JP2022022024A - 慣性センサー、慣性計測装置、及び慣性センサーの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過度な衝撃に対するセンサー素子の破損を低減した慣性センサー、慣性計測装置、及び慣性センサーの製造方法を提供する。【解決手段】慣性センサー１は、基板２と、基板２上に配置され、第１方向に沿う回転軸Ｊの周りに揺動可能な可動体３０と、回転軸Ｊとして可動体３０を支持する支持梁３３と、可動体３０又は可動体３０に対向する面７に設けられ、平面視で、可動体３０と重なり、面７又は可動体３０に向かって突出する突起２３と、を備え、突起２３の接触面９に丸み部２９が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、慣性センサー、慣性計測装置、及び慣性センサーの製造方法に関する。

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造された慣性センサーが開発されている。このような慣性センサーとして、例えば特許文献１には、支持基板と、支持基板上に配置され、第１、第２質量部を有し、回転軸の周りにシーソー揺動する可動体と、支持基板上に設けられ、第１、第２質量部と対向する第１、第２固定電極と、を有し、可動体の互いに回転軸の周りの回転モーメントが異なる第１、第２質量部と、夫々に対向する位置に配置された第１、第２固定電極と、の間の静電容量の変化に基づいて鉛直方向の加速度を検出することができる物理量センサーが記載されている。
また、この物理量センサーは、可動体が過度にシーソー揺動した際に、可動体が第１、第２固定電極と接触することを防ぐために、第１、第２質量部に向かって突出する突起が支持基板に設けられている。

特開２０１９－４５１７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された物理量センサーは、可動体と突起との接触面積が大きいので、過度のシーソー揺動によって可動体と突起との接触回数が増えると、「スティッキング」と呼ばれる可動体と突起とが張り付いてしまい動作不良を起こす虞があった。

慣性センサーは、基板と、前記基板上に配置され、第１方向に沿う回転軸の周りに揺動可能な可動体と、前記回転軸として前記可動体を支持する支持梁と、前記可動体又は前記可動体に対向する面に設けられ、平面視で、前記可動体と重なり、前記面又は前記可動体に向かって突出する突起と、を備え、前記突起の接触面に丸み部が設けられている。

慣性計測装置は、上記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部と、を備えている。

慣性センサーの製造方法は、基板と、前記基板上に配置され、第１方向に沿う回転軸の周りに揺動可能な可動体と、前記回転軸として前記可動体を支持する支持梁と、前記可動体又は前記可動体に対向する面に設けられ、平面視で、前記可動体と重なり、前記面又は前記可動体に向かって突出する突起と、を備え、前記突起の接触面に丸み部が設けられている、慣性センサーの製造方法であって、前記突起を形成する工程と、前記突起の前記接触面に前記丸み部を形成する工程と、を含む。

第１実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す平面図。 図１中のＡ－Ａ線における断面図。 図１の基板の概略構造を示す平面図。 第１実施形態に係る慣性センサーの製造方法を示すフローチャート。 丸み部の製造方法を説明する断面図。 丸み部の製造方法を説明する断面図。 丸み部の製造方法を説明する断面図。 丸み部の製造方法を説明する断面図。 第２実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す平面図。 図１中のＢ－Ｂ線における断面図。 図９の基板の概略構造を示す平面図。 丸み部の製造方法を説明する断面図。 丸み部の製造方法を説明する断面図。 丸み部の製造方法を説明する断面図。 丸み部の製造方法を説明する断面図。 丸み部の製造方法を説明する断面図。 第３実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す断面図。 第４実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す断面図。 第５実施形態に係る慣性センサーを備えた慣性計測装置の概略構成を示す分解斜視図。 図１９の基板の斜視図。

１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係る慣性センサー１について、鉛直方向の加速度を検出する加速度センサーを一例として挙げ、図１、図２、及び図３を参照して説明する。
尚、図１において、慣性センサー１の内部の構成を説明する便宜上、蓋５を取り外した状態を図示している。また、図１、図２、及び図３において、基板２に設けられた電極や配線と、外部端子と、を電気的に接続する配線は、省略している。

また、説明の便宜上、以降の各図には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。また、Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸方向の矢印先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」、Ｚ方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。また、Ｚ方向は、鉛直方向に沿い、ＸＹ平面は、水平面に沿っている。また、本実施形態における第１方向とは、Ｙ方向である。

図１及び図２に示す慣性センサー１は、センサー素子３の鉛直方向であるＺ方向の加速度を検出することができる。このような慣性センサー１は、基板２と、基板２上に配置されたセンサー素子３と、基板２に接合され、センサー素子３を覆う蓋５と、を有する。

基板２は、図１に示すように、Ｘ方向及びＹ方向に広がりを有し、Ｚ方向を厚さとする。また、基板２は、図２に示すように、下面側に窪む凹部２１が形成されている。この凹部２１は、Ｚ方向からの平面視で、センサー素子３を内側に内包し、センサー素子３よりも大きく形成されている。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。また、基板２は、凹部２１の底面である面７からセンサー素子３側に突出している固定部２２と突起２３とを有し、凹部２１の面７に第１検出電極２４、第２検出電極２５、ダミー電極２６、配線２７、配線２８、及び図示しない配線が配置されている。そして、固定部２２の上面にセンサー素子３が接合されている。尚、突起２３は、Ｚ方向からの平面視で、センサー素子３の可動体３０と重なる位置に配置され、可動体３０に過度なシーソー揺動が生じた際に可動体３０と接触することにより、可動体３０のそれ以上のシーソー揺動を規制するストッパーとして機能する。

基板２としては、例えば、Ｎａ⁺等の可動イオンであるアルカリ金属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、テンパックス（登録商標）ガラスのような硼珪酸ガラスで構成されたガラス基板を用いることができる。ただし、基板２としては、特に限定されず、例えば、シリコン基板や石英基板を用いてもよい。

蓋５は、図２に示すように、上面側に窪む凹部５１が形成されている。蓋５は、凹部５１内にセンサー素子３を収納して基板２の上面に接合されている。そして、蓋５及び基板によって、その内側に、センサー素子３を収納する収納空間Ｓが形成されている。収納空間Ｓは、気密空間であり、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入され、使用温度が－４０℃～１２５℃程度で、ほぼ大気圧となっていることが好ましい。ただし、収納空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、減圧状態であってもよいし、加圧状態であってもよい。

蓋５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、これに特に限定されず、例えば、ガラス基板や石英基板を用いてもよい。また、基板２と蓋５との接合方法としては、特に限定されず、基板２や蓋５の材料によって適宜選択すればよく、例えば、陽極接合、プラズマ照射によって活性化させた接合面同士を接合させる活性化接合、ガラスフリット等の接合材による接合、基板２の上面及び蓋５の下面に成膜した金属膜同士を接合する金属共晶接合等を用いることができる。尚、基板２と蓋５との間にセンサー素子３と同層のシリコン基板やシリコン以外の材料の基板等が介在し、接合されていても構わない。

センサー素子３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導電性のシリコン基板をエッチング、特に、深溝エッチング技術であるボッシュ・プロセスによって垂直加工することにより形成される。

センサー素子３は、図１に示すように、固定部２２の上面に接合されている支持部３２と、第１方向であるＹ方向に沿う回転軸Ｊの周りに揺動可能な可動体３０と、回転軸Ｊとして可動体３０を支持する一対の支持梁３３と、を有する。固定部２２と支持部３２とは、例えば、陽極接合されており、支持梁３３は、支持部３２を介して、可動体３０と固定部２２とを接続していることとなる。

可動体３０は、Ｚ方向からの平面視で、Ｘ方向を長手方向とする長方形形状となっている。また、可動体３０は、Ｚ方向からの平面視で、Ｙ方向に沿う回転軸Ｊを間に挟んで配置された第１質量部３６及び第２質量部３７と、第２質量部３７のＹ方向の両端で第２連結部４２によって連結されている第３質量部３８と、を有する。また、第２質量部３７と第３質量部３８との間には、第１質量部３６の面積と第２質量部３７の面積とを等しくするために開口部４４が設けられている。第１質量部３６は、回転軸Ｊに対してＸ方向マイナス側に位置し、第２質量部３７及び第３質量部３８は、回転軸Ｊに対してＸ方向プラス側に位置する。また、第２質量部３７及び第３質量部３８は、第１質量部３６よりもＸ方向に長く、Ｚ方向の加速度Ａｚが加わったときの回転軸Ｊ周りの回転モーメントが第１質量部３６よりも大きい。

この回転モーメントの差によって、加速度Ａｚが加わった際に可動体３０が回転軸Ｊの周りにシーソー揺動する。尚、シーソー揺動とは、第１質量部３６がＺ方向プラス側に変位すると、第２質量部３７がＺ方向マイナス側に変位し、反対に、第１質量部３６がＺ方向マイナス側に変位すると、第２質量部３７がＺ方向プラス側に変位することを意味する。

また、可動体３０は、第１質量部３６と第２質量部３７とが第１連結部４１によって連結され、第１質量部３６と第２質量部３７との間に開口部４３を有する。そして、開口部４３内に支持部３２及び支持梁３３が配置されている。このように、可動体３０の内側に支持部３２及び支持梁３３を配置することにより、センサー素子３の小型化を図ることができる。

また、可動体３０は、その全域に均一に形成されている複数の貫通孔を有する。これにより、粘性によるダンピングを最適にすることができる。即ち、通常の動作に於いて加速度が印加された時に、ダンピング効果により容易にシーソー揺動を収束させることができる。尚、貫通孔は省略してもよいし、その配置や大きさが均一でなくてもよい。

また、可動体３０は、Ｙ方向に並んだ第１連結部４１と支持部３２とが、Ｙ方向に延在する支持梁３３によって接続されている。そのため、支持梁３３を回転軸Ｊとして、可動体３０を回転軸Ｊの周りにシーソー揺動で変位させることができる。

突起２３は、基板２の凹部２１の面７から可動体３０に向かって突出し、可動体３０と重なる位置に配置されている。本実施形態では、４つの突起２３が配置され、第１質量部３６に対向する位置に２つ、第２質量部３７に対向する位置に２つ、それぞれ配置されている。第１質量部３６に対向する突起２３と第２質量部３７に対向する突起２３とは、回転軸Ｊを対称軸として線対称に配置されている。また、第１質量部３６に対向する２つの突起２３及び第２質量部３７に対向する２つの突起２３は、それぞれ、可動体３０をＹ方向に２等分し、Ｘ方向に沿う線を中心線と定義すると、中心線を対称軸として線対称に配置されている。

突起２３の第１質量部３６と対向する接触面９上には、配線２７の一部となる電極が設けられており、突起２３の第２質量部３７と対向する接触面９上には、ダミー電極２６の一部となる電極が設けられている。また、それぞれの突起２３の接触面９に設けられた電極上に可動体３０側に丸みを有する丸み部２９が設けられている。尚、丸み部２９の構成材料としては、各電極２４，２５，２６や配線２７，２８と材質が同じ、例えば、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属である。

丸み部２９は、接触面９の回転軸Ｊから離れた側の端部に配置されている。つまり、第１質量部３６と対向する突起２３に設けられた丸み部２９は、接触面９のＸ方向マイナス側の端部に、第２質量部３７と対向する突起２３に設けられた丸み部２９は、接触面９のＸ方向プラス側の端部に配置されている。そのため、過度なシーソー揺動が生じた際に、可動体３０と丸み部２９との間隔を最短とすることができ、最初に可動体３０と接触させることができる。また、丸み部２９は、接触面９の端部において、可動体３０側に丸みを有しているので、可動体３０との接触面積を小さくすることができ、可動体３０と丸み部２９との接触回数が増えても、スティッキングの発生を低減することができる。更に、可動体３０の面と丸み部２９の丸み面との接触となるため、可動体３０や突起２３の破損を低減することができる。

また、センサー素子３に駆動信号を印加するための固定部２２の上面の電極は、Ｚ方向からの平面視で、支持梁３３と重なる位置に設けられた配線２８及び可動体３０と電気的に接続している。そのため、ダミー電極２６、配線２７、及び配線２８を同電位とすることで、可動体３０と突起２３の電極上に設けられた丸み部２９とが同電位となり、過度なシーソー揺動が生じた際に、可動体３０と丸み部２９とが接触して生じるスティッキングの発生をより低減することができる。

次に、凹部２１の面７に配置された第１検出電極２４、第２検出電極２５、及びダミー電極２６について説明する。
図１及び図３に示すように、Ｚ方向からの平面視で、第１検出電極２４は、第１質量部３６と重なって配置され、第２検出電極２５は、第２質量部３７と重なって配置されている。これら第１検出電極２４及び第２検出電極２５は、加速度Ａｚが加わっていない自然状態で後述する静電容量Ｃａ，Ｃｂが等しくなるように、Ｚ方向からの平面視で、回転軸Ｊに対して略対称に設けられている。

また、ダミー電極２６は、第２検出電極２５よりもＸ方向プラス側に位置し、第３質量部３８と重なって設けられている。このように、凹部２１の面７をダミー電極２６で覆うことにより、基板２中のアルカリ金属イオンの移動に伴う凹部２１の面７の帯電を抑制することができる。そのため、凹部２１の面７と第２質量部３７との間に可動体３０の誤作動に繋がるような意図しない静電引力が生じることを効果的に抑制することができる。そのため、加速度Ａｚをより精度よく検出することのできる慣性センサー１となる。

図示しないが、慣性センサー１の駆動時には、図示しない配線を介してセンサー素子３に駆動電圧が印加され、第１検出電極２４とＱＶアンプとが、第２検出電極２５と別のＱＶアンプとが、それぞれ図示しない配線により接続される。これにより、第１質量部３６と第１検出電極２４との間に静電容量Ｃａが形成され、第２質量部３７と第２検出電極２５との間に静電容量Ｃｂが形成される。加速度Ａｚが加わっていない自然状態では、静電容量Ｃａ，Ｃｂが互いにほぼ等しい。

慣性センサー１に加速度Ａｚが加わると、可動体３０が回転軸Ｊを中心にしてシーソー揺動する。この可動体３０のシーソー揺動により、第１質量部３６と第１検出電極２４とのギャップと、第２質量部３７と第２検出電極２５とのギャップと、が逆相で変化し、これに応じて２つの静電容量Ｃａ，Ｃｂが互いに逆相で変化する。そのため、慣性センサー１は、２つの静電容量Ｃａ，Ｃｂの変化に基づいて加速度Ａｚを検出することができる。

本実施形態の慣性センサー１は、突起２３の接触面９に丸み部２９が設けられているので、過度なシーソー揺動が生じた際に、可動体３０と丸み部２９との接触面積を小さくすることができ、可動体３０と丸み部２９との接触回数が増えても、スティッキングの発生を低減することができる。

また、丸み部２９が金属であるため、突起２３の接触面９上の電極と電気的に接続され、丸み部２９と可動体３０とを同電位とすることができ、過度なシーソー揺動が生じた際に、可動体３０と丸み部２９とが接触して生じるスティッキングの発生をより低減することができる。

次に、本実施形態の慣性センサー１の製造方法について、図４～図８を参照し説明する。
尚、図５～図８では、図２における第２質量部３７に対向する突起２３の断面図を一例として挙げ説明する。

慣性センサー１の製造方法は、図４に示すように、準備工程と、固定部形成工程と、突起形成工程と、電極形成工程と、丸み部形成工程と、センサー素子形成工程と、蓋接合工程と、を含んでいる。

１．１ 準備工程
先ず、ステップＳ１において、基板２となるガラス基板と、センサー素子３となるシリコン基板と、蓋５と、を準備する。尚、蓋５は、シリコン基板に凹部５１をフォトリソグラフィー技法で形成して作成する。

１．２ 固定部形成工程
次に、ステップＳ２において、ラッピングやポリッシュ加工等を施し、所望の厚さとしたガラス基板にフォトリソグラフィー技法で凹部２１を形成することで、保護膜で覆われた固定部２２がエッチングされず、凹部２１内に形成することができる。

１．３ 突起形成工程
次に、ステップＳ３において、凹部２１の面７にフォトリソグラフィー技法で突起２３の保護膜を形成し、凹部２１の底面をエッチングすることで、凹部２１内に突起２３を形成することができる。

１．４ 電極形成工程
次に、ステップＳ４において、フォトリソグラフィー技法で凹部２１の底面となる面７、突起２３の接触面９、及び固定部２２の上面に、図２及び図３に示すように、第１検出電極２４、第２検出電極２５、ダミー電極２６、配線２７、配線２８、及び図示しない配線を形成する。尚、突起２３の接触面９上の電極と、配線２７やダミー電極２６と、は突起２３の側面に形成された電極により電気的に接続されている。また、固定部２２の上面上の電極と、配線２８と、は固定部２２の側面に形成された電極により電気的に接続されている。

１．５ 丸み部形成工程
次に、ステップＳ５において、突起２３の接触面９上にフォトリソグラフィー技法で丸み部２９を形成する。詳細には、図５～図８を参照し説明する。
図５に示すように、ステップＳ４で、突起２３の接触面９上にダミー電極２６の一部となる電極が形成されており、尚、第１質量部３６と対向する突起２３の場合は、突起２３の接触面９上に配線２７の一部となる電極が形成されている。電極が形成された突起２３に、レジスト６１を塗布し、フォトリソグラフィー技法で丸み部パターンのレジスト６１を除去し、図６に示すように、丸み部パターンを形成する。次に、白金（Ｐｔ）等の金属層６２をスパッタ法や蒸着法により、図７に示すように、突起２３を覆うように形成する。その後、レジスト６１とレジスト６１上の金属層６２を除去するリフトオフ法によって、図８に示すように、突起２３の接触面９の電極上に金属層６２の丸み部２９を形成することができる。

１．６ センサー素子形成工程
次に、ステップＳ６において、ステップＳ１で準備したシリコン基板を基板２の固定部２２上に、陽極接合等で接合する。その後、シリコン基板を深溝エッチング技術であるボッシュ・プロセスによって垂直加工することによりセンサー素子３を形成する。

１．７ 蓋接合工程
次に、ステップＳ７において、ステップＳ１で準備した蓋５の凹部５１を基板２に対向させ、蓋５の下面と基板２の上面とを陽極接合やガラスフリット接合によって接合する。
以上によって、突起２３に丸み部２９を有する慣性センサー１が得られる。

本実施形態の慣性センサー１の製造方法は、突起２３を形成する突起形成工程と、突起２３の接触面９に丸み部２９を形成する丸み部形成工程と、を含んでいるため、突起２３の接触面９に丸み部２９を容易に形成することができる。また、丸み部２９をリフトオフ法で形成するので、丸み部２９を形成する際に、基板２の面７に設けられた電極２４，２５，２６や配線２７，２８を保護することができ、信頼性に優れた慣性センサー１を製造することができる。

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る慣性センサー１ａについて、図９～図１１を参照して説明する。尚、図９は、説明する便宜上、蓋５を取り外した状態を図示している。

本実施形態の慣性センサー１ａは、第１実施形態の慣性センサー１に比べ、丸み部２９ａの構成材料と丸み部２９ａを形成する工程とが異なること以外は、第１実施形態の慣性センサー１及び製造方法と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

慣性センサー１ａの基板２ａは、図９～図１１に示すように、突起２３の可動体３０と対向する接触面９上に設けられた電極に、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）等の絶縁膜で形成された丸み部２９ａが設けられている。また、接触面９上に設けられた電極と、丸み部２９ａとの間に、後述する図１６に示すように、電極と丸み部２９ａと密着性を高めるために密着層６３が形成されている。
密着層６３の構成材料としては、例えば、白金（Ｐｔ）と酸化シリコン（ＳｉＯ₂）との密着性を高めることができるチタンタングステン（ＴｉＷ）等である。

また、第１質量部３６と対向する突起２３の接触面９上に設けられた電極は、第１検出電極２４ａの一部であり、第２質量部３７と対向する突起２３の接触面９上に設けられた電極は、第２検出電極２５ａの一部である。そのため、接触面９上に設けられた電極と可動体３０とは、異なる電位であるが、可動体３０と接触する丸み部２９ａが絶縁膜で形成されているため、可動体３０と丸み部２９ａとのスティッキングの発生を低減することができ、第１実施形態の慣性センサー１と同様の効果を得ることができる。

尚、本実施形態では、接触面９上に設けられた電極と可動体３０とが異なる電位であるが、これに限定される必要はなく、可動体３０と接触する丸み部２９ａが絶縁膜で形成されているため、接触面９上に設けられた電極と可動体３０とが同電位であっても構わない。

次に、本実施形態の慣性センサー１ａの製造方法について、図１２～図１６を参照し説明する。尚、図１２～図１６では、図１０における第２質量部３７に対向する突起２３の断面図を一例として挙げ説明する。

本実施形態の慣性センサー１ａの製造方法は、第１実施形態の慣性センサー１の製造方法に比べ、ステップＳ５の丸み部形成工程が異なること以外は、第１実施形態の慣性センサー１の製造方法と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

慣性センサー１ａの丸み部２９ａを形成する前は、図１２に示すように、ステップＳ４の電極形成工程で、突起２３の接触面９上に第２検出電極２５ａが形成されており、尚、第１質量部３６と対向する突起２３の場合は、突起２３の接触面９上に第１検出電極２４ａが形成されている。
慣性センサー１ａの丸み部形成工程は、第２検出電極２５ａが形成された突起２３の接触面９上で丸み部２９ａが配置される位置に、図１３に示すように、リフトオフ法により、チタンタングステン（ＴｉＷ）等の密着層６３を形成する。次に、レジスト６１を塗布し、フォトリソグラフィー技法で丸み部パターンのレジスト６１を除去し、図１４に示すように、丸み部パターンを形成する。その後、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）等の絶縁層６４をスパッタ法により、図１５に示すように、突起２３を覆うように形成する。次に、レジスト６１とレジスト６１上の絶縁層６４を除去するリフトオフ法によって、図１６に示すように、突起２３の接触面９の第２検出電極２５ａ上に密着層６３を介して絶縁層６４の丸み部２９ａを形成する。
本工程において、突起２３の接触面９に密着層６３を形成する工程により、突起２３上に絶縁層６４からなる絶縁膜の丸み部２９ａを形成することができる。

本実施形態の慣性センサー１ａの製造方法は、突起２３の接触面９に密着層６３を形成する工程を含むので、突起２３の接触面９上に設けられた第１検出電極２４ａ及び第２検出電極２５ａに剥離し難い絶縁膜の丸み部２９ａを形成することができる。

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る慣性センサー１ｂについて、図１７を参照して説明する。尚、図１７は、図１中のＡ－Ａ線における断面図に相当する。

本実施形態の慣性センサー１ｂは、第１実施形態の慣性センサー１に比べ、基板２ｂと蓋５ｂとの構造が異なること以外は、第１実施形態の慣性センサー１と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

慣性センサー１ｂの蓋５ｂは、図１７に示すように、蓋５ｂの凹部５１の底面となる面８に可動体３０に向かって突出する突起２３ｂが設けられている。また、突起２３ｂの接触面９ｂ上に金属又は絶縁膜の丸み部２９ｂが設けられている。そのため、可動体３０に過度なシーソー揺動が生じた際に、蓋５ｂに設けられた突起２３ｂと、可動体３０と、が接触することで、第１実施形態の慣性センサー１と同様の効果を得ることができる。

４．第４実施形態
次に、第４実施形態に係る慣性センサー１ｃについて、図１８を参照して説明する。尚、図１８は、図１中のＡ－Ａ線における断面図に相当する。

本実施形態の慣性センサー１ｃは、第１実施形態の慣性センサー１に比べ、基板２ｃとセンサー素子３ｃとの構造が異なること以外は、第１実施形態の慣性センサー１と同様である。尚、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。

慣性センサー１ｃのセンサー素子３ｃは、図１８に示すように、可動体３０ｃに基板２ｃの凹部２１の面７に向かって突出する突起２３ｃが設けられている。また、突起２３ｃの接触面９ｃ上に金属の丸み部２９ｃが設けられている。そのため、可動体３０ｃに過度なシーソー揺動が生じた際に、可動体３０ｃの突起２３ｃに設けられた丸み部２９ｃと、基板２ｃの面７と、が接触することで、第１実施形態の慣性センサー１と同様の効果を得ることができる。

尚、本実施形態では、突起２３ｃが基板２ｃの面７に向かって突出しているが、これに限定されることはなく、突起２３ｃが蓋５の面８に向かって突出していても構わない。
また、可動体３０ｃに過度なシーソー揺動が生じた際に、金属の丸み部２９ｃと接触する基板２ｃの面７に設けられたダミー電極２６や配線２７の一部となる電極が可動体３０ｃと同電位であるが、これに限定されることはなく、丸み部２９ｃを絶縁膜で形成することで、可動体３０ｃに過度なシーソー揺動が生じた際に、丸み部２９ｃと接触する電極を可動体３０ｃと異なる電位としても構わない。

５．第５実施形態
次に、第５実施形態に係る慣性センサー１～１ｃを備えている慣性計測装置２０００について、図１９及び図２０を参照して説明する。尚、以下の説明では、慣性センサー１を適用した構成を例示して説明する。

図１９に示す慣性計測装置２０００（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）は、自動車や、ロボットなどの運動体の姿勢や、挙動などの慣性運動量を検出する装置である。慣性計測装置２０００は、３軸に沿った方向の加速度Ａｘ，Ａｙ，Ａｚを検出する加速度センサーと、３軸周りの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚを検出する角速度センサーと、を備えた、いわゆる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。尚、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。また、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。

アウターケース２１００の外形は、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。

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との接触を防止するための凹部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２０に示すように、基板２３２０の上面には、コネクター２３３０、Ｚ軸周りの角速度を検出す角速度センサー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ユニット２３５０などが実装されている。また、基板２３２０の側面には、Ｘ軸周りの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｘ及びＹ軸周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。

加速度センサーユニット２３５０は、前述したＺ方向の加速度を測定するための慣性センサー１を少なくとも含み、必要に応じて、一軸方向の加速度を検出したり、二軸方向や三軸方向の加速度を検出したりすることができる。尚、角速度センサー２３４０ｘ、２３４０ｙ、２３４０ｚとしては、特に限定されず、例えば、コリオリの力を利用した振動ジャイロ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。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部としての制御ＩＣ２３６０は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、Ａ／Ｄコンバーターなどを内蔵しており、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。尚、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。

このような慣性計測装置２０００は、慣性センサー１を含む加速度センサーユニット２３５０を用いているため、耐衝撃性に優れ、信頼性の高い慣性計測装置２０００が得られる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…慣性センサー、２…基板、３…センサー素子、５…蓋、７，８…面、９…接触面、２１…凹部、２２…固定部、２３…突起、２４…第１検出電極、２５…第２検出電極、２６…ダミー電極、２７，２８…配線、２９…丸み部、３０…可動体、３２…支持部、３３…支持梁、３６…第１質量部、３７…第２質量部、３８…第３質量部、４１…第１連結部、４２…第２連結部、４３，４４…開口部、５１…凹部、６１…レジスト、６２…金属層、６３…密着層、６４…絶縁層、２０００…慣性計測装置、Ｃａ，Ｃｂ…静電容量、Ｊ…回転軸、Ｓ…収納空間。

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板上に配置され、第１方向に沿う回転軸の周りに揺動可能な可動体と、
   前記回転軸として前記可動体を支持する支持梁と、
   前記可動体又は前記可動体に対向する面に設けられ、平面視で、前記可動体と重なり、前記面又は前記可動体に向かって突出する突起と、を備え、
   前記突起の接触面に丸み部が設けられている、
   慣性センサー。
2. 前記丸み部は、金属である、
   請求項１に記載の慣性センサー。
3. 前記丸み部は、前記可動体と同電位である、
   請求項１又は請求項２に記載の慣性センサー。
4. 前記丸み部は、絶縁膜で形成されている、
   請求項１に記載の慣性センサー。
5. 前記突起の前記接触面には、電極が設けられており、
   前記電極は、前記可動体と異なる電位である、
   請求項４に記載の慣性センサー。
6. 前記突起の前記接触面には、電極が設けられており、
   前記電極は、前記可動体と同電位である、
   請求項４に記載の慣性センサー。
7. 前記電極と前記丸み部との間に密着層が形成されている、
   請求項５又は請求項６に記載の慣性センサー。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか一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部と、
   を備えている、
   慣性計測装置。
9. 基板と、
   前記基板上に配置され、第１方向に沿う回転軸の周りに揺動可能な可動体と、
   前記回転軸として前記可動体を支持する支持梁と、
   前記可動体又は前記可動体に対向する面に設けられ、平面視で、前記可動体と重なり、前記面又は前記可動体に向かって突出する突起と、を備え、
   前記突起の接触面に丸み部が設けられている、慣性センサーの製造方法であって、
   前記突起を形成する工程と、
   前記突起の前記接触面に前記丸み部を形成する工程と、を含む、
   慣性センサーの製造方法。
10. 前記丸み部をリフトオフ法で形成する、
    請求項９に記載の慣性センサーの製造方法。
11. 前記突起の前記接触面に密着層を形成する工程、を含む、
    請求項９又は請求項１０に記載の慣性センサーの製造方法。

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