JP6512006B2

JP6512006B2 - センサ装置

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Publication number: JP6512006B2
Application number: JP2015140824A
Authority: JP
Inventors: 武金澤; 酒井　峰一; 峰一酒井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2035-07-14
Also published as: US20170016727A1; US10001375B2; JP2017020977A

Description

本発明は、ジャイロセンサと他の力学量センサとが共に形成されたコンボセンサを構成するセンサ装置に関するものである。

従来より、ジャイロセンサ（つまり角速度センサ）と加速度センサとを共に１つのパッケージに収めたコンボセンサを有するセンサ装置がある。

例えば、特許文献１では、ウェハレベルパッケージ（以下、ＷＬＰ（Wafer Level Package）という）を用いて２種類の力学量センサを有するコンボセンサを構成している。同一のセンサ基板に対してジャイロセンサと加速度センサを作成する構造、すなわち１チップによってコンボセンサを構成しつつ、センサ基板を支持基板およびキャップ層によって封止した構造としている。

具体的には、櫛歯型の容量式ジャイロセンサと櫛歯型の容量式加速度センサとを隣同士に配置することで、１チップ化を図っている。このように、１チップによってコンボセンサを構成することで、センサ装置の小型化を図ることが可能となる。

特許第３４３５６６５号公報

しかしながら、上記特許文献１に示すようなセンサ装置の場合、ジャイロセンサと加速度センサを隣り合って配置した構造であるため、各センサを小型化するしか装置の小型化を図ることができない。また、ジャイロセンサからの振動が加速度センサに漏れないように、各センサの間隔を空ける必要がある。これらのことから、個別に間隔を空けて横並び配置するしかなく、小型化が難しいという問題がある。

なお、ここではコンボセンサを有するセンサ装置として、ジャイロセンサと加速度センサを備える構成について説明したが、ジャイロセンサと加速度センサ以外の他の力学量センサとを一体化するものであっても、同様の問題が発生する。

、例えば弾性表面波（以下、ＳＡＷという）素子とを一体化するものであっても、同様の問題が発生する。

本発明は上記点に鑑みて、より小型化が容易な構造のコンボセンサを有するセンサ装置を提供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に記載の発明では、支持基板（１１）と、支持基板に対して固定された固定部（２０）と、駆動錘および検出錘（３１、３２）とを有する可動部（３０）と、駆動錘を支持基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ固定部に対して支持する駆動梁（４２）、および、検出錘を支持基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ固定部に対して支持する検出梁（４１）を有する梁部（４０）とを有する振動型角速度センサと、該振動型角速度センサの周囲を囲むと共に支持基板に接続された周辺部（１０ｃ）と、を備えたセンサ基板（１０）と、を有するセンサ装置であって、固定部は、枠体形状によって構成されており、センサ基板には、固定部が構成する枠体形状の内側に配置された力学量センサ（２００）が備えられていることを特徴としている。

このように、振動型角速度センサ（すなわちジャイロセンサ）のうち枠体形状で構成された固定部の内側に他の力学量センサを配置している。これにより、１チップ化を図りつつ、ジャイロセンサの内側に他の力学量センサを配置した構造となる。したがって、さらなる小型化が容易な構造のコンボセンサを有するセンサ装置とすることが可能となる。

なお、上記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の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるセンサ装置の上面レイアウト図である。図１のII−II'断面図である。図１におけるIII−III’断面図である。図１におけるIV−IV’断面図である。センサ装置の実装例を示した断面図である。センサ装置の実装例を示した断面図である。センサ装置の実装例を示した断面図である。図１に示すジャイロセンサ１００の駆動振動時の様子を示した上面図である。図１に示すジャイロセンサ１００の角速度印加時の様子を示した上面図である。他の実施形態で説明するセンサ装置の断面図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態で説明するセンサ装置は、振動型のジャイロセンサと共に櫛歯型の容量式加速度センサを１チップに形成し、ＷＬＰ構造としたものである。このセンサ装置は、例えば、ジャイロセンサにて車両の上下方向に平行な中心線周りの回転角速度の検出を行いつつ、加速度センサにて車両の前後方向もしくは左右方向の加速度の検出を行うものに用いられるが、勿論、車両用以外にも適用できる。

以下、図１〜図７を参照して、本実施形態にかかるセンサ装置について説明する。

本実施形態にかかるセンサ装置は、図１および図２に示すように、センサ基板１０を用いてジャイロセンサ１００と加速度センサ２００とを共に形成したものである。以下、図１および図２の紙面左右方向をｘ軸方向、図１の紙面上下方向をｙ軸方向、図１の紙面法線方向および図２の紙面上下方向をｚ軸方向として本実施形態にかかるセンサ装置の詳細について説明する。

センサ装置は、図１中のｘｙ平面が車両水平方向に向けられ、図２のｚ軸方向が車両の上下方向と一致するようにして車両に搭載される。

図１および図２に示すように、センサ装置に備えられるジャイロセンサ１００および加速度センサ２００は、板状のセンサ基板１０をエッチングして所定のレイアウトとすることで形成されている。センサ基板１０の裏面１０ａ側には、支持基板１１が配置されており、接合部１２を介して接合されている。また、センサ基板１０の表面１０ｂ側、つまり支持基板１１と反対側には、キャップ層１３が配置されており、接合部１４を介して接合されている。このように、センサ基板１０を挟んで支持基板１１とキャップ層１３とを貼り合せることでＷＬＰ構造のセンサ装置を構成している。

本実施形態では、センサ基板１０、支持基板１１およびキャップ層１３を例えばシリコン基板によって構成しており、接合部１２、１４を例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜によって構成している。センサ基板１０、支持基板１１およびキャップ層１３については１枚１枚独立したシリコン基板によって構成されていても良いが、例えば、センサ基板１０および支持基板１１が接合部１２を挟み込んだＳＯＩ（Silicon on insulator）基板にて構成されていても良い。

ジャイロセンサ１００は、固定部２０と可動部３０および梁部４０にパターニングされている。固定部２０は、図２に示すように、接合部１２を介して支持基板１１に固定されている。可動部３０および梁部４０は、ジャイロセンサ１００における振動子を構成するものである。可動部３０は、支持基板１１の上にリリースされた状態で配置されている。梁部４０は、可動部３０を支持すると共に角速度検出を行うために可動部３０をｘ軸方向およびｙ軸方向において変位させるものである。これら固定部２０と可動部３０および梁部４０の具体的な構造を説明する。

固定部２０は、可動部３０を支持すると共に、駆動用電圧の印加用のパッド接続部や角速度検出に用いられる検出信号の取り出し用のパッド接続部などの各種パッド接続部３００、３０１が形成される部分である。本実施形態では、これら各機能を１つの固定部２０によって実現しているが、例えば可動部３０を支持するための支持用固定部、駆動用電圧が印加される駆動用固定部、角速度検出に用いられる検出用固定部に分割した構成とされても良い。その場合、例えば図１に示した固定部２０を支持固定部とし、支持固定部に連結されるように駆動用固定部と検出用固定部を備え、駆動用固定部に駆動用電圧の印加用のパッド接続部や検出用固定部に検出信号取り出し用のパッド接続部などを備えればよい。

具体的には、固定部２０は、例えば上面形状が四角形の枠体形状で構成されており、内部に空間２１が設けられると共に外部に空間２２が設けられた構造とされている。これらのうちの空間２１に、加速度センサ２００が配置されている。この固定部２０の幅は、任意であるが、ここでは後述する検出梁４１の幅よりも広くしてある。

固定部２０と支持基板１１との間には内側接合部１２ａが配置されており、内側接合部１２ａを介して固定部２０が支持基板１１に固定されている。同様に、固定部２０とキャップ層１３との間には内側接合部１４ａが配置されており、内側接合部１４ａを介して固定部２０がキャップ層１３にも固定されている。内側接合部１２ａ、１４ａは、空間２１を囲む四角形の枠体形状とされている。これら内側接合部１２ａ、１４ａにより、センサ基板１０と支持基板１１もしくはキャップ層１３との間において、空間２１と空間２２とが区画されている。すなわち、固定部２０の外側、つまり可動部３０や梁部４０などのジャイロセンサ１００の構成要素が配置される空間２２と、固定部２０の内側、つまり加速度センサ２００の構成要素が配置される空間２１とが区画されている。

可動部３０は、角速度印加に応じて変位する部分であり、駆動用電圧の印加によって駆動振動させられる駆動用錘と駆動振動時に角速度が印加されたときにその角速度に応じて振動させられる検出用錘とを有した構成とされる。本実施形態の場合、可動部３０として、駆動用錘と検出用錘の役割を同じ錘によって担う駆動兼検出用錘３１、３２が備えられている。駆動兼検出用錘３１、３２は、ｘ軸方向において、固定部２０を挟んだ両側に配置されており、固定部２０から等間隔の場所に配置されている。各駆動兼検出用錘３１、３２は、同寸法（同質量）で構成され、本実施形態の場合、上面形状が四角形で構成されている。そして、各駆動兼検出用錘３１、３２は、それぞれ相対する二辺において梁部４０に備えられる後述する駆動梁４２に連結させられることで、両持ち支持されている。各駆動兼検出用錘３１、３２の下方においては、接合部１２が除去されており、支持基板１１から各駆動兼検出用錘３１、３２がリリースされている。このため、各駆動兼検出用錘３１、３２は、駆動梁４２の変形によってｘ軸方向に駆動振動可能とされ、角速度印加の際には駆動梁４２などの変形によってｙ軸方向を含む固定部２０を中心とした回転方向へも振動可能とされている。

梁部４０は、検出梁４１と、駆動梁４２および支持梁４３を有した構成とされている。

検出梁４１は、固定部２０と支持梁４３とを連結するｙ軸方向に延設された直線状の梁とされ、本実施形態では固定部２０の相対する二辺に連結されることで、支持梁４３を固定部２０に連結させている。検出梁４１のｘ軸方向の寸法は、ｚ軸方向の寸法よりも薄くされており、ｘ軸方向に変形可能とされている。

駆動梁４２は、駆動兼検出用錘３１、３２と支持梁４３とを連結するｙ軸方向、つまり検出梁４１と平行な方向に延設された直線状の梁とされている。各駆動兼検出用錘３１、３２に備えられた駆動梁４２から検出梁４１までは等距離とされている。駆動梁４２のｘ軸方向の寸法も、ｚ軸方向の寸法よりも薄くされており、ｘ軸方向に変形可能とされている。これにより、駆動兼検出用錘３１、３２をｘｙ平面状において変位可能としている。

支持梁４３は、ｘ軸方向に延設された直線状の部材とされ、支持梁４３の中心位置において検出梁４１が連結されており、両端位置において各駆動梁４２が連結されている。支持梁４３は、ｙ軸方向の寸法が検出梁４１や駆動梁４２におけるｘ軸方向の寸法よりも大きくされている。このため、駆動振動時には駆動梁４２が主に変形し、角速度印加時には検出梁４１および駆動梁４２が主に変形するようになっている。

このような構造により、駆動梁４２と支持梁４３および駆動兼検出用錘３１、３２によって上面形状が四角形の枠体が構成され、その内側に検出梁４１および固定部２０が配置されたジャイロセンサ１００の基本構造が構成されている。

さらに、駆動梁４２には、図１および図３に示すように駆動部５１が形成されており、検出梁４１には、図４に示すように、振動検出部５３が形成されている。これら駆動部５１および振動検出部５３が外部に備えられた図示しない制御装置に電気的に接続されることで、センサ装置の駆動が行われるようになっている。

駆動部５１は、図１に示すように、各駆動梁４２のうち支持梁４３との連結部近傍に備えられており、各場所に２本ずつ所定距離を空けて配置され、ｙ軸方向に延設されている。図３に示すように、駆動部５１は、センサ基板１０のうちの駆動梁４２を構成する部分の表面に下層電極５１ａと駆動用薄膜５１ｂおよび上層電極５１ｃが順に積層された構造とされている。下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃは、例えばＡｌ電極などによって構成されている。これら下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃは、図１に示した支持梁４３および検出梁４１を経て固定部２０まで引き出された配線部５１ｄ、５１ｅを通じて、図示しない駆動用電圧の印加用のパッドやＧＮＤ接続用のパッドに接続されている。また、駆動用薄膜５１ｂは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜によって構成されている。

このような構成において、下層電極５１ａと上層電極５１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜５１ｂを変位させ、駆動梁４２を強制振動させることで駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。例えば、各駆動梁４２のｘ軸方向の両端側に１本ずつ駆動部５１を備えるようにし、一方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部５１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させている。

振動検出部５３は、図１および図４に示すように、検出梁４１のうちの固定部２０との連結部近傍に備えられており、検出梁４１におけるｘ軸方向の両側それぞれに設けられ、ｙ軸方向に延設されている。図４に示すように、振動検出部５３は、検出梁４１を構成する接合部１２の表面に下層電極５３ａと検出用薄膜５３ｂおよび上層電極５３ｃが順に積層された構造とされている。下層電極５３ａおよび上層電極５３ｃや検出用薄膜５３ｂは、それぞれ、駆動部５１を構成する下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃや駆動用薄膜５１ｂと同様の構成とされている。下層電極５３ａおよび上層電極５３ｃは、図１に示した固定部２０まで引き出された配線部５３ｄ、５３ｅを通じて、図示しない検出信号出力用のパッドに接続されている。

このような構成では、角速度の印加に伴って検出梁４１が変位すると、それに伴って検出用薄膜５３ｂが変形する。これにより、例えば下層電極５３ａと上層電極５３ｃとの間の電気信号（定電圧駆動の場合の電流値、定電流駆動の場合の電圧値）が変化することから、それを角速度を示す検出信号として図示しない検出信号出力用のパッドを通じて外部に出力している。

以上のようにして、本実施形態にかかるセンサ装置に備えられたジャイロセンサ１００が構成されている。なお、図１中では、駆動部５１の配線部５１ｄ、５１ｅや振動検出部５３の配線部５３ｄ、５３ｅとの接続関係を省略してあるが、各配線部５１ｄ、５１ｅ、５３ｄ、５３ｅは、例えばそれぞれが異なるパッド接続部３００に接続されている。

続いて、本実施形態にかかるセンサ装置に備えられた加速度センサ２００について説明する。

加速度センサ２００は、上記したように、固定部２０の内側に形成される空間２１に備えられている。加速度センサ２００は、図１に示されるように、可動部２１０、第１固定電極２２０および第２固定電極２３０を有した構造体として構成されており、この構造体によって加速度に応じたセンサ信号を出力する。

可動部２１０は、空間２１を横断するように配置されており、支持基板１１の上において浮遊させられた梁構造体として構成されている。具体的には、可動部２１０は、錘部２１１、可撓部２１２、第１可動電極２１３および第２可動電極２１４を備えている。

錘部２１１は、一方を長手方向とする長方形状で構成されている。錘部２１１は、長手方向の両先端位置において可撓部２１２に連結されている。また、錘部２１１の両長辺に第１可動電極２１３および第２可動電極２１４が連結されている。

可撓部２１２は、四角形の枠体形状で構成されており、平行なニ本の直線状部分の両端を連結した構造とされ、ニ本の直線状部分の一方の中央位置において錘部２１１と連結され、もう一方の中央位置において固定部２０の内周壁に連結されている。そして、固定部２０が接合部１２を介して支持基板１１に固定されていることから、可撓部２１２のうちの錘部２１１と反対側は、固定部２０および接合部１２を介して支持基板１１に支持された状態になっている。また、可撓部２１２は、二本の直線状部分において撓み易くなっている。この可撓部２１２の撓みによって、錘部２１１や第１可動電極２１３および第２可動電極２１４を錘部２１１の長手方向に対して変位可能としている。

第１可動電極２１３および第２可動電極２１４は、共に、錘部２１１の各長辺から垂直方向に延設された構成とされ、それぞれが複数本ずつ備えられている。第１可動電極２１３は、複数本の電極それぞれが後述するように第１固定電極２２０に備えられる複数の電極それぞれと一定距離離された状態で対向配置されている。同様に、第２可動電極２１４は、複数本の電極それぞれが後述するように第２固定電極２３０に備えられる複数の電極それぞれと一定距離離された状態で対向配置されている。そして、可撓部２１２の撓みによって錘部２１１と共に第１可動電極２１３および第２可動電極２１４が変位させられると、第１固定電極２２０や第２固定電極２３０との間の距離が変化するようになっている。

第１固定電極２２０および第２固定電極２３０は、固定部２０のうち錘部２１１の各長辺を構成している面と対向するそれぞれの面から垂直方向に延設されている。このため、第１固定電極２２０および第２固定電極２３０は、可動部２１０を挟むように配置されている。図１では、第１固定電極２２０が可動部２１０に対して紙面左側に配置され、第２固定電極２３０が可動部２１０に対して紙面右側に配置されている。これら第１固定電極２２０および第２固定電極２３０は互いに電気的に独立している。また、固定部２０が接合部１２を介して支持基板１１に固定されていることから、第１固定電極２２０および第２固定電極２３０は固定部２０および接合部１２を介して支持基板１１に支持された状態になっている。

以上のようにして、本実施形態にかかるセンサ装置に備えられた加速度センサ２００が構成されている。なお、図１中では、可動部２１０が接続される配線や第１固定電極２２０および第２固定電極２３０が接続される配線については図示を省略してあるが、これらは、例えばそれぞれが異なるパッド接続部３０１に接続されている。

さらに、センサ基板１０には、ジャイロセンサ１００および加速度センサ２００を囲むように配置された周辺部１０ｃが形成されている。周辺部１０ｃは、ジャイロセンサ１００および加速度センサ２００の周囲を囲む四角形の枠体形状で構成されている。そして、周辺部１０ｃは、外側接合部１２ｂを介して支持基板１１と接合され、外側接合部１４ｂを介してキャップ層１３と接合されている。

支持基板１１は、上記したようにシリコン基板によって構成されており、一面側が接合部１２を介してセンサ基板１０に貼り合わされている。具体的には、支持基板１１は、内側接合部１２ａを介して固定部２０と接合されており、外側接合部１２ｂを介して周辺部１０ｃと接合されている。支持基板１１は、単なる板状部材であっても良いが、本実施形態の場合、内側接合部１２ａおよび外側接合部１２ｂを介して接合されている固定部２０や周辺部１０ｃ以外の部分については、エッチングによってキャビティ１１ａを形成している。このようなキャビティ１１ａが形成されることで、ジャイロセンサ１００や加速度センサ２００を構成する各部が支持基板１１と接触しないようにされている。

また、支持基板１１と固定部２０との間には、ダミーパッド部３０２ａ、３０２ｂが形成されている。ダミーパッド部３０２ａ、３０２ｂは、パッド接続部３００、３０１と対応する位置に同パターンで形成されており、パッド接続部３００、３０１と同材料（例えばアルミニウム）などで構成されている。ダミーパッド部３０２ａ、３０２ｂによって固定部２０と支持基板１１との電気的接続を行うことも可能であるが、本実施形態の場合は電気的接続を目的としてダミーパッド部３０２ａ、３０２ｂを配置しているのではなく、応力緩和を目的として配置している。

すなわち、ジャイロセンサ１００や加速度センサ２００を構成する各部との電気的接続のためにパッド接続部３００、３０１を備えているが、センサ基板１０を挟んだ両側の一方のみに形成してあると、センサ基板１０の表面１０ｂ側と裏面１０ａ側とで応力にズレが生じる。このため、センサ基板１０の表面１０ｂ側と裏面１０ａ側とで応力の均一化を図るべく、ダミーパッド部３０２ａ、３０２ｂをパッド接続部３００、３０１と対応する位置に同パターンで形成してある。

キャップ層１３も、上記したようにシリコン基板によって構成されており、一面側が接合部１４を介してセンサ基板１０に貼り合わされている。具体的には、キャップ層１３は、内側接合部１４ａを介して固定部２０と接合されており、外側接合部１４ｂを介して周辺部１０ｃと接合されている。キャップ層１３は、単なる板状部材であっても良いが、本実施形態の場合、内側接合部１４ａおよび外側接合部１４ｂを介して接合されている固定部２０や周辺部１０ｃ以外の部分についてはエッチングによってキャビティ１３ａを形成している。このようなキャビティ１３ａが形成されることで、ジャイロセンサ１００や加速度センサ２００を構成する各部がキャップ層１３と接触しないようにされている。

また、キャップ層１３と固定部２０との間には、パッド接続部３００、３０１が形成されている。さらに、キャップ層１３のうち、パッド接続部３００、３０１と対応する位置には、貫通孔１３ｂ、１３ｃが形成されており、これらの貫通孔１３ｂ、１３ｃ内にスルーホールビア（以下、ＴＳＶという）１３ｄ、１３ｅが形成されている。そして、キャップ層１３の表面側に複数のパッド部１３ｆ、１３ｇが形成されている。これにより、ＴＳＶ１３ｄ、１３ｅを通じて各パッド部１３ｆ、１３ｇが対応する各パッド接続部３００、３０１に電気的に接続された構成とされている。このように構成された各パッド部１３ｆ、１３ｇに対して例えばワイヤボンディングを行うことで外部との電気的接続が行われるようになっている。

さらに、本実施形態の場合、キャップ層１３のうち加速度センサ２００と対応する位置には大気開放孔１３ｈが形成されている。この大気開放孔１３ｈを通じて加速度センサ２００が配置される空間２１に大気が導入され、空間２１が大気圧となるようにしている。空間２１を真空室としても良いが、低周波側の加速度を測定する場合には、可撓部２１２のダンパを効かせて可動部２１０が低周波のみで変位して高周波では変位しないようにするのが好ましい。このため、空間２１を大気開放して、可撓部２１２のダンパ効果を高めるようにしている。

以上のようにして、本実施形態にかかるセンサ装置が構成されている。このように構成されるセンサ装置は、例えば、図５（ａ）に示すように、各パッド部１３ｆ、１３ｇに対してボンディングワイヤ３１０を介して図示しないプリント基板に設けられた配線パターンなどの外部配線と電気的に接続される。または、図５（ｂ）に示すように、プリント基板などの回路基板３２０上にはんだボール３２１を介してセンサ装置をフリップチップ接続しても良い。さらに、図５（ｃ）に示すように、各パッド部１３ｆ、１３ｇとリード３３０とをボンディングワイヤ３３１を介して接続したのち、モールド樹脂３３２にて樹脂封止した構造とし、リード３３０を図示しないプリント基板に設けられた配線パターンなどと電気的に接続しても良い。

次に、このように構成されるセンサ装置の作動について、上述した図に加えて図６および図７を参照して説明する。

まず、図３に示すように、駆動梁４２に備えられた駆動部５１に対して駆動用電圧の印加を行う。具体的には、下層電極５１ａと上層電極５１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜５１ｂを変位させる。そして、２本並んで設けられた２つの駆動部５１のうち、一方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部５１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。これにより、図６に示すように、駆動梁４２によって両持ち支持された駆動兼検出用錘３１、３２が固定部２０を挟んでｘ軸方向において互いに逆方向に移動させられる駆動モードとなる。つまり、駆動兼検出用錘３１、３２が共に固定部２０が近づく状態と遠ざかる状態とが繰り返されるモードとなる。

この駆動振動が行われているときに、振動型角速度センサに対して角速度、つまり固定部２０を中心軸としたｘ軸周りの振動が印加されると、コリオリ力が発生する。このコリオリ力の働きによって、図７に示すように駆動兼検出用錘３１、３２がｙ軸方向を含む固定部２０を中心とした回転方向へも振動する検出モードとなる。したがって、検出梁４１も変位し、この検出梁４１の変位に伴って、振動検出部５３に備えられた検出用薄膜５３ｂが変形する。これにより、例えば下層電極５３ａと上層電極５３ｃとの間の電気信号が変化し、この電気信号が外部に備えられる図示しない制御装置などに入力されることで、発生した角速度を検出することが可能となる。

また、ｙ軸方向の加速度が発生したときには、可撓部２１２の撓みによって錘部２１１と共に第１可動電極２１３および第２可動電極２１４が移動させられる。これによって、第１可動電極２１３と第１固定電極２２０との間および第２可動電極２１４と第２固定電極２３０との間の距離が変化し、これらそれぞれの間に形成される静電容量が変化する。この静電容量の変化に基づいて、発生した加速度を検出することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態のセンサ装置では、ジャイロセンサ１００のうち枠体形状で構成された固定部２０の内側に加速度センサ２００を配置している。これにより、１チップ化を図りつつ、ジャイロセンサ１００の内側に加速度センサ２００を配置した構造となる。したがって、さらなる小型化が容易な構造のコンボセンサを有するセンサ装置とすることが可能となる。

特に、固定部２０の幅を検出梁４１の幅よりも広くしていることから、角速度検出時の検出振動が固定部２０の内側に配置した加速度センサ２００に与える影響を減らすことが可能となる。これにより、さらにセンサ装置の小型化が容易になる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

上記実施形態では、ジャイロセンサ１００における固定部２０の内側に配置した力学量センサとして櫛歯型の容量式の加速度センサ２００を例に挙げて説明した。しかしながら、これは力学量センサの一例を示したのであり、他の力学量センサ、例えば弾性表面波（以下、ＳＡＷという）を用いた加速度センサや荷重センサなどであっても良い。なお、力学量センサとして櫛歯型の容量式の加速度センサ２００を備える場合には、ダンパを効かせられるようにするために、キャップ層１３に大気開放孔１３ｈを備えるようにしたが、他の力学量センサの場合には大気開放孔１３ｈを備えなくても良い。

また、上記実施形態では、センサ基板１０と支持基板１１およびキャップ層１３をそれぞれ異なる３枚の基板で構成したが、センサ基板１０と支持基板１１を同じ基板によって構成することもできる。例えば、１枚の半導体基板をエッチングすることでジャイロセンサ１００や加速度センサ２００を形成し、その上面をキャップ層１３で覆う構造としても良い。

さらに、上記実施形態では、センサ基板１０と支持基板１１およびキャップ層１３とが接合部１２、１４を介して接合されるようにしており、接合部１２、１４の構成材料の一例としてシリコン酸化膜などの絶縁膜を挙げている。しかしながら、これは一例を示したのであり、接合部１２、１４を金属接合材料によって構成した金属接合部としても良い。この場合、図８に示すように、例えばキャップ層１３に貫通孔４００を形成し、貫通孔４００内に金属接合材料で構成された接合部１４と電気的に接続されるＴＳＶ４０１を形成し、これをパッド部１３ｆのうちの接地電位とされる接地パッド部に接続することもできる。

１０センサ基板
１１支持基板
１３キャップ層
２０固定部
３０可動部
４０梁部
１００ジャイロセンサ
２００加速度センサ
２１０可動部
２２０、２３０第１、第２固定電極

Claims

支持基板（１１）と、
前記支持基板に対して固定された固定部（２０）と、駆動錘および検出錘（３１、３２）とを有する可動部（３０）と、前記駆動錘を前記支持基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する駆動梁（４２）、および、前記検出錘を前記支持基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する検出梁（４１）を有する梁部（４０）とを有する振動型角速度センサと、該振動型角速度センサの周囲を囲むと共に前記支持基板に接続された周辺部（１０ｃ）と、を備えたセンサ基板（１０）と、を有するセンサ装置であって、
前記固定部は、枠体形状によって構成されており、前記センサ基板には、前記固定部が構成する枠体形状の内側に配置された力学量センサ（２００）が備えられていることを特徴とするセンサ装置。
前記固定部の幅は、前記検出梁の幅よりも大きく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。
前記支持基板と前記センサ基板は別々の基板によって構成されており、前記支持基板の上に前記センサ基板が接合部（１２）を介して接合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。
前記支持基板と前記センサ基板は１枚の半導体基板によって構成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。
前記力学量センサは、加速度センサ（２００）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つに記載のセンサ装置。
前記加速度センサは、前記支持基板の平面と平行な平面上の一方向において移動可能な可動電極（２１３、２１４）と、前記支持基板に対して固定されていると共に前記可動電極と対向配置された固定電極（２２０、２３０）とを有し、加速度の印加に伴う前記可動電極の移動によって前記可動電極と前記固定電極との間の距離が変化し、前記可動電極と前記固定電極との間の容量値が変化することに基づいて前記加速度の検出を行うことを特徴とする請求項５に記載のセンサ装置。
前記加速度センサは、前記固定部の内周壁に連結されると共に前記一方向に変位可能な可撓部（２１２）と、前記可撓部に連結されていると共に前記可動電極が前記一方向に対する垂直方向に延設された錘部（２１１）とを有していることを特徴とする請求項６に記載のセンサ装置。
前記センサ基板のうち前記支持基板と反対側の一面に配置され、接合部（１４）を介して前記周辺部と接合されるキャップ層（１３）が備えられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のセンサ装置。
前記キャップ層と前記センサ基板とを接合する前記接合部は、金属接合材料によって構成された金属接合部であり、
前記キャップ層には、前記金属接合部に繋がる貫通孔（４００）が形成されており、該貫通孔内を通じて前記金属接合部を接地電位点に接続する接地パッド部（１３ｆ）が備えられていることを特徴とする請求項８に記載のセンサ装置。
前記センサ基板のうち前記支持基板と反対側の一面に配置され、接合部（１４）を介して前記周辺部と接合されるキャップ層（１３）が備えられており、
前記キャップ層のうち前記加速度センサと対応する部位に大気開放孔（１３ｈ）が形成されていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載のセンサ装置。