JP6641878B2 - 物理量センサー、電子機器および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、物理量センサー、電子機器および移動体に関するものである。

従来から、物理量センサーとして、特許文献１に記載されているような加速度と角速度とを検知することのできる複合センサーが知られている。特許文献１に記載の物理量センサーは、基板と、基板に支持された角速度検出素子および加速度検出素子と、角速度検出素子と基板との間を接続する接続部と、加速度検出素子と基板との間を接続する接続部と、を有する。

特開２０１４−１３２０７号公報

しかしながら、このような構成では、角速度検出素子の駆動振動が基板を介して加速度検出素子に伝わり易く、加速度検出素子の検出信号にノイズが発生し易いという問題がある。

本発明の目的は、優れた物理量検出感度を発揮することのできる物理量センサー、電子機器および移動体を提供することにある。

本発明は、上記課題の少なくとも一部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。

本適用例にかかる物理量センサーは、ベースと、
前記ベースに配置されている回路素子と、
前記ベースおよび前記回路素子の少なくとも一方に配置され、駆動振動する第１物理量センサー素子と、
前記ベースおよび前記回路素子の少なくとも一方に配置されている第２物理量センサー素子と、
応力緩和層と、を有し、
前記第１物理量センサー素子および前記第２物理量センサー素子の少なくとも一方は、前記応力緩和層を介して前記ベースおよび前記回路素子の少なくとも一方に配置されていることを特徴とする。
これにより、第１物理量センサー素子の振動を応力緩和層で緩和（減衰）することができ、その振動が第２物理量センサー素子へ伝わり難くなる。そのため、優れた物理量検出感度を発揮することのできる物理量センサーとなる。

上述の適用例において、前記第１物理量センサー素子は、前記応力緩和層を介して前記回路素子に配置されていることが好ましい。
これにより、第１物理量センサー素子と回路素子とが重なって配置されるため、物理量センサーの平面サイズを抑えることができ、物理量センサーの小型化を図ることができる。

上述の適用例において、前記第２物理量センサー素子は、前記応力緩和層を介して前記回路素子に配置されていることが好ましい。
これにより、第２物理量センサー素子と回路素子とが重なって配置されるため、物理量センサーの平面サイズを抑えることができ、物理量センサーの小型化を図ることができる。

上述の適用例において、前記応力緩和層は、互いに離間して配置される第１応力緩和層および第２応力緩和層を有し、
前記第１物理量センサー素子は、前記第１応力緩和層を介して前記回路素子に配置され、
前記第２物理量センサー素子は、前記第２応力緩和層を介して前記回路素子に配置されていることが好ましい。
これにより、第１物理量センサー素子の振動が第２物理量センサー素子へさらに伝わり難くなる。

上述の適用例において、前記第１物理量センサー素子は、前記応力緩和層を介して前記回路素子に配置され、
前記第２物理量センサー素子は、前記ベースに配置されていることが好ましい。
これにより、振動の伝搬経路を長くすることができ、第１物理量センサー素子の振動が第２物理量センサー素子へさらに伝わり難くなる。

上述の適用例において、前記応力緩和層は、互いに離間して配置される第１応力緩和層および第２応力緩和層を有し、
前記第１物理量センサー素子は、前記第１応力緩和層を介して前記回路素子に配置され、
前記第２物理量センサー素子は、前記第２応力緩和層を介して前記ベースに配置されていることが好ましい。
これにより、第１物理量センサー素子の振動が第２物理量センサー素子へさらに伝わり難くなる。

上述の適用例において、前記回路素子は、前記ベースの第１面に配置され、
前記第２物理量センサー素子は、前記ベースの前記第１面と反対側の第２面に配置されていることが好ましい。
これにより、振動の伝搬経路を長くすることができ、第１物理量センサー素子の振動が第２物理量センサー素子へさらに伝わり難くなる。また、物理量センサーの面内方向の広がりを抑えることができ、物理量センサーの小型化を図ることができる。

上述の適用例において、前記回路素子は、前記第１物理量センサー素子を駆動する駆動回路と、前記第１物理量センサー素子からの検出信号に基づいて検出処理を行う第１検出回路と、前記第２物理量センサー素子からの検出信号に基づいて検出処理を行う第２検出回路と、を有することが好ましい。
これにより、回路素子によって２つの物理量を検知することができる。

上述の適用例において、前記第１物理量センサー素子は、角速度を検知する角速度センサー素子であり、
前記第２物理量センサー素子は、加速度を検知する加速度センサー素子であることが好ましい。
これにより、利便性の高い物理量センサーとなる。

本適用例にかかる電子機器は、上述の物理量センサーを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。

本適用例にかかる移動体は、上述の物理量センサーを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。

本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。 図１に示す物理量センサーの平面図である。 加速度センサー素子を示す平面図である。 図３中のＡ−Ａ線断面図である。 図３中のＢ−Ｂ線断面図である。 角速度センサー素子を示す平面図である。 図６に示す角速度センサー素子の作動を説明する平面図である。 図６に示す角速度センサー素子の作動を説明する平面図である。 第１応力緩和層を示す断面図である。 第２応力緩和層を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る物理量センサーが有する加速度センサー素子の平面図である。 本発明の第３実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。 図１２に示す物理量センサーの変形例を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。 図１４に示す物理量センサーの変形例を示す断面図である。 本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用した携帯電話機（スマートフォン、ＰＨＳ等も含む）の構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の物理量センサー、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。図２は、図１に示す物理量センサーの平面図である。図３は、加速度センサー素子を示す平面図である。図４は、図３中のＡ−Ａ線断面図である。図５は、図３中のＢ−Ｂ線断面図である。図６は、角速度センサー素子を示す平面図である。図７および図８は、それぞれ、図６に示す角速度センサー素子の作動を説明する平面図である。図９は、第１応力緩和層を示す断面図である。図１０は、第２応力緩和層を示す断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。また、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。

図１に示す物理量センサー１は、パッケージ２と、加速度センサー素子（第２物理量センサー素子）３と、角速度センサー素子（第１物理量センサー素子）４と、ＩＣ（回路素子）５と、応力緩和層６と、を有する。以下、これら構成要素について順次詳細に説明する。

（パッケージ）
パッケージ２は、図１に示すように、上面に開口する凹部２１１を有するキャビティ状のベース２１と、凹部２１１の開口を塞いでベース２１に接合された板状のリッド２２と、を有する。このようなパッケージ２は、凹部２１１の開口がリッド２２で塞がれることにより形成された内部空間Ｓを有し、この内部空間Ｓに加速度センサー素子３、角速度センサー素子４およびＩＣ５を収容している。なお、内部空間Ｓは、気密封止され、減圧状態（１０Ｐａ以下程度。好ましくは真空）となっている。これにより、角速度センサー素子４を効率的に駆動することができる。

ベース２１の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム等の各種セラミックス、ガラス材料、金属材料等を用いることができる。また、リッド２２の構成材料としては、特に限定されないが、ベース２１の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース２１の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。また、ベース２１とリッド２２の接合方法は、特に限定されず、例えば、メタライズ層を介して接合してもよいし、接着材を介して接合してもよい。

また、図２に示すように、ベース２１には、内部空間Ｓに臨む複数の内部端子２３が設けられている。この内部端子２３は、ベース２１内に形成された図示しない内部配線を介してベース２１の底面に配置された外部端子２４に電気的に接続されている。なお、内部端子２３や外部端子２４の数としては、特に限定されず、必要に応じて適宜設定すればよい。

（加速度センサー素子）
加速度センサー素子３は、ＩＣ５の上面に応力緩和層６（第２応力緩和層６２）を介して固定（配置）されている。また、加速度センサー素子３は、ＩＣ５の−Ｘ軸側に偏って配置されている。このような加速度センサー素子３としては、少なくとも１方向の加速度を検出することができれば、特に限定されないが、例えば、次のような構成とすることができる。

加速度センサー素子３は、図３に示すように、ベース基板３１と、ベース基板３１に支持された素子片３２と、素子片３２を覆ってベース基板３１に接合されたリッド３３と、を有する。

ベース基板３１は、ガラスから形成されており、板状をなし、その上面には凹部３１１が設けられている。また、ベース基板３１の上面には凹部３１２、３１３、３１４が設けられており、凹部３１２、３１３、３１４内には配線３５１、３５２、３５３が配置されている。また、図４に示すように、ベース基板３１の下面には、端子３６１、３６２、３６３が配置されており、配線３５１、３５２、３５３と端子３６１、３６２、３６３とがベース基板３１を貫通するビア３７１、３７２、３７３を介して電気的に接続されている。

また、素子片３２は、支持部３２１、３２２と、可動部３２３と、連結部３２４、３２５と、第１固定電極指３２８と、第２固定電極指３２９と、を有する。また、可動部３２３は、基部３２３ａと、基部３２３ａからＹ軸方向両側に突出した複数の可動電極指３２３ｂと、を有する。このような素子片３２は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされたシリコン基板から形成されている。

支持部３２１、３２２は、ベース基板３１の上面に接合されており、支持部３２１において、導電性バンプＢ１を介して配線３５１と電気的に接続されている。そして、これら支持部３２１、３２２の間に可動部３２３が設けられている。可動部３２３は、連結部３２４、３２５を介して支持部３２１、３２２に連結されている。そのため、可動部３２３は、連結部３２４、３２５が弾性変形することで、支持部３２１、３２２に対して矢印ａで示すようにＸ軸方向に変位可能となっている。

また、第１固定電極指３２８は、対応する可動電極指３２３ｂのＸ軸方向一方側に配置され、対応する可動電極指３２３ｂに対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなして複数並んでいる。そして、これら複数の第１固定電極指３２８は、導電性バンプＢ２を介して配線３５２と電気的に接続されている。

これに対して、第２固定電極指３２９は、対応する可動電極指３２３ｂのＸ軸方向他方側に配置され、対応する可動電極指３２３ｂに対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなして複数並んでいる。そして、これら複数の第２固定電極指３２９は、導電性バンプＢ３を介して配線３５３に電気的に接続されている。

リッド３３は、図５に示すように、板状をなし、その下面に凹部３３１が設けられている。そして、リッド３３の下面がベース基板３１の上面に接合されている。

以上のような構成の加速度センサー素子３は、次のようにして加速度を検出する。Ｘ軸方向の加速度が加わると、その加速度の大きさに基づいて、可動部３２３が連結部３２４、３２５を弾性変形させながらＸ軸方向に変位する。この変位に伴って、可動電極指３２３ｂと第１固定電極指３２８との隙間および可動電極指３２３ｂと第２固定電極指３２９との隙間がそれぞれ変動し、可動電極指３２３ｂと第１固定電極指３２８との間の静電容量および可動電極指３２３ｂと第２固定電極指３２９との間の静電容量が変化する。このような静電容量の変化は、ＩＣ５から静電容量を検出するための搬送波を第１固定電極指３２８および第２固定電極指３２９に印加することで、可動部３２３に連結されている端子３６１を介して検出信号として出力される。そして、得られた検出信号に基づいてＩＣ５が加速度を検出する。

（角速度センサー素子）
角速度センサー素子４は、ＩＣ５の上面に応力緩和層６を介して固定（配置）されている。また、角速度センサー素子４は、ＩＣ５の＋Ｘ軸側に偏って配置され、加速度センサー素子３とＸ軸方向に並んでいる。このような角速度センサー素子４としては、所定の軸まわりの角速度を検出することができれば、特に限定されないが、例えば、次のような構成とすることができる。

角速度センサー素子４は、図６に示すように、水晶基板をパターニングしてなる振動片４１と、振動片４１に設けられた電極と、を有する。ただし、振動片４１の材料としては、水晶に限定されず、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料を用いることもできる。

振動片４１は、基部４２と、基部４２からＸ軸方向両側に延出した検出腕４３１、４３２と、基部４２からＹ軸方向両側に延出した連結腕４４１、４４２と、連結腕４４１からＸ軸方向両側に延出した駆動腕４５１、４５２と、連結腕４４２からＸ軸方向両側に延出した駆動腕４５３、４５４と、を有する。また、振動片４１は、基部４２を間に挟むように配置された一対の支持部４６１、４６２と、基部４２と支持部４６１とを連結する梁部４７１と、基部４２と支持部４６２とを連結する梁部４７２と、を有する。そして、支持部４６１、４６２において応力緩和層６に固定されている。

また、電極は、検出信号電極４８１と、検出接地電極４８２と、駆動信号電極４８３と、駆動接地電極４８４と、を有する。検出信号電極４８１は、検出腕４３１、４３２の上面および下面に配置されている。また、検出接地電極４８２は、検出腕４３１、４３２の両側面に配置されている。また、駆動信号電極４８３は、駆動腕４５１、４５２の上下面および駆動腕４５３、４５４の両側面に配置されている。また、駆動接地電極４８４は、駆動腕４５３、４５４の上下面および駆動腕４５１、４５２の両側面に配置されている。

また、支持部４６１には、複数の端子４９１が配置されており、少なくとも１つの端子４９１が検出信号電極４８１と電気的に接続され、少なくとも１つの端子４９１が検出接地電極４８２と電気的に接続されている。一方、支持部４６２には、複数の端子４９２が配置されており、少なくとも１つの端子４９２が駆動信号電極４８３と電気的に接続され、少なくとも１つの端子４９２が駆動接地電極４８４と電気的に接続されている。すなわち、支持部４６１に設けられた端子４９１は、検出用の信号を取り出すための端子であり、支持部４６２に設けられた端子４９２は、駆動用の信号を取り出すための端子となっている。

以上のような構成の角速度センサー素子４は、次のようにして角速度を検出する。角速度センサー素子４に角速度が加わらない状態において、駆動信号電極４８３および駆動接地電極４８４の間に駆動信号を印加すると、図７に示すように、駆動腕４５１〜４５４が矢印Ａに示す方向に屈曲振動する。このときは、駆動腕４５１〜４５４が対称的に振動するため、検出腕４３１、４３２は、ほとんど振動しない。そして、この状態で、Ｚ軸まわりの角速度ωｚが加わると、図８に示すように、駆動腕４５１〜４５４にコリオリの力が作用して矢印Ｂに示す方向の振動が励振され、この振動に呼応するように、検出腕４３１、４３２が矢印Ｃに示す方向に屈曲振動する。このような振動によって検出腕４３１、４３２に発生した電荷を検出信号電極４８１および検出接地電極４８２の間から検出信号として取り出し、この信号に基づいてＩＣ５が角速度ωｚを検出する。

（ＩＣ）
ＩＣ５は、図１および図２に示すように、ベース２１の凹部２１１の底面に、例えば、銀ペースト、接着材等の固定部材を介して固定されている。また、ＩＣ５は、応力緩和層６を介して加速度センサー素子３と電気的に接続されていると共に、応力緩和層６を介して角速度センサー素子４と電気的に接続されている。また、ＩＣ５は、ボンディングワイヤーＢＹを介して内部端子２３と電気的に接続されている。

ＩＣ５は、角速度センサー素子４に接続された第１回路５１と、加速度センサー素子３に接続された第２回路５２と、を有する。また、第１回路５１は、角速度センサー素子４を駆動する（角速度センサー素子４に駆動信号を印加する）駆動回路５１１と、角速度センサー素子４からの検出信号に基づいて角速度の検出処理を行う検出回路（第１検出回路）５１２と、を有する。一方、第２回路５２は、加速度センサー素子３に搬送波を印加する駆動回路５２１と、加速度センサー素子３からの検出信号に基づいて加速度の検出処理を行う検出回路（第２検出回路）５２２と、を有する。これにより、ＩＣ５によって、物理量センサー１に加わった加速度および角速度を検出することができる。なお、ＩＣ５は、この他にも、必要に応じて、例えば、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、外部装置との通信を行うインターフェース等を有している。なお、ＩＣ５の通信方式としては、特に限定されず、例えば、ＳＰＩ（登録商標）（Serial Peripheral Interface）や、Ｉ^２Ｃ（登録商標）（Inter-Integrated Circuit）を用いることができる。ＩＣ５は、通信方式を選択するセレクト機能を有し、通信方式をＳＰＩおよびＩ^２Ｃの中から選択できるようになっていてもよい。

ここで、図２に示すように、複数のボンディングワイヤーＢＹの中には、デジタル信号（インターフェース用の電源、検出した角速度や加速度をデジタル信号に変換した出力信号）が伝搬されるボンディングワイヤーＢＹ１と、アナログ信号が伝搬されるボンディングワイヤーＢＹ２と、が含まれている。そのため、本実施形態では、ボンディングワイヤーＢＹ１とボンディングワイヤーＢＹ２とをなるべく離間して配置している。具体的には、ＩＣ５の中心に対して−Ｙ軸側にボンディングワイヤーＢＹ１を配置し、＋Ｙ軸側にボンディングワイヤーＢＹ２を配置している。すなわち、ボンディングワイヤーＢＹ１、ＢＹ２がＩＣ５の中心を介して互いに反対側に配置されている。このような配置とすることで、デジタル信号がアナログ信号に混入し難くなり、ノイズを低減することができる。

また、ボンディングワイヤーＢＹ１は、ＩＣ５のＸ軸方向の中央部に集約して配置されている。そして、加速度センサー素子３は、端子３６１、３６２、３６３がなるべくボンディングワイヤーＢＹ１から遠位に位置するように、端子３６１、３６２、３６３が並んでいる辺（外縁）３０を−Ｘ軸側に向けて配置されている。これにより、ボンディングワイヤーＢＹ１を伝搬するデジタル信号が加速度センサー素子３の検出信号（アナログ信号）に混入し難くなり、ノイズを低減することができる。よって、加速度の検出感度の低下を低減することができる。同様に、角速度センサー素子４は、検出信号用の端子４９１がなるべくボンディングワイヤーＢＹ１から遠位に位置するように、端子４９１が配置されている支持部４６１を＋Ｘ軸側（ＩＣ５の中心に対して遠位側）に向け、駆動信号用の端子４９２が配置されている支持部４６２を−Ｘ軸側（ＩＣ５の中心に対して近位側）に向けて配置されている。

≪応力緩和層≫
応力緩和層６は、図１および図２に示すように、ＩＣ５の上面に設けられている。また、応力緩和層６は、ＩＣ５と角速度センサー素子４との間に設けられた第１応力緩和層６１と、ＩＣ５と加速度センサー素子３との間に設けられた第２応力緩和層６２と、を有し、これら第１、第２応力緩和層６１、６２が互いに離間して配置されている。第１応力緩和層６１は、ＩＣ５の上面に配置されており、導電性の固定部材８を介して角速度センサー素子４と接続されている。同様に、第２応力緩和層６２は、ＩＣ５の上面に配置されており、導電性の固定部材８を介して加速度センサー素子３と接続されている。固定部材８としては、導電性を有していれば、特に限定されず、例えば、金属ろう材、金バンプ、銀バンプ等の金属バンプ、導電性接着剤等を用いることができる。また、固定部材８は、樹脂製のコアと、コアを覆う導電膜と、で構成してもよい。このような構成によれば、固定部材を比較的柔らかくすることができる。

これら第１、第２応力緩和層６１、６２を設けることで、角速度センサー素子４の駆動による振動（駆動腕４５１〜４５４の屈曲振動）が加速度センサー素子３に伝わり難くなる。そのため、加速度センサー素子３の可動部３２３が角速度センサー素子４の駆動により生じる振動（加速度以外の力）によって変位してしまうことを低減でき、加速度センサー素子３の検出信号に前記振動に起因するノイズが混入し難くなる。したがって、優れた加速度検出感度を備える物理量センサー１となる。特に、本実施形態では、第１応力緩和層６１と第２応力緩和層６２が互いに離間しているため、角速度センサー素子４の振動が応力緩和層６を介して加速度センサー素子３に伝わることを防止でき、上述した効果がより顕著となる。

また、応力緩和層６を設けることで、パッケージ２が受けた衝撃が緩和され、前記衝撃が角速度センサー素子４や加速度センサー素子３に伝達され難くなる。そのため、物理量センサー１の機械的強度が向上する。また、ＩＣ５と角速度センサー素子４および加速度センサー素子３との間の熱膨張差に起因して発生する応力が緩和され、角速度センサー素子４や加速度センサー素子３が変形し難くなる。そのため、より精度よく角速度および加速度を検出することができる。

第１応力緩和層６１は、図９に示すように、ＩＣ５の上面（パッシベーション膜５９上）に積層された絶縁層６１１と、絶縁層６１１上に形成され、ＩＣ５の端子５８１と電気的に接続された配線層６１２と、配線層６１２および絶縁層６１１上に形成された絶縁層６１３と、絶縁層６１３上に形成され、配線層６１２と電気的に接続された配線層６１４と、を有する。

そして、配線層６１４で形成された端子６１４’に、固定部材８を介して角速度センサー素子４が固定されている。これにより、固定部材８および配線層６１２、６１４を介して、ＩＣ５と角速度センサー素子４が電気的に接続される。配線層６１２、６１４は、ＩＣ５と角速度センサー素子４を電気的に接続するための配線（再配置配線）として機能するため、ＩＣ５の角速度センサー素子４と接続するための端子５８１を、角速度センサー素子４の構成（特に端子４９１、４９２の位置）を考慮することなく自由に配置することができる。

また、配線層６１２にはグランド（固定電位）に接続されたグランド配線６１２’が大きく拡がって配置されている。これにより、グランド配線６１２’がシールド層の機能を発揮し、例えば、ＩＣ５内のデジタル信号が角速度センサー素子４からの検出信号（アナログ信号）に混入し難くなり、ノイズを低減することができる。なお、グランド配線６１２’は、金属材料等の比較的硬い材料で形成されているため、なるべく、角速度センサー素子４から離間させた方が、第１応力緩和層６１で角速度センサー素子４から発生する振動を減衰させ易くなる。そのため、本実施形態では、第１応力緩和層６１が有する配線層６１２、６１４のうち、最もＩＣ５側（角速度センサー素子４から遠位）に位置する配線層６１２でグランド配線６１２’を形成している。このようなグランド配線６１２’は、例えば、パッシベーション膜５９と絶縁層６１１との間に配置してもよい。

第２応力緩和層６２は、図１０に示すように、ＩＣ５の上面（パッシベーション膜５９上）に積層された絶縁層６２１と、絶縁層６２１上に形成され、ＩＣ５と電気的に接続された配線層６２２と、配線層６２２および絶縁層６２１上に形成された絶縁層６２３と、絶縁層６２３上に形成され、配線層６２２と電気的に接続された配線層６２４と、を有する。

そして、配線層６２４で形成された端子６２４’に、固定部材８を介して加速度センサー素子３が固定されている。これにより、固定部材８および配線層６２２、６２４を介して、ＩＣ５と加速度センサー素子３が電気的に接続される。配線層６２２、６２４は、ＩＣ５と加速度センサー素子３を電気的に接続するための配線として機能するため、ＩＣ５の加速度センサー素子３と接続するための端子５８２を、加速度センサー素子３の構成（特に端子３６１〜３６３の位置）を考慮することなく自由に配置することができる。なお、本実施形態では、加速度センサー素子３の下面にダミー端子３６４（単に固定を目的とする端子）が設けられており、このダミー端子３６４も固定部材８を介して端子６２４’に固定されている。これにより、加速度センサー素子３を安定して第２応力緩和層６２に固定することができる。

また、配線層６２４にはグランドに接続されたグランド配線６２４”が大きく拡がって配置されている。これにより、グランド配線６２４”がシールド層の機能を発揮し、例えば、ＩＣ５内のデジタル信号が加速度センサー素子３からの検出信号（アナログ信号）に混入し難くなり、ノイズを低減することができる。なお、グランド配線６２４”は、金属材料等の比較的硬い材料で形成されているため、なるべく、角速度センサー素子４から離間させた方が、第２応力緩和層６２で角速度センサー素子４から発生する振動を減衰させ易くなる。そのため、本実施形態では、第２応力緩和層６２が有する配線層６２２、６２４のうち、最も加速度センサー素子３側（角速度センサー素子４から遠位）に位置する配線層６２４でグランド配線６２４”を形成している。

絶縁層６１１、６１３、６２１、６２３は、それぞれ、弾性を有する樹脂材料で構成されている。そのため、絶縁層６１１、６１３、６２１、６２３によって角速度センサー素子４の駆動により生じる振動を効果的に減衰させることができる。このような樹脂材料としては、特に限定されないが、例えば、ポリイミド、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、変性ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾオキサゾール等を用いることができる。また、配線層６１２、６１４、６２２、６２４としては、特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ等の金属膜を用いることができる。

以上、本実施形態の物理量センサー１について説明した。前述したように、本実施形態では、応力緩和層６が第１、第２応力緩和層６１、６２を有しているが、応力緩和層６は、第１、第２応力緩和層６１、６２の少なくとも一方を有していればよい。すなわち、第１、第２応力緩和層６１、６２のいずれか一方を省略してもよい。また、本実施形態では、第１、第２応力緩和層６１、６２が互いに離間して配置されているが、第１、第２応力緩和層６１、６２は、繋がっていてもよい。この場合には、第１応力緩和層６１から第２応力緩和層６２へ振動を伝わり難くするために、第１応力緩和層６１と第２応力緩和層６２との間に、切り欠きや貫通孔等の振動非伝達部を形成しておくことが好ましい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る物理量センサーについて説明する。

図１１は、本発明の第２実施形態に係る物理量センサーが有する加速度センサー素子の平面図である。

本実施形態にかかる物理量センサーは、加速度センサー素子の構成と、加速度センサー素子と応力緩和層との導通の方法が異なる以外は、前述した第１実施形態にかかる物理量センサーと同様である。

なお、以下の説明では、第２実施形態の物理量センサーに関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の加速度センサー素子３は、図１１に示すように、端子３６１、３６２、３６３が凹部３１２、３１３、３１４内に設けられている。そして、このような加速度センサー素子３は、接着剤等を介して第２応力緩和層６２に固定されており、ボンディングワイヤーＢＹ３を介して、第２応力緩和層６２（端子６２４’）と電気的に接続されている。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る物理量センサーについて説明する。

図１２は、本発明の第３実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。図１３は、図１２に示す物理量センサーの変形例を示す断面図である。

本実施形態にかかる物理量センサーは、加速度センサー素子の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態にかかる物理量センサーと同様である。

なお、以下の説明では、第３実施形態の物理量センサーに関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１２および図１３では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の物理量センサー１では、図１２に示すように、加速度センサー素子３がベース２１の凹部２１１の底面に第２応力緩和層６２を介して配置（固定）されている。なお、第２応力緩和層６２とＩＣ５との電気的な接続は、例えば、図示しないボンディングワイヤーやベース２１に形成された配線等によって行うことができる。

このような配置とすることで、角速度センサー素子４の駆動により発生する振動の加速度センサー素子３までの伝搬距離を長くすることができ、加速度センサー素子３に振動がより伝わり難くなる。また、角速度センサー素子４よりも厚みのある加速度センサー素子３をベース２１に配置することで、物理量センサー１の低背化を図ることもできる。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

なお、本実施形態では、加速度センサー素子３とベース２１の間に第２応力緩和層６２が配置されているが、第２応力緩和層６２を省略してもよい。すなわち、図１３に示すように、加速度センサー素子３がベース２１に固定されていてもよい。また、反対に、第１応力緩和層６１を省略してもよい。すなわち、角速度センサー素子４が固定部材８を介してＩＣ５に固定されていてもよい。これらの構成によっても、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る物理量センサーについて説明する。

図１４は、本発明の第４実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。図１５は、図１４に示す物理量センサーの変形例を示す断面図である。

本実施形態にかかる物理量センサーは、パッケージの形状と加速度センサー素子の配置が異なること以外は、前述した第１実施形態にかかる物理量センサーと同様である。

なお、以下の説明では、第４実施形態の物理量センサーに関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１４および図１５では前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

本実施形態の物理量センサー１では、図１４に示すように、ベース２１が上面に開口する凹部２１１と、下面に開口する凹部２１２と、を有する。このうち、凹部２１１の開口は、リッド２２により塞がれており、内部空間Ｓが形成されている。内部空間Ｓは、気密封止され、減圧状態（１０Ｐａ以下程度。好ましくは真空）となっている。そして、凹部２１１の底面にはＩＣ５が配置され、ＩＣ５の上面には第１応力緩和層６１を介して角速度センサー素子４が配置されている。一方、凹部２１２の底面には、第２応力緩和層６２を介して加速度センサー素子３が収容されている。また、凹部２１２内には加速度センサー素子３をモールドするモールド材９が充填されている。

このような配置とすることで、角速度センサー素子４の駆動により発生する振動の加速度センサー素子３までの伝搬距離を長くすることができ、加速度センサー素子３に振動がより伝わり難くなる。また、加速度センサー素子３、角速度センサー素子４およびＩＣ５を高さ方向に重ねて位置することができるため、物理量センサーの面内方向の広がりを抑えることができ、物理量センサー１の小型化を図ることができる。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

なお、本実施形態では、加速度センサー素子３とベース２１の間に第２応力緩和層６２が配置されているが、第２応力緩和層６２を省略してもよい。すなわち、図１５に示すように、加速度センサー素子３がベース２１に固定されていてもよい。また、反対に、第１応力緩和層６１を省略してもよい。すなわち、角速度センサー素子４が固定部材８を介してＩＣ５に固定されていてもよい。これらの構成によっても、本実施形態と同様の効果を発揮することができる。

［電子機器］
次いで、物理量センサー１を備える電子機器について、図１６〜図１８に基づいて説明する。

図１６は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。

この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、角速度および加速度を検出する物理量センサー１が内蔵されている。

図１７は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（スマートフォン、ＰＨＳ等も含む）の構成を示す斜視図である。

この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、角速度および加速度を検出する物理量センサー１が内蔵されている。

図１８は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。

デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、角速度および加速度を検出する物理量センサー１が内蔵されている。

以上のような電子機器は、物理量センサー１を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。

なお、本発明の電子機器は、図１６のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１７の携帯電話機、図１８のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計（スマートウォッチを含む）、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。

［移動体］
次いで、物理量センサー１を備える移動体について、図１９に基づいて説明する。

図１９は、本発明の移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。
自動車１５００には、角速度および加速度を検出する物理量センサー１が内蔵されており、物理量センサー１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量センサー１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、物理量センサー１が組み込まれる。

以上、本発明の物理量センサー、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、上述した実施形態では、加速度センサー素子がＸ軸方向の加速度を検出する構成であるが、加速度センサー素子の検出軸としては、特に限定されず、Ｙ軸方向であってもよいし、Ｚ軸方向であってもよい。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の少なくとも２軸方向の加速度を検出できる構成であってもよい。同様に、上述した実施形態では、角速度センサー素子がＺ軸まわりの角速度を検出する構成であるが、角速度センサー素子の検出軸としては、特に限定されず、Ｘ軸まわりであってもよいし、Ｙ軸まわりであってもよい。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の少なくとも２軸まわりの角速度を検出できる構成であってもよい。

１…物理量センサー、２…パッケージ、２１…ベース、２１１、２１２…凹部、２２…リッド、２３…内部端子、２４…外部端子、３…加速度センサー素子、３０…辺、３１…ベース基板、３１１…凹部、３１２、３１３、３１４…凹部、３２…素子片、３２１、３２２…支持部、３２３…可動部、３２３ａ…基部、３２３ｂ…可動電極指、３２４、３２５…連結部、３２８…第１固定電極指、３２９…第２固定電極指、３３…リッド、３３１…凹部、３５１…配線、３５２…配線、３５３…配線、３６１、３６２、３６３…端子、３６４…ダミー端子、３７１、３７２、３７３…ビア、４…角速度センサー素子、４１…振動片、４２…基部、４３１、４３２…検出腕、４４１、４４２…連結腕、４５１、４５２、４５３、４５４…駆動腕、４６１、４６２…支持部、４７１、４７２…梁部、４８１…検出信号電極、４８２…検出接地電極、４８３…駆動信号電極、４８４…駆動接地電極、４９１…端子、４９２…端子、５…ＩＣ、５１…第１回路、５１１…駆動回路、５１２…検出回路、５２…第２回路、５２１…駆動回路、５２２…検出回路、５８１…端子、５８２…端子、５９…パッシベーション膜、６…応力緩和層、６１…第１応力緩和層、６１１…絶縁層、６１２…配線層、６１２’…グランド配線、６１３…絶縁層、６１４…配線層、６１４’…端子、６２…第２応力緩和層、６２１…絶縁層、６２２…配線層、６２３…絶縁層、６２４…配線層、６２４’…端子、６２４”…グランド配線、８…固定部材、９…モールド材、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…導電性バンプ、ＢＹ、ＢＹ１、ＢＹ２、ＢＹ３…ボンディングワイヤー、Ｓ…内部空間、ωｚ…角速度

Claims (11)

1. ベースと、
   前記ベースに配置されている回路素子と、
   前記ベースおよび前記回路素子の少なくとも一方に配置され、駆動振動する第１物理量センサー素子と、
   前記ベースおよび前記回路素子の少なくとも一方に配置されている第２物理量センサー素子と、
   応力緩和層と、を有し、
   前記応力緩和層は、第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層上に形成された第１の配線層と、
   前記第１の配線層および前記第１の絶縁層上に形成された第２の絶縁層と、
   前記第２の絶縁層上に形成された第２の配線層と、を有し、
   前記第１物理量センサー素子および前記第２物理量センサー素子の少なくとも一方は、前記応力緩和層を介して前記ベースおよび前記回路素子の少なくとも一方に配置され、導電性を有する固定部材により、前記応力緩和層と接続されていることを特徴とする物理量センサー。
2. 前記第１物理量センサー素子は、前記応力緩和層を介して前記回路素子に配置されている請求項１に記載の物理量センサー。
3. 前記第２物理量センサー素子は、前記応力緩和層を介して前記回路素子に配置されている請求項１または２に記載の物理量センサー。
4. 前記応力緩和層は、互いに離間して配置される第１応力緩和層および第２応力緩和層を有し、
   前記第１応力緩和層および前記第２応力緩和層は、それぞれ、前記第１の絶縁層、前記第１の配線層、前記第２の絶縁層および前記第２の配線層を有し、
   前記第１物理量センサー素子は、前記第１応力緩和層を介して前記回路素子に配置され、
   前記第２物理量センサー素子は、前記第２応力緩和層を介して前記回路素子に配置されている請求項１に記載の物理量センサー。
5. 前記第１物理量センサー素子は、前記応力緩和層を介して前記回路素子に配置され、
   前記第２物理量センサー素子は、前記ベースに配置されている請求項１に記載の物理量センサー。
6. 前記応力緩和層は、互いに離間して配置される第１応力緩和層および第２応力緩和層を有し、
   前記第１応力緩和層および前記第２応力緩和層は、それぞれ、前記第１の絶縁層、前記第１の配線層、前記第２の絶縁層および前記第２の配線層を有し、
   前記第１物理量センサー素子は、前記第１応力緩和層を介して前記回路素子に配置され、
   前記第２物理量センサー素子は、前記第２応力緩和層を介して前記ベースに配置されている請求項５に記載の物理量センサー。
7. 前記回路素子は、前記ベースの第１面に配置され、
   前記第２物理量センサー素子は、前記ベースの前記第１面と反対側の第２面に配置されている請求項２に記載の物理量センサー。
8. 前記回路素子は、前記第１物理量センサー素子を駆動する駆動回路と、前記第１物理量センサー素子からの検出信号に基づいて検出処理を行う第１検出回路と、前記第２物理量センサー素子からの検出信号に基づいて検出処理を行う第２検出回路と、を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサー。
9. 前記第１物理量センサー素子は、角速度を検知する角速度センサー素子であり、
   前記第２物理量センサー素子は、加速度を検知する加速度センサー素子である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の物理量センサー。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする電子機器。
11. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする移動体。

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