CN103364591B - 物理量传感器以及电子设备 - Google Patents

Abstract

一种物理量传感器以及电子设备，其能够在实现小型化的同时，具有良好的噪声特性。物理量传感器包括：基板；可动体，具有第一部分及第二部分，并在第一部分上设置有第一可动电极部；梁部，以使可动体可位移的方式对可动体进行支承；第一固定电极部，以与第一可动电极部对置的方式被配置在基板上；第一部分在与第一轴正交的第二轴的方向上的宽度小于，第二部分在第二轴的方向上的宽度，第一固定电极部被设置于，在俯视观察时与第一部分的第二轴的方向上的端部重叠的位置处，且当将第一部分的第二轴的方向上的宽度设定为X，并将第一固定电极部的在俯视观察时与可动体重叠的部分的、第二轴的方向上的宽度设定为L时，被设置在0.0500X≤L≤0.816X的范围内。

Description

物理量传感器以及电子设备

技术领域

本发明涉及物理量传感器以及电子设备。

背景技术

近年来，开发了一种如下的技术，即，使用例如硅MEMS（Micro ElectroMechanical System:微电子机械系统）技术，来实现小型且高灵敏度的物理量传感器的技术。

例如，在专利文献1中公开了一种具备如下的质量体的物理量传感器（加速度传感器），所述质量体具有能够以扭转连接部（torsion web）为中心而进行旋转的两个翼部。在专利文献1的物理量传感器中，采用如下的结构，即，通过分别在两个翼部上设置贯穿孔，从而相对于扭转连接部反向且相同大小的扭转，产生相同大小的衰减转矩。此外，在该物理量传感器中，在一个翼部的下方具有第一电极，在另一个翼部的下方具有第二电极，并且根据一个翼部和第一电极之间的静电电容、以及另一个翼部和第二电极之间的静电电容而对加速度进行检测。

此外，例如，在专利文献2中公开了一种使可动电极和固定电极以相互隔着间隙的方式而对置配置的物理量传感器，其中，所述可动电极以处于非对称的质量平衡的方式，通过梁部而被可动地支承在半导体层的固定部分上，并根据半导体层的厚度方向上的物理量的位移而进行动作，所述固定电极被形成在支承基板上。在专利文献2的物理量传感器中，基于根据可动电极和固定电极之间的间隙的大小而被检测出的静电电容，来对物理量进行检测。

但是，当在专利文献1以及专利文献2的物理量传感器中，欲实现小型化时，形成静电电容的电极面积将减小。因此，为了在不改变共振角频率的条件下提高检测灵敏度，而必须减小电极间的间隙（可动电极部和固定电极部之间的距离）。但是，即使通过减小电极间的间隙，而得到了所需的检测灵敏度，也处于未施加有加速度的状态下的电极间的静电电容、即初始电容增大的趋势。当初始电容增大时，将成为噪声增益，从而有时会导致噪声特性的恶化。

专利文献1：日本特表2009-537803号公报

专利文献2：日本特开2007-298405号公报

发明内容

本发明的几个方式所涉及的目的之一在于，提供一种能够在实现小型化的同时，具有良好的噪声特性的物理量传感器。此外，本发明的几个方式所涉及的目的之一在于，提供一种包括上述物理量传感器的电子设备。

本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而被完成的，并且能够作为以下的方式或者应用例而实现。

应用例1

本应用例所涉及的物理量传感器包括：可动体，其能够以第一轴为旋转轴而进行位移，在俯视观察时，以所述第一轴为界而具有第一部分以及第二部分，并且在所述第一部分上设置有第一可动电极部；梁部，其对所述可动体进行支承；第一固定电极部，其以与所述第一可动电极部对置的方式而配置，所述第一固定电极部被设置于，在俯视观察时与所述可动体的所述第一部分的、与所述第一轴正交的第二轴的方向上的端部重叠的位置处，并且，当将所述第一部分的所述第二轴的方向上的宽度设定为X，并将所述第一固定电极部的在俯视观察时与所述可动体重叠的部分的、所述第二轴的方向上的宽度设定为L时，所述第一固定电极部被设置在0.0500X≤L≤0.816X的范围内。

根据这种物理量传感器，能够确保第一可动电极部和第一固定电极部之间的距离，且在保证灵敏度的同时减小初始状态（未施加有加速度的状态，例如可动体为水平的状态）下的电极部之间的静电电容。因此，能够在实现小型化的同时，具有良好的噪声特性。此外，由于能够确保电极部之间的距离，因此能够防止可动电极部贴在固定电极部或基板上、或者Q值发生恶化的情况。

应用例2

在本应用例所涉及的物理量传感器中，可以采用如下方式，即，所述第一固定电极部被设置在0.164X≤L≤0.633X的范围内。

根据这种物理量传感器，能够确保第一可动电极部和第一固定电极部之间的距离，且在保证灵敏度的同时进一步减小初始状态下的电极部之间的静电电容。

应用例3

在本应用例所涉及的物理量传感器中，可以采用如下方式，即，在所述可动体中，所述第一部分在与所述第一轴正交的所述第二轴的方向上的宽度小于，所述第二部分在所述第二轴的方向上的宽度。

根据这种物理量传感器，例如能够在可动体上施加了预定的加速度时，容易地使可动体向基板侧倾斜，从而提高检测灵敏度。

应用例4

在本应用例所涉及的物理量传感器中，可以采用如下方式，即，与所述第二部分对置的位置处，设置有第二固定电极部，在所述可动体的所述第二部分上，设置有第二可动电极部。

根据这种物理量传感器，能够根据第一可动电极部与第一固定电极部之间的静电电容、以及第二可动电极部与第二固定电极部之间的静电电容，而对物理量进行检测。

应用例5

在本应用例所涉及的物理量传感器中，可以采用如下方式，即，在俯视观察时，所述第一可动电极部与所述第一固定电极部重叠的区域、和所述第二可动电极部与所述第二固定电极部重叠的区域，关于所述第一轴对称。

根据这种物理量传感器，能够根据第一可动电极部与第一固定电极部之间的静电电容、和第二可动电极部与第二固定电极部之间的静电电容之差，而对物理量进行检测。

应用例6

在本应用例所涉及的物理量传感器中，可以采用如下方式，即，所述第一固定电极部具有在俯视观察时从所述端部露出的部分。

根据这种物理量传感器，由于可以在俯视观察时，不使第一固定电极部的端部与基板的第一位置相一致，因此能够使制造工序容易化。

应用例7

在本应用例所涉及的物理量传感器中，所述第一部分的质量也可以小于所述第二部分的质量。

根据这种物理量传感器，当施加了例如铅直方向上的加速度时，可动体的第一部分的转矩、和可动体的第二部分的转矩将不均衡，从而能够使可动体产生预定的倾斜度。

应用例8

在本应用例所涉及的物理量传感器中，可以采用如下方式，即，所述第一固定电极部被设置在基板上，所述基板由绝缘材料构成，所述可动体由半导体材料构成。

根据这种物理量传感器，由于将基板设定为绝缘材料，并将可动体设定为半导体材料，从而能够通过将可动体和基板贴合，而容易地使两者电绝缘，由此能够简化传感器结构。

应用例9

本应用例所涉及的电子设备包括上述任一应用例所涉及的物理量传感器。

根据这种电子设备，由于包括上述任一应用例所涉及的物理量传感器，因此能够在实现小型化的同时，具有良好的噪声特性。

附图说明

图1为模式化地表示本实施方式所涉及的物理量传感器的俯视图。

图2为模式化地表示本实施方式所涉及的物理量传感器的剖视图。

图3为模式化地表示用于对第一固定电极部的与可动体重叠的部分的宽度L进行说明的物理量传感器的模型的图。

图4为表示模型M1中灵敏度ΔC为固定时的、面积比与初始电容C0比之间的关系，以及面积比与电极间间隙比之间的关系的曲线图。

图5为表示模型M2中灵敏度ΔC为固定时的、面积比与初始电容C0比之间的关系，以及面积比与电极间间隙比之间的关系的曲线图。

图6为表示模型M2中灵敏度ΔC为固定时的、面积比同初始电容C0比和电极间间隙比之差之间的关系的曲线图。

图7为模式化地表示本实施方式所涉及的物理量传感器的制造工序的剖视图。

图8为模式化地表示本实施方式所涉及的物理量传感器的制造工序的剖视图。

图9为模式化地表示本实施方式所涉及的物理量传感器的制造工序的剖视图。

图10为模式化地表示本实施方式所涉及的电子设备的立体图。

图11为模式化地表示本实施方式所涉及的电子设备的立体图。

图12为模式化地表示本实施方式所涉及的电子设备的立体图。

具体实施方式

以下，利用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下所说明的实施方式并不是对权利要求书中所记载的本发明的内容进行不当限定的方式。此外，下文中所说明的结构并不全是本发明的必要结构要件。

1.物理量传感器

首先，参照附图对本实施方式所涉及的物理量传感器进行说明。图1为，模式化地表示本实施方式所涉及的物理量传感器100的俯视图。图2为，模式化地表示本实施方式所涉及的物理量传感器100的剖视图。另外，图2为沿图1中的Ⅱ-Ⅱ线的剖视图。此外，在图1中，为了便于说明，省略了盖体60的图示。在图1以及图2中，作为相互正交的三个轴，图示了X轴、Y轴、Z轴。

物理量传感器100例如能够作为惯性传感器而使用，具体而言，例如能够作为用于对铅直方向（Z轴方向）上的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）而利用。

如图1以及图2所示，物理量传感器100可以包括支承基板（基板）10、可动体20、梁部30、32和第一固定电极部50。物理量传感器100还可以包括固定部40、第二固定电极部52、盖体60。

在支承基板10上设置有第一固定电极部50以及第二固定电极部52。在图示的示例中，固定电极部50、52被设置在，对凹部12的底面进行规定的支承基板10的面14上。设置有固定电极部50、52的支承基板10的面14为平坦的面。支承基板10的面14与水平（平行于XY平面）的状态下的可动体20平行。在支承基板10上接合有固定部40以及盖体60。能够通过支承基板10和盖体60而形成用于对可动体20进行收纳的空间。在该空间内，例如填充有氮气、氦气、氩气等惰性气体。支承基板10的材质未被特别地限定，例如为玻璃等绝缘材料。通过例如将支承基板10设定为玻璃等绝缘材料，并将可动体20设定为硅等半导体材料，从而能够通过将可动体20和支承基板10贴合而容易地使两者电绝缘，由此能够简化传感器结构。

可动体20以隔着间隙2的方式而被设置在支承基板10上。可动体20通过第一梁部30以及第二梁部32而被支承。可动体20能够以第一轴Q1为旋转轴而进行位移。具体而言，当施加有例如铅直方向（Z轴方向）上的加速度时，可动体20能够以由梁部30、32所确定的第一轴Q1为旋转轴（摆动轴）而进行杠杆式摆动。可动体20的外边缘的形状例如为，在俯视观察（从Z轴方向观察）时呈长方形。此外，可动体20的厚度（Z轴方向上的大小）例如为固定。

可动体20具有第一杠杆片（第一部分）20a、和第二杠杆片（第二部分）20b。第一杠杆片20a为，在俯视观察时通过第一轴Q1而被划分的可动体20的两个部分中的一个部分（在图1中为位于－X轴方向侧的部分）。第二杠杆片20b为，在俯视观察时通过第一轴Q1而被划分的可动体20的两个部分中的另一个部分（在图1中为位于＋X轴方向侧的部分）。在图示的示例中，第一杠杆片20a从第一轴Q1起向－X轴方向延伸至第二轴Q2的方向（沿着第二轴Q2的方向，在图示的示例中为X轴方向）上的端部24。第二杠杆片20b从第一轴Q1起向＋X轴方向延伸至第二轴Q2的方向上的端部25。第一杠杆片20a以及第二杠杆片20b从第一轴Q1起沿着第二轴Q2，朝向互为相反的方向而延伸。另外，第二轴Q2为在俯视观察时与第一轴Q1正交的轴。此外，第一杠杆片20a的端部24为，第一杠杆片20a的顶端部，且为第一杠杆片20a中与第一轴Q1之间的距离最大的部分。第二杠杆片20b的端部25为，第二杠杆片20b的顶端部，且为第二杠杆片20b中与第一轴Q1之间的距离最大的部分。

当例如铅直方向上的加速度（例如重力加速度）施加于可动体20上时，第一杠杆片20a和第二杠杆片20b各自产生转矩（力矩）。在此，当第一杠杆片20a的转矩（例如顺时针方向的转矩）和第二杠杆片20b的转矩（例如逆时针方向的转矩）均衡时，可动体20的倾斜度不会产生变化，从而无法对加速度的变化进行检测。因此，可动体20被设计成，当施加了铅直方向上的加速度时，第一杠杆片20a的转矩和第二杠杆片20b的转矩不均衡，从而在可动体20上产生预定的倾斜度。

在物理量传感器100中，通过将第一轴Q1配置在从可动体20的中心（重心）偏离的位置处，从而使杠杆片20a、20b具有互不相同的质量。即，由于第一杠杆片20a在X轴方向（第二轴Q2的方向）上的大小与第二杠杆片20b在X轴方向（第二轴Q2的方向）上的大小不同，因此第一杠杆片20a和第二杠杆片20b的质量有所不同。在图示的示例中，从第一轴Q1到第一杠杆片20a的端部24的距离小于，从第一轴Q1到第二杠杆片20b的端部25的距离。此外，第一杠杆片20a的厚度和第二杠杆片20b的厚度相等。因此，第一杠杆片20a的质量小于第二杠杆片20b的质量。如此，通过使杠杆片20a、20b具有互不相同的质量，从而能够在施加有铅直方向上的加速度时，使第一杠杆片20a的转矩和第二杠杆片20b的转矩不均衡。因此，能够在施加有铅直方向上的加速度时，使可动体20产生预定的倾斜度。

可动体20以与支承基板10分离的方式而设置。在图示的示例中，在可动体20和支承基板10之间设置有间隙2。此外，可动体20通过梁部30、32，而与固定部40以分离的方式相连接。在可动体20和固定部40之间设置有间隙4。由于在可动体20的周围存在间隙2、4，从而可动体20能够进行杠杆式摆动。

在第一杠杆片20a上设置有第一可动电极部21。此外，在第二杠杆片20b上设置有第二可动电极部22。

在图示的示例中，第一可动电极部21为，可动体20中的、在俯视观察时与第一固定电极部50重叠的部分。第一可动电极部21为，可动体20中的、与第一固定电极部50之间形成静电电容C1的部分。第二可动电极部22为，可动体20中的、在俯视观察时与第二固定电极部52重叠的部分。第二可动电极部22为，可动体20中的、与第二固定电极部52之间形成静电电容C2的部分。在物理量传感器100中，可以通过由导电性材料构成可动体20，从而设置可动电极部21、22，此外，也可以在可动体20的表面上设置由金属等导体层构成的可动电极部。在图示的示例中，通过由导电性材料（掺杂有杂质的硅）构成可动体20，从而设置可动电极部21、22。

在支承基板10的与第一杠杆片20a对置的位置处，设置有第一固定电极部50。通过第一可动电极部21和第一固定电极部50，从而形成静电电容C1。此外，在支承基板10的与第二杠杆片20b对置的位置处，设置有第二固定电极部52。通过第二可动电极部22和第二固定电极部52，从而形成静电电容C2。静电电容C1以及静电电容C2例如在初始状态下相等。在此，初始状态是指，在物理量传感器上未施加有加速度的状态，例如，可动体20为水平的状态。在图示的示例中，在初始状态下，在俯视观察时第一可动电极部21与第一固定电极部50重叠的第一区域α的面积，和在俯视观察时第二可动电极部22与第二固定电极部52重叠的第二区域β的面积相等。此外，第一可动电极部21和第一固定电极部50之间的距离，与第二可动电极部22和第二固定电极部52之间的距离相等。因此，初始状态下的静电电容C1（初始电容）与初始状态下的静电电容C2（初始电容）相等。第一可动电极部21以及第二可动电极部22的位置根据可动体20的动作而发生变化。静电电容C1、C2根据该可动电极部21、22的位置的变化而发生变化。在可动体20上，通过例如梁部30、32而施加有预定的电位。

第一梁部30以及第二梁部32以能够使可动体20绕第一轴Q1进行位移的方式而对可动体20进行支承。梁部30、32能够作为扭簧（Torsion spring）而发挥功能。由此，相对于由于可动体20以第一轴Q1为旋转轴进行旋转（杠杆式摆动）而在梁部30、32上产生的扭转变形，梁部30、32具有较强的复原力，从而能够防止梁部30、32发生破损的情况。

如图1所示，在俯视观察时，第一梁部30以及第二梁部32被配置在第一轴Q1上。梁部30、32在第一轴Q1上从固定部40延伸至可动体20。梁部30、32为，对成为可动体20的旋转轴（摆动轴）的第一轴Q1的位置进行确定的部件。梁部30、32对固定部40和可动体20进行连接。第一梁部30与可动体20的＋Y轴方向侧的侧面连接，第二梁部32与可动体20的－Y轴方向侧的侧面连接。

固定部40被固定在支承基板10上。在俯视观察时，固定部40被设置在可动体20的周围。在图示的示例中，固定部40以在俯视观察时包围可动体20的方式而设置。另外，固定部40的形状并未被特别地限定。固定部40与可动体20分离，从而在固定部40与可动体20之间设置有间隙4。

可动体20、梁部30、32以及固定部40被一体地设置。可动体20、梁部30、32以及固定部40通过对一块基板（例如硅基板）进行图案形成，从而被一体地设置。

第一固定电极部50被设置在支承基板10上。第一固定电极部50被配置在与第一可动电极部21（第一杠杆片20a）对置的位置处。第一可动电极部21以隔着间隙2的方式而位于第一固定电极部50的上方。第一固定电极部50被设置为，与第一可动电极部21之间形成静电电容C1。第一固定电极部50被设置在，与第一杠杆片20a的第二轴Q2的方向上的端部24重叠的位置处。第一固定电极部50具有：第一延伸部50a，其从支承基板10的第一位置P1起向＋X轴方向延伸；第二延伸部50b，其从支承基板10的第一位置P1起向－X轴方向延伸。即，第一延伸部50a位于第一位置P1的一侧（＋X轴方向侧，第一轴Q1侧），而第二延伸部50b位于第一位置P1的另一侧。在此，支承基板10的第一位置P1是指，在俯视观察时，支承基板10的、与第一杠杆片20a的端部24重叠的位置。此外，支承基板10的第二位置P2是指，支承基板10的、与第一轴Q1重叠的位置。

第一固定电极部50的第一延伸部50a包括与第一可动电极部21对置而形成静电电容C1的部分。第一延伸部50a包括在俯视观察时与可动体20重叠的部分。第一延伸部50a以从支承基板10的第一位置P1起朝向支承基板10的第二位置P2的方式而向＋X轴方向延伸。此外，第一固定电极部50的第二延伸部50b从支承基板10的第一位置P1起朝向第一延伸部50a的相反方向（与从支承基板10的第一位置P1起朝向支承基板10的第二位置P2的方向相反的方向）而延伸。第一固定电极部50的第二延伸部50b包括在俯视观察时从第一杠杆片20a的端部24露出的部分。第一固定电极部50的第二延伸部50b不与第一可动电极部21对置，且位于第一可动电极部21的外边缘的外侧。

另外，虽然未进行图示，但第一固定电极部50可以不具有第二延伸部50b。即，第一固定电极部50可以仅由第一延伸部50a构成。此时，第一固定电极部50和第二固定电极部52可以被设置为，在俯视观察时以第一轴Q1为轴而对称。

第二固定电极部52被设置在支承基板10上。第二固定电极部52被配置在与第二杠杆片20b对置的位置处。第二可动电极部22以隔着间隙的方式而位于第二固定电极部52的上方。第二固定电极部52被设置为，与第二可动电极部22之间形成静电电容C2。

如图1所示，在俯视观察时，第一可动电极部21与第一固定电极部50重叠的第一区域α、和第二可动电极部22与第二固定电极部52重叠的第二区域β，关于第一轴Q1对称。即，第一区域α和第二区域β的平面形状相同，且距第一轴Q1的距离相等。在图示的示例中，第一固定电极部50的第一延伸部50a与第二固定电极部52被设置为，在俯视观察时关于第一轴Q1对称。即，第一固定电极部50的第一延伸部50a与第二固定电极部52的平面形状相同，且被配置在距第一轴Q1的距离相等的位置处。

第一固定电极部50被设置在，在俯视观察时与第一杠杆片20a的第二轴Q2的方向（X轴方向）上的端部24重叠的位置处，并且，当将第一杠杆片20a的第二轴Q2的方向（X轴方向）上的宽度设定为X，并将第一固定电极部50的在俯视观察时与可动体20重叠的部分的、第二轴Q2的方向上的宽度设定为L时，第一固定电极部50被设置在0.0500X≤L≤0.816X的范围内。由此，能够确保第一可动电极部21与第一固定电极部50之间的距离，且在保证灵敏度的同时，减小初始状态下的静电电容C1。另外，在图示的示例中，宽度L为，第一固定电极部50的第一延伸部50a的宽度（X轴方向上的大小）。此外，宽度L与支承基板10的第一位置P1和第一固定电极部50的＋X轴方向上的端部之间的距离相等。此外，由于宽度L在0.164X≤L≤0.633X的范围内，从而能够确保第一可动电极部21和第一固定电极部50之间的距离，且在保证灵敏度的同时，进一步减小初始状态下的静电电容C1。以下，对其理由进行说明。

图3为表示用于对第一固定电极部50的与可动体20重叠的部分的宽度L的范围进行说明的物理量传感器的模型的图。图3（A）为模式化地表示模型M1的剖视图。图3（B）为模式化地表示模型M2的剖视图。

在模型M1以及模型M2中，通过下述式（1）来表示可动电极部121和固定电极部150之间的初始电容C₀。另外，初始电容C₀是指，可动体120为水平的状态下的静电电容C1，且为未施加有加速度的状态下的静电电容C1。

【数学式1】

其中，ε为电极部121、150之间的电介质的介电常数。S为电极部121、150的对置面积（在俯视观察时电极部121、150重叠的区域的面积）。d为初始状态下的电极部121、150之间的距离（间隙）。

此外，通过下述式（2）来表示物理量传感器的灵敏度ΔC。

【数学式2】

其中，ω₀为共振角频率，Δｄ表示可动电极部121在Z轴方向上的位移的大小。具体而言，Δｄ为，可动体120的第一杠杆片120a的端部124在Z轴方向上位移了Δｚ时的、可动电极部121在Z轴方向上的位移的大小。

从式（1）以及式（2）中可知，为了在将灵敏度ΔC保持为固定的同时，减小初始电容C₀，而需要减小电极部121、150的对置面积S，并减小电极部121、150之间的间隙d。

在此，对于模型M1以及模型M2，根据式（2）而计算出灵敏度ΔC为固定时的、面积比与初始电容C₀比之间的关系，以及面积比与电极间间隙d比之间的关系。另外，面积比是指，电极部121、150的对置面积S相对于第一杠杆片120a的整体的面积的比例。例如，面积比为1的情况是指，固定电极部150的宽度为从第一位置P1到第二位置P2的情况，即，固定电极部150从第一位置P1起延伸至第二位置P2的情况。此外，初始电容C₀比是用面积比为1时的初始电容C₀，来对各面积比下的初始电容C₀进行了标准化而得到的。此外，电极间间隙d比是用面积比为1时的电极部121、150之间的距离（间隙）d，来对各面积比下的电极部121、150之间的距离（间隙）d进行了标准化而得到的。

在模型M1中，将固定电极部150的中心的位置固定在，与第一杠杆片20a的中心重叠的、支承基板110的第3位置P3（第一位置P1和第二位置P2的中间的位置）处，并对固定电极部150的宽度（X轴方向上的大小）进行改变，从而改变电极部121、150的对置面积S。因此，在式（1）以及式（2）中，以即使令电极部121、150的对置面积S发生变化，可动电极部121的位移Δｄ也为固定的形式实施计算。另外，将固定电极部150的长度（Y轴方向上的大小）设为固定。

图4为表示模型M1中灵敏度ΔC为固定时的、面积比和初始电容C₀比之间的关系，以及面积比和电极间间隙d比之间的关系的曲线图。如图4所示，在模型M1中，当将灵敏度ΔC保持为固定，并减小面积比时，初始电容C₀比以及电极间间隙d比均以同样的趋势减少。因此，当将灵敏度ΔC保持为固定并减小初始电容C₀时，电极部121、150之间的间隙d将减小。当电极部121、150之间的间隙d减小时，存在可动电极部121贴在固定电极部150或支承基板110上、或者作为机械特性的Q值发生恶化的情况。

在模型M2中，通过将固定电极部150的端部固定在第一位置P1处，并使固定电极部150从第一位置P1起朝向第二位置P2延伸，从而改变固定电极部150在X轴方向上的宽度，进而改变电极部121、150的对置面积S。即，在式（2）中，可动电极部121的位移的大小Δｄ为，Δｄ＝（－0.5×电极线宽度占有率＋1）×Δz。在此，电极线宽度占有率是用第一位置P1和第二位置P2之间的距离来对固定电极部150在X轴方向上的宽度进行了标准化而得到的。例如，当固定电极部150从第一位置P1延伸至第三位置P3时，电极线宽度占有率为0.5，而当固定电极部150从第一位置P1延伸至第二位置P2时，电极线宽度占有率为1。另外，将固定电极部150的长度（Y轴方向上的大小）设为固定。因此，在图4以及图5中，能够将面积比置换为电极线宽度占有率。

图5为表示模型M2中灵敏度ΔC为固定时的、面积比和初始电容C₀比之间的关系，以及面积比和电极间间隙d比之间的关系的曲线图。如图5所示，在模型M2中，与模型M1相比，伴随于初始电容C₀比的减少的、电极间间隙d比的减少的比例较小。即，在模型M2中，与模型M1相比，即使将灵敏度ΔC设为固定并减小初始电容C₀，也能够增大初始状态下的电极部121、150之间的间隙d。

图6为表示模型M2灵敏度ΔC为固定时的、面积比同初始电容C₀比和电极间间隙d比之差（｜初始电容C₀比－电极间间隙d比｜）之间的关系的曲线图。根据图6所示的曲线图可知，在模型M2中，当将电极线宽度占有率（面积比）设定为L1时，在0.0500≤L1≤0.816的范围内，初始电容C₀比与电极间间隙d比之差在0.15以上。由于初始电容C₀比与电极间间隙d比之差在0.15以上，因此能够确保电极部间的距离，且在保证灵敏度ΔC的同时减小初始电容C₀。此外，当面积比小于0.0500时，固定电极部过度减小，从而固定电极部的制造较为困难。由于电极线宽度占有率（面积比）L1在0.0500以上，因此能够容易地制造固定电极部。而且，根据图6所示的曲线图可知，在模型M2中，当电极线宽度占有率（面积比）L1在0.164≤L1≤0.633的范围内时，初始电容C₀比与电极间间隙d比之差在0.2以上。当初始电容C₀比与电极间间隙d比之差在0.2以上时，则能够确保电极部间的距离，且在保证灵敏度ΔC的同时，进一步减小初始电容C₀。而且，根据图6所示的曲线图可知，在模型M2中，当电极线宽度占有率（面积比）L1为0.380时，初始电容C₀比与电极间间隙d比之差成为最大。因此，通过将电极线宽度占有率（面积比）L1设定为0.380，从而能够更加可靠地确保可动电极部和固定电极部之间的距离，且在保证灵敏度的同时，减小初始电容。另外，在图1以及图2所示的物理量传感器100中，模型M2中的电极线宽度占有率（面积比）L1对应于，第一固定电极部50的在俯视观察时与可动体20重叠的部分的、第二轴Q2的方向上的宽度L。

根据上述的结果，在物理量传感器100中，由于第一固定电极部50被设置于，在俯视观察时与第一杠杆片20a的第二轴Q2的方向（X轴方向）上的端部24重叠的位置处，并且，在将第一杠杆片20a的第二轴Q2的方向上的宽度设定为X，并将第一固定电极部50的在俯视观察时与可动体20重叠的部分的、第二轴Q2的方向上的宽度设定为L时，第一固定电极部50被设置在0.0500X≤L≤0.816X的范围内，从而能够确保第一可动电极部21和第一固定电极部50之间的距离，且在保证灵敏度的同时，减小初始状态下的静电电容C1。而且，由于第一固定电极部50的在俯视观察时与可动体20重叠的部分的、第二轴Q2的方向上的宽度L在0.164X≤L≤0.633X的范围内，因此能够确保第一可动电极部21和第一固定电极部50之间的距离，且在保证灵敏度的同时，进一步减小初始状态下的静电电容C1。而且，由于第一固定电极部50的在俯视观察时与可动体20重叠的部分的、第二轴Q2的方向上的宽度L为，L＝0.380X，因此能够更加可靠地确保第一可动电极部21和第一固定电极部50之间的距离，且在保证灵敏度的同时减小初始状态下的静电电容C1。

固定电极部50、52的材质例如为铝、金、ITO（Indium Tin Oxide：铟锡氧化物）等。固定电极部50、52的材质优选为ITO等透明电极材料。其原因在于，通过使用透明电极材料以作为固定电极部50、52，从而在支承基板10为透明基板（玻璃基板）时，能够容易地对存在于固定电极部50、52上的异物等进行目视确认。

盖体60被载置于支承基板10上。作为盖体60，例如能够使用硅基板（硅制的基板）。当使用了玻璃基板以作为支承基板10时，支承基板10和盖体60可以通过阳极接合而被接合在一起。

接下来，对物理量传感器100的动作进行说明。在物理量传感器100中，可动体20根据加速度、角速度等物理量而绕第一轴Q1进行摆动（转动）。随着该可动体20的动作，第一可动电极部21与第一固定电极部50之间的距离、以及第二可动电极部22与第二固定电极部52之间的距离将发生变化。具体而言，电极部21、50间的距离以及电极部22、52间的距离中的一个距离增大，而另一个距离减小。因此，通过可动体20的摆动（转动），从而使得静电电容C1、C2中的一方增大，而另一方减小。因此，能够根据静电电容C1与静电电容C2之差（通过差动检测），而对加速度或角速度等物理量进行检测。

如上文所述，物理量传感器100能够作为加速度传感器或陀螺传感器等惯性传感器而使用，具体而言，例如能够作为用于对铅直方向上的加速度进行测定的静电电容型加速度传感器而使用。

本实施方式所涉及的物理量传感器100例如具有以下的特征。

在物理量传感器100中，第一固定电极部50被设置于，在俯视观察时与第一杠杆片20a的第二轴Q2的方向（X轴方向）上的端部24重叠的位置处，并且，当将第一杠杆片20a的第二轴Q2的方向上的宽度设定为X，并将第一固定电极部50的在俯视观察时与可动体20重叠的部分的、第二轴Q2的方向上的宽度设定为L时，第一固定电极部50被设置在0.0500X≤L≤0.816X的范围内。由此，如上文所述，能够确保第一可动电极部21和第一固定电极部50之间的距离，且在保证灵敏度的同时，减小初始状态下的静电电容C1。因此，能够在实现小型化的同时，具有良好的噪声特性。此外，由于能够确保电极部21、50之间的距离，因此能够防止可动电极部贴在固定电极部或支承基板上、或者Q值发生恶化的情况。

例如，当对于物理量传感器而言，欲实现小型化时，形成静电电容的电极面积将减小。因此，为了在不改变共振频率的条件下提高检测灵敏度，而必须减小电极间的间隙（可动电极部和固定电极部之间的间隙的大小）。但是，即使通过减小电极间的间隙而得到了所需的检测灵敏度，初始电容也处于增大的趋势。当初始电容增大时，将成为噪声增益，从而有时会导致噪声特性的恶化。此外，当电极间的间隙减小时，有时会导致例如制造工序中的电极部的粘贴或Q值的恶化。根据物理量传感器100，由于能够确保第一可动电极部21和第一固定电极部50之间的距离，且在保持灵敏度的同时，减小初始状态下的静电电容C1，因此能够在实现小型化的同时，具有良好的噪声特性。此外，能够防止电极部的粘贴或Q值的恶化。

而且，在物理量传感器100中，能够采用如下方式，即，第一固定电极部50的在俯视观察时与可动体20重叠的部分的、第二轴Q2的方向上的宽度L在0.164X≤L≤0.633X的范围内。由此，由于能够确保第一可动电极部21和第一固定电极部50之间的距离，且在保证灵敏度的同时，进一步减小初始状态下的静电电容C1，因此能够在实现小型化的同时，具有更加良好的噪声特性。

在物理量传感器100中，在支承基板10上具有与第二杠杆片20b对置配置的第二固定电极部52，并且在第二杠杆片20b上设置有第二可动电极部22。因此，能够根据第一可动电极部21和第一固定电极部50之间的静电电容C1、以及第二可动电极部22和第二固定电极部52之间的静电电容C2，而对物理量进行检测。

在物理量传感器100中，在俯视观察时，第一可动电极部21与第一固定电极部50重叠的第一区域α、和第二可动电极部22与第二固定电极部52重叠的第二区域β，关于第一轴Q1对称。由此，由于能够使可动体20产生了倾斜时的、静电电容C1的变化量和静电电容C2的变化量相同，因此能够容易地根据静电电容C1和静电电容C2之差，而对加速度或角速度等物理量进行检测。

在物理量传感器100中，第一固定电极部50具有在俯视观察时从第一杠杆片20a的端部24露出的第二延伸部50b。由此，由于可以在俯视观察时，不使第一固定电极部50的端部与支承基板10的第一位置P1相一致，因此能够使制造工序容易化。

在物理量传感器100中，第一杠杆片20a的质量小于第二杠杆片20b的质量。因此，在施加有例如铅直方向上的加速度时，可动体20的一侧（第一杠杆片20a）的转矩和可动体20的另一侧（第二杠杆片20b）的转矩不均衡，从而能够使可动体产生预定的倾斜度。

根据物理量传感器100，由于将支承基板10设定为绝缘材料，并将可动体20设定为半导体材料，从而能够通过将可动体20和支承基板10贴合，而容易地使两者电绝缘，从而能够简化传感器结构。

2．物理量传感器的制造方法

接下来，参照附图对本实施方式所涉及的物理量传感器的制造方法进行说明。图7～图9为模式化地表示本实施方式所涉及的物理量传感器100的制造工序的剖视图。

如图7所示，例如，对玻璃基板进行蚀刻以在玻璃基板上形成凹部12，从而获得支承基板10。蚀刻例如通过湿蚀刻来实施。

接下来，在对凹部12的底面进行规定的支承基板10的面14上，形成第一固定电极部50以及第二固定电极部52。固定电极部50、52通过如下方式而形成，即，在利用溅射法等而在支承基板10的面14上形成了导电层之后，利用光刻技术以及蚀刻技术而对该导电层进行图案形成的方式。第一固定电极部50被形成为，第一固定电极部50的在俯视观察时与可动体20重叠的部分的、第二轴Q2的方向上的宽度L处于例如0.0500X≤L≤0.816X的范围内。

如图8所示，使硅基板201（传感器基板）接合在支承基板10上。支承基板10和硅基板201之间的接合使用例如阳极接合、直接接合、或者粘合剂而实施。

如图9所示，在通过例如磨削机对硅基板201进行磨削而使之薄膜化之后，图案形成为所需的形状，从而形成可动体20、梁部30、32以及固定部40。在可动体20中，第一杠杆片20a的端部24被形成在第一位置P1的上方。此外，梁部30、32被形成在第二位置P2的上方。图案形成通过光刻技术以及蚀刻技术（干蚀刻）来实施，作为更加具体的蚀刻技术，可以使用博世（Bosch）法。在本工序中，通过对硅基板201进行图案形成（蚀刻），从而一体地形成了可动体20、梁部30、32和固定部40。

如图1以及图2所示，将盖体60接合于支承基板10上，从而将可动体20收纳在通过支承基板10以及盖体60而形成的空间内。支承基板10和盖体60之间的接合例如通过使用阳极接合或粘合剂等而被实施。通过在惰性气体气氛下实施本工序，从而能够将惰性气体填充于收纳有可动体20的空间内。

通过以上的工序，从而能够制造出物理量传感器100。

3.电子设备

接下来，参照附图对本实施方式所涉及的电子设备进行说明。本实施方式所涉及的电子设备包括本发明所涉及的物理量传感器。在下文中，对包括作为本发明所涉及的物理量传感器的物理量传感器100的电子设备进行说明。

图10为模式化地表示作为本实施方式所涉及的电子设备的便携式（或者笔记本式）的个人计算机1100的立体图。

如图10所示，个人计算机1100通过具备键盘1102的主体部1104、和具有显示部1108的显示单元1106而构成，并且显示单元1106以能够通过铰链结构部而相对于主体部1104进行转动的方式被支承。

在这样的个人计算机1100中内置有物理量传感器100。

图11为模式化地表示作为本实施方式所涉及的电子设备的移动电话（也包括PHS：Personal Handy-phone System，个人移动电话系统）1200的立体图。

如图11所示，移动电话1200具备多个操作按钮1202、听筒1204以及话筒1206，并且在操作按钮1202与听筒1204之间配置有显示部1208。

在这样的移动电话1200中内置有物理量传感器100。

图12为模式化地表示作为本实施方式所涉及的电子设备的数码照相机1300的立体图。另外，在图12中，还简单地图示了与外部设备之间的连接。

在此，通常的照相机通过被摄物体的光学图像而使银盐感光胶片感光，与此相对，数码照相机1300通过CCD（Charge Coupled Device:电荷耦合装置）等摄像元件而对被摄物体的光学图像进行光电转换，从而生成摄像信号（图像信号）。

在数码照相机1300的壳体（机身）1302的背面设置有显示部1310，并且成为根据CCD的摄像信号而进行显示的结构，显示部1310作为将被摄物体显示为电子图像的取景器而发挥功能。

此外，在壳体1302的正面侧（图中背面侧），设置有包括光学镜片（摄像光学系统）和CCD等在内的受光单元1304。

当摄影者对被显示在显示部1310上的被摄物体图像进行确认，并按下快门按钮1306时，该时间点的CCD的摄像信号将被传送并存储于存储器1308中。

此外，在该数码照相机1300中，在壳体1302的侧面设置有影像信号输出端子1312、和数据通信用的输入输出端子1314。而且，根据需要，而在影像信号输出端子1312上连接有影像监视器1430，在数据通信用的输入输出端子1314上连接有个人计算机1440。而且，成为如下的结构，即，通过预定的操作，从而使存储于存储器1308中的摄像信号向影像监视器1430或个人计算机1440输出。

在这样的数码照相机1300中内置有物理量传感器100。

以上这样的电子设备1100、1200、1300包括能够在实现小型化的同时具有良好的噪声特性的物理量传感器100。因此，电子设备1100、1200、1300能够在实现小型化的同时，具有良好的噪声特性。

另外，具备上述物理量传感器100的电子设备除了能够应用于图10所示的个人计算机（便携式个人计算机）、图11所示的移动电话、图12所示的数码照相机中之外，还能够应用于如下的装置中，例如，喷墨式喷出装置（例如，喷墨式打印机）、膝上型个人计算机、电视、摄像机、录像机、各种汽车导航装置、寻呼机、电子记事本（也包括带有通信功能的产品）、电子词典、台式电子计算机、电子游戏机、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监控器、电子双筒望远镜、POS（Point of Sale：销售点）终端、医疗设备（例如，电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜）、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类（例如，车辆、飞机、船舶的计量仪器类）、飞行模拟器等。

本发明包括与在实施方式中所说明的结构实质相同的结构（例如，功能、方法以及结果相同的结构、或者目的以及效果相同的结构）。此外，本发明包括对在实施方式中所说明的结构的非本质的部分进行了置换的结构。此外，本发明包括能够起到与在实施方式中所说明的结构相同的作用效果的结构，或者能够实现相同目的的结构。此外，本发明包括在实施方式中所说明的结构上附加了公知技术的结构。

符号说明

α…第一区域；β…第二区域；2、4…间隙；10…支承基板；12…凹部；14…面；20…可动体；20a…第一杠杆片；20b…第二杠杆片；21…第一可动电极部；22…第二可动电极部；24、25…端部；30…第一梁部；32…第二梁部；40…固定部；50…第一固定电极部；50a…第一延伸部；50b…第二延伸部；52…第二固定电极部；60…盖体；100…物理量传感器；110…支承基板；120…可动体；120a…第一杠杆片；121…可动电极部；124…端部；150…固定电极部；201…硅基板；P1…第一位置；P2…第二位置；P3…第三位置；Q1…第一轴；Q2…第二轴；1100…个人计算机；1100…电子设备；1102…键盘；1104…主体部；1106…显示单元；1108…显示部；1200…移动电话；1202…操作按钮；1204…听筒；1206…话筒；1208…显示部；1300…数码照相机；1302…壳体；1304…受光单元；1306…快门按钮；1308…存储器；1310…显示部；1312…影像信号输出端子；1314…输入输出端子；1430…影像监视器；1440…个人计算机。

Claims (9)

1.一种物理量传感器，包括：

可动体，其在第一方向上具有第一轴以作为旋转轴，且以所述第一轴为界而被划分为第一部分以及第二部分，在所述第一部分中，具备在向包括所述第一方向和与所述第一方向正交的第二方向的平面进行的俯视观察时沿所述第一方向延伸的第一外缘和沿所述第二方向延伸的第二外缘，并且沿着所述第一外缘而设置有第一可动电极部；

梁部，其位于所述第一轴上，且对所述可动体进行支承；

第一固定电极部，其被设置在基板上，且沿着所述第一外缘延伸，并以与所述第一可动电极部对置的方式而与所述可动体分离，

所述第一固定电极部在所述俯视观察时与所述可动体的所述第一外缘重叠，当将所述第一部分在与所述第一方向正交的第二方向上的宽度设定为X，并将所述第一固定电极部的在所述俯视观察时与所述可动体重叠的部分在所述第二方向上的宽度设定为L时，所述第一固定电极部被设置在0.0500X≤L≤0.816X的范围内，

所述第一固定电极具有在所述俯视观察时于所述第二方向上从所述第一外缘露出的部分，且具有在所述俯视观察时于所述第一方向上从所述第二外缘露出的部分。

2.如权利要求1所述的物理量传感器，其中，

所述第一固定电极部被设置在0.164X≤L≤0.633X的范围内。

3.如权利要求1所述的物理量传感器，其中，

在所述可动体中，所述第一部分在与所述第一轴正交的所述第二方向上的宽度小于，所述第二部分在所述第二方向上的宽度。

4.如权利要求1所述的物理量传感器，其中，

与所述第二部分对置的位置处，设置有第二固定电极部，

在所述可动体的所述第二部分上，设置有第二可动电极部。

5.如权利要求4所述的物理量传感器，其中，

在所述俯视观察时，所述第一可动电极部与所述第一固定电极部重叠的区域、和所述第二可动电极部与所述第二固定电极部重叠的区域，关于所述第一轴对称。

6.如权利要求4所述的物理量传感器，其中，

所述可动体在所述第二部分中具备在所述俯视观察时于所述第二方向上延伸的第三外缘，

所述第二固定电极部具有在所述俯视观察时于所述第一方向上从所述第三外缘露出的部分。

7.如权利要求1所述的物理量传感器，其中，

所述第一部分的质量小于所述第二部分的质量。

8.如权利要求1所述的物理量传感器，其中，

所述第一固定电极部被设置在基板上，

所述基板由绝缘材料构成，所述可动体由半导体材料构成。

9.一种电子设备，其包括权利要求1所述的物理量传感器。