(57)【要約】【課題】リードフレームに搭載された角速度センサの応力を低減可能な角速度センサモジュールを提供する。【解決手段】角速度センサモジュールは、矢印ＤＲ１方向および矢印ＤＲ２方向を含む平面の方向に延在するリードフレーム３０と、リードフレーム３０上に搭載される角速度センサ１０およびＡＳＩＣ素子２０と、外部端子６０とを備える。角速度センサ１０は、角速度センサモジュールにおける矢印ＤＲ１方向の端部に位置するように設けられる。外部端子６０は、角速度センサモジュールにおける矢印ＤＲ１方向の中央部に偏在するように設けられる。【選択図】図３
2010185780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角速度を検出する角速度センサモジュールであって、
第１方向および該第１方向に直交する第２方向を含む平面の方向に延在するリードフレームと、
角速度検出素子を含み、前記リードフレーム上に搭載される角速度センサと、
前記角速度センサモジュールにおける前記第１方向の中央部に偏在するように設けられた外部端子とを備え、
前記角速度検出素子は、
基板と、
前記基板に対して隙間をもって配置され、該基板に対して変位可能な質量部と、
前記質量部の変位量に基づいて角速度を出力する角速度出力部とを含み、
前記角速度センサは、前記角速度センサモジュールにおける前記第１方向の端部に位置するように設けられる、角速度センサモジュール。
【請求項２】
角速度を検出する角速度センサモジュールであって、
第１方向および該第１方向に直交する第２方向を含む平面の方向に延在するリードフレームと、
角速度検出素子を含み、前記リードフレーム上に搭載される角速度センサと、
前記角速度センサモジュールにおける前記第１方向の端部を避けた位置に選択的に設けられた外部端子とを備え、
前記角速度検出素子は、
基板と、
前記基板に対して隙間をもって配置され、該基板に対して変位可能な質量部と、
前記質量部の変位量に基づいて角速度を出力する角速度出力部とを含み、
前記角速度センサは、前記角速度センサモジュールにおける前記第１方向の中央部を避けた位置に設けられる、角速度センサモジュール。
【請求項３】
角速度を検出する角速度センサモジュールであって、
第１方向および該第１方向に直交する第２方向を含む平面の方向に延在するリードフレームと、
角速度検出素子を含み、前記リードフレーム上に搭載される角速度センサと、
前記角速度センサモジュールにおける前記第１方向の端部を避けた領域内に設けられた外部端子とを備え、
前記角速度検出素子は、
基板と、
前記基板に対して隙間をもって配置され、該基板に対して変位可能な質量部と、
前記質量部の変位量に基づいて角速度を出力する角速度出力部とを含み、
前記角速度センサの前記第１方向の中心は、前記外部端子の設置領域における前記第１方向の中心と離間している、角速度センサモジュール。
【請求項４】
前記リードフレーム上に搭載されるおける他の電子部品をさらに備え、
前記角速度センサと前記他の電子部品とは、前記リードフレーム上において前記第１方向に並ぶ、請求項１から請求項３のいずれかに記載の角速度センサモジュール。
【請求項５】
前記リードフレームと前記角速度センサとの間に介装され、前記角速度センサの応力を緩和する応力緩和層をさらに備えた、請求項１から請求項４のいずれかに記載の角速度センサモジュール。
【請求項６】
前記応力緩和層は、シリコン板、ガラス板、またはセラミック板を含む、請求項５に記載の角速度センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角速度センサモジュールに関し、特に、角速度検出素子を有する角速度センサが搭載されるリードフレームを有する角速度センサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−４３１３４号公報（特許文献１）には、半導体チップパッケージの中央部に複数のリードを偏在させることが示されている。
【０００３】
同様に、特開２０００−１８３２４１号公報（特許文献２）にも、半導体パッケージの中央部にリードを偏在させることが示されている。
【０００４】
また、特開２００４−１６３３７６号公報（特許文献３）には、複数の質量部を互いに逆位相で振動させることにより角速度を検出する角速度センサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４３１３４号公報
【特許文献２】特開２０００−１８３２４１号公報
【特許文献３】特開２００４−１６３３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
リードフレーム上に搭載される電子部品には、外部要因によるリードフレームの変形に伴なう応力が伝達される（本明細書では、これを『外部応力』と称する）。また、リードフレームに搭載された部品を樹脂でモールドする場合は、当該部品と樹脂との熱膨張差による応力も発生する（本明細書では、これを『内部応力』と称する）。
【０００７】
電子部品に作用する応力により、リフロー時の樹脂とリードフレームとの剥離、パッケージのクラック、剥離箇所からの湿気浸入による信頼性低下、ワイヤの断線等に繋がるため、この応力をできる限り小さくしたいという要請がある。このため、上記外部応力および内部応力を縮小させる構造を設けることが望ましい。しかし、特許文献１〜３に記載のデバイスでは、上記のような応力低減のための解決策が十分ではない。
【０００８】
たとえば、特許文献１，２に記載のパッケージでは、外部端子を所定の方向の中央部に偏在させているが、半導体チップも当該所定の方向の中央部に配置されているため、外部要因による外部応力は必ずしも十分に低減されない。
【０００９】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、リードフレームに搭載された角速度センサへの応力を低減可能な角速度センサモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る角速度センサモジュールは、角速度を検出する角速度センサモジュールであって、第１方向および該第１方向に直交する第２方向を含む平面の方向に延在するリードフレームと、角速度検出素子を含み、リードフレーム上に搭載される角速度センサと、外部端子とを備える。角速度検出素子は、基板と、基板に対して隙間をもって配置され、該基板に対して変位可能な複数の質量部と、複数の質量部の変位量に基づいて角速度を出力する角速度出力部とを含む。
【００１１】
１つの局面では、外部端子は、角速度センサモジュールにおける第１方向の中央部に偏在するように設けられ、角速度センサは、角速度センサモジュールにおける第１方向の端部に位置するように設けられる。
【００１２】
他の局面では、外部端子は、角速度センサモジュールにおける第１方向の端部を避けた位置に選択的に設けられ、角速度センサは、角速度センサモジュールにおける第１方向の中央部を避けた位置に設けられる。
【００１３】
さらに他の局面では、外部端子は、角速度センサモジュールにおける第１方向の端部を避けた領域内に設けられ、角速度センサの第１方向の中心は、外部端子の設置領域における第１方向の中心と離間している。
【００１４】
１つの実施態様では、上記角速度センサモジュールは、リードフレーム上に搭載されるおける他の電子部品をさらに備える。角速度センサと他の電子部品とは、リードフレーム上において第１方向に並ぶ。
【００１５】
１つの実施態様では、上記角速度センサモジュールは、リードフレームと角速度センサとの間に介装され、角速度センサの応力を緩和する応力緩和層をさらに備える。好ましくは、応力緩和層は、シリコン板、ガラス板、またはセラミック板を含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、角速度センサモジュールにおいて、リードフレームに搭載された角速度センサへの応力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る角速度センサモジュールに含まれる角速度検出素子の構造を示す平面図である。
【図２】図１に示される角速度検出素子に含まれる振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係る角速度センサモジュールにおける各部品の配置を示す平面図である。
【図４】図３におけるIＶ−IＶ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。また、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。
【００１９】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係る角速度センサモジュールに含まれる角速度検出素子の構造を示す平面図である。図２は、図１に示す角速度検出素子に含まれる振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。
【００２０】
本実施の形態に係る角速度センサモジュールは、角速度検出素子１を備えている。この角速度検出素子１は、静電駆動／容量検出型で、かつ非共振型のものであって、たとえば単結晶または多結晶の低抵抗なシリコン材料からなる振動子基板２と、この振動子基板２の主面上および裏面上に設けられたたとえば高抵抗なシリコン材料またはガラス材料等からなる保護基板３とを含む三層構造を有する。そして、両基板２，３は、振動子基板２の可動部分を収納するためのキャビティ４が形成される箇所を除いてたとえば陽極接合等の接合方法により一体的に接合されている。また、キャビティ４内は振動ダンピングを低減するために真空状態あるいは低圧力状態に保たれている。
【００２１】
振動子基板２には、エッチング処理等の微細加工を施すことにより、第１〜第４の各質量部７１〜７４、駆動梁８、第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２などが形成されている。
【００２２】
ここで、図１において、角速度検出素子１の長手方向をＹ軸方向、これに直交する短手方向をＸ軸方向、両軸に共に直交する紙面に垂直な方向をＺ軸方向としたとき、第１〜第４の各質量部７１〜７４は、部分的に接地電極１８１，１８２に接続された駆動梁８によってＹ軸方向に沿って直列に支持されており、これによって第１〜第４の各質量部７１〜７４はＸ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。すなわち、第１〜第４の各質量部７１〜７４および駆動梁８が可動部分となっており、第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、および接地電極１８１，１８２が固定部となっている。
【００２３】
上記の第１質量部７１においては、第１モニター電極９１および第１，第２の駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃが設けられている。
【００２４】
また、第２質量部７２は、駆動梁８により支持された四角形の第１駆動枠１２１と、第１駆動枠１２１の内側において上下の第１検出梁１３１により支持された２つの四角形を連接した形状の第１検出枠１４１とを有する。第１駆動枠１２１の外側には第１質量部７１に近接して上記の第１，第２駆動電極１０１，１０２の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５１ａ，１５１ｂが形成されている。また、第１検出枠１４１の２つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第１，第２検出電極１６１，１６２にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７１が形成されている。これにより、第１検出枠１４１は可動側電極１７１と共に第１検出梁１３１によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
【００２５】
上記の第４質量部７４においては、第２モニター電極９２および第３，第４の駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃが設けられている。
【００２６】
また、第３質量部７３は、駆動梁８により支持された四角形の第２駆動枠１２２と、第２駆動枠１２２の内側において上下の第２検出梁１３２により支持された２つの四角形を連接した形状の第２検出枠１４２とを有する。第２駆動枠１２２の外側には第４質量部７４に近接して上記の第３，第４駆動電極１０３，１０４の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極１５２ａ，１５２ｂが形成されている。また、第２検出枠１４２の２つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第３，第４検出電極１６３，１６４にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極１７２が形成されている。これにより、第２検出枠１４２は可動側電極１７２と共に第２検出梁１３２によってＹ軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
【００２７】
上記の第１，第２モニター電極９１，９２、第１〜第４駆動電極１０１〜１０４、第１〜第４検出電極１６１〜１６４、および接地電極１８１，１８２は、振動子基板２上の保護基板３との接合箇所の上に形成されていて固定状態になっている。そして、これらの固定側の各電極９１，９２、１０１〜１０４、１６１〜１６４、１８１，１８２は、図２に示すように各電極パッド５にそれぞれ個別に接続されており、これらの各電極パッド５を介して外部の電気回路と電気的接続が可能になっている。なお、角速度検出素子１の可動部分は、駆動梁８を介して接地電極１８１，１８２と機械的かつ電気的に接続されていて接地電位に保たれている。
【００２８】
角速度検出素子１による角速度の検出の原理については、以下に説明するとおりである。すなわち、第１〜第４質量部７１〜７４がＸ軸方向に振動しているときに、角速度検出素子１にＺ軸まわりに角速度が加わると、第２質量部７２および第３質量部７３がコリオリ力によりＹ軸方向において互いに逆向きに変位する。これにより、上記変位量は静電容量の変化として検出され、第１〜第４検出電極１６１〜１６４から検出信号として出力される。
【００２９】
以上に説明した角速度検出素子１は、応力により反りや捩れなどの変形が生じると、特性悪化を生じるものである。したがって、角速度検出素子１に生じる応力は、極力低減することが好ましい。本実施の形態に係る角速度センサモジュールでは、以下に説明する機構により、角速度検出素子１の応力の低減を図っている。
【００３０】
図３は、本実施の形態に係る角速度センサモジュールにおける各部品の配置を示す平面図である。また、図４は、図３におけるIＶ−IＶ断面図である。なお、図３において、モールド樹脂７０の図示は省略している。
【００３１】
図３，図４を参照して、本実施の形態に係る角速度センサは、ＭＥＭＳ素子である角速度センサ１０と、ＡＳＩＣ素子２０と、リードフレーム３０と、ワイヤ４０と、応力緩和層５０と、外部端子６０と、モールド樹脂７０とを含む。
【００３２】
ＭＥＭＳ素子である角速度センサ１０は、上述した角速度検出素子１を互いに直交する３軸方向に沿って３つ配置したものである。これにより、角速度を三次元で測定することができる。
【００３３】
ＡＳＩＣ素子２０は、角速度センサ１０を制御するものである。角速度センサ１０およびＡＳＩＣ素子２０は、リードフレーム３０上に搭載される。ワイヤ４０は、角速度センサ１０とＡＳＩＣ素子２０とを電気的に接続するとともに、ＡＳＩＣ素子２０と外部端子６０とを電気的に接続する。これにより、外部端子６０と角速度センサ１０とが電気的に接続される。
【００３４】
応力緩和層５０は、図４に示す如く、リードフレーム３０と角速度センサ１０およびＡＳＩＣ素子２０との間に介装される。また、応力緩和層５０は、角速度検出素子１０上にも設けられる。応力緩和層５０は、角速度検出素子１０およびＡＳＩＣ素子２０とリードフレーム３０およびモールド樹脂７０との間の熱膨張係数差による内部応力を緩和するものである。さらに、応力緩和層５０は、比較的高い弾性を有することにより、リードフレーム３０およびモールド樹脂７０を介して角速度センサ１０およびＡＳＩＣ素子２０に作用する外力による外部応力を緩和するものである。
【００３５】
応力緩和層５０は、典型的な例ではシリコン板で構成されるが、その他の材料、たとえばガラス板、またはセラミック板などにより構成されてもよい。
【００３６】
複数の外部端子６０は、角速度センサモジュールにおける矢印ＤＲ１方向の中央部に集約されている。すなわち、外部端子６０は、角速度センサモジュールにおける矢印ＤＲ１方向の両端部には形成されていない。なお、外部端子６０は、矢印ＤＲ１方向に直交する矢印ＤＲ２方向の両端部に設けられている。
【００３７】
モールド樹脂７０は、角速度センサ１０、ＡＳＩＣ素子２０、リードフレーム３０、応力緩和層５０、および外部端子６０をモールドするものである。
【００３８】
本実施の形態に係る角速度センサモジュールに作用する外力は、外部端子６０、モールド樹脂７０を介して、角速度センサ１０、ＡＳＩＣ素子２０にも作用する。ここで、図３に示すように、角速度センサモジュールの両端部を避けた位置に外部端子６０を形成することで、角速度センサモジュールに反りや捩りなどの変形が生じた際に外部端子６０から角速度センサモジュールの内部に伝達されるモーメントが縮小される。この結果、角速度センサ１０の外部応力の増大が抑制され、角速度センサ１０に含まれる角速度検出素子１の特性悪化が抑制される。
【００３９】
また、本実施の形態に係る角速度センサモジュールでは、外部応力の伝達部である外部端子６０から離間した位置、すなわち、矢印ＤＲ１方向の中央部から離れた位置に角速度センサ１０を設けることにより、外部端子６０から角速度センサ１０への外部応力の伝達を抑制することができる。この結果、角速度センサ１０の外部応力の増大がさらに抑制され、角速度センサ１０に含まれる角速度検出素子１の特性悪化がさらに抑制される。
【００４０】
また、上述の如く、本実施の形態に係る角速度センサモジュールでは、応力緩和層５０を設けることにより、角速度センサ１０の内部応力／外部応力を緩和している。この結果、角速度センサ１０に含まれる角速度検出素子１の特性悪化がさらに抑制される。
【００４１】
このように、本実施の形態に係る角速度センサモジュールでは、角速度センサ１０の応力を低減することにより、角速度センサ１０に含まれる角速度検出素子１の特性悪化を抑制することができる。
【００４２】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る角速度センサモジュールは、角速度を検出するものであって、矢印ＤＲ１方向（第１方向）および矢印ＤＲ１方向に直交する矢印ＤＲ２方向（第２方向）を含む平面の方向に延在するリードフレーム３０と、リードフレーム３０上に搭載される角速度センサ１０および『他の電子部品』としてのＡＳＩＣ素子２０と、リードフレーム３０と角速度検出素子１０との間に介装され、角速度センサ１０の応力を緩和する応力緩和層５０と、外部端子６０とを備える。
【００４３】
角速度センサ１０に含まれる角速度検出素子１は、保護基板３と、保護基板３に対して隙間をもって配置され、保護基板３に対して変位可能な質量部７２，７３と、質量部７２，７３の変位量に基づいて角速度を出力する『角速度出力部』としての第１〜第４検出電極１６１〜１６４とを含む。角速度センサ１０とＡＳＩＣ素子２０とは、リードフレーム３０上において矢印ＤＲ１方向に並ぶ。
【００４４】
角速度センサ１０は、角速度センサモジュールにおける矢印ＤＲ１方向の端部に位置するように設けられる。換言すれば、角速度センサ１０は、角速度センサモジュールにおける矢印ＤＲ１方向の中央部を避けた位置に設けられる。さらに換言すれば、角速度センサ１０の矢印ＤＲ１方向の中心は、外部端子の設置領域における第１方向の中心と離間している。
【００４５】
外部端子６０は、角速度センサモジュールにおける矢印ＤＲ１方向の中央部に偏在するように設けられる。換言すれば、外部端子６０は、角速度センサモジュールにおける矢印ＤＲ１方向の端部を避けた位置に選択的に設けられる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４７】
１  角速度検出素子、２  振動子基板、３  保護基板、４  キャビティ、５  電極パッド、８  駆動梁、１０  角速度センサ（ＭＥＭＳ素子）、２０  ＡＳＩＣ素子、３０  リードフレーム、４０  ワイヤ、５０  応力緩和層、６０  外部端子、７０  モールド樹脂、７１〜７４  第１〜第４の各質量部、９１，９２  第１，第２モニター電極、１０１〜１０４  第１〜第４駆動電極、１６１〜１６４  第１〜第４検出電極、１８１，１８２  接地電極。
【図１】
2010185780.tif 000003
【図２】
2010185780.tif 000004
【図３】
2010185780.tif 000005
【図４】
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