JP-2026077220-A - センサーモジュールおよび車両

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Abstract

【課題】専有面積を小さくすることができるセンサーモジュールを提供する。【解決手段】第１方向から見たときに重なる第１空間および第２空間を有するパッケージと、前記第１空間に配置された振動素子および集積回路と、前記第２空間に配置されたＭＥＭＳセンサーと、を備え、前記集積回路は、前記振動素子および前記ＭＥＭＳセンサーと電気的に接続され、前記第１方向から見たときに、前記振動素子、前記集積回路、および前記ＭＥＭＳセンサーは、重なる、センサーモジュール。【選択図】図２

Inventors

渡邉徹

Assignees

セイコーエプソン株式会社

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20241025

Claims (8)

第１方向から見たときに重なる第１空間および第２空間を有するパッケージと、前記第１空間に配置された振動素子および集積回路と、前記第２空間に配置されたＭＥＭＳセンサーと、を備え、前記集積回路は、前記振動素子および前記ＭＥＭＳセンサーと電気的に接続され、前記第１方向から見たときに、前記振動素子、前記集積回路、および前記ＭＥＭＳセンサーは、重なる、センサーモジュール。
請求項１において、前記パッケージは、第１凹部と、前記第１凹部を塞ぐ蓋体と、を有し、前記第１空間は、前記第１凹部によって構成される、センサーモジュール。
請求項２において、前記第１凹部は、前記第１方向から見たときに、互いに重なる第１部分および第２部分を有し、前記第１部分は、前記蓋体と前記第２部分との間に位置し、前記第１方向から見たときの面積が前記第２部分よりも大きく、前記振動素子は、前記第１部分に配置され、前記集積回路は、前記第２部分に配置される、センサーモジュール。
請求項２において、前記パッケージは、前記第１凹部とは反対側に開口する第２凹部と、前記第１凹部および前記第２凹部の底面を規定する平板部と、を有し、前記第２空間は、前記第２凹部によって構成される、センサーモジュール。
請求項４において、前記第２凹部を塞ぐ基板を備え、前記ＭＥＭＳセンサーは、前記第２空間において前記基板上に配置される、センサーモジュール。
請求項５において、前記基板は、前記パッケージよりも軟質の材料で構成される、センサーモジュール。
請求項５において、前記基板は、前記ＭＥＭＳセンサーとは反対側に端子を有する、センサーモジュール。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のセンサーモジュールを含む、車両。

Description

本発明は、センサーモジュールおよび車両に関する。ジャイロセンサーおよび加速度センサーを備えたセンサーモジュールが知られている。例えば特許文献１には、第１軸、第２軸、および第３軸を検出軸とする第１センサーと、第１センサーよりも精度が高く、第３軸を検出軸とする第２センサーと、を備えた慣性センサーモジュールが記載されている。第１センサーおよび第２センサーは、パッケージ内の１つの平面に配置され、パッケージにより気密封止されている。特開２０２３－５０６２２号公報本実施形態に係るセンサーモジュールを模式的に示す平面図。本実施形態に係るセンサーモジュールを模式的に示す断面図。本実施形態に係るセンサーモジュールを模式的に示す断面図。本実施形態に係るセンサーモジュールの基板を模式的に示す側面図。本実施形態に係るセンサーモジュールのＭＥＭＳセンサーを模式的に示す平面図。本実施形態に係るセンサーモジュールのＭＥＭＳセンサーを模式的に示す断面図。本実施形態に係るセンサーモジュールの３軸角速度センサーを模式的に示す断面図。本実施形態に係るセンサーモジュールの３軸加速度センサーを模式的に示す断面図。本実施形態に係るセンサーモジュールの振動素子を模式的に示す平面図。本実施形態に係るセンサーモジュールの振動素子の動作を説明するための図。本実施形態に係るセンサーモジュールの振動素子の動作を説明するための図。本実施形態に係るセンサーモジュールの集積回路を説明するためのブロック図。本実施形態に係る車両を模式的に示す平面図。以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。１．センサーモジュール１．１．全体の構成まず、本実施形態に係るセンサーモジュールについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るセンサーモジュール１００を模式的に示す平面図である。図２は、本実施形態に係るセンサーモジュール１００を模式的に示す図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図３は、本実施形態に係るセンサーモジュール１００を模式的に示す図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。なお、図１～図３では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。センサーモジュール１００は、図１～図３に示すように、例えば、基板１０と、パッケージ２０と、微小電気機械システム（Micro Electro Mechanical Systems：ＭＥＭＳ）センサー３０と、振動素子４０と、支持基板５０と、集積回路６０と、を備える。なお、便宜上、図１では、パッケージ２０の蓋体２８の図示を省略している。基板１０は、パッケージ２０およびＭＥＭＳセンサー３０を支持している。基板１０は、図示せぬ実装基板に実装されてもよい。基板１０は、第１方向に厚さ方向を有している。図示の例では、第１方向は、Ｚ軸方向である。以下、Ｚ軸方向の矢印側を「上」、反対側を「下」ともいう。図４は、基板１０を模式的に示す側面図である。基板１０は、図４に示すように、例えば、基部１２と、第１端子１４と、第２端子１６と、導通部１８と、を有している。第１端子１４は、基部１２の一方の面に設けられている。第２端子１６は、基部１２の他方の面に設けられている。第２端子１６は、基部１２のＭＥＭＳセンサー３０とは反対側に設けられている。図示の例では、第１端子１４は、基部１２の上面に設けられ、第２端子１６は、基部１２の下面に設けられている。第１端子１４は、例えば、複数設けられている。第２端子１６は、例えば、複数設けられている。第１端子１４と第２端子１６とは、基部１２の側面に設けられた導通部１８によって電気的に接続されている。基板１０が図示せぬ実装基板に実装される場合、第２端子１６は、実装基板と電気的に接続される。端子１４，１６および導通部１８の材質は、例えば、銅や金などの金属である。基板１０は、例えば、パッケージ２０より軟質である。具体的には、基板１０の基部１２は、パッケージ２０の基体２２よりも軟質の材料で構成されている。基板１０は、フレキシブル基板であってもよい。なお、基板１０は、特に限定されず、セラミック基板などであってもよい。基板１０は、リードフレームを有していてもよい。パッケージ２０は、基板１０上に設けられている。図１に示す例では、パッケージ２０は、Ｘ軸方向の長さがＹ軸方向の長さよりも大きい形状を有している。パッケージ２０は、図２および図３に示すように、基体２２と、蓋体２８と、を有している。基体２２の材質は、例えば、酸化アルミニウムなどのセラミックである。基体２２は、例えば、平板部２３と、第１壁部２４と、第２壁部２６と、を有している。図示の例では、基体２２は、略Ｈ型の形状を有している。平板部２３は、基板１０と蓋体２８との間に設けられている。平板部２３は、第１壁部２４と第２壁部２６との間に設けられている。平板部２３の形状は、平板状である。図示の例では、平板部２３の形状は、直方体である。第１壁部２４は、平板部２３の上面に設けられている。第１壁部２４は、平板部２３から上方に向けて起立している。基体２２には、第１凹部２５が形成されている。第１壁部２４および平板部２３は、第１凹部２５を規定している。平板部２３は、第１凹部２５の底面を規定している。図示の例では、基体２２は、第１壁部２４および平板部２３によって、上方に開口する第１凹部２５を有している。第１凹部２５は、例えば、Ｚ軸方向から見たときに（以下、「平面視において」ともいう）、互いに重なる第１部分２５ａおよび第２部分２５ｂを有している。第１部分２５ａは、蓋体２８と第２部分２５ｂとの間に位置している。平面視において、第１部分２５ａの面積は、第２部分２５ｂの面積よりも大きい。第２部分２５ｂは、第１部分２５ａの下に設けられている。第１部分２５ａおよび第２部分２５ｂによって、基体２２は、階段状の第１凹部２５を有している。第２壁部２６は、平板部２３の下面に設けられている。第２壁部２６は、平板部２３から下方に向けて起立している。基体２２には、第２凹部２７が形成されている。第２壁部２６および平板部２３は、第２凹部２７を規定している。平板部２３は、第２凹部２７の底面を規定している。図示の例では、基体２２は、第２壁部２６および平板部２３によって、下方に開口する第２凹部２７を有している。第２凹部２７は、第１凹部２５とは反対側に開口している。蓋体２８は、基体２２に接続されている。第１壁部２４は、シールリングを有し、蓋体２８は、第１壁部２４のシールリングに接続されていてもよい。蓋体２８は、基体２２に溶接されていてもよい。基体２２の材質がセラミックである場合、基体２２の材質は、コバールなどの合金であることが好ましい。これにより、蓋体２８と基体２２との線膨張係数の差を小さくすることができる。蓋体２８は、第１凹部２５を塞いでいる。具体的には、蓋体２８は、第１凹部２５の開口を塞いている。第１凹部２５は、第１空間１０２を構成している。パッケージ２０は、第１空間１０２を有している。第１空間１０２は、気密封止されている。第１空間１０２は、例えば、減圧状態、好ましくは真空に近い状態になっている。これにより、第１空間１０２の粘性抵抗を減少でき、第１空間１０２に配置される振動素子４０の振動特性を向上できる。第１空間１０２の雰囲気は、特に限定されない。基板１０は、第２凹部２７を塞いている。具体的には、基板１０は、第２凹部２７の開口を塞いでいる。第２凹部２７は、第２空間１０４を構成している。パッケージ２０は、第２空間１０４を有している。平面視において、第１空間１０２および第２空間１０４は、重なっている。第２空間１０４は、気密封止されていてもよいし、気密封止されていなくてもよい。ただし、第２空間１０４に配置されるＭＥＭＳセンサー３０に侵入する水分を低減させることを考慮すると、第２空間１０４は、気密封止されていることが好ましい。１．２．ＭＥＭＳセンサーＭＥＭＳセンサー３０は、図２および図３に示すように、第２空間１０４に配置されている。ＭＥＭＳセンサー３０は、第２空間１０４において、基板１０上に配置されている。ＭＥＭＳセンサー３０は、例えば、端子面を下に向けて、基板１０にフェイスダウン実装されている。これにより、ＭＥＭＳセンサー３０を、基板１０に設けられた図示しない端子と直接的に接続できるため、センサーモジュール１００の小型化を図ることができる。なお、図示はしないが、ＭＥＭＳセンサー３０は、第２空間１０４に配置されていれば、基板１０ではなく、基体２２の平板部２３に実装されていてもよい。図５は、ＭＥＭＳセンサー３０を模式的に示す平面図である。図６は、ＭＥＭＳセンサー３０を模式的に示す図５のＶＩ－ＶＩ線断面図である。ＭＥＭＳセンサー３０は、例えば、３軸角速度および３軸加速度を検出する複合センサーであり、いわゆる６ＤｏＦセンサーである。ＭＥＭＳセンサー３０は、図５および図６に示すように、例えば、基板３１と、モールド部材３３と、３軸角速度センサー３４と、３軸加速度センサー３６と、回路素子３８と、を有している。なお、便宜上、図５では、モールド部材３３の図示を省略している。基板３１は、３軸角速度センサー３４、３軸加速度センサー３６、および回路素子３８を支持している。基板３１は、リード３２を有している。リード３２は、例えば、複数設けられている。図１に示す例では、基体２２には、複数のパッド２が設けられている。パッド２は、ワイヤーボンディング４を介して、集積回路６０と電気的に接続されている。ＭＥＭＳセンサー３０の回路素子３８は、リード３２、パッド２、およびワイヤーボンディング４を介して、集積回路６０と電気的に接続されている。モールド部材３３は、図６に示すように、基板３１上に設けられている。モールド部材３３は、３軸角速度センサー３４、３軸加速度センサー３６、および回路素子３８を覆っている。ＭＥＭＳセンサー３０は、３軸角速度センサー３４、３軸加速度センサー３６、および回路素子３８がモールド部材３３によってモールド封止されたモールド構造を有している。なお、図示はしないが、ＭＥＭＳセンサー３０は、モールド構造ではなく、セラミックパッケージなどに収容されたパッケージ構造であってもよい。図７は、３軸角速度センサー３４を模式的に示す図５のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。３軸角速度センサー３４は、Ｘ軸まわりの角速度ωｘ、Ｙ軸まわりの角速度ωｙ、およびＺ軸まわりの角速度ωｚを検出する。３軸角速度センサー３４は、図７に示すように、Ｘ軸角速度センサー素子３４ｘと、Ｙ軸角速度センサー素子３４ｙと、Ｚ軸角速度センサー素子３４ｚと、パッケージ３５と、を有している。パッケージ３５は、Ｘ軸角速度センサー素子３４ｘ、Ｙ軸角速度センサー素子３４ｙ、およびＺ軸角速度センサー素子３４ｚを収容している。パッケージ３５は、基体３５ａと、基体３５ａに形成された凹部を塞ぐ蓋体３５ｂと、を有している。Ｘ軸角速度センサー素子３４ｘ、Ｙ軸角速度センサー素子３４ｙ、およびＺ軸角速度センサー素子３４ｚは、ＭＥＭＳによって構成される。３軸角速度センサー３４は、例えば、ＳＯＩ（silicon on insulator）基板の一方のシリコン層（ハンドル層）から基体３５ａを形成する工程と、他方のシリコン層（デバイス層）から角速度センサー素子３４ｘ，３４ｙ，３４ｚを形成する工程と、シリコン基板から形成された蓋体３５ｂを基体３５ａに接合する工程と、によって形成される。これにより、３軸角速度センサー３４をシリコン半導体プロセスによって製造できる。Ｘ軸角速度センサー素子３