(57)【要約】【課題】  半導体センサ素子実装時の諸問題を解消し、簡易な構成で、大型化することのない実装構造を有した３軸半導体センサを提供する。【解決手段】  １は立体成型回路基板で構成されたパッケージで、２ａ、２ｂ、２ｃは各々１軸方向を検出する半導体センサ素子である。前記パッケージ１は、前記各半導体センサ素子２ａ〜２ｃを実装するための第一実装面１ａ及び第二実装面１ｂを有しており、前記半導体センサ素子２ａ、〜２ｃは相互に垂直になるように実装され、３方向の検出信号を取り出す構成である。尚、前記第二実装面１ｂは前記第一実装面１ａに対し外側に位置する面としている。【選択図】  図１
2007113919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出方向を有する複数の半導体センサ素子と、該半導体センサ素子を実装するための第一実装面及び当該第一実装面に対し垂直な方向に立ち上がり、前記第一実装面に対し外側に位置する面が実装面となる第二実装面を有し、前記各実装面に前記半導体センサ素子と電気的接続を成す電極が形成された立体成型回路基板から成るパッケージとで構成される３軸半導体センサであって、前記パッケージの第一実装面にＸ軸方向とＹ軸方向を検出する半導体センサ素子を実装し、前記パッケージの第二実装面にＺ軸方向を検出する半導体センサ素子を実装して成ることを特徴とする３軸半導体センサ。
【請求項２】
前記Ｚ軸方向を検出する半導体センサ素子の実装面となる前記パッケージの第二実装面は、前記半導体センサ素子の実装部が凹形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の３軸半導体センサ。
【請求項３】
前記複数の半導体センサ素子は、各々１軸の検出方向を有する３個の半導体センサ素子であることを特徴とする請求項１又は２記載の３軸半導体センサ。
【請求項４】
前記Ｘ軸方向とＹ軸方向を検出する半導体センサ素子は１つの半導体センサ素子で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の３軸半導体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３軸半導体センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特定の検出方向を有する半導体センサとしては、磁気センサや加速度センサ、角速度センサなどが知られている。これらのセンサは特定の方向、通常は磁気ベクトル、加速度ベクトルまたは角速度ベクトルに対し平行または垂直方向に検出方向を有するものである。このため３方向の軸に対し検出する場合、３軸の半導体センサを構成する必要がある。その場合、幾つかの構造が知られている。
【０００３】
まず、第一の構造として、図３に示すような構造が開示されている。
図３は従来の３軸センサを示す図で、ジャイロスコープを用いた姿勢角度検出装置である。図３中の（ａ）は３個のジャイロスコープの振動子が平板状のフレキシブル基板に実装された状態を示す図であり、（ｂ）は、各振動子が相互に垂直になるように、フレキシブル基板が折り曲げられて回路基板に装着される状態を示す図である。
【０００４】
図３（ａ）に示すように、まず、平面の状態のフレキシブル基板３０に、３個の振動子３１、３２、３３が実装される。つぎに、これらの振動子３１、３２、３３は、３次元の角速度を検出できるように、図３（ｂ）に示すように、フレキシブル基板３０を折り曲げて処理回路基板（不図示）に装着した状態で、互いに垂直になるように配置された構成である。これにより３方向の検出信号を取り出すことが可能となる。３４は端子ピンで、処理回路基板（不図示）に半田等によって取り付けられる構成である。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
また、第二の構造として、図４に示すような構造も開示されている。
図４は従来の３軸センサモジュールを示す斜視図である。
４０は回路基板で、平面４０ａと垂直面４０ｂを有するＬ字型の基板である。前記回路基板４０の平面４０ａ、垂直面４０ｂには、半導体センサ素子４１、４２、４３と電気的接続を成す電極及び配線パターン（いずれも不図示）が施されており、前記平面４０ａにはＸ軸方向を検出する半導体センサ素子４１及びＹ軸方向を検出する半導体センサ素子４２が実装され、垂直面４０ｂにはＺ軸方向を検出する半導体センサ素子４３が実装されている。４４は半導体センサ素子４１〜４３と回路基板４０に施された電極（不図示）とを電気的に接続するワイヤーである。前記立体的な回路基板４０において、平面４０ａと垂直面４０ｂに各半導体センサ素子４１〜４３を相互に垂直になるように実装することで、３方向の検出信号を取り出すというものである。（例えば、非特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２１１４８１（第４頁、図１）
【非特許文献１】日経エレクトロニクス  ２００５年  初春号  日経ＢＰ社出版  頁３７〜４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、第一の構造は、折り曲げたフレキシブル基板３０を処理回路基板（不図示）に取り付ける場合、端子ピン３４の半田付けだけではフレキシブル基板自体の復元力や実装されている振動子の重みで、該振動子３１〜３３の姿勢を検出方向に対して、正確に維持することは困難である。従ってこの問題点を解決するにはフレキシブル基板３０そのものを垂直面に固定する手段を講じなければならない。また、センサユニットとしてはフレキシブル基板３０全体が納まるような構成が必要なため、ユニットのサイズは比較的大きなものになってしまう。
【０００８】
一方、第二の構造は第一の構造に比べれば全体を小型化でき、フレキシブル基板を固定するという面倒な作業はなくなる。しかしながら、図４の垂直面４０ｂに半導体センサ素子を実装機で実装する場合、以下のような問題が生じてしまう。
【０００９】
図５は図４に示す回路基板の垂直面にＺ軸方向を検出する半導体センサ素子を実装する状態を示す図である。図５に示すような形態で回路基板４０を実装機（不図示）に固定して実装することになる。この場合、垂直面４０ｂの長さが十分長く、平面４０ａに対し十分な距離Ａが確保できれば問題ないが、垂直面４０ｂが長くなるということは必然的にセンサユニットの厚みが増し、大型化するということになり好ましくない。逆に距離が十分に確保できない場合、図５に示すようにワイヤーボンダー５０のヘッド部５０ａが回路基板４０の端部に当たってしまい、ワイヤー実装作業が困難若しくは不可能となる問題が生じる。
【００１０】
本発明は、前記の課題を解決するためのもので、従来とは異なるセンサの実装形態を採用しつつも、簡易な構成で、大型化することのない実装構造を有した３軸半導体センサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
検出方向を有する複数の半導体センサ素子と、該半導体センサ素子を実装するための第一実装面及び当該第一実装面に対し垂直な方向に立ち上がり、前記第一実装面に対し外側に位置する面が実装面となる第二実装面を有し、前記各実装面に前記半導体センサ素子と電気的接続を成す電極が形成された立体成型回路基板から成るパッケージとで構成される３軸半導体センサであって、前記パッケージの第一実装面にＸ軸方向とＹ軸方向を検出する半導体センサ素子を実装し、前記パッケージの第二実装面にＺ軸方向を検出する半導体センサ素子を実装して成る３軸半導体センサとする。
【００１２】
前記Ｚ軸方向を検出する半導体センサ素子の実装面となる前記パッケージの第二実装面は、前記半導体センサ素子の実装部が凹形状に形成されている３軸半導体センサとする。
【００１３】
前記複数の半導体センサ素子は、各々１軸の検出方向を有する３個の半導体センサ素子である３軸半導体センサとする。
【００１４】
前記Ｘ軸方向とＹ軸方向を検出する半導体センサ素子は１つの半導体センサ素子で構成されている３軸半導体センサとする。
【発明の効果】
【００１５】
以上、本発明によれば、半導体センサ素子の実装時の問題が解消でき、大型化することなく、３軸半導体センサを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図１、図２を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の３軸半導体センサの斜視図である。図２は本発明の３軸半導体センサのパッケージを示す斜視図である。
１は立体成型回路基板で構成されたパッケージで、２ａ、２ｂ、２ｃは各々１軸方向を検出する半導体センサ素子である。前記パッケージ１は、前記各半導体センサ素子２ａ〜２ｃを実装するための第一実装面１ａ及び第二実装面１ｂを有しており、前記半導体センサ素子２ａ〜２ｃは相互に垂直になるように実装され、３方向の検出信号を取り出す構成である。
【００１８】
前記第二実装面１ｂは前記第一実装面１ａに対し垂直な面となるよう形成されたものである。本実施形態は、矩形の前記第一実装面１ａの４辺端部からそれぞれ連続して立ち上がる垂直面４ａ〜４ｄを形成しているので、前記パッケージ１の第一実装面１ａは、前記垂直面４ａ〜４ｄを壁部としてこれらに囲まれた形態となっている。そして、前記垂直面４ａ〜４ｄの内の一面を第二実装面１ｂとしたものである。尚、前記垂直面４ａ〜４ｄは、少なくとも第二実装面１ｂとなる一面のみがあれば良く、他は必ずしも必要なものではない。
【００１９】
前記第一実装面１ａ上には、Ｘ軸方向を検出するための半導体センサ素子２ａとＹ軸方向を検出するための半導体センサ素子２ｂが実装されている。さらに信号処理用のＩＣチップ等の電子部品３も同一面上に実装されている。前記の半導体センサ素子２ａ、２ｂ及び電子部品３は、前記第一実装面１ａに形成された電極パターン（不図示）とワイヤー５により電気的接続が成されている。尚、ワイヤーボンディングの他、半田付け、導電性接着剤またはフリップチップ実装等の手段で電気的接続される場合もある。
【００２０】
また、前記Ｘ軸方向を検出する半導体センサ素子２ａと前記Ｙ軸方向を検出する半導体センサ素子２ｂは、Ｘ・Ｙ２軸の検出が可能な１チップの半導体センサ素子であっても良い。
【００２１】
前記第二実装面１ｂ上には、Ｚ軸方向を検出するための半導体センサ素子２ｃが実装されている。尚、前記第二実装面１ｂは前記第一実装面１ａに対し外側に位置する面としている。前記半導体センサ素子２ｃは前記第二実装面１ｂに形成された電極パターン（不図示）とワイヤー５により電気的接続が成されている。該構成によれば、半導体センサ素子２ｃの実装面が、他の半導体センサ素子２ａ、２ｂや電子部品３の実装面（第一実装面１ａ）の外側に位置する構成となるので、ワイヤー実装時の障害はなくなり、実装作業が確実に行える。
【００２２】
また、本実施形態に示すごとく前記第二実装面１ｂの半導体センサ素子２ｃの実装部を凹形状に形成しておけば、パッケージ外形方向へ大型化してしまうことはなく、従来と同等のパッケージサイズが実現できる。
【００２３】
尚、前記第一実装面１ａ及び第二実装面１ｂ上方には、実装された前記半導体センサ素子２ａ〜２ｃ及び電子部品３を保護するためのカバー部材（不図示）を配置する。また、ポッティング樹脂を充填して保護しても良い。さらに両者を組み合わせて保護する構成でも良い。以上の構成により、実装時の問題を解決した３軸半導体センサが容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の３軸半導体センサの斜視図
【図２】本発明の３軸半導体センサのパッケージを示す斜視図
【図３】従来の３軸センサを示す図で、（ａ）は３個のジャイロスコープの振動子が平板状のフレキシブル基板に実装された状態を示す図、（ｂ）は、各振動子が相互に垂直になるように、フレキシブル基板が折り曲げられて回路基板に装着される状態を示す図
【図４】従来の３軸センサモジュールを示す斜視図
【図５】図４に示す３軸センサモジュールの回路基板の垂直面にＺ軸方向を検出する半導体センサ素子を実装する状態を示す図
【符号の説明】
【００２５】
１    パッケージ
１ａ  第一実装面
１ｂ  第二実装面
２ａ  半導体センサ素子
２ｂ  半導体センサ素子
２ｃ  半導体センサ素子
３    電子部品
４ａ  垂直面
４ｂ  垂直面
４ｃ  垂直面
４ｄ  垂直面
５    ワイヤー
３０    フレキシブル基板
３１    振動子
３２    振動子
３３    振動子
３４    端子ピン
４０    回路基板
４０ａ  平面
４０ｂ  垂直面
４１    半導体センサ素子
４２    半導体センサ素子
４３    半導体センサ素子
４４    ワイヤー
５０    ワイヤーボンダー
５０ａ  ヘッド部
【図１】
2007113919.tif 000003
【図２】
2007113919.tif 000004
【図３】
2007113919.tif 000005
【図４】
2007113919.tif 000006
【図５】
2007113919.tif 000007