(57)【要約】【課題】  特に、実装工程が１回で済み、回路基板に面実装できる物理量センサ装置を提供することを目的としている。【解決手段】  回路基板６上に高さ方向（Ｚ軸方向）に向けて立設される実装基板２と、前記回路基板６の表面から見て前記実装基板２の垂直面８ａに実装されるジャイロセンサ素子３と、を有し、前記実装基板２の底面３６は電極３５が露出した前記回路基板６への実装面であることを特徴とする。【選択図】図１
2010002348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上に高さ方向に向けて立設される実装基板と、前記回路基板の表面から見て前記実装基板の垂直面に実装される物理量センサ素子と、を有し、
前記実装基板の底面は電極が露出した前記回路基板への実装面であることを特徴とする物理量センサ装置。
【請求項２】
前記実装基板は、前記回路基板上に実装される第１基板と、前記第１基板の表面に立設された第２基板とを備え、前記第１基板の表面から見て前記第２基板の垂直面に前記物理量センサ素子が実装され、前記第１基板の底面が前記回路基板への前記実装面である請求項１記載の物理量センサ装置。
【請求項３】
前記第１基板と前記第２基板は一体成形されている請求項２記載の物理量センサ装置。
【請求項４】
前記実装基板には、凹部が形成され、この凹部内に前記物理量センサ素子と電気的に接続されるＩＣが収納されている請求項１ないし３のいずれかに記載の物理量センサ装置。
【請求項５】
前記凹部は前記垂直面に形成される請求項１ないし４のいずれかに記載の物理量センサ装置。
【請求項６】
前記物理量センサ素子と電気的に接続されるセンサ側接続部、ＩＣと電気的に接続されるＩＣ側第１接続部、及びＩＣ側第２接続部が前記垂直面に形成され、下から高さ方向に向けて、前記ＩＣ側第２接続部、前記ＩＣ側第１接続部、及び前記センサ側接続部の順に形成されており、
前記センサ側接続部と前記ＩＣ側第１接続部間を電気的に接続する第１配線パターンと、前記ＩＣ側第２接続部と前記電極間を電気的に接続する第２配線パターンとが、高さ方向に向けて並設されている請求項１ないし５のいずれかに記載の物理量センサ装置。
【請求項７】
前記物理量センサは、少なくとも２つのアーム部と、これらアーム部を連結する基部とを有する振動子を備えた高さ方向への軸周りの角速度を検知するためのジャイロセンサである請求項１ないし６のいずれかに記載の物理量センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に物理量センサ素子を立てた状態にて実装するための物理量センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば音叉型振動子を備えたジャイロセンサ装置において、Ｚ軸方向（高さ方向）の軸周りの角速度Ωを検知するには、音叉型振動子をＺ軸方向に向けて立てた状態で実装しなければならない。
【０００３】
下記特許文献１には角速度センサに関する発明が開示されている。
特許文献１に示す角速度センサは、振動子２１を立てた状態でケース３０内に収納し、さらに振動子２１を備えたケース３０を収納部４３内に収納した構成である。
【０００４】
しかしながら特許文献１に示す構成では、センサ素子を、ケース内に実装する工程と、センサ素子を備えたケースを収納部内に実装する工程があり、装置内へのセンサ素子に対する実装工程が複数工程、必要になる。よって製造工程が煩雑化しまたコスト高にもなる。
【０００５】
また下記特許文献２には、加速度センサに関する発明が開示されている。
特許文献２に示す加速度センサは、半導体センサ素子２を、ベース基板３にて支持し、半導体センサ素子２を立てた状態でパッケージ１１内に収納し、さらにパッケージ１１の上方からキャップ状の樹脂製カバー１３を被せた構成である。パッケージ１１の底面には、突出する複数の脚部１２ｄが設けられており、脚部１２ｄを回路基板ＰＬに挿入して加速度センサを実装する。
【０００６】
しかしながら特許文献２に記載された発明のように、脚部１２ｄを回路基板に挿入して実装する構成では、他の面実装部品とは別工程での実装になるため、工程数が増え、且つコスト高になる。また特許文献２では、半導体センサ素子２をベース基板３に実装する工程、半導体センサ素子２を備えたベース基板３をパッケージ１１内に実装する工程があり、特許文献１と同様に、装置内へのセンサ素子に対する実装工程を複数工程行っており、特許文献１と同様の問題が生じている。
【特許文献１】国際公開２００３／０４６４７９号パンフレット
【特許文献２】特開平９−３１８６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、実装工程が１回で済み、回路基板に面実装できる物理量センサ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における物理量センサ装置は、回路基板上に高さ方向に向けて立設される実装基板と、前記回路基板の表面から見て前記実装基板の垂直面に実装される物理量センサ素子と、を有し、
前記実装基板の底面は電極が露出した前記回路基板への実装面であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明によれば、物理量センサ装置内での物理量センサ素子に対する実装工程が１回で済み、しかも回路基板に面実装できる。
【００１０】
本発明では、前記実装基板は、前記回路基板上に実装される第１基板と、前記第１基板の表面に立設された第２基板とを備え、前記第１基板の表面から見て前記第２基板の垂直面に前記物理量センサ素子が実装され、前記第１基板の底面が前記回路基板への前記実装面であることが好ましい。これにより、実装基板を回路基板上に確実に実装でき、また実装基板の安定した立設状態を得ることが出来る。
【００１１】
また本発明では、前記第１基板と前記第２基板は一体成形されている構成にできる。
また本発明では、前記実装基板には、凹部が形成され、この凹部内に前記物理量センサ素子と電気的に接続されるＩＣが収納されていることが好ましい。これにより、ＩＣを実装基板へ適切に実装できる。
【００１２】
また、前記凹部は前記垂直面に形成されることが好ましい。このとき、凹部内にＩＣを実装することで、ＩＣの設置が物理量センサ素子の実装の邪魔になることはない。
【００１３】
また本発明では、前記物理量センサ素子と電気的に接続されるセンサ側接続部、ＩＣと電気的に接続されるＩＣ側第１接続部、及びＩＣ側第２接続部が前記垂直面に形成され、下から高さ方向に向けて、前記ＩＣ側第２接続部、前記ＩＣ側第１接続部、及び前記センサ側接続部の順に形成されており、
前記センサ側接続部と前記ＩＣ側第１接続部間を電気的に接続する第１配線パターンと、前記ＩＣ側第２接続部と前記電極間を電気的に接続する第２配線パターンとが、高さ方向に向けて並設されていることが好ましい。これにより第１配線パターンと第２配線パターンとを適切に離すことができるため、信号の耐クロストーク性を向上させることができ、且つ垂直面の実装面積を小さくできる。
【００１４】
また本発明では、前記物理量センサは、少なくとも２つのアーム部と、これらアーム部を連結する基部とを有する振動子を備えた高さ方向への軸周りの角速度を検知するためのジャイロセンサである構成に適している。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の物理量センサ素子装置によれば、物理量センサ装置内での物理量センサ素子に対する実装工程が１回で済み、しかも回路基板に面実装できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態のジャイロセンサ装置の断面図（図２のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た断面図）、図２は、第１実施形態のジャイロセンサ装置の正面図、図３は第１実施形態のジャイロセンサ装置の底面図、図４は、図２に示すジャイロセンサ装置からカバーを外した状態のジャイロセンサ装置の正面図、図５は、第１実施形態のジャイロセンサ装置の裏面図、図６は、本発明の第２実施形態のジャイロセンサ装置の正面図（カバーを外した状態を示す）、図７はジャイロセンサ装置を構成する音叉型振動子の拡大平面図、図８は、図７に示すＢ−Ｂ線から切断し矢印方向から見た音叉型振動子の拡大断面図、である。
【００１７】
各図におけるＸ軸方向及びＹ軸方向は水平面での直交する２方向を指す。Ｚ軸方向はＸ軸方向及びＹ軸方向に対して直交する高さ方向（垂直方向）を指す。またＸ軸方向は、図２や図４のように、ジャイロセンサ装置１を正面から見たときのジャイロセンサ装置の幅方向であり、Ｙ軸方向は、ジャイロセンサ装置の奥行き方向を指す。
【００１８】
図１に示すジャイロセンサ装置１は、実装基板２と、ジャイロセンサ素子３と、ＩＣ４と、カバー５を有して構成されている。
【００１９】
実装基板２は、回路基板６上に実装される第１基板７と、第１基板７の表面７ａに立設された第２基板８を備えて構成される。図１に示す形態では、第１基板７と第２基板８とが一体化されている。また第１基板７及び第２基板８は例えば樹脂成形品である。
【００２０】
図１に示すように、側面から見た実装基板２の断面形状は略Ｌ字型であるが、形状を限定するものではない。ただし図１に示すように、第１基板７の奥行き方向（Ｙ軸方向）の長さ寸法を、第２基板８の奥行き方向（Ｙ軸方向）の長さ寸法（厚さ寸法）よりも大きく形成して、第１基板７の回路基板６との実装面積を広く形成することで、実装基板２を確実に回路基板６上に実装できる。また図１に示す立設状態の実装基板２を安定して得ることが出来る。
【００２１】
図１、図４等に示すように、第１基板７の表面７ａから見て第２基板８には、高さ方向（Ｚ軸方向）に延びる垂直面８ａが設けられている。この垂直面８ａはＸ−Ｚ平面と平行な面であり、後述する凹部８ｂの部分を除いて平坦な面で形成される。垂直面８ａの平面形状は矩形状であることが好ましいが、それ以外の平面形状を除外するものではない。
【００２２】
図１、図４に示すように、第２基板８の垂直面８ａには、ジャイロセンサ素子３が直接、実装されている。
【００２３】
図１、図４、図７に示すように、ジャイロセンサ素子３は、振動子１２と、台座部１３と、振動子１２を所定方向に振動させ、且つ振動子１２がコリオリ力を受けたときに変位する変位量を検出するための圧電機能素子１４とを有して構成される。
【００２４】
振動子１２はＳｉ基板を加工して形成されたものであることが好適である。本実施形態では振動子１２は音叉型振動子であるが音片型振動子であってもよい。
【００２５】
図７に示すように振動子１２はＸ軸方向に所定間隔を空けてＺ軸方向に長く延びる２本のアーム部１５，１６（第１アーム部１５と第２アーム部１６）と、これらアーム部１５，１６の一端部側を連結する基部（連結部）１７とを有して構成される。
【００２６】
基部１７はアーム部１５，１６より厚く形成されて台座部１３としても機能している。なお基部１７をアーム部１５，１６とほぼ同じ厚さで形成し、基部１７の裏面に別に台座部１３を設ける形態であってもよい。
【００２７】
台座部１３が第２基板８の垂直面８ａに実装されることで、図１に示すように振動子１２のアーム部１５，１６は、垂直面８ａから離れた状態で支持される。
【００２８】
図７に示すように、圧電機能素子１４は各アーム部１５，１６から基部１７にかけて形成されている。以下、圧電機能素子１４の形態について説明する。
【００２９】
図７に示すように、第１アーム部１５上には互いにＸ軸方向に離間して設けられた第１駆動部１８及び第２駆動部１９と、駆動部１８，１９間に離間して設けられた検出部２０が設けられる。
【００３０】
図８に示すように、第１駆動部１８及び第２駆動部１９は、下から下部電極１８ａ，１９ａ、例えばＰＺＴからなりＹ軸方向に分極処理された圧電膜１８ｂ，１９ｂ、及び上部電極（駆動電極）１８ｃ，１９ｃの順に積層されている。
【００３１】
また、図８に示すように、検出部２０は、下から下部電極２０ａ、例えばＰＺＴからなりＹ軸方向に分極処理された圧電膜２０ｂ、及び上部電極（検出電極）２０ｃの順に積層されている。
【００３２】
検出部２０は、アーム部１５のＸ軸方向（幅方向）の略中心位置にＺ軸方向に沿って設けられており、各駆動部１８，１９は、検出部２０からＸ軸方向（幅方向）に略等間隔の位置にＺ軸方向に沿って設けられる。
【００３３】
図７に示すように、第２アーム部１６側にも第１アーム部１５と同じ圧電機能素子１４が形成されている。第１アーム部１５に形成された圧電機能素子１４と第２アーム部１６に形成された圧電機能素子１４とは、第１アーム部１５と第２アーム部１６との間のＺ軸方向への中心線を対称軸として線対称関係で形成される。
【００３４】
図７に示すように、振動子１２の基部１７上には各下部電極と接続する共通グランド２５が形成される。
【００３５】
そして図７に示すように、第１アーム部１５に形成された第１駆動部１８の上部電極１８ｃと、第２アーム部１６に形成された第１駆動部１８の上部電極１８ｃとが基部１７上にまで引き出されて基部１７の圧電膜２６上で共通の電極パッド２１に接続される。
【００３６】
また図７に示すように、第１アーム部１５に形成された第２駆動部１９の上部電極１９ｃと、第２アーム部１６に形成された第２駆動部１９の上部電極１９ｃとが基部１７上にまで引き出されて基部１７の圧電膜２６上で共通の電極パッド２２に接続される。
【００３７】
さらに図７に示すように、第１アーム部１５に形成された検出部２０の上部電極２０ｃ、及び第２アーム部１６に形成された検出部２０の上部電極２０ｃとが夫々、基部１７上にまで引き出されて基部１７上で電極パッド２３，２４に接続されている。
【００３８】
駆動回路から互いに位相が逆の駆動振動が電極パッド２１，２２に供給される。このとき、例えば、第１駆動部１８の圧電膜１８ｂがＺ軸方向に縮むと、第２駆動部１９の圧電膜１９ｂはＺ軸方向に延びる。これにより各アーム部１５，１６が逆位相でＸ軸方向に曲がり音叉振動を起こす。
【００３９】
このように振動子１２がＸ軸方向にて音叉振動しているときに、Ｚ軸周りの角速度Ωがジャイロセンサ素子３に印加されるとコリオリ力により各アーム部１５，１６がＹ軸方向に逆位相で変位する。このときの各アーム部１５，１６の変位量は各アーム部１５，１６に設けられた検出部２０の上部電極２０ｃにて検出される。各アーム部１５，１６の上部電極２０ｃにて検出された電荷は逆極性であり、それら電荷は夫々電極パッド２３，２４に導かれる。そして各電極パッド２３，２４に接続される差動アンプ等を備えるＩＣ４にて信号処理がされて角速度信号が出力される。
【００４０】
なお、図７，図８に示すジャイロセンサ素子３の形態はあくまで一形態であり、例えば台座部１３下に支持板が設けられ、この支持板が垂直面８ａ上に実装される形態でもよい。
【００４１】
図４に示すように、振動子１２の基部１７付近の垂直面８ａには、複数個のセンサ側接続部３０が設けられており、これらセンサ側接続部３０と振動子１２の各電極パッド間が例えばワイヤボンディングにて電気的に接続されている。
【００４２】
図１，図４に示すように、振動子１２の基部１７よりも第１基板７側（図示下方向）の垂直面８ａに凹部８ｂが形成されている。基部１７の部分は、垂直面８ａへの実装位置（固定位置）なので、凹部８ｂは、ジャイロセンサ素子３から離れた位置の垂直面８ａに形成される。そしてＩＣ４が凹部８ｂ内に収納されている。ＩＣ４付近の垂直面８ａには複数個のＩＣ側第１接続部３１とＩＣ側第２接続部３２が設けられる。
【００４３】
図４に示すように、ＩＣ側第１接続部３１は、センサ側接続部３０よりも第１基板７側にあるが、ＩＣ側第２接続部３２よりも第１基板７から離れた位置にある。すなわち下から図示上方向に向けて、ＩＣ側第２接続部３２、ＩＣ側第１接続部３１、及びセンサ側接続部３０の順に設けられる。
【００４４】
ＩＣ４とＩＣ側第１接続部３１及びＩＣ側第２接続部３２間は例えばワイヤボンディングにより電気的に接続されている。ＩＣ４は凹部８ｂ内にポッティング樹脂３８等により埋設されている。
【００４５】
図４に示すように、センサ側接続部３０とＩＣ側第１接続部３１とが第１配線パターン３３にて電気的に接続される。第１配線パターン３３は、導電性材料にて垂直面８ａ上にスパッタやメッキ等で形成される。
【００４６】
一方、ＩＣ側第２接続部３２には、第２配線パターン３４が電気的に接続されている。第２配線パターン３４は、図３に示す実装基板２（第１基板７）の底面３６に露出して設けられた電極３５と電気的に接続されている。電極３５は平板形状であり、平面の底面３６に薄い膜厚で形成される。
【００４７】
本実施形態では複数ある第２配線パターン３４のうち、半分の第２配線パターン３４は、実装基板２の正面である垂直面８ａ上を通って電極３５にまで延出しており、残り半分の第２配線パターン３４は、図４，図５に示すようにビアホール３７を介して、実装基板２の裏面に通され、裏面から電極３５にまで延出している。
【００４８】
カバー５は、塵埃の混入を防止し、またジャイロセンサ素子３に対する外的接触の防止等のために用いられる。カバー５は、例えば金属カバーである。なおカバー５の設置は必須でないが、設けたほうが好適である。
【００４９】
本実施形態におけるジャイロセンサ装置１の特徴的構成は、回路基板６上に高さ方向（Ｚ軸方向）に立設される実装基板２が設けられ、この実装基板２の垂直面８ａにジャイロセンサ素子３が直接、実装されている点、及び、実装基板２の底面３６は、電極３５が露出した回路基板６への実装面である点、である。
【００５０】
本実施形態では上記した構成により、ジャイロセンサ素子３を高さ方向（Ｚ軸方向）に立てた状態でジャイロセンサ装置１内へ実装するための実装工程が、ジャイロセンサ素子３を実装基板２の垂直面８ａに直接、実装する１回だけで足り、従来のように複数回行う必要がない。しかも、ジャイロセンサ装置１を回路基板６に面実装できる。以上により、従来に比べてジャイロセンサ素子３を高さ方向（Ｚ軸方向）に立てて実装するジャイロセンサ装置１において、ジャイロセンサ素子３の実装工程が煩雑にならず、しかも、他の面実装部品と同工程でジャイロセンサ装置１を回路基板６上に実装でき、製造コストの低減を図ることが出来る。
【００５１】
また本実施形態では、実装基板２に凹部８ｂを形成し、この凹部８ｂ内にＩＣ４を収納することで、ジャイロセンサ装置１を小型化のまま限られたスペースにＩＣ４を確実に固定支持できる。ジャイロセンサ素子３との電気的接続を考えると、ＩＣ４をジャイロセンサ素子３と共に垂直面８ａに設けることが好適である。このとき、垂直面８ａに凹部８ｂを形成し、この凹部８ｂ内にＩＣ４を収納するので、ＩＣ４の垂直面８ａへの設置がジャイロセンサ素子３の実装の邪魔になることはない。また、凹部８ｂを垂直面８ａに形成するとき、アーム部１５，１６と対向する垂直面８ａの位置に凹部８ｂを形成することで、垂直面８ａの面積を大きくすることなく、ジャイロセンサ装置１の小型化を実現できる。
【００５２】
またセンサ側接続部３０、ＩＣ側第１接続部３１、ＩＣ側第２接続部３２の高さ方向（Ｚ軸方向）への並びを図４のように規定することで、摺動子側接続部３０とＩＣ側第１接続部３１間を電気的に接続する第１配線パターン３３と、ＩＣ側第２接続部３２と底面３６に現れる電極３５間を電気的に接続する第２配線パターン３４とを高さ方向（Ｚ軸方向）に向けて並設することが出来る。
【００５３】
すなわち図６も本実施形態の一態様であるが、図６では、第１基板７側から図示上方向に向けて、センサ側接続部３０、ＩＣ側第１接続部３１、及びＩＣ側第２接続部３２の順に形成されている。かかる場合では、センサ側接続部３０とＩＣ側第１接続部３１間を電気的に接続する第１配線パターン３３と、ＩＣ側第２接続部３２と電極３５間を電気的に接続する第２配線パターン３４とを高さ方向に並設できず、幅方向（Ｘ軸方向）に対向した配置関係になり、第１配線パターン３３と第２配線パターン３４とが近接する。
【００５４】
図４では、第１配線パターン３３及び第２配線パターン３４は、ＩＣ側接続部３１，３２から互いに離れる方向に向けて延出するが、図６の形態では、第１配線パターン３３と第２配線パターン３４とが図４の形態に比べて近接しやすいため、ジャイロセンサ素子３からＩＣ４に向う微小な検出信号と、ＩＣ４で増幅された信号との耐クロストーク性が低下する。また図６の形態において垂直面８ａの幅方向（Ｘ軸方向）の寸法を広げることで、幅方向にて対向する第１配線パターン３３と、第２配線パターン３４間の距離を離すことができるが、垂直面８ａの面積（実装面積）が大きくなり、ジャイロセンサ装置１の小型化を実現できない。
【００５５】
したがって図６の形態に比べて図４の形態を用いることで、信号の耐クロストーク性を向上させることができるとともに、ジャイロセンサ装置１の小型化を実現できる。
【００５６】
本実施形態のジャイロセンサ装置１の製造方法では、垂直面８ａを備えるとともに、センサ側接続部３０、ＩＣ側第１接続部３１、ＩＣ側第２接続部３２、第１配線パターン３３、第２配線パターン３４が形成された実装基板２を形成する。また実装基板２の平面状の底面３６に平板状の電極３５をスパッタやメッキ等で形成し、底面３６を回路基板６に対する実装面とする。続いて、ＩＣ４を実装基板２に実装する。このとき、実装基板２に凹部を形成し、この凹部内にＩＣ４を収納するのが好適である。続いて、実装基板２の垂直面８ａにジャイロセンサ素子３を直接、実装する。続いて、ワイヤボンディング等でジャイロセンサ素子３と接続部３０間、ＩＣ４と接続部３１，３２間を電気的に接続する。そして最後にカバー５を被せる。本実施形態のジャイロセンサ装置１の製造方法によれば、装置内でのジャイロセンサ素子３の実装工程が１回で済む。また底面３６を回路基板６への実装面にできるので、他の面実装部品と同じ工程で、簡単にジャイロセンサ装置１を回路基板６上に実装できる。
【００５７】
上記の実施形態では、ジャイロセンサ装置１として説明したが、物理量センサ素子を立てた状態で実装する他の物理量センサ装置（圧力センサや加速度センサ等）にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態のジャイロセンサ装置の断面図（図２のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向から見た断面図）、
【図２】第１実施形態のジャイロセンサ装置の正面図、
【図３】第１実施形態のジャイロセンサ装置の底面図、
【図４】図２に示すジャイロセンサ装置からカバーを外した状態のジャイロセンサ装置の正面図、
【図５】第１実施形態のジャイロセンサ装置の裏面図、
【図６】本発明の第２実施形態のジャイロセンサ装置の正面図（カバーを外した状態を示す）、
【図７】ジャイロセンサ装置を構成する音叉型振動子の拡大平面図、
【図８】図７に示すＢ−Ｂ線から切断し矢印方向から見た音叉型振動子の拡大断面図、
【符号の説明】
【００５９】
１  ジャイロセンサ装置
２  実装基板
３  ジャイロセンサ素子
５  カバー
６  回路基板
７  第１基板
８  第２基板
８ａ  垂直面
８ｂ  凹部
１２  振動子
１４  圧電機能素子
１５、１６  アーム部
１７  基部
３０  センサ側接続部
３１、３２  ＩＣ側接続部
３３  第１配線パターン
３４  第２配線パターン
３５  電極
３６  底面
【図１】
2010002348.tif 000003
【図２】
2010002348.tif 000004
【図３】
2010002348.tif 000005
【図４】
2010002348.tif 000006
【図５】
2010002348.tif 000007
【図６】
2010002348.tif 000008
【図７】
2010002348.tif 000009
【図８】
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