JP2013156121A - 物理量センサーおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を簡略化することができ、かつ、信頼性の高い物理量センサーを提供する。
【解決手段】本発明に係る物理量センサー１００は、基板１０と、基板１０の上方に設けられている揺動体２０と、揺動体２０を支持し、第１軸に沿って配置されている支持部４０，４２と、基板１０に設けられ、揺動体２０に対向配置されている検出電極５０，５２と、を含み、揺動体２０は、前記第１軸に平面で直交する第２軸と交差する一対の側面を備え、前記第一対の側面の少なくとも一方には、突起部３０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理量センサーおよび電子機器に関する。

近年、例えばシリコンＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて物理量を検出する慣性センサーなどの物理量センサーが開発されている。

例えば、特許文献１では、回転動作（シーソー揺動）を利用して、Ｚ軸方向の加速度を検出するシーソー型の物理量センサーが開示されている。特許文献１の物理量センサーは、導電性プレートと、質量が異なる第１及び第２の領域を有する保証質量と、を有しており、この保証質量はＺ軸方向の加速度に応じて、第１及び第２の領域を分離する可撓軸周りに回転する。特許文献１の物理量センサーは、この保証質量の回転によって生じる、導電性プレートと保証質量との間の静電容量の変化から加速度を検出している。

また、特許文献１の物理量センサーは、保証質量の回転を制限するための保護シールドと、この保護シールドに向かって突き出ているストッパーを有している。これにより、導電性プレートと保証質量とが接触することを防いで、信頼性を高めている。

特開２００８−５２９００１号公報

しかしながら、特許文献１の物理量センサーでは、所定の材料を保証質量の上に堆積させ、パターンニングすることによってストッパーを形成しなければならず、製造工程が複雑化するという問題があった。

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、製造工程を簡略化することができ、かつ、信頼性の高い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、上記物理量センサーを含む電子機器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、
前記基板の上方に設けられている揺動体と、
前記揺動体を支持し、第１軸に沿って配置されている支持部と、
前記基板に設けられ、前記揺動体に対向配置されている検出電極と、
を含み、
前記揺動体は、前記第１軸に平面で直交する第２軸と交差する一対の側面を備え、
前記第一対の側面の少なくとも一方には、突起部が設けられている。

このような物理量センサーによれば、大きな加速度が生じた場合に、揺動体が基板に衝突することを防ぐことができる。したがって、揺動体の損傷を防ぐことができ、信頼性を高めることができる。さらに、突起部が揺動体の側面に設けられているため、例えば、揺動体および突起部を、１つの基板をパターニングすることにより形成することができる。そのため、製造工程を簡略化することができる。

［適用例２］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記基板の前記検出電極の配置領域の外側に設けられ、かつ、前記揺動体に対向配置されている電極を含み、
前記電極は、前記揺動体と電気的に接続されていてもよい。

このような物理量センサーによれば、揺動体と電極とを等電位にすることができ、揺動体が基板に張り付くことを防ぐことができる。

［適用例３］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記突起部は、平面視において、前記検出電極および前記電極と重ならなくてもよい。

このような物理量センサーによれば、突起部が基板に衝突した際に、検出電極および電極が損傷することを防ぐことができる。

［適用例４］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記突起部の平面形状は、先端が先鋭状であってもよい。

このような物理量センサーによれば、突起部と基板との接触面積を小さくすることができ、揺動体（突起部）が基板に張り付くことを防ぐことができる。

［適用例５］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記突起部の平面形状は、先端が円弧状であってもよい。

このような物理量センサーによれば、突起部と基板との接触面積を小さくすることができ、揺動体（突起部）が基板に張り付くことを防ぐことができる。

［適用例６］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記突起部は、前記揺動体と一体に設けられていてもよい。

このような物理量センサーによれば、製造工程を簡略化することができる。

［適用例７］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記第１側面は、前記第１側面の前記第１軸方向の幅の中心を通る前記第２軸によって、第１領域と第２領域とに区画したときに、
前記第１領域および前記第２領域には、それぞれ前記突起部が設けられていてもよい。

このような物理量センサーによれば、揺動体が基板に衝突することをより確実に防ぐことができる。

［適用例８］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記揺動体の周囲には枠体が配置され、
前記揺動体は前記支持部によって前記枠体から離間して接続され、
前記揺動体および前記突起部の外側の縁と、前記枠体の内側の縁との間の空隙の幅は、均一であってもよい。

このような物理量センサーによれば、装置の小型化を図ることができる。また、基板にセンサー基板を接合し、センサー基板をエッチングして揺動体を形成する工程において、揺動体および突起部の外側の縁と、枠体の内側の縁との間の空隙の幅を均一になるように設計すれば、１回のエッチング工程で揺動体および突起部を形成することができ、製造効率を改善できる。

［適用例９］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記揺動体は、前記第１軸を境にしたときに一方の領域と他方の領域とで質量が異なっていてもよい。

［適用例１０］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記検出電極は、前記揺動体の前記一方の領域に対向する位置に配置された第１検出電極と、前記揺動体の前記他方の領域に対向する位置に配置された第２検出電極と、を含んでいてもよい。

［適用例１１］
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によれば、本適用例に係る物理量センサーを含むため、製造工程を簡略化することができ、かつ、高い信頼性を有する。

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。 揺動体の動作および可変容量の容量値の変化について説明するための図。 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を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る電子機器を模式的に示す斜視図。

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および図３は、本実施形態に係る物理量センサー１００を模式的に示す断面図である。なお、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。また、図１では、便宜上、蓋体７０の図示を省略している。図１〜図３では、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。

物理量センサー１００は、例えば、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加速度センサー（静電容量型加速度センサー、静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサー）として利用可能である。

物理量センサー１００は、図１および図２に示すように、支持基板１０と、揺動体２０と、突起部３０と、支持部４０，４２と、第１検出電極５０と、第２検出電極５２と、対向電極（電極）５４と、枠体６０と、蓋体７０と、を含んで構成されている。

支持基板１０には、第１検出電極５０と、第２検出電極５２と、対向電極５４と、が設けられている。図示の例では、これらの電極５０，５２，５４は、支持基板１０の凹部１２の底部を規定する面１４に設けられている。また、支持基板１０には、枠体６０および蓋体７０が接合されている。支持基板１０と、蓋体７０とで、揺動体２０を収容するための空間を形成することができる。支持基板１０の材質は、特に限定されないが、例えば、ガラスである。

揺動体２０は、支持基板１０の上方に設けられている。揺動体２０は、第１支持部４０および第２支持部４２によって、支持されている。揺動体２０は、例えば鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度が生じると、支持部４０，４２によって決定される支持軸Ｑを揺動軸（回転軸）として、シーソー揺動（シーソー動作）することができる。

揺動体２０は、第１シーソー片（第１部分）２０ａと、第２シーソー片（第２部分）２０ｂと、を有する。第１シーソー片２０ａは、平面視において、支持軸Ｑによって区画される揺動体２０の２つの部分のうちの一方（図１では右側に位置する部分）である。第２シーソー片２０ｂは、平面視において、支持軸Ｑによって区画される揺動体２０の２つの部分のうちの他方（図１では左側に位置する部分）である。

例えば、鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度（例えば重力加速度）が揺動体２０に加わった場合、第１シーソー片２０ａと第２シーソー片２０ｂ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（例えば反時計回りの回転モーメント）が均衡した場合には、揺動体２０の傾きに変化が生じず、加速度の変化を検出することができない。したがって、鉛直方向（Ｚ軸方向）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、揺動体２０に所定の傾きが生じるように、揺動体２０が設計される。

物理量センサー１００では、支持軸Ｑを、揺動体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、揺動体２０は、支持軸Ｑを境にしたときに、一方の領域（第１シーソー片２０ａ）と他方の領域（第２シーソー片２０ｂ）とで質量が異なる。具体的には、支持軸Ｑから第１シーソー片２０ａの第１側面２４までの距離は、支持軸Ｑから第２シーソー片２０ｂの第２側面２５までの距離よりも大きい。また、第１シーソー片２０ａの厚みと、第２シーソー片２０ｂの厚みとは、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（Ｚ軸方向）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（Ｚ軸方向）の加速度が加わったときに、揺動体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を揺動体２０の中心に配置し、かつ、シーソー片２０ａ，２０ｂの厚み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（Ｚ軸方向）の加速度が加わったときに、揺動体２０に所定の傾きを生じさせることができる。

揺動体２０の平面形状（Ｚ軸方向からみたときの形状）は、例えば、長方形である。具体的には、揺動体２０の平面形状は、Ｘ軸に沿う長辺、Ｙ軸に沿う短辺を有する長方形である。また、第１シーソー片２０ａの平面形状は、例えば、Ｘ軸に沿う長辺、Ｙ軸に沿う短辺を有する長方形であり、第２シーソー片２０ｂの平面形状は、例えば、Ｙ軸に沿う長辺、Ｘ軸に沿う短辺を有する長方形である。なお、揺動体２０および各シーソー片２０ａ，２０ｂの平面形状は、特に限定されない。

揺動体２０は、支持基板１０と離間して設けられている。図示の例では、揺動体２０と支持基板１０との間には、空隙２が設けられている。また、揺動体２０は、支持部４０，４２によって、枠体６０から離間して接続されている。揺動体２０と枠体６０との間には、空隙４が設けられている。揺動体２０の周囲に空隙２，４が存在することによって、揺動体２０は、シーソー揺動することができる。

揺動体２０は、可動電極２１ａ，２１ｂとして機能する。揺動体２０が導電性材料（不純物がドープされたシリコン等）で構成されることによって、可動電極が形成されてもよく、また、揺動体２０の表面に金属等の導体層からなる可動電極を形成することもできる。図示の例では、揺動体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２１ａ，２１ｂが形成されている。すなわち、第１シーソー片２０ａが可動電極２１ａとして機能し、第２シーソー片２０ｂが可動電極２１ｂとして機能している。

また、支持基板１０の、可動電極２１ａに対向する位置には、第１検出電極５０が設けられている。この可動電極２１ａと第１検出電極５０とによって、可変容量Ｃ１が構成されている。支持基板１０の、可動電極２１ｂに対向する位置には、第２検出電極５２が設けられている。この可動電極２１ｂと第２検出電極５２とによって、可変容量Ｃ２が構成されている。可変容量Ｃ１および可変容量Ｃ２は、例えば、図２に示す揺動体２０が水平である状態において、同じ容量となるように構成される。可動電極２１ａおよび可動電極２１ｂは、揺動体３０のシーソー揺動に応じて位置が変化する。これにより、可変容量Ｃ１，Ｃ２の容量値が変化する。図示の例では、揺動体２０自体によって可動電極２１ａ，２１ｂが形成されているため、可動電極２１ａ，２１ｂは、同じ電位を有する電極である。

なお、図示はしないが、蓋体７０の、可動電極２１ａに対向する位置に第１検出電極５０が設けられ、蓋体７０の、可動電極２１ｂに対向する位置に第２検出電極５２が設けられてもよい。

揺動体２０には、揺動体２０の上面２８から揺動体２０の下面２９まで貫通する貫通孔（スリット）２６が設けられている。これにより、揺動体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。図示の例では、貫通孔２６は、複数設けられている。

突起部３０は、第１シーソー片２０ａの側面（第１側面）２４および第２シーソー片２０ｂの側面（第２側面）２５に設けられている。ここで、第１側面２４および第２側面２５は、支持軸（第１軸）Ｑに平面で直交する軸（第２軸）Ｌと交差する（図示の例では直交する）一対の面である。言い換えると、第１側面２４と第２側面２５とは、支持軸Ｑを挟んで互いに対向する面である。図示の例では、第１側面２４および第２側面２５は、互いに平行である。また、第１側面２４および第２側面２５は、支持軸Ｑに対して平行である。第１側面２４は、例えば、第１シーソー片２０ａの面のうち、支持軸Ｑから最も離れた位置にある面である。また、第２側面２５は、例えば、第２シーソー片２０ｂの面のうち、支持軸Ｑから最も離れた位置にある面である。

突起部３０は、側面２４，２５から、揺動体２０の上面２８（または下面２９）の面内方向に延出している。図示の例では、第１側面２４に設けられた突起部３０は、第１側面２４から、＋Ｘ軸方向に延出している。また、第２側面２５に設けられた突起部３０は、第２側面２５から−Ｘ軸方向に延出している。突起部３０は、例えば、揺動体２０および突起部３０からなる構造体（支持軸Ｑを揺動軸としてシーソー揺動する構造体）において、支持軸Ｑから最も離れた部分（端部）である。そのため、突起部３０は、大きな加速度が生じて支持基板１０に当該構造体が接触する際に、当該構造体において、最初に支持基板１０に接触することができる。突起部３０は、揺動体２０の動作（シーソー揺動）を制限するためのストッパーとして機能することができる。

突起部３０の平面形状は、図示の例では、四角形である。突起部３０の厚み（図示の例ではＺ軸方向の大きさ）は、揺動体２０（シーソー片２０ａ，２０ｂ）の厚み（図示の例ではＺ軸方向の大きさ）と同じである。

揺動体２０のＸ軸方向の大きさは、例えば、１ｍｍ程度であり、揺動体２０のＹ軸方向の大きさは、例えば、３００〜５００μｍ程度である。突起部３０のＸ軸方向の大きさは、例えば、１０μｍ程度であり、突起部３０のＹ軸方向の大きさは、例えば、１０μｍ程度である。

突起部３０は、揺動体２０と一体に設けられている。具体的には、突起部３０と揺動体２０とは、１つの基板（後述するシリコン基板２０１）をパターニングすることによって一体的に形成される。図示の例では、揺動体２０、突起部３０、支持部４０，４２、枠体６０が一体的に形成されている。

第１側面２４は、図１に示すように、軸Ｌによって、第１領域２４ａと第２領域２４ｂとに区画されている。具体的には、第１側面２４は、第１側面２４の支持軸（第１軸）Ｑに沿う方向（Ｙ方向）の幅の中心を通る軸Ｌによって、第１領域２４ａと第２領域２４ｂとに区画されている。図１に示す例では、軸Ｌは、第１側面２４の中心および第２側面２５の中心を通り、かつ、ＸＹ平面において支持軸Ｑと直交している。第１領域２４ａおよび第２領域２４ｂには、それぞれ突起部３０が設けられている。図示の例では、第１領域２４ａおよび第２領域２４ｂには、それぞれ１つの突起部３０が設けられているが、各領域２４ａ，２４ｂには、複数の突起部３０が設けられてもよい。

第２側面２５は、図１に示すように、軸Ｌによって、第３領域２５ａと第４領域２５ｂとに区画されている。具体的には、第２側面２５は、第２側面２５の支持軸（第１軸）Ｑに沿う方向（Ｙ方向）の幅の中心を通る軸Ｌによって、第３領域２５ａと第４領域２５ｂとに区画されている。第３領域２５ａおよび第４領域２５ｂには、それぞれ突起部３０が設けられている。図示の例では、第３領域２５ａおよび第４領域２５ｂには、それぞれ１つの突起部３０が設けられているが、各領域２５ａ，２５ｂには、複数の突起部３０が設けられてもよい。第１側面２４に設けられる突起部３０の数と、第２側面２５に設けられる突起部３０の数は、例えば、同じである。

第１支持部４０および第２支持部４２は、揺動体２０を支持している。第１支持部４０および第２支持部４２は、トーションバネ（捻りバネ）として機能する。これにより、揺動体２０がシーソー揺動することによりバネに生じるねじり変形に対して強い復元力を有し、支持部が破損することを防止することができる。

第１支持部４０および第２支持部４２は、支持軸Ｑに沿って配置されている。第１支持部４０および第２支持部４２は、揺動体２０の回転中心（揺動中心）となる支持軸Ｑの位置を決定する部材である。図示の例では、第１支持部４０および第２支持部４２は、平面視において、支持軸Ｑに重なっている。第１支持部４０および第２支持部４２は、枠体６０から揺動体２０まで延出している。第１支持部４０および第２支持部４２の延出方向（Ｙ軸方向）は、支持軸Ｑの延出方向（Ｙ軸方向）と一致している。揺動体２０は、支持部４０，４２を介して、枠体６０に固定される。

第１検出電極５０は、支持基板１０上に設けられている。第１検出電極５０は、揺動体２０（可動電極２１ａ）に対向配置されている。第１検出電極５０上には、空隙２を介して、可動電極２１ａが位置している。第１検出電極５０は、可動電極２１ａとの間に容量Ｃ１を形成するように設けられている。

第２検出電極５２は、支持基板１０上に設けられている。第２検出電極５２は、揺動体２０（可動電極２１ｂ）に対向配置されている。第２検出電極５２上には、空隙２を介して、可動電極２１ｂが位置している。第２検出電極５２は、可動電極２１ｂとの間に容量Ｃ２を形成するように設けられている。第１検出電極５０の平面形状と、第２検出電極５２の平面形状は、例えば、支持軸Ｑを軸として、線対称である。

対向電極５４は、支持基板１０上に設けられている。対向電極５４は、支持基板１０の検出電極５０，５２の配置領域の外側に設けられている。対向電極５４は、揺動体２０に対向配置されている。対向電極５４上には、空隙２を介して、揺動体２０が位置している。対向電極５４は、揺動体２０と対向する位置であって、検出電極５０，５２が設けられている領域を避けて形成されている。対向電極５４は、揺動体２０と電気的に接続されている。具体的には、対向電極５４は、図３に示すように、凹部１２の底部を規定する面１４、凹部１２の側部を規定する面、および枠体６０と支持基板１０との間の領域に形成されており、枠体６０、支持部４０，４２を介して、揺動体２０に接続されている。そのため、対向電極５４は、揺動体２０と等電位であることができる。

検出電極５０，５２および対向電極５４は、例えば、平面視において、突起部３０と重ならない位置に設けられている。検出電極５０，５２および対向電極５４は、例えば、突起部３０が支持基板１０に接触する領域を避けて設けられている。

検出電極５０，５２および対向電極５４の材質は、例えば、アルミ、金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等である。検出電極５０，５２および対向電極５４の材質は、ＩＴＯ等の透明電極材料であることが望ましい。検出電極５０，５２および対向電極５４として、透明電極材料を用いることにより、支持基板１０が透明基板（ガラス基板）である場合、電極５０，５２，５４上に存在する異物等を容易に視認することができるためである。

枠体６０は、支持基板１０上に設けられている。枠体６０は、平面視において、揺動体２０および突起部３０を囲んでいる。図１に示すように、揺動体２０および突起部３０の外側の縁（揺動体および突起部とで構成された可動体の外側の縁）と、枠体６０の内側の縁との間の空隙４の幅は、均一である。支持基板にセンサー基板を接合し、センサー基板をエッチングして揺動体を形成する工程において、揺動体および突起部の外側の縁と、枠体の内側の縁との間の空隙の幅を均一になるように設計すれば、１回のエッチング工程で揺動体および突起部を形成することができ、製造効率を改善できる。すなわち、空隙４の幅は、図８に示すシリコン基板２０１（センサー基板）を、所望の形状にパターニングして、揺動体を形成する工程におけるエッチングの抜き幅である。

図１に示す例では、枠体６０の突起部３０に対向する側面には、凹部６２が設けられている。凹部６２は、枠体６０の側面に設けられた窪みである。枠体６０に凹部６２を形成することにより、例えば、揺動体２０（第１側面２４）と枠体６０との間の空隙４の大きさ４ａと、突起部３０と枠体６０との間の空隙４の大きさ４ｂとを、等しくすることができる。これにより、１つの基板（後述するシリコン基板２０１）をエッチングして揺動体２０および突起部３０を形成する場合に、加工精度を高めることができる。空隙４の大きさ４ａ，４ｂは、例えば、４〜５μｍ程度である。さらに、凹部を設けない場合と比べて、装置の小型化を図ることができる。凹部６２の平面形状は、突起部３０の平面形状に対応する四角形である。枠体６０の材質は、例えば、揺動体２０の材質と同じである。

蓋体７０は、支持基板１０に載置されている。蓋体７０としては、例えば、シリコン基板（シリコン製の基板）を用いることができる。支持基板１０としてガラス基板を用いた場合、支持基板１０と蓋体７０とは、陽極接合によって接合されていてもよい。

次に、揺動体２０の動作と、その動作に伴う可変容量Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化について説明する。図４は、揺動体２０の動作および可変容量Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化について説明するための図である。

図４（Ａ）では、揺動体２０は、水平状態を維持している（この状態は、重力加速度がない状態（無重力状態）に対応する）。支持軸Ｑと第１シーソー片２０ａの先端との間の距離は、支持軸Ｑと第２シーソー片２０ｂの先端との間の距離よりも大きい。そのため、図４（Ａ）の状態で、例えば、鉛直下向き（−Ｚ軸方向）に加速度が生じたとき、第１シーソー片２０ａに生じる回転モーメントは、第２シーソー片２０ｂに生じる回転モーメントよりも大きく、揺動体２０は、時計回りに回転することになる。なお、ここでは、突起部３０は、揺動体２０の動作に影響を与えないものとして説明する。そのため、図４では、突起部３０の図示を省略している。

図４（Ｂ）の状態では、揺動体２０に、例えば、重力加速度Ｇ１（＝１Ｇ）が加わる。これに伴い、揺動体２０は、時計回りに回転し、揺動体２０に傾きが生じる。この揺動体２０のシーソー揺動によって、可動電極２１ａと第１検出電極５０との間の距離が小さくなり、その結果、可変容量Ｃ１の容量値が増大する。一方、可動電極２１ｂと第２検出電極５２との間の距離は、大きくなり、その結果、可変容量Ｃ２の容量値は、減少する。物理量センサー１００では、この可変容量Ｃ１，Ｃ２の容量値の変化を示す２つの検出信号（差動信号）によって、加速度の大きさと方向を検出することができる。具体的には、２つの検出信号の各々の変化の程度から、重力加速度Ｇ１の値（＝１Ｇ）を検出することができる。さらに、２つの検出信号の各々の変化の方向から、加速度の方向（鉛直下向き、−Ｚ軸方向）を特定することができる。

図４（Ｃ）の状態では、重力加速度（＝１Ｇ）が揺動体２０に加わっている状態で、揺動体２０に、さらに、鉛直上向き（＋Ｚ軸方向）の加速度Ｇ２が加わる。この場合は、揺動体２０は、反時計回りに回転し、揺動体２０に図４（Ｂ）の場合とは逆の傾きが生じる。この揺動体２０のシーソー揺動によって、可動電極２１ａと第１検出電極５０との間の距離が大きくなり、その結果、可変容量Ｃ１の容量値が減少する。一方、可動電極２１ｂと第２検出電極５２との間の距離は、小さくなり、その結果、可変容量Ｃ２の容量値は、増大する。

図４（Ｂ）の状態で得られる検出信号（つまり、重力加速度の大きさと向き）を基準として、図４（Ｃ）の状態における検出信号を判定することによって、図４（Ｃ）の状態で、どの方向にどの程度の加速度が作用しているかを検出することができる。つまり、図４（Ｃ）の状態で得られる２つの検出信号に基づいて、２つの検出信号の各々の変化の程度から、加わった加速度Ｇ２の値を検出することができる。さらに、２つの検出信号の各々の変化の方向から、加速度Ｇ２の方向（鉛直上向き、＋Ｚ軸方向）を特定することができる。

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。

本実施形態に係る物理量センサー１００は、例えば、以下の特徴を有する。

物理量センサー１００では、揺動体２０の側面２４，２５には、突起部３０が設けられている。これにより、大きな加速度が生じた場合に、揺動体２０（可動電極２１ａ，２１ｂ）が支持基板１０に衝突することを防ぐことができる。したがって、揺動体（可動電極）の損傷を防ぐことができ、信頼性を高めることができる。さらに、突起部が設けられない場合（揺動体と支持基板とが直接接触する場合）と比べて、支持基板１０に対する接触面積を小さくすることができる。そのため、揺動体が支持基板に張り付くことを防ぐことができる。

また、揺動体２０の側面２４，２５に突起部３０が設けられているため、例えば、揺動体２０および突起部３０を、１つの基板（後述するシリコン基板２０１）をパターニングすることにより形成できる。そのため、製造工程を簡略化することができる。

物理量センサー１００では、対向電極５４が、揺動体２０と電気的に接続されている。これにより、揺動体２０と対向電極５４とを等電位にすることができ、揺動体２０と支持基板１０との間に電位差が生じることによって揺動体２０が支持基板１０に張り付くことを防ぐことができる。

物理量センサー１００では、突起部３０が、平面視において、検出電極５０，５２および対向電極５４と重ならない。これにより、突起部３０が支持基板１０に衝突した際に、検出電極５０，５２および対向電極５４が、損傷することを防ぐことができる。

物理量センサー１００では、突起部３０が、揺動体２０と一体に設けられている。すなわち、突起部３０と揺動体２０とは、１つの基板をパターニングすることにより、形成されることができる。したがって、製造工程の簡略化を図ることができる。

物理量センサー１００では、第１側面２４の第１領域２４ａおよび第２領域２４ｂには、それぞれ少なくとも１つの突起部３０が設けられている。これにより、揺動体２０が支持基板１０に衝突することをより確実に防ぐことができる。

物理量センサー１００では、揺動体２０および突起部３０の外側の縁と、枠体６０の内側の縁との間の空隙４の幅は、均一である。これにより、支持基板にセンサー基板を接合し、センサー基板をエッチングして揺動体を形成する工程において、揺動体および突起部の外側の縁と、枠体の内側の縁との間の空隙の幅を均一になるように設計すれば、１回のエッチング工程で揺動体および突起部を形成することができ、製造効率を改善できる。

物理量センサー１００は、枠体６０を含み、突起部３０に対向する枠体６０の側面には、凹部６２が設けられている。これにより、例えば、揺動体２０（第１側面２４）と枠体６０との間の空隙４の大きさ４ａと、突起部３０と枠体６０との間の空隙４の大きさ４ｂとを、等しくすることができる。そのため、１つの基板をエッチングして揺動体２０および突起部３０を形成する場合に、加工精度を高めることができる。例えば、揺動体（第１側面）と枠体との間の空隙の大きさが、突起部と枠体との間の空隙の大きさよりも大きい場合、基板をエッチングして、揺動体および突起部を形成する工程において、空隙の大きさが大きい領域が、先にエッチングされてしまい、揺動体および突起部の形状が精度よく形成できない場合がある。物理量センサー１００によれば、このような問題を生じさせないことができる。さらに、枠体６０の側面に凹部６２を設けることにより、枠体に凹部が設けられない場合と比べて、装置の小型化を図ることができる。

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の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５〜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５に示すように、例えば、ガラス基板１０１上にマスクＭを形成する。マスクＭは、例えば、スパッタ法や塗布法等でガラス基板１０１上に絶縁層を成膜した後、当該絶縁層を所定の形状にパターニングすることによって形成される。

図６に示すように、マスクＭをマスクとして、ガラス基板１０１をウェットエッチングして、凹部１２を形成する。これにより、支持基板１０を形成することができる。次に、凹部１２の底部を規定する面１４に、第１検出電極５０、第２検出電極５２、および対向電極５４を形成する。電極５０，５２，５４は、スパッタ法等により支持基板１０の面１４上に導電層を成膜した後、当該導電層をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてパターニングすることにより形成される。

図７に示すように、支持基板１０に、シリコン基板２０１（センサー基板）を接合させる。支持基板１０とシリコン基板２０１との接合は、例えば、陽極接合や直接接合、または接着剤を用いて行われる。

図８に示すように、シリコン基板２０１を、例えば研削機によって研削して薄膜化した後、所望の形状にパターニングして、揺動体２０、突起部３０、支持部４０，４２、枠体６０を形成する。パターニングは、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術（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、ボッシュ（Ｂｏｓｃｈ）法を用いることができる。本工程では、シリコン基板２０１をパターニング（エッチング）することにより、揺動体２０、突起部３０、支持部４０，４２、枠体６０が一体的に形成される。本工程において、揺動体２０および突起部３０の外側の縁と、枠体６０の内側の縁との間の空隙４の幅を均一になるように設計することにより、１回のエッチング工程で揺動体２０および突起部３０を形成することができ、製造効率を改善できる。また、枠体６０には、凹部６２（図１参照）が形成されるため、突起部３０および揺動体２０を精度よく形成することができる。

図１および図２に示すように、支持基板１０に蓋体７０を接合して、支持基板１０および蓋体７０によって形成される空間に揺動体２０を収容する。支持基板１０と蓋体７０との接合は、例えば、陽極接合や接着剤等を用いて行われる。

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。

本実施形態に係る物理量センサー１００の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。

物理量センサー１００の製造方法によれば、シリコン基板２０１をエッチングして、突起部３０および揺動体２０を同一工程で形成することができる。したがって、製造工程の簡略化を図ることができる。

物理量センサー１００の製造方法によれば、揺動体２０に突起部３０が設けられているため、製造工程において、揺動体２０が支持基板１０に張り付くことを防ぐことができる。例えば、突起部が設けられない場合、揺動体と支持基板との接触面積が大きく、揺動体が支持基板に張り付きやすい。これに対して、物理量センサー１００では、揺動体２０に突起部３０が設けられるため、支持基板に対する接触面積を小さくすることができ、揺動体２０が支持基板１０に張り付きにくい。

物理量センサー１００の製造方法によれば、対向電極５４が設けられるため、揺動体２０と対向電極５４とを等電位にすることができ、製造工程において、揺動体２０と支持基板１０との間に電位差が生じて揺動体２０が支持基板１０に張り付くことを防ぐことができる。

３． 物理量センサーの変形例
（１）第１変形例
まず、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。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、本実施形態に係る物理量センサー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。

物理量センサー１００の例では、図１に示すように、突起部３０の平面形状は、四角形であった。これに対し、物理量センサー２００では、突起部３０の平面形状は、先端が先鋭状である。図９に示す例では、突起部３０の平面形状は、三角形である。これにより、突起部３０と支持基板１０との接触面積を、より小さくすることができる。したがって、揺動体２０（突起部３０）が支持基板１０に張り付くことを、より確実に防ぐことができる。図示の例では、突起部３０は、突起部３０の先端に三角形の頂点が位置するように形成されている。

物理量センサー２００では、枠体６０に設けられる凹部６２の平面形状は、突起部３０の平面形状に対応する三角形である。

（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。以下、本実施形態の第２変形例に係る物理量センサー３００において、本実施形態に係る物理量センサー３００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。

物理量センサー１００の例では、図１に示すように、突起部３０の平面形状は、四角形であった。これに対し、物理量センサー３００では、突起部３０の平面形状は、先端が円弧状である。図１０に示す例では、突起部３０の平面形状は、半円である。これにより、突起部３０と支持基板１０との接触面積を、より小さくすることができる。したがって、揺動体２０（突起部３０）が支持基板１０に張り付くことを、より確実に防ぐことができる。

物理量センサー２００では、枠体６０に設けられる凹部６２の平面形状は、突起部３０の平面形状に対応する半円である。

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。本実施形態に係る電子機器は、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を含む電子機器について、説明する。

図１１は、本実施形態に係る電子機器として、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１１００を模式的に示す斜視図である。

図１１に示すように、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を有する表示ユニット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、物理量センサー１００が内蔵されている。

図１２は、本実施形態に係る電子機器として、携帯電話機（ＰＨＳも含む）１２００を模式的に示す斜視図である。

図１２に示すように、携帯電話機１２００は、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、物理量センサー１００が内蔵されている。

図１３は、本実施形態に係る電子機器として、デジタルスチルカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。なお、図１３には、外部機器との接続についても簡易的に示している。

ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。

デジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。

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。

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。

また、このデジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。

このようなデジタルスチルカメラ１３００には、物理量センサー１００が内蔵されている。

以上のような電子機器１１００，１２００，１３００は、製造工程を簡略化することができ、かつ、信頼性の高い物理量センサー１００を含む。そのため、電気機器１１００，１２００，１３００は、製造工程を簡略化することができ、かつ高い信頼性を有することができる。

なお、上記物理量センサー１００を備えた電子機器は、図１１に示すパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１２に示す携帯電話機、図１３に示すデジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、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、各種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などに適用することができる。

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。

Ｃ１，Ｃ２ 可変容量、Ｍ マスク、Ｑ 支持軸、２，４ 空隙、１０ 支持基板、
１２ 凹部、１４ 面、２０ 揺動体、２１ａ 可動電極、２１ｂ 可動電極、
２４ 第１側面、２４ａ 第１領域、２４ｂ 第２領域、２５ 第２側面、
２５ａ 第３領域、２５ｂ 第４領域、２６ 貫通孔、２８ 上面、２９ 下面、
３０ 突起部、４０ 第１支持部、４２ 第２支持部、５０ 第１検出電極、
５２ 第２検出電極、５４ 対向電極、６０ 枠体、６２ 凹部、７０ 蓋体、
１００ 物理量センサー、１０１ ガラス基板、２００ 物理量センサー、
２０１ シリコン基板、３００ 物理量センサー、
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、
１３１２ ビデオ信号出力端子、１３１４ 入出力端子、１４３０ テレビモニター、
１４４０ パーソナルコンピューター

Claims (11)

1. 基板と、
   前記基板の上方に設けられている揺動体と、
   前記揺動体を支持し、第１軸に沿って配置されている支持部と、
   前記基板に設けられ、前記揺動体に対向配置されている検出電極と、
   を含み、
   前記揺動体は、前記第１軸に平面で直交する第２軸と交差する一対の側面を備え、
   前記第一対の側面の少なくとも一方には、突起部が設けられている、物理量センサー。
2. 請求項１において、
   前記基板の前記検出電極の配置領域の外側に設けられ、かつ、前記揺動体に対向配置されている電極を含み、
   前記電極は、前記揺動体と電気的に接続されている、物理量センサー。
3. 請求項２において、
   前記突起部は、平面視において、前記検出電極および前記電極と重ならない、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、
   前記突起部の平面形状は、先端が先鋭状である、物理量センサー。
5. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記突起部の平面形状は、先端が円弧状である、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、
   前記突起部は、前記揺動体と一体に設けられている、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、
   前記第１側面は、前記第１側面の前記第１軸方向の幅の中心を通る前記第２軸によって、第１領域と第２領域とに区画したときに、
   前記第１領域および前記第２領域には、それぞれ前記突起部が設けられている、物理量センサー。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項において、
   前記揺動体の周囲には枠体が配置され、
   前記揺動体は前記支持部によって前記枠体から離間して接続され、
   前記揺動体および前記突起部の外側の縁と、前記枠体の内側の縁との間の空隙の幅は、均一である、物理量センサー。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項において、
   前記揺動体は、前記第１軸を境にしたときに一方の領域と他方の領域とで質量が異なる、物理量センサー。
10. 請求項９において、
    前記検出電極は、前記揺動体の前記一方の領域に対向する位置に配置された第１検出電極と、前記揺動体の前記他方の領域に対向する位置に配置された第２検出電極と、を含む、物理量センサー。
11. 請求項１ないし１０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。

Images