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JP6372361B2 - 複合センサ - Google Patents

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Description

本発明は、検出対象の異なる第１、第２センサが共通の被搭載部材に搭載された複合センサに関するものである。
従来より、この種の複合センサとして、例えば、特許文献１に、加速度に応じたセンサ信号を出力する加速度センサと角速度に応じたセンサ信号を出力する角速度センサとを共通の被搭載部材の一面に搭載したものが提案されている。具体的には、この複合センサでは、加速度センサおよび角速度センサは、共に被搭載部材の一面に導電性部材等で構成される接続部材を介して接続されている。そして、角速度センサと被搭載部材の一面とを接続する接続部材の高さが加速度センサと被搭載部材の一面とを接続する接続部材の高さより高くされている。なお、角速度センサは、例えば、圧電体の圧電効果を利用した圧電式のものとされ、駆動振動片を振動させた状態で角速度が印加されると、角速度に応じたセンサ信号（電荷）を出力する。
これによれば、角速度センサと被搭載部材とを接続する接続部材の高さを加速度センサと被搭載部材とを接続する接続部材の高さよりも高くしているため、角速度センサの振動が加速度センサに伝達されることを抑制できる。このため、角速度センサの振動が加速度センサに対するノイズとなることを抑制できる。
特開２０１４−１３２０７号公報
しかしながら、上記特許文献１の複合センサでは、角速度センサの振動が加速度センサに対するノイズとなることを抑制できるものの、加速度センサおよび角速度センサの配置関係に関しては考慮されておらず、電気的なノイズによって検出精度が低下することがある。
例えば、容量式の加速度センサは、可動電極と当該可動電極と対向する固定電極を有し、可動電極および固定電極の一方の電極に所定の振幅、周波数を有する入力信号（搬送波）が印加され、他方の電極に発生する電荷（センサ信号）に基づいて加速度の検出が行われる。また、圧電式の角速度センサは、駆動振動片と検出振動片とを有し、駆動振動片に所定の振幅、周波数を有する入力信号（搬送波）が印加され、検出振動片に発生する電荷（センサ信号）に基づいて角速度の検出が行われる。
この場合、加速度センサの他方の電極に発生した電荷や角速度センサの検出振動片に発生した電荷は、外部からの干渉を受け易く、加速度センサおよび角速度センサに入力される入力信号はノイズ源となり易い。このため、加速度センサの入力信号が入力される部分と、角速度センサのセンサ信号が出力される部分が近接して配置されていたり、加速度センサのセンサ信号が出力される部分と角速度センサの入力信号が入力される部分とが近接して配置されていたりすると、入力信号によって検出精度が低下することがある。
本発明は上記点に鑑みて、電気的なノイズによって検出精度が低下することを抑制できる複合センサ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、検出対象に応じた第１センサ信号を出力する第１センサ（１００）と、第１センサの検出対象と異なる検出対象に応じた第２センサ信号を出力する第２センサ（２００）と、第１、第２センサと電気的に接続される回路基板（３００）と、一面（３３ａ）を有し、一面上に第１、第２センサおよび回路基板が配置される被搭載部材（１０）と、を有し、第１、第２センサは、所定の振幅および周波数を有する入力信号が入力されるための入力端子（１６１、２４４ａ）および第１、第２センサ信号を出力するための出力端子（１６２、１６３、２４１ａ〜２４３ａ）をそれぞれ有する複合センサにおいて、以下の点を特徴としている。
すなわち、一面に対する法線方向から視たとき、第１、第２センサは、並べて配置されており、第１、第２センサの配列方向に沿った方向であって、第１、第２センサの中心を通る直線を仮想線（Ｋ）としたとき、入力端子が仮想線に対して分割される一方の同じ領域側に位置し、出力端子が仮想線に対して分割される他方の同じ領域側に位置していることを特徴としている。
これによれば、加速度センサおよび角速度センサは、所定の振幅および周波数を有する入力信号が入力される入力端子と、センサ信号を出力する出力端子とがそれぞれ同じ側に配置されている。言い換えると、ノイズ源となる入力信号が入力される入力端子と、ノイズの影響を受け易いセンサ信号が出力される出力端子とがそれぞれ同じ側に配置されている。つまり、ノイズ源となる入力信号が入力される入力端子と、ノイズの影響を受け易いセンサ信号が出力される出力端子とが離間して配置されている。このため、入力端子に入力される入力信号が出力端子から出力されるセンサ信号に影響することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。
本発明の第１実施形態における複合センサの平面図である。 図１に示すII−II線に沿った断面図である。 図１に示すIII−III線に沿った断面図である。 加速度センサにおけるセンサ部の平面図である。 図４中のV−V線に沿った断面図である。 角速度センサにおけるセンサ部の平面図である。 角速度センサにおける支持部の平面図である。 図７中のVIII−VIII線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態における複合センサの平面図である。 本発明の第３実施形態における複合センサの平面図である。 本発明の第４実施形態における複合センサの平面図である。
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実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図１〜図３に示されるように、複合センサは、被搭載部材としてのパッケージ１０に、加速度センサ１００、角速度センサ２００、加速度センサ１００および角速度センサ２００に対して所定の処理を行う回路基板３００が搭載されて構成されている。なお、本実施形態では、加速度センサ１００が本発明の第１センサに相当し、角速度センサ２００が本発明の第２センサに相当している。また、図１では、後述するリッド６０を省略して示してある。
まず、本実施形態の加速度センサ１００の構成について説明する。本実施形態の加速度センサ１００は、いわゆる容量式のものであり、本発明の第１センサ信号を出力するものである。本実施形態では、加速度センサ１００は、図４および図５に示されるように、支持基板１１１上に絶縁膜１１２を介して半導体層１１３が積層され、平面形状が矩形状とされたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１１４を用いて構成されている。なお、支持基板１１１は、例えば、シリコン基板等が用いられ、絶縁膜１１２はＳｉＯ２やＳｉＮ等が用いられ、半導体層１１３はシリコン基板やポリシリコン等が用いられる。
そして、ＳＯＩ基板２１４には、周知のマイクロマシン加工が施されてセンシング部１１５が形成されている。具体的には、半導体層１１３には、溝部１１６が形成されることによって櫛歯形状の梁構造体を有する可動部１２０および第１、第２固定部１３０、１４０が形成されており、この梁構造体によって加速度に応じたセンサ信号を出力するセンシング部１１５が形成されている。なお、半導体層１１３のうちの溝部１１６を介して可動部１２０、および第１、第２固定部１３０、１４０を取り囲む部分は周辺部１５０とされている。
絶縁膜１１２には、梁構造体１２０〜１４０の形成領域に対応した部位に開口部１１７が形成されている。これにより、半導体層１１３のうち可動部１２０および第１、第２固定部１３０、１４０の所定領域が支持基板１１１からリリースされた状態となっている。
可動部１２０は、開口部１１７を横断するように配置されており、矩形状の錘部１２１における長手方向の両端が梁部１２２を介してアンカー部１２３ａ、１２３ｂに一体に連結された構成とされている。アンカー部１２３ａ、１２３ｂは、開口部１１７の開口縁部で絶縁膜１１２を介して支持基板１１１に支持されている。これにより、錘部１２１および梁部１２２は、開口部１１７に臨んだ状態となっている。
梁部１２２は、平行な２本の梁がその両端で連結された矩形枠状とされており、２本の梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有している。具体的には、梁部１２２は、錘部１２１の長手方向に沿った方向の成分を含む加速度を受けたとき、錘部１２１を長手方向へ変位させると共に、加速度の消失に応じて元の状態に復元させるようになっている。したがって、このような梁部１２２を介して支持基板１１１に連結された錘部１２１は、加速度が印加されると梁部１２２の変位方向へ変位する。
また、可動部１２０は、錘部１２１の長手方向と直交した方向に、錘部１２１の両側面から互いに反対方向へ一体的に突出形成された複数個の可動電極１２４を備えている。図４では、可動電極１２４は、錘部１２１の左側および右側に各々６個ずつ突出して形成されており、開口部１１７に臨んだ状態となっている。また、各可動電極１２４は、錘部１２１および梁部１２２と一体的に形成されており、梁部１２２が変位することによって錘部１２１と共に錘部１２１の長手方向に変位可能となっている。
第１、第２固定部１３０、１４０は、開口部１１７の開口縁部のうちのアンカー部１２３ａ、１２３ｂが支持されていない対向辺部において、絶縁膜１１２を介して支持基板１１１に支持されている。すなわち、第１、第２固定部１３０、１４０は、可動部１２０を挟むように配置されている。図４では、第１固定部１３０が可動部１２０に対して紙面左側に配置され、第２固定部１４０が可動部１２０に対して紙面右側に配置されている。そして、第１、第２固定部１３０、１４０は互いに電気的に独立している。
また、第１、第２固定部１３０、１４０は、可動電極１２４の側面と所定の検出間隔を有するように平行した状態で対向配置された複数個の第１、第２固定電極１３１、１４１と、絶縁膜１１２を介して支持基板１１１に支持された第１、第２配線部１３２、１４２とを有している。
本実施形態では、第１、第２固定電極１３１、１４１は、図４に示されるように６個ずつ形成されており、可動電極１２４における櫛歯の隙間に噛み合うように櫛歯状に配列されている。そして、各配線部１３２、１４２に片持ち状に支持されることにより、開口部１１７に臨んだ状態となっている。
また、可動部１２０および第１、第２固定部１３０、１４０には、後述する回路基板３００に形成されたパッド３０１と電気的に接続される可動電極用パッド１６１、第１、第２固定電極用パッド１６２、１６３が形成されている。具体的には、可動電極用パッド１６１および第１、第２固定電極用パッド１６２、１６３は、それぞれの形成領域が反対側となるように配置されている。詳述すると、可動電極用パッド１６１は、ＳＯＩ基板１１４（半導体層１１３）における相対する１組の一辺のうちの一方の一辺（図４中紙面上側の一辺）の近傍に位置するアンカー部１２３ａに形成され、第１、第２固定電極用パッド１６２、１６３は、他方の一辺（図４中紙面下側の一辺）の近傍に位置する第１、第２配線部１３２、１４２の所定箇所に形成されている。
さらに、本実施形態では、周辺部１５０の所定箇所に後述する回路基板３００に形成されたパッド３０１と電気的に接続される周辺部用パッド１６４が形成されている。
以上が本実施形態における加速度センサ１００の構成である。次に、上記加速度センサ１００の作動について説明する。上記加速度センサ１００は、図４中のコンデンサ記号で示されるように、可動電極１２４と第１固定電極１３１との間に第１容量Ｃｓ１が構成され、可動電極１２４と第２固定電極１４１との間に第２容量Ｃｓ２が構成される。そして、加速度を検出する際、可動電極１２４（可動電極用パッド１６１）に回路基板３００から所定の振幅、周波数を有するパルス状の入力信号（搬送波）が印加される。そして、錘部１２１の長手方向（可動電極１２４および第１、第２固定電極１３１、１４１の配列方向）に沿った方向の加速度が印加されると、可動電極１２４の変位に伴って第１、第２容量Ｃｓ１、Ｃｓ２が変化する。したがって、第１、第２容量Ｃｓ１、Ｃｓ２の差（第１、第２固定電極用パッド１６２、１６３の電位）に基づいて加速度が検出される。
つまり、本実施形態では、可動電極用パッド１６１が本発明の入力端子に相当すると共に第１、第２固定電極用パッド１６２、１６３が本発明の出力端子に相当している。以下では、可動電極用パッド１６１を加速度センサ１００の入力端子１６１とし、第１、第２固定電極用パッド１６２、１６３を加速度センサ１００の出力端子１６２、１６３として説明する。なお、周辺部用パッド１６４には、支持基板１１１や周辺部１５０の電位が変動することが抑制されるように、一定の電位が印加される。
次に、角速度センサ２００の構成について説明する。本実施形態の角速度センサ２００は、いわゆる圧電式のものであり、角速度に応じた本発明の第２センサ信号を出力するものである。角速度センサ２００は、図６に示されるセンサ部２１０と、図７および図８に示され、センサ部２１０を支持する支持部２２０とによって構成されている。
まず、センサ部２１０の構成について説明する。センサ部２１０は、図６に示されるように、圧電材料としての水晶等の基板２１１に周知のマイクロマシン加工が施されて構成されている。図６中では、ｘ軸方向を図６中紙面左右方向とし、ｙ軸方向を基板２１１の面方向においてｘ軸方向と直交する方向とし、ｚ軸方向をｘ軸方向およびｙ軸方向と直交する方向としている。
センサ部２１０は、基板２１１を構成する水晶の結晶軸に合わせてｘｙ平面に形成され、中心に対して点対称の形状とされている。具体的には、センサ部２１０は、矩形状の基部２１２を有している。そして、基部２１２には、ｘｚ平面に平行な２つの端面の略中央部からそれぞれｙ軸方向に沿って延設された第１、第２連結部２１３ａ、２１３ｂと、ｙｚ平面に平行な２つの端面の略中央部からそれぞれｘ軸方向に沿って延設された第１、第２検出振動片２１４ａ、２１４ｂが備えられている。なお、第１、第２連結部２１３ａ、２１３ｂはそれぞれ基部２１２に対して反対方向となるようにｙ軸方向に沿って延設されている。また、第１、第２検出振動片２１４ａ、２１４ｂは、それぞれ基部２１２に対して反対方向となるようにｘ軸方向に沿って延設されている。
第１、第２連結部２１３ａ、２１３ｂには、基部２１２側と反対側の先端部に、それぞれ第１、第２駆動振動片２１５ａ、２１５ｂがｘ軸方向に沿うように備えられている。なお、第１、第２駆動振動片２１５ａ、２１５ｂは、延設方向の略中央部にてそれぞれ第１、第２連結部２１３ａ、２１３ｂと連結されている。
また、第１、第２検出振動片２１４ａ、２１４ｂおよび第１、第２駆動振動片２１５ａ、２１５ｂには、それぞれ図示しない電極が形成されている。具体的には、第１、第２検出振動片２１４ａ、２１４ｂには、それぞれ図示しない第１、第２検出電極が形成されている。第１、第２駆動振動片２１５ａ、２１５ｂには、それぞれ図示しない第１、第２駆電極が形成されている。
さらに、基部２１２には、支持部２２０にて支持される側の面に図示しない６つのランド（電極パターン）が形成されている。具体的には、基部２１２には、第１検出振動片２１４ａに形成された第１検出電極と接続される第１検出ランド、第２検出振動片２１４ｂに形成された第２検出電極と接続される第２検出ランドが形成されている。また、第１駆動振動片２１５ａに形成された第１駆動電極と接続される第１駆動ランド、第２駆動振動片２１５ｂに形成された第２駆動電極と接続される第２駆動ランドが形成されている。さらに、第１、第２検出ランドおよび第１、第２駆動ランドの間に配置され、グランド電位が印加されることによって第１、第２検出ランドおよび第１、第２駆動ランドの間に発生する浮遊容量を減少させる第１、第２グランドランドが形成されている。そして、これら第１、第２検出ランド、第１、第２駆動ランド、第１、第２グランドランドは、支持部２２０の後述する第１〜第６リード２４１〜２４６を介して回路基板３００と電気的に接続されている。
以上が本実施形態における角速度センサ２００のセンサ部２１０の構成である。次に、支持部２２０について説明する。
支持部２２０は、図７および図８に示されるように、ポリイミド樹脂等で形成された絶縁部材２３０に銅箔等で形成された第１〜第６リード２４１〜２４６が備えられたいわゆるＴＡＢ（Tape Automated Bonding）テープである。具体的には、絶縁部材２３０は、平面形状が略矩形状とされており、略中央部にデバイスホール２３１が形成されている。第１〜第６リード２４１〜２４６は、一端部２４１ａ〜２４６ａが絶縁部材２３０の裏面２３０ｂ側におけるデバイスホール２３１の周辺に配置され、他端部２４１ｂ〜２４６ｂがデバイスホール２３１内から絶縁部材２３０の表面２３０ａ側に突出するように折り曲げられている。
そして、第１〜第６リード２４１〜２４６は、一端部２４１ａ〜２４６ａが後述するケース２０に形成された接続端子４１〜４６と電気的に接続される。また、第１、第２リード２４１、２４２は、他端部がそれぞれ第１、第２検出ランドと接続されている。第３、第４リード２４３、２４４は、他端部がそれぞれ第１、第２駆動ランドと接続されている。第５、第６リード２４５、２４６は、他端部がそれぞれ第１、第２グランドランドと接続されている。これにより、センサ部２１０が絶縁部材２３０から離間した状態で保持される。
ここで、第１〜第６リード２４１〜２４６の一端部２４１ａ〜２４６ａの配置関係について説明する。本実施形態では、図７に示されるように、第１〜第３リード２４１〜２４３の一端部２４１ａ〜２４３ａと第４〜第６リード２４４〜２４６の一端部２４４ａ〜２４６ａとは、絶縁部材２３０の表面２３０ａに対する法線方向から視たとき、反対側の端部に形成されている。
具体的には、第１〜第３リード２４１〜２４３の一端部２４１ａ〜２４３ａは、絶縁部材２３０における相対する１組の一辺のうちの一方の一辺（図７中紙面上側の一辺）の近傍に配置され、第４〜第６リード２４４〜２４６の一端部２４４ａ〜２４６ａは、他方の一辺（図８中紙面上側の一辺）の近傍に配置されている。言い換えると、第１〜第３リード２４１〜２４３の一端部２４１ａ〜２４６ａと第４〜第６リード２４４〜２４６の一端部２４４ａ〜２４６ａとは、デバイスホール２３１を挟んだ２つの領域に配置されているともいえる。
以上が本実施形態における角速度センサ２００の構成である。なお、図１では、支持部２２０における絶縁部材２３０を省略して示してある。
次に、上記角速度センサ２００の作動について説明する。上記角速度センサ２００は、角速度を検出する際、第２駆動振動片２１５ｂ（第４リード２４４の一端部２４４ａ）に所定の振幅、周波数を有するパルス状の入力信号（搬送波）が印加される。これにより、第１、第２駆動振動片２１５ａ、２１５ｂが図６中のｙ軸方向に沿って逆向きに駆動振動する。つまり、第１、第２駆動振動片２１５ａ、２１５ｂが互いに開閉するように駆動振動する。
なお、角速度が印加されていない状態では、第１、第２検出振動片２１４ａ、２１４ｂに第１、第２駆動振動片２１５ａ、２１５ｂから印加されるモーメントは逆向きであって相殺されるため、第１、第２検出振動片２１４ａ、２１４ｂはほぼ静止した状態となる。また、本実施形態では、第２駆動振動片２１５ｂ（第４リード２４４の一端部２４４ａ）に入力される入力信号は、加速度センサ１００に入力される入力信号と５次高調波以上まで結びつかない周波数とされ、互いの入力信号が共振し難くなるようにされている。
そして、第１駆動振動片２１５ａ（第３リード２４３の一端部２４３ａ）に発生した電荷が回路基板３００に出力されると、回路基板３００に形成されたチャージアンプや同期検波回路によって第２駆動振動片２１５ｂに入力される入力信号が調整される。つまり、第２駆動振動片２１５ｂと接続される第４リード２４４は入力信号が入力される入力部となり、第４リード２４４の一端部２４４ａは入力端子となる。また、第１駆動振動片２１５ａと接続される第３リード２４３は回路基板３００に電荷を出力する出力部となり、第３リード２４３の一端部２４３ａは出力端子となる。以下では、第３リード２４３の一端部２４３ａを出力端子２４３ａとし、第４リード２４４の一端部２４４ａを入力端子として説明する。
そして、この状態において、ｚ軸方向周りに角速度ωが印加されると、コリオリ力によって第１、第２駆動振動片２１５ａ、２１５ｂはｘ軸方向に逆向きに振動する。これにより、第１、第２検出振動片２１４ａ、２１４ｂは、ｚ軸方向を軸とする周方向反対向きの振動を行う。そして、第１、第２検出振動片２１４ａ、２１４ｂに形成された図示しない第１、第２検出電極（第１、第２リード２４１の一端部２４１ａ、２４２ａ）に振動に応じた電荷が発生し、当該電荷が回路基板３００に出力されることによって角速度の検出が行われる。つまり、第１、第２検出振動片２１４ａ、２１４ｂと接続される第１、第２リード２４１、２４２の一端部２４１ａ、２４２ａは出力端子となる。以下では、第１、第２リード２４１、２４２の一端部２４１ａ、２４２ａを出力端子２４１ａ、２４２ａとして説明する。
回路基板３００は、加速度センサ１００および角速度センサ２００に対して所定の処理を行う増幅回路、チャージアンプ、同期検波回路、コンパレータ等の各種回路が形成されたものであり、図１に示されるように、複数のパッド３０１を有している。なお、本実施形態では、回路基板３００は、加速度センサ１００の出力端子１６２、１６３および角速度センサ２００の出力端子２４１ａ、２４２ａから出力された信号に基づいたアナログ信号を外部回路に出力するようになっている。
次に、パッケージ１０の構造について説明する。
パッケージ１０は、図２、図３に示されるように、ケース２０とリッド６０とを有する構成とされている。ケース２０は、アルミナ等のセラミック層が複数積層された積層基板を用いて構成されており、一面２０ａに凹部３０が形成された箱形状とされている。本実施形態では、凹部３０は、第１凹部３１、第１凹部３１の底面に形成された第２凹部３２、第２凹部３２の底面に形成された第３凹部３３によって構成されている。そして、ケース２０には、図１、図３に示されるように、第１凹部３１の底面に第１〜第６接続端子４１〜４６が設けられている。また、第２凹部３２の底面には、図１、図２に示されるように、複数の接続端子５１が形成されている。そして、ケース２０の内部および第１〜第３凹部３１〜３３の壁面等に形成された図示しない配線層を介して第１〜第６接続端子４１〜４６と複数の接続端子５１とは適宜電気的に接続されている。
また、ケース２０の外部には、複数の接続端子５１と図示しない配線層を介して接続される外部接続端子が形成されており、これにより外部回路との接続が図れるようになっている。
リッド６０は、金属等を用いて構成されており、ケース２０の一面２０ａと溶接等されて接合されている。これにより、ケース２０が閉塞され、ケース２０内が気密封止されている。本実施形態では、ケース２０内は、真空圧とされている。
そして、このようなパッケージ１０に、上記加速度センサ１００、角速度センサ２００、回路基板３００が収容されている。具体的には、図１〜図３に示されるように、第３凹部３３の底面３３ａに、接着剤７１を介して回路基板３００が搭載されている。そして、加速度センサ１００および角速度センサ２００は、第３凹部３３の底面３３ａに対する法線方向（以下では、単に法線方向という）から視たとき、回路基板３００上（ケース２０内）に並べて配置されている。詳述すると、加速度センサ１００は、図１および図２に示されるように、回路基板３００上に接着剤７２を介して搭載され、入力端子１６１および出力端子１６２、１６３、周辺部用パッド１６４が回路基板３００のパッド３０１と適宜ワイヤ８１を介して電気的に接続されている。角速度センサ２００は、第２凹部３２の底面に形成された第１〜第６接続端子４１〜４６に第１〜第６リード２４１〜２４６の一端部２４１ａ〜２４６ａが図示しないはんだ等の導電性部材を介して電気的、機械的に接続され、ケース２０内の空間にセンサ部２１０が中空保持された状態となっている。つまり、角速度センサ２００は、回路基板３００と離間する状態で、ケース２０内に収容されている。なお、本実施形態では、第３凹部３３の底面３３ａが本発明の被搭載部材の一面に相当しており、被搭載部材の一面上に加速度センサ１００と角速度センサ２００とが位置しているといえる。
さらに詳述すると、加速度センサ１００は、上記のように、入力端子１６１と出力端子１６２、１６３とが反対側に（離間して）配置されている。同様に、角速度センサ２００は、上記のように、入力端子２４４ａと出力端子２４１ａ〜２４３ａとが反対側に（離間して）配置されている。そして、図１に示されるように、加速度センサ１００の入力端子１６１および角速度センサ２００の入力端子２４４ａが同じ側となるように配置され、加速度センサ１００の出力端子１６２、１６３および角速度センサ２００の出力端子２４１ａ〜２４３ａが同じ側となるように配置されている。つまり、加速度センサ１００と角速度センサ２００の配列方向に沿った方向であり、加速度センサ１００および角速度センサ２００の中心を通る直線を仮想線Ｋとしたとき、加速度センサ１００の入力端子１６１および角速度センサ２００の入力端子２４４ａは仮想線Ｋに対して分割される一方の領域側（図１中では仮想線Ｋより紙面下側）に配置され、加速度センサ１００の出力端子１６２、１６３および角速度センサ２００の出力端子２４１ａ〜２４３ａは他方の領域側（図１中では仮想線Ｋより紙面上側）に配置されている。言い換えると、加速度センサ１００の入力インピーダンスの低い端子１６１および角速度センサ２００の入力インピーダンスの低い端子２４４ａが仮想線Ｋに対して分割される一方の領域側（図１中では仮想線Ｋより紙面下側）に配置され、加速度センサ１００の出力インピーダンスの高い端子１６２、１６３および角速度センサ２００の出力インピーダンスの高い端子２４１ａ〜２４３ａが仮想線Ｋに対して分割される他方の領域側（図１中では仮想線Ｋより紙面上側）に配置されている。
また、回路基板３００に形成され、加速度センサ１００の各パッド１６１〜１６４と接続されないパッド３０１は、第２凹部３２の底面に形成された接続端子５１と適宜ワイヤ８２を介して電気的に接続されている。なお、ワイヤ８２は、図２に示されるように、撓んだ状態でパッド３０１と接続端子５１との間に配置されているが、最も第３凹部３３の底面３３ａから離間している部分が加速度センサ１００のうちの回路基板３００側と反対側に位置する部分（図５に示される半導体層１１３のうちの絶縁膜１１２側と反対側の一面）よりも第３凹部３３の底面３３ａ側に位置するように配置されている。
以上説明したように、本実施形態では、加速度センサ１００の入力端子１６１および角速度センサ２００の入力端子２４４ａは仮想線Ｋに対して分割される一方の領域側に配置され、加速度センサ１００の出力端子１６２、１６３および角速度センサ２００の出力端子２４１ａ〜２４３ａは仮想線Ｋに対して分割される他方の領域側に配置されている。つまり、ノイズ源となり易い信号が入力される入力端子１６１、２４４ａと、ノイズの影響を受け易い出力端子１６２、１６３、２４１ａ〜２４３ａとが離間して配置されている。このため、入力端子１６１、２４４ａに入力される信号が出力端子１６２、１６３、２４１ａ〜２４３ａから出力される信号に影響することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。
また、上記のように加速度センサ１００および角速度センサ２００の入力端子１６１、２４４ａおよび出力端子１６２、１６３、２４１ａ〜２４３ａが同じ側にまとめて配置されているため、ケース２０の内部および第１〜第３凹部３１〜３３の壁面等に形成される配線層の設計（引き回し）を容易にできる。
そして、ワイヤ８２は、最も第３凹部３３の底面３３ａから離間している部分が加速度センサ１００のうちの回路基板３００側と反対側に位置する部分（半導体層１１３のうちの絶縁膜１１２側と反対側の一面）よりも第３凹部３３の底面側に位置するように配置されている。つまり、ワイヤ８２を短くするようにしている。これによれば、ワイヤ８２に発生する寄生容量を低減でき、当該寄生容量が検出精度に影響することを抑制できる。
さらに、本実施形態では、加速度センサ１００が容量式とされ、角速度センサ２００が圧電式とされている。このため、角速度センサ２００としては、共振周波数の範囲が狭くなり、感度を高くできる。また、加速度センサ１００としては、Ｑ値を高くでき、角速度センサ２００の振動によって検出精度が低下することを抑制できる。
また、加速度センサ１００は第３凹部３３の底面３３ａに回路基板３００を介して搭載され、角速度センサ２００は第１凹部３１の底面に形成された第１〜第６接続端子４１〜４６と接続されている。つまり、加速度センサ１００と角速度センサ２００とが接合される領域が異なっている。このため、角速度センサ２００の振動が加速度センサ１００に伝達されることを抑制でき、機械的なノイズ（角速度センサ２００の振動）によって加速度センサ１００の検出精度が低下することも抑制できる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して第１基準電位端子を形成したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、図９に示されるように、回路基板３００には、法線方向から視たとき、加速度センサ１００および角速度センサ２００と重複する部分と異なる部分に第１基準電位端子３０２が形成されている。具体的には、第１基準電位端子３０２は、法線方向から視たとき、加速度センサ１００の出力端子１６２、１６３と、角速度センサ２００の出力端子２４１ａ〜２４３ａとの間に形成されている。さらに詳述すると、第１基準電位端子３０２は、加速度センサ１００の出力端子１６２、１６３と接続される回路基板３００のパッド３０１より角速度センサ２００側に配置されている。
そして、第１基準電位端子３０２は、第２凹部３２の底面に形成された接続端子５１の１つとワイヤ８３を介して電気的に接続されることにより、所定の電位に固定されている。つまり、ワイヤ８３は、加速度センサ１００の出力端子１６２、１６３と回路基板３００のパッド３０１とを接続するワイヤ８１と、角速度センサ２００の出力端子２４１ａ〜２４３ａと第１凹部３１の底面に形成された第１〜第３接続端子４１〜４３との接続部との間に形成されている。
これによれば、ワイヤ８３が所定の電位に固定されているため、当該ワイヤ８３が干渉抑制体（ガードリング）として機能する。このため、加速度センサ１００と角速度センサ２００との間で互いの電気信号がノイズとなることを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。特に、本実施形態では、ノイズの影響を受け易い加速度センサ１００の出力端子１６２、１６３と角速度センサ２００の出力端子２４１ａ〜２４３ａとの間にワイヤ８３が配置されているため、より検出精度の低下を抑制できる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して回路基板３００からデジタル信号を出力するものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態では、回路基板３００は、図１０に示されるように、外部回路と接続される通信端子３０３を有している。そして、通信端子３０３を介して外部回路から入力されるパルス信号に基づき、加速度センサ１００および角速度センサ２００から出力されたアナログ信号（センサ信号）をデジタル信号に変換して出力するようになっている。
通信端子３０３は、仮想線Ｋにて分割される領域のうち、加速度センサ１００の入力端子１６１および角速度センサ２００の入力端子２４４ａが配置される領域（図１０中仮想線Ｋより紙面下側の領域）側に配置されている。具体的には、通信端子３０３は、法線方向から視たとき、加速度センサ１００の入力端子１６１と、角速度センサ２００の入力端子２４４ａとの間に形成されている。さらに詳述すると、通信端子３０３は、加速度センサ１００の入力端子１６１と接続される回路基板３００のパッド３０１より角速度センサ２００側に配置されている。そして、通信端子３０３は、第２凹部３２の底面に形成された接続端子５１の１つとワイヤ８４を介して電気的に接続されている。
これによれば、回路基板３００は、外部回路からのパルス信号に基づいてデジタル信号を出力するようになっており、当該パルス信号がノイズ源となる。このため、仮想線Ｋで分割される領域のうち、ノイズ源が入力される通信端子３０３を加速度センサ１００の入力端子１６１および角速度センサ２００の入力端子２４４ａと同じ領域側に配置することにより、パルス信号が出力端子１６２、１６３、２４１ａ〜２４３ａから出力される信号に影響することを抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対して回路基板３００に第２基準電位端子を形成したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態は、図１１に示されるように、回路基板３００には、積層方向から視たとき、通信端子３０３を挟むように、第２基準電位端子３０４が形成されている。そして、各第２基準電位端子３０４は、第２凹部３２の底面に形成された接続端子５１の１つとワイヤ８５を介してそれぞれ電気的に接続されることにより、所定の電位に固定されている。つまり、ワイヤ８５は、通信端子３０３と接続端子５１とを接続するワイヤ８４を挟むように形成されている。
これによれば、第２基準電位端子３０４と電気的に接続されるワイヤ８５が干渉抑制体として機能するため、通信端子３０３に入力されるパルス信号がノイズ源となって伝播することを抑制できる。
（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。
例えば、上記各実施形態において、加速度センサ１００は、所定の一方向の加速度のみを検出するものでもよい。また、上記各実施形態において、第１、第２センサの組み合わせは適宜変更可能であり、第１、第２センサは検出対象が異なっていればよい。例えば、第１センサを所定の一方向の加速度のみを検出する加速度センサ１００とし、第２センサを当該一方向と直交する一方向の加速度のみを検出する加速度センサ１００としてもよい。
また、上記各実施形態において、加速度センサ１００には、加速度を検出する際、第１、第２固定電極１３１、１４１（第１、第２固定電極用パッド１６２、１６３）に回路基板３００から所定の振幅、周波数を有するパルス状の入力信号（搬送波）が印加されるようにしてもよい。このような加速度センサとした場合には、第１、第２固定電極用パッド１６２、１６３が入力端子となり、可動電極用パッド１６１が出力端子となる。
さらに、上記各実施形態において、角速度センサ２００は、いわゆる容量型のものであってもよい。
そして、上記第２実施形態において、例えば、加速度センサ１００の入力端子１６１と角速度センサ２００の入力端子２４４ａとの間（図１０中の通信端子３０３近傍）に第１基準電位端子３０２が形成されていてもよい。また、加速度センサ１００の出力端子１６２、１６３と入力端子１６１との間（図９中の加速度センサ１００より紙面右側のパッド３０１近傍）に第１基準電位端子３０２が形成されていてもよい。このように第１基準電位端子３０２を形成したとしても、第１基準電位端子３０２と接続されるワイヤ８２が干渉抑制体として機能するため、検出精度が低下することを抑制できる。さらに、第１基準電位端子３０２は、複数備えられ、それぞれ接続端子５１とワイヤ８２を介して電気的に接続されるようにしてもよい。
また、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、上記第２実施形態を上記第３、第４実施形態に組み合わせ、第１基準電位端子３０２と通信端子３０３とを有する構成としてもよい。
３３ａ 一面
１００ 加速度センサ
１６１ 入力端子
１６２、１６３ 出力端子
２００ 角速度センサ
２４４ａ 入力端子
２４１ａ〜２４３ａ 出力端子
３００ 回路基板
Ｋ 仮想線

Claims (7)

  1. 検出対象に応じた第１センサ信号を出力する第１センサ（１００）と、
    前記第１センサの検出対象と異なる検出対象に応じた第２センサ信号を出力する第２センサ（２００）と、
    前記第１、第２センサと電気的に接続される回路基板（３００）と、
    一面（３３ａ）を有し、前記一面上に前記第１、第２センサおよび前記回路基板が配置される被搭載部材（１０）と、を有し、
    前記第１、第２センサは、所定の振幅および周波数を有する入力信号が入力されるための入力端子（１６１、２４４ａ）および前記第１、第２センサ信号を出力するための出力端子（１６２、１６３、２４１ａ〜２４３ａ）をそれぞれ有する複合センサにおいて、
    前記一面に対する法線方向から視たとき、前記第１、第２センサは、並べて配置されており、前記第１、第２センサの配列方向に沿った方向であって、前記第１、第２センサの中心を通る直線を仮想線（Ｋ）としたとき、前記入力端子が前記仮想線に対して分割される一方の同じ領域側に位置し、前記出力端子が前記仮想線に対して分割される他方の同じ領域側に位置していることを特徴とする複合センサ。
  2. 前記被搭載部材は、接続端子（５１）を有しており、
    前記回路基板には、前記一面に対する法線方向から視たとき、前記第１、第２センサと重複する部分と異なる部分に第１基準電位端子（３０２）が形成され、
    前記第１基準電位端子は、前記被搭載部材に形成された接続端子とワイヤ（８３）を介して電気的に接続されることによって所定の電位に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の複合センサ。
  3. 前記第１基準電位端子は、前記一面に対する法線方向から視たとき、前記第１センサの入力端子と前記第２センサの入力端子との間、前記第１センサの出力端子と前記第２センサの出力端子との間の少なくともいずれか一方に配置されており、
    前記第１基準電位端子と前記接続端子とを接続するワイヤは、前記第１センサと前記第２センサとの間の干渉抑制体として機能することを特徴とする請求項２に記載の複合センサ。
  4. 前記第１、第２センサは、前記第１、第２センサ信号として前記回路基板にアナログ信号を出力し、
    前記回路基板は、前記第１、第２センサ信号をデジタル信号に変換すると共に、外部回路からのパルス信号に基づいて前記デジタル信号を出力する通信端子（３０３）を有しており、
    前記通信端子は、前記一面に対する法線方向から視たとき、前記第１、第２センサの入力端子が配置される前記一方の領域側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の複合センサ。
  5. 前記回路基板には、前記通信端子を挟む２つの第２基準電位端子（３０４）が形成されており、
    前記第２基準電位端子は、前記接続端子とワイヤ（８５）を介して電気的に接続されることによって所定の電位に固定されており、
    前記第２基準電位端子と前記接続端子とを接続するワイヤは、前記通信端子と前記第１、第２センサとの間の干渉抑制体として機能することを特徴とする請求項４に記載の複合センサ。
  6. 前記第１センサは、前記回路基板に搭載され、
    前記回路基板は、前記接続端子とワイヤ（８２）を介して電気的に接続される複数のパッド（３０１）を有しており、
    前記ワイヤは、撓んだ状態で前記パッドと前記接続端子との間に配置され、最も前記一面から離間している部分が前記第１センサのうちの前記回路基板側と反対側に位置する部分より前記一面側に位置していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の複合センサ。
  7. 前記第１センサは、加速度に応じて変位可能とされた可動電極（１２４）と、前記可動電極と対向して配置された固定電極（１３１、１４１）とを有し、前記可動電極と前記固定電極との間の容量に応じて前記第１センサ信号を出力する加速度センサであり、
    前記第２センサは、圧電材料を用いて構成されるセンサ部（２１０）と、一方の端部（２４１ｂ〜２４６ｂ）にて前記センサ部を中空保持する複数のリード（２４１〜２４６）を有する支持部（２２０）と、を有し、前記入力端子および前記出力端子は、前記リードのうちの前記センサ部側と反対側の端部（２４１ａ〜２４６ａ）にて構成され、前記センサ部を振動させた状態で角速度が印加されると当該角速度に応じた第２センサ信号を出力する角速度センサであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の複合センサ。


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