JP2023010144A - Inertial sensor and inertial measurement unit - Google Patents

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Abstract

To provide an inertial sensor and an inertial measurement unit that can release stiction of a movable body.SOLUTION: An inertial sensor 1 comprises: a first stationary electrode 31 and a second stationary electrode 32; a first movable body 51 that has a first movable electrode 52 arranged opposite to the first stationary electrode 31 and the second stationary electrode 32 and is movable with a first spring 54 as the center of rotation; a second movable body 61 that is arranged to be contactable with the first movable body 51, has a second movable electrode 62, and is movable with a second spring 64 as the center of rotation; and a third stationary electrode 33 that is arranged opposite to the second movable electrode 62.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、慣性センサー及び慣性計測装置に関する。 The present invention relates to inertial sensors and inertial measurement devices.

近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造された物理量センサーが開発されている。このような物理量センサーとして、例えば特許文献１には、支持基板と、第１、第２質量部を含む可動体と、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、第１、第２固定電極が設けられている領域に配置され、支持基板から第１、第２質量部に向かって突出する突起と、を備え、加速度を検出する物理量センサーが記載されている。突起を配置することで、過大な加速度が加わった際に、変位する可動体と突起とが接触することで、それ以上の可動体の変位を制限し、可動体の破損を抑制している。 In recent years, physical quantity sensors manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology have been developed. As such a physical quantity sensor, for example, Patent Document 1 discloses a support substrate, a movable body including first and second mass parts, and a first sensor provided on the support substrate and facing the first and second mass parts. , a second fixed electrode, and a protrusion arranged in a region where the first and second fixed electrodes are provided and projecting from the support substrate toward the first and second mass portions, and a physical quantity for detecting acceleration. A sensor is described. By arranging the protrusions, when excessive acceleration is applied, the displaced movable body and the protrusions come into contact with each other, thereby limiting further displacement of the movable body and suppressing breakage of the movable body.

特開２０１９－４５１７２号公報JP 2019-45172 A

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、可動体と突起とが衝突し、可動体が１つの剛体として一定のエネルギーで衝突を繰り返すと、可動体と突起との間で、スティクションと呼ばれる貼り付き現象が生じ、その後に加速度を検出することができなくなる虞があった。 However, in the physical quantity sensor described in Patent Document 1, when the movable body collides with the projection and the movable body repeats the collision with a constant energy as one rigid body, stiction occurs between the movable body and the projection. There is a risk that a so-called sticking phenomenon will occur, after which acceleration cannot be detected.

慣性センサーは、第１固定電極及び第２固定電極と、前記第１固定電極及び前記第２固定電極に対向して配置された第１可動電極を有し、第１ばねを回転中心として可動可能な第１可動体と、前記第１可動体と接触可能に配置されるとともに、第２可動電極を有し、第２ばねを回転中心として可動可能な第２可動体と、前記第２可動電極に対向して配置された第３固定電極と、を備える。 The inertial sensor has a first fixed electrode, a second fixed electrode, and a first movable electrode arranged to face the first fixed electrode and the second fixed electrode, and is movable about a first spring as a center of rotation. a first movable body disposed so as to be in contact with the first movable body, a second movable body having a second movable electrode, the second movable body being movable about a second spring, and the second movable electrode; and a third fixed electrode arranged opposite to the

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、を備える。 An inertial measurement device includes the inertial sensor described above and a control section that performs control based on a detection signal output from the inertial sensor.

第１実施形態に係る慣性センサーの概略構造を示す斜視図。1 is a perspective view showing a schematic structure of an inertial sensor according to a first embodiment; FIG. 図１中のＡ－Ａ線における断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1; センサー部の概略構造を示す平面図。The top view which shows the schematic structure of a sensor part. 図３中のＢ－Ｂ線における断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3; 図３中のＣ－Ｃ線における断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 3; スティクションを解除する方法を説明するための断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a method of releasing stiction; スティクションを解除する方法を説明するための断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a method of releasing stiction; スティクションを解除する方法を説明するための断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a method of releasing stiction; センサー部の製造方法を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. センサー部の製造方法を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing method of a sensor part. 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。The top view which shows the schematic structure of the inertial sensor which concerns on 2nd Embodiment. 図２３中のＥ－Ｅ線における断面図。FIG. 24 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 23; 第３実施形態に係る慣性センサーを備える慣性計測装置の概略構成を示す分解斜視図。FIG. 11 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an inertial measurement device including an inertial sensor according to a third embodiment; 図２５の基板の斜視図。26 is a perspective view of the substrate of FIG. 25; FIG.

１．第１実施形態
１．１．慣性センサー
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及び図２を参照して説明する。 1. First Embodiment 1.1. Inertial Sensor First, an inertial sensor 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2, taking an acceleration sensor that detects vertical acceleration as an example.

尚、説明の便宜上、以降の斜視図、断面図、及び平面図には、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軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿う方向を「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、本明細書では、プラスＺ方向とマイナスＺ方向とを合わせてＺ方向と呼ぶ。 For convenience of explanation, X-axis, Y-axis, and Z-axis are illustrated as three mutually orthogonal axes in the following perspective views, cross-sectional views, and plan views. Also, the direction along the X axis is called the “X direction”, the direction along the Y axis is called the “Y direction”, and the direction along the Z axis is called the “Z direction”. Also, the arrow tip side in each axis direction is called "plus side", the base end side is called "minus side", the Z direction plus side is called "up", and the Z direction minus side is called "down". Also, the Z direction is along the vertical direction, and the XY plane is along the horizontal plane. Also, in this specification, the plus Z direction and the minus Z direction are collectively referred to as the Z direction.

本実施形態に係る慣性センサー１は、Ｚ方向の加速度を検知することのできる加速度センサーとして利用可能である。
慣性センサー１は、図１及び図２に示すように、パッケージ７と、パッケージ７の収容空間ＳＳ１に収容されたセンサー部２０及びＩＣ４０と、を有する。尚、センサー部２０は、センサー部２０の下面２０ｒがパッケージ７の内底面である上面１１ｈに樹脂接着材１８を介して取り付けられている。また、ＩＣ４０は、センサー部２０上、換言すれば、センサー部２０の下面２０ｒとは反対側の面に接着材４１を介して取り付けられている。ＩＣ４０に設けられた電極パット４４，４５は、ボンディングワイヤー４２，４３によりパッケージ７内に設けられた内部端子１９やセンサー部２０に設けられた接続端子２９と電気的に接続されている。 The inertial sensor 1 according to this embodiment can be used as an acceleration sensor capable of detecting acceleration in the Z direction.
The inertial sensor 1 has a package 7 and a sensor section 20 and an IC 40 housed in a housing space SS1 of the package 7, as shown in FIGS. A lower surface 20r of the sensor unit 20 is attached to an upper surface 11h, which is an inner bottom surface of the package 7, with a resin adhesive 18 interposed therebetween. The IC 40 is mounted on the sensor section 20, in other words, on the surface opposite to the lower surface 20r of the sensor section 20 with an adhesive 41 interposed therebetween. Electrode pads 44 and 45 provided on the IC 40 are electrically connected to internal terminals 19 provided in the package 7 and connection terminals 29 provided in the sensor section 20 by bonding wires 42 and 43 .

パッケージ７は、図１及び図２に示すように、センサー部２０とＩＣ４０とを収容する容器である。パッケージ７は、Ｚ方向からの平面視で、外縁が四角形状であり、第１基材１１、第２基材１２、第３基材１３、及び封止部材１４で構成されるベース部１０と、封止部材１４を介して第３基材１３に接合されている導電性を有する蓋体１５と、を含み構成される。なお、第１基材１１、第２基材１２、第３基材１３、及び封止部材１４は、この順で積層されてベース部１０が構成される。 The package 7 is a container that accommodates the sensor section 20 and the IC 40, as shown in FIGS. The package 7 has a rectangular outer edge when viewed from the Z direction, and includes a base portion 10 composed of a first substrate 11, a second substrate 12, a third substrate 13, and a sealing member 14. , and a conductive lid body 15 joined to the third base material 13 via the sealing member 14 . The first base material 11, the second base material 12, the third base material 13, and the sealing member 14 are laminated in this order to form the base portion 10. As shown in FIG.

第１基材１１は、平板状であり、第２基材１２及び第３基材１３は、中央部が除去された環状の基板であり、第３基材１３の上面の周縁にシールリングや導電性の低融点ガラス等の封止部材１４が形成されている。また、第１基材１１、第２基材１２、及び第３基材１３によって、センサー部２０とＩＣ４０とが収容される収容空間ＳＳ１が構成され、パッケージ７の収容空間ＳＳ１は、大気圧よりも低い減圧雰囲気、または窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性気体雰囲気に気密封止されている。 The first base material 11 has a flat plate shape, and the second base material 12 and the third base material 13 are annular base materials from which the central portion is removed. A sealing member 14 such as conductive low-melting glass is formed. The first base material 11, the second base material 12, and the third base material 13 form an accommodation space SS1 in which the sensor unit 20 and the IC 40 are accommodated. It is hermetically sealed in a low pressure atmosphere or in an inert gas atmosphere such as nitrogen, argon, or helium.

第２基材１２の上面には、複数の内部端子１９が配置されており、パッケージ７の下面となる第１基材１１の下面１１ｒには、複数の外部端子１６が配置されている。また、各内部端子１９は、ベース部１０に形成された図示しない内部配線及び第１基材１１や第２基材１２を貫通する図示しない貫通配線等を介して対応する外部端子１６と電気的に接続されている。また、蓋体１５は、第１基材１１、第２基材１２、及び第３基材１３を貫通する図示しない貫通配線等を介してグランド電極となる外部端子１６と電気的に接続されている。 A plurality of internal terminals 19 are arranged on the upper surface of the second base material 12 , and a plurality of external terminals 16 are arranged on the lower surface 11 r of the first base material 11 which is the lower surface of the package 7 . Each internal terminal 19 is electrically connected to the corresponding external terminal 16 via internal wiring (not shown) formed in the base portion 10 and through wiring (not shown) passing through the first base material 11 and the second base material 12. It is connected to the. Further, the lid body 15 is electrically connected to an external terminal 16 serving as a ground electrode via through wires (not shown) penetrating through the first base material 11, the second base material 12, and the third base material 13. there is

第１基材１１、第２基材１２、及び第３基材１３の構成材料には、セラミック等が好適に用いられる。なお、第１基材１１、第２基材１２、及び第３基材１３の構成材料は、セラミック以外に、ガラス、樹脂、金属等を用いてもよい。また、蓋体１５の構成材料には、導電性を有するものであれば良く、例えば、コバール等の金属材料やガラス材料、シリコン材料、セラミック材料等に金属をメタライズしたものを用いることができる。 A ceramic or the like is preferably used as a constituent material of the first base material 11 , the second base material 12 , and the third base material 13 . The constituent materials of the first base material 11, the second base material 12, and the third base material 13 may be glass, resin, metal, etc., in addition to ceramics. Also, the material of the lid body 15 may be any material as long as it has conductivity. For example, metal materials such as Kovar, glass materials, silicon materials, ceramic materials, and the like, which are metallized with metal, can be used.

外部端子１６及び内部端子１９は、例えばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属配線材料を、所定の位置にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等のめっきを施す方法等によって形成することができる。 The external terminals 16 and the internal terminals 19 are formed by screen-printing a metal wiring material such as tungsten (W) or molybdenum (Mo) at a predetermined position and baking it, and then coating nickel (Ni), gold (Au) or the like on the metal wiring material. It can be formed by a method such as plating.

次に、パッケージ７内に収容されたセンサー部２０について、図３、図４、及び図５を参照して説明する。
尚、説明の便宜上、図３では、蓋体２２の図示を省略している。また、図３、図４、及び図５では、接続端子２９と可動体５１，６１，７１及び固定電極３１，３２，３３，３４とを電気的に接続する配線の図示を省略している。 Next, the sensor section 20 housed in the package 7 will be described with reference to FIGS. 3, 4 and 5. FIG.
For convenience of explanation, illustration of the lid body 22 is omitted in FIG. 3, 4 and 5 omit the wiring for electrically connecting the connection terminals 29 to the movable bodies 51, 61 and 71 and the fixed electrodes 31, 32, 33 and 34. FIG.

センサー部２０は、基板２１と、基板２１上に配置された第１可動体５１、第２可動体６１、及び第３可動体７１と、第１可動体５１、第２可動体６１、及び第３可動体７１を覆う蓋体２２と、を有する。 The sensor unit 20 includes a substrate 21, a first movable body 51, a second movable body 61, and a third movable body 71 arranged on the substrate 21, and a first movable body 51, a second movable body 61, and a third movable body 71. and a lid body 22 that covers the movable body 71 .

基板２１は、図３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。基板２１は、図４及び図５に示すように、基板２１の上面２１ｈに絶縁層２１ｇを介して、第１固定電極３１、第２固定電極３２、第３固定電極３３、第４固定電極３４、及び接続端子２９が形成されている。尚、第１固定電極３１、第２固定電極３２、第３固定電極３３、及び第４固定電極３４は、平面形状が矩形であり、蓋体２２で覆われる領域に形成されている。また、第１固定電極３１、第２固定電極３２、第３固定電極３３、及び第４固定電極３４は、夫々、図示しない配線を介して、接続端子２９と電気的に接続されており、接続端子２９側から第３固定電極３３、第１固定電極３１、第２固定電極３２、第４固定電極３４の順に配置されている。 As shown in FIG. 3, the substrate 21 extends in the X and Y directions and has a thickness in the Z direction. As shown in FIGS. 4 and 5, the substrate 21 has a first fixed electrode 31, a second fixed electrode 32, a third fixed electrode 33, and a fourth fixed electrode 34 on an upper surface 21h of the substrate 21 via an insulating layer 21g. , and connection terminals 29 are formed. The first fixed electrode 31 , the second fixed electrode 32 , the third fixed electrode 33 , and the fourth fixed electrode 34 have a rectangular planar shape and are formed in a region covered with the lid 22 . Also, the first fixed electrode 31, the second fixed electrode 32, the third fixed electrode 33, and the fourth fixed electrode 34 are electrically connected to the connection terminal 29 via wiring (not shown). The third fixed electrode 33, the first fixed electrode 31, the second fixed electrode 32, and the fourth fixed electrode 34 are arranged in this order from the terminal 29 side.

第１固定電極３１と第２固定電極３２とは、略等しい面積を有する。また、第１固定電極３１と第２固定電極３２とは、図示しない外部装置のＱＶアンプにそれぞれ接続され、その静電容量差を差動検出方式により電気信号として検出する。従って、第１固定電極３１と第２固定電極３２とは、等しい面積であることが望ましい。 The first fixed electrode 31 and the second fixed electrode 32 have approximately the same area. The first fixed electrode 31 and the second fixed electrode 32 are each connected to a QV amplifier of an external device (not shown), and the capacitance difference is detected as an electric signal by a differential detection method. Therefore, it is desirable that the first fixed electrode 31 and the second fixed electrode 32 have the same area.

基板２１の構成材料には、シリコン基板を用いることができる。但し、基板２１としては、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。 A silicon substrate can be used as the constituent material of the substrate 21 . However, the substrate 21 is not particularly limited, and for example, a glass substrate or a quartz substrate may be used.

また、固定電極３１，３２，３３，３４や接続端子２９の構成材料には、ポリシリコンを用いることができ、絶縁層２１ｇの構成材料には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）を用いることができる。 Polysilicon can be used as the material for the fixed electrodes 31, 32, 33, 34 and the connection terminal 29, and a silicon oxide film (SiO 2 ) can be used as the material for the insulating layer 21g. .

第１可動体５１は、図３に示すように、Ｘ方向を長辺とする長方形状をなし、Ｚ方向を厚さとする。第１可動体５１は、第１可動電極５２、支持部５３、第１ばね５４、及び連結部５５を有する。支持部５３は、第１可動体５１の中央の開口部５６内に配置され、第１ばね５４が連結されている。第１ばね５４は、支持部５３からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側に延出している。第１可動電極５２は、第１ばね５４のＸ方向マイナス側及びＸ方向プラス側に配置される。支持部５３のＸ方向マイナス側の第１可動電極５２と支持部５３のＸ方向プラス側の第１可動電極５２とは、第１ばね５４側の第１可動電極５２のＹ方向両端において連結部５５により連結されている。また、連結部５５は、Ｘ方向の略中央で支持部５３からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側に延出する第１ばね５４と連結している。第１ばね５４は、Ｘ方向の略中央で支持部５３からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側に延出している。 As shown in FIG. 3, the first movable body 51 has a rectangular shape with a long side in the X direction and a thickness in the Z direction. The first movable body 51 has a first movable electrode 52 , a support portion 53 , a first spring 54 and a connecting portion 55 . The support portion 53 is arranged in the central opening portion 56 of the first movable body 51 and is connected to the first spring 54 . The first spring 54 extends from the support portion 53 to the positive side in the Y direction and the negative side in the Y direction. The first movable electrode 52 is arranged on the negative side in the X direction and the positive side in the X direction of the first spring 54 . The first movable electrode 52 on the negative side in the X direction of the support portion 53 and the first movable electrode 52 on the positive side in the X direction of the support portion 53 are connected to each other at both ends in the Y direction of the first movable electrode 52 on the first spring 54 side. 55. In addition, the connecting portion 55 is connected to the first spring 54 extending from the support portion 53 substantially in the center in the X direction to the positive side in the Y direction and the negative side in the Y direction. The first spring 54 extends from the supporting portion 53 at the substantially center in the X direction to the positive side in the Y direction and the negative side in the Y direction.

支持部５３は、図４に示すように、第１可動体５１の中央に配置され、第１可動電極５２等に比べ厚さが厚い。第１可動体５１は、支持部５３を基板２１の上面２１ｈに絶縁層２１ｇを介して接合することで、基板２１に設けられた第１固定電極３１及び第２固定電極３２に対向して、第１固定電極３１及び第２固定電極３２と所望の間隔を隔てて第１可動電極５２を配置することが可能となる。 As shown in FIG. 4, the support portion 53 is arranged in the center of the first movable body 51 and is thicker than the first movable electrode 52 and the like. The first movable body 51 faces the first fixed electrode 31 and the second fixed electrode 32 provided on the substrate 21 by joining the support portion 53 to the upper surface 21h of the substrate 21 via the insulating layer 21g, It is possible to dispose the first movable electrode 52 with a desired spacing from the first fixed electrode 31 and the second fixed electrode 32 .

支持部５３が基板２１に固定されることで、第１ばね５４を回転中心として、第１可動体５１が可動可能となる。そのため、Ｚ方向に沿った加速度が作用すると、第１可動体５１は、第１ばね５４を揺動軸Ｐ１として、第１ばね５４を捩り変形させながら、揺動軸Ｐ１まわりに揺動する。換言すれば、揺動軸Ｐ１を中心軸として、第１可動体５１が支持部５３に対して、シーソー揺動可能に構成されている。 By fixing the supporting portion 53 to the substrate 21 , the first movable body 51 can be moved around the first spring 54 . Therefore, when acceleration along the Z direction acts, the first movable body 51 pivots about the pivot axis P1 while torsionally deforming the first spring 54 as the pivot axis P1. In other words, the first movable body 51 is configured to be seesaw swingable with respect to the support portion 53 with the swing axis P1 as the central axis.

揺動軸Ｐ１に対してＸ方向マイナス側に位置する第１可動電極５２は、第１可動電極５２の略中央に基板２１側に窪む凹部５７が形成されている。そのため、揺動軸Ｐ１に対してＸ方向のマイナス側に位置する第１可動電極５２は、揺動軸Ｐ１に対してＸ方向プラス側に位置する第１可動電極５２よりも質量が小さくなることから、加速度が加わったときの回転モーメントがＸ方向のプラス側に位置する第１可動電極５２よりも小さい。この回転モーメントの差によって、Ｚ方向の加速度が加わると、第１可動電極５２が揺動軸Ｐ１まわりにシーソー揺動する。尚、シーソー揺動とは、Ｘ方向プラス側の第１可動電極５２がプラスＺ方向に変位すると、Ｘ方向マイナス側の第１可動電極５２がマイナスＺ方向に変位し、反対に、Ｘ方向プラス側の第１可動電極５２がマイナスＺ方向に変位すると、Ｘ方向マイナス側の第１可動電極５２がプラスＺ方向に変位することを意味する。 The first movable electrode 52 located on the negative side in the X direction with respect to the swing axis P1 has a concave portion 57 recessed toward the substrate 21 at substantially the center of the first movable electrode 52 . Therefore, the first movable electrode 52 positioned on the negative side in the X direction with respect to the swing axis P1 has a smaller mass than the first movable electrode 52 positioned on the positive side in the X direction with respect to the swing axis P1. Therefore, the rotational moment when acceleration is applied is smaller than that of the first movable electrode 52 located on the positive side in the X direction. When acceleration in the Z direction is applied due to this difference in rotational moment, the first movable electrode 52 rocks around the rocking axis P1 in a seesaw motion. The seesaw oscillation means that when the first movable electrode 52 on the positive side in the X direction is displaced in the positive Z direction, the first movable electrode 52 on the negative side in the X direction is displaced in the negative Z direction. This means that when the first movable electrode 52 on the X side is displaced in the minus Z direction, the first movable electrode 52 on the minus side in the X direction is displaced in the plus Z direction.

センサー部２０の駆動時、第１可動電極５２に駆動信号が印加されることにより、Ｘ方向マイナス側の第１可動電極５２と第１固定電極３１との間に静電容量Ｃ１が形成される。同様に、Ｘ方向プラス側の第１可動電極５２と第２固定電極３２との間に静電容量Ｃ２が形成される。加速度が加わっていない自然状態では、静電容量Ｃ１，Ｃ２が互いに略等しい。 When the sensor unit 20 is driven, a driving signal is applied to the first movable electrode 52, whereby a capacitance C1 is formed between the first movable electrode 52 on the negative side in the X direction and the first fixed electrode 31. . Similarly, a capacitance C2 is formed between the first movable electrode 52 on the plus side in the X direction and the second fixed electrode 32 . In the natural state where no acceleration is applied, the capacitances C1 and C2 are approximately equal to each other.

センサー部２０にＺ方向の加速度が加わると、第１可動体５１が揺動軸Ｐ１を中心にしてシーソー揺動する。この第１可動体５１のシーソー揺動により、Ｘ方向マイナス側の第１可動電極５２と第１固定電極３１との間隔と、Ｘ方向プラス側の第１可動電極５２と第２固定電極３２との間隔と、が逆相で変化し、これに応じて静電容量Ｃ１，Ｃ２が互いに逆相で変化する。そのため、センサー部２０は、静電容量Ｃ１，Ｃ２の容量値の差に基づいてＺ方向の加速度を検出することができる。 When acceleration in the Z direction is applied to the sensor section 20, the first movable body 51 rocks seesaw about the rocking axis P1. Due to this seesaw swing of the first movable body 51, the distance between the first movable electrode 52 and the first fixed electrode 31 on the negative side in the X direction and the first movable electrode 52 and the second fixed electrode 32 on the positive side in the X direction and , change in opposite phases, and accordingly the capacitances C1 and C2 change in opposite phases to each other. Therefore, the sensor unit 20 can detect the acceleration in the Z direction based on the difference between the capacitance values of the capacitances C1 and C2.

第２可動体６１は、図３に示すように、第１可動体５１のＸ方向マイナス側に配置されている。第２可動体６１は、第２可動電極６２、支持部６３、第２ばね６４、及び延出部６６を有する。支持部６３は、第２可動体６１の略中央の開口部６５内に配置され、第２ばね６４が連結されている。第２ばね６４は支持部６３からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側に延出している。第２可動電極６２は、支持部６３のＸ方向マイナス側に配置され、支持部６３のＸ方向プラス側の第２可動体６１と共に第２ばね６４に連結されている。 The second movable body 61 is arranged on the negative side of the first movable body 51 in the X direction, as shown in FIG. The second movable body 61 has a second movable electrode 62 , a support portion 63 , a second spring 64 and an extension portion 66 . The support portion 63 is arranged in an opening portion 65 substantially in the center of the second movable body 61 and connected to the second spring 64 . The second spring 64 extends from the support portion 63 to the positive side in the Y direction and the negative side in the Y direction. The second movable electrode 62 is arranged on the negative side of the support portion 63 in the X direction, and is connected to the second spring 64 together with the second movable body 61 on the positive side of the support portion 63 in the X direction.

支持部６３は、図４に示すように、第２可動体６１の略中央に配置され、第２可動電極６２等に比べ厚さが厚い。第２可動体６１は、支持部６３を基板２１の上面２１ｈに絶縁層２１ｇを介して接合することで、基板２１に設けられた第３固定電極３３に対向して、所望の間隔を隔てて第２可動電極６２を配置することが可能となる。尚、第２可動電極６２は、Ｚ方向からの平面視で、第３固定電極３３と重なる位置に配置されている。つまり、第２可動電極６２に対向して第３固定電極３３が配置されている。 As shown in FIG. 4, the support portion 63 is arranged substantially in the center of the second movable body 61 and is thicker than the second movable electrode 62 and the like. By joining the support portion 63 to the upper surface 21h of the substrate 21 via the insulating layer 21g, the second movable body 61 faces the third fixed electrode 33 provided on the substrate 21 with a desired distance therebetween. It becomes possible to dispose the second movable electrode 62 . The second movable electrode 62 is arranged at a position overlapping the third fixed electrode 33 in a plan view from the Z direction. That is, the third fixed electrode 33 is arranged facing the second movable electrode 62 .

支持部６３が基板２１に固定されることで、第２ばね６４を回転中心として、第２可動体６１が可動可能となる。そのため、第２可動体６１は、第２ばね６４を揺動軸Ｐ２として、第２ばね６４を捩り変形させながら、揺動軸Ｐ２まわりに揺動する。 By fixing the support portion 63 to the substrate 21 , the second movable body 61 becomes movable around the second spring 64 as the center of rotation. Therefore, the second movable body 61 pivots about the pivot axis P2 while torsionally deforming the second spring 64 as the pivot axis P2.

第２ばね６４のＸ方向プラス側の第２可動体６１には、第１可動体５１の第１ばね５４側に延出する延出部６６が設けられており、第１可動体５１と接触可能に配置されている。つまり、Ｚ方向からの平面視で、第２可動体６１の延出部６６の一部が第１可動体５１と重なる位置に配置されている。そのため、プラスＺ方向の過度な加速度が加わった場合、シーソー揺動した第１可動体５１と第２可動体６１の延出部６６とが接触することにより第１可動体５１のそれ以上の変位を規制することができる。 The second movable body 61 on the X-direction positive side of the second spring 64 is provided with an extension part 66 that extends toward the first spring 54 side of the first movable body 51 and contacts the first movable body 51 . placed as possible. That is, a part of the extending portion 66 of the second movable body 61 overlaps the first movable body 51 in plan view from the Z direction. Therefore, when excessive acceleration in the +Z direction is applied, the seesaw-swinging first movable body 51 and the extending portion 66 of the second movable body 61 come into contact with each other, causing further displacement of the first movable body 51. can be regulated.

また、第２可動体６１の第２ばね６４のＸ方向の長さである幅Ｗ２は、第１可動体５１の第１ばね５４の幅Ｗ１より細い、所謂、第２ばね６４の捩じり剛性は、第１ばね５４の捩じり剛性より小さい。そのため、第２可動体６１は、第１可動体５１より可動し易くなり、第１可動体５１と第２可動体６１の延出部６６とが接触した際の衝撃を緩和することができる。 Further, the width W2, which is the length in the X direction of the second spring 64 of the second movable body 61, is narrower than the width W1 of the first spring 54 of the first movable body 51, that is, the torsion of the second spring 64 The stiffness is less than the torsional stiffness of the first spring 54 . Therefore, the second movable body 61 can be moved more easily than the first movable body 51, and the impact when the first movable body 51 and the extending portion 66 of the second movable body 61 come into contact can be alleviated.

第３可動体７１は、図３に示すように、第１可動体５１のＸ方向プラス側に配置されている。従って、第２可動体６１と第３可動体７１とは、第１ばね５４を挟み第１ばね５４の両側に配置されている。第３可動体７１は、第３可動電極７２、支持部７３、第３ばね７４、及び延出部７６を有する。支持部７３は、第３可動体７１の略中央の開口部７５内に配置され、支持部７３からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側に延出する第３ばね７４が連結されている。第３可動電極７２は、支持部７３のＸ方向プラス側に配置され、支持部７３のＸ方向マイナス側の第３可動体７１と共に第３ばね７４に連結されている。 The third movable body 71 is arranged on the positive side of the first movable body 51 in the X direction, as shown in FIG. Therefore, the second movable body 61 and the third movable body 71 are arranged on both sides of the first spring 54 with the first spring 54 interposed therebetween. The third movable body 71 has a third movable electrode 72 , a support portion 73 , a third spring 74 and an extension portion 76 . The support portion 73 is arranged in an opening portion 75 substantially in the center of the third movable body 71, and is connected to a third spring 74 extending from the support portion 73 to the positive side in the Y direction and the negative side in the Y direction. The third movable electrode 72 is arranged on the positive side of the support portion 73 in the X direction, and is connected to the third spring 74 together with the third movable body 71 on the negative side of the support portion 73 in the X direction.

支持部７３は、図４に示すように、第３可動体７１の略中央に配置され、第３可動電極７２等に比べ厚さが厚い。第３可動体７１は、支持部７３を基板２１の上面２１ｈに絶縁層２１ｇを介して接合することで、基板２１に設けられた第４固定電極３４に対向して、所望の間隔を隔てて第３可動電極７２を配置することが可能となる。尚、第３可動電極７２は、Ｚ方向からの平面視で、第４固定電極３４と重なる位置に配置されている。つまり、第３可動電極７２に対向して第４固定電極３４が配置されている。 As shown in FIG. 4, the support portion 73 is arranged substantially in the center of the third movable body 71 and is thicker than the third movable electrode 72 and the like. By joining the support portion 73 to the upper surface 21h of the substrate 21 via the insulating layer 21g, the third movable body 71 faces the fourth fixed electrode 34 provided on the substrate 21 with a desired distance therebetween. It becomes possible to dispose the third movable electrode 72 . Note that the third movable electrode 72 is arranged at a position overlapping the fourth fixed electrode 34 in plan view from the Z direction. That is, the fourth fixed electrode 34 is arranged facing the third movable electrode 72 .

支持部７３が基板２１に固定されることで、第３ばね７４を回転中心として、第３可動体７１が可動可能となる。そのため、第３可動体７１は、第３ばね７４を揺動軸Ｐ３として、第３ばね７４を捩り変形させながら、揺動軸Ｐ３まわりに揺動する。 By fixing the support portion 73 to the substrate 21 , the third movable body 71 can move about the third spring 74 as the center of rotation. Therefore, the third movable body 71 swings about the swing axis P3 while torsionally deforming the third spring 74 as the swing axis P3.

第３ばね７４のＸ方向マイナス側の第３可動体７１には、第１可動体５１の第１ばね５４側に延出する延出部７６が設けられており、第１可動体５１と接触可能に配置されている。つまり、Ｚ方向からの平面視で、第３可動体７１の延出部７６の一部が第１可動体５１と重なる位置に配置されている。そのため、マイナスＺ方向の過度な加速度が加わった場合、シーソー揺動した第１可動体５１と第３可動体７１の延出部７６とが接触することにより第１可動体５１のそれ以上の変位を規制することができる。 The third movable body 71 on the negative side of the third spring 74 in the X direction is provided with an extension portion 76 that extends toward the first spring 54 side of the first movable body 51 and contacts the first movable body 51 . placed as possible. That is, a part of the extending portion 76 of the third movable body 71 overlaps the first movable body 51 in plan view from the Z direction. Therefore, when excessive acceleration in the negative Z direction is applied, the seesaw-swinging first movable body 51 comes into contact with the extending portion 76 of the third movable body 71, causing further displacement of the first movable body 51. can be regulated.

また、第３可動体７１の第３ばね７４の幅Ｗ３は、第１可動体５１の第１ばね５４の幅Ｗ１より細い、所謂、第３ばね７４の捩じり剛性は、第１ばね５４の捩じり剛性より小さい。そのため、第３可動体７１は、第１可動体５１より可動し易くなり、第１可動体５１と第３可動体７１の延出部７６とが接触した際の衝撃を緩和することができる。 The width W3 of the third spring 74 of the third movable body 71 is narrower than the width W1 of the first spring 54 of the first movable body 51. less than the torsional stiffness of Therefore, the third movable body 71 can be moved more easily than the first movable body 51, and the impact when the first movable body 51 and the extending portion 76 of the third movable body 71 come into contact can be reduced.

第２可動体６１の延出部６６と第３可動体７１の延出部７６とは、第１可動体５１の過度な変位を規制するストッパーとして機能しているが、第１可動体５１と延出部６６，７６とが衝突し、第１可動体５１が１つの剛体として一定のエネルギーで衝突を繰り返すと、第１可動体５１と延出部６６，７６との間で、スティクションと呼ばれる貼り付き現象が生じる。しかし、本実施形態のセンサー部２０は、第１可動体５１と延出部６６，７６との間に生じたスティクションを解除することが可能である。 The extending portion 66 of the second movable body 61 and the extending portion 76 of the third movable body 71 function as stoppers that restrict excessive displacement of the first movable body 51 . When the extensions 66 and 76 collide with each other and the first movable body 51 repeats collisions as one rigid body with constant energy, stiction occurs between the first movable body 51 and the extensions 66 and 76. A so-called sticking phenomenon occurs. However, the sensor section 20 of this embodiment can release the stiction generated between the first movable body 51 and the extensions 66 and 76 .

次に、スティクションが生じた場合の解除方法について、図６、図７、及び図８を参照して説明する。
図６に示すように、第１可動体５１と延出部６６との衝突が繰り返されたことにより、矢印Ｄが示す第１可動体５１と延出部６６とがスティクションした場合、第２可動電極６２と第３固定電極３３とに電圧を印加する。電圧を印加することで、図７に示すように、第２可動体６１を揺動軸Ｐ２反時計回りに可動させ、スティクションを解除することができる。その後、電圧の印加を停止することで、図８に示すように、第１可動体５１と第２可動体６１とは、基板２１と平行となり、加速度を検出できる状態となる。
尚、本実施形態では、第１可動体５１の両側に第２可動体６１と第３可動体７１とを配置しているが、これに限定されず、どちらか一方のみの配置でも構わないし、ストッパーを有する可動体は、３個以上であっても構わない。 Next, a method of canceling stiction will be described with reference to FIGS. 6, 7, and 8. FIG.
As shown in FIG. 6, when the first movable body 51 and the extension portion 66 are stictioned as indicated by an arrow D due to repeated collisions between the first movable body 51 and the extension portion 66, the second A voltage is applied to the movable electrode 62 and the third fixed electrode 33 . By applying a voltage, as shown in FIG. 7, the second movable body 61 can be moved counterclockwise about the swing axis P2, and the stiction can be released. After that, by stopping the voltage application, the first movable body 51 and the second movable body 61 become parallel to the substrate 21 as shown in FIG. 8, and the acceleration can be detected.
In the present embodiment, the second movable body 61 and the third movable body 71 are arranged on both sides of the first movable body 51, but the present invention is not limited to this, and only one of them may be arranged. The number of movable bodies having stoppers may be three or more.

可動体５１，６１，７１には、上下の平面を貫通する複数の貫通孔５８が設けられている。貫通孔５８を設けることで、可動体５１，６１，７１がＺ方向に変位する際に生じる空気抵抗を低減することができる。 The movable bodies 51, 61, and 71 are provided with a plurality of through holes 58 passing through the upper and lower planes. By providing the through holes 58, the air resistance generated when the movable bodies 51, 61, 71 are displaced in the Z direction can be reduced.

また、可動体５１，６１，７１は、積層されたポリシリコンをエッチング、特に、深堀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。 Also, the movable bodies 51, 61, 71 are formed by etching the laminated polysilicon, in particular, vertical processing by the Bosch process, which is a deep etching technique.

蓋体２２は、図４及び図５に示すように、蓋体２２の基板２１側の面から上方に窪む凹部２３が形成されている。蓋体２２は、凹部２３内に可動体５１，６１，７１と固定電極３１，３２，３３，３４とを収容し、基板２１の上面２１ｈにガラスフリット等の接合部材２７を介して接合されている。そして、蓋体２２及び基板２１によって、その内側に、可動体５１，６１，７１と固定電極３１，３２，３３，３４とを収容する収容空間ＳＳ２が形成されている。 As shown in FIGS. 4 and 5, the lid 22 is formed with a concave portion 23 that is recessed upward from the surface of the lid 22 on the substrate 21 side. The lid 22 accommodates the movable bodies 51, 61, 71 and the fixed electrodes 31, 32, 33, 34 in the recess 23, and is bonded to the upper surface 21h of the substrate 21 via a bonding member 27 such as glass frit. there is A housing space SS2 for housing the movable bodies 51, 61, 71 and the fixed electrodes 31, 32, 33, 34 is formed inside the lid 22 and the substrate 21. As shown in FIG.

蓋体２２には、上面２２ｈと凹部２３の内底面２２ｒとを厚み方向に連通する貫通孔２４が設けられている。貫通孔２４の側面に金属層２５が設けられており、貫通孔２４は、金属層２５と接する封止部材２６によって塞がれ封止されている。尚、金属層２５は、貫通孔２４と封止部材２６との密着性を高めるために設けられている。 The cover 22 is provided with a through hole 24 that communicates the upper surface 22h and the inner bottom surface 22r of the recess 23 in the thickness direction. A metal layer 25 is provided on the side surface of the through-hole 24 , and the through-hole 24 is closed and sealed by a sealing member 26 in contact with the metal layer 25 . Incidentally, the metal layer 25 is provided to enhance the adhesion between the through hole 24 and the sealing member 26 .

貫通孔２４を封止部材２６によって塞がれた収容空間ＳＳ２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、収容空間ＳＳ２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。 The housing space SS2, in which the through-hole 24 is closed by the sealing member 26, is an airtight space filled with an inert gas such as nitrogen, helium, or argon. Atmospheric pressure is preferred. However, the atmosphere of the accommodation space SS2 is not particularly limited, and may be, for example, a decompressed state or a pressurized state.

蓋体２２の構成材料には、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２１と蓋体２２との接合方法としては、ガラスフリット等の接合部材２７による接合方法に限定されず、基板２１や蓋体２２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や基板２１の上面２１ｈ及び蓋体２２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。 A silicon substrate can be used as a constituent material of the lid 22 . However, it is not particularly limited to this, and for example, a glass substrate or a quartz substrate may be used. Also, the method of bonding the substrate 21 and the lid 22 is not limited to the bonding method using the bonding member 27 such as glass frit, and may be appropriately selected depending on the materials of the substrate 21 and the lid 22. For example, anodic bonding, Activation bonding for bonding bonding surfaces activated by plasma irradiation, metal eutectic bonding for bonding metal films formed on the upper surface 21h of the substrate 21 and the lower surface of the lid 22, and the like can be used.

ＩＣ４０は、図２に示すように、センサー部２０の上面に接着材４１を介して取り付けられている。尚、接着材４１としては、センサー部２０上にＩＣ４０を固定することができれば、特に限定されず、例えば、半田、銀ペースト、樹脂系接着材等を用いることができる。 The IC 40 is attached to the upper surface of the sensor section 20 via an adhesive 41, as shown in FIG. The adhesive 41 is not particularly limited as long as it can fix the IC 40 on the sensor section 20, and for example, solder, silver paste, resin-based adhesive, or the like can be used.

ＩＣ４０は、センサー部２０を駆動する駆動回路や、センサー部２０からの信号に基づいてＺ方向の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を含む。また、ＩＣ４０は、上面に配置した複数の電極パッド４４，４５を有し、電極パッド４４がボンディングワイヤー４２を介してパッケージ７内の内部端子１９と電気的に接続され、電極パッド４５がボンディングワイヤー４３を介してセンサー部２０の接続端子２９と電気的に接続されている。これにより、センサー部２０が検知した加速度信号を外部に出力し、且つセンサー部２０を制御することができる。 The IC 40 includes a drive circuit that drives the sensor section 20, a detection circuit that detects acceleration in the Z direction based on a signal from the sensor section 20, and an output circuit that converts the signal from the detection circuit into a predetermined signal and outputs the signal. etc. The IC 40 also has a plurality of electrode pads 44 and 45 arranged on the upper surface, the electrode pads 44 are electrically connected to the internal terminals 19 in the package 7 via bonding wires 42, and the electrode pads 45 are connected to the bonding wires. It is electrically connected to the connection terminal 29 of the sensor section 20 via 43 . Thereby, the acceleration signal detected by the sensor section 20 can be output to the outside and the sensor section 20 can be controlled.

本実施形態の慣性センサー１は、第２可動電極６２に対向して第３固定電極３３が配置されているので、第１可動体５１と第２可動体６１とがスティクションした場合、第２可動電極６２と第３固定電極３３とに電圧を印加することで、スティクションを解除することができ、その後も加速度を検知することができる。また、第３可動電極７２に対向して第４固定電極３４が配置されているので、第１可動体５１と第３可動体７１とがスティクションした場合、第３可動電極７２と第４固定電極３４とに電圧を印加することで、スティクションを解除することができ、その後も加速度を検知することができる。 In the inertial sensor 1 of this embodiment, the third fixed electrode 33 is arranged to face the second movable electrode 62. Therefore, when the first movable body 51 and the second movable body 61 are stictioned, the second By applying a voltage to the movable electrode 62 and the third fixed electrode 33, the stiction can be released, and the acceleration can be detected even after that. Further, since the fourth fixed electrode 34 is arranged to face the third movable electrode 72, when the first movable body 51 and the third movable body 71 are stictioned, the third movable electrode 72 and the fourth fixed electrode By applying a voltage to the electrodes 34, the stiction can be released, and the acceleration can be detected even after that.

１．２．センサー部の製造方法
次に、本実施形態に係る慣性センサー１の備えるセンサー部２０の製造方法について、図９～図２２を参照して説明する。
本実施形態のセンサー部２０の製造方法は、図９に示すように、基板準備工程、固定電極形成工程、第１犠牲層形成工程、支持部形成工程、延出部形成工程、第２犠牲層形成工程、可動体形成工程、犠牲層除去工程、蓋体接合工程、封止工程、及び個片化工程を有する。 1.2. Method for Manufacturing Sensor Section Next, a method for manufacturing the sensor section 20 included in the inertial sensor 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 22. FIG.
As shown in FIG. 9, the method for manufacturing the sensor section 20 of the present embodiment includes a substrate preparation step, a fixed electrode formation step, a first sacrificial layer formation step, a support portion formation step, an extension portion formation step, and a second sacrificial layer. It has a forming process, a movable body forming process, a sacrificial layer removing process, a lid joining process, a sealing process, and a singulation process.

１．２．１．基板準備工程
先ず、ステップＳ１において、複数のセンサー部２０を同時に製造するために、図１０に示すように、平板状の大型基板１００を準備する。尚、大型基板１００は、シリコン基板であり、最後に大型基板１００を個片化すると基板２１となる。 1.2.1. Substrate Preparing Step First, in step S1, in order to manufacture a plurality of sensor units 20 at the same time, as shown in FIG. 10, a large flat substrate 100 is prepared. The large substrate 100 is a silicon substrate, and finally the substrate 21 is obtained by separating the large substrate 100 into individual pieces.

１．２．２．固定電極形成工程
ステップＳ２において、図１１に示すように、大型基板１００上に絶縁層２１ｇとなるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）を形成する。尚、シリコン酸化膜は、スパッタリング法等で成膜してもよいし、大型基板１００を熱酸化し形成してもよい。その後、絶縁層２１ｇ上に第１ポリシリコン層１０１をスパッタリング法等で成膜し、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により、図１２に示すように、固定電極３１，３２，３３，３４を形成する。 1.2.2. Fixed Electrode Forming Step In step S2, as shown in FIG. The silicon oxide film may be formed by a sputtering method or the like, or may be formed by thermally oxidizing the large substrate 100 . Thereafter, a first polysilicon layer 101 is formed on the insulating layer 21g by sputtering or the like, and fixed electrodes 31, 32, 33 and 34 are formed by photolithography and etching as shown in FIG.

１．２．３．第１犠牲層形成工程
ステップＳ３において、図１３に示すように、大型基板１００上に形成された固定電極３１，３２，３３，３４上にスパッタリング法等でシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）の第１犠牲層１０２を形成する。 1.2.3. First sacrificial layer forming step In step S3, as shown in FIG. A sacrificial layer 102 is formed.

１．２．４．支持部形成工程
ステップＳ４において、図１４に示すように、支持部５３，６３，７３を形成するために第１犠牲層１０２にフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により凹部１０２ａを形成する。その後、凹部１０２ａ内及び第１犠牲層１０２上に第２ポリシリコン層１０３をスパッタリング法等で成膜し、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により、図１５に示すように、可動体５１，６１，７１及び支持部５３，６３，７３等を形成する。尚、図１４及び図１５の断面は、図４の断面位置に相当する。 1.2.4. Support Portion Forming Step In step S4, as shown in FIG. 14, recesses 102a are formed in the first sacrificial layer 102 by photolithography and etching techniques in order to form the support portions 53, 63, and 73. As shown in FIG. After that, a second polysilicon layer 103 is formed in the concave portion 102a and on the first sacrificial layer 102 by a sputtering method or the like. and supporting portions 53, 63, 73 and the like are formed. 14 and 15 correspond to the cross-sectional position of FIG.

１．２．５．延出部形成工程
ステップＳ５において、図１６に示すように、ステップＳ４で第１犠牲層１０２上に成膜された第２ポリシリコン層１０３を、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により可動体５１，６１，７１、ばね５４，６４，７４、及び延出部６６，７６等を形成する。尚、図１６の断面は、図５の断面位置に相当し、図１７以降の断面図も全て図５の断面位置に相当する。また、延出部６６，７６は、ステップＳ４の第２ポリシリコン層１０３のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により形成する支持部５３，６３，７３と同時に形成される。 1.2.5. Extension Forming Step In step S5, as shown in FIG. 16, the second polysilicon layer 103 formed on the first sacrificial layer 102 in step S4 is formed into movable bodies 51 and 61 by photolithography and etching techniques. , 71, springs 54, 64, 74 and extensions 66, 76, etc. are formed. 16 corresponds to the cross-sectional position of FIG. 5, and all cross-sectional views after FIG. 17 also correspond to the cross-sectional position of FIG. Moreover, the extensions 66 and 76 are formed at the same time as the support portions 53, 63 and 73 which are formed by photolithography and etching of the second polysilicon layer 103 in step S4.

１．２．６．第２犠牲層形成工程
ステップＳ６において、図１７に示すように、ステップＳ４及びステップＳ５上で形成された可動体５１，６１，７１、支持部５３，６３，７３、及び延出部６６，７６等の上にスパッタリング法等でシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）の第２犠牲層１０４を形成する。 1.2.6. Second sacrificial layer forming step In step S6, as shown in FIG. A second sacrificial layer 104 of a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed thereon by sputtering or the like.

１．２．７．可動体形成工程
ステップＳ７において、第２犠牲層１０４上に第３ポリシリコン層１０５をスパッタリング法等で成膜し、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により、図１８に示すように、可動体５１，６１，７１を形成する。その後、図１９に示すように、第３ポリシリコン層１０５をマスクとして第２犠牲層１０４をエッチング技術により除去する。次に、図２０に示すように、第２ポリシリコン層１０３及び第３ポリシリコン層１０５上に第４ポリシリコン層１０６をスパッタリング法等で所望の厚さに成膜する。その後、第４ポリシリコン層１０６上にフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術により可動体５１，６１，７１の外形パターンマスクを形成し、深堀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、図２１に示すように、可動体５１，６１，７１を形成する。 1.2.7. Movable Body Forming Step In step S7, the third polysilicon layer 105 is formed on the second sacrificial layer 104 by a sputtering method or the like. , 71. Thereafter, as shown in FIG. 19, the second sacrificial layer 104 is removed by etching using the third polysilicon layer 105 as a mask. Next, as shown in FIG. 20, a fourth polysilicon layer 106 is formed to a desired thickness on the second polysilicon layer 103 and the third polysilicon layer 105 by sputtering or the like. After that, on the fourth polysilicon layer 106, an outline pattern mask for the movable bodies 51, 61, 71 is formed by photolithography and etching techniques, and vertical processing is performed by the Bosch process, which is a deep etching technique. Movable bodies 51, 61, 71 are formed as shown.

１．２．８．犠牲層除去工程
ステップＳ８において、図２２に示すように、第１犠牲層１０２及び第２犠牲層１０４をエッチング技術により除去する。これにより、固定電極３１，３２，３３，３４に対向し所望の間隔を隔てて可動体５１，６１，７１が形成される。 1.2.8. Sacrificial Layer Removal Step In step S8, as shown in FIG. 22, the first sacrificial layer 102 and the second sacrificial layer 104 are removed by an etching technique. As a result, the movable bodies 51, 61, 71 are formed facing the fixed electrodes 31, 32, 33, 34 at desired intervals.

１．２．９．蓋体接合工程
ステップＳ９において、可動体５１，６１，７１と固定電極３１，３２，３３，３４とを収容できる凹部２３を有する蓋体２２を準備し、蓋体２２の凹部２３内に可動体５１，６１，７１と固定電極３１，３２，３３，３４とを収容して、蓋体２２を基板２１の上面２１ｈにガラスフリット等の接合部材２７を介して接合する。 1.2.9. Lid Bonding Step In step S9, the lid 22 having the recess 23 capable of accommodating the movable bodies 51, 61, 71 and the fixed electrodes 31, 32, 33, 34 is prepared. 51, 61, 71 and fixed electrodes 31, 32, 33, 34 are accommodated, and the cover 22 is bonded to the upper surface 21h of the substrate 21 via a bonding member 27 such as glass frit.

１．２．１０．封止工程
ステップＳ１０において、封止部材２６を貫通孔２４に配置し、その後、レーザー光Ｌを封止部材２６に照射し、封止部材２６を溶融することで、貫通孔２４を塞ぎ封止する。 1.2.10. Sealing Step In step S10, the sealing member 26 is arranged in the through hole 24, and then the sealing member 26 is irradiated with the laser light L to melt the sealing member 26, thereby closing the through hole 24 and sealing. do.

１．２．１１．個片化工程
ステップＳ１１において、ステップＳ１０まで終了した大型基板１００をダイシングソー等で切断し、個片化する。
以上の工程を経ることで、図３、図４、及び図５に示すセンサー部２０が完成する。また、このように、第１可動体５１を形成すると同時に、第２可動体６１及び第３可動体７１を形成することが好ましい。特に、第２可動体６１の延出部６６及び第３可動体７１の延出部７６は、第１可動体５１の構造を形成すると同時に形成されることが好ましい。すなわち、本実施形態において、第２可動体６１の延出部６６及び第３可動体７１の延出部７６は、第１可動体５１の凹部５７を形成すると同時に形成したが、異なるプロセスにより形成してもよい。また、本実施形態において、第１可動体５１は、凹部５７を有していたが、第１可動体５１は、凹部５７を有していなくてもよい。さらに、基板２１の上面２１ｈには、第１固定電極３１及び第２固定電極３２が形成されると同時に、第３固定電極３３及び第４固定電極３４が形成されることが好ましい。 1.2.11. Singulation Process In step S11, the large substrate 100 completed up to step S10 is cut with a dicing saw or the like to be singulated.
Through the above steps, the sensor section 20 shown in FIGS. 3, 4, and 5 is completed. Moreover, it is preferable to form the second movable body 61 and the third movable body 71 at the same time when the first movable body 51 is formed. In particular, the extending portion 66 of the second movable body 61 and the extending portion 76 of the third movable body 71 are preferably formed at the same time as the structure of the first movable body 51 is formed. That is, in the present embodiment, the extending portion 66 of the second movable body 61 and the extending portion 76 of the third movable body 71 are formed at the same time as the concave portion 57 of the first movable body 51 is formed. You may Moreover, although the first movable body 51 has the recess 57 in the present embodiment, the first movable body 51 may not have the recess 57 . Further, it is preferable that the first fixed electrode 31 and the second fixed electrode 32 are formed on the upper surface 21h of the substrate 21, and the third fixed electrode 33 and the fourth fixed electrode 34 are formed at the same time.

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２３及び図２４を参照して説明する。尚、説明の便宜上、図２３では、蓋体２２の図示を省略している。また、図２３及び図２４では、接続端子２９と可動体５１ａ，６１ａ，７１ａ及び固定電極３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａとを電気的に接続する配線の図示を省略している。 2. Second Embodiment Next, an inertial sensor 1a according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 23 and 24. FIG. For convenience of explanation, illustration of the lid body 22 is omitted in FIG. 23 . Also, in FIGS. 23 and 24, the wiring for electrically connecting the connecting terminals 29 to the movable bodies 51a, 61a, 71a and the fixed electrodes 31a, 32a, 33a, 34a is omitted.

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、センサー部２０ａの収容空間ＳＳ３内の可動体５１ａ，６１ａ，７１ａ及び固定電極３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａの形状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。 The inertial sensor 1a of the present embodiment differs from the inertial sensor 1 of the first embodiment in the shapes of the movable bodies 51a, 61a, 71a and the fixed electrodes 31a, 32a, 33a, 34a in the housing space SS3 of the sensor section 20a. Other than that, it is the same as the inertial sensor 1 of the first embodiment. It should be noted that differences from the above-described first embodiment will be mainly described, and descriptions of similar items will be omitted.

慣性センサー１ａは、図２３に示すように、センサー部２０ａの第２可動体６１ａ及び第３可動体７１ａが、Ｚ方向からの平面視で、第１可動体５１ａの内側に配置されている。
第１可動体５１ａは、Ｘ方向を長辺とする長方形状をなしており、第１可動電極５２ａ、支持部５３、第１ばね５４、及び連結部５５を有する。支持部５３は、第１可動体５１ａの中央の開口部５６内に配置され、支持部５３からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側に延出する第１ばね５４が連結されている。第１可動電極５２ａは、第１ばね５４のＸ方向マイナス側及びＸ方向プラス側に配置され、第１ばね５４のＸ方向マイナス側の第１可動電極５２ａと第１ばね５４のＸ方向プラス側の第１可動電極５２ａとは、第１ばね５４側の第１可動電極５２ａのＹ方向両端において連結部５５により連結されている。また、連結部５５は、Ｘ方向の略中央で支持部５３からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側に延出する第１ばね５４と連結している。 In the inertial sensor 1a, as shown in FIG. 23, the second movable body 61a and the third movable body 71a of the sensor section 20a are arranged inside the first movable body 51a in plan view from the Z direction.
The first movable body 51 a has a rectangular shape with a long side in the X direction, and has a first movable electrode 52 a , a support portion 53 , a first spring 54 and a connecting portion 55 . The support portion 53 is arranged in a central opening portion 56 of the first movable body 51a, and is connected to a first spring 54 extending from the support portion 53 in the Y-direction plus side and the Y-direction minus side. The first movable electrode 52a is arranged on the X-direction minus side and the X-direction plus side of the first spring 54, and the first movable electrode 52a on the X-direction minus side of the first spring 54 and the X-direction plus side of the first spring 54 are connected to the first movable electrode 52a on the first spring 54 side by connecting portions 55 at both ends of the first movable electrode 52a in the Y direction. In addition, the connecting portion 55 is connected to the first spring 54 extending from the support portion 53 substantially in the center in the X direction to the positive side in the Y direction and the negative side in the Y direction.

第１ばね５４のＸ方向マイナス側の第１可動電極５２ａと第１ばね５４のＸ方向プラス側の第１可動電極５２ａとには、夫々の略中央に開口部５９，６０が設けられている。第１ばね５４のＸ方向マイナス側の第１可動電極５２ａの開口部５９内には、第２可動体６１ａが配置され、第１ばね５４のＸ方向プラス側の第１可動電極５２ａの開口部６０内には、第３可動体７１ａが配置されている。 The first movable electrode 52a on the negative side in the X direction of the first spring 54 and the first movable electrode 52a on the positive side in the X direction of the first spring 54 are provided with openings 59 and 60 at approximately the center thereof. . A second movable body 61a is arranged in the opening 59 of the first movable electrode 52a on the negative side of the first spring 54 in the X direction, and the opening of the first movable electrode 52a on the positive side of the first spring 54 in the X direction. Inside 60, a third movable body 71a is arranged.

揺動軸Ｐ１に対してＸ方向マイナス側に位置する第１可動電極５２ａは、開口部５９のＸ方向マイナス側に基板２１側に窪む凹部５７が形成されている。そのため、揺動軸Ｐ１に対してＸ方向のマイナス側に位置する第１可動電極５２ａは、揺動軸Ｐ１に対してＸ方向プラス側に位置する第１可動電極５２ａよりも質量が小さくなることから、加速度が加わったときの回転モーメントがＸ方向のプラス側に位置する第１可動電極５２ａよりも小さい。 The first movable electrode 52a located on the negative side in the X direction with respect to the swing axis P1 is formed with a concave portion 57 recessed toward the substrate 21 on the negative side in the X direction of the opening 59 . Therefore, the first movable electrode 52a positioned on the negative side in the X direction with respect to the swing axis P1 has a smaller mass than the first movable electrode 52a positioned on the positive side in the X direction with respect to the swing axis P1. Therefore, the rotational moment when acceleration is applied is smaller than that of the first movable electrode 52a located on the positive side in the X direction.

第２可動体６１ａは、図２３に示すように、第１可動体５１ａの開口部５９内に配置されている。第２可動体６１ａは、第２可動電極６２ａ、支持部６３、第２ばね６４、及び延出部６６を有する。支持部６３は、第２可動体６１ａの略中央の開口部６５内に配置され、支持部６３からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側に延出する第２ばね６４が連結されている。第２可動電極６２ａは、第２ばね６４のＸ方向プラス側に配置され、第２ばね６４のＸ方向マイナス側の第２可動体６１ａと共に第２ばね６４に連結されている。 As shown in FIG. 23, the second movable body 61a is arranged within the opening 59 of the first movable body 51a. The second movable body 61 a has a second movable electrode 62 a , a support portion 63 , a second spring 64 and an extension portion 66 . The support portion 63 is arranged in an opening portion 65 substantially in the center of the second movable body 61a, and is connected to a second spring 64 extending from the support portion 63 to the positive side in the Y direction and the negative side in the Y direction. The second movable electrode 62a is arranged on the positive side of the second spring 64 in the X direction, and is connected to the second spring 64 together with the second movable body 61a on the negative side of the second spring 64 in the X direction.

第２ばね６４のＸ方向マイナス側の第２可動体６１ａには、第１可動体５１ａの第１ばね５４と反対側に延出する延出部６６が設けられており、第１可動体５１ａと接触可能に配置されている。つまり、Ｚ方向からの平面視で、第２可動体６１ａの延出部６６の一部が第１可動体５１ａと重なる位置に配置されている。そのため、プラスＺ方向の過度な加速度が加わった場合、シーソー揺動した第１可動体５１ａと第２可動体６１ａの延出部６６とが接触することにより第１可動体５１ａのそれ以上の変位を規制することができる。 The second movable body 61a on the X-direction negative side of the second spring 64 is provided with an extension portion 66 that extends in the opposite direction to the first spring 54 of the first movable body 51a. are arranged so as to be able to contact with the That is, a part of the extending portion 66 of the second movable body 61a is arranged at a position overlapping the first movable body 51a in plan view from the Z direction. Therefore, when excessive acceleration in the +Z direction is applied, the seesaw-swinging first movable body 51a comes into contact with the extending portion 66 of the second movable body 61a, causing further displacement of the first movable body 51a. can be regulated.

第３可動体７１ａは、図２３に示すように、第１可動体５１ａの開口部６０内に配置されている。第３可動体７１ａは、第３可動電極７２ａ、支持部７３、第３ばね７４、及び延出部７６を有する。支持部７３は、第３可動体７１ａの略中央の開口部７５内に配置され、支持部７３からＹ方向プラス側及びＹ方向マイナス側に延出する第３ばね７４が連結されている。第３可動電極７２ａは、第３ばね７４のＸ方向マイナス側に配置され、第３ばね７４のＸ方向プラス側の第３可動体７１ａと共に第３ばね７４に連結されている。 As shown in FIG. 23, the third movable body 71a is arranged within the opening 60 of the first movable body 51a. The third movable body 71a has a third movable electrode 72a, a support portion 73, a third spring 74, and an extension portion . The support portion 73 is arranged in an opening portion 75 substantially in the center of the third movable body 71a, and is connected to a third spring 74 extending from the support portion 73 to the positive side in the Y direction and the negative side in the Y direction. The third movable electrode 72a is arranged on the negative side of the third spring 74 in the X direction, and is connected to the third spring 74 together with the third movable body 71a on the positive side of the third spring 74 in the X direction.

第３ばね７４のＸ方向プラス側の第３可動体７１ａには、第１可動体５１ａの第１ばね５４と反対側に延出する延出部７６が設けられており、第１可動体５１ａと接触可能に配置されている。つまり、Ｚ方向からの平面視で、第３可動体７１ａの延出部７６の一部が第１可動体５１ａと重なる位置に配置されている。そのため、マイナスＺ方向の過度な加速度が加わった場合、シーソー揺動した第１可動体５１ａと第３可動体７１ａの延出部７６とが接触することにより第１可動体５１ａのそれ以上の変位を規制することができる。 The third movable body 71a on the X-direction positive side of the third spring 74 is provided with an extension portion 76 that extends in the opposite direction to the first spring 54 of the first movable body 51a. are arranged so as to be able to contact with the That is, a part of the extending portion 76 of the third movable body 71a overlaps the first movable body 51a in plan view from the Z direction. Therefore, when excessive acceleration in the negative Z direction is applied, the seesaw-swinging first movable body 51a comes into contact with the extending portion 76 of the third movable body 71a, causing further displacement of the first movable body 51a. can be regulated.

基板２１は、図２３及び図２４に示すように、基板２１の上面２１ｈに絶縁層２１ｇを介して、第１固定電極３１ａ、第２固定電極３２ａ、第３固定電極３３ａ、第４固定電極３４ａ、及び接続端子２９が形成されている。 As shown in FIGS. 23 and 24, the substrate 21 has a first fixed electrode 31a, a second fixed electrode 32a, a third fixed electrode 33a, and a fourth fixed electrode 34a on an upper surface 21h of the substrate 21 via an insulating layer 21g. , and connection terminals 29 are formed.

第１固定電極３１ａは、２つあり、一方の第１固定電極３１ａは、Ｚ方向からの平面視で、開口部５６と開口部５９とに挟まれた第１可動電極５２ａと重なる位置に配置され、他方の第１固定電極３１ａは、Ｚ方向からの平面視で、開口部５９のＸ方向マイナス側に位置する第１可動電極５２ａと重なる位置に配置されている。 There are two first fixed electrodes 31a, and one of the first fixed electrodes 31a is arranged at a position overlapping the first movable electrode 52a sandwiched between the openings 56 and 59 in plan view from the Z direction. The other first fixed electrode 31a is arranged at a position overlapping with the first movable electrode 52a located on the negative side of the opening 59 in the X direction in a plan view from the Z direction.

第２固定電極３２ａは、２つあり、一方の第２固定電極３２ａは、Ｚ方向からの平面視で、開口部５６と開口部６０とに挟まれた第１可動電極５２ａと重なる位置に配置され、他方の第２固定電極３２ａは、Ｚ方向からの平面視で、開口部６０のＸ方向プラス側に位置する第１可動電極５２ａと重なる位置に配置されている。 There are two second fixed electrodes 32a, and one of the second fixed electrodes 32a is arranged at a position overlapping with the first movable electrode 52a sandwiched between the openings 56 and 60 in plan view from the Z direction. The other second fixed electrode 32a is arranged at a position overlapping with the first movable electrode 52a located on the positive side of the opening 60 in the X direction in a plan view from the Z direction.

第３固定電極３３ａは、Ｚ方向からの平面視で、第２可動電極６２ａと重なる位置に配置され、第４固定電極３４ａは、Ｚ方向からの平面視で、第３可動電極７２ａと重なる位置に配置されている。
尚、第２実施形態の製造方法の説明は、省略するが、第１実施形態と同様な製造方法を用いて、センサー部２０ａを製造することができる。 The third fixed electrode 33a is arranged at a position overlapping with the second movable electrode 62a in plan view from the Z direction, and the fourth fixed electrode 34a is arranged at a position overlapping with the third movable electrode 72a in plan view from the Z direction. are placed in
Although description of the manufacturing method of the second embodiment is omitted, the sensor section 20a can be manufactured using the same manufacturing method as that of the first embodiment.

このような構成とすることで、第１実施形態の慣性センサー１と同等の効果を得ることができる。
また、第２可動体６１ａ及び第３可動体７１ａは、Ｚ方向からの平面視で、第１可動体５１ａの内側に配置されているため、第１ばね５４から第１可動電極５２ａの端部までの長さを長くすることができ、且つ、第１可動電極５２ａの面積を大きくすることができるので、慣性センサー１ａの検出感度を高めることができる。 With such a configuration, an effect equivalent to that of the inertial sensor 1 of the first embodiment can be obtained.
In addition, since the second movable body 61a and the third movable body 71a are arranged inside the first movable body 51a in plan view from the Z direction, the first movable electrode 52a extends from the first spring 54 to the end portion of the first movable electrode 52a. Since it is possible to increase the length to and increase the area of the first movable electrode 52a, it is possible to increase the detection sensitivity of the inertial sensor 1a.

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る慣性センサー１，１ａを備える慣性計測装置２０００について、図２５及び図２６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。 3. Third Embodiment Next, an inertial measurement device 2000 including inertial sensors 1 and 1a according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. 25 and 26. FIG. In the following description, a configuration to which the inertial sensor 1 is applied will be exemplified.

図２５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。 An inertial measurement unit 2000 (IMU: Inertial Measurement Unit) shown in FIG. 25 is a device that detects inertial momentum such as posture and behavior of moving bodies such as automobiles and robots. The inertial measurement device 2000 is a so-called 6-axis sensor that includes acceleration sensors that detect accelerations Ax, Ay, and Az along three axes, and angular velocity sensors that detect angular velocities ωx, ωy, and ωz about the three axes. Acts as a motion sensor.

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。 The inertial measurement device 2000 is a cuboid with a substantially square planar shape. In addition, screw holes 2110 are formed as fixing portions in the vicinity of two vertices located in the diagonal direction of the square. By passing two screws through the two screw holes 2110, the inertial measurement device 2000 can be fixed to a mounting surface of a mounting body such as an automobile. It should be noted that it is also possible to reduce the size to a size that can be mounted on a smartphone or a digital camera, for example, by selecting parts or changing the design.

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、を有する。 The inertial measurement device 2000 includes an outer case 2100, a joint member 2200, and a sensor module 2300. The sensor module 2300 is inserted into the outer case 2100 with the joint member 2200 interposed therebetween. there is The sensor module 2300 also has an inner case 2310 and a substrate 2320 .

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が収容されている。 The external shape of the outer case 2100 is a rectangular parallelepiped with a substantially square planar shape, similar to the overall shape of the inertial measurement device 2000, and screw holes 2110 are formed in the vicinity of two vertices located in the diagonal direction of the square. there is In addition, the outer case 2100 is box-shaped and accommodates the sensor module 2300 therein.

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の下面には接着材を介して基板２３２０が接合されている。 The inner case 2310 is a member that supports the substrate 2320 and has a shape that fits inside the outer case 2100 . Further, the inner case 2310 is formed with a concave portion 2311 for preventing contact with the substrate 2320 and an opening 2312 for exposing a connector 2330 to be described later. Such inner case 2310 is joined to outer case 2100 via joining member 2200 . A substrate 2320 is joined to the lower surface of the inner case 2310 via an adhesive.

図２６に示すように、基板２３２０の上には、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。 As shown in FIG. 26, on the substrate 2320 are a connector 2330, an angular velocity sensor 2340z for detecting angular velocity around the Z axis, and an acceleration sensor unit 2350 for detecting acceleration in the directions of the X, Y and Z axes. etc. have been implemented. Further, on the side surface of the substrate 2320, an angular velocity sensor 2340x for detecting angular velocity around the X-axis and an angular velocity sensor 2340y for detecting angular velocity around the Y-axis are mounted.

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。 The acceleration sensor unit 2350 includes at least the inertial sensor 1 for measuring acceleration in the Z direction described above, and can detect acceleration in a single axis direction, or in two or three axis directions, as required. can be The angular velocity sensors 2340x, 2340y, and 2340z are not particularly limited, and for example, vibration gyro sensors using Coriolis force can be used.

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。 A control IC 2360 is mounted on the bottom surface of the substrate 2320 . The control IC 2360 as a control unit that performs control based on the detection signal output from the inertial sensor 1 is an MCU (Micro Controller Unit), and has a storage unit including non-volatile memory, an A/D converter, etc. and controls each part of the inertial measurement device 2000 . The storage unit stores a program that defines the order and contents for detecting acceleration and angular velocity, a program that digitizes detected data and incorporates it into packet data, accompanying data, and the like. A plurality of other electronic components are also mounted on the substrate 2320 .

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。 Since such an inertial measurement device 2000 uses the acceleration sensor unit 2350 including the inertial sensor 1, the inertial measurement device 2000 is excellent in shock resistance and highly reliable.

１，１ａ…慣性センサー、７…パッケージ、１０…ベース部、１１…第１基材、１１ｈ…上面、１１ｒ…下面、１２…第２基材、１３…第３基材、１４…封止部材、１５…蓋体、１６…外部端子、１８…樹脂接着材、１９…内部端子、２０…センサー部、２０ｒ…下面、２１…基板、２１ｈ…上面、２１ｇ…絶縁層、２２…蓋体、２２ｈ…上面、２２ｒ…内底面、２３…凹部、２４…貫通孔、２５…金属層、２６…封止部材、２９…接続端子、３１…第１固定電極、３２…第２固定電極、３３…第３固定電極、３４…第４固定電極、４０…ＩＣ、４１…接着材、４２，４３…ボンディングワイヤー、４４，４５…電極パッド、５１…第１可動体、５２…第１可動電極、５３…支持部、５４…第１ばね、５５…連結部、５６…開口部、５７…凹部、５８…貫通孔、６１…第２可動体、６２…第２可動電極、６３…支持部、６４…第２ばね、６５…開口部、６６…延出部、７１…第３可動体、７２…第３可動電極、７３…支持部、７４…第３ばね、７５…開口部、７６…延出部、２０００…慣性計測装置、Ｃ１，Ｃ２…静電容量、Ｄ…矢印、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…揺動軸、ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３…収容空間、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…幅。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a... Inertial sensor 7... Package 10... Base part 11... First base material 11h... Upper surface 11r... Lower surface 12... Second base material 13... Third base material 14... Sealing member , 15 Lid 16 External terminal 18 Resin adhesive 19 Internal terminal 20 Sensor part 20r Lower surface 21 Substrate 21h Upper surface 21g Insulating layer 22 Lid 22h Upper surface 22r Inner bottom surface 23 Recess 24 Through hole 25 Metal layer 26 Sealing member 29 Connection terminal 31 First fixed electrode 32 Second fixed electrode 33 Second 3 fixed electrodes 34 fourth fixed electrode 40 IC 41 adhesive 42, 43 bonding wire 44, 45 electrode pad 51 first movable body 52 first movable electrode 53 Support part 54... First spring 55... Connecting part 56... Opening 57... Recess 58... Through hole 61... Second movable body 62... Second movable electrode 63... Support part 64... Second 2 springs 65 opening 66 extension 71 third movable body 72 third movable electrode 73 support 74 third spring 75 opening 76 extension Reference numerals 2000: Inertial measurement device, C1, C2: Capacitance, D: Arrow, P1, P2, P3: Swing axis, SS1, SS2, SS3: Storage space, W1, W2, W3: Width.

Claims (8)

第１固定電極及び第２固定電極と、
前記第１固定電極及び前記第２固定電極に対向して配置された第１可動電極を有し、第１ばねを回転中心として可動可能な第１可動体と、
前記第１可動体と接触可能に配置されるとともに、第２可動電極を有し、第２ばねを回転中心として可動可能な第２可動体と、
前記第２可動電極に対向して配置された第３固定電極と、を備える、
慣性センサー。 a first fixed electrode and a second fixed electrode;
a first movable body having a first movable electrode arranged to face the first fixed electrode and the second fixed electrode and movable around a first spring;
a second movable body disposed so as to be in contact with the first movable body, having a second movable electrode, and movable around a second spring;
a third fixed electrode arranged opposite to the second movable electrode;
inertial sensor. 前記第１可動体と接触可能に配置されるとともに、第３可動電極を有し、第３ばねを回転中心として可動可能な第３可動体と、
前記第３可動電極に対向して配置された第４固定電極と、を備え
前記第２可動体と前記第３可動体とは、前記第１ばねを挟み前記第１ばねの両側に配置する、
請求項１に記載の慣性センサー。 a third movable body arranged to be in contact with the first movable body, having a third movable electrode, and movable around a third spring;
a fourth fixed electrode arranged to face the third movable electrode, wherein the second movable body and the third movable body are arranged on both sides of the first spring with the first spring sandwiched therebetween;
The inertial sensor of Claim 1. 前記第２可動体及び前記第３可動体は、前記第１ばね側に延出する延出部を有し、
前記延出部の一部は、平面視で、前記第１可動体と重なる、
請求項２に記載の慣性センサー。 The second movable body and the third movable body have extensions extending toward the first spring,
A portion of the extending portion overlaps the first movable body in a plan view,
The inertial sensor of Claim 2. 前記第２可動体及び前記第３可動体は、平面視で、前記第１可動体の内側に配置する、請求項２に記載の慣性センサー。 3. The inertial sensor according to claim 2, wherein said second movable body and said third movable body are arranged inside said first movable body in plan view. 前記第２可動体及び前記第３可動体は、前記第１ばねと反対側に延出する延出部を有し、
前記延出部の一部は、平面視で、前記第１可動体と重なる、
請求項４に記載の慣性センサー。 the second movable body and the third movable body have extensions extending in a direction opposite to the first spring;
A portion of the extending portion overlaps the first movable body in a plan view,
5. The inertial sensor of claim 4. 前記第２ばねの捩じり剛性は、前記第１ばねの捩じり剛性より小さい、
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の慣性センサー。 the torsional stiffness of the second spring is less than the torsional stiffness of the first spring;
The inertial sensor according to any one of claims 1 to 5. 前記第３ばねの捩じり剛性は、前記第１ばねの捩じり剛性より小さい、
請求項２乃至請求項６の何れか一項に記載の慣性センサー。 the torsional stiffness of the third spring is less than the torsional stiffness of the first spring;
The inertial sensor according to any one of claims 2 to 6. 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、
を備える、
慣性計測装置。 an inertial sensor according to any one of claims 1 to 7;
a control unit that performs control based on a detection signal output from the inertial sensor;
comprising
Inertial measurement device.
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