JP2009223620A - 力学量センサの組み付け構造 - Google Patents

Abstract

【課題】センサチップ７をパッケージ１に搭載した力学量センサ５０を組み付け部材２０に接続した際に従来の力学量センサの組み付け構造より、センサチップ７の防振性を高くする事ができると共に、力学量センサ５０と組み付け部材２０との接続部の寿命を長くすることができる力学量センサの組み付け構造を提供する。
【解決手段】力学量センサ５０を、センサチップ７と、回路基板３と、これらを搭載するパッケージ１とを有して構成し、力学量センサ５０にセンサチップ７および回路基板３に電力を供給する電力供給手段１２を備える。そして、このような力学量センサ５０を接着剤１５を介して組み付け部材２０に機械的に接続する。また、回路基板３には電力供給手段１２から電力を受けて作動する無線部６を備え、検出された物理量を無線部６から力学量センサ５０の外部に送信させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサチップをパッケージに搭載してなる力学量センサを組み付け部材に接着剤を介して組み付けた力学量センサの組み付け構造に関する。

従来より、力学量センサとして、例えば、基部と、基部に備えられた振動子と、振動子と対向するように備えられた検出電極とを有するセンサチップと、センサチップと電気的に接続される回路基板と、これらセンサチップおよび回路基板を搭載するパッケージとを有して構成された角速度センサが知られている。具体的には、このような角速度では、パッケージのうち、表面に凹部が形成されていると共に、内部に配線が備えられている。そして、凹部の底面には回路基板が配置され、回路基板のうち凹部の底面に配置される一面と反対の一面にはセンサチップが搭載されており、凹部の底面と回路基板および回路基板とセンサチップとはそれぞれ接着剤を介して接続されている。また、回路基板とセンサチップおよび回路基板とパッケージに備えられた配線とはワイヤボンディングを介して電気的に接続されている。

そして、このような角速度センサは、パッケージのうち凹部が形成された一面と反対の一面にパッケージに備えられた配線と電気的に接続された電極が備えられており、例えば、プリント基板等の組み付け部材にはんだバンプを介して機械的、電気的に接続されて用いられる。

このような角速度センサでは、振動子が所定周波数で一方向へ駆動振動されており、振動している振動子に角速度が印加されるとコリオリ力が発生して、コリオリ力により振動子が駆動振動する方向に対して垂直な方向に変位される。この場合に、振動子と検出電極との間の静電容量の変化を検出することで角速度の検出が行われる。

しかしながら、このような角速度センサにおいては、外部から組み付け部材を介してセンサチップに振動が印加されると角速度の検出精度が低下してしまうという問題がある。例えば、通常振動子は５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの駆動振動周波数で駆動振動されるが、振動子を駆動振動させると駆動振動周波数の奇数倍の周波数を有する振動が周囲に発生させられる。また、角速度センサと組み付け部材とをはんだバンプを介して接続した場合には、角速度センサと組み付け部材との構造共振周波数が５０〜６０ｋＨｚ程度になる。

すると、振動子を駆動振動させると、振動子が発生する振動の周波数と、角速度センサと組み付け部材との構造共振周波数が近くなり、角速度センサが振動してしまう。このため、センサチップに対して振動が印加されることになり、角速度の検出精度が悪くなってしまうという問題がある。

そこで、回路基板にセンサチップを搭載した角速度センサにおいて、センサチップと回路基板とを振動吸収性を備えた接着剤を介して接着し、センサチップに印加される外部からの振動を接着フィルムにより吸収する角速度センサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、接着フィルムの材質や形状等を調整して振動吸収性を高めることで、センサチップの防振性を高めている。
特開２００５−３３１２５８号公報

しかしながら、上記特許文献１の角速度センサでは、センサチップと回路基板との防振性を高めることはできるが、角速度センサと組み付け部材との接続に関しては何ら言及されておらず、角速度センサと組み付け部材の接続に関しても振動吸収性を高めてセンサチップの防振性を高めることが必要である。

また、上記のような角速度センサを組み付け部材に組み付ける場合には、振動子が発生する振動の周波数と、角速度センサと組み付け部材との構造共振周波数とを異ならせることが好ましいが、角速度センサと組み付け部材とをはんだバンプを介して接続した場合には構造共振周波数が５０〜６０ｋＨｚとなるため、振動子の駆動振動周波数の選択自由度が低いという問題がある。さらに、角速度センサと組み付け部材とをはんだバンプにより電気的、機械的に接続した場合には、はんだバンプは熱応力の緩和性が低いため破壊されやすく寿命が短いという問題がある。

本発明は、上記点に鑑みて、センサチップをパッケージに搭載した力学量センサを組み付け部材に接続した際に従来の力学量センサの組み付け構造より、センサチップの防振性を高くする事ができると共に、力学量センサと組み付け部材との接続部の寿命を長くすることができる力学量センサの組み付け構造を提供することを目的とする。また、力学量センサとして角速度センサを用いた場合には、振動子の駆動振動周波数の選択自由度を向上させることができる力学量センサの組み付け構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、センサチップ（７）と回路基板（３）とを凹部（２）に搭載したパッケージ（１）に、凹部（２）を覆うようにカバー（１１）を配置した力学量センサ（５０）を組み付け部材（２０）に組み付けた力学量センサの組み付け構造において、力学量センサ（５０）のうちパッケージ（１）における凹部（２）が形成されている面と反対の一面を組み付け部材（２０）に接着剤（１５）を介して機械的に接続し、力学量センサ（５０）にセンサチップ（７）および回路基板（３）に電力を供給する電力供給手段（１３）を備え、回路基板（３）を信号処理部（５）および無線部（６）を有して構成し、信号処理部（５）に、センサチップ（７）から出力された信号から物理量を検出させると共に、無線部（６）に検出した物理量を示す信号を送信させ、無線部（６）に信号処理部（５）から送信された物理量を示す信号を力学量センサ（５０）の外部に送信させることを特徴とする。

このような力学量センサの組み付け構造によれば、回路基板（３）およびセンサチップ（７）に供給される電力は電力供給手段（１３）により供給され、また、センサチップ（７）で検出された力学量は無線部（６）から外部へ送信されるため、力学量センサ（５０）と組み付け部材（２０）との接続は機械的な接続のみを考慮すればよい。このため、機械的、電気的な接続を考慮したはんだバンプより、振動吸収性が高いと共に、熱応力の緩和性が高い接着剤（１５）を用いることにより、力学量センサ（５０）と組み付け部材（２０）との防振性を向上させることができると共に、力学量センサ（５０）と組み付け部材（２０）との接続部の寿命を向上させることができる。さらに、力学量センサ（５０）として角速度センサを用いた場合には、角速度センサと組み付け部材（２０）との構造共振周波数を機械的な接続のみを考慮した接着剤（１５）を用いることができるので振動子の駆動振動周波数の選択自由度を向上させることができる。

例えば、請求項２に記載の発明のように、接着剤（１５）をシリコーン系接着剤としてもよい。このような力学量センサの組み付け構造によれば、シリコーン系接着剤は、はんだバンプよりも振動吸収性が高いと共に、熱応力の緩和性が高いので、従来の力学量センサの組み付け構造よりも防振性を高くすることができると共に、接続部の寿命を長くすることができる。さらに、力学量センサ（５０）として角速度センサを用いた場合には、角速度センサと組み付け部材（２０）との構造共振周波数を０．１〜２ｋＨｚとすることができる。このため、振動子を５〜２０ｋＨｚで駆動振動させ、周囲に駆動振動周波数の奇数倍の周波数を有する振動が発生させられた場合においても、この振動が角速度センサと組み付け部材（２０）との構造共振周波数と近くなることはない。したがって、振動子の駆動振動周波数の選択自由度を向上させることができる。この場合、請求項３に記載の発明のように、接着剤（１５）として、シリコーン系接着剤であるシリコーン系ゲルを用いることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、信号処理部（５）に励振部（５２）を備え、励振部（５２）は、センサチップ（７）に異常があるか否かを判定し、センサチップ（７）に異常があると判定した場合には無線部（６）にセンサチップ（７）が異常であることを示す信号を送信し、センサチップ（７）に異常がないと判定した場合にはセンサチップ（７）に対して物理量の検出を行う検出作動と、検出作動を停止する停止作動とを交互に行う通常間欠作動を行わせ、無線部（６）からセンサチップ（７）の検出作動を要求する始動信号を受信した場合にはセンサチップ（７）に間欠作動のうち検出作動を行わせる構成としてもよい。

また、請求項５に記載の発明のように、力学量センサ（５０）を車両に搭載し、信号処理部（５）に励振部（５２）を備え、励振部（５２）は、センサチップ（７）に異常があるか否かを判定し、センサチップ（７）に異常があると判定した場合には無線部（６）にセンサチップ（７）が異常であることを示す信号を送信し、センサチップ（７）に異常がないと判定した場合にはセンサチップ（７）に対して物理量の検出を行う検出作動と、検出作動を停止する停止作動とを交互に行う通常間欠作動を行わせ、通常間欠作動をセンサチップ（７）に行わせている際に、車両が停止している信号を受信するとセンサチップ（７）に対して、通常間欠作動よりも一回に行われる検出作動および停止作動の時間が長い長期間欠作動を行わせ、長期間欠作動を行っている際に車両が始動した信号を受信した場合にはセンサチップ（７）に対して通常間欠作動を行わせ、長期間欠作動をしている場合に無線部（６）からセンサチップ（７）に検出作動を要求する始動信号を受信した場合、または通常間欠作動をしている場合に始動信号を受信した場合にはセンサチップ（７）に間欠作動のうち検出作動を行わせる構成としてもよい。

さらに、請求項６に記載の発明のように、無線部（６）に、信号処理部（５）から物理量を示す信号を受信させると共に、励振部（５２）の状態を検出させ、外部から物理量を要求する信号があるか否かを判定させて、物理量を要求する信号があると判定した際には、励振部（５２）がセンサチップ（７）に検出作動を行わせているか否かを判定させ、励振部（５２）がセンサチップ（７）に検出作動を行わせていないと判定した場合には、励振部（５２）に対してセンサチップ（７）に検出作動を行わせる始動信号を送信させ、励振部（５２）がセンサチップ（７）に検出作動を行わせていると判定した場合には信号処理部（５）から受信した物理量を示す信号を外部に送信させてもよい。

また、請求項７に記載の発明のように、励振部（５２）に、励振部（５２）に供給される電圧が低下しているか否かを判定させて電圧が低下している場合には無線部（６）に電圧が低下していることを示す信号を送信させ、励振部（５２）の回路に異常があるか否かを判定させて回路に異常がある場合には無線部（６）に回路に異常があることを示す信号を送信させ、センサチップ（７）に異常があるか否かを判定させてセンサチップ（７）に異常があると判定した場合には無線部（６）にセンサチップ（７）の異常を示す信号を送信させてもよい。

さらに、請求項８に記載の発明のように、信号処理部（５）と無線部（６）とをトレンチにより分離してもよい。

また、請求項９に記載の発明のように、カバー（１１）を誘電体で構成してもよい。そして、請求項１０に記載の発明のように、カバー（１１）を非誘電体で構成すると共に複数の貫通孔（１５）を形成し、回路基板（３）に力学量センサ（５０）の外部に物理量を示す信号を送信するための送信アンテナ（６２）を備えると共に、力学量センサ（５０）の外部から物理量を要求する信号を受信するための受信アンテナ（６３）を備える構成としてもよい。

さらに、請求項１１に記載の発明のように、電力供給手段（１３）をコイルとして、パッケージ（１）の内部に凹部（２）の外側を一周する収容孔（１１）を形成し、収容孔（１１）にコイルを配置してもよい。

また、請求項１２に記載の発明のように、コイル（１３）をパッケージ（１）のうち凹部（２）が形成されている一面または、凹部（２）が形成されている一面と反対の一面に配置してもよい。

さらに、請求項１３に記載の発明のように、接着剤（１５）を、前記力学量センサ（５０）のうち前記パッケージの前記一面と反対の一面の外縁部に配置してもよい。

また、請求項１４に記載の発明のように、接着剤（１５）を、力学量センサ（５０）のうちパッケージ（１）の一面と反対の一面と、組み付け部材（２０）との間に複数箇所配置し、複数箇所に配置された接着剤（１５）を力学量センサ（５０）の中心軸に対して対称となるようにそれぞれ配置してもよい。

さらに、請求項１５に記載の発明のように、回路基板（３）およびセンサチップ（７）をそれぞれ凹部（２）の底面と接続し、無線部（６）が信号処理部（５）よりも振動子から離れるように回路基板（３）とセンサチップ（７）とを配置してもよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態が適用された角速度センサの組み付け構造について説明する。図１に本実施形態にかかる角速度センサの組み付け構造の断面図を示し、この図に基づいて説明する。なお、本実施形態の角速度センサは、例えば、車両に搭載されて用いられる。

図１に示されるように、本実施形態の角速度センサ５０にはパッケージ１が備えられており、このパッケージ１は、例えば、アルミナ等のセラミック層が複数積層されて構成されている。そして、パッケージ１には一面に凹部２が形成されており、凹部２の底面に半導体基板で構成された回路基板３が搭載されている。具体的には、この回路基板３は、例えば、シリコーン系接着剤４を介して凹部２の底面と接合されている。

図２は回路基板３のブロック図を示す図である。図２に示されるように、回路基板３には信号処理部５と無線部６とが形成されており、これら信号処理部５と無線部６とはトレンチにより分離され、相互にノイズが伝播することを防止する構成とされている。
そして、信号処理部５と無線部６とはＡｌ等の半導体配線により電気的に接続されている。

信号処理部５は、検出部５１と励振部５２とを有して構成されている。検出部５１は、図示しないＣ／Ｖ変換回路を備えており、後述するセンサチップ７の静電容量変化をＣ／Ｖ変換回路にて電圧信号に変換すると共に、変換した信号を角速度を示す信号として無線部６に送信する。

励振部５２は、センサチップ７を駆動させる信号をセンサチップ７に対して送信すると共に、センサチップ７やセンサチップ７を駆動させる回路に異常がある場合にこれらの異常を示す信号を無線部６に送信するものである。図３に、励振部５２のブロック図を示す。図３に示されるように、励振部５２は、制御部５２ａ、ドライブ５２ｂおよび初段アンプ５２ｃを有して構成されている。

制御部５２ａは、ドライブ５２ｂにセンサチップ７を駆動させる信号を送信すると共に、センサチップ７や励振部５２に備えられたセンサチップ７を駆動させる回路等に異常がある場合に異常を示す信号を無線部６に送信するものである。

ドライブ５２ｂは制御部５２ａからの信号に基づいてセンサチップ７を駆動させるものである。初段アンプ５２ｃはセンサチップ７からの電気信号（静電容量変化）をＣ／Ｖ変換回路により電圧信号として出力するものである。具体的には、センサチップ７には後述するように振動子８と駆動電極とが形成されており、振動子８と駆動電極との間の静電容量変化に応じて電圧信号を出力する。

また、図２に示されるように、無線部６は、マイクロコンピュータ６１、送信アンテナ６２および受信アンテナ６３を有して構成されている。本実施形態では、送信アンテナ６２および受信アンテナ６３は、回路基板３にパターン形成により備えられている。

マイクロコンピュータ６１は制御部６１ａ、送信部６１ｂおよび受信部６１ｃを備えた周知もので、制御部６１ａ内の図示しないメモリ内に記憶されたプラグラムに従って、所定の処理を実行する。

制御部６１ａは、信号処理部５から送られてくる信号を送信部６１ｂに送る機能を果たすものである。また、制御部６１ａは、例えば、角速度に応じて所定の処理を実行する図示しないＥＣＵから角速度を要求する信号を受信アンテナ６３を通じて受信部６１ｃから受信した場合には、励振部５２がセンサチップ７を駆動させているか否かを判定する。そして、励振部５２がセンサチップ７を駆動させていると判定した場合にはＥＣＵに検出された角速度を示す信号を送信し、励振部５２がセンサチップ７を駆動させていないと判定した場合には励振部５２にセンサチップ７を駆動させる始動信号を送信する。

送信部６１ｂは、送信アンテナ６２を通じて、制御部６１ａから送られてきた信号を角速度を示す信号としてＥＣＵに向けて送信する出力部としての機能を果たすものである。

受信部６１ｃは、受信アンテナ６３を通じて、ＥＣＵから送られてきた信号を受信し、受信した信号を制御部６１ａに送る入力部としての機能を果たすものである。

また、図１に示されるように、回路基板３のうちパッケージ１に接続される一面と反対の一面には、センサチップ７を搭載するための接着部が設けられており、接着部にはシリコーン系接着剤９を介してセンサチップ７が配置されている。そして、回路基板３とセンサチップ７とがワイヤボンディング１０を介して電気的に接続されている。

センサチップ７には角速度検出を行う検出素子が構成されている。具体的には、センサチップ７は、基部、振動子８、駆動電極および検出電極を有して構成されている。

振動子８には櫛歯部および検出用錘部が備えられている。また、駆動電極は、櫛歯部が形成されていると共に、この櫛歯部が振動子８に形成された櫛歯部と対向するように配置されている。そして検出用電極は第１の検出用電極と第２の検出用電極とを有して構成されており、振動子８に形成された検出用錘部の外側に第１の検出用電極が配置され、第１の検出用電極と対応する位置に第２の検出用電極が配置されている。

本実施形態のセンサチップ７では、振動子８が所定周波数で一方向に駆動振動されており、振動する振動子８に角速度が加わった場合に発生するコリオリ力で振動子８が駆動方向と直交する方向に変位される。すると、検出用錘部と検出用電極との間隔が変化するため、センサチップ７には静電容量変化が発生し、この静電容量変化を信号処理部５で検出する。

また、パッケージ１のうち凹部２が形成されている一面には、セラミックなどの誘電体で構成されたカバー１１が凹部２を覆うように配置されている。

さらに、パッケージ１の内部には凹部２の外側を一周する収容孔１２が形成されており、収容孔１２には本発明の電力供給手段に相当するコイル１３と図示しないコンデンサが配置されている。そして、コンデンサと回路基板３とはワイヤボンディング１４により電気的に接続されている。また、収容孔１２は、パッケージ１を構成する複数のセラミック層の一部に対して貫通孔を形成し、この貫通孔を連通させるようにセラミック層を積層することで形成されている。

コイル１３は、回路基板３およびセンサチップ７に電力を供給するためのものであり、ＥＣＵに接続されている送受信機からの電磁波の送信を受けて電磁誘導により電力を発生すると共に、発生した電力をコンデンサに蓄える。この場合、ＥＣＵに接続されている送受信機からコイルに送信される電磁波は、回路基板３およびセンサチップ７へのノイズの伝播を防止するために、電磁波の波形は矩形波よりもｓｉｎ波の方が好ましく、また、電磁波の周波数は無線部６からＥＣＵに対して送信される信号の周波数よりも低い周波数であることが好ましい。

本実施形態では、上記のように角速度センサ５０が構成されており、パッケージ１のうち凹部２が形成されている一面と反対の一面が基板２０に機械的な接続のみを考慮した接着剤１５を介して接続されている。なお、本実施形態では、接着剤１５として、例えば、シリコーン系接着剤を用いており、角速度センサ５０と基板２０との構造共振周波数が０．１〜２ｋＨｚとされている。

次にこのように構成された角速度センサ５０の基本的な検出作動について説明する。

まず、センサチップ７では角速度に応じた静電容量変化が発生し、信号処理部５ではセンサチップ７の静電容量変化を、角速度を示す電圧信号に変換して無線部６に送信する。無線部６は信号処理部５から送信された信号をＥＣＵに送信する。

次に、角速度を示す信号をＥＣＵに送信するまでの具体的な送信手段について説明する。まず、角速度を検出するセンサチップ７を駆動させる励振部５２の作動について説明する。図４は励振部５２がセンサチップ７を駆動させる際のフローチャートである。本実施形態では、車両のイグニッションスイッチがオン状態になると、コイル１３の電磁誘導により発生させられた電力がコンデンサにされ、その電力が励振部５２に電力される。そして、励振部５２はコンデンサから電力が供給されると以下の処理を開始すると共に所定演算周期毎に繰り返して行う。

図４に示されるように、ステップ１００では、センサチップ７が正常に作動するか否かを検出する。具体的には、振動子８を駆動させる駆動振動周波数と、振動子８と駆動電極との間の静電容量変化が対応していない場合には振動子８に異常があると判定する。

そして、ステップ１１０では、センサチップ７に異常があると判定した際にはステップ１２０へ進み、無線部６にセンサチップ７に異常があることを示す信号を送信する。また、センサチップ７に異常がないと判定した際にはステップ１３０へ進む。

ステップ１３０では、角速度の検出を行う検出作動および角速度の検出を停止する停止作動を交互に行う通常間欠作動をセンサチップ７に行わせる。通常間欠作動は、例えば、０．１秒間の角速度の検出を行う検出作動と０．１秒間の角速度の検出を停止する停止作動とすることができる。

続いて、ステップ１４０では、無線部６からセンサチップ７の検出作動を要求する始動信号を受信したか否かを判定する。始動信号は、後述するように、センサチップ７が停止作動の状態である際に、ＥＣＵから角速度を要求する信号が送信された場合に無線部６から送信されるものである。ここで、始動信号を受信した場合にはステップ１３０へ進み、通常間欠作動のうち検出作動をセンサチップ７に行わせる。また、始動信号を受信していない場合には処理を終了する。始動信号は、後述するように、センサチップ７が停止作動の状態である際に、ＥＣＵから角速度を要求する信号が送信された場合に無線部６から送信されるものである。

次に、角速度を示す信号をＥＣＵに送信する無線部６の作動について説明する。図５は無線部６が角速度を示す信号をＥＣＵに送信する際のフローチャートである。無線部６の作動も上記励振部５２の作動と同様に、車両のイグニッションスイッチがオン状態となった際に、コンデンサからの電力供給に基づいて開始され、所定演算周期毎に繰り返して行われる。

図５に示されるように、ステップ２００では、検出部５１から角速度を示す信号を受信すると共に、励振部５２からセンサチップ７の作動状態を示す信号、つまりセンサチップ７が検出作動状態であるか停止作動状態であるかを示す信号を受信する。

そして、ステップ２１０では、ＥＣＵから角速度を要求する信号があるか否かを判定し、角速度を要求する信号があると判定した場合にはステップ２２０へ進み、角速度を要求する信号がないと判定した場合には処理を終了する。

ステップ２２０では、励振部５２がセンサチップ７に対して通常間欠作動のうち検出作動を行わせているか否かの判定を行う。具体的には、上記ステップ２００で励振部５２から受信した信号が、センサチップ７の停止作動状態を示す信号である場合にはステップ２３０へ進み、励振部５２にセンサチップ７に対して検出作動を行わせる始動信号を送信する。すると、励振部５２では、ステップ１４０で始動信号を受信してセンサチップ７に検出作動を行わせるため、無線部６には検出部５１から角速度を示す信号が送信される。また、励振部５２から受信した信号がセンサチップ７の検出作動を示す信号である場合にはステップ２４０へ進み、角速度を示す信号をＥＣＵに送信して処理を終了する。

上記のように本実施形態の角速度センサ５０は、励振部５２が、センサチップ７に異常があるか否かを判定し、センサチップ７に異常がない場合にはセンサチップ７に検出作動と停止作動を交互に行う通常間欠作動を行わせる。

無線部６は、センサチップ７で検出された角速度を示す信号を検出部５１を介して受信し、ＥＣＵから角速度を要求する信号を受信したか否かを判定する。そして、ＥＣＵから
角速度を要求する信号を受信した場合には、励振部５２がセンサチップ７に検出作動を行わせているか否かを判定し、検出作動を行わせている場合にはＥＣＵに対して角速度を示す信号を送信して処理を終了する。また、励振部５２がセンサチップ７に検出作動を行わせていない場合には、励振部５２にセンサチップ７の検出作動を行わせる始動信号を送信する。

励振部５２は、始動信号を受信するとセンサチップ７に対して通常間欠作動のうち検出作動を行わせるため、無線部６にはセンサチップ７から検出部５１を介して角速度を示す信号が送信されることになる。無線部６は、始動信号を送信した後に角速度を示す信号を受信すると、励振部５２がセンサチップ７に検出作動をさせていると判定し、この角速度を示す信号をＥＣＵに送信して処理を終了する。

また、本実施形態では、励振部５２に備えられた制御部はセンサチップ７が正常に作動するか否か以外にも、電源電圧が低下していないか、励振部５２の回路に異常がないかの判定を行っている。図６は、励振部５２に備えられた制御部５２ａの異常判定手段についてのフローチャートであり、所定周期毎に行われている。

図６に示されるように、ステップ３００では、コンデンサから供給される電源電圧が低下しているか否かを判定する。具体的には、制御部５２ａには閾値が設定されており、コンデンサから供給される電圧が閾値より低いとコンデンサの電圧が低下したと判定する。このため、ステップ３００で、否定判定された場合にはステップ３１０へ進み、無線部６にコンデンサから供給される電圧が低いことを示す信号を送信して処理を終了する。ステップ３００で肯定判定された場合にはステップ３２０へ進む。

ステップ３２０では、ドライブ５２ｂの電圧が低下しているか否かを判定する。具体的には、コンデンサから供給される電圧が低下していないのにドライブ５２ｂの電圧が低下していると、センサチップ７を駆動させる回路に異常があると判定する。このため、ステップ３２０で否定判定された場合にはステップ３３０へ進み、ステップ３３０では回路に異常があることを示す信号を無線部６に送信して処理を終了する。ステップ３２０で肯定判定された場合には、ステップ３４０へ進む。

そしてステップ３４０では、初段アンプ５２ｃの出力に異常があるか否かを判定する。具体的には、コンデンサから供給される電圧およびドライブ５２ｂの電圧が低下していないのに初段アンプ５２ｃから出力される信号に異常がある場合には振動子８に異常があると判定する。このため、ステップ３４０で否定判定された場合にはステップ３５０へ進み、無線部６に振動子８の異常を示す信号を送信して処理を終了する。なお、振動子８に異常があると判定されるのは、上記ステップ１００と同様に、振動子８を駆動させる駆動振動周波数と、振動子８と駆動電極との間の静電容量変化が対応していない場合に振動子８に異常があると判定する。ステップ３４０で肯定判定された場合には処理を終了する。

初段アンプ５２ｃの出力に異常があると判定した場合には３５０へ進み、異常がないと判定した場合には処理を終了する。ステップ３５０では、振動子８に異常があると判定して無線部６に振動子８の異常を伝える信号を送信する。具体的には、振動子８を駆動させる駆動振動周波数と、振動子８と駆動電極との静電容量変化とが対応していない場合には振動子８に異常があると判定する。

このような角速度センサの組み付け構造によれば、回路基板３およびセンサチップ７に供給される電力はＥＣＵに接続された送受信機とコイル１３との電磁誘導により発生する電力が用いられており、また、センサチップ７で検出された角速度は無線部６からＥＣＵへ無線通信で送信されるため、角速度センサ５０と基板２０との接続は機械的な接続のみを考慮すればよい。つまり、本実施形態では、機械的な接続のみを考慮した接着剤１５を用いることができ、従来の機械的、電気的な接続を考慮したはんだバンプより振動吸収性が高いと共に熱応力の緩和性が高い接着剤１５を用いることができる。このため、力学量センサ５０と基板２０との防振性を高めることができると共に、角速度センサ５０と基板２０との接続部の寿命を延ばすことができる。

また、本実施形態では、従来のはんだバンプより振動吸収性が高いと共に熱応力の緩和性が高い接着剤１５としてシリコーン系接着剤を用いており、角速度センサ５０と基板２０との構造共振周波数が０．１〜２ｋＨｚとされている。このため、振動子８を駆動振動させた際に周囲に発生させられる振動の周波数が５０〜６０ｋＨｚとなっても角速度センサ５０と基板２０との構造共振周波数と異なるので、振動子８を駆動振動させることに起因する角速度センサ５０の振動を防止することができ、センサチップ７の防振性を向上させることができる。さらに、周囲に発生させられる振動の周波数が５０〜６０ｋＨｚとなる振動子８の駆動振動周波数を選択することができるので振動子８の駆動振動周波数の選択自由度を向上させることもできる。

また、無線部６はＥＣＵから角速度を要求する信号を受信した場合に、センサチップ７で検出された角速度を示す信号をＥＣＵに対して送信するため、電力の消費を抑えることができる。さらに、センサチップ７は、通常間欠作動により角速度の検出を行っているので電力の消費を抑えることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の角速度センサの組み付け構造は第１実施形態に対して励振部５２の作動を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。図７は、励振部５２がセンサチップ７を駆動させる際のフローチャートであり、所定演算周期毎に行われる。

図７に示されるように、ステップ４００〜４３０では、上記第１実施形態で説明したステップ１００〜ステップ１３０と同様に、センサチップ７に異常があるか否かを判定し、センサチップ７に異常がある場合にはセンサチップ７に異常があることを示す信号を無線部６に送信し、センサチップ７に異常がない場合にはセンサチップ７に通常間欠作動を行わせる。

ステップ４４０では、車両が停止しているか否かの判定を行い、車両が停止していると判定した場合にはステップ４５０へ進み、車両が停止していないと判定した場合にはステップ４７０へ進む。具体的には、車両が停止するとＥＣＵから車両が停止したことを示す信号が無線部６を介して励振部５２に送信される。このため、励振部５２はこの信号を受信した場合には車両が停止していると判定し、受信していない場合には車両が停止していないと判定する。

ステップ４５０では、センサチップ７に対してステップ４３０の通常間欠作動よりも一回に行われる検出作動と停止作動の時間が長い長期間欠作動を行わせる。この長期間欠作動としては、例えば、１秒間の角速度の検出を行う検出作動と１秒間の角速度の検出作動を停止する停止作動とすることができる。

ステップ４６０では、車両が始動したか否かを判定し、車両が始動したと判定した場合にはステップ４３０へ進み、車両が始動していないと判定した場合にはステップ４７０へ進む。具体的には、車両が始動するとＥＣＵから車両が始動したことを示す信号が無線部６を介して励振部５２に送信される。このため、励振部５２はこの信号を受信した場合には車両が始動したと判定してステップ４３０へ進み、受信していない場合には車両が始動していないと判定してステップ４７０へ進む。

ステップ４７０では、上記ステップ１４０と同様に、無線部６からの始動信号を受信したか否かを判定し、始動信号を受信したと判定した場合にはステップ４３０へ進み、通常間欠作動のうち検出作動をセンサチップ７に行わせる。始動信号を受信していない場合には処理を終了する。

このような角速度センサの組み付け構造では、角速度センサ５０と基板２０とは電気的な接続が行われておらず、角速度センサ５０はコンデンサに蓄えられた電力により作動している。このため、本実施形態では、コンデンサに蓄積される電力には限りがあること、車両が停止している間には車両に角速度が印加されにくいことから、車両が停止している場合には励振部５２はセンサチップ７に対して通常間欠作動よりも一回に行われる検出作動および停止作動の時間が長い長期間欠作動を行わせている。したがって、上記第１実施系形態と同様の効果を得つつ、車両が停止している間においては電力の消費を抑制しながら角速度の検出を行うことができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の角速度センサの組み付け構造は第１実施形態に対して接着剤１５の配置部分を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。図８は、本実施形態にかかる角速度センサの組み付け構造の全体断面図である。

図８に示されるように、本実施形態の角速度センサの組み付け構造は、角速度センサ５０のうちパッケージ１の凹部が形成されている一面と反対の一面の外縁部に接着剤１５が配置された構造とされている。このような角速度センサの組み付け構造によれば、上記第１実施形態より角速度センサ５０と基板２０との間に配置される接着剤１５の量を減らすことができるので、上記第１実施形態と同様の効果を得つつ、上記第１実施形態より角速度センサ５０と基板２０との熱応力の発生を低減することができ、さらに角速度センサ５０と基板２０との接続部の寿命を延ばすことができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の角速度センサの組み付け構造は第１実施形態に対してカバー１１の材質をメタルに変更したものであり、その他に関しては上記第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。図９は、本実施形態にかかる角速度センサの組み付け構造の全体断面図である。

本実施形態では、カバー１２の材質を非誘電体であるメタルにて構成しており、パッケージ１に形成された凹部２が覆われるようにカバー１１を配置するとＥＣＵと送信アンテナ６２および受信アンテナ６３との無線通信が行えなくなる。このため、本実施形態では、図９に示されるように、ＥＣＵと送信アンテナ６２および受信アンテナ６３との無線通信を行うことができるようにカバー１１に貫通孔１５が形成されている。

また、カバー１１が誘電体で構成されているため、振動子８を駆動させることにより発生するノイズがカバー内で反射されることを防止するために、カバー１１には複数の貫通孔１５が形成されている。

そして、パッケージ１内に貫通孔１５からゴミ等の異物が導入される可能性があるため、センサチップ７はフェイスダウンして回路基板３とはんだバンプ９などを介して電気的に接続されている。このような角速度センサの組み付け構造としても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、接着剤１５としてシリコーン系接着剤を用いて角速度センサ５０を基板２０に接続した例を挙げて説明したが、接着剤１５として他のもの、例えば、シリコーンゲルを用いて角速度センサ５０と基板２０とを接続してもよい。この場合には、角速度センサ５０と基板２０との構造共振周波数はシリコーンゲルが有する弾性率に依存し、０．１〜０．２ｋＨｚにすることができる。

また、上記各実施形態では、コイル１３をパッケージ１の内部に配置した構成としているが、パッケージ１の外部に配置してもよく、例えば、カバー１１の表面に配置されている構成としてもよい。

さらに、上記各実施形態では、回路基板３にセンサチップ７が搭載されてパッケージ１内に配置されているが、回路基板３とセンサチップ７とがそれぞれ凹部２の底面と接続される構成としてもよい。また、このような角速度センサ５０の組み付け構造とする場合には、無線部６が信号処理部５よりもセンサチップ７に備えられた振動子８から離れるように回路基板３とセンサチップ７とを配置することが好ましい。

また、上記第３実施形態では、角速度センサ５０と基板２０とが、パッケージ１の外縁部に配置された接着剤１５を介して接続されているが、例えば、複数の接着剤１５をパッケージ１の中心軸に対して対称となるように配置してもよい。

さらに、上記第１実施形態では送信アンテナ６２および受信アンテナ６３は回路基板３に備えられているが、例えば、送信アンテナ６２および受信アンテナ６３をパッケージ１の側面に配置する構成としてもよい。この場合は、例えば、パッケージ１を構成するセラミック層の表面に配線を形成し、この配線を介して送信アンテナ６２および受信アンテナ６３と、送信部６１ｂおよび受信部６１ｃとを電気的に接続する構成としてもよい。また、上記第４実施形態においても送信アンテナ６２および受信アンテナ６３をパッケージ１の側面に配置する構成としてもよい。この場合は、ＥＣＵと送信アンテナ６２および受信アンテナ６３との無線通信を妨害する障害物がないため、カバー１１に貫通孔１５を形成しなくてもよい。

また、上記各実施形態では、力学量センサとして角速度センサ５０を例に挙げて説明したが、もちろん他の物理量を検出するセンサに適用することもでき、例えば、加速度センサ等に使用することができる。

さらに、上記各実施形態では、無線部６はＥＣＵから角速度を要求する信号を受信した際に角速度を示す信号をＥＣＵに送信する構成を説明したが、検出した角速度を全てＥＣＵに送信する構成としてもよい。

本発明の第１実施形態にかかる角速度センサの組み付け構造の断面構成を示す図である。 図１に示す回路基板のブロック図を示す図である。 図２に示す励振部のブロック図を示す図である。 図２に示す励振部がセンサチップを駆動させる際のフローチャートである。 図２に示す無線部が角速度を示す信号をＥＣＵに送る際のフローチャートである。 図２に示す励振部に備えられた制御部の異常判定手段についてのフローチャートである。 本発明の第２実施形態にかかる励振部がセンサチップを駆動させる際のフローチャートである。 本発明の第３実施形態にかかる角速度センサの組み付け構造の断面構成を示す図である。 本発明の第４実施形態にかかる角速度センサの組み付け構造の断面構成を示す図である。

符号の説明

１ パッケージ
２ 凹部
３ 回路基板
５ 信号処理部
６ 無線部
７ センサチップ
８ 振動子
１１ カバー
１３ コイル
１５ 接着剤
２０ 基板
５０ 角速度センサ
５１ 検出部
５２ 励振部

Claims (15)

1. 印加された物理量に応じて電気的な信号を出力するセンサチップ（７）と、
   前記センサチップ（７）で出力された前記信号から前記物理量を検出する回路基板（３）と、
   一面に凹部（２）を有し、前記凹部（２）に前記センサチップ（７）と前記回路基板（３）とを搭載するパッケージ（１）と、
   前記パッケージ（１）のうち前記一面に前記凹部（２）を覆うように配置されるカバー（１１）と、を備えた力学量センサ（５０）を組み付け部材（２０）に組み付けた力学量センサの組み付け構造において、
   前記力学量センサ（５０）のうち前記パッケージ（１）の前記一面と反対の一面が前記組み付け部材（２０）に接着剤（１５）を介して機械的に接続されており、
   前記力学量センサ（５０）には、前記センサチップ（７）および前記回路基板（３）に電力を供給する電力供給手段（１３）が備えられており、
   前記回路基板（３）は、前記電力供給手段（１３）から電力の供給を受けて作動する信号処理部（５）および無線部（６）を有して構成されており、前記信号処理部（５）は、前記センサチップ（７）から出力された前記信号から前記物理量を検出すると共に、前記無線部（６）に検出した前記物理量を示す信号を送信し、前記無線部（６）は前記信号処理部（５）から送信された前記物理量を示す前記信号を前記力学量センサ（５０）の外部に無線通信により送信することを特徴とする力学量センサの組み付け構造。
2. 前記接着剤（１５）はシリコーン系接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の力学量センサの組み付け構造。
3. 前記接着剤（１５）は、前記シリコーン系接着剤であるシリコーン系ゲルにて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の力学量センサの組み付け構造。
4. 前記信号処理部（５）は励振部（５２）を備え、前記励振部（５２）は、前記センサチップ（７）に異常があるか否かを判定し、前記センサチップ（７）に異常があると判定した場合には前記無線部（６）に前記センサチップ（７）に異常があることを示す信号を送信し、前記センサチップ（７）に異常がないと判定した場合には前記センサチップ（７）に対して前記物理量の検出を行う検出作動と、前記検出作動を停止する停止作動とを交互に行う通常間欠作動を行わせ、前記無線部（６）から前記センサチップ（７）の前記検出作動を要求する始動信号を受信すると前記センサチップ（７）に前記間欠作動のうち前記検出作動を行わせることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の力学量センサの組み付け構造。
5. 前記力学量センサ（５０）は車両に搭載されており、
   前記信号処理部（５）は励振部（５２）を備え、
   前記励振部（５２）は、前記センサチップ（７）に異常があるか否かを判定し、前記センサチップ（７）に異常があると判定した場合には前記無線部（６）に前記センサチップ（７）が異常であることを示す信号を送信し、前記センサチップ（７）に異常がないと判定した場合には前記センサチップ（７）に対して前記物理量の検出を行う検出作動と、前記検出作動を停止する停止作動とを交互に行う通常間欠作動を行わせ、前記通常間欠作動を前記センサチップ（７）に行わせている際に、前記車両が停止している信号を受信すると前記センサチップ（７）に対して前記通常間欠作動よりも一回に行われる前記検出作動および前記停止作動の時間が長い長期間欠作動を行わせ、前記長期間欠作動を前記センサチップ（７）に行わせている際に前記車両が始動した信号を受信した場合には前記センサチップ（７）に対して前記通常間欠作動を行わせ、前記長期間欠作動を前記センサチップ（７）に行わせている際に前記無線部（６）から前記センサチップ（７）の前記検出作動を要求する始動信号を受信した場合、または前記通常間欠作動をしている際に前記始動信号を受信した場合には前記センサチップ（７）に前記間欠作動のうち前記検出作動を行わせることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の力学量センサの組み付け構造。
6. 前記無線部（６）は、前記信号処理部（５）から前記物理量を示す信号を受信すると共に、前記励振部（５２）の作動状態を検出し、前記力学量センサ（５０）の外部から前記物理量を要求する信号があるか否かを判定して、前記物理量を要求する信号があると判定した際には、前記励振部（５２）が前記センサチップ（７）に前記検出作動を行わせているか否かを判定し、前記励振部（５２）が前記センサチップ（７）に前記検出作動を行わせていないと判定した場合には、前記励振部（５２）に対して前記始動信号を送信し、前記励振部（５２）が前記センサチップ（７）に前記検出作動を行わせていると判定した場合には前記信号処理部（５）から受信した前記物理量を示す信号を前記力学量センサ（５０）の外部に送信することを特徴とする請求項４または５に記載の力学量センサの組み付け構造。
7. 前記励振部（５２）は、前記励振部（５２）に供給される電圧が低下しているか否かを判定して、前記電圧が低下していると判定した場合には前記無線部（６）に前記電圧が低下していることを示す信号を送信し、前記励振部（５２）に備えられたセンサチップ（７）を駆動させる回路に異常があるか否かを判定して、前記回路に異常があると判定した場合には前記無線部（６）に前記回路に異常があることを示す信号を送信し、前記センサチップ（７）に異常があるか否かを判定して、前記センサチップ（７）に異常があると判定した場合には前記無線部（６）に前記センサチップ（７）に異常があることを示す信号を送信することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の力学量センサの組み付け構造。
8. 前記信号処理部（５）と前記無線部（６）とはトレンチにより分離されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の力学量センサの組み付け構造。
9. 前記カバー（１１）が誘電体で構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の力学量センサの組み付け構造。
10. 前記カバー（１１）が非誘電体で構成されていると共に複数の貫通孔（１５）が形成されており、前記回路基板（３）には前記力学量センサ（５０）の外部に前記物理量を示す信号を送信するための送信アンテナ（６２）が備えられていると共に、前記力学量センサ（５０）の外部から前記物理量を要求する信号を受信するための受信アンテナ（６３）が備えられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の力学量センサの組み付け構造。
11. 前記電力供給手段（１３）はコイルであり、前記パッケージ（１）の内部には前記凹部（２）の外側を一周する収容孔（１１）が形成され、前記収容孔（１１）に前記コイルが配置されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の力学量センサの組み付け構造。
12. 前記電力供給手段（１３）はコイルであり、前記コイル（１３）は前記パッケージ（１）のうち前記一面または、前記一面と反対の一面に配置されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の力学量センサの組み付け構造。
13. 前記接着剤（１５）は、前記力学量センサ（５０）のうち前記パッケージの前記一面と反対の一面の外縁部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の力学量センサの組み付け構造。
14. 前記接着剤（１５）は、前記力学量センサ（５０）のうち前記パッケージ（１）の前記一面と反対の一面と、前記組み付け部材（２０）との間に複数箇所配置されており、前記複数箇所に配置された前記接着剤（１５）は前記力学量センサ（５０）の中心軸に対して対称となるようにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の力学量センサの組み付け構造。
15. 前記センサチップ（７）には振動子が形成され、前記回路基板（３）および前記センサチップ（７）はそれぞれ前記凹部（２）の底面と接続されており、前記無線部（６）が前記信号処理部（５）よりも前記振動子から離れるように前記回路基板（３）と前記センサチップ（７）とが配置されていることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の力学量センサの組み付け構造。

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