JP5481634B2 - Mold structure for accommodating inertial sensor and sensor system using the same - Google Patents
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Description
本発明は、慣性センサを収容するモールド構造およびそれを用いたセンサシステムに関するものである。 The present invention relates to a mold structure for accommodating an inertial sensor and a sensor system using the mold structure.
加速度センサや角速度センサに代表される慣性センサは、物体の回転速度や傾斜角を測定するためのセンサであり、カーナビゲーション装置や車両，航空機および船舶のように３次元で運動する移動体、ロボットの姿勢制御、管路計測、カメラの手ぶれ補正等に広く用いられている。 An inertial sensor represented by an acceleration sensor and an angular velocity sensor is a sensor for measuring the rotation speed and inclination angle of an object, and is a car navigation device, a mobile body, a robot that moves in three dimensions, such as a vehicle, an aircraft, and a ship. It is widely used for attitude control, pipe measurement, camera shake correction, etc.
例えば、ロボット等の移動体の姿勢制御に加速度センサや角速度センサが用いられている。直交する３軸をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸とすると、各軸方向の加速度を３個の加速度センサで検出し、各軸回りの角速度を３個の角速度センサで検出する。そして、軸回りの角度、あるいは姿勢角は、角速度センサの出力を時間積分して得られ、ピッチ角、ロール角、ヨー角が算出される。 For example, an acceleration sensor or an angular velocity sensor is used for posture control of a moving body such as a robot. If the three orthogonal axes are the X axis, Y axis, and Z axis, the acceleration in each axis direction is detected by three acceleration sensors, and the angular velocity around each axis is detected by three angular velocity sensors. The angle around the axis or the attitude angle is obtained by time-integrating the output of the angular velocity sensor, and the pitch angle, roll angle, and yaw angle are calculated.
近年、これらの慣性センサは、低コスト化が進み用途が拡大し、市場の拡大とともに多軸化やピッチ角、ロール角、ヨー角を算出するセンサシステムの要求が増えてきている。しかし、このセンサシステムを実現する場合、これらのセンサは１軸当たり１枚の基板を必要とするため、１枚の基板に３軸分のセンサを集約することは困難であった（例えば、特許文献１参照）。 In recent years, the cost of these inertial sensors has been reduced, and the applications have been expanded. As the market expands, the demand for a sensor system that calculates multi-axis and calculates pitch angle, roll angle, and yaw angle is increasing. However, when realizing this sensor system, these sensors require one substrate per axis, and it is difficult to consolidate sensors for three axes on one substrate (for example, patents). Reference 1).
センサシステムにおいて、１枚の基板に同一構造の慣性センサをセンサシステムの各検出軸に対応して配置するためには、個々の慣性センサの検出軸を基板面と平行になるように実装したり（横に寝かす，横置きする）、検出軸を基板面と直交するように実装する（立てる，縦置きする）必要がある。また、カーナビゲーション装置においては、従来の据え置き（基板を横置きする）タイプとＰＮＤ（Portable Navigation Device：ポータブルナビ）のような薄型（基板を縦置きする）タイプがあり、双方のタイプの基板および部品を共通化するための検討が行われている。この場合、上記と同様に、同一構造の慣性センサを基板面と平行または直交するよう実装する必要がある。 In the sensor system, in order to arrange the inertial sensors having the same structure on one substrate corresponding to the detection axes of the sensor system, the detection axes of the individual inertial sensors are mounted so as to be parallel to the substrate surface. It is necessary to mount (stand up or set up vertically) so that the detection axis is orthogonal to the substrate surface. In addition, in the car navigation device, there are a conventional stationary type (a substrate is placed horizontally) and a thin type (a substrate is placed vertically) such as a PND (Portable Navigation Device). Studies are underway to make parts common. In this case, similarly to the above, it is necessary to mount an inertial sensor having the same structure so as to be parallel or orthogonal to the substrate surface.
このような場合、慣性センサの基板上の投影面積（投影形状，端子配置）が異なると、基板上の配線パターンを慣性センサの実装形態によらず同一とすることができないという問題が生ずる。 In such a case, if the projected area (projected shape, terminal arrangement) of the inertial sensor on the substrate is different, there arises a problem that the wiring pattern on the substrate cannot be made the same regardless of the mounting form of the inertial sensor.
上記問題を背景として、本発明の課題は、慣性センサの実装形態や実装基板の設置方向によらず、同一構造の慣性センサが使用できるよう、基板上の配線パターンを共通化とすることができる慣性センサを収容するモールド構造およびそれを用いたセンサシステムを提供することにある。 With the above problem as a background, the problem of the present invention is that the wiring pattern on the board can be shared so that the inertial sensor having the same structure can be used regardless of the mounting form of the inertial sensor and the mounting direction of the mounting board. and to provide a mold structure and a sensor system using the same housing the inertial sensor.
上記課題を解決するための慣性センサを収容するモールド構造（以下、「モールド構造」と略称することもある）は、
センサ素子とその周辺回路とが収納されて所定方向の慣性力を検出する慣性センサがパッケージとして構成され、パッケージは、底面に電極を備え、樹脂製のモールドに収容された状態で、モールドが基板に実装されており、
モールドは、パッケージの底面が基板の表面と対向するように、該パッケージを収容する第１モールドと、パッケージの側面が基板の表面と対向するように、該パッケージを収容する第２モールドと、が選択的に用いられ、
第１モールドおよび第２モールドは、一端に電極と接続する接続部を形成し、他の一端に基板と接続する端子を形成するリードフレームを含み、
端子は、第１モールドおよび第２モールドのそれぞれの、基板の表面との対向面として定められた一面に配置され、
第１モールドおよび第２モールドのそれぞれの端子の配置が、これら２つのモールドにおいて同一形状となることを特徴とする。
A mold structure that accommodates an inertial sensor for solving the above-described problem (hereinafter, also abbreviated as “mold structure”)
The sensor element and its peripheral circuit are housed, and an inertial sensor that detects an inertial force in a predetermined direction is configured as a package. The package includes an electrode on the bottom surface and is housed in a resin mold. Implemented in
Mold, as the bottom surface of the package faces the surface of the substrate, so that the first mold accommodating the packages, the side of the package opposite to the surface of the substrate, and the second mold housing the package, but Used selectively ,
The first mold and the second mold include a lead frame that forms a connection portion that connects to an electrode at one end and a terminal that connects to a substrate at the other end,
The terminals are arranged on one surface of each of the first mold and the second mold that is defined as a surface facing the surface of the substrate.
The terminals of the first mold and the second mold are arranged in the same shape in the two molds.
上記構成によって、慣性センサの実装形態や実装基板の設置方向によらず、同一構造の慣性センサが使用できるよう、基板上の配線パターンを共通化とすることができる。 With the above configuration, the wiring pattern on the substrate can be made common so that the inertial sensor having the same structure can be used regardless of the mounting form of the inertial sensor and the mounting direction of the mounting substrate.
また、本発明のモールド構造における第１モールドおよび第２モールドは、これら２つのモールドを形成する樹脂がリードフレームを包みこむようにインサート成型される。 Further, the first mold and the second mold in the mold structure of the present invention are insert-molded so that the resin forming these two molds wraps around the lead frame.
上記構成によって、リードフレームが必要以上に露出して他の部品と接触することを防止できる。また、インサート成型を行うことにより、複数の工程で行っていたものを１つにすることで工程の短縮化が見込まれ、製品の精度の向上、コスト削減にもつながる。 With the above configuration, it is possible to prevent the lead frame from being exposed more than necessary and coming into contact with other components. In addition, by performing insert molding, the number of processes performed in a plurality of processes can be reduced to one, and the process can be shortened, leading to improvement in product accuracy and cost reduction.
また、本発明のモールド構造における第２モールドは、慣性センサを保持するための保持部を形成する。 The second mold in the mold structure of the present invention forms a holding part for holding the inertial sensor.
上記構成によって、慣性センサを縦置き状態としても安定性を確保でき、外部の振動の影響を受けずに精度よく慣性力を検出することができる。 With the above configuration, stability can be ensured even when the inertial sensor is placed vertically, and the inertial force can be accurately detected without being affected by external vibration.
また、上記課題を解決するためのセンサシステムは、
上述の慣性センサを収容するモールド構造を用いたセンサシステムであって、
同一の基板上には、慣性センサが複数実装され、その複数の慣性センサのうちの少なくとも１つは第２モールドに収容されている。
In addition, a sensor system for solving the above problems is
A sensor system using a mold structure that houses the inertial sensor described above,
A plurality of inertial sensors are mounted on the same substrate, and at least one of the plurality of inertial sensors is accommodated in the second mold.
従来は、同一の慣性センサであっても、横置き形状で基板に実装する場合と、縦置き形状で基板に実装する場合とでは、別々の基板に実装する必要があったが、上記構成によって、慣性センサの実装形態や実装基板の設置方向によらず、同一構造の慣性センサが使用でき、同一の基板に実装することが可能となる。 Conventionally, even if the same inertial sensor is mounted on a substrate in a horizontally mounted shape and mounted on a substrate in a vertically mounted shape, it must be mounted on separate substrates. The inertial sensor having the same structure can be used regardless of the mounting form of the inertial sensor and the mounting direction of the mounting substrate, and can be mounted on the same substrate.
また、本発明のセンサシステムにおける慣性センサは、振動型角速度センサである。 The inertial sensor in the sensor system of the present invention is a vibration type angular velocity sensor.
振動型角速度センサは、棒やリングの振動子を用い、振動子に加わるコリオリの力を検出することにより角速度を得る方式である。振動型角速度センサの代表的なものとして、振動子が音叉形状となっている音叉型角速度センサがある。振動型角速度センサは、回転型ジャイロのようなモーターやベアリングなどの複数の部品を必要としないため、非常に小型で安価な角速度センサ（すなわち慣性センサ）が実現されており、カメラの手ぶれ検出、カーナビゲーション装置などに用いられている。最近ではＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）技術を用いて、超小型の角速度センサが開発・量産されている。上記構成によって、実装形態によらず複数の角速度センサを同一の基板に実装できるとともに、角速度センサの小型化により、センサシステムも小型化，軽量化でき、センサシステムの用途が広がり、設置・搭載の自由度も高くなる。 The vibration type angular velocity sensor is a method of obtaining an angular velocity by detecting a Coriolis force applied to a vibrator using a stick or ring vibrator. As a typical vibration type angular velocity sensor, there is a tuning fork type angular velocity sensor in which a vibrator has a tuning fork shape. The vibration-type angular velocity sensor does not require multiple parts such as a motor and bearings like a rotary gyro, so a very small and inexpensive angular velocity sensor (ie, inertial sensor) has been realized, and camera shake detection, Used in car navigation systems. Recently, ultra-small angular velocity sensors have been developed and mass-produced using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. With the above configuration, multiple angular velocity sensors can be mounted on the same board regardless of the mounting form, and the sensor system can also be reduced in size and weight due to the downsizing of the angular velocity sensor. The degree of freedom is also increased.
また、本発明のセンサシステムにおける振動型角速度センサは、基板の表面の法線方向をＺ軸とするＸＹＺ三次元直交座標空間において、角速度の検出軸方向がＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と一致するように同一の基板上に実装されている。 Further, the vibration type angular velocity sensor in the sensor system of the present invention has an angular velocity detection axis direction that coincides with the X axis, Y axis, and Z axis in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate space in which the normal direction of the substrate surface is the Z axis. It is mounted on the same substrate.
上記構成によって、いわゆる３軸角速度計において、本発明の構成を適用することで、３つの角速度センサを同一の基板に実装することができる。 With the above configuration, in the so-called three-axis angular velocity meter, by applying the configuration of the present invention, three angular velocity sensors can be mounted on the same substrate.
また、本発明のセンサシステムにおける慣性センサは、加速度センサである。 The inertial sensor in the sensor system of the present invention is an acceleration sensor.
上記構成によって、実装形態（横置き，縦置き）によらず複数の加速度センサを同一の基板に実装できるとともに、センサシステムも小型化，軽量化でき、センサシステムの用途が広がり、設置・搭載の自由度も高くなる。 With the above configuration, multiple acceleration sensors can be mounted on the same board regardless of the mounting form (horizontal or vertical), and the sensor system can also be reduced in size and weight. The degree of freedom is also increased.
また、本発明のセンサシステムにおける加速度センサは、基板の表面の法線方向をＺ軸とするＸＹＺ三次元直交座標空間において、加速度の検出軸方向がＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と一致するように同一の基板上に実装されている。 The acceleration sensor in the sensor system of the present invention is such that the detection axis direction of acceleration coincides with the X axis, Y axis, and Z axis in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate space in which the normal direction of the substrate surface is the Z axis. Are mounted on the same substrate.
上記構成によって、いわゆる３軸加速度計において、本発明の構成を適用することで、３つの加速度センサを同一の基板に実装することができる。 With the above configuration, in a so-called three-axis accelerometer, by applying the configuration of the present invention, three acceleration sensors can be mounted on the same substrate.
また、本発明のセンサシステムにおける基板は表面実装基板であり、リードフレームの端子は、該基板の表面に実装可能に構成されている。 The substrate in the sensor system of the present invention is a surface mount substrate, and the terminals of the lead frame are configured to be mountable on the surface of the substrate.
基板の小型化，集積化、また部品実装の自動化に伴い、抵抗，コンデンサ，トランジスタ，ＩＣ等の殆どの部品が表面実装対応となっている。上記構成によって、慣性センサのパッケージをモールドに収容した状態で、基板に自動実装することができ、基板実装時間の短縮、基板製造コストの低減につながる。 With the miniaturization and integration of substrates and the automation of component mounting, most components such as resistors, capacitors, transistors, and ICs are compatible with surface mounting. With the above-described configuration, the inertial sensor package can be automatically mounted on the substrate while being housed in the mold, leading to a reduction in substrate mounting time and a reduction in substrate manufacturing cost.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１に、センサシステム１の模式図（斜視図）を示す。なお、センサシステム１は、一般的に図示しないケースに収納されるが、図１では説明のためにケースの上部を取り除き、ケースの底板６のみを残した状態を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the schematic diagram (perspective view) of the sensor system 1 is shown. Although the sensor system 1 is generally housed in a case (not shown), FIG. 1 shows a state in which the upper part of the case is removed and only the bottom plate 6 of the case is left.
センサシステム１は、周知のプリント基板（以下、「基板」と略称する）５を備え、基板５の所定位置（図１の例では、概ね四隅）の表面および裏面に、例えばシリコンを原料とする衝撃吸収ゲル素材であるアルファゲル等の緩衝材２，３が取り付けられている。これら緩衝材２，３は、ケースの底板６あるいは上板（図示せず）に所定の押圧力を加えられて接触しており、基板５に実装される、複数の慣性センサである角速度センサ１１〜１３および加速度センサ２１〜２３に対する衝撃や振動の影響を低減する効果を有する。 The sensor system 1 includes a known printed circuit board (hereinafter abbreviated as “substrate”) 5, and uses, for example, silicon as a raw material on the front and back surfaces of the substrate 5 at predetermined positions (generally four corners in the example of FIG. 1). Buffer materials 2, 3 such as alpha gel, which is a shock absorbing gel material, are attached. These buffer materials 2 and 3 are in contact with a bottom plate 6 or an upper plate (not shown) of the case with a predetermined pressing force, and are mounted on the substrate 5 and are angular velocity sensors 11 which are a plurality of inertial sensors. To 13 and the acceleration sensors 21 to 23 have an effect of reducing the influence of shock and vibration.
また、基板５は、その上に実装される角速度センサ１１〜１３および加速度センサ２１〜２３の取付基準面を提供している。また、基板５には、各センサが出力する信号を処理するための、周知のＡ／Ｄ変換器，増幅器等を含む信号処理回路、他のユニットとの間で信号や情報の遣り取りを行う入出力回路、センサシステム１の全体制御を行う制御回路等が実装されているが、図１においては、これらの回路は省略してある。 Moreover, the board | substrate 5 provides the attachment reference plane of the angular velocity sensors 11-13 and the acceleration sensors 21-23 mounted on it. In addition, a signal processing circuit including a well-known A / D converter and an amplifier for processing signals output from the sensors and an input / output unit for exchanging signals and information with other units are provided on the substrate 5. An output circuit, a control circuit for performing overall control of the sensor system 1, and the like are mounted, but these circuits are omitted in FIG.
角速度センサ１１〜１３は、全て同一構造のもので、センサ素子とその周辺回路とが収納された例えばセラミック製のパッケージとして構成されている（図３参照）。また、パッケージは、基板５の表面に直接実装する、いわゆる表面実装用部品として構成される。角速度センサ１１〜１３は、パッケージの底面と平行な方向に角速度の検出軸方向が定められている。 The angular velocity sensors 11 to 13 have the same structure, and are configured as, for example, a ceramic package in which the sensor element and its peripheral circuit are housed (see FIG. 3). The package is configured as a so-called surface mounting component that is directly mounted on the surface of the substrate 5. The angular velocity sensors 11 to 13 have an angular velocity detection axis direction defined in a direction parallel to the bottom surface of the package.
角速度センサ１１〜１３として、例えば、振動子が振動しながら回転したときに発生するコリオリ力を利用して回転角速度を検出する振動型角速度センサを用いる。より具体的には、振動子（センサ素子）として音叉型振動子を用いた音叉型角速度センサを用いる。無論、機械式，光学式，流体式等の他の方式を用いた角速度センサを使用してもよい。 As the angular velocity sensors 11 to 13, for example, vibration-type angular velocity sensors that detect the rotational angular velocity using Coriolis force generated when the vibrator rotates while vibrating are used. More specifically, a tuning fork type angular velocity sensor using a tuning fork type vibrator as a vibrator (sensor element) is used. Of course, you may use the angular velocity sensor using other systems, such as a mechanical type, an optical type, and a fluid type.
角速度センサ１１〜１３は、基板５の表面に平行な方向をＸ軸，物体（すなわちセンサシステム１）の主たる移動方向をＹ軸，基板５の表面の法線方向をＺ軸とするＸＹＺ三次元直交座標空間において、角速度の検出軸方向がＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と一致するように基板５に実装されている。図１の例では、角速度センサ１１の検出軸がＸ軸と一致してピッチ（Pitch）を検出し、角速度センサ１２の検出軸がＹ軸と一致してロール（Roll）を検出し、角速度センサ１３の検出軸がＺ軸と一致してヨー（Yaw）を検出している。 The angular velocity sensors 11 to 13 are XYZ three-dimensional, in which the direction parallel to the surface of the substrate 5 is the X axis, the main movement direction of the object (that is, the sensor system 1) is the Y axis, and the normal direction of the surface of the substrate 5 is the Z axis. In the orthogonal coordinate space, the angular velocity detection axis direction is mounted on the substrate 5 so as to coincide with the X axis, Y axis, and Z axis. In the example of FIG. 1, the detection axis of the angular velocity sensor 11 coincides with the X axis to detect a pitch, the detection axis of the angular velocity sensor 12 coincides with the Y axis, and a roll is detected. Thirteen detection axes coincide with the Z axis to detect yaw.
角速度センサ１１の底面には、電極１１ａ〜１１ｄ（図３参照）が備えられている。これら電極は、例えば凸形状の面電極として構成される。また、電極の形状に制約はなく、半球状，ピン形状等でもよい。角速度センサ１２，１３についても同様である。 On the bottom surface of the angular velocity sensor 11, electrodes 11a to 11d (see FIG. 3) are provided. These electrodes are configured as, for example, convex surface electrodes. Moreover, there is no restriction | limiting in the shape of an electrode, A hemisphere, pin shape, etc. may be sufficient. The same applies to the angular velocity sensors 12 and 13.
加速度センサ２１〜２３は、全て同一の構造のもので、センサ素子とその周辺回路とが収納された例えばセラミック製のパッケージとして構成され、上述のＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸のそれぞれの方向の加速度を検出するもので、それぞれの加速度センサの加速度の検出方向が、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸と一致するように基板５に実装されている。加速度センサ２１〜２３は、例えば、慣性力を受けると電荷を生じる圧電素子を用いた周知の圧電型加速度センサを使用する。また、加速度センサ２１〜２３は、パッケージの底面と平行な方向に加速度の方向が定められている。 The acceleration sensors 21 to 23 are all of the same structure, and are configured as, for example, a ceramic package in which the sensor element and its peripheral circuits are housed. The acceleration sensors 21 to 23 are arranged in the X axis, Y axis, and Z axis directions described above. It detects acceleration and is mounted on the substrate 5 so that the acceleration detection direction of each acceleration sensor coincides with the X-axis, Y-axis, and Z-axis. As the acceleration sensors 21 to 23, for example, a known piezoelectric acceleration sensor using a piezoelectric element that generates an electric charge when subjected to an inertial force is used. Further, in the acceleration sensors 21 to 23, the direction of acceleration is determined in a direction parallel to the bottom surface of the package.
また、加速度センサ２１〜２３のパッケージは、基板５の表面に直接実装する、いわゆる表面実装用部品として構成される。加速度センサ２１〜２３の底面には、角速度センサ１１〜１３と同様の電極（図示せず）が備えられている。これら電極は、例えば凸形状の面電極として構成される。また、電極の形状に制約はなく、半球状，ピン形状等でもよい。 The packages of the acceleration sensors 21 to 23 are configured as so-called surface mounting components that are directly mounted on the surface of the substrate 5. Electrodes (not shown) similar to those of the angular velocity sensors 11 to 13 are provided on the bottom surfaces of the acceleration sensors 21 to 23. These electrodes are configured as, for example, convex surface electrodes. Moreover, there is no restriction | limiting in the shape of an electrode, A hemisphere, pin shape, etc. may be sufficient.
以降、本発明の慣性センサを収容するモールド構造を、角速度センサ１１〜１３に適用した例について説明する。図１の例では、加速度センサ２１〜２３は全て横置き形状であるが、そのうちの少なくとも１個を縦置き形状とする場合にも、本発明のモールド構造を適用できる。 Hereinafter, an example in which the mold structure that houses the inertial sensor of the present invention is applied to the angular velocity sensors 11 to 13 will be described. In the example of FIG. 1, the acceleration sensors 21 to 23 are all in the horizontal shape, but the mold structure of the present invention can also be applied when at least one of them is in the vertical shape.
図２，図３を用いて、角速度センサ１１の底面が基板５の表面と対向するように（いわゆる横置き）、パッケージを収容する第１モールドと、その第１モールドに含まれるリードフレームの構成について説明する。図２に、第１モールド３１とリードフレームの構成（上面図，端子３３，３４から見た側面図，底面図）を示す。また、図３に、第１モールド３１に角速度センサ１１を収容したときの状態（上面図，端子３３，３４から見た側面図，底面図）を示す。なお、角速度センサ１２を収容するモールドについても同様の構成をとる。 2 and 3, the first mold for housing the package and the configuration of the lead frame included in the first mold so that the bottom surface of the angular velocity sensor 11 faces the surface of the substrate 5 (so-called horizontal placement). Will be described. FIG. 2 shows the configuration of the first mold 31 and the lead frame (top view, side view seen from the terminals 33 and 34, and bottom view). FIG. 3 shows a state when the angular velocity sensor 11 is housed in the first mold 31 (top view, side view seen from the terminals 33 and 34, and bottom view). The mold for housing the angular velocity sensor 12 has the same configuration.
図２のように、樹脂製の第１モールド３１は、４本のリードフレーム３６〜３９を含んでインサート成型されている。各リードフレーム３６〜３９の一端は、角速度センサ１１の底面に備えられた電極１１ａ〜１１ｄ（図３参照）と接続するための接続部３６ａ〜３９ａを形成している。 As shown in FIG. 2, the first mold 31 made of resin is insert-molded including four lead frames 36 to 39. One end of each of the lead frames 36 to 39 forms connection portions 36 a to 39 a for connecting to electrodes 11 a to 11 d (see FIG. 3) provided on the bottom surface of the angular velocity sensor 11.
また、各リードフレーム３６〜３９の他の一端は、基板５に形成された配線パターン（図６参照）と接続するための端子３２〜３５を形成し、第１モールド３１の底面に配置されている。ここで、端子３２は角速度センサ１１の内部のどこにも接続されていない端子（ＮＣ）、端子３３は基板５上の電源供給線に接続される端子（Ｖｃｃ）、端子３４はセンサ基板５上の出力信号線に接続される端子（ＳＯＵＴ）、端子３５は基板５上のグランド線に接続される端子（ＧＮＤ）となっている。 The other ends of the lead frames 36 to 39 form terminals 32 to 35 for connection to a wiring pattern (see FIG. 6) formed on the substrate 5, and are arranged on the bottom surface of the first mold 31. Yes. Here, the terminal 32 is a terminal (NC) that is not connected anywhere inside the angular velocity sensor 11, the terminal 33 is a terminal (Vcc) connected to the power supply line on the substrate 5, and the terminal 34 is on the sensor substrate 5. A terminal (SOUT) connected to the output signal line and a terminal 35 are terminals (GND) connected to the ground line on the substrate 5.
第１モールド３１には、切り欠き部３６ｂ，３７ｂ，３９ｂが設けられ、これら切り欠き部において、各リードフレーム３６〜３９が第１モールド３１から露出し、角速度センサ１１に向かって（すなわち上方向に）延び、第１モールド３１の上面とほぼ同一平面に、例えば面形状のような、電極１１ａ〜１１ｄの形状に合わせた形状をとる接続部３６ａ〜３９ａを形成している。なお、接続部の形状に特に制約はなく、角速度センサ１１に向かって例えば半球状の凸形状としてもよく、また、図２の３７ａ１のように、リードフレーム（３７）の先端部を角速度センサ１１に向かって、リードフレーム本体部と所定の角度θを有するように折り返して、所定の付勢力を以って角速度センサ１１に接するようにしてもよい（第１モールドの他の接続部および第２モールドの接続部も同様）。 The first mold 31 is provided with notches 36b, 37b, and 39b. In these notches, the lead frames 36 to 39 are exposed from the first mold 31 toward the angular velocity sensor 11 (that is, upward). And connecting portions 36a to 39a having a shape corresponding to the shape of the electrodes 11a to 11d, such as a planar shape, are formed on substantially the same plane as the upper surface of the first mold 31. The shape of the connecting portion is not particularly limited, and may be, for example, a hemispherical convex shape toward the angular velocity sensor 11, and the tip portion of the lead frame (37) is connected to the angular velocity sensor 11 as indicated by 37a1 in FIG. The lead frame main body may be folded back to have a predetermined angle θ so as to be in contact with the angular velocity sensor 11 with a predetermined biasing force (the other connecting portion of the first mold and the second connecting portion). The same applies to the mold connection).
図３のように、角速度センサ１１は、そのパッケージの底面が第１モールド３１の上面に接するように載置され、第１モールド３１の各リードフレーム３６〜３９の接続部３６ａ〜３９ａと、角速度センサ１１の電極１１ａ〜１１ｄとが、半田付け，溶接，銀ロウ付け等により接続される。図３のように、角速度センサ１１の検出軸は基板５の表面と平行となり、図１のＸ軸方向と一致するように実装される。 As shown in FIG. 3, the angular velocity sensor 11 is placed so that the bottom surface of the package is in contact with the upper surface of the first mold 31, the connection portions 36 a to 39 a of the lead frames 36 to 39 of the first mold 31, and the angular velocity. The electrodes 11a to 11d of the sensor 11 are connected by soldering, welding, silver brazing, or the like. As shown in FIG. 3, the angular velocity sensor 11 is mounted so that the detection axis is parallel to the surface of the substrate 5 and coincides with the X-axis direction of FIG.
また、角速度センサ１１の第１モールド３１への取り付け時の安定性を向上するために、第１モールド３１の周縁部の少なくとも一部を上方に壁状に突出させ、角速度センサ１１を保持する保持部３１ａ（図３参照，一部のみ表記）を設けてもよい。 Further, in order to improve the stability when the angular velocity sensor 11 is attached to the first mold 31, at least a part of the peripheral portion of the first mold 31 protrudes upward in a wall shape, and the angular velocity sensor 11 is held. The part 31a (see FIG. 3, only a part may be provided) may be provided.
図４，図５を用いて、角速度センサ１３の側面が基板５の表面と対向するように（いわゆる縦置き）、パッケージを収容する第２モールドと、その第２モールドに含まれるリードフレームの構成について説明する。図４に、第２モールド４１とリードフレームの構成（正面図，端子４４，４５から見た側面図，底面図）を示す。また、図５に、第２モールド４１に角速度センサ１３を収容したときの状態（正面図，端子４４，４５から見た側面図，底面図）を示す。 4 and 5, the configuration of the second mold that accommodates the package and the lead frame included in the second mold so that the side surface of the angular velocity sensor 13 faces the surface of the substrate 5 (so-called vertical placement). Will be described. FIG. 4 shows the configuration of the second mold 41 and the lead frame (front view, side view seen from the terminals 44 and 45, and bottom view). FIG. 5 shows a state when the angular velocity sensor 13 is housed in the second mold 41 (a front view, a side view seen from the terminals 44 and 45, and a bottom view).
図４のように、樹脂製の第２モールド４１は、４本のリードフレーム４６〜４９を含んでインサート成型されている。各リードフレーム４６〜４９の一端は、角速度センサ１１と同様に、角速度センサ１３の底面に備えられた電極１３ａ〜１３ｄ（図５参照，１３ｄは図示略）と接続するための接続部４６ａ〜４９ａを形成している。 As shown in FIG. 4, the second resin mold 41 is insert-molded including four lead frames 46 to 49. One end of each of the lead frames 46 to 49 is connected to electrodes 13 a to 13 d (see FIG. 5, 13 d is not shown) provided on the bottom surface of the angular velocity sensor 13, as with the angular velocity sensor 11. Is forming.
また、各リードフレーム４６〜４９の他の一端は、基板５に形成された配線パターン（図６参照）と接続するための端子４２〜４５を形成し、第２モールド４１の底面に配置されている。ここで、第１モールド３１と同様に、端子４２は角速度センサ１３の内部のどこにも接続されていない端子（ＮＣ）、端子４３は基板５上の電源供給線に接続される端子（Ｖｃｃ）、端子４４は基板５上のセンサ出力信号線に接続される端子（ＳＯＵＴ）、端子４５は基板５上のグランド線に接続される端子（ＧＮＤ）となっている。 The other end of each of the lead frames 46 to 49 forms terminals 42 to 45 for connection to a wiring pattern (see FIG. 6) formed on the substrate 5, and is disposed on the bottom surface of the second mold 41. Yes. Here, as in the first mold 31, the terminal 42 is a terminal (NC) that is not connected anywhere inside the angular velocity sensor 13, the terminal 43 is a terminal (Vcc) that is connected to a power supply line on the substrate 5, The terminal 44 is a terminal (SOUT) connected to the sensor output signal line on the substrate 5, and the terminal 45 is a terminal (GND) connected to the ground line on the substrate 5.
第２モールド４１には、切り欠き部４６ｂ，４７ｂ，４９ｂが設けられ、これら切り欠き部において、各リードフレーム４６〜４９が第２モールド４１から露出し、角速度センサ１３の各電極に向かって延び、第２モールド４１の角速度センサ１３との対向面とほぼ同一平面に、例えば面形状のような、電極１３ａ〜１３ｄの形状に合わせた形状をとる接続部４６ａ〜４９ａを形成している。 The second mold 41 is provided with notches 46b, 47b, and 49b. In these notches, the lead frames 46 to 49 are exposed from the second mold 41 and extend toward the electrodes of the angular velocity sensor 13. In addition, connection portions 46a to 49a having shapes corresponding to the shapes of the electrodes 13a to 13d, such as a surface shape, are formed in substantially the same plane as the surface of the second mold 41 facing the angular velocity sensor 13.
図５のように、角速度センサ１３は、そのパッケージの側面が第２モールド４１の基部４１ｃに接するように載置され、第２モールド４１の各リードフレーム４６〜４９の接続部４６ａ〜４９ａと、角速度センサ１３の電極１３ａ〜１３ｄとが、半田付け，溶接，銀ロウ付け等により接続される。図５のように、角速度センサ１３の検出軸は基板５の表面の法線方向と一致しており、図１のＺ軸方向と一致するように実装される。 As shown in FIG. 5, the angular velocity sensor 13 is placed so that the side surface of the package is in contact with the base portion 41 c of the second mold 41, the connection portions 46 a to 49 a of the lead frames 46 to 49 of the second mold 41, The electrodes 13a to 13d of the angular velocity sensor 13 are connected by soldering, welding, silver brazing, or the like. As shown in FIG. 5, the detection axis of the angular velocity sensor 13 coincides with the normal direction of the surface of the substrate 5, and is mounted so as to coincide with the Z-axis direction of FIG.
また、第２モールド４１は、角速度センサ１３を縦置き状態としたときに、そのパッケージの上方に位置する側面に接してパッケージを保持する上面保持部４１ａと、パッケージの側方に位置する側面に接してパッケージを保持する側面保持部４１ｂとを備えている。これら保持部（４１ａ，４１ｂ）により、縦置き状態となる角速度センサ１３の安定性が増し、外部からの振動等が及ぼす影響を最小限とすることができる。 Further, when the angular velocity sensor 13 is placed vertically, the second mold 41 is in contact with the side surface located above the package and holds the package on the side surface located on the side of the package. And a side surface holding part 41b for holding the package in contact therewith. By these holding portions (41a, 41b), the stability of the angular velocity sensor 13 in the vertically placed state is increased, and the influence of external vibrations or the like can be minimized.
図６に、第１モールド３１および第２モールド４１を実装するために、基板５上に形成された配線パターンを示す。図５の例では、基板５はいわゆる面実装基板として構成されている。第１モールド３１の端子３２はランド５２（ＮＣ）に、端子３３はランド５３（Ｖｃｃ）に、端子３４はランド５４（ＳＯＵＴ）に、端子３５はランド５５（ＧＮＤ）に、それぞれ接続される。また、第２モールド４１の端子４２はランド５２に、端子４３はランド５３に、端子４４はランド５４に、端子４５はランド５５に、それぞれ接続される。このように、第１モールド３１および第２モールド４１とにおいて、各端子の寸法を各ランド５２〜５５の寸法（Ｌ１×Ｌ２）に合わせ、各端子の間の距離を基板５上の各ランド間の距離Ｌ３，Ｌ４と同一とすれば、２つのモールドの配線パターンを同一とすることができる。 FIG. 6 shows a wiring pattern formed on the substrate 5 in order to mount the first mold 31 and the second mold 41. In the example of FIG. 5, the substrate 5 is configured as a so-called surface mount substrate. The terminal 32 of the first mold 31 is connected to the land 52 (NC), the terminal 33 is connected to the land 53 (Vcc), the terminal 34 is connected to the land 54 (SOUT), and the terminal 35 is connected to the land 55 (GND). Further, the terminal 42 of the second mold 41 is connected to the land 52, the terminal 43 is connected to the land 53, the terminal 44 is connected to the land 54, and the terminal 45 is connected to the land 55. Thus, in the 1st mold 31 and the 2nd mold 41, the size of each terminal is matched with the size (L1xL2) of each land 52-55, and the distance between each terminal is between each land on substrate 5 If the distances L3 and L4 are the same, the wiring patterns of the two molds can be made the same.
上述のように、第１モールド３１と第２モールド４１とで、配線パターンを同一とすることにより、慣性センサの配置の自由度を高くすることができる。例えば、角速度センサ１１〜１３を基板５上に実装する場合、本センサシステム１の格納場所の高さの制約により、基板５上の角速度センサ１３の実装箇所で、角速度センサ１３を縦置きにするための高さを確保できないとき、他の２個の角速度センサ（１１，１２）の実装箇所のいずれかで縦置きにするための高さを確保できれば、その実装箇所の角速度センサを縦置きとし、角速度センサ１３を横置きとすることで、ケースの形状によらず同じ基板を用いることができ、センサシステムで基板を共通化でき、製造コストを低減できる。 As described above, by making the first mold 31 and the second mold 41 have the same wiring pattern, the degree of freedom of arrangement of the inertial sensor can be increased. For example, when the angular velocity sensors 11 to 13 are mounted on the substrate 5, the angular velocity sensor 13 is placed vertically at the mounting location of the angular velocity sensor 13 on the substrate 5 due to the height of the storage location of the sensor system 1. If the height required for vertical installation at one of the other two angular velocity sensors (11, 12) can be secured when the height for securing the angular velocity sensor cannot be secured, the angular velocity sensor at that mounting location is set vertically. By placing the angular velocity sensor 13 horizontally, the same substrate can be used regardless of the shape of the case, the substrate can be shared by the sensor system, and the manufacturing cost can be reduced.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, these are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments, and the knowledge of those skilled in the art can be used without departing from the spirit of the claims. Various modifications based on this are possible.
１ センサシステム
２，３ 緩衝材
５ プリント基板（基板）
１１〜１３ 角速度センサ（慣性センサ）
１１ａ〜１１ｄ 電極
１３ａ〜１３ｄ 電極
２１〜２３ 加速度センサ（慣性センサ）
３１ 第１モールド
３２〜３５ 端子
３６〜３９ リードフレーム
３６ａ〜３９ａ 接続部
４１ 第２モールド
４１ａ 上面保持部（保持部）
４１ｂ 側面保持部（保持部）
４２〜４５ 端子
４６〜４９ リードフレーム
４６ａ〜４９ａ 接続部
５２〜５５ ランド
1 Sensor system 2, 3 Buffer material 5 Printed circuit board (board)
11-13 Angular velocity sensor (Inertial sensor)
11a to 11d electrodes 13a to 13d electrodes 21 to 23 Acceleration sensor (inertial sensor)
31 1st mold 32-35 Terminal 36-39 Lead frame 36a-39a Connection part 41 2nd mold 41a Upper surface holding part (holding part)
41b Side surface holding part (holding part)
42 to 45 Terminal 46 to 49 Lead frame 46a to 49a Connection part 52 to 55 Land
Claims (9)
前記パッケージは、底面に電極を備え、樹脂製のモールドに収容された状態で、前記モールドが基板に実装されており、
前記モールドは、
前記パッケージの底面が前記基板の表面と対向するように、該パッケージを収容する第１モールドと、
前記パッケージの側面が前記基板の表面と対向するように、該パッケージを収容する第２モールドと、
が選択的に用いられ、
前記第１モールドおよび前記第２モールドは、一端に前記電極と接続する接続部を形成し、他の一端に前記基板と接続する端子を形成するリードフレームを含み、
前記端子は、前記第１モールドおよび前記第２モールドのそれぞれの、前記基板の表面との対向面として定められた一つの面に配置され、
前記第１モールドおよび前記第２モールドのそれぞれの前記端子の配置が、これら２つのモールドにおいて同一形状となることを特徴とする慣性センサを収容するモールド構造。 An inertial sensor that houses the sensor element and its peripheral circuit and detects an inertial force in a predetermined direction is configured as a package,
The package includes an electrode on a bottom surface, and the mold is mounted on a substrate in a state of being accommodated in a resin mold,
The mold is
A first mold that accommodates the package such that the bottom surface of the package faces the surface of the substrate;
A second mold for accommodating the package such that a side surface of the package faces a surface of the substrate;
Is selectively used ,
The first mold and the second mold include a lead frame that forms a connection portion connected to the electrode at one end and a terminal connected to the substrate at the other end,
The terminal is disposed on one surface of each of the first mold and the second mold that is defined as a surface facing the surface of the substrate,
A mold structure for accommodating an inertial sensor, wherein the terminals of each of the first mold and the second mold have the same shape in the two molds.
同一の前記基板上には、前記慣性センサが複数実装され、その複数の慣性センサのうちの少なくとも１つは前記第２モールドに収容されているセンサシステム。 A sensor system using a mold structure that houses the inertial sensor according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of inertial sensors are mounted on the same substrate, and at least one of the plurality of inertial sensors is housed in the second mold.
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