(57)【要約】【課題】物理量を電気信号に変換する変換部の電極と引出電極との電気的接続の信頼性を向上させることのできる物理量センサの実装構造を提案する。【解決手段】物理量センサ３は、平板状に形成された台座１と、台座１の表面に結合されたセンサ本体２とを備える。台座１には内面が表面に対してなす角αと裏面に対してなす角βとをともに全周に亙って鈍角としたスルーホール１３が表裏に貫設されている。スルーホール１３の内面には、台座１の裏面に設けられた固定側引出電極１２と台座１の表面に設けられた固定電極１１とを電気的に接続する導電部１４が設けられている。台座１の裏面は、第１の導電パターン５２が設けられたセラミック基板５に導電性接着剤Ｂを用いて接着固定されている。ここにおいて、固定側引出電極１２は導電性接着剤Ｂを介してセラミック基板５の第１の導電パターン５２に電気的に接続されている。【選択図】        図１
2004317235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量を電気信号に変換する変換部を有するセンシングエレメントと、絶縁性材料からなり平板状であって表面にセンシングエレメントが結合した台座とを備えた物理量センサの実装構造であって、台座にスルーホールを表裏に貫設し、台座の表面に変換部の電極の少なくとも１個を設け、台座の裏面に第１の引出電極を設けるとともに、第１の引出電極と台座の表面に設けた変換部の電極とを電気的に接続する導電部をスルーホールの内面に設け、スルーホールの両側の開口付近の内面がそれぞれ台座の表面と裏面とのうち近い面に対してなす角をともに開口の全周に亙って鈍角とし、外部の回路に接続される導電路が設けられた被実装部材に台座の裏面を導電性接着剤を用いて接着固定するとともに、第１の引出電極と導電路とを導電性接着剤を介して電気的に接続したことを特徴とする物理量センサの実装構造。
【請求項２】
物理量センサは、センシングエレメントに対して台座の反対側に結合してセンシングエレメントと台座とともに変換部を覆うカバーを備えることを特徴とする請求項１記載の物理量センサの実装構造。
【請求項３】
センシングエレメントの台座が結合される面の反対側面には、変換部の電極であってセンシングエレメントに設けられた電極に電気的に接続された第２の引出電極が設けられ、カバーの端部には第２の引出電極を露出させる引き出し切り欠きが設けられていることを特徴とする請求項２記載の物理量センサの実装構造。
【請求項４】
引き出し切り欠きには台座の表面に沿った断面におけるカバーの断面積を台座から離れるほど小さくする傾斜面が設けられていることを特徴とする請求項３記載の物理量センサの実装構造。
【請求項５】
被実装部材はセラミック基板であり、導電路はセラミック基板に形成された導電パターンであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の物理量センサの実装構造。
【請求項６】
被実装部材及び導電路はリードフレームであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の物理量センサの実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速度や圧力などの物理量を電気信号に変換する物理量センサの実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の物理量センサとして、例えば図６に示すように、半導体基板から形成されたセンサ本体２と、絶縁性材料からなり平板状であって表面にセンサ本体２が結合した台座１と、センサ本体２を挟んで台座１の反対側に結合されたカバー４とを備える物理量センサ３がある（例えば、特許文献１参照）。センサ本体２は、裏面に可動電極２１が形成された可動部２２と、可動部２２を揺動可能に支持する枠状部２３とを有する。また、台座１において、可動電極２１に対向する部位には固定電極１１が設けられている。
【０００３】
この物理量センサ３は、可動部２２が加速度を受けて枠状部２３に対して変位するときに可動電極２１と固定電極１１との間の静電容量が変化することにより、加速度を検出する静電容量型の加速度センサである。つまり、センサ本体２と固定電極１１とがセンシングエレメントであり、固定電極１１と可動電極２１と可動部２２とが変換部である。
【０００４】
センサ本体２の表面には可動電極２１に電気的に接続された第２の引出電極としての可動側引出電極２４が設けられている。また、台座１には内面に導電部１４が設けられたスルーホール１３が表裏に貫設され、導電部１４を介して固定電極１１に電気的に接続された第１の引出電極としての固定側引出電極１２が台座１の裏面に設けられている。
【０００５】
上記の加速度センサと同様に、互いに結合したセンシングエレメントと台座とを備える物理量センサとしては、他に、静電容量型の角速度センサや圧力センサがある。角速度センサは、可動部を静電力で振動させるための駆動用電極を備え、可動部を振動させている間に振動方向に直交する軸回りの角速度が加わると可動部がコリオリの力を受けて変位することにより変化する静電容量に基づいて角速度を検出する。圧力センサは、可動部が測定圧を受けて変位することにより変化する静電容量に基づいて測定圧を検出する。これらの物理量センサにおいても、台座に設けたスルーホールを通じて電極を取り出すことが多い。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２４３６５４号公報（第３−４頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、固定電極１１、固定側引出電極１２、及び導電部１４は金属などの導電体からなる膜によって形成される。また、従来はスルーホール１３は台座１の片側からのサンドブラストなどの加工により設けられていた。このため、スルーホール１３の内面には、一方の開口から他方の開口へ向かって内径を小さくする傾斜面が形成されていた。つまり、スルーホール１３の内面と台座１の表面とがなす角αと、スルーホール１３の内面と台座１の裏面とがなす角βとの一方は鋭角となり、この鋭角の先端で導電体の膜が破れて電気伝導性が低下する可能性があった。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、変換部と引出電極との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる物理量センサの実装構造を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、物理量を電気信号に変換する変換部を有するセンシングエレメントと、絶縁性材料からなり平板状であって表面にセンシングエレメントが結合した台座とを備えた物理量センサの実装構造であって、台座にスルーホールを表裏に貫設し、台座の表面に変換部の電極の少なくとも１個を設け、台座の裏面に第１の引出電極を設けるとともに、第１の引出電極と台座の表面に設けた変換部の電極とを電気的に接続する導電部をスルーホールの内面に設け、スルーホールの両側の開口付近の内面がそれぞれ台座の表面と裏面とのうち近い面に対してなす角をともに開口の全周に亙って鈍角とし、外部の回路に接続される導電路が設けられた被実装部材に台座の裏面を導電性接着剤を用いて接着固定するとともに、第１の引出電極と導電路とを導電性接着剤を介して電気的に接続したことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、物理量センサは、センシングエレメントに対して台座の反対側に結合してセンシングエレメントと台座とともに変換部を覆うカバーを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、引出電極のうち少なくとも１つはセンシングエレメントの台座が結合される面の反対側面に設けられ、カバーの端部には引出電極を露出させる引き出し切り欠きが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、引き出し切り欠きには台座の表面に沿った断面におけるカバーの断面積を台座から離れるほど小さくする傾斜面が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかの発明において、被実装部材はセラミック基板であり、導電路はセラミック基板に形成された導電パターンであることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかの発明において、被実装部材及び導電路はリードフレームであることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
なお、以下では物理量センサとして加速度センサを例に挙げて説明するが、物理量センサは引出電極を設ける必要があるものであれば加速度センサに限られず、例えば先に説明した静電容量型の角速度センサや圧力センサであっても本発明は適用可能である。
【００１７】
（実施形態１）
本実施形態は、図１及び図２に示すように、物理量センサ３を被実装部材としてのセラミック基板５に実装する実装構造である。
【００１８】
物理量センサ３は、固定電極１１が設けられた台座１と、台座１との距離を変化させる方向に揺動可能であって可動電極２１が設けられた可動部２２を有するセンサ本体２とを備える。この物理量センサ３は、可動部２２が受けた加速度を固定電極１１と可動電極２１との間の静電容量に変換する静電容量型の加速度センサである。つまり、センサ本体２と固定電極１１とがセンシングエレメントであって、可動部２２と固定電極１１と可動電極２１とが変換部である。
【００１９】
詳しく説明すると、台座１は矩形平板状に形成され、固定電極１１は台座１の表面に設けられ、台座１の裏面には第１の引出電極としての固定側引出電極１２が設けられている。また、台座１にはスルーホール１３が表裏に貫設され、スルーホール１３を通じて表裏に連続し固定電極１１と固定側引出電極１２とを電気的に接続する導電部１４が設けられている。ここで、スルーホール１３の内面の両側の開口の付近には、それぞれ開口に近付くほど内径を大きくする傾斜面が設けられている。このことにより、スルーホール１３の内面と台座１の表面とがなす角αと、スルーホール１３の内面と台座１の裏面とがなす角βとは、ともにスルーホール１３の開口の全周に亙って鈍角となっている。
【００２０】
センサ本体２は、台座１の表面に沿った面内において台座１と略同じ大きさに形成され可動部２２の全周を囲む矩形枠状の支持部２３と、厚み寸法が支持部２３よりも小さな板状に形成された可動部２２と、可動部２２よりも薄肉に形成され一端が可動部２２に連結され他端が支持部２３の内周に連結された撓み部２５とを備える。可動部２２は、撓み部２５を介して支持部２３に支持され、撓み部２５が弾性変形することによって、台座１との間の距離を変化させる方向に揺動可能となっている。可動電極２１は可動部２２の裏面に設けられ、支持部２３の表面には可動電極２１に電気的に接続された第２の引出電極としての可動側引出電極２４が設けられている。支持部２３の裏面は、台座１の厚み方向から見て台座１の外周と支持部２３の外周とが重なるように、台座１の表面に結合している。
【００２１】
また、センサ本体２の支持部２３の表面には、台座１と同程度の大きさの平板状のガラス板からなりセンサ本体２の支持部２３と台座１とともに可動部２２を覆うカバー４が結合している。センサ本体２と台座１とカバー４とで物理量センサ３が構成されている。カバー４の端部には可動側引出電極２４の一部を露出させる引き出し切り欠き４１が設けられている。図２に示すように、引き出し切り欠き４１には、台座１の表面に沿った断面における断面積を台座１から離れるほど小さくする傾斜面４１ａが設けられている。
【００２２】
セラミック基板５は積層セラミック基板であって、物理量センサ３が収納される収納凹部５１が設けられた有底角筒形状に形成されている。収納凹部５１の内部には、収納凹部５１の開口面に沿った一端部の深さ寸法を他の部位よりも小さくする段部５１ａが設けられている。図１に示すように、セラミック基板５には、収納凹部５１が開口した面の反対面（以下、下面と呼ぶ）と収納凹部５１の底面とに連続した第１の導電パターン５２と、セラミック基板５の下面と段部５１ａとに連続した第２の導電パターン５３とが設けられている。
【００２３】
物理量センサ３の台座１の裏面は収納凹部５１の底面に導電性接着剤Ｂで接着され、ここにおいて固定側引出電極１２は導電性接着剤Ｂを介して第１の導電パターン５２に電気的に接続される。つまり、第１の導電パターン５２が導電路である。また、第２の導電パターン５３の段部５１ａに形成された部位と可動側引出電極２４とは例えば金線やアルミ線などのワイヤＷを介したワイヤボンディングによって電気的に接続される。可動側引出電極２４にワイヤＷの一端を接続する際には、ワイヤＷの先端が引き出し切り欠き４１の傾斜面４１ａに誘導されることにより、ワイヤボンディングの作業性が向上している。ワイヤＷはモールド樹脂６によって封止・保護される。ここで、モールド樹脂６が可動部２２に付着すると加速度センサの感度が低下するが、本実施形態においてはセンサ本体２の支持部２３と台座１とともに可動部２２を覆うカバー４が設けられていることにより、樹脂モールディングの際の可動部２２へのモールド樹脂６の付着が防止される。セラミック基板５の第１の導電パターン５２及び第２の導電パターン５３のそれぞれについて、セラミック基板５の下面に露出した部位は外部の回路に電気的に接続される。
【００２４】
台座１及びカバー４はそれぞれ１枚のガラス基板から複数個ずつ形成され、センサ本体２はシリコンウェハのような１枚の半導体基板から複数個ずつ形成される。物理量センサ３を製造する方法を以下に説明する。センサ本体２となる半導体基板には、可動部２２と支持部２３と撓み部２５とをエッチングによって形成するとともに、可動電極２１及び可動側引出電極２４をそれぞれ例えば不純物拡散によって設ける。台座１となるガラス基板には、スルーホール１３を例えば両面からのサンドブラストやウェットエッチングによって形成した後、固定電極１１、固定側引出電極１２、導電部１４をそれぞれ例えば金属薄膜を蒸着することによって設ける。カバー４となるガラス基板には、引き出し切り欠き４１を例えばサンドブラストによって形成する。その後、台座１となるガラス基板とカバー４となるガラス基板とをセンサ本体２となる半導体基板にそれぞれ例えば陽極接合によって結合させ、ダイシングによって個々の物理量センサ３に分離する。
【００２５】
上記構成によれば、スルーホール１３の両側の開口付近の内面がそれぞれ台座１の表面と裏面とのうち近い面に対してなす角はともにスルーホール１３の開口の全周に亙って鈍角となっているから、固定電極１１と導電部１４との接続部及び固定側引出電極１２と導電部１４との接続部がともに破れにくくなり、電気的接続の信頼性を向上させることができる。また、固定電極１１と固定側引出電極１２とを互いに反対側の面に設けているから、固定側引出電極１２を設ける場所を台座１の表面に確保する必要がない。従って、台座１をセンサ本体２に比べて大きくする必要がないから、固定電極１１と固定側引出電極１２とを同じ面に設ける場合に比べて小型化が可能である。さらに、固定側引出電極１２が導電性接着剤Ｂを介して第１の導電パターン５２に電気的に接続されるから、固定側引出電極１２をワイヤボンディングによって第１の導電パターン５２に接続する場合に比べ、ワイヤＷを取りまわすスペースが少なくてすむから、小型化が可能である。
【００２６】
（実施形態２）
本実施形態は、図３に示すように、実施形態１と同様の物理量センサ３を第１のリードフレーム７に導電性接着剤Ｂを用いて接着固定するとともに、ワイヤＷを用いたワイヤボンディングによって可動側引出電極２４と第２のリードフレーム８とを電気的に接続したものである。つまり、本実施形態においては第１のリードフレーム７が被実装部材であると同時に導電路である。
【００２７】
詳しく説明すると、第１のリードフレーム７と第２のリードフレーム８とはそれぞれ２箇所においてそれぞれ略９０度ずつ互いに逆方向に曲げられている。以下、第１のリードフレーム７及び第２のリードフレーム８について、一端から一方の屈曲位置までを端子部７１，８１と呼び、２箇所の屈曲位置の間を脚部７２，８２と呼び、他端から他方の屈曲位置までを実装部７３，８３と呼ぶ。第１のリードフレーム７の実装部７３は物理量センサ３が搭載可能な程度の長さに形成されている。また、脚部７２，８２の長さは、第１のリードフレーム７と第２のリードフレーム８とで同じにしてある。物理量センサ３は、第１のリードフレーム７の実装部７３の表面に導電性接着剤Ｂを用いて接着固定され、ここにおいて固定側引出電極１２と第１のリードフレーム７とが導電性接着剤Ｂを介して電気的に接続される。可動側引出電極２４は、第２のリードフレーム８の実装部８３にワイヤボンディングによって電気的に接続されている。物理量センサ３とワイヤＷとは、第１のリードフレーム７と第２のリードフレーム８との各端子部７１，８１がそれぞれ露出するようにモールド樹脂６で封止されている。端子部７１，８１は、外部の回路に電気的に接続される。
【００２８】
上記構成によれば、別途セラミック基板５を用意する必要がないから、実施形態１に比べてコストを低減することができる。
【００２９】
なお、第１のリードフレーム７及び第２のリードフレーム８の形状は上記の形状に限られない。例えば、図４及び図５に示すように、第１のリードフレーム７を、一端に設けられた端子部７１と、端子部７１から略９０度曲げられた脚部７２と、脚部７２から端子部７１とは反対方向に曲げられた台状部７４と、台状部７４から脚部７２と同じ側へ曲げられた連絡部７５と、連絡部７５から台状部７４とは反対側に曲げられた実装部７３とを備える形状とする。第２のリードフレーム８は、一端に設けられた端子部８１と、端子部８１から略９０度曲げられた脚部８２と、脚部８２から端子部８１とは反対方向に曲げられた実装部８３とを備える形状とする。第２のリードフレーム８の脚部８２の長さ寸法は、台座１とセンサ本体２とのそれぞれの厚み寸法の合計よりもやや大きい程度とする。この形状とすれば、第２のリードフレーム８の実装部８３を可動側引出電極２４の近くに位置させることができ、ワイヤボンディングが更に容易になる。また、図３のように第１のリードフレーム７を２回だけ曲げる場合に比べ、第１のリードフレーム７の端子部７１に対する実装部７３の高さ寸法を小さくして全体の高さ寸法を小さくすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、物理量を電気信号に変換する変換部を有するセンシングエレメントと、絶縁性材料からなり平板状であって表面にセンシングエレメントが結合した台座とを備えた物理量センサの実装構造であって、台座にスルーホールを表裏に貫設し、台座の表面に変換部の電極の少なくとも１個を設け、台座の裏面に第１の引出電極を設けるとともに、第１の引出電極と台座の表面に設けた変換部の電極とを電気的に接続する導電部をスルーホールの内面に設け、スルーホールの両側の開口付近の内面がそれぞれ台座の表面と裏面とのうち近い面に対してなす角をともに開口の全周に亙って鈍角とし、外部の回路に接続される導電路が設けられた被実装部材に台座の裏面を導電性接着剤を用いて接着固定するとともに、第１の引出電極と導電路とを導電性接着剤を介して電気的に接続したので、変換部の電極と導電部との接続部及び引出電極と導電部との接続部がともに断線しにくくなり、変換部の電極と引出電極との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。また、固定側引出電極を設ける場所を台座の表面に確保する必要がなく、台座をセンシングエレメントに比べて大きくする必要がないから、固定電極と固定側引出電極とを同じ面に設ける場合に比べて小型化が可能である。さらに、台座の裏面に設けられた引出電極を導電性接着剤を介して実装面に電気的に接続することができるから、引出電極を全てワイヤボンディングによって接続する場合に比べ、ワイヤを取りまわすスペースの分だけ小型化が可能である。
【００３１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、物理量センサは、センシングエレメントに対して台座の反対側に結合してセンシングエレメントと台座とともに変換部を覆うカバーを備えるので、物理量センサを合成樹脂で封止する場合にも合成樹脂の変換部への付着を防止することができる。
【００３２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、引出電極のうち少なくとも１つはセンシングエレメントの台座が結合される面の反対側面に設けられ、カバーの端部には引出電極を露出させる引き出し切り欠きが設けられているので、引出電極をセンシングエレメントを挟んだ両側に設けていることにより、引出電極を全て台座の裏面に設ける場合に比べ、導電性接着剤を介した引出電極間の短絡を防止することができる。
【００３３】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、引き出し切り欠きには台座の表面に沿った断面におけるカバーの断面積を台座から離れるほど小さくする傾斜面が設けられているので、センシングエレメントに設けられた引出電極にワイヤボンディング用のワイヤの一端を接続する際の作業性が向上する。
【００３４】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかの発明において、被実装部材はセラミック基板であり、導電路はセラミック基板に形成された導電パターンであるので、台座の裏面をセラミック基板によって保護することができる。
【００３５】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかの発明において、被実装部材及び導電路はリードフレームであるので、セラミック基板を用いる場合に比べてコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す断面図である。
【図２】同上を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態２を示す断面図である。
【図４】同上の別の形態を示す断面図である。
【図５】同上の別の形態を示すモールド樹脂を含まない斜視図である。
【図６】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  台座
２  センサ本体
３  物理量センサ
４  カバー
５  セラミック基板
６  モールド樹脂
７  第１のリードフレーム
１１  固定電極
１２  固定側引出電極
１３  スルーホール
１４  導電部
２１  可動電極
２２  可動部
２４  可動側引出電極
４１  引き出し切り欠き
４１ａ  傾斜面
５１  収納凹部
５２  第１の導電パターン
Ｂ  導電性接着剤
【図１】
2004317235.tif 000003
【図２】
2004317235.tif 000004
【図３】
2004317235.tif 000005
【図４】
2004317235.tif 000006
【図５】
2004317235.tif 000007
【図６】
2004317235.tif 000008