(57)【要約】【課題】  回路チップにセンサチップを積層した角速度センサにおいて、センサチップの防振性を向上させ、さらに接着フィルムによる熱応力の緩和を図る。【解決手段】  所定の周波数で駆動振動される振動子を有し、振動子に対して所定の回転軸周りに印加される角速度を検出するセンサチップ５と、センサチップ５と積層して配置され、センサチップ５より得られた信号に基づいて角速度を取得する回路が形成された回路チップ３とを備える角速度センサにおいて、センサチップ５と回路チップ３は接着フィルム４を介して接着し、センサチップ５の共振周波数が振動子の駆動周波数より小さくなるように、望ましくはセンサチップ５の共振周波数が振動子の駆動周波数の２1/2倍より小さくなるように、接着フィルム４の形状あるいは弾性率の少なくとも一方を調整する。【選択図】        図２
2005331258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で駆動振動される振動子を有し、前記振動子に対して所定の回転軸周りに印加される角速度を検出するセンサチップ（５）と、
前記センサチップ（５）と積層して配置され、前記センサチップ（５）より得られた信号に基づいて角速度を取得する回路が形成された回路チップ（３）とを備え、
前記センサチップ（５）と前記回路チップ（３）は接着フィルム（４）を介して接着されており、
前記センサチップ（５）の共振周波数が、前記振動子の駆動周波数より小さくなるように、前記接着フィルム（４）の形状あるいは弾性率の少なくとも一方が調整されていることを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記センサチップ（５）の共振周波数が、前記振動子の駆動周波数の２1/2倍より小さくなるように、前記接着フィルム（４）の形状あるいは弾性率の少なくとも一方が調整されていることを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記接着フィルムは、前記センサチップ（５）と前記回路チップ（３）との間における複数箇所に設けられており、
前記複数の接着フィルムは、前記センサチップ（５）における前記振動子の回転軸中心に対して対称位置であって、前記回転軸中心からできるだけ離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
所定の周波数で駆動振動される振動子を有し、前記振動子に対して所定の回転軸周りに印加される角速度を検出するセンサチップ（５）と、
前記センサチップ（５）と積層して配置され、前記センサチップ（５）より得られた信号に基づいて角速度を取得する回路が形成された回路チップ（３）と、
前記センサチップ（５）を積層した状態の前記回路チップ（３）を収容するパッケージ（１）とを備え、
前記回路チップ（３）と前記パッケージ（１）は接着フィルムを介して接着されており、
前記センサチップ（５）と前記回路チップ（３）との共振周波数が、前記振動子の駆動周波数より小さくなるように、前記接着フィルムの形状あるいは弾性率の少なくとも一方が調整されていることを特徴とする角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子を駆動振動させて角速度を検出する振動型角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動型角速度センサは、例えば半導体基板をエッチング加工するなどにより、基部、振動子および振動子を駆動させるための駆動電極が形成されている。この振動型角速度センサでは、一対の駆動電極に互いに逆相の交流信号（駆動信号）を印加して振動子を所定方向に振動させ、この振動駆動のもと、角速度印加の際にコリオリ力によって振動子が駆動振動方向と直交する方向に振動し、この振動による静電容量の変化を検出電極で検出することで印加角速度を検出するものである。
【０００３】
このような角速度センサでは、外部からセンサチップに加わる熱応力と、外部からセンサチップに伝わる振動が角速度検出精度に影響を与えるため、熱応力の緩和と防振性が要求される。
【０００４】
熱応力の緩和を目的とした従来技術として、パッケージの一部を切り欠いていて接着面積を小さくし、これにより熱応力の発生を低減させる角速度センサが提案されている（例えば特許文献１参照）。また、センサチップと回路チップとを接着する接着フィルムとしてシリコーンフィルムを用いることで、接着フィルムによる熱応力を緩和させる構成が提案されている（例えば特許文献２参照）。さらに防振性という点から、防振ゴム等で振動子を実装したパッケージを支持することで防振性を確保する角速度センサが提案されている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２０００−２４９５６２号公報
【特許文献２】特開２００３−２１６４７号公報
【特許文献３】特開２０００−５５６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の構成では、パッケージの加工が必要となり、高コストであるとともに、振動子の実装状態がパッケージに不完全に接触した状態となるため、センサ構造全体での周波数特性に影響を与える恐れがある。また、上記特許文献２に記載の角速度センサは、防振性に関しては特に記載されていない。
【０００６】
さらに、上記特許文献３に記載の角速度センサでは、防振性を向上させるために別部品を用意する必要があり、実装コストが増大するという問題がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、回路チップにセンサチップを積層した角速度センサにおいて、センサチップの防振性を向上させ、さらに接着フィルムによる熱応力の緩和を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、所定の周波数で駆動振動される振動子を有し、振動子に対して所定の回転軸周りに印加される角速度を検出するセンサチップ（５）と、センサチップ（５）と積層して配置され、センサチップ（５）より得られた信号に基づいて角速度を取得する回路が形成された回路チップ（３）とを備え、センサチップ（５）と回路チップ（３）は接着フィルム（４）を介して接着されており、センサチップ（５）の共振周波数が、振動子の駆動周波数より小さくなるように、接着フィルム（４）の形状あるいは弾性率の少なくとも一方が調整されていることを特徴としている。
【０００９】
このように、センサチップ（５）の共振周波数が、振動子の駆動周波数より小さくなるように、接着フィルム（４）の形状あるいは弾性率の少なくとも一方が調整することで、センサチップ（５）の防振性を向上させることができる。さらに、回路チップ（３）とセンサチップ（５）との接合に用いられる接着フィルム（４）低弾性であるため熱応力を緩和でき、センサチップ（５）に対して接着フィルム（４）の歪みが伝わることを避けることができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、センサチップ（５）の共振周波数が、振動子の駆動周波数の２1/2倍より小さくなるように、接着フィルム（４）の形状あるいは弾性率の少なくとも一方が調整されていることを特徴としている。これにより、センサチップ（５）の駆動振動が回路チップ（３）やパッケージ（１）を介してセンサチップ（５）に伝達された場合でも、これを減衰させることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、接着フィルムは、センサチップ（５）と回路チップ（３）との間における複数箇所に設けられており、複数の接着フィルムは、センサチップ（５）における振動子の回転軸中心に対して対称位置であって、回転軸中心からできるだけ離れた位置に配置されていることを特徴としている。これにより、センサチップ（５）の防振性を確保しつつ、回転モードの共振点の低下を避けることが可能となり、角速度の検出感度低下を防ぐことができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明では、所定の周波数で駆動振動される振動子を有し、振動子に対して所定の回転軸周りに印加される角速度を検出するセンサチップ（５）と、センサチップ（５）と積層して配置され、センサチップ（５）より得られた信号に基づいて角速度を取得する回路が形成された回路チップ（３）と、センサチップ（５）を積層した状態の回路チップ（３）を収容するパッケージ（１）とを備え、回路チップ（３）とパッケージ（１）は接着フィルムを介して接着されており、センサチップ（５）と回路チップ（３）との共振周波数が、振動子の駆動周波数より小さくなるように、接着フィルムの形状あるいは弾性率の少なくとも一方が調整されていることを特徴としている。このような構成によっても、センサチップ（５）の防振性を向上させることができる。
【００１３】
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を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本第１実施形態の角速度センサの平面図であり、図２は断面図である。図１、図２に示すように、角速度センサＳ１はセラミックパッケージ１を備えており、これは、センサＳ１の基部となるとともに、センサＳ１を被測定体の適所に取り付けるためのものである。セラミックパッケージ１の上には、接着剤２を介して回路チップ３が搭載され固定されている。
【００１６】
この回路チップ３の上面には、センサチップ５を搭載するための領域であるボンディング部が設けられており、このボンディング部には、接着フィルム４を介してセンサチップ５が積層されている。本実施形態では、接着フィルム４として粘弾性特性を有する低弾性フィルムであるシリコーン系フィルムを用いている。
【００１７】
そして、センサチップ５と回路チップ３、および、回路チップ３とセラミックパッケージ１は、それぞれボンディングワイヤ６、７を介して電気的に接続されている。セラミックパッケージ１の上部には、セラミックカバー８が設けられている。
【００１８】
センサチップ５には、角速度（物理量）を検出するためのセンサ部が形成されており、角速度検出を行う検出素子として構成されている。センサチップ５は、例えばシリコン基板に対しエッチング加工を施し、駆動電極や検出電極等が形成された基部と、基部に駆動梁で支持された振動子とを備える構成とすることができる。なお、本実施形態のセンサチップ５は１つの振動子を備えているものとする。
【００１９】
センサチップ５では、振動子を所定周波数で駆動振動させ、振動する振動子に所定の回転軸周りに角速度が加わった場合に発生するコリオリ力で振動子が変位した場合に、印加された角速度に応じた可動電極と固定電極間の静電容量変化（電気信号）を検出することができる。センサチップ５は、角速度に応じた電気信号を回路チップ３に出力する。
【００２０】
また、回路チップ３には、センサチップ５からの信号に基づいて角速度を取得する回路部が形成されている。例えば回路チップ３として、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おり、センサチップ５の電気信号を処理して出力する等の機能を有するものを採用することができる。センサチップ５からの電気信号（容量変化）は、回路チップ３へ送られて回路チップ３に備えられたＣ／Ｖ変換回路により電圧信号に変換されて、角速度信号として出力されるようになっている。
【００２１】
上記構造の角速度センサＳ１では、センサチップ５の振動子の駆動振動が、センサチップ５→回路チップ３→パッケージ１と伝達され、さらにこの振動がパッケージ１→回路チップ３→センサチップ５と伝わる。この外部からセンサチップ５に伝わる振動は、センサチップ５における角速度の検出精度に影響を与える。このため、本実施形態では、センサチップ５の共振周波数ｆｍをセンサチップ５の振動子の駆動周波数ｆｄより低く設定することで、センサチップ５の防振性を向上させている。
【００２２】
図３は、センサチップ５の駆動周波数ｆｄとセンサチップ５の構造共振周波数ｆｍとの関係を示す特性図である。
【００２３】
一般的に、質量体の機械的周波数特性は、周波数が０の状態から振動の周波数を大きくしていくと、質量体の共振周波数にて振動の変位は最大となり、そこから減衰していく。そして一般に、質量体の振動の周波数が質量体の共振周波数の２1/2倍にまで大きくなると、周波数が０のときの変位と等しい値まで減衰する。さらに振動の周波数を大きくしていくと、振動の変位は周波数が０のときの変位よりも段々小さくなっていく。これらのことから、質量体において、その振動の変位が周波数が０のときの変位以下となるようにすれば、振動の変位（振動振幅）を減衰させることができる。
【００２４】
そこで本実施形態では、センサチップ５の駆動周波数ｆｄとセンサチップ５の構造共振周波数ｆｍが、ｆｄ＞２1/2×ｆｍの関係を満たすように構成されている。このような構成により、減衰量を１以下にすることができ、センサチップ５の駆動振動が回路チップ３やパッケージ１を介してセンサチップ５に伝達された場合でも、これを減衰させることができる。
【００２５】
本実施形態では、接着フィルム４の形状等を調整することで、センサチップ５の共振周波数ｆｍが小さくなるように調整している。すなわち、接着フィルム４をバネとみなし、センサチップ５を錘とみなした場合のセンサチップ５の共振周波数ｆｍは、接着フィルム４のバネ定数とセンサチップ５の質量から定まる。接着フィルム４のバネ定数は、接着面積、厚さ、物性（弾性率）を調整することで制御することができる。
【００２６】
図４、図５は、回路チップ３上における接着フィルム４の平面形状の具体例を示す平面図である。図４、図５では、センサチップ５を二点鎖線で示している。図４、図５に示すように、本実施形態では、接着フィルム４は、センサチップ５の中央付近においてセンサチップ５より小さい面積で構成されている。このように、接着フィルム４の接着面積を小さくすることで、バネ定数を小さくすることができる。これにより、センサチップ５の共振周波数ｆｍを小さくすることができる。また、センサチップ５の質量に応じて、図４、図５に示すように接着フィルム４の形状を適宜変化させることで、防振特性を一定にすることが可能となる。
【００２７】
さらに、接着フィルム４の厚みを厚くすることで、バネ定数を小さくすることができ、接着フィルム４の弾性率を小さくすることで、バネ定数を小さくすることができる。したがって、センサチップ５の質量に応じて上述のｆｄ＞２1/2×ｆｍの関係を満たすように、接着フィルム４の面積、厚み、物性（弾性率）のいずれかを単独で調整するか、あるいはこれらを任意に組み合わせて調整し、センサチップ５の構造共振周波数ｆｍを調整すればよい。
【００２８】
また、センサチップ５の駆動周波数ｆｄとセンサチップ５の構造共振周波数ｆｍは、上述したｆｄ＞２1/2×ｆｍの関係を満たすことが望ましいが、少なくともｆｄ＞ｆｍの関係を満たせば、センサチップ５の防振性を向上させることができる。
【００２９】
さらに接着フィルム４は粘弾性材料であることから、材料そのものにダンピング特性を有し、それ自体で減衰がかかるため、共振点でのＱ値が低い。このため、共振点近傍での変化が少ないので、特性変化を緩やかにできる。
【００３０】
また、接着フィルム４は、低弾性であるため熱応力を緩和でき、センサチップ５に対して接着フィルム４の歪みが伝わることを避けることができる。これにより、接着フィルム４の弾性率変化によるチップ特性の変動を抑制することができる。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６〜図９に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態に比較して、接着フィルム４を複数に分割している点が異なっている。
【００３２】
上記第１実施形態のように、センサチップ５の中央部に対応する１点で接着フィルム４の面積を低減させた場合、センサチップ５では、防振性の向上とともに、回転モードの共振点も低下する。すなわち、回転軸周りに角速度が印加された際、その回転力はパッケージ１→回路チップ３→センサチップ５と伝わるが、接着フィルム４がセンサチップ５の中央部に対応する１点で面積を小さくした構成では、回転軸中心であるセンサチップ５中央部からの回路チップ３とセンサチップ５との接着部位の距離が短くなるので、回転力の伝達長さが短くなる。この結果、センサチップ５に回転力が伝わりにくくなり、回転モードの共振点が低下し、角速度の検出感度が低下する。
【００３３】
そこで、本第２実施形態では、接着フィルム４を複数設け、これらをセンサチップ５の回転軸中心（センサチップ５の中央部）からできるだけ離れた位置に配置している。また、複数の接着フィルム４は、センサチップ５の回転軸中心に対して対称位置に配置されている。
【００３４】
図６〜図９は、本第２実施形態における接着フィルム４の具体的な配置例を示す平面図である。図６〜図９に示す例においても、複数の接着フィルム４の合計面積がセンサチップ５の面積より小さくなるように構成されており、接着フィルム４のバネ定数が小さくなるようにしている。
【００３５】
図６に示す例では、２つの接着フィルム４ａ、４ｂを設け、長方形状のセンサチップ５の短辺に対応する位置に配置されている。図７に示す例では、２つの接着フィルム４ａ、４ｂを設け、長方形状のセンサチップ５の長辺に対応する位置に配置されている。
また、図６、図７に示す構成の場合、振動子の駆動振動方向と平行な辺に接着フィルム４が２箇所に設けることで、防振性をより向上させることができる。したがって、図６の構成では、振動子の駆動振動方向が図中の左右方向の場合に防振性をより向上させることができ、図７の構成では、振動子の駆動振動方向が図中の上下方向の場合に防振性をより向上させることができる。
【００３６】
また、図８に示す例では、４つの接着フィルム４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを設け、長方形状のセンサチップ５の４隅に対応する位置に配置されている。図９に示す例では、４つの接着フィルム４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを設け、長方形状のセンサチップ５の各辺の中央付近に対応する位置に配置されている。
【００３７】
以上のように、接着フィルム４を複数設け、これらをセンサチップ５の回転軸中心からできるだけ離れた位置で、かつ、センサチップ５の回転軸中心に対して対称位置に配置することで、防振性を確保しつつ、回転モードの共振点の低下を避けることが可能となり、角速度の検出感度低下を防ぐことができる。
【００３８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１０、図１１に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第１実施形態に比較して、センサチップ５に振動子が２つ設けられている点が異なっている。
【００３９】
図１０、図１１は、本第３実施形態における接着フィルム４ａ、４ｂの具体的な配置例を示す平面図である。本実施形態のように、センサチップ５に２つの振動子５ａ、５ｂをレイアウトし、それにより加速度感度をキャンセルさせようとする構成において、各振動子５ａ、５ｂの熱応力の緩和という観点から、図１０、図１１に示すように、各振動子５ａ、５ｂの回転軸であるＺ軸に一致させて接着フィルム４ａ、４ｂを接着することで、各振動子５ａ、５ｂに加わる熱応力を対称化させることができる。
【００４０】
また、２つの振動子５ａ、５ｂを有するセンサチップ５において、各振動子５ａ、５ｂに対して接着フィルム４ａ、４ｂを貼付することで、接着フィルム４ａ、４ｂがセンサチップ５の回転軸中心に対して対称位置に配置されることになり、回転モードの共振点低下を避けることができる。
【００４１】
このような構成においても、振動子５ａ、５ｂの駆動周波数ｆｄとセンサチップ５の構造共振周波数ｆｍが、ｆｄ＞２1/2×ｆｍの関係を満たすように、接着フィルム４の面積、厚み、物性（弾性率）のいずれかを単独で調整するか、あるいはこれらを任意に組み合わせて調整し、センサチップ５の構造共振周波数ｆｍを調整すればよい。また、センサチップ５の質量に応じて、図１０、図１１に示すように接着フィルム４ａ、４ｂの形状を適宜変化させることで、防振特性を一定にすることが可能となる。
【００４２】
（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態では、回路チップ３とセンサチップ５とを接着フィルム４で接合し、この接着フィルム４の形状等を調整してセンサチップ５の構造共振周波数ｆｍがセンサチップ５の駆動周波数ｆｄより小さくなるように構成したが、これに限らず、回路チップ３とパッケージ１との間を接着フィルムにより接合し、センサチップ５と回路チップ３との共振周波数ｆｍが、振動子の駆動周波数ｆｄより小さくなるように、回路チップ３とパッケージ１とを接合する接着フィルムの形状あるいは弾性率の少なくとも一方を調整するように構成することができる。このような構成によっても、センサチップ５の防振性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態の角速度センサの平面図である。
【図２】第１実施形態の角速度センサの断面図である。
【図３】センサチップの駆動周波数ｆｄとセンサチップの構造共振周波数ｆｍとの関係を示す特性図である。
【図４】回路チップ上における接着フィルムの平面形状の具体例を示す平面図である。
【図５】回路チップ上における接着フィルムの平面形状の具体例を示す平面図である。
【図６】第２実施形態の回路チップ上における接着フィルムの平面形状の具体例を示す平面図である。
【図７】第２実施形態の回路チップ上における接着フィルムの平面形状の具体例を示す平面図である。
【図８】第２実施形態の回路チップ上における接着フィルムの平面形状の具体例を示す平面図である。
【図９】第２実施形態の回路チップ上における接着フィルムの平面形状の具体例を示す平面図である。
【図１０】第３実施形態の回路チップ上における接着フィルムの平面形状の具体例を示す平面図である。
【図１１】第３実施形態の回路チップ上における接着フィルムの平面形状の具体例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…パッケージ、２…接着剤、３…回路チップ、４…接着フィルム、５…センサチップ。
【図１】
2005331258.tif 000003
【図２】
2005331258.tif 000004
【図３】
2005331258.tif 000005
【図４】
2005331258.tif 000006
【図５】
2005331258.tif 000007
【図６】
2005331258.tif 000008
【図７】
2005331258.tif 000009
【図８】
2005331258.tif 000010
【図９】
2005331258.tif 000011
【図１０】
2005331258.tif 000012
【図１１】
2005331258.tif 000013