JP5417737B2

JP5417737B2 - 慣性力センサ

Info

Publication number: JP5417737B2
Application number: JP2008112345A
Authority: JP
Inventors: 剛阪上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2028-04-23
Also published as: JP2009264820A

Description

本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる慣性力センサに関するものである。

以下、従来の慣性力センサについて説明する。

図７は従来の慣性力センサの一つである角速度センサの断面図である。

本角速度センサは、角速度センサ素子１と、角速度センサ素子１が出力する電気信号を処理して印加された角速度の大きさ及び方向を求めるための処理回路を有する集積回路チップ２と、処理回路における処理に必要なデータを保持する記憶素子チップ３と、角速度センサ素子１、集積回路チップ２、記憶素子チップ３を実装するパッケージ４とを備える。

このパッケージ４には、中心に凹所５が設けられ、凹所５の内周面には段差部７が設けられ、凹所５の開口面に対して天面の面積が狭くなっている。そして、角速度センサ素子１を接着剤により凹所５の天面に固定するとともに凹所５内に形成した電極と角速度センサ素子１に形成した電極とをワイヤボンディングによって接続し、凹所５を塞ぐように記憶素子チップ３を接着剤により凹所５に固定するとともに凹所５内に形成した電極と記憶素子チップ３に形成した電極とをワイヤボンディングによって接続し、開口を塞ぐように集積回路チップ２を接着剤により開口端面に固定するとともに開口端面に形成した電極と集積回路チップ２に形成した電極とをワイヤボンディングによって接続している。さらに、集積回路チップ２を被覆するカバー部８を設け、このカバー部８を実装基板９に実装している。このとき、カバー部８と実装基板９とは半田バンプ１０を介して電気的に接続している。

このような角速度センサを検出したい検出軸に対応させて、車両等の移動体の姿勢制御装置やナビゲーション装置等に用いている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００３−３４４４３９号公報

上記構成では、角速度センサ素子１と集積回路チップ２と記憶素子チップ３とが互いに同一軸上に重畳されるので実装面積を低減できるが、各々の面上に直接積層されていないので、重畳方向の高さを抑制できず、低背化を図れない。

本発明は上記問題点を解決するもので、ＩＣチップと素子と基板との重畳方向の低背化および小型化を図れるセンサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明は、特に、ＩＣチップは表面または裏面のいずれか一方の面に配置した入出力電極を有し、素子は表面または裏面のいずれかの面に配置した入出力電極を有し、基板の裏面に配置した金属配線パターンを有し、前記ＩＣチップの入出力電極と前記基板の金属配線パターンとをワイヤボンディングまたは金属バンプにより電気的に接続し、前記ＩＣチップの入出力電極と前記素子の入出力電極とをワイヤボンディングまたは金属バンプにより電気的に接続し、前記パッケージは段差部を有し、前記基板は、前記素子および前記ＩＣチップを載置する載置部と、前記載置部の外周に配置した接続部と、を有し、前記基板は、前記載置部を中空保持させつつ前記接続部を前記段差部に接続し、前記パッケージの底面部と前記基板との間に前記段差部の高さ以下の電子部品を配置し、前記載置部および前記接続部は絶縁フィルムで形成し、前記載置部の裏面と前記接続部の裏面との間に前記金属配線パターンを接着配置し、前記金属配線パターンはＭｇとＣｕの合金またはＡｌとＣｕの合金を用いた構成である。

上記構成により、ＩＣチップと素子と基板との重畳方向の間隔を狭めることができ高さを抑制できるとともに、パッケージ内における配線の引き廻しに必要な面積も低減でき、小型化を図ることができる。

また、ＩＣチップの入出力電極と基板の金属配線パターンとをワイヤボンディングにより電気的に接続するとともに、ＩＣチップの入出力電極と素子の入出力電極とを金属バンプにより電気的に接続する、または、ＩＣチップの入出力電極と基板の金属配線パターンとを金属バンプにより電気的に接続するとともにＩＣチップの入出力電極と素子の入出力電極とをワイヤボンディングにより電気的に接続しているので、ＩＣチップと素子と基板とは、互いに重畳するように、基板にＩＣチップを積層し、このＩＣチップに素子を積層したり、基板を挟むようにして、基板の表面に素子を積層し、基板の裏面にＩＣチップを積層したりしても、互いの電気的な接続とその固定が可能となる。

特に、ＩＣチップと素子またはＩＣチップと基板とは金属バンプにより金属接合されるので、この接合によってＩＣチップと素子との固定と電気的な接続が同時に行なえる。すなわち、ＩＣチップとの固定において液状樹脂を介在させる際、ＩＣチップと素子またはＩＣチップと基板とは基本的に金属バンプによって固定され、液状樹脂は補強として少量を用いればよく、また、金属バンプの厚みによってＩＣチップや素子の面上における液状樹脂の広がりも規制される。よって、ＩＣチップや素子の面上を液状樹脂が意図しない範囲まで広がって入出力電極を被覆し電極機能を損なったりすることもない。

図１は本発明の一実施の形態における慣性力センサの一つである角速度センサの分解斜視図、図２は同角速度センサの斜視図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は同角速度センサの基板の上面図、図５は同角速度センサの基板の下面図である。

図１、図２において、本発明の一実施の形態における角速度センサは、音叉形状等の振動子からなる振動型の角速度検出用の素子３２と、この素子３２から出力される出力信号を処理するＩＣチップ３４と、素子３２とＩＣチップ３４とを載置する基板３５と、これら素子３２およびＩＣチップ３４を載置する基板３５と、信号処理用のコンデンサ３６と、これらを収納するパッケージ３８、蓋３９とを備えている。

この基板３５は、素子３２およびＩＣチップ３４を載置する載置部４０と、載置部４０の外周に配置し、パッケージ３８の内壁と接続する接続部４１とを有し、載置部４０を中空保持させつつ基板３５をパッケージ３８に収納している。また、基板３５は、図４、図５に示すように、載置部４０および接続部４１をポリイミド絶縁フィルムで形成し、この絶縁フィルムに金属配線パターン４２を接着配置したＴＡＢテープからなり、図３に示すように、パッケージ３８の底面部に設けた段差部４７に基板３５の外周の接続部４１を載置して、パッケージ３８の内壁と接続している。載置部４０を中空保持させているので、この空間を利用して、パッケージ３８の底面に段差部４７の高さ以下のコンデンサ３６を配置している。

また、図２、図３に示すように、角速度検出用の素子３２、ＩＣチップ３４は、入出力信号用として、各々、入出力電極４８、入出力電極５０を有する。素子３２は、その表面または裏面のいずれかの面に配置した入出力電極４８を介して電気的に接続し、ＩＣチップ３４は、その表面または裏面のいずれか一方の面にのみ配置した入出力電極５０を介して電気的に接続し、基板３５は、その表面または裏面のいずれかの面に配置した金属配線パターン４２を介して電気的に接続している。この図３においては、素子３２は裏面に入出力電極４８が配置され、ＩＣチップ３４はその表面に入出力電極５０が配置され、基板３５はその裏面に金属配線パターン４２が配置されている。

そして、このＩＣチップ３４の入出力電極５０と基板３５の金属配線パターン４２とをワイヤ５４を介してワイヤボンディングにより電気的に接続するとともに、ＩＣチップ３４の入出力電極５０と素子３２の入出力電極４８とを金属バンプ５５により電気的に接続し、基板３５の金属配線パターン４２とパッケージ３８の電極とを金属バンプ５５により電気的に接続し、信号の入出力を行っている。

さらに、ＩＣチップ３４と素子３２と基板３５とは、互いに重畳するように、液状樹脂５６を介在させて硬化させるとともに金属バンプ５５を金属接合させて固定している。具体的な固定方法については、金属バンプ５５としてＡｕ等を用いてＡｕ−Ａｕ金属接合により固定したり、液状樹脂５６として流動性のある異方性導電フィルムを用いてＡＣＦ法により固定したりすればよく、その他、液状樹脂５６と金属バンプ５５を用いて種々の方法により固定が可能である。

上記構成により、ＩＣチップ３４と素子３２と基板３５とは、互いに重畳するように、液状樹脂５６を介在させて硬化させるとともに金属バンプ５５を金属接合させて固定するので、ＩＣチップ３４と素子３２と基板３５との重畳方向の間隔を狭めることができ高さを抑制できるとともに、金属バンプ５５による電気的な接続により、ワイヤボンディングが不要となり、ＩＣチップ３４や素子３２の形状幅を広くする必要がなくなり、また、パッケージ３８内における配線の引き廻しに必要な面積も低減でき、小型化を図ることができる。

また、ＩＣチップ３４は、その表面または裏面のいずれか一方の面にのみ配置した入出力電極５０を介して電気的に接続し、素子３２は、その表面または裏面のいずれかの面に配置した入出力電極４８を介して電気的に接続し、基板３５は、表面または裏面のいずれかの面に配置した金属配線パターン４２を介して電気的に接続しており、ＩＣチップ３４の入出力電極５０と基板３５の金属配線パターン４２とをワイヤボンディングにより電気的に接続するとともにＩＣチップ３４の入出力電極５０と素子３２の入出力電極４８とを金属バンプ５５により電気的に接続しているので、ＩＣチップ３４と素子３２と基板３５とは、互いに重畳するように、基板３５にＩＣチップ３４を積層し、このＩＣチップ３４に素子３２を積層して、互いの電気的な接続とその固定が可能となる。

特に、ＩＣチップ３４と素子３２とは金属バンプ５５により金属接合されるので、この接合によってＩＣチップ３４と素子３２との固定と電気的な接続が同時になされる。すなわち、ＩＣチップ３４との固定において液状樹脂５６を介在させる際、ＩＣチップ３４と素子３２またはＩＣチップ３４と基板３５とは基本的に金属バンプ５５によって固定され、液状樹脂５６は補強として少量を用いればよく、また、金属バンプ５５の厚みによってＩＣチップ３４や素子３２の面上における液状樹脂５６の広がりも規制される。液状樹脂５６は硬化するまで流動性があるので、ＩＣチップ３４の面上に意図しない範囲まで広がって入出力電極５０を被覆し電極機能を損なう恐れがあるが、上記構成により、これを防ぐことができる。

さらに、基板３５は、素子３２およびＩＣチップ３４を載置する載置部４０と、載置部４０の外周に配置し、パッケージ３８の内壁と接続する接続部４１とを有し、載置部４０を中空保持させつつ基板３５をパッケージ３８に収納しているので、外乱振動を抑制できる。特に、載置部４０および接続部４１は絶縁フィルムで形成し、この絶縁フィルムに金属配線パターン４２を接着配置しているので、金属配線パターン４２の剛性によって、効果的に外乱振動を抑制して検出精度を向上できる。例えば、金属配線パターン４２として、ヤング率の低い材料からなるＭｇとＣｕの合金やＡｌとＣｕの合金を用いてもよい。Ｃｕのヤング率は１１０ＧＰａであるが、Ｍｇ合金であれば４５ＧＰａとなり、Ａｌ合金であれば７０ＧＰａとなり、ヤング率が低くなる。ヤング率を低くすれば減衰特性が向上する。

なお、本発明の実施の形態の構成に替えて、例えば、図６に示すように、ＩＣチップ３４の入出力電極５０と基板３５の金属配線パターン４２とを金属バンプ５５により電気的に接続するとともにＩＣチップ３４の入出力電極５０と素子３２の入出力電極４８とをワイヤボンディングにより電気的に接続し、基板３５を挟むようにして、基板３５の表面に素子３２を積層し、基板３５の裏面にＩＣチップ３４を積層したりしてもよい。この場合、ＩＣチップ３４と基板３５とは金属バンプ５５により金属接合されるので、この接合によってＩＣチップ３４と素子３２との固定と電気的な接続が同時になされる。

また、素子３２は角速度検出用に限らず、加速度検出用やその複合検出用であってもよい。

本発明に係る慣性力センサは、樹脂接着剤が流動しても、電気的な接続が損なわれずに低背化を図れるので、各種電子機器に適用できるものである。

本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図同角速度センサの斜視図図２のＡ−Ａ断面図同角速度センサの基板の上面図同角速度センサの基板の下面図他の角速度センサの断面図従来の角速度センサの断面図

３２素子
３４ＩＣチップ
３５基板
３６コンデンサ
３８パッケージ
３９蓋部
４０載置部
４１接続部
４２金属配線パターン
４７段差部
４８入出力電極
５０入出力電極
５４ワイヤ
５５金属バンプ

Claims

慣性力を検出する素子と、前記素子から出力される出力信号を処理するＩＣチップと、前記素子および前記ＩＣチップを載置した基板と、前記素子および前記ＩＣチップおよび前記基板を収納するパッケージを備え、
前記ＩＣチップは表面または裏面のいずれか一方の面に配置した入出力電極を有し、
前記素子は表面または裏面のいずれかの面に配置した入出力電極を有し、
前記基板の裏面に配置した金属配線パターンを有し、
前記ＩＣチップの入出力電極と前記基板の金属配線パターンとをワイヤボンディングまたは金属バンプにより電気的に接続し、
前記ＩＣチップの入出力電極と前記素子の入出力電極とをワイヤボンディングまたは金属バンプにより電気的に接続し、
前記パッケージは段差部を有し、
前記基板は、前記素子および前記ＩＣチップを載置する載置部と、前記載置部の外周に配置した接続部と、を有し、
前記基板は、前記載置部を中空保持させつつ前記接続部を前記段差部に接続し、
前記パッケージの底面部と前記基板との間に前記段差部の高さ以下の電子部品を配置し、
前記載置部および前記接続部は絶縁フィルムで形成し、
前記載置部の裏面と前記接続部の裏面との間に前記金属配線パターンを接着配置し、
前記金属配線パターンはＭｇとＣｕの合金またはＡｌとＣｕの合金を用いた慣性力センサ。
前記基板の表面に前記ＩＣチップを積層するとともに前記ＩＣチップに前記素子を積層し、前記ＩＣチップの入出力電極と前記基板の金属配線パターンとを前記ワイヤボンディングにより電気的に接続し、前記ＩＣチップの入出力電極と前記素子の入出力電極とを前記金属バンプを介して電気的に接続した請求項１記載の慣性力センサ。
前記基板の表面に前記素子を積層するとともに前記基板の裏面に前記ＩＣチップを積層し、前記ＩＣチップの入出力電極と前記基板の金属配線パターンとを電極バンプを介して電気的に接続し、前記基板の金属配線パターンに設けた貫通孔を介して前記ＩＣチップの入出力電極と前記素子の入出力電極とを前記ワイヤボンディングにより電気的に接続した請求項１記載の慣性力センサ。
前記ＩＣチップと前記素子と前記基板とは、互いに重畳するように、液状樹脂を介在させて硬化させた請求項１記載の慣性力センサ。