CN102313821A - 物理量传感器以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

物理量传感器以及电子设备，能够抑制物理量传感器的检测灵敏度因在检测轴以外的方向上产生的加速度而下降。具有第1摆动体(300a)和第2摆动体(300b)，各摆动体(300a、300b)由第1支撑部(40a)和第2支撑部(40b)支撑在基板上，在平面视图中，第1摆动体被第1轴(支撑轴)(Q1)划分为第1区域(PT1)和第2区域(PT2)、第2摆动体被第2轴(支撑轴)(Q2)划分为第3区域(PT2)和第4区域(PT1)，第2区域的质量比第1区域大，第4区域的质量比第3区域大，第1区域和第2区域的排列方向与第3区域和第4区域的排列方向相反，在受到重力的状态下，第1摆动体和第2摆动体朝彼此相反的方向倾斜。

Description

物理量传感器以及电子设备
技术领域
本发明涉及例如MEMS传感器(Micro Electro Mechanical System Sensor：微电子机械系统传感器)等物理量传感器以及电子设备。
背景技术
近年来，使用MEMS(Micro Electro Mechanical System：微电子机械系统)技术，实现小型且高灵敏度的物理量传感器的技术备受关注。
例如，在专利文献1中，公开了摆式容性加速度计。专利文献1的摆式容性加速度计具有：基板、检测板、在基板上支撑检测板的中心支撑部、设置在检测板上的电极、以及设置在基板上的电极。检测板具有设置在中心支撑部的左侧的、不具有中空部的检测质量(proof-mass)(惯性质量)和具有中空部的检测质量。在因加速度对各检测质量施加了转矩时，检测板以中心支撑部(铰链轴)为中心进行杠杆(seesaw)动作。静电电容的电容值与检测板的杠杆动作对应地变化，从摆式容性加速度计输出差动容性输出信号。
此外，在专利文献2中，公开了如下的加速度传感器：该加速度传感器在硅基板上形成有由不对称地配置的旋转轴线支撑的摆动体，在受到Z方向的加速度时，摆动体的倾斜度偏向一方(杠杆摆动)，利用这种性质，差动地检测电容，从而检测Z轴方向的加速度。
【专利文献1】日本特开2009-109494号公报
【专利文献2】日本特开平9-189716号公报
在专利文献1所公开的摆式容性加速度计中，关于保护加速度计的封装的形成，没有做任何考虑。
此外，在专利文献2的加速度传感器中，在Z方向以外的X方向或Y方向上产生了加速度的情况下，摆动体也产生摆动，表观上Z方向的加速度发生了变化。这种在与检测方向不同的方向上具有检测灵敏度的情况将导致物理量传感器的检测精度下降，成为问题。
发明内容
根据本发明的至少一个方式，例如能够提高包含封装的物理量传感器的组装性。此外，根据本发明的至少一个方式，例如能够抑制物理量传感器的检测灵敏度因在检测轴以外的方向上产生的加速度而降低。
(1)本发明的物理量传感器的一个方式为，具有：基座；以及第1摆动体和第2摆动体，它们隔着空隙配置在所述基座的上方，所述第1摆动体包含第1支撑部、第2支撑部和第1可动电极，通过配置在第1轴上的所述第1支撑部和所述第2支撑部而支撑在所述基座的上方，并且在平面视图中，该第1摆动体被所述第1轴划分为第1区域和第2区域，在各个区域中形成有所述第1可动电极，所述第2摆动体包含第3支撑部、第4支撑部和第2可动电极，通过配置在第2轴上的所述第3支撑部和所述第4支撑部而支撑在所述基座的上方，并且在平面视图中，该第2摆动体被所述第2轴划分为第3区域和第4区域，在各个区域中形成有所述第2可动电极，在所述基座上，与所述第1可动电极和所述第2可动电极相对地形成有固定电极，所述第2区域的质量比所述第1区域的质量大，所述第4区域的质量比所述第3区域的质量大，所述第1摆动体的从所述第1区域向所述第2区域的排列方向与所述第2摆动体的从所述第3区域向所述第4区域的排列方向彼此相反。
(2)本发明的物理量传感器的其他方式为，在受到重力的状态下，所述第1摆动体与所述第2摆动体朝向彼此相反的方向倾斜。
本方式涉及用于进一步提高利用了杠杆结构的物理量传感器的检测精度的结构。例如在作用了重力加速度的状态下，对于摆动体而言，由于质量的不均衡而使得转矩不均衡，成为倾斜的状态(这是因为，如果施加了重力加速度但摆动体却保持水平状态，则无法检测出重力加速度)。假定在该状态下，对摆动体作用了作为摆动体的延伸方向(摆动体为水平状态时的延伸方向)的第1方向的加速度。在对倾斜的摆动体作用第1方向的加速度时，对于摆动体，在与第1方向的加速度的方向相反的方向上作用惯性力(惯性力的大小与第1方向的加速度成比例)。该惯性力具有使倾斜的摆动体旋转的力(即垂直地作用于倾斜的摆动体的力)的分量，因此摆动体的倾斜度发生变化。即，尽管实际上第3方向(重力方向)的加速度没有变化，但是由于第1方向的加速度(与检测方向不同方向的加速度)的作用，导致表观上第3方向(重力方向)的加速度发生了变化。这种在与检测方向不同的方向上具有检测灵敏度的情况将导致物理量传感器的检测精度下降。
虽然第1摆动体和第2摆动体都在第1方向上延伸，但是第1摆动体的倾斜方向与第2摆动体的倾斜方向彼此相反，并且以水平面为基准的旋转角的绝对值相同。例如，第1摆动体沿顺时针方向、以水平面为基准倾斜了+θ，另一方面，第2摆动体沿逆时针方向、以水平面为基准倾斜了-θ。在该状态下施加了第1方向的加速度而在与其相反的方向上作用了惯性力时，在第1摆动体的第1区域和第2区域、第2摆动体的第3区域和第4区域各自中，产生了相同大小的表观上的旋转力。但是，在第1摆动体中，例如质量大的第1区域的转矩占优势，另一方面，在第2摆动体中，例如质量大的第3区域的转矩占优势，因此，由表观上的旋转力引起的第1摆动体的旋转方向与第2摆动体的旋转方向彼此相反(一方是摆动体的倾斜度变得更大的方向、另一方是摆动体的倾斜度变小的方向)。
因此，通过采用本方式，能够利用信号处理消除因在检测方向以外的方向上具有检测灵敏度而引起的误差。由此，能够进一步提高利用了杠杆结构的物理量传感器的检测精度。
另外，作为基座，可使用SOI(Silicon on Insulator：硅绝缘体)基板，并且，还可使用通过半导体制造技术制造的具有多层布线结构的半导体基板。此外，作为盖体，可使用玻璃基板或硅基板(单层)(如果在硅基板的表面上形成绝缘膜，则还可在硅基板上形成电极)。此外，关于第1摆动体或第2摆动体，例如通过使支撑轴偏离于中心、或者使摆动体的一侧的质量比另一方侧的质量大，能够实现杠杆摆动。
(3)在本发明的物理量传感器的其他方式中，所述第1轴和所述第2轴中的至少一方与通过所述第1摆动体或所述第2摆动体的中心的线平行。
根据本方式，通过使第1摆动体和第2摆动体的截面形状中的厚度相同，能够简化第1摆动体和第2摆动体的制造工序。另外，例如通过变更光刻用的掩模形状，能够自由地设定第1杠杆片和第2杠杆片在平面视图中的形状尺寸(纵向尺寸、横向尺寸等)。
(4)在本发明的物理量传感器的其他方式中，在所述第1区域和所述第2区域中的至少一方、或所述第3区域和所述第4区域中的至少一方中，形成有质量部。
根据本方式，通过使摆动体的一侧的质量比另一侧的质量大，能够实现杠杆摆动。此外，通过利用金属膜或绝缘膜等形成质量部，由此，通过利用激光、蚀刻等削减质量部、或者利用溅射、蒸镀等进行成膜，由此，能够更简单地增减质量，因此，能够容易地进行杠杆摆动的微调。
(5)在本发明的物理量传感器的其他方式中，在平面视图中，所述第2摆动体是使所述第1摆动体相对于与所述第1区域和所述第2区域的排列方向垂直的轴翻转后的形状。
在本方式中，第2摆动体是使第1摆动体翻转后得到的结构，因此能够使用相同的掩模图案形成第1摆动体和第2摆动体，从而能够简化制造工序。此外，在预定方向上受到加速度时的第1摆动体和第2摆动体的摆动程度为两者相等，因此检测灵敏度进一步提高。
(6)在本发明的物理量传感器的其他方式中，在平面视图中，所述基座具有与所述第1区域相对的第5区域、与所述第2区域相对的第6区域、与所述第3区域相对的第7区域、以及与所述第4区域相对的第8区域，所述固定电极形成于所述第5区域、第6区域、第7区域以及第8区域各自之中。
在本方式中，通过以与第1可动电极以及第2可动电极相对的方式分别设置固定电极，能够高精度地检测差动电容的值。
(7)在本发明的物理量传感器的其他方式中，跨越所述第1区域和所述第2区域公共地形成了所述第1可动电极。
(8)在本发明的物理量传感器的其他方式中，跨越所述第3区域和所述第4区域公共地形成了所述第2可动电极。
在本方式中，第1可动电极或第2可动电极由相同电位的公共电极构成。通过电极的公共化，能够减少与电极连接的布线数量，能够简化布线图案。例如，可将具有导电性的摆动体自身用作接地电位的公共电极。在该例中，摆动体兼用作电极，因此不需要另外形成电极，能够简化制造工序。此外，还可利用具有多层布线结构的半导体基板(可将它们总称作多层结构体)构成摆动体，并在例如最上层的层间绝缘层上形成作为接地电极的金属膜。在该例中，能够利用半导体制造技术(多层布线基板技术)合理地形成可动电极。
(9)在本发明的物理量传感器的其他方式中，所述第1支撑部、第2支撑部、第3支撑部以及第4支撑部利用扭簧形成。
在本方式中，由于第1支撑部、第2支撑部、第3支撑部以及第4支撑部使用了扭簧，因此，对于摆动体进行杠杆摆动时产生的扭转变形具有较强的恢复力，因此能够防止支撑部发生损坏。此外，利用扭簧能够增大杠杆摆动的动作，因此能够提高检测灵敏度。
(10)在本发明的物理量传感器的其他方式中，所述第1摆动体和所述第2摆动体中的至少一方具有开口部，并且具有：可动施重部，其配置于所述开口部中；连接部，其将所述可动施重部与所述第1摆动体或所述第2摆动体连接；第1臂状电极部，其从所述第1摆动体或所述第2摆动体朝向所述可动施重部突出而形成；以及第2臂状电极部，其从所述可动施重部朝向所述第1摆动体或所述第2摆动体突出而形成，并且与所述第1臂状电极部相对。
在本方式中，摆动体除了作为用于检测重力方向的移位的检测板发挥作用以外，还作为用于检测重力方向以外方向的移位的检测板发挥作用。由此，能够使用一个摆动体，检测与不同的两个方向的移位分别对应的静电电容的变化。
(11)本发明的物理量传感器的其他方式为，该物理量传感器具有信号处理电路，该信号处理电路根据检测信号执行信号处理，所述检测信号包含：第1检测信号，其根据所述第1区域的所述第1可动电极与所述固定电极之间的移位而变动；第2检测信号，其根据所述第2区域的所述第1可动电极与所述固定电极之间的移位而变动；第3检测信号，其根据所述第3区域的所述第2可动电极与所述固定电极之间的移位而变动；以及第4检测信号，其根据所述第4区域的所述第2可动电极与所述固定电极之间的移位而变动，所述信号处理电路执行如下处理：生成表示所述第1检测信号与所述第2检测信号之差的第1差动信号；生成表示所述第3检测信号与所述第4检测信号之差的第2差动信号；以及根据将所述第1差动信号与所述第2差动信号相加而得到的信号生成加速度检测信号。
在本方式中，设置信号处理电路，根据从各摆动体得到的信号，执行用于补偿检测误差的信号处理，从而抑制检测误差。
第1摆动体的倾斜方向与第2摆动体的倾斜方向彼此相反，并且以水平面为基准的旋转角的绝对值相同。例如，第1摆动体沿顺时针方向、以水平面为基准倾斜了+θ，另一方面，第2摆动体沿逆时针方向、以水平面为基准倾斜了-θ。在该状态下施加了重力方向以外的加速度、而在与其相反的方向上作用了惯性力时，在第1摆动体的第1区域和第2区域、第2摆动体的第3区域和第4区域各自中，产生了相同大小的表观上的旋转力。但是，在第1摆动体中，例如质量大的第1区域的转矩占优势，另一方面，在第2摆动体中，例如质量大的第3区域的转矩占优势，因此，由表观上的旋转力引起的第1摆动体的旋转方向与第2摆动体的旋转方向彼此相反。
此处，作为检测信号，输出以下信号：根据第1摆动体的第1区域的移位而变动的第1检测信号、根据第1摆动体的第2区域的移位而变动的第2检测信号、根据第2摆动体的第3区域的移位而变动的第3检测信号、以及根据第2摆动体的第4区域的移位而变动的第4检测信号。
此时，在将叠加在第1检测信号中的由表观上的旋转力产生的误差移位所引起的可变电容(静电电容)的电容值变动量设为例如“+δC”时，与第2检测信号相关的电容值变动量为“-δC”，同样，叠加在第3检测信号中的由表观上的旋转力产生的误差移位所引起的可变电容(静电电容)的电容值变动量为“+δC”，与第4检测信号相关的电容值变动量为“-δC”。
在信号处理电路中，在生成了表示第1检测信号与第2检测信号之差的第1差动信号时，叠加在第1差动信号中的、由表观上的旋转力产生的误差移位所引起的可变电容(静电电容)的电容值变动量为“2δC(＝+δC-(-δC))”。此外，在生成了表示第4检测信号与第3检测信号之差的第2差动信号时，叠加在第2差动信号中的、由表观上的旋转力产生的误差移位所引起的可变电容(静电电容)的电容值变动量为“-2δC(＝-δC-(+δC))”。此外，当信号处理电路将第1差动信号与第2差动信号相加时，叠加在第1差动信号中的误差分量“+2δC”与叠加在第2差动信号中的误差分量“-2δC”相抵消，从而消除了误差。另外，在将第1差动信号与第2差动信号相加时，信号振幅变为2倍。在会由此引起问题的情况下，还可适当进行使由第1差动信号与第2差动信号相加得到的信号的振幅成为例如一半的信号处理等。
即，信号处理电路生成表示第1检测信号与第2检测信号之差的第1差动信号，并且生成表示第3检测信号与第4检测信号之差的第2差动信号，根据将第1差动信号与第2差动信号相加而得到的信号，生成抑制了基于第1方向的加速度的误差的、第3方向的加速度检测信号。
由此，根据本方式，能够通过信号处理消除因在检测方向以外的方向上具有检测灵敏度而引起的误差。由此，能够进一步提高利用了杠杆结构的物理量传感器的检测精度。
(12)本发明的物理量传感器的其他方式为，该物理量传感器具有：基座；以及摆动体，其隔着空隙配置在所述基座的上方，所述摆动体包含第1支撑部和第2支撑部，通过配置在第1轴上的所述第1支撑部和所述第2支撑部而支撑在所述基座的上方，并且在平面视图中，该摆动体被所述第1轴划分为第1区域和第2区域，在各个区域中形成有可动电极，在所述基座上，与所述可动电极相对地形成有固定电极，在所述第1区域和所述第2区域中的至少一方中，形成有质量部。
根据本方式，通过使摆动体的一侧的质量比另一侧的质量大，能够实现杠杆摆动。此外，通过利用金属膜或绝缘膜等形成质量部，能够利用激光、蚀刻等削减质量部，或者利用溅射、蒸镀等进行成膜，由此，能够更简单地增减质量，因此，能够容易地进行杠杆摆动的微调。
(13)本发明的物理量传感器的其他方式为，所述第1轴与通过所述摆动体的中心的线平行。
根据本方式，例如在使摆动体的支撑轴偏移而使第1区域比第2区域大的情况下，如果在第1区域中形成质量部，则杠杆摆动更加显著，伴随于此，能够提高电容的检测灵敏度。另一方面，如果在第2区域中形成质量部，则能够抑制杠杆摆动，伴随于此，能够抑制在支撑摆动体的支撑部中产生过度扭转，从而能够防止支撑部发生损坏。
(14)本发明的电子设备的一个方式为具有上述任意一个方式的物理量传感器。
通过使用上述方式的物理量传感器，能够实现小型且高性能的电子设备(包含多个传感器的传感器单元、搭载该传感器单元的更上位的电子设备(例如FA设备等))。
由此，根据本发明的至少一个方式，例如，能够提高包含封装的物理量传感器的组装性。
附图说明
图1的(A)～(F)是示出物理量传感器的结构和动作的一例的图。
图2的(A)和(B)是示出密封体的结构的一例的图。
图3的(A)～(D)是示出密封体的制造方法的一例的图。
图4的(A)～(C)是示出检测电路的结构例的图。
图5的(A)～(C)是用于说明C/V转换电路的结构和动作的图。
图6是示出能够检测两个不同方向的加速度的物理量传感器(加速度传感器)的结构的一例的图。
图7的(A)和(B)是简化了图6所示的平面图和长度方向(横向)的截面图而表示的图。
图8是示出能够检测第1方向(X轴方向)、第2方向(Y轴方向)以及第3方向(Z轴方向)各自的电容值变化的具有3轴灵敏度的物理量传感器的结构例的平面图。
图9是示出能够检测两个不同方向的加速度的物理量传感器(加速度传感器)的结构的另一例的图。
图10是示出能够使用图6和图7所示的两个结构的摆动体来检测不同的3个方向的加速度的加速度传感器的结构的平面图。
图11的(A)～(H)是说明用于进一步提高利用了杠杆结构的物理量传感器的检测精度的信号处理方法的图。
图12是示出采用了图11所示的信号处理方法的物理量传感器的结构的一例的图。
图13是示出物理量传感器(加速度传感器)的其他例子(在图12的结构中进一步追加了用于检测第1方向(X轴方向)的加速度的结构的例子)的平面图。
图14是示出物理量传感器的结构的其他例子的图。
图15的(A)～(D)是示出物理量传感器的结构的其他例子的图。
图16是示出电子设备的结构的一例的图。
图17是示出电子设备的结构的另一例的图。
标号说明
10：信号处理电路；13：检测电路；40a：第1支撑部(第1扭簧)；40b：第2支撑部(第2扭簧)；90：密封件；95：空隙；97、99：开口部；100：支撑体(例如SOI基板)；102：基座(硅板等)；104：绝缘层；106：基板(例如SOI基板的活性层)；109a：第1可动电极；109b：第2可动电极；200：盖体；208a：第1固定电极；208b：第2固定电极；250：密封体(气密密封体)；300(300a、300b)：摆动体；311：对硅进行构图而形成的杠杆板(Seesaw Plate)；900：质量部(部分的施重部)；Q1、Q2：支撑轴(第1轴、第2轴)；GL：重力线；SL：使重力线平行移动d1后的线段；QL：摆动体的中心线；G1：摆动体的重心；PT1：第1杠杆片(第1区域)；PT2：第2杠杆片(第2区域)；PT1a：第1杠杆片(第1区域)；PT2a：第2杠杆片(第2区域)；PT1b：第3杠杆片(第3区域)；PT2b：第4杠杆片(第4区域)；c1：第1可变电容；c2：第2可变电容。
具体实施方式
以下，针对本发明的优选实施方式进行具体说明。另外，以下说明的本实施方式不对权利要求书所记载的本发明的内容做出不当限定，本实施方式中说明的所有结构不都是作为本发明的解決手段所必需的。
(第1实施方式)
图1(A)～图1(F)是示出物理量传感器的结构和动作的一例的图。物理量传感器能够用作惯性传感器，具体而言，例如，能够用作对铅直方向(与水平面垂直的方向)的加速度(例如重力加速度)进行测定的加速度传感器(静电电容型加速度传感器、静电电容型MEMS加速度传感器)。
图1(A)示出物理量传感器(包含封装)的截面结构，图1(B)是示出用于检测加速度等物理量的可变电容(静电电容、检测电容、电容元件)在平面视图中的结构的一例(使用构成摆动体的杠杆板自身作为可动电极的例子)的平面图，图1(B)与图1(A)相对应。图1(C)是可变电容在平面视图中的结构的另一例(使用形成在多层结构体上的导体层作为可动电极的例子)的平面图。图1(D)～图1(F)是示出与摆动体的杠杆动作相伴的可变电容的电容值变化的图。
图1(C)的例子是变形例，因此首先说明图1(A)和图1(B)所示的基本例。
(关于图1(A)、图1(B)所示的例子的结构)
如图1(A)所示，物理量传感器(此处设为静电电容型加速度传感器)包含：由支撑体100和盖体200构成的密封体250；设置于密封体250的内部空间中的摆动体300；第1支撑部40a(在图1(A)中未图示，参照图1(B)、图1(C))和第2支撑部40b，它们对摆动体300进行双侧支撑，且将摆动体300支撑为能够以支撑轴Q1为支点进行杠杆摆动；以及可变电容(第1可变电容c1、第1可变电容c2)，该可变电容具有位置随摆动体300的杠杆摆动而变化的可动电极(第1可动电极109a、第2可动电极109b)、以及设置于基座102上的与可动电极相对的位置处的固定电极(第1固定电极208a、第2固定电极208b)。
另外，有时可能不设置盖体200而例如在摆动体300露出于大气中的状态下进行使用。在需要气密密封封装的情况下，才设置盖体200。
此外，第1支撑部40a作为第1扭簧发挥功能，第2支撑部40b作为第2扭簧发挥功能。
通过将第1支撑部40a和第2支撑部40b设为扭簧(Torsion Spring)，由此，对于因摆动体300进行杠杆摆动而在弹簧中产生的扭转变形具有较强的恢复力，能够防止支撑部发生损坏。
第1支撑部(第1扭簧)40a和第2支撑部(第2扭簧)40b是决定作为摆动体300的旋转中心的支撑轴Q1的位置的部件。摆动体300例如可隔着第1支撑部(第1扭簧)40a和第2支撑部(第2扭簧)40b这各个支撑部而固定于支撑体100(例如构成支撑体100的基板106的框状部分)或盖体200上。
如图1(A)所示，在本实施例中，支撑轴Q1被设置在线段SL上，该线段SL是使摆动体300的重心线GL以与重心线GL平行的方式移动预定距离d1而得到的。另外，重心线GL是通过摆动体300的中心G1的铅直线，在图1(A)中，用粗的点划线表示。线段SL用粗虚线表示。如图1(B)所示，第1支撑部(第1扭簧)40a及第2支撑部(第2扭簧)40b与支撑轴Q1重叠。第1支撑部(第1扭簧)40a和第2支撑部(第2扭簧)40b的延伸方向与支撑轴Q1的延伸方向一致。
作为支撑体100，例如可利用SOI(Silicon on Insulator：硅绝缘体)基板(图1(A)和图1(B)的例子)。此外，作为盖体200，可利用硅、玻璃等的基板。另外，在图1(C)所示的变形例中，使用了通过CMOSIC等半导体制造技术制造的多层结构体作为支撑体100(和盖体200)。
在图1(A)、图1(B)所示的例子中，支撑体100具有基座102(SOI基板的底层基板，例如由硅构成)、基座102上的绝缘层104(有时不需要该绝缘层)、和形成在绝缘层104上的基板106。具体而言，可使该基板106成为被赋予了导电性的活性层。在以下说明中，有时记载为活性层106。
在基座102与基板106之间设置有空隙95。并且，去除基板106的一部分而设置了开口部97，在该开口部97中配置摆动体300。在摆动体300的周围存在开口部97(以及空隙95)，从而摆动体300能够进行杠杆摆动。
摆动体300以及对摆动体300进行双侧支撑的第1支撑部40a和第2支撑部40b(扭簧)是通过干法蚀刻等将活性层106(基板106)蚀刻至露出绝缘层104、接着用氢氟酸蒸汽等对绝缘层104选择性地进行各向同性的蚀刻而形成的。
第1支撑部40a和第2支撑部40b例如与活性层106(基板106)的周围的框状部分(在图1中未图示：例如参照图6)连接。由此，摆动体300通过配置在支撑轴Q1上的第1支撑部40a和第2支撑部40b而支撑在基板(活性层)106(例如周围的框状部分)上。
摆动体300作为可动电极109a、109b发挥功能。可以通过由导电性材料(掺杂了杂质的硅等)构成摆动体300来形成可动电极(109a、109b)，并且，还可以在摆动体300上形成由金属等导体层构成的可动电极(109a、109b)。在图1的例子中，通过由导电性材料(掺杂了杂质的硅等)构成摆动体300而形成可动电极109a、109b。
此外，在基座102的与可动电极109a相对的位置处设置有固定电极208a，并且，在与可动电极109b相对的位置处设置有固定电极208b。另外，在设置有盖体200的情况下，还可以在盖体200的与可动电极109a相对的位置处设置固定电极208a，在与可动电极109b相对的位置处设置固定电极208b。
此外，摆动体300具有第1杠杆片(第1区域)PT1和第2杠杆片(第2区域)PT2。第1杠杆片(第1区域)PT1对应于平面视图中由支撑轴Q1划分出的两个部分中的一方(图1(B)中位于左侧的部分)。第2杠杆片(第2区域)PT2对应于平面视图中由支撑轴Q1划分出的两个部分中的另一方(图1(B)中位于右侧的部分)。
另外，第1区域、第2区域这些用语主要是用来区分摆动体300在平面视图中的形状(与由支撑轴Q1划分为二而形成的杠杆片PT1、PT2分别对应的区域)。在以下说明中，有时记载为第1杠杆片(第1区域)PT1、第2杠杆片(第2区域)PT2。
在图1(B)的例子中，第1杠杆片(第1区域)PT1的厚度、以及第2杠杆片(第2区域)PT2的厚度均为DT(但不限于此，还可以使各杠杆片的厚度不同以便调节转矩)。此外，第1杠杆片(第1区域)与第2杠杆片(第2区域)的排列方向是与摆动体的长边方向水平(平行)的方向。
例如，在对摆动体300施加了铅直方向的加速度(例如重力加速度)时，分别在第1杠杆片(第1区域)PT1和第2杠杆片(第2区域)PT2中产生转矩(力矩)。这里，在第1杠杆片(第1区域)PT1的转矩(例如沿逆时针方向的转矩)与第2杠杆片(第2区域)PT2的转矩(例如沿顺时针方向的转矩)均衡的情况下，摆动体300的倾斜度不发生变化，不能检测出加速度的变化。由此，将摆动体300设计成，使得例如施加了铅直方向的加速度时的第1杠杆片(第1区域)PT1的转矩与第2杠杆片(第2区域)PT2的转矩不均衡，从而使摆动体300产生预定的倾斜度(允许范围内的倾斜度)。例如，可采用将支撑轴Q1配置在偏离于摆动体300的中心的位置处的方法(使得从支撑轴Q1到各杠杆片PT1、PT2的末端的距离不同的方法)，并且，还可采用如下方法：利用将支撑轴Q1配置于摆动体300的中心、并且使各杠杆片PT1、PT2的厚度不同等的方法，针对各杠杆片PT1、PT2的质量设置差异。而在本实施方式中，采用了前者的方法(通过将支撑轴Q1配置在偏离于摆动体300的中心的位置处，使得从支撑轴Q1到各杠杆片PT1、PT2的末端的距离不同的方法)。
通过将第1杠杆片(第1区域)PT1和第2杠杆片(第2区域)PT2的截面形状的厚度设为相同(即均设定为厚度DT)，能够以相同的制造工序制造第1杠杆片PT1和第2杠杆片PT2。即，具有以下优点：不需要用于针对各杠杆片的厚度设置差异的工序(蚀刻工艺等)，能够简化制造工序。
例如通过变更光刻用的掩模形状，能够自由地设定第1杠杆片PT1和第2杠杆片PT2在平面视图中的形状尺寸(纵向尺寸、横向尺寸等)。在图1(B)的例子中，摆动体300被加工为在平面视图中呈长方形。在以下说明中，设摆动体300的长度方向为第1方向(X轴方向)、水平面内与第1方向垂直的方向(也可称作支撑轴Q1的方向)为第2方向、与第1方向和第2方向垂直的方向(与水平面垂直的方向)为第3方向(Z轴方向)。
此外，设置于摆动体300上的可动电极109(第1可动电极109a、第2可动电极109b)的位置随摆动体300的杠杆摆动而变化。例如，可将具有导电性的摆动体300自身作为可动电极，并且，还可以在摆动体300上或摆动体中，选择性地形成由导电材料(金属等)构成的电极，将该电极作为可动电极(第1可动电极109a、第2可动电极109b)。
在图1(B)的例子中，作为可变电容c1、c2的构成要素的可动电极109(第1可动电极109a和第2可动电极109b)由具有导电性的摆动体300自身构成。具体而言，由对导电性活性层进行构图而形成的杠杆板(掺杂了杂质的硅板)311，构成(形成)可动电极109(第1可动电极109a、第2可动电极109b)。即，在图1(B)的例子中，可动电极109(第1可动电极109a、第2可动电极109b)由公共电极构成，该公共电极与公共电位(基准电位VCOM(例如GND))连接。通过电极的公共化，能够减少与电极连接的布线数量，能够简化布线图案。此外，由于摆动体300兼用作电极，因此不需要另外形成电极，能够简化制造工序。
另外，与支撑体100同样，盖体200也可以由SOI基板构成。
如上所述，由基座(作为封装基台的基板或基体等)100和盖体200构成密封体。为了通过支撑体100和盖体200构成气密密封封装，在支撑体100与盖体200之间的边界附近使用了密封部件(例如间隔件)90。
此外，在基座102的表面上，设置有作为可变电容(电容元件)c1、c2的结构要素的固定电极208(第1固定电极208a、第2固定电极208b)。优选在基座102的表面上设置绝缘膜(省略图示)，并在该绝缘膜上设置第1固定电极208a、第2固定电极208b。该第1固定电极208a、第2固定电极208b被设置在与设置于摆动体300上的可动电极109(第1可动电极109a和第2可动电极109b)对应的位置(相对的位置)处。另外，还可将第1固定电极208a、第2固定电极208b设置在盖体200的内表面的、与第1可动电极109a和第2可动电极109b对应的位置(相对的位置)处。
此外，通过使可动电极109公共化(即跨越第1区域PT1和第2区域PT2进行设置)，能够减少与电极连接的布线的数量，能够简化布线图案。
在图1(A)、图1(B)的例子中，使第1可动电极109a与第2可动电极109b公共化，不过，也可以将固定电极208(第1固定电极208a和第2固定电极208b)设为相同电位的公共电极(此时，第1可动电极109a和第2可动电极109b形成为电气上相互独立的电极)。如上所述，通过电极的公共化，能够减少与电极连接的布线的数量，能够简化布线图案。
此外，通过与第1可动电极109a以及第2可动电极109b相对的方式分别设置固定电极，能够高精度地检测差动电容的值。
接着，说明图1(C)所示的变形例。在图1(C)的例子中，由具有多层布线结构的半导体基板(可将它们总称为多层结构体)构成摆动体300。即，在半导体基板(相当于图1(A)的参考标号102)上，通过CMOSIC工艺，形成通过层叠多层绝缘层(包含层间绝缘层)而得到的多层结构体。在图1(C)的例子中，在最上层的绝缘层107上，形成有作为公共电位(VCOM：此处为GND)用的电极的金属层111。在图1(C)的例子中，可利用半导体制造技术(多层布线基板技术等)，合理地形成可动电极109(第1可动电极109a、第2可动电极109b)。
除了以上的例子以外，还可以考虑各种变形例。变形例的一例如图14所示。图14是示出物理量传感器的结构的其他例子的图。
在图14所示的例子中，第1支撑部40a的位置与第2支撑部40b的位置不同(在摆动体的长度方向上偏离预定距离)。此时，连接第1支撑部40a与第2支撑部40b的支撑轴Q1(在图中用双点划线表示)是斜的，在平面视图中，摆动体300被支撑轴Q1划分为第1区域(第1杠杆片)PT1和第2区域(第2杠杆片)PT2。另外，此时，第1区域PT1与第2区域PT2的排列方向是与摆动体的长边方向水平(平行)的方向。
此处，返回图1继续说明。接着，对摆动体300的摆动动作和与该摆动动作相伴的可变电容的电容值变化进行说明。以下，参照图1(D)～图1(F)。另外，在图1(D)～图1(F)中，为了便于说明，将第1固定电极208a、第2固定电极208b记载在摆动体300的上侧。
在图1(D)中，摆动体300维持水平状态(该状态对应于无重力加速度的状态(无重力状态))。如图1(D)所示，作为可变电容，设置有第1可变电容c1和第2可变电容c2。第1可变电容c1具有：位置随第1杠杆片PT1的杠杆摆动而变化的第1可动电极109a；以及设置在盖体200的与第1可动电极109a相对的位置处的第1固定电极208a。此外，第2可变电容c2具有：位置随第2杠杆片PT2的杠杆摆动而变化的第2可动电极109b；以及设置在盖体200的与第2可动电极109b相对的位置处的第2固定电极208b。
在使用第1可变电容c1和第2可变电容c2作为可变电容(检测电容)时，具有不仅能够检测加速度大小、还能够检测加速度方向的优点(但不限于此)。
在图1(D)中，从支撑轴Q1到第1杠杆片PT1末端的距离为T10，从支撑轴Q1到第2杠杆片PT2末端的距离为T20(＞T10)。由此，在图1(D)的例子中，例如，在铅直向下的方向上产生了加速度时，在第2杠杆片PT2上产生的转矩比在第1杠杆片PT1上产生的转矩大，摆动体300沿顺时针方向旋转。以下，参照图1(E)和图1(F)具体进行说明。
在图1(E)的状态下，对摆动体300施加例如重力加速度G1(＝1G)。伴随于此，摆动体300(第1杠杆片PT1和第2杠杆片PT2)沿顺时针方向旋转，摆动体300发生倾斜。由于摆动体300的杠杆摆动，使得第1可变电容c1的电极间距离缩小，其结果，第1可变电容c1的电容值(C1)增大。另一方面，第2可变电容c2的电容值(C2)随电极间距离的扩大而减小。由此，在图1(E)的例子中，能够得到差动检测输出。能够根据两个输出信号各自的变化程度，检测重力加速度G1的值(＝1G)。此外，能够根据两个输出信号各自的变化方向，确定加速度的方向(铅直向下)。
在图1(F)的状态下，在对摆动体300施加了重力加速度(＝1G)的状态下，进一步对摆动体300施加铅直向上的加速度G2。此时，摆动体300(第1杠杆片PT1和第2杠杆片PT2)沿逆时针方向旋转，摆动体300产生与图1(E)的情况相反的倾斜。由于摆动体300的杠杆摆动，第1可变电容c1的电极间距离扩大，其结果，第1可变电容c1的电容值(C1)减小。另一方面，第2可变电容c2的电容值(C2)随电极间距离的缩小而增大。
以在图1(E)的状态下得到的检测信号(即重力加速度的大小和方向)为基准，判定图1(F)的状态下的检测信号，从而能够检测出在图1(F)的状态下，在哪个方向上作用了哪种程度的加速度。即，能够基于在图1(F)的状态下得到的两个输出信号(差动信号)，根据两个输出信号各自的变化程度，检测所施加的加速度G2的值。此外，通过检测两个输出信号各自的方向变化，能够确定加速度G2的方向(铅直向上)。
例如，在测定铅直方向的加速度的情况下，构成物理量传感器的密封体(封装)的支撑体100的主面(底面)例如被固定在安装有封装的电子部件等具有的水平面上。例如，当施加重力加速度时，摆动体300的倾斜度随转矩而变化，伴随于此，可变电容(c1、c2)的电容值变化。由此，能够以表示可变电容(静电电容元件)的电容值变化的电信号的形式，检测出例如重力加速度。
如上所述，物理量传感器能够用作加速度传感器、陀螺仪传感器等惯性传感器，具体而言，能够用作例如对铅直方向(与水平面垂直的方向)的加速度(例如重力加速度)进行测定的静电电容型加速度传感器。在测定铅直方向的加速度的情况下，构成物理量传感器的密封体(封装)的基座的主面(底面)例如被固定在安装有封装的电子部件等具备的水平面上。例如，当施加重力加速度时，摆动体300的倾斜度随转矩而变化，伴随于此，可变电容(c1、c2)的电容值变化。由此，能够通过表示可变电容c1、c2的电容值变化的电信号，检测出例如重力加速度的大小和方向。
根据图1(A)～图1(F)所示的例子，例如，在支撑体100上，设置了由第1支撑部(第1扭簧)40a和第2支撑部(第2扭簧)40b以能够自如地进行杠杆摆动的方式支撑的摆动体300，并在预定位置上载置盖体200，进而通过例如密封材料(粘接件等)将支撑体100与盖体200密封，由此能够高效地形成密封体(例如气密密封封装)。此时，通过将盖体200固定在支撑体100上，使得作为可变电容c1、c2的结构要素的固定电极208a、208b的位置也自动地得到定位，从而自动地形成杠杆式的物理量传感器。
此外，通过将盖体200的主面固定为水平，还能够确保支撑体100的表面与盖体200的主面(包含内表面)之间的平行性，因此还能够高精度地确定平行平板电容器(可变电容)c1、c2的电极间距离(摆动体300为水平状态时的距离)。由此，能够提高包含密封体(封装)的物理量传感器的组装性。
(密封体的密封结构的例子)
图2(A)、图2(B)是示出密封体结构的一例的图。图2(A)是示出密封体的整体结构的立体图，图2(B)是示出基座与盖体之间的连接部的截面结构的一例的图。
如图2(A)所示，在支撑体100上固定盖体200而形成密封体(此处为气密密封封装)250。在基座BS1的表面上设置有焊盘(外部连接端子)PA、检测电路13、布线EL以及布线IL。设置在密封体内部的可变电容(c1、c2等)与检测电路13经由布线IL连接。此外，检测电路13与焊盘PA通过布线EL连接。此外，在密封体内部搭载有多个传感器的情况下，各传感器的输出信号经由布线IL被导出到检测电路13。此外，在图2(A)的例子中，在第1基板BS1上搭载有检测电路(包含信号处理电路)13(但是，这只是一例，不限于该例)。通过在基座BS1上搭载检测电路13，例如能够实现具有信号处理功能的、高性能的惯性传感器(MEMS惯性传感器)。
接着，参照图2(B)，对基座与盖体之间的连接部的截面结构例进行说明。如之前所说明的那样，支撑体100具有硅基板(底层基板)102、绝缘层104和活性层106。活性层106例如包含掺杂了杂质的硅层121、以及两层绝缘层123、125。
另一方面，盖体200例如可由玻璃基板(单层)构成，并且。例如还可以由表面形成有绝缘膜的硅基板(单层)形成。此外，在盖体侧还构成有其他传感器元件、或者形成有其他电路时，为了构成盖体200，还可以使用具有与支撑体100同样结构的SOI基板。
从设置在密封体内部的可变电容引出的布线ME1(第1层布线)经由触头(contactplug)ME2、第2层布线ME3、触头ME4、第3层布线ME5、具有隆起为山状的形状的布线ME6，与设置在支撑体100上的布线ME7连接。此外，在图2(B)中，参考标号191是间隔部件(例如树脂材料)。通过设置间隔部件191，能够进一步高精度地保持支撑体100与装配在支撑体100上的盖体200之间的平行度。此外，参考标号193是粘接膜。间隔件191和粘接膜193发挥密封件90的作用。
(密封体的制造方法的一例)
图3(A)～图3(D)是示出密封体的制造方法的一例的图。在该例中，粘贴两块SOI基板来制造密封体。
如图3(A)所示，准备作为支撑体100的SOI基板。另外，在基座102上，形成作为固定电极208a、208b的金属层(参照图3(D)、在图3(A)～图3(C)中省略了图示)。
如在图3(A)的下侧由点划线围起地表示的那样，活性层(基板)106包含单晶硅121、形成在单晶硅121上的多层结构(具有多层绝缘层123、125，有时还具有导体层Me1～Me6等)。在单晶硅121中，高浓度地掺杂了杂质(例如作为N型杂质的As等)。由此，可将单晶硅121(第1杠杆片PT1、第2杠杆片PT2)自身用作可动电极(图1所示的参考标号109a、109b)。
接着，如图3(B)所示，通过光刻对活性层(基板)106进行构图，形成摆动体300(第1杠杆片PT1和第2杠杆片PT2)、以及第1支撑部40a、第2支撑部40b。
接着，如图3(C)所示，通过氢氟酸蒸汽或湿法蚀刻去除作为牺牲层的绝缘层104b。由此，在摆动体30的周围形成了空腔部350(包含图1所示的空隙95和开口部97)。在空腔部350中，摆动体300被第1支撑部40a(第1扭簧)和第2支撑部40b(第2扭簧)支撑为能够进行杠杆摆动。
接着，如图3(D)所示，经由密封件90将盖体200装配在作为支撑体100的SOI基板上。另外，在基座102上，形成第1固定电极208a和第2固定电极208b(均由Al等金属层构成)。第1固定电极208a和第2固定电极208b被设置在活性层206上(最上层的绝缘层上)的、与作为可动电极的第1杠杆片PT1和第2杠杆片PT2分别相对的位置处。
另外，如图3(D)所示，作为可动电极的第1杠杆片PT1和第2杠杆片PT2例如如图3(D)的下方所示，包含作为电极材料的单晶硅121以及形成在单晶硅上的两层绝缘层(例如CVDSiO2层)123、125。绝缘层123、125作为电容器的电介质膜发挥功能，并且还作为可动电极的保护膜(发挥这样的作用：当可动电极与固定电极一旦接触时，防止各电极的损坏等)发挥功能。
(第2实施方式)
在本实施方式中，说明检测电路的结构例。图4(A)～图4(C)是示出检测电路的结构例的图。如之前使用图2(A)所说明的那样，检测电路13例如被设置在支撑体100上的空闲空间中，并且内置有信号处理电路10。在图4(A)的例子中，物理量传感器(此处设为静电电容型加速度传感器)所包含的第1可变电容c1、第2可变电容c2具有作为公共的接地电极的固定电极208、以及第1可动电极109a和第2可动电极109b。
检测电路13具有信号处理电路10、CPU 28以及接口电路30。信号处理电路10具有C/V转换电路(电容值/电压转换电路)24和模拟校正及A/D转换电路26。但是，该例只是一例，信号处理电路10还可以进一步包含CPU 28和接口电路(I/F)30。
在图4(B)的例子中，第1可变电容c1、第2可变电容c2具有第1固定电极208a和第2固定电极208b、以及作为公共的接地电极的可动电极109。检测电路13的结构与图4(A)的例子相同。此外，在图4(C)的例子中，第1可变电容c1和第2可变电容c2具有作为接地电位的第1固定电极208a和第2固定电极208b、以及第1可动电极109a和第2可动电极109b。检测电路13的结构与图4(A)的例子相同。
(C/V转换电路的结构例)
此处，使用图5(A)～图5(C)，对C/V转换电路(C/V转换放大器)的结构和动作的一例进行说明。图5(A)～图5(C)是用于说明C/V转换电路的结构和动作的图。
图5(A)是示出使用了开关电容器的C/V转换放大器(电荷放大器)的基本结构的图，图5(B)是示出图5(A)所示的C/V转换放大器的各部电压波形的图。
如图5(A)所示，基本的C/V转换电路24具有：第1开关SW1和第2开关SW2(与可变电容c1(或c2)一起构成输入部的开关电容器)；运算放大器(OPA)1；反馈电容(积分电容)Cc；用于对反馈电容Cc进行复位的第3开关SW3；用于对运算放大器(OPA)1的输出电压Vc进行采样的第4开关SW4；以及保持电容Ch。
此外，如图5(B)所示，第1开关SW1和第3开关SW3由同相的第1时钟控制接通/断开，第2开关SW2由与第1时钟反相的第2时钟控制接通/断开。第4开关SW4在第2开关SW2的接通期间的最后，短时间地接通。当第1开关SW1接通时，在可变电容c1(c2)的两端施加预定的电压Vd，在可变电容c1(c2)中蓄积电荷。此时，由于第3开关为接通状态，因此反馈电容Cc为复位状态(两端被短接的状态)。接着，当第1开关SW1和第3开关SW3断开、第2开关SW2接通时，可变电容c1(c2)的两端均成为接地电位，因此蓄积在可变电容c1(c2)中的电荷朝向运算放大器(OPA)1移动。此时，电荷量被保存，因此Vd·C1(C2)＝Vc·Cc成立，由此，运算放大器(OPA)1的输出电压Vc为(C1/Cc)·Vd。即，电荷放大器的增益由可变电容c1(或c2)的电容值(C1或C2)与反馈电容Cc的电容值之比决定。接着，当第4开关(采样开关)SW4接通时，运算放大器(OPA)1的输出电压Vc被保持电容Ch保持。所保持的电压为Vo，该Vo是电荷放大器的输出电压。
如以上所说明的那样，C/V转换电路24实际上接受分别来自两个可变电容(第1可变电容c1、第2可变电容c2)的差动信号。此时，作为C/V转换电路24，例如可使用图5(C)所示的差动结构的电荷放大器。在图5(C)所示的电荷放大器中，在输入级，设置有用于对来自第1可变电容c1的信号进行放大的第1开关电容放大器(SW1a、SW2a、OPA1a、Cca、SW3a)、用于对来自第2可变电容c2的信号进行放大的第2开关电容放大器(SW1b、SW2b、OPA1b、Ccb、SW3b)。并且，运算放大器(OPA)1a和1b的各输出信号(差动信号)被输入到设置在输出级的差动放大器(OPA2、电阻R1～R4)。
其结果，从运算放大器(OPA)2输出放大后的输出信号Vo。通过使用差动放大器，能够得到去除基极噪声(同相噪声)的效果。另外，以上所说明的C/V转换电路24的结构例只是一例，不限于该结构。
(第3实施方式)
在本实施方式中，对能够检测两个不同方向的加速度的静电电容型传感器的一例进行说明。在以下说明中，对静电电容型加速度传感器进行说明。
在本实施方式中，根据由摆动体的杠杆摆动引起的Z轴方向的加速度检测用的可变电容的电容值变化来检测Z轴方向的加速度。此外，在摆动体中，进一步增加了X轴方向或Y轴方向的加速度检测用的可变电容，能够根据该X轴方向或Y轴方向的加速度检测用的可变电容的电容值变化，检测X轴方向或Y轴方向的加速度。
图6是示出能够检测两个不同方向的加速度的加速度传感器的结构的一例的图。在图6中，示出了由支撑体100和盖体200构成的密封体的平面图、长度方向(横向)的截面图、与长度方向垂直的方向(纵向)的截面图。长度方向(横向)的截面图是沿着平面图的A-A线的截面图。与长度方向垂直的方向(纵向)的截面图是沿着平面图的B-B线的截面图。
在图6的平面图中，盖体200用粗的点划线表示。此外，在图6的平面图中，还记载了电极、布线以及焊盘(外部连接端子)的配置例。
首先，定义三维空间中的方向，明确加速度传感器中的各部的延伸方向和构成可变电容的可动电极的移位方向。即，将摆动体300处于水平状态时的、水平面(也可称作包含摆动体300的主面的面)内的摆动体的长度方向设为第1方向(X轴方向)。设水平面内的与第1方向(X轴方向)垂直的方向(即，上述水平面内的垂直方向)为第2方向(Y轴方向)、分别与第1方向(X轴方向)和第2方向(Y轴方向)垂直的方向为第3方向(Z轴方向)。另外，在X轴方向中，包含正的X轴方向(+X)和负的X轴方向(-X)。这一点对于Y轴方向和Z轴方向也同样如此。
在图6的例子中，与图1的例子同样，摆动体300被第1支撑部40a和第2支撑部40b以双侧支撑的方式支撑为能够自如地进行杠杆摆动。第1支撑部40a由在第2方向(Y轴方向)上延伸的第1扭簧构成，第2支撑部40b由在第2方向(Y轴方向)上延伸的第2扭簧构成。第1扭簧(第1支撑部)40a的一端被连接(固定)于摆动体300上，并且，第1扭簧(第1支撑部)40a的另一端被连接(固定)于支撑体100或盖体200上。同样，第2扭簧(第2支撑部)40b也是一端被连接(固定)于摆动体300上，并且，第2扭簧(第1支撑部)40b的另一端被连接(固定)于支撑体100或盖体200上。此外，第1扭簧40a和第2扭簧40b分别在第2方向(Y轴方向)上延伸。例如，第1扭簧40a和第2扭簧40b分别以在平面视图中与摆动体300的支撑轴Q1重合的方式，在第2方向(Y轴方向)上延伸地设置。
由于摆动体300的杠杆摆动，使得构成可变电容c1、c2的第1可动电极109a和第2可动电极109b(在图6的例子中，摆动体自身作为公共电位的可动电极发挥功能)与第1固定电极208a和第2固定电极208b之间的、第3方向(Z轴方向)上的距离(电极间距离)发生变化。即，能够利用摆动体300的杠杆摆动，检测Z轴方向(铅直方向)的加速度(重力加速度)。
在图6的例子中，在摆动体300中，还设置有用于检测第2方向(Y轴方向)的加速度的静电电容(第3电容c3和第4电容c4)。第3电容c3和第4电容c4由梳齿电极构成。以下具体进行说明。
如图6所示，摆动体300还具有：框体310，其与作为第1支撑部的第1扭簧40a和作为第2支撑部的第2扭簧40b分别连接；可动施重部313，其经由可在第2方向(Y轴方向)上移位的第2方向移位用弹簧(也可称作连接部)1a、1b、1c、1d被连接到框体310上，并且在周围形成有空腔部350；固定电极部(有时称作第1臂状电极部)2a、2b、2c、2d，它们从框体310朝向空腔部350(或可动施重部313)突出而形成；以及可动电极部(有时称作第2臂状电极部)3a、3b、3c、3d，它们从可动施重部313朝向摆动体300(的框体310)突出而形成，与可动施重部313一体地移位，并且与固定电极部(第1臂状电极部)2a、2b、2c、2d相对。固定电极部2a、2b、2c、2d和可动电极部3a、3b、3c、3d分别构成梳齿电极，各个电极在第1方向(X轴方向)上延伸。
即，摆动体300具有开口部99(例如，通过蚀刻去除作为基板的活性层106而形成)，在该开口部99中，配置有可动施重部33。并且，设置有将可动施重部313与摆动体300连接的连接部(第2方向移位用的弹簧部或弹性变形部)1a、1b、1c、1d。并且具有：第1臂状电极部(固定电极部)2a、2b、2c、2d，它们从摆动体300(的框体310)朝向可动施重部312突出而形成；以及第2臂状电极部(可动电极部)3a、3b、3c、3d，它们从可动施重部313朝向摆动体300突出而形成，并且与第1臂状电极部(固定电极部)2a、2b、2c、2d相对。
此外，第2方向移位用弹簧1a、1b、1c、1d分别通过绝缘区域ISO1、ISO4、ISO5、ISO8与框体310电分离。同样，固定电极部2a、2b、2c、2d分别通过绝缘区域ISO2、ISO3、ISO6、ISO7与框体310电分离。绝缘区域ISO1～ISO8例如分别通过在单晶硅中局部地设置的凹部中填入SiO2等绝缘膜而形成。
当第2方向移位用弹簧1a、1b、1c、1d在第2方向(Y轴方向)的加速度的作用下在第2方向(Y轴方向)上移位时，固定电极部2a、2b、2c、2d与可动电极部3a、3b、3c、3d之间的距离(电极间距离)发生变化，从而第3电容c3和第4电容c4的电容值发生变化。通过以微小的电信号(电流信号)的变化的方式检测出该电容值的变化，能够检测第2方向(Y轴方向)的加速度。
此外，第2方向移位用弹簧1a、1b、1c、1d是例如在第1方向(X轴方向)上呈直线状延伸的棒状弹簧。第2方向移位用弹簧1a、1b、1c、1d例如可通过对构成SOI基板的活性层的单晶硅(以及包含层间绝缘膜和金属膜等的多层结构体)进行构图而形成。由于单晶硅、多层结构体具有一定程度的弹性(以及一定程度的刚性)，因此，通过构图为棒状，能够作为弹性变形部件(弹簧)来使用。作为摆动体300的制造方法，可采用图3(A)、图3(B)所示的方法。
通过具有这种结构，摆动体300除了作为用于检测第3方向(Z轴方向)的移位的第3方向检测板发挥作用以外，还作为用于检测第2方向(Y轴方向)的移位的第2方向检测板发挥作用。由此，能够使用一个摆动体300，检测与不同的两个方向的移位分别对应的静电电容的变化。由此，能够实现例如可检测不同的两个方向(第3方向和第2方向)的加速度的、小型且高性能的加速度传感器。
接着，说明焊盘和布线的配置。在支撑体100的周边，设置有第1焊盘PA1～第5焊盘PA5。第1焊盘PA1是用于提供公共电位VCOM(GND)的焊盘。第2焊盘PA2是用于将从第1可变电容c1得到的、Z轴方向的第1检测输出VZ1导出到外部的焊盘。也可以构成为：设置检测电路13(参照图2(A))来替代第2焊盘PA2，将从可变电容c1得到的Z轴方向的第1检测输出VZ1输入到检测电路13。这一点对于其他检测信号也同样如此。
第3焊盘PA3是用于将从检测第2方向(Y轴方向)的加速度的第3电容c3得到的、Y轴方向的第1检测输出VY1导出到外部的焊盘。第4焊盘PA4是用于将从检测第2方向(Y轴方向)的加速度的第4电容c4得到的、Y轴方向的第2检测输出VY2导出到外部的焊盘。第5焊盘PA5是用于将从第2可变电容c2得到的、Z轴方向的第2检测输出VZ2导出到外部的焊盘。
此外，在作为摆动体300的一部分的框体310中，设置有3条布线L1(深的细虚线)、L2(深的粗虚线)、L3(深的点划线)。布线L1是用于向摆动体300提供公共电位VCOM(GND)的布线。此外，布线L2是用于将从第4电容c4得到的Y轴方向的第2检测输出VY2导出到外部的布线。布线L3是用于将从第3电容c3得到的Y轴方向的第1检测输出VY1导出到外部的布线。此外，还设置了构成电子电路所需的其他布线L4～L10。
图7(A)、图7(B)是简化了图6所示的平面图和长度方向(横向)的截面图而表示的图。图7(A)是加速度传感器的平面图(省略了盖体)，图7(B)是沿着图7(A)的A-A线的截面图。
如之前所说明的那样，摆动体300具有第1杠杆片PT1和第2杠杆片PT2。在作为摆动体300的一部分的框体310上，连接(固定)着第1支撑部(第1扭簧)40a的一端和第2支撑部(第2扭簧)40b的一端。此外，第1支撑部(第1扭簧)40a的另一端和第2支撑部(第2扭簧)40b的另一端与支撑体100连接。
摆动体300具有框体310、可动施重部313、第2方向移位弹簧(弹性变形部)1a～1d、固定电极部2a～2d和可动电极3a～3d。由固定电极部2a和可动电极部3a、以及固定电极部2c和可动电极部3c，构成第3电容c3。同样，由固定电极部2b和可动电极部3b、以及固定电极部2d和可动电极部3d，构成第4电容c4。
在本实施方式中，第1扭簧40a以及第2扭簧40b连接到具有刚性的框体310上。由此，能够抑制第1扭簧40a以及第2扭簧40b的第3方向(Z轴方向)的移位与第2方向移位弹簧1a～1d的第2方向(Y轴方向)的移位互相干涉的状况(各弹簧的移位可看作是相互独立的)。由此，能够充分降低对检测精度的不良影响。由此，能够实现例如可检测不同的两个方向(Y轴方向和Z轴方向)的加速度的、小型且高性能的加速度传感器。
(第4实施方式)
在本实施方式中，对能够检测第1方向(X轴方向)、第2方向(Y轴方向)以及第3方向(Z轴方向)各自的电容值变化的具有3轴灵敏度的物理量传感器进行说明。图8是示出能够检测第1方向(X轴方向)、第2方向(Y轴方向)以及第3方向(Z轴方向)各自的电容值变化的具有3轴灵敏度的物理量传感器的结构例的平面图。在图8中，对与前述实施方式相同的要素标注相同的参考标号。在以下说明中，以加速度传感器为例进行说明。
在图8所示的加速度传感器中，摆动体300具有：框体310，其与作为第1支撑部的第1扭簧40a和作为第2支撑部的第2扭簧40b分别连接；第1方向和第2方向移位用弹簧11a～11d，它们可在第1方向(X轴方向)和第2方向(Y轴方向)各自的方向上移位；可动施重部313，其分别经由第1方向和第2方向移位用弹簧11a～11d而与框体310连接，并且在周围形成有空腔部350；固定电极部2a、2b、2c、2d、2a’、2b’、2c’、2d’，它们从框体310朝向空腔部350突出而形成；以及可动电极部3a、3b、3c、3d、3a’、3b’、3c’、3d’，它们与可动施重部313一体地移位，并且与固定电极部2a、2b、2c、2d、2a’、2b’、2c’、2d’分别相对。
主要结构与图6和图7所示的实施方式的物理量传感器的结构相同。不过，在图6和图7的例子中，使用了第2方向移位弹簧，与此相对，在本实施方式中，使用了可在第1方向(X轴方向)和第2方向(Y轴方向)各自的方向上移位的、第1方向和第2方向移位用弹簧11a～11d。在平面视图中，第1方向和第2方向移位用弹簧11a～11d分别从四角形的框体310的四个角起、在与框体310大致成45度的角度的方向上延伸。
在本实施方式中，具有第3方向(Z轴方向)加速度检测用的第1可变电容c1、第2可变电容c2，第2方向(Y轴方向)加速度检测用的第3电容c3、第4电容c4以及第1方向(X轴方向)加速度检测用的第5电容c3’、第6电容c4’。
在本实施方式中，第1扭簧40a以及第2扭簧40b被连接到具有刚性的框体310上。由此，能够抑制第1扭簧40a以及第2扭簧40b的第3方向(Z轴方向)的移位与第1方向和第2方向移位弹簧11a～11d的第1方向(X轴方向)或第2方向(Y轴方向)的移位互相干涉的状况(各个移位可看作是相互独立的)。由此，能够充分降低对检测精度的不良影响。由此，能够实现例如可检测不同的三个方向(第1方向～第3方向的各个方向)的加速度的、小型且高性能的加速度传感器。
(第5实施方式)
在本实施方式中，对能够检测两个不同方向的加速度的静电电容型加速度传感器的另一例进行说明。在以下说明中，对静电电容型加速度传感器进行说明。
图9是示出能够检测两个不同方向的加速度的加速度传感器的结构的另一例的图。在图9中，对与前述实施方式的例子相同的部分标注相同的参考标号。
在之前说明的图6和图7的例子中，将第1扭簧40a和第2扭簧40b连接到框体310上，而在本实施方式中，不使用框体，而将第1扭簧40a和第2扭簧40b分别直接连接到可在第2方向(Y轴方向)上移位的第2方向移位用弹簧1e、1f上。而且，与图6和图7的例子相同，设置有第3电容c3和第4电容c4。
根据本实施方式，能够实现例如可检测不同的两个方向(第3方向和第2方向)的加速度的高性能的加速度传感器。并且，能够省略框体，因此能够实现进一步的小型化(削减占用面积)。
(第6实施方式)
图10是示出能够使用图6和图7所示的两个结构的摆动体来检测不同的3个方向的加速度的物理量加速度传感器的结构的平面图。在图10的例子中，在公共的支撑体100上，设置有摆动体300和摆动体300’。摆动体300和摆动体300’的结构与图6和图7所示的摆动体300的结构相同。另外，针对摆动体300’的结构要素的参考标号，标注了单引号。
摆动体300的支撑轴Q1在第2方向(Y轴方向)上延伸。摆动体300’的支撑轴Q1’在第1方向(X轴方向)上延伸。如之前所说明的那样，摆动体300同时具有作为用于检测第3方向(Z方向)的加速度的检测板的功能、和作为用于检测第2方向(Y方向)的加速度的检测板的功能。另一方面，摆动体300’同时具有作为用于检测第3方向(Z方向)的加速度的检测板的功能、和作为用于检测第1方向(X方向)的加速度的检测板的功能。
根据本实施方式，能够实现可检测第1方向(X轴方向)的加速度、第2方向(Y轴方向)的加速度以及第3方向(Z轴方向)的加速度的高性能的物理量传感器(加速度传感器)。
(第7实施方式)
在本实施方式中，说明用于进一步提高利用了杠杆结构的物理量传感器的检测精度的信号处理方法以及利用了该信号处理的方法的物理量传感器的结构。
图11(A)～图11(H)是说明用于进一步提高利用了杠杆结构的物理量传感器的检测精度的信号处理方法的图。图11(A)示出了摆动体300维持水平状态时的状态(Z轴方向加速度为0G的状态)。在图11(B)中，示出了Z轴方向加速度为1G时的摆动体300的状态。图11(B)中的摆动体300因第1杠杆片PT1的转矩与第2杠杆片PT2的转矩之间的不均衡而成为倾斜的状态(这是因为，如果施加了重力加速度但摆动体300却保持水平状态，则无法检测出重力加速度)。
假定在该状态下，对摆动体300作用了摆动体300的延伸方向即第1方向(X轴方向)的加速度(参照图11(C))。如图11(C)所示，在对倾斜的摆动体300作用了第1方向(X轴方向：水平时的摆动体的延伸方向)的加速度G时，对于摆动体300，在与第1方向(X轴方向)的加速度G的方向相反的方向上作用了惯性力F’(惯性力的大小与第1方向的加速度G成比例)。该惯性力F’具有使倾斜的摆动体300旋转的力(即垂直地作用于倾斜的摆动体300的力)的分量，因此摆动体300的倾斜度发生变化(参照图11(D))。即，尽管实际上第3方向的加速度没有变化，但是由于第1方向的加速度(与检测方向(第3方向)不同方向的加速度)G的作用，使得表观上第3方向的加速度发生了变化。这种在与检测方向不同的方向上具有检测灵敏度的情况将导致物理量传感器的检测精度下降。
对该问题进行具体说明。如图11(D)所示，相同大小的惯性力F’分别作用于摆动体300的第1杠杆片(第1区域)PT1和第2杠杆片(第1区域)PT2。可将施加给第1杠杆片PT1的惯性力F’分解为摆动体300的延长线方向的力分量Fa1和与摆动体300垂直的方向的力分量Fb1。同样，可将作用于第2杠杆片PT2的惯性力F’分解为摆动体300的延长线方向的力分量Fa2和与摆动体300垂直的方向的力分量Fb2。作用于第1杠杆片PT1的与摆动体300垂直的方向的力分量Fb1对摆动体300的第1杠杆片PT1产生逆时针方向的力矩。另一方面，作用于第2杠杆片PT2的与摆动体300垂直的方向的力分量Fb2对摆动体300的第2杠杆片PT2产生顺时针方向的力矩。力分量Fb1与力分量Fb2的大小相同。
但是，在图11(D)的例子中，第2杠杆片PT2的臂长度比第1杠杆片PT1的臂长度长(即，第2杠杆片PT2的质量较大)，因此在转矩中产生差异。即，作用于臂较长的第2杠杆片PT2的顺时针方向的转矩占优势，其结果，整个摆动体300沿顺时针方向旋转。可将该顺时针方向的转矩称作是对倾斜的摆动体300作用第1方向(X轴方向：水平时的摆动体的延伸方向)的加速度G而产生的表观上的转矩。
此外，在对图11(E)所示的摆动体300(倾斜方向与图11(D)的例子相反)作用了惯性力F’时，也由于同样的原因而产生表观上的转矩，摆动体300的倾斜度发生变化。在图11(E)中，作用于第1杠杆片PT1的与摆动体300垂直的方向的力分量Fb1对摆动体300的第1杠杆片PT1产生顺时针方向的力矩。另一方面，作用于第2杠杆片PT2的与摆动体300垂直的方向的力分量Fb2对摆动体300的第2杠杆片PT2产生逆时针方向的力矩。力分量Fb1与力分量Fb2的大小相同。
但是，在图11(E)的例子中，第1杠杆片PT1的臂长度比第2杠杆片PT2的臂长度长(即，第1杠杆片PT1的质量较大)，因此在转矩中产生差异。即，作用于臂较长的第1杠杆片PT1的顺时针方向的转矩占优势，其结果，整个摆动体300沿顺时针方向旋转。即，与图11(D)的例子同样，摆动体300的倾斜度因表观上的顺时针方向的转矩而发生变化。
此处，对图11(D)的例子与图11(E)的例子进行比较。在图11(D)的例子中，由于表观上的转矩，使得摆动体300以其倾斜度变得更大的方式旋转。例如，在将表观上产生转矩之前的倾斜角(水平线与摆动体所成的角度)设为θ时，倾斜度因表观上的转矩而发生变化后的倾斜角为θ+δθ。另一方面，在图11(E)的例子中，由于表观上的转矩，使得摆动体300以倾斜的摆动体回退、其倾斜角变小的方式旋转。例如，在将表观上产生转矩之前的倾斜角(水平线与摆动体所成的角度)设为θ时，倾斜度因表观上的转矩而发生变化后的倾斜角为θ-δθ。
即，在将摆动体300倾斜的方向作为基准来考虑时，图11(D)的例子中的表观上的转矩方向与图11(E)的例子中的表观上的转矩方向彼此相反。例如，在将摆动体300倾斜的方向设为正的方向时，图11(D)的例子中的表观上的转矩方向为正的方向，图11(E)的例子中的表观上的转矩方向为负的方向。即，在图11(D)和图11(E)中，虽然都是由于表观上的转矩使得摆动体300旋转相同角度，但是其方向相反。在本实施方式中，关注于这一点，同时使用具有图11(D)的结构的摆动体300a和具有图11(E)的结构的摆动体300b，以从各摆动体得到的信号为基础执行预定的运算，从而抑制因表观上的转矩而产生的误差。
即，在本实施方式中，如图11(F)所示，设置了两个摆动体(即第1摆动体300a和第2摆动体300b)。并且，之前说明的信号处理电路(图3的参考标号10)根据从各摆动体300a、300b得到的信号，执行用于补偿检测误差的信号处理，从而抑制检测误差。
此处，第1摆动体300a对应于图11(D)所示的摆动体。第2摆动体300b对应于图11(E)所示的摆动体。第1摆动体300a具有第1杠杆片(第1区域)PT1a和第2杠杆片(第2区域)PT2a。第2摆动体300b具有第3杠杆片(第3区域)PT1b和第4杠杆片PT2b(第4区域)。
即，在平面视图中，第1摆动体300a被支撑轴Q1(第1轴)划分为第1区域(第1杠杆片)PT1a和第2区域(第2杠杆片)PT2。此外，在平面视图中，第2摆动体300b被支撑轴Q2(第2轴)划分为第3区域(第3杠杆片PT1b)和第4区域(第4杠杆片PT2b)。
在本实施例中，第1摆动体300a与第2摆动体300b彼此呈镜像配置。所谓“镜像配置”，是指例如图12的平面图所示的配置。此处，参照图12。在图12中，在平面视图中，第2摆动体300b是使第1摆动体300a相对于与第1区域(第1杠杆片)PT1a和第2区域(第2杠杆片)PT2a的排列方向垂直的轴LX翻转后(翻折后)的形状。
返回图11(F)～图11(H)继续说明。在图11(F)和图11(G)中，第2区域(第2杠杆片)PT2a的质量比第1区域(第1杠杆片)PT1a的质量大(由于臂长度较长)，此外，第4区域(第4杠杆片PT2b)的质量比第3区域(第3杠杆片PT1b)的质量大(由于臂长度较长)。
此外，第1区域(第1杠杆片)PT1a和第2区域(第2杠杆片)PT2a的排列方向与第3区域(第3杠杆片PT1b)和第4区域(第4杠杆片PT2b)的排列方向彼此相同。此外，在受到重力的状态下，首先，如在图11(D)、图11(E)的例子中说明的那样，第1摆动体300a和第2摆动体300b朝向彼此相反的方向倾斜(参照图11(G))。
由第1摆动体300a、第2摆动体300b各自形成了两个可变电容，因此合计设置了4个可变电容。在图11(F)的状态下，第1摆动体300a和第2摆动体300b为水平状态，4个可变电容各自的电容值为C0。
此处，作为检测信号，输出以下信号：根据第1摆动体300a的第1杠杆片(第1区域)PT1a的移位而变动的第1检测信号、根据第1摆动体300a的第2杠杆片(第2区域)PT2a的移位而变动的第2检测信号、根据第2摆动体300b的第3杠杆片(第3区域)PT1b的移位而变动的第3检测信号和根据第2摆动体300b的第4杠杆片(第4区域)PT2b的移位而变动的第4检测信号。
在以下说明中，将第1检测信号和第2检测信号表示为差动输出1，并且，将第3检测信号和第4检测信号表示为差动输出2。在图11(F)的状态下，差动输出1为(C0，C0)，差动输出2也为(C0，C0)。
在存在重力加速度(1G)的状态下，如图11(G)所示，第1摆动体300a和第2摆动体300b分别受到转矩而倾斜。
此处，虽然第1摆动体300a和第2摆动体300b都在第1方向(X轴方向)上延伸，但是第1摆动体300a的倾斜方向与第2摆动体300b的倾斜方向彼此相反，并且以水平面为基准的旋转角的绝对值相同。例如，第1摆动体300a沿顺时针方向，以水平面为基准倾斜了+θ，另一方面，第2摆动体沿逆时针方向，以水平面为基准倾斜了-θ。
在图11(G)的状态下，差动输出1为(C0+ΔC，C0-ΔC)。差动输出2为(C0-ΔC，C0+ΔC)。ΔC表示由摆动体300a、300b倾斜引起的各电容的电容值的变化量。
假定在该状态下，与图11(C)的情况同样地施加了第1方向(X轴方向)的加速度G而在与其相反的方向上作用了惯性力F’。此时，第1摆动体300a和第2摆动体300b各自产生了图11(H)所示的倾斜。即，如图11(D)所示，在第1摆动体300a中产生了顺时针方向的表观上的转矩。另一方面，如图11(E)所示，在第2摆动体300b中也同样产生了表观上的顺时针方向转矩。但是，在将摆动体300a，300b各自倾斜的方向作为基准来考虑时，在第1摆动体300a中产生的表观上的转矩的方向与在第2摆动体300b中产生的表观上的转矩的方向彼此相反(前者为第1摆动体300a的倾斜度增大的方向，后者为第2摆动体300b的倾斜度减小的方向)。在第1摆动体300a中产生的表观上的转矩与在第2摆动体300b中产生的表观上的转矩为相同大小，且方向相反。
因此，第1摆动体300a和第2摆动体300b各自产生了图11(H)所示的倾斜。此处，在将叠加在第1检测信号中的、由表观上的旋转力产生的误差移位所引起的可变电容(静电电容)的电容值变动量设为例如“+δC”时，与第2检测信号相关的电容值变动量为“-δC”，同样，叠加在第3检测信号中的、由表观上的旋转力产生的误差移位所引起的可变电容(静电电容)的电容值变动量为“+δC”，与第4检测信号相关的电容值变动量为“-δC”。
即，在图11(G)的状态下，差动输出1为(C0+ΔC+δC，C0-ΔC-δC)。此外，差动输出2为(C0-ΔC+δC，C0+ΔC-δC)。
在信号处理电路中，当根据第1差动输出1，生成表示第1检测信号与第2检测信号之差的第1差动信号时，第1差动信号为2(ΔC+δC)。即，叠加在第1差动信号中的、由表观上的旋转力产生的误差移位所引起的可变电容(静电电容)的电容值变动量为“2δC(＝+δC-(-δC))”。
此外，当生成表示第4检测信号与第3检测信号之差的第2差动信号时，第2差动信号为2(ΔC-δC)。即，叠加在第2差动信号中的、由表观上的旋转力产生的误差移位所引起的可变电容(静电电容)的电容值变动量为“-2δC(＝-δC-(+δC))”。
此外，当信号处理电路将第1差动信号与第2差动信号相加时，叠加在第1差动信号中的误差分量“+2δC”与叠加在第2差动信号中的误差分量“-2δC”相抵消，从而消除了误差。
另外，在将第1差动信号与第2差动信号相加时，有时信号振幅会变大到不必要的程度以上。在会由此引起问题的情况下，还可以适当进行使由第1差动信号与第2差动信号相加得到的信号振幅成为例如一半的信号处理(即(第1差动信号+第2差动信号)/2)等。
即，信号处理电路生成表示第1检测信号与第2检测信号之差的第1差动信号，并且生成表示第3检测信号与第4检测信号之差的第2差动信号，根据将第1差动信号与第2差动信号相加得到的信号，生成抑制了基于第1方向的加速度的误差的、第3方向的加速度检测信号。
由此，根据本实施方式的信号处理方法，能够通过信号处理消除因在检测方向以外的方向上具有检测灵敏度而引起的误差。由此，能够进一步提高利用了杠杆结构的物理量传感器的第3方向的加速度等的检测精度。
图12是示出采用了图11所示的信号处理方法的物理量传感器的结构的一例的图。图12的物理量传感器具有第1杠杆结构体ST1、第2杠杆结构体ST2以及信号处理电路10，该信号处理电路10根据从第1杠杆结构体ST1和第2杠杆结构体ST2分别输出的检测信号，执行预定的信号处理。
信号处理电路10具有开关电容放大器(SCA：参照图5)、差动放大器25a、25b和平均运算器(或加法运算器)27。开关电容放大器SCA和差动放大器25a、25b对应于图4所示的C/V转换电路24。此外，平均运算器(或加法运算器)27例如包含在图4所示的模拟校正及A/D转换电路26中。
此外，第1杠杆结构体ST1具有：第1摆动体300a；第1摆动体用的第1支撑部40a1和第1摆动体用的第2支撑部40b1，它们以第1支撑轴Q1(第1轴)为支点对第1摆动体300a进行双侧支撑，且支撑成能够进行杠杆摆动；以及第1可变电容部(未图示)，该第1可变电容部具有位置随第1摆动体300a的杠杆摆动而变化的第1摆动体用的第1可动电极109a1、109b1、以及设置于与第1摆动体用的可动电极109a1、109b1相对的位置处的第1摆动体用的固定电极(未图示)。
此外，第1摆动体300a具有与平面视图中被第1支撑轴Q1划分出的两个部分中的一方对应的第1摆动体的第1杠杆片(第1区域)PT1a、以及与这两个部分中的另一方对应的第1摆动体300a的第2杠杆片(第2区域)PT2a。
此外，第2杠杆结构体ST2具有：第2摆动体300b；第2摆动体用的第1支撑部40a2和第2摆动体用的第2支撑部40b2，它们以第2支撑轴Q2(第2轴)为支点对第2摆动体300b进行双侧支撑，且支撑成能够进行杠杆摆动；以及第2可变电容部(未图示)，该第2可变电容部具有位置随第2摆动体300b的杠杆摆动而变化的第2摆动体用的可动电极(未图示)、以及设置于与第2摆动体用的可动电极相对的位置处的第2摆动体用的固定电极(未图示)。
第2摆动体300b具有与平面视图中被第2支撑轴Q2(第2轴)划分出的两个部分中的一方对应的第3杠杆片(第3区域)PT1b、以及与这两个部分中的另一方对应的第4杠杆片(第4区域)PT2b，在设平面视图中的第1摆动体300a的长度方向和第2摆动体300b的长度方向为第1方向(例如X轴方向)、平面视图中的与第1方向垂直的方向为第2方向(例如Y轴方向)、分别与第1方向和第2方向垂直的方向为第3方向(例如Z轴方向)时，第3方向的相同大小的加速度分别作用于第1摆动体300a和第2摆动体300b的状态下的、第1摆动体300a的倾斜方向与第2摆动体300b的倾斜方向彼此相反，并且，第1摆动体300a和第2摆动体300b各自的以水平面为基准的旋转角的绝对值相同。
而且，作为检测信号，从第1杠杆结构体ST1输出根据第1摆动体300a的第1杠杆片PT1a的移位而变动的第1检测信号VZ1、和根据第1摆动体300a的第2杠杆片PT2a的移位而变动的第2检测信号VZ2。此外，作为检测信号，从第2杠杆结构体ST2输出根据第2摆动体300b的第3杠杆片(第3区域)PT1b的移位而变动的第3检测信号VZ3、和根据第2摆动体300b的第4杠杆片(第4区域)PT2b的移位而变动的第4检测信号VZ4。
信号处理电路10中包含的差动放大器25a生成表示第1检测信号VZ1与第2检测信号VZ2之差的第1差动信号DS1。此外，差动放大器25b生成表示第4检测信号VZ4与第3检测信号VZ3之差的第2差动信号DS2。第1差动信号DS1和第2差动信号DS2被输入平均运算器(或加法运算器)27。平均运算器(或加法运算器)27执行将第1差动信号DS1与第2差动信号DS2相加的处理。例如，执行(DS1+DS2)、或者((DS1+DS2)/2)这样的信号处理，并根据作为其结果得到的信号，生成抑制了基于第1方向(X轴方向)的加速度的误差的、第3方向(Z轴方向)的加速度等的检测信号DS3。检测信号DS3可以是表示(DS1+DS2)、或((DS1+DS2)/2)这样的信号处理的结果的信号本身，并且还可以是实施了模拟校正处理后的信号。
(第8实施方式)
图13是示出物理量加速度传感器的其他例子(在图12的结构中进一步追加了用于检测第1方向(X轴方向)的加速度的结构的例子)的平面图。在图13的例子中，除了图12的结构以外，还追加了用于检测第1方向(X轴方向)的加速度的静电电容型物理量传感器370。该物理量加速度传感器370仅具有用于检测第1方向(X轴方向)的加速度的功能，不具有检测因杠杆摆动引起的第3方向(Z轴方向)的加速度的功能(这是因为，能够使用一对摆动体300a、300b高精度地检测第3方向的加速度，因此没有必要再设置摆动体)。
用于检测第1方向(X轴方向)的加速度的加速度传感器370具有可动施重部313、可在第1方向上变形的弹簧1a、1b、1c、1d、固定电极2a、2b、2a’、2b’、以及可动电极3a、3b、3a’、3b’。当可动施重部313在X轴方向上移位时，可动电极3a、3b、3a’、3b’也同样地移位，由固定电极2a、2b、2a’、2b’和可动电极3a、3b、3a’、3b’分别构成的可变电容的电容值发生变化，电荷与此对应地移动，生成微小的电信号(电流信号)。由此，能够根据该电信号，检测第1方向(X轴方向)的加速度。
图13的物理量传感器能够检测第1方向(X轴方向)的加速度以及第3方向(Z轴方向)的加速度，并且，关于第3方向(Z轴方向)的加速度，能够通过误差补偿处理，抑制由多轴灵敏度引起的误差，因此能够进行更高精度的第3方向(Z轴方向)的加速度检测。
(第9实施方式)
在以上的实施方式中，通过使摆动体的支撑部偏移到与通过摆动体中心的线平行的位置而使摆动体杠杆摆动，但不限于此，可进行各种变形和应用。
图15(A)～图15(D)是示出物理量传感器的结构的其他例子的图。在图15中，对与前述附图相同的部分标注相同的参考标号。在图15(A)、图15(B)的例子中，在摆动体300的一端设置有质量部900。图15(A)是物理量传感器(传感器元件结构体)的截面图，图15(B)示出了与图15(A)对应的、摆动体300在平面视图中的结构。通过设置质量部900，例如即使在第1杠杆片PT1和第2杠杆片PT2的长度方向长度相同的情况下，也能够使摆动体300进行杠杆摆动。
即，在图15(A)、图15(B)的例子中，支撑轴Q1与通过摆动体300中心的线(中心线)KL一致。即，第1支撑部40a和第2支撑部40b被设置在通过摆动体300中心的线(中心线)KL上。利用这种结构，能够通过质量部900产生转矩，由此，也能够使摆动体300进行杠杆摆动。
质量部900例如可由金属膜或绝缘膜等膜形成，此外，还可以通过对摆动体300进行蚀刻加工而进行厚膜化等来形成。通过利用激光对质量部900进行调整、或通过蚀刻等削减质量部900、或者通过溅射、蒸镀等方式进行成膜，能够简单地增减质量。因此能够容易地进行杠杆摆动的微调。
此外，在图15(C)、图15(D)所示的例子中，支撑轴Q1与中心线KL不一致。即，使第1支撑部40a和第2支撑部40b分别相对于通过摆动体300中心的线(中心线)KL平行移动。此外，在摆动体300的一端设置有质量部900。
例如，在由于摆动体300的支撑轴Q1的偏移、使得摆动体300的第1杠杆片PT1(第1区域)在平面视图中的面积比第2杠杆片(第2区域)在平面视图中的面积小的情况下，如图15(C)所示，如果在第2杠杆片(第2区域)PT2上形成了质量部900，则摆动体300的杠杆摆动更加显著，能够提高电容的检测灵敏度。
此外，如图15(D)所示，如果在第1杠杆片(第1区域)PT1上形成了质量部900，则能够抑制摆动体300的杠杆摆动。伴随于此，能够抑制在支撑摆动体300的支撑部(第1支撑部40a、第2支撑部40b)中产生过度的扭转。由此，能够防止支撑部(第1支撑部40a、第2支撑部40b)发生损坏。
除上述方式以外，还可以在摆动体的整个表面上形成质量部，通过使质量部的质量增减来改变摆动体的第1区域和第2区域之间的质量平衡，由此进行杠杆摆动。
(第10实施方式)
图16是示出电子设备的结构的一例的图。在图16的电子设备中，包含上述任意实施方式的物理量传感器(例如静电电容型物理量加速度传感器等)。电子设备例如是游戏控制器、运动传感器等。
如图16所示，电子设备包含传感器器件(静电电容型加速度传感器等)410、图像处理部420、处理部430、存储部440、操作部450和显示部460。另外，电子设备的结构不限于图14的结构，可实施各种变形，例如省略其结构要素中的一部分(例如操作部、显示部等)、或者追加其他结构要素等。
图17是示出电子设备的结构的另一例的图。图17所示的电子设备510具有传感器单元490和CPU 500，其中，传感器单元490包含作为上述任意一个实施方式的加速度传感器的物理量传感器470、和检测与加速度不同的物理量的检测元件(此处设为检测角速度的陀螺仪传感器)480，CPU 500针对从传感器单元490输出的检测信号执行预定的信号处理。可将传感器单元490自身视为一个电子设备。
即，通过同时使用组装性优异、小型且高性能的静电电容型物理量加速度传感器470、和检测不同种类的物理量的其他传感器(例如，利用了物理量结构的振动型陀螺仪传感器)480，能够实现小型且高性能的电子设备。即，能够实现包含多个传感器的作为电子设备的传感器单元470、以及搭载该传感器单元470的更上位的电子设备(例如FA设备等)510。
由此，根据本发明的至少一个实施方式，例如即使在检测轴以外的方向上产生了加速度也能够提高检测灵敏度良好的物理量传感器的检测精度。此外，例如，能够提高包含密封体(封装)的物理量传感器的组装性。此外，能够实现小型且高性能的电子设备。
以上，针对几个实施方式进行了说明，但是本领域技术人员能够容易地理解到，可进行实体上未脱离本发明的新颖内容和效果的多种变形。因而，这种变形例全部包含在本发明的范围内。例如，在说明书或附图中，对于至少一次地与更广义或同义的不同用语一起记载的用语，在说明书或附图的任何位置处，都可以将其置换为该不同的用语。本发明能够用于惯性传感器。例如，能够作为静电电容型加速度传感器、静电电容型陀螺仪传感器来使用。

Claims (14)

1.一种物理量传感器，其特征在于，该物理量传感器具有：
基座；以及
第1摆动体和第2摆动体，它们隔着空隙配置在所述基座的上方，
所述第1摆动体包含第1支撑部、第2支撑部和第1可动电极，通过配置在第1轴上的所述第1支撑部和所述第2支撑部而支撑在所述基座的上方，并且在平面视图中，该第1摆动体被所述第1轴划分为第1区域和第2区域，在各个区域中形成有所述第1可动电极，
所述第2摆动体包含第3支撑部、第4支撑部和第2可动电极，通过配置在第2轴上的所述第3支撑部和所述第4支撑部而支撑在所述基座的上方，并且在平面视图中，该第2摆动体被所述第2轴划分为第3区域和第4区域，在各个区域中形成有所述第2可动电极，
在所述基座上，与所述第1可动电极和所述第2可动电极相对地形成有固定电极，
所述第2区域的质量比所述第1区域的质量大，所述第4区域的质量比所述第3区域的质量大，
所述第1摆动体的从所述第1区域向所述第2区域的排列方向与所述第2摆动体的从所述第3区域向所述第4区域的排列方向彼此相反。
2.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，
在受到重力的状态下，所述第1摆动体与所述第2摆动体朝向彼此相反的方向倾斜。
3.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，
所述第1轴和所述第2轴中的至少一方与通过所述第1摆动体或所述第2摆动体的中心的线平行。
4.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，
在所述第1区域和所述第2区域中的至少一方、或所述第3区域和所述第4区域中的至少一方中，形成有质量部。
5.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，
在平面视图中，所述第2摆动体是使所述第1摆动体相对于与所述第1区域和所述第2区域的排列方向垂直的轴翻转后的形状。
6.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，
在平面视图中，所述基座具有与所述第1区域相对的第5区域、与所述第2区域相对的第6区域、与所述第3区域相对的第7区域、以及与所述第4区域相对的第8区域，
所述固定电极形成于所述第5区域、第6区域、第7区域以及第8区域各自之中。
7.根据权利要求6所述的物理量传感器，其特征在于，跨越所述第1区域和所述第2区域公共地形成了所述第1可动电极。
8.根据权利要求6所述的物理量传感器，其特征在于，跨越所述第3区域和所述第4区域公共地形成了所述第2可动电极。
9.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，所述第1支撑部、第2支撑部、第3支撑部以及第4支撑部利用扭簧形成。
10.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，所述第1摆动体和所述第2摆动体中的至少一方具有开口部，并且具有：
可动施重部，其配置于所述开口部中；
连接部，其将所述可动施重部与所述第1摆动体或所述第2摆动体连接；
第1臂状电极部，其从所述第1摆动体或所述第2摆动体朝向所述可动施重部突出而形成；以及
第2臂状电极部，其从所述可动施重部朝向所述第1摆动体或所述第2摆动体突出而形成，并且与所述第1臂状电极部相对。
11.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，
该物理量传感器具有信号处理电路，该信号处理电路根据检测信号执行信号处理，
所述检测信号包含：第1检测信号，其根据所述第1区域的所述第1可动电极与所述固定电极之间的移位而变动；第2检测信号，其根据所述第2区域的所述第1可动电极与所述固定电极之间的移位而变动；第3检测信号，其根据所述第3区域的所述第2可动电极与所述固定电极之间的移位而变动；以及第4检测信号，其根据所述第4区域的所述第2可动电极与所述固定电极之间的移位而变动，
所述信号处理电路执行如下处理：
生成表示所述第1检测信号与所述第2检测信号之差的第1差动信号；
生成表示所述第3检测信号与所述第4检测信号之差的第2差动信号；以及
根据将所述第1差动信号与所述第2差动信号相加而得到的信号生成加速度检测信号。
12.一种物理量传感器，其特征在于，该物理量传感器具有：基座；以及
摆动体，其隔着空隙配置在所述基座的上方，
所述摆动体包含第1支撑部和第2支撑部，通过配置在第1轴上的所述第1支撑部和所述第2支撑部而支撑在所述基座的上方，并且在平面视图中，该摆动体被所述第1轴划分为第1区域和第2区域，在各个区域中形成有可动电极，
在所述基座上，与所述可动电极相对地形成有固定电极，
在所述第1区域和所述第2区域中的至少一方中，形成有质量部。
13.根据权利要求12所述的物理量传感器，其特征在于，所述第1轴与通过所述摆动体的中心的线平行。
14.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1或12所述的物理量传感器。
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