(57)【要約】【課題】ジャイロセンサーなどの物理量検出センサーを内蔵するセラミックパッケージと、これを実装する客先基板との線膨張率の差に起因して、熱サイクルを受けたときでも、電極のハンダ付け部分にクラックを生じることのない応力緩和機構を備えた物理量検出装置を提供する。【解決手段】物理量検出素子を有するセラミックパッケージをハンダ実装する際、直接実装基板にハンダ付けするのではなく、中継基板を介して実装できるようにした構成とした。中継基板を前記セラミックパッケージの周囲を囲む枠部とを設け、枠部の内側に延在するインナー突出部を設けて、インナー突出部の先端にセラミックパッケージの端子と電気的に接続されるランド部を設けたものである。中継基板としては線膨張係数が実装基板より小さく、セラミックパッケージよりも大きい基板を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量検出素子を含み複数の端子を有するセラミックパッケージと、
前記複数の端子を電気的に接続するランドを有し、外部への電気的接続のための外部電極を有する中継基板と、を含む物理量検出装置であって、
前記中継基板は、前記セラミックパッケージを囲む枠状の構造を有し、前記枠の内側からセラミックパッケージ側の方向へ突出するインナー突出部を備え、前記ランドが前記突出部に形成されることを特徴とする物理量検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物理量検出装置であって、
前記セラミックパッケージと電気的に接続される前記中継基板は、前記セラミックパッケージよりも線膨張係数が大きく、前記物理量検出装置が実装される基板よりも線膨張係数が小さくなるような、線膨張係数を有する材料で構成されていることを特徴とする物理量検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の物理量検出装置であって、
前記中継基板の少なくとも前記インナー突出部は前記ランド部より薄肉に形成してなることを特徴とする物理量検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の物理量検出装置であって、
前記インナー突出部は屈曲部を備え、屈曲の先端部にてセラミックパッケージの外部端子が接続されたことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の物理量検出装置であって、
前記中継基板は前記ランド部と外部電極の形成部を厚肉とするとともにその他の部位をそれより薄肉に形成してなることを特徴とする物理量検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１に記載の物理量検出装置であって、
前記中継基板は枠部の外縁にアウタ突出部を設け、このアウタ突出部に外部電極が形成されていることを特徴とする物理量検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１に記載の物理量検出装置であって、
前記中継基板は枠部の外縁にアウタ突出部を設け、このアウタ突出部に外部電極が形成され、前記アウタ突出部は途中に減肉された脚部を設けてなることを特徴とする物理量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物理量検出装置に係り、特に、圧電振動片などを内蔵してジャイロセンサーなどとして機能するセラミックパッケージを実装基板に実装して形成される物理量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動子を用いたいろいろな物理量検出装置が知られており、これは一般に圧電振動片を内蔵したセラミックパッケージを、処理回路が形成された実装基板に実装して構成されている。セラミックパッケージは圧電振動片から信号を取り出すために、その外面に外部電極を形成しており、この外部電極をガラスエポキシ材料からなる実装基板（以下、ガラエポ基板という）の回路端子にハンダ付けして電気的な結合を図っている。
【０００３】
ところが、セラミックパッケージをハンダ付けによりガラエポ基板に実装する場合、セラミックパッケージと基板との線膨張率の違いにより、特に、端子間距離が大きいときには、熱サイクルによりハンダクラックが生じるという問題がある。例えばハンダ結合のためにリフロー処理を行った後に冷却すると、セラミックパッケージは線膨張率の小さく、ガラエポ基板はセラミックパッケージよりは大きいため、ガラエポ基板の熱収縮が大きくなってハンダ結合部にクラックが生じる可能性がある。
【０００４】
このような問題に対し、従来はセラミックパッケージの外部電極とガラエポ基板端子との間をリードフレームによって結合して、熱サイクルによる応力緩和を図っていたが、リードフレームを用いることによるコスト高の問題が大きく、工程的にも簡易に製造できる熱膨張吸収型の物理量検出装置が望まれていた。
【０００５】
なお、実装するパッケージと基板との間の線膨張率の違いによるハンダクラックの問題に対処するための対策技術として特許文献１に記載されているものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２４７４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、ジャイロセンサーなどの物理量検出センサーを内蔵するセラミックパッケージと、これを実装する客先基板との線膨張率の差に起因して、熱サイクルを受けたときでも、電極のハンダ付け部分にクラックを生じることのない応力緩和機構を備えた物理量検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る物理量検出装置は、物理量検出素子を有するセラミックパッケージをハンダ実装する際、直接実装基板にハンダ付けするのではなく、中継基板を介して実装できるようにした構成とした。中継基板を前記セラミックパッケージの周囲を囲む枠部とを設け、枠部の内側に延在するインナー突出部を設けて、インナー突出部の先端にセラミックパッケージの端子と電気的に接続されるランド部を設けたものである。中継基板としては線膨張係数が実装基板より小さく、セラミックパッケージよりも大きい基板を用いるようにすればよい。具体的な適用例は以下のようになる。
【０００９】
［適用例１］物理量検出素子を含み複数の端子を有するセラミックパッケージと、前記複数の端子を電気的に接続するランドを有し、外部への電気的接続のための外部電極を有する中継基板と、を含む物理量検出装置であって、前記中継基板は、前記セラミックパッケージを囲む枠状の構造を有し、前記枠の内側からセラミックパッケージ側の方向へ突出するインナー突出部を備え、前記ランドが前記突出部に形成されることを特徴とする物理量検出装置。
【００１０】
このように構成することで、熱サイクルを受けてガラエポ基板などの実装基板とセラミックパッケージとの間に線膨張率の違いに起因する熱膨張・収縮による形状変化が生じても、中継基板のインナー突出部が変形してその形状変化を吸収するために、電極接続のためのハンダ部に応力が集中せず、クラックを生じることが有効に防止される。
【００１１】
［適用例２］適用例１に記載の物理量検出装置であって、前記セラミックパッケージと電気的に接続される前記中継基板は、前記セラミックパッケージよりも線膨張係数が大きく、前記物理量検出装置が実装される基板よりも線膨張係数が小さくなるような、線膨張係数を有する材料で構成されていることを特徴とする物理量検出装置。
【００１２】
この構成では、中継基板の熱膨張による変化量がセラミックパッケージと実装基板の中間に相当するため、ハンダ接合部へ熱膨張変化量がセラミックパッケージ側と実装基板側で按分され、より高いハンダクラック防止効果が得られることになる。
【００１３】
［適用例３］適用例１に記載の物理量検出装置であって、前記中継基板の少なくとも前記インナー突出部は前記ランド部より薄肉に形成してなることを特徴とする物理量検出装置。
この構成では、薄肉部の弾性変化を大きく形状変化の吸収率が高くなるので、ハンダ接合部への応力集中を抑制できる効果がある。
【００１４】
［適用例４］適用例１に記載の物理量検出装置であって、前記インナー突出部は屈曲部を備え、屈曲の先端部にてセラミックパッケージの外部端子が接続されたことを特徴とする物理量検出装置。
このように構成することにより、屈曲部に可撓性を持たせることができ、より高い応力集中防止効果が得られる。
【００１５】
［適用例５］適用例１に記載の物理量検出装置であって、前記中継基板は前記ランド部と外部電極の形成部を厚肉とするとともにその他の部位をそれより薄肉に形成してなることを特徴とする物理量検出装置。
この構成では、薄肉部の弾性変化を大きく形状変化の吸収率が高くなるので、ハンダ接合部への応力集中を抑制できる効果がある。
【００１６】
［適用例６］適用例１ないし５のいずれか１に記載の物理量検出装置であって、前記中継基板は枠部の外縁にアウタ突出部を設け、このアウタ突出部に外部電極が形成されていることを特徴とする物理量検出装置。
このような構成では、中継基板の枠部の内側と外側でそれぞれ熱膨張・収縮の変化を吸収できる。
【００１７】
［適用例７］適用例１ないし５のいずれか１に記載の物理量検出装置であって、前記中継基板は枠部の外縁にアウタ突出部を設け、このアウタ突出部に外部電極が形成され、前記アウタ突出部は途中に減肉された脚部を設けてなることを特徴とする物理量検出装置。
アウタ突出部の減肉部での弾性によりハンダ接合部への応力集中抑制効果を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る物理量検出装置の実装状態の斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る物理量検出装置のセラミックパッケージを省略した平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】第２実施形態に係る物理量検出装置のセラミックパッケージを省略した平面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】図５のＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】第３実施形態に係る物理量検出装置のセラミックパッケージを省略した平面図である。
【図９】図８のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１０】図８のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１１】第４実施形態に係る物理量検出装置のセラミックパッケージを省略した平面図である。
【図１２】図１１のＧ−Ｇ線断面図である。
【図１３】図１１のＨ−Ｈ線断面図である。
【図１４】第５実施形態に係る物理量検出装置のセラミックパッケージを省略した平面図である。
【図１５】図１４のＩ−Ｉ線断面図である。
【図１６】図１４のＪ−Ｊ線断面図である。
【図１７】第６実施形態に係る物理量検出装置のセラミックパッケージを省略した平面図である。
【図１８】図１７のＫ−Ｋ線断面図である。
【図１９】図１７のＬ−Ｌ線断面図である。
【図２０】第７実施形態に係る物理量検出装置のセラミックパッケージを省略した平面図である。
【図２１】図２０のＭ−Ｍ線断面図である。
【図２２】図２０のＮ−Ｎ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明に係る物理量検出装置の具体的実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図４に第１実施形態に係る物理量検出装置１０を模式的に示している。この物理量検出装置は、例えばジャイロセンサーとして構成されたセラミックパッケージ１２を有している。セラミックパッケージ１２は、物理量検出素子としての圧電振動片を内蔵しており（図示せず）、金属リッド１４により内部が密閉され、パッケージ下面に内蔵素子からの検出信号を取り出すための金属パッドからなる外部端子１６が複数設けられた構造となっている。このようなセラミックパッケージ１２は、実装回路基板であるガラエポ基板１８にハンダ実装されることになるが、当該実施形態では中継基板２０を介して実装するように構成されている。
【００２０】
前記中継基板２０は、前記セラミックパッケージ１２を囲む枠状の構造を有し、枠部２２の内側からセラミックパッケージ１２側の方向へ突出するインナー突出部２４を備え、前記セラミックパッケージ１２を搭載するランド２６が前記インナー突出部２４の先端部に形成され、ランド２６が枠部２２の中央領域に間隔をおいて形成されている。前記ランド２６に前記セラミックパッケージ１２と前記複数の外部端子１６と各々電気的に接続される複数の端子電極２８を設けている。また、枠部２２の四隅部には肉厚のアイランド３４が形成されており、このアイランド３４の下面に、ガラエポ基板１８の回路配線３０の端子とハンダ実装される金属パッドからなる複数の外部電極３２を有している。これにより、セラミックパッケージ１２からの信号をガラエポ基板１８の回路配線３０の端子に中継する役割をなしている。当然ながら、中継基板２０の前記端子電極２８と外部電極３２とは、図示しないスルーホールや表面配線により電気的に接続されている。
【００２１】
セラミックパッケージ１２は長辺と短辺をもつ矩形平面を有しているが、前記ランド２６はそれより若干大きい相似の矩形平面をもつ平板形状とされ、枠部２２から内側に突出す前記インナー突出部２４は、ランド２６における互いに対向する長辺部に長辺と垂直方向であって、中継基板面と水平に延在する板状突起として形成されている。このようなインナー突出部２４は引き出し電極数の数だけ設けられ、模式的に示している図示の例では、セラミックパッケージ１２の外部端子１６が４箇所設けられているので、インナー突出部２４も４本設けた構成とされる。
【００２２】
このような中継基板２０を用い、そのランド２６にセラミックパッケージ１２をハンダ実装し、中継基板２０の枠部２２のコーナのアイランド３４の下面に形成した外部電極２８を介して実装基板であるガラエポ基板１８の回路配線２６の端子にハンダ実装することで、検出信号の電路が確保される。
【００２３】
前記中継基板２０の少なくとも前記インナー突出部２４は前記ランド２６より薄肉に形成することにより、インナー突出部の可撓性を確保するようにしている。更に、前記中継基板２０は前記ランド２６と外部電極の形成部であるアイランド３８を厚肉とするとともにその他の部位をそれより薄肉に形成するようにすることが望ましい。このように構成することで、電極形成部位は機械的加圧を受けるため、強度を確保しつつ、中継基板２０の可撓性を確保することができる。
【００２４】
このように構成することで、熱サイクルを受けてガラエポ基板１８などの実装基板とセラミックパッケージ１２との間に線膨張率の違いに起因する熱膨張・収縮による形状変化が生じても、中継基板２０のインナー突出部２４が変形してその形状変化を吸収するために、電極接続されているハンダ部に応力が集中せず、クラックを生じることが有効に防止される。
【００２５】
また、この第１実施形態では、前記セラミックパッケージ１２と電気的に接続される前記中継基板２０は、前記セラミックパッケージ１２を構成しているセラミック材料よりも線膨張係数が大きく、かつ、物理量検出装置１０が実装されるガラエポ基板１８よりも線膨張係数が小さくなるような、線膨張係数を有する材料で構成している。例えば、セラミック材料としてアルミナを用い、実装基板の材料としてガラスエポキシを用いた場合、各々の線膨張係数は、
セラミック材料（アルミナ）：α＝６．０×１０＾−５／℃
ガラスエポキシ  ：α＝０．８〜３．０×１０＾−５／℃
となっているので、中継基板２０の材料としては、線膨張率αがそれらの中間の値をもつ、例えばポリフタルアミド（ＰＰＡ）を用いて製作する。この線膨張率αは、α＝０．６〜３．０×１０＾−５／℃である。
【００２６】
中継基板２０の熱膨張による変化量がセラミックパッケージ１２と実装基板であるガラエポ基板１８の中間に相当するため、ハンダ接合部へ熱膨張変化量がセラミックパッケージ１２側とガラエポ基板１８側で按分され、より高いハンダクラック防止効果が得られることになる。
【００２７】
このような第１実施形態に係る物理量検出装置１０では、温度変化によって発生する応力のセラミックパッケージ１２を実装するハンダ接合部への集中を緩和することができ、ハンダクラックの発生を抑制することができる。
【００２８】
図５〜図７に第２実施形態に係る物理量検出装置の中継基板２０２の平面図と断面図を示す。第２実施形態に係る物理量検出装置の中継基板２０２は、インナー突出部２４２に水平方向に湾曲する半円弧状の水平屈曲部３６２を設けた点が、第１実施形態と異なるのみである。水平屈曲部３６２は線対称に形成され、実施形態では同一縁辺に配置される屈曲部３６２の互いの屈曲方向が向き合うように形成されている。その他は第１実施形態と同様であるので、同一部材には同一番号を付して説明を省略する。
この実施形態では、水平方向の可撓性が強いインナー突出部２４２を構成することができる。
【００２９】
図８〜図１０に第３実施形態に係る物理量検出装置の中継基板２０３の平面図と断面図を示す。
この中継基板２０３は、第１実施形態の変形例であり、セラミックパッケージ１２を搭載するランド２６を矩形平板により形成するのではなく、インナー突出部２４によって形成している点が相違する。すなわち、中継基板２０３は前記セラミックパッケージ１２の周囲を囲む枠部２２を有し、枠部２２の四隅部に前記外部電極３２が設けられたアイランド３４を形成している。この枠部２２の対向する辺の内縁部にはインナー突出部２４が設けられ、その先端部にインナー突出部２４より肉厚のインナーアイランド３８を形成している。このインナーアイランド３８の上面部にセラミックパッケージ１２の端子１６と電気的接続をなす端子電極２８を設けた構成としている。そして、このインナー突出部４０の先端の複数のインナーアイランド３８によって前記セラミックパッケージ１２が搭載されるランドを形成してなる。
【００３０】
この構成では、セラミックパッケージ１２がインナー突出部２４の先端に設けたインナーアイランド３８で支えられた形態となるので、セラミックパッケージ１２の移動自由度が大きくなり、温度変化に起因するハンダ接合部への応力集中緩和効果を高くできる。
【００３１】
図１１〜図１３は、第４実施形態に係る物理量検出装置の中継基板２０４の平面図と断面図を示している。この実施形態は、基本的に第１実施形態と同様であるが、外部電極３２を設けるアイランド３４を枠部２２から外方に突出させたアウタ突出部４０の先端に設けた点が相違する。枠部２２の四隅部には肉厚のアイランド３４が形成されており、このアイランド３４の下面に、ガラエポ基板１８の回路配線３０の端子とハンダ実装される金属パッドからなる複数の外部電極３２を有している。
アウタ突出部４０が可撓性を有するので、温度変化に起因する形状変形を吸収する効果が高く、ハンダ接合部への応力集中抑制効果が高いものとなっている。
【００３２】
図１５〜図１７は第５実施形態に係る物理量検出装置の中継基板２０５の平面図と断面図である。
この中継基板１０５は、第４実施形態におけるアウタ突出部４０５を水平面から見てＬ字形状としたものである。したがって、アウタ突出部４０５はセラミックパッケージ１２の長辺に垂直な部分と水平な部分を有し、ＸＹ平面に沿った形状変形を吸収するのに好適となる。
【００３３】
図１７〜図１９は第６実施形態に係る物理量検出装置の中継基板２０６の平面図と断面図である。この実施形態はランド２６をインナー突出部２４の先端に設けたインナーアイランド３８で形成した第３実施形態の変形例である。第３実施形態における外部電極３２を設けるアイランド３４を、枠部２２から外方に突出させたアウタ突出部４０の先端に設けた点が相違する。
アウタ突出部４０が可撓性を有するので、温度変化に起因する形状変形を吸収する効果が高く、ハンダ接合部への応力集中抑制効果が高いものとなっている。
【００３４】
図２０〜図２２は第７実施形態に係る物理量検出装置の中継基板２０７の平面図と断面図である。
この実施形態に係る装置の中継基板２０７は、セラミックパッケージ１２の搭載部をインナー突出部２４の先端に設けたインナーアイランド３８により形成するとともに、枠部２２の外側に形成するアイランド３４を、枠部２２から外方に突出させたアウタ突出部４０の先端に設けたものである。そして、アウタ突出部４０８を水平面から見てＬ字形状としたものである。したがって、アウタ突出部４０８はセラミックパッケージ１２の長辺に垂直な部分と水平な分を有し、ＸＹ平面に沿った形状変形を吸収するのに好適となる。
【００３５】
この構成によれば、中継基板２０７の可撓性が高く、ハンダ接合部への応力集中防止効果が高い。
なお、本発明は角速度などその他の物理量を検出する装置として構成できる装置として構成できるのはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３６】
１０………物理量検出装置、１２………セラミックパッケージ、１４………金属リッド、１６………外部端子（金属パッド）、１８………ガラエポ基板、２０………中継基板、２２………枠部、２４………インナー突出部、２６………ランド、２８………端子電極、３０………回路配線、３２………外部電極、３４………アイランド、３６２………水平屈曲部、３８………インナーアイランド、４０………アウタ突出部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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