容量式物理量検出装置
【課題】反りによる物理量の検出精度の低下を抑制することができる容量式物理量検出装置を提供する。
【解決手段】物理量の印加によって静電容量が変化する容量部と、該容量部の出力信号を処理する処理部と、温度を検出する検温部と、を有するセンサチップを備え、検温部は、センサチップにおける、センサチップの中心をその厚さ方向に貫く中心線が通過する位置に形成された第１検温素子と、中心線と直交する直交方向において、第１検温素子から所定距離離れた位置に形成された第２検温素子と、を有し、容量部は、直交方向に沿う検出方向に可動する可動電極と、該可動電極と検出方向にて対向する固定電極と、を有し、処理部は、第１検温素子の出力信号と第２検温素子の出力信号とに基づいて、熱によるセンサチップの反りを算出し、算出した反りに基づいて、容量部の出力信号を補正する補正回路を有する。
【解決手段】物理量の印加によって静電容量が変化する容量部と、該容量部の出力信号を処理する処理部と、温度を検出する検温部と、を有するセンサチップを備え、検温部は、センサチップにおける、センサチップの中心をその厚さ方向に貫く中心線が通過する位置に形成された第１検温素子と、中心線と直交する直交方向において、第１検温素子から所定距離離れた位置に形成された第２検温素子と、を有し、容量部は、直交方向に沿う検出方向に可動する可動電極と、該可動電極と検出方向にて対向する固定電極と、を有し、処理部は、第１検温素子の出力信号と第２検温素子の出力信号とに基づいて、熱によるセンサチップの反りを算出し、算出した反りに基づいて、容量部の出力信号を補正する補正回路を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量の印加によって静電容量が変化する容量部と、容量部の出力信号を処理する処理回路と、温度を検出する検温部と、を有するセンサ部を備えた容量式物理量検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、物理量を検出するセンサチップと、該センサチップと積層して配置され、センサチップにより得られた信号に基づいて物理量を取得する回路チップと、センサチップの温度を検出するための温度センサと、を備える物理量センサ装置が提案されている。この物理量センサ装置では、センサチップと回路チップとが積層する方向において、回路チップの中央とセンサチップの中央とが並んでおり、温度センサが、回路チップの中央に設けられている（特許文献１の図１参照）。
【０００３】
一般に、外部温度が上昇すると、物体は膨張し、反りが生じる。これは、物体の中央から端に向うにしたがって、その形状が外部温度によって変化し易いためである。これに対し、特許文献１では、センサチップの中央と重なる、回路チップの中央に温度センサが設けられている。これによれば、外部温度が上昇したとしても、中央では反りが生じ難いので、反りに起因する応力（以下、この応力を反り応力と示す）が、温度センサに印加され難くなる。特許文献１では、この反り応力の影響が低減された温度センサの出力信号に基づいて、センサチップ周囲の気体の粘性係数を算出し、算出した粘性係数に基づいて、物理量の補正を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２５７５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、外部温度が上昇すると、物体は膨張し、反りが生じる。したがって、例えば、物理量を対向電極間の静電容量の変動に基づいて検出する場合、上記した反りによって、電極間の対向面積が変動し、これによって物理量の検出精度が低下する虞がある。
【０００６】
これに対し、特許文献１では、反りの影響が低減された温度を検出することで、粘性係数の補正を行うことはできるが、反りに起因する、電極間の対向面積の変動による物理量の検出精度の低下を抑制することができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、反りによる物理量の検出精度の低下を抑制することができる容量式物理量検出装置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】
【０００８】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、物理量の印加によって静電容量が変化する容量部と、該容量部の出力信号を処理する処理部と、温度を検出する検温部と、を有するセンサチップを備えた容量式物理量検出装置であって、検温部は、センサチップにおける、センサチップの中心を該センサチップの厚さ方向に貫く中心線が通過する位置に形成された第１検温素子と、中心線と直交する直交方向において、第１検温素子から所定距離離れた位置に形成された第２検温素子と、を有し、容量部は、直交方向に沿う検出方向に可動する可動電極と、該可動電極と検出方向にて対向する固定電極と、を有し、処理部は、第１検温素子の出力信号と第２検温素子の出力信号とに基づいて、熱によるセンサチップの反りを算出し、算出した反りに基づいて、容量部の出力信号を補正する補正回路を有することを特徴とする。
【０００９】
このように本発明によれば、センサチップの中心に第１検温素子が形成され、中心から所定距離離れた位置に第２検温素子が形成されている。これによれば、第１検温素子では、熱によるセンサチップの反りの影響が小さく、第２検温素子では、反りの影響が大きくなる。したがって、本発明に記載したように、補正回路にて、第１検温素子の出力信号と第２検温素子の出力信号とに基づいて、熱によるセンサチップの反り（固定電極と可動電極との対向面積の変動）を算出し、算出した反りに基づいて、容量部の出力信号を補正することができる。これにより、反りによる物理量の検出精度の低下が抑制される。
【００１０】
請求項２に記載のように、センサチップは、容量部が形成された容量チップと、処理部が形成された回路チップと、を有し、容量チップと回路チップそれぞれの中心が、中心線にて一致するように、容量チップと回路チップとが機械的及び電気的に接続されており、第１検温素子は、回路チップの容量チップとの対向面における、中心線が通過する位置に形成され、第２検温素子は、回路チップの対向面における、直交方向において、第１検温素子から所定距離離れた位置に形成された構成が好適である。これによれば、容量チップに検温部が形成された構成とは異なり、検温部の形状に依らずに、容量部の形状を決定することができる。
【００１１】
請求項３に記載のように、センサチップは、容量部が形成された容量チップと、処理部が形成された回路チップと、を有し、容量チップと回路チップそれぞれの中心が、中心線にて一致するように、容量チップと回路チップとが機械的及び電気的に接続されており、第１検温素子は、容量チップの回路チップとの対向面における、中心線が通過する位置に形成され、第２検温素子は、容量チップの対向面における、直交方向において、第１検温素子から所定距離離れた位置に形成された構成が好適である。これによれば、回路チップに検温部が形成された構成と比べて、容量チップの反りの検出精度が向上される。したがって、反りによる物理量の検出精度の低下がより効果的に抑制される。
【００１２】
請求項４に記載のように、容量チップと回路チップとは、複数のバンプを介して、機械的及び電気的に接続され、複数のバンプは、直行方向に沿い、且つ、中心線にて十字に交差する２つの仮想直線上に並んでおり、第２検温素子は、２つの仮想直線から離れた構成が良い。
【００１３】
これによれば、容量チップと回路チップそれぞれの中心がバンプによって囲まれるので、それぞれの中心の剛性が向上され、中心に反りが生じ難くなる。これとは反対に、十字を成す２つの仮想直線から離れた部位は、リリースされるので、反り易くなる。この結果、第１検温素子への反りの影響がより小さくなり、第２検温素子への反りの影響がより大きくなる。これにより、反りの検出精度が向上される。
【００１４】
請求項５に記載のように、センサチップを収納するケースを有し、センサチップとケースそれぞれの中心が、中心線にて一致するように、センサチップとケースとが機械的に接続された構成が好ましい。これによれば、ケースの中心が、中心線からずれた構成とは異なり、外部応力の印加によって、容量式物理量検出装置が偏心振動することが抑制される。これにより、偏心振動による物理量の検出精度の低下が抑制される。
【００１５】
センサチップとケースとの機械的な接続としては、請求項６に記載のように、センサチップは、弾性を有する第１接着剤を介して、ケースに機械的に接続された構成が良い。これによれば、外部応力が印加された際に、その外部応力の一部が、弾性を有する第１接着剤によって、ケースを振動する力に変換されるので、ケースを介してセンサチップに印加される外部応力が低減される。これにより、外部応力による物理量の検出精度が低下することが抑制される。
【００１６】
ケースの具体的な構成、及び、ケースとセンサチップとの電気的な接続としては、請求項７に記載のように、ケースは、有底筒状の絶縁基材部と、該絶縁基材部の内部に設けられた配線パターンと、該配線パターンと電気的に接続され、絶縁基材部の表面に設けられた電極と、絶縁基材部の開口部を閉塞する閉塞部と、を備え、センサチップとケースの電極とが、第１ワイヤを介して電気的に接続された構成を採用することができる。
【００１７】
請求項８に記載のように、ケースを収納する収納部を有し、ケースと収納部それぞれの中心が、中心線にて一致するように、ケースと収納部とが機械的に接続された構成が好ましい。これによれば、収納部の中心が、中心線からずれた構成とは異なり、外部応力の印加によって、容量式物理量検出装置が偏心振動することが抑制される。これにより、偏心振動による物理量の検出精度の低下が抑制される。
【００１８】
収納部とケースとの電気的な接続としては、請求項９に記載のように、ケースを収納する収納部を有し、ケースと収納部それぞれの中心が、中心線にて一致するように、ケースと収納部とが機械的に接続されており、収納部に、収納部の内部と外部とを電気的に接続するための複数のリードの一部位がそれぞれ埋設され、ケースの電極と収納部のリードとが、第２ワイヤを介して電気的に接続された構成を採用することができる。
【００１９】
ケースと収納部との機械的な接続としては、請求項１０に記載のように、ケースは、弾性を有する第２接着剤を介して、収納部に機械的に接続された構成が良い。これによれば、外部応力が印加された際に、その外部応力の一部が、弾性を有する第２接着剤によって、ケースを振動する力に変換されるので、ケースを介してセンサチップに印加される外部応力が低減される。これにより、外部応力による物理量の検出精度の低下が抑制される。
【００２０】
物理量としては、請求項１１に記載のように、角速度を検出することができる。この場合、容量部の具体的な構成としては、請求項１１に記載のように、容量部は、鉛直方向と検出方向とに直行する振動方向にて、逆位相で振動する対を成す２つの振動子を有し、可動電極は、振動子の一部である構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る角速度センサの概略構成を示す上面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】センサチップとケースとの電気的な接続構成を示す平面図である。
【図４】バンプと検温部それぞれの位置を説明するための平面図である。
【図５】歪みの補正を説明するためのフローチャートである。
【図６】歪み量とセンサ信号の誤差との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に記載の容量式物理量検出装置を、角速度センサに適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る角速度センサの概略構成を示す上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、センサチップとケースとの電気的な接続構成を示す平面図である。図４は、バンプと検温部それぞれの位置を説明するための平面図である。図５は、歪みの補正を説明するためのフローチャートである。図６は、歪み量とセンサ信号の誤差との関係を示すグラフである。なお、図１では、収納部５０の蓋部５２を省略し、図３では、ケース３０の閉塞部３３を省略している。そして、図４では、容量チップ１１とバンプ１３との配置を示すために、容量チップ１１を破線で示している。
【００２３】
以下においては、後述する振動子の振動する方向を振動方向、容量チップ１１と回路チップ１２とが積層する方向を積層方向、振動方向と積層方向に垂直な方向を検出方向と示す。なお、上記した積層方向は、容量チップ１１と回路チップ１２それぞれの厚さ方向に沿い、角速度の印加方向でもある。また、積層方向の内、センサチップ１０の中心を通る中心線Ｃ（図２で破線で示した線）が、特許請求の範囲に記載の中心線に相当する。そして、中心線Ｃ（積層方向）に直交する振動方向と検出方向それぞれが、特許請求の範囲に記載の直交方向の一方向に相当する。
【００２４】
角速度センサ１００は、要部として、センサチップ１０と、ケース３０と、収納部５０と、を有する。図１及び図２に示すように、センサチップ１０は、弾性を有する第１接着剤７０を介してケース３０の内面に固定され、ケース３０は、弾性を有する第２接着剤７１を介して収納部５０に固定されている。そして、センサチップ１０、ケース３０、及び、収納部５０それぞれの中心が、中心線Ｃにて一致している。また、センサチップ１０は、ケース３０によって構成される内部空間内に収納され、ケース３０は、収納部５０によって構成される内部空間内に収納されている。これにより、センサチップ１０が、ケース３０と収納部５０とによって、二重に収納されている。
【００２５】
図３に示すように、センサチップ１０とケース３０とが、第１ワイヤ７２を介して電気的に接続され、図１に示すように、ケース３０と、収納部５０に一部が埋設されたリード５４とが、第２ワイヤ７３を介して電気的に接続されている。リード５４の一端は、収納部５０によって構成される内部空間内に設けられ、リード５４の他端は、収納部５０の外部に設けられて、外部素子と電気的に接続可能となっている。以上、示した構成により、センサチップ１０の出力信号が、第１ワイヤ７２、ケース３０、第２ワイヤ７３、及び、リード５４を介して、外部素子に出力されるようになっている。
【００２６】
センサチップ１０は、物理量の印加によって静電容量が変化する容量部（図示略）が形成された容量チップ１１と、容量部の出力信号を処理する処理部（図示略）が形成された回路チップ１２と、を有する。図２に示すように、センサチップ１０は、回路チップ１２に容量チップ１１が積層されたスタック構造と成っており、容量チップ１１と回路チップ１２とは、それぞれの中心が、中心線Ｃにて一致するように、バンプ１３を介して、機械的及び電気的に接続されている。図３に示すように、回路チップ１２における、容量チップ１１との対向面１２ａに、外部端子１４が形成されており、この外部端子１４が、ケース３０の内部に形成された内部電極３２ａと、第１ワイヤ７２を介して電気的に接続されている。本実施形態では、図４に示すように、温度を検出する検温部１５が、回路チップ１２における容量チップ１１との対向面１２ａ側に形成されている。検温部１５は、本発明の特徴点なので、後で詳説する。また、その特徴点に関連して、バンプ１３の配置も説明する。
【００２７】
上記した容量部は、図示しないが、振動方向において、逆位相で振動する対を成す２つの振動子と、該振動子の一部によって構成される可動電極と、検出方向において、可動電極と対向する固定電極と、を有する。振動子が振動方向に振動している状態で、積層方向に角速度が印加されると、検出方向に沿うコリオリ力が振動子に発生する。すると、このコリオリ力によって振動子が検出方向に変位（振動）し、その変位（振動）に伴って、振動子の一部である可動電極も検出方向に変位（振動）する。この結果、可動電極と固定電極との電極間隔が変動し、可動電極と固定電極間の静電容量が変動する。この静電容量の変動が、容量チップ１１の出力信号として、回路チップ１２に出力される。
【００２８】
上記した処理部は、図示しないが、ＣＶ変換回路と、補正回路と、を有する。バンプ１３を介して、容量チップ１１から回路チップ１２に、静電容量の変動を含む電気信号が入力されると、その静電容量の変動が、上記したＣＶ変換回路によって、電圧の変動に変換される。一方、補正回路には、上記した電圧の変動と共に、検温部１５の出力信号が入力される。補正回路では、検温部１５の出力信号に基づいて、容量チップ１１の反りを算出し、算出した反りに基づいて、電圧に変換された容量チップ１１の出力信号を補正する。この補正された信号が、回路チップ１２の出力信号、すなわち、センサチップ１０の出力信号として、第１ワイヤ７２、ケース３０、第２ワイヤ７３、及びリード５４を介して、外部素子に出力される。以上、示したように、センサチップ１０では、角速度を静電容量に変換し、変換された静電容量を電圧に変換し、変換した電圧を検温部１５の出力信号に基づいて補正することで、角速度を検出している。なお、上記した補正は、本発明の特徴点なので、後で詳説する。
【００２９】
ケース３０は、積層方向に一端が開口する有底筒状の絶縁基材部３１と、該絶縁基材部３１の内部に設けられた配線パターン（図示略）と、配線パターンと電気的に接続され、絶縁基材部３１の表面に設けられた電極３２と、絶縁基材部３１の開口部を閉塞する閉塞部３３と、を有する。図２に示すように、閉塞部３３の外面が、収納部５０との固定面となっており、閉塞部３３が、第２接着剤７１を介して収納部５０と機械的に接続されている。なお、閉塞部３３は金属から成る。
【００３０】
本実施形態に係る絶縁基材部３１は、図２及び図３に示すように、矩形状の底部３４と、該底部３４におけるセンサチップ１０の搭載面３４ａの縁に沿って、センサチップ１０の周囲を囲むように設けられた壁部３５と、壁部３５によって囲まれた搭載面３４ａに設けられた段差部３６と、を有する。
【００３１】
図１及び図３に示すように、段差部３６の上面に、複数の内部電極３２ａが形成され、底部３４の外面に、複数の外部電極３２ｂが形成され、壁部３５の上面に、枠状の接続電極３２ｃが形成されている。内部電極３２ａそれぞれが、第１ワイヤ７２を介して、回路チップ１２の外部端子１４と電気的に接続され、外部電極３２ｂそれぞれが、第２ワイヤ７３を介して、対応するリード５４と電気的に接続されている。また、接続電極３２ｃは、図示しない接合部材を介して、閉塞部３３と機械的及び電気的に接続されている。これら電極３２ａ〜３２ｃのいずれかは、対応する配線パターンを介して、互いに電気的に接続されている。
【００３２】
収納部５０は、２つの開口部を有する筒部５１と、該筒部５１の２つの開口部を閉塞する蓋部５２と、筒部５１の内面と連結された、ケース３０を支持する支持部５３と、を有する。図２に示すように、筒部５１と蓋部５２とによって構成される内部空間内に、ケース３０と支持部５３とが収納されており、筒部５１における振動方向に並ぶ２つの壁部に、リード５４の一部が埋設されている。リード５４の一端が、上記した内部空間内に設けられ、リード５４の他端が、上記した内部空間の外部に設けられている。なお、リード５４の一端は、後述する連結部５７に設けられている。
【００３３】
支持部５３は、ケース３０を搭載する搭載部５５と、該搭載部５５と連結され、絶縁基材部３１の壁部３５の周囲を囲む側壁部５６と、側壁部５６を、筒部５１と連結する連結部５７と、を有する。搭載部５５は、振動方向と検出方向によって規定される平面に沿う平面形状を成し、連結部５７は、振動方向と検出方向によって規定される平面において、枠状を成す。側壁部５６は、積層方向に延びており、側壁部５６の一端が、搭載部５５におけるケース３０の搭載面５５ａに連結され、側壁部５６の他端が、枠状の連結部５７の内側面と連結されている。
【００３４】
次に、本実施形態に係る角速度センサ１００の特徴点である検温部１５と補正回路とについて説明すると共に、バンプ１３の配置について説明する。図４に示すように、検温部１５は、回路チップ１２の中心に形成された第１検温素子１５ａと、回路チップ１２の隅に形成された第２検温素子１５ｂと、を有する。複数のバンプ１３は、中心線Ｃにて十字に交差し、且つ、矩形を成す回路チップ１２の４辺それぞれの中点を通過する２つの仮想直線Ｌ１，Ｌ２上に並んで配置されている。これらバンプ１３と検温素子１５ａ，１５ｂとは、バンプ１３と回路チップ１２との線膨張係数差に起因する熱応力が、検温素子１５ａ，１５ｂに印加されるのが抑制される程度に離れている。本実施形態に係る検温素子１５ａ，１５ｂそれぞれは、ＰＮ接合を有するダイオードであり、順方向電圧の温度特性に基づいて、温度が検出される。
【００３５】
一般に、外部温度が上昇すると、物体は膨張し、反りが生じる。これは、物体の中央から端に向うにしたがって、その形状が外部温度によって変化し易いためである。上記したように、第１検温素子１５ａは、回路チップ１２の中心に形成され、第２検温素子１５ｂは、回路チップ１２の隅に形成されている。これにより、第１検温素子１５ａでは、熱によるセンサチップ１０の反りの影響が小さく、第２検温素子１５ｂでは、反りの影響が大きくなっている。したがって、第１検温素子１５ａの出力信号は、回路チップ１２の温度に依存し、第２検温素子１５ｂの出力信号は、回路チップ１２の温度だけではなく、回路チップ１２の反りに依存している。
【００３６】
補正回路には、ＣＶ変換回路にて電圧に変換された容量チップ１１の出力信号（以下、センサ信号と示す）と共に、検温素子１５ａ，１５ｂそれぞれの出力信号が入力される。補正回路では、検温素子１５ａ，１５ｂそれぞれの出力信号に基づいて、熱による回路チップ１２の反りを算出する。具体的には、検温素子１５ａ，１５ｂそれぞれの出力信号の差分を取り、その差分に対応した回路チップ１２の反りを検出する。ところで、外部温度が上昇すると、回路チップ１２と容量チップ１１とは共に反る。したがって、上記したように、回路チップ１２の反りを算出することで、間接的に容量チップ１１の反りに起因する、固定電極と可動電極との対向面積の変動を算出することができる。
【００３７】
以下、図５にしたがって、補正回路の補正動作を詳説する。補正回路は、先ず、検温素子１５ａ，１５ｂの出力信号の差分に基づいて、反りの値（積層方向への電極の歪み量）を算出する（Ｓ１０）。そして、反りの値が、ａμｍ未満かを判定する（Ｓ２０）。ａμｍ未満の場合、補正回路は、センサ信号の変動が誤差範囲であると判断して、補正を行わずに、センサ信号を外部に出力する（Ｓ３０）。ａμｍ以上の場合、補正回路は、反りの値が、ａμｍ以上ｂμｍ未満であるかを判定する（Ｓ４０）。そして、ａμｍ以上ｂμｍ未満の場合、補正回路は、センサ信号の変動が誤差範囲を超えたと判断して、センサ信号を、算出した反りに応じて補正し、補正したセンサ信号を外部に出力する（Ｓ５０）。反りの値が、ｂμｍ以上の場合、補正回路は、センサ信号の変動が補正範囲を超えたと判断して、センサ信号の補正を中止する（Ｓ６０）。そして、図示しないが、反りが補正範囲を超える程度に大きいことを、外部に通知する。
【００３８】
本発明者は、３ｄｅｇ／ｓの角速度を検出する角速度センサ１００において、反りによる積層方向への電極の歪み量（μｍ）と、センサ信号の誤差（ｄｅｇ／ｓ）との関係を実測したところ、図６に示す結果を得た。図６によれば、歪み量が０〜０．５μｍまでの場合、センサ信号の誤差が十分に小さいが、歪み量が１μｍを超えた場合、センサ信号の誤差が急激に大きくなっていることがわかる。換言すれば、歪み量が０〜０．５μｍの場合、センサ信号の誤差が誤差範囲内であるが、歪み量が１μｍを超えた場合、センサ信号の誤差を補正することが急激に難しくなることがわかる。そこで、本発明者は、この実測結果に基づき、上記した、ａ，ｂの値として、ａ＝０．５μｍ，ｂ＝１μｍと設定している。これにより、歪み量が０．５〜１μｍの範囲の場合に、センサ信号が補正される。なお、言うまでもないが、上記したａ，ｂの値は、一例に過ぎず、本発明を限定する値ではない。
【００３９】
次に、本実施形態に係る角速度センサ１００の作用効果を説明する。上記したように、回路チップ１２の中心に第１検温素子１５ａが形成され、中心から離れた位置に第２検温素子１５ｂが形成されている。これによれば、第１検温素子１５ａでは、熱による回路チップ１２の反りの影響が小さく、第２検温素子１５ｂでは、反りの影響が大きくなる。したがって、上記したように、補正回路にて、第１検温素子１５ａの出力信号と第２検温素子１５ｂの出力信号とに基づいて、熱による容量チップ１１の反り（固定電極と可動電極との対向面積の変動）を間接的に算出し、算出した反りに基づいて、センサ信号を補正することができる。これにより、反りによる角速度の検出精度の低下が抑制される。
【００４０】
本実施形態では、検温部１５が回路チップ１２に形成されている。これによれば、容量チップ１１に検温部１５が形成された構成とは異なり、検温部１５の形状に依らずに、容量部の形状を決定することができる。
【００４１】
本実施形態では、容量チップ１１と回路チップ１２とを機械的及び電気的に接続する複数のバンプ１３が、中心線Ｃにて十字に交差する２つの仮想直線Ｌ１、Ｌ２上に並んでおり、第２検温素子１５ｂが、２つの仮想直線Ｌ１、Ｌ２から離れている。これによれば、容量チップ１１と回路チップ１２それぞれの中心がバンプ１３によって囲まれるので、それぞれの中心の剛性が向上され、中心に反りが生じ難くなる。これとは反対に、十字を成す２つの仮想直線Ｌ１、Ｌ２から離れた部位は、リリースされるので、反り易くなる。この結果、第１検温素子１５ａへの反りの影響がより小さくなり、第２検温素子１５ｂへの反りの影響がより大きくなる。これにより、反りの検出精度が向上される。
【００４２】
センサチップ１０、ケース３０、収納部５０それぞれの中心が、中心線Ｃにて一致している。これによれば、ケース３０の中心が、中心線Ｃからずれた構成とは異なり、外部応力の印加によって、角速度センサ１００が偏心振動することが抑制される。これにより、偏心振動による角速度の検出精度の低下が抑制される。
【００４３】
センサチップ１０は、弾性を有する第１接着剤７０を介して、ケース３０に機械的に接続され、ケース３０は、弾性を有する第２接着剤７１を介して、収納部５０に機械的に接続されている。これによれば、外部応力が印加された際に、その外部応力の一部が、弾性を有する接着剤７０，７１によって、ケース３０を振動する力に変換されるので、ケース３０を介してセンサチップ１０に印加される外部応力が低減される。これにより、外部応力による角速度の検出精度の低下が抑制される。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００４５】
本実施形態では、角速度を検出する例を示した。しかしながら、本発明の適用としては、上記例に限定されず、物理量を容量変化によって検出することができるものであれば、適宜採用することができる。例えば、加速度を検出する構成に採用することもできる。
【００４６】
また、本実施形態では、検温素子１５ａ，１５ｂの出力信号に基づいて、反りを算出する例を示した。しかしながら、例えば、反りの影響が小さい第１検温素子１５ａの出力信号に基づいて、容量チップ１１周囲の気体の粘性係数を算出し、算出した粘性係数に基づいて、角速度の補正を行っても良い。このように、検温部１５の信号に基づいて、粘性係数と反りの両方を補正しても良い。これによれば、例えば、反りを検出するための圧電素子と、粘性係数を検出するための温度センサの両方がセンサチップに形成された構成と比べて、構成が簡素となる。
【００４７】
本実施形態では、センサチップ１０が、物理量の印加によって静電容量が変化する容量部（図示略）が形成された容量チップ１１と、容量部の出力信号を処理する処理部（図示略）が形成された回路チップ１２と、を有する例を示した。しかしながら、センサチップ１０は、上記したように、２つのチップではなく、１つのチップから構成されても良い。この場合、上記した１つのチップに、容量部と、処理部と、検温部１５とが形成される。そして、上記したチップの中心に第１検温素子１５ａが形成され、上記したチップの隅に第２検温素子１５ｂが形成される。
【００４８】
本実施形態では、回路チップ１２に検温部１５が形成された例を示した。しかしながら、容量チップ１１に検温部１５を形成しても良い。この場合、第１検温素子１５ａは、容量チップ１１における回路チップ１２との対向面の中心に形成され、第２検温素子１５ｂは、上記した対向面の隅に形成される。これによれば、回路チップ１２に検温部１５が形成された構成と比べて、容量チップ１１の反りの検出精度が向上される。したがって、反りによる角速度の検出精度の低下がより効果的に抑制される。
【００４９】
本実施形態では、バンプ１３が、十字を成す仮想直線Ｌ１，Ｌ２上に位置する例を示した。しかしながら、バンプ１３の配置としては、上記例に限定されない。例えば、中心線Ｃを介して点対称となるように、バンプ１３が配置されても良い。この場合、点対称に配置されたバンプ１３によって囲まれた領域内に、中心線Ｃが位置することとなるが、第２検温素子１５ｂは、その領域から離れて設けられる。また、この構成の場合においても、検温素子１５ａ，１５ｂそれぞれは、線膨張係数差に起因する熱応力が、検温素子１５ａ，１５ｂに印加されるのが抑制される程度に、バンプ１３から離される。
【符号の説明】
【００５０】
１０・・・センサチップ
１１・・・容量チップ
１２・・・回路チップ
１３・・・バンプ
１５・・・検温部
１５ａ・・・第１検温素子
１５ｂ・・・第２検温素子
３０・・・ケース
５０・・・収納部
１００・・・角速度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量の印加によって静電容量が変化する容量部と、容量部の出力信号を処理する処理回路と、温度を検出する検温部と、を有するセンサ部を備えた容量式物理量検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されるように、物理量を検出するセンサチップと、該センサチップと積層して配置され、センサチップにより得られた信号に基づいて物理量を取得する回路チップと、センサチップの温度を検出するための温度センサと、を備える物理量センサ装置が提案されている。この物理量センサ装置では、センサチップと回路チップとが積層する方向において、回路チップの中央とセンサチップの中央とが並んでおり、温度センサが、回路チップの中央に設けられている（特許文献１の図１参照）。
【０００３】
一般に、外部温度が上昇すると、物体は膨張し、反りが生じる。これは、物体の中央から端に向うにしたがって、その形状が外部温度によって変化し易いためである。これに対し、特許文献１では、センサチップの中央と重なる、回路チップの中央に温度センサが設けられている。これによれば、外部温度が上昇したとしても、中央では反りが生じ難いので、反りに起因する応力（以下、この応力を反り応力と示す）が、温度センサに印加され難くなる。特許文献１では、この反り応力の影響が低減された温度センサの出力信号に基づいて、センサチップ周囲の気体の粘性係数を算出し、算出した粘性係数に基づいて、物理量の補正を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２５７５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、外部温度が上昇すると、物体は膨張し、反りが生じる。したがって、例えば、物理量を対向電極間の静電容量の変動に基づいて検出する場合、上記した反りによって、電極間の対向面積が変動し、これによって物理量の検出精度が低下する虞がある。
【０００６】
これに対し、特許文献１では、反りの影響が低減された温度を検出することで、粘性係数の補正を行うことはできるが、反りに起因する、電極間の対向面積の変動による物理量の検出精度の低下を抑制することができなかった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、反りによる物理量の検出精度の低下を抑制することができる容量式物理量検出装置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】
【０００８】
上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、物理量の印加によって静電容量が変化する容量部と、該容量部の出力信号を処理する処理部と、温度を検出する検温部と、を有するセンサチップを備えた容量式物理量検出装置であって、検温部は、センサチップにおける、センサチップの中心を該センサチップの厚さ方向に貫く中心線が通過する位置に形成された第１検温素子と、中心線と直交する直交方向において、第１検温素子から所定距離離れた位置に形成された第２検温素子と、を有し、容量部は、直交方向に沿う検出方向に可動する可動電極と、該可動電極と検出方向にて対向する固定電極と、を有し、処理部は、第１検温素子の出力信号と第２検温素子の出力信号とに基づいて、熱によるセンサチップの反りを算出し、算出した反りに基づいて、容量部の出力信号を補正する補正回路を有することを特徴とする。
【０００９】
このように本発明によれば、センサチップの中心に第１検温素子が形成され、中心から所定距離離れた位置に第２検温素子が形成されている。これによれば、第１検温素子では、熱によるセンサチップの反りの影響が小さく、第２検温素子では、反りの影響が大きくなる。したがって、本発明に記載したように、補正回路にて、第１検温素子の出力信号と第２検温素子の出力信号とに基づいて、熱によるセンサチップの反り（固定電極と可動電極との対向面積の変動）を算出し、算出した反りに基づいて、容量部の出力信号を補正することができる。これにより、反りによる物理量の検出精度の低下が抑制される。
【００１０】
請求項２に記載のように、センサチップは、容量部が形成された容量チップと、処理部が形成された回路チップと、を有し、容量チップと回路チップそれぞれの中心が、中心線にて一致するように、容量チップと回路チップとが機械的及び電気的に接続されており、第１検温素子は、回路チップの容量チップとの対向面における、中心線が通過する位置に形成され、第２検温素子は、回路チップの対向面における、直交方向において、第１検温素子から所定距離離れた位置に形成された構成が好適である。これによれば、容量チップに検温部が形成された構成とは異なり、検温部の形状に依らずに、容量部の形状を決定することができる。
【００１１】
請求項３に記載のように、センサチップは、容量部が形成された容量チップと、処理部が形成された回路チップと、を有し、容量チップと回路チップそれぞれの中心が、中心線にて一致するように、容量チップと回路チップとが機械的及び電気的に接続されており、第１検温素子は、容量チップの回路チップとの対向面における、中心線が通過する位置に形成され、第２検温素子は、容量チップの対向面における、直交方向において、第１検温素子から所定距離離れた位置に形成された構成が好適である。これによれば、回路チップに検温部が形成された構成と比べて、容量チップの反りの検出精度が向上される。したがって、反りによる物理量の検出精度の低下がより効果的に抑制される。
【００１２】
請求項４に記載のように、容量チップと回路チップとは、複数のバンプを介して、機械的及び電気的に接続され、複数のバンプは、直行方向に沿い、且つ、中心線にて十字に交差する２つの仮想直線上に並んでおり、第２検温素子は、２つの仮想直線から離れた構成が良い。
【００１３】
これによれば、容量チップと回路チップそれぞれの中心がバンプによって囲まれるので、それぞれの中心の剛性が向上され、中心に反りが生じ難くなる。これとは反対に、十字を成す２つの仮想直線から離れた部位は、リリースされるので、反り易くなる。この結果、第１検温素子への反りの影響がより小さくなり、第２検温素子への反りの影響がより大きくなる。これにより、反りの検出精度が向上される。
【００１４】
請求項５に記載のように、センサチップを収納するケースを有し、センサチップとケースそれぞれの中心が、中心線にて一致するように、センサチップとケースとが機械的に接続された構成が好ましい。これによれば、ケースの中心が、中心線からずれた構成とは異なり、外部応力の印加によって、容量式物理量検出装置が偏心振動することが抑制される。これにより、偏心振動による物理量の検出精度の低下が抑制される。
【００１５】
センサチップとケースとの機械的な接続としては、請求項６に記載のように、センサチップは、弾性を有する第１接着剤を介して、ケースに機械的に接続された構成が良い。これによれば、外部応力が印加された際に、その外部応力の一部が、弾性を有する第１接着剤によって、ケースを振動する力に変換されるので、ケースを介してセンサチップに印加される外部応力が低減される。これにより、外部応力による物理量の検出精度が低下することが抑制される。
【００１６】
ケースの具体的な構成、及び、ケースとセンサチップとの電気的な接続としては、請求項７に記載のように、ケースは、有底筒状の絶縁基材部と、該絶縁基材部の内部に設けられた配線パターンと、該配線パターンと電気的に接続され、絶縁基材部の表面に設けられた電極と、絶縁基材部の開口部を閉塞する閉塞部と、を備え、センサチップとケースの電極とが、第１ワイヤを介して電気的に接続された構成を採用することができる。
【００１７】
請求項８に記載のように、ケースを収納する収納部を有し、ケースと収納部それぞれの中心が、中心線にて一致するように、ケースと収納部とが機械的に接続された構成が好ましい。これによれば、収納部の中心が、中心線からずれた構成とは異なり、外部応力の印加によって、容量式物理量検出装置が偏心振動することが抑制される。これにより、偏心振動による物理量の検出精度の低下が抑制される。
【００１８】
収納部とケースとの電気的な接続としては、請求項９に記載のように、ケースを収納する収納部を有し、ケースと収納部それぞれの中心が、中心線にて一致するように、ケースと収納部とが機械的に接続されており、収納部に、収納部の内部と外部とを電気的に接続するための複数のリードの一部位がそれぞれ埋設され、ケースの電極と収納部のリードとが、第２ワイヤを介して電気的に接続された構成を採用することができる。
【００１９】
ケースと収納部との機械的な接続としては、請求項１０に記載のように、ケースは、弾性を有する第２接着剤を介して、収納部に機械的に接続された構成が良い。これによれば、外部応力が印加された際に、その外部応力の一部が、弾性を有する第２接着剤によって、ケースを振動する力に変換されるので、ケースを介してセンサチップに印加される外部応力が低減される。これにより、外部応力による物理量の検出精度の低下が抑制される。
【００２０】
物理量としては、請求項１１に記載のように、角速度を検出することができる。この場合、容量部の具体的な構成としては、請求項１１に記載のように、容量部は、鉛直方向と検出方向とに直行する振動方向にて、逆位相で振動する対を成す２つの振動子を有し、可動電極は、振動子の一部である構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る角速度センサの概略構成を示す上面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】センサチップとケースとの電気的な接続構成を示す平面図である。
【図４】バンプと検温部それぞれの位置を説明するための平面図である。
【図５】歪みの補正を説明するためのフローチャートである。
【図６】歪み量とセンサ信号の誤差との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に記載の容量式物理量検出装置を、角速度センサに適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る角速度センサの概略構成を示す上面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、センサチップとケースとの電気的な接続構成を示す平面図である。図４は、バンプと検温部それぞれの位置を説明するための平面図である。図５は、歪みの補正を説明するためのフローチャートである。図６は、歪み量とセンサ信号の誤差との関係を示すグラフである。なお、図１では、収納部５０の蓋部５２を省略し、図３では、ケース３０の閉塞部３３を省略している。そして、図４では、容量チップ１１とバンプ１３との配置を示すために、容量チップ１１を破線で示している。
【００２３】
以下においては、後述する振動子の振動する方向を振動方向、容量チップ１１と回路チップ１２とが積層する方向を積層方向、振動方向と積層方向に垂直な方向を検出方向と示す。なお、上記した積層方向は、容量チップ１１と回路チップ１２それぞれの厚さ方向に沿い、角速度の印加方向でもある。また、積層方向の内、センサチップ１０の中心を通る中心線Ｃ（図２で破線で示した線）が、特許請求の範囲に記載の中心線に相当する。そして、中心線Ｃ（積層方向）に直交する振動方向と検出方向それぞれが、特許請求の範囲に記載の直交方向の一方向に相当する。
【００２４】
角速度センサ１００は、要部として、センサチップ１０と、ケース３０と、収納部５０と、を有する。図１及び図２に示すように、センサチップ１０は、弾性を有する第１接着剤７０を介してケース３０の内面に固定され、ケース３０は、弾性を有する第２接着剤７１を介して収納部５０に固定されている。そして、センサチップ１０、ケース３０、及び、収納部５０それぞれの中心が、中心線Ｃにて一致している。また、センサチップ１０は、ケース３０によって構成される内部空間内に収納され、ケース３０は、収納部５０によって構成される内部空間内に収納されている。これにより、センサチップ１０が、ケース３０と収納部５０とによって、二重に収納されている。
【００２５】
図３に示すように、センサチップ１０とケース３０とが、第１ワイヤ７２を介して電気的に接続され、図１に示すように、ケース３０と、収納部５０に一部が埋設されたリード５４とが、第２ワイヤ７３を介して電気的に接続されている。リード５４の一端は、収納部５０によって構成される内部空間内に設けられ、リード５４の他端は、収納部５０の外部に設けられて、外部素子と電気的に接続可能となっている。以上、示した構成により、センサチップ１０の出力信号が、第１ワイヤ７２、ケース３０、第２ワイヤ７３、及び、リード５４を介して、外部素子に出力されるようになっている。
【００２６】
センサチップ１０は、物理量の印加によって静電容量が変化する容量部（図示略）が形成された容量チップ１１と、容量部の出力信号を処理する処理部（図示略）が形成された回路チップ１２と、を有する。図２に示すように、センサチップ１０は、回路チップ１２に容量チップ１１が積層されたスタック構造と成っており、容量チップ１１と回路チップ１２とは、それぞれの中心が、中心線Ｃにて一致するように、バンプ１３を介して、機械的及び電気的に接続されている。図３に示すように、回路チップ１２における、容量チップ１１との対向面１２ａに、外部端子１４が形成されており、この外部端子１４が、ケース３０の内部に形成された内部電極３２ａと、第１ワイヤ７２を介して電気的に接続されている。本実施形態では、図４に示すように、温度を検出する検温部１５が、回路チップ１２における容量チップ１１との対向面１２ａ側に形成されている。検温部１５は、本発明の特徴点なので、後で詳説する。また、その特徴点に関連して、バンプ１３の配置も説明する。
【００２７】
上記した容量部は、図示しないが、振動方向において、逆位相で振動する対を成す２つの振動子と、該振動子の一部によって構成される可動電極と、検出方向において、可動電極と対向する固定電極と、を有する。振動子が振動方向に振動している状態で、積層方向に角速度が印加されると、検出方向に沿うコリオリ力が振動子に発生する。すると、このコリオリ力によって振動子が検出方向に変位（振動）し、その変位（振動）に伴って、振動子の一部である可動電極も検出方向に変位（振動）する。この結果、可動電極と固定電極との電極間隔が変動し、可動電極と固定電極間の静電容量が変動する。この静電容量の変動が、容量チップ１１の出力信号として、回路チップ１２に出力される。
【００２８】
上記した処理部は、図示しないが、ＣＶ変換回路と、補正回路と、を有する。バンプ１３を介して、容量チップ１１から回路チップ１２に、静電容量の変動を含む電気信号が入力されると、その静電容量の変動が、上記したＣＶ変換回路によって、電圧の変動に変換される。一方、補正回路には、上記した電圧の変動と共に、検温部１５の出力信号が入力される。補正回路では、検温部１５の出力信号に基づいて、容量チップ１１の反りを算出し、算出した反りに基づいて、電圧に変換された容量チップ１１の出力信号を補正する。この補正された信号が、回路チップ１２の出力信号、すなわち、センサチップ１０の出力信号として、第１ワイヤ７２、ケース３０、第２ワイヤ７３、及びリード５４を介して、外部素子に出力される。以上、示したように、センサチップ１０では、角速度を静電容量に変換し、変換された静電容量を電圧に変換し、変換した電圧を検温部１５の出力信号に基づいて補正することで、角速度を検出している。なお、上記した補正は、本発明の特徴点なので、後で詳説する。
【００２９】
ケース３０は、積層方向に一端が開口する有底筒状の絶縁基材部３１と、該絶縁基材部３１の内部に設けられた配線パターン（図示略）と、配線パターンと電気的に接続され、絶縁基材部３１の表面に設けられた電極３２と、絶縁基材部３１の開口部を閉塞する閉塞部３３と、を有する。図２に示すように、閉塞部３３の外面が、収納部５０との固定面となっており、閉塞部３３が、第２接着剤７１を介して収納部５０と機械的に接続されている。なお、閉塞部３３は金属から成る。
【００３０】
本実施形態に係る絶縁基材部３１は、図２及び図３に示すように、矩形状の底部３４と、該底部３４におけるセンサチップ１０の搭載面３４ａの縁に沿って、センサチップ１０の周囲を囲むように設けられた壁部３５と、壁部３５によって囲まれた搭載面３４ａに設けられた段差部３６と、を有する。
【００３１】
図１及び図３に示すように、段差部３６の上面に、複数の内部電極３２ａが形成され、底部３４の外面に、複数の外部電極３２ｂが形成され、壁部３５の上面に、枠状の接続電極３２ｃが形成されている。内部電極３２ａそれぞれが、第１ワイヤ７２を介して、回路チップ１２の外部端子１４と電気的に接続され、外部電極３２ｂそれぞれが、第２ワイヤ７３を介して、対応するリード５４と電気的に接続されている。また、接続電極３２ｃは、図示しない接合部材を介して、閉塞部３３と機械的及び電気的に接続されている。これら電極３２ａ〜３２ｃのいずれかは、対応する配線パターンを介して、互いに電気的に接続されている。
【００３２】
収納部５０は、２つの開口部を有する筒部５１と、該筒部５１の２つの開口部を閉塞する蓋部５２と、筒部５１の内面と連結された、ケース３０を支持する支持部５３と、を有する。図２に示すように、筒部５１と蓋部５２とによって構成される内部空間内に、ケース３０と支持部５３とが収納されており、筒部５１における振動方向に並ぶ２つの壁部に、リード５４の一部が埋設されている。リード５４の一端が、上記した内部空間内に設けられ、リード５４の他端が、上記した内部空間の外部に設けられている。なお、リード５４の一端は、後述する連結部５７に設けられている。
【００３３】
支持部５３は、ケース３０を搭載する搭載部５５と、該搭載部５５と連結され、絶縁基材部３１の壁部３５の周囲を囲む側壁部５６と、側壁部５６を、筒部５１と連結する連結部５７と、を有する。搭載部５５は、振動方向と検出方向によって規定される平面に沿う平面形状を成し、連結部５７は、振動方向と検出方向によって規定される平面において、枠状を成す。側壁部５６は、積層方向に延びており、側壁部５６の一端が、搭載部５５におけるケース３０の搭載面５５ａに連結され、側壁部５６の他端が、枠状の連結部５７の内側面と連結されている。
【００３４】
次に、本実施形態に係る角速度センサ１００の特徴点である検温部１５と補正回路とについて説明すると共に、バンプ１３の配置について説明する。図４に示すように、検温部１５は、回路チップ１２の中心に形成された第１検温素子１５ａと、回路チップ１２の隅に形成された第２検温素子１５ｂと、を有する。複数のバンプ１３は、中心線Ｃにて十字に交差し、且つ、矩形を成す回路チップ１２の４辺それぞれの中点を通過する２つの仮想直線Ｌ１，Ｌ２上に並んで配置されている。これらバンプ１３と検温素子１５ａ，１５ｂとは、バンプ１３と回路チップ１２との線膨張係数差に起因する熱応力が、検温素子１５ａ，１５ｂに印加されるのが抑制される程度に離れている。本実施形態に係る検温素子１５ａ，１５ｂそれぞれは、ＰＮ接合を有するダイオードであり、順方向電圧の温度特性に基づいて、温度が検出される。
【００３５】
一般に、外部温度が上昇すると、物体は膨張し、反りが生じる。これは、物体の中央から端に向うにしたがって、その形状が外部温度によって変化し易いためである。上記したように、第１検温素子１５ａは、回路チップ１２の中心に形成され、第２検温素子１５ｂは、回路チップ１２の隅に形成されている。これにより、第１検温素子１５ａでは、熱によるセンサチップ１０の反りの影響が小さく、第２検温素子１５ｂでは、反りの影響が大きくなっている。したがって、第１検温素子１５ａの出力信号は、回路チップ１２の温度に依存し、第２検温素子１５ｂの出力信号は、回路チップ１２の温度だけではなく、回路チップ１２の反りに依存している。
【００３６】
補正回路には、ＣＶ変換回路にて電圧に変換された容量チップ１１の出力信号（以下、センサ信号と示す）と共に、検温素子１５ａ，１５ｂそれぞれの出力信号が入力される。補正回路では、検温素子１５ａ，１５ｂそれぞれの出力信号に基づいて、熱による回路チップ１２の反りを算出する。具体的には、検温素子１５ａ，１５ｂそれぞれの出力信号の差分を取り、その差分に対応した回路チップ１２の反りを検出する。ところで、外部温度が上昇すると、回路チップ１２と容量チップ１１とは共に反る。したがって、上記したように、回路チップ１２の反りを算出することで、間接的に容量チップ１１の反りに起因する、固定電極と可動電極との対向面積の変動を算出することができる。
【００３７】
以下、図５にしたがって、補正回路の補正動作を詳説する。補正回路は、先ず、検温素子１５ａ，１５ｂの出力信号の差分に基づいて、反りの値（積層方向への電極の歪み量）を算出する（Ｓ１０）。そして、反りの値が、ａμｍ未満かを判定する（Ｓ２０）。ａμｍ未満の場合、補正回路は、センサ信号の変動が誤差範囲であると判断して、補正を行わずに、センサ信号を外部に出力する（Ｓ３０）。ａμｍ以上の場合、補正回路は、反りの値が、ａμｍ以上ｂμｍ未満であるかを判定する（Ｓ４０）。そして、ａμｍ以上ｂμｍ未満の場合、補正回路は、センサ信号の変動が誤差範囲を超えたと判断して、センサ信号を、算出した反りに応じて補正し、補正したセンサ信号を外部に出力する（Ｓ５０）。反りの値が、ｂμｍ以上の場合、補正回路は、センサ信号の変動が補正範囲を超えたと判断して、センサ信号の補正を中止する（Ｓ６０）。そして、図示しないが、反りが補正範囲を超える程度に大きいことを、外部に通知する。
【００３８】
本発明者は、３ｄｅｇ／ｓの角速度を検出する角速度センサ１００において、反りによる積層方向への電極の歪み量（μｍ）と、センサ信号の誤差（ｄｅｇ／ｓ）との関係を実測したところ、図６に示す結果を得た。図６によれば、歪み量が０〜０．５μｍまでの場合、センサ信号の誤差が十分に小さいが、歪み量が１μｍを超えた場合、センサ信号の誤差が急激に大きくなっていることがわかる。換言すれば、歪み量が０〜０．５μｍの場合、センサ信号の誤差が誤差範囲内であるが、歪み量が１μｍを超えた場合、センサ信号の誤差を補正することが急激に難しくなることがわかる。そこで、本発明者は、この実測結果に基づき、上記した、ａ，ｂの値として、ａ＝０．５μｍ，ｂ＝１μｍと設定している。これにより、歪み量が０．５〜１μｍの範囲の場合に、センサ信号が補正される。なお、言うまでもないが、上記したａ，ｂの値は、一例に過ぎず、本発明を限定する値ではない。
【００３９】
次に、本実施形態に係る角速度センサ１００の作用効果を説明する。上記したように、回路チップ１２の中心に第１検温素子１５ａが形成され、中心から離れた位置に第２検温素子１５ｂが形成されている。これによれば、第１検温素子１５ａでは、熱による回路チップ１２の反りの影響が小さく、第２検温素子１５ｂでは、反りの影響が大きくなる。したがって、上記したように、補正回路にて、第１検温素子１５ａの出力信号と第２検温素子１５ｂの出力信号とに基づいて、熱による容量チップ１１の反り（固定電極と可動電極との対向面積の変動）を間接的に算出し、算出した反りに基づいて、センサ信号を補正することができる。これにより、反りによる角速度の検出精度の低下が抑制される。
【００４０】
本実施形態では、検温部１５が回路チップ１２に形成されている。これによれば、容量チップ１１に検温部１５が形成された構成とは異なり、検温部１５の形状に依らずに、容量部の形状を決定することができる。
【００４１】
本実施形態では、容量チップ１１と回路チップ１２とを機械的及び電気的に接続する複数のバンプ１３が、中心線Ｃにて十字に交差する２つの仮想直線Ｌ１、Ｌ２上に並んでおり、第２検温素子１５ｂが、２つの仮想直線Ｌ１、Ｌ２から離れている。これによれば、容量チップ１１と回路チップ１２それぞれの中心がバンプ１３によって囲まれるので、それぞれの中心の剛性が向上され、中心に反りが生じ難くなる。これとは反対に、十字を成す２つの仮想直線Ｌ１、Ｌ２から離れた部位は、リリースされるので、反り易くなる。この結果、第１検温素子１５ａへの反りの影響がより小さくなり、第２検温素子１５ｂへの反りの影響がより大きくなる。これにより、反りの検出精度が向上される。
【００４２】
センサチップ１０、ケース３０、収納部５０それぞれの中心が、中心線Ｃにて一致している。これによれば、ケース３０の中心が、中心線Ｃからずれた構成とは異なり、外部応力の印加によって、角速度センサ１００が偏心振動することが抑制される。これにより、偏心振動による角速度の検出精度の低下が抑制される。
【００４３】
センサチップ１０は、弾性を有する第１接着剤７０を介して、ケース３０に機械的に接続され、ケース３０は、弾性を有する第２接着剤７１を介して、収納部５０に機械的に接続されている。これによれば、外部応力が印加された際に、その外部応力の一部が、弾性を有する接着剤７０，７１によって、ケース３０を振動する力に変換されるので、ケース３０を介してセンサチップ１０に印加される外部応力が低減される。これにより、外部応力による角速度の検出精度の低下が抑制される。
【００４４】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００４５】
本実施形態では、角速度を検出する例を示した。しかしながら、本発明の適用としては、上記例に限定されず、物理量を容量変化によって検出することができるものであれば、適宜採用することができる。例えば、加速度を検出する構成に採用することもできる。
【００４６】
また、本実施形態では、検温素子１５ａ，１５ｂの出力信号に基づいて、反りを算出する例を示した。しかしながら、例えば、反りの影響が小さい第１検温素子１５ａの出力信号に基づいて、容量チップ１１周囲の気体の粘性係数を算出し、算出した粘性係数に基づいて、角速度の補正を行っても良い。このように、検温部１５の信号に基づいて、粘性係数と反りの両方を補正しても良い。これによれば、例えば、反りを検出するための圧電素子と、粘性係数を検出するための温度センサの両方がセンサチップに形成された構成と比べて、構成が簡素となる。
【００４７】
本実施形態では、センサチップ１０が、物理量の印加によって静電容量が変化する容量部（図示略）が形成された容量チップ１１と、容量部の出力信号を処理する処理部（図示略）が形成された回路チップ１２と、を有する例を示した。しかしながら、センサチップ１０は、上記したように、２つのチップではなく、１つのチップから構成されても良い。この場合、上記した１つのチップに、容量部と、処理部と、検温部１５とが形成される。そして、上記したチップの中心に第１検温素子１５ａが形成され、上記したチップの隅に第２検温素子１５ｂが形成される。
【００４８】
本実施形態では、回路チップ１２に検温部１５が形成された例を示した。しかしながら、容量チップ１１に検温部１５を形成しても良い。この場合、第１検温素子１５ａは、容量チップ１１における回路チップ１２との対向面の中心に形成され、第２検温素子１５ｂは、上記した対向面の隅に形成される。これによれば、回路チップ１２に検温部１５が形成された構成と比べて、容量チップ１１の反りの検出精度が向上される。したがって、反りによる角速度の検出精度の低下がより効果的に抑制される。
【００４９】
本実施形態では、バンプ１３が、十字を成す仮想直線Ｌ１，Ｌ２上に位置する例を示した。しかしながら、バンプ１３の配置としては、上記例に限定されない。例えば、中心線Ｃを介して点対称となるように、バンプ１３が配置されても良い。この場合、点対称に配置されたバンプ１３によって囲まれた領域内に、中心線Ｃが位置することとなるが、第２検温素子１５ｂは、その領域から離れて設けられる。また、この構成の場合においても、検温素子１５ａ，１５ｂそれぞれは、線膨張係数差に起因する熱応力が、検温素子１５ａ，１５ｂに印加されるのが抑制される程度に、バンプ１３から離される。
【符号の説明】
【００５０】
１０・・・センサチップ
１１・・・容量チップ
１２・・・回路チップ
１３・・・バンプ
１５・・・検温部
１５ａ・・・第１検温素子
１５ｂ・・・第２検温素子
３０・・・ケース
５０・・・収納部
１００・・・角速度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量の印加によって静電容量が変化する容量部と、該容量部の出力信号を処理する処理部と、温度を検出する検温部と、を有するセンサチップを備えた容量式物理量検出装置であって、
前記検温部は、前記センサチップにおける、前記センサチップの中心を該センサチップの厚さ方向に貫く中心線が通過する位置に形成された第１検温素子と、前記中心線と直交する直交方向において、前記第１検温素子から所定距離離れた位置に形成された第２検温素子と、を有し、
前記容量部は、前記直交方向に沿う検出方向に可動する可動電極と、該可動電極と前記検出方向にて対向する固定電極と、を有し、
前記処理部は、前記第１検温素子の出力信号と前記第２検温素子の出力信号とに基づいて、熱による前記センサチップの反りを算出し、算出した反りに基づいて、前記容量部の出力信号を補正する補正回路を有することを特徴とする容量式物理量検出装置。
【請求項２】
前記センサチップは、前記容量部が形成された容量チップと、前記処理部が形成された回路チップと、を有し、
前記容量チップと前記回路チップそれぞれの中心が、前記中心線にて一致するように、前記容量チップと前記回路チップとが機械的及び電気的に接続されており、
前記第１検温素子は、前記回路チップの前記容量チップとの対向面における、前記中心線が通過する位置に形成され、
前記第２検温素子は、前記回路チップの対向面における、前記直交方向において、前記第１検温素子から所定距離離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項３】
前記センサチップは、前記容量部が形成された容量チップと、前記処理部が形成された回路チップと、を有し、
前記容量チップと前記回路チップそれぞれの中心が、前記中心線にて一致するように、前記容量チップと前記回路チップとが機械的及び電気的に接続されており、
前記第１検温素子は、前記容量チップの前記回路チップとの対向面における、前記中心線が通過する位置に形成され、
前記第２検温素子は、前記容量チップの対向面における、前記直交方向において、前記第１検温素子から所定距離離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項４】
前記容量チップと前記回路チップとは、複数のバンプを介して、機械的及び電気的に接続され、
複数の前記バンプは、前記直行方向に沿い、且つ、前記中心線にて十字に交差する２つの仮想直線上に並んでおり、
前記第２検温素子は、２つの前記仮想直線から離れていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項５】
前記センサチップを収納するケースを有し、
前記センサチップと前記ケースそれぞれの中心が、前記中心線にて一致するように、前記センサチップと前記ケースとが機械的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項６】
前記センサチップは、弾性を有する第１接着剤を介して、前記ケースに機械的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項７】
前記ケースは、有底筒状の絶縁基材部と、該絶縁基材部の内部に設けられた配線パターンと、該配線パターンと電気的に接続され、前記絶縁基材部の表面に設けられた電極と、前記絶縁基材部の開口部を閉塞する閉塞部と、を備え、
前記センサチップと前記ケースの電極とが、第１ワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項８】
前記ケースを収納する収納部を有し、
前記ケースと前記収納部それぞれの中心が、前記中心線にて一致するように、前記ケースと前記収納部とが機械的に接続されていることを特徴とする請求項５〜７いずれか１項に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項９】
前記ケースを収納する収納部を有し、
前記ケースと前記収納部それぞれの中心が、前記中心線にて一致するように、前記ケースと前記収納部とが機械的に接続されており、
前記収納部に、前記収納部の内部と外部とを電気的に接続するための複数のリードの一部位がそれぞれ埋設され、
前記ケースの電極と前記収納部のリードとが、第２ワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項１０】
前記ケースは、弾性を有する第２接着剤を介して、前記収納部に機械的に接続されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項１１】
前記物理量は、角速度であって、
前記容量部は、前記鉛直方向と前記検出方向とに直行する振動方向にて、逆位相で振動する対を成す２つの振動子を有し、
前記可動電極は、前記振動子の一部によって構成されていることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項１】
物理量の印加によって静電容量が変化する容量部と、該容量部の出力信号を処理する処理部と、温度を検出する検温部と、を有するセンサチップを備えた容量式物理量検出装置であって、
前記検温部は、前記センサチップにおける、前記センサチップの中心を該センサチップの厚さ方向に貫く中心線が通過する位置に形成された第１検温素子と、前記中心線と直交する直交方向において、前記第１検温素子から所定距離離れた位置に形成された第２検温素子と、を有し、
前記容量部は、前記直交方向に沿う検出方向に可動する可動電極と、該可動電極と前記検出方向にて対向する固定電極と、を有し、
前記処理部は、前記第１検温素子の出力信号と前記第２検温素子の出力信号とに基づいて、熱による前記センサチップの反りを算出し、算出した反りに基づいて、前記容量部の出力信号を補正する補正回路を有することを特徴とする容量式物理量検出装置。
【請求項２】
前記センサチップは、前記容量部が形成された容量チップと、前記処理部が形成された回路チップと、を有し、
前記容量チップと前記回路チップそれぞれの中心が、前記中心線にて一致するように、前記容量チップと前記回路チップとが機械的及び電気的に接続されており、
前記第１検温素子は、前記回路チップの前記容量チップとの対向面における、前記中心線が通過する位置に形成され、
前記第２検温素子は、前記回路チップの対向面における、前記直交方向において、前記第１検温素子から所定距離離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項３】
前記センサチップは、前記容量部が形成された容量チップと、前記処理部が形成された回路チップと、を有し、
前記容量チップと前記回路チップそれぞれの中心が、前記中心線にて一致するように、前記容量チップと前記回路チップとが機械的及び電気的に接続されており、
前記第１検温素子は、前記容量チップの前記回路チップとの対向面における、前記中心線が通過する位置に形成され、
前記第２検温素子は、前記容量チップの対向面における、前記直交方向において、前記第１検温素子から所定距離離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項４】
前記容量チップと前記回路チップとは、複数のバンプを介して、機械的及び電気的に接続され、
複数の前記バンプは、前記直行方向に沿い、且つ、前記中心線にて十字に交差する２つの仮想直線上に並んでおり、
前記第２検温素子は、２つの前記仮想直線から離れていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項５】
前記センサチップを収納するケースを有し、
前記センサチップと前記ケースそれぞれの中心が、前記中心線にて一致するように、前記センサチップと前記ケースとが機械的に接続されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項６】
前記センサチップは、弾性を有する第１接着剤を介して、前記ケースに機械的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項７】
前記ケースは、有底筒状の絶縁基材部と、該絶縁基材部の内部に設けられた配線パターンと、該配線パターンと電気的に接続され、前記絶縁基材部の表面に設けられた電極と、前記絶縁基材部の開口部を閉塞する閉塞部と、を備え、
前記センサチップと前記ケースの電極とが、第１ワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項８】
前記ケースを収納する収納部を有し、
前記ケースと前記収納部それぞれの中心が、前記中心線にて一致するように、前記ケースと前記収納部とが機械的に接続されていることを特徴とする請求項５〜７いずれか１項に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項９】
前記ケースを収納する収納部を有し、
前記ケースと前記収納部それぞれの中心が、前記中心線にて一致するように、前記ケースと前記収納部とが機械的に接続されており、
前記収納部に、前記収納部の内部と外部とを電気的に接続するための複数のリードの一部位がそれぞれ埋設され、
前記ケースの電極と前記収納部のリードとが、第２ワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項１０】
前記ケースは、弾性を有する第２接着剤を介して、前記収納部に機械的に接続されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の容量式物理量検出装置。
【請求項１１】
前記物理量は、角速度であって、
前記容量部は、前記鉛直方向と前記検出方向とに直行する振動方向にて、逆位相で振動する対を成す２つの振動子を有し、
前記可動電極は、前記振動子の一部によって構成されていることを特徴とする請求項１〜１０いずれか１項に記載の容量式物理量検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−８８１９４（Ｐ２０１２−８８１９４Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３５５９２（Ｐ２０１０−２３５５９２）
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２０日（２０１０．１０．２０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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