CN113325200A - 物理量传感器、电子设备和移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供不易破损的物理量传感器、电子设备和移动体。关于物理量传感器，再将相互正交的三个方向设为第一方向、第二方向和第三方向时，具有：基板；以及可动体，与所述基板隔开空隙并在所述第三方向上对置，相对于所述基板在所述第三方向上位移，所述可动体具有：第一区域，具备在所述第三方向贯通并从所述第三方向观察时的开口形状为正方形的多个贯通孔；以及第二区域，不具备贯通孔，将所述贯通孔的一边的长度设为S0，将相邻的所述贯通孔彼此的间隔设为S1时，所述第二区域的所述第一方向的长度和所述第二方向的长度中的至少一方为S0+2×S1以上。

Description

物理量传感器、电子设备和移动体
技术领域
本发明涉及物理量传感器、电子设备和移动体。
背景技术
例如，专利文献1所记载的加速度传感器具有：基板；固定部，固定于基板；可动体，经由梁而连接到固定部；以及固定检测电极，配置于基板，检测在可动体之间所产生的静电电容。若从可动体与固定检测电极重叠的方向施加加速度，则可动体以梁为转动轴发生杠杆式摆动，伴随于此，可动体与固定检测电极之间的间隔发生变化，所述静电电容发生变化。因此，专利文献1所记载的加速度传感器能够基于静电电容的变化来检测加速度。
另外，专利文献1所记载的加速度传感器具有从基板突出的突起，在被施加过度的加速度时，可动体与该突起接触。由此，抑制可动体对基板的撞击、贴附。另外，可动体形成有用于降低阻尼(damping)的贯通孔，但在与突起接触部分却未形成贯通孔。由此，确保该部分的机械强度，并抑制因与突起接触的碰撞而使可动体破损的情况的发生。
专利文献1：日本特开2019-045167号公报
然而，在这样的结构中，对于充分提高可动体的机械强度这方面是不充分的。
发明内容
关于本发明的物理量传感器，在将相互正交的三个方向设为第一方向、第二方向和第三方向时，所述物理量传感器具有：基板；以及可动体，与所述基板隔开空隙并在所述第三方向上对置，相对于所述基板在所述第三方向上位移，所述可动体具有：第一区域，具备在所述第三方向贯通并从所述第三方向观察时的开口形状为正方形的多个贯通孔；以及
第二区域，不具备贯通孔，将所述贯通孔的一边的长度设为S0，将相邻的所述贯通孔彼此的间隔设为S1时，所述第二区域的所述第一方向的长度和所述第二方向的长度中的至少一方为S0+2×S1以上。
关于本发明的物理量传感器，在将相互正交的三个方向设为第一方向、第二方向和第三方向时，所述物理量传感器具有：基板；以及可动体，与所述基板隔开空隙并在所述第三方向上对置，相对于所述基板在所述第三方向上位移，所述可动体具有：第一区域，具备在所述第三方向贯通并从所述第三方向观察时的开口形状为圆形的多个贯通孔；以及第二区域，不具备贯通孔，将所述贯通孔的半径设为ro，将相邻的所述贯通孔彼此的中心间距离的一半设为rc时，所述第二区域的所述第一方向的长度和所述第二方向的长度中的至少一方为4×rc－2×r0以上。
关于本发明的物理量传感器，在将相互正交的三个方向设为第一方向、第二方向和第三方向时，所述物理量传感器具有：基板；以及可动体，与所述基板隔开空隙并在所述第三方向上对置，相对于所述基板在所述第三方向上位移，所述可动体具有：第一区域，具备在所述第三方向贯通并从所述第三方向观察时的开口形状为多边形的多个贯通孔；以及第二区域，不具备贯通孔，在将所述贯通孔的面积的平方根设为S0，将相邻的所述贯通孔彼此的所述第一方向的间隔和所述第二方向的间隔相加并除以2所得的值设为S1时，所述第二区域的所述第一方向的长度和所述第二方向的长度中的至少一方为S0+2×S1以上。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的物理量传感器的俯视图。
图2是图1中的A－A线剖视图。
图3是示出图1所示的物理量传感器所具有的电极的俯视图。
图4是图1中的B－B线剖视图。
图5是用于说明阻尼的示意图。
图6是示出S0与阻尼的关系的图表。
图7是示出S1/S0与灵敏度比及阻尼比的关系的图表。
图8是示出构造体厚度与孔尺寸的关系的图表。
图9是示出构造体厚度与孔尺寸的关系的图表。
图10是示出构造体厚度与孔尺寸的关系的图表。
图11是示出构造体厚度与孔尺寸的关系的图表。
图12是示出构造体厚度与孔尺寸的关系的图表。
图13是示出构造体厚度与孔尺寸的关系的图表。
图14是示出构造体厚度与孔尺寸的关系的图表。
图15是示出构造体厚度与孔尺寸的关系的图表。
图16是示出构造体厚度与孔尺寸的关系的图表。
图17是示出S0min、S1min与H、h的关系的图表。
图18是示出S0min、S1min与H、h的关系的图表。
图19是示出S0min、S1min与H、h的关系的图表。
图20是示出S1min/S0min与H、h的关系的图表。
图21是示出S1min/S0min与H、h的关系的图表。
图22是示出S1min/S0min与H、h的关系的图表。
图23是示出S1min/S0min与H、h的关系的图表。
图24是示出所受的振动的频率与可动体的位移量的关系的图表。
图25是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
图26是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
图27是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
图28是示出耐振动性的随机抽样试验的结果的图表。
图29是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
图30是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
图31是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
图32是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
图33是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
图34是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
图35是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
图36是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
图37是示出本发明的第二实施方式所涉及的物理量传感器的俯视图。
图38是示出本发明的第三实施方式所涉及的物理量传感器的俯视图。
图39是示出作为第四实施方式所涉及的电子设备的智能手机的俯视图。
图40是示出作为第五实施方式所涉及的电子设备的惯性计测装置的分解立体图。
图41是图40所示的惯性计测装置所具有的基板的立体图。
图42是示出作为第六实施方式所涉及的电子设备的移动体定位装置的整体***的框图。
图43是示出图42所示的移动体定位装置的作用的图。
图44是示出第七实施方式所涉及的移动体的立体图。
附图标记说明：
1：物理量传感器；2：基板；21：凹部；211：第一凹部；212：第二凹部；22：凸起部；25、26、27：槽部；3：元件部；30：贯通孔；31：固定部；32：可动体；321：第一质量部；322：第二质量部；322A：基部；322B：扭矩发生部；323：连结部；324、325：开口；33：支承梁；5：盖体；51：凹部；59：玻璃熔块；6、61、62：突起；75、76、77：布线；8：电极；81：第一固定电极；811：缺口；82：第二固定电极；821：缺口；83：虚拟电极；1200：智能手机；1208：显示部；1210：控制电路；1500：汽车；1502：控制电路；1510：***；2000：惯性计测装置；2100：外壳；2110：螺孔；2200：接合部件；2300：传感器模块；2310：内壳；2311：凹部；2312：开口；2320：基板；2330：连接器；2340x、2340y、2340z：角速度传感器；2350：加速度传感器；2360：控制IC；3000：移动体定位装置；3100：惯性计测装置；3110：加速度传感器；3120：角速度传感器；3200：运算处理部；3300：GPS接收部；3400：接收天线；3500：位置信息获取部；3600：位置合成部；3700：处理部；3800：通信部；3900：显示部；Az：加速度；Ca、Cb：静电电容；Dx、Dy：间隔；J：旋转轴；P：电极垫片；Q：空隙；Q1：第一空隙；Q2：第二空隙；R1：第一区域；R2：第二区域；S：收纳空间；S0：长度；S1：间隔；Wx、Wy：宽度；θ：倾斜。
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式来详细地说明本发明的物理量传感器、电子设备和移动体。
第一实施方式
首先，对本发明的第一实施方式所涉及的物理量传感器进行说明。
图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的物理量传感器的俯视图。图2是图1中的A－A线剖视图。图3是示出图1所示的物理量传感器所具有的电极的俯视图。图4是图1中的B－B线剖视图。图5是用于说明阻尼的示意图。图6是示出S0与阻尼的关系的图表。图7是示出S1/S0与灵敏度比及阻尼比的关系的图表。图8至图16是示出构造体厚度与孔尺寸的关系的图表。图17至图23是示出S0min、S1min与H、h的关系的图表。图24是示出所受的振动的频率与可动体的位移量的关系的图表。图25至图27是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。图28是示出耐振动性的随机抽样试验的结果的图表。图29至图36是示出图1的物理量传感器的变形例的俯视图。
需要指出，以下，为了便于说明，将相互正交的三个轴设为X轴、Y轴和Z轴，将与X轴平行的方向也称为作为第二方向的X轴方向，将与Y轴平行的方向也称为作为第一方向的Y轴方向，将与Z轴平行的方向也称为作为第三方向的Z轴方向。另外，将各轴的箭头方向前端侧也称为“正侧”，将相反侧也称为“负侧”。另外，将Z轴方向正侧称为“上”，将Z轴方向负侧也称为“下”。另外，将从Z轴方向俯视观察也简称为“俯视观察”。另外，在图25至图36中，为了便于说明，省略了基板2和盖体5的图示。
另外，在本申请说明书中，“正交”除了是指以90°相交的情况以外，还包括从90°倾斜一些角度，例如以80°～100°左右相交的情况。具体而言，对于X轴相对于YZ平面的法线方向倾斜－10°～+10°左右的情况，Y轴相对于XZ平面的法线方向倾斜－10°～+10°左右的情况，Z轴相对于XY平面的法线方向倾斜－10°～+10°左右的情况，这些情况也都包括在“正交”的范畴内。
图1至图4所示的物理量传感器1是能够测定Z轴方向的加速度Az的加速度传感器。这样的物理量传感器1具有：基板2、配置在基板2上的元件部3、以及覆盖元件部3并与基板2接合的盖体5。以下，对上述各部依次详细地进行说明。
基板2呈板状，并具有在上表面侧开口的凹部21。另外，从Z轴方向俯视观察时，凹部21形成为大于元件部3，以在内侧内包元件部3。凹部21作为防止元件部3与基板2接触的退避部发挥功能。另外，凹部21具有第一凹部211和第二凹部212，第二凹部212位于第一凹部211的X轴方向正侧，并比第一凹部211深。因此，处于基板2与元件部3之间的空隙Q具有与第一凹部211重叠的第一空隙Q1、及第二空隙Q2，该第二空隙Q2与第二凹部212重叠且相比于第一空隙Q1Z，轴方向的长度更长且基板2与元件部3分离距离更大。
另外，基板2具有设置于第一凹部211的底面的突起状的凸起部22。并且，凸起部22的上表面接合有元件部3的固定部31。由此，能够将元件部3以与凹部21的底面分离的状态固定于基板2。另外，基板2具有位于凹部21周围并向上表面侧开放的槽部25、26、27。
作为基板2，例如使用由含碱金属离子(Na+等可动离子)的玻璃材料(例如，、派热克斯(Pyrex)玻璃(注册商标)、TEMPAX玻璃(注册商标)这类硼硅酸玻璃)构成的玻璃基板。不过，作为基板2，不作特别限定，例如也可以使用硅基板、陶瓷基板。
另外，基板2具有电极8。电极8具有：配置在凹部21的底面的第一固定电极81、第二固定电极82和虚拟电极83。另外，基板2具有配置于槽部25、26、27的布线75、76、77。布线75、76、77的一端部分别向盖体5的外侧露出，作为进行与外部装置的电连接的电极垫片P发挥功能。另外，布线75与元件部3和虚拟电极83电连接，布线76与第一固定电极81电连接，布线77与第二固定电极82电连接。
如图2所示，盖体5呈板状，并具有在下表面侧开口的凹部51。盖体5在凹部51内收纳元件部3，与基板2的上表面接合。并且，通过盖体5和基板2形成收纳元件部3的收纳空间S。收纳空间S为气密空间。另外，在收纳空间S中封入氮、氦、氩等不活性气体，使用温度例如在－40℃～120℃左右，大致为大气压。不过，收纳空间S的气氛不作特别限定，例如，可以是减压状态，也可以是加压状态。
作为盖体5，例如能够使用硅基板。不过，作为盖体5，不作特别限定，例如，也可以使用玻璃基板、陶瓷基板。另外，作为基板2与盖体5的接合方法，不作特别限定，根据基板2、盖体5的材料而适当选择即可，例如能够使用阳极接合、将通过等离子体照射而活化后的接合面彼此接合的活化接合、基于玻璃熔块等接合材料的接合、将在基板2的上表面和盖体5的下表面成膜的金属膜彼此接合的扩散接合等。在本实施方式中，经由作为低熔点玻璃的玻璃熔块59接合基板2与盖体5。
需要指出，盖体5优选为与地线连接。由此，能够将盖体5的电位保持为恒定，例如能够降低盖体5与元件部3之间的静电电容的变动。作为凹部51的底面与元件部3的分离距离，不作特别限定，例如优选为15μm以上，更优选为20μm以上，进一步优选为25μm以上。由此，能够使盖体5与元件部3之间的静电电容充分变小，能够更高精度地检测加速度Az。
如图1和图2所示，元件部3具有：固定部31，接合于凸起部22的上表面；板状的可动体32，能够相对于固定部31进行位移；以及支承梁33，连接固定部31和可动体32。若加速度Az作用于物理量传感器1，则可动体32以支承梁33为旋转轴J在使支承梁33を扭曲变形同时，绕旋转轴J进行摆动。
这样的元件部3例如通过利用干刻蚀将掺杂有磷(P)、硼(B)、砷(As)等杂质的导电性的硅基板进行图案化而形成。不过，作为元件部3的形成方法，不作特别限定。另外，元件部3通过阳极接合而接合于基板2的上表面。不过，元件部3的材料、元件部3与基板2的接合方法，不作特别限定。
可动体32在俯视观察时呈沿着X轴方向的长条形状，特别是在本实施方式中，为以X轴方向为长边的长方形状。并且，可动体32具有：第一质量部321，相对于旋转轴J位于X轴方向的负侧；第二质量部322，相对于旋转轴J位于X轴方向的正侧；以及连结部323，连结第一质量部321和第二质量部322，并在连结部323中与支承梁33连接。
另外，相比于第一质量部321，第二质量部322的X轴方向长，相比于第一质量部321，施加有加速度Az时的旋转转矩即扭矩大。由于该旋转转矩的差，可动体32在施加有加速度Az时绕旋转轴J摆动。需要指出，以下，将第二质量部322的基端部且相对于旋转轴J与第一质量部321对称的部分也称为作为第一部分的“基部322A”，将第二质量部322的前端部且相对于旋转轴J与第一质量部321非对称的部分称为作为第二部分的“扭矩发生部322B”。需要指出，在这些基部322A与扭矩发生部322B的边界部分形成有在Y轴方向延伸的开口325。
另外，可动体32在第一质量部321与第二质量部322之间具有开口324，在开口324内配置固定部31和支承梁33。由此，能够实现元件部3的小型化。另外，支承梁33沿着Y轴方向延伸，形成旋转轴J。不过，作为固定部31、支承梁33的配置，不作特别限定，例如，也可以位于可动体32的外侧。
这样的构成的可动体32中的第一质量部321与第二质量部322的基部322A在从Z轴方向俯视观察时与第一凹部211重叠，第二质量部322的扭矩发生部322B在从Z轴方向俯视观察时与第二凹部212重叠。
接下来，对电极8进行说明。如前所述，电极8具有：第一固定电极81、第二固定电极82和虚拟电极83。如图1和图2所示，第一固定电极81配置在第一凹部211并与第一质量部321对置。另外，第二固定电极82配置在第一凹部211并与第二质量部322的基部322A对置。上述第一、第二固定电极81、82在从Z轴方向俯视观察时，相对于旋转轴J对称配置。
另外，虚拟电极83位于第二固定电极82的X轴方向正侧，配置在第二凹部212并与第二质量部322的扭矩发生部322B对置。另外，虚拟电极83也位于第一固定电极81的X轴方向负侧。通过设置虚拟电极83，从而能够抑制基板2中的伴随碱金属离子的移动而使凹部21的底面带电的情况。因此，在凹部21的底面与可动体32之间，能够有效地抑制可动体32的错误动作，特别是能够有效地抑制因作为检测对象的加速度Az以外的外力引起的位移所带来的这类非意图的静电引力的产生。因而，成为能够更高精度地检测加速度Az的物理量传感器1。
在驱动物理量传感器1时，元件部3被施加预定的驱动电压，第一固定电极81和第二固定电极82分别与未图示的QV放大器(电荷电压转换电路)连接。由此，如图2所示，在第一固定电极81与第一质量部321之间形成静电电容Ca，在第二固定电极82与第二质量部322的基部322A之间形成静电电容Cb。
若对物理量传感器1施加加速度Az，则由于第一、第二质量部321、322的旋转转矩不同，可动体32在使支承梁33扭曲变形的同时以旋转轴J为中心进行摆动。通过这样的可动体32的摆动，第一质量部321与第一固定电极81的间距和第二质量部322的基部322A与第二固定电极82的间距分别逆相变化，相应于此，静电电容Ca、Cb以逆相进行变化。因此，能够基于静电电容Ca、Cb的变化量更具体而言静电电容Ca、Cb的差分来检测加速度Az。
如前所述，凹部21具有：第一凹部211，在从Z轴方向俯视观察时与旋转轴J重叠；第二凹部212，位于第一凹部211的X轴方向正侧，比第一凹部211深。也就是凹部21越是远离旋转轴J，深度即与可动体32分离的距离越大。由此，能够一边抑制摆动时的可动体32与基板2接触，一边减小可动体32与第一、第二固定电极81、82的分离距离。因此，能够增大静电电容Ca、Cb，并提高加速度Az的检测精度。
另外，如图1、图3和图4所示，物理量传感器1具有从第一凹部211的底面朝向可动体32侧突出的突起6。突起6在可动体32发生过度的摆动时与可动体32接触，从而作为限制可动体32过度摆动的止挡件发挥功能。通过设置突起6，从而能够抑制相互电位不同的可动体32与第一、第二固定电极81、82的过度接近或以大幅面积接触，能够有效地抑制如下情况的发生：由于可动体32与第一、第二固定电极81、82之间产生的静电引力，导致可动体32被吸引到第一固定电极81或第二固定电极82而无法归位的“粘附(sticking)”的发生。需要指出，在本实施方式中，突起6与基板2一体形成，也就是成为基板2的一部分，但不限定于此，也可以与基板2分开形成。
突起6包括：突起61，在从Z轴方向俯视观察时，与第一质量部321重叠设置；以及突起62，与第二质量部322的基部322A重叠设置。其中，突起61抑制可动体32与第一固定电极81过度的接近，突起62抑制可动体32与第二固定电极82过度的接近。另外，突起61、62分别在Y轴方向分离而设置一对。另外，一对突起61和一对突起62在从Z轴方向俯视观察时，相对于旋转轴J对称地配置。
另外，如图3和图4所示，各突起61、62被与可动体32为等电位的虚拟电极83覆盖。由此，能够抑制基板2中的伴随碱金属离子的移动的各突起61、62的表面的带电。因此，在突起61、62与可动体32之间，能够有效地抑制可动体32的错误动作，特别是能够有效地抑制因作为检测对象的加速度Az以外的外力引起的位移所带来的这类非意图的静电引力的产生。另外，覆盖各突起61、62的虚拟电极83和可动体32为等电位，抑制产生不需要的静电引力，能够抑制虚拟电极83与可动体32的粘附的发生。因而，成为能够更高精度地检测加速度Az的物理量传感器1。
需要指出，在本实施方式中，如图3所示，在第一固定电极81形成从其X轴方向负侧的端部延伸至各突起61的一对缺口811，通过使虚拟电极83在各缺口811内延伸，从而由虚拟电极83覆盖突起61。同样地，在第二固定电极82形成从其X轴方向正侧的端部延伸至各突起62的一对缺口821，通过使虚拟电极83在各缺口821内延伸，从而由虚拟电极83覆盖突起62。
不过，由虚拟电极83覆盖突起61、62的方法，不作特别限定。另外，突起61可以被第一固定电极81覆盖，也可以不被电极8覆盖而露出。同样地，突起62可以被第二固定电极82覆盖，也可以不被电极8覆盖而露出。另外，突起6也可以省略。
回到可动体32的说明，如图1、图2和图4所示，可动体32具有：第一区域R1，具备在沿着其Z轴的厚度方向上贯通可动体32的多个贯通孔30；以及第二区域R2，不具备贯通孔30。可动体32具有具备贯通孔30的第一区域R1，由此能够降低可动体32进行摆动时的气体的阻尼，提高可动体32的振动特性。另一方面，可动体32具有不具备贯通孔30的第二区域R2，由此增加阻尼，能够使可动体32不易在高频率区域中振动。另外，由于不形成贯通孔30，因此还能够对降低的可动体32进行增强。因此，使可动体32不易产生高频率区域的振动，进一步地即使在施加高频率区域的强振动时，也有效地抑制可动体32的破损。
如图1所示，在第一区域R1所形成的多个贯通孔30分别在俯视观察时的开口形状为正方形，具有在X轴方向延伸的一对边和在Y轴方向延伸的一对边。多个贯通孔30遍及第一区域R1的整个区域均匀配置。另外，多个贯通孔30在俯视观察时规则地配置，特别是在本实施方式中在X轴方向和Y轴方向上并列配置为行列状。另外，多个贯通孔30相互为相同的大小。
需要指出，所述“均匀”是指在X轴方向和Y轴方向上相邻的贯通孔30彼此的分离距离在全部的贯通孔30中相等，除此之外，还包括加上制造上可能产生的误差等，而使一部分的分离距离与另一部分的分离距离偏离稍许例如10％以内的程度的情况。同样地，所述“正方形”是指实质上是正方形的意思，除了与正方形一致的情况之外，还包括从正方形偏离稍许的形状，例如加上制造上可能产生的误差等，在四个角落未成角而形成为倒角、圆角，或者至少一个角部从90°起以±10°左右的范围内偏离，或者至少一个边的长度与另一边的长度有一些不同，或者使开口的纵横比为1：1.1～1.1：1左右的范围内的情况。
接下来，具体地说明第一区域R1中的贯通孔30的设计。贯通孔30是为了控制可动体32绕旋转轴J摆动时的气体的阻尼而设置的。如图5所示，阻尼由通过贯通孔30内的气体的孔中阻尼和在可动体32与基板2之间的挤压膜阻尼构成。
贯通孔30越大，气体越容易通过贯通孔30内，因此能够降低孔中阻尼。另外，贯通孔30的占有率越高，可动体32与基板2对置的面积减少，因此能够降低挤压膜阻尼。但是，同时会发生可动体32与第一、第二固定电极81、82的对置面积的减少、以及扭矩发生部322B的质量的降低，因此加速度Az的检测灵敏度降低。相反地，贯通孔30越小即占有率越低，可动体32与第一、第二固定电极81、82的对置面积增加，扭矩发生部322B的质量增加，因此加速度Az的检测灵敏度提高，但阻尼会增大。这样，检测灵敏度与阻尼处于此消彼长的关系。
在物理量传感器1中，通过钻研贯通孔30的设计，从而实现兼顾检测灵敏度和阻尼。针对此情况，以下，具体地进行说明。物理量传感器1的检测灵敏度与(A)将可动体32与凹部21的底面更严格地说与电极8的表面的分离距离设为h时的1/h2、(B)可动体32与第一、第二固定电极81、82的对置面积、(C)将支承梁33的弹簧刚性设为k时的1/k和(D)扭矩发生部322B的质量成比例。需要指出，支承梁33的弹簧刚性在可动体32的厚度均匀时，与贯通孔30的Z轴方向的长度H成比例。在物理量传感器1中，首先，在忽视阻尼的状态下，决定为了得到必要的检测灵敏度所必要的H、h、以及可动体32与第一、第二固定电极81、82对置的面积换言之第一质量部321和基部322A中的贯通孔30的占有率。由此，形成必要的大小的静电电容Ca、Cb，物理量传感器1得到充分的检测灵敏度。
需要指出，作为第一区域R1中的贯通孔30的占有率，不作特别限定，例如，优选为75％以上，更优选为78％以上，进一步优选为82％以上。由此，容易实现兼顾检测灵敏度和阻尼。
这样，如果决定了第一质量部321和基部322A中的贯通孔30的占有率，接下来，凹部21的底面与元件部3的分离距离h不同的部分即在第一质量部321和基部322A与扭矩发生部322B分别独立地进行关于阻尼的设计。
作为不改变灵敏度而使阻尼最小化的新技术构思，在物理量传感器1中，为使图5所示的孔中阻尼与挤压膜阻尼之差尽可能变小，优选为设计多个贯通孔30以使孔中阻尼与挤压膜阻尼相等。这样，通过使孔中阻尼与挤压膜阻尼之差尽可能小，能够降低阻尼，特别是在孔中阻尼与挤压膜阻尼相等时，阻尼最小。因此，根据物理量传感器1，能够一边将检测灵敏度维持为充分高，一边有效地降低阻尼。
需要指出，第一质量部321、基部322A和扭矩发生部322B中的阻尼设计的方法相互相同，因此以下代表性地说明第一质量部321的阻尼设计，对于基部322A和扭矩发生部322B的阻尼设计，省略其说明。
如图1和图2所示，将第一质量部321的配置在第一区域R1的贯通孔30的Z轴的长度(可动体32的厚度)设为H(m)，将第一质量部321沿着Y轴方向的长度的1/2的长度设为a(m)，将沿着X轴方向的长度设为L(m)，将第一固定电极81与第一质量部321的分离距离设为h(m)，将贯通孔30的正方形的一边的长度设为S0(m)，将与X轴方向或Y轴方向相邻的贯通孔30彼此的间隔设为S1(m)，将处于第一空隙Q1内的气体即充填于收纳空间S内的气体的粘性阻抗(粘性系数)设为μ(kg/ms)，将第一质量部321所产生的阻尼设为C时，C由以下的式(2)表示。式(2)与式(1)相同。
数学式1
Figure BDA0002953533870000141
不过，式(2)中所使用的参数由下述式(3)～(9)表示。
数学式2
Figure BDA0002953533870000151
数学式3
Figure BDA0002953533870000152
数学式4
Figure BDA0002953533870000153
数学式5
K(β)＝4β2-β4-4lnβ-3…(6)
数学式6
Figure BDA0002953533870000154
数学式7
Figure BDA0002953533870000155
数学式8
r0＝0.547×S0...(9)
在此，式(2)所包含的孔中阻尼分量由下述式(10)表示，挤压膜阻尼分量由下述式(11)表示。
数学式9
Figure BDA0002953533870000161
数学式10
Figure BDA0002953533870000162
因此，上述式(10)与上述式(11)相等，也就是通过使用满足下述式(12)的H、h、S0、S1的尺寸，阻尼C为最小。
数学式11
Figure BDA0002953533870000163
在此，将满足上述式(12)的贯通孔30的一边的长度S0设为S0min，将相邻的贯通孔30彼此的间隔S1设为S1min，将上述S0min和S1min代入到上述式(2)时的阻尼C即阻尼C的最小值设为为Cmin。
还基于物理量传感器1所要求的精度，在第一质量部321和第二质量部322的基部322A，使H、h为恒定时的S0、S1的范围优选满足下述式(13)，更优选满足下述式(14)，进一步优选满足下述式(15)，最优选满足下述式(16)。由此，能够充分降低可动体32的阻尼，能够维持在期望的带域内的检测灵敏度，能够降低噪声。
数学式12
C≤1.5×Cmin...(13)
数学式13
C≤1.4×Cmin...(14)
数学式14
C≤1.3×Cmin...(15)
数学式15
C≤1.2×Cmin...(16)
图6是示出贯通孔30的一边的长度S0与阻尼的关系的图表。需要指出，S1/S0比设为1以使H、h为恒定、灵敏度为恒定。其示出了即使改变S0的大小，开口率也不变这一情况。从该图表可知，上述式(2)的阻尼能分解为上述式(11)的挤压膜阻尼和上述式(10)的孔中的阻尼，在S0小于S0min的区域中，孔中阻尼占主导，S0大于S0min的区域中，挤压膜阻尼占主导。满足上述式(13)的S0为从小于S0min的一侧的S0’至大于S0min的一侧的S0”的范围。
另外，第二质量部322的扭矩发生部322B设置在远离旋转轴J的部位，因此可动体32的位移比第一质量部321和基部322A的位移大，从而与它们相比阻尼不得不变大，但将H、h设为恒定时的S0、S1的范围优选满足下述式(17)，更优选满足下述式(18)，进一步优选满足下述式(19)，最优选满足下述式(20)。由此，能够充分降低可动体32的阻尼。另外，容易确保扭矩发生部322B的质量，能够有效地抑制检测灵敏度的降低。
数学式16
C≤2.5×Cmin...(17)
数学式17
C≤2.3×Cmin...(18)
数学式18
C≤2.0×Cmin...(19)
数学式19
C≤1.5×Cmin...(20)
另外，作为S0、S1的关系，不作特别限定，优选为满足下述式(21)，更优选为满足下述式(22)，进一步优选为满足下述式(23)。通过满足这样的关系，能够形成利于可动体32平衡的贯通孔30。
另外，图7是示出S1/S0与灵敏度比和最小阻尼比的关系的图表。需要指出，灵敏度比是指S1/S0＝1时的与灵敏度的比，最小阻尼比是指S1/S0＝1时的与最小阻尼的比。根据同一附图可知，在S1/S0＞3时灵敏度比的增加率处于饱和倾向，且最小阻尼比处于大幅增加倾向，由此通过满足下述式(21)～式(23)，能够一边充分提高检测灵敏度，一边充分降低阻尼。
数学式20
0.25≤S1/S0≤3.00...(21)
数学式21
0.6≤S1/S0≤2.40...(22)
数学式22
0.8≤S1/S0≤2.00...(23)
在此，以下详细地说明在导出上述式(21)至(23)的范围的过程中的尺寸比S1/S0所涉及的模拟、实验验证。图8至图16是绘制在将H设为5～80μm、将h设为1.0～3.5μm、将S1/S0设为0.25～3.0的范围时的S0min、S1min的孔尺寸、孔间距离的值的图表。并且，基于由图8至图16得到的S0min、S1min，作为横轴S0、纵轴S1汇总于图表而成为图17的图表。另外，作为一例，图18示出S1/S0＝0.25、取H＝5μm并取h＝1.0～3.5μm时的S0min、S1min，图19示出S1/S0＝0.25、取H＝80μm并取h＝1.0～3.5μm时的S0min、S1min。从图18和图19可知，具有H或h分别越大，S0min、S1min的尺寸变得越大的倾向。
在此，图20示出将H设为5～80μm、将h设为1.0～3.5μm、将S1/S0设为0.25～3.0的范围内的所有S0min、S1min的点的范围。箭头A方向由S1/S0决定，箭头B方向由H、h的范围决定。另外，作为一例，S1min/S0min＝0.25～3.0、H＝20μm、h＝1.0～3.5μm时的S0min、S1min的条件如图21所示。另外，图22分别示出取H＝5～80μm、h＝1.0～3.5μm，并将S1min/S0min限定在上述式(21)～(23)的范围的区域。
至此，已对S0min、S1min进行说明，但对于处于上述式(13)～(23)的范围的S0、S1而言，例如从形象上来看，在H＝20μm、h＝3.5μm时包含直至S0min、S1min的周边，因此成为图23的范围，整体上观察时为仅两边扩展的范围。
需要指出，作为贯通孔30的Z轴方向的长度H也就是可动体32的厚度，不作特别限定，例如，优选为5.0μm以上且80.0μm以下。由此，在保持机械强度的同时，得到充分薄的可动体32。因此，能够实现物理量传感器1的小型化。另外，作为空隙Q的长度h，不作特别限定，例如，优选为1.0μm以上且3.5μm以下。由此，能够一边充分确保可动体32的可动域，一边充分增大静电电容Ca、Cb。另外，作为长度S0，不作特别限定，根据长度a、L而不同，例如优选为5μm以上且40μm以下，更优选为10μm以上且30μm以下。
以上，对第一区域R1中的贯通孔30的设计进行了说明。接下来，对第二区域R2进行说明。如前所述，在第二区域R2中未形成贯通孔30。通过在可动体32设置这样的第二区域R2，能够提高可动体32的机械强度。另外，还能够有意地增大可动体32的挤压膜阻尼。因此，如图24所示，能够使物理量传感器1的频率特性的Q值在高频率区域中降低，基于此，可动体32在高频率区域中不易振动。因此，使可动体32不易产生在高频率区域的振动，进一步地，即使在施加高频率区域的强振动时，也能够有效地抑制可动体32的破损。
这样的第二区域R2如图1所示设置在第一质量部321和第二质量部322的基部322A。另外，在第一质量部321中，在Y轴方向上分离设置一对第二区域R2。并且，从Z轴方向俯视观察时，一个第二区域R2与一个突起61重叠，另一个第二区域R2与另一个突起61重叠。也就是在可动体32产生过度的摆动时，第一质量部321在第二区域R2中与突起61接触。另外，在基部322A中，与Y轴方向分离设置一对第二区域R2。并且，从Z轴方向俯视观察时，一个第二区域R2与一个突起62重叠，另一个第二区域R2与另一个突起62重叠。也就是在可动体32产生过度的摆动时，第二质量部322在第二区域R2中与突起62接触。第二区域R2未形成贯通孔30，因此机械强度比形成有贯通孔30的第一区域R1高。因此，通过使第二区域R2与突起61、62接触，能够有效地抑制由接触时所产生的碰撞导致的可动体32的破损。
另外，从Z轴方向俯视观察时，设置在第一质量部321的一对第二区域R2与设置在第二质量部322的基部322A的一对第二区域R2相对于旋转轴J对称配置。由此，能够使第一质量部321和基部322A的绕旋转轴J的惯性转矩一致。
另外，四个第二区域R2分别在从Z轴方向俯视观察时呈正方形状，成为省略了3×3所计得9个贯通孔30的形成的构成。各第二区域R2的作为X轴方向的长度的宽度Wx为3×S0+4×S1，作为Y轴方向的长度的宽度Wy为3×S0+4×S1。也就是各第二区域R2的面积为(3×S0+4×S1)2＝9×S02+16×S12+24×S0×S1，四个第二区域R2的总面积为4(3×S0+4×S1)2＝36×S02+64×S12+96×S0×S1。通过使第二区域R2的总面积为36×S02+64×S12+96×S0×S1以上，能够充分增大可动体32的挤压膜阻尼，能够将高频率区域中的可动体32的位移量抑制为充分小。
需要指出，第二区域R2的面积(在存在多个时为总面积)优选为17100μm2以下。由此，能够充分确保能够检测的频段换言之能够检测的最低频率。作为能够检测的最低频率，例如优选为500Hz左右。由此，能够检测充分低频率的振动，并成为容易搭载在任何电子设备的物理量传感器1。
以上，对于物理量传感器1进行了说明，但作为物理量传感器1的构成特别是第二区域R2的构成，不作特别限定，至少只要宽度Wx和宽度Wy中的至少一方为S0+2×S1以上即可。也就是满足Wx≥S0+2×S1或Wy≥S0+2×S1就能够发挥上述效果。作为这样的例子，例如存在如图25所示的构成，各第二区域R2为省略一个贯通孔30的形成的构成。也就是Wx＝S0+2×S1、Wy＝S0+2×S1。
另外，例如，在图26所示的构成中，各第二区域R2以与突起61、62重叠的部分为中心，成为省略了5×5所计得25个的贯通孔30的形成的构成。另外，例如，在图27所示的构成中，成为各第二区域R2以与突起61、62重叠的部分为中心省略了7×7所计得49个的贯通孔30的形成的构成。这样，使第二区域R2的面积越大，可动体32在高频率区域中不易振动。
图28针对不具有第二区域R2的构成smp1、本实施方式的构成smp2、图26的构成smp3和图27所示的构成smp4示出耐振动性的随机抽样试验的结果的图表。在此，示出将构成smp1的耐振动性设为1时的构成smp2、smp3、smp4的耐振动性比。可知相比于不具第二区域R2的构成smp1，具有第二区域R2的构成smp2、smp3、smp4均具有较高的耐振动性。
另外，第二区域R2也可以设置在不与突起61、62重叠的位置。例如，在图29所示的构成中，第二区域R2不设置在第一质量部321和第二质量部322的基部322A，而只设置在扭矩发生部322B。另外，第二区域R2在Y轴方向上分离设置一对，各第二区域R2成为省略了5×5所计得25个的贯通孔30的形成的构成。
另外，例如，在图30所示的构成中，第二区域R2在第一质量部321和第二质量部322的基部322A分别逐个地设置。另外，设置在第一质量部321的第二区域R2在第一质量部321的中央部设置成不与突起61重叠，设置于基部322A的第二区域R2在基部322A的中央部设置成不与突起62重叠。另外，各第二区域R2成为省略了5×5所计得25个的贯通孔30的形成的构成。另外，例如，在图31所示的构成中，除了图30所示的构成之外，还在扭矩发生部322B也设置有第二区域R2。设置于扭矩发生部322B的第二区域R2设置在扭矩发生部322B的中央部，与设置于第一质量部321和基部322A的第二区域R2同样地成为省略了5×5所计得25个的贯通孔30的形成的构成。
另外，例如，在图32所示的构成中，第二区域R2在第一质量部321和第二质量部322的基部322A分别每五个地设置。另外，设置于第一质量部321的五个第二区域R2以不与突起61重叠的方式在第一质量部321的中央部和四个角落分散设置，设置于基部322A的五个第二区域R2也同样地以不与突起62重叠的方式在基部322A的中央部和四个角落分散设置。这样，通过将第二区域R2在可动体32上平衡度好地分散配置，从而降低在可动体32内的贯通孔30的形成不均(粗密)。因此，能够提高贯通孔30的加工精度。
另外，例如，在如图33所示的构成中，除了图32所示的构成之外，还在第二质量部322的扭矩发生部322B也设置五个第二区域R2。另外，设置在扭矩发生部322B的五个第二区域R2在扭矩发生部322B的中央部和四个角落分散设置。另外，例如，在图34所示的构成中，图33所示的构成和第二区域R2的配置相同，但位于分别的中央部的第二区域R2成为省略了1×3所计得3个的贯通孔30的形成的构成，位于四个角落的第二区域R2分别成为省略了2×4所计得8个的贯通孔30的形成的构成。另外，例如，在图35所示的构成中，从图33所示的构成省略设置于第一质量部321的第二区域R2和设置于基部322A的第二区域R2。
另外，例如，在图36所示的构成中，即使在扭矩发生部322B，将H、h设为恒定时的S0、S1的范围也满足上述式(17)。由此，能够充分降低可动体32的阻尼，能够维持在期望的带域内的检测灵敏度，能够降低噪声。需要指出，而且，优选为满足上述式(18)，更优选为满足上述式(19)，进一步优选为满足上述式(20)。在本构成中，空隙Q的Z轴方向的长度h为第一质量部321＝基部322A＜扭矩发生部322B的关系，因此与之对应地，贯通孔30的一边的长度S0为第一质量部321＝基部322A＜扭矩发生部322B，相邻的贯通孔30彼此的间隔S1为第一质量部321＝基部322A＜扭矩发生部322B。
以上，对物理量传感器1进行了说明。关于这样的物理量传感器1，如前所述，在将相互正交的三个方向设为作为第一方向的Y轴方向、作为第二方向的X轴方向和作为第三方向的Z轴方向时，具有：基板2；以及可动体32，与基板2隔开空隙，在Z轴方向上对置，并相对于基板2在Z轴方向上位移。另外，可动体32具有：第一区域R1，具备贯通Z轴方向，并从Z轴方向观察时的开口形状为正方形的多个贯通孔30；以及第二区域R2，不具备贯通孔30。并且，将贯通孔30的一边的长度设为S0，将相邻的贯通孔30彼此的间隔设为S1时，第二区域R2的作为X轴方向的长度的宽度Wx和作为Y轴方向的长度的宽度Wy中的至少一方为S0+2×S1以上。
通过在可动体32设置有这样的大小的第二区域R2，从而能够提高可动体32的机械强度。另外，还能够有意地增大可动体32的挤压膜阻尼。因此，降低能够物理量传感器1的频率特性的Q值，基于此，可动体32在高频率区域中不易振动。因此，使可动体32不易产生高频率区域的振动，进一步地即使在施加高频率区域的强振动时，也能够有效地抑制可动体32的破损。
另外，如前所述，第二区域R2的面积为36×S02+64×S12+96×S0×S1以上。由此，能够充分增大可动体32的挤压膜阻尼，能够将高频率区域中的可动体32の位移量抑制为充分小。
另外，如前所述，第二区域R2的面积为17100μm2以下。由此，能够充分确保能够检测的频段换言之能够检测的最低频率。
另外，如前所述，第一区域R1满足上述式(13)。由此，适当设计多个贯通孔30，能够一边具有优异的检测灵敏度，一边充分降低阻尼。因此，得到能够一边具有优异的检测灵敏度，一边确保期望的频率带域的物理量传感器1。
另外，如前所述，物理量传感器1具有：固定部31，固定于基板2；以及支承梁33，连接可动体32和固定部31，并形成沿着Y轴方向的旋转轴J。另外，可动体32能够绕旋转轴J位移，从Z轴方向俯视观察时，具有：第一质量部321，相对于旋转轴J位于X轴方向的一侧；以及第二质量部322，位于另一侧，绕旋转轴J的旋转转矩大于第一质量部321。另外，第二质量部322具有：作为第一部分的基部322A，相对于旋转轴J与第一质量部321对称；作为第二部分的扭矩发生部322B，相比于基部322A，位于远离旋转轴J的位置，并相对于旋转轴J与第一质量部321非对称。并且，位于第一质量部321和基部322A的第一区域R1分别满足C≤1.5×Cmin。由此，即使在进行杠杆式摆动的可动体32中，也能够充分地降低第一区域R1的阻尼。
另外，如前所述，位于扭矩发生部322B的第一区域R1满足C≤2.5×Cmin。由此，即使在进行杠杆式摆动的可动体32中，能够充分地降低第一区域R1的阻尼。另外，容易确保扭矩发生部322B的质量，能够有效地抑制检测灵敏度的降低。
另外，如前所述，物理量传感器1具有突起6，该突起6从基板2向可动体32侧突出，在从Z轴方向俯视观察时与第二区域R2重叠。由此，可动体32的与突起6接触的部分的机械强度高，能够抑制由于接触而导致的可动体32的破损。另外，通过与突起6接触，能够有效地抑制可动体32向基板2的贴附。
第二实施方式
图37是示出本发明的第二实施方式所涉及的物理量传感器的俯视图。
本实施方式除了贯通孔30的开口形状不同以外，以与前述第一实施方式相同。在以下的说明中，关于本实施方式，与前述实施方式的区别点为中心进行说明，关于相同的事项省略其说明。另外，在图37中，对与前述实施方式相同的构成标注相同的附图标记。
如图37所示，形成在第一区域R1的多个贯通孔30分别在俯视观察时的开口形状为圆形。多个贯通孔30遍及第一区域R1的整个区域均匀地配置。另外，多个贯通孔30在俯视观察时规则地配置，特别是在本实施方式中，X轴方向与Y轴方向并列配置为行列状。另外，多个贯通孔30为相互相同的大小。
需要指出，“圆形”是指实质上为圆形的意思，除了与圆形一致的情况之外，还包括从圆形偏离稍许的形状，例如加上制造上可能产生的误差等，真圆度在0.9～1.0范围内的圆形。
在此，在本实施方式中，将上述式(9)的r0设为贯通孔30的半径，将上述式(8)的rc设为相邻的贯通孔30彼此的中心间距离的一半。
在这样的构成的物理量传感器1中，各第二区域R2的宽度Wx和宽度Wy中的至少一方为4×rc－2×r0以上。由此，能够与前述第一实施方式同样地提高可动体32的机械强度。另外，还能够有意地增大可动体32的挤压膜阻尼。因此，能够降低物理量传感器1的频率特性的Q值，基于此，可动体32在高频率区域中不易振动。因此，使可动体32不易产生高频率区域的振动，而且，即使在施加高频率区域的强振动时，能够有效地抑制可动体32的破损。
特别是，在本实施方式中，宽度Wx和宽度Wy这两者为4×rc－2×r0以上。也就是宽度Wx≥4×rc－2×r0且宽度Wy≥4×rc－2×r0。由此，上述效果更显著。需要指出，在本实施方式中，各第二区域R2分别在从Z轴方向俯视观察时呈正方形状，成为省略了3×3所计得9的贯通孔30的形成的构成。因此，各第二区域R2的宽度Wx、宽度Wy分别为8×rc－2×r0。因此，具有充分大于作为下限值的4×rc－2×r0的宽度Wx、Wy，上述效果更显著。
如上所述，关于本实施方式的物理量传感器1，在将相互正交的三个方向设为作为第一方向的Y轴方向、作为第二方向的X轴方向和作为第三方向的Z轴方向时，具有：基板2；以及可动体32，与基板2隔开空隙并在Z轴方向上对置，相对于基板2在Z轴方向上位移。另外，可动体32具有：第一区域R1，具备贯通Z轴方向并从Z轴方向观察时的开口形状为圆形的多个贯通孔30；以及第二区域R2，不具备贯通孔30。并且，在将贯通孔30的半径设为ro，将相邻的贯通孔30彼此的中心间距离的一半设为rc时，第二区域R2的作为X轴方向的长度的宽度Wx和作为Y轴方向的长度的宽度Wy中的至少一方为4×rc－2×r0以上。
通过在可动体32设置这样的大小的第二区域R2，从而能够提高可动体32的机械强度。另外，还能够有意地增大可动体32的挤压膜阻尼。因此，能够降低物理量传感器1的频率特性的Q值，基于此，可动体32在高频率区域不易振动。因此，使可动体32不易产生高频率区域的振动，而且即使在施加高频率区域的强振动时，也能够有效地抑制可动体32的破损。
根据以上这样的第二实施方式，也能够发挥与前述第一实施方式相同的效果。
第三实施方式
图38是示出本发明的第三实施方式所涉及的物理量传感器的俯视图。
本实施方式除了贯通孔30的开口形状不同以外，与前述第一实施方式相同。在以下的说明中，关于本实施方式，以与前述实施方式的区别点为中心进行说明，关于相同的事项省略其说明。另外，在图38中，对于与前述实施方式相同的构成标注相同的附图标记。
如图38所示，形成于第一区域R1的多个贯通孔30分别在俯视观察的开口形状为正五边形。多个贯通孔30遍及第一区域R1的整个区域均匀配置。另外，多个贯通孔30在俯视观察时规则地配置，特别是在本实施方式中，与X轴方向和Y轴方向并列配置为行列状。另外，多个贯通孔30为相互相同的大小。
需要指出，在前述第一实施方式中，是在将贯通孔30的正方形的一边的长度设为S0，将在X轴方向或Y轴方向相邻的贯通孔30彼此的间隔设为S1的情况，而在本实施方式中，将贯通孔30的面积的平方根设为S0，将相邻的贯通孔30彼此的X轴方向的间隔Dx和Y轴方向的间隔Dy相加除以2所得的值设为S1。
在这样的构成的物理量传感器1中，各第二区域R2的宽度Wx和宽度Wy中的至少一方为S0+2×S1以上。由此，能够与前述第一实施方式同样地提高可动体32的机械强度。另外，还能够有意地增大可动体32的挤压膜阻尼。因此，能够降低物理量传感器1的频率特性的Q值，基于此，可动体32在高频率区域中不易振动。因此，使可动体32不易产生高频率区域的振动，而且，即使施加高频率区域的强振动时，也能够有效地抑制可动体32的破损。
特别是在本实施方式中，宽度Wx和宽度Wy这两者为S0+2×S1以上。也就是宽度Wx≥S0+2×S1且宽度Wy≥S0+2×S1。由此，上述效果更显著。需要指出，在本实施方式中，各第二区域R2分别在从Z轴方向俯视观察时呈正方形状，成为省略了3×3所计得9的贯通孔30的形成的构成。因此，各第二区域R2的宽度Wx、宽度Wy分别为约3×S0+4×S1。因此，具有充分大于作为下限值的S0+2×S1的宽度Wx、Wy，上述效果更显著。
如上所述，关于本实施方式的物理量传感器1，在将相互正交的三个方向设为作为第一方向的Y轴方向、作为第二方向的X轴方向和作为第三方向的Z轴方向时，具有：基板2；以及可动体32，与基板2隔开空隙并在Z轴方向上对置，相对于基板2在Z轴方向上位移。另外，可动体32具有：第一区域R1，具备贯通Z轴方向，并在从Z轴方向观察时的开口形状为多边形的多个贯通孔30；以及第二区域R2，不具备贯通孔30。并且，在将贯通孔30的面积的平方根设为S0，将相邻的贯通孔30彼此的X轴方向的间隔Dx和Y轴方向的间隔Dy相加除以2所得的值设为S1时，第二区域R2的作为X轴方向的长度的宽度Wx和作为Y轴方向的长度的宽度Wy中的至少一方为S0+2×S1以上。
通过在可动体32设置这样的大小的第二区域R2，从而能够增强可动体32的机械强度。另外，还能够有意地增大可动体32的挤压膜阻尼。因此，能够降低物理量传感器1的频率特性的Q值，基于此，可动体32在高频率区域中不易振动。因此，使可动体32不易产生高频率区域的振动，而且即使施加高频率区域的强振动时，也能够有效地抑制可动体32的破损。
通过以上这样的第三实施方式，也能够发挥与前述第一实施方式相同的效果。
在此，在本实施方式中，在俯视观察时的贯通孔30的开口形状为正五边形，但不限定于此，例如，除了三角形、四角形、正五边形以外，也可以是五边形、六边形、六边形以上的多边形。贯通孔30的开口形状为正五边形以外的多边形，可得到与本实施方式相同的效果。
第四实施方式
图39是示出作为第四实施方式所涉及的电子设备的智能手机的俯视图。
图39所示的智能手机1200应用本发明的电子设备。智能手机1200内置有物理量传感器1和控制电路1210，该控制电路1210基于从物理量传感器1输出的检测信号进行控制。通过物理量传感器1检测到的检测数据发送至控制电路1210，控制电路1210能够根据接收到的检测数据识别智能手机1200的姿势、举动，从而使显示部1208所显示的图像变化，或发出警告声、效果音，或者驱动振动马达使主体振动。
作为这样的电子设备的智能手机1200包括：物理量传感器1和控制电路1210，该控制电路1210基于从物理量传感器1输出的检测信号进行控制。因此，能够享有前述物理量传感器1的效果，能够发挥高的可靠性。
需要指出，本发明的电子设备除了应用于前述智能手机1200之外，例如，还可以应用于个人计算机、数字静物照相机、平板终端、钟表、智能手表、喷墨打印机、便携型个人计算机、电视、智能眼镜、HMD(头戴式显示器)等可穿戴终端、摄像机、磁带录像机、汽车导航装置、行车记录仪、传呼机、电子记事本、电子辞典、电子翻译机、计算器、电子游戏设备、玩具、文字处理器、工作站、可视电话、防盗视频监视器、电子双目镜、POS终端、医疗设备、鱼群探测机、各种测定设备、移动体终端基站用设备、车辆、铁道车辆、航空机、直升机、船舶等的各种计量仪器类、飞行模拟器、网络服务器等。
第五实施方式
图40是示出作为第五实施方式所涉及的电子设备的惯性计测装置的分解立体图。图41是图40所示的惯性计测装置所具有的基板的立体图。
作为图40所示的电子设备的惯性计测装置2000(IMU：Inertial MeasurementUnit)是检测汽车、机器人等被组装装置的姿势、举动的惯性计测装置。惯性计测装置2000作为具备三轴加速度传感器和三轴角速度传感器的六轴运动传感器发挥功能。
惯性计测装置2000是平面形状为大致正方形的立方体。另外，在位于正方形的对角线方向的两处顶点附近形成有作为固定部的螺孔2110。这两处的螺孔2110供2个螺钉通过，能够在汽车等被组装体的被组装面固定惯性计测装置2000。需要指出，通过部件的选定、设计变更，也能够小型化为能够搭载于例如智能手机、数码相机的尺寸。
惯性计测装置2000具有：外壳2100、接合部件2200以及传感器模块2300，形成在外壳2100的内部借由接合部件2200***有传感器模块2300的构成。外壳2100的外形与前述惯性计测装置2000的整体形状同样地是平面形状为大致正方形的立方体，在位于正方形的对角线方向的两处顶点附近分别形成有螺孔2110。另外，外壳2100为箱状，在其内部收纳有传感器模块2300。
传感器模块2300具有内壳2310和基板2320。内壳2310是支承基板2320的部件，形成为卡止在外壳2100的内部的形状。另外，内壳2310形成有用于防止与基板2320的接触的凹部2311、用于使后述的连接器2330露出的开口2312。这样的内壳2310通过接合部件2200而接合于外壳2100。另外，内壳2310的下表面通过粘接剂而接合有基板2320。
如图41所示，在基板2320的上表面安装有连接器2330、检测绕Z轴的角速度的角速度传感器2340z、检测X轴、Y轴和Z轴的各轴方向的加速度的加速度传感器2350等。另外，在基板2320的侧面安装有检测绕X轴的角速度的角速度传感器2340x和检测绕Y轴的角速度的角速度传感器2340y。并且，例如作为加速度传感器2350，能够使用本发明的物理量传感器。
另外，在基板2320的下表面安装有控制IC2360。控制IC2360是MCU(MicroController Unit)，并控制惯性计测装置2000的各部分。存储部存储有规定用于检测加速度和角速度的顺序、内容的程序、将检测数据数字化并组入数据包数据的程序、附属的数据等。需要指出，基板2320除此之外还安装有多个电子部件。
第六实施方式
图42是示出作为第六实施方式所涉及的电子设备的移动体定位装置的整体***的框图。图43是示出图42所示的移动体定位装置的作用的图。
图42所示的移动体定位装置3000是组装于移动体加以使用的用于进行该移动体的定位的装置。需要指出，作为移动体，不作特别限定，自行车、汽车、电动二轮车、电车、飞机、船等中的任一种都可以，在本实施方式中，对使用四轮汽车特别是农用拖拉机作为移动体的情况进行说明。
移动体定位装置3000具有：惯性计测装置3100(IMU)、运算处理部3200、GPS接收部3300、接收天线3400、位置信息获取部3500、位置合成部3600、处理部3700、通信部3800以及显示部3900。需要指出，作为惯性计测装置3100，例如能够使用前述惯性计测装置2000。
惯性计测装置3100具有三轴的加速度传感器3110和三轴的角速度传感器3120。运算处理部3200接收来自加速度传感器3110的加速度数据和来自角速度传感器3120的角速度数据，对这些数据进行惯性导航运算处理，并输出包含移动体的加速度和姿势的惯性导航定位数据。
另外，GPS接收部3300通过接收天线3400接收来自GPS卫星的信号。另外，位置信息获取部3500基于GPS接收部3300所接收的信号，输出表示移动体定位装置3000的位置(纬度、经度、高度)、速度、方位的GPS定位数据。该GPS定位数据还包括示出接收状态、接收时刻等的状态数据。
位置合成部3600基于从运算处理部3200输出的惯性导航定位数据和从位置信息获取部3500输出的GPS定位数据，算出移动体的位置具体而言算出移动体在地面的什么位置行驶。例如，即使GPS定位数据所包含的移动体的位置相同，如图43所示，若受地面的倾斜θ等的影响而移动体的姿势不同，也成为移动体在地面的不同位置行驶的情况。因此，仅通过GPS定位数据无法算出移动体的准确的位置。由此，位置合成部3600使用惯性导航定位数据，算出移动体在地面的什么位置行驶。
从位置合成部3600输出的位置数据通过处理部3700进行预定的处理，作为定位结果显示于显示部3900。另外，位置数据也可以通过通信部3800发送到外部装置。
第七实施方式
图44是示出第七实施方式所涉及的移动体的立体图。
图44所示的汽车1500是应用本发明的移动体的汽车。该图中，汽车1500包括引擎***、刹车***和无钥匙进入***中的至少任意一个***1510。另外，汽车1500内置有物理量传感器1，能够通过物理量传感器1检测车体的姿势。物理量传感器1的检测信号被供给至控制电路1502，控制电路1502能够基于该信号控制***1510。
这样，作为移动体的汽车1500包括物理量传感器1和控制电路1502，该控制电路1502基于从物理量传感器1输出的检测信号进行控制。因此，能够享有前述物理量传感器1的效果，能够发挥高可靠性。
需要指出，物理量传感器1除此之外，还能够广泛应用于汽车导航***、车载空调、防抱死刹车***(ABS)、安全气囊、轮胎气压监测***(TPMS：Tire Pressure MonitoringSystem)、引擎控制、混合动力汽车、电气汽车的电池监控等电子控制单元(ECU：electroniccontrol unit)。另外，作为移动体，不限定于汽车1500，例如是铁道车辆、飞机、直升机、火箭、人工卫星、船舶、AGV(无人运输车)、电梯、电扶梯、双足步行机器人、遥控飞机等无人机、无线电操作模型、铁道模型、其它玩具等。
以上，基于图示的实施方式说明了本发明的物理量传感器、电子设备和移动体，但本发明并不限定于此，各部分的构成能够置换为具有相同功能的任意构成。另外，也可以对本发明附加其它任意的构成物。另外，也可以适当组合前述实施方式。
另外，在前述实施方式中，对物理量传感器检测加速度的构成进行了说明，但作为物理量传感器所检测的物理量，不作特别限定，例如也可以是角速度、压力等。

Claims (11)

1.一种物理量传感器，其特征在于，
在将相互正交的三个方向设为第一方向、第二方向和第三方向时，
所述物理量传感器具有：
基板；以及
可动体，与所述基板隔开空隙并在所述第三方向上对置，相对于所述基板在所述第三方向上位移，
所述可动体具有：
第一区域，具备在所述第三方向贯通并从所述第三方向观察时的开口形状为正方形的多个贯通孔；以及
第二区域，不具备贯通孔，
将所述贯通孔的一边的长度设为S0，将相邻的所述贯通孔彼此的间隔设为S1时，
所述第二区域的所述第一方向的长度和所述第二方向的长度中的至少一方为S0+2×S1以上。
2.一种物理量传感器，其特征在于，
在将相互正交的三个方向设为第一方向、第二方向和第三方向时，
所述物理量传感器具有：
基板；以及
可动体，与所述基板隔开空隙并在所述第三方向上对置，相对于所述基板在所述第三方向上位移，
所述可动体具有：第一区域，具备在所述第三方向贯通并从所述第三方向观察时的开口形状为圆形的多个贯通孔；以及第二区域，不具备贯通孔，
将所述贯通孔的半径设为ro，将相邻的所述贯通孔彼此的中心间距离的一半设为rc时，
所述第二区域的所述第一方向的长度和所述第二方向的长度中的至少一方为4×rc－2×r0以上。
3.一种物理量传感器，其特征在于，
在将相互正交的三个方向设为第一方向、第二方向和第三方向时，
所述物理量传感器具有：
基板；以及
可动体，与所述基板隔开空隙并在所述第三方向上对置，相对于所述基板在所述第三方向上位移，
所述可动体具有：第一区域，具备在所述第三方向贯通并从所述第三方向观察时的开口形状为多边形的多个贯通孔；以及第二区域，不具备贯通孔，
在将所述贯通孔的面积的平方根设为S0，将相邻的所述贯通孔彼此的所述第一方向的间隔和所述第二方向的间隔相加并除以2所得的值设为S1时，
所述第二区域的所述第一方向的长度和所述第二方向的长度中的至少一方为S0+2×S1以上。
4.根据权利要求1或3所述的物理量传感器，其特征在于，
所述第二区域的面积为36×S02+64×S12+96×S0×S1以上。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的物理量传感器，其特征在于，
所述第二区域的面积为17100μm2以下。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的物理量传感器，其特征在于，
所述第一区域满足下述数学式1的关系：
数学式1
C≤1.5×Cmin
在将所述贯通孔的所述第三方向的长度设为H，将所述可动体的沿着所述第一方向的长度的1/2的长度设为a，将所述可动体的沿着所述第二方向的长度设为L，将所述空隙的所述第三方向的长度设为h，将处于所述空隙内的气体的粘性阻抗设为μ，将所述可动体所产生的阻尼设为C时，为数学式2所示：
数学式2
Figure FDA0002953533860000041
Figure FDA0002953533860000042
Figure FDA0002953533860000043
Figure FDA0002953533860000044
K(β)＝4β2-β4-4lnβ-3
Figure FDA0002953533860000045
Figure FDA0002953533860000046
r0＝0.547×S0
其中，H、a、L、h的单位为m，μ的单位为kg/ms，
在上述式(1)中，将满足下述数学式3的关系时的C设为Cmin：
数学式3
Figure FDA0002953533860000047
7.根据权利要求6所述的物理量传感器，其特征在于，
固定部，固定于所述基板；以及
支承梁，连接所述可动体和所述固定部，并形成沿着所述第一方向的旋转轴，
所述可动体能够绕所述旋转轴位移，在从所述第三方向俯视观察时，所述可动体具有：第一质量部，相对于所述旋转轴位于所述第二方向一侧；以及第二质量部，位于另一侧，绕所述旋转轴的旋转转矩大于所述第一质量部绕所述旋转轴的旋转转矩，
所述第二质量部具有：第一部分，与所述第一质量部关于所述旋转轴对称；第二部分，位于比所述第一部分更远离所述旋转轴的位置，与所述第一质量部关于所述旋转轴非对称，
位于所述第一质量部和所述第一部分的所述第一区域分别满足C≤1.5×Cmin。
8.根据权利要求7所述的物理量传感器，其特征在于，
位于所述第二部分的所述第一区域满足C≤2.5×Cmin。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的物理量传感器，其特征在于，
所述物理量传感器具有突起，所述突起从所述基板向所述可动体侧突出，在从所述第三方向俯视观察时所述突起与所述第二区域重叠。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
权利要求1至9中任一项所述的物理量传感器；以及
控制电路，基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
11.一种移动体，其特征在于，包括：
权利要求1至9中任一项所述的物理量传感器；以及
控制电路，基于从所述物理量传感器输出的检测信号进行控制。
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