(57)【要約】【課題】本発明は、外乱振動が作用した場合において、センサ素子内部で外乱振動を減衰することを可能とする慣性力センサを提供する。【解決手段】固定部と、可とう性を有する第１の梁を介して前記固定部に保持される質量体と、可とう性を有する第２の梁を介して前記質量体に保持される振動体とを有し、 前記質量体は前記固定部の内側に配置されるとともに前記振動体は前記質量体の内側に配置され、前記第１の梁が前記第２の梁より剛性が小さいことを特徴とする慣性力センサ。【選択図】  図1
2014041033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、
可とう性を有する第１の梁を介して前記固定部に保持される質量体と、
可とう性を有する第２の梁を介して前記質量体に保持される振動体とを有し、 
前記質量体は前記固定部の内側に配置されるとともに、前記振動体は前記質量体の内側に配置され、
前記第１の梁が前記第２の梁より剛性が小さく構成され、
前記振動体の変位に基づいて慣性力を検出する慣性力センサ。
【請求項２】
請求項１において、
前記振動体に設けられた可動電極と、
前記可動電極と対向するように検出電極とを備え、
前記振動体の変位に伴う前記可動電極と前記検出電極間の静電容量の変動を慣性力として検出することを特徴とする慣性力センサ。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１の梁と前記第２の梁の剛性が1.5倍以上の差があることを特徴とする慣性力センサ。 
【請求項４】
請求項２において、
前記振動体は２つの振動子からなっており、
前記２つの振動子はそれぞれメカニカルリンクによって接続しており、
それぞれ逆位相に自励振動し、
前記１の梁の共振周波数が前記自励振動の周波数よりも小さいこと、
を特徴とする慣性力センサ。
【請求項５】
請求項２において、
慣性力を検出する方向がセンサ基板の面内方向であり、
前記第１の梁が慣性力を検出する方向と同じ方向に変位可能な構造であること
を特徴とする慣性力センサ。
【請求項６】
請求項２において、
慣性力を検出する方向がセンサ基板の面外方向であり、
前記第１の梁が慣性力を検出する方向と同じ方向に変位可能な構造であること
を特徴とする慣性力センサ。
【請求項７】
リードフレームと、
前記リードフレームの上に保持された請求項２記載の慣性力センサと、
前記リードフレームと前記慣性力センサを覆うように形成されたモールドとにより構成された慣性力センサモジュール。
【請求項８】
リードフレームと、
前記リードフレームの上に保持された半導体素子と、
前記半導体素子の上に保持された請求項２記載の慣性力センサと、
前記リードフレームと前記半導体素子と前記慣性力センサを覆うように形成されたモールドとにより構成された慣性力センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度、角速度などの慣性力を静電容量変化により検出する慣性力センサに関し、特にセンサの防振構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、下記の特許文献１、２がある。特許文献１には、角速度センサ素子を弾性部材としての接着材を介してパッケージに搭載し、保持させてなる角速度センサにおいて、弾性機能と組みつけ性との両立を適切に図る構造について記載されている。
特許文献２には、圧電体を用いた加速度センサにおいて、２つの振動体を入れ子にする構造について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2006−317321号公報
【特許文献２】特開2008−190892号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の特許文献１には、弾性材料である接着材を防振部材として機能させることにより、外部からの不要振動である外乱振動を減衰させることを可能としている。しかしながら、特許文献１のような構造の場合、低コスト化を目的に接着材周りをモールド樹脂で覆うと、接着材が固定され外乱振動の減衰が困難であるという課題が残されている。
【０００５】
また、前述の特許文献２のような構造の場合、２つの振動体を支持する梁を作用する加速度に対してそれぞれ歪が異なる構造にすることによって、レベルが大きく異なる加速度を検出することを可能としている。しかしながら、特許文献２のような構造の場合、外側の振動体で大きな加速度を検出可能とするために、入れ子構造の外側の梁剛性を大きくしている。これにより、センサ素子内部において、外部からの外乱振動を減衰する効果がないという課題が残されている。
そこで、本発明は、外乱振動が作用した場合において、センサ素子内部で外乱振動を減衰することを可能とする慣性力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、固定部と、可とう性を有する第１の梁を介して前記固定部に保持される質量体と、可とう性を有する第２の梁を介して前記質量体に保持される振動体とを有し、前記質量体は前記固定部の内側に配置されるとともに、前記振動体は前記質量体の内側に配置され、前記第１の梁が前記第２の梁より剛性が小さく構成され、前記振動体の変位に基づいて慣性力を検出する慣性力センサにより達成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、慣性力センサにおいて、センサ素子内部に防振構造を形成することにより、センサ外部から印加される外乱振動を抑制することが可能な慣性力センサを提供できる。例えば、低コスト化を目的に、センサ素子や接着材周りをモールド樹脂で覆う場合においても、外乱振動を抑制する効果を有する。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施例である角速度センサの鳥瞰図
【図２】本発明の第１の実施例である角速度センサの平面図
【図３】本発明の第１の実施例である角速度センサの防振機能概念図
【図４】本発明の第１の実施例である角速度センサの概略断面図
【図５】本発明の第１の実施例である角速度センサモジュールの概略断面図
【図６】本発明の第２の実施例である角速度センサの鳥瞰図
【図７】本発明の第２の実施例である角速度センサの上部電極接合側の平面図
【図８】本発明の第２の実施例である角速度センサの概略断面図
【図９】本発明の第２の実施例である角速度センサの実装断面図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。本発明の対象は慣性力センサであり、以下の実施例では静電容量検出式角速度センサを例にして記述する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１の角速度センサの鳥瞰図である。図２は、角速度センサの平面図であり、図３は角速度センサの防振機能概念図である。図４は、図２中のＡ−Ａ’断面における概略断面図である。図５は、角速度センサの実装断面図である。
【００１１】
図1と図２に示すように、本実施例における角速度センサは、活性層基板１１と支持基板１２の間に絶縁層１３を挟んだ状態である貼りあわせ基板を使用した。
【００１２】
角速度センサの振動体を構成する２つの振動子１４ａ，１４ｂは、固定部１６ａ〜１６ｄ以外の領域が支持基板１２から絶縁層１３の厚さだけ浮いた構造となっている。図示はしないが、２つの振動子１４ａ，１４ｂは、励振手段により振動させられる。固定部１６ａ〜１６ｄには４本の梁からなる第１の梁１５ａ〜１５ｄが延設されており、質量体１を保持している。質量体１には４本の梁からなる第２の梁２ａ〜２ｄが延設されており、振動子１４ａ，１４ｂを保持している。
質量体１と振動子１４ａ，１４ｂは面内方向に振動可能な状態で支持されており、加えられた角速度によって振動する構造となっている。なお、第１の梁１５ａ〜１５ｄと第２の梁２ａ〜２ｄは、ばね機構の役割を持つ。例えば、振動子１４ａ，１４ｂが角速度を受けた場合に、振動子１４ａ，１４ｂに発生する慣性力により、振動子１４ａ，１４ｂが変位するが、角速度印加終了とともに第１の梁１５ａ〜１５ｄと第２の梁２ａ〜２ｄのばね力により元の位置に復元する。
振動子１４ａ，１４ｂは、振動方向と直交した方向に可動電極１７ａ，１７ｂを備えている。可動電極１７ａ，１７ｂは振動子１４ａ，１４ｂと連動して変位する。質量体１には可動電極１７ａ，１７ｂと対向するように検出電極２１ａ，２１ｂが設けられており、慣性力の印加に伴う振動子１４ａ，１４ｂの変位を静電容量の変化として検出可能とする。
また、振動子１４ａ，１４ｂは互いにメカニカルリンク１８により連結されている。振動子１４ａ，１４ｂ間では、メカニカルリンク１８を通じ、双方の振動エネルギーの授受が行われる。
角速度センサはカメラの手ぶれ防止機能や車体姿勢制御機能、カーナビゲーションなどに利用されており、カメラの手ぶれ防止にはDC〜２００Hz、車体姿勢制御にはDC〜５０Hz、カーナビゲーションにはDC〜１０Hzの周波数帯域の角速度を計測する必要がある。このように、角速度センサで低周波での挙動を精度よく観察するには、使用周波数帯域より高周波の外乱振動を抑制する必要がある。
図１〜図３に示すように、第１の梁１５ａ〜１５ｄと第２の梁２ａ〜２ｄの剛性は異なっており、第１の梁１５ａ〜１５ｄよりも第２の梁２ａ〜２ｄの方が大きくなっている。剛性の小さな第１の梁１５ａ〜１５ｄが剛性の大きな第２の梁２ａ〜２ｄの外側に配置されている。外部からの振動は固定部１６ａ〜１６ｄから伝播し、角速度を計測するための振動子１４ａ，１４ｂに伝搬される。よって、前述したように角速度を計測するのに必要な周波数帯域は低周波であるため、第１の梁１５ａ〜１５ｄで高周波振動を抑制するローパスフィルターの効果を持たせた。また、ローパスフィルターの共振周波数は外部環境を考慮し、外乱振動が大きい周波数と離す設計となっている。
例えば、第１の梁１５ａ〜１５ｄの剛性は、角速度センサの励振周波数である１０kHz以上になる剛性とし、第２の梁２ａ〜２ｄの剛性は１kHz以下のローパスフィルター機能を備える剛性にする。
【００１３】
支持基板１２と固定部１６ａ〜１６ｄは絶縁層１３を間に挟むことによって絶縁されている。振動子１４ａ，１４ｂには、絶縁層１３を犠牲層エッチングする際に使用する、トレンチの貫通孔１９が複数備わっている。これは、振動子１４ａ，１４ｂを支持基板１２より浮かし、面内振動可能な状態とさせるために必要である。また、犠牲層エッチングを容易に進行させるために必要である。この場合、振動子１４ａ，１４ｂが支持基板１２より剥離しないように、固定部１６ａ〜１６ｄの形状はできるだけ大きくすることがよい。ここでは、貫通孔１９の形状は正方形とした。
【００１４】
第１の梁１５ａ〜１５ｄの端にある固定部１６ａ〜１６ｄには信号検出用の貫通配線２０ａ〜２０ｄが形成されている。
【００１５】
角速度センサにｚ軸周りの角速度が印加されると、二つの振動子１４ａ，１４ｂはコリオリ力によりｙ軸方向の逆位相に変位する。
【００１６】
図４に示すように、質量体１を覆うように、蓋２２を被せた構造とすることで、封止部３と外部との気体分子の移動を制限している。ここでは、蓋２２にホウケイ酸ガラスを用いた。
ホウケイ酸ガラスはシリコンとの陽極接合を可能とするガラスである。蓋２２と活性層基板１１に形成された封止用枠２５は陽極接合を用いて接合されている。
【００１７】
一方、陽極接合する際の電圧印加で発生する静電引力により、質量体１や振動子１４ａ，１４ｂが蓋２２に固着する問題がある。この問題回避のため、固着しない深さを備えた段差２４が形成されている。段差２４の底面にはガス吸着剤２３が備わっている。封止用枠２５と蓋２２の接合時に発生する気体分子（アウトガス）や水分、さらに、接合前か封止部３の内部に存在する気体分子はガス吸着剤２３により吸着される。ガス吸着剤２３は、外部からの気体分子、および、水分の流入を長期にわたり低減することを可能とし、封止部３の内部圧力維持を補助している。ガス吸着剤２３としては、ジルコニア系のものが適しており、少なくとも水分、酸素，水素，二酸化炭素，窒素などの一部または全部を吸着する特性を有する。
【００１８】
貫通配線２０ａ〜２０ｄの材料にメッキ膜を用いた場合、メッキ膜による充填不良や、支持基板１２との線膨張係数の差による剥離のため、外部から気体分子や水分が封止部３に流入することが懸念される。そこで貫通配線２０ａ〜２０ｄには、支持基板１２や活性層基板１１と線膨張係数の合った低抵抗ポリシリコンを用いる。これにより、本実施例の貫通配線２０ａ〜２０ｄは、熱衝撃が加わったとしても、貫通配線２０ａ〜２０ｄの割れや剥離が発生しない構造となっている。
【００１９】
図５に示すように、角速度センサはセンサ素子６と半導体集積回路２９とモールド樹脂４とリードフレーム３３で構成されている。センサ素子６と半導体集積回路２９とは積層実装され、小型化、搭載性を向上させている。半導体集積回路２９とセンサ素子６は接着材３２で接着されている。接着材３２は、低ヤング率のシリコン系接着材である。センサ素子６と半導体集積回路２９の周囲はモールド樹脂４で固められている。モールド樹脂４でセンサ素子６や半導体集積回路２９を囲むことで、封止部３への外部からのゴミや水分の影響を抑制し、ワイヤー３０を固定することでワイヤー３０同士での電気的リークが発生することを防いでいる。
センサ素子６と半導体集積回路２９は電気的に接続されている。すなわち、金やアルミニウムのワイヤー３０を介し、それをワイヤーボンディングすることにより電気的に接続している。ワイヤー３０は、支持基板１２に形成されている貫通配線２０ａ〜２０ｄと半導体集積回路２９の電極とを結線している。また、半導体集積回路２９の下にはリードフレーム３３が設置されており、半導体集積回路２９とリードフレーム３３はワイヤーボンディングすることにより電気的に接続されている。
【００２０】
また、モールド樹脂４には、センサ素子６と半導体集積回路２９が外部と電気的に接続するためにリードフレーム３３が設けられている。このリードフレーム３３は４２アロイなどの通常のリードフレーム材料よりなる。
【００２１】
モールド樹脂４によりセンサ素子６は固定されているが、センサ素子６内部で防振構造を備えているため、本実施例の角速度センサは外乱振動を抑制可能である。
【実施例２】
【００２２】
図６は、実施例２の角速度センサの鳥瞰図である。図７は、上部電極接合側の平面図であり、図８は図６中のＡ−Ａ’断面における概略断面図である。図９は、角速度センサの実装断面図である。
図６と図７に示すように、本実施例における角速度センサは、第一の基板である下部電極基板１５０、第二の基板であるセンサ基板１６０、第三の基板である上部電極基板１７０で構成される。下部電極基板１５０は活性層１２３を用い、下部電極１０２a，１０２ｂ、活性層気密枠１０３、固定部である下部電極用活性層固定部１１７a，１１７ｂ、下部電極用活性層配線１１８a，１１８ｂ、振動体変位可能エリア１２２、上部電極用活性層固定部１０４a，１０４ｂ、振動体用活性層固定部１１６a〜１１６ｄからなる。
センサ基板１６０はセンサ層１２４を用い、質量体１４１、質量体支持梁１４２a〜１４２ｄ、振動子１０５a，１０５ｂ、センサ層固定部１１９a〜１１９ｄ、振動子支持梁１２０a〜１２０ｄ、上部電極用センサ層固定部１０６a，１０６ｂ、メカニカルリンク１３５、センサ層気密枠１０８からなる。
上部電極基板１７０は上活性層１２５を用い、上部電極１１１a，１１１ｂ、上活性層気密枠１１２、上部電極用上活性層固定部１１０a，１１０ｂ、振動体用上活性層固定部１３１a〜１３１ｄ、上振動体変位可能エリア１３２、下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂからなる。
下部電極１０２a，１０２ｂは、下部電極１０２a，１０２ｂを備えた活性層１２３と支持基板１０１の間に絶縁層１３０を挟んだ状態である貼りあわせ基板を使用した。これにより、活性層１２３と支持基板１０１は電気的に絶縁されている。下部電極１０２a，１０２ｂ、上部電極用活性層固定部１０４a，１０４ｂ、振動体用活性層固定部１１６a〜１１６ｄ  、活性層気密枠１０３は空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。
振動体用活性層固定部１１６a〜１１６ｄは振動子１０５a，１０５ｂを固定するセンサ層固定部１１９a〜１１９ｄと接続している。また、下部電極用活性層固定部１１７a，１１７ｂは下部電極用センサ層固定部１０７a，１０７ｂと接続しており、上部電極用活性層固定部１０４a，１０４ｂは上部電極用センサ層固定部１０６a，１０６ｂと接続している。接続している箇所が構成されている基板はそれぞれシリコン基板を用いており、同材料であるため線膨脹係数に差異がなく、温度変化に伴い発生する歪は小さい。接続には直接接合が用いられており、接合界面も上記固定部と同等の抵抗値であるため感度が低下することはない。
【００２３】
質量体１４１と質量体支持梁１４２a〜１４２ｄ、振動子１０５a，１０５ｂと振動子支持梁１２０a〜１２０ｄは振動体変位可能エリア１２２の上部に構成されており、下部電極１０２a，１０２ｂを備えた活性層１２３から浮いた構造となっている。振動体変位可能エリア１２２は掘り下げられており、振動子１０５a，１０５ｂと下部電極１０２a，１０２ｂの浮上距離はセンサ層１２４と振動体変位可能エリア１２２の上面との距離と一致する。振動子支持梁１２０a〜１２０ｄは直梁ではなく、折り返し梁でも良い。振動子１０５a，１０５ｂは振動子１０５a，１０５ｂの端部において４本の振動子支持梁１２０a〜１２０ｄにより架設されており、面内方向であるx，y方向と面外方向であるz方向にそれぞれ振動可能な状態で支持されている。振動子１０５a，１０５ｂは振動子支持梁１２０a〜１２０ｄの端に延設されたセンサ層固定部１１９a〜１１９ｄによって、振動体用活性層固定部１１６a〜１１６ｄに固定されており、振動子支持梁１２０a〜１２０ｄは、ばね機構の役割を持つ。例えば、振動子１０５a，１０５ｂが面外方向の加速度や角速度を受けた場合に、振動子１０５a，１０５ｂに発生する慣性力により、振動子１０５a，１０５ｂが変位するが、加速度や角速度印加終了とともに上記振動子支持梁１２０a〜１２０ｄのばね力により元の位置に復元する。振動子支持梁１２０a〜１２０ｄは振動子１０５a，１０５ｂと連動して振動する。また、振動子１０５a，１０５ｂは互いにメカニカルリンク１３５により連結されている。振動子１０５a，１０５ｂ間では、メカニカルリンク１３５を通じ、双方の振動エネルギーの授受が行われる。
角速度センサはカメラの手ぶれ防止機能や車体姿勢制御機能、カーナビゲーションなどに利用されており、カメラの手ぶれ防止にはDC〜２００Hz、車体姿勢制御にはDC〜５０Hz、カーナビゲーションにはDC〜１０Hzの周波数帯域の角速度を計測する必要がある。このように、角速度センサで低周波での挙動を精度よく観察するには、使用周波数帯域より高周波の外乱振動を抑制する必要がある。
質量体支持梁１４２a〜１４２ｄと振動子支持梁１２０a〜１２０ｄの剛性は異なっており、質量体支持梁１４２a〜１４２ｄよりも振動子支持梁１２０a〜１２０ｄの方が大きくなっている。剛性の小さな質量体支持梁１４２a〜１４２ｄが剛性の大きな振動子支持梁１２０a〜１２０ｄの外側に配置されている。外部からの振動はセンサ層固定部１１９a〜１１９ｄから伝播し、角速度を計測するための振動子１０５a，１０５ｂに伝搬される。よって、前述したように角速度を計測するのに必要な周波数帯域は低周波であるため、質量体支持梁１４２a〜１４２ｄで高周波振動を抑制するローパスフィルターの効果を持たせた。また、ローパスフィルターの共振周波数は外部環境を考慮し、外乱振動が大きい周波数と離す設計となっている。
例えば、質量体支持梁１４２a〜１４２ｄの剛性は、角速度センサの励振周波数である１０kHz以上になる剛性とし、振動子支持梁１２０a〜１２０ｄの剛性は１kHz以下のローパスフィルター機能を備える剛性にする。
振動子１０５a，１０５ｂには、下部電極１０２a，１０２ｂと対向する範囲において可動電極の機能を備えている。下部電極１０２a，１０２ｂは振動子１０５a，１０５ｂと異なるサイズで形成した。これは可動部が面内方向であるx，y方向に振動した際に、振動子１０５a，１０５ｂが下部電極１０２a，１０２ｂの上部を外れるように動作すると、下部電極１０２a，１０２ｂと振動子１０５a，１０５ｂとの感度が低下し、見掛け上z方向に変位したように計測されるのを防止するためである。本実施例においては振動子１０５a，１０５ｂよりも下部電極１０２a，１０２ｂの方を大きな構造とした。振動子１０５a，１０５ｂ、センサ層気密枠１０８、上部電極用センサ層固定部１０６a，１０６ｂは空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。
図６と図７に示すように、上部電極１１１a，１１１ｂは、上部電極１１１a，１１１ｂを備えた上活性層１２５と上支持基板１１３の間に上絶縁層１３４を挟んだ状態である貼りあわせ基板を使用した。これにより、上活性層１２５と上支持基板１１３は電気的に絶縁されている。上部電極１１１a，１１１ｂ、下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂ、上活性層気密枠１１２は空間によって電気的に絶縁されており、隣り合う構造同士で混線はない。
【００２４】
下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂと上部電極用上活性層固定部１１０a，１１０ｂと振動体用上活性層固定部１３１a〜１３１ｄは、上支持基板１１３の表面で電極パッド１１５に電気的に接続されている。電極パッド１１５は全て同じ面に形成されている。このため、センサや集積回路のパッケージの一種であるBGA（Ball Grid Array）を用いることが容易であり、高密度実装に適している。
下部電極１０２a，１０２ｂと同様に上部電極１１１a，１１１ｂも振動子１０５a，１０５ｂと対向するように構成されており、振動子１０５a，１０５ｂと異なるサイズで形成した。これは下部電極１０２a，１０２ｂと同様に可動部が面内方向であるx，y方向に振動した際に、振動子１０５a，１０５ｂが上部電極１１１a，１１１ｂの上部を外れるように動作すると、上部電極１１１a，１１１ｂとの静電容量が低下し、見掛け上z方向に変位したように計測されるのを防止するためである。本実施例においては振動子１０５a，１０５ｂよりも上部電極１１１a，１１１ｂの方を大きな構造とし、下部電極１０２a，１０２ｂと上部電極１１１a，１１１ｂは同じ大きさとした。振動子１０５a，１０５ｂには、上部電極１１１a，１１１ｂと対向する範囲において可動電極の機能を備えている。
【００２５】
図８に示すように、下部電極１０２a，１０２ｂで検出した信号は下部電極用活性層固定部１１７a，１１７ｂまで到達する。この信号は下部電極用活性層固定部１１７a，１１７ｂと下部電極用センサ層固定部１０７の接合界面を通じて下部電極用センサ層固定部１０７a，１０７ｂへ、下部電極用センサ層固定部１０７a，１０７ｂと下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂの接合界面を通じて下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂへ、下部電極用上活性層固定部１０９a，１０９ｂと導通している下部電極用外部電極１１４a，１１４ｂまで信号を減衰させることなく検出できる。センサから外部への信号は電極パッド１１５を通じて送信する。
図６〜８に示すように、振動子１０５a，１０５ｂと下部電極１０２a，１０２ｂと上部電極１１１a，１１１ｂとの間に形成される静電容量の変化に基づく角速度を検出することが可能である。センサは基板面外であるx軸周りの角速度を印加されると、二つの振動子１０５a，１０５ｂはメカニカルリンク１３５を通じて振動エネルギーの授受をしながら、コリオリ力により面外であるz軸方向に互いに逆方向に変位する。振動子１０５aが下部電極１０２aに近づく方向に変位した場合、振動子１０５aと下部電極１０２a間の静電容量は増加する。その場合、振動子１０５aは上部電極１１１aから遠ざかる方向に変位するので振動子１０５aと上部電極１１１a間の静電容量は減少する。同時に振動子１０５aとメカニカルリンク１３５で架設された振動子１０５ｂはコリオリ力により下部電極１０２ｂから遠ざかる方向に変位するので振動子１０５ｂと上部電極１１１ｂ間の静電容量は減少する。振動体変位可能エリア１２２と振動子１０５a，１０５ｂ、上振動体変位可能エリア１３２と振動子１０５a，１０５ｂとの間隔は一致する。そのため、下部電極１０２aと上部電極１１１ｂの容量変化が同じ値で増加した時、下部電極１０２ｂと上部電極１１１aの容量変化も同じ値で減少する。このことを利用し、下部電極１０２a，１０２ｂと上部電極１１１a，１１１ｂの容量変化を差動増幅することで感度を増幅することが可能である。また、加速度が印加された場合は、下部電極１０２aと下部電極１０２ｂの容量変化が同じ値で増加した時、上部電極１１１aと上部電極１１１ｂとの容量変化も同じ値で減少する。これにより、加速度と角速度を切り分けることが可能である。
なお、振動体変位可能エリア１２２と上振動体変位可能エリア１３２はウェットエッチングを用いて形成されており、振動子１０５a，１０５ｂとのギャップをナノメートルオーダーで制御することが可能となっている。これにより、センサ毎の感度ばらつきを抑制し、最適値に設定可能である。
また、振動子１０５a，１０５ｂの存在する内部空間は活性層気密枠１０３とセンサ層気密枠１０８と上活性層気密枠１１２によって外部から隔離されている。これにより振動子１０５a，１０５ｂの周囲の環境は安定しており、外部からのごみや湿気起因の第２の振動部１０５a，１０５ｂの固着や、ガス流入に伴う圧力変動起因の感度変動を抑制している。
シリコン基板と検出電極の接触ではなく検出電極に延設された固定部の両基板に直接接合を用いて強固に接合し、接合界面を導通させることにより、接触抵抗変化が少なく長期間での感度やゼロ点出力の低下を防止する。また、検出電極にもシリコン基板を用いることで温度変化に伴う線膨脹係数差を起因とした歪を防ぎ、誤差の少ない高精度検出を可能とする。
図９に示すように、角速度センサはセンサ素子２０６と半導体集積回路２２９とモールド樹脂２０４とリードフレーム２３３で構成されている。センサ素子２０６と半導体集積回路２２９とは積層実装され、小型化、搭載性を向上させている。半導体集積回路２２９とセンサ素子２０６は接着材２３２で接着されている。接着材２３２は、低ヤング率のシリコン系接着材である。センサ素子２０６と半導体集積回路２２９の周囲はモールド樹脂２０４で固められている。モールド樹脂２０４でセンサ素子２０６や半導体集積回路２２９を囲むことで、外部からのゴミや水分の影響を抑制し、ワイヤー２３０を固定することでワイヤー２３０同士での電気的リークが発生することを防いでいる。
センサ素子２０６と半導体集積回路２２９は電気的に接続されている。すなわち、金やアルミニウムのワイヤー２３０を介し、それをワイヤーボンディングすることにより電気的に接続している。ワイヤー２３０は、センサ素子２０６に形成された貫通配線２２０ａ〜２２０ｄと半導体集積回路２２９の電極とを結線している。また、半導体集積回路２２９の下にはリードフレーム２３３が設置されており、半導体集積回路２２９とリードフレーム２３３はワイヤーボンディングすることにより電気的に接続されている。
【００２６】
また、モールド樹脂２０４には、センサ素子２０６と半導体集積回路２２９が外部と電気的に接続するためにリードフレーム２３３が設けられている。このリードフレーム２３３は４２アロイなどの通常のリードフレーム材料よりなる。
【００２７】
モールド樹脂２０４によりセンサ素子２０６は固定されているが、センサ素子２０６内部で防振構造を備えているため、本実施例の角速度センサは外乱振動を抑制可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１  質量体
２ａ〜２ｄ  第２の梁
３  封止部
４  モールド樹脂
６  センサ素子
１１  活性層基板
１２  支持基板
１３  絶縁層
１４ａ，１４ｂ  振動子
１５ａ〜１５ｄ  第1の梁
１６ａ〜１６ｄ  固定部
１７ａ，１７ｂ  可動電極
１８  メカニカルリンク
１９  貫通孔
２０ａ〜２０ｄ  貫通配線
２１ａ〜２１ｄ  検出電極
２２  蓋
２３  ガス吸着剤
２４  段差
２５  封止用枠
２６ａ，２６ｂ  検出電極
２９  半導体集積回路
３０  ワイヤー
３２  接着材
３３  リードフレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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