CN112747740A - 物理量传感器、电子设备及移动体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及物理量传感器、电子设备及移动体。通过检测静电电容的物理量传感器的感测区域，来降低存在于两块板的间隙的气体所产生的阻尼电阻。物理量传感器(1)具有：第一板(20)；以及隔着间隙(2)与第一板相对的第二板(10)，通过静电电容的变化来检测根据物理量而变化的第一板与第二板的间隙的感测区域(1A)设置于俯视观察时第一板与第二板重叠的区域内，第一板在感测区域设置有贯通孔(25)，第二板在俯视观察时第二板与第一板的贯通孔重叠的部分(10A)处，虚拟平面(P)至第二板的距离(H1)大于间隙的距离(H2)，该虚拟平面(P)在第一板的隔着间隙与第二板相对的面的同一平面内扩展。
Description
技术领域
本发明涉及物理量传感器、电子设备及移动体等。
背景技术
作为静电电容式的物理量传感器，专利文献1中公开了加速度传感器，而专利文献2中公开了压力传感器。在专利文献1的加速度传感器中，设置有与基板隔开间隙而配置的检测板，该基板与检测板之间的间隙根据加速度而变化。通过检测根据该间隙的大小而变化的静电电容来检测加速度。专利文献2的压力传感器具有根据压力而位移的隔板、以及与隔板隔开间隙而配置的背板。隔板与背板之间的间隙根据压力而变化。通过检测根据该间隙的大小而变化的静电电容来检测压力。
在静电电容式的物理量传感器中，夹在例如一方是固定板、另一方是可动板的两块板之间的狭小空间的气体例如空气、惰性气体成为阻碍可动板的移动的阻尼电阻。该阻尼电阻成为热噪声，而成为噪声源。于是，在加速度传感器中，在检测板(可动板)上设置有多个贯通孔，在压力传感器中，在隔板(可动板)上设置有多个贯通孔。由此，阻尼电阻得以降低。
专利文献1：日本特开2012-229939号公报
专利文献2：日本特开2019-075738号公报
但是，存在无法充分地降低成为噪声源的阻尼电阻的情况。
发明内容
本公开的一方式涉及物理量传感器，具有：第一板；以及隔着间隙与所述第一板相对的第二板，通过静电电容的变化来检测根据物理量而变化的所述第一板与所述第二板的所述间隙的感测区域设置于俯视观察时所述第一板与所述第二板重叠的区域内，所述第一板在所述感测区域设置有贯通孔，所述第二板在所述俯视观察时所述第二板与所述第一板的所述贯通孔重叠的部分处，虚拟平面至所述第二板的距离大于所述间隙的距离，所述虚拟平面在所述第一板的隔着所述间隙与所述第二板相对的面的同一平面内扩展。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的物理量传感器的感测区域的示意立体图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是示出基于第一实施方式的阻尼电阻的降低效果的特性图。
图4是示出图2所示的凹部的形状的变形例的图。
图5是示出使图2所示的凹部的大小增大的变形例的图。
图6是示出基于图5的实施方式的阻尼电阻的降低效果的特性图。
图7是示出将贯通孔设置于层叠构造的可动板的变形例的图。
图8是示出将凹部设置于层叠构造的基板的电极层的变形例的图。
图9是示出将开口部设置于层叠构造的基板的电极层的变形例的图。
图10是示出将开口部设置于层叠构造的基板的电极层、将凹部设置于基板的下层的绝缘层的变形例的图。
图11是示出将凹部设置于层叠构造的基板的下层的绝缘层、将电极层设置于该绝缘层上的变形例的图。
图12是示出本发明的第二实施方式所涉及的物理量传感器的感测区域的示意剖视图。
图13是应用了本发明的物理量传感器的跷跷板式加速度传感器的俯视图。
图14是图13的B-B剖视图。
图15是本发明的其它实施方式所涉及的电子设备的框图。
图16是示出本发明的另一其它实施方式所涉及的移动体的一例的图。
图17是示出移动体的构成例的框图。
附图标记说明
1…物理量传感器；1A、1B…感测区域；2…间隙；3…气体；4…气体的流动；10…基板(第二板)；10A…与贯通孔相对的部分；10B、10B1、10B2…凹部；10C…第二贯通孔；20…可动板(第一板)；20a…第一跷跷板片；20b…第二跷跷板片；21…第一可动电极；22…第二可动电极；25…贯通孔(第二贯通孔)；26…开口部；30…第一连结部；32…第二连结部；40…支承部；50…第一固定电极；52…第二固定电极；54…第三固定电极；60…第一虚拟电极；62…第二虚拟电极；64…第三虚拟电极；80…第一垫片；82…第二垫片；84…第三垫片；90…盖体；92…模腔；100…绝缘层；101…导电层；102…凹部；103…开口部；104…凹部；200…绝缘层；201…导电层；300…电子设备；500…移动体。
具体实施方式
下面，对本实施方式进行说明。需要指出，下面说明的本实施方式并非对权利要求书的记载内容进行不当限定。此外，并不限定于本实施方式中说明的全部构成为必需的构成要素。
1.第一实施方式
1.1.物理量传感器的感测区域
图1示出第一实施方式所涉及的物理量传感器1的感测区域1A。在感测区域1A中，基板10与可动板20隔着间隙2而配置。在图1所示的例子中，可动板20根据作用的物理量相对于固定的基板10在上下方向上移动，从而两块板10、20的间隙2发生变化。静电式物理量传感器1通过在感测区域1A中检测根据基板10与可动板20的间隙2而发生变化的静电电容来检测物理量。因此，两块板10、20的相对面作为电极而发挥功能。需要指出，只要两块板10、20中的至少一方移动即可，也可以是两块板10、20这双方进行移动。这里，物理量包括相对于加速度、角速度的科里奥利力等惯性力、惯性力以外的压力、振动等。
如图1所示，为了降低两块板10、20所夹着的狭小间隙2内的气体即空气、惰性气体所形成的阻尼电阻，例如在可动板20上设置有多个贯通孔25。贯通孔25可以采用在俯视观察时为圆形、四角形、椭圆、多角形等孔形。在将两块板10、20中设置有贯通孔25的可动板20称为第一板时，将基板10称为第二板。
如图2所示，基板10在俯视观察时基板10与可动板20的贯通孔25重叠的部分10A处，虚拟平面P至基板10的距离H1大于间隙2的距离H2，该虚拟平面P在可动板20的隔着间隙与基板10相对的面的同一平面内扩展。换言之，在俯视观察时基板10与可动板20的贯通孔25重叠的部分10A处，基板10在与可动板20的相对的面上具有凹部10B。需要指出，虚拟平面P至基板10的距离H1是在俯视观察时基板10与可动板20的贯通孔25重叠的部分10A处，虚拟平面P至基板10的最短距离。此外，间隙2的距离H2是可动板20与基板10的最短距离。
可动板20根据作用的物理量而进行移动，当间隙2狭小时，处于间隙2内的气体3沿着图2中示意性示出的箭头4进行移动，并从可动板20的贯通孔25向外部排出。此时，气体3为了从贯通孔25向外部排出，两块板10、20之间的气体3必须暂且移动至贯通孔25的正下方的位置。设置于基板10的凹部10B使贯通孔25的正下方的区域与间隙2的距离H2相比扩宽(H1-H2)。由此，降低气体3沿箭头4移动的流路阻力。因此，两块板10、20之间的气体3易于移动至贯通孔25的正下方的位置，阻尼电阻得以降低。这样，在不过度设置贯通孔25的情况下，成为热噪声且为噪声源的阻尼电阻得以降低。
图3是关于具有凹部10B的本实施方式与没有凹部的现有技术的特性图，其中，将横轴设为间隙2的距离H2、纵轴设为阻尼电阻的值。如图3所示，了解到两块板10、20的间隙2越狭小阻尼电阻越大，但是，在间隙2狭小的范围内凹部10B带来的阻尼电阻的降低效果较高。由此，未作用物理量时的初始状态下的间隙2的距离H2优选在5.0μm以下。如果考虑有大于0的下限，则初始状态下的间隙2的距离H2为0.1μm≤H2≤5.0μm。
1.2.变形例
这里，图2的构造可以进行各种变形实施。可以将图2所示的凹部10B的内周壁为垂直的情况如图4所示那样地进行变更。图4示出了在俯视观察时的周缘的深度比俯视观察时的中心的深度浅的凹部10B1。在图4中，凹部10B1的内壁设为弯曲面，但是，也可以设为倾斜面等。图4所示的凹部10B1通过使内壁面弯曲或倾斜，从而弯曲面或倾斜面引导两块板10、20之间的气体3顺畅地移动至贯通孔25的正下方。因此，可以说与图2所示的凹部10B相比，图4所示的凹部10B1的阻尼电阻的降低效果更高。
图2所示的凹部10B的直径与贯通孔24的内径大致相同，但是，也可以如图5所示的凹部10B2那样对其进行扩大。在图5中，在将贯通孔25的开口面积设为S1、将俯视观察时的凹部10B2的面积设为S2时，为S1＜S2。然而，如图2所示，也可以是S1＝S2，因此可以优选S1≤S2成立，更优选S1≤S2＜2×S1成立。这是因为若凹部10B2的面积S2低于上述不等式的下限S1，则阻尼电阻的降低效果下降。这是因为若凹部10B2的面积S2超过上述不等式的上限(2×S1)，则不仅会减小阻尼电阻的降低效果的增大，而且会牺牲灵敏度。需要指出，图5中的被扩大的凹部10B2的内壁的形状可以进行包括图2的垂直壁等的各种变形实施。
图6示出了图5所示的凹部10B2带来的阻尼电阻的降低效果。如图6所示，与图2所示的凹部10B带来的阻尼电阻的降低效果相比，图5所示的凹部10B2带来的阻尼电阻的降低效果更高。其理由是，由于图5的凹部10B2的面积S2大于图2的凹部10B的面积，因此，两块板10、20之间的气体3易于移动至贯通孔25的正下方的位置。
为了使两块板10、20的相对面作为电极发挥功能，可以将两块板10、20的双方作为电极板，但是，并不限定于此。也可以是，两块板10、20中的一方为电极板，两块板10、20中的另一方包括绝缘层与电极层的层叠构造，并且电极层设置于与电极板相对的面。
在图7中，基板10是电极板，例如是通过掺杂磷、硼等杂质而被赋予了导电性的硅、或金属板等。可动板20包括绝缘层200与电极层201的层叠构造。绝缘层200例如可以是玻璃或陶瓷、或者形成于硅基板上的氧化硅层等。电极层201可以是金属层等。在图7中，贯通孔25以贯通绝缘层200及电极层201的方式形成于可动板20。
在图8～图11中，可动板20是电极板，例如是通过掺杂磷、硼等杂质而被赋予了导电性的硅、或金属板等。基板10包括绝缘层100与电极层101的层叠构造。绝缘层100例如可以是玻璃或陶瓷、或者形成于硅基板上的氧化硅层等。电极层101例如可以是金属层等。
图8示出了使凹部102形成于基板10的电极层101的例子。图9示出了使缺失了电极层的开口部103形成于基板10的电极层101的例子。可以使该开口部103作为图2的凹部10B发挥功能。图10示出了与图9同样地在开口部103的范围内，使凹部104形成于绝缘层100的例子。在图10中，可以使开口部103及凹部104作为图2的凹部10B发挥功能。在图11中，凹部104形成于绝缘层100，在该绝缘层100之上以实质上相等的厚度形成有电极层101。由于电极层101沿着绝缘层100的凹部104而形成，从而凹部105形成于基板10。
1.3.制造工艺
对图2、图4、图5、图7～图11所示的凹部10B、10B1、10B2、102～105的制造工艺进行说明。一般情况下，为了如图2所示地形成间隙2，在基板10上形成牺牲层并在牺牲层上形成可动板20，之后，利用可动板20的贯通孔25通过蚀刻去除牺牲层。在使用该制造工艺时，可以在形成牺牲层之前，通过对基板10进行蚀刻等而形成图2、图4、图5、图7～图11所示的凹部10B、10B1、10B2、102～105。这里，关于图9所示的电极层101的开口部103，可以在蚀刻时检测结束点并停止蚀刻，或者采用电极层101被蚀刻而绝缘层100不被蚀刻的选择性较高的蚀刻气体。在通过蚀刻形成图10所示的电极层101的开口部103时，可以采用过蚀刻使凹部104形成于绝缘层100。或者，也可以在形成开口部103之后，将开口部103作为掩模通过蚀刻来形成凹部104。图11的电极层101只要在凹部105形成于绝缘层100之后形成即可。
也可以不采用牺牲层，而是例如接合隔着间隙2而配置的两块板10、20。在这种情况下，也可以在两块基板10、20接合之后形成图2、图4、图5、图7～图10所示的贯通孔25及凹部10B、10B1、10B2、102～104。例如，在两块基板10、20接合之后，通过反应性离子刻蚀(RIE)等干蚀刻使贯通孔25形成于可动板20。此时，蚀刻气体经由形成的贯通孔25被供给至基板10的表面，形成图2、图4、图5、图7～图10所示的凹部10B、10B1、10B2、102～104。而且，若间隙2狭小，则具有贯通孔25的可动板20作为掩模发挥功能，凹部10B、10B1、10B2、102～104可以在与贯通孔25对应的位置上以对应的形状形成。这样的话，可以通过贯通孔25的形成工艺来形成凹部10B、10B1、10B2、102～104。需要指出，为了形成图5所示的扩大的凹部10B2，可以采用相对于可动板20各向异性高且相对于基板10各向同性高的蚀刻气体。
2.第二实施方式
图12示出第二实施方式所涉及的物理量传感器1的感测区域1B。在感测区域1B中，取代图2所示的凹部10B，而设置有贯通基板10的贯通孔10C。这里，在将两块板10、20中的设置有贯通孔25的可动板20称为第一板时，将基板10称为第二板。此外，将设置于第一板20的贯通孔25称为第一贯通孔，将设置于基板10的贯通孔10C称为第二贯通孔。
基板10的贯通孔10C是取代图2所示的凹部10B而设置的，基板10的贯通孔10C的位置与凹部10B相同，是俯视观察时基板10与可动板20的贯通孔25重叠的部分10A。贯通孔10C和贯通孔25可以实质上设为相同的开口面积，或者也可以使辅助性地发挥功能的任一方的贯通孔的开口面积比另一方狭小。此外，只要贯通孔10C与贯通孔25在俯视观察时重叠，则各孔的平面形状既可以相同也可以不同。
根据图12所示的实施方式，当可动板20根据作用的物理量移动而间隙2的距离变窄时，存在于间隙2内的气体3沿着图12中示意性示出的上下两个路线的箭头4而移动，并分别从基板10的贯通孔10C和可动板20的贯通孔25排出到外部。这样，通过基板10的贯通孔10C也可以确保气体3的移动路线，因此，能够降低阻尼电阻。这样，在不过度设置贯通孔25的情况下，成为热噪声且为噪声源的阻尼电阻得以降低。
需要指出，关于该第二实施方式，也可以将两块板10、20的双方作为电极板，但是并不限定于此。也可以是两块板10、20中的一方为电极板，两块板10、20中的另一方包括绝缘层与电极层的层叠构造，并且电极层设置于与电极板相对的面。
第二实施方式所涉及的物理量传感器的制造工艺与第一实施方式所涉及的物理量传感器的制造工艺相同，既可以采用牺牲层，也可以不采用牺牲层而是接合两块板10、20。此外，在未采用牺牲层而接合两块板10、20之后，在可动板20上形成第一贯通孔25的干蚀刻时，也可以将第一贯通孔25作为掩模在基板10上形成第二贯通孔10C。
3.降低阻尼电阻的实施方式的总结
如上所述，本实施方式的物理量传感器1如图2所示，具有第一板20以及隔着间隙2与第一板20相对的第二板10，通过静电电容的变化来检测根据物理量而变化的第一板20与第二板10的间隙2的感测区域1A设置于俯视观察时第一板20与第二板10重叠的区域内，第一板20在感测区域1A设置有贯通孔25，第二板10在俯视观察时，在第二板10与第一板20的贯通孔25重叠的部分10A处，虚拟平面P至第二板10的距离H1大于间隙2的距离H2，该虚拟平面P在第一板20的隔着间隙2与第二板10相对的面的同一平面内扩展。
根据本实施方式，在第二板10与第一板20的贯通孔25重叠的部分10A处，使贯通孔25的正下方的区域与间隙2的距离H2相比扩宽(H1-H2)。由此，降低气体3沿箭头4移动的流路阻力。因此，两块板10、20之间的气体3易于移动至贯通孔25的正下方的位置，阻尼电阻得以降低。
在本实施方式中，如图7及图8所示，也可以是第一板20及第二板10的一方为电极板，第一板20及第二板10的另一方为包括绝缘层100(200)与电极层101(201)的层叠构造，电极层101(201)设置于和电极板相对的面。由此，可以使两块板10、20的相对面作为电极发挥功能，从而作为静电电容式物理量传感器。
在本实施方式中，如图7所示，第一板20包括层叠构造200、201，第二板10为电极板，电极板可以在俯视观察时与贯通孔25重叠的部分处，在与第一板20的电极层201相对的面上具有凹部10B。
在本实施方式中，如图8～图11所示，第二板10可以包括层叠构造100、101。在图8中，第二板10的电极层101可以在俯视观察时与贯通孔25重叠的部分处，在与电极板相对的面上具有凹部102。在图9中，第二板10的电极层101可以在俯视观察时与贯通孔25重叠的部分处具有开口部103。在图10中，第二板10的绝缘层100可以在与第二板10的电极层101的开口部103重叠的部分处，在与电极板20相对的面上还具有凹部104。在图11中，第二板10的绝缘层100可以在俯视观察时与贯通孔25重叠的部分处，在与电极层101相接的面上具有凹部104，电极层101可以在俯视观察时与贯通孔25重叠的部分处以及与贯通孔25重叠的部分以外的其它部分处，形成为厚度实质上相等。
在本实施方式中，如图4所示，也可以是凹部10B1在俯视观察时的周缘的深度比俯视观察时的中心的深度浅。由此，可以引导处于两块板10、20的间隙2的气体3移动至与贯通孔25相对的位置。
在本实施方式中，如图5所示，在将贯通孔25的开口面积设为S1，将俯视观察时的凹部10B2的面积设为S2时，为S1≤S2，更优选的是S1≤S2＜2×S1成立。由此，能够有效地确保阻尼电阻的降低。
此外，如图12所示，本实施方式的物理量传感器1具有第一板20以及隔着间隙2与第一板20相对的第二板10，通过静电电容的变化来检测根据物理量而变化的第一板20与第二板10的间隙2的感测区域1B设置于俯视观察时第一板20与第二板10重叠的区域内，第一板20在感测区域1B设置有第一贯通孔25，第二板10在俯视观察时第二板10与第一板20的第一贯通孔25重叠的部分10A处具有第二贯通孔10C。
由此，例如第一板20根据作用的物理量进行移动，当间隙2的距离狭小时，处于间隙2内的气体3沿着图12中示意性示出的上下两个路线的箭头4移动，并分别从第二板10的贯通孔10C和第一板20的贯通孔25排出到外部。这样，通过第二板10的贯通孔10C也确保了气体3的移动路线，因此，能够降低阻尼电阻。
4.物理量传感器的具体例
下面，参照图13及图14对将第一实施方式或第二实施方式的物理量传感器1应用于检测铅垂方向(Z轴方向)的加速度的跷跷板式的加速度传感器(静电电容式MEMS加速度传感器)的实施方式进行说明。跷跷板式的加速度传感器1与图1～图2、图4～图5、图7～图12同样地具有基板10以及形成有贯通孔25的可动板20。需要指出，图14是图13的B-B剖视图，在图13的B-B线上不存在贯通孔25。因此，在图14所示的剖视图中，未示出贯通孔25以及位于其正下方的图2、图4、图5、图7～图11所示的凹部10B、10B1、10B2、102～105。
基板10的材质例如是玻璃等绝缘材料。例如通过使基板10为玻璃等绝缘材料、使可动板20为硅等半导体材料，从而可以容易地使两者电绝缘，并能够简化传感器构造。
凹部11形成于基板10。可动板20以及连结于可动板20的连结部30、32隔着间隙2设置在凹部11的上方。基板10在凹部11的底面12具有向底面12的上方突出的柱部13。在图14所示的柱部13的两侧中的一侧设置有第一固定电极50，而在另一侧设置有第二固定电极52。第一固定电极50与第一垫片80连接。第二固定电极52和第三固定电极54一起与第二垫片82连接，上述第三固定电极54位于与可动板20不相对的位置处且设置于基板10。另一方面，可动板20具有俯视观察时与第一固定电极50重叠的第一可动电极21以及俯视观察时与第二固定电极52重叠的第二可动电极22。可动板20由导电性材料(例如掺杂了杂质的硅)构成。
图14所示的盖体90与基板10接合。盖体90和基板10形成收纳可动板20的模腔92。模腔92例如是惰性气体(例如氮气)气氛。在这种情况下，在图2等中说明的气体3为惰性气体。
这里，在图13中，俯视观察时，第一可动电极21与第一固定电极50重叠的区域以及第二可动电极22与第二固定电极52重叠的区域是图2或图12所示的感测区域1A(1B)。因此，图2、图4、图5、图7～图11所示的凹部10B、10B1、10B2、102～105形成于第一固定电极50及第二固定电极52。
可动板20根据物理量(例如加速度)而绕支承轴Q位移。具体而言，若施加铅垂方向(Z轴方向)的加速度，则可动板20将由连结部30、32所决定的支承轴Q作为旋转轴(摆动轴)进行跷跷板式摆动。支承轴Q例如与Y轴平行。可动板20具有第一跷跷板片20a以及第二跷跷板片20b。在俯视观察时，第一跷跷板片20a位于与支承轴Q的延伸方向交叉的方向上的一侧。在俯视观察时，第二跷跷板片20b位于与支承轴Q的延伸方向交叉的方向上的另一侧。
这里，在施加了铅垂方向的加速度时，第一跷跷板片20a的旋转力矩与第二跷跷板片20b的旋转力矩不均衡，为了使可动板20产生规定的倾斜，而将支承轴Q配置于偏离可动板20的重心的位置。由此，在施加了铅垂方向的加速度时，可动板20能够以支承轴Q为中心进行跷跷板式摆动。
在可动板20中，第一可动电极21设置于第一跷跷板片20a，第二可动电极22设置于第二跷跷板片20b。第一可动电极21与第一固定电极50之间形成静电电容C1。第二可动电极22与第二固定电极52之间形成静电电容C2。
例如在图14所示的可动板20处于水平的状态下，静电电容C1和静电电容C2彼此相等，并且静电电容C1、C2根据可动电极21、22的位置而变化。隔着连结部30、32和支承部40对可动板20赋予规定的电位。
在可动板20上设置有俯视观察时在支承轴Q上贯通可动板20的开口部26。连结部30、32和支承部40设置于开口部26。可动板20通过作为扭簧而发挥功能的连结部30、32与支承部40连接。支承部40的一部分例如通过阳极接合与柱部13的上表面14接合。需要指出，图14是图13的B-B剖视图，支承部40的一部分在图13的B-B剖面以外的平面位置与柱部13接合，因此，在图14中柱部13与支承部40分离。支承部40通过连结部30、32支承着可动板20。
为了电荷不会滞留于可动板20，虚拟电极60、62、64设置于凹部11的底面12。虚拟电极60、62、64与可动板20电连接。虚拟电极60、62、64例如与可动板20具有相同电位。第一虚拟电极60例如在俯视观察时与可动板20不重叠。第二、第三虚拟电极62、64例如在俯视观察时与可动板20重叠。这里，如图13所示，在俯视观察时与第二虚拟电极62重叠的可动板20的区域也形成有多个贯通孔25。因此，在俯视观察时与贯通孔25形成于可动板20的区域重叠的第二虚拟电极62上也可以形成图2、图4、图5、图7～图11所示的凹部10B、10B1、10B2、102～105。
在第一虚拟电极60与第三固定电极54之间形成静电电容C3。而且，在第一虚拟电极60与第二固定电极52之间形成静电电容C4。在俯视观察时，第二虚拟电极62设置于与支承轴Q的延伸方向交叉的方向上的一侧。第二虚拟电极62与可动板20重叠。在图示的例子中，第二虚拟电极62经由第三配线74、第三虚拟电极64、第四配线76、支承部40、以及连结部30、32与可动板20电连接。在第二虚拟电极62与第一固定电极50之间形成静电电容C5。在第三虚拟电极64与第一固定电极50之间形成静电电容C6(未图示)。而且，在第三虚拟电极64与第二固定电极52之间形成静电电容C7(未图示)。
接下来，对物理量传感器1的动作进行说明。在物理量传感器1中，可动板20根据加速度、角速度等物理量而绕支承轴Q摆动。伴随着该可动板20的动作，第一可动电极21与第一固定电极50之间的距离以及第二可动电极22与第二固定电极52之间的距离产生变化。具体而言，例如若铅垂向上(+Z轴方向)的加速度施加于物理量传感器1，则可动板20向逆时针方向旋转，第一可动电极21与第一固定电极50之间的距离变小，第二可动电极22与第二固定电极52之间的距离变大。其结果是，静电电容C1变大，静电电容C2变小。此外，例如若铅垂向下(-Z轴方向)的加速度施加于物理量传感器，则可动板20向顺时针方向旋转，第一可动电极21与第一固定电极50之间的距离变大，第二可动电极22与第二固定电极52之间的距离变小。其结果是，静电电容C1变小，静电电容C2变大。
在物理量传感器中，采用垫片80、84来检测静电电容C1、静电电容C5以及静电电容C6的合计(第一静电电容)。而且，在物理量传感器1中，采用垫片82、84来检测静电电容C2、静电电容C3、静电电容C4以及静电电容C7的合计(第二静电电容)。此外，可以通过基于第一静电电容与第二静电电容的差的差动检测方式，检测加速度、角速度等的方向、大小等物理量。这样，物理量传感器1可以用作加速度传感器、陀螺仪传感器等惯性传感器。
5.电子设备、移动体
图15是示出本实施方式的电子设备300的构成例的框图。电子设备300包括具有上述的实施方式的惯性传感器的物理量传感器1、以及基于物理量传感器1的计测结果进行处理的处理装置320。此外，电子设备300可以包括通信接口310、操作接口330、显示部340、存储器350以及天线312。
通信接口310例如是无线电路，并进行经由天线312从外部接收数据或向外部发送数据的处理。处理装置320进行电子设备300的控制处理、经由通信接口310发送接收的数据的各种数字处理等。此外，处理装置320基于物理量传感器1的计测结果进行处理。具体而言，处理装置320对于作为物理量传感器1的计测结果的输出信号进行校正处理、滤波处理等信号处理，或者基于该输出信号进行关于电子设备300的各种控制处理。该处理装置320的功能例如可以通过MPU、CPU等处理器实现。操作接口330用于用户进行输入操作，可以通过操作按钮、触摸屏显示器等实现。显示部340用于显示各种信息，可以通过液晶、有机EL等的显示器实现。存储器350用于存储数据，其功能可以通过RAM、ROM等半导体存储器等实现。
需要指出，本实施方式的电子设备300例如可以应用于车载设备、数码相机或摄像机等影像相关设备、头戴式显示装置、钟表相关设备等可穿戴设备、喷墨式喷出装置、机器人、个人计算机、便携式信息终端、印刷装置、投影装置、医疗设备或测量设备等各种设备。车载设备是汽车导航装置、自动驾驶用的设备等。钟表相关设备是钟表、智能手表等。作为喷墨式喷出装置有喷墨式打印机等。便携式信息终端是智能手机、便携式电话机、便携式游戏装置、笔记本PC或平板终端等。
图16示出采用本实施方式的物理量传感器1的移动体500的一例。图17是示出移动体500的构成例的框图。如图17所示，本实施方式的移动体500包括物理量传感器1、以及基于物理量传感器1的计测结果进行处理的处理装置530。
具体而言，如图16所示，移动体500具有车体502、车轮504。此外，定位装置510安装于移动体500。此外，在移动体500的内部设置有进行车辆控制等的控制装置570。此外，如图17所示，移动体500具有：发动机、电机等驱动机构580；盘式制动器、鼓式制动器等制动机构582；以及由方向盘、转向齿轮箱等实现的转向机构584。这样，移动体500是具备驱动机构580、制动机构582、转向机构584并在陆地、天空、海上进行移动的设备/装置。需要指出，作为移动体500具有四轮汽车、摩托车等汽车、自行车、电车、飞机或船等，但在本实施方式中，以四轮汽车为例进行说明。
定位装置510安装于移动体500，是进行移动体500的定位的装置。定位装置510包括物理量传感器1和处理装置530。此外，可以包括GPS接收部520和天线522。作为主机设备的处理装置530接收作为物理量传感器1的计测结果的加速度数据、角速度数据，并对这些数据进行惯性导航运算处理，输出惯性导航定位数据。惯性导航定位数据是表示移动体500的加速度、姿态的数据。
GPS接收部520经由天线522接收来自GPS卫星的信号。处理装置530基于GPS接收部520所接收的信号，求出表示移动体500的位置、速度、方位的GPS定位数据。此外，处理装置530基于惯性导航定位数据和GPS定位数据，计算出移动体500在地面的什么位置行驶。例如即便是GPS定位数据中包括的移动体500的位置相同，如图16所示，如果由于地面的倾斜(θ)等影响而导致移动体500的姿态不同，则变为移动体500在地面的不同位置行驶。因此，仅凭GPS定位数据无法计算出移动体500的准确的位置。于是，处理装置530采用惯性导航定位数据中的特别是移动体500的姿态相关的数据，来计算出移动体500在地面的什么位置行驶。
控制装置570进行移动体500的驱动机构580、制动机构582、转向机构584的控制。控制装置570是车辆控制用的控制器，并进行车辆控制、自动驾驶控制等各种控制。
本实施方式的移动体500包括物理量传感器1以及处理装置530。处理装置530基于来自物理量传感器1的计测结果，进行如上所述的各种处理，并求出移动体500的位置、姿态的信息。例如移动体500的位置的信息可以如上所述地基于GPS定位数据和惯性导航定位数据来求出。此外，移动体500的姿态的信息例如可以基于惯性导航定位数据中包括的角速度数据等而求出。此外，控制装置570例如基于通过处理装置530的处理而求出的移动体500的姿态的信息来进行移动体500的姿态的控制。该姿态的控制例如可以通过控制装置570控制转向机构584来实现。或者，在打滑控制等使移动体500的姿态稳定化的控制中，控制装置570也可以控制驱动机构580或控制制动机构582。根据本实施方式，可以高精度地求出根据物理量传感器1的输出信号而求出的姿态的信息，因此，可以实现移动体500的适当的姿态控制等。此外，在本实施方式中，也可以实现移动体500的自动驾驶控制。在该自动驾驶控制中，除了移动体500的位置及姿态的信息之外，也可以采用周围的物体的监控结果、地图信息、行驶路线信息等。
本实施方式的电子设备可以具有上述的物理量传感器以及基于从该物理量传感器输出的检测信号进行控制的控制部。通过降低在物理量传感器的感测区域产生的阻尼电阻，从而来自物理量传感器的检测信号的噪声降低，电子设备的控制的可靠性提高。
本实施方式的移动体可以具有上述的物理量传感器以及基于从该物理量传感器输出的检测信号进行姿态的控制的姿态控制部。通过降低在物理量传感器的感测区域产生的阻尼电阻，从而来自物理量传感器的检测信号的噪声降低，移动体的姿态控制的可靠性提高。
Claims (12)
1.一种物理量传感器，其特征在于，具有：
第一板；以及
隔着间隙与所述第一板相对的第二板，
通过静电电容的变化来检测根据物理量而变化的所述第一板与所述第二板的所述间隙的感测区域设置于俯视观察时所述第一板与所述第二板重叠的区域内，
所述第一板在所述感测区域设置有贯通孔，
所述第二板在所述俯视观察时所述第二板与所述第一板的所述贯通孔重叠的部分处，虚拟平面至所述第二板的距离大于所述间隙的距离，所述虚拟平面在所述第一板的隔着所述间隙与所述第二板相对的面的同一平面内扩展。
2.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，
所述第一板及所述第二板中的一方为电极板，所述第一板及所述第二板中的另一方包括绝缘层与电极层的层叠构造，并且所述电极层设置在与所述电极板相对的面上。
3.根据权利要求2所述的物理量传感器，其特征在于，
所述第一板包括所述层叠构造，所述第二板为所述电极板，
所述电极板在所述俯视观察时与所述贯通孔重叠的部分处，在与所述第一板的所述电极层相对的面上具有凹部。
4.根据权利要求2所述的物理量传感器，其特征在于，
所述第一板为所述电极板，所述第二板包括所述层叠构造，
所述第二板的所述电极层在所述俯视观察时与所述贯通孔重叠的部分处，在与所述电极板相对的面上具有凹部。
5.根据权利要求2所述的物理量传感器，其特征在于，
所述第一板为所述电极板，所述第二板包括所述层叠构造，
所述第二板的所述电极层在所述俯视观察时与所述贯通孔重叠的部分处具有开口部。
6.根据权利要求5所述的物理量传感器，其特征在于，
所述第二板的所述绝缘层在所述俯视观察时与所述开口部重叠的部分处，在与所述电极板相对的面上具有凹部。
7.根据权利要求2所述的物理量传感器，其特征在于，
所述第二板包括所述绝缘层及所述电极层，
所述第二板的所述绝缘层在所述俯视观察时与所述贯通孔重叠的部分处，在与所述电极层相接的面上具有凹部，
所述第二板的所述电极层在所述俯视观察时与所述贯通孔重叠的部分处以及与所述贯通孔重叠的部分以外的其它部分处，厚度相等。
8.根据权利要求3、4、6或7所述的物理量传感器，其特征在于，
所述凹部在所述俯视观察时的周缘的深度比所述俯视观察时的中心的深度浅。
9.根据权利要求3、4、6或7所述的物理量传感器，其特征在于，
在将所述贯通孔的开口面积设为S1、将所述俯视观察时的所述凹部的面积设为S2时，S1≤S2＜2×S1成立。
10.一种物理量传感器，其特征在于，具有：
第一板；以及
隔着间隙与所述第一板相对的第二板，
通过静电电容的变化来检测根据物理量而变化的所述第一板与所述第二板的间隔的感测区域设置于俯视观察时所述第一板与所述第二板重叠的区域内，
所述第一板在所述感测区域设置有第一贯通孔，
所述第二板在所述俯视观察时所述第二板与所述第一贯通孔重叠的部分处具有第二贯通孔。
11.一种电子设备，其特征在于，具有：
权利要求1至10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。
12.一种移动体，其特征在于，具有：
权利要求1至10中任一项所述的物理量传感器；以及
姿态控制部，基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行姿态的控制。
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