JP5417737B2 - Inertial force sensor - Google Patents
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Description
本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる慣性力センサに関するものである。 The present invention relates to an inertial force sensor used in various electronic devices such as attitude control and navigation of moving bodies such as airplanes, automobiles, robots, ships and vehicles.
以下、従来の慣性力センサについて説明する。 Hereinafter, a conventional inertial force sensor will be described.
図7は従来の慣性力センサの一つである角速度センサの断面図である。 FIG. 7 is a sectional view of an angular velocity sensor which is one of conventional inertial force sensors.
本角速度センサは、角速度センサ素子1と、角速度センサ素子1が出力する電気信号を処理して印加された角速度の大きさ及び方向を求めるための処理回路を有する集積回路チップ2と、処理回路における処理に必要なデータを保持する記憶素子チップ3と、角速度センサ素子1、集積回路チップ2、記憶素子チップ3を実装するパッケージ4とを備える。
The angular velocity sensor includes an angular velocity sensor element 1, an
このパッケージ4には、中心に凹所5が設けられ、凹所5の内周面には段差部7が設けられ、凹所5の開口面に対して天面の面積が狭くなっている。そして、角速度センサ素子1を接着剤により凹所5の天面に固定するとともに凹所5内に形成した電極と角速度センサ素子1に形成した電極とをワイヤボンディングによって接続し、凹所5を塞ぐように記憶素子チップ3を接着剤により凹所5に固定するとともに凹所5内に形成した電極と記憶素子チップ3に形成した電極とをワイヤボンディングによって接続し、開口を塞ぐように集積回路チップ2を接着剤により開口端面に固定するとともに開口端面に形成した電極と集積回路チップ2に形成した電極とをワイヤボンディングによって接続している。さらに、集積回路チップ2を被覆するカバー部8を設け、このカバー部8を実装基板9に実装している。このとき、カバー部8と実装基板9とは半田バンプ10を介して電気的に接続している。
In this package 4, a
このような角速度センサを検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。 Such an angular velocity sensor is used in a posture control device or a navigation device of a moving body such as a vehicle in correspondence with a detection axis to be detected.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
上記構成では、角速度センサ素子1と集積回路チップ2と記憶素子チップ3とが互いに同一軸上に重畳されるので実装面積を低減できるが、各々の面上に直接積層されていないので、重畳方向の高さを抑制できず、低背化を図れない。
In the above configuration, the angular velocity sensor element 1, the
本発明は上記問題点を解決するもので、ICチップと素子と基板との重畳方向の低背化および小型化を図れるセンサを提供することを目的としている。 The present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide a sensor capable of reducing the height and size of an IC chip, an element, and a substrate in the overlapping direction .
上記目的を達成するために本発明は、特に、ICチップは表面または裏面のいずれか一方の面に配置した入出力電極を有し、素子は表面または裏面のいずれかの面に配置した入出力電極を有し、基板の裏面に配置した金属配線パターンを有し、前記ICチップの入出力電極と前記基板の金属配線パターンとをワイヤボンディングまたは金属バンプにより電気的に接続し、前記ICチップの入出力電極と前記素子の入出力電極とをワイヤボンディングまたは金属バンプにより電気的に接続し、前記パッケージは段差部を有し、前記基板は、前記素子および前記ICチップを載置する載置部と、前記載置部の外周に配置した接続部と、を有し、前記基板は、前記載置部を中空保持させつつ前記接続部を前記段差部に接続し、前記パッケージの底面部と前記基板との間に前記段差部の高さ以下の電子部品を配置し、前記載置部および前記接続部は絶縁フィルムで形成し、前記載置部の裏面と前記接続部の裏面との間に前記金属配線パターンを接着配置し、前記金属配線パターンはMgとCuの合金またはAlとCuの合金を用いた構成である。 In order to achieve the above object, the present invention particularly provides that an IC chip has input / output electrodes disposed on either the front surface or the back surface, and the element is input / output disposed on either the front surface or the back surface. An electrode, and a metal wiring pattern disposed on the back surface of the substrate, wherein the input / output electrodes of the IC chip and the metal wiring pattern of the substrate are electrically connected by wire bonding or metal bumps, The input / output electrodes and the input / output electrodes of the element are electrically connected by wire bonding or metal bumps, the package has a stepped portion, and the substrate has a mounting portion on which the element and the IC chip are mounted. And a connecting portion disposed on an outer periphery of the mounting portion, and the substrate connects the connecting portion to the stepped portion while holding the mounting portion hollow, and a bottom surface of the package. And the height below the electronic components of the step portion is arranged between the substrate and the mounting section and the connecting portion between the rear surface of the connecting portion and formed in the insulating film, the rear surface of the mounting section The metal wiring pattern is bonded between the metal wiring patterns, and the metal wiring pattern is made of an alloy of Mg and Cu or an alloy of Al and Cu .
上記構成により、ICチップと素子と基板との重畳方向の間隔を狭めることができ高さを抑制できるとともに、パッケージ内における配線の引き廻しに必要な面積も低減でき、小型化を図ることができる。 With this configuration, it is possible to suppress the height can reduce the distance of the overlapping direction of the I C chip and the element and the substrate, can also be reduced area required for wiring of the pull turn in the package, it is downsized Can do.
また、ICチップの入出力電極と基板の金属配線パターンとをワイヤボンディングにより電気的に接続するとともに、ICチップの入出力電極と素子の入出力電極とを金属バンプにより電気的に接続する、または、ICチップの入出力電極と基板の金属配線パターンとを金属バンプにより電気的に接続するとともにICチップの入出力電極と素子の入出力電極とをワイヤボンディングにより電気的に接続しているので、ICチップと素子と基板とは、互いに重畳するように、基板にICチップを積層し、このICチップに素子を積層したり、基板を挟むようにして、基板の表面に素子を積層し、基板の裏面にICチップを積層したりしても、互いの電気的な接続とその固定が可能となる。 In addition , the input / output electrodes of the IC chip and the metal wiring pattern of the substrate are electrically connected by wire bonding, and the input / output electrodes of the IC chip and the input / output electrodes of the element are electrically connected by metal bumps. Alternatively, the input / output electrodes of the IC chip and the metal wiring pattern of the substrate are electrically connected by metal bumps, and the input / output electrodes of the IC chip and the input / output electrodes of the element are electrically connected by wire bonding. The IC chip, the element, and the substrate are stacked on the substrate such that the IC chip, the element, and the substrate overlap with each other, and the elements are stacked on the IC chip or the substrate is sandwiched between the elements. Even if an IC chip is stacked on the back surface, it is possible to electrically connect and fix each other.
特に、ICチップと素子またはICチップと基板とは金属バンプにより金属接合されるので、この接合によってICチップと素子との固定と電気的な接続が同時に行なえる。すなわち、ICチップとの固定において液状樹脂を介在させる際、ICチップと素子またはICチップと基板とは基本的に金属バンプによって固定され、液状樹脂は補強として少量を用いればよく、また、金属バンプの厚みによってICチップや素子の面上における液状樹脂の広がりも規制される。よって、ICチップや素子の面上を液状樹脂が意図しない範囲まで広がって入出力電極を被覆し電極機能を損なったりすることもない。 In particular, since the IC chip and the element or the IC chip and the substrate are metal-bonded by metal bumps, the IC chip and the element can be fixed and electrically connected simultaneously by this bonding. That is, when a liquid resin is interposed in fixing to the IC chip, the IC chip and the element or the IC chip and the substrate are basically fixed by metal bumps, and the liquid resin may be used in a small amount as a reinforcement. The spread of the liquid resin on the surface of the IC chip or element is also regulated by the thickness of the substrate. Therefore, the liquid resin does not spread over the surface of the IC chip or the element to an unintended range to cover the input / output electrodes, and the electrode function is not impaired.
図1は本発明の一実施の形態における慣性力センサの一つである角速度センサの分解斜視図、図2は同角速度センサの斜視図、図3は図2のA−A断面図、図4は同角速度センサの基板の上面図、図5は同角速度センサの基板の下面図である。 1 is an exploded perspective view of an angular velocity sensor that is one of inertial force sensors according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the angular velocity sensor, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. Is a top view of the substrate of the angular velocity sensor, and FIG. 5 is a bottom view of the substrate of the angular velocity sensor.
図1、図2において、本発明の一実施の形態における角速度センサは、音叉形状等の振動子からなる振動型の角速度検出用の素子32と、この素子32から出力される出力信号を処理するICチップ34と、素子32とICチップ34とを載置する基板35と、これら素子32およびICチップ34を載置する基板35と、信号処理用のコンデンサ36と、これらを収納するパッケージ38、蓋39とを備えている。
1 and 2, an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention processes a vibration type angular
この基板35は、素子32およびICチップ34を載置する載置部40と、載置部40の外周に配置し、パッケージ38の内壁と接続する接続部41とを有し、載置部40を中空保持させつつ基板35をパッケージ38に収納している。また、基板35は、図4、図5に示すように、載置部40および接続部41をポリイミド絶縁フィルムで形成し、この絶縁フィルムに金属配線パターン42を接着配置したTABテープからなり、図3に示すように、パッケージ38の底面部に設けた段差部47に基板35の外周の接続部41を載置して、パッケージ38の内壁と接続している。載置部40を中空保持させているので、この空間を利用して、パッケージ38の底面に段差部47の高さ以下のコンデンサ36を配置している。
The
また、図2、図3に示すように、角速度検出用の素子32、ICチップ34は、入出力信号用として、各々、入出力電極48、入出力電極50を有する。素子32は、その表面または裏面のいずれかの面に配置した入出力電極48を介して電気的に接続し、ICチップ34は、その表面または裏面のいずれか一方の面にのみ配置した入出力電極50を介して電気的に接続し、基板35は、その表面または裏面のいずれかの面に配置した金属配線パターン42を介して電気的に接続している。この図3においては、素子32は裏面に入出力電極48が配置され、ICチップ34はその表面に入出力電極50が配置され、基板35はその裏面に金属配線パターン42が配置されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the angular
そして、このICチップ34の入出力電極50と基板35の金属配線パターン42とをワイヤ54を介してワイヤボンディングにより電気的に接続するとともに、ICチップ34の入出力電極50と素子32の入出力電極48とを金属バンプ55により電気的に接続し、基板35の金属配線パターン42とパッケージ38の電極とを金属バンプ55により電気的に接続し、信号の入出力を行っている。
The input /
さらに、ICチップ34と素子32と基板35とは、互いに重畳するように、液状樹脂56を介在させて硬化させるとともに金属バンプ55を金属接合させて固定している。具体的な固定方法については、金属バンプ55としてAu等を用いてAu−Au金属接合により固定したり、液状樹脂56として流動性のある異方性導電フィルムを用いてACF法により固定したりすればよく、その他、液状樹脂56と金属バンプ55を用いて種々の方法により固定が可能である。
Further, the
このような角速度センサを検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。 Such an angular velocity sensor is used in a posture control device or a navigation device of a moving body such as a vehicle in correspondence with a detection axis to be detected.
上記構成により、ICチップ34と素子32と基板35とは、互いに重畳するように、液状樹脂56を介在させて硬化させるとともに金属バンプ55を金属接合させて固定するので、ICチップ34と素子32と基板35との重畳方向の間隔を狭めることができ高さを抑制できるとともに、金属バンプ55による電気的な接続により、ワイヤボンディングが不要となり、ICチップ34や素子32の形状幅を広くする必要がなくなり、また、パッケージ38内における配線の引き廻しに必要な面積も低減でき、小型化を図ることができる。
With the above configuration, the
また、ICチップ34は、その表面または裏面のいずれか一方の面にのみ配置した入出力電極50を介して電気的に接続し、素子32は、その表面または裏面のいずれかの面に配置した入出力電極48を介して電気的に接続し、基板35は、表面または裏面のいずれかの面に配置した金属配線パターン42を介して電気的に接続しており、ICチップ34の入出力電極50と基板35の金属配線パターン42とをワイヤボンディングにより電気的に接続するとともにICチップ34の入出力電極50と素子32の入出力電極48とを金属バンプ55により電気的に接続しているので、ICチップ34と素子32と基板35とは、互いに重畳するように、基板35にICチップ34を積層し、このICチップ34に素子32を積層して、互いの電気的な接続とその固定が可能となる。
The
特に、ICチップ34と素子32とは金属バンプ55により金属接合されるので、この接合によってICチップ34と素子32との固定と電気的な接続が同時になされる。すなわち、ICチップ34との固定において液状樹脂56を介在させる際、ICチップ34と素子32またはICチップ34と基板35とは基本的に金属バンプ55によって固定され、液状樹脂56は補強として少量を用いればよく、また、金属バンプ55の厚みによってICチップ34や素子32の面上における液状樹脂56の広がりも規制される。液状樹脂56は硬化するまで流動性があるので、ICチップ34の面上に意図しない範囲まで広がって入出力電極50を被覆し電極機能を損なう恐れがあるが、上記構成により、これを防ぐことができる。
Particularly, since the
さらに、基板35は、素子32およびICチップ34を載置する載置部40と、載置部40の外周に配置し、パッケージ38の内壁と接続する接続部41とを有し、載置部40を中空保持させつつ基板35をパッケージ38に収納しているので、外乱振動を抑制できる。特に、載置部40および接続部41は絶縁フィルムで形成し、この絶縁フィルムに金属配線パターン42を接着配置しているので、金属配線パターン42の剛性によって、効果的に外乱振動を抑制して検出精度を向上できる。例えば、金属配線パターン42として、ヤング率の低い材料からなるMgとCuの合金やAlとCuの合金を用いてもよい。Cuのヤング率は110GPaであるが、Mg合金であれば45GPaとなり、Al合金であれば70GPaとなり、ヤング率が低くなる。ヤング率を低くすれば減衰特性が向上する。
Furthermore, the
なお、本発明の実施の形態の構成に替えて、例えば、図6に示すように、ICチップ34の入出力電極50と基板35の金属配線パターン42とを金属バンプ55により電気的に接続するとともにICチップ34の入出力電極50と素子32の入出力電極48とをワイヤボンディングにより電気的に接続し、基板35を挟むようにして、基板35の表面に素子32を積層し、基板35の裏面にICチップ34を積層したりしてもよい。この場合、ICチップ34と基板35とは金属バンプ55により金属接合されるので、この接合によってICチップ34と素子32との固定と電気的な接続が同時になされる。
Instead of the configuration of the embodiment of the present invention, for example, as shown in FIG. 6, the input /
また、素子32は角速度検出用に限らず、加速度検出用やその複合検出用であってもよい。
The
本発明に係る慣性力センサは、樹脂接着剤が流動しても、電気的な接続が損なわれずに低背化を図れるので、各種電子機器に適用できるものである。 The inertial force sensor according to the present invention can be applied to various electronic devices because even if the resin adhesive flows, the electrical connection is not impaired and the height can be reduced.
32 素子
34 ICチップ
35 基板
36 コンデンサ
38 パッケージ
39 蓋部
40 載置部
41 接続部
42 金属配線パターン
47 段差部
48 入出力電極
50 入出力電極
54 ワイヤ
55 金属バンプ
32
Claims (4)
前記ICチップは表面または裏面のいずれか一方の面に配置した入出力電極を有し、
前記素子は表面または裏面のいずれかの面に配置した入出力電極を有し、
前記基板の裏面に配置した金属配線パターンを有し、
前記ICチップの入出力電極と前記基板の金属配線パターンとをワイヤボンディングまたは金属バンプにより電気的に接続し、
前記ICチップの入出力電極と前記素子の入出力電極とをワイヤボンディングまたは金属バンプにより電気的に接続し、
前記パッケージは段差部を有し、
前記基板は、前記素子および前記ICチップを載置する載置部と、前記載置部の外周に配置した接続部と、を有し、
前記基板は、前記載置部を中空保持させつつ前記接続部を前記段差部に接続し、
前記パッケージの底面部と前記基板との間に前記段差部の高さ以下の電子部品を配置し、
前記載置部および前記接続部は絶縁フィルムで形成し、
前記載置部の裏面と前記接続部の裏面との間に前記金属配線パターンを接着配置し、
前記金属配線パターンはMgとCuの合金またはAlとCuの合金を用いた慣性力センサ。 An element for detecting an inertial force; an IC chip for processing an output signal output from the element; a substrate on which the element and the IC chip are mounted; and a package for housing the element, the IC chip and the substrate. Prepared,
The IC chip has input / output electrodes arranged on either the front surface or the back surface,
The element has input / output electrodes arranged on either the front surface or the back surface,
Having a metal wiring pattern disposed on the back surface of the substrate;
The input / output electrodes of the IC chip and the metal wiring pattern of the substrate are electrically connected by wire bonding or metal bumps,
The input / output electrodes of the IC chip and the input / output electrodes of the element are electrically connected by wire bonding or metal bumps,
The package has a stepped portion;
The substrate has a placement portion for placing the element and the IC chip, and a connection portion disposed on the outer periphery of the placement portion,
The substrate connects the connection portion to the stepped portion while holding the mounting portion hollow,
An electronic component having a height equal to or lower than the stepped portion is disposed between the bottom surface of the package and the substrate ,
The mounting portion and the connection portion are formed of an insulating film,
The metal wiring pattern is adhered and arranged between the back surface of the mounting portion and the back surface of the connection portion,
The metal wiring pattern is an inertial force sensor using an alloy of Mg and Cu or an alloy of Al and Cu .
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