JP2020179476A - Ｍｅｍｓ構造体、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチング状態を容易に確認でき、かつ、優れた検出精度を有するＭＥＭＳ構造体、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】ＭＥＭＳ構造体１０は、光透過性を有し、凹部２１が設けられている基板２と、前記基板２に設けられ、前記凹部２１と重なり、前記基板２に対して可動する構造体３２と、前記基板２に設けられている導電体と、を有し、前記構造体３２は、第１幅の第１孔および前記第１幅よりも小さい第２幅の第２孔を備え、前記導電体は、平面視で、前記第２孔と重なっているスリットを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ＭＥＭＳ構造体、電子機器および移動体に関するものである。

例えば、特許文献１に記載されているように、シリコンの深溝エッチング技術としてボッシュ・プロセスが知られている。このボッシュ・プロセスは、エッチング用ガスであるＳＦ_６と側壁保護膜形成用ガスであるＣ_４Ｆ_８の２系統のガスを交互に切り替えて、エッチング工程と側壁保護膜形成工程とを交互に繰り返すことにより、シリコンに深溝を形成する技術である。このような深溝エッチング技術によれば、溝側面の垂直性に優れ、高いアスペクト比の溝を形成することができる。

米国特許第６２８４１４８号明細書

例えば、基板と、基板に配置されているセンサー素子と、基板に接合され、センサー素子を覆う蓋と、を有するＭＥＮＳ構造体が知られており、このセンサー素子の形成に上述のボッシュ・プロセスを好適に適用することができる。しかしながら、センサー素子のパターンに粗密が存在するため、パターンが粗の部分ではエッチングレートが高くなり、パターンが密の部分ではエッチングレートが低くなる。このように、部分によってエッチングレートが異なってしまうと、粗の部分ではエッチングが早く終わってしまい、その周囲にダメージを与えてしまうおそれがあるし、密の部分ではエッチングが終了しきれないおそれがある。

また、ＭＥＭＳ構造体では、基板に電極、配線等が形成されており、これらに邪魔されて、外部からセンサー素子のエッチング状態を確認することが困難である。

本実施形態に記載のＭＥＭＳ構造体は、光透過性を有し、凹部が設けられている基板と、
前記基板に設けられ、前記凹部と重なり、前記基板に対して可動する構造体と、
前記基板に設けられている導電体と、を有し、
前記構造体は、第１幅の第１孔および前記第１幅よりも小さい第２幅の第２孔を備え、
前記導電体は、平面視で、前記第２孔と重なっているスリットを有することを特徴とする。

第１実施形態のＭＥＭＳ構造体を示す平面図。 図１中のＡ−Ａ線断面図。 ＭＥＭＳ構造体の部分拡大平面図。 ダミー電極の機能を説明するための断面図。 ダミー電極の機能を説明するための断面図。 図３中のＢ−Ｂ線断面図。 基板の外部からシリコン基板を撮影したＳＥＭ写真。 基板の外部からシリコン基板を撮影したＳＥＭ写真。 第２実施形態のスマートフォンを示す平面図。 第３実施形態の慣性計測装置を示す分解斜視図。 図１０に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図。 第４実施形態の移動体測位装置の全体システムを示すブロック図。 図１２に示す移動体測位装置の作用を示す図。 第５実施形態の移動体を示す斜視図。

以下、本発明のＭＥＭＳ構造体、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、第１実施形態のＭＥＭＳ構造体を示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、ＭＥＭＳ構造体の部分拡大平面図である。図４および図５は、それぞれ、ダミー電極の機能を説明するための断面図である。図６は、図３中のＢ−Ｂ線断面図である。図７および図８は、それぞれ、基板の外部からシリコン基板を撮影したＳＥＭ写真である。

図１ないし図６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、Ｘ軸に沿う方向すなわちＸ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に沿う方向すなわちＹ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に沿う方向すなわちＺ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、各軸の矢印先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ軸方向プラス側を「上」とも言い、Ｚ軸方向マイナス側を「下」とも言う。また、本願明細書において「直交」とは、９０°で交わっている場合の他、９０°から若干傾いた角度、例えば、９０°±５°以内の範囲で交わっている場合も含むものである。

図１に示すＭＥＭＳ構造体１０としての慣性センサー１は、Ｘ軸方向の加速度Ａｘを検出する加速度センサーであり、基板２と、基板２の上面側に配置されている構造体としてのセンサー素子３と、センサー素子３を収納して基板２に接合されている蓋６と、を有する。ただし、慣性センサー１が検出可能な慣性としては、Ｘ軸方向の加速度Ａｘに限定されず、例えば、Ｙ軸方向の加速度、Ｚ軸方向の加速度、Ｘ軸まわりの角速度、Ｙ軸まわりの角速度、Ｚ軸まわりの角速度等であってもよい。また、慣性センサー１は、例えば、２つ以上の検出軸を有する構成であってもよい。また、ＭＥＭＳ構造体１０は、慣性センサーに限定されない。なお、「ＭＥＭＳ」とは、「micro electro mechanical systems」の略である。

基板２は、光透過性を有している。詳しくは、基板２は、可視光に対する光透過性を有している。本実施形態における基板２は、実質的に無色透明である。これにより、慣性センサー１の外部から基板２を介してセンサー素子３を確認することができる。また、基板２は、その上面に開口する凹部２１を有する。そして、凹部２１と重なってセンサー素子３が配置されている。凹部２１は、センサー素子３と基板２との接触を抑制する逃げ部として機能する。言い換えると、凹部２１によってセンサー素子３が基板２に対して可動できるように構成されている。

また、凹部２１の底面には導電体であるダミー電極８が配置されている。このダミー電極８は、導電体で構成されており、後述するように、凹部２１の底面の帯電を抑制する機能を有する。また、基板２は、その上面に開口する溝を有し、この溝にはセンサー素子３と電気的に接続されている配線７１、７２、７３が設けられている。配線７１、７２、７３の一端部は、蓋６外に露出し、外部装置との電気的な接続を行う電極パッドＰとして機能する。

このような基板２としては、例えば、ナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンを含むガラス材料、具体的には、テンパックスガラス、パイレックスガラス（いずれも登録商標）のような硼珪酸ガラスで構成されているガラス基板を用いることができる。これにより、光透過性を有する基板２を容易に形成することができる。なお、基板２は、無色透明に限定されず、有色透明であってもよい。

図２に示すように、蓋６は、その下面に開口する凹部６１を有し、凹部６１の内側にセンサー素子３を収納して、基板２の上面に接合されている。凹部６１の内部と凹部２１の内部とは連通し、収納空間Ｓを形成する。すなわち、蓋６および基板２によって、センサー素子３を気密に収納する収納空間Ｓが形成されている。また、蓋６には収納空間Ｓの内外を連通する図示しない貫通孔が設けられており、この貫通孔を介して収納空間Ｓ内を所望の雰囲気とした後、貫通孔を図示しない封止材によって封止している。

収納空間Ｓは、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入され、使用温度、例えば、−４０℃〜＋８５℃程度で、ほぼ大気圧であることが好ましい。収納空間Ｓを大気圧とすることにより、粘性抵抗が増してダンピング効果が発揮され、センサー素子３の振動を速やかに収束させることができる。そのため、慣性センサー１の加速度検出精度が向上する。

このような蓋６としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。ただし、蓋６の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ガラス基板やセラミックス基板を用いてもよい。また、基板２と蓋６との接合方法としては、特に限定されず、基板２や蓋６の材料によって適宜選択すればよいが、本実施形態では、蓋６の下面全周にわたって形成されている接合部材６９を介して接合されている。接合部材６９としては、例えば、低融点ガラスであるガラスフリット材を用いることができる。

センサー素子３は、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）等の不純物がドープされたシリコン基板３００を基板２の上面に陽極接合し、このシリコン基板３００を深溝エッチング技術であるボッシュ・プロセスによってパターニングすることにより形成することができる。

図１に示すように、センサー素子３は、凹部２１の底面から上方に向かって突出しているマウント２２に固定されている固定部３１と、固定部３１に対してＸ軸方向に変位可能な可動体３２と、固定部３１と可動体３２とを連結するばね３３、３４と、可動体３２が備えている第１可動電極３５および第２可動電極３６と、マウント２２に固定され、第１可動電極３５と対向している第１固定電極３８と、マウント２２に固定され、第２可動電極３６と対向している第２固定電極３９と、を有する。

また、第１、第２可動電極３５、３６およびダミー電極８が配線７１と電気的に接続され、第１固定電極３８が配線７２と電気的に接続され、第２固定電極３９が配線７３と電気的に接続されている。そして、第１、第２可動電極３５、３６には、例えば、直流電圧と交流電圧とを重畳させた駆動電圧が印加される。一方、第１、第２固定電極３８、３９は、電極パッドＰを介してチャージアンプに接続され、固定電圧ＡＧＮＤ（アナロググランド）に維持される。

そのため、第１可動電極３５および第１固定電極３８の間に静電容量Ｃｘ１が形成され、第２可動電極３６および第２固定電極３９の間に静電容量Ｃｘ２が形成される。静電容量Ｃｘ１、Ｃｘ２が形成されている状態で、センサー素子３に加速度Ａｘが加わると、可動体３２がＸ軸方向に変位し、それに伴って静電容量Ｃｘ１、Ｃｘ２が互いに逆相で変化する。そのため、これら静電容量Ｃｘ１、Ｃｘ２の変化に基づいてセンサー素子３が受けた加速度Ａｘを求めることができる。

以上、慣性センサー１の構成について簡単に説明した。以下では、センサー素子３およびダミー電極８について、詳細に説明する。図３に示すように、センサー素子３は、シリコン基板３００をボッシュ・プロセスによりパターニングした際に形成された複数の孔９を有する。複数の孔９には、例えば、可動体３２とばね３３との間に形成されている孔９２、ばね３３の内側に形成されている孔９１、その他、図３では図示しないが、第１可動電極３５と第１固定電極３８との間に形成されている孔、第２可動電極３６と第２固定電極３９との間に形成されている孔等が含まれている。そして、複数の孔９のうち、孔９２が最も小さい幅Ｗ２を有し、孔９１は、幅Ｗ２よりも大きい幅Ｗ１を有する。なお、以下では、説明の便宜上、孔９１を「第１孔９１」、幅Ｗ１を「第１幅Ｗ１」とも言う。また、孔９２を「第２孔９２」、幅Ｗ２を「第２幅Ｗ２」とも言う。

図３に示すように、第２孔９２は、第１孔９１を間に挟んで一対、Ｘ軸方向に並んで形成されている。また、これら第１、第２孔９１、９２は、それぞれ、Ｙ軸方向に延在する長手形状となっている。第１幅Ｗ１としては、特に限定されないが、例えば、３μｍ〜６μｍ、特に、４μｍ程度とすることができる。また、第２幅Ｗ２としては、特に限定されないが、例えば、０．５μｍ〜２．５μｍ、特に、１μｍ程度とすることができる。

ダミー電極８は、前述したように、配線７１と電気的に接続されており、可動体３２と同電位となっている。このようなダミー電極８がないと、図４に示すように、シリコン基板３００をボッシュ・プロセスでパターニングする際に基板２内のアルカリ金属イオンが凹部２１の底面側に移動して当該底面が正に帯電し、入射する正イオンＩが静電偏向によってシリコン基板３００の下面（裏面）をエッチングする。そのため、センサー素子３がエッチングダメージを受け、センサー素子３の形成精度や機械的強度が低下する。

これに対し、本実施形態のようにダミー電極８を設けることにより、図５に示すように、凹部２１の底面の帯電が抑制され、シリコン基板３００の下面がエッチングされてしまうのを効果的に抑制することができる。そのため、センサー素子３のパターニング精度が高まり、機械的強度や加速度検出特性の低下を効果的に抑制することができる。なお、図５に示すように、本実施形態では、ダミー電極８は、例えば、実質的に無色透明のＳｉＯ_２からなる絶縁膜８９で覆われ、ボッシュ・プロセスから保護されている。ただし、絶縁膜８９は、省略してもよい。

このような機能を有するダミー電極８は、図３に示すように、ダミー電極８を厚さ方向に貫通する貫通孔である３本のスリット８１、８２、８３を有する。スリット８１、８２、８３は、それぞれ、Ｘ軸方向に長手方向を有する長手形状をなし、Ｙ軸方向に等間隔に並んで配置されている。また、スリット８１、８２、８３は、それぞれ、その両端、すなわち、Ｘ軸方向プラス側およびマイナス側の各端部が閉じている。言い換えると、スリット８１、８２、８３は、ダミー電極８の縁に開放していない。

また、これらスリット８１、８２、８３は、Ｚ軸方向からの平面視で、第１孔９１および一対の第２孔９２と重なって配置されている。この場合、Ｚ軸方向からの平面視は、基板２と蓋６とが重なる方向である。各スリット８１、８２、８３は、センサー素子３をボッシュ・プロセスで形成する際のシリコン基板３００のエッチング状態を確認するための窓部８０として機能する。そのため、図６に示すように、基板２の外部からスリット８１、８２、８３を介してセンサー素子３を視認することができ、シリコン基板３００のエッチングが正常に完了しているか否かを容易に判断することができる。一方で、窓部８０をスリット８１、８２、８３で形成することにより、窓部８０の面積を十分に小さくすることができ、図４で示したようなシリコン基板３００の下面側からのエッチングを効果的に抑制することができる。

特に、前述したように、スリット８１、８２、８３は、それぞれ、その両端が閉じている。そのため、スリット８１、８２、８３の面積をそれぞれ十分に小さくすることができ、前述したようなセンサー素子３の裏面側からのエッチングを効果的に抑制することができる。ただし、これに限定されず、スリット８１、８２、８３は、少なくとも一端がダミー電極８の縁に開放していてもよい。

また、前述したように、第１孔９１および第２孔９２は、それぞれ、Ｙ軸方向に延在する長手形状をなしているのに対して、スリット８１、８２、８３は、Ｙ軸方向と交差するＸ軸方向に長手方向が延在している。これにより、センサー素子３とスリット８１、８２、８３の位置ずれを許容し易くなる。すなわち、センサー素子３およびスリット８１、８２、８３の少なくとも一方の形成位置がＸ軸方向にずれたとしても、第１、第２孔９１、９２とスリット８１、８２、８３とが重なる関係を容易に維持することができる。そのため、より確実に、基板２の外部からスリット８１、８２、８３を介してシリコン基板３００のエッチング状態を確認することができる。ただし、スリット８１、８２、８３の長手方向は、特に限定されず、例えば、Ｘ軸およびＹ軸の両軸に対して傾斜した方向に長手方向が延在していてもよい。この場合、第１孔９１および第２孔９２の少なくとも一方と交差する方向であるのが好ましい。

また、前述したように、スリット８１、８２、８３は、Ｙ軸方向に並んで配置されている。これにより、センサー素子３やスリット８１、８２、８３の位置ずれを許容し易くなる。すなわち、センサー素子３およびスリット８１、８２、８３の少なくとも一方の形成位置がＹ軸方向にずれたとしても、スリット８１、８２、８３のうちの少なくとも１つが第１、第２孔９１、９２と重なる関係を容易に維持することができる。そのため、重なっている孔を介して、基板２の外部からシリコン基板３００のエッチング状態を確認することができる。ただし、スリットの数は、特に限定されず、スリット８１、８２、８３のうちの１つまたは２つを省略してもよいし、さらに少なくとも１つ以上のスリットを追加してもよい。

また、前述したように、第２孔９２の第２幅Ｗ２は、センサー素子３が有する孔９の中で最も小さい。言い換えると、センサー素子３は全域でほぼ同じ厚さであるため、第２孔９２のアスペクト比は、センサー素子３が有する孔９の中で最も高い。孔９の幅が狭い程またはアスペクト比が高い程エッチングレートが低く、形成に最も時間がかかる。そのため、孔９中で、第２孔９２の形成に最も時間がかかる。したがって、スリット８１、８２、８３を介して第２孔９２のエッチング状態を確認し、第２孔９２のエッチングが正常に完了していれば、その他の孔９についてもエッチングが正常に完了していると判断することができる。つまり、第２孔９２と重なるようにスリット８１、８２、８３を形成すれば、他の孔９と重なるように別のスリットを形成することなく、シリコン基板３００全体のエッチング状態を確認することができる。したがって、窓部８０の数をより少なくすることができ、図４で示したようなシリコン基板３００の下面側からのエッチングを効果的に抑制することができる。ただし、これに限定されず、第２幅Ｗ２は、孔９の中で最も小さくなくてもよい。

また、前述したように、スリット８１、８２、８３は、平面視で、第２孔９２に加えて第１孔９１とも重なっている。第１孔９１の幅Ｗ１は、第２孔９２の幅Ｗ２よりも大きく、第１孔９１のアスペクト比は、第２孔９２のアスペクト比よりも小さい。そのため、第１孔９１は、第２孔９２よりもエッチングにかかる時間が短く、第２孔９２よりも前に形成される。そのため、例えば、第１孔９１のエッチング状態を確認することにより、第２孔９２が形成されるまでの残り時間を推測することができ、シリコン基板３００が過度にエッチングされてしまうことを抑制することができる。ただし、これに限定されず、スリット８１、８２、８３は、第１孔９１と重なっていなくてもよい。

ここで、スリット８１、８２、８３の幅Ｗとしては、特に限定されないが、１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上４μｍ以下であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、基板２の外部からスリット８１、８２、８３を介してセンサー素子３のエッチング状態を容易に視認することができると共に、窓部８０の面積を十分に小さくすることができる。そのため、上述した効果をより顕著に発揮することができる。これに対して、上記下限値未満であると、視認に用いる装置等によっては、シリコン基板３００のエッチング状態を鮮明に視認できないおそれがある。反対に、上記上限値を超えると、窓部８０の面積が大きくなり過ぎて、図４に示したように、シリコン基板３００が下面側からエッチングされ易くなるおそれがある。

図７および図８は、それぞれ、基板２から窓部８０を介してセンサー素子３の下面を視認したＳＥＭ写真である。図７は、スリット８１、８２、８３の幅Ｗをそれぞれ５μｍとしたときの写真であり、図８は、幅３０μｍの窓部８０としたときの写真である。これらの図から分かるように、図７では、シリコン基板３００の下面がほとんどエッチングされておらず、第１孔９１および第２孔９２を鮮明に視認することができる。一方、図８では、シリコン基板３００の下面が広範囲にわたってエッチングされてしまい、第１孔９１および第２孔９２の視認が困難である。以上より、幅Ｗを１μｍ以上５μｍ以下とすることにより、基板２の外部からスリット８１、８２、８３を介してシリコン基板３００のエッチング状態を容易に視認することができると共に、シリコン基板３００の下面側からのエッチングを効果的に抑制されることが分かる。

以上、ＭＥＭＳ構造体１０としての慣性センサー１について説明した。このような慣性センサー１は、光透過性を有し、凹部２１が設けられている基板２と、基板２に設けられ、凹部２１と重なり、基板２に対して可動する構造体としてのセンサー素子３と、基板２に設けられている導電体としてのダミー電極８と、を有する。また、センサー素子３は、第１幅Ｗ１の第１孔９１および第１幅Ｗ１よりも小さい第２幅Ｗ２の第２孔９２を有する。そして、ダミー電極８は、所定方向、本実施形態ではＸ軸方向に延在し、平面視で、第２孔９２と重なっているスリット８１、８２、８３を有する。そのため、基板２の外部からスリット８１、８２、８３を介してセンサー素子３を視認することができ、センサー素子３の状態を容易に判断することができる。一方で、スリット８１、８２、８３で窓部８０を形成することにより、窓部８０の面積を十分に小さくすることができ、図４に示したようなセンサー素子３の下面側からのエッチングを効果的に抑制することができる。

また、前述したように、第２孔９２は、第１方向であるＹ軸方向に延在する長手形状をなし、スリット８１、８２、８３の長手方向は、Ｙ軸方向と交差するＸ軸方向に延在する。これにより、センサー素子３とスリット８１、８２、８３との位置ずれを許容し易くなる。すなわち、センサー素子３およびスリット８１、８２、８３の少なくとも一方の形成位置がＸ軸方向にずれたとしても、第１、第２孔９１、９２とスリット８１、８２、８３とが重なる関係を容易に維持することができる。そのため、より確実に、基板２の外部からスリット８１、８２、８３を介してセンサー素子３を視認することができる。

また、前述したように、スリット８１、８２、８３は、長手方向の両端部が閉じている。これにより、スリット８１、８２、８３の面積をそれぞれ十分に小さくすることができ、図４に示したようなセンサー素子３の下面側からのエッチングを効果的に抑制することができる。

また、前述したように、第２幅Ｗ２は、センサー素子３が有する孔９の中で最も小さい。これにより、スリット８１、８２、８３を介して第２孔９２のエッチング状態を確認し、第２孔９２のエッチングが正常に完了していれば、その他の孔９についてもエッチングが正常に完了していると判断することができる。そのため、過度なエッチングを抑制することができる。

また、前述したように、第２孔９２のアスペクト比は、センサー素子３が有する孔９の中で最も高い。これにより、スリット８１、８２、８３を介して第２孔９２のエッチング状態を確認し、第２孔９２のエッチングが正常に完了していれば、その他の孔９についてもエッチングが正常に完了していると判断することができる。そのため、過度なエッチングを抑制することができる。

また、前述したように、スリット８１、８２、８３の幅Ｗは、１μｍ以上５μｍ以下である。これにより、基板２の外部からスリット８１、８２、８３を介してセンサー素子３のエッチング状態を容易に視認することができると共に、スリット８１、８２、８３の面積を十分に小さくすることができる。そのため、図４に示したようなセンサー素子３の下面側からのエッチングを効果的に抑制することができる。

また、前述したように、スリット８１、８２、８３は、平面視で、第１孔９１と重なっている。第１孔９１は、第２孔９２よりもエッチングにかかる時間が短く、第２孔９２よりも前に形成される。そのため、例えば、第１孔９１のエッチング状態を確認することにより、第２孔９２が形成されるまでの残り時間を推測することができ、センサー素子３の過度なエッチングを抑制することができる。

また、前述したように、基板２は、アルカリ金属イオンを含むガラス材料で構成されている。これにより、基板２が帯電し、センサー素子３の下面側からのエッチングが生じ易くなる。そのため、上述の効果をより顕著に発揮することができる。また、透明な基板２を容易に形成することもできる。

また、前述したように、ＭＥＭＳ構造体１０は、慣性力、本実施形態では加速度Ａｘを検出する慣性センサー１である。これにより、加速度Ａｘを精度よく検出することができる。

＜第２実施形態＞
図９は、第２実施形態のスマートフォンを示す平面図である。

図９に示すスマートフォン１２００は、ＭＥＭＳ構造体１０としての慣性センサー１と、慣性センサー１から検出される検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０と、を有する。慣性センサー１によって検出された検出データは、制御回路１２１０に送信され、制御回路１２１０は、受信した検出データからスマートフォン１２００の姿勢や挙動を認識して、表示部１２０８に表示されている表示画像を変化させたり、警告音や効果音を鳴らしたり、振動モーターを駆動して本体を振動させることができる。

このような電子機器としてのスマートフォン１２００は、ＭＥＭＳ構造体１０としての慣性センサー１と、慣性センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路１２１０と、を有する。そのため、前述した慣性センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、ＭＥＭＳ構造体１０を内蔵する電子機器としては、特に限定されず、スマートフォン１２００以外にも、例えば、パーソナルコンピューター、デジタルスチールカメラ、タブレット端末、時計、スマートウォッチ、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、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、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、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、車両、航空機、船舶等の各種計器類、フライトシミュレーター、ネットワークサーバー等が挙げられる。

＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態の慣性計測装置を示す分解斜視図である。図１１は、図１０に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。

図１０に示す慣性計測装置２０００（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）は、自動車や、ロボットなどの被装着装置の姿勢や、挙動を検出する慣性計測装置である。慣性計測装置２０００は、３軸加速度センサーおよび３軸角速度センサーを備えた６軸モーションセンサーとして機能する。

慣性計測装置２０００は、平面形状が略正方形の直方体である。また、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に固定部としてのネジ穴２１１０が形成されている。この２ヶ所のネジ穴２１１０に２本のネジを通して、自動車などの被装着体の被装着面に慣性計測装置２０００を固定することができる。なお、部品の選定や設計変更により、例えば、スマートフォンや、デジタルスチールカメラに搭載可能なサイズに小型化することも可能である。

慣性計測装置２０００は、アウターケース２１００と、接合部材２２００と、センサーモジュール２３００と、を有し、アウターケース２１００の内部に、接合部材２２００を介在させて、センサーモジュール２３００を挿入した構成となっている。アウターケース２１００の外形は、前述した慣性計測装置２０００の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、それぞれネジ穴２１１０が形成されている。また、アウターケース２１００は、箱状であり、その内部にセンサーモジュール２３００が収納されている。

センサーモジュール２３００は、インナーケース２３１０と、基板２３２０と、を有している。インナーケース２３１０は、基板２３２０を支持する部材であり、アウターケース２１００の内部に収まる形状となっている。また、インナーケース２３１０には、基板２３２０との接触を抑制するための凹部２３１１や後述するコネクター２３３０を露出させるための開口２３１２が形成されている。このようなインナーケース２３１０は、接合部材２２００を介してアウターケース２１００に接合されている。また、インナーケース２３１０の下面には接着剤を介して基板２３２０が接合されている。

図１１に示すように、基板２３２０の上面には、コネクター２３３０、Ｚ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｚ、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸方向の加速度を検出する加速度センサー２３５０などが実装されている。また、基板２３２０の側面には、Ｘ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｘおよびＹ軸まわりの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｙが実装されている。そして、これら各センサーとして、実施形態に記載のＭＥＭＳ構造体すなわち慣性センサーを用いることができる。

また、基板２３２０の下面には、制御ＩＣ２３６０が実装されている。制御ＩＣ２３６０は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、慣性計測装置２０００の各部を制御する。記憶部には、加速度および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、基板２３２０にはその他にも複数の電子部品が実装されている。

＜第４実施形態＞
図１２は、第４実施形態の移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。図１３は、図１２に示す移動体測位装置の作用を示す図である。

図１３に示す移動体測位装置３０００は、移動体に装着して用い、当該移動体の測位を行うための装置である。なお、移動体としては、特に限定されず、自転車、自動車、自動二輪車、電車、飛行機、船等のいずれでもよいが、本実施形態では移動体として四輪自動車を用いた場合について説明する。

移動体測位装置３０００は、慣性計測装置３１００（ＩＭＵ）と、演算処理部３２００と、ＧＰＳ受信部３３００と、受信アンテナ３４００と、位置情報取得部３５００と、位置合成部３６００と、処理部３７００と、通信部３８００と、表示部３９００と、を有している。なお、慣性計測装置３１００としては、例えば、前述した慣性計測装置２０００を用いることができる。

慣性計測装置３１００は、３軸の加速度センサー３１１０と、３軸の角速度センサー３１２０と、を有している。演算処理部３２００は、加速度センサー３１１０からの加速度データおよび角速度センサー３１２０からの角速度データを受け、これらデータに対して慣性航法演算処理を行い、移動体の加速度および姿勢を含む慣性航法測位データを出力する。

また、ＧＰＳ受信部３３００は、受信アンテナ３４００を介してＧＰＳ衛星からの信号を受信する。また、位置情報取得部３５００は、ＧＰＳ受信部３３００が受信した信号に基づいて、移動体測位装置３０００の位置（緯度、経度、高度）、速度、方位を表すＧＰＳ測位データを出力する。このＧＰＳ測位データには、受信状態や受信時刻等を示すステータスデータも含まれている。

位置合成部３６００は、演算処理部３２００から出力された慣性航法測位データおよび位置情報取得部３５００から出力されたＧＰＳ測位データに基づいて、移動体の位置、具体的には移動体が地面のどの位置を走行しているかを算出する。例えば、ＧＰＳ測位データに含まれている移動体の位置が同じであっても、図１３に示すように、地面の傾斜θ等の影響によって移動体の姿勢が異なっていれば、地面の異なる位置を移動体が走行していることになる。そのため、ＧＰＳ測位データだけでは移動体の正確な位置を算出することができない。そこで、位置合成部３６００は、慣性航法測位データを用いて、移動体が地面のどの位置を走行しているのかを算出する。

位置合成部３６００から出力された位置データは、処理部３７００によって所定の処理が行われ、測位結果として表示部３９００に表示される。また、位置データは、通信部３８００によって外部装置に送信されるようになっていてもよい。

＜第５実施形態＞
図１４は、第５実施形態の移動体を示す斜視図である。

図１４に示す移動体としての自動車１５００は、エンジンシステム、ブレーキシステムおよびキーレスエントリーシステムの少なくとも何れかのシステム１５１０を含んでいる。また、自動車１５００には、ＭＥＭＳ構造体１０としての慣性センサー１が内蔵されており、慣性センサー１によって車体の姿勢を検出することができる。慣性センサー１の検出信号は、制御装置１５０２に供給され、制御装置１５０２は、その信号に基づいてシステム１５１０を制御することができる。

このように、移動体としての自動車１５００は、ＭＥＭＳ構造体１０としての慣性センサー１と、慣性センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御装置１５０２と、を有する。そのため、前述した慣性センサー１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、慣性センサー１は、他にも、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。また、移動体としては、自動車１５００に限定されず、例えば、飛行機、ロケット、人工衛星、船舶、ＡＧＶ（無人搬送車）、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。

以上、本発明のＭＥＭＳ構造体、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。

１…慣性センサー、１０…ＭＥＭＳ構造体、２…基板、２１…凹部、２２…マウント、３…センサー素子、３００…シリコン基板、３１…固定部、３２…可動体、３３、３４…ばね、３５…第１可動電極、３６…第２可動電極、３８…第１固定電極、３９…第２固定電極、６…蓋、６１…凹部、６９…接合部材、７１、７２、７３…配線、８…ダミー電極、８０…窓部、８１、８２、８３…スリット、８９…絶縁膜、９…孔、９１…第１孔、９２…第２孔、１２００…スマートフォン、１２０８…表示部、１２１０…制御回路、１５００…自動車、１５０２…制御装置、１５１０…システム、２０００…慣性計測装置、２１００…アウターケース、２１１０…ネジ穴、２２００…接合部材、２３００…センサーモジュール、２３１０…インナーケース、２３１１…凹部、２３１２…開口、２３２０…基板、２３３０…コネクター、２３４０ｘ、２３４０ｙ、２３４０ｚ…角速度センサー、２３５０…加速度センサー、２３６０…制御ＩＣ、３０００…移動体測位装置、３１００…慣性計測装置、３１１０…加速度センサー、３１２０…角速度センサー、３２００…演算処理部、３３００…ＧＰＳ受信部、３４００…受信アンテナ、３５００…位置情報取得部、３６００…位置合成部、３７００…処理部、３８００…通信部、３９００…表示部、Ａｘ…加速度、Ｉ…正イオン、Ｐ…電極パッド、Ｓ…収納空間、Ｗ…幅、Ｗ１…第１幅、Ｗ２…第２幅、θ…傾斜

Claims (11)

1. 光透過性を有し、凹部が設けられている基板と、
   前記基板に設けられ、前記凹部と重なり、前記基板に対して可動する構造体と、
   前記基板に設けられている導電体と、を有し、
   前記構造体は、第１幅の第１孔および前記第１幅よりも小さい第２幅の第２孔を備え、
   前記導電体は、平面視で、前記第２孔と重なっているスリットを有することを特徴とするＭＥＭＳ構造体。
2. 前記第２孔は、第１方向に延在する長手形状をなし、
   前記スリットの長手方向は、前記第１方向と交差する方向に延在する請求項１に記載のＭＥＭＳ構造体。
3. 前記スリットは、長手方向の両端部が閉じている請求項２に記載のＭＥＭＳ構造体。
4. 前記第２幅は、前記構造体が有する孔の中で最も小さい請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
5. 前記第２孔のアスペクト比は、前記構造体が有する孔の中で最も高い請求項１ないし４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
6. 前記スリットの幅は、１μｍ以上５μｍ以下である請求項１ないし５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
7. 前記スリットは、平面視で、前記第１孔と重なっている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
8. 前記基板は、アルカリ金属イオンを含むガラス材料で構成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
9. 慣性力を検出する慣性センサーである請求項１ないし８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ構造体。
10. 請求項９に記載のＭＥＭＳ構造体と、
    前記ＭＥＭＳ構造体から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路と、を有することを特徴とする電子機器。
11. 請求項９に記載のＭＥＭＳ構造体と、
    前記ＭＥＭＳ構造体から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御装置と、を有することを特徴とする移動体。

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