JP2017020886A - 物理量センサー、物理量センサー装置、電子機器および移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】物理量の検知精度に優れる物理量センサー、物理量センサー装置、電子機器および移動体を提供する。
【解決手段】物理量センサー１は、ベース基板２と、ベース基板２に接合された素子片４と、を有する。また、素子片４は、ベース基板２に固定されている固定部４８１、４９１と、固定部４８１に支持された第１固定電極指４８３と、固定部４９１に支持された第２固定電極指４９３と、固定部４８１、４９１の間に位置し、ベース基板２に固定された固定部４１と、固定部４１に対して変位可能な可動部４２と、固定部４１と可動部４２とを連結する弾性部４３と、可動部４２に支持され、第１固定電極指４８３と対向して配置されている第１可動電極指４２３と、可動部４２に支持され、第２固定電極指４９３と対向して配置されている第２可動電極指４２４と、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】物理量センサー１は、ベース基板２と、ベース基板２に接合された素子片４と、を有する。また、素子片４は、ベース基板２に固定されている固定部４８１、４９１と、固定部４８１に支持された第１固定電極指４８３と、固定部４９１に支持された第２固定電極指４９３と、固定部４８１、４９１の間に位置し、ベース基板２に固定された固定部４１と、固定部４１に対して変位可能な可動部４２と、固定部４１と可動部４２とを連結する弾性部４３と、可動部４２に支持され、第１固定電極指４８３と対向して配置されている第１可動電極指４２３と、可動部４２に支持され、第２固定電極指４９３と対向して配置されている第２可動電極指４２４と、を有する。
【選択図】図１
Description
本発明は、物理量センサー、物理量センサー装置、電子機器および移動体に関するものである。
特許文献１には、基板と、基板に接合された表面実装構造と、を有する物理量センサーが開示されている。また、表面実装構造は、左側に位置する２つの固定電極指用のアンカー接合域および１つの可動電極指用のアンカー接合域と、右側に位置する２つの固定電極指用のアンカー接合域および１つの可動電極指用のアンカー接合域と、を有しており、さらに、これら左右に分かれたアンカー接合域の間に可動部（センターバー）が配置されている。
このような構成では、可動部が邪魔をして全てのアンカー接合域を近接して配置することができない。したがって、例えば、熱膨張による基板の反りの影響を大きく受けて、加速度の検知精度が低下するという問題がある。
本発明の目的は、物理量の検知精度に優れる物理量センサー、物理量センサー装置、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、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本適用例の物理量センサーは、基板と、
前記基板に配置されている素子片と、を有し、
前記素子片は、
前記基板に固定されている第１固定部と、
前記基板に固定されている第２固定部と、
前記第１固定部に支持され、前記第１固定部に対して前記第２固定部と反対側に位置している第１固定電極指と、
前記第２固定部に支持され、前記第２固定部に対して前記第１固定部と反対側に位置している第２固定電極指と、
前記第１固定部および前記第２固定部の間に位置し、前記基板に固定されている第３固定部と、
前記第３固定部に対して変位可能な可動部と、
前記第３固定部に前記可動部を変位可能に連結し、少なくとも一部が前記第１固定電極指と前記第２固定電極指との間に位置する弾性部と、
前記可動部に支持され、前記第１固定電極指と対向して配置されている第１可動電極指と、
前記可動部に支持され、前記第２固定電極指と対向して配置されている第２可動電極指と、を有することを特徴とする。
これにより、第１固定部、第２固定部および第３固定部を互いに近接して配置することが可能となり、熱膨張による基板の反りの影響を受け難くなるため、物理量の検知精度に優れる物理量センサーとなる。
本適用例の物理量センサーは、基板と、
前記基板に配置されている素子片と、を有し、
前記素子片は、
前記基板に固定されている第１固定部と、
前記基板に固定されている第２固定部と、
前記第１固定部に支持され、前記第１固定部に対して前記第２固定部と反対側に位置している第１固定電極指と、
前記第２固定部に支持され、前記第２固定部に対して前記第１固定部と反対側に位置している第２固定電極指と、
前記第１固定部および前記第２固定部の間に位置し、前記基板に固定されている第３固定部と、
前記第３固定部に対して変位可能な可動部と、
前記第３固定部に前記可動部を変位可能に連結し、少なくとも一部が前記第１固定電極指と前記第２固定電極指との間に位置する弾性部と、
前記可動部に支持され、前記第１固定電極指と対向して配置されている第１可動電極指と、
前記可動部に支持され、前記第２固定電極指と対向して配置されている第２可動電極指と、を有することを特徴とする。
これにより、第１固定部、第２固定部および第３固定部を互いに近接して配置することが可能となり、熱膨張による基板の反りの影響を受け難くなるため、物理量の検知精度に優れる物理量センサーとなる。
［適用例２］
本適用例の物理量センサーでは、前記第１固定部、前記第２固定部および前記第３固定部は、前記可動部の振動方向に沿って配置されていることが好ましい。
これにより、可動部に回転モーメントが作用することを低減することができる。
本適用例の物理量センサーでは、前記第１固定部、前記第２固定部および前記第３固定部は、前記可動部の振動方向に沿って配置されていることが好ましい。
これにより、可動部に回転モーメントが作用することを低減することができる。
［適用例３］
本適用例の物理量センサーでは、前記可動部は、枠状をなしており、
前記可動部の内側に、前記第１固定部、前記第２固定部および前記第３固定部が配置されていることが好ましい。
これにより、物理量センサーの小型化を図ることができる。
本適用例の物理量センサーでは、前記可動部は、枠状をなしており、
前記可動部の内側に、前記第１固定部、前記第２固定部および前記第３固定部が配置されていることが好ましい。
これにより、物理量センサーの小型化を図ることができる。
［適用例４］
本適用例の物理量センサーでは、前記可動部は、前記第１固定電極指と対向配置されている第１対向部と、前記第２固定電極指と対向配置されている第２対向部と、を有していることが好ましい。
これにより、第１対向部を第１可動電極指として利用でき、第２対向部を第２可動電極指として利用することができる。
本適用例の物理量センサーでは、前記可動部は、前記第１固定電極指と対向配置されている第１対向部と、前記第２固定電極指と対向配置されている第２対向部と、を有していることが好ましい。
これにより、第１対向部を第１可動電極指として利用でき、第２対向部を第２可動電極指として利用することができる。
［適用例５］
本適用例の物理量センサーでは、前記第１対向部は、前記第１可動電極指よりも幅が大きく、
前記第２対向部は、前記第２可動電極指よりも幅が大きいことが好ましい。
これにより、可動部の機械的強度が向上する。
本適用例の物理量センサーでは、前記第１対向部は、前記第１可動電極指よりも幅が大きく、
前記第２対向部は、前記第２可動電極指よりも幅が大きいことが好ましい。
これにより、可動部の機械的強度が向上する。
［適用例６］
本適用例の物理量センサーでは、前記可動部は、前記弾性部と前記第１固定電極指との間に位置する第１部分と、前記弾性部と前記第２固定電極指との間に位置する第２部分と、を有していることが好ましい。
これにより、可動部の外形を大きくすることなく、可動部の質量を大きくすることができる。
本適用例の物理量センサーでは、前記可動部は、前記弾性部と前記第１固定電極指との間に位置する第１部分と、前記弾性部と前記第２固定電極指との間に位置する第２部分と、を有していることが好ましい。
これにより、可動部の外形を大きくすることなく、可動部の質量を大きくすることができる。
［適用例７］
本適用例の物理量センサー装置は、上記適用例の物理量センサーと、
前記物理量センサーと電気的に接続されている電子部品と、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い物理量センサー装置が得られる。
本適用例の物理量センサー装置は、上記適用例の物理量センサーと、
前記物理量センサーと電気的に接続されている電子部品と、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い物理量センサー装置が得られる。
［適用例８］
本適用例の電子機器は、上記適用例の物理量センサーを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
本適用例の電子機器は、上記適用例の物理量センサーを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
［適用例９］
本適用例の移動体は、上記適用例の物理量センサーを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
本適用例の移動体は、上記適用例の物理量センサーを有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
以下、本発明の物理量センサー、物理量センサー装置、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーの平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、素子片とベース基板の接合状態を示す断面図である。図４は、素子片を示す部分拡大平面図である。図５は、素子片が有する弾性部を示す部分拡大平面図である。図６は、素子片とベース基板の接合状態を示す断面図である。図７は、ベース基板が有する凹部内の配線を示す平面図である。
図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーの平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、素子片とベース基板の接合状態を示す断面図である。図４は、素子片を示す部分拡大平面図である。図５は、素子片が有する弾性部を示す部分拡大平面図である。図６は、素子片とベース基板の接合状態を示す断面図である。図７は、ベース基板が有する凹部内の配線を示す平面図である。
なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側（図２中の上側）を「上」、紙面奥側（図２中の下側）を「下」とも言う。また、各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が図示されている。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、Ｘ軸とＹ軸とを含む面を「ＸＹ面」とも言う。
図１および図２に示す物理量センサー１は、Ｘ軸方向（面内方向）の加速度を測定するための加速度センサーとして利用可能である。このような物理量センサー１は、ベース基板（基板）２と、蓋体３と、これらによって形成された内部空間Ｓに配置された素子片４と、を有している。このような物理量センサー１は、Ｘ軸方向の加速度が加わると、素子片４内に形成された静電容量Ｃ１、Ｃ２が変化するようになっており、この静電容量Ｃ１、Ｃ２の変化に基づいて、加わった加速度を検知するように構成されている。
以下、ベース基板２、蓋体３および素子片４について順に説明する。
［ベース基板］
ベース基板２は、その上面に開口する凹部２１を有している。この凹部２１は、素子片４とベース基板２との接触を防止するための逃げ部として機能する。また、ベース基板２は、図３に示すように、凹部２１の底面から突出し、素子片４との接合面を有する突起２９１、２９２、２９３を有している。また、ベース基板２は、その上面に開口し、凹部２１に接続された凹部２１１、２１２、２１３を有している。凹部２１１には配線７１１および端子７１２が形成され、凹部２１２には配線７２１および端子７２２が形成され、凹部２１３には配線７３１および端子７３２が形成されている。また、各端子７１２、７２２、７３２は、蓋体３から露出するように配置されており、外部（例えば後述するＩＣチップ１０２）との電気的な接続が可能となっている。
［ベース基板］
ベース基板２は、その上面に開口する凹部２１を有している。この凹部２１は、素子片４とベース基板２との接触を防止するための逃げ部として機能する。また、ベース基板２は、図３に示すように、凹部２１の底面から突出し、素子片４との接合面を有する突起２９１、２９２、２９３を有している。また、ベース基板２は、その上面に開口し、凹部２１に接続された凹部２１１、２１２、２１３を有している。凹部２１１には配線７１１および端子７１２が形成され、凹部２１２には配線７２１および端子７２２が形成され、凹部２１３には配線７３１および端子７３２が形成されている。また、各端子７１２、７２２、７３２は、蓋体３から露出するように配置されており、外部（例えば後述するＩＣチップ１０２）との電気的な接続が可能となっている。
このようなベース基板２は、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、パイレックスガラス（登録商標）のような硼珪酸ガラス）から形成されている。これにより、シリコン基板から形成されている素子片４をベース基板２に対して陽極接合により強固に接合することができる。ただし、ベース基板２の構成材料としては、ガラス材料に限定されず、例えば、高抵抗なシリコン材料を用いることができる。この場合、素子片４との接合は、例えば、樹脂系接着剤、ガラスペースト、金属膜等を介して行うことができる。
［素子片］
素子片４は、ベース基板２に接合されている。この素子片４は、ベース基板２に対して変位可能な部分を有する第１構造体４Ａと、ベース基板２に対して位置が固定されている第２構造体４Ｂと、を有している。このような素子片４は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされたシリコン基板から形成されている。具体的には、例えば、ベース基板２の上面に予め不純物がドープされたシリコン基板を陽極接合によって接合し、次に、必要に応じてシリコン基板をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等によって薄肉化し、次に、シリコン基板をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで、素子片４を形成することができる。ただし、素子片４の構成材料としては、シリコンに限定されず、その他の半導体等を用いることができる。
素子片４は、ベース基板２に接合されている。この素子片４は、ベース基板２に対して変位可能な部分を有する第１構造体４Ａと、ベース基板２に対して位置が固定されている第２構造体４Ｂと、を有している。このような素子片４は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされたシリコン基板から形成されている。具体的には、例えば、ベース基板２の上面に予め不純物がドープされたシリコン基板を陽極接合によって接合し、次に、必要に応じてシリコン基板をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等によって薄肉化し、次に、シリコン基板をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで、素子片４を形成することができる。ただし、素子片４の構成材料としては、シリコンに限定されず、その他の半導体等を用いることができる。
まず、第１構造体４Ａについて説明する。第１構造体４Ａは、ベース基板２に固定された固定部（第３固定部）４１と、可動部４２と、固定部４１と可動部４２とを連結する弾性部４３と、を備えている。
固定部４１は、図３に示すように、ベース基板２の突起２９１の上面に接合・固定されている。また、固定部４１は、導電性バンプＢ１を介して配線７１１と電気的に接続されている。そして、この固定部４１の周囲を囲むようにして、可動部４２が設けられている。可動部４２は、図１に示すように、固定部４１の周囲を囲む枠状の基部４２１と、基部４２１から延出した複数の可動電極指４２２と、を有している。
基部４２１は、開口４２１１を有する枠状をなしている。そして、この開口４２１１内へ突出するようにして可動電極指４２２が設けられている。可動電極指４２２は、基部４２１の中心Ｇに対して一方側（＋Ｘ軸側）に位置する複数の第１可動電極指４２３と、他方側（−Ｘ軸側）に位置する複数の第２可動電極指４２４と、を有している。そして、第１可動電極指４２３は、Ｙ軸方向に２列になってＸ軸方向に並んで配置され、第２可動電極指４２４は、Ｙ軸方向に２列になってＸ軸方向に並んで配置されている。
また、基部４２１は、開口４２１１内へ突出する第１可動電極指４２３よりも＋Ｘ軸側（固定部４１と反対側）に位置し、第１可動電極指４２３と対向配置された第１対向部４２１６と、第２可動電極指４２４よりも−Ｘ軸側（固定部４１と反対側）に位置し、第２可動電極指４２４と対向配置された第２対向部４２１７と、を有している。そして、第１対向部４２１６は、第１可動電極指４２３を兼ねており、第２対向部４２１７は、第２可動電極指４２４を兼ねている。このように、基部４２１の一部が可動電極指４２２を兼ねることで、第１構造体４Ａの小型化を図ることができる。また、後述するように、第２構造体４Ｂとの間に形成される静電容量Ｃ１を大きくすることができる。
特に、本実施形態では、図４に示すように、第１対向部４２１６の幅（Ｘ軸方向の長さ）Ｗ１は、他の第１可動電極指４２３の幅（Ｘ軸方向の長さ）Ｗ２よりも大きくなっている。このように、Ｗ１＞Ｗ２の関係を満足することで、基部４２１の機械的強度を高めることができ、基部４２１の撓みや反りを低減することができる。なお、第２対向部４２１７の幅と、他の第２可動電極指４２４の幅についても、これと同様の関係を満足している。このような関係を満足することで、基部４２１の機械的強度を高めることができ、基部４２１の撓みや反りを低減することができる
このような可動部４２は、弾性部４３を介して固定部４１に連結されている。弾性部４３は、基部４２１と固定部４１との間に位置し、可動部４２と固定部４１とを連結する第１弾性部４３１、第２弾性部４３２、第３弾性部４３３および第４弾性部４３４を有している。これら第１〜第４弾性部４３１〜４３４は、それぞれ、弾性を有し、Ｘ軸方向に弾性変形可能となっている。そのため、可動部４２は、第１〜第４弾性部４３１〜４３４をそれぞれ弾性変形させながら、固定部４１に対してＸ軸方向に変位することができる。
弾性部４３について、詳細に説明すると、第１、第２弾性部４３１、４３２は、固定部４１に対して−Ｙ軸側に位置し、第３、第４弾性部４３３、４３４は、固定部４１に対して＋Ｙ軸側に位置している。また、第１、第２弾性部４３１、３３２は、Ｘ軸方向に並んで配置されており、第３、第４弾性部４３３、４３４は、Ｘ軸方向に並んで配置されている。また、各弾性部４３１〜４３４は、それぞれ、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に蛇行した構成となっている。
特に、弾性部４３１〜４３４のうち第１弾性部４３１について代表して説明すれば、図５に示すように、第１弾性部４３１は、Ｙ軸方向に延在する延在部４３１１と、隣り合う延在部４３１１同士を連結する連結部４３１２と、を有しており、隣り合う延在部４３１１の離間距離Ｄ１と、連結部（−Ｙ軸側に位置する連結部）４３１２と基部４２１（開口４２１１の内周）との離間距離Ｄ２と、がほぼ等しくなっている。このように、離間距離Ｄ１、Ｄ２をほぼ等しくすることで、シリコン基板をエッチングして第１弾性部４３１を形成する際のオーバーエッチングが低減され、第１弾性部４３１を精度よく形成することができる。
なお、弾性部４３の構成については、可動部４２をＸ軸方向に変位可能に支持することができれば、上述した構成に限定されない。
次に、第２構造体４Ｂについて説明する。第２構造体４Ｂは、図１に示すように、可動部４２の内側（開口４２１１内）に配置された第１固定電極部４８および第２固定電極部４９を有している。このように、第１、第２固定電極部４８、４９を可動部４２の内側に配置することで、物理量センサー１の小型化を図る（特に、平面的な広がりを抑える）ことができる。
第１固定電極部４８は、ベース基板２の突起２９２に接合・固定された固定部（第１固定部）４８１と、Ｙ軸方向に並ぶ第１可動電極指４２３の間を通って固定部４８１から＋Ｘ軸方向へ延出する支持梁部４８２と、支持梁部４８２からＹ軸方向両側へ延出する複数の第１固定電極指４８３と、を有している。
固定部４８１は、固定部４１の＋Ｘ軸側に位置し、固定部４１と並んで配置されている。ここで、前述したように、支持梁部４８２および第１固定電極指４８３が固定部４８１に対して固定部４１と反対側に位置しているため、固定部４８１を固定部４１に対してより近接して配置することができる。
また、固定部４８１は、図６に示すように、導電性バンプＢ２を介して配線７２１と電気的に接続されている。なお、配線７２１は、ベース基板２の凹部２１の底面において、支持梁部４８２と重なるように、対向して配置されている。これにより、例えば、可動部４２と配線７２１との間に不要な静電容量が形成されるのを低減することができる。
また、各第１固定電極指４８３は、第１可動電極指４２３に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなして並んでおり、対向する第１可動電極指４２３との間に静電容量Ｃ１を形成している。特に、前述したように、可動部４２が有する第１対向部４２１６が第１可動電極指４２３を兼ね、第１固定電極指４８３と対向して配置されているため、これらの間にも静電容量を形成することができる。そのため、第１可動電極指４２３と第１固定電極指４８３との間に形成される静電容量Ｃ１の総和をより大きくすることができる。
一方、第２固定電極部４９は、ベース基板２の突起２９３に接合・固定された固定部（第２固定部）４９１と、Ｙ軸方向に並ぶ第２可動電極指４２４の間を通って固定部４９１から−Ｘ軸方向へ延出する支持梁部４９２と、支持梁部４９２からＹ軸方向両側へ延出する複数の第２固定電極指（第２固定電極）４９３と、を有している。
固定部４９１は、固定部４１の−Ｘ軸側に位置し、固定部４１と並んで配置されている。ここで、前述したように、支持梁部４９２および第２固定電極指４９３が固定部４９１に対して固定部４１と反対側に位置しているため、固定部４９１を固定部４１に対してより近接して配置することができる。
また、固定部４９１は、図６に示すように、導電性バンプＢ３を介して配線７３１と電気的に接続されている。なお、配線７３１は、ベース基板２の凹部２１の底面において、支持梁部４９２と重なるように、対向して配置されている。これにより、例えば、可動部４２と配線７３１との間に不要な静電容量が形成されるのを低減することができる。
また、各第２固定電極指４９３は、第２可動電極指４２４に対して間隔を隔てて噛み合う櫛歯状をなして並んでおり、対向する第２可動電極指４２４との間に静電容量Ｃ２を形成している。特に、前述したように、可動部４２が有する第２対向部４２１７が第２可動電極指４２４を兼ね、第２固定電極指４９３と対向して配置されているため、これらの間にも静電容量を形成することができる。そのため、第２可動電極指４２４と第２固定電極指４９３との間に形成される静電容量Ｃ２の総和をより大きくすることができる。
ここで、図１に示すように、可動部４２の基部４２１には、開口４２１１内に向けて突出し、第１、第３弾性部４３１、４３３と第１固定電極指４８３との間に位置する突出部（第１部分）４２１２、４２１３が設けられている。同様に、基部４２１には、開口４２１１内に向けて突出し、第２、第４弾性部４３２、４３４と第２固定電極指４９３との間に位置する突出部（第２部分）４２１４、４２１５が設けられている。このような突出部４２１２、４２１３、４２１４、４２１５を有することで、基部４２１の外形を大きくすることなく、基部４２１の質量を大きくすることができる。そのため、可動部４２の錘効果をより高めることができ、可動部４２が加速度の大きさに応じてより精度よく変位することになる。
また、図７に示すように、ベース基板２の凹部２１の底面の大部分には配線７２１、７３１と絶縁されたダミー電極Ｄが設けられており、このダミー電極Ｄは、配線７１１と電気的に接続されている。このような構成によれば、可動部４２と同電位となるダミー電極Ｄで、凹部２１の底面の大部分を覆うことができるため、例えば、素子片４となるシリコン基板とベース基板２とを陽極接合する時に発生する静電力を小さくすることができ、シリコン基板のベース基板２への貼り付き（所謂「スティッキング」）を効果的に抑制することができる。
−蓋体−
蓋体３は、図２に示すように、下面に開口する凹部３１を有しており、この凹部３１が凹部２１とで内部空間Ｓを形成するように、ベース基板２に接合されている。このような蓋体３は、本実施形態では、シリコン基板で形成されている。これにより、蓋体３とベース基板２とを陽極接合によって接合することができる。なお、蓋体３をベース基板２に接合しただけの状態では、ベース基板２に形成されている凹部２１１、２１２、２１３を介して内部空間Ｓの内外が連通されている。そのため、本実施形態では、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたＣＶＤ法等で形成されたＳｉＯ２膜８によって凹部２１１、２１２、２１３を塞いで、内部空間Ｓを気密封止している。
蓋体３は、図２に示すように、下面に開口する凹部３１を有しており、この凹部３１が凹部２１とで内部空間Ｓを形成するように、ベース基板２に接合されている。このような蓋体３は、本実施形態では、シリコン基板で形成されている。これにより、蓋体３とベース基板２とを陽極接合によって接合することができる。なお、蓋体３をベース基板２に接合しただけの状態では、ベース基板２に形成されている凹部２１１、２１２、２１３を介して内部空間Ｓの内外が連通されている。そのため、本実施形態では、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を用いたＣＶＤ法等で形成されたＳｉＯ２膜８によって凹部２１１、２１２、２１３を塞いで、内部空間Ｓを気密封止している。
以上のような構成の物理量センサー１は、次のようにして加速度を検出する。すなわち、Ｘ軸方向の加速度が物理量センサー１に加わると、その加速度の大きさに基づいて、可動部４２が、弾性部４３を弾性変形させながらＸ軸方向に変位する。このような変位に伴って、第１可動電極指４２３と第１固定電極指４８３との隙間および第２可動電極指４２４と第２固定電極指４９３との隙間がそれぞれ変化し、これに伴って、静電容量Ｃ１、Ｃ２がそれぞれ変化する。そのため、物理量センサー１は、これら静電容量Ｃ１、Ｃ２の変化（差動信号）に基づいて加速度を検出することができる。
このような物理量センサー１では、前述したように、固定部４１、４８１、４９１を互いに近接して（なるべく近づけて）配置しているため、熱や外部応力によるベース基板２の反りによる影響を受け難くなる。そのため、例えば、環境温度によって、第１固定電極指４８３と第１可動電極指４２３とのギャップ（第２固定電極指４９３と第２可動電極指４２４とのギャップ）が変化したり、第１固定電極指４８３と第１可動電極指４２３との対向面積（第２固定電極指４９３と第２可動電極指４２４との対向面積）が変化したりするのを低減することができる。その結果、温度による静電容量Ｃ１、Ｃ２の変動を小さく抑えることができ（すなわち、優れた温度特性を発揮することができ）、加速度の検知精度が向上する。
また、本実施形態では、固定部４１と固定部４８１との離間距離と、固定部４１と固定部４９１との離間距離と、をほぼ等しく設計している。そのため、固定部４１と固定部４８１との間に形成される静電容量と、固定部４１と固定部４９１との間に形成される静電容量と、がほぼ等しくなり、全体的な静電容量のオフセットを小さく抑えることができる。
さらには、固定部４１、４８１、４９１が可動部４２の変位方向と同じＸ軸方向に並べて配置されているため、可動部４２にＺ軸まわりの回転モーメントが作用することを低減することができる。具体的には、例えば、固定部４１と固定部４８１との離間距離と、固定部４１と固定部４９１との離間距離と、にずれが生じ、それに応じて、固定部４１と固定部４８１との間に形成される静電容量と、固定部４１と固定部４９１との間に形成される静電容量とにもずれが生じた場合、本実施形態のように固定部４１、４８１、４９１がＸ軸方向に並んでいれば、前記静電容量のずれに起因して発生する力がＸ軸方向に働くため、可動部４２がＸ軸方向に駆動振動する際にＺ軸まわりの回転モーメントが作用することがない。これに対して、例えば、固定部４１、４８１、４９１がＹ軸方向に並んでいる場合には、前記静電容量のずれに起因して発生する力がＹ軸方向に働くため、可動部４２がＸ軸方向に駆動振動する際にＺ軸まわりの回転モーメントが作用することがある。このような理由から、固定部４１、４８１、４９１をＸ軸方向に並べて配置することで、可動部４２にＺ軸まわりの回転モーメントが作用し難くなる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る物理量センサー装置について説明する。
次に、本発明の第２実施形態に係る物理量センサー装置について説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る物理量センサー装置を示す断面図である。
図８に示す物理量センサー装置１００は、基板１０１と、接着層１０３を介して基板１０１の上面に固定された物理量センサー１と、接着層１０４を介して物理量センサー１の上面に固定されたＩＣチップ（電子部品）１０２と、を有している。そして、物理量センサー１およびＩＣチップ１０２が基板１０１の下面を露出させた状態で、モールド材Ｍによってモールドされている。なお、接着層１０３、１０４としては、例えば、半田、銀ペースト、樹脂系接着剤（ダイアタッチ剤）等を用いることができる。また、モールド材Ｍとしては、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂を用いることができ、例えば、トランスファーモールド法によってモールドすることができる。
図８に示す物理量センサー装置１００は、基板１０１と、接着層１０３を介して基板１０１の上面に固定された物理量センサー１と、接着層１０４を介して物理量センサー１の上面に固定されたＩＣチップ（電子部品）１０２と、を有している。そして、物理量センサー１およびＩＣチップ１０２が基板１０１の下面を露出させた状態で、モールド材Ｍによってモールドされている。なお、接着層１０３、１０４としては、例えば、半田、銀ペースト、樹脂系接着剤（ダイアタッチ剤）等を用いることができる。また、モールド材Ｍとしては、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂を用いることができ、例えば、トランスファーモールド法によってモールドすることができる。
また、基板１０１の上面には複数の端子１０１ａが配置されており、下面には図示しない内部配線等を介して端子１０１ａに接続された複数の実装端子１０１ｂが配置されている。このような基板１０１としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板、セラミック基板、樹脂基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板等を用いることができる。
また、ＩＣチップ１０２には、例えば、物理量センサー１を駆動する駆動回路や、差動信号から加速度を検出する検出回路や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路等が含まれている。このようなＩＣチップ１０２は、ボンディングワイヤー１０５を介して物理量センサー１の端子７１２、７２２、７３２と電気的に接続されており、ボンディングワイヤー１０６を介して基板１０１の端子１０１ａに電気的に接続されている。
このような物理量センサー装置１００は、物理量センサー１を備えているので、優れた信頼性を有している。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る電子機器について説明する。
次に、本発明の第３実施形態に係る電子機器について説明する。
図９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。
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１１０８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、加速度センサー等として機能する物理量センサー１が内蔵されている。
図１０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。
この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ（図示せず）、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、加速度センサー等として機能する物理量センサー１が内蔵されている。
図１１は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。
ディ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。そして、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を押すと、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。このようなディジタルスチールカメラ１３００には、例えば、加速度センサーとして手振れ補正に用いられる物理量センサー１が内蔵されている。
このような電子機器は、物理量センサー１を備えているので、優れた信頼性を有している。
なお、本発明の電子機器は、図９のパーソナルコンピューター、図１０の携帯電話機、図１１のディジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、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）、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、カーナビゲーション装置、ページャ、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、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、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）、フライトシュミレータ等に適用することができる。
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る移動体について説明する。
次に、本発明の第４実施形態に係る移動体について説明する。
図１２は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
図１２に示すように、自動車１５００には物理量センサー１が内蔵されており、例えば、物理量センサー１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量センサー１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。また、物理量センサー１は、他にも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等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
図１２に示すように、自動車１５００には物理量センサー１が内蔵されており、例えば、物理量センサー１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量センサー１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。また、物理量センサー１は、他にも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等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。
以上、本発明の物理量センサー、物理量センサー装置、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、前述した実施形態では、物理量センサーがＸ軸方向の加速度を検知する素子片を有する構成について説明したが、物理量センサーは、Ｙ軸方向の加速度を検知する素子片を有していてもよい。この場合は、前述した実施形態の素子片の配置を、９０度回転させればよい。
また、前述した実施形態では、物理量センサーが内部空間内に１つの素子片を有している構成について説明したが、内部空間内に配置されている素子片の数は、特に限定されない。例えば、Ｘ軸およびＹ軸の加速度を検出するために、前述した素子片を２つ配置してもよい。さらに、Ｚ軸の加速度を検出する素子片を配置してもよい。これにより、複数軸の加速度を検出することのできる物理量センサーとなる。また、物理量センサーは、さらに、素子片として、角速度を検出することができるものを加えることで、加速度と角速度とを検出することのできる複合センサーとして利用することができる。
１…物理量センサー、２…ベース基板、２１…凹部、２１１、２１２、２１３…凹部、２９１、２９２、２９３…突起、３…蓋体、３１…凹部、４…素子片、４Ａ…第１構造体、４Ｂ…第２構造体、４１…固定部、４２…可動部、４２１…基部、４２１１…開口、４２１２、４２１３、４２１４、４２１５…突出部、４２１６…第１対向部、４２１７…第２対向部、４２２…可動電極指、４２３…第１可動電極指、４２４…第２可動電極指、４３…弾性部、４３１…第１弾性部、４３１１…延在部、４３１２…連結部、４３２…第２弾性部、４３３…第３弾性部、４３４…第４弾性部、４８…第１固定電極部、４８１…固定部、４８２…支持梁部、４８３…第１固定電極指、４９…第２固定電極部、４９１…固定部、４９２…支持梁部、４９３…第２固定電極指、７１１、７２１、７３１…配線、７１２、７２２、７３２…端子、８…ＳｉＯ２膜、１００…物理量センサー装置、１０１…基板、１０１ａ…端子、１０１ｂ…実装端子、１０２…ＩＣチップ、１０３、１０４…接着層、１０５、１０６…ボンディングワイヤー、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…ディジタルスチールカメラ、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、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…導電性バンプ、Ｄ…ダミー電極、Ｄ１、Ｄ２…離間距離、Ｇ…中心、Ｍ…モールド材、Ｓ…内部空間
Claims (9)
- 基板と、
前記基板に配置されている素子片と、を有し、
前記素子片は、
前記基板に固定されている第１固定部と、
前記基板に固定されている第２固定部と、
前記第１固定部に支持され、前記第１固定部に対して前記第２固定部と反対側に位置している第１固定電極指と、
前記第２固定部に支持され、前記第２固定部に対して前記第１固定部と反対側に位置している第２固定電極指と、
前記第１固定部および前記第２固定部の間に位置し、前記基板に固定されている第３固定部と、
前記第３固定部に対して変位可能な可動部と、
前記第３固定部に前記可動部を変位可能に連結し、少なくとも一部が前記第１固定電極指と前記第２固定電極指との間に位置する弾性部と、
前記可動部に支持され、前記第１固定電極指と対向して配置されている第１可動電極指と、
前記可動部に支持され、前記第２固定電極指と対向して配置されている第２可動電極指と、を有することを特徴とする物理量センサー。 - 前記第１固定部、前記第２固定部および前記第３固定部は、前記可動部の振動方向に沿って配置されている請求項１に記載の物理量センサー。
- 前記可動部は、枠状をなしており、
前記可動部の内側に、前記第１固定部、前記第２固定部および前記第３固定部が配置されている請求項２に記載の物理量センサー。 - 前記可動部は、前記第１固定電極指と対向配置されている第１対向部と、前記第２固定電極指と対向配置されている第２対向部と、を有している請求項３に記載の物理量センサー。
- 前記第１対向部は、前記第１可動電極指よりも幅が大きく、
前記第２対向部は、前記第２可動電極指よりも幅が大きい請求項４に記載の物理量センサー。 - 前記可動部は、前記弾性部と前記第１固定電極指との間に位置する第１部分と、前記弾性部と前記第２固定電極指との間に位置する第２部分と、を有している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量センサー。
- 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーと電気的に接続されている電子部品と、を有することを特徴とする物理量センサー装置。 - 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする電子機器。
- 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする移動体。
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