JPWO2020162436A1 - センサ装置 - Google Patents

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Abstract

本開示の課題は、形状又は寸法の自由度の向上を図りやすくすることにある。センサ装置(1)は、センサ素子(2)と、基板(3)と、ボンディングワイヤ(6)と、を備える。基板(3)は、センサ素子(2)が搭載される。ボンディングワイヤ(6)は、センサ素子(2)と基板(3)との間を電気的に接続する接続経路(60)の少なくとも一部を構成する。ボンディングワイヤ(6)は、互いに交差する2つの接続面間を接続するように設けられる。

Description

本開示は、一般にセンサ装置に関し、より詳細には、センサ素子と、センサ素子を支持する基板と、を備えるセンサ装置に関する。
特許文献1には、センサ素子(ジャイロセンサ)と、基板と、センサ素子と基板とを互いに接着する支持部材(支持体)と、を備えるセンサ装置(ジャイロモジュール)が記載されている。このセンサ装置においては、支持部材の周囲におけるセンサ素子と基板との間には、隙間がある。
特許文献1に記載のセンサ装置では、センサ素子の+Z側の面である外底面に設けられた端子(外部端子)が、基板の+Z側の面である接着面に設けられた端子(中継端子)と、ボンディングワイヤによって接続されている。
上述したような構成のセンサ装置では、ボンディングワイヤは、基板及びセンサ素子の同じ向き(+Z側)に向けられた上面(外底面及び接着面)同士を接続する。そのため、センサ素子の上面(外底面)からボンディングワイヤが突出することになり、ボンディングワイヤの分だけ、センサ装置の高さ寸法が大きくなりやすい。
特開2016−170002号公報
本開示は上記事由に鑑みてなされており、形状又は寸法の自由度の向上を図りやすい、センサ装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係るセンサ装置は、センサ素子と、基板と、ボンディングワイヤと、を備える。前記基板は、前記センサ素子が搭載される。前記ボンディングワイヤは、前記センサ素子と前記基板との間を電気的に接続する接続経路の少なくとも一部を構成する。前記ボンディングワイヤは、互いに交差する2つの接続面間を接続するように設けられる。
図1Aは、実施形態1に係るセンサ装置の構成を示し、ケースを外した状態の斜視図である。図1Bは、図1Aの領域Z1の拡大図である。図1Cは、図1Aの領域Z2の拡大図である。 図2は、同上のセンサ装置の構成を示す斜視図である。 図3は、同上のセンサ装置のケースを外した状態の分解斜視図である。 図4Aは、同上のセンサ装置の平面図、図4Bは、同上のセンサ装置の側面図、図4Cは、図4Bの領域Z1の拡大図である。 図5は、同上のセンサ装置の要部の構成を示す概略断面図である。 図6A及び図6Bは、同上のセンサ装置のセンサ素子の動作原理を説明するための概念図である。 図7は、同上のセンサ装置における支持部材を支持面側から見た概略図である。 図8Aは、同上のセンサ装置における支持部材の電極について第1の態様を示す概略断面図であって、図8Bは、同上のセンサ装置における支持部材の電極について第2の態様を示す概略断面図である。 図9Aは、同上のセンサ装置におけるセンサ素子の素子電極を示す概略断面図であって、図9Bは、同上のセンサ装置における加熱工程後のセンサ素子の素子電極を示す概略断面図である。図9Cは、比較例における加熱工程後のセンサ素子の素子電極を示す概略断面図である。 図10は、実施形態1の第1変形例に係るセンサ装置の構成を示し、ケースを外した状態の斜視図である。 図11Aは、実施形態2に係るセンサ装置の一部破断した側面図である。図11Bは、図11Aの領域Z1に相当する拡大斜視図である。図11Cは、図11Aの領域Z2に相当する拡大斜視図である。 図12は、実施形態2の変形例に係るセンサ装置の一部破断した側面図である。 図13は、実施形態3に係るセンサ装置の構成を示し、ケースを外した状態の斜視図である。 図14は、同上のセンサ装置の構成を示す斜視図である。 図15は、同上のセンサ装置のケースを外した状態の分解斜視図である。 図16Aは、同上のセンサ装置の平面図、図16Bは、同上のセンサ装置の側面図、図16Cは、図16Bの領域Z1Xの拡大図である。 図17は、同上のセンサ装置の要部の構成を示す概略断面図である。 図18A及び図18Bは、同上のセンサ装置のセンサ素子の動作原理を説明するための概念図である。 図19は、同上のセンサ装置における支持部材を支持面側から見た概略図である。 図20Aは、同上のセンサ装置における支持部材の電極について第1の態様を示す概略断面図であって、図20Bは、同上のセンサ装置における支持部材の電極について第2の態様を示す概略断面図である。 図21は、実施形態3の第1変形例に係るセンサ装置の一部破断した側面図である。 図22は、実施形態4に係るセンサ装置の構成を示し、ケースを外した状態の分解斜視図である。 図23は、参考例1に係るセンサ装置の一部破断した側面図である。 図24は、参考例1に係るセンサ装置の一部破断した側面図である。 図25Aは、実施形態5に係るセンサ装置を示す斜視図である。図25Bは、実施形態5に係るセンサ装置を示す一部の斜視図である。 図26Aは、同上のセンサ装置を示す一部の平面図である。図26Bは、図26AにおけるA−A断面図である。 図27は、同上のセンサ装置を示す一部の平面図である。 図28Aは、同上のセンサ装置を示す一部の断面図である。図28Bは、同上のセンサ装置を示す一部の断面図である。 図29は、同上のセンサ装置を示す一部の平面図である。 図30Aは、センサ素子を示す概念図である。図30Bは、センサ素子を示す概念図である。
(実施形態1)
(1)概要
本実施形態に係るセンサ装置1は、図1A〜図1Cに示すように、センサ素子2と、センサ素子2を支持する基板3と、を備えている。図1Bは、図1Aの領域Z1の拡大図、図1Cは、図1Aの領域Z2の拡大図である。
このセンサ装置1は、センサ素子2にて、例えば、角速度、加速度、角加速度、速度、圧力、重量、長さ(距離)及び温度等の物理量を、電気信号に変換する。すなわち、センサ素子2は、物理量を電気信号に変換するトランスデューサとして機能する。この種のセンサ装置1は、例えば、家電機器、携帯端末、カメラ、ウェアラブル端末、ゲーム機、又は車両(自動車及び二輪車等を含む)、ドローン、航空機若しくは船舶等の移動体等の、様々な機器に用いられる。
ここで、本実施形態に係るセンサ装置1は、図1A〜図1Cに示すように、センサ素子2及び基板3に加えて、ボンディングワイヤ6を更に備えている。すなわち、センサ装置1は、センサ素子2と、基板3と、ボンディングワイヤ6と、を備えている。基板3は、センサ素子2が搭載される。ボンディングワイヤ6は、センサ素子2と基板3との間を電気的に接続する接続経路60の少なくとも一部を構成する。ボンディングワイヤ6は、互いに交差する2つの接続面(搭載面31及び支持面41)間を接続するように設けられている。
上述した構成によれば、センサ素子2と基板3との間を電気的に接続するための接続経路60の少なくとも一部が、互いに交差する2つの接続面(搭載面31及び支持面41)間を接続するボンディングワイヤ6にて実現される。そのため、同じ向きに向けられた2つの接続面同士をボンディングワイヤ6にて接続する場合に比べて、例えば、接続面からボンディングワイヤ6が突出することによる、センサ装置1の高さ寸法の増大等を抑えることが可能である。結果的に、本実施形態に係るセンサ装置1によれば、形状又は寸法の自由度の向上を図りやすい、という利点がある。
また、センサ装置1では、互いに交差する2つの接続面間を、例えば、リードフレーム又はフレキシブルフラットケーブル(FFC:Flexible Flat Cable)等の配線部材で接続する場合に比較して、センサ素子2に作用する応力を小さく抑えやすい。つまり、本実施形態に係るセンサ装置1では、互いに交差する2つの接続面間を接続する配線部材はボンディングワイヤ6であるので、配線部材(ボンディングワイヤ6)を介して2つの接続面間で応力が伝わりにくい。その結果、例えば、基板3等からセンサ素子2に作用する応力を小さく抑えやすく、センサ素子2の検知結果に対する応力の影響が生じにくい。さらに、本実施形態に係るセンサ装置1では、互いに交差する2つの接続面間がボンディングワイヤ6にて直接接続されるので、2つの接続面間を接続するのにボンディングワイヤ6以外の配線部材が不要で、接続経路60の継ぎ目を少なく抑えることが可能である。
(2)詳細
以下に、本実施形態に係るセンサ装置1の詳細な構成について、図1A〜図6Bを参照して詳細に説明する。
(2.1)前提
本実施形態では、一例として、センサ装置1は、「角速度」を検知対象とするジャイロセンサ(角速度センサ)である。特に、車両の自動運転技術のように、比較的、高精度の角速度の検知(計測)が要求される場合に、本実施形態に係るセンサ装置1は好適である。ただし、高精度の角速度の検知(計測)が要求されない場合であっても、本実施形態に係るセンサ装置1は採用可能である。
以下では一例として、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸の3軸を設定し、特に、支持面41の法線L1に沿った軸を「Y軸」とし、搭載面31の法線に沿った軸を「Z軸」とする。「X」軸は、これらY軸及びZ軸のいずれとも直交する。X軸、Y軸、及びZ軸は、いずれも仮想的な軸であり、図面中の「X」、「Y」、「Z」を示す矢印は、説明のために表記しているに過ぎず、いずれも実体を伴わない。また、これらの方向はセンサ装置1の使用時の方向を限定する趣旨ではない。
本実施形態では、一例として、センサ装置1は、Y軸を検知軸とし、Y軸周りの角速度を検知対象とする。Y軸は、支持面41の法線L1に沿った軸であるので、結果的に、センサ装置1は、支持面41の法線L1周りでセンサ装置1が回転することに伴いセンサ装置1に作用する角速度を、検知対象として検知することになる。つまり、センサ素子2は、支持面41の法線L1(Y軸)周りの角速度に応じた電気信号を出力する。よって、センサ装置1の出力によれば、支持面41の法線L1(Y軸)周りの角速度の大きさを計測することが可能である。
本開示でいう「ボンディングワイヤ」は、2つの電極同士を電気的に接続するため配線材であって、材質及び/又は線径等が異なる多品種の配線材を含む。例えば、ボンディングワイヤは、その材質によって、金ボンディングワイヤ、金合金ボンディングワイヤ、銅ボンディングワイヤ、アルミボンディングワイヤ、アルミ−シリコンボンディングワイヤ又は銀合金ボンディングワイヤ等に分類される。
(2.2)センサ装置の全体構成
本実施形態に係るセンサ装置1は、上述したように、センサ素子2と、基板3と、ボンディングワイヤ6と、を備えている。センサ装置1は、ボンディングワイヤ6を少なくとも1本備えている。本実施形態では、ボンディングワイヤ6は複数本(図1Aでは18本)設けられている。つまり、本実施形態に係るセンサ装置1は、複数本のボンディングワイヤ6を備えている。
また、本実施形態では、センサ装置1は、図1A〜図4Cに示すように、センサ素子2、基板3、ボンディングワイヤ6に加えて、支持部材4、連結部材5及びケース7を更に備えている。すなわち、センサ装置1は、センサ素子2と、基板3と、支持部材4と、連結部材5と、ボンディングワイヤ6と、ケース7と、を備えている。図2以外の図面では、ケース7の図示を省略している。
また、本実施形態では、センサ装置1は、図1A〜図2に示すように、その使用状態において、基板3における搭載面31とは反対側の面(実装面32)をプリント配線板等の実装基板10に向けた姿勢で、実装基板10にフリップチップ実装される場合を想定する。ここでは、センサ装置1が実装される実装基板10は、リジッド基板であることと仮定するが、この例に限らず、実装基板10は、例えば、フレキシブル基板等であってもよい。
センサ素子2は、検知対象である物理量に応じた電気信号を出力する素子である。本実施形態では、上述したように検知対象は、Y軸(支持面41の法線L1)周りの角速度であるので、センサ素子2は、Y軸周りの角速度に応じた電気信号を出力する。センサ素子2は、例えば、振動式のジャイロセンサであって、コリオリ力(転向力)を利用して、Y軸周りの角速度を検知する。つまり、センサ素子2は、可動部21(図6A参照)を振動させた状態で、外部から回転力が作用することによって生じるコリオリ力を検知することで、センサ素子2に作用した角速度を検知する。
本実施形態では一例として、センサ素子2は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いたベアチップ、いわゆるMEMSチップを含んでいる。センサ素子2は、例えば、セラミックパッケージ等のパッケージを更に含んでおり、ベアチップはパッケージに収容されている。このセンサ素子2は、ベアチップに可動部21を含み、この可動部21を振動させることにより、角速度の検知を可能とする。センサ素子2の構成について詳しくは、「(2.4)センサ素子の構成」の欄で説明する。
基板3は、図3に示すように、平板状に形成されており、Z軸方向に厚みを有している。基板3は、厚み方向の両側に、搭載面31及び実装面32を有している。つまり、基板3の厚み方向の一面は、連結部材5及び支持部材4を介してセンサ素子2が搭載される、搭載面31として機能する。一方、基板3の厚み方向における搭載面31とは反対側の面は、センサ装置1が実装基板10に実装された状態で実装基板10に対向する、実装面32として機能する。
本実施形態では、一例として、基板3は、平面視において略正方形状である。基板3は、例えば、セラミック製の基板であって、電気的絶縁性を有している。基板3は、搭載面31から突出するリブ33を有している。リブ33は、搭載面31の外周縁に沿って、搭載面31の中央部を全周にわたって囲むように形成されている。このリブ33の先端面に、ケース7のフランジ部72(図2参照)が結合されることにより、基板3に対してケース7が結合される。これにより、搭載面31のうちリブ33の内側となる領域と、ケース7との間には、センサ素子2等を収容する空間が形成されることになる。
また、基板3は、搭載面31に金属領域311を有している。金属領域311は、例えば、アルミニウム(Al)等の下地電極上に、Niめっき層及びAuめっき層がこの順で積層された構成の金属層からなる。金属領域311は、搭載面31の外周部を除く中央部付近に形成されている。金属領域311は、平面視において略長方形状である。このような搭載面31の金属領域311上には、連結部材5を介して、支持部材4が搭載される。
詳しくは後述するが、基板3は、基板側電極601(図1B参照)と、裏面電極35(図5参照)と、ビア36(図5参照)と、を有している。基板側電極601、裏面電極35及びビア36は、導電性材料にて構成されている。基板側電極601は、ボンディングワイヤ6を電気的に接続するための電極であって、搭載面31に形成されている。つまり、基板3は、ボンディングワイヤ6の一端部が接続される基板側電極601を搭載面31に有している。裏面電極35は、実装基板10を電気的に接続するための電極であって、実装面32に形成されている。ビア36は、基板側電極601と裏面電極35とを電気的に接続する。ビア36は、基板3を厚み方向の両面(搭載面31及び実装面32)間にわたって貫通するスルーホールビアである。
支持部材4は、図3に示すように、平板状に形成されており、Y軸方向に厚みを有している。支持部材4は、厚み方向の両側に、支持面41及び取付面42を有している。つまり、支持部材4の厚み方向の一面は、センサ素子2が搭載される、支持面41として機能する。一方、支持部材4の厚み方向における支持面41とは反対側の面は、連結部材5に対向する、取付面42として機能する。
本実施形態では、一例として、支持部材4は、平面視において略正方形状である。ここで、支持部材4は、ASIC(application specific integrated circuit)である。つまり、支持部材4は、電気絶縁性を有する樹脂パッケージ等のパッケージに、半導体チップを内蔵した構成である。そのため、本実施形態では、センサ素子2は、支持部材4としてのASICのパッケージの一表面(支持面41)上に、実装されることになる。本実施形態では、半導体チップは、後述する処理回路43(図4A参照)として機能する。
ここで、支持部材4は、電極81(図8A参照)、及び支持側電極602(図1C参照)を有している。電極81は、センサ素子2を電気的に接続するための電極であって、支持面41に形成されている。支持側電極602は、ボンディングワイヤ6を電気的に接続するための電極であって、支持面41に形成されている。つまり、支持部材4は、ボンディングワイヤ6の一端部が接続される支持側電極602を支持面41に有している。ここでは、電極81及び支持側電極602は、支持部材4の同一面(支持面41)に設けられている。これにより、支持面41に搭載されるセンサ素子2は、支持部材4(処理回路43)と電気的に接続されることになる。さらに、支持部材4(処理回路43)は、ボンディングワイヤ6を介して基板3(基板側電極601)と電気的に接続されることになる。
支持部材4の支持面41には、センサ素子2が固定されている。本開示でいう「固定」は、種々の手段により、一定の位置にあって動かない状態とされていることを意味する。つまり、センサ素子2は、支持部材4の支持面41に対して動かない状態とされている。支持部材4(支持面41)に対するセンサ素子2の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、支持部材4(支持面41)とセンサ素子2との固定手段は、シリコーン系の接着剤による接着である。支持部材4は、センサ素子2よりも一回り大きく形成されており、センサ素子2は、支持面41の中央部に固定されている。
ここで、支持部材4と、センサ素子2との間には、例えば、金(Au)又は銅(Cu)等の金属製のバンプからなる接続部材44(図3参照)が1つ以上設けられていることが好ましい。本実施形態では一例として、AuSn合金からなる、はんだ(AuSnはんだ)バンプを接続部材44として用いている。これにより、シリコーン系の接着剤が変形しても、1つ以上の接続部材44にてセンサ素子2を支持することで、支持部材4(支持面41)に対するセンサ素子2の傾きが抑制される。さらに、支持面41には、複数の接続部材44が、センサ素子2の中心を通る中心軸上、及び中心軸周りに円環状に並んで配置されていることがより好ましい。
連結部材5は、図3に示すように、直方体状に形成されている。本実施形態では、連結部材5は、Z軸方向の寸法(高さ)が、X軸方向の寸法(幅)及びY軸方向の寸法(奥行)のいずれよりも大きい、つまり縦長の直方体状である。連結部材5は、例えば、樹脂製であって、電気絶縁性を有している。本実施形態では一例として、連結部材5は、LCP(Liquid Crystal Polymer)樹脂で形成されている。
連結部材5は、基板3の搭載面31に搭載され、基板3と支持部材4とを連結する部材である。言い換えれば、センサ素子2が搭載(実装)された支持部材4は、連結部材5により基板3(搭載面31)に固定されることになる。そのため、基板3と支持部材4との相対的な位置関係は、連結部材5にて規定される。本実施形態に係るセンサ装置1では、基板3と支持部材4との位置関係は、支持部材4の支持面41の法線L1(図1A参照)が搭載面31に沿うように、規定される。本開示でいう「沿う」とは、2者間が略平行、つまり2者が厳密に平行な場合に加えて、2者間の角度が数度(例えば10度未満)程度の範囲に収まる関係にあることをいう。つまり、支持面41の法線L1は、基板3の搭載面31に対して、略平行な状態にある(厳密に平行、又は両者間の角度が数度程度に収まる関係にある)。本実施形態では一例として、支持面41の法線L1は、基板3の搭載面31に対して厳密に平行な状態にある。
より詳細には、連結部材5は、図3に示すように、第1面51と、第2面52と、を有している。第1面51は、基板3の搭載面31に固定されている。第2面52は、第1面51と交差する。支持部材4は、第2面52に固定されている。つまり、連結部材5の第1面51は、基板3の搭載面31に対して動かない状態とされている。本実施形態では、上述したように搭載面31には金属領域311が形成されており、連結部材5は、搭載面31の金属領域311上に固定される。同様に、連結部材5の第2面52は、支持部材4の取付面42に対して動かない状態とされている。
基板3(搭載面31)に対する連結部材5(第1面51)の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、基板3と連結部材5(第1面51)との固定手段は、接着層511(図1A参照)による接着である。同様に、支持部材4(取付面42)に対する連結部材5(第2面52)の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、支持部材4と連結部材5(第2面52)との固定手段は、接着層521(図1A参照)による接着である。
本実施形態では、第1面51は、連結部材5におけるZ軸方向の一面であって、第2面52は、連結部材5におけるY軸方向の一面である。連結部材5は、全体として直方体状であるので、これら第1面51及び第2面52は、互いに略直交し、かつ互いに隣接している。本開示でいう「略直交」とは、2者間が略直交、つまり2者が厳密に直交する(90度で交差する)場合に加えて、2者間の角度が90度から数度(例えば10度未満)程度の範囲に収まる関係にあることをいう。本実施形態では一例として、第1面51は第2面52に対して厳密に直交する。
そして、上述したような形状の連結部材5が、第1面51にて基板3(搭載面31)に固定され、第2面52にて支持部材4(取付面42)に固定されることにより、基板3と支持部材4とを連結する。言い換えれば、支持部材4に搭載されているセンサ素子2は、支持部材4及び連結部材5を介して、間接的に基板3に支持されることになる。ここで、第1面51と第2面52とは、互いに交差(本実施形態では直交)するので、支持部材4の支持面41の法線L1は搭載面31に沿う(本実施形態では平行となる)ように、連結部材5にて基板3と支持部材4とが連結される。
ここで、連結部材5と基板3とを接合する接着層511(「第1接着層511」ともいう)のヤング率は、連結部材5と支持部材4とを接合する接着層521(「第2接着層521」ともいう)のヤング率に比べて大きい。本開示でいう「ヤング率」は、フックの法則が成立する弾性範囲における応力とひずみとの比例関係を表す比例係数であって、「縦弾性係数」ともいう。ヤング率が大きくなる程、物体の剛性は高くなり、物体の変形のしにくさを表す「弾性率」が高くなる(つまり物体が変形しにくくなる)。
すなわち、本実施形態においては、センサ装置1は、支持部材4と基板3とを連結する連結部材5を備えている。これにより、支持部材4は、連結部材5を介して間接的に、基板3に搭載されている。そして、連結部材5と基板3との間の固定手段である第1接着層511のヤング率は、連結部材5と支持部材4との間の固定手段である第2接着層521のヤング率よりも大きい。言い換えれば、連結部材5と基板3との間の第1接着層511は、連結部材5と支持部材4との間の第2接着層521に比較して、剛性が高く変形しにくい。更に言い換えれば、連結部材5と支持部材4との間の第2接着層521は、連結部材5と基板3との間の第1接着層511に比較して、剛性が低く変形しやすい。
このような関係にある第1接着層511及び第2接着層521によれば、連結部材5は基板3に対しては堅牢に固定され、連結部材5から支持部材4に対しては応力が伝達されにくくなる。その結果、例えば、支持側電極602にボンディングワイヤ6を接合する際に、超音波等によりY軸に沿った外力が支持部材4に作用しても、基板3に対する連結部材5の傾きが生じにくい。その結果、支持部材4に作用するY軸に沿った超音波等の外力を、支持側電極602に対するボンディングワイヤ6の接合に効率的に利用することが可能である。また、基板3から連結部材5に応力が作用することがあっても、連結部材5から支持部材4には応力が伝わりにくいため、センサ素子2にまでは応力が作用しにくく、センサ素子2の検知結果に対する応力の影響が生じにくい。
また、連結部材5は、支持部材4との対向面(第2面52)から支持部材4に向かって突出するスペーサ53(図3参照)を更に有している。本実施形態では、連結部材5は、複数(一例として4つ)のスペーサ53を有している。各スペーサ53は、一例として、ドーム状(半球状)に形成されている。これら、複数(4つ)のスペーサ53は、第2面52のうち、例えば、支持部材4における取付面42の四隅と対向する位置に配置されている。スペーサ53が形成されることにより、図4Cに示すように、連結部材5の第2面52と支持部材4の取付面42との間には、一定の間隔が確保される。
各スペーサ53の高さ、つまり第2面52からの各スペーサ53の突出量は、例えば、0.05mm以上0.2mm以下である。本実施形態では、一例として、各スペーサ53の高さは0.15mmである。これにより、連結部材5の第2面52と支持部材4の取付面42との間には、0.15mmの間隔(隙間)が確保される。
ここで、図4Bに示すように、Z軸方向(基板3の厚み方向)においては、連結部材5の方が支持部材4よりも大きく形成されている。すなわち、連結部材5の第2面52は、支持部材4の取付面42よりも、Z軸方向の寸法が大きい。そして、支持部材4は、第2面52における基板3とは反対側の端縁に寄せて配置されている。そのため、支持部材4は、基板3の搭載面31との間には、隙間G1が確保されている。つまり、支持部材4は、基板3に対しては連結部材5を介して間接的に固定されるだけであって、基板3に対して直接的に接触することはない。
ボンディングワイヤ6は、センサ素子2と基板3との間を電気的に接続する接続経路60の少なくとも一部を構成する。特に本実施形態では、ボンディングワイヤ6は、支持部材4と基板3との間を電気的に接続する。すなわち、本実施形態では、ASICからなる支持部材4(支持側電極602)と、基板3(基板側電極601)との間の電気的な接続を、ボンディングワイヤ6にて実現する。具体的には、ボンディングワイヤ6の一端部は基板3の基板側電極601に接続され、ボンディングワイヤ6の他端部は支持部材4の支持側電極602に接続されることで、ボンディングワイヤ6は、基板3と支持部材4とを電気的に接続する。
ボンディングワイヤ6は、基板側電極601及び支持側電極602に対して、ウェッジボンディング又はボールボンディングにより接合される。本実施形態では一例として、超音波又は熱等のエネルギを接合部位に印加することで、ボンディングワイヤ6を電極(基板側電極601又は支持側電極602)に接合する、ウェッジボンディングが採用される。
センサ素子2と基板3との間を電気的に接続する接続経路60は、ボンディングワイヤ6と、基板側電極601と、支持側電極602と、を含んでいる。つまり、基板3の基板側電極601は、ボンディングワイヤ6を介して支持部材4の支持側電極602に接続され、支持側電極602は、ASICからなる支持部材4の内部回路(処理回路43)に接続される。さらに、ASICからなる支持部材4の内部回路(処理回路43)は、バンプからなる接続部材44を介して、センサ素子2に接続される。したがって、接続経路60は、ボンディングワイヤ6、基板側電極601及び支持側電極602に加えて、ASICからなる支持部材4の内部回路(処理回路43)、及び接続部材44を含んでいる。
要するに、本実施形態では、ボンディングワイヤ6は、センサ素子2と基板3との間を電気的に接続する接続経路60の一部であって、支持部材4(支持側電極602)と基板3(基板側電極601)との間の経路を構成する。
本実施形態では、ボンディングワイヤ6は、基板3及び支持部材4の各々の一面であって、互いに交差する2つの接続面間を接続するように設けられている。具体的には、ボンディングワイヤ6は、基板3の接続面である搭載面31と、支持部材4の接続面である支持面41と、の間を接続する。
このように、本実施形態に係るセンサ装置1は、センサ素子2が搭載された状態で基板3に搭載される支持部材4を備えている。センサ素子2は、支持部材4を介して基板3に電気的に接続されている。そして、互いに交差した2つの接続面のうちの1つは、支持部材4の一面である。さらに、本実施形態においては、上述したように基板3は、支持部材4が搭載される搭載面31を有している。支持部材4は、センサ素子2が搭載される支持面41を有している。ここで、支持面41の法線L1が搭載面31に沿っている(本実施形態では平行)。言い換えれば、支持面41と搭載面31とは互いに交差(本実施形態では直交)する。そして、互いに交差した2つの接続面のうちの1つ(一方の接続面)は、支持部材4の一面としての支持面41である。また、互いに交差した2つの接続面のうちの1つ(他方の接続面)は、基板3の一面(ここでは搭載面31)である。つまり、ボンディングワイヤ6にて接続される、互いに交差した2つの接続面は、基板3の一面である搭載面31、及び支持部材4の一面である支持面41からなる。
より詳細には、ボンディングワイヤ6の両端部は、基板3の搭載面31に設けられた基板側電極601、及び支持部材4の支持面41に設けられた支持側電極602にそれぞれ接続される。つまり、基板3は、ボンディングワイヤ6の一端部が接続される基板側電極601を、接続面としての搭載面31に有し、支持部材4は、ボンディングワイヤ6の一端部が接続される支持側電極602を、接続面としての支持面41に有している。そして、これら基板側電極601及び支持側電極602が設けられた2つの接続面(搭載面31及び支持面41)は互いに交差する。本実施形態では、2つの接続面(搭載面31及び支持面41)は互いに略直交(一例として厳密に直交)する。
要するに、本実施形態では、このように互いに交差(本実施形態では直交)する2つの接続面(搭載面31及び支持面41)間が、ボンディングワイヤ6にて直接的に接続されている。そのため、互いに交差する2つの接続面(搭載面31及び支持面41)間を、例えば、リードフレーム又はフレキシブルフラットケーブル等の配線部材で接続する場合に比較して、2つの接続面間で応力が伝わりにくい。つまり、本実施形態に係るセンサ装置1では、互いに交差する2つの接続面間を接続する配線部材はボンディングワイヤ6であるので、一方の接続面からの応力は、ボンディングワイヤ6で緩和され、他方の接続面に伝達されにくくなる。
しかも、本実施形態では、2つの接続面(搭載面31及び支持面41)間を接続するのにボンディングワイヤ6以外の配線部材が不要で、接続経路60の継ぎ目を少なく抑えることが可能である。つまり、例えば、互いに交差する2つの接続面を、それぞれボンディングワイヤを介してリードフレームに接続し、2つの接続面を一対のボンディングワイヤ及びリードフレームで接続するような構成では、ボンディングワイヤ以外の配線部材が必要である。これに対し、本実施形態では、2つの接続面間がボンディングワイヤ6にて直接接続されるので、ボンディングワイヤ6以外の配線部材が不要で、かつ接続経路60の継ぎ目を少なく抑えることができる。
さらに、本実施形態では、支持側電極602は、支持面41におけるセンサ素子2から見て基板3側に位置する。言い換えれば、支持側電極602は、支持面41における基板3側の端縁(図4Bの下端縁)と、センサ素子2と、の間に位置する。これにより、ボンディングワイヤ6の一端部は、支持面41のうち、センサ素子2から見て基板3側の領域に接続されることになる。よって、ボンディングワイヤ6の長さを比較的短く抑えることが可能である。ここで、上述したように、支持部材4と基板3の搭載面31との間には、隙間G1が存在する。そのため、支持側電極602がセンサ素子2から見て基板3側に位置しながらも、隙間G1によって、支持側電極602と基板3との距離が確保され、ボンディングワイヤ6と基板3との干渉を回避しやすい。
ここにおいて、センサ装置1は、上述したように複数本(図1Aでは18本)のボンディングワイヤ6を備えている。2つの接続面の各々には、複数本のボンディングワイヤ6を接続するための複数の電極が設けられている。複数の電極は、2つの接続面の両方に平行な一直線に沿って並んでいる。本実施形態では、複数本のボンディングワイヤ6にて接続される2つの接続面は、上述したように搭載面31及び支持面41からなる。そのため、これら搭載面31及び支持面41の各々には、図1Aに示すように、複数本のボンディングワイヤ6を接続するための複数の電極(基板側電極601又は支持側電極602)が設けられている。つまり、一方の接続面である搭載面31には、複数(図1Aでは18個)の基板側電極601が設けられ、これら複数の基板側電極601は、2つの接続面(搭載面31及び支持面41)の両方に平行な一直線(X軸)に沿って並んでいる。同様に、他方の接続面である支持面41には、複数(図1Aでは18個)の支持側電極602が設けられ、これら複数の支持側電極602は、2つの接続面(搭載面31及び支持面41)の両方に平行な一直線(X軸)に沿って並んでいる。
このように、2つの接続面(搭載面31及び支持面41)の各々に設けられた複数の電極(基板側電極601又は支持側電極602)は、2つの接続面の両方に平行なX軸に沿って、一列に並ぶように配置されている。そのため、これら複数の基板側電極601と複数の支持側電極602とをそれぞれ電気的に接続する複数本のボンディングワイヤ6は、図1Aに示すように、X軸に沿って並べて配置されることになる。結果的に、複数本のボンディングワイヤ6の長さのばらつきを小さく抑えることができる。
また、基板3の搭載面31には、上述したように金属領域311が形成されており、複数の基板側電極601は、金属領域311の一辺に沿って配置されている。これにより、図1Aに示すように、複数本のボンディングワイヤ6は、金属領域311の上方を通って、複数の基板側電極601と複数の支持側電極602とを接続することになる。そのため、金属領域311は、ボンディングワイヤ6から放射されるノイズ、及びボンディングワイヤ6に作用するノイズを低減するシールドとして機能することも可能である。
ケース7(図2参照)は、基板3と結合される。ケース7は、基板3の搭載面31との間に少なくともセンサ素子2を収容する。ケース7は、一例として金属製である。ケース7は、基板3の搭載面31側に固定され、これにより、ケース7と基板3の搭載面31との間には、センサ素子2、支持部材4、連結部材5及びボンディングワイヤ6が収容される空間が形成される。
ケース7は、図2に示すように、ケース本体71と、フランジ部72と、を有している。ケース本体71は、Z軸方向の一面(基板3との対向面)を開口面とする、箱状に形成されている。ケース本体71は、各角部が湾曲したアール(R)形状を有している。フランジ部72は、ケース本体71の開口面の外周縁から、外側に突出した部位である。ケース7は、このフランジ部72を基板3のリブ33に結合することにより、基板3に対して結合される。基板3に対するケース7の固定(結合)手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、基板3とケース7との固定手段は、接着である。
ここにおいて、本実施形態では、ケース7は基板3に対して気密結合されることにより、ケース7と基板3の搭載面31との間には、気密空間が形成される。そのため、センサ素子2等は、気密空間に収容されることになり、センサ装置1では、センサ素子2に対する湿度等の影響を抑制することが可能である。
ところで、本実施形態に係るセンサ装置1は、図4A及び図4Bに示すように、処理回路43を有している。処理回路43は、本実施形態では、支持部材4としてのASICに設けられている。処理回路43は、センサ素子2から出力される電気信号に関する処理を実行する。本実施形態では、処理回路43は、支持部材4に設けられている。言い換えれば、支持部材4は、センサ素子2から出力される電気信号に関する処理を実行する処理回路43を含んでいる。
本実施形態では、処理回路43は、センサ素子2から出力されるアナログの電気信号(アナログ信号)を、デジタル信号に変換する。処理回路43は、ノイズ除去及び温度補償等の適宜の処理を実行する。さらに、処理回路43は、センサ素子2に対して、センサ素子2を駆動するための駆動信号を与える。
また、処理回路43は、例えば、積分処理又は微分処理といった演算処理を実行してもよい。例えば、処理回路43が、センサ素子2から出力される電気信号について積分処理を実行することで、センサ装置1は、Y軸周りの角速度の積分値、つまりY軸周りの角度を求めることが可能である。一方、例えば、処理回路43が、センサ素子2から出力される電気信号について微分処理を実行することで、センサ装置1は、Y軸周りの角速度の微分値、つまりY軸周りの角加速度を求めることが可能である。
(2.3)実装基板への実装態様
次に、本実施形態に係るセンサ装置1の実装基板10への実装態様について、図5を参照して説明する。
上述した通り、本実施形態では、センサ装置1は、基板3における搭載面31とは反対側の面(実装面32)をプリント配線板等の実装基板10に向けた姿勢で、実装基板10にフリップチップ実装される場合を想定する。すなわち、センサ装置1は、図5に示すように、基板3の実装面32を実装基板10の一表面101に対向させた状態で、実装基板10上に実装される。
具体的には、センサ装置1は、基板3の実装面32に形成された裏面電極35を、実装基板10の一表面101に形成された基板電極102に対して、接合部材103にて接合することにより、実装基板10に実装される。接合部材103は、導電性を有する接合部材であって、一例として、金(Au)バンプ、又は、はんだ等である。基板3の実装面32と実装基板10の一表面101とは、アンダーフィルにより機械的に結合されていてもよい。
ここで、実装基板10(基板電極102)に接続された裏面電極35は、基板3の搭載面31に形成された基板側電極601と、ビア36にてつながっている。さらに、基板側電極601は、ボンディングワイヤ6にて支持部材4の支持側電極602(図1C参照)につながっている。したがって、実装基板10(基板電極102)に接続された裏面電極35は、ビア36、基板側電極601及びボンディングワイヤ6を介して、支持部材4の支持側電極602に電気的に接続されることになる。支持部材4は、本実施形態では処理回路43を含むASICであるので、上記構成により、実装基板10と処理回路43との間の電気的な接続が実現される。
(2.4)センサ素子の構成
次に、センサ素子2の構成について、図6A及び図6Bを参照して説明する。図6A及び図6Bは、センサ素子2の動作原理を説明するための概念図である。
本実施形態では一例として、センサ素子2は、高周波数(MHz帯域)駆動の容量式バルク超音波ジャイロスコープである。このジャイロスコープ(センサ素子2)は、ベース板、可動部21及び複数の電極22を含んでいる。
可動部21はベース板上に絶縁層を介して支持されている。また、複数の電極22は、可動部21を囲むように可動部21の周囲に配置されている。各電極22と可動部21との間には、非常に小さい隙間が形成されている。これら複数の電極22は、可動部21中において少なくとも2つの変性バルク超音波共振モードを励振しかつ検知することができる。
可動部21は、共振素子であって、平面視において円形状となる円盤状(ディスク状)に形成されている。ここで、可動部21は、単結晶又は多結晶シリコン等の非圧電性物質であって、圧電性材料から製作されていることを必要としない。可動部21は、例えば、シリコン炭化物、窒化ガリウム、窒化アルミニウム又は石英等の半導体又は金属材料にて構成されていてもよい。
複数個の電極22は、駆動用電極221と検知用電極222とを含んでいる。そして、可動部21は、歳差運動により、図6Aに示す駆動モードと、図6Bに示す検知モードとの間で変形する。つまり、円盤状の可動部21は、その中心軸(Y軸に平行な軸)に直交する平面内で、互いに直交する2方向に交互に伸縮する変形を繰り返すように振動する。センサ素子2は、可動部21の変形量(移動量)を電気信号として出力する。すなわち、可動部21の変形量は、可動部21と検知用電極222との間の静電容量の変化として現れるため、センサ素子2は、この静電容量の変化に応じた電気信号を出力する。
(2.5)接続部材の配置
次に、支持部材4とセンサ素子2とを接続する接続部材44の配置について、図7を参照して説明する。図7は、支持部材4を支持面41側から見た概略図であって、図7では、センサ素子2を一部破断して図示している。また、図7では、接続部材44の配置を概念的に示しており、一例として、支持面41に9個の接続部材44が配置されているが、接続部材44の数を9個に限定する趣旨ではない。例えば、図3等に示すように、支持面41に17個の接続部材44が配置されていてもよい。
本実施形態においては、支持部材4とセンサ素子2との間には、接続部材44として、AuSnはんだバンプが複数設けられている。そして、これら複数(図7では9個)の接続部材44(AuSnはんだバンプ)は、少なくともセンサ素子2の中心点P1に対して、点対称に配置されている。つまり、支持部材4とセンサ素子2とを接続する複数の接続部材44は、支持面41内において、センサ素子2の中心点P1を対称点(対称中心)として、点対称に配置されている。
具体的には、支持部材4を支持面41側から見てセンサ素子2の中心点P1上に1個の接続部材44が配置され、かつ中心点P1を中心とする円環上に複数(図7では8個)の接続部材44が配置されている。中心点P1の周囲に配置された複数の接続部材44は、中心点P1を中心とする円環状に並んで配置されている。これにより、円環状に並ぶ複数の接続部材44は、中心点P1上に位置する1個の接続部材44を囲むように配置される。さらに、円環状に並ぶ複数の接続部材44は、中心点P1の周方向において等間隔に配置されている。
ここで、支持部材4を支持面41側から見て、複数(図7では9個)の接続部材44の各々は円形状に形成されている。特に、中心点P1上に位置する1個の接続部材44については、支持部材4を支持面41側から見て、その形状も中心点P1に対して点対称となるように、中心点P1を中心とする円形状に形成されている。
ところで、センサ素子2の中心点P1は、センサ素子2における支持面41との対向面、つまり支持部材4との接合面における中心(又は重心)に位置する点である。センサ素子2は、この中心点P1を通る支持面41の法線L1(Y軸)周りの角速度に応じた電気信号を出力する。つまり、センサ素子2の中心点P1を通る支持面41の法線L1(Y軸)が、センサ素子2の検知軸となる。
上述したように、センサ装置1は、支持部材4とセンサ素子2とを接続する複数の接続部材44を更に備えている。複数の接続部材44は、センサ素子2の中心点P1に対して点対称に配置されている。そのため、これら複数の接続部材44を介して支持部材4からセンサ素子2に伝わる応力の分布は、中心点P1に対して点対称となる。よって、例えば、実装基板10と基板3(又は支持部材4若しくは連結部材5)との熱膨張係数の違い等により、実装基板10から基板3及び連結部材5を介して支持部材4に応力が作用しても、センサ素子2の検知結果に対する応力の影響が生じにくい。すなわち、支持部材4からセンサ素子2に応力が作用する場合でも、この応力の分布が中心点P1に対して点対称となることで、センサ素子2には中心点P1に対して応力の偏りが生じにくく、センサ素子2の検知結果に影響しにくくなる。
また、複数の接続部材44は、少なくともセンサ素子2の中心点P1に対して、点対称に配置されていればよく、例えば、中心点P1を中心とする2重以上の円環状(同心円状)に複数の接続部材44が配置されていてもよい。さらに、中心点P1上に接続部材44が位置することは必須ではなく、中心点P1上の接続部材44は省略されてもよい。
(2.6)電極構造
次に、支持部材4に設けられている電極81及び支持側電極602の構造について、図8A及び図8Bを参照して説明する。図8Aは、第1の態様に係る電極81及び支持側電極602の構造を示し、図8Bは、第2の態様に係る電極81及び支持側電極602の構造を示す、要部の概略断面図である。図8A及び図8Bは、電極81及び支持側電極602の概略構造を概念的に示しているに過ぎず、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、実際の寸法比を規定する趣旨ではない。
本実施形態においては、支持部材4は、支持部材4にセンサ素子2を電気的に接続するための電極81(「センサ用電極」ともいう)と、ボンディングワイヤ6を介して支持部材4に基板3を電気的に接続するための支持側電極602と、を有している。これらの電極81及び支持側電極602は、いずれも支持部材4の支持面41に配置されている。特に、本実施形態では支持部材4は処理回路43を含むASICであるので、処理回路43にセンサ素子2及び基板3を電気的に接続するために、電極81及び支持側電極602が支持部材4に設けられている。
センサ用電極81は、接続部材44によってセンサ素子2に接続される。支持側電極602は、ボンディングワイヤ6にて基板側電極601に接続される。つまり、センサ用電極81には接続部材44としてのAuSnはんだバンプが接続され、支持側電極602にはボンディングワイヤ6が接続される。センサ用電極81は複数の接続部材44に一対一に対応するように複数設けられており、支持側電極602は複数本のボンディングワイヤ6に一対一に対応するように複数設けられている(図7参照)。つまり、支持部材4の電極81及び支持側電極602は複数ずつ設けられている。
ところで、この種の電極81及び支持側電極602、特にセンサ用電極である電極81においては、アルミニウム(Al)等の下地電極上に、Niめっき層及びAuめっき層がこの順で積層された構成の電極が採用されることがある。これにより、センサ用電極81については、下地電極811上にAuSnはんだバンプを形成するためのUBM(Under Bump Metal)が構成されることになる。
ここで、支持部材4とセンサ素子2とを接続する工程には、接続部材44としてのAuSnはんだバンプを溶融させるために、接続部材44を加熱する加熱工程が含まれる。この加熱工程においては、AuSnはんだバンプを溶融させるべく、電極81及び支持側電極602についても高温(一例として、350℃程度)に加熱される。このとき、支持側電極602のNiめっき層のニッケル(Ni)が、Auめっき層の表面上に析出し、かつ酸化する可能性がある。Auめっき層の表面上で酸化したニッケルは、ボンディングワイヤ6の接続を阻害して、ボンディングワイヤ6と支持側電極602との接合強度を低下させる可能性がある。より詳細には、ボールボンディングによりボンディングワイヤ6を支持側電極602に接続する場合には、ボンディングワイヤ6の先端に形成されたボール(Auボール)と支持側電極602との接合強度が低下する。ウェッジボンディングによりボンディングワイヤ6を支持側電極602に接続する場合には、ボンディングワイヤ6と支持側電極602との接合強度が低下する。
本実施形態に係るセンサ装置1では、このようなボンディングワイヤ6と支持部材4(支持側電極602)との接合強度の低下が生じにくいように、電極81及び支持側電極602について図8A及び図8Bに示すような構成を採用する。
第1の態様として、図8Aに示すように、支持側電極602は、下地電極821のみを有している。つまり、ボンディングワイヤ6を介して支持部材4に基板3を電気的に接続するための支持側電極602については、めっき層が無く、下地電極821のみで構成されている。一方で、センサ用電極81は、下地電極811、Niめっき層812及びAuめっき層813を有している。本実施形態では一例として、下地電極821及び下地電極811は、いずれもアルミニウム(Al)である。センサ用電極81において、Niめっき層812、Auめっき層813は、この順で下地電極811上に積層されている。つまり、下地電極811上にNiめっき層812が形成され、Niめっき層812上にAuめっき層813が形成されている。
すなわち、図8Aに示す第1の態様では、支持部材4は、センサ素子2を電気的に接続するためのセンサ用電極81と、基板3を電気的に接続するための支持側電極602と、を有している。センサ用電極81は、下地電極811と、めっき層(Niめっき層812及びAuめっき層813)とを含んでいる。支持側電極602は、下地電極821のみからなる。このように、支持部材4の電極81及び支持側電極602のうち、一方の電極81にのみ、下地電極811上にめっき層(Niめっき層812及びAuめっき層813)が形成され、他方の支持側電極602については、下地電極811上にめっき層が無い。これにより、上述した加熱工程において、電極81及び支持側電極602が加熱されたとしても、めっき層の無い支持側電極602については、Niめっき層のニッケル(Ni)が表面上に析出しない。そのため、第1の態様によれば、ボンディングワイヤ6と支持側電極602との接合強度の低下が生じにくい。さらに、センサ用電極81については、下地電極811上にめっき層(Niめっき層812及びAuめっき層813)が形成されることで、AuSnはんだバンプ(接続部材44)を形成するためのUBMが構成される。
第2の態様としては、図8Bに示すように、センサ用電極81と支持側電極602とのいずれも、バリア層810,820を有している。
第2の態様において、センサ用電極81は、下地電極811、Niめっき層812及びAuめっき層813に加えて、バリア層810を有している。バリア層810は、Niめっき層812とAuめっき層813との間に配置されている。センサ用電極81において、Niめっき層812、バリア層810、Auめっき層813は、この順で下地電極811上に積層されている。つまり、アルミニウム(Al)からなる下地電極811上に、Niめっき層812が形成され、Niめっき層812上には、バリア層810を介してAuめっき層813が形成されている。バリア層810は、Niめっき層812とAuめっき層813との間に配置されることにより、Niめっき層812からAuめっき層813へのニッケル(Ni)の拡散を抑制する。本実施形態では、バリア層810は、一例として、パラジウム(Pd)又はパラジウム合金である。
第2の態様では、支持側電極602についても、センサ用電極81と同様の構成を採用している。つまり、支持側電極602は、下地電極821、Niめっき層822及びAuめっき層823に加えて、バリア層820を有している。バリア層820は、Niめっき層822とAuめっき層823との間に配置されている。支持側電極602において、Niめっき層822、バリア層820、Auめっき層823は、この順で下地電極821上に積層されている。つまり、アルミニウム(Al)からなる下地電極821上に、Niめっき層822が形成され、Niめっき層822上には、バリア層820を介してAuめっき層823が形成されている。バリア層820は、Niめっき層822とAuめっき層823との間に配置されることにより、Niめっき層822からAuめっき層823へのニッケル(Ni)の拡散を抑制する。本実施形態では、バリア層820は、一例として、パラジウム(Pd)又はパラジウム合金である。
ここにおいて、Niめっき層812の厚みは、例えば、1μm以上10μm以下である。Niめっき層812の厚みは3μm以上であることがより好ましい。Niめっき層812の厚みは8μm以下であることがより好ましい。本実施形態では、一例として、Niめっき層812の厚みは5μmである。バリア層810の厚みは、例えば、0.01μm以上1.0μm以下である。バリア層810の厚みは0.05μm以上であることがより好ましい。バリア層810の厚みは0.5μm以下であることがより好ましい。本実施形態では、一例として、バリア層810の厚みは0.2μmである。Auめっき層813の厚みは、例えば、0.01μm以上1.0μm以下である。Auめっき層813の厚みは0.05μm以上であることがより好ましい。Auめっき層813の厚みは0.5μm以下であることがより好ましい。本実施形態では、一例として、Auめっき層813の厚みは0.15μmである。支持側電極602のNiめっき層822、バリア層820、Auめっき層823の厚みについても、それぞれセンサ用電極81のNiめっき層812、バリア層810、Auめっき層813と同様の厚みを採用可能である。
すなわち、図8Bに示す第2の態様では、支持部材4は、センサ素子2を電気的に接続するためのセンサ用電極81と、基板3を電気的に接続するための支持側電極602と、を有している。センサ用電極81及び支持側電極602の各々は、下地電極811,821と、Niめっき層812,822、Auめっき層813,823及びバリア層810,820を含んでいる。下地電極811,821上に、Niめっき層812,822、バリア層810,820及びAuめっき層813,823がこの順に積層されている。このように、支持部材4の電極81(又は82)は、Niめっき層812(又は822)とAuめっき層813(又は823)との間に、バリア層810(又は820)を有している。そのため、Niめっき層812(又は822)からAuめっき層813(又は823)へのニッケル(Ni)の拡散が、バリア層810(又は820)にて抑制される。よって、上述した加熱工程において、電極81及び支持側電極602が加熱されたとしても、ニッケル(Ni)の拡散がバリア層810(又は820)にて抑制され、Auめっき層813(又は823)の表面上へのニッケル(Ni)の析出が生じにくい。そのため、第2の態様によれば、ボンディングワイヤ6と支持側電極602との接合強度の低下が生じにくい。さらに、センサ用電極81についても、下地電極811上にめっき層(Niめっき層812及びAuめっき層813)が形成されることで、AuSnはんだバンプ(接続部材44)を形成するためのUBMが構成される。
(2.7)センサ素子の電極構造
次に、センサ素子2に設けられている素子電極200の構造について、図9A〜図9Cを参照して説明する。図9Aは、本実施形態に係るセンサ素子2の支持部材4との接続前の状態における素子電極200の構造を示し、図9Bは、本実施形態に係るセンサ素子2の支持部材4との接続前の状態における素子電極200の構造を示す、要部の概略断面図である。図9Cは、比較例に係るセンサ素子2の素子電極200の構造を示す、要部の概略断面図である。図9A〜図9Cは、素子電極200の概略構造を概念的に示しているに過ぎず、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、実際の寸法比を規定する趣旨ではない。
本実施形態においては、センサ素子2は、平板状に形成されており、Y軸方向に厚みを有している。センサ素子2は、厚み方向の一面側(支持部材4側)に、電極面201を有している。つまり、センサ素子2は、電極面201を支持部材4に対向させた状態で、支持部材4に接続される。
素子電極200は、接続部材44によって支持部材4のセンサ用電極81に接続される。つまり、素子電極200には接続部材44としてのAuSnはんだバンプが接続される。素子電極200は複数の接続部材44に一対一に対応するように複数設けられている(図7参照)。つまり、センサ素子2の素子電極200は複数設けられている。
ところで、本実施形態ではセンサ素子2は、MEMS技術を用いたベアチップ、いわゆるMEMSチップを含んでおり、図9Aに示すように、シリコン(Si)からなる基板24と、基板24の表層に形成されたSiOからなる第1酸化膜25と、を有している。センサ素子2は、第1酸化膜25の表面を電極面201とし、この電極面201上に、複数の素子電極200を有している。さらに、センサ素子2は、電極面201上であって素子電極200に隣接する位置に、SiOからなる第2酸化膜26と、第2酸化膜26上に積層されたSiNからなる窒化膜27と、を有している。
ここで、本実施形態では、センサ素子2の素子電極200は、図9Aに示すように、電極面201上に形成されたAu電極層220と、Au電極層220上に積層されたUBM層23と、を含んでいる。UBM層23は、Au電極層220上にAuSnはんだバンプからなる接続部材44を形成するためのUBM(Under Bump Metal)である。この構成により、センサ素子2の素子電極200においては、Au電極層220上に、接続部材44が直接的に積層されるのではなく、UBM層23を介して接続部材44が間接的に積層されることになる。
UBM層23は、一例として、Niめっき層231、バリア層232及びAuめっき層233を有している。バリア層232は、Niめっき層231とAuめっき層233との間に配置されている。素子電極200においては、Niめっき層231、バリア層232、Auめっき層233は、この順でAu電極層220上に積層されている。つまり、金(Au)からなるAu電極層220上に、Niめっき層231が形成され、Niめっき層231上には、バリア層232を介してAuめっき層233が形成されている。バリア層232は、Niめっき層231とAuめっき層233との間に配置されることにより、Niめっき層231からAuめっき層233へのニッケル(Ni)の拡散を抑制する。本実施形態では、バリア層232は、一例として、パラジウム(Pd)又はパラジウム合金である。ただし、UBM層23として、バリア層232は必須の構成ではなく、適宜省略されてもよい。
ここで、UBM層23の熱膨張係数(線膨張係数)は、AuSnからなる接続部材44の熱膨張係数(線膨張係数)と、SiOからなる第2酸化膜26の熱膨張係数(線膨張係数)と、の間の値である。一例として、AuSn(接続部材44)の熱膨張係数が17.5ppm/℃であって、SiO(第2酸化膜26)の熱膨張係数が0.5ppm/℃であると仮定する。この場合、UBM層23の熱膨張係数は、0.5ppm/℃より大きく、17.5ppm/℃より小さい。具体的には、UBM層23を構成するNiめっき層231の熱膨張係数は12ppm/℃であって、UBM層23を構成するAuめっき層233の熱膨張係数は14.2ppm/℃である。
また、Niめっき層231の厚みは、例えば、1μm以上10μm以下である。Niめっき層231の厚みは3μm以上であることがより好ましい。Niめっき層231の厚みは8μm以下であることがより好ましい。本実施形態では、一例として、Niめっき層231の厚みは5μmである。バリア層232の厚みは、例えば、0.01μm以上1.0μm以下である。バリア層232の厚みは0.05μm以上であることがより好ましい。バリア層232の厚みは0.5μm以下であることがより好ましい。本実施形態では、一例として、バリア層232の厚みは0.2μmである。Auめっき層233の厚みは、例えば、0.01μm以上1.0μm以下である。Auめっき層233の厚みは0.05μm以上であることがより好ましい。Auめっき層233の厚みは0.5μm以下であることがより好ましい。本実施形態では、一例として、Auめっき層233の厚みは0.15μmである。
センサ素子2は、上述したようなUBM層23を含む素子電極200の構造を採用することで、第1酸化膜25に作用する応力の低減を図ることができる、という効果が期待される。以下、素子電極200がUBM層23を含まない場合の構成を比較例(図9C参照)として、比較例と比較しつつ、本実施形態に係るセンサ素子2の素子電極200の構造により期待される効果について説明する。図9Cに示す比較例では、素子電極200がUBM層23を含まない点以外は、本実施形態に係るセンサ素子2と同様の構成を採用していることとする。
すなわち、「(2.6)電極構造」の欄でも説明したように、支持部材4とセンサ素子2とを接続する工程には、接続部材44としてのAuSnはんだバンプを溶融させるために、接続部材44を加熱する加熱工程が含まれる。この加熱工程においては、AuSnはんだバンプを溶融させるべく、素子電極200についても高温(一例として、350℃程度)に加熱される。
比較例においては、UBM層23がなく、AuSnからなる接続部材44がAu電極層220上に直接的に積層されているので、加熱工程において、Au電極層220のAuが接続部材44のAuSnに拡散し、AuSn層44B(図9C参照)が形成される。そのため、比較例においては、加熱工程の後、素子電極200には、図9Cに示すように、見かけ上、Au電極層220が存在せず、AuSn層44Bのみが存在することになる。そうすると、電極面201としての第1酸化膜25の表面上には、SiOからなる第2酸化膜26と、AuSn層44Bと、が隣接して形成されることになる。ここで、熱膨張係数が0.5ppm/℃である第2酸化膜26と、熱膨張係数が17.5ppm/℃であるAuSn層44Bと、の間には、比較的大きな熱膨張係数の差があるため、第1酸化膜25に対して応力が作用する。つまり、SiOからなる第1酸化膜25のうち、第2酸化膜26とAuSn層44Bとの境界L10付近で応力集中が生じ、条件によっては、クラック等の発生につながる可能性もある。
一方、本実施形態に係るセンサ素子2においては、図9Aに示すように、AuSnからなる接続部材44は、UBM層23を介して、Au電極層220上に間接的に積層されている。そのため、加熱工程において、UBM層23のAuめっき層233が接続部材44のAuSnに拡散し、AuSn層44A(図9B参照)が形成される。そのため、本実施形態においては、加熱工程の後、素子電極200には、図9Bに示すように、見かけ上、Auめっき層233が存在せず、Au電極層220、Niめっき層231、バリア層232及びAuSn層44Aが存在することになる。そうすると、電極面201としての第1酸化膜25の表面上には、SiOからなる第2酸化膜26と、Au電極層220と、が隣接して形成されることになる。ここで、熱膨張係数が0.5ppm/℃である第2酸化膜26と、熱膨張係数が14.2ppm/℃であるAu電極層220と、の間には、熱膨張係数の差が生じるものの、比較例に比べて小さな差となる。さらに、熱膨張係数が14.2ppm/℃であるAu電極層220上には、熱膨張係数が12ppm/℃であるNiめっき層231が存在し、その上に熱膨張係数が17.5ppm/℃であるAuSn層44Aが存在する。その結果、比較例に比べて、電極面201上における熱膨張係数の差が小さくなり、第1酸化膜25に作用する応力が低減され、SiOからなる第1酸化膜25にクラック等が生じにくくなる。
また、例えば、電極面201とAu電極層220との間には、アルミニウム(Al)又は銅(Cu)等の下地電極が介在してもよい。つまり、素子電極200においては、電極面201上に、Au電極層220が直接的に積層されるのではなく、下地電極を介してAu電極層220が間接的に積層されてもよい。
(3)変形例
実施形態1は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態1で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。実施形態1は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
(3.1)第1変形例
実施形態1の第1変形例に係るセンサ装置1Aは、図10に示すように、支持面41における支持側電極602の位置が実施形態1に係るセンサ装置1と相違する。すなわち、実施形態1に係るセンサ装置1では、支持側電極602は、支持面41におけるセンサ素子2から見て基板3側に位置するのに対し、本変形例では、支持側電極602は、支持面41におけるセンサ素子2から見て基板3とは反対側に位置する。
本変形例では、支持側電極602は、支持面41における基板3とは反対側の端縁(図10の上端縁)と、センサ素子2と、の間に位置する。これにより、ボンディングワイヤ6の一端部は、支持面41のうち、センサ素子2から見て基板3とは反対側の領域に接続されることになる。つまり、センサ素子2は、ボンディングワイヤ6と2つの接続面(搭載面31及び支持面41)とで囲まれた位置に配置されることになる。
本変形例に係るセンサ装置1Aによれば、センサ素子2によって、支持側電極602と基板3との距離が確保されるため、支持部材4と基板3の搭載面31との間の隙間G1(図4B参照)によらずに、ボンディングワイヤ6と基板3との干渉を回避しやすい。そのため、支持部材4は、第2面52上における基板3側の端縁に寄せて配置可能となり、連結部材5のZ軸方向の寸法を比較的小さく抑えることが可能である。結果的に、基板3の搭載面31からの支持部材4及び連結部材5の突出量を比較的小さく抑えることが可能となり、センサ装置1A全体のZ軸方向の寸法(高さ)を比較的小さく抑えることができ、センサ装置1Aの低背化に寄与する。
(3.2)その他の変形例
以下、第1変形例以外の変形例を列挙する。
実施形態1では、センサ素子2はY軸周りの角速度を検知しているが、この構成に限らず、センサ素子2は、例えば、X軸又はZ軸周りの角速度を検知してもよい。さらに、センサ素子2は、1軸についての角速度に限らず、2軸以上の角速度を検知する構成であってもよい。例えば、センサ素子2は、X軸、Y軸及びZ軸の3軸について、各軸周りの角速度を検知する3軸角速度センサであってもよい。
また、センサ素子2は、角速度以外の物理量を検知する構成であってもよい。例えば、センサ素子2は、加速度、角加速度、速度、圧力、重量、長さ(距離)及び温度等の物理量を検知する構成であってもよい。さらに、センサ素子2は、1つの物理量に限らず、複数の物理量を検知する構成であってもよい。例えば、センサ素子2は、角速度と加速度とを検知してもよい。
また、センサ素子2は、MEMS技術を用いた素子に限らず、他の素子であってもよい。
また、連結部材5に設けられるスペーサ53の数は、4つに限らず、例えば、1つ、2つ、3つ、又は5つ以上であってもよい。また、各スペーサ53の形状についても、ドーム状に限らず、例えば、円柱状、多角柱状、円錐状、多角錐状又は球状等の適宜の形状を採用し得る。
また、実施形態1では、センサ装置1が実装基板10にフリップチップ実装される場合を想定したが、センサ装置1の実装方法は、フリップチップ実装に限らない。一例として、センサ装置1は、ワイヤボンディング等のフリップチップ実装以外の表面実装、又は、基板3にリード端子を設けて実装基板10に対して挿入実装される構成であってもよい。
また、基板3の形状及び材質は、実施形態1で示した例に限らない。例えば、基板3は、平面視において長方形状又は円形状等であってもよい。さらに、基板3は、セラミック製に限らず、例えば、樹脂製又はシリコン製等であってもよい。
また、支持部材4が処理回路43を含むASICであることは、センサ装置1に必須の構成ではなく、支持部材4についても適宜の構成を採用可能である。つまり、支持部材4は、電子部品でなくてもよく、単なる板材等の構造体であってもよい。さらに、支持部材4の形状及び材質は、実施形態1で示した例に限らない。例えば、支持部材4は、平面視において長方形状又は円形状等であってもよい。さらに、支持部材4は、例えば、樹脂製、シリコン製又はセラミック製等の部材であってもよい。
また、連結部材5の形状及び材質は、実施形態1で示した例に限らない。例えば、連結部材5は、立方体状又は多角柱(三角柱、六角柱等)状等であってもよい。また、連結部材5は、例えば、側面視がL字状のステー等であってもよい。さらに、連結部材5は、LCP樹脂製に限らず、例えば、シリコン製、金属製又はセラミック製等であってもよい。
また、接続経路60は、連結部材5の表面に形成される導電路、又は連結部材5に埋設される導電路等を含んでいてもよい。
また、連結部材5は中空構造であってもよく、この場合、中実構造の連結部材5に比べて、連結部材5に対して作用する衝撃の緩和を図ることができる。これにより、センサ装置1としての耐衝撃性の向上を図ることができる。
(実施形態2)
本実施形態に係るセンサ装置1Bは、図11A〜図11Cに示すように、基板3と支持部材4との相対的な位置関係が、実施形態1に係るセンサ装置1と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。図11Bは、図11Aの領域Z1に相当する拡大斜視図、図11Cは、図11Aの領域Z2に相当する拡大斜視図である。
本実施形態では、図11Aに示すように、支持面41が搭載面31に沿った位置関係となるように、基板3と支持部材4とが結合されている。特に、図11Aの例では、支持面41と搭載面31とは、互いに略平行な状態にある。また、本実施形態では、センサ素子2は、連結部材5を介して、支持部材4の支持面41上に支持されている。センサ素子2は、連結部材5の第2面52に固定されている。センサ素子2は、平板状に形成されており、Y軸方向に厚みを有している。センサ素子2は、厚み方向の一面側(連結部材5とは反対側)に、電極面201を有している。つまり、センサ素子2の厚み方向における電極面201とは反対側の面は、連結部材5に対向する。
より詳細には、連結部材5は、支持部材4の支持面41に搭載され、支持部材4とセンサ素子2とを連結する。言い換えれば、連結部材5を介してセンサ素子2が搭載(実装)された支持部材4は、基板3(搭載面31)に固定されることになる。そのため、支持部材4とセンサ素子2との相対的な位置関係は、連結部材5にて規定される。本実施形態に係るセンサ装置1Bでは、支持部材4とセンサ素子2との位置関係は、センサ素子2の電極面201の法線が支持面41に沿うように、規定される。つまり、電極面201の法線は、支持部材4の支持面41に対して、略平行な状態にある(厳密に平行、又は両者間の角度が数度程度に収まる関係にある)。本実施形態では一例として、電極面201の法線は、支持部材4の支持面41、及び基板3の搭載面31に対して厳密に平行な状態にある。
そして、上述したような構成により、連結部材5及びセンサ素子2は、支持部材4の支持面41上に立った状態で固定されることになる。言い換えれば、センサ素子2を含む縦型部材50が、支持面41上に立った状態で搭載される。ここでは、支持面41に搭載される縦型部材50は、センサ素子2と、連結部材5と、を備えている。つまり、支持部材4は、センサ素子2を含む縦型部材50が搭載される支持面41を有している。縦型部材50は、センサ素子2の電極面201の法線が支持面41に沿った位置関係となるように、支持面41に固定されている。ここで、縦型部材50は、センサ素子2と支持部材4とを連結する連結部材5を含んでいる。センサ素子2は、連結部材5を介して間接的に、支持部材4に搭載される。
基板3(搭載面31)に対する支持部材4の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、基板3と支持部材4との固定手段は、接着層501による接着である。同様に、支持部材4(支持面41)に対する連結部材5の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、支持部材4と連結部材5との固定手段は、接着層502による接着である。同様に、センサ素子2に対する連結部材5(第2面52)の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、センサ素子2と連結部材5(第2面52)との固定手段は、接着層503による接着である。
また、支持部材4は、図11Bに示すように、複数の支持側電極602と、複数の送り電極603と、を有している。送り電極603は、電極81(図8A参照)に代えて設けられており、導電性材料にて構成されている。送り電極603は、ボンディングワイヤ6Aを電気的に接続するための電極であって、支持面41に形成されている。つまり、支持部材4は、ボンディングワイヤ6Aの一端部が接続される送り電極603を支持面41に有している。ここでは、支持側電極602及び送り電極603は、支持部材4の同一面(支持面41)に設けられている。
さらに、センサ素子2は、図11Cに示すように、複数のセンサ側電極604を有している。センサ側電極604は、導電性材料にて構成されている。センサ側電極604は、ボンディングワイヤ6Aを電気的に接続するための電極であって、電極面201に形成されている。つまり、センサ素子2は、ボンディングワイヤ6Aの一端部が接続されるセンサ側電極604を電極面201に有している。
ボンディングワイヤ6Aは、センサ素子2と基板3との間を電気的に接続する接続経路60(図1A参照)の少なくとも一部を構成する。特に本実施形態では、ボンディングワイヤ6Aは、センサ素子2と支持部材4との間を電気的に接続する。すなわち、本実施形態では、センサ素子2(センサ側電極604)と、ASICからなる支持部材4(送り電極603)との間の電気的な接続を、ボンディングワイヤ6Aにて実現する。具体的には、ボンディングワイヤ6Aの一端部は支持部材4の送り電極603に接続され、ボンディングワイヤ6Aの他端部はセンサ素子2のセンサ側電極604に接続されることで、ボンディングワイヤ6Aは、支持部材4とセンサ素子2とを電気的に接続する。
センサ素子2と基板3との間を電気的に接続する接続経路60は、「第1のボンディングワイヤ」としてのボンディングワイヤ6Aに加えて、「第2のボンディングワイヤ」としてのボンディングワイヤ61を含んでいる。第2のボンディングワイヤ61は、支持部材4と基板3との間を電気的に接続する。すなわち、本実施形態では、ASICからなる支持部材4(送り電極603)と、基板3との間の電気的な接続を、第2のボンディングワイヤ61にて実現する。具体的には、ボンディングワイヤ61の一端部は基板3の基板側電極601に接続され、ボンディングワイヤ61の他端部は支持部材4の支持側電極602に接続されることで、ボンディングワイヤ61は、基板3と支持部材4とを電気的に接続する。
(第1の)ボンディングワイヤ6Aは、送り電極603及びセンサ側電極604に対して、ウェッジボンディング又はボールボンディングにより接合される。本実施形態では一例として、超音波又は熱等のエネルギを接合部位に印加することで、ボンディングワイヤ6Aを電極(送り電極603又はセンサ側電極604)に接合する、ウェッジボンディングが採用される。同様に、第2のボンディングワイヤ61についても、ウェッジボンディング又はボールボンディングにより接合される。
本実施形態では、(第1の)ボンディングワイヤ6Aは、支持部材4及びセンサ素子2の各々の一面であって、互いに交差する2つの接続面間を接続するように設けられている。具体的には、ボンディングワイヤ6Aは、支持部材4の接続面である支持面41と、センサ素子2の接続面である電極面201と、の間を接続する。
このように、本実施形態に係るセンサ装置1Bは、センサ素子2が搭載された状態で基板3に搭載される支持部材4を備えている。センサ素子2は、支持部材4を介して基板3に電気的に接続されている。そして、互いに交差した2つの接続面のうちの1つは、支持部材4の一面である。さらに、本実施形態においては、上述したようにセンサ素子2は、2つの接続面のうちの1つである電極面201を有している。言い換えれば、支持面41と電極面201とは互いに交差(本実施形態では直交)する。そして、互いに交差した2つの接続面のうちの1つ(一方の接続面)は、支持部材4の一面としての支持面41である。また、互いに交差した2つの接続面のうちの1つ(他方の接続面)は、センサ素子2の一面としての電極面201である。つまり、ボンディングワイヤ6Aにて接続される、互いに交差した2つの接続面は、センサ素子2の一面である電極面201、及び支持部材4の一面である支持面41からなる。
ここで、縦型部材50と支持部材4とを接合する接着層502(「第2接着層502」ともいう)のヤング率は、支持部材4と基板3とを接合する接着層501(「第1接着層501」ともいう)のヤング率に比べて大きい。すなわち、本実施形態においては、縦型部材50に含まれる連結部材5と支持部材4との間の固定手段である第2接着層502のヤング率は、支持部材4と基板3との間の固定手段である第1接着層501のヤング率よりも大きい。言い換えれば、連結部材5と支持部材4との間の第2接着層502は、支持部材4と基板3との間の第1接着層501に比較して、剛性が高く変形しにくい。更に言い換えれば、支持部材4と基板3との間の第1接着層501は、連結部材5と支持部材4との間の第2接着層502に比較して、剛性が低く変形しやすい。
このような関係にある第1接着層501及び第2接着層502によれば、連結部材5(縦型部材50)は支持部材4に対しては堅牢に固定され、基板3から支持部材4に対しては応力が伝達されにくくなる。その結果、例えば、センサ側電極604にボンディングワイヤ6Aを接合する際に、超音波等によりY軸に沿った外力が縦型部材50に作用しても、支持部材4に対する縦型部材50(連結部材5)の傾きが生じにくい。その結果、縦型部材50に作用するY軸に沿った超音波等の外力を、センサ側電極604に対するボンディングワイヤ6Aの接合に効率的に利用することが可能である。また、基板3から支持部材4には応力が伝わりにくいため、センサ素子2にまでは応力が作用しにくく、センサ素子2の検知結果に対する応力の影響が生じにくい。
また、連結部材5と支持部材4とを接合する第2接着層502のヤング率は、連結部材5とセンサ素子2とを接合する接着層503(「第3接着層503」ともいう)のヤング率に比べて大きい。すなわち、本実施形態においては、縦型部材50に含まれる連結部材5と支持部材4との間の固定手段である第2接着層502のヤング率は、連結部材5とセンサ素子2との間の固定手段である第3接着層503のヤング率よりも大きい。言い換えれば、連結部材5と支持部材4との間の第2接着層502は、連結部材5とセンサ素子2との間の第3接着層503に比較して、剛性が高く変形しにくい。更に言い換えれば、連結部材5とセンサ素子2との間の第3接着層503は、連結部材5と支持部材4との間の第2接着層502に比較して、剛性が低く変形しやすい。
このような関係にある第3接着層503及び第2接着層502によれば、連結部材5(縦型部材50)は支持部材4に対しては堅牢に固定され、連結部材5から支持部材4に対しては応力が伝達されにくくなる。その結果、例えば、センサ側電極604にボンディングワイヤ6Aを接合する際に、超音波等によりY軸に沿った外力が縦型部材50に作用しても、支持部材4に対する縦型部材50(連結部材5)の傾きが生じにくい。その結果、縦型部材50に作用するY軸に沿った超音波等の外力を、センサ側電極604に対するボンディングワイヤ6Aの接合に効率的に利用することが可能である。また、基板3から連結部材5に応力が作用することがあっても、連結部材5から支持部材4には応力が伝わりにくいため、センサ素子2にまでは応力が作用しにくく、センサ素子2の検知結果に対する応力の影響が生じにくい。
また、本実施形態では、実装基板10への実装態様についても実施形態1に係るセンサ装置1と相違する。すなわち、実施形態1に係るセンサ装置1は、金(Au)バンプ、又は、はんだ等からなる接合部材103(図5参照)にて実装基板10に接合されるのに対し、本実施形態に係るセンサ装置1Bは、端子部材110にて実装基板10に接合される。
本実施形態において、センサ装置1Bは、図11Aに示すように、基板3の実装面32を実装基板10の一表面101に対向させた状態で、実装基板10上に実装される。端子部材110はばね性(弾性)を有する部材であって、端子部材110の一部が基板3に固定されている。ここでは一例として、端子部材110は、導電性を有する金属(例えば、銅又は銅合金等)にて構成されたリード端子である。センサ装置1Bは、基板3の実装面32の外周縁に沿って複数の端子部材110を有している。つまり、複数の端子部材110は、実装面32の外周縁に沿って並んで配置されている。
各端子部材110は、図11Aに示すように、第1端子片111、第2端子片112、第3端子片113及び第4端子片114を有し、全体として略C字状に形成されている。第1端子片111と第3端子片113とは、互いに平行な位置関係にある。第2端子片112は、第1端子片111の一端と第3端子片113の一端とを連結する。第4端子片114は、第3端子片113における第2端子片112とは反対側の端部から、第1端子片111に向けて突出している。このような形状の端子部材110において、第1端子片111が、はんだ等により基板3の実装面32に接続される。また、第3端子片113は、はんだ等により実装基板10の一表面に接続される。このようにして、端子部材110は、その一部が基板3に固定され、他の一部が実装基板10に固定される。
以上説明した構成によれば、少なくとも第2端子片112の一部(中央部付近)は、基板3と実装基板10とのいずれに対しても、直接的には固定されない状態となる。そのため、端子部材110は、少なくとも第2端子片112のばね性(弾性)により、第2端子片112がたわむことで、実装基板10と基板3との間で伝達される応力を低減できる。よって、例えば、実装基板10と基板3との熱膨張係数の違い等により、実装基板10から端子部材110に応力が作用しても、この応力は端子部材110にて低減され、基板3には伝わりにくく、センサ素子2の検知結果に対する応力の影響が生じにくい。
また、本実施形態においても、基板3の実装面32と実装基板10の一表面101とは、アンダーフィルにより機械的に結合されていてもよい。
図12は、実施形態2の変形例に係るセンサ装置1Cを示している。本変形例に係るセンサ装置1Cでは、連結部材5が省略されている。そのため、支持面41に搭載される縦型部材50は、センサ素子2のみからなる。以下、実施形態2と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
このセンサ装置1Cでは、縦型部材50(センサ素子2)は、センサ素子2の電極面201の法線が支持面41に沿った位置関係となるように、支持面41に固定されている。ここで、センサ素子2は、支持部材4の支持面41上に直接的に搭載される。支持部材4(支持面41)に対するセンサ素子2の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、支持部材4とセンサ素子2との固定手段は、接着層504による接着である。
ここで、縦型部材50(センサ素子2)と支持部材4とを接合する接着層504(「第4接着層504」ともいう)のヤング率は、支持部材4と基板3とを接合する第1接着層501のヤング率に比べて大きい。すなわち、本実施形態においては、縦型部材50に含まれるセンサ素子2と支持部材4との間の固定手段である第4接着層504のヤング率は、支持部材4と基板3との間の固定手段である第1接着層501のヤング率よりも大きい。言い換えれば、センサ素子2と支持部材4との間の第4接着層504は、支持部材4と基板3との間の第1接着層501に比較して、剛性が高く変形しにくい。
実施形態2で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態1で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。
(実施形態3)
(1)概要
本実施形態に係るセンサ装置1Xは、図13に示すように、センサ素子2Xと、センサ素子2Xを支持する基板3Xと、を備えている。
このセンサ装置1Xは、センサ素子2Xにて、例えば、角速度、加速度、角加速度、速度、圧力、重量、長さ(距離)及び温度等の物理量を、電気信号に変換する。すなわち、センサ素子2Xは、物理量を電気信号に変換するトランスデューサとして機能する。この種のセンサ装置1Xは、例えば、家電機器、携帯端末、カメラ、ウェアラブル端末、ゲーム機、又は車両(自動車及び二輪車等を含む)、ドローン、航空機若しくは船舶等の移動体等の、様々な機器に用いられる。
ここで、本実施形態に係るセンサ装置1Xは、図13に示すように、センサ素子2X及び基板3Xに加えて、支持部材4X、及び連結部材5Xを更に備えている。すなわち、センサ装置1Xは、センサ素子2Xと、基板3Xと、支持部材4Xと、連結部材5Xと、を備えている。基板3Xは、搭載面31Xを有している。支持部材4Xは、支持面41Xを有している。支持面41Xにはセンサ素子2Xが搭載される。連結部材5Xは、搭載面31Xに搭載されている。連結部材5Xは、支持面41Xの法線L1Xが搭載面31Xに沿った位置関係となるように、基板3Xと支持部材4Xとを連結する。
上述した構成によれば、センサ素子2Xが搭載された支持部材4Xが、連結部材5Xを介して、基板3Xの搭載面31X上に支持されることで、基板3Xの搭載面31Xには、センサ素子2Xが支持部材4Xごと搭載される。言い換えれば、基板3Xは、連結部材5X及び支持部材4Xを介して、センサ素子2Xを間接的に支持することになる。ここで、連結部材5Xは、支持面41Xの法線L1Xが搭載面31Xに沿った位置関係となるように、基板3Xと支持部材4Xとを連結するので、センサ素子2Xが搭載される支持部材4Xの支持面41Xは、基板3Xの搭載面31Xに対して略直交する。すなわち、センサ素子2Xが搭載される面(支持面41X)の向きは、連結部材5Xによって、基板3Xの搭載面31Xに対して略90度起き上がるように変換されることになる。したがって、例えば、基板3Xにおける搭載面31Xとは反対側の面をプリント配線板等の実装基板10X(図13参照)に向けた姿勢で、センサ装置1Xが実装基板10Xに実装された場合でも、実装基板10Xに対するセンサ素子2Xの相対的な向きを調整可能である。つまり、本実施形態に係るセンサ装置1Xにおいては、実装基板10Xの一表面101Xに沿った平面内で基板3Xを回転させることで、センサ素子2Xが実装される面(支持面41X)の向きを変更可能であるので、検知対象の自由度の向上を図ることが可能である。
(2)詳細
以下に、本実施形態に係るセンサ装置1Xの構成について、図13〜図18Bを参照して詳細に説明する。
本実施形態では、一例として、センサ装置1Xは、「角速度」を検知対象とするジャイロセンサ(角速度センサ)である。特に、車両の自動運転技術のように、比較的、高精度の角速度の検知(計測)が要求される場合に、本実施形態に係るセンサ装置1Xは好適である。ただし、高精度の角速度の検知(計測)が要求されない場合であっても、本実施形態に係るセンサ装置1Xは採用可能である。
以下では一例として、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸の3軸を設定し、特に、支持面41Xの法線L1Xに沿った軸を「Y軸」とし、搭載面31Xの法線に沿った軸を「Z軸」とする。「X」軸は、これらY軸及びZ軸のいずれとも直交する。X軸、Y軸、及びZ軸は、いずれも仮想的な軸であり、図面中の「X」、「Y」、「Z」を示す矢印は、説明のために表記しているに過ぎず、いずれも実体を伴わない。また、これらの方向はセンサ装置1Xの使用時の方向を限定する趣旨ではない。
本実施形態では、一例として、センサ装置1Xは、Y軸を検知軸とし、Y軸周りの角速度を検知対象とする。Y軸は、支持面41Xの法線L1Xに沿った軸であるので、結果的に、センサ装置1Xは、支持面41Xの法線L1X周りでセンサ装置1Xが回転することに伴いセンサ装置1Xに作用する角速度を、検知対象として検知することになる。つまり、センサ素子2Xは、支持面41Xの法線L1X(Y軸)周りの角速度に応じた電気信号を出力する。よって、センサ装置1Xの出力によれば、支持面41Xの法線L1X(Y軸)周りの角速度の大きさを計測することが可能である。
(2.1)センサ装置の全体構成
本実施形態に係るセンサ装置1Xは、上述したように、センサ素子2Xと、基板3Xと、支持部材4Xと、連結部材5Xと、を備えている。また、本実施形態では、センサ装置1Xは、図13〜図16Cに示すように、センサ素子2X、基板3X、支持部材4X及び連結部材5Xに加えて、配線部材6X及びケース7Xを更に備えている。すなわち、センサ装置1Xは、センサ素子2Xと、基板3Xと、支持部材4Xと、連結部材5Xと、配線部材6Xと、ケース7Xと、を備えている。図14以外の図面では、ケース7Xの図示を省略している。
また、本実施形態では、センサ装置1Xは、図13及び図14に示すように、その使用状態において、基板3Xにおける搭載面31Xとは反対側の面(実装面32X)をプリント配線板等の実装基板10Xに向けた姿勢で、実装基板10Xにフリップチップ実装される場合を想定する。ここでは、センサ装置1Xが実装される実装基板10Xは、リジッド基板であることと仮定するが、この例に限らず、実装基板10Xは、例えば、フレキシブル基板等であってもよい。
センサ素子2Xは、検知対象である物理量に応じた電気信号を出力する素子である。本実施形態では、上述したように検知対象は、Y軸(支持面41Xの法線L1X)周りの角速度であるので、センサ素子2Xは、Y軸周りの角速度に応じた電気信号を出力する。センサ素子2Xは、例えば、振動式のジャイロセンサであって、コリオリ力(転向力)を利用して、Y軸周りの角速度を検知する。つまり、センサ素子2Xは、可動部21X(図18A参照)を振動させた状態で、外部から回転力が作用することによって生じるコリオリ力を検知することで、センサ素子2Xに作用した角速度を検知する。
本実施形態では一例として、センサ素子2Xは、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いたベアチップ、いわゆるMEMSチップを含んでいる。センサ素子2Xは、例えば、セラミックパッケージ等のパッケージを更に含んでおり、ベアチップはパッケージに収容されている。このセンサ素子2Xは、ベアチップに可動部21Xを含み、この可動部21Xを振動させることにより、角速度の検知を可能とする。センサ素子2Xの構成について詳しくは、「(2.3)センサ素子の構成」の欄で説明する。
基板3Xは、図15に示すように、平板状に形成されており、Z軸方向に厚みを有している。基板3Xは、厚み方向の両側に、搭載面31X及び実装面32Xを有している。つまり、基板3Xの厚み方向の一面は、連結部材5X及び支持部材4Xを介してセンサ素子2Xが搭載される、搭載面31Xとして機能する。一方、基板3Xの厚み方向における搭載面31Xとは反対側の面は、センサ装置1Xが実装基板10Xに実装された状態で実装基板10Xに対向する、実装面32Xとして機能する。
本実施形態では、一例として、基板3Xは、平面視において略正方形状である。基板3Xは、例えば、セラミック製の基板であって、電気的絶縁性を有している。基板3Xは、搭載面31Xから突出するリブ33Xを有している。リブ33Xは、搭載面31Xの外周縁に沿って、搭載面31Xの中央部を全周にわたって囲むように形成されている。このリブ33Xの先端面に、ケース7Xのフランジ部72X(図14参照)が結合されることにより、基板3Xに対してケース7Xが結合される。これにより、搭載面31Xのうちリブ33Xの内側となる領域と、ケース7Xとの間には、センサ素子2X等を収容する空間が形成されることになる。
詳しくは後述するが、基板3Xは、第1電極34X(図17参照)と、第2電極35X(図17参照)と、ビア36X(図17参照)と、を有している。第1電極34X、第2電極35X及びビア36Xは、導電性材料にて構成されている。第1電極34Xは、配線部材6Xを電気的に接続するための電極であって、搭載面31Xに形成されている。第2電極35Xは、実装基板10Xを電気的に接続するための電極であって、実装面32Xに形成されている。ビア36Xは、第1電極34Xと第2電極35Xとを電気的に接続する。ビア36Xは、基板3Xを厚み方向の両面(搭載面31X及び実装面32X)間にわたって貫通するスルーホールビアである。図17以外では、第1電極34X、第2電極35X及びビア36Xの図示は省略する。
支持部材4Xは、図15に示すように、平板状に形成されており、Y軸方向に厚みを有している。支持部材4Xは、厚み方向の両側に、支持面41X及び取付面42Xを有している。つまり、支持部材4Xの厚み方向の一面は、センサ素子2Xが搭載される、支持面41Xとして機能する。一方、支持部材4Xの厚み方向における支持面41Xとは反対側の面は、連結部材5Xに対向する、取付面42Xとして機能する。
本実施形態では、一例として、支持部材4Xは、平面視において略正方形状である。ここで、支持部材4Xは、ASIC(application specific integrated circuit)である。つまり、支持部材4Xは、電気絶縁性を有する樹脂パッケージ等のパッケージに、半導体チップを内蔵した構成である。そのため、本実施形態では、センサ素子2Xは、支持部材4XとしてのASICのパッケージの一表面(支持面41X)上に、実装されることになる。本実施形態では、半導体チップは、後述する処理回路43X(図16A参照)として機能する。
ここで、支持部材4Xは、センサ素子2Xを電気的に接続するための電極81X(図20A参照)、及び配線部材6Xを電気的に接続するための電極82X(図20A参照)を有している。これにより、支持面41Xに搭載されるセンサ素子2Xは、支持部材4X(処理回路43X)と電気的に接続されることになる。さらに、支持部材4X(処理回路43X)は、配線部材6Xを介して基板3X(第1電極34X)と電気的に接続されることになる。ただし、図13〜図16Cにおいては、支持部材4Xの電極の図示は省略する。
支持部材4Xの支持面41Xには、センサ素子2Xが固定されている。本開示でいう「固定」は、種々の手段により、一定の位置にあって動かない状態とされていることを意味する。つまり、センサ素子2Xは、支持部材4Xの支持面41Xに対して動かない状態とされている。支持部材4X(支持面41X)に対するセンサ素子2Xの固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、支持部材4X(支持面41X)とセンサ素子2Xとの固定手段は、シリコーン系の接着剤による接着である。支持部材4Xは、センサ素子2Xよりも一回り大きく形成されており、センサ素子2Xは、支持面41Xの中央部に固定されている。
ここで、支持部材4Xと、センサ素子2Xとの間には、例えば、金(Au)又は銅(Cu)等の金属製のバンプからなる接続部材44X(図15参照)が1つ以上設けられていることが好ましい。本実施形態では一例として、AuSn合金からなる、はんだ(AuSnはんだ)バンプを接続部材44Xとして用いている。これにより、シリコーン系の接着剤が変形しても、1つ以上の接続部材44Xにてセンサ素子2Xを支持することで、支持部材4X(支持面41X)に対するセンサ素子2Xの傾きが抑制される。さらに、支持面41Xには、複数の接続部材44Xが、センサ素子2Xの中心を通る中心軸上、及び中心軸周りに円環状に並んで配置されていることがより好ましい。
連結部材5Xは、図15に示すように、直方体状に形成されている。本実施形態では、連結部材5Xは、Z軸方向の寸法(高さ)が、X軸方向の寸法(幅)及びY軸方向の寸法(奥行)のいずれよりも大きい、つまり縦長の直方体状である。連結部材5Xは、例えば、樹脂製であって、電気絶縁性を有している。本実施形態では一例として、連結部材5Xは、LCP(Liquid Crystal Polymer)樹脂で形成されている。
連結部材5Xは、基板3Xの搭載面31Xに搭載され、基板3Xと支持部材4Xとを連結する部材である。言い換えれば、センサ素子2Xが搭載(実装)された支持部材4Xは、連結部材5Xにより基板3X(搭載面31X)に固定されることになる。そのため、基板3Xと支持部材4Xとの相対的な位置関係は、連結部材5Xにて規定される。本実施形態に係るセンサ装置1Xでは、基板3Xと支持部材4Xとの位置関係は、支持部材4Xの支持面41Xの法線L1X(図13参照)が搭載面31Xに沿うように、規定される。本開示でいう「沿う」とは、2者間が略平行、つまり2者が厳密に平行な場合に加えて、2者間の角度が数度(例えば10度未満)程度の範囲に収まる関係にあることをいう。つまり、支持面41Xの法線L1Xは、基板3Xの搭載面31Xに対して、略平行な状態にある(厳密に平行、又は両者間の角度が数度程度に収まる関係にある)。本実施形態では一例として、支持面41Xの法線L1Xは、基板3Xの搭載面31Xに対して厳密に平行な状態にある。
より詳細には、連結部材5Xは、図15に示すように、第1面51Xと、第2面52Xと、を有している。第1面51Xは、基板3Xの搭載面31Xに固定されている。第2面52Xは、第1面51Xと交差する。支持部材4Xは、第2面52Xに固定されている。つまり、連結部材5Xの第1面51Xは、基板3Xの搭載面31Xに対して動かない状態とされている。同様に、連結部材5Xの第2面52Xは、支持部材4Xの取付面42Xに対して動かない状態とされている。
基板3X(搭載面31X)に対する連結部材5X(第1面51X)の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、基板3Xと連結部材5X(第1面51X)との固定手段は、接着層511X(図13参照)による接着である。同様に、支持部材4X(取付面42X)に対する連結部材5X(第2面52X)の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、支持部材4Xと連結部材5X(第2面52X)との固定手段は、接着層521X(図13参照)による接着である。
本実施形態では、第1面51Xは、連結部材5XにおけるZ軸方向の一面であって、第2面52Xは、連結部材5XにおけるY軸方向の一面である。連結部材5Xは、全体として直方体状であるので、これら第1面51X及び第2面52Xは、互いに略直交し、かつ互いに隣接している。本開示でいう「略直交」とは、2者間が略直交、つまり2者が厳密に直交する(90度で交差する)場合に加えて、2者間の角度が90度から数度(例えば10度未満)程度の範囲に収まる関係にあることをいう。本実施形態では一例として、第1面51Xは第2面52Xに対して厳密に直交する。
そして、上述したような形状の連結部材5Xが、第1面51Xにて基板3X(搭載面31X)に固定され、第2面52Xにて支持部材4X(取付面42X)に固定されることにより、基板3Xと支持部材4Xとを連結する。言い換えれば、支持部材4Xに搭載されているセンサ素子2Xは、支持部材4X及び連結部材5Xを介して、間接的に基板3Xに支持されることになる。ここで、第1面51Xと第2面52Xとは、互いに交差(本実施形態では直交)するので、支持部材4Xの支持面41Xの法線L1Xは搭載面31Xに沿う(本実施形態では平行となる)ように、連結部材5Xにて基板3Xと支持部材4Xとが連結される。
また、連結部材5Xは、支持部材4Xとの対向面(第2面52X)から支持部材4Xに向かって突出するスペーサ53X(図15参照)を更に有している。本実施形態では、連結部材5Xは、複数(一例として4つ)のスペーサ53Xを有している。各スペーサ53Xは、一例として、ドーム状(半球状)に形成されている。これら、複数(4つ)のスペーサ53Xは、第2面52Xのうち、例えば、支持部材4Xにおける取付面42Xの四隅と対向する位置に配置されている。スペーサ53Xが形成されることにより、図16Cに示すように、連結部材5Xの第2面52Xと支持部材4Xの取付面42Xとの間には、一定の間隔が確保される。
各スペーサ53Xの高さ、つまり第2面52Xからの各スペーサ53Xの突出量は、例えば、0.05mm以上0.2mm以下である。本実施形態では、一例として、各スペーサ53Xの高さは0.15mmである。これにより、連結部材5Xの第2面52Xと支持部材4Xの取付面42Xとの間には、0.15mmの間隔(隙間)が確保される。
ここで、図16Bに示すように、Z軸方向(基板3Xの厚み方向)においては、連結部材5Xの方が支持部材4Xよりも大きく形成されている。すなわち、連結部材5Xの第2面52Xは、支持部材4Xの取付面42Xよりも、Z軸方向の寸法が大きい。そして、支持部材4Xは、第2面52Xにおける基板3Xとは反対側の端縁に寄せて配置されている。そのため、支持部材4Xは、基板3Xの搭載面31Xとの間には、隙間が確保されている。つまり、支持部材4Xは、基板3Xに対しては連結部材5Xを介して間接的に固定されるだけであって、基板3Xに対して直接的に接触することはない。
配線部材6Xは、支持部材4Xと基板3Xとを電気的に接続する部材である。すなわち、本実施形態では、ASICからなる支持部材4X(処理回路43X)と、基板3X(第1電極34X)との間の電気的な接続を、配線部材6Xにて実現する。
本実施形態では、配線部材6Xは、搭載面31Xに固定されている。つまり、配線部材6Xは、基板3Xの搭載面31Xに対して動かない状態とされている。基板3X(搭載面31X)に対する配線部材6Xの固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、基板3X(搭載面31X)と配線部材6Xとの固定手段は、接着層623X(図13参照)による接着である。
また、本実施形態では、配線部材6Xは、連結部材5Xに対しても固定されている。ここでは、配線部材6Xは、連結部材5Xの第2面52Xに対して動かない状態とされている。連結部材5X(第2面52X)に対する配線部材6Xの固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、連結部材5X(第2面52X)と配線部材6Xとの固定手段は、接着層521X(図13参照)による接着である。つまり、接着層521Xは、連結部材5Xに対する支持部材4Xの固定と、連結部材5Xに対する配線部材6Xの固定とに兼用されている。具体的には、接着層521Xは、連結部材5Xにおける第2面52Xの略全面に形成されており、第2面52Xのうちの支持部材4Xと基板3X(搭載面31X)との間の隙間となる部位に、配線部材6X(後述する第1保持片621X)が固定されている。
また、配線部材6Xは、複数本のリード端子61Xと、保持部62Xと、を有している。保持部62Xは、複数本のリード端子61Xを保持している。本実施形態では、配線部材6Xは、これら複数本のリード端子61X及び保持部62Xに加えて、複数本のボンディングワイヤ63Xを更に有している。
保持部62Xは、例えば、樹脂製であって、電気絶縁性を有している。本実施形態では一例として、保持部62Xは、LCP樹脂で形成されている。本実施形態では、配線部材6Xは、一例として18本のリード端子61Xを有している。これら複数本(18本)のリード端子61Xは、それぞれ導電性を有する金属(例えば、銅又は銅合金等)にて構成されている。ボンディングワイヤ63Xは、リード端子61Xの両端部を、それぞれ支持部材4X(処理回路43X)及び基板3X(第1電極34X)に対して電気的に接続する。そのため、配線部材6Xは、一例として36本のボンディングワイヤ63Xを有しているボンディングワイヤ63Xは、リード端子61Xに比べて十分に細い、金ワイヤ等からなる。
より詳細には、保持部62Xは、第1保持片621Xと、第2保持片622Xと、を含んでいる。各リード端子61Xは、基板3Xの搭載面31Xに沿って延びる部位と、連結部材5Xの第2面52Xに沿って延びる部位と、を含んでおり、全体として略L字状に形成されている。ここで、第1保持片621X及び第2保持片622Xは互いに別体であって、第1保持片621Xがリード端子61Xの一端部を保持し、第2保持片622Xがリード端子61Xの他端部を保持している。つまり、第1保持片621Xと第2保持片622Xとの間は、複数本のリード端子61Xにて機械的につながっている。ここで、各リード端子61Xは、少なくともボンディングワイヤ63Xに比べて高い剛性を有している。そのため、第1保持片621X及び第2保持片622Xの相対的な位置関係は、複数本のリード端子61Xにて維持される。
そして、配線部材6Xは、第1保持片621Xにて連結部材5X(第2面52X)に固定され、第2保持片622Xにて基板3X(搭載面31X)に固定されている。そして、第1保持片621Xを貫通したリード端子61Xの先端部は、ボンディングワイヤ63Xにて、支持部材4Xの電極82X(図20A参照)に電気的に接続されている。一方、第2保持片622Xを貫通したリード端子61Xの先端部は、ボンディングワイヤ63Xにて、基板3Xの第1電極34Xに電気的に接続されている。
ケース7X(図14参照)は、基板3Xと結合される。ケース7Xは、基板3Xの搭載面31Xとの間に少なくともセンサ素子2Xを収容する。ケース7Xは、一例として金属製である。ケース7Xは、基板3Xの搭載面31X側に固定され、これにより、ケース7Xと基板3Xの搭載面31Xとの間には、センサ素子2X、支持部材4X、連結部材5X及び配線部材6Xが収容される空間が形成される。
ケース7Xは、図14に示すように、ケース本体71Xと、フランジ部72Xと、を有している。ケース本体71Xは、Z軸方向の一面(基板3Xとの対向面)を開口面とする、箱状に形成されている。ケース本体71Xは、各角部が湾曲したアール(R)形状を有している。フランジ部72Xは、ケース本体71Xの開口面の外周縁から、外側に突出した部位である。ケース7Xは、このフランジ部72Xを基板3Xのリブ33Xに結合することにより、基板3Xに対して結合される。基板3Xに対するケース7Xの固定(結合)手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本実施形態では一例として、基板3Xとケース7Xとの固定手段は、接着である。
ここにおいて、本実施形態では、ケース7Xは基板3Xに対して気密結合されることにより、ケース7Xと基板3Xの搭載面31Xとの間には、気密空間が形成される。そのため、センサ素子2X等は、気密空間に収容されることになり、センサ装置1Xでは、センサ素子2Xに対する湿度等の影響を抑制することが可能である。
ところで、本実施形態に係るセンサ装置1Xは、図16A及び図16Bに示すように、処理回路43Xを有している。処理回路43Xは、本実施形態では、支持部材4XとしてのASICに設けられている。処理回路43Xは、センサ素子2Xから出力される電気信号に関する処理を実行する。本実施形態では、処理回路43Xは、支持部材4Xに設けられている。言い換えれば、支持部材4Xは、センサ素子2Xから出力される電気信号に関する処理を実行する処理回路43Xを含んでいる。
本実施形態では、処理回路43Xは、センサ素子2Xから出力されるアナログの電気信号(アナログ信号)を、デジタル信号に変換する。処理回路43Xは、ノイズ除去及び温度補償等の適宜の処理を実行する。さらに、処理回路43Xは、センサ素子2Xに対して、センサ素子2Xを駆動するための駆動信号を与える。
また、処理回路43Xは、例えば、積分処理又は微分処理といった演算処理を実行してもよい。例えば、処理回路43Xが、センサ素子2Xから出力される電気信号について積分処理を実行することで、センサ装置1Xは、Y軸周りの角速度の積分値、つまりY軸周りの角度を求めることが可能である。一方、例えば、処理回路43Xが、センサ素子2Xから出力される電気信号について微分処理を実行することで、センサ装置1Xは、Y軸周りの角速度の微分値、つまりY軸周りの角加速度を求めることが可能である。
(2.2)実装基板への実装態様
次に、本実施形態に係るセンサ装置1Xの実装基板10Xへの実装態様について、図17を参照して説明する。
上述した通り、本実施形態では、センサ装置1Xは、基板3Xにおける搭載面31Xとは反対側の面(実装面32X)をプリント配線板等の実装基板10Xに向けた姿勢で、実装基板10Xにフリップチップ実装される場合を想定する。すなわち、センサ装置1Xは、図17に示すように、基板3Xの実装面32Xを実装基板10Xの一表面101Xに対向させた状態で、実装基板10X上に実装される。
具体的には、センサ装置1Xは、基板3Xの実装面32Xに形成された第2電極35Xを、実装基板10Xの一表面101Xに形成された基板電極102Xに対して、接合部材103Xにて接合することにより、実装基板10Xに実装される。接合部材103Xは、導電性を有する接合部材であって、一例として、金(Au)バンプ、又は、はんだ等である。基板3Xの実装面32Xと実装基板10Xの一表面101Xとは、アンダーフィルにより機械的に結合されていてもよい。
ここで、実装基板10X(基板電極102X)に接続された第2電極35Xは、基板3Xの搭載面31Xに形成された第1電極34Xと、ビア36Xにてつながっている。さらに、第1電極34Xは、ボンディングワイヤ63Xにて配線部材6Xのリード端子61Xの一端部につながっており、リード端子61Xの他端部はボンディングワイヤ63Xにて支持部材4Xの電極82X(図20A参照)につながっている。したがって、実装基板10X(基板電極102X)に接続された第2電極35Xは、ビア36X、第1電極34X、ボンディングワイヤ63X、リード端子61X及びボンディングワイヤ63Xを介して、支持部材4Xに電気的に接続されることになる。支持部材4Xは、本実施形態では処理回路43Xを含むASICであるので、上記構成により、実装基板10Xと処理回路43Xとの間の電気的な接続が実現される。
(2.3)センサ素子の構成
次に、センサ素子2Xの構成について、図18A及び図18Bを参照して説明する。図18A及び図18Bは、センサ素子2Xの動作原理を説明するための概念図である。
本実施形態では一例として、センサ素子2Xは、高周波数(MHz帯域)駆動の容量式バルク超音波ジャイロスコープである。このジャイロスコープ(センサ素子2X)は、ベース板、可動部21X及び複数の電極22Xを含んでいる。
可動部21Xはベース板上に絶縁層を介して支持されている。また、複数の電極22Xは、可動部21Xを囲むように可動部21Xの周囲に配置されている。各電極22Xと可動部21Xとの間には、非常に小さい隙間が形成されている。これら複数の電極22Xは、可動部21X中において少なくとも2つの変性バルク超音波共振モードを励振しかつ検知することができる。
可動部21Xは、共振素子であって、平面視において円形状となる円盤状(ディスク状)に形成されている。ここで、可動部21Xは、単結晶又は多結晶シリコン等の非圧電性物質であって、圧電性材料から製作されていることを必要としない。可動部21Xは、例えば、シリコン炭化物、窒化ガリウム、窒化アルミニウム又は石英等の半導体又は金属材料にて構成されていてもよい。
複数個の電極22Xは、駆動用電極221Xと検知用電極222Xとを含んでいる。そして、可動部21Xは、歳差運動により、図18Aに示す駆動モードと、図18Bに示す検知モードとの間で変形する。つまり、円盤状の可動部21Xは、その中心軸(Y軸に平行な軸)に直交する平面内で、互いに直交する2方向に交互に伸縮する変形を繰り返すように振動する。センサ素子2Xは、可動部21Xの変形量(移動量)を電気信号として出力する。すなわち、可動部21Xの変形量は、可動部21Xと検知用電極222Xとの間の静電容量の変化として現れるため、センサ素子2Xは、この静電容量の変化に応じた電気信号を出力する。
(2.4)接続部材の配置
次に、支持部材4Xとセンサ素子2Xとを接続する接続部材44Xの配置について、図19を参照して説明する。図19は、支持部材4Xを支持面41X側から見た概略図であって、図19では、センサ素子2Xを一部破断して図示している。また、図19では、接続部材44Xの配置を概念的に示しており、一例として、支持面41Xに9個の接続部材44Xが配置されているが、接続部材44Xの数を9個に限定する趣旨ではない。例えば、図15等に示すように、支持面41Xに17個の接続部材44Xが配置されていてもよい。
本実施形態においては、支持部材4Xとセンサ素子2Xとの間には、接続部材44Xとして、AuSnはんだバンプが複数設けられている。そして、これら複数(図19では9個)の接続部材44X(AuSnはんだバンプ)は、少なくともセンサ素子2Xの中心点P1Xに対して、点対称に配置されている。つまり、支持部材4Xとセンサ素子2Xとを接続する複数の接続部材44Xは、支持面41X内において、センサ素子2Xの中心点P1Xを対称点(対称中心)として、点対称に配置されている。
具体的には、支持部材4Xを支持面41X側から見てセンサ素子2Xの中心点P1X上に1個の接続部材44Xが配置され、かつ中心点P1Xを中心とする円環上に複数(図19では8個)の接続部材44Xが配置されている。中心点P1Xの周囲に配置された複数の接続部材44Xは、中心点P1Xを中心とする円環状に並んで配置されている。これにより、円環状に並ぶ複数の接続部材44Xは、中心点P1X上に位置する1個の接続部材44Xを囲むように配置される。さらに、円環状に並ぶ複数の接続部材44Xは、中心点P1Xの周方向において等間隔に配置されている。
ここで、支持部材4Xを支持面41X側から見て、複数(図19では9個)の接続部材44Xの各々は円形状に形成されている。特に、中心点P1X上に位置する1個の接続部材44Xについては、支持部材4Xを支持面41X側から見て、その形状も中心点P1Xに対して点対称となるように、中心点P1Xを中心とする円形状に形成されている。
ところで、センサ素子2Xの中心点P1Xは、センサ素子2Xにおける支持面41Xとの対向面、つまり支持部材4Xとの接合面における中心(又は重心)に位置する点である。センサ素子2Xは、この中心点P1Xを通る支持面41Xの法線L1X(Y軸)周りの角速度に応じた電気信号を出力する。つまり、センサ素子2Xの中心点P1Xを通る支持面41Xの法線L1X(Y軸)が、センサ素子2Xの検知軸となる。
上述したように、センサ装置1Xは、支持部材4Xとセンサ素子2Xとを接続する複数の接続部材44Xを更に備えている。複数の接続部材44Xは、センサ素子2Xの中心点P1Xに対して点対称に配置されている。そのため、これら複数の接続部材44Xを介して支持部材4Xからセンサ素子2Xに伝わる応力の分布は、中心点P1Xに対して点対称となる。よって、例えば、実装基板10Xと基板3X(又は支持部材4X若しくは連結部材5X)との熱膨張係数の違い等により、実装基板10Xから基板3X及び連結部材5Xを介して支持部材4Xに応力が作用しても、センサ素子2Xの検知結果に対する応力の影響が生じにくい。すなわち、支持部材4Xからセンサ素子2Xに応力が作用する場合でも、この応力の分布が中心点P1Xに対して点対称となることで、センサ素子2Xには中心点P1Xに対して応力の偏りが生じにくく、センサ素子2Xの検知結果に影響しにくくなる。
また、複数の接続部材44Xは、少なくともセンサ素子2Xの中心点P1Xに対して、点対称に配置されていればよく、例えば、中心点P1Xを中心とする2重以上の円環状(同心円状)に複数の接続部材44Xが配置されていてもよい。さらに、中心点P1X上に接続部材44Xが位置することは必須ではなく、中心点P1X上の接続部材44Xは省略されてもよい。
(2.5)電極構造
次に、支持部材4Xに設けられている電極81X,82Xの構造について、図20A及び図20Bを参照して説明する。図20Aは、第1の態様に係る電極81X,82Xの構造を示し、図20Bは、第2の態様に係る電極81X,82Xの構造を示す、要部の概略断面図である。図20A及び図20Bは、電極81X,82Xの概略構造を概念的に示しているに過ぎず、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、実際の寸法比を規定する趣旨ではない。
本実施形態においては、支持部材4Xは、支持部材4Xにセンサ素子2Xを電気的に接続するための電極81X(「センサ用電極」ともいう)と、配線部材6Xを介して支持部材4Xに基板3Xを電気的に接続するための電極82X(「基板用電極」ともいう)と、を有している。これらの電極81X,82Xは、いずれも支持部材4Xの支持面41Xに配置されている。特に、本実施形態では支持部材4Xは処理回路43Xを含むASICであるので、処理回路43Xにセンサ素子2X及び基板3Xを電気的に接続するために、電極81X及び電極82Xが支持部材4Xに設けられている。
センサ用電極81Xは、接続部材44Xによってセンサ素子2Xに接続される。基板用電極82Xは、ボンディングワイヤ63Xにてリード端子61Xの一端部に接続される。つまり、センサ用電極81Xには接続部材44XとしてのAuSnはんだバンプが接続され、基板用電極82Xにはボンディングワイヤ63Xが接続される。センサ用電極81Xは複数の接続部材44Xに一対一に対応するように複数設けられており、基板用電極82Xは複数本のボンディングワイヤ63Xに一対一に対応するように複数設けられている(図19参照)。つまり、支持部材4Xの電極81X,82Xは複数ずつ設けられている。
ところで、この種の電極81X,82X、特にセンサ用電極81Xにおいては、アルミニウム(Al)等の下地電極上に、Niめっき層及びAuめっき層がこの順で積層された構成の電極が採用されることがある。これにより、センサ用電極81Xについては、下地電極811X上にAuSnはんだバンプを形成するためのUBM(Under Bump Metal)が構成されることになる。
ここで、支持部材4Xとセンサ素子2Xとを接続する工程には、接続部材44XとしてのAuSnはんだバンプを溶融させるために、接続部材44Xを加熱する加熱工程が含まれる。この加熱工程においては、AuSnはんだバンプを溶融させるべく、電極81X,82Xについても高温(一例として、350℃程度)に加熱される。このとき、基板用電極82XのNiめっき層のニッケル(Ni)が、Auめっき層の表面上に析出し、かつ酸化する可能性がある。Auめっき層の表面上で酸化したニッケルは、ボンディングワイヤ63Xの接続を阻害して、ボンディングワイヤ63Xと基板用電極82Xとの接合強度を低下させる可能性がある。より詳細には、ボールボンディングによりボンディングワイヤ63Xを電極82Xに接続する場合には、ボンディングワイヤ63Xの先端に形成されたボール(Auボール)と電極82Xとの接合強度が低下する。ウェッジボンディングによりボンディングワイヤ63Xを電極82Xに接続する場合には、ボンディングワイヤ63Xと電極82Xとの接合強度が低下する。
本実施形態に係るセンサ装置1Xでは、このようなボンディングワイヤ63Xと支持部材4X(基板用電極82X)との接合強度の低下が生じにくいように、電極81X,82Xについて図20A及び図20Bに示すような構成を採用する。
第1の態様として、図20Aに示すように、基板用電極82Xは、下地電極821Xのみを有している。つまり、配線部材6Xを介して支持部材4Xに基板3Xを電気的に接続するための基板用電極82Xについては、めっき層が無く、下地電極821Xのみで構成されている。一方で、センサ用電極81Xは、下地電極811X、Niめっき層812X及びAuめっき層813Xを有している。本実施形態では一例として、下地電極821X及び下地電極811Xは、いずれもアルミニウム(Al)である。センサ用電極81Xにおいて、Niめっき層812X、Auめっき層813Xは、この順で下地電極811X上に積層されている。つまり、下地電極811X上にNiめっき層812Xが形成され、Niめっき層812X上にAuめっき層813Xが形成されている。
すなわち、図20Aに示す第1の態様では、支持部材4Xは、センサ素子2Xを電気的に接続するためのセンサ用電極81Xと、基板3Xを電気的に接続するための基板用電極82Xと、を有している。センサ用電極81Xは、下地電極811Xと、めっき層(Niめっき層812X及びAuめっき層813X)とを含んでいる。基板用電極82Xは、下地電極821Xのみからなる。このように、支持部材4Xの電極81X,82Xのうち、一方の電極81Xにのみ、下地電極811X上にめっき層(Niめっき層812X及びAuめっき層813X)が形成され、他方の電極82Xについては、下地電極811X上にめっき層が無い。これにより、上述した加熱工程において、電極81X,82Xが加熱されたとしても、めっき層の無い電極82X(基板用電極)については、Niめっき層のニッケル(Ni)が表面上に析出しない。そのため、第1の態様によれば、ボンディングワイヤ63Xと基板用電極82Xとの接合強度の低下が生じにくい。さらに、センサ用電極81Xについては、下地電極811X上にめっき層(Niめっき層812X及びAuめっき層813X)が形成されることで、AuSnはんだバンプ(接続部材44X)を形成するためのUBMが構成される。
第2の態様としては、図20Bに示すように、センサ用電極81Xと基板用電極82Xとのいずれも、バリア層810X,820Xを有している。
第2の態様において、センサ用電極81Xは、下地電極811X、Niめっき層812X及びAuめっき層813Xに加えて、バリア層810Xを有している。バリア層810Xは、Niめっき層812XとAuめっき層813Xとの間に配置されている。センサ用電極81Xにおいて、Niめっき層812X、バリア層810X、Auめっき層813Xは、この順で下地電極811X上に積層されている。つまり、アルミニウム(Al)からなる下地電極811X上に、Niめっき層812Xが形成され、Niめっき層812X上には、バリア層810Xを介してAuめっき層813Xが形成されている。バリア層810Xは、Niめっき層812XとAuめっき層813Xとの間に配置されることにより、Niめっき層812XからAuめっき層813Xへのニッケル(Ni)の拡散を抑制する。本実施形態では、バリア層810Xは、一例として、パラジウム(Pd)又はパラジウム合金である。
第2の態様では、基板用電極82Xについても、センサ用電極81Xと同様の構成を採用している。つまり、基板用電極82Xは、下地電極821X、Niめっき層822X及びAuめっき層823Xに加えて、バリア層820Xを有している。バリア層820Xは、Niめっき層822XとAuめっき層823Xとの間に配置されている。基板用電極82Xにおいて、Niめっき層822X、バリア層820X、Auめっき層823Xは、この順で下地電極821X上に積層されている。つまり、アルミニウム(Al)からなる下地電極821X上に、Niめっき層822Xが形成され、Niめっき層822X上には、バリア層820Xを介してAuめっき層823Xが形成されている。バリア層820Xは、Niめっき層822XとAuめっき層823Xとの間に配置されることにより、Niめっき層822XからAuめっき層823Xへのニッケル(Ni)の拡散を抑制する。本実施形態では、バリア層820Xは、一例として、パラジウム(Pd)又はパラジウム合金である。
ここにおいて、Niめっき層812Xの厚みは、例えば、1μm以上10μm以下である。Niめっき層812Xの厚みは3μm以上であることがより好ましい。Niめっき層812Xの厚みは8μm以下であることがより好ましい。本実施形態では、一例として、Niめっき層812Xの厚みは5μmである。バリア層810Xの厚みは、例えば、0.01μm以上1.0μm以下である。バリア層810Xの厚みは0.05μm以上であることがより好ましい。バリア層810Xの厚みは0.5μm以下であることがより好ましい。本実施形態では、一例として、バリア層810Xの厚みは0.2μmである。Auめっき層813Xの厚みは、例えば、0.01μm以上1.0μm以下である。Auめっき層813Xの厚みは0.05μm以上であることがより好ましい。Auめっき層813Xの厚みは0.5μm以下であることがより好ましい。本実施形態では、一例として、Auめっき層813Xの厚みは0.15μmである。基板用電極82XのNiめっき層822X、バリア層820X、Auめっき層823Xの厚みについても、それぞれセンサ用電極81XのNiめっき層812X、バリア層810X、Auめっき層813Xと同様の厚みを採用可能である。
すなわち、図20Bに示す第2の態様では、支持部材4Xは、センサ素子2Xを電気的に接続するためのセンサ用電極81Xと、基板3Xを電気的に接続するための基板用電極82Xと、を有している。センサ用電極81X及び基板用電極82Xの各々は、下地電極811X,821Xと、Niめっき層812X,822X、Auめっき層813X,823X及びバリア層810X,820Xを含んでいる。下地電極811X,821X上に、Niめっき層812X,822X、バリア層810X,820X及びAuめっき層813X,823Xがこの順に積層されている。このように、支持部材4Xの電極81X(又は82)は、Niめっき層812X(又は822X)とAuめっき層813X(又は823X)との間に、バリア層810X(又は820X)を有している。そのため、Niめっき層812X(又は822X)からAuめっき層813X(又は823X)へのニッケル(Ni)の拡散が、バリア層810X(又は820X)にて抑制される。よって、上述した加熱工程において、電極81X,82Xが加熱されたとしても、ニッケル(Ni)の拡散がバリア層810X(又は820X)にて抑制され、Auめっき層813X(又は823X)の表面上へのニッケル(Ni)の析出が生じにくい。そのため、第2の態様によれば、ボンディングワイヤ63Xと基板用電極82Xとの接合強度の低下が生じにくい。さらに、センサ用電極81Xについても、下地電極811X上にめっき層(Niめっき層812X及びAuめっき層813X)が形成されることで、AuSnはんだバンプ(接続部材44X)を形成するためのUBMが構成される。
(3)変形例
実施形態3は、本開示の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態3で参照する図面は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。実施形態3は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
(3.1)第1変形例
実施形態3の第1変形例に係るセンサ装置1Xは、図21に示すように、実装基板10Xへの実装態様が実施形態3に係るセンサ装置1Xと相違する。すなわち、実施形態3に係るセンサ装置1Xは、金(Au)バンプ、又は、はんだ等からなる接合部材103X(図17参照)にて実装基板10Xに接合されるのに対し、本変形例に係るセンサ装置1Xは、端子部材110Xにて実装基板10Xに接合される。
本変形例において、センサ装置1Xは、図21に示すように、基板3Xの実装面32Xを実装基板10Xの一表面101Xに対向させた状態で、実装基板10X上に実装される。端子部材110Xはばね性(弾性)を有する部材であって、端子部材110Xの一部が基板3Xに固定されている。ここでは一例として、端子部材110Xは、導電性を有する金属(例えば、銅又は銅合金等)にて構成されたリード端子である。センサ装置1Xは、基板3Xの実装面32Xの外周縁に沿って複数の端子部材110Xを有している。つまり、複数の端子部材110Xは、実装面32Xの外周縁に沿って並んで配置されている。
各端子部材110Xは、図21に示すように、第1端子片111X、第2端子片112X、第3端子片113X及び第4端子片114Xを有し、全体として略C字状に形成されている。第1端子片111Xと第3端子片113Xとは、互いに平行な位置関係にある。第2端子片112Xは、第1端子片111Xの一端と第3端子片113Xの一端とを連結する。第4端子片114Xは、第3端子片113Xにおける第2端子片112Xとは反対側の端部から、第1端子片111Xに向けて突出している。このような形状の端子部材110Xにおいて、第1端子片111Xが、はんだ等により基板3Xの実装面32Xに接続される。また、第3端子片113Xは、はんだ等により実装基板10Xの一表面に接続される。このようにして、端子部材110Xは、その一部が基板3Xに固定され、他の一部が実装基板10Xに固定される。
以上説明した構成によれば、少なくとも第2端子片112Xの一部(中央部付近)は、基板3Xと実装基板10Xとのいずれに対しても、直接的には固定されない状態となる。そのため、端子部材110Xは、少なくとも第2端子片112Xのばね性(弾性)により、第2端子片112Xがたわむことで、実装基板10Xと基板3Xとの間で伝達される応力を低減できる。よって、例えば、実装基板10Xと基板3Xとの熱膨張係数の違い等により、実装基板10Xから端子部材110Xに応力が作用しても、この応力は端子部材110Xにて低減され、基板3Xには伝わりにくく、センサ素子2Xの検知結果に対する応力の影響が生じにくい。さらに、「(2.4)接続部材の配置」の欄で説明したような複数の接続部材44Xの配置によって、支持部材4Xからセンサ素子2Xに作用する応力についても、センサ素子2Xの検知結果に影響しにくい。そのため、本変形例に係る構成によれば、このような接続部材44Xの配置と、端子部材110Xとの相乗効果により、センサ素子2Xの検知結果に対する応力の影響がより生じにくい。
また、本変形例においても、基板3Xの実装面32Xと実装基板10Xの一表面101Xとは、アンダーフィルにより機械的に結合されていてもよい。
(3.2)その他の変形例
以下、第1変形例以外の変形例を列挙する。
実施形態3では、センサ素子2XはY軸周りの角速度を検知しているが、この構成に限らず、センサ素子2Xは、例えば、X軸又はZ軸周りの角速度を検知してもよい。さらに、センサ素子2Xは、1軸についての角速度に限らず、2軸以上の角速度を検知する構成であってもよい。例えば、センサ素子2Xは、X軸、Y軸及びZ軸の3軸について、各軸周りの角速度を検知する3軸角速度センサであってもよい。
また、センサ素子2Xは、角速度以外の物理量を検知する構成であってもよい。例えば、センサ素子2Xは、加速度、角加速度、速度、圧力、重量、長さ(距離)及び温度等の物理量を検知する構成であってもよい。さらに、センサ素子2Xは、1つの物理量に限らず、複数の物理量を検知する構成であってもよい。例えば、センサ素子2Xは、角速度と加速度とを検知してもよい。
また、センサ素子2Xは、MEMS技術を用いた素子に限らず、他の素子であってもよい。
また、連結部材5Xに設けられるスペーサ53Xの数は、4つに限らず、例えば、1つ、2つ、3つ、又は5つ以上であってもよい。また、各スペーサ53Xの形状についても、ドーム状に限らず、例えば、円柱状、多角柱状、円錐状、多角錐状又は球状等の適宜の形状を採用し得る。
また、実施形態3では、センサ装置1Xが実装基板10Xにフリップチップ実装される場合を想定したが、センサ装置1Xの実装方法は、フリップチップ実装に限らない。一例として、センサ装置1Xは、ワイヤボンディング等のフリップチップ実装以外の表面実装、又は、基板3Xにリード端子を設けて実装基板10Xに対して挿入実装される構成であってもよい。
また、基板3Xの形状及び材質は、実施形態3で示した例に限らない。例えば、基板3Xは、平面視において長方形状又は円形状等であってもよい。さらに、基板3Xは、セラミック製に限らず、例えば、樹脂製又はシリコン製等であってもよい。
また、支持部材4Xが処理回路43Xを含むASICであることは、センサ装置1Xに必須の構成ではなく、支持部材4Xについても適宜の構成を採用可能である。つまり、支持部材4Xは、電子部品でなくてもよく、単なる板材等の構造体であってもよい。さらに、支持部材4Xの形状及び材質は、実施形態3で示した例に限らない。例えば、支持部材4Xは、平面視において長方形状又は円形状等であってもよい。さらに、支持部材4Xは、例えば、樹脂製、シリコン製又はセラミック製等の部材であってもよい。
また、連結部材5Xの形状及び材質は、実施形態3で示した例に限らない。例えば、連結部材5Xは、立方体状又は多角柱(三角柱、六角柱等)状等であってもよい。また、連結部材5Xは、例えば、側面視がL字状のステー等であってもよい。さらに、連結部材5Xは、LCP樹脂製に限らず、例えば、シリコン製、金属製又はセラミック製等であってもよい。
また、配線部材6Xは、実施形態3で示した例に限らず、例えば、リード線、フレキシブル基板、ハーネス又はコネクタ等で実現されてもよい。さらに、配線部材6Xは、連結部材5Xの表面に形成される導電路、又は連結部材5Xに埋設される導電路等を含んでいてもよい。
(実施形態4)
本実施形態に係るセンサ装置1AXは、図22に示すように、連結部材5AXが中空構造である点で、実施形態3に係るセンサ装置1Xと相違する。以下、実施形態3と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
本実施形態では、連結部材5AXは、中空構造の直方体状に形成されている。この連結部材5AXは、中空部54Xを有している。中空部54Xは、Y軸方向における支持部材4Xとは反対側の面、つまり第2面52Xの裏面側に開口する凹部(窪み)である。すなわち、連結部材5AXは、凹部からなる中空部54Xが形成されることにより、中空構造を具現化している。この構成では、センサ素子2Xが搭載された支持部材4Xは、連結部材5AXにおける中空部54X(凹部)の底壁に固定されることになる。
本実施形態に係るセンサ装置1AXによれば、中実構造の連結部材5Xに比べて、連結部材5AXに対して作用する衝撃の緩和を図ることができる。これにより、センサ装置1AXとしての耐衝撃性の向上を図ることができる。
図22に例示する連結部材5AXの形状は一例に過ぎず、連結部材5AXは、例えば、開口を有さない中空形状であってもよい。
実施形態4で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態3で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。
(参考例1)
本参考例に係るセンサ装置1BXは、図23に示すように、基板3Xと支持部材4Xとの相対的な位置関係が、実施形態3に係るセンサ装置1Xと相違する。以下、実施形態3と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
本参考例では、図23に示すように、支持面41Xが搭載面31Xに沿った位置関係となるように、基板3Xと支持部材4Xとが結合されている。特に、図23の例では、支持面41Xと搭載面31Xとは、互いに略平行な状態にある。また、本参考例では、センサ素子2Xが搭載された支持部材4Xは、連結部材5BXを介して、基板3Xの搭載面31X上に支持されている。ここで、センサ素子2Xは、Z軸を検知軸とし、Z軸周りの角速度を検知対象とする。Z軸は、支持面41X(搭載面31X)の法線に沿った軸であるので、結果的に、センサ装置1BXは、支持面41X(搭載面31X)の法線周りでセンサ装置1BXが回転することに伴いセンサ装置1BXに作用する角速度を、検知対象として検知することになる。
また、本参考例では、支持部材4Xと基板3Xとの間はボンディングワイヤ63Xにて直接的に接続されている。そのため、本参考例に係るセンサ装置1BXでは、複数本のリード端子61X(図13参照)及び保持部62X(図13参照)は省略されている。
このように、本参考例に係るセンサ装置1BXは、センサ素子2Xと、基板3Xと、支持部材4Xと、連結部材5BXと、を備えている。基板3Xは、搭載面31Xを有している。支持部材4Xは、支持面41Xを有している。支持面41Xにはセンサ素子2Xが搭載される。連結部材5BXは、搭載面31Xに搭載されている。センサ素子2Xが搭載された支持部材4Xは、連結部材5BXを介して、基板3Xの搭載面31X上に支持されている。
より詳細には、連結部材5BXは、Z軸方向の寸法(高さH1X)が、X軸方向の寸法(幅)及びY軸方向の寸法(奥行)のいずれよりも小さい、つまり低背の直方体状である。連結部材5BXは、図23に示すように、Z軸方向(連結部材5BXの高さ方向)の両側に、裏面55Xと、表面56Xと、を有している。裏面55Xは、基板3Xの搭載面31Xに固定されている。支持部材4Xは、表面56Xに固定されている。つまり、連結部材5BXの裏面55Xは、基板3Xの搭載面31Xに対して動かない状態とされている。同様に、連結部材5BXの表面56Xは、支持部材4Xの取付面42Xに対して動かない状態とされている。
そして、上述したような形状の連結部材5BXが、裏面55Xにて基板3X(搭載面31X)に固定され、表面56Xにて支持部材4X(取付面42X)に固定されることにより、基板3Xと支持部材4Xとを連結する。言い換えれば、支持部材4Xに搭載されているセンサ素子2Xは、支持部材4X及び連結部材5BXを介して、間接的に基板3Xに支持されることになる。ここで、裏面55Xと表面56Xとは、互いに略平行であるので、支持部材4Xの支持面41Xは搭載面31Xに沿うように、連結部材5BXにて基板3Xと支持部材4Xとが連結される。言い換えれば、基板3Xの搭載面31Xには、搭載面31Xの法線に沿った一方向(Z軸方向)に、連結部材5BX、支持部材4X及びセンサ素子2Xが、この順で積層されている。
基板3X(搭載面31X)に対する連結部材5BX(裏面55X)の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本参考例では一例として、基板3Xと連結部材5BX(裏面55X)との固定手段は、接着層511Xによる接着である。同様に、支持部材4X(取付面42X)に対する連結部材5BX(表面56X)の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本参考例では一例として、支持部材4Xと連結部材5BX(表面56X)との固定手段は、接着層521Xによる接着である。
さらに、本参考例では、基板3Xと連結部材5BXとの間には、スペーサ57Xが設けられている。センサ装置1BXは、複数(一例として4つ)のスペーサ57Xを有している。各スペーサ57Xは、一例として、ドーム状(半球状)に形成されている。これら、複数(4つ)のスペーサ57Xは、基板3Xの搭載面31Xのうち、例えば、連結部材5BXにおける裏面55Xの四隅と対向する位置に配置されている。スペーサ57Xが形成されることにより、図23に示すように、基板3Xの搭載面31Xと連結部材5BXの裏面55Xとの間には、一定の間隔が確保される。
以上説明した参考例1に係るセンサ装置1BXによれば、センサ素子2Xが搭載された支持部材4Xは、連結部材5BXを介して、基板3Xの搭載面31X上に支持されるので、連結部材5BXが無い構成に比較して、基板3Xからセンサ素子2Xに応力が伝達されにくくなる。すなわち、支持部材4Xが基板3Xに直接的に固定される構成に比較すると、センサ装置1BXでは、支持部材4Xと基板3Xとの間に連結部材5BXが介在する分、基板3Xから支持部材4Xに応力が伝達されにくく、結果的に、センサ素子2Xに応力が伝達されにくくなる。そのため、例えば、実装基板10Xと基板3Xとの熱膨張係数の違い等により、実装基板10Xから基板3Xに応力が作用しても、センサ素子2Xの検知結果に対する応力の影響が生じにくい。また、例えば、基板3Xと支持部材4Xとの熱膨張係数の違い等により、基板3Xから支持部材4Xに応力が作用し得る場合でも、この応力が連結部材5BXで低減されるため、センサ素子2Xの検知結果に対する応力の影響が生じにくい。
さらに、実施形態3の「(2.4)接続部材の配置」の欄で説明したような複数の接続部材44Xの配置によって、支持部材4Xからセンサ素子2Xに作用する応力についても、センサ素子2Xの検知結果に影響しにくい。そのため、本参考例に係る構成によれば、このような接続部材44Xの配置と、連結部材5BXとの相乗効果により、センサ素子2Xの検知結果に対する応力の影響がより生じにくい。同様に、実施形態3の「(3.1)第1変形例」の欄で説明したような端子部材110Xのばね性(弾性)によって、実装基板10Xから基板3Xに作用する応力についても、センサ素子2Xの検知結果に影響しにくい。そのため、本参考例に係る構成によれば、このような端子部材110Xのばね性(弾性)と、連結部材5BXとの相乗効果により、センサ素子2Xの検知結果に対する応力の影響がより生じにくい。
さらには、センサ装置1BXによれば、センサ素子2Xが搭載された支持部材4Xは、連結部材5BXを介して、基板3Xの搭載面31X上に支持されるので、連結部材5BXが無い構成に比較して、センサ素子2Xの検知結果に対する振動の影響についても生じにくくなる。つまり、例えば、実装基板10Xから基板3Xに振動(衝撃を含む)が伝わることがあっても、この振動は、連結部材5BXにて低減され、支持部材4Xに搭載されたセンサ素子2Xには伝わりにくくなる。結果的に、センサ装置1BXに振動が加わったとしても、センサ素子2Xの検知結果に対する振動の影響が生じにくくなる。
ここにおいて、基板3Xからセンサ素子2Xに応力及び振動がどの程度、伝達されにくくなるかは、例えば、連結部材5BXの大きさ、材質及び形状等により変わる。この点に鑑みて、連結部材5BXの高さH1X(Z軸方向の寸法)は、例えば、0.1mm以上1.5mm以下であることが好ましい。連結部材5BXの高さH1Xは0.5mm以上であることがより好ましい。連結部材5BXの高さH1Xは1.0mm以下であることがより好ましい。本参考例では、一例として、連結部材5BXの高さH1Xは0.725mmである。また、連結部材5BXの熱膨張係数は、基板3Xの熱膨張係数と、支持部材4Xの熱膨張係数と、の間であることが好ましい。具体的には、連結部材5BXの熱膨張係数は、例えば、2ppm/℃以上、8ppm/℃以下であることが好ましい。連結部材5BXの熱膨張係数は、2.5ppm/℃以上であることがより好ましい。連結部材5BXの熱膨張係数は、7.5ppm/℃以下であることがより好ましい。本参考例では、一例として、連結部材5BXの熱膨張係数は、3ppm/℃である。
ところで、本参考例に係るセンサ装置1BXに限らず、実施形態3,4に係るセンサ装置1X,1AXであっても、連結部材5X,5AXにより、センサ素子2Xの検知結果に対する応力及び振動の影響が生じにくくなる効果は奏し得る。つまり、本参考例では、基板3Xの搭載面31Xに、搭載面31Xの法線に沿ったZ軸方向において、連結部材5BX、支持部材4X及びセンサ素子2Xが、この順で積層されているが、この構成に限らない。連結部材5X,5AXの第2面52Xに支持部材4Xが固定された構成であっても、センサ素子2Xが搭載された支持部材4Xが、連結部材5X,5AXを介して、基板3Xの搭載面31X上に支持されることで、基板3Xからセンサ素子2Xに応力及び振動が伝達されにくくなる。
また、図23では、センサ装置1BXが端子部材110Xにて実装基板10Xに接合される例を示したが、この例に限らず、センサ装置1BXは、例えば、はんだ等からなる接合部材103X(図17参照)にて実装基板10Xに接合されてもよい。
参考例1で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態3又は実施形態4で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。例えば、実施形態3の「(2.4)接続部材の配置」、「(2.5)電極構造」及び「(3.1)第1変形例」の欄で説明した各構成については、参考例1で説明した構成と、適宜組み合わせて採用可能である。
(参考例2)
本参考例に係るセンサ装置1CXは、図24に示すように、支持部材4Xが基板3Xに直接的に固定される点で、参考例1に係るセンサ装置1BXと相違する。以下、参考例1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
本参考例では、連結部材5BX(図23参照)が省略され、図24に示すように、支持部材4Xが基板3Xに直接的に結合されている。つまり、センサ素子2Xが搭載された支持部材4Xは、基板3Xの搭載面31X上に直接的に支持されている。言い換えれば、基板3Xの搭載面31Xには、搭載面31Xの法線に沿った一方向(Z軸方向)に、支持部材4X及びセンサ素子2Xが、この順で積層されている。
基板3X(搭載面31X)に対する支持部材4X(取付面42X)の固定手段としては、例えば、接着、粘着、ろう付け、溶着又は圧着等の適宜の手段を採用可能である。本参考例では一例として、基板3Xと支持部材4Xとの固定手段は、接着層511Xによる接着である。
本参考例に係るセンサ装置1CXによれば、連結部材が無い分、センサ装置1CXの小型化を図ることができる。特に、図24に示すように、基板3Xの搭載面31Xの法線に沿った一方向(Z軸方向)において、センサ装置1CXの寸法を小さく抑えることが可能である。
また、図24では、センサ装置1CXが端子部材110Xにて実装基板10Xに接合される例を示したが、この例に限らず、センサ装置1CXは、例えば、はんだ等からなる接合部材103X(図17参照)にて実装基板10Xに接合されてもよい。
参考例2で説明した構成(変形例を含む)は、実施形態3又は実施形態4で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。例えば、実施形態3の「(2.4)接続部材の配置」、「(2.5)電極構造」及び「(3.1)第1変形例」の欄で説明した各構成については、参考例2で説明した構成と、適宜組み合わせて採用可能である。
(実施形態5)
図25A及び図25Bは本実施形態のセンサ装置10Yを示している。このセンサ装置10Yは、一例としてMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いた角速度センサである。センサ装置10Yはベース基板11Yと中間基板12Yと接着部13Y(図26B参照)と支持部14Y(図26B参照)とセンサ素子15Yとを備えている。センサ装置10Yはベース基板11Yが回路基板等の搭載基板200Yの表面に搭載されており、複数の端子201Yでベース基板11Yと搭載基板200Yとが電気的に接続されている。ベース基板11Y、中間基板12Y及びセンサ素子15Yは、搭載基板200Yに対して、ベース基板11Y、中間基板12Y、センサ素子15Yの順で積層されている。
ベース基板11Yは平板状に形成されたセラミック製の回路基板であり、中間基板12YはASIC(application specific integrated circuit、特定用途向け集積回路)である。つまり、本実施形態では、ベース基板11Yに実装された中間基板12Y(ASIC)のパッケージ上に、センサ素子15Yが実装されている。
ベース基板11Yの表面にはキャップ300Yが設けられている。キャップ300Yは接着剤等の枠状のジョイント部301Yでベース基板11Yの表面に接合されている。キャップ300Yの内側には中間基板12Yと接着部13Y及び支持部14Yが収容されている。
図25Bは、キャップ300Yをジョイント部301Yから外した状態を示す。センサ素子15Yが中間基板12Yに搭載されている。すなわち、センサ素子15Yは中間基板12Yの表面に接合されている。センサ素子15Yは、センサ素子15Yと中間基板12Yとの搭載方向に沿った中心PYと、中間基板12Yとベース基板11Yとの接合方向に沿った中間基板12Yの中心PYとが、平面視において、一致するように、中間基板12Yに搭載されている。すなわち、センサ素子15Yは中間基板12Yの表面の中央部に位置している。
中間基板12Yはベース基板11Yの表面に搭載されている。中間基板12Yはベース基板11Yと接着部13Yにより接合されている。すなわち、接着部13Yは中間基板12Yとベース基板11Yとの間に位置し、中間基板12Yとベース基板11Yとを接着している。図26A及び図26Bのように、接着部13Yは中間基板12Yとベース基板11Yの間で円盤状に形成されている。接着部13Yの上記接合方向に沿った中心PYは、上記接合方向に沿った中間基板12Yの中心PYと、平面視において、一致している。すなわち、中間基板12Yはベース基板11Yの表面の中央部に位置している。接着部13Yはシリコーン系接着剤の硬化物である。
中間基板12Yとベース基板11Yとの間において、接着部13Yの周囲には少なくとも1つの支持部14Yが設けられている。すなわち、1又は複数の支持部14Yが接着部13Yの周囲において中間基板12Yとベース基板11Yとの間に設けられている。図26Aでは、中間基板12Yの四隅の近傍に支持部14Ya、14Yb、14Yc、14Ydが設けられている。したがって、中間基板12Yが中心PYを通る軸QYに対して傾いたときに、中間基板12Yの四隅の近傍に支持部14Ya、14Yb、14Yc、14Ydがそれぞれ当たって支持される。
各支持部14Yは金属製である。すなわち、各支持部14Yは金(Au)又は銅(Cu)などの金属製のバンプである。各支持部14Yは円柱状である。各支持部14Yの硬度は接着部13Yの硬度よりも大きい。すなわち、各支持部14Yは接着部13Yよりも硬くて変形しにくい。このため、接着部13Yが歪んで変形しても支持部14Yは変形せずに中間基板12Yを支持することができる。各支持部14Yの体積変化率は、接着部13Yの体積変化率より小さい。すわなち、各支持部14Yは接着部13Yと比較して、温度及び湿度による伸縮の割合が小さい。各支持部14Yは、中間基板12Yに常に当たっておらず、例えば、中間基板12Yが傾くと、いずれかの支持部14Yに当って、この当たった支持部14Yで中間基板12Yが支持される。したがって、中間基板12Yは更に傾くことが無くなる。
支持部14Yの先端は中間基板12Yの表面には接着されていない。この場合、支持部14Y又は接着部13Yに温度変化又は湿度変化による膨張又は収縮が生じても、この膨張又は収縮に中間基板12Yが追従しにくくなり、中間基板12Yに反り及び歪が生じにくい。したがって、センサ素子15Yの温度特性又は湿度特性が低下しにくくなる、という利点がある。
各支持部14Yは、接着部13Yの一部を通り、中間基板12Yとベース基板11Yとの接合方向に沿った軸回りで点対称である。すなわち、図26Bのように、上記中心PYを通り、中間基板12Yとベース基板11Yとの接合方向に沿った軸QYを想定し、この軸QYを中心として各支持部14Yを180°回転させることを想定した場合、支持部14Yaと支持部14Ycとが重なる位置関係であり、支持部14Ybと支持部14Ydとが重なる位置関係となっている。
また支持部14Yは、接着部13Yの一部を通り、中間基板12Yとベース基板11Yとの接合方向に直交する軸回りで線対称である。すなわち、図26Aのように、上記中心PYを通り、中間基板12Yとベース基板11Yとの接合方向に直交する軸RYを想定し、この軸RYを中心として各支持部14Yを90°反転させた場合、支持部14Yaと支持部14Ydとが重なる位置関係であり、支持部14Ybと支持部14Ycとが重なる位置関係となっている。また上記中心PYを通り、中間基板12Yとベース基板11Yとの接合方向に直交する軸SYを想定し、この軸SYを中心として各支持部14Yを90°反転させた場合、支持部14Yaと支持部14Ybとが重なる位置関係であり、支持部14Ycと支持部14Ydとが重なる位置関係となっている。
また支持部14Yは、中間基板12Yとベース基板11Yとの接合方向から見たセンサ素子15Yの中心PYと同心円状に配置されている。すなわち、センサ素子15Yの中心PYを中心とする円を想定した場合に、その円周上に、軸QYに沿った方向から見て、支持部14Yaと支持部14Ybと支持部14Ycと支持部14Ydとが配置されている。
接着部13Yはシリコーン系接着剤であるため、比較的軟らかく変形しやすいため、ベース基板11Yで生じる応力を吸収し、この応力を中間基板12Yに伝えにくくする。一方、柔軟性のある接着部13Yのみで中間基板12Yを支持していると、中間基板12Yが振動などの影響を受けて傾きやすく、この傾きがセンサ素子15Yのセンシングに影響を与えることがある。そこで、本実施形態では、接着部13Yよりも硬くて変形しにくい支持部14Yをベース基板11Yと中間基板12Yとの間に配置している。これにより、中間基板12Yの下面が支持部14Yに当たって支持されるため、中間基板12Yの傾きを低減できる、という利点がある。また中間基板12Yはベース基板11Yとワイヤボンディングにより電気的に接続されることがあるが、中間基板12Yにワイヤを接続する際にキャピラリで上から押さえられても支持部14Yで支えることができて傾きにくく、ワイヤが接続しやすい。
また接着部13Yは中間基板12Yの厚み方向の一面における中心付近に位置し、この一面における外周部には接着部13Yは存在しない。したがって、接着部13Yから中間基板12Yに応力が伝わったとしても、中間基板12Yの外周部には応力は伝わりにくく、中間基板12Yが傾きにくい。
図27に示すように、センサ素子15Yは複数の接合部17Yにより中間基板12Yの表面に接合されている。複数の接合部17Yはバンプで形成されている。複数の接合部17Yはセンサ素子15Yの中心PYを中心とする円周上に並んでいる。すなわち、複数の支持部14Yが並んで想定される円と、複数の接合部17Yが並んで想定される円とは、同心円である。
センサ素子15Yは、可動部20Yを有し、可動部20Yの移動量に応じた電気信号を出力する。すなわち、センサ素子15Yは可動部20Yが移動することにより生じる長さ変化を電気信号として出力する。またセンサ素子15Yは、中間基板12Yへのセンサ素子15Yの搭載方向に関連する物理量を検知する。すなわち、センサ素子15Yは、軸QYに沿った方向に対する変動量を検知する。本実施形態では、センサ素子15Yは角速度センサであるので、軸QY周りの角速度を検知する。
センサ素子15Yの一例として、図28A及び図28Bに、高周波数(MHz領域)駆動の容量式バルク超音波ジャイロスコープを示す。このジャイロスコープはハンドル基板及び可動部20Yとして共振素子を含んでいる。可動部20Yはハンドル基板上の絶縁層により支持されている。また複数個の電極23Yが可動部20Yを囲み、可動部20Yからは非常に小さい容量式間隙により隔離されている。電極23Yは可動部20Y中において少なくとも2つの変性バルク超音波共振モードを励振しかつ検知することができる。可動部20Yは円盤状(ディスク状)であり、円形状である。可動部20Yは圧電性材料から製作されていることを必要とせず、単結晶または他結晶シリコンなどの非圧電性物質である。シリコン炭化物・窒化ガリウム・窒化アルミニウム・石英などの他の半導体又は金属材料は可動部20Yを製作するのに使用可能である。複数個の電極23Yは、駆動用電極23Yaと検知用電極23Ybとを含む。そして、可動部20Yは歳差運動により、図28Aに示す駆動モードと、図28Bに示す検知モードとの間で変形する。つまり、円盤状の可動部20Yは、その中心軸(軸QY)に直交する平面内で、互いに直交する2方向に交互に伸縮する変形を繰り返すように振動する。センサ素子15Yは可動部20Yの変形量(移動量)を電気信号として出力する。すなわち、可動部20Yの変形量は、可動部20Yと検知用電極23Ybとの間の静電容量の変化として現れるため、センサ素子15Yは、この静電容量の変化に応じた電気信号を出力する。
センサ素子15Yでは中間基板12Yの厚み方向の一面に沿って可動部20Yが振動(変形)することでセンシングを行うが、中間基板12Yで生じる応力の影響をセンサ素子15Yが受けてしまうと、センサ素子15Yの複数個の電極23Yの位置に歪みが生じることがある。その結果、これら複数個の電極23Yと可動部20Yとの間のギャップが変化し、センサ素子15Yの出力に影響が及ぶ可能性がある。本実施形態では、中間基板12Yを接着部13Yよりも変形しにくい支持部14Yで中間基板12Yを支持しているため、中間基板12Yに応力が生じにくくなり、可動部20Yが上述したような振動をするセンサ素子15Yでもセンシング性能が損なわれにくい。さらに、中間基板12Yに傾きが生じにくくなることで、円盤状の可動部20Yの中心軸に傾きが生じにくくなり、センサ素子15Yで検知される軸QY周りの角速度への影響が生じにくい。
(支持部の変形例)
上記では、センサ装置10Yは4個の支持部14Yを備えていたが、これに限られない。図29では、28個の支持部14Yを備えたセンサ装置10Yを示している。これらの支持部14Yは、センサ素子15Yの中心PYを中心とする円を想定した場合に、その円周上に、各支持部14Yが並んで配置されている。すなわち、図27の場合と同様に、複数の支持部14Yが並んで想定される円と、複数の接合部17Yが並んで想定される円とは、同心円である。
また支持部14Yの形状及び高さは、センサ装置10Yの種類などに応じて任意に設定される。図30Aに示すように、支持部141Yは軸QYに沿った方向の断面形状が円錐台であり、その高さは約150μmである。また支持部141Yの材質はシリコーン系樹脂などの合成樹脂である。
支持部14Yがシリコーン系接着剤の硬化物である場合は、ベース基板11Yにシリコーン系接着剤を塗布した後、乾燥させて硬化させて支持部14Yを形成し、この後、中間基板12Yを配置する。これにより、支持部14Yが中間基板12Yに接着しにくくなり、支持部14Yが中間基板12Yに当たっている状態となる。
図30Bに示すように、支持部142Yは中間基板12Yとベース基板11Yとの間で押しつぶされたバンプのような形状である。この場合、支持部142Yはベース基板11Y側の直径が中間基板12Y側の直径よりも大きくなっている。支持部142Yの高さは約50μmである。また支持部142Yの材質は金(Au)又銅(Cu)などの金属である。
中間基板12Yとベース基板11Yとの間に比較的広い間隔が必要な場合は、金属製よりも樹脂製の支持部142Yの方が、センサ装置10Yを形成しやすい。一方、金属製の支持部142Yは樹脂製の支持部142Yに比べて、温度変化又は湿度変化による伸縮が生じにくい。したがって、樹脂製の接着部13Yが伸縮しても金属製の支持部142Yは伸縮しにくく、支持部142Yで中間基板12Yが傾きにくくすることができ、センサ素子15Yの温度特性又は湿度特性が低下しにくくなる、という利点がある。
また支持部14Yは一つの部材でリング状に形成されていてもよい。
(その他の変形例)
上記では、センサ装置10Yが角速度センサ(ジャイロセンサ)である場合について説明したが、これに限らず、センサ装置10Yは、例えば加速度センサ又はイメージセンサであってもよい。また、センサ装置10Yのセンサ素子15Yは、MEMS技術を用いた素子に限らず、他の素子であってもよい。すなわち、センサ素子15Yの種類を変えることにより、各種のセンサ装置を実現可能である。
また上記では、支持部14Yが中間基板12Yに接着されていなかったが、支持部14Yは中間基板12Yに接着していてもよい。すなわち、支持部14Yの先端と中間基板12Yの下面とが接合されていてもよい。この場合、中間基板12Yと支持部14Yとが強固に接合され、中間基板12Yの傾きがより生じにくくなる。
(まとめ)
以上説明したように、第1の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)は、センサ素子(2)と、基板(3)と、ボンディングワイヤ(6,6A)と、を備える。基板(3)は、センサ素子(2)が搭載される。ボンディングワイヤ(6,6A)は、センサ素子(2)と基板(3)との間を電気的に接続する接続経路(60)の少なくとも一部を構成する。ボンディングワイヤ(6,6A)は、互いに交差する2つの接続面(31,41,201)間を接続するように設けられる。
この態様によれば、センサ素子(2)と基板(3)との間を電気的に接続するための接続経路(60)の少なくとも一部が、互いに交差する2つの接続面(搭載面31及び支持面41)間を接続するボンディングワイヤ(6,6A)にて実現される。そのため、同じ向きに向けられた2つの接続面同士をボンディングワイヤ(6,6A)にて接続する場合に比べて、例えば、接続面からボンディングワイヤ(6,6A)が突出することによる、センサ装置(1,1A〜1C)の高さ寸法の増大等を抑えることが可能である。結果的に、センサ装置(1,1A〜1C)によれば、形状又は寸法の自由度の向上を図りやすい、という利点がある。
第2の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)は、第1の態様において、センサ素子(2)が搭載された状態で基板(3)に搭載される支持部材(4)を更に備える。センサ素子(2)は、支持部材(4)を介して基板(3)に電気的に接続されている。2つの接続面(31,41,201)のうちの1つは、支持部材(4)の一面である。
この態様によれば、センサ素子(2)は支持部材(4)を介して基板(3)に搭載されるので、基板(3)からセンサ素子(2)に応力を作用しにくくできる。
第3の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)は、第2の態様において、支持部材(4)と基板(3)とを連結する連結部材(5)を更に備える。支持部材(4)は、連結部材(5)を介して間接的に、基板(3)に搭載される。
この態様によれば、支持部材(4)は連結部材(5)を介して基板(3)に搭載されるので、基板(3)からセンサ素子(2)への応力をより作用しにくくできる。
第4の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第3の態様において、連結部材(5)と基板(3)とを接合する接着層(511)のヤング率は、連結部材(5)と支持部材(4)とを接合する接着層(521)のヤング率に比べて大きい。
この態様によれば、連結部材(5)を基板(3)に対して堅牢に固定できる。また、基板(3)から連結部材(5)に応力が作用することがあっても、連結部材(5)から支持部材(4)には応力が伝わりにくいため、センサ素子(2)にまでは応力が作用しにくく、センサ素子(2)の検知結果に対する応力の影響が生じにくい。
第5の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第2〜4のいずれかの態様において、基板(3)は、支持部材(4)が搭載される搭載面(31)を有する。支持部材(4)は、センサ素子(2)が搭載される支持面(41)を有する。支持面(41)の法線(L1)が搭載面(31)に沿っている。2つの接続面(31,41,201)のうちの1つは、支持面(41)である。
この態様によれば、センサ素子(2)を支持部材(4)ごと、基板(3)の搭載面(31)に立てた状態で搭載できる。
第6の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第5の態様において、支持部材(4)は、ボンディングワイヤ(6,6A)の一端部が接続される支持側電極(602)を支持面(41)に有する。支持側電極(602)は、支持面(41)におけるセンサ素子(2)から見て基板(3)側に位置する。
この態様によれば、ボンディングワイヤ(6,6A)の長さを比較的短く抑えることができる。
第7の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第5の態様において、支持部材(4)は、ボンディングワイヤ(6,6A)の一端部が接続される支持側電極(602)を支持面(41)に有する。支持側電極(602)は、支持面(41)におけるセンサ素子(2)から見て基板(3)とは反対側に位置する。
この態様によれば、基板(3)からのセンサ素子(2)の高さを比較的低く抑えることができる。
第8の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第1〜7のいずれかの態様において、2つの接続面(31,41,201)のうちの1つは、基板(3)の一面である。
この態様によれば、基板(3)に対してボンディングワイヤ(6,6A)を直接的に接続することができる。
第9の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第2の態様において、センサ素子(2)は、2つの接続面(31,41,201)のうちの1つである電極面(201)を有する。
この態様によれば、センサ素子(2)に対してボンディングワイヤ(6,6A)を直接的に接続することができる。
第10の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第9の態様において、支持部材(4)は、センサ素子(2)を含む縦型部材(50)が搭載される支持面(41)を有する。縦型部材(50)は、センサ素子(2)の電極面(201)の法線が支持面(41)に沿った位置関係となるように、支持面(41)に固定されている。
この態様によれば、センサ素子(2)を、支持部材(4)の支持面(41)に立てた状態で搭載できる。
第11の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第10の態様において、縦型部材(50)と支持部材(4)とを接合する接着層(502,504)のヤング率は、支持部材(4)と基板(3)とを接合する接着層(501)のヤング率に比べて大きい。
この態様によれば、縦型部材(50)を支持部材(4)に対して堅牢に固定できる。また、基板(3)に応力が作用することがあっても、基板(3)から支持部材(4)には応力が伝わりにくいため、センサ素子(2)にまでは応力が作用しにくく、センサ素子(2)の検知結果に対する応力の影響が生じにくい。
第12の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第10又は11の態様において、縦型部材(50)は、センサ素子(2)と支持部材(4)とを連結する連結部材(5)を更に含む。センサ素子(2)は、連結部材(5)を介して間接的に、支持部材(4)に搭載される。
この態様によれば、センサ素子(2)は連結部材(5)を介して支持部材(4)に搭載されるので、支持部材(4)からセンサ素子(2)に応力を作用しにくくできる。
第13の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第12の態様において、連結部材(5)と支持部材(4)とを接合する接着層(502)のヤング率は、連結部材(5)とセンサ素子(2)とを接合する接着層(503)のヤング率に比べて大きい。
この態様によれば、連結部材(5)を支持部材(4)に対して堅牢に固定できる。また、支持部材(4)から連結部材(5)に応力が作用することがあっても、連結部材(5)からセンサ素子(2)には応力が伝わりにくいため、センサ素子(2)にまでは応力が作用しにくく、センサ素子(2)の検知結果に対する応力の影響が生じにくい。
第14の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第1〜13のいずれかの態様において、ボンディングワイヤ(6,6A)は複数本ある。2つの接続面(31,41,201)の各々には、複数本のボンディングワイヤ(6,6A)を接続するための複数の電極(601〜604)が設けられている。複数の電極(601〜604)は、2つの接続面(31,41,201)の両方に平行な一直線に沿って並んでいる。
この態様によれば、複数本のボンディングワイヤ(6,6A)の長さのばらつきを小さく抑えることができる。
第15の態様に係るセンサ装置(1,1A〜1C)では、第1〜14のいずれかの態様において、センサ素子(2)は、素子電極(200)を有する。素子電極(200)は、Au電極層(220)と、Au電極層(220)上に積層されるUBM層(23)と、を含む。UBM層(23)の熱膨張係数は、AuSnの熱膨張係数と、SiOの熱膨張係数と、の間の値である。
この態様によれば、センサ素子(2)に作用する応力の低減を図ることができる。
第2〜15の態様に係る構成については、センサ装置(1,1A〜1C)に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
第16の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)は、センサ素子(2X)と、基板(3X)と、支持部材(4X)と、連結部材(5X,5AX)と、を備える。基板(3X)は、搭載面(31X)を有する。支持部材(4X)は、支持面(41X)を有する。支持部材(4X)は、支持面(41X)にセンサ素子(2X)が搭載される。連結部材(5X,5AX)は、搭載面(31X)に搭載される。連結部材(5X,5AX)は、支持面(41X)の法線(L1X)が搭載面(31X)に沿った位置関係となるように、基板(3X)と支持部材(4X)とを連結する。
この態様によれば、センサ素子(2X)が搭載された支持部材(4X)が、連結部材(5X,5AX)を介して、基板(3X)の搭載面(31X)上に支持されることで、基板(3X)の搭載面(31X)には、センサ素子(2X)が支持部材(4X)ごと搭載される。連結部材(5X,5AX)は、支持面(41X)の法線(L1X)が搭載面(31X)に沿った位置関係となるように、基板(3X)と支持部材(4X)とを連結する。そのため、センサ素子(2X)が搭載される支持部材(4X)の支持面(41X)は、基板(3X)の搭載面(31X)に対して略直交する。したがって、実装基板(10X)の一表面(101X)に沿った平面内で基板(3X)を回転させることで、センサ素子(2X)が実装される支持面(41X)の向きを変更可能であるので、検知対象の自由度の向上を図ることが可能である。
第17の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)は、第16の態様において、配線部材(6X)を更に備える。配線部材(6X)は、支持部材(4X)と基板(3X)とを電気的に接続する。
この態様によれば、支持部材(4X)と基板(3X)の電気的に接続を実現できるので、支持部材(4X)に電気的な機能を付加することが可能である。
第18の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)では、第17の態様において、配線部材(6X)は、搭載面(31X)に固定されている。
この態様によれば、配線部材(6X)から支持部材(4X)に応力を作用しにくくできる。
第19の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)では、第17又は18の態様において、配線部材(6X)は、複数本のリード端子(61X)と、複数本のリード端子(61X)を保持する保持部(62X)と、を有する。
この態様によれば、配線部材(6X)による支持部材(4X)と基板(3X)の電気的に接続を、比較的簡単な構造で実現可能である。
第20の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)では、第16〜19のいずれかの態様において、連結部材(5X,5AX)は、支持部材(4X)との対向面から支持部材(4X)に向かって突出するスペーサ(53X)を更に有する。
この態様によれば、連結部材(5X,5AX)と支持部材(4X)との間に隙間を確保でき、連結部材(5X,5AX)から支持部材(4X)に応力を作用しにくくできる。
第21の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)では、第16〜20のいずれかの態様において、センサ素子(2X)は、支持面(41X)の法線(L1X)に沿った軸周りの角速度に応じた電気信号を出力する。
この態様によれば、実装基板(10X)の一表面(101X)に沿った平面内で基板(3X)を回転させることで、いずれの向きの角速度を検知対象とするかを調整可能となる。
第22の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)では、第16〜21のいずれかの態様において、支持部材(4X)は、処理回路(43X)を含む。処理回路(43X)は、センサ素子(2X)から出力される電気信号に関する処理を実行する。
この態様によれば、センサ素子(2X)の近傍に処理回路(43X)が配置されるので、センサ素子(2X)から出力される電気信号がノイズの影響を受けにくくなる。
第23の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)では、第16〜22のいずれかの態様において、連結部材(5X,5AX)は、中空部(54X)を有する。
この態様によれば、連結部材(5X,5AX)が中実構造である場合に比べて、連結部材(5X,5AX)に対して作用する衝撃の緩和を図ることができる。
第24の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)では、第16〜23のいずれかの態様において、連結部材(5X,5AX)は、基板(3X)の搭載面(31X)に固定される第1面(51X)と、第1面(51X)と交差する第2面(52X)と、を有する。支持部材(4X)は、第2面(52X)に固定されている。
この態様によれば、基板(3X)の搭載面(31X)に第1面(51X)を固定し、支持部材(4X)に第2面(52X)を固定することで、連結部材(5X,5AX)を基板(3X)及び支持部材(4X)に対して、安定的に固定できる。
第25の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)は、第16〜24のいずれかの態様において、ケース(7X)を更に備える。ケース(7X)は、基板(3X)と結合され、基板(3X)の搭載面(31X)との間に少なくともセンサ素子(2X)を収容する。
この態様によれば、ケース(7)にてセンサ素子(2X)等を保護できる。
第26の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)では、第16〜25のいずれかの態様において、支持部材(4X)は、センサ素子(2X)を電気的に接続するためのセンサ用電極(81X)と、基板(3X)を電気的に接続するための基板用電極(82X)と、を有している。センサ用電極(81X)は、下地電極(811X)と、めっき層(Niめっき層812X及びAuめっき層813X)と、を含んでいる。基板用電極(82X)は、下地電極(821X)のみからなる。
この態様によれば、めっき層の表面上へのニッケルの析出が生じにくく、ボンディングワイヤ(63X)と基板用電極(82X)との接合強度の低下が生じにくい。
第27の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)では、第16〜25のいずれかの態様において、支持部材(4X)は、センサ素子(2X)を電気的に接続するためのセンサ用電極(81X)と、基板(3X)を電気的に接続するための基板用電極(82X)と、を有している。センサ用電極(81X)及び基板用電極(82X)の各々は、下地電極(811X,821X)と、Niめっき層(812X,822X)、Auめっき層(813X,823X)及びバリア層(810X,820X)を含んでいる。下地電極(811X,821X)上に、Niめっき層(812X,822X)、バリア層(810X,820X)及びAuめっき層(813X,823X)がこの順に積層されている。
この態様によれば、Auめっき層(813X,823X)の表面上へのニッケルの析出が生じにくく、ボンディングワイヤ(63X)と基板用電極(82X)との接合強度の低下が生じにくい。
第28の態様に係るセンサ装置(1X,1AX)は、第16〜27のいずれかの態様において、支持部材(4X)とセンサ素子(2X)とを接続する複数の接続部材(44X)を更に備えている。複数の接続部材(44X)は、センサ素子(2X)の中心点(P1X)に対して点対称に配置されている。
この態様によれば、支持部材(4X)からセンサ素子(2X)に応力が作用する場合でも、この応力の分布が中心点(P1X)に対して点対称となることで、センサ素子(2X)の検知結果に応力が影響しにくくなる。
第17〜28の態様に係る構成については、センサ装置(1X,1AX)に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
また、第26〜28の態様に係る構成については、第16の態様を前提とせずとも、種々のセンサ装置1X,1AX〜1CXに適用可能である。つまり、第26〜28の態様に係る構成については、実施形態3又は実施形態4で説明した種々の構成(変形例を含む)に限らず、参考例1又は参考例2で説明した種々の構成(変形例を含む)と、適宜組み合わせて採用可能である。
第29の態様に係るセンサ装置(10Y)は、接着部(13Y)と少なくとも1つの支持部(14Y)とを備える。接着部(13Y)は、センサ素子(15Y)が搭載された中間基板(12Y)とベース基板(11Y)とを接合する。少なくとも1つの支持部(14Y)は、中間基板(12Y)とベース基板(11Y)との間において、接着部(13Y)の周囲に位置する。
この態様によれば、接着部(13Y)が伸縮しても支持部(14Y)で中間基板(12Y)が支持され、中間基板(12Y)の傾きが低減される。したがって中間基板(12Y)に搭載されたセンサ素子(15Y)が中間基板(12Y)の傾きによる影響を受けにくくなり、センサ素子(15Y)による検知性能が低下しにくい。
第30の態様に係るセンサ装置(10Y)は、第29の態様において、支持部(14Y)は、接着部(13Y)の一部を通り、中間基板(12Y)とベース基板(11Y)との接合方向に沿った軸回りで点対称である。
この態様によれば、接着部(13Y)が伸縮しても支持部(14Y)でバランスよく中間基板(12Y)が支持され、中間基板(12Y)の傾きが低減される。したがって中間基板(12Y)に搭載されたセンサ素子(15Y)が中間基板(12Y)の傾きによる影響を受けにくくなり、センサ素子(15Y)による検知性能が低下しにくい。
第31の態様に係るセンサ装置(10Y)は、第29の態様において、支持部(14Y)は、接着部(13Y)の一部を通り、中間基板(12Y)とベース基板(11Y)との接合方向に直交する軸回りで線対称である。
この態様によれば、接着部(13Y)が伸縮しても支持部(14Y)でバランスよく中間基板(12Y)が支持され、中間基板(12Y)の傾きが低減される。したがって中間基板(12Y)に搭載されたセンサ素子(15Y)が中間基板(12Y)の傾きによる影響を受けにくくなり、センサ素子(15Y)による検知性能が低下しにくい。
第32の態様に係るセンサ装置(10Y)は、第29〜31のいずれかの態様において、支持部(14Y)の硬度は、接着部(13Y)の硬度より大きい。
この態様によれば、支持部(14Y)に中間基板(12Y)が当たっても変形しにくくなり、支持部(14Y)により中間基板(12Y)を支持しやすい。
第33の態様に係るセンサ装置(10Y)は、第29〜32のいずれかの態様において、支持部(14Y)の体積変化率は、接着部(13Y)の体積変化率より小さい。
この態様によれば、接着部(13Y)の体積が変化しても支持部(14Y)に当たりやすくなり、支持部(14Y)により中間基板(12Y)を支持しやすい。
第34の態様に係るセンサ装置(10Y)は、第29〜33のいずれかの態様において、支持部(14Y)は金属製である。
この態様によれば、中間基板(12Y)が支持部(14Y)に当たっても変形しにくくなり、支持部(14Y)により中間基板(12Y)を支持しやすい。
第35の態様に係るセンサ装置(10Y)は、第29〜34のいずれかの態様において、支持部(14Y)は、中間基板(12Y)とベース基板(11Y)との接合方向から見たセンサ素子(15Y)の中心と同心円状に配置されている。
この態様によれば、中間基板(12Y)に搭載されたセンサ素子(15Y)が中間基板(12Y)の傾きによる影響を受けにくくなり、センサ素子(15Y)による検知性能が低下しにくい。
第36の態様に係るセンサ装置(10Y)は、第29〜35のいずれかの態様において、支持部(14Y)は中間基板(12Y)と接着されている。
この態様によれば、支持部(14Y)は中間基板(12Y)をより強固に支持することができ、支持部(14Y)により中間基板(12Y)の傾きを低減しやすい。
第37の態様に係るセンサ装置(10Y)は、第29〜36のいずれかの態様において、センサ素子(15Y)は可動部(20Y)を有し、可動部(20Y)の移動量に応じた電気信号を出力する。
この態様によれば、可動部(20Y)による移動が中間基板(12Y)の傾きに影響されにくくなり、センサ素子(15Y)による検知性能が低下しにくい。
第38の態様に係るセンサ装置(10Y)は、第29〜37のいずれかの態様において、センサ素子(15Y)は、中間基板(12Y)へのセンサ素子(15Y)の搭載方向に関連する物理量を検知する。
この態様によれば、可動部(20Y)による移動が中間基板(12Y)の傾きに影響されにくくなり、センサ素子(15Y)による検知性能が低下しにくい。
第30〜38の態様に係る構成については、センサ装置(10Y)に必須の構成ではなく、適宜省略可能である。
1,1A〜1C センサ装置
2 センサ素子
3 基板
4 支持部材
5 連結部材
6,6A ボンディングワイヤ
23 UBM層
50 縦型部材
60 接続経路
31 搭載面(接続面)
41 支持面(接続面)
200 素子電極
220 Au電極層
201 電極面(接続面)
501,502,503,504,511,521 接着層
601 基板側電極
602 支持側電極
603 送り電極
604 センサ側電極
L1 法線
1X,1AX センサ装置
2X センサ素子
3X 基板
4X 支持部材
5X,5AX 連結部材
6X 配線部材
7X ケース
31X 搭載面
41X 支持面
43X 処理回路
44X 接続部材
51X 第1面
52X 第2面
53X スペーサ
54X 中空部
61X リード端子
62X 保持部
81X センサ用電極
82X 基板用電極
811X,821X 下地電極
812X,822X Niめっき層
813X,823X Auめっき層
810X,820X バリア層
L1X 支持面の法線
P1X 中心点
10Y センサ装置
11Y ベース基板
12Y 中間基板
13Y 接着部
14Y 支持部
15Y センサ素子
20Y 可動部

Claims (38)

  1. センサ素子と、
    前記センサ素子が搭載される基板と、
    前記センサ素子と前記基板との間を電気的に接続する接続経路の少なくとも一部を構成し、互いに交差する2つの接続面間を接続するように設けられるボンディングワイヤと、を備える、
    センサ装置。
  2. 前記センサ素子が搭載された状態で前記基板に搭載される支持部材を更に備え、
    前記センサ素子は、前記支持部材を介して前記基板に電気的に接続されており、
    前記2つの接続面のうちの1つは、前記支持部材の一面である、
    請求項1に記載のセンサ装置。
  3. 前記支持部材と前記基板とを連結する連結部材を更に備え、
    前記支持部材は、前記連結部材を介して間接的に、前記基板に搭載される、
    請求項2に記載のセンサ装置。
  4. 前記連結部材と前記基板とを接合する接着層のヤング率は、前記連結部材と前記支持部材とを接合する接着層のヤング率に比べて大きい、
    請求項3に記載のセンサ装置。
  5. 前記基板は、前記支持部材が搭載される搭載面を有し、
    前記支持部材は、前記センサ素子が搭載される支持面を有し、
    前記支持面の法線が前記搭載面に沿っており、
    前記2つの接続面のうちの1つは、前記支持面である、
    請求項2〜4のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  6. 前記支持部材は、前記ボンディングワイヤの一端部が接続される支持側電極を前記支持面に有し、
    前記支持側電極は、前記支持面における前記センサ素子から見て前記基板側に位置する、
    請求項5に記載のセンサ装置。
  7. 前記支持部材は、前記ボンディングワイヤの一端部が接続される支持側電極を前記支持面に有し、
    前記支持側電極は、前記支持面における前記センサ素子から見て前記基板とは反対側に位置する、
    請求項5に記載のセンサ装置。
  8. 前記2つの接続面のうちの1つは、前記基板の一面である、
    請求項1〜7のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  9. 前記センサ素子は、前記2つの接続面のうちの1つである電極面を有する、
    請求項2に記載のセンサ装置。
  10. 前記支持部材は、前記センサ素子を含む縦型部材が搭載される支持面を有し、
    前記縦型部材は、前記センサ素子の前記電極面の法線が前記支持面に沿った位置関係となるように、前記支持面に固定されている、
    請求項9に記載のセンサ装置。
  11. 前記縦型部材と前記支持部材とを接合する接着層のヤング率は、前記支持部材と前記基板とを接合する接着層のヤング率に比べて大きい、
    請求項10に記載のセンサ装置。
  12. 前記縦型部材は、前記センサ素子と前記支持部材とを連結する連結部材を更に含み、
    前記センサ素子は、前記連結部材を介して間接的に、前記支持部材に搭載される、
    請求項10又は11に記載のセンサ装置。
  13. 前記連結部材と前記支持部材とを接合する接着層のヤング率は、前記連結部材と前記センサ素子とを接合する接着層のヤング率に比べて大きい、
    請求項12に記載のセンサ装置。
  14. 前記ボンディングワイヤは複数本あって、
    前記2つの接続面の各々には、前記複数本のボンディングワイヤを接続するための複数の電極が設けられており、
    前記複数の電極は、前記2つの接続面の両方に平行な一直線に沿って並んでいる、
    請求項1〜13のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  15. 前記センサ素子は、素子電極を有し、
    前記素子電極は、Au電極層と、前記Au電極層上に積層されるUBM層と、を含み、
    前記UBM層の熱膨張係数は、AuSnの熱膨張係数と、SiOの熱膨張係数と、の間の値である、
    請求項1〜14のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  16. センサ素子と、
    搭載面を有する基板と、
    支持面を有し、前記支持面に前記センサ素子が搭載される支持部材と、
    前記搭載面に搭載され、前記支持面の法線が前記搭載面に沿った位置関係となるように、前記基板と前記支持部材とを連結する連結部材と、を備える、
    センサ装置。
  17. 前記支持部材と前記基板とを電気的に接続する配線部材を更に備える、
    請求項16に記載のセンサ装置。
  18. 前記配線部材は、前記搭載面に固定されている、
    請求項17に記載のセンサ装置。
  19. 前記配線部材は、複数本のリード端子と、前記複数本のリード端子を保持する保持部と、を有する、
    請求項17又は18に記載のセンサ装置。
  20. 前記連結部材は、前記支持部材との対向面から前記支持部材に向かって突出するスペーサを更に有する、
    請求項16〜19のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  21. 前記センサ素子は、前記支持面の前記法線に沿った軸周りの角速度に応じた電気信号を出力する、
    請求項16〜20のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  22. 前記支持部材は、前記センサ素子から出力される電気信号に関する処理を実行する処理回路を含む、
    請求項16〜21のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  23. 前記連結部材は、中空部を有する、
    請求項16〜22のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  24. 前記連結部材は、
    前記基板の前記搭載面に固定される第1面と、
    前記第1面と交差する第2面と、を有し、
    前記支持部材は、前記第2面に固定されている、
    請求項16〜23のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  25. 前記基板と結合され、前記基板の前記搭載面との間に少なくとも前記センサ素子を収容するケースを更に備える、
    請求項16〜24のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  26. 前記支持部材は、前記センサ素子を電気的に接続するためのセンサ用電極と、前記基板を電気的に接続するための基板用電極と、を有し、
    前記センサ用電極は、下地電極と、めっき層と、を含み、
    前記基板用電極は、下地電極のみからなる、
    請求項16〜25のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  27. 前記支持部材は、前記センサ素子を電気的に接続するためのセンサ用電極と、前記基板を電気的に接続するための基板用電極と、を有し、
    前記センサ用電極及び前記基板用電極の各々は、下地電極、Niめっき層、Auめっき層及びバリア層を含み、前記下地電極上に、前記Niめっき層、前記バリア層及び前記Auめっき層がこの順に積層されている、
    請求項16〜25のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  28. 前記支持部材と前記センサ素子とを接続する複数の接続部材を更に備え、
    前記複数の接続部材は、前記センサ素子の中心点に対して点対称に配置されている、
    請求項16〜27のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  29. センサ素子が搭載された中間基板とベース基板とを接合する接着部と、
    前記中間基板と前記ベース基板との間において、前記接着部の周囲に位置する少なくとも1つの支持部と、
    を備えるセンサ装置。
  30. 前記支持部は、前記接着部の一部を通り、前記中間基板と前記ベース基板との接合方向に沿った軸回りで点対称である、
    請求項29に記載のセンサ装置。
  31. 前記支持部は、前記接着部の一部を通り、前記中間基板と前記ベース基板との接合方向に直交する軸回りで線対称である、
    請求項29に記載のセンサ装置。
  32. 前記支持部の硬度は、前記接着部の硬度より大きい、
    請求項29〜31のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  33. 前記支持部の体積変化率は、前記接着部の体積変化率より小さい、
    請求項29〜32のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  34. 前記支持部は金属製である、
    請求項29〜33のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  35. 前記支持部は、前記中間基板と前記ベース基板との接合方向から見た前記センサ素子の中心と同心円状に配置されている、
    請求項29〜34のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  36. 前記支持部は前記中間基板と接着されている、
    請求項29〜35のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  37. 前記センサ素子は可動部を有し、前記可動部の移動量に応じた電気信号を出力する、
    請求項29〜36のいずれか1項に記載のセンサ装置。
  38. 前記センサ素子は、前記中間基板への前記センサ素子の搭載方向に関連する物理量を検知する、
    請求項29〜37のいずれか1項に記載のセンサ装置。
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