特許 7585729 物理量センサー、物理量センサーデバイス及び慣性計測装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-11

(45)【発行日】2024-11-19

(54)【発明の名称】物理量センサー、物理量センサーデバイス及び慣性計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/08 20060101AFI20241112BHJP

   G01P 15/125 20060101ALI20241112BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20241112BHJP

【ＦＩ】

G01P15/08 101B

G01P15/08 102D

G01P15/125 Z

H01L29/84 Z

G01P15/08 102F

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020190614

(22)【出願日】2020-11-17

(65)【公開番号】P2022079809

(43)【公開日】2022-05-27

【審査請求日】2023-09-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104710

【弁理士】

【氏名又は名称】竹腰 昇

(74)【代理人】

【識別番号】100090479

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 一

(74)【代理人】

【識別番号】100124682

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100166523

【弁理士】

【氏名又は名称】西河 宏晃

(72)【発明者】

【氏名】田中 悟

【審査官】藤澤 和浩

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５２９００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４０８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１１０２７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／０４６８６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２１７７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１８３０８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０４５１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８４２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１０９４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００５６２９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０８８１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４０１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３４１９２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２２４７３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１２６２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｐ １５／００ ～ １５／１８

Ｂ８１Ｂ １／００ ～ ７／０４

Ｂ８１Ｃ １／００ ～ ９９／００

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、前記Ｚ軸に直交し、第１固定電極が設けられている基板と、
前記Ｚ軸に沿ったＺ軸方向において前記第１固定電極に対向している第１質量部を含み、前記Ｙ軸に沿った回転軸を中心として前記基板に対して揺動可能に設けられている可動体と、
を含み、
前記可動体は、
前記基板側の面である第１面と、前記第１面に対する裏側の面である第２面と、を含み、
前記第１質量部の前記第１面には、
空隙を隔てて前記第１固定電極と対向し、隣り合う領域間に段差が設けられ、前記回転軸から近い順に第１領域から第ｎ領域へと配置されている前記第１領域乃至前記第ｎ領域（ｎは２以上の整数）が設けられ、
前記第１領域乃至前記第ｎ領域の前記回転軸から遠い側の端部を、第１端部乃至第ｎ端部とし、
前記Ｙ軸に沿ったＹ軸方向からの断面視において、
前記可動体が前記回転軸回りに最大変位した状態において、前記第１端部乃至前記第ｎ端部のうちの２つの端部を通る仮想直線のうち、前記Ｘ軸とのなす角が最も小さい仮想直線を第１仮想直線とし、
前記第１固定電極の主面に沿う直線を第２仮想直線とし、
前記第１固定電極の前記回転軸に最も近い端部と交わり、前記Ｚ軸に沿った直線を第１法線とし、
前記第１固定電極の前記回転軸に最も遠い端部と交わり、前記Ｚ軸に沿った直線を第２法線としたとき、
前記第１法線と前記第２法線との間の領域において、前記第１仮想直線と前記第２仮想直線が交差せず、
前記可動体は、
前記回転軸回りの回転トルクを発生させるためのトルク発生部を含み、
前記トルク発生部の前記Ｚ軸方向での厚みは、前記可動体の前記第ｎ領域の前記Ｚ軸方向での厚みよりも大きいことを特徴とする物理量センサー。

【請求項2】

請求項１に記載の物理量センサーにおいて、
前記Ｙ軸方向からの前記断面視において、
前記回転軸と交わり、前記Ｚ軸に沿った直線を第３法線とし、
前記可動体の端部と交わり、前記Ｚ軸に沿った直線を第４法線としたとき、
前記第３法線と前記第４法線との間の領域において、前記第１仮想直線と前記第２仮想直線が交差しないことを特徴とする物理量センサー。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の物理量センサーにおいて、
前記第１質量部の前記第１領域乃至第ｎ領域は、前記第１領域から前記第ｎ領域の順で、前記第１固定電極との間のギャップ距離が大きくなることを特徴とする物理量センサー。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
前記トルク発生部と前記基板とのギャップ距離は、前記第ｎ領域と前記第１固定電極との間のギャップ距離よりも大きいことを特徴とする物理量センサー。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
前記可動体は、
前記Ｚ軸方向からの平面視において、前記第１質量部に対して前記回転軸を挟んで設けられている第２質量部を含み、
前記基板には、
前記第２質量部に対向している第２固定電極が設けられ、
前記第１固定電極と前記第２固定電極は、前記回転軸に対して対称に配置されていることを特徴とする物理量センサー。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
前記回転軸を中心とする前記可動体の回転を規制するストッパーを含むことを特徴とする物理量センサー。

【請求項7】

請求項６に記載の物理量センサーにおいて、
前記最大変位した状態は、前記ストッパーにより前記可動体の回転が規制された状態であることを特徴とする物理量センサー。

【請求項8】

請求項６又は７に記載の物理量センサーにおいて、
前記ストッパーは、前記可動体と同電位であることを特徴とする物理量センサー。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
前記基板の前記第１固定電極が配置されていない領域であって、前記可動体と対向する領域に配置され、前記可動体と同電位であるダミー電極を含むことを特徴とする物理量センサー。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
前記可動体には、前記Ｚ軸方向に貫通している貫通孔群が設けられていることを特徴とする物理量センサー。

【請求項11】

請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
前記第１質量部と前記第１固定電極との間のギャップ距離は、４．５μｍ以下であることを特徴とする物理量センサー。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
前記第１仮想直線と前記Ｘ軸とのなす角は、０．７°以下であることを特徴とする物理量センサー。

【請求項13】

請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の物理量センサーにおいて、
前記第１領域に第１貫通孔群が設けられ、前記第１領域乃至第ｎ領域のうちの第ｉ領域（ｉは１＜ｉ≦ｎとなる整数）に第２貫通孔群が設けられ、
前記第１貫通孔群及び前記第２貫通孔群の貫通孔の前記Ｚ軸方向での深さは、前記可動体の前記Ｚ軸方向での最大厚みよりも小さいことを特徴とする物理量センサー。

【請求項14】

請求項１３に記載の物理量センサーにおいて、
前記第２貫通孔群の貫通孔の開口面積は、前記第１貫通孔群の貫通孔の開口面積よりも大きいことを特徴とする物理量センサー。

【請求項15】

請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーに電気的に接続されている電子部品と、
含むことを特徴とする物理量センサーデバイス。

【請求項16】

請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、
を含むことを特徴とする慣性計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物理量センサー、物理量センサーデバイス及び慣性計測装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より加速度等の物理量を検出する物理量センサーが知られている。このような物理量センサーとしては、例えばＺ軸方向の加速度を検出するシーソー型の加速度センサーなどが知られている。例えば特許文献１には、可動体の裏面側に段差を設けることにより、複数の電極間ギャップを形成して、高感度化を実現する加速度センサーが開示されている。特許文献２には、基板上の検出部に段差を設けることにより、複数の電極間ギャップを形成して、高感度化を実現する加速度センサーが開示されている。特許文献３には、基板側にストッパーを設けることにより、可動体が基板に貼り付くスティッキングを抑制する加速度センサーが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２００８－５２９００１号公報

【文献】特開２０１３－０４０８５６号公報

【文献】特開２０１９－０４５１７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、可動体と基板の両方にストッパーが設けられているため、逆に電極間ギャップ距離が拡大してしまい、高感度化が難しい。特許文献２では、基板の表面に設けられている電極や配線が、基板の段差部で断線するおそれがある。特許文献３では、基板にストッパーを設けているので、可動体と、基板の固定電極との電極間ギャップ距離が大きくなってしまうので、高感度化が難しい。このように特許文献１～３の構造では、高感度化の実現とスティッキングの抑制を両立して実現することが困難であるという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、前記Ｚ軸に直交し、第１固定電極が設けられている基板と、前記Ｚ軸に沿ったＺ軸方向において前記第１固定電極に対向している第１質量部を含み、前記Ｙ軸に沿った回転軸を中心として前記基板に対して揺動可能に設けられている可動体と、を含み、前記可動体は、前記基板側の面である第１面と、前記第１面に対する裏側の面である第２面と、を含み、前記第１質量部の前記第１面には、空隙を隔てて前記第１固定電極と対向し、隣り合う領域間に段差が設けられ、前記回転軸から近い順に第１領域から第ｎ領域へと配置されている前記第１領域乃至前記第ｎ領域（ｎは２以上の整数）が設けられ、前記第１領域乃至前記第ｎ領域の前記回転軸から遠い側の端部を、第１端部乃至第ｎ端部とし、前記Ｙ軸に沿ったＹ軸方向からの断面視において、前記可動体が前記回転軸回りに最大変位した状態において、前記第１端部乃至前記第ｎ端部のうちの２つの端部を通る仮想直線のうち、前記Ｘ軸とのなす角が最も小さい仮想直線を第１仮想直線とし、前記第１固定電極の主面に沿う直線を第２仮想直線とし、前記第１固定電極の前記回転軸に最も近い端部と交わり、前記Ｚ軸に沿った直線を第１法線とし、前記第１固定電極の前記回転軸に最も遠い端部と交わり、前記Ｚ軸に沿った直線を第２法線としたとき、前記第１法線と前記第２法線との間の領域において、前記第１仮想直線と前記第２仮想直線が交差しない物理量センサーに関係する。

【0006】

また本開示の他の態様は、上記に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーに電気的に接続されている電子部品と、含む物理量センサーデバイスに関係する。

【0007】

また本開示の他の態様は、上記に記載の物理量センサーと、前記物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を含む慣性計測装置に関係する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態の物理量センサーの平面図。

【図2】図１のＡ－Ａ線における断面図。

【図3】図１のＢ－Ｂ線における断面図。

【図4】図１のＣ－Ｃ線における断面図。

【図5】第１実施形態の物理量センサーの説明図。

【図6】第１仮想直線と第２仮想直線が交差した場合の例。

【図7】段差の形成方法の変形例。

【図8】第２実施形態の物理量センサーの説明図。

【図9】第１仮想直線と第２仮想直線が交差した場合の例。

【図10】第３実施形態の物理量センサーの平面図。

【図11】第３実施形態の物理量センサーの断面図。

【図12】第４実施形態の物理量センサーの平面図。

【図13】第４実施形態の物理量センサーの断面図。

【図14】第４実施形態の物理量センサーの斜視図。

【図15】貫通孔の孔サイズとダンピングの関係を示すグラフ。

【図16】貫通孔の孔サイズとダンピングの関係を示すグラフ。

【図17】貫通孔の孔サイズとダンピングの関係を示すグラフ。

【図18】規格化貫通孔厚みと規格化ダンピングの関係を示すグラフ。

【図19】物理量センサーデバイスの構成例。

【図20】物理量センサー有する慣性計測装置の概略構成を示す分解斜視図。

【図21】物理量センサーの回路基板の斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲の記載内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。また以下の各図面において、説明の便宜上、一部の構成要素を省略することがある。また各図面において、分かり易くするために各構成要素の寸法比率は実際とは異なっている。

【0010】

１．第１実施形態
まず第１実施形態の物理量センサー１について、鉛直方向の加速度を検出する加速度センサーを一例として挙げ、図１、図２、図３、図４を参照して説明する。図１は第１実施形態の物理量センサー１の平面図である。図２は図１のＡ－Ａ線における断面図であり、図３は図１のＢ－Ｂ線における断面図であり、図４は図１のＣ－Ｃ線における断面図である。物理量センサー１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスであり、例えば慣性センサーである。 なお図１では、物理量センサー１の内部の構成を説明する便宜上、図２～図４で示される基板２、蓋部５等の図示を省略している。また図１～図４では、説明の便宜のために、各部材の寸法や部材間の間隔等は模式的に示されている。例えば可動体３の厚みやギャップ距離等は実際には非常に小さい。また以下では、物理量センサー１が検出する物理量が加速度である場合を主に例にとり説明するが、物理量は加速度に限定されず、角速度、速度、圧力、変位又は重力等の他の物理量であってもよく、物理量センサー１はジャイロセンサー、圧力センサー又はＭＥＭＳスイッチ等として用いられるものであってもよい。また説明の便宜上、各図には互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ軸方向」と言う。ここで、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、各々、第１方向、第２方向、第３方向と言うこともできる。また各軸方向の矢印先端側を「プラス側」、基端側を「マイナス側」、Ｚ軸方向プラス側を「上」、Ｚ軸方向マイナス側を「下」とも言う。またＺ軸方向は鉛直方向に沿い、ＸＹ平面は水平面に沿っている。なお「直交」は、９０°で交わっているものの他、９０°から若干傾いた角度で交わっている場合も含むものとする。

【0011】

図１～図４に示す物理量センサー１は、鉛直方向であるＺ軸方向の加速度を検出することができる。このような物理量センサー１は、基板２と、基板２に対向して設けられた可動体３と、基板２に接合され、可動体３を覆う蓋部５を有する。可動体３は揺動構造体又はセンサー素子と言うこともできる。

【0012】

基板２は、図１に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に広がりを有し、Ｚ軸方向を厚さとする。また基板２には、図２～図４に示すように、下面側に窪んでおり深さが異なる凹部２１及び凹部２１ａが形成されている。凹部２１ａの上面からの深さは、凹部２１よりも深い。凹部２１及び凹部２１ａは、Ｚ軸方向からの平面視において、可動体３を内側に内包し、可動体３よりも大きく形成されている。凹部２１及び凹部２１ａは、可動体３と基板２との接触を抑制する逃げ部として機能する。また基板２には、凹部２１の底面に第１固定電極２４と第２固定電極２５とが配置され、凹部２１ａの底面にダミー電極２６ａが配置されている。第１固定電極２４、第２固定電極２５は、各々、第１検出電極、第２検出電極と言うこともできる。また凹部２１の底面にもダミー電極２６ｂ、２６ｃが配置されている。第１固定電極２４と第２固定電極２５は、不図示のＱＶアンプにそれぞれ接続され、その静電容量差を差動検出方式により電気信号として検出する。従って、第１固定電極２４と第２固定電極２５とは、等しい面積であることが望ましい。そして基板２のマウント部２２ａ、２２ｂの上面に可動体３が接合されている。これにより可動体３を、基板２の凹部２１の底面から離間させた状態で基板２に固定できるようになる。

【0013】

基板２としては、例えばアルカリ金属イオンを含むガラス材料、例えばパイレックス（登録商標）又はテンパックス（登録商標）のガラスのようなホウケイ酸ガラスで構成されたガラス基板を用いることができる。但し基板２の構成材料としては、特に限定されず、例えばシリコン基板、石英基板又はＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板等を用いてもよい。

【0014】

蓋部５には、図２～図４に示すように、上面側に窪む凹部５１が形成されている。蓋部５は、凹部５１内に可動体３を収納して基板２の上面に接合されている。そして、蓋部５及び基板２によって、その内側に、可動体３を収納する収納空間ＳＡが形成されている。収納空間ＳＡは、気密空間であり、窒素、ヘリウム又はアルゴン等の不活性ガスが封入され、使用温度が－４０℃～１２５℃程度でほぼ大気圧となっていることが好ましい。但し、収納空間ＳＡの雰囲気は、特に限定されず、例えば、減圧状態であってもよいし、加圧状態であってもよい。

【0015】

蓋部５としては、例えばシリコン基板を用いることができる。但し、これに特に限定されず、例えば蓋部５としてガラス基板又は石英基板などを用いてもよい。また基板２と蓋部５との接合方法としては、例えば陽極接合、活性化接合やガラスフリット等の接合材による接合などを用いることができるが、これには特に限定されず、基板２や蓋部５の材料によって適宜選択すればよい。ガラスフリットは粉末ガラス、低融点ガラスとも言う。

【0016】

可動体３は、例えば、リン（Ｐ）、ボロン（Ｂ）又は砒素（Ａｓ）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、特に深堀エッチング技術であるボッシュ・プロセスによって垂直加工することにより形成できる。

【0017】

可動体３は、Ｙ軸方向に沿う回転軸ＡＹの回りに揺動可能になっている。可動体３は、固定部３２ａ、３２ｂと、支持梁３３と、第１質量部３４と、第２質量部３５と、トルク発生部３６を有している。トルク発生部３６は第３質量部と言うこともできる。Ｈ型の中央アンカーである固定部３２ａ、３２ｂは、基板２のマウント部２２ａ、２２ｂの上面に陽極接合等により接合されている。支持梁３３は、Ｙ軸方向に延在し、回転軸ＡＹを形成しており、ねじりバネとして用いられている。即ち物理量センサー１に加速度ａｚが作用すると、可動体３は、支持梁３３を回転軸ＡＹとして、支持梁３３を捩り変形させながら回転軸ＡＹ回りに揺動する。なお回転軸ＡＹは揺動軸と呼ぶこともでき、可動体３の回転軸ＡＹ回りの回転は、可動体３の揺動軸回りの揺動である。

【0018】

可動電極である可動体３は、Ｚ軸方向からの平面視において、Ｘ軸方向を長手方向とする長方形形状となっている。そして可動体３の第１質量部３４と第２質量部３５は、Ｚ軸方向からの平面視において、Ｙ軸方向に沿う回転軸ＡＹを間に挟んで配置されている。具体的には可動体３は、第１質量部３４と第２質量部３５とが第１連結部４１によって連結され、第１質量部３４と第２質量部３５との間に第１開口部４５ａ、４５ｂを有する。そして第１開口部４５ａ、４５ｂ内に固定部３２ａ、３２ｂ及び支持梁３３が配置されている。このように、可動体３の内側に固定部３２ａ、３２ｂ及び支持梁３３を配置することにより、可動体３の小型化を図ることができる。またトルク発生部３６は、第２連結部４２により、Ｙ軸方向の両端で第１質量部３４に対して連結されている。そして第１質量部３４とトルク発生部３６との間には、第１質量部３４の面積と第２質量部３５の面積とを等しくするために第２開口部４６が設けられている。第１質量部３４及びトルク発生部３６は、回転軸ＡＹに対してＸ軸方向プラス側に位置し、第２質量部３５は、回転軸ＡＹに対してＸ軸方向マイナス側に位置する。また、第１質量部３４及びトルク発生部３６は、第２質量部３５よりもＸ軸方向に長く、Ｚ軸方向の加速度ａｚが加わったときの回転軸ＡＹ回りの回転モーメントが第２質量部３５よりも大きい。

【0019】

この回転モーメントの差によって、Ｚ軸方向の加速度ａｚが加わった際に、可動体３が回転軸ＡＹ回りにシーソー揺動する。なお、シーソー揺動とは、第１質量部３４がＺ軸方向プラス側に変位すると、第２質量部３５がＺ軸方向マイナス側に変位し、反対に、第１質量部３４がＺ軸方向マイナス側に変位すると、第２質量部３５がＺ軸方向プラス側に変位することを意味する。

【0020】

また可動体３では、Ｙ軸方向に並んだ第１連結部４１と、固定部３２ａ、３２ｂとが、Ｙ軸方向に延在する支持梁３３によって接続されている。そのため、支持梁３３を回転軸ＡＹとして、可動体３を回転軸ＡＹ回りにシーソー揺動で変位させることができる。

【0021】

また可動体３は、その全域に貫通孔群７０を有する。これらの貫通孔群により、可動体３のシーソー揺動の際の空気のダンピングが低減され、物理量センサー１を、より広い周波数範囲で適正に動作させることが可能になる。

【0022】

次に、基板２の凹部２１の底面に配置された第１固定電極２４及び第２固定電極２５と、ダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃについて説明する。

【0023】

図１に示すように、Ｚ軸方向からの平面視で、第１固定電極２４は、第１質量部３４と重なって配置され、第２固定電極２５は、第２質量部３５と重なって配置されている。これらの第１固定電極２４及び第２固定電極２５は、Ｚ軸方向の加速度ａｚが加わっていない自然状態で、図２に示す静電容量Ｃａ、Ｃｂが等しくなるように、Ｚ軸方向からの平面視で、回転軸ＡＹに対して略対称に設けられている。

【0024】

第１固定電極２４と第２固定電極２５は、不図示の差動式のＱＶアンプに電気的に接続されている。物理量センサー１の駆動時において、可動体３に駆動信号が印加される。そして第１質量部３４と第１固定電極２４との間に静電容量Ｃａが形成され、第２質量部３５と第２固定電極２５との間に静電容量Ｃｂが形成される。Ｚ軸方向の加速度ａｚが加わっていない自然状態では静電容量Ｃａ、Ｃｂが互いにほぼ等しい。

【0025】

物理量センサー１に加速度ａｚが加わると、可動体３が回転軸ＡＹを中心にしてシーソー揺動する。この可動体３のシーソー揺動により、第１質量部３４と第１固定電極２４との離間距離と、第２質量部３５と第２固定電極２５との離間距離と、が逆相で変化し、これに応じて静電容量Ｃａ、Ｃｂが互いに逆相で変化する。これにより、物理量センサー１は、静電容量Ｃａ、Ｃｂの容量値の差に基づいて加速度ａｚを検出することができる。

【0026】

また基板面露出による帯電ドリフトや可動体形成後の陽極接合時の貼り付き防止のために、第１固定電極２４及び第２固定電極２５以外の基板２のガラス露出面には、ダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃが設けられている。ダミー電極２６ａは、第１固定電極２４よりもＸ軸方向プラス側に位置し、Ｚ軸方向からの平面視においてトルク発生部３６に重なるように、トルク発生部３６の下方に設けられている。またダミー電極２６ｂは、支持梁３３の下方に設けられ、ダミー電極２６ｃは第２質量部３５の左下方に設けられている。これらのダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、不図示の配線により電気的に接続されている。これによりダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは同電位に設定される。そして支持梁３３の下方のダミー電極２６ｂは、可動電極である可動体３に電気的に接続されている。例えば基板２に不図示の突起が設けられ、ダミー電極２６ｂから延出した電極が当該突起の頂部を覆うように形成されて、当該電極が可動体３に接触することで、ダミー電極２６ｂが可動体３に電気的に接続される。これによりダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、可動電極である可動体３と同電位に設定される。

【0027】

また図３に示すように、物理量センサー１には、回転軸ＡＹを中心とする可動体３の回転を規制するストッパー１１、１２が設けられている。即ちストッパー１１、１２は可動体３の揺動を規制する。例えば可動体３に過度なシーソー揺動が生じた際に、ストッパー１１、１２の頂部が可動体３と接触することにより、可動体３のそれ以上のシーソー揺動が規制される。ストッパー１１、１２の詳細については後述する。

【0028】

以上のように本実施形態の物理量センサー１は、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、Ｚ軸に直交し、第１固定電極２４が設けられている基板２と、Ｚ軸方向において第１固定電極２４に対向している第１質量部３４を含み、Ｙ軸に沿った回転軸ＡＹを中心として基板２に対して揺動可能に設けられている可動体３と、を含む。また可動体３は、基板２側の面である第１面６と、第１面６に対する裏側の面である第２面７を含む。例えばＺ軸方向プラス側を上方向とし、Ｚ軸方向マイナス側を下方向とした場合に、第１面６は可動体３の下面であり、第２面７は可動体３の上面である。

【0029】

そして図２～図４に示すように、第１質量部３４の第１面６には、空隙を隔てて第１固定電極２４と対向し、隣り合う領域間に段差が設けられ、回転軸ＡＹから近い順に領域ＲＡ１から領域ＲＡ３へと配置されている領域ＲＡ１乃至領域ＲＡ３が設けられている。領域ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３は、各々、第１領域、第２領域、第３領域である。具体的には、領域ＲＡ１から領域ＲＡ３へと向かうにつれて、各領域での第１質量部３４と第１固定電極２４との間のギャップ距離が大きくなるように、第１面６において各領域間に段差が設けられている。例えば図２～図４に示すように、領域ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３でのギャップ距離を、各々、ｈａ１、ｈａ２、ｈａ３とした場合に、ｈａ１＜ｈａ２＜ｈａ３の関係が成り立っている。ギャップ距離の一例としては、例えばｈａ１は１．３μｍ程度であり、ｈａ２は１．８μｍ程度であり、ｈａ３は２．３μｍ程度である。

【0030】

同様に、第２質量部３５の第１面６には、空隙を隔てて第２固定電極２５と対向し、隣り合う領域間に段差が設けられ、回転軸ＡＹから近い順に領域ＲＢ１から領域ＲＢ３へと配置されている領域ＲＢ１乃至領域ＲＢ３が設けられている。具体的には、領域ＲＢ１から領域ＲＢ３へと向かうにつれて、各領域での第２質量部３５と第２固定電極２５との間のギャップ距離が大きくなるように、第１面６において各領域間に段差が設けられている。例えば図２～図４に示すように、領域ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３でのギャップ距離を、各々、ｈｂ１、ｈｂ２、ｈｂ３とした場合に、ｈｂ１＜ｈｂ２＜ｈｂ３の関係が成り立っている。

【0031】

なお図２～図４では、領域の数は３つとなっているが、領域の数は２つあってもよいし、４つ以上であってもよい。即ち、第１質量部３４の第１面６には、空隙を隔てて第１固定電極２４と対向し、隣り合う領域間に段差が設けられ、回転軸ＡＹから近い順に、領域ＲＡ１から領域ＲＡｎへと配置されている領域ＲＡ１乃至領域ＲＡｎが設けられている。領域ＲＡ１は第１領域であり、領域ＲＡｎは第ｎ領域である。またｎは２以上の整数である。具体的には、領域ＲＡ１から領域ＲＡｎへと向かうにつれて、各領域での第１質量部３４と第１固定電極２４との間のギャップ距離が大きくなるように、第１面６において各領域間に段差が設けられている。例えばｉ、ｊを、１≦ｉ＜ｊ≦ｎを満たす整数とした場合に、領域ＲＡｉでの第１固定電極２４との間のギャップ距離は、領域ＲＡｊでのギャップ距離よりも小さくなっている。同様に第２質量部３５の第１面６には、空隙を隔てて第２固定電極２５と対向し、隣り合う領域間に段差が設けられ、回転軸ＡＹから近い順に、領域ＲＢ１から領域ＲＢｎへと配置されている領域ＲＢ１乃至領域ＲＢｎが設けられている。具体的には、領域ＲＢ１から領域ＲＢｎへと向かうにつれて、各領域での第２質量部３５と第２固定電極２５との間のギャップ距離が大きくなるように、第１面６において各領域間に段差が設けられている。例えば領域ＲＢｉでの第２固定電極２５との間のギャップ距離は、領域ＲＢｊでのギャップ距離よりも小さくなっている。

【0032】

以上のように本実施形態の物理量センサー１では、可動体３の下面側である第１面６に、段差となる端部ＥＡ１～ＥＡ３、ＥＢ１～ＥＢ３を設けることにより、複数の電極間ギャップを形成している。このようにすれば、回転軸ＡＹに近い領域ＲＡ１、ＲＢ１でのギャップ距離ｈａ１、ｈｂ１を小さくすることが可能になる。これにより、回転軸ＡＹに近い領域ＲＡ１、ＲＢ１での空隙の狭ギャップ化を実現できるため、物理量センサー１の高感度化を実現できる。

【0033】

このように本実施形態では、可動体３の下面側である第１面６に段差を設けることにより高感度化を実現しているが、段差の配置等が適切ではないと、可動電極である可動体３と第１固定電極２４や第２固定電極２５とが貼り付いてしまうスティッキング等の不具合が発生してしまう。そこで本実施形態では、このようなスティッキング等の不具合の発生を抑制するために以下に説明するような手法を採用する。図５は本実施形態の手法の説明図である。なお以下では第１質量部３４に対して本実施形態の手法を適用した場合について主に例にとり説明する。第２質量部３５に対しては、第１質量部３４の場合と同様の手法を適用できるため、詳細な説明は省略する。

【0034】

例えば領域ＲＡ１乃至領域ＲＡｎの回転軸から遠い側の端部を、端部ＥＡ１乃至ＥＡｎとする。領域ＲＡ１乃至領域ＲＡｎは第１領域乃至第ｎ領域であり、端部ＥＡ１乃至ＥＡｎは第１端部乃至第ｎ端部である。ｎ＝３である図５を例にとれば、領域ＲＡ１乃至領域ＲＡ３の回転軸ＡＹから遠い側の端部を、端部ＥＡ１乃至端部ＥＡ３とする。端部ＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３は領域間の段差を形成している。

【0035】

またＹ軸方向からの断面視において、可動体３が回転軸ＡＹ回りに最大変位した状態において、端部ＥＡ１乃至端部ＥＡｎのうちの２つの端部を通る仮想直線のうち、Ｘ軸とのなす角θが最も小さい仮想直線を第１仮想直線ＶＬ１とする。ここで２つの端部を通る仮想直線は例えば２つの端部に接する仮想直線である。例えば端部ＥＡ１乃至端部ＥＡｎの中から２つの端部を選び、選ばれた２つの端部を通る仮想直線のうち、Ｘ軸とのなす角θが最も小さい仮想直線を第１仮想直線ＶＬ１とする。ｎ＝３である図５を例にとれば、端部ＥＡ１乃至端部ＥＡ３のうちの端部ＥＡ１と端部ＥＡ２を通る仮想直線が、Ｘ軸とのなす角θが最も小さいため、端部ＥＡ１と端部ＥＡ２を通る仮想直線が第１仮想直線ＶＬ１となる。可動体３が回転軸ＡＹ回りに最大変位した状態は、例えば可動体３の可動範囲のうち、可動体３が回転軸ＡＹ回りに最大の角度で揺動して変位した状態である。具体的には最大変位した状態は、ストッパー１１、１２により可動体３の回転が規制された状態である。なお図５では、端部ＥＡ１と端部ＥＡ２を通る仮想直線が、Ｘ軸とのなす角θが最も小さいため、第１仮想直線ＶＬ１となっているが、本実施形態はこれに限定されない。例えば端部ＥＡ２と端部ＥＡ３を通る仮想直線が第１仮想直線ＶＬ１となってもよいし、端部ＥＡ１と端部ＥＡ３を通る仮想直線が第１仮想直線ＶＬ１となってもよい。また図５は本実施形態の説明を簡素化するための模式図であり、第１仮想直線ＶＬ１とＸ軸とのなす角θは実際にはもっと小さい。

【0036】

また第１固定電極２４の主面に沿う直線を第２仮想直線ＶＬ２とする。例えば図５では、第１固定電極２４の主面は、第１固定電極２４の可動体３側の面である上面であり、当該上面に沿った直線が第２仮想直線ＶＬ２である。そして第１固定電極２４の回転軸ＡＹに最も近い端部ＥＥ１と交わり、Ｚ軸に沿った直線を第１法線ＮＬ１とする。また第１固定電極２４の回転軸ＡＹに最も遠い端部ＥＥ２と交わり、Ｚ軸に沿った直線を第２法線ＮＬ２とする。例えば図１や図３に示すように、第１固定電極２４の回転軸ＡＹに最も近い端部は、図１のＢ－Ｂ断面図である図３における第１固定電極２４の端部ＥＥ１である。また図１や図４に示すように、第１固定電極２４の回転軸ＡＹに最も遠い端部は、図１のＣ－Ｃ断面図である図４における第１固定電極２４の端部ＥＥ２である。従って、回転軸ＡＹから最も近い第１固定電極２４の端部ＥＥ１を通り、Ｚ軸に沿った直線が第１法線ＮＬ１となり、回転軸ＡＹから最も遠い第１固定電極２４の端部ＥＥ２を通り、Ｚ軸に沿った直線が第２法線ＮＬ２となる。

【0037】

そして本実施形態では図５に示すように、第１法線ＮＬ１と第２法線ＮＬ２との間の領域ＲＮ１２において、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が交差しない。即ち第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が交差しないように、可動体３の下面の段差となる端部ＥＡ１、ＥＡ２、ＥＡ３が設定されている。このように、可動体３の下面の段差を形成する端部ＥＡ１と端部ＥＡ２を通る第１仮想直線ＶＬ１と、第１固定電極２４の主面に沿った第２仮想直線ＶＬ２とが、可動体３が最大変位した状態で、領域ＲＮ１２において交差しないことにより、可動体３と第１固定電極２４とのスティッキングを抑制できるようになる。即ち、領域ＲＮ１２は、第１固定電極２４の端部のうち、回転軸ＡＹから最も近い端部ＥＥ１と回転軸ＡＹから最も遠い端部ＥＥ２との間の範囲の領域である。従って、この領域ＲＮ１２において、端部ＥＡ１と端部ＥＡ２を通る第１仮想直線ＶＬ１と、第１固定電極２４の主面に沿った第２仮想直線ＶＬ２とが交差しないということは、可動体３が回転軸ＡＹ回りに最大変位した場合にも、可動体３と第１固定電極２４が接触しないことや、可動体３と第１固定電極２４が極めて短い距離で接近しないことが保証されるようになる。従って、可動体３と第１固定電極２４とのスティッキングを抑制することが可能になる。そして、領域ＲＮ１２において第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が交差しないことにより、スティッキングの発生を抑制しつつ、可動体３の下面を全体的に基板２側に寄せて配置できる。そのため、可動体３の下面と基板２との平均離間距離を小さくし、静電容量Ｃａを大きくすることができるため、物理量センサー１の高感度化を実現できるようになる。

【0038】

例えば図６は、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が領域ＲＮ１２において交差している場合の例である。なおここでは説明の簡素化のために、可動体３の下面に、段差を形成する２つの端部ＥＡ１、ＥＡ２が設けられる場合の例を示している。図６のように、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が領域ＲＮ１２において交差していると、例えば可動体３の下面の端部ＥＡ２が第１固定電極２４に接触してしまうなどの不具合が発生する。このような不具合が発生すると、物理量センサー１が正常に動作しなくなってしまう。この点、本実施形態では、図５のように、可動体３が最大変位した状態においても、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が領域ＲＮ１２において交差しないため、このような不具合の発生を抑制できる。

【0039】

以上のように本実施形態の物理量センサー１では、可動体３の下面側である第１面６に段差となる端部ＥＡ１～ＥＡ３、ＥＢ１～ＥＢ３を設けることにより、高感度化を実現している。ここで回転軸ＡＹに近い領域ＲＡ１、ＲＢ１でのギャップ距離ｈａ１、ｈｂ１を小さくしている理由は、回転軸ＡＹから遠い領域ＲＡ３、ＲＢ３と比較して、可動体３の揺動時におけるＺ軸方向の変位が小さく、接触しづらいことを利用し、より狭ギャップ化することにより、静電容量を大きくすることができ、高感度化を実現することが可能となるためである。即ち、可動体３の揺動時におけるＺ軸方向の変位は、回転軸ＡＹからの距離に比例する。このため、回転軸ＡＹに近い領域ＲＡ１、ＲＢ１では、可動体３の揺動時におけるギャップ距離ｈａ１、ｈｂ１に対するＺ軸方向の変位が小さくなるため、第１固定電極２４、第２固定電極２５に接触しづらい。従って、領域ＲＡ１の第１面６と第１固定電極２４との間の空隙や、領域ＲＢ１の第１面６と第２固定電極２５との間の空隙を、狭ギャップ化することが可能になる。このように領域ＲＡ１、ＲＢ１での空隙を狭ギャップ化することにより、静電容量を大きくすることができ、物理量センサー１の感度は、静電容量が大きくなるほど高くなるため、高感度化を実現できるようになる。このように高精度化が実現されることで、低ノイズ化を実現でき、高精度な物理量センサー１の提供が可能になる。一方、回転軸ＡＹから遠い領域ＲＡ３、ＲＢ３でのギャップ距離ｈａ３、ｈｂ３を大きくすることにより、領域ＲＡ３、ＲＢ３での第１固定電極２４、第２固定電極２５との接触を抑制することができるようになり、可動体３の可動範囲を拡大できるようになる。

【0040】

例えば前述した特許文献１では、基板側に段差を設けることにより、ギャップ距離が異なる複数の空隙を形成しているが、基板の段差上に電極や配線を設けるため、プロセスリスクとして断線や短絡が発生しやすいという問題がある。この点、本実施形態では、可動体３側に段差となる端部ＥＡ１～ＥＡ３、ＥＢ１～ＥＢ３を設けて、ギャップ距離が異なる複数の空隙を形成しているため、このような断線や短絡などの問題が発生するのを抑制できる。これにより製造プロセスリスクを非常に小さくすることができ、歩留まりを向上でき、物理量センサー１の低コスト化を実現できる。

【0041】

また本実施形態では、可動体３が回転軸ＡＹ回りに最大変位した状態において、図５に示すように、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２は領域ＲＮ１２において交差しない。このように、可動体３が最大変位したときに第１固定電極２４等に接触しないように段差を規定することにより、高感度化を最大限生かしつつ、可動体３の下面と第１固定電極２４等との接触によるスティッキングを抑制できる。即ち、物理量センサー１の高感度化とスティッキングの抑制とを両立して実現することができ、長期に渡り信頼性の高い物理量センサー１の提供が可能になる。

【0042】

また本実施形態では、第１質量部３４の領域ＲＡ１乃至領域ＲＡｎは、第１領域である領域ＲＡ１から第ｎ領域である領域ＲＡｎの順で、第１固定電極２４との間のギャップ距離が大きくなっている。同様に第２質量部３５の領域ＲＢ１乃至領域ＲＢｎは、領域ＲＢ１から領域ＲＢｎの順で、第２固定電極２５との間のギャップ距離が大きくなっている。図２～図４を例にとれば、領域ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３でのギャップ距離ｈａ１、ｈａ２、ｈａ３については、ｈａ１＜ｈａ２＜ｈａ３の関係が成り立つ。同様に領域ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３でのギャップ距離ｈｂ１、ｈｂ２、ｈｂ３については、ｈｂ１＜ｈｂ２＜ｈｂ３の関係が成り立つ。

【0043】

このように回転軸ＡＹから近い領域ＲＡ１、ＲＢ１でのギャップ距離ｈａ１、ｈｂ１を小さくなることにより、領域ＲＡ１、ＲＢ１での空隙を狭ギャップ化することが可能になる。そして領域ＲＡ１、ＲＢ１での空隙を狭ギャップ化することにより、静電容量を大きくすることができ、物理量センサー１の感度は、静電容量が大きくなるほど高くなるため、高感度化を実現できるようになる。一方、回転軸ＡＹから遠い領域ＲＡ３、ＲＢ３でのギャップ距離ｈａ３、ｈｂ３を大きくすることにより、領域ＲＡ３、ＲＢ３での第１固定電極２４、第２固定電極２５との接触を抑制できるようになり、可動体３の可動範囲を拡大できるようになる。

【0044】

なお図１～図５では、第１質量部３４に対して、領域ＲＡ１乃至領域ＲＡｎとして３つの領域ＲＡ１～ＲＡ３を設ける場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。第１質量部３４に設ける領域の数は、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。即ちｎ＝２であってもよいし、ｎ≧４であってもよい。第２質量部３５に設けられる領域ＲＢ１乃至領域ＲＢｎについても同様である。例えば、領域の数を多数にすることで、第１質量部３４や第２質量部３５の下面にスロープを設けた場合と同様の効果を得ることが可能になる。即ち、回転軸ＡＹから近い位置から遠い位置までの間の各位置において、静電容量の電極間ギャップの変化を、より一様にすることが可能となり、更なる高感度化の実現が可能になる。

【0045】

また可動体３は、回転軸ＡＹ回りの回転トルクを発生させるためのトルク発生部３６を含む。例えば第１質量部３４のＸ軸方向プラス側に、第３質量部であるトルク発生部３６が設けられる。そしてトルク発生部３６と基板２とのギャップ距離ｈｔは、第ｎ領域である領域ＲＡｎと第１固定電極２４との間のギャップ距離ｈａ３よりも大きい。なお具体的には、ギャップ距離ｈｔは、トルク発生部３６と基板２に形成されたダミー電極２６ａとの離間距離である。例えば図２～図４において、第ｎ領域である領域ＲＡｎは領域ＲＡ３であり、トルク発生部３６と基板２とのギャップ距離ｈｔは、領域ＲＡ３と第１固定電極２４との間のギャップ距離ｈａ３よりも大きい。またトルク発生部３６と基板２とのギャップ距離ｈｔは、領域ＲＢ３と第２固定電極２５との間のギャップ距離ｈｂ３よりも大きい。例えば図２～図４では、基板２を深掘りすることで、凹部２１よりもＺ軸方向での高さが低い凹部２１ａを形成することで、トルク発生部３６と基板２との間のギャップ距離ｈｔを拡大している。これにより、ダンピングの低減化や、ダミー電極２６ａとの接触による貼り付き防止や、可動体３の可動範囲の拡大を実現できる。

【0046】

またトルク発生部３６のＺ軸方向での厚みｔｔは、可動体３の領域ＲＡｎのＺ軸方向での厚みｔｎよりも大きい。即ち図２～図４に示すように、トルク発生部３６の厚みｔｔは、可動体３の領域ＲＡｎである領域ＲＡ３の厚みｔｎよりも大きい。このようにトルク発生部３６の厚みｔｔを大きくすることで、第３質量部であるトルク発生部３６の質量を増加させることが可能になる。これにより可動体３のシーソー揺動の際のトルク発生部３６での回転トルクを、より大きくできるため、更なる高感度化を実現できる。また回転軸ＡＹから遠い領域ＲＡ３での可動体３の厚みｔｎを小さくすることで、領域ＲＡ３での下面の位置が上方に位置するようになり、第１固定電極２４とのギャップ距離ｈａ３を大きくできる。これにより可動体３の可動範囲の拡大等を実現できる。

【0047】

なおトルク発生部３６の厚みｔｔを、固定部３２ａ、３２ｂや支持梁３３の厚みより大きくしてもよい。このようにすれば、可動体３を回転させるための、より大きなトルクを発生させることが可能になり、更なる高感度化を実現できるようになる。

【0048】

また本実施形態の物理量センサー１は、可動体３は、Ｚ軸方向からの平面視において、第１質量部３４に対して回転軸ＡＹを挟んで設けられている第２質量部３５を含む。例えば回転軸ＡＹからＸ軸方向プラス側に第１質量部３４が配置され、回転軸ＡＹからＸ軸方向マイナス側に第２質量部３５が配置される。これらの第１質量部３４、第２質量部３５は、例えば回転軸ＡＹを対称軸として対称配置される。また基板２には、第２質量部３５に対向している第２固定電極２５が設けられており、第１固定電極２４と第２固定電極２５は、回転軸ＡＹに対して対称に配置されている。なお対称は略対称を含むものとする。

【0049】

このように、回転軸ＡＹを挟んで第１質量部３４、第２質量部３５を設けると共に、第１質量部３４に対向する第１固定電極２４と、第２質量部３５に対向する第２固定電極２５を、回転軸ＡＹに対して対称に配置することで、シーソー揺動型の物理量センサー１を実現できるようになる。そしてＺ軸方向の加速度が加わっていない自然状態において、図２の静電容量Ｃａ、Ｃｂを等しくすることが可能になる。一方、可動体３が回転軸ＡＹ回りに最大変位した状態において、図５に示すように、領域ＲＮ１２において第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が交差しないことで、高感度化を実現しながらスティッキングを抑制できるようになる。

【0050】

また本実施形態では第２質量部３５の領域ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３においても、図５と同様の関係が成り立つ。例えばＹ軸方向からの断面視において、可動体３が回転軸ＡＹ回りに最大変位した状態において、端部ＥＢ１乃至端部ＥＢｎのうちの２つの端部を通る仮想直線のうち、Ｘ軸とのなす角が最も小さい仮想直線を第３仮想直線とし、第２固定電極２５の主面に沿う直線を第４仮想直線とする。また第２固定電極２５の回転軸ＡＹに最も近い端部と交わり、Ｚ軸に沿った直線を第５法線とし、第２固定電極２５の回転軸ＡＹに最も遠い端部と交わり、Ｚ軸に沿った直線を第６法線とする。このときに、第５法線と第６法線との間の領域において、第３仮想直線と第４仮想直線が交差しないという関係が成り立つ。

【0051】

また図３に示すように、本実施形態の物理量センサー１は、回転軸ＡＹを中心とする可動体３の回転を規制するストッパー１１、１２を含む。図３では、ストッパー１１、１２は、基板２に設けられた突起部により実現されている。なお、このような突起部ではなく、段差の端部などによりストッパーを実現してもよい。ストッパー１１、１２は、可動体３に過度なシーソー揺動が生じた際に、その頂部が可動体３と接触することにより、可動体３のそれ以上のシーソー揺動を規制する。このようなストッパー１１、１２を設けることにより、互いに電位が異なる可動体３と第１固定電極２４及び第２固定電極２５との過度な近接を防ぐことができる。一般に、電位が異なる電極間には静電引力が発生するため、過度な近接が起こると、可動体３と第１固定電極２４や第２固定電極２５との間に生じる静電引力によって、可動体３が第１固定電極２４や第２固定電極２５に引き付けられたまま戻らなくなるスティッキングを引き起こす。このような状態では物理量センサー１は、正常な動作をしなくなってしまうため、ストッパー１１、１２を設け、過度な近接が発生しないようにしている。

【0052】

また可動体３と第１固定電極２４及び第２固定電極２５とは異なる電位を有しているため、図３に示すように、ストッパー１１、１２の頂部には、短絡を防ぐための保護膜としての電極２７ａ、２７ｃが、当該頂部を覆うように形成されている。具体的には図１、図３に示すように、ダミー電極２６ａからＸ軸方向マイナス側に、電極２７ａが引き出されて、引き出された電極２７ａの先端部がストッパー１１の頂部を覆うように設けられている。またダミー電極２６ｃからＸ軸方向プラス側に電極２７ｃが引き出されて、引き出された電極２７ｃの先端部がストッパー１２の頂部を覆うように設けられている。そしてダミー電極２６ａ、２６ｃは可動体３と同電位に設定されているため、可動体３が、ストッパー１１、１２の頂部を覆う電極２７ａ、２７ｃに接触した場合にも、短絡が防止されるようになる。

【0053】

なおストッパー１１、１２の頂部に、短絡防止用の酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁層を設けたり、異電位の電極を設けるなどの変形実施も可能である。また図３ではストッパー１１、１２が基板２に設けられているが、回転軸ＡＹを中心とする可動体３の回転を規制するストッパーを、可動体３に設けたり、蓋部５に設けるなどの種々の変形実施も可能である。例えばストッパーを可動体３に設ける場合には、基板２におけるストッパーの直下のエリアに、ダミー電極を設ける構造としてもよい。

【0054】

また可動体３が回転軸ＡＹ回りに最大変位した状態は、例えばストッパー１１、１２により可動体３の回転が規制された状態である。例えば図５では、ストッパー１１の頂部が可動体３の下面に接触することで、可動体３の回転が規制された状態になっている。このようにストッパー１１、１２により可動体３の回転が規制された状態が、可動体３が回転軸ＡＹ回りに最大変位した状態である。そして、このようにストッパー１１、１２により可動体３の回転が規制された状態のときに、本実施形態では図５に示すように、領域ＲＮ１２において第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が交差しないという条件が成り立っており、これにより、高感度化を実現しながらスティッキングを抑制できるようになる。

【0055】

なお可動体３の回転軸ＡＹ回りの回転を、基板２に設けられた突起部であるストッパー１１、１２以外の部材又は構造により規制することも可能である。この場合には、可動体３が回転軸ＡＹ回りに最大変位した状態は、当該部材又は構造により可動体３の回転が規制された状態である。

【0056】

またストッパー１１、１２は可動体３と同電位になっている。即ち、前述したように、支持梁３３の下方に設けられるダミー電極２６ｂは、可動電極である可動体３に電気的に接続されている。またダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、不図示の配線により電気的に接続されている。従って、ダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは可動体３と同電位になる。一方、図３で説明したように、ストッパー１１、１２の頂部には、ダミー電極２６ａ、２６ｃから引き出された電極２７ａ、２７ｃが、当該頂部を覆うように形成されており、ストッパー１１、１２はダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃと同電位になる。従って、ストッパー１１、１２は可動体３と同電位になる。このようにストッパー１１、１２と可動体３が同電位になることにより、異電位による不要な静電力が働かなくなるため、スティッキングを、より抑制できるようになる。また図５のようにストッパー１１、１２の頂部が可動体３の接触した場合にも、短絡が防止されるようになる。

【0057】

また物理量センサー１は、基板２の第１固定電極２４が配置されていない領域であって、可動体３と対向する領域に配置され、可動体３と同電位であるダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃを含む。即ち上述のように、ダミー電極２６ｂが可動体３に電気的に接続され、ダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは不図示の配線により電気的に接続されているため、可動体３とダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは同電位になる。また図２～図４に示すように、ダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、基板２の第１固定電極２４が配置されていない領域であって、可動体３と対向する領域に配置されている。より具体的にはダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、基板２の第１固定電極２４及び第２固定電極２５が配置されていない領域に配置されている。このように可動体３と対向する領域のうち、第１固定電極２４や第２固定電極２５が配置されていない領域にダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃが配置されることにより、基板２の表面の露出を抑制できる。従って、基板面露出による帯電ドリフトや可動体形成後の陽極接合時の貼り付きなどを防止することが可能になる。そしてダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃが可動体３と同電位になることで、可動体３がダミー電極２６ａ、２６ｂ、２６ｃに接触するような状況が発生した場合にも、短絡を防止できるようになる。

【0058】

また図１に示すように可動体３には、Ｚ軸方向に貫通している貫通孔群７０が設けられている。例えば図１では、正方形の複数の貫通孔により構成される貫通孔群７０が可動体３に設けられている。なお貫通孔の開口形状は正方形には限定されず、正方形以外の多角形や、円形であってもよい。このように可動体３に貫通孔群７０を設けることで、可動体３が回転軸ＡＹ回りに揺動する際の空気のダンピングを低減できるようになる。そしてダンピングが低減されることで、物理量センサー１を、広い周波数範囲で動作させることが可能になる。なお図１では貫通孔群７０の貫通孔の開口面積は一様になっているが、後述するように回転軸ＡＹから遠い領域では、回転軸ＡＹから近い領域に比べて、貫通孔の開口面積を大きくすることが望ましい。

【0059】

また第１質量部３４と第１固定電極２４との間のギャップ距離ｈａ１、ｈａ２、ｈａ３は、例えば４．５μｍ以下である。即ち、ｈａ１＜ｈａ２＜ｈａ３≦４．５μｍの関係が成り立つ。更に好ましくは、第１質量部３４と第１固定電極２４との間のギャップ距離ｈａ１、ｈａ２は、４．１μｍ以下であることが望ましい。同様に第２質量部３５と第２固定電極２５との間のギャップ距離ｈｂ１、ｈｂ２、ｈｂ３も、例えば４．５μｍ以下であり、更に好ましくは４．１μｍ以下であることが望ましい。このようにギャップ距離が十分に小さくなることで、静電容量Ｃａ、Ｃｂが十分に大きくなり、物理量センサー１の検出感度を十分に高めることが可能になる。そして、このようにギャップ距離を十分に小さくした場合にも、本実施形態では図５で説明したように、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が領域ＲＮ１２において交差しないという関係が成り立つため、スティッキングの発生も抑制できる。従って、スティッキングの抑制と高感度化を両立して実現できる物理量センサー１の提供が可能になる。

【0060】

また第１仮想直線ＶＬ１とＸ軸とのなす角θは、例えば０．７°以下である。更に好ましくは、第１仮想直線ＶＬ１とＸ軸とのなす角θは、例えば０．３°以下であることが望ましい。例えば第２仮想直線ＶＬ２はＸ軸方向に沿った直線であり、第１仮想直線ＶＬ１とＸ軸とのなす角θは、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２のなす角と言うこともできる。

【0061】

例えば本実施形態では、可動体３が回転軸ＡＹ回りに最大変位した状態において、端部ＥＡ１～ＥＡｎのうちの２つの端部を通る仮想直線のうち、Ｘ軸とのなす角θが最も小さい仮想直線を第１仮想直線ＶＬ１としている。この第１仮想直線ＶＬ１は、可動体３の下面をスロープと見なした場合の当該スロープに沿った直線と言うことができる。そして、スティッキングを抑制しながら、感度を最大限に高めるためには、可動体３が最大変位した状態において、当該スロープに対応する第１仮想直線ＶＬ１と、基板２の第１固定電極２４の主面に沿った第２仮想直線ＶＬ２とが、なるべく平行に近づくことが望ましい。例えば第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２とが平行になったり、限りになく平行に近づけば、スティッキングが発生しない限界まで、可動体３と第１固定電極２４を近づけることで、物理量センサー１の感度を最大限に高めることが可能になるからである。従って、第１仮想直線ＶＬ１とＸ軸とのなす角θを、例えば０．７°以下というように十分に小さくして、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２をなるべく平行に近づけることで、スティッキングを抑制しながら、物理量センサー１の感度を十分に高めることが可能になる。

【0062】

次に本実施形態の物理量センサー１の製造方法について説明する。本実施形態の物理量センサー１は、基板形成工程と、固定電極形成工程と、基板接合工程と、可動体形成工程と、封止工程を含む製造方法により製造できる。基板形成工程では、例えばガラス基板をフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程によりパターニングすることで、可動体３を支持するためのマウント部２２ａ、２２ｂやストッパー１１、１２等が形成された基板２を形成する。固定電極形成工程では、基板２上に導電膜を形成して、導電膜をフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程によりパターニングして、第１固定電極２４、第２固定電極２５などの固定電極を形成する。基板接合工程では、基板２とシリコン基板を陽極接合等により接合する。可動体形成工程では、シリコン基板を所定の厚さに薄膜化し、シリコン基板をフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程によりパターニングすることで、可動体３を形成する。この場合に深堀エッチング技術であるボッシュ・プロセスなどを用いる。封止工程では、基板２に蓋部５を接合し、基板２と蓋部５により形成される空間に可動体３が収納される。

【0063】

なお本実施形態における物理量センサー１の製造方法は、上記のような製造方法には限定されず、例えば犠牲層を用いる製造方法などの種々の製造方法を採用できる。犠牲層を用いる製造方法では、犠牲層を形成させたシリコン基板と、支持基板である基板２とを、犠牲層を介して接合し、犠牲層に可動体３が揺動可能なキャビティーを形成する。具体的には、シリコン基板に可動体３を形成させた後、シリコン基板と基板２とに挟まれた犠牲層をエッチングして除去することでキャビティーを形成して、基板２から可動体３をリリースする。本実施形態では、このような製造方法により、基板２と可動体３を有する物理量センサー１を形成してもよい。

【0064】

また可動体３の下面の段差は、例えば次のような製造プロセスにより形成できる。例えば構造体である可動体３の裏面となるシリコン基板の裏面側に、ＳｉＯ２等のハードマスクを成膜する。そしてフォトリソグラフィー工程により段差の形成箇所を開口したパターンを、ハードマスクにより形成する。そしてドライエッチング工程又はウエットエッチング工程により、所望の高さの段差を形成する。複数の段差を形成する場合は、上記した製造工程を繰り返すか、或いは所望の高さの段差になるように１回ではなく複数回のエッチング工程により、段差を形成してもよい。

【0065】

或いは、可動体３となるシリコン基板自体を加工して段差を形成するのではなく、図７に示すように、可動体３の裏面側である下面側に、金属膜又は絶縁膜等の薄膜９１、９２を形成することにより、図２～図４の端部ＥＡ１、ＥＡ２に相当する段差９３、９４を形成するようにしてもよい。

【0066】

２．第２実施形態
図８は、第２実施形態の物理量センサー１の説明図である。ここでは第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。図８に示すように、Ｙ軸方向からの断面視において、回転軸ＡＹと交わり、Ｚ軸に沿った直線を第３法線ＮＬ３とする。また可動体３の端部と交わり、Ｚ軸に沿った直線を第４法線ＮＬ４とする。図８では可動体３の端部は、Ｘ軸方向プラス側の端部であり、トルク発生部３６の端部である。そして図８に示すように、第３法線ＮＬ３と第４法線ＮＬ４との間の領域ＲＮ３４において、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が交差しない。

【0067】

このように図５の領域ＲＮ１２よりも広い図８の領域ＲＮ３４において、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が交差しないことで、図５の第１実施形態に比べて、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２がより平行に近づくことを保証できるようになる。従って、可動体３が最大変位したときに、可動体３の下面と第１固定電極２４との距離を、図５の第１実施形態よりも広くすることが可能になる。この結果、可動体３と第１固定電極２４との接触はもちろん、異電位の可動体３と第１固定電極２４の間で発生する静電力に起因したスティッキングも更に抑制できるため、信頼性が更に高い物理量センサー１を提供することが可能になる。

【0068】

例えば図９は、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が領域ＲＮ３４において交差している場合の例である。図９のように、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が領域ＲＮ３４において交差していると、例えば可動体３の下面の端部ＥＡ２が第１固定電極２４に接触してしまうなどの不具合が発生する。このような不具合が発生すると、物理量センサー１が正常に動作しなくなってしまう。この点、本実施形態では、図８のように、可動体３が最大変位した状態においても、第１仮想直線ＶＬ１と第２仮想直線ＶＬ２が領域ＲＮ３４において交差しないため、このような不具合の発生を抑制できる。

【0069】

３．第３実施形態
図１０は、第３実施形態の物理量センサー１の平面図であり、図１１は、図１０のＡ－Ａ線における断面図である。ここでは第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。第１実施形態では、図３に示すように基板２に対して、突起部により実現されるストッパー１１、１２が設けられている。これに対して図１０、図１１の第３実施形態では、可動体３にストッパー１３が設けられている。具体的にはストッパー１３は、可動体３の端部の側面から例えばＸ軸方向に沿って突出する凸形状の突起部により実現される。具体的には図１０、図１１では、可動体３の第２質量部３５の端部の側面から、Ｘ軸方向マイナス側に突出する２つの突起部によりストッパー１３が実現されている。そして図１１に示すように、ストッパー１３のＺ軸方向マイナス側である直下には、ダミー電極２６ｃが設けられている。そしてストッパー１３がこのダミー電極２６ｃに接触することで、可動体３の回転軸ＡＹでの回転が規制される。このダミー電極２６ｃは可動体３と同電位になっているため、接触時における短絡が防止される。

【0070】

このような可動体３の端部の側面の突起部によるストッパー１３は、可動体３のパターニング時に同時に形成できる。従って、第１実施形態のような基板２に設けられた突起部によるストッパー１１、１２と比較して、製造プロセスの工程を簡略化でき、低コスト化等の実現が可能になる。

【0071】

なお図示はしていないが、可動体３の長手方向であるＸ軸方向での長さが、回転軸ＡＹに対して対称である場合等には、可動体３の両側の端部の側面に突起部となるストッパーを設けてもよい。例えば可動体３のＸ軸方向マイナス側の端部の側面には、Ｘ軸方向マイナス側に突出する突起部を設け、可動体３のＸ軸方向プラス側の端部の側面には、Ｘ軸方向プラス側に突出する突起部を設けてもよい。また図１０、図１１では可動体３の側面に突起部を設けているが、可動体３の基板２側の面にストッパーとなる突起部を設けてもよい。或いは蓋部５の可動体３側の面にストッパーとなる突起部を設けてもよい。

【0072】

４．第４実施形態
図１２は、第４実施形態の物理量センサー１の平面図であり、図１３は、図１２のＡ－Ａ線における断面図であり、図１４は第４実施形態の物理量センサー１の斜視図である。ここでは第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

【0073】

第４実施形態では、第１領域である領域ＲＡ１に第１貫通孔群７１が設けられている。また第１領域乃至第ｎ領域である領域ＲＡ１乃至領域ＲＡｎのうちの第ｉ領域に第２貫通孔群７２が設けられている。ここでｉは１＜ｉ≦ｎとなる整数である。図１２～図１４は、ｎ＝２、ｉ＝２の場合の例であり、第ｉ領域である領域ＲＡ２に第２貫通孔群７２が設けられている。なお、ｎ＝２には限定されず、ｎ≧３であってもよい。例えば第１質量部３４に領域ＲＡ１乃至ＲＡ３を設けてもよく、この場合には第ｉ領域に設けられる第２貫通孔群７２は、領域ＲＡ２又は領域ＲＡ３に設けられる貫通孔群である。

【0074】

そして図１３、図１４に示すように、第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の貫通孔のＺ軸方向での深さは、可動体３のＺ軸方向での最大厚みよりも小さくなっている。このように第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の貫通孔の深さが小さくなることで、これらの貫通孔での孔中ダンピング等を低減でき、物理量センサー１の低ダンピング化を実現できる。これにより、更なる高感度化と低ダンピング化とを両立して実現できる物理量センサー１の提供が可能になる。

【0075】

ここで第１貫通孔群７１の貫通孔は、第１貫通孔群７１を構成する貫通孔であり、第２貫通孔群７２の貫通孔は、第２貫通孔群７２を構成する貫通孔である。貫通孔のＺ軸方向の深さは、Ｚ軸方向での貫通孔の長さであり、貫通孔の厚みと言うこともできる。可動体３の最大厚みとは、可動体３においてＺ軸方向での厚みが最も大きい場所での可動体３の厚みである。例えばシリコン基板をエッチング等によりパターニングして可動体３を形成する場合には、可動体３の最大厚みは、例えばパターニング前のシリコン基板の厚みと言うこともできる。具体的には可動体３の最大厚みは、固定部３２ａ、３２ｂ及び支持梁３３の少なくとも一方のＺ軸方向での厚さである。例えば可動体３の最大厚みは、固定部３２ａ、３２ｂのＺ軸方向での厚さ、或いは支持梁３３のＺ軸方向での厚さである。或いは固定部３２ａ、３２ｂと支持梁３３の厚さが等しい場合には、可動体３の最大厚みは、固定部３２ａ、３２ｂ及び支持梁３３のＺ軸方向での厚さである。このようにすれば、第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の貫通孔のＺ軸方向での深さを、固定部３２ａ、３２ｂ及び支持梁３３の少なくとも一方のＺ軸方向での厚さよりも小さくできる。これにより、貫通孔の孔中ダンピング等を低減でき、物理量センサー１を、より広い周波数範囲で適正に動作させることが可能になる。

【0076】

また図１２～図１４では、領域ＲＢ１に第３貫通孔群７３が設けられ、領域ＲＢ２に第４貫通孔群７４が設けられている。そして第３貫通孔群７３及び第４貫通孔群７４の貫通孔のＺ軸方向での深さは、可動体３のＺ軸方向での最大厚みよりも小さくなっている。このように第３貫通孔群７３及び第４貫通孔群７４の貫通孔の深さが小さくなることで、これらの貫通孔の孔中ダンピング等を低減でき、物理量センサー１の低ダンピング化を実現できる。なお可動体３のトルク発生部３６には第５貫通孔群７５が設けられている。

【0077】

また第４実施形態では、第１実施形態と同様に、第１質量部３４の下面である第１面６には、ギャップ距離ｈａ１をギャップ距離ｈａ２よりも小さくするための段差８が設けられている。この段差８は図２の端部ＥＡ１に相当する。即ち第１質量部３４は、基板２に設けられている第１固定電極２４と対向しているが、領域ＲＡ１でのギャップ距離ｈａ１が、領域ＲＡ２でのギャップ距離ｈａ２よりも小さくなるように、第１質量部３４の基板２側の面である第１面６に段差８が設けられている。このように段差８を設けて、ギャップ距離ｈａ１を小さくすることで、第１質量部３４の複数の領域のうち、回転軸ＡＹから近い側の領域である領域ＲＡ１の狭ギャップ化を実現できるため、物理量センサー１の高感度化を実現できる。

【0078】

同様に、第２質量部３５の下面である第１面６には、ギャップ距離ｈｂ１をギャップ距離ｈｂ２よりも小さくするための段差９が設けられている。この段差９は図２の端部ＥＢ１に相当する。即ち第２質量部３５は、基板２に設けられている第２固定電極２５と対向しているが、領域ＲＢ１でのギャップ距離ｈｂ１が、領域ＲＢ２でのギャップ距離ｈｂ２よりも小さくなるように、第２質量部３５の基板２側の面である第１面６に段差９が設けられている。このように段差９を設けて、ギャップ距離ｈｂ１を小さくすることで、第２質量部３５の複数の領域のうち、回転軸ＡＹから近い側の領域である領域ＲＢ１の狭ギャップ化を実現できるため、物理量センサー１の高感度化を実現できる。

【0079】

以上のように第４実施形態の物理量センサー１では、可動体３の下面側である第１面６に対して、端部である段差８、９を設けることにより、複数の電極間ギャップを形成すると共に、可動体３の貫通孔の深さを小さくすることにより、高感度化と低ダンピングを両立して実現している。

【0080】

なお高感度化を実現するためには、捻れバネである支持梁３３のＸ軸方向での幅をなるべく小さくすることが望ましい。しかしながら、このように支持梁３３の幅を小さくすると、支持梁の破損等の問題が発生するおそれがある。この点、本実施形態では、可動体３のＹ軸方向の幅方向に亘って、支持梁の両側に配置される固定部３２ａ、３２ｂが設けられている。固定部３２ａは第１固定部であり、固定部３２ｂは第２固定部である。そして、これらの固定部３２ａ、３２ｂが基板２のマウント部２２ａ、２２ｂに固定されている。例えば可動体３のＹ軸方向での幅をＷＭとする。この場合に、固定部３２ａ、３２ｂの長辺方向であるＹ軸方向での幅ＷＦが、例えばＷＭ／２よりも長くなるように、支持梁３３の両側に固定部３２ａ、３２ｂが設けられている。このように支持梁３３の両側に、広い距離に亘って固定部３２ａ、３２ｂが設けられることで、物理量センサー１が衝撃を受けた場合にも、当該衝撃による支持梁３３の破損等を抑制することが可能になる。例えば回転軸ＡＹの直ぐ近くの場所では、加速度が作用したときに殆ど変位が生じないため、回転軸ＡＹの直ぐ近くの場所に電極を形成しても、感度としてあまり寄与しない。そこで本実施形態では、このように感度に寄与しない回転軸ＡＹの直ぐ近くの場所に、固定部３２ａ、３２ｂを設けて、支持梁３３の破損等を防止しており、デッドスペースの有効利用を図っている。

【0081】

また図１２～図１４に示すように、第２貫通孔群７２の貫通孔の開口面積は、第１貫通孔群７１の貫通孔の開口面積よりも大きい。同様に第４貫通孔群７４の貫通孔の開口面積は、第３貫通孔群７３の貫通孔の開口面積よりも大きい。なお第１貫通孔群７１の貫通孔の開口面積と第３貫通孔群７３の貫通孔の開口面積は等しく、第２貫通孔群７２の貫通孔の開口面積と第４貫通孔群７４の貫通孔の開口面積は等しくなっている。ここで貫通孔群の貫通孔の開口面積とは、貫通孔群を構成する１つの貫通孔の開口面積である。このように、回転軸ＡＹから遠い第２貫通孔群７２や第４貫通孔群７４の貫通孔の開口面積を、回転軸ＡＹから近い第１貫通孔群７１や第３貫通孔群７３の貫通孔の開口面積よりも大きくすることで、可動体３の低ダンピング化を実現できる貫通孔の寸法条件を満たすことが可能になり、物理量センサー１の低ダンピング化の実現が可能になる。

【0082】

更にトルク発生部３６の領域に設けられる第５貫通孔群７５の貫通孔の開口面積は、第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の貫通孔の開口面積よりも大きい。同様に第５貫通孔群７５の貫通孔の開口面積は、第３貫通孔群７３及び第４貫通孔群７４の貫通孔の開口面積よりも大きい。このように第１質量部３４や第２質量部３５よりも回転軸ＡＹからの距離が遠いトルク発生部３６での貫通孔の開口面積を大きくすることで、可動体３の低ダンピング化を実現できる貫通孔の寸法条件を満たすことが可能になり、物理量センサー１の更なる低ダンピング化の実現が可能になる。

【0083】

貫通孔の寸法は、ギャップ距離、貫通孔の深さ、貫通孔の寸法／孔端部間距離の比のパラメーターで決まるダンピングの最小条件近辺の値を採用できる。具体的には、各領域でサイズが異なる正方形の貫通孔が設けられており、例えば回転軸ＡＹから近い領域ＲＡ１や領域ＲＢ１での貫通孔の開口面積は、一例としては５μｍ×５μｍ程度であり、回転軸ＡＹから遠い領域ＲＡ２や領域ＲＢ２での貫通孔の開口面積は、一例としては８μｍ×８μｍ程度である。また回転軸ＡＹから更に遠いトルク発生部３６での貫通孔の開口面積は、一例としては２０μｍ×２０μｍ程度である。

【0084】

また第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２の貫通孔の深さは、可動体３のＺ軸方向での最大厚みの５０％未満である。例えばこれらの貫通孔の深さは、可動体３の最大厚みである固定部３２ａ、３２ｂや支持梁３３の厚みの５０％未満である。同様に第３貫通孔群７３及び第４貫通孔群７４の貫通孔の深さも、可動体３のＺ軸方向での最大厚みの５０％未満である。このように貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みの半分未満にすることで、貫通孔の深さが可動体３の最大厚みと等しい場合と比べて、貫通孔の孔中ダンピングを十分に小さくすることができ、低ダンピング化を実現できるようになる。なお更に好ましくは、第１貫通孔群７１、第２貫通孔群７２等の貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みの１７％未満にすることが望ましい。これにより更なる低ダンピング化の実現が可能になる。

【0085】

また図１２～図１４に示すように本実施形態では、可動体３の第２面７には、第１貫通孔群７１が底面に配置される第１凹部８１が、領域ＲＡ１に設けられている。即ち第１質量部３４の蓋部５側の面である第２面７には、Ｚ軸方向マイナス側に窪む第１凹部８１が領域ＲＡ１に設けられている。図１４に示すように、第１凹部８１では、第１貫通孔群７１の配置領域を囲むように複数の壁部、例えば４つの壁部が設けられ、これらの壁部により領域ＲＡ１での剛性が確保される。即ち、前述のように第１貫通孔群７１の深さは、低ダンピング化のために可動体３の最大厚みよりも小さくなっている。このため、第１貫通孔群７１の配置領域での可動体３の厚みが薄くなってしまい、剛性が弱くなることで、破損リスクが高まるおそれある。この点、図１２～図１４では、領域ＲＡ１を凹部形状とすることで、第１凹部８１の縁部である壁部により、領域ＲＡ１での可動体３の剛性が高められ、破損リスク等を回避することが可能になる。

【0086】

同様に可動体３の第２面７には、第３貫通孔群７３が底面に配置される第３凹部８３が、領域ＲＢ１に設けられている。図１４に示すように、第３凹部８３では、第３貫通孔群７３の配置領域を囲むように複数の壁部が設けられ、これらの壁部により領域ＲＢ１での剛性が確保される。

【0087】

また図１２～図１４に示すように、可動体３の第２面７には、第２貫通孔群７２が底面に配置される第２凹部８２が、領域ＲＡ２に設けられている。即ち第１質量部３４の蓋部５側の面である第２面７には、Ｚ軸方向マイナス側に窪む第２凹部８２が領域ＲＡ２に設けられている。図１４に示すように、第２凹部８２では、第２貫通孔群７２の配置領域を囲むように複数の壁部、例えば４つの壁部が設けられ、これらの壁部により領域ＲＡ２での剛性が確保される。同様に可動体３の第２面７には、第４貫通孔群７４が底面に配置される第４凹部８４が、領域ＲＢ２に設けられている。図１４に示すように、第４凹部８４では、第４貫通孔群７４の配置領域を囲むように複数の壁部が設けられ、これらの壁部により領域ＲＢ２での剛性が確保される。

【0088】

なお第２凹部８２及び第４凹部８４の深さは、第１凹部８１及び第３凹部８３の深さよりも浅くなっている。こうすることで、領域ＲＡ１、ＲＢ１でのギャップ距離ｈａ１、ｈｂ１を、領域ＲＡ２、ＲＢ２でのギャップ距離ｈａ２、ｈｂ２よりも小さくしながら、可動体３の第２面７に第１凹部８１、第２凹部８２、第３凹部８３、第４凹部８４を形成できるようになる。

【0089】

また本実施形態では、可動体３に第１凹部８１～第４凹部８４を形成することによって、貫通孔の深さである貫通孔の厚みを薄くしていたが、同時に貫通孔の端部間、つまり隣り合う貫通孔同士の間の領域の厚みも薄くなってしまう。そして当該領域に、例えば下部のストッパー１１、１２が接触することを考えると、構造体の強度的に不利になってしまう。そこでストッパー１１、１２が接触する領域においては、可動体３の厚みを厚くすることが望ましい。例えばＺ軸方向での平面視において領域ＲＡ１にストッパー１１が設けられる場合には、この領域ＲＡ１のうち、少なくともストッパー１１が接触する領域において可動体３の厚みを厚くする。またＺ軸方向での平面視において領域ＲＢ１にストッパー１２が設けられる場合には、この領域ＲＢ１のうち、少なくともストッパー１２が接触する領域において可動体３の厚みを厚くする。

【0090】

次に、貫通孔の設計について具体的に説明する。貫通孔は、可動体３が揺動する際の気体のダンピングをコントロールするために設けられている。このダンピングは、貫通孔内を通過する気体の孔中ダンピングと、可動体３と基板２との間でのスクイズフィルムダンピングとにより構成されている。

【0091】

貫通孔を大きくするほど、貫通孔内を気体が通り易くなるため、孔中ダンピングを低減できる。また貫通孔の占有率を高くするほど、可動体３と基板２の実質的な対向面積が減少するため、スクイズフィルムダンピングを低減できる。しかし、貫通孔の占有率を高くすると、可動体３と第１固定電極２４、第２固定電極２５との対向面積の減少と、トルク発生部３６の質量の低下が生じるため、加速度の検出の感度が低下する。反対に、貫通孔を小さくするほど、即ち占有率を低くするほど、可動体３と第１固定電極２４、第２固定電極２５との対向面積が増加し、トルク発生部３６の質量が増加するため、加速度の検出の感度は向上するが、ダンピングが増大してしまう。このように、検出感度とダンピングとは、トレードオフの関係にあるため、これらを両立することが極めて困難であった。

【0092】

このような問題に対して、本実施形態では、貫通孔の設計を工夫することにより、高感度化と低ダンピング化の両立を図っている。なお物理量センサー１の検出の感度は、（Ａ）可動体３と第１固定電極２４、第２固定電極２５との離間距離であるギャップ距離をｈとしたときの１／ｈ^２、（Ｂ）可動体３と第１固定電極２４、第２固定電極２５との対向面積、（Ｃ）支持梁３３のばね剛性、及び、（Ｄ）トルク発生部３６の質量に比例する。物理量センサー１では、まずダンピングを無視した状態で、目的とする感度を得るために必要な、第１固定電極２４、第２固定電極２５との対向面積やギャップ距離等を決定する。言い換えると貫通孔の占有率を決定する。これにより、必要な大きさの静電容量Ｃａ、Ｃｂが形成され、物理量センサー１は、十分な感度を得られる。

【0093】

第１質量部３４や第２質量部３５での複数の貫通孔の占有率としては、特に限定されないが、例えば、７５％以上であることが好ましく、７８％以上であることがより好ましく、８２％以上であることが更に好ましい。これにより、高感度化と低ダンピング化の両立が図り易くなる。

【0094】

このように、貫通孔の占有率を決定した後に、例えば領域ＲＡ１、ＲＡ２等の各領域ごとに、ダンピングについての設計を行う。感度を変えずにダンピングを最小にする新たな技術思想として、物理量センサー１では、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとの差がなるべく小さくなるように、好ましくは、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとが等しくなるように複数の貫通孔を設計している。このように、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとの差をなるべく小さくすることにより、ダンピングを低減することができ、孔中ダンピングとスクイズフィルムダンピングとが等しい場合に、ダンピングが最小となる。これにより、感度を十分に高く維持しつつ、ダンピングを効果的に低減することが可能になる。

【0095】

なお、各領域におけるダンピング設計の方法は、互いに同様であるため、以下では、領域ＲＡ１のダンピング設計について代表して説明し、他の領域でのダンピング設計については、その説明を省略する。

【0096】

領域ＲＡ１に配置されている貫通孔のＺ軸方向の長さをＨ（μｍ）とし、第１質量部３４の領域ＲＡ１のＹ軸方向に沿った長さの１／２の長さをａ（μｍ）とし、第１質量部３４の領域ＲＡ１のＸ軸方向に沿った長さをＬ（μｍ）とする。また、領域ＲＡ１の空隙でのギャップ距離であるＺ軸方向の長さをｈ（μｍ）とし、領域ＲＡ１に配置されている貫通孔の一辺の長さをＳ０（μｍ）とし、隣り合う貫通孔の端部間距離をＳ１（μｍ）とし、領域ＲＡ１の空隙内にある気体、即ち収納空間ＳＡ内に充填されている気体の粘性係数である粘性抵抗をμ（ｋｇ／ｍｓ）とする。この場合に、領域ＲＡ１に生じるダンピングをＣとしたとき、Ｃは、下式（１）で表される。なお、Ｘ軸方向において隣り合う貫通孔同士の間隔と、Ｙ軸方向において隣り合う貫通孔同士の間隔とが異なる場合は、Ｓ１は、それらの平均値とすることができる。

【0097】

【数1】

上式（１）で用いられるパラメーターは、下式（２）～（８）で表される。

【0098】

【数2】

ここで、上式（１）に含まれる孔中ダンピング成分は、下式（９）で表され、スクイズフィルムダンピング成分は、下式（１０）で表される。

【0099】

【数3】

従って、上式（９）と上式（１０）が等しくなる、つまり下式（１１）を満たすＨ、ｈ、Ｓ０、Ｓ１の寸法を用いることにより、ダンピングＣが最小となる。即ち、下式（１１）はダンピングを最小にする条件式である。

【0100】

【数4】

ここで、上式（１１）を満足する貫通孔の一辺の長さＳ０をＳ０ｍｉｎとし、隣り合う貫通孔同士の間隔Ｓ１をＳ１ｍｉｎとし、これらＳ０ｍｉｎおよびＳ１ｍｉｎを上式（１）に代入したときのダンピングＣであるダンピングＣの最小値をＣｍｉｎとする。物理量センサー１に求められる精度にもよるが、Ｈ、ｈを一定としたときのＳ０、Ｓ１の範囲が下式（１２）を満たすことにより、十分にダンピングを低減できる。即ち、ダンピングの最小値Ｃｍｉｎ＋５０％以内のダンピングであれば、十分にダンピングを低減することができるため、所望の周波数帯域内での検出の感度の維持を可能とし、ノイズを低減することができる。

【0101】

Ｃ≦１．５×Ｃｍｉｎ （１２）
なお、下式（１３）を満たすことが好ましく、下式（１４）を満たすことがより好ましく、下式（１５）を満たすことが更に好ましい。これにより、上述の効果をより顕著に発揮することができる。

【0102】

Ｃ≦１．４×Ｃｍｉｎ （１３）
Ｃ≦１．３×Ｃｍｉｎ （１４）
Ｃ≦１．２×Ｃｍｉｎ （１５）

【0103】

図１５は、貫通孔の一辺の長さＳ０とダンピングとの関係を示すグラフである。ここでは、Ｈ＝３０ｕｍ、ｈ＝２．３ｕｍ、ａ＝２１７．５ｕｍ、Ｌ＝７８５ｕｍとしている。また感度が一定となるようにＳ１／Ｓ０比は１とした。これは、Ｓ０の大きさを変えても開口率は変わらないということを示す。即ち、Ｓ１／Ｓ０比を１にすることで、Ｓ０の大きさを変えても開口率は変わらず、対向面積が変わらないことから、形成される静電容量は変わらず、感度が維持される。従って、感度を維持しながら、ダンピングが最小となるＳ０が存在することになる。なお開口率は、例えば領域の面積に対する、当該領域に配置される複数の貫通孔の開口面積の総和が占める率と言うことができる。

【0104】

図１５のグラフから、上式（１）のダンピングは、上式（９）の孔中のダンピングと、上式（１０）のスクイズフィルムダンピングに分離でき、Ｓ０がＳ０ｍｉｎより小さい領域では孔中ダンピングが支配的であり、Ｓ０がＳ０ｍｉｎより大きい領域ではスクイズフィルムダンピングが支配的であることが分かる。上式（１２）を満足するＳ０は、図１５に示すように、Ｓ０ｍｉｎよりも小さい側のＳ０’からＳ０ｍｉｎよりも大きい側のＳ０”までの範囲となる。Ｓ０ｍｉｎからＳ０’の範囲は、Ｓ０ｍｉｎからＳ０”の範囲と比較すると、Ｓ０の寸法ばらつきに対するダンピングの変化が大きいために寸法精度が要求されるため、寸法精度が緩和できるＳ０ｍｉｎからＳ０”までの範囲でＳ０を採用するのが望ましい。上式（１３）～（１５）を満たす場合についても同様である。

【0105】

図１５は、貫通孔の深さ、即ちＺ方向での長さがＨ＝３０μｍの場合のＳ０とダンピングとの関係を示すグラフであった。これに対して図１６、図１７は、各々、Ｈ＝１５μｍ、Ｈ＝５μｍの場合のＳ０とダンピングとの関係を示すグラフである。このように図１５、図１６、図１７には、貫通孔の深さ以外の寸法は同一とし、貫通孔の深さであるＨを、それぞれ３０ｕｍ、１５ｕｍ、５ｕｍとしたときのダンピングの傾向が示されている。このように、貫通孔の深さを小さくすればするほど、スクイズフィルムダンピングはほぼ変わらないが、孔中ダンピングは小さくなり、結果的として、全体ダンピングの最小値がより小さくなることが分かる。そして本実施形態では、貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みに比べて十分に小さくなるように、例えば図１７に示すように５ｕｍというように大幅に小さくしているため、ダンピング低減効果は非常に大きい。

【0106】

図１８は、規格化貫通孔深さと規格化ダンピングの関係を示すグラフである。ここで規格化貫通孔深さは、例えば貫通孔の深さの基準を３０μｍとした場合に、この基準に対して規格化された貫通孔の深さである。貫通孔の深さの基準としては、例えば可動体３の最大厚みを採用できる。そして図１８に示すように、規格化貫通孔深さが０．５の場合には、ダンピングを約３０％低減できる。従って、例えば貫通孔の深さを、貫通孔の深さの基準である可動体３の最大厚みの５０％未満とすることで、ダンピングを約３０％低減でき、低ダンピング化を実現できる。また規格化貫通孔深さが０．１７の場合には、ダンピングを約６０％低減できる。従って、例えば貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みの１７％未満とすることで、ダンピングを約６０％低減でき、ダンピングを十分に低減することが可能になる。このように本実施形態では、第１貫通孔群７１及び第２貫通孔群７２等の貫通孔の深さを、可動体３の最大厚みの５０％未満とすることが望ましく、更に好ましくは可動体３の最大厚みの１７％未満とすることが望ましい。

【0107】

また本実施形態では、図１２～図１４に示すように、第１質量部３４の領域ＲＡ２の第２貫通孔群７２の貫通孔の開口面積を、領域ＲＡ１の第１貫通孔群７１の貫通孔の開口面積よりも大きくしている。同様に第２質量部３５の領域ＲＢ２の第４貫通孔群７４の貫通孔の開口面積を、領域ＲＢ１の第３貫通孔群７３の貫通孔の開口面積よりも大きくしている。更にトルク発生部３６の第５貫通孔群７５の貫通孔の開口面積を、第１貫通孔群７１、第２貫通孔群７２等の貫通孔の開口面積よりも大きくしている。

【0108】

例えばダンピングを最小にする条件式である上式（１１）では、分子にｒ_０ ^４＝（０．５４７×Ｓ０）^４の項があり、分母にｈ^３の項がある。従って、電極間のギャップ距離であるｈが大きくなった場合には、それに応じて貫通孔の一辺の長さＳ０を大きくすることで、ダンピングの最小条件を満たすことが可能になる。即ち、ギャップ距離であるｈが大きくなるにつれて、貫通孔の一辺の長さであるＳ０を大きくして、貫通孔の開口面積を大きくすることで、ダンピングを最小値に近づけることが可能になる。

【0109】

そして本実施形態では、領域ＲＡ２でのギャップ距離ｈａ２は、領域ＲＡ１でのギャップ距離ｈａ１よりも大きい。従って、領域ＲＡ２の第２貫通孔群７２の開口面積を、領域ＲＡ１の第１貫通孔群７１の開口面積よりも大きくすることで、領域ＲＡ１、領域ＲＡ２の各領域におけるダンピングを、上式（１１）で表される最小値に近づけることが可能になる。同様に、領域ＲＢ２でのギャップ距離ｈｂ２は、領域ＲＢ１でのギャップ距離ｈｂ１よりも大きい。従って、領域ＲＢ２の第４貫通孔群７４の開口面積を、領域ＲＢ１の第３貫通孔群７３の開口面積よりも大きくすることで、領域ＲＢ１、領域ＲＢ２の各領域におけるダンピングを、上式（１１）で表される最小値に近づけることが可能になる。

【0110】

またトルク発生部３６の領域でのギャップ距離ｈｔは、ギャップ距離ｈａ１、ｈａ２等よりも大きい。従って、トルク発生部３６の領域の第５貫通孔群７５の開口面積を、第１貫通孔群７１、第２貫通孔群７２等の開口面積よりも大きくすることで、トルク発生部３６の領域でのダンピングを、上式（１１）で表される最小値に近づけることが可能になる。

【0111】

なお図１２～図１４では、可動体３の上面である第２面７に、貫通孔群が底面に配置される凹部を設けることで、貫通孔の深さを小さくしていたが、本実施形態はこれに限定されない。例えば可動体３の下面である第１面６に、貫通孔群が底面に配置される凹部を設けることで、貫通孔の深さを小さくしてもよい。或いは、貫通孔群の少なくとも１つの貫通孔ごとに凹部を設けることで、貫通孔の深さを小さくしてもよい。例えば貫通孔の周辺では、可動体３の厚みを貫通孔の深さと同一としながら、隣り合う貫通孔の端部間では、可動体３の厚みを貫通孔の深さより大きくする。即ち、貫通孔の周りに厚みが大きい凹部の壁部を設けることで、剛性を確保する。これにより、ダンピングを殆ど増加させることなく、可動体３の強度を高めて剛性を確保できるようになる。また貫通孔群での貫通孔の配列についても種々の変形実施が可能であり、例えば貫通孔の配列を、強度が高いとされるハニカム配列にしてもよい。

【0112】

５．物理量センサーデバイス
次に本実施形態の物理量センサーデバイス１００について図１９を用いて説明する。図１９は物理量センサーデバイス１００の断面図である。物理量センサーデバイス１００は、物理量センサー１と、電子部品としてのＩＣ（Integrated Circuit）チップ１１０を含む。ＩＣチップ１１０は半導体チップと言うこともでき、半導体素子である。ＩＣチップ１１０は、接合部材であるダイアタッチ材ＤＡを介して、物理量センサー１の蓋部５の上面に接合されている。ＩＣチップ１１０は、ボンディグワイヤーＢＷ１を介して、物理量センサー１の電極パッドＰと電気的に接続されている。回路装置であるＩＣチップ１１０には、例えば物理量センサー１に駆動電圧を印加する駆動回路や、物理量センサー１からの出力に基づいて加速度を検出する検出回路や、検出回路からの信号を所定の信号に変換して出力する出力回路等が必要に応じて含まれている。このように本実施形態の物理量センサーデバイス１００は、物理量センサー１とＩＣチップ１１０を含んでいるため、物理量センサー１の効果を享受でき、高精度化等を実現できる物理量センサーデバイス１００を提供できる。

【0113】

また物理量センサーデバイス１００は、物理量センサー１及びＩＣチップ１１０が収納される容器であるパッケージ１２０を含むことができる。パッケージ１２０は、ベース１２２とリッド１２４を含む。ベース１２２にリッド１２４が接合されることで気密封止される収納空間ＳＢに、物理量センサー１及びＩＣチップ１１０が収納される。このようなパッケージ１２０を設けることで、物理量センサー１及びＩＣチップ１１０を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。

【0114】

またベース１２２は、収納空間ＳＢ内に配置された複数の内部端子１３０と、底面に配置された外部端子１３２、１３４を含む。そしてボンディグワイヤーＢＷ１を介して、物理量センサー１とＩＣチップ１１０が電気的に接続されており、ボンディグワイヤーＢＷ２を介して、ＩＣチップ１１０と内部端子１３０とが電気的に接続されている。そして内部端子１３０は、ベース１２２内に設けられた不図示の内部配線を介して、外部端子１３２、１３４に電気的に接続されている。これにより物理量センサー１により検出された物理量に基づくセンサー出力信号を外部に出力することが可能になる。

【0115】

なお以上では、物理量センサーデバイス１００に設けられる電子部品がＩＣチップ１１０である場合を例に説明したが、電子部品は、ＩＣチップ１１０以外の回路素子であってもよいし、物理量センサー１とは異なるセンサー素子であってもよいし、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）などにより実現される表示素子などであってもよい。回路素子としては、例えばコンデンサーや抵抗などの受動素子やトランジスターなどの能動素子がある。センサー素子は、例えば物理量センサー１が検出する物理量とは異なる物理量をセンシングする素子である。またパッケージ１２０を設ける代わりにモールド実装としてもよい。

【0116】

６．慣性計測装置
次に、本実施形態の慣性計測装置２０００について図２０、図２１を用いて説明する。図２０に示す慣性計測装置２０００（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）は、自動車やロボットなどの運動体の姿勢や挙動などの慣性運動量を検出する装置である。慣性計測装置２０００は、３軸に沿った方向の加速度ａｘ、ａｙ、ａｚを検出する加速度センサーと、３軸回りの角速度ωｘ，ωｙ，ωｚを検出する角速度センサーと、を備えた、いわゆる６軸モーションセンサーである。

【0117】

慣性計測装置２０００は、平面形状が略正方形の直方体である。また正方形の対角線方向に位置する２ヶ所の頂点近傍に、マウント部としてのネジ穴２１１０が形成されている。この２ヶ所のネジ穴２１１０に２本のネジを通して、自動車などの被装着体の被装着面に慣性計測装置２０００を固定することができる。なお、部品の選定や設計変更により、例えば、スマートフォンやデジタルカメラに搭載可能なサイズに小型化することも可能である。

【0118】

慣性計測装置２０００は、アウターケース２１００と、接合部材２２００と、センサーモジュール２３００を有し、アウターケース２１００の内部に、接合部材２２００を介在させて、センサーモジュール２３００を挿入した構成となっている。センサーモジュール２３００は、インナーケース２３１０と回路基板２３２０を有している。インナーケース２３１０には、回路基板２３２０との接触を防止するための凹部２３１１や、後述するコネクター２３３０を露出させるための開口２３１２が形成されている。そしてインナーケース２３１０の下面には、接着剤を介して回路基板２３２０が接合されている。

【0119】

図２１に示すように、回路基板２３２０の上面には、コネクター２３３０、Ｚ軸回りの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｚ、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向の加速度を検出する加速度センサーユニット２３５０などが実装されている。また回路基板２３２０の側面には、Ｘ軸回りの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｘ及びＹ軸回りの角速度を検出する角速度センサー２３４０ｙが実装されている。

【0120】

加速度センサーユニット２３５０は、前述したＺ軸方向の加速度を測定するための物理量センサー１を少なくとも含み、必要に応じて、一軸方向の加速度を検出したり、二軸方向や三軸方向の加速度を検出したりすることができる。なお角速度センサー２３４０ｘ、２３４０ｙ、２３４０ｚとしては、特に限定されないが、例えばコリオリの力を利用した振動ジャイロセンサーを用いることができる。

【0121】

また回路基板２３２０の下面には、制御ＩＣ２３６０が実装されている。物理量センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部としての制御ＩＣ２３６０は、例えばＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部や、Ａ／Ｄコンバーターなどを内蔵しており、慣性計測装置２０００の各部を制御する。なお、回路基板２３２０には、その他にも複数の電子部品が実装されている。

【0122】

以上のように本実施形態の慣性計測装置２０００は、物理量センサー１と、物理量センサー１から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部としての制御ＩＣ２３６０を含む。この慣性計測装置２０００によれば、物理量センサー１を含む加速度センサーユニット２３５０を用いているため、物理量センサー１の効果を享受でき、高精度化等を実現できる慣性計測装置２０００を提供できる。

【0123】

以上に説明したように、本実施形態の物理量センサーは、互いに直交する３つの軸をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、Ｚ軸に直交し、第１固定電極が設けられている基板と、Ｚ軸に沿ったＺ軸方向において第１固定電極に対向している第１質量部を含み、Ｙ軸に沿った回転軸を中心として基板に対して揺動可能に設けられている可動体と、を含む。可動体は、基板側の面である第１面と、第１面に対する裏側の面である第２面と、を含み、第１質量部の第１面には、空隙を隔てて第１固定電極と対向し、隣り合う領域間に段差が設けられ、回転軸から近い順に第１領域から第ｎ領域へと配置されている第１領域乃至第ｎ領域（ｎは２以上の整数）が設けられている。第１領域乃至第ｎ領域の回転軸から遠い側の端部を、第１端部乃至第ｎ端部とする。Ｙ軸に沿ったＹ軸方向からの断面視において、可動体が回転軸回りに最大変位した状態において、第１端部乃至第ｎ端部のうちの２つの端部を通る仮想直線のうち、Ｘ軸とのなす角が最も小さい仮想直線を第１仮想直線とし、第１固定電極の主面に沿う直線を第２仮想直線とする。第１固定電極の回転軸に最も近い端部と交わり、Ｚ軸に沿った直線を第１法線とし、第１固定電極の回転軸に最も遠い端部と交わり、Ｚ軸に沿った直線を第２法線とする。このときに第１法線と第２法線との間の領域において、第１仮想直線と第２仮想直線が交差しない。

【0124】

本実施形態によれば、基板の第１固定電極に対向している可動体の第１質量部の第１面には、隣り合う領域間に段差が設けられた第１領域乃至第ｎ領域が設けられている。このような第１領域乃至第ｎ領域を設けることで、物理量センサーの高感度化の実現が可能になる。また本実施形態では、可動体の第１面の段差を形成する２つの端部を通る第１仮想直線と、第１固定電極の主面に沿った第２仮想直線とが、可動体が最大変位した状態で、第１固定電極の回転軸からも最も近い端部に対応する第１法線と最も遠い端部に対応する第２法線の間の領域において交差しない。これにより、可動体と第１固定電極とのスティッキングを抑制できるようになる。従って、高感度化とスティッキングの低減を両立して実現できる物理量センサー等の提供が可能になる。

【0125】

また本実施形態では、Ｙ軸方向からの断面視において、回転軸と交わり、Ｚ軸に沿った直線を第３法線とし、可動体の端部と交わり、Ｚ軸に沿った直線を第４法線としたとき、第３法線と第４法線との間の領域において、第１仮想直線と第２仮想直線が交差しないようにしてもよい。

【0126】

このように、第１法線と第２法線との間の領域よりも広い第３法線と第４法線の間の領域において、第１仮想直線と第２仮想直線が交差しないことで、可動体が最大変位した状態において、可動体の第１面と第１固定電極との間の距離を、より広くすることが可能になり、スティッキングの発生を更に抑制することが可能になる。

【0127】

また本実施形態では、第１質量部の第１領域乃至第ｎ領域は、第１領域から第ｎ領域の順で、第１固定電極との間のギャップ距離が大きくなってもよい。

【0128】

このように第１領域から第ｎ領域の順で第１固定電極との間のギャップ距離が大きくなることで、回転軸から近い第１領域等での空隙を狭ギャップ化することが可能になり、物理量センサーの高感度化を実現できるようになる。

【0129】

また本実施形態では、可動体は、回転軸回りの回転トルクを発生させるためのトルク発生部を含み、トルク発生部と基板とのギャップ距離は、第ｎ領域と第１固定電極との間のギャップ距離よりも大きくてもよい。

【0130】

このようにすれば、ダンピングの低減化や可動体の可動範囲の拡大を実現できるようになる。

【0131】

また本実施形態では、可動体は、回転軸回りの回転トルクを発生させるためのトルク発生部を含み、トルク発生部のＺ軸方向での厚みは、可動体の第ｎ領域のＺ軸方向での厚みよりも大きくてもよい。

【0132】

このようにすれば、可動体の揺動の際のトルク発生部での回転トルクを、より大きくできるため、更なる高感度化を実現できる。

【0133】

また本実施形態では、可動体は、Ｚ軸方向からの平面視において、第１質量部に対して回転軸を挟んで設けられている第２質量部を含み、基板には、第２質量部に対向している第２固定電極が設けられ、第１固定電極と第２固定電極は、回転軸に対して対称に配置されていてもよい。

【0134】

このように第１質量部に対向する第１固定電極と、第２質量部に対向する第２固定電極を、回転軸に対して対称に配置することで、シーソー揺動型の物理量センサーの実現が可能になる。

【0135】

また本実施形態では、回転軸を中心とする可動体の回転を規制するストッパーを含んでもよい。

【0136】

このようなストッパーを設けることにより、可動体と第１固定電極等との過度な近接を防ぐことが可能になる。

【0137】

また本実施形態では、最大変位した状態は、ストッパーにより可動体の回転が規制された状態であってもよい。

【0138】

このようにすれば、ストッパーにより可動体の回転が規制された状態のときに、第１法線と第２の法線の間の領域において第１仮想直線と第２仮想直線が交差しないようになり、高感度化を実現しながらスティッキングを抑制できるようになる。

【0139】

また本実施形態では、ストッパーは、可動体と同電位であってもよい。

【0140】

このようにストッパーと可動体が同電位になることにより、異電位による不要な静電力が働かなくなるため、スティッキングを、より抑制できるようになる。

【0141】

また本実施形態では、基板の第１固定電極が配置されていない領域であって、可動体と対向する領域に配置され、可動体と同電位であるダミー電極を含んでもよい。

【0142】

このようにすれば、ダミー電極を利用して基板の表面の露出を抑制できるようになり、スティッキングの発生を抑制できるようになる。

【0143】

また本実施形態では、可動体には、Ｚ軸方向に貫通している貫通孔群が設けられていてもよい。

【0144】

このように可動体に貫通孔群を設けることで、可動体が回転軸回りに揺動する際の空気のダンピングを低減できるようになる。

【0145】

また本実施形態では、第１質量部と第１固定電極との間のギャップ距離は、４．５μｍ以下であってもよい。

【0146】

このようにギャップ距離が十分に小さくなることで、物理量センサーの検出感度を十分に高めることが可能になる。

【0147】

また本実施形態では、第１仮想直線とＸ軸とのなす角は、０．７°以下であってもよい。

【0148】

このようにすれば、第１仮想直線と第２仮想直線とが、より平行に近づくようになり、スティッキングが発生しない限界まで、可動体と第１固定電極を近づけることで、物理量センサーの高感度化を実現できるようになる。

【0149】

また本実施形態では、第１領域に第１貫通孔群が設けられ、第１領域乃至第ｎ領域のうちの第ｉ領域（ｉは１＜ｉ≦ｎとなる整数）に第２貫通孔群が設けられ、第１貫通孔群及び第２貫通孔群の貫通孔のＺ軸方向での深さは、可動体のＺ軸方向での最大厚みよりも小さくてもよい。

【0150】

このように、第１貫通孔群及び第２貫通孔群の貫通孔の深さが、可動体の最大厚みよりも小さくなることで、これらの貫通孔の孔中ダンピング等を低減でき、低ダンピング化を実現できるようになる。

【0151】

また本実施形態では、第２貫通孔群の貫通孔の開口面積は、第１貫通孔群の貫通孔の開口面積よりも大きくてもよい。

【0152】

このように、回転軸から遠い第２貫通孔群の貫通孔の開口面積を、回転軸から近い第１貫通孔群の貫通孔の開口面積よりも大きくすることで、低ダンピング化を実現できる貫通孔の寸法条件を満たすことが可能になり、物理量センサーの低ダンピング化を実現できる。

【0153】

また本実施形態は、上記に記載の物理量センサーと、物理量センサーに電気的に接続されている電子部品と、含む物理量センサーデバイスに関係する。

【0154】

また本実施形態は、上記の物理量センサーと、物理量センサーから出力された検出信号に基づいて制御を行う制御部と、を含む慣性計測装置に関係する。

【0155】

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また物理量センサー、物理量センサーデバイス、慣性計測装置の構成・動作等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

【符号の説明】

【0156】

１…物理量センサー、２…基板、３…可動体、５…蓋部、６…第１面、７…第２面、８、９…段差、１１、１２、１３…ストッパー、２１、２１ａ…凹部、２２ａ、２２ｂ…マウント部、２４…第１固定電極、２５…第２固定電極、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ…ダミー電極、２７ａ、２７ｃ…電極、３２ａ、３２ｂ…固定部、３３…支持梁、３４…第１質量部、３５…第２質量部、３６…トルク発生部、４１…第１連結部、４２…第２連結部、４５ａ、４５ｂ…第１開口部、４６…第２開口部、５１…凹部、７０…貫通孔群、７１…第１貫通孔群、７２…第２貫通孔群、７３…第３貫通孔群、７４…第４貫通孔群、７５…第５貫通孔群、８１…第１凹部、８２…第２凹部、８３…第３凹部、８４…第４凹部、９１、９２…薄膜、９３、９４…段差、
１００…物理量センサーデバイス、１１０…ＩＣチップ、１２０…パッケージ、１２２…ベース、１２４…リッド、１３０、１３２…外部端子、１３４…外部端子、２０００…慣性計測装置、２１００…アウターケース、２１１０…ネジ穴、２２００…接合部材、２３００…センサーモジュール、２３１０…インナーケース、２３１１…凹部、２３１２…開口、２３２０…回路基板、２３３０…コネクター、２３４０ｘ…角速度センサー、２３４０ｙ…角速度センサー、２３４０ｚ…角速度センサー、２３５０…加速度センサーユニット、２３６０…制御ＩＣ、
ＡＹ…回転軸、ＢＷ１、ＢＷ２…ボンディグワイヤー、ＤＡ…ダイアタッチ材、Ｃａ、Ｃｂ…静電容量、Ｐ…電極パッド、ＥＢ１～ＥＢ３、ＥＡ１～ＥＡ３、ＥＥ１、ＥＥ２…端部、ＲＡ１～ＲＡ３、ＲＢ１～ＲＢ３…領域、ＳＡ…収納空間、ＳＢ…収納空間、ｈａ１、ｈａ２、ｈａ３、ｈｂ１、ｈｂ２、ｈｂ３、ｈｔ…ギャップ距離、ＶＬ１…第１仮想直線、ＶＬ２…第２仮想直線、ＮＬ１…第１法線、ＮＬ２…第２法線、ＮＬ３…第３法線、ＮＬ４…第４法線、ＲＮ１２、ＲＮ３４…領域、θ…なす角、ｔｔ、ｔｎ…厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】