CN113358900B - 惯性传感器、电子设备及移动体 - Google Patents

惯性传感器、电子设备及移动体 Download PDF

Info

Publication number
CN113358900B
CN113358900B CN202110187850.7A CN202110187850A CN113358900B CN 113358900 B CN113358900 B CN 113358900B CN 202110187850 A CN202110187850 A CN 202110187850A CN 113358900 B CN113358900 B CN 113358900B
Authority
CN
China
Prior art keywords
movable body
inertial sensor
support beam
substrate
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110187850.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113358900A (zh
Inventor
永田和幸
田中悟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN113358900A publication Critical patent/CN113358900A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113358900B publication Critical patent/CN113358900B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/03—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses by using non-electrical means
    • G01P15/032—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses by using non-electrical means by measuring the displacement of a movable inertial mass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/013—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over
    • B60R21/0132—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to vehicle motion parameters, e.g. to vehicle longitudinal or transversal deceleration or speed value
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/013—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over
    • B60R21/0132—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over responsive to vehicle motion parameters, e.g. to vehicle longitudinal or transversal deceleration or speed value
    • B60R2021/01325—Vertical acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0831—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type having the pivot axis between the longitudinal ends of the mass, e.g. see-saw configuration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0862—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system
    • G01P2015/0871—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system using stopper structures for limiting the travel of the seismic mass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0862—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system
    • G01P2015/0882—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system for providing damping of vibrations

Abstract

本发明涉及惯性传感器、电子设备及移动体。该惯性传感器具备：基板；固定部，设置于基板；第一可动体，与基板相对，并能够以第一支承梁为第一旋转轴进行位移；第一支承梁，连接在第一方向上排列的第一可动体和固定部；第二可动体，能够因第二支承梁的变形而进行位移；第二支承梁，连接在与第一方向交叉的第二方向上排列的第一可动体和第二可动体；以及突起，设置于基板或第二可动体，在从第三方向俯视观察时，该突起与第二可动体重叠，并且朝向第二可动体或基板突出。

Description

惯性传感器、电子设备及移动体
技术领域
本发明涉及惯性传感器、电子设备及移动体。
背景技术
近年来，开发了使用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)技术制造的惯性传感器。作为这种惯性传感器，例如在专利文献1中记载有如下惯性传感器：具有基板、相对于基板围绕沿着铅直方向的旋转轴进行跷跷板式摆动的可动体以及设置于基板的检测电极，并且能够基于可动体的绕旋转轴的转矩互不相同的第一可动部和第二可动部与配置在彼此相对的位置上的第一检测电极和第二检测电极之间的静电电容的变化，检测铅直方向的加速度。
另外，该惯性传感器在基板上设有突起，该突起防止在可动体过度地进行跷跷板式摆动时可动体的端部与基板接触。
专利文献1：日本特开2019-45172号公报
然而，关于专利文献1中记载的惯性传感器，在因过度的跷跷板式摆动而使可动体与突起碰撞时，由于可动体和突起的刚度高，因此有可能无法吸收该冲击而损坏可动体、突起。
发明内容
惯性传感器具备：基板；固定部，设置于上述基板；第一可动体，与上述基板相对，并能够以第一支承梁为第一旋转轴进行位移；上述第一支承梁，连接在第一方向上排列的上述第一可动体和上述固定部；第二可动体，能够因第二支承梁的变形而进行位移；上述第二支承梁，连接在与上述第一方向交叉的第二方向上排列的上述第一可动体和上述第二可动体；以及突起，设置于上述基板或上述第二可动体，在从与上述第一方向和上述第二方向交叉的第三方向俯视观察时，上述突起与上述第二可动体重叠，并且朝向上述第二可动体或上述基板突出。
电子设备具备上述的惯性传感器以及基于从上述惯性传感器输出的检测信号进行控制的控制部。
移动体具备上述的惯性传感器以及基于从上述惯性传感器输出的检测信号进行控制的控制部。
附图说明
图1是示出第一实施方式涉及的惯性传感器的简要结构的俯视图。
图2是图1中的A-A线处的剖视图。
图3是示出第二实施方式涉及的惯性传感器的简要结构的剖视图。
图4是示出第三实施方式涉及的惯性传感器的简要结构的俯视图。
图5是示出第四实施方式涉及的惯性传感器的简要结构的俯视图。
图6是示出第五实施方式涉及的惯性传感器的简要结构的相当于图1的C部位置的俯视图。
图7是示出第六实施方式涉及的惯性传感器的简要结构的相当于图1的C部位置的俯视图。
图8是示出第七实施方式涉及的惯性传感器的简要结构的相当于图1的D部位置的俯视图。
图9是示出第八实施方式涉及的惯性传感器的简要结构的俯视图。
图10是示意性地示出作为电子设备的一个例子的智能手机的结构的立体图。
图11是示出作为移动体的一个例子的汽车的结构的立体图。
附图标记说明
1、1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g…惯性传感器；2…基板；3…传感器元件；5…盖；21…凹部；22…固定部；23…突起；24…第一检测电极；25…第二检测电极；26…虚设电极；31…第一可动体；32…保持部；33…第一支承梁；34…第一质量部；35…第二质量部；36…第三质量部；37…第二支承梁；38…第二可动体；39…第一连结部；40…第二连结部；41…第三连结部；42…凸部；43…凹部；44…缺口部；45、46…开口；51…凹部；1200…作为电子设备的智能手机；1500…作为移动体的汽车；Ca、Cb…静电电容；J1…作为第一旋转轴的旋转轴；J2…作为第二旋转轴的旋转轴；S…收纳空间。
具体实施方式
1.第一实施方式
首先，关于第一实施方式涉及的惯性传感器1，列举检测铅直方向(Z方向)的加速度的加速度传感器作为一个例子，并参照图1和图2进行说明。
需要注意的是，为了便于说明惯性传感器1的内部结构，在图1中示出了移除盖5后的状态。另外，在图1中，省略了基板2的凹部21内的布线。
另外，为了便于说明，在各附图中示出了X轴、Y轴及Z轴作为彼此正交的三个轴。另外，将沿着X轴的方向称为“X方向”，将沿着Y轴的方向称为“Y方向”，将沿着Z轴的方向称为“Z方向”。另外，也将各轴方向的箭头前端侧称为“正侧”，基端侧称为“负侧”，Z方向正侧称为“上”，Z方向负侧称为“下”。另外，Z方向沿着铅直方向，XY平面沿着水平面。另外，本实施方式中的第一方向是指Y方向，第二方向是指X方向，第三方向是指Z方向。
图1和图2所示的惯性传感器1能够检测传感器元件3的铅直方向(Z方向)的加速度。这种惯性传感器1具有基板2、配置在基板2上的传感器元件3以及与基板2接合并覆盖传感器元件3的盖5。
如图1所示，基板2在X方向和Y方向上具有宽度，并且在Z方向上具有厚度。另外，如图2所示，基板2形成有在上表面侧开口的凹部21。在从Z方向俯视观察时，该凹部21将传感器元件3包含在内侧，并且形成为比传感器元件3大。凹部21作为抑制传感器元件3与基板2接触的避让部发挥功能。另外，基板2具有从凹部21的底面向传感器元件3侧突出的固定部22和突起23，并且在凹部21的底面配置有第一检测电极24、第二检测电极25以及虚设电极26。而且，传感器元件3与固定部22的上表面接合。另外，突起23配置在从Z方向俯视观察时与后述第二可动体38重叠的位置。
突起23作为止动件发挥功能，该止动件通过在第一可动体31发生过度的跷跷板式摆动时与和第一可动体31连结的第二可动体38接触而限制第一可动体31的在此之上的跷跷板式摆动。通过设置这样的突起23，能够抑制电位互不相同的第一可动体31与第一检测电极24及第二检测电极25的过度接近或大面积接触，并且能够有效地抑制由于在第一可动体31与第一检测电极24及第二检测电极25之间产生的静电引力而导致第一可动体31被第一检测电极24、第二检测电极25吸引而不再复原的“粘附(sticking)”的发生。
作为基板2，例如可以使用由含有Na+等作为可动离子的碱金属离子的玻璃材料、诸如Pyrex(注册商标)玻璃、Tempax(注册商标)玻璃之类的硼硅酸玻璃构成的玻璃基板。不过，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。
另外，如图1所示，在基板2上，在凹部21的底面配置有俯视观察时与传感器元件3重叠的第一检测电极24、第二检测电极25及虚设电极26。
如图2所示，盖5形成有在下表面侧开口的凹部51。盖5将传感器元件3收纳在凹部51内并接合到基板2的上表面。于是，通过盖5和基板2，在其内侧形成有收纳传感器元件3的收纳空间S。收纳空间S是气密空间，优选填充有氮气、氦气、氩气等不活泼气体，使用温度为-40℃～125℃左右，基本上为大气压。不过，收纳空间S的环境没有特别限定，例如既可以是减压状态，也可以是加压状态。
作为盖5，例如可以使用硅基板。不过，并不特别限定于此，例如也可以使用玻璃基板、陶瓷基板。另外，作为基板2和盖5的接合方法，没有特别限定，只要根据基板2、盖5的材料适当选择即可，例如，可以使用阳极接合、将被等离子体照射而活化的接合面彼此接合的活化接合、利用玻璃粉等接合材料的接合、将在基板2的上表面及盖5的下表面形成的金属膜彼此接合的扩散接合等。
传感器元件3例如通过蚀刻、特别是作为深槽蚀刻技术的波希法(Bosch process)对掺杂有磷(P)、硼(B)、砷(As)等杂质的导电性硅基板形成图案而形成。如图1所示，传感器元件3具有与固定部22的上表面接合的保持部32、能够相对于保持部32围绕沿着Y轴的作为第一旋转轴的旋转轴J1位移的第一可动体31、连接第一可动体31和保持部32的第一支承梁33、能够相对于保持部32围绕沿着X轴的作为第二旋转轴的旋转轴J2位移的第二可动体38、以及连接在X方向上排列的第一可动体31和第二可动体38的第二支承梁37。固定部22和保持部32例如是阳极接合，第一支承梁33经由保持部32连接第一可动体31和固定部22。
第一可动体31在从Z方向俯视观察时呈以X方向为长边方向的长方形形状。另外，第一可动体31具有在从Z方向俯视观察时将沿着Y轴的旋转轴J1夹在中间而配置的第一质量部34和第二质量部35以及连接到第二质量部35的第三质量部36。第一质量部34相对于旋转轴J1位于X方向正侧，第二质量部35和第三质量部36相对于旋转轴J1位于X方向负侧。另外，第二质量部35及第三质量部36在X方向上比第一质量部34长，并且在施加有Z方向的加速度Az时围绕旋转轴J1的转矩比第一质量部34的大。
由于该转矩之差，在施加有加速度Az时，第一可动体31围绕旋转轴J1进行跷跷板式摆动。需要注意的是，跷跷板式摆动意指，若第一质量部34向Z方向正侧位移，则第二质量部35向Z轴方向负侧位移，相反，若第一质量部34向Z轴方向负侧位移，则第二质量部35向Z轴方向正侧位移。
另外，第一可动体31通过第一连结部39连结第一质量部34和第二质量部35，并具有位于第一质量部34与第二质量部35之间的开口45。于是，在开口45内配置有保持部32和第一支承梁33。这样，通过在第一可动体31的内侧配置保持部32和第一支承梁33，从而能够实现传感器元件3的小型化。另外，第一可动体31具有在其整个区域上均匀形成的多个贯通孔。由此，能够减少由粘性引起的倾倒(dumping)。不过，贯通孔可以被省略，其配置也可以不均匀。
另外，在第一可动体31中，在Y方向上排列的第一连结部39和保持部32通过在Y方向上延伸的第一支承梁33连接。因此，能够以第一支承梁33为旋转轴J1，使第一可动体31围绕旋转轴J1以跷跷板式摆动进行位移。
第一质量部34由两个质量部构成，并且在Y方向的中央部通过第二连结部40连结。在第一质量部34中，在第二连结部40的Y方向两侧配置有从第二连结部40侧起在Y方向上延伸的第二可动体38，第二可动体38的在第二连结部40侧的端部的X方向的两侧与两个质量部分别通过在X方向上延伸的第二支承梁37连接。更具体而言，配置在第二连结部40的Y方向正侧的第二支承梁37连接在X方向上排列的、向Y方向正侧延伸的第二可动体38和第一质量部34的两个质量部，配置在第二连结部40的Y方向负侧的第二支承梁37连接在X方向上排列的、向Y方向负侧延伸的第二可动体38和第一质量部34的两个质量部。
与第一质量部34同样地，第二质量部35由两个质量部构成，并且在Y方向的中央部通过第二连结部40连结。在第二质量部35中，在第二连结部40的Y方向两侧配置有从第二连结部40侧起在Y方向上延伸的第二可动体38，第二可动体38的在第二连结部40侧的端部的X方向的两侧与两个质量部分别通过在X方向上延伸的第二支承梁37连接。另外，第二质量部35的X方向负侧的端部通过第三连结部41与第三质量部36连结，在第二质量部35与第三质量部36之间设有用于使第一质量部34与第二质量部35的XY平面的面积相等的开口46。
配置于第一质量部34和第二质量部35的第二支承梁37是在X方向上延伸的梁形状，因此用作与旋转轴J1交叉的沿着X轴的旋转轴J2，能够使与第二支承梁37连接的第二可动体38围绕旋转轴J2进行位移。另外，在从Z方向俯视观察时，在与第二可动体38的连接于第二支承梁37一侧的相反侧的前端部重叠的位置上配置有设置在基板2上的突起23。
因此，若在第一可动体31发生过度的跷跷板式摆动时第二可动体38与突起23接触，则第二支承梁37以围绕旋转轴J2扭转的方式变形，能够减轻与突起23的冲击，能够在减少第二可动体38、突起23的损坏的基础上，限制第一可动体31的在此之上的跷跷板式摆动。因此，第二支承梁37和第二可动体38作为吸收冲击的阻尼器发挥功能。
需要注意的是，第二支承梁37围绕旋转轴J2的扭转刚度高于第一支承梁33围绕旋转轴J1的扭转刚度。因此，在施加了相同的力的情况下，相对于由第一支承梁33引起的第一可动体31的位移量，由第二支承梁37引起的第二可动体38的位移量较小，因此能够通过第二支承梁37和第二可动体38发挥止动件的功能。
在本实施方式中，以一个第二支承梁37、第二可动体38及突起23为一组配置有四组，在从Z方向俯视观察时，隔着与旋转轴J1平行的Y方向在第一质量部34及第二质量部35上分别配置有两组，在第一质量部34及第二质量部35中，以隔着第二连结部40而相对的方式配置有两组第二支承梁37、第二可动体38及突起23。由于四组第二支承梁37、第二可动体38及突起23隔着Y方向对称地配置，因此能够不易产生围绕旋转轴J1的不必要的位移，另外，由于四组第二支承梁37、第二可动体38及突起23隔着X方向对称地配置，因此能够不易产生围绕旋转轴J2的不必要的位移。
另外，通过使第二支承梁37的旋转轴J2为与第一支承梁33的沿Y轴的旋转轴J1正交的沿X轴的方向，从而能够在具备阻尼器功能和止动件功能的状态下提高来自X方向的耐冲击性。也就是说，这是因为，若使第一支承梁33的旋转轴J1和第二支承梁37的旋转轴J2为沿着Y轴的方向，则对于来自X方向的冲击，第一可动体31在X方向上大幅位移，容易产生特性劣化。
接着，对配置于凹部21的底面的第一检测电极24、第二检测电极25及虚设电极26进行说明。
如图1和图2所示，在从Z方向俯视观察时，第一检测电极24与第一质量部34重叠配置，第二检测电极25与第二质量部35重叠配置。这些第一检测电极24及第二检测电极25在从Z方向俯视观察时相对于旋转轴J1大致对称地设置，使得在未施加加速度Az的自然状态下后述的静电电容Ca、Cb相等。
另外，虚设电极26位于比第二检测电极25更靠X方向负侧的位置，与第三质量部36重叠设置。这样，通过利用虚设电极26覆盖凹部21的底面，能够抑制凹部21的底面随着基板2中的碱金属离子的移动而带电。因此，能够有效地抑制在凹部21的底面与第二质量部35之间产生导致第一可动体31进行误动作那样的不期望的静电引力。因此，成为能够更高精度地检测加速度Az的惯性传感器1。
虽然未图示，但在驱动惯性传感器1时，经由未图示的布线对传感器元件3施加驱动电压，第一检测电极24和QV放大器、第二检测电极25和其它的QV放大器分别通过未图示的布线连接。由此，在第一质量部34与第一检测电极24之间形成静电电容Ca，在第二质量部35与第二检测电极25之间形成静电电容Cb。在未施加加速度Az的自然状态下，静电电容Ca、Cb彼此大致相等。
当对惯性传感器1施加了加速度Az时，第一可动体31以旋转轴J1为中心进行跷跷板式摆动。通过该第一可动体31的跷跷板式摆动，第一质量部34与第一检测电极24之间的间隙和第二质量部35与第二检测电极25之间的间隙反相变化，相应地静电电容Ca、Cb彼此反相变化。因此，惯性传感器1能够基于静电电容Ca、Cb的变化来检测加速度Az。
本实施方式的惯性传感器1具备：第二可动体38，能够因设置在第一可动体31上的第二支承梁37的变形而进行位移；以及突起23，设置于基板2，在从Z方向俯视观察时与第二可动体38重叠，突起23朝向第二可动体38突出。因此，若在第一可动体31发生过度的跷跷板式摆动时第二可动体38与突起23接触，则第二支承梁37以围绕旋转轴J2扭转的方式变形，因此能够减轻与突起23的冲击，能够减少第二可动体38、突起23的损坏。
另外，通过将在X方向上延伸的多个第二支承梁37隔着第二连结部40相对配置，从而能够进一步增加第二支承梁37在X方向上的长度，能够进一步减轻与突起23的冲击。
另外，由于第二支承梁37的扭转刚度高于第一支承梁33的扭转刚度，因此第二可动体38的位移量小于第一可动体31的位移量，能够限制第一可动体31的过度的跷跷板式摆动。
2.第二实施方式
接着，参照图3说明第二实施方式涉及的惯性传感器1a。需要注意的是，图3相当于图1中的A-A线处的剖视图。
本实施方式的惯性传感器1a与第一实施方式的惯性传感器1相比，除了传感器元件3a和基板2a的结构不同以外，均与第一实施方式的惯性传感器1是同样的。需要注意的是，围绕与上述第一实施方式的不同之处进行说明，而省略同样的事项的说明。
如图3所示，惯性传感器1a的传感器元件3a在第二可动体38a上设有朝向基板2a突出的突起23a。因此，在第一可动体31发生过度的跷跷板式摆动时，通过设置在第二可动体38a上的突起23a与基板2a的凹部21的底面接触，从而能够得到与第一实施方式的惯性传感器1同样的效果。
3.第三实施方式
接着，参照图4说明第三实施方式涉及的惯性传感器1b。需要注意的是，图4相当于图1中的B部位置处的俯视图。
本实施方式的惯性传感器1b与第一实施方式的惯性传感器1相比，除了第二可动体38b和第二连结部40b的结构不同以外，均与第一实施方式的惯性传感器1是同样的。需要注意的是，围绕与上述第一实施方式的不同之处进行说明，而省略同样的事项的说明。
如图4所示，惯性传感器1b在第二可动体38b的与第二支承梁37连接的一侧设有向第二连结部40b侧突出的凸部42。另外，在第二连结部40b的与凸部42相对的位置上设有向凸部42侧开口的凹部43，以避免随着第二可动体38b的位移而与凸部42接触。通过设置凸部42，从而能够将第二可动体38b围绕旋转轴J2位移时在第二可动体38b与第二支承梁37的连结部分产生的应力分散到凸部42与第二支承梁37的连结部分，因此能够缓和应力集中于连结部分，能够抑制连结部分处的损坏。因此，惯性传感器1b能够提高第二支承梁37与第二可动体38b的连结部分的机械强度，且能够得到与第一实施方式的惯性传感器1同样的效果。
4.第四实施方式
接着，参照图5说明第四实施方式涉及的惯性传感器1c。需要注意的是，图5相当于图1中的B部位置处的俯视图。
本实施方式的惯性传感器1c与第一实施方式的惯性传感器1相比，除了第二可动体38c和第二连结部40c的结构不同以外，均与第一实施方式的惯性传感器1是同样的。需要注意的是，围绕与上述第一实施方式的不同之处进行说明，而省略同样的事项的说明。
如图5所示，惯性传感器1c在第二可动体38c的与第二支承梁37c连接的一侧设有向第二连结部40c侧突出的凸部42c，并且第二可动体38c与第二支承梁37c的连结部分以及凸部42c与第二支承梁37c的连结部分为曲面。另外，在第二连结部40c的与凸部42c相对的位置上设有向凸部42c侧开口且在凹部内的两个角具有曲面的凹部43c，以避免随着第二可动体38c的位移而与凸部42c接触。通过使连结部分为曲面，从而能够缓和第二可动体38c围绕旋转轴J2位移时应力集中于第二支承梁37c与第二可动体38c的连结部分、第二支承梁37c与凸部42c的连结部分，能够抑制连结部分处的损坏。因此，惯性传感器1c能够进一步提高第二支承梁37c与第二可动体38c的连结部分的机械强度，且能够得到与第一实施方式的惯性传感器1同样的效果。
5.第五实施方式
接着，参照图6说明第五实施方式涉及的惯性传感器1d。需要注意的是，图6相当于图1中的C部位置处的俯视图。
本实施方式的惯性传感器1d与第一实施方式的惯性传感器1相比，除了第一可动体31d和第二支承梁37d的结构不同以外，均与第一实施方式的惯性传感器1是同样的。需要注意的是，围绕与上述第一实施方式的不同之处进行说明，而省略同样的事项的说明。
如图6所示，在惯性传感器1d中，第一可动体31d与第二支承梁37d的连结部分为曲面。另外，隔着第二支承梁37d的两侧的连结部分的曲面形状相对于X轴为线对称。需要注意的是，本实施方式中，在从Z方向俯视观察时，连结部分的曲面为1/4圆形，但并不限于此，也可以是半圆形。
通过使连结部分为曲面，从而能够缓和第二可动体38围绕旋转轴J2位移时应力集中于连结部分，能够抑制连结部分处的损坏。因此，惯性传感器1d能够提高第一可动体31d与第二支承梁37d的连结部分的机械强度，且能够得到与第一实施方式的惯性传感器1同样的效果。
6.第六实施方式
接着，参照图7说明第六实施方式涉及的惯性传感器1e。需要注意的是，图7相当于图1中的C部位置处的俯视图。
本实施方式的惯性传感器1e与第一实施方式的惯性传感器1相比，除了第一可动体31e和第二支承梁37e的结构不同以外，均与第一实施方式的惯性传感器1是同样的。需要注意的是，围绕与上述第一实施方式的不同之处进行说明，而省略同样的事项的说明。
如图7所示，在惯性传感器1e中，第一可动体31e与第二支承梁37e的连结部分为曲面。另外，隔着第二支承梁37e的两侧的连结部分的曲面形状在从Z方向俯视观察时为具有比第一可动体31e与第二支承梁37e的空隙在Y方向上的长度、第二连结部40e与第二支承梁37e的空隙在Y方向上的长度大的直径的圆形，并且相对于X轴为线对称。需要注意的是，隔着第二支承梁37d的两侧的连结部分的曲面形状并不限定于同一直径的圆形，也可以是直径不同的圆形。
通过使连结部分为曲面，从而能够缓和第二可动体38围绕旋转轴J2位移时应力集中于连结部分，能够抑制连结部分处的损坏。因此，惯性传感器1e能够提高第一可动体31e与第二支承梁37e的连结部分的机械强度，且能够得到与第一实施方式的惯性传感器1同样的效果。
7.第七实施方式
接着，参照图8说明第七实施方式涉及的惯性传感器1f。需要注意的是，图8相当于图1中的D部位置处的俯视图。
本实施方式的惯性传感器1f与第一实施方式的惯性传感器1相比，除了第二可动体38f的结构不同以外，均与第一实施方式的惯性传感器1是同样的。需要注意的是，围绕与上述第一实施方式的不同之处进行说明，而省略同样的事项的说明。
如图8所示，惯性传感器1f在第二可动体38f的与第二支承梁37连接侧的相反侧的端部设有与第一可动体31相对的缺口部44。更详细地说，在第二可动体38f的前端部的X方向的两侧分别设有缺口部44。
通过在第二可动体38f上设置缺口部44，从而能够抑制第一可动体31和第二可动体38f因来自X方向、Y方向的冲击等而发生碰撞并损坏第一可动体31、第二可动体38f。因此，惯性传感器1f具有优异的耐冲击性，且能够得到与第一实施方式的惯性传感器1同样的效果。
进而，第二可动体38f的在第二支承梁37一侧的部分与缺口部44的连结部分是向第一可动体31侧凸出的曲面。由此，能够抑制向第一可动体31侧凸出的曲面和第一可动体31因来自X方向、Y方向的冲击等而发生碰撞并损坏第一可动体31、第二可动体38f。
8.第八实施方式
接着，参照图9说明第八实施方式涉及的惯性传感器1g。需要注意的是，为了便于说明，图9示出了移除盖5后的状态。
本实施方式的惯性传感器1g与第一实施方式的惯性传感器1相比，除了传感器元件3g的结构不同以外，与第一实施方式的惯性传感器1是同样的。需要注意的是，围绕与上述第一实施方式的不同之处进行说明，而省略同样的事项的说明。
如图9所示，在惯性传感器1g中，多个第二可动体38g隔着第二连结部40g配置在第一可动体31g的第一质量部34g及第二质量部35g上，第一质量部34g及第二质量部35g与第二可动体38g通过螺旋形状的第二支承梁37g连接。第二支承梁37g是盘簧(spiralspring)，能够使第二可动体38g在Z方向上位移。另外，在从Z方向俯视观察时，在与第二可动体38g重叠的位置上配置有从基板2向第二可动体38g突出的突起23。
因此，若在第一可动体31g发生过度的跷跷板式摆动时第二可动体38g与突起23接触，则第二支承梁37g挠曲变形，能够减轻与突起23的冲击，并且能够在减少第二可动体38g、突起23的损坏的基础上，限制第一可动体31g的在此之上的跷跷板式摆动。因此，惯性传感器1g的第二支承梁37g及第二可动体38g作为吸收冲击的阻尼器发挥功能，能够得到与第一实施方式的惯性传感器1同样的效果。
9.第九实施方式
接着，作为第九实施方式涉及的具备惯性传感器1～1g的电子设备的一个例子，列举智能手机1200进行说明。需要注意的是，在以下的说明中，例示应用了惯性传感器1的结构进行说明。
如图10所示，作为电子设备的智能手机1200组装有上述惯性传感器1。由惯性传感器1检测出的加速度等作为检测信号的检测数据被发送到智能手机1200的控制部1201。控制部1201构成为包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)，能够根据接收到的检测数据识别智能手机1200的姿态、行为，或改变在显示部1208上显示的显示图像，或发出警告音、效果音，或驱动振动电机以使主体振动。换言之，能够进行智能手机1200的运动感测，并根据测得的姿态、行为，或改变显示内容，或产生声音、振动等。特别是在执行游戏的应用程序的情况下，能够体验到接近现实的临场感。
需要注意的是，惯性传感器1～1g除了可以应用于上述智能手机1200以外，例如还可以应用于个人计算机、数码相机、平板终端、钟表、智能手表、喷墨打印机、膝上型个人计算机、电视、智能玻璃、HMD(头戴式显示器)等可穿戴终端、摄像机、磁带录像机、汽车导航装置、行车记录仪、寻呼机、电子记事本、电子词典、电子翻译机、计算器、电子游戏设备、玩具、文字处理器、工作站、可视电话、安全电视监视器、电子双眼望远镜、POS终端、医疗设备、鱼群探测器、各种测量设备、移动体终端基站用设备、车辆、铁路车辆、航空器、直升机、船舶等各种仪器类、飞行模拟器、网络服务器等。
10.第十实施方式
接着，作为第十实施方式涉及的具备惯性传感器1～1g的移动体的一个例子，列举汽车1500进行说明。需要注意的是，在以下的说明中，例示应用了惯性传感器1的结构进行说明。
如图11所示，作为移动体的汽车1500内置有惯性传感器1，例如能够通过惯性传感器1检测车身1501的移动、姿态。惯性传感器1的检测信号被供给到控制车身1501的移动、姿态的作为控制部的车身姿态控制装置1502，车身姿态控制装置1502能够基于该信号检测车身1501的姿态，并根据检测结果或控制悬架的软硬，或控制各个车轮1503的制动。
需要注意的是，惯性传感器1～1g除此之外还可以广泛地应用于无钥匙进入系统、防盗控制系统、汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊、轮胎压力监测系统(TPMS：Tire Pressure Monitoring System)、发动机控制系统(发动机系统)、自动驾驶用惯性导航的控制设备、混合动力汽车或电动汽车的电池监视器等电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)等。
另外，惯性传感器1～1g除了上述例示以外，还可以用于例如双脚行走机器人、电车等的移动、姿态控制；遥控飞机、无线电遥控直升机及无人机等的远程操纵或自主式飞行体的移动、姿态控制；农业机械或建筑机械等的移动、姿态控制；火箭、人造卫星、船舶及AGV(无人搬运车)等的控制。

Claims (12)

1.一种惯性传感器，其特征在于，具备：
基板；
固定部，设置于所述基板；
第一可动体，与所述基板相对，并能够以第一支承梁作为第一旋转轴进行位移；
所述第一支承梁，连接在第一方向上排列的所述第一可动体和所述固定部；
第二可动体，能够因第二支承梁的变形而进行位移；
所述第二支承梁，连接在与所述第一方向交叉的第二方向上排列的所述第一可动体和所述第二可动体；以及
突起，设置于所述基板或所述第二可动体，在从与所述第一方向和所述第二方向交叉的第三方向俯视观察时，所述突起与所述第二可动体重叠，并朝向所述第二可动体或所述基板突出，其中：
所述第二支承梁能够作为与所述第一旋转轴交叉的第二旋转轴进行位移。
2.根据权利要求1所述的惯性传感器，其特征在于，
所述惯性传感器具备多个所述第二可动体、多个所述第二支承梁及多个所述突起，
多个所述第二支承梁配置成相对。
3.根据权利要求1或2所述的惯性传感器，其特征在于，
所述第二可动体在与所述第二支承梁连接的一侧具备凸部。
4.根据权利要求1或2所述的惯性传感器，其特征在于，
所述第二支承梁为盘簧。
5.根据权利要求1或2所述的惯性传感器，其特征在于，
所述第二可动体与所述第二支承梁的连结部分为曲面。
6.根据权利要求1或2所述的惯性传感器，其特征在于，
所述第一可动体与所述第二支承梁的连结部分为曲面。
7.根据权利要求1或2所述的惯性传感器，其特征在于，
所述第二可动体在与所述第二支承梁一侧相反侧的端部具备与所述第一可动体相对的缺口部。
8.根据权利要求7所述的惯性传感器，其特征在于，
所述第二可动体的在所述第二支承梁一侧的部分与所述缺口部的连结部分是向所述第一可动体一侧凸出的曲面。
9.根据权利要求1或2所述的惯性传感器，其特征在于，
所述第二支承梁的扭转刚度高于所述第一支承梁的扭转刚度。
10.一种惯性传感器，其特征在于，当将X轴、Y轴、Z轴设为彼此正交的三个轴时，所述惯性传感器具备：
第一支承梁，沿着所述Y轴延伸；
第一可动体，在沿着所述X轴和所述Y轴的平面中为板状，并且能够以所述第一支承梁为第一旋转轴进行位移；
基板，具有经由所述第一支承梁固定所述第一可动体的固定部；
第二支承梁，沿着所述X轴延伸；
第二可动体，在沿着所述X轴和所述Y轴的平面中为板状，并且经由所述第二支承梁与所述第一可动体连接；以及
突起，设置于所述基板或所述第二可动体，在从所述Z轴俯视观察时，所述突起与所述第二可动体重叠，并且朝向所述第二可动体或所述基板突出，其中：
所述第二支承梁能够作为与所述第一旋转轴交叉的第二旋转轴进行位移。
11.一种电子设备，其特征在于，具备权利要求1至10中任一项所述的惯性传感器。
12.一种移动体，其特征在于，具备权利要求1至10中任一项所述的惯性传感器。
CN202110187850.7A 2020-02-19 2021-02-18 惯性传感器、电子设备及移动体 Active CN113358900B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-026014 2020-02-19
JP2020026014A JP7419866B2 (ja) 2020-02-19 2020-02-19 慣性センサー、電子機器、及び移動体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113358900A CN113358900A (zh) 2021-09-07
CN113358900B true CN113358900B (zh) 2023-10-10

Family

ID=77273728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110187850.7A Active CN113358900B (zh) 2020-02-19 2021-02-18 惯性传感器、电子设备及移动体

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11579164B2 (zh)
JP (2) JP7419866B2 (zh)
CN (1) CN113358900B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022014567A (ja) * 2020-07-07 2022-01-20 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー及び慣性計測装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6044707A (en) * 1997-06-20 2000-04-04 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Angular rate sensor
WO2006005417A1 (en) * 2004-07-15 2006-01-19 Sistec S.R.L. Inertial sensor
WO2010032818A1 (ja) * 2008-09-22 2010-03-25 アルプス電気株式会社 Ｍｅｍｓセンサ及び検出装置
CN104515870A (zh) * 2013-10-03 2015-04-15 精工爱普生株式会社 物理量检测元件、以及物理量检测装置、电子设备、移动体
CN108663539A (zh) * 2017-03-27 2018-10-16 精工爱普生株式会社 物理量传感器、电子设备、便携式电子设备及移动体
CN109425333A (zh) * 2017-08-30 2019-03-05 精工爱普生株式会社 物理量传感器、复合传感器、惯性计测单元及电子设备
CN109425755A (zh) * 2017-08-30 2019-03-05 精工爱普生株式会社 物理量及复合传感器、惯性测量单元、电子设备及移动体

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3709847B2 (ja) * 2002-01-23 2005-10-26 株式会社村田製作所 静電型アクチュエータ
US8555720B2 (en) 2011-02-24 2013-10-15 Freescale Semiconductor, Inc. MEMS device with enhanced resistance to stiction
FI126598B (en) 2014-02-26 2017-03-15 Murata Manufacturing Co Microelectromechanical device with motion limitation devices
TWI610880B (zh) 2015-09-22 2018-01-11 村田製作所股份有限公司 半撓性的驗證質量
JP2018044871A (ja) 2016-09-15 2018-03-22 株式会社日立製作所 加速度センサ
JP6691882B2 (ja) 2017-03-03 2020-05-13 株式会社日立製作所 加速度センサ
US10502759B2 (en) 2017-10-24 2019-12-10 Nxp Usa, Inc. MEMS device with two-stage motion limit structure

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6044707A (en) * 1997-06-20 2000-04-04 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Angular rate sensor
WO2006005417A1 (en) * 2004-07-15 2006-01-19 Sistec S.R.L. Inertial sensor
WO2010032818A1 (ja) * 2008-09-22 2010-03-25 アルプス電気株式会社 Ｍｅｍｓセンサ及び検出装置
CN104515870A (zh) * 2013-10-03 2015-04-15 精工爱普生株式会社 物理量检测元件、以及物理量检测装置、电子设备、移动体
CN108663539A (zh) * 2017-03-27 2018-10-16 精工爱普生株式会社 物理量传感器、电子设备、便携式电子设备及移动体
CN109425333A (zh) * 2017-08-30 2019-03-05 精工爱普生株式会社 物理量传感器、复合传感器、惯性计测单元及电子设备
CN109425755A (zh) * 2017-08-30 2019-03-05 精工爱普生株式会社 物理量及复合传感器、惯性测量单元、电子设备及移动体

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021131286A (ja) 2021-09-09
JP7419866B2 (ja) 2024-01-23
CN113358900A (zh) 2021-09-07
US11579164B2 (en) 2023-02-14
JP2024026688A (ja) 2024-02-28
US20210255212A1 (en) 2021-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113533783B (zh) 惯性传感器、电子设备以及移动体
JP2024026688A (ja) 慣性センサー、電子機器、及び移動体
US20200309814A1 (en) Inertial sensor, electronic device, and vehicle
CN111487438B (zh) 惯性传感器、电子设备及移动体
US11320451B2 (en) Acceleration sensor, electronic device, and vehicle
US11674975B2 (en) Inertial sensor, electronic apparatus, and vehicle
CN112147369B (zh) 惯性传感器、电子设备及移动体
US11454645B2 (en) Inertial sensor, electronic instrument, and vehicle
US20200249022A1 (en) Inertial sensor, electronic device, and vehicle
CN112305262B (zh) 惯性传感器、电子设备和移动体
CN113567708B (zh) 物理量传感器、电子设备以及移动体
CN113899354B (zh) 惯性传感器以及惯性测量装置
JP7331498B2 (ja) 慣性センサー、電子機器および移動体
JP7383978B2 (ja) 物理量センサー、電子機器および移動体
JP2021051040A (ja) 慣性センサー、電子機器、及び移動体
JP2021139877A (ja) 物理量センサー、電子機器および移動体

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant