JP2020180921A - 慣性センサー、電子機器、移動体および慣性センサーの製造方法 - Google Patents

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照夫 瀧澤
Teruo Takizawa
照夫 瀧澤
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Abstract

【課題】基板に加わる応力が低減され、優れた検出精度を有する慣性センサー、電子機器、移動体および慣性センサーの製造方法を提供すること。【解決手段】慣性センサーは、支持基板と、前記支持基板に支持されているセンサー本体と、前記支持基板と前記センサー本体との間に位置し、前記支持基板と前記センサー本体とを接合する接合部材と、を有し、前記センサー本体は、前記支持基板に前記接合部材を介して接合されている基板と、前記基板の前記支持基板と反対側に設けられている静電容量型のセンサー素子と、を有し、前記基板は、側面と、前記支持基板側の第１主面と、前記側面と前記第１主面との間に位置し、前記側面と前記第１主面とを接続する凹状の段差と、を有し、前記接合部材は、前記第１主面と前記段差とに延在している。【選択図】図３

Description

本発明は、慣性センサー、電子機器、移動体および慣性センサーの製造方法に関するものである。
特許文献１に記載されている慣性センサーは、プリント基板と、ダイボンド樹脂を介してプリント基板に固定されているＭＥＭＳセンサーと、を有する。また、ＭＥＭＳセンサーは、センサー基板と、センサー基板に設けられているセンサー素子と、電極と、を有し、可動体と電極との間で静電容量を形成する静電容量式の加速度センサーである。
国際公開第１４／０４２０５５号
しかしながら、特許文献１の慣性センサーでは、ダイボンド樹脂がＭＥＭＳセンサーの側面にフィレット状に這い上がるおそれがある。ダイボンド樹脂が側面へ這い上がってしまうと、熱膨張によってセンサー基板の前記センサー素子が設けられている面に大きな応力が伝わってしまう。そして、この応力によって可動体と電極との間の距離が変化し、慣性センサーの検出特性が低下するという課題があった。
本実施形態に記載の慣性センサーは、支持基板と、
前記支持基板に支持されているセンサー本体と、
前記支持基板と前記センサー本体との間に位置し、前記支持基板と前記センサー本体とを接合する接合部材と、を有し、
前記センサー本体は、前記支持基板に前記接合部材を介して接合されている基板と、
前記基板の前記支持基板と反対側に設けられている静電容量型のセンサー素子と、を有し、
前記基板は、側面と、前記支持基板側の第１主面と、前記側面と前記第１主面との間に位置し、前記側面と前記第１主面とを接続する凹状の段差と、を有し、
前記接合部材は、前記第１主面と前記段差とに延在していることを特徴とする。
第１実施形態の慣性センサーを示す断面図。 図１に示す慣性センサーが有するセンサー本体の平面図。 図２中のＡ−Ａ線断面図。 Ｘ軸方向の加速度を検出するセンサー素子の一例を示す平面図。 Ｙ軸方向の加速度を検出するセンサー素子の一例を示す平面図。 Ｚ軸方向の加速度を検出するセンサー素子の一例を示す平面図。 各センサー素子に印加する駆動電圧の一例を示す図。 温度に対するセンサー本体の出力値の変動を示すグラフ。 センサー本体の変形例を示す断面図。 センサー本体の変形例を示す断面図。 図１に示す慣性センサーの製造工程を示す図。 図１に示す慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。 図１に示す慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。 図１に示す慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。 図１に示す慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。 図１に示す慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。 図１に示す慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。 図１に示す慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。 図１に示す慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。 図１に示す慣性センサーの製造方法を説明するための断面図。 第１実施形態の慣性センサーの一例を示す断面図。 図２１の慣性センサーを示す断面の拡大図。 第２実施形態の慣性センサーが有するセンサー本体の平面図。 図２３中のＢ−Ｂ線断面図。 第３実施形態の慣性センサーが有するセンサー本体の平面図。 図２５中のＣ−Ｃ線断面図。 第４実施形態の慣性センサーが有するセンサー本体の平面図。 第５実施形態のスマートフォンを示す斜視図。 第６実施形態の慣性計測装置を示す分解斜視図。 図２９に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図。 第７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３１に示す移動体測位装置の作用を示す図。 第８実施形態の移動体を示す斜視図。
以下、本発明の慣性センサー、電子機器、移動体および慣性センサーの製造方法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実施形態の慣性センサーを示す断面図である。図２は、図１に示す慣性センサーが有するセンサー本体の平面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図である。図４は、Ｘ軸方向の加速度を検出するセンサー素子の一例を示す平面図である。図５は、Ｙ軸方向の加速度を検出するセンサー素子の一例を示す平面図である。図６は、Ｚ軸方向の加速度を検出するセンサー素子の一例を示す平面図である。図７は、各センサー素子に印加する駆動電圧の一例を示す図である。図８は、温度に対するセンサー本体の出力値の変動を示すグラフである。図９および図１０は、それぞれ、センサー本体の変形例を示す断面図である。図１１は、図１に示す慣性センサーの製造工程を示す図である。図１２ないし図２０は、それぞれ、図１に示す慣性センサーの製造方法を説明するための断面図である。
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に示す慣性センサー１は、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の加速度をそれぞれ独立して検出することのできる加速度センサーである。このような慣性センサー１は、パッケージ９と、パッケージ９に収納されているセンサー本体１０および回路素子８と、を有する。
パッケージ９は、上面に開口する凹部９１１が形成されている支持基板としてのベース９１と、凹部９１１の開口を塞ぐようにベース９１の上面に接合部材９３を介して接合されている蓋９２と、を有する。パッケージ９の内側には凹部９１１によって内部空間Ｓが形成され、内部空間Ｓにセンサー本体１０および回路素子８が収納されている。
なお、ベース９１は、アルミナ等で構成されるセラミックスシートやホウ珪酸ガラスのシートを複数枚重ねて構成することができ、蓋９２は、コバール等の金属材料で構成することができる。ただし、ベース９１および蓋９２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されない。
また、内部空間Ｓは、気密であり、大気圧状態となっている。ただし、内部空間Ｓの雰囲気は特に限定されず、例えば加圧状態、減圧状態となっていてもよい。減圧状態において、より真空に近い状態である場合、内部空間Ｓが断熱層として機能して、センサー本体１０の温度変動を抑制することができる。そのため、センサー本体１０の検出特性が向上する。
また、凹部９１１は、打ち抜いたセラミックスシートを重ねることで構成され、ベース９１の上面に開口している凹部９１１ａと、凹部９１１ａの底面に開口し、凹部９１１ａよりも開口幅が小さい凹部９１１ｂと、を有する。そして、凹部９１１ｂの底面にセンサー本体１０が接合部材Ｂ１を介して固定されている。接合部材Ｂ１としては、特に限定されず、例えば、エポキシ系、ポリイミド系、アクリル系、シリコーン系等の各種樹脂系接着剤を用いることができる。センサー本体１０への応力影響を減らすため、各種樹脂系接着材の弾性率は０．１〜１０ＧＰａ程度、線膨張係数は数ｐｐｍ〜数百ｐｐｍ程度のものが好ましい。
また、凹部９１１ａの底面には複数の内部端子９４１が設けられており、ベース９１の下面には複数の外部端子９４３が設けられている。これら内部端子９４１および外部端子９４３は、ベース９１内に形成されている図示しない配線を介して電気的に接続されている。また、内部端子９４１は、ボンディングワイヤーＢＷ１を介して回路素子８と電気的に接続されている。
図１および図２に示すように、センサー本体１０は、接合部材Ｂ１を介して凹部９１１ｂの底面に接合されている基板２と、基板２の上面側に設けられている３つのセンサー素子３、４、５と、センサー素子３、４、５を収納して基板２に接合されている蓋６と、を有する。そして、３つのセンサー素子３、４、５のそれぞれの機能は、センサー素子３がＸ軸方向の加速度Ａｘを検出し、センサー素子４がＹ軸方向の加速度Ａｙを検出し、センサー素子５がＺ軸方向の加速度Ａｚを検出する。なお、図１および図２では、説明の便宜上、センサー素子３、４、５を簡略化して図示している。
慣性センサー１の構成は、上述の構成に限定されず、例えば、センサー素子３、４、５の配置、形状、機能等は、図示の構成と異なっていてもよい。また、例えば、センサー素子３、４、５のうちの１つまたは２つを省略してもよい。また、センサー素子３、４、５に替えて、または、追加して、加速度以外の慣性、例えば角速度を検出できるセンサー素子を用いてもよい。
図２に示すように、基板２は、Ｚ軸方向からの平面視で矩形すなわち四角形であり、Ｙ軸方向に延在する一対の辺２ａ、２ｂと、Ｘ軸方向に延在する一対の辺２ｃ、２ｄと、を有する長方形をなしている。ただし、基板２の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、四角形以外の多角形、円形、異形等であってもよい。
また、図３に示すように、基板２は、板状をなし、第１主面としての下面２０１と、下面２０１と表裏関係にある第２主面としての上面２０２と、下面２０１と上面２０２とを接続する側面２０３と、を有する。また、また、基板２は、上面２０２に開口する３つの凹部２３、２４、２５を有する。そして、凹部２３と重なるようにセンサー素子３の一部が基板２の上面に接合され、凹部２４と重なるようにセンサー素子４の一部が基板２の上面に接合され、凹部２５と重なるようにセンサー素子５の一部が基板２の上面に接合されている。これら凹部２３、２４、２５によってセンサー素子３、４、５が可動できるように構成されている。なお、凹部２３、２４、２５は、一体として１つの凹部で構成されていてもよい。
また、図２に示すように、基板２は、上面２０２に開口する溝を有し、この溝には配線７３１、７３２、７３３、７４１、７４２、７４３、７５１、７５２、７５３が設けられている。配線７３１、７３２、７３３、７４１、７４２、７４３、７５１、７５２、７５３は、収納空間ＳＳの内外にわたって設けられており、これらの内、配線７３１、７３２、７３３は、センサー素子３と電気的に接続され、配線７４１、７４２、７４３は、センサー素子４と電気的に接続され、配線７５１、７５２、７５３は、センサー素子５と電気的に接続されている。
また、配線７３１、７３２、７３３、７４１、７４２、７４３、７５１、７５２、７５３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。また、これら９つの電極パッドＰは、基板２の辺２ａに沿って一列に設けられている。そして、図１に示すように、各電極パッドＰがボンディングワイヤーＢＷ２を介して回路素子８と電気的に接続されている。
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。ただし、基板２の構成材料としては、特に限定されず、シリコン基板、セラミックス基板等を用いてもよい。
図２に示すように、蓋６は、平面視で、矩形であり、Ｙ軸方向に延在する一対の辺６ａ、６ｂと、Ｘ軸方向に延在する一対の辺６ｃ、６ｄと、を有する長方形をなしている。ただし、蓋６の平面視形状としては、特に限定されず、例えば、四角形以外の多角形、円形、異形等であってもよい。また、蓋６は、下面に開放する凹部６１を有する。
また、図３に示すように、蓋６は、その内側に形成されている凹部６１にセンサー素子３、４、５を収納して、基板２の上面に接合されている。そして、蓋６および基板２によって、センサー素子３、４、５を気密に収納する収納空間ＳＳが形成されている。また、蓋６には収納空間ＳＳの内外を連通する貫通孔６２が設けられており、貫通孔６２を介して収納空間ＳＳ内を所望の雰囲気とした後、貫通孔６２を封止材６３によって封止している。
収納空間ＳＳ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℃〜＋１２５℃程度で、封止圧力はほぼ大気圧であることが好ましい。収納空間ＳＳの封止圧力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、各センサー素子３、４、５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の検出精度が向上する。より詳細には各センサー素子３、４、５のダンピング設計に応じて収納空間ＳＳの封止圧力は、約０．１〜２気圧の大気圧付近で調整することができる。
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。
次に、図４ないし図６に基づいて、センサー素子３、４、５について説明する。センサー素子３、４、５は、例えば、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を基板２の上面に陽極接合し、このシリコン基板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、一括して形成することができる。ただし、センサー素子３、４、５の形成方法としては、これに限定されない。
センサー素子３は、Ｘ軸方向の加速度Ａｘを検出することができる。このようなセンサー素子３は、図４に示すように、凹部２３の底面から突出するマウント２３１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、凹部２３の底面から突出するマウント２３２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、凹部２３の底面から突出するマウント２３３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が固定部３１において配線７３１と電気的に接続され、第１固定電極３８が配線７３２と電気的に接続され、第２固定電極３９が配線７３３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、図７に示すような直流電圧と交流電圧とを重畳させた駆動電圧Ｖｘが印加される。一方、第１、第２固定電極３８、３９は、固定電圧ＡＧＮＤ（アナロググランド）が印加され、電極パッドＰを介してチャージアンプに接続される。固定電圧ＡＧＮＤ（アナロググランド）が印加され、電極パッドＰを介してチャージアンプに接続される。なお、固定電圧ＡＧＮＤ（アナロググランド）は、駆動電圧Ｖｘの振幅の中心電圧である。
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。駆動電圧Ｖｘと固定電圧ＡＧＮＤとの間に電位差が発生すると、それに応じた電荷が第１可動電極３５と第１固定電極３８との間、第２可動電極３６と第２固定電極３９との間に誘起される。第１可動電極３５と第１固定電極３８との間、第２可動電極３６と第２固定電極３９との間に誘起された電荷量が同じ場合は、チャージアンプに発生する電圧値が０となる。これは、センサー素子３に加わる加速度Ａｘが０（静止状態）であることを表す。
そして、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、第１可動電極３５と第１固定電極３８との間、第２可動電極３６と第２固定電極３９との間に誘起される電荷量も変化する。第１可動電極３５と第１固定電極３８との間、第２可動電極３６と第２固定電極３９との間に誘起される電荷量の違いが発生するとチャージアンプの電圧値として出力される。そのため、チャージアンプから出力される電圧値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。
センサー素子４は、Ｙ軸方向の加速度Ａｙを検出することができる。このようなセンサー素子４は、例えば、図５に示すように、上述のセンサー素子３をＺ軸まわりに９０°回転させた構成とすることができる。つまり、センサー素子４は、凹部２４の底面から突出するマウント２４１に固定されている固定部４１と、固定部４１に対してＹ軸方向に変位可能な可動体４２と、固定部４１と可動体４２とを連結するばね４３、４４と、可動体４２が備えている第１可動電極４５および第２可動電極４６と、凹部２４の底面から突出するマウント２４２に固定され、第１可動電極４５と対向している第１固定電極４８と、凹部２４の底面から突出するマウント２４３に固定され、第２可動電極４６と対向している第２固定電極４９と、を有する。
また、第１、第２可動電極４５、４６が固定部４１において配線７４１と電気的に接続され、第１固定電極４８が配線７４２と電気的に接続され、第２固定電極４９が配線７４３と電気的に接続されている。そして、第１、第２可動電極４５、４６には、例えば、図７に示すような直流電圧と交流電圧とを重畳させた駆動電圧Ｖｙが印加される。一方、第１、第２固定電極４８、４９は、固定電圧ＡＧＮＤ（アナロググランド）が印加され、電極パッドＰを介してチャージアンプに接続される。なお、固定電圧ＡＧＮＤ（アナロググランド）は、駆動電圧Ｖｙの振幅の中心電圧である。
そのため、第１可動電極４５および第１固定電極４８の間に静電容量Ｃｙ１が形成され、第２可動電極４６および第２固定電極４９の間に静電容量Ｃｙ２が形成される。駆動電圧Ｖｙと固定電圧ＡＧＮＤとの間に電位差が発生すると、それに応じた電荷が第１可動電極４５と第１固定電極４８との間、第２可動電極４６と第２固定電極４９との間に誘起される。第１可動電極４５と第１固定電極４８との間、第２可動電極４６と第２固定電極４９との間に誘起された電荷量が同じ場合は、チャージアンプに発生する電圧値は０となる。これは、センサー素子４に加わる加速度Ａｙが０（静止状態）であることを表す。
そして、静電容量Ｃｙ１、Ｃｙ２が形成されている状態で、センサー素子４に加速度Ａｙが加わると、可動体４２がＹ軸方向に変位し、それに伴って静電容量Ｃｙ１、Ｃｙ２が互いに逆相で変化する。そのため、これら静電容量Ｃｙ１、Ｃｙ２の変化に基づいて、第１可動電極４５と第１固定電極４８との間、第２可動電極４６と第２固定電極４９との間に誘起される電荷量も変化する。第１可動電極４５と第１固定電極４８との間、第２可動電極４６と第２固定電極４９との間に誘起される電荷量の違いが発生するとチャージアンプの電圧値として出力される。そのため、チャージアンプから出力される電圧値に基づいてセンサー素子４が受けた加速度Ａｙを求めることができる。
センサー素子５は、Ｚ軸方向の加速度Ａｚを検出することができる。このようなセンサー素子５は、例えば、図６に示すように、凹部２５の底面から突出するマウント２５１に固定されている固定部５１と、固定部５１と梁５３を介して接続され、固定部５１に対してＸ軸に沿う揺動軸Ｊまわりに揺動可能な可動体５２と、を有する。また、可動体５２は、揺動軸Ｊの一方側に位置する第１可動部５２１と他方側に位置する第２可動部５２２とで、揺動軸Ｊまわりの回転モーメントが異なっている。また、凹部２５の底面には、第１可動部５２１と対向する第１固定電極５４と、第２可動部５２２と対向する第２固定電極５５と、が設けられている。
また、可動体５２が固定部５１において配線７５１と電気的に接続され、第１固定電極５４が配線７５２と電気的に接続され、第２固定電極５５が配線７５３と電気的に接続されている。そして、可動体５２には、電極パッドＰを介して、例えば、図７に示すような直流電圧と交流電圧とを重畳させた駆動電圧Ｖｚが印加される。一方、第１、第２固定電極５４、５５は、固定電圧ＡＧＮＤ（アナロググランド）が印加され、電極パッドＰを介してチャージアンプに接続される。なお、固定電圧ＡＧＮＤ（アナロググランド）は、駆動電圧Ｖｚの振幅の中心電圧である。
そのため、第１可動部５２１および第１固定電極５４の間に静電容量Ｃｚ１が形成され、第２可動部５２２および第２固定電極５５の間に静電容量Ｃｚ２が形成される。駆動電圧Ｖｚと固定電圧ＡＧＮＤとの間に電位差が発生すると、それに応じた電荷が第１可動部５２１と第１固定電極５４との間、第２可動部５２２と第２固定電極５５との間に誘起される。第１可動部５２１と第１固定電極５４との間、第２可動部５２２と第２固定電極５５との間に誘起された電荷量が同じ場合は、チャージアンプに発生する電圧値は０となる。これは、センサー素子５に加わる加速度Ａｚが０（静止状態）であることを表す。
そして、静電容量Ｃｚ１、Ｃｚ２が形成されている状態で、センサー素子５に加速度Ａｚが加わると、可動体５２が揺動軸Ｊまわりに変位し、それに伴って静電容量Ｃｚ１、Ｃｚ２が互いに逆相で変化する。そのため、これら静電容量Ｃｚ１、Ｃｚ２の変化に基づいて、第１可動部５２１と第１固定電極５４との間、第２可動部５２２と第２固定電極５５との間に誘起される電荷量も変化する。第１可動部５２１と第１固定電極５４との間、第２可動部５２２と第２固定電極５５との間に誘起される電荷量の違いが発生するとチャージアンプの電圧値として出力される。そのため、チャージアンプから出力される電圧値に基づいてセンサー素子５が受けた加速度Ａｚを求めることができる。
以上、センサー素子３、４、５について説明したが、これらセンサー素子３、４、５の構成としては、それぞれ、加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを検出することができれば、特に限定されない。
ここで、基板２の説明に戻って、図３に示すように、基板２には、側面２０３と下面２０１との間に位置し、側面２０３と下面２０１とを接続する凹状の段差２０４が形成されている。なお、段差２０４は、基板２の全周にわたって環状に形成されている。また、段差２０４は、加工された断面がＬ字状であり、下面２０１の外縁からＺ軸方向に延びる第１面２０５と、側面２０３の下端からＸ−Ｙ面方向に延び、第１面２０５と接続されている第２面２０６と、を有する。言い換えると、基板２は第１主面としての下面２０１と、下面２０１と表裏関係にある第２主面としての上面２０２と、第１主面と平行な凹部２３、２４、２５の下面と、同じく第１主面と平行な第２面２０６、を有している。またさらに、基板２は側面２０３と、側面２０３と平行な第１面２０５を有している。特に基板２の材料としてガラス材料を用いると、この様な加工は廉価で容易に形成できる。
そして、基板２とベース９１とを接合する接合部材Ｂ１は、下面２０１と段差２０４とにわたって延在して設けられている。すなわち、接合部材Ｂ１は、下面２０１と段差２０４とに接しており、側面２０３とは接していない。このように、基板２に段差２０４を設けることにより、段差２０４とベース９１との間に接合部材Ｂ１を留める空間Ｑが形成されるため、接合部材Ｂ１の外側への広がりを効果的に抑制することができる。そのため、従来のように接合部材Ｂ１が側面２０３に這い上がってフィレット状になるのを効果的に抑制することができる。その結果、接合部材Ｂ１と基板２との熱膨張係数差に応じて生じる応力が基板２に効果的に分散され、基板２の上面２０２に伝わり難くなる。これは、フィレット状の部分によって基板２が周囲から押される、または、引っ張られることがなくなるためである。ここで、接合部材Ｂ１として、はんだを主成分とするソルダ系固定材を用いると、段差２０４に熱応力が集中し、基板２にクラックや欠けが発生するおそれがある。これにより、センサー素子３、４、５の動作不良や長期信頼性の低下を招くおそれがある。そのため、接合部材Ｂ１としては、低弾性を有する樹脂系接着材が好ましい。特に、弾性率は０．１〜１０ＧＰａ程度、線膨張係数は数ｐｐｍ〜数百ｐｐｍ程度の樹脂系接着剤が好ましい。また、基板２として非結晶質（アモルファス）のガラス材料を用いると良い。
上面２０２側にはセンサー素子３、４、５が設けられているため、上面２０２に応力が伝わり難くなることにより、これらセンサー素子３、４、５に応力が伝わり難くなる。したがって、センサー素子３では、第１可動電極３５と第１固定電極３８とのギャップおよび第２可動電極３６と第２固定電極３９とのギャップの意図しない変化（加速度Ａｘ以外の力による変化）、センサー素子４では、第１可動電極４５と第１固定電極４８とのギャップおよび第２可動電極４６と第２固定電極４９とのギャップの意図しない変化（加速度Ａｙ以外の力による変化）、センサー素子５では、第１可動部５２１と第１固定電極５４とのギャップおよび第２可動部５２２と第２固定電極５５とのギャップの意図しない変化（加速度Ａｚ以外の力による変化）を効果的に抑制することができる。
その結果、熱応力による慣性センサー１の出力値の変動が抑制され、より精度よく加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを検出することができる。また、図８のグラフに、温度に対するセンサー本体１０の出力値の変動を示す。従来のように接合部材Ｂ１が側面２０３に這い上がっている構成では、線Ｌ１で示すように、慣性センサー１の出力値が温度に対して二次関数や三次関数的な非線形で変化するのに対して、本実施形態のように接合部材Ｂ１が側面２０３まで這い上がっていない構成では、線Ｌ２で示すように、慣性センサー１の出力値が温度に対して一次関数的な線形で変化する。そのため、出力値の変動が一定でかつ変動量も小さくなり、さらには、ヒステリシスを低減することもできる。そのため、回路素子８による温度補正を高精度に行うことができ、周囲の温度が変化した場合でも加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚをより精度よく検出することができる。
特に、本実施形態では、図３に示すよう、接合部材Ｂ１は、段差２０４の第２面２０６まで延在して設けられている。すなわち、接合部材Ｂ１は、下面２０１、第１面２０５および第２面２０６と接して設けている。これにより、基板２と接合部材Ｂ１との接合面積が大きくなり、これらの接合強度をより高めることができる。
また、本実施形態では、凹部２３、２４、２５の底面は、段差２０４よりも上側すなわち上面２０２側に位置している。これにより、段差２０４の高さＨが抑えられ、基板２の機械的強度の低下を抑制することができる。ただし、これに限定されず、凹部２３、２４、２５の底面は、段差２０４よりも下側すなわち下面２０１側に位置していてもよい。段差２０４の高さＨとしては、特に限定されないが、基板２の厚さをＨ２としたとき、Ｈ／Ｈ２が１／６以上、１／３以下程度であることが好ましい。つまり、基板２の厚さＨ２が３００μｍのきは、５０μｍ以上、１００μｍ以下程度であることが好ましい。これにより、空間Ｑを十分に大きく確保しつつ、段差２０４の高さＨを抑えることができ、基板２の機械的強度の低下をより効果的に抑制することができる。
また、本実施形態では、段差２０４は、Ｚ軸方向からの平面視で、凹部２３、２４、２５と側面２０３との間に設けられている。すなわち、段差２０４は、Ｚ軸方向からの平面視で、凹部２３、２４、２５と重ならず、凹部２３、２４、２５よりも外側に位置している。これにより、段差２０４の幅Ｗが抑えられ、基板２の機械的強度の低下を抑制することができる。
なお、本実施形態では、段差２０４の全周が凹部２３、２４、２５よりも外側に位置しているが、これに限定されず、少なくとも一部が凹部２３、２４、２５よりも外側に位置していればよい。この場合、段差２０４の全周の５０％以上が凹部２３、２４、２５の外側に位置していることが好ましく、段差２０４の全周の８０％以上が凹部２３、２４、２５の外側に位置していることがより好ましく、段差２０４の全周の９０％以上が凹部２３、２４、２５の外側に位置していることがさらに好ましい。
以上のような段差２０４は、後述するように、ダイシングソーを用いたハーフダイシングにより形成することができる。これにより、段差２０４の形成が容易となる。また、ダイシングソーによって段差２０４の表面が荒れ、当該表面に微小な凹凸が形成される。そのため、アンカー効果が発揮されて、基板２と接合部材Ｂ１との接合強度を高めることもできる。特に基板２としてガラス材を用い場合は、ガラスがアモルファスであるため凹凸が顕著となり、より基板２と接合部材Ｂ１との接合強度を高めることができる。ただし、段差２０４の形成方法としては、特に限定されず、例えば、ウェットエッチングにより形成してもよい。この場合、基板２が等方的にエッチングされるため、図９に示すような形状の段差２０４となる。また、例えば、基板２がシリコン基板である場合は、段差２０４をウェットエッチングにより形成してもよい。基板２として結晶面（１００）を有するシリコンウエハを用いた場合、図１０に示すように、シリコンの（１１１）結晶面が表れて第１面２０５がＺ軸に対して傾斜する。
回路素子８は、センサー本体１０の上面に接合部材Ｂ２を介して接合されている。回路素子８は、センサー素子３、４、５に駆動電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚを印加する駆動回路８１と、センサー本体１０から出力される信号に基づいて加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを検出する検出回路８２と、を有する。
以上、慣性センサー１について説明した。慣性センサー１は、前述したように、支持基板としてのベース９１と、ベース９１に支持されているセンサー本体１０と、ベース９１とセンサー本体１０との間に位置し、ベース９１とセンサー本体１０とを接合する接合部材Ｂ１と、を有する。また、センサー本体１０は、ベース９１に接合部材Ｂ１を介して接合されている基板２と、基板２のベース９１と反対側に設けられている静電容量型のセンサー素子３、４、５と、を有する。また、基板２は、側面２０３と、ベース９１側の第１主面である下面２０１と、側面２０３と下面２０１との間に位置し、側面２０３と下面２０１とを接続する凹状の段差２０４と、を有する。そして、接合部材Ｂ１は、下面２０１と段差２０４とにわたって延在している。
このように、基板２に段差２０４を設けることにより、段差２０４とベース９１との間に接合部材Ｂ１を留める空間Ｑが形成されるため、接合部材Ｂ１の外側への広がりを効果的に抑制することができる。そのため、接合部材Ｂ１が側面２０３に這い上がってフィレット状になることを効果的に抑制することができる。その結果、接合部材Ｂ１と基板２との熱膨張係数差に応じて生じる応力が効果的に分散されて、基板２の上面２０２に伝わり難くなる。上面２０２側にセンサー素子３、４、５が設けられているため、上面２０２に応力が伝わり難くなることにより、これらセンサー素子３、４、５に応力が伝わり難くなる。したがって、応力による慣性センサー１の出力値の変動が抑制され、精度よく加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを検出することができる。
また、前述したように、接合部材Ｂ１は、側面２０３と接していない。これにより、接合部材Ｂ１と基板２との熱膨張係数差に応じて生じる応力がより効果的に分散され、基板２の上面２０２により伝わり難くなる。そのため、応力による慣性センサー１の出力値の変動がより抑制され、より精度よく加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを検出することができる。
また、前述したように、基板２は、下面２０１と表裏関係をなし可動体３２、４２、５２側に位置する第２主面としての上面２０２に、Ｚ軸方向からの平面視で可動体３２、４２、５２と重なって設けられている凹部２３、２４、２５を有し、凹部２３、２４、２５の底面は、段差２０４よりも上面２０２側に位置している。これにより、段差２０４の高さＨが抑えられ、基板２の機械的強度の低下を抑制することができる。
また、前述したように、段差２０４は、平面視で、凹部２３、２４、２５と側面２０３との間に設けられている。すなわち、段差２０４は、Ｚ軸方向からの平面視で、凹部２３、２４、２５と重ならず、凹部２３、２４、２５よりも外側に位置している。これにより、段差２０４の幅Ｗが抑えられ、基板２の機械的強度の低下を抑制することができる。
次に、上述の慣性センサー１の製造方法について説明する。図１１に示すように、慣性センサー１の製造方法は、センサー本体１０を形成するセンサー本体形成工程Ｓ１と、センサー本体１０をパッケージ９に収納する収納工程Ｓ２と、を有する。また、センサー本体形成工程Ｓ１は、表裏関係にある下面２０１および上面２０２を有する基板２の上面２０２側に素子基板１００を接合する素子基板接合工程Ｓ１１と、素子基板１００からセンサー素子３、４、５を形成するセンサー素子形成工程Ｓ１２と、基板２の上面２０２に蓋６を接合して、センサー素子３、４、５を覆う蓋接合工程Ｓ１３と、基板２の下面２０１と側面２０３との間に凹状の段差２０４を形成する段差形成工程Ｓ１４と、個片化工程Ｓ１５と、を有する。また、収納工程Ｓ２は、基板２とベース９１とを接合部材Ｂ１を介して接合するセンサー本体接合工程Ｓ２１と、ベース９１に蓋９２を接合してセンサー本体１０を覆う蓋接合工程Ｓ２２と、を有する。以下、各工程を順次説明する。
［素子基板接合工程Ｓ１１］
まず、図１２に示すように、複数の基板２が一体形成されているガラス基板２０を準備する。次に、各基板２に凹部２３、２４、２５、マウント２３１、２３２、２３３、２４１、２４２、２４３、２５１および溝を形成する。これらは、例えば、ウェットエッチング、ドライエッチング等の各種エッチングにより形成することができる。次に、溝に配線７３１、７３２、７３３、７４１、７４２、７４３、７５１、７５２、７５３を形成し、凹部２５の底面に第１、第２固定電極５４、５５を形成する。
次に、図１３に示すように、センサー素子３、４、５の母材となるシリコン基板からなる素子基板１００を準備し、この素子基板１００をガラス基板２０の上面に接合する。素子基板１００とガラス基板２０との接合方法としては、特に限定されないが、本実施形態では陽極接合法によって接合している。次に、必要に応じてＣＭＰ（化学機械研磨）を用いて素子基板１００を薄肉化した後、素子基板１００にリン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）等の不純物をドープ（拡散）して導電性を付与する。ただし、不純物をドープする順序は、特に限定されず、素子基板１００を薄肉化する前であってもよいし、素子基板１００を接合する前であってもよい。
［センサー素子形成工程Ｓ１２］
次に、図１４に示すように、図示しないハードマスクを介して素子基板１００をドライエッチングすることにより、素子基板１００からセンサー素子３、４、５を形成する。ドライエッチング方法としては、特に限定されないが、本実施形態では、反応性プラズマガスを用いたエッチングプロセスとデポジションプロセスとを組み合わせたドライボッシュ法を用いている。
［蓋接合工程Ｓ１３］
次に、図１５に示すように、複数の蓋６が一体形成されている蓋基板６０を準備し、ガラスフリットからなる接合部材６９を介して蓋基板６０をガラス基板２０の上面に接合する。次に、貫通孔６２を介して各収納空間ＳＳ内を所望の雰囲気とし、その後、各貫通孔６２を封止材６３で封止している。以下では、ガラス基板２０と蓋基板６０とを積層体を積層基板２００とも言う。
［段差形成工程Ｓ１４］
次に、図１６に示すように、ダイシングソーＤを用いてガラス基板２０の下面を各基板２の外縁に沿ってハーフダイシングし、段差２０４を形成する。これにより、積層基板２００に複数のセンサー本体１０が一体形成される。このように、ハーフダイシングを用いることにより、各基板２に段差２０４を容易に形成することができる。また、ダイシングソーＤによって段差２０４の表面が荒れて、当該表面に微小な凹凸が形成される。そのため、アンカー効果が発揮されて、基板２と接合部材Ｂ１との接合強度を高めることもできる。ハーフダイシングは１回で行なっても良いし、複数回行なっても良い。例えば幅が３００ｕｍであるダイシングソーを用いて１回で形成しても良いし、幅が１００ｕｍであるダイシングソーを用いて３〜４回で形成しても良い。ただし、段差２０４の形成方法としては、特に限定されず、ウェットエッチング、ドライエッチング等のエッチングにより形成してもよい。
［個片化工程Ｓ１５］
次に、図１７に示すように、積層基板２００から複数のセンサー本体１０を個片化する。以上により、センサー本体１０が得られる。このとき、個片化する際に再びダイシングする場合は、ハーフダイシングに用いたダイシングソーの幅より小さい幅のものを用いれば良い。例えば８０ｕｍ程度の幅のダイシングソーを用いることができる。ただし、個片化する方法としては、特に限定されず、レーザーダイシング等の方法により形成しても良い。
［センサー本体接合工程Ｓ２１］
次に、図１８に示すように、ベース９１を準備し、凹部９１１の底面に接合部材Ｂ１を介してセンサー本体１０を接合する。この際、接合部材Ｂ１を基板２の下面２０１と段差２０４とに延在させる。
［蓋接合工程Ｓ２２］
次に、図１９に示すように、センサー本体１０の上面に接合部材Ｂ２を介して回路素子８を接合する。次に、回路素子８とセンサー本体１０とをボンディングワイヤーＢＷ２で電気的に接続し、回路素子８と内部端子９４１とをボンディングワイヤーＢＷ１で電気的に接続する。次に、図２０に示すように、ベース９１の上面に接合部材９３を介して蓋９２を接合する。以上により、慣性センサー１が得られる。
なお、図２１に示すように、センサー本体１０よりも回路素子８が大きい場合は、回路素子８の上面に接合部材Ｂ２を介してセンサー本体１０を接合することができる。さらに、センサー本体１０を構成する基板２の弾性率が回路素子８の弾性率よりも小さい場合は、回路素子８の上面に接合部材Ｂ２を介してセンサー本体１０を接合する構成が好ましい。このとき接合部材Ｂ１はより弾性率の低いもの、例えば弾性係数が０．１〜５．０ＧＰａの接合部材を適用する構成が好ましい。このような構成とすることで、基板２と接合部材Ｂ１との接合強度を高めつつ、慣性センサー１の出力値変動の変動量も抑制し、さらには、ヒステリシスを低減することもできる。
なお、図２１に示す構成の場合、図２２に示すように、接合部材Ｂ１は側面２０３の仮想延長線とベース９１の交点Ｏを越えない構成とすることで、回路素子８のボンディング領域を確保することができ、センサー本体１０から回路素子８への電気接続、および回路素子８から内部端子３４１への電気接続を良好に行なうことができる。なお、これに限定されず、図２２に示すように、接合部材Ｂ１は、段差２０４の第１面２０５まで延在して設けられ、第２面２０６とは接していなくてもよい。交点Ｏを接合部材Ｂ１が越えない構成は、接合部材Ｂ１の接合条件、弾性率、粘性、などの特性に加え、段差２０４の形状を最適化することで実現することができる。また、接合部材Ｂ１の材料中にフィラーを含ませ、基板２とベース９１の間隔Ｌ２を一定の値にすることもできる。
以上、慣性センサー１の製造方法について説明した。このような慣性センサー１の製造方法は、前述したように、表裏関係にある第１主面としての下面２０１および第２主面としての上面２０２を有する基板２の上面２０２側に素子基板１００を接合する工程と、素子基板１００から静電容量型のセンサー素子３、４、５を形成する工程と、基板２の第２主面としての上面２０２に蓋６を接合して、センサー素子３、４、５を覆う工程と、基板２の下面２０１と側面２０３との間に凹状の段差２０４を形成する工程と、基板２と支持基板としてのベース９１とを接合部材Ｂ１を介して接合する工程と、を有する。そして、基板２とベース９１とを接合する工程では、基板２の下面２０１と段差２０４とに接合部材Ｂ１が延在するように基板２とベース９１とを接合する。
このように、基板２に段差２０４を設けることにより、段差２０４とベース９１との間に接合部材Ｂ１を収める空間Ｑが形成されるため、接合部材Ｂ１の外側への広がりを効果的に抑制することができる。そのため、従来のように接合部材Ｂ１が側面２０３に這い上がってフィレット状になってしまうことを効果的に抑制することができる。その結果、接合部材Ｂ１と基板２との熱膨張係数差に応じて生じる応力が効果的に分散され、基板２の上面２０２に伝わり難くなる。上面２０２側にセンサー素子３、４、５が設けられているため、上面２０２に応力が伝わり難くなることにより、これらセンサー素子３、４、５に応力が伝わり難くなる。したがって、応力による慣性センサー１の出力値の変動が抑制され、精度よく加速度Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを検出することができる。
また、前述したように、上述の製造方法では、段差２０４をハーフダイシングにより形成している。これにより、段差２０４の形成が容易となる。また、ダイシングソーＤによって段差２０４の表面が荒れて、当該表面に微小な凹凸が形成される。そのため、アンカー効果が発揮されて、基板２と接合部材Ｂ１との接合強度を高めることもできる。
＜第２実施形態＞
図２３は、第２実施形態の慣性センサーが有するセンサー本体の平面図である。図２４は、図２３中のＢ−Ｂ線断面図である。
本実施形態は、段差２０４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２３および図２４において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図２３および図２４に示すように、本実施形態の段差２０４は、Ｚ軸方向からの平面視で、凹部２３、２４、２５の外側と内側とにわたって設けられている。つまり、段差２０４は、Ｚ軸方向からの平面視で、凹部２３、２４、２５の底面と重なって設けられている。これにより、例えば、前述した第１実施形態と比べて、空間Ｑが大きくなり、その分、接合部材Ｂ１の広がりを抑制することができる。そのため、接合部材Ｂ１の側面２０３への這い上がりをより効果的に抑制することができる。
なお、本実施形態では、段差２０４の全周が凹部２３、２４、２５の外側と内側とにわたって設けられているが、これに限定されず、少なくとも一部が凹部２３、２４、２５の外側と内側とにわたって設けられていればよい。この場合、段差２０４の全周の５０％以上が凹部２３、２４、２５の外側と内側とにわたって設けられていることが好ましく、段差２０４の全周の８０％以上が凹部２３、２４、２５の外側と内側とにわたって設けられていることがより好ましく、段差２０４の全周の９０％以上が凹部２３、２４、２５の外側と内側とにわたって設けられていることがさらに好ましい。
このような第２実施形態によっても前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第３実施形態＞
図２５は、第３実施形態の慣性センサーが有するセンサー本体の平面図である。図２６は、図２５中のＣ−Ｃ線断面図である。
本実施形態は、段差２０４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２５および図２６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図２５および図２６に示すように、本実施形態の段差２０４は、Ｚ軸方向からの平面視で、上面２０２と凹部２３、２４、２５との境界Ｔ１と下面２０１と段差２０４との境界Ｔ２とが重なっている。これにより、例えば、前述した第１実施形態と第２実施形態との効果を両立することができる。すなわち、基板２の機械的強度の低下を抑制しつつ、空間Ｑを十分に大きく確保することができる。
なお、本実施形態では、段差２０４の全周で境界Ｔ１、Ｔ２が重なっているが、これに限定されず、少なくとも一部で境界Ｔ１、Ｔ２が重なっていればよい。この場合、段差２０４の全周の５０％以上で境界Ｔ１、Ｔ２が重なっていることが好ましく、段差２０４の全周の８０％以上で境界Ｔ１、Ｔ２が重なっていることがより好ましく、段差２０４の全周の９０％以上で境界Ｔ１、Ｔ２が重なっていることがさらに好ましい。
このような第３実施形態によっても前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第４実施形態＞
図２７は、第４実施形態の慣性センサーが有するセンサー本体の平面図である。
本実施形態は、段差２０４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図２７において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
図２７に示すように、本実施形態の段差２０４は、基板２の全周にわたって形成されておらず、基板の辺２ｃおよび辺２ｄに沿って形成されている。このような第４実施形態によっても前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第５実施形態＞
図２８は、第５実施形態のスマートフォンを示す斜視図である。
図２８に示すスマートフォン１２００には、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、が内蔵されている。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、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、慣性センサー１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６実施形態＞
図２９は、第６実施形態の慣性計測装置を示す分解斜視図である。図３０は、図２９に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。
図２９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３０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７実施形態＞
図３１は、第７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３２は、図３１に示す移動体測位装置の作用を示す図である。
図３１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３２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８実施形態＞
図３３は、第８実施形態の移動体を示す斜視図である。
図３３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、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、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、本発明の慣性センサー、電子機器、移動体および慣性センサーの製造方法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…センサー本体、１００…素子基板、２…基板、２ａ〜２ｄ…辺、２０…ガラス基板、２００…積層基板、２０１…下面、２０２…上面、２０３…側面、２０４…段差、２０５…第１面、２０６…第２面、２３…凹部、２３１〜２３３…マウント、２４…凹部、２４１〜２４３…マウント、２５…凹部、２５１…マウント、３…センサー素子、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、４…センサー素子、４１…固定部、４２…可動体、４３、４４…ばね、４５…第１可動電極、４６…第２可動電極、４８…第１固定電極、４９…第２固定電極、５…センサー素子、５１…固定部、５２…可動体、５２１…第１可動部、５２２…第２可動部、５３…梁、５４…第１固定電極、５５…第２固定電極、６…蓋、６ａ〜６ｄ…辺、６０…蓋基板、６１…凹部、６２…貫通孔、６３…封止材、６９…接合部材、７３１〜７３３、７４１〜７４３、７５１〜７５３…配線、８…回路素子、８１…駆動回路、８２…検出回路、９…パッケージ、９１…ベース、９１１…凹部、９１１ａ…凹部、９１１ｂ…凹部、９２…蓋、９３…接合部材、９４１…内部端子、９４３…外部端子、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、Ａｙ、Ａｚ…加速度、Ｂ１、Ｂ２…接合部材、ＢＷ１、ＢＷ２…ボンディングワイヤー、Ｄ…ダイシングソー、Ｈ…高さ、Ｈ２…厚さ、Ｊ…揺動軸、Ｐ…電極パッド、Ｑ…空間、Ｓ…内部空間、ＳＳ…収納空間、Ｓ１…センサー本体形成工程、Ｓ１１…素子基板接合工程、Ｓ１２…センサー素子形成工程、Ｓ１３…蓋接合工程、Ｓ１４…段差形成工程、Ｓ１５…個片化工程、Ｓ２…収納工程、Ｓ２１…センサー本体接合工程、Ｓ２２…蓋接合工程、Ｔ１、Ｔ２…境界、Ｗ…幅、Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ…駆動電圧、θ…傾斜

Claims (10)

  1. 支持基板と、
    前記支持基板に支持されているセンサー本体と、
    前記支持基板と前記センサー本体との間に位置し、前記支持基板と前記センサー本体とを接合する接合部材と、を有し、
    前記センサー本体は、前記支持基板に前記接合部材を介して接合されている基板と、
    前記基板の前記支持基板と反対側に設けられている静電容量型のセンサー素子と、を有し、
    前記基板は、側面と、前記支持基板側の第１主面と、前記側面と前記第１主面との間に位置し、前記側面と前記第１主面とを接続する凹状の段差と、を有し、
    前記接合部材は、前記第１主面と前記段差とに延在していることを特徴とする慣性センサー。
  2. 前記接合部材は、前記側面と接していない請求項１に記載の慣性センサー。
  3. 前記基板は、前記第１主面と表裏関係をなし前記センサー素子側に位置する第２主面に、平面視で前記センサー素子と重なって設けられている凹部を有し、
    前記凹部の底面は、前記段差よりも前記第２主面側に位置している請求項１または２に記載の慣性センサー。
  4. 前記段差は、平面視で、前記凹部と前記側面との間に設けられている請求項３に記載の慣性センサー。
  5. 前記段差は、平面視で、前記凹部の底面と重なっている請求項３に記載の慣性センサー。
  6. 平面視で、前記第２主面と前記凹部との境界と前記第１主面と前記段差との境界とが重なっている請求項３に記載の慣性センサー。
  7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の慣性センサーと、
    前記慣性センサー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。
  8. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の慣性センサーと、
    前記慣性センサー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。
  9. 表裏関係にある第１主面および第２主面を有する基板の前記第２主面側に素子基板を接合する工程と、
    前記素子基板から静電容量型のセンサー素子を形成する工程と、
    前記基板の前記第２主面に蓋を接合して、前記センサー素子を覆う工程と、
    前記基板の前記第１主面と側面との間に凹状の段差を形成する工程と、
    前記基板と支持基板とを接合部材を介して接合する工程と、を有し、
    前記接合する工程では、前記第１主面と前記段差とに前記接合部材が延在するように前記基板と前記支持基板とを接合することを特徴とする慣性センサーの製造方法。
  10. 前記段差をハーフダイシングにより形成する請求項９に記載の慣性センサーの製造方法。
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