JP2015072188A - 物理量検出素子、および物理量検出装置、電子機器、移動体 - Google Patents

物理量検出素子、および物理量検出装置、電子機器、移動体 Download PDF

Info

Publication number
JP2015072188A
JP2015072188A JP2013207963A JP2013207963A JP2015072188A JP 2015072188 A JP2015072188 A JP 2015072188A JP 2013207963 A JP2013207963 A JP 2013207963A JP 2013207963 A JP2013207963 A JP 2013207963A JP 2015072188 A JP2015072188 A JP 2015072188A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
physical quantity
quantity detection
detection element
movable body
mass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013207963A
Other languages
English (en)
Inventor
翔太 木暮
Shota Kogure
翔太 木暮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2013207963A priority Critical patent/JP2015072188A/ja
Priority to US14/504,894 priority patent/US9939457B2/en
Priority to CN201410525098.2A priority patent/CN104515870A/zh
Publication of JP2015072188A publication Critical patent/JP2015072188A/ja
Priority to US15/904,732 priority patent/US10527644B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00Details of instruments
    • G01P1/003Details of instruments used for damping
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0831Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type having the pivot axis between the longitudinal ends of the mass, e.g. see-saw configuration
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0862Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system
    • G01P2015/0871Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system using stopper structures for limiting the travel of the seismic mass
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0862Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system
    • G01P2015/0874Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system using means for preventing stiction of the seismic mass to the substrate

Abstract

【課題】小型で、検出感度と信頼性とを向上させた物理量検出素子を提供すること。
【解決手段】物理量検出素子1は、基板10と、前記基板10に設けられている第1固定電極部11および第2固定電極部12と、前記基板10上に設けられている可動体20と、前記可動体20に設けられている梁16と、を備え、前記可動体20の前記梁16に対して一方には、前記第1固定電極部11と対向している第1可動電極部21と、前記第1可動電極部21から前記梁16と反対方向に配置されている第1質量部23と、を含み、前記可動体の前記梁16に対して他方には、前記第2固定電極部12と対向している第2可動電極部22、を含み、前記第1可動電極部21には、第1貫通孔26が設けられ、前記第1質量部23には、第2貫通孔27が設けられ、前記第1質量部23の平面視における単位面積当たりの質量は、前記第1可動電極部21の単位面積当たりの質量より重い。
【選択図】図1

Description

本発明は、物理量検出素子、および当該物理量検出素子を備えた物理量検出装置、電子機器、移動体に関する。
従来、垂直方向の加速度等の物理量を検出する方法として、ロッカーレバー原理に従って構成され、加速度等の物理量に伴って変化する静電容量を検出する物理量検出素子が知られていた。例えば、特許文献1に記載されているように、ねじりばねと、ねじりばねの一方側にサイズモ補助質量体が設けられ、ねじりばねの両側で質量の異なる質量構造体と、で構成されたロッカーレバーを備えたマイクロマシニング式のZセンサー(物理量検出素子)が開示されている。このような物理量検出素子は、ロッカーレバーに、垂直方向の加速度等の物理量が作用すると、質量体の質量の大きい側が押し下げられて、質量体に対向する対向電極との間で形成される静電容量が変化する。この静電容量の変化を計測することによって加速度等の物理量の検出が行われている。
特表2010−512527号公報
上記方式の物理量検出素子では、可動体(質量構造体)が固定電極(対向電極)の形成された基板に向かって変位した時に、可動体と基板との間に生じるエアーによる抗力(スクイーズフィルムダンピング:以降、ダンピングと記す)を防ぐために、可動体に貫通孔が設けられている。しかしながら、特許文献1に記載の物理量検出素子では、第1質量部(補助質量体)に設けられた貫通孔の隣り合う間隔(ウエブ幅)が可動体に設けられた貫通孔の隣り合う間隔より狭いため、可動体が衝撃を受けた時に、第1質量部が破損しやすいという課題があった。また、第1質量部の質量の減少は、加速度等の物理量を検出する感度の低下を招き、物理量検出素子を小型化することが困難であった。
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、以下の形態また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検出素子は、基板と、前記基板に設けられている第1固定電極部および第2固定電極部と、前記基板上に設けられている可動体と、前記可動体に設けられている梁と、を備え、前記可動体の前記梁に対して一方には、前記第1固定電極部と対向している第1可動電極部と、前記第1可動電極部から前記梁と反対方向に配置されている第1質量部と、を含み、前記可動体の前記梁に対して他方には、前記第2固定電極部と対向している第2可動電極部、を含み、前記第1可動電極部には、第1貫通孔が設けられ、前記第1質量部には、第2貫通孔が設けられ、前記第1質量部の平面視における単位面積当たりの質量は、前記第1可動電極部の単位面積当たりの質量より、重いことを特徴とする。
本適用例によれば、第1質量部の単位面積当たりの質量を第1可動電極部の単位面積当たりの質量より重くすることにより、可動体の第1可動電極部と第1質量部とを合わせた領域の重心が、梁から離れた位置に移るため、可動体に加速度等の物理量が加わった時に、梁を捩じるトルクが増大する。これにより、可動体の変位が大きくなり、第1可動電極部と第1固定電極部との間、および第2可動電極部と第2固定電極部との間、で生じる静電容量の変化量が大きくなるため、物理量検出素子の物理量を検出する感度を向上させることができる。換言すると、物理量を検出する感度を低下させることなく小型化を図ることができる。また、第1質量部の剛性は、第1可動電極部の剛性よりも高くなるため、可動体に大きな物理量が加わり、第1質量部の端部と基板とが接触した時の第1質量部の破損を防止することができる。したがって、物理量を検出する感度と信頼性とを向上させること、および小型化を図ること、が可能な物理量検出素子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検出素子は、前記第1質量部の厚さは、前記第1可動電極部の厚さと、等しいことが好ましい。
本適用例によれば、第1質量部と第1可動電極部とで厚さが等しい可動体において、第1可動電極部に設けられている第1貫通孔および第1質量部に設けられている第2貫通孔の少なくとも一方の大きさや数量を調整して、第1質量部の単位面積当たりの質量を、第1電極部の単位面積当たりの質量より重くすることで、物理量検出素子の物理量を検出する感度および信頼性を向上させることができる。また、第1質量部と第1可動電極部との厚さが等しいため、エッチングなどによる微細加工を容易に行うことができる。
[適用例3]上記適用例に記載の物理量検出素子は、前記第1質量部の厚さは、前記第1可動電極部の厚さおよび前記第2可動電極部の厚さより、厚いことが好ましい。
本適用例によれば、可動体の厚さは、第1可動電極部および第2可動電極部と、第1質量部とで異なっている。第1質量部の厚さは、第1可動電極部および第2可動電極部よりも厚いため、第1質量部の質量が増加することで、梁を捩じるトルクが増大し、第1質量部の剛性も強くなる。したがって、さらに物理量検出素子の物理量を検出する感度と信頼性とを向上させることができる。
[適用例4]上記適用例に記載の物理量検出素子は、前記第1貫通孔および前記第2貫通孔は、複数設けられ、前記梁の延在方向と直交する方向に隣り合う前記第2貫通孔の間隔の平均寸法は、前記梁の延在方向と直交する方向に隣り合う前記第1貫通孔の間隔の平均寸法より、大きいことが好ましい。
本適用例によれば、第1質量部には第2貫通孔が設けられ、第1可動部には第1貫通孔が設けられている。梁の延在方向と直交する方向に隣り合う第2貫通孔の間隔の平均寸法は、梁の延在方向と直交する方向に隣り合う第1貫通孔の間隔の平均寸法より大きいため、第1質量部の質量が増加することで、梁を捩じるトルクが増大し、第1質量部の剛性も強くなる。したがって、物理量検出素子の物理量を検出する感度と信頼性とを向上させることができる。
[適用例5]上記適用例に記載の物理量検出素子は、前記第1貫通孔および前記第2貫通孔は、複数設けられ、前記梁の延在方向と平行する方向に隣り合う前記第2貫通孔の間隔の平均寸法は、前記梁の延在方向と平行する方向に隣り合う前記第1貫通孔の間隔の平均寸法より、大きいことが好ましい。
本適用例によれば、第1質量部には第2貫通孔が設けられ、第1可動部には第1貫通孔が設けられている。梁の延在方向と平行する方向に隣り合う第2貫通孔の間隔の平均寸法は、梁の延在方向と平行する方向に隣り合う第1貫通孔の間隔の平均寸法より大きいため、第1質量部の質量が増加することで、梁を捩じるトルクが増大し、第1質量部の剛性も強くなる。したがって、物理量検出素子の物理量を検出する感度と信頼性とを向上させることができる。
[適用例6]上記適用例に記載の物理量検出素子は、前記第1質量部の前記基板側の面には、緩衝部が設けられていることが好ましい。
本適用例によれば、可動体に大きな物理量が加わり、基板と接触する恐れがある第1質量部に、緩衝部が設けられているため、第1質量部に加わる衝撃を緩衝することができる。また、第1質量部には、緩衝部の質量が加わるため、第1質量部の質量が増加し、梁を捩じるトルクが増大する。したがって、物理量検出素子の物理量を検出する感度と信頼性とを向上させることができる。
[適用例7]上記適用例に記載の物理量検出素子は、前記第1質量部の前記基板側の面には、電極が設けられていることが好ましい。
本適用例によれば、第1質量部には、電極の負荷が加わるため、第1質量部の質量が増加し、梁を捩じるトルクが増加する。また、電極材料として使用されるアルミニウムや金などは、硬度が低いため、第1質量部に加わる衝撃を緩衝することができる。したがって、物理量検出素子の物理量を検出する感度と信頼性とを向上させることができる。
[適用例8]上記適用例に記載の物理量検出素子は、前記可動体を前記梁の延在方向と直交する方向に面積比で2等分した場合、各々の質量が等しいことが好ましい。
本適用例によれば、可動体は、梁の延在方向と直交する方向に2等分した質量が等しいため、可動体に垂直方向の加速度等の物理量が加わった時に、可動体は、梁の延在方向と平行する両短辺を、水平に保ったまま、梁を支点にシーソー搖動させることができる。これにより、可動体の捩れ搖動(振動)を防ぐことができるため、物理量検出素子の物理量を検出する精度を向上させることができる。
[適用例9]上記適用例に記載の物理量検出素子は、前記梁の延在方向と直交する方向の中心線に対して、線対称形状に設けられていることが好ましい。
本適用例によれば、可動体は、梁の延在方向と直交する方向の中心線に対して、線対称の形状であるため、質量および可動体が受けるダンピング(エアーの抗力)も対称になっている。これにより、可動体の捩れ搖動を防止する効果が高まるため、さらに、物理量検出素子の物理量を検出する精度を向上させることができる。
[適用例10]本適用例に係る物理量検出装置は、上記適用例に記載の物理量検出素子と、前記物理量検出素子に加わった物理量に応じた信号を出力する検出回路と、を含むことを特徴とする。
本適用例によれば、物理量を検出する感度と信頼性とを向上させた物理量検出素子を備えた物理量検出装置を提供することができる。
[適用例11]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の物理量検出素子を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、物理量を検出する感度と信頼性とを向上させた物理量検出素子を備えた電子機器を提供することができる。
[適用例12]本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の物理量検出素子を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、物理量を検出する感度と信頼性とを向上させた物理量検出素子を備えた移動体を提供することができる。
実施形態1に係る物理量検出素子を模式的に示す平面図。 図1におけるA−A線での断面図。 物理量検出素子の動作と静電容量の関係を模式的に示す断面図。 実施形態2に係る物理量検出素子を模式的に示す平面図。 図4におけるA−A線での断面図。 変形例1に係る物理量検出素子を模式的に示す平面図。 図6におけるA−A線での断面図。 変形例2に係る物理量検出素子を模式的に示す平面図。 図8におけるA−A線での断面図。 物理量検出素子を備える物理量検出装置の概略を示す断面図。 物理量検出素子を備える電子機器としてのモバイル型(又はノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。 物理量検出素子を備える電子機器としての携帯電話機を示す斜視図。 物理量検出素子を備える電子機器としてのデジタルスチルカメラを示す斜視図。 物理量検出素子を備える移動体としての自動車を示す斜視図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る物理量検出素子を模式的に示す平面図。図2は、図1におけるA−A線での断面図である。ここで、図1、図2および後述する図3から図9では、説明の便宜上、互いに直交する3軸として、X軸、Y軸およびZ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「+側」、基端側を「−側」としている。また、以下では、X軸に平行な方向を「X軸方向」と言い、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」と言い、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」と言う。
まず、実施形態1に係る物理量検出素子の概略構成について、図1と図2とを用いて説明する。
本実施形態の物理量検出素子1は、例えば、慣性センサーとして用いることができる。具体的には、鉛直方向(Z軸方向)の加速度の物理量を測定するためのセンサー(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)素子として用いることができる。
図1および図2に示すように、物理量検出素子1は、基板10と、基板10の主面10a上に設けられている第1固定電極部11および第2固定電極部12と、第1固定電極部11と第2固定電極部12との間の主面10aから+Z軸方向に立設されている支持部14と、支持部14に支持されている梁16を介し、基板10と間隙を有して設けられている可動体20などから構成されている。梁16は、所謂ねじりばねとしての機能を有し、可動体20を回動可能に支持している。

支持部14は、基板10と一体で形成される支持部14aと、可動体20と一体で形成される支持部14bとで構成されている。
基板10の材料は、特に限定されないが、本実施形態では、好適例として、ホウ珪酸ガラスを含む絶縁性材料が用いられている。基板10上に設けられている支持部14aは、基板10をフォトリソグラフィー法およびエッチング法などの微細加工により形成することができる。
第1固定電極部11は、Y軸方向からの側面視において、支持部14aの−X軸方向側に位置し、Z軸方向からの平面視において、基板10の主面10a上の後述する第1可動電極部21と重なる領域に、設けられている。
第2固定電極部12は、Y軸方向からの側面視において、支持部14aの+X軸方向側に位置し、Z軸方向からの平面視において、基板10の主面10a上の後述する第2可動電極部22と重なる領域に、設けられている。
第1固定電極部11および第2固定電極部12には、例えば、Pt(プラチナ)、Al(アルミニウム)、Mo(モリブデン)、Cr(クロム)、Ti(チタン)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Ag(銀)、Au(金)、または、これらの金属を主成分とする合金などが用いられている。第1固定電極部11および第2固定電極部12の成膜には、例えば、スパッタ法などが用いられ、パターニング(外形形状形成)には、例えば、フォトリソグラフィー法およびエッチング法などが用いられる。
可動体20は、支持部14bと、支持部14bに支持されている梁16とで、一体で形成され、支持部14a,14bおよび梁16を介して、基板10と間隙を有して設けられている。可動体20は、梁16から−X軸方向に向かって、第1可動電極部21と、第1質量部23とが順に設けられ、梁16から+X軸方向に、第2可動電極部22が設けられている。Z軸方向からの平面視において、第1可動電極部21は第1固定電極部11と重なる領域に、第2可動電極は第2固定電極部12と重なる領域に、位置している。なお、以降の説明では、可動体20の内、梁16の中心線CL2から−X軸方向側の領域は第1可動体20aと、梁16の中心線CL2から+X軸方向側の領域は第2可動体20bと、称する。
可動体20は、Z軸方向からの平面視において、長方形の板状であり、本実施形態では、第1質量部23の厚さ方向(Z軸方向)の寸法は、第1可動電極部21および第2可動電極部22の厚さ方向(Z軸方向)の寸法と、等しい。これにより、可動体20を形成するための微細加工を容易に行うことができる。可動体20、支持部14bおよび梁16の材料は、特に限定されないが、好適例として、シリコンを含む導電性材料が用いられている。可動体20、支持部14bおよび梁16は、フォトリソグラフィー法およびエッチング法などの微細加工により一体形成することができる。可動体20に導電性材料を用いたのは、第1可動電極部21と第2可動電極部22とに電極としての機能を持たせるためである。第1可動電極部21と第2可動電極部22とが、非導電性の基材の上に設けられた導電性の電極層で形成されていてもよい。
可動体20は、梁16によって支持され、梁16を軸として回動可能である。可動体20が、梁16を支点としてシーソー揺動(傾倒)することで、第1可動電極部21と第1固定電極部11との間隙(距離)、および第2可動電極部22と第2固定電極部12との間隙(距離)、が変化する。物理量検出素子1は、可動体20の傾倒に応じて、第1可動電極部21と第1固定電極部11との間、および第2可動電極部22と第2固定電極部12との間、で生じる静電容量を変化させることができる。
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可動体20aと第2可動体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可動体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可動体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時に、第1可動体20aの回転モーメントと、第2可動体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が設計されている。
物理量検出素子1では、梁16を、可動体20のX軸方向の重心から外れた位置に配置させることによって(梁16から第1可動体20aの端面および第2可動体20bの端面までの距離を異ならせることによって)、第1可動体20aと第2可動体20bとが互いに異なる質量を有している。すなわち、可動体20は、梁16の中心線CL2を起点にして、一方(第1可動体20a)と他方(第2可動体20b)とで質量が異なる。図示の例では、梁16から第1可動体20aの−X軸方向の端面までの距離は、梁16から第2可動体20bの+X軸方向の端面までの距離よりも長い。また、第1可動体20aの厚さと、第2可動体20bの厚さとは、略等しい。したがって、第1可動体20aの質量は、第2可動体20bの質量よりも重い。このように、第1可動体20aと第2可動体20bとが互いに異なる質量を有することにより、可動体20に鉛直方向の加速度が加わった時に生じる、第1可動体20aの回転モーメントと、第2可動体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時に、可動体20を傾倒させることができる。
可動体20は、第1可動電極部21と第1固定電極部11との間に、静電容量(可変静電容量)C1が構成されている。また、第2可動電極部22と第2固定電極部12との間に、静電容量(可変静電容量)C2が構成されている。静電容量C1は、第1可動電極部21と第1固定電極部11との間隙(距離)に応じて静電容量が変化し、静電容量C2は、第2可動電極部22と第2固定電極部12との間隙(距離)に応じて静電容量が変化する。
例えば、可動体20が基板10に対して水平状態では、静電容量C1,C2は、互いに略等しい静電容量値となる。詳しくは、Z軸方向からの平面視で、第1可動電極部21と第1固定電極部11との重なり合う面積と、第2可動電極部22と第2固定電極部12との重なり合う面積と、が等しく、Y方向からの側面視で、第1可動電極部21と第1固定電極部11との間隙と、第2可動電極部22と第2固定電極部12との間隙と、が等しくなっているため、静電容量C1,C2の静電容量値も等しくなる。
また、例えば、可動体20に鉛直方向の加速度が加わり、可動体20が梁16を軸として傾倒すると、静電容量C1,C2は、可動体20の傾倒に応じて、静電容量C1,C2の静電容量値が変化する。可動体20が傾倒した状態では、第1可動電極部21と第1固定電極部11との間隙と、第2可動電極部22と第2固定電極部12との間隙と、が異なっているため、静電容量C1,C2の静電容量値も異なる。
ここで、図3を用いて、物理量検出素子の動作と静電容量の関係について詳細に説明する。図3は、物理量検出素子の動作を模式的に示す断面図であり、動作の説明に必要のない構成の図示を省略している。また、ここでは、説明の便宜のため、可動体は、一様の厚さを有する板状の長方形であり、後述する貫通孔が設けられていないものとして説明する。
図3(a)は、基板10に対して可動体20が、略水平状態に位置している物理量検出素子1に、+Z軸方向の加速度αuが加わった場合を説明する図である。
可動体20は、一様の厚さ(Z軸方向の寸法)を有する板状の長方形である。第1可動体20aは質量m1を有し、その重心G1は支持部14に回転可能に支持されている梁16の中心Qから−X軸方向の距離r1に位置している。第2可動体20bは質量m2を有し、その重心G2は梁16の中心Qから+X軸方向の距離r2に位置している。第1可動体20aは第2可動体20bよりも、X軸方向に長い長方形の形状を有しているため、第1可動体20aの質量m1は第2可動体の質量m2よりも重く、第1可動体20aの重心G1の位置する距離r1は、第2可動体20bの重心G2の位置する距離r2よりも長い。
物理量検出素子1に対して、−Z軸方向から+Z軸方向に向かう加速度αuが加わると、第1可動体20aには、質量m1と、加速度αuと、距離r1との積に相当する第1回転モーメントNu1が、梁16の中心Qを回転軸として時計回りの方向に作用する。他方、第2可動体20bには、質量m2と、加速度αuと、距離r2との積に相当する第2回転モーメントNu2が、梁16の中心Qを回転軸として反時計回りの方向に作用する。第1可動体20aの質量m1は第2可動体の質量m2よりも重く、第1可動体20aの重心m1の位置する距離r1は、第2可動体20bの重心m2の位置する距離r2よりも長いため、第1可動体20aに作用する第1回転モーメントNu1は、第2可動体20bに作用する第2回転モーメントNu2よりも、大きい。
これにより、図3(b)に示すように、梁16には、第1回転モーメントNu1(図3(a)参照)と第2回転モーメントNu2(図3(a)参照)の差に相当するトルクNuが、梁16の中心Qを回転軸として時計回りの方向に作用し、可動体20は、時計回りに傾倒する。これにより、第1可動体20aの第1可動電極部21と第1固定電極部11との間隙が大きく(広く)なり、第1可動電極部21と第1固定電極部11との間の静電容量C1の静電容量値が減少する。他方、第2可動体20bの第1可動電極部21と第2固定電極部12との間隙が小さく(狭く)なり、第2可動電極部22と第2固定電極部12との間の静電容量C2の静電容量値が増加する。
図3(c)は、基板10に対して可動体20が、略水平状態に位置している物理量検出素子1に、−Z軸方向の加速度αdが加わった場合を説明する図である。
物理量検出素子1に対して、+Z軸方向から−Z軸方向に向かう加速度αdが加わると、第1可動体20aには、質量m1と、加速度αuと、距離r1との積に相当する第1回転モーメントNd1が、梁16の中心Qを回転軸として反時計回りの方向に作用する。他方、第2可動体20bには、質量m2と、加速度αuと、距離r2との積に相当する第2回転モーメントNu2が、梁16の中心Qを回転軸として時計回りの方向に作用する。第1可動体20aの質量m1は第2可動体の質量m2よりも重く、第1可動体20aの重心m1の位置する距離r1は、第2可動体20bの重心m2の位置する距離r2よりも長いため、第1可動体20aに作用する第1回転モーメントNd1は、第2可動体20bに作用する第2回転モーメントNd2よりも、大きい。
これにより、図3(d)に示すように、梁16には、第1回転モーメントNd1(図3(c)参照)と第2回転モーメントNd2(図3(c)参照)の差に相当するトルクNdが、梁16の中心Qを回転軸として反時計回りの方向に作用し、可動体20は、反時計回りに傾倒する。これにより、第1可動体20aの第1可動電極部21と第1固定電極部11との間隙が小さく(狭く)なり、第1可動電極部21と第1固定電極部11との間の静電容量C1の静電容量値が増加する。他方、第2可動体20bの第2可動電極部22と第2固定電極部12との間隙が大きく(広く)なり、第2可動電極部22と第2固定電極部12との間の静電容量C2の静電容量値が減少する。
物理量検出素子1は、梁16に作用するトルクNu,Ndを大きくすることで、可動体20を大きく傾倒させることができる。これにより静電容量C1,C2の静電容量値の増減が大きくなるため、物理量検出素子1の物理量を検出する感度を向上させることができる。
前述したように、トルクNu,Ndの増大は、第1可動電極部21の質量m1を第2可動電極部22の質量m2より重くすること、または/および、第1可動体20aの重心G1と梁16の中心Qとの距離r1を第2可動体20bの重心G2と梁16の中心Qとの距離r2よりも長くすることで実現できる。したがって、物理量検出素子1は、第1可動電極部21の質量m1と、第2可動電極部22の質量m2と、の差を大きくすること、または/および、第1可動体20aの重心G1と梁16の中心Qとの距離r1と、第2可動体20bの重心G2と梁16の中心Qとの距離r2と、の差を大きくすることで、物理量を検出する感度を向上させることができる。また、物理量検出素子1は、ねじりばねとして機能する梁16のX軸方向の幅を、狭くすることで、ばねの靱性を低下させ、可動体20の傾斜を大きくさせることで、物理量を検出する感度を向上させる方法もある。
次に、図1および図2に戻り、可動体に設けられている貫通孔について説明する。
可動体20には、可動体20に鉛直方向の加速度が加わり、可動体20が揺動する際に、気体の粘性により生じるダンピング(可動体の動きを止めようとする働き、流動抵抗)を低減するために、可動体20をZ軸方向に貫通する第1貫通孔26と第2貫通孔27とが設けられている。第1可動電極部21と第2可動電極部22とには、複数の第1貫通孔26が設けられ、第1質量部23には、複数の第2貫通孔27が設けられている。本実施形態では、第1可動電極部21と第2可動電極部22とには、3行3列のマトリックス状に配置された同一形状の第1貫通孔26が設けられ、第1質量部23には、2行2列にマトリックス状に配置された同一形状の第2貫通孔27が設けられている。なお、複数設けられている第1貫通孔26および第2貫通孔27は、個々に異なる形状を有していてもよい。また、第1貫通孔26および第2貫通孔27を配置する位置や数量も自由に設定することができる。
本実施形態では、第1質量部23の単位面積当たりの質量は、第1可動電極部21の単位面積当たりの質量よりも重いため、物理量検出素子1の物理量を検出する感度を向上させることができる。図1および図3(a)を参照して詳述すると、第1可動体20aの質量m1を維持したまま、第1質量部23の単位面積当たりの質量を、第1可動電極部21の単位面積当たりの質量よりも重くすることにより、第1可動体20aの重心G1の位置は、−X軸方向に移動する。これにより、第1可動体20aの重心G1と梁16の中心Qとの距離r1と、第2可動体20bの重心G2と梁16の中心Qとの距離r2と、の差を大きくすることができるため、物理量検出素子1の物理量を検出する感度を向上させることができる。また、一般的に、質量の増加は剛性の向上につながることにより、第1質量部23の剛性は、第1可動電極部21の剛性よりも強くなるため、第1質量部23の端部と基板10とが接触した時の第1質量部23の損傷を防止することができる。
本実施形態では、第1質量部には複数の第2貫通孔が設けられ、第1可動部には複数の第1貫通孔が設けられている。梁16と直交する方向(X軸方向)に隣り合う第2貫通孔27の間隔L2の平均寸法は、X軸方向に隣り合う第1貫通孔26の間隔L1の平均寸法より大きいため、物理量検出素子1の物理量を検出する感度を向上させることができる。図1および図3(a)を参照して詳述すると、一般的に、複数の貫通孔が設けられた物体は、貫通孔の隣り合う寸法が大きくなるほど、その物体の質量は大きく(重く)なる。したがって、第1質量部23の質量は、第1可動電極部21の質量よりも重くなるため、第1可動体20aの重心G1の位置は、−X軸方向に移動する。これにより、第1可動体20aの重心G1の位置する距離r1と、第2可動体20bの重心G2の位置する距離r2と、の差を大きくすることができるため、物理量検出素子1の物理量を検出する感度を向上させることができる。また、第1質量部23の質量は、第1可動電極部21の質量よりも重いため、第1質量部23の端部と基板10とが接触した時の第1質量部23の損傷を防止することができる。
なお、例えば、ねじりばねとして機能する梁16のX軸方向の幅を、第2貫通孔27のX軸方向に隣り合う間隔L2の平均寸法より小さくすることなどで、ばねの靱性を低下させることにより、可動体20の傾倒を大きくさせることができる。これによって、物理量を検出する感度を向上させることもできる。
本実施形態では、第1質量部には複数の第2貫通孔が設けられ、第1可動部には複数の第1貫通孔が設けられている。

梁16と平行する方向(Y軸方向)に隣り合う第2貫通孔27の間隔R2の平均寸法は、Y軸方向に隣り合う第1貫通孔26の間隔R1の平均寸法より大きいため、物理量検出素子1の物理量を検出する感度を向上させることができる。したがって、第1質量部23の質量は、第1可動電極部21の質量よりも重くなるため、第1可動体20aの重心G1の位置は、−X軸方向に移動する。これにより、第1可動体20aの重心G1と梁16の中心Qとの距離r1と、第2可動体20bの重心G2と梁16の中心Qとの距離r2と、の差を大きくすることができるため、物理量検出素子1の物理量を検出する感度を向上させることができる。また、第1質量部23の質量は、第1可動電極部21の質量よりも重いため、第1質量部23の端部と基板10とが接触した時の第1質量部23の損傷を防止することができる。
本実施形態では、可動体20は、梁16の延在方向と直交する方向に面積比で2等分(X軸方向の中心線CL1で2等分)した場合、各々の質量が等しい。Z軸方向からの平面視において、第1貫通孔26および第2貫通孔27の大きさや配置などが異なり、対称形状を成していない場合でも、領域20cの質量と、領域20dの質量と、が等しいため、可動体20にZ軸方向の加速度が加わった際、可動体20のY軸に平行する2辺を水平に保ったままシーソー搖動させることができる。これにより、可動体20の捩れ搖動を防げるため、物理量検出素子1の検出精度を向上させることができる。
本実施形態では、可動体20は、中心線CL1に対して、線対称形状に設けられている。可動体20には、中心線CL2に対して対象に、第1貫通孔26および第2貫通孔27が設けられているため、領域20c、領域20dとは、質量が等しく、各々の領域が受けるダンピング(エアーの抗力)も対称になる。このため、さらに、可動体20の捩れ搖動を防ぎ、物理量検出素子1の検出精度を向上させる効果がある。
なお、本実施形態では、可動体20は、第1固定電極部11と第2固定電極部12との間の主面10aから+Z軸方向に立設されている支持部14と、支持部14に支持されている梁16を介して設けられているものとして説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、可動体は、Z軸方向からの平面視にて、可動体と所定の間隔を有して、可動体の外周を取り囲む枠状の支持体を設けて、支持体の上に設けられている支持部からY軸方向に延設されている梁に、支持されている構成としてもよい。
以上述べたように、本実施形態に係る物理量検出素子1によれば、以下の効果を得ることができる。
第1質量部23に複数設けられている第2貫通孔27の隣り合う間隔L2およびR2の少なくとも一方の平均寸法は、第1可動電極部21に複数設けられている第1貫通孔26の隣り合う間隔L1および/またはR1の平均寸法より、大きい。可動体20は、均一な厚さを有しているため、第1質量部23の質量は、第1可動電極部21の質量より、重くなり、第1可動体20aの重心G1の位置は、−X軸方向に移動する。これにより、第1可動体20aの重心G1と梁16の中心Qとの距離r1と、第2可動体20bの重心G2と梁16の中心Qとの距離r2と、の差を大きくすることができるため、物理量検出素子1の物理量を検出する感度を向上させることができる。換言すると、検出感度を維持したまま小型化を図ることができる。また、第1質量部23の剛性は、第1可動電極部21の剛性よりも強くなるため、第1質量部23の端部と基板10とが接触した時の第1質量部23の破損を防止することができる。したがって、検出感度と信頼性とを向上させること、および小型化を図ること、が可能な物理量検出素子1を提供することができる。
(実施形態2)
図4は、実施形態2に係る物理量検出素子を模式的に示す平面図である。図5は、図4におけるA−A線での断面図である。
本実施形態に係る物理量検出素子について、これらの図を参照して説明する。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。なお、本実施形態の物理量検出素子は、第1質量部と、第1可動電極部とで、異なる厚さの可動体を備えているところが、実施形態1の構成と異なっている。
図4および図5に示すように、物理量検出素子2は、基板10と、基板10の主面10a上に設けられている第1固定電極部11および第2固定電極部12と、第1固定電極部11と第2固定電極部12との間の主面10aから+Z軸方向に立設されている支持部14と、支持部14に支持されている梁16を介し、基板10と間隙を有して設けられている可動体30などから構成されている。
可動体30は、支持部14bと、支持部14bに支持されている梁16とで、一体で形成され、支持部14a,14bおよび梁16を介して、基板10と間隙を有して設けられている。可動体30は、梁16から−X軸方向に向かって、第1可動電極部31と、第1質量部33とが順に設けられ、梁16から+X軸方向に、第2可動電極部32が設けられている。なお、以降の説明では、可動体30の内、梁16の中心線CL2から−X軸方向側の領域は第1可動体30aと、梁16の中心線CL2から+X軸方向側の領域は第2可動体30bと、称する。
可動体30は、Z軸方向からの平面視において、長方形の板状であり、本実施形態では、第1質量部33の厚さ方向(Z軸方向)の寸法は、第1可動電極部31および第2可動電極部32の厚さ方向(Z軸方向)の寸法より、大きい(厚い)。これにより、第1質量部33の質量が大きく(重く)なるため、第1可動体30aの重心の位置は、−X軸方向に移動する。これにより、第1可動体30aの重心G1と梁16の中心Qとの距離r1と、第2可動体30bの重心G2と梁16の中心Qとの距離r2と、の差を大きくすることができるため、物理量検出素子2の物理量を検出する感度を向上させることができる。また、第1質量部33の質量は、第1可動電極部21の質量よりも重いため、第1質量部33の端部と基板10とが接触した時の第1質量部33の損傷を防止することができる。
なお、本実施形態では、可動体30は、第1質量部33と、第1可動電極部31との境界で、厚さが異なっているものとして説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、第1可動体30aの厚さが、+X軸方向から−X軸方向に向かって、階段状に順次厚くなっていてもよいし、なだらかに厚くなっていてもよい。
以上述べたように、本実施形態に係る物理量検出素子2によれば、実施形態1での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
物理量検出素子2は、第1質量部33と、第1可動電極部31とで、異なる厚さの可動体30を備えている。第1質量部33の厚さが、第1可動電極部31の厚さより、厚いため、第1可動体30aの質量は重くなり、重心位置は−X軸方向に移動する。これにより、さらに、物理量検出素子2の物理量を検出する感度を向上させることができる。換言すると、検出感度を維持したまま小型化を図ることもできる。また、第1質量部33の剛性は、第1可動電極部31の剛性よりも強くなるため、第1質量部33の端部と基板10とが接触した時の第1質量部33の破損を防止することができる。したがって、検出感度と信頼性とを向上させること、および小型化を図ること、が可能な物理量検出素子2を提供することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。
上記実施形態1では、図1のように、第1質量部23に複数設けられている第2貫通孔27の隣り合う間隔を、第1可動電極部21に複数設けられている第1貫通孔26の隣り合う間隔より、大きくすることで、第1可動体20aの質量を増し、重心の位置を−X軸方向に変えるものとして説明したが、この構成に限定するものではない。以下に、変形例を述べる。
(変形例1)
図6は、変形例1に係る物理量検出素子を模式的に示す平面図である。図7は、図6におけるA−A線での断面図である。
以下、変形例1に係る物理量検出素子3について説明する。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
物理量検出素子3には、Z軸方向からの平面視で、第1質量部23に形成されている2つの角の基板10側の面に、質量を有する緩衝部50が設けられている。緩衝部50の材料には、第1質量部33の端部と基板10とが、接触した時の衝撃を吸収するため、柔軟性を有するシリコーンなどが使用されている。これにより、第1可動体20aの質量は重くなり、重心位置は−X軸方向に移動するため、前記の各実施形態と同様な作用効果を得ることができる。また、本変形例では、柔軟性を有する緩衝部50を備えているため、さらに信頼性を向上させた物理量検出素子3を提供できる。
なお、緩衝部50の形状や数量は、第1質量部33と基板10とが接触する恐れのある領域の一部を含んでいれば、特に限定されない。緩衝部50は、衝撃を受けるため、信頼性の観点より、第2貫通孔27を有さない領域に設けることが望ましい。
(変形例2)
図8は、変形例2に係る物理量検出素子を模式的に示す平面図である。図9は、図8におけるA−A線での断面図である。
以下、変形例2に係る物理量検出素子4について説明する。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
物理量検出素子4には、第1質量部23の基板10側の面に、電極80が設けられている。電極80に、比重の大きい金属材料を用いることで、第1質量部23の質量を効果的に重くすることができる。これにより、第1可動体20aの質量は重くなり、重心位置は−X軸方向に移動するため、前記の各実施形態と同様な作用効果を得ることができる。また、電極80に、硬度の低い金属材料を用いることで、第1質量部33の端部と基板10とが、接触した時の衝撃を吸収させることができるため、さらに信頼性を向上させた物理量検出素子4を提供できる。
(物理量検出装置)
次に、本発明の物理量検出素子1を適応した物理量検出装置について説明する。図10は、物理量検出素子1を備える物理量検出装置100の概略を示した断面図である。
物理量検出装置100は、インターポーザ(IP:Interposer)基板110の底面に、蓋体90で覆われた物理量検出素子1と、ICチップとが実装され、さらにモールド樹脂120で覆われている。
物理量検出素子1は、基板10に設けられている第1固定電極部11および第2固定電極部12と、可動体20などと、で構成されている。第1固定電極部11、第2固定電極部12および可動体20と、基板10とは、図示しない配線で電気的に接続されている。蓋体90の材料は、特に限定されないが、本物理量検出装置100では、好適例として、加工が容易なシリコンを含む導電性の材料が用いられている。蓋体90は、ホウ珪酸ガラスを用いた基板10と、陽極接合法などによって接合されている。なお、蓋体90で覆われている物理量検出素子1のキャビティー160は、窒素などの不活性気体雰囲気であることが望ましい。
IP基板110には、ガラス繊維入りエポキシなどの材料が使用され、図示しない外部接続端子と配線とが、形成されている。IP基板110に、物理量検出素子1の基板10と、ICチップ130とが、接着剤などの固定部材140を介して接着支持されている。この固定部材140の材料は、特に限定されないが、エポキシ樹脂を主剤としたコンポジットレジンなどを使用することができる。ICチップ130は、Au(金)などのワイヤー150で、基板10およびIP基板110に形成された配線(図示せず)と電気的接続がされている。ICチップ130は、物理量検出素子1に加わった加速度などの物理量を出力する検出回路を含んでいる。
最後に、IP基板110の物理量検出素子1などが実装されている面を、モールド樹脂120で覆うことで、物理量検出装置100を構成することができる。
以上述べたように、物理量検出装置100には、小型で、物理量の検出感度と信頼性とを向上させた物理量検出素子1が用いられているため、小型で、高い検出感度と高い信頼性とを有した物理量検出装置100を提供することができる。
(電子機器)
次に、本発明の実施形態に係る物理量検出素子1、または物理量検出装置100を備えた電子機器について図11から図13を用いて説明する。なお、説明では、物理量検出素子1を用いた例を示している。
図11は、本発明の実施形態1に係る物理量検出素子1を備える電子機器としてのモバイル型(又はノート型)のパーソナルコンピューター1100の構成の概略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1000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、加速度センサーなどとして機能する物理量検出素子1が内蔵されている。
図12は、本発明の実施形態1に係る物理量検出素子1を備える電子機器としての携帯電話機1200(PHSも含む)の構成の概略を示す斜視図である。この図において、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1000が配置されている。このような携帯電話機1200には、加速度センサーなどとして機能する物理量検出素子1が内蔵されている。
図13は、本発明の実施形態1に係る物理量検出素子1を備える電子機器としてのデジタルスチルカメラ1300の構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、従来のフィルムカメラは、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)等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1000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1000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等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1000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、図示されるように、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、加速度センサーなどとして機能する物理量検出素子1が内蔵されている。
なお、本発明の実施形態1に係る物理量検出素子1は、図11のパーソナルコンピューター1100(モバイル型パーソナルコンピューター)、図12の携帯電話機1200、図13のデジタルスチルカメラ1300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、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の電子機器に適用することができる。
(移動体)
図14は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1500には実施形態1に係る物理量検出素子1が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車1500には、物理量検出素子1を内蔵してタイヤなどを制御する電子制御ユニット1510が車体に搭載されている。また、物理量検出素子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: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、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)に広く適用できる。
1,2,3,4…物理量検出素子、10…基板、11…第1固定電極部、12…第2固定電極部、14…支持部、16…梁、20…可動体、20a…第1可動体、20b…第2可動体、21…第1可動電極部、22…第2可動電極部、23…第1質量部、26…第1貫通孔、27…第2貫通孔、30…可動体、30a…第1可動体、30b…第2可動体、31…第1可動電極部、32…第2可動電極部、33…第1質量部、50…緩衝部、80…電極部、90…蓋体、100…物理量検出装置、110…IP基板、120…モールド樹脂、130…ICチップ、140…固定部材、150…ワイヤー、160…キャビティー、170…実装部、1000…表示部、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、1200…携帯電話機、1202…操作ボタン、1204…受話口、1206…送話口、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、1312…ビデオ信号出力端子、1314…データ通信用の入出力端子、1430…テレビモニター、1440…パーソナルコンピューター、1500…自動車、1510…電子制御ユニット。

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板に設けられている第1固定電極部および第2固定電極部と、
    前記基板上に設けられている可動体と、
    前記可動体に設けられている梁と、を備え、
    前記可動体の前記梁に対して一方には、前記第1固定電極部と対向している第1可動電極部と、前記第1可動電極部から前記梁と反対方向に配置されている第1質量部と、を含み、
    前記可動体の前記梁に対して他方には、前記第2固定電極部と対向している第2可動電極部、を含み、
    前記第1可動電極部には、第1貫通孔が設けられ、
    前記第1質量部には、第2貫通孔が設けられ、
    前記第1質量部の平面視における単位面積当たりの質量は、前記第1可動電極部の単位面積当たりの質量より、重いことを特徴とする物理量検出素子。
  2. 前記第1質量部の厚さは、前記第1可動電極部の厚さと、等しいことを特徴とする請求項1に記載の物理量検出素子。
  3. 前記第1質量部の厚さは、前記第1可動電極部の厚さおよび前記第2可動電極部の厚さより、厚いことを特徴とする請求項1に記載の物理量検出素子。
  4. 前記第1貫通孔および前記第2貫通孔は、複数設けられ、
    前記梁の延在方向と直交する方向に隣り合う前記第2貫通孔の間隔の平均寸法は、前記梁の延在方向と直交する方向に隣り合う前記第1貫通孔の間隔の平均寸法より、大きいことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の物理量検出素子。
  5. 前記第1貫通孔および前記第2貫通孔は、複数設けられ、
    前記梁の延在方向と平行する方向に隣り合う前記第2貫通孔の間隔の平均寸法は、前記梁の延在方向と平行する方向に隣り合う前記第1貫通孔の間隔の平均寸法より、大きいことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の物理量検出素子。
  6. 前記第1質量部の前記基板側の面には、緩衝部が設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の物理量検出素子。
  7. 前記第1質量部の前記基板側の面には、電極が設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の物理量検出素子。
  8. 前記可動体を前記梁の延在方向と直交する方向に面積比で2等分した場合、各々の質量が等しいことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の物理量検出素子。
  9. 前記可動体は、前記梁の延在方向と直交する方向の中心線に対して、線対称形状に設けられていることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の物理量検出素子。
  10. 請求項1から9のいずれか一項に記載の物理量検出素子と、
    前記物理量検出素子に加わった物理量に応じた信号を出力する検出回路と、を含むことを特徴とする物理量検出装置。
  11. 請求項1から9のいずれか一項に記載の物理量検出素子を備えていることを特徴とする電子機器。
  12. 請求項1から9のいずれか一項に記載の物理量検出素子を備えていることを特徴とする移動体。
JP2013207963A 2013-10-03 2013-10-03 物理量検出素子、および物理量検出装置、電子機器、移動体 Pending JP2015072188A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013207963A JP2015072188A (ja) 2013-10-03 2013-10-03 物理量検出素子、および物理量検出装置、電子機器、移動体
US14/504,894 US9939457B2 (en) 2013-10-03 2014-10-02 Physical quantity detection element, physical quantity detection device, electronic apparatus, and moving object
CN201410525098.2A CN104515870A (zh) 2013-10-03 2014-10-08 物理量检测元件、以及物理量检测装置、电子设备、移动体
US15/904,732 US10527644B2 (en) 2013-10-03 2018-02-26 Physical quantity detection element, physical quantity detection device, electronic apparatus, and moving object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013207963A JP2015072188A (ja) 2013-10-03 2013-10-03 物理量検出素子、および物理量検出装置、電子機器、移動体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015072188A true JP2015072188A (ja) 2015-04-16

Family

ID=52775865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013207963A Pending JP2015072188A (ja) 2013-10-03 2013-10-03 物理量検出素子、および物理量検出装置、電子機器、移動体

Country Status (3)

Country Link
US (2) US9939457B2 (ja)
JP (1) JP2015072188A (ja)
CN (1) CN104515870A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109425755A (zh) * 2017-08-30 2019-03-05 精工爱普生株式会社 物理量及复合传感器、惯性测量单元、电子设备及移动体
JP2019070573A (ja) * 2017-10-10 2019-05-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 角速度センサ素子、およびこれを用いた角速度センサ

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9470709B2 (en) * 2013-01-28 2016-10-18 Analog Devices, Inc. Teeter totter accelerometer with unbalanced mass
DE102014202816B4 (de) * 2014-02-17 2022-06-30 Robert Bosch Gmbh Wippeneinrichtung für einen mikromechanischen Z-Sensor
JP6451076B2 (ja) * 2014-05-01 2019-01-16 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
US10073113B2 (en) 2014-12-22 2018-09-11 Analog Devices, Inc. Silicon-based MEMS devices including wells embedded with high density metal
US10078098B2 (en) 2015-06-23 2018-09-18 Analog Devices, Inc. Z axis accelerometer design with offset compensation
US10495663B2 (en) * 2016-02-19 2019-12-03 The Regents Of The University Of Michigan High aspect-ratio low noise multi-axis accelerometers
CN109716070B (zh) * 2016-09-15 2021-07-23 阿尔卑斯阿尔派株式会社 物理量测定装置
JP6866623B2 (ja) * 2016-12-07 2021-04-28 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサーデバイス、電子機器および移動体
JP6911444B2 (ja) * 2017-03-27 2021-07-28 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
JP6922552B2 (ja) * 2017-08-25 2021-08-18 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサーデバイス、電子機器、携帯型電子機器および移動体
JP6911645B2 (ja) * 2017-08-30 2021-07-28 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサーの製造方法、複合センサー、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器及び移動体
JP2019045172A (ja) * 2017-08-30 2019-03-22 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、複合センサー、慣性計測ユニット、携帯型電子機器、電子機器及び移動体
JP2019060675A (ja) * 2017-09-26 2019-04-18 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
US10759656B2 (en) * 2017-09-29 2020-09-01 Apple Inc. MEMS sensor with dual pendulous proof masses
JP7159548B2 (ja) * 2017-11-28 2022-10-25 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサーデバイス、複合センサーデバイス、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器および移動体
DE102018209500B4 (de) * 2018-06-14 2020-10-08 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer z-Inertialsensor
JP2020030067A (ja) * 2018-08-21 2020-02-27 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、センサーデバイス、電子機器、および移動体
IT201900000190A1 (it) * 2019-01-08 2020-07-08 St Microelectronics Srl Dispositivo mems con geometria ottimizzata per la riduzione dell'offset dovuto all'effetto radiometrico
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
JP2022175616A (ja) * 2021-05-14 2022-11-25 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

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3307328B2 (ja) 1998-05-11 2002-07-24 株式会社デンソー 半導体力学量センサ
US6935175B2 (en) * 2003-11-20 2005-08-30 Honeywell International, Inc. Capacitive pick-off and electrostatic rebalance accelerometer having equalized gas damping
US7140250B2 (en) 2005-02-18 2006-11-28 Honeywell International Inc. MEMS teeter-totter accelerometer having reduced non-linearty
DE102006022811A1 (de) * 2006-05-16 2007-11-22 Robert Bosch Gmbh Beschleunigungssensor
JP5125327B2 (ja) * 2006-11-09 2013-01-23 三菱電機株式会社 加速度センサ
DE102006058747A1 (de) * 2006-12-12 2008-06-19 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer z-Sensor
DE102006059928A1 (de) * 2006-12-19 2008-08-21 Robert Bosch Gmbh Beschleunigungssensor mit Kammelektroden
US7578190B2 (en) * 2007-08-03 2009-08-25 Freescale Semiconductor, Inc. Symmetrical differential capacitive sensor and method of making same
EP2327960B1 (en) * 2008-08-18 2019-10-09 Hitachi, Ltd. Micro electro mechanical system
DE102008043788A1 (de) * 2008-11-17 2010-05-20 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement
DE102010039069B4 (de) * 2010-08-09 2023-08-24 Robert Bosch Gmbh Beschleunigungssensor mit einer Dämpfungseinrichtung
US8555720B2 (en) * 2011-02-24 2013-10-15 Freescale Semiconductor, Inc. MEMS device with enhanced resistance to stiction
JP5535124B2 (ja) 2011-04-25 2014-07-02 三菱電機株式会社 加速度センサ
US9069005B2 (en) * 2011-06-17 2015-06-30 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Capacitance detector for accelerometer and gyroscope and accelerometer and gyroscope with capacitance detector
JP5287939B2 (ja) * 2011-06-28 2013-09-11 株式会社デンソー 角速度センサ
JP5790296B2 (ja) * 2011-08-17 2015-10-07 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー及び電子機器
JP5979344B2 (ja) * 2012-01-30 2016-08-24 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
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
JP5935402B2 (ja) * 2012-03-08 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
US9213045B2 (en) * 2013-05-23 2015-12-15 Freescale Semiconductor, Inc. Active lateral force stiction self-recovery for microelectromechanical systems devices
JP6206650B2 (ja) * 2013-07-17 2017-10-04 セイコーエプソン株式会社 機能素子、電子機器、および移動体

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109425755A (zh) * 2017-08-30 2019-03-05 精工爱普生株式会社 物理量及复合传感器、惯性测量单元、电子设备及移动体
JP2019070573A (ja) * 2017-10-10 2019-05-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 角速度センサ素子、およびこれを用いた角速度センサ

Also Published As

Publication number Publication date
CN104515870A (zh) 2015-04-15
US10527644B2 (en) 2020-01-07
US9939457B2 (en) 2018-04-10
US20150096378A1 (en) 2015-04-09
US20180180641A1 (en) 2018-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10527644B2 (en) Physical quantity detection element, physical quantity detection device, electronic apparatus, and moving object
JP6485260B2 (ja) 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
US9476905B2 (en) Sensor element, electronic apparatus and moving object
US9244092B2 (en) Physical quantity sensor and electronic apparatus
JP6464613B2 (ja) 物理量センサー、電子機器および移動体
US9383383B2 (en) Physical quantity sensor, manufacturing method thereof, and electronic apparatus
CN108700612B (zh) 传感器装置、电子设备以及移动体
JP6205921B2 (ja) 物理量センサー、電子機器、および移動体
US10031157B2 (en) Functional device, electronic apparatus, and moving object
JP6380737B2 (ja) 電子デバイス、電子機器、および移動体
US20150020591A1 (en) Functional device, electronic apparatus, and moving object
US9803980B2 (en) Vibrating element, electronic apparatus, and moving object
JP2016044978A (ja) 物理量センサー、電子機器および移動体
JP2017053675A (ja) 物理量センサー、センサーデバイス、電子機器および移動体
JP6137451B2 (ja) 物理量センサー、電子機器、及び移動体
JP6464608B2 (ja) 物理量センサー、電子機器および移動体
JP6413462B2 (ja) 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
JP2014134482A (ja) 物理量センサー、電子機器、及び移動体
JP2018021920A (ja) 物理量センサー、電子機器、および移動体
JP6665950B2 (ja) 物理量センサー、電子機器および移動体
JP2016045190A (ja) 物理量センサー、電子機器および移動体
JP2016017812A (ja) 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

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20150113

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20160617

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20160624