JPWO2015008422A1 - センサ - Google Patents

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和夫 江田
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伸行 茨
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仁 吉田
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巧 田浦
慎一 岸本
慎一 岸本
英喜 上田
英喜 上田
岳志 森
岳志 森
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Abstract

第１の可動電極を有する第１の基板と、前記第１の基板に接続し、前記第１の可動電極に対向する第１の固定電極を有する第２の基板と、前記第２の基板に接続する前記第３の基板と、を備え、前記第１の基板、前記第２の基板、前記第３の基板はこの順に積層され、前記第１の固定電極と前記第３の基板との間の少なくとも一部において、前記第２の基板と前記第３の基板とが接合されない構成とした。

Description

本発明は、電子機器等に用いられる加速度センサや角速度センサ等のセンサに関する。
静電容量型の加速度センサでは、重り（可動電極）と固定電極との間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出する（例えば、特許文献１〜４参照）。直交するＸＹＺの３軸方向の加速度を検出する加速度センサも知られている。
特開２００６−２５０７０２号公報 特開平０５−３３３０５６号公報 特開２００９−２６０２７２号公報 特開２０１２−２３２４０５号公報
しかしながら、センサチップをダイボンド材により実装基板に接着すると、ダイボンド材の影響により、オフセット温度特性における熱ヒステリシスが発生する場合があった。
そこで、本発明は、より安定してオフセット温度特性における熱ヒステリシスの発生を抑制することのできるセンサを得ることを目的とする。
本発明は、第１の可動電極を有する第１の基板と、第１の基板に接続し、第１の可動電極に対向する第１の固定電極を有する第２の基板と、第２の基板に接続する第３の基板と、を備え、第１の基板、第２の基板、第３の基板はこの順に積層され、第１の固定電極と前記第３の基板との間の少なくとも一部において、第２の基板と第３の基板とが接合されていない構成とした。
本発明によれば、より安定してオフセット温度特性における熱ヒステリシスの発生を抑制することのできる加速度センサ、角速度センサ等のセンサを提供することが可能となる。
図１は、本実施の形態の加速度センサを内蔵したパッケージの内部構成例を示す斜視図である。 図２は、本実施の形態の加速度センサの分解斜視図である。 図３Ａは、本実施の形態の加速度センサのＸ検出部の断面図である。 図３Ｂは、本実施の形態の加速度センサのＺ検出部の断面図である。 図４は、本実施の形態の加速度センサにおいて、Ｘ方向の加速度が印加されていない状態におけるＸ検出部の断面図である。 図５は、図４に示す加速度センサにおいて、Ｘ方向の加速度を検出する原理を説明する図である。 図６は、本実施の形態の加速度センサにおいて、Ｘ方向に１Ｇの加速度が印加された状態におけるＸ検出部の断面図である。 図７は、図６に示す加速度センサにおいて、Ｘ方向の加速度を検出する原理を説明する図である。 図８は、本実施の形態の加速度センサにおいて、Ｚ方向に１Ｇの加速度が印加された状態におけるＺ検出部の断面図である。 図９は、図８に示す加速度センサにおいて、Ｚ方向の加速度を検出する原理を説明する図である。 図１０Ａは、本実施の形態の加速度センサのセンサチップの接着面の写真を示す図である。 図１０Ｂは、本実施の形態の加速度センサのオフセット温度特性を示すグラフである。 図１１は、本実施の形態の加速度センサとその実装基板の断面図である。 図１２Ａは、本実施の形態の加速度センサの付着抑止構造の断面図である。 図１２Ｂは、本実施の形態の加速度センサの他の付着抑止構造の断面図である。 図１２Ｃは、本実施の形態の加速度センサのさらに他の付着抑止構造の断面図である。 図１２Ｄは、本実施の形態の加速度センサのさらに他の付着抑止構造の断面図である。 図１３Ａは、本実施の形態の加速度センサの実装基板の付着抑止構造の断面図である。 図１３Ｂは、本実施の形態の加速度センサの実装基板の他の付着抑止構造の断面図である。 図１３Ｃは、本実施の形態の加速度センサの実装基板のさらに他の付着抑止構造の断面図である。 図１３Ｄは、本実施の形態の加速度センサの実装基板のさらに他の付着抑止構造の断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下では、同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。また、各図面は好ましい形態の一例を示すものであり、それぞれの形状に限定されない。
図１は、本実施の形態のセンサを搭載したパッケージ３００の内部構成例を示す斜視図である。ここでは、基板５００に実装されたパッケージ３００の蓋を開けた状態を示している。この図に示すように、パッケージ３００には、センサチップ１００や、センサチップ１００からの出力に基づいて各種の演算を行うＡＳＩＣ２００等が搭載されている。パッケージ３００から端子４００が引き出され、基板５００に接続されている。このセンサは静電容量型の加速度を検出するセンサであり、ＭＥＭＳ技術で製造される。ＸＹＺの３軸方向の加速度を検出するため、各軸個別の重り（可動電極）を形成し、センサチップ１００内に配置している。なお、本発明は、静電容量型の加速度を検出するセンサに限定されない。例えば、静電容量型の角速度を検出するセンサに適用することができる。なお、本発明は、３軸の加速度を検出するセンサに限定されない。例えば、１軸または２軸を検出するセンサとして利用することができる。
図２は、本実施の形態のセンサ（センサチップ１００）の分解斜視図である。この図に示すように、第１の基板１は上部固定板２ａと第２の基板２ｂにより挟持された構成となっている。第１の基板１は、シリコンＳＯＩ基板等により形成され、上部固定板２ａと第２の基板２ｂは、ガラス等の絶縁体により形成されている。
以下、第１の基板１のうち、第１の方向（本実施の形態では図２中のＺ方向とする）の加速度を検出する部分を「Ｚ検出部３０」と呼ぶことにする。第２の方向（本実施の形態では図２中のＸ方向とする）の加速度を検出する部分を「Ｘ検出部１０」、第３の方向（本実施の形態では図２中のＹ方向とする）の加速度を検出する部分を「Ｙ検出部２０」、Ｘ方向は、平面方向のうちの一方向である。Ｙ方向は、平面方向のうちの一方向であってＸ方向と直交する方向である。Ｚ方向は、垂直方向である。
Ｚ検出部３０は、二対のビーム部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにより保持された第１の可動電極３１を垂直方向に平行移動させることによりＺ方向の加速度を検出する。すなわち、第１の可動電極３１の表面及び裏面に対向させて第３の固定電極３３ａ，３３ｂを配置している。これにより、第１の可動電極３１と第３の固定電極３３ａ，３３ｂとの間の静電容量の変化に基づいてＺ方向の加速度を検出することができる。なお、二対のビーム部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにより第１の可動電極３１を支持する構成として説明したがこれに限らない。例えば、１本の梁で第１の可動電極を支持する構成でもよい。即ち、第１の可動電極３１を支持する梁部は、第１の可動電極３１がＺ軸方向の加速度に応じて変位するように支持するものであれば良い。
Ｘ検出部１０は、一対のビーム部１２ａ，１２ｂを軸にして第２の可動電極１１を揺動させることによりＸ方向の加速度を検出する。すなわち、一対のビーム部１２ａ，１２ｂを結ぶ直線を境界線として第２の可動電極１１の表面の一方側及び他方側に対向させて第１の固定電極１３ａ，１３ｂを配置している。これにより、第２の可動電極１１と第１の固定電極１３ａ，１３ｂとの間の静電容量の変化に基づいてＸ方向の加速度を検出することができる。なお、一対のビーム部１２ａ，１２ｂで第２の可動電極１１を支持する構成として説明したがこれに限らない。例えば、１本の梁で可動電極を支持する構成でもよい。即ち、第２の可動電極１１を支持する梁部は、第２の可動電極１１がＺ軸方向の加速度に応じて変位するように支持するものであれば良い。
Ｙ検出部２０は、一対のビーム部２２ａ，２２ｂを軸にして第３の可動電極２１を揺動させることによりＹ方向の加速度を検出する。すなわち、一対のビーム部２２ａ，２２ｂを結ぶ直線を境界線として第３の可動電極２１の表面の一方側及び他方側に対向させて第２の固定電極２３ａ，２３ｂを配置している。これにより、第３の可動電極２１と第２の固定電極２３ａ，２３ｂとの間の静電容量の変化に基づいてＹ方向の加速度を検出することができる。なお、一対のビーム部２２ａ，２２ｂで第２の可動電極１１を支持する構成として説明したがこれに限らない。例えば、１本の梁で可動電極を支持する構成でもよい。即ち、第３の可動電極２１を支持する梁部は、第３の可動電極２１がＺ軸方向の加速度に応じて変位するように支持するものであれば良い。
ところで、Ｘ検出部１０とＹ検出部２０は互いに９０°回転させただけの同形状とし、これらを別形状のＺ検出部３０の両側に並べて１チップ内に配置している。すなわち、図２に示すように、フレーム部３には、３つの矩形枠１０ａ，２０ａ，３０ａが直線状に並んで形成されている。あるいは、別の表現では、第２の可動電極１１は、前記第１の可動電極３１を挟んで前記第３の可動電極２１と対向する位置に設けられている。
ところで、矩形枠１０ａには第２の可動電極１１が配置され、矩形枠２０ａには第３の可動電極２１が配置され、矩形枠３０ａには第１の可動電極３１が配置されている。各可動電極はいずれも略矩形形状である。第１の可動電極３１，第２の可動電極１１，第３の可動電極２１と矩形枠３０ａ，２０ａ，２０ａの側壁部との間には所定サイズの隙間が空いた状態となっている。
なお、矩形枠１０ａ、矩形枠２０ａ、矩形枠３０ａの形状は矩形に限定されない。例えば、円形や種々の多角形とすることができる。
なお、第１の可動電極３１，第２の可動電極１１，第３の可動電極２１の形状は矩形に限定されない。例えば、円形や種々の多角形とすることができる。特に、第１の可動電極３１の形状は矩形枠１０ａの形状の相似形とすることが好ましい。これにより、第１の可動電極３１、の面積（あるいは、第１の可動電極３１の質量）を大きくすることができるので、加速度に対するセンサの感度を向上することができる。
第２の可動電極１１の形状は矩形枠１０ａの形状の相似形とすることが好ましい。これにより、第２の可動電極１１の面積（あるいは、第２の可動電極１１の質量）を大きくすることができるので、加速度に対するセンサの感度を向上することができる。
第３の可動電極２１の形状は矩形枠２０ａの形状の相似形とすることが好ましい。これにより、第３の可動電極２１の面積（あるいは、第３の可動電極２１質量）を大きくすることができるので、加速度に対するセンサの感度を向上することができる。
図３は、本実施の形態のセンサの断面図であって、（ａ）はＸ検出部１０の断面を示し、（ｂ）はＺ検出部３０の断面を示している。Ｙ検出部２０の断面はＸ検出部１０と同様であるため、ここでは図示を省略している。
まず、Ｘ検出部１０の断面は、第２の可動電極１１の表面の対向する２辺の略中央部と矩形枠１０ａの側壁部とを一対のビーム部１２ａ，１２ｂで連結することにより、第２の可動電極１１がフレーム部３に対して揺動自在に支持されている。上部固定板２ａの第２の可動電極１１と対向する側には、ビーム部１２ａとビーム部１２ｂを結ぶ直線を境界線として第１の固定電極１３ａ，１３ｂが設けられている。第１の固定電極１３ａ，１３ｂは、第１の貫通電極１４ａ，１４ｂを用いて上部固定板２ａの上面（一方側）に引き出されている。第１の貫通電極１４ａ，１４ｂの材質は、シリコンやタングステン、銅等の導体であり、第１の貫通電極１４ａ，１４ｂを保持する周囲の材質は、ガラス等の絶縁体である。
Ｙ検出部２０の断面は、第３の可動電極２１の表面の対向する２辺の略中央部と矩形枠２０ａの側壁部とを一対のビーム部２２ａ，２２ｂで連結することにより、第３の可動電極２１がフレーム部３に対して揺動自在に支持されている。上部固定板２ａの第３の可動電極２１と対向する側には、ビーム部２２ａとビーム部２２ｂを結ぶ直線を境界線として第２の固定電極２３ａ，２３ｂが設けられている。第２の固定電極２３ａ，２３ｂは、第２の貫通電極２４ａ，２４ｂを用いて上部固定板２ａの上面に引き出されている。第２の貫通電極２４ａ，２４ｂの材質は、シリコンやタングステン、銅等の導体であり、第２の貫通電極２４ａ，２４ｂを保持する周囲の材質は、ガラス等の絶縁体である。
更に、Ｚ検出部３０の断面は、第１の可動電極３１の四隅と矩形枠３０ａの側壁部とを二対のＬ字形のビーム部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄで連結することにより、第１の可動電極３１が垂直方向に平行移動可能になっている。ビーム部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの形状は特に限定されるものではないが、Ｌ字形にすれば、ビーム部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを長くすることができる。上部固定板２ａの第１の可動電極３１と対向する側には第３の固定電極３３ａが設けられ、第２の基板２ｂの第１の可動電極３１と対向する側には第３の固定電極３３ｂが設けられている。第３の固定電極３３ａは、第３の貫通電極３４ａを用いて上部固定板２ａの上面に引き出されている。第３の固定電極３３ｂは、矩形領域３３ｂ１から突き出した突出領域３３ｂ２を備えている（図２参照）。突出領域３３ｂ２は、第１の可動電極３１とは分離された柱状の固定電極３４ｃに接続され、柱状の固定電極３４ｃは、上部固定板２ａに設けられた第３の貫通電極３４ｂに接続される構成となっている。これにより、柱状の固定電極３４ｃ及び第３の貫通電極３４ｂを用いて第３の固定電極３３ｂを上部固定板２ａの上面に引き出すことができる。第３の貫通電極３４ａ，３４ｂの材質は、シリコンやタングステン、銅等の導体であり、第３の貫通電極３４ａ，３４ｂを保持する周囲の材質は、ガラス等の絶縁体である。
次に、Ｘ方向の加速度検出原理について説明する。まず、誘電率をε、電極の対向面積をＳ、電極の対向ギャップをｄとした場合、静電容量Ｃは、Ｃ＝εＳ／ｄにより算出することができる。加速度により可動電極が回転すると、対向ギャップｄが変化するため、静電容量Ｃが変化する。そこで、ＡＳＩＣ２００により差分容量（Ｃ１−Ｃ２）をＣＶ変換する。
図４は、Ｘ方向の加速度が印加されていない状態におけるＸ検出部１０の断面を示している。この場合、図５に示すように、第２の可動電極１１と第１の固定電極１３ａ，１３ｂとの間の静電容量Ｃ１，Ｃ２は等しくなる。ＡＳＩＣ２００は、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２の差分値（Ｃ１−Ｃ２＝０）を算出し、Ｘ出力として出力する。
図６は、Ｘ方向に１Ｇの加速度が印加された状態におけるＸ検出部１０の断面を示している。この場合、図７に示すように、第２の可動電極１１と第１の固定電極１３ａとの間の静電容量Ｃ１は寄生容量＋ΔＣとなり、第２の可動電極１１と第１の固定電極１３ｂとの間の静電容量Ｃ２は寄生容量−ΔＣとなる。ＡＳＩＣ２００は、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２の差分値（Ｃ１−Ｃ２＝２ΔＣ）を算出し、Ｘ出力として出力する。
このように、Ｘ検出部１０は、静電容量の変化に基づいてＸ方向の加速度を検出するようになっている。Ｙ検出部２０がＹ方向の加速度を検出する原理も同様である。
図８は、Ｚ方向に１Ｇの加速度が印加された状態におけるＺ検出部３０の断面を示している。この場合、図９に示すように、第１の可動電極３１と第３の固定電極３３ａとの間の静電容量Ｃ５は寄生容量＋ΔＣとなり、第１の可動電極３１と第３の固定電極３３ｂとの間の静電容量Ｃ６は寄生容量−ΔＣとなる。ＡＳＩＣ２００は、静電容量Ｃ５と静電容量Ｃ６の差分値（Ｃ５−Ｃ６＝２ΔＣ）を算出し、Ｚ出力として出力する。このように、Ｚ検出部３０は、静電容量の変化に基づいてＺ方向の加速度を検出するようになっている。
図１０Ａは、本実施の形態の加速度センサのセンサチップ１００の接着面の写真を示す図である。図１０Ｂは、本実施の形態の加速度センサのオフセット温度特性を示すグラフである。本実施形態では、センサの第３の基板４０との接着面のうちＺ検出部３０に対応する領域において、ダイボンド材などの接着物質の付着を抑止する付着抑止領域を形成している（後述する）。このようなセンサについて実験したところ、図１０Ｂに示すように、オフセット温度特性における熱ヒステリシスの発生が抑制されることが分かった。温度変化に伴う第３の基板４０の変形が第３の固定電極３３ｂに伝達すると、第１の可動電極３１と第３の固定電極３３ｂとの間の間隔が変動し、慣性センサの出力が変動してしまう。しかし、本実施の形態のセンサでは、第３の固定電極３３ｂの直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されていないため、温度変化に伴う第３の基板４０の変形が第３の固定電極３３ｂに伝達しにくいため、熱ヒステリシスの発生が抑制される。但し、第３の固定電極３３ｂは必須の構成ではない。即ち、第３の固定電極３３ｂを設けない場合であっても、熱ヒステリシスの発生を抑制することができる。これは、第１の可動電極３１の直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されないことにより、温度変化に伴う第３の基板４０の変形が、ビーム部３２ａ〜３２ｄを介して第１の可動電極３１が変位することを抑制できるので、熱ヒステリシスの発生が抑制される。
図１１は、本実施の形態のセンサとその第３の基板４０を示す断面図である。この図に示すように、本実施の形態のセンサでは、第１の可動電極３１と第３の基板４０との間は、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない付着抑止領域５０を設けている。
付着抑止領域５０の面積は特に限定されるものではなく、第１の可動電極３１と第３の基板４０との間の少なくとも一部において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない付着抑止領域５０を設けることができる。また、よりダイボンド材の影響を受けにくくするため、第１の可動電極３１よりも若干大きな第３の固定電極３３ａに対応させるのが望ましい。
図１２Ａ〜図１２Ｄは、本実施の形態のセンサの付着抑止構造の具体例を示す断面図である。図１２Ａ〜図１２Ｄでは、センサのうち第２の基板２ｂ以外の部分は図示を省略することがある。
センサを第３の基板４０に実装する場合は、第３の基板４０の上表面６０ａにダイボンド材を塗布し、その上にセンサを配置し、加熱してダイボンド材を硬化させる。そこで、図１２Ａでは、第２の基板２ｂは、第１の可動電極３１と前記第３の基板４０との間に凹部５１を形成している。このような構成によれば、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部に対してＺ検出部３０の下部が凹むことになる。そのため、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
あるいは、図１２Ｂに示すように、Ｘ検出部１０の下部とＹ検出部２０の下部に所定高さの第１の凸部５２を設けてもよい。第１の凸部は、例えばエポキシ樹等の樹脂を用いることができる。例えばガラス等の絶縁体用いて構成することができる。ガラス等の絶縁体用いる場合においては、第１の凸部を第２の基板２ｂと一体に設けてもよいし、別体として設けてもよい。このような構成によれば、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部に対してＺ検出部３０の下部が凹むことになる。そのため、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
また、第２の基板２ｂは、第２の可動電極１１と第３の基板４０との間に第１の凸部５２を設け、同時に、第３の可動電極２１と第３の基板４０との間に第２の凸部５３を形成してもよい。ここで、第１の凸部５２、第２の凸部５３は金属膜などで形成することができる。この場合、第３の第２の基板２ｂと第３の基板４０との接着面は第１の凸部５２、第２の凸部５３の表面となり、相対的にＺ検出部３０の下部が凹むことになるため、図１２Ａの場合と同様の凹部５４を形成することができる。
また、図１２Ｃに示すように、第１の可動電極３１と第３の基板４０との間に撥水層５５を設けてもよい。撥水層５５は、第２の基板２ｂと第３の基板４０との間が接着されず、かつ、ダイボンド材の付着を抑止できるものであればよい。すなわち、撥水層５５の材料は特に限定されるものではない。例えば、ヘキサメチルジシロキサンを用いることが出来る。この場合も、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
また、図１２Ｄに示すように、第１の可動電極３１と第３の基板４０との間を粗面化することにより、表面粗度が大きい領域５６を形成してもよい。粗面化の程度は、ダイボンド材の付着を抑止可能な程度でよく、特に限定されるものではない。この場合も、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
図１３は、本実施の形態のセンサの第３の基板４０の付着抑止構造の具体例を示す断面図である。第３の基板４０とは、センサを実装するためものであり、図１に示すようなパッケージ３００なども含まれる。以下に説明するように、第３の基板４０の側にも、センサ側と同様の付着抑止構造を備えることができる。
まず、図１３Ａに示すように、第３の基板４０の第１の可動電極３１と第３の基板４０との間に凹部６１を形成してもよい。このような構成によれば、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部に対してＺ検出部３０の下部が凹むことになる。そのため、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
あるいは、図１３Ｂに示すように、第３の基板４０は、第２の可動電極１１と第３の基板４０との間に第１の凸部６２を設け、同時に、第３の可動電極２１と第３の基板４０との間に第２の凸部６３を設けてもよい。
第１の凸部６２、第２の凸部６３は金属膜などで形成することができる。この場合、センサとの接着面は第１の凸部６２、第２の凸部６３の表面となり、相対的にＺ検出部３０の下部が凹むことになるため、図１３Ａの場合と同様の凹部６４を形成することができる。
また、図１３Ｃに示すように、第１の可動電極３１と第３の基板４０との間に撥水層６５をコーティングしてもよい。撥水層６５の材料は、ダイボンド材の付着を抑止可能なものであればよく、特に限定されるものではない。この場合も、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
また、図１３Ｄに示すように、Ｚ検出部３０の下部を粗面化することにより、表面粗度が大きい領域６６を形成してもよい。粗面化の程度は、ダイボンド材の付着を抑止可能な程度でよく、特に限定されるものではない。この場合も、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
また、図１２Ａ〜図１２Ｄ、あるいは、図１３Ａ〜図１３Ｄに示した構成は、各々を個別に用いることに限定されるものではない。互いに重複して用いることが出来る。例えば、図１２Ｃの撥水層５５と、図１３Ｄの表面粗度が大きい領域６６とを同時に用いても良い。
また、図１２Ａに示した凹部５１の幅Ｗ２（あるいは、図１３Ａに示した凹部６１の幅）は、第３の固定電極３３ｂの幅（Ｗ１）より広くすることが好ましい。すなわち、第３の固定電極３３ｂの直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない構成が好ましい。これにより、ダイボンド材の影響が第３の固定電極３３ｂに及ぶことを効果的に抑制することができる。
また、図１２Ｂに示した第１の凸部５２と第２の凸部５３との間隔Ｗ３（図１３Ｂに示した第１の凸部６２と第２の凸部６３との間隔）は、第３の固定電極３３ｂの幅（Ｗ２）より広くすることが好ましい。すなわち、第３の固定電極３３ｂの直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない構成が好ましい。これにより、ダイボンド材の影響が第３の固定電極３３ｂに及ぶことを効果的に抑制することができる。
また、図１２Ｃに示した撥水層５５の幅Ｗ４（あるいは図１３Ｃに示した撥水層６５の幅）は、第３の固定電極３３ｂの幅（Ｗ１）より広くすることが好ましい。すなわち、第３の固定電極３３ｂの直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない構成が好ましい。これにより、ダイボンド材の影響が第３の固定電極３３ｂに及ぶことを効果的に抑制することができる。
また、図１２Ｄに示した表面粗度が大きい領域５６（あるいは、図１３Ｄに示した表面粗度が大きい領域６６の幅）の幅Ｗ５は、第３の固定電極３３ｂの幅（Ｗ１）より広くすることが好ましい。すなわち、第３の固定電極３３ｂの直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない構成が好ましい。これにより、ダイボンド材の影響が第３の固定電極３３ｂに及ぶことを効果的に抑制することができる。
なお、上部固定板２ａは本発明に必須の構成ではない。上部固定板２ａを設けない場合としては例えば、第１の基板１と第２の基板との間の静電容量の変化を検出するようにすることが可能である。
また、第２の基板は２ｂは、第１の基板１からの電気的な信号処理する処理回路を内蔵することが好ましい。この構成により、第１の基板１と処理回路とを積層して構成することができるので、慣性センサを小型化することができる。
また、第３の基板４０は、アルミナ材を用いた積層セラミック材料で構成してもよい。あるいは、セラミックパッケージを構成する部材の一部であってよい。この構成によれば、第３の基板の上に、センサ以外の部品、例えば、地磁気センサ等の別のセンサ、外部と電気的に接続するための電極端子などを第３の基板の上に設けることができる。あるいはまた、第３の基板４０は金属で構成されるダイパッドであってもよいし、プリント基板であってもよい。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図１２Ａ〜図１２Ｄ、及び図１３Ａ〜図１３Ｄに示される付着抑止構造のうち、任意の２つ以上の付着抑止構造を組み合わせてもよい。また、これら付着抑止構造の細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）は適宜変更することができる。もちろん、本発明は、上記したいずれかのセンサを上記したいずれかの第３の基板４０に実装したセンサの実装構造として実現することも可能である。
１ 第１の基板
２ｂ 第２の基板
１０ Ｘ検出部
１０ａ，２０ａ，３０ａ 矩形枠
１１ 第２の可動電極
１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ ビーム部
１３ａ，１３ｂ 第１の固定電極
１４ａ，１４ｂ 第１の貫通電極
２０ Ｙ検出部
２１ 第３の可動電極
２３ａ，２３ｂ 第２の固定電極
２４ａ，２４ｂ 第２の貫通電極
３０ Ｚ検出部
３１ 第１の可動電極
３３ａ，３３ｂ 第３の固定電極
３４ａ，３４ｂ 第３の貫通電極
４０ 第３の基板
５０ 付着抑止領域
５１，５４，６１，６４ 凹部
５２，６２ 第１の凸部
５３，６３ 第２の凸部
５５，６５ 撥水層
５６，６６ 表面粗度が大きい領域
６０ 付着抑止領域
本発明は、電子機器等に用いられる加速度センサや角速度センサ等のセンサに関する。
静電容量型の加速度センサでは、重り（可動電極）と固定電極との間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出する（例えば、特許文献１〜４参照）。直交するＸＹＺの３軸方向の加速度を検出する加速度センサも知られている。
特開２００６−２５０７０２号公報 特開平０５−３３３０５６号公報 特開２００９−２６０２７２号公報 特開２０１２−２３２４０５号公報
しかしながら、センサチップをダイボンド材により実装基板に接着すると、ダイボンド材の影響により、オフセット温度特性における熱ヒステリシスが発生する場合があった。
そこで、本発明は、より安定してオフセット温度特性における熱ヒステリシスの発生を抑制することのできるセンサを得ることを目的とする。
本発明は、第１の可動電極を有する第１の基板と、第１の基板に接続し、第１の可動電極に対向する第１の固定電極を有する第２の基板と、第２の基板に接続する第３の基板と、を備え、第１の基板、第２の基板、第３の基板はこの順に積層され、第１の固定電極と前記第３の基板との間の少なくとも一部において、第２の基板と第３の基板とが接合されていない構成とした。
本発明によれば、より安定してオフセット温度特性における熱ヒステリシスの発生を抑制することのできる加速度センサ、角速度センサ等のセンサを提供することが可能となる。
図１は、本実施の形態の加速度センサを内蔵したパッケージの内部構成例を示す斜視図である。 図２は、本実施の形態の加速度センサの分解斜視図である。 図３Ａは、本実施の形態の加速度センサのＸ検出部の断面図である。 図３Ｂは、本実施の形態の加速度センサのＺ検出部の断面図である。 図４は、本実施の形態の加速度センサにおいて、Ｘ方向の加速度が印加されていない状態におけるＸ検出部の断面図である。 図５は、図４に示す加速度センサにおいて、Ｘ方向の加速度を検出する原理を説明する図である。 図６は、本実施の形態の加速度センサにおいて、Ｘ方向に１Ｇの加速度が印加された状態におけるＸ検出部の断面図である。 図７は、図６に示す加速度センサにおいて、Ｘ方向の加速度を検出する原理を説明する図である。 図８は、本実施の形態の加速度センサにおいて、Ｚ方向に１Ｇの加速度が印加された状態におけるＺ検出部の断面図である。 図９は、図８に示す加速度センサにおいて、Ｚ方向の加速度を検出する原理を説明する図である。 図１０Ａは、本実施の形態の加速度センサのセンサチップの接着面の写真を示す図である。 図１０Ｂは、本実施の形態の加速度センサのオフセット温度特性を示すグラフである。 図１１は、本実施の形態の加速度センサとその実装基板の断面図である。 図１２Ａは、本実施の形態の加速度センサの付着抑止構造の断面図である。 図１２Ｂは、本実施の形態の加速度センサの他の付着抑止構造の断面図である。 図１２Ｃは、本実施の形態の加速度センサのさらに他の付着抑止構造の断面図である。 図１２Ｄは、本実施の形態の加速度センサのさらに他の付着抑止構造の断面図である。 図１３Ａは、本実施の形態の加速度センサの実装基板の付着抑止構造の断面図である。 図１３Ｂは、本実施の形態の加速度センサの実装基板の他の付着抑止構造の断面図である。 図１３Ｃは、本実施の形態の加速度センサの実装基板のさらに他の付着抑止構造の断面図である。 図１３Ｄは、本実施の形態の加速度センサの実装基板のさらに他の付着抑止構造の断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下では、同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。また、各図面は好ましい形態の一例を示すものであり、それぞれの形状に限定されない。
図１は、本実施の形態のセンサを搭載したパッケージ３００の内部構成例を示す斜視図である。ここでは、基板５００に実装されたパッケージ３００の蓋を開けた状態を示している。この図に示すように、パッケージ３００には、センサチップ１００や、センサチップ１００からの出力に基づいて各種の演算を行うＡＳＩＣ２００等が搭載されている。パッケージ３００から端子４００が引き出され、基板５００に接続されている。このセンサは静電容量型の加速度を検出するセンサであり、ＭＥＭＳ技術で製造される。ＸＹＺの３軸方向の加速度を検出するため、各軸個別の重り（可動電極）を形成し、センサチップ１００内に配置している。なお、本発明は、静電容量型の加速度を検出するセンサに限定されない。例えば、静電容量型の角速度を検出するセンサに適用することができる。なお、本発明は、３軸の加速度を検出するセンサに限定されない。例えば、１軸または２軸を検出するセンサとして利用することができる。
図２は、本実施の形態のセンサ（センサチップ１００）の分解斜視図である。この図に示すように、第１の基板１は上部固定板２ａと第２の基板２ｂにより挟持された構成となっている。第１の基板１は、シリコンＳＯＩ基板等により形成され、上部固定板２ａと第２の基板２ｂは、ガラス等の絶縁体により形成されている。
以下、第１の基板１のうち、第１の方向（本実施の形態では図２中のＺ方向とする）の加速度を検出する部分を「Ｚ検出部３０」と呼ぶことにする。第２の方向（本実施の形態では図２中のＸ方向とする）の加速度を検出する部分を「Ｘ検出部１０」、第３の方向（本実施の形態では図２中のＹ方向とする）の加速度を検出する部分を「Ｙ検出部２０」、Ｘ方向は、平面方向のうちの一方向である。Ｙ方向は、平面方向のうちの一方向であってＸ方向と直交する方向である。Ｚ方向は、垂直方向である。
Ｚ検出部３０は、二対のビーム部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにより保持された第１の可動電極３１を垂直方向に平行移動させることによりＺ方向の加速度を検出する。すなわち、第１の可動電極３１の表面及び裏面に対向させて第１の固定電極３３ａ，３３ｂを配置している。これにより、第１の可動電極３１と第１の固定電極３３ａ，３３ｂとの間の静電容量の変化に基づいてＺ方向の加速度を検出することができる。なお、二対のビーム部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにより第１の可動電極３１を支持する構成として説明したがこれに限らない。例えば、１本の梁で第１の可動電極を支持する構成でもよい。即ち、第１の可動電極３１を支持する梁部は、第１の可動電極３１がＺ軸方向の加速度に応じて変位するように支持するものであれば良い。
Ｘ検出部１０は、一対のビーム部１２ａ，１２ｂを軸にして第２の可動電極１１を揺動させることによりＸ方向の加速度を検出する。すなわち、一対のビーム部１２ａ，１２ｂを結ぶ直線を境界線として第２の可動電極１１の表面の一方側及び他方側に対向させて第２の固定電極１３ａ，１３ｂを配置している。これにより、第２の可動電極１１と第２の固定電極１３ａ，１３ｂとの間の静電容量の変化に基づいてＸ方向の加速度を検出することができる。なお、一対のビーム部１２ａ，１２ｂで第２の可動電極１１を支持する構成として説明したがこれに限らない。例えば、１本の梁で可動電極を支持する構成でもよい。即ち、第２の可動電極１１を支持する梁部は、第２の可動電極１１がＺ軸方向の加速度に応じて変位するように支持するものであれば良い。
Ｙ検出部２０は、一対のビーム部２２ａ，２２ｂを軸にして第３の可動電極２１を揺動させることによりＹ方向の加速度を検出する。すなわち、一対のビーム部２２ａ，２２ｂを結ぶ直線を境界線として第３の可動電極２１の表面の一方側及び他方側に対向させて第３の固定電極２３ａ，２３ｂを配置している。これにより、第３の可動電極２１と第３の固定電極２３ａ，２３ｂとの間の静電容量の変化に基づいてＹ方向の加速度を検出することができる。なお、一対のビーム部２２ａ，２２ｂで第２の可動電極１１を支持する構成として説明したがこれに限らない。例えば、１本の梁で可動電極を支持する構成でもよい。即ち、第３の可動電極２１を支持する梁部は、第３の可動電極２１がＺ軸方向の加速度に応じて変位するように支持するものであれば良い。
ところで、Ｘ検出部１０とＹ検出部２０は互いに９０°回転させただけの同形状とし、これらを別形状のＺ検出部３０の両側に並べて１チップ内に配置している。すなわち、図２に示すように、フレーム部３には、３つの矩形枠１０ａ，２０ａ，３０ａが直線状に並んで形成されている。あるいは、別の表現では、第２の可動電極１１は、前記第１の可動電極３１を挟んで前記第３の可動電極２１と対向する位置に設けられている。
ところで、矩形枠１０ａには第２の可動電極１１が配置され、矩形枠２０ａには第３の可動電極２１が配置され、矩形枠３０ａには第１の可動電極３１が配置されている。各可動電極はいずれも略矩形形状である。第１の可動電極３１，第２の可動電極１１，第３の可動電極２１と矩形枠３０ａ，１０ａ，２０ａの側壁部との間には所定サイズの隙間が空いた状態となっている。
なお、矩形枠１０ａ、矩形枠２０ａ、矩形枠３０ａの形状は矩形に限定されない。例えば、円形や種々の多角形とすることができる。
なお、第１の可動電極３１，第２の可動電極１１，第３の可動電極２１の形状は矩形に限定されない。例えば、円形や種々の多角形とすることができる。特に、第１の可動電極３１の形状は矩形枠１０ａの形状の相似形とすることが好ましい。これにより、第１の可動電極３１、の面積（あるいは、第１の可動電極３１の質量）を大きくすることができるので、加速度に対するセンサの感度を向上することができる。
第２の可動電極１１の形状は矩形枠１０ａの形状の相似形とすることが好ましい。これにより、第２の可動電極１１の面積（あるいは、第２の可動電極１１の質量）を大きくすることができるので、加速度に対するセンサの感度を向上することができる。
第３の可動電極２１の形状は矩形枠２０ａの形状の相似形とすることが好ましい。これにより、第３の可動電極２１の面積（あるいは、第３の可動電極２１質量）を大きくすることができるので、加速度に対するセンサの感度を向上することができる。
図３は、本実施の形態のセンサの断面図であって、図３ＡはＸ検出部１０の断面を示し、図３ＢはＺ検出部３０の断面を示している。Ｙ検出部２０の断面はＸ検出部１０と同様であるため、ここでは図示を省略している。
まず、Ｘ検出部１０の断面は、第２の可動電極１１の表面の対向する２辺の略中央部と矩形枠１０ａの側壁部とを一対のビーム部１２ａ，１２ｂで連結することにより、第２の可動電極１１がフレーム部３に対して揺動自在に支持されている。上部固定板２ａの第２の可動電極１１と対向する側には、ビーム部１２ａとビーム部１２ｂを結ぶ直線を境界線として第２の固定電極１３ａ，１３ｂが設けられている。第２の固定電極１３ａ，１３ｂは、第１の貫通電極１４ａ，１４ｂを用いて上部固定板２ａの上面（一方側）に引き出されている。第１の貫通電極１４ａ，１４ｂの材質は、シリコンやタングステン、銅等の導体であり、第１の貫通電極１４ａ，１４ｂを保持する周囲の材質は、ガラス等の絶縁体である。
Ｙ検出部２０の断面は、第３の可動電極２１の表面の対向する２辺の略中央部と矩形枠２０ａの側壁部とを一対のビーム部２２ａ，２２ｂで連結することにより、第３の可動電極２１がフレーム部３に対して揺動自在に支持されている。上部固定板２ａの第３の可動電極２１と対向する側には、ビーム部２２ａとビーム部２２ｂを結ぶ直線を境界線として第３の固定電極２３ａ，２３ｂが設けられている。第３の固定電極２３ａ，２３ｂは、第２の貫通電極２４ａ，２４ｂを用いて上部固定板２ａの上面に引き出されている。第２の貫通電極２４ａ，２４ｂの材質は、シリコンやタングステン、銅等の導体であり、第２の貫通電極２４ａ，２４ｂを保持する周囲の材質は、ガラス等の絶縁体である。
更に、Ｚ検出部３０の断面は、第１の可動電極３１の四隅と矩形枠３０ａの側壁部とを二対のＬ字形のビーム部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄで連結することにより、第１の可動電極３１が垂直方向に平行移動可能になっている。ビーム部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄの形状は特に限定されるものではないが、Ｌ字形にすれば、ビーム部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄを長くすることができる。上部固定板２ａの第１の可動電極３１と対向する側には第１の固定電極３３ａが設けられ、第２の基板２ｂの第１の可動電極３１と対向する側には第１の固定電極３３ｂが設けられている。第１の固定電極３３ａは、第３の貫通電極３４ａを用いて上部固定板２ａの上面に引き出されている。第１の固定電極３３ｂは、矩形領域３３ｂ１から突き出した突出領域３３ｂ２を備えている（図２参照）。突出領域３３ｂ２は、第１の可動電極３１とは分離された柱状の固定電極３４ｃに接続され、柱状の固定電極３４ｃは、上部固定板２ａに設けられた第３の貫通電極３４ｂに接続される構成となっている。これにより、柱状の固定電極３４ｃ及び第３の貫通電極３４ｂを用いて第１の固定電極３３ｂを上部固定板２ａの上面に引き出すことができる。第３の貫通電極３４ａ，３４ｂの材質は、シリコンやタングステン、銅等の導体であり、第３の貫通電極３４ａ，３４ｂを保持する周囲の材質は、ガラス等の絶縁体である。
次に、Ｘ方向の加速度検出原理について説明する。まず、誘電率をε、電極の対向面積をＳ、電極の対向ギャップをｄとした場合、静電容量Ｃは、Ｃ＝εＳ／ｄにより算出することができる。加速度により可動電極が回転すると、対向ギャップｄが変化するため、静電容量Ｃが変化する。そこで、ＡＳＩＣ２００により差分容量（Ｃ１−Ｃ２）をＣＶ変換する。
図４は、Ｘ方向の加速度が印加されていない状態におけるＸ検出部１０の断面を示している。この場合、図５に示すように、第２の可動電極１１と第２の固定電極１３ａ，１３ｂとの間の静電容量Ｃ１，Ｃ２は等しくなる。ＡＳＩＣ２００は、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２の差分値（Ｃ１−Ｃ２＝０）を算出し、Ｘ出力として出力する。
図６は、Ｘ方向に１Ｇの加速度が印加された状態におけるＸ検出部１０の断面を示している。この場合、図７に示すように、第２の可動電極１１と第２の固定電極１３ａとの間の静電容量Ｃ１は寄生容量＋ΔＣとなり、第２の可動電極１１と第２の固定電極１３ｂとの間の静電容量Ｃ２は寄生容量−ΔＣとなる。ＡＳＩＣ２００は、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２の差分値（Ｃ１−Ｃ２＝２ΔＣ）を算出し、Ｘ出力として出力する。
このように、Ｘ検出部１０は、静電容量の変化に基づいてＸ方向の加速度を検出するようになっている。Ｙ検出部２０がＹ方向の加速度を検出する原理も同様である。
図８は、Ｚ方向に１Ｇの加速度が印加された状態におけるＺ検出部３０の断面を示している。この場合、図９に示すように、第１の可動電極３１と第１の固定電極３３ａとの間の静電容量Ｃ５は寄生容量＋ΔＣとなり、第１の可動電極３１と第１の固定電極３３ｂとの間の静電容量Ｃ６は寄生容量−ΔＣとなる。ＡＳＩＣ２００は、静電容量Ｃ５と静電容量Ｃ６の差分値（Ｃ５−Ｃ６＝２ΔＣ）を算出し、Ｚ出力として出力する。このように、Ｚ検出部３０は、静電容量の変化に基づいてＺ方向の加速度を検出するようになっている。
図１０Ａは、本実施の形態の加速度センサのセンサチップ１００の接着面の写真を示す図である。図１０Ｂは、本実施の形態の加速度センサのオフセット温度特性を示すグラフである。本実施形態では、センサの第３の基板４０との接着面のうちＺ検出部３０に対応する領域において、ダイボンド材などの接着物質の付着を抑止する付着抑止領域を形成している（後述する）。このようなセンサについて実験したところ、図１０Ｂに示すように、オフセット温度特性における熱ヒステリシスの発生が抑制されることが分かった。温度変化に伴う第３の基板４０の変形が第１の固定電極３３ｂに伝達すると、第１の可動電極３１と第１の固定電極３３ｂとの間の間隔が変動し、慣性センサの出力が変動してしまう。しかし、本実施の形態のセンサでは、第１の固定電極３３ｂの直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されていないため、温度変化に伴う第３の基板４０の変形が第１の固定電極３３ｂに伝達しにくいため、熱ヒステリシスの発生が抑制される。但し、第１の固定電極３３ｂは必須の構成ではない。即ち、第１の固定電極３３ｂを設けない場合であっても、熱ヒステリシスの発生を抑制することができる。これは、第１の可動電極３１の直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されないことにより、温度変化に伴う第３の基板４０の変形が、ビーム部３２ａ〜３２ｄを介して第１の可動電極３１が変位することを抑制できるので、熱ヒステリシスの発生が抑制される。
図１１は、本実施の形態のセンサとその第３の基板４０を示す断面図である。この図に示すように、本実施の形態のセンサでは、第１の可動電極３１と第３の基板４０との間は、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない付着抑止領域５０を設けている。
付着抑止領域５０の面積は特に限定されるものではなく、第１の可動電極３１と第３の基板４０との間の少なくとも一部において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない付着抑止領域５０を設けることができる。また、よりダイボンド材の影響を受けにくくするため、第１の可動電極３１よりも若干大きな第１の固定電極３３ａに対応させるのが望ましい。
図１２Ａ〜図１２Ｄは、本実施の形態のセンサの付着抑止構造の具体例を示す断面図である。図１２Ａ〜図１２Ｄでは、センサのうち第２の基板２ｂ以外の部分は図示を省略することがある。
センサを第３の基板４０に実装する場合は、第３の基板４０の上表面６０ａにダイボンド材を塗布し、その上にセンサを配置し、加熱してダイボンド材を硬化させる。そこで、図１２Ａでは、第２の基板２ｂは、第１の可動電極３１と前記第３の基板４０との間に凹部５１を形成している。このような構成によれば、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部に対してＺ検出部３０の下部が凹むことになる。そのため、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
あるいは、図１２Ｂに示すように、Ｘ検出部１０の下部とＹ検出部２０の下部に所定高さの第１の凸部５２を設けてもよい。第１の凸部は、例えばエポキシ樹等の樹脂を用いることができる。例えばガラス等の絶縁体用いて構成することができる。ガラス等の絶縁体用いる場合においては、第１の凸部を第２の基板２ｂと一体に設けてもよいし、別体として設けてもよい。このような構成によれば、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部に対してＺ検出部３０の下部が凹むことになる。そのため、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
また、第２の基板２ｂは、第２の可動電極１１と第３の基板４０との間に第１の凸部５２を設け、同時に、第３の可動電極２１と第３の基板４０との間に第２の凸部５３を形成してもよい。ここで、第１の凸部５２、第２の凸部５３は金属膜などで形成することができる。この場合、第２の基板２ｂと第３の基板４０との接着面は第１の凸部５２、第２の凸部５３の表面となり、相対的にＺ検出部３０の下部が凹むことになるため、図１２Ａの場合と同様の凹部５４を形成することができる。
また、図１２Ｃに示すように、第１の可動電極３１と第３の基板４０との間に撥水層５５を設けてもよい。撥水層５５は、第２の基板２ｂと第３の基板４０との間が接着されず、かつ、ダイボンド材の付着を抑止できるものであればよい。すなわち、撥水層５５の材料は特に限定されるものではない。例えば、ヘキサメチルジシロキサンを用いることが出来る。この場合も、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
また、図１２Ｄに示すように、第１の可動電極３１と第３の基板４０との間を粗面化することにより、表面粗度が大きい領域５６を形成してもよい。粗面化の程度は、ダイボンド材の付着を抑止可能な程度でよく、特に限定されるものではない。この場合も、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
図１３は、本実施の形態のセンサの第３の基板４０の付着抑止構造の具体例を示す断面図である。第３の基板４０とは、センサを実装するためものであり、図１に示すようなパッケージ３００なども含まれる。以下に説明するように、第３の基板４０の側にも、センサ側と同様の付着抑止構造を備えることができる。
まず、図１３Ａに示すように、第３の基板４０の第１の可動電極３１と第３の基板４０との間に凹部６１を形成してもよい。このような構成によれば、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部に対してＺ検出部３０の下部が凹むことになる。そのため、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
あるいは、図１３Ｂに示すように、第３の基板４０は、第２の可動電極１１と第３の基板４０との間に第１の凸部６２を設け、同時に、第３の可動電極２１と第３の基板４０との間に第２の凸部６３を設けてもよい。
第１の凸部６２、第２の凸部６３は金属膜などで形成することができる。この場合、センサとの接着面は第１の凸部６２、第２の凸部６３の表面となり、相対的にＺ検出部３０の下部が凹むことになるため、図１３Ａの場合と同様の凹部６４を形成することができる。
また、図１３Ｃに示すように、第１の可動電極３１と第３の基板４０との間に撥水層６５をコーティングしてもよい。撥水層６５の材料は、ダイボンド材の付着を抑止可能なものであればよく、特に限定されるものではない。この場合も、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
また、図１３Ｄに示すように、Ｚ検出部３０の下部を粗面化することにより、表面粗度が大きい領域６６を形成してもよい。粗面化の程度は、ダイボンド材の付着を抑止可能な程度でよく、特に限定されるものではない。この場合も、Ｘ検出部１０及びＹ検出部２０の下部にはダイボンド材が付着するが、Ｚ検出部３０の下部にはダイボンド材が付着しにくくなる。
また、図１２Ａ〜図１２Ｄ、あるいは、図１３Ａ〜図１３Ｄに示した構成は、各々を個別に用いることに限定されるものではない。互いに重複して用いることが出来る。例えば、図１２Ｃの撥水層５５と、図１３Ｄの表面粗度が大きい領域６６とを同時に用いても良い。
また、図１２Ａに示した凹部５１の幅Ｗ２（あるいは、図１３Ａに示した凹部６１の幅）は、第１の固定電極３３ｂの幅（Ｗ１）より広くすることが好ましい。すなわち、第１の固定電極３３ｂの直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない構成が好ましい。これにより、ダイボンド材の影響が第１の固定電極３３ｂに及ぶことを効果的に抑制することができる。
また、図１２Ｂに示した第１の凸部５２と第２の凸部５３との間隔Ｗ３（図１３Ｂに示した第１の凸部６２と第２の凸部６３との間隔）は、第１の固定電極３３ｂの幅（Ｗ２）より広くすることが好ましい。すなわち、第１の固定電極３３ｂの直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない構成が好ましい。これにより、ダイボンド材の影響が第１の固定電極３３ｂに及ぶことを効果的に抑制することができる。
また、図１２Ｃに示した撥水層５５の幅Ｗ４（あるいは図１３Ｃに示した撥水層６５の幅）は、第１の固定電極３３ｂの幅（Ｗ１）より広くすることが好ましい。すなわち、第１の固定電極３３ｂの直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない構成が好ましい。これにより、ダイボンド材の影響が第１の固定電極３３ｂに及ぶことを効果的に抑制することができる。
また、図１２Ｄに示した表面粗度が大きい領域５６（あるいは、図１３Ｄに示した表面粗度が大きい領域６６の幅）の幅Ｗ５は、第１の固定電極３３ｂの幅（Ｗ１）より広くすることが好ましい。すなわち、第１の固定電極３３ｂの直下において、第２の基板２ｂと第３の基板４０とが接合されない構成が好ましい。これにより、ダイボンド材の影響が第１の固定電極３３ｂに及ぶことを効果的に抑制することができる。
なお、上部固定板２ａは本発明に必須の構成ではない。上部固定板２ａを設けない場合としては例えば、第１の基板１と第２の基板との間の静電容量の変化を検出するようにすることが可能である。
また、第２の基板は２ｂは、第１の基板１からの電気的な信号処理する処理回路を内蔵することが好ましい。この構成により、第１の基板１と処理回路とを積層して構成することができるので、慣性センサを小型化することができる。
また、第３の基板４０は、アルミナ材を用いた積層セラミック材料で構成してもよい。あるいは、セラミックパッケージを構成する部材の一部であってよい。この構成によれば、第３の基板の上に、センサ以外の部品、例えば、地磁気センサ等の別のセンサ、外部と電気的に接続するための電極端子などを第３の基板の上に設けることができる。あるいはまた、第３の基板４０は金属で構成されるダイパッドであってもよいし、プリント基板であってもよい。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図１２Ａ〜図１２Ｄ、及び図１３Ａ〜図１３Ｄに示される付着抑止構造のうち、任意の２つ以上の付着抑止構造を組み合わせてもよい。また、これら付着抑止構造の細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）は適宜変更することができる。もちろん、本発明は、上記したいずれかのセンサを上記したいずれかの第３の基板４０に実装したセンサの実装構造として実現することも可能である。
１ 第１の基板
２ｂ 第２の基板
１０ Ｘ検出部
１０ａ，２０ａ，３０ａ 矩形枠
１１ 第２の可動電極
１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ ビーム部
１３ａ，１３ｂ 第２の固定電極
１４ａ，１４ｂ 第１の貫通電極
２０ Ｙ検出部
２１ 第３の可動電極
２３ａ，２３ｂ 第３の固定電極
２４ａ，２４ｂ 第２の貫通電極
３０ Ｚ検出部
３１ 第１の可動電極
３３ａ，３３ｂ 第１の固定電極
３４ａ，３４ｂ 第３の貫通電極
４０ 第３の基板
５０ 付着抑止領域
５１，５４，６１，６４ 凹部
５２，６２ 第１の凸部
５３，６３ 第２の凸部
５５，６５ 撥水層
５６，６６ 表面粗度が大きい領域
６０ 付着抑止領域

Claims (9)

  1. 第１の可動電極を有する第１の基板と、
    前記第１の基板に接続し、前記第１の可動電極に対向する第１の固定電極を有する第２の基板と、
    前記第２の基板に接続する第３の基板と、
    を備え、
    前記第１の基板、前記第２の基板、前記第３の基板はこの順に積層され、前記第１の固定電極と前記第３の基板との間の少なくとも一部において、前記第２の基板と前記第３の基板とが接合されていない
    センサ。
  2. 前記第２の基板または前記第３の基板は、前記第１の固定電極と前記第３の基板との間に凹部を有する請求項１に記載のセンサ。
  3. 第１の固定電極と前記第３の基板との間に撥水層を設けた請求項１に記載のセンサ。
  4. 前記第１の基板は、第２の可動電極と第３の可動電極とをさらに有し、
    前記第１の固定電極の直下における、前記第２の基板または前記第３の基板の表面粗度が、
    前記第２の可動電極または前記第３の可動電極の直下における、前記第２の基板または前記第３の基板の表面粗度よりも大きい請求項１に記載のセンサ。
  5. 前記第１の基板は、第２の可動電極と第３の可動電極とをさらに有し、
    前記第２の可動電極と前記第３の基板との間に、前記第２の基板と前記第３の基板とを接続する第１の接続部を設け、
    前記第３の可動電極と前記第３の基板との間に、前記第２の基板と前記第３の基板とを接続する第２の接続部を設けた
    請求項１に記載のセンサ。
  6. 前記第１の可動電極は第１の方向の加速度に対して変位し、
    前記第２の可動電極は第２の方向の加速度に対して変位し、
    前記第３の可動電極は第３の方向の加速度に対して変位する
    請求項４または５のいずれか１項に記載のセンサ。
  7. 前記第１の方向と前記第２の方向と前記第３の方向とは互いに直交する請求項６に記載のセンサ。
  8. 前記第２の可動電極は、前記第１の可動電極を挟んで前記第３の可動電極と対向する位置に設ける請求項７に記載のセンサ。
  9. 静電容量の変化を検出することで加速度を検出する請求項１に記載のセンサ。
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