JP4492432B2 - 物理量センサ装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、物理量検出を行うセンサ素子を、弾性を有する弾性部材を介してパッケージに搭載し、保持させてなる物理量センサ装置の製造方法に関する。
一般に、この種の物理量センサ装置は、角速度や加速度などの物理量を検出するセンサ素子を、パッケージに搭載してなるもので、角速度センサ装置や加速度センサ装置などとして適用される。
このような物理量センサ装置においては、外部から衝撃すなわち外部加速度が加わるとセンサ特性に問題が生じる。
たとえば、角速度センサ装置においては、検出方向へ発生するコリオリ力に基づいて角速度を検出するが、外部から検出方向への加速度がパッケージを介してセンサ素子に伝達されると、角速度が印加されていないにもかかわらず、あたかも角速度が生じたかのように出力がなされる。
ここで、従来より、このような物理量センサ装置において、弾性を有する接着剤やゴムなどの弾性部材を介して、センサ素子をパッケージに保持することで、この弾性部材を防振部材として機能させることにより、外部加速度による不要振動を吸収するようにしたものが提案されている（たとえば、特許文献１〜特許文献７参照）。
このような構成によれば、外部加速度がパッケージを介してセンサ素子に伝達される経路において、外部加速度は、弾性部材の弾性機能により減衰されて、センサ素子へ伝達される。そのため、センサ素子に対する不要振動が減少するとされている。
特開平１１−２１８４２４号公報 特開平１１−２６４７３１号公報 特開２００２−１９５８３４号公報 特開２００２−２５０６２７号公報 特開２００３−２１５１５号公報 特開２００３−２８６４７号公報 特開２００３−２１６４７号公報
しかしながら、従来の物理量センサ装置においては、センサ素子が弾性部材を介してパッケージに搭載されているため、弾性部材上のセンサ素子などの搭載部品に対するボンディングや弾性部材上へのマウントを適切に行うことが難しく、組み付け性が確保できなくなるという問題が生じる。
図８は、弾性部材として、たとえば低弾性の接着フィルムを用いた場合の従来の物理量センサ装置の概略断面構成を示す図である。
図８において、パッケージ１００上には、回路基板３００が搭載されて固定され、この回路基板３００上に弾性部材としての接着フィルム４００を介してセンサ素子２００が積層されている。そして、センサ素子２００と回路基板３００とは、ボンディングワイヤ５００により結線され、電気的に接続されている。
この物理量センサ装置においては、防振構造として作用させるための軟接着構造体を形成するために、その接着部位として、低弾性の接着フィルム４００を用いている。この構造においては、防振を目的として上部のセンサ素子２００を低弾性の接着フィルム４００により固定する構造としているが、その結果として接着フィルム４００の上部は、剛性が小さいものとなっている。
そのため、接着フィルム４００の上部の搭載部品すなわちセンサ素子２００に対して、ワイヤボンディングを行うときや、さらに部品をマウントするときなどには、センサ素子２００の保持が不安定となり、これらボンディングやマウントなどの組み付けが困難になってしまう。
一方、この組み付け時の構造が安定するように構造を設計した場合、逆に、弾性部材としての接着フィルム４００を硬くする必要があり、そうすると、接着フィルム４００の弾性機能が発揮されず、上記減衰量が小さくなり、外部加速度がセンサ素子２００に伝わりやすくなってしまうというデメリットが生じる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、物理量検出を行うセンサ素子を、弾性を有する弾性部材を介してパッケージに搭載し、保持させてなる物理量センサ装置において、弾性機能と組み付け性との両立を適切に図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、物理量検出を行うセンサ素子（２００）を、弾性を有する弾性部材（４００）を介してパッケージ（１００）に搭載し、保持させてなる物理量センサ装置の製造方法において、弾性部材（４００）よりもセンサ素子（２００）側の部位に、強磁性体からなる磁性部材（７００）を設けた状態で、センサ素子（２００）を、弾性部材（４００）を介してパッケージ（１００）に搭載し、パッケージ（１００）におけるセンサ素子（２００）の搭載側とは反対側に、磁性部材（７００）を磁力によって強固に固定する磁性部材固定手段（８００）を設け、磁性部材固定手段（８００）および磁性部材（７００）による磁力によってセンサ素子（１００）をパッケージ（１００）に強固に固定した状態で、センサ素子（１００）にワイヤボンディングを行うことにより、センサ素子（１００）とパッケージ（１００）とをボンディングワイヤ（５００）を介して接続することを特徴としている。
それによれば、磁性部材（７００）をパッケージ（１００）側に押しつけるように、パッケージ（１００）の外側から磁力を作用させることができ、その磁力によって、弾性部材（４００）上のセンサ素子（２００）が、パッケージ（１００）に対して、弾性部材（４００）による保持よりも強固に固定される。
そのため、組み付け時などに上記磁力を作用させ、弾性部材（４００）を介してパッケージ（１００）上に搭載されたセンサ素子（２００）などの搭載部品に対して、上記磁力による強固な保持を行えば、弾性部材（４００）上の搭載部品に対するボンディングや弾性部材（４００）上へのマウントを適切に行うことができるため、組み付け性を確保することができる。
また、使用時などには、上記磁力を解除してやれば、物理量センサ装置において、従来通り、弾性部材（４００）による弾性機能が発揮され、それによる防振などを行うことができる。
このように、本発明によれば、物理量検出を行うセンサ素子（２００）を、弾性を有する弾性部材（４００）を介してパッケージ（１００）に搭載し、保持させてなる物理量センサ装置において、弾性機能と組み付け性との両立を適切に図ることができる。
ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の物理量センサ装置においては、磁性部材（７００）は、弾性部材（４００）とセンサ素子（２００）との間に介在しているものにできる。
また、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載の物理量センサ装置においては、パッケージ（１００）上には、弾性部材（４００）を介して回路基板（３００）が搭載され、この回路基板（３００）上にセンサ素子（２００）が積層固定されており、磁性部材（７００）は、弾性部材（４００）と回路基板（３００）との間に介在しているものにできる。
また、請求項４に記載の発明のように、請求項２に記載の物理量センサ装置においては、パッケージ（１００）上には、回路基板（３００）が搭載されて固定され、この回路基板（３００）上に弾性部材（４００）を介してセンサ素子（２００）が積層されており、磁性部材（７００）は、弾性部材（４００）とセンサ素子（２００）との間に介在しているものにできる。
また、請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４に記載の物理量センサ装置において、磁性部材（７００）は、弾性部材（４００）よりもセンサ素子（２００）側の部位に位置する第１の磁性部材（７１０）と、この第１の磁性部材（７１０）に対向して弾性部材（４００）よりもパッケージ（１００）側の部位に位置する第２の磁性部材（７２０）とからなり、これら第１の磁性部材（７１０）および第２の磁性部材（７２０）により、弾性部材（４００）を挟んだ形となっていることを特徴としている。
それによれば、対向する第１および第２の磁性部材（７１０、７２０）の間で、磁気回路を形成すれば、磁性部材（７００）による磁気の影響を極力低減できる。
また、請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の物理量センサ装置において、第１の磁性部材（７１０）および第２の磁性部材（７２０）が互いに対向する部位のうち少なくとも一方には、これら両磁性部材（７１０、７２０）間における弾性部材（４００）の厚さを保持するための突起部（７３０）が設けられていることを特徴としている。
それによれば、上記磁力による弾性部材（４００）の沈み込みを防止し、弾性部材（４００）の厚さを適切に確保することができる。
また、請求項７に記載の発明では、請求項５または請求項６に記載の物理量センサ装置において、第１の磁性部材（７１０）の端部は、パッケージ（１００）と対向しており、この第１の磁性部材（７１０）の端部には、パッケージ（１００）の方へ突出する突出部（７４０）が設けられており、この突出部（７４０）により、両磁性部材（７１０、７２０）間における弾性部材（４００）の厚さを保持するようにしていることを特徴としている。
それによれば、上記磁力による弾性部材（４００）の沈み込みを防止し、弾性部材（４００）の厚さを適切に確保することができる。
また、請求項８に記載の発明のように、請求項１ないし請求項７に記載の物理量センサ装置においては、弾性部材（４００）としては、樹脂からなる接着剤を採用することができる。
なお、上記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一例である。
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、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサ装置としての角速度センサ装置Ｓ１の概略断面構成を示す図である。
［構成等］
図１に示されるように、この角速度センサ装置Ｓ１は、大きくは、パッケージ１００と、パッケージ１００に弾性部材としての接着剤４００を介して保持された回路基板３００と、回路基板３００に積層されて接着フィルム６００を介して接着された角速度検出を行うセンサ素子２００と、各部を接続するボンディングワイヤ５００とを備えて構成されている。
パッケージ１００は、センサ素子２００および回路基板３００を収納するものであって、角速度センサ装置Ｓ１の本体を区画形成する基部となるとともに、角速度センサ装置Ｓ１を被測定体の適所に取り付けるためのものである。
図１に示される例では、パッケージ１００は、たとえば、たとえばアルミナなどのセラミック層１１０が複数積層された積層基板として構成されており、図示しないが各層１１０の表面や各層に形成されたスルーホールの内部に配線が形成されたものである。そして、この配線を介して角速度センサ装置Ｓ１と外部とが電気的に接続可能となっている。
また、パッケージ１００は、底部に回路基板３００が収納可能な凹部１２０を有し、この凹部１２０に収納された回路基板３００は、パッケージ１００の底部上に、弾性部材としての接着剤４００を介して、搭載され固定されている。
この接着剤４００は、弾性を有する弾性部材であり、たとえば、シリコーンゲルなどの樹脂からなる。ここでは、接着剤４００は、防振部材として機能するものであり、パッケージ１００から角速度検出素子としてのセンサ素子２００に加わる外部加速度を減衰するためのものである。
また、パッケージ１００の開口部には、金属や樹脂あるいはセラミックなどからなる蓋（リッド）１４０が取り付けられ、この蓋１４０によってパッケージ１００の内部が封止されている。ここでは、蓋１４０は金属からなり、たとえばシーム溶接などの溶接やロウ付けなどによりパッケージ１００に接合されている。
そして、回路基板３００の上面には、センサ素子２００が接着部材６００を介して積層されている。この接着部材６００は、上記弾性部材としての接着剤４００よりも硬く剛性を有するものであり、たとえばシリコーン系樹脂などの接着フィルムを採用することができる。
センサ素子２００は、角速度検出を行う角速度検出素子として構成されており、たとえば、シリコン基板等に対して一般に知られている櫛歯構造を有する梁構造体を形成し、印加された角速度に応じた可動電極と固定電極間の静電容量変化（電気信号）を検出する半導体チップとすることができる。
本例の角速度検出素子としてのセンサ素子２００の詳細構成について、主として図２を参照して説明する。図２は、図１に示される角速度センサ装置Ｓ１におけるセンサ素子２００の概略平面構成を示す図である。
このセンサ素子２００は、半導体基板などの基板１０を有し、この基板１０に対して周知のマイクロマシン加工を施すことにより形成される。たとえば、基板１０としては、第１の半導体層としての第１シリコン層上に絶縁層としての酸化膜を介して第２の半導体層としての第２シリコン層を貼り合わせてなる矩形状のＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板を採用することができる。
そして、この基板１０の表層、たとえばＳＯＩ基板における第２シリコン層に対して、トレンチエッチングおよびリリースエッチングなどを施すことにより、図２に示されるように、溝で区画された梁構造体２０〜６０が形成されている。この梁構造体２０〜６０は、大きくは、後述する振動体２０と各梁部２３、４０と各電極５０、６０とから構成されている。
振動体２０は、基板１０と水平な面内すなわち図２中の紙面内にて振動可能なように基板１０の中央部に形成されている。本例では、振動体２０は、中央部に位置する略矩形状の第１の振動部２１と、この第１の振動部２１の外周に位置する矩形枠状の第２の振動部２２と、これら第１および第２の振動部２１、２２を連結する駆動梁部２３とから構成されている。
この振動体２０は、基板１０の周辺部に設けられたアンカー部３０に対して検出梁部４０を介して連結されている。ここで、アンカー部４０は、基板１０のうち当該梁構造体２０が形成されている表層の下部すなわち支持基板部に固定され支持されているものであり、振動体２０は、当該支持基板部から浮遊している。
ここで、図２に示されるように、駆動梁部２３は、たとえばｙ方向に延びる形状をなすものとすることで実質的にｘ方向のみに弾性変形可能なものであり、検出梁部４０は、たとえばｘ方向に延びる形状をなすものとすることで実質的にｙ方向のみに弾性変形可能なものである。
そして、駆動梁２３によって振動体２０のうち第１の振動部２１が、基板１０と水平面内においてｘ方向（駆動振動方向）へ振動可能となっている。一方、検出梁部４０によって振動体２０全体が、基板１０と水平面内においてｙ方向（検出振動方向）へ振動可能となっている。
また、第１の振動部２１と第２の振動部２２との間には、第１の振動部２１をｘ方向に駆動振動させるための駆動電極５０が設けられている。この駆動電極５０は、アンカー部３０と同様に上記支持基板部に固定されている。そして、駆動電極５０は、第１の振動部２１から突出する櫛歯部（駆動用櫛歯部）２１ａに対し、互いの櫛歯が噛み合うように対向して配置されている。
また、第２の振動部２２の外周には、検出電極６０が設けられている。この検出電極６０は、振動体２０の振動に基づいて基板１０と垂直なｚ軸回りの角速度を検出するためのもので、アンカー部３０と同様に上記支持基板部に固定されている。そして、検出電極６０は、第２の振動部２２から突出する櫛歯部（検出用櫛歯部）２２ａに対し、互いの櫛歯が噛み合うように対向して配置されている。
また、図２では示さないが、本センサ素子２００においては、基板１０の適所に、上記振動体２０、駆動電極５０および検出電極６０などに電圧を印加したり、信号を取り出したりするためのアルミなどからなるパッドが設けられている。
このパッドは、たとえば基板１０の周辺部に設けられており、そして、このパッドには、図１に示されるように、Ａｕ（金）やアルミニウムなどの上記ボンディングワイヤ５００が接続されるようになっている。本実施形態のセンサ素子２００は上記のような構成を有している。
ここで、回路基板３００は、たとえばシリコン基板等に対してＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等が、周知の半導体プロセスを用いて形成されているＩＣチップなどである。そして、この回路基板３００は、センサ素子２００へ電圧を送ったり、センサ素子２００からの電気信号を処理して外部へ出力する等の機能を有する信号処理チップとして構成されたものにできる。
そして、図１に示されるように、センサ素子２００と回路基板３００、および、回路基板３００とパッケージ１００とは、それぞれ金やアルミニウムなどからなる上記ボンディングワイヤ５００を介して電気的に接続されている。
こうしてセンサ素子２００、回路基板３００、およびパッケージ１００の各部間はボンディングワイヤ５００を介して電気的に接続されている。なお、センサ素子２００と回路基板３００とは、図１に示されるように、直接ボンディングワイヤ５００にて接続されていなくてもよい。
たとえば、センサ素子２００とパッケージ１００とをボンディングワイヤ５００で接続し、パッケージ１００と回路基板３００とをボンディングワイヤ５００にて接続してもよい。この場合、パッケージ１００を介してはいるが、センサ素子２００と回路基板３００とがボンディングワイヤ５００を介して接続できることに変わりない。
こうして、センサ素子２００からの電気信号（容量変化）は、回路基板３００へ送られて回路基板３００に備えられたＣ／Ｖ変換回路などにより電圧信号に変換されて、角速度信号として出力されるようになっている。
このように本実施形態の角速度センサ装置Ｓ１は、パッケージ１００上に弾性部材としての接着剤４００を介して回路基板３００、センサ素子２００を順次積層してなるものである。
さらに、本実施形態独自の構成として、図１に示されるように、弾性部材である接着剤４００よりもセンサ素子２００側の部位には、強磁性体からなる磁性部材７００が設けられている。ここでは、磁性部材７００は、接着剤４００とセンサ素子２００との間に介在している。
具体的に、本実施形態では、パッケージ１００上には、弾性部材としての接着剤４００を介して回路基板３００が搭載され、この回路基板３００上にセンサ素子２００が積層固定されているが、磁性部材７００は、接着剤４００と回路基板３００との間に介在して設けられている。
この磁性部材７００は、本例では板状であり、回路基板３００に対して、図示しない硬い接着剤、たとえばシリコン系樹脂などからなる接着剤などを介して接合されている。磁性部材７００を構成する強磁性をもつ磁気材料としては、鉄、ニッケル、コバルトおよびその合金があげられる。
具体的には、磁性部材７００としては、たとえば回路基板３００を構成するＳｉチップに対して線膨張係数の近い４２アロイもしくはコバールなどを使用することができるが、後述するように、磁力により固定するという目的に合致し、他の特性上の要求がない限り、その使用温度において強磁性を持つ材料であればよい。
さらには、本実施形態の角速度センサ装置Ｓ１において、磁性部材７００としては、強磁性体であるフェライトなどの材料をあらかじめ磁化しておき、磁石としたうえで用いることも可能である。
［製法・作動等］
このような構成を有する本角速度センサ装置Ｓ１の製造方法について、図３、図４を参照して説明する。図３、図４は、本製造方法を説明するための工程図であり、各製造工程におけるワークを上記図１と同一の視点からみた概略断面図である。
まず、図３（ａ）に示されるように、回路基板３００におけるパッケージ１００への搭載面に磁性部材７００を接着する。
本例においては、磁性部材７００を予め回路基板３００のサイズすなわちチップサイズに加工し、その後、回路基板３００に接着する方法を採っているが、回路基板３００がチップ化される前のウエハの段階で、当該ウェハサイズの磁性部材７００を当該ウェハに接着し、その後に一括してダイシングすることにより、チップ化された磁性部材７００付きの回路基板３００を形成してもよい。
次に、図３（ｂ）に示されるように、回路基板３００の上にセンサ素子２００を固定するための接着部材６００を配置し、図３（ｃ）に示されるように、センサ素子２００を回路基板３００上にて位置あわせし、図３（ｄ）に示されるように、センサ素子２００を接着部材６００を介して回路基板３００上に搭載し、接着固定する。
なお、このセンサ素子２００についても、センサ素子２００がチップ化される前のウェハの段階で、接着フィルムからなる接着部材６００を当該ウェハに貼り付け、その後に一括してダイシングすることにより、チップ化された接着部材６００付きのセンサ素子２００を形成してもよい。そして、このセンサ素子２００を回路基板３００に積層して接着してもよい。
これにより、図３（ｄ）に示されるように、磁性部材７００付きの回路基板３００上にセンサ素子２００が積層固定されたセンサモジュールができあがる。次に、このセンサモジュールをパッケージ１００に実装する。
まず、図３（ｅ）に示されるように、パッケージ１００の凹部１２０の底部上に上記弾性部材としての接着剤４００を塗布する。そして、図３（ｆ）に示されるように、磁性部材７００をパッケージ１００の底部に対向させた状態で、接着剤４００の上に上記センサモジュールを搭載する。
そして、接着剤４００を硬化させることによりセンサモジュールにおける磁性部材７００とパッケージ１００とを接着する。ここまでの状態では、センサモジュールすなわち回路基板３００およびセンサ素子２００が、弾性部材としての軟らかい接着剤４００により保持されている状態であり、このままの状態ではワイヤボンディングを行うことは困難である。
ここで、ワイヤボンディングを行うときに、図４（ａ）に示されるように、パッケージ１００の下側に磁石８００を設ける。この磁石８００は、ボンディング装置もしくはパッケージ１００の固定治具８１０に組み込まれたものにでき、マグネットチャックとして作用するものである。
この磁石８００によって、磁性部材７００が接着剤４００を介して、パッケージ１００側に押しつけられるように磁力が発生し、その結果、磁性部材７００の動きが抑制され、ボンディング時に上記センサモジュールが動くのを抑えることが可能となる。つまり、磁石８００は、磁性部材７００を磁力によって強固に固定する磁性部材固定手段として構成されている。
このように、パッケージ１００下側の磁石８００および磁性部材７００による磁力によって、上記センサモジュールをパッケージ１００に強固に固定した状態で、図４に示されるように、ワイヤボンディングを行う。それにより、ボンディングワイヤ５００によって、パッケージ１００と回路基板３００との間、およびセンサ素子２００と回路基板３００との間が結線される。
このワイヤボンディングが完了した後、図４（ｃ）に示されるように、磁石８００上からパッケージ１００を取り外すことにより、上記磁力を解除する。そして、上記蓋１４０をパッケージ１００に溶接またはロウ付けすることで、パッケージ１００内を封止する。こうして、上記角速度センサ装置Ｓ１が完成する。
なお、磁性部材７００をフェライトなどの磁石とし、パッケージ１００下側の磁性部材固定手段を上記磁石８００ではなく鉄などの強磁性磁気材料に置き換えてもよい。これによっても、同様の効果を得ることが可能となる。もちろん、固定強度を得るために、磁性部材７００および磁性部材固定手段の双方を磁石とすることも可能である。
ここで、上記図３、図４に示される例では、上記センサモジュールを接着剤４００を介してパッケージ１００に搭載し、接着剤４００を硬化させた後、ワイヤボンディングを行っていたが、接着剤４００の硬化は、ワイヤボンディング後に行ってもよい。
この場合、流動性を持つ未硬化の接着剤４００によりセンサモジュールが仮止めされた状態でワイヤボンディングが行われるが、上記磁性部材７００による磁力によって、ワイヤボンディング時には、接着剤４００に関係なく強固な固定構造が実現でき、ボンディング性は確保することができる。
さらに、この場合、ワイヤボンディング後に接着剤４００を硬化させるが、このとき、磁性部材７００および磁性部材固定手段の双方を、極性が同じ磁石とすれば、磁性部材７００とパッケージ１００とが反発する力が作用する。そのため、センサモジュールの重さによる接着剤４００が薄くなったりするのを抑制でき、接着剤４００の厚さを確保することも可能である。
また、上記図３、図４に示される例では、磁性部材７００と回路基板３００とセンサ素子２００とが一体化したセンサモジュールを作成した後、このモジュールをパッケージ１００上に接着剤４００を介して搭載していたが、パッケージ１００上へのこれら各部品の搭載順序は、これに限定されるものではない。
たとえば、パッケージ１００上に接着剤４００を介して磁性部材７００を搭載した後、上記磁石８００などを用いて、磁力によって磁性部材７００を強固に保持した状態で、その上に回路基板３００、センサ素子２００を順次搭載して接着し、さらにワイヤボンディングを行うようにしてもよい。
また、パッケージ１００上に接着剤４００を介して磁性部材７００付きの回路基板３００を搭載し、磁力によって磁性部材７００および回路基板３００を強固に保持した状態で、その上にセンサ素子２００を搭載して接着し、さらにワイヤボンディングを行うようにしてもよい。
なお、完成した角速度センサ装置Ｓ１においては、磁力が加わらない通常の使用状態にとなり、センサ素子２００の動きは抑制されないため、弾性部材としての接着剤４００による防振性能は、設計どおり確保される。
かかる角速度センサ装置Ｓ１における検出動作について、主として上記図２を参照して述べる。
回路基板３００からボンディングワイヤ５００を介してセンサチップ２００の駆動電極５０に駆動信号（正弦波電圧等）を印加して、上記第１の振動部２１の櫛歯部２１ａと駆動電極５０との間に静電気力を発生させる。それにより、駆動梁部２３の弾性力によって第１の振動部２１がｘ方向へ駆動振動する。
この第１の振動部２１の駆動振動のもと、ｚ軸回りに角速度Ωが印加されると、第１の振動部２１にはｙ方向にコリオリ力が印加され、振動体２０全体が、検出梁４０の弾性力によってｙ方向へ検出振動する。
すると、この検出振動によって、検出電極６０と検出用櫛歯部２２ａの櫛歯間の容量が変化するため、この容量変化を検出することにより、角速度Ωの大きさを求めることができる。
具体的には、図２において、振動体２０がｙ軸方向に沿って一方向へ変位したとき、図２における左右の検出電極６０において、左側の検出電極６０と右側の検出電極６０とでは、容量変化は互いに逆になるようになっている。そのため、左右の検出電極６０におけるそれぞれの容量変化を電圧に変換し、両電圧値を差動・増幅して出力することで、角速度Ωが求められる。
［効果等］
ところで、物理量としての角速度検出を行うセンサ素子２００を、弾性を有する弾性部材としての接着剤４００を介してパッケージ１００に搭載し、保持させてなる物理量センサ装置としての角速度センサ装置において、接着剤４００よりもセンサ素子２００側の部位には、強磁性体からなる磁性部材７００が設けられていることを特徴とする角速度センサ装置Ｓ１が提供される。
それによれば、上述したように、磁性部材７００をパッケージ１００側に押しつけるように、パッケージ１００の外側から磁力を作用させることができ、その磁力によって、弾性部材７００上のセンサ素子２００が、パッケージ１００に対して、弾性部材である接着剤４００による保持よりも強固に固定される。
そのため、組み付け時などに上記磁力を作用させ、接着剤４００を介してパッケージ１００上に搭載されたセンサ素子２００などの搭載部品に対して、上記磁力による強固な保持を行えば、接着剤４００上の搭載部品に対するボンディングや接着剤４００上へのマウントを適切に行うことができるため、組み付け性を確保することができる。
特に、本実施形態のように、角速度センサ装置Ｓ１が、弾性部材である接着剤４００上の搭載部品（センサ素子２００など）に対してワイヤボンディングを施したものである場合には、そのボンディングの際に、被ボンディング部材の支持が磁力によって安定するため、好ましい。
また、弾性部材である接着剤４００上の搭載部品とは、センサ素子２００や回路基板３００だけでなく、たとえば、必要に応じてセンサ素子２００上に搭載される図示しない部品なども含まれる。このような接着剤４００上においてマウントを行うときには、上記磁力による固定が有効である。
また、使用時などには、上記磁力を解除してやれば、角速度センサ装置Ｓ１において、従来通り、接着剤４００による弾性機能が発揮され、それによる防振などを行うことができ、外部加速度によるによる不要振動を吸収することができる。
このように、本実施形態によれば、角速度検出を行うセンサ素子２００を、弾性を有する接着剤４００を介してパッケージ１００に搭載し、保持させてなる角速度センサ装置Ｓ１において、弾性機能と組み付け性との両立を適切に図ることができる。
ここで、本実施形態の角速度センサ装置Ｓ１においては、磁性部材７００は、接着剤４００とセンサ素子２００との間に介在していることも特徴のひとつである。それにより、接着剤４００よりもセンサ素子２００側の部位に、磁性部材７００を適切に設けることができる。
また、本実施形態の角速度センサ装置Ｓ１においては、パッケージ１００上には、弾性部材としての接着剤４００を介して回路基板３００が搭載され、この回路基板３００上にセンサ素子２００が積層固定されており、磁性部材７００は、接着剤４００と回路基板３００との間に介在していることも特徴のひとつである。
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係る物理量センサ装置としての角速度センサ装置Ｓ２の概略断面構成を示す図である。
本実施形態の角速度センサ装置Ｓ２も、上記実施形態と同様に、センサ素子２００を弾性部材としての接着剤４００を介してパッケージ１００に搭載し、保持させてなる角速度センサ装置において、接着剤４００よりもセンサ素子２００側の部位に磁性部材７００を設けたことを特徴としており、それによって、弾性機能と組み付け性との両立を適切に図ることができる。
ここで、上記第１実施形態では、パッケージ１００上に順に積層された回路基板３００、センサ素子２００において、回路基板３００と接着剤４００との間に磁性部材７００を介在させていた。
それに対して、本実施形態では、回路基板３００の上にセンサ素子２００を積層した構成は、上記同様であるが、本実施形態では、回路基板３００は図示しない剛性の高い接着剤によりパッケージ１００に強固に保持させ、回路基板３００とセンサ素子２００との間に弾性部材としての接着剤４００を設けている。それにより、本角速度センサ装置Ｓ２においては、センサ素子２００の防振を図っている。
そして、図５に示されるように、本実施形態では、この回路基板３００上に接着剤４００を介してセンサ素子２００が積層された構成において、磁性部材７００を接着剤４００とセンサ素子２００との間に介在させている。この磁性部材７００は、センサ素子２００に対して上記実施形態と同様の接着剤などを介して強固に接合されている。
本実施形態の角速度センサ装置Ｓ２の製造方法は、たとえば、次のようにして行うことができる。まず、回路基板３００、接着剤４００、磁性部材７００およびセンサ素子２００を積層して接着剤４００を硬化させて一体化し、この一体化したものを、パッケージ１００に搭載して接着固定する。
ここにおいて、たとえば、先に回路基板３００をパッケージ１００に搭載固定し、その上に接着剤４００、磁性部材７００付きのセンサ素子２００を積層し、接着剤４００を硬化させて一体化してもよい。
ここまでの状態では、回路基板３００上において、センサ素子２００が弾性部材としての軟らかい接着剤４００により保持されている状態であるため、上記実施形態と同様に、ワイヤボンディングを行うときに、上記磁性部材固定手段および磁性部材７００による磁力によって、センサ素子２００をパッケージ１００に強固に固定した状態で、ワイヤボンディングを行い、各ボンディングワイヤ５００を形成する。
なお、本実施形態においても、接着剤４００の硬化はワイヤボンディング後に行ってもよく、ワイヤボンディング前においては、回路基板３００とセンサ素子２００とは、流動性を持つ接着剤４００により互いに仮止めされた状態で一体化されているが、ワイヤボンディング時には、磁性部材７００による磁力によってボンディング性を確保することができる。
その後は、上記実施形態と同様に、上記磁力の解除、蓋１４０のパッケージ１００への取付などを行うことにより、本実施形態の角速度センサ装置Ｓ２が完成する。
なお、本実施形態においても、上記実施形態に示されるような磁性部材７００等に関する各種の変形態様を適宜採用できることはもちろんである。
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係る物理量センサ装置としての角速度センサ装置Ｓ３の概略断面構成を示す図である。
本実施形態の角速度センサ装置Ｓ３も、上記実施形態と同様に、センサ素子２００を弾性部材としての接着剤４００を介してパッケージ１００に搭載し、保持させてなる角速度センサ装置において、接着剤４００よりもセンサ素子２００側の部位に磁性部材７００を設けたことを特徴としており、それによって、弾性機能と組み付け性との両立を適切に図ることができる。
ここにおいて、図６に示されるように、本実施形態においては、磁性部材７００は、弾性部材である接着剤４００よりもセンサ素子２００側の部位に位置する第１の磁性部材７１０と、この第１の磁性部材７１０に対向して接着剤４００よりもパッケージ１００側の部位に位置する第２の磁性部材７２０とからなる。そして、これら第１の磁性部材７１０および第２の磁性部材７２０により、接着剤４００を挟んだ形となっている。
具体的に、パッケージ１００上には、回路基板３００が搭載され、その上に図示しない硬い接着剤や接着フィルムなどによりセンサ素子２００が固定されているが、第１の磁性部材７１０および第２の磁性部材７２０からなる磁性部材７００は、回路基板３００とパッケージ１００との間に介在されている。
ここで、図６中、上側の第１の磁性部材７１０は回路基板３００と、また、下側の第２の磁性部材７２０はパッケージ１００と、それぞれ図示しない硬い接着剤などにより強固に固定されている。
そして、第１および第２の磁性部材７１０、７２０の間には、弾性部材としての接着剤４００が介在し、これら両磁性部材７１０、７２０を接着している。つまり、本実施形態の角速度センサ装置Ｓ３では、上記図１に示されるものにおいて、接着剤４００よりもパッケージ１００側の部位に、もう１個の磁性部材を付加した構成となっている。それにより、この場合も接着剤４００による弾性が発揮され、防振が図られる。
本実施形態のように、接着剤４００を挟んで２枚の磁性部材７１０および７２０を対向して配置させることにより、両磁性部材７１０と７２０との間で磁気回路を形成することができる。
センサ素子２００や回路基板３００は、加工後の残留磁気により電磁力の影響を受けることが考えられるが、この構造によれば上記磁気回路の形成によって、回路基板３００およびセンサ素子２００側への磁界の漏れを抑制することができる。つまり、本実施形態によれば、磁性部材７００による磁気の影響を極力低減できる。
また、図６に示されるように、本角速度センサ装置Ｓ３においては、第１の磁性部材７１０および第２の磁性部材７２０が互いに対向する部位のうち第２の磁性部材７２０側の部位には、エンボス加工などにより突起部７３０が設けられている。
この突起部７３０は、両磁性部材７１０、７２０間における弾性部材としての接着剤４００の厚さを保持するためのものである。磁力によって両磁性部材７１０、７２０が一定以上近づくと突起部７３０がストッパの役割をするため、磁力による接着剤４００の沈み込みを防止し、接着剤４００の厚さを適切に確保することができる。
なお、図６に示される例では、第２の磁性部材７２０側のみに突起部７３０が設けられていたが、突起部は第１の磁性部材７１０側のみに設けられていてもよいし、突起部は、第１および第２の磁性部材７１、７２０の両方に設けられていてもよい。
つまり、突起部は、上記したように、磁力による接着剤４００の沈み込みを防止し接着剤４００の厚さを適切に確保するストッパの役割を果たすものであれば、第１の磁性部材７１０および第２の磁性部材７２０が互いに対向する部位のうち少なくとも一方に設けられていればよい。また、突起部は、複数個設けられていてもよい。
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態に係る角速度センサ装置Ｓ４の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、第１および第２の磁性部材７１０、７２０を有する上記第３実施形態の装置の一部を変形したものである。
本実施形態の角速度センサ装置Ｓ４も、接着剤４００よりもセンサ素子２００側の部位に磁性部材７００を設けることで、弾性機能と組み付け性との両立を適切に図っており、また、磁性部材７００を、接着剤４００を挟んでセンサ素子２００側に位置する第１の磁性部材７１０と、この第１の磁性部材７１０に対向してパッケージ１００側に位置する第２の磁性部材７２０とから構成している。
そのため、本実施形態の角速度センサ装置Ｓ４においても、両磁性部材７１０と７２０との間で磁気回路を形成することができ、磁性部材７００による磁気の影響を極力低減することができる。
ここにおいて、本実施形態では、図７に示されるように、センサ素子２００側の第１の磁性部材７１０の端部は、パッケージ１００側の第２の磁性部材７２０からはみ出してパッケージ１００と対向しており、この第１の磁性部材７１０の端部には、パッケージ１００の方へ突出する突出部７４０が設けられている。
ここでは、突出部７４０は、第１の磁性部材７１０の端部を折り曲げてなる折り曲げ部として構成されており、両磁性部材７１０、７２０間における接着剤４００の厚さを保持するために、突出部７４０の突出長さは接着剤４００の厚さよりも大きいものとなっている。
それにより、磁力によって第１の磁性部材７１０がパッケージ１００側へ一定以上近づくと、突出部７４０がパッケージ１００に当たってストッパの役割をする。そのため、本実施形態によっても、磁力による接着剤４００の沈み込みを防止し、接着剤４００の厚さを適切に確保することができる。
（他の実施形態）
なお、上記した第１および第２の磁性部材７１０、７２０からなる磁性部材７００を用いた角速度センサ装置においては、これら磁性部材７１０、７２０が回路基板３００とパッケージ１００との間に介在していたが、回路基板３００とセンサ素子２００との間に介在していてもよい。
また、上記第１および第２の磁性部材７１０、７２０からなる磁性部材７００を用いた角速度センサ装置においては、第１の磁性部材７１０および第２の磁性部材７２０が互いに対向する部位のうち少なくとも一方に上記突起部７３０を有するとともに、さらに、第１の磁性部材７１０の端部に上記突出部７４０が設けらていてもよい。つまり、上記突起部と突出部との両方の機能を活かして、磁力による接着剤４００の沈み込みを防止し、接着剤４００の厚さを適切に確保するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態において、センサ素子２００における振動体２０が電磁駆動によるものである場合には、その磁界発生源として、磁性部材７００を使用することが可能である。この場合は、積極的に磁界を発生させる必要があるため、磁性部材７００を磁石として実装することで、その構造をコンパクトにすることが可能である。
また、パッケージとしては、上記したセラミックパッケージに限定されるものではなく、また、その形状も上記図示例に限定されない。
以上、本発明の物理量センサ装置として角速度センサ装置を例にとって説明してきたが、本発明は、角速度センサに限定されるものではなく、加速度センサ、圧力センサ、温度センサ、湿度センサ、光センサ、画像センサなどにも適用可能である。
つまり、上記実施形態において、上記センサ素子２００が加速度検出素子であったり、圧力検出素子であったり、温度検出素子であったり、湿度検出素子であったり、光検出素子であったり、画像検出素子であってもよい。
また、回路基板としては、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタなどを用いた回路、メモリ回路など何でもよい。さらには、本発明の物理量センサ装置においては、回路基板は無くてもよく、センサ素子が、弾性部材としての接着剤を介して、直接パッケージに取り付けられていてもよい。
この場合、接着剤とセンサ素子との間に磁性部材を設ければよい。また、弾性部材としては、上記した樹脂製の接着剤だけでなく、そのほかにも、たとえばゴムや低弾性の接着フィルムなどであってもよい。
本発明の第１実施形態に係る物理量センサ装置としての角速度センサ装置の概略断面図である。 図１に示される角速度センサ装置におけるセンサ素子の概略平面図である。 図１に示される角速度センサ装置の製造方法を示す工程図である。 図３に続く製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施形態に係る物理量センサ装置としての角速度センサ装置の概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る物理量センサ装置としての角速度センサ装置の概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る物理量センサ装置としての角速度センサ装置の概略断面図である。 弾性部材として低弾性の接着フィルムを用いた場合の従来の物理量センサ装置の概略断面図である。
符号の説明
１００…パッケージ、２００…センサ素子、３００…回路基板、
４００…弾性部材としての接着剤、５００…ボンディングワイヤ、
６００…接着部材、７００…磁性部材、７１０…第１の磁性部材、
７２０…第２の磁性部材、７３０…磁性部材の突起部、７４０…磁性部材の突出部。

Claims (8)

  1. 物理量検出を行うセンサ素子（２００）を、弾性を有する弾性部材（４００）を介してパッケージ（１００）に搭載し、保持させてなる物理量センサ装置の製造方法において、
    前記弾性部材（４００）よりも前記センサ素子（２００）側の部位に、強磁性体から
    なる磁性部材（７００）を設けた状態で、前記センサ素子（２００）を、前記弾性部材（４００）を介して前記パッケージ（１００）に搭載し、
    前記パッケージ（１００）における前記センサ素子（２００）の搭載側とは反対側に、前記磁性部材（７００）を磁力によって強固に固定する磁性部材固定手段（８００）を設け、
    前記磁性部材固定手段（８００）および前記磁性部材（７００）による磁力によって前記センサ素子（１００）を前記パッケージ（１００）に強固に固定した状態で、前記センサ素子（１００）にワイヤボンディングを行うことにより、前記センサ素子（１００）と前記パッケージ（１００）とをボンディングワイヤ（５００）を介して接続することを特徴とする物理量センサ装置の製造方法。
  2. 前記物理量センサ装置においては、前記磁性部材（７００）は、前記弾性部材（４００）と前記センサ素子（２００）との間に介在していることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ装置の製造方法。
  3. 前記物理量センサ装置においては、前記パッケージ（１００）上には、前記弾性部材（４００）を介して回路基板（３００）が搭載され、この回路基板（３００）上に前記センサ素子（２００）が積層固定されており、
    前記磁性部材（７００）は、前記弾性部材（４００）と前記回路基板（３００）との間に介在していることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ装置の製造方法。
  4. 前記物理量センサ装置においては、前記パッケージ（１００）上には、回路基板（３００）が搭載されて固定され、この回路基板（３００）上に前記弾性部材（４００）を介して前記センサ素子（２００）が積層されており、
    前記磁性部材（７００）は、前記弾性部材（４００）と前記センサ素子（２００）との間に介在していることを特徴とする請求項２に記載の物理量センサ装置の製造方法。
  5. 前記物理量センサ装置においては、前記磁性部材（７００）は、前記弾性部材（４００）よりも前記センサ素子（２００）側の部位に位置する第１の磁性部材（７１０）と、この第１の磁性部材（７１０）に対向して前記弾性部材（４００）よりも前記パッケージ（１００）側の部位に位置する第２の磁性部材（７２０）とからなり、
    これら第１の磁性部材（７１０）および第２の磁性部材（７２０）により、前記弾性部材（４００）を挟んだ形となっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の物理量センサ装置の製造方法。
  6. 前記物理量センサ装置においては、前記第１の磁性部材（７１０）および前記第２の磁性部材（７２０）が互いに対向する部位のうち少なくとも一方には、これら両磁性部材（７１０、７２０）間における前記弾性部材（４００）の厚さを保持するための突起部（７３０）が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の物理量センサ装置の製造方法。
  7. 前記物理量センサ装置においては、前記第１の磁性部材（７１０）の端部は、前記パッケージ（１００）と対向しており、
    この第１の磁性部材（７１０）の端部には、前記パッケージ（１００）の方へ突出する突出部（７４０）が設けられており、この突出部（７４０）により、前記両磁性部材（７１０、７２０）間における前記弾性部材（４００）の厚さを保持するようにしていることを特徴とする請求項５または６に記載の物理量センサ装置の製造方法。
  8. 前記物理量センサ装置においては、前記弾性部材（４００）は、樹脂からなる接着剤であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の物理量センサ装置の製造方法。
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