JP2021056084A

JP2021056084A - 加速度センサーユニット、電子機器、及び移動体

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Publication number: JP2021056084A
Application number: JP2019178874A
Authority: JP
Inventors: 史隆篠村; Fumitaka Shinomura; 照夫瀧澤; Teruo Takizawa
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2021-04-08

Abstract

【課題】高精度を有する加速度センサーユニット、電子機器、及び移動体を提供する。【解決手段】加速度センサーユニット１は、基体１０と、基体１０に載置されている蓋体３０と、蓋体３０に連結している側壁３２と、基体１０と蓋体３０と側壁３２とで囲まれている第１キャビティー２０に設けられる第１加速度センサー素子２１ｘと、基体１０と蓋体３０と側壁３２とで囲まれている第２キャビティー２２に設けられる第２加速度センサー素子２１ｚと、を含み、第１加速度センサー素子２１ｘは、基体１０の面１０ａ方向に平行な第１方向の加速度Ａｘを検出し、第２加速度センサー素子２１ｚは、面１０ａ方向と交差する第２方向の加速度Ａｚを検出し、第１キャビティー２０内は、第１気圧雰囲気で封止され、第２キャビティー２２内は、第２気圧雰囲気で封止され、第２気圧雰囲気の気圧Ｐ２は、第１気圧雰囲気の気圧Ｐ１より低い。【選択図】図３

Description

本発明は、加速度センサーユニット、電子機器、及び移動体に関する。

近年、シリコンＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて製造された加速度センサーユニットなどの機能素子が開発されている。
このような機能素子として、例えば、特許文献１には、基体と蓋体で構成された第１収納部にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の加速度を検出可能な３つの加速度センサー素子を配置し、第２収納部にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸まわりの角速度を検出可能な３つの角速度センサー素子を配置し、第１収納部をほぼ大気圧で封止し、第２収納部をほぼ真空状態で封止した機能素子が記載されている。

特開２０１８−１７３２８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の機能素子は、櫛歯状をなして対向配置されている可動電極及び固定電極を有する加速度センサー素子や板状をなして対向配置されている可動電極及び固定電極を有する加速度センサー素子を有し、これら二つの電極間の静電容量に基づいて加速度を検出している。Ｘ軸及びＹ軸方向の加速度センサー素子は、櫛歯状構造とすることで、電極の対向面積を大きくすることができるが、Ｚ軸方向の加速度センサー素子は、板状構造のため、電極の対向面積を大きくすると素子形状が大きくなり小型化が難しい。そのため、Ｚ軸方向の加速度センサー素子の感度をＸ軸及びＹ軸方向の加速度センサー素子の感度と同等とするには、可動電極と固定電極との間隔を狭める必要がある。しかし、間隔を狭めると、間隙の空気粘性が高くなるので、エアダンピングが強くなりノイズが発生し検出精度が低下する。従って、Ｘ軸及びＹ軸方向の加速度センサー素子に比べ、Ｚ軸方向の加速度センサー素子の検出精度が低下するという課題があった。

加速度センサーユニットは、基体と、前記基体に載置されている蓋体と、前記蓋体に連結している側壁と、前記基体と前記蓋体と前記側壁とで囲まれている第１キャビティーに設けられる第１加速度センサー素子と、前記基体と前記蓋体と前記側壁とで囲まれている第２キャビティーに設けられる第２加速度センサー素子と、を含み、前記第１加速度センサー素子は、前記基体の面方向に平行な第１方向の加速度を検出し、前記第２加速度センサー素子は、前記面方向と交差する第２方向の加速度を検出し、前記第１キャビティー内は、第１気圧雰囲気で封止され、前記第２キャビティー内は、第２気圧雰囲気で封止され、前記第２気圧雰囲気の気圧は、前記第１気圧雰囲気の気圧より低いことを特徴とする。

上記の加速度センサーユニットにおいて、前記蓋体と前記側壁とは、一体であることが好ましい。

上記の加速度センサーユニットにおいて、前記基体及び前記蓋体の少なくとも一方には、前記第１キャビティーに連通し、封止部材で塞がれている第１貫通孔が設けられ、前記基体及び前記蓋体の少なくとも一方には、前記第２キャビティーに連通し、封止部材で塞がれている第２貫通孔が設けられていることが好ましい。

上記の加速度センサーユニットにおいて、前記第１キャビティーに、前記面方向に平行で前記第１方向と交差する第３方向の加速度を検出する第３加速度センサー素子が配置されていることが好ましい。

上記の加速度センサーユニットにおいて、前記基体と、前記第１キャビティーと前記第２キャビティーとに接する前記側壁と、が平面視で重なる位置に、配線が配置されていることが好ましい。

上記の加速度センサーユニットにおいて、前記配線は、前記第１キャビティー内の配線と前記第２キャビティー内の配線とを接続していることが好ましい。

上記の加速度センサーユニットにおいて、前記配線は、断面視で前記基体の前記側壁側の面に設けられた溝部に配置されていることが好ましい。

上記の加速度センサーユニットにおいて、前記配線と、前記基体と前記側壁とを接合する接合部材との間に保護膜が配置されていることが好ましい。

電子機器は、上記の加速度センサーユニットを備えていることを特徴とする。

移動体は、上記の加速度センサーユニットを備えていることを特徴とする。

第１実施形態に係る加速度センサーユニットの概略構成を示す平面図。図１のＡ−Ａ線での断面図。図１のＢ−Ｂ線での断面図。図１のＣ−Ｃ線での断面図。素子のＱ値と気圧との関係を示す図。第１加速度センサー素子の概略構成を示す平面図。第３加速度センサー素子の概略構成を示す平面図。第２加速度センサー素子の概略構成を示す平面図。第２実施形態に係る加速度センサーユニットを備える電子機器としてのスマートフォンの構成を示す斜視図。第３実施形態に係る加速度センサーユニットを備える移動体としての自動車の構成を示す斜視図。

１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係る加速度センサーユニット１として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のそれぞれの方向の加速度を独立して検知することのできる３軸加速度センサーを一例として挙げ、図１〜図８を参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係る加速度センサーユニット１の概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線での断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線での断面図である。図４は、図１のＣ−Ｃ線での断面図である。図５は、素子のＱ値と気圧との関係を示す図である。図６は、第１加速度センサー素子２１ｘの概略構成を示す平面図である。図７は、第３加速度センサー素子２１ｙの概略構成を示す平面図である。図８は、第２加速度センサー素子２１ｚの概略構成を示す平面図である。なお、図１では、分かり易くするために、蓋体３０、第１貫通孔３６、及び第２貫通孔３８を透視している。また、上記各図では、説明の便宜上、配線の一部を省略してあり、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。また、図中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互いに直交する座標軸であり、Ｘ軸に沿う方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿う方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿う方向を「Ｚ方向」とし、矢印の方向がプラス方向である。また、Ｚ方向のプラス方向を「上方」、Ｚ方向のマイナス方向を「下方」と言う。また、本実施形態では、第１方向をＸ方向とし、第２方向をＺ方向とし、第３方向をＹ方向として説明する。

本実施形態に係る加速度センサーユニット１は、図１、図２、図３、及び図４に示すように、基体１０と、蓋体３０と、側壁３２と、第１加速度センサー素子２１ｘと、第２加速度センサー素子２１ｚと、第３加速度センサー素子２１ｙと、を含み構成されている。なお、第１加速度センサー素子２１ｘは、基体１０の面１０ａ方向と平行なＸ方向の加速度Ａｘを検知可能な加速度センサー素子である。第２加速度センサー素子２１ｚは、面１０ａ方向と交差するＺ方向の加速度Ａｚを検知可能な加速度センサー素子である。第３加速度センサー素子２１ｙは、面１０ａ方向と平行でＸ方向と交差するＹ方向の加速度Ａｙを検知可能な加速度センサー素子である。

基体１０及び蓋体３０は、それぞれ、板状をなし、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面であるＸＹ平面に沿って配置されている。

基体１０は、面１０ａに、第１加速度センサー素子２１ｘと、第２加速度センサー素子２１ｚと、第３加速度センサー素子２１ｙと、ガラスフリットなどの高温酸化物を主成分とする接合部材４０を介し接合されている蓋体３０と、を有している。ここで高温酸化物とは、Ｂ₂Ｏ₃、ＺｎＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂等である。基体１０と蓋体３０との間には、第１加速度センサー素子２１ｘと第３加速度センサー素子２１ｙとを収納している第１キャビティー２０と、第２加速度センサー素子２１ｚを収納している第２キャビティー２２と、が形成されている。

基体１０には、蓋体３０側となる上方に開放する２つの凹部１２，１４が設けられている。凹部１２には、凹部１２の内底面１２ａから突出した後述する図６に示すマウント部Ｍ７１，Ｍ７２が設けられており第１加速度センサー素子２１ｘ及び第３加速度センサー素子２１ｙを支持している。また、凹部１４には、凹部１４の内底面１４ａから突出したマウント部Ｍ９１が設けられており第２加速度センサー素子２１ｚを支持している。

基体１０には、面１０ａに、Ｚ軸プラス方向に開口する複数の溝部１６が設けられており、溝部１６内に、図示しない外部装置と接続するための端子５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７と、第１加速度センサー素子２１ｘ、第２加速度センサー素子２１ｚ、及び第３加速度センサー素子２１ｙと電気的に接続する配線６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７が配置されている。

端子５１は、配線６１と、第１キャビティー２０内に配置された配線６１ａと、基体１０の溝部１８内に配置された配線６１ｂと、第２キャビティー２２内に配置された配線６１ｃと、に電気的に接続している。また、配線６１ａは、配線６１ｅに接続されている。配線６１ｅは、接点６８を介して第１加速度センサー素子２１ｘの可動電極と電気的に接続されている。更に、第１加速度センサー素子２１ｘの可動電極は、接点６８を介して第１キャビティー２０内に配置された配線６１ｄに接続され、再び接点６８を介して第３加速度センサー素子２１ｙの可動電極と接続される。また、第２キャビティー２２内に配置された配線６１ｃは、接点６８を介して第２加速度センサー素子２１ｚの可動電極と電気的に接続している。そのため、第１加速度センサー素子２１ｘの可動電極と電気的に接続する端子と、第２加速度センサー素子２１ｚの可動電極と電気的に接続する端子と、第３加速度センサー素子２１ｙの可動電極と電気的に接続する端子と、を１つの端子５１で補えるため、端子数を減らすことができ、加速度センサーユニット１の小型化を図ることができる。

また、配線６１ｂは、基体１０と、第１キャビティー２０と第２キャビティー２２とに接する側壁３２と、が平面視で重なる位置に、設けられている溝部１８内に配置されている。そのため、配線６１ｂが基体１０の面１０ａ上に突出しないので、基体１０の面１０ａ上に第１加速度センサー素子２１ｘ、第２加速度センサー素子２１ｚ、及び第３加速度センサー素子２１ｙを接合することができる。

また、配線６１ｂと、側壁３２と基体１０とを接合する接合部材４０との間には、図４に示すように、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）など絶縁性酸化物の保護膜４４が配置されている。そのため、接合部材４０の主成分である高温酸化物と、保護膜４４の主成分である絶縁性酸化物とが密着することで第１キャビティー２０内及び第２キャビティー２２内の気密性が低下するのを低減することができる。

端子５２，５３は、配線６２，６３と、凹部１２内に配置されている配線と、を介して第１加速度センサー素子２１ｘの固定電極と電気的に接続されている。
端子５４，５５は、配線６４，６５と、凹部１２内に配置されている配線と、を介して第３加速度センサー素子２１ｙの固定電極と電気的に接続されている。
端子５６，５７は、端子５１と同様の構成、つまり、配線６６，６７と、凹部１２内に配置されている配線と、凹部１２と凹部１４とに接する基体１０に設けられた溝部内に配置されている配線と、凹部１４内に配置されている配線と、を介して第２加速度センサー素子２１ｚの固定電極と電気的に接続されている。なお、端子５６，５７は、凹部１２の外縁の基体１０の面１０ａに溝部を設け、その溝内に配置されている配線６６，６７と、凹部１４内に配置されている配線と、を介して第２加速度センサー素子２１ｚの固定電極と電気的に接続しても構わない。

蓋体３０には、基体１０側となる下方に開放する２つの凹部３４，３５が基体１０の凹部１２，１４と重なる位置にそれぞれ設けられている。そのため、基体１０と蓋体３０とを接合部材４０を介し接合することで、基体１０と、蓋体３０と、蓋体３０と連結し一体化している側壁３２と、により２つのキャビティーを形成することができる。つまり、基体１０の凹部１２と蓋体３０の凹部３４とで、第１加速度センサー素子２１ｘと第３加速度センサー素子２１ｙとを収納する第１キャビティー２０を形成し、基体１０の凹部１４と蓋体３０の凹部３５とで、第２加速度センサー素子２１ｚを収納する第２キャビティー２２を形成している。

蓋体３０には、第１キャビティー２０の内外を連通する第１貫通孔３６と、第２キャビティー２２の内外を連通する第２貫通孔３８と、が設けられている。そのため、加速度センサーユニット１では、第１貫通孔３６を介して、第１キャビティー２０を所望の第１気圧雰囲気に置換することができ、第２貫通孔３８を介して、第２キャビティー２２を所望の第２気圧雰囲気に置換することができる。なお、第１キャビティー２０及び第２キャビティー２２を所望の雰囲気に置換した後に、第１貫通孔３６及び第２貫通孔３８は、封止部材４２によって塞がれ封止される。これにより、第１キャビティー２０及び第２キャビティー２２がそれぞれ独立した気密空間となる。また、第１キャビティー２０内及び第２キャビティー２２内には、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されて、所望の気圧Ｐ１，Ｐ２に封止されている。なお、本実施形態では、第１貫通孔３６と第２貫通孔３８とを蓋体３０に設けているが、これに限定する必要はなく、基体１０に設けても構わない。また、第１貫通孔３６と第２貫通孔３８とは、好ましくは平面視に於いて第１加速度センサー素子２１ｘ、第２加速度センサー素子２１ｚ、第３加速度センサー素子２１ｙ、の何れにも重ならない位置に設けるのが良い。

第１加速度センサー素子２１ｘと第３加速度センサー素子２１ｙとが収納されている第１キャビティー２０の第１気圧雰囲気の気圧Ｐ１は、第２加速度センサー素子２１ｚが収納されている第２キャビティー２２の第２気圧雰囲気の気圧Ｐ２より高くなるように封止されている。つまり、第２キャビティー２２の第２気圧雰囲気の気圧Ｐ２が第１キャビティー２０の第１気圧雰囲気の気圧Ｐ１より低い。これは、以下の理由からである。

第１キャビティー２０内に収納される第１加速度センサー素子２１ｘ及び第３加速度センサー素子２１ｙは、基体１０の面１０ａ方向と平行なＸ方向及びＹ方向の加速度を検出する加速度センサー素子なので、櫛歯状をなして対向配置されている可動電極及び固定電極を有している。これに対し、第２キャビティー２２内に収納される第２加速度センサー素子２１ｚは、基体１０の面１０ａ方向と交差するＺ方向の加速度を検出する加速度センサー素子なので、板状をなして対向配置されている可動電極及び固定電極を有している。

Ｘ方向又はＹ方向の加速度を検出する第１加速度センサー素子２１ｘ又は第３加速度センサー素子２１ｙは、電極が櫛歯状構造のため、板厚を厚くすることで電極の対向面積を大きくし、感度を高めることができる。しかし、Ｚ方向の加速度を検出する第２加速度センサー素子２１ｚは、板状構造のため、電極の対向面積を大きくすると素子形状が大きくなり小型化が難しい。そのため、第２加速度センサー素子２１ｚの感度を第１加速度センサー素子２１ｘ又は第３加速度センサー素子２１ｙの感度と同等とするには、可動電極と固定電極との間隔を狭める必要がある。しかし、間隔を狭めると、間隙の空気粘性が高くなるので、エアダンピングが強くなりノイズが発生し検出精度が低下する。

このノイズは、ブラウンノイズ（ＢＮ）と言われ、（１）式で表される。

ここで、ｋ_b：ボルツマン係数、Ｔ：絶対温度、Ｄ：ダンピング係数、Ｍ：可動部質量、ｆ₀：共振周波数、Ｑ：Ｑ値、である。

また、Ｑ値は、機械的な振幅増大係数であり、ダンピング係数Ｄとの関係は、（２）式で表される。

（１）式と（２）式からノイズ低減のためには、ダンピング係数Ｄを小さくする。つまり、Ｑ値を高くする必要がある。
第１加速度センサー素子２１ｘ、第２加速度センサー素子２１ｚ、及び第３加速度センサー素子２１ｙのＱ値は、両対数グラフである図５に示すように、気圧が低くなるのに伴い、高くなる傾向にあり、同一気圧の場合には、第１加速度センサー素子２１ｘ又は第３加速度センサー素子２１ｙのＱ値に比べ、第２加速度センサー素子２１ｚのＱ値が小さい。これは同サイズの素子に於いて、同じ感度の加速度センサーを同一気圧下に配置すると、第１加速度センサー素子２１ｘ、第３加速度センサー素子２１ｙに比べ、第２加速度センサー素子２１ｚのダンピングが大きくなるからである。一般に、第１加速度センサー素子２１ｘと第３加速度センサー素子２１ｙでは、櫛歯型検出電極が用いられ、第２加速度センサー素子２１ｚでは、狭ギャップの平行平板型検出電極が用いられる。狭ギャップの平行平板型検出に於いて感度を高めようとすると検出面積が大きくなり、更に空気粘性によるダンピングが大きくなる。そのため、同一気圧において、第２加速度センサー素子２１ｚは、第１加速度センサー素子２１ｘ又は第３加速度センサー素子２１ｙに比べ、ノイズが発生し易く検出精度が悪いと言える。

従って、第２加速度センサー素子２１ｚのＱ値を高めノイズを低減するために、第２加速度センサー素子２１ｚが収納されている第２キャビティー２２の第２気圧雰囲気の気圧Ｐ２を第１加速度センサー素子２１ｘと第３加速度センサー素子２１ｙとが収納されている第１キャビティー２０の第１気圧雰囲気の気圧Ｐ１より低くしている。

なお、第２キャビティー２２の気圧Ｐ２の最小値Ｐminは、１００Ｐａである。気体の熱伝導率は、１気圧（１atm）から１００Ｐａまではほぼ一定であり、２つのキャビティーにおいて、一方が１００Ｐａ以上で、他方が１００Ｐａ以下であると、双方で熱伝導率が大きく異なってしまい、素子の温度特性に大きな差異が生じる。また、１００Ｐａ以下では、熱伝導率の圧力依存性が高く、封止圧力のばらつきにより熱伝導率のばらつきが発生し、素子の温度特性のばらつきも生じる。従って、１００Ｐａ以上で安定した特性を得ることができる。
一方、気圧を高めていくと、第１加速度センサー素子２１ｘと第３加速度センサー素子２１ｙ、及び第２加速度センサー素子２１ｚは、それぞれ一定の値に飽和する。これは気圧が高くなり、封止気体の平均自由工程が短くなると気体分子が連続体として見なされ、ダンピングの圧力依存性が無くなるからである。このような現象は、第１加速度センサー素子２１ｘ、第３加速度センサー素子２１ｙ、及び第２加速度センサー素子２１ｚの共通の現象として観測され、その気圧Ｐ０は、素子形状にも依るが大よそ１０，０００〜７０，０００Ｐａ程度である。従って、本発明の第２キャビティー２２の気圧Ｐ２の最大値は、７０，０００Ｐａを超えることはない。

基体１０の構成材料としては、特に限定されないが、絶縁性を有する材料を用いることが好ましく、具体的には、高抵抗なシリコン材料、ガラス材料を用いるのが好ましく、例えば、アルカリ金属イオンを一定量含むガラス材料、例えば、パイレックス（登録商標）ガラスのような硼珪酸ガラスを用いるのが好ましい。これにより、各加速度センサー素子２１ｘ、２１ｙ、２１ｚがシリコンを主材料として構成されている場合、基体１０と各加速度センサー素子２１ｘ、２１ｙ、２１ｚとを陽極接合することができる。陽極接合することにより、各加速度センサー素子２１ｘ、２１ｙ、２１ｚを強固に基体１０へ固定することができる。よって、剥離が発生し難い高信頼性の加速度センサーユニット１を提供できる。それ以外に、石英基板、水晶基板、或いはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板であっても良い。

また、蓋体３０の構成材料としては、特に限定されず、例えば、前述した基体１０と同様の材料を用いることができる。

また、第１加速度センサー素子２１ｘ、第２加速度センサー素子２１ｚ、及び第３加速度センサー素子２１ｙは、リン、ボロン等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板をエッチング、例えば、反応性イオンエッチング等のドライエッチングによってパターニングすることで一括形成されている。

次に、本実施形態の加速度センサーユニット１の有する第１加速度センサー素子２１ｘ、第２加速度センサー素子２１ｚ、及び第３加速度センサー素子２１ｙについて、詳細に説明する。
先ず、第１加速度センサー素子２１ｘ及び第３加速度センサー素子２１ｙについて説明する。

図６に示す第１加速度センサー素子２１ｘは、Ｘ方向の加速度Ａｘを検出する加速度センサー素子である。第１加速度センサー素子２１ｘは、可動部７１と、バネ部７２と、固定部７３と、固定検出電極７４，７５と、を備えている。

可動部７１は、Ｘ方向に延在する基部７１１と、基部７１１からＹ方向両側に突出した複数の可動電極である可動検出電極７１２と、を有している。このような可動部７１は、基部７１１の両端部においてバネ部７２を介して固定部７３に接続されている。また、固定部７３は、凹部１２の内底面１２ａから突出したマウント部Ｍ７１に固定されている。これにより、可動部７１は、固定部７３に対してＸ方向に変位可能となる。また、固定電極である固定検出電極７４，７５は、凹部１２の内底面１２ａから突出したマウント部Ｍ７２に固定されており、可動検出電極７１２を間に挟んで設けられている。つまり、可動検出電極７１２と固定検出電極７４，７５とが櫛歯形状に配置されている。

なお、基体１０に設けられた配線６１，６１ａ，６１ｅと接点６８とを介して可動部７１及び可動検出電極７１２と端子５１とが電気的に接続され、配線６２を介して固定検出電極７４と端子５２とが電気的に接続され、配線６３を介して固定検出電極７５と端子５３とが電気的に接続されている。また、可動部７１、可動検出電極７１２、固定検出電極７４、及び固定検出電極７５には、端子５１，５２，５３を介して所定の電圧が印加されており、可動検出電極７１２と固定検出電極７４，７５との間に、それぞれ、静電容量が形成されている。

このような第１加速度センサー素子２１ｘは、次のようにして加速度Ａｘを検出することができる。第１加速度センサー素子２１ｘに加速度Ａｘが加わると、加速度Ａｘの大きさに基づいて、可動部７１が、バネ部７２を弾性変形させながら、Ｘ方向に変位する。可動部７１が変位することで、可動検出電極７１２と固定検出電極７４とのギャップ及び可動検出電極７１２と固定検出電極７５とのギャップが変化し、それに伴ってこれらの間の静電容量が変化する。そのため、この静電容量の変化量に基づいて加速度Ａｘを検出することができる。

図７に示す第３加速度センサー素子２１ｙは、Ｙ方向の加速度Ａｙを検出する加速度センサー素子である。第３加速度センサー素子２１ｙは、前述した第１加速度センサー素子２１ｘの向きを９０°回転させた以外は、第１加速度センサー素子２１ｘと同様である。そのため、第３加速度センサー素子２１ｙの説明は、省略する。

なお、基体１０に設けられた配線６１，６１ａ，６１ｄと、接点６８と、第１加速度センサー素子２１ｘの可動部７１と、を介して第３加速度センサー素子２１ｙの可動部及び可動検出電極と端子５１とが電気的に接続され、配線６４，６５を介して第３加速度センサー素子２１ｙの固定検出電極と端子５４，５５とが電気的に接続されている。また、第３加速度センサー素子２１ｙの可動部、可動検出電極、及び固定検出電極には、端子５１，５４，５５を介して所定の電圧が印加されており、第３加速度センサー素子２１ｙの可動検出電極と固定検出電極との間に、それぞれ、静電容量が形成されている。

次に、第２加速度センサー素子２１ｚについて説明する。
図８に示す第２加速度センサー素子２１ｚは、Ｚ方向の加速度Ａｚを検出する加速度センサー素子である。第２加速度センサー素子２１ｚは、可動部９１と、梁部９２と、固定部９３と、を備えている。

可動部９１は、梁部９２を介して固定部９３に接続され、固定部９３は、凹部１４の内底面１４ａから突出するマウント部Ｍ９１に固定されている。このような可動部９１は、梁部９２により形成された回動軸Ｌ９まわりにシーソー揺動するようになっている。また、可動部９１は、平面視で、回動軸Ｌ９の一方側に位置する可動電極である可動検出電極９１１と、回動軸Ｌ９の他方側に位置する可動電極である可動検出電極９１２と、を有しており、可動検出電極９１１，９１２は、加速度Ａｚが加わったときの回転モーメントが互いに異なるように設計されている。また、凹部１４の内底面１４ａには、可動検出電極９１１と対向する固定電極である固定検出電極９４と、可動検出電極９１２と対向する固定電極である固定検出電極９５と、が設けられている。

なお、基体１０に設けられた配線６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃと接点６８とを介して可動部９１及び可動検出電極９１１，９１２と端子５１とが電気的に接続され、配線６６を介して固定検出電極９４と端子５６とが電気的に接続され、配線６７を介して固定検出電極９５と端子５７とが電気的に接続されている。また、可動部９１、可動検出電極９１１，９１２、及び固定検出電極９４，９５には、端子５１，５６，５７を介して所定の電圧が印加されており、可動検出電極９１１と固定検出電極９４との間及び可動検出電極９１２と固定検出電極９５との間に、それぞれ、静電容量が形成されている。

このような第２加速度センサー素子２１ｚは、次のようにして加速度Ａｚを検出することができる。第２加速度センサー素子２１ｚに加速度Ａｚが加わると、可動部９１は、回動軸Ｌ９まわりにシーソー揺動する。このような可動部９１のシーソー揺動によって、可動検出電極９１１と固定検出電極９４とのギャップおよび可動検出電極９１２と固定検出電極９５とのギャップが変化し、それに伴ってこれらの間の静電容量が変化する。そのため、この静電容量の変化量に基づいて加速度Ａｚを検出することができる。

本実施形態の加速度センサーユニット１は、第２加速度センサー素子２１ｚの配置されている第２キャビティー２２内の気圧Ｐ２が第１加速度センサー素子２１ｘの配置されている第１キャビティー２０内の気圧Ｐ１より、低い。そのため、第２キャビティー２２内の空気抵抗が小さくなり、エアダンピングが弱まり、且つ、第２加速度センサー素子２１ｚのＱ値が高くなるため、ノイズの発生が抑制され、第２加速度センサー素子２１ｚの検出精度の低下を低減することができる。よって、検出方向の異なる第１加速度センサー素子２１ｘと第２加速度センサー素子２１ｚとの感度をほぼ同等にすることができ、検出精度の高い加速度センサーユニット１を提供することができる。

また、蓋体３０と側壁３２とが一体であるため、第１キャビティー２０及び第２キャビティー２２内の気密性が高くなり、且つ、製造もし易くなるので、高い信頼性を有し低コストの加速度センサーユニット１を提供することができる。

また、蓋体３０に第１キャビティー２０に連通する第１貫通孔３６と第２キャビティー２２に連通する第２貫通孔３８とが設けられているので、第１キャビティー２０内の気圧Ｐ１と第２キャビティー２２内の気圧Ｐ２を異ならせて封止することができる。そのため、第２キャビティー２２内の気圧Ｐ２を第１キャビティー２０内の気圧Ｐ１より低くすることで、第２加速度センサー素子２１ｚのＱ値を高めノイズを低減し、第２加速度センサー素子２１ｚの検出精度を高めることができる。

また、Ｘ方向を検出する第１加速度センサー素子２１ｘの配置されている第１キャビティー２０内に、Ｙ方向の加速度を検出する第３加速度センサー素子２１ｙを配置することで、第１加速度センサー素子２１ｘと第３加速度センサー素子２１ｙとを同じ気圧Ｐ１で封止することとなり、２つの素子のＱ値を同等にすることができる。そのため、検出精度も同等となり、検出精度の高い３軸方向の加速度センサーユニット１を提供することができる。

また、断面視で基体１０と、第１キャビティー２０と第２キャビティー２２とに接する側壁３２と、が重なる位置で、基体１０の側壁３２側の面１０ａに、側壁３２側に開口する溝部１８が設けられ、溝部１８内に配線６１ｂが配置されている。そのため、第１キャビティー２０内に配置されている第１加速度センサー素子２１ｘの可動電極と第２キャビティー２２内に配置されている第２加速度センサー素子２１ｚの可動電極とを配線６１ｂ、第１キャビティー２０内の配線６１ａ，６１ｅ、及び第２キャビティー２２内の配線６１ｃを介して１つの端子５１に接続することができる。そのため、２つの素子の可動電極への配線６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ及び端子５１を共通化でき、端子の数を減らすことができるので、加速度センサーユニット１の小型化を図ることができる。

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る加速度センサーユニット１を備えている電子機器の一例として、スマートフォン１２００を挙げて説明する。
図９は、第２実施形態に係る加速度センサーユニット１を備える電子機器としてのスマートフォン１２００の構成を示す斜視図である。

図９に示すように、スマートフォン１２００は、上述した加速度センサーユニット１が組込まれている。加速度センサーユニット１によって検出された加速度などの検出データは、スマートフォン１２００の制御部１２０１に送信される。制御部１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んで構成されており、受信した検出データからスマートフォン１２００の姿勢や、挙動を認識して、表示部１２０８に表示されている表示画像を変化させたり、警告音や、効果音を鳴らしたり、振動モーターを駆動して本体を振動させることができる。換言すれば、スマートフォン１２００のモーションセンシングを行い、計測された姿勢や、挙動から、表示内容を変えたり、音や、振動などを発生させたりすることができる。特に、ゲームのアプリケーションを実行する場合には、現実に近い臨場感を味わうことができる。

このような電子機器は、上述した加速度センサーユニット１を備えていることから、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れている。
なお、上述した加速度センサーユニット１を備えている電子機器としては、スマートフォン１２００以外に、例えば、インクジェットプリンターなどのインクジェット式吐出装置、携帯電話、ラップトップ型やモバイル型のパーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチルカメラ、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、通信機能付も含む電子手帳、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、魚群探知機、各種測定機器、計器類、フライトシミュレーターなどや電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡などの医療機器が挙げられる。いずれの場合にも、これらの電子機器は、上述した加速度センサーユニット１を備えていることから、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れている。

３．第３実施形態
次に、第３実施形態に係る加速度センサーユニット１を備えている移動体の一例として、自動車１５００を挙げて説明する。
図１０は、第３実施形態に係る加速度センサーユニット１を備える移動体としての自動車１５００の構成を示す斜視図である。

図１０に示すように、自動車１５００には加速度センサーユニット１が内蔵されており、例えば、加速度センサーユニット１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。加速度センサーユニット１の検出信号は、車体１５０１の姿勢を制御する姿勢制御部としての車体姿勢制御装置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、加速度センサーユニット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、自動運転用慣性航法の制御機器、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。

また、移動体に適用される加速度センサーユニット１は、上記の例示の他にも、例えば、二足歩行ロボットや電車などの姿勢制御、ラジコン飛行機、ラジコンヘリコプター、およびドローンなどの遠隔操縦あるいは自律式の飛行体の姿勢制御、農業機械、もしくは建設機械などの姿勢制御において利用することができ、いずれの場合にも、上記実施形態で説明した効果が反映され、性能に優れた移動体を提供することができる。

以下、実施形態から導き出される内容を記載する。

この構成によれば、第２加速度センサー素子の配置されている第２キャビティー内の気圧が第１加速度センサー素子の配置されている第１キャビティー内の気圧より、低いので第２キャビティー内の空気抵抗が小さくなり、エアダンピングが弱まり、且つ、素子のＱ値が高くなるため、ノイズの発生が抑制され、第２加速度センサー素子の検出精度の低下を低減することができる。そのため、検出方向の異なる第１加速度センサー素子と第２加速度センサー素子との感度をほぼ同等にすることができ、検出精度の高い加速度センサーユニットを提供することができる。

この構成によれば、蓋体と側壁とが一体であるため、キャビティー内の気密性が高くなり、製造がし易くなるので、高い信頼性を有し低コストの加速度センサーユニットを提供することができる。

この構成によれば、蓋体に第１キャビティーに連通する第１貫通孔と第２キャビティーに連通する第２貫通孔とが設けられているので、第２キャビティー内の気圧を第１キャビティー内の気圧より低くすることができる。そのため、第２加速度センサー素子のＱ値を高めることができる。

この構成によれば、基体の面方向と平行な第１方向を検出する第１加速度センサー素子の配置されている第１キャビティー内に、基体の面方向と平行な第３方向の加速度を検出する第３加速度センサー素子を配置することで、第１加速度センサー素子と第３加速度センサー素子とを同じ気圧で封止することとなり、２つの素子のＱ値を同等にすることができ、検出精度も同等となり、検出精度の高い３軸の加速度センサーユニットを提供することができる。

この構成によれば、基体と、第１キャビティーと第２キャビティーとに接する側壁とが、平面視で重なる位置に、配線が配置されているので、第１キャビティー内に配置されている第１加速度センサー素子の可動電極と第２キャビティー内に配置されている第２加速度センサー素子の可動電極とを配線を介して１つの端子に接続することができる。そのため、２つの素子の可動電極への配線及び端子を共通化でき、端子を減らすことができ、加速度センサーユニットの小型化を図ることができる。

この構成によれば、第１キャビティー内の配線と第２キャビティー内の配線とを配線を介して接続しているので、端子を共通化し、端子を減らすことができ、加速度センサーユニットの小型化を図ることができる。

この構成によれば、配線が溝部に配置されているので、配線が基体の面上に突出しないので、基体の面上に第１加速度センサー素子、第２加速度センサー素子、及び第３加速度センサー素子を接合することができる。

この構成によれば、配線と接合部材との間に保護膜が配置されているので、配線と接合部材とが溶融することで第１キャビティー内及び第２キャビティー内の気密性が低下するのを低減することができる。

この構成によれば、高精度の加速度センサーユニットを備えているため、高性能な電子機器を提供することができる。

この構成によれば、高精度の加速度センサーユニットを備えているため、高性能な移動体を提供することができる。

１…加速度センサーユニット、１０…基体、１０ａ…面、１２…凹部、１２ａ…内底面、１４…凹部、１４ａ…内底面、１６…溝部、１８…溝部、２０…第１キャビティー、２１ｘ…第１加速度センサー素子、２１ｙ…第３加速度センサー素子、２１ｚ…第２加速度センサー素子、２２…第２キャビティー、３０…蓋体、３２…側壁、３４…凹部、３５…凹部、３６…第１貫通孔、３８…第２貫通孔、４０…接合部材、４２…封止部材、４４…保護膜、５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７…端子、６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７…配線、６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ…配線、６８…接点、１２００…電子機器としてのスマートフォン、１５００…移動体としての自動車。

Claims

基体と、
前記基体に載置されている蓋体と、
前記蓋体に連結している側壁と、
前記基体と前記蓋体と前記側壁とで囲まれている第１キャビティーに設けられる第１加速度センサー素子と、
前記基体と前記蓋体と前記側壁とで囲まれている第２キャビティーに設けられる第２加速度センサー素子と、
を含み、
前記第１加速度センサー素子は、前記基体の面方向に平行な第１方向の加速度を検出し、
前記第２加速度センサー素子は、前記面方向と交差する第２方向の加速度を検出し、
前記第１キャビティー内は、第１気圧雰囲気で封止され、
前記第２キャビティー内は、第２気圧雰囲気で封止され、
前記第２気圧雰囲気の気圧は、前記第１気圧雰囲気の気圧より低い、
加速度センサーユニット。
前記蓋体と前記側壁とは、一体である、
請求項１に記載の加速度センサーユニット。
前記基体及び前記蓋体の少なくとも一方には、前記第１キャビティーに連通し、封止部材で塞がれている第１貫通孔が設けられ、
前記基体及び前記蓋体の少なくとも一方には、前記第２キャビティーに連通し、封止部材で塞がれている第２貫通孔が設けられている、
請求項１又は請求項２に記載の加速度センサーユニット。
前記第１キャビティーに、前記面方向に平行で前記第１方向と交差する第３方向の加速度を検出する第３加速度センサー素子が配置されている、
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の加速度センサーユニット。
前記基体と、前記第１キャビティーと前記第２キャビティーとに接する前記側壁と、が平面視で重なる位置に、配線が配置されている、
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の加速度センサーユニット。
前記配線は、前記第１キャビティー内の配線と前記第２キャビティー内の配線とを接続している、
請求項５に記載の加速度センサーユニット。
前記配線は、断面視で前記基体の前記側壁側の面に設けられた溝部に配置されている、
請求項５又は請求項６に記載の加速度センサーユニット。
前記配線と、前記基体と前記側壁とを接合する接合部材との間に保護膜が配置されている、
請求項５乃至請求項７の何れか一項に記載の加速度センサーユニット。
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の加速度センサーユニットを備えている、
電子機器。
請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の加速度センサーユニットを備えている、
移動体。