(57)【要約】【課題】従来のセンサ装置では、温度変化によりセンサ素子に歪が伝達されて、出力値の精度が低下してしまっていた。【解決手段】センサ素子３と、センサ素子３が実装される台座２と、台座２が接合されるベース基板１とを備え、台座２は、板状の台座本体２１であり、台座本体２１の一面又は前記ベース基板１から突出する突起部２２とにより構成され、  該突起部２２により台座２１とベース基板１とが接合され、ベース基板１もしくは台座本体２１突起部２２の形成位置とセンサ素子３の実装位置とが、平面視にて異なる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子と、センサ素子が実装される台座と、台座が接合されるベース基板とを備え、
該台座は、板状の台座本体であり、台座本体の一面又は前記ベース基板から突出する突起部とにより構成され、
該突起部により台座とベース基板とが接合され、
ベース基板もしくは台座本体における、突起部の形成位置とセンサ素子の実装位置とが、平面視にて異なることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記センサ素子を、台座における突起部の形成面と同一面に実装して、台座とベース基板との間に形成される空間部に配置したことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、センサ素子と、センサ素子が実装される板状の台座と、台座が接合されるベース基板とを備えたセンサ装置に関し、特に台座のベース基板に対する接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、センサ素子と、センサ素子が実装される板状の台座と、台座が接合されるベース基板とを備えたセンサ装置が知られている。
例えば、図６に示すセンサ装置では、複数の端子ピン１０７を備えたステム等のベース台１０１上に、板状に形成される台座１０２が接着材１０５を介して接合され、該台座１０２上に、センサ素子１０３及び該センサ素子１０３駆動用の駆動ＩＣ１０４が、接着材１０５を介して実装されている。
センサ素子１０３及び駆動ＩＣ１０４は、ボンディングワイヤ１０６により台座１０２と接続されている。
【０００３】
このようなセンサ装置においては、一般的に、該センサ素子１０３や駆動ＩＣ１０４と同様の材質である半導体又はセラミックを素材として台座１０２が構成され、ベース台１０１は金属部材にて構成されているといったように、センサ素子１０３が実装される台座１０２とベース台１０１とが熱膨張係数が大きく異なる素材にて構成されている。
【０００４】
従って、センサ装置に温度変化があると、台座１０２とベース台１０１との熱膨張係数の差により、両者間の接着材１０５を通じて台座１０２に応力がかかり、台座１０２にかかった応力は、台座１０２とセンサ素子１０３との間の接着材１０５を通じてセンサ素子１０３へ伝達され、センサ素子１０３には歪が生じる。
センサ素子１０３に歪が生じた場合、センサ素子１０３が歪検出型や、櫛歯電極間の静電容量変化を検出するようなセンサに構成されていると、センサ素子１０３からの出力が変化してしまうこととなる。
【０００５】
以上のように、センサ素子の温度変化により歪が生じて出力が変化すると、検出値の精度が悪くなることから、温度変化によりセンサ素子に歪が生じないようにするため、センサ素子と台座とを接着する接着剤や、台座とベース台とを接着する接着剤を、適度な硬度を有する材料を使用したり、センサ素子と台座の熱膨張係数の間で、一番影響が出にくい熱膨張係数のものを選択することが行われている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２７２２８７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、センサ素子、台座、及びベース台を互いに接着する接着材の熱膨張率をセンサ素子と近づけたり、影響の出にくい熱膨張率のものを選んで用いたりしたとしても、特に図６に示すように、台座１０２とベース台１０１とを広範囲にわたって接着した場合には、両者の熱変化による伸縮量の差は大きくなり、センサ素子１０３に歪が伝達されて出力値の精度が低下してしまっていた。
また、センサ素子、台座、及びベース台の接着材をセンサ素子と熱膨張係数が近いものや影響の出にくいものを選んで用いるとすると、接着材の素材が制限され、選択の自由度が小さくなってしまうという問題もある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のセンサ装置は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１においては、センサ素子と、センサ素子が実装される台座と、台座が接合されるベース基板とを備え、該台座は、板状の台座本体であり、台座本体の一面又は前記ベース基板から突出する突起部とにより構成され、該突起部により台座とベース基板とが接合され、ベース基板もしくは台座本体における、突起部の形成位置とセンサ素子の実装位置とが、平面視にて異なる。
これにより、センサ素子に歪が生じることを抑えることができ、温度変化によりセンサ素子の出力が変化することを防止して、出力値の精度を向上させることが可能である。
【０００９】
また、請求項２においては、前記センサ素子を、台座における突起部の形成面と同一面に実装して、台座とベース基板との間に形成される空間部に配置した。
これにより、突起部にて台座を支持することにより増加する高さ寸法を最低限に抑えることができ、センサ出力の精度を向上させつつ、センサ装置の小型化を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
【００１１】
本発明にかかるセンサ装置の実施形態について説明する。
図１に示すように、センサ装置は、複数の端子ピン７を備えたステム等のベース台１と、ベース台１に接合される台座２と、台座２に実装されるセンサ素子３及び該センサ素子３駆動用の駆動ＩＣ４と、ベース台１と台座２との接着、並びに台座２とセンサ素子３及び駆動ＩＣ４との接着を行う接着材５とを、備えている。
【００１２】
台座２は、板状に形成される台座本体２１と、該台座本体２１の略中央部から下方へ突出する突起部２２とで構成されている。
台座２は、突起部２２の下面が接着材５を介してベース台１上面に接着されることでベース台１に接合されており、台座本体２１の下面はベース台１と対向しており、ベース台１とベース台１に接合された台座本体２１との間には空間１０が形成されている。
【００１３】
台座本体２１の下面における突起部２２が形成されていない部分、即ち台座本体２１下面の実装部２１ａには、センサ素子３及び駆動ＩＣ４が接着材５を介して実装されており、該センサ素子３及び駆動ＩＣ４は、前記空間１０内に配置されている。
センサ素子３は、例えば歪検出型や、櫛歯電極間の静電容量変化を検出するようなセンサに構成されており、具体的にはヨーレートセンサやＧセンサや圧力センサ等として用いられるものである。
【００１４】
センサ素子３及び駆動ＩＣ４は、ボンディングワイヤ６により突起部２２の下面と電気的に接続されている。
また、突起部２２の上面とベース台１に備えられている端子ピン７とがボンディングワイヤ６により電気的に接続されている。
【００１５】
ベース台１の上方からはカバー部材８が被せられ、台座２、センサ素子３、駆動ＩＣ４、ボンディングワイヤ６は、該カバー部材８内に封入されている。
カバー部材８内は、例えば真空状態に保持して、空気による抵抗等でセンサ出力の精度が低下することを防止している。
【００１６】
前記センサ素子３は、シリコン等の半導体にて構成されており、台座２はシリコン等の半導体又はセラミックにて構成されている。ベース台１は、金属部材等で構成されている。
なお、導電部材で構成されている端子ピン７は、ガラス等の絶縁部材９を介してベース台１に取り付けられている。
【００１７】
前記台座２の突起部２２は、その断面積を、台座２をベース台１に支持固定可能な強度を確保できる範囲で、できるだけ小さくしている。
突起部２２は、台座２下面の任意の位置、例えば台座２の端部にも配置することができるが、この突起部２２の断面積をできるだけ小さくするという観点から、台座２下面の中央部に配置することが望ましい。
【００１８】
例えば、図２に示すように、突起部２２を、センサ装置における台座２の上端部から下端部にかけて壁状に形成して、該台座２の左右中央に配置したり、図３に示すように、突起部２２を柱状に形成して、センサ装置における台座２の上下左右中央部に配置したりすることができる。
【００１９】
このように、台座本体２１から突出した突起部２２にて、台座２をベース台１に支持固定することで、ベース台１の熱膨張係数と台座２の熱膨張係数とが異なっていても、台座本体２１下面の一部を占める突起部２２の断面積は小さく構成されているので、ベース台１と突起部２２との間で発生した応力が台座本体２１に伝達されて生じる台座本体２１の歪量は小さく抑えられる。
【００２０】
また、台座本体２１は、突起部２２のみを通じてベース台１と接続されているため、ベース台１からの応力による台座本体２１の歪は、突起部２２の形成部分で発生する。
しかし、センサ素子３が実装されている実装部２１ａ等の、突起部２２形成部分と異なる部分には歪が伝達されず、センサ素子３にも歪が生じることは殆どない。
【００２１】
このように、台座２における、突起部２２の形成位置とセンサ素子３の実装位置とを平面視にて異ならせているので、センサ素子３に歪が生じることを抑えることができ、温度変化によりセンサ素子３の出力が変化することを防止して、出力値の精度を向上させることが可能となっている。
【００２２】
また、センサ素子３と台座本体２１におけるセンサ素子３の実装面とがボンディングワイヤ６で接続され、台座本体２１におけるセンサ素子３実装面とは反対側の面とベース台１の端子ピン７とがボンディングワイヤ６で接続されているが、各ボンディングワイヤ６のボンディング作業は、２段階に分けて行われている。
【００２３】
即ち、図４に示すように、第一段階目は、台座２を、台座本体２１のセンサ素子３実装面が上になるような姿勢で治具１１上に載置し、センサ素子３から台座２へワイヤボンディングする。
この場合、突起部２２が台座本体２１のセンサ素子３実装面と同じ側の面に突出しているので、台座本体２１におけるセンサ素子３実装面とは反対側の面を平面状とすることができる。
従って、センサ素子３実装面を上に向けて台座２を治具１１上に載置固定して、作業性良くワイヤボンディングを行うことが可能となっている。
【００２４】
次に、図５に示すように、第二段階目のワイヤボンディング作業を行う。つまり、台座２１をベース台１に接合した後に、ベース台１を治具１３上に載置するとともに、台座２１におけるボンディング部近傍の下方を、治具１２にて支持しつつ、台座２１からベース台１の端子ピン７へワイヤボンディングを行う。
【００２５】
このように、センサ素子３を、台座２における突起部２２の形成面と同一面に実装することで、センサ素子３と台座２とを接続するワイヤボンディング作業を容易且つ効率良く行うことが可能となっている。
【００２６】
また、本発明のセンサ装置は、センサ素子３を台座本体２１における突起部２２形成面とは反対側の面（図１における上面）に実装して構成することも可能であるが、前述のワイヤボンディング時における作業性の向上、及び後述のセンサ装置の高さ寸法抑制のために、台座本体２１の突起部２２形成面と同じ面にセンサ素子３を実装している。
【００２７】
つまり、センサ装置の高さ寸法抑制に関して説明すると、台座２の台座本体２１とベース台１との間に空間１０が形成され、その空間１０内にセンサ素子３や駆動ＩＣ４及びボンディングワイヤ６等の実装部材が配置されることとなるので、台座本体２１の上面に実装部材を実装した場合に比べてセンサ装置の高さ寸法を抑えることができる。
【００２８】
これにより、突起部２２にて台座本体２１を支持することにより増加する高さ寸法を最低限に抑えることができ、センサ出力の精度を向上させつつ、センサ装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
なお、突起部２２による台座２とベース台１との接合は、本実施形態では接着材５にて行っているが、これに限るものではなく、他の手法、例えばねじ等の締結部材にて行うこともできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、
温度変化によりセンサ素子に歪が生じることを防止して、出力値の精度を向上させることが可能である。
また、センサ出力の精度を向上させつつ、センサ装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサ装置を示す側面断面図である。
【図２】同じくセンサ装置を示す平面図である。
【図３】センサ装置における台座の突起部の別実施形態を示す平面図である。
【図４】第一段階目のワイヤボンディング作業を行う際の、台座の姿勢を示す側面断面図である。
【図５】第二段階目のワイヤボンディング作業を行う際の、センサ装置の姿勢を示す側面図である。
【図６】従来のセンサ装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１  ベース台
２  台座
３  センサ素子
５  接着材
１０  空間
２１  台座本体
２１ａ  実装部
２２  突起部
【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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