接続端子301と、基板2の第1面21に設けられる第2端子294と、を第2導電性接合部材52を介して接合することにより、接続端子301と、第2端子294と、が電気的に接続されるとともに、慣性センサー3が、基板2の第1面21に固定される。
本実施形態では、第2導電性接合部材52は、鉛フリーはんだであり、その組成を示す記号は、Sn-3.0Ag-0.8Cu-3.0Bi-0.02Niである。なお、組成を示す記号の表記は、日本産業規格Z3282:2017に準じて表記する。具体的には、組成を示す記号は、鉛フリーはんだを主に構成する各元素の元素記号と、各元素の重量比を示す。例えば、Sn-3.0Ag-0.8Cu-3.0Bi-0.02Niは、すず(Sn)は残部として重量比の表示は省略し、すず(Sn)以外の元素について、それぞれ元素の重量比を表記し、具体的には、銀(Ag)3.0%、銅(Cu)0.8%、ビスマス(Bi)3.0%、ニッケル(Ni)0.02%含むことを示す。
第2導電性接合部材52として用いたSn-3.0Ag-0.8Cu-3.0Bi-0.02Niの融点は205℃、ヤング率は52.2GPaである。言い換えると、第2導電性接合部材52としてSn-3.0Ag-0.8Cu-3.0Bi-0.02Niを用いたとき、第2導電性接合部材52の融点である第2融点は205℃であり、第2導電性接合部材52のヤング率である第2ヤング率は52.2GPaである。
なお、Sn-3.0Ag-0.8Cu-3.0Bi-0.02Niなどの合金系の鉛フリーはんだは、Sn-BiやSn-Inなどの共晶系のはんだなどとは異なり、固相と液相とが共存する状態を有する。そのため、はんだの溶融状態を示す温度として、固相線温度と、液相線温度と、の2つの温度が定義されるが、本発明における融点は、固相線温度である。また、ヤング率は、25℃における測定値である。
ここで、本実施形態における第1慣性センサー31及び第2慣性センサー32について、説明する。
図4に示すように、第1慣性センサー31は、Z方向からの平面視で、長辺311と、長辺311とは長さが異なる短辺312と、により囲まれた長方形状の外形を有する。本実施形態では、長辺311はX方向に平行であり、短辺312はY方向に平行である。
第1慣性センサー31は、加速度センサー素子310と、角速度センサー素子3rと、図示しない配線により加速度センサー素子310と角速度センサー素子3rとに電気的に接続される複数の内部電極313と、を有する。
加速度センサー素子310と、角速度センサー素子3rと、は長辺311に沿ったX方向に並んで配置される。
加速度センサー素子310は、長辺311に沿ったX方向の加速度を検出するX軸加速度センサー素子3xと、長辺311と短辺312とを含む平面に垂直なZ方向の加速度を検出するZ軸加速度センサー素子3zと、短辺312に沿ったY方向の加速度を検出するY軸加速度センサー素子3yと、を有する。
X軸加速度センサー素子3xと、Z軸加速度センサー素子3zと、Y軸加速度センサー素子3yと、は短辺312に沿ったY方向において、Y方向プラス側からY方向マイナス側に向かって、この順に並んで配置されている。ただし、X軸加速度センサー素子3x、Z軸加速度センサー素子3z、Y軸加速度センサー素子3yの配置は、これに限らず、例えば、X軸加速度センサー素子3x、Z軸加速度センサー素子3z、Y軸加速度センサー素子3yが、長辺311に沿ったX方向に並んで配置されていても構わない。
角速度センサー素子3rは、X軸、Y軸、及びZ軸の各軸回りの角速度を検出する3軸角速度センサー素子である。
複数の内部電極313は、長辺311に沿ったX方向に並んで配置されている。加速度センサー素子310と、複数の内部電極313と、は短辺312に沿った方向であるY方向に並んで配置されている。
第2慣性センサー32は、第1慣性センサー31を、Z方向からの平面視で、反時計回りに90度回転させた姿勢で基板2に実装している点以外は、第1慣性センサー31と同一であるので、説明を省略する。
以上、基板2の第1面21側に位置する各部について説明した。次に、基板2の第2面22側に位置する各部について説明する。
図2及び図3に示すように、基板2の第2面22には、センサーモジュール1の外部接続端子である第1端子292と、センサーモジュール1の内部接続端子である第3端子296と、が設けられる。第1端子292と、リード9と、は、第1導電性接合部材51を介して接合している。第3端子296と、回路素子8と、は、第3導電性接合部材53を介して接合している。
図2及び図3に示すように、基板2の第2面22には、センサーモジュール1の外部接続端子である第1端子292と、センサーモジュール1の内部接続端子である第3端子296と、が設けられる。第1端子292と、リード9と、は、第1導電性接合部材51を介して接合している。第3端子296と、回路素子8と、は、第3導電性接合部材53を介して接合している。
リード9は、例えば、製造時においてリードフレームを切断加工することにより形成されたものであり、例えば、鉄系材料や銅系材料で形成される。
リード9は、接続部91を有し、接続部91と、第1端子292と、が第1導電性接合部材51を介して接合されることにより、第1端子292と、リード9と、が電気的に接続されるとともに、リード9が、基板2に固定される。
本実施形態では、第1導電性接合部材51は、鉛フリーはんだであり、その組成を示す記号は、Sn-5.0Sbである。Sn-5.0Sbは、すず(Sn)以外の元素について、アンチモン(Sb)5.0%含むことを示す。
第1導電性接合部材51として用いたSn-5.0Sbの融点は240℃、ヤング率は45.4GPaである。言い換えると、第1導電性接合部材51としてSn-5.0Sbを用いたとき、第1導電性接合部材51の融点である第1融点は240℃であり、第1導電性接合部材51のヤング率である第1ヤング率は45.4GPaである。
上述したように、本実施形態では、第2導電性接合部材52の融点である第2融点は205℃であり、第2導電性接合部材52のヤング率である第2ヤング率は52.2GPaである。すなわち、第2導電性接合部材52は、第1導電性接合部材51の第1融点240℃よりも低い第2融点205℃を有し、第1導電性接合部材51の第1ヤング率45.4GPaよりも高い第2ヤング率52.2GPaを有する。
このように、第2導電性接合部材52の第2ヤング率を、第1導電性接合部材51の第1ヤング率よりも高くすることにより、慣性センサー3と基板2との熱膨張率の差に起因する応力が、慣性センサー3と基板2との接合部である第2導電性接合部材52に繰り返し加わる場合でも、第2導電性接合部材52の劣化を抑制することができる。具体的には、第2導電性接合部材52にクラックが発生し難くなり、また、発生したクラックが拡大し難くなる。そのため、慣性センサー3と基板2との電気的な接続を長期間確保することができるので、センサーモジュール1の機能が安定し、センサーモジュール1の信頼性を高めることができる。
なお、本実施形態では、第1導電性接合部材51として、Sn-5.0Sbを用いているが、これに限らず、Sn-5.0Sb以外のはんだを用いても構わない。Sn-5.0Sb以外のはんだとしては、例えば、Sn-10.0Sbなどを第1導電性接合部材51として用いることができる。Sn-10.0Sbの融点は、245℃、ヤング率は47.9GPaである。第1導電性接合部材51として用いるはんだとしては、融点が230℃以上のはんだが好ましい。また、本実施形態では、第1導電性接合部材51として、鉛フリーはんだを用いているが、鉛含有はんだでも構わない。
また、第1導電性接合部材51としてSn-5.0Sbなどの高温系はんだを用いることにより、顧客がセンサーモジュール1を顧客基板に実装するためにリード9と顧客基板とをはんだ付けする際における、第1導電性接合部材51の再溶融を抑制することができる。センサーモジュール1は、顧客に出荷する前に較正を行い、慣性センサー3の検出軸のずれなどを補正しているが、顧客がセンサーモジュール1を顧客基板に実装する際に、第1導電性接合部材51が再溶融すると、リード9と基板2との接合状態が変化し、すなわち、慣性センサー3の検出軸のずれなどが出荷前の状態から変化し、センサーモジュール1の検出精度が低下してしまう。しかし、第1導電性接合部材51の再溶融を抑制することにより、センサーモジュール1の検出精度の低下を防ぐことができる。
また、図2及び図3に示すように、基板2の第2面22には、第3端子296が設けられており、第3端子296と、回路素子8と、は、第3導電性接合部材53を介して接合している。
回路素子8は、例えば、半導体チップであるベアチップをモールドした構成である。回路素子8は、慣性センサー3の駆動を制御するとともに、慣性センサー3から出力される検出信号を処理する。具体的には、回路素子8は、慣性センサー3から出力される検出信号に対するサンプリング処理、ゼロ点補正、感度調整、フィルター処理、温度補正、検出信号の合成等の各種の処理を行い、処理後の検出信号を出力する。
回路素子8の上面、すなわち、回路素子8において第3端子296と対向する面には、接続端子801が設けられる。接続端子801と、第3端子296と、は第3導電性接合部材53を介して接合している。
接続端子801は、慣性センサー3が検出した加速度又は角速度などの検出信号を回路素子8に入力するために、また、慣性センサー3を制御する制御信号や、慣性センサー3から入力された検出信号を回路素子8において処理した処理後の検出信号などを回路素子8から出力するために用いられる。
接続端子801と、基板2の第2面22に設けられる第3端子296と、を第3導電性接合部材53を介して接合することにより、接続端子801と、第3端子296と、が電気的に接続されるとともに、回路素子8が、基板2の第2面22に固定される。
本実施形態では、第3導電性接合部材53は、第2導電性接合部材52と同一組成の鉛フリーはんだを用いている。具体的には、第3導電性接合部材53としてSn-3.0Ag-0.8Cu-3.0Bi-0.02Niを用いており、第3導電性接合部材53の融点である第3融点は205℃であり、第3導電性接合部材53のヤング率である第3ヤング率は52.2GPaである。
上述したように、本実施形態では、第1導電性接合部材51の融点である第1融点は240℃であり、第1導電性接合部材51のヤング率である第1ヤング率は45.4GPaである。すなわち、第3導電性接合部材53は、第1導電性接合部材51の第1融点240℃よりも低い第2融点205℃を有し、第1導電性接合部材51の第1ヤング率45.4GPaよりも高い第3ヤング率52.2GPaを有する。
このように、第3導電性接合部材53の第3ヤング率を、第1導電性接合部材51の第1ヤング率よりも高くすることにより、回路素子8と基板2との熱膨張率の差に起因する応力による第3導電性接合部材53の劣化を抑制することができる。そのため、回路素子8と基板2との電気的な接続を長期間確保することができるので、センサーモジュール1の機能が安定し、センサーモジュール1の信頼性を高めることができる。
なお、本実施形態では、第2導電性接合部材52及び第3導電性接合部材53として、Sn-3.0Ag-0.8Cu-3.0Bi-0.02Niを用いているが、これに限らず、Sn-3.0Ag-0.8Cu-3.0Bi-0.02Ni以外のはんだを用いても構わない。具体的には、第2導電性接合部材52及び第3導電性接合部材53として用いるはんだとしては、第2融点及び第3融点が第1融点よりも低く、第2ヤング率及び第3ヤング率が第1ヤング率よりも高いはんだであれば構わない。
Sn-3.0Ag-0.8Cu-3.0Bi-0.02Ni以外のはんだとしては、例えば、Sn-3.0Ag-3.0Bi-3.0In、Sn-3.9Ag-0.6Cu-3.0Sb、Sn-3.8Ag-0.7Cu-3.0Bi-1.4Sb-0.15Niなどを用いることができる。Sn-3.0Ag-3.0Bi-3.0Inの融点は198℃、ヤング率は47.7GPaである。Sn-3.9Ag-0.6Cu-3.0Sbの融点は221℃、ヤング率は50.1GPaである。Sn-3.8Ag-0.7Cu-3.0Bi-1.4Sb-0.15Niの融点は207℃、ヤング率は53.0GPaである。
なお、第2導電性接合部材52及び第3導電性接合部材53としては、それぞれのヤング率である第2ヤング率及び第3ヤング率が50GPa以上のはんだが好ましい。また、本実施形態では、第2導電性接合部材52及び第3導電性接合部材53として、鉛フリーはんだを用いているが、鉛含有はんだでも構わない。
また、本実施形態では、第2導電性接合部材52に用いるはんだと、第3導電性接合部材53に用いるはんだと、は同じ組成のはんだを使用しているが、それぞれ異なる組成のはんだを使用しても構わない。言い換えると、第2融点と、第3融点は、異なっていても構わない。また、第2ヤング率と、第3ヤング率と、は異なっていても構わない。なお、第2融点と、第3融点と、を異ならせる場合は、基板2に先に回路素子8を接合し、後に慣性センサー3を接合する時は、第3融点を第2融点よりも高くし、逆に、基板2に先に慣性センサー3を接合し、後に回路素子8を接合する時は、第2融点を第3融点よりも高くすることが好ましい。
次に、センサーモジュール1の製造方法について、図5~図9を参照して説明する。センサーモジュール1の製造方法は、図5に示すように、リード接合工程と、回路素子実装工程と、慣性センサー実装工程と、リードフォーミング工程と、を含む。
1.1 リード接合工程
図6に示すように、ステップS1において、基板2の第2面22に設けられる第1端子292と、リード9の接続部91と、を第1導電性接合部材51を介して接合する。第1端子292と、リード9の接続部91と、を第1導電性接合部材51を介して接合する方法としては、例えば、リフローソルダリング法を用いることができる。
図6に示すように、ステップS1において、基板2の第2面22に設けられる第1端子292と、リード9の接続部91と、を第1導電性接合部材51を介して接合する。第1端子292と、リード9の接続部91と、を第1導電性接合部材51を介して接合する方法としては、例えば、リフローソルダリング法を用いることができる。
まず、第1面21に第2端子294が設けられており、第2面22に第1端子292と、第3端子296と、が設けられている基板2と、リード9と、を準備する。なお、本実施形態では、ステップS1において準備されるリード9は、図示しない枠体を有する平板状のリードフレームである。
次に、リード9の接続部91に、第1導電性接合部材51を塗布する。第1導電性接合部材51を塗布する方法としては、例えば、第1導電性接合部材51の粉末をフラックスに分散したペーストを塗布することにより行うことができる。
そして、第1導電性接合部材51が塗布された接続部91と、第1端子292と、を第1導電性接合部材51を介して接触させた状態で、リフロー炉において加熱することにより、第1導電性接合部材51を溶融させる。これにより、リード9と、第1端子292と、を第1導電性接合部材51を介して接合することができる。
なお、本実施形態では、第1導電性接合部材51はリード9の接続部91に塗布しているが、第1端子292に塗布することにしても構わない。
1.2 回路素子実装工程
図7に示すように、ステップS2において、基板2の第2面22に設けられる第3端子296と、回路素子8に設けられる接続端子801と、を第3導電性接合部材53を介して接合する。第3端子296と、回路素子8と、を第3導電性接合部材53を介して接合する方法としては、例えば、リフローソルダリング法を用いることができる。
図7に示すように、ステップS2において、基板2の第2面22に設けられる第3端子296と、回路素子8に設けられる接続端子801と、を第3導電性接合部材53を介して接合する。第3端子296と、回路素子8と、を第3導電性接合部材53を介して接合する方法としては、例えば、リフローソルダリング法を用いることができる。
上述したように、第3導電性接合部材53は、第1導電性接合部材51の第1融点よりも低い第3融点を有するので、ステップS2において、リフロー炉内の温度を第3融点よりも高く、かつ、第1融点よりも低くすることにより、第1導電性接合部材51の再溶融を抑制することができる。これにより、第1導電性接合部材51の再溶融による基板2とリード9との接合不良を生じ難くすることができ、センサーモジュール1の製造歩留まりを向上させることができる。
1.3 慣性センサー実装工程
図8に示すように、ステップS3において、基板2の第1面21に設けられる第2端子294と、慣性センサー3に設けられる接続端子301と、を第2導電性接合部材52を介して接合する。第2端子294と、慣性センサー3と、を第2導電性接合部材52を介して接合する方法としては、例えば、リフローソルダリング法を用いることができる。
図8に示すように、ステップS3において、基板2の第1面21に設けられる第2端子294と、慣性センサー3に設けられる接続端子301と、を第2導電性接合部材52を介して接合する。第2端子294と、慣性センサー3と、を第2導電性接合部材52を介して接合する方法としては、例えば、リフローソルダリング法を用いることができる。
上述したように、第2導電性接合部材52は、第1導電性接合部材51の第1融点よりも低い第2融点を有するので、ステップS3において、リフロー炉内の温度を第2融点よりも高く、かつ、第1融点よりも低くすることにより、第1導電性接合部材51の再溶融を抑制することができる。これにより、第1導電性接合部材51の再溶融による基板2とリード9との接合不良を生じ難くすることができ、センサーモジュール1の製造歩留まりを向上させることができる。
1.4 リードフォーミング工程
図9に示すように、ステップS4において、リード9を所望の形状に加工する。
図9に示すように、ステップS4において、リード9を所望の形状に加工する。
まず、図示しない枠体を有するリードフレームから枠体を切断し、さらにリード9を折り曲げることにより、リード9を所望の形状に加工する。本実施形態では、リード9は、その形状がいわゆるガルウイング形状となるように加工される。
次に、キャップ7を図示しない接合部材を介して基板2の第1面21に接合する。なお、本実施形態では、リード9を所望の形状に加工した後にキャップ7を基板2に接合しているが、キャップ7を基板2に接合した後にリード9を所望の形状に加工することにしても構わない。
以上の製造工程により、センサーモジュール1を製造することができる。
以上の製造工程により、センサーモジュール1を製造することができる。
以上述べた通り、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
センサーモジュール1は、リード9と基板2に設けられる第1端子292とを接合する、第1融点と第1ヤング率とを有する第1導電性接合部材51と、慣性センサー3と基板2に設けられる第2端子294とを接合する、第1融点よりも低い第2融点と、第1ヤング率よりも高い第2ヤング率とを有する第2導電性接合部材52と、を備える。このように、第2導電性接合部材52の第2ヤング率を、第1導電性接合部材51の第1ヤング率よりも高くすることにより、慣性センサー3と基板2との熱膨張率の差に起因する応力による第2導電性接合部材52の劣化を抑制することができる。そのため、慣性センサー3と基板2との電気的な接続を長期間確保することができるので、センサーモジュール1の機能が安定し、センサーモジュール1の信頼性を高めることができる。
センサーモジュール1は、リード9と基板2に設けられる第1端子292とを接合する、第1融点と第1ヤング率とを有する第1導電性接合部材51と、慣性センサー3と基板2に設けられる第2端子294とを接合する、第1融点よりも低い第2融点と、第1ヤング率よりも高い第2ヤング率とを有する第2導電性接合部材52と、を備える。このように、第2導電性接合部材52の第2ヤング率を、第1導電性接合部材51の第1ヤング率よりも高くすることにより、慣性センサー3と基板2との熱膨張率の差に起因する応力による第2導電性接合部材52の劣化を抑制することができる。そのため、慣性センサー3と基板2との電気的な接続を長期間確保することができるので、センサーモジュール1の機能が安定し、センサーモジュール1の信頼性を高めることができる。
また、第2導電性接合部材52の第2融点を、第1導電性接合部材51の第1融点よりも低くすることにより、まず先に基板2とリード9とを第1導電性接合部材51により接合し、その後で基板2と慣性センサー3とを第2導電性接合部材52により接合する場合、第2導電性接合部材52による接合時における第1導電性接合部材51の再溶融が抑制される。これにより、第1導電性接合部材51の再溶融による基板2とリード9との接合不良を生じ難くすることができ、センサーモジュール1の製造歩留まりを向上させることができる。
2.実施形態2
次に、実施形態2に係るセンサーモジュール1aを、図10及び図11を参照して説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
次に、実施形態2に係るセンサーモジュール1aを、図10及び図11を参照して説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
本実施形態に係るセンサーモジュール1aは、第1端子292aが基板2の第1面21に設けられている点が、実施形態1とは異なる。
図10に示すように、基板2の上面である第1面21には、第1端子292aが設けられており、Z方向からの平面視で、第1端子292aと、リード9aの接続部91aと、はそれぞれ重なるように配置される。
図11に示すように、基板2の第1面21に設けられている第1端子292aと、リード9aの接続部91aと、は第1導電性接合部材51aを介して接合している。なお、基板2の第1の凹部23Aにおいて、リード9aは、第1の凹部23Aの側面及び底面に沿うように折り曲げられた形状を有する。図示は省略するが、基板2の第2の凹部23B、第3の凹部23C、及び第4の凹部23Dにおいても、第1の凹部23Aと同様に、リード9aは、それぞれの凹部23B,23C,23Dの側面及び底面に沿うように折り曲げられた形状を有する。
また、リード9aがキャップ7の側壁71の下端部と対向する面であるリード9aの上面には、絶縁膜93が設けられる。キャップ7と、リード9aと、の間に絶縁膜93を設けることにより、キャップ7と、リード9aと、の接触による短絡を防止することができる。絶縁膜93は、例えば、ポリイミド系やエポキシ系などの絶縁性樹脂などにより形成することができる。なお、キャップ7の側壁71の下端部と、リード9aの上面と、を離間させることにより、キャップ7と、リード9aと、の接触による短絡を防止しても構わない。
本実施形態では、実施形態1と同様に、第1導電性接合部材51aとしてSn-5.0Sbを用いており、また、第2導電性接合部材52及び第3導電性接合部材53として、Sn-3.0Ag-0.8Cu-3.0Bi-0.02Niを用いている。これにより、実施形態1と同様に、第2導電性接合部材52は、第1導電性接合部材51aの第1融点よりも低い第2融点を有し、第1導電性接合部材51aの第1ヤング率よりも高い第2ヤング率を有する。また、第3導電性接合部材53は、第1導電性接合部材51aの第1融点よりも低い第3融点を有し、第1導電性接合部材51aの第1ヤング率よりも高い第3ヤング率を有する。
本実施形態によれば、第1端子292aが基板2の第1面21に設けられている場合でも、実施形態1と同様な効果を得ることができる。
3.実施形態3
次に、実施形態3に係るセンサーモジュール1bを、図12及び図13を参照して説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
次に、実施形態3に係るセンサーモジュール1bを、図12及び図13を参照して説明する。なお、以下の説明では、上述した実施形態1との相違点を中心に説明し、実施形態1と同一の構成については、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
本実施形態に係るセンサーモジュール1bは、慣性センサー3と、基板2と、が絶縁性接合部材60を介して接合している点が、実施形態1とは異なる。また、回路素子8と、基板2と、が絶縁性接合部材61を介して接合している点が、実施形態1とは異なる。
図12に示すように、Z方向からの平面視で、慣性センサー3の下面の中央部に絶縁性接合部材60が配置されており、図13に示すように、慣性センサー3の下面と、基板2の上面である第1面21と、は絶縁性接合部材60を介して接合している。
絶縁性接合部材60としては、例えば、エポキシ系、シリコーン系などの熱硬化型樹脂による接着剤を用いることができる。また、絶縁性接合部材60のガラス転移温度は、センサーモジュール1bの動作保証温度範囲の上限温度よりも高いことが好ましい。
顧客がセンサーモジュール1bを顧客基板に実装するためにリード9と顧客基板とをはんだ付けする際に、慣性センサー3と基板2とを接合している第2導電性接合部材52が再溶融する虞がある。第2導電性接合部材52が再溶融すると、慣性センサー3と基板2との接合状態が変化し、すなわち、慣性センサー3の検出軸のずれなどが出荷前の状態から変化し、センサーモジュール1bの検出精度が低下してしまう。しかし、慣性センサー3と、基板2と、を絶縁性接合部材60を介して接合することにより、第2導電性接合部材52が再溶融した場合でも、慣性センサー3と基板2との接合状態が変化し難くなるので、センサーモジュール1bの検出精度の低下を防ぐことができる。
また、図12に示すように、Z方向からの平面視で、回路素子8の上面の中央部に絶縁性接合部材61が配置されており、図13に示すように、回路素子8の上面と、基板2の下面である第2面22と、は絶縁性接合部材61を介して接合している。絶縁性接合部材61としては、絶縁性接合部材60と同様に、エポキシ系、シリコーン系などの熱硬化型樹脂による接着剤を用いることができる。
基板2と、慣性センサー3及び回路素子8と、をそれぞれ絶縁性接合部材60,61を介して接合する方法としては、例えば、基板2と、慣性センサー3及び回路素子8と、をそれぞれ第2導電性接合部材52及び第3導電性接合部材53を介して接合した後に、基板2の第1面21と慣性センサー3の下面との間隙と、基板2の第2面22と回路素子8の上面との間隙と、にそれぞれ未硬化状態の絶縁性接合部材60,61を注入し、さらに注入した絶縁性接合部材60,61を熱硬化することにより行うことができる。ただし、このように、第2導電性接合部材52及び第3導電性接合部材53による接合と、絶縁性接合部材60,61による接合を、それぞれ別の工程を行うのではなく、第2導電性接合部材52による接合と絶縁性接合部材60による接合を同時に行い、また、第3導電性接合部材53による接合と絶縁性接合部材61による接合を同時に行うようにしても構わない。
本実施形態によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
慣性センサー3と、基板2と、を絶縁性接合部材60を介して接合することにより、顧客がセンサーモジュール1bを顧客基板に実装する際に、第2導電性接合部材52が再溶融した場合でも、慣性センサー3と基板2との接合状態が変化し難くなるので、センサーモジュール1bの検出精度の低下を防ぐことができる。
慣性センサー3と、基板2と、を絶縁性接合部材60を介して接合することにより、顧客がセンサーモジュール1bを顧客基板に実装する際に、第2導電性接合部材52が再溶融した場合でも、慣性センサー3と基板2との接合状態が変化し難くなるので、センサーモジュール1bの検出精度の低下を防ぐことができる。
なお、センサーモジュール1,1a,1bは、例えば、建設機械や農業機械などの車両、ロボット、ドローン等の移動体や、スマートフォン、ヘッドマウントディスプレイ等の電子機器等に適用することができる。
1,1a,1b…センサーモジュール、2…基板、3…慣性センサー、7…キャップ、8…回路素子、9,9a…リード、21…第1面、22…第2面、31…第1慣性センサー、32…第2慣性センサー、33…角速度センサー、51,51a…第1導電性接合部材、52…第2導電性接合部材、53…第3導電性接合部材、60,61…絶縁性接合部材、292,292a…第1端子、294…第2端子、296…第3端子、301…接続端子、801…接続端子。
Claims (3)
- 第1面と、前記第1面とは表裏関係にある第2面と、前記第1面又は前記第2面の一方に設けられる第1端子と、前記第1面に設けられる第2端子と、を有する基板と、
前記第1端子に接合されるリードと、
第1融点を有し、第1ヤング率を有し、前記リードと前記第1端子とを接合する第1導電性接合部材と、
前記第2端子に接合される慣性センサーと、
前記第1融点よりも低い第2融点を有し、前記第1ヤング率よりも高い第2ヤング率を有し、前記慣性センサーと前記第2端子とを接合する第2導電性接合部材と、
を備える、
センサーモジュール。 - 前記基板の前記第2面に設けられる第3端子と、
前記第3端子に接合され、前記慣性センサーから出力される検出信号を処理する回路素子と、
前記第1融点よりも低い第3融点を有し、前記第1ヤング率よりも高い第3ヤング率を有し、前記回路素子と前記第3端子とを接合する第3導電性接合部材と、
を備える、
請求項1記載のセンサーモジュール。 - 前記慣性センサーと前記基板の前記第1面とを接着する絶縁性接合部材を備える、
請求項1又は請求項2記載のセンサーモジュール。
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