JP5070778B2 - 力学量センサ - Google Patents

Description

本発明は、力学量の印加により変位可能な可動部を有し当該可動部の変位に伴う容量変化に基づいて力学量を検出するセンサチップを備えた力学量センサに関する。

従来より、この種の力学量センサとして、半導体チップに可動部を含む検出部を形成してなる角速度検出用、加速度検出用のセンサチップを備えたものが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。

このものは、角速度や加速度といった力学量の印加により変位する可動部と、この可動部に対向する固定部とにより検出部を構成し、当該力学量の印加によるこれら可動部と固定部との間の容量変化に基づいて当該力学量を求めるものである。そして、従来では、センサチップを基材としての回路チップ上に搭載し、回路チップとセンサチップの間に柔らかい接着層を設けることにより、熱ひずみを低減していた。

一方、従来より、ＩＣチップなどの半導体チップをフェースダウン実装により、回路基板などの基材に対して、金などのバンプを介してバンプ接合してなる構造が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
特開２００６−９８１６８号公報 特開２０００−９４７１号公報 特開２００１−２１７２８０号公報

ここで、本発明者は、上記特許文献１〜３の従来技術を鑑みて、上記した力学量検出を行うセンサチップを、半導体チップと同様にして、基材に対してバンプ接合する構成を検討した。この場合には、センサチップのパッドと基材とをバンプにて接合し固定することになる。

従来のセンサチップは矩形板状をなすものであり、その中央部に検出部を配置しており、センサチップの複数個のパッドは、当該検出部の周囲に位置するセンサチップのコーナー部に配置された構成となっていた。そのため、センサチップを基材にバンプ接合する構成とした場合には、センサチップのコーナー部が、基材に対してバンプによって固定されることになる。

ここで、基材とセンサチップとが硬い金などのバンプで接続されているため、熱ひずみによる応力や組み付け時に発生する応力がダイレクトにセンサチップに伝わり、チップ変形が大きくなる。このセンサチップ１００の変形の様子を図７に示す。

一方、この種の力学量センサでは、一般に１つのセンサチップに検出部を複数個設け、各検出部間の容量の差動出力を回路側でとることにより、外乱により発生する静電容量変化をキャンセルし、目的とする容量変化だけを取り出すようにしている。

ここで、本発明者の検討によれば、上記した応力によりセンサチップが変形して静電容量変化が発生する影響は、図７（ａ）、（ｂ）に示されるように、センサチップ１００が図７中のｘ軸方向やｙ軸方向など一定の方向に変形した場合は、上記差動出力をとる方法によってキャンセルできる。

しかし、図７（ｃ）に示されるように、センサチップ１００がねじれ変形した場合には、このねじれ変形により静電容量変化が発生する影響は、キャンセルすることができず、結果的に、温度特性などのセンサ特性が悪化することになる。

本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、可動部の変位に伴う容量変化に基づいて力学量を検出する検出部および複数個のパッドが形成されている矩形板状のセンサチップを備え、バンプを介してセンサチップのパッドと基材である回路チップとを電気的・機械的に接続してなる力学量センサにおいて、センサチップのねじれ変形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、可動部（３ａ、４ａ）の変位に伴う容量変化に基づいて力学量を検出する検出部（３、４）は、矩形板状のセンサチップ（１００）を２等分する中心線（Ｌ１）の一側と他側とにそれぞれ線対称形状に設けられた２個のものを備えてなり、
２個の検出部（３、４）における可動部（３ａ、４ａ）は、それぞれ、一方向に駆動振動するとともに力学量としての角速度が印加されたときに、この駆動振動の方向とは直交する方向に印加されるコリオリ力によって検出振動するものとして構成されており、
矩形板状のセンサチップ（１００）に形成される複数個のパッド（５０〜５４）を、センサチップ（１００）のコーナー部（１０１）に設けずに、コーナー部（１０１）を回路チップ（２００）に対してリリースされた状態とし、
さらに、複数個のパッド（５０〜５４）は、中心線（Ｌ１）上に沿って配置されているとともに検出振動の方向に沿って配列される複数個の検出振動方向側パッド（５１、５４）を包含していることを特徴とする。

上記図７（ｃ）に示したようなセンサチップ（１００）のねじれ変形は、回路チップ（２００）に対してセンサチップ（１００）のコーナー部（１０１）が固定されていることにより発生する。それに対して、請求項１に記載の発明では、矩形板状のセンサチップ（１００）に形成される複数個のパッド（５０〜５４）として、中心線（Ｌ１）上に沿って配置されているとともに検出振動の方向に沿って配列される複数個の検出振動方向側パッド（５１、５４）を包含しており、センサチップ（１００）のコーナー部（１０１）が回路チップ（２００）に固定されずにリリースされた状態としているから、当該ねじれ変形を極力抑制することができる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の力学量センサにおいて、複数個のパッド（５０〜５４）は、センサチップ（１００）の中央部に配置される少なくとも１個の中央部パッド（５１、５３）を包含しており、センサチップ（１００）の中央部が中央部パッド（５１、５３）およびバンプ（４００）を介して回路チップ（２００）に接続されようにすることが好ましい。

このようにセンサチップ（１００）の中央部に少なくとも１個の中央部パッド（５１、５３）を設け、この中央部にてセンサチップ（１００）を中央部パッド（５１、５３）およびバンプ（４００）を介して回路チップ（２００）に固定支持すれば、センサチップ（１００）の支持を強固にすることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の力学量センサにおいて、複数個のパッド（５０〜５４）は、センサチップ（１００）における検出部（３、４）が形成されている領域に配置された少なくとも１個の検出部側パッド（５０、５２）を包含することが好ましい。

また、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の力学量センサにおいて、２個の検出部（３、４）が、それぞれ可動部（３ａ、４ａ）とこれに対向する固定部（３ｂ、４ｂ）とを有し、角速度の印加によるこれら可動部（３ａ、４ａ）と固定部（３ｂ、４ｂ）との間の容量変化に基づいて角速度を求めるものであり、
検出部側パッド（５０、５２）は、固定部（３ｂ、４ｂ）が形成されている領域に配置されているものにできる。

さらに、請求項５に記載の発明のように、請求項４に記載の力学量センサにおいて、固定部（３ｂ、４ｂ）が形成されている領域に配置された検出部側パッド（５０、５２）を複数個のものとし、当該複数個の検出部側パッド（５０、５２）を、駆動振動の方向に沿って配列すれば、上記ねじれ変形の防止のために好ましい。

また、請求項６に記載の発明のように、請求項５に記載の力学量センサにおいて、検出振動の方向に沿って配列される複数個の検出振動方向側パッド（５１、５４）と駆動振動の方向に沿って配列される複数個の検出部側パッド（５０、５２）を、センサチップ（１００）の中央部を交差部分とした十字形状に配列すれば、センサチップ（１００）の支持強度を向上し、且つ、回路チップ（２００）上におけるセンサチップ（１００）の傾きを抑えやすくでき、好ましい。

請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載の力学量センサにおいて、複数個の検出振動方向側パッド（５１、５４）と複数個の検出部側パッド（５０、５２）とによる十字形の配列形状は、交差部分からセンサチップ（１００）の各辺の中心に向かって延びるような十字形状とすることができる。

また、請求項８に記載の発明のように、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の力学量センサにおいて、複数個のパッド（５０〜５４）の一部を、ダミーパッドとすれば、センサチップ（１００）の支持強度の向上やセンサチップ（１００）の傾きの抑制を実現するうえで、パッドの数を十分に確保できるため、好ましい。
また、請求項９に記載の発明のように、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の力学量センサにおいて、２個の検出部（３、４）と複数個のパッド（５０〜５４）は、センサチップ（１００）の同一面側に設け、センサチップ（１００）における検出部（３、４）側の面を回路チップ（２００）に対向させた状態で、バンプ（４００）を介した接続を行うようにすればよい。

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。

図１は、本発明の実施形態に係る力学量センサとしての角速度センサＳ１の概略断面構成を示す図である。また、図２は、図１に示される角速度センサＳ１におけるセンサチップ１００の概略平面構成を示す図であり、同センサチップ１００を構成する支持基板２の上面からみた概略平面図である。

本実施形態の角速度センサＳ１は、大きくは、図１に示されるように、センサチップ１００と、基材としての回路チップ２００とこれらを収納するパッケージ３００を備え、パッケージ３００に接着剤５００を介して回路チップ２００を固定し、その上にバンプ４００を介してセンサチップ１００が積層された構造体として構成されている。

まず、センサチップ１００について、主として図２を参照して説明する。ここで、図２において、紙面左右方向を第１の方向ｘ、紙面上下方向を第２の方向ｙ、紙面垂直方向を角速度Ωの回転軸ｚとする。

また、図２中の、一点鎖線で示す第１の中心線Ｌ１、第２の中心線Ｌ２は、それぞれ第１の方向ｘ、第２の方向ｙにおいてセンサチップ１００を２等分する仮想線であり、これら両中心線Ｌ１、Ｌ２の交点はセンサチップ１００の中心点である。また、後述する各梁３４、３５および櫛歯部Ｋについては、図２中、太線で示してある。

本実施形態のセンサチップ１００は、支持基板２として半導体基板を用い、これにマイクロマシニング技術を適用して作製される静電駆動・容量検出型のマイクロジャイロセンサとして形成されている。

図２に示されるように、センサチップ１００は、半導体からなる支持基板２上において、２つの検出部３、４を備えて構成されている。これら検出部３、４は、図２において第１の中心線Ｌ１の紙面左側に位置する左側検出部３、および、紙面右側に位置する右側検出部４よりなり、これら各検出部３、４は第１の中心線Ｌ１に対して線対称な形状をなしている。

以下、左右の検出部３、４の構造について説明するが、これら左右の検出部３、４の構造は全く同じであるため、ここでは左側検出部３の構造に関して説明し、右側検出部４の構造に関しては省略する。また、１つ１つの検出部３、４は、当該１つの検出部３、４における２つのパッド５０と５０との中心を通り且つ第２の方向ｙに平行な線に対して、線対称な形状となっていることから、各検出部３、４において一部符号を省略してある。

左側検出部３は、駆動用の固定電極３０および可動電極３１、振動検出用の固定電極３２および可動電極３３、検出梁３４、駆動梁３５、角速度検出用の固定電極３６および可動電極３７、これらの周囲に位置する枠部３８を有した構成となっている。

これら各構成要素３０〜３８のうち、駆動用の固定電極３０、駆動振動検出用の固定電極３２、角速度検出用の固定電極３６、および枠部３８は、支持基板２に対して固定された固定部３ｂに相当するものである。

また、駆動用の可動電極３１、駆動振動検出用の可動電極３３、検出梁３４、駆動梁３５および角速度検出用の可動電極３７は、支持基板２の基板面に平行な方向すなわち図２中の第１の方向ｘおよび第２の方向ｙに対して動くことができる可動部３ａに相当するものである。

なお、支持基板２は、たとえば２層のシリコン半導体層を酸化膜で挟んでなるＳＯＩ（シリコン−オン−インシュレータ）基板よりなるものであり、これらの構成要素３０〜３８は、ＳＯＩ基板における一方のシリコン半導体層にエッチングなどにてパターニングされたものにできる。

そして、可動部３ａは、その下の酸化膜を犠牲層エッチングなどで除去することで支持基板２に対してフローティング状態とされており、固定部３ｂは上記酸化膜にて支持基板２に固定されている。また、図２に示されるように、本実施形態では、大きくは固定部３ｂの外側を可動部３ａが取り囲んだ平面配置のパターンとなっている。

駆動用の固定電極３０は、図２に示されるように、左側検出部３の略中央位置に配置されており、第２の中心線Ｌ２を挟んで第２の方向ｙに沿った一側と他側（図２中の上側と下側）にそれぞれ６本ずつ延びる棒状部を備えている。

また、各駆動用の固定電極３０には、アルミニウムなどよりなる駆動用パッド５０が設けられており、この駆動用パッド５０を通じて、各駆動用の固定電極３０に駆動用電圧が印加されるようになっている。

駆動用の可動電極３１は、図２に示されるように、上記した駆動用の固定電極３０の各棒状部と対向するように設けられている。ここで、駆動用の固定電極３０と駆動用の可動電極３１とが対向する部分では、図２に示されるように、両電極３０、３１の各対向面には、互いの相手側に向かって延びる櫛歯部Ｋが設けられている。

図３は、この櫛歯部Ｋの部分の拡大図である。上記図２では、駆動用の固定電極３０と駆動用の可動電極３１との対向部において、櫛歯部Ｋは１組のみ示してあるが、実際には、図３に示されるように、多数の組の櫛歯部Ｋが設けられており、駆動用の固定電極３０側の櫛歯部Ｋと駆動用の可動電極３１側の櫛歯部Ｋとが、互いの櫛歯部Ｋの側面で対向するようにかみ合って配置された状態となっている。そして、対向する櫛歯部Ｋの間に容量が形成されている。

なお、図２では、駆動用の固定および可動電極３０、３１の対向部以外にも、それぞれの固定電極３２、３６と可動電極３３、３７との対向部において櫛歯部Ｋを１組のみ表してあるが、これらの対向部においても、実際には、図３と同様に、多数の櫛歯部Ｋが設けられ、櫛歯部Ｋによる容量が形成されている。

また、駆動用の可動電極３１は、上述したように、可動部３ａとして構成され、各梁３４、３５を介して駆動振動検出用の可動電極３３および角速度検出用の可動電極３７と一体化されるとともに、検出梁３４を介して枠部３８に連結されている。

そして、ここでは、図２に示されるように、センサチップ１００の中央部において枠部３８には、アルミニウムなどよりなる可動部用パッド５１が設けられており、可動部３ａは、この可動部用パッド５１に電気的に接続され、この可動部用パッド５１から可動部３ａに所定電圧が印加可能となっている。

駆動振動検出用の固定電極３２は、図２に示されるように、駆動用の固定電極３０および駆動用の可動電極３１よりも外側の位置において、２個設けられている。各駆動振動検出用の固定電極３２には、駆動振動検出用パッド５２が設けられており、この駆動振動検出用パッド５２を通じて、駆動振動検出用の固定電極３２の電位を測ることができるようになっている。

駆動振動検出用の可動電極３３は、図２に示されるように、駆動用の可動電極３１の両側に配置され、駆動振動検出用の固定電極３２と対向するように、２個設けられている。そして、これら駆動振動検出用の固定および可動電極３２、３３の対向部では、上記図３と同様の形態で櫛歯部Ｋが設けられている。

また、駆動用の可動電極３１および駆動振動検出用の可動電極３３は、一体のものとして構成され、これら可動電極３１、３３の外周には、駆動梁３５を介して連結された角速度検出用の可動電極３７が設けられている。ここで、駆動梁３５によって、駆動用の可動電極３１および駆動振動検出用の可動電極３３は、図２中の第１の方向ｘに沿って移動できるようになっている。

角速度検出用の可動電極３７は、それ自身を除く可動部３ａの部分を取り囲む枠状のものであり、その外側に位置する枠部３８に対して検出梁３４を介して連結されている。この検出梁３４は、支持基板２に対する片持梁とされ支持基板２に支持されている。これにより、可動部３ａを構成する各要素が支持基板２に対して支持されている。そして、検出梁３４によって、可動部３ａ全体が図２中の第２の方向ｙに沿って移動できるようになっている。

また、角速度検出用の可動電極３７には角速度検出用の固定電極３６が対向しており、これら両電極３６、３７の対向部では、上記図３と同様の形態で櫛歯部Ｋが設けられている。角速度検出用の固定電極３７は、図２に示されるように、左側検出部３における枠部３８の一部として、図２中の左右両側に備えられている。

各角速度検出用の固定電極３６は、枠部３８に備えられたアルミニウムなどよりなる角速度検出用パッド５３に電気的に接続されており、この角速度検出用パッド５３を通じて、角速度検出用の固定電極３６の電位が測れるようになっている。

なお、右側検出部４に関しては、左側検出部３と全く同じ構成となっており、それぞれ、以下の対応関係となっている。左側検出部３の駆動用の固定電極３０および駆動用の可動電極３１は、右側検出部４の駆動用の固定電極４０および駆動用の可動電極４１に対応する。左側検出部３の駆動振動検出用の固定電極３２および駆動振動検出用の可動電極３３は、右側検出部４の駆動振動検出用の固定電極４２および駆動振動検出用の可動電極４３に対応する。

左側検出部３の検出梁３４、駆動梁３５は、それぞれ右側検出部４の検出梁４４、駆動梁４５に対応する。左側検出部３の角速度検出用の固定電極３６および角速度検出用の可動電極３７は、右側検出部４の角速度検出用の固定電極４６および角速度検出用の可動電極４７に対応する。そして、左側検出部３の枠部３８は、右側検出部４の枠部４８に対応する。

そして、右側検出部４においても、これら各構成要素４０〜４８のうち、駆動用の固定電極４０、駆動振動検出用の固定電極４２、角速度検出用の固定電極４６、および枠部４８は、支持基板２に対して固定された固定部４ｂに相当し、一方、駆動用の可動電極４１、駆動振動検出用の可動電極４３、検出梁４４、駆動梁４５および角速度検出用の可動電極４７は、図２中の第１の方向ｘおよび第２の方向ｙに対して動くことができる可動部４ａに相当するものである。

また、右側検出部４に対応する駆動用パッド５０、可動部用パッド５１、駆動振動検出用パッド５２、角速度検出用パッド５３の各パッドは、左側検出部３のものと同様の機能を右側検出部４について発揮するものである。なお、図２では、２つの可動部用パッド５１が設けられているが、これらのうち一方が左側検出部３のものであり、他方が右側検出部４のものである。

ここで、本実施形態では、センサチップ１００には、図２に示されるように、上記パッド５０〜５３以外に、特に電気的な用途には供されないダミーのパッドとしてアルミニウムなどよりなるダミーパッド５４が設けられている。ここでは、センサチップ１００における第１の中心線Ｌ１上に、可動部用パッド５１とともに、ダミーパッド５４が設けられている。

本実施形態では、センサチップ１００における同じ面に検出部３、４および複数個のパッド５０〜５４が設けられているが、この複数個のパッド５０〜５４の配置に独自の工夫を施している。

本実施形態では、図２に示されるように、複数個のパッド５０〜５４は、センサチップ１００の中央部を交差部分とした十字形状に配列されている。ここで、複数個のパッド５０〜５４における十字形の配列形状は、その十字の交差部分から矩形状のセンサチップ１００の各辺の中心に向かって延びるような十字形状となっている。

また、上述したように、検出部３、４は、センサチップ１００を２等分する第１の中心線Ｌ１の一側と他側とにそれぞれ線対称形状に設けられた２個のものを備えてなるが、複数個のパッド５０〜５４は、この第１の中心線Ｌ１およびこれと直交する中心線Ｌ２上に沿って配置されている。

また、この十字形状に配列されたパッド５０〜５４のうち、特に可動部用パッド５１および角速度検出用パッド５３の一部については、センサチップ１００の中央部に配置された形となっている。

また、駆動用パッド５０および駆動振動検出用パッド５２については、センサチップ１００における検出部３、４が形成されている領域に配置されていると言える。さらに、本実施形態では、これらパッド５０、５２は、検出部３、４のうち固定部３ｂ、４ｂが形成されている領域に配置されている。

さらに、複数個のパッド５０〜５４は、センサチップ１００を２等分する第１の中心線Ｌ１、第２の中心線Ｌ２に沿って配列されていることにより、図２中の第１の方向ｘ、第２の方向ｙに沿って複数個のパッド５０〜５４が配列された形となっている。

このようなパッドの配列構成を採ることにより、本実施形態では、複数個のパッド５０〜５４は、従来とは異なり、矩形板状のセンサチップ１００のコーナー部１０１には設けられていないものとなっている。図４は、パッドが設けられないコーナー部１０１の範囲を具体的に示す図である。

図４に示されるように、センサチップ１００の長辺の長さをａ、短辺の長さをｂとすると、本実施形態では、コーナー部１０１を一角として長辺の長さ、短辺の長さがそれぞれ０．２５ａ、０．２５ｂの矩形の領域（図４中、ハッチングにて図示）には、パッド５０〜５４を設けないようにする。

このような配列構成を有する本実施形態の複数個のパッド５０〜５４は、図１に示されるように、金などのバンプ４００が接続されるようになっている。本実施形態では、図１に示されるように、センサチップ１００における検出部３、４が設けられている面を、回路チップ２００に対向させている。

そして、このバンプ４００は、回路チップ２００に設けられた回路チップのパッド２１０に接続されている。このバンプ４００の材質や製法、さらには両チップ１００、２００のバンプ４００による接合方法については、公知の手段を採用することができる。こうして、センサチップ１００と回路チップ２００とがバンプ４００を介して電気的および機械的に接続される。

本実施形態では、図２に示されるような複数個のパッド５０〜５４の配列構成を採用することにより、パッドが存在しないセンサチップ１００のコーナー部１０１は、回路チップ２００に対してバンプ４００で固定されずにリリースされた部分となっている。

そして、本実施形態では、上記した十字形状のパッド配列を採用しており、各パッド５０〜５４においてバンプ４００を接続していることから、図示しないけれども、バンプ４００の配列も、パッド５０〜５４の配列と同じくセンサチップ１００の中央部を含む十字形状となっている。そして、このバンプ４００によって、両チップ１００、２００が接続された状態となっている。

ここで、回路基板２００は、たとえば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いるもので、センサチップ１００へ電圧を送ったり、センサチップ１００からの電気信号を処理して外部へ出力する等の機能を有するものにできる。

図１に示されるように、回路チップ２００、パッケージ３００上に接着剤５００を介して接合固定されている。ここで、接着剤５００としては、シリコーン系、エポキシ系、ポリイミド系などの樹脂からなる接着剤などを採用することができる。

ここで、パッケージ３００は、内部もしくは表面などに配線３１０を有するもので、回路チップ２００とパッケージ３００の上記配線３１０とが、金やアルミニウムなどよりなるボンディングワイヤ６００により結線され電気的に接続されている。そして、回路基板２００からの出力信号はボンディングワイヤ６００を介してパッケージ３００の配線３１０から外部へ送られるようになっている。

このパッケージ３００は、たと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することができる。このような積層基板は、各層の間に上記配線３１０が形成され、スルーホールなどにより各配線３１０が導通されているものである。

また、図１に示されるように、パッケージ３００は、その開口部に蓋３２０を取り付けてなるものである。この蓋３２０の材質は、特に限定するものではないが、金属や樹脂、セラミックなどを採用することができ、パッケージ３００との接合は、接着やロウ付けなどにより行うことができる。そして、この蓋３２０の取付によって、パッケージ３００の内部が気密に封止されている。

次に、本実施形態の角速度センサＳ１の駆動方法について説明する。本角速度センサＳ１においては、駆動用パッド５０および可動部用パッド５１を介して、回路チップ２００からセンサチップ１００に対して所望の駆動電圧を印加することによって、可動部３ａ、４ａを駆動する。

駆動電圧が駆動用パッド５０および可動部用パッド５１に印加されると、駆動電圧の交流成分の周期的な変動に伴って、駆動用の固定電極３０、４０と可動電極３１、４１との間に形成される容量による静電引力が発生する。これにより、駆動梁３５、４５の作用によって、駆動用の可動電極３１、４１および駆動振動検出用の可動電極３３、４３が一体的に、図２中の第１の方向ｘに周期的に振動する。

ここで左右の検出部３、４において、駆動電圧の交流成分を互いに逆相とすることにより、左右の検出部３、４では互いに逆方向へ可動部としての駆動用および駆動振動検出用の可動電極３１、３３、４１、４３を駆動振動させる。

このとき、この周期的な振動に応じて、駆動振動検出用の固定電極３２、４２における櫛歯部Ｋと駆動振動検出用の可動電極３３、４３における櫛歯部Ｋとのオーバラップ量が変動することから、これらによって形成される容量が変化する。

この容量変化を駆動振動検出用の固定電極３２、４２が接続された駆動振動検出用パッド５２の電位から測定することで、周期的な振動の大きさをモニタリングすることが可能となる。このため、周期的な振動の大きさが所望の値となるように、周期的な振動の大きさに合わせて駆動電圧をフィードバック制御する。

この状態において、図２中の回転軸ｚ回りに角速度Ωが入力されると、コリオリ力が発生し、検出梁３４、４４の撓みにより、可動部３ａ、４ａのうちの角速度検出用の可動電極３７、４７が第２の方向ｙに検出振動する。

これにより、可動部３ａ、４ａのうちの角速度検出用の可動電極３７、４７に備えられた櫛歯部Ｋと固定部３ｂ、４ｂのうちの角速度検出用の固定電極３６、４６に備えられた櫛歯部Ｋとの間の間隔が変化し、これらによって形成される容量が変化する。

この容量の変化に伴って角速度検出用の固定電極３６、４６の電位が変化するため、回路チップ２００によって、この電位を測定することにより、上記角速度Ωを検出することが可能となる。ここでは、従来と同様、２個の検出部３、４の間において、左側検出部３からの出力と右側検出部４からの出力との差動を採るようにしている。

このように、本実施形態では、センサチップ１００は、一面側に検出部３、４および複数個のパッド５０〜５４を有する。そして、検出部３、４は、角速度の印加により変位可能な可動部３ａ、４ａを有し、角速度印加時の当該可動部３ａ、４ａの変位に伴う可動部３ａ、４ａとこれに対向する固定部３ｂ、４ｂとの間の容量変化に基づいて角速度を検出するものとして構成されている。

ところで、本実施形態では、このようなセンサチップ１００のパッド５０〜５４と基材である回路チップ２００とをバンプ４００を介して電気的・機械的に接続してなる角速度センサＳ１において、複数個のパッド５０〜５４を、センサチップ１００のコーナー部１０１には設けないことにより、コーナー部１０１を回路チップ２００に対してリリースされた状態としている。

上記図７（ｃ）に示したようなセンサチップ１００のねじれ変形は、回路チップ２００に対してセンサチップ１００のコーナー部１０１が固定されていることにより発生するが、本実施形態では、センサチップ１００のコーナー部１０１を回路チップ２００に固定せずにリリースされたものとしているから、当該ねじれ変形を極力抑制することができる。

また、本実施形態では、複数個のパッド５０〜５４のうち角速度検出用パッド５３の一部および可動部用パッド５１を、センサチップ１００の中央部に配置し、センサチップ１００の中央部を、これらパッド５１、５３に接続されるバンプ４００を介して回路チップ２００に接続しているため、センサチップ１００の支持強度を強いものにできる。

また、本実施形態では、複数個のパッド５０〜５４のうち駆動用パッド５０および駆動振動検出用パッド５２を、センサチップ１００における検出部３、４が形成されている領域、特に、検出部３、４のうち固定部３ｂが形成されている領域に配置している。

本実施形態では、上記図２に示されるように、可動部３ａ、４ａは大略枠状のものであり、その内周に固定部３ｂ、４ｂを配置した構成となっている。従来では、このような構成の場合、内周側の固定部の配線の取り出しは、可動部の枠部分を一部切り欠いた形状とするか、支持基板に下層配線を設けるなど多層配線構成とする必要があり、配線構成が複雑なものであった。

しかし、本実施形態では、可動部３ａ、４ａの内周に位置する固定部３ｂ、４ｂにパッド５０、５２を設けることにより、可動部の枠部分を切り欠いたり、多層配線構成を採用することなく、従来よりも簡単な構成にて配線の取り出しが可能となっている。

また、上述したように、本実施形態では、センサチップ１００のうち固定部３ｂ、４ｂが形成されている領域に配置された複数個のパッド５０、５２は、図２中の第２の中心線Ｌ２すなわち第１の方向ｘに沿って配列された形となっているが、このことは、すなわち、これら複数個のパッド５０、５２が、上記駆動振動の方向（つまり、第１の方向ｘ）に沿って配列していることを意味する。

固定部３ｂ、４ｂが形成されている領域に配置された複数個のパッド５０、５２が、駆動振動の方向からずれて配列されている場合では、当該駆動振動の方向からずれたセンサチップ１００の変形、すなわち、ねじれ変形が生じやすくなる。それに比べて、上記複数個のパッド５０、５２を、駆動振動の方向に沿って配列すれば、このようなねじれ変形を抑制しやすくなる。

また、本実施形態において、可動部用パッド５１およびダミーパッド５４が、図２中の第１の中心線Ｌ１すなわち第２の方向ｙに沿って配列された形となっているが、このことは、すなわち、これらパッド５１、５４が、上記検出振動の方向（つまり、第２の方向ｙ）に沿って配列していることを意味する。

また、本実施形態では、複数個のパッド５０〜５４を、上記図２に示したような十字形状に配列することにより、バンプ４００によるセンサチップ１００の支持強度を確保し、且つ、回路チップ２００上におけるセンサチップ１００の傾きを抑え、水平な姿勢を確保しやすいものにできる。

また、複数個のパッドとしては、電気的に必要なパッド５０〜５３だけでもよいが、本実施形態では、複数個のパッド５０〜５４の一部を、ダミーパッド５４としている。電気的に必要なパッドのみで構成した場合、上記図２に示されるような十字形状の配列を構成するには、パッドの数が不足する場合がある。

その点、本実施形態のように、ダミーパッド５４を取り入れることにより、センサチップ１００の支持強度の向上やセンサチップ１００の傾きの抑制を実現するために必要なパッドの数を十分に確保することができる。

なお、ダミーパッド５４としては、センサチップ１００と回路チップ２００の導通は採らないが、機械的な接続は行うというものであってもよいし、たとえば、ＧＮＤなど固定電位をとるバンプを複数個設けるということでもよい。

（他の実施形態）
なお、センサチップ１００における検出部３、４が形成されている領域、あるいはセンサチップ１００における固定部３ｂ、４ｂが形成されている領域とは、センサチップ１００の検出部３、４の形成面における当該検出部や固定部の形成領域だけを意味するものではなく、図５に「領域」として斜線ハッチングを施して示しているように、当該検出部３、４の形成面と反対側のセンサチップ１００の面までを含むものである。

つまり、センサチップ１００における検出部３、４が形成されている領域にパッド５０〜５４が形成されていることとは、図５に示されるように、センサチップ１００の一面に検出部３、４が形成されている場合に、その一面側の形成領域に重なるセンサチップ１００の他面に、パッド５０が形成されていることも含むものである。なお、図５では、駆動用パッド５０のみ示してあるが、他のパッド５１〜５４が当該センサチップ１００の他面に設けられていてもよいことはもちろんである。

さらに言うならば、上記実施形態では、センサチップ１００における同じ面に検出部３、４および複数個のパッド５０〜５４が設けられていたが、この図５に示される構成の場合、センサチップ１００のうち検出部３、４が形成されている面とパッド５０〜５４が形成されている面とが互いに反対となる。そして、この場合、互いに反対の面に位置するパッド５０〜５４と検出部３、４との電気的接続は、図示しないが、センサチップ１００に設けた貫通電極などにより行うことができる。

また、上記実施形態では、センサチップ１００における検出部３、４が形成されている面を基材である回路チップ２００に対向させた状態、つまりフェースダウンの状態でバンプ接合したが、この図５に示されるセンサチップ１００の場合には、フェースダウンではなく、センサチップ１００は、その検出部３、４が形成されている面を回路チップ２００とは反対側に向けて回路チップ２００上にバンプ接合される。

また、複数個のパッド５０〜５４はセンサチップ１００のコーナー部１０１に設けられていなければよく、上記図２に示される十字形状の配列に限定されるものではない。たとえば、複数個のパッド５０〜５４のすべてをセンサチップ１００の中央部に集約させた配置構成であってもよい。ただし、この場合には、上記十字形状の場合に比べて、センサチップ１００が回路チップ２００上で傾きやすい。

また、上記図２のように複数個のパッド５１、５３を中央部に配置しなくてもよく、複数個のパッドの１個のみを、センサチップ１００の中央部に配置してもよい。さらには、複数個のパッド５０〜５４がセンサチップ１００のコーナー部１０１に設けられていないものであれば、センサチップ１００の中央部には全くパッドが存在しないような構成であってもよい。その一例を図６に示しておく。

図６に示される例では、矩形板状のセンサチップ１００の周辺部において各辺の中心部にパッド５０〜５４を配置しているものの、コーナー部１０１にはパッドは設けられていない。それにより、上記実施形態と同様のねじれ変形の抑制効果が期待できる。

また、複数個のパッド５０〜５４のうち検出部３、４が形成されている領域、さらには、検出部３、４のうち固定部３ｂ、４ｂが形成されている領域に配置されるパッドは、上記図２では複数個のパッド５０、５２であったが、検出部の構成によっては１個であってもよい。

また、上記図２において、検出部３、４における可動部３ａ、４ａおよび固定部３ｂ、４ｂの構成は、あくまでも一実施例であり、これに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能である。

たとえば、上記図２のような２つの検出部３、４の配置構成において、各検出部３、４内の各電極や各梁を設計変更することにより、上記図２におけるパッド配列構成を採用しつつ、図２中の第１の方向ｘを検出振動の方向とし、第２の方向ｙを駆動振動の方向とすることも可能である。

そして、この場合には、センサチップ１００のうち固定部３ｂ、４ｂが形成されている領域に配置された複数個のパッド５０、５２は、上記実施形態とは異なり、検出振動の方向に沿って配列したものとなる。これによる効果は、上記実施形態と同様であり、この場合も、ねじれ変形の抑制に好ましいパッド構成となる。

また、上記実施形態では、検出部３、４は１つのセンサチップ１００に２個設けられていたが、検出部は１つのセンサチップに１個だけ設けられていてもよい。さらには、検出部は１つのセンサチップに３個以上であってもよい。

また、検出部としては、力学量の印加により変位可能な可動部を有し当該可動部の変位に伴う容量変化に基づいて力学量を検出するものであればよく、上記した角速度センサ用の検出部以外にも、加速度センサ用のものであってもよい。この場合、加速度の印加に伴い可動部が変位し、このときの可動部と固定部との容量変化を検出するものとなる。そして、この加速度センサの場合には、パッドは検出される加速度の方向、つまり加速度による可動部の変位方向に沿って配列することが望ましい。

本発明の実施形態に係る力学量センサとしての角速度センサの概略断面図である。 図１に示される角速度センサにおけるセンサチップの概略平面図である。 櫛歯部の部分の拡大図である。 パッドが設けられないコーナー部の範囲を示す図である。 他の実施形態を示す図である。 他の実施形態としてのパッド配置構成を示す図である。 センサチップの変形の様子を模式的に示す図である。

符号の説明

３…左側検出部、３ａ…左側検出部の可動部、３ｂ…左側検出部の固定部、
４…右側検出部、４ａ…右側検出部の可動部、４ｂ…右側検出部の固定部、
５０…駆動用パッド、５１…可動部用パッド、５２…駆動振動用パッド、
５３…角速度検出用パッド、５４…ダミーパッド、１００…センサチップ、
１０１…コーナー部、２００…基材としての回路チップ、４００…バンプ、
Ｌ１…第１の中心線、ｘ…駆動振動の方向としての第１の方向、
ｙ…検出振動の方向としての第２の方向。

Claims (9)

1. 力学量の印加により変位可能な可動部（３ａ、４ａ）を有し前記可動部（３ａ、４ａ）の変位に伴う容量変化に基づいて前記力学量を検出する検出部（３、４）および複数個のパッド（５０〜５４）が形成されている矩形板状のセンサチップ（１００）を備え、前記センサチップ（１００）の前記パッド（５０〜５４）と回路チップ（２００）とをバンプ（４００）を介して電気的・機械的に接続してなる力学量センサであって、
   前記検出部（３、４）は、前記センサチップ（１００）を２等分する中心線（Ｌ１）の一側と他側とにそれぞれ線対称形状に設けられた２個のものを備えてなり、
   前記２個の検出部（３、４）における前記可動部（３ａ、４ａ）は、それぞれ、一方向に駆動振動するとともに前記力学量としての角速度が印加されたときに、この駆動振動の方向とは直交する方向に印加されるコリオリ力によって検出振動するものとして構成されており、
   前記複数個のパッド（５０〜５４）は前記センサチップ（１００）のコーナー部（１０１）には設けられずに、前記コーナー部（１０１）は前記回路チップ（２００）に対してリリースされた状態となっており、
   さらに、前記複数個のパッド（５０〜５４）は、前記中心線（Ｌ１）上に沿って配置されるとともに前記検出振動の方向に沿って配列される複数個の検出振動方向側パッド（５１、５４）を包含していることを特徴とする力学量センサ。
2. 前記複数個のパッド（５０〜５４）は、前記センサチップ（１００）の中央部に配置される少なくとも１個の中央部パッド（５１、５３）を包含しており、
   前記センサチップ（１００）の中央部が前記中央部パッド（５１、５３）および前記バンプ（４００）を介して前記回路チップ（２００）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の力学量センサ。
3. 前記複数個のパッド（５０〜５４）は、前記センサチップ（１００）における前記検出部（３、４）が形成されている領域に配置された少なくとも１個の検出部側パッド（５０、５２）を包含していることを特徴とする請求項１または２に記載の力学量センサ。
4. 前記２個の検出部（３、４）は、それぞれ前記可動部（３ａ、４ａ）とこれに対向する固定部（３ｂ、４ｂ）とを有し、前記角速度の印加によるこれら可動部（３ａ、４ａ）と固定部（３ｂ、４ｂ）との間の容量変化に基づいて前記角速度を求めるものであり、
   前記検出部側パッド（５０、５２）は、前記固定部（３ｂ、４ｂ）が形成されている領域に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の力学量センサ。
5. 前記固定部（３ｂ、４ｂ）が形成されている領域に配置された前記検出部側パッド（５０、５２）は複数個のものであるとともに、当該複数個の検出部側パッド（５０、５２）は、前記駆動振動の方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項４に記載の力学量センサ。
6. 前記検出振動の方向に沿って配列される前記複数個の検出振動方向側パッド（５１、５４）と前記駆動振動の方向に沿って配列される前記複数個の検出部側パッド（５０、５２）は、前記センサチップ（１００）の中央部を交差部分とした十字形状に配列されていることを特徴とする請求項５に記載の力学量センサ。
7. 前記複数個の検出振動方向側パッド（５１、５４）と前記複数個の検出部側パッド（５０、５２）とによる十字形の配列形状は、前記交差部分から前記センサチップ（１００）の各辺の中心に向かって延びるような十字形状であることを特徴とする請求項６に記載の力学量センサ。
8. 前記複数個のパッド（５０〜５４）の一部は、ダミーパッドであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の力学量センサ。
9. 前記２個の検出部（３、４）と前記複数個のパッド（５０〜５４）は、前記センサチップ（１００）の同一面側に設けられており、
   前記センサチップ（１００）における前記検出部（３、４）側の面を前記回路チップ（２００）に対向させた状態で、前記バンプ（４００）を介した接続がなされていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の力学量センサ。

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