JP6020793B2 - 物理量センサーおよび電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、物理量センサーおよび電子機器に関する。
近年、例えばシリコンMEMS(Micro Electro Mechanical
System)技術を用いて物理量を検出する物理量センサーが開発されている。
物理量センサーは、例えば、基板に固定された固定電極と、固定電極に対して間隙を介して対向配置され可動電極を備える可動体と、を有し、固定電極と可動電極との間の静電容量に基づいて、加速度等の物理量を検出する機能素子を含む。可動体は、バネ部を介して、基板に固定された固定部に接続されることにより、物理量の変化に応じて変位可能となる。
上記のような機能素子では、特にバネ部に、他の機能素子や引き回し配線によって不要な静電力が働くことがある。そのため、感度が低下するなど所望の特性が得られなくなることがある。
例えば特許文献1には、センサー素子部の外周に配置された外周部にパッドを設け、該パッドに制御回路から電圧を印加し、外周部の電位を固定することが開示されている。そして、特許文献1には、外周部を固定する電位として、可動電極に印加される電位を印加することが開示されている。これにより、例えば、外周部と梁部との間に静電力が働くことを抑制している。
特開2007−279056号公報
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、外周部に電位を固定するための専用のパッドを設けているため、物理量センサーの小型化を図ることが困難なことがある。
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、小型化を図りつつ、バネ部に静電力が働くことを抑制することができる物理量センサーを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記の物理量センサーを有する電子機器を提供するこ
とにある。
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
[適用例1]
本適用例に係る物理量センサーは、
動電極部を備え、第1軸に沿って変位可能な可動体と、
記可動電極部対向して設けられている固定電極部と、
定部と前記可動体とを接続し、且つ、前記固定部から前記第1軸の方向と交差する第2軸に沿って延出する第1延出部、前記第1延出部に接続されている折返し部、および前記折返し部から前記第2軸に沿って延出する第2延出部を含む接続部材と、
前記固定部から延出し、平面視において前記接続部材の第1延出部および前記折返し部の外側に設けられている壁部と、
を含み、
前記接続部材と前記壁部とは、電気的に接続されている。
このような物理量センサーによれば、接続部材と異なる電位を有する部材(例えば他の機能素子など)によって接続部材に静電力が働くことを、壁部により抑制することができる。さらに、このような物理量センサーによれば、接続部材と壁部とは、電気的に接続されているので、壁部の電位を固定するための専用の接続端子を設ける必要ない。そのため、小型化を図ることができる。以上のように、このような物理量センサーでは、小型化を図りつつ、接続部材に静電力が働くことを抑制することができる。
なお、本発明に係る記載では、「電気的に接続」という文言を、例えば、「特定の部材(以下「A部材」という)に「電気的に接続」された他の特定の部材(以下「B部材」という)」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、A部材とB部材とが、直接接して電気的に接続されているような場合と、A部材とB部材とが、他の部材を介して電気的に接続されているような場合とが含まれるものとして、「電気的に接続」という文言を用いている。
[適用例2]
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記壁部は、平面視において、前記第1延出部に沿って設けられている第1壁部と、前記折返し部に沿って設けられている第2壁部と、を備えていてもよい。
このような物理量センサーによれば、バネ部に静電力が働くことを、より確実に抑制することができる。
[適用例3]
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記接続部材が接続されている前記可動体の端部は、前記第2壁部の前記第1軸の方向の端よりも前記固定部側に位置していてもよい。
このような物理量センサーによれば、接続部材に静電力が働くことを、より確実に抑制することができる。
[適用例4]
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
記固定電極部に電気的に接続されている配線を備え
前記壁部は、前記接続部材と前記配線との間に設けられていてもよい。
このような物理量センサーによれば、配線によって接続部材に静電力が働くことを、壁部により抑制することができる。
[適用例5]
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記接続部材に隣り合って前記可動電極部が配置されていてもよい。
このような物理量センサーによれば、固定電極部によって接続部材に静電力が働くことを、可動電極部により抑制することができる。
[適用例6]
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記固定部および前記固定電極部が固定されている基板を備え、
前記基板には凹部が設けられ、
前記可動体は前記凹部上に配置され、
前記壁部は、前記凹部の外縁に沿って配置されていてもよい。
このような物理量センサーによれば、壁部の裏面(下面)全体を基板に固定(接合)することができる。これにより、壁部と基板との接触面積を増やすことができ、安定して壁部を固定することができる。また、例えば、凹部が設けられていない基板に、スペーサー部材を介することによって可動体と基板を離間させる必要がないため、部材の数を減らすことができ、例えば、低コスト化を図ることができる。
[適用例7]
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記固定部、前記可動体、前記接続部材、および前記壁部は、一体に設けられていてもよい。
このような物理量センサーによれば、例えば、シリコン基板を加工することにより、固定部、可動体、接続部材、および壁部を一体に形成することができる。これにより、例えば、シリコン半導体デバイスの製造に用いられる微細な加工技術の適用が可能となり、小型化を図ることができる。
[適用例8]
本適用例に係る電子機器は、
前記適用例のいずれかに係る物理量センサーを含む。
このような電子機器によれば、小型化を図りつつ、接続部材に静電力が働くことを抑制することができる物理量センサーを有することができる。
第1実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 第1実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す断面図。 第1実施形態の第1変形例に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 第1実施形態の第2変形例に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 第2実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 第2実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す断面図。 第2実施形態に係る物理量センサーの機能素子の動作を説明するための図。 第2実施形態に係る物理量センサーの機能素子の動作を説明するための図。 第2実施形態に係る物理量センサーの機能素子の動作を説明するための図。 第2実施形態に係る物理量センサーの機能素子の動作を説明するための図。 第3実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図。 第3実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図。 第3実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1. 第1実施形態
1.1. 物理量センサー
まず、第1実施形態に係る物理量センサーについて、図面を参照しながら説明する。図1は、第1実施形態に係る物理量センサー100を模式的に示す平面図である。図2は、第1実施形態に係る物理量センサー100を模式的に示す図1のII−II線断面図である。なお、図1および図2では、互いに直交する3つの軸として、X軸(第1軸)、Y軸(第2軸)、Z軸(第3軸)を図示している。
物理量センサー100は、図1および図2に示すように、基板10と、機能素子20と、を含むことができる。さらに、物理量センサー100は、配線70,71,72と、接続端子73,74,75と、蓋体80と、を含むことができる。なお、便宜上、図1では、蓋体80を透視して図示している。
基板10の材質は、例えば、ガラス、シリコンである。基板10は、図2に示すように、第1面11と、第1面11と反対側の第2面12と、を有している。第1面11には、凹部14が設けられている。凹部14の上方には、間隙を介して、機能素子20の、接続部材としてのバネ部30,32,34,36、および可動電極部50を備えた可動体26が設けられている。凹部14によって、可動体26は、基板10に妨害されることなく、所望の方向に可動することができる。凹部14の平面形状(Z軸方向から見たときの形状)は、特に限定されないが、図1に示す例では、長方形である。凹部14は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって形成される。
機能素子20は、基板10の第1面11に(基板10上に)支持されている。機能素子20は、基板10および蓋体80によって囲まれるキャビティー82に収容されている。以下では、機能素子20が、水平方向(X軸に沿う方向(X軸方向))の加速度を検出する加速度センサー素子(静電容量型MEMS加速度センサー素子)である場合について説明する。
機能素子20は、図1に示すように、固定部23および壁部40,42を有する支持体21と、固定部24および壁部44,46を有する支持体22と、可動部27および可動電極部50を有する可動体26と、バネ部30,32,34,36と、固定電極部52,54と、を含むことができる。
可動体26は、X軸方向の加速度に応じて、バネ部30,32,34,36を弾性変形させながら、X軸方向(+X方向または−X方向)に変位する。このような変位に伴
って、可動電極部50と固定電極部52との間の隙間、および可動電極部50と固定電極部54との間の隙間の大きさが変化する。すなわち、このような変位に伴って、可動電極部50と固定電極部52との間の静電容量、および可動電極部50と固定電極部54との間の静電容量の大きさが変化する。これらの静電容量の変化に基づいて、機能素子20は(物理量センサー100は)、X軸方向の加速度を検出することができる。
固定部23,24は、基板10の第1面11に接合(固定)されている。固定部23は、凹部14に対して一方側(−X方向側)に設けられ、固定部24は、凹部14に対して他方側(+X方向側)に設けられている。固定部23には、バネ部30,32が接続されている。固定部24には、バネ部34,36が接続されている。図示の例では、固定部23,24は、平面視において、凹部14の外周縁を跨ぐように設けられている。固定部2
3,24の平面形状は、例えば、矩形である。
可動部27は、固定部23と固定部24との間に設けられている。図1に示す例では、可動部27の平面形状は、X軸に沿った長辺を有する長方形である。
バネ部30,32は、固定部23と可動体26の端部26a(−X方向の端部)とを接続している。バネ部30,32は、X軸方向に可動体26を変位し得るように構成されている。より具体的には、バネ部30,32は、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延出する形状を有している。バネ部30は、バネ部32よりも+Y方向側に位置している。
バネ部30は、固定部23からY軸方向に沿って(+Y方向に)延出する第1延出部31aと、第1延出部31aに接続されている第1折返し部(折返し部)31bと、第1折返し部31bからY軸方向に沿って(−Y方向に)延出する第2延出部31cと、を含む。さらに、図示の例では、バネ部30は、第2延出部31cに接続されている第2折返し部31dと、第2折返し部31dから+Y方向に延出する第3延出部31eと、第3延出部31eに接続されている第3折返し部31fと、第3折返し部31fから−Y方向に延出し可動体26に接続されている第4延出部31gと、を含んでいる。折返し部31b,
31d,31fは、X軸に沿って延出している。
図示の例では、バネ部30およびバネ部32は、機能素子20の中心Cを通りX軸と平行な直線(図示せず)に関して、対称に設けられている。バネ部32は、バネ部30と同様に、延出部31a,31c,31e,31gおよび折返し部31b,31d,31fを有することができる。
バネ部34,36は、固定部24と可動体26の端部26b(+X方向の端部)とを接続している。端部26bは、可動体26の(可動部27の)+X方向側の端部である。バネ部34,36は、X軸方向に可動体26を変位し得るように構成されている。より具体的には、バネ部34,36は、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延出する形状を有している。バネ部34は、バネ部36よりも+Y方向側に位置している。
図示の例では、バネ部30およびバネ部34は、機能素子20の中心Cを通りY軸と平行な直線(図示せず)に関して、対称に設けられている。バネ部34は、バネ部30と同様に、延出部31a,31c,31e,31gおよび折返し部31b,31d,31fを有することができる。
また、バネ部34およびバネ部36は、機能素子20の中心Cを通りY軸と平行な直線(図示せず)に関して、対称に設けられている。バネ部36は、バネ部30と同様に、延
出部31a,31c,31e,31gおよび折返し部31b,31d,31fを有することができる。
壁部40は、平面視において、バネ部30の第1延出部31aおよび第1折返し部31bの外側に設けられている。より具体的には、壁部40は、平面視において、バネ部30の第1延出部31aに沿って設けられている第1壁部40aと、バネ部30の第1折返し部31bに沿って設けられている第2壁部40bと、を備えている。図示の例では、第1部40aは、固定部23から+Y方向に延出している。第2部40bは、第1部40aから+X方向に延出している。第2部40bの+X方向の端(+X方向を向く端面)40cと、バネ部30の+X方向の端(+X方向を向く端面)30aとは、例えば、同一平面上(YZ平面と平行な面上)に位置している。壁部40は、例えば、バネ部30と配線71との間に設けられている。
壁部42は、平面視において、バネ部32の第1延出部31aおよび第1折返し部31bの外側に設けられている。より具体的には、壁部42は、平面視において、バネ部32の第1延出部31aに沿って設けられている第1壁部42aと、バネ部32の第1折返し部31bに沿って設けられている第2壁部42bと、を備えている。図示の例では、第1部42aは、固定部23から−Y方向に延出している。第2部42bは、第1部42aから+X方向に延出している。第2部42bの+X方向の端42cと、バネ部32の+X方向の端32aとは、例えば、同一平面上に位置している。
壁部44は、平面視において、バネ部34の第1延出部31aおよび第1折返し部31bの外側に設けられている。より具体的には、壁部44は、平面視において、バネ部34の第1延出部31aに沿って設けられている第1壁部44aと、バネ部34の第1折返し部31bに沿って設けられている第2壁部44bと、を備えている。図示の例では、第1部44aは、固定部24から+Y方向に延出している。第2部44bは、第1部44aから−X方向に延出している。第2部44bの−X方向の端(−X方向を向く端面)44cと、バネ部34の−X方向の端(−X方向を向く端面)34aとは、例えば、同一平面上に位置している。壁部44は、例えば、バネ部34と配線71との間に設けられている。
壁部46は、平面視において、バネ部36の第1延出部31aおよび第1折返し部31bの外側に設けられている。より具体的には、壁部46は、平面視において、バネ部36の第1延出部31aに沿って設けられている第1壁部46aと、バネ部36の第1折返し部31bに沿って設けられている第2壁部46bと、を備えている。図示の例では、第1部46aは、固定部24から−Y方向に延出している。また、第2部46bは、第1部46aから−X方向に延出している。第2部46bの−X方向の端46cと、バネ部36の−X方向の端36aとは、例えば、同一平面上に位置している。壁部46は、例えば、バネ部36と配線71との間に設けられている。
図示の例では、壁部40,42,44,46は、凹部14の周囲に(外縁に)沿って設けられ、基板10の第1面11に接合(固定)されている。図示はしないが、壁部40,42,44,46は、平面視において、凹部14と重なるように設けられていてもよい。すなわち、壁部40,42,44,46は、基板10と離間していてもよい。
壁部40と壁部44とは、例えば、離間して設けられ、平面視において、壁部40と壁部44との間には、固定電極部52,54が設けられている。例えば、両壁部が、連続している形態では、壁部と固定電極部との距離が近くなり、壁部と固定電極部との間に寄生容量が発生することがある。同様に、壁部42と壁部46とは、例えば、離間して設けられ、平面視において、壁部42と壁部46との間には、固定電極部52,54が設けられ
ている。
可動電極部50は、可動部27に接続されている。可動電極部50は、複数設けられている。可動電極部50は、可動部27から+Y方向および−Y方向に突出し、櫛歯状をなすようにX軸に沿って並んでいる。可動電極部50は、可動部27と一体に設けられている。
固定電極部52,54は、一方の端部が固定端として基板10の第1面11に接合され、他方の端部が自由端として可動部27側へ延出している。固定電極部52,54の各々は、複数設けられている。固定電極部52は、配線71と電気的に接続され、固定電極部54は、配線72と電気的に接続されている。固定電極部52,54は、櫛歯状をなすようにX軸に沿って交互に並んでいる。固定電極部52,54は、可動電極部50に対して間隔を隔てて対向して設けられ、可動電極部50の一方側(−X方向側)に固定電極部54が配置され、他方側(+X方向側)に固定電極部52が配置されている。
固定部23,24、可動体26,バネ部30,32,34,36、および壁部40,42,44,46は、一体に設けられている。機能素子20の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。壁部40,42は、固定部23を介して、バネ部30,32と電気的に接続されている。壁部44,46は、固定部24を介して、バネ部34,36と電気的に接続されている。より具体的は、固定部23,24、可動部27、バネ部30,32,34,36、壁部40,42,44,46、および可動電極部50は、互いに電気的に接続されている。したがって、固定部23,24、可動部27、バネ部30,32,34,36、壁部40,42,44,46、および可動電極部50は、例えば、同電位を有することができる。
機能素子20の固定部23,24および固定電極部52,54と、基板10と、の接合方法は、特に限定されないが、例えば、基板10の材質がガラスであり、機能素子20の材質がシリコンである場合は、基板10と機能素子20とは、陽極接合されることができる。
機能素子20は、例えば、シリコン基板(図示せず)を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって加工することにより形成される。
基板10の第1面11には、溝部15,16,17が設けられている。溝部15は、例えば、配線70および接続端子73の平面形状に対応した平面形状を有している。溝部16は、例えば、配線71および接続端子74の平面形状に対応した平面形状を有している。溝部17は、例えば、配線72および接続端子75の平面形状に対応した平面形状を有している。図1に示す例では、溝部16,17は、凹部14の外周に沿うように設けられている。
溝部15,16,17の深さ(Z軸方向の大きさ)は、配線70,71,72および接続端子73,74,75の厚み(Z軸方向の大きさ)よりも大きい。これにより、配線70,71,72および接続端子73,74,75が、第1面11よりも上方(+Z方向)に突出することを防止することができる。溝部15,16,17は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって形成される。
配線70は、基板10上であって、溝部15内に設けられている。より具体的には、配線70は、溝部15の底面を規定する基板10の面に設けられている。配線70は、溝部15内に設けられたコンタクト部76を介して、固定部23と接続端子73とを電気的に接続している。例えば、接続端子73に電圧を印加することにより、固定部23,24、
可動部27、バネ部30,32,34,36、壁部40,42,44,46、および可動電極部50の電位を、同電位に固定することができる。
配線71は、基板10上であって、溝部16内に設けられている。より具体的には、配線71は、溝部16の底面を規定する基板10の面に設けられている。配線71は、コンタクト部77を介して、固定電極部52と接続端子74とを電気的に接続している。
配線72は、基板10上であって、溝部17内に設けられている。より具体的には、配線72は、溝部17の底面を規定する基板10の面に設けられている。配線72は、コンタクト部78を介して、固定電極部54と接続端子75とを電気的に接続している。
配線70,71,72および接続端子73,74,75の材質は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、アルミニウム、金、白金、チタン、タングステン、クロムである。コンタクト部76,77,78の材質は、例えば、金、銅、アルミニウム、白金、チタン、タングステン、クロムである。配線70,71,72および接続端子73,74,75の材質がITO等の透明電極材料であると、基板10が透明である場合に、例えば、配線70,71,72上や接続端子73,74,75上に存在する異物を、基板10の第2面12側から容易に視認することができる。
配線70,71,72、接続端子73,74,75、およびコンタクト部76,77,78は、例えば、スパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。
物理量センサー100では、接続端子73,74を用いることにより、可動電極部50と固定電極部52との間の静電容量を測定することができる。さらに、物理量センサー100では、接続端子73,75を用いることにより、可動電極部50と固定電極部54との間の静電容量を測定することができる。このように物理量センサー100では、可動電極部50と固定電極部52との間の静電容量、および可動電極部50と固定電極部54との間の静電容量を別々に測定し、それらの測定結果に基づいて、高精度に物理量(加速度)を検出することができる。
蓋体80は、基板10上に設けられている。基板10および蓋体80は、パッケージを構成することができる。基板10および蓋体80は、キャビティー82を形成することができ、キャビティー82に機能素子20を収容することができる。例えば、図2に示す配線70と蓋体80との間の空隙(溝部15内の空隙)は、接着部材等によって埋められていてもよく、この場合、キャビティー82は、例えば、不活性ガス(例えば窒素ガス)雰囲気で密閉されていてもよい。
蓋体80の材質は、例えば、シリコン、ガラスである。蓋体80と基板10との接合方法は、特に限定されないが、例えば、基板10の材質がガラスであり、蓋体80の材質がシリコンである場合は、基板10と蓋体80とは、陽極接合されることができる。
第1実施形態に係る物理量センサー100は、例えば、以下の特徴を有する。
物理量センサー100によれば、固定部23と可動体26の端部26aとを接続し、且つ、固定部23からY軸に沿って延出する第1延出部31a、第1延出部31aに接続されている折返し部31b、および折返し部31bからY軸に沿って延出する第2延出部31cを含むバネ部30と、固定部23から延出し、平面視においてバネ部30の第1延出部31aおよび折返し部31bの外側に設けられている壁部40と、を含む。そして、バネ部30と壁部40とは、電気的に接続されている。そのため、バネ部30と異なる電位
を有する部材(例えば、キャビティー82に収容されている他の機能素子など)によってバネ部30に静電力が働くことを、壁部40により抑制することができる。これにより、可動体26は、安定して動作することができ、例えば感度が低下することを抑制することができる。
同様に、物理量センサー100は、固定部23と可動体26の端部26aとを接続しているバネ部32、および固定部24と可動体26の端部26bとを接続しているバネ部34,36を含む。バネ部32,34,36は、固定部23,24からY軸に沿って延出する第1延出部31a、第1延出部31aに接続されている折返し部31b、および折返し部31bからY軸に沿って延出する第2延出部31cを有する。さらに、物理量センサー100は、固定部23,24から延出し、平面視においてバネ部32,34,36の第1延出部31aおよび折返し部31bの外側に設けられている壁部42,44,46を含む。そして、バネ部32,34,36と壁部42,44,46とは、電気的に接続されている。そのため、例えば、他の機能素子などによってバネ部32,34,36に静電力が働くことを、壁部42,44,46により抑制することができる。
さらに、物理量センサー100によれば、バネ部30,32,34,36と壁部40,42,44,46とは、電気的に接続されているので、壁部の電位を固定するための専用の接続端子を設ける必要ない。物理量センサー100では、1つの接続端子73に電圧を印加することにより、バネ部30,32,34,36および壁部40,42,44,46、の電位を、例えば、同電位に固定することができる。そのため、物理量センサー100では、壁部40,42,44,46の電位を固定するために、配線や接続端子の数が増えることを防止することができ、小型化を図ることができる。
以上のように、物理量センサー100では、小型化を図りつつ、バネ部30,32,34,36に静電力が働くことを抑制することができる。
物理量センサー100によれば、壁部40,42,44,46は、平面視において、第1延出部31aに沿って設けられている第1壁部40a,42a,44a,46aと、折返し部31bに沿って設けられている第2壁部40b,42b,44b,46bと、を備える。そのため、例えば、他の機能素子などによってバネ部30,32,34,36に静電力が働くことを、より確実に壁部40,42,44,46により抑制することができる。
物理量センサー100によれば、壁部40,44,46は、バネ部30,34,36と、固定電極部52に電気的に接続された配線71と、の間に設けられている。配線71は、バネ部30,34,36と異なる電位を有している。そのため、配線71によってバネ部30,34,36に静電力が働くことを、壁部40,44,46により抑制することができる。
物理量センサー100によれば、基板10には凹部14が設けられ、可動体26は、凹部14上に配置され、壁部40,42,44,46は、凹部14の外縁に沿って配置されている。そのため、例えば、壁部40,42,44,46の裏面(下面)全体を基板10の第1面11に固定(接合)することができる。これにより、壁部40,42,44,46と基板10との接触面積を増やすことができ、安定して壁部40,42,44,46を固定することができる。また、例えば、凹部が設けられていない基板に、スペーサー部材を介することによって可動体と基板を離間させる必要がない。そのため、部材の数を減らすことができ、例えば、低コスト化を図ることができる。
物理量センサー100によれば、固定部23,24、可動体26、バネ部30,32,
34,36、および壁部40,42,44,46は、一体に設けられている。そのため、例えば、シリコン基板(図示せず)を加工することにより、機能素子20を、一体に形成することができる。これにより、例えば、シリコン半導体デバイスの製造に用いられる微細な加工技術の適用が可能となり、機能素子20の小型化を図ることができる。
物理量センサー100によれば、第2部40bの+X方向の端40cと、バネ部30の+X方向の端30aとは、同一平面上に位置している。これにより、例えば、第2延出部の+X方向の端が、バネ部の+X方向の端よりも−X方向側に位置している場合に比べて、バネ部30に静電力が働くことを、より確実に壁部40により抑制することができる。
同様に、物理量センサー100では、第2部42b,44b,46bの端42c,44c,46cと、バネ部32,34,36の端32a,34a,36aとは、同一平面上に位置している。これにより、バネ部32,34,36に静電力が働くことを、よ
り確実に壁部42,44,46により抑制することができる。
1.2. 第1変形例
次に、第1実施形態の第1変形例に係る物理量センサーについて、図面を参照しながら説明する。図3は、第1実施形態の第1変形例に係る物理量センサー200を模式的に示す平面図である。なお、図3では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。また、便宜上、図3では、蓋体80を透視して図示している。以下、物理量センサー200において、上述した物理量センサー100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
物理量センサー100では、図1に示すように、第2部40b,42b,44b,46の端40c,42c,44c,46cは、バネ部30,32,34,36の端30a,32a,34a,36aと同一平面上に位置していた。
これに対し、物理量センサー200では、図3に示すように、壁部40の第2部40bの端40cは、バネ部30の端30aよりも、X軸方向において、可動体26側に位置している。より具体的には、端面40cは、端面30aよりも、+X方向側に位置している。
同様に、端42cは、端32aよりも、X軸方向において、可動体26側に位置している。より具体的には、端cは、端aよりも、+X方向側に位置している。端44cは、端34aよりも、X軸方向において、可動体26側に位置している。より具体的には、端44cは、端34aよりも、−X方向側に位置している。端46cは、端36aよりも、X軸方向において、可動体26側に位置している。より具体的には、端46cは、端36aよりも、−X方向側に位置している。
図示の例では、バネ部30,32が接続されている可動体26の端部26aは、第2壁部40bの端40cよりも、X軸方向において、第1壁部40a側に位置している。また、端部26aは、第2壁部42bの端42cよりも、X軸方向において、第1壁部42a側に位置している。より具体的には、端部26aは、端40c,42cよりも−X方向側に位置している。
同様に、バネ部34,36が接続されている可動体26の端部26bは、第2壁部44bの端44cよりも、X軸方向において、第1壁部44a側に位置している。また、端部26bは、第2壁部46bの端46cよりも、X軸方向において、第1壁部46a側に位置している。より具体的には、端部26bは、端44c,46cよりも+X方向
側に位置している。
物理量センサー200によれば、物理量センサー100に比べて、バネ部30,32,34,36に静電力が働くことを、より確実に壁部40,42,44,46により抑制することができる。
1.3. 第2変形例
次に、第1実施形態の第2変形例に係る物理量センサーについて、図面を参照しながら説明する。図4は、第1実施形態の第2変形例に係る物理量センサー300を模式的に示す平面図である。なお、図4では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。また、便宜上、図4では、蓋体80を透視して図示している。以下、物理量センサー300において、上述した物理量センサー100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
物理量センサー100では、図1に示すように、可動電極部50は、固定電極部52と固定電極部54とに挟まれていた。
これに対し、物理量センサー300では、図4に示すように、固定電極部52と固定電極部54とに挟まれていない可動電極部50aを有している。より具体的には、複数の可動電極部50および複数の固定電極部52,54は、X軸に沿って列をなし、可動電極部50および固定電極部52,54のの最外には、可動電極部50aが設けられている。すなわち、バネ部30,32,34,36に隣り合って、可動電極部50aが配置されている。可動電極部50aは、空隙を介して、バネ部30,32,34,36と対向配置されている。可動電極部50aとバネ部30,32,34,36との間には、固定電極部52,54が配置されていない。可動電極部50aは、可動部27を介して、バネ部30,32,34,36と電気的に接続されている。
物理量センサー300によれば、バネ部30,32,34,36と異なる電位を有する固定電極部52,54によってバネ部30,32,34,36に静電力が働くことを、可動電極部50aにより抑制することができる。さらに、物理量センサー300によれば、物理量センサー100に比べて、可動電極部50および固定電極部52,54の数を増やすことができ、検出感度を向上させることができる。
2. 第2実施形態
次に、第2実施形態に係る物理量センサーについて、図面を参照しながら説明する。図5は、第2実施形態に係る物理量センサー400を模式的に示す平面図である。図6は、第2実施形態に係る物理量センサー400を模式的に示す図5のVI−VI線断面図である。なお、図5および図6では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。また、図5では、便宜上、基板10および蓋体80の図示を省略している。以下、物理量センサー400において、上述した物理量センサー100の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
物理量センサー100では、機能素子20は、水平方向(X軸方向)の加速度を検出する加速度センサー素子(静電容量型MEMS加速度センサー素子)であった。これに対し、物理量センサー400では、機能素子20は、Z軸回りの角速度を検出するジャイロセンサー素子(静電容量型MEMSジャイロセンサー素子)である。
機能素子20は、図5および図6に示すように、第1振動体106と、第2振動体108と、駆動用固定電極部130と、検出用固定電極部(固定電極部)140と、支持体150と、を有することができる。
振動体106,108は、基板10の第1面11に接合(固定)された支持体150によって、支持されており、基板10と離間して配置されている。より具体的には、基板10に設けられた凹部14の上方に、間隙を介して、振動体106,108が設けられている。第1振動体106および第2振動体108は、X軸に沿って互いに連結されている。第1振動体106および第2振動体108は、図5に示すように、両者の境界線B(Y軸に沿った直線)に対して、対称となる形状を有することができる。
振動体106,108は、駆動部110と、検出部120と、を有している。駆動部110は、駆動用支持部112と、駆動用バネ部(バネ部)114と、駆動用可動電極部116と、を有することができる。検出部120は、検出用支持部122と、検出用バネ部124と、検出用可動電極部(可動電極部)126と、を有することができる。駆動用支持部112、駆動用可動電極部116、検出用支持部122、検出用バネ部124、および検出用可動電極部126は、X軸方向に変位可能な可動体を構成している。
駆動用支持部112は、例えば、フレーム状の形状を有し、駆動用支持部112の内側には、検出部120が配置されている。
駆動用バネ部114は、駆動用支持部112の外側に配置されている。図示の例では、駆動用バネ部114の一端は、駆動用支持部112に接続され、駆動用バネ部114の他端は、支持体150に接続されている。
駆動用バネ部114は、X軸方向に駆動用支持部112を変位し得るように構成されている。より具体的には、駆動用バネ部114は、Y軸方向に往復しながらX軸方向に延出する形状を有している。
図示の例では、駆動用バネ部114は、第1振動体106において、4つ設けられている。そのため、第1振動体106は、4つの支持体150によって、支持されている。同様に、第2振動体108は、4つの支持体150によって、支持されている。第1振動体106と第2振動体108との境界線B上の支持体150は、振動体106,108において共通の支持体150である。なお、境界線B上の支持体150は、設けられていなくてもよい。
第1振動体106の4つの支持体150のうち、支持体150a,150b(境界線B上に設けられていない支持部)は、固定部170,172と、壁部40,42と、を有している。
固定部170,172は、基板10の第1面11に接合(固定)されている。固定部170,172の平面形状は、例えば、矩形である。
壁部40は、平面視において、駆動用バネ部114aの第1延出部31aおよび第1折返し部31bの外側に設けられている。駆動用バネ部114aは、固定部170と駆動部支持部112の端部とを接続している。駆動用バネ部114aは、第1実施形態に係る物理量センサー100のバネ部30と同じ形状を有している。
図示の例では、壁部40は、さらに、固定部170から延出し、第2部40bと駆動用バネ部114aを介して対向配置された第3部40dを有している。壁部40は、固定部170を介して、駆動用バネ部114aと電気的に接続されている。
壁部42は、平面視において、駆動用バネ部114bの第1延出部31aおよび第1折
返し部31bの外側に設けられている。駆動用バネ部114bは、固定部172と駆動支持部112の端部とを接続している。図示の例では、駆動用バネ部114aおよび駆動部バネ部114bは、機能素子20の中心Cを通りX軸と平行な直線(図示せず)に関して、対称に設けられている。
図示の例では、壁部42は、さらに、固定部172から延出し、第2部42bと駆動用バネ部114bを介して対向配置された第3部42dを有している。壁部42は、固定部172を介して、駆動用バネ部114bと電気的に接続されている。
第2振動体108の4つの支持体150のうち、支持体150c,150d(境界線B上に設けられていない支持部)は、固定部174,176と、壁部44,46と、を有している。
固定部174,176は、基板10の第1面11に接合(固定)されている。固定部174,176の平面形状は、例えば、矩形である。
壁部44は、平面視において、駆動用バネ部114cの第1延出部31aおよび第1折返し部31bの外側に設けられている。駆動用バネ部114cは、固定部174と駆動部支持部112の端部とを接続している。図示の例では、駆動用バネ部114aおよび駆動バネ部114cは、機能素子20の中心Cを通りY軸と平行な直線(図示せず)に関して、対称に設けられている。
図示の例では、壁部44は、さらに、固定部174から延出し、第2部44bと駆動用バネ部114cを介して対向配置された第3部44dを有している。壁部44は、固定部174を介して、駆動用バネ部114cと電気的に接続されている。
壁部46は、平面視において、駆動用バネ部114dの第1延出部31aおよび第1折返し部31bの外側に設けられている。駆動用バネ部114dは、固定部176と駆動部支持部112の端部とを接続している。図示の例では、駆動用バネ部114bおよび駆動バネ部114dは、機能素子20の中心Cを通りY軸と平行な直線(図示せず)に関して、対称に設けられている。
図示の例では、壁部46は、さらに、固定部176から延出し、第2部46bと駆動用バネ部114を介して対向配置された第3部46dを有している。壁部46は、固定部176を介して、駆動用バネ部114dと電気的に接続されている。
駆動用可動電極部116は、駆動用支持部112の外側に、駆動用支持部112に接続されて配置されている。
駆動用固定電極部130は、駆動用支持部112の外側に配置されている。駆動用固定電極部130は、基板10の第1面11に接合(固定)されている。駆動用固定電極部130は、駆動用可動電極部116と対向配置されている。図示の例では、駆動用固定電極部130は、複数設けられ、駆動用固定電極130の間に、駆動用可動電極部116が設けられている。
検出部120は、駆動部110に連結されている。図示の例では、検出部120は、駆動用支持部112の内側に配置されている。なお、図示はしないが、検出部120は、駆動部110に連結されていれば、駆動用支持部112の外側に配置されていてもよい。
検出用支持部122は、例えば、フレーム状の形状を有している。
検出用バネ部124は、検出用支持部122の外側に配置されている。検出用バネ部124は、検出用支持部122と駆動用支持部112とを接続している。より具体的には、検出用バネ部124の一端は、検出用支持部122に接続されている。検出用バネ部124の他端は、駆動用支持部112に接続されている。
検出用バネ部124は、Y軸方向に検出用支持部122を変位し得るように構成されている。より具体的には、検出用バネ部124は、X軸方向に往復しながらY軸方向に延出する形状を有している。
検出用可動電極部126は、検出用支持部122の内側に、検出用支持部122に接続されて配置されている。図示の例では、検出用可動電極部126は、X軸に沿って延出している。
検出用固定電極部140は、検出用支持部122の内側に配置されている。検出用固定電極部140は、基板10の第1面11に接合(固定)されている。検出用固定電極部140は、検出用可動電極部126と対向して設けられている。図示の例では、検出用固定電極部140は、複数設けられ、検出用固定電極部140の間に、検出用可動電極部126が設けられている。
次に、機能素子20の動作について説明する。図7〜図10は、機能素子20の動作を説明するための図である。なお、図7〜図10では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、Z軸を図示している。また、便宜上、図7〜図10では、機能素子20の各部分を、簡略化して図示している。
駆動用固定電極部130および駆動用可動電極部116に、図示しない電源によって、電圧を印加すると、駆動用固定電極部130と駆動用可動電極部116との間に静電力を発生させることができる。これにより、図7および図8に示すように、駆動用バネ部114をX軸に沿って伸縮させることができ、駆動部110をX軸に沿って振動させることができる。
より具体的には、第1振動体106の駆動用可動電極部116と駆動用固定電極部130との間に第1交番電圧を印加し、第2振動体108の駆動用可動電極部116と駆動用固定電極部130との間に第1交番電圧と位相が180度ずれた第2交番電圧を印加する。これにより、第1振動体106の第1駆動部110a、および第2振動体108の第2駆動部110bを、互いに逆位相でかつ所定の周波数で、X軸に沿って振動させることができる。すなわち、X軸に沿って互いに連結された第1駆動部110aおよび第2駆動部110bは、X軸に沿って、互いに逆位相で振動する。図7に示す例では、第1駆動部110aは、α1方向に変位し、第2駆動部110bは、α1方向と反対方向のα2方向に変位している。図8に示す例では、第1駆動部110aは、α2方向に変位し、第2駆動部110bは、α1方向に変位している。
なお、検出部120は、駆動部110に連結されているため、検出部120も駆動部110の振動に伴い、X軸に沿って変位する。すなわち、第1振動体106および第2振動体108は、X軸に沿って、互いに反対方向に変位する。
図9および図10に示すように、駆動部110a,110bがX軸に沿って振動を行っている状態で、機能素子20にZ軸回りの角速度ωが加わると、コリオリの力が働き、検出部120は、Y軸に沿って変位する。すなわち、第1駆動部110aに連結された第1検出部120a、および第2駆動部110bに連結された第2検出部120bは、Y軸に
沿って、互いに反対方向に変位する。図8に示す例では、第1検出部120aは、β1方向に変位し、第2検出部120bは、β1方向と反対方向のβ2方向に変位している。図9に示す例では、第1検出120aは、β2方向に変位し、第2検出部120bは、β1方向に変位している。
検出部120a,120bがY軸に沿って変位することにより、検出用可動電極部126と検出用固定電極部140との間の距離Lは、変化する。そのため、検出用可動電極部126と検出用固定電極部140との間の静電容量は、変化する。機能素子20では、検出用可動電極部126および検出用固定電極部140に電圧を印加することにより、検出用可動電極部126と検出用固定電極部140との間の静電容量の変化量を検出し、Z軸回りの角速度ωを求めることができる。
物理量センサー400によれば、物理量センサー100と同様に、駆動用バネ部114a,114b,114c,114dと異なる電位を有する部材(例えば、キャビティー82に収容されている他の機能素子など)によって駆動用バネ部114a,114b,114c,114dに静電力が働くことを、壁部40,42,44,46により抑制することができる。これにより、駆動用支持部112、駆動用可動電極部116、検出用支持部122、検出用バネ部124、および検出用可動電極部126によって構成されている可動体は、安定して動作することができ、例えば感度が低下することを抑制することができる。
さらに、物理量センサー400によれば、物理量センサー100と同様に、駆動用バネ部114a,114b,114c,114dと壁部40,42,44,46とは、電気的に接続されているので、壁部の電位を固定するための専用の接続端子を設ける必要ない。そのため、物理量センサー400では、壁部40,42,44,46の電位を固定するために、配線や接続端子の数が増えることを防止することができ、小型化を図ることができる。
以上のように、物理量センサー400では、小型化を図りつつ、駆動用バネ部114a,114b,114c,114dに静電力が働くことを抑制することができる。
3. 第3実施形態
次に、第3実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。第3実施形態に係る電子機器は、本発明に係る物理量センサーを含む。以下では、本発明に係る物理量センサーとして、物理量センサー100を含む電子機器について、説明する。
図11は、第3実施形態に係る電子機器として、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1100を模式的に示す斜視図である。
図11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1108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100が内蔵されている。
図12は、第3実施形態に係る電子機器として、携帯電話機(PHSも含む)1200を模式的に示す斜視図である。
図12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1208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100が内蔵されている。
図13は、第3実施形態に係る電子機器として、デジタルスチルカメラ1300を模式的に示す斜視図である。なお、図13には、外部機器との接続についても簡易的に示している。
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。
撮影者が表示部1310に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。
また、このデ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。
このようなデジタルスチルカメラ1300には、物理量センサー100が内蔵されている。
以上のような電子機器1100,1200,1300は、小型化を図りつつ、バネ部に静電力が働くことを抑制することができる物理量センサー100を有することができる。
なお、上記物理量センサー100を備えた電子機器は、図11に示す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12に示す携帯電話機、図13に示すデ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、ロケット、船舶の計器類)、ロボットや人体などの姿勢制御、フライトシミュレーターなどに適用することができる。
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
10…基板、11…第1面、12…第2面、14…凹部、15,16,17…溝部、20…機能素子、21,22…支持体、23,24…固定部、26…可動体、26a…端部、26b…端部、27…可動部、30,32,34,36…バネ部、30a,32a,34a,36a…端面、31a…第1延出部、31b…第1折返し部、31c…第2延出部、31d…第2折返し部、31e…第3延出部、31f…第3折返し部、31g…第4延出部、40,42,44,46…壁部、40a,42a,44a,46a…第1壁部、40b,42b,44b,46b…第2壁部、40c,42c,44c,46c…端面、50,50a…可動電極部、52,54…固定電極部、70,71,72…配線、73,74,75…接続端子、76,77,78…コンタクト部、80…蓋体、82…キャビティー、100…物理量センサー、106…第1振動体、108…第2振動体、110…駆動部、112…駆動用支持部、114,114a,114b,114c,114d…駆動用バネ部、116…駆動用可動電極部、120…検出部、122…検出用支持部、124…検出用バネ部、126…検出用可動電極部、130…駆動用固定電極部、140…検出用固定電極部、150,150a,150b,150c,150d…支持体、170,172,174,176…固定部、200,300,400…物理量センサー、1100…パーソナルコンピューター、1102…キーボード、1104…本体部、1106…表示ユニット、1108…表示部、1200…携帯電話機、1202…操作ボタン、1204…受話口、1206…送話口、1208…表示部、1300…デジタルスチルカメラ、1302…ケース、1304…受光ユニット、1306…シャッターボタン、1308…メモリー、1310…表示部、1312…ビデオ信号出力端子、1314…入出力端子、1430…テレビモニター、1440…パーソナルコンピューター

Claims (6)

  1. 可動電極部を備え、第1軸に沿って変位可能な可動体と、
    前記可動電極部に対向して設けられている固定電極部と、
    固定部と前記可動体とを接続し、且つ、前記固定部から前記第1軸の方向と直交する第2軸に沿って延出する第1延出部、前記第1延出部に接続されている折返し部、および前記折返し部から前記第2軸に沿って延出する第2延出部を含むバネ部と、
    前記固定部から延出し、平面視において前記バネ部の第1延出部および前記折返し部の外側に設けられている壁部と、
    を含み、
    前記バネ部と前記壁部とは、電気的に接続され
    前記壁部は、平面視において、前記第1延出部に沿って設けられている第1壁部と、前記折返し部に沿って設けられている第2壁部と、を備え、
    前記固定電極部は、前記第2軸に沿って延出して、前記第2壁部および前記バネ部の前記第1軸の方向に位置し、
    前記2壁部の前記固定電極部側の端面と、前記バネ部の前記固定電極部側の端面とは、前記第1軸の方向を垂線の方向とする同一平面上に位置している、物理量センサー。
  2. 請求項1において、
    前記固定電極部に電気的に接続されている配線を備え、
    前記壁部は、前記バネ部と前記配線との間に設けられている、物理量センサー。
  3. 請求項1または2において、
    前記バネ部に隣り合って前記可動電極部が配置されている、物理量センサー。
  4. 請求項1ないしのいずれか1項において、
    前記固定部および前記固定電極部が固定されている基板を備え、
    前記基板には凹部が設けられ、
    前記可動体は前記凹部上に配置され、
    前記壁部は、前記凹部の外縁に沿って配置されている、物理量センサー。
  5. 請求項1ないしのいずれか1項において、
    前記固定部、前記可動体、前記バネ部、および前記壁部は、一体に設けられている、物理量センサー。
  6. 請求項1ないしのいずれか1項に記載の物理量センサーを含む、電子機器。
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