JP2005257504A - 物理量センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度補正が必要な物理量センサ装置において、温度補正の精度を向上させる。
【解決手段】 物理量を検出するためのセンサ部が形成されたセンサチップ５と、センサチップ５と積層して配置され、センサ部により得られた信号に基づいて物理量を取得する回路部が形成された回路チップ３と、センサチップ５の温度を検出するための温度センサ９とを設ける。回路部では温度センサ９にて検出した温度に基づいて物理量を補正するように構成されており、温度センサ９を回路チップ３におけるセンサチップ５と重なり合う位置に配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、物理量を検出する物理量センサ装置に関し、特に温度補正が必要なものに関する。

近年、半導体素子の高集積化に伴い微細化や多層化が必須の技術となり、素子特性においても高精度化が要求されている。例えば駆動振動される振動体を有する角速度センサにおいては、振動体の駆動振幅は雰囲気気体の粘性係数に大きく依存し、該気体の粘数は一般に温度に非常に敏感であるから、センサの感度に対する温度の影響は非常に大きい。このため、温度によってセンサ感度が変動したり、ゼロ点オフセットが変動してしまうという問題がある。

このような問題に対し、温度補正のための温度センサが設けられた角速度センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特表平９−５０６７０１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の角速度センサでは、センサチップと回路チップを並べて配置する構成であり、温度センサがセンサチップから離れた位置に配置されているため、温度補正を精度よく行うことが困難である。

本発明は上記点に鑑み、温度補正が必要な物理量センサ装置において、温度補正の精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、物理量を検出するためのセンサ部が形成されたセンサチップと、センサチップと積層して配置され、センサ部により得られた信号に基づいて物理量を取得する回路部が形成された回路チップと、センサチップの温度を検出するための温度センサとを備え、回路部は、温度センサにて検出した温度に基づいて物理量を補正するように構成されており、温度センサは、回路チップにおけるセンサチップと重なり合う位置に配置されていることを特徴としている。

このように、センサチップと回路チップとを積層構造とし、温度センサを回路チップ上におけるセンサチップと重なり合う位置に設けることで、温度センサをセンサ部から極力近い位置に配置することができる。これにより、温度センサによりセンサチップの温度を正確に検出することができ、回路チップにおける角速度信号の温度補正の精度を向上させることができる。

また、請求項２に記載の発明のように、温度センサを回路チップにおけるセンサチップにおける中央付近に対応する位置に配置することで、センサチップの温度をより正確に検出することができる。

また、請求項３に記載の発明では、物理量を検出するためのセンサ部と、センサ部により得られた信号に基づいて物理量を取得する回路部と、センサ部の温度を検出するための温度センサとを備え、回路部は、温度センサにて検出した温度に基づいて物理量を補正するように構成されており、センサ部と回路部は同一のチップに形成されており、温度センサはセンサ部に配置されていることを特徴としている。

これにより、温度センサでセンサ部の温度を正確に検出することができ、回路チップにおける角速度信号の温度補正の精度を向上させることができる。

また、請求項４に記載の発明のように、温度センサをセンサ部における中央付近に配置することで、センサ部の温度をより正確に検出することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、センサ部は印加された角速度を検出するためのものとすることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１に基づいて説明する。本第１実施形態は、本発明の物理量センサ装置を角速度センサ装置に適用したものである。

図１（ａ）は、角速度センサ装置Ｓ１の断面図である。図１（ａ）において、１はセラミックパッケージであり、センサＳ１の基部となるとともに、センサＳ１を被測定体の適所に取り付けるためのものである。セラミックパッケージ１の上には、接着剤２を介して回路チップ３が搭載され固定されている。回路チップ３には、温度センサ９が設けられている。この温度センサ９については後述する。

この回路チップ３の上面には、センサチップ５を搭載するための領域であるボンディング部３ａが設けられており、このボンディング部３ａには、接着剤４を介してセンサチップ５が積層されている。そして、センサチップ５と回路チップ３、および、回路チップ３とセラミックパッケージ１は、それぞれボンディングワイヤ６、７を介して電気的に接続されている。セラミックパッケージ１の上部には、セラミックカバー８が設けられている。

センサチップ５には、角速度（物理量）を検出するためのセンサ部が形成されており、角速度検出を行う検出素子として構成されている。センサチップ５は、例えばシリコン基板等に対し、駆動梁で支持された振動体を形成するとともに振動体を所定周波数で駆動振動させ、振動する振動体に角速度が加わった場合に発生するコリオリ力で振動体が変位した場合に、印加された角速度に応じた可動電極と固定電極間の静電容量変化（電気信号）を検出するものとすることができる。センサチップ５は、角速度に応じた電気信号を回路チップ３に出力する。

また、回路チップ３には、センサチップ５からの信号に基づいて角速度を取得する回路部が形成されている。例えば回路チップ３として、シリコン基板等に対してＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタ等が、周知の半導体プロセスを用いて形成されており、センサチップ５の電気信号を処理して出力する等の機能を有するものを採用することができる。センサチップ５からの電気信号（容量変化）は、回路チップ３へ送られて回路チップ３に備えられたＣ／Ｖ変換回路により電圧信号に変換されて、角速度信号として出力されるようになっている。

図１（ｂ）は、回路チップ３とセンサチップ５の平面図である。回路チップ３上におけるセンサチップ５に対応する位置には、温度センサ９が設けられている。温度センサ９としては、例えば感温抵抗やサーミスタを用いることができる。回路チップ３の回路部では、温度センサ９にて検出した温度に基づいて、センサ感度やゼロ点オフセット等を補正する温度補正処理が行われる。

図１（ｂ）に示すように、温度センサ９は、積層方向から見て回路チップ３上におけるセンサチップ５と重なり合う位置に設けられている。また、本第１実施形態では、温度センサ９はセンサチップ５の中央位置に対応する位置、すなわちセンサチップ５を積層方向から見たときの面積の重心位置に対応する位置に設けられている。本第１実施形態では、センサチップ５が回路チップ３上における中央付近に配置されているので、温度センサ９は回路チップ３上の中央付近、すなわち外周部から離れた位置に配置されている。

以上のように、回路チップ３とセンサチップ５とを積層構造とし、温度センサ９を回路チップ３上におけるセンサチップ５と重なり合う位置に設けることで、温度センサ９をセンサチップ５から極力近い位置に配置することができる。これにより、温度センサ９によりセンサチップ５の温度を正確に検出することができ、回路チップ３における角速度信号の温度補正の精度を向上させることができる。温度センサ９は、回路チップ３上におけるセンサチップ５と重なり合う位置のいずれの箇所に設けてもいいが、本第１実施形態のようにセンサチップ５の中央位置に対応する位置に設けた場合には、センサチップ５の温度をより正確に検出することができる。

また、本第１実施形態では、温度センサ９は回路チップ３の外周部から離れた位置に配置されているので、例えば熱により回路チップ３に応力が加わったような場合にも温度センサ９は周辺部からの応力の影響を受けにくい。これにより、外乱の影響を受けにくい温度補正が可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図２に基づいて説明する。図２（ａ）は第２実施形態の角速度センサ装置Ｓ２の断面図であり、図２（ｂ）は角速度センサ装置Ｓ２における回路部３０とセンサ部５０の平面図である。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、本第２実施形態の角速度センサ装置Ｓ２では、回路部３０とセンサ部５０が１つの半導体チップ１０内に形成されている。この半導体チップ１０、上記第１実施形態と同様のセラミックパッケージ内に配置される。半導体チップ１０の中央付近にセンサ部５０が形成され、その周囲に回路部３０が形成されている。センサ部５０は、駆動振動可能な振動体として構成されている。本第２実施形態では、センサ部５０上に温度センサ９０が設けられている。本第２実施形態では、温度センサ９０は、センサ部５０上における中央付近に配置されている。温度センサ９０は、センサ部５０を介して回路部３０と電気的に接続されており、回路部３０に信号を出力することができる。

このような回路部３０とセンサ部５０が１つの半導体チップ１０内に設けられた構成においても、温度センサ９０をセンサ部５０に対応する位置に配置することで、温度センサ９０によりセンサ部５０の温度を正確に検出することができ、回路部３０における角速度信号の温度補正の精度を向上させることができる。

この場合にも、センサ部５０の中央付近に温度センサ９０を設けることで、センサ部５０の温度をより正確に検出することができる。また、温度センサ９０は半導体チップ１０の外周部から離れた位置に配置されているので、例えば熱により半導体チップ１０に応力が加わったような場合にも温度センサ９０は周辺部からの応力の影響を受けにくい。これにより、外乱の影響を受けにくい温度補正が可能となる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、本発明を加速度センサ装置に適用した例について説明したが、これに限らず、物理量を検出するセンサ装置であって温度補正が必要なものであれば適用可能である。例えば本発明は、加速度センサ、圧力センサ、湿度センサ、赤外線センサ等に適用することができる。

また、上記第１実施形態では、図１（ｂ）で示したように１個の温度センサ９を設けた角速度センサ装置Ｓ１について説明したが、図１（ｂ）に対応する図３に示すように、本発明は複数（図３では２個）の温度センサが設けられた構成にも適用可能である。同様に、上記第２実施形態の構成においても、複数の温度センサを設けてもよい。

また、上記第１実施形態では、回路チップ３とセンサチップ５を積層する際に、セラミックパッケージ１側に回路チップ３が位置するように配置したが、これに限らず、セラミックパッケージ１側にセンサチップ５が位置するように配置することもできる。

（ａ）は第１実施形態の角速度センサ装置の断面図であり、（ｂ）は角速度センサ装置における回路チップとセンサチップの平面図である。 （ａ）は第２実施形態の角速度センサ装置の断面図であり、（ｂ）は角速度センサ装置における回路部とセンサ部の平面図である。 角速度センサ装置の変形例を示す平面図である。

符号の説明

Ｓ１、Ｓ２…角速度センサ装置、３…回路チップ、５…センサチップ、９…温度センサ、３０…回路部、５０…センサ部、９０…温度センサ。

Claims (5)

1. 物理量を検出するためのセンサ部が形成されたセンサチップと、
   前記センサチップと積層して配置され、前記センサ部により得られた信号に基づいて前記物理量を取得する回路部が形成された回路チップと、
   前記センサチップの温度を検出するための温度センサとを備え、
   前記回路部は、前記温度センサにて検出した温度に基づいて前記物理量を補正するように構成されており、
   前記温度センサは、前記回路チップにおける前記センサチップと重なり合う位置に配置されていることを特徴とする物理量センサ装置。
2. 前記温度センサは、前記回路チップにおける前記センサチップにおける中央付近に対応する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ装置。
3. 物理量を検出するためのセンサ部と、
   前記センサ部により得られた信号に基づいて前記物理量を取得する回路部と、
   前記センサ部の温度を検出するための温度センサとを備え、
   前記回路部は、前記温度センサにて検出した温度に基づいて前記物理量を補正するように構成されており、
   前記センサ部と前記回路部は同一のチップに形成されており、前記温度センサは前記センサ部に配置されていることを特徴とする物理量センサ装置。
4. 前記温度センサは、前記センサ部における中央付近に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の物理量センサ装置。
5. 前記センサ部は、印加された角速度を検出するためのものであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の物理量センサ装置。
   

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