CN116203281A - 物理量传感器及惯性测量装置 - Google Patents

Abstract

物理量传感器及惯性测量装置。能够避免由过度的冲击引起的不良情况。物理量传感器1检测第1方向(DR1)以及第2方向(DR2)中的至少一个方向的物理量。包括：固定电极部(20)，其设置于基板(2)；可动体(60)，其具有可动电极部(20)，可动电极部(20)设置成可动电极(26)与固定电极部(10)的固定电极(16)相对；固定部(40)，其固定于基板(2)；支承梁(42)，其一端与固定部(40)连接，另一端与可动体(60)连接；以及限制部(50)，其限制可动体(60)的移位。限制部(50)包括：第1部分(51)，其一端与可动体(60)连接，沿第1方向(DR1)延伸；和第2部分(52)，其一端与第1部分(51)的另一端连接，沿第2方向(DR2)延伸。

Description

物理量传感器及惯性测量装置

技术领域

本发明涉及物理量传感器及惯性测量装置等。

背景技术

专利文献1公开了检测加速度等物理量的物理量传感器。该物理量传感器检测X轴以及Y轴方向的加速度，在X轴、Y轴上分别具有限制XY平面内的移位的止挡件。

专利文献1：日本特开2011-247714号公报

根据专利文献1公开的物理量传感器，在对该物理量传感器施加了过度的冲击的情况下，存在产生物理量传感器的不良的问题。

发明内容

本发明的一个方式涉及一种物理量传感器，在设与基板平行且相互正交的2个方向为第1方向和第2方向时，所述物理量传感器检测所述第1方向和所述第2方向中的至少一个方向上的物理量，所述物理量传感器包含：固定电极部，其设置于基板；可动体，其具有可动电极部，该可动电极部被设置成可动电极与所述固定电极部的固定电极相对；固定部，其固定于所述基板；支承梁，其一端与所述固定部连接，另一端与所述可动体连接；以及限制部，其限制所述可动体的移位，所述限制部包含：第1部分，其一端与所述可动体连接，沿所述第1方向延伸；以及第2部分，其一端与所述第1部分的另一端连接，沿所述第2方向延伸。

另外，本发明的其他方式涉及惯性测量装置，该惯性测量装置包括上述的物理量传感器；以及控制部，其根据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是本实施方式的物理量传感器的结构例。

图2是本实施方式的物理量传感器的剖视时的概要图。

图3是本实施方式的物理量传感器的剖视时的概要图。

图4是本实施方式的物理量传感器的剖视时的概要图。

图5是检测部的俯视图。

图6是检测部的俯视图。

图7是检测部的俯视图。

图8是检测部的俯视图。

图9是检测部的动作说明图。

图10是检测部的动作说明图。

图11是本实施方式的物理量传感器的限制部的俯视图。

图12是本实施方式的物理量传感器的变形例。

图13是本实施方式的物理量传感器的变形例的限制部的俯视图。

图14是本实施方式的物理量传感器的第1详细例。

图15是限制部的应力分布的例子。

图16是限制部的应力分布的例子。

图17是本实施方式的物理量传感器的第1详细例的变形例。

图18是本实施方式的物理量传感器的第2详细例。

图19是本实施方式的物理量传感器的第3详细例。

图20是本实施方式的物理量传感器的第4详细例。

图21是示出具有物理量传感器的惯性测量装置的概略结构的分解立体图。

图22是物理量传感器的电路基板的立体图。

标号说明

1物理量传感器；2基板；3固定电极支承部；10固定电极部；10A固定电极部；10B固定电极部；10C固定电极部；10D固定电极部；11固定电极；12固定电极；13固定电极；14固定电极；16固定电极；20可动电极部；20A可动电极部；20B可动电极部；20C可动电极部；20D可动电极部；21可动电极；22可动电极；23可动电极；24可动电极；26可动电极；40固定部；40A固定部；40B固定部；40C固定部；40D固定部；42支承梁；42A支承梁；42B支承梁；42C支承梁；42D支承梁；43第1支承梁部；44第2支承梁部；50限制部；50A限制部；50B限制部；50C限制部；50D限制部；51第1部分；52第2部分；53第3部分；54第4部分；55第5部分；56第6部分；57第7部分；57第7部分；60可动体；62质量部；71第1凸部；72第2凸部；73第3凸部；74第4凸部；76凸部；2000惯性测量装置；2100外壳；2110螺纹孔；2200接合部件；2300传感器模块；2310内壳；2311凹部；2312开口；2320电路基板；2330连接器；2340x角速度传感器；2340y角速度传感器；2340z角速度传感器；2350加速度传感器单元；ax加速度；ay加速度；az加速度；ωx角速度；ωy角速度；ωz角速度；C静电电容；DR1第1方向；DR2第2方向；DR3第3方向；DR4第4方向；F力；IC2360控制；QV差动放大电路；S1第1面；S2第2面；Z检测部；ZA检测部；ZA1第1检测元件；ZA2第2检测元件；ZB检测部；ZB1第1检测元件；ZB2第2检测元件；ZC检测部；ZC1第1检测元件；ZC2第2检测元件；ZD检测部；ZD1第1检测元件；ZD2第2检测元件。

具体实施方式

以下，对本实施方式进行说明。另外，以下说明的本实施方式不对权利要求书的记载内容进行不当限定。另外，在本实施方式中说明的构成的全部不一定是必须构成要件。

1.物理量传感器

关于本实施方式的物理量传感器1的结构例，列举检测水平方向的加速度的加速度传感器作为一例，参照图1进行说明。图1是本实施方式的物理量传感器1的与基板2正交的方向上的俯视时的俯视图。物理量传感器1为MEMS(Micro Electro MechanicalSystems)器件，例如是惯性传感器。

另外，在图1、后述的图2～图20中，为了便于说明，示意性地示出各部件的尺寸、部件间的间隔等，另外，未示出所有的构成要素。例如，关于电极布线、电极端子等，省略图示。另外，以下主要以物理量传感器1检测的物理量为加速度的情况为例进行说明，但物理量不限于加速度，也可以是速度、压力、位移、角速度或重力等其他物理量，物理量传感器1也可以用作压力传感器或MEMS开关等。另外，在图1中将相互正交的方向设为第1方向DR1、第2方向DR2、第3方向DR3。第1方向DR1、第2方向DR2、第3方向DR3分别是例如X轴方向、Y轴方向、Z轴方向，但不限于此。例如，与Z轴方向对应的第3方向DR3是与物理量传感器1的基板2正交的方向例如是铅垂方向。例如，与X轴方向对应的第1方向DR1、与Y轴方向对应的第2方向DR2是与第3方向DR3正交的方向，作为沿着第1方向DR1以及第2方向DR2的面的XY平面例如沿着水平面。另外，第4方向DR4是第3方向DR3的相反方向，例如是Z轴方向的相反方向侧的方向。另外，“正交”除了以90°相交以外，也包含以相对于90°稍微倾斜的角度相交的情况。另外，将从Z轴方向观察XY平面的情况设为俯视。

如图1所示，本实施方式的物理量传感器1包括基板2、可动体60、固定部40A、40B、40C、40D、固定电极部10A、10B、10C、10D、支承梁42A、42B、42C、42D以及限制部50A、50B、50C、50D。另外，可动体60包括质量部62、可动电极部20A、20B、20C、20D。并且，物理量传感器1在检测部ZA、ZB、ZC、ZD中检测第1方向DR1以及第2方向DR2的至少一方的物理量，例如加速度。检测部ZA包括第1检测元件ZA1和第2检测元件ZA2。同样，检测部ZB包括第1检测元件ZB1和第2检测元件ZB2，检测部ZC包括第1检测元件ZC1和第2检测元件ZC2，检测部ZD包括第1检测元件ZD1和第2检测元件ZD2。

基板2例如是由半导体硅构成的硅基板或由硼硅酸玻璃等玻璃材料构成的玻璃基板等。但是，基板2的构成材料没有特别限定，可以使用石英基板或SOI(Silicon OnInsulator)基板等。

固定电极部10A、10B、10C、10D作为探测部分别设置于检测部ZA、ZB、ZC、ZD。固定电极部10A、10B、10C、10D如后述的图5等所示，分别包括多个固定电极11、多个固定电极12、多个固定电极13、多个固定电极14。而且，这些电极构成固定电极组。图2是概略地示出第2方向DR2上的固定电极部10A、10C、固定电极支承部3A、3C、可动体60、基板2的配置关系的图。固定电极部10A、10C分别通过固定电极支承部3A、固定电极支承部3C固定于基板2。而且，如在后述的图4中说明的那样，可动体60经由支承梁42A、42B、42C、42D与基板2连结。另外，图3是概略地示出第1方向DR1上的固定电极部10B、10D、固定电极支承部3B、3D、可动体60、基板2的配置关系的图。固定电极部10B、10D分别通过固定电极支承部3B、固定电极支承部3D固定于基板2。另外，在以下的说明中，适当地将固定电极11、12、13、14统称为固定电极16。

固定部40A、40B、40C、40D经由支承梁42A、42B、42C、42D使可动体60与基板2连结。固定部40A、40B、40C、40D分别设置于基板2。

图4是概略地示出第2方向DR2上的可动体60、支承梁42A、42B、42C、42D、固定部40A、40B、40C、40D的配置、连接关系的图。如图4所示，物理量传感器1的可动体60经由支承梁42A、42B、42C、42D分别与固定部40A、40B、40C、40D连结，能够相对于基板2在XY平面的一定范围内移动。

质量部62作为可动体60在后述的图9、图10中说明的在XY方向上运动时的质量块发挥作用。如图1所示，质量部62在从第3方向DR3俯视时为矩形的形状，是可动体60的质量的主要部分。而且，将质量部62作为可动体60的基部，在X方向侧、Y方向侧、-X方向侧、-Y方向侧分别设有可动电极部20A、20B、20C、20D。

可动电极部20A、20B、20C、20D分别作为检测部ZA、ZB、ZC、ZD的探测部而设置。图5、图6、图7、图8是概略地示出分别以第3方向DR3的俯视而观察检测部ZA、ZB、ZC、ZD时的结构的图。如图5所示，可动电极部20A具有多个可动电极21，它们构成可动电极组。如图6、图7、图8所示，可动电极部20B、20C、20D也分别具有多个可动电极22、多个可动电极23、多个可动电极24。并且，多个可动电极22、多个可动电极23、多个可动电极24分别构成可动电极组。另外，在检测部ZA中，可动电极21从相当于基部的质量部62沿第1方向DR1延伸设置，并设置成在第2方向DR2上与从固定电极部10A沿-X方向延伸设置的固定电极11交替相对。而且，检测部ZA的第1检测元件ZA1和第2检测元件ZA2的固定电极11以及可动电极21的配置不同。如图5所示，在第1检测元件ZA1中，可动电极21接近固定电极11的-Y方向侧而配置，在第2检测元件ZA2中，可动电极21接近固定电极11的+Y方向侧而配置。另外，如图6、图7、图8所示，在检测部ZB中，固定电极12和可动电极22交替相对地设置，在检测部ZC中，固定电极13和可动电极23交替相对地设置，在检测部ZD中，固定电极14和可动电极24交替相对地设置。而且，如图6所示，检测部ZB的第1检测元件ZB1和第2检测元件ZB2与检测部ZA的情况相同，固定电极12和可动电极22的配置不同。具体而言，在第1检测元件ZB1中，可动电极22以接近固定电极12的-X方向侧的方式配置，在第2检测元件ZB2中，可动电极22以接近固定电极12的+X方向侧的方式配置。另外，如图7所示，关于检测部ZC的第1检测元件ZC1和第2检测元件ZC2，固定电极13以及可动电极23的配置也不同，如图8所示，关于检测部ZD的第1检测元件ZD1和第2检测元件ZD2，固定电极14以及可动电极24的配置也不同。以下，适当地将可动电极21、可动电极22、可动电极23、可动电极24统称为可动电极26。

接着，对本实施方式的物理量传感器1的基本动作进行说明。可动体60在可动体60的各角部经由支承梁42A、42B、42C、42D分别与固定部40A、40B、40C、40D连结。而且，可动体60在未从外部受力的状态下，在平衡位置静止，从外部受力时，能够在XY平面内自由移动。

图9、图10是分别针对静止状态和受到加速度的状态说明本实施方式的物理量传感器1的第3方向DR3的俯视时的动作的图。图9是说明检测部ZA的动作的图。首先，在初始状态下，可动体60与支承梁42A、42B、42C、42D连结，在平衡位置处于静止的状态。而且，在检测部ZA中，固定电极11和可动电极21隔开规定的相对距离，沿着第2方向DR2排列配置。这里，在第1检测元件ZA1中，如上所述，固定电极11和可动电极21以可动电极21接近固定电极11的-Y方向侧的方式，在第3方向DR3的俯视时沿着第2方向DR2排列配置。另外，在第2检测元件ZA2中，固定电极11和可动电极21以可动电极21接近固定电极11的+Y方向侧的方式，在第3方向DR3的俯视时沿着第2方向DR2排列配置。而且，如果产生与第2方向DR2相反方向的加速度，则可动电极21在第2方向DR2移位。由此，在检测部ZA的第1检测元件ZA1中，上述接近配置的固定电极11和可动电极21的相对距离进一步变小，在第2检测元件ZA2中，接近配置的固定电极11和可动电极21的相对距离拉开而变大。另一方面，如果产生第2方向DR2的加速度，则可动电极21向与第2方向DR2相反的方向侧移位。因此，在第1检测元件ZA1中接近配置的固定电极11和可动电极21的相对距离拉开而变大，在第2检测元件ZA2中接近配置的固定电极11和可动电极21的相对距离进一步变小。在检测部ZC中也同样，在产生第2方向DR2的加速度的情况下，当第1检测元件ZC1中的固定电极13与可动电极23的相对距离例如增加时，第2检测元件ZC2中的固定电极13与可动电极23的相对距离减少。

图10是说明检测部ZB的动作的图。与图9的情况相同，在初始状态下可动体60在平衡位置处于静止的状态。并且，在检测部ZB中，固定电极12和可动电极22隔开规定的相对距离，沿着第1方向DR1排列配置。在此，在第1检测元件ZB1中，如上所述，固定电极12和可动电极22以可动电极22接近固定电极12的-X方向侧的方式，在第3方向DR3的俯视时沿着第1方向DR1排列配置。另外，在第2检测元件ZB2中，固定电极12和可动电极22以可动电极22接近固定电极12的+X方向侧的方式，在第3方向DR3的俯视时沿着第2方向DR2排列配置。而且，如果产生第1方向DR1侧的加速度，则可动电极22向与第1方向DR1相反的方向侧移位。由此，在检测部ZB的第1检测元件ZB1中，上述接近配置的固定电极12和可动电极22的相对距离拉开而变大，在第2检测元件ZB2中，接近配置的固定电极12和可动电极22的相对距离进一步接近而变小。另一方面，如果产生与第1方向DR1相反方向侧的加速度，则可动电极22向第1方向DR1侧移位。因此，在第1检测元件ZB1中，接近配置的固定电极12和可动电极22的相对距离进一步接近而变小，在第2检测元件ZB2中，接近配置的固定电极12和可动电极22的相对距离拉开而变大。在检测部ZD中也同样，在产生了第1方向DR1的加速度的情况下，当第1检测元件ZD1中的固定电极14与可动电极24的相对距离例如增加时，第2检测元件ZD2中的固定电极14与可动电极24的相对距离减少。因此，例如，在产生了第1方向DR1侧的加速度的情况下，通过检测第1检测元件ZB1、ZD1中的静电电容C的减少ΔC1与第2检测元件ZB2、ZD2中的静电电容C的增加ΔC2之间的差分ΔC1-ΔC2，能够检测第1方向DR1的加速度。另外，各检测部中的静电电容的变化的检测例如可以通过固定电极部10A、10B、10C、10D、可动电极部20A、20B、20C、20D与未图示的差动放大电路QV连接来实现。

接着，使用图11等对物理量传感器1的各角部附近的详细结构进行说明。在以下的说明中，在第3方向DR3的俯视时，将可动体60的靠近固定部40A的角部设为第1角部。同样，将靠近固定部40B的角部设为第2角部，将靠近固定部40C的角部设为第3角部，将靠近固定部40D的角部设为第4角部。而且，以物理量传感器1的第1角部附近的配置结构为例进行说明，但可以说对于第2角部、第3角部以及第4角部也是同样的。另外，以下适当地将第1角部、第2角部、第3角部、第4角部处的固定电极部10A～10D、可动电极部20A～20D、固定部40A～40D、检测部ZA～ZD、支承梁42A～42D、限制部50A～50D分别统称为固定电极部10、可动电极部20、固定部40、检测部Z、支承梁42、限制部50。另外，第1角部、第2角部、第3角部、第4角部处的第1部分、第2部分、第3部分等也分别统称为第1部分51、第2部分52、第3部分53等。

图11是物理量传感器1的第1角部附近的俯视图。物理量传感器1的支承梁42经由固定部40将可动体60与基板2连结。支承梁42在第3方向DR3的俯视时设置于基板2的各角部附近。支承梁42在第3方向DR3的俯视时例如为细线状，其一端与可动体60的质量部62连接，另一端与固定部40连接。并且，通过例如图11所示的细线被折叠成蛇腹状的形状，支承梁42能够在XY平面内弯曲、变形。

限制部50将可动体60的动作限制在一定范围内。如图11所示，限制部50设置在可动体60的质量部62的各角部附近。限制部50包括第1部分51、第2部分52、第3部分53。第1部分51设置成一端连接于可动体60的质量部62的俯视时的角部附近，从质量部62的角部沿着第1方向DR1延伸。第2部分52设置成一端连接于第1部分51的未与质量部62连接的另一端，并沿着第2方向DR2延伸。如图11所示，第3部分53在俯视时例如为凹6边形的形状。并且，凸角的1个角部与第2部分52的另一端连接，构成凹角的角部的2边与固定部40相对地配置。

如上所述，在设与基板2平行且相互正交的2个方向为第1方向DR1和第2方向DR2时，本实施方式的物理量传感器1检测第1方向DR1和第2方向DR2中的至少一个方向的物理量。而且，包括：固定电极部10，其设置于基板2；可动体60，其具有可动电极部20，该可动电极部20被设置成可动电极26与固定电极部10的固定电极16相对；固定部40，其固定于基板2；支承梁42，其一端与固定部40连接，另一端与可动体60连接；以及限制部50，其限制可动体60的移位。而且，限制部50包括：第1部分51，其一端与可动体60连接，沿第1方向DR1延伸；以及第2部分52，其一端与第1部分51的另一端连接，沿第2方向DR2延伸。

根据本实施方式，通过设置固定电极部10、可动体60、支承梁42，能够检测第1方向DR1以及第2方向DR2的至少一个方向上的加速度等物理量，其中，可动体60具有可动电极部20，可动电极部20被设置成可动电极21、22与固定电极部10的固定电极11、12相对，支承梁42的一端与固定于基板2的固定部40连接，另一端与可动体60连接。而且，在本实施方式中，设置有限制可动体60的移位的限制部50。该限制部50例如是这样的部件：随着可动体60的移位而移位，通过限制部50与物理量传感器1的其他部分接触来限制可动体60的移位。而且，该限制部50包括：第1部分51，其一端与可动体60连接，沿第1方向DR1延伸；和第2部分52，其一端与第1部分51的另一端连接，沿第2方向DR2延伸。由此，即使在由于来自外部的冲击或振动而使可动体60在包含第1方向DR1以及第2方向DR2的面内方向上大幅移位、限制部50与止挡件等物理量传感器1的其他部分碰撞而受到冲击的情况下，也能够通过限制部50的第1部分51或第2部分52的弹性功能吸收该冲击。因此，能够与面内方向的冲击的朝向无关地吸收冲击，能够提供耐冲击性强的物理量传感器1。

另外，在分别在X轴、Y轴上设置止挡件并针对该止挡件设置弹性机构的情况下，另外需要空间，但在本实施方式中，弹性机构为L字型，具有X轴方向、Y轴方向各自的弹性功能，因此，对物理量传感器1的小型化有效。

另外，如上所述，在本实施方式中，限制部50除了第1部分51、第2部分52之外，还可以包括第3部分53。即，在本实施方式中，限制部50包括与固定部40相对的第3部分53。

作为检测XY平面内的加速度的物理量传感器，有专利文献1公开的物理量传感器。在该物理量传感器中，也在X轴和Y轴上分别设置有将相当于可动体的部分的移动范围限制在一定范围内的止挡件。由此，在对物理量传感器施加了过度的冲击的情况下，能够将可动体的可动范围限制在一定范围内。但是，由于该物理量传感器的止挡件没有弹性功能，因此，由于过度的冲击，应力集中于特定部位，可能断裂。另外，由于这样的过度冲击，也有可能产生可动电极猛烈地与固定电极接触而粘附的粘附问题。这样，在检测XY平面内的加速度的物理量传感器中，需要避免过度冲击引起的断裂、粘附等不良情况，并且将可动体的可动范围限制在一定范围内。

关于这一点，在本实施方式中，限制部50包括与固定部40相对的第3部分53，因此，在对物理量传感器1施加了第1方向DR1的过度冲击的情况下，可动体60向与第1方向DR1相反的方向侧移位，第3部分53的第1面S1与固定部40的相对的面碰撞，能够抑制过度的移位。此外，在该情况下，在第3方向DR3的俯视时呈L字形状的限制部50挠曲，能够吸收施加于物理量传感器1的过度冲击。同样地，在对物理量传感器1施加了与第2方向DR2相反方向侧的过度冲击的情况下，可动体60向第2方向DR2移位，第3部分53的第2面S2与固定部40的相对的面碰撞，能够抑制过度的移位。另外，在该情况下，限制部50的L字形状挠曲，能够吸收施加于物理量传感器1的过度冲击。

此外，如图11所示，本实施方式的物理量传感器1的固定部40也可以在第1方向DR1侧具有第1凸部71，在与第2方向DR2相反方向侧具有第2凸部72。而且，第1凸部71以朝向限制部50的第3部分53的第1面S1延伸的方式设置。另外，第2凸部72以朝向第3部分53的第2面S2延伸的方式设置。而且，相对于固定电极11与可动电极21的相对距离，第2凸部72与第2面S2的距离变小。

即，在本实施方式的物理量传感器1中，固定部40包括：第1凸部71，其在第1方向DR1上与第3部分53的第1面S1相对；以及第2凸部72，其在第2方向DR2上与第3部分53的第2面S2相对。

这样，在施加冲击等较大的加速度时，第2凸部72与第2面S2接触，抑制进一步的移位。因此，能够避免固定电极11与可动电极21直接接触，防止因固定电极11与可动电极21接触而导致的破损。另外，第2凸部72为凸形状是因为，如果第2凸部72与第2面S2的接触面积大，则可能产生由粘附引起的粘连。另外，以上说明了固定电极11、可动电极21、第2凸部72和第2面S2的关系的例子，但固定电极12、可动电极22、第1凸部71和第1面S1的关系也同样。

另外，在本实施方式中，可动体60也可以构成为能够相对于固定电极部10在第1方向DR1以及第2方向DR2移位。

如上所述，这样，可动体60能够根据XY平面内的加速度在第1方向DR1或第2方向DR2移位。而且，相应地，固定电极16与可动电极26的相对距离增减。因此，通过检测检测部Z中的静电电容的变化，能够检测XY平面内的加速度。

另外，在本实施方式中，如图11所示，支承梁42也可以配置在由限制部50的第1部分51和第2部分52包围的区域中。

这样，能够在物理量传感器1的角部不形成死区的情况下紧凑地配置固定部40、具有弹性功能的限制部50、支承梁42。因此，能够实现物理量传感器1的小型化。

另外，在本实施方式中，支承梁42也可以包含：第1支承梁部43，其沿第1方向DR1延伸；和第2支承梁部44，其一端与第1支承梁部43连接，沿第2方向DR2延伸。

通过在支承梁42上设置第1支承梁部43和第2支承梁部44，对于可动体60在第1方向DR1上的移位，第2支承梁部44作为弹簧发挥功能，对于可动体60在第2方向DR2上的移位，第1支承梁部43作为弹簧发挥功能。因此，如果在物理量传感器1的各角部设置1个支承梁42，则能够确保可动体60在包含第1方向DR1以及第2方向DR2的平面内的可动性。

另外，在本实施方式中，在从第3方向DR3俯视时，质量部62例如为矩形形状。而且，质量部62例如也可以在第1角部的顶点附近与限制部50的第1部分51的一端连接。即，在本实施方式中，也可以包括与限制部50的第1部分51的一端连接的质量部62。

这样，限制部50能够与受到加速度而在XY平面内移动的可动体60一体地移动。因此，在具有质量部62的可动体60过度移动的情况下，与第1部分51、第2部分52连结的第3部分53和固定部40碰撞，限制部50整体挠曲。因此，能够通过限制部50吸收施加在物理量传感器1上的过度冲击。

另外，如在图1、图11中说明的那样，在本实施方式中，在第3方向DR3的俯视时，固定部40和限制部50例如以与矩形形状的可动体60的顶点中的接近于第1角部的顶点的外侧相邻的方式配置。即，在本实施方式中，在与第1方向DR1以及第2方向DR2正交的第3方向DR3的俯视时，固定部40以及限制部50配置于基板2的角部。

这样，能够确保可动体60在包含第1方向DR1和第2方向DR2的平面内的可动性，另外，能够在基板2的角部以不产生死区的方式配置固定部40和限制部50。

另外，如上所述，在本实施方式中，固定电极部10的固定电极组具有多个固定电极16，可动电极部20的可动电极组具有多个可动电极26。而且，在检测部Z中，固定电极16和可动电极26以在第1方向DR1或第2方向DR2上交替相对的方式配置。这样，在本实施方式的物理量传感器1中，固定电极部10包括固定电极组，可动电极部20包含可动电极组，可动电极组的各可动电极26在第1方向DR1或第2方向DR2上与固定电极部10的固定电极组的各固定电极16相对。

根据本实施方式，固定电极部10具有包括多个固定电极16的固定电极组，可动电极部20具有包括多个可动电极26的可动电极组。而且，例如，能够沿着质量部62的各边设置多个由固定电极16和可动电极26构成的电容器。因此，能够将可动体60在XY平面内的移位作为多个电容器的静电电容的变化而检测出，因此，能够实现加速度的检测灵敏度的提高。

图12是本实施方式的其他结构例。图12所示的结构例是检测沿着第2方向DR2的单轴方向的加速度的物理量传感器1。因此，与图1所示的结构例不同，没有设置检测部ZB、ZD、固定电极部10B、10D。另外，可动体60不具有可动电极部20B、20D。图13是图12所示的结构例的第1角部附近的俯视图。与表示图1的结构例的第1角部附近的俯视的图11相比，支承梁42具有第1支承梁部43，不具有第2支承梁部44。而且，第1支承梁部43为沿着第1方向DR1的多个细线呈蛇腹状连接的形状。另外，固定部40的第2凸部72与图11的情况不同，以沿第2方向DR2侧的方向延伸的方式设置。

对于这种检测单轴的加速度的物理量传感器1，也能够应用本实施方式，能够获得与上述同样的效果。另外，如果对图12所示的结构例进行变形，则也能够应用于检测第1方向DR1的加速度的物理量传感器1。

2.详细的结构例

接下来，对本实施方式的物理量传感器1的详细的结构例进行说明。图14是本实施方式的物理量传感器1的第1详细例。图14是在第3方向DR3的俯视时观察到的包含固定部40等的角部的图。与图1的结构例的不同点在于，在限制部50的第1部分51与第2部分52的连接部分具有凸部76。凸部76在第3方向DR3的俯视时例如呈图1所示的形状。

图15、图16是以第3方向DR3的俯视示出从外部向本实施方式的物理量传感器1的限制部50施加力F时的应力分布的图。图15示出图1的结构例中的应力分布，图16示出第1详细例中的应力分布。具体而言，在图15、图16中，可动体60的质量部62固定于XY平面上的特定位置，限制部50与质量部62连接。而且，在限制部50的第3部分53的三角形标记所示的部分施加有-Y方向的力F。在此，图15、图16的ST1、ST2的图案所示的区域表示产生拉伸应力的部分，ST1的图案表示拉伸应力为中等程度的情况，ST2的图案表示拉伸应力高的情况。另外，图15、图16的SR1、SR2的图案所示的区域表示产生收缩应力的部分，SR1的图案表示收缩应力为中等程度的情况，SR2的图案表示收缩应力高的情况。

首先，在图15所示的在限制部50中未设置凸部76的结构例中，可知在第3方向DR3的俯视时，主要在第1部分51与第2部分52的连接部分、限制部50与质量部62的连接部分、第3部分53的+X方向侧产生应力。具体而言，在图15中c1所示的第1部分51与第2部分52的连接部分的角部的内侧产生SR2图案所示的强收缩应力。另外，在d1所示的该角部的外侧产生ST1的图案所示的中等程度的拉伸应力。另外，在限制部50与质量部62的连接部分，在a1所示的第1部分51的+Y方向侧的部分产生ST1、ST2的图案所示的中等程度以上的拉伸应力，在b1所示的第1部分51的-Y方向侧的部分产生SR1、SR2的图案所示的中等程度以上的收缩应力。

另一方面，可知在图16所示的限制部50设置有凸部76的情况下，也以与上述大致同样的倾向在限制部50产生应力分布。但是，在设置有凸部76的结构中，可知在图16中c2、d2、e2所示的限制部50的角部附近应力分布在大范围内。具体而言，在c2所示的L字的角部的内侧部分，与图15所示的情况相比，SR1、SR2的图案所示的中等程度以上的应力分布在更大范围。另外，在图16的结构例中，ST1、ST2的图案所示的拉伸应力产生在d2、e2所示的部分。而且，与图15的结构例的情况相比，产生拉伸应力的区域涉及更大范围。另外，在限制部50与质量部62的连接部分，在b2所示的第1部分51的-Y方向侧的部分，产生SR2的图案所示的高收缩应力的区域增加。

这样，从图1所示的单纯的L字形状可知，在如第1详细例那样采用在L字形状的角部设有凸部76的构造的情况下，应力产生的区域涉及更大范围，限制部50更容易挠曲。即，具有防止应力集中于限制部50的一部分而使限制部50断裂的效果。这样，在本实施方式的物理量传感器1中，限制部50也可以包含设置在第1部分51与第2部分52的连接部的凸部76。

这样，在第3方向DR3的俯视时，与将限制部50形成为单纯的L字形状的结构相比，限制部50更容易挠曲，能够实现弹性功能的提高。因此，在对物理量传感器1施加过度冲击的情况下，能够避免应力集中于限制部50的一部分而发生断裂。另外，凸部76不限于图14所示的形状，其他形状也能够得到同样效果。

图17是示出第1详细例的变形例的图。与第1详细例的不同点在于，限制部50的L字形状的角部的内侧为锥形形状。锥形形状是使图17中c2所示的角部的内侧部分例如变圆的形状。锥形形状的结构例不限于图17所示的结构。例如，也可以是使该角部的外侧变圆的形状。这样，在本实施方式的物理量传感器1中，限制部50的第1部分51与第2部分52的连接部的角部也可以具有锥形形状。

即使这样，也与第1详细例同样，限制部50产生的应力的分布变得均匀，容易产生挠曲。因此，能够提高弹性功能，能够实现耐冲击性优异的结构。

图18是本实施方式的物理量传感器1的第2详细例。与图1的结构例相比，限制部50的L字形状是在第2部分52的一端进一步弯折的形状。具体而言，限制部50包括第4部分54和第5部分55。而且，第4部分54与第2部分52的端部中的未与第1部分51连接的一端连接，沿第1方向DR1的相反方向侧延伸。另外，第5部分55与第4部分54的端部中的未与第2部分52连接的一端连接，沿与第2方向DR2相反的方向侧延伸。而且，第5部分55的不与第4部分54连接的一端与第3部分53连接。这样，在本实施方式中，限制部50也可以包括：第4部分54，其一端与第2部分52连接，沿第1方向DR1的相反方向侧延伸；以及第5部分55，其一端与第4部分54连接，沿第2方向DR2的相反方向侧延伸。

这样，在第3方向DR3的俯视时，与将限制部50形成为单纯的L字形状的情况相比，XY平面内的刚性与折返的增多相应地降低。因此，能够提高限制部50的弹性功能，能够实现物理量传感器1的耐冲击性的提高。

图19是本实施方式的第3详细例的第1角部的俯视图。与图1的结构例中的第1角部相比，限制部50和固定部40的结构不同。具体而言，限制部50在图1的结构的情况的基础上还包括第6部分56、第7部分57。第6部分56以从可动体60的质量部62的第1角部沿第2方向DR2延伸的方式设置。而且，第7部分57与第6部分56的未与质量部62连接的另一端连接，以沿第1方向DR1侧延伸的方式设置。即，在第3详细例中，限制部50的弹性机构划分为包含第1部分51、第2部分、第3部分53的部分、和包含第6部分56、第7部分57的部分。这样，在本实施方式中，也可以包括：第6部分56，其从在质量部62中与第1部分51的一端连接的区域沿第2方向DR2延伸；和第7部分57，其一端与第6部分56连接，沿第1方向DR1延伸。

而且，在第3详细例中，能够在固定部40设置第3凸部73和第4凸部74。例如，第3凸部73设置成从固定部40沿第2方向DR2延伸，第4凸部74设置成从固定部40沿与第1方向DR1相反的方向侧延伸即可。

在上述图1的结构例的情况下，在物理量传感器1的第1角部，将第3部分53配置成与固定部40的第1凸部71相对，从而具有-X方向的弹性功能，将第3部分53配置成与固定部40的第2凸部72相对，从而具有+Y方向的弹性功能。另一方面，在第3详细例中，限制部50还具有包含第6部分56和第7部分57的部分。因此，第7部分57以与固定部40的第3凸部73相对的方式配置，由此，具备-Y方向的弹性功能，第7部分57以与固定部40的第4凸部74相对的方式配置，由此，具备+X方向的弹性功能。即，在第3详细例中，在各角部具备+X方向、-X方向、+Y方向、-Y方向各自的弹性功能。因此，能够利用4个角部各自的弹性功能吸收在某个方向上施加的过度冲击。因此，能够减小施加于每1个部位的应力，能够提高物理量传感器1的耐冲击性。

另外，在第3详细例中，通过设置于限制部50的第6部分56、第7部分57，形成被第1部分51、第2部分52、第6部分56以及第7部分57包围的空间。并且，能够在该空间配置支承梁42。这样，在本实施方式中，支承梁42也可以配置在被限制部50的第1部分51、第2部分52、第6部分56和所述第7部分包围的区域中。

即使这样，也能够由各角部吸收向某个方向施加的过度冲击，能够减小施加于每1个部位的应力。因此，能够实现物理量传感器1的耐冲击性的提高。而且，能够在各个角部处被限制部50包围的空间内配置支承梁42，从而能够同时实现物理量传感器1的耐冲击性的提高和小型化。

图20是本实施方式的第4详细例的第1角部的俯视图。第4详细例与第3详细例的限制部50的形状不同。具体而言，限制部50的第3部分53与第7部分57连结。即，在第4结构例中，固定部40和支承梁42的周围被限制部50的第1部分51、第2部分52、第3部分53、第6部分56以及第7部分57包围。这样，在本实施方式中，第2部分52和第6部分56也可以连接。

即使这样，与第3详细例同样，能够由各角部吸收在某个方向上施加的过度冲击，能够减小对每1个部位施加的应力。而且，能够将支承梁42配置在被限制部50包围的空间内，能够同时实现物理量传感器1的耐冲击性的提高和小型化。

3.惯性测量装置

接着，使用图21、图22对本实施方式的惯性测量装置2000的一例进行说明。图21所示的惯性测量装置2000(IMU：Inertial Measurement Unit)是检测汽车、机器人等运动体的姿势、行为等惯性运动量的装置。惯性测量装置2000是具备检测沿着3轴的方向的加速度ax、ay、az的加速度传感器和检测绕3轴的角速度ωx、ωy、ωz的角速度传感器的所谓6轴运动传感器。

惯性测量装置2000是平面形状为大致正方形的长方体。另外，在位于正方形的对角线方向的2个部位的顶点附近，形成有作为装配部的螺纹孔2110。使2根螺钉穿过该2个部位的螺纹孔2110，能够将惯性测量装置2000固定在汽车等被安装体的被安装面。此外，通过部件的选定、设计变更，例如也能够小型化为能够搭载于智能手机、数码相机的尺寸。

惯性测量装置2000构成为具有外壳2100、接合部件2200和传感器模块2300，在外壳2100的内部经由接合部件2200插入有传感器模块2300。传感器模块2300具有内壳2310和电路基板2320。在内壳2310形成有用于防止与电路基板2320接触的凹部2311、用于使后述的连接器2330露出的开口2312。而且，电路基板2320通过粘合剂与内壳2310的下表面接合。

如图22所示，在电路基板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、检测X轴、Y轴以及Z轴的各轴方向的加速度的加速度传感器单元2350等。此外，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安装在电路基板2320的侧表面。

加速度传感器单元2350至少包含用于测定上述Z轴方向的加速度的物理量传感器1，能够根据需要而检测单轴方向的加速度、或者检测双轴方向、三轴方向的加速度。另外，角速度传感器2340x、2340y、2340z没有特别限定，例如可以使用利用科里奥利力的振动陀螺仪传感器。

在电路基板2320的下表面安装有控制IC 2360。根据从物理量传感器1输出的检测信号进行控制的作为控制部的控制IC 2360例如是MCU(Micro Controller Unit)、内置有包含非易失性存储器的存储部、A/D转换器等，对惯性测量装置2000的各部进行控制。除此之外，在电路基板2320上还安装有多个电子部件。

如上所述，本实施方式的惯性测量装置2000包括：物理量传感器1；和作为控制部的控制IC2360，其根据从物理量传感器1输出的检测信号进行控制。根据该惯性测量装置2000，使用了包括物理量传感器1的加速度传感器单元2350，因此，能够享受物理量传感器1的效果，能够提供可实现高精度化等的惯性测量装置2000。

另外，惯性测量装置2000不限于图21、图22的结构。例如，也可以采用如下结构：在惯性测量装置2000中不设置角速度传感器2340x、2340y、2340z，而仅设置物理量传感器1作为惯性传感器。在这种情况下，例如可以通过将物理量传感器1和实现控制部的控制IC2360收纳在作为收纳容器的封装中而实现惯性测量装置2000。

如以上所说明的那样，在设与基板平行且相互正交的2个方向为第1方向和第2方向时，本实施方式的物理量传感器检测第1方向和第2方向中的至少一个方向上的物理量。物理量传感器包含：固定电极部，其设置于基板；可动体，其具有可动电极部，该可动电极部被设置成可动电极与固定电极部的固定电极相对；固定部，其固定于基板；支承梁，其一端与固定部连接，另一端与可动体连接；以及限制部，其限制可动体的移位。限制部包含：第1部分，其一端与可动体连接，沿第1方向延伸；以及第2部分，其一端与第1部分的另一端连接，沿第2方向延伸。

根据本实施方式，在由于来自外部的过度冲击或振动而导致可动体在包含第1方向及第2方向的面内方向上大幅地移位，限制部与止挡件等物理量传感器的其他部分碰撞的情况下，能够通过限制部的弹性功能吸收该冲击。因此，能够与面内方向的冲击的朝向无关地吸收冲击，能够实现耐冲击性优异的物理量传感器。

另外，在本实施方式中，也可以是，限制部包含与固定部相对的第3部分。

这样，在对物理量传感器施加了过度冲击的情况下，通过第3部分的第1面与固定部的和其相对的面碰撞，第3部分的第2面与固定部的和其相对的面碰撞，从而能够抑制过度的移位。

另外，在本实施方式中，也可以是，固定部包含：第1凸部，其在第1方向上与第3部分的第1面相对；以及第2凸部，其在第2方向上与第3部分的第2面相对。

这样，在物理量传感器受到过度冲击时，能够避免可动体与限制部的第3部分因面彼此直接接触而引起的不良情况。

另外，在本实施方式中，也可以是，限制部包含凸部，凸部设置于第1部分与第2部分的连接部。

这样，与在第3方向的俯视时限制部为单纯的L字形状的结构相比，限制部更容易挠曲。因此，在对物理量传感器施加了过度冲击的情况下，能够避免应力集中于限制部的一部分而断裂的情况。

另外，在本实施方式中，也可以是，限制部的第1部分与第2部分的连接部的角部具有锥形形状。

这样，限制部容易挠曲，能够提高弹性功能，能够实现耐冲击性优异的结构。

另外，在本实施方式中，也可以是，限制部包含：第4部分，其一端与第2部分连接，沿第1方向的相反方向侧延伸；以及第5部分，其一端与第4部分连接，沿第2方向的相反方向侧延伸。

这样，与在第3方向的俯视时限制部为单纯的L字形状的情况相比，包含第1方向以及第2方向的平面内的刚性与折返的增加相应地变低。因此，能够提高限制部的弹性功能，能够实现物理量传感器的耐冲击性的提高。

另外，在本实施方式中，也可以是，可动体构成为能够相对于固定电极部在第1方向和第2方向上移位。

这样，能够检测可动体在第1方向或第2方向移位时的固定电极和可动电极的相对距离的增减等。因此，能够检测包含第1方向以及第2方向的平面内的物理量。

此外，在本实施方式中，支承梁能够配置在由限制部的第1部分和第2部分包围的区域中。

这样，能够在物理量传感器的角部不形成死区的情况下紧凑地配置固定部、限制部、支承梁。因此，能够实现物理量传感器的小型化。

另外，在本实施方式中，也可以是，支承梁包含：第1支承梁部，其沿第1方向延伸；以及第2支承梁部，其一端与第1支承梁部连接，沿第2方向延伸。

这样，在可动体受到第1方向的加速度时，第2支承梁部变形，在受到第2方向的加速度时，第1支承梁部变形。因此，如果在物理量传感器的各个角部设置1个支承梁，则能够确保可动体在包含第1方向以及第2方向的平面内的可动性。

另外，在本实施方式中，也可以是，可动体包含与限制部的第1部分的一端连接的质量部。

这样，在可动体过度移动的情况下，第3部分与固定部碰撞，限制部挠曲。因此，能够通过限制部吸收对物理量传感器施加的过度冲击。

另外，在本实施方式中，也可以是，限制部包含：第6部分，其从质量部中与第1部分的一端连接的区域沿第2方向延伸；以及第7部分，其一端与第6部分连接，沿第1方向延伸。

这样，通过设于物理量传感器的各角部的弹性机构，能够吸收第1方向、第1方向的相反方向、第2方向、第2方向的相反方向各自的冲击。因此，能够提高物理量传感器的耐冲击性。

此外，在本实施方式中，也可以是，支承梁配置在由限制部的第1部分、第2部分、第6部分和第7部分包围的区域中。

这样，能够在物理量传感器的各角部设置第1方向、与第1方向相反的方向、第2方向、与第2方向相反的方向各自的弹性机构，并且能够将支承梁配置于被限制部包围的空间。因此，能够同时实现物理量传感器的耐冲击性的提高和小型化。

另外，在本实施方式中，也可以是，第2部分与第6部分连接。

这样，能够同时实现物理量传感器的耐冲击性的提高和小型化。

另外，在本实施方式中，也可以是，在与第1方向以及第2方向正交的第3方向的俯视时，固定部和限制部配置在基板的角部。

这样，能够确保可动体在包含第1方向和第2方向的平面内的可动性，并且能够在基板的角部以不产生死区的方式配置固定部和限制部。

另外，在本实施方式中，也可以是，固定电极部包括固定电极组，可动电极部包含可动电极组，可动电极组的各可动电极在第1方向或第2方向上与固定电极部的固定电极组的各固定电极相对。

这样，能够通过多个固定电极和可动电极检测可动体在包含第1方向和第2方向的平面内的移位，实现物理量传感器的检测灵敏度的提高。

另外，本实施方式涉及惯性测量装置，该惯性测量装置包括根据从物理量传感器输出的检测信号进行控制的控制部。

此外，如上述那样对本实施方式进行了详细说明，但本领域技术人员能够容易地理解能够进行实质上不脱离本发明的新事项以及效果的许多变形。因此，这样的变形例全部包括在本发明的范围内。例如，在说明书或附图中，至少一次与更广义或同义的不同用语一起记载的用语在说明书或附图的任何位置都能置换为该不同的用语。另外，本实施方式以及变形例的所有组合也包含在本发明的范围内。此外，物理量传感器、惯性测量装置的结构、动作等也不限于本实施方式中说明的内容，能够实施各种变形。

Claims (16)

1.一种物理量传感器，在设与基板平行且相互正交的2个方向为第1方向和第2方向时，所述物理量传感器检测所述第1方向和所述第2方向中的至少一个方向上的物理量，其特征在于，

所述物理量传感器包含：

固定电极部，其设置于基板；

可动体，其具有可动电极部，该可动电极部被设置成可动电极与所述固定电极部的固定电极相对；

固定部，其固定于所述基板；

支承梁，其一端与所述固定部连接，另一端与所述可动体连接；以及

限制部，其限制所述可动体的移位，

所述限制部包含：

第1部分，其一端与所述可动体连接，沿所述第1方向延伸；以及

第2部分，其一端与所述第1部分的另一端连接，沿所述第2方向延伸。

2.根据权利要求1所述的物理量传感器，其特征在于，

所述限制部包含与所述固定部相对的第3部分。

3.根据权利要求2所述的物理量传感器，其特征在于，

所述固定部包含：

第1凸部，其在所述第1方向上与所述第3部分的第1面相对；以及

第2凸部，其在所述第2方向上与所述第3部分的第2面相对。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的物理量传感器，其特征在于，

所述限制部包含凸部，所述凸部设置于所述第1部分与所述第2部分的连接部。

5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的物理量传感器，其特征在于，

所述限制部的所述第1部分与所述第2部分的连接部的角部具有锥形形状。

6.根据权利要求1～3中的任意一项所述的物理量传感器，其特征在于，

所述限制部包含：

第4部分，其一端与所述第2部分连接，沿所述第1方向的相反方向侧延伸；以及

第5部分，其一端与所述第4部分连接，沿所述第2方向的相反方向侧延伸。

7.根据权利要求1～3中的任意一项所述的物理量传感器，其特征在于，

所述可动体构成为能够相对于所述固定电极部在所述第1方向和所述第2方向上移位。

8.根据权利要求1～3中的任意一项所述的物理量传感器，其特征在于，

所述支承梁配置在由所述限制部的所述第1部分和所述第2部分包围的区域中。

9.根据权利要求1～3中的任意一项所述的物理量传感器，其特征在于，

所述支承梁包含：

第1支承梁部，其沿所述第1方向延伸；以及

第2支承梁部，其一端与所述第1支承梁部连接，沿所述第2方向延伸。

10.根据权利要求1～3中的任意一项所述的物理量传感器，其特征在于，

所述可动体包含与所述限制部的所述第1部分的一端连接的质量部。

11.根据权利要求10所述的物理量传感器，其特征在于，

所述限制部包含：

第6部分，其从所述质量部中与所述第1部分的一端连接的区域沿所述第2方向延伸；以及

第7部分，其一端与所述第6部分连接，沿所述第1方向延伸。

12.根据权利要求11所述的物理量传感器，其特征在于，

所述支承梁配置在由所述限制部的所述第1部分、所述第2部分、所述第6部分和所述第7部分包围的区域中。

13.根据权利要求11或12所述的物理量传感器，其特征在于，

所述第2部分与所述第6部分连接。

14.根据权利要求1至3中的任意一项所述的物理量传感器，其特征在于，

在与所述第1方向以及所述第2方向正交的第3方向的俯视时，所述固定部和所述限制部配置在所述基板的角部。

15.根据权利要求1至3中的任意一项所述的物理量传感器，其特征在于，

所述固定电极部包括固定电极组，

所述可动电极部包含可动电极组，所述可动电极组的各可动电极在所述第1方向或所述第2方向上与所述固定电极部的所述固定电极组的各固定电极相对。

16.一种惯性测量装置，其特征在于，其包含：

权利要求1至15中的任意一项所述的物理量传感器；以及

控制部，其根据从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。

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