JP6544157B2 - 物理量センサー、センサーデバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、物理量センサー、センサーデバイス、電子機器および移動体に関するものである。

加速度、角速度等の物理量を検出する物理量センサーとして、いわゆるシーソー型のセンサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば、特許文献１に記載の物理量センサーは、ベース基板と、ベース基板に対して揺動可能に支持され揺動中心軸を介して一方側と他方側とのそれぞれに可動電極部が設けられたセンサー部と、各可動電極部に対向するようにベース基板に設けられている固定電極部と、を備える。このような物理量センサーでは、可動電極部と固定電極部との静電容量に基づいて、加速度や角速度等の物理量を検出することができる。

また、特許文献１に記載の物理量センサーでは、ベース基板に設けられた第１凹部の上方にセンサー部が配置されている。また、ベース基板のセンサー部側の面には、センサー部の先端に平面視で重複する位置に第１凹部よりも深い第２凹部が設けられている。これにより、センサー部とベース基板との間のガスダンピングを低減することができる。

特開２０１３−０４０８５６号公報

前述したような特許文献１に記載の物理量センサーは、一般に、センサー部を収納する空間を形成するように、ベース基板に対して蓋となる他の基板を接合して用いられる。従来では、センサー部と当該他の基板との間に生じるガスダンピングを考慮していないため、センサー部の揺動中心軸に対して一方側部分と他方側の部分とで生じるガスダンピング量のバランスが悪くなり、その結果、検出精度の低下を招くという問題があった。

本発明の目的は、検出精度を向上させることができる物理量センサーを提供すること、また、かかる物理量センサーを備えるセンサーデバイス、電子機器および移動体を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の物理量センサーは、第１基板と、
前記第１基板に対して対向して揺動中心軸まわりに揺動可能に設けられ、前記第１基板の厚さ方向から見た平面視で前記揺動中心軸を境界として第１可動部と前記第１可動部よりも面積の大きい第２可動部とに区分される可動体と、
前記第１可動部に対向して前記第１基板に配置されている第１電極と、
前記第２可動部に対向して前記第１基板に配置されている第２電極と、
前記可動体に対して前記第１基板とは反対側に配置されている第２基板と、を備え、
前記第１可動部を第１部分とし、平面視で前記第２可動部の前記揺動中心軸から面積が前記第１部分と等しくなる距離までの部分を第２部分とし、前記第１基板と前記第１部分との間のガスダンピング量をＤ_１１とし、前記第１基板と前記第２部分との間のガスダンピング量をＤ_１２とし、前記第２基板と前記第１部分との間のガスダンピング量をＤ_２１とし、前記第２基板と前記第２部分との間のガスダンピング量をＤ_２２としたとき、
（Ｄ_１１＋Ｄ_２１）＞（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を満たすことを特徴とする。

このような物理量センサーによれば、第１可動部と第１基板および第２基板との間に生じるガスダンピング量と、第２可動部と第１基板および第２基板との間に生じるガスダンピング量とが等しくなるように調整を行うことができる。その結果、高い検出精度を有する物理量センサーを提供することができる。

本発明の物理量センサーでは、Ｄ_１１＜Ｄ_２１の関係を満たすことが好ましい。
これにより、第２基板の形状を適宜設定することで、（Ｄ_１１＋Ｄ_２１）＞（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を容易に満たすことができる。そのため、第１基板の形状の設計の自由度が高くなる。したがって、例えば、第１可動部と第１電極との間の距離と、第２可動部と第２電極との間の距離とを等しくしたまま、ガスダンピング量の調整を容易に行うことができる。

本発明の物理量センサーでは、Ｄ_２１＞Ｄ_２２の関係を満たすことが好ましい。
これにより、（Ｄ_１１＋Ｄ_２１）＞（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を容易に満たすことができる。

本発明の物理量センサーは、第１基板と、
前記第１基板に対して対向して揺動中心軸まわりに揺動可能に設けられ、前記第１基板の厚さ方向から見た平面視で前記揺動中心軸を境界として第１可動部と前記第１可動部よりも面積の大きい第２可動部とに区分される可動体と、
前記第１可動部に対向して前記第１基板に配置されている第１電極と、
前記第２可動部に対向して前記第１基板に配置されている第２電極と、
前記可動体に対して前記第１基板とは反対側に配置されている第２基板と、を備え、
前記第１可動部を第１部分とし、平面視で前記第２可動部の前記揺動中心軸から面積が前記第１部分と等しくなる距離までの部分を第２部分とし、前記第１基板と前記第１部分との間の距離をＬ_１１とし、前記第１基板と前記第２部分との間の距離をＬ_１２とし、前記第２基板と前記第１部分との間の距離をＬ_２１とし、前記第２基板と前記第２部分との間の距離をＬ_２２としたとき、
（Ｌ_１１＋Ｌ_２１）＜（Ｌ_１２＋Ｌ_２２）の関係を満たすことを特徴とする物理量センサー。

このような物理量センサーによれば、第１可動部と第１基板および第２基板との間に生じるガスダンピング量と、第２可動部と第１基板および第２基板との間に生じるガスダンピング量とが等しくなるように調整を行うことができる。その結果、高い検出精度を有する物理量センサーを提供することができる。

本発明の物理量センサーでは、Ｌ_１１＞Ｌ_２１の関係を満たすことが好ましい。
これにより、第２基板の形状を適宜設定することで、（Ｄ_１１＋Ｄ_２１）＞（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を容易に満たすことができる。そのため、第１基板の形状の設計の自由度が高くなる。したがって、例えば、第１可動部と第１電極との間の距離と、第２可動部と第２電極との間の距離とを等しくしたまま、ガスダンピング量の調整を容易に行うことができる。

本発明の物理量センサーでは、Ｌ_２１＜Ｌ_２２の関係を満たすことが好ましい。
これにより、（Ｄ_１１＋Ｄ_２１）＞（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を容易に満たすことができる。

本発明の物理量センサーでは、前記第２可動部の前記第２部分以外の部分を第３部分とし、前記第１基板と前記第３部分との間の距離をＬ_１３としたとき、
Ｌ_１２＜Ｌ_１３の関係を満たすことが好ましい。
これにより、距離Ｌ_１１、Ｌ_１２を小さくしつつ、第２可動部が第１基板に接触するのを低減することができる。

本発明の物理量センサーでは、前記第１基板の前記第２基板側の面には、第１凹部が形成され、
前記第２基板の前記第１基板側の面には、第２凹部が形成され、
前記第１凹部および前記第２凹部の少なくとも一方は、深さが異なる複数の部分を有することが好ましい。

これにより、可動体の各部と第１基板および第２基板との間の距離を適宜設定することができる。

本発明の物理量センサーでは、前記第１可動部と前記第１電極との間の静電容量、および、前記第２可動部と前記第２電極との間の静電容量に基づいて、加速度を検出することが好ましい。

一般に、加速度を検出する場合、気体が封入された空間内に可動体を収納するため、可動体のガスダンピングに起因する検出精度の低下が問題となる。したがって、このような場合に本発明を適用すると、その効果が顕著となる。

本発明のセンサーデバイスは、本発明の物理量センサーと、
前記物理量センサーに電気的に接続されている電子部品と、を有していることを特徴とする。
これにより、優れた検出精度を有するセンサーデバイスを提供することができる。

本発明の電子機器は、本発明の物理量センサーを備えていることを特徴とする。
これにより、優れた検出精度を有する物理量センサーを備える電子機器を提供することができる。

本発明の移動体は、本発明の物理量センサーを備えていることを特徴とする。
これにより、優れた検出精度を有する物理量センサーを備える移動体を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す平面図（上面図）である。 図１中のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。 本発明のセンサーデバイスの一例を示す断面図である。 本発明の電子機器を適用したモバイル型（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。 本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。

以下、本発明の物理量センサー、センサーデバイス、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．物理量センサー
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーを示す平面図（上面図）である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。なお、各図には、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が図示されており、各軸を表す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とする。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。また、＋Ｚ軸方向側を「上」、−Ｚ軸方向側を「下」とも言う。

図１および図２に示す物理量センサー１は、例えば、慣性センサーとして用いられ、具体的には、Ｚ軸方向の加速度を測定するための加速度センサーとして用いられる。この物理量センサー１は、ベース基板２（第１基板）と、蓋体３（第２基板）と、これらによって形成されている内部空間Ｓに配置されている揺動構造体４（可動電極）と、ベース基板２上に配置されている導体パターン５と、を有している。以下、物理量センサー１の各部を順次説明する。

（ベース基板）
ベース基板２は、板状をなし、このベース基板２の上面には、凹部２１が形成されている。この凹部２１は、後述する揺動構造体４の可動部４２および連結部４３、４４がベース基板２に接触を防止する逃げ部として機能する。また、凹部２１の底面は、後に詳述するが、深さの異なる２つの部分２１１、２１２を有する。また、凹部２１の底面（部分２１１）の中央部には、突出した凸部２１３が設けられている。この凸部２１３には、後述する揺動構造体４の支持部４１が固定されている。また、凹部２１の側面および凸部２１３の側面は、傾斜面で構成されている。これにより、凹部２１の底面からベース基板２の上面への配線の引き回しを容易とするとともに、配線の形成不良や断線等を低減している。また、ベース基板２には、凹部２１の周囲に配置された凹部２３、２４、２５が形成されている。これら凹部２３、２４、２５内には、後述する導体パターン５の配線５３、５４、５５の一部および端子５６、５７、５８が配置されている。

このようなベース基板２は、絶縁性を有していることが好ましく、例えば、ガラス材料で構成されている。特に、ベース基板２が硼珪酸ガラスのようなアルカリ金属イオンを含むガラス材料で構成されていると、蓋体３や揺動構造体４がシリコンを用いて構成されている場合、これらとベース基板２との接合を陽極接合により行うことができる。なお、ベース基板２の構成材料としては、ガラス材料に限定されず、例えば、高抵抗なシリコン材料を用いてもよい。また、ベース基板２の表面には、必要に応じて、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜が形成されていてもよい。

（導体パターン）
導体パターン５は、ベース基板２の上面に設けられている。この導体パターン５は、電極として、凹部２１の底面に配置されている第１固定電極５１（第１電極）および第２固定電極５２（第２電極）を有している。また、導体パターン５は、配線として、凹部２１内で第１固定電極５１と接続され、凹部２２内に引き回されている配線５３と、凹部２１内で第２固定電極５２と接続され、凹部２３内に引き回されている配線５４と、凸部２１３で揺動構造体４と接続され、凹部２４内に引き回されている配線５５と、を有している。ここで、配線５５は、凸部２１３の上面（頂面）に形成された溝内において、導電性のバンプ５９を介して揺動構造体４に接続されている。また、導体パターン５は、端子として、凹部２２内に配置され、配線５３と接続されている端子５６と、凹部２３内に配置され、配線５４と接続されている端子５７と、凹部２４内に配置され、配線５５と接続されている端子５８と、を有している。ここで、端子５６、５７、５８は、内部空間Ｓの外側に配置されている。これにより、導体パターン５と外部（例えば後述するＩＣチップ１０２）とのコンタクトが可能となっている。

このような導体パターン５の構成材料としては、導電性を有していれば、特に限定されず、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、Ｉｎ_３Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｓｂ含有ＳｎＯ_２、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。

（揺動構造体）
揺動構造体４は、図１および図２に示すように、ベース基板２の上方に設けられている。この揺動構造体４は、支持部４１と、ベース基板２に対して対向して配置された板状の可動部４２（可動体）と、可動部４２を支持部４１に対して揺動可能とするように可動部４２と支持部４１とを連結する１対の連結部４３、４４と、を有している。そして、連結部４３、４４に沿った軸ａＹを揺動中心軸として、可動部４２が支持部４１に対してシーソー揺動可能に構成されている。

可動部４２は、Ｘ軸方向に延びる長手形状（略長方形状）をなしている。ここで、可動部４２は、ベース基板２または可動部４２の厚さ方向から見た平面視（以下、単に「平面視」という）で、揺動中心軸である軸ａＹを境界として、−Ｘ軸方向（一方）側に位置する第１可動部４２１と、＋Ｘ軸方向（他方）側に位置する第２可動部４２２と、区分される。

ここで、平面視で、第１可動部４２１が第１固定電極５１に重なっており、一方、第２可動部４２２が第２固定電極５２に重なっている。すなわち、第１固定電極５１は、第１可動部４２１と対向してベース基板２に配置されていて、第１可動部４２１との間に静電容量Ｃａを形成している。また、第２固定電極５２は、第２可動部４２２と対向してベース基板２に配置されていて、第２可動部４２２との間に静電容量Ｃｂを形成している。

また、第１可動部４２１には、Ｙ軸方向に延在している複数のスリット４２３がＸ軸方向に並んで形成され、同様に、第２可動部４２２には、複数のスリット４２４が形成されている。これにより、可動部４２とベース基板２および蓋体３との間のガスダンピングを低減することができる。また、可動部４２の第１可動部４２１と第２可動部４２２との間には、開口４２５が形成されている。この開口４２５の内側には、支持部４１および連結部４３、４４が配置されている。

また、第１可動部４２１および第２可動部４２２は、Ｚ軸方向の加速度が加わったときの軸ａＹまわりの回転モーメント（慣性モーメント）が互いに異なっている。これにより、Ｚ軸方向の加速度を受けると、可動部４２が軸ａＹまわりにシーソー揺動し、加えられた加速度に応じて可動部４２に所定の傾きが生じる。本実施形態では、第１可動部４２１および第２可動部４２２のＺ軸方向での厚さおよびＹ軸方向の幅が互いに等しいが、第２可動部４２２のＸ軸方向での長さが第１可動部４２１のＸ軸方向での長さよりも長くなっている。これにより、第１可動部４２１の回転モーメントよりも第２可動部４２２の回転モーメントが大きくなっている。このような設計とすることにより、比較的簡単に、第１可動部４２１および第２可動部４２２の回転モーメントを互いに異ならせることができる。

また、前述したように、第１可動部４２１および第２可動部４２２のＹ軸方向の幅が互いに等しいが、第２可動部４２２のＸ軸方向での長さが第１可動部４２１のＸ軸方向での長さよりも長くなっていることから、平面視で、第１可動部４２１の面積よりも第２可動部４２２の面積が大きくなっている。

なお、第１可動部４２１および第２可動部４２２の形状としては、前述したように、軸ａＹまわりの回転モーメントが互いに異なれば、前述したものに限定されず、例えば、第１可動部４２１および第２可動部４２２の厚さが互いに異なっていれば、平面視形状が同じ（軸ａＹに対して対称な形状）であってもよい。また、第１可動部４２１および第２可動部４２２の形状が同じであっても、第１可動部４２１または第２可動部４２２のいずれかに錘部を配置することで、第１可動部４２１および第２可動部４２２の軸ａＹまわりの回転モーメントを互いに異ならせることができる。かかる錘部は、例えば、タングステン、モリブテン等の錘材料を別体として配置してもよいし、可動部４２と一体的に形成されていてもよい。

また、前述したように開口４２５内に配置された支持部４１のＹ軸方向での中央部は、ベース基板２の凸部２１３に接合されている。また、支持部４１とともに開口４２５内に配置された連結部４３、４４によって、支持部４１と可動部４２とが連結されている。また、連結部４３、４４は、支持部４１の両側に同軸的に設けられている。そして、連結部４３、４４は、可動部４２が軸ａＹまわりにシーソー揺動する際、捩りバネとして機能する。

また、支持部４１のＹ軸方向での両端側の部分は、ベース基板２に対して離間しており、当該部分には、貫通孔４１１、４１２が形成されている。これら貫通孔４１１、４１２は、軸ａＹ上に配置されている。これにより、例えば、ベース基板２と揺動構造体４との線膨張係数差に起因して生じる応力が連結部４３、４４に与える影響を低減することができる。なお、なお、支持部４１の形状は、前述したものに限定されず、例えば、貫通孔４１１、４１２を省略してもよい。

このような揺動構造体４は、例えば、リン、ボロン等の不純物をドープしたシリコンで構成されている。これにより、シリコン基板をエッチングによって加工することにより、優れた寸法精度の揺動構造体４を実現することができる。また、ベース基板２がガラス材料で構成されている場合、揺動構造体４とベース基板２との接合を陽極接合により行うことができる。なお、揺動構造体４の構成材料としては、シリコンに限定されない。また、揺動構造体４の母材自体が導電性を有していなくてもよく、この場合、例えば、可動部４２の表面に金属等の導体層を形成すればよい。

（蓋体）
蓋体３は、前述した揺動構造体４の可動部４２に対してベース基板２とは反対側に配置されている。そして、蓋体３は、ベース基板２に接合されている。蓋体３は、板状をなし、この蓋体３の下面（ベース基板２側の面）には、凹部３１が形成されている。この凹部３１は、前述したベース基板２の凹部２１とともに内部空間Ｓを形成している。また、凹部３１の底面は、後に詳述するが、深さの異なる２つの部分３１１、３１２を有する。

このような蓋体３は、例えば、シリコンで構成されている。これにより、ベース基板２がガラス材料で構成されている場合、蓋体３とベース基板２との接合を陽極接合により行うことができる。前述したように、ベース基板２の上面には、内部空間Ｓの内外を跨る凹部２２、２３、２４が形成されているため、蓋体３をベース基板２に接合しただけの状態では、凹部２２、２３、２４を介して内部空間Ｓの内外が連通されてしまう。そこで、本実施形態では、図２に示すように、ＴＥＯＳＣＶＤ法等で形成されたＳｉＯ_２膜のような封止部６によって凹部２２、２３、２４を塞いで、内部空間Ｓを気密封止している。

以上、物理量センサー１の構成について簡単に説明した。このように構成された物理量センサー１では、以下のようにしてＺ軸方向の加速度を検出する。

物理量センサー１にＺ軸方向の加速度が加わると、第１可動部４２１および第２可動部４２２の軸ａＹまわりの回転モーメントが互いに異なることから、可動部４２は、軸ａＹを揺動中心軸としてシーソー揺動する。このとき、第１可動部４２１の回転モーメントよりも第２可動部４２２の回転モーメントが大きいことから、物理量センサー１に加わった加速度の方向が−Ｚ軸方向である場合、第１可動部４２１が第１固定電極５１から遠ざかるとともに第２可動部４２２が第２固定電極５２に近づくように、可動部４２が軸ａＹまわりにシーソー揺動する。一方、物理量センサー１に加わった加速度の方向が＋Ｚ軸方向である場合、第１可動部４２１が第１固定電極５１に近づくとともに第２可動部４２２が第２固定電極５２から遠ざかるように、可動部４２が軸ａＹまわりにシーソー揺動する。

このように、物理量センサー１に加わった加速度の方向および大きさに応じて、第１可動部４２１と第１固定電極５１との離間距離、および、第２可動部４２２と第２固定電極５２との離間距離がそれぞれ変化し、これに伴って、静電容量Ｃａ、Ｃｂが変化する。そのため、これら静電容量Ｃａ、Ｃｂの変化量（例えば静電容量Ｃａ、Ｃｂの差動信号）に基づいて加速度の値を検出することができる。

（ガスダンピング量の調整）
以上説明したように加速度を検出する物理量センサー１では、内部空間Ｓに気体が封入されている。そのため、可動部４２とベース基板２との間、および、可動部４２と蓋体３との間にそれぞれガスダンピングが生じる。ここで、第１可動部４２１とベース基板２および蓋体３との間に生じるガスダンピング量と、第２可動部４２２とベース基板２および蓋体３との間に生じるガスダンピング量とが異なると、検出精度の低下を招いてしまう。

そこで、物理量センサー１では、１可動部４２１とベース基板２および蓋体３との間に生じるガスダンピング量と、第２可動部４２２とベース基板２および蓋体３との間に生じるガスダンピング量との差が小さくなるように調整が行われている。

具体的に説明すると、物理量センサー１では、図２に示すように、第１可動部４２１を第１部分４２ａ１とし、平面視で第２可動部４２２の軸ａＹから面積が第１部分４２ａ１（第１可動部４２１）と等しくなる距離（長さＬ２（＝Ｌ１）に等しい距離）までの部分を第２部分４２ａ２とし、第２可動部４２２の第２部分４２ａ２以外の部分を第３部分４２ａ３とし、可動部４２が軸ａＹまわりに揺動する際に生じるガスダンピング量に関し、ベース基板２と第１部分４２ａ１との間のガスダンピング量をＤ_１１とし、ベース基板２と第２部分４２ａ２との間のガスダンピング量をＤ_１２とし、ベース基板２と第３部分４２ａ３との間のガスダンピング量をＤ_１３とし、蓋体３と第１部分４２ａ１との間のガスダンピング量をＤ_２１とし、ベース基板２と第２部分４２ａ２との間のガスダンピング量をＤ_２２とし、蓋体３と第３部分４２ａ３との間の距離をＤ_２３としたとき、
（Ｄ_１１＋Ｄ_２１）＞（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を満たす。

このような関係を満たすことにより、（Ｄ_１１＋Ｄ_２１+Ｄ_１3＋Ｄ_２3）=（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を満たすように、すなわち、第１可動部４２１とベース基板２および蓋体３との間に生じるガスダンピング量と、第２可動部４２２とベース基板２および蓋体３との間に生じるガスダンピング量とが等しくなるように調整を行うことができる。その結果、高い検出精度を有する物理量センサー１を提供することができる。

なお、上述したように第１部分４２ａ１および第２部分４２ａ２を規定する際におけるこれらの平面視での面積とは、上述したスリット４２３、４２４を除く部分の面積をいう。本実施形態では、第１可動部４２１および第２可動部４２２のＹ軸方向での幅が一定で互いに等しいことから、第１部分４２ａ１のＸ軸方向での長さＬ１と第２部分４２ａ２のＸ軸方向での長さＬ２とが互いに等しい。また、第３部分４２ａ３のＸ軸方向での長さＬ３は、第２可動部４２２のＸ軸方向での長さから、第２部分４２ａ２のＸ軸方向での長さＬ２を差し引いたものとなる。

ここで、互いに接近する平行平板間に生じるガスダンピング量は、平行平板間の距離の３乗に反比例するため、平行平板間の距離が小さくなるにつれて大きくなる。

このような観点から、物理量センサー１では、ベース基板２と第１部分４２ａ１との間の距離をＬ_１１とし、ベース基板２と第２部分４２ａ２との間の距離をＬ_１２とし、蓋体３と第１部分４２ａ１との間の距離をＬ_２１とし、蓋体３と第２部分４２ａ２との間の距離をＬ_２２としたとき、（Ｌ_１１＋Ｌ_２１）＜（Ｌ_１２＋Ｌ_２２）の関係を満たしている。これにより、（Ｄ_１１＋Ｄ_２１）＞（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を満たすことができる。

本実施形態では、ベース基板２の蓋体３の面に形成された凹部３１（第１凹部）が深さの異なる複数の部分３１１、３１２を有するとともに、蓋体３のベース基板２側の面に形成された凹部２１（第２凹部）が深さの異なる複数の部分２１１、２１２を有する。これにより、可動部４２の各部とベース基板２および蓋体３との間の距離を適宜設定することができる。

具体的に説明すると、蓋体３の凹部３１の底面は、第１部分４２ａ１に対向する部分３１１と、第２部分４２ａ２および第３部分４２ａ３に対向していて部分３１１よりも深い部分３１２と、を有する。このような部分３１１、３１２により、Ｌ_２１＜Ｌ_２２の関係を満たすとともに、Ｄ_２１＞Ｄ_２２の関係を満たす。これにより、（Ｄ_１１＋Ｄ_２１）＞（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を容易に満たすことができる。なお、本実施形態では、Ｌ_２２＝Ｌ_２３の関係を満たしているが、これに限定されず、例えば、Ｌ_２２＜Ｌ_２３の関係を満たしていてもよい。この場合、第２可動部４２２が蓋体３に接触するのを効率的に低減することができる。

また、Ｌ_１１＞Ｌ_２１の関係を満たすとともに、Ｄ_１１＜Ｄ_２１の関係を満たす。これにより、蓋体３の形状を適宜設定することで、（Ｄ_１１＋Ｄ_２１）＞（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を容易に満たすことができる。そのため、ベース基板２の形状の設計の自由度が高くなる。したがって、例えば、距離Ｌ_１１と距離Ｌ_１２を等しくして、第１可動部４２１と第１固定電極５１との間の距離と、第２可動部４２２と第２固定電極５２との間の距離とを等しくしたまま、前述したようなガスダンピング量の調整を容易に行うことができる。

また、ベース基板２の凹部２１の底面は、第１部分４２ａ１および第２部分４２ａ２に対向する部分２１１と、第３部分４２ａ３に対向していて部分２１１よりも深い部分２１２と、を有する。このような部分２１１、２１２により、Ｌ_１２＜Ｌ_１３の関係を満たす。これにより、距離Ｌ_１１、Ｌ_１２を小さくしつつ、第２可動部４２２がベース基板２に接触するのを低減することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図３は、本発明の第２実施形態に係る物理量センサーを示す断面図である。
本実施形態は、ベース基板の構成が異なる以外は、前述した第１実施形態と同様である。

なお、以下の説明では、第２実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。

図３に示す物理量センサー１Ａでは、ベース基板２Ａに形成された凹部２１Ａの底面２１１Ａが平坦面となっており、そのため、距離Ｌ_１１、Ｌ_１２、Ｌ_１３が互いに等しくなっている。このような物理量センサー１Ａにおいても、（Ｌ_１１＋Ｌ_２１）＜（Ｌ_１２＋Ｌ_２２）の関係を満たしている。これにより、（Ｄ_１１＋Ｄ_２１）＞（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を満たしている。

以上説明したような物理量センサー１Ａによっても、検出精度を向上させることができる。

２．センサーデバイス
次に、本発明のセンサーデバイスを説明する。

図４は、本発明のセンサーデバイスの一例を示す断面図である。
図４に示すセンサーデバイス１００は、基板１０１と、接着層１０３を介して基板１０１の上面に固定されている物理量センサー１と、接着層１０４を介して物理量センサー１の上面に固定されているＩＣチップ（電子部品）１０２と、を有している。そして、物理量センサー１およびＩＣチップ１０２が基板１０１の下面を露出させた状態で、モールド材１０９によってモールドされている。なお、接着層１０３、１０４としては、例えば、半田、銀ペースト、樹脂系接着剤（ダイアタッチ剤）等を用いることができる。また、モールド材１０９としては、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂を用いることができ、例えば、トランスファーモールド法によってモールドすることができる。

また、基板１０１の上面には複数の端子１０７が配置されており、下面には図示しない内部配線やキャスタレーションを介して端子１０７に接続されている複数の実装端子１０８が配置されている。このような基板１０１としては、特に限定されないが、例えば、シリコン基板、セラミック基板、樹脂基板、ガラス基板、ガラスエポキシ基板等を用いることができる。

また、ＩＣチップ１０２には、例えば、物理量センサー１を駆動する駆動回路や、静電容量Ｃａ、Ｃｂの差動信号を補正する補正回路や、静電容量Ｃａ、Ｃｂの差動信号から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が含まれている。このようなＩＣチップ１０２は、ボンディングワイヤー１０５を介して物理量センサー１の端子５６、５７、５８と電気的に接続されており、ボンディングワイヤー１０６を介して基板１０１の端子１０７に電気的に接続されている。

このようなセンサーデバイス１００は、物理量センサー１を備えているので、優れた信頼性を有している。

３．電子機器
次に、本発明の電子機器を説明する。

図５は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（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。

この図において、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を備えた表示ユニット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、その落下や傾斜を計測するための加速度や角速度等の物理量を計測する物理量センサー１が搭載されている。このように、上述した物理量センサー１を搭載することで、信頼性の高いパーソナルコンピューター１１００を得ることができる。

図６は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。

この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ（図示せず）、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、その落下や傾斜を計測するための加速度や角速度等の物理量を計測する物理量センサー１が搭載されている。このように、上述した物理量センサー１を搭載することで、信頼性の高い携帯電話機１２００を得ることができる。

図７は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。

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。

撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン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１３０８に転送・格納される。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、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニタ１４３０が、デ−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１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニタ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、その落下や傾斜を計測するための加速度や角速度等の物理量を計測する物理量センサー１が搭載されている。このように、上述した物理量センサー１を搭載することで、信頼性の高いディジタルスチルカメラ１３００を得ることができる。

なお、本発明の電子機器は、図５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６の携帯電話機、図７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）、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、カーナビゲーション装置、ページャ、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、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、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等に適用することができる。

４．移動体
次に、本発明の移動体を説明する。

図８は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
自動車１５００には物理量センサー１が内蔵されており、例えば、物理量センサー１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。物理量センサー１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。

以上、本発明の物理量センサー、センサーデバイス、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。

前述した実施形態では、第１基板（ベース基板）および第２基板（蓋体）に形成された凹部の形状（深さ）を適宜設定することにより、可動体（可動部）と第１基板および第２基板との間の距離を調整する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第１電極（第１固定電極）および第２電極（第２固定電極）の厚さを適宜設定することにより、可動体と第１基板および第２基板との間の距離を調整してもよい。

また、前述した実施形態では、可動体と第１基板および第２基板との間の距離を適宜設定することにより、ガスダンピング量の調整を行う場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、互いに接近する平行平板間に生じるガスダンピング量は、平行平板の対向面積が大きくなるにつれて大きくなることから、可動体の幅やスリットにより可動体の平面視形状（平面視での面積）を適宜設定することにより、ダンピング量の調整を行ってもよい。

１…物理量センサー、１Ａ…物理量センサー、２…ベース基板、２Ａ…ベース基板、３…蓋体、４…揺動構造体、５…導体パターン、６…封止部、２１…凹部、２１Ａ…凹部、２２…凹部、２３…凹部、２４…凹部、３１…凹部、４１…支持部、４２…可動部（可動体）、４２ａ１…第１部分、４２ａ２…第２部分、４２ａ３…第３部分、４３…連結部、４４…連結部、５１…第１固定電極（第１電極）、５２…第２固定電極（第２電極）、５３…配線、５４…配線、５５…配線、５６…端子、５７…端子、５８…端子、５９…バンプ、１００…センサーデバイス、１０１…基板、１０２…ＩＣチップ、１０３…接着層、１０４…接着層、１０５…ボンディングワイヤー、１０６…ボンディングワイヤー、１０７…端子、１０８…実装端子、１０９…モールド材、２１１…部分、２１１Ａ…底面、２１２…部分、２１３…凸部、３１１…部分、３１２…部分、４１１…貫通孔、４１２…貫通孔、４２１…第１可動部、４２２…第２可動部、４２３…スリット、４２４…スリット、４２５…開口、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…ディジタルスチルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッタボタン、１３０８…メモリ、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、１４４０…パーソナルコンピューター、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、ａＹ…軸、Ｌ_１１…距離、Ｌ_１２…距離、Ｌ_１３…距離、Ｌ_２１…距離、Ｌ_２２…距離、Ｌ_２３…距離、Ｌ１…長さ、Ｌ２…長さ、Ｌ３…長さ、Ｓ…内部空間

Claims (12)

1. 第１基板と、
   前記第１基板に対して対向して揺動中心軸まわりに揺動可能に設けられ、前記第１基板の厚さ方向から見た平面視で前記揺動中心軸を境界として第１可動部と前記第１可動部よりも面積の大きい第２可動部とに区分される可動体と、
   前記第１可動部に対向して前記第１基板に配置されている第１電極と、
   前記第２可動部に対向して前記第１基板に配置されている第２電極と、
   前記可動体に対して前記第１基板とは反対側に配置されている第２基板と、を備え、
   前記第１可動部を第１部分とし、平面視で前記第２可動部の前記揺動中心軸から面積が前記第１部分と等しくなる距離までの部分を第２部分とし、前記第１基板と前記第１部分との間のガスダンピング量をＤ_１１とし、前記第１基板と前記第２部分との間のガスダンピング量をＤ_１２とし、前記第２基板と前記第１部分との間のガスダンピング量をＤ_２１とし、前記第２基板と前記第２部分との間のガスダンピング量をＤ_２２としたとき、
   （Ｄ_１１＋Ｄ_２１）＞（Ｄ_１２＋Ｄ_２２）の関係を満たすことを特徴とする物理量センサー。
2. Ｄ_１１＜Ｄ_２１の関係を満たす請求項１に記載の物理量センサー。
3. Ｄ_２１＞Ｄ_２２の関係を満たす請求項１または２に記載の物理量センサー。
4. 第１基板と、
   前記第１基板に対して対向して揺動中心軸まわりに揺動可能に設けられ、前記第１基板の厚さ方向から見た平面視で前記揺動中心軸を境界として第１可動部と前記第１可動部よりも面積の大きい第２可動部とに区分される可動体と、
   前記第１可動部に対向して前記第１基板に配置されている第１電極と、
   前記第２可動部に対向して前記第１基板に配置されている第２電極と、
   前記可動体に対して前記第１基板とは反対側に配置されている第２基板と、を備え、
   前記第１可動部を第１部分とし、平面視で前記第２可動部の前記揺動中心軸から面積が前記第１部分と等しくなる距離までの部分を第２部分とし、前記第１基板と前記第１部分との間の距離をＬ_１１とし、前記第１基板と前記第２部分との間の距離をＬ_１２とし、前記第２基板と前記第１部分との間の距離をＬ_２１とし、前記第２基板と前記第２部分との間の距離をＬ_２２としたとき、
   （Ｌ_１１＋Ｌ_２１）＜（Ｌ_１２＋Ｌ_２２）の関係を満たすことを特徴とする物理量センサー。
5. Ｌ_１１＞Ｌ_２１の関係を満たす請求項４に記載の物理量センサー。
6. Ｌ_２１＜Ｌ_２２の関係を満たす請求項４または５に記載の物理量センサー。
7. 前記第２可動部の前記第２部分以外の部分を第３部分とし、前記第１基板と前記第３部分との間の距離をＬ_１３としたとき、
   Ｌ_１２＜Ｌ_１３の関係を満たす請求項４ないし６のいずれか１項に記載の物理量センサー。
8. 前記第１基板の前記第２基板側の面には、第１凹部が形成され、
   前記第２基板の前記第１基板側の面には、第２凹部が形成され、
   前記第１凹部および前記第２凹部の少なくとも一方は、深さが異なる複数の部分を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の物理量センサー。
9. 前記第１可動部と前記第１電極との間の静電容量、および、前記第２可動部と前記第２電極との間の静電容量に基づいて、加速度を検出する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の物理量センサー。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーと、
    前記物理量センサーに電気的に接続されている電子部品と、を有していることを特徴とするセンサーデバイス。
11. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えていることを特徴とする電子機器。
12. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載の物理量センサーを備えていることを特徴とする移動体。

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