JP2009099822A - Physical quantity detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定体に加わる加速度や傾斜角などの物理量を検出しこれを電気的信号に変換する物理量検出装置に関する。 The present invention relates to a physical quantity detection device that detects a physical quantity such as an acceleration or an inclination angle applied to an object to be measured and converts it into an electrical signal.
物理量検出装置とは、機械的な物理量を電気的な信号に変換する変換器の総称であり、傾斜角度に応じた電気信号を出力する傾斜センサや、加速度に応じた電気信号を出力する加速度センサが知られている。傾斜センサでは、傾斜角に応じて異なる情報を入力するための入力手段などにも使われており、加速度センサは、自動車のエアバッグ作動手段の検出手段などにも使われている。 The physical quantity detection device is a general term for converters that convert mechanical physical quantities into electrical signals. An inclination sensor that outputs an electrical signal according to an inclination angle and an acceleration sensor that outputs an electrical signal according to acceleration. It has been known. The tilt sensor is also used as an input means for inputting different information depending on the tilt angle, and the acceleration sensor is also used as a detection means for an airbag operating means of an automobile.
このような物理量検出装置として多くの種類が提案されている。中でも、梁等により懸架された錘部を有し、印加される物理量に応じた錘部の変位を検出するものとして、ゲージ抵抗の歪みによる抵抗値の変化により物理量を検出する抵抗型物理量検出装置が知られており、多くの提案を見るものである(例えば、特許文献1参照)。 Many types of physical quantity detection devices have been proposed. Among them, a resistance type physical quantity detection device that has a weight part suspended by a beam or the like and detects a physical quantity based on a change in resistance value due to a strain of a gauge resistance as a means for detecting displacement of the weight part according to an applied physical quantity. Is known, and many proposals are seen (for example, refer to Patent Document 1).
特許文献1に記載された従来技術の構成と機能について図面を用いて説明する。図3は特許文献1に記載された従来技術を説明しやすいようにその趣旨を逸脱しない範囲で書き直した断面図である。
The configuration and function of the prior art described in
特許文献1に記載された従来の物理量検出装置120は、枠部103と、薄肉で可撓性である一対の梁部102を介して枠部103中央の開口部に懸架された錘部101とを有する。枠部103は低弾性接着剤110を用いて基板107に接着されている。また従来の物理量検出装置120は、枠部103上面にパッド電極105を設けるとともに、基板107上面には基板電極108を設け、パット電極105と基板電極108とを接続ワイヤー106を介して電気的に接続している。
The conventional physical quantity detection device 120 described in
このように構成すると、固定された物理量検出装置120が加速度等の物理量を受けた際に、枠部103の開口部に懸架された錘部101は慣性運動するため、印加された加速度の大きさと方向に応じて梁部102に撓みを生じることとなる。
知られているように、前述の梁部102上に例えばピエゾ抵抗素子を形成して、そのピエゾ抵抗素子を含んだホイートストン・ブリッジを構成すれば、ブリッジ平衡電圧の変動から物理量検出装置120に加わった加速度等の物理量を検出することができる。
With this configuration, when the fixed physical quantity detection device 120 receives a physical quantity such as acceleration, the weight part 101 suspended in the opening of the
As is known, if, for example, a piezoresistive element is formed on the beam 102 and a Wheatstone bridge including the piezoresistive element is formed, the physical quantity detection device 120 is added due to fluctuations in the bridge equilibrium voltage. It is possible to detect physical quantities such as acceleration.
また特許文献1に示す物理量検出装置120においては、耐衝撃性を向上させる目的で、シリコン樹脂等からなる低弾性接着剤110を用いて枠部103を基板107に固着している。さらに低弾性接着剤110の熱膨張を抑えるため、低弾性接着剤110に粒子を含有させている。
In the physical quantity detection device 120 shown in
しかし、従来技術の物理量検出装置では次のような問題がある。一般に、接続ワイヤーの電極への接合方法としては、超音波振動と加熱を併用する超音波ボンディング手段が広く用いられている。
従来技術の物理量検出装置120においては、枠部103が低弾性接着剤110で基板
107に固着されている。このため、超音波接合する際にパッド電極105と接続ワイヤー106とに加えられる圧力が、低弾性接着剤110によって緩和されてパッド電極105と接続ワイヤー106との界面に有効に作用しない。この結果、接続ワイヤー106とパッド電極105とが正しく接合されない問題があった。
However, the conventional physical quantity detection device has the following problems. In general, as a method for bonding a connection wire to an electrode, ultrasonic bonding means using both ultrasonic vibration and heating is widely used.
In the physical quantity detection device 120 of the prior art, the
また、従来技術の物理量検出装置120においては、枠部103が低弾性接着剤110を介して基板107に接着されているため、ワイヤーボンディング時の超音波振動により、枠部103が共振して梁部102を損傷するという問題を生じていた。
In the physical quantity detection device 120 of the prior art, since the
そこで本発明の目的は、上記の課題を解決して、超音波ボンディング時のワイヤーの接合不良およびセンサの破損を防ぐとともに、耐衝撃性に優れた物理量検出装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a physical quantity detection device excellent in impact resistance while preventing wire bonding failure and sensor breakage during ultrasonic bonding.
上記課題を解決するために、本発明の物理量検出装置は、下記記載の構成を採用するものである。 In order to solve the above problems, the physical quantity detection device of the present invention adopts the following configuration.
本発明の物理量検出装置は、印加される物理量を検出するセンサが基板上に搭載され、ワイヤーボンディングするためのパッド電極がセンサに設けられた物理量検出装置において、センサを、パッド電極の反対側から基板上で支持する支持部材と、支持部材により基板上で支持されたセンサを、基板に対して固着する接着剤とを備え、支持部材は接着剤より高い硬度を有することを特徴とするものである。 The physical quantity detection device of the present invention is a physical quantity detection device in which a sensor for detecting an applied physical quantity is mounted on a substrate, and a pad electrode for wire bonding is provided on the sensor. A support member supported on the substrate; and an adhesive for fixing the sensor supported on the substrate by the support member to the substrate, wherein the support member has higher hardness than the adhesive. is there.
また本発明の物理量検出装置は、上記記載の構成に加えて、センサまたは基板の、支持部材と当接する箇所に凹部を設けることを特徴とするものである。 In addition to the above-described configuration, the physical quantity detection device of the present invention is characterized in that a recess is provided at a location where the sensor or the substrate comes into contact with the support member.
さらに本発明の物理量検出装置は、上記記載の構成に加えて、支持部材は、センサまたは基板と一体に形成されることを特徴とするものである。 Furthermore, in addition to the above-described configuration, the physical quantity detection device of the present invention is characterized in that the support member is formed integrally with the sensor or the substrate.
本発明の物理量検出装置では、センサは、支持部材より硬度の低い接着剤で基板に対して固着される。このため、外部からの衝撃を接着剤により緩和することにより、センサの破損を防ぐことができる。
また本発明の物理量検出装置では、センサが、パッド電極の反対側から支持部材により支持されている。このため、超音波ボンディングによる接続ワイヤー接合の際に、接続ワイヤーとパッド電極との界面に有効な圧力が印加される。これにより、接続ワイヤーとパッド電極との接合を良好に行うことができる。
さらに本発明の物理量検出装置では、超音波ボンディングによる接続ワイヤー接合の際に、超音波振動が支持部材を介して基板側に伝わるので、センサの共振による破損を防ぐことができる。
In the physical quantity detection device of the present invention, the sensor is fixed to the substrate with an adhesive having a lower hardness than the support member. For this reason, damage to the sensor can be prevented by reducing the impact from the outside with an adhesive.
In the physical quantity detection device of the present invention, the sensor is supported by the support member from the opposite side of the pad electrode. For this reason, effective pressure is applied to the interface between the connection wire and the pad electrode when the connection wire is joined by ultrasonic bonding. Thereby, joining of a connection wire and a pad electrode can be performed favorably.
Furthermore, in the physical quantity detection device of the present invention, since ultrasonic vibration is transmitted to the substrate side via the support member during connection wire bonding by ultrasonic bonding, damage due to resonance of the sensor can be prevented.
以下図面を参照しながら本発明の最適な実施の形態における物理量検出装置について詳細に説明する。 Hereinafter, a physical quantity detection device according to an optimal embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<実施例1>
図1は、本発明の実施例1における物理量検出装置の構造を模式的に示す断面図である。図1に示すように、実施例1における物理量検出装置20は、センサ部19が基板7上に搭載された構成を備える。センサ部19は、略立方形の錘部1と、薄肉で可撓性の梁部2と、中央に開口部を有する枠部3と、下蓋4とからなる。錘部1は一対の梁部2を介し
て枠部3と接合しており、枠部3の開口部のほぼ中央に懸架されている。下蓋4は略四角形の平面形状を有し、端部において枠部3の下部と接合している。
<Example 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the physical quantity detection device in
錘部1と梁部2と枠部3と下蓋4の材料としては、例えば、シリコン単結晶やガラス板を用いることができる。このような材料を用いると、フォトリソグラフィ技術や異方性ドライエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)等の知られている加工手段により小型の物理量検出装置20を形成することができる。
また、梁部2の部材としては、シリコン単結晶やガラスの他、窒化シリコン、酸化シリコン、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の可撓性材料を用いることができる。
As a material of the
Moreover, as a member of the
また物理量測定装置20では、センサ部19の枠部3の上部にパッド電極5が設けられる。このパッド電極5は、基板7上に設けられた基板電極8と接続ワイヤー6を介して電気的に接続している。
In the physical
さらに物理量測定装置20では、センサ部19は、略立方体形状の支持部材9により下蓋4の下側から基板7上で支持される。ここで支持部材9は、パッド電極5の真下からセンサ部19を支持することが望ましい。支持部材9はセンサ部19または基板7のいずれか一方に固着された状態で、センサ部19を基板7上で支持する。
支持部材9に支持されたセンサ部19は、弾性接着剤10により基板7に対して固着されている。ここで、支持部材9は弾性接着剤10より硬度の高い部材により構成される。
支持部材9は、例えば、半導体集積回路チップの突起電極を形成する方法により、Au、Cu、ハンダ等の金属材料を用いて形成される。弾性接着剤10の材料としては、例えば、弾性率の低いシリコン樹脂等を用いることができる。
Further, in the physical
The
The
物理量検出装置20は、上述した構成を備えることにより、固定された物理量検出装置20が加速度等の物理量を受けた際に、内部に懸架された錘部1は慣性運動するため、印加された加速度の大きさと方向に対応する撓みが梁部2に生じることとなる。知られているように、前述の梁部2上に例えばピエゾ抵抗素子を形成して、そのピエゾ抵抗素子を含んだホイートストン・ブリッジを構成すれば、ブリッジ平衡電圧の変動から物理量検出装置20に加わった加速度等の物理量を検出することができる。
また、図1に示す梁部2とは別に、例えば一対の梁を梁部2に対して垂直方向に設けることにより、2軸・3軸の物理量検出装置を構成することができる。
Since the physical
In addition to the
また、本発明の実施例1の物理量検出装置20においては、センサ部19は、弾性接着剤10より硬度の高い支持部材9により下蓋4の下側から基板7上で支持される。望ましくは、パッド電極5の真下から、支持部材9によりセンサ部19は支持される。
このため、パッド電極5上に接続ワイヤー6を超音波接合する際のパッド電極5と接続ワイヤー6とに加えられる圧力が、弾性接着剤10によって緩和されることなく、パッド電極5と接続ワイヤー6との界面に有効に印加される。また、超音波振動も、パッド電極5と接続ワイヤー6との界面に有効に作用する。これにより、本発明の第1実施例の物理量検出装置20においては、接続ワイヤー6とパッド電極5との接合を良好に行うことができる。
In the physical
For this reason, the pressure applied to the
さらに、本発明の実施例1の物理量検出装置20においては、超音波ボンディングによる接続ワイヤー接合の際に、超音波振動が枠部3と支持部材9とを介して基板7側に伝わる。このため、枠部3の共振による梁部2の破損を防ぐことができる。
Furthermore, in the physical
さらに、本発明の実施例1の物理量検出装置20においては、センサ部19は、支持部材9より硬度の低い弾性接着剤10で基板7に対して固着される。このため、外部からの衝撃を弾性接着剤10により緩和することにより、センサ部19の破損を防ぐことができ
る。
Furthermore, in the physical
図1においては、支持部材9が略立方体形状を有してセンサ部19を支持する構成例を示した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、支持部材9が、例えば球形状、半球形状を有してセンサ部19を支持する構成であっても良い。
FIG. 1 shows a configuration example in which the
また、図1においては、支持部材9が、下蓋4および基板7と別体で形成された構成例を示した。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、下蓋4または基板7と一体に形成されていても良い。
支持部材9と下蓋4とを一体に形成する場合は、例えば、エッチング手段により下蓋4と一体となる突起形状を設けて、これを支持部材9とすることができる。また、基板7と下蓋4とを一体に形成する場合は、例えば、配線パターン・レジストパターンを形成するエッチング手段などにより突起形状を設けて、これを支持部材9とすることができる。
Further, FIG. 1 shows a configuration example in which the
When the
<実施例2>
次に、本発明の実施例2の物理量検出装置について、図面を用いて説明する。すでに説明した同一の構成には同一の符号を付与しており、その説明は省略する。実施例2の物理量検出装置は、支持部材および基板の構成が、実施例1の物理量検出装置と異なることを特徴とするものである。図2は、本発明の第2の実施例における物理量検出装置の構造を説明するために模式的に示す断面図である。
<Example 2>
Next, a physical quantity detection apparatus according to
図2に示すように、本発明の実施例2の物理量検出装置21は、支持部材9が略球形状に形成される。この略球状の支持部材9は、基板7に設けられた凹部11内で固定される。この略球状の支持部材9として、例えば、市販の球状材料であるシリカ粒子やエポキシ、ウレタン、アクリル、ポリイミド等の樹脂粒子を用いることができる。さらに、Ni、Cu、Au、ハンダ等の金属粒子を支持部材9として用いることができる。基板7上の凹部11は、例えば、エッチング手段により形成される。
As shown in FIG. 2, in the physical quantity detection device 21 according to the second embodiment of the present invention, the
実施例2の物理量検出装置21においても、実施例1の物理量検出装置20と同様に、パッド電極5の真下から、支持部材9によりセンサ部19が支持されることが望ましい。
Also in the physical quantity detection device 21 of the second embodiment, it is desirable that the
実施例2の物理量検出装置21は、例えば、基板7上の所定の位置に凹部11が形成され、略球状の支持部材9が内部に分散された弾性接着剤10により、センサ部19と基板7とが固着される。これにより、実施例2の物理量検出装置21は、実施例1の物理量検出装置20と比較して、センサ部19が支持部材9により基板7上で支持された構成を、容易に作製することが可能となる。
In the physical quantity detection device 21 according to the second embodiment, for example, the
実施例2の物理量検出装置21は、実施例1の物理量検出装置20と同様に、センサ部19が、弾性接着剤10より硬度の高い支持部材9により下蓋4の下側から基板7上で支持される。このため、パッド電極5上に接続ワイヤー6を超音波接合する際のパッド電極5と接続ワイヤー6とに加えられる圧力が、パッド電極5と接続ワイヤー6の界面に有効に印加され、接続ワイヤー6とパッド電極5との接合を良好に行うことができる。
Similar to the physical
さらに、本発明の実施例2の物理量検出装置21においては、超音波ボンディングによる接続ワイヤー接合の際に、超音波振動が枠部3と支持部材9とを介して基板7側に伝わる。このため、枠部3の共振による梁部2の破損を防ぐことができる。
さらに、本発明の実施例2の物理量検出装置21においては、センサ部19は、支持部材9より硬度の低い弾性接着剤10で基板7に対して固着されため、外部からの衝撃を弾性接着剤10により緩和して、センサ部19の破損を防ぐことができる。
Furthermore, in the physical quantity detection device 21 according to the second embodiment of the present invention, ultrasonic vibration is transmitted to the
Furthermore, in the physical quantity detection device 21 according to the second embodiment of the present invention, the
上述した実施例1および実施例2においては、梁部にピエゾ抵抗素子などの検出素子を設け、錘部の変位による梁部の撓みを検出する抵抗型のセンサが、支持部材により基板上で支持されるとともに弾性接着剤で固着される例を示した。
しかし、本発明は抵抗型のセンサを備える物理量検出装置に限定されるものではなく、例えば、錘部に第1の電極を設けるとともに枠部に第2の電極を設け、錘部の変位による電極間の電気的容量を検出する容量型センサなど、他の方式のセンサを備える物理量検出装置に対しても適用可能である。
In the first embodiment and the second embodiment described above, a detection element such as a piezoresistive element is provided in the beam portion, and the resistance type sensor that detects the deflection of the beam portion due to the displacement of the weight portion is supported on the substrate by the support member. And an example of fixing with an elastic adhesive.
However, the present invention is not limited to a physical quantity detection device including a resistance type sensor. For example, the first electrode is provided in the weight portion, the second electrode is provided in the frame portion, and the electrode due to the displacement of the weight portion is provided. The present invention can also be applied to a physical quantity detection device including another type of sensor, such as a capacitive sensor that detects an electrical capacitance between them.
センサの種類、方式を問わず、ワイヤーボンディングするためのパッド電極を備えるセンサを、支持部材により基板上で支持するとともに弾性接着剤で固着することにより、超音波ボンディング時のワイヤーの接合不良およびセンサの破損を防ぐとともに、耐衝撃性に優れた物理量検出装置を提供することが可能となる。 Regardless of sensor type and method, a sensor having a pad electrode for wire bonding is supported on a substrate by a support member and fixed with an elastic adhesive, so that the bonding failure of the wire during ultrasonic bonding and the sensor It is possible to provide a physical quantity detection device with excellent impact resistance.
1 錘部
2 梁部
3 枠部
4 下蓋
5 パッド電極
6 接続ワイヤー
7 基板
8 基板電極
9 支持部材
10 弾性接着剤
11 凹部
19 センサ部
20、21 物理量検出装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記センサを、前記パッド電極の反対側から前記基板上で支持する支持部材と、
前記支持部材により前記基板上で支持された前記センサを、前記基板に対して固着する接着剤とを備え、
前記支持部材は前記接着剤より高い硬度を有する
ことを特徴とする物理量検出装置。 In the physical quantity detection device in which a sensor for detecting the applied physical quantity is mounted on the substrate and a pad electrode for wire bonding is provided on the sensor,
A support member for supporting the sensor on the substrate from the opposite side of the pad electrode;
An adhesive for fixing the sensor supported on the substrate by the support member to the substrate;
The physical quantity detection device, wherein the support member has a higher hardness than the adhesive.
ことを特徴とする請求項1に記載の物理量検出装置。 The physical quantity detection device according to claim 1, wherein a concave portion is provided at a location where the sensor or the substrate contacts the support member.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の物理量検出装置。 The physical quantity detection device according to claim 1, wherein the support member is formed integrally with the sensor or the substrate.
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