CN104515870A - 物理量检测元件、以及物理量检测装置、电子设备、移动体 - Google Patents

物理量检测元件、以及物理量检测装置、电子设备、移动体 Download PDF

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Abstract

本发明提供物理量检测元件、以及物理量检测装置、电子设备、移动体。物理量检测元件具备：基板；第一固定电极部以及第二固定电极部，其被设置于所述基板上；可动体，其被设置于所述基板的上方；梁，其被设置于所述可动体上，在所述可动体的、相对于所述梁的一方设置有第一可动体，在相对于梁的另外一方设置有第二可动体，第一可动体包括第一可动电极部和第一质量部，所述第一可动电极部与所述第一固定电极部对置，所述第一质量部从所述第一可动电极部起被配置于与所述梁相反的方向上，所述第二可动体包括与所述第二固定电极部对置的第二可动电极部，第一可动体(20a)的质量重于第二可动体(20b)的质量，第一质量部(23)的质量重于第一可动电极部(21)的质量。

Description

物理量检测元件、以及物理量检测装置、电子设备、移动体
技术领域
本发明涉及一种物理量检测元件、以及具备该物理量检测元件的物理量检测装置、电子设备、移动体。
背景技术
一直以来，作为对垂直方向上的加速度等的物理量进行检测的方法，已知一种依照摇臂杠杆原理而构成并对随着加速度等的物理量而变化的静电电容进行检测的物理量检测元件。例如，如专利文献1中所记载的那样，公开了一种具备摇臂杠杆的显微机械加工式的Z传感器(物理量检测元件)，所述摇臂杠杆由扭簧、和在扭簧的一侧设置有地震辅助质量体且扭簧的两侧质量不同的质量结构体而构成。在这种物理量检测元件中，当垂直方向上的加速度等的物理量对摇臂杠杆发生作用时，质量体的质量的较大一侧被向下压，从而使其与对置于所述质量体的对置电极之间形成的静电电容发生变化。通过对该静电电容的变化进行计测从而实施加速度等的物理量的检测。
在上述方式的物理量检测元件中，在可动体(质量结构体)向形成有固定电极(对置电极)的基板进行了移位时，为了防止由在可动体与基板之间的空气所产生的阻力(挤压膜减震：以下记为减震)，在可动体中设置了贯穿孔。但是，存在如下的问题，即，在专利文献1所记载的物理量检测元件中，由于被设置于第一质量部(辅助质量体)中的贯穿孔的相邻的间隔(连接板宽度)窄于被设置于可动体中的贯穿孔的相邻的间隔，因此在可动体受到冲击时，第一质量部容易破损。另外，第一质量部的质量的减少会导致对加速度等的物理量进行检测的灵敏度的降低，从而使物理量检测元件的小型化变得较为困难。
专利文献1：日本国特表2010-512527号公报
发明内容
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，也能够作为以下的方式或应用例来实现。
应用例1
本应用例所涉及的物理量检测元件的特征在于，具备：基板；第一固定电极部以及第二固定电极部，其被设置于所述基板上；可动体，其被设置于所述基板的上方；梁，其被设置于所述可动体上，在所述可动体的、相对于所述梁的一方设置有第一可动体，在相对于梁的另外一方设置有第二可动体，所述第一可动体包括第一可动电极部和第一质量部，所述第一可动电极部与所述第一固定电极部对置，所述第一质量部从所述第一可动电极部起朝向与所述梁相反的方向被配置于，所述第二可动体包括与所述第二固定电极部对置的第二可动电极部，所述第一可动体的质量重于所述第二可动体的质量，所述第一质量部的质量重于所述第一可动电极部的质量。
根据本应用例，通过以第一可动体的质量重于第二可动体的质量，第一质量部的质量重于第一可动电极部的质量的方式而被形成，从而能够提供一种可以提高对物理量进行检测的灵敏度和可靠性以及实现小型化的物理量检测元件。
应用例2
上述应用例所述的物理量检测元件优选为，所述第一质量部的厚度与所述第一可动电极部的厚度相等。
根据本应用例，在第一质量部和第一可动电极部中厚度相等的可动体中，通过使第一质量部的每单位面积的质量重于第一电极部的每单位面积的质量，能够提高对物理量检测元件的物理量进行检测的灵敏度以及可靠性。另外，由于第一质量部和第一可动电极部的厚度相等，因此能够容易地实施由蚀刻法等进行的细微加工。
应用例3
上述应用例所述的物理量检测元件优选为，所述第一质量部的厚度厚于所述第一可动电极部的厚度以及所述第二可动电极部的厚度。
根据本应用例，可动体的厚度在第一可动电极部以及第二可动电极部、和第一质量部中不同。由于第一质量部的厚度厚于第一可动电极部以及第二可动电极部，因此通过第一质量部的质量增加，扭转梁的转矩增大，从而使第一质量部的刚性也变强。因此，还能够提高对物理量检测元件的物理量进行检测的灵敏度和可靠性。
应用例4
上述应用例所述的物理量检测元件优选为，在所述第一可动电极部上设置有多个第一贯穿孔，在所述第一质量部上设置有多个第二贯穿孔，在与所述梁的延伸方向正交的方向上相邻的所述第二贯穿孔的间隔的平均尺寸大于，在与所述梁的延伸方向正交的方向上相邻的所述第一贯穿孔的间隔的平均尺寸。
根据本应用例，由于在与梁的延伸方向正交的方向上相邻的第二贯穿孔的间隔的平均尺寸大于，在与梁的延伸方向正交的方向上相邻的第一贯穿孔的间隔的平均尺寸，因此通过第一质量部的质量增加，扭转梁的转矩增大，从而使第一质量部的刚性也变强，因此，还能够提高对物理量检测元件的物理量进行检测的灵敏度和可靠性。
应用例5
上述应用例所述的物理量检测元件优选为，在所述第一可动电极部上设置有多个第一贯穿孔，在所述第一质量部上设置有多个第二贯穿孔，在与所述梁的延伸方向平行的方向上相邻的所述第二贯穿孔的间隔的平均尺寸大于，在与所述梁的延伸方向平行的方向上相邻的所述第一贯穿孔的间隔的平均尺寸，
根据本应用例，由于在与梁的延伸方向平行的方向上相邻的第二贯穿孔的间隔的平均尺寸大于，在与梁的延伸方向平行的方向上相邻的第一贯穿孔的间隔的平均尺寸，因此通过第一质量部的质量增加，扭转梁的转矩增大，从而使第一质量部的刚性也变强，因此，还能够提高对物理量检测元件的物理量进行检测的灵敏度和可靠性。
应用例6
上述应用例所述的物理量检测元件优选为，在所述第一质量部的所述基板侧的面上设置有缓冲部。
根据本应用例，由于在第一质量部上设置有缓冲部，因此能够缓冲附加于第一质量部上的冲击，所述第一质量部由于在可动体上加上较大的物理量从而存在与基板发生接触的可能性。另外，由于在第一质量部上加上了缓冲部的质量，因此第一质量部的质量增加，扭转梁的转矩增大。因此，能够提高对物理量检测元件的物理量进行检测的灵敏度和可靠性。
应用例7
上述应用例所述的物理量检测元件优选为，在所述第一质量部的所述基板侧的面上设置有电极。
根据本应用例，由于在第一质量部上附加有电极的负载，因此第一质量部的质量增加，扭转梁的转矩增大。另外，由于作为电极材料而被使用的铝和金等等硬度较低，因此能够缓冲附加于第一质量部上的冲击。因此，能够提高对物理量检测元件的物理量进行检测的灵敏度和可靠性。
应用例8
上述应用例所述的物理量检测元件优选为，在通过与所述梁的延伸方向正交的方向上的中心线从而以面积比而将可动体二等分的情况下，各自的质量相等。
根据本应用例，由于可动体以与梁的延伸方向正交的方向上的中心线而二等分后的质量相等，因此在可动体上加上垂直方向上的加速度等的物理量时，可动体在使与梁的延伸方向平行的两条短边保持水平的状态下，能够以梁为支点进行杠杆式摆动。由此，由于能够防止可动体的扭转摆动(振动)，因此能够提高对物理量检测元件的物理量进行检测的精度。
应用例9
上述应用例所述的物理量检测元件优选被设置为，相对于与所述梁的延伸方向正交的方向上的中心线而轴对称的形状。
根据本应用例，由于相对于与所述梁的延伸方向正交的方向上的中心线，可动体为轴对称形状，因此质量以及可动体所受到的减震(空气阻力)也对称。由此，由于防止可动体的扭转摆动的效果变高，因此还能够提高对物理量检测元件的物理量进行检测的精度。
应用例10
本应用例所涉及的物理量检测装置的特征在于，包括：上述应用例所述的物理量检测元件；检测电路，所述检测电路输出与附加于所述物理量检测元件上的物理量相对应的信号。
根据本应用例，能够提供一种具备提高检测物理量的灵敏度和可靠性的物理量检测元件的物理量检测装置。
应用例11
本应用例所涉及的电子设备的特征在于，具备上述应用例所述的物理量检测元件。
根据本应用例，能够提供一种具备提高检测物理量的灵敏度和可靠性的物理量检测元件的电子设备。
应用例12
本应用例所涉及的移动体的特征在于，具备上述应用例所述的物理量检测元件。
根据本应用例，能够提供一种具备提高检测物理量的灵敏度和可靠性的物理量检测元件的移动体。
附图说明
图1为示意性地表示实施方式1所涉及的物理量检测元件的俯视图。
图2为沿图1中的A-A线的剖视图。
图3为示意性地表示物理量检测元件的工作与静电电容之间的关系的剖视图。
图4为示意性地表示实施方式2所涉及的物理量检测元件的俯视图。
图5为沿图4中的A-A线的剖视图。
图6为示意性地表示改变例1所涉及的物理量检测元件的俯视图。
图7为沿图6中的A-A线的剖视图。
图8为示意性地表示改变例2所涉及的物理量检测元件的俯视图。
图9为沿图8中的A-A线的剖视图。
图10为表示具备物理量检测元件的物理量检测装置的概要的剖视图。
图11为表示作为具备物理量检测元件的电子设备的便携型(或笔记本型)的个人计算机的结构的立体图。
图12为表示作为具备物理量检测元件的电子设备的移动电话的立体图。
图13为表示作为具备物理量检测元件的电子设备的数码照相机的立体图。
图14为表示作为具备物理量检测元件的移动体的汽车的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下各图中，由于将各层和各部件设为能够识别的程度的大小，因此，使各层和各部件的尺度与实际不同。
实施方式1
图1为示意性地显示实施方式1所涉及的物理量检测元件的俯视图。图2为沿图1中的A-A线的剖视图。在此，为了便于说明，在图1、图2以及后述的从图3至图9中图示了作为互相正交的三个轴的X轴、Y轴、以及Z轴，将该图示箭头标记的顶端侧设为“+侧”，将基端侧设为“－侧”。另外，以下，将与X轴平行的方向称作“X轴方向”，将与Y轴平行的方向称作“Y轴方向”，将与Z轴平行的方向称作“Z轴方向”。
首先，采用图1和图2，对实施方式1所涉及的物理量检测元件的概要结构进行说明。
本实施方式的物理量检测元件1能够例如作为惯性传感器而使用。
具体而言，能够作为用于测量铅直铅直方向(Z轴方向)的加速度物理量的传感器(静电电容型加速度传感器、静电电容型MEMS加速度传感器)元件而使用。
如图1以及图2所示，物理量检测元件1由基板10、第一固定电极部11以及第二固定电极部12、和可动体20等构成，其中，所述第一固定电极部11以及第二固定电极部12被设置于基板10的主面10a上，所述可动体20以经过支承部14以及支承部14所支承的梁16而与基板10隔有间隙的方式而被设置，所述支承部14从第一固定电极部11与第二固定电极部12之间的主面10a起被竖直设立于+Z轴方向上。梁16具有作为所谓扭簧的功能，且以能够转动的方式支承可动体20。
支承部14由支承部14a和支承部14b构成，其中，所述支承部14a与基板10形成为一体，所述支承部14b与可动体20形成为一体。
虽然未对基板10的材料进行特别限定，但是在本实施方式中，作为优选例，采用了包含硼硅酸玻璃的绝缘性材料。被设置于基板10上的支承部14a能够通过光刻法以及蚀刻法等微细加工而形成基板10。
第一固定电极部11在从Y轴方向的侧面观察中，位于支承部14a的－X轴方向侧，在从Z轴方向的俯视观察中，其被设置于在基板10的主面10a上的、与后述第一可动电极部21重叠的区域中。
第二固定电极部12在从Y轴方向的侧面观察中，位于支承部14a的+X轴方向侧，在从Z轴方向的俯视观察中，其被设置于在基板10的主面10a上的、与后述第二可动电极部22重叠的区域中。
在第一固定电极部11以及第二固定电极部12中采用了以例如Pt(铂)、Al(铝)、Mo(钼)、Cr(铬)、Ti(钛)，Ni(镍)、Cu(铜)、Ag(银)，Au(金)或以这些金属为主要成分的合金等。在第一固定电极部11以及第二固定电极部12的成膜上例如采用了溅射法等，在图案形成(外形形状形成)中例如采用了光刻法以及蚀刻法等。
可动体20通过支承部14b和支承部14b所支承的梁16而形成为一体，并以经过支承部14a、14b以及梁16而与基板10隔有间隙的方式而被设置。可动体20从梁16起向－X轴方向依次设置有第一可动电极部21和第一质量部23，且从梁16起在+X轴方向上设置有第二可动电极部22。在从Z轴方向的俯视观察中，第一可动电极部21位于与第一固定电极部11重叠的区域中，第二可动电极22位于与第二固定电极部12重叠的区域中。此外，在以后的说明中，在可动体20内，将从梁16的中心线CL2起的－X轴方向侧的区域称作第一可动体20a，将从梁16的中心线CL2起的+X轴方向侧的区域称作第二可动体20b。
可动体20在从Z轴方向的俯视观察中，为长方形的板状，在本实施方式中，第一质量部23的厚度方向(Z轴方向)的尺寸与第一可动电极部21以及第二可动电极部22的厚度方向(Z轴方向)的尺寸相等。由此，能够容易地实施用于形成可动体20的细微加工。虽然未对可动体20、支承部14b以及梁16的材料进行特别限定，但是作为优选例，采用了包含硅的导电材料。可动体20、支承部14b以及梁16能够通过光刻法以及蚀刻法等的细微加工而形成为一体。之所以在可动体20中采用导电材料，是为了使第一可动电极部21和第二可动电极部22保持作为电极的功能。第一可动电极部21和第二可动电极部22也可以通过非导电基材上所设置的导电性的电极层而形成。
可动体20通过梁16而被支承，且能够以梁16为轴进行转动。可动体20通过以梁16为支点进行杠杆式摆动(倾倒)，从而使第一可动电极部21与第一固定电极部11之间的间隙(距离)以及第二可动电极部22与第二固定电极部12之间的间隙(距离)发生变化。物理量检测元件1根据可动体20的倾倒，从而能够使第一可动电极部21与第一固定电极部11之间以及第二可动电极部22与第二固定电极部12之间产生的静电电容发生变化。
在可动体20上加上铅直铅直方向的加速度(例如重力加速度)的情况下，在第一可动体20a和第二可动体20b中各自产生了转矩(力矩)。在此，在第一可动体20a的转矩(例如逆时针转矩)与第二可动体20b的转矩(例如顺时针转矩)均衡的情况下，可动体20的倾斜不发生变化，从而不能检测加速度。因此，在加上铅直铅直方向的加速度时，可动体20被设计为，第一可动体20a的转矩与第二可动体20b的转矩不均衡，从而在可动体20上产生预定的倾斜。
在物理量检测元件1中，通过将梁16配置于从可动体20的X轴方向的重心偏离的位置处(通过使从梁16到第一可动体20a的端面以及第二可动体20b的端面为止的距离不同)，从而使第一可动体20a和第二可动体20b具有互相不同的质量。即，可动体20以梁16的中心线CL2为起点，在一方(第一可动体20a)和另一方(第二可动体20b)中质量不同。在图示的示例中，从梁16到第一可动体20a的－X轴方向上的端面为止的距离长于从梁16到第二可动体20b的+X轴方向上的端面为止的距离。另外，第一可动体20a的厚度大致等于第二可动体20b的厚度。因此，第一可动体20a的质量重于第二可动体20b的质量。如此，通过使第一可动体20a和第二可动体20b具有互相不同的质量，从而能够使在可动体20上加上铅直铅直方向的加速度时所产生的第一可动体20a的转矩和第二可动体20b的转矩不均衡。因此，能够在加上铅直方向的加速度时使可动体20倾倒。
可动体20在第一可动电极部21与第一固定电极部11之间构成了静电电容(可变静电电容)C1。另外，在第二可动电极部22与第二固定电极部12之间构成了静电电容(可变静电电容)C2。静电电容C1根据第一可动电极部21与第一固定电极部11之间的间隙(距离)，静电电容发生变化，静电电容C2根据第二可动电极部22与第二固定电极部12之间的间隙(距离)，静电电容发生变化。
例如可动体20相对于基板10而处于水平状态中，静电电容C1、C2为大致相等的静电电容值。详细而言，在从Z轴方向的俯视观察中，第一可动电极部21与第一固定电极部11的重叠面积等于第二可动电极部22与第二固定电极部12的重叠面积，在从Y轴方向的侧面观察中，由于第一可动电极部21与第一固定电极部11之间的间隙等于第二可动电极部22与第二固定电极部12之间的间隙，因此静电电容C1、C2的静电电容值也相等。
另外，当例如在可动体20上加上铅直方向的加速度，且可动体20以梁16为轴而倾倒时，静电电容C1、C2根据可动体20的倾倒，静电电容C1、C2的静电电容值发生变化。由于在可动体20倾倒了的状态下，第一可动电极部21与第一固定电极部11之间的间隙不同于第二可动电极部22与第二固定电极部12之间的间隙，因此静电电容C1、C2的静电电容值也不同。
在此，利用图3对物理量检测元件的工作与静电电容之间的关系进行详细的说明。图3为示意性地显示物理量检测元件的工作的剖视图，省略了工作说明所不需要的结构的图示。另外，在此，为了便于说明，可动体为，具有同样厚度的板状的长方形，并作为未设置后述的贯穿孔的部件进行了说明。
图3(a)为，可动体20相对于基板10，在位于大致水平状态的物理量检测元件1上加上+Z轴方向的加速度αu的情况进行说明的图。
可动体20为，具有相同厚度(Z轴方向的尺寸)的板状的长方形。第一可动体20a具有质量m1，其重心G1位于距梁16的中心Q而在－X轴方向上的距离r1处，所述梁16被支承部14以能够转动的方式进行支承。第二可动体20b具有质量m2，其重心G2位于距梁16的中心Q而在+X轴方向上的距离r2处。由于第一可动体20a与第二可动体20b相比，具有在X轴方向上较长的长方形的形状，因此第一可动体20a的质量m1重于第二可动体20b的质量m2，且第一可动体20a的重心G1所处的距离r1长于第二可动体20b的重心G2所处的距离r2。
当对物理量检测元件1加上从－Z轴方向向+Z轴方向的加速度αu时，相当于质量m1、加速度αu、和距离r1之积的第一转矩Nu1以梁16的中心Q为转动轴而在顺时针方向上作用于第一可动体20a上。另一方面，相当于质量m2、加速度αu、和距离r2之积的第二转矩Nu2以梁16的中心Q为转动轴而在逆时针方向上作用于第二可动体20b上。由于第一可动体20a的质量m1重于第二可动体20b的质量m2，第一可动体20a的重心G1所处的距离r1长于第二可动体20b的重心G2所处的距离r2，因此，作用于第一可动体20a上的第一转矩Nu1大于作用于第二可动体20b上的第二转矩Nu2。
由此，如图3(b)所示，相当于第一转矩Nu1(参照图3(a))与第二转矩Nu2(参照图3(a))之差的转矩Nu以梁16的中心Q为转动轴而在顺时针方向上作用于梁16上，从而使可动体20在顺时针方向上倾倒。由此，第一可动体20a的第一可动电极部21与第一固定电极部11之间的间隙变大(变宽)，从而使第一可动电极部21与第一固定电极部11之间的静电电容C1的静电电容值减少。另一方面，第二可动体20b的第二可动电极部22与第二固定电极部12之间的间隙变小(变窄)，从而使第二可动电极部22与第二固定电极部12之间的静电电容C2的静电电容值增加。
图3(c)为，对可动体20相对于基板10，在大致位于水平状态的物理量检测元件1上加上－Z轴方向上的加速度αd的情况进行说明的图。
当对物理量检测元件1加上从+Z轴方向向－Z轴方向的加速度αd时，相当于质量m1、加速度αu、和距离r1之积的第一转矩Nd1以梁16的中心Q为转动轴而在逆时针方向上作用于第一可动体20a上。另一方面，相当于质量m2、加速度αd、和距离r2之积的第二转矩Nd2以梁16的中心Q为转动轴而在顺时针方向上作用于第二可动体20b上。由于第一可动体20a的质量m1重于第二可动体20b的质量m2，且第一可动体20a的重心G1所处的距离r1长于第二可动体20b的重心G2所处的距离r2，因此作用于第一可动体20a上的第一转矩Nd1大于作用于第二可动体20b上的第二转矩Nd2。
由此，如图3(d)所示，相当于第一转矩Nd1(参照图3(c))与第二转矩Nd2(参照图3(c))之差的转矩Nd以梁16的中心Q为转动轴而在逆时针方向上作用于梁16上，从而使可动体20逆时针倾倒。由此，第一可动体20a的第一可动电极部21与第一固定电极部11之间的间隙变小(变窄)，从而使第一可动电极部21与第一固定电极部11之间的静电电容C1的静电电容值增加。另一方面，第二可动体20b的第二可动电极部22与第二固定电极部12之间的间隙变大(变宽)，从而使第二可动电极部22与第二固定电极部12之间的静电电容C2的静电电容值减少。
物理量检测元件1通过增大作用于梁16上的转矩Nu、Nd，从而能够使可动体20发生较大倾倒。由此，由于静电电容C1、C2的静电电容值的增减变大，因此能够提高对物理量检测元件1的物理量进行检测的灵敏度。
如前文所述，转矩Nu、Nd的增大能够通过如下方式实现，即，第一可动电极部21的质量m1重于第二可动电极部22的质量m2，或/和第一可动体20a的重心G1与梁16的中心Q之间的距离r1长于第二可动体20b的重心G2与梁16的中心Q之间的距离r2的方式。因此，物理量检测元件1能够通过如下方式提高检测物理量的灵敏度，即，增大第一可动电极部21的质量m1和第二可动电极部22的质量m2之差，或/和增大第一可动体20a的重心G1与梁16的中心Q之间的距离r1、和第二可动体20b的重心G2与梁16的中心Q之间的距离r2之差的方式。另外，还存在一种物理量检测元件1通过减小作为扭簧而发挥功能的梁16在X轴方向上的宽度，且通过降低弹簧的韧性而增大可动体20的倾斜，从而提高检测物理量的灵敏度的方法。
接下来，返回至图1以及图2，对被设置于可动体中的贯穿孔进行说明。
在可动体20上加上铅直方向的加速度而使可动体20摆动时，为了减小由气体的粘性而产生的减震(用于阻止可动体的摆动的作用，即流动阻抗)，在可动体20上设置有在Z轴方向上贯穿可动体20的第一贯穿孔26和第二贯穿孔27。在第一可动电极部21和第二可动电极部22上设置有多个第一贯穿孔26，在第一质量部23上设置有多个第二贯穿孔27。在本实施方式中，在第一可动电极部21和第二可动电极部22中设置有，被配置为3行3列的矩阵状的同一形状的第一贯穿孔26，在第一质量部23中设置有，被配置为2行2列的矩阵状的同一形状的第二贯穿孔27。此外，被设置多个的第一贯穿孔26以及第二贯穿孔27也可以具有各自不同的形状。另外，也可以自由地设定配置第一贯穿孔26以及第二贯穿孔27的位置和数量。
在本实施方式中，由于第一质量部23的每单位面积的质量(用第一质量部23的质量除以第一质量部23的面积所得的值)，重于(大于)第一可动电极部21的每单位面积的质量(用第一可动电极部21的质量除以第一可动电极部21的面积所得的值)，因此能够提高对物理量检测元件1的物理量进行检测的灵敏度。当参照图1以及图3(a)进行详细叙述时，通过在维持第一可动体20a的质量m1的状态下，使第一质量部23的每单位面积的质量重于第一可动电极部21的每单位面积的质量，从而使第一可动体20a的重心G1的位置在－X轴方向上移动。由此，由于能够增大第一可动体20a的重心G1与梁16的中心Q之间的距离r1、和第二可动体20b的重心G2与梁16的中心Q之间的距离r2之差，因此能够提高对物理量检测元件1的物理量进行检测的灵敏度。另外，一般而言，质量的增加和刚性的提高有关，由于第一质量部23的刚性强于第一可动电极部21的刚性，因此能够防止在第一质量部23的端部与基板10发生接触时的第一质量部23的损伤。
在本实施方式中，在第一质量部上设置有多个第二贯穿孔，且在第一可动电极部上设置有多个第一贯穿孔。由于在与梁16正交的方向(X轴方向)上相邻的第二贯穿孔27的间隔L2的平均尺寸，大于在X轴方向上相邻的第一贯穿孔26的间隔L1的平均尺寸，因此能够提高对物理量检测元件1的物理量进行检测的灵敏度。当参照图1以及图3(a)进行详细叙述时，一般而言，设置有多个贯穿孔的物体的贯穿孔的相邻尺寸越大，该物体的质量越变大(变重)。因此，由于第一质量部23的质量重于第一可动电极部21的质量，因此第一可动体20a的重心G1的位置在－X轴方向上移动。由此，由于能够增大第一可动体20a的重心G1所处的距离r1与第二可动体20b的重心G2所处的距离r2之差，因此能够提高对物理量检测元件1的物理量进行检测的灵敏度。另外，由于第一质量部23的质量重于第一可动电极部21的质量，因此能够防止在第一质量部23的端部与基板10发生接触时的第一质量部23的损伤。
另外，例如，在使作为扭簧而发挥功能的梁16的在X轴方向上的宽度小于第二贯穿孔27的在X轴方向上相邻的间隔L2的平均尺寸等情况下，通过降低弹簧的韧性，从而能够增大可动体20的倾倒。由此，也能够提高检测物理量的灵敏度。
在本实施方式中，在第一质量部中设置有多个第二贯穿孔，且在第一可动电极部中设置有多个第一贯穿孔。由于在与梁16平行的方向(Y轴方向)上相邻的第二贯穿孔27的间隔R2的平均尺寸大于在Y轴方向上相邻的第一贯穿孔26的间隔R1的平均尺寸，因此能够提高对物理量检测元件1的物理量进行检测的灵敏度。因此，由于第一质量部23的质量重于第一可动电极部21的质量，因此第一可动体20a的重心G1的位置在－X轴方向上移动。由此，由于能够增大第一可动体20a的重心G1与梁16的中心Q之间的距离r1、和第二可动体20b的重心G2与梁16的中心Q之间的距离r2之差，因此能够提高对物理量检测元件1的物理量进行检测的灵敏度。另外，由于第一质量部23的质量重于第一可动电极部21的质量，因此能够防止在第一质量部23的端部与基板10发生接触时的第一质量部23的损伤。
在本实施方式中，在通过与梁16的延伸方向正交的方向上的(X轴方向)的中心线CL1从而以面积比将可动体20二等分的情况下，二等分后的各自的质量相等。在从Z轴方向的俯视观察中，第一贯穿孔26以及第二贯穿孔27的大小和配置等不同，即使在不呈对称形状的情况下，由于区域20c的质量与区域20d的质量相等，因此在可动体20上加上Z轴方向上的加速度时，能够在使可动体20的与Y轴平行的两条边保持水平的状态下进行杠杆式摆动。由此，为了防止可动体20的扭转摆动，因此能够提高物理量检测元件1的检测精度。
在本实施方式中，可动体20相对于中心线CL1，被设置为轴对称形状。由于在可动体20中，相对于中心线CL2而对称地设置有第一贯穿孔26以及第二贯穿孔27，因此区域20c和区域20d的质量相等，且各个区域受到的减震(空气的阻力)也对称。因此，还具有防止可动体20的扭转摆动，从而提高物理量检测元件1的检测精度的效果。
此外，虽然在本实施方式中，对可动体20作为如下的结构进行了说明，但是并不限于这种结构，所述结构为，经过支承部14和梁16而被设置的结构，所述支承部14从第一固定电极部11与第二固定电极部12之间的主面10a起而被竖直设立于+Z轴方向上，所述梁16被支承部14支承。例如，可动体也可以采用如下的结构，即，在从Z轴方向的俯视观察中，与可动体具有预定的间隔，并设置了环绕可动体的外周的框状的支承体，且被从支承体上所设置的支承部起在Y轴方向上延设的梁支承的结构。
如以上所述那样，根据本实施方式所涉及的物理量检测元件1，能够获得以下的效果。
被设置于第一质量部23中的多个第二贯穿孔27的相邻的间隔L2以及R2的至少一方的平均尺寸大于，被设置于第一可动电极部21中的多个第一贯穿孔26的相邻的间隔L1和/或R1的平均尺寸。由于可动体20具有均一的厚度，因此第一质量部23的质量重于第一可动电极部21的质量，从而使第一可动体20a的重心G1的位置在－X轴方向上移动。由此，由于能够增大第一可动体20a的重心G1与梁16的中心Q之间的距离r1、和第二可动体20b的重心G2与梁16的中心Q之间的距离r2之差，因此能够提高对物理量检测元件1的物理量进行检测的灵敏度。换言之，能够在维持检测灵敏度的状态下实现小型化。另外，由于第一质量部23的刚性强于第一可动电极部21的刚性，因此能够防止在第一质量部23的端部与基板10发生接触时的第一质量部23的破损。因此，能够提供一种可以提高检测灵敏度和可靠性以及实现小型化的物理量检测元件1。
实施方式2
图4为示意性地表示实施方式2所涉及的物理量检测元件的俯视图。图5为沿图4中的A-A线的剖视图。
参照这些图对本实施方式所涉及的物理量检测元件进行说明。另外，对与实施方式1同一的结构部位，使用同一符号，并省略重复说明。此外，本实施方式的物理量检测元件在第一质量部和第一可动电极部中具备不同厚度的可动体这一点上与实施方式1的结构不同。
如图4以及图5所示，物理量检测元件2由基板10、第一固定电极部11以及第二固定电极部12、和可动体30等构成，其中，所述第一固定电极部11以及第二固定电极部12被设置于基板10的主面10a上，所述可动体30经过支承部14以及支承部14所支承的梁16并以与基板10具有间隔的方式而被设置，所述支承部14从第一固定电极部11与第二固定电极部12之间的主面10a起被竖直设立于+Z轴方向上。
可动体30通过支承部14b和支承部14b所支承的梁16而形成为一体，并经过支承部14a、14b以及梁16并以与基板10之间具有间隔的方式而被设置。可动体30从梁16向－X轴方向，依次设置有第一可动电极部31和第一质量部33，从梁16起在+X轴方向上设置有第二可动电极部32。另外，在以后的说明中，在可动体30内，将从梁16的中心线CL2起的－X轴方向侧的区域称作第一可动体30a，将从梁16的中心线CL2起的+X轴方向侧的区域称作第二可动体30b。
在从Z轴方向的俯视观察中，可动体30为长方形板状，在本实施方式中，第一质量部33的厚度方向(Z轴方向)上的尺寸大于(厚于)第一可动电极部31以及第二可动电极部32的厚度方向(Z轴方向)上的尺寸。由此，由于第一质量部33的质量较大(较重)，因此第一可动体30a的重心的位置在－X轴方向上移动。由此，由于能够增大第一可动体30a的重心G1与梁16的中心Q之间的距离r1、和第二可动体30b的重心G2与梁16的中心Q之间的距离r2之差，因此能够提高对物理量检测元件2的物理量进行检测的灵敏度。另外，由于第一质量部33的质量重于第一可动电极部31的质量，因此能够防止在第一质量部33的端部与基板10发生接触时的第一质量部33的损伤。
另外，虽然在本实施方式中，对可动体30作为在第一质量部33和第一可动电极部31的边界中厚度不同的结构进行了说明，但是并不限于这种结构。例如，第一可动体30a的厚度可以从+X轴方向向－X轴方向以阶梯状依次变厚，也可以平稳地变厚。
如以上所述那样，根据本实施方式所涉及的物理量检测元件2，除了在实施方式1中的效果以外，还能够获得以下的效果。
物理量检测元件2具备在第一质量部33和第一可动电极部31中厚度不同的可动体30。由于第一质量部33的厚度厚于第一可动电极部31的厚度，因此第一可动体30a的质量变重，重心位置在－X轴方向上移动。由此，还能够提高对物理量检测元件2的物理量进行检测的灵敏度。换言之，在维持检测灵敏度的状态下，也能够实现小型化。另外，由于第一质量部33的刚性强于第一可动电极部31的刚性，因此能够防止在第一质量部33的端部与基板10发生接触时的第一质量部33的破损。因此，能够提供一种可以提高检测灵敏度和可靠性以及实现小型化的物理量检测元件2。
此外，本发明不限于上述的实施方式，能够对上述的实施方式进行各种变更和改良等。
虽然在上述实施方式1中，对如下的结构进行了说明，但不限于这种结构，所述结构为，如图1所示，通过使被设置于第一质量部23中的多个第二贯穿孔27的相邻的间隔大于，被设置于第一可动电极部21中的多个第一贯穿孔26的相邻的间隔，从而增大第一可动体20a的质量，并使重心的位置在－X轴方向上变化。以下，对改变例进行叙述。
改变例1
图6为示意性地表示改变例1所涉及的物理量检测元件的俯视图。图7为沿图6中的A-A线的剖视图。
以下，对改变例1所涉及的物理量检测元件3进行说明。另外，对与实施方式1同一的结构部位，使用同一符号，并省略重复说明。
在从Z轴方向的俯视观察中，在物理量检测元件3中，在第一质量部23所形成的两个角的基板10侧的面上，设置有具有质量的缓冲部50。为了吸收在第一质量部33的端部与基板10发生接触时的冲击，在缓冲部50的材料中使用了具有柔软性的硅等。由此，由于第一可动体20a的质量变重，且重心位置在－X轴方向上移动，因此能够获得与前述的各实施方式相同的作用效果。另外，由于在本改变例中具备具有柔软性的缓冲部50，因此能够提供一种进一步提高可靠性的物理量检测元件3。
此外，如果缓冲部50的形状和数量包括第一质量部33可能与基板10发生接触的一部分区域，则不被特别限定。由于缓冲部50接受冲击，因此根据可靠性的观点，优选为，被设置于不具有第二贯穿孔27的区域中。
改变例2
图8为示意性地显示改变例2所涉及的物理量检测元件的俯视图。图9为沿图8中的A-A线的剖视图。
以下，对改变例2所涉及的物理量检测元件4进行说明。另外，对与实施方式1同一的结构部位，使用同一符号，并省略重复说明。
在物理量检测元件4中，在第一质量部23的基板10侧的面上设置有电极80。通过在电极80中采用比重较大的金属材料，从而能够有效地加重第一质量部23的质量。由此，由于第一可动体20a的质量变重，重心位置在－X轴方向上移动，因此能够获得与前述的各实施方式相同的作用效果。另外，由于通过在电极80中采用硬度较低的金属材料，能够吸收在第一质量部33的端部与基板10发生接触时的冲击，因此能够提供一种进一步提高可靠性的物理量检测元件4。
物理量检测装置
接下来，对应用了本发明的物理量检测元件1的物理量检测装置进行说明。图10为表示具备物理量检测元件1的物理量检测装置100的概要的剖视图。
物理量检测装置100在插入器(IP：Interposer)基板110的底面上安装有被盖体90覆盖的物理量检测元件1和IC芯片，并且还被模压树脂120覆盖。
物理量检测元件1通过被设置于基板10上的第一固定电极部11以及第二固定电极部12、和可动体20等而构成。第一固定电极部11、第二固定电极部12以及可动体20通过未图示的配线而电连接。虽然不对盖体90的材料进行特别限定，但是在本物理量检测装置100中，作为优选例，采用了包括容易加工的硅的导电性的材料。盖体90通过阳极接合法等而与采用硼硅酸玻璃的基板10接合。另外，被盖体90覆盖的物理量检测元件1的腔160优选为，氮气等惰性气体环境。
在IP基板110上使用了玻璃纤维环氧树脂等材料，并形成了未图示的外部连接端子和配线。物理量检测元件1的基板10和IC芯片130通过粘合剂等的固定部件140而被粘合支承在IP基板110上。虽然未对该固定部件140的材料进行特别限定，但是能够使用以环氧树脂作为主要剂种的合成树脂等。IC芯片130通过Au(金)等的导线150而电连接于被形成于基板10以及IP基板110上的配线(未图示)。IC芯片130包括输出附加于物理量检测元件1上的加速度等的物理量的检测电路。
最后，通过模压树脂120来覆盖IP基板110的安装有物理量检测元件1等的面，从而能够构成物理量检测装置100。
如以上所述，由于在物理量检测装置100中以小型的方式采用了提高物理量的检测灵敏度和可靠性的物理量检测元件1，因此能够以小型的方式提供一种具有较高检测灵敏度和较高可靠性的物理量检测装置100。
电子设备
接下来，利用11至图13对具备本发明的实施方式1所涉及的物理量检测元件1或物理量检测装置100的电子设备进行说明。另外，在说明中表示了对采用物理量检测元件1的示例。
图11为表示作为具备本发明的实施方式1所涉及的物理量检测元件1的电子设备的便携型(或笔记本型)的个人计算机1100的结构的概要的立体图。在该图中，个人计算机1100由具备键盘1102的主体部1104和具备显示部1000的显示单元1106构成，显示单元1106以经由铰链结构部而能够相对于主体部1104进行转动的方式被支承。在这种个人计算机1100中内置有作为加速度传感器等而发挥功能的物理量检测元件1。
图12为表示具备作为本发明的实施方式1所涉及的物理量检测元件1的电子设备的移动电话1200(也包括PHS)的结构的概要的立体图。在该图中，移动电话1200具备多个操作按钮1202、听筒1204以及话筒1206，在操作按钮1202与听筒1204之间配置有显示部1000。在这种移动电话1200中内置有作为加速度传感器等而发挥功能的物理量检测元件1。
图13为表示作为具备本发明的实施方式1所涉及的物理量检测元件1的电子设备的数码照相机1300的结构的概要的立体图。此外，在此图中，对与外部设备的连接也进行了简单的图示。在此，通常的胶片照相机通过被摄物体的光图像而对氯化银感光胶片进行感光，相对于此，数码照相机1300通过CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合装置)等的摄像元件而对被摄物体的光图像进行光电转换，从而生成摄像信号(图像信号)。
在数码照相机1300的壳体(主体)1302的背面上设置有显示部1000，并且成为根据由CCD产生的摄像信号来进行显示的结构，显示部1000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)设置有包括光学透镜(摄像光学系统)和CCD等的受光单元1304。
当摄影者对显示部1000所显示的被摄物体像进行确认，并按下快门按钮1306时，该时间点的CCD的摄像信号被传送并存储于存储器1308中。另外，在这种数码照相机1300中，在壳体1302的侧面设置有视频信号输出端子1312和数据通信用的输入输出端子1314。而且，如图所示，根据需要，在视频信号输出端子1312上连接有电视监视器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。而且构成如下结构，即，通过预定的操作，使被存储于存储器1308中的摄像信号被输出至电视监视器1430和个人计算机1440。在这种数码照相机1300中内置有作为加速度传感器而发挥功能的物理量检测元件1。
此外，本发明的实施方式1所涉及的物理量检测元件1除了能够应用于图11的个人计算机1100(便携型个人计算机)，图12的移动电话1200，图13的数码照相机1300之外，还能够应用于例如喷墨式喷出装置(例如喷墨打印机)、膝上型个人计算机、电视、摄像机、录像机、导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括附带通信功能的产品)、电子辞典、台式电子计算器、电子游戏机、文字处理器、工作站、可视电话机、防盗用视频监视器、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、心电图测量装置、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)、飞行模拟器等的电子设备。
移动体
图14为概要地表示作为移动体的一个示例的汽车的立体图。在汽车1500中搭载有实施方式1所涉及的物理量检测元件1。例如，如该图所示，在作为移动体的汽车1500中，以内置了物理量检测元件1的方式而在车身中搭载了对轮胎等进行控制的电子控制单元1510。另外，除此之外，物理量检测元件1还能够广泛应用于无钥匙进入系统、发动机防盗锁止装置、导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊、轮胎压力监测系统(TPMS：Tire Pressure Monitoring System)、发动机控制、混合动力型汽车和电动汽车的电池监视器、车身姿态控制系统等的电子控制单元(ECU:ElectronicControl Unit，电子控制模块)。
符号说明
1，2，3，4…物理量检测元件；10…基板；11…第一固定电极部；12…第二固定电极部；14…支承部；16…梁；20…可动体；20a…第一可动体；20b…第二可动体；21…第一可动电极部；22…第二可动电极部；23…第一质量部；26…第一贯穿孔；27…第二贯穿孔；30…可动体；30a…第一可动体；30b…第二可动体；31…第一可动电极部；32…第二可动电极部；33…第一质量部；50…缓冲部；80…电极部；90…盖体；100…物理量检测装置；110…IP基板；120…模压树脂；130…IC芯片；140…固定部件；150…导线；160…腔；170…安装部；1000…显示部；1100…个人计算机；1102…键盘；1104…主体部；1106…显示单元；1200…移动电话；1202…操作按钮；1204…听筒；1206…话筒；1300…数码照相机；1302…壳体；1304…受光单元；1306…快门按钮；1308…存储器；1312…视频信号输出端子；1314…数据通信用输入输出端子；1430…电视监视器；1440…个人计算机；1500…汽车；1510…电子控制单元。

Claims (12)

1.一种物理量检测元件，其特征在于，具备：
基板；
第一固定电极部以及第二固定电极部，其被设置于所述基板上；
可动体，其被设置于所述基板的上方；
梁，其被设置于所述可动体上，
在所述可动体的、相对于所述梁的一方设置有第一可动体，在相对于所述梁的另一方设置有第二可动体，
所述第一可动体包括第一可动电极部和第一质量部，所述第一可动电极部与所述第一固定电极部对置，所述第一质量部从所述第一可动电极部起朝向与所述梁相反的方向被配置，
所述第二可动体包括与所述第二固定电极部对置的第二可动电极部，
所述第一可动体的质量重于所述第二可动体的质量，
所述第一质量部的质量重于所述第一可动电极部的质量。
2.如权利要求1所述的物理量检测元件，其特征在于，
所述第一质量部的厚度与所述第一可动电极部的厚度相等。
3.如权利要求1所述的物理量检测元件，其特征在于，
所述第一质量部的厚度厚于所述第一可动电极部的厚度以及所述第二可动电极部的厚度。
4.如权利要求2所述的物理量检测元件，其特征在于，
在所述第一可动电极部上设置有多个第一贯穿孔，在所述第一质量部上设置有多个第二贯穿孔，
在与所述梁的延伸方向正交的方向上相邻的所述第二贯穿孔的间隔的平均尺寸大于，在与所述梁的延伸方向正交的方向上相邻的所述第一贯穿孔的间隔的平均尺寸。
5.如权利要求2所述的物理量检测元件，其特征在于，
在所述第一可动电极部上设置有多个第一贯穿孔，在所述第一质量部上设置有多个第二贯穿孔，
在与所述梁的延伸方向平行的方向上相邻的所述第二贯穿孔的间隔的平均尺寸大于，在与所述梁的延伸方向平行的方向上相邻的所述第一贯穿孔的间隔的平均尺寸。
6.如权利要求1所述的物理量检测元件，其特征在于，
在所述第一质量部的所述基板侧的面上设置有缓冲部。
7.如权利要求1所述的物理量检测元件，其特征在于，
在所述第一质量部的所述基板侧的面上设置有电极。
8.如权利要求1所述的物理量检测元件，其特征在于，
在通过与所述梁的延伸方向正交的方向上的中心线将所述可动体以面积比进行二等分的情况下，二等分的各自的质量相等。
9.如权利要求1所述的物理量检测元件，其特征在于，
所述可动体被设置为，相对于与所述梁的延伸方向正交的方向上的中心线而轴对称的形状。
10.一种物理量检测装置，其特征在于，包括：
权利要求1所述的物理量检测元件；
检测电路，所述检测电路输出与附加于所述物理量检测元件上的物理量相对应的信号。
11.一种电子设备，其特征在于，
具备权利要求1所述的物理量检测元件。
12.一种移动体，其特征在于，
具备权利要求1所述的物理量检测元件。
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