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JP2019060675A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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敦紀 成瀬
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Abstract

【課題】高い検出精度を有する物理量センサー、物理量センサー装置、電子機器、および移動体を提供する。【解決手段】物理量センサー１は、ベース基板２と、ベース基板２に対して変位可能に配置されている可動部５３と、可動部５３を支持する支持部５１と、ベース基板２の可動部５３側に設けられ、可動部５３と対向配置されているダミー電極６１３と、可動部５３のベース基板２側に設けられ、ダミー電極６１３と対向配置されている第１導電部５６と、支持部５１のベース基板２側に設けられている第２導電部５７と、を有し、第１導電部５６と第２導電部５７とは、第３導電部５８により接続されている。【選択図】図３

Description

本発明は、物理量センサー、物理量センサー装置、電子機器、および移動体に関する。
例えば、特許文献１に記載の物理量センサー（加速度センサー）は、ベース基板と、ベース基板に対してシーソー揺動可能な可動部と、ベース基板に設けられ、可動部に対向配置された電極と、を有し、可動部と電極との間に静電容量が形成されている。このような物理量センサーでは、加速度が加わることで可動部がシーソー揺動し、これにより、静電容量が変化するため、静電容量の変化に基づいて加わった加速度を検出するようになっている。
特開２０１３−４０８５６号公報
しかしながら、特許文献１の構成では、可動部がシリコンで構成され、電極がＰｔで構成され、可動部と電極との間をシリコンで電気的に接続されていた。そのため、可動部の仕事関数（帯電量）と、電極の仕事関数との間に差が生じ、この仕事関数差に応じて、静電容量−電圧特性（以下「ＣＶ特性」と言う。）が、例えば図１に示すようにシフトしてしまい、更に、可動部と電極との界面で仕事関数差により発生するショットキー障壁やトラップ準位の影響を受け、特性が安定せず、加速度の検出精度が低下してしまうという問題があった。
本発明は、上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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］本適用例に係る物理量センサーは、基板と、前記基板に対して変位可能に配置されている可動部と、前記可動部を支持する支持部と、前記基板の前記可動部側に設けられ、前記可動部と対向配置されている電極と、前記可動部の前記基板側に設けられ、前記電極と対向配置されている第１導電部と、前記支持部の前記基板側に設けられている第２導電部と、を有し、前記第１導電部と前記第２導電部とは、第３導電部により接続されていることを特徴とする。
本適用例によれば、基板に設けられた電極と対向配置されている可動部に設けられた第１導電部と、支持部に設けられた第２導電部と、が第３導電部により接続されている。そのため、電極と可動部とが第３導電部により電気的に接続され、電極と可動部に設けられた第１導電部との界面で仕事関数差により発生するショットキー障壁やトラップ準位の影響を低減することができる。従って、特性の変動を抑制でき、物理量の検出精度の低下を低減することのできる物理量センサーを提供することができる。
［適用例２］上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記電極および前記第１導電部は、同じ材料であることが好ましい。
本適用例によれば、電極と第１導電部とが同じ材料であるため、電極の仕事関数と第１導電部の仕事関数とをほぼ等しくすることができ（すなわち、仕事関数差を極めて０（ゼロ）に近くすることができ）、ＣＶ特性の変動を低減することができる。
［適用例３］上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記第３導電部は、前記可動部と前記支持部とを連結する連結部の前記基板側に設けられていることが好ましい。
本適用例によれば、第３導電部が可動部と支持部とを連結する連結部の基板側に設けられているので、基板側からの１回の成膜で第３導電部、第１導電部、および第２導電部を同時に形成することができる。
［適用例４］上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記第１導電部および前記第３導電部は、同じ材料であることが好ましい。
本適用例によれば、第１導電部と第３導電部とが同じ材料であるため、１回の成膜で第１導電部と第３導電部とを同時に形成することができる。
［適用例５］上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記可動部は、一方側に位置する第１可動部と、他方側に位置し、前記基板と前記可動部との並び方向の加速度が加わった時の回転モーメントが前記第１可動部よりも大きい第２可動部と、を有し、前記第１可動部および前記第２可動部が前記基板に対してシーソー揺動することが好ましい。
本適用例によれば、第１可動部および第２可動部が基板に対してシーソー揺動するので、可動部の厚さ方向の加速度を検出することができる物理量センサーを提供することができる。
［適用例６］上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記電極は、前記第１可動部と対向配置されている第１電極と、前記第２可動部と対向配置されている第２電極と、を有していることが好ましい。
本適用例によれば、電極が第１可動部と対向配置されている第１電極と、第２可動部と対向配置されている第２電極と、を有しているので、可動部の厚さ方向の加速度をより精度良く検出することができる。
［適用例７］上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記可動部は、前記基板に対して前記可動部の面内方向に変位可能な基部と、前記基部から突出して設けられている可動電極部と、を有していることが好ましい。
本適用例によれば、可動部が基板に対して可動部の面内方向に変位可能な基部と、基部から突出して設けられている可動電極部と、を有しているので、可動部の面内方向の加速度を検出することができる物理量センサーを提供することができる。
［適用例８］上記適用例に記載の物理量センサーにおいて、前記電極は、前記可動部と同電位であることが好ましい。
本適用例によれば、電極が可動部と同電位であるため、可動部の基板への貼り付きを低減することができる。
［適用例９］本適用例に係る物理量センサー装置は、上記適用例に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーと電気的に接続されている電子部品と、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、物理量センサー装置に高い検出精度を有する物理量センサーが活用されることにより、より高性能の物理量センサー装置を提供することができる。
［適用例１０］本適用例に係る電子機器は、上記適用例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。
本適用例によれば、電子機器に高い検出精度を有する物理量センサーが活用されることにより、より高性能の電子機器を提供することができる。
［適用例１１］本適用例に係る移動体は、上記適用例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。
本適用例によれば、移動体に高い検出精度を有する物理量センサーが活用されることにより、より高性能の移動体を提供することができる。
静電容量−電圧特性を示すグラフ。 本発明の第１実施形態に係る物理量センサーの平面図。 図２中のＡ−Ａ線断面図。 図２中のＣ−Ｃ線断面図。 機能素子片の製造方法を説明するための断面図。 機能素子片の製造方法を説明するための断面図。 機能素子片の製造方法を説明するための断面図。 機能素子片の製造方法を説明するための断面図。 図２に示す物理量センサーの駆動を説明するための概略図。 図２に示す物理量センサーの駆動を説明するための概略図。 図２に示す物理量センサーの駆動を説明するための概略図。 本発明の第２実施形態に係る物理量センサーの平面図。 図１２中のＤ−Ｄ線断面図。 図１２中のＥ−Ｅ線断面図。 本発明の第３実施形態に係る物理量センサーの平面図。 図１５中のＦ−Ｆ線断面図。 本発明の物理量センサー装置の構成を示す断面図。 本発明の物理量センサー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。 本発明の物理量センサーを適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図。 本発明の物理量センサーを適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図。 本発明の物理量センサーを適用した自動車を示す斜視図。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載する場合がある。
＜物理量センサー＞
［第１実施形態］
先ず、本発明の第１実施形態に係る物理量センサー１について、図２〜図８を参照して説明する。
図２は、本発明の第１実施形態に係る物理量センサーの平面図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線断面図であり、図４は、図２中のＣ−Ｃ線断面図である。図５〜図８は、それぞれ、機能素子片の製造方法を説明するための断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図２中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」とも言う。また、図２〜図４および以降で示す図５〜図１７では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が図示されている。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」とも言う。また、Ｚ軸方向は、鉛直方向に沿い、ＸＹ平面は、水平面に沿っている。
物理量センサー１は、図２、図３、および図４に示すように、Ｚ軸方向（鉛直方向）の加速度を測定することのできる加速度センサーである。このような物理量センサー１は、基板としてのベース基板２および蓋体３で構成されたパッケージ４と、パッケージ４の内部空間Ｓに収容された機能素子片５と、ベース基板２に配置された導体パターン６と、を有する。以下、これらについて順に説明する。
〔ベース基板〕
ベース基板２には上面に開口する凹部２１が形成されている。この凹部２１は、機能素子片５とベース基板２との接触を防止するための逃げ部として機能する。また、ベース基板２には上面に開口し、凹部２１と接続された３つの溝部２２，２３，２４が形成されている。そして、これら溝部２２，２３，２４内にはそれぞれ配線６２が配置されている。このようなベース基板２は、例えば、ガラス基板で構成され、エッチング等によってその外形が形成されている。ただし、ベース基板２としては、ガラス基板に限定されず、例えば、シリコン基板等を用いてもよい。
〔機能素子片〕
機能素子片５は、ベース基板２の上方に設けられている。この機能素子片５は、可動部５３と、可動部５３を揺動可能に支持する連結部５４，５５と、連結部５４，５５を支持する支持部５１，５２と、を有する。そして、可動部５３が、連結部５４，５５を軸Ｊとして、連結部５４，５５を捩り変形させつつ、支持部５１，５２に対してシーソー揺動可能となっている。
可動部５３は、Ｘ方向に延びる長手形状をなし、軸Ｊよりも−Ｘ軸方向である一方側に位置する第１可動部５３１と、軸Ｊよりも＋Ｘ軸方向である他方側に位置する第２可動部５３２と、を有している。また、第２可動部５３２は、第１可動部５３１よりもＸ軸方向に長く、鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度が加わったときの回転モーメントが第１可動部５３１よりも大きくなっている。この回転モーメントの差によって、鉛直方向の加速度が加わると、可動部５３が軸Ｊまわりにシーソー揺動する。
なお、第１可動部５３１および第２可動部５３２の形状としては、互いに異なる回転モーメントを有していれば、特に限定されず、例えば、平面視での形状が同じであって、厚みが異なっていてもよい。また、同じ形状であって、いずれか一方に錘部が配置されていてもよい。また、シーソー揺動時の抵抗を低減するために、第１可動部５３１および第２可動部５３２にスリット（厚さ方向に貫通する貫通孔）を形成してもよい。
また、可動部５３および連結部５４，５５の下面（凹部２１の底面と対向する面）と、支持部５１，５２の下面（ベース基板２の上面と対向する面）と、には、図３および図４に示すように、導電膜５９が設けられている。導電膜５９は、導電性を有する可動部５３と電気的に接続されており、可動部５３と同電位となっている。また、可動部５３に設けられている導電膜５９が第１導電部５６であり、支持部５１，５２に設けられている導電膜５９が第２導電部５７であり、連結部５４，５５に設けられている導電膜５９が第３導電部５８である。従って、可動部５３、連結部５４，５５、および支持部５１，５２は、導電膜５９を介して電気的に接続されており、可動部５３、連結部５４，５５、および支持部５１，５２と、第１導電部５６、第２導電部５７、および第３導電部５８と、は同電位となっている。つまり、第１導電部５６と第２導電部５７とは、第３導電部５８によって電気的に接続されている。そのため、後述するダミー電極６１３と可動部５３に設けられた第１導電部５６とが連結部５４，５５に設けられた第３導電部５８によって電気的に接続されて、同電位となり、導電性の連結部５４，５５を介して電気的に接続した場合に比べ、ダミー電極６１３と第１導電部５６との界面での仕事関数差により発生するショットキー障壁やトラップ準位の影響を低減することができる。
なお、本実施形態では、この導電膜５９は、Ｐｔ（白金）で構成されている。ただし、導電膜５９の構成材料としては、導電性を有していれば、Ｐｔに限定されず、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等、Ｐｔ以外の金属材料（合金も含む）や、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、Ｉｎ3Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｓｂ含有ＳｎＯ2、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物系導電材料等が挙げられ、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。
また、支持部５１，５２は、可動部５３を挟んだ両側に配置されており、ベース基板２の上面に接合されている。なお、支持部５１では、下面に設けられた第２導電部５７と溝部２４に配置されている配線６２３上に設けられた導電性のバンプＢとが接合され、第２導電部５７と配線６２３とが電気的に接続されている。また、連結部５４，５５は、Ｙ軸方向に沿って延在し、連結部５４が支持部５１と可動部５３とを連結し、連結部５５が支持部５２と可動部５３とを連結している。なお、支持部５１，５２や連結部５４，５５の構成としては、可動部５３をシーソー揺動させることができれば、特に限定されない。
このような機能素子片５は、シリコン基板から形成されている。これにより、エッチングによる高精度な加工が可能となるため、優れた外形形状を有する機能素子片５が得られる。また、機能素子片５（支持部５１，５２）を陽極接合によってベース基板２に接合することができるため、機械的強度の高い物理量センサー１が得られる。また、シリコン基板には、リン、ボロン等の不純物がドープされており、機能素子片５に導電性が付与されている。
ただし、機能素子片５の材料としては、シリコンに限定されず、例えば、他の半導体基板を用いることができる。また、機能素子片５に導電性を付与する方法も、ドーピングに限定されず、例えば、可動部５３の表面に金属等の導体層を形成してもよい。
以上のような機能素子片５の形成方法について簡単に説明すると、まず、図５に示すように、不純物がドープされたシリコン基板（例えば、Ｐ型のシリコン基板）５０を準備し、このシリコン基板５０の下面に導電膜５９を成膜する。そのため、その後のパターニングにおいて、第１導電部５６、第２導電部５７、および第３導電部５８を同じ材料で、１回の成膜で、同時に形成することができる。次に、図６に示すように、シリコン基板５０とベース基板２とを陽極接合する。次に、図７に示すように、シリコン基板５０を所定の厚さまで薄くする。次に、ドライエッチング等によってシリコン基板５０をパターニングする。以上により、図８に示すように、ベース基板２に接合された機能素子片５が得られる。
〔導体パターン〕
導体パターン６は、電極６１と、配線６２と、端子６３と、を有する。また、電極６１は、凹部２１の底面に設けられており、第１電極としての第１検出電極６１１と、第２電極としての第２検出電極６１２と、ダミー電極６１３と、を有する。第１検出電極６１１は、第１可動部５３１と対向して配置されており、これにより、第１検出電極６１１と第１可動部５３１との間に静電容量Ｃ１が形成される。また、第２検出電極６１２は、第２可動部５３２と対向して配置されており、これにより、第２検出電極６１２と第２可動部５３２との間に静電容量Ｃ２が形成される。これら第１検出電極６１１および第２検出電極６１２は、Ｚ軸方向から見た平面視にて、軸Ｊに対して対称的に配置され、加速度が加わらない状態での静電容量Ｃ１、Ｃ２が互いにほぼ等しくなっている。
また、ダミー電極６１３は、凹部２１の底面のうち、第１検出電極６１１および第２検出電極６１２が配置されていない領域に広がって配置されている。ダミー電極６１３は、後述するように可動部５３に設けられた第１導電部５６と同電位となっており、これにより、機能素子片５となるシリコン基板とベース基板２とを陽極接合する時に発生する静電力を小さくすることができ、シリコン基板のベース基板２への貼り付き（スティッキング）を効果的に抑制することができる。
配線６２は、溝部２２に配置され、第１検出電極６１１と電気的に接続された配線６２１と、溝部２３に配置され、第２検出電極６１２と電気的に接続された配線６２２と、溝部２４に配置され、ダミー電極６１３と電気的に接続されると共に導電性のバンプＢを介して機能素子片５と電気的に接続された配線６２３と、を有する。また、端子６３は、溝部２２に配置され、配線６２１と電気的に接続された端子６３１と、溝部２３に配置され、配線６２２と電気的に接続された端子６３２と、溝部２４に配置され、配線６２３と電気的に接続された端子６３３と、を有する。また、これら端子６３１，６３２，６３３は、それぞれ、パッケージ４外に露出しており、外部機器との電気的な接続が可能となっている。
本実施形態では、導体パターン６は、Ｐｔ（白金）で構成されている。従って、導電膜５９と同じ材料であるため、ダミー電極６１３と第１導電部５６と仕事関数をほぼ等しくすることができ、ＣＶ特性のシフトを低減することができる。また、これにより、導体パターン６の電気抵抗率を低くすることができ、ノイズの低減や応答特性の向上を図ることができる。また、温度特性（温度に対する信頼性）の高い導体パターン６となる。なお、必要に応じて、導体パターン６とベース基板２との密着性を向上させるために、これらの間に下地層（例えばＴｉ層）を配置してもよい。
ただし、導体パターン６の構成材料としては、導電性を有していれば、Ｐｔに限定されず、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等、Ｐｔ以外の金属材料（合金も含む）や、ＩＴＯ、ＩＺＯ、Ｉｎ3Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｓｂ含有ＳｎＯ2、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物系導電材料等が挙げられ、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。また、例えば、電極６１と、配線６２と、端子６３と、で構成材料を変えてもよい。
〔蓋体〕
蓋体３は、下面に開口する凹部３１を有し、凹部３１と凹部２１とで内部空間Ｓを形成するように、ベース基板２に接合されている。このような蓋体３は、シリコン基板で形成されている。これにより、蓋体３とベース基板２とを陽極接合によって接合することができる。ただし、蓋体３は、例えば、ガラス基板で形成されていてもよい。
また、溝部２２，２３，２４を介して内部空間Ｓの内外が連通しているため、本実施形態では、ＴＥＯＳＣＶＤ法等で形成されたＳｉＯ2膜７によって溝部２２，２３，２４を塞いでいる。また、蓋体３は、内部空間Ｓの内外を連通する連通孔３２を有する。この連通孔３２は、内部空間Ｓを所望の環境とするための孔であり、内部空間Ｓを所望の環境とした後に、封止部材９によって封止される。
次に、本発明の物理量センサー１の駆動について、図９、図１０、および図１１を参照して説明する。
図９〜図１１は、図２に示す物理量センサーの駆動を説明するための概略図である。
上述した物理量センサー１は、次のようにして鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度を検知することができる。図９に示すように、物理量センサー１に鉛直方向の加速度が加わっていない場合、可動部５３は、水平状態を維持している。そして、物理量センサー１に鉛直方向上向き（＋Ｚ軸方向）の加速度Ｇ１が加わると、図１０に示すように、可動部５３は、軸Ｊを中心して時計回りにシーソー揺動する。反対に、物理量センサー１に鉛直方向下向き（−Ｚ軸方向）の加速度Ｇ２が加わると、図１１に示すように、可動部５３は、軸Ｊを中心にして反時計回りにシーソー揺動する。このような可動部５３のシーソー揺動によって、第１可動部５３１と第１検出電極６１１の離間距離および第２可動部５３２と第２検出電極６１２の離間距離が変化し、これに応じて静電容量Ｃ１，Ｃ２が変化する。そのため、静電容量Ｃ１，Ｃ２との差に基づいて（差動検出方式により）、加速度の大きさや向きを検出することができる。特に、差動検出方式を用いることで、より精度よく加速度を検出することができる。
以上で述べたように、第１実施形態に係る物理量センサー１によれば、以下の特徴を有する。
ベース基板２に設けられたダミー電極６１３と対向配置されている可動部５３に設けられた第１導電部５６と、配線６２３やバンプＢを介してダミー電極６１３と電気的に接続されている支持部５１に設けられた第２導電部５７と、が連結部５４に設けられた第３導電部５８により電気的に接続されている。そのため、導電性の連結部５４，５５を介して電気的に接続した場合に比べ、ダミー電極６１３と第１導電部５６との界面での仕事関数差により発生するショットキー障壁やトラップ準位の影響を低減することができる。従って、特性の変動を抑制でき、加速度の検出精度の低下を低減することのできる物理量センサー１を提供することができる。
また、ダミー電極６１３と第１導電部５６とが同じ材料であるＰｔ（白金）で構成されているため、ダミー電極６１３の仕事関数と第１導電部５６の仕事関数とを等しくすることができ（すなわち、仕事関数差を極めて０（ゼロ）に近くすることができ）、前述の「背景技術」で述べたようなＣＶ特性のシフトを低減することができる。
また、別の効果として、第１検出電極６１１および第２検出電極６１２と第１導電部５６との接触帯電を低減することができるため、例えば、可動部５３が過度に揺動して凹部２１の底面に接触してしまった際の、可動部５３のベース基板２への貼り付きを低減することができる。さらに、別の効果として、仮に、内部空間Ｓ内にアウトガスが発生し、このアウトガスが第１検出電極６１１および第２検出電極６１２や第１導電部５６の表面に付着してしまっても、これらの表面は互いに同じ帯電状態に維持される。そのため、経時的に仕事関数差が生じてしまうことを低減することができる。
なお、例えば、第１検出電極６１１および第２検出電極６１２と第１導電部５６とが共にＰｔとは異なる材料（例えば、ＩＴＯ）で構成されている場合にも、当然、上記と同様の効果を発揮することができる。
また、第３導電部５８が可動部５３と支持部５１とを連結する連結部５４のベース基板２側に設けられているので、ベース基板２側からの１回の成膜で第３導電部５８、第１導電部５６、および第２導電部５７を同時に形成することができる。
また、第１導電部５６と第３導電部５８とが同じ材料であるため、１回の成膜で第１導電部５６と第３導電部５８とを同時に形成することができる。
また、第１可動部５３１および第２可動部５３２がベース基板２に対してシーソー揺動するので、可動部５３の厚さ方向（Ｚ軸方向）の加速度を検出することができる物理量センサー１を提供することができる。
また、電極６１が、第１可動部５３１と対向配置されている第１検出電極６１１と、第２可動部５３２と対向配置されている第２検出電極６１２と、を有しているので、可動部５３の厚さ方向の加速度をより精度良く検出することができる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る物理量センサー１ａについて、図１２〜図１４を参照して説明する。
図１２は、本発明の第２実施形態に係る物理量センサーの平面図である。図１３は、図１２中のＤ−Ｄ線断面図であり、図１４は、図１２中のＥ−Ｅ線断面図である。
本実施形態に係る物理量センサー１ａでは、主に、機能素子片５ａの構成が異なっていること以外は、前述した第１実施形態にかかる物理量センサー１と同様である。
なお、以下の説明では、第２実施形態の物理量センサー１ａ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。また、図１２、図１３、および図１４では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
機能素子片５ａは、図１２、図１３、および図１４に示すように、支持部５１、可動部５３、および支持部５１と可動部５３とを連結する連結部５４，５５で構成されている。可動部５３の第１可動部５３１と第２可動部５３２との間に開口５３３が形成されており、この開口５３３内に、ベース基板２に固定される支持部５１が設けられている。支持部５１は、ベース基板の凹部２１内に設けられた凸部２５の上面および配線６２３上に配置されたバンプＢ上に固定されている。従って、可動部５３に設けられた導電膜５９である第１導電部５６と支持部５１に設けられた導電膜５９である第２導電部５７とは、連結部５４，５５に設けられた導電膜５９である第３導電部５８により電気的に接続され、配線６２３と第２導電部５７とは、バンプＢを介して電気的に接続されている。よって、第１導電部５６とダミー電極６１３とは、第３導電部５８および配線６２３を介して電気的に接続され、同電位となっている。
なお、可動部５３を開口５３３内の支持部５１で固定する構成とすると、支持部５１および連結部５４，５５が可動部５３の外側に配置されない分、例えば、前述した第１実施形態と比較して、機能素子片５ａの小型化を図ることができる。また、ベース基板２に支持されている支持部５１を第１可動部５３１の内部に配置することで、ベース基板２から可動部５３への応力伝搬が低減することによる歪みの低減を図ることができる。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る物理量センサー１ｂについて、図１５および図１６を参照して説明する。
図１５は、本発明の第３実施形態に係る物理量センサーの平面図である。図１６は、図１５中のＦ−Ｆ線断面図である。
本実施形態に係る物理量センサー１ｂでは、主に、機能素子片８の構成が異なっていること以外は、前述した第１実施形態に係る物理量センサーと同様である。
なお、以下の説明では、第３実施形態の物理量センサー１ｂ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。また、図１５および図１６では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。
機能素子片８は、図１５および図１６に示すように、Ｘ軸方向（機能素子片８の面内方向）の加速度を測定することのできる素子である。このような機能素子片８は、支持部８１，８２、可動部８３および連結部８４，８５を備える可動構造体８０と、複数の第１固定電極指８８と、複数の第２固定電極指８９と、を有している。また、可動部８３は、基部８３１と、基部８３１からＹ軸方向両側に突出している複数の可動電極部としての可動電極指８３２と、を有している。このような機能素子片８は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされたシリコン基板から形成されている。
支持部８１，８２は、ベース基板２の上面に接合されており、支持部８１において、導電性のバンプＢ３を介して配線６２３と電気的に接続されている。そして、これら支持部８１，８２の間に可動部８３が設けられ、可動部８３は、連結部８４を介して支持部８１に連結されると共に、連結部８５を介して支持部８２に連結されている。これにより、可動部８３は、連結部８４，８５を弾性変形させつつ、支持部８１，８２に対して矢印ａで示すようにＸ軸方向に変位可能となる。また、機能素子片８の下面には、導電膜５９が設けられている。従って、可動部８３に設けられた導電膜５９である第１導電部５６と支持部８１，８２に設けられた導電膜５９である第２導電部５７とは、連結部８４，８５に設けられた導電膜５９である第３導電部５８により電気的に接続され、配線６２３と第２導電部５７とは、バンプＢ３を介して電気的に接続されている。よって、第１導電部５６が設けられた可動部８３とダミー電極６１３ｂとは、第３導電部５８および配線６２３を介して電気的に接続され、同電位となっている。
また、複数の第１固定電極指８８は、各可動電極指８３２のＸ軸方向一方側に配置され、対応する可動電極指８３２に対して間隔を隔てて噛み合う歯状をなすように並んでいる。また、各第１固定電極指８８は、その基端部にて、ベース基板２の上面に接合されている。また、各第１固定電極指８８は、導電性のバンプＢ１を介して配線６２１に電気的に接続されている。
これに対して、複数の第２固定電極指８９は、各可動電極指８３２のＸ軸方向他方側に配置され、対応する可動電極指８３２に対して間隔を隔てて噛み合う歯状をなすように並んでいる。また、各第２固定電極指８９は、その基端部にて、ベース基板２の上面に接合されている。また、各第２固定電極指８９は、導電性のバンプＢ２を介して配線６２２に電気的に接続されている。
また、凹部２１の底面（可動部８３と対向する部分）には、ダミー電極６１３ｂ（電極６１）が配置されている。このダミー電極６１３ｂは、導電膜５９と同じ材料で構成されている。また、ダミー電極６１３ｂは、配線６２３と電気的に接続されており、可動構造体８０と同電位となっている。そのため、機能素子片８となるシリコン基板とベース基板２とを陽極接合する時に発生する静電力を小さくすることができ、シリコン基板のベース基板２への貼り付き（スティッキング）を効果的に抑制することができる。
このような物理量センサー１ｂは、次のようにして加速度を検出する。すなわち、Ｘ軸方向の加速度が物理量センサー１ｂに加わると、その加速度の大きさに基づいて、可動部８３が面内方向（Ｘ軸方向）に変位する。このような変位に伴って、可動電極指８３２と第１固定電極指８８との隙間および可動電極指８３２と第２固定電極指８９との隙間がそれぞれ変化する。このような変位に伴って、可動電極指８３２と第１固定電極指８８との間の静電容量および可動電極指８３２と第２固定電極指８９との間の静電容量がそれぞれ変化する。そのため、これら静電容量の差に基づいて（差動検出方式により）、加速度の大きさや向きを検出することができる。
このような物理量センサー１ｂでは、前述したように、ダミー電極６１３ｂと導電膜５９とが同じ材料で構成されているため、ダミー電極６１３ｂと導電膜５９との仕事関数差を実質的に０（ゼロ）とすることができる。そのため、ダミー電極６１３ｂと導電膜５９との接触帯電を低減することができるため、例えば、可動部８３が鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度を受けて変位し、ダミー電極６１３ｂに接触してしまった際の、可動部８３のベース基板２への貼り付きを低減することができる。また、別の効果として、仮に、内部空間Ｓ内にアウトガスが発生し、このアウトガスがダミー電極６１３ｂや導電膜５９の表面に付着してしまっても、これらの表面状態は互いに同じ帯電状態に維持される。そのため、経時的に仕事関数差が生じてしまうことを低減することができる。
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができ、可動部８３の面内方向の加速度を検出することができる物理量センサー１ｂを提供することができる。
＜物理量センサー装置＞
次に、本発明の一実施形態に係る物理量センサー１，１ａ，１ｂを適用した物理量センサー装置１００について、図１７を参照して説明する。なお、以下では、物理量センサー１を適用した構成を例示して説明する。
図１７は、本発明に係る物理量センサー装置の構成を示す断面図である。
物理量センサー装置１００は、図１７に示すように、基板１０１と、接着層１０３を介して基板１０１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に固定されている電子部品としてのＩＣチップ１０２と、を有する。そして、物理量センサー１およびＩＣチップ１０２がモールド材Ｍ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Ｍ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１０１ａが配置されており、下面には図示しない内部配線を介して端子１０１ａに接続されている複数の実装端子１０１ｂ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、および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、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６３１，６３２，６３３（図示せず）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１０１ａに電気的に接続されている。
このような物理量センサー装置１００は、高い検出精度を有する物理量センサー１を備えているので、優れた性能を有している。
＜電子機器＞
次に、本発明の一実施形態に係る物理量センサー１，１ａ，１ｂを適用した電子機器について、図１８、図１９、および図２０を参照して説明する。なお、以下では、物理量センサー１を適用した構成を例示して説明する。
図１８は、本発明の物理量センサーを適用した電子機器としてのモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
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、加速度センサーとして機能する物理量センサー１が内蔵されている。
図１９は、本発明の物理量センサーを適用した電子機器としての携帯電話機（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、加速度センサーとして機能する物理量センサー１が内蔵されている。
図２０は、本発明の物理量センサーを適用した電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。
デジタルスチールカメラ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。そして、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。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、例えば、手振れ補正用の加速度センサーとして用いられる物理量センサー１が内蔵されている。
このような電子機器は、高い検出精度を有する物理量センサー１を備えているので、優れた性能を有している。
なお、本発明の電子機器は、図１８のパーソナルコンピューター１１００、図１９の携帯電話機１２００、図２０のデジタルスチールカメラ１３００の他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、ヘッドマウントディスプレイ等のウェアラブル端末、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、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。
＜移動体＞
次に、本発明の一実施形態に係る物理量センサー１，１ａ，１ｂを適用した移動体について、図２１を参照して説明する。なお、以下では、物理量センサー１を適用した構成を例示して説明する。
図２１は、本発明の物理量センサーを適用した移動体としての自動車を示す斜視図である。
図２１に示すように、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。また、物理量センサー１は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Indium Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に広く適用できる。
以上、本発明の物理量センサー１，１ａ，１ｂ、物理量センサー装置１００、電子機器１１００，１２００，１３００、および移動体１５００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。
また、前述した実施形態では、物理量センサー１，１ａ，１ｂが内部空間内に１つの素子片を有している構成について説明したが、内部空間内に配置されている素子片の数は、特に限定されない。例えば、Ｘ軸およびＹ軸の加速度を検出するために、前述した第３実施形態の機能素子片８を２つ配置し、さらに、Ｚ軸の加速度を検出するために、前述した第１実施形態の機能素子片５を１つ配置すれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の加速度を独立して検出することのできる物理量センサーとなる。また、さらに、機能素子片として、角速度を検出することができるものを加えれば、加速度と角速度とを検出することのできる複合センサーとして利用することができる。
また、物理量センサーが検出する物理量としては、加速度に限定されず、例えば、角速度、圧力等であってもよい。また、物理量センサーの構成としても、上述した構成に限定されず、物理量を検出することができる構成であれば、特に限定されない。例えば、フラップ型の物理量センサーであってもよいし、平行平板型の物理量センサーであってもよい。
１，１ａ，１ｂ…物理量センサー、２…基板としてのベース基板、２１…凹部、２２，２３，２４…溝部、２５…凸部、３…蓋体、３１…凹部、３２…連通孔、４…パッケージ、５，５ａ…機能素子片、５０…シリコン基板、５１，５２…支持部、５３…可動部、５３１…第１可動部、５３２…第２可動部、５３３…開口、５４，５５…連結部、５６…第１導電部、５７…第２導電部、５８…第３導電部、５９…導電膜、６…導体パターン、６１…電極、６１１…第１検出電極、６１２…第２検出電極、６１３，６１３ｂ…ダミー電極、６２…配線、６２１，６２２，６２３…配線、６３…端子、６３１，６３２，６３３…端子、７…ＳｉＯ2膜、８…機能素子片、８０…可動構造体、８１，８２…支持部、８３…可動部、８３１…基部、８３２…可動電極部としての可動電極指、８４，８５…連結部、８８…第１固定電極指、８９…第２固定電極指、９…封止部材、１００…物理量センサー装置、１０１…基板、１０１ａ…端子、１０１ｂ…実装端子、１０２…電子部品としてのＩＣチップ、１０３、１０４…接着層、１０５、１０６…ボンディングワイヤー、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…デジタルスチールカメラ、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、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…バンプ、Ｃ１，Ｃ２…静電容量、Ｇ１，Ｇ２…加速度、Ｊ…軸、Ｍ…モールド材、Ｓ…内部空間、ａ…矢印。

Claims (11)

  1. 基板と、
    前記基板に対して変位可能に配置されている可動部と、
    前記可動部を支持する支持部と、
    前記基板の前記可動部側に設けられ、前記可動部と対向配置されている電極と、
    前記可動部の前記基板側に設けられ、前記電極と対向配置されている第１導電部と、
    前記支持部の前記基板側に設けられている第２導電部と、を有し、
    前記第１導電部と前記第２導電部とは、第３導電部により接続されていることを特徴とする物理量センサー。
  2. 前記電極および前記第１導電部は、同じ材料である請求項１に記載の物理量センサー。
  3. 前記第３導電部は、前記可動部と前記支持部とを連結する連結部の前記基板側に設けられている請求項１又は請求項２に記載の物理量センサー。
  4. 前記第１導電部および前記第３導電部は、同じ材料である請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の物理量センサー。
  5. 前記可動部は、一方側に位置する第１可動部と、他方側に位置し、前記基板と前記可動部との並び方向の加速度が加わった時の回転モーメントが前記第１可動部よりも大きい第２可動部と、を有し、
    前記第１可動部および前記第２可動部が前記基板に対してシーソー揺動する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の物理量センサー。
  6. 前記電極は、前記第１可動部と対向配置されている第１電極と、前記第２可動部と対向配置されている第２電極と、を有している請求項５に記載の物理量センサー。
  7. 前記可動部は、前記基板に対して前記可動部の面内方向に変位可能な基部と、前記基部から突出して設けられている可動電極部と、を有している請求項１又は請求項２に記載の物理量センサー。
  8. 前記電極は、前記可動部と同電位である請求項７に記載の物理量センサー。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
    前記物理量センサーと電気的に接続されている電子部品と、を備えることを特徴とする物理量センサー装置。
  10. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする電子機器。
  11. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする移動体。
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