JP4929858B2 - センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、一定の検出方向に変位する変位部を有するセンサ素子を、素子用樹脂部材を介して基板上に接合してなるセンサ装置に関する。

従来より、基板と、一定の検出方向に変位する変位部を有し当該変位部の検出方向への変位量を検出するセンサ素子とを備え、このセンサ素子を基板の上に搭載し、樹脂よりなる素子用樹脂部材を介して接合してなるセンサ装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

ここで、基板は、セラミックや樹脂などの基板あるいは半導体基板などよりなるもので、センサ素子としては、例えば、変位部として可動部を有し、加速度や角速度の印加によって、可動部が検出方向に変位するような加速度センサ素子あるいは角速度センサ素子などが挙げられる。

また、素子用樹脂部材としては、エポキシ系樹脂製接着剤などよりなるものが用いられ、一般的に、このセンサ装置は、当該基板の上に素子用樹脂部材を介してセンサ素子を搭載し、当該樹脂部材を加熱・硬化させることにより形成される。
特開平８−３５９８３号公報（第８図、第９図）

本発明者は、上記した従来技術に基づいて試作検討を行った。図６は、本発明者が試作した試作品としてのセンサ装置の構成を示す図であり、（ａ）はセンサ素子３０の上面図、（ｂ）は（ａ）中の一点鎖線Ｅ１−Ｅ１に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中の一点鎖線Ｅ２−Ｅ２に沿った概略断面図である。

図６に示されるように、このセンサ装置は、下地部材である基板１０の上に、素子用樹脂部材４０を介してセンサ素子３０が接合され固定されている。このセンサ素子３０の変位部３１の変位する方向すなわち検出方向は白抜き矢印Ｙである。また、素子用樹脂部材４０は、従来の一般的なものと同様、センサ素子３０全体の下部に配置されている。

このようなセンサ素子３０において、実験やシミュレーションを行った結果、温度変化が生じたとき、本来、平坦なセンサ素子３０に反りが生じることがわかった。具体的には、センサ素子３０において、素子用樹脂部材４０で固定された両端部３０ａ、３０ｂに対して当該両端部３０ａ、３０ｂの中間部が盛り上がるように反ることがわかった。これは、以下のような理由によると考えられる。

素子用樹脂部材４０による接合時、熱を加えて接合するが、このとき各部材１０、３０、４０が膨張し、室温に戻すときに収縮する。このような製造時の温度変化に加えて、使用中においても環境温度の変化などにより、各部材１０、３０、４０の膨張・収縮が同様に発生する。

ここで、この種のセンサ装置においては、半導体などよりなるセンサ素子３０の方が、素子用樹脂部材４０や基板１０よりも、熱による膨張・収縮の度合が小さい。そのため、上記温度変化が生じたときには、素子用樹脂部材４０の熱変形や、センサ素子３０と基板１０との熱膨張差などによって、センサ素子３０において上記の反りが生じる。

この場合、図６に示されるように、センサ素子３０は、検出方向Ｙも含めてほぼすべての方向において反ることがわかった。これは、センサ素子３０のほぼ全周の端部３０ａ、３０ｂが素子用樹脂部材４０で固定されているため、図６中の複数の矢印に示されるように、上記の素子用樹脂部材４０などによる温度変化時の応力が、センサ素子３０の下部にて、センサ素子３０の四隅部も含めた全周の端部３０ａ、３０ｂからセンサ素子３０の中央部に向かうように加わることによると考えられる。

図６（ｂ）は、検出方向Ｙと直交する方向Ｘにおけるセンサ素子３０の反りを示しており、図６（ｃ）は、検出方向Ｙにおけるセンサ素子３０の反りを示している。ここで、検出方向Ｙにおける反りとは、図６（ｃ）に示されるように、検出方向Ｙに平行な線でセンサ素子３０を厚さ方向に切断したとき、当該切断面の中央部３０ｃが当該切断面の両端部３０ｂを結ぶ仮想直線Ｌから外れるように反ることである。なお、この仮想直線Ｌは、センサ素子３０が反っておらず平坦な状態を示すものである。

このように、検出方向Ｙにおいてセンサ素子３０に反りが生じると、変位部３１の変位量に狂いや誤差が生じ、狙いの変位量が得られないおそれがある。容量式の力学量センサにおいては、加速度などの力学量が印加されたときに、変位部としての可動部が検出方向に変位し、検出方向にて対向する可動部と固定部との間の距離変化によって、印加力学量を検出する。

ここで、検出方向Ｙにおいてセンサ素子３０が反ると、この可動部と固定部との距離変化すなわち変位量が、設計段階における印加力学量と変位量との関係から外れたものになってしまい、検出精度に狂いが生じてしまう。特に、使用中の温度変化による反りの発生は、検出精度の悪化に対して影響が大きい。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、一定の検出方向に変位する変位部を有するセンサ素子を、素子用樹脂部材を介して基板上に接合してなる容量式のセンサ装置において、温度変化によるセンサ素子の反りによって検出精度が悪化するのを極力抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、センサ素子（３０）は、変位部としての可動電極（３１）と、検出方向（Ｙ）にて可動電極（３１）とギャップを介して対向する固定電極（３２）とを有し、可動電極（３１）と固定電極（３２）との間の検出方向（Ｙ）でのギャップにおける容量変化を検出することによって、変位部（３１）の検出方向（Ｙ）への変位量を検出するものであり、
センサ素子（３０）のうち変位部（３１）の直下、および変位部（３１）から検出方向（Ｙ）と平行に延びる部位の直下には、素子用樹脂部材（４０）を存在させずに、センサ素子（３０）のうち検出方向（Ｙ）と直交する方向（Ｘ）にて対向する両端部（３０ｂ）の直下に、素子用樹脂部材（４０）を配置し、当該両端部（３０ｂ）を、素子用樹脂部材（４０）を介して基板（１０、２０）に接合し、
変位部（３１）を、センサ素子（３０）の一面側に設け、センサ素子（３０）を、この変位部（３１）の位置する一面側を基板（１０、２０）に向けて、基板（１０、２０）の上に搭載したことを、特徴とする。

それによれば、センサ素子（３０）のうち検出方向（Ｙ）と直交する方向（Ｘ）にて対向する両端部（３０ｂ）は素子用樹脂部材（４０）を介して基板（１０、２０）に固定され、当該直交する方向（Ｘ）では反りが生じるが、センサ素子（３０）のうち変位部（３１）を挟んで検出方向（Ｙ）に対向する両端部（３０ａ）および当該両端部（３０ａ）の間は素子用樹脂部材（４０）で固定されていないため、温度変化が生じても、検出方向（Ｙ）におけるセンサ素子（３０）の反りが生じにくい。

さらに、センサ素子（３０）を、この変位部（３１）の位置する一面側を基板（１０、２０）に向けて基板（１０、２０）の上に搭載するようにすれば、センサ素子（３０）において反りの径の小さな面側に変位部（３１）を位置させることができ、変位部（３１）に対するセンサ素子（３０）の反りの影響を小さくできる。
よって、本発明によれば、温度変化によるセンサ素子（３０）の反りによって検出精度が悪化するのを極力抑制することができる。

この場合、センサ素子（３０）を、矩形板状をなすものとし、検出方向（Ｙ）を、センサ素子（３０）における１組の対向する両辺（３０ａ）が隔てられている方向と同じ方向とすれば、素子用樹脂部材（４０）は、センサ素子（３０）のうち検出方向（Ｙ）と直交する方向（Ｘ）にて対向する両辺（３０ｂ）の直下にて、検出方向（Ｙ）と平行に延びるように配置されているものにできる。

また、上記構成においては、基板（１０）は、セラミックパッケージまたは樹脂基板とすることができる。

また、上記構成においては、基板（１０、２０）としては、その上にセンサ素子（３０）が接合される第１の基板（２０）と、この第１の基板（２０）の下に設けられて第１の基板（２０）を支持する第２の基板（１０）とを備えるとともに、これら第１および第２の基板（１０、２０）が、樹脂よりなる基板用樹脂部材（５０）を介して接合されたものにできる。

この場合、基板用樹脂部材（５０）は、第１の基板（２０）のうち変位部（３１）と重なる部位の直下、および当該重なる部位から検出方向（Ｙ）と平行に延びる部位の直下には、存在させず、第１の基板（２０）のうち検出方向（Ｙ）と直交する方向（Ｘ）にて対向する両端部（２０ｂ）の直下に、配置してもよい。

このように、基板（１０、２０）が基板用樹脂部材（５０）を介して接合された２層構造を有するものである場合、上記した素子用樹脂部材の熱変形によるセンサ素子の反りの問題と同様に、この基板用樹脂部材（５０）の熱変形による第１の基板（２０）の反りの問題が生じる可能性がある。

そして、検出方向（Ｙ）において第１の基板（２０）に反りが生じると、この基板の反りが、その上のセンサ素子（３０）を検出方向（Ｙ）において同様に反らせてしまい、問題となる可能性がある。

このことを考慮して、基板用樹脂部材（５０）の配置構成を上記のようにすれば、第１の基板（２０）について、上述したセンサ素子（３０）の反りに関する効果と同様の効果が得られ、検出方向（Ｙ）において温度変化により生じる第１の基板（２０）の反りを抑制することができる。そのため、この第１の基板（２０）の反りによって、その上のセンサ素子（３０）が検出方向（Ｙ）において反るのを抑制できる。

また、基板（１０、２０）が基板用樹脂部材（５０）を介して接合された２層構造を有するものである場合、第１の基板としては、センサ素子（３０）と電気的に接続された回路チップ（２０）を用い、第２の基板としては、センサ素子（３０）および回路チップ（２０）と電気的に接続されたセラミックパッケージ（１０）を用いることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサ装置としての加速度センサ装置１００の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中の一点鎖線Ａ１−Ａ１に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中の一点鎖線Ａ２−Ａ２に沿った概略断面図である。なお、図１において（ａ）は（ｂ）中の矢印Ａ３方向から見た図である。

この加速度センサ装置１００は、特に限定するものではないが、たとえば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作動制御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセンサなどに適用することができる。

図１に示されるように、この加速度センサ装置１００は、大きくは、セラミックパッケージ１０と、このセラミックパッケージ１０上に支持された回路チップ２０と、この回路チップ２０上に支持されたセンサ素子３０と、セラミックパッケージ１０、回路チップ２０、センサ素子３０間に介在され各部を接合する樹脂部材４０、５０と、を備えて構成されている。

セラミックパッケージ１０は、センサ素子３０および回路チップ２０を収納するものであって、加速度センサ装置１００の本体を区画形成する基部となる。そして、このセラミックパッケージ１０は、被測定体の適所に取り付けられ、このセラミックパッケージ１０を介して加速度センサ装置１００と外部との電気的なやりとりが行われるようになっている。

このセラミックパッケージ１０は、例えば、アルミナなどのセラミック層が複数積層された積層基板として構成されており、このパッケージ１０における配線は、図示しないが、各セラミック層の表面や各セラミック層に形成されたスルーホールの内部などに形成されている。そして、この配線を介して加速度センサ装置１００と外部とが電気的に接続可能となっている。

回路チップ２０は、このパッケージ１０の底面に搭載され、樹脂よりなる基板用樹脂部材５０を介して接合され固定されている。この回路チップ２０は、センサ素子３０からの出力信号を処理するための検出回路などが形成されたものである。たとえば、回路チップ２０は、シリコン基板等の半導体基板に半導体プロセスを用いてＭＯＳトランジスタ素子などを形成し、回路を構成したものである。

この回路チップ２０の上には、樹脂よりなる素子用樹脂部材４０を介してセンサ素子３０が搭載され、これら回路チップ２０とセンサ素子３０とは、この素子用樹脂部材４０を介して接合され固定されている。

本実施形態では、回路チップ２０は、その上にセンサ素子３０が接合される第１の基板２０として構成され、セラミックパッケージ１０は、回路チップ２０の下に設けられて回路チップ２０を支持する第２の基板１０として構成されている。

そして、これら第１の基板としての回路チップ２０と第２の基板としてのセラミックパッケージ１０は、基板用樹脂部材５０を介して接合されており、一体化された回路チップ２０およびセラミックパッケージ１０が基板１０、２０として構成されている。そして、この基板１０、２０の上に素子用樹脂部材４０を介して、センサ素子３０が接合されている。

ここで、センサ素子３０は、一定の検出方向Ｙに変位する変位部３１を有し、この変位部３１の検出方向Ｙへの変位量を検出するものである。本実施形態では、センサ素子３０は加速度センサ素子であり、変位部３１の検出方向Ｙへの変位量に基づき、当該検出方向Ｙへの加速度を検出するものである。

本例では、センサ素子３０は、図１に示されるように、矩形板状をなすものであり、検出方向Ｙは、センサ素子３０における１組の対向する両辺３０ａが隔てられている方向と同じ方向である。また、図１に示されるように、センサ素子３０のうち検出方向Ｙと直交する方向Ｘにて対向する両端部としての両辺に、符号３０ｂを付してある。

ここで、素子用樹脂部材４０および基板用樹脂部材５０は、これら各樹脂部材４０、５０を各部間に介在させた状態で、加熱して硬化させることで、当該各部同士を接合する熱硬化性樹脂よりなる。

これら素子用樹脂部材４０および基板用樹脂部材５０は、互いに同じ熱硬化性樹脂材料でも、互いに異なる熱硬化性樹脂材料でもよい。また、これら樹脂部材４０、５０は熱硬化性樹脂に導電性粒子または非導電性粒子が添加されたものでもよい。要は、各樹脂部材４０、５０は、上記した各部同士の接合を行えるものであればよい。

このようなものとしては、熱硬化性樹脂単独もしくは上記の粒子が添加された形態での樹脂部材４０、５０のガラス転移温度が、１００℃以上であるものが好ましく、それにより良好な接着強度を確保できる。また、樹脂部材４０、５０を構成する熱硬化性樹脂としては、−４０℃から１５０℃の範囲における熱膨張係数が３００ｐｐｍ／℃以下であるものが好適に用いられる。

具体的に、これら樹脂部材４０、５０としては、エポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂などよりなるものが挙げられる。また、その材料形態としては、加熱して硬化させるものであるならば、フィルム状に成形されたものでもよく、ペースト状のものでもよい。

そして、素子用樹脂部材４０は、図１に示されるように、センサ素子３０のうち変位部３１の直下、および変位部３１から検出方向Ｙと平行に延びる部位の直下には存在せず、センサ素子３０のうち検出方向Ｙと直交する方向Ｘにて対向する両端部としての両辺３０ｂの直下に、配置されている。

本例では、上述したように、検出方向Ｙは、矩形板状をなすセンサ素子３０における１組の対向する両辺３０ａが隔てられている方向と同じであるが、素子用樹脂部材４０は、検出方向Ｙと直交する方向Ｘにて対向する両辺３０ｂの直下にて、検出方向Ｙと平行に延びるように配置されている。

このような素子用樹脂部材４０の配置において、センサ素子３０のうち検出方向Ｙと直交する方向Ｘにて対向する両辺３０ｂは、素子用樹脂部材４０を介して基板１０、２０すなわち回路チップ２０に接合されている。

一方、センサ素子３０のうち変位部３１および変位部３１から検出方向Ｙにて対向する両端部としての両辺３０ａまで延びる部位は、基板１０、２０すなわち回路チップ３０から浮いた状態となっている。

また、基板用樹脂部材５０は、図１に示されるように、回路チップ２０のうちセンサ素子３０の変位部３１と重なる部位の直下、および当該重なる部位から検出方向Ｙと平行に延びる部位の直下には存在せず、回路チップ２０のうち検出方向Ｙと直交する方向Ｘにて対向する両端部２０ｂの直下に、配置されている。

本例では、回路チップ２０は矩形板状をなすものであり、１組の両辺２０ａが検出方向Ｙにおいて対向するように配置されている。そして、基板用樹脂部材５０は、回路チップ２０において、検出方向Ｙと直交する方向Ｘにて対向する両端部である両辺２０ｂの直下にて、検出方向Ｙと平行に延びるように配置されている。

このような基板用樹脂部材５０の配置において、回路チップ２０のうち検出方向Ｙと直交する方向Ｘにて対向する両辺２０ｂは、基板用樹脂部材５０を介してセラミックパッケージ１０に接合されている。

一方、回路チップ２０のうちセンサ素子３０の変位部３１と重なる部位および当該重なる部位から検出方向Ｙにて対向する両辺２０ａまで延びる部位は、セラミックパッケージ１０から浮いた状態となっている。

ここで、このような樹脂部材４０、５０を介して積層されたセンサ素子３０と回路チップ２０とセラミックパッケージ１０とは、互いに電気的に接続され、これら各部１０、２０、３０間で電気的な信号のやりとりが可能となっている。図示しないが、センサ素子３０、回路チップ２０、セラミックパッケージ１０は、公知のボンディングワイヤやバンプなどにより電気的に接合される。

例えば、センサ素子３０における回路チップ２０と対向する面にバンプを設け、このバンプに対向する回路チップ２０の面に素子用樹脂部材４０が存在する場合には、加熱して素子用樹脂部材４０を軟化させた状態で、当該バンプをセンサ素子３０に押しつけ、当該バンプにより素子用樹脂部材４０を突き破ってセンサ素子３０に接触させることで、当該バンプによる電気的な接続が可能となる。

また、上述したが、各樹脂部材４０、５０には導電性粒子、例えば銀や銅などの金属粒子を添加することで、導電性を持たせることができる。これを利用して、導電性接合部材としての各樹脂部材４０、５０により、センサ素子３０、回路チップ２０、セラミックパッケージ１０同士を電気的に接合してもよい。

ここで、本実施形態におけるセンサ素子３０について、さらに述べておく。図１に示されるように、変位部３１は、センサ素子３０の一面側に設けられており、センサ素子３０は、この一面側を基板１０、２０すなわち回路チップ２０に向けて基板１０、２０の上に搭載されている。

図２は、図１（ｂ）、（ｃ）中のセンサ素子３０の下面すなわち変位部３１が設けられている面の概略平面構成を示す図である。なお、この図２に示される変位部３１を含む構成は、あくまで加速度センサ素子としての変位部３１の一例を示すものである。

本例のセンサ素子３０は、半導体チップよりなるもの、たとえば、第１のシリコン基板と第２のシリコン基板とを酸化膜を介して貼り合わせてなるＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板により構成されたものにできる。

そして、センサ素子３０は、可動電極と固定電極との間の容量変化に基づいて加速度を検出する静電容量式加速度センサチップとして構成されている。この静電容量式加速度センサチップは、周知のものであるため、ここではその概略を述べる。

図２に示されるように、センサ素子３０には、互いに対向する櫛歯状の可動電極３１と固定電極３２とを備えた梁構造体３３が形成されており、図２中の検出方向Ｙに力学量としての加速度が印加されると、可動電極３１がこの検出方向Ｙへ変位する。このように、可動電極３１が変位部３１として構成されている。

なお、図２に示されるように、センサ素子３０には電気的な取り出しを行うための各パッド３４が設けられており、このパッド３４にて、上記したボンディングワイヤやバンプ、あるいは導電性接合部材としての素子用樹脂部材４０を介した電気的な接続が行われるようになっている。

そして、この可動電極３１の検出方向Ｙへの変位量に基づいて両電極３１、３２間の静電容量信号が変化し、この容量信号は、回路チップ２０へ取り出され、回路チップ２０にて電圧等の信号に変換される。

この変換された信号は、パッケージ１０へ伝達され、パッケージ１０に備えられた上記配線から外部へ出力される。このようにして、印加される加速度が検出されるようになっている。

次に、本実施形態に係るセンサ装置１００の製造方法の一例を述べる。上記ＳＯＩ基板などの半導体基板を周知の半導体製造技術を用いて加工することにより、センサ素子３０を形成する。

次に、センサ素子３０と回路チップ２０との間に上記図１に示されるようなパターンにて素子用樹脂部材４０を介在させ、これら両者２０、３０を、素子用樹脂部材４０を介して貼り付ける。なお、素子用樹脂部材４０の配設方法としては、ペースト材を用いる場合には塗布や印刷などによる方法を用い、フィルム材を用いる場合には所望の形状に切り出したフィルムを仮圧着する方法などを用いる。

その後、加熱・加圧して素子用樹脂部材４０を硬化させることにより、素子用樹脂部材４０を介してセンサ素子３０と回路チップ２０とを接合する。一例として、素子用樹脂部材４０としてエポキシ系樹脂よりなるフィルムを用いた場合には、仮圧着の条件は、５０℃〜８０℃で５分間〜１０分間程度であり、硬化の条件は、例えば１５０℃で１時間以上である。

次に、センサ素子３０に接合された回路チップ２０と、セラミックパッケージ１０との間に上記図１に示されるようなパターンにて基板用樹脂部材５０を介在させ、これら両者１０、２０を、基板用樹脂部材５０を介して貼り付ける。その後、加熱・加圧して基板用樹脂部材５０を硬化させることにより、これら回路チップ２０とセラミックパッケージ１０とを接合する。

なお、基板用樹脂部材５０の配設方法や硬化の条件などについては、上記素子用樹脂部材４０の場合と同様である。ここで、センサ素子３０、回路チップ２０、セラミックパッケージ１０の各部の接合順序は、上記例に限定されるものではない。

例えば、回路チップ２０とセラミックパッケージ１０とを先に基板用樹脂部材５０を介して接合し、その後、これとセンサ素子３０とを素子用樹脂部材４０を介して接合してもよい。また、センサ素子３０、回路チップ２０、セラミックパッケージ１０の３部材を一括して、樹脂部材４０、５０を介して積層した後、加熱・加圧することで、これら３部材を同時に接合してもよい。

こうして、各部１０〜３０の樹脂部材４０、５０を介した接合がなされ、その後は、必要に応じてワイヤボンディングなどを行う。こうして、本実施形態のセンサ装置１００ができあがる。

ところで、本実施形態のセンサ装置１００によれば、素子用樹脂部材４０を、センサ素子３０のうち変位部３１の直下、および変位部３１から検出方向Ｙと平行に延びる部位の直下には存在させずに、検出方向Ｙと直交する方向Ｘにて対向する両端部３０ｂの直下に配置し、当該両端部３０ｂを、素子用樹脂部材４０を介して基板１０、２０に固定している（図１参照）。

ちなみに、従来では、素子用樹脂部材４０は、上記図６に示したように、基板１０、２０とセンサ素子３０との間の全体に配置することが一般的であった。このような従来の配置構成に対して、本実施形態によれば、温度変化が生じても、検出方向Ｙにおけるセンサ素子３０の反りを極力小さいものにでき、当該センサ素子３０の反りによって検出精度が悪化するのを極力抑制することができる。

なお、検出方向Ｙにおける反りとは、上記図６（ｃ）に示したように、検出方向Ｙに平行な線でセンサ素子３０を厚さ方向に切断したとき、当該切断面の中央部３０ｃが当該切断面の両端部３０ａを結ぶ仮想直線Ｌから外れるように反ることである。また、温度変化とは、上述したように、製造時の加熱などによる温度変化や使用時温度変化などのことである。

この素子用樹脂部材４０の配置パターンによる作用効果について、図３を参照して述べる。図３は、本実施形態のセンサ装置１００の部分構成を示す図であり、（ａ）はセンサ素子３０の上面図、（ｂ）は（ａ）中の一点鎖線Ｂ１−Ｂ１に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中の一点鎖線Ｂ２−Ｂ２に沿った概略断面図である。

本実施形態においては、上記した素子用樹脂部材４０などによる温度変化時の応力は、図３中の複数の矢印に示されるように、センサ素子３０の下部にて、センサ素子３０における素子用樹脂部材４０で固定されている両端部３０ａ、３０ｂから、センサ素子３０の中央部に向かうように加わる。それにより、検出方向Ｙと直交する方向Ｘにおいてはセンサ素子３０の反りが生じる（図３（ｂ）参照）。

しかし、本実施形態では、センサ素子３０のうち変位部３１を挟んで検出方向Ｙに対向する両端部３０ａおよび当該両端部３０ａの間は、下地である基板１０、２０に固定されておらず、解放されている。

そのため、温度変化が生じても、素子用樹脂部材４０などによる温度変化時の応力は、センサ素子３０において検出方向Ｙに対向する両端部３０ａから中央部に向かっては、ほとんど発生せず、検出方向Ｙにおけるセンサ素子３０の反りが生じにくい（図３（ｃ）参照）。

また、本実施形態では、基板１０、２０を、センサ素子３０が接合される第１の基板としての回路チップ２０と、この下に基板用樹脂部材５０を介して接合された第２の基板としてのセラミックパッケージ１０とにより構成している。

そして、このような積層構成の基板１０、２０においては、回路チップ２０とセラミックパッケージ１０との間に介在する基板用樹脂部材５０の熱変形などにより、回路チップ２０が反る可能性がある。そして、回路チップ２０が反ると、その上のセンサ素子３０が検出方向Ｙにおいて反ることも起こりうる。

それに対して、本実施形態では、基板用樹脂部材５０の配置パターンを、上記素子用樹脂部材４０と相似形状とすることにより、回路チップ２０の検出方向Ｙにおける反りを抑制することによって、センサ素子３０が検出方向Ｙにおいて反るのを極力防止することができる。ここで、回路チップ２０の検出方向Ｙにおける反りの抑制のメカニズムは、上記したセンサ素子３０の場合と同様である。また、図示しないが、検出方向Ｙにおける回路チップ２０の反りとは、上記図６（ｃ）に示したセンサ素子３０の場合と同様である。つまり、検出方向Ｙに平行な線で回路チップ２０を厚さ方向に切断したとき、当該切断面の中央部が当該切断面の両端部を結ぶ仮想直線から外れるように反ることである。

また、本実施形態では、図１に示したように、センサ素子３０を、変位部３１を有する面側を回路チップ２０すなわち基板１０、２０に向けて、回路チップ２０の上に搭載している。

本実施形態では、従来のように、センサ素子３０の下部の全体ではなく、変位部３１を外して部分的に素子用樹脂部材４０を配置しているため、変位部３１が位置する面を基板１０、２０側に向けてセンサ素子３０を搭載することも可能である。

また、上記図３や上記図６に示したように、センサ素子３０においては、基板１０、２０側に固定されたセンサ素子３０の端部を固定点として上方に湾曲するように反るため、基板１０、２０側の面の方が基板１０、２０と反対側の面よりも、センサ素子３０における反りの円弧の径が小さい。

そこで、本実施形態のように、変位部３１の位置する面側を基板１０、２０に向けてセンサ素子３０を搭載すれば、センサ素子３０において反りの径の小さな面側に変位部３１を位置させることができる。その結果として、変位部３１に対する反りの影響を小さくすることができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るセンサ装置としての加速度センサ装置２００の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中の一点鎖線Ｃ１−Ｃ１に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中の一点鎖線Ｃ２−Ｃ２に沿った概略断面図である。なお、図４において（ａ）は（ｂ）中の矢印Ｃ３方向から見た図である。

本実施形態の加速度センサ装置２００は、上記第１実施形態のものに比べて、変位部３１の位置する面側を基板１０、２０とは反対側に向けて、センサ素子３０を基板１０、２０上に搭載したものである。それ以外は、上記第１実施形態と同様である。

したがって、本実施形態においても、センサ素子３０において反りの径の小さな面側に変位部３１を位置させることによる上記効果を除けば、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏するものである。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係るセンサ装置としての加速度センサ装置３００の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中の一点鎖線Ｄ１−Ｄ１に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中の一点鎖線Ｄ２−Ｄ２に沿った概略断面図である。なお、図５において（ａ）は（ｂ）中の矢印Ｄ３方向から見た図である。

上記各実施形態では、基板１０、２０を、センサ素子３０が接合される第１の基板としての回路チップ２０と、この下に基板用樹脂部材５０を介して接合された第２の基板としてのセラミックパッケージ１０とにより構成したが、基板としては、このような２層もしくは３層以上の積層構造以外にも、単層であってもよい。

本実施形態では、基板１０はセラミックパッケージ１０のみの単層構成としている。図５に示される例では、上記図４において、回路チップ３０および基板用樹脂部材５０を省略し、センサ素子３０を、素子用樹脂部材４０を介して、直接セラミックパッケージ１０の上に接合したものである。

この場合、センサ素子３０の信号処理は、セラミックパッケージ１０上に別途設けた図示しない回路基板にて行うようにすればよい。あるいは、センサ素子３０に信号処理用の回路部を一体化して設けてもよい。

そして、本実施形態においても、素子用樹脂部材４０を上記したものと同様のパターンに配置することにより、温度変化が生じても、検出方向Ｙにおけるセンサ素子３０の反りを極力小さいものにでき、当該センサ素子３０の反りによって検出精度が悪化するのを極力抑制することができる。

（他の実施形態）
なお、素子用樹脂部材４０の配置パターンについては、上記した各実施形態の図に示されるものに限定されるものではない。これら以外にも、温度変化による検出方向Ｙにおけるセンサ素子３０の反りが、小さくなるように、基板１０、２０とセンサ素子３０との間に部分的に配置されていれば、任意のパターンが可能である。

例えば、上記図１において、センサ素子３０のうち検出方向Ｙと直交する方向Ｘにて対向する両辺３０ｂの両方でなくどちらか片側だけの辺に、素子用樹脂部材４０を配置したり、あるいは、変位部３１の直下のみに部分的に、素子用樹脂部材４０を配置したりすることで、上記効果を発揮できると考えられる。そして、上記効果を発揮するためのパターンを決めることは、有限要素法解析によるシミュレーションや試作実験などを行うことにより実現可能である。

また、積層構造の基板１０、２０における基板用樹脂部材５０の配置パターンについても、上記した各実施形態の図に示されるパターンに限定されるものではない。これ以外にも、温度変化が生じたとき、検出方向Ｙにおける回路チップ２０の反りが、小さくなるように、回路チップ２０とセラミックパッケージ１０との間に部分的に配置するならば、任意のパターンが可能である。たとえば、上記素子用樹脂部材４０に関して挙げた変形パターンと相似形状のパターンが、基板用樹脂部材５０に関して採用可能である。

また、積層構造の基板１０、２０においては、センサ素子３０と接合される第１の基板は回路チップ２０以外のものでもよいし、その下の第２の基板はセラミックパッケージ１０以外のものでもよい。さらには、３層以上の構造でもよい。

また、センサ素子１０としては、一定の検出方向Ｙに変位する変位部３１を有し変位部３１の検出方向Ｙへの変位量を検出するものならば、半導体チップよりなるものでなくてもよい。例えば、センサ素子１０は、力学量が印加された時に変位し電気信号を出力する圧電体などで構成されているものでもよい。

また、センサ素子１０は矩形板状でなくてもよく、例えば円形板状のチップなどであってもよい。さらには、センサ素子１０は、公知である音叉型の加速度検出振動子などであってもよい。また、センサ素子１０は、加速度センサ素子でなくてもよく、例えば角速度センサ素子などであってもよい。

また、上記各実施形態に示したセラミックパッケージ１０は、当該セラミックパッケージ１０と同様の機能を果たすものであるならば、セラミックでなるものでなくてもよく、樹脂よりなるパッケージでもよい。さらには、プリント基板などの樹脂基板にて代用してもよい。

本発明の第１実施形態に係る加速度センサ装置の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ１−Ａ１概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＡ２−Ａ２概略断面図である。 センサ素子における変位部の一例を示す概略平面図である。 第１実施形態の作用効果を説明するためのセンサ装置の部分構成を示す図であり、（ａ）はセンサ素子の上面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ１−Ｂ１概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ２−Ｂ２概略断面図である。 本発明の第２実施形態に係る加速度センサ装置の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ１−Ｃ１概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＣ２−Ｃ２概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る加速度センサ装置の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）中のＤ１−Ｄ１概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＤ２−Ｄ２概略断面図である。 本発明者の試作品としてのセンサ装置の構成を示す図であり、（ａ）はセンサ素子の上面図、（ｂ）は（ａ）中のＥ１−Ｅ１概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＥ２−Ｅ２概略断面図である。

符号の説明

１０…第２の基板としてのセラミックパッケージ、
２０…第１の基板としての回路チップ、
２０ａ…検出方向にて対向する回路チップの両辺、
２０ｂ…検出方向と直交する方向にて対向する回路チップの両辺、
３０…センサ素子、３０ａ…検出方向にて対向するセンサ素子の両辺、
３０ｂ…検出方向と直交する方向にて対向するセンサ素子の両辺、
３１…センサ素子の変位部、４０…素子用樹脂部材、５０…基板用樹脂部材、
Ｘ…検出方向と直交する方向、Ｙ…検出方向。

Claims (6)

1. 基板（１０、２０）と、
   一定の検出方向（Ｙ）に変位する変位部（３１）を有し、前記変位部（３１）の前記検出方向（Ｙ）への変位量を検出するセンサ素子（３０）と、を備え、
   前記センサ素子（３０）を前記基板（１０、２０）の上に搭載し、樹脂よりなる素子用樹脂部材（４０）を介して接合してなるセンサ装置において、
   前記センサ素子（３０）は、前記変位部としての可動電極（３１）と、前記検出方向（Ｙ）にて前記可動電極（３１）とギャップを介して対向する固定電極（３２）とを有し、前記可動電極（３１）と前記固定電極（３２）との間の前記検出方向（Ｙ）での前記ギャップにおける容量変化を検出することによって、前記変位部（３１）の前記検出方向（Ｙ）への変位量を検出するものであり、
   前記センサ素子（３０）のうち前記変位部（３１）の直下、および前記変位部（３１）から前記検出方向（Ｙ）と平行に延びる部位の直下には、前記素子用樹脂部材（４０）が存在せず、
   前記センサ素子（３０）のうち前記検出方向（Ｙ）と直交する方向（Ｘ）にて対向する両端部（３０ｂ）の直下に、前記素子用樹脂部材（４０）が配置され、当該両端部（３０ｂ）は前記素子用樹脂部材（４０）を介して前記基板（１０、２０）に接合されており、
   前記変位部（３１）は、前記センサ素子（３０）の一面側に設けられており、
   前記センサ素子（３０）は、この一面側を前記基板（１０、２０）に向けて前記基板（１０、２０）の上に搭載されていることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記センサ素子（３０）は矩形板状をなすものであり、
   前記検出方向（Ｙ）は、前記センサ素子（３０）における１組の対向する両辺（３０ａ）が隔てられている方向と同じ方向であり、
   前記素子用樹脂部材（４０）は、前記センサ素子（３０）のうち前記検出方向（Ｙ）と直交する方向（Ｘ）にて対向する両辺（３０ｂ）の直下にて、前記検出方向（Ｙ）と平行に延びるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記基板（１０）は、セラミックパッケージまたは樹脂基板であることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. 前記基板（１０、２０）は、その上に前記センサ素子（３０）が接合される第１の基板（２０）と、この第１の基板（２０）の下に設けられて前記第１の基板（２０）を支持する第２の基板（１０）とを備えるとともに、これら第１および第２の基板（１０、２０）が、樹脂よりなる基板用樹脂部材（５０）を介して接合されたものであり、
   前記基板用樹脂部材（５０）は、前記第１の基板（２０）のうち前記変位部（３１）と重なる部位の直下、および当該重なる部位から前記検出方向（Ｙ）と平行に延びる部位の直下には、存在せず、
   前記第１の基板（２０）のうち前記検出方向（Ｙ）と直交する方向（Ｘ）にて対向する両端部（２０ｂ）の直下に、配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ装置。
5. 前記第１の基板は、前記センサ素子（３０）と電気的に接続された回路チップ（２０）であり、前記第２の基板は、前記センサ素子（３０）および前記回路チップ（２０）と電気的に接続されたセラミックパッケージ（１０）であることを特徴とする請求項４に記載のセンサ装置。
6. 前記センサ素子（３０）は、半導体チップよりなるものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のセンサ装置。

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