CN109425333A - 物理量传感器、复合传感器、惯性计测单元及电子设备 - Google Patents

物理量传感器、复合传感器、惯性计测单元及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及物理量传感器、复合传感器、惯性计测单元及电子设备，其耐冲击性优异、提高了可靠性。物理量传感器具备：可动体，包括梁部、与梁部连接并沿与梁部交叉的交叉方向设置的连结部、与连结部连接的第一质量部和第二质量部；第一固定电极和第二固定电极，设置于支承基板上，与第一质量部、第二质量部相对；以及突起，设置于设置有第一固定电极、第二固定电极的区域，并从支承基板朝向第一质量部、第二质量部突出，在交叉方向上，将从连结部与第一质量部、第二质量部的连接位置到第一质量部、第二质量部的与梁部相反一侧的端部的距离设为L、将从突起到第一质量部、第二质量部的与梁部相反一侧的端部的距离设为L1时，距离L1是0.5L以上3.1L以下。

Description

物理量传感器、复合传感器、惯性计测单元及电子设备
技术领域
本发明涉及物理量传感器、复合传感器、惯性计测单元、便携式电子设备、电子设备以及移动体。
背景技术
一直以来，作为检测作为物理量的加速度的方法，已知按照摇臂原理而构成、并根据伴随沿垂直方向施加的加速度而变化的静电电容来检测加速度的物理量传感器。例如，在专利文献1中公开了如下的加速度传感器(物理量传感器)，其具有：第一固定电极和第二固定电极，设置于玻璃基板上；以及可动电极，相对于在硅基板上形成的扭转梁的中心线对称配置，其中，可动电极的一侧与第一固定电极相对配置，其另一侧与第二固定电极相对配置。另外，在专利文献1的加速度传感器中设置有防止可动电极的端部与基板接触的突起。
在非专利文献1中，讨论了硅/玻璃结构体的工艺损伤及其解决方向。当对将硅基板的背面与玻璃基板接合后的硅基板进行贯通蚀刻时，蚀刻气体从贯通的开口环绕于硅基板的背面与玻璃基板的间隔。由此，玻璃基板带电，由于斥力而反冲的蚀刻气体侵蚀硅基板背面，带来损伤。受到损伤的结构体容易破损。并且，记载了该损伤通过在玻璃基板上形成与硅基板连接的导电膜而被抑制。
专利文献1：国际公开第WO03/044539A1号
非专利文献1：“硅/玻璃结构中的Deep-RIE工艺的开发”电气学会论文杂志EVol.122(2002)No.8，391-397页
但是，在专利文献1的物理量传感器中无法应用非专利文献1中记载的抑制硅基板背面的损伤的方法。专利文献1中记载的物理量传感器通过在设置于玻璃基板上的第一固定电极与形成于硅基板的第一质量部(可动电极的一侧)之间、以及在第二固定电极与第二质量部(可动电极的另一侧)之间产生的静电电容来检测加速度。即，无法将非专利文献1中记载的、设置于玻璃基板上的导电膜(第一、第二固定电极)与硅基板(第一、第二质量部)连接。因而，担心专利文献1的物理量传感器的结构体由于在硅基板背面受到的损伤而容易破损。
发明内容
本发明是为了解决上述问题的至少一部分而完成的，可作为以下的方式或应用例来实现。
[应用例1]本应用例涉及的物理量传感器的特征在于，具备：可动体，包括旋转轴、连结部和质量部，所述连结部与所述旋转轴连接，并沿与所述旋转轴交叉的交叉方向而设置，所述质量部与所述连结部连接；检测电极，设置于支承基板上，并与所述质量部相对；以及突起，设置于设置有所述检测电极的区域，并从所述支承基板朝向所述质量部突出，在所述交叉方向上，将从所述连结部与所述质量部的连接位置到所述质量部的与所述旋转轴相反一侧的端部为止的距离设为L、将从所述突起到所述质量部的与所述旋转轴相反一侧的端部为止的距离设为L1时，所述距离L1为0.5L以上3.1L以下。
根据本应用例，物理量传感器的质量部连接到与旋转轴连接并沿与旋转轴交叉的交叉方向而设置的连结部。在对物理量传感器施加了加速度的情况下，可动体以旋转轴为中心摆动。另外，在支承基板上设置有朝向质量部突出的突起。关于本应用例的突起，在交叉方向上，将从连结部与质量部的连接位置到质量部的与旋转轴相反一侧的端部为止的距离设为L、将从突起到质量部的与旋转轴相反一侧的端部为止的距离设为L1的情况下，突起位于L1＝0.5L以上且L1＝3.1L以下的范围内。
现有技术的物理量传感器在对物理量传感器施加过大的冲击而可动体与突起接触时，由于在连结部产生的弯曲应力，有时会在质量部与连结部连接的边界部发生破损。本申请发明人发现：若压缩应力作用于连结部的表面侧(与支承基板(玻璃基板)相反一侧的面)、拉伸应力作用于连结部的背面侧(与支承基板相对的面)，则会发生破损，若拉伸应力作用于连结部的表面侧、压缩应力作用于连结部的背面侧，则不会发生破损。即，即使是包括连结部的可动体的背面由于蚀刻气体而受到了损伤的物理量传感器，在施加了过大的冲击时，也能通过使可动体向与支承基板相反的一侧弯曲成凸状(向上弯曲成凸状)来抑制破损。并且，以突起的位置为参数计算在对包括连结部的可动体施加了负荷时产生的弯曲应力的结果是，通过将突起设置于L1＝0.5L以上的位置，从而能使其向上弯曲成凸状。需要注意的是，L1＝3.1L是物理量传感器的构成的能进一步设置突起的位置的极限值。因而，通过将突起设置在L1＝0.5L以上且L1＝3.1L以下的范围内，从而能提供耐冲击性优异并提高了可靠性的物理量传感器。
[应用例2]优选地，在上述应用例中记载的物理量传感器中，所述突起设置有多个，并且设置于与所述旋转轴并行的直线上。
根据本应用例，从支承基板朝向质量部突出的突起在与旋转轴并行的直线上设置有多个。由此，能分散可动体与突起接触时受到的冲击。
[应用例3]优选地，在上述应用例中记载的物理量传感器中，所述突起在所述旋转轴的轴线方向上以相对于将所述可动体二等分的中心线线对称的方式而设置。
根据本应用例，突起在旋转轴的轴线方向上相对于将可动体二等分的中心线以线对称的方式设置，因此能使可动体与突起接触时的可动体的姿势稳定。
[应用例4]优选地，在上述应用例中记载的物理量传感器中，所述质量部以相对于所述旋转轴线对称的方式配置有两个，所述突起以相对于所述旋转轴线对称的方式而设置。
根据本应用例，突起相对于旋转轴以线对称的方式设置。在将突起相对于旋转轴以非对称的方式设置的情况下，为了使两个质量部的摆动角相同，需要使突起的高度不同。为了形成不同高度的突起，用于形成突起的工序增加。但是，通过将突起相对于旋转轴以线对称的方式设置，能使用相同高度的突起使两个质量部的摆动角相同。因而，能高效地制造通过突起使两个质量部的摆动角相同的物理量传感器。
[应用例5]优选地，在上述应用例中记载的物理量传感器中，所述质量部具有呈格子状贯通的开口，所述突起设置于与呈2行2列的4个开口的中心对应的位置。
根据本应用例，质量部具有呈格子状贯通的开口。由此，在可动体与支承基板之间产生的空气的阻力(阻尼)减小，因此检测物理量的灵敏度提高。另外，突起设置于与呈2行2列的4个开口的中心对应的位置。换句话说，突起设置于与开口不一致的位置。由此，能抑制由于突起与开口接触而导致质量部破损。
[应用例6]优选地，在上述应用例中记载的物理量传感器中，所述可动体具有形成在所述连结部与所述质量部之间的狭缝，所述连结部通过所述狭缝而被延长。
根据本应用例，可动体具有形成在连结部与质量部之间的狭缝，连结部通过狭缝而被延长。由此，施加于连结部的弯曲应力减少，因此能进一步抑制在连结部与质量部的边界部产生的破损。
[应用例7]优选地，在上述应用例中记载的物理量传感器中，在俯视观察时，所述连结部与所述检测电极重叠。
根据本应用例，连结部与检测电极重叠。物理量传感器基于通过检测电极和与检测电极相对的质量部产生的静电电容的变化来求出加速度。本应用例的连结部由于与检测电极重叠，因此具有与产生静电电容的质量部相同的功能。由此，产生的静电电容变大，从而加速度的检测灵敏度提高。
[应用例8]优选地，在上述应用例中记载的物理量传感器中，在俯视观察时，所述突起与所述连结部重叠。
根据本应用例，在连结部通过狭缝而被延长的情况下，也能将突起设置于离旋转轴近的一侧。
[应用例9]优选地，在上述应用例中记载的物理量传感器中，在所述旋转轴与所述质量部之间设置有支承所述可动体的支承部，形成在所述支承部与所述质量部之间的狭缝的宽度是3μm以下。
根据本应用例，在旋转轴与质量部之间设置有支承可动体的支承部。在支承部与质量部之间形成狭缝，通过该狭缝，质量部借助旋转轴而相对于支承部摆动。在本应用例中，该狭缝的宽度构成为3μm以下。质量部在以旋转轴为中心摆动(面外的位移)时，有时会在质量部的面内位移。狭缝不会妨碍质量部以旋转轴为中心摆动(面外的位移)时发生的面内的位移，因此加速度的检测精度提高。另外，当在面内方向上施加了强大的冲击时，狭缝成为能减少面内的过度位移的止动件，质量部的面内位移被抑制为3μm以下，因此能实现可靠性高的物理量传感器。
[应用例10]本应用例涉及的复合传感器的特征在于，具备上述应用例中记载的物理量传感器；以及角速度传感器。
根据本应用例，能容易地构成复合传感器，例如能获取加速度数据、角速度数据。
[应用例11]本应用例涉及的惯性计测单元的特征在于，具备：上述应用例中任一例所记载的物理量传感器；角速度传感器；以及控制部，控制所述物理量传感器和所述角速度传感器。
根据本应用例，通过提高了耐冲击性的物理量传感器，能进一步提供高可靠性的惯性计测单元。
[应用例12]本应用例涉及的便携式电子设备的特征在于，具备：上述应用例中任一例所记载的物理量传感器；壳体，收纳有所述物理量传感器；处理部，收纳于所述壳体，处理来自所述物理量传感器的输出数据；显示部，收纳于所述壳体；以及透光性罩，堵住所述壳体的开口部。
根据本应用例，通过提高了耐冲击性的物理量传感器的输出数据，能进一步提供提高了控制的可靠性的高可靠性的便携式电子设备。
[应用例13]本应用例涉及的电子设备的特征在于，具备：上述应用例中记载的物理量传感器；以及控制部，基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
根据本应用例，能提供具备提高了可靠性的物理量传感器的电子设备。
[应用例14]本应用例涉及的移动体的特征在于，具备：上述应用例中记载的物理量传感器；以及控制部，基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
根据本应用例，能提供具备提高了可靠性的物理量传感器的移动体。
附图说明
图1是示意性地表示实施方式一涉及的物理量传感器的平面图。
图2是图1的A-A线截面图。
图3是表示用于算出施加于可动体的弯曲应力的梁载荷模型的图。
图4是表示施加于可动体的弯曲应力的计算结果的图。
图5是表示施加于可动体的弯曲应力的计算结果的图。
图6是表示施加于可动体的弯曲应力的计算结果的图。
图7是表示突起的位置与弯曲应力的关系的图表。
图8是表示施加了负荷时梁模型位移的形状的图。
图9是表示施加了负荷时梁模型位移的形状的图。
图10是示意性地表示物理量传感器的动作的截面图。
图11是示意性地表示物理量传感器的动作的截面图。
图12是示意性地表示物理量传感器的动作的截面图。
图13是示意性地表示物理量传感器的动作的截面图。
图14是说明物理量传感器的制造工序的流程图。
图15是物理量传感器的各制造工序的截面图。
图16是物理量传感器的各制造工序的截面图。
图17是物理量传感器的各制造工序的截面图。
图18是物理量传感器的各制造工序的截面图。
图19是物理量传感器的各制造工序的截面图。
图20是示意性地表示实施方式二涉及的物理量传感器的平面图。
图21是表示施加于可动体的弯曲应力的计算结果的图。
图22是表示突起的位置与弯曲应力的关系的图表。
图23是表示复合传感器的概略构成的功能框图。
图24是表示惯性计测单元的概略构成的分解立体图。
图25是表示惯性计测单元的惯性传感器元件的配置例的立体图。
图26是示意性地表示便携式电子设备的构成的平面图。
图27是表示便携式电子设备的概略构成的功能框图。
图28是表示作为具备物理量传感器的电子设备的移动型(或笔记本型)个人计算机的概略构成的立体图。
图29是表示作为具备物理量传感器的电子设备的便携式电话(还包括PHS)的概略构成的立体图。
图30是表示作为具备物理量传感器的电子设备的数码相机的概略构成的立体图。
图31是概略性地表示作为具备物理量传感器的移动体的汽车的立体图。
附图标记说明
10：支承基板；11：作为检测电极的第一固定电极；12：作为检测电极的第二固定电极；13：虚拟电极；14：支柱；15：突起；16：腔体；17：主面；20：可动体；20S：硅基板；20a：第一可动体；20b：第二可动体；21：作为质量部的第一质量部；22：作为质量部的第二质量部；23：第三质量部；24：支承部；25：作为旋转轴的梁部；26：开口；28、228：连结部；30：盖体；100、200：物理量传感器；229、230：狭缝；900：复合传感器；1100：个人计算机；1200：便携式电话；1300：数码相机；1500：汽车；2000：作为便携式电子设备的腕设备；3000：惯性计测单元。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。需要注意的是，在以下的各图中，为了使各层、各部件为能识别的程度的大小，使各层、各部件的比例与实际的比例不同。
另外，在图1、图2、图10至图13、以及图15至图20中，为了便于说明，图示出相互正交的X轴、Y轴以及Z轴这三轴，将图示出轴方向的箭头的前端侧设为“+侧”，将基端侧设为“-侧”。另外，以下将与X轴平行的方向称为“X轴方向”，将与Y轴平行的方向称为“Y轴方向”，将与Z轴平行的方向称为“Z轴方向”。
(实施方式一)
＜物理量传感器的构成＞
图1是示意性地表示实施方式一涉及的物理量传感器的平面图。图2是图1的A－A线截面图。首先，参照图1和图2说明实施方式涉及的物理量传感器100的概略构成。需要注意的是，在图1中，为了便于说明，省略了盖体30的图示。
本实施方式的物理量传感器100例如能作为惯性传感器使用。具体地，例如能作为用于测定铅垂方向(Z轴方向)的加速度的加速度传感器(静电电容型加速度传感器、静电电容型MEMS加速度传感器)使用。需要注意的是，在本实施方式中，将铅垂方向称为Z轴，将后述的旋转轴(梁部25)的轴线方向称为Y轴，将与Z轴和Y轴双方交叉的方向称为X轴。
如图1和图2所示，物理量传感器100包括平板状的可动体20、支承可动体20的支承基板10、将支承基板10及可动体20覆盖在内的盖体30。
支承基板10具有凹状的腔体16。在腔体16内的主面17上设置有作为检测电极的第一固定电极11和第二固定电极12、虚拟电极13以及突起15。进而，在第一固定电极11与第二固定电极12之间设置有用于与可动体20隔开间隔来进行支承的支柱14。另外，在支柱14的X轴方向上的两侧设置有向可动体20侧(+Z轴侧)突出的突起15。支柱14和突起15与支承基板10一体地形成。支承基板10的材料没有特别限定，但在本实施方式中，作为优选例，采用了为绝缘性材料的硼硅酸玻璃(以下称为玻璃)。
第一固定电极11、第二固定电极12设置在支承基板10上。详细而言，第一固定电极11在从Y轴方向的侧视观察时，位于支柱14的-X轴侧，在从Z轴方向的俯视观察时，设置于与后述的第一质量部21相对并重叠的区域。第二固定电极12在从Y轴方向的侧视观察时，位于支柱14的+X轴侧，在从Z轴方向的俯视观察时，设置于与后述的第二质量部22相对并重叠的区域。虚拟电极13设置于第一固定电极11、第二固定电极12以外的主面17上。作为第一固定电极11、第二固定电极12和虚拟电极13的材料，例如能采用Pt(铂)、Al(铝)、Mo(钼)、Cr(铬)、Ti(钛)、Ni(镍)、Cu(铜)、Ag(银)、Au(金)或ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物)等导电膜。
物理量传感器100为了防止在施加了过大的加速度时位移(摆动)的可动体20与支承基板10接触，在支承基板10的主面17上具有限制可动体20的位移的突起15。突起15设置于设置有第一固定电极11的区域和设置有第二固定电极12的区域，从支承基板10朝向第一质量部21、第二质量部22突出。突起15呈圆柱状，其直径大致为3μm～5μm。由于可动体20的位移被突起15抑制，因此，可动体20与突起15碰撞时的碰撞能量小于可动体20的端部与支承基板10碰撞时的碰撞能量。由此，可动体20的耐冲击性提高，因此能抑制可动体20破损。
可动体20包括支承部24、作为旋转轴的梁部25。支承部24固定于支柱14而与支承基板10连结。支承部24呈在Y轴方向上长的长方形，夹着梁部25而并行地设置有两个。两个支承部24在其中央相连结。梁部25支承于支承部24，从支承部24的中央向Y轴方向延伸。梁部25具有作为所谓的扭转弹簧的功能。梁部25经由支承部24和支柱14而以能使整个可动体20摆动的方式支承于支承基板10。
质量部以相对于作为旋转轴的梁部25线对称的方式配置有两个。详细而言，可动体20具有第一可动体20a和第二可动体20b。第一可动体20a是从梁部25的作为旋转中心的中心线CL2向-X轴方向侧的区域，第二可动体20b是从梁部25的作为旋转中心的中心线CL2向+X轴方向侧的区域。在第一可动体20a上从梁部25朝向-X轴方向依次设置有作为质量部的第一质量部21和第三质量部23。在第二可动体20b上设置有作为质量部的第二质量部22。第一质量部21、第二质量部22相对于中心线CL2对称地设置，在从Z轴方向的俯视观察时，第一质量部21位于与第一固定电极11重叠的区域，第二质量部22位于与第二固定电极12重叠的区域。
可动体20由梁部25支承，能以梁部25为旋转轴进行摆动。通过可动体20以梁部25为支点进行跷跷板式摆动(偏斜)，由此，第一质量部21与第一固定电极11的间隙(距离)以及第二质量部22与第二固定电极12的间隙(距离)发生变化。物理量传感器100根据随着可动体20的偏斜而在第一质量部21与第一固定电极11之间以及第二质量部22与第二固定电极12之间产生的静电电容C1、C2的变化求出加速度。
具体地，在对可动体20施加了铅垂方向(Z轴方向)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各自中产生旋转力矩(力的力矩)。在此，在第一可动体20a的旋转力矩(例如逆时针方向的旋转力矩)与第二可动体20b的旋转力矩(例如顺时针方向的旋转力矩)取得均衡的情况下，可动体20的倾斜不会发生变化，无法检测出加速度。因而，可动体20设计成当施加了铅垂方向的加速度时，第一可动体20a的旋转力矩与第二可动体20b的旋转力矩不均衡，从而在可动体20中产生规定的倾斜。
在物理量传感器100中，将梁部25配置于与可动体20的X轴方向的重心偏离的位置。换句话说，由于第三质量部23设置于第一可动体20a，因此从梁部25的作为旋转轴的中心线CL2到第一可动体20a的端面为止的距离Ra与从中心线CL2到第二可动体20b的端面为止的距离Rb不同。由此，第一可动体20a和第二可动体20b具有相互不同的质量。即，可动体20在以梁部25的中心线CL2为起点的一侧(第一可动体20a)与另一侧(第二可动体20b)间质量不同。这样，通过使第一可动体20a与第二可动体20b的质量不同，从而能使对可动体20施加了铅垂方向的加速度时产生的、第一可动体20a的旋转力矩与第二可动体20b的旋转力矩不均衡。由此，在对物理量传感器100施加了铅垂方向的加速度时，可动体20会发生偏斜。
在第一质量部21与第一固定电极11之间构成静电电容(可变静电电容)C1。另外，在第二质量部22与第二固定电极12之间构成静电电容(可变静电电容)C2。静电电容C1根据第一质量部21与第一固定电极11的间隙(距离)而静电电容发生变化，静电电容C2根据第二质量部22与第二固定电极12的间隙(距离)而静电电容发生变化。
例如，在可动体20相对于支承基板10为水平的情况下，静电电容C1、C2为相互大致相等的静电电容值。具体地，在从Z轴方向的俯视观察时，第一质量部21与第一固定电极11重叠的面积等于第二质量部22与第二固定电极12重叠的面积，在从Y方向的侧视观察时，第一质量部21与第一固定电极11的间隙等于第二质量部22与第二固定电极12的间隙，因此静电电容C1、C2的静电电容值也相等。另外，例如在铅垂方向的加速度施加于可动体20而使可动体20以梁部25为旋转轴发生了偏斜时，静电电容C1、C2随着可动体20的偏斜，静电电容C1、C2的静电电容值发生变化。在可动体20发生了偏斜的情况下，第一质量部21与第一固定电极11的间隙不同于第二质量部22与第二固定电极12的间隙，因此静电电容C1、C2的静电电容值也不同。
在铅垂方向的加速度施加于可动体20而使可动体20摆动时，为了减少由于气体的粘性而产生的衰减(欲阻止可动体动作的作用、流动阻力)，在可动体20上设置有在厚度方向上贯通可动体20的多个开口26。本实施方式的作为质量部的第一质量部21、第二质量部22以及第三质量部23具有呈格子状贯通的正方形的开口26。由此，可动体20的衰减减少，检测加速度的灵敏度提高。需要注意的是，多个开口26也可以是各自不同的形状。另外，还能自由地设定配置开口26的位置、数量。
可动体20包括连结部28。连结部28与作为旋转轴的梁部25连接，沿与梁部25交叉的交叉方向(X轴方向)而设置。连结部28与第一质量部21和第二质量部22连接。即，连结部28从梁部25向X轴方向的双向延伸并连接到第一质量部21和第二质量部22。
这样的可动体20的材料没有特别限定，在本实施方式中，作为优选例，采用作为导电性材料的硅。通过将导电性材料用于可动体20，从而能使作为与第一固定电极11重叠的区域的第一质量部21和作为与第二固定电极12重叠的区域的第二质量部22具有作为电极的功能。需要注意的是，也可以将非导电性的基板用于可动体，通过设置在非导电性基板之上的导电性的电极层形成第一质量部、第二质量部。
接着，详述突起15的配置。
在本实施方式中，突起15在与第一质量部21重叠的第一固定电极11以及与第二质量部22重叠的第二固定电极12上设置有多个(各2个)。多个突起15设置于与作为旋转轴的梁部25并行的直线上。由此，能分散可动体20与突起15接触时受到的冲击。另外，突起15在作为旋转轴的梁部25的轴线方向(Y轴方向)上设置于相对于将可动体20二等分的中心线CL1线对称的距离R2的位置上。由此，当第一质量部21、第二质量部22接触到突起15时，能使可动体20的姿势稳定。
突起15设置于相对于梁部25的作为旋转中心的中心线CL2线对称的距离R1的位置上。通过以相对于梁部25线对称的方式设置相同高度的突起15，从而能使以梁部25为中心摆动的第一质量部21和第二质量部22的摆动角(旋转角)相同。由此，能提高物理量传感器100检测物理量的精度。另外，在将突起15设置于相对于梁部25为非对称的位置上的情况下，为了使第一质量部21和第二质量部22的摆动角相同，需要使突起15的高度不同。为了在支承基板10上形成不同高度的突起15，在后述的物理量传感器的制造方法中，用于形成突起15的工序(图案化的次数)增加，生产效率下降。本实施方式的物理量传感器100由于突起15以相对于梁部25线对称的方式设置，因此能使用相同高度的突起15而使第一质量部21和第二质量部22的摆动角相同。
这样的突起15设置于与呈2行2列的4个开口26的中心对应的位置上。换句话说，突起15设置于与开口26不一致的位置上。由此，通过突起15与开口26的端部(边缘)接触，从而能抑制第一质量部21、第二质量部22破损。
需要注意的是，在本实施方式中，示出了在设置有第一固定电极11、第二固定电极12的区域中设置有各2个突起15的构成，但不限于此。也可以是设置有各1个突起15的构成或设置有各3个以上的突起15的构成。另外，说明了突起15的形状呈圆柱状，但既可以是三棱柱、四棱柱等多棱柱，也可以是上表面被倒角后的形状。另外，也可以在突起15的表面形成有绝缘性的保护膜。由此，能防止第一质量部21、第二质量部22与突起15接触时的电短路。
说明突起15在X轴方向上的位置。
在本实施方式中，在交叉方向(X轴方向)上，将从连结部28与第一质量部21、第二质量部22的连接位置到第一质量部21、第二质量部22的与梁部25相反一侧的端部为止的距离设为L、将从突起15到第一质量部21、第二质量部22的与梁部25相反一侧的端部为止的距离设为L1的情况下，突起15设置于L1＝0.5L以上的范围内。
图3是表示用于算出施加于可动体的弯曲应力的梁载荷模型的图。图4至图6是表示施加于可动体的弯曲应力的计算结果的图。图7是表示突起的位置与弯曲应力的关系的图表。
接着，说明在铅垂方向上对物理量传感器100施加了过大的冲击时，可动体20所受到的弯曲应力。
如图3所示，在铅垂方向上对物理量传感器100施加了大的冲击时的状态被认为是与在无视支承部24、梁部25及第三质量部23的情况下以突起15为支点且两端支承不同的分布载荷的梁模型等价。因此，在交叉方向(X轴方向)上，将从连结部28与第一质量部21、第二质量部22的连接位置到第一质量部21、第二质量部22的与梁部25相反一侧的端部为止的距离设为L，将从突起15到第一质量部21、第二质量部22的与梁部25相反一侧的端部为止的距离设为L1，进行了改变突起15的位置、即L1时的弯曲应力的计算。需要注意的是，连结部28、第一质量部21、第二质量部22的长度为一定。另外，在以下的说明中，有时也用与从连结部28与第一质量部21、第二质量部22的连接位置到第一质量部21、第二质量部22的与梁部25相反一侧的端部为止的距离L之比(L1/L)表示突起15的位置L1。需要注意的是，在计算中使用的梁模型的连结部28在X轴方向上的长度大致是160μm，Y轴方向上的宽度大致是25μm。另外，第一质量部、第二质量部在X轴方向上的长度大致是200μm，各部在Z轴方向上的厚度大致是30μm。
图4所示的弯曲应力计算结果是，突起15位于第一质量部21、第二质量部22的与梁部25相反一侧的端部时(L1/L＝0)。
图5所示的弯曲应力计算结果是，突起15位于第一质量部21、第二质量部22的大致中央时(L1/L＝0.51)。
图6所示的弯曲应力计算结果是，突起15位于第一质量部21、第二质量部22的离梁部25近的一侧的端部时(L1/L＝1.0)。
图4至图6的横轴表示在图3所示的梁模型中距离梁部25(旋转轴)的距离、即距离连结部28的中心的距离。需要注意的是，图中的三角标志表示突起15的位置。图4至图6的纵轴表示在图3所示的梁模型中从铅垂方向施加4500G的负荷时在梁模型的各部产生的弯曲应力。需要注意的是，图3所示的箭头表示负荷的方向。
如比较图4和图5可知的，通过将突起15的位置从L1/L＝0移动到L1/L＝0.51，由此施加于连结部28与第一质量部21、第二质量部22的边界(以下称为连结部端部)的弯曲应力从3.7Mpa减少为0.1Mpa。
另外，如比较图5和图6可知的，通过将突起15的位置从L1/L＝0.51移动到L1/L＝1.0，由此在连结部端部，负的弯曲应力增加。需要注意的是，4500G的负荷相当于对物理量传感器100施加过大的加速度而可动体20与突起15碰撞时的最大冲击。
图7的横轴用L1/L之比表示突起15的位置。图7的纵轴表示施加于梁模型的连结部端部的弯曲应力。
图8和图9是表示施加了负荷时梁模型进行位移的形状的图。图7的纵轴如图8所示在梁模型的表面(+Z轴侧的面)产生压缩应力，在梁模型的背面(-Z轴侧的面)产生拉伸应力，用正(+)的应力值表示梁模型向下弯曲成凸状的情况。另外，如图9所示，在梁模型的表面(+Z轴侧的面)产生拉伸应力，在梁模型的背面(-Z轴侧的面)产生压缩应力，用负(-)的应力值表示梁模型向上弯曲成凸状的情况。需要注意的是，图中的三角标志表示突起15的大概位置，图中的箭头的方向表示梁模型的表面和背面上的应力的方向。
如根据图7可知的，在突起15的位置不到L1＝0.5L的区域中，在连结部端部产生正的弯曲应力。即，在替换为物理量传感器100的情况下，当过大的冲击施加于物理量传感器100而可动体20与突起15接触时，可动体20向支承基板10侧弯曲成凸状(向下呈凸状)。
另外，在突起15的位置为L1＝0.5L以上的区域中，在连结部端部产生负的弯曲应力。即，在替换为物理量传感器100的情况下，当过大的冲击施加于物理量传感器100而可动体20与突起15接触时，可动体20向与支承基板10相反的一侧弯曲成凸状(向上呈凸状)。
本发明的发明人发现在可动体20向上弯曲成凸状的情况下，在连结部28与第一质量部21、第二质量部22的边界处没有发生破损。制作突起15的位置不同的这些样本而实施了耐冲击性试验的结果是，突起15的位置为L1/L＝0和突起15的位置为L1/L＝1.0的样本产生正负相反的大致相同的弯曲应力，但在突起的位置为L1/L＝1.0的样本中没有发生破损。
在此，说明可动体20的背面受到的损伤和可动体20的破损。
可动体20是通过在后述的物理量传感器的制造方法的可动体形成工序中对硅基板20S(参照图17)进行贯通蚀刻而形成的。当对硅基板20S进行蚀刻时，包括连结部28的可动体20的背面由于从通过微加载效应而先贯通的部分绕到硅基板的背面与玻璃基板的间隔的蚀刻气体而受到损伤，被侵蚀为微裂纹状。
在对受到损伤的物理量传感器100施加了过大的冲击时，突起位置为L1/L＝0的样本被认为由于可动体20沿着可动体20的背面的微裂纹扩展的方向向下弯曲成凸状，因此容易破损。相反地，突起位置为L1/L＝1.0的样本被认为由于可动体20沿着可动体20的背面的微裂纹变窄的方向向上弯曲成凸状，因此不会破损。因此，本实施方式的物理量传感器100在可动体20向上弯曲成凸状的、L1/L＝0.5以上且L1/L＝1.0以下的范围内设置有突起15。由此，能抑制在连结部28与第一质量部21、第二质量部22的边界部产生的破损。需要注意的是，在本实施方式的物理量传感器100中，L1＝1.0L是能设置突起15的位置的上限值。
图10～图13是示意性地表示物理量传感器的动作的截面图。参照图10至图13说明物理量传感器100的动作与静电电容的关系。需要注意的是，在图10至图13中，省略了就动作的说明而言没有必要的构成的图示。
图10表示可动体20相对于支承基板10以大致水平状态定位的状态。说明对该状态的物理量传感器100施加了+Z轴方向的加速度αu的情况。
可动体20呈具有均匀的厚度(Z轴方向的尺寸)的平板状的长方形。第一可动体20a具有质量m1，其重心G1位于距离以能旋转的方式支承于支承部24的梁部25的中心Q为-X轴方向的距离r1的位置。第二可动体20b具有质量m2，其重心G2位于距离梁部25的中心Q为+X轴方向的距离r2的位置。第一可动体20a具有第三质量部23，呈与第二可动体20b相比在X轴方向上更长的长方形的形状。因此，第一可动体20a的质量m1比第二可动体20b的质量m2重，第一可动体20a的重心G1所在的距离r1比第二可动体20b的重心G2所在的距离r2更长。
当对物理量传感器100施加了从-Z轴方向朝向+Z轴方向的加速度αu时，相当于质量m1、加速度αu及距离r1的乘积的第一旋转力矩Nu1以梁部25的中心Q为旋转轴沿逆时针方向作用于第一可动体20a。另一方面，相当于质量m2、加速度αu及距离r2的乘积的第二旋转力矩Nu2以梁部25的中心Q为旋转轴沿顺时针方向作用于第二可动体20b。第一可动体20a的质量m1比第二可动体20b的质量m2重，第一可动体20a的重心G1所在的距离r1比第二可动体20b的重心G2所在的距离r2长，因此作用于第一可动体20a的第一旋转力矩Nu1大于作用于第二可动体20b的第二旋转力矩Nu2。
由此，如图11所示，相当于第一旋转力矩Nu1(参照图10)与第二旋转力矩Nu2(参照图10)之差的转矩Nu以梁部25的中心Q为旋转轴沿逆时针方向作用于梁部25，可动体20向逆时针方向偏斜。由此，第一可动体20a的第一质量部21与第一固定电极11的间隙变小(变窄)，在第一质量部21与第一固定电极11之间形成的静电电容C1的静电电容值增加。另一方面，第二可动体20b的第二质量部22与第二固定电极12的间隙变大(变宽)，在第二质量部22与第二固定电极12之间形成的静电电容C2的静电电容值减少。
图12表示可动体20相对于支承基板10以大致水平状态定位的状态。说明-Z轴方向的加速度αd施加于该状态的物理量传感器100的情况。
当对物理量传感器100施加了从+Z轴方向朝向-Z轴方向的加速度αd时，相当于质量m1、加速度αd及距离r1的乘积的第一旋转力矩Nd1以梁部25的中心Q为旋转轴沿顺时针方向作用于第一可动体20a。另一方面，相当于质量m2、加速度αd及距离r2的乘积的第二旋转力矩Nd2以梁部25的中心Q为旋转轴沿逆时针方向作用于第二可动体20b。第一可动体20a的质量m1比第二可动体20b的质量m2重，第一可动体20a的重心G1所在的距离r1比第二可动体20b的重心G2所在的距离r2长，因此作用于第一可动体20a的第一旋转力矩Nd1大于作用于第二可动体20b的第二旋转力矩Nd2。
由此，如图13所示，相当于第一旋转力矩Nd1(参照图11)与第二旋转力矩Nd2(参照图11)之差的转矩Nd以梁部25的中心Q为旋转轴沿顺时针方向作用于梁部25，可动体20向顺时针方向偏斜。由此，第一可动体20a的第一质量部21与第一固定电极11的间隙变大(变宽)，在第一质量部21与第一固定电极11之间形成的静电电容C1的静电电容值减少。另一方面，第二可动体20b的第二质量部22与第二固定电极12的间隙变小(变窄)，在第二质量部22与第二固定电极12之间形成的静电电容C2的静电电容值增加。
物理量传感器100通过加大作用于梁部25的转矩Nu、Nd、即扩大第一可动体20a与第二可动体20b的质量差、扩大从梁部25到第一可动体20a的重心G1的距离r1与从梁部25到第二可动体20b的重心G2的距离r2之差，能够使可动体20大地偏斜。由此，静电电容C1、C2的静电电容值的增减变大，因此能够提高物理量传感器100检测物理量的灵敏度。另外，物理量传感器100通过缩窄作为扭转弹簧发挥功能的梁部25在X轴方向上的宽度来降低弹簧的韧性，从而能增大可动体20的偏斜。由此，也能提高物理量的检测灵敏度。
需要注意的是，在本实施方式中，说明了可动体20设置成能通过梁部25摆动、并且梁部25借助设置于支承基板10的支柱14等而被支承，但不限于该构成。例如，可动体也可以是设置成通过从框状的支承体向Y轴方向延伸的梁部而能够摆动的构成，其中，在从Z轴方向的俯视观察时，框状的支承体包围可动体的外周并与可动体具有规定间隔地而设置。
＜物理量传感器的制造方法＞
图14是说明物理量传感器的制造工序的流程图。图15～图19是物理量传感器的各制造工序中的截面图。接着，参照图14至图19说明物理量传感器100的制造方法。
步骤S1是形成支承基板10和突起15的支承基板形成工序。首先，准备玻璃基板。在支承基板形成工序中，通过使用光刻技术和蚀刻技术对玻璃基板形成图案而形成支承基板10和突起15。例如，玻璃基板通过使用氢氟酸类蚀刻剂而能进行湿式蚀刻。由此，能得到在图15所示的玻璃基板上形成有凹状的腔体16、支柱14以及突起15的支承基板10。
步骤S2是形成第一固定电极11、第二固定电极12以及虚拟电极13的固定电极形成工序。在固定电极形成工序中，通过溅射法等在支承基板10的主面17上形成导电膜，之后使用光刻技术和蚀刻技术(干式蚀刻、湿式蚀刻等)对导电膜形成图案而形成第一固定电极11、第二固定电极12以及虚拟电极13。由此，如图16所示，能在支承基板10的腔体16内的主面17上设置第一固定电极11、第二固定电极12以及虚拟电极13。
步骤S3是将支承基板10和硅基板20S接合的基板接合工序。如图17所示，在基板接合工序中，例如使用阳极接合、直接接合或粘合剂将支承基板10与硅基板20S接合。
步骤S4是从硅基板20S形成具有开口26的可动体20的可动体形成工序。在可动体形成工序中，例如使用研磨机对硅基板20S进行研磨，将其薄膜化为规定的厚度。然后，使用光刻技术和蚀刻技术对硅基板20S形成图案而形成可动体20。例如，硅基板20S能够通过使用RIE(Reactive Ion Etching：反应离子蚀刻)装置的博施(Bosch)工艺来蚀刻。由此，如图18所示，包括开口26、支承部24以及梁部25的可动体20被一体地形成。
步骤S5是将可动体20封闭的封闭工序。在封闭工序中，将盖体30与支承基板10接合，在由支承基板10和盖体30形成的空间内收纳可动体20。支承基板10和盖体30例如使用阳极接合、粘合剂等进行接合。通过以上，如图19所示，可得到物理量传感器100。在封闭工序中使用阳极接合的情况下，在支承基板10的第一固定电极11、第二固定电极12以外的主面17上形成与硅基板20S同电位的虚拟电极13，从而能防止可动体20由于静电力而贴在支承基板10上。
如上所述，根据本实施方式涉及的物理量传感器100，能得到以下的效果。
物理量传感器100的可动体20包括第一质量部21、第二质量部22、梁部25、连结部28。第一质量部21和第二质量部22与连结部28连接，连结部28与梁部25连接并沿与梁部25交叉的交叉方向设置，可动体20以梁部25为旋转轴摆动。另外，在与可动体20隔开间隙地进行支承的支承基板10上设置有朝向第一质量部21、第二质量部22突出的突起15。在交叉方向(X轴方向)上，将从连结部28与第一质量部21、第二质量部22的连接位置到第一质量部21、第二质量部22的与梁部25相反一侧的端部为止的距离设为L、将从突起15到第一质量部21、第二质量部22的与梁部25相反一侧的端部为止的距离设为L1的情况下，突起15设置于L1＝0.5L以上且1.0L以下的范围。在对突起15设置于L1＝0.5L以上的区域的物理量传感器100施加过大的冲击而可动体20与突起15接触时，可动体20向与支承基板10相反的一侧弯曲成凸状。即使是在可动体20的背面受到了损伤的物理量传感器100，可动体由于向微裂纹变窄的方向弯曲，因此也能抑制在连结部28与第一质量部21、第二质量部22的边界部发生的破损。因而，能提供耐冲击性优异、提高了可靠性的物理量传感器100。
突起15在与第一质量部21重叠的第一固定电极11以及与第二质量部22重叠的第二固定电极12上设置有多个。多个突起15设置于与作为旋转轴的梁部25并行的直线上。由此，能够分散可动体20与突起15接触时受到的冲击。
突起15在作为旋转轴的梁部25的轴线方向上设置于相对于将可动体20二等分的中心线CL1对称的距离R2的位置上。由此，当第一质量部21、第二质量部22与突起15接触时，能使可动体20的姿势稳定。
突起15设置成相对于梁部25的作为旋转中心的中心线CL2线对称。由此，能通过相同高度的突起15使第一质量部21和第二质量部22的摆动角相同。由此，能提高物理量传感器100检测物理量的精度。另外，在将突起15设置于相对于梁部25为非对称的位置上的情况下，为了使第一质量部21和第二质量部22的摆动角相同，需要使突起15的高度不同。为了形成不同高度的突起15，用于形成突起15的工序增加，生产效率下降。通过将突起15设置成相对于梁部25线对称，由此能使用相同高度的突起15使第一质量部21和第二质量部22的摆动角相同。因而，能高效地制造通过突起15使第一质量部21和第二质量部22的摆动角相同的物理量传感器100。
突起15设置于与呈2行2列的4个开口26的中心对应的位置。换句话说，突起15设置于与开口26不一致的位置。由此，通过突起15与开口26的端部(边缘)接触，从而能抑制第一质量部21、第二质量部22发生破损。
(实施方式二)
图20是示意性地表示实施方式二涉及的物理量传感器的平面图。图21是表示施加于可动体的弯曲应力的计算结果的图。图22是表示突起的位置与弯曲应力的关系的图表。以下说明实施方式二涉及的物理量传感器200。需要注意的是，针对与实施方式一相同的构成部位使用同一附图标记，并省略重复的说明。本实施方式的物理量传感器200使在实施方式一中说明的物理量传感器100的连结部28的长度延长。
如图20所示，物理量传感器200的可动体20包括连结部228。可动体20在连结部228与第一质量部21之间以及连结部228与第二质量部22之间具有狭缝229。狭缝229从支承部24沿着X轴方向延伸。即，本实施方式的连结部228通过该狭缝229和可动体20的Y轴方向的长边而X轴方向的长度双向延长。具体地，本实施方式的物理量传感器200的连结部228相对于在实施方式一中说明的物理量传感器100的连结部28的长度160μm延长为大致2.0倍的320μm。另外，突起15设置于俯视观察时与连结部228重叠的位置。由此，即使连结部228延长的情况下，也能将突起15设置于离梁部25近的位置。在本实施方式中，突起15设置于L1/L＝1.5的位置。
连结部228在俯视观察时与作为检测电极的第一固定电极11、第二固定电极12重叠。具体地，连结部228中的、因狭缝229而在X轴方向上延长的区域在实施方式一中是作为第一质量部21或第二质量部22的一部分而使用的区域，与第一固定电极11、第二固定电极12重叠。即，连结部228的被延长的区域具有作为在与第一固定电极11、第二固定电极12之间产生静电电容的电极(第一质量部21、第二质量部22)的功能、以及使连接第一质量部21和第二质量部22的长度延长的功能。连结部228由于与第一固定电极11、第二固定电极12重叠，因此在第一可动体20a与第一固定电极之间、第二可动体20b与第二固定电极之间产生的静电电容C1、C2变大，加速度的检测灵敏度提高。
形成于在梁部25与第一质量部21、第二质量部22之间设置的支承部24与第一质量部21、第二质量部22之间的狭缝230在X轴方向上的宽度L2构成为3μm以下。第一质量部21、第二质量部22由于狭缝230而与支承部24分离。第一质量部21、第二质量部22在以梁部25为中心摆动(面外的位移)时，有时会进行沿着第一质量部21、第二质量部22的面的位移(面内的位移)。狭缝230由于不会阻碍第一质量部21、第二质量部22以梁部25为中心摆动(面外的位移)时产生的面内的位移，因此加速度的检测精度提高。另外，在面内方向上施加了强大的冲击时，狭缝230成为能减少面内的过度位移的止动件，第一质量部21、第二质量部22的面内位移被抑制为3μm以下，因此能实现可靠性高的物理量传感器200。
另外，狭缝230与狭缝229连通，狭缝229在Y轴方向上的宽度L3也同样地构成为3μm以下。由于连结部228与第一质量部21、第二质量部22之间的狭缝229的宽度是3μm以下，因此在第一质量部21、第二质量部22向接近连结部228的方向进行3μm以上的面内的位移的情况下，第一质量部21、第二质量部22随着该位移而与连结部228接触，因此第一质量部21、第二质量部22的面内的位移被抑制为3μm以下。由此，能防止接触的第一质量部21、第二质量部22、连结部228的破损，能实现可靠性高的物理量传感器200。
接着，说明在沿着铅垂方向对物理量传感器200施加了过大的冲击时可动体20受到的弯曲应力。
图21所示的弯曲应力计算结果表示在图3所示的梁模型中将连结部28(228)设为320μm、将突起15的位置设为L1/L＝1且从铅垂方向施加了4500G的负荷时在梁模型的各部产生的弯曲应力。如比较图6和图21可知的，通过将连结部228的长度延长，由此施加于连结部端部的弯曲应力的绝对值从3.3Mpa减少为0.8Mpa。因而，通过设置狭缝229来延长连结部228的长度，从而能进一步减少施加于连结部端部的弯曲应力。
图22是在实施方式一中说明的图7中加入了将连结部228的长度延长时的弯曲应力的计算结果的图。图22中的实线表示连结部228的长度为160μm时、即与实施方式一相同的连结部28时的弯曲应力。虚线表示以实施方式一的连结部28的长度160μm为基准(1.0倍)将连结部228的长度延长为2倍的320μm时的弯曲应力。单点划线表示将连结部228的长度延长为2.5倍的400μm时的弯曲应力。
如根据图22可知的，即便在将连结部228延长的情况下，在突起15的位置为L1/L＝0.5以上的区域内，在连结部端部产生负的弯曲应力。另外，越将连结部228的长度延长，施加于连结部端部的弯曲应力的绝对值越减少。因此，本实施方式的物理量传感器200在连结部228因狭缝229而延长、并且可动体20向上弯曲成凸状的、L1/L＝0.5以上且L1/L＝3.1以下的范围内设置有突起15。由此，能进一步抑制在连结部228与第一质量部21、第二质量部22的边界部产生的破损。L1＝3.1L在本实施方式的物理量传感器200中是将连结部228延长为最大的2.7倍(大致430μm)时能设置突起15的位置的上限值。
如上所述，根据本实施方式涉及的物理量传感器200，能得到以下的效果。
物理量传感器200的可动体20在连结部228与第一质量部21之间以及连结部228与第二质量部22之间具有狭缝229，连结部228通过狭缝229而被延长。另外，突起15设置于L1＝0.5L以上3.1L以下的范围内。在对连结部228被延长、且突起15设置于L1＝0.5L以上的区域的物理量传感器200施加过大的冲击而可动体20与突起15接触时，可动体20向与支承基板10相反的一侧弯曲成凸状。另外，越将连结部228的长度延长，施加于连结部端部的弯曲应力的绝对值越减少。由此，能进一步抑制在连结部228与第一质量部21、第二质量部22的边界部产生的破损。
突起15在俯视观察时设置于与连结部228重叠的位置。由此，即使在连结部228被延长的情况下，也能将突起15设置于离梁部25近的位置。
连结部228由于与第一固定电极11、第二固定电极12重叠，因此在第一可动体20a与第一固定电极之间、第二可动体20b与第二固定电极之间产生的静电电容C1、C2变大，加速度的检测灵敏度提高。
在支承部24与第一质量部21、第二质量部22之间形成的狭缝230在X轴方向上的宽度L2构成为3μm以下。狭缝230不会阻碍第一质量部21、第二质量部22以梁部25为中心摆动(面外的位移)时产生的面内的位移，因此加速度的检测精度提高。另外，在沿着面内方向施加了强大的冲击时，狭缝230成为能够减少面内的过度位移的止动件，第一质量部21、第二质量部22的面内位移被抑制为3μm以下，因此能实现可靠性高的物理量传感器200。
(复合传感器)
接着，参照图23说明具备上述的物理量传感器100的复合传感器的构成例。图23是表示复合传感器的概略构成的功能框图。
如图23所示，复合传感器900具备：物理量传感器100，其是用于测定如上所述的Z轴方向的加速度的加速度传感器；物理量传感器101，其是用于测定X轴方向的加速度的加速度传感器；物理量传感器102，其是用于测定Y轴方向的加速度的加速度传感器；以及角速度传感器103。角速度传感器103能高效且高精度地检测所需的一轴方向的角速度。需要注意的是，角速度传感器103为了测定三轴方向的角速度，也能具备与各个轴方向对应的三个角速度传感器103。另外，复合传感器900例如能够具备包括驱动物理量传感器100、101、102、角速度传感器103的驱动电路、基于来自物理量传感器100、101、102、角速度传感器103的信号检测X轴、Y轴和Z轴各轴方向的加速度、角速度的检测电路(信号处理部45a)、将来自检测电路的信号转换为规定信号并输出的输出电路(输出部46a)等的IC40a。
这样，能通过物理量传感器100、101、102和角速度传感器103容易地构成复合传感器900，能通过一个传感器容易地获取多个物理量数据、例如加速度数据、角速度数据。
(惯性计测单元)
接着，参照图24和图25说明惯性计测单元(IMU：Inertial Measurement Unit)。图24是表示惯性计测单元的概略构成的分解立体图。图25是表示惯性计测单元的惯性传感器元件的配置例的立体图。
如图24所示，惯性计测单元3000由外壳体301、接合部件310、包括惯性传感器元件的感器模块325等构成。换句话说，成为使接合部件310介于中间地将传感器模块325嵌合(插入)于外壳体301的内部303的构成。传感器模块325由内壳体320和基板315构成。需要注意的是，为了易于理解说明，使部位名为外壳体、内壳体，但也可以改称为第一壳体、第二壳体。
外壳体301是将铝切削为箱状的底座。材质不限于铝，也可以使用锌、不锈钢等其它金属、树脂或金属与树脂的复合材料等。外壳体301的外形与上述的惯性计测单元3000的整体形状同样地平面形状为大致正方形的长方体，在正方形的位于对角线方向的2处顶点附近分别形成有通孔(盲孔)302。需要注意的是，不限于通孔(盲孔)302，例如既可以是形成能通过螺丝进行螺纹紧固的缺口(在通孔(盲孔)302所在的外壳体301的角部形成缺口的结构)而进行螺纹紧固的构成，或者也可以是在外壳体301的侧面形成凸缘(耳部)而对凸缘部分进行螺纹紧固的构成。
外壳体301是外形为长方体的、无盖的箱状，其内部303(内侧)成为由底壁305和侧壁304包围的内部空间(容器)。换句话说，外壳体301呈使与底壁305相对的一面为开口面的箱状，成为以覆盖该开口面的开口部的大部分的方式(以塞住开口部的方式)收纳传感器模块325、且传感器模块325从开口部露出的状态(未图示)。在此，与底壁305相对的开口面是指与外壳体301的上表面307相同的面。另外，外壳体301的内部303的平面形状是将正方形的两个顶点部分的角倒角后的六边形，倒角后的两个顶点部分与通孔(盲孔)302的位置对应。另外，在内部303的截面形状(厚度方向)中，在底壁305上，于内部303、即内部空间的周缘部形成有比中央部高一阶的作为底壁的第一接合面306。即，第一接合面306是底壁305的一部分，是俯视时包围底壁305的中央部并形成为环状的一段台阶状的部位，是离开口面(与上表面307相同的面)的距离小于底壁305的面。
需要注意的是，说明了外壳体301的外形是无盖的箱状的一例，其中，该箱状是平面形状为大致正方形的长方体，但不限于此，外壳体301的外形的平面形状例如既可以是六边形或八边形等多边形，也可以是该多边形的顶点部分的角被倒角或各边为曲线的平面形状。另外，外壳体301的内部303(内侧)的平面形状也不限于上述六边形，也可以是正方形等方形(四边形)、八边形等其它多边形状。另外，外壳体301的外形和内部303的平面形状既可以是相似形，也可以不是相似形。
内壳体320是支承基板315的部件，为收纳于外壳体301的内部303的形状。具体地，在俯视时，是将正方形的两个顶点部分的角倒角后的六边形，其中形成有长方形的作为贯通孔的开口部321以及设置于对基板315进行支承的一侧的面的凹部331。被倒角后的两个顶点部分与外壳体301的通孔(盲孔)302的位置对应。厚度方向(Z轴方向)的高度比从外壳体301的上表面307到第一接合面306为止的高度低。在优选例中，内壳体320也是对铝进行切削而形成的，但也可以与外壳体301同样地使用其它材质。
在内壳体320的背面(外壳体301侧的面)形成有用于对基板315进行定位的引导销、支承面(均未图示)。基板315设置于(定位搭载于)该引导销、支承面并与内壳体320的背面粘结。需要注意的是，后述基板315的详细内容。内壳体320的背面的周缘部成为由环状的平面构成的第二接合面322。第二接合面322在俯视时是与外壳体301的第一接合面306大致相同的形状，在将内壳体320设置于了外壳体301时，两个面在夹持接合部件310的状态下面对面。需要注意的是，外壳体301和内壳体320的结构是一实施例，不限于该结构。
参照图25说明安装有惯性传感器的基板315的构成。如图25所示，基板315是形成有多个通孔的多层基板，使用玻璃环氧基板(glass epoxy substrate)。需要注意的是，不限于玻璃环氧基板，只要是能安装多个惯性传感器、电子零部件、连接器等的刚性基板即可。例如也可以使用复合基板、陶瓷基板。
在基板315的表面(内壳体320侧的面)安装有连接器316、角速度传感器317z、包括用于测定上述Z轴方向的加速度的作为加速度传感器的物理量传感器100的加速度检测单元1等。连接器316是插塞型(插头)连接器，具备在X轴方向上等间距配置的两列连接端子。优选地，形成为一列10针、两列共20针的连接端子，但端子数也可以根据设计规格而适当地变更。
作为惯性传感器的角速度传感器317z是检测Z轴方向上的一轴的角速度的陀螺仪传感器。作为优选例，采用将水晶用作振子并根据对振动的物体施加的科里奥利力来检测角速度的振动陀螺仪传感器。需要注意的是，不限于振动陀螺仪传感器，只要是能检测角速度的传感器即可。例如，也可以采用将陶瓷、硅用作振子的传感器。
另外，在基板315的X轴方向的侧面以安装面(搭载面)与X轴正交的方式安装有检测X轴方向上的一轴的角速度的角速度传感器317x。同样地，在基板315的Y轴方向的侧面，以安装面(搭载面)与Y轴正交的方式安装有检测Y轴方向上的一轴的角速度的角速度传感器317y。
需要注意的是，角速度传感器317x、317y、317z不限于使用X轴、Y轴、Z轴各轴的三个角速度传感器的构成，只要是能检测三轴的角速度的传感器即可，例如，也可以使用能通过一个器件(封装)检测(探测)三轴的角速度的传感器器件。
加速度检测单元1至少包括用于测定上述Z轴方向的加速度的作为加速度传感器的物理量传感器100，能根据需要检测一轴方向(例如Z轴方向)的加速度、或检测双轴方向(例如Z轴、Y轴；或者X轴、Y轴)或三轴方向(X轴、Y轴、Z轴)的加速度。
在基板315的背面(外壳体301侧的面)安装有作为控制部的控制IC319。控制IC319是MCU(Micro Controller Unit：微型控制器单元)，内置有包括非易失性存储器的存储部、A/D转换器等，控制惯性计测单元3000的各部。在存储部中存储有规定了用于检测加速度和角速度的顺序和内容的程序、将检测数据数字化并编成包数据的程序、随附的数据等。需要注意的是，在基板315中，除此以外还安装有多个电子零部件。
根据这样的惯性计测单元3000，由于使用包括物理量传感器100的加速度检测单元1，因此能提供耐冲击性优异并提高了可靠性的惯性计测单元3000。
(便携式电子设备)
接着，基于图26和图27详细地说明采用了物理量传感器100的便携式电子设备。需要注意的是，以下，作为便携式电子设备的一例，示出手表型活动计(活动追踪器)进行说明。
如图26所示，作为手表型活动计(活动追踪器)的腕设备2000通过带62、67等而佩戴于用户的手腕等部位(被检测体)，具备数字显示的显示部150并能进行无线通信。上述本发明涉及的物理量传感器100作为测定加速度的传感器、计测角速度的传感器之一而组装入腕设备2000。
腕设备2000具备：壳体60，至少收纳有物理量传感器100；处理部190(参照图27)，收纳于壳体60，处理来自物理量传感器100的输出数据；显示部150，收纳于壳体60；以及透光性罩71，堵住壳体60的开口部。在透光性罩71的外侧设置有框圈78。在壳体60的侧面设置有多个操作按钮80、81。以下，还一并参照图27更详细地进行说明。
包括物理量传感器100的加速度传感器113检测相互交叉(理想的是正交)的三轴方向的各个加速度，并输出与检测出的三轴加速度的大小和方向相应的信号(加速度信号)。另外，角速度传感器114检测相互交叉(理想的是正交)的三轴方向的各个角速度，并输出与检测出的三轴角速度的大小和方向相应的信号(角速度信号)。
在构成显示部150的液晶显示器(LCD)中，根据各种检测模式，显示例如使用了GPS传感器110、地磁传感器111的位置信息、移动量、使用了包括在物理量传感器100中的加速度传感器113、角速度传感器114等的运动量等运动信息、使用了脉搏传感器115等的脉搏数等生物体信息、或者当前时刻等时刻信息等。需要说明的是，也能够显示使用了温度传感器116的环境温度。
通信部170进行用于建立用户终端与未图示的信息终端之间的通信的各种控制。通信部170例如包括与Bluetooth(注册商标)(包括BTLE：Bluetooth Low Energy，蓝牙低功耗)、Wi-Fi(注册商标)(Wireless Fidelity：无线保真)、Zigbee(注册商标)、NFC(Nearfield communication：近场通讯)、ANT+(注册商标)等近距离无线通信标准对应的收发器、与USB(Universal Serial Bus：通用串行总线)等通信总线标准对应的连接器而构成。
处理部190(处理器)例如由MPU(Micro Processing Unit：微处理单元)、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：专用集成电路)等构成。处理部190基于存储于存储部140的程序和从操作部120(例如操作按钮80、81)输入的信号执行各种处理。处理部190的处理包括对GPS传感器110、地磁传感器111、压力传感器112、加速度传感器113、角速度传感器114、脉搏传感器115、温度传感器116、计时部130的各输出信号的数据处理、使显示部150显示图像的显示处理、使声音输出部160输出声音的声音输出处理、经由通信部170与信息终端(未图示)进行通信的通信处理、向各部供给来自电池180的电力的电力控制处理等。
在这样的腕设备2000中，能够至少具有如下的功能。
1.距离：通过高精度的GPS功能对从计测开始的合计距离进行计测。
2.配速：根据配速距离计测显示当前的奔跑配速。
3.平均速度：算出并显示从平均速度奔跑开始至当前的平均速度。
4.海拔：通过GPS功能计测并显示海拔。
5.步幅：即使在收不到GPS电波的隧道内等也计测并显示步幅。
6.步频：计测并显示每分钟的步数。
7.心率：通过脉搏传感器计测并显示心率。
8.坡度：在山谷的训练、越野跑中，计测并显示地面的坡度。
9.自动分圈计测：在跑了事先设定的一定距离、一定时间时，自动进行分圈计测。
10.运动消耗卡路里：显示消耗卡路里。
11.步数：显示从运动开始起的步数的合计。
需要注意的是，腕设备2000能够广泛应用于跑步手表、跑步者手表、面向铁人两项、铁人三项等复合运动的跑步者手表、户外手表以及搭载有卫星定位系统、例如GPS的GPS手表等。
此外，在上述中，对使用GPS(Global Positioning System：全球卫星定位系统)作为卫星定位系统进行了说明，但也可以利用其它全球导航卫星系统(GNSS：GlobalNavigation Satellite System)。例如也可以利用EGNOS(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service：欧洲地球静止导航重叠服务)、QZSS(QuasiZenith Satellite System：准天顶卫星系统)、GLONASS(GLObal NAvigation SatelliteSystem：格洛纳斯卫星导航系统)、GALILEO、Beidou(BeiDou Navigation SatelliteSystem：北斗导航卫星系统)等卫星定位系统中的一种或两种以上。此外，也可以在至少一种卫星定位系统中利用WAAS(Wide Area Augmentation System：广域增强系统)、EGNOS(European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service)等静止卫星型卫星导航增强系统(SBAS：Satellite-based Augmentation System：星基增强系统)。
这样的便携式电子设备(腕设备2000)由于具备物理量传感器100和处理部190，因此具有耐冲击性等优异的可靠性。
(电子设备)
接着，参照图28至图30说明具备本发明的实施方式涉及的物理量传感器100的电子设备。
图28是表示具备本发明实施方式涉及的物理量传感器的作为电子设备的移动式(或笔记本式)个人计算机的概略构成的立体图。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借助铰链结构部而可转动地支承于主体部1104。在这样的个人计算机1100中内置有作为加速度传感器等发挥功能的物理量传感器100，控制部(未图示)能基于来自物理量传感器100的检测信号进行例如姿势控制等控制。
图29是表示具备本发明实施方式涉及的物理量传感器的作为电子设备的便携式电话(还包括PHS)的概略构成的立体图。在该图中，便携式电话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。在这样的便携式电话1200中内置有作为加速度传感器等发挥功能的物理量传感器100，控制部(未图示)能基于来自该物理量传感器100的检测信号识别例如便携式电话1200的姿势、举动而使显示于显示部1000的显示图像变化、或者鸣响警告声、效果声、或者驱动振动电机而使主体振动。
图30是表示具备本发明实施方式涉及的物理量传感器的作为电子设备的数码相机的概略构成的立体图。需要注意的是，在该图中，还简单示出了与外部设备的连接。在此，现有的胶片机利用被拍摄体的光像使银盐感光胶片感光，与此相对地，数码相机1300利用CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)等摄像元件对被拍摄体的光像进行光电转换而生成摄像信号(图像信号)。
构成为在数码相机1300的壳体(机体)1302的背面设置显示部1000，并基于CCD的摄像信号进行显示，显示部1000作为将被拍摄体显示为电子图像的取景器发挥功能。另外，在壳体1302的正面侧(图中背面侧)设置有包括光学透镜(拍摄光学系统)、CCD等的受光单元1304。
摄影者在确认了显示于显示部1000的被拍摄体图像并按下了快门按钮1306时，该时间点的CCD的摄像信号被输送、存储于存储器1308。另外，在该数码相机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。并且，如图所示，分别根据需要使电视监视器1430连接到视频信号输出端子1312、使个人计算机1440连接到数据通信用的输入输出端子1314。进而，构成为通过规定的操作使存储于存储器1308的摄像信号输出到电视监视器1430、个人计算机1440。在这样的数码相机1300中内置有作为加速度传感器等发挥功能的物理量传感器100，控制部(未图示)能基于来自物理量传感器100的检测信号进行例如抖动校正等控制。
如上的电子设备1100、1200、1300包括能提高可靠性的物理量传感器100。由此，电子设备1100、1200、1300能具有高可靠性。
需要注意的是，本发明实施方式涉及的物理量传感器100除了能够应用于图28的个人计算机1100(移动型个人计算机)、图29的便携式电话1200、图30的数码相机1300以外，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、电视机、摄像机、录像机、车辆导航装置、寻呼器、电子记事本(也包括带通信功能)、电子辞典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、POS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)、飞行模拟器等电子设备。
(移动体)
图31是概略性地表示具备本发明实施方式涉及的物理量传感器的作为移动体的汽车的立体图。在汽车1500中搭载有实施方式涉及的物理量传感器100。例如，如图31所示，在作为移动体的汽车1500中，内置物理量传感器100而控制轮胎等的作为控制部的电子控制单元1510搭载于车身。另外，物理量传感器100除此以外还能广泛地应用于无钥进入系统、防盗系统、汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊、轮胎压力监控系统(TPMS：Tire Pressure Monitoring System)、发动机控制、混合动力汽车或电动汽车的电池监控器、车身姿势控制系统等电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)。

Claims (14)

1.一种物理量传感器，其特征在于，具备：
可动体，包括旋转轴、连结部和质量部，所述连结部与所述旋转轴连接，并沿与所述旋转轴交叉的交叉方向而设置，所述质量部与所述连结部连接；
检测电极，设置于支承基板上，并与所述质量部相对；以及
突起，设置于设置有所述检测电极的区域，并从所述支承基板朝向所述质量部突出，
在所述交叉方向上，将从所述连结部与所述质量部的连接位置到所述质量部的与所述旋转轴相反一侧的端部为止的距离设为L、将从所述突起到所述质量部的与所述旋转轴相反一侧的端部为止的距离设为L1时，所述距离L1为0.5L以上3.1L以下。
2.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，
所述突起设置有多个，并且设置于与所述旋转轴并行的直线上。
3.根据权利要求1或2所述的物理量传感器，其特征在于，
所述突起在所述旋转轴的轴线方向上以相对于将所述可动体二等分的中心线线对称的方式而设置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的物理量传感器，其特征在于，
所述质量部以相对于所述旋转轴线对称的方式配置有两个，
所述突起以相对于所述旋转轴线对称的方式而设置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的物理量传感器，其特征在于，
所述质量部具有呈格子状贯通的开口，
所述突起设置于与呈2行2列的4个开口的中心对应的位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的物理量传感器，其特征在于，
所述可动体具有形成在所述连结部与所述质量部之间的狭缝，
所述连结部通过所述狭缝而被延长。
7.根据权利要求6所述的物理量传感器，其特征在于，
在俯视观察时，所述连结部与所述检测电极重叠。
8.根据权利要求6或7所述的物理量传感器，其特征在于，
在俯视观察时，所述突起与所述连结部重叠。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的物理量传感器，其特征在于，
在所述旋转轴与所述质量部之间设置有支承所述可动体的支承部，
形成在所述支承部与所述质量部之间的狭缝的宽度是3μm以下。
10.一种复合传感器，其特征在于，具备：
权利要求1至9中任一项所述的物理量传感器；以及
角速度传感器。
11.一种惯性计测单元，其特征在于，具备：
权利要求1至9中任一项所述的物理量传感器；
角速度传感器；以及
控制部，控制所述物理量传感器和所述角速度传感器。
12.一种便携式电子设备，其特征在于，具备：
权利要求1至9中任一项所述的物理量传感器；
壳体，收纳有所述物理量传感器；
处理部，收纳于所述壳体，处理来自所述物理量传感器的输出数据；
显示部，收纳于所述壳体；以及
透光性罩，堵住所述壳体的开口部。
13.一种电子设备，其特征在于，具备：
权利要求1至9中任一项所述的物理量传感器；以及
控制部，基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
14.一种移动体，其特征在于，具备：
权利要求1至9中任一项所述的物理量传感器；以及
控制部，基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
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