JP5935986B2 - 物理量センサーおよび電子機器 - Google Patents

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、小型で高感度の物理量センサーを実現する技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、トーションウェブを中心として回転可能な２つの翼部を有する質量体を備えた加速度センサーが開示されている。この加速度センサーでは、２つの翼部のそれぞれに貫通孔を設けることによって、トーションウェブに対して反対方向かつ同じ大きさのねじれが、同じ大きさの減衰トルクを生じさせるように構成されている。また、この加速度センサーは、一方の翼部の下方に第１電極を有し、他方の翼部の下方に第２電極を有しており、一方の翼部と第１電極との間の静電容量、および他方の翼部と第２電極との間の静電容量に基づいて、加速度を検出している。

特許文献１の加速度センサーでは、質量体は、窒素等の気体が充填されたケーシングに収容されており、翼部に貫通孔を設けることで、気体の粘性により生じるダンピング（質量体の動きを止めようとする働き、流動抵抗）を低減することができる。これにより、検出感度を高めることができる。

特表２００９−５３７８０３号公報

しかしながら、特許文献１の加速度センサーでは、貫通孔の大きさが２つの翼部で異なっているため、平面視において、一方の翼部と第１電極とが重なる領域の面積と、他方の翼部と第２電極とが重なる領域の面積とが異なっている。そのため、初期状態（加速度が印加されていない状態、翼部が水平な状態）において、一方の翼部と第１電極との間の静電容量と、他方の翼部と第２電極との間の静電容量とが異なってしまう。したがって、この初期容量の差を解消するために、翼部と電極との間のギャップの調整や、初期容量の差を補正するための回路等が必要になるため、装置の構成を簡略化することができず、製造工程が増える、コストがかかる等の問題がある。

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、簡易な構成を有し、かつ、検出感度を高めることが可能な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、
第１軸を回転軸として変位可能であって、平面視で前記第１軸を境にして、第１領域に設けられた第１可動電極部と、第２領域に設けられた第２可動電極部と、前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方に設けられたダンピング調整部とを備えた可動体と、
前記可動体を前記第１軸まわりに変位可能に支持する梁部と、
前記基板に前記第１可動電極部と対向して配置されている第１固定電極部と、
前記基板に前記第２可動電極部と対向して配置されている第２固定電極部と、
を含み、
前記ダンピング調整部には、第１貫通孔が設けられ、
前記第１可動電極部および前記第２可動電極部には、第２貫通孔が設けられ、
平面視で前記第２貫通孔を除く部分において、前記第１可動電極部と前記第１固定電極部とが重なる領域の面積と、前記第２可動電極部と前記第２固定電極部とが重なる領域の面積とは同じであり、
前記第１貫通孔の幅は、前記第２貫通孔の幅よりも大きい。

このような物理量センサーによれば、平面視で第２貫通孔を除く部分において、第１可動電極部と第１固定電極部とが重なる領域の面積と、第２可動電極部と第２固定電極部とが重なる領域の面積とは同じであるため、簡易な構成で、初期状態（例えば可動体が水平な状態）における、第１可動電極部と第１固定電極部との間の静電容量と、第２可動電極部と第２固定電極部との間の静電容量と、を等しくすることができる。さらに、ダンピング調整部に設けられている貫通孔の幅が、第１可動電極部および第２可動電極部に設けられている貫通孔の幅よりも大きいため、第１可動電極部の面積および第２可動電極部の面積を確保しつつ、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）を効率よく低減することができる。したがって、このような物理量センサーによれば、簡易な構成を有し、かつ、検出感度を高めることができる。

［適用例２］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記可動体の前記第１領域の質量と前記可動体の前記第２領域の質量とは、異なっていてもよい。

このような物理量センサーによれば、例えば鉛直方向の加速度が加わったときに、可動体の第１領域の回転モーメントと、可動体の第２領域の回転モーメントとが均衡せず、可動体に所定の傾きを生じさせることができる。

［適用例３］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記第１可動電極部に設けられている前記第２貫通孔の総面積と、前記第２可動電極部に設けられている前記第２貫通孔の総面積とは、同じであってもよい。

このような物理量センサーによれば、簡易な構成を有し、かつ、検出感度を高めることができる。

［適用例４］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記第２貫通孔は、平面視で前記第１軸の方向に延出していてもよい。

このような物理量センサーによれば、第１可動電極部の面積および第２可動電極部の面積を確保しつつ、ダンピングを効率よく低減することができる。

［適用例５］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記第１貫通孔および前記第２貫通孔の少なくとも一方は、複数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、ダンピングをより低減することができる。

［適用例６］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記ダンピング調整部は、前記可動体の前記第１軸に交差する第２軸の方向の端部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、回転軸となる第１軸から離れたところに第１貫通孔を設けることができるため、ダンピングを効率よく低減することができる。

［適用例７］
本適用例に係る物理量センサーにおいて、
前記ダンピング調整部は、前記第１領域および前記第２領域の両方に設けられ、
前記第１領域に設けられた前記ダンピング調整部の前記第１貫通孔の幅は、前記第２領域に設けられた前記ダンピング調整部の前記第１貫通孔の幅よりも大きくてもよい。

このような物理量センサーによれば、簡易な構成を有し、かつ、検出感度を高めることができる。

［適用例８］
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、簡易な構成を有し、かつ、検出感度を高めることができる。

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。 貫通孔とダンピングとの関係を説明するための図。 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変形例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線断面図である。また、図１では、便宜上、蓋体６０の図示を省略している。図１および図２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（基板）１０と、可動体２０と、梁部３０，３２と、第１固定電極部５０と、第２固定電極部５２と、を含む。物理量センサー１００は、さらに、固定部４０と、蓋体６０と、を含むことができる。

支持基板１０には、第１固定電極部５０および第２固定電極部５２が設けられている。図示の例では、固定電極部５０，５２は、凹部１２の底面を規定する支持基板１０の面１４に設けられている。固定電極部５０，５２が設けられている支持基板１０の面１４は、平坦な面である。支持基板１０の面１４は、可動体２０が水平（ＸＹ平面に平行）な場合、可動体２０に平行である。支持基板１０には、固定部４０および蓋体６０が接合されている。支持基板１０と、蓋体６０とで、可動体２０を収容するための空間を形成することができる。この空間には、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填されている。支持基板１０の材質は、特に限定されないが、例えば、ガラス等の絶縁材料である。例えば支持基板１０をガラス等の絶縁材料、可動体２０をシリコン等の半導体材料にすることにより、可動体２０と支持基板１０とを貼り合わせることで容易に両者を電気的に絶縁することができ、センサー構造を簡素化することができる。

可動体２０は、支持基板１０上に、間隙２を介して設けられている。可動体２０は、第１梁部３０および第２梁部３２によって、支持されている。可動体２０は、第１軸Ｑ１を回転軸として変位可能である。具体的には、可動体２０は、例えば鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度が加わると、梁部３０，３２によって決定される第１軸Ｑ１を回転軸（揺動軸）としてシーソー揺動することができる。可動体２０の外周縁の形状は、平面視において（Ｚ軸方向からみて）、例えば、長方形である。また、可動体２０の厚さ（Ｚ軸方向の大きさ）は、例えば、一定である。

可動体２０は、第１シーソー片２０ａと、第２シーソー片２０ｂと、を有する。第１シーソー片２０ａは、平面視において、第１軸Ｑ１によって区画される可動体２０の２つの領域のうちの一方の第１領域（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、第１軸Ｑ１によって区画される可動体２０の２つの領域のうちの他方の第２領域（図１では左側に位置する部分）である。

例えば、鉛直方向の加速度（例えば重力加速度）が可動体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、可動体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、可動体２０に所定の傾きが生じるように、可動体２０が設計される。

物理量センサー１００では、第１軸Ｑ１を、可動体２０の中心（重心）から外れた位置に配置することによって（第１軸Ｑ１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、可動体２０は、第１軸Ｑ１を境にして、一方側（第１シーソー片２０ａ）と他方側（第２シーソー片２０ｂ）とで質量が異なる。図示の例では、第１軸Ｑ１から第１シーソー片２０ａの端面２４までの距離は、第１軸Ｑ１から第２シーソー片２０ｂの端面２５までの距離よりも大きい。また、第１シーソー片２０ａの厚さと、第２シーソー片２０ｂの厚さとは、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、鉛直方向の加速度が加わったときに、可動体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、第１軸Ｑ１を可動体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、鉛直方向の加速度が加わったときに、可動体２０に所定の傾きを生じさせることができる。

可動体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、可動体２０と支持基板１０との間には、間隙２が設けられている。また、可動体２０は、梁部３０，３２によって、固定部４０から離間して接続されている。可動体２０と固定部４０との間には、間隙４が設けられている。可動体２０の周囲に間隙２，４が存在することによって、可動体２０は、シーソー揺動することができる。

可動体２０は、平面視で第１軸Ｑ１の一方側の第１シーソー片２０ａに、第１可動電極部２１と、ダンピング調整部２３と、を有している。さらに、可動体２０は、平面視で第１軸Ｑ１の他方側の第２シーソー片２０ｂに、第２可動電極部２２を有している。

第１可動電極部２１は、可動体２０のうち、平面視で第１固定電極部５０と重なる部分である。第１可動電極部２１は、可動体２０のうち、第１固定電極部５０との間に静電容量Ｃ１を形成する部分である。第１可動電極部２１には、可動体２０を厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する貫通孔（第２貫通孔）２７が設けられている。図示の例では、第１可動電極部２１には、複数（５個）の貫通孔２７が設けられている。

第２可動電極部２２は、可動体２０のうち、平面視で第２固定電極部５２と重なる部分である。第２可動電極部２２は、可動体２０のうち、第２固定電極部５２との間に静電容量Ｃ２を形成する部分である。第２可動電極部２２には、可動体２０を厚さ方向に貫通する貫通孔（第２貫通孔）２８が設けられている。第２可動電極部２２には、複数（５個）の貫通孔２８が設けられている。物理量センサー１００では、可動体２０が導電性材料で構成されることによって可動電極部２１，２２が形成されてもよく、また、可動体２０の表面に金属等の導体層からなる可動電極部を形成することもできる。図示の例では、可動体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、可動電極部２１，２２が形成されている。

ダンピング調整部２３は、可動体２０のうち、平面視で固定電極部５０，５２と重ならない部分である。図示の例では、ダンピング調整部２３は、可動体２０の第２軸Ｑ２の方向（第２軸Ｑ２に沿う方向）の端部に設けられている。ここで、第２軸Ｑ２は、第１軸Ｑ１と直交する軸である。第１シーソー片２０ａでは、第２軸Ｑ２の方向（図示の例では＋Ｘ軸方向）に、第１軸Ｑ１側から、第１可動電極部２１、ダンピング調整部２３の順で並んでいる。ダンピング調整部２３には、可動体２０を厚さ方向に貫通する貫通孔（第１貫通孔）２６が設けられている。図示の例では、ダンピング調整部２３には、複数（３個）の貫通孔２６が設けられている。なお、貫通孔２６，２７，２８の数は、特に限定されない。ダンピング調整部２３において、貫通孔２６の数や面積を調整することによって、可動体２０の減衰を調整することができる。

貫通孔２６，２７，２８は、可動体２０の揺動（回動）する際に気体の流路となる。そのため、貫通孔２６，２７，２８によって、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）を低減することができる。したがって、検出感度を高めることができる。また、貫通孔２６，２７，２８は、それぞれ複数設けられているため、ダンピングをより低減することができ、より検出感度を高めることができる。

貫通孔２６の幅ａは、貫通孔２７の幅ｂおよび貫通孔２８の幅ｃよりも大きい。ここで、貫通孔の幅とは、回転軸となる第１軸Ｑ１と直交する第２軸Ｑ２の方向における貫通孔の大きさであり、図示の例では、貫通孔のＸ軸方向の大きさである。貫通孔２６の幅ａを貫通孔２７の幅ｂおよび貫通孔２８の幅ｃよりも大きくすることにより、可動電極部２１，２２の面積を確保しつつ、ダンピングを効率よく低減できる。以下に、その理由について説明する。

図３は、貫通孔とダンピングの関係を説明するための図である。図３では、可動電極部１０２１および固定電極部１０５０を有するモデルＭ１，モデルＭ２を図示している。具体的には、モデルＭ１の可動電極部１０２１の幅ｗ１は、モデルＭ２の可動電極部１０２１の幅ｗ２の２倍である。また、モデルＭ１の隣り合う可動電極部１０２１間の間隔Ｓ１は、モデルＭ２の隣り合う可動電極部１０２１間の間隔Ｓ２の２倍である。また、モデルＭ１の可動電極部１０２１の長さＬ１とモデルＭ２の可動電極部１０２１の長さＬ２とは、同じ大きさである。そのため、モデルＭ１の可動電極部１０２１の総面積（２×ｗ１×Ｌ１）と、モデルＭ２の可動電極部１０２１の総面積（４×ｗ２×Ｌ２）は等しく、モデルＭ１の可動電極部１０２１間の間隔の総面積（２×Ｓ１×Ｌ１）と、モデルＭ２の可動電極部１０２１の間隔の総面積（４×Ｓ２×Ｌ２）とは等しい。

ここで、可動電極部１０２１が動くことによって、電極部１０２１，１０５０間の気体が動き、その際に気体の粘性によって可動電極部１０２１の動きに関して、可動電極部の動きを止めようとする働き、すなわち、ダンピングが生じる。ダンピングの大きさを示すダンピング係数Ｄは、可動電極部１０２１の幅をｗ、可動電極部１０２１の長さをＬ、可動電極部１０２１と固定電極部１０５０との間の距離をｄ、電極部１０２１，１０５０のペア数をｎとすると、下記式（１）で表すことができる。

式（１）から、モデルＭ２のダンピング係数Ｄは、モデルＭ１のダンピング係数Ｄの１／４となる。これは、ダンピング係数Ｄが、可動電極部１０２１の幅ｗの３乗に比例するためである。このように、モデルＭ２では、モデルＭ１と可動電極部１０２１の面積が同じであるにも関わらず、モデルＭ１と比べて、ダンピング係数Ｄを小さくする（ダンピングを低減する）ことができる。この結果から、隣り合う可動電極部間の間隔を小さくして可動電極部の幅を小さくすることで、可動電極部の面積を確保しつつ、効率よくダンピングを低減できることがわかる。

したがって、物理量センサー１００において、貫通孔２７，２８の幅ｂ，ｃを小さくすることによって、可動電極部２１，２２の面積を確保しつつ、ダンピングを効率よく低減することができる。さらに、ダンピング調整部２３では、面積を確保する（大きくする）必要がないため、可動電極部２１，２２に設けられた貫通孔２７，２８に比べて、幅の大きな貫通孔２６を形成することで、ダンピングをより低減することができる。

ダンピング調整部２３に設けられている貫通孔２６は、図１に示すように、第１軸Ｑ１の方向に延出している。貫通孔２６の平面形状は、例えば、第１軸Ｑ１に平行な長辺、第２軸Ｑ２に平行な短辺を有する長方形である。ダンピング調整部２３に設けられている複数（３つ）の貫通孔２６は、第２軸Ｑ２に沿って（Ｘ軸方向に）配列されている。複数の貫通孔２６は、幅ａ、および長さ（Ｙ軸方向の大きさ）が同じである。すなわち、複数の貫通孔２６は、互いに同じ形状を有している。なお、複数の貫通孔２６は、それぞれ異なる形状を有していてもよい。

第１可動電極部２１に設けられている貫通孔２７は、第１軸Ｑ１の方向に延出している。図示の例では、貫通孔２７の平面形状は、第１軸Ｑ１に平行な長辺、第２軸Ｑ２に平行な短辺を有する長方形である。そのため、第１可動電極部２１において、隣り合う貫通孔２７の間の部分の平面形状を、第１軸Ｑ１に平行な長辺、第２軸Ｑ２に平行な短辺を有する長方形とすることができる。したがって、第１可動電極部２１の面積を確保しつつ、ダンピングを効率よく低減することができる。第１可動電極部２１に設けられている複数（５つ）の貫通孔２７は、第２軸Ｑ２に沿って配列されている。複数の貫通孔２７は、幅ｂ、および長さが同じである。すなわち、複数の貫通孔２７は、互いに同じ形状を有している。なお、複数の貫通孔２７は、それぞれ異なる形状を有していてもよい。

第２可動電極部２２に設けられている貫通孔２８は、第１軸Ｑ１の方向に延出している。図示の例では、貫通孔２８の平面形状は、第１軸Ｑ１に平行な長辺、第２軸Ｑ２に平行な短辺を有する長方形である。そのため、第２可動電極部２２において、隣り合う貫通孔２８の間の部分の平面形状を、第１軸Ｑ１に平行な長辺、第２軸Ｑ２に平行な短辺を有する長方形とすることができる。したがって、第２可動電極部２２の面積を確保しつつ、ダンピングを効率よく低減することができる。第２可動電極部２２に設けられている複数（５つ）の貫通孔２８は、第２軸Ｑ２に沿って配列されている。複数の貫通孔２８は、幅ｃ、および長さが同じである。すなわち、複数の貫通孔２８は、互いに同じ形状を有している。なお、複数の貫通孔２８は、それぞれ異なる形状を有していてもよい。

図示の例では、平面視において、可動体２０の外周縁の内側に、固定電極部５０，５２が位置している。そのため、第１可動電極部２１と第１固定電極部５０とが重なる領域の面積は、第１固定電極部５０の面積から、第１可動電極部２１に設けられている貫通孔２７の総面積を差し引いたものに等しい。また、第２可動電極部２２と第２固定電極部５２とが重なる領域の面積は、第２固定電極部５２の面積から、第２可動電極部２２に設けられている貫通孔２８の総面積を差し引いたものに等しい。

ここで、貫通孔２７と貫通孔２８とは、同じ形状を有しており、貫通孔２７の面積（開口の面積）と貫通孔２８の面積（開口の面積）とは、等しい。また、貫通孔２７の数と、貫通孔２８の数とは、等しい。すなわち、第１可動電極部２１に設けられている貫通孔２７の総面積と、第２可動電極部２２に設けられている貫通孔２８の総面積とは、等しい。また、第１固定電極部５０の面積と第２固定電極部５２の面積とは、等しい。したがって、平面視で第２貫通孔２７，２８を除く部分において、第１可動電極部２１と第１固定電極部５０とが重なる領域の面積と、第２可動電極部２２と第２固定電極部５２とが重なる領域の面積とは等しい。そのため、初期状態（可動体が水平な状態）において、第１可動電極部２１と第１固定電極部５０との間の静電容量Ｃ１と、第２可動電極部２２と第２固定電極部５２との間の静電容量Ｃ２とを、等しくすることができる。

支持基板１０の第１可動電極部２１に対向する位置には、第１固定電極部５０が設けられている。この第１可動電極部２１と第１固定電極部５０とによって、静電容量Ｃ１が形成されている。また、支持基板１０の第２可動電極部２２に対向する位置には、第２固定電極部５２が設けられている。この第２可動電極部２２と第２固定電極部５２とによって、静電容量Ｃ２が形成されている。静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２は、例えば、初期状態（可動体２０が水平な状態）において、等しくなるように構成されている。第１可動電極部２１および第２可動電極部２２は、可動体２０の動きに応じて位置が変化する。この可動電極部２１，２２の位置の変化に応じて、静電容量Ｃ１，Ｃ２が変化する。可動体２０には、例えば梁部３０，３２を介して、所定の電位が与えられる。

なお、図示はしないが、蓋体６０の、第１可動電極部２１に対向する位置に第１固定電極部５０が設けられ、蓋体６０の、第２可動電極部２２に対向する位置に第２固定電極部５２が設けられていてもよい。

第１梁部３０および第２梁部３２は、可動体２０を第１軸Ｑ１まわりに変位可能に支持している。梁部３０，３２は、トーションバネ（捻りバネ）として機能する。これにより、可動体２０がシーソー揺動することにより梁部３０，３２に生じるねじり変形に対して強い復元力を有し、梁部３０，３２が破損することを防止することができる。

第１梁部３０および第２梁部３２は、図１に示すように、平面視において、第１軸Ｑ１上に配置されている。梁部３０，３２は、固定部４０から可動体２０まで、第１軸Ｑ１上を延出している。梁部３０，３２は、可動体２０の回転軸（揺動軸）となる第１軸Ｑ１の位置を決定する部材である。梁部３０，３２は、固定部４０と可動体２０とを接続している。第１梁部３０は、可動体２０の＋Ｙ軸方向側の側面に接続され、第２梁部３２は、可動体２０の−Ｙ軸方向側の側面に接続されている。

固定部４０は、平面視において、可動体２０の周囲に設けられている。図示の例では、固定部４０は、平面視において可動体２０を囲むように設けられている。なお、固定部４０の形状は、特に限定されない。固定部４０は、支持基板１０に固定されている。固定部４０と可動体２０とは、離間しており、固定部４０と可動体２０との間には、間隙４が設けられている。

可動体２０、梁部３０，３２、および固定部４０は、一体に設けられている。可動体２０、梁部３０，３２、および固定部４０は、１つの基板（例えばシリコン基板）をパターニングすることによって一体的に設けられる。

第１固定電極部５０は、支持基板１０上に設けられている。第１固定電極部５０は、第１可動電極部２１に対向する位置に配置されている。第１固定電極部５０の上方には、間隙２を介して、第１可動電極部２１が位置している。第１固定電極部５０は、第１可動電極部２１との間に静電容量Ｃ１を形成するように設けられている。

第２固定電極部５２は、支持基板１０上に設けられている。第２固定電極部５２は、第２可動電極部２２に対向する位置に配置されている。第２固定電極部５２の上方には、間隙を介して、第２可動電極部２２が位置している。第２固定電極部５２は、第２可動電極部２２との間に静電容量Ｃ２を形成するように設けられている。第１固定電極部５０の面積と第２固定電極部５２の面積は、等しい。第１固定電極部５０の平面形状と、第２固定電極部５２の平面形状は、例えば、第１軸Ｑ１を軸として、対称である。

固定電極部５０，５２の材質は、例えば、アルミ、金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等である。固定電極部５０，５２の材質は、ＩＴＯ等の透明電極材料であることが望ましい。固定電極部５０，５２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、固定電極部５０，５２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。

蓋体６０は、支持基板１０に載置されている。蓋体６０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６０とは、陽極接合によって接合されていてもよい。

次に、物理量センサー１００の動作について説明する。物理量センサー１００では、加速度、角速度等の物理量に応じて、可動体２０が第１軸Ｑ１まわりに揺動（回動）する。この可動体２０の動きに伴って、第１可動電極部２１と第１固定電極部５０との間の距離、および第２可動電極部２２と第２固定電極部５２との間の距離が変化する。具体的には、電極部２１，５０間の距離および電極部２２，５２間の距離のうちの一方の距離が大きくなり、他方の距離が小さくなる。そのため、可動体２０の揺動（回動）によって、静電容量Ｃ１，Ｃ２のうちの一方が大きくなり、他方が小さくなる。したがって、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との差に基づいて（いわゆる差動容量検出方式により）、加速度や角速度等の物理量を検出することができる。

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、可動体２０は、回転軸となる第１軸Ｑ１を境にして第１シーソー片２０ａに設けられた第１可動電極部２１およびダンピング調整部２３と、第２シーソー片２０ｂに設けられた第２可動電極部２２とを有し、平面視で第２貫通孔２７，２８を除く部分において、第１可動電極部２１と第１固定電極部５０とが重なる領域の面積と、第２可動電極部２２と第２固定電極部５２とが重なる領域の面積とは等しい。これにより、初期状態（可動体が水平な状態）において、第１可動電極部２１と第１固定電極部５０との間の静電容量Ｃ１と、第２可動電極部２２と第２固定電極部５２との間の静電容量Ｃ２とを、等しくすることができる。したがって、例えば、電極部２１，５０間の初期容量と電極部２２，５２間の初期容量との差を解消するために、可動電極部と固定電極部との間のギャップの調整や、初期容量の差を補正するための回路等が不要なため、装置を簡易な構成とすることができる。このように、物理量センサー１００によれば、簡易な構成で、初期状態における静電容量Ｃ１，Ｃ２を等しくすることができる。

さらに、物理量センサー１００では、ダンピング調整部２３に設けられている貫通孔２６の幅ａは、可動電極部２１，２２に設けられている貫通孔２７，２８の幅ｂ，ｃよりも大きい。これにより、可動電極部２１，２２の面積を確保しつつ、ダンピングを効率よく低減できる。また、ダンピング調整部２３では、面積を確保する（大きくする）必要がないため、可動電極部２１，２２に設けられた貫通孔２７，２８に比べて、幅の大きな貫通孔２６を形成することで、ダンピングをより低減できる。したがって、物理量センサー１００によれば、検出感度を高めることができる。このように物理量センサー１００によれば、簡易な構成を有し、かつ、検出感度を高めることができる。

物理量センサー１００では、可動体２０の第１シーソー片２０ａの質量と可動体２０の第２シーソー片２０ｂの質量とは、異なっている。そのため、例えば鉛直方向の加速度が加わったときに、可動体２０の一方側（第１シーソー片２０ａ）の回転モーメントと、可動体２０の他方側（第２シーソー片２０ｂ）の回転モーメントとが均衡せず、可動体に所定の傾きを生じさせることができる。

物理量センサー１００では、第１可動電極部２１に設けられている貫通孔２７の面積と、第２可動電極部２２に設けられている貫通孔２８の面積とは、同じである。これにより、簡易な構成で、初期状態における静電容量Ｃ１，Ｃ２を等しくすることができる。

また、物理量センサー１００では、第１可動電極部２１に設けられている貫通孔２７の総面積と、第２可動電極部２２に設けられている貫通孔２８の総面積とは、同じである。これにより、簡易な構成で、初期状態における静電容量Ｃ１，Ｃ２を等しくすることができる。

物理量センサー１００では、可動電極部２１，２２に設けられている貫通孔２７，２８は、平面視で第１軸Ｑ１の方向に延出している。これにより、可動電極部２１，２２の面積を確保しつつ、ダンピングを効率よく低減することができる。

物理量センサー１００では、ダンピング調整部２３には、貫通孔２６が複数設けられている。また、第１可動電極部２１には、貫通孔２７が複数設けられており、第２可動電極部２２には、貫通孔２８が複数設けられている。これにより、ダンピングをより低減することができる。

物理量センサー１００では、ダンピング調整部２３は、可動体２０の第２軸Ｑ２の方向の端部に設けられている。これにより、回転軸となる第１軸Ｑ１から離れたところに貫通孔２６を設けることができるため、ダンピングを効率よく低減することができる。

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４〜図６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４に示すように、例えば、ガラス基板をエッチングしてガラス基板に凹部１２を形成して、支持基板１０を得る。エッチングは、例えば、ウエットエッチングにより行われる。

次に、凹部１２の底面を規定する支持基板１０の面１４に、第１固定電極部５０および第２固定電極部５２を形成する。固定電極部５０，５２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５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６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、可動体２０、梁部３０，３２、および固定部４０を形成する。さらに、可動体２０には、貫通孔２６，２７，２８が形成される。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、可動体２０、梁部３０，３２、固定部４０が一体的に形成される。

図１および図２に示すように、支持基板１０に蓋体６０を接合して、支持基板１０および蓋体６０によって形成される空間に可動体２０を収容する。支持基板１０と蓋体６０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。本工程を、不活性ガス雰囲気で行うことにより、可動体２０が収容される空間に不活性ガスを充填することができる。

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。

３． 物理量センサーの変形例
次に、本実施形態の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７は、本実施形態の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、物理量センサー２００において、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。

上述した物理量センサー１００では、図１に示すように、回転軸となる第１軸Ｑ１を、可動体２０の中心（重心）から外れた位置に配置していた。

これに対して、物理量センサー２００では、図７に示すように、回転軸となる第１軸Ｑ１は、可動体２０の中心（重心）を通るように配置されている。

可動体２０は、第１軸Ｑ１の一方側（第１シーソー片２０ａ）に第１可動電極部２１およびダンピング調整部２３（第１ダンピング調整部２３）を有し、第１軸Ｑ１の他方側（第２シーソー片２０ｂ）に第２可動電極部２２および第２ダンピング調整部２２３を有している。

第２ダンピング調整部２２３は、第２シーソー片２０ｂのうち、平面視で第２固定電極部５２と重ならない部分である。図示の例では、第２ダンピング調整部２２３は、可動体２０の第２軸Ｑ２の方向（第２軸Ｑ２に沿う方向）の端部に設けられている。第２ダンピング調整部２２３には、可動体２０を厚さ方向に貫通する貫通孔２２６が設けられている。図示の例では、第２ダンピング調整部２２３には、複数（２個）の貫通孔２２６が設けられている。ダンピング調整部２３，２２３において、貫通孔２６，２２６の数や面積を調整することによって、可動体２０の減衰を調整することができる。

第２ダンピング調整部２２３に設けられている貫通孔２２６の幅ａ２は、第１ダンピング調整部２３に設けられている貫通孔２６の幅ａ１よりも大きい。そのため、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。したがって、例えば鉛直方向の加速度が加わったときに、可動体２０の一方側（第１シーソー片２０ａ）の回転モーメントと、可動体２０の他方側（第２シーソー片２０ｂ）の回転モーメントとが均衡せず、可動体に所定の傾きを生じさせることができる。

物理量センサー２００によれば、ダンピング調整部２３，２２３に設けられている貫通孔２６，２２６の幅ａ１，ａ２は、可動電極部２１，２２に設けられている貫通孔２７，２８の幅ｂ，ｃよりも大きい。これにより、物理量センサー１００と同様に、可動電極部２１，２２の面積を確保しつつ、ダンピングを効率よく低減することができる。また、ダンピング調整部２３，２２３では、面積を大きくする必要がないため、可動電極部２１，２２に設けられた貫通孔２７，２８に比べて、幅の大きな貫通孔２６，２２６を形成することで、ダンピングをより低減することができる。したがって、物理量センサー２００によれば、検出感度を高めることができる。さらに、第１可動電極部２１と第１固定電極部５０とが重なる領域の面積と、第２可動電極部２２と第２固定電極部５２とが重なる領域の面積とは等しいため、簡易な構成で、初期状態における静電容量Ｃ１，Ｃ２を等しくすることができる。

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８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８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９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９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１０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１０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、簡易な構成を有し、かつ、検出感度を高めることが可能な物理量センサー１００を含む。そのため、電子機器１１００，１２００，１３００は、簡易な構成を有し、かつ、検出感度を高めることができる。

なお、上記物理量センサー１００を備えた電子機器は、図８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９に示す携帯電話機、図１０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。

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。

２…間隙、４…間隙、１０…支持基板、１２…凹部、１４…面、２０…可動体、２０ａ…第１シーソー片、２０ｂ…第２シーソー片、２１…第１可動電極部、２２…第２可動電極部、２４，２５…端面、２６…ダンピング調整部、２６…貫通孔（第１貫通孔）、２７，２８…貫通孔（第２貫通孔）、３０…第１梁部、３２…第２梁部、４０…固定部、５０…第１固定電極部、５２…第２固定電極部、６０…蓋体、１００，２００…物理量センサー、２０１…シリコン基板、２２３…第２ダンピング調整部、２２６…貫通孔、１０２１…可動電極部、１０５０…固定電極部、１１００…パーソナルコンピューター、１１００…電子機器、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、Ｃ１，Ｃ２…静電容量、Ｑ１…第１軸、Ｑ２…第２軸

Claims (8)

1. 基板と、
   第１軸を回転軸として変位可能であって、平面視で前記第１軸を境にして、第１領域に設けられた第１可動電極部と、第２領域に設けられた第２可動電極部と、前記第１領域および前記第２領域の少なくとも一方に設けられたダンピング調整部とを備えた可動体と、
   前記可動体を前記第１軸まわりに変位可能に支持する梁部と、
   前記基板に前記第１可動電極部と対向して配置されている第１固定電極部と、
   前記基板に前記第２可動電極部と対向して配置されている第２固定電極部と、
   を含み、
   前記ダンピング調整部には、第１貫通孔が設けられ、
   前記第１可動電極部および前記第２可動電極部には、第２貫通孔が設けられ、
   平面視で前記第２貫通孔を除く部分において、前記第１可動電極部と前記第１固定電極部とが重なる領域の面積と、前記第２可動電極部と前記第２固定電極部とが重なる領域の面積とは同じであり、
   前記第２貫通孔の前記第１軸の方向の大きさは、前記第２貫通孔の前記第１軸と直交する第２軸の方向の大きさよりも大きく、
   前記第１貫通孔の前記第１軸の方向の大きさは、前記第１貫通孔の前記第２軸の方向の大きさよりも大きく、
   前記第１貫通孔の前記第２軸の方向の大きさは、前記第２貫通孔の前記第２軸の方向の大きさよりも大きく、
   前記第１貫通孔は、複数設けられ、
   複数の前記第１貫通孔は、前記第２軸の方向に配列されている、物理量センサー。
2. 請求項１において、
   前記可動体の前記第１領域の質量と前記可動体の前記第２領域の質量とは、異なっている、物理量センサー。
3. 請求項１または２において、
   前記第１可動電極部に設けられている前記第２貫通孔の総面積と、前記第２可動電極部
   に設けられている前記第２貫通孔の総面積とは、同じである、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、
   前記第２貫通孔は、平面視で前記第１軸の方向に延出している、物理量センサー。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   前記第１貫通孔および前記第２貫通孔の少なくとも一方は、複数設けられている、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、
   前記ダンピング調整部は、前記可動体の前記第２軸の方向の端部に設けられている、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、
   前記ダンピング調整部は、前記第１領域および前記第２領域の両方に設けられ、
   前記第１領域に設けられた前記ダンピング調整部の前記第１貫通孔の幅は、前記第２領域に設けられた前記ダンピング調整部の前記第１貫通孔の幅よりも大きい、物理量センサー。
8. 請求項１ないし７いずれか１項に記載の物理量センサーを含む、電子機器。