JP2006017524A - 角速度センサ - Google Patents

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Abstract

【課題】 新規な構成にて防振することができるとともに角速度センサチップを収納した角速度センサパッケージと回路基板とを電気的に接続することができる角速度センサを提供する。
【解決手段】回路基板１の上に、角速度センサチップ３０を収納した角速度センサパッケージ１０が搭載されている。角速度センサパッケージ１０の下面に接続端子１７における電極部１８が配されている。電極部１８と回路基板１の上面の電極部２との間に導電性固体材料５０が介在されている。角速度センサパッケージ１０の下面と回路基板１の上面とが樹脂製接着剤５１にて固着されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、角速度センサに関するものである。
角速度センサは、コリオリ力による変位を電気信号に変換するという原理上、外乱振動に対して誤出力が発生しやすく、そのため、その振動に対して防振対策を講じる必要があった。そこで、特許文献１等においては、振動子を搭載した基台を防振ゴム等により固定部材に連結する構造を採用して防振している。
特開２０００−５５６６７号公報
ところが、防振のために構造が複雑となるとともに電気的に接続をとるため構造の複雑化を招くという課題がある。
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的とするところは、新規な構成にて防振することができるとともに角速度センサチップを収納した角速度センサパッケージと回路基板とを電気的に接続することができる角速度センサを提供することにある。
請求項１に記載の角速度センサは、角速度センサパッケージの下面に接続端子における電極部を配するとともに、当該電極部と回路基板の上面の電極部との間に導電性固体材料を介在させ、かつ、角速度センサパッケージの下面と回路基板の上面とを樹脂製接着剤にて固着したことを特徴としている。
よって、角速度センサパッケージの下面と回路基板の上面との間において、導電性固体材料を介して、角速度センサパッケージの下面に配した接続端子の電極部と回路基板の上面の電極部とが電気的に接続される。また、角速度センサパッケージの下面と回路基板の上面とが樹脂製接着剤にて固着され、この樹脂製接着剤が防振材として機能して、角速度センサパッケージに収納される角速度センサチップを防振することができる。
このようにして、簡素な構成にて防振することができるとともに角速度センサチップを収納した角速度センサパッケージと回路基板とを電気的に接続することができる。
請求項２に記載のように、請求項１に記載の角速度センサにおいて導電性固体材料と樹脂製接着剤とは、樹脂製接着剤に導電性固体材料を混合したものであると、印刷法にて塗布することが可能となる。
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の角速度センサにおいて導電性固体材料として導電性エラストマーを用いると、当該導電性エラストマーが防振材として機能して防振性向上という観点から好ましいものとなる。
請求項４に記載のように、請求項２に記載の角速度センサにおいて樹脂製接着剤に混合した各導電性固体材料は、各導電性固体材料同士が接触しない状態で分散していると、より上下方向のみの接触（電気的接続）を確保することができる。
請求項５に記載のように、請求項１に記載の角速度センサにおいて導電性固体材料は、シート状をなし、厚み方向を導電方向とした異方性導電エラストマーであると、上下方向のみの接触（電気的接続）を確保することができる。
請求項６に記載の角速度センサは、角速度センサパッケージの下面に接続端子における電極部を配するとともに、当該電極部と回路基板の上面の電極部との間に導電性エラストマーを介在させ、かつ、付勢手段により、角速度センサパッケージの下面を回路基板の上面に付勢して角速度センサパッケージと回路基板とを連結したことを特徴としている。
よって、角速度センサパッケージの下面と回路基板の上面との間において、導電性エラストマーを介して、角速度センサパッケージの下面に配した接続端子の電極部と回路基板の上面の電極部とが電気的に接続される。また、付勢手段によって角速度センサパッケージの下面が回路基板の上面に付勢され、これにより角速度センサパッケージと回路基板とが連結される。このとき、導電性エラストマーが防振材として機能して、角速度センサパッケージに収納される角速度センサチップを防振することができる。
このようにして、防振することができるとともに角速度センサチップを収納した角速度センサパッケージと回路基板とを電気的に接続することができる。
請求項７に記載のように、請求項６に記載の角速度センサにおいて導電性エラストマーは、シート状をなし、厚み方向を導電方向とした異方性導電エラストマーであると、上下方向のみの接触（電気的接続）を確保することができる。
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１には本実施の形態における角速度センサの平面図を示す。図１のＡ−Ａ線での縦断面を図２に示す。図２に示すように、角速度センサパッケージ１０は、セラミックからなるベース部１１と、そのセラミックベース上にメタライズされた部分にロー付けされたシールリング１３と、内部素子を実装後に封止されるメタルリッド１４を具備しており、図１は、メタルリッド１４を外した状態での平面図である。
回路基板１の上に角速度センサパッケージ１０が搭載されている。角速度センサパッケージ１０のベース部１１はセラミックの積層構造を有し、その上面には凹部１５が形成されている。角速度センサパッケージ１０のベース部１１において凹部１５の底面には凹部１６が形成されている。ベース部１１の上面にはシールリング１３が気密状態にて接合されている。シールリング１３の上にはメタルリッド１４が気密状態にて接合され、メタルリッド１４によりシールリング１３の上面開口部（凹部１５の上面開口部）が塞がれている。
角速度センサパッケージ１０におけるベース部１１には複数の接続端子１７が積層構造を形成する際に同時に内部配線として形成される。この接続端子１７は外部に信号を取り出すためのものである。接続端子１７の一端が凹部１５の底面において露出している。また、接続端子１７の他端がパッケージ１０（ベース部１１）の下面に延設されている。
また、角速度センサパッケージ１０におけるベース部１１の凹部１６の底面には信号処理チップ２０が接着されている。さらに、信号処理チップ２０の上には角速度センサチップ３０が接着されている。角速度センサチップ３０において、振動型角速度センサの角速度検知部が形成されている。
図３に角速度センサチップ３０における概略構成を示す。図３において、チップの表面に平行な面での直交する２軸を振動方向と角速度検出方向としている。図３のチップでの枠部４０内に２つの振動子４１ａ，４１ｂが設けられている。振動子４１ａ，４１ｂは錘４２ａ，４２ｂと駆動フレーム４３ａ，４３ｂを具備している。梁４４ａ，４４ｂにより駆動フレーム４３ａ，４３ｂに対し錘４２ａ，４２ｂが連結支持されている。また、梁４５ａ，４５ｂにより駆動フレーム４３ａ，４３ｂがその周りの枠部４０に支持されている。これらの梁４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂにより、錘４２ａ，４２ｂと駆動フレーム４３ａ，４３ｂが振動方向に振動（励振）することができるとともに、錘４２ａ，４２ｂが角速度検出方向に振動することができるようになっている。駆動フレーム４３ａ，４３ｂには櫛歯状の可動電極４６ａ，４６ｂが形成されるとともに枠部４０には固定電極４７ａ，４７ｂが可動電極４６ａ，４６ｂと対向するように形成されている。そして、駆動発振部４８により一定周波数の駆動電圧が固定電極４７ａ，４７ｂと可動電極４６ａ，４６ｂとの間に印加され、駆動フレーム４３ａ，４３ｂおよび錘４２ａ，４２ｂが振動方向に振動する。このとき、駆動フレーム４３ａ（錘４２ａ）と駆動フレーム４３ｂ（錘４２ｂ）とは逆位相で振動して励振動作する。励振時において角速度検出方向における錘４２ａ，４２ｂの動きがコンデンサ４９ａ，４９ｂにより検出される。詳しくは、コリオリ力により角速度の大きさに応じた振幅で角速度検出方向に角速度振動成分が互いに逆相にて発生し、これがコンデンサ４９ａ，４９ｂにおいて容量変化として現れる。このコンデンサ４９ａ，４９ｂの容量変化がＣ−Ｖ変換回路２１，２２において容量変化に応じた電位に変換され、さらに、差動増幅器２３において位相反転した角速度振動成分の差が抽出される。
図１，２の説明に戻り、角速度センサチップ３０と信号処理チップ２０とはボンディングワイヤＷ１にて電気的に接続され、このボンディングワイヤＷ１を用いて角速度センサチップ３０の角速度検出信号（図３の差動増幅器２３の出力信号）が信号処理チップ２０に送られてノイズ成分の除去等の信号処理が行われる。また、角速度センサパッケージ１０の接続端子１７と信号処理チップ２０とはボンディングワイヤＷ２にて電気的に接続され、このボンディングワイヤＷ２と接続端子１７を用いて回路基板１から信号処理チップ２０に電源電圧等を供給することができるとともに角速度検出信号を回路基板１に送ることができるようになっている。さらに、角速度センサパッケージ１０の接続端子１７と角速度センサチップ３０とはボンディングワイヤＷ３にて電気的に接続され、このボンディングワイヤＷ３と接続端子１７を用いて回路基板１を通してチップ３０でグランド電位をとることができるようになっている。
このようにして、回路基板１の上に、角速度センサチップ３０を収納した角速度センサパッケージ１０が搭載されるとともに、角速度センサパッケージ１０に設けた接続端子１７を介して、角速度センサチップ３０と回路基板１とを電気的に接続することができるようになっている。
角速度センサパッケージ１０（ベース部１１）の下面には電極部１８が複数配置されている。各電極部１８はパッケージ１０に埋設した各接続端子１７と電気的に接続され、パッケージに設けた接続端子における外部への接続用となっている。各電極部１８はメタライズ等の手法によりパッケージの下面に形成（パターニング）したものである。
また、角速度センサパッケージ１０の下面に配した接続端子１７における電極部１８と回路基板１の上面の電極部（導体パターン）２との間に導電性固体材料としての導電性球体（導電性ビーズ）５０が配置され、この状態で角速度センサパッケージ１０の下面と回路基板１の上面とが樹脂製接着剤（低弾性接着剤）５１にて固着されている。詳しくは、導電性球体５０と樹脂製接着剤５１とは、樹脂製接着剤５１に導電性球体５０を混合したもの（導電性接着剤）を用いており、樹脂製接着剤５１に導電性球体５０を混合したもの（導電性接着剤）を回路基板１の上面の電極部２上に塗布し、その後に、回路基板１上に角速度センサパッケージ１０を配置して樹脂製接着剤５１を硬化している。
導電性球体５０は金属粒子を用いている。他にも、プラスチック粒子に導電性の金属めっきを施したものを用いてもよい。
導電性球体５０が角速度センサパッケージ１０の下面に配した電極部１８と接触するとともに回路基板１の上面の電極部２と接触している。これにより、回路基板１の上面の電極部２が導電性球体５０を介して電極部１８と電気的に接続されている。よって、回路基板１が導電性球体５０および接続端子１７（電極部１８）を介してワイヤＷ２，Ｗ３により角速度センサチップ３０および信号処理チップ２０と電気的に接続されている。
また、樹脂製接着剤５１が角速度センサパッケージ１０と回路基板１とを接着しているが、このとき、樹脂製接着剤（低弾性接着剤）５１が粘弾性をもつエラストマーとなり、防振作用を有する。つまり、使用する樹脂製接着剤５１が低弾性の接着剤であるため、その硬化物は防振材としての機能を有する。
ここで、樹脂製接着剤５１により、回路基板１上に角速度センサパッケージ１０を固定する工程（製造工程）について言及する。
回路基板１上に、樹脂製接着剤５１に導電性球体５０を混練したもの（導電性接着剤）を塗布する。このとき、樹脂製接着剤５１に導電性球体５０を混練したもの（導電性接着剤）の塗布方法として、スクリーン印刷法により電極面上のみに選択的に塗布する方法を用いることができる。その後、回路基板１上に角速度センサパッケージ１０を配置する。引き続き、樹脂製接着剤５１を硬化する。これにより、回路基板１上に角速度センサパッケージ１０が接合される。
このようにして、樹脂製接着剤５１が硬化後収縮により、樹脂製接着剤５１中に分散された導電性球体５０が電極部（パッケージ側電極）１８と回路基板１の電極部（回路基板側電極パターン）２に挟み込まれるように固定され、その間の導電性を付与することができる。
なお、樹脂製接着剤５１による防振特性は、使用するパッケージ１０のサイズにより、接着剤硬化物の弾性率を変化させることで調整することが可能であり、その機能を満足させるような弾性率を有する接着剤を選定する。その弾性率の調整に当たっては、低弾性率接着剤の材質そのものを変更することも可能であるが、導電性を付与するために使用する導電性球体５０における樹脂製接着剤５１への配合比を変化させることによっても可能であり、これにより、任意の周波数の減衰特性を得ることが可能となる。
以上のごとく、本実施形態は下記の特徴を有する。
図２の角速度センサパッケージ１０の下面に接続端子１７における電極部１８を配するとともに、当該電極部１８と回路基板１の上面の電極部２との間に導電性固体材料としての導電性球体５０を介在させ、かつ、角速度センサパッケージ１０の下面と回路基板１の上面とを樹脂製接着剤５１にて固着した。よって、角速度センサパッケージ１０の下面と回路基板１の上面との間において、導電性球体５０を介して、角速度センサパッケージ１０の下面に配した接続端子の電極部１８と回路基板１の上面の電極部２とが電気的に接続される。また、角速度センサパッケージ１０の下面と回路基板１の上面とが樹脂製接着剤５１にて固着され、この樹脂製接着剤５１が防振材として機能して、角速度センサパッケージ１０に収納される角速度センサチップ３０を防振することができる。
このようにして、角速度センサにおいて問題となる振動に対して、防振と角速度センサパッケージ１０に対する電気的接続を同時に行うことができ、その結果、簡素な構成にて防振することができるとともに角速度センサチップ３０を収納した角速度センサパッケージ１０と回路基板１とを電気的に接続することができる。
導電性固体材料としての導電性球体５０は、金属粒子、プラスチックに導電性の金属めっきを施したものであった。これに対し、導電性固体材料としての導電性球体５０の代わりに、図４に示すように、球体そのものを低弾性のエラストマー６１により作成し、その表面に金属皮膜６２を蒸着等の手法によりメタライズして形成することで、逆に粒子混合による弾性率への影響を少なくすることも可能である。このようして、導電性固体材料として導電性エラストマー６０を用いると、当該導電性エラストマー６０が防振材として機能して防振性向上という観点から好ましいものとなる。
さらには、平面方向に導電性球体５０同士が接触しないよう、配合比を制御し、添加剤等の追加により、図５に示すように導電性球体５０の分散性を均一化する。つまり、樹脂製接着剤５１において角速度センサパッケージ１０における各パッケージ側電極部１８に対し導電性球体５０を均一に、かつ、離間して分散させる。このようにすることにより、上下方向のみの接触（電気的接続）を確保でき、一面に接着剤を塗布したとしても、電極部のみで導電性が確保され、電気的接続と防振材（低弾性エラストマー）を用いた接合が可能となる。このように、樹脂製接着剤５１に混合した各導電性球体５０は、各導電性球体５０同士が接触しない状態で分散していると、より上下方向のみの接触（電気的接続）を確保することができる。
また、図６に示すように、導電性固体材料７０は、シート状をなし、厚み方向を導電方向とした異方性導電エラストマーであってもよい。詳しくは、異方性導電エラストマーとしてシート状のものを用い、パッケージ１０と回路基板１との間にシート状の導電性固体材料７０を挟み込み、その周辺に硬化した接着剤（低弾性接着剤）７１を配することにより接続を図ることも可能である。この場合においても、上下方向のみの接触（電気的接続）を確保することができる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図２に代わる本実施の形態における角速度センサの縦断面図を図７に示す。
本実施形態においても、角速度センサパッケージ１０の下面には電極部１８が複数配置され、各電極部１８はパッケージに埋設した各接続端子１７と電気的に接続されている。即ち、角速度センサパッケージ１０の下面に、接続端子１７における電極部１８が配置されている。
電極部１８と回路基板１の上面の電極部２との間に、異方性導電エラストマー（広義には導電性エラストマー）８０が介在されている。異方性導電エラストマー８０は、シート状をなし、厚み方向を導電方向としている。また、フレーム（フォルダ）８１が回路基板１から角速度センサパッケージ１０の背面側（上面側）に延びている。さらに、弾性部材としてのエラストマー８２が、角速度センサパッケージ１０の背面（上面）とフレーム８１の間に介在されている。フレーム（フォルダ）８１とエラストマー８２によりパッケージ１０に付勢力Ｆ１を加える付勢手段が構成されている。そして、フレーム（フォルダ）８１とエラストマー８２により、角速度センサパッケージ１０の下面を回路基板１の上面に付勢して角速度センサパッケージ１０と回路基板１とを連結している。
よって、角速度センサパッケージ１０の下面と回路基板１の上面との間において、異方性導電エラストマー８０を介して、角速度センサパッケージ１０の下面に配した接続端子の電極部１８と回路基板１の上面の電極部２とが電気的に接続される。また、フレーム８１とエラストマー８２によって角速度センサパッケージ１０の下面が回路基板１の上面に付勢され、これにより角速度センサパッケージ１０と回路基板１とが連結される。このとき、異方性導電エラストマー８０が防振材として機能して、角速度センサパッケージ１０に収納される角速度センサチップ３０を防振することができる。
このようにして、角速度センサにおいて問題となる振動に対して、防振と角速度センサパッケージ１０に対する電気的接続を同時に行うことができ、その結果、新規な構成にて防振することができるとともに角速度センサチップ３０を収納した角速度センサパッケージ１０と回路基板１とを電気的に接続することができる。また、導電性エラストマーは、シート状をなし、厚み方向を導電方向とした異方性導電エラストマー８０であるので、上下方向のみの接触（電気的接続）を確保することができる。
以上のごとく、本実施形態においては、図７に示すように接着剤ではなく、エラストマー８２を取り付けたフレーム（フォルダ）８１を回路基板１上に固定して、基板・パッケージ間に異方性導電エラストマー８０を介在させた状態でパッケージ１０に付勢力Ｆ１を加えることで、パッケージ１０を異方性導電エラストマー８０を介して支持でき同時に導電性を付与することができることとなる。
第１の実施の形態における角速度センサの平面図。 図１のＡ−Ａ線での縦断面図。 角速度センサチップおよびその電気的構成を示す図。 別例の断面図。 別例の電極部分における平面図。 別例における角速度センサの縦断面図。 第２の実施の形態における角速度センサの縦断面図。
符号の説明
１…回路基板、２…電極部、１０…角速度センサパッケージ、１７…接続端子、１８…電極部、３０…角速度センサチップ、５０…導電性球体、５１…樹脂製接着剤、６０…導電性エラストマー、７０…導電性固体材料、８０…異方性導電エラストマー、８１…フレーム、８２…エラストマー。

Claims (7)

  1. 回路基板（１）の上に、角速度センサチップ（３０）を収納した角速度センサパッケージ（１０）を搭載するとともに、角速度センサパッケージ（１０）に設けた接続端子（１７）を介して、前記角速度センサチップ（３０）と前記回路基板（１）とを電気的に接続した角速度センサであって、
    前記角速度センサパッケージ（１０）の下面に前記接続端子（１７）における電極部（１８）を配するとともに、当該電極部（１８）と前記回路基板（１）の上面の電極部（２）との間に導電性固体材料（５０）を介在させ、かつ、前記角速度センサパッケージ（１０）の下面と前記回路基板（１）の上面とを樹脂製接着剤（５１）にて固着したことを特徴とする角速度センサ。
  2. 前記導電性固体材料（５０）と樹脂製接着剤（５１）とは、樹脂製接着剤（５１）に導電性固体材料（５０）を混合したものであることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
  3. 前記導電性固体材料として導電性エラストマー（６０）を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ。
  4. 前記樹脂製接着剤（５１）に混合した各導電性固体材料（５０）は、各導電性固体材料（５０）同士が接触しない状態で分散していることを特徴とする請求項２に記載の角速度センサ。
  5. 前記導電性固体材料（７０）は、シート状をなし、厚み方向を導電方向とした異方性導電エラストマーであることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
  6. 回路基板（１）の上に、角速度センサチップ（３０）を収納した角速度センサパッケージ（１０）を搭載するとともに、角速度センサパッケージ（１０）に設けた接続端子（１７）を介して、前記角速度センサチップ（３０）と前記回路基板（１）とを電気的に接続した角速度センサであって、
    前記角速度センサパッケージ（１０）の下面に前記接続端子（１７）における電極部（１８）を配するとともに、当該電極部（１８）と前記回路基板（１）の上面の電極部（２）との間に導電性エラストマー（８０）を介在させ、かつ、付勢手段（８１，８２）により、前記角速度センサパッケージ（１０）の下面を前記回路基板（１）の上面に付勢して前記角速度センサパッケージ（１０）と前記回路基板（１）とを連結したことを特徴とする角速度センサ。
  7. 前記導電性エラストマー（８０）は、シート状をなし、厚み方向を導電方向とした異方性導電エラストマーであることを特徴とする請求項６に記載の角速度センサ。
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