(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置された固定部と、
前記固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記基板から離隔して各々が所定の間隙を空けて配置された複数の可動電極と、
前記複数の可動電極の他端部の下側面に対向して配置された複数の固定電極と、
前記固定部に電気的に接続された固定部電極と、
前記複数の固定電極及び前記固定部電極に各々電気的に接続された配線用端子と、を備え、
前記複数の可動電極のうち、一部はその他端部の下側面が前記複数の固定電極と接触して配置され、
前記複数の可動電極の他端部は、印加される外力により変位して、前記複数の固定電極と接触、又は、前記複数の固定電極から離れ、
前記複数の可動電極のいずれが前記固定電極に接触したかを検知することにより、前記外力の大きさと印加方向を検出することを特徴とする力学量センサ。
【請求項２】
前記複数の可動電極は、前記固定電極に線接触又は点接触する形状を有することを特徴とする請求項１に記載の力学量センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の力学量センサを、外力を検出する方向に応じて、前記基板上に複数配置したことを特徴とする複合型力学量センサ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の力学量センサと、
前記力学量センサを搭載する回路基板と、
前記回路基板上に配置され、前記力学量センサと電気的に接続されたＩＣチップと、を備えることを特徴とする電子回路基板。
【請求項５】
請求項４に記載の電子回路基板と、
前記電子回路基板を収容する筐体と、
前記電子回路基板と電気的に接続された入力部及び出力部と、を少なくとも備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力に応じて変位する素子を用いて力学量を検出する力学量センサ及び力学量センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器の小型軽量化、多機能化や高機能化が進み、実装される電子部品にも高密度化が要求されている。このような要求に応じて各種電子部品が半導体デバイスとして製造されるものが増加している。このため、回路素子として製造される半導体デバイス以外に力学量を検出するセンサ等も半導体デバイスを用いて製造され、小型軽量化が図られている。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて形成される小型で単純な構造を有する加速度センサには、外力に応じて変位する可動部を半導体基板に形成し、この可動部の変位をピエゾ抵抗素子や静電容量素子等を利用して検出するタイプのセンサが実用化されている。
【０００３】
このような半導体センサのうち、静電容量型の半導体センサとして、半導体基板上に櫛歯状の可動電極を複数形成し、可動電極と固定電極との間隙の大きさに応じて検出される静電容量に基づき、物理量の変位を検出しようとするものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２９８４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１により提案された静電容量型の半導体センサでは、静電容量変化により微小な物理量の変位を検知するため、センサの外部に、検出信号（静電容量の変化）を処理するためのＣ−Ｖ変換回路等が必要であり、この外部回路を含む力学量検出システムのコストが高くなるという問題点があった。また、検出される外力の方向も限られるものであった。
【０００６】
本発明は上述した従来の問題点に鑑み、外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができ、低コストに製造することのできる力学量センサ及び力学量センサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、基板と、前記基板上に配置された複数の固定部と、前記複数の固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記基板から離隔して各々が所定の間隙を空けて配置された複数の可動電極と、前記複数の可動電極の他端部に各々隣接して力学量の検出方向に配置された固定電極と、前記複数の固定部に各々電気的に接続された複数の第１端子と、前記固定電極に電気的に接続された第２端子と、を備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、印加された外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。さらに、従来の力学量センサと比べ、構造を簡単なものとすることができるため、製造が容易な力学量センサを実現できる。
【０００８】
また、本発明の実施の形態に係る力学量センサは、基板と、前記基板上に配置された一つの固定部と、前記固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記基板から離隔して各々が所定の間隙を空けて配置された複数の可動電極と、前記複数の可動電極の他端部に各々隣接して力学量の検出方向に配置された固定電極と、前記固定部に電気的に接続された第１端子と、前記固定電極に電気的に接続された第２端子と、を備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、印加された外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。さらに、従来の力学量センサと比べ、構造を簡単なものとすることができるため、製造が容易な力学量センサを実現できる。
【０００９】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極は、外力の印加時に異なるたわみ量でたわむ可動電極を含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、仕様に応じて様々な外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。
【００１０】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極は、長さが異なる可動電極を含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、可動電極の長さを各々異ならせることにより、仕様に応じて様々な外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。
【００１１】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極の他端部に錘部が配置されてもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、可動電極の端部に配置された錘部の重みにより、外力が印加された際に固定電極と接触しやすくなる為、印加される外力が小さい場合であっても、可動電極と固定電極との接触の有無を検出することができ、外力の大きさと印加方向の検出感度を向上させることができる。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極は、幅又は厚みが異なる可動電極を含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、仕様に応じて様々な外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極の他端部と前記複数の固定電極との間の各距離が、各々異なる可動電極及び固定電極を含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、仕様に応じて様々な外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができる。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極の前記長さ、前記幅、前記厚み、前記錘部の大きさ、及び前記複数の可動電極の他端部と前記固定電極との間の各距離は、検出する前記外力の大きさに応じてそれぞれ決定されてもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、これらの寸法をそれぞれ仕様に応じて変化させ、複数の可動電極と固定電極とを配置することにより、外力の大きさと印加方向の検出感度を向上させることができる。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極の他端部は、印加される外力により変位してそれぞれ対向する前記固定電極と接触し、前記複数の可動電極のいずれが前記固定電極に接触したかを検知することにより、前記外力の大きさと印加方向を検出してもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、外力の変化を可動電極と固定電極との導通の有無で検知できるため、従来の力学量センサと比べ、増幅回路等が不要となり、製造コストを低減させることもできる。
【００１６】
また、本発明の実施の形態に係る力学量センサは、基板と、前記基板上に配置された第１の固定部及び第２の固定部と、前記第１の固定部及び前記第２の固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記基板から離隔して各々が異なる方向に所定の間隙を空けて配置された第１の可動電極及び第２の可動電極と、前記第１の可動電極及び前記第２の可動電極の他端部に各々隣接して力学量の検出方向に配置された第１の固定電極及び第２の固定電極と、前記第１の固定部及び前記第２の固定部に各々電気的に接続された第１の端子及び第２の端子と、前記第１の固定電極及び前記第２の固定電極に各々電気的に接続された第３の端子及び第４の端子と、を備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、印加された外力の大きさ及び方向を検出することができる。さらに、従来の力学量センサと比べ、構造を簡単なものとすることができるため、製造が容易な力学量センサを実現できる。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記第１の可動電極及び前記第２の可動電極の他端部は、印加される外力により変位してそれぞれ対向する前記第１の固定電極及び前記第２の固定電極との間の距離が変化し、前記第１の可動電極及び前記第２の可動電極とそれぞれ対向する前記第１の固定電極及び前記第２の固定電極との間に発生する容量値の変化をそれぞれ検出することにより、前記外力の大きさと印加方向を検出してもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、従来の力学量センサと比べ、外部回路を簡易なものとすることができるため、製造コストを低減させることもできる。
【００１８】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、基板と、前記基板上に配置された固定部と、前記固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記基板から離隔して各々が所定の間隙を空けて配置された複数の可動電極と、前記複数の可動電極の他端部の下側面に対向して配置された複数の固定電極と、前記固定部に電気的に接続された固定部電極と、前記複数の固定電極及び前記固定部電極に各々電気的に接続された配線用端子と、を備え、前記複数の可動電極のうち、一部はその他端部の下側面が前記固定電極と接触して配置され、前記複数の可動電極の他端部は、印加される外力により変位して、前記固定電極と接触、又は、前記固定電極から離れ、前記複数の可動電極のいずれが前記固定電極に接触したかを検知することにより、前記外力の大きさと印加方向を検出してもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、外力の変化を可動電極と固定電極との導通の有無で検知できるため、従来の力学量センサと比べ、増幅回路等が不要となり、製造コストを低減させることもできる。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記複数の可動電極は、前記固定電極に線接触又は点接触する形状を有してもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、固定電極と接触した際の可動電極の接触面積を減らすことができるため、外力の印加後に、静電引力等により、可動電極の一部が固定電極に接触したまま離れなくなるスティッキングを防止することができる。
【００２０】
また、本発明の実施の形態に係る複合型力学量センサは、前記力学量センサを、外力を検出する方向に応じて、前記基板上に複数配置してもよい。本発明の実施の形態に係る複合型力学量センサによれば、例えば、３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向）等の外力の方向及び大きさ並びに加速度を検出することができ、前記力学量センサと同様の簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。
【００２１】
本発明の実施の形態に係る電子回路基板は、前記力学量センサと、前記力学量センサを搭載する回路基板と、前記回路基板上に配置され、前記力学量センサと電気的に接続されたＩＣチップと、を備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る電子回路基板によれば、簡易な構造で外力の大きさ及び方向、並びに加速度を検出することのできる力学量センサを、多様な電子機器に搭載することが容易に可能となる。
【００２２】
本発明の実施の形態に係る電子回路基板は、前記複合型力学量センサと、前記複合型力学量センサを搭載する回路基板と、前記回路基板上に配置され、前記複合型力学量センサと電気的に接続されたＩＣチップと、を備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る電子回路基板によれば、簡易な構造で外力の大きさ及び方向、並びに加速度を検出することのできる複合型力学量センサを、多様な電子機器に搭載することが容易に可能となる。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る電子機器は、前記電子回路基板と、前記電子気回路基板を収容する筐体と、前記電子回路基板と電気的に接続された入力部及び出力部と、を少なくとも備えることを特徴とする。本発明の実施の形態に係る電子機器によれば、簡易な構造で外力の大きさ及び方向、並びに加速度を検出することのできる力学量センサ及び複合型力学量センサの機能を用いた電子機器を提供できる。
【００２４】
本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法は、３層からなる第１基板の上層及び中間層をエッチングして、複数の固定部と、前記複数の固定部にそれぞれ一端部が支持されて前記第１基板から離隔して各々が所定の間隙を空けて配置された複数の可動電極と、前記複数の可動電極の他端部に各々隣接して力学量の検出方向に配置された固定電極と、を形成し、第２基板上に、前記複数の固定部及び前記固定電極の形成位置に合わせて複数の第１端子及び第２端子を形成し、前記複数の固定部、前記複数の可動電極、及び前記固定電極が形成された前記第１基板の面と、前記複数の第１端子及び第２端子が形成された前記第２基板の面とを接合することを含んでもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法によれば、力学量センサの構造が単純なものとなるため、製造工程を削減でき、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、外力の印加時に、可動電極と固定電極との接触の有無を検知するように構成することにより、外力の大きさ及び方向並びに加速度を検出することができ、低コストに製造することのできる力学量センサ及び力学量センサの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る力学量センサの動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極と固定電極との導通関係を表す表である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した断面図であり、（ａ）は、図１に示した半導体基板と図２に示したガラス基板とを接合したときの、図１に示したＡ−Ａ´線から見た断面図であり、（ｂ）は図１に示した半導体基板と図２に示したガラス基板とを接合したときの、図１に示したＢ−Ｂ´線から見た断面図であり、（ｃ）は図１に示した半導体基板と図２に示したガラス基板とを接合したときの、図１に示したＣ−Ｃ´線から見た断面図である。
【図５Ａ】本発明の第１の実施形態に係る力学量センサの半導体基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、（ａ）は加工前の半導体基板を示す断面図、（ｂ）は半導体基板に凹部を形成する工程を示す断面図、（ｃ）は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、（ｄ）は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成した工程を示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る力学量センサの半導体基板の製造工程を説明するための図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る力学量センサのガラス基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、（ａ）は加工前のガラス基板を示す断面図、（ｂ）はガラス基板に第１端子及び第２端子を形成する工程を示す断面図、（ｃ）はガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図、（ｄ）はガラス基板に配線及び貫通電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、（ｅ）はガラス基板に配線及び貫通電極を形成した工程を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る力学量センサの半導体基板の変形例を示した平面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図９】発明の第２の実施形態に係る力学量センサの動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極と固定電極との導通関係を表す表である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る力学量センサを示した断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る力学量センサの動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極と固定電極との導通関係を表す表である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る力学量センサのガラス基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、（ａ）は加工前のガラス基板を示す断面図、（ｂ）はガラス基板に固定部電極を形成する途中の工程を示す断面図、（ｃ）はガラス基板に固定部電極及び固定電極を形成する途中の工程を示す断面図、（ｄ）はガラス基板に固定部電極及び固定電極を形成した工程を示す断面図、（ｅ）はガラス基板に貫通電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、（ｆ）は、ガラス基板に貫通電極及び配線用端子を形成する途中の工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る複合型力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る複合型力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態に係る複合型力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図１８】本発明の第５の実施形態に係る複合型力学量センサの断面構造を説明するための図であり、（ａ）は、図１７に示したＸ軸方向の外力を検出するＸ軸力学量センサの一部分の構造を示した平面図であり、（ｂ）は、図１７に示したＺ軸方向の外力を検出するＺ軸力学量センサの一部分の構造を示した平面図であり（ｃ）は、（ａ）に示したＸ軸力学量センサを（ｉ）線から見た断面図であり、（ｄ）は、（ｂ）に示したＺ軸力学量センサを（ｉ）線から見た断面図であり、（ｅ）は、（ａ）に示したＸ軸力学量センサを（ｉｉ）線から見た断面図であり、（ｆ）は、（ｂ）に示したＺ軸力学量センサを（ｉｉ）線から見た断面図であり、（ｇ）は、（ａ）に示したＸ軸力学量センサを（ｉｉｉ）線から見た断面図であり、（ｈ）は、（ｂ）に示したＺ軸力学量センサを（ｉｉｉ）線から見た断面図である。
【図１９】本発明の第６の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図２０】本発明の第７の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図２１】本発明の第７の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図２２】本発明の実施例１に係る可動電極の構成を説明するための模式図である。
【図２３】本発明の実施例１に係る可動電極の構成を説明するための模式図であり、（ａ）は、図１９に図示した錘部と同様の錘部を有する可動電極の概略構造を示し、（ｂ）は、（ａ）に示した錘部の変形例の錘部を有する可動電極の概略構造を示す。
【図２４】図２３（ａ）に図示した可動電極の長さ、錘部のＹ軸方向の長さ、及び錘部のＸ軸方向の幅をそれぞれ変化させた場合のたわみ量との関係を示す表である。
【図２５】本発明の実施例２に係る可動電極の構成を説明するための模式図であり、（ａ）は、固定部に接続され、固定電極と対向する錘部９０２ａを有する可動電極９０２の概略構造を示し、（ｂ）は、（ａ）に示したＢ部分を拡大した概略構造を示し、（ｃ）は、（ａ）に示したＣ部分を拡大した概略構造を示す。
【図２６】本発明の実施例２に係る可動電極９０２の構成を説明するための模式図である。
【図２７】図２６に図示した可動電極のＸ軸方向の長さ、可動電極の接触部と固定電極との間隙、並びに可動電極の水平部のＹ軸方向の長さ及び水平部の数をそれぞれ変化させた場合のたわみ量との関係を示す表である。
【図２８】本発明の実施例２に係る力学量センサの半導体基板の概略構造を示した平面図である。
【図２９】本発明の実施例２に係る力学量センサの第１ガラス基板の概略構造を示した平面図である。
【図３０】本発明の実施例２に係る力学量センサの第２ガラス基板の概略構造を示した平面図である。
【図３１】本発明の実施例２に係る力学量センサの製造工程を説明するための図であり、（ａ）は、加工前の半導体基板と第１ガラス基板とを陽極接合する工程を示す断面図であり、（ｂ）は、半導体基板を研磨する工程を示す断面図であり、（ｃ）は、半導体基板に凹部を形成する工程を示す断面図であり、（ｄ）は、半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する工程を示す断面図であり、（ｅ）は、第２ガラス基板を示す断面図であり、（ｆ）は、第２ガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図である。
【図３２】本発明の実施例２に係る力学量センサの製造工程を説明するための図であり、（ｇ）は、図３１の（ｄ）に示した第１ガラス基板及び半導体基板と、図３１の（ｆ）に示した第２ガラス基板とを陽極接合する工程を示す断面図であり、（ｈ）は、（ｇ）に示した構成を反転させた断面図であり、（ｉ）は、（ｈ）に示した第１ガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図であり、（ｊ）は、第１ガラス基板に配線用端子を形成する途中の工程を示す断面図であり、（ｋ）は、第１ガラス基板に配線用端子を形成した工程を示す断面図である。
【図３３】本発明の一実施形態に係る力学量センサにより検出される信号を処理する処理回路の回路構成を示す図である。
【図３４】本発明の第８の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図３５】本発明の第８の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図である。
【図３６】本発明の第８の実施形態に係る力学量センサの動作を説明するための図である。
【図３７】本発明の第８の実施形態に係る力学量センサの動作を説明するための図である。
【図３８】本発明の第９の実施形態に係る電子回路基板の概略構成を示す斜視図である。
【図３９】本発明の第９の実施形態に係る携帯型情報端末の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施することができる。
【００２８】
（第１の実施形態）
＜力学量センサの構造＞
まず、本発明の第１の実施形態に係る力学量センサの基本的な構造について、図１乃至図７を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る力学量センサ１００の概略構造を示した平面図である。力学量センサ１００は、半導体基板１０４と、半導体基板１０４上に形成された固定部１０１（１０１Ｒ１〜１０１Ｒ３、１０１Ｌ１〜１０１Ｌ３）と、可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）と、固定電極１０３と、を含む。固定部１０１は、半導体基板１０４上に固定されている。可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）は、それぞれ、それらの一端部が固定部１０１（１０１Ｒ１〜１０１Ｒ３、１０１Ｌ１〜１０１Ｌ３）に接続され、半導体基板１０４から離隔して配置されている。本実施形態においては、可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）の他端部が錘として機能してもよい。例えば、図示するように、可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）の他端部には、楕円形状の錘部１０２ａ（１０２ａＲ１〜１０２ａＲ３、１０２ａＬ１〜１０２ａＬ３）が形成されてもよい。
【００２９】
可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）は可撓性又は弾性を有し、力学量センサ１００に印加される外力に応じて図中に示すＹ軸方向にたわむ。本実施形態においては、可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）は、それぞれ、同一幅を有し且つ同一形状の錘部１０２ａ（１０２ａＲ１〜１０２ａＲ３、１０２ａＬ１〜１０２ａＬ３））を有している一方、それぞれの長さが異なっている。複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３は間隙を空けて配置され、印加される外力の大きさに応じて、各々の錘部１０２ａ（１０２ａＲ１〜１０２ａＲ３、１０２ａＬ１〜１０２ａＬ３）が固定電極１０３と接触するように、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３の間に、固定電極１０３の複数の接触部Ｔ１〜Ｔ５が配置されている。なお、図１に示した力学量センサ１００は、Ｙ軸方向の外力を検知する構造を図示しているが、これに限定されず、固定電極１０３は、可動電極１０２の周囲に位置し力学量の検出方向に応じて配置されればよい。また、固定部１０１、可動電極１０２、及び固定電極１０３の形状についても、図示した形状に限定されず、力学量センサ１００の仕様に応じて適宜変更される。なお、本実施形態においては、複数の可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）は、図示したように、同一幅を有し、同一形状の他端部を有し、且つ各々の長さが異なるようにしているが、これに限定されるわけではなく、力学量センサ１００に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極１０２は、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び／又は他端部の大きさ／形状を適宜変更することにより、力学量センサ１００に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、それぞれの可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）と固定電極１０３との距離を適宜調整することにより、力学量センサ１００に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極１０３と接触するようにしてもよい。
【００３０】
可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）は、所定のヤング率を有する導電体であり、力学量センサ１００に印加される外力の大きさに応じてたわみ、外力が印加された方向に配置された固定電極１０３に一部（本実施形態においては、可動電極１０２の他端部に形成された錘部１０２ａ（１０２ａＲ１〜１０２ａＲ３、１０２ａＬ１〜１０２ａＬ３））が接触する。なお、可動電極１０２及び固定電極１０３の各々が接触する接触面は、不純物を高濃度にドープするか、あるいは金属成膜を行い、コンタクト性能を向上させることが好ましい。可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）の長さは、印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるように各々設定される。
【００３１】
図１に図示したように、複数の可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）の長さがそれぞれ異なる場合には、印加された外力の大きさに応じて、複数の可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）それぞれが、異なるたわみ量をもってたわみ、外力が印加された方向に配置された固定電極１０３の接触部Ｔ１〜Ｔ５に一部が接触する。このとき、複数の可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）のうち、どの可動電極１０２が接触したかを固定部１０１と固定電極１０３との間の電気的導通の有無で検知することにより、外力の大きさを検出することができる。
【００３２】
図２は本発明の第１の実施形態に係る力学量センサ１００の概略構造を示した平面図であり、図１に図示した半導体基板１０４と接合されるガラス基板１０５を図示している。図２に図示したように、ガラス基板１０５上には、固定部１０１に対応した位置に第１端子１０１ａ（１０１ａＲ１〜１０１ａＲ３、１０１ａＬ１〜１０１ａＬ２）が各々形成され、固定電極１０３に対応した位置に第２端子１０３ａが形成される。力学量センサ１００は、可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）の固定電極１０３との接触の有無を電気的に検出するため、固定部１０１（１０１Ｒ１〜１０１Ｒ３、１０１Ｌ１〜１０１Ｌ３）には第１端子１０１ａ（１０１ａＲ１〜１０１ａＲ３、１０１ａＬ１〜１０１ａＬ２）が各々接続され、固定電極１０３には共通の第２端子１０３ａが接続される。これらの第１端子１０１ａと第２端子１０３ａとは、力学量センサ１００が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路（図示せず）に接続される。
【００３３】
図１に図示したように、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３のうち、可動電極Ｌ１〜Ｌ３の左側には、Ｙ軸方向の負から正（Ｙ軸方向に図中の右から左）に向かって印加される外力を検出するために、接触部Ｔ３〜Ｔ５が、それぞれ距離ｋ１ほど離隔して配置され、可動電極Ｒ１〜Ｒ３の右側には、Ｙ軸方向の正から負（Ｙ軸方向に図中の左から右）に向かって印加される外力を検出するために、接触部Ｔ１〜Ｔ３が、それぞれ距離ｋ１ほど離隔して配置されてもよい。このとき、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３と、各々の検出方向の逆方向に配置された接触部Ｔ１〜Ｔ５との距離ｋ２は、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３が検出方向の逆方向にたわんだとしても接触しない程度に、距離ｋ１よりも大きな距離としてもよい。
【００３４】
本発明の一実施形態において、可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）は、幅が３μｍ、Ｚ方向の高さが３０μｍの薄板状に形成されてもよい。複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３の長さは、それぞれ異なる長さであってもよく、可動電極Ｌ１と可動電極Ｒ１とが同じ長さであり、可動電極Ｌ２と可動電極Ｒ２とが同じ長さであり、可動電極Ｌ３と可動電極Ｒ３とが同じ長さであってもよい。可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）と、各々の検出方向に配置された固定電極１０３の接触部Ｔ１〜Ｔ５との距離ｋ１は、それぞれ２μｍであってもよい。また、可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）と、各々の検出方向の逆方向に配置された固定電極１０３の接触部Ｔ１〜Ｔ５との距離ｋ２は、それぞれ６μｍであってもよい。固定部１０１は、Ｚ方向の高さが３０μｍの直方体形状であってもよいが、この形状に限定されない。また、固定電極１０３は、幅が２０μｍ、Ｚ方向の高さが３０μｍの櫛歯形状であってもよいが、この形状に限定されない。なお、本発明の実施形態においては、仕様に応じて各部の寸法は適宜変更される。
【００３５】
図１に図示したように、固定電極１０３の接触部Ｔ１〜Ｔ５と対向する可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）の他端部には、錘部１０２ａ（１０２ａＲ１〜１０２ａＲ３、１０２ａＬ１〜１０２ａＬ３）が形成されてもよい。錘部１０２ａを有することにより、錘部１０２ａの重みが可動電極１０２の端部にそれぞれ付加されるため、印加される外力が小さい場合であってもたわみ量が大きくなり、可動電極１０２と固定電極１０３とが接触しやすくなり、検出感度を向上させることができる。なお、錘部１０２ａの形状は、図１に図示した楕円形状であってもよいが、この形状に限定されず、矩形状、円形状等、様々な形状をとり得る。
【００３６】
＜力学量センサの動作＞
次に、本発明の第１の実施形態に係る力学量センサ１００の動作について、図１乃至図３を参照して説明する。図３は、力学量センサ１００の動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３と固定電極１０３との導通関係を表す表である。なお、図３に示したＬＦ１〜ＬＦ３は、それぞれ力学量センサ１００に印加される外力について、Ｙ軸方向の負から正に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力ＬＦ１〜ＬＦ３の大きさの関係は、ＬＦ１＜ＬＦ２＜ＬＦ３である。また、ＲＦ１〜ＲＦ３は、それぞれ力学量センサ１００に印加される外力について、Ｙ軸方向の正から負に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力ＲＦ１〜ＲＦ３の大きさの関係は、ＲＦ１＜ＲＦ２＜ＲＦ３である。なお、図３では、可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３が固定電極１０３に接触した状態を「○」で示し、可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３が固定電極１０３に接触していない状態を「×」で示す。また、以下の説明においては、図１に示される可動電極Ｌ１と可動電極Ｒ１とが同じ長さであり、可動電極Ｌ２と可動電極Ｒ２とが同じ長さであり、可動電極Ｌ３と可動電極Ｒ３とが同じ長さであるものとして説明する。
【００３７】
図１乃至図３を参照すると、力学量センサ１００にＹ軸の正の方向の小さな外力ＬＦ１が印加されると、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３のうち、長さの長い可動電極Ｌ１がＹ軸の正の方向にたわみ、その端部である錘部１０２ａＬ１が変位し固定電極１０３の接触部Ｔ３に接触する。このとき、可動電極Ｌ１と同じ長さの可動電極Ｒ１は、Ｙ軸の正の方向にたわんだとしても、距離ｋ２だけ接触部Ｔ２と離れているため固定電極１０３には接触しない。また、可動電極Ｌ１よりも長さの短い可動電極Ｌ２，Ｌ３は、印加される外力ＬＦ１が小さいためたわみ量が小さく（又はたわまず）、それぞれ接触部Ｔ４，Ｔ５には接触しない。
【００３８】
また、外力ＬＦ１よりも大きなＹ軸の正の方向の外力ＬＦ２が印加されると、可動電極Ｌ１のみならず、可動電極Ｌ１よりも長さの短い可動電極Ｌ２についても、Ｙ軸の正の方向にたわみ各々の端部である錘部１０２ａＬ１及び１０２ａＬ２が変位し、それぞれ固定電極１０３の接触部Ｔ３，Ｔ４に接触する。このとき、可動電極Ｌ１，Ｌ２とそれぞれ同じ長さである可動電極Ｒ１，Ｒ２は、Ｙ軸の正の方向にたわんだとしても、距離ｋ２だけそれぞれ接触部Ｔ２，Ｔ１から離れているため固定電極１０３には接触しない。また、可動電極Ｌ２よりも長さの短い可動電極Ｌ３は、印加される外力ＬＦ２が小さいため、たわみ量が小さく（又はたわまず）、接触部Ｔ５には接触しない。
【００３９】
さらに、外力ＬＦ２よりも大きなＹ軸の正の方向の外力ＬＦ３が印加されると、可動電極Ｌ１，Ｌ２のみならず、可動電極Ｌ２よりも長さの短い可動電極Ｌ３についても、Ｙ軸の正の方向にたわみ、各々の端部である錘部１０２ａＬ３が変位し、それぞれ固定電極１０３の接触部Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５に接触する。このとき、可動電極Ｌ１〜Ｌ３とそれぞれ同じ長さである可動電極Ｒ１〜Ｒ３は、Ｙ軸の正の方向にたわんだとしても、可動電極Ｒ１，Ｒ２が距離ｋ２だけそれぞれ接触部Ｔ２，Ｔ１から離れていることからも、固定電極１０３には接触しない。
【００４０】
同様に、図中に示したＹ軸の負の方向に向かって印加される外力ＲＦ１が印加されると、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３のうち、長さの長い可動電極Ｒ１の端部である錘部１０２ａＲ１のみが、Ｙ軸の負の方向に変位し、固定電極１０３の接触部Ｔ３に接触する。このとき、印加される外力ＲＦ１が小さいために、可動電極Ｒ２，Ｒ３は、固定電極１０３の接触部Ｔ２，Ｔ１にはそれぞれ接触せず、可動電極Ｌ１についても、Ｙ軸の負の方向に隣接する接触部Ｔ４から距離ｋ２だけ離れていることから接触しない。また、外力ＲＦ１よりも大きな外力ＲＦ２が印加されると、可動電極Ｒ１のみならず、可動電極Ｒ１より長さの短い可動電極Ｒ２についても、その端部である錘部１０２ａＲ２が固定電極１０３の接触部Ｔ３，Ｔ２にそれぞれ接触する。このとき、印加される外力ＲＦ２が小さいために、可動電極Ｒ３は固定電極１０３の接触部Ｔ１には接触せず、可動電極Ｌ１，Ｌ２は、Ｙ方向の逆方向に隣接する接触部Ｔ４，Ｔ５からそれぞれ距離ｋ２だけ離れていることから接触しない。さらに、外力ＲＦ２よりも大きな外力ＲＦ３が印加されると、可動電極Ｒ１，Ｒ２のみならず、可動電極Ｒ２より長さの短い可動電極Ｒ３についても、その端部である錘部１０２ａＲ３が固定電極１０３の接触部Ｔ１に接触する。このとき、可動電極Ｌ１〜Ｌ３は、可動電極Ｌ１，Ｌ２が、Ｙ方向の逆方向に隣接する接触部Ｔ４，Ｔ５からそれぞれ距離ｋ２だけ離れていることからも、固定電極１０３の接触部Ｔ１〜Ｔ５には接触しない。
【００４１】
上述したように、第１の実施形態に係る力学量センサ１００によれば、外力の方向及び大きさに応じて、固定電極１０３と接触する可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３が異なるため、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３のうち、どの可動電極が固定電極１０３に接触したかを導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさを検出することができる。また、第１の実施形態に係る力学量センサ１００によれば、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３のうち、どの可動電極が固定電極１０３に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。
【００４２】
＜力学量センサの製造方法＞
次に、第１の実施形態に係る力学量センサ１００の製造方法について、図４乃至図６を参照して説明する。図４は、力学量センサの概略構造を示した断面図であり、（ａ）は、図１に示した半導体基板と図２に示したガラス基板とを接合したときの、図１に示したＡ−Ａ´線から見た断面図であり、（ｂ）は図１に示した半導体基板と図２に示したガラス基板とを接合したときの、図１に示したＢ−Ｂ´線から見た断面図であり、（ｃ）は図１に示した半導体基板と図２に示したガラス基板とを接合したときの、図１に示したＣ−Ｃ´線から見た断面図である。図５Ａは、力学量センサの半導体基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、（ａ）は加工前の半導体基板を示す断面図、（ｂ）は半導体基板に凹部を形成する工程を示す断面図、（ｃ）は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、（ｄ）は半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成した工程を示す断面図である。図５Ｂは、力学量センサの半導体基板側の製造工程を説明するための説明図である。図６は、力学量センサのガラス基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、（ａ）は加工前のガラス基板を示す断面図、（ｂ）はガラス基板に第１端子及び第２端子を形成する工程を示す断面図、（ｃ）はガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図、（ｄ）はガラス基板に配線及び貫通電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、（ｅ）はガラス基板に配線及び貫通電極を形成した工程を示す断面図である。
【００４３】
（１）半導体基板Ｗの準備（図５Ａ（ａ）参照）
シリコン基板１０４上にＢＯＸ層（酸化シリコン）１０６及びシリコン膜１０７が形成された半導体基板（ＳＯＩ基板）Ｗを用意する。半導体基板Ｗは、その外周が例えば１．５５ｍｍ×１．５５ｍｍの略正方形状であり、シリコン膜１０７、ＢＯＸ層１０６、シリコン基板１０４の厚さは、それぞれ３０μｍ、２μｍ、４００μｍである。半導体基板Ｗの外形、シリコン膜１０７、ＢＯＸ層１０６、シリコン基板１０４それぞれの厚さは、一例であり、上記に限定されるものではない。シリコン膜１０７は、力学量センサ１００の固定部１０１、可動電極１０２、および固定電極１０３ａを構成する層である。ＢＯＸ層１０６は、シリコン膜１０７とシリコン基板１０４とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。シリコン基板１０４は、力学量センサ１００の第１半導体基板１０４を構成する。半導体基板Ｗは、ＳＩＭＯＸないし、貼り合せ法等により作製される。
【００４４】
（２）シリコン膜１０７の加工（図５Ａ（ｂ）参照）
固定部１０１、可動電極１０２、および固定電極１０３を加工するためのマスク（図示せず）を形成し、該マスクを介してシリコン膜１０７をエッチングすることにより、固定部１０１、可動電極１０２、および固定電極１０３が形成される位置を除いた凹部１０６ａを形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いることができる。
【００４５】
（３）ＢＯＸ層１０６の加工（図５Ａ（ｃ）及び（ｄ）参照）
ＢＯＸ層１０６をサイドエッチングすることにより、固定部１０１、可動電極１０２、および固定電極１０３が形成される位置のシリコン膜１０７と接していたＢＯＸ層１０６が除去される。図５Ａ（ｃ）及び（ｄ）に図示したように、固定部１０１および固定電極１０３が形成される位置に対応するシリコン膜１０７は、ＢＯＸ層１０６と接している面積が、可動電極１０２が形成される位置のＢＯＸ層１０６と接している面積よりも大きいため、可動電極１０２が形成される位置のシリコン膜１０７と接していたＢＯＸ層１０６が完全に除去されるまでエッチングしても、固定部１０１および固定電極１０３と第１半導体基板１０４との間には必要なＢＯＸ層１０６が残される。これにより、図５Ａ（ｄ）に図示したように、固定部１０１および固定電極１０３は第１半導体基板１０４から離隔させずに形成し、可動電極１０２は第１半導体基板１０４から離隔させて形成することができる。エッチング方法としては、ＨＦ希釈（例えば、５０％ＨＦを１０％に希釈する）をエッチング液として用いるウェットエッチングを挙げることができる。また、ドライエッチングによって可動電極１０２を半導体基板１０４から離隔させることともできる。
【００４６】
（４）可動電極１０２及び固定電極１０３の加工（図５Ｂ参照）
可動電極１０２と固定電極１０３とは、互いが接触する接触面のコンタクト性能を上げるために、少なくとも表面に金属を成膜することが好ましい。その方法として、半導体基板に対して斜め方向から金属成膜を行うことを挙げることができる。例えば、図５Ｂに図示したように、蒸着法により可動電極１０２及び固定電極１０３上に金属膜を形成してもよい。図５Ｂは、蒸着装置１１００の構成を簡略化して示しており、図中に示す１１０１はチャンバ、１１０２はチャンバ１１０１内を所定の真空度に設定するための真空ポンプ、１００３は蒸着用の金属原料である。図５Ｂでは、蒸着工程を、チャンバ１１０１内において、（ａ）〜（ｃ）として示している。図５Ｂ（ａ）に図示するように、チャンバ１１０１内に、固定部１０１、可動電極１０２、及び固定電極１０３の形成された半導体基板１０４を斜めに配置し、真空中で金属原料１００３に、例えば、電子ビーム（ＥＢ）の照射等により加熱蒸発させ、対向した半導体基板１０３上にターゲット原子を付着させる。なお、図５Ｂに図示した半導体基板１０４は、図４（ｃ）に示した半導体基板１０４と同様の、図１に示したＣ−Ｃ´線から見た断面を図示している。図５Ｂ（ｂ）及び（ｃ）に図示したように、斜めに配置した半導体基板１０４を回転させながら、ターゲット原子を可動電極１０２及び固定電極１０３上に堆積させることにより、金属膜１０２ｍ、１０３ｍが形成される。このような蒸着法によれば、可動電極１０２及び固定電極１０３の側壁部分にも、金属膜を形成することができる。なお、可動電極１０２及び固定電極１０３の接触面上には、例えば、下層にＴｉまたはＣｒ等を３０ｎｍ〜１００ｎｍ程度成膜し、その上層にＡｕ等を１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度成膜してもよい。
【００４７】
以上の工程により、図１に図示したように、固定部１０１と、可動電極１０２と、固定電極１０３が配置された半導体基板１０４が形成される。次に、図６を参照して、図２に図示したガラス基板１０５の製造方法について述べる。
【００４８】
（５）ガラス基板１０５の形成（図６（ａ）及び（ｂ）参照）
図６（ａ）に図示したガラス基板１０５は、半導体基板、絶縁性樹脂基板等を用いてもよい。以下では、ガラス基板１０５として可動イオンを含むガラス材料を用いる場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板として、例えばテンパックス（登録商標）ガラスを用いてもよい。図６（ａ）に図示するように、ガラス基板１０５上に、スパッタリング、スクリーン印刷、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐａｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいは電解めっき法等を用いて導電性を有する導電材１０８を形成する。次に、図６（ｂ）に図示するように、第１端子１０１ａ及び第２端子１０３ａを加工するためのマスク（図示せず）を形成し、該マスクを介して導電材１０８をエッチングすることにより第１端子１０１ａ及び第２端子１０３ａを形成する。
【００４９】
（６）貫通電極１０１ｂ，１０３ｂの形成（図６（ｃ）乃至（ｅ）参照）
図６（ｃ）に図示するように、図６（ｂ）に図示した第１端子１０１ａ及び第２端子１０３ａが形成されたガラス基板１０５を反転させ、第１端子１０１ａ及び第２端子１０３ａにそれぞれ接続される貫通電極１０１ｂ，１０３ｂを形成するため、各貫通電極１０１ｂ，１０３ｂの形成位置に所定のマスクが形成されたガラス基板１０５にサンドブラストにより貫通孔１０５ａを形成する。図６（ｄ）及び（ｅ）に図示するように、この貫通孔１０５ａの内部に、スパッタリング、導電性ペースト充填（スクリーン印刷）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐａｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいは電解めっき法等を用いて導電性を有する導電材１０９を形成し、配線用端子１０１ｃ，１０３ｃを加工するためのマスク（図示せず）を形成し、該マスクを介して導電材１０９をエッチングすることにより、貫通電極１０１ｂ，１０３ｂ、及び配線用端子１０１ｃ，１０３ｃを形成する。例えば、ＣＶＤ法により、貫通孔の内壁に導電性不純物を含む多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）からなる導電層を堆積させて、貫通電極１０１ｂ，１０３ｂ、及び配線用端子１０１ｃ，１０３ｃを形成してもよい。導電層としては、多結晶シリコン以外に、例えば、金属材料（Ｔｉ，Ｃｕなど）を用いてもよい。また、配線用端子１０１ｃ，１０３ｃは、貫通電極１０１ｂ，１０３ｂが露出する上面部に対応させて、貫通電極１０１ｂ，１０３ｂと電気的に接続されるように、例えば、Ａｌからなるパターンによって形成されてもよい。これらの配線用端子１０１ｃ，１０３ｃは、力学量センサ１００が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路に接続される。
【００５０】
（７）半導体基板１０４とガラス基板１０５の接合（図４（ａ）乃至（ｃ）参照）
固定部１０１および固定電極１０３が形成された半導体基板１０４と、第１端子１０１ａ及び第２端子１０３ａ並びに配線用端子１０１ｃ及び１０３ｃが形成されたガラス基板１０５とを、陽極接合等により接合する。このとき、図４に図示したように、ガラス基板１０５に形成された第１端子１０１ａ及び第２端子１０３ａと、半導体基板１０４に形成された固定部１０１および固定電極１０３とがそれぞれ電気的に接続されるように接合される。なお、上述した配線用端子１０１ｃ，１０３は、半導体基板１０４とガラス基板１０５との接合後に、ガラス基板１０５に形成されてもよい。
【００５１】
以上の工程により、本発明の第１の実施形態に係る力学量センサ１００が形成される。第１の実施形態に係る力学量センサ１００によれば、外力の変化を、可動電極１０２と固定電極１０３との導通の有無で検知することができるため、増幅回路等が不要となり、製造コストを低減させることができる。
【００５２】
図７は、力学量センサ１００における半導体基板１０４の変形例を示した平面図である。本発明の第１の実施形態に係る力学量センサ１００は、図７に図示するように、可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）の端部の固定電極１０３と対向する面に、矩形状の錘部１０２ｂが形成されてもよい。固定電極１０３と対向する面が突出し、重みが付加されることにより小さな外力によっても可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）のたわみ量が大きくなり、可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）と固定電極１０３とが接触しやすくなる。これにより、印加される外力が小さい場合であっても、接触の有無を検出できるようになるため、外力の検出感度を向上させることができる。
【００５３】
また、第１の実施形態に係る力学量センサ１００は、複数の可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）の長さをそれぞれ異なるものとするだけでなく、可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）の端部の錘部１０２ａ，１０２ｂの重み、可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）と接触される固定電極１０３との距離、及び可動電極１０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１〜Ｌ３）の幅及び厚みを、それぞれ仕様に応じて変化させることにより、外力の検出感度を向上させることができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
＜力学量センサの構造＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る力学量センサ２００の構造について、図８を参照して説明する。図８は、本発明の第２の実施形態に係る力学量センサ２００の概略構造を示した平面図である。
【００５５】
図８に図示したように、第２の実施形態に係る力学量センサ２００は、半導体基板２０４と、半導体基板２０４上に形成された固定部２０１（２０１Ｒ１〜２０１Ｒ３、２０１Ｌ１〜２０１Ｌ３）と、可動電極２０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１）と、固定電極２０３と、を含む。固定部２０１は、半導体基板２０４上に固定されている。可動電極２０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１）は、その一端部が固定部２０１に接続され、半導体基板２０４から離隔して配置されている。複数の可動電極２０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１）の他端部には、それぞれ錘部２０２ａ（２０２ａＲ１〜２０２ａＲ３、２０２ａＬ１）が形成される。複数の可動電極２０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１）のうち、可動電極Ｒ１〜Ｒ３の他端部には、図示したように固定電極２０３の対向する両面に向かって突出した矩形形状の錘部２０２ａＲ１〜２０２ａＲ３が形成されている。錘部２０２ａＲ１〜２０２ａＲ３は、それぞれ、固定電極２０３の複数の接触部Ｔ６〜Ｔ１０のうち、接触部Ｔ６〜Ｔ９の間に、接触部Ｔ６〜Ｔ９から距離ｋ３だけ離隔して配置される。錘部２０２ａＲ１〜２０２ａＲ３と、錘部２０２ａＲ１〜２０２ａＲ３の各々が対向する接触部Ｔ６〜Ｔ９との距離ｋ３は、図中に示したＹ軸方向の外力が印加されたときに錘部２０２ａＲ１〜２０２ａＲ３と各々が対向する接触部Ｔ６〜Ｔ９とが接触する距離とする。また、複数の可動電極２０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１）のうち、可動電極Ｌ１は、方向性を検知するために、Ｙ軸方向の負から正への外力が印加されたときにのみ、可動電極Ｌ１の端部が固定電極２０３の接触部Ｔ９と接触するように配置される。可動電極Ｌ１の端部には、錘部２０２ａＬ１が、図示したように接触部Ｔ９に対向する面にのみ、接触部Ｔ９に向かって突出した矩形形状で形成されてもよい。錘部２０２ａＬ１と接触部Ｔ９との距離ｋ４は、Ｙ軸方向の負から正への外力が印加されたときに接触可能な距離とする。また、可動電極Ｌ１は、Ｙ軸方向の正から負への外力が印加されたとしても、固定電極２０３と接触しないように配置し、錘部２０２ａＬ１から接触部Ｔ１０までの距離ｋ５を距離ｋ４よりも大きな距離とする。可動電極Ｌ１は、Ｙ軸方向の負から正への外力であるか、又は、Ｙ軸方向の正から負への外力であるかを検知する役割をするため、他の可動電極Ｒ１〜Ｒ３よりも長さを長くしてもよく、錘部２０２ａＬ１の大きさや、錘部２０２ａＬ１と接触部Ｔ９との距離ｋ４、可動電極Ｌ１の幅等を調整して、印加される外力が小さい場合にも、固定電極２０３と容易に接触するように配置してもよい。なお、力学量センサ２００は、図５Ａ及び図６に図示した第１の実施形態に係る力学量センサ１００と同様の製造方法により製造される。
【００５６】
なお、第２の実施形態においては、複数の可動電極２０２（Ｒ１〜Ｒ３）は、図示したように、同一幅を有し、同一形状の他端部を有し、且つ各々の長さが異なるようにしているが、これに限定されるわけではなく、第１の実施形態と同様、力学量センサ２００に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極２０２は、第１の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び／又は他端部の大きさ／形状を適宜変更することにより、力学量センサ１００に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第１の実施形態と同様、それぞれの可動電極２０２と固定電極２０３との距離を適宜調整することにより、力学量センサ２００に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極２０３と接触するようにしてもよい。
【００５７】
＜力学量センサの動作＞
次に、第２の実施形態に係る力学量センサ２００の動作について、図９を参照して説明する。図９は、図８に示した力学量センサ２００の動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極２０２（Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１）と固定電極２０３との導通関係を表す表である。なお、図９に示したＬＦ１〜ＬＦ３は、それぞれ力学量センサ２００に印加されるＹ軸方向の負から正に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力ＬＦ１〜ＬＦ３の大きさの関係は、ＬＦ１＜ＬＦ２＜ＬＦ３である。また、ＲＦ１〜ＲＦ３は、それぞれＹ軸方向の正から負に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力ＲＦ１〜３の大きさの関係は、ＲＦ１＜ＲＦ２＜ＲＦ３である。なお、図９では、可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１が固定電極１０３に接触した状態を「○」で示し、可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１が固定電極１０３に接触していない状態を「×」で示す。また、以下の説明においては、図８に示される可動電極Ｌ１と可動電極Ｒ１とが同じ長さであるものとして説明する。
【００５８】
可動電極Ｒ１は、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３のうち、もっとも長さが長く、外力ＲＦ１〜ＲＦ３が印加されると、Ｙ軸の負の方向に向かってたわみ接触部Ｔ９と接触し、外力ＬＦ１〜ＬＦ３が印加されると、Ｙ軸の正の方向に向かってたわみ接触部Ｔ８と接触する。可動電極Ｒ１よりも長さの短い可動電極Ｒ２は、もっとも小さな外力ＲＦ１又はＬＦ１が印加されたときにはたわみが小さく（又はたわまず）、接触部Ｔ８又はＴ７と接触せず、外力ＲＦ２及びＲＦ３が印加されると、Ｙ軸の負の方向に向かってたわみ接触部Ｔ８と接触し、外力ＬＦ２及びＬＦ３が印加されると、Ｙ軸の正の方向に向かってたわみ、接触部Ｔ９と接触する。可動電極Ｒ２よりも長さの短い可動電極Ｒ３は、もっとも大きな外力ＲＦ３が印加されると、Ｙ軸の負の方向に向かってたわみ接触部Ｔ６と接触し、もっとも大きな外力ＬＦ３が印加されると、Ｙ軸の正の方向に向かってたわみ接触部Ｔ７と接触する。一方、方向性を検知する可動電極Ｌ１は、可動電極Ｒ１と同じ長さであるが、外力ＲＦ１〜ＲＦ３が印加されても、接触部Ｔ１０との距離が離れているため、Ｙ軸の負の方向に向かってたわんだとしても接触部Ｔ１０と接触せず、外力ＬＦ１〜ＬＦ３が印加されると、Ｙ軸の正の方向に向かってたわみ接触部Ｔ９と接触する。
【００５９】
以上のような可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１の動作により、Ｙ軸方向の外力が印加される向きと大きさの変化と、可動電極Ｒ１〜Ｒ３、Ｌ１の動作状態の関係は、図９の表に示すようになる。例えば、外力ＲＦ１が印加された場合は、可動電極Ｒ１のみが接触部Ｔ９に接触し、外力ＬＦ１が印加された場合は、可動電極Ｒ１が接触部Ｔ８に接触するとともに、可動電極Ｌ１が接触部Ｔ９に接触する。このように、外力ＲＦ１又はＬＦ１の印加により、可動電極Ｒ１又はＬ１の接触による固定部２０１と固定電極２０３との電気的導通状態を検知することにより、外力の印加方向と大きさを判断することが可能になる。また、図９の表に示すように、外力ＲＦ２が印加された場合は、可動電極Ｒ１及びＲ２がそれぞれ接触部Ｔ９及びＴ８に接触し、外力ＬＦ２が印加された場合は、可動電極Ｒ１、Ｒ２及びＬ１がそれぞれ接触部Ｔ８及びＴ９に接触する。また、外力ＲＦ３が印加された場合は、可動電極Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が接触部Ｔ９、Ｔ８、及びＴ７にそれぞれ接触し、外力ＬＦ３が印加された場合は、可動電極Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＬ１が、接触部Ｔ８、Ｔ７及びＴ９にそれぞれ接触する。
【００６０】
第２の実施形態に係る力学量センサ２００によれば、外力の大きさに応じて、固定電極２０３と接触する可動電極Ｒ１〜Ｒ３が異なるため、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３のうち、どの可動電極が固定電極２０３に接触したかを導通の有無で検知し、且つ外力の方向性を検知する可動電極Ｌ１を用いて外力の方向を判断することにより、外力の方向及び大きさを検出することができる。また、第２の実施形態に係る力学量センサ２００によれば、複数の可動電極Ｒ１〜Ｒ３のうち、どの可動電極が固定電極２０３に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
＜力学量センサの構造＞
次に、本発明の第３の実施形態に係る力学量センサ３００の構造について、図１０乃至図１２を参照して説明する。図１０及び図１１は、本発明の第３の実施形態に係る力学量センサ３００の概略構造を示した平面図である。図１２は、図１０及び図１１に示した力学量センサ３００の概略構造を示した断面図であり、（ａ）は、図１０に示した半導体基板と図１１に示したガラス基板とを接合したときの可動電極Ｄ３を示した断面図であり、（ｂ）は、図１０に示した半導体基板と図１１に示したガラス基板とを接合したときの可動電極Ｄ２を示した断面図であり、（ｃ）は、図１０に示した半導体基板と図１１に示したガラス基板とを接合したときの可動電極Ｄ１を示した断面図であり、（ｄ）は、図１０に示した半導体基板と図１１に示したガラス基板とを接合したときの可動電極Ｕ３を示した断面図であり、（ｅ）は、図１０に示した半導体基板と図１１に示したガラス基板とを接合したときの可動電極Ｕ２を示した断面図であり、（ｆ）は、図１０に示した半導体基板と図１１に示したガラス基板とを接合したときの可動電極Ｕ１を示した断面図である。
【００６２】
図１０に図示したように、半導体基板３０４上には、固定部３０１及び複数の可動電極３０２（Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３）が配置される。複数の可動電極３０２（Ｄ１〜３、Ｕ１〜３）は、各々の長さが異なり、長さの関係は、Ｄ３＜Ｄ２＜Ｄ１＜Ｕ３＜Ｕ２＜Ｕ１で表される。可動電極３０２（Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３）は可撓性を有し、その一端部が固定部３０１に接続され、半導体基板３０４から離隔して配置される。図１１に図示したように、ガラス基板３０５上には、図１０に示した半導体基板３０４と接合されると、固定部３０１に接続される固定部電極３０１ａ、及び外力に応じて複数の可動電極３０２（Ｄ１〜３、Ｕ１〜３）と各々接触する複数の固定電極３０３ａ（３０３ａＤ１〜３０３ａＤ３、３０３ａＵ１〜３０３ａＵ３）が配置される。図１０に示した半導体基板３０４と、図１１に示したガラス基板３０５とを、陽極接合等により接合することにより、図１２に示した断面構造を有する力学量センサ３００が形成される。
【００６３】
力学量センサ３００の可動電極３０２は、印加される外力に応じて図中に示すＺ軸方向にたわみ、それらの端部が変位し、可動電極３０２の図中に示したＺ軸方向の下側（Ｚ軸の負の方向）に配置された固定電極３０３ａと接触する。力学量センサ３００は、固定電極３０３ａが可動電極３０２の端部の下側面と対向して配置される点において、第１及び第２の実施形態に係る力学量センサ１００、２００と異なる。この構成により、力学量センサ３００は、Ｚ軸方向の外力の大きさ及び方向を検出することができる。
【００６４】
図１２に図示するように、力学量センサ３００は、可動電極３０２（Ｄ１〜３、Ｕ１〜３）が、Ｚ軸方向にたわんでそれらの端部が変位できるように、ガラス基板３０５上に形成される固定電極３０３ａのＺ軸方向の高さを、固定部電極３０１ａよりも低くなるように形成してもよい。固定部電極３０１ａと固定電極３０３ａとの高さの差により、可動電極３０２（Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３）と固定電極３０３ａ（３０３ａＤ１〜３０３ａＤ３、３０３ａＵ１〜３０３ａＵ３）との間に間隙ができるため、可動電極３０２（Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３）の端部がＺ軸方向に変位できるようになる。
【００６５】
また、図１２（ｄ）乃至（ｆ）に図示するように、複数の可動電極３０２（Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３）のうち、可動電極Ｕ１〜３については、長さが可動電極Ｄ１〜Ｄ３よりも長いことから、その重みにより外力が印加されていない状態で端部をＺ軸の負の方向にたわませて、固定電極３０３ａＵ１〜３０３ａＵ３と接触させた状態で配置してもよい。なお、図１２（ａ）乃至（ｃ）に図示するように、可動電極Ｄ１〜３の端部と、対向する固定電極３０３ａＤ１〜３０３ａＤ３との間には、それぞれ間隙を空けて配置してもよい。
【００６６】
＜力学量センサの動作＞
次に、第３の実施形態に係る力学量センサ３００の動作について、図１３を参照して説明する。図１３は、図１０乃至１２に図示した力学量センサ３００の動作を説明するための表であり、印加される外力の方向及び大きさと、複数の可動電極３０２（Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３）と固定電極３０３ａ（３０３ａＤ１〜３０３ａＤ３、３０３ａＵ１〜３０３ａＵ３）との導通関係を表す表である。なお、図１３に示したＤＦ１〜ＤＦ３は、それぞれ力学量センサ３００に印加されるＺ軸方向の正から負（Ｚ軸方向に図中の上から下）に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力ＤＦ１〜ＤＦ３の大きさの関係は、ＤＦ１＜ＤＦ２＜ＤＦ３である。また、ＵＦ１〜ＵＦ３は、それぞれＺ軸方向の負から正（Ｚ軸方向に図中の下から上）に向かって印加される外力の方向及び大きさを表し、外力ＵＦ１〜ＵＦ３の大きさの関係は、ＵＦ１＜ＵＦ２＜ＵＦ３である。なお、図１３では、可動電極３０２（Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３）が固定電極３０３ａに接触した状態を「○」で示し、可動電極３０２（Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３）が固定電極３０３ａに接触していない状態を「×」で示す。
【００６７】
可動電極Ｕ１〜Ｕ３は、外力が印加されない状態ではたわみ、端部がそれぞれ固定電極３０３ａＵ１〜３０３ａＵ３と接触している。可動電極Ｕ１は、複数の可動電極３０２（Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｄ３）のうち、もっとも長さが長く、Ｚ軸方向の負から正に向かって印加される外力ＵＦ１〜ＵＦ３のうち、もっとも大きな外力ＵＦ３が印加されると、端部がＺ軸の正の方向に向かって変位し、固定電極３０３ａＵ１から離れる。可動電極Ｕ１よりも長さの短い可動電極Ｕ２は、Ｚ軸方向の負から正に向かって印加される外力ＵＦ１〜ＵＦ３のうち、外力ＵＦ３及びＵＦ２が印加されると、端部がＺ軸の正の方向に向かって変位し、固定電極３０３ａＵ２から離れる。可動電極Ｕ２よりも長さの短い可動電極Ｕ３は、Ｚ軸方向の負から正に向かって印加される外力ＵＦ１〜ＵＦ３が印加されると、端部がＺ軸の正の方向に向かって変位し、固定電極３０３ａＵ１から離れる。
【００６８】
可動電極Ｄ１〜Ｄ３は、外力が印加されない状態では、固定電極３０３ａＤ１〜３０３ａＤ３からそれぞれ離隔している。そのため、可動電極Ｄ１〜Ｄ３は、Ｚ軸方向の負から正に向かって印加される外力ＵＦ１〜ＵＦ３が印加されても、固定電極３０３ａＤ１〜３０３ａＤ３にそれぞれ接触しない。可動電極Ｄ１は、可動電極Ｕ３より長さが短いが、可動電極Ｄ１〜Ｄ３のうちもっとも長さが長く、Ｚ軸方向の正から負に向かって印加される外力ＤＦ１〜ＤＦ３が印加されると、固定電極３０３ａＤ１と接触する。可動電極Ｄ２は、可動電極Ｄ１よりも長さが短く、Ｚ軸方向の正から負に向かって印加される外力ＤＦ１及びＤＦ２が印加されると、固定電極３０３ａＤ２と接触する。可動電極Ｄ３は、可動電極Ｄ２よりも長さが短く、Ｚ軸方向の正から負に向かって印加される外力ＤＦ１〜ＤＦ３のうち、もっとも大きな外力ＤＦ３が印加されるときにのみ、固定電極３０３ａＤ３と接触する。
【００６９】
以上のように、第３の実施形態に係る力学量センサ３００によれば、外力の大きさに応じて、固定電極３０３ａ（３０３ａＤ１〜３０３ａＤ３、３０３ａＵ１〜３０３ａＵ３）と接触する可動電極Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３が異なるため、複数の可動電極Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３のうち、どの可動電極が固定電極３０３ａ（３０３ａＤ１〜３０３ａＤ３、３０３ａＵ１〜３０３ａＵ３）に接触したかを導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさを検出することができる。また、第３の実施形態に係る力学量センサ３００によれば、複数の可動電極Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３のうち、どの可動電極が固定電極３０３ａ（３０３ａＤ１〜３０３ａＤ３、３０３ａＵ１〜３０３ａＵ３）に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。
【００７０】
＜力学量センサの製造方法＞
なお、第３の実施形態に係る力学量センサ３００は、図６に示した第１の実施形態に係る力学量センサ１００の製造方法と異なり、ガラス基板３０５の製造過程において、固定電極３０３ａの高さを固定部電極３０１ａよりも低く形成する。そこで、以下、第３の実施形態に係る力学量センサ３００のガラス基板３０５の製造方法について、図１４を参照して述べる。図１４は、力学量センサ３００のガラス基板側の断面の概略構造を示した製造工程を説明するための図であり、（ａ）は加工前のガラス基板を示す断面図、（ｂ）はガラス基板に固定部電極を形成する途中の工程を示す断面図、（ｃ）はガラス基板に固定部電極及び固定電極を形成する途中の工程を示す断面図、（ｄ）はガラス基板に固定部電極及び固定電極を形成した工程を示す断面図、（ｅ）はガラス基板に貫通電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、（ｆ）は、ガラス基板に貫通電極及び配線用端子を形成する途中の工程を示す断面図である。
【００７１】
ガラス基板３０５は、図６（ａ）に図示したガラス基板１０５と同様に、半導体基板、絶縁性樹脂基板等を用いてもよい。以下では、ガラス基板３０５として可動イオンを含むガラス材料を用いる場合について説明する。可動イオンを含むガラス基板として、例えばテンパックス（登録商標）ガラスを用いてもよい。図１４（ａ）に図示するように、ガラス基板３０５上に、スパッタリング、スクリーン印刷、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐａｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいは電解めっき法等を用いて導電性を有する導電材３０８を形成する。次に、図１４（ｂ）に図示するように、固定部電極３０１ａに高さを加えて固定電極１０１ａよりも高くするための凸部３０８ａを加工するため、マスク（図示せず）を形成し、該マスクを介して導電材３０８をエッチングすることにより凸部３０８ａを形成する。次に、図１４（ｃ）に図示するように、凸部３０８ａ上、及び固定電極３０３ａの形成位置を覆うように、ガラス基板３０５上に、導電材３０９を形成する。導電材３０９は、導電材３０８と同様の方法で形成されてもよい。次に、図１４（ｄ）に図示するように、固定電極３０３ａおよび固定部電極３０１ａを加工するためのマスク（図示せず）を形成し、該マスクを介して導電材３０９をエッチングすることにより固定電極３０３ａおよび固定部電極３０１ａが形成される位置を除いた凹部３０９ａを形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いることができる。これにより、固定電極３０３ａ及び、固定電極３０３ａよりも高さの高い固定部電極３０１ａが形成される。
【００７２】
次に、図１４（ｅ）乃至（ｇ）に図示するように、図１４（ｄ）に図示した固定電極３０３ａおよび固定部電極３０１ａが形成されたガラス基板３０５を反転させ、図６（ｃ）乃至（ｅ）に図示した製造方法と同様の方法で、図１４（ｇ）に図示したように、固定部電極３０１ａ及び固定電極３０３ａとそれぞれ接続される配線用端子３０１ｂ、３０３ｂ（３０３ｂＤ１〜３０３ｂＤ３、３０３ｂＵ１〜３０３ｂＵ３）を形成する。配線用端子３０１ｂ、３０３ｂは、固定部電極３０１ａ及び固定電極３０３ａと、ガラス基板３０５内部に形成された貫通電極によりそれぞれ接続される。図１４（ｅ）に図示するように、固定部電極３０１ａ及び固定電極３０３ａの形成位置に合わせて所定のマスクが形成されたガラス基板３０５に、サンドブラスト等により貫通孔３０５ａを形成する。図１４（ｆ）及び（ｇ）に図示したように、この貫通孔３０５ａの内部に、スパッタリング、導電性ペースト充填（スクリーン印刷）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐａｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいは電解めっき法等を用いて導電性を有する導電材３１０を形成し、配線用端子３０１ｂ，３０３ｂ（３０３ｂＤ１〜３０３ｂＤ３、３０３ｂＵ１〜３０３ｂＵ３）を加工するためのマスク（図示せず）を形成し、該マスクを介して導電材３１０をエッチングすることにより、貫通電極及び配線用端子３０１ｂ，３０３ｂを形成してもよい。例えば、ＣＶＤ法により、貫通孔の内壁に導電性不純物を含む多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）からなる導電層を堆積させて、貫通電極及び配線用端子３０１ｂ，３０３ｂを形成してもよい。導電層としては、多結晶シリコン以外に、例えば、金属材料（Ｔｉ，Ｃｕなど）を用いてもよい。また、配線用端子３０１ｂ，３０３ｂは、貫通電極が露出する上面部に対応させて、貫通電極と電気的に接続されるように、例えば、Ａｌからなるパターンによって形成されてもよい。これらの配線用端子３０１ｂ，３０３ｂは、力学量センサ３００が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路に接続される。
【００７３】
次に、図１０に示した固定部３０１及び可動電極３０２の形成された半導体基板３０４と、図１１に示した固定電極３０３ａおよび固定部電極３０１ａが形成されたガラス基板３０５とを、陽極接合等により接合する。このとき、図１２に図示したように、ガラス基板３０５に形成された固定部電極３０１ａと、半導体基板３０４に形成された固定部３０１とが電気的に接続されるように接合される。
【００７４】
なお、第３の実施形態においては、複数の可動電極３０２（Ｄ１〜Ｄ３、Ｕ１〜Ｕ３）は、図示したように、同一幅を有し、同一形状の他端部を有し、且つ各々の長さが異なるようにしているが、これに限定されるわけではなく、第１及び第２の実施形態と同様、力学量センサ３００に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極３０２は、第１及び第２の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び／又は他端部の大きさ／形状を適宜変更することにより、力学量センサ３００に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第１及び第２の実施形態と同様、それぞれの可動電極３０２と固定電極３０３ａとの距離を適宜調整することにより、力学量センサ３００に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極２０３ａと接触するようにしてもよい。
【００７５】
以上の工程により、Ｚ軸方向の外力が印加された際に、可動電極３０２の端部が変位して固定電極３０３ａと接触状態又は非接触状態となる力学量センサ３００が作製される。第３の実施形態に係る力学量センサ３００によれば、外力の変化を、可動電極３０２と固定電極３０３との導通の有無で検知することができるため、増幅回路等が不要となり、製造コストを低減させることができる。
【００７６】
（第４の実施形態）
＜複合型力学量センサの構造＞
次に、本発明の第４の実施形態に係る複合型力学量センサ４００の構造について、図１５及び図１６を参照して説明する。図１５及び図１６は、本発明の第４の実施形態に係る複合型力学量センサ４００の概略構造を示した平面図である。
【００７７】
なお、「複合型力学量センサ」とは、検出方向、検出される力学量の種類、検出する力学量の測定レンジ等の異なる特性を持った２つ以上のセンサを同一基板上あるいは同一基板内に集約して１つの力学量センサとして構成したものをさす。
【００７８】
図１５に図示したように、同一基板４０５上に、Ｘ軸方向の外力の方向及び大きさを検知するＸ軸力学量センサ４００ｘ、Ｙ軸方向の外力の方向及び大きさを検知するＹ軸力学量センサ４００ｙ、Ｚ軸方向の外力の方向及び大きさを検知するＺ軸力学量センサ４００ｚが配置される。なお、図１５においては、Ｘ軸力学量センサ４００ｘ及びＹ軸力学量センサ４００ｙは、図１に図示した力学量センサ１００と同様の形状を例示し、Ｚ軸力学量センサ４００ｚは、図１０に図示した力学量センサ３００と同様の形状を例示しているが、この形状に限定されない。
【００７９】
図１５に示したＸ軸力学量センサ４００ｘは、固定部４０１ｘ（４０１ｘＲ１〜４０１ｘＲ３，４０１ｘＬ１〜４０１ｘＬ３）、可動電極４０２ｘ（４０２ｘＲ１〜４０２ｘＲ３，４０２ｘＬ１〜４０２ｘＬ３）、可動電極４０２ｘの端部に形成された錘部４０２ａｘ（４０２ａｘＲ１〜４０２ａｘＲ３，４０２ａｘＬ１〜４０２ａｘＬ３）、及び固定電極４０３ｘを含む。Ｙ軸力学量センサ４００ｙは、固定部４０１ｙ（４０１ｙＲ１〜４０１ｙＲ３，４０１ｙＬ１〜４０１ｙＬ３）、可動電極４０２ｙ（４０２ｙＲ１〜４０２ｙＲ３，４０２ｙＬ１〜４０２ｙＬ３）、可動電極４０２ｙの端部に形成された錘部４０２ａｙ（４０２ａｙＲ１〜４０２ａｙＲ３，４０２ａｙＬ１〜４０２ａｙＬ３）、及び固定電極４０３ｙを含む。Ｚ軸力学量センサ４００ｚは、固定部４０１ｚ及び可動電極４０２ｚ（４０２ｚＤ１〜４０２ｚＤ３，４０２ｚＵ１〜４０２ｚＵ３）を含む。
【００８０】
図１５に示した固定部４０１ｘ（４０１ｘＲ１〜４０１ｘＲ３，４０１ｘＬ１〜４０１ｘＬ３）及び固定部４０１ｙ（４０１ｙＲ１〜４０１ｙＲ３，４０１ｙＬ１〜４０１ｙＬ３）のＺ軸方向の下側には、それぞれ、図１６に図示したように、ガラス基板４０５上の対応する位置に、第１端子４０１ａｘ（４０１ａｘＲ１〜４０１ａｘＲ３，４０１ａｘＬ１〜４０１ａｘＬ３）及び第１端子４０１ａｙ（４０１ａｙＲ１〜４０１ａｙＲ３，４０１ａｙＬ１〜４０１ａｙＬ３）が配置される。また、図１５に示した固定部４０１ｚのＺ軸方向の下側には、図１６に図示したように、ガラス基板４０５上の対応する位置に、固定部電極４０１ａｚが配置される。可動電極４０２ｚ（４０２ｚＤ１〜４０２ｚＤ３，４０２ｚＵ１〜４０２ｚＵ３）の端部の、Ｚ軸方向の下側には、それぞれ、図１６に図示したように、ガラス基板４０５上の対応する位置に、固定電極４０３ａｚ（４０３ａｚＤ１〜４０３ａｚＤ３，４０３ａｚＵ１〜４０３ａｚＵ３）が配置される。さらに、図１５に示した固定電極４０３ｘ、４０３ｙのＺ軸方向の下側には、それぞれ、図１６に図示したように、ガラス基板４０５上の対応する位置に、第２端子４０３ａｘ、４０３ａｙが配置される。第１端子４０１ａｘ、４０１ａｙ及び第２端子４０３ａｘ、４０３ａｙは、それぞれ、図６に図示した力学量センサ１００の第１端子１０１ａ及び第２端子１０３ａと同様の製造方法により形成されてもよい。また、固定部電極４０１ａｚ及び固定電極４０３ａｚは、それぞれ、図１４に図示した力学量センサ３００の固定部電極３０１ａ及び固定電極３０３ａと同様の製造方法により形成されてもよい。
【００８１】
なお、第４の実施形態においては、複数の可動電極４０２ｘ（４０２ｘＲ１〜４０２ｘＲ３，４０２ｘＬ１〜４０２ｘＬ３）、４０２ｙ（４０２ｙＲ１〜４０２ｙＲ３，４０２ｙＬ１〜４０２ｙＬ３）、４０２ｚ（４０２ｚＤ１〜４０２ｚＤ３，４０２ｚＵ１〜４０２ｚＵ３）は、図示した形状に限定されるわけではなく、第１乃至第３の実施形態と同様、複合型力学量センサ４００に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極４０２ｘ、４０２ｙ、４０２ｚは、第１乃至第３の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び／又は他端部の大きさ／形状を適宜変更することにより、複合型力学量センサ４００に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第１乃至第３の実施形態と同様、それぞれの可動電極４０２ｘ、４０２ｙ、４０２ｚと固定電極４０３ｘ、４０３ｙ、４０３ａｚとの距離を適宜調整することにより、複合型力学量センサ４００に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極４０３ｘ、４０３ｙ、４０３ａｚと接触するようにしてもよい。
【００８２】
以上のような構成を有する本発明の第４の実施形態に係る複合型力学量センサ４００によれば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の外力の方向及び大きさを検出することができる。また、複数の可動電極４０２ｘ、４０２ｙ、４０２ｚのうち、どの可動電極が固定電極４０３ｘ、４０３ｙ、４０３ａｚに接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。なお、複合型力学量センサ４００は、上述した力学量センサ１００及び力学量センサ３００と同様の簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。
【００８３】
（第５の実施形態）
＜複合型力学量センサの構造＞
次に、本発明の第５の実施形態に係る複合型力学量センサ５００の構造について、図１７及び図１８を参照して説明する。図１７は、本発明の第５の実施形態に係る複合型力学量センサ５００の概略構造を示した平面図である。図１７に示した複合型力学量センサ５００は、Ｘ軸方向の外力の方向及び大きさを検出するＸ軸力学量センサ５００ｘと、Ｙ軸方向の外力の方向及び大きさを検出するＹ軸力学量センサ５００ｙと、Ｚ軸方向の外力の方向及び大きさを検出するＺ軸力学量センサ５００ｚと、を含む。図１８は、図１７に示した複合型力学量センサ５００の断面構造を説明するための図であり、（ａ）は、図１７に示したＸ軸力学量センサ５００ｘの一部分の構造を示した平面図であり、（ｂ）は、図１７に示したＺ軸力学量センサ５００ｚの一部分の構造を示した平面図であり（ｃ）は、（ａ）に示したＸ軸力学量センサ５００ｘを（ｉ）線から見た断面図であり、（ｄ）は、（ｂ）に示したＺ軸力学量センサ５００ｚを（ｉ）線から見た断面図であり、（ｅ）は、（ａ）に示したＸ軸力学量センサ５００ｘを（ｉｉ）線から見た断面図であり、（ｆ）は、（ｂ）に示したＺ軸力学量センサ５００ｚを（ｉｉ）線から見た断面図であり、（ｇ）は、（ａ）に示したＸ軸力学量センサ５００ｘを（ｉｉｉ）線から見た断面図であり、（ｈ）は、（ｂ）に示したＺ軸力学量センサ５００ｚを（ｉｉｉ）線から見た断面図である。
【００８４】
第５の実施形態に係る複合型力学量センサ５００は、第４の実施形態に係る複合型力学量センサ４００と同様に、３軸方向の外力を検出する。図１７は、Ｘ軸力学量センサ５００ｘ、Ｙ軸力学量センサ５００ｙ、及びＺ軸力学量センサ５００ｚが形成された半導体基板５０４を示している。図１７に図示したように、Ｘ軸力学量センサ５００ｘは、固定部５０１ｘ（５０１ｘＲ１〜５０１ｘＲ３，５０１ｘＬ１〜５０１ｘＬ３）、可動電極５０２ｘ（５０２ｘＲ１〜５０２ｘＲ３，５０２ｘＬ１〜５０２ｘＬ３）、及び固定電極５０３ｘを含む。Ｙ軸力学量センサ５００ｙは、固定部５０１ｙ（５０１ｙＲ１〜５０１ｙＲ３，５０１ｙＬ１〜５０１ｙＬ３）、可動電極５０２ｙ（５０２ｙＲ１〜５０２ｙＲ３，５０２ｙＬ１〜５０２ｙＬ３）、及び固定電極５０３ｙを含む。Ｚ軸力学量センサ５００ｚは、固定部５０１ｚ（５０１ｚＤ１〜５０１ｚＤ３，５０１ｚＵ１〜５０１ｚＵ３）、及び可動電極５０２ｚ（５０２ｚＤ１〜５０２ｚＤ３，５０２ｚＵ１〜５０２ｚＵ３）を含む。なお、固定部５０１ｘ（５０１ｘＲ１〜５０１ｘＲ３，５０１ｘＬ１〜５０１ｘＬ３）及び固定部５０１ｙ（５０１ｙＲ１〜５０１ｙＲ３，５０１ｙＬ１〜５０１ｙＬ３）は、図示したように、それぞれ接触部Ｔ１ｘ〜Ｔ７ｘ及び接触部Ｔ１ｙ〜Ｔ７ｙを有してもよい。
【００８５】
なお、図１８には、Ｘ軸力学量センサ５００ｘ及びＺ軸力学量センサ５００ｚのみを例示しているが、Ｙ軸力学量センサ５００ｙについては、図１７に図示するように、Ｘ軸力学量センサ５００ｘと同様の構造を有し、Ｙ軸方向の外力が検出可能な位置に配置すればよいため、図１８には図示していない。以下の説明においては、Ｙ軸力学量センサ５００ｙは、Ｘ軸力学量センサ５００ｘと同様の製造工程を経て製造されるものとする。
【００８６】
図１７に図示したように、複合型力学量センサ５００は、半導体基板５０４上に、固定部５０１ｘ、５０１ｙ、５０１ｚ、可動電極５０２ｘ、５０２ｙ、５０２ｚ、及び固定電極５０３ｘ、５０３ｙを加工するためのマスク（図示せず）を形成し、該マスクを介して半導体基板５０４をエッチングすることにより、固定部５０１ｘ、５０１ｙ、５０１ｚ、可動電極５０２ｘ、５０２ｙ、５０２ｚ、及び固定電極５０３ｘ、５０３ｙが形成される位置を除いた凹部５０５ｘ、５０５ｙ、５０５ｚを形成してもよい。また、図１８（ｃ）に図示するように、半導体基板５０４は、シリコン膜５０６、ＢＯＸ層５０７、シリコン基板５０８を積層した３層の半導体基板からなるものであってもよく、図５Ａ及び図５Ｂに図示した第１の実施形態に係る半導体基板１０４と同様の製造方法により、固定部５０１ｘ、５０１ｙ、５０１ｚ、可動電極５０２ｘ、５０２ｙ、５０２ｚ、及び固定電極５０３ｘ、５０３ｙが形成されてもよい。
【００８７】
なお、図１７に示した半導体基板５０４のＺ軸方向の下側には、図１６に図示した第４の実施形態に係るガラス基板４０５と同様のガラス基板が接合されてもよい。図１８（ｃ）乃至（ｈ）には、複合型力学量センサ５００の半導体基板５０４とガラス基板５０５とが接合された断面を図示している。図１８（ｃ）乃至（ｈ）に図示するように、ガラス基板５０５には、図１６に示した第４の実施形態に係るガラス基板４０５と同様の製造方法により、第一端子５０１ａｘ、５０１ａｙ、第２端子５０３ａｘ、５０３ａｙ、固定部電極５０１ａｚ、及び固定電極５０３ａｚが形成されてもよい。
【００８８】
なお、第５の実施形態においては、複数の可動電極５０２ｘ（５０２ｘＲ１〜５０２ｘＲ３，５０２ｘＬ１〜５０２ｘＬ３）、５０２ｙ（５０２ｙＲ１〜５０２ｙＲ３，５０２ｙＬ１〜５０２ｙＬ３）、５０２ｚ（５０２ｚＤ１〜５０２ｚＤ３，５０２ｚＵ１〜５０２ｚＵ３）は、図示した形状に限定されるわけではなく、第１乃至第４の実施形態と同様、複合型力学量センサ５００に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極５０２ｘ、５０２ｙ、５０２ｚは、第１乃至第４の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び／又は他端部の大きさ／形状を適宜変更することにより、複合型力学量センサ５００に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第１乃至第４の実施形態と同様、それぞれの可動電極５０２ｘ、５０２ｙ、５０２ｚと固定電極５０３ｘ、５０３ｙ、５０３ａｚとの距離を適宜調整することにより、複合型力学量センサ５００に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極５０３ｘ、５０３ｙ、５０３ａｚと接触するようにしてもよい。
【００８９】
以上のような構成を有する本発明の第５の実施形態に係る複合型力学量センサ５００によれば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の外力の方向及び大きさを検出することができる。また、複数の可動電極５０２ｘ、５０２ｙ、５０２ｚのうち、どの可動電極が固定電極５０３ｘ、５０３ｙ、５０３ａｚに接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。なお、複合型力学量センサ５００は、上述した複合型力学量センサ４００と同様の簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。
【００９０】
（第６の実施形態）
＜力学量センサの構造＞
次に、本発明の第６の実施形態に係る力学量センサ６００の構造について、図１９を参照して説明する。図１９は、本発明の第６の実施形態に係る力学量センサ６００の概略構造を示した平面図である。図１９は、Ｙ軸方向の外力の方向及び大きさを検出する力学量センサ６００を図示している。力学量センサ６００は、図１９に図示するように、半導体基板６０４上に、固定部６０１Ｒ１〜６０１Ｒ３、可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）、錘部６０２ａＲ１〜６０２ａＲ３、及び固定電極６０３Ｒ１〜６０３Ｒ３が形成される。力学量センサ６００は、図１７に図示した第５の実施形態に係る複合型力学量センサ５００と同様の製造方法により形成されてもよい。
【００９１】
図１９に図示するように、複数の可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）の端部には、固定電極６０３Ｒ１〜６０３Ｒ３と対向した位置に、それぞれ錘部６０２ａＲ１〜６０２ａＲ３が形成される。錘部６０２ａＲ１〜６０２ａＲ３は、Ｘ軸方向に延びる可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）の端部から、Ｙ軸方向に長さｙ１だけ固定電極６０３Ｒ１〜６０３Ｒ３と対向する位置までそれぞれ延び、錘部６０２ａＲ１〜６０２ａＲ３の端部は、固定電極６０３Ｒ１〜６０３Ｒ３とはＹ軸方向に距離ｋ６ほど離隔して配置される。
【００９２】
可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）は、Ｙ軸方向の外力が印加されるとたわみ、錘部６０２ａＲ１〜６０２ａＲ３の端部がＹ軸方向に変位して固定電極６０３Ｒ１〜６０３Ｒ３と接触する。このとき、半導体基板６０４には、複数の長さの異なる可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）が形成されているため、複数の可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）のうち、いずれの可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）が固定電極６０３Ｒ１〜６０３Ｒ３と接触したかを導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさを検出することができる。なお、可動電極６０２は、端部に錘部６０２ａの重みが付加され、図１９に示した形状では、錘部６０２ａがＹ軸方向に長い矩形状であるため、印加される外力が小さい場合であっても、可動電極６０２のたわみ量が大きくなり、固定電極６０３と接触しやすくなり、検出感度を向上させることができる。
【００９３】
なお、第６の実施形態においては、複数の可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）は、図示した形状に限定されるわけではなく、第１乃至第５の実施形態と同様、力学量センサ６００に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）は、第１乃至第５の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び／又は他端部の大きさ／形状を適宜変更することにより、力学量センサ６００に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第１乃至第５の実施形態と同様、それぞれの可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）と固定電極６０３Ｒ１〜６０３Ｒ３との距離を適宜調整することにより、力学量センサ６００に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極６０３Ｒ１〜６０３Ｒ３と接触するようにしてもよい。
【００９４】
なお、図１９には、Ｙ軸方向の外力を検出する力学量センサ６００を例示しているが、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の外力を検出する力学量センサに対しても、同様の構造を適用してもよい。なお、Ｚ軸方向の外力を検出する力学量センサの場合には、第３の実施形態に係る力学量センサ３００と同様に、図１９に示した半導体基板６０４のＺ軸方向の下側に、可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）の端部の下側面と対向する位置に固定電極が形成されたガラス基板を配置してもよい。
【００９５】
以上のような構成を有する本発明の第６の実施形態に係る力学量センサ６００によれば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、又はＺ軸方向の外力の方向及び大きさを検出することができる。また、複数の可動電極６０２（Ｒ１〜Ｒ３）のうち、どの可動電極が固定電極６０３Ｒ１〜６０３Ｒ３に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。なお、力学量センサ６００は、上述した複合型力学量センサ５００と同様の簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。
【００９６】
（第７の実施形態）
＜力学量センサの構造＞
次に、本発明の第７の実施形態に係る力学量センサ７００の構造について、図２０及び図２１を参照して説明する。図２０及び図２１は、本発明の第７の実施形態に係る力学量センサ７００の概略構造を示した平面図である。
【００９７】
図２０に図示したように、力学量センサ７００は、半導体基板７０４上に、固定部７０１と、固定部７０１から複数の方向に放射状に延びる複数の可動電極７０２−１〜７０２−８と、複数の可動電極７０２−１〜７０２−８の端部に形成された錘部７０２ａ１〜７０２ａ８と、印加された外力に応じて複数の錘部７０２ａ１〜７０２ａ８が変位して接触する複数の固定電極７０３−１〜７０３−８と、を含む。また、図２１に図示したように、半導体基板７０４と接合されるガラス基板７０５上には、固定部７０１に対応した位置に第１端子７０１ａが形成され、複数の固定電極７０３−１〜７０３−８に対応した位置に複数の第２端子７０３ａ１〜７０３ａ８が形成される。力学量センサ７００は、第１の実施形態に係る力学量センサ１００と同様の製造方法により、製造されてもよい。
【００９８】
図２０に図示したように、複数の可動電極７０２−１〜７０２−８は、固定部７０１からそれぞれ異なる方向に向かって延び、可動電極７０２−１〜７０２−８の端部に形成された錘部７０２ａ１〜７０２ａ８は、印加された外力の方向に応じて、それぞれ異なる方向に変位する。この構成を有することにより、力学量センサ７００は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸方向の外力に限らず、可動電極７０２が配置された方向に応じて、複数の外力の方向及び大きさを検知することができる。これにより、力学量センサ７００は、検出する外力の方向及び大きさのバリエーションを増やすことができる。
【００９９】
なお、第７の実施形態においては、複数の可動電極７０２−１〜７０２−８は、図示した形状に限定されるわけではなく、第１乃至第６の実施形態と同様、力学量センサ７００に印加される外力に応じてたわみ量が異なるものであればよい。複数の可動電極７０２−１〜７０２−８は、第１乃至第７の実施形態と同様、可動電極の長さ、可動電極の幅、及び／又は他端部の大きさ／形状を適宜変更することにより、力学量センサ７００に印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるものであればよい。また、第１乃至第６の実施形態と同様、それぞれの可動電極７０２−１〜７０２−８と固定電極７０３−１〜７０３−８との距離を適宜調整することにより、力学量センサ７００に印加される外力に応じてそれぞれの他端部が固定電極７０３−１〜７０３−８と接触するようにしてもよい。
【０１００】
以上のような構成を有する本発明の第７の実施形態に係る力学量センサ７００によれば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に限らず、様々な外力の方向及び大きさを検出することができる。また、複数の可動電極７０２−１〜７０２−８のうち、どの可動電極が固定電極７０３−１〜７０３−８に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。なお、力学量センサ７００は、上述した力学量センサ１００と同様の簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。
【０１０１】
（実施例１）
以下では、本発明の第１乃至第７の実施形態に示した可動電極の具体的構成について、実施例１として、図２２〜図２４を参照して説明する。
【０１０２】
図２２は、実施例１に係る可動電極８０２の構成を説明するための模式図である。図２２に図示した可動電極８０２は、固定端Ａ１と変位端Ｂ１とを有し、変位端Ｂ１に錘部８０２ａを有する。変位端Ｂ１は、重力により、変位端Ｂ２として示す位置までＸ軸方向に変位するものとする。このとき、可動電極８０２の変位端Ｂ１から変位端Ｂ２までの変位距離を、たわみ量Δとする。なお、錘部８０２ａは、図２２においては黒点として図示しているが、錘部８０２ａの配置される位置を図示するものであり、図示した形状に限定されない。また、固定端Ａ１は第１乃至第７の実施形態に示した固定部に対応し、変位端Ｂ１、Ｂ２は第１乃至第７の実施形態に示した可動電極の端部に対応する。図２３は、実施例１に係る可動電極の構成を説明するための模式図であり、（ａ）は、図１９に図示した錘部６０２ａと同様の錘部８０２ｂを有する可動電極８０２の概略構造を示し、（ｂ）は、（ａ）に示した錘部８０２ｂの変形例である錘部８０２ｃを有する可動電極８０２の概略構造を示す。図２４は、図２３（ａ）に図示した可動電極８０２の長さｌ、錘部８０２ｂの長さｙ、及び錘部の幅ｘをそれぞれ変化させた場合のたわみ量Δとの関係を示す表である。
【０１０３】
たわみ量Δ（μｍ）は、可動電極８０２の長さをｌ（μｍ）、幅をｗ（μｍ）、厚みをｔ（μｍ）、錘部８０２ａの質量をｍ（ｇ）、可動電極８０２のヤング率をＥ（ＧＰａ）、印加される重力加速度をｇ（ｍ／ｓ２）とすると、以下の数式１で表される。
【数１】
0005582001.tif 000002
【０１０４】
また、例えば、図２２に図示した錘部８０２ａをシリコンＳｉで形成した場合、Ｓｉ密度がρ（ｇ／ｃｃ）、Ｓｉ１辺の長さがｗ（μｍ）、１辺が可動電極８０２の厚みｔ（μｍ）と同じｔ（μｍ）の立方体相当の質量ｍ（ｇ）を有するとすると、錘部８０２ａの質量ｍ（ｇ）は、以下の数式２で表される。
ｍ＝ρ×ｔ×ｗ２  …（数式２）
【０１０５】
ここで、例えば、可動電極８０２の長さｌを１５００μｍ、幅ｗを３μｍ、厚みｔを３０μｍ、Ｓｉ密度ρを２．３ｇ／ｃｃとし、可動電極８０２のヤング率Ｅを１９０Ｇｐａ、印加される重力加速度ｇを９．８ｍ／ｓ２として、上記数式１及び２に基づき、たわみ量Δを計算すると、たわみ量Δは５．３４×１０−４（μｍ）となる。このたわみ量Δの値では、可動電極８０２の変位を検出することは困難であるため、以下に、錘部の各寸法を変化させてたわみ量Δを計測した結果を図２４に示して、図２３及び図２４に基づき、実用可能なたわみ量Δを実現する実施例について説明する。
【０１０６】
図２３（ａ）に図示したように、錘部８０２ｂは、Ｘ軸方向の長さｘ（μｍ）及びＹ軸方向の長さｙ（μｍ）を有する。ここで、図２３（ａ）に図示した錘部８０２ｂのＳｉ密度をρ（ｇ／ｃｃ）とし、錘部８０２ｂが、可動電極８０２の厚みｔ（μｍ）と同じ厚みｔ（μｍ）、Ｘ軸方向の長さｘ（μｍ）、及びＹ軸方向の長さｙ（μｍ）からなる直方体相当の質量ｍ（ｇ）を有するとすると、錘部８０２ａの質量ｍ（ｇ）は、以下の数式３で表される。
ｍ＝ρ×ｔ×ｘ×ｙ  …（数式３）
【０１０７】
図２４は、図２３（ａ）に示した可動電極８０２の長さｌ、錘部８０２ｂの長さｙ、及び錘部の幅ｘをそれぞれ変化させた場合のたわみ量Δの計測結果を示す。たわみ量Δは、上記数式１及び数式３により求めた数値であってもよい。図２４において、（ａ）は、可動電極８０２の長さｌを変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示し、（ｂ）は、可動電極８０２の長さｌ及び錘部８０２ｂの長さｙをそれぞれ変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示し、（ｃ）は、錘部の幅ｘを変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示している。なお、図２４に示されるように、（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合も、可動電極の幅ｗを３μｍ、厚みｔを３０μｍとし、錘部８０２ｂの厚みを可動電極の厚みｔと同じ３０μｍとして計測したものとする。また、Ｓｉ密度ρ、可動電極８０２のヤング率Ｅ、印加される重力加速度ｇについては、それぞれ同じ条件とする。
【０１０８】
図２４を参照すると、たわみ量Δを２μｍ程度生じさせるためには、（ａ）可動電極８０２の長さｌを変化させて計測した場合、錘部８０２ｂの幅ｘを３μｍ、長さｙを３μｍとすると、可動電極の長さｌは、２４０００μｍ程度にする必要があることがわかる。また、たわみ量Δを２μｍ程度生じさせるために、（ｂ）可動電極８０２の長さｌ及び錘部８０２ｂの長さｙをそれぞれ変化させて計測した場合、錘部８０２ｂの幅ｘを３μｍとすると、可動電極８０２の長さｌ及び錘部８０２ｂの長さｙをそれぞれ２５０００μｍ程度にする必要があることがわかる。また、たわみ量Δを２μｍ程度生じさせるために、（ｃ）錘部の幅ｘを変化させて計測する場合には、可動電極の長さｌ及び錘部の長さｙを１５００μｍとすると、錘部の幅ｔは２５μｍにする必要があることがわかる。
【０１０９】
以上のように、可動電極８０２に錘部８０２ｂを付加することにより、たわみ量Δを実用的な変位量とすることを確認することができた。
【０１１０】
なお、図２３（ｂ）には、図２３（ａ）に示した可動電極８０２の変形例を図示している。図２３（ａ）には、直方体形状の錘部８０２ｂを図示したが、この形状に限定されず、図２３（ｂ）に示した錘部８０２ｃのように、Ｙ軸方向に延びる錘部８０２ｂを、Ｘ軸方向の上下に複数回屈曲させた形状としてもよい。この形状を有することにより、錘部８０２ｃは、図２３（ｂ）に示した錘部８０２ｃのＹ軸方向の長さｙ２を、錘部８０２ｂの長さｙよりも短い形状とすることができる。これにより、チップサイズを大きくすることなく、電子機器に実装可能な力学量センサを製造することが可能となる。
【０１１１】
（実施例２）
次に、実施例２として、本発明の第１乃至第７の実施形態に示した可動電極の具体的構成について、図２５〜図３２を参照して説明する。
【０１１２】
図２５は、実施例２に係る可動電極９０２の構成を説明するための模式図であり、（ａ）は、固定部９０１に接続され、固定電極９０３と対向する位置に配置された錘部９０２ａを有する可動電極９０２の概略構造を示し、（ｂ）は、（ａ）に示したＢ部分を拡大した概略構造を示し、（ｃ）は、（ａ）に示したＣ部分を拡大した概略構造を示す。
【０１１３】
図２５（ａ）及び（ｂ）に図示したように、可動電極９０２の錘部９０２ａは、Ｙ軸の正の方向に対向して配置された固定電極９０３から、所定の間隔Ｇ（図２６参照）を空けて配置される。外力がＹ軸の正の方向に印加されると錘部９０２ａは変位して、固定部９０３と接触する。
【０１１４】
図２５（ｂ）に図示するように、実施例２に係る可動電極９０２の錘部９０２ａは、複数の水平部９０２ｂ（９０２ｂ−１〜９０２ｂ−９）と、複数の垂直部９０２ｃ（９０２ｃ−１〜９０２ｃ−８）と、複数の接触部９０２ｄ（９０２ｄ−１〜９０２ｄ−９）とを含む。複数の水平部９０２ｂ（９０２ｂ−１〜９０２ｂ−９）は、各々が可動電極９０２に接続され間隙α（図２６参照）だけ離隔してＹ軸の正の方向に延び、それぞれ平行に配置される。複数の垂直部９０２ｃ（９０２ｃ−１〜９０２ｃ−８）は、複数の水平部９０２ｂ（９０２ｂ−１〜９０２ｂ−９）間を、複数の水平部９０２ｂ（９０２ｂ−１〜９０２ｂ−９）に対して垂直な方向に延びて連結する。複数の接触部９０２ｄ（９０２ｄ−１〜９０２ｄ−９）は、複数の水平部９０２ｂ（９０２ｂ−１〜９０２ｂ−９）の端部に形成され、外力が印加された際に固定電極９０３と接触するように固定電極と対向して所定の間隙Ｇ（図２６参照）を空けて配置される。なお、複数の水平部９０２ｂ（９０２ｂ−１〜９０２ｂ−９）、複数の垂直部９０２ｃ（９０２ｃ−１〜９０２ｃ−８）、複数の接触部９０２ｄ（９０２ｄ−１〜９０２ｄ−９）はそれぞれ同一の形状を有してもよい。
【０１１５】
錘部９０２ａの複数の接触部９０２ｄ（９０２ｄ−１〜９０２ｄ−９）は、図示したように、固定電極９０３に対して最も突出した端部が線状または点状である三角形状に形成されてもよい。なお、複数の接触部９０２ｄ（９０２ｄ−１〜９０２ｄ−９）は、固定電極９０３と接触した際に面接触ではなく線接触又は点接触する形状に形成されれば、この形状に限定されない。例えば、接触部９０２ｄは、線状の凸部であってもよく、固定電極９０３に対して尖った凸部（楔型）であってもよい。このような形状に形成することにより、固定電極９０３と接触した際の接触面積を減らすことができるため、外力の印加後に、静電引力等により、接触部９０２ｄが固定電極９０３に接触したまま離れなくなる等のスティッキングを防止することができる。また、接触部９０２ｄを複数形成することにより、接点数を増加させることができるため、力学量センサの信頼性を向上させることができる。
【０１１６】
錘部９０２ａの複数の垂直部９０２ｃ（９０２ｃ−１〜９０２ｃ−８）は、間隙αだけ離隔して配置された複数の水平部９０２ｂ間に、水平部９０２ｂに対して垂直な方向に間隙αと同じ長さαだけ延び、各水平部９０２ｂ間を連結するように配置される。このような形状を有する複数の垂直部９０２ｃは、複数の水平部９０２ｂが、各々の重みまたは外力の印加により変位して互いに接触することを防ぐ役割をする。なお、図２５（ｂ）には、水平部９０２ｂ及び接触部９０２ｄが９つ配置され、９つの水平部９０２ｃの間に垂直部９０２ｃが８つ配置された形状を図示しているが、この形状に限定されず、水平部９０２ｂ、垂直部９０２ｃ、及び接触部９０２ｄの数及び形状は仕様に応じて適宜変更されてもよい。
【０１１７】
また、図２５（ｃ）に図示するように、可動電極９０２と固定部９０１との連結部９０２ｅは、外力が印加された際に可動電極９０２の変位により、最も負荷のかかる部分であるため、連結部９０２ｅの幅を可動電極９０２の幅ｗよりも大きく形成してもよく、破損防止のために補強された形状を有してもよい。
【０１１８】
次に、以下では、実施例２に係る可動電極９０２の構造及びたわみ量について、図２６及び図２７を参照して説明する。
【０１１９】
図２６は、実施例２に係る可動電極９０２の構成を説明するための模式図である。図２６に図示した錘部９０２ａは、図２５に図示した錘部９０２ａと同様に、複数の水平部９０２ｂ（９０２ｂ−１〜９０２ｂ−６）と、複数の垂直部９０２ｃ（９０２ｃ−１〜９０２ｃ−５）と、複数の接触部９０２ｄ（９０２ｄ−１〜９０２ｄ−６）とを含む。ここで、図２６に図示した錘部９０２ａは、水平部９０２ｂ及び接触部９０２ｄが６つ配置され、６つの水平部９０２ｃの間に垂直部９０２ｃが５つ配置された形状が模式的に図示されているが、この形状に限定されるものではない。水平部９０２ｂは、ｎ個（ｎ＞１）配置されるものとする。また、図示したように、複数の接触部９０２ｄ（９０２ｄ−１〜９０２ｄ−６）と固定電極９０３との間隙は間隙Ｇ（μｍ）として一定であり、複数の水平部９０２ｂ（９０２ｂ−１〜９０２ｂ−６）間の間隙は間隙α（μｍ）として一定であり、複数の水平部９０２ｂ（９０２ｂ−１〜９０２ｂ−６）のＸ軸方向の幅ｘ（μｍ）及びＹ軸方向の長さｙ（μｍ）はそれぞれ一定であるものとする。
【０１２０】
図２７は、図２６に図示した可動電極９０２のＸ軸方向の長さｌ、可動電極９０２の接触部９０２ｄと固定電極９０３との間隙Ｇ、並びに可動電極９０２の水平部９０２ｂのＹ軸方向の長さｙ及び水平部９０２ｂの数ｎをそれぞれ変化させた場合のたわみ量Δとの関係を示す表である。図２７において、（ａ）は、可動電極９０２の長さｌを変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示し、（ｂ）は、接触部９０２ｄと固定電極９０３との間隙Ｇを変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示し、（ｃ）は、水平部９０２ｂの長さｙ及び水平部９０２ｂの数ｎをそれぞれ変化させた場合のたわみ量Δの測定値を示している。
【０１２１】
なお、たわみ量Δ（μｍ）は、実施例１と同様に、可動電極９０２の長さをｌ（μｍ）、幅をｗ（μｍ）、厚みをｔ（μｍ）、錘部９０２ａの質量をｍ（ｇ）、可動電極９０２のヤング率をＥ（ＧＰａ）、印加される重力加速度をｇ（ｍ／ｓ２）とすると、上述した数式１によって求めることができる。また、錘部９０２ａの質量ｍ（ｇ）は、錘部９０２ａが、複数の水平部９０２ｂ、複数の垂直部９０２ｃ、及び複数の接触部９０２ｄから構成されることから、それぞれの質量を、実施例１と同様に上述した数式３に基づき求め、質量ｍ（ｇ）を求めてもよい。よって、たわみ量Δは、上述した数式１及び数式３に基づき求めた数値であってもよい。
【０１２２】
図２７を参照すると、（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合も、たわみ量Δが、可動電極９０２の接触部９０２ｄと固定電極９０３との間隙Ｇよりも大きな値であることから、図２７に示した各部の寸法に基づき可動電極９０２を構成すれば、力学量センサを実現可能なたわみ量Δを生じさせることがわかる。
【０１２３】
図２７の（ａ）に示したように、可動電極９０２の長さｌを、２０００μｍ、１８００μｍ、１６００μｍ、１５２５μｍ、１３７０μｍ、１２２０μｍと変化させて計測した場合、図２４に示した実施例１の計測結果と比較して、錘部９０２ａの長さｙは１０００μｍであり、実施例１に係る錘部８０２ｂの長さｙよりも短いが、可動電極９０２の幅ｗが３μｍ、長さｌが１６００μｍの場合に、１．９４μｍ程度のたわみ量Δを生じさせることが可能であることがわかる。なお、錘部９０２ａは、９つの水平部９０２ｂを含み、錘部９０２ａの長さｙが１０００μｍであることから、錘部９０２ａの総長さＹは、９つの水平部９０２ｙの長さを足し合わせ、９０００μｍであることがわかる。よって、可動電極９０２は、錘部９０２ａを、複数の水平部９０２ｂを含む構成とすることにより、錘部９０２ａのＹ軸方向の長さｙを大きくすることなく、錘部９０２ａの質量ｍを大きくすることが可能であるため、可動電極９０２の長さｌ及び錘部９０２ａの長さｙを、実施例１に係る可動電極８０２と比較して短くした場合にも、力学量センサを実現可能なたわみ量Δを生じさせることが可能であることがわかる。また、可動電極９０２について、幅ｗを２μｍと３μｍよりも小さくし、長さｌを１２２０μｍとより短くした場合に、１．９４μｍ程度のたわみ量Δを生じさせることがわかる。以上より、実施例２に係る可動電極９０２によれば、実施例１に係る可動電極８０２と比較して、Ｘ軸方向の長さｌ及びＹ軸方向の長さｙをより短くしても、可動電極９０２としての機能を確保でき、チップサイズを縮小可能な力学量センサを実現できることがわかる。
【０１２４】
次に、図２７の（ｂ）に示したように、可動電極９０２及び錘部９０２ａの各部の寸法が同じ条件にあるとき、接触部９０２ｄと固定電極９０３との間隙Ｇを１．８μｍ、１．３μｍ、０．８μｍと変化させた場合にも、可動電極９０２としての機能を確保できるたわみ量Δを生じさせることが可能であることが確認された。
【０１２５】
次に、図２７の（ｃ）に示したように、可動電極９０２の長さｌを１０００μｍとし、錘部９０２ａの総長さＹを１５０００μｍとして一定としたまま、錘部９０２ａ（水平部９０２ｂ）の長さｙ及び水平部９０２ｂの数ｎをそれぞれ変化させた場合に、いずれの場合もたわみ量Δは１．７８μｍと変化しないことが確認された。従って、可動電極９０２の長さｌを１０００μｍ、錘部９０２ａの長さｙを５００μｍとした場合にも、水平部９０２ｂの数を３０個程度、複数配置することにより、チップサイズを縮小可能な力学量センサを実現可能であることがわかる。
【０１２６】
以上のように、実施例２に係る可動電極９０２は、錘部９０２ａを複数の水平部９０２ｂからなる形状に構成することにより、可動電極９０２のＸ軸方向及びＹ軸方向の長さを短くして所望の重みを付加することが可能となる。これにより、力学量センサのチップサイズを大きくすることなく、外力の大きさと印加方向の検出感度を向上させることが可能となる。また、錘部９０２ａの複数の接触部９０２ｄを、固定電極９０３に点接触又は線接触する形状に形成することにより、接触部９０２ｄが固定電極９０３に接触したまま離れなくなるスティッキング現象を防止することができる。
【０１２７】
次に、以下では、実施例２に係る可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）が複数配置された力学量センサ９００の概略構造及び製造方法を、図２８〜３２を参照して説明する。
【０１２８】
図２８は、本発明の実施例２に係る力学量センサ９００の半導体基板の概略構造を示した平面図である。図２９は、本発明の実施例２に係る力学量センサ９００の第１ガラス基板の概略構造を示した平面図である。図３０は、本発明の実施例２に係る力学量センサ９００の第２ガラス基板の概略構造を示した平面図である。
【０１２９】
図２８に図示したように、本発明の実施例２に係る力学量センサ９００は、半導体基板９０４上に形成された、固定部９０１（９０１−１〜９−１−４）、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）、及び固定電極９０３（９０３−１〜９０３−１２）を含む。可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）の端部には、外力の印加により固定電極９０３（９０３−１〜９０３−１２）と接触する錘部９０２ａ（９０２ａ−１〜９０２ａ−１２）が、固定電極９０３（９０３−１〜９０３−１２）と対向して各々配置される。図示したように、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）は、１２個配置され、Ｘ軸の正の方向及び負の方向、並びにＹ軸の正の方向及び負の方向の外力の大きさを検出するように、４つの検出方向毎に、それぞれ長さの異なる可動電極９０２が３つずつ配置されてもよい。検出方向が同じ方向である３つの可動電極９０２は、それぞれ同一の固定部９０１に連結される。例えば、Ｘ軸の正の方向の外力の大きさを検出する３つの可動電極９０２−１〜９０２−３は、各々の一端が固定部９０１−１に連結される。
【０１３０】
可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）のうち、可動電極９０２−１〜９０２−３は、固定部９０１−１からＹ軸の正の方向にそれぞれ離隔して延び、長さの関係は、可動電極９０２−１がもっとも長く、可動電極９０２−３がもっとも短い。また、可動電極９０２−１〜９０２−３の錘部９０２ａ−１〜９０２ａ−３は、それぞれＸ軸の正の方向に延び、Ｘ軸の正の方向の外力が印加されると、各々が外力の大きさに応じて対向する固定電極９０３−１〜９０３−３に接触するように配置される。このように、可動電極９０２−１〜９０２−３は、Ｘ軸の正の方向の外力を検出するように配置され、それぞれ長さが異なることから、同じ方向の外力について、異なる大きさの外力を検出することができる。
【０１３１】
また、可動電極９０２−４〜９０２−６は、固定部９０１−２からＸ軸の正の方向にそれぞれ離隔して延び、長さの関係は、可動電極９０２−４〜９０２−６のうち、可動電極９０２−４がもっとも長く、可動電極９０２−６がもっとも短い。また、可動電極９０２−４〜９０２−６の錘部９０２ａ−４〜９０２ａ−６は、それぞれＹ軸の負の方向に延び、Ｙ軸の負の方向の外力が印加されると、各々が外力の大きさに応じて対向する固定電極９０３−４〜９０３−６に接触するように配置される。また、可動電極９０２−７〜９０２−９は、固定部９０１−３からＹ軸の負の方向にそれぞれ離隔して延び、長さの関係は、可動電極９０２−７〜９０２−９のうち、可動電極９０２−７がもっとも長く、可動電極９０２−９がもっとも短い。また、可動電極９０２−７〜９０２−９の錘部９０２ａ−７〜９０２ａ−９は、それぞれＸ軸の負の方向に延び、Ｘ軸の負の方向の外力が印加されると、各々が外力の大きさに応じて対向する固定電極９０３−７〜９０３−９に接触するように配置される。また、可動電極９０２−１０〜９０２−１２は、固定部９０１−４からＸ軸の負の方向にそれぞれ離隔して延び、長さの関係は、可動電極９０２−１０〜９０２−１２のうち、可動電極９０２−１０がもっとも長く、可動電極９０２−１２がもっとも短い。また、可動電極９０２−１０〜９０２−１２の錘部９０２ａ−１０〜９０２ａ−１２は、それぞれＹ軸の正の方向に延び、Ｙ軸の正の方向の外力が印加されると、各々が外力の大きさに応じて対向する固定電極９０３−１０〜９０３−１２に接触するように配置される。
【０１３２】
なお、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）は、それぞれが検出する外力の方向とは反対の方向に配置された半導体基板９０４の一部又は隣り合う他の可動電極９０２と、互いに接触しないように配置される。例えば、可動電極９０２−１、９０２−４、９０２−７、９０２−１０は、半導体基板９０４の一部と６μｍ程度離隔して配置され、可動電極９０２−２、９０２−３、９０２−５、９０２−６、９０２−８、９０２−９、９０２−１１、９０２−１２は、隣り合う他の可動電極９０２と６μｍ程度離隔して配置される。このように、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）が、外力の印加に応じて、検出する外力の方向以外にたわんだ場合にも、隣接する半導体基板９０４の一部又は他の可動電極９０２と接触しないように、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）は形成するものとする。
【０１３３】
以上のように、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）は、４つの検出方向毎に３つの可動電極９０２を配置することにより、それぞれの方向について３つの異なる外力の大きさを検出することができる。従って、実施例２に係る可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）によれば、１２パターンの異なる外力の大きさ及び方向を検出することが可能となる。このように、検出方向毎に配置する長さの異なる可動電極９０２の数を増やすことにより、また、外力の検出方向を可動電極９０２の配置位置を変化させて増やすことにより、検出する外力の大きさ及び方向の種類を増やすことができる。
【０１３４】
なお、図２８に図示したように、固定部９０１（９０１−１〜９−１−４）は、半導体基板９０４の４隅に配置し、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）は、固定部９０１（９０１−１〜９−１−４）から半導体基板９０４の４辺に沿って延びるように配置し、固定電極９０３（９０３−１〜９０３−１２）は、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）の配置位置よりも内側に配置し、錘部９０２ａ−７〜９０２ａ−９と対向させて配置してもよい。このように固定部９０１（９０１−１〜９−１−４）、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）、及び固定電極９０３（９０３−１〜９０３−１２）を配置することにより、半導体基板９０４の面積を有効に利用することができるため、力学量センサ９００のチップサイズを縮小させることができる。
【０１３５】
次に、図２９及び図３０を参照して、本発明の実施例２に係る力学量センサ９００の第１及び第２ガラス基板９０５、９０６の概略構造について説明する。図２９は、図２８に図示した半導体基板９０４のＺ軸の正の方向に接合された第１ガラス基板９０５を示す。図３０は、図２８に図示した半導体基板９０４のＺ軸の負の方向に接合された第２ガラス基板９０６を示す。
【０１３６】
図２９に図示したように、第１ガラス基板９０５上には、図２８に図示した固定部９０１（９０１−１〜９−１−４）、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）、及び固定電極９０３（９０３−１〜９０３−１２）の形成位置に対応して、第１配線用端子９０１ａ（９０１ａ−１〜９０１ａ−４）、第１配線パターン９０１ｂ（９０１ｂ−１〜９０１ｂ−４）、第２配線用端子９０３ａ（９０３ａ−１〜９０３ａ−１２）、及び第２配線パターン９０３ｂ（９０３ｂ−１〜９０３ｂ−１２）が形成される。第１配線用端子９０１ａ（９０１ａ−１〜９０１ａ−４）は、後述する製造工程により第１ガラス基板９０５に形成された貫通孔を通じて、Ｚ軸の負の方向に配置された半導体基板９０４上の固定部９０１（９０１−１〜９０１−４）にそれぞれ接続される。第２配線用端子９０３ａ（９０３ａ−１〜９０３ａ−１２）は、後述する製造工程により第１ガラス基板９０５に形成された貫通孔を通じて、Ｚ軸の負の方向に配置された半導体基板９０４上の固定電極９０３（９０３−１〜９０３−１２）にそれぞれ接続される。第１配線パターン９０１ｂ（９０１ｂ−１〜９０１ｂ−４）及び第２配線パターン９０３ｂ（９０３ｂ−１〜９０３ｂ−１２）は、それぞれ、第１配線用端子９０１ａ（９０１ａ−１〜９０１ａ−４）及び第２配線用端子９０３ａ（９０３ａ−１〜９０３ａ−１２）に接続される。なお、第１配線用端子９０１ａ（９０１ａ−１〜９０１ａ−４）及び第１配線パターン９０１ｂ（９０１ｂ−１〜９０１ｂ−４）は、固定部９０１と外部回路とを電気的に接続するための構成であり、第２配線用端子９０３ａ（９０３ａ−１〜９０３ａ−１２）及び第２配線パターン９０３ｂ（９０３ｂ−１〜９０３ｂ−１２）は、固定電極９０３と外部回路とを電気的に接続するための構成である。
【０１３７】
また、図３０に図示したように、第２ガラス基板９０６上には、凹部９０６ａ−１〜９０６ａ−４が形成される。凹部９０６ａ−１〜９０６ａ−４は、Ｚ軸の正の方向に配置された半導体基板９０４の可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）の形成位置に合わせて、第２ガラス基板９０６上に形成される。凹部９０６ａ−１〜９０６ａ−４は、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）がＺ軸の負の方向にたわんだとしても、第２ガラス基板９０６と接触しないように、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）の幅及びたわみ量を考慮して、後述の製造工程により形成される。
【０１３８】
以下、図３１及び図３２を参照して、本発明の実施例２に係る力学量センサ９００の製造方法について説明する。なお、図３１及び図３２は、実施例２に係る力学量センサ９００の製造方法の一例を示す図であり、図２８乃至図３０に示した力学量センサ９００の構成と直接対応するものではない。
【０１３９】
図３１は、本発明の実施例２に係る力学量センサ９００の製造工程を説明するための図であり、（ａ）は、加工前の半導体基板と第１ガラス基板とを陽極接合する工程を示す断面図であり、（ｂ）は、半導体基板を研磨する工程を示す断面図であり、（ｃ）は、半導体基板に凹部を形成する工程を示す断面図であり、（ｄ）は、半導体基板に固定部、可動電極、及び固定電極を形成する工程を示す断面図であり、（ｅ）は、第２ガラス基板を示す断面図であり、（ｆ）は、第２ガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図である。図３２は、本発明の実施例２に係る力学量センサ９００の製造工程を説明するための図であり、（ｇ）は、図３１の（ｄ）に示した第１ガラス基板及び半導体基板と、図３１の（ｆ）に示した第２ガラス基板とを陽極接合する工程を示す断面図であり、（ｈ）は、（ｇ）に示した構成を反転させた断面図であり、（ｉ）は、（ｈ）に示した第１ガラス基板に凹部を形成する工程を示す断面図であり、（ｊ）は、第１ガラス基板に配線用端子を形成する途中の工程を示す断面図であり、（ｋ）は、第１ガラス基板に配線用端子を形成した工程を示す断面図である。
【０１４０】
図３１（ａ）に図示したように、まず、半導体基板９０４と、第１ガラス基板９０５とを陽極接合により接合する。このとき、半導体基板９０４は、抵抗率が０．０２Ω・ｃｍ以下で、Ｚ軸の正の方向の厚みが６２５μｍの、低抵抗Ｓｉベアウエハ基板であってもよい。また、第１ガラス基板は、Ｚ軸の正の方向の厚みが５００μｍの、例えばテンパックスガラスであってもよい。
【０１４１】
次に、図３１（ｂ）に図示したように、第１ガラス基板９０５と接合された半導体基板９０４の上面を研磨し、半導体基板９０４のＺ軸の正の方向の厚みを薄くする。半導体基板９０４の厚みは、可動電極９０２と同じ厚みとする。例えば、半導体基板９０４の厚みを３０μｍにしてもよい。
【０１４２】
次に、図３１（ｃ）に図示したように、固定部９０１、可動電極９０２、及び固定電極９０３を加工するためのマスク（図示せず）を形成し、該マスクを介して半導体基板９０４をエッチングすることにより、固定部９０１、可動電極９０２、及び固定電極９０３が形成される位置を除いた凹部９０４ａを形成する。エッチング方法として、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いることができる。このように半導体基板９０４をエッチングすることにより、図２８に図示した固定部９０１（９０１−１〜９−１−４）、可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）、及び固定電極９０３（９０３−１〜９０３−１２）を形成することができる。
【０１４３】
次に、図３１（ｄ）に図示したように、第１ガラス基板９０５をエッチングして、凹部９０５ａを形成する。凹部９０５ａは、エッチング方法として、ＨＦ希釈（例えば、５０％ＨＦを１０％に希釈する）をエッチング液として用いるウェットエッチングにより、３０μｍ程度の深さに第１ガラス基板９０５をエッチングして形成されてもよい。凹部９０５ａを形成することにより、可動電極９０２の端部がＺ軸方向に変位した場合にも、第１ガラス基板９０５と接触しないようにすることができる。
【０１４４】
次に、図３１（ｅ）に図示したように、第２ガラス基板９０６を準備する。第２ガラス基板は、厚みが５００μｍのテンパックスガラスであってもよい。図３１（ｆ）に図示したように、第２ガラス基板９０６をエッチングして、凹部９０６ａを形成する。凹部９０６ａの深さは例えば３０μｍであってもよい。エッチング方法としては、ＨＦ希釈（例えば、５０％ＨＦを１０％に希釈する）をエッチング液として用いるウェットエッチングであってもよい。なお、図３０に図示したように、凹部９０６ａは、後述する製造工程において接合される半導体基板９０４に形成された可動電極９０２の形成位置に合わせて形成されてもよい。凹部９０６ａを形成することにより、可動電極９０２の端部がＺ軸方向に変位した場合にも、第２ガラス基板９０６と接触しないようにすることができる。
【０１４５】
次に、図３２（ｇ）に図示したように、図３１（ｄ）に示した半導体基板９０４の固定部９０１、可動電極９０２、及び固定電極９０３が形成された面と、図３１（ｆ）に示した第２ガラス基板９０６の凹部９０６が形成された面とを、陽極接合により接合する。このとき、第２ガラス基板９０６の凹部９０６ａが半導体基板９０４の可動電極９０２と対向するように接合する。
【０１４６】
次に、図３２（ｈ）に図示したように、図３２（ｇ）に図示した構成を反転させて、第１ガラス基板９０５を上面とする。次に、図３２（ｉ）に図示したように、半導体基板９０４の固定部９０１及び固定電極９０３にそれぞれ接続される第１及び第２配線用端子９０１ａ、９０３ａを形成するため、第１及び第２配線用端子９０１ａ、９０３ａの形成位置に所定のマスクが形成された第１ガラス基板９０５に、サンドブラストにより貫通孔９０５ｂを形成する。
【０１４７】
次に、図３２（ｊ）に図示したように、貫通孔９０５ｂの内部及び第２ガラス基板９０５上に、スパッタリング、導電性ペースト充填（スクリーン印刷）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐａｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法あるいは電解めっき法等を用いて導電性を有する導電材９０７を形成する。
【０１４８】
次に、図３２（ｋ）に図示したように、第１及び第２配線用端子９０１ａ、９０３ａ、並びに第１及び第２配線パターン９０１ｂ、９０３ｂを加工するためのマスク（図示せず）を形成し、該マスクを介して導電材９０７をエッチングすることにより、第１及び第２配線用端子９０１ａ、９０３ａ、並びに第１及び第２配線パターン９０１ｂ、９０３ｂを形成する。これらの第１及び第２配線用端子９０１ａ、９０３ａ、並びに第１及び第２配線パターン９０１ｂ、９０３ｂは、力学量センサ９００が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路に接続される。
【０１４９】
以上のように、本発明の実施例２に係る力学量センサ９００は、簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを抑えることができる。また、上述したように、本発明の実施例２に係る力学量センサ９００によれば、チップサイズを縮小させて、所望の外力の方向及び大きさを検出することが可能となる。なお、複数の可動電極９０２（９０２−１〜９０２−１２）のうち、どの可動電極が固定電極９０３（９０３−１〜９０３−１２）に接触したかを時間経過とともに導通の有無で検知することにより、外力の方向及び大きさだけでなく、加速度も検出することができる。
【０１５０】
（処理回路）
以下、本発明の第１乃至第７の実施形態に示した力学量センサ及び複合型力学量センサ１００〜７００により検出される力学量検出信号を処理する処理回路の構成例について、図３３を参照して説明する。
【０１５１】
図３３は、本発明の一実施形態に係る力学量センサにより検出される信号を処理する処理回路１０１０の回路構成を示す図である。処理回路１０１０は、スイッチ回路１００５と検出回路１００４から構成される。この処理回路１０１０では、力学量センサの構成をスイッチ回路１００５として示している。力学量センサは、第１乃至第７の実施形態において説明したように、印加される外力に応じて複数の可動電極が複数の固定電極に対して接触する動作を行うものであるため、複数のスイッチを並列に接続したスイッチ回路１００５として表すことができる。図３３に示すスイッチ回路１００５内の各スイッチは、固定接点１００１及び１００３と可動切片１００２により構成される。固定接点１００１は第１乃至第７の実施形態に示した固定部に対応し、可動切片１００２は第１乃至第７の実施形態に示した可動電極に対応し、固定接点１００３は第１乃至第７の実施形態に示した固定電極に対応する。すなわち、外力が印加されずに可動電極が固定電極に接触していない状態は、各スイッチの可動切片１００２の開状態（以下、ＯＦＦ状態という）に対応し、外力が印加されて可動電極が固定電極に接触した状態は、各スイッチの可動切片１００２の閉状態（以下、ＯＮ状態という）に対応する。
【０１５２】
各スイッチの固定接点１００１は力学量検出回路１００４の入力段に接続され、各スイッチの固定接点１００３は接地される。また、各固定接点１００１と力学量検出回路１００４の入力段とを接続する各ラインは、抵抗器ｒを介して直流電源ＶＣＣ又は交流電源ＶＡＣに接続される。なお、直流電源ＶＣＣの場合、静電引力により、外力の印加が無い状態であっても、可動電極と固定電極とが接触したままとなるスティッキング現象を発生させる可能性があるため、交流電源ＶＡＣとしてもよい。また、直流電源ＶＣＣの場合には、実施例２にて述べたように、可動電極を固定電極と線接触又は点接触するような形状に構成し、接触面の面積を減らしてスティッキング現象を防止してもよい。この回路構成により、各スイッチの可動切片１００２がＯＦＦ状態の場合は、力学量検出回路１００４の入力段には検出信号として“Ｈｉ”信号が入力される。また、各スイッチの可動切片１００２がＯＮ状態の場合は、力学量検出回路１００４の入力段には検出信号として“Ｌｏｗ”信号が入力される。
【０１５３】
検出回路１００４は、スイッチ回路１００５内の各スイッチの開閉動作と同様に、外力の印加の有無に応じて非接触状態又は接触状態となる各可動電極の動作に応じて入力される“Ｈｉ”信号及び“Ｌｏｗ”の状態を認識して、力学量センサに印加された外力の大きさ及び方向を示す力学量検出信号を出力する。
【０１５４】
なお、図示してはいないが、検出回路１００４に出力される検出信号と外力の大きさの値を対応付けて記憶するメモリを用意しておき、このメモリから検出信号に対応する外力の大きさ示す値を出力させるようにしてもよい。
【０１５５】
本発明の実施形態に係る力学量センサ及び複合型力学量センサ１００〜７００によれば、図３３に図示したように、増幅回路等を用いる必要がない。従って、周辺回路を簡易な構成とすることができる。これにより、電子機器に力学量センサ及び複合型力学量センサ１００〜７００を実装するときにスペースができるため、スペースを有効に活用することもできる。また、処理回路１０１０の製造コストを低減することができる。
【０１５６】
上述した本発明の実施の形態に係る力学量センサ及び複合型力学量センサ１００〜７００は、例えば、ＩＣ等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって配線用端子と、電子回路基板もしくはＩＣ等の能動素子とを接続することにより、力学量センサと電子回路とを１つの電子部品として提供することができる。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機等に搭載されて市場に流通することが可能である。
【０１５７】
（第８の実施形態）
＜力学量センサの構造＞
次に、本発明の第８の実施形態に係る力学量センサ１１００の構造について、図３４乃至図３７を参照して説明する。図３４及び図３５は、本発明の第８の実施形態に係る力学量センサ１１００の概略構造を示した平面図である。図３６及び図３７は、本発明の第８の実施形態に係る力学量センサ１１００の動作を説明するための図である。
【０１５８】
図３４に図示したように、力学量センサ１１００は、半導体基板１１０４上に、固定部１１０１−１、１１０１−２と、固定部１１０１−１から図３４に示したＸ軸方向に延びる可動電極１１０２−１と、固定部１１０１−２から可動電極１１０２−１の延びる方向とは異なる方向に延びる可動電極１１０２−２と、可動電極１１０２−１、１１０２−２の端部からそれぞれ所定の距離ｄ１、ｄ２だけ離隔して配置される固定電極１１０３−１、１１０３−２と、を含む。可動電極１１０２−１、１１０２−２の端部は、印加される外力に応じて撓み、可動電極１１０２−１、１１０２−２と固定電極１１０３−１、１１０３−２との間の距離ｄ１、ｄ２がそれぞれ変化する。なお、図３４は、力学量センサ１１００に外力が印加されていない状態を示しており、可動電極１１０２−１、１１０２−２は、可動電極１１０２−１と固定部１１０１−１の端部とが成す角度θ１と、可動電極１１０２−２と固定部１１０１−２の端部とが成す角度θ２とが異なるようにそれぞれ配置される。
【０１５９】
図３４に示す力学量センサ１１００の静止状態において、可動電極１１０２−１、１１０２−２の各端部と、固定電極１１０３−１、１１０３−２との間には、その距離ｄ１、ｄ２に比例した容量値のキャパシタンスｃ１、ｃ２が形成される。なお、力学量センサ１１００において、可動電極１１０２−１、１１０２−２と、固定電極１１０３−１、１１０３−２とは外力の印加時にそれぞれ接触しない距離に配置するものとする。
【０１６０】
また、図３５に図示したように、半導体基板１１０４と接合されるガラス基板１１０５上には、固定部１１０１−１、１１０１−２に対応した位置にそれぞれ第１端子１１０１ａ−１、１１０１ａ−２が形成され、固定電極１１０３−１、１１０３−２に対応した位置にそれぞれ第２端子１１０３ａ−１、１１０３ａ−２が形成される。力学量センサ１１００は、半導体基板１１０４とガラス基板１１０５とを、固定部１１０１−１、１１０１−２と第１端子１１０１ａ−１、１１０１ａ−２とがそれぞれ接続され、固定電極１１０３−１、１１０３−２と第２端子１１０３ａ−１、１１０３ａ−２とがそれぞれ接続されるように接合することにより形成される。これらの第１端子１１０１ａ−１、１１０１ａ−２と第２端子１１０３ａ−１、１１０３ａ−２とは、力学量センサ１１００が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する回路（図示せず）に接続される。なお、力学量センサ１１００は、第１の実施形態に係る力学量センサ１００と同様の製造方法により、製造することができる。従って、以下、力学量センサ１１００の構成について、力学量センサ１００と同様の構成については、詳細な説明を省略する。
【０１６１】
以下、図３４乃至図３７を参照して、力学量センサ１１００の動作について説明する。図示したように、可動電極１１０２−１、１１０２−２は、固定部１１０１−１、１１０１−２からそれぞれ異なる方向に向かって延び、可動電極１１０２−１、１１０２−２の端部は印加された外力の方向に応じてそれぞれ異なる方向に変位する。ここで、可動電極１１０２−１の端部と対向する固定電極１１０３−１との間の距離ｄ１と、可動電極１１０２−２の端部と対向する固定電極１１０３−２との間の距離ｄ２とは、力学量センサ１１００に印加される外力の方向や大きさに応じてそれぞれ変化する。なお、可動電極１１０２−１、１１０２−２の端部と固定電極１１０３−１、１１０３−２との間の距離ｄ１、ｄ２は、それぞれ印加される外力がない場合には同じ距離であってもよい。また、可動電極１１０２−１、１１０２−２の長さｌ１、ｌ２がそれぞれ同じ長さであってもよく、それぞれの厚み等の寸法が同じであってもよい。本実施形態においては、説明の便宜上、可動電極１１０２−１、１１０２−２の長さｌ１、ｌ２は、それぞれ同一とし、且つ、可動電極１１０２−１と固定部１１０１−１の端部とが成す角度θ１＝９０°、即ち、可動電極１１０２−１を、Ｘ軸と平行に配置するものとする。なお、本発明の第８の実施形態に係る力学量センサ１１００の構成は、これらのｌ１、ｌ２、θ１に限定されるわけではない。
【０１６２】
図３６に図示したように、力学量センサ１１００に、例えば、Ｙ軸方向の正から負（Ｙ軸方向に図中の左から右）に向かって外力Ｆ１が印加された場合を考える。外力Ｆ１が印加されると、可動電極１１０２−１及び可動電極１１０２−２は、それぞれ、延伸方向と垂直な方向に向かって変位する。よって、可動電極１１０２−１に対しては垂直方向に外力Ｆ１が印加される一方、可動電極１１０２−２に対しては外力Ｆ１Ｓｉｎθ２が印加される。このとき、図３７に図示したように、可動電極１１０２−１の端部が可動電極１１０２−２の端部よりも大きく変位し、距離ｄ１は距離ｄ１´に変化し、距離ｄ２は距離ｄ２´に変化する。このように、可動電極１１０２−１と可動電極１１０２−２とが異なる方向に配置されていれば、図３６に図示したように、力学量センサ１１００に同一の外力Ｆ１が印加された場合でも、可動電極１１０２−１と可動電極１１０２−２とでたわみ量が異なり、距離ｄ１と距離ｄ２はそれぞれ異なる距離ｄ１´、ｄ２´に変化する。
【０１６３】
図３７に図示したように、力学量センサ１１００に外力Ｆ１が印加され、可動電極１１０２−１、１１０２−２の端部と固定電極１１０３−１、１１０３−２との間の距離がそれぞれ距離ｄ１´、ｄ２´に変化すると、可動電極１１０２−１の端部と対向する固定電極１１０３−１との間においてキャパシタンス（静電容量）ｃ１が変化し、可動電極１１０２−２の端部と対向する固定電極１１０３−２との間においてキャパシタンスｃ２が変化する。キャパシタンスｃ１とキャパシタンスｃ２の大きさは、それぞれ距離ｄ１と距離ｄ２の変化に応じて可変する。すなわち、キャパシタンスｃ１の容量値は、距離ｄ１の変化に比例して変化し、キャパシタンスｃ２の容量値は、距離ｄ２の変化に比例して変化する。このときのキャパシタンスｃ１及びキャパシタンスｃ２の容量値の変化は、第１端子１１０１ａ−１、１１０１ａ−２及び第２端子１１０３ａ−１、１１０３ａ−２に接続された外部回路等（図示せず）により検出することができるため、検出されたキャパシタンスｃ１及びキャパシタンスｃ２の出力差を信号処理して、所定の演算処理装置等（図示せず）により演算することにより、印加された外力の方向及び大きさを判断することが可能となる。
【０１６４】
なお、力学量センサ１１００は、従来の静電容量型センサと比べ、出力を検出する外部回路の構成を簡易なものとすることができる。従来の静電容量型センサは、様々な方向から印加される外力に応じて可動電極が変位し、検出対象としない外力が印加された場合にも微小な物理量の変化が生じてしまうため、補正回路等を用いて出力を補正する必要がある。一方、本発明の第８の実施形態に係る力学量センサ１１００は、検出対象とする一つの軸方向の外力が印加された場合にのみ、可動電極１１０２−１、１１０２−２が変位するように構成することができる。例えば、可動電極１１０２−１、１１０２−２の長さや厚み、材料、配置方向等を、検出対象以外の軸方向の外力が印加された場合には、可動電極１１０２−１、１１０２−２の変位が生じないように設計することができ、検出対象とする軸方向の外力のみを検出するように構成することができる。また、力学量センサ１１００は、可動電極１１０２−１、１１０２−２の端部と固定電極１１０３−１、１１０３−２との間に生じるキャパシタンスｃ１及びキャパシタンスｃ２の容量値について、所定の閾値を越えた場合にのみ、外部回路によって検出するように構成することによっても、誤検出を減らして検出精度を高めることができる。従って、力学量センサ１１００は、単軸方向の外力を検出するように構成することにより、検出対象以外の外力の影響を考慮せずに済むように形成することができるため、従来の静電容量型のセンサと比べて、補正回路等を必要とせず、外部回路の構成を簡易なものとすることができる。
【０１６５】
なお、図３４乃至図３７に図示した力学量センサ１１００は、このようなキャパシタンスｃ１、ｃ２を検出することのできる構成を示した一例である。力学量センサ１１００は図示した形状に限定されず、可動電極１１０２−１、１１０２−２の端部と固定電極１１０３−１、１１０３−２との間の距離ｄ１、ｄ２は、それぞれ印加される外力がない場合に異なる距離であってもよい。また、可動電極１１０２−１、１１０２−２の長さや厚み等の寸法がそれぞれ異なるものであってもよい。このとき、可動電極１１０２−１と可動電極１１０２−２とが異なる方向に配置されていれば、図３６に図示したように、力学量センサ１１００に同一の外力Ｆ１が印加された場合でも、可動電極１１０２−１と可動電極１１０２−２とでたわみ量が異なり、距離ｄ１と距離ｄ２はそれぞれ異なる距離ｄ１´、ｄ２´に変化する。このときのキャパシタンスｃ１、ｃ２の差を、上述したような信号処理を行い演算することにより、印加された外力の方向及び大きさを判断することができる。
【０１６６】
従って、第８の実施形態に係る力学量センサ１１００は、異なる方向に配置された複数の可動電極１１０２−１、１１０２−２が印加される外力に応じてたわみ量がそれぞれ異なるように構成され、且つ、複数の可動電極１１０２−１、１１０２−２と固定電極１１０３−１、１１０３−２との間にそれぞれ発生する容量値の変化を、キャパシタンスｃ１、ｃ２の出力差として検出することができるように構成されれば、図示した形状に限定されない。なお、可動電極１１０２−１、１１０２−２、固定部１１０１−１、１１０１−２、及び固定電極１１０３−１、１１０３−２が図示したように二つずつ半導体基板１１０４上に配置される構成にも限定されず、印加される外力に応じて複数の可動電極と各々に対応する固定電極との間に発生する容量値の変化をそれぞれ比較可能な構成とすれば、二つ以上の複数の可動電極が配置される構成であってもよい。
【０１６７】
また、図３４に図示した力学量センサ１１００は、可動電極１１０２−１がＸ軸方向に延長されて配置される構成を示しているが、可動電極１１０２−１はＹ軸方向に延長されて配置されてもよく、これにより、Ｘ軸方向の外力の大きさを検出するように構成してもよい。さらに、Ｚ軸方向の外力の大きさを検出する場合には、第３の実施形態に係る力学量センサ３００と同様に、ガラス基板１１０５上に固定電極１１０３−１、１１０３−２を配置して、半導体基板１１０４上の可動電極１１０２−１、１１０２−２と、固定電極１１０３−１、１１０３−２との間のキャパシタンスｃ１、ｃ２を検出するように構成してもよい。また、同一基板上に、Ｘ軸方向の外力の方向及び大きさを検知する力学量センサ１１００、Ｙ軸方向の外力の方向及び大きさを検知する力学量センサ１１００、Ｚ軸方向の外力の方向及び大きさを検知する力学量センサ１１００を配置し、複合型力学量センサを構成してもよい。なお、検出される外力の方向は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸方向に限定されず、可動電極１１０２−１、１１０２−２の配置方向、長さ、厚み等をそれぞれ調整することにより、複数の外力の方向及び大きさを検知することができるように形成することができる。従って、力学量センサ１１００によれば、検出する外力の方向及び大きさのバリエーションを増やすことが可能となる。
【０１６８】
このように、本発明の第８の実施形態に係る力学量センサ１１００によれば、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に限らず、様々な外力の方向及び大きさを検出することができる。また、力学量センサ１１００は、上述した力学量センサ１００と同様の簡易な製造方法により製造することができ、従来の静電容量型のセンサと比較して、外部回路を簡易な構成とすることができるため、製造コストを抑えることができる。
【０１６９】
なお、第８の実施形態に係る力学量センサ１１００は、第１乃至第７の実施形態に係る力学量センサ及び複合型力学量センサ１００〜７００と同様に、例えば、ＩＣ等の能動素子を搭載する回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の周知の方法および材料によって配線用端子と、電子回路基板もしくはＩＣ等の能動素子とを接続することにより、力学量センサと電子回路とを１つの電子部品として提供することができる。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機等に搭載されて市場に流通することが可能である。この電子部品は、例えば、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機等に搭載されて市場に流通することが可能である。以下に、第９の実施形態として説明する。
【０１７０】
（第９の実施形態）
第９の実施形態では、上述した第１乃至第８の実施形態に示した力学量センサ及び複合型力学量センサ１００〜１１００のうちの何れか一つを力学量センサ１２００として搭載する電子回路基板１２１０と、この電子回路基板１２１０を搭載する電子機器１３００の例を説明する。
【０１７１】
図３８は、力学量センサ１２００を搭載した電子回路基板１２１０の構成例を示す斜視図である。図３８において、回路基板１２０１上に、第１乃至第８の実施形態に示した加速度センサ及び複合型力学量センサ１００〜１１００のうちの何れか一つに対応する力学量センサ１２００と、ＩＣチップ１２０２と、が搭載され、電子回路基板１２１０を構成している。この電子回路基板１２１０を搭載した電子機器として携帯型情報端末１３００の構成例を図３９に示す。
【０１７２】
図３９は、携帯型情報端末１３００の構成例を示す斜視図である。図３９において、携帯型情報端末１３００は、ディスプレイ部１３０１と、キーボード部１３０２と、から構成される。電子回路基板１２１０は、キーボード部１３０２の内部に実装されている。携帯型情報端末１３００は、その内部に各種プログラムを記憶し、各種プログラムにより通信処理や情報処理等を実行する機能を有する。この携帯型情報端末１３００では、電子回路基板１２１０の力学量センサ１２００により検出される加速度をアプリケーションプログラムで利用することにより、例えば、落下時の加速度を検出して電源をオフさせる等の機能を付加することが可能になる。
【０１７３】
上記のように電子回路基板１２１０を携帯型情報端末１３００に実装することにより、新たな機能を実現することができ、携帯型情報端末１３００の利便性や信頼性を向上させることが可能になる。なお、電子回路基板１２１０を実装する電子機器は、上述の携帯型情報端末１３００に限定するものではなく、例えば、ディスプレイ、プロジェクタ、スキャナ等にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１７４】
力学量センサ…１００、固定部…１０１Ｒ１〜Ｒ３，１０１Ｌ１〜Ｌ３、可動電極…１０２（Ｒ１〜Ｒ３，Ｌ１〜Ｌ３）、固定電極…１０３、半導体基板・・・１０４
【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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