(57)【要約】【課題】  検出軸以外の方向に生じる加速度によって物理量センサーの検出感度が低下することを抑制する。【解決手段】  物理量センサーは、第１揺動体３００ａと第２揺動体３００ｂとを有し、各揺動体３００ａ，３００ｂは、第１支持部４０ａと第２支持部４０ｂとによって基板に支持され、かつ、第１揺動体３００ａは、平面視で第１軸（支持軸）Ｑ１によって第１の領域ＰＴ１と第２の領域ＰＴ２とに区画され、第２揺動体３００ｂは、平面視で第２軸（支持軸）Ｑ２によって第３の領域ＰＴ１と第４の領域ＰＴ２とに区画され、第２の領域ＰＴ２の質量は第１の領域の質量よりも重く、第４の領域の質量は第３の領域よりも重く、第１の領域と第２の領域の並び方向と第３の領域と第４の領域の並び方向とは互いに同じであり、かつ、重力を受けた状態において第１揺動体３００ａおよび第２揺動体３００ｂは互いに反対向きに傾斜している。【選択図】  図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、
前記ベース上に空隙を介して配置された基板と、を有し、
前記基板は開口部を有し、前記開口部に第１揺動体と第２揺動体とが配置され、
前記第１揺動体は、第１支持部と第２支持部と第１可動電極とを含み、第１軸上に配置された前記第１支持部と前記第２支持部とによって前記基板に支持され、且つ、平面視で前記第１軸によって第１の領域と第２の領域とに区画され、各々の領域に前記第１可動電極が形成され、
前記第２揺動体は、第３支持部と第４支持部と第２可動電極とを含み、第２軸上に配置された前記第３支持部と前記第４支持部とによって前記基板に支持され、且つ、平面視で前記第２軸によって第３の領域と第４の領域とに区画され、各々の領域に前記第２可動電極が形成され、
前記ベースには、前記第１可動電極と前記第２可動電極とに対向して固定電極が形成され、
前記第２の領域の質量は前記第１の領域の質量よりも重く、前記第４の領域の質量は前記第３の領域よりも重く、
前記第１の領域と前記第２の領域の並び方向と前記第３の領域と前記第４の領域の並び方向とは互いに同じであり、且つ、重力を受けた状態において前記第１揺動体および前記第２揺動体は互いに反対向きに傾斜した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であって、
前記第１軸および前記第２軸の少なくとも一方は、前記第１揺動体または前記第２揺動体の中心を通る線と平行であることを特徴とする物理量センサー。
【請求項３】
請求項１または２に記載の物理量センサーであって、
前記第１の領域および前記第２の領域の少なくとも一方、または、前記第３の領域および前記第４の領域の少なくとも一方には、質量部が形成されたことを特徴とする物理量センサー。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の物理量センサーであって、
前記第２揺動体は、平面視で、前記第１の領域と前記第２の領域の並び方向に直交する軸に対し前記第１揺動体を反転させた形状であることを特徴とする物理量センサー。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の物理量センサーであって、
前記ベースは、平面視で、前記第１の領域に対向する第５の領域と、前記第２の領域に対向する第６の領域と、前記第３の領域に対向する第７の領域と、前記第４の領域に対向する第８の領域と、を有し、
前記固定電極は、前記第５〜８の領域の各々に形成されたことを特徴とする物理量センサー。
【請求項６】
請求項５に記載の物理量センサーであって、
前記第１可動電極は、前記第１の領域と前記第２の領域とに跨って共通に形成されたことを特徴とする物理量センサー。
【請求項７】
請求項５または６に記載の物理量センサーであって、
前記第２可動電極は、前記第３の領域と前記第４の領域とに跨って共通に形成されたことを特徴とする物理量センサー。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の物理量センサーであって、
前記第１〜第４の支持部は、トーションバネを用いて形成されたことを特徴とする物理量センサー。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の物理量センサーであって、
前記第１揺動体および前記第２揺動体の少なくとも一方は、開口部を有し、
前記開口部に配置された可動錘部と、
前記可動錘部と前記第１揺動体または前記第２揺動体とを連結する連結部と、
前記第１揺動体または前記第２揺動体から前記可動錘部に向けて突出して形成された第１腕状電極部と、
前記可動錘部から前記第１揺動体または前記第２揺動体に向けて突出して形成されると共に、前記第１腕状電極部に対向する第２腕状電極部と、を有することを特徴とする物理量センサー。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の物理量センサーであって、
検出信号に基づいて信号処理を実行する信号処理回路と、を有し、
前記検出信号は、前記第１の領域の前記第１可動電極と前記固定電極との間の変位に基づいて変動する第１検出信号と、前記第２の領域の前記第１可動電極と前記固定電極との間の変位に基づいて変動する第２検出信号と、前記第３の領域の前記第２可動電極と前記固定電極との間の変位に基づいて変動する第３検出信号と、前記第４の領域の前記第２可動電極と前記固定電極との間の変位に基づいて変動する第４検出信号とを含み、
前記信号処理回路は、
前記第１検出信号と前記第２検出信号との差を示す第１差動信号を生成し、
前記第３検出信号と前記第４検出信号との差を示す第２差動信号を生成し、
前記第１差動信号と前記第２差動信号を加算して得られる信号に基づいて加速度検出信号を生成することを特徴とする物理量センサー。
【請求項１１】
ベースと、
前記ベース上に空隙を介して配置された基板と、を有し、
前記基板は開口部を有し、前記開口部に揺動体が配置され、
前記揺動体は、第１支持部と第２支持部とを含み、第１軸上に配置された前記第１支持部と前記第２支持部とによって前記基板に支持され、且つ、平面視で前記第１軸によって第１の領域と第２の領域とに区画され、各々の領域に可動電極が形成され、
前記ベースには、前記可動電極に対向して固定電極が形成され、
前記第１の領域および前記第２の領域の少なくとも一方には、質量部が形成されていることを特徴とする物理量センサー。
【請求項１２】
請求項１１に記載の物理量センサーであって、
前記第１軸は、前記揺動体の中心を通る線と平行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ないし１２のいずれか一項に記載の物理量センサーを有することを特徴とする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、例えば、ＭＥＭＳセンサー（Micro Electro Mechanical System Sensor：マイクロエレクトロメカニカルシステムセンサー）等の物理量センサーおよび電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小電気機械システム）技術を使用して、小型で高感度の物理量センサーを実現する技術が注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、振り子式容量性加速度計が開示されている。特許文献１の振り子式容量性加速度計は、基板と、検知プレートと、基板上で検知プレートを支持する中心アンカー部と、検知プレートに設けられた電極と、基板上に設けられる電極とを有する。検知プレートは、中心アンカー部に対して左側に設けられる、中空部を持たないプルーフマス（慣性質量と、中空部を有するプルーフマスと、を有する。加速度によって各プルーフマスに回転モーメントが加わると、検知プレートは、中心アンカー部（ヒンジ軸）を中心としてシーソー動作を行う。検知プレートのシーソー動作に対応して静電容量の容量値が変化し、差動容量性出力信号が、振り子式容量性加速度計から出力される。
【０００４】
また、特許文献２には、シリコン基板上に、非対称に配置された回転軸線によって支持された揺動体を形成し、Ｚ方向の加速度を受けたときに揺動体の傾きが一方に偏ること（シーソー揺動）を利用して、容量を差動検出し、Ｚ軸方向の加速度を検出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】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１０９４９４号公報
【特許文献２】特開平９−１８９７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される振り子式容量性加速度計では、加速度計を保護するパッケージの形成については何ら考慮されていない。
【０００７】
また、特許文献２の加速度センサーでは、Ｚ方向以外のＸ方向やＹ方向に加速度が発生した場合においても、揺動体に揺動が発生してしまい、見かけ上、Ｚ方向の加速度が変化したことになる。このような検出方向とは異なる方向に検出感度をもつことは、物理量センサーの検出精度の低下の原因となり問題となっていた。
【０００８】
本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、パッケージを含めた物理量センサーの組み立て性を向上することができる。また、本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、検出軸以外の方向に生じる加速度によって物理量センサーの検出感度が低下することを抑制することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の物理量センサーの一態様は、ベースと、前記ベース上に空隙を介して配置された基板と、を有し、前記基板は開口部を有し、前記開口部に第１揺動体と第２揺動体とが配置され、前記第１揺動体は、第１支持部と第２支持部と第１可動電極とを含み、第１軸上に配置された前記第１支持部と前記第２支持部とによって前記基板に支持され、且つ、平面視で前記第１軸によって第１の領域と第２の領域とに区画され、各々の領域に前記第１可動電極が形成され、前記第２揺動体は、第３支持部と第４支持部と第２可動電極とを含み、第２軸上に配置された前記第３支持部と前記第４支持部とによって前記基板に支持され、且つ、平面視で前記第２軸によって第３の領域と第４の領域とに区画され、各々の領域に前記第２可動電極が形成され、前記ベースには、前記第１可動電極と前記第２可動電極とに対向して固定電極が形成され、前記第２の領域の質量は前記第１の領域の質量よりも重く、前記第４の領域の質量は前記第３の領域よりも重く、前記第１の領域と前記第２の領域の並び方向と前記第３の領域と前記第４の領域の並び方向とは互いに同じであり、且つ、重力を受けた状態において前記第１揺動体および前記第２揺動体は互いに反対向きに傾斜している。
【００１０】
本態様は、シーソー構造を利用した物理量センサーの検出精度をより向上させるための構成に関係する。例えば重力加速度が作用している状態では、揺動体は、質量の不均衡により回転モーメントが不均衡になり、傾いた状態となっている（重力加速度が加わっているにも関わらず、揺動体が水平状態を保っていたのでは、重力加速度を検出できないからである）。この状態で、揺動体に、揺動体の延在方向（揺動体が水平な状態であるときの延在方向）である第１方向の加速度が作用した場合を想定する。傾いている揺動体に対して第１方向の加速度が作用すると、揺動体には、第１方向の加速度の向きとは逆向きに慣性力が働く（慣性力の大きさは、第１方向の加速度に比例する）。この慣性力は、傾いている揺動体を回転させる力（つまり、傾いている揺動体に垂直に働く力）の成分を有することから、揺動体の傾きが変化する。つまり、実際には第３方向(重力方向)の加速度は変化していないにもかかわらず、第１方向の加速度（検出方向とは異なる方向の加速度）によって、見かけ上、第３方向（重力方向）の加速度が変化したことになる。このような検出方向とは異なる方向に検出感度をもつことは、物理量センサーの検出精度の低下の原因となる。
【００１１】
第１揺動体と第２揺動体は共に第１方向に延在するが、第１揺動体の傾斜の向きと、第２揺動体の傾斜の向きは互いに反対向きであり、かつ、水平面を基準とした回転角の絶対値は同じである。例えば、第１揺動体は時計回りに、水平面を基準として＋θだけ傾いており、一方、第２揺動体は反時計回りに、水平面を基準として−θだけ傾いている。この状態で、第１方向の加速度が加わり、その反対方向に慣性力が働くと、第１揺動体の第１の領域および第２の領域、第２揺動体の第３の領域および第４の領域の各々に、同じ大きさの見かけ上の回転力が生じる。但し、第１揺動体では、例えば質量の重い第１の領域の回転モーメントが優勢であり、一方、第２揺動体では、例えば質量の重い第３の領域の回転モーメントが優勢であることから、見かけ上の回転力による第１揺動体の回転方向と第２揺動体の回転方向とは逆向きになる（一方は、揺動体の傾きがより深くなる方向であり、他方は揺動体の傾きが浅くなる方向である）。
【００１２】
そこで、本態様のようにすることで、検出方向以外の方向に検出感度をもつことによる誤差を、信号処理によってキャンセルすることができる。よって、シーソー構造を利用した物理量センサーの検出精度を、より向上させることができる。
【００１３】
なお、ベースとしては、ＳＯＩ（Silicon on Insulator)基板を使用することができ、また、半導体製造技術によって製造された多層配線構造を有する半導体基板を使用することもできる。また、蓋体としては、ガラス基板やシリコン基板（単層）を使用することができる（シリコン基板の表面に絶縁膜を形成すれば、シリコン基板上に電極を形成することもできる）。また、第１揺動体または第２揺動体は、例えば、支持軸を中心からずらしたり、揺動体の一方側の質量を他方側の質量より重くすることでシーソー揺動させることが可能となる。
【００１４】
（２）本発明の物理量センサーの他の態様では、前記第１軸および前記第２軸の少なくとも一方は、前記第１揺動体または前記第２揺動体の中心を通る線と平行である。
【００１５】
本態様によれば、第１揺動体および第２揺動体の、断面形状における厚みを同じにすることによって、第１揺動体と第２揺動体の製造工程が簡素化されるという利点がある。なお、第１シーソー片と第２シーソー片の平面視における形状の寸法（縦寸法、横寸法等）は、例えば、フォトリソグラフィ用のマスク形状を変更することによって、自由に設定することができる。
【００１６】
（３）本発明の物理量センサーの他の態様では、前記第１の領域および前記第２の領域の少なくとも一方、または、前記第３の領域および前記第４の領域の少なくとも一方には、質量部が形成されている。
【００１７】
本態様によれば、揺動体の一方側の質量を他方側の質量より重くすることでシーソー揺動させることが可能となる。また、質量部を金属膜や絶縁膜等で形成することにより、質量部をレーザー、エッチング等で削ったり、スパッタリング、蒸着等で成膜することにより質量を簡単に増減することができるので、シーソー揺動の微調整が簡易にできる。
【００１８】
（４）本発明の物理量センサーの他の態様では、前記第２揺動体は、平面視で、前記第１の領域と前記第２の領域の並び方向に直交する軸に対し前記第１揺動体を反転させた形状である。
【００１９】
本態様では、第２揺動体は第１揺動体を反転させた構造なので、同一のマスクパターンを用いて第１揺動体および第２揺動体を形成することができ、製造工程を簡素化できる。また、所定方向に加速度を受けたときの第１揺動体と第２揺動体の揺動の度合いが両者等しいので検出感度がより向上する。
【００２０】
（５）本発明の物理量センサーの他の態様では、前記ベースは、平面視で、前記第１の領域に対向する第５の領域と、前記第２の領域に対向する第６の領域と、前記第３の領域に対向する第７の領域と、前記第４の領域に対向する第８の領域と、を有し、前記固定電極は、前記第５〜８の領域の各々に形成された、前記ベースは、平面視で、前記第１の領域に対向する第５の領域と、前記第２の領域に対向する第６の領域と、前記第３の領域に対向する第７の領域と、前記第４の領域に対向する第８の領域と、を有し、前記固定電極は、前記第５〜８の領域の各々に形成される。
【００２１】
本態様では、第１可動電極および第２可動電極に対向するように個別に固定電極を設けることで、差動容量の値を精度よく検出することができる。
【００２２】
（６）本発明の物理量センサーの他の態様では、前記第１可動電極は、前記第１の領域と前記第２の領域とに跨って共通に形成される。
【００２３】
（７）本発明の物理量センサーの他の態様では、前記第２可動電極は、前記第３の領域と前記第４の領域とに跨って共通に形成される。
【００２４】
本態様では、第１可動電極または第２可動電極は、同一電位の共通電極によって構成される。電極の共通化によって、電極に接続される配線の数を減らすことができ、配線パターンを簡素化することができる。例えば、導電性を有する揺動体自体を接地電位の共通電極として使用することができる。この例では、揺動体が電極を兼ねるため、電極を別途、形成する必要がなく、製造工程が簡素化される。また、多層配線構造を有する半導体基板（これらを総称して多層構造体ということができる）によって揺動体を構成し、例えば最上層の層間絶縁層上に、接地電極となる金属膜を形成することもできる。この例では、半導体製造技術（多層配線基板技術）によって可動電極を無理なく形成することができる。
【００２５】
（８）本発明の物理量センサーの他の態様では、前記第１〜第４の支持部は、トーションバネを用いて形成される。
【００２６】
本態様では、第１〜第４の支持部にトーションバネを用いることにより、揺動体がシーソー揺動したときに生じるねじり変形に対し強い復元力を有するので、支持部が破損するのを防止できる。また、トーションバネによりシーソー揺動の振る舞いを大きくすることができるので検出感度を向上させることができる。
【００２７】
（９）本発明の物理量センサーの他の態様では、前記第１揺動体および前記第２揺動体の少なくとも一方は、開口部を有し、前記開口部に配置された可動錘部と、前記可動錘部と前記第１揺動体または前記第２揺動体とを連結する連結部と、前記第１揺動体または前記第２揺動体から前記可動錘部に向けて突出して形成された第１腕状電極部と、前記可動錘部から前記第１揺動体または前記第２揺動体に向けて突出して形成されると共に、前記第１腕状電極部に対向する第２腕状電極部と、を有する。
【００２８】
本態様では、揺動体は、重力方向の変位を検出するための検出プレートとしての役割の他、重力方向以外の方向の変位を検出するための検出プレートとしての役割を果たす。これによって、一つの揺動体を用いて、異なる２つの方向の変位の各々に対応した静電容量の変化を検出することができる。
【００２９】
（１０）本発明の物理量センサーの他の態様は、検出信号に基づいて信号処理を実行する信号処理回路と、を有し、前記検出信号は、前記第１の領域の前記第１可動電極と前記固定電極との間の変位に基づいて変動する第１検出信号と、前記第２の領域の前記第１可動電極と前記固定電極との間の変位に基づいて変動する第２検出信号と、前記第３の領域の前記第２可動電極と前記固定電極との間の変位に基づいて変動する第３検出信号と、前記第４の領域の前記第２可動電極と前記固定電極との間の変位に基づいて変動する第４検出信号とを含み、前記信号処理回路は、前記第１検出信号と前記第２検出信号との差を示す第１差動信号を生成し、前記第３検出信号と前記第４検出信号との差を示す第２差動信号を生成し、前記第１差動信号と前記第２差動信号を加算して得られる信号に基づいて加速度検出信号を生成する。
【００３０】
本態様では、信号処理回路を設け、各揺動体から得られる信号に基づいて、検出誤差を補償するための信号処理を実行して検出誤差を抑制する。
【００３１】
第１揺動体の傾斜の向きと、第２揺動体の傾斜の向きは互いに反対向きであり、かつ、水平面を基準とした回転角の絶対値は同じである。例えば、第１揺動体は時計回りに、水平面を基準として＋θだけ傾いており、一方、第２揺動体は反時計回りに、水平面を基準として−θだけ傾いている。この状態で、重力方向以外の方向の加速度が加わり、その反対方向に慣性力が働くと、第１揺動体の第１の領域および第２の領域、第２揺動体の第３の領域および第４の領域の各々に、同じ大きさの見かけ上の回転力が生じる。但し、第１揺動体では、例えば質量の重い第１の領域の回転モーメントが優勢であり、一方、第２揺動体では、例えば質量の重い第３の領域の回転モーメントが優勢であることから、見かけ上の回転力による第１揺動体の回転方向と第２揺動体の回転方向とは逆向きになる。
【００３２】
ここで、検出信号として、第１揺動体の第１の領域の変位に基づいて変動する第１検出信号と、第１揺動体の第２の領域の変位に基づいて変動する第２検出信号と、第２揺動体の第３の領域の変位に基づいて変動する第３検出信号と、第２揺動体の第４の領域の変位に基づいて変動する第４検出信号と、が出力されるとする。
【００３３】
このとき、第１検出信号に重畳されている見かけ上の回転力による誤差変位に起因する可変容量（静電容量）の容量値の変動分を例えば「＋δＣ」としたとき、第２検出信号に関する容量値の変動分は「−δＣ」となり、同様に、第３検出信号に重畳されている見かけ上の回転力による誤差変位に起因する可変容量（静電容量）の容量値の変動分は「＋δＣ」であり、第４検出信号に関する容量値の変動分は「−δＣ」となる。
【００３４】
信号処理回路において、第１検出信号と第２検出信号との差を示す第１差動信号を生成したとき、第１差動信号に重畳する、見かけ上の回転力による誤差変位に起因する可変容量（静電容量）の容量値の変動分は、「２δＣ（＝＋δＣ−（−δＣ））」となる。また、第４検出信号と第３検出信号との差を示す第２差動信号が生成されたとき、第２差動信号に重畳する、見かけ上の回転力による誤差変位に起因する可変容量（静電容量）の容量値の変動分は、「−２δＣ（＝−δＣ−（＋δＣ））」となる。そして、信号処理回路が、第１差動信号と第２差動信号とを加算すると、第１差動信号に重畳する誤差成分「＋２δＣ」と、第２差動信号に重畳する誤差成分「−２δＣ」とが相殺されて、誤差がキャンセルされる。なお、第１差動信号と第２差動信号とが加算されると、信号振幅が２倍になる。このことが問題となる場合には、第１差動信号と第２差動信号とを加算して得られる信号の振幅を、例えば半分にする信号処理等を適宜、行うこともできる。
【００３５】
すなわち、信号処理回路が、第１検出信号と第２検出信号との差を示す第１差動信号を生成し、また、第３検出信号と第４検出信号との差を示す第２差動信号を生成し、第１差動信号と第２差動信号を加算して得られる信号に基づいて、第１方向の加速度に基づく誤差が抑制された、第３方向の加速度検出信号を生成することが可能である。
【００３６】
このようにし、本態様によれば、検出方向以外の方向に検出感度をもつことによる誤差を、信号処理によってキャンセルすることができる。よって、シーソー構造を利用した物理量センサーの検出精度を、より向上させることができる。
【００３７】
（１１）本発明の物理量センサーの他の態様は、ベースと、前記ベース上に空隙を介して配置された基板と、を有し、前記基板は開口部を有し、前記開口部に揺動体が配置され、前記揺動体は、第１支持部と第２支持部とを含み、第１軸上に配置された前記第１支持部と前記第２支持部とによって前記基板に支持され、且つ、平面視で前記第１軸によって第１の領域と第２の領域とに区画され、各々の領域に可動電極が形成され、前記ベースには、前記可動電極に対向して固定電極が形成され、前記第１の領域および前記第２の領域の少なくとも一方には、質量部が形成されている。
【００３８】
本態様によれば、揺動体の一方側の質量を他方側の質量より重くすることでシーソー揺動させることが可能となる。また、質量部を金属膜や絶縁膜等で形成することにより、質量部をレーザー、エッチング等で削ったり、スパッタリング、蒸着等で成膜することにより質量を簡単に増減することができるので、シーソー揺動の微調整が簡易にできる。
【００３９】
（１２）本発明の物理量センサーの他の態様は、前記第１軸は、前記揺動体の中心を通る線と平行である。
【００４０】
本態様によれば、例えば、揺動体の支持軸をずらして第１の領域が第２の領域よりも広くなった場合、第１の領域に質量部を形成すれば、よりシーソー揺動がより顕著になり、それに伴い容量の検出感度を向上できる。一方、第２の領域に質量部を形成すれば、シーソー揺動を抑制でき、これに伴い揺動体を支持する支持部に過剰なねじれが生じることを抑制でき、支持部が破損するのを防止できる。
【００４１】
（１３）本発明の電子機器の一態様は、上記いずれかの物理量センサーを有する。
【００４２】
上記態様の物理量センサーを用いれば、小型で高性能な電子機器（複数のセンサーを含むセンサーユニットや、そのセンサーユニットを搭載するより上位の電子機器（例えばＦＡ機器等））を実現することができる。
【００４３】
このように、本発明の少なくとも一つの態様によれば、例えば、パッケージを含めた物理量センサーの組み立て性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｆ）は、物理量センサーの構造と動作の一例を示す図
【図２】図２（Ａ），図２（Ｂ）は、封止体の構造の一例を示す図
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、封止体の製造方法の一例を示す図
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、検出回路の構成例を示す図
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、Ｃ／Ｖ変換回路の構成と動作について説明するための図
【図６】２つの異なる方向の加速度を検出することができる物理量センサー（加速度センサー）の構成の一例を示す図
【図７】図７（Ａ），図７（Ｂ）は、図６に示される平面図および長手方向（横方向）の断面図を簡素化して示す図
【図８】第１方向（Ｘ軸方向）、第２方向（Ｙ軸方向）および第３方向（Ｚ軸方向）の各々の容量値の変化を検出することができる、３軸感度をもつ物理量センサーの構成例を示す平面図
【図９】２つの異なる方向の加速度を検出することができる物理量センサー（加速度センサー）の構成の他の例を示す図
【図１０】図６および図７に示される構造の揺動体を２個使用して、異なる３つの方向の加速度を検出可能とした加速度センサーの構成を示す平面図
【図１１】図１１（Ａ）〜図１１（Ｈ）は、シーソー構造を利用した物理量センサーの検出精度を、より向上させるための信号処理方法について説明するための図
【図１２】図１１に示される信号処理方法を採用した物理量センサーの構成の一例を示す図
【図１３】物理量センサー（加速度センサー）の他の例（図１２の構成に、さらに、第１方向（Ｘ軸方向）の加速度を検出するための構成を追加した例）を示す平面図
【図１４】物理量センサーの構造の他の例を示す図
【図１５】図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は、物理量センサーの構造の他の例を示す図
【図１６】電子機器の構成の一例を示す図
【図１７】電子機器の構成の他の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００４６】
（第１実施形態）
図１（Ａ）〜図１（Ｆ）は、物理量センサーの構造と動作の一例を示す図である。物理量センサーは慣性センサーとして使用することができ、具体的には、例えば、鉛直方向（水平面に垂直な方向）の加速度（例えば重力加速度）を測定するための加速度センサー（静電容量型加速度センサー、静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサー）として利用可能である。
【００４７】
図１（Ａ）は、物理量センサー（パッケージを含む）の断面構造を示し、図１（Ｂ）は、加速度等の物理量の検出するための可変容量（静電容量，検出容量，容量素子）の平面視における構造の一例（可動電極として、揺動体を構成するシーソープレート自体を使用する例）を示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に対応する。図１（Ｃ）は、可変容量の平面視における構造の他の例（可動電極として、多層構造体上に形成される導体層を使用する例）を示す平面図である。図１（Ｄ）〜図１（Ｆ）は、揺動体のシーソー動作に伴う可変容量の容量値の変化を示す図である。
【００４８】
図１（Ｃ）の例は変形例であることから、まず、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示される基本例について説明する。
【００４９】
（図１（Ａ），図１（Ｂ）に示される例の構造について）
図１（Ａ）に示されるように、物理量センサー（ここでは、静電容量型加速度センサーであるとする）は、支持体１００および蓋体２００によって構成される封止体２５０と、封止体２５０の内部の空間に設けられる揺動体３００と、揺動体３００を、支持軸Ｑ１を支点としてシーソー揺動可能に両持ち支持する第１支持部４０ａ（図１（Ａ）では不図示、図１（Ｂ），図１（Ｃ）参照）および第２支持部４０ｂと、揺動体３００のシーソー揺動に応じて位置が変化する可動電極（第１可動電極１０９ａ，第２可動電極１０９ｂ）ならびに、ベース１０２上の、可動電極に対向する位置に設けられる固定電極（第１固定電極２０８ａ，第２固定電極２０８ｂ）を有する可変容量（第１可変容量ｃ１，第２可変容量ｃ２）と、を含む。
【００５０】
なお、蓋体２００を設けずに、例えば、揺動体３００が大気に露出している状態で使用する場合もあり得る。気密封止パッケージが必要な場合には、蓋体２００が設けられる。
【００５１】
また、第１支持部４０ａは第１トーションバネ（捻りバネ）として機能し、第２支持部４０ｂは第２トーションバネ（捻りバネ）として機能する。
【００５２】
第１支持部４０ａと第２支持部４０ｂをトーションバネにすることにより、揺動体３００がシーソー揺動することによりバネに生じるねじり変形に対し強い復元力を有し、支持部が破損するのを防止できる。
【００５３】
第１支持部（第１トーションバネ）４０ａおよび第２支持部（第２トーションバネ）４０ｂは、揺動体３００の回転中心となる支持軸Ｑ１の位置を決定する部材である。揺動体３００は、例えば、第１支持部（第１トーションバネ）４０ａおよび第２支持部（第２トーションバネ）４０ｂの各々を介して、支持体１００（例えば支持体１００を構成する基板１０６の枠状の部分）あるいは蓋体２００に固定されることができる。
【００５４】
図１（Ａ）に示されるように、本実施例では、揺動体３００の重心線ＧＬを、重心線ＧＬに平行に所定距離ｄ１だけシフトして得られる線分ＳＬ上に支持軸Ｑ１が設けられる。なお、重心線ＧＬは、揺動体３００の重心Ｇ１を通る鉛直線であり、図１（Ａ）では、太い一点鎖線で示されている。線分ＳＬは太い点線で示されている。図１（Ｂ）に示されるように、第１支持部（第１トーションバネ）４０ａおよび第２支持部（第２トーションバネ）４０ｂは、支持軸Ｑ１に重なっている。第１支持部（第１トーションバネ）４０ａおよび第２支持部（第２トーションバネ）４０ｂの延在方向は、支持軸Ｑ１の延在方向に一致する。
【００５５】
支持体１００として、例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を利用することができる（図１（Ａ）および図１（Ｂ）の例）。また、蓋体２００として、シリコン、ガラス等の基板を利用することができる。なお、図１（Ｃ）に示される変形例では、支持体１００（および蓋体２００）として、ＣＭＯＳＩＣ等の半導体製造技術によって製造される多層構造体を使用している。
【００５６】
図１（Ａ），図１（Ｂ）に示される例では、支持体１００は、ベース１０２（ＳＯＩ基板の下地基板であり、例えばＳｉからなる）と、ベース１０２上の絶縁層１０４（この絶縁層は不要である場合がある）と、絶縁層１０４上に形成される基板１０６と、を有する。この基板１０６は、具体的には、導電性が付与された活性層とすることができる。以下の説明では、活性層１０６と記載する場合がある。
【００５７】
ベース１０２と基板１０６との間には空隙９５が設けられている。また、基板１０６の一部が除去されて開口部９７が設けられており、この開口部９７に、揺動体３００が配置されている。揺動体３００の周囲に開口部９７（ならびに空隙９５）が存在することによって、揺動体３００は、シーソー揺動することができる。
【００５８】
揺動体３００ならびに揺動体３００を両持ち支持する第１支持部４０ａおよび第２支持部４０ｂ（トーションバネ）は、絶縁層１０４が露出するまで活性層１０６（基板１０６）をドライエッチング等でエッチングし、次に絶縁層１０４をＨＦベーパー等で選択的に等方性エッチングすることによって形成される。
【００５９】
第１支持部４０ａおよび第２支持部４０ｂは、例えば、活性層１０６（基板１０６）の周囲の枠状部分（図１では不図示：例えば図６参照）に連結される。したがって、揺動体３００は、支持軸Ｑ１に配置された第１支持部４０ａと第２支持部４０ｂとによって、基板（活性層）１０６（例えば周囲の枠状の部分）に支持される。
【００６０】
揺動体３００は可動電極１０９ａ，１０９ｂとして機能する。揺動体３００が導電性材料（不純物がドープされたシリコン等）で構成されることによって可動電極（１０９ａ，１０９ｂ）が形成されてもよく、また、揺動体３００上に金属等の導体層からなる可動電極（１０９ａ，１０９ｂ）を形成することもできる。図１の例では、揺動体３００が導電性材料（不純物がドープされたシリコン）で構成されることによって可動電極１０９ａ，１０９ｂが形成されている。
【００６１】
また、ベース１０２の、可動電極１０９ａに対向する位置に固定電極２０８ａが設けられ、また、可動電極１０９ｂに対向する位置に固定電極２０８ｂが設けられる。なお、蓋体２００が設けられる場合には、蓋体２００の、可動電極１０９ａに対向する位置に固定電極２０８ａを設け、可動電極１０９ｂに対向する位置に固定電極２０８ｂを設けることもできる。
【００６２】
また、揺動体３００は、第１シーソー片（第１の領域）ＰＴ１と、第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２と、を有する。第１シーソー片（第１の領域）ＰＴ１は、平面視で支持軸Ｑ１によって区画される２つの部分のうちの一方（図１（Ｂ）では左側に位置する部分）に対応する。第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２は、平面視で支持軸Ｑ１によって区画される２つの部分のうちの他方（図１（Ｂ）では右側に位置する部分）に対応する。
【００６３】
なお、第１領域、第２領域という用語は、主として、揺動体３００の平面視における形状（支持軸Ｑ１で２分される、シーソー片ＰＴ１，ＰＴ２の各々に対応する領域）という意味で使用される。以下の説明では、第１シーソー片（第１の領域）ＰＴ１、第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２と記載する場合がある。
【００６４】
図１（Ｂ）の例では、第１シーソー片（第１の領域）ＰＴ１の厚み、ならびに第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２の厚みは、共にＤＴである（但し、これに限定されるものではなく、回転モーメントの調整のために、各シーソー片の厚みを異ならせることもできる）。また、第１シーソー片（第１の領域）と第２シーソー片（第２の領域）の並び方向は、揺動体の長辺方向と水平（平行）な方向となっている。
【００６５】
例えば、鉛直方向の加速度（例えば重力加速度）が揺動体３００に加わったときに、第１シーソー片（第１の領域）ＰＴ１と第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２の各々に回転モーメント（力のモーメント）が生じる。ここで、第１シーソー片（第１の領域）ＰＴ１の回転モーメント（例えば反時計回りの回転モーメント）と第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２の回転モーメント（例えば時計回りの回転モーメント）が均衡した場合には、揺動体３００の傾きに変化が生じず、加速度の変化を検出することができない。したがって、例えば鉛直方向の加速度が加わったときの第１シーソー片（第１の領域）ＰＴ１の回転モーメントと、第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２の回転モーメントとが均衡せず、揺動体３００に所定の傾き（許容範囲内の傾き）が生じるように、揺動体３００が設計される。例えば、支持軸Ｑ１を、揺動体３００の中心から外れた位置に配置する方法（支持軸Ｑ１から各シーソー片ＰＴ１，ＰＴ２の先端までの距離を異ならせる方法）を採用することができ、また、支持軸Ｑ１を揺動体３００の中心に配置し、かつ各シーソー片ＰＴ１，ＰＴ２の厚みを異ならせる等の方法によって、各シーソー片ＰＴ１，ＰＴ２の質量に差を設ける方法を採用することもできるが、本実施形態では、前者の方法（支持軸Ｑ１を揺動体３００の中心から外れた位置に配置することによって、支持軸Ｑ１から各シーソー片ＰＴ１，ＰＴ２の先端までの距離を異ならせる方法）が採用される。
【００６６】
第１シーソー片（第１の領域）ＰＴ１および第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２の、断面形状における厚みを同じにする（つまり、共に厚みＤＴに設定する）ことによって、第１シーソー片ＰＴ１と第２シーソー片ＰＴ２とを同一の製造工程で製造することができる。つまり、各シーソー片の厚みに差を設けるための工程（エッチングプロセス等）が不要となり、製造工程が簡素化されるという利点がある。
【００６７】
第１シーソー片ＰＴ１と第２シーソー片ＰＴ２の平面視における形状の寸法（縦寸法、横寸法等）は、例えば、フォトリソグラフィ用のマスク形状を変更することによって、自由に設定することができる。図１（Ｂ）の例では、揺動体３００は、平面視で長方形になるように加工されている。以下の説明では、揺動体３００の長手方向を第１方向（Ｘ軸方向）とし、水平面内で第１方向に直交する方向（支持軸Ｑ１の方向ということもできる）を第２方向（Ｙ軸方向）とし、第１方向および第２方向に直交する方向（水平面に直交する方向）を第３方向（Ｚ軸方向）とする。
【００６８】
また、揺動体３００に設けられる可動電極１０９（第１可動電極１０９ａ，第２可動電極１０９ｂ）は、揺動体３００のシーソー揺動に応じて位置が変化する。例えば、導電性を有する揺動体３００自体を可動電極とすることができ、また、揺動体３００上や揺動体中に、導電材料（金属等）からなる電極を選択的に形成し、その電極を、可動電極（第１可動電極１０９ａ，第２可動電極１０９ｂ）とすることもできる。
【００６９】
図１（Ｂ）の例では、可変容量ｃ１，ｃ２の構成要素である可動電極１０９（第１可動電極１０９ａおよび第２可動電極１０９ｂ）は、導電性を有する揺動体３００自体によって構成される。具体的には、導電性の活性層をパターニングして形成されるシーソープレート（不純物が導入されたシリコンプレート）３１１によって、可動電極１０９（（第１可動電極１０９ａ，第２可動電極１０９ｂ）が構成（形成）される。つまり、図１（Ｂ）の例では、可動電極１０９（第１可動電極１０９ａ，第２可動電極１０９ｂ）は、共通電極によって構成されており、その共通電極は、共通電位（基準電位ＶＣＯＭ（例えばＧＮＤ））に接続される。電極の共通化によって、電極に接続される配線の数を減らすことができ、配線パターンを簡素化することができる。また、揺動体３００が電極を兼ねるため、電極を別途、形成する必要がなく、製造工程が簡素化される。
【００７０】
なお、蓋体２００も、支持体１００と同様に、ＳＯＩ基板で構成しても良い。
【００７１】
上述のとおり、ベース（パッケージの土台となる基板あるいは基体等）１００と蓋体２００とによって封止体が構成される。支持体１００と蓋体２００とによって気密封止パッケージを構成するために、支持体１００と蓋体２００との境界付近にはシーリング部材（例えばスペーサー）９０が用いられる。
【００７２】
また、ベース１０２上の表面には、可変容量（容量素子）ｃ１，ｃ２の構成要素である固定電極２０８（第１固定電極２０８ａ，第２固定電極２０８ｂ）が設けられる。ベース１０２の表面に絶縁膜（図示省略）を設け、その絶縁膜上に第１固定電極２０８ａ，第２固定電極２０８ｂを設けるのが好ましい。この第１固定電極２０８ａ，第２固定電極２０８ｂは、揺動体３００に設けられる可動電極１０９（第１可動電極１０９ａおよび第２可動電極１０９ｂ）に対応する位置（対向する位置）に設けられている。なお、第１固定電極２０８ａ，第２固定電極２０８ｂは、蓋体２００の内表面の、第１可動電極１０９ａおよび第２可動電極１０９ｂ）に対応する位置（対向する位置）上に設けることもできる。また、可動電極１０９を共通化する（つまり、第１の領域ＰＴ１と第２の領域ＰＴ２とに跨って設ける）ことによって、電極に接続される配線の数を減らすことができ、配線パターンを簡素化することができる。
【００７３】
図１（Ａ），図１（Ｂ）の例では、第１可動電極１０９ａと第２可動電極１０９ｂを共通化していたが、固定電極２０８（第１固定電極２０８ａと２固定電極２０８ｂ）を同一電位の共通電極とすることもできる（この場合は、第１可動電極１０９ａと第２可動電極１０９ｂは、互いに電気的に独立した電極として形成される）。上述のとおり、電極の共通化によって、電極に接続される配線の数を減らすことができ、配線パターンを簡素化することができる。
【００７４】
また、第１可動電極１０９ａおよび第２可動電極１０９ｂに対向するように個別に固定電極を設けることで、差動容量の値を精度よく検出することができる。
【００７５】
次に、図１（Ｃ）に示される変形例について説明する。図１（Ｃ）の例では、多層配線構造を有する半導体基板（これらを総称して多層構造体ということができる）によって揺動体３００を構成している。つまり、半導体基板（図１（Ａ）の参照符号１０２に相当する）上に、ＣＭＯＳＩＣプロセスによって、複数層の絶縁層（層間絶縁層を含む）が積層形成された多層構造体が形成される。図１（Ｃ）の例では、最上層の絶縁層１０７上に、共通電位（ＶＣＯＭ：ここではＧＮＤ）用の電極となる金属層１１１が形成されている。図１（Ｃ）の例では、半導体製造技術（多層配線基板技術等）によって、可動電極１０９（第１可動電極１０９ａ，第２可動電極１０９ｂ）を、無理なく形成することができる。
【００７６】
以上の例の他、種々の変形例が考えられる。変形例の一例が、図１４に示される。図１４は、物理量センサーの構造の他の例を示す図である。
【００７７】
図１４に示される例では、第１支持部４０ａの位置と第２支持部４０ｂの位置とが異なっている（揺動体の長手方向に所定距離ずれている）。この場合、第１支持部４０ａと第２支持部４０ｂを結ぶ支持軸Ｑ１（図中、２点鎖線で示される）は斜めになり、揺動体３００は、平面視で、支持軸Ｑ１によって第１の領域（第１シーソー片）ＰＴ１と第２の領域（第２シーソー片）ＰＴ２に区画される。なお、この場合において、第１の領域ＰＴ１と第２の領域ＰＴ２の並び方向は、揺動体の長辺方向と水平（平行）な方向となる。
【００７８】
ここで、図１に戻って説明を続ける。次に、揺動体３００の揺動動作と、その揺動動作に伴う可変容量の容量値の変化について説明する。以下、図１（Ｄ）〜図１（Ｆ）を参照する。なお、図１（Ｄ）〜図１（Ｆ）では、第１固定電極２０８ａ，第２固定電極２０８ｂは、説明の便宜上、揺動体３００の上側に記載されている。
【００７９】
図１（Ｄ）では、揺動体３００は、水平状態を維持している（この状態は、重力加速度がない状態（無重力状態）に対応する）。図１（Ｄ）に示されるように、可変容量として、第１可変容量ｃ１および第２可変容量ｃ２が設けられている。第１可変容量ｃ１は、第１シーソー片ＰＴ１のシーソー揺動に応じて位置が変化する第１可動電極１０９ａと、蓋体２００の、第１可動電極１０９ａに対向する位置に設けられる第１固定電極２０８ａと、を有する。また、第２可変容量ｃ２は、第２シーソー片ＰＴ２のシーソー揺動に応じて位置が変化する第２可動電極１０９ｂと、蓋体２００の、第２可動電極１０９ｂに対向する位置に設けられる第２固定電極２０８ｂと、を有する。
【００８０】
可変容量（検出容量）として、第１可変容量ｃ１および第２可変容量ｃ２を使用すると、加速度の大きさのみならず、加速度の方向も検出できるという利点がある（但し、これに限定されるものではない）。
【００８１】
図１（Ｄ）において、支持軸Ｑ１から、第１シーソー片ＰＴ１の先端までの距離はＴ１０であり、支持軸Ｑ１から、第２シーソー片ＰＴ２の先端までの距離はＴ２０（＞Ｔ１０）である。よって、図１（Ｄ）の例では、例えば、鉛直下向きに加速度が生じたとき、第１シーソー片ＰＴ１に生じる回転モーメントよりも、第２シーソー片ＰＴ２に生じる回転モーメントの方が大きく、揺動体３００は、時計回りに回転することになる。以下、図１（Ｅ）および図１（Ｆ）を参照して、具体的に説明する。
【００８２】
図１（Ｅ）の状態では、揺動体３００に、例えば、重力加速度Ｇ１（＝１Ｇ）が加わる。これに伴い、揺動体３００（第１シーソー片ＰＴ１および第２シーソー片ＰＴ２）は時計回りに回転し、揺動体３００に傾きが生じる。揺動体３００のシーソー揺動によって、第１可変容量ｃ１の電極間距離が縮小し、その結果、第１可変容量ｃ１の容量値（Ｃ１）が増大する。一方、第２可変容量ｃ２の容量値（Ｃ２）は、電極間距離の拡大によって減少する。このように、図１（Ｅ）の例では、差動検出出力を得ることができる。２つの出力信号の各々の変化の程度によって、重力加速度Ｇ１の値（＝１Ｇ）を検出することができる。さらに、２つの出力信号の各々の変化の方向によって、加速度の方向（鉛直下向き）を特定することができる。
【００８３】
図１（Ｆ）の状態では、重力加速度（＝１Ｇ）が揺動体３００に加わっている状態で、揺動体３００に、さらに、鉛直上向きの加速度Ｇ２が加わる。この場合は、揺動体３００（第１シーソー片ＰＴ１および第２シーソー片ＰＴ２）は半時計回りに回転し、揺動体３００に、図１（Ｅ）の場合とは逆の傾きが生じる。揺動体３００のシーソー揺動によって、第１可変容量ｃ１の電極間距離が拡大し、その結果、第１可変容量ｃ１の容量値（Ｃ１）は減少する。一方、第２可変容量ｃ２の容量値（Ｃ２）は、電極間距離の縮小によって増大する。
【００８４】
図１（Ｅ）の状態にて得られる検出信号（つまり、重力加速度の大きさと向き）を基準として、図１（Ｆ）の状態における検出信号を判定することによって、図１（Ｆ）の状態で、どの方向にどの程度の加速度が作用しているかを検出することができる。つまり、図１（Ｆ）の状態で得られる２つの出力信号（差動信号）に基づいて、２つの出力信号の各々の変化の程度によって、加わった加速度Ｇ２の値を検出することができる。さらに、２つの出力信号の各々の変化の方向を検出することによって、加速度Ｇ２の方向（鉛直上向き）を特定することができる。
【００８５】
例えば、鉛直方向の加速度を測定する場合には、物理量センサーの封止体（パッケージ）を構成する支持体１００の主面（底面）は、例えば、パッケージが取り付けられる電子部品等に備わる水平面上に固定される。例えば、重力加速度が加わると、回転モーメントによって揺動体３００の傾きが変化し、これに伴って可変容量（ｃ１，ｃ２）の容量値が変化する。よって、例えば重力加速度を、可変容量（静電容量素子）の容量値の変化を示す電気信号として検出することができる。
【００８６】
上述のとおり、物理量センサーは、加速度センサーやジャイロセンサー等の慣性センサーとして使用することができ、具体的には、例えば、鉛直方向（水平面に垂直な方向）の加速度（例えば重力加速度）を測定するための静電容量型加速度センサーとして使用することができる。鉛直方向の加速度を測定する場合には、物理量センサーの封止体（パッケージ）を構成するベースの主面（底面）は、例えば、パッケージが取り付けられる電子部品等に備わる水平面上に固定される。例えば、重力加速度が加わると、回転モーメントによって揺動体３００の傾きが変化し、これに伴って可変容量ｃ１，ｃ２の容量値が変化する。よって、例えば重力加速度の大きさと方向を、可変容量ｃ１，ｃ２の容量値の変化を示す電気信号によって検出することができる。
【００８７】
図１（Ａ）〜図１（Ｆ）に示される例によれば、例えば、支持体１００上に、第１支持部（第１トーションバネ）４０ａおよび第２支持部（第２トーションバネ）４０ｂによってシーソー揺動自在に支持される揺動体３００を設け、所定位置に蓋体２００を載置し、支持体１００と蓋体２００とを例えば封止材（接着材等）によって封止することによって、封止体（例えば気密封止パッケージ）を効率的に形成することができる。このとき、蓋体２００が支持体１００上に固定されることによって、可変容量ｃ１，ｃ２の構成要素である固定電極２０８ａ，２０８ｂの位置も自動的に位置決めされ、シーソー式の物理量センサーが自動的に形成される。
【００８８】
また、蓋体２００の主面が水平になるように固定することによって、支持体１００の表面と蓋体２００の主面（内表面を含む）との平行性も確保されることから、平行平板コンデンサー（可変容量）ｃ１，ｃ２の電極間の距離（揺動体３００が水平状態のときの距離）も精度よく決定される。よって、封止体（パッケージ）を含めた物理量センサーの組み立て性を向上することができる。
【００８９】
（封止体の封止構造の例）
図２（Ａ），図２（Ｂ）は、封止体の構造の一例を示す図である。図２（Ａ）は封止体の全体構成を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、ベースと蓋体との接続部の断面構造の一例を示す図である。
【００９０】
図２（Ａ）に示すように、支持体１００上に蓋体２００が固定されて、封止体（ここでは気密封止パッケージ）２５０が形成される。ベースＢＳ１の表面にはパッド（外部接続端子）ＰＡと、検出回路１３と、配線ＥＬならびに配線ＩＬが設けられている。封止体内部に設けられる可変容量（ｃ１，ｃ２等）と検出回路１３は配線ＩＬを介して接続される。また、検出回路１３とパッドＰＡは、配線ＥＬによって接続される。また、封止体内部に、複数のセンサーが搭載される場合には、各センサーの出力信号が、配線ＩＬを経由して検出回路１３に導出される。また、図２（Ａ）の例では、第１基板ＢＳ１上に、検出回路（信号処理回路を含む）１３が搭載されている（但し、これは一例であり、この例に限定されるものではない）。ベースＢＳ１上に検出回路１３を搭載することによって、例えば、信号処理機能を備えた、高機能な慣性センサー（ＭＥＭＳ慣性センサー）を実現することができる。
【００９１】
次に、図２（Ｂ）を参照して、ベースと蓋体との接続部の断面構造例について説明する。先に説明したように、支持体１００は、シリコン基板（下地基板）１０２と、絶縁層１０４と、活性層１０６と、を有している。活性層１０６は、例えば、不純物がドープされたシリコン層１２１と、２層の絶縁層１２３，１２５とを含む。
【００９２】
一方、蓋体２００は、例えば、ガラス基板（単層）により構成することができ、また、例えば、表面に絶縁膜が形成されたシリコン基板（単層）によって形成することもできる。また、蓋体側にも別のセンサー素子を構成したり、あるいは、別の回路を形成するときには、蓋体２００を構成するために、支持体１００と同様の構成をもつＳＯＩ基板を使用することもできる。
【００９３】
封止体内部に設けられている可変容量から引き出された配線ＭＥ１（１層目配線）は、コンタクトプラグＭＥ２、２層目配線ＭＥ３、コンタクトプラグＭＥ４、３層目配線ＭＥ５、山状に盛り上がった形状を有する配線ＭＥ６を介して、支持体１００上に設けられる配線ＭＥ７に接続される。また、図２（Ｂ）において、参照符号１９１は、スペーサー部材（例えば、樹脂材料）である。スペーサー部材１９１が設けられることによって、支持体１００と、支持体１００上にマウントされる蓋体２００との平行度を、より精度よく保つことができる。また、参照符号１９３は接着フィルムである。スペーサー１９１および接着フィルム１９３は、封止材９０としての役割を果たす。
【００９４】
（封止体の製造方法の一例）
図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、封止体の製造方法の一例を示す図である。この例では、２枚のＳＯＩ基板を貼り合わせて封止体を製造する。
【００９５】
図３（Ａ）に示すように、支持体１００となるＳＯＩ基板を用意する。なお、ベース１０２上には、固定電極２０８ａ，２０８ｂとしての金属層が形成されている（図３（Ｄ）参照，図３（Ａ）〜図３（Ｄ）では図示省略）。
【００９６】
活性層（基板）１０６は、図３（Ａ）の下側に一点鎖線で囲んで示されるように、シリコン単結晶１２１と、シリコン単結晶１２１上に形成される多層構造（複数層の絶縁層１２３，１２５を有し、さらに導体層Ｍｅ１〜Ｍｅ６等を有する場合もある）を含む。シリコン単結晶１２１には、不純物（例えばＮ型不純物であるＡｓ等）が高濃度にドープされている。よって、シリコン単結晶１２１（第１シーソー片ＰＴ１，第２シーソー片ＰＴ２）自体を、可動電極（図１に示される参照符号１０９ａ，１０９ｂ）として使用することができる。
【００９７】
次に、図３（Ｂ）に示すように、活性層（基板）１０６をフォトリソグラフィによってパターニングして、揺動体３００（第１シーソー片ＰＴ１と第２シーソー片ＰＴ２）、ならびに、第１支持部４０ａ，第２支持部４０ｂを形成する。
【００９８】
次に、図３（Ｃ）に示すように、ＨＦベーパーあるいはウェットエッチングによって犠牲層である絶縁層１０４ｂを除去する。これによって、揺動体３００の周囲に空洞部３５０（図１に示した空隙９５ならびに開口部９７を含む）が形成される。揺動体３００は、空洞部３５０上において、第１支持部４０ａ（第１トーションバネ）および第２支持部４０ｂ（第２トーションバネ）によってシーソー揺動可能に支持される。
【００９９】
次に、図３（Ｄ）に示すように、蓋体２００を、支持体１００としてのＳＯＩ基板上に、封止材９０を介してマウントする。なお、ベース１０２上には、第１固定電極２０８ａならびに第２固定電極２０８ｂ（共に、Ａｌ等の金属層からなる）が形成されている。第１固定電極２０８ａならびに第２固定電極２０８ｂは、活性層２０６上（最上層の絶縁層上）の、可動電極としての第１シーソー片ＰＴ１および第２シーソー片ＰＴ２の各々に対向する位置に設けられている。
【０１００】
なお、図３（Ｄ）に示すように、可動電極としての第１シーソー片ＰＴ１および第２シーソー片ＰＴ２は、例えば、図３（Ｄ）の下型に示されるように、電極材としてのＳｉ単結晶１２１と、Ｓｉ単結晶上に形成される２層の絶縁層（例えばＣＶＤＳｉＯ２層）１２３，１２５と、を含む。絶縁層１２３，１２５は、コンデンサーの誘電体膜として機能し、また、可動電極の保護膜（可動電極と固定電極とが万一接触したときに、各電極の破損を防止する等の役目を果たす）としても機能する。
【０１０１】
（第２実施形態）
本実施形態では、検出回路の構成例について説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、検出回路の構成例を示す図である。検出回路１３は、先に図２（Ａ）を用いて説明したように、例えば支持体１００上の空きスペースに設けられ、かつ、信号処理回路１０を内蔵する。図４（Ａ）の例では、物理量センサー（ここでは静電容量型加速度センサーとする）に含まれる第１可変容量ｃ１，第２可変容量ｃ２は、共通の接地電極である固定電極２０８と、第１可動電極１０９ａおよび第２可動電極１０９ｂと、を有している。
【０１０２】
検出回路１３は、信号処理回路１０と、ＣＰＵ２８と、インターフェース回路３０と、を有する。信号処理回路１０は、Ｃ／Ｖ変換回路（容量値／電圧変換回路）２４と、アナログ校正＆Ａ／Ｄ変換回路２６と、を有する。但し、この例は一例であり、信号処理回路１０は、さらに、ＣＰＵ２８やインターフェース回路（Ｉ／Ｆ）３０を含むことも可能である。
【０１０３】
図４（Ｂ）の例では、第１可変容量ｃ１，第２可変容量ｃ２は、第１固定電極２０８ａおよび第２固定電極２０８ｂと、共通の接地電極である可動電極１０９と、を有している。検出回路１３の構成は、図４（Ａ）の例と同じである。また、図４（Ｃ）の例では、第１可変容量ｃ１および第２可変容量ｃ２は、接地電位である第１固定電極２０８ａおよび第２固定電極２０８ｂと、第１可動電極１０９ａおよび第２可動電極１０９ｂと、を有している。検出回路１３の構成は、図４（Ａ）の例と同じである。
【０１０４】
（Ｃ／Ｖ変換回路の構成例）
ここで、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を用いて、Ｃ／Ｖ変換回路（Ｃ／Ｖ変換アンプ）の構成と動作の一例について説明する。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、Ｃ／Ｖ変換回路の構成と動作について説明するための図である。
【０１０５】
図５（Ａ）は、スイッチトキャパシタを用いたＣ／Ｖ変換アンプ（チャージアンプ）の基本構成を示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示されるＣ／Ｖ変換アンプの各部の電圧波形を示す図である。
【０１０６】
図５（Ａ）に示すように、基本的なＣ／Ｖ変換回路２４は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２（可変容量ｃ１（またはｃ２）と共に入力部のスイッチトキャパシタを構成する）と、オペアンプ（ＯＰＡ）１と、帰還容量（積分容量）Ｃｃと、帰還容量Ｃｃをリセットするための第３スイッチＳＷ３と、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃをサンプリングするための第４スイッチＳＷ４と、ホールディング容量Ｃｈと、を有している。
【０１０７】
また、図５（Ｂ）に示すように、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３は同相の第１クロックでオン／オフが制御され、第２スイッチＳＷ２は、第１クロックとは逆相の第２クロックでオン／オフが制御される。第４スイッチＳＷ４は、第２スイッチＳＷ２がオンしている期間の最後において短くオンする。第１スイッチＳＷ１がオンすると、可変容量ｃ１（ｃ２）の両端には、所定の電圧Ｖｄが印加されて、可変容量ｃ１（ｃ２）に電荷が蓄積される。このとき、帰還容量Ｃｃは、第３スイッチがオン状態であることから、リセット状態（両端がショートされた状態）である。次に、第１スイッチＳＷ１および第３スイッチＳＷ３がオフし、第２スイッチＳＷ２がオンすると、可変容量ｃ１（ｃ２）の両端は共に接地電位となるため、可変容量ｃ１（ｃ２）に蓄積されていた電荷が、オペアンプ（ＯＰＡ）１に向けて移動する。このとき、電荷量が保存されるため、Ｖｄ・Ｃ１（Ｃ２）＝Ｖｃ・Ｃｃが成立し、よって、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃは、（Ｃ１／Ｃｃ）・Ｖｄとなる。すなわち、チャージアンプのゲインは、可変容量ｃ１（あるいはｃ２)の容量値（Ｃ１またはＣ２）と、帰還容量Ｃｃの容量値との比によって決定される。次に、第４スイッチ（サンプリングスイッチ）ＳＷ４がオンすると、オペアンプ（ＯＰＡ）１の出力電圧Ｖｃが、ホールディング容量Ｃｈによって保持される。保持された電圧がＶｏであり、このＶｏがチャージアンプの出力電圧となる。
【０１０８】
先に説明したように、Ｃ／Ｖ変換回路２４は、実際は、２つの可変容量（第１可変容量ｃ１，第２可変容量ｃ２）の各々からの差動信号を受ける。この場合には、Ｃ／Ｖ変換回路２４として、例えば、図５（Ｃ）に示されるような、差動構成のチャージアンプを使用することができる。図５（Ｃ）に示されるチャージアンプでは、入力段において、第１可変容量ｃ１からの信号を増幅するための第１のスイッチトキャパシタアンプ（ＳＷ１ａ，ＳＷ２ａ，ＯＰＡ１ａ，Ｃｃａ，ＳＷ３ａ）と、第２可変容量ｃ２からの信号を増幅するための第２のスイッチトキャパシタアンプ（ＳＷ１ｂ，ＳＷ２ｂ，ＯＰＡ１ｂ，Ｃｃｂ，ＳＷ３ｂ）と、が設けられる。そして、オペアンプ（ＯＰＡ）１ａおよび１ｂの各出力信号（差動信号）は、出力段に設けられた差動アンプ（ＯＰＡ２，抵抗Ｒ１〜Ｒ４）に入力される。
【０１０９】
この結果、増幅された出力信号Ｖｏが、オペアンプ（ＯＰＡ）２から出力される。差動アンプを用いることによりベースノイズ（同相ノイズ）を除去できるという効果が得られる。なお、以上説明したＣ／Ｖ変換回路２４の構成例は一例であり、この構成に限定されるものではない。
【０１１０】
（第３実施形態）
本実施形態では、２つの異なる方向の加速度を検出することができる静電容量型センサーの一例について説明する。以下の説明では、静電容量型加速度センサーについて説明する。
【０１１１】
本実施形態では、Ｚ軸方向の加速度を、揺動体のシーソー揺動による、Ｚ軸方向の加速度検出用の可変容量の容量値変化に基づいて検出する。また、揺動体には、さらに、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の加速度検出用の可変容量が付加されており、このＸ軸方向またはＹ軸方向の加速度検出用の可変容量の容量値変化に基づいて、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の加速度を検出することができる。
【０１１２】
図６は、２つの異なる方向の加速度を検出することができる加速度センサーの構成の一例を示す図である。図６には、支持体１００と蓋体２００とによって構成される封止体の平面図と、長手方向（横方向）の断面図、長手方向に直交する方向（縦方向）の断面図が示されている。長手方向（横方向）の断面図は、平面図のＡ−Ａ線に沿う断面図である。長手方向に直交する方向（縦方向）の断面図は、平面図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【０１１３】
図６の平面図において、蓋体２００は、太線の一点鎖線で示されている。また、図６の平面図では、電極、配線ならびにパッド（外部接続端子）の配置例も記載してある。
【０１１４】
まず、３次元空間における方向を定義し、加速度センサーにおける各部の延在方向や、可変容量を構成する可動電極の変位の方向を明確化する。すなわち、揺動体３００が水平な状態であるときの、水平面（揺動体３００の主面が含まれる面ということもできる）内における揺動体の長手方向を第１方向（Ｘ軸方向）とする。水平面内における第１方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（つまり、上記の水平面に直交する方向）を第２方向（Ｙ軸方向）とし、第１方向（Ｘ軸方向）および第２方向（Ｙ軸方向）の各々に直交する方向を第３方向（Ｚ軸方向）とする。なお、Ｘ軸方向には、正のＸ軸方向（＋Ｘ）および負のＸ軸方向（−Ｘ）が含まれる。この点については、Ｙ軸方向ならびにＺ軸方向についても同様である。
【０１１５】
図６の例では、図１の例と同様に、揺動体３００は、第１支持部４０ａおよび第２支持部４０ｂによって、シーソー揺動自在に両持ち支持される。第１支持部４０ａは、第２方向（Ｙ軸方向）に延在する第１トーションバネによって構成され、第２支持部４０ｂは、第２方向（Ｙ軸方向）に延在する第２トーションバネによって構成される。第１トーションバネ（第１支持部）４０ａの一端は揺動体３００に連結（固定）され、かつ第１トーションバネ４０ａの他端は支持体１００または蓋体２００に連結（固定）される。第２トーションバネ（第２支持部）４０ｂも同様に、その一端は揺動体３００に連結（固定）され、かつ第２トーションバネ４０ｂの他端は、支持体１００または蓋体２００に連結（固定）される。また、第１トーションバネ４０ａおよび第２トーションバネ４０ｂの各々は、第２方向（Ｙ軸方向）に延在する。例えば、第１トーションバネ４０ａおよび第２トーションバネ４０ｂの各々は、平面視で、揺動体３００の支持軸Ｑ１に重なるように、第２方向（Ｙ軸方向）に延在して設けられる。
【０１１６】
揺動体３００のシーソー揺動によって、可変容量ｃ１，ｃ２を構成する第１可動電極１０９ａおよび第２可動電極１０９ｂ（図６の例では、揺動体自体が共通電位の可動電極として機能する）と、第１固定電極２０８ａおよび第２固定電極２０８ｂとの間の、第３方向（Ｚ軸方向）の距離（電極間距離）が変化する。つまり、揺動体３００のシーソー揺動を利用して、Ｚ軸方向（鉛直方向）の加速度（重力加速度）を検出することができる。
【０１１７】
図６の例では、揺動体３００には、さらに、第２方向（Ｙ軸方向）の加速度を検出するための静電容量（第３容量ｃ３および第４容量ｃ４）が設けられている。第３容量ｃ３および第４容量ｃ４は、櫛歯電極によって構成される。以下、具体的に説明する。
【０１１８】
図６に示されるように、揺動体３００は、さらに、第１支持部としての第１トーションバネ４０ａおよび第２支持部としての第２トーションバネ４０ｂの各々に連結される枠体３１０と、第２方向（Ｙ軸方向）に変位可能な第２方向変位用バネ（連結部ということもある）１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを介して枠体３１０に連結されると共に、周囲に空洞部３５０が形成されている可動錘部３１３と、枠体３１０から空洞部３５０（あるいは可動錘部３１３）に向けて突出形成された固定電極部（第１腕状電極部ということがある）２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、可動錘部３１３から揺動体３００（の枠体３１０）に向けて突出して形成され、可動錘部３１３と一体的に変位すると共に、固定電極部（第１腕状電極部）２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対向する可動電極部（第２腕状電極部ということがある）３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、を有する。固定電極部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄならびに可動電極部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、各々が櫛歯電極を構成し、各々の電極は、第１方向（Ｘ軸方向）に延在する。
【０１１９】
すなわち、揺動体３００は開口部９９（例えば、エッチングによって基板としての活性層１０６が除去されて形成される）を有し、その開口部９９に、可動錘部３１３が配置されている。また、可動錘部３１３と揺動体３００とを連結する連結部（第２方向変位用のバネ部あるいは弾性変形部）１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが設けられている。また、揺動体３００（の枠体３１０）から可動錘部３１３に向けて突出して形成された第１腕状電極部（固定電極部（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）と、可動錘部３１３から揺動体３００に向けて突出して形成されると共に、第１腕状電極部（固定電極部）２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対向する第２腕状電極部（可動電極部）３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと、を有する。
【０１２０】
また、第２方向変位用バネ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの各々は、アイソレーション領域ＩＳＯ１，１ＳＯ４，ＩＳＯ５，ＩＳＯ８の各々によって、枠体３１０から電気的に分離されている。同様に、固定電極部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの各々は、アイソレーション領域ＩＳＯ２，１ＳＯ３，ＩＳＯ６，ＩＳＯ７の各々によって、枠体３１０から電気的に分離されている。アイソレーション領域ＩＳＯ１〜ＩＳＯ８の各々は、例えば、シリコン単結晶に部分的に設けられた凹部に、ＳｉＯ２等の絶縁膜を埋め込むことによって形成されている。
【０１２１】
第２方向（Ｘ軸方向）の加速度によって、第２方向変位用バネ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが第２方向（Ｙ軸方向）に変位すると、固定電極部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄならびに可動電極部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとの間の距離（電極間距離）が変化し、第３容量ｃ３および第４容量ｃ４の容量値が変化する。この容量値の変化を、微小な電気信号（電流信号）の変化として検出することによって、第２方向（Ｙ軸方向）の加速度を検出することができる。
【０１２２】
また、第２方向変位用バネ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、例えば、第１方向（Ｘ軸方向）に直線状に延在する棒状のバネである。第２方向変位用バネ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、例えば、ＳＯＩ基板の活性層を構成するシリコン単結晶（ならびに層間絶縁膜や金属膜等を含む多層構造体）をパターニングして形成することができる。シリコン単結晶や多層構造体は、ある程度の弾性（ならびにある程度の剛性）を有することから、棒状にパターニングすることによって、弾性変形部材（弾性バネ）として使用することができる。揺動体３００の製造方法としては、図３（Ａ），図３（Ｂ）に示した方法を採用することができる。
【０１２３】
このような構造をもつことによって、揺動体３００は、第３方向（Ｚ軸方向）の変位を検出するための第３方向検出プレートとしての役割の他、第２方向（Ｙ軸方向）の変位を検出するための第２方向の検出プレートとしての役割も果たす。これによって、一つの揺動体３００を用いて、異なる２つの方向の変位の各々に対応した静電容量の変化を検出することができる。これによって、例えば、異なる２つの方向（第３方向と第２方向）の加速度を検出することが可能な、小型かつ高機能な加速度センサーが実現される。
【０１２４】
次に、パッドおよび配線の配置について説明する。支持体１００の周辺には、第１パッドＰＡ１〜第５パッドＰＡ５が設けられている。第１パッドＰＡ１は、共通電位ＶＣＯＭ（ＧＮＤ）供給するためのパッドである。第２パッドＰＡ２は、第１可変容量ｃ１から得られる、Ｚ軸方向の第１検出出力ＶＺ１を外部に導出するためのパッドである。第２パッドＰＡ２の代わりに、検出回路１３（図２（Ａ）参照）を設けて、可変容量ｃ１から得られる、Ｚ軸方向の第１検出出力ＶＺ１を検出回路１３に入力する構成としてもよい。この点については、他の検出信号についても同様である。
【０１２５】
第３パッドＰＡ３は、第２方向（Ｙ軸方向）の加速度を検出するための第３容量ｃ３から得られる、Ｙ軸方向の第１検出出力ＶＹ１を外部に導出するためのパッドである。第４パッドＰＡ４は、第２方向（Ｙ軸方向）の加速度を検出するための第４容量ｃ４から得られる、Ｙ軸方向の第２検出出力ＶＹ２を外部に導出するためのパッドである。第５パッドＰＡ５は、第２可変容量ｃ２から得られる、Ｚ軸方向の第２検出出力ＶＺ２を外部に導出するためのパッドである。
【０１２６】
また、揺動体３００の一部である枠体３１０には、３本の配線Ｌ１（太線の細かな点線），Ｌ２（太線の粗い点線）、Ｌ３（太線の一点鎖線）が設けられている。配線Ｌ１は、揺動体３００に、共通電位ＶＣＯＭ（ＧＮＤ）を供給するための配線である。また、配線Ｌ２は、第４容量ｃ４から得られる、Ｙ軸方向の第２検出出力ＶＹ２を外部に導出するための配線である。配線Ｌ３は、第３容量ｃ３から得られる、Ｙ軸方向の第１検出出力ＶＹ１を外部に導出するための配線である。また、電子回路を構成するために必要な、その他の配線Ｌ４〜Ｌ１０が設けられている。
【０１２７】
図７（Ａ），図７（Ｂ）は、図６に示される平面図および長手方向（横方向）の断面図を簡素化して示す図である。図７（Ａ）は加速度センサーの平面図（蓋体は省略）であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【０１２８】
先に説明したように、揺動体３００は、第１シーソー片ＰＴ１と第２シーソー片ＰＴ２とを有する。揺動体３００の一部である枠体３１０には、第１支持部（第１トーションバネ）４０ａの一端および第２支持部（第２トーションバネ）４０ｂの一端が連結（固定）される。また、第１支持部（第１トーションバネ）４０ａの他端および第２支持部（第２トーションバネ）４０ｂの他端は、支持体１００に接続されている。
【０１２９】
揺動体３００は、枠体３１０と、可動錘部３１３と、第２方向変位バネ（弾性変形部）１ａ〜１ｄと、固定電極部２ａ〜２ｄと、可動電極３ａ〜３ｄと、を有する。固定電極部２ａと可動電極部３ａ、ならびに固定電極部２ｃと可動電極部３ｃによって、第３容量ｃ３が構成される。同様に、固定電極部２ｂと可動電極部３ｂ、ならびに固定電極部２ｄと可動電極部３ｄによって、第４容量ｃ４が構成される。
【０１３０】
本実施形態では、剛性を有する枠体３１０に第１トーションバネ４０ａおよび第２トーションバネ４０ｂに接続される。よって、第１トーションバネ４０ａおよび第２トーションバネ４０ｂによる第３方向（Ｚ軸方向）の変位と、第２方向変位バネ１ａ〜１ｄによる第２方向（Ｙ軸方向）の変位とが互いに干渉することが抑制される（各バネの変位が相互に独立しているとみなすことができる）。したがって、検出精度への悪影響は十分に低減される。これによって、例えば、異なる２つの方向（Ｙ軸方向ならびにＺ軸方向）の加速度を検出することが可能な、小型かつ高機能な加速度センサーが実現される。
【０１３１】
（第４実施形態）
本実施形態では、第１方向（Ｘ軸方向）、第２方向（Ｙ軸方向）および第３方向（Ｚ軸方向）の各々の容量値の変化を検出することができる、３軸感度をもつ物理量センサーについて説明する。図８は、第１方向（Ｘ軸方向）、第２方向（Ｙ軸方向）および第３方向（Ｚ軸方向）の各々の容量値の変化を検出することができる、３軸感度をもつ物理量センサーの構成例を示す平面図である。図８において、前掲の実施形態と共通する要素には同じ参照符号を付している。以下の説明では、加速度センサーを例にとって説明する。
【０１３２】
図８に示される加速度センサーでは、揺動体３００は、第１支持部としての第１トーションバネ４０ａおよび第２支持部としての第２トーションバネ４０ｂの各々に連結される枠体３１０と、第１方向（Ｘ軸方向）および第２方向（Ｙ軸方向）の各方向に変位可能な、第１方向および第２方向変位用バネ１１ａ〜１１ｄと、第１方向および第２方向変位用バネ１１ａ〜１１ｄの各々を介して枠体３１０に連結されると共に、周囲に空洞部３５０が形成されている可動錘部３１３と、枠体３１０から空洞部３５０に向けて突出形成された固定電極部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ａ’，２ｂ’，２ｃ’，２ｄ’と、可動錘部３１３と一体的に変位すると共に、固定電極部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ａ’，２ｂ’，２ｃ’，２ｄ’の各々に対向する可動電極部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ａ’，３ｂ’，３ｃ’，３ｄ’と、を有する。
【０１３３】
主要な構成は、図６および図７に示される実施形態にかかる物理量センサーの構成と同様である。但し、図６および図７の例では、第２方向変位バネを使用していたのに対して、本実施形態では、第１方向（Ｘ軸方向）および第２方向（Ｙ軸方向）の各方向に変位可能な、第１方向および第２方向変位用バネ１１ａ〜１１ｄを使用する。第１方向および第２方向変位用バネ１１ａ〜１１ｄの各々は、平面視で、四角形の枠体３１０の四隅から、枠体３１０と略４５度の角度をなす方向に延在する。
【０１３４】
本実施形態では、第３方向（Ｚ軸方向）加速度の検出用の第１可変容量ｃ１，第２可変容量ｃ２と、第２方向（Ｙ軸方向）加速度の検出用の第３容量ｃ３，第４容量ｃ４と、第１方向（Ｘ軸方向）加速度の検出用の第５容量ｃ３’，第６容量ｃ４’と、を有する。
【０１３５】
本実施形態では、剛性を有する枠体３１０に第１トーションバネ４０ａおよび第２トーションバネ４０ｂが接続される。よって、第１トーションバネ４０ａおよび第２トーションバネ４０ｂによる第３方向（Ｚ軸方向）の変位と、第１方向および第２方向変位バネ１１ａ〜１１ｄによる第１方向（Ｘ軸方向）または第２方向（Ｙ軸方向）の変位とが互いに干渉することが抑制される（各変位が相互に独立しているとみなすことができる）。よって、検出精度への悪影響は十分に低減される。これによって、例えば、異なる３つの方向（第１方向〜第３方向の各々）の加速度を検出することが可能な、小型かつ高機能な加速度センサーが実現される。
【０１３６】
（第５実施形態）
本実施形態では、２つの異なる方向の加速度を検出することができる静電容量型加速度センサーの他の例について説明する。以下の説明では、静電容量型加速度センサーについて説明する。
【０１３７】
図９は、２つの異なる方向の加速度を検出することができる加速度センサーの構成の他の例を示す図である。図９において、前掲の実施形態の例と共通する部分には同じ参照符号を付している。
【０１３８】
先に説明した図６ならびに図７の例では、第１トーションバネ４０ａおよび第２トーションバネ４０ｂを枠体３１０に連結していたが、本実施形態では、枠体を使用せず、第２方向（Ｙ軸方向）に変位可能な第２方向変位用バネ１ｅ，１ｆに、第１トーションバネ４０ａおよび第２トーションバネ４０ｂの各々を直接に連結されている。第３容量ｃ３および第４容量ｃ４が設けられるのは、図６ならびに図７の例と同じである。
【０１３９】
本実施形態によれば、例えば、異なる２つの方向（第３方向と第２方向）の加速度を検出することが可能な、高機能な加速度センサーが実現される。さらに、枠体を省略することができることから、より一層の小型化（占有面積の削減）が可能である。
【０１４０】
（第６実施形態）
図１０は、図６および図７に示される構造の揺動体を２個使用して、異なる３つの方向の加速度を検出可能とした物理量加速度センサーの構成を示す平面図である。図１０の例では、共通の支持体１００に、揺動体３００と、揺動体３００’とが設けられる。揺動体３００および揺動体３００’の構成は、図６および図７に示される揺動体３００の構成と同じである。なお、揺動体３００’の構成要素の参照符号には、ダッシュ記号が付されている。
【０１４１】
揺動体３００の支持軸Ｑ１は第２方向（Ｙ軸方向）に延在している。揺動体３００’の支持軸Ｑ１’は第１方向（Ｘ軸方向）に延在している。揺動体３００は、先に説明したように、第３方向（Ｚ方向）の加速度を検出するための検出プレートとしての機能と、第２方向（Ｙ方向）の加速度を検出するための検出プレートとしての機能とを併せ持つ。一方、揺動体３００’は、第３方向（Ｚ方向）の加速度を検出するための検出プレートとしての機能と、第１方向（Ｘ方向）の加速度を検出するための検出プレートとしての機能とを併せ持つ。
【０１４２】
本実施形態によれば、第１方向（Ｘ軸方向）の加速度、第２方向（Ｙ軸方向）の加速度ならびに第３方向（Ｚ軸方向）の加速度を検出することが可能な、高機能な物理量センサー（加速度センサー）を実現することができる。
【０１４３】
（第７実施形態）
本実施形態では、シーソー構造を利用した物理量センサーの検出精度を、より向上させるための信号処理方法と、その信号処理方法を利用した物理量センサーの構成について説明する。
【０１４４】
図１１（Ａ）〜図１１（Ｈ）は、シーソー構造を利用した物理量センサーの検出精度を、より向上させるための信号処理方法について説明するための図である。図１１（Ａ）は、揺動体３００が水平状態を維持している状態（Ｚ軸方向加速度が０Ｇである状態）を示している。図１１（Ｂ）では、Ｚ軸方向加速度が１Ｇであるときの揺動体３００の状態を示している。図１１（Ｂ）における揺動体３００は、第１シーソー片ＰＴ１の回転モーメントと第２シーソー片ＰＴ２の回転モーメントの不均衡によって傾いた状態となっている（重力加速度が加わっているにも関わらず、揺動体３００が水平状態を保っていたのでは、重力加速度を検出できないからである）。
【０１４５】
この状態で、揺動体３００に、揺動体３００の延在方向である第１方向（Ｘ軸方向）の加速度が作用した場合を想定する（図１１（Ｃ）参照）。図１１（Ｃ）に示されるように、傾いている揺動体３００に対して第１方向（Ｘ軸方向：水平時の揺動体の延在方向）の加速度Ｇが作用すると、揺動体３００には、第１方向（Ｘ軸方向）の加速度Ｇの向きとは逆向きに慣性力Ｆ’が働く（慣性力の大きさは、第１方向の加速度Ｇに比例する）。この慣性力Ｆ’は、傾いている揺動体３００を回転させる力（つまり、傾いている揺動体３００に垂直に働く力）の成分を有することから、揺動体３００の傾きが変化する（図１１（Ｄ）参照）。つまり、実際には第３方向の加速度は変化していないにもかかわらず、第１方向の加速度（検出方向（第３方向）とは異なる方向の加速度）Ｇによって、見かけ上、第３方向の加速度が変化したことになる。このような検出方向とは異なる方向に検出感度をもつことは、物理量センサーの検出精度の低下の原因となる。
【０１４６】
この問題点について具体的に説明する。図１１（Ｄ）に示されるように、同じ大きさの慣性力Ｆ’が、揺動体３００の、第１シーソー片（第１の領域）ＰＴ１および第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２の各々に作用する。第１シーソー片ＰＴ１に加わる慣性力Ｆ’は、揺動体３００の延長線の方向の力成分Ｆａ１と、揺動体３００に垂直な方向の力成分Ｆｂ１とに分けることができる。同様に、第２シーソー片ＰＴ１に作用する慣性力Ｆ’は、揺動体３００の延長線の方向の力成分Ｆａ２と、揺動体３００に垂直な方向の力成分Ｆｂ２とに分けることができる。第１シーソー片ＰＴ１に作用する揺動体３００に垂直な方向の力成分Ｆｂ１は、揺動体３００の第１シーソー片ＰＴ１に対して、反時計回りのモーメントを生じさせる。一方、第２シーソー片ＰＴ２に作用する揺動体３００に垂直な方向の力成分Ｆｂ２は、揺動体３００の第２シーソー片ＰＴ２に対して、時計回りのモーメントを生じさせる。力成分Ｆｂ１と力成分Ｆｂ２の大きさは同じである。
【０１４７】
但し、図１１（Ｄ）の例では、第１シーソー片ＰＴ１の腕の長さに比べて第２シーソー片ＰＴ２の腕の長さの方が長い（つまり、第２シーソー片ＰＴ２の質量の方が重い）ことから、回転モーメントに差が生じる。つまり、腕が長い第２シーソー片ＰＴ２に作用する時計回りの回転モーメントが優勢となり、その結果、揺動体３００全体が、時計回りに回転することになる。この時計回りの回転モーメントは、傾いている揺動体３００に対して第１方向（Ｘ軸方向：水平時の揺動体の延在方向）の加速度Ｇが作用することによって生じる、見かけ上の回転モーメントということができる。
【０１４８】
また、図１１（Ｅ）に示すような揺動体３００（図１１（Ｄ）の例とは傾きの方向が逆になっている）に、慣性力Ｆ’が作用したときも、同様の理由によって見かけ上の回転モーメントが発生して、揺動体３００の傾きが変化する。図１１（Ｂ）において、第１シーソー片ＰＴ１に作用する揺動体３００に垂直な方向の力成分Ｆｂ１は、揺動体３００の第１シーソー片ＰＴ１に対して、時計回りのモーメントを生じさせる。一方、第２シーソー片ＰＴ２に作用する揺動体３００に垂直な方向の力成分Ｆｂ２は、揺動体３００の第２シーソー片ＰＴ２に対して、反時計回りのモーメントを生じさせる。力成分Ｆｂ１と力成分Ｆｂ２の大きさは同じである。
【０１４９】
但し、図１１（Ｅ）の例では、第１シーソー片ＰＴ１の腕の長さの方が、第２シーソー片ＰＴ２の腕の長さよりも長い（つまり、第１シーソー片ＰＴ１の質量の方が重い）ことから、回転モーメントに差が生じる。つまり、腕が長い第１シーソー片ＰＴ１に作用する時計回りの回転モーメントが優勢となり、その結果、揺動体３００全体が、時計回りに回転することになる。つまり、図１１（Ｄ）の例と同様に、見かけ上の時計回りの回転モーメントによって、揺動体３００の傾斜が変化する。
【０１５０】
ここで、図１１（Ｄ）の例と、図１１（Ｅ）の例とを比較する。図１１（Ｄ）の例では、見かけ上の回転モーメントによって、揺動体３００は、その傾斜がより深くなるように回転する。例えば、見かけ上の回転モーメントが生じる前の傾斜角（水平線と揺動体とがなす角度）をθとしたとき、見かけ上の回転モーメントによって傾斜が変化した後の傾斜角は、θ＋δθとなる。一方、図１１（Ｄ）の例では、見かけ上の回転モーメントによって、揺動体３００は、傾斜している揺動体が押し戻されて、その傾斜角が浅くなるように回転する。例えば、見かけ上の回転モーメントが生じる前の傾斜角（水平線と揺動体とがなす角度）をθとしたとき、見かけ上の回転モーメントによって傾斜が変化した後の傾斜角は、θ−δθとなる。
【０１５１】
つまり、揺動体３００が傾斜している方向を基準として考えると、図１１（Ｄ）の例における見かけ上の回転モーメントの方向と、図１１（Ｅ）の例における見かけ上の回転モーメントの方向とは互いに逆向きである。例えば、揺動体３００が傾斜している方向を正の方向としたとき、図１１（Ｄ）の例における見かけ上の回転モーメントの方向は正の方向であり、図１１（Ｅ）の例における見かけ上の回転モーメントの方向は負の方向となる。つまり、図１１（Ｄ）および図１１（Ｅ）において、見かけ上の回転モーメントによって、揺動体３００は同じ角度だけ回転するが、その方向が逆である。本実施形態では、この点に着目し、図１１（Ｄ）の構造をもつ揺動体３００ａと、図１１（Ｅ）の構造をもつ揺動体３００ｂとを併用し、各揺動体から得られる信号を基礎として所定の演算を実行し、これによって、見かけ上の回転モーメントによって生じる誤差を抑制する。
【０１５２】
すなわち、本実施形態では、図１１（Ｆ）に示すように、２つの揺動体（つまり第１揺動体３００ａおよび第２揺動体３００ｂ）を設ける。そして、先に説明した信号処理回路（図３の参照符号１０）が、各揺動体３００ａ，３００ｂから得られる信号に基づいて、検出誤差を補償するための信号処理を実行して検出誤差を抑制する。
【０１５３】
ここで、第１揺動体３００ａは、図１１（Ｄ）に示される揺動体に対応する。第２揺動体３００ｂは、図１１（Ｅ）に示される揺動体に対応する。第１揺動体３００ａは、第１シーソー片（第１の領域）ＰＴ１ａおよび第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２ａを有する。第２揺動体３００ｂは、第３シーソー片（第３の領域）ＰＴ１ｂおよび第４シーソー片ＰＴ２ｂ（第４の領域）を有する。
【０１５４】
すなわち、第１揺動体３００ａは、平面視で、支持軸Ｑ１（第１軸）によって第１の領域（第１シーソー片）ＰＴ１ａと第２の領域（第２シーソー片）ＰＴ２とに区画される。また、第２揺動体３００ｂは、平面視で支持軸Ｑ２（第２軸）によって第３の領域（第３シーソー片ＰＴ１ｂ）と第４の領域（第４シーソー片ＰＴ２ｂ）とに区画されている。
【０１５５】
本実施例においては、第１揺動体３００ａと第２揺動体３００ｂとは互いに鏡像に配置している。「鏡像に配置」とは、例えば図１２の平面図に示すような配置をいう。ここで、図１２を参照する。図１２において、第２揺動体３００ｂは、平面視で、第１の領域（第１シーソー片）ＰＴ１ａと第２の領域（第２シーソー片）ＰＴ２ａの並び方向に直交する軸ＬＸに対し、第１揺動体３００ａを反転させた（折り返した）形状である。
【０１５６】
図１１（Ｆ）〜図１１（Ｈ）に戻って説明を続ける。図１１（Ｆ）および図１１（Ｇ）において、第２の領域（第２シーソー片）ＰＴ２の質量は、第１の領域（第１シーソー片）ＰＴ１ａの質量よりも重く（腕の長さが長いため）、また、第４の領域（第４シーソー片ＰＴ２ｂ）の質量は、第３の領域（第３シーソー片ＰＴ１ｂ）の質量よりも重い（腕の長さが長いため）。
【０１５７】
また、第１の領域（第１シーソー片）ＰＴ１ａと第２の領域（第２シーソー片）ＰＴ２の並び方向と、第３の領域（第３シーソー片ＰＴ１ｂ）と第４の領域（第４シーソー片ＰＴ２ｂ）の並びの方向とは、互いに同じである。また、重力を受けた状態においては、先に、図１１（Ｄ），図１１（Ｅ）の例で説明したとおり、第１揺動体３００ａおよび第２揺動体３００ｂは互いに反対向きに傾斜している（図１１（Ｇ）参照）。
【０１５８】
第１揺動体３００ａ、第２揺動体３００ｂの各々によって、２つの可変容量が形成されるため、合計で４個の可変容量が設けられることになる。図１１（Ｆ）の状態では、第１揺動体３００ａおよび第２揺動体３００ｂは水平状態であり、４つの可変容量の各々の容量値はＣ０である。
【０１５９】
ここで、検出信号として、第１揺動体３００ａの第１シーソー片（第１の領域）ＰＴ１ａの変位に基づいて変動する第１検出信号と、第１揺動体３００ａの第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２ａの変位に基づいて変動する第２検出信号と、第２揺動体３００ｂの第３シーソー片（第３の領域）ＰＴ１ｂの変位に基づいて変動する第３検出信号と、第２揺動体３００ｂの第４シーソー片（第４の領域）ＰＴ２ｂの変位に基づいて変動する第４検出信号と、が出力されるとする。
【０１６０】
以下の説明では、第１検出信号および第２検出信号を差動出力１と表現し、また、第３出信号および第４出信号を差動出力２と表現する。図１１（Ｆ）の状態では、差動出力１は（Ｃ０，Ｃ０）となり、差動出力２も（Ｃ０，Ｃ０）となる。
【０１６１】
重力加速度（１Ｇ）がある状態では、図１１（Ｇ）に示すように、第１揺動体３００ａおよび第２揺動体３００ｂの各々は、回転モーメントを受けて傾く。
【０１６２】
ここで、第１揺動体３００ａと第２揺動体３００ｂは共に第１方向（Ｘ軸方向）に延在するが、第１揺動体３００ａの傾きの向きと、第２揺動体３００ｂの傾きの向きは互いに反対向きであり、かつ、水平面を基準とした回転角の絶対値は同じである。例えば、第１揺動体３００ａは時計回りに、水平面を基準として＋θだけ傾いており、一方、第２揺動体３００ｂは反時計回りに、水平面を基準として−θだけ傾いている。
【０１６３】
図１１（Ｇ）の状態では、差動出力１は、（Ｃ０＋ΔＣ，Ｃ０−ΔＣ）となる。差動出力２は、（Ｃ０−ΔＣ，Ｃ０＋ΔＣ）となる。ΔＣは、揺動体３００ａ，３００ｂが傾いたことによる各容量の容量値の変化分を示す。
【０１６４】
この状態で、図１１（Ｃ）の場合と同様に、第１方向（Ｘ軸方向）の加速度Ｇが加わり、その反対方向に慣性力Ｆ’が働いた場合を想定する。この場合、第１揺動体３００ａおよび第２揺動体３００ｂの各々には、図１１（Ｈ）に示すような傾きが生じる。つまり、第１揺動体３００ａには、図１１（Ｄ）に示したように、時計回りの見かけ上の回転モーメントが生じる。一方、第２揺動体３００ｂにも同様に、図１１（Ｅ）に示したように、見かけ上の時計回りの回転モーメントが生じる。但し、揺動体３００ａ，３００ｂの各々が傾斜している方向を基準として考えると、第１揺動体３００ａに生じる見かけ上の回転モーメントの方向と、第２揺動体３００ｂに生じる見かけ上の回転モーメントの方向とは、互いに逆向きである（前者は第１揺動体３００ａの傾きが増大する方向、後者は、第２揺動体３００ｂの傾きが減少する方向である）。第１揺動体３００ａに生じる見かけ上の回転モーメントと、第２揺動体３００ｂに生じる見かけ上の回転モーメントは、同じ大きさで、かつ、方向が逆である。
【０１６５】
したがって、第１揺動体３００ａおよび第２揺動体３００ｂの各々には、図１１（Ｈ）に示すような傾きが生じる。ここで、第１検出信号に重畳されている見かけ上の回転力による誤差変位に起因する可変容量（静電容量）の容量値の変動分を例えば「＋δＣ」としたとき、第２検出信号に関する容量値の変動分は「−δＣ」となり、同様に、第３検出信号に重畳されている見かけ上の回転力による誤差変位に起因する可変容量（静電容量）の容量値の変動分は「＋δＣ」であり、第４検出信号に関する容量値の変動分は「−δＣ」となる。
【０１６６】
つまり、図１１（Ｇ）の状態では、差動出力１は、（Ｃ０＋ΔＣ＋δＣ，Ｃ０−ΔＣ−δＣ）となる。また、差動出力２は、（Ｃ０−ΔＣ＋δＣ，Ｃ０＋ΔＣ−δＣ）となる。
【０１６７】
信号処理回路において、第１差動出力１に基づいて、第１検出信号と第２検出信号との差を示す第１差動信号を生成すると、第１差動信号は２（ΔＣ＋δＣ）となる。つまり、第１差動信号に重畳する、見かけ上の回転力による誤差変位に起因する可変容量（静電容量）の容量値の変動分は、「２δＣ（＝＋δＣ−（−δＣ））」となる。
【０１６８】
また、第４検出信号と第３検出信号との差を示す第２差動信号が生成されると、第２差動信号は、２（ΔＣ−δＣ）となる。つまり、第２差動信号に重畳する、見かけ上の回転力による誤差変位に起因する可変容量（静電容量）の容量値の変動分は、「−２δＣ（＝−δＣ−（＋δＣ））」となる。
【０１６９】
そして、信号処理回路が、第１差動信号と第２差動信号とを加算すると、第１差動信号に重畳する誤差成分「＋２δＣ」と、第２差動信号に重畳する誤差成分「−２δＣ」とが相殺されて、誤差がキャンセルされる。
【０１７０】
なお、第１差動信号と第２差動信号とが加算されると、信号振幅が必要以上に大きくなる場合がある。このことが問題となる場合には、第１差動信号と第２差動信号とを加算して得られる信号の振幅を、例えば半分にする信号処理（つまり、（第１差動信号１＋第２差動信号）／２）等を適宜、行うこともできる。
【０１７１】
すなわち、信号処理回路が、第１検出信号と第２検出信号との差を示す第１差動信号を生成し、また、第３検出信号と第４検出信号との差を示す第２差動信号を生成し、第１差動信号と第２差動信号を加算して得られる信号に基づいて、第１方向の加速度に基づく誤差が抑制された、第３方向の加速度検出信号を生成することが可能である。
【０１７２】
このようにし、本実施形態の信号処理方法によれば、検出方向以外の方向に検出感度をもつことによる誤差を、信号処理によってキャンセルすることができる。よって、シーソー構造を利用した物理量センサーの第３方向の加速度等の検出精度を、より向上させることができる。
【０１７３】
図１２は、図１１に示される信号処理方法を採用した物理量センサーの構成の一例を示す図である。図１２の物理量センサーは、第１シーソー構造体ＳＴ１と、第２シーソー構造体ＳＴ２と、第１シーソー構造体ＳＴ１および第２シーソー構造体ＳＴ２の各々から出力される検出信号に基づいて、所定の信号処理を実行する信号処理回路１０と、を有している。
【０１７４】
信号処理回路１０は、スイッチトキャパシタキャパシタアンプ（ＳＣＡ：図５参照）と、差動増幅器２５ａ，２５ｂと、平均演算器（または加算演算器）２７と、を有する。スイッチトキャパシタキャパシタアンプＳＣＡならびに差動増幅器２５ａ，２５ｂは、図４に示されるＣ／Ｖ変換回路２４に対応する。また、平均演算器（または加算演算器）２７は、例えば、図４に示されるアナログ校正＆Ａ／Ｄ変換回路２６に含まれる。
【０１７５】
また、第１シーソー構造体ＳＴ１は、第１揺動体３００ａと、第１揺動体３００ａを、第１支持軸Ｑ１（第１軸）を支点としてシーソー揺動可能に両持ち支持する、第１揺動体用の第１支持部４０ａ１および第１揺動体用の第２支持部４０ｂ１と、第１揺動体３００ａのシーソー揺動に応じて位置が変化する第１揺動体用の第１可動電極１０９ａ１，１０９ｂ１と、第１揺動体用の可動電極１０９ａ１，１０９ｂ１に対向する位置に設けられる第１揺動体用の固定電極（不図示）と、を有する第１可変容量部（不図示）と、を有する。
【０１７６】
そして、第１揺動体３００ａは、平面視で第１支持軸Ｑ１によって区画される２つの部分のうちの一方に対応する第１揺動体の第１シーソー片（第１領域）ＰＴ１ａと、２つの部分のうちの他方に対応する第１揺動体３００ａの第２シーソー片（第２領域）ＰＴ２ａと、を有する。
【０１７７】
また、第２シーソー構造体ＳＴ２は、第２揺動体３００ｂと、第２揺動体３００ｂを、第２支持軸Ｑ２（第２軸）を支点としてシーソー揺動可能に両持ち支持する、第２揺動体用の第１支持部４０ａ２および第２揺動体用の第２支持部４０ｂ２と、第２揺動体３００ｂのシーソー揺動に応じて位置が変化する第２揺動体用の可動電極（不図示）と、第２揺動体用の可動電極に対向する位置に設けられる第２揺動体用の固定電極（不図示）と、を有する第２可変容量部（不図示）と、を有する。
【０１７８】
第２揺動体３００ｂは、平面視で第２支持軸Ｑ２（第２軸）によって区画される２つの部分のうちの一方に対応する第３シーソー片（第３領域）ＰＴ１ｂと、２つの部分のうちの他方に対応する第２シーソー片（第４領域）ＰＴ２ｂと、を有し、平面視における第１揺動体３００ａの長手方向ならびに第２揺動体３００ｂの長手方向を第１方向（例えばＸ軸方向）とし、平面視における第１方向に直交する方向を第２方向（例えばＹ軸方向）とし、第１方向および第２方向の各々に直交する方向を第３方向（例えばＺ軸方向）としたとき、第３方向の同じ大きさの加速度が第１揺動体３００ａおよび第２揺動体３００ｂの各々に作用している状態における、第１揺動体３００ａの傾きの向きと、第２揺動体３００ｂの傾きの向きは互いに反対向きであり、また、第１揺動体３００ａおよび第２揺動体３００ｂの各々の、水平面を基準とした回転角の絶対値は同じである。
【０１７９】
そして、第１シーソー構造体ＳＴ１からは、検出信号として、第１揺動体３００ａの第１シーソー片ＰＴ１ａの変位に基づいて変動する第１検出信号ＶＺ１と、第１揺動体３００ａの第２シーソー片ＰＴ２ａの変位に基づいて変動する第２検出信号ＶＺ２と、が出力される。また、第２シーソー構造体ＳＴ２からは、検出信号として、第２揺動体３００ｂの第３シーソー片（第３の領域）ＰＴ１ｂの変位に基づいて変動する第３検出信号ＶＺ３と、第２揺動体３００ｂの第４シーソー片（第４領域）ＰＴ２ｂの変位に基づいて変動する第４検出信号ＶＺ４と、が出力される。
【０１８０】
信号処理回路１０に含まれる差動増幅器２５ａは、第１検出信号ＶＺ１と第２検出信号ＶＺ２との差を示す第１差動信号ＤＳ１を生成する。また、差動増幅器２５ｂは、第４検出信号ＶＺ４と第３検出信号ＶＺ３との差を示す第２差動信号ＤＳ２を生成する。第１差動信号ＤＳ１および第２差動信号ＤＳ２は、平均演算器（または加算演算器）２７に入力される。平均演算器（または加算演算器）２７は、第１差動信号ＤＳ１と第２差動信号ＤＳ２を加算する処理を実行する。例えば、（ＤＳ１＋ＤＳ２）、あるいは、（（ＤＳ１＋ＤＳ２）／２）というような信号処理が実行され、この結果として得られる信号に基づいて、第１方向（Ｘ軸方向）の加速度に基づく誤差が抑制された、第３方向（Ｚ軸方向）の加速度等の検出信号ＤＳ３が生成される。検出信号ＤＳ３は、（ＤＳ１＋ＤＳ２）、あるいは、（（ＤＳ１＋ＤＳ２）／２）というような信号処理の結果を示す信号そのものであってもよく、さらに、アナログ校正処理が施された後の信号であってもよい。
【０１８１】
（第８実施形態）
図１３は、物理量加速度センサーの他の例（図１２の構成に、さらに、第１方向（Ｘ軸方向）の加速度を検出するための構成を追加した例）を示す平面図である。図１３の例では、図１２の構成に加えて、第１方向（Ｘ軸方向）の加速度を検出するための静電容量型物理量センサー３７０が追加されている。この物理量加速度センサー３７０は、第１方向（Ｘ軸方向）の加速度を検出するための機能のみを有し、シーソー揺動による第３方向（Ｚ軸方向）の加速度を検出する機能は有していない（一対の揺動体３００ａ，３００ｂを用いて、高精度に第３方向の加速度を検出することができるため、それ以上、揺動体を設ける必要がないからである）。
【０１８２】
第１方向（Ｘ軸方向）の加速度を検出するための加速度センサー３７０は、可動錘部３１３と、第１方向に変形可能なバネ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、固定電極２ａ，２ｂ，２ａ’，２ｂ’と、可動電極３ａ，３ｂ，３ａ’，３ｂ’と、を有する。可動錘部３１３がＸ軸方向に変位すると、可動電極３ａ，３ｂ，３ａ’，３ｂ’も同様に変位し、固定電極２ａ，２ｂ，２ａ’，２ｂ’ならびに可動電極３ａ，３ｂ，３ａ’，３ｂ’の各々によって構成される可変容量の容量値が変化し、これに対応して電荷が移動し、微小な電気信号（電流信号）が生成される。したがって、その電気信号に基づいて、第１方向（Ｘ軸方向）の加速度を検出することができる。
【０１８３】
図１３の物理量センサーは、第１方向（Ｘ軸方向）の加速度ならびに第３方向（Ｚ軸方向）の加速度を検出することができ、かつ、第３方向（Ｚ軸方向）の加速度は、誤差補償処理によって、他軸感度に伴う誤差を抑制することが可能であることから、より高精度な第３方向（Ｚ軸方向）の加速度の検出が可能である。
【０１８４】
（第９実施形態）
以上の実施形態においては、揺動体の支持部を揺動体の中心を通る線と平行な位置にずらすことにより揺動体をシーソー揺動可能にしたが、これに限らず、種々、変形や応用が可能である。
【０１８５】
図１５（Ａ）〜図１５（Ｄ）は、物理量センサーの構造の他の例を示す図である。図１５において、前掲の図面と共通する部分には同じ参照符号を付している。図１５（Ａ），図１５（Ｂ）の例では、揺動体３００の一端に質量部９００が設けられている。図１５（Ａ）は物理量センサー（センサー素子構造体）の断面図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）に対応する、揺動体３００の、平面視における構造を示す。質量部９００が設けられることによって、例えば、第１シーソー片ＰＴ１と第２シーソー片ＰＴ２の長手方向の長さが同じである場合であっても、揺動体３００をシーソー揺動させることができる。
【０１８６】
つまり、図１５（Ａ），図１５（Ｂ）の例では、支持軸Ｑ１および動体３００の中心を通る線（中心線）ＫＬは一致している。つまり、第１支持部４０ａおよび第２支持部４０ｂは、揺動体３００の中心を通る線（中心線）ＫＬ上に設けられている。このような構成であっても、質量部９００によって回転モーメントを生じさせることができ、よって、揺動体３００をシーソー揺動させることが可能となる。
【０１８７】
質量部９００は、例えば、金属膜や絶縁膜等の膜によって形成することができ、また、揺動体３００をエッチング加工して厚膜化する等して形成することができる。質量部９００をレーザーによってトリミングしたり、エッチング等で削ったり、スパッタリングや蒸着等で成膜したりすることによって、質量を簡単に増減することができる。よって、シーソー揺動の微調整が簡易にできる。
【０１８８】
また、図１５（Ｃ）、図１５（Ｄ）に示される例では、支持軸Ｑ１と中心線ＫＬとは不一致である。つまり、第１支持部４０ａおよび第２支持部４０ｂの各々を、揺動体３００の中心を通る線（中心線）ＫＬに対して平行にシフトする。そして、揺動体３００の一端に質量部９００が設けられている。
【０１８９】
例えば、揺動体３００の支持軸Ｑ１をずらすことにより、揺動体３００の第１シーソー片ＰＴ１（第１の領域）の平面視における面積が、第２シーソー片（第２の領域）の平面視における面積よりも狭くなった場合、図１５（Ｃ）に示すように、第２シーソー片（第２の領域）ＰＴ２に質量部９００を形成すれば、揺動体３００のシーソー揺動がより顕著になり、容量の検出感度を向上できる。
【０１９０】
また、図１５（Ｄ）に示すように、第２シーソー片（第１の領域）ＰＴ２に質量部９００を形成すれば、揺動体３００のシーソー揺動を抑制できる。これに伴って、揺動体３００を支持する支持部（第１支持部４０ａ，第２支持部４０ｂ）に、過剰なねじれが生じることを抑制できる。よって、支持部（第１支持部４０ａ，第２支持部４０ｂ）が破損することを防止できる。
【０１９１】
上記以外にも、揺動体の全面に質量部を形成し、質量部の質量を増減させて揺動体の第１の領域と第２の領域の質量バランスを変化させてシーソー揺動可能にしても良い。
【０１９２】
（第１０実施形態）
図１６は、電子機器の構成の一例を示す図である。図１６の電子機器には、上記いずれかの実施形態にかかる物理量センサー（例えば静電容量型物理量加速度センサー等）が含まれる。電子機器は、例えば、ゲームコントローラやモーションセンサー等である。
【０１９３】
図１６に示されるように、電子機器は、センサーデバイス（静電容量型加速度センサー等）４１０と、画像処理部４２０と、処理部４３０と、記憶部４４０と、操作部４５０と、表示部４６０とを含む。なお、電子機器の構成は、図１４の構成に限定されず、その構成要素の一部（例えば操作部、表示部等）を省略したり、他の構成要素を追加したりする等の種々の変形実施が可能である。
【０１９４】
図１７は、電子機器の構成の他の例を示す図である。図１７に示される電子機器５１０は、上記いずれかの実施形態にかかる加速度センサーとしての物理量センサー４７０と、加速度とは異なる物理量を検出する検出素子（ここでは、角速度を検出するジャイロセンサーとする）４８０と、を含むセンサーユニット４９０と、センサーユニット４９０から出力される検出信号に対して所定の信号処理を施すＣＰＵ５００と、を有する。センサーユニット４９０は、それ自体が一個の電子機器とみなすことができる。
【０１９５】
すなわち、組み立て性に優れ、かつ、小型かつ高性能な静電容量型物理量加速度センサー４７０と、異なる種類の物理量を検出する他のセンサー（例えば、物理量構造を利用した振動型ジャイロセンサー）４８０を併用することによって、小型で高性能な電子機器を実現することができる。つまり、複数のセンサーを含む、電子機器としてのセンサーユニット４７０や、そのセンサーユニット４７０を搭載する、より上位の電子機器（例えばＦＡ機器等）５１０を実現することができる。
【０１９６】
このように、本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、検出軸以外の方向に加速度が生じたとしても検出感度が良好な物理量センサーの検出精度を向上することができる。また、例えば、封止体（パッケージ）を含めた物理量センサーの組み立て性を向上することができる。また、小型で高性能な電子機器を実現することができる。
【０１９７】
以上、いくつかの実施形態について説明したが、本発明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ものである。従って、このような変形例はすべて本発明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。本発明は、慣性センサーに適用可能である。例えば、静電容量型加速度センサー、静電容量型ジャイロセンサーとして使用可能である。
【符号の説明】
【０１９８】
１０  信号処理回路、１３  検出回路、４０ａ  第１支持部（第１トーションバネ）、
４０ｂ  第２支持部（第２トーションバネ）、９０  封止材、９５  空隙、
９７，９９  開口部、１００  支持体（例えばＳＯＩ基板）、
１０２  ベース（シリコン板等）、１０４  絶縁層、
１０６  基板（例えばＳＯＩ基板の活性層）、
１０９ａ  第１可動電極、１０９ｂ  第２可動電極、２００  蓋体、
２０８ａ  第１固定電極、２０８ｂ  第２固定電極、２５０  封止体（気密封止体）、
３００（３００ａ，３００ｂ）  揺動体、
３１１  シリコンをパターニングして形成されるシーソープレート、
９００  質量部（部分的な錘）、Ｑ１，Ｑ２  支持軸（第１軸，第２軸）、
ＧＬ  重力線、ＳＬ  重力線をｄ１だけ平行にシフトさせた線分、
ＱＬ  揺動体の中心線、Ｇ１  揺動体の重心、
ＰＴ１  第１シーソー片（第１の領域）、ＰＴ２  第２シーソー片（第２の領域）、
ＰＴ１ａ  第１シーソー片（第１の領域）、ＰＴ２ａ  第２シーソー片（第２の領域）、ＰＴ１ｂ  第３シーソー片（第３の領域）、ＰＴ２ｂ  第４シーソー片（第４の領域）、ｃ１  第１可変容量、ｃ２  第２可変容量
【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５】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成26年5月16日(2014.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動体を備え、
前記揺動体は、第１軸上に配置された第１支持部と第２支持部とによって支持され、且つ、平面視で前記第１軸によって第１の領域と第２の領域とに区画され、各々の領域に可動電極が設けられ、
前記可動電極に対向して固定電極が設けられ、
前記第２の領域の質量は前記第１の領域の質量よりも重く、
前記揺動体は、
開口部と、
前記開口部に配置された可動錘部と、
前記可動錘部と前記揺動体とを連結する連結部と、
前記揺動体から前記可動錘部に向けて設けられている第１電極部と、
前記可動錘部から前記揺動体に向けて設けられると共に、前記第１電極部に対向する第２電極部と、を備える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であって、
前記第１電極部と前記第２電極部とは、前記第１の領域と前記第２の領域との各々に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３】
請求項１に記載の物理量センサーであって、
前記第１電極部と前記第２電極部とは、前記第１軸と平行な方向および前記第１軸と交差する方向の少なくとも一方の方向で対向して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４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の物理量センサーであって、
前記第１軸は、前記揺動体の中心を通る線と平行であることを特徴とする物理量センサー。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の物理量センサーであって、
前記固定電極は、前記第１の領域に対向する第１の固定電極と、前記第２の領域に対向する第２の固定電極と、を有することを特徴とする物理量センサー。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の物理量センサーであって、
前記可動電極は、前記第１の領域と前記第２の領域とに跨って共通に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７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の物理量センサーを備えることを特徴とする電子機器。