JP2015017818A - Physical quantity sensor, electronic apparatus, and movable body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、物理量センサー、電子機器および移動体に関する。 The present invention relates to a physical quantity sensor, an electronic device, and a moving object.
一般に、機械的に可動な構造体を備えた電気機械系構造体としての物理量センサーが知られている。物理量センサーとしては、例えば、物理量(加速度、角速度など)の作用に応じて変位する可動電極と、この可動電極に対向する固定電極との間の静電容量に基づいて物理量を検出する容量型センサーが知られている(例えば、特許文献1に記載の半導体力学センサー)。これは、例えば、支持用の基板と、この基板上に設けられたセンサー素子(固定電極、固定部(アンカー部)、固定部から延出する支持部、支持部によって基板に遊離して支えられた可動電極等)などからなる。また、センサー素子は、例えば、基板(ガラス基板など)に貼り合わせた半導体基板(シリコン基板など)をフォトエッチングなどにより精密加工することにより得られる。 In general, a physical quantity sensor is known as an electromechanical structure including a mechanically movable structure. As the physical quantity sensor, for example, a capacitive sensor that detects a physical quantity based on a capacitance between a movable electrode that is displaced according to the action of a physical quantity (acceleration, angular velocity, etc.) and a fixed electrode that faces the movable electrode. Is known (for example, a semiconductor dynamic sensor described in Patent Document 1). This is supported, for example, by a support substrate and a sensor element (fixed electrode, fixed portion (anchor portion), a support portion extending from the fixed portion, and a support portion provided on the substrate. Movable electrodes, etc.). The sensor element can be obtained, for example, by precision processing a semiconductor substrate (such as a silicon substrate) bonded to a substrate (such as a glass substrate) by photoetching or the like.
このような容量型センサーにおいては、センサー素子の構成において形成される寄生容量がセンサーの感度を低下させる場合がある。これに対し、特許文献2に記載の半導体力学センサーでは、センサー素子の外周に配置された外周部の電位を固定する手段(シールド電極)を備えることにより、センサー感度の低下を防止する技術が提案されている。 In such a capacitive sensor, the parasitic capacitance formed in the configuration of the sensor element may reduce the sensitivity of the sensor. On the other hand, in the semiconductor dynamic sensor described in Patent Document 2, a technique for preventing a decrease in sensor sensitivity by providing means (shield electrode) for fixing the electric potential of the outer peripheral portion arranged on the outer periphery of the sensor element is proposed. Has been.
しかしながら、上述したように、基板にセンサー素子を構成する層を貼り合わせた積層構造を有する物理量センサー(特に特許文献2に記載の半導体力学センサーのように、センサー素子の外周に外周部を備える物理量センサー)では、使用される温度環境により、センサーとしての検出特性が変動してしまうという問題があった。具体的には、基板(ガラス基板など)と、基板に積層されるセンサー素子形成層(半導体基板など)との熱膨張係数の差により発生する熱応力が、基板を反らせてしまうことなどにより、センサー素子を変形させてしまったり、センサー素子の可動部(可動電極)の変位に影響を与えてしまったりするために、検出特性が変動してしまうという問題であった。 However, as described above, a physical quantity sensor having a laminated structure in which layers constituting a sensor element are bonded to a substrate (particularly, a physical quantity having an outer peripheral portion on the outer circumference of the sensor element as in the semiconductor dynamic sensor described in Patent Document 2). The sensor) has a problem that the detection characteristics of the sensor fluctuate depending on the temperature environment used. Specifically, the thermal stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the substrate (such as a glass substrate) and the sensor element formation layer (such as a semiconductor substrate) laminated on the substrate causes the substrate to warp, This is a problem that the detection characteristics fluctuate because the sensor element is deformed or the displacement of the movable part (movable electrode) of the sensor element is affected.
また、基板にセンサー素子を構成する層を貼り合わせた積層構造からなる物理量センサーにおいては、基板上に複数のセンサー素子を搭載した場合に、上述したシールド電極を備えても、隣り合うセンサー素子の影響により、特性が変動してしまうという問題があった。具体的には、可動部(特に振動部)を有するセンサー素子からの漏れ力や漏れ振動が、隣接するセンサー素子の検出特性に影響を与えてしまうという問題であった。 Further, in a physical quantity sensor having a laminated structure in which layers constituting sensor elements are bonded to a substrate, when a plurality of sensor elements are mounted on the substrate, even if the shield electrode described above is provided, adjacent sensor elements There was a problem that the characteristics fluctuated due to the influence. Specifically, there is a problem that leakage force or leakage vibration from a sensor element having a movable part (particularly a vibration part) affects the detection characteristics of adjacent sensor elements.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples or forms.
[適用例1] 本適用例に係る物理量センサーは、基板と、前記基板の主面上に設けられた第1センサー素子と、前記基板の主面上において、前記基板を平面視したとき、前記第1センサー素子の外周に配置されたシールド部と、を備え、前記基板を平面視したときに、前記シールド部は、第1方向に延在する第1溝と、前記第1方向と交差する第2方向に延在する第2溝と、を有することを特徴とする。 Application Example 1 When the physical quantity sensor according to this application example is viewed in plan on the substrate, the first sensor element provided on the main surface of the substrate, and the main surface of the substrate, A shield portion disposed on an outer periphery of the first sensor element, and when the substrate is viewed in plan, the shield portion intersects a first groove extending in a first direction and the first direction. And a second groove extending in the second direction.
本適用例によれば、物理量センサーは、基板と、基板の主面上に設けられた第1センサー素子と、第1センサー素子の外周(基板を平面視したときの外周)に配置されたシールド部とを備えている。このように、物理量センサーを、基板の主面上に設けた第1センサー素子と第1センサー素子の外周に設けたシールド部とによって構成した場合に、シールド部は、例えば、第1センサー素子が検出する信号の漏れや、外部から第1センサー素子に与えるノイズを遮断あるいは低減する効果を有するシールド電極として構成することができる。また、シールド電極として構成する場合には、第1センサー素子の外周をより広い面積で取り囲むことがより効果的である。その場合に、シールド部を構成する材料の熱膨張係数と、基板を構成する材料の熱膨張係数との間に差があると、物理量センサーを使用する環境の温度変化によって、基板とシールド部との間に熱応力が生じ、物理量センサーの検出特性に影響を与えてしまう場合がある。 According to this application example, the physical quantity sensor includes a substrate, a first sensor element provided on the main surface of the substrate, and a shield disposed on an outer periphery of the first sensor element (an outer periphery when the substrate is viewed in plan). Department. In this way, when the physical quantity sensor is configured by the first sensor element provided on the main surface of the substrate and the shield part provided on the outer periphery of the first sensor element, the shield part is, for example, the first sensor element. It can be configured as a shield electrode having an effect of blocking or reducing leakage of a signal to be detected and noise applied to the first sensor element from the outside. In the case of the shield electrode, it is more effective to surround the outer circumference of the first sensor element with a wider area. In that case, if there is a difference between the thermal expansion coefficient of the material constituting the shield part and the thermal expansion coefficient of the material constituting the board, the substrate and the shield part are caused by the temperature change of the environment in which the physical quantity sensor is used. In some cases, thermal stress is generated during this period, which may affect the detection characteristics of the physical quantity sensor.
本適用例によれば、シールド部は、第1方向に延在する第1溝と、第1方向と交差する第2方向に延在する第2溝とを有している。そのため、シールド部が基板の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する場合に発生する熱応力は、少なくとも、これらの溝のいずれかによって緩和される。
具体的には、面の広がり方向に発生する応力は、少なくとも第1方向あるいは第2方向と交差する方向のいずれかの方向のベクトル成分に分解される。溝に対して、溝の延在方向と交差する方向に作用する応力は、溝によってその伝達が緩和される。従って、基板と基板の主面上のシールド部との間に生ずる熱応力も、これらのいずれかの溝によって緩和される。例えば、熱応力によって基板が反ってしまう場合においては、これらの溝によって、その反りが緩和される。その結果、熱膨張係数の差により発生する熱応力が、第1センサー素子を変形させてしまったり、第1センサー素子が可動部(可動電極)を備える場合には、その変位に影響を与えてしまったりすることが抑制され、第1センサー素子が使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制される。
つまり、本適用例によれば、使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制された、より検出特性が安定した物理量センサーを提供することができる。
According to this application example, the shield portion includes the first groove extending in the first direction and the second groove extending in the second direction intersecting the first direction. Therefore, the thermal stress generated when the shield part has a thermal expansion coefficient different from the thermal expansion coefficient of the substrate is relieved by at least one of these grooves.
Specifically, the stress generated in the surface spreading direction is decomposed into vector components in at least one of the first direction and the direction intersecting the second direction. The stress acting on the groove in a direction crossing the extending direction of the groove is relaxed by the groove. Therefore, the thermal stress generated between the substrate and the shield portion on the main surface of the substrate is also alleviated by any one of these grooves. For example, when the substrate warps due to thermal stress, the warpage is alleviated by these grooves. As a result, the thermal stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient deforms the first sensor element, or if the first sensor element has a movable part (movable electrode), the displacement is affected. It is suppressed that the first sensor element is used, and fluctuations in detection characteristics due to temperature changes in the environment in which the first sensor element is used are suppressed.
That is, according to this application example, it is possible to provide a physical quantity sensor with more stable detection characteristics, in which fluctuations in detection characteristics due to temperature changes in the environment in use are suppressed.
[適用例2] 上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第1センサー素子が、前記基板の主面上に固定された固定部と、前記固定部から延出する支持部と、前記支持部によって前記基板から遊離して変位可能に支えられた可動部と、を備えることを特徴とする。 Application Example 2 In the physical quantity sensor according to the application example, the first sensor element includes a fixed portion fixed on a main surface of the substrate, a support portion extending from the fixed portion, and the support portion. And a movable part supported so as to be displaceable by being separated from the substrate.
本適用例によれば、物理量センサーが備える第1センサー素子は、基板の主面上に固定された固定部と、固定部から延出する支持部と、支持部によって基板から遊離して変位可能に支えられた可動部とを備えている。このような可動部を備える物理量センサーは、熱応力や熱応力による変形などによって、可動部の変位特性に影響を受け、物理量センサーとしての検出特性が劣化する場合がある。
本適用例によれば、第1センサー素子の外周に配置されたシールド部は、第1方向に延在する第1溝と、第1方向と交差する第2方向に延在する第2溝とを有している。そのため、本適用例のように、第1センサー素子が可動部(可動電極)を備えた場合であっても、その変位に影響を与えてしまったりすることが抑制され、第1センサー素子が使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制される。
つまり、本適用例によれば、可動部を備える物理量センサーにおいて、使用される環境の温度変化による検出特性の変動を抑制し、より安定させることができる。
According to this application example, the first sensor element included in the physical quantity sensor is displaceable from the substrate by the fixing portion fixed on the main surface of the substrate, the supporting portion extending from the fixing portion, and the supporting portion. And a movable part supported by the. A physical quantity sensor having such a movable part may be affected by the displacement characteristics of the movable part due to thermal stress or deformation due to thermal stress, and the detection characteristics as a physical quantity sensor may deteriorate.
According to this application example, the shield portion disposed on the outer periphery of the first sensor element includes a first groove extending in the first direction and a second groove extending in the second direction intersecting the first direction. have. Therefore, even if the first sensor element includes a movable part (movable electrode) as in this application example, the displacement of the first sensor element is suppressed, and the first sensor element is used. Variations in detection characteristics due to environmental temperature changes are suppressed.
That is, according to this application example, in the physical quantity sensor including the movable part, it is possible to suppress the fluctuation of the detection characteristic due to the temperature change of the environment in which it is used, and to make it more stable.
[適用例3] 上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第1方向が、前記基板の平面視における前記可動部の変位方向であることを特徴とする。 Application Example 3 In the physical quantity sensor according to the application example, the first direction is a displacement direction of the movable part in a plan view of the substrate.
本適用例によれば、第1方向は、第1センサー素子が備える可動部の変位方向(基板の平面視における変位方向)である。つまり、第1センサー素子の外周に配置されたシールド部は、基板を平面視したときに、第1センサー素子が備える可動部が変位する方向と同じ方向に延在する第1溝と、第1センサー素子が備える可動部が変位する方向と交差する方向に延在する第2溝とを備えている。 According to this application example, the first direction is a displacement direction of the movable portion included in the first sensor element (a displacement direction in plan view of the substrate). That is, the shield part disposed on the outer periphery of the first sensor element has a first groove extending in the same direction as the direction in which the movable part included in the first sensor element is displaced when the substrate is viewed in plan, and the first groove And a second groove extending in a direction intersecting with a direction in which the movable portion included in the sensor element is displaced.
シールド部が基板の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する場合、シールド部は、第1センサー素子が備える可動部の変位方向と交差する方向に延在する第2溝を備えるため、第2溝により、可動部の変位方向に生ずる熱応力をより効果的に緩和することができる。特に、第2溝が、可動部の変位方向と直角方向に交差して延在する場合に、より効果的に熱応力が緩和される。
また、シールド部が第1溝を備えることにより、基板がシールド部から受ける熱応力自体が抑制される。具体的には、シールド部が、第1センサー素子が備える可動部の変位方向に延在する第1溝を備えることにより、可動部の変位方向において、基板とシールド部との接合面積が減少するため、基板がシールド部から受ける可動部の変位方向に発生する熱応力自体が抑制される。
これらの結果、熱膨張係数の差により発生する熱応力が、第1センサー素子を変形させてしまったり、第1センサー素子が可動部(可動電極)を備える場合には、その変位に影響を与えてしまったりすることが抑制され、第1センサー素子が使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制される。
When the shield part has a thermal expansion coefficient different from the thermal expansion coefficient of the substrate, the shield part includes the second groove extending in the direction intersecting the displacement direction of the movable part included in the first sensor element. Thus, the thermal stress generated in the displacement direction of the movable part can be more effectively relaxed. In particular, when the second groove extends across the direction perpendicular to the displacement direction of the movable part, the thermal stress is more effectively relieved.
Further, since the shield part includes the first groove, the thermal stress itself that the substrate receives from the shield part is suppressed. Specifically, when the shield part includes the first groove extending in the displacement direction of the movable part provided in the first sensor element, the bonding area between the substrate and the shield part is reduced in the displacement direction of the movable part. Therefore, the thermal stress itself generated in the displacement direction of the movable part that the substrate receives from the shield part is suppressed.
As a result, the thermal stress generated by the difference in thermal expansion coefficient may cause the first sensor element to be deformed, or if the first sensor element has a movable part (movable electrode), it will affect the displacement. And the fluctuation of the detection characteristic due to the temperature change of the environment in which the first sensor element is used is suppressed.
[適用例4] 上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記基板の主面上に設けられた第2センサー素子を備え、前記第1溝および前記第2溝が、前記第1センサー素子と前記第2センサー素子との間の領域の前記シールド部に設けられていることを特徴とする。 Application Example 4 In the physical quantity sensor according to the application example described above, the physical quantity sensor includes a second sensor element provided on a main surface of the substrate, and the first groove and the second groove include the first sensor element and the first sensor. It is provided in the said shield part of the area | region between 2 sensor elements, It is characterized by the above-mentioned.
本適用例によれば、物理量センサーは、基板の主面上に設けられた第1センサー素子に加えて、更に第2センサー素子を備えている。このように、共通の基板上に複数のセンサー素子を備える場合には、一方のセンサー素子が発生するノイズが他方のセンサー素子に影響を与えるなど、物理量センサーとしての検出特性を悪化させる場合がある。このノイズは、電気的なものだけではなく、応力や振動など機械的なエネルギーによる場合がある。具体的には、センサー素子の構造体が発生あるいは有する熱応力や残留応力が、また、可動部を有する場合などにおいては、可動部の振動漏れが隣接するセンサー素子に伝達されて隣接するセンサー素子の検出特性に影響を与える場合がある。 According to this application example, the physical quantity sensor further includes the second sensor element in addition to the first sensor element provided on the main surface of the substrate. As described above, when a plurality of sensor elements are provided on a common substrate, the detection characteristics as a physical quantity sensor may be deteriorated, for example, noise generated by one sensor element may affect the other sensor element. . This noise may be caused not only by electrical noise but also by mechanical energy such as stress and vibration. Specifically, the thermal stress or residual stress generated or possessed by the structure of the sensor element, or in the case of having a movable part, the vibration leakage of the movable part is transmitted to the adjacent sensor element, and the adjacent sensor element. May affect the detection characteristics.
本適用例によれば、第1溝および第2溝は、第1センサー素子と第2センサー素子との間の領域のシールド部に設けられている。従って、第1センサー素子と第2センサー素子との間に働く応力や、一方から他方に伝達される漏れ振動などのエネルギーは、第1溝および第2溝、あるいは、少なくとも一方の溝によってその伝達が緩和され、特性に与える影響を抑制させることができる。 According to this application example, the first groove and the second groove are provided in a shield portion in a region between the first sensor element and the second sensor element. Accordingly, the stress acting between the first sensor element and the second sensor element and the energy such as leakage vibration transmitted from one to the other are transmitted by the first groove and the second groove or at least one groove. Can be mitigated and the influence on the characteristics can be suppressed.
[適用例5] 上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第1溝および前記第2溝は、前記基板を平面視したとき、前記第1溝および前記第2溝によって構成される図形が回転対称となるように配置されていることが好ましい。 Application Example 5 In the physical quantity sensor according to the application example, the first groove and the second groove have a rotationally symmetric shape formed by the first groove and the second groove when the substrate is viewed in plan. It is preferable to arrange | position so that it may become.
本適用例のように、基板を平面視したとき、第1溝および第2溝によって構成される図形が回転対称となるように第1溝および第2溝を配置することにより、より効果的に温度変化による検出特性の変動を抑制することができる。
具体的には、基板と基板の主面上に設けられたシールド部とにおいて、基板を構成する材料の熱膨張係数と、シールド部を構成する材料の熱膨張係数との間に差があると、物理量センサーを使用する環境の温度変化によって、基板とシールド部との間に熱応力が生じる。その結果、例えば、この熱応力により、基板に反りが生ずる場合がある。本適用例によれば、この熱応力を緩和する効果を有する第1溝および第2溝は、基板を平面視したとき、第1溝および第2溝によって構成される図形が回転対称となるように配置されている。すなわち、熱応力を緩和する効果は、少なくとも回転対称として重なる領域同士のバランスが取れる。従って、例えば、基板に反りなどが発生する場合であっても、応力バランスが崩れて、意図しない歪が発生してしまうことなどが軽減され、より安定して応力緩和をすることができる。
なお、回転対称となるように配置されるとは、自然数nにおいて、n+1回回転対称に配置されることを意味している。
As in this application example, when the substrate is viewed in plan, the first groove and the second groove are more effectively arranged so that the figure formed by the first groove and the second groove is rotationally symmetric. Variations in detection characteristics due to temperature changes can be suppressed.
Specifically, when there is a difference between the thermal expansion coefficient of the material constituting the substrate and the thermal expansion coefficient of the material constituting the shield part in the substrate and the shield part provided on the main surface of the substrate. The thermal stress is generated between the substrate and the shield part due to the temperature change of the environment where the physical quantity sensor is used. As a result, for example, this thermal stress may cause the substrate to warp. According to this application example, the first groove and the second groove having the effect of relieving the thermal stress are such that the figure formed by the first groove and the second groove is rotationally symmetric when the substrate is viewed in plan. Is arranged. That is, the effect of relaxing the thermal stress can balance at least the overlapping regions as rotational symmetry. Therefore, for example, even when the substrate is warped, the stress balance is lost and unintended distortion is reduced, and the stress can be relaxed more stably.
Note that being arranged so as to be rotationally symmetric means that the natural number n is arranged n + 1 times rotationally symmetric.
[適用例6] 上記適用例に係る物理量センサーにおいて、前記第1溝および前記第2溝、あるいは、前記第1溝または前記第2溝が、前記基板の厚さ方向において、前記シールド部を貫通していることが好ましい。 Application Example 6 In the physical quantity sensor according to the application example, the first groove and the second groove, or the first groove or the second groove penetrates the shield portion in the thickness direction of the substrate. It is preferable.
本適用例のように、第1溝および第2溝、あるいは、第1溝または第2溝が、基板の厚さ方向において、シールド部を貫通して設けられることにより、より効果的に温度変化による検出特性の変動を抑制することができる。
具体的には、上述した応力緩和効果において、応力を緩和する溝(第1溝および第2溝、あるいは、第1溝または第2溝)が、シールド部を貫通する溝として形成されているため、溝の底部として残されたシールド部(残留底部)が無く、従って、その残留底部において伝達される応力が無くなる。また、例えば、シールド部が基板上に貼り付けて構成され、残留底部が基板上に固定される場合においては、溝を貫通させることにより、基板に固定される残留部が無くなることで基板とシールド部との接合面積が減少するため、基板とシールド部との熱膨張係数の差により発生する熱応力自体の大きさもより小さくすることができる。その結果、熱応力をより効果的に緩和することができ、より効果的に温度変化による検出特性の変動を抑制することができる。
As in this application example, the first groove and the second groove, or the first groove or the second groove is provided through the shield portion in the thickness direction of the substrate, so that the temperature change is more effectively performed. The fluctuation of the detection characteristic due to can be suppressed.
Specifically, in the stress relaxation effect described above, the groove for relaxing the stress (the first groove and the second groove, or the first groove or the second groove) is formed as a groove penetrating the shield portion. There is no shield part (residual bottom part) left as the bottom of the groove, and therefore no stress is transmitted at the residual bottom part. Also, for example, when the shield part is formed on the substrate and the residual bottom part is fixed on the substrate, the residual part fixed to the substrate is eliminated by penetrating the groove, thereby shielding the substrate and the shield. Since the bonding area with the portion is reduced, the thermal stress itself generated due to the difference in the thermal expansion coefficient between the substrate and the shield portion can be further reduced. As a result, thermal stress can be more effectively mitigated, and fluctuations in detection characteristics due to temperature changes can be more effectively suppressed.
[適用例7] 本適用例に係る物理量センサーは、基板と、前記基板の主面上に設けられた第1センサー素子と、前記基板の主面上において、前記基板を平面視したとき、前記第1センサー素子の外周に配置されたシールド部と、を備え、前記基板は、前記基板を平面視したときに、前記シールド部と重なる領域に、第1方向に延在する第1溝と、前記第1方向と交差する第2方向に延在する第2溝と、を有することを特徴とする。 Application Example 7 When the physical quantity sensor according to this application example is viewed in plan on the substrate, the first sensor element provided on the main surface of the substrate, and the main surface of the substrate, A first groove extending in a first direction in a region overlapping with the shield portion when the substrate is viewed in plan, and a shield portion disposed on an outer periphery of the first sensor element. And a second groove extending in a second direction intersecting the first direction.
本適用例によれば、物理量センサーは、基板と、基板の主面上に設けられた第1センサー素子と、基板の主面上において、基板を平面視したとき、第1センサー素子の外周に配置されたシールド部とを備えている。また、基板は、シールド部と重なる領域に、第1方向に延在する第1溝と、第1方向と交差する第2方向に延在する第2溝とを有している。そのため、基板がシールド部の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する場合に発生する熱応力は、少なくとも、これらの溝のいずれかによって緩和される。その結果、熱膨張係数の差により発生する熱応力が、第1センサー素子を変形させてしまったり、第1センサー素子が可動部(可動電極)を備える場合には、その変位に影響を与えてしまったりすることが抑制され、第1センサー素子が使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制される。
つまり、本適用例によれば、使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制された、より検出特性が安定した物理量センサーを提供することができる。
According to this application example, the physical quantity sensor is formed on the outer periphery of the first sensor element when the substrate is viewed in plan on the substrate, the first sensor element provided on the main surface of the substrate, and the main surface of the substrate. And an arranged shield part. In addition, the substrate has a first groove extending in the first direction and a second groove extending in the second direction intersecting the first direction in a region overlapping with the shield part. Therefore, the thermal stress generated when the substrate has a thermal expansion coefficient different from the thermal expansion coefficient of the shield part is alleviated by at least one of these grooves. As a result, the thermal stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient deforms the first sensor element, or if the first sensor element has a movable part (movable electrode), the displacement is affected. It is suppressed that the first sensor element is used, and fluctuations in detection characteristics due to temperature changes in the environment in which the first sensor element is used are suppressed.
That is, according to this application example, it is possible to provide a physical quantity sensor with more stable detection characteristics, in which fluctuations in detection characteristics due to temperature changes in the environment in use are suppressed.
[適用例8] 本適用例に係る電子機器は、上記適用例に係る物理量センサーを備えていることを特徴とする。 Application Example 8 An electronic apparatus according to this application example includes the physical quantity sensor according to the application example.
本適用例によれば、電子機器として、使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制され、より安定した検出特性の物理量センサーを備えることにより、より温度特性が安定した電子機器を提供することができる。 According to this application example, the electronic device is provided with a physical quantity sensor having a more stable detection characteristic by suppressing fluctuations in the detection characteristic due to a temperature change in the environment in which the electronic device is used. can do.
[適用例9] 本適用例に係る移動体は、上記適用例に係る物理量センサーを備えていることを特徴とする。 Application Example 9 A moving object according to this application example includes the physical quantity sensor according to the application example.
本適用例によれば、移動体として、使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制され、より安定した検出特性の物理量センサーを備えることにより、より温度変化などの環境特性が安定した移動体を提供することができる。 According to this application example, as a moving body, fluctuations in detection characteristics due to temperature changes in the environment used are suppressed, and by providing a physical quantity sensor with more stable detection characteristics, environmental characteristics such as temperature changes are more stable. A moving body can be provided.
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention. In the following drawings, the scale may be different from the actual scale for easy understanding.
(実施形態1)
まず、実施形態1に係る物理量センサーについて説明する。
図1(a)〜(c)は、実施形態1に係る物理量センサー100を示す模式図であり、図1(a)は、物理量センサー100の平面図、図1(b)は、物理量センサー100が備えるセンサー素子99の平面図、図1(c)は図1(b)のA−A断面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図に付記するXYZ軸において、X方向を右方向、X軸方向(±X方向)を横方向、Y方向を奥行方向、Y軸方向(±Y方向)を前後方向、Z方向を上方向、Z軸方向(±Z方向)を上下方向、あるいは、後述する基板10の厚さ方向として説明する。
(Embodiment 1)
First, the physical quantity sensor according to the first embodiment will be described.
FIGS. 1A to 1C are schematic views showing the
In the following, for convenience of explanation, in the XYZ axes appended to the figure, the X direction is the right direction, the X axis direction (± X direction) is the horizontal direction, the Y direction is the depth direction, and the Y axis direction (± Y direction). The description will be made assuming that the front-rear direction, the Z direction is the upward direction, the Z-axis direction (± Z direction) is the vertical direction, or the thickness direction of the
物理量センサー100は、基板10、第1センサー素子としてのセンサー素子99、シールド部90などを備えている。
基板10は、ベース基板として物理量センサー100を支持する板状体であり、平面視したときに矩形の形状を呈している。また、センサー素子99は、基板10の主面上に設けられている。基板10は、センサー素子99のベース基板をも兼ねている。
センサー素子99は、センシング部20、配線30などを備えている。
センシング部20は、固定部41,42、可動部としての可動電極50、固定電極60などを備えている。可動電極50は、支持部51,52、可動電極指53,54、可動基部55などを備えている。
The
The
The
The sensing unit 20 includes fixed
基板10は、主面としての上面に、凹部70が設けられている。この凹部70は、基板10を平面視したときに、センシング部20の可動電極50(支持部51,52、可動電極指53,54、可動基部55)が収まる領域に形成されている。
固定部41,42は、基板10を平面視したときに、凹部70の領域の外側の領域に、基板10の主面に接合し設けられている。具体的には、固定部41は、基板10の主面の凹部70に対して−X方向側(図中左側)の部分に接合され、固定部42は、凹部70に対して+X方向側(図中右側)の部分に接合されている。また、固定部41,42は、平面視したときに、それぞれ、凹部70の外周縁部に跨るように設けられている。
The
The fixing
可動基部55は、長手方向がX方向を向く長方形の板状体であり、固定部41,42との間に支持部51,52を介して基板10に遊離して支えられている。より具体的には、可動基部55の左側の端部が支持部51を介して固定部41に連結されるとともに、可動基部55の右側の端部が支持部52を介して固定部42に連結されている。
可動基部55の+Y側の長辺部分からは、複数の(本実施形態では3つの)梁状の可動電極指53が+Y方向に、可動基部55の−Y側の長辺部分からは、複数の(本実施形態では3つの)梁状の可動電極指54が−Y方向に延出している。
凹部70は、可動電極50(支持部51,52、可動電極指53,54、可動基部55)を基板10から遊離させるための逃げ部として形成されている。なお、本実施形態では、凹部70の平面視形状は、矩形を呈しているが、これに限定されるものではない。
The
From the long side portion of the
The
支持部51,52は、可動基部55を固定部41,42に対して変位可能に連結している。本実施形態では、支持部51,52は、図1(b)にて矢印aで示すように、X軸方向に可動基部55を変位し得るように構成されている。
Y軸方向に延出する複数の可動電極指53および複数の可動電極指54は、それぞれ、可動電極50の変位するX軸方向に並んで設けられている。
The
The plurality of
支持部51は、具体的には、2つ(一対)の梁で構成されており、それぞれ、Y軸方向に蛇行しながら+X方向に延びる形状をなしている。換言すると、それぞれの梁は、Y軸方向に複数回(本実施形態では3回)折り返された形状をなしている。なお、各梁の折り返し回数は、1回または2回であってもよいし、4回以上であってもよい。
支持部52も同様に、Y軸方向に蛇行しながら−X方向に延びる形状をなす一対の梁で構成されている。
Specifically, the
Similarly, the
固定電極60は、可動電極50の複数の可動電極指53,54に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなすように並ぶ複数の固定電極指61,62を備えている。
固定電極指61は、1つの可動電極指53を、間隔を隔てて挟むように、X軸方向の両側に対向して一対ずつ(従って、2つ×3か所)配置されている。また、同様に、固定電極指62は、1つの可動電極指54を、間隔を隔てて挟むように、X軸方向の両側に一対ずつ(従って、2つ×3か所)対向して配置されている。
The fixed
The fixed electrode fingers 61 are arranged in pairs (accordingly, 2 × 3 locations) so as to oppose both sides in the X-axis direction so as to sandwich one
固定電極指61,62は、基板10の主面上において、基板10を平面視したときに、凹部70の領域の外側の領域に、それぞれ一方の端部が主面に接合し設けられている。具体的には、固定電極指61は、可動電極50側とは反対側(可動電極50に対して+Y側)の端部が、それぞれ、凹部70に対して+Y方向側の基板10の上面に接合されている。また、各固定電極指61は、その固定された側の端を固定端とし、自由端が−Y方向へ延出している。同様に、固定電極指62は、可動電極50側とは反対側(可動電極50に対して−Y側)の端部が、それぞれ、凹部70に対して−Y方向側の基板10の上面に接合されており、その固定された側の端を固定端とし、自由端が+Y方向へ延出している。
The fixed
このような構成により、固定電極指61の内の可動電極指53の+X側に位置する固定電極指61(以下第1固定電極指と言う。)と可動電極指53との間の静電容量、および、固定電極指61の内の可動電極指53の−X側に位置する固定電極指61(以下第2固定電極指と言う。)と可動電極指53との間の静電容量を可動電極50の変位に応じて変化させることができる。
同様に、固定電極指62の内の可動電極指54の+X側に位置する固定電極指62(以下、同様に第1固定電極指と言う。)と可動電極指54との間の静電容量、および、固定電極指62の内の可動電極指54の−X側に位置する固定電極指62(以下、同様に第2固定電極指と言う。)と可動電極指54との間の静電容量を可動電極50の変位に応じて変化させることができる。
With such a configuration, the capacitance between the fixed electrode finger 61 (hereinafter referred to as the first fixed electrode finger) positioned on the + X side of the
Similarly, the capacitance between the fixed electrode finger 62 (hereinafter also referred to as the first fixed electrode finger) located on the + X side of the
第1固定電極指と第2固定電極指とは、基板10上で互いに分離しており、電気的に絶縁されている。そのため、第1固定電極指と可動電極50(可動電極指53,54)との間の静電容量、および第2固定電極指と可動電極50(可動電極指53,54)との間の静電容量を別々に測定し、それらの測定結果に基づいて、高精度に物理量を検出することができる。
つまり、センシング部20は、例えば、加速度や角速度などの物理量の変化に応じて、可動電極50(可動電極指53,54)が、支持部51,52を弾性変形させながら、X軸方向(+X方向または−X方向)に変位する。センサー素子99は、このような変位に伴って変化する静電容量に基づいて、加速度や角速度などの物理量を検出することができる。つまり、センサー素子99は、容量型加速度センサーである。
なお、可動電極50および固定電極60の形状は、センシング部20を構成する各部の形状、大きさなどに応じて決められるものであり、上述した構成に限定されない。
The first fixed electrode finger and the second fixed electrode finger are separated from each other on the
That is, for example, the sensing unit 20 is configured so that the movable electrode 50 (
Note that the shapes of the
配線30は、上記の静電容量を検出するための電気接続配線であり、基板10の主面に形成された凹部71に沿って敷設されている。配線30は、第1固定電極指を結線し外部回路と接続するための電極31aに接続する配線と、第2固定電極指を結線し外部回路と接続するための電極31bに接続する配線と、可動電極50と外部回路と接続するための電極31cに接続する配線とがそれぞれ設けられている。
The
凹部71は、凹部70の外側の領域において、配線30が敷設される領域として設けられている。すなわち、凹部71は、基板10を平面視したときに、配線30の敷設されている領域が凹部71の領域に収まるように形成されている。
凹部71の深さ寸法(基板10の厚み方向の寸法)は、後述するコンタクト部を除き、配線30の厚さ寸法よりも大きく、凹部70の深さ寸法より小さくなっている。
The
The depth dimension of the recess 71 (the dimension in the thickness direction of the substrate 10) is larger than the thickness dimension of the
上述したように、基板10の主面上に凹部71を形成し、凹部71の領域内に凹部71の深さより薄い配線30を敷設する構成とすることで、所定の電気接続部以外の領域における配線30と基板10の上層に積層されるセンシング部20との接触が回避される。
所定の電気接続部とは、配線30の一部を覆うようにセンシング部20を構成する上層が積層して配線30とその上層とが当接し、電気的に接続されるコンタクト部である。
図1(b)に示すように、配線30による第1,第2固定電極指の結線や、配線30と固定部41との接続は、コンタクト部81によって行われる。可動電極50は、固定部41を介して、配線30と電気的に接続されている。
As described above, the
The predetermined electrical connection portion is a contact portion in which an upper layer constituting the sensing unit 20 is stacked so as to cover a part of the
As shown in FIG. 1B, the connection between the first and second fixed electrode fingers by the
配線30の構成材料としては、それぞれ、導電性を有するものであれば、特に限定されず、各種電極材料を用いることができるが、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium zinc oxide)、In2O3、SnO2、Sb含有SnO2、Al含有ZnOなどの酸化物(透明電極材料)、Au、Pt、Ag、Cu、Alまたはこれらを含む合金などが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
The constituent material of the
また、配線30とセンシング部20を構成する上層とが当接するコンタクト部を除き、配線30上には、絶縁膜を設けても良い。この絶縁膜は、配線30とセンシング部20の非接続部との電気的接続(短絡)を回避する機能を有する。絶縁膜の構成材料としては、特に限定されず、絶縁性を有する各種材料を用いることができるが、基板10がガラス材料(特に、アルカリ金属イオンが添加されたガラス材料)で構成されている場合、二酸化珪素(SiO2)を用いることが好ましい。
Further, an insulating film may be provided on the
シールド部90は、センサー素子99が検出する信号の漏れや、外部からセンサー素子99に与えるノイズを遮断あるいは低減する効果を有するシールド電極であり、図1(a)に示すように、基板10の主面上において、基板10を平面視したとき、センサー素子99の外周領域に配置されている。
具体的には、基板10の主面上中央部において、センサー素子99は平面視矩形の領域を占めて構成されており、シールド部90は、センサー素子99を囲むように、額縁状に形成されている。シールド部90には、配線(図示省略)により、例えば接地電位が与えられる。
The
Specifically, the
また、シールド部90は、基板10を平面視したときに、第1方向としてのX軸方向に延在する複数の第1溝92と、第1方向(X軸方向)と交差する第2方向としてのY軸方向に延在する複数の第2溝93とを有している。つまり、第1溝92が延在する第1方向は、可動部(可動電極50)の変位方向である。
The
第1溝92は、シールド部90の上面から下面に貫通する孔溝であり、X軸方向の長さが、額縁状を成すシールド部90の枠幅の約70%、幅が約10%の大きさである。第1溝92は、シールド部90の枠の領域に略等間隔で配置されている。
第2溝93は、第1溝92と同様に、シールド部90を貫通する孔溝であり、Y軸方向の長さが、額縁状を成すシールド部90の枠幅の約70%、幅が約10%の大きさである。第2溝93は、略等間隔に配置された第1溝92の間あるいはその隣に交互に並ぶように略等間隔に配置されている。
また、第1溝92および第2溝93は、基板10を平面視したとき、第1溝92および第2溝93によって構成される図形が2回回転対称となるように配置されている。
The
Similar to the
Further, the
なお、第1溝92および第2溝93の大きさや数は、上述した内容に限定するものではない。例えば、長さや幅をより小さくして、より数多く配置する構成でも良い。また、第1溝92および第2溝93を連続させ、十字形やL字形に構成しても良い。ただし、シールド電極としての効果を損なわない範囲で設ける必要がある。また、第1溝92および第2溝93によって構成される図形が回転対称となる配置とすることが好ましい。
In addition, the magnitude | size and number of the 1st groove |
センシング部20(固定部41,42、支持部51,52、可動電極指53,54、可動基部55、固定電極指61,62)およびシールド部90を構成する材料には、好適例としてシリコンを用いている。その製造に当たって、それらは、一体に、例えば、一枚のシリコン基板をパターニング加工することにより形成されることが好ましい。
シリコン基板は、エッチングにより高精度に加工することができる。そのため、センシング部20を、シリコン基板を主材料として構成することにより、センシング部20の寸法精度を優れたものとし、その結果、センサー素子99の高感度化を図ることができる。また、センシング部20、シールド部90を構成するシリコン材料には、リン、ボロンなどの不純物がドープされていることが好ましい。これにより、センサー素子99は、センシング部20の導電性、およびシールド部90のシールド電極としてのシールド性を優れたものとすることができる。
なお、センシング部20の構成材料としては、シリコン基板に限定するものではなく、静電容量の変化に基づく物理量の検出が可能な材料であれば良い。
As a material constituting the sensing unit 20 (the fixed
The silicon substrate can be processed with high accuracy by etching. Therefore, by configuring the sensing unit 20 using a silicon substrate as a main material, the dimensional accuracy of the sensing unit 20 can be improved, and as a result, the sensitivity of the
The constituent material of the sensing unit 20 is not limited to a silicon substrate, and any material that can detect a physical quantity based on a change in capacitance may be used.
基板10の構成材料には、好適例として、絶縁性を有するガラス材料を用いている。また、特に、センシング部20がシリコン基板で構成されている場合、アルカリ金属イオン(可動イオン)を含むガラス材料(例えば、パイレックス(登録商標)ガラスのような硼珪酸ガラス)を用いるのが好ましい。これにより、センサー素子99は、基板10(ガラス基板)とセンシング部20(シリコン基板)とを陽極接合することにより構成することができる。
As a constituent material of the
図2(a)は、ガラス基板とシールド部やセンシング部を構成するシリコン基板とを貼り合わせたときの状態を示す模式図である。
前述したように、基板(ガラス基板など)にセンシング部やシールド部(シールド電極)を構成する層(シリコン基板など)を貼り合わせた積層構造を有する物理量センサーでは、使用される温度環境により、センサーとしての検出特性が変動してしまうという問題があった。具体的には、図2(a)に示すように、ガラス基板と、ガラス基板に積層されるシリコン基板との熱膨張係数の差により発生する熱応力が、ガラス基板を反らせてしまうことなどにより、センサー素子を変形させてしまったり、センサー素子の可動部(可動電極)の変位に影響を与えてしまったりするために、検出特性が変動してしまうという問題であった。
Fig.2 (a) is a schematic diagram which shows a state when a glass substrate and the silicon substrate which comprises a shield part and a sensing part are bonded together.
As described above, a physical quantity sensor having a laminated structure in which a layer (silicon substrate, etc.) constituting a sensing unit or a shield unit (shield electrode) is bonded to a substrate (glass substrate, etc.) depends on the temperature environment used. As a result, there is a problem in that the detection characteristics fluctuate. Specifically, as shown in FIG. 2A, the thermal stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the glass substrate and the silicon substrate laminated on the glass substrate causes the glass substrate to warp. Since the sensor element is deformed or the displacement of the movable part (movable electrode) of the sensor element is affected, the detection characteristics fluctuate.
これに対し、本実施形態のように、シールド部90(シリコン基板)に第1溝92および第2溝93を設けることで、熱応力を緩和することができる。
図2(b)は、図1(a)のB−B断面図であり、シールド部90に第1溝92および第2溝93が設けられた状態を示している。この図からもわかるように、シールド部90に第1溝92や第2溝93を貫通させることにより、発生する熱応力自体の緩和や、発生した熱応力の伝達を抑制することが可能となる。つまり、基板10とシールド部90との接合面積が減少することで、発生する熱応力が緩和され(減少し)、また、シールド部90が不連続となることで、熱応力の伝達が分断される。その結果、図2(a)に示されるような反りの発生が抑制される。
On the other hand, thermal stress can be relieved by providing the 1st groove |
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 1A, and shows a state where the
以上述べたように、本実施形態による物理量センサー100によれば、以下の効果を得ることができる。
物理量センサー100は、基板10と、基板10の主面上に設けられたセンサー素子99と、センサー素子99の外周(基板10を平面視したときの外周)に配置されたシールド部90とを備えている。シールド部90は、第1方向(X軸方向)に延在する第1溝92と、第1方向と交差する第2方向(Y軸方向)に延在する第2溝93とを有している。そのため、シールド部90が基板10の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する場合に発生する熱応力は、少なくとも、これらの溝のいずれかによって緩和される。
As described above, according to the
The
具体的には、溝に対して、溝の延在方向と交差する方向に作用する応力は、溝によってその伝達が緩和される。従って、基板10と基板10の主面上のシールド部90との間に生ずる熱応力も、これらの溝(第1溝92および第2溝93、あるいは、少なくともこれらの一方の溝)によって緩和される。例えば、熱応力によって基板10が反ってしまう場合においては、これらの溝によって、その反りが緩和される。その結果、熱膨張係数の差により発生する熱応力が、センサー素子99を変形させてしまったり、センサー素子99が備える可動部(可動電極50)の変位に影響を与えてしまったりすることが抑制され、センサー素子99が使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制される。
つまり、使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制された、より検出特性が安定した物理量センサーを提供することができる。
Specifically, the stress acting on the groove in a direction intersecting with the extending direction of the groove is relaxed by the groove. Therefore, the thermal stress generated between the
That is, it is possible to provide a physical quantity sensor with more stable detection characteristics in which fluctuations in detection characteristics due to temperature changes in the environment in which it is used are suppressed.
また、第1方向は、センサー素子99が備える可動部の変位方向(基板10の平面視における変位方向)である。つまり、センサー素子99の外周に配置されたシールド部90は、基板10を平面視したときに、センサー素子99が備える可動部が変位する方向と同じ方向に延在する第1溝92と、センサー素子99が備える可動部が変位する方向と交差する方向に延在する第2溝93とを備えている。
シールド部90が基板10の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する場合、シールド部90は、センサー素子99が備える可動部の変位方向と交差する方向に延在する第2溝93を備えるため、第2溝93により、可動部の変位方向に生ずる熱応力をより効果的に緩和することができる。特に、第2溝93が、可動部の変位方向と略直角方向に交差して延在しているため、より効果的に熱応力が緩和される。
Further, the first direction is the displacement direction of the movable part provided in the sensor element 99 (the displacement direction in plan view of the substrate 10). That is, the
When the
また、シールド部90が第1溝92を備えることにより、基板10がシールド部90から受ける熱応力自体が抑制される。シールド部90が、センサー素子99が備える可動部の変位方向に延在する第1溝92を備えることにより、基板10がシールド部90から受ける可動部の変位方向に発生する熱応力自体が抑制される。
Further, since the
これらの結果、熱膨張係数の差により発生する熱応力が、センサー素子99を変形させてしまったり、センサー素子99が備える可動部(可動電極50)の変位に影響を与えてしまったりすることが抑制され、センサー素子99が使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制される。
As a result, the thermal stress generated by the difference in thermal expansion coefficient may cause the
(実施形態2)
次に、実施形態2に係る物理量センサーについて説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図3(a)は、実施形態2に係る物理量センサー101を示す平面図である。
実施形態2は、第1センサー素子(センサー素子99)に加えて、更に第2センサー素子を備え、それぞれのセンサー素子の間の領域のシールド部に第1溝92および第2溝93を備えていることを特徴としている。
(Embodiment 2)
Next, the physical quantity sensor according to the second embodiment will be described. In the description, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
FIG. 3A is a plan view showing the
The second embodiment further includes a second sensor element in addition to the first sensor element (sensor element 99), and includes a
物理量センサー101は、基板10、センサー素子99、第2センサー素子としてのセンサー素子99aおよびセンサー素子99b、シールド部90aなどを備えている。
センサー素子99aは、例えば、センサー素子99と同じ構成で、その設置方向(向き)が異なる容量型加速度センサーである。センサー素子99がX軸方向の加速度を検出するのに対して、センサー素子99aは、Y軸方向の加速度を検出する向きに配置されている。
センサー素子99bは、例えば、角速度を検出するジャイロセンサーである。内部に、可動部として振動子を備えている。
The
The
The
センサー素子99、センサー素子99a、センサー素子99bは、図3(a)に示すように、基板10の主面上にそれぞれ間隔を置いて配置されている。具体的には、矩形状の基板10の右下領域(+X、−Y側の領域)にセンサー素子99が、その奥方向の領域(+X、+Y側の領域)にセンサー素子99bが、センサー素子99とセンサー素子99bの左側領域(−X側のY軸方向中央の領域)にセンサー素子99aが配置されている。
As shown in FIG. 3A, the
それぞれのセンサー素子の外周には、シールド部90aが配置されている。換言すると、基板10の主面上のそれぞれのセンサー素子が占める領域以外の領域にシールド部90aが形成されている。シールド部90aには、配線(図示省略)により、例えば接地電位が与えられる。
A
それぞれのセンサー素子の間の領域のシールド部90aには、第1溝92および第2溝93が設けられている。具体的には、センサー素子99とセンサー素子99bとの間の領域のシールド部90aには、第1溝92および第2溝93がX軸方向に交互に並ぶ列からなる溝列94が設けられている。また、センサー素子99とセンサー素子99aとの間、およびセンサー素子99bとセンサー素子99aとの間の領域のシールド部90aには、第1溝92および第2溝93がY軸方向に交互に並ぶ列からなる溝列95が設けられている。
溝列94および溝列95のそれぞれにおいて、基板10を平面視したとき、第1溝92および第2溝93によって構成される図形が2回回転対称となるように配置されている。
なお、必ずしも溝列94および溝列95の両方を設ける必要はなく、センサー素子相互間に発生する応力の緩和が必要な領域に溝列を設ければ良い。
A
In each of the
Note that it is not always necessary to provide both the
以上述べたように、本実施形態による物理量センサー101によれば、以下の効果を得ることができる。
物理量センサー101は、基板10の主面上に設けられた第1センサー素子(センサー素子99)に加えて、更に第2センサー素子(センサー素子99a、センサー素子99b)を備えている。このように、共通の基板上に複数のセンサー素子を備える場合には、一方のセンサー素子が発生するノイズが他方のセンサー素子に影響を与えるなど、物理量センサーとしての検出特性を悪化させる場合がある。このノイズは、電気的なものだけではなく、応力や振動など機械的なエネルギーによる場合がある。具体的には、センサー素子構造体が発生あるいは有する熱応力や残留応力が、また、可動部を有する場合などにおいては、可動部の振動漏れが隣接するセンサー素子に伝達されて隣接するセンサー素子の検出特性に影響を与える場合がある。
As described above, according to the
The
本実施形態によれば、第1溝92および第2溝93は、少なくとも、センサー素子99とセンサー素子99aとの間、センサー素子99とセンサー素子99bとの間、センサー素子99aとセンサー素子99bとの間のいずれかの領域のシールド部90aに設けられている。従って、それぞれのセンサー素子間に働く応力や、一方から他方に伝達される漏れ振動などのエネルギーは、第1溝92および第2溝93、あるいは、少なくとも一方の溝によってその伝達が緩和され、特性に与える影響を抑制させることができる。
According to the present embodiment, the
(実施形態3)
次に、実施形態3に係る物理量センサーについて説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図3(b)は、実施形態3に係る物理量センサー102を示す平面図である。
実施形態3は、実施形態2と同様に第1センサー素子に加えて、更に第2センサー素子を備え、それぞれのセンサー素子の外周をとり囲むシールド部90aの全領域(全面)に亘って第1溝92および第2溝93を備えていることを特徴としている。
(Embodiment 3)
Next, a physical quantity sensor according to the third embodiment will be described. In the description, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
FIG. 3B is a plan view showing the
As in the second embodiment, the third embodiment includes a second sensor element in addition to the first sensor element. The first embodiment covers the entire area (entire surface) of the
物理量センサー102は、シールド部90aが備える第1溝92および第2溝93の位置や数が異なる点を除き、物理量センサー101と同様である。
物理量センサー102は、図3(b)に示すように、シールド部90aの全領域に亘って、第1溝92および第2溝93がX軸方向、Y軸方向に交互に並ぶように配置されている。
また、第1溝92および第2溝93は、基板10を平面視したとき、第1溝92および第2溝93によって構成される図形が2回回転対称となるように配置されている。
The
As shown in FIG. 3B, the
Further, the
本実施形態による物理量センサー102によれば、以下の効果を得ることができる。
シールド部90aが基板10の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する場合に発生する熱応力は、これらの溝(第1溝92および第2溝93、あるいは、少なくともこれらの一方の溝)によって緩和される。また、基板10と基板10の主面上のシールド部90aとの間に生ずる熱応力も、これらの溝によって緩和される。その結果、熱膨張係数の差により発生する熱応力が、基板10の主面上に設けられたセンサー素子(センサー素子99、センサー素子99a、センサー素子99b)を変形させてしまったり、センサー素子が備える可動部の変位に影響を与えてしまったりすることが抑制され、センサー素子が使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制される。
また、複数のセンサー素子間に働く応力や、一方から他方に伝達される漏れ振動などのエネルギーは、第1溝92および第2溝93、あるいは、少なくともこれらの一方の溝によってその伝達が緩和され、特性に与える影響を抑制させることができる。
このように、シールド部90aの全領域に亘って、第1溝92および第2溝93がX軸方向、Y軸方向に交互に並ぶように配置されることで、より効果的に検出特性の安定化をはかることができる。
According to the
The thermal stress generated when the
Further, the stress acting between the plurality of sensor elements and the energy such as leakage vibration transmitted from one to the other are alleviated by the
As described above, the
なお、実施形態1〜3において、第1溝92および第2溝93は、シールド部90,90aの上面から下面に貫通する孔溝であると説明したが、必ずしも貫通していなくとも良い。つまり、第1溝92および第2溝93は、その両方あるいは一方においてシールド部90,90aを貫通せずに底部を有する溝であっても良い。また、その底部は、下面側(基板10側)にあっても、その逆に上面側にあっても良い。
In the first to third embodiments, the
また、実施形態1〜3において、第2溝93は、略等間隔に配置された第1溝92の間あるいはその隣に交互に並ぶように略等間隔に配置されていると説明したが、必ずしも第1溝92と第2溝93とが交互に並ぶ必要はない。また、必ずしも等間隔に配置される必要はない。第1溝92や第2溝93が配置されるシールド部の平面形状や大きさ、またセンサー素子の配置やその向き、想定する応力緩和の効果により、適宜レイアウトすることが望ましい。
In the first to third embodiments, the
また、センサー素子は、必ずしも上述した構成のセンサーに限定するものではない。物理量センサーとしての構成が、基板の主面上にセンサー素子およびシールド部を構成する層を積層させる構造であり、シールド部と基板との熱膨張係数の差によって発生する熱応力や、センサー素子間に配置されたシールド部を介して伝達される応力が、センサー素子の検出特性に影響を与える場合の構成であれば、同様の効果が得られる。 The sensor element is not necessarily limited to the sensor having the above-described configuration. The physical quantity sensor is a structure in which the layers that make up the sensor element and the shield part are stacked on the main surface of the board. Thermal stress generated by the difference in the thermal expansion coefficient between the shield part and the board, and between the sensor elements A similar effect can be obtained if the stress transmitted through the shield portion arranged in the case affects the detection characteristics of the sensor element.
[電子機器]
次いで、本発明の一実施形態に係る電子部品としての物理量センサー100を適用した電子機器について、図4(a),(b)、図5に基づき説明する。なお、以下の説明では、物理量センサー100を適用した例として説明しているが、物理量センサー101、102であっても良い。
[Electronics]
Next, an electronic apparatus to which the
図4(a)は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1000を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する電子部品としての物理量センサー100が内蔵されている。
FIG. 4A is a perspective view showing an outline of the configuration of a mobile (or notebook) personal computer as an electronic apparatus including an electronic component according to an embodiment of the present invention. In this figure, a
図4(b)は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1000が配置されている。このような携帯電話機1200には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品(タイミングデバイス)としての物理量センサー100が内蔵されている。
FIG. 4B is a perspective view schematically showing a configuration of a mobile phone (including PHS) as an electronic apparatus including the electronic component according to the embodiment of the present invention. In this figure, a
図5は、本発明の一実施形態に係る電子部品を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。デジタルスチールカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
デジタルスチールカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1000が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1000は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCD等を含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部1000に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。更に、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなデジタルスチールカメラ1300には、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品としての物理量センサー100が内蔵されている。
FIG. 5 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a digital still camera as an electronic apparatus including the electronic component according to the embodiment of the present invention. In this figure, connection with an external device is also simply shown. The
A
When the photographer confirms the subject image displayed on the
上述したように、電子機器として、検出精度の低下がより抑制された物理量センサー100を備えることにより、より動作精度の高い電子機器を提供することができる。
As described above, an electronic device with higher operation accuracy can be provided by providing the
なお、本発明の一実施形態に係る物理量センサー100は、図4(a)のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図4(b)の携帯電話機、図5のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
The
[移動体]
次いで、本発明の一実施形態に係る物理量センサー100を適用した移動体について、図6に基づき説明する。なお、以下の説明では、物理量センサー100を適用した例として説明しているが、物理量センサー101、102であっても良い。
[Moving object]
Next, a moving body to which the
図6は、物理量センサー100を備える移動体としての自動車1400を概略的に示す斜視図である。自動車1400には本発明に係る物理量センサー100を含んで構成されたジャイロセンサーが搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車1400には、タイヤ1401を制御する該ジャイロセンサーを内蔵した電子制御ユニット1402が搭載されている。また、他の例としては、物理量センサー100は、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
FIG. 6 is a perspective view schematically showing an
上述したように、移動体として、精度の低下がより抑制された物理量センサー100を備えることにより、より温度変化などの環境特性が安定した移動体を提供することができる。
As described above, by providing the
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and improvements can be added to the above-described embodiment. A modification will be described below. Here, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(変形例1)
図7は、変形例に係る物理量センサー103を示す断面図であり、図1(a)におけるB−B断面に相当する位置の断面図である。
実施形態1〜3では、応力を緩和するための第1溝92、第2溝93を基板10の主面上のシールド部に設けるとして説明したが、これらの溝は基板10に設けても良い。
(Modification 1)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a
In the first to third embodiments, the
物理量センサー103は、シールド部90に第1溝92、第2溝93を設けていない。これに代わり、基板10に第3溝96、第4溝97を設けている。この点を除き、物理量センサー103は、物理量センサー100と同様である。
第3溝96は、基板10の主面から下面に貫通する孔溝であり、基板10を平面視したとき、物理量センサー100における第1溝92と同様の位置に配置されている。また、第4溝97も同様に、基板10の主面から下面に貫通する孔溝であり、基板10を平面視したとき、物理量センサー100における第2溝93と同様の位置に配置されている。つまり、第3溝96、第4溝97は、いずれもシールド部90と重なる領域に設けられている。
In the
The
本変形例に係る物理量センサー103よれば、基板10は、シールド部90と重なる領域に、第1方向に延在する第3溝96と、第1方向と交差する第2方向に延在する第4溝97とを有している。そのため、基板10がシールド部90の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する場合に発生する熱応力は、少なくとも、これらの溝のいずれかによって緩和される。その結果、熱膨張係数の差により発生する熱応力が、センサー素子99を変形させてしまったり、センサー素子99が備える可動部(可動電極50)の変位に影響を与えてしまったりすることが抑制され、センサー素子99が使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制される。
つまり、本変形例のように基板10に応力を緩和するための溝を設けた場合であっても、使用される環境の温度変化による検出特性の変動が抑制された、より検出特性が安定した物理量センサーを提供することができる。
According to the
That is, even when the
10…基板、20…センシング部、30…配線、31a,31b,31c…電極、41,42…固定部、50…可動電極、51,52…支持部、53,54…可動電極指、55…可動基部、60…固定電極、61,62…固定電極指、70,71…凹部、81…コンタクト部、90,90a…シールド部、92…第1溝、93…第2溝、94,95…溝列、96…第3溝、97…第4溝、99,99a,99b…センサー素子、100〜103…物理量センサー。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記基板の主面上に設けられた第1センサー素子と、
前記基板の主面上において、前記基板を平面視したとき、前記第1センサー素子の外周に配置されたシールド部と、を備え、
前記基板を平面視したときに、前記シールド部は、第1方向に延在する第1溝と、前記第1方向と交差する第2方向に延在する第2溝と、を有することを特徴とする物理量センサー。 A substrate,
A first sensor element provided on a main surface of the substrate;
A shield portion disposed on an outer periphery of the first sensor element when the substrate is viewed in plan on the main surface of the substrate; and
When the substrate is viewed in plan, the shield part has a first groove extending in a first direction and a second groove extending in a second direction intersecting the first direction. A physical quantity sensor.
前記基板の主面上に固定された固定部と、
前記固定部から延出する支持部と、
前記支持部によって前記基板から遊離して変位可能に支えられた可動部と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の物理量センサー。 The first sensor element is
A fixed portion fixed on the main surface of the substrate;
A support portion extending from the fixed portion;
The physical quantity sensor according to claim 1, further comprising a movable portion that is supported by the support portion so as to be separated from the substrate and displaceable.
前記第1溝および前記第2溝が、前記第1センサー素子と前記第2センサー素子との間の領域の前記シールド部に設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の物理量センサー。 A second sensor element provided on the main surface of the substrate;
The said 1st groove | channel and the said 2nd groove | channel are provided in the said shield part of the area | region between the said 1st sensor element and the said 2nd sensor element, Any of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. The physical quantity sensor according to claim 1.
前記基板の主面上に設けられた第1センサー素子と、
前記基板の主面上において、前記基板を平面視したとき、前記第1センサー素子の外周に配置されたシールド部と、を備え、
前記基板は、前記基板を平面視したときに、前記シールド部と重なる領域に、第1方向に延在する第1溝と、前記第1方向と交差する第2方向に延在する第2溝と、を有することを特徴とする物理量センサー。 A substrate,
A first sensor element provided on a main surface of the substrate;
A shield portion disposed on an outer periphery of the first sensor element when the substrate is viewed in plan on the main surface of the substrate; and
The substrate has a first groove extending in a first direction and a second groove extending in a second direction intersecting the first direction in a region overlapping the shield portion when the substrate is viewed in plan. And a physical quantity sensor characterized by comprising:
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