JP2016044978A - 物理量センサー、電子機器および移動体 - Google Patents

物理量センサー、電子機器および移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】小型化した場合であっても高感度である物理量センサー、および、この物理量センサーを備える電子機器および移動体を提供すること。
【解決手段】本発明に係る物理量センサー１００は、基板１０と、支持部４０と、支持部４０に連結部３０、３２を介して接続された可動部２０と、可動部２０と対向して基板１０に配置される固定電極と、を有し、可動部２０が第１質量部２０ａと、第１質量部２０ａよりも質量が小さい第２質量部２０ｂと、第１質量部２０ａに配置された第１可動電極２１と、第２質量部２０ｂに配置された第２可動電極２２と、を有し、固定電極は、第１固定電極５０と、第２固定電極５２とで構成され、可動部２０の長手方向における、可動部２０の長さをＬ、第２質量部２０ｂの長さをＬ２としたとき、０．２≦Ｌ２／Ｌ≦０．４８の関係を満足することを特徴とする。
【選択図】図１

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ものである。
近年、例えばシリコンＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて、加速度等の物理量を検出する物理量センサーが開発されている。
この物理量センサーとしては、大板部と小板部とを有し、これらがシーソー状に揺動可能となるように絶縁層に支持される可動電極と、大板部と対向して絶縁層に設けられる固定電極と、小板部と対向して絶縁層に設けられる固定電極と、を有するものが知られている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載の中央アンカータイプの物理量センサーでは、印可加速度により発生するトルクが釣り合うことなくシーソー動作するように、捻りバネの位置を敢えて中心からずらして設計されている。
しかしながら、上記物理量センサーでは、小型化した場合、感度の効率が低下してしまい、物理量センサーの高感度化が困難であった。
特開２００７−２９８４０５号公報
本発明の目的は、小型化した場合であっても高感度である物理量センサー、および、この物理量センサーを備える電子機器および移動体を提供することにある。
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の物理量センサーは、基板と、
前記基板に固定される支持部と、
前記支持部に連結部を介して接続され、支持部に対して揺動可能な可動部と、
前記可動部と対向して前記基板に配置される固定電極と、を有し、
前記可動部が前記連結部に対して一方側に設けられる第１質量部と、他方側に設けられ前記第１質量部よりも質量が小さい第２質量部と、前記第１質量部に配置された第１可動電極と、前記第２質量部に配置された第２可動電極と、を有し、
前記固定電極は、前記第１質量部と対向して配置される第１固定電極と、前記第２質量部と対向して配置される第２固定電極と、で構成され、
前記可動部の長手方向における、前記可動部の長さをＬ、前記第２質量部の長さをＬ２としたとき、０．２≦Ｌ２／Ｌ≦０．４８の関係を満足することを特徴とする。
これにより、小型化した場合であっても高感度である物理量センサーを提供することができる。
［適用例２］
本発明の物理量センサーでは、前記基板は、ガラス基板であることが好ましい。
これにより、より高感度な物理量センサーを提供することができる。
［適用例３］
本発明の物理量センサーでは、０．２５≦Ｌ２／Ｌ≦０．４４の関係を満足することが好ましい。
これにより、さらに高感度な物理量センサーを提供することができる。
［適用例４］
本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーを備えたことを特徴とする。
このような電子機器では、本適用例に係る物理量センサーを含むため、高い検出感度を有することができる。
［適用例５］
本発明の移動体は、本発明の物理量センサーを備えたことを特徴とする。
このような移動体では、本適用例に係る物理量センサーを含むため、高い検出感度を有することができる。
本発明の好適な実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図である。 図１の物理量センサーを模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１の物理量センサーを模式的に示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１の物理量センサーを模式的に示す図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図１の物理量センサーに対して１Ｇ加速度を印可した際の断面図である。 Ｌ２／Ｌと感度との関係を示すグラフである。 図１の物理量センサーの製造工程を模式的に示す断面図である。 図１の物理量センサーの製造工程を模式的に示す断面図である。 図１の物理量センサーの製造工程を模式的に示す断面図である。 第１実施形態の変形例に係る物理量センサーを模式的に示す平面図である。 本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用したデジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図である。
以下、本発明の物理量センサー、電子機器および移動体の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
［物理量センサー］
まず、図１の物理量センサーについて、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の好適な実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図、図２は、図１の物理量センサー１００を模式的に示す図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は、図１の物理量センサー１００を模式的に示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、図４は、図１の物理量センサー１００を模式的に示す図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。また、図５は、図１の物理量センサーに対して１Ｇ加速度を印可した際の断面図、図６は、Ｌ２／Ｌと感度との関係を示すグラフである。
なお、便宜上、図１では、蓋体８０を透視して図示している。また、図３および図４では、蓋体８０を省略して図示している。また、図１〜図４では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
物理量センサー１００は、図１〜図４に示すように、基板１０と、可動部２０と、連結部３０、３２と、支持部４０と、固定電極５０、５２と、配線６０、６４、６６と、パッド７０、７２、７４と、蓋体８０と、を有する。
なお、本実施形態では、物理量センサー１００が、鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度を検出する加速度センサー（静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサー）である例について説明する。
以下、物理量センサー１００を構成する各部を順次詳細に説明する。
基板１０の材質は、例えば、ガラス等の絶縁材料である。例えば基板１０をガラス等の絶縁材料、可動部２０をシリコン等の半導体材料にすることにより、容易に両者を電気的に絶縁することができ、センサー構造を簡素化することができる。なお、基板１０をガラスで構成した場合、より高感度な物理量センサーを提供することができる。
基板１０には、凹部１１が形成されている。凹部１１の上方には、間隙を介して、可動部２０、および連結部３０、３２が設けられている。図１に示す例では、凹部１１の平面形状（Ｚ軸方向から見た形状）は、長方形である。凹部１１の底面（凹部１１を規定する基板１０の面）１２には、ポスト部１３が設けられている。
図２〜図４に示す例では、ポスト部１３は、基板１０と一体に設けられている。ポスト部１３は、底面１２よりも上方（＋Ｚ軸方向）に突出している。
図３および図４に示すように、本実施形態では、ポスト部１３の高さ（ポスト部１３の上面１４と底面１２との間の距離）と凹部１１の深さとは、等しくなるよう構成されている。
ポスト部１３の上面１４は、支持部４０と接合されている。ポスト部１３の上面１４には、窪み部１５が形成されている。窪み部１５の底面（窪み部１５を規定するポスト部１３の面）１６には、第１配線６０が設けられている。
なお、図２〜 図４に示す例では、凹部１１の側面（凹部１１を規定する基板１０の側面）およびポスト部１３の側面は、凹部１１の底面１２に対して垂直であるが、底面１２に対して傾斜していてもよい。
可動部２０は、支持軸（第１軸）Ｑまわりに変位可能である。具体的には、可動部２０は、鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度が加わると、連結部３０、３２によって決定される支持軸Ｑを回転軸（揺動軸）としてシーソー揺動する。支持軸Ｑは、例えば、Ｙ軸と平行である。図示の例では、可動部２０の平面形状は、長方形である。可動部２０の厚さ（Ｚ軸方向の大きさ）は、例えば、一定である。
可動部２０は、第１質量部２０ａと、第２質量部２０ｂと、を有している。
第１質量部２０ａは、平面視において、支持軸Ｑによって区画される可動部２０の２つの部分のうちの一方（図１では左側に位置する部分）である。
第２質量部２０ｂは、平面視において、支持軸Ｑによって区画される可動部２０の２つの部分のうちの他方（図１では右側に位置する部分）である。
可動部２０に鉛直方向の加速度（例えば重力加速度）が加わった場合、第１質量部２０ａと第２質量部２０ｂとの各々に回転モーメント（力のモーメント）が生じる。ここで、第１質量部２０ａの回転モーメント（例えば反時計回りの回転モーメント）と第２質量部２０ｂの回転モーメント（例えば時計回りの回転モーメント）が均衡した場合には、可動部２０の傾きに変化が生じず、加速度を検出することができない。したがって、鉛直方向の加速度が加わったときに、第１質量部２０ａの回転モーメントと、第２質量部２０ｂの回転モーメントとが均衡せず、可動部２０に所定の傾きが生じるように、可動部２０が設計される。
物理量センサー１００では、支持軸Ｑを、可動部２０の中心（重心）から外れた位置に配置することによって（支持軸Ｑから各質量部２０ａ、２０ｂの先端までの距離を異ならせることによって）、質量部２０ａ、２０ｂが互いに異なる質量を有している。すなわち、可動部２０は、支持軸Ｑを境にして、一方側（第１質量部２０ａ）と他方側（第２質量部２０ｂ）とで質量が異なる。図示の例では、支持軸Ｑから第１質量部２０ａの端面２３までの距離は、支持軸Ｑから第２質量部２０ｂの端面２４までの距離よりも大きい。また、第１質量部２０ａの厚さと、第２質量部２０ｂの厚さとは、等しい。したがって、第１質量部２０ａの質量は、第２質量部２０ｂの質量よりも大きい。このように、質量部２０ａ、２０ｂが互いに異なる質量を有することにより、鉛直方向の加速度が加わったときに、第１質量部２０ａの回転モーメントと、第２質量部２０ｂの回転モーメントと、を均衡させないことができる。したがって、鉛直方向の加速度が加わったときに、可動部２０に所定の傾きを生じさせることができる。
可動部２０は、基板１０と離間して設けられている。可動部２０は、凹部１１の上方に設けられている。図示の例では、可動部２０と基板１０との間には、間隙が設けられている。また、可動部２０は、連結部３０、３２によって、支持部４０から離間して設けられている。これにより、可動部２０は、シーソー揺動することができる。
可動部２０は、支持軸Ｑを境にして設けられた第１可動電極２１および第２可動電極２２を備えている。第１可動電極２１は、第１質量部２０ａに設けられている。第２可動電極２２は、第２質量部２０ｂに設けられている。
第１可動電極２１は、可動部２０のうち、平面視において第１固定電極５０と重なる部分である。第１可動電極２１は、第１固定電極５０との間に静電容量Ｃ１を形成する。すなわち、第１可動電極２１と第１固定電極５０とによって静電容量Ｃ１が形成される。
第２可動電極２２は、可動部２０のうち、平面視において第２固定電極５２と重なる部分である。第２可動電極２２は、第２固定電極５２との間に静電容量Ｃ２を形成する。すなわち、第２可動電極２２と第２固定電極５２とによって静電容量Ｃ２が形成される。物理量センサー１００では、可動部２０が導電性材料（不純物がドープされたシリコン）で構成されることによって、可動電極２１、２２が設けられている。すなわち、第１質量部２０ａが第１可動電極２１として機能し、第２質量部２０ｂが第２可動電極２２として機能している。
静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２は、例えば、図２に示す可動部２０が水平な状態で、互いに等しくなるように構成されている。可動電極２１、２２は、可動部２０の動きに応じて位置が変化する。この可動電極２１、２２の位置に応じて、静電容量Ｃ１、Ｃ２が変化する。可動部２０には、連結部３０、３２および支持部４０を介して、所定の電位が与えられる。
可動部２０には、可動部２０を貫通する貫通孔２５が形成されている。これにより、可動部２０が揺動する際の空気の影響（空気の抵抗）を低減することができる。貫通孔２５は、例えば、複数形成されている。図示の例では、貫通孔２５の平面形状は、長方形である。
可動部２０には、可動部２０を貫通する開口部２６が設けられている。開口部２６は、平面視において、支持軸Ｑ上に設けられている。開口部２６には、連結部３０、３２および支持部４０が設けられている。図示の例では、開口部２６の平面形状は、長方形である。可動部２０は、連結部３０、３２を介して、支持部４０と接続されている。
連結部３０、３２は、可動部２０と支持部４０とを連結している。連結部３０、３２は、トーションバネ（捻りバネ）として機能する。これにより、連結部３０、３２は、可動部２０がシーソー揺動することにより連結部３０、３２に生じるねじり変形に対して強い復元力を有することができる。
連結部３０、３２は、平面視において、支持軸Ｑ上に配置されている。連結部３０、３２は、支持軸Ｑに沿って延出している。第１連結部３０は、支持部４０から＋Ｙ軸方向に延出している。第２連結部３２は、支持部４０から−Ｙ軸方向に延出している。
支持部４０は、開口部２６に配置されている。支持部４０は、平面視において、支持軸Ｑ上に設けられている。支持部４０の一部は、ポスト部１３の上面１４に接合（接続）されている。支持部４０は、連結部３０、３２を介して、可動部２０を支持している。支持部４０には、連結部３０、３２が接続され且つ支持軸Ｑに沿って設けられている接続領域４６と、平面視で接続領域４６の外側に設けられ且つ基板上に設けられた第１配線６０と電気的に接続されるコンタクト領域６３と、が設けられている。
支持部４０は、第１部分４１と、第２部分４２、４３、４４、４５と、を有している。支持部４０は、支持軸Ｑと交差（具体的には直交）する第２軸Ｒに沿って第１部分４１が延出し、第１部分４１の端部から第２部分４２、４３、４４、４５が突出した形状である。第２軸Ｒは、Ｘ軸と平行な軸である。
支持部４０の第１部分４１は、支持軸Ｑと交差（具体的には直交）して延出している。第１部分４１は、連結部３０、３２が接合されている。第１部分４１は、平面視において支持軸Ｑ上に設けられ、基板１０と離間している。すなわち、支持部４０の支持軸Ｑ上の部分は、基板１０と離間している。図１に示す例では、第１部分４１の平面形状は、長方形である。第１部分４１は、第２軸Ｒに沿って延出している。
支持部４０の第１部分４１には、接続領域４６が設けられている。図１に示す例では、接続領域４６は、平面視において、支持部４０の連結部３０、３２に挟まれた領域である。図示の例では、接続領域４６の平面形状は、長方形である。接続領域４６の少なくとも一部は、基板１０に固定されていない。
支持部４０の第２部分４２、４３、４４、４５は、第１部分４１の端部から突出（延出）している。図１に示す例では、第２部分４２、４３、４４、４５の平面形状は、長方形である。第２部分４２、４３、４４、４５の各々には、コンタクト領域６３が設けられている。
支持部４０の第２部分４２、４３は、第１部分４１の一方の端部（具体的は−Ｘ軸方向の端部）から、支持軸Ｑに沿って互いに反対方向に延出している。図示の例では、第２部分４２は、第１部分４１の一方の端部から＋Ｙ軸方向に延出している。第２部分４３は、第１部分４１の一方の端部から−Ｙ軸方向に延出している。第２部分４２の一部および第２部分４３の一部は、ポスト部１３に接合されている。
支持部４０の第２部分４４、４５は、第１部分４１の他方の端部（具体的は＋Ｘ軸方向の端部）から、支持軸Ｑに沿って互いに反対方向に延出している。図示の例では、第２部分４４は、第１部分４１の他方の端部から＋Ｙ軸方向に延出している。第２部分４５は、第１部分４１の他方の端部から−Ｙ軸方向に延出している。第２部分４４の一部および第２部分４５の一部は、ポスト部１３に接合されている。
支持部４０は、上記のような部分４１、４２、４３、４４、４５を備えていることにより、Ｈ字状（略Ｈ字状）の平面形状を有している。すなわち、第１部分４１は、Ｈ字状の横棒を構成している。第２部分４２、４３、４４、４５は、Ｈ字状の縦棒を構成している。
可動部２０、連結部３０、３２、および支持部４０は、一体に設けられている。図示の例では、可動部２０、連結部３０、３２、および支持部４０が、１つの構造体（シリコン構造体）２を構成している。可動部２０、連結部３０、３２、および支持部４０は、１つの基板（シリコン基板）をパターニングすることによって一体に設けられる。可動部２０、連結部３０、３２、および支持部４０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。基板１０の材質がガラスであり、可動部２０、連結部３０、３２、および支持部４０の材質がシリコンである場合、基板１０と支持部４０とは、例えば陽極接合によって接合される。
物理量センサー１００では、構造体２は、１つの支持部４０によって基板１０に固定されている。すなわち、構造体２は、基板１０に対して１点（１つの支持部４０）で固定されている。したがって、例えば構造体が基板に対して２点（２つの支持部）で固定されている形態と比べて、基板１０の熱膨張率と構造体２の熱膨張率との差によって生じる応力や、実装時に装置に加わる応力等が、連結部３０、３２に与える影響を低減することができる。
固定電極５０、５２は、基板１０上に設けられている。図示の例では、固定電極５０、５２は、凹部１１の底面１２に設けられている。第１固定電極５０は、第１可動電極２１に対向して配置されている。第１固定電極５０の上方には、間隙を介して、第１可動電極２１が位置している。第２固定電極５２は、第２可動電極２２に対向して配置されている。第２固定電極５２の上方には、間隙を介して、第２可動電極２２が位置している。第１固定電極５０の面積と第２固定電極５２の面積とは、例えば、等しい。第１固定電極５０の平面形状と第２固定電極５２の平面形状とは、例えば、支持軸Ｑに関して対称である。
固定電極５０、５２の材質は、例えば、アルミニウム、金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）である。固定電極５０、５２の材質は、ＩＴＯ等の透明電極材料であることが望ましい。固定電極５０、５２として、透明電極材料を用いることにより、基板１０が透明基板（ガラス基板）である場合、固定電極５０、５２上に存在する異物等を容易に視認することができるためである。
第１配線６０は、基板１０上に設けられている。第１配線６０は、配線層部６１と、バンプ部６２と、を有している。
第１配線６０の配線層部６１は、第１パッド７０とバンプ部６２とを接続している。図
示の例では、配線層部６１は、第１パッド７０から、基板１０に形成された第１溝部１７、凹部１１、および窪み部１５を通って、バンプ部６２まで延出している。配線層部６１の窪み部１５に設けられた部分は、平面視において、支持部４０と重なっている。図示の例では、配線層部６１の窪み部１５に設けられた部分の平面形状は、Ｈ字状（略Ｈ字状）である。配線層部６１の材質は、例えば、固定電極５０、５２の材質と同じである。
第１配線６０のバンプ部６２は、配線層部６１上に設けられている。バンプ部６２は、コンタクト領域６３において、配線層部６１と支持部４０とを接続している。すなわち、コンタクト領域６３は、第１配線６０と支持部４０とが接続される（接触している）領域である。より具体的には、コンタクト領域６３は、バンプ部６２の支持部４０と接触している領域（接触面）である。バンプ部６２の材質は、例えば、アルミニウム、金、白金である。
コンタクト領域６３は、支持軸Ｑ上を避けて配置されている。すなわち、コンタクト領域６３は、支持軸Ｑと離間して配置されている。コンタクト領域６３は、平面視において、支持軸Ｑを境にして一方側（具体的には＋Ｘ軸方向側）および他方側（具体的には−Ｘ軸方向側）に、少なくとも１つずつ設けられている。コンタクト領域６３は、平面視において、支持軸Ｑを境にして接続領域４６の両側に設けられている。図示の例では、コンタクト領域６３は、４つ設けられ、平面視において、支持部４０の第２部分４２、４３、４４、４５と重なって設けられている。すなわち、コンタクト領域６３は、平面視において、Ｈ字状（略Ｈ字状）の形状を有する支持部４０の縦棒の端部の各々と重なって設けられている。図示の例では、コンタクト領域６３の平面形状は、長方形である。
コンタクト領域６３は、図３および図４に示すように、ポスト部１３の上面（ポスト部１３と支持部４０との接合面）１４よりも上方に位置している。具体的には、シリコン基板を基板１０に接合する際に（詳細は後述）、シリコン基板は、第１配線６０のバンプ部６２によって押されて窪み、コンタクト領域６３は、ポスト部１３の上面１４よりも上方に位置する。例えば、支持部４０が（シリコン基板が）バンプ部６２によって押されることにより、支持部４０には応力が生じる。
なお、図示はしないが、第１配線６０と支持部４０とが接触していれば、支持部４０は窪んでおらず、コンタクト領域６３とポスト部１３の上面１４とは、Ｚ軸方向において同じ位置にあってもよい。すなわち、コンタクト領域６３と上面１４とは、同じ高さを有していてもよい。このような形態においても、第１配線６０と支持部４０とが接触することにより、支持部４０には応力が生じる。
第２配線６４は、基板１０上に設けられている。第２配線６４は、第２パッド７２と第１固定電極５０とを接続している。図示の例では、第２配線６４は、第２パッド７２から、第２溝部１８および凹部１１を通って、第１固定電極５０まで延出している。第２配線６４の材質は、例えば、固定電極５０、５２の材質と同じである。
第３配線６６は、基板１０上に設けられている。第３配線６６は、第３パッド７４と第２固定電極５２とを接続している。図示の例では、第３配線６６は、第３パッド７４から、第３溝部１９および凹部１１を通って、第２固定電極５２まで延出している。第３配線６６の材質は、例えば、固定電極５０、５２の材質と同じである。
パッド７０、７２、７４は、基板１０上に設けられている。図示の例では、パッド７０、７２、７４は、それぞれ、溝部１７、１８、１９に設けられ、配線６０、６４、６６に接続されている。パッド７０、７２、７４は、平面視において、蓋体８０と重ならない位置に設けられている。これにより、可動部２０を基板１０および蓋体８０内に収容した状態においても、パッド７０、７２、７４によって、静電容量Ｃ１、Ｃ２を検出することができる。パッド７０、７２、７４の材質は、例えば、固定電極５０、５２と同じである。
蓋体８０は、基板１０上に設けられている。蓋体８０は、基板１０に接合されている。蓋体８０および基板１０は、可動部２０を収容するキャビティー８２を形成している。キャビティー８２は、例えば、不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気である。蓋体８０の材質は、例えば、シリコンである。蓋体８０の材質がシリコンであり、基板１０の材質がガラスである場合、基板１０と蓋体８０とは、例えば陽極接合によって接合される。
次に、物理量センサー１００の動作について説明する。
物理量センサー１００では、加速度、角速度等の物理量に応じて、可動部２０が支持軸Ｑまわりに揺動する。この可動部２０の動きに伴って、第１可動電極２１と第１固定電極５０との間の距離、および第２可動電極２２と第２固定電極５２との間の距離が変化する。具体的には、例えば鉛直上向き（＋Ｚ軸方向）の加速度が物理量センサー１００に加わると、可動部２０は反時計回りに回転し、第１可動電極２１と第１固定電極５０との間の距離が小さくなり、第２可動電極２２と第２固定電極５２との間の距離が大きくなる。この結果、静電容量Ｃ１が大きくなり、静電容量Ｃ２が小さくなる。また、例えば鉛直下向き（−Ｚ軸方向）の加速度が物理量センサー１００に加わると、可動部２０は時計回りに回転し、第１可動電極２１と第１固定電極５０との間の距離が大きくなり、第２可動電極２２と第２固定電極５２との間の距離が小さくなる。この結果、静電容量Ｃ１が小さくなり、静電容量Ｃ２が大きくなる。
物理量センサー１００では、パッド７０、７２を用いて静電容量Ｃ１を検出し、パッド７０、７４を用いて静電容量Ｃ２を検出する。そして、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との差に基づいて（いわゆる差動検出方式により）、加速度や角速度等の向きや大きさ等の物理量を検出することができる。
上述のように、物理量センサー１００は、加速度センサーやジャイロセンサー等の慣性センサーとして使用することができ、具体的には、例えば、鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度を測定するための静電容量型加速度センサーとして使用することができる。
上述した物理量センサー１００では、可動部２０の長手方向（Ｘ軸方向）における、可動部２０の長さをＬ、第２質量部２０ｂの長さをＬ２としたとき、０．２≦Ｌ２／Ｌ≦０．４８の関係を満足している。このような関係を満足することにより、物理量センサー１００の検出感度を特に高いものとすることができる。
より詳細に説明すると、図５に示す状態、すなわち、加速度によるトルクＴａと捻りバネの復元トルクＴｓとが釣り合っている状態において、感度Ｓｚは、以下の式（１）で表すことができる。
Figure 2016044978
（ε：電極周囲の誘電率、Ａ：可動部２０と固定電極との対向面積、ｄ：可動部２０と固定電極との離間距離、θ：１Ｇ加速度印可時の可動部の傾き）
このような式（１）を用いて、ｄ：１．０μｍ、１．２μｍの時の、感度とＬ２／Ｌの関係をグラフで表すと、図６に示すようになる。
図６のグラフから解るように、０．２≦Ｌ２／Ｌ≦０．４８の関係を満足することにより、物理量センサー１００は検出感度に特に優れたものとすることができる。
特に、ＬおよびＬ２は、０．２５≦Ｌ２／Ｌ≦０．４４の関係を満足するのがより好ましく、０．３５≦Ｌ２／Ｌ≦０．４０の関係を満足するのがさらに好ましい。これにより、さらに高感度な物理量センサーを提供することができる。
［物理量センサーの製造方法］
次に、図１の物理量センサーの製造方法について、図面を参照しながら説明する。図７〜図９は、図１の物理量センサー１００の製造工程を模式的に示す断面図であって、図２に対応している。
図７に示すように、例えばガラス基板をパターニングして、凹部１１、窪み部１５が形成されたポスト部１３、および溝部１７、１８、１９（図１参照）を形成する。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより行われる。本工程により、凹部１１、ポスト部１３、および溝部１７、１８、１９が形成された基板１０を得ることができる。
次に、凹部１１の底面１２に固定電極５０、５２を形成する。次に、基板１０上に配線層部６１および配線６４、６６を形成する（図１参照）。配線６４、６６は、それぞれ固定電極５０、５２と接続するように形成される。次に、配線層部６１上にバンプ部６２を形成する（図３および図４参照）。これにより、第１配線６０を形成することができる。バンプ部６２は、その上面がポスト部１３の上面１４よりも上方に位置するように形成される。次に、配線６０、６４、６６のそれぞれと接続するように、パッド７０、７２、７４を形成する（図１参照）。
固定電極５０、５２、配線６０、６４、６６、およびパッド７０、７２、７４は、例えば、スパッタ法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による成膜、およびパターニングにより形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより行われる。
図８に示すように、基板１０に、例えばシリコン基板１０２を接合する。基板１０とシリコン基板１０２との接合は、例えば、陽極接合によって行われる。これにより、基板１０とシリコン基板１０２とを強固に接合することができる。基板１０にシリコン基板１０２を接合する際、シリコン基板１０２は、例えば、第１配線６０のバンプ部６２に押されて窪む（図３および図４参照）。これにより、シリコン基板１０２には、応力が生じる。
図９に示すように、シリコン基板１０２を、例えば研削機によって研削して薄膜化した後、所定の形状にパターニングして、可動部２０、連結部３０、３２、および支持部４０を一体的に形成する。パターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチング（ドライエッチング）によって行われ、より具体的なエッチング技術として、ボッシュ（Ｂｏｓｃｈ）法を用いることができる。
図２に示すように、基板１０に蓋体８０を接合して、基板１０および蓋体８０によって形成されるキャビティー８２に、可動部２０等を収容する。基板１０と蓋体８０との接合は、例えば、陽極接合によって行われる。これにより、基板１０と蓋体８０とを強固に接合することができる。本工程を、不活性ガス雰囲気で行うことにより、キャビティー８２に不活性ガスを充填することができる。
以上の工程により、物理量センサー１００を製造することができる。
［物理量センサーの変形例］
次に、上記物理量センサー１００の変形例に係る物理量センサーについて、図面を参照しながら説明する。図１０は、第１実施形態の変形例に係る物理量センサー２００を模式的に示す平面図である。なお、便宜上、図１０では、蓋体８０を透視して図示している。また、図１０では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
以下、第１実施形態の第１変形例に係る物理量センサー２００において、図１の物理量センサー１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。このことは、以下に示す第１実施形態の第２変形例に係る物理量センサーにおいても同様である。
物理量センサー１００では、図１に示すように、支持部４０の平面形状は、Ｈ字状（略Ｈ字状）であった。これに対し、物理量センサー２００では、図１０に示すように、支持部４０の平面形状は、四角形（図示の例では長方形）である。
物理量センサー２００では、コンタクト領域６３は、平面視において、支持軸Ｑを境にして一方側（具体的には＋Ｘ軸方向側）および他方側（具体的には−Ｘ軸方向側）に、１つずつ設けられている。
物理量センサー２００では、物理量センサー１００と同様に、高い検出感度を有することができる。
［電子機器］
次に、本発明の電子機器を説明する。
図１１は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
図１１に示すように、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１１０８を有する表示ユニット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、物理量センサー１００が内蔵されている。
図１２は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
図１２に示すように、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１２０８が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、物理量センサー１００が内蔵されている。
図１３は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチルカメラの構成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。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）など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１３１０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１３１０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など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１３１０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、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。さらに、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ルカメラ１３００には、物理量センサー１００が内蔵されている。
以上のような電子機器１１００、１２００、１３００は、物理量センサー１００を含むため、高い検出感度を有することができる。
なお、物理量センサー１００を備えた電子機器は、図１１に示す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１２に示す携帯電話機、図１３に示すデジタルスチルカメラの他にも、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、ビデオテープレコーダー、各種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、ヘッドマウントディスプレイ、ワードプロセッサー、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、ロケット、船舶の計器類）、ロボットや人体などの姿勢制御、フライトシミュレーターなどに適用することができる。
［移動体］
図１４は、本発明の移動体の一例である自動車の構成を示す斜視図である。
自動車１５００には、物理量センサー１００が内蔵されている。具体的には、図１６に示すように、自動車１５００の車体１５０２には、自動車１５００の加速度を検知する物理量センサー１００を内蔵してエンジンの出力を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１５０４が搭載されている。また、物理量センサー１００は、他にも、車体姿勢制御ユニット、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）、に広く適用することができる。
自動車１５００は、物理量センサー１００を含むため、高い検出感度を有することができる。
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
２…構造体
１０…基板
１１…凹部
１２…底面
１３…ポスト部
１４…上面
１５…窪み部
１６…底面
１７…第１溝部
１８…第２溝部
１９…第３溝部
２０…可動部
２０ａ…第１質量部
２０ｂ…第２質量部
２１…第１可動電極
２２…第２可動電極
２３、２４…端面
２５…貫通孔
２６…開口部
３０…第１連結部
３２…第２連結部
４０…支持部
４１…第１部分
４２…第２部分
４３…第２部分
４４…第２部分
４５…第２部分
４６…接続領域
５０…第１固定電極
５２…第２固定電極
６０…第１配線
６１…配線層部
６２…バンプ部
６３…コンタクト領域
６４…第２配線
６６…第３配線
７０…第１パッド
７２…第２パッド
７４…第３パッド
８０…蓋体
８２…キャビティー
１００、２００…物理量センサー
１０２…シリコン基板
１１００…パーソナルコンピューター
１１０２…キーボード
１１０４…本体部
１１０６…表示ユニット
１１０８…表示部
１２００…携帯電話機
１２０２…操作ボタン
１２０４…受話口
１２０６…送話口
１２０８…表示部
１３００…デジタルスチルカメラ
１３０２…ケース
１３０４…受光ユニット
１３０６…シャッターボタン
１３０８…メモリー
１３１０…表示部
１３１２…ビデオ信号出力端子
１３１４…入出力端子
１４３０…テレビモニター
１４４０…パーソナルコンピューター
１５００…自動車
１５０２…車体
１５０４…電子制御ユニット
Ｑ…支持軸
Ｒ…第２軸

Claims (5)

  1. 基板と、
    前記基板に固定される支持部と、
    前記支持部に連結部を介して接続され、支持部に対して揺動可能な可動部と、
    前記可動部と対向して前記基板に配置される固定電極と、を有し、
    前記可動部が前記連結部に対して一方側に設けられる第１質量部と、他方側に設けられ前記第１質量部よりも質量が小さい第２質量部と、前記第１質量部に配置された第１可動電極と、前記第２質量部に配置された第２可動電極と、を有し、
    前記固定電極は、前記第１質量部と対向して配置される第１固定電極と、前記第２質量部と対向して配置される第２固定電極と、で構成され、
    前記可動部の長手方向における、前記可動部の長さをＬ、前記第２質量部の長さをＬ２としたとき、０．２≦Ｌ２／Ｌ≦０．４８の関係を満足することを特徴とする物理量センサー。
  2. 前記基板は、ガラス基板である請求項１に記載の物理量センサー。
  3. ０．２５≦Ｌ２／Ｌ≦０．４４の関係を満足する請求項１または２に記載の物理量センサー。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする電子機器。
  5. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする移動体。
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