JP6016228B2 - センサデバイス - Google Patents
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Description
上記配線基板は、前記センサ素子と電気的に接合される第1の接合面と、有機絶縁体を含み電子部品が埋設された基板本体と、前記第1の接合面の変形を規制するための規制部と、を有する。
前記規制部は、前記基板本体に埋設されたコア部を含んでもよい。
上記コア部により、基板本体の変形を抑制することで、第1の接合面の変形を規制することが可能となる。
これにより、コア部を省スペースに配置でき、かつ基板本体の熱膨張及び弾性変形等を等方的に抑制することができる。
前記基板本体は、
前記第1の接合面側に配置される第1の配線層と、
前記第2の接合面側に配置され前記コア部及び前記電子部品を挟んで前記第1の配線層と対向する第2の配線層と、をさらに有してもよい。
これにより、基板本体は、多層配線基板として構成することができ、配線設計の自由度を高めることが可能となる。
これにより、センサ素子を外部からの電磁波の侵入から保護することが可能となり、センサ特性の乱れを抑制することができる。また、センサ素子への遮光機能も有し、これによってもセンサ素子の動作を安定させることができる。さらに、シールド部がセンサデバイスのカバーとして機能し、取り扱い性を高めることができる。
さらに上記シールド部は、前記センサ素子との線膨張率の差の絶対値が、前記有機絶縁体と前記センサ素子との線膨張率の差の絶対値よりも小さく構成されてもよい。
これにより、シールド部、接合部及びコア部が一体として大きな電磁シールドを構成し、外部からの電磁波の侵入を遮蔽することが可能となる。さらに、基板本体の第1の接合面側における熱膨張をより抑制し、効果的に第1の接合面の変形を規制することができる。
これにより、コア部が、有機絶縁体よりもセンサ素子の線膨張率の値により近い値の材料で形成されることが可能となる。これにより、基板本体及び第1の接合面の熱膨張が抑制され、センサ素子における歪応力の発生を抑制することが可能となる。
前記第1の接合面は、前記基材に配置されてもよい。
上記基材は、例えばセラミックス等の無機絶縁材料で構成されるため、第1の接合面も変形が規制される。これにより、センサ素子が、そのセンサ特性を安定的に維持することが可能となる。上記無機絶縁体としては、セラミックス以外にも、例えば、Si、MgO等が適用可能である。
これにより、基材とコア部とによって、配線基板全体の変形を規制することが可能となる。したがって、センサデバイスが配線基板を介して他の制御基板等に実装された際にも、より安定的にセンサ特性を維持することが可能となる。
これにより、基材をコア部に対して固定することができるため、センサ素子の振動に伴う第1の接合面の弾性変形をより抑制して剛性を高めることが可能となる。したがって、センサ素子の所期のセンサ特性を維持することが可能となる。
前記配線基板は、前記基材と前記基板本体との間に充填される接着層をさらに有してもよい。
これにより、基材と基板本体との接合部位を外気湿度や水分の侵入、あるいは外部ストレスから保護することが可能となる。このことにより、基材と基板本体との接合信頼性をより高めることが可能となる。
これにより、基材の剛性をより高めるとともに、基板本体の厚みをより薄く形成することが可能となる。
例えば、前記シールド部は、前記第1の接合面上に配置されてもよい。
前記シールド部は、前記第4の接合面上に配置され、前記基材と前記センサ素子とを被覆してもよい。
これにより、センサ素子及び基材内の配線等に対してシールド効果を付与することが可能となる。また、シールド部により、外気湿度及び水分の侵入、外部ストレス等からセンサ素子と基材との接合領域を保護することが可能となり、センサデバイスとしての動作信頼性をより高めることが可能となる。
これにより、配線基板を図示しない制御基板等に実装した際、取り付け歪み等による応力を緩和し、センサ素子への影響を抑制する、いわゆるダンパー効果を発揮することが可能となる。
これにより、センサ素子と電子部品との実装領域をオーバーラップさせることができ、センサデバイスの小型化に寄与することができる。
上記センサデバイスは、センサ素子が第1の接合面上に配置されるため、センサ素子がジャイロセンサであった場合でも、振動子の振動を妨げることがない。また、振動子の形状非対称に起因する振動特性を矯正するために、実装後に出力信号を確認しながら形状の調整のためのレーザ加工を行う場合であっても、レーザ照射を妨げるものがないため、容易に行うことが可能となる。
図1は、本技術の一実施形態に係るセンサデバイスを示す概略断面図である。本実施形態のセンサデバイス1は、センサ素子100と、配線基板200と、シールド部400を有する。センサ素子100は、本実施形態においてジャイロセンサ素子として構成される。図2は、シールド部400を取り外して見たときのセンサデバイス1の概略平面図である。なお、図中のX軸方向はセンサデバイス1の縦方向、Y軸方向は横方向、Z軸方向は厚み方向を示し、それぞれ直交する方向を示す。
センサ素子100は、後述するように、複数の振動部を有する振動子部101と、振動子部101を支持する枠体102とを有する。センサ素子100は、XY平面内における所定の2方向に沿った各軸回りの角速度と、XY平面に垂直な方向に沿ったZ軸回りの角速度とに応じた信号を生成するためのジャイロセンサ素子として構成される。
配線基板200は、第1の接合面201と、基板本体210と、規制部220と、を有する。基板本体210は、全体として、平面形状が矩形状の多層配線基板で構成され、基板本体210の表面、裏面及び内部には、所定パターンの配線層230が形成されている。
第1の接合面201は、基板本体210の上面を構成するように配置され、センサ素子100の端子部114と電気的に接合されるための複数のランド部を含む。このようなランド部は、配線層230の一部を構成する。センサ素子100と第1の接合面201との電気的な接合方法については半田に限られず、導電性接着剤等の接合材が用いられてもよいし、超音波接合等の接合技術が用いられてもよい。なお、本実施形態において、第1の接合面201とセンサ素子100とは、フリップチップ方式によって電気的機械的に接合される。
基板本体210は、第1の接合面201と厚み方向に対向する第2の接合面202を有する。第2の接合面202は、制御基板等と接合される基板本体210の下面を構成し、外部接続端子232aが形成される。当該制御基板との接合方法は特に限られないが、例えば半田バンプを介したフリップチップ方式によりフェイスダウンボンディングされることで、省スペースに実装することができる。当該制御基板は、センサデバイス1が搭載される電子機器(例えば、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム等)の配線基板(マザーボード)であり、センサデバイス1以外にも、他の電子部品が搭載されるものを含む。
ここで、上記構成の基板本体210に係る製造方法の一例について、概略を説明する。基板本体10の製造方法は、第2の領域212の形成工程と、第3の領域213の形成工程と、第1の領域211の形成工程と、を有する。
規制部220は、コア部221を有する。規制部220は、基板本体210の第1の接合面201の変形を規制するために設けられる。なお本実施形態において「規制」とは、線膨張率及び縦弾性係数をセンサ素子100の値に近い値とすることで、第1の接合面201の熱膨張及び弾性変形を抑制することを示すものとする。
ΔL=α・L・Δt・・・(2)
ここで、Lは材料の長さであり、ΔLは、温度をt1(K)からt2(K)までΔt(K)変化させた際の材料の長さの変化量である。これにより、センサ素子100及び配線基板200のt1(K)における所定方向の長さと、任意のt2(K)における同方向の長さとを測定し、(2)式を用いてそれぞれのαを算出することで、これらの線膨張率の値を比較することができる。なお、配線基板200の線膨張係数(線膨張率)はコア部221の内側、好ましくはセンサ素子100が実装される複数のランド部間の長さの変化量を測定して算出するとよい。
ΔL=(σ/E)×L・・・(1)
ここで、Lは材料の長さ、σは応力、ΔLは材料に応力を与えた際の歪み量、である。(1)式より、センサ素子100及び配線基板200の縦弾性係数Eの値を算出するためには、例えば以下のように行う。すなわち、例えばこれらのX軸方向に沿って延在する一端を固定し、これとY軸方向に対向する他端に対し、Y軸方向へ所定の引っ張り応力を与え、その前後におけるY軸方向に沿った長さを測定する。応力を与える前後の長さの差がΔLに相当するため、(1)式を用いてセンサ素子100または配線基板200それぞれのEが算出でき、これらの値を比較できる。なお、配線基板200の縦弾性係数はコア部221の内側、好ましくはセンサ素子100が実装される複数のランド部間のY軸方向に沿った長さの、応力を与える前後の差を測定して算出するとよい。
シールド部400は、第1の接合面201上に配置されセンサ素子100を被覆するように構成される。
以下、センサ素子100の構成及び動作について改めて説明する。
次に、コントローラ300について説明する。
図8,9は本技術の第2の実施形態に係るセンサデバイスの構成を示す図であり、図8は概略断面図、図9はY軸方向から見た概略側面図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図10は本技術の第3の実施形態に係るセンサデバイスの概略断面図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図11は本技術の第4の実施形態に係るセンサデバイスの概略断面図である。なお、図において上述の第3の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図12は、本技術の第5の実施形態に係るセンサデバイスの概略断面図である。なお、図において上述の第3の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図13は、本技術の第6の実施形態に係るセンサデバイスの概略断面図である。なお、図において上述の第3の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図14は、本技術の第7の実施形態に係るセンサデバイスの概略断面図である。なお、図において上述の第3の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図15は、本技術の第8の実施形態に係るセンサデバイスの概略断面図である。なお、図において上述の第3の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図16は、本技術の第9の実施形態に係るセンサデバイスの概略断面図である。なお、図において上述の第3の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図17は、本技術の第10の実施形態に係るセンサデバイスの概略断面図である。なお、図において上述の第3の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
図18は、本技術の第11の実施形態に係るセンサデバイスの概略断面図である。なお、図において上述の第3の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。
前記センサ素子と電気的に接合される第1の接合面と、有機絶縁体を含み電子部品が埋設された基板本体と、前記第1の接合面の変形を規制するための規制部と、を有する配線基板と
を具備するセンサデバイス。
(2)上記(1)に記載のセンサデバイスであって、
前記第1の接合面は、前記基板本体に配置され、
前記規制部は、前記基板本体に埋設されたコア部を含む
センサデバイス。
(3)上記(2)に記載のセンサデバイスであって、
前記コア部は、前記電子部品を取り囲んで環状に配置される
センサデバイス。
(4)上記(3)に記載のセンサデバイスであって、
前記配線基板は、前記第1の接合面と対向する第2の接合面をさらに有し、
前記基板本体は、
前記第1の接合面側に配置される第1の配線層と、
前記第2の接合面側に配置され前記コア部及び前記電子部品を挟んで前記第1の配線層と対向する第2の配線層と、をさらに有する
センサデバイス。
(5)上記(2)〜(4)のいずれか一つに記載のセンサデバイスであって、
前記第1の接合面上に配置され、前記センサ素子を被覆するシールド部をさらに具備する
センサデバイス。
(6)上記(5)に記載のセンサデバイスであって、
前記規制部は、前記シールド部と前記コア部とを接合する第1の接合部をさらに有する
センサデバイス。
(7)上記(6)に記載のセンサデバイスであって、
前記シールド部は、前記センサ素子との線膨張率の差の絶対値が、前記有機絶縁体と前記センサ素子との線膨張率の差の絶対値よりも小さい
センサデバイス。
(8)上記(2)〜(7)のいずれか一つに記載のセンサデバイスであって、
前記コア部は、前記センサ素子との線膨張率の差の絶対値が、前記有機絶縁体と前記センサ素子との線膨張率の差の絶対値よりも小さい
センサデバイス。
(9)上記(1)に記載のセンサデバイスであって、
前記規制部は、前記センサ素子と前記基板本体との間に配置される無機絶縁体製の基材を含み、
前記第1の接合面は、前記基材に配置される
センサデバイス。
(10)上記(9)に記載のセンサデバイスであって、
前記規制部は、前記基板本体に埋設されたコア部をさらに含む
センサデバイス。
(11)上記(10)に記載のセンサデバイスであって、
前記規制部は、前記基材と前記コア部とを接続する第2の接合部をさらに含む
センサデバイス。
(12)上記(9)〜(11)のいずれか一つに記載のセンサデバイスであって、
前記基材は、前記基板本体に実装され、
前記配線基板は、前記基材と前記基板本体との間に充填される接着層をさらに有する
センサデバイス。
(13)上記(9)〜(12)のいずれか一つに記載のセンサデバイスであって、
前記基材は、前記第1の接合面と対向して配置され、前記電子部品と電気的に接合される第3の接合面をさらに有する
センサデバイス。
(14)上記(9)〜(13)のいずれか一つに記載のセンサデバイスであって、
前記配線基板に配置され前記センサ素子を被覆するシールド部をさらに具備する
センサデバイス。
(15)上記(14)に記載のセンサデバイスであって、
前記シールド部は、前記第1の接合面上に配置される
センサデバイス。
(16)上記(15)に記載のセンサデバイスであって、
前記基板本体は、前記基材と対向する第4の接合面を有し、
前記シールド部は、前記第4の接合面上に配置され、前記基材と前記センサ素子とを被覆する
センサデバイス。
(17)上記(9)〜(16)のいずれか一つに記載のセンサデバイスであって、
前記基板本体は、前記基材よりも縦弾性係数が小さい
センサデバイス。
(18)上記(1)〜(17)のいずれか一つに記載のセンサデバイスであって、
前記センサ素子は、前記第1の接合面を挟んで前記電子部品と対向する
センサデバイス。
(19)上記(1)〜(18)のいずれか一つに記載のセンサデバイスであって、
前記センサ素子は、ジャイロセンサである
センサデバイス。
100・・・センサ素子
200,200A,200B、200C,200D,200E,200F,200G,200H,200J,200K・・・配線基板
201,201A,201B、201C,201D,201E,201F,201G,201H,201J,201K・・・第1の接合面
202,202A,202B、202C,202D,202E,202F,202G,202H,202J,202K・・・第2の接合面
203,203A,203B、203C,203D,203E,203F,203G,203H,203J,203K・・・第3の接合面
204,204A,204B、204C,204D,204E,204F,204G,204H,204J,204K・・・第4の接合面
210,210A,210B、210C,210D,210E,210F,210G,210H,210J,210K・・・基板本体
220,220A,220B,220C,220D,220E,220F,220G,220H,220J,220K・・・規制部
221,221A,221C,221D,221E,221F,221G・・・コア部
223A・・・接合部(第1の接合部)
224B,224C,224D,224E,224F,224G,224H,224J,224K・・・基材
226G・・・接合部(第2の接合部)
230,230A,230B,230C,230D,230E,230F,230G,230H,230J・・・配線層
231,231A,231B,231C,231D,231E,231F・・・第1の配線層
232,232A,232B,232C,232D,232E,232F,232G,232H,232J・・・第2の配線層
300・・・コントローラ(電子部品)
400,400A,400B、400C,400D,400E,400F,400G,400H,400J,400K・・・シールド部
Claims (17)
- センサ素子と、
前記センサ素子と電気的に接合される第1の接合面と、外部接続端子を有し前記第1の接合面と対向する第2の接合面と、前記第1の接合面と前記第2の接合面との間に配置され有機絶縁体で構成された有機絶縁層と、前記有機絶縁層に埋設された電子部品と、前記第1の接合面の変形を規制する規制部と、を有する配線基板と
を具備し、
前記規制部は、前記有機絶縁層に埋設された金属製のコア部、及び、前記第1の接合面と前記有機絶縁層との間に配置され無機絶縁体製の多層配線基板で構成された基材の少なくとも一つを含む
センサデバイス。 - 請求項1に記載のセンサデバイスであって、
前記規制部は、前記コア部を含み、
前記コア部は、前記電子部品を取り囲んで環状に配置される
センサデバイス。 - 請求項2に記載のセンサデバイスであって、
前記配線基板は、
前記第1の接合面側に配置される第1の配線層と、
前記第2の接合面側に配置され前記コア部及び前記電子部品を挟んで前記第1の配線層と対向する第2の配線層と、をさらに有する
センサデバイス。 - 請求項2又は3に記載のセンサデバイスであって、
前記第1の接合面上に配置され、前記センサ素子を被覆するシールド部をさらに具備する
センサデバイス。 - 請求項4に記載のセンサデバイスであって、
前記規制部は、前記シールド部と前記コア部とを接合する第1の接合部をさらに有する
センサデバイス。 - 請求項5に記載のセンサデバイスであって、
前記シールド部は、前記センサ素子との線膨張率の差の絶対値が、前記有機絶縁体と前記センサ素子との線膨張率の差の絶対値よりも小さい
センサデバイス。 - 請求項2から6のうちのいずれか1項に記載のセンサデバイスであって、
前記コア部は、前記センサ素子との線膨張率の差の絶対値が、前記有機絶縁体と前記センサ素子との線膨張率の差の絶対値よりも小さい
センサデバイス。 - 請求項1に記載のセンサデバイスであって、
前記規制部は、前記コア部と前記基材とを含む
センサデバイス。 - 請求項8に記載のセンサデバイスであって、
前記規制部は、前記基材と前記コア部とを接続する第2の接合部をさらに含む
センサデバイス。 - 請求項8又は9に記載のセンサデバイスであって、
前記配線基板は、前記基材と前記有機絶縁層との間に配置される接着層をさらに有する
センサデバイス。 - 請求項8から10のうちのいずれか1項に記載のセンサデバイスであって、
前記基材は、前記第1の接合面と対向して配置され、前記電子部品と電気的に接合される第3の接合面をさらに有する
センサデバイス。 - 請求項8から11のうちのいずれか1項に記載のセンサデバイスであって、
前記配線基板に配置され前記センサ素子を被覆するシールド部をさらに具備する
センサデバイス。 - 請求項12に記載のセンサデバイスであって、
前記シールド部は、前記第1の接合面上に配置される
センサデバイス。 - 請求項12に記載のセンサデバイスであって、
前記有機絶縁層は、前記基材と対向する第4の接合面を有し、
前記シールド部は、前記第4の接合面上に配置され、前記基材と前記センサ素子とを被覆する
センサデバイス。 - 請求項8から15のうちのいずれか1項に記載のセンサデバイスであって、
前記有機絶縁層は、前記基材よりも縦弾性係数が小さい
センサデバイス。 - 請求項1から15のうちのいずれか1項に記載のセンサデバイスであって、
前記センサ素子は、前記第1の接合面を挟んで前記電子部品と対向する
センサデバイス。 - 請求項1から16のうちのいずれか1項に記載のセンサデバイスであって、
前記センサ素子は、ジャイロセンサである
センサデバイス。
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