JP5811634B2 - 物理量センサー、電子機器 - Google Patents
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したがって、このような加工によって形成された凹部に接触したマス部の先端は、破損してしまう虞がある。また、基板上に設けたストッパーは、接合ずれにより位置ずれを生じやすく、衝突を回避する機能としての信頼性が低いといった問題がある。
更に、この突起部は、可動部の衝突時の破損を防ぐことのみに限定された機能であり、コストに見合った機能を有していない。
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、コストアップを招く事なく可動電極の破損を防止し、更に付加機能として製造時、あるいは取り扱い時の帯電による可動部の貼り付きを防止する機能も備えた物理量センサー、電子機器、および物理量センサーの製造方法を提供することを目的とする。
ス基板と、前記ベース基板の前記肉薄部の上方に配置され、前記ベース基板の方向に揺動
可能であるセンサー部と、を有し、前記ベース基板には、前記センサー部の端部と平面視
で重複する前記肉薄部の少なくとも一部に導電膜が設けられ、前記導電膜は、前記肉厚部
の表面の少なくとも一部まで延びていることを特徴とする。
また、本適用例に係る物理量センサーは、肉薄部および肉厚部が設けられたベース基板と、
前記ベース基板の前記肉薄部の上方に配置され、前記ベース基板の方向に加速度に応じて揺動可能であるセンサー部と、を有し、前記ベース基板には、前記センサー部の端部と平面視で重複する前記肉薄部の少なくとも一部に導電膜が設けられ、前記導電膜は、前記肉厚部の表面の少なくとも一部まで延びており、前記センサー部は、第1軸上に設けられたビーム部によって前記ベース基板に支持され、前記センサー部を前記第1軸で第1部分と第2部分とに区分けしたときに、前記第1部分は、前記第2部分よりも重く、前記センサー部には、可動電極部が設けられており、前記ベース基板の前記肉薄部には、前記可動電極部と対向する位置に、前記導電膜と離間している固定電極部と、を備え、前記固定電極部は、前記第1部分側に設けられている第1固定電極部と、前記第2部分側に設けられている第2固定電極部と、を有し、前記導電膜は、前記第1部分側に設けられている第1導電膜と、を有し、前記ビーム部と前記第1導電膜は、電気的に接続されていることを特徴とする。
また、物理量センサーは、ベース基板の肉厚部に導電膜が形成されていることから、物理量センサーの製造過程で、ベース基板と、センサー部となるセンサー基板とを、例えば、陽極接合する場合において、陽極接合時に発生する電荷を導電膜により逃がし、ベース基板とセンサー基板とが貼り付くことを回避できる。
また、本適用例に係る物理量センサーによれば、前記導電膜は、前記第2部分側に設けられている第2導電膜を有し、前記ビーム部と前記第2導電膜は、電気的に接続されていることを特徴としていてもよい。
また、本適用例に係る物理量センサーによれば、前記ビーム部と前記第1導電膜とは第1配線で接続され、前記ビーム部と前記第2導電膜とは第2配線で接続されていることを特徴としていてもよい。
この結果、物理量センサーは、例えば、加速度印加時の検出感度を向上させることができる。
また、本適用に係る物理量センサーによれば、前記センサー部は、前記第1軸方向に沿うように延びている複数のスリット部を有し、前記センサー部の平面視にて、前記複数のスリット部の少なくとも一つのスリット部は、前記導電膜と前記固定電極とが離間している部分の少なくとも一部と重なっていてもよい。
また、物理量センサーの製造方法は、ガラス基板と半導体基板とを陽極接合した際に生じる電荷を、ガラス基板の肉厚部に設けた導電膜により逃がすことができ、センサー部とベース基板とが静電気などにより貼り付くことを防止できる。
[物理量センサーの構成]
まず、実施形態1に係る物理量センサーの構成について説明する。この物理量センサーは、Z軸方向(厚さ方向)の加速度や角速度など、種々の物理量を検出することができる。
図1は、実施形態1に係る物理量センサーの斜視図である。図2は、図1の物理量センサーの平断面図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線での断面図である。なお、図1〜3、図8、図9においては、便宜的に蓋体を省略してある。
ベース基板6は、中央部分に肉薄部6a、外周部分に肉厚部6bを備えている。肉薄部6aの内底には、例えば、半導体プロセスの成膜プロセスにより固定電極部7,8と導電膜9,10とが形成されている。導電膜9,10は、肉薄部6aから肉厚部6bの表面の少なくとも一部まで延び、肉薄部6aと肉厚部6bとに跨るように形成されている。なお、斜視図、平面図中で、固定電極部7,8、導電膜9,10および配線には、便宜的にハッチングを施してある。
なお、ベース基板6は、ガラスなどの絶縁材料、もしくはシリコンなどの半導体材料から形成される。
また、センサー部4は、X軸方向に延びる略矩形形状(長方形)をなしている。なお、センサー部4の形状は、センサー部4を構成する各部の形状、大きさなどに応じて決められるものであり、上述した形状に限定されない。なお、図示していないが、センサー部4の主面(Z軸と直交する面)のうち、ベース基板6側を向く主面には、後述する固定電極部に対向して可動電極部が設けられている。
このビーム部3は、センサー部4を肉厚部6bに対して回転可能に連結している。本実施形態では、ビーム部3は、Y軸方向に延びる第1軸としての軸線B回りにセンサー部4を回転し得るように構成されている。
具体的に説明すると、ビーム部3は、それぞれ、Y軸方向に延びる梁で構成されている。また、ビーム部3は、例えば、同一線上に沿って1対設けられている。このようなビーム部3は、それぞれ、Y軸方向に延びる軸線B回りに弾性的に捩れ変形し得る。
なお、ビーム部3は、センサー部4を軸線B回りに回転可能とするものであれば、これに限定されず、例えば、2本の梁で構成されていてもよいし、折れ曲がった形状をなす梁で構成されていてもよい。
そして、第1部分4Aの質量は、第2部分4Bの質量よりも重くなっている。そして、図2(b)に示すように、センサー部4の第1部分4A(可動電極部)は、固定電極部7に対して間隙12を介して対向している。また、センサー部4の第2部分4B(可動電極部)は、固定電極部8に対して間隙13を介して対向している。
ここで、第1軸としての軸線Bは、センサー部4を第1部分4Aと第2部分4Bとに、区分けしていることになる。
固定電極部7,8および導電膜9,10の構成材料としては、導電性を有するものであれば、特に限定されず、各種電極材料を用いることができる。具体的には、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、In3O3、SnO2、Sb含有SnO2、Al含有ZnO等の酸化物(透明電極材料)、Au、Pt、Ag、Cu、Al、またはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
固定電極部7,8および導電膜9,10の形成方法(成膜方法)としては、特に限定されないが、例えば、真空蒸着、スパッタリング(低温スパッタリング)、イオンプレーティングなどの乾式メッキ法、電解メッキ、無電解メッキなどの湿式メッキ法、溶射法、薄膜の接合などが挙げられる。
複数のスリット部5の内部空間は、それぞれ、センサー部4の回動に際し、間隙12または間隙13に存在する気体(例えば空気)を下側から上側へ向けて流通させる流路となる。
このようにして、物理量センサー1は、センサー部4の回動に際し、間隙12または間隙13に存在する気体を複数のスリット部5を通じて逃すことができる。これにより、物理量センサー1は、センサー部4の回動に際し、間隙12,13に存在する気体の流動抵抗を低減することができる。
したがって、物理量センサー1は、センサー部4に設けた可動電極部と固定電極部7,8との間の距離を小さく設定しても、センサー部4を物理量に応じた所望量で変位(回動)させることができる。この結果、物理量センサー1は、物理量検出の高感度化を図ることができる。
また、ベース基板6の凹部の内底には、固定電極部7,8と導電膜9,10とが形成されている。固定電極部7,8と導電膜9,10とは、互いに電気的に独立して形成されている。
反応性イオンエッチングとしては、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)を備えたエッチング装置による加工方法を用いることができる。
なお、導電膜9,10は、島状に形成されているが、電極配線14a,14b,15とは別の電極配線により外部に引き出されて、例えば接地されてもよい。
なお、導電膜9,10は、平面視で、センサー部4のX軸方向の両端部の少なくとも一部と重複する位置に設けられる。
図3は、物理量センサーの駆動時の断面図であり、Z軸方向に物理量(例えば、加速度)を受けた状態を表している。
図3に示すように、物理量センサー1は、例えば、センサー部4の主面と直交する+Z方向に加速度Gを受けると、慣性力によって、センサー部4が軸線B回りにシーソー状に回転し、ベース基板6に対して傾斜する。詳述すると、物理量センサー1は、センサー部4の第1部分4Aが固定電極部7に近づくとともに、センサー部4の第2部分4Bが固定電極部8から離れる。
このとき、間隙12は小さくなり、間隙13は大きくなることから、第1部分4Aと固定電極部7との間の静電容量は大きくなり、第2部分4Bと固定電極部8との間の静電容量は小さくなる。
したがって、物理量センサー1は、第1部分4Aと固定電極部7との間の間隙12で発生する静電容量と、第2部分4Bと固定電極部8との間の間隙13で発生する静電容量との違いから、C−V変換することで得られる電圧波形を求めることにより、物理量センサー1に加わる加速度などの種々の物理量を検出することができる。
ここで、本実施形態の物理量センサー1の製造方法を、物理量センサーの製造方法を説明する断面図である図4〜6の(a)〜(m)を用いて説明する。
まず、図4(a)に示すように、ベース基板としてのガラス基板21を用意する。
次に、図4(b)に示すように、ガラス基板21にレジスト22を塗布して、後に肉薄部となる箇所をエッチングするためのレジストパターニングする工程を行う。
次に、図4(c)に示すように、ガラス基板21をエッチングし、図4(d)に示すように、レジスト22を剥離して、ガラス基板21に肉薄部6aおよび肉厚部6bを形成する。
次に、図4(e)に示すように、ガラス基板21の表面全域に、スパッタリングにより導電膜23を成膜する。
次に、図5(g)に示すように、導電膜23をエッチングし、図5(h)に示すように、レジスト24を剥離して、肉薄部6aに固定電極部7,8および導電膜9,10を形成し、導電膜9,10を肉薄部6aと肉厚部6bとに跨るように肉厚部6b上にも形成する。
次に図5(i)に示すように、ガラス基板21の肉厚部6b上に、後工程でセンサー部を形成する半導体基板25を載置し、ガラス基板21と半導体基板25とを陽極接合する。
図7(a)に示すように、従来例では、ガラス基板(21相当)の肉厚部(6b相当)上に導電膜がない状態で半導体基板(25相当)を陽極接合すると、陽極接合時にガラス基板(21)側に電荷が溜まる。
その後、従来例では、センサー部(4相当)を形成したときに、センサー部(4)とガラス基板(21)との間に電位差(例えば、センサー部(4)が+電位、ガラス基板(21)が−電位)が生じる。これにより、従来例では、センサー部(4)の可動部分がガラス基板(21)に貼り付いてしまうという問題があった。
これにより、本実施形態では、陽極接合時に発生した電荷が導電膜9,10を介して半導体基板25側に逃げる。この結果、本実施形態では、陽極接合時に電荷が溜まるのを低減することができ、センサー部4を形成したときに、センサー部4とガラス基板21とが同電位となり、センサー部4の可動部分が、ガラス基板21に貼り付くことを回避できる。
最後に、図6(m)に示すように、センサー部4を覆うようにガラス基板21(以降、ベース基板6ともいう)の肉厚部6b上に蓋体28を接合することにより、物理量センサー1が得られる。
なお、蓋体28は、例えば、シリコンなどの半導体基板により形成され、ベース基板6と陽極接合することにより互いに接合される。このとき、蓋体28とベース基板6との間に導電膜9,10を介在させることにより、蓋体28の接合時に発生した電荷を導電膜9,10を介して逃がすことができる。これにより、本実施形態では、陽極接合時に電荷が溜まるのを低減できることから、蓋体28の帯電を防止でき、例えば、帯電による蓋体28への異物付着などの問題を回避できる。
静電容量をC、対向面積をS、検知ギャップ(間隙12、間隙13)の距離をd、誘電率をεとした場合、静電容量Cは、次式で求められる。
C=εS/d・・・・・・・・(1)
式(1)からわかるように、静電容量Cを大きくする、つまり検出感度を高くするためには、検知ギャップの距離を相当程度短くする必要がある。これにより、センサー部4は、加わる物理量(例えば、加速度)の大きさによっては、固定電極部7,8に衝突(接触)してしまう虞を常に有している。
さらに、物理量センサー1は、導電膜9,10がベース基板6の肉厚部6b上にも設けられ、ベース基板6と、センサー部4となる半導体基板25とを接合するときに生じる電荷を逃がす機能も有している。これにより、物理量センサー1は、製造過程または製造後においてベース基板6とセンサー部4とが貼り付くことを回避できる。
なお、導電膜9,10は、比較的柔らかい材料を用いることによって、センサー部4やベース基板6の損傷をより抑制することができる。
また、物理量センサー1は、センサー部4の第1部分4Aが第2部分4Bよりも重いことから、センサー部4が第1部分4Aと第2部分4Bとでつり合うことなく、例えば、センサー部4に印加される物理量としての加速度に応じてセンサー部4を効率的に回転させることができる。
この結果、物理量センサー1は、例えば、加速度印加時の検出感度を向上させることができる。
また、物理量センサー1の製造方法は、ガラス基板21と半導体基板25とを陽極接合した際に生じる電荷を、ガラス基板21の肉厚部6bに設けた導電膜9,10により逃がすことができ、センサー部4(半導体基板25)とベース基板6(ガラス基板21)とが静電気などにより貼り付くことを回避できる。
これにより、物理量センサー1の製造方法は、蓋体28とベース基板6との陽極接合時に、蓋体28に電荷が溜まるのを低減できることから、蓋体28の帯電を防止でき、例えば、帯電による蓋体28への異物付着などの問題を回避できる。
次に、図8、図9を用いて実施形態2の物理量センサーの構成について説明する。実施形態2の物理量センサーは、上述した実施形態1の物理量センサーの導電膜が、センサー部と電気的に接続されるように構成されたものである。
具体的には、導電膜109は、配線109aを介してセンサー部4の一方(−Y方向側)のアンカー部2に接続され、導電膜110は、配線110aを介してセンサー部4の他方(+Y方向側)のアンカー部2に接続される。
なお、導電膜109,110とセンサー部4との接続は、配線109a,110aを形成する際に、実施形態1の電極配線15の形成と同様な構成のマスクパターンを用いることで容易に行える。
これにより、物理量センサー101は、実施形態1の効果に加えて、製造時や、取り扱い時の帯電によるセンサー部4のベース基板6への貼り付きを、確実に回避することができる。
次に、上記各実施形態の物理量センサーを用いた電子機器を説明する。
図10は、物理量センサーを用いた電子機器としてのモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
図10に示すように、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部100を有する表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター1100には、物理量センサー1が内蔵されている。
なお、パーソナルコンピューター1100には、物理量センサー1に代えて物理量センサー101が内蔵されていてもよい。
図11に示すように、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部100が配置されている。
このような携帯電話機1200には、物理量センサー1が内蔵されている。
なお、携帯電話機1200には、物理量センサー1に代えて物理量センサー101が内蔵されていてもよい。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
ディジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1310が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1310は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子1312には、テレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314には、パーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ1300には、物理量センサー1が内蔵されている。
なお、ディジタルスチルカメラ1300には、物理量センサー1に代えて物理量センサー101が内蔵されていてもよい。
なお、上記物理量センサーを用いた電子機器は、図10のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図11の携帯電話機、図12のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、各種ナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、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(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレーターなどに適用することができる。
Claims (7)
- 肉薄部および肉厚部が設けられたベース基板と、
前記ベース基板の前記肉薄部の上方に配置され、前記ベース基板の方向に加速度に応じて揺動可能であるセンサー部と、を有し、
前記ベース基板には、前記センサー部の端部と平面視で重複する前記肉薄部の少なくとも一部に導電膜が設けられ、
前記導電膜は、前記肉厚部の表面の少なくとも一部まで延びており、
前記センサー部は、第1軸上に設けられたビーム部によって前記ベース基板に支持され、
前記センサー部を前記第1軸で第1部分と第2部分とに区分けしたときに、前記第1部分は、前記第2部分よりも重く、
前記センサー部には、可動電極部が設けられており、
前記ベース基板の前記肉薄部には、前記可動電極部と対向する位置に、前記導電膜と離間している固定電極部と、を備え、
前記固定電極部は、前記第1部分側に設けられている第1固定電極部と、前記第2部分側に設けられている第2固定電極部と、を有し、
前記導電膜は、前記第1部分側に設けられている第1導電膜と、を有し、
前記ビーム部と前記第1導電膜は、電気的に接続されていることを特徴とする物理量センサー。 - 前記導電膜は、前記第2部分側に設けられている第2導電膜を有し、
前記ビーム部と前記第2導電膜は、電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の物理量センサー。 - 前記ビーム部と前記第1導電膜とは第1配線で接続され、前記ビーム部と前記第2導電膜とは第2配線で接続されていることを特徴とする請求項2に記載の物理量センサー。
- 前記ベース基板には、ガラスが用いられ、前記センサー部には、半導体材料が用いられたことを特徴とする請求項3に記載の物理量センサー。
- 前記ベース基板上には、前記センサー部を覆う蓋体が設けられ、
前記蓋体と前記ベース基板との間には、前記導電膜が介在していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の物理量センサー。 - 前記センサー部は、前記第1軸方向に沿うように延びている複数のスリット部を有し、
前記センサー部の平面視にて、前記複数のスリット部の少なくとも一つのスリット部は、前記導電膜と前記固定電極とが離間している部分の少なくとも一部と重なっていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の物理量センサー。 - 請求項1ないし6のいずれか一項に記載の物理量センサーを用いたことを特徴とする電子機器。
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CN107036590A (zh) * | 2015-09-15 | 2017-08-11 | 精工爱普生株式会社 | 振子、电子设备以及移动体 |
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JP2013011549A (ja) | 2013-01-17 |
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