(57)【要約】【課題】３軸物理量センサモジュールが、安価に、しかも、高精度に得られる物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージを提供する。【解決手段】物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージ１０において、先細りに形成された略三角柱形状の本体１１と、本体１１における第１錐面１２に設けられた第１物理量センサ１３と、第１錐面１２に対して直交するとともに本体１１における第２錐面１４に設けられた第２物理量センサ１５と、第１錐面１２および第２錐面１４に対してそれぞれ直交する本体１１における第３錐面１６に設けられた第３物理量センサ１７と、を設けた。また、物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージは、直角三角柱形状の本体と、本体における鋭角稜線に挟まれた四角側面に設けられた物理量センサと、を備えて構成してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに隣り合う第１錐面、第２錐面および第３錐面が直交する略三角錐形状の本体と、
前記第１錐面に設けられた第１物理量センサと、
前記第２錐面に設けられた第２物理量センサと、
前記第３錐面に設けられた第３物理量センサと、
を備える物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージ。
【請求項２】
請求項１に記載した物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージであって、
前記本体が、三角錐形状である物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージ。
【請求項３】
直角三角柱形状の本体と、
前記本体における鋭角稜線に挟まれた四角側面に設けられた物理量センサと、
を備える物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶や自動車等の移動体に搭載されて機器の姿勢制御や自動車のナビゲーションシステム等に用いられる物理量センサモジュールが知られている。物理量センサモジュールは、物理量センサをケースに収納することにより全体として構成される。例えば特許文献１には、ＸＹＺ直交３軸座標系の３軸それぞれの角速度および角度も検知でき、しかも、その故障も検出できる物理量センサとしての自動車用角度センサが開示されている。この自動車用角度センサは、直交するＸ軸とＹ軸を含む水平平面とこの平面に垂直なＺ軸からなる直交３軸座標系において、四つの物理量センサ（同文献では「ジャイロ」と称す。）から構成される。つまり、四角錐形状の本体における四つの斜面にそれぞれ１つずつ、合計四つのジャイロが設けられている。
【０００３】
四つのジャイロは、測定軸と水平平面とがなす角度をθ１、θ２、θ３およびθ４とするとき、これらの角度θ１、θ２、θ３およびθ４（但し、θ１、θ２、θ３およびθ４はいずれも９０度未満）が相互に等しい。また、四つのジャイロのうちの一つのジャイロの測定軸を水平平面に投射した投射像とＸ軸とがなす角度をαとする。このとき、他の三つのジャイロの測定軸を水平平面に投射した投射像とＸ軸とがなす角度がそれぞれ１８０度−α、１８０度＋αおよび３６０度−αである。
【０００４】
上記の自動車用角度センサは、このような構成を有するので、四つのジャイロから検知した値を演算することにより互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向の物理量（回転）を検知できる。また、この自動車用角速度センサでは、検知される角速度のＸ軸成分、Ｙ軸成分およびＺ軸成分の解が２つずつ得られる。各成分の二つの解は故障がない場合には実質的に同一の値となる。このことから、自動車用角速度センサは、四つのジャイロで角速度を測定し、二つの解の誤差を求めることで、故障の有無を判断できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１８９０８３号公報（請求項１、図２、段落００１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の自動車用角度センサは、物理量センサが４つ必要なため、各物理量センサが設けられるそれぞれの斜面の交差角度が所望値となるように本体を形成する工程が煩雑となり、生産性が低く、高価となる。また、図１１に示すように、三つの立方体からなる本体１００を形成し、それぞれの本体１００の一面１０１に第１物理量センサ１０２、第２物理量センサ１０３、第３物理量センサ１０４を設ける物理量センサも考えられる。この物理量センサは、基板に実装する際、第１物理量センサ１０２、第２物理量センサ１０３、第３物理量センサ１０４の方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に回転させて実装していた。ところが、本体１００は、それぞれに方向性があると、重心位置が異なり、共振点が異なるものとなった。そのため、共振点の異なる本体１００を用いた物理量センサは、振動環境で使用した場合、３軸それぞれのセンサ特性の均一性が損なわれ、検知精度が低下した。
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、３軸物理量センサモジュールが、安価に、しかも、高精度に得られる物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージは、互いに隣り合う第１錐面、第２錐面および第３錐面が直交する略三角錐形状の本体と、前記第１錐面に設けられた第１物理量センサと、前記第２錐面に設けられた第２物理量センサと、前記第３錐面に設けられた第３物理量センサと、を備えるものである。
【０００９】
さらに、本発明の物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージは、前記本体が、三角錐形状である。
【００１０】
また、本発明の物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージは、直角三角柱形状の本体と、前記本体における鋭角稜線に挟まれた四角側面に設けられた物理量センサと、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージによれば、３軸物理量センサモジュールを、安価に、しかも、高精度に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）は本発明に係るサブマウントＭＩＤパッケージの平面図、（Ｂ）は（Ａ）の斜視図
【図２】図１に示したサブマウントＭＩＤパッケージの本体を母材と共に表した斜視図
【図３】（Ａ）は図２に示した母材の平面図、（Ｂ）は切削代を含んだ母材の平面図
【図４】図１に示したサブマウントＭＩＤパッケージを収容した物理量センサモジュールの斜視図
【図５】本発明に係る第２実施形態のサブマウントＭＩＤパッケージの斜視図
【図６】図５に示したサブマウントＭＩＤパッケージの側面図
【図７】図５に示したサブマウントＭＩＤパッケージを収容した物理量センサモジュールの斜視図
【図８】図２に示したサブマウントＭＩＤパッケージを底面と平行な平断面で切断して得た変形例に係るサブマウントＭＩＤパッケージの斜視図
【図９】（Ａ）は直方体と共に表した変形例に係るサブマウントＭＩＤパッケージの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示したサブマウントＭＩＤパッケージの切り出し後の斜視図
【図１０】（Ａ）はチップ実装基準面を設けた変形例に係るサブマウントＭＩＤパッケージの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の側面図
【図１１】３面が直交関係となる複数の立方体からなる従来の物理量センサの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて説明する。
図１（Ａ）は本発明に係るサブマウントＭＩＤパッケージの平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の斜視図である。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この実施形態に係るサブマウントＭＩＤパッケージ１０は、先細りに形成された略三角柱形状の本体１１と、本体１１における第１錐面１２に設けられた第１物理量センサ１３と、第１錐面１２に対して直交するとともに本体１１における第２錐面１４に設けられた第２物理量センサ１５と、第１錐面１２および第２錐面１４に対してそれぞれ直交する本体１１における第３錐面１６に設けられた第３物理量センサ１７と、を備える。
【００１４】
図２は図１（Ａ）、（Ｂ）に示したサブマウントＭＩＤパッケージ１０の本体１１を母材１８と共に表した斜視図である。
本体１１は、立方体の母材１８から切り出されてなる。従って、母材１８となる立方体は、各面が相互に直交面に正確に形成されている。また、材質的にも、各面が重心から等距離となるように均質に形成されている。母材１８は、プラスチック材料もしくはセラミック材料等からなる。プラスチック材料としては、ＬＣＰ、ＰＰＡ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等を用いることができ、セラミック材料としては、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（アルミナ）を用いることができる。
【００１５】
本体１１は、母材１８の一つの角部１９を頂点とした三角錐２０で形成される。すなわち、本体１１は、この母材１８の頂点を中心に隣接する第１錐面１２、第２錐面１４、第３錐面１６において、頂点を含まない対角同士の対角線２１で切断して切り出した三角錐２０となる。従って、三角錐２０の第１錐面１２、第２錐面１４、第３錐面１６に設けられた第１物理量センサ１３、第２物理量センサ１５、第３物理量センサ１７は、感度方向が直交して配置されることになる。
【００１６】
図３（Ａ）は図２に示した母材１８の平面図、図３（Ｂ）は切削代２２を含んだ母材１８の平面図である。
母材１８は、上記の対角線２１で切断して本体１１を切り出す。このため、実際には、母材１８は、切り出し部分に、対角線２１を平行移動して形成される刃の厚み分を加えた切削代２２が形成されていることが好ましい。これにより、一つの母材１８から四つの本体１１が切り出し可能となり、本体１１を得る際の歩留まりを高めることができる。
【００１７】
本体１１が三角錐２０となるサブマウントＭＩＤパッケージ１０は、第１錐面１２、第２錐面１４、第３錐面１６に、図１に示す配線パターン２３がＭＩＤ（Molded Interconnect）技術によって直接形成される。ＭＩＤとは、射出成形品の表面に電気回路を一体形成した三次元成形回路部品のことで、従来の二次元回路とは異なり、傾斜面、垂直面、曲面、成形体内部の貫通孔等にも回路を付加する。サブマウントＭＩＤパッケージ１０では、第１錐面１２、第２錐面１４、第３錐面１６のそれぞれに圧電素子であるセンサーチップ２４を実装し、複数の端子２５を含む配線パターン２３がＭＩＤで形成される。圧電素子は、例えば圧電セラミックの両面に電極を形成したものである。センサーチップ２４と端子２５とはワイヤー２６にて電気的に接続される。
【００１８】
なお、このＭＩＤには、特にパナソニック電工株式会社が提案するＭＩＰＴＥＣ（微細複合加工技術）を用いることができる。ＭＩＰＴＥＣによれば、射出成形品の表面に電気回路を形成するＭＩＤ技術に、成形表面活性化処理技術とレーザパターニング工法等を用いることで、微細パターニング、かつ、ベアチップ実装が可能な３Ｄ実装デバイスを実現できる。
【００１９】
図４は図１に示したサブマウントＭＩＤパッケージ１０を収容した物理量センサモジュール２７の斜視図である。
サブマウントＭＩＤパッケージ１０は、セラミック多層パッケージからなるケース２８に収容され、基板２９に実装されて物理量センサモジュール２７を構成する。ケース内の基板２９には信号処理装置３０が設けられ、信号処理装置３０はサブマウントＭＩＤパッケージ１０と基板配線を介して電気的に接続される。物理量センサモジュール２７は、コリオリ力により第１物理量センサ１３、第２物理量センサ１５、第３物理量センサ１７の振動方向が変わると、それに応じて第１物理量センサ１３、第２物理量センサ１５、第３物理量センサ１７の出力電圧に差が生じる。信号処理装置３０は、その出力電圧の差を測定することにより、物理量センサモジュール２７に加わった回転角速度を検出する。ケース２８は、上蓋やモールドによって封止される。ケース２８には信号処理装置３０に接続された外部端子が設けられている。
【００２０】
次に、第１実施形態の作用を説明する。
サブマウントＭＩＤパッケージ１０を収容してなる物理量センサモジュール２７では、振動している物体に回転角速度が与えられると、その振動方向と直角な方向にコリオリ力を生ずるという力学現象が利用される。直交する二つの異なる方向の振動を励振可能に構成した複合振動系において、一方の振動を励振した状態で、振動子を回転させると、コリオリ力の作用により、この振動と直角な方向に力が働き、他方の振動が励振される。この振動の大きさは、入力側の振動の大きさおよび回転角速度に比例するため、入力電圧を一定にした状態で、この振動の大きさに比例した出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求めることができる。物理量センサモジュール２７では、この出力電圧の大きさを信号処理装置３０にて演算して物理量である例えば回転角速度を検出できる。
【００２１】
そして、サブマウントＭＩＤパッケージ１０では、先細りに形成された略三角柱形状の本体１１の第１錐面１２に第１物理量センサ１３、第２錐面１４に第２物理量センサ１５、第３錐面１６に第３物理量センサ１７が設けられる。このため、本体１１の重心位置は、第１物理量センサ１３、第２物理量センサ１５、第３物理量センサ１７から等距離となる。これにより、センサ特性が安定する。しかも、第１物理量センサ１３、第２物理量センサ１５、第３物理量センサ１７は、立方体から切り出した本体１１の３面に配設されるので、９０度で交差する異なるＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３軸方向に向けて高精度に配向できる。また、本体１１は、母材１８から一回の切り出し工程で形成できるので、生産性が高く、安価となる。また、一つの立方体の母材１８から四つのサブマウントＭＩＤパッケージ１０が製作できるので、歩留まりがよく、生産性を高めることができる。
【００２２】
次に、本発明に係る第２実施形態を説明する。
図５は本発明に係る第２実施形態のサブマウントＭＩＤパッケージ３１の斜視図、図６は図５に示したサブマウントＭＩＤパッケージ３１の側面図である。なお、図１〜図４に示した部材、部位と同等の部材、部位には同一の符合し重複する説明は省略する。
この実施形態に係るサブマウントＭＩＤパッケージ３１は、直角三角柱形状の本体３２と、本体３２における鋭角稜線３３に挟まれた四角側面に設けられた物理量センサ（例えば第１物理量センサ１３）と、を備える。
【００２３】
直角三角柱形状の本体３２は、上記の三角錐２０から切り出すことができる。三角錐２０は、上記のように、立方体からなる母材１８の一つの角部１９を頂点として、この頂点を含まない対角同士の対角線２１で切断して切り出される。本体３２は、このようにして形成された三角錐２０から、さらに、切り出して得られる。すなわち、図２に示した三角錐２０を、その底面と平行な平断面３４（図２参照）で切断する。頂点の除去された三角錐２０を平面視して三角形となった平断面３４から、それぞれの３辺部に沿って底面と直交する垂直面で切断して両端が先細となった三角柱近似体を切り出す。最後に、三角柱近似体の両端を、垂直面と直交する平行な一対の両端面３５で切断して、一つの三角錐２０から三つの直角三角柱形状の本体３２ができあがる。
【００２４】
この三つの直角三角柱形状となった三つの本体３２は、いずれかが三角錐２０の第１錐面１２を有し、他のいずれかが第２錐面１４を有し、残りの本体３２が第３錐面１６を有する。そして、第１錐面１２を有する本体３２に第１物理量センサ１３、第２錐面１４を有する本体３２に第２物理量センサ１５、第３錐面１６を有する本体３２に第３物理量センサ１７が設けられる。それぞれのサブマウントＭＩＤパッケージ３１は、基板２９に実装される。従って、第１物理量センサ１３、第２物理量センサ１５、第３物理量センサ１７の設けられる第１錐面１２、第２錐面１４、第３錐面１６は、基板実装面３６とのなす角度θが約３５．３度となる。
【００２５】
図７は図５に示したサブマウントＭＩＤパッケージ３１を収容した物理量センサモジュール３７の斜視図である。
サブマウントＭＩＤパッケージ３１は、３つが、セラミック多層パッケージからなるケース２８に収容され、基板２９に実装されて物理量センサモジュール３７を構成する。三つのサブマウントＭＩＤパッケージ３１は、基板実装面上において、少なくとも同一直線状、または平行とならないように、好ましくは、三角形状の各辺と平行となるように配置される。つまり、相互に異なる向きに配置される。
【００２６】
ケース内の基板２９には信号処理装置３０が設けられ、信号処理装置３０はサブマウントＭＩＤパッケージ３１と基板配線を介して電気的に接続される。物理量センサモジュール３７は、コリオリ力により第１物理量センサ１３、第２物理量センサ１５、第３物理量センサ１７の振動方向が変わると、それに応じて第１物理量センサ１３、第２物理量センサ１５、第３物理量センサ１７の出力電圧に差が生じる。信号処理装置３０は、その出力電圧の差を測定することにより、物理量センサモジュール２７に加わった回転角速度を検出する。ケース２８は、上蓋やモールドによって封止される。ケース２８には信号処理装置３０に接続された外部端子が設けられる。
【００２７】
この実施形態に係るサブマウントＭＩＤパッケージ３１によれば、本体３２の重心位置は、第１物理量センサ１３、第２物理量センサ１５、第３物理量センサ１７から等距離となるので、センサ特性が安定する。これにより、第１物理量センサ１３、第２物理量センサ１５、第３物理量センサ１７は、９０度で交差する異なる３軸方向に向けて高精度に配向される。
【００２８】
次に、上記実施形態の変形例を説明する。
図８は図２に示したサブマウントＭＩＤパッケージ１０を底面と平行な平断面３４で切断して得た変形例に係るサブマウントＭＩＤパッケージ３８の斜視図である。
この変形例に係るサブマウントＭＩＤパッケージ３８は、図１に示したサブマウントＭＩＤパッケージ１０の頭頂部３９が、底面と平行な平断面３４で切断されてなる。サブマウントＭＩＤパッケージ３８は、頭頂部３９が切除された分、サブマウントＭＩＤパッケージ１０よりも全高が低くなる。これにより、ケース２８への収容に必要な高さが小さくなり、物理量センサモジュール２７の小型化を可能にできる。
【００２９】
図９（Ａ）は直方体と共に表した変形例に係るサブマウントＭＩＤパッケージ４０の斜視図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）に示したサブマウントＭＩＤパッケージ４０の切り出し後の斜視図である。
上記実施形態では、母材１８が立方体からなる場合を例に説明したが、母材４１は、直方体であってもよい。直方体からなる母材４１においても、本体４２は、母材４１の一つの角部１９を頂点として、この頂点を中心に隣接する第１錐面１２、第２錐面１４、第３錐面１６において、頂点を含まない対角同士の対角線２１で切り出した三角錐４３となる。従って、三角錐４３の第１錐面１２、第２錐面１４、第３錐面１６に設けられた第１物理量センサ１３、第２物理量センサ１５、第３物理量センサ１７は、感度方向が直交して配置されることになる。
【００３０】
図１０（Ａ）はチップ実装基準面４４を設けた変形例に係るサブマウントＭＩＤパッケージ４５の斜視図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の側面図である。
この変形例に係るサブマウントＭＩＤパッケージ４５は、三角柱側面４６に基板実装面３６に平行なチップ実装基準面４４が形成される。チップ実装基準面４４を有するサブマウントＭＩＤパッケージ４５は、例えば図６に示した三角柱形状の頭頂部４８を基板実装面３６と平行な平断面４９で切除し、垂直辺部５０を第１錐面１２と平行な傾斜面５２で切除することにより形成できる。
この変形例によれば、第１錐面１２に対して平行な傾斜面５２を設けることにより、ダイボンディングやワイヤーボンディングを容易にできる。
また、サブマウントＭＩＤパッケージ４５によれば、基板実装面３６に対して平行なチップ実装基準面４４が設けられているため、実装機が吸着する吸着面として利用することが可能となり、回路基板に対するサブマウントＭＩＤパッケージ４５の実装を容易に行える。
【００３１】
従って、本実施形態に係る物理量センサのサブマウントＭＩＤパッケージ１０、サブマウントＭＩＤパッケージ３１、サブマウントＭＩＤパッケージ３８、サブマウントＭＩＤパッケージ４０、サブマウントＭＩＤパッケージ４５によれば、３軸物理量センサモジュールを、安価に、しかも、高精度に得ることができる。
【００３２】
そして、サブマウントＭＩＤパッケージ１０、サブマウントＭＩＤパッケージ３１、サブマウントＭＩＤパッケージ３８、サブマウントＭＩＤパッケージ４０、サブマウントＭＩＤパッケージ４５は、角速度センサ、角度センサ以外にも、例えば３軸ＬＥＤパッケージ（ＬＥＤ照明）等にも好適に用いることができ、上記同様の効果を奏するものである。
【符号の説明】
【００３３】
１０  サブマウントＭＩＤパッケージ
１１  本体
１２  第１錐面
１３  第１物理量センサ（物理量センサ）
１４  第２錐面
１５  第２物理量センサ（物理量センサ）
１６  第３錐面
１７  第３物理量センサ（物理量センサ）
３３  鋭角稜線
【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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