JP2010217170A - 複合センサー、電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】各センサー素子の特性を発揮でき、長期な特性の変動を抑えた小型の複合センサーを提供すること。
【解決手段】パッケージ３０に圧力の高い空間９０と圧力の低い空間８０が形成され、圧力の高い空間９０に加速度センサー素子４０が配置されているので、低いＱ値が得られ、圧力の低い空間８０に振動型角速度センサー素子５０，６０が配置されているので、高いＱ値が得られ、加速度センサー素子４０および振動型角速度センサー素子５０，６０の特性を十分発揮できる。
【選択図】図１
【解決手段】パッケージ３０に圧力の高い空間９０と圧力の低い空間８０が形成され、圧力の高い空間９０に加速度センサー素子４０が配置されているので、低いＱ値が得られ、圧力の低い空間８０に振動型角速度センサー素子５０，６０が配置されているので、高いＱ値が得られ、加速度センサー素子４０および振動型角速度センサー素子５０，６０の特性を十分発揮できる。
【選択図】図１
Description
本発明は、加速度センサー素子、振動型角速度センサー素子等の複数のセンサー素子を同一パッケージに収めた複合センサーおよび電子機器に関する。
複合センサーに用いられるセンサー素子は、種類によってその大きさや、最適な使用環境が異なる。例えば、可動部の動きを検知する加速度センサー素子では、過渡応答や耐衝撃性の観点から、低いＱ値が要求される。一方、振動型角速度センサー素子では、加速度センサー素子と比較して高いＱ値が要求される。いずれのセンサー素子も可動部を備えており、Ｑ値の設計は、センサー素子の可動部を取り巻く気体の粘性を利用して行うので、センサー素子ごとに取り巻く気体の圧力を変える必要がある。
具体的には、加速度センサー素子は、気体によるダンピング効果を利用するため、大気圧付近で封止する必要があり、振動型角速度センサー素子は、気体による影響を少なくするため、減圧封止が必要である。
また、一般に、加速度センサー素子の大きさは、その構造から振動型角速度センサー素子の大きさと比較して小さい。
加速度センサー素子と角速度センサー素子とを同一のパッケージに収めた複合センサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、加速度センサーチップ（素子）と角速度センサーチップ（素子）とを同一基板に設けたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
具体的には、加速度センサー素子は、気体によるダンピング効果を利用するため、大気圧付近で封止する必要があり、振動型角速度センサー素子は、気体による影響を少なくするため、減圧封止が必要である。
また、一般に、加速度センサー素子の大きさは、その構造から振動型角速度センサー素子の大きさと比較して小さい。
加速度センサー素子と角速度センサー素子とを同一のパッケージに収めた複合センサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、加速度センサーチップ（素子）と角速度センサーチップ（素子）とを同一基板に設けたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
しかしながら、加速度センサー素子と角速度センサー素子とを同一パッケージに収めた場合には、外部衝撃に強い構造が得られるが、各センサー素子を取り巻く気体の最適な圧力調整がされていない。したがって、パッケージ全体を大気圧で封止した場合には角速度センサー素子のＱ値が低下し、特性が悪化する。一方、パッケージ全体を減圧封止した場合には、加速度センサー素子のＱ値が大きくなり、過渡応答特性が問題となる。
また、加速度センサー素子と角速度センサー素子とを同一基板に設けると、小型化、低コスト化は実現できるが、この場合も各センサー素子を取り巻く気体の最適な圧力調整がされていない。
さらに、パッケージ内に圧力差のある複数の空間を設けると、圧力の異なる空間間でのリークが発生し、長期的な特性の変動を抑えることが困難である。
また、加速度センサー素子と角速度センサー素子とを同一基板に設けると、小型化、低コスト化は実現できるが、この場合も各センサー素子を取り巻く気体の最適な圧力調整がされていない。
さらに、パッケージ内に圧力差のある複数の空間を設けると、圧力の異なる空間間でのリークが発生し、長期的な特性の変動を抑えることが困難である。
本発明は、上述の課題の少なくとも一つを解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
収容器と蓋体とを含むパッケージと、少なくとも前記収容器と前記蓋体とで仕切られている圧力の異なる複数の空間と、圧力の高い空間と圧力の低い空間とに、配置されている種類の異なるセンサー素子とを備えていることを特徴とする複合センサー。また、ある実施形態では、第１の気圧を有する第１空間と、前記第１の気圧よりも低い第２の気圧を有する第２空間と、を備えたパッケージを有し、前記第１空間には、加速度センサー素子が配置され、前記第２空間には、振動型角速度センサー素子が配置され、前記第１空間は前記第２空間よりも容積が小さいことを特徴とする。
収容器と蓋体とを含むパッケージと、少なくとも前記収容器と前記蓋体とで仕切られている圧力の異なる複数の空間と、圧力の高い空間と圧力の低い空間とに、配置されている種類の異なるセンサー素子とを備えていることを特徴とする複合センサー。また、ある実施形態では、第１の気圧を有する第１空間と、前記第１の気圧よりも低い第２の気圧を有する第２空間と、を備えたパッケージを有し、前記第１空間には、加速度センサー素子が配置され、前記第２空間には、振動型角速度センサー素子が配置され、前記第１空間は前記第２空間よりも容積が小さいことを特徴とする。
この適用例によれば、パッケージに圧力の異なる空間が形成され、圧力に応じて種類の異なるセンサー素子が配置されているので、各センサー素子の特性が十分発揮される。また、圧力の異なる複数の空間は、少なくともパッケージを構成する収容器と蓋体とで仕切られているので、パッケージの中に別のパッケージを入れて異なる圧力の空間を作る必要がなく、他に多くの部材を必要とせず、小型化、低コスト化が可能な複合センサーが得られる。
ここで、種類の異なるセンサー素子とは、検出対象、検出原理の異なるセンサー素子であり、例えば、駆動するにあたって最適なＱ値が異なるセンサー素子をいう。
ここで、種類の異なるセンサー素子とは、検出対象、検出原理の異なるセンサー素子であり、例えば、駆動するにあたって最適なＱ値が異なるセンサー素子をいう。
［適用例２］
上記複合センサーであって、前記圧力の高い空間は、前記圧力の低い空間と比較して容積が小さく、加速度センサー素子が配置され、前記圧力の低い空間には、振動型角速度センサー素子が配置されていることを特徴とする複合センサー。
この適用例では、圧力の高い空間に加速度センサー素子が配置されているので、低いＱ値が得られ、圧力の低い空間に振動型角速度センサー素子が配置されているので、高いＱ値が得られ、加速度センサー素子および振動型角速度センサー素子の特性が十分発揮される。
また、圧力の低い空間の容積が大きいので、同量のリークが発生しても圧力への影響が少なく、振動型角速度センサー素子の長期的な特性の変動が抑えられる。
さらに、圧力の高い空間の容積が小さく、振動型角速度センサー素子と比較して小型の加速度センサー素子が配置されているので、より小型の複合センサーが得られる。
上記複合センサーであって、前記圧力の高い空間は、前記圧力の低い空間と比較して容積が小さく、加速度センサー素子が配置され、前記圧力の低い空間には、振動型角速度センサー素子が配置されていることを特徴とする複合センサー。
この適用例では、圧力の高い空間に加速度センサー素子が配置されているので、低いＱ値が得られ、圧力の低い空間に振動型角速度センサー素子が配置されているので、高いＱ値が得られ、加速度センサー素子および振動型角速度センサー素子の特性が十分発揮される。
また、圧力の低い空間の容積が大きいので、同量のリークが発生しても圧力への影響が少なく、振動型角速度センサー素子の長期的な特性の変動が抑えられる。
さらに、圧力の高い空間の容積が小さく、振動型角速度センサー素子と比較して小型の加速度センサー素子が配置されているので、より小型の複合センサーが得られる。
［適用例３］
上記複合センサーであって、前記圧力の高い空間を形成する壁および前記圧力の低い空間を形成する壁の少なくとも一方に貫通孔が設けられていることを特徴とする複合センサー。
この適用例では、圧力の低い空間を形成する壁に貫通孔が設けられている場合、パッケージを形成後、パッケージ全体を減圧下に置くことにより、貫通孔から圧力の低い空間の減圧が行われ、圧力の高い空間と圧力の低い空間が同時に得られる。
一方、圧力の高い空間を形成する壁に貫通孔が設けられている場合、減圧しながら収容器と蓋体とを接合し、貫通孔を圧力の高い空間を形成する壁に設けて、気体を導入し空間間の圧力差を設けることもできる。
上記複合センサーであって、前記圧力の高い空間を形成する壁および前記圧力の低い空間を形成する壁の少なくとも一方に貫通孔が設けられていることを特徴とする複合センサー。
この適用例では、圧力の低い空間を形成する壁に貫通孔が設けられている場合、パッケージを形成後、パッケージ全体を減圧下に置くことにより、貫通孔から圧力の低い空間の減圧が行われ、圧力の高い空間と圧力の低い空間が同時に得られる。
一方、圧力の高い空間を形成する壁に貫通孔が設けられている場合、減圧しながら収容器と蓋体とを接合し、貫通孔を圧力の高い空間を形成する壁に設けて、気体を導入し空間間の圧力差を設けることもできる。
［適用例４］
上記複合センサーであって、前記圧力の高い空間を形成する底面の高さと前記圧力の低い空間を形成する底面の高さとが互いに異なることを特徴とする複合センサー。
この適用例では、種類の異なるセンサー素子の配置される空間の底面が同一面内にないことにより、各センサー素子の振動による相互作用が低減する。また、圧力の高い空間と圧力の低い空間との位置関係の自由度が増し、収容器と蓋体の接合が簡単になる。
上記複合センサーであって、前記圧力の高い空間を形成する底面の高さと前記圧力の低い空間を形成する底面の高さとが互いに異なることを特徴とする複合センサー。
この適用例では、種類の異なるセンサー素子の配置される空間の底面が同一面内にないことにより、各センサー素子の振動による相互作用が低減する。また、圧力の高い空間と圧力の低い空間との位置関係の自由度が増し、収容器と蓋体の接合が簡単になる。
［適用例５］
上記複合センサーであって、前記収容器および前記蓋体のうち少なくとも一方が積層構造からなることを特徴とする複合センサー。
この適用例では、収容器と蓋体とで仕切られている圧力の異なる複数の空間を得るための収容器および蓋体の形状が、成形によることなく積層によって容易に得られる。また、リークの発生しやすい積層構造においても、前述の効果を達成できる。
また、前記複合センサーを電子機器に用いても良い。この適用例では、センサー素子の長期的な特性の変動を抑えた電子機器を提供することができる。
上記複合センサーであって、前記収容器および前記蓋体のうち少なくとも一方が積層構造からなることを特徴とする複合センサー。
この適用例では、収容器と蓋体とで仕切られている圧力の異なる複数の空間を得るための収容器および蓋体の形状が、成形によることなく積層によって容易に得られる。また、リークの発生しやすい積層構造においても、前述の効果を達成できる。
また、前記複合センサーを電子機器に用いても良い。この適用例では、センサー素子の長期的な特性の変動を抑えた電子機器を提供することができる。
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１に、本実施形態における複合センサー１００の概略図を示した。（ａ）は概略平面図で、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図である。
（第１実施形態）
図１に、本実施形態における複合センサー１００の概略図を示した。（ａ）は概略平面図で、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図である。
図１において、複合センサー１００は、収容器１０と蓋体２０とからなる略直方体のパッケージ３０を備えている。パッケージ３０には、加速度センサー素子４０と２つの振動型角速度センサー素子５０，６０が収められている。
収容器１０は、凹部１１を有し、凹部１１の開口部の周囲には段差１０１が形成されている。一方、蓋体２０は凸部２１を有している。蓋体２０は、凸部２１が収容器１０の凹部１１に入り込むようにして収容器１０の段差１０１に組み合わされ、接合材３５によって接合されている。
凸部２１の上面２１１と凹部１１の底面１１１との間には、枠型のシール部材７０が設けられている。本実施例では第１空間９０（第２の空間８０よりも容積の小さい空間）および第２空間８０（第１の空間９０よりも容積の大きい空間）は、例えばシール部材７０により仕切られて形成されている。なお、本実施例のシール部材７０は、第１空間と第２空間とを仕切る仕切部として機能する。
凸部２１の上面２１１と凹部１１の底面１１１との間には、枠型のシール部材７０が設けられている。本実施例では第１空間９０（第２の空間８０よりも容積の小さい空間）および第２空間８０（第１の空間９０よりも容積の大きい空間）は、例えばシール部材７０により仕切られて形成されている。なお、本実施例のシール部材７０は、第１空間と第２空間とを仕切る仕切部として機能する。
図１（ａ）において、容積の小さい空間９０は、容積の大きい空間８０の中心よりずれた位置に配置されているが、容積の大きい空間８０の中心に配置されていてもよい。
加速度センサー素子４０は、容積の小さい空間９０に配置されている。加速度センサー素子４０は、１軸、２軸、３軸のいずれの加速度センサーであってもよい。
振動型角速度センサー素子５０，６０は、容積の大きい空間８０に配置されている。振動型角速度センサー素子５０と振動型角速度センサー素子６０とは、直交して配置され、２方向の角速度が測定可能となっている。
加速度センサー素子４０は、容積の小さい空間９０に配置されている。加速度センサー素子４０は、１軸、２軸、３軸のいずれの加速度センサーであってもよい。
振動型角速度センサー素子５０，６０は、容積の大きい空間８０に配置されている。振動型角速度センサー素子５０と振動型角速度センサー素子６０とは、直交して配置され、２方向の角速度が測定可能となっている。
収容器１０および蓋体２０は、セラミック、ガラス等の絶縁体または金属で形成することができる。また、樹脂を成形して形成してもよい。樹脂を用いる場合、透湿率の低い液晶ポリマーを用いるとよい。
蓋体２０の材質は、収容器１０の材質と同じにすると、熱膨張係数の違いによる応力による蓋体２０と収容器１０との剥がれ等が発生せず好ましい。
収容器１０と蓋体２０とを接合する接合材３５には、はんだ、低融点ガラス、接着剤等を用いることができる。
収容器１０と蓋体２０とを接合する接合材３５には、はんだ、低融点ガラス、接着剤等を用いることができる。
収容器１０の容積の大きい空間８０の壁である底面１１１には、貫通孔１２が設けられている。貫通孔１２から容積の大きい空間８０内を減圧した後、貫通孔１２は封止部材１３によって封止され、容積の大きい空間８０は減圧封止され圧力の低い空間８０となる。
容積の小さい空間９０は、特に減圧を行わず圧力の高い空間９０となる。圧力の高い空間９０は、収容器１０と蓋体２０とを接合した際の雰囲気の圧力となっている。したがって、より圧力の高い空間９０の圧力を高めるには常圧より高い圧力中で、収容器１０と蓋体２０との接合を行えばよい。ここで、圧力の高い空間９０は第１の気圧を有し、圧力の低い空間８０は第１の気圧よりも低い第２の気圧を有しているとも言える。
以下、容積の大きい空間８０と圧力の低い空間８０は同じ空間をあらわし、容積の小さい空間９０と圧力の高い空間９０は同じ空間をあらわす。
容積の小さい空間９０は、特に減圧を行わず圧力の高い空間９０となる。圧力の高い空間９０は、収容器１０と蓋体２０とを接合した際の雰囲気の圧力となっている。したがって、より圧力の高い空間９０の圧力を高めるには常圧より高い圧力中で、収容器１０と蓋体２０との接合を行えばよい。ここで、圧力の高い空間９０は第１の気圧を有し、圧力の低い空間８０は第１の気圧よりも低い第２の気圧を有しているとも言える。
以下、容積の大きい空間８０と圧力の低い空間８０は同じ空間をあらわし、容積の小さい空間９０と圧力の高い空間９０は同じ空間をあらわす。
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）パッケージ３０に圧力の高い空間９０と圧力の低い空間８０が形成され、圧力の高い空間９０に加速度センサー素子４０が配置されているので、低いＱ値が得られ、圧力の低い空間８０に振動型角速度センサー素子５０，６０が配置されているので、高いＱ値が得られ、加速度センサー素子４０および振動型角速度センサー素子５０，６０の特性を十分発揮できる。
（１）パッケージ３０に圧力の高い空間９０と圧力の低い空間８０が形成され、圧力の高い空間９０に加速度センサー素子４０が配置されているので、低いＱ値が得られ、圧力の低い空間８０に振動型角速度センサー素子５０，６０が配置されているので、高いＱ値が得られ、加速度センサー素子４０および振動型角速度センサー素子５０，６０の特性を十分発揮できる。
（２）圧力の高い空間９０と圧力の低い空間８０は、少なくともパッケージ３０を構成する収容器１０と蓋体２０とで仕切られているので、パッケージ３０の中に別のパッケージを入れて異なる圧力の空間を作る必要がなく、他に多くの部材を必要とせず、小型化、低コスト化が可能な複合センサー１００を得ることができる。
（３）圧力の低い空間８０の容積が大きいので、同量のリークが発生しても圧力への影響を少なくでき、振動型角速度センサー素子５０，６０の長期的な特性の変動を抑えることができる。
以下に、より詳しくリークによる特性変動について述べる。
図２に、空気の圧力と実効粘性係数との関係を図で示した。横軸が圧力を、縦軸が実効粘性係数を表している。
図２において、大気圧付近では圧力変動による空気の粘性係数の変化は小さいため、加速度センサー素子４０の特性変動は小さいと言える。つまりリークの影響を受けにくいことがわかる。逆に、振動型角速度センサー素子５０，６０が収納される減圧下、例えば、１０〜１００Ｐａでは、リークの影響を受けやすい。
したがって、圧力の低い空間８０へのリークの影響が大きいことがわかる。
図２に、空気の圧力と実効粘性係数との関係を図で示した。横軸が圧力を、縦軸が実効粘性係数を表している。
図２において、大気圧付近では圧力変動による空気の粘性係数の変化は小さいため、加速度センサー素子４０の特性変動は小さいと言える。つまりリークの影響を受けにくいことがわかる。逆に、振動型角速度センサー素子５０，６０が収納される減圧下、例えば、１０〜１００Ｐａでは、リークの影響を受けやすい。
したがって、圧力の低い空間８０へのリークの影響が大きいことがわかる。
（４）圧力の高い空間９０の容積が小さく、振動型角速度センサー素子５０，６０と比較して小型の加速度センサー素子４０が配置されているので、より小型の複合センサー１００を得ることができる。
（５）圧力の低い空間８０を形成する壁に貫通孔１２が設けられているので、パッケージ３０を形成後、パッケージ３０全体を減圧下に置くことにより、貫通孔１２から圧力の低い空間８０の減圧が行われ、圧力の高い空間９０と圧力の低い空間８０を同時に得ることができる。
（変形例１）
図３に、収容器１０を絶縁体基板１４、例えばセラミック板の積層構造にした場合の概略断面図を示した。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。
図３において、収容器１０を絶縁体基板１４の積層構造にした場合、第１実施形態におけるシール部材７０を絶縁体基板１４で置き換えることができる。
収容器１０に蓋体２０を受ける段差１０１が形成されていない点を除いては、その他、形状、構造等は第１実施形態と略同様である。変形例１では、蓋体２０と絶縁体基板１４とが接合材３５によって接合されている。
収容器１０および蓋体２０は、セラミック、ガラス等の絶縁体の基板を複数枚積層して形成することができる。
図３に、収容器１０を絶縁体基板１４、例えばセラミック板の積層構造にした場合の概略断面図を示した。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。
図３において、収容器１０を絶縁体基板１４の積層構造にした場合、第１実施形態におけるシール部材７０を絶縁体基板１４で置き換えることができる。
収容器１０に蓋体２０を受ける段差１０１が形成されていない点を除いては、その他、形状、構造等は第１実施形態と略同様である。変形例１では、蓋体２０と絶縁体基板１４とが接合材３５によって接合されている。
収容器１０および蓋体２０は、セラミック、ガラス等の絶縁体の基板を複数枚積層して形成することができる。
本変形例によれば、以下の効果がある。
（６）収容器１０と蓋体２０とで仕切られている圧力の高い空間９０および圧力の低い空間８０を得るための収容器１０および蓋体２０の形状が、成形によることなく積層によって容易に得ることができる。また、リークの発生しやすい積層構造においても、前述の効果を達成できる。
（６）収容器１０と蓋体２０とで仕切られている圧力の高い空間９０および圧力の低い空間８０を得るための収容器１０および蓋体２０の形状が、成形によることなく積層によって容易に得ることができる。また、リークの発生しやすい積層構造においても、前述の効果を達成できる。
加速度センサー素子４０として、例えば、以下に説明する加速度センサー素子８００を用いることができる。
図４に、加速度センサー素子８００の概略図を示した。（ａ）は加速度センサー素子８００の概略平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ概略断面図である。図中には、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向を示している。
また、図中の両矢印は、加速度検出方向を示し、Ｘ軸方向が加速度検出方向である。
図４に、加速度センサー素子８００の概略図を示した。（ａ）は加速度センサー素子８００の概略平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ概略断面図である。図中には、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向を示している。
また、図中の両矢印は、加速度検出方向を示し、Ｘ軸方向が加速度検出方向である。
図４において、加速度センサー素子８００は、支持体８１０と可動部８２０とを備えている。
支持体８１０は、基板８３０と基板８３０上に形成された支持部８４０とを備えている。また、可動部８２０も基板８３０上に形成されている。
基板８３０は、シリコン基板からなり、可動部８２０との間に間隔を持たせるために、基板８３０の可動部８２０に対向する面には、凹部８３１が形成されている。凹部８３１の深さは、可動部８２０のＺ軸方向に衝撃が加わって、可動部８２０が基板８３０側に撓んでも衝突しない深さになっている。
支持体８１０は、基板８３０と基板８３０上に形成された支持部８４０とを備えている。また、可動部８２０も基板８３０上に形成されている。
基板８３０は、シリコン基板からなり、可動部８２０との間に間隔を持たせるために、基板８３０の可動部８２０に対向する面には、凹部８３１が形成されている。凹部８３１の深さは、可動部８２０のＺ軸方向に衝撃が加わって、可動部８２０が基板８３０側に撓んでも衝突しない深さになっている。
可動部８２０および支持部８４０は、例えば、基板８３０上の他の領域に形成された集積回路としてのＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）集積回路を構成する配線層８５０、層間絶縁膜８６０等からなる積層構造を利用して形成されている。 配線層８５０としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌ合金、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ等を用いることができる。配線層８５０には、ＣＭＯＳ集積回路を形成する際に用いられるＴｉＮ、Ｔｉ、ＴｉＷ、ＴａＮ、ＷＮ、ＶＮ、ＺｒＮ、ＮｂＮ等からなるバリア膜、ＴｉＮ、Ｔｉ等からなる反射防止膜も含まれる。また、配線層８５０には、ＣＭＯＳのゲート電極も含む。ゲート電極は、不純物を含んだ多結晶シリコン、シリサイド、Ｗ等からなる。
層間絶縁膜８６０としては、ＳｉＯ2、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane）、ＢＰＳＧ（Borophosphosilicate Glass）、ＮＳＧ（Non-doped silicon glass）、ＳＯＧ（Spin on glass）等を用いることができる。また、積層構造には、ＣＭＯＳ集積回路の最表面に形成されるＳｉＮ、ＳｉＯ2等からなる保護膜を含んでいてもよい。
層間絶縁膜８６０としては、ＳｉＯ2、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane）、ＢＰＳＧ（Borophosphosilicate Glass）、ＮＳＧ（Non-doped silicon glass）、ＳＯＧ（Spin on glass）等を用いることができる。また、積層構造には、ＣＭＯＳ集積回路の最表面に形成されるＳｉＮ、ＳｉＯ2等からなる保護膜を含んでいてもよい。
Ａｌ等の配線層８５０は、スパッタ、真空蒸着、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等で形成でき、ＳｉＯ2等の層間絶縁膜８６０は、ＣＶＤ、熱酸化、スピンコートおよび焼成等で形成することができる。
なお、可動部８２０および支持部８４０は、ＣＭＯＳ集積回路の積層構造を利用して形成されるものに限らず、独自に積層構造を形成したものであってもよい。
また、可動部８２０および支持部８４０は、積層構造を有さず、単結晶シリコンから形成されていてもよい。
なお、可動部８２０および支持部８４０は、ＣＭＯＳ集積回路の積層構造を利用して形成されるものに限らず、独自に積層構造を形成したものであってもよい。
また、可動部８２０および支持部８４０は、積層構造を有さず、単結晶シリコンから形成されていてもよい。
支持部８４０は、基板８３０上に略矩形の枠体として形成されている。支持部８４０は、固定電極８４１を備えている。固定電極８４１は、支持部８４０の一つの対向する内面の略中央に、枠体の内側に向かって形成されている。固定電極８４１の形状は、板状の直方体である。
可動部８２０は、可動電極８２１と錘部８２２とばね部８２３，８２４とを備えている。錘部８２２の形状は、略直方体に形成されている。可動部８２０は、固定電極８４１が形成されていない残りの一対の支持体の内面と２つのばね部８２３，８２４を介して、略矩形の枠体である支持部８４０で囲まれた略中心に２ヵ所で保持されている。
ばね部８２３，８２４は、対向する２つの板ばねを向かい合わせて、両端で固定した構造となっている。２つの板ばねのうち、一方の板ばねは支持部８４０と接続され、他方の板ばねは錘部８２２に接続されている。
可動部８２０は、可動電極８２１と錘部８２２とばね部８２３，８２４とを備えている。錘部８２２の形状は、略直方体に形成されている。可動部８２０は、固定電極８４１が形成されていない残りの一対の支持体の内面と２つのばね部８２３，８２４を介して、略矩形の枠体である支持部８４０で囲まれた略中心に２ヵ所で保持されている。
ばね部８２３，８２４は、対向する２つの板ばねを向かい合わせて、両端で固定した構造となっている。２つの板ばねのうち、一方の板ばねは支持部８４０と接続され、他方の板ばねは錘部８２２に接続されている。
可動電極８２１は、錘部８２２の固定電極８４１に対向する位置に形成されている。可動電極８２１も固定電極８４１と同様に板状の直方体である。
可動電極８２１と固定電極８４１とは、電極間で容量が得られるように、間隙８７０を介してそれぞれの直方体の広い面を向かい合わせて対向している。
可動電極８２１と固定電極８４１との対は、錘部８２２を挟んで対向する２ヵ所に設けられており、片方の間隔が広がれば、他方の間隔が狭まる差動検出タイプとなっている。
可動電極８２１と固定電極８４１とは、電極間で容量が得られるように、間隙８７０を介してそれぞれの直方体の広い面を向かい合わせて対向している。
可動電極８２１と固定電極８４１との対は、錘部８２２を挟んで対向する２ヵ所に設けられており、片方の間隔が広がれば、他方の間隔が狭まる差動検出タイプとなっている。
間隙８７０の縁部８７１には、狭窄部８７２が設けられている。狭窄部８７２は、固定電極８４１の基板８３０とは反対側の一辺にあたる縁部８４２に、可動電極８２１に向かって凸部８４３を形成することによって設けられている。
図４では、凸部８４３は、配線層８５０を利用して形成されているが、層間絶縁膜８６０が縁部８４２にある場合には層間絶縁膜８６０を利用して、凸部８４３を形成してもよい。
図４では、凸部８４３は、配線層８５０を利用して形成されているが、層間絶縁膜８６０が縁部８４２にある場合には層間絶縁膜８６０を利用して、凸部８４３を形成してもよい。
図４（ｃ）において、凸部８４３は、固定電極８４１のＹ軸方向に延びる縁部８４２に設けられている。この場合、図４（ｂ）に示すように、固定電極８４１の断面形状は、Ｌ字型になる。
狭窄部８７２は、縁部８４２の基板８３０側の縁部８４４に設けられていてもよい。また、両側の縁部８４２，８４４に設けられていてもよい。この場合、固定電極８４１の断面形状は、凹型の溝になる。さらに、凸部８４３を、可動電極８２１に形成して狭窄部８７２を設けてもよいし、両側の縁部８４２，８４４間に設けられていてもよい。
狭窄部８７２は、縁部８４２の基板８３０側の縁部８４４に設けられていてもよい。また、両側の縁部８４２，８４４に設けられていてもよい。この場合、固定電極８４１の断面形状は、凹型の溝になる。さらに、凸部８４３を、可動電極８２１に形成して狭窄部８７２を設けてもよいし、両側の縁部８４２，８４４間に設けられていてもよい。
ＣＭＯＳ集積回路とともに、基板８３０上に加速度センサー素子８００を形成する場合の各構成要素の大きさは特に限定されないが、例えば、以下の通りである。
可動部８２０および支持部８４０の積層構造の厚さは、数μｍ程度で、支持部８４０は、数ｍｍ角程度の枠体である。積層構造の各層は、１μｍ程度である。可動電極８２１と固定電極８４１との電極間距離である間隙８７０の幅は数μｍ程度である。また、錘部８２２の質量は、数×１０-6ｇ程度である。
可動部８２０および支持部８４０の積層構造の厚さは、数μｍ程度で、支持部８４０は、数ｍｍ角程度の枠体である。積層構造の各層は、１μｍ程度である。可動電極８２１と固定電極８４１との電極間距離である間隙８７０の幅は数μｍ程度である。また、錘部８２２の質量は、数×１０-6ｇ程度である。
加速度センサー素子８００を用いると、固定電極８４１と可動電極８２１との間の距離が変化するＸ軸方向の加速度印加時において、固定電極８４１と可動電極８２１との間隙８７０に存在する気体の流れは、間隙８７０の縁部８７１に設けられた狭窄部８７２によって抑制され、狭窄部８７２が設けられた方向と異なるＹ軸方向への流れが発生する。この気体の流れによるスクイーズフィルムダンピングにより、圧力の高い空間９０の圧力を低くしても大きな減衰定数ｃを得ることができる。したがって、圧力の低い空間８０と圧力の高い空間９０との間の圧力差を小さく構成できて、圧力の低い空間８０と圧力の高い空間９０との隔壁部としてのシール部材７０および絶縁体基板１４を薄くでき、複合センサー１００の小型化、コストの削減ができる。
スクイーズフィルムダンピングを利用できる構造を有する加速度センサー素子であれば、加速度センサー素子８００に限らず、同様の効果が得られる。
スクイーズフィルムダンピングを利用できる構造を有する加速度センサー素子であれば、加速度センサー素子８００に限らず、同様の効果が得られる。
（第２実施形態）
図５に本実施形態における複合センサー２００の概略断面図を示した。第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。以下には、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。
図５に本実施形態における複合センサー２００の概略断面図を示した。第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。以下には、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。
図５の複合センサー２００の構造は、第１実施形態で示した複合センサー１００に対し、収容器１０の底面１１１にさらに凹部１５が設けられている。
また、蓋体２０の凸部２２の高さは、第１実施形態で示した凸部２１より高く形成され、収容器１０と蓋体２０とを組み合わせて接合した際に、凸部２２の上面２２１が、凹部１１の底面１１１に接触して、凹部１５が塞がれ、容積の小さい空間（圧力の高い空間）９０が形成されている。容積の小さい空間９０を形成する底面１６には、加速度センサー素子４０が配置されている。なお、本実施例における仕切部は、蓋体２０の凸部２２となる。
また、蓋体２０の凸部２２の高さは、第１実施形態で示した凸部２１より高く形成され、収容器１０と蓋体２０とを組み合わせて接合した際に、凸部２２の上面２２１が、凹部１１の底面１１１に接触して、凹部１５が塞がれ、容積の小さい空間（圧力の高い空間）９０が形成されている。容積の小さい空間９０を形成する底面１６には、加速度センサー素子４０が配置されている。なお、本実施例における仕切部は、蓋体２０の凸部２２となる。
このような本実施形態によれば、上述の効果に加え以下の効果がある。
（７）加速度センサー素子４０の配置される容積の小さい空間（圧力の高い空間）９０を形成する底面１６と振動型角速度センサー素子５０，６０が配置される容積の大きい空間（圧力の低い空間）８０を形成する底面１１１が同一面内にないことにより、各センサー素子の振動による相互作用を低減できる。
（７）加速度センサー素子４０の配置される容積の小さい空間（圧力の高い空間）９０を形成する底面１６と振動型角速度センサー素子５０，６０が配置される容積の大きい空間（圧力の低い空間）８０を形成する底面１１１が同一面内にないことにより、各センサー素子の振動による相互作用を低減できる。
（８）容積の小さい空間９０の大部分が、１つの構造体である収容器１０の凹部１５で構成されるので、容積の大きい空間（圧力の低い空間）８０へのリークパスが少なくなり、よりリークが抑えられる。
（第３実施形態）
図６に本実施形態における複合センサー３００の概略断面図を示した。第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。以下には、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。
図６に本実施形態における複合センサー３００の概略断面図を示した。第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。以下には、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。
本実施形態では、収容器１０の凹部１１に凸部１７が設けられ、凸部１７に凹部１８が設けられている。このような収容器１０に、一枚の板である蓋体２３を側壁部３２上の溶接部３１で溶接することにより、容積の大きい空間８０と容積の小さい空間９０とが形成されたパッケージ３０が得られる。
容積の小さい空間９０を形成する底面１９には、加速度センサー素子４０が配置されている。なお、本実施例における仕切部は、収容器１０の側壁部３２となる。
容積の小さい空間９０を形成する底面１９には、加速度センサー素子４０が配置されている。なお、本実施例における仕切部は、収容器１０の側壁部３２となる。
このような本実施形態によれば、前述の効果の他に以下の効果がある。
（９）容積の大きい空間（圧力の低い空間）８０と容積の小さい空間（圧力の高い空間）９０と位置関係の自由度が増し、収容器１０と蓋体２３との溶接部３１を同じ面内にでき、シーム溶接が容易にできる。
（９）容積の大きい空間（圧力の低い空間）８０と容積の小さい空間（圧力の高い空間）９０と位置関係の自由度が増し、収容器１０と蓋体２３との溶接部３１を同じ面内にでき、シーム溶接が容易にできる。
（第４実施形態）
図７に本実施形態における複合センサー４００の概略断面図を示した。第３実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。以下には、第３実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。
図７に本実施形態における複合センサー４００の概略断面図を示した。第３実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。以下には、第３実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。
本実施形態では、配線用基板５１，６１を用いて振動型角速度センサー素子５０，６０が凹部１１の側面に取り付けられ、検出軸が変えられている。
（変形例２）
図８に本変形例における複合センサー５００の概略断面図を示した。第３実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。以下には、第３実施形態と異なる点を中心に説明する。
図８に本変形例における複合センサー５００の概略断面図を示した。第３実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。以下には、第３実施形態と異なる点を中心に説明する。
本変形例では、配線用基板５６が第３実施形態における凸部１７の代わりに、底面１１１に配置されている。
配線用基板５６には、第３実施形態における凹部１８の代わりに凹部５７が形成され、凹部５７と蓋体２３で囲まれた容積の小さい空間９０を形成する底面５８に、加速度センサー素子４０が収められている。
振動型角速度センサー素子５０，６０は、配線用基板５６の側面に取り付けられている。
配線用基板５６には、第３実施形態における凹部１８の代わりに凹部５７が形成され、凹部５７と蓋体２３で囲まれた容積の小さい空間９０を形成する底面５８に、加速度センサー素子４０が収められている。
振動型角速度センサー素子５０，６０は、配線用基板５６の側面に取り付けられている。
このような本実施形態、本変形例によれば、以下の効果がある。
（１０）振動型角速度センサー素子５０，６０の検出軸を変えることができる。
（１０）振動型角速度センサー素子５０，６０の検出軸を変えることができる。
（第５実施形態）
図９に本実施形態における複合センサー６００の概略断面図を示した。第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。以下には、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
図９に本実施形態における複合センサー６００の概略断面図を示した。第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。なお、貫通孔１２および封止部材１３については、省略してある。以下には、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
本実施形態では、収容器１０がＨ型構造であり、凹部１１に対向して凹部１８が形成されている。凹部１８の底面１８１には、例えば、センサー信号処理用集積回路７００がフリップチップ実装され、熱硬化性樹脂７１０によって埋め込まれている。
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１１）センサー信号処理用集積回路７００も含めて、より小型の複合センサー６００を得ることができる。
（１１）センサー信号処理用集積回路７００も含めて、より小型の複合センサー６００を得ることができる。
上述した実施形態以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、容積の小さい空間９０内の気体は空気以外のＨｅ、Ｎｅ等の希ガス、窒素ガス等であってもよい。空気よりも粘性係数の大きな媒体を用いることで、より大きなダンピング効果が得られる。
また、減圧しながら収容器１０と蓋体２０，２３とを接合し、貫通孔１２を容積の小さい空間９０を形成する壁に設けて、気体を導入し圧力差を設けることもできる。
例えば、容積の小さい空間９０内の気体は空気以外のＨｅ、Ｎｅ等の希ガス、窒素ガス等であってもよい。空気よりも粘性係数の大きな媒体を用いることで、より大きなダンピング効果が得られる。
また、減圧しながら収容器１０と蓋体２０，２３とを接合し、貫通孔１２を容積の小さい空間９０を形成する壁に設けて、気体を導入し圧力差を設けることもできる。
また、パッケージ３０、容積の小さい空間９０等は立方体形に限らず、円柱形状等であってもよい。
さらに、センサー信号処理用集積回路７００は容積の大小いずれか一方の空間あるいは両方に収められていてもよい。
さらに、センサー信号処理用集積回路７００は容積の大小いずれか一方の空間あるいは両方に収められていてもよい。
本願発明は上記実施例に限らず、本願発明の複合センサー１００はデジタルカメラ、カーナビゲーションシステム、携帯電話、モバイルＰＣ、およびゲームコントローラー等の電子機器にも適用可能である。本願発明の複合センサーを用いることで、センサー素子の長期的な特性の変動を抑えた電子機器を実現することができる。
１０…収容器、１２…貫通孔、１６，１９，５８…圧力の高い空間を形成する底面、２０，２３…蓋体、３０…パッケージ、３２…側壁部、４０…種類の異なるセンサー素子としての加速度センサー素子、５０，６０…種類の異なるセンサー素子としての振動型角速度センサー素子、８０…圧力の異なる複数の空間として圧力の低い空間（容積の大きい空間）、９０…圧力の異なる複数の空間としての圧力の高い空間（容積の小さい空間）、１００，２００，３００，４００，５００，６００…複合センサー、１１１…壁としての底面および圧力の低い空間を形成する底面。
Claims (6)
- 第１の気圧を有する第１空間と、前記第１の気圧よりも低い第２の気圧を有する第２空間と、を備えたパッケージを有し、
前記第１空間には、加速度センサー素子が配置され、
前記第２空間には、振動型角速度センサー素子が配置され、
前記第１空間は前記第２空間よりも容積が小さい
ことを特徴とする複合センサー。 - 請求項１に記載の複合センサーにおいて、
前記パッケージは、収容器と蓋体と仕切部とを有し、
前記第１空間および前記第２空間は、前記仕切部で仕切られていることを特徴とする複合センサー。 - 請求項１または請求項２に記載の複合センサーにおいて、
前記第１空間を形成する壁および前記第２空間を形成する壁の少なくとも一方に貫通孔が設けられ、前記貫通孔は封止部材によって封止されていることを特徴とする複合センサー。 - 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の複合センサーにおいて、
前記第１空間を形成する底面の高さと前記第２空間を形成する底面の高さとが互いに異なることを特徴とする複合センサー。 - 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の複合センサーにおいて、
前記収容器および前記蓋体のうち少なくとも一方が積層構造からなることを特徴とする複合センサー。 - 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の複合センサーを用いた電子機器。
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