(57)【要約】【課題】回路基板の表裏両面を容易に防水構造としつつ、回路基板上に実装された慣性力検出センサの応力印加による出力変動を抑制した信頼性の高い慣性力検出センサのモジュール実装構造を提供することを目的とする。【解決手段】慣性力を検出するための半導体素子を内部に備えたゲージセンサを、ゲージセンサと電子部品を電気的に接続可能な配線パターンを備えた実装基板に搭載し、実装基板は慣性力を検出するための半導体素子からの信号を取り出すためのコネクタを備え、内壁部に複数の凹部を備えた段差を設けた樹脂材料からなるハウジング内の内壁の段差に固定され、コネクタに付属されたコネクタ端子と実装基板をワイヤによって電気的に接続し、ハウジングの開口部にカバーを接着することで、ゲージセンサと電子部品が搭載された実装基板とワイヤをハウジング内にパッケージングし、ハウジング内を樹脂コーティング材で充填し、ワイヤと実装基板両面を樹脂コーティング材で覆った。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に慣性力を検出するためのゲージセンサが実装され、他面側に電子部品が実装される実装基板と、
前記実装基板の信号を外部に送信するためのコネクタを備えるハウジングと、を備え、
前記ハウジングに前記実装基板が保持される慣性力センサ装置において、
前記実装基板の４隅が前記ハウジングに固定されないように、前記ハウジングの実装基板を保持する部分は段差形状を備えており、
前記ハウジング内に充填された樹脂コーティング材は、実装基板の一面側と他面側の両方を覆っていることを特徴とする慣性力センサ装置。
【請求項２】
前記樹脂コーティング材の主成分はシリコーンゲルであることを特徴とする請求項1に記載の慣性力センサ装置。
【請求項３】
前記ハウジングは、開口部を備えており、この開口部をカバーで覆っている請求項１または２に記載の慣性力センサ装置。
【請求項４】
前記ゲージセンサを実装基板が固定されている段差上の実装基板上に配置したことを特徴とする請求項1乃至３の何れかに記載の慣性力センサ装置。
【請求項５】
前記ゲージセンサを、前記段差形状を形成するために設けた凹部から遠い距離に配置したことを特徴とする請求項1乃至３の何れかに記載の慣性力センサ装置。
【請求項６】
前記ゲージセンサは、角速度と加速度を検出する機能を備えることを特徴とする請求項1乃至５の何れかに記載の慣性力センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度および角速度を検出する慣性力検出センサを電子部品とともに回路基板に実装した状態でケーシングした慣性力を検出するセンサ装置に係り、特に、高い防水性が求められる環境下に配置される信頼性の高い慣性力センサ装置のモジュール実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や農業機械および建設機械などでは走行安定性制御や安全性、作業性を向上するため種々の物理量を検出するセンサ装置が用いられている。自動車においては、特に加速度センサや角速度センサが横滑り防止や乗員の安全性を向上するための機器（例えばエアバック）制御用として適用が拡大している。また、センサ装置の自動車への適用では、エンジンルームへの搭載も想定されるため、温度や湿度の変化、機械的振動などの過酷な環境負荷に耐えることが必要となっている。農業機械では車体の姿勢制御や、水田や畑における種々の耕作用途に用いる付属機の水平制御に用いられており、自動車同様過酷な環境で使用される。
【０００３】
センサ装置に搭載される加速度センサや角速度センサでは、小型化や多機能化・複合化、および量産性向上などを目的に、シリコン（Si）の微細加工技術(MEMS：Micro Electro Mechanical Systems)を用いた検出手段が主流となってきている。微細加工技術によってシリコンの微細なくし歯状構造体を形成し、このくし歯状構造体の微小変位を、電気信号に変換することで加速度や角速度の慣性力物理量を検出している。
【０００４】
センサ装置は、他の電子部品とともに実装基板に搭載された状態で使用される。また実装基板に搭載したセンサ装置を外部との電気的信号の入出力を行うコネクタとともにハウジングなどでモジュール化した状態で使用される。
【０００５】
上記したセンサ装置は、微小な変位を検出手段としているため、センサ装置の外部から応力や振動、衝撃が印加されると、微細なくし歯構造体に変位が生じ、慣性力が作用していない状態でも出力が発生する。このセンサ出力は、検出誤差となり、センサ装置の信頼性を低下させる要因となる。
【０００６】
したがって、シリコンの微細加工技術を用いた検出装置は、各物理量検出部、または、各物理量検出素子へ応力や振動などの外力が印加しない実装構造とすることが必要不可欠である。また、このような検出装置を自動車のエンジンルームや、農業機械付属機などの過酷な環境で使用される機器への搭載も可能とするため、耐水性をはじめ高信頼性を有した実装構造とすることが必要不可欠である。
【０００７】
この検出装置をはじめ、半導体素子を用いたセンサ装置の実装構造として、例えば、特許文献１や特許文献２などに記載されているセンサ装置のような構造が知られている。
【０００８】
特許文献１において、筐体底部に回路基板を支える為の直立したボスと、筐体内部の側面に回路基板の周辺を支える為に段差部を設ける構造が開示されている。前記ボスに回路基板がネジで固定され、固定されたボス位置を振動の節として回路基板が上下にたわむように振動する場合でも、前記段差が下支えすることにより回路基板の下方向への振動を抑制できることが示されている。
【０００９】
また、特許文献１と同様に回路基板の振動を抑制する手段が特許文献２に開示されている。この公知技術では、少なくとも一方の面に電子装置が搭載された回路基板と、回路基板を固定するベース部材を備えており、回路基板の片面に１つ以上の突起物を設置し、回路基板の周辺固定部をベース部材に固定する際、突起物の一部をベース部材に接触させる。さらに、突起物の高さを回路基板の周辺固定部高さより高くすることで、回路基板を凸状に反らせた構造とする。回路基板を反らせることで、回路基板をベース部材に強固に固定でき、耐振動性を向上すると記載されている。また、回路基板を周辺と突起部で固定するので、回路基板の共振周波数を高周波数側に移動でき、外部振動によって導かれる回路基板の共振時の振動振幅を小さく抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２８４３７４
【特許文献２】特開２００９−１１１１７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
慣性力検出センサを回路基板上に搭載し、ケーシングした実装モジュールでは、外部から応力や振動が印加されると、回路基板に面外変形が生じる場合がある。この回路基板の変形は、基板上に搭載されている慣性力検出センサにも伝達し、センサ出力をも変動させる。応力や振動によるセンサ出力変動は、本来慣性力を検出して得られる出力に重畳されることで検出誤差となり、慣性力検出センサの信頼性を低下させる要因（課題）となる。また、農業機械付属機に搭載し、カバーなどで覆われていない実装モジュールでは、直接水や泥が掛かると、回路基板上まで水が掛かる場合がある。回路基板上の水は、回路基板上に搭載した慣性力検出センサおよび電子部品の電極間ショートを発生させる。水による回路基板上の電極間ショートは、農業機械付属機搭載に対する慣性力検出センサの課題となる。
【００１２】
特許文献１において、回路基板周辺を筐体側壁内面に設けた段差部により下支えすることによって、下方向への回路基板振動は抑えることができる。しかしながら、回路基板周囲と段差部とが接触されているため、回路基板の裏面側を防水構造とする場合、回路基板を筐体へ固定する前に回路基板裏面へ防水コーティング材などを用いて防水加工を施す必要がある。
【００１３】
特許文献２の従来技術では、回路基板の片面に設けた突起部がベース部材に接触しているため、特許文献１の従来技術と同様に、回路基板の裏面側を防水構造とする場合、回路基板を筐体へ固定する前に回路基板裏面へ防水コーティング材などを用いて防水加工を施す必要がある。また、突起部を周辺固定部より高くして回路基板を反らすことによって回路基板をベース基板に強固に固定する効果は得ることができる。しかしながら、回路基板を反らせることで、回路基板や実装されている種々の部品に反り変形が生じることになり、はんだ接続部に過大な応力が生じ、破断する課題がある。また、加速度などの慣性力を検知するセンサ部品を実装する場合、回路基板の反り変形は回路基板上に搭載されているセンサ部品にも伝達し、応力印加によるセンサ出力変動を生じることになり、検出誤差発生の要因となる。
【００１４】
本発明の目的は、回路基板の表裏両面を容易に防水構造としつつ、回路基板上に実装された慣性力検出センサの応力印加による出力変動を抑制した信頼性の高い慣性力検出センサのモジュール実装構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的を達成するため、本発明の慣性センサ装置では、一面側に慣性力を検出するためのゲージセンサが実装され、他面側に電子部品が実装される実装基板と、前記実装基板の信号を外部に送信するためのコネクタを備えるハウジングと、を備え、前記ハウジングに前記実装基板が保持される慣性力センサ装置において、前記実装基板の４隅が前記ハウジングに固定されないように、前記ハウジングの実装基板を保持する部分は４隅に凹部を備えることで形成される段差形状を備えており、前記ハウジング内に充填された樹脂コーティング材は、実装基板の一面側と他面側の両方を覆っていることを特徴とする。
【００１６】
上記ハウジング内壁部に設けた段差部には、実装基板を固定した際の角部に凹部を設けることにより、実装基板の角部を固定しない構造とし、実装基板への応力印加を低減することができる。実装基板への応力印加を低減することにより、実装基板の反り変形などを抑制できることから、実装基板上に搭載されているゲージセンサへの応力印加によるセンサ出力変動の発生を抑制することが可能である。
【００１７】
上記ハウジング内壁段差部に設けた凹部は、複数設けることにより、実装基板の裏面側を含めた実装基板周辺およびハウジング内を例えば樹脂コーティング材などを充填することができる。樹脂コーティング材などを充填することにより、回路基板の表裏両面およびワイヤを防水構造とし、耐水性を高めることができる。耐水性が向上したハウジング内部は、水の浸入などが発生しても、回路基板上に搭載した慣性力検出センサおよび電子部品の電極間ショートなどの不具合の発生を防止することが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、実装基板への応力印加を低減することができる構造となるため、環境温度変化などによる熱応力などの外力が印加されても、実装基板の変形を抑制できることから、実装基板上に搭載されているゲージセンサ内の慣性力を検出するための半導体素子へ印加する応力などの外力を抑制できるので、慣性力センサ装置の出力変動や測定誤差を低減することが可能となる。
【００１９】
また、実装基板の裏面側を含めた実装基板周辺およびハウジング内に樹脂コーティング材などを充填することにより、回路基板の表裏両面およびワイヤを防水構造となり、耐水性を高めることができる。これによって、回路基板上に搭載した慣性力検出センサおよび電子部品の電極間ショートなどの不具合の発生を防止することが可能となる。
【００２０】
以上述べた本発明の構成によって、慣性力センサ装置の回路基板の表裏両面を容易に防水構造としつつ、回路基板上に実装された慣性力検出センサの応力印加による出力変動を抑制した信頼性の高い慣性力検出センサのモジュール実装構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による慣性力センサ装置の断面模式図である。
【図２】本発明による慣性力センサ装置の上面図である。
【図３】本発明による慣性力センサ装置の上面透視図である。
【図４】本発明による慣性力センサ装置のハウジングの断面模式図である。
【図５】本発明による慣性力センサ装置のハウジングの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施例１における慣性力センサ装置の構成について説明する。
【００２３】
図１および、図２に示すように、本発明による慣性力センサ装置は、慣性力を検出するための半導体素子(図示しない)を内部に収納し、慣性力を検出するための半導体素子の周辺を例えば樹脂で覆ってパッケージを形成した、または、樹脂で成型したケース内に慣性力を検出するための半導体素子の周辺を搭載してパッケージングしたゲージセンサ１を備えている。このゲージセンサ１は、電気的に接続可能な配線構造を備えた多層構造の実装基板２上に搭載されており、実装基板２のもう一方の面に電子部品１０を搭載されている。実装基板２は、図３に示すように、慣性力を検出するための半導体素子の信号を取り出すためのコネクタ７を備えた樹脂製ハウジング３内壁部に設けられた段差１１のうち上段面に接着剤６などで固定されている。コネクタ端子８と実装基板２上の図示されていない端子とは、アルミワイヤ１２などによって電気的に接続されており、慣性力を検出する半導体素子の信号を外部に取り出すことを可能にしている。実装基板２周辺およびハウジング３内は、例えばゲル９などの樹脂コーティング材などを充填している。ハウジング３の開口部には、カバー４が接着剤６などにより接着されてモジュール構造体化している。
【００２４】
ハウジング３内壁部に設けられた凹部５により構成される段差１１は、図４および、図５に示すように、実装基板２を固定した際の角部にあたる例えば4箇所に凹部５が設けられており、実装基板２の角部を固定しない構造とすることで、実装基板２の角部が拘束されないことから、実装基板２への熱応力などの応力印加を低減し、反りなどの変形を防止している。これにより、実装基板２上に搭載されているゲージセンサ１への応力印加によるセンサ出力変動の発生を抑制することが可能である。
【００２５】
言い換えると、段差１１の低い側（ハウジング３の底部側）は、四隅となるように配置し、段差１１の高い側（ハウジングの開口側）は、四隅でないところに配置するようにすることで、実装基板２の四隅を固定しない構造として、ハウジング３から実装基板２に加わる応力を低減可能としている。
【００２６】
図３に示すように、ゲージセンサ１を段差１１に設けられた凹部５から遠い距離の実装基板２上、または実装基板２を接着剤６などで固定されているハウジング３内壁部に設けられた段差１１上の実装基板２上、もしくは実装基板２を接着剤６などで固定されているハウジング３内壁部に設けられた段差１１に近い距離の実装基板２上に配置することにより、外部から振動が印加され、振動が実装基板２へ伝達されも実装基板２に面外変形が生じにくい構造としてもよい。これにより、実装基板２上に搭載されているゲージセンサ１への振動印加によるセンサ出力変動の発生を抑制することが可能である。
【００２７】
以上述べた本発明の構成によって、外部から応力や振動が印加された場合であっても、実装基板２の面外変形（応力変形または共振変形）を低減することができ、ハウジング３から実装基板２経由でゲージセンサ１に伝播する外力を抑制することができる。これによって、慣性力センサ装置の出力変動または出力誤差を抑制することが可能となる。
【００２８】
また、複数個所の凹部５を設けていることにより、実装基板２を段差１１の上面に固定し、アルミワイヤ１２で実装基板２とコネクタ端子８を接続した後に、例えば、ゲル９などの樹脂コーティング材をハウジング３内部に充填する際に、凹部５を介して、コーティング材が実装基板２の裏側（他面側）まで到達することができる。そのため、ハウジング３内部全体をコーティング材などで充填することができるので、実装基板２の両面をコーティング材で保護することが可能となる。アルミワイヤ１２接続後に例えばゲル９などの樹脂コーティング材などを充填することができることから、アルミワイヤ１２を含めてハウジング３内全体が防水構造となり、耐水性を高めることができる。耐水性が向上したハウジング内部は、水の浸入などが発生しても、アルミワイヤ１２間のショート、ゲージセンサ１および電子部品１０の電極間ショートなどを防止することが可能となり、慣性力センサ装置としての信頼性を向上することができる。
【００２９】
上述の通り、
なお、本発明の慣性力を検出するための半導体素子は、加速度を検出するための機能と、角速度を検出する機能を備え、それらを単独もしくは複合した状態で慣性力センサを構成してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１・・・ゲージセンサ、２・・・実装基板、３・・・ハウジング、４・・・カバー、５・・・凹部、６・・・接着剤、７・・・コネクタ、８・・・コネクタ端子、９・・・ゲル、１０・・・電子部品、１１・・・段差、１２・・・アルミワイヤ
【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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