CN112698054B - 物理量传感器、电子设备和移动体 - Google Patents

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CN112698054B CN202011139915.2A CN202011139915A CN112698054B CN 112698054 B CN112698054 B CN 112698054B CN 202011139915 A CN202011139915 A CN 202011139915A CN 112698054 B CN112698054 B CN 112698054B
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Abstract

一种物理量传感器、电子设备和移动体，物理量传感器具有：基板；以及可动体，与基板隔开空隙并与第三方向相对，且相对于基板在第三方向上位移。可动体具有：第一部分和第二部分；以及多个贯通孔，配置于第一部分和第二部分，且在第三方向上贯通。并且，在将阻尼作为C、将阻尼的最小值作为Cmin时，在从第三方向的俯视观察下，在与第一部分重叠的第一区域和与第二部分重叠的第二区域的至少一方中，满足C≤1.5×Cmin。

Description

物理量传感器、电子设备和移动体
技术领域
本发明涉及物理量传感器、电子设备和移动体。
背景技术
例如，专利文献1记载的加速度传感器具有：基板；固定于基板的固定部；可动体，经由梁与固定部连接；以及固定检测电极，配置于基板，检测在与可动体之间产生的静电电容。并且，如果从可动体与固定检测电极重叠的方向施加加速度，则可动体以梁为旋转轴摆动，由于伴随于此可动体与固定检测电极之间的间隔变化，所以静电电容变化。因此，专利文献1记载的加速度传感器能够基于静电电容的变化来检测加速度。
专利文献1：日本特表2003-519384号公报
但是，在专利文献1记载的加速度传感器中，存在如下技术问题：由于因形成于可动体的贯通孔在可动体与固定检测电极之间产生的静电电容变小、以及可动体的摆动时产生的空气阻力，加速度的检测灵敏度降低。
发明内容
一种物理量传感器，其特征在于，将相互正交的三个方向作为第一方向、第二方向和第三方向时，所述物理量传感器具有：基板；以及可动体，与所述基板隔开空隙并与所述第三方向相对，且相对于所述基板在所述第三方向上位移，所述空隙具有第一空隙和第二空隙，所述第二空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第一空隙大的空隙，所述可动体具有：在从所述第三方向的俯视观察下与所述第一空隙重叠的第一部分和与所述第二空隙重叠的第二部分；以及多个贯通孔，配置于所述第一部分和所述第二部分，并在所述第三方向上贯通，且从所述第三方向观察时的开口形状为正方形，在从所述第三方向的俯视观察下，在与所述第一部分重叠的第一区域和与所述第二部分重叠的第二区域的至少一方中，满足下式的关系：
C≤1.5×Cmin
其中，将所述贯通孔的所述第三方向的长度作为H、将所述可动体的沿着所述第一方向的长度的1/2的长度作为a、将所述可动体的沿着所述第二方向的长度作为L、将所述空隙的所述第三方向的长度作为h、将所述贯通孔的一边的长度作为S0、将相邻的所述贯通孔彼此的间隔作为S1、将所述空隙内的气体的粘性阻力作为μ、将在所述可动体产生的阻尼作为C时，
K(β)＝4β2-β4-4lnβ-3
r0＝0.547×S0
在所述式(1)中，将满足下式时的C作为Cmin，
。
一种物理量传感器，其特征在于，将相互正交的三个方向作为第一方向、第二方向和第三方向时，具有：基板；以及可动体，与所述基板隔开空隙并与所述第三方向相对，且相对于所述基板在所述第三方向上位移，所述空隙具有第一空隙和第二空隙，所述第二空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第一空隙大的空隙，所述可动体具有：在从所述第三方向的俯视观察下与所述第一空隙重叠的第一部分和与所述第二空隙重叠的第二部分；以及多个贯通孔，配置于所述第一部分和所述第二部分，在所述第三方向上贯通，且从所述第三方向观察时的开口形状为圆形，在从所述第三方向的俯视观察下，在与所述第一部分重叠的第一区域和与所述第二部分重叠的第二区域的至少一方中，满足下式的关系：
C≤1.5×Cmin
其中，将所述贯通孔的所述第三方向的长度作为H、将所述可动体的沿着所述第一方向的长度的1/2的长度作为a、将所述可动体的沿着所述第二方向的长度作为L、将所述空隙的所述第三方向的长度作为h、将所述贯通孔的半径作为ro、将所述贯通孔中心间距离的一半作为rc、将所述空隙内的气体的粘性阻力作为μ、将在所述可动体产生的阻尼作为C时，
K(β)＝4β2-β4-4lnβ-3
在所述式(1)中，将满足下式时的C作为Cmin，
。
一种物理量传感器，其特征在于，将相互正交的三个方向作为第一方向、第二方向和第三方向时，具有：基板；以及可动体，与所述基板隔开空隙并与所述第三方向相对，且相对于所述基板在所述第三方向上位移，所述空隙具有第一空隙和第二空隙，所述第二空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第一空隙大的空隙，所述可动体具有：在从所述第三方向的俯视观察下与所述第一空隙重叠的第一部分和与所述第二空隙重叠的第二部分；以及多个贯通孔，配置于所述第一部分和所述第二部分，并在所述第三方向上贯通，且从所述第三方向观察时的开口形状为多边形，在从所述第三方向的俯视观察下，在与所述第一部分重叠的第一区域和与所述第二部分重叠的第二区域的至少一方中，满足下式的关系：
C≤1.5×Cmin
其中，将所述贯通孔的所述第三方向的长度作为H、将所述可动体的沿着所述第一方向的长度的1/2的长度作为a、将所述可动体的沿着所述第二方向的长度作为L、将所述空隙的所述第三方向的长度作为h、将所述贯通孔的面积的平方根作为S0、将相邻的所述贯通孔彼此的第一方向和第二方向的间隔相加再除以2的值作为S1、将所述空隙内的气体的粘性阻力作为μ、将在所述可动体产生的阻尼作为C时，
K(β)＝4β2-β4-4lnβ-3
r0＝0.547×S0
在所述式(1)中，将满足下式时的C作为Cmin，
。
一种物理量传感器，其特征在于，将相互正交的三个方向作为第一方向、第二方向和第三方向时，具有：基板；以及可动体，与所述基板隔开空隙并与所述第三方向相对，且相对于所述基板在所述第三方向上位移，所述可动体具有：第一部分和所述第三方向的长度比所述第一部分长的第二部分；以及多个贯通孔，配置于所述第一部分和所述第二部分，并在所述第三方向上贯通，且从所述第三方向观察时的开口形状为正方形，在从所述第三方向的俯视观察下，在与所述第一部分重叠的第一区域和与所述第二部分重叠的第二区域的至少一方中，满足下式的关系：
C≤1.5×Cmin
其中，将所述贯通孔的所述第三方向的长度作为H、将所述可动体的沿着所述第一方向的长度的1/2的长度作为a、将所述可动体的沿着所述第二方向的长度作为L、将所述空隙的所述第三方向的长度作为h、将所述贯通孔的一边的长度作为S0、将相邻的所述贯通孔彼此的间隔作为S1、将所述空隙内的气体的粘性阻力作为μ、将在所述可动体产生的阻尼作为C时，
K(β)＝4β2-β4-4lnβ-3
r0＝0.547×S0
在所述式(2)中，将满足下式时的C作为Cmin，
。
一种物理量传感器，其特征在于，将相互正交的三个方向作为第一方向、第二方向和第三方向时，具有：基板；以及可动体，与所述基板隔开空隙并与所述第三方向相对，且相对于所述基板在所述第三方向上位移，所述可动体具有：第一部分和所述第三方向的长度比所述第一部分长的第二部分；以及多个贯通孔，配置于所述第一部分和所述第二部分，在所述第三方向上贯通，且从所述第三方向观察时的开口形状为圆形，在从所述第三方向的俯视观察下，在与所述第一部分重叠的第一区域和与所述第二部分重叠的第二区域的至少一方中，满足下式的关系：
C≤1.5×Cmin
其中，将所述贯通孔的所述第三方向的长度作为H、将所述可动体的沿着所述第一方向的长度的1/2的长度作为a、将所述可动体的沿着所述第二方向的长度作为L、将所述空隙的所述第三方向的长度作为h、将所述贯通孔的半径作为ro、将所述贯通孔中心间距离的一半作为rc、将所述空隙内的气体的粘性阻力作为μ、将在所述可动体产生的阻尼作为C时，
K(β)＝4β2-β4-4lnβ-3
在所述式(1)中，将满足下式时的C作为Cmin，
。
一种物理量传感器，其特征在于，将相互正交的三个方向作为第一方向、第二方向和第三方向时，具有：基板；以及可动体，与所述基板隔开空隙并与所述第三方向相对，且相对于所述基板在所述第三方向上位移，所述可动体具有：第一部分和所述第三方向的长度比所述第一部分长的第二部分；以及多个贯通孔，配置于所述第一部分和所述第二部分，并在所述第三方向上贯通，且从所述第三方向观察时的开口形状为多边形，在从所述第三方向的俯视观察下，在与所述第一部分重叠的第一区域和与所述第二部分重叠的第二区域的至少一方中，满足下式的关系：
C≤1.5×Cmin
其中，将所述贯通孔的所述第三方向的长度作为H、将所述可动体的沿着所述第一方向的长度的1/2的长度作为a、将所述可动体的沿着所述第二方向的长度作为L、将所述空隙的所述第三方向的长度作为h、将所述贯通孔的面积的平方根作为S0、将相邻的所述贯通孔彼此的第一方向和第二方向的间隔相加再除以2的值作为S1、将所述空隙内的气体的粘性阻力作为μ、将在所述可动体产生的阻尼作为C时，
K(β)＝4β2-β4-4lnβ-3
r0＝0.547×S0
在所述式(1)中，将满足下式时的C作为Cmin，
。
一种电子设备，其特征在于，包括：上述的物理量传感器；以及控制电路，基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
一种移动体，其特征在于，包括：上述的物理量传感器；以及控制电路，基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的物理量传感器的俯视图。
图2是图1中的A-A线剖视图。
图3是示出施加到图1所示的物理量传感器的电压的图。
图4是用于说明阻尼的示意图。
图5是示出S0与阻尼的关系的曲线图。
图6是示出S1/S0与灵敏度比和阻尼比的关系的曲线图。
图7是示出结构体厚度与孔尺寸的关系的曲线图。
图8是示出结构体厚度与孔尺寸的关系的曲线图。
图9是示出结构体厚度与孔尺寸的关系的曲线图。
图10是示出结构体厚度与孔尺寸的关系的曲线图。
图11是示出结构体厚度与孔尺寸的关系的曲线图。
图12是示出结构体厚度与孔尺寸的关系的曲线图。
图13是示出结构体厚度与孔尺寸的关系的曲线图。
图14是示出结构体厚度与孔尺寸的关系的曲线图。
图15是示出结构体厚度与孔尺寸的关系的曲线图。
图16是示出S0min、S1min与H、h的关系的曲线图。
图17是示出S0min、S1min与H、h的关系的曲线图。
图18是示出S0min、S1min与H、h的关系的曲线图。
图19是示出S1min/S0min与H、h的关系的曲线图。
图20是示出S1min/S0min与H、h的关系的曲线图。
图21是示出S1min/S0min与H、h的关系的曲线图。
图22是示出S1min/S0min与H、h的关系的曲线图。
图23是示出图1的物理量传感器的变形例的剖视图。
图24是示出图1的物理量传感器的变形例的剖视图。
图25是示出第二实施方式的物理量传感器的剖视图。
图26是示出第三实施方式的物理量传感器的剖视图。
图27是示出第四实施方式的物理量传感器的俯视图。
图28是图27中的B-B线剖视图。
图29是示出第五实施方式的物理量传感器的俯视图。
图30是图29中的C-C线剖视图。
图31是示出第六实施方式的物理量传感器的剖视图。
图32是示出作为第七实施方式的电子设备的智能手机的俯视图。
图33是示出作为第八实施方式的电子设备的惯性计测装置的分解立体图。
图34是图33所示的惯性计测装置所具有的基板的立体图。
图35是示出作为第九实施方式的电子设备的移动体定位装置的整体系统的框图。
图36是示出图35所示的移动体定位装置的作用的图。
图37是示出第十实施方式的移动体的立体图。
附图标记说明
1…物理量传感器；2…基板；21…凹部；211…第一凹部；212…第二凹部；213…第三凹部；22…安装部；25、26、27…槽部；3…元件部；30…贯通孔；31…固定部；32…可动体；32A…第一部分；32B…第二部分；32C…第三部分；32D…第四部分；321…第一质量部；322…第二质量部；322’…基部；322”…转矩产生部；323…连结部；324、325…开口；33…支承梁；5…盖体；51…凹部；511…第一凹部；512…第二凹部；513…第三凹部；59…玻璃料；6、61、62…突起；75、76、77…布线；8…电极；80…固定电极；81、810…第一固定电极；82、820…第二固定电极；83、830…虚设电极；1200…智能手机；1208…显示部；1210…控制电路；1500…汽车；1502…控制电路；1510…系统；2000…惯性计测装置；2100…外壳；2110…螺钉孔；2200…接合部件；2300…传感器模块；2310…内壳；2311…凹部；2312…开口；2320…基板；2330…连接器；2340x、2340y、2340z…角速度传感器；2350…加速度传感器；2360…控制IC；3000…移动体定位装置；3100…惯性计测装置；3110…加速度传感器；3120…角速度传感器；3200…运算处理部；3300…GPS接收部；3400…接收天线；3500…位置信息获取部；3600…位置合成部；3700…处理部；3800…通信部；3900…显示部；Az…加速度；Ca、Cb、Cc…静电电容；J…旋转轴；P…电极焊盘；Q…空隙；Q1…第一空隙；Q2…第二空隙；Q3…第三空隙；Q4…第四空隙；R1…第一区域；R2…第二区域；R3…第三区域；R4…第四区域；S…收纳空间；V1…驱动电压；θ…倾斜。
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式，对本发明的物理量传感器、电子设备和移动体进行详细说明。
<第一实施方式>
首先，对本发明的第一实施方式的物理量传感器进行说明。
图1是示出本发明的第一实施方式的物理量传感器的俯视图。图2是图1中的A-A线剖视图。图3是示出施加到图1所示的物理量传感器的电压的图。图4是用于说明阻尼的示意图。图5是示出S0与阻尼的关系的曲线图。图6是示出S1/S0与灵敏度比和阻尼比的关系的曲线图。图7至图15分别是示出结构体厚度与孔尺寸的关系的曲线图。图16至图18分别是示出S0min、S1min与H、h的关系的曲线图。图19至图22分别是示出S0min、S1min与H、h的关系的曲线图。图23和图24分别是示出图1的物理量传感器的变形例的剖视图。
另外，以下，为了便于说明，将相互正交的三个轴作为X轴、Y轴和Z轴，将与X轴平行的方向也称为作为第二方向的X轴方向、将与Y轴平行的方向也称为作为第一方向的Y轴方向、将与Z轴平行的方向也称为作为第三方向的Z轴方向。此外，将各轴的箭头方向前端侧也称为“正侧”，将相反侧也称为“负侧”。此外，将Z轴方向正侧也称为“上”，将Z轴方向负侧也称为“下”。此外，将从Z轴方向的俯视也仅称为“俯视”。
此外，在本申请说明书中，“正交”除了以90°相交的情况以外，还包含从90°稍许倾斜的角度、例如以80°～100°左右相交的情况。具体地说，“正交”还包括：X轴相对于YZ平面的法线方向倾斜-10°～+10°左右的情况、Y轴相对于XZ平面的法线方向倾斜-10°～+10°左右的情况、以及Z轴相对于XY平面的法线方向倾斜-10°～+10°左右的情况。
图1所示的物理量传感器1是能够测定Z轴方向的加速度Az的加速度传感器。这种物理量传感器1具有：基板2；配置在基板2上的元件部3；以及盖体5，以覆盖元件部3的方式与基板2接合。以下，依次详细说明这些各部分。
(基板)
如图1所示，基板2呈板状，具有上表面侧开口的凹部21。此外，在从Z轴方向的俯视观察下，凹部21以在内侧内包元件部3的方式形成为比元件部3大。凹部21作为用于防止元件部3与基板2的接触的退避部发挥功能。此外，如图2所示，凹部21具有：第一凹部211；第二凹部212，位于第一凹部211的X轴方向两侧，比第一凹部211深；以及第三凹部213，位于第二凹部212的X轴方向正侧，比第二凹部212深。因此，位于基板2和元件部3之间的空隙Q具有：与第一凹部211重叠的第一空隙Q1；第二空隙Q2，与第二凹部212重叠，与第一空隙Q1相比Z轴方向的长度长、基板2与元件部3间的分离距离大；以及第三空隙Q3，与第三凹部213重叠，与第二空隙Q2相比Z轴方向的长度长、基板2与元件部3间的分离距离大。另外，在Z轴方向的俯视观察下，第一凹部211相对于后述的旋转轴J对称配置。
此外，如图2所示，基板2具有设置于第一凹部211的底面的突起状的安装部22。并且，在安装部22的上表面接合有元件部3的固定部31。由此，能够将元件部3以与凹部21的底面分开的状态固定于基板2。此外，如图1所示，基板2具有在上表面侧敞开的槽部25、26、27。
作为基板2例如能够使用由包含碱金属离子(Na+等可动离子)的玻璃材料(例如派热克斯玻璃(注册商标)、TEMPAX(テンパックス)玻璃(注册商标)那样的硼硅酸玻璃)构成的玻璃基板。但是，作为基板2没有特别限定，例如，也可以使用硅基板、陶瓷基板。
此外，如图1所示，基板2具有电极8。电极8具有配置于凹部21的底面的第一固定电极81、第二固定电极82和虚设电极83。此外，基板2具有配置于槽部25、26、27的布线75、76、77。布线75、76、77的一端部分别向盖体5的外侧露出，作为进行与外部装置的电连接的电极焊盘P发挥功能。此外，布线75与元件部3和虚设电极83电连接，布线76与第一固定电极81电连接，布线77与第二固定电极82电连接。
(盖体)
如图2所示，盖体5呈板状，具有在下表面侧开口的凹部51。盖体5以在凹部51内收纳元件部3的方式与基板2的上表面接合。并且，通过盖体5和基板2，在其内侧形成有收纳元件部3的收纳空间S。收纳空间S是气密空间。此外，收纳空间S封入氮气、氦气、氩气等惰性气体，使用温度例如为-40℃～120℃左右，并且成为大致大气压。但是，收纳空间S的气氛没有特别限定，例如，可以是减压状态，也可以是加压状态。
作为盖体5例如能够使用硅基板。但是，作为盖体5没有特别限定，例如，也可以使用玻璃基板、陶瓷基板。此外，作为基板2与盖体5的接合方法没有特别限定，只要根据基板2、盖体5的材料适当选择即可，例如能够使用：阳极接合、使通过等离子体照射而活化的接合面彼此接合的活化接合、玻璃料等接合材料的接合、以及使在基板2的上表面和盖体5的下表面成膜的金属膜彼此接合的扩散接合等。在本实施方式中，经由作为低熔点玻璃的玻璃料59来接合基板2和盖体5。
另外，盖体5优选接地。由此，能够将盖体5的电位保持为固定，例如，能够降低盖体5与元件部3之间的静电电容的变动。作为凹部51的底面与元件部3间的分离距离没有特别限定，但是例如优选为15μm以上，更优选为20μm以上，进一步优选为25μm以上。由此，能够充分减小盖体5与元件部3之间的静电电容，能够更高精度地检测加速度Az。
(元件部)
如图1所示，元件部3具有：固定部31，与安装部22的上表面接合；板状的可动体32，能够相对于固定部31位移；以及支承梁33，连接固定部31和可动体32。如果加速度Az作用于物理量传感器1，则可动体32以支承梁33为旋转轴J，一边使支承梁33扭转变形一边绕旋转轴J摆动。
这种元件部3例如通过利用干蚀刻对掺杂有磷(P)、硼(B)、砷(As)等杂质的导电性的硅基板进行图案化而形成。但是，作为元件部3的形成方法没有特别限定。此外，元件部3通过阳极接合与基板2的上表面接合。但是，元件部3的材料、元件部3与基板2的接合方法没有特别限定。
可动体32在俯视观察下呈沿着X轴方向的长条形状，特别是在本实施方式中，成为将X轴方向作为长边的长方形状。并且，可动体32具有：第一质量部321，相对于旋转轴J位于X轴方向的负侧；第二质量部322，相对于旋转轴J位于X轴方向的正侧；以及连结部323，连结第一质量部321和第二质量部322，在连结部323中与支承梁33连接。
此外，第二质量部322在X轴方向上比第一质量部321长，施加了加速度Az时的旋转力矩、即转矩比第一质量部321大。如果由于该旋转力矩的差而施加加速度Az，则可动体32绕旋转轴J摆动。另外，以下将作为第二质量部322的基端部、相对于旋转轴J与第一质量部321对称的部分也称为“基部322’”，将作为第二质量部322的前端部、相对于旋转轴 J与第一质量部321非对称的部分也称为“转矩产生部322””。另外，在这些基部322’和转矩产生部322”的边界部分形成有在Y轴方向上延伸的开口325。
此外，可动体32在第一质量部321和第二质量部322之间具有开口324，在开口324内配置有固定部31和支承梁33。通过作为这种形状，能够实现元件部3的小型化。此外，支承梁33沿着Y轴方向延伸，形成有旋转轴J。但是，固定部31、支承梁33的配置没有特别限定，例如，也可以位于可动体32的外侧。
在此，返回到电极8的说明。如图2所示，第一固定电极81配置于第一凹部211和第二凹部212，在从Z轴方向的俯视观察下，与第一质量部321相对配置。此外，第二固定电极82配置于第一凹部211和第二凹部212，在从Z轴方向的俯视观察下，与第二质量部322的基部322’相对配置。这些第一、第二固定电极81、82在从Z轴方向的俯视观察下相对于旋转轴J对称配置。此外，虚设电极83配置于第二凹部212和第三凹部213，在从Z轴方向的俯视观察下，与第二质量部322的转矩产生部322”相对配置。
物理量传感器1的驱动时，例如，图3所示的驱动电压V1施加于元件部3，第一固定电极81和第二固定电极82分别与QV放大器(电荷电压转换电路)连接。并且，在第一固定电极81和第一质量部321之间形成静电电容Ca，在第二固定电极82和第二质量部322的基部322’之间形成静电电容Cb。
如果向物理量传感器1施加加速度Az，则第一、第二质量部321、322的旋转力矩不同，因此可动体32一边使支承梁33扭转变形一边以旋转轴J为中心摆动。通过这种可动体32的摆动，第一质量部321与第一固定电极81的间隙和第二质量部322的基部322’与第二固定电极82的间隙分别相互反相变化，与此对应静电电容Ca、Cb反相变化。因此，基于静电电容Ca、Cb的变化量、更具体地基于说静电电容Ca、Cb的差，能够检测加速度Az。
在此，如上所述，凹部21具有：第一凹部211，在从Z轴方向的俯视观察下与旋转轴J重叠；第二凹部212，位于第一凹部211的X轴方向两侧，比第一凹部211深；以及第三凹部213，位于第二凹部212的X轴方向正侧，比第二凹部212深。即，如图2所示，凹部21越远离旋转轴J，深度即与可动体32间的分离距离越大。由此，能够抑制摆动时的可动体32与基板2的接触，并且能够减少可动体32与第一、第二固定电极81、82间的分离距离。如果能够减小与第一、第二固定电极81、82间的分离距离，则相应地增大静电电容Ca、Cb，提高加速度Az的检测精度。
另外，以下在从Z轴方向的俯视观察下，将第一、第二质量部321、322的与第一凹部211重叠的部分也称为第一部分32A，将与第二凹部212重叠的部分也称为第二部分32B，将与第三凹部213重叠的部分也称为第三部分32C。此外，在从Z轴方向的俯视观察下，将与第一部分32A重叠的区域也称为第一区域R1，将与第二部分32B重叠的区域也称为第二区域R2，将与第三部分32C重叠的区域也称为第三区域R3。
在本实施方式中，第一质量部321和第二质量部322都具有第一部分32A和第二部分32B，仅第二质量部322具有第三部分32C。此外，在第二质量部322中，由第一、第二部分32A、32B构成基部322’，由第三部分32C构成转矩产生部322”。由此，通过由第一部分32A和第二部分32B构成第一质量部321和基部322’，换句话说，通过配置有凹部21的底面的第一、第二固定电极81、82的部分多段化，能够进一步减小第一固定电极81与第一质量部321的平均分离距离和第二固定电极82与第二质量部322的基部322’的平均分离距离。因此，能够进一步增大静电电容Ca、Cb，提高加速度Az的检测精度。
此外，在本实施方式中，在从Z轴方向的俯视观察下，第一质量部321的第一部分32A和第二质量部322的第一部分32A相对于旋转轴J对称配置，第一质量部321的第二部分32B和第二质量部322的第二部分32B相对于旋转轴J对称配置。由此，与第一固定电极81重叠的部分和与第二固定电极82重叠的部分相对于旋转轴J对称配置。因此，在未施加加速度Az的自然状态下能够使静电电容Ca、Cb相等。其结果，成为自然状态为输出零的“零点”，不需要进行使零点与自然状态配合的零点校正。因此，物理量传感器1的装置构成变得简单。
此外，在第一质量部321和第二质量部322分别形成有沿着其Z轴的厚度方向贯通可动体32的多个贯通孔30。多个贯通孔30在俯视观察下的开口形状分别为正方形，具有在X轴方向上延伸的一对边和在Y轴方向上延伸的一对边。
多个贯通孔30遍及第一部分32A的整个区域均匀地配置。此外，多个贯通孔30在俯视观察下规则地配置，特别是在本实施方式中，在X轴方向和Y轴方向上配置成并列的矩阵状。此外，配置于第一部分32A的多个贯通孔30为相互相同的大小。
此外，多个贯通孔30遍及第二部分32B的整个区域均匀地配置。此外，多个贯通孔30在俯视观察下规则地配置，特别是在本实施方式中，在X轴方向和Y轴方向上配置成并列的矩阵状。此外，配置于第二部分32B的多个贯通孔30为相互相同的大小。
此外，多个贯通孔30遍及第三部分32C的整个区域均匀地配置。此外，多个贯通孔30在俯视观察下规则地配置，特别是在本实施方式中，在X轴方向和Y轴方向上配置成并列的矩阵状。此外，配置于第三部分32C的多个贯通孔30为相互相同的大小。
另外，所述“均匀”是指除了与X轴方向和Y轴方向相邻的贯通孔30彼此间的分离距离在全部的贯通孔30中相等以外，也包括考虑到制造上可能产生的误差等，一部分的分离距离从其他分离距离稍许偏离例如10％以内左右的情况。同样，所述“正方形”是指实质上正方形，并且除了与正方形一致的情况以外，还包括：从正方形稍许变形的形状、例如考虑到制造上可能产生的误差等四角未成为角而成为倒角或倒圆角、至少一个角部从90°偏离±10°左右的范围内、至少一个边的长度与其他边的长度稍许不同、或者开口的纵横比为1：1.1～1.1：1左右的范围内。
接着，对贯通孔30的设计进行具体说明。贯通孔30设置成用于控制可动体32摆动时的气体的阻尼。如图4所示，阻尼由通过贯通孔30内的气体的孔中阻尼和可动体32与基板2之间的挤压膜阻尼构成。
贯通孔30越大，气体在贯通孔30内越容易流动，因此能够降低孔中阻尼。此外，贯通孔30的占有率越高，可动体32与基板2的相对的面积越减少，因此能够降低挤压膜阻尼。但是，由于同时产生可动体32与第一、第二固定电极81、82的对置面积的减少和转矩产生部322”的质量的降低，所以加速度Az的检测灵敏度降低。相反，贯通孔30越小、即占有率越低，可动体32与第一、第二固定电极81、82的对置面积越增加，转矩产生部322”的质量增加，因此提高加速度Az的检测灵敏度，但是阻尼增大。由此，检测灵敏度的提高和阻尼的减小是无法同时满足的关系，因此以往很难兼顾它们。
针对这种问题，在物理量传感器1中，通过研究贯通孔30的设计，实现了兼顾检测灵敏度和阻尼。关于这方面，以下具体进行说明。物理量传感器1的检测灵敏度与以下方面成比例：(A)将可动体32与第一、第二固定电极81、82间的分离距离作为h时的1/h2、(B)可动体32与第一、第二固定电极81、82的对置面积、(C)支承梁33的弹簧刚性(结构体的厚度均匀的情况下与贯通孔30的Z轴方向的长度H成比例)、(D)转矩产生部322”的质量。在物理量传感器1中，首先，在忽略了阻尼的状态下，确定为了得到必要的检测灵敏度所需的H、h和与可动体32的第一、第二固定电极81、82的相对的面积，换句话说确定第一质量部321和基部322’中的贯通孔30的占有率。由此，形成必要的大小的静电电容Ca、Cb，物理量传感器1得到充分的检测灵敏度。
在此，作为第一部分32A、第二部分32B和第三部分32C中的多个贯通孔30的占有率没有特别限定，但是例如优选为75％以上，更优选为78％以上，进一步优选为82％以上。由此，容易实现兼顾检测灵敏度和阻尼。
由此，如果确定了第一质量部321和基部322’中的贯通孔30的占有率，则接着对凹部21的底面与元件部3间的分离距离h不同的第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3的每一个分别独立地进行阻尼的设计。作为不改变灵敏度而使阻尼最小的新技术思想，在物理量传感器1中，以使图4所示的孔中阻尼与挤压膜阻尼的差尽可能小的方式、优选以孔中阻尼与挤压膜阻尼相等的方式设计多个贯通孔30。由此，能够通过使孔中阻尼与挤压膜阻尼的差尽可能小来降低阻尼，在孔中阻尼与挤压膜阻尼相等的情况下阻尼最小。因此，根据物理量传感器1，能够充分地维持检测灵敏度，并且能够有效地降低阻尼。
另外，第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3中的阻尼设计的方法相互相同，因此以下以第一区域R1的阻尼设计为代表进行说明，对第二区域R2和第三区域R3的阻尼设计省略其说明。
将配置于第一部分32A的贯通孔30的Z轴的长度(可动体32的厚度)作为H[μm]、将第一、第二质量部321、322的第一部分32A的沿着Y轴方向的长度的1/2的长度作为a[μm]、将沿着X轴方向的长度作为L[μm]、将基板2所具有的电极8与第一部分32A间的分离距离、即第一空隙Q1的Z轴方向的长度作为h[μm]、将配置于第一部分32A的贯通孔30的正方形的一边的长度作为S0[μm]、将在第一部分32A内与X轴方向或Y轴方向相邻的贯通孔30彼此的间隔作为S1[μm]、将基于位于第一空隙Q1内的气体、即填充于收纳空间S内的气体的粘性阻力(粘性系数)作为μ[kg/ms]、将在第一部分32A产生的阻尼作为C时，C由以下的式(2)表示。另外，式(2)与上述式(1)相同。另外，在与X轴方向相邻的贯通孔30彼此的间隔和与Y轴方向相邻的贯通孔30彼此的间隔不同的情况下，S1能够作为它们的平均值。
其中，式(2)中使用的参数由下述式(3)～(9)表示。
K(β)＝4β2-β4-4lnβ-3...(6)
r0＝0.547×S0...(9)
在此，包含于式(2)的孔中阻尼成分由下述式(10)表示，挤压膜阻尼成分由下述式(11)表示。
因此，通过上述式(10)与上述式(11)相等、即使用满足下述式(12)的H、h、S0、S1的尺寸，阻尼C成为最小。
在此，将满足上述式(12)的贯通孔30的一边的长度S0作为S0min，将相邻的贯通孔30彼此的间隔S1作为S1min，将在上述式(2)代入了这些S0min和S1min时的阻尼C、即阻尼C的最小值作为Cmin。虽然也取决于物理量传感器1所要求的精度，但是通过使H、h为固定时的S0、S1的范围满足下述式(13)，能够充分降低阻尼。即，如果是阻尼的最小值Cmin+50％以内的阻尼，则能够充分降低阻尼，因此能够维持所希望的频带内的检测灵敏度，并且能够降低噪声。此外，优选满足下述式(14)，更优选满足下述式(15)，进一步优选满足下述式(16)。由此，能够更显著地发挥上述效果。
C≤1.5×Cmin...(13)
C≤1.4×Cmin...(14)
C≤1.3×Cmin...(15)
C≤1.2×Cmin...(16)
图5是示出贯通孔30的一边的长度S0与阻尼的关系的曲线图。另外，H、h固定，S1/S0比为1以使灵敏度固定。这表示即使改变S0的大小而开口率也不变化。从该曲线图可以看出，上述式(2)的阻尼能够分离为上述式(11)的挤压膜阻尼和上述式(10)的孔中阻尼，在S0比S0min小的区域中，孔中阻尼起支配作用，在S0比S0min大的区域中，挤压膜阻尼起支配作用。满足上述式(13)的S0为从比S0min小的一侧的S0’到比S0min大的一侧的S0”的范围。如果将S0min到S0’的范围与S0min和S0”的范围进行比较，则由于阻尼相对于S0的尺寸偏差的变化大而要求尺寸精度，因此优选在能够缓和尺寸精度的从S0min到S0”的范围内采用S0。满足上述式(14)～(16)的情况也同样。
此外，作为S0、S1的关系没有特别限定，但是优选满足下述式(17)，更优选满足下述式(18)，进一步优选满足下述式(19)。通过满足这种关系，能够平衡良好地在可动体32形成贯通孔30。此外，图6是示出S1/S0与灵敏度比和最小阻尼比的关系的曲线图。另外，灵敏度比是指与S1/S0＝1时的灵敏度的比，最小阻尼比是指与S1/S0＝1时的最小阻尼的比。从同图可以看出，在S1/S0>3时，灵敏度比的增加率具有饱和倾向，并且，最小阻尼比具有大幅度的增加倾向，因此通过满足式(17)～式(19)，能够充分提高检测灵敏度，并且能够充分降低阻尼。
0.25≤S1/S0≤3.00...(17)
0.6≤S1/S0≤2.40...(18)
0.8≤S1/S0≤2.00...(19)
在此，以下详细说明在导出上述式(17)至(19)的范围的过程中的尺寸比S1/S0的模拟和实验验证。图7至图15示出绘制了使H为5～80μm、使h为1.0～3.5μm、使S1/S0为0.25～3.0的范围中的S0min、S1min的孔尺寸、孔间距离的值。并且，如果基于由图7至图15得到的S0min、S1min，作为横轴S0、纵轴S1而汇总为曲线图，则如图16的曲线图所示。此外，作为一个例子，图17示出S1/S0＝0.25、H＝5μm、h＝1.0～3.5μm时的S0min、S1min，图18示出S1/S0＝0.25、H＝80μm、h＝1.0～3.5μm时的S0min、S1min。从图17和图18可以看出具有H或h分别越大，S0min、S1min的尺寸越大的倾向。
在此，图19示出使H为5～80μm、使h为1.0～3.5μm、使S1/S0为0.25～3.0的范围内的全部S0min、S1min的点的范围。箭头A方向由S1/S0确定，箭头B方向由H、h的范围确定。此外，作为一个例子，S1min/S0min＝0.25～3、H＝20μm、h＝1.0～3.5μm时的S0min、S1min的条件如图20所示。此外，图21分别示出H＝5～80μm、h＝1.0～3.5μm、将S1min/S0min限定在上述式(17)～(19)的范围的区域。
至此为止，对S0min、S1min进行了说明，但是对于成为上述式(13)～(16)的范围的S0、S1，例如作为图像，在H＝20μm、h＝3.5μm的情况下包含到S0min、S1min的周边，因此成为图22的范围，整体来看成为仅两边扩大的范围。
以上，对第一区域R1中的阻尼设计进行了说明。第二区域R2的阻尼设计也同样，以满足上述式(13)的方式设计各部分的尺寸。由此，能够充分降低第二区域R2中的阻尼。此外，在第二区域R2的阻尼设计中，优选满足上述式(14)，更优选满足上述式(15)，进一步优选满足上述式(16)。由此，能够更显著地发挥上述效果。此外，在第二区域R2的阻尼设计中，也优选满足式(17)～式(19)。由此，能够充分提高检测灵敏度，并且能够充分降低第二区域R2中的阻尼。
另外，在第二区域R2的情况下，只要将配置于第二部分32B的贯通孔30的Z轴的长度替换为H[μm]、将第一、第二质量部321、322的第二部分32B的沿着Y轴方向的长度的1/2的长度替换为a[μm]、将沿着X轴方向的长度替换为L[μm]、将基板2所具有的电极8与第二部分32B间的分离距离、即第二空隙Q2的Z轴方向的长度替换为h[μm]、将配置于第二部分32B的贯通孔30的正方形的一边的长度替换为S0[μm]、将在第二部分32B内相邻的贯通孔30彼此的间隔替换为S1[μm]、将第二空隙Q2内的气体即填充在收纳空间S内的气体的粘性阻力(粘性系数)替换为μ[kg/ms]、将在第二部分32B产生的阻尼替换为C即可。
此外，第三区域R3的阻尼设计也同样，以满足上述式(13)的方式设计各部分的尺寸。由此，能够充分降低第三区域R3中的阻尼。此外，在第三区域R3的阻尼设计中，优选满足上述式(14)，更优选满足上述式(15)，进一步优选满足上述式(16)。由此，能够更显著地发挥上述效果。此外，在第三区域R3的阻尼设计中，也优选满足式(17)～式(19)。由此，能够充分提高检测灵敏度，并且能够充分降低第三区域R3中的阻尼。
另外，在第三区域R3的情况下，只要将配置于第三部分32C的贯通孔30的Z轴的长度替换为H[μm]、将第二质量部322的第三部分32C的沿着Y轴方向的长度的1/2的长度替换为a[μm]、将沿着X轴方向的长度替换为L[μm]、将基板2所具有的电极8与第三部分32C间的分离距离、即第三空隙Q3的Z轴方向的长度替换为h[μm]、将配置于第三部分32C的贯通孔30的正方形的一边的长度替换为S0[μm]、将在第三部分32C内相邻的贯通孔30彼此的间隔替换为S1[μm]、将第三空隙Q3内的气体即填充在收纳空间S内的气体的粘性阻力(粘性系数)替换为μ[kg/ms]、将在第三部分32C产生的阻尼替换为C即可。
在本实施方式中，空隙Q的Z轴方向的长度h为第一区域R1<第二区域R2<第三区域R3的关系，因此与此对应，贯通孔30的一边的长度S0为第一区域R1<第二区域R2<第三区域R3，相邻的贯通孔30彼此的间隔S1为第一区域R1<第二区域R2<第三区域R3。
由此，在第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3的全部中优选满足上述式(12)。由此，在第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3的各区域、即可动体32的大致整个区域中，能够充分降低阻尼，因此作为整体，能够有效地降低阻尼。因此，得到具有优异的检测灵敏度且能够确保所希望的频带的物理量传感器1。
但是，作为物理量传感器1不限于此，只要在第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3中的至少一个区域中，满足上述式(13)即可。由此，在第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3的一部分的区域满足上述式(13)的情况下，优选在满足了上述式(13)的区域中至少包含第一区域R1。空隙Q的长度h越短，阻尼的影响越显著，因此如果在第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3中，在空隙Q的长度h最短的第一区域R1中，满足上述式(13)，则能够有效地降低整体的阻尼。
另外，在第一、第二、第三区域R1、R2、R3的各区域中，作为贯通孔30的Z轴方向的长度H、即可动体32的厚度没有特别限定，但是例如优选为5.0μm以上、80.0μm以下。由此，得到保持机械强度且足够薄的可动体32。因此，能够实现物理量传感器1的小型化。此外，作为空隙Q的长度h没有特别限定，但是例如优选为1.0μm以上、3.5μm以下。由此，能够充分地确保可动体32的可动区域，并且充分地增大静电电容Ca、Cb。此外，作为长度S0没有特别限定，虽然根据长度a、L而不同，但是例如优选为5μm以上、40μm以下，更优选为10μm以上、30μm以下。
以上，对物理量传感器1进行了说明。如上所述，这种物理量传感器1在将相互正交的三个方向作为第一方向的Y轴方向、第二方向的X轴方向和第三方向的Z轴方向时，具有：基板2；可动体32，与基板2隔开空隙Q与Z轴方向相对，相对于基板2在Z轴方向上位移。此外，空隙Q具有第一空隙Q1和基板2与可动体32间的分离距离比第一空隙Q1大的第二空隙Q2。此外，可动体32具有：在从Z轴方向的俯视观察下与第一空隙Q1重叠的第一部分32A和与第二空隙Q2重叠的第二部分32B；以及多个贯通孔30，配置于第一部分32A和第二部分32B，在Z轴方向上贯通，从Z轴方向观察时的开口形状为正方形。并且，在从Z轴方向的俯视观察下，在与第一部分32A重叠的第一区域R1和与第二部分32B重叠的第二区域R2的至少一方中，满足所述式(13)。由此，多个贯通孔30的设计成为适当的设计，具有优异的检测灵敏度，并且能够充分降低阻尼。因此，得到具有优异的检测灵敏度且能够确保所希望的频带的物理量传感器1。
此外，如上所述，物理量传感器1至少在第一区域R1中，满足所述式(13)。空隙Q的长度h越短，阻尼的影响越显著，因此如果在第一区域R1、第二区域R2和第三区域R3中，在空隙Q的长度h为最短的第一区域R1中，满足上述式(13)，则能够更有效地降低整体的阻尼。
此外，如上所述，物理量传感器1在第一区域R1和第二区域R2的两方中，满足所述式(13)。由此，上述效果变得更显著，能够进一步有效地降低阻尼。
此外，如上所述，元件部3具有：固定部31，固定于基板2；以及支承梁33，连接可动体32和固定部31，形成有沿着Y轴方向的旋转轴J。此外，可动体32能够绕旋转轴J位移，在从Z轴方向的俯视观察下，具有：第一质量部321，相对于旋转轴J位于X轴方向的一侧；以及第二质量部322，位于另一侧，绕旋转轴J的旋转力矩比第一质量部321大。此外，第二质量部322具有第一部分32A和位于比第一部分32A远离旋转轴J的位置的第二部分32B。由此，通过在接近旋转轴J的一侧配置长度h小的第一部分32A，并且在与此相比远离旋转轴J的一侧配置长度h大的第二部分32B，能够有效地抑制可动体32绕旋转轴J旋转时的可动体32与基板2的接触。
此外，如上所述，第一质量部321具有第一部分32A。此外，在从Z轴方向的俯视观察下，第一质量部321的第一部分32A和第二质量部322的第一部分32A相对于旋转轴J对称配置。由此，物理量传感器1的装置构成变得容易。
此外，如上所述，物理量传感器1优选在第一区域R1和第二区域R2的至少一方中，满足所述式(14)，更优选为式(15)，进一步优选满足式(16)。由此，能够更显著地发挥上述效果，得到具有优异的检测灵敏度且能够确保所希望的频带的物理量传感器1。
此外，如上所述，物理量传感器1优选在第一区域R1和第二区域R2的至少一方中，满足所述式(17)，更优选满足式(18)，进一步优选满足式(19)。由此，能够充分提高检测灵敏度，并且能够充分降低阻尼。
另外，在本实施方式中，关于贯通孔30的设计，对贯通孔30的横截面形状为正方形的情况进行了说明，但是在贯通孔30的横截面形状为圆形的情况下也能够得到相同的效果。详细地说，是将上述式(9)作为半径的圆形的贯通孔、使上述式(8)的值为两倍的贯通孔中心间距离的形状的情况。此外，即使是相对于贯通孔30的横截面为最佳条件(S0＝S0min的情况)的正方形的面积以±25％以内的面积变化的多边形、例如三角形、正方形以外的四边形、五边形以上的多边形，也得到同样的效果。
此外，在本实施方式中，空隙Q具有相互长度h不同的第一空隙Q1、第二空隙Q2和第三空隙Q3，但是没有特别限定，只要具有相互长度h不同的第一空隙Q1和第二空隙Q2即可。
例如，如图23所示，也可以是如下构成：空隙Q具有相互长度h不同的第一空隙Q1和第二空隙Q2，第一空隙Q1与第一质量部321和第二质量部322的基部322’重叠，第二空隙Q2与第二质量部322的转矩产生部322”重叠。并且，在从Z轴方向的俯视观察下，将第一、第二质量部321、322的与第一空隙Q1重叠的部分称为第一部分32A、将与第二空隙Q2重叠的部分称为第二部分32B、将与第一部分32A重叠的区域称为第一区域R1、将与第二部分32B重叠的区域称为第二区域R2时，只要对每个区域R1、R2将各部分的尺寸设计成满足上述式(13)即可。
此外，如图24所示，空隙Q具有相互长度h不同的第一空隙Q1、第二空隙Q2、第三空隙Q3和第四空隙Q4，第一、第二空隙Q1、Q2与第一质量部321和第二质量部322的基部322’重叠，第三、第四空隙Q3、Q4与第二质量部322的转矩产生部322”重叠。并且，在从Z轴方向的俯视观察下，将第一、第二质量部321、322的与第一空隙Q1重叠的部分称为第一部分32A、将与第二空隙Q2重叠的部分称为第二部分32B、将与第三空隙Q3重叠的部分称为第三部分32C、将与第四空隙Q4重叠的部分称为第四部分32D、将与第一部分32A重叠的区域称为第一区域R1、将与第二部分32B重叠的区域称为第二区域R2、将与第三部分32C重叠的区域称为第三区域R3、将与第四部分32D重叠的区域称为第四区域R4时，只要对每个区域R1、R2、R3、R4将各部分的尺寸设计成满足上述式(13)即可。
空隙Q所具有的相互长度h不同的空隙数越多，形成于凹部21的底面的高低差越小，该高低差中的电极8的成膜时的覆盖率越高。因此，能够有效地抑制电极8的断线等。另一方面，凹部21的形成工序增加，有时导致物理量传感器1的高成本化。相对于此，空隙Q所具有的相互长度h不同的空隙数越少，凹部21的形成工序越少，能够实现物理量传感器1的低成本化。另一方面，形成于凹部21的底面的高低差变大，该高低差中的电极8的成膜时的覆盖率降低。因此，有可能容易产生电极8的断线等。因此，作为空隙Q所具有的相互长度h不同的空隙数优选为3～6个左右。由此，能够平衡良好地兼顾覆盖率的提高和低成本化。
<第二实施方式>
图25是示出第二实施方式的物理量传感器的剖视图。
本实施方式除了电极8的构成不同以外与所述第一实施方式相同。另外，在以下的说明中，关于本实施方式，以与所述第一实施方式的不同点为中心进行说明，相同的事项省略其说明。此外，在图25中，与所述第一实施方式相同的构成赋予相同的附图标记。
如图25所示，在本实施方式的物理量传感器中，凹部51具有：第一凹部511；第二凹部512，位于第一凹部511的X轴方向两侧，比第一凹部511深；以及第三凹部513，位于第二凹部512的X轴方向正侧，比第二凹部512深。此外，第一凹部511相对于可动体32与第一凹部211对称配置，第二凹部512相对于可动体32与第二凹部212对称配置，第三凹部513相对于可动体32与第三凹部213对称配置。
此外，电极8具有配置于凹部51的底面的第一固定电极810、第二固定电极820和虚设电极830。第一固定电极810相对于可动体32与第二固定电极82对称配置，第二固定电极820相对于可动体32与第一固定电极81对称配置，虚设电极830相对于可动体32与虚设电极83对称配置。
并且，第一固定电极81、810彼此电连接，第二固定电极82、820彼此电连接，虚设电极83、830彼此电连接。因此，在可动体32和第一固定电极810之间也形成静电电容Ca，在可动体32和第二固定电极820之间也形成静电电容Cb。
根据这种构成，形成在可动体32和电极8之间的静电电容Ca、Cb与所述第一实施方式相比增加为两倍。此外，也能够更有效地降低可动体32和凹部51的底面之间的气体引起的阻尼C。因此，进一步提高物理量传感器1的加速度Az的检测精度。
根据这种第二实施方式，也能够发挥与所述第一实施方式相同的效果。
<第三实施方式>
图26是示出第三实施方式的物理量传感器的剖视图。
本实施方式除了元件部3的构成不同以外与所述第一实施方式相同。另外，在以下的说明中，关于本实施方式，以与所述第一实施方式的不同点为中心进行说明，相同的事项省略其说明。此外，在图26中与所述第一实施方式相同的构成赋予相同的附图标记。
如图26所示，在本实施方式的物理量传感器1中，可动体32具有厚度、即Z轴方向的长度不同的部分。具体地说，可动体32中的第二质量部322的转矩产生部322”的厚度比其他部分、即基部322’、第一质量部321和连结部323的厚度厚。由此，例如与所述第一实施方式相比，转矩产生部322”的质量变大，提高加速度Az的检测灵敏度。
根据这种第三实施方式，也能够发挥与所述第一实施方式相同的效果。
<第四实施方式>
图27是示出第四实施方式的物理量传感器的俯视图。图28是图27中的B-B线剖视图。
本实施方式除了在基板2设置有止动件以外与所述第一实施方式相同。另外，在以下的说明中，关于本实施方式，以与所述第一实施方式的不同点为中心进行说明，相同的事项省略其说明。此外，在图27和图28中与所述第一实施方式相同的构成赋予相同的附图标记。
如图27和图28所示，本实施方式的物理量传感器1具有从基板2的凹部21的底面向可动体32侧突出的突起6。在本实施方式中，具有多根突起6并分别与基板2一体形成。
突起6通过在可动体32产生了过度的摆动时与可动体32接触，作为限制可动体32的进一步摆动的止动件发挥功能。通过设置这种突起6，能够抑制相互电位不同的可动体32与第一、第二固定电极81、82的过度接近或大面积的接触，能够抑制由于在可动体32和第一、第二固定电极81、82之间产生的静电引力，可动体32保持被第一、第二固定电极81、82吸引的状态而无法返回的“粘附”的产生。
在从Z轴方向的俯视观察下，突起6具有与第一质量部321重叠设置的突起61和与第二质量部322重叠设置的突起62。此外，突起61、62分别在Y轴方向上分离而设置有一对。此外，在从Z轴方向的俯视观察下，一对突起61和一对突起62相对于旋转轴J对称配置。其中，突起61具有抑制可动体32与第一固定电极81的过度接近的功能，突起62具有抑制可动体32与第二固定电极82的过度接近的功能。这些突起61、62是相互相同的构成，在从Z轴方向的俯视观察下相对于旋转轴J对称设置。
此外，各突起61、62被作为与可动体32同电位的虚设电极83覆盖。由此，能够抑制伴随基板2中的碱金属离子的移动的各突起61、62的表面的带电。因此，能够有效地抑制在突起61、62和可动体32之间产生可动体32的误动作、特别是与作为检测对象的加速度Az以外的外力引起的位移相关的不希望的静电引力。因此，成为能够更高精度地检测加速度Az的物理量传感器1。
根据这种第四实施方式，也能够发挥与所述第一实施方式相同的效果。
<第五实施方式>
图29是示出第五实施方式的物理量传感器的俯视图。图30是图29中的C-C线剖视图。
本实施方式除了元件部3和基板2的构成不同以外与所述第一实施方式相同。另外，在以下的说明中，关于本实施方式，以与所述第一实施方式的不同点为中心进行说明，相同的事项省略其说明。此外，在图29和图30中与所述第一实施方式相同的构成赋予相同的附图标记。
如图29所示，在本实施方式的物理量传感器1中，元件部3具有：可动体32；固定于基板2的四个固定部31；以及连结各固定部31和可动体32的四个支承梁33，构成为可动体32相对于基板2在Z轴方向上平行移动。另一方面，如图30所示，基板2的凹部21具有第一凹部211和第二凹部212，该第二凹部212呈包围第一凹部211的周围的框状且比第一凹部211深。并且，在第一凹部211的底面配置有固定电极80，在该固定电极80和可动体32之间形成有静电电容Cc。如果施加加速度Az，则可动体32在Z轴方向上平行移动，由此，静电电容Cc变化。因此，基于静电电容Cc的变化，能够检测加速度Az。
在从Z轴方向的俯视观察下，第一凹部211与可动体32的中央部重叠，第二凹部212与可动体32的边缘部重叠。因此，可动体32的与第一凹部211重叠的中央部为第一部分32A，可动体32的与第二凹部212重叠的边缘部为第二部分32B。并且，在从Z轴方向的俯视观察下，分别在与第一部分32A重叠的第一区域R1和与第二部分32B重叠的第二区域R2中，各部分的尺寸设计成满足所述式(13)。
根据这种第五实施方式，也能够发挥与所述第一实施方式相同的效果。
<第六实施方式>
图31是示出第六实施方式的物理量传感器的剖视图。
本实施方式除了元件部3和基板2的构成不同的以外与所述第一实施方式相同。另外，在以下的说明中，关于本实施方式，以与所述第一实施方式的不同点为中心进行说明，相同的事项省略其说明。此外，在图31中与所述第一实施方式相同的构成赋予相同的附图标记。
如图31所示，在本实施方式的物理量传感器1中，基板2的凹部21的底面是平坦面。因此，凹部21的底面和元件部3之间的空隙Q在其整个区域中长度h相等。
可动体32是与所述第三实施方式相同的构成，具有厚度即Z轴方向的长度不同的部分。具体地说，可动体32中的第二质量部322的转矩产生部322”的厚度比其他部分即基部322’、第一质量部321和连结部323的厚度厚。由此，例如与所述第一实施方式相比，转矩产生部322”的质量变大，提高加速度Az的检测灵敏度。在这种情况下，基部322’、第一质量部321是第一部分32A，转矩产生部322”是第二部分32B，在从Z轴方向的俯视观察下，与第一部分32A重叠的区域是第一区域R1，与第二部分32B重叠的区域是第二区域R2。并且，在第一区域R1和第二区域R2中，各部的尺寸分别设计成满足所述式(13)。
以上，对本实施方式的物理量传感器1进行了说明。如上所述，将相互正交的三个方向作为第一方向的Y轴方向、第二方向的X轴方向和第三方向的Z轴方向时，这种物理量传感器1具有基板2和可动体32，该可动体32与基板2隔开空隙Q与Z轴方向相对，相对于基板2在Z轴方向上位移。此外，可动体32具有：第一部分32A和Z轴方向的长度比第一部分32A长的第二部分32B；以及多个贯通孔30，配置于第一部分32A和第二部分32B，在Z轴方向上贯通，从Z轴方向观察时的开口形状为正方形。并且，在从Z轴方向的俯视观察下，在与第一部分32A重叠的第一区域R1和与第二部分32B重叠的第二区域R2的至少一方中，满足所述式(13)。由此，多个贯通孔30的设计成为适当的设计，具有优异的检测灵敏度，并且能够充分降低阻尼。因此，得到具有优异的检测灵敏度且能够确保所希望的频带的物理量传感器1。
<第七实施方式>
图32是示出作为第七实施方式的电子设备的智能手机的俯视图。
图32所示的智能手机1200应用了本发明的电子设备。在智能手机1200内置有物理量传感器1和基于从物理量传感器1输出的检测信号进行控制的控制电路1210。由物理量传感器1检测到的检测数据发送到控制电路1210，控制电路1210根据接收到的检测数据，识别智能手机1200的姿势、举动，能够使显示于显示部1208的显示图像变化、发出警告音、效果音或驱动振动电动机而使主体振动。
作为这种电子设备的智能手机1200具有物理量传感器1和基于从物理量传感器1输出的检测信号进行控制的控制电路1210。因此，能够享有所述物理量传感器1的效果，能够发挥高可靠性。
另外，本发明的电子设备除了能够应用于所述智能手机1200以外，例如还能够应用于：个人计算机、数码相机、平板终端、时钟、智能手表、喷墨打印机、笔记本型个人计算机、电视机、智能眼镜、HMD(头戴式显示器)等可穿戴终端、摄像机、磁带录象机、汽车导航装置、驾驶记录仪、寻呼机、电子记事本、电子词典、电子翻译机、电子计算器、电子游戏设备、玩具、文字处理器、工作站、电视电话、防犯用电视监视器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗设备、鱼群探测器、各种测定设备、移动体终端基站用设备、车辆、铁道车辆、航空器、直升机、船舶等的各种计量仪器类、飞行模拟器、网络服务器等。
<第八实施方式>
图33是示出作为第八实施方式的电子设备的惯性计测装置的分解立体图。图34是示出图33所示的惯性计测装置所具有的基板的立体图。
作为图33所示的电子设备的惯性计测装置2000(IMU：Inertial MeasurementUnit)是检测汽车、机器人等被安装装置的姿势、举动的惯性计测装置。惯性计测装置2000作为具备3轴加速度传感器和3轴角速度传感器的6轴运动传感器发挥功能。
惯性计测装置2000是平面形状为大致正方形的长方体。此外，在位于正方形的对角线方向的两个部位的顶点附近形成有作为固定部的螺钉孔2110。两根螺钉穿过该两个部位的螺钉孔2110，能够在汽车等被安装体的被安装面固定惯性计测装置2000。另外，通过部件的选定、设计变更，例如能够小型化为能够搭载于智能手机、数码相机的尺寸。
惯性计测装置2000具有外壳2100、接合部件2200和传感器模块2300，成为在外壳2100的内部在接合部件2200中间插入传感器模块2300的构成。外壳2100的外形与所述惯性计测装置2000的整体形状相同，是平面形状为大致正方形的长方体，在位于正方形的对角线方向的两个部位的顶点附近分别形成有螺钉孔2110。此外，外壳2100为箱状，在其内部收纳有传感器模块2300。
传感器模块2300具有内壳2310和基板2320。内壳2310是支承基板2320的部件，成为收纳在外壳2100的内部的形状。此外，在内壳2310形成有用于防止与基板2320的接触的凹部2311和使后述的连接器2330露出的开口2312。这种内壳2310通过接合部件2200与外壳2100接合。此外，内壳2310的下表面通过粘接剂接合基板2320。
如图34所示，在基板2320的上表面安装有：连接器2330；检测绕Z轴的角速度的角速度传感器2340z；以及检测X轴、Y轴和Z轴的各轴方向的加速度的加速度传感器2350等。此外，在基板2320的侧面安装有检测绕X轴的角速度的角速度传感器2340x和检测绕Y轴的角速度的角速度传感器2340y。并且，例如，作为加速度传感器2350能够使用本发明的物理量传感器。
此外，在基板2320的下表面安装有控制IC2360。控制IC2360是MCU(MicroController Unit，微控制器)，控制惯性计测装置2000的各部分。在存储部存储有规定用于检测加速度和角速度的顺序和内容的程序、使检测数据数字化并嵌入分组数据的程序、附属的数据等。另外，在基板2320还安装有多个电子部件。
<第九实施方式>
图35是示出作为第九实施方式的电子设备的移动体定位装置的整体系统的框图。图36是示出图35所示的移动体定位装置的作用的图。
图35所示的移动体定位装置3000安装于移动体来使用，是用于进行该移动体的定位的装置。另外，作为移动体没有特别限定，可以是自行车、汽车、摩托车、电车、飞机、船等中的任一种，但是在本实施方式中，作为移动体对使用四轮汽车、特别是农用拖拉机的情况进行说明。
移动体定位装置3000具有：惯性计测装置3100(IMU)、运算处理部3200、GPS接收部3300、接收天线3400、位置信息获取部3500、位置合成部3600、处理部3700、通信部3800和显示部3900。另外，作为惯性计测装置3100例如能够使用所述惯性计测装置2000。
惯性计测装置3100具有3轴加速度传感器3110和3轴角速度传感器3120。运算处理部3200接收来自加速度传感器3110的加速度数据和来自角速度传感器3120的角速度数据，对这些数据进行惯性导航运算处理，输出包含移动体的加速度和姿势的惯性导航定位数据。
此外，GPS接收部3300通过接收天线3400接收来自GPS卫星的信号。此外，位置信息获取部3500基于GPS接收部3300所接收的信号，输出表示移动体定位装置3000的位置(维度、经度、高度)、速度、方位的GPS定位数据。在该GPS定位数据还包含表示接收状态、接收时刻等的状态数据。
位置合成部3600基于从运算处理部3200输出的惯性导航定位数据和从位置信息获取部3500输出的GPS定位数据，计算移动体的位置、具体地说计算移动体在地面的哪个位置行驶。例如，即使包含于GPS定位数据的移动体的位置相同，但是如图36所示，如果由于地面的倾斜θ等的影响而移动体的姿势不同，则移动体在地面不同的位置行驶。因此，仅通过GPS定位数据，不能计算移动体的准确的位置。因此，位置合成部3600使用惯性导航定位数据，计算移动体在地面的哪个位置行驶。
从位置合成部3600输出的位置数据通过处理部3700进行规定的处理，作为定位结果显示于显示部3900。此外，位置数据也可以通过通信部3800发送到外部装置。
<第十实施方式>
图37是示出第十实施方式的移动体的立体图。
图37所示的汽车1500是应用了本发明的移动体的汽车。在该图中，汽车1500包括发动机系统、制动系统和无钥匙进入系统中的至少任一个的系统1510。此外，在汽车1500内置有物理量传感器1，能够通过物理量传感器1检测车身的姿势。物理量传感器1的检测信号供给到控制电路1502，控制电路1502能够基于该信号来控制系统1510。
由此，作为移动体的汽车1500具有物理量传感器1和基于从物理量传感器1输出的检测信号进行控制的控制电路1502。因此，能够享有所述物理量传感器1的效果，能够发挥高可靠性。
另外，物理量传感器1还能够广泛地应用于汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统系统(ABS)、安全气囊、轮胎压力监测系统(TPMS：Tire Pressure MonitoringSystem)、发动机控制、混合动力汽车、电动汽车的电池监视器等电子控制单元(ECU：electronic control unit)。此外，作为移动体不限于汽车1500，例如也能够应用于铁道车辆、飞机、直升机、火箭、人造卫星、船舶、AGV(无人搬运车)、电梯、自动扶梯、双足步行机器人、无人机等无人飞机、无线电控制飞机模型、铁道模型、其他玩具等。
以上，基于图示的实施方式，说明了本发明的物理量传感器、电子设备和移动体，但是本发明并不限定于此，各部分的构成能够置换为具有相同功能的任意的构成。此外，本发明也可以附加其他任意的构成物。此外，也可以适当地组合所述实施方式。
此外，在所述实施方式中，说明了物理量传感器检测加速度的构成，但是作为物理量传感器所检测的物理量没有特别限定，例如也可以是角速度、压力等。

Claims (15)

1.一种物理量传感器，其特征在于，
将相互正交的三个方向作为第一方向、第二方向和第三方向时，所述物理量传感器具有：
基板；以及
可动体，与所述基板隔开空隙并与所述第三方向相对，且相对于所述基板在所述第三方向上位移，
所述空隙具有第一空隙、第二空隙、第三空隙、以及第四空隙，所述第二空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第一空隙大的空隙，所述第三空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第二空隙大的空隙，所述第四空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第三空隙大的空隙，
所述可动体具有：在从所述第三方向的俯视观察下与所述第一空隙重叠的第一部分、与所述第二空隙重叠的第二部分、与所述第三空隙重叠的第三部分、以及与所述第四空隙重叠的第四部分；以及多个贯通孔，配置于所述第一部分、所述第二部分、所述第三部分、以及所述第四部分，并在所述第三方向上贯通，且从所述第三方向观察时的开口形状为正方形，
所述基板与所述可动体间的分离距离越大，所述贯通孔的尺寸越大，
在从所述第三方向的俯视观察下，在与所述第一部分重叠的第一区域、与所述第二部分重叠的第二区域、与所述第三部分重叠的第三区域、以及与所述第四部分重叠的第四区域的至少一方中，满足下式的关系：
C≤1.5×Cmin
其中，
将所述贯通孔的所述第三方向的长度作为H、
将所述可动体的沿着所述第一方向的长度的1/2的长度作为a、
将所述可动体的沿着所述第二方向的长度作为L、
将所述空隙的所述第三方向的长度作为h、
将所述贯通孔的一边的长度作为S0、
将相邻的所述贯通孔彼此的间隔作为S1、
将所述空隙内的气体的粘性阻力作为μ、
将在所述可动体产生的阻尼作为C时，
K(β)＝4β2-β44lnβ-3
r0＝0.547×S0
在所述式(1)中，将满足下式时的C作为Cmin，
。
2.一种物理量传感器，其特征在于，
将相互正交的三个方向作为第一方向、第二方向和第三方向时，具有：
基板；以及
可动体，与所述基板隔开空隙并与所述第三方向相对，且相对于所述基板在所述第三方向上位移，
所述空隙具有第一空隙、第二空隙、第三空隙、以及第四空隙，所述第二空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第一空隙大的空隙，所述第三空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第二空隙大的空隙，所述第四空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第三空隙大的空隙，
所述可动体具有：在从所述第三方向的俯视观察下与所述第一空隙重叠的第一部分、与所述第二空隙重叠的第二部分、与所述第三空隙重叠的第三部分、以及与所述第四空隙重叠的第四部分；以及多个贯通孔，配置于所述第一部分、所述第二部分、所述第三部分、以及所述第四部分，在所述第三方向上贯通，且从所述第三方向观察时的开口形状为圆形，
所述基板与所述可动体间的分离距离越大，所述贯通孔的尺寸越大，
在从所述第三方向的俯视观察下，在与所述第一部分重叠的第一区域、与所述第二部分重叠的第二区域、与所述第三部分重叠的第三区域、以及与所述第四部分重叠的第四区域的至少一方中，满足下式的关系：
C1.5×Cmin
其中，
将所述贯通孔的所述第三方向的长度作为H、
将所述可动体的沿着所述第一方向的长度的1/2的长度作为a、将所述可动体的沿着所述第二方向的长度作为L、
将所述空隙的所述第三方向的长度作为h、
将所述贯通孔的半径作为ro、
将所述贯通孔中心间距离的一半作为rc、
将所述空隙内的气体的粘性阻力作为μ、
将在所述可动体产生的阻尼作为C时，
K(β)＝4β2-β4-4lnβ-3
在所述式(1)中，将满足下式时的C作为Cmin，
。
3.一种物理量传感器，其特征在于，
将相互正交的三个方向作为第一方向、第二方向和第三方向时，具有：
基板；以及
可动体，与所述基板隔开空隙并与所述第三方向相对，且相对于所述基板在所述第三方向上位移，
所述空隙具有第一空隙、第二空隙、第三空隙、以及第四空隙，所述第二空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第一空隙大的空隙，所述第三空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第二空隙大的空隙，所述第四空隙为所述基板与所述可动体间的分离距离比所述第三空隙大的空隙，
所述可动体具有：在从所述第三方向的俯视观察下与所述第一空隙重叠的第一部分、与所述第二空隙重叠的第二部分、与所述第三空隙重叠的第三部分、以及与所述第四空隙重叠的第四部分；以及多个贯通孔，配置于所述第一部分、所述第二部分、所述第三部分、以及所述第四部分，并在所述第三方向上贯通，且从所述第三方向观察时的开口形状为多边形，
所述基板与所述可动体间的分离距离越大，所述贯通孔的尺寸越大，
在从所述第三方向的俯视观察下，在与所述第一部分重叠的第一区域、与所述第二部分重叠的第二区域、与所述第三部分重叠的第三区域、以及与所述第四部分重叠的第四区域的至少一方中，满足下式的关系：
C1.5×Cmin
其中，
将所述贯通孔的所述第三方向的长度作为H、
将所述可动体的沿着所述第一方向的长度的1/2的长度作为a、将所述可动体的沿着所述第二方向的长度作为L、
将所述空隙的所述第三方向的长度作为h、
将所述贯通孔的面积的平方根作为S0、
将相邻的所述贯通孔彼此的第一方向和第二方向的间隔相加再除以2的值作为S1、
将所述空隙内的气体的粘性阻力作为μ、
将在所述可动体产生的阻尼作为C时，
K(β)＝4β2-β4-4lnβ-3
r0＝0.547×S0
在所述式(1)中，将满足下式时的C作为Cmin，
。
4.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，
至少在所述第一区域中，满足所述式(1)。
5.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，
在所述第一区域和所述第二区域的两方中，满足所述式(1)。
6.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，所述物理量传感器具有：
固定部，固定于所述基板；以及
支承梁，连接所述可动体和所述固定部，且形成有沿着所述第一方向的旋转轴，
所述可动体能够绕所述旋转轴位移，
在从所述第三方向的俯视观察下，
所述物理量传感器具有：第一质量部，相对于所述旋转轴位于所述第二方向的一侧；以及第二质量部，位于另一侧，绕所述旋转轴的旋转力矩比所述第一质量部大，
所述第二质量部具有所述第一部分和所述第二部分，所述第二部分位于比所述第一部分远离所述旋转轴的位置。
7.根据权利要求6所述的物理量传感器，其特征在于，
所述第一质量部具有所述第一部分，
在从所述第三方向的俯视观察下，所述第一质量部的所述第一部分和所述第二质量部的所述第一部分相对于所述旋转轴对称配置。
8.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，
在所述第一区域和所述第二区域的至少一方中，满足下式：
C≤1.4×Cmin。
9.根据权利要求8所述的物理量传感器，其特征在于，
在所述第一区域和所述第二区域的至少一方中，满足下式：
C≤1.3×Cmin。
10.根据权利要求9所述的物理量传感器，其特征在于，
在所述第一区域和所述第二区域的至少一方中，满足下式：
C≤1.2×Cmin。
11.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，
在所述第一区域和所述第二区域的至少一方中，满足下式：
0.25≤S1/S0≤3.00。
12.根据权利要求11所述的物理量传感器，其特征在于，
在所述第一区域和所述第二区域的至少一方中，满足下式：
0.6≤S1/S0≤2.40。
13.根据权利要求12所述的物理量传感器，其特征在于，
在所述第一区域和所述第二区域的至少一方中，满足下式：
0.8≤S1/S0≤2.00。
14.一种电子设备，其特征在于，包括：
权利要求1至13中任一项所述的物理量传感器；以及
控制电路，基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
15.一种移动体，其特征在于，包括：
权利要求1至13中任一项所述的物理量传感器；以及
控制电路，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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