JP2012068178A - 加速度および角速度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、角度ズレや位置ズレが発生しないように、安定して実装基板に搭載することができつつ、高耐振動性を有した、低背で小型な加速度および角速度検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】加速度および角速度を検出する半導体素子１と、半導体素子１に接続される複数の端子２と、端子２の一部と半導体素子１とを一体にモールドしたパッケージ体とを備えた加速度および角速度検出装置８において、複数の端子２はパッケージ体４の一辺に沿って配列され、パッケージ体４における前記一辺に沿う方向に垂直な方向の長さ寸法Ｌ２が、前記一辺に沿う方向の長さ寸法Ｌ１に対して短くなるように構成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、加速度および角速度検出装置に係り、特に、耐振動性や搭載安定性などが求められる車載用加速度および角速度検出装置に適用すると好適である。

近年、圧力，加速度，角速度など、様々な物理量を検出するセンサの開発が加速している。物理量センサは、角速度，加速度などの物理量を電気信号に変換，検出するセンサであることが多い。

例えば、角速度センサにおいては、振動型，回転型，ガス型，光学型のセンサが開発されている。特に、近年では、量産性の向上や小型化を目的に、シリコンの微細加工技術を用いた振動型，回転型角速度センサの開発が主流となっている。

振動型角速度センサは振動体を所定の共振周波数で振動させておき、外部からの角速度印加に伴う振動体の変位を、電気信号として検出するセンサである。

このように、シリコンの微細加工技術を用いたセンサは、各物理量を検出するための半導体素子が有している構造体の変位を検出するものが多い。

そのため、センサを実装基板へ組み付けする際に、角度ズレや位置ズレなどが発生してしまうと、そのズレ量を半導体素子が有している構造体の変位としてセンサが検出してしまうため、測定誤差となり、センサの信頼性を低下させてしまう。

したがって、シリコンの微細加工技術を用いたセンサは、角度ズレや位置ズレが発生しないように、安定して実装基板に搭載できる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に搭載する場合、エンジンルームなどの過酷な環境への搭載も可能とするため、高耐久性を有した実装構造とすることも必要不可欠である。特に、センサと実装基板との接続部におけるはんだ接続部の耐久性や、車両が走行することにより発生する振動に対する耐性を有した実装構造とすることが非常に重要である。

そのため、特許文献１においては、センサ本体に補助端子を設けて、その端子が、実装時にはんだの表面張力に引っ張られることで理想的な位置に組み付けることができる構造になっており、角度ズレや位置ズレなどの発生を抑制できる構造となっている。また、特許文献２においては、センサ本体に設けられた中継基板の端部に外部接続端子を設けて、センサと実装基板などの外部とを接続できる構造になっており、耐振動性の安定化を図ることができる構造となっている。

特開２００９−２３１７７５号公報 特開２００８−１３９０４８号公報

特許文献１に記載の車両用運動センサの実装構造では、実装時に溶融した、はんだの表面張力を利用しているため、その表面張力で引っ張ることができない重量のややサイズが大きいセンサや、複数のリードが並べられた辺と異なる辺の長さが非常に小さいセンサなど、センサの形状によって、適用できないことがある。また、特許文献２に記載の振動型ジャイロセンサの実装構造では、センサの端部に外部接続端子を設け、リード線を用いずに実装基板などの外部に接続しているため、接続部への熱応力の印加などにより、その耐久信頼性の確保が困難である。また、振動素子を、制御基板に対して垂直に搭載する必要がある場合、配線部材を複雑に引き回す必要があるため、センサのサイズが大型化し、制御基板に対して、高背構造となってしまい、安定して制御基板に搭載することが困難である。

本発明の目的は、角度ズレや位置ズレが発生しないように、安定して実装基板に搭載することができ、高耐振動性を有し、低背で小型な加速度および角速度検出装置を提供することにある。

加速度および角速度を検出する半導体素子と、前記半導体素子に接続される複数の端子と、前記端子の一部と前記半導体素子とを一体にモールドしたパッケージ体とを備えた加速度および角速度検出装置において、前記複数の端子は前記パッケージ体の一辺に沿って配列され、前記パッケージ体における前記一辺に沿う方向に垂直な方向の長さ寸法が、前記一辺に沿う方向の長さ寸法に対して短くなるように構成した。

本実施例によれば、角度ズレや位置ズレが発生しないように、安定して実装基板に搭載することができつつ、高耐振動性を有した、低背で小型な加速度および角速度検出装置を提供することができる。

本発明による加速度および角速度検出装置をＥＣＵ基板に搭載した場合の実装構造を示した側面透視図である。 図１の実装構造を上方向から見た場合の実装構造を示した透視図である。 図１の実装構造を上方向から見た場合の実装構造を示した透視図である。 図１の実装構造をＥＣＵ基板側から見た場合の実装構造を示した透視図である。 本発明による加速度および角速度検出装置をＥＣＵ基板に搭載した場合の実装構造を示した側面図である。 本発明による加速度および角速度検出装置をＥＣＵ基板に搭載した場合の実装構造を示した上面図である。 本発明による加速度および角速度検出装置をＥＣＵ基板に搭載した場合の接続部を示した拡大上面図である。 本発明による加速度および角速度検出装置の保持用端子を備えずに、ＥＣＵ基板に実装した場合の実装構造を示した上面図である。 本発明による加速度および角速度検出装置の保持用端子を備えずに、ＥＣＵ基板に実装した場合の実装構造を示した上面図である。 本発明による加速度および角速度検出装置をＥＣＵ基板に実装した場合の実装構造を示した上面図である。 本発明による加速度および角速度検出装置を自動車などのブレーキ制御用コントロールユニット内に搭載した場合の構造模式図である。 本発明による加速度および角速度検出装置を自動車などのブレーキ制御用コントロールユニット内に搭載した場合の構造模式図である。 本発明による加速度および角速度検出装置８を搭載したブレーキ制御用コントロールユニット１３を自動車２６に搭載した場合の透視側面図である。 本発明による加速度および角速度検出装置８を搭載したブレーキ制御用コントロールユニット１３を自動車２６に搭載した場合の透視上面図である。

以下、本発明に係る実施例について説明する。本実施例では、車両制御などに用いられるＥＣＵ基板に対して、加速度および角速度検出装置を搭載する場合について説明する。

図１は、本発明に係る加速度および角速度検出装置８をＥＣＵ基板７に搭載した場合の実装構造を示した側面透視図である。また、図２，図３は、図１の実装構造を上方向から見た場合の実装構造を示した透視図である。図４は、図１の実装構造をＥＣＵ基板７側から見た場合の実装構造を示した透視図である。図５は、本発明による加速度および角速度検出装置８をＥＣＵ基板７に搭載した場合の実装構造を示した側面図である。

図１，図２に示すように、加速度および角速度検出装置８が、車両制御などに用いられるＥＣＵ基板７に実装されている。

加速度および角速度検出装置８は、加速度および角速度を検出する半導体素子１と、半導体素子１に金属製ワイヤ３（例えば、Ａｕワイヤ）を用いて電気的に接続される入出力用リード端子２と、入出力用リード端子２の一部と半導体素子１とを一体にモールドしたパッケージ体４とからなり、ＥＣＵ基板７に備えられた入出力用ランド６にはんだ５を用いて入出力用リード端子２を接続することにより固定されて用いられ、ＥＣＵ基板７に対向するパッケージ体４の第一の面４ａのみから入出力用リード端子２がパッケージ体４の外へ延び、半導体素子１の入出力用リード端子２に近い第一の辺１ａの近傍に第一の辺１ａに沿って並べられた、入出力用リード端子２と電気的に接続するためのパッド９が複数設けられ、パッド９と入出力用リード端子２とを金属製ワイヤ３（例えば、Ａｕワイヤ）を用いて電気的に接続し、金属製ワイヤ３を接続するために必要な実装面積を低減することにより、パッケージ体４の第一の面４ａに垂直な面４ｂ，４ｄの長手方向（第一の面４ａから第一の面４ａに対して反対側の面４ｃに向かう方向）の長さＬ２が、第一の面４ａの長手方向（入出力用リード端子２の整列（配列）方向であり、面４ｂから面４ｄに向かう方向）の長さＬ１より短くなるような構成となっている。

本実施例では、半導体素子１が内包されたパッケージ体４が入出力用リード端子２で構成される端子群を介してＥＣＵ基板７に支持固定される構成であり、端子群を構成する全ての端子は、第一の面４ａからパッケージ体４の外部に引き出されている。このため、前記端子群を構成する全ての端子は、第一の面４ａに沿って配列されていることになる。これは、前記端子群を構成する全ての端子が第一の面４ａの長手方向に沿う辺に沿って配列されていることを意味する。ここで、前記端子群を構成する端子の中には、上記の入出力用リード端子２の他、後述する保持用端子１０を設けている場合にはこの保持用端子１０を含む。

このような構成にすることにより、平板状の半導体素子１を板面がパッケージ体４の第一の面４ａと垂直になるように構成する必要がある場合においても、ＥＣＵ基板７に対する高さ方向の寸法を低減できるので、加速度および角速度検出装置８を、低背で小型なパッケージ体４として、提供することができる。

なお、図３に示すように、本発明による加速度および角速度検出装置８は、加速度のみを検出する加速度検出素子２４と、角速度のみを検出する角速度検出素子２５とが、別体で、それぞれが一体にモールドしたパッケージ体４内に備えられていてもよい。

端子群を構成する端子が、第一の面４ａに沿って配列され、或いは、第一の面４ａの長手方向に沿う辺に沿って配列されていることにより、ＥＣＵ基板７に対して、安定して搭載することができる。

また、図４に示すように、入出力用リード端子２が複数あって、パッケージ体４の第一の面４ａの互いにオフセットした位置から、パッケージ体４外へ延ばすことにより、ＥＣＵ基板７に対して、さらに安定して搭載することができ、図５に示すような、ＥＣＵ基板７へ、振動が印加されたことによる、首振り現象などを抑制することができる、高耐振動性を有した、構造にしてもよい。

また、入出力用リード端子２は、面４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと接する面４ｅ，４ｆからパッケージ体４の外部に引き出された後、第一の面４ａ側に延設されるようにしても良い。但し、この場合は、パッケージ体４の厚み方向（第一の面４ａの長手方向に垂直な方向）における寸法が大きくなったり、入出力用リード端子２の折り曲げ回数が増える可能性がある。

図６は、本発明による加速度および角速度検出装置８をＥＣＵ基板７に搭載した場合の実装構造を示した上面図である。

図６に示すように、本発明による加速度および角速度検出装置８は、パッケージ体４の第一の面４ａの中央部に、例えば、電源端子，ＧＮＤ端子，センサ信号出力端子など、パッケージ体４内に備えられた、半導体素子１と金属製ワイヤ３で電気的に接続されている入出力用リード端子２が備えられ、その入出力用リード端子２よりも、辺境部に、パッケージ体４内の半導体素子１と、電気的に接続される必要がない保持用端子１０が備えられている構成となっている。本実施例では、保持用端子１０を第一の面４ａの長手方向の両端部に配置すると共に、第一の面４ａの長手方向に垂直な方向に対を成すように配置している。それほど機械的な強度が必要でない場合は、第一の面４ａの対角に合計２つの保持用端子１０を配置しても良い。さらに、１つの保持用端子１０とすることも可能であり、その場合、保持用端子１０の幅方向寸法や厚み方向寸法を工夫したり、入出力用リード端子２との位置関係を工夫することで、支持強度を高めることができる。

本発明による加速度および角速度検出装置８を搭載する、ＥＣＵ基板７の実装面には、入出力用リード端子２および保持用端子１０に対応する位置に、それぞれの端子をはんだ付けなどにより、電気的および機械的に接続可能とするため、入出力用リード端子２に対応する位置には、ＥＣＵ基板４の配線パターン１８に接続されている、入出力用ランド１１が備えられ、保持用端子１０に対応する位置には、ＥＣＵ基板７の配線パターン１８に接続されていない、又は、ＧＮＤ配線パターン１９などのセンサの入出力や性能に関係しない箇所に接続されている保持用ランド１２が備えられている。

図７は、本発明による加速度および角速度検出装置８をＥＣＵ基板７に搭載した場合の接続部を示した拡大上面図である。

図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、入出力用リード端子幅寸法２０に対して、保持用端子幅寸法２２の方を大きく設計しているが、厚さは同じであるので、１枚の金属板（例えば、４２アロイ板など）をプレス加工などにより、打ち抜いて形成することができるため、安価で加工可能であり、かつ、加工精度（平行度や平面度など）確保が容易な構成になっている。

ＥＣＵ基板７などに、入出力用ランド１１などを設け、はんだなどで電気的に接続する場合、高い接続信頼性を確保するため、図７（Ａ）に示すように、入出力用ランド幅寸法２１は、接続する入出力用リード端子幅寸法２０よりも大きく配設するが、本発明の加速度および角速度検出装置８の保持用端子１０は、入出力用リード端子２ほど接続信頼性を確保する必要がないため、図７（Ｂ）に示すように、保持用端子１０を固定するための保持用ランド幅寸法２３は、保持用端子１０とほぼ同一に配設されている。このため、本発明の加速度および角速度検出装置８をＥＣＵ基板７に搭載する際、保持用ランド１２に保持用端子１０を重ね合わせて、はんだ５などで固定することが可能であり、加速度および角速度検出装置８の角度ズレや位置ズレを低減し、ＥＣＵ基板７などの実装基板に搭載することができる。なお、接続信頼性を確保する必要がある入出力用ランド幅寸法２１は、入出力用リード端子幅寸法２０よりも大きく配設し、高い接続信頼性を確保できる構造とすることが望ましい。

図８，図９は、保持用端子１０を備えずに、ＥＣＵ基板７に加速度および角速度検出装置８を実装した場合の実装構造を示した上面図である。

図８に示すように、保持用ランド１２に保持用端子１０が備えられておらず、パッケージ体４の中央部に入出力用リード端子２が、配設されている構成となっている場合、加速度および角速度検出装置８をＥＣＵ基板７に搭載する際、入出力用ランド１１の幅と入出力用リード端子２の幅に差があるため、角度ズレや位置ズレが容易に発生してしまう。

図９に示すように、入出力用リード端子２をパッケージ体４の辺境部（第１の面４ａの長手方向端部近傍）まで配設することにより、中央部に配設するよりは、角度ズレや位置ズレをやや低減することができるが、本発明の加速度および角速度検出装置８のように、ＥＣＵ基板７に対向するパッケージ体４の第一の面４ａが長方形である直方体のパッケージ体４で構成されている場合、ＥＣＵ基板７とパッケージ体４および、入出力用リード端子２の熱膨張係数差により、パッケージ体４の端部の入出力用リード端子２と入出力用ランド１１を電気的に接続しているはんだ５に、ひずみなどの応力が集中し、はんだクラックなどが発生しやすいため、高い接続信頼性を確保することは困難である。

図１０は、本発明による加速度および角速度検出装置８をＥＣＵ基板７に実装した場合の実装構造を示した上面図である。

図１０に示すように、本発明の加速度および角速度検出装置８の保持用端子１０は、角度ズレや位置ズレを低減することができるだけでなく、パッケージ体４の第一の面の中央部に備えられた、入出力用リード端子２よりも、辺境部に備えられているため、ＥＣＵ基板７とパッケージ体４および、保持用端子１０の熱膨張係数の差により、保持用端子１０と保持用ランド１２を機械的に接続している、はんだ５に、ひずみなどの応力が集中し、はんだクラック１７などが発生しやすい構造となっている。そのため、パッケージ体４の中央部の入出力用リード端子２と入出力用ランド１１を電気的に接続している、はんだ５には、ひずみなどの応力が集中しにくく、はんだクラック１７などが発生しにくい構造となっており、入出力用リード端子２と入出力用ランド１１の接続については、高い接続信頼性を確保できる構成となっている。なお、保持用端子１０と保持用ランド１２の接続は、高い接続信頼性を必要としていないため、はんだクラック１７などが発生しても、本発明の加速度および角速度検出装置８の特性に影響することはない構成になっている。

図１１，図１２は、本発明による加速度および角速度検出装置８を自動車などのブレーキ制御用コントロールユニット１３内に搭載した場合の構造模式図である。

図１１に示すように、ブレーキ制御用コントロールユニット１３は、コントロール部１４に、電子部品１５が搭載された、ＥＣＵ基板７が備えられており、その実装面をモールド樹脂などで作製されたユニットカバー１６で、覆っている構造であることが多い。そのため、例えば、本発明の加速度および角速度検出装置８をＥＣＵ基板７の実装面上に搭載する場合、パッケージ体４の高さ寸法が実装された電子部品１５の高さ寸法より大きいことにより、パッケージ体４とユニットカバー１６が接触してしまい、ＥＣＵ基板７の実装面を覆うことができないため、ブレーキ制御用コントロールユニット１３のサイズを大きくする必要が発生してしまう場合がある。

このような場合、図１２に示すように、パッケージ体４の第一の面４ａ（本実施例ではＥＣＵ基板７に略平行で且つＥＣＵ基板７側に位置する面）に垂直な対向する２面４ｅ，４ｆの長手方向の辺４ｇ，４ｈに対して平行に、入出力用リード端子２および保持用端子１０を並べた構造とし、ＥＣＵ基板７にはパッケージ体４を一部挿入できる大きさの基板孔７ａを設け、その基板孔７ａに、パッケージ体４の一部を挿入して、入出力用リード端子２と保持用端子１０とを、ＥＣＵ基板７に電気的および機械的に接続する構成にするとよい。これにより、ＥＣＵ基板７に加速度および角速度検出装置８を搭載する際の高さ寸法を低減し、パッケージ体４とユニットカバー１６の接触を避け、ブレーキ制御用コントロールユニット１３のサイズを拡大することなく、加速度および角速度検出装置８を搭載することができる。

この構成では、半導体素子１が内包されたパッケージ体４が入出力用リード端子２で構成される端子群（保持用端子１０を含んでいてもよい）を介してＥＣＵ基板７に支持固定されており、端子群を構成する全ての端子は、面４ｅと面４ｆとからパッケージ体４の外部に引き出されている。このとき、前記端子群を構成する全ての端子は、ＥＣＵ基板７に略平行で且つＥＣＵ基板７側の面である第一の面４ａ、或いは第一の面４ａの長手方向に沿う辺に沿って配列されていることになる。

図１３は、本発明による加速度および角速度検出装置８を搭載したブレーキ制御用コントロールユニット１３を自動車２６に搭載した場合の透視側面図である。図１４は、本発明による加速度および角速度検出装置８を搭載したブレーキ制御用コントロールユニット１３を自動車２６に搭載した場合の透視上面図である。

図１３に示すように、ブレーキ制御用コントロールユニット１３は、自動車２６の車室２９内やトランクルーム３０内ではなく、自動車２６の前側にあることが多いエンジンルーム２７内に、固定治具２８を用いて固定されている場合が多く、加速度および角速度検出装置８は、そのブレーキ制御用コントロールユニット１３内に備えられ、自動車２６の床面に対して、垂直になるように配設されたＥＣＵ基板７に搭載されている。自動車２６のエンジンルーム２７内は、様々な部品などが配設されており、新たな部品などを搭載するスペースを確保することは、非常に困難であることが多い。そのため、ブレーキ制御用コントロールユニット１３のサイズを拡大することなく、加速度および角速度検出装置８をブレーキ制御用コントロールユニット１３に搭載することは、非常に重要であり、必要なことである。

図１４に示すように、加速度および角速度検出装置８は、自動車２６に搭載された、ブレーキ制御用コントロールユニット１３内に備えられ、自動車２６の床面に対して、垂直になるように配設されたＥＣＵ基板７に搭載され、自動車２６の前後左右方向に加わる、印加加速度３２および、自動車２６の回転方向に加わる、印加角速度３３を計測することに利用される。その計測結果は、自動車２６の走行状態を検知することに利用され、その走行状態（主に、危険な走行状態の場合）により、４つのタイヤ３１、それぞれにかかるブレーキ力を制御することにより、自動車２６の安定した走行姿勢を維持することを可能としている。

１ 半導体素子
２ 入出力用リード端子
３ 金属製ワイヤ
４ パッケージ体
５ はんだ
６，１１ 入出力用ランド
７ ＥＣＵ基板
８ 加速度および角速度検出装置
９ パッド
１０ 保持用端子
１２ 保持用ランド
１３ ブレーキ制御用コントロールユニット
１４ コントロール部
１５ 電子部品
１６ ユニットカバー
１７ はんだクラック
１８ 配線パターン
１９ ＧＮＤ配線パターン
２０ 入出力用リード端子幅寸法
２１ 入出力用ランド幅寸法
２２ 保持用端子幅寸法
２３ 保持用ランド幅寸法
２４ 加速度検出素子
２５ 角速度検出素子
２６ 自動車
２７ エンジンルーム
２８ 固定治具
２９ 車室
３０ トランクルーム
３１ タイヤ
３２ 印加加速度
３３ 印加角速度

Claims (9)

1. 加速度および角速度を検出する半導体素子と、前記半導体素子に接続される複数の端子と、前記端子の一部と前記半導体素子とを一体にモールドしたパッケージ体とを備えた加速度および角速度検出装置において、
   前記複数の端子は前記パッケージ体の一辺に沿って配列され、前記パッケージ体における前記一辺に沿う方向に垂直な方向の長さ寸法が、前記一辺に沿う方向の長さ寸法に対して短くなるように構成されたことを特徴とする加速度および角速度検出装置。
2. 請求項１に記載の加速度および角速度検出装置において、
   前記複数の端子の全ては、前記パッケージ体が他の基板に固定された場合に前記他の基板と対向する第一の面から前記パッケージ体の外部に引き出され、
   前記一辺が前記第一の面の長手方向に沿う辺であることを特徴とする加速度および角速度検出装置。
3. 請求項２に記載の加速度および角速度検出装置において、
   前記半導体素子が、前記第一の面と垂直になるように構成されたことを特徴とする加速度および角速度検出装置。
4. 請求項２又は３に記載の加速度および角速度検出装置において、
   前記端子は、前記第一の面の互いにオフセットした位置から前記パッケージ体の外部へ引き出されていることを特徴とする加速度および角速度検出装置。
5. 請求項２乃至４のいずれか１項に記載の加速度および角速度検出装置において、
   前記端子には、前記半導体素子に接続された端子と、前記半導体素子に接続されていない端子とがあり、前記半導体素子に接続された端子は前記第一の面の中央部付近に配設され、前記半導体素子に接続されていない端子は前記半導体素子に接続された端子よりも辺境部に配設されたことを特徴とする加速度および角速度検出装置。
6. 請求項５に記載の加速度および角速度検出装置において、
   前記半導体素子に接続された端子は前記他の基板の配線パターンに接続されたランドとはんだを用いて電気的および機械的に接続され、前記半導体素子に接続されていない端子は前記他の基板の配線パターンに接続されていないランドとはんだを用いて電気的および機械的に接続されたことを特徴とする加速度および角速度検出装置。
7. 請求項６に記載の加速度および角速度検出装置において、
   前記半導体素子に接続された端子の幅寸法より、前記半導体素子に接続されていない端子の幅寸法が大きいことを特徴とする加速度および角速度検出装置。
8. 請求項１に記載の加速度および角速度検出装置において、
   前記パッケージ体は、前記パッケージ体が他の基板に固定された場合に他の基板に対して略平行となり且つ前記一辺を含む第一の面を有し、
   前記半導体素子に接続された端子と前記半導体素子に接続されていない端子とが、前記第一の面に垂直に構成される２面から、前記パッケージ体の外部へ引き出されると共に、前記一辺に対して平行に並べられ、
   パッケージ体の一部を前記他の基板に形成した基板孔に挿入し、前記半導体素子に接続された端子と前記半導体素子に接続されていない端子とを前記他の基板に電気的および機械的に接続することを特徴とする加速度および角速度検出装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の加速度および角速度検出装置からの信号に基づいて、車両のブレーキ力を制御する車両運動制御装置。

Images