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JP2018163120A - 物理量センサー、電子機器、および移動体 - Google Patents

物理量センサー、電子機器、および移動体 Download PDF

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JP2018163120A JP2017061701A JP2017061701A JP2018163120A JP 2018163120 A JP2018163120 A JP 2018163120A JP 2017061701 A JP2017061701 A JP 2017061701A JP 2017061701 A JP2017061701 A JP 2017061701A JP 2018163120 A JP2018163120 A JP 2018163120A
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Abstract

【課題】梁部が破損する可能性を小さくすることができる物理量センサーを提供する。【解決手段】基板と、物理量に応じて支持軸まわりに変位可能であり、開口部が設けられた可動体と、前記基板上に設けられ、前記開口部に位置している支持部と、を含み、前記支持部は、前記基板に固定され、平面視において前記支持軸を挟んで設けられた第1固定部および第2固定部と、前記第1固定部と前記第2固定部とを接続し、互いに離間して設けられた第1梁部および第2梁部と、前記支持軸の方向に延出し、前記第1梁部と前記可動体とを接続している第3梁部と、前記支持軸の方向に延出し、前記第2梁部と前記可動体とを接続している第4梁部と、を有する、物理量センサー。【選択図】図2

Description

本発明は、物理量センサー、電子機器、および移動体に関する。
近年、例えばシリコンMEMS(Micro Electro Mechanical
Systems)技術を用いて、加速度等の物理量を検出する物理量センサーが開発されている。
例えば特許文献1には、基板上に固定された固定電極と、固定電極の上面に対向するように配置された可動電極と、可動電極を基板の上面に直交する方向に変位可能に弾性支持する弾性支持部と、を備え、弾性支持部は、基板に固定された支持部と、支持部と可動電極とを接続している梁部と、を有する静電容量型加速度センサーが記載されている。
特開2012−181030号公報
しかしながら、特許文献1に記載の加速度センサーでは、基板の上面に直交する方向(Z軸方向)に強い衝撃が加わると、梁部が破損してしまう可能性がある。
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、梁部が破損する可能性を小さく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含む電子機器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含む移動体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、
基板と、
物理量に応じて支持軸まわりに変位可能であり、開口部が設けられた可動体と、
前記基板上に設けられ、前記開口部に位置している支持部と、
を含み、
前記支持部は、
前記基板に固定され、平面視において前記支持軸を挟んで設けられた第1固定部および第2固定部と、
前記第1固定部と前記第2固定部とを接続し、互いに離間して設けられた第1梁部および第2梁部と、
前記支持軸の方向に延出し、前記第1梁部と前記可動体とを接続している第3梁部と、
前記支持軸の方向に延出し、前記第2梁部と前記可動体とを接続している第4梁部と、を有する。
このような物理量センサーでは、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、第1梁部および第2梁部がねじり変形することができる。これにより、物理量センサーでは、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、第3梁部の第1梁部側の端部、および第4梁部の第2梁部側の端部に応力が集中することを抑制することができる。したがって、このような物理量センサーでは、第3梁部および第4梁部が破損する可能性を小さくすることができる。
[適用例2]
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記第1固定部と前記第3梁部との間の前記支持軸の方向と交差する方向における最短距離は、前記第1固定部と、前記第1梁部の前記第3梁部との接続部と、の間の前記交差する方向における最短距離よりも小さく、
前記第2固定部と前記第3梁部との間の前記交差する方向における最短距離は、前記第2固定部と前記接続部との間の最短距離よりも小さくてもよい。
このような物理量センサーでは、誘導結合方式(ICP)を用いたエッチングによって可動体および支持部を形成する場合に、第3梁部を形成するための部分のエッチング速度を遅くすることができる。これにより、高い精度で第3梁部を形成することができる。
[適用例3]
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記第1梁部および前記第2梁部は、前記支持軸と交差する軸まわりに変位可能であってもよい。
このような物理量センサーでは、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、第1梁部および第2梁部が支持軸と交差する軸まわりにねじり変形することができる。
[適用例4]
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記可動体は、前記支持軸の方向と交差する方向に延出している第5梁部および第6梁部を有し、
前記第3梁部は、前記第1梁部と前記第5梁部とを接続し、
前記第4梁部は、前記第2梁部と前記第6梁部とを接続していてもよい。
このような物理量センサーでは、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、第5梁部および第6梁部がねじり変形することができる。これにより、このような物理量センサーでは、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、第3梁部の第5梁部側の端部、および第4梁部の第6梁部側の端部に応力が集中することを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、
前記第5梁部および前記第6梁部は、前記支持軸と交差する軸まわりに変位可能であってもよい。
このような物理量センサーでは、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、第5梁部および第6梁部が支持軸と交差する軸まわりにねじり変形することができる。
[適用例6]
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記支持部は、前記第1固定部から前記支持軸の方向と交差する方向であって前記第3梁部側とは反対側に突出した第1ストッパー部を有し、
前記第1ストッパー部と前記可動体との間の前記交差する方向における最短距離は、前記第2固定部と前記第3梁部との間の前記交差する方向における最短距離よりも小さくてもよい。
このような物理量センサーでは、強い衝撃が加わって可動体および第3梁部がX軸方向(支持軸の方向と交差する方向)に変位したとしても、第3梁部が第2固定部と衝突する前に、可動体が第1ストッパー部に衝突する。したがって、このような物理量センサーでは、第3梁部が破損する可能性を小さくすることができる。
[適用例7]
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記支持部は、前記第1固定部から前記支持軸の方向に突出した第2ストッパー部を有し、
前記第2ストッパー部と前記可動体との間の前記支持軸の方向における最短距離は、前記第1固定部と前記第3梁部との間の前記支持軸の方向と交差する方向における最短距離よりも小さくてもよい。
このような物理量センサーでは、強い衝撃が加わって可動体および第3梁部がZ軸を軸として反時計まわりに回転したとしても、第3梁部が第1固定部に衝突する前に、可動体が第2ストッパー部に衝突する。したがって、このような物理量センサーでは、第3梁部が破損する可能性を小さくすることができる。
[適用例8]
本適用例に係る電子機器は、
本適用例に係る物理量センサーを含む。
このような電子機器は、本適用例に係る物理量センサーを含むことができる。
[適用例9]
本適用例に係る移動体は、
本適用例に係る物理量センサーを含む。
このような移動体は、本適用例に係る物理量センサーを含むことができる。
本実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 本実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 本実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す断面図。 本実施形態に係る物理量センサーを模式的に示す断面図。 本実施形態に係る物理量センサーの製造方法を説明するためのフローチャート。 本実施形態に係る物理量センサーの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る物理量センサーの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る物理量センサーの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態の第1変形例に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 本実施形態の第2変形例に係る物理量センサーを模式的に示す平面図。 本実施形態に係る電子機器の機能ブロック図。 本実施形態に係る電子機器の一例であるスマートフォンの外観を模式的に示す図。 本実施形態に係る電子機器の一例であるウェアラブル機器の外観を模式的に示す図。 本実施形態に係る移動体を模式的に示す平面図。
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. 物理量センサー
まず、本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、本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、図1に示す本実施形態に係る物理量センサー100の支持部30周辺の拡大図である。図3は、本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III−III線断面図である。図4は、本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IV−IV線断面図である。なお、図1〜図4では、互いに直交する3軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
物理量センサー100は、図1〜図4に示すように、基板10と、可動体20と、支持部30と、第1固定電極50と、第2固定電極52と、第1配線70と、第2配線72と、第3配線74と、第1パッド80と、第2パッド82、第3パッド84と、蓋体90と、を含む。なお、便宜上、図1では、蓋体90を透視して図示している。また、図2〜図4では、蓋体90の図示を省略している。
以下では、物理量センサー100が、鉛直方向(Z軸方向)の加速度を検出する加速度センサー(静電容量型MEMS加速度センサー)である例について説明する。
基板10の材質は、例えば、ガラス等の絶縁材料である。例えば基板10をガラス等の絶縁材料、可動体20をシリコン等の半導体材料にすることにより、容易に両者を電気的に絶縁することができ、センサー構造を簡素化することができる。
基板10には、凹部11が形成されている。凹部11の上方には、間隙を介して、可動体20が設けられている。図1に示す例では、凹部11の平面形状(Z軸方向から見た形状)は、長方形である。
基板10は、凹部11の底面(凹部11を規定する基板10の面)12に、ポスト部13を有している。ポスト部13は、底面12よりも上方(+Z軸方向)に突出している。図3に示すように、ポスト部13の高さ(ポスト部13の上面14と底面12との間の距離)と凹部11の深さとは、例えば、等しい。ポスト部13の上面14は、支持部30と接合されている。ポスト部13の上面14には、図4に示すように、窪み部15が形成されている。窪み部15の底面(窪み部15を規定するポスト部13の面)16には、第3配線74が設けられている。
なお、図3および図4に示す例では、凹部11の側面(凹部11を規定する基板10の側面)およびポスト部13の側面は、凹部11の底面12に対して傾斜しているが、底面12に対して垂直であってもよい。
基板10には、図1に示すように、配線70,72,74の各々が配置されている溝部17,18,19が設けられている。
可動体20は、物理量(例えば加速度)に応じて基板10の主面と交差する方向(例えばZ軸方向)に変位する。可動体20は、物理量に応じて支持軸Qまわりに変位可能である。具体的には、可動体20は、鉛直方向(Z軸方向)の加速度が加わると、支持部30の梁部43,44によって決定される支持軸Qを回転軸(揺動軸)としてシーソー揺動する。支持軸Qは、例えば、Y軸と平行である。図1に示す例では、可動体20の平面形状は、長方形である。可動体20の厚さ(Z軸方向の大きさ)は、例えば、一定である。
可動体20は、第1シーソー片20aと、第2シーソー片20bと、を有している。第1シーソー片20aは、平面視において(Z軸方向からみて)、支持軸Qの一方側(図示の例では−X軸方向側)に位置している。第2シーソー片20bは、平面視において、支持軸Qの他方側(図示の例では+X軸方向側)に位置している。
可動体20に鉛直方向の加速度(例えば重力加速度)が加わった場合、第1シーソー片20aと第2シーソー片20bとの各々に回転モーメント(力のモーメント)が生じる。ここで、第1シーソー片20aの回転モーメント(例えば反時計回りの回転モーメント)と第2シーソー片20bの回転モーメント(例えば時計回りの回転モーメント)とが均衡した場合には、可動体20の傾きに変化が生じず、加速度を検出することができない。したがって、鉛直方向の加速度が加わったときに、第1シーソー片20aの回転モーメントと、第2シーソー片20bの回転モーメントとが均衡せず、可動体20に所定の傾きが生じるように、可動体20が設計される。
物理量センサー100では、支持軸Qを、可動体20の中心(重心)から外れた位置に配置することによって(支持軸Qから各シーソー片20a,20bの先端までの距離を異ならせることによって)、シーソー片20a,20bが互いに異なる質量を有している。すなわち、可動体20は、支持軸Qを境にして、一方側(第1シーソー片20a)と他方側(第2シーソー片20b)とで質量が異なる。図示の例では、支持軸Qから第1シーソー片20aの端面23までの距離は、支持軸Qから第2シーソー片20bの端面24までの距離よりも大きい。また、第1シーソー片20aの厚さと、第2シーソー片20bの厚さとは、等しい。したがって、第1シーソー片20aの質量は、第2シーソー片20bの質量よりも大きい。
このように、シーソー片20a,20bが互いに異なる質量を有することにより、鉛直方向の加速度が加わったときに、第1シーソー片20aの回転モーメントと、第2シーソー片20bの回転モーメントと、を均衡させないことができる。したがって、鉛直方向の加速度が加わったときに、可動体20に所定の傾きを生じさせることができる。
なお、図示はしないが、支持軸Qを可動体20の中心に配置し、かつ、シーソー片20a,20bの厚さを互いに異ならせることによって、シーソー片20a,20bが互いに異なる質量を有するようにしてもよい。このような場合にも、鉛直方向の加速度が加わったときに、可動体20に所定の傾きを生じさせることができる。
可動体20は、基板10と離間して設けられている。可動体20は、凹部11の上方に設けられている。可動体20と基板10との間には、間隙が設けられている。これにより、可動体20は、シーソー揺動することができる。
可動体20は、支持軸Qを境にして設けられた第1可動電極21および第2可動電極22を有している。第1可動電極21は、第1シーソー片20aに設けられている。第2可動電極22は、第2シーソー片20bに設けられている。
第1可動電極21は、可動体20のうち、平面視において第1固定電極50と重なる部
分である。第1可動電極21は、第1固定電極50との間に静電容量C1を形成する。すなわち、第1可動電極21と第1固定電極50とによって静電容量C1が形成される。
第2可動電極22は、可動体20のうち、平面視において第2固定電極52と重なる部分である。第2可動電極22は、第2固定電極52との間に静電容量C2を形成する。すなわち、第2可動電極22と第2固定電極52とによって静電容量C2が形成される。物理量センサー100では、可動体20が導電性材料(不純物がドープされたシリコン)で構成されることによって、可動電極21,22が設けられている。すなわち、第1シーソー片20aが第1可動電極21として機能し、第2シーソー片20bが第2可動電極22として機能している。
静電容量C1および静電容量C2は、例えば、図3に示す可動体20が水平な状態で、互いに等しくなるように構成されている。可動電極21,22は、可動体20の動きに応じて位置が変化する。この可動電極21,22の位置に応じて、静電容量C1,C2が変化する。可動体20には、支持部30を介して、所定の電位が与えられる。
可動体20には、可動体20を貫通する貫通孔25が形成されている。これにより、可動体20が揺動する際の空気の影響(空気の抵抗)を低減することができる。貫通孔25は、複数形成されている。図示の例では、貫通孔25の平面形状は、正方形である。
可動体20には、可動体20を貫通する開口部26が設けられている。開口部26は、平面視において、支持軸Q上に設けられている。図示の例では、開口部26の平面形状は、長方形である。
支持部30は、基板10上に設けられている。支持部30は、開口部26に位置している。支持部30は、可動体20を支持している。支持部30は、図2に示すように、第1固定部32と、第2固定部34と、第1梁部41と、第2梁部42と、第3梁部43と、第4梁部44と、を有している。
第1固定部32および第2固定部34は、基板10に固定されている。固定部32,34は、平面視において、支持軸Qを挟んで設けられている。図示の例では、第1固定部32は、支持軸Qの−X軸方向側に設けられ、第2固定部34は、支持軸Qの+X軸方向側に設けられている。固定部32,34は、図3に示すように、ポスト部13の上面14に接合されている。
第1固定部32は、図2に示すように、例えば、平面視において長方形の形状を有している基部32aと、基部32aから+X軸方向側に突出している突出部32bと、を有している。図示の例では、突出部32bは、2つ設けられている。第2固定部34は、例えば、平面視において長方形の形状を有している基部34aと、基部34aから−X軸方向側に突出している突出部34bと、を有している。図示の例では、突出部34bは、2つ設けられている。
第1梁部41および第2梁部42は、基板10と離間して設けられている。梁部41,42は、第1固定部32と第2固定部34とを接続している。図示の例では、梁部41,42は、基部32aと基部34aとを接続している。梁部41,42は、第1固定部32から第2固定部34まで、支持軸Qの方向(支持軸Qの延出方向、図示の例ではY軸方向)と交差する方向(例えば直交する方向、図示の例ではX軸方向)に延出している。梁部41,42は、X軸方向を長手方向とする平面形状を有している。梁部41,42の平面形状は、例えば、長方形である。梁部41,42は、互いに離間して設けられている。支持部30には、固定部32,34および梁部41,42によって規定される開口部36が
設けられている。
第3梁部43は、基板10と離間して設けられている。第3梁部43は、第1梁部41と可動体20とを接続している。第3梁部43は、第1梁部41から可動体20まで、Y軸方向に延出している。第3梁部43は、支持軸Q上に設けられている。第3梁部43は、Y軸方向を長手方向とする平面形状を有している。第3梁部43の平面形状は、例えば、長方形である。
第4梁部44は、基板10と離間して設けられている。第4梁部44は、第2梁部42と可動体20とを接続している。第4梁部44は、第2梁部42から可動体20まで、Y軸方向に延出している。第4梁部44は、支持軸Q上に設けられている。第4梁部44は、Y軸方向を長手方向とする平面形状を有している。第4梁部44の平面形状は、例えば、長方形である。
図示の例では、可動体20は、第5梁部45および第6梁部46を有している。梁部45,46は、X軸方向に延出している。梁部45,46は、X軸方向を長手方向とする平面形状を有している。梁部45,46の平面形状は、例えば、長方形である。第5梁部45は、支持部30の+Y軸方向側に設けられている。可動体20には、第5梁部45で規定される開口部27が設けられている。第6梁部46は、支持部30の−Y軸方向側に設けられている。可動体20には、第6梁部46で規定される開口部28が設けられている。第3梁部43は、第1梁部41と第5梁部45とを接続している。第4梁部44は、第2梁部42と第6梁部46とを接続している。
第1梁部41は、支持軸Qと交差する(図示の例では直交する)軸R1まわりに変位可能である。第2梁部42は、支持軸Qと直交する軸R2まわりに変位可能である。第5梁部45は、支持軸Qと直交する軸R3まわりに変位可能である。第6梁部46は、支持軸Qと直交する軸R4まわりに変位可能である。梁部41,42,45,46は、トーションバネ(ねじりバネ)として機能し、それぞれ軸R1,R2,R3,R4を軸としてねじり変形することができる。軸R1,R2,R3,R4は、例えば、X軸と平行である。
第3梁部43および第4梁部44は、支持軸Qまわりに変位可能である。梁部43,44は、トーションバネ(ねじりバネ)として機能し、支持軸Qを軸としてねじり変形することができる。梁部43,44は、可動体20がシーソー揺動することにより梁部43,44に生じるねじり変形に対して強い復元力を有することができる。
図示の例では、第1固定部32と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D1は、第1固定部32と、第1梁部41の第3梁部43との第1接続部41aと、の間のX軸方向における最短距離D2よりも小さい。さらに、第2固定部34と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D3は、第2固定部34と第1接続部41aとの間のX軸方向における最短距離D4よりも小さい。
同様に、第1固定部32と第4梁部44との間のX軸方向における最短距離は、第1固定部32と、第2梁部42の第4梁部44との第2接続部42aと、の間のX軸方向における最短距離よりも小さい。さらに、第2固定部34と第4梁部44との間のX軸方向における最短距離は、第2固定部34と第2接続部42aとの間のX軸方向における最短距離よりも小さい。
第3梁部43および第4梁部44の長さ(Y軸方向の大きさ)は、例えば、第1梁部41、第2梁部42、第5梁部45、および第6梁部46の長さ(X軸方向の大きさ)よりも小さい。梁部43,44の幅(X軸方向の大きさ)は、例えば、梁部41,42,45
,46の幅(Y軸方向の大きさ)よりも小さい。第3梁部43および第4梁部44の幅は、第3梁部43と第4梁部44との間の距離(開口部36のY軸方向の大きさ)と同じであってもよい。距離D1は、突出部32bと第1梁部41との間のY軸方向における最短距離よりも小さくてもよい。
可動体20および支持部30は、一体に設けられている。可動体20および支持部30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。基板10の材質がガラスであり、可動体20および支持部30の材質がシリコンである場合、基板10と支持部30とは、例えば陽極接合によって接合されている。
第1固定電極50および第2固定電極52は、図3に示すように、基板10に固定されている。固定電極50,52は、基板10上に設けられている。図示の例では、固定電極50,52は、凹部11の底面12に設けられている。固定電極50,52の材質は、例えば、白金、チタンタングステン、アルミニウム、金、ITO(Indium Tin Oxide)などである。
第1固定電極50は、平面視において、支持軸Qの一方側(図1に示す例では−X軸方向側)に設けられている。第1固定電極50は、平面視において、第1シーソー片20aと重なっている。第1固定電極50は、第1可動電極21に対向して配置されている。
第2固定電極52は、平面視において、支持軸Qの他方側(図1に示す例では+X軸方向側)に設けられている。第2固定電極52は、平面視において、第2シーソー片20bと重なっている。第2固定電極52は、第2可動電極22に対向して配置されている。平面視において、第1固定電極50の可動体20と重なっている部分の面積と、第2固定電極52の可動体20と重なっている部分の面積とは、例えば、等しい。
第1配線70は、基板10上に設けられている。第1配線70は、第1パッド80と第1固定電極50とを接続している。図示の例では、第1配線70は、第1パッド80から、第1溝部17および凹部11を通って、第1固定電極50まで延出している。
第2配線72は、基板10上に設けられている。第2配線72は、第2パッド82と第2固定電極52とを接続している。図示の例では、第2配線72は、第2パッド82から第2溝部18および凹部11を通って、第2固定電極52まで延出している。配線70,72の材質は、例えば、固定電極50,52の材質と同じである。
第3配線74は、基板10上に設けられている。第3配線74は、支持部30を介して、第3パッド84と可動体20とを電気的に接続している。第3配線74は、配線層部74aと、バンプ部74bと、を有している。
第3配線74の配線層部74aは、第3パッド84から第3溝部19および凹部11を通って、図4に示すように、窪み部15の底面16まで延出している。配線層部74aの材質は、例えば、固定電極50,52の材質と同じである。
第3配線74のバンプ部76bは、配線層部76a上に設けられている。バンプ部74bは、配線層部74aと、支持部30の固定部32,34と、を接続している。図2に示す例では、バンプ部74bは、4つ設けられている。第1固定部32は、2つのバンプ部74bと接続されている。第2固定部34は、2つのバンプ部74bと接続されている。バンプ部74bの平面形状は、例えば、長方形である。バンプ部76bの材質は、例えば、アルミニウム、金、白金である。
なお、図示はしないが、第1固定部32は、2つに分離され、一方の第1固定部32に1つのバンプ部74bが接続され、他方の第1固定部32に1つのバンプ部74bが接続されていてもよい。同様に、第2固定部34は、2つに分離され、一方の第2固定部34に1つのバンプ部74bが接続され、他方の第2固定部34に1つのバンプ部74bが接続されていてもよい。
蓋体90は、基板10上に設けられている。蓋体90は、基板10に接合されている。蓋体90および基板10は、可動体20を収容するキャビティー92を形成している。キャビティー92は、例えば、不活性ガス(例えば窒素ガス)雰囲気である。蓋体90の材質は、例えば、シリコンである。蓋体90の材質がシリコンであり、基板10の材質がガラスである場合、基板10と蓋体90とは、例えば陽極接合によって接合されている。
次に、物理量センサー100の動作について説明する。
物理量センサー100では、加速度、角速度等の物理量に応じて、可動体20が支持軸Qまわりに揺動する。この可動体20の動きに伴って、第1可動電極21と第1固定電極50との間の距離、および第2可動電極22と第2固定電極52との間の距離が変化する。具体的には、例えば鉛直上向き(+Z軸方向)の加速度が物理量センサー100に加わると、可動体20は反時計回りに回転し、第1可動電極21と第1固定電極50との間の距離が小さくなり、第2可動電極22と第2固定電極52との間の距離が大きくなる。この結果、静電容量C1が大きくなり、静電容量C2が小さくなる。また、例えば鉛直下向き(−Z軸方向)の加速度が物理量センサー100に加わると、可動体20は時計回りに回転し、第1可動電極21と第1固定電極50との間の距離が大きくなり、第2可動電極22と第2固定電極52との間の距離が小さくなる。この結果、静電容量C1が小さくなり、静電容量C2が大きくなる。
物理量センサー100では、パッド80,84を用いて静電容量C1を検出し、パッド82,84を用いて静電容量C2を検出する。そして、静電容量C1と静電容量C2との差に基づいて(いわゆる差動検出方式により)、加速度や角速度等の向きや大きさ等の物理量を検出することができる。
上述のように、物理量センサー100は、加速度センサーやジャイロセンサー等の慣性センサーとして使用することができ、具体的には、例えば、鉛直方向(Z軸方向)の加速度を測定するための静電容量型加速度センサーとして使用することができる。
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では、支持部30は、基板10に固定され、平面視において支持軸Qを挟んで設けられた第1固定部32および第2固定部34と、第1固定部32と第2固定部34とを接続し、互いに離間して設けられた第1梁部41および第2梁部42と、支持軸Qの方向に延出し、第1梁部41と可動体20とを接続している第3梁部43と、支持軸Qの方向に延出し、第2梁部42と可動体20とを接続している第4梁部44と、を有する。そのため、物理量センサー100では、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、梁部41,42がねじり変形することができる。これにより、物理量センサー100では、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、第3梁部43の第1梁部41側の端部、および第4梁部44の第2梁部42側の端部に応力が集中することを抑制する(応力集中を緩和する)ことができる。すなわち、応力を分散させることができる。したがって、物理量センサー100では、Z軸方向における耐衝撃性を向上させることができ、梁部43,44が破損する可能性を小さくすることができる。
物理量センサー100では、第1固定部32と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D1は、第1固定部32第1接続部41aとの間のX軸方向における最短距離D2よりも小さく、第2固定部34と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D3は、第2固定部34と第1接続部41aとの間のX軸方向における最短距離D4よりも小さい。そのため、物理量センサー100では、誘導結合方式(ICP)を用いたエッチングによって可動体20および支持部30を形成する場合に、第3梁部43を形成するための部分のエッチング速度を遅くすることができる。これにより、高い精度で第3梁部43を形成することができる。第3梁部43は、可動体20をシーソー揺動させるための支持軸Qを規定するので、剛性を小さくすることが好ましい。そのため、梁部43,44は、梁部41,42,45,46よりも長く、幅が小さい。梁部の剛性は、梁部の幅の3乗に反比例する。したがって、梁部43,44の剛性のばらつきを小さくするために、高い精度で梁部43,44を形成することが望まれる。
例えば、距離D1が距離D2より大きく、距離D3が距離D4より大きいと、第3梁部43を形成するための部分のエッチング速度が、第1梁部41を形成するための部分のエッチング速度よりも速くなる。そうすると、第1梁部41を形成するための部分を貫通させるために、第3梁部43を形成するための部分がオーバーエッチングされる。そのため、高い精度で第3梁部43を形成することができない場合がある。
同様に、物理量センサー100では、第1固定部32と第4梁部44との間のX軸方向における最短距離は、第1固定部32と第2接続部42aとの間のX軸方向における最短距離よりも小さく、第2固定部34と第4梁部44との間のX軸方向における距離は、第2固定部34と第2接続部42aとの間の距離よりも小さい。これにより、高い精度で第4梁部44を形成することができる。
物理量センサー100では、第1梁部41および第2梁部42は、軸R1,R2まわりに変位可能である。そのため、物理量センサー100では、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、梁部41,42が軸R1,R2まわりにねじり変形することができる。
物理量センサー100では、可動体20は、X軸方向に延出している第5梁部45および第6梁部46を有し、第3梁部43は、第1梁部41と第5梁部45とを接続し、第4梁部44は、第2梁部42と第6梁部46とを接続している。そのため、物理量センサー100では、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、梁部45,46がねじり変形することができる。これにより、物理量センサー100では、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、第3梁部43の第5梁部45側の端部、および第4梁部44の第6梁部46側の端部に応力が集中することを抑制することができる。したがって、物理量センサー100では、梁部43,44が破損する可能性を小さくすることができる。
物理量センサー100では、第5梁部45および第6梁部46は、軸R3,R4まわりに変位可能である。そのため、物理量センサー100では、Z軸方向に強い衝撃が加わった場合に、梁部45,46が軸R3,R4まわりにねじり変形することができる。
物理量センサー100では、第3梁部43および第4梁部44の幅(X軸方向の長さ)は、例えば、第1梁部41、第2梁部42、第5梁部45、および第6梁部46の幅(Y軸方向の長さ)よりも小さい。これにより、物理量センサー100では、支持軸Qを規定する梁部43,44の剛性を小さくすることができる。さらに、物理量センサー100では、梁部41,42,45,46の幅は、梁部43,44の幅よりも大きいので、歩留まりを向上させることができる。
例えば、梁部41,42,45,46の幅が梁部43,44の幅以下の場合には、プロセス公差により梁部41,42,45,46の剛性のばらつきが大きくなる。そのため、歩留まりが悪化する場合がある。
なお、図示はしないが、物理量センサー100では、凹部11の底面12の平面視において可動体20と重なる領域に、可動体20と電気的に接続されたダミー電極が設けられていてもよい。これにより、物理量センサー100では、可動体20が基板10に張り付いてしまうこと(スティキング)を抑制することができる。
2. 物理量センサーの製造方法
次に、本実施形態に係る物理量センサー100の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図5は、本実施形態に係る物理量センサー100の製造方法を説明するためのフローチャートである。図6〜図8は、本実施形態に係る物理量センサー100の製造工程を模式的に示す断面図である。
図6に示すように、例えばガラス基板をパターニングして、凹部11、窪み部15が形成されたポスト部13、および溝部17,18,19(図1参照)が設けられた基板10を準備する(ステップS1)。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより行われる。
次に、凹部11の底面12に固定電極50,52を形成する(ステップS2)。次に、基板10上に配線70,72および配線層部74aを形成する(図1および図4参照)。次に、配線層部74a上にバンプ部74bを形成する(図4参照)。これにより、第3配線74を形成することができる。バンプ部74bの上面は、ポスト部13の上面14よりも上方に位置するように形成される。次に、配線70,72,74のそれぞれと接続するように、パッド80,82,84を形成する(図1参照)。なお、配線70,72および配線層部74aは、固定電極50,52と同じ工程で形成されてもよい。
固定電極50,52、配線70,72,74、およびパッド80,82,84は、例えば、スパッタ法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法による成膜、およびパターニングにより形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより行われる。
図7に示すように、基板10に、例えばシリコン基板102を接合する(ステップS3)。基板10とシリコン基板102との接合は、例えば、陽極接合によって行われる。これにより、基板10とシリコン基板102とを強固に接合することができる。基板10にシリコン基板102を接合する際、シリコン基板102は、例えば、第3配線74のバンプ部74bに押されて窪む(図4参照)。これにより、シリコン基板102とバンプ部74bとを強固に接続することができる。
図8に示すように、シリコン基板102を、例えば研削機によって研削して薄膜化した後、所定の形状にパターニングして、可動体20および支持部30を一体的に形成する(ステップS4)。パターニングは、フォトリソグラフィーおよびエッチング(ドライエッチング)によって行われ、より具体的なエッチング技術として、誘導結合方式によるボッシュ(Bosch)法を用いることができる。
図3に示すように、基板10に蓋体90を接合して、基板10および蓋体90によって形成されるキャビティー92に、可動体20等を収容する(ステップS5)。基板10と蓋体90との接合は、例えば、陽極接合によって行われる。これにより、基板10と蓋体90とを強固に接合することができる。本工程を、不活性ガス雰囲気で行うことにより、
キャビティー92に不活性ガスを充填することができる。
以上の工程により、物理量センサー100を製造することができる。
3. 物理量センサーの変形例
3.1. 第1変形例
次に、本実施形態の第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9は、本実施形態の第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、便宜上、図9では、蓋体90の図示を省略している。また、図9では、互いに直交する3軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
以下、本実施形態の第1変形例に係る物理量センサー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。このことは、以下に示す本実施形態の第2変形例に係る物理量センサーにおいて、同様である。
物理量センサー200では、図9に示すように、支持部30は、第1ストッパー部210、第2ストッパー部212、第3ストッパー部214、および第4ストッパー部216を有する点において、上述した物理量センサー100と異なる。図示の例では、ストッパー部210,212,214,216の平面形状は、長方形である。
第1ストッパー部210は、第1固定部32からX軸方向であって、第3梁部43側とは反対側に突出している。具体的には、第1ストッパー部210は、第1固定部32から−X軸方向側に突出している。図示の例では、第1ストッパー部210は、第1固定部32の+Y軸方向側の端部、−Y軸方向側の端部、および中央部に設けられている。
第1ストッパー部210と可動体20との間のX軸方向における最短距離D5は、第2固定部34と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D3よりも小さい。同様に、距離D5は、第2固定部34と第4梁部44との間のX軸方向における最短距離よりも小さい。
第2ストッパー部212は、第1固定部32からY軸方向に突出している。第2ストッパー部212は、第1固定部32の+Y軸方向側の端部および−Y軸方向側の端部に設けられている。図示の例では、第2ストッパー部212は、第1ストッパー部210と一体に設けられている。これにより、部品数を減らすことができる。
第2ストッパー部212と可動体20との間のY軸方向における最短距離D6は、第1固定部32と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D1よりも小さい。同様に、距離D6は、第1固定部32と第4梁部44との間のX軸方向における最短距離よりも小さい。
第3ストッパー部214は、第2固定部34から+X軸方向側に突出している。図示の例では、第3ストッパー部214は、第2固定部34の+Y軸方向側の端部、−Y軸方向側の端部、および中央部に設けられている。
第3ストッパー部214と可動体20との間のX軸方向における最短距離は、第1固定部32と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D1よりも小さい。第3ストッパー部214と可動体20との間のX軸方向における最短距離は、第1固定部32と第4梁部44との間のX軸方向における最短距離よりも小さい。
第4ストッパー部216は、第2固定部34からY軸方向に突出している。第4ストッパー部216は、第2固定部34の+Y軸方向側の端部および−Y軸方向側の端部に設けられている。図示の例では、第4ストッパー部216は、第3ストッパー部214と一体に設けられている。これにより、部品数を減らすことができる。
第4ストッパー部216と可動体20との間のY軸方向における最短距離は、第2固定部34と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D3よりも小さい。同様に、第4ストッパー部216と可動体20との間のY軸方向における最短距離は、第2固定部34と第4梁部44との間のX軸方向における最短距離よりも小さい。
物理量センサー200は、上述した物理量センサー100と同様の効果を有することができる。
物理量センサー200では、支持部30は、第1固定部32から−X軸方向側に突出した第1ストッパー部210を有し、第1ストッパー部210と可動体20との間のX軸方向における最短距離D5は、第2固定部34と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D3よりも小さい。そのため、物理量センサー200では、強い衝撃が加わって可動体20および第3梁部43が+X軸方向側に変位したとしても、第3梁部43が第2固定部34と衝突する前に、可動体20が第1ストッパー部210に衝突する。したがって、物理量センサー200では、第3梁部43が破損する可能性を小さくすることができる。
同様に、物理量センサー200では、距離D5は、第2固定部34と第4梁部44との間のX軸方向における最短距離よりも小さい。したがって、物理量センサー200では、第4梁部44が破損する可能性を小さくすることができる。
物理量センサー200では、支持部30は、第1固定部32からY軸方向に突出した第2ストッパー部212を有し、第2ストッパー部212と可動体20との間のY軸方向における最短距離D6は、第1固定部32と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D1よりも小さい。そのため、物理量センサー200では、強い衝撃が加わって可動体20および第3梁部43がZ軸を軸として反時計まわりに回転したとしても、第3梁部43が第1固定部32に衝突する前に、可動体20が第2ストッパー部212に衝突する。したがって、物理量センサー200では、第3梁部43が破損する可能性を小さくすることができる。
同様に、物理量センサー200では、距離D6は、第1固定部32と第4梁部44との間のX軸方向における最短距離よりも小さい。そのため、物理量センサー200では、強い衝撃が加わって可動体20および第4梁部44がZ軸を軸として時計まわりに回転したとしても、第4梁部44が第1固定部32に衝突する前に、可動体20が第2ストッパー部212に衝突する。したがって、物理量センサー200では、第4梁部44が破損する可能性を小さくすることができる。
物理量センサー200では、支持部30は、第2固定部34から+X軸方向側に突出した第3ストッパー部214を有し、第3ストッパー部214と可動体20との間のX軸方向における最短距離は、第1固定部32と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D1よりも小さい。そのため、物理量センサー200では、強い衝撃が加わって可動体20および第3梁部43が−X軸方向側に変位したとしても、第3梁部43が第1固定部32と衝突する前に、可動体20が第3ストッパー部214に衝突する。したがって、物理量センサー200では、第3梁部43が破損する可能性を小さくすることができる。
同様に、物理量センサー200では、第3ストッパー部214と可動体20との間のX軸方向における最短距離は、第1固定部32と第4梁部44との間のX軸方向における最短距離よりも小さい。したがって、物理量センサー200では、第4梁部44が破損する可能性を小さくすることができる。
物理量センサー200では、支持部30は、第2固定部34からY軸方向に突出した第4ストッパー部216を有し、第4ストッパー部216と可動体20との間のY軸方向における最短距離は、第2固定部34と第3梁部43との間のX軸方向における最短距離D3よりも小さい。そのため、物理量センサー200では、強い衝撃が加わって可動体20および第3梁部43がZ軸を軸として時計まわりに回転したとしても、第3梁部43が第2固定部34に衝突する前に、可動体20が第4ストッパー部216に衝突する。したがって、物理量センサー200では、第3梁部43が破損する可能性を小さくすることができる。
同様に、第4ストッパー部216と可動体20との間のY軸方向における最短距離は、第2固定部34と第4梁部44との間のX軸方向における最短距離よりも小さい。そのため、物理量センサー200では、強い衝撃が加わって可動体20および第4梁部44がZ軸を軸として反時計まわりに回転したとしても、第4梁部44が第2固定部34に衝突する前に、可動体20が第4ストッパー部216に衝突する。したがって、物理量センサー200では、第4梁部44が破損する可能性を小さくすることができる。
3.2. 第2変形例
次に、本実施形態の第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10は、本実施形態の第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、便宜上、図10では、蓋体90の図示を省略している。また、図10では、互いに直交する3軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
上述した物理量センサー100では、図2に示すように、第3梁部43の平面形状は、長方形であった。これに対し、物理量センサー300では、図10に示すように、第3梁部43は、平面視において、徐々に幅が変化する幅変化部43a,43bを有している。
幅変化部43aは、+Y軸方向に向かうに従って幅が小さくなっている。幅変化部43aは、第1梁部41と接続されている。幅変化部43bは、−Y軸方向に向かうに従って幅が小さくなっている。幅変化部43bは、第5梁部45と接続されている。平面視において、梁部41,43は、角部を構成していない。平面視において、梁部43,45は、角部を構成していない。すなわち、第3梁部43の根元は、角度を構成していない。
第4梁部44は、平面視において、徐々に幅が変化する幅変化部44a,44bを有している。幅変化部44aは、−Y軸方向に向かうに従って幅が小さくなっている。幅変化部44aは、第2梁部42と接続されている。幅変化部44bは、+Y軸方向に向かうに従って幅が小さくなっている。幅変化部44bは、第6梁部46と接続されている。平面視において、梁部42,44は、角部を構成していない。平面視において、梁部44,46は、角部を構成していない。すなわち、第4梁部44の根元は、角度を構成していない。
同様に、平面視において、梁部41,42,45,46の根元は、角部を構成していない。
物理量センサー300は、上述した物理量センサー100と同様の効果を有することができる。
物理量センサー300は、第3梁部43は、+Y軸方向に向かうに従って幅が小さくなり、第1梁部41と接続された幅変化部43aと、−Y軸方向に向かうに従って幅が小さくなり、第5梁部45と接続された幅変化部43bと、を有する。すなわち、第3梁部43の根元は、角度を構成していない。そのため、物理量センサー300では、第3梁部43の根元に、応力が集中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300では、梁部41,42,44,45,46の根元に応力が集中することを抑制することができる。
なお、図示はしないが、物理量センサー300では、図9に示す物理量センサー200のように、支持部30は、ストッパー部210,212,214,214を有していてもよい。
4. 電子機器
次に、本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。図11は、本実施形態に係る電子機器1000の機能ブロック図である。
電子機器1000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を含む場合について説明する。
電子機器1000は、さらに、演算処理装置(CPU)1020、操作部1030、ROM(Read Only Memory)1040、RAM(Random Access Memory)1050、通信部1060、表示部1070を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図11の構成要素(各部)の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
演算処理装置1020は、ROM1040等に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、演算処理装置1020は、物理量センサー100の出力信号や、操作部1030からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部1060を制御する処理、表示部1070に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。
操作部1030は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号を演算処理装置1020に出力する。
ROM1040は、演算処理装置1020が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
RAM1050は、演算処理装置1020の作業領域として用いられ、ROM1040から読み出されたプログラムやデータ、物理量センサー100から入力されたデータ、操作部1030から入力されたデータ、演算処理装置1020が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
通信部1060は、演算処理装置1020と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
表示部1070は、LCD(Liquid Crystal Display)等により構成される表示装置であり、演算処理装置1020から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部1070には操作部1030として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
このような電子機器1000としては種々の電子機器が考えられ、例えば、パーソナルコンピューター(例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター)、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、ディジタルスチールカメラ、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)、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、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、ゲーム用コントローラー、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)、フライトシミュレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、PDR(歩行者位置方位計測)等が挙げられる。
図12は、電子機器1000の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。電子機器1000であるスマートフォンは、操作部1030としてボタンを、表示部1070としてLCDを備えている。
図13は、電子機器1000の一例である腕装着型の携帯機器(ウェアラブル機器)の外観の一例を示す図である。電子機器1000であるウェアラブル機器は、表示部1070としてLCDを備えている。表示部1070には操作部1030として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
また、電子機器1000である携帯機器は、例えば、GPS受信機(GPS:Global Positioning System)等の位置センサーを備え、ユーザーの移動距離や移動軌跡を計測することができる。
5. 移動体
次に、本実施形態に係る移動体について、図面を参照しながら説明する。図14は、本実施形態に係る移動体1100として、自動車を模式的に示す斜視図である。
本実施形態に係る移動体は、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を含む移動体について説明する。
本実施形態に係る移動体1100は、さらに、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー1120、コントローラー1130、コントローラー1140、バッテリー1150およびバックアップ用バッテリー1160を含んで構成されている。なお、本実施形態に係る移動体1100は、図14に示される構成要素(各部)の一部を省略または変更してもよいし、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
このような移動体1100としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車(電気自動車も含む)、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
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、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及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又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…凹部、12…底面、13…ポスト部、14…上面、15…窪み部、16…底面、17…第1溝部、18…第2溝部、19…第3溝部、20…可動体、20a…第1シーソー片、20b…第2シーソー片、21…第1可動電極、22…第2可動電極、23,24…端面、25…貫通孔、26,27,28…開口部、30…支持部、32…第1固定部、32a…基部、32b…突出部、34…第2固定部、34a…基部、34b…突出部、36…開口部、41…第1梁部、41a…第1接続部、42…第2梁部、42a…第2接続部、43…第3梁部、43a…幅変化部、43b…幅変化部、44…第4梁部、44a…幅変化部、44b…幅変化部、45…第5梁部、46…第6梁部、50…第1固定電極、52…第2固定電極、70…第1配線、72…第2配線、74…第3配線、74a…配線層部、74b…バンプ部、80…第1パッド、82…第2パッド、84…第3パッド、90…蓋体、92…キャビティー、100,200,300…物理量センサー、1000…電子機器、1020…演算処理装置、1030…操作部、1040…ROM、1050…RAM、1060…通信部、1070…表示部、1100…移動体、1120,1130,1140…コントローラー、1150…バッテリー、1160…バックアップ用バッテリー

Claims (9)

  1. 基板と、
    物理量に応じて支持軸まわりに変位可能であり、開口部が設けられた可動体と、
    前記基板上に設けられ、前記開口部に位置している支持部と、
    を含み、
    前記支持部は、
    前記基板に固定され、平面視において前記支持軸を挟んで設けられた第1固定部および第2固定部と、
    前記第1固定部と前記第2固定部とを接続し、互いに離間して設けられた第1梁部および第2梁部と、
    前記支持軸の方向に延出し、前記第1梁部と前記可動体とを接続している第3梁部と、
    前記支持軸の方向に延出し、前記第2梁部と前記可動体とを接続している第4梁部と、を有する、物理量センサー。
  2. 請求項1において、
    前記第1固定部と前記第3梁部との間の前記支持軸の方向と交差する方向における最短距離は、前記第1固定部と、前記第1梁部の前記第3梁部との接続部と、の間の前記交差する方向における最短距離よりも小さく、
    前記第2固定部と前記第3梁部との間の前記交差する方向における最短距離は、前記第2固定部と前記接続部との間の最短距離よりも小さい、物理量センサー。
  3. 請求項1または2において、
    前記第1梁部および前記第2梁部は、前記支持軸と交差する軸まわりに変位可能である、物理量センサー。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項において、
    前記可動体は、前記支持軸の方向と交差する方向に延出している第5梁部および第6梁部を有し、
    前記第3梁部は、前記第1梁部と前記第5梁部とを接続し、
    前記第4梁部は、前記第2梁部と前記第6梁部とを接続している、物理量センサー。
  5. 請求項4において、
    前記第5梁部および前記第6梁部は、前記支持軸と交差する軸まわりに変位可能である、物理量センサー。
  6. 請求項1ないし5のいずれか1項において、
    前記支持部は、前記第1固定部から前記支持軸の方向と交差する方向であって前記第3梁部側とは反対側に突出した第1ストッパー部を有し、
    前記第1ストッパー部と前記可動体との間の前記交差する方向における最短距離は、前記第2固定部と前記第3梁部との間の前記交差する方向における最短距離よりも小さい、物理量センサー。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項において、
    前記支持部は、前記第1固定部から前記支持軸の方向に突出した第2ストッパー部を有し、
    前記第2ストッパー部と前記可動体との間の前記支持軸の方向における最短距離は、前記第1固定部と前記第3梁部との間の前記支持軸の方向と交差する方向における最短距離よりも小さい、物理量センサー。
  8. 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を含む、電子機器。
  9. 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を含む、移動体。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10900784B2 (en) 2017-11-28 2021-01-26 Seiko Epson Corporation Physical quantity sensor, physical quantity sensor device, composite sensor device, inertial measurement unit, vehicle positioning apparatus, portable electronic apparatus, electronic apparatus, and vehicle
JP2022026565A (ja) * 2020-07-31 2022-02-10 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー及び慣性計測装置
US12153064B2 (en) 2020-10-28 2024-11-26 Seiko Epson Corporation Physical quantity sensor, physical quantity sensor device, and inertial measurement unit

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020118609A (ja) * 2019-01-25 2020-08-06 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー、電子機器および移動体
JP2021021676A (ja) * 2019-07-30 2021-02-18 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー、電子機器および移動体
JP7383978B2 (ja) * 2019-10-23 2023-11-21 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器および移動体
JP7419866B2 (ja) * 2020-02-19 2024-01-23 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー、電子機器、及び移動体
JP7694182B2 (ja) * 2021-06-17 2025-06-18 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー及び慣性計測装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6230567B1 (en) * 1999-08-03 2001-05-15 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Low thermal strain flexure support for a micromechanical device
JP2010078500A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Toshiba Corp 慣性センサ
JP2015031644A (ja) * 2013-08-06 2015-02-16 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器、および移動体
JP2015061737A (ja) * 2008-10-10 2015-04-02 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド Memsデバイスのねじり懸垂のための取付けシステム
JP2015212624A (ja) * 2014-05-01 2015-11-26 セイコーエプソン株式会社 機能素子、物理量センサー、電子機器及び移動体

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5852437B2 (ja) 1976-09-13 1983-11-22 東芝テック株式会社 モ−タの速度制御方法
JPH10125935A (ja) * 1996-10-15 1998-05-15 Nippon Motorola Ltd 可動容量構造体の製造方法及び可動容量構造体
DE10000368A1 (de) 2000-01-07 2001-07-12 Bosch Gmbh Robert Mikromechanische Struktur, insbesondere für einen Beschleunigungssensor oder Drehratensensor, und entsprechendes Herstellungsverfahren
US20050009109A1 (en) 2003-07-08 2005-01-13 Stanford University Fluorophore compounds and their use in biological systems
US6935175B2 (en) 2003-11-20 2005-08-30 Honeywell International, Inc. Capacitive pick-off and electrostatic rebalance accelerometer having equalized gas damping
JP4654668B2 (ja) * 2004-03-12 2011-03-23 パナソニック電工株式会社 ジャイロセンサおよびそれを用いたセンサ装置
JP5527015B2 (ja) * 2010-05-26 2014-06-18 セイコーエプソン株式会社 素子構造体、慣性センサー、電子機器
US8539836B2 (en) 2011-01-24 2013-09-24 Freescale Semiconductor, Inc. MEMS sensor with dual proof masses
JP5700652B2 (ja) * 2011-02-28 2015-04-15 旭化成エレクトロニクス株式会社 静電容量型加速度センサ
JP2013011550A (ja) * 2011-06-30 2013-01-17 Seiko Epson Corp 物理量センサー、物理量検出デバイス
JP2013181855A (ja) * 2012-03-02 2013-09-12 Seiko Epson Corp 物理量センサーおよび電子機器
JP5962900B2 (ja) * 2012-04-02 2016-08-03 セイコーエプソン株式会社 物理量センサーおよび電子機器
JP5935986B2 (ja) * 2012-04-06 2016-06-15 セイコーエプソン株式会社 物理量センサーおよび電子機器
ITTO20120855A1 (it) * 2012-09-28 2014-03-29 Milano Politecnico Struttura integrata di rilevamento risonante di accelerazione e velocita' angolare e relativo dispositivo sensore mems
JP5799929B2 (ja) * 2012-10-02 2015-10-28 株式会社村田製作所 加速度センサ
JP6146566B2 (ja) 2013-08-06 2017-06-14 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器、および移動体
JP2015072188A (ja) * 2013-10-03 2015-04-16 セイコーエプソン株式会社 物理量検出素子、および物理量検出装置、電子機器、移動体
JP6464608B2 (ja) 2014-08-19 2019-02-06 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器および移動体
US9810712B2 (en) 2014-08-15 2017-11-07 Seiko Epson Corporation Physical quantity sensor, physical quantity sensor device, electronic equipment, and moving body
WO2016039034A1 (ja) * 2014-09-09 2016-03-17 株式会社村田製作所 Mems構造体、加速度センサ
US10078098B2 (en) * 2015-06-23 2018-09-18 Analog Devices, Inc. Z axis accelerometer design with offset compensation
JP6575187B2 (ja) * 2015-07-10 2019-09-18 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサー装置、電子機器および移動体

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6230567B1 (en) * 1999-08-03 2001-05-15 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Low thermal strain flexure support for a micromechanical device
JP2010078500A (ja) * 2008-09-26 2010-04-08 Toshiba Corp 慣性センサ
JP2015061737A (ja) * 2008-10-10 2015-04-02 ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド Memsデバイスのねじり懸垂のための取付けシステム
JP2015031644A (ja) * 2013-08-06 2015-02-16 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、電子機器、および移動体
JP2015212624A (ja) * 2014-05-01 2015-11-26 セイコーエプソン株式会社 機能素子、物理量センサー、電子機器及び移動体

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10900784B2 (en) 2017-11-28 2021-01-26 Seiko Epson Corporation Physical quantity sensor, physical quantity sensor device, composite sensor device, inertial measurement unit, vehicle positioning apparatus, portable electronic apparatus, electronic apparatus, and vehicle
JP2022026565A (ja) * 2020-07-31 2022-02-10 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー及び慣性計測装置
JP7631700B2 (ja) 2020-07-31 2025-02-19 セイコーエプソン株式会社 慣性センサー及び慣性計測装置
US12153064B2 (en) 2020-10-28 2024-11-26 Seiko Epson Corporation Physical quantity sensor, physical quantity sensor device, and inertial measurement unit

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EP3382403B1 (en) 2019-10-02

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