(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板に封止材を介して接合された第２基板と、
前記第１基板、前記第２基板及び前記封止材で囲まれた空間と、
前記第１基板上に配置された固定部と、
前記固定部に一端部が支持されるとともに他端部が前記固定部に対して前記空間内で可動する可動部を含む可動電極と、
前記第２基板に設けられ、前記可動電極の他端部に隣接して配置された固定電極と、
前記可動電極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、
前記可動電極は、内部応力を有する第１膜を含み、
前記可動電極において、
外力無印加時、前記可動電極の前記他端部は、前記第１膜の内部応力による前記可動電極の撓みにより対向する前記固定電極と電気的に接触しており、
外力印加時、前記可動電極の前記他端部は印加される外力に応じて変位し、前記固定電極と電気的に非接触となることを特徴とする力学量センサ。
【請求項２】
前記封止材は、前記可動電極を囲むフレーム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】
前記空間にダンピング材を封入することを特徴とする請求項１又は２に記載の力学量センサ。
【請求項４】
前記第１膜は導電性を有し、
前記可動電極は第２膜をさらに含み、
前記第１膜は前記第２膜上に配置され、
前記可動電極の前記他端部は、前記第１膜を介して前記固定電極と電気的に接触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５】
前記第１膜がＰｔまたはＣｒであり、前記第２膜がシリコン膜であることを特徴とする請求項４に記載の力学量センサ。
【請求項６】
前記第１膜は絶縁性を有し、
前記可動電極は導電性を有する第２膜をさらに含み、
前記第１膜は前記第２膜上に配置され、
前記可動電極の前記他端部は、前記第１膜から露出された前記第２膜または前記第１膜から露出された前記第２膜上に配置された導電性の端子を介して前記固定電極と電気的に接触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７】
前記第１膜が窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項６に記載の力学量センサ。
【請求項８】
前記可動電極のたわみ量δは、０．５μｍ＜δ＜７μｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の力学量センサ。
【請求項９】
前記可動電極を複数備え、
前記複数の可動電極は、それぞれ長さが異なり、
印加される外力の大きさが大きくなるにつれて、前記複数の可動電極のうち長さが短いものから順に前記可動電極が前記固定電極と電気的に非接触となることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の力学量センサ。
【請求項１０】
前記複数の可動電極は、それぞれ異なる方向に延在していることを特徴とする請求項９に記載の力学量センサ。
【請求項１１】
前記複数の可動電極が、それぞれ対応する前記固定電極に接触又は非接触する状態を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することを特徴とする請求項９または１０に記載の力学量センサ。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の力学量センサを、外力を検出する方向に応じて、第３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１３】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の力学量センサと、
前記力学量センサを搭載する配線基板と、
前記配線基板上に配置され、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１４】
請求項１２記載の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配線基板と、
前記配線基板上に配置され、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電子回路基板。
【請求項１５】
請求項１３又は１４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（可動電極）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として、略矩形パルス形状の可動電極とそれに対向する固定電極とを備えた半導体加速度センサについて、可動電極の上面に引張応力を発生させる支持膜を設けて可動電極を上方へ引き上げるように撓ませることにより、可動電極の自重による基板及び固定電極への接触を防止しようとするものがある（例えば、特許文献１参照。）。また、可動電極と固定電極の円周形状の側面同士が接触して加速度を検知する半導体加速度センサについて、可動電極の上表面に引張応力を発生させる膜を設け、可動電極の自重による下方への変形を抑制しようとするものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１６７８８５号公報
【特許文献２】特開平１１−７２５０５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及び２により提案された半導体加速度センサは、重力や外部環境等の影響により、センサの検出感度が不安定になる虞があった。また、可動電極の構造が複雑なものとなるため、製造工程が煩雑となり、製造コストが高くなるという課題があった。
【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、簡易な構造で、製造を容易に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固定部と、前記固定部に一端部が支持されて前記基板から離隔して配置された可動部を含む複数の可動電極と、前記複数の可動電極の他端部にそれぞれ隣接して力学量の検出方向に配置された固定電極と、前記可動電極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、前記複数の可動電極は、それぞれ内部応力を有する薄膜を含み、前記複数の可動電極の前記他端部は、それぞれ対向する前記固定電極と電気的に接触し、前記複数の可動電極の前記他端部は、印加される外力に応じて変位し、前記固定電極と電気的に非接触とな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、可動電極と固定電極との接触（ＯＮ）から非接触（ＯＦＦ）への変化を簡易な構造で検出するように構成することにより、可動電極を重力等の影響を受け難いものとし、印加された外力の大きさ及び方向並びに加速度等を安定した検出精度で検出することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の実施の形態に係る力学量センサは、固定部と、前記固定部に一端部が支持されるとともに他端部が前記固定部に対して可動する可動部を含む複数の可動電極と、前記複数の可動電極の他端部にそれぞれ隣接して配置された固定電極と、前記可動電極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、前記複数の可動電極において、外力無印加時、前記可動電極が撓んでおり、前記複数の可動電極の前記他端部は対向する前記固定電極と電気的に接触しており、外力印加時、前記複数の可動電極の前記他端部は印加される外力に応じて変位し、前記固定電極と電気的に非接触とな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、可動電極と固定電極との接触（ＯＮ）から非接触（ＯＦＦ）への変化を簡易な構造で検出するように構成することにより、可動電極を重力等の影響を受け難いものとし、印加された外力の大きさ及び方向並びに加速度等を安定した検出精度で検出することが可能となる。
【０００９】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、前記薄膜は導電性を有し、前記複数の可動電極の前記他端部は、それぞれ前記薄膜を介して前記固定電極と電気的に接触してもよい。本発明の実施の形態に係る力学量センサによれば、簡易な製造方法で、可動電極を固定電極に電気的に接触させることが可能となり、安定した検出精度で、印加された外力の大きさ及び方向並びに加速度等を検出することが可能となる。
【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の周囲にダンピング材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、外部からの衝撃による可動電極の振動等を抑制し、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抑制できるため、力学量の検出感度を向上させることができる。
【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。
【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、可動電極の幅又は厚み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。
【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は、それぞれ異なる方向に延在す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。
【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、及び前記配置される方向は、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前記他端部は、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。
【００１６】
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いずれかが前記固定電極に接触又は非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ができる。
【００１７】
本発明の実施の形態に係る力学量センサは、長さが異なる前記複数の可動電極が、前記固定電極に接触又は非接触する状態を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、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印加方向を可動電極と固定電極との導通の有無で検知することができる。
【００１８】
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、第３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る。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法は、複数層からなる第１基板上に、内部応力を有する薄膜を形成し、前記薄膜の形成された前記第１基板をエッチングして、前記第１基板上に配置される固定部及び前記固定部に一端部が支持されて前記第１基板から離隔して配置される可動部を含む複数の可動電極を形成し、第２基板上に、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る固定電極を形成し、前記複数の可動電極の形成された前記第１基板の面と、前記固定電極の形成された前記第２基板の面とを、前記複数の可動電極の前記他端部が、それぞれ前記固定電極に電気的に接触するように接合す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、製造工程を削減して製造コストを低減することができ、検出感度を向上させた力学量センサを実現できる。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る力学量センサの製造方法は、前記第１基板と前記第２基板とを封止材を用いて接合し、前記第１基板と前記第２基板との間の空間にダンピング材を封入してもよい。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、外部からの衝撃による可動電極の振動等を抑制し、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抑制できるため、力学量の検出感度を向上させることができる。
【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配線基板と、前記配線基板上に配置され、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配線基板と、前記配線基板上に配置され、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の機能を用いた電子機器を提供できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、検出感度を向上させ、且つ簡易な製造方法により製造コストに低減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】
【００２５】
【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断面図である。
【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り、（ａ）は、第１基板上に第１の膜を配置した構造を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した第１の膜上に封止材を配置した構造を示した平面図であり、（ｃ）は、第２基板上に固定電極を配置した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第１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、加工前の第１基板、第２の膜、及び第１の膜を示す断面図であり、（ｂ）は、第２の膜及び第１の膜に凹部を形成する工程を示す断面図であり、（ｃ）は、第１基板に凹部を形成して可動電極を形成する工程を示す断面図であり、（ｄ）は、第１の膜上に封止材を形成する工程を示す断面図であり、（ｅ）は、第１基板と第２基板とを接合する工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る力学量センサの第２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、加工前の第２基板を示す断面図であり、（ｂ）は、第２基板に固定電極を形成する工程を示す断面図であり、（ｃ）は、第２基板に凹部を形成する工程を示す断面図であり、（ｄ）は、第２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、第２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５】本発明の第１の実施形態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６】本発明の第１の実施形態に係る可動電極の長さ、可動部の厚み、及び第１の膜の厚みをそれぞれ変化させた場合の可動電極のたわみ量との関係を示す表である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る力学量センサの第１の膜の材料及び成膜条件を変化した場合に得られる応力値を示す表である。
【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】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り、（ａ）は、第１基板上に第１の膜を配置した構造を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した第１基板上に封止材を配置した構造を示した平面図であり、（ｃ）は、第２基板上に固定電極及び固定部電極を配置した構造を示した平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る力学量センサの第１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、図９（ａ）に示した（ｉ）線から見た第１基板上の可動電極を形成する工程を説明するための断面図であり、（ｂ）は、図９（ａ）に示した（ｉｉ）線から見た第１基板上の可動電極を形成する工程を説明するための断面図であり、（ｃ）は、図９（ａ）に示した（ｉｉｉ）線から見た第１基板上の可動電極を形成する工程を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る力学量センサの第２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）は加工前の第２基板を示す断面図であり、（ｂ）は第２基板に固定部電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、（ｃ）は第２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であり、（ｄ）は第２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であり、（ｅ）は第２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）は第２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り、（ｇ）は第２基板に貫通電極及び配線用端子を形成した工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した平面図であり、（ａ）は、第１基板上に第１の膜を配置した構造を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した第１基板上に封止材を配置した構造を示した平面図であり、（ｃ）は、第２基板上に固定電極及び固定部電極を配置した構造を示した平面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る力学量センサの概略構造を示した断面図であり、（ａ）は、図１２に示した第１基板と第２基板とを接合した後の（ｉ）線から見た力学量センサの断面図であり、（ｂ）は、図１２に示した第１基板と第２基板とを接合した後の（ｉｉ）線から見た力学量センサの断面図であり、（ｃ）は、図１２に示した第１基板と第２基板とを接合した後の（ｉｉｉ）線から見た力学量センサの断面図である。
【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図である。
【図１６】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１７】本発明の第５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１８】本発明の第５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】
【００２６】
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。
【００２７】
（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断面図である。力学量センサ１００は、第１基板１０４と、第１基板１０４上に形成された固定部１０２ｂと、固定部１０２ｂに一端部が支持されて第１基板１０４から離隔して形成された可動部１０２ａ、及び可動部１０２ａ上に形成された第１の膜１０１を含む可動電極１０２と、可動電極１０２の他端部に隣接して力学量の検出方向に配置される固定電極１０３ａと、固定電極１０３ａが形成された第２基板１０５とを含む。なお、本実施形態において、第１の膜１０１は、内部応力を有する薄膜（応力膜）である。固定部１０２ｂは、第１基板１０４上に固定されており、可動部１０２ａ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Ｚ軸方向に撓む。可動電極１０２は、外力が印加されないとき、可動部１０２ａ上に形成された第１の膜１０１の内部応力により、固定電極１０３ａと電気的に接触する。
【００２８】
力学量センサ１００に、図１に示したＺ軸方向の正から負（Ｚ軸方向に図中の上から下に向かう方向）の外力が印加されると、可動電極１０２の一部が固定電極１０３ａに接触した状態から非接触の状態に変位する。力学量センサ１００は、このときの固定電極１０
３ａと可動電極１０２との導通の有無を検出することにより、力学量センサ１００に印加された外力の大きさ及び方向並びに加速度等を検出することができる。
【００２９】
本実施形態において、第１の膜１０１は、導電性を有する応力膜であっても、絶縁性を有する応力膜であってもよい。例えば、第１の膜１０１が導電性を有する場合、図示したように、可動部１０２ａ及び固定部１０２ｂの上面全体に第１の膜１０１が形成されてもよい。導電性を有する第１の膜１０１は、外力の印加に応じて可動部１０２ａが撓むと、固定電極１０３ａと電気的に接触した状態から非接触の状態となる。これにより、可動電極１０２と固定電極１０３ａとの導通の有無を検知することが可能となる。なお、第１の膜１０１を固定電極１０３ａと電気的に接触させることにより可動電極１０２と固定電極１０３ａとの導電的コンタクトをとる場合には、可動部１０２ａは導電体であっても絶縁体であってもよい。また、可動電極１０２と固定電極１０３ａとが導電的コンタクトをとることが可能な形状であれば、第１の膜１０１及び可動部１０２ａは図示した形状に限定されない。
【００３０】
なお、第１の膜１０１が絶縁体であり、例えば、可動部１０２ａが導電体である場合には、図示していないが、可動部１０２ａの固定電極１０３ａと対向する面上に、可動部１０２ａが固定電極１０３ａと接触する部分を除いて第１の膜１０１を形成し、導電性を有する可動部１０２ａが直接、固定電極１０３ａと電気的に接触するように形成してもよい。また、このとき、導電性の可動部１０２ａ上に、別途、導電性の端子等（図示せず）を形成し、これらの端子等を固定電極１０３ａに電気的に接触させることにより、可動電極１０２と固定電極１０３ａとの導通の有無を検知するように形成してもよい。
【００３１】
なお、第１の膜１０１が絶縁体であり、図１に図示したように、可動部１０２ａの上面全体を覆う場合には、第１の膜１０１上に、別途、導電性の薄膜や配線端子等（図示せず）を形成し、これらを固定電極１０３ａに電気的に接触させることにより、可動電極１０２と固定電極１０３ａとの導電的コンタクトがとれるように形成してもよい。従って、第１の膜１０１及び可動部１０２ａのいずれもが絶縁体であっても、可動電極１０２の固定電極１０３ａと対向する最表面上に、導電性の薄膜や配線端子等（図示せず）を形成して固定電極１０３ａに電気的に接触させるように形成すれば、可動電極１０２と固定電極１０３ａとの導電的コンタクトをとることができる。よって、可動電極１０２と固定電極１０３ａとが導通可能な形状に形成されていれば、第１の膜１０１及び可動部１０２ａは、導電体であっても絶縁体であってもよい。また、第１の膜１０１及び可動部１０２ａの形状は、図示した形状に限定されず、第１の膜１０１は可動部１０２ａの一部に形成されるものであればよい。
【００３２】
なお、以下、本実施形態においては、図１に図示した形状に基づき、可動部１０２ａの固定電極１０３ａと対向する面上に導電性の第１の膜１０１が形成され、この第１の膜１０１を介して、可動電極１０２と固定電極１０３ａとが電気的に接触するものとして説明を進める。これにより、簡易な製造方法で、可動電極１０２を固定電極１０３ａに電気的に接触させることが可能となる。また、以下、可動部１０２ａは、所定のヤング率を有する導電体として説明を進める。しかし、上述したように、可動部１０２ａ及び第１の膜１０１は絶縁体であってもよい。
【００３３】
また、固定部１０２ｂは、製造工程については後述するが、可動部１０２ａが形成される基板又は膜（本実施形態においては、第２の膜１１０）と同一の基板又は膜から形成されるものとする。従って、以下、可動部１０２ａが導電性を有する場合には、固定部１０２ｂも導電性を有するものとする。
【００３４】
図１に図示したように、本実施形態において、固定電極１０３ａは、第２基板１０５に
形成される。第１基板１０４と第２基板１０５とを封止材１０６を介して接合することにより、第１基板１０４上に形成された可動電極１０２の端部が、第２基板１０５上に形成された固定電極１０３ａと電気的に接触する。なお、本実施形態においては、可動電極１０２は、第１の膜１０１の引張応力により、Ｚ軸方向の上部に位置する固定電極１０３ａと電気的に接触するものとする。
【００３５】
第１の膜１０１は、本実施形態においては、可動部１０２ａのＺ軸方向の上部に配置しているが、可動部１０２ａのＺ軸方向の下部に配置してもよい。可動部１０２ａの下部に配置する場合は、第１の膜１０１を、圧縮応力を有するものとすることにより、可動電極１０２の端部をＺ軸方向の上部に位置する固定電極１０３ａに電気的に接触させてもよい。
【００３６】
また、図示していないが、第２基板１０５に固定電極１０３ａを形成せずに、可動電極１０２の端部が対向する位置の第１基板１０４上に、固定電極１０３ａを形成してもよい。このとき、図１に図示した可動部１０２ａのＺ軸方向の上部に配置された第１の膜１０１を、圧縮応力を有するものとすることにより、可動電極１０２の端部をＺ軸方向の負の方向にたわませ、第１基板１０４上に形成された固定電極１０３ａと電気的に接触させてもよい。なお、引張応力を有する第１の膜１０１を、可動部１０２ａのＺ軸方向の下部に配置することにより、可動電極１０２の端部をＺ軸方向の負の方向にたわませ、第１基板１０４上に形成された固定電極１０３ａと電気的に接触させてもよい。
【００３７】
第２基板１０５には、図示したように、固定電極１０３ａと電気的に接続される貫通電極１０３ｂが形成され、貫通電極１０３ｂが露出する第２基板１０５の上面部に対応して、貫通電極１０３ｂと電気的に接続される配線用端子１０３ｃが形成される。これにより、固定電極１０３ａと配線用端子１０３ｃとが貫通電極１０３ｂを通じて電気的に接続される。配線用端子１０３ｃは、図示していないが、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外部回路に接続され、これにより、可動電極１０２と固定電極１０３ａとの導通の有無が検出される。
【００３８】
また、固定部１０２ｂ上に配置される第１の膜１０１上に、図１に図示したように、固定部電極１０１ｂが配置されてもよい。固定部電極１０１ｂは、可動電極１０２と電気的に接続される。なお、図示していないが、固定部電極１０１ｂは、固定部１０２ｂが可動電極１０２と電気的に接続されていれば、導電性を有する固定部１０２ｂ上に直接形成されてもよい。図１に図示したように、固定部１０２ｂ上の第１の膜１０１が導電性を有する場合は、固定部電極１０１ｂは、第１の膜１０１の一部であってもよい。また、図示していないが、固定部電極１０１ｂ上には、別途、金属バンプや配線端子等が形成されてもよい。固定部電極１０１ｂ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外部回路等に電気的に接続され、これにより、可動電極１０２と固定電極１０３ａとの導通の有無が検出される。
【００３９】
第１基板１０４と第２基板１０５とが封止材１０６を介して接合されると、第１基板１０４と第２基板１０５との間には空間１０７が形成される。この空間１０７には、力学量センサ１００に印加される外力に応じて、可動部１０２ａが過度に変位することを防止するため、ダンピング材を封入してもよい。これにより、外部からの衝撃による可動部１０２ａの過度な振動等を抑制し、可動電極１０２の一部が固定電極１０３ａに接触したまま離れなくなるスティッキングを抑制することができる。
【００４０】
また、図示していないが、固定電極１０３ａと接触する可動電極１０２の他端部の形状を、例えば線状の凸部、先の尖った楔状凸部、円錐状凸部、円錐台状凸部のような線接触又は点接触する形状に形成してもよい。これにより、固定電極１０３ａと接触した際の可
動電極１０２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１０２の一部が固定電極１０３ａ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。さらに、可動電極１０２及び固定電極１０３ａの各々が接触する接触面上に、ボロンやリン等の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ようにしてもよい。
【００４１】
上述した構成を有する本発明の第１の実施形態に係る力学量センサ１００によると、外力の印加に応じて可動部１０２ａが撓み、固定電極１０３ａに接触した状態（ＯＮ）から非接触の状態（ＯＦＦ）への変化を、可動電極１０２と固定電極１０３ａとの導通の有無で検知することができる。従って、非接触（ＯＦＦ）から接触（ＯＮ）への変化を検出する場合と比較して、より検出感度を安定したものとすることができる。よって、本発明の第１の実施形態に係る力学量センサ１００によれば、上述した簡易な構造により、後述する製造工程において生じる製造コストを低減させることができ、検出感度を向上させた力学量センサを提供することができる。
【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２乃至図４を参照して説明する。図２は、力学量センサ１００の概略構造を示した平面図であり、（ａ）は、第１基板１０４上に第１の膜１０１を配置した構造を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した第１の膜１０１上に封止材１０６を配置した構造を示した平面図であり、（ｃ）は、第２基板１０５上に固定電極を配置した構造を示した平面図である。図３は、力学量センサ１００の第１基板１０４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、加工前の第１基板１０４、第２の膜１１０、及び第１の膜１０１を示す断面図であり、（ｂ）は、第２の膜１１０及び第１の膜１０１に凹部１０２ｋを形成する工程を示す断面図であり、（ｃ）は、第１基板１０４に凹部１０４ｋを形成して固定部１０２ｂ及び可動部１０２ａを形成する工程を示す断面図であり、（ｄ）は、第１の膜１０１上に封止材１０６を形成する工程を示す断面図であり、（ｅ）は、第１基板１０４と第２基板１０５とを接合する工程を示す断面図である。図４は、力学量センサ１００の第２基板１０５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、加工前の第２基板１０５を示す断面図であり、（ｂ）は、第２基板１０５に固定電極１０３ａを形成する工程を示す断面図であり、（ｃ）は、第２基板１０５に凹部１０５ｋを形成する工程を示す断面図であり、（ｄ）は、第２基板１０５に配線用端子１０３ｃ及び貫通電極１０３ｂを形成する途中の工程を示す断面図であり、（ｅ）は、第２基板１０５に配線用端子１０３ｃ及び貫通電極１０３ｂを形成した工程を示す断面図である。
【００４３】
（１）第２の膜１１０及び第１の膜１０１の形成（図３（ａ）参照）
第１基板１０４の上面全体に、第２の膜１１０を形成し、第２の膜１１０の上面全体に、第１の膜１０１を形成する。本実施形態において、第１基板１０４は、シリコン基板であってもよく、ガラス基板であってもよい。第２の膜１１０は、シリコン（Ｓｉ）膜とする。第１基板１０４の大きさは、その外周が例えば２．５ｍｍ×２．５ｍｍの略正方形状であってもよい。第１の膜１０１、第２の膜１１０、及び第１基板１０４の厚さは、それぞれ、０．２μｍ〜２．０μｍ、１０μｍ〜４０μｍ、４００μｍ程度であってもよい。なお、それぞれの厚さは、この数値に限定されるものではなく、仕様に応じて変更され得る。第２の膜１１０は、力学量センサ１００の可動部１０２ａ及び固定部１０２ｂを構成する層である。第２の膜１１０及び第１の膜１０１は、例えば貼り合せ法により第１基板１０４上に第２の膜１１０を形成し、必要に応じて第２の膜１１０の研磨等により所定の厚さとなるように設定し、第２の膜１１０上に第１の膜１０１を真空成膜法等により形成する。例えば、第１基板１０４上に、Ｓｉウエハ基板を貼り合せて、ＣＭＰ研磨等により所定の厚さに薄膜化し、第２の膜１１０を形成してもよい。またＳＯＩ基板を用いて第１
基板１０４と第２の膜１１０を予め一体構成しておいてもよい。
【００４４】
第１の膜１０１は、例えば金属材料を用いることができる。その例としてＡ１，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｏ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｉｎ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｗ，Ｚｒなど、これらのうち少なくとも１つの元素を含む金属材料（合金も含む）を挙げることができる。第１の膜１０１は、膜厚が薄く、且つ本実施形態においては、引張応力の高いものが望ましく、例えば、Ｐｔ，Ｃｒを用いることが望ましい。成膜方法としては、蒸着法、スパッタリング、イオンプレーティング、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐａｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＬＰ−ＣＶＤ、ＭＯ−ＣＶＤ等を用いてもよい。なお、低温成膜が可能で、基材への影響が少ないため、スパッタリング法を用いることが好ましい。第１の膜１０１の導電性の程度としては、１００Ω・ｃｍ〜０．０００１Ω・ｃｍ程度を有することが好ましい。
【００４５】
なお、第１の膜１０１として引張応力の強い絶縁材料を用いてもよい。例えば、窒化シリコン膜を用いる場合、成膜条件としては、シリコンソースとして、ジクロロシラン（ＳｉＣｌ２Ｈ２），シラン（ＳｉＨ４），ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６），トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）のいずれかを流量５ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍ、ＮソースとしてＮＨ３を流量５００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ、キャリアガスとしてＮ２またはＡｒを流量５００ｓｃｃｍ〜１００００ｓｃｃｍ供給し、圧力０．１Ｔｏｒｒ〜４００Ｔｏｒｒ，基板温度４０００℃〜４５００℃の熱ＣＶＤ法により成膜する。このとき、第１の膜１０１の引張応力は、例えば１．７ＧＰａとなる。
【００４６】
なお、以下では第２の膜１１０はＳｉ膜として説明を進めるが、第２の膜１１０は第１基板１０４に対して、後述するエッチングにおいて所望の選択比が得られる材料を用いればよく、特に材料についての制限はない。また、第２の膜１１０の導電性あるいは絶縁性については第１の膜１０１の性質に応じて適宜選択すればよい。
【００４７】
（２）第１の膜１０１及び第２の膜１１０の加工（図２（ａ）及び図３（ｂ）参照）
可動電極１０２を加工するためのマスク（図示せず）を形成し、該マスクを介して第１の膜１０１及び第２の膜１１０をエッチングすることにより、図３（ｂ）に図示したように、可動電極１０２が形成される位置を除いた凹部１０２ｋを形成する。エッチング方法として、材料に応じたエッチャントを有するドライエッチングあるいはウェットエッチングを用いてもよい。ウェットエッチングの場合には、ＥＤＰ水溶液（Ethylene diamine +Pyrocatechol+water）やＫＯＨ水溶液（KOH＋isopropyl alchol+water）やヒドラジン水
溶液（Hydrazine+ isopropyl alchol+water）を用いることができる。その際、エッチン
グ液にＫＯＨ系を使用すると著しい異方性エッチング特性を有し、第２の膜１１０のＳｉ膜のオリエンテーション（１１０）面の膜であるならば、異方性エッチングの特性により（１１１）側面をもつ垂直の溝加工をすることができるので最適である。その際、第１基板１０４すなわち、ガラスＳｉＯ２膜と、第２の膜１１０すなわちＳｉ材のエッチング選択比は、１：１００のため、第１基板１０４は、ほとんどエッチングされず、第２の膜１１０のエッチングを終了することができる。よって、第１の膜１０１を含め第２の膜１１０の形状を保持することができる。第１基板１０４がエッチングされると、第２の膜１１０のサイドエッチングが顕著になる。なお、このときの第１の膜１０１は、上面から見ると、図２（ａ）に図示した形状に形成される。
【００４８】
（３）第１基板１０４の加工（図２（ａ）及び図３（ｃ）参照）
可動電極１０２を加工するためのマスク（図示せず）を介して、第１基板１０４をエッチングすることにより、可動部１０２ａが形成される位置の第２の膜１１０と接していた第１基板１０４が除去され、図３（ｃ）に図示した凹部１０４ｋが形成される。これにより、図３（ｃ）に図示したように、第１基板１０４から離隔させて可動部１０２ａが形成
され、第１基板１０４から離隔させずに第１基板１０４上に固定された固定部１０２ｂを形成することができる。なお、このときの可動電極１０２の断面形状は、図３（ｃ）に図示したように、第１の膜１０１の引張応力により可動部１０２ａの端部が撓んで上方へ持ち上がるため、下に凸状の略円弧形状となる。また、可動部１０２ａの上面の形状は、図２（ａ）に図示した第１の膜１０１と同様の形状となる。エッチング方法としては、ＨＦ希釈水溶液（例えば、５０％ＨＦを１０％に希釈する）、または、ＮＨ４Ｆ水溶液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。
【００４９】
（４）封止材１０６の形成（図２（ｂ）及び図３（ｄ）参照）
第１の膜１０１上に、封止材１０６を形成する。このとき、封止材１０６は、図３（ｄ）に図示したように、第１基板１０４をエッチングした際に形成した凹部１０４ｋの縁部よりも外側であって、第１基板１０４に固定された第１の膜１０１上に形成される。また、封止材１０６は、図２（ｂ）に図示したように、可動部１０２ａ上に形成された第１の膜１０１を囲むように、フレーム形状を有して形成される。なお、図３（ｄ）は、図２（ｂ）に示したＡ−Ａ´線から見た第１基板１０４側の構造の断面図である。封止材１０６は、後述する工程において第１基板１０４と第２基板１０５とを接合させて、可動電極１０２の変位範囲を確保するギャップを維持する役割をする。従って、図１に図示したように、封止材１０６のＺ軸方向の厚みは、後の工程で第１基板１０４と接合される第２基板１０５上の固定電極１０３ａの厚みより厚いものとする。また、封止材１０６は、接着剤等の接合可能な材料を用いてもよい。接着剤としては一般的な樹脂材料を用いてもよいが、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等の接着剤を用いて形成してもよい。また、接着剤にはフィラーやビーズ等の補強材を含有する樹脂等を用いてもよく、またギャップを維持するためにスペーサーが挿入されてもよい。封止材１０６は印刷法、インクジェット法、フォトリソ法等により形成する。
【００５０】
なお、固定部１０２ｂ上に形成された第１の膜１０１上には、封止材１０６の外側において、図２（ｂ）及び図３（ｄ）に図示したように、固定部電極１０１ｂが配置される。固定部電極１０１ｂは、可動電極１０２と電気的に接続され、導電性を有する第１の膜１０１の一部であってもよい。また、図示していないが、固定部電極１０１ｂ上には、金属バンプや配線端子等が形成されてもよい。固定部電極１０１ｂ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外部回路等と電気的に接続される。これにより、可動電極１０２と固定電極１０３ａとの導通の有無を検出する。
【００５１】
以上の工程により、可動電極１０２の形成された第１基板１０４が形成される。次に、図１に図示した固定電極１０３ａ及び配線用端子１０３ｃを有する第２基板１０５の製造方法について、図４を参照して述べる。
【００５２】
（５）第２基板１０５の形成（図４（ａ）及び（ｂ）参照）
図４（ａ）に図示した第２基板１０５は、ガラス基板、半導体基板、絶縁性樹脂基板等を用いてもよい。以下では、第２基板１０５としてガラス材料を用いる場合について説明する。図４（ａ）に図示するように、第２基板１０５上に、スパッタリング、スクリーン印刷、ＣＶＤ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４（ｂ）に図示するように、固定電極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固定電極１０３ａを形成する。
【００５３】
（６）貫通電極１０３ｂの形成（図４（ｃ）乃至（ｅ）参照）
図４（ｃ）に図示するように、図４（ｂ）に図示した固定電極１０３ａが形成された第２基板１０５を反転させ、固定電極１０３ａに接続される貫通電極１０３ｂを形成するため、貫通電極１０３ｂの形成位置に所定のマスクが形成された第２基板１０５にレーザー
やサンドブラストにより貫通孔１０５ｋを形成する。図６（ｄ）及び（ｅ）に図示するように、この貫通孔１０５ｋ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１０３ｂ及び配線用端子１０３ｃを形成する。例えば、ＣＶＤ法により、貫通孔１０５ｋ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１０３ｂ及び配線用端子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１０３ｃは、貫通電極１０３ｂが露出する上面部に対応させて、貫通電極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。
【００５４】
（７）第１基板１０４と第２基板１０５との接合（図２（ｃ）及び図３（ｅ）参照）
可動電極１０２及び封止材１０６の形成された第１基板１０４（図２（ｂ）参照）と、固定電極１０３ａ及び配線用端子１０３ｃの形成された第２基板１０５（図２（ｃ）参照）とを、封止材１０６を介して接合する。このとき、図１及び図３（ｅ）に図示したように、第２基板１０５に形成された固定電極１０３ａと、第１基板１０４に形成された可動電極１０２の端部とが電気的に接触されるように、第１基板１０４と第２基板１０５とを位置合わせして接合する。なお、上述した配線用端子１０３ｃは、第１基板１０４と第２基板１０５との接合後に、第２基板１０５に形成されてもよい。
【００５５】
（８）ダンピング材の封入（図３（ｅ）参照）
第１基板１０４と第２基板１０５とを封止材１０６により接合した後、第１基板１０４と第２基板１０５との間の空間１０７に、ダンピング材を封入してもよい。ダンピング材としては、気体を用いる場合、例えば、不活性ガスＡｒ、Ｘｅ、Ｋｒ等、窒素、酸素、空気等を封入し、加圧状態として形成してもよい。また、液体を用いる場合は、シリコンオイル、炭酸プロピレン、純水、アルコール類等を用いてもよく、添加物を加えて導電性を持たせてもよい。なお、ダンピング材は、可動電極１０２の端部が固定電極１０３ａと接触した際に、ダンピング材が原因で接点の接続がとれなくなるようなことが起きず、また接点の腐食が起こらないように所望の粘性を有する材料や封入条件を選択する。好適な材料としては、シリコンオイルを挙げることができる。これにより、外部からの衝撃による可動電極１０２の過度な振動等を抑制し、可動電極１０２の一部が固定電極１０３ａに接触したまま離れなくなるスティッキングを抑制することができる。
【００５６】
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、印加される外力の大きさ及び方向並びに加速度等を、可動電極１０２と固定電極１０３ａとの接触（ＯＮ）から非接触（ＯＦＦ）への変化を検出するように構成することができる。これにより、非接触（ＯＦＦ）から接触（ＯＮ）への変化を検出する場合と比較して、より検出感度を向上させることが可能となる。さらに、上述した簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを低減させることができる。
【００５７】
以下、本発明の第１の実施形態に示した可動電極１０２の具体的構成について、図５乃至図７を参照して説明する。
【００５８】
図５は、可動電極１０２の構成を説明するための模式図である。図５に図示した可動電極１０２は、固定端Ａ１と変位端Ｂ１とを有する。変位端Ｂ１は、可動部１０２ａ上に形成された第１の膜１０１（図５に図示せず）の引張応力により、変位端Ｂ２として示す位
置までＺ軸方向に変位する。このとき、可動電極１０２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、固定端Ａ１は第１の実施形態に示した固定部１０２ｂに対応し、変位端Ｂ１、Ｂ２は第１の実施形態に示した可動電極１０２の端部に対応する。
【００５９】
可動電極１０２のたわみ量δ（μｍ）は、可動電極１０２の長さをｌ（μｍ）、可動部１０２ａの厚みをｂ（μｍ）、第１の膜１０１の厚みをｄ（μｍ）、可動部１０２ａのヤング率をＥ（ＧＰａ）、第１の膜１０１の膜内部応力をσ（ＭＰａ）、第１の膜１０１のポアソン比をυとすると、以下の数式（１）で表される。
【数１】
0005900580.tif 000002
【００６０】
ここで、例えば、可動電極１０２の長さｌを１０００μｍ、可動部１０２ａの厚みｂを３０μｍ、第１の膜１０１の厚みｄを０．２（μｍ）、可動部１０２ａのヤング率Ｅを１９０（ＧＰａ）、第１の膜１０１の膜内部応力σを１５００（ＭＰａ）、第１の膜１０１のポアソン比を０．２２として、上記数式（１）に基づき、可動電極１０２のたわみ量δを計算すると、たわみ量δは５．２６（μｍ）となる。このたわみ量δの値では、可動電極１０２に負荷がかかり、可動電極１０２を破損させる虞がある。そこで、以下、可動部１０２ａ及び第１の膜１０１の各寸法を変化させ、たわみ量δを計測した結果を図６に示し、図６に基づき、実用可能なたわみ量δを実現する例について説明する。
【００６１】
図６は、可動電極１０２の長さｌ、可動部１０２ａの厚みｂ、及び第１の膜１０１の厚みｄ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６において、Ａ〜Ｅは、可動電極１０２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、Ｆ〜Ｉは、可動部１０２ａの厚みｂを変化させた場合のたわみ量δの測定値を示し、Ｊ〜Ｏは、第１の膜１０１の厚みｄ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、たわみ量δは、上述した数式（１）により計算された値であってもよい。また、第１の膜１０１の膜内部応力σは、Ａ〜Ｏのいずれの場合も、１５００ＭＰａで一定であるものとする。可動部１０２ａのヤング率Ｅ及び第１の膜１０１のポアソン比υについては、それぞれ同じ条件とする。なお、図６に示したたわみ量δの比較においては可動部１０２ａの幅ｔ（図５参照）を考慮しない。可動部１０２ａの幅ｔは、本実施形態では、１０〜５０μｍ程度であればよい。
【００６２】
可動電極１０２のたわみ量δは、０．５μｍ＜δ＜７μｍであることが望ましく、さらに好適には、１μｍ＜δ＜４μｍであることが望ましい。たわみ量δが１μｍ以下である場合には、可動部１０２ａにかかる応力が弱いため、可動電極１０２と固定電極１０３ａとが接触しにくくなり、可動電極１０２と固定電極１０３ａとのギャップの制御が難しくなる虞がある。また、たわみ量δが４μｍ以上である場合には、可動部１０２ａにかかる応力が大きくなり、可動部１０２ａの強度面が弱くなり、可動部１０２ａが破損しやすくなるためである。
【００６３】
図６を参照すると、好適なたわみ量δとして２μｍ程度を生じさせるためには、可動電極１０２の長さｌを変化させて計測した場合、可動部１０２ａの厚みｂが３０μｍ、第１の膜１０１の厚みｄを０．２μｍとすると、可動電極の長さｌは６００μｍ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、可動部１０２ａの厚みｂを変化させて計測した場合、可動部１０２ａの長さｌが４００μｍ、第１の膜
１０１の厚みｄを０．２μｍとすると、可動部１０２ａの厚みｂは２０μｍ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、第１の膜１０１の厚みｄを変化させて計測した場合、可動部１０２ａの長さｌが４００μｍ、厚みｂを３０μｍとすると、第１の膜１０１の厚みｄは０．４〜０．６μｍ程度にする必要があることがわかる。
【００６４】
以上のように、可動部１０２ａ及び第１の膜１０１の寸法をそれぞれ調整することにより、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。
【００６５】
次に、図７を参照して、本発明の第１の実施形態に係る第１の膜１０１に用いられる材料及び成膜条件を詳細に説明する。図７は、第１の実施形態に係る力学量センサ１００の第１の膜１０１の材料及び成膜条件を変化した場合に得られる応力値を示す表である。
【００６６】
なお、第１の膜１０１の材料としては、ヤング率、密度、ポアソン比等が高く、金属としての安定性が高いことから、上述したように、ＰｔやＣｒを選択することが好ましい。いずれの材料も、導電性を劣化させる酸化等に対する耐性が優れている。図７は、第１の膜１０１をＰｔまたはＣｒを用いて成膜条件を変化させて形成した場合に得られる応力値を示しており、第１の膜１０１が、第１の実施形態に係る力学量センサ１００を実現可能な膜内部応力を有する場合、適応性の欄に○を示している。なお、第１の膜１０１は、１０００ＭＰａ以上、２０００ＭＰａ以下の膜内部応力を有することが望ましい。第１の膜１０１の膜内部応力が、２０００ＭＰａより大きくなると、応力が高くなり、可動部１０２ａを形成する膜である第２の膜１１０上に第１の膜１０１を形成した際に、膜剥がれ等を起す場合がある。なお、Ｐｔの場合は、室温で成膜すれば数十ＭＰａ程度、加熱することにより、所望の膜応力を発生する性能を有しているため、成膜後、パターニング加工した後に、加熱処理４００℃の処理を施してもよい。
【００６７】
図７を参照すると、Ｐｔの場合、成膜温度を室温（ＲＴ）ではなく４００℃程度とし、第１の膜１０１の厚みを１１０ｎｍ、１３０ｎｍとしたとき（図７の４、５）、それぞれの膜内部応力が、１６６０ＭＰａ、１８７０ＭＰａとなり、第１の実施形態に係る第１の膜１０１を実現できることがわかる。また、Ｃｒの場合、成膜温度を室温（ＲＴ）として、第１の膜１０１の厚みを１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度に変化させた場合でも、１０００ＭＰａ以上、２０００ＭＰａ以下の膜内部応力を有する第１の膜１０１が形成できることがわかる。従って、第１の膜１０１は、ＰｔやＣｒを用いて形成することにより、好適な膜内部応力を有することができるため、第１の実施形態に係る力学量センサ１００を実現することができることがわかる。
【００６８】
（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の基本的な構造について、図８乃至図１１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断面図である。
【００６９】
第２の実施形態に係る力学量センサ２００は、第１の実施形態に係る力学量センサ１００と比較すると、第１基板１０４に凹部１０４ｋが形成されない点、また、第２基板２０４に固定部電極２０３ｄが形成される点において異なり、力学量センサ２００のその他の構成及び動作は、力学量センサ１００の対応する各々の構成及び動作と同様である。従って、力学量センサ２００は、力学量センサ１００と同様に、第１基板２０４と、第１基板２０４上に形成された固定部２０２ｂと、固定部２０２ｂに一端部が支持されて第１基板２０４から離隔して形成された可動部２０２ａ、及び可動部２０２ａ上に形成された第１の膜２０１を含む可動電極２０２と、可動電極２０２の他端部に隣接して力学量の検出方
向に配置される固定電極２０３ａと、固定電極２０３ａが形成された第２基板２０５とを含む。以下では、力学量センサ２００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こととする。
【００７０】
図８に図示したように、第２基板２０５には、固定電極２０３ａと電気的に接続される貫通電極２０３ｂが形成され、貫通電極２０３ｂが露出する第２基板２０５の上面部に対応させて、貫通電極２０３ｂと電気的に接続される配線用端子２０３ｃが形成される。また、第２基板２０５には、固定部電極２０３ｄが、固定電極２０３ａの形成された面と同じ面上に形成される。固定部電極２０３ｄは、第１基板２０４上の可動電極２０２に電気的に接続された固定部２０２ｂと、電気的に接続される。なお、固定部電極２０３ｄは、図示したように、固定部２０２ｂ上に形成された導電性を有する第１の膜２０１に電気的に接続されるように形成されてもよい。固定部電極２０３ｄは、固定電極２０３ａよりもＺ軸方向の厚みが厚いものに形成する。この厚みの差により、図８に図示するように、第１基板２０４と第２基板２０５とを接合した後、可動電極２０２の変位範囲を確保することが可能となる。第２基板２０５には、固定部電極２０３ｄと電気的に接続される貫通電極２０３ｇが形成され、貫通電極２０３ｇが露出する第２基板２０５の上面部に対応させて、貫通電極２０３ｇと電気的に接続される配線用端子２０３ｅが形成される。配線用端子２０３ｃ、２０３ｅは、図示していないが、力学量センサ２００が実装される電子機器内の力学量検出信号を処理する外部回路に接続される。
【００７１】
第１基板２０４上に形成された可動電極２０２の端部は、第１基板２０４と第２基板２０５とを封止材１０６を介して接合することにより、第２基板２０５上に形成された固定電極２０３ａと電気的に接触する。なお、第１の実施形態と同様に、可動電極２０２は、可動部２０２ａ上に形成された第１の膜２０１の引張応力により、Ｚ軸方向の上部に位置する固定電極１０３ａと電気的に接触するものとする。
【００７２】
第１基板２０４と第２基板２０５とが封止材２０６を介して接合されると、第１基板２０４と第２基板２０５との間には空間２０７が形成される。この空間２０７には、力学量センサ１００と同様に、力学量センサ２００に印加される外力によって可動電極２０２が過度に変位することを防止するため、ダンピング材が封入されてもよい。
【００７３】
上述した構成を有する本発明の第２の実施形態に係る力学量センサ２００によると、外力の印加により可動電極２０２の端部が撓み、固定電極２０３ａに接触した状態（ＯＮ）から非接触の状態（ＯＦＦ）への変化を、可動電極２０２と固定電極２０３ａとの導通の有無で検知することができる。従って、非接触（ＯＦＦ）から接触（ＯＮ）への変化を検出する場合と比較して、より検出感度を安定したものとすることができる。よって、本発明の第１の実施形態に係る力学量センサ２００によれば、上述した簡易な構造により、後述する製造工程において生じる製造コストを低減させることができ、検出感度を向上させた力学量センサを提供することができる。
【００７４】
＜力学量センサの製造方法＞
次に、第２の実施形態に係る力学量センサ２００の製造方法について、図９乃至図１１を参照して説明する。図９は、力学量センサ２００の概略構造を示した平面図であり、（ａ）は、第１基板上に第１の膜を配置した構造を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した第１基板上に封止材を配置した構造を示した平面図であり、（ｃ）は、第２基板上に固定電極及び固定部電極を配置した構造を示した平面図である。図１０は、力学量センサ２００の第１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、図９（ａ）に示した（ｉ）線から見た第１基板上の可動電極を形成する工程を説明するための断面図であり、（ｂ）は、図９（ａ）に示した（ｉｉ）線から見た第１基板上の可動電極を形成する工程を説明するための断面図であり、（ｃ）は、図９（ａ）に
示した（ｉｉｉ）線から見た第１基板上の可動電極を形成する工程を説明するための断面図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る力学量センサの第２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）は加工前の第２基板を示す断面図であり、（ｂ）は第２基板に固定部電極を形成する途中の工程を示す断面図であり、（ｃ）は第２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であり、（ｄ）は第２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であり、（ｅ）は第２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）は第２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り、（ｇ）は第２基板に貫通電極及び配線用端子を形成した工程を示す断面図である。
【００７５】
（１）半導体基板Ｗと第１の膜２０１の形成（図１０（ａ１）〜（ｃ１）参照）
シリコン基板である第１基板２０４上に、ＢＯＸ層（酸化シリコン）２０８及びシリコン膜である第２の膜２１０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２．５ｍｍ×２．５ｍｍの略正方形状であり、第２の膜２１０、ＢＯＸ層２０８、第１基板２０４の厚さは、それぞれ１０〜４０μｍ、２μｍ、４００μｍであってもよい。なお、半導体基板Ｗの外形、第２の膜２１０、ＢＯＸ層２０８、第１基板２０４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。第２の膜２１０は、力学量センサ２００の固定部２０２ｂ及び可動部２０２ａを構成する層である。ＢＯＸ層２０８は、第２の膜２１０と第１基板２０４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。半導体基板Ｗは、貼り合せ法等により作製される。なお、第１の膜２０１は、第１の実施形態に係る第１の膜１０１と同様の材料及び製造方法を用いて形成され、第１の実施形態に係る第１の膜１０１と同様の寸法を有するものとする。そのため、詳細な説明は省略する。
【００７６】
（２）第２の膜２１０及び第１の膜２０１の加工（図１０（ａ２）〜（ｃ２）参照）
図１０（ａ１）〜（ｃ１）に示した第１の膜２０１上に、可動部２０２ａ及び固定部２０２ｂ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、第１の膜２０１、第２の膜２１０、及びＢＯＸ層２０８をエッチングすることにより、可動部２０２ａ及び固定部２０２ｂを形成する部分を残すように図中に示す部分２０８ｋを除去する。エッチング方法として、材料に応じたエッチャントを有するドライエッチングあるいはウェットエッチングを用いることができる。なお、エッチング方法は、第１の実施形態と同様の方法を用いてもよいため、詳細な説明については省略する。なお、このときの第１の膜２０１は、上面から見ると、図９（ａ）に図示した形状に形成される。また、第２の膜２１０についても、図９（ａ）に図示した第１の膜２０１と同様の形状に形成される。
【００７７】
（３）ＢＯＸ層２０８の加工（図１０（ａ３）〜（ｃ３）、（ａ４）〜（ｃ４）参照）
ＢＯＸ層２０８をサイドエッチングすることにより、可動部２０２ａ及び固定部２０２ｂが形成される位置の第２の膜２１０と接していたＢＯＸ層２０８が除去される。図９（ａ）に図示したように、固定部２０２ｂが形成される位置に対応する第２の膜２１０及び第１の膜２０１は、ＢＯＸ層２０８と接している面積が、可動部２０２ａが形成される位置のＢＯＸ層２０８と接している面積よりも大きいため、可動部２０２ａが形成される位置の第２の膜２１０と接していたＢＯＸ層２０８が完全に除去されるまでエッチングしても、固定部２０２ｂと第１半導体基板１０４との間には必要なＢＯＸ層２０８が残される。これにより、図１０（ａ４）〜（ｃ４）に図示したように、固定部２０２ｂは第１基板２０４から離隔させずに形成し、可動部２０２ａは第１基板２０４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）、または、ＮＨ４Ｆ水溶液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部２０２ａを第１基板２０４から離隔させることともできる。なお、このときの第１の膜２０１及び可動部２０２ａを含む可動電極２０２の断面形状は、図１０（ｃ４）に図示したように、第１の膜２０１の引
張応力により可動部２０２ａの端部が撓んで上方へ持ち上がるため、下に凸状の略円弧形状となる。また、可動電極２０２の上面の形状は、図９（ａ）に図示した第１の膜２０１と同様の形状となる。
【００７８】
（４）封止材２０６の形成（図９（ｂ）参照）
可動電極２０２を形成した第２基板２０４上に、封止材２０６を形成する。このとき、封止材２０６は、図８及び図９（ｂ）に図示したように、可動電極２０２を囲むように、フレーム形状を有して形成される。封止材２０６は、後述する工程において第１基板２０４と第２基板２０５とを接合させて、可動電極２０２の変位範囲を確保するギャップを維持する役割をする。従って、図８に図示したように、封止材２０６のＺ軸方向の厚みは、後の工程で第１基板２０４と接合される第２基板２０５上の固定部電極２０３ｄの厚みよりも厚いものとする。なお、封止材２０６の材料及び製造方法については、第１の実施形態に係る封止材１０６と同様の材料及び製造方法を用いることができるため、詳細な説明については省略する。
【００７９】
以上の工程により、可動電極２０２及び封止材２０６の形成された第１基板２０４が形成される。次に、図１１を参照して、図８に図示した第２基板２０５の製造方法について述べる。
【００８０】
（５）第２基板２０５の形成（図１１（ａ）及び（ｂ）参照）
第２基板２０５は、第１の実施形態に係る第２基板１０５と同様に、ガラス基板、半導体基板、絶縁性樹脂基板等を用いてもよい。以下では、第２基板２０５としてガラス材料を用いる場合について説明する。図１１（ａ）に図示するように、第２基板２０５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２０９を形成する。次に、図１１（ｂ）に図示するように、固定部電極２０３ｄに高さを加えて固定電極２０３ａよりも高くするための凸部２０９ａ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２０９をエッチングすることにより凸部２０９ａを形成する。次に、図１１（ｃ）に図示するように、凸部２０９ａ上、及び固定電極２０３ａの形成位置を覆うように、第２基板２０５上に、導電材２１２を形成する。導電材２１２は、導電材２０９と同様の方法で形成されてもよい。次に、図１１（ｄ）に図示するように、固定電極２０３ａおよび固定部電極２０３ｄ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２１２をエッチングすることにより固定電極２０３ａおよび固定部電極２０３ｄが形成される位置を除いた凹部２１２ｋを形成する。エッチング方法として、ドライエッチングを用いることができる。これにより、固定電極２０３ａ及び、固定電極２０３ａよりも高さの高い固定部電極２０３ｄが形成される。
【００８１】
（６）貫通電極１０３ｂ及び配線用端子１０３ｃの形成（図１１（ｅ）乃至（ｇ）参照）
次に、図１１（ｅ）乃至（ｇ）に図示するように、図１１（ｄ）に図示した固定電極２０３ａおよび固定部電極２０３ｄが形成された第２基板２０５を反転させ、図４（ｃ）乃至（ｅ）に図示した製造方法と同様の方法で、図１１（ｇ）に図示したように、固定部電極２０３ｄ及び固定電極２０３ａとそれぞれ接続される配線用端子２０３ｃ、２０３ｅを形成する。配線用端子２０３ｃ、２０３ｅは、固定電極２０３ａ及び固定部電極２０３ｄと、第２基板２０５内部に形成された貫通電極２０３ｂ、２０３ｇによりそれぞれ接続される。図１１（ｅ）に図示するように、固定電極２０３ａ及び固定部電極２０３ｄの形成位置に合わせて所定のマスクが形成された第２基板２０５に、レーザーやサンドブラスト等により貫通孔２０５ｋを形成する。図１１（ｆ）及び（ｇ）に図示したように、この貫通孔２０５ｋ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２１３を形成し、配線用端子２０３ｃ、２０３ｅ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２１３をエッチングすることにより、貫通電極２０３ｂ、２０３ｇ及び配線用端子２０３ｃ、２０３ｅを形成してもよい。例えば、ＣＶＤ法により、貫通孔２０５ｋ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２０３ｂ、２０３ｇ及び配線用端子２０３ｃ、２０３ｅ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２０３ｃ、２０３ｅは、貫通電極２０３ｂ、２０３ｇが露出する上面部に対応させて、貫通電極２０３ｂ、２０３ｇ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２０３ｃ、２０３ｅは、力学量センサ２００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。
【００８２】
（７）第１基板２０４と第２基板２０５との接合（図９（ｂ）及び（ｃ）参照）
可動電極２０２及び封止材２０６の形成された第１基板２０４（図９（ｂ）参照）と、固定電極２０３ａ及び固定部電極２０３ｄの形成された第２基板２０５（図９（ｃ）参照）とを、封止材２０６を介して接合する。このとき、図８に図示したように、第２基板２０５に形成された固定部電極２０３ｄと、第１基板２０４に形成された固定部２０２ｂ上の第１の膜２０１とが電気的に接続されるように、第１基板２０４と第２基板２０５とを位置合わせして接合する。これにより、第２基板２０５に形成された固定電極２０３ａと、第１基板２０４に形成された可動電極２０２の端部とが電気的に接触するように接合する。なお、上述した配線用端子２０３ｃ、２０３ｅは、第１基板２０４と第２基板２０５との接合後に、第２基板２０５に形成されてもよい。
【００８３】
（８）ダンピング材の封入（図８参照）
第１基板２０４と第２基板２０５とを封止材２０６により接合した後、第１基板２０４と第２基板２０５との間の空間２０７に、ダンピング材を封入してもよい。なお、ダンピング材の材料及び製造方法は、第１の実施形態に係るダンピング材と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００８４】
以上の工程により、本発明の第２の実施形態に係る力学量センサ２００が形成される。第２の実施形態に係る力学量センサ２００によれば、第１の実施形態に係る力学量センサ１００と同様に、印加される外力の大きさ及び方向並びに加速度等を、可動電極１０２と固定電極１０３ａとの接触（ＯＮ）から非接触（ＯＦＦ）への変化を検出するように構成することができる。これにより、非接触（ＯＦＦ）から接触（ＯＮ）への変化を検出する場合と比較して、より検出感度を向上させることが可能となる。さらに、上述した簡易な製造方法により製造することができるため、製造コストを低減させることができる。
【００８５】
（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の基本的な構造について、図１２乃至図１４を参照して説明する。図１２は、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り、（ａ）は、第１基板３０４上に第１の膜３０１を配置した構造を示した平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した第１基板３０４上に封止材３０６を配置した構造を示した平面図であり、（ｃ）は、第２基板３０５上に固定電極３０３ａ−１〜３及び固定部電極３０３ｄを配置した構造を示した平面図である。図１３は、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断面図であり、（ａ）は、図１２に示した第１基板３０４と第２基板３０５とを接合した後の（ｉ）線から見た力学量センサ３００の断面図であり、（ｂ）は、図１２に示した第１基板３０４と第２基板３０５とを接合した後の（ｉｉ）線から見た力学量センサ３００の断面図であり、（ｃ）は、図１２に示した第１基板３０４と第２基板３０５とを接合した後の（ｉｉｉ）線から見た力学量センサ３００の断面図である。図１４は、本発明の第３の実施形態に係る力学量セン
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３０２−１〜３と固定電極３０３ａ−１〜３との導通関係を表す表である。
【００８６】
図１２及び１３を参照すると、第３の実施形態に係る力学量センサ３００は、複数の可動電極３０２−１〜３及び複数の固定電極３０３ａ−１〜３を有する点において、第２の実施形態に係る力学量センサ２００と異なり、それ以外の構成については力学量センサ２００と同様の構成を有する。力学量センサ３００は、第１基板３０４と、第１基板３０４上に形成された固定部３０２ｂ、固定部３０２ｂに一端部が支持されて第１基板３０４から離隔して形成された複数の可動部３０２ａ−１〜３、及び複数の可動部３０２ａ−１〜３上にそれぞれ形成された第１の膜３０１ａ−１〜３を含む複数の可動電極３０２−１〜３と、複数の可動電極３０２−１〜３の他端部に隣接して力学量の検出方向に配置される複数の固定電極３０３ａ−１〜３と、複数の固定電極３０３ａ−１〜３が形成された第２基板３０５とを含む。なお、複数の可動電極３０２−１〜３は、図示したように１つの固定部３０２ｂに接続されてもよく、複数の固定部３０２ｂ（図示せず）に接続されてもよい。複数の可動電極３０２−１〜３は、それぞれ間隔を空けて第１基板３０４上に配置される。また、第２基板３０５には、複数の固定電極３０３ａ−１〜３と、固定部電極３０３ｄと、固定電極３０３ａ−１〜３及び固定部電極３０３ｄにそれぞれ電気的に接続される配線用端子３０３ｃ−１〜３、３０３ｅが形成される。なお、力学量センサ３００の各構成の製造方法は、力学量センサ２００の各構成の製造方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００８７】
＜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１４を参照して説明する。図１４は、図１１及び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３０２−１〜３と固定電極３０３ａ−１〜３との導通関係を表す表である。なお、図１４に示したＤ１〜Ｄ３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う方向）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Ｄ１〜Ｄ３の大きさの関係は、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３である。なお、図１４では、可動電極３０２−１〜３が固定電極３０３ａ−１〜３に接触した状態を「○」で示し、可動電極３０２−１〜３が固定電極３０３ａ−１〜３に接触していない状態を「×」で示す。
【００８８】
可動電極３０２−１〜３は、外力が印加されない状態では、端部がそれぞれ固定電極３０３ａ−１〜３と接触している。可動電極３０２−１は、複数の可動電極３０２−１〜３のうち、もっとも長さが短く、Ｚ軸方向の正から負に向かって印加される外力Ｄ１〜Ｄ３のうち、もっとも小さな外力Ｄ１が印加されると、端部がＺ軸の負の方向に向かって変位し、固定電極３０３ａ−１から離れる。可動電極３０２−１よりも長さの長い可動電極３０２−２は、外力Ｄ１〜Ｄ３のうち、外力Ｄ２及びＤ３が印加されると、端部がＺ軸の負の方向に向かって変位し、固定電極３０３ａ−２から離れる。可動電極３０２−２よりも長さの長い可動電極３０２−３は、外力Ｄ１〜Ｄ３が印加されると、端部がＺ軸の負の方向に向かって変位し、固定電極３０３ａ−３から離れる。
【００８９】
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−１〜３と接触する可動電極３０２−１〜３が異なるため、複数の可動電極３０２−１〜３のうち、どの可動電極が固定電極３０３ａ−１〜３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３０２−１〜３のうち、どの可動電極が固定電極３０３ａ−１〜３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。
【００９０】
なお、複数の可動電極３０２−１〜３は、図１２及び図１３に図示した形状に限定されず、各可動電極３０２−１〜３の長さ、幅、厚み、及び配置される方向を、それぞれ異なるものに形成してもよい。これにより、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。
【００９１】
（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を参照して説明する。図１５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図である。
【００９２】
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。
【００９３】
図１５に図示したように、同一の第３基板４０１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、Ｘ軸力学量センサ４００ｘ、Ｙ軸力学量センサ４００ｙ、及びＺ軸力学量センサ４００ｚは、図１５においては、それぞれ力学量センサ３００と同様の形状を例示しているが、この形状に限定されるものではない。しかし、以下では、Ｘ軸力学量センサ４００ｘ、Ｙ軸力学量センサ４００ｙ、及びＺ軸力学量センサ４００ｚが、それぞれ第３の実施形態に係る力学量センサ３００と同じ構成を有するものとして説明を進める。
【００９４】
図１５に示したＸ軸力学量センサ４００ｘは、力学量センサ３００と同様に、図示してはいないが、第１基板３０４と、第１基板３０４上に形成された固定部３０２ｂ、固定部３０２ｂに一端部が支持されて第１基板３０４から離隔して形成された複数の可動部３０２ａ−１〜３、及び複数の可動部３０２ａ−１〜３上にそれぞれ形成された第１の膜３０１ａ−１〜３を含む複数の可動電極３０２−１〜３と、複数の可動電極３０２−１〜３の他端部に隣接して力学量の検出方向に配置される複数の固定電極３０３ａ−１〜３と、複数の固定電極３０３ａ−１〜３が形成された第２基板３０５とを含むものとする。Ｘ軸力学量センサ４００ｘは、Ｘ軸方向の外力の印加により可動電極３０２−１〜３が撓むと、外力の大きさに応じて可動電極３０２−１〜３と固定電極３０３ａ−１〜３とがそれぞれ電気的に接触していた状態から非接触の状態となるように、第３基板４０１上に配置される。
【００９５】
従って、図１５に図示するように、Ｘ軸力学量センサ４００ｘは、可動電極３０２−１〜３が形成された第１基板３０４の面がＸ軸方向を向くように、第３基板４０１上に配置されて固定される。また、Ｙ軸力学量センサ４００ｙについても同様に、可動電極３０２−１〜３が形成された第１基板３０４の面がＹ軸方向を向くように、第３基板４０１上に配置されて固定される。Ｚ軸力学量センサ４００ｚについても同様に、可動電極３０２−１〜３が形成された第１基板３０４の面がＺ軸方向を向くように、第３基板４０１上に配置されて固定される。なお、第３基板４０１は、他の電子回路が実装されたプリント基板であってもよい。また、Ｘ軸力学量センサ４００ｘ、Ｙ軸力学量センサ４００ｙ、及びＺ軸力学量センサ４００ｚは、それぞれ、接着剤等を用いて第３基板４０１上に固定されてもよい。
【００９６】
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、複数の可動電極のうち、どの可動電極が固定電極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、２００、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。以上、第３基板４０１上に複数の力学量センサを配置した例について説明をしたが、ＭＥＭＳ技術を用いて同一基板内に領域を分けて複数の力学量センサを作製し、これらを同一チップ内に収容したタイプであってもよい。また、複数の力学量センサの組合せとしては、検出方向が異なるもの、可動部の弾性又は可撓性が異なるもの、ダンピング材の材料又は封入条件を異ならせて外力に対して応答性を異ならせたもの、等の種々の組合せを採用することが可能である。
【００９７】
（処理回路）
以下、本発明の第１乃至第４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１００〜４００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１６を参照して説明する。
【００９８】
図１６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４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１６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４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４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４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る状態は、各スイッチの可動切片１００２の閉状態（以下、ＯＮ状態という）に対応し、外力が印加されて可動電極が固定電極に非接触となる状態は、各スイッチの可動切片１００２の開状態（以下、ＯＦＦ状態という）に対応する。
【００９９】
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、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、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。また、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
以上のように、本発明の第１乃至第４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１００〜４００によれば、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、また、処理回路１０１０の製造コストを低減することができる。
【０１０３】
上述した本発明の第１乃至第４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１００〜４００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。以下に、第５の実施形態として説明する。
【０１０４】
（第５の実施形態）
第５の実施形態では、上述した第１乃至第４の実施形態に示した力学量センサ１００〜４００のうちの何れか一つを力学量センサ５００として搭載する電子回路基板５１０と、この電子回路基板５１０を搭載する電子機器６００の例を説明する。
【０１０５】
図１７は、力学量センサ５００を搭載した電子回路基板５１０の構成例を示す斜視図である。図１７において、回路基板５０１上に、第１乃至第４の実施形態に示した加速度センサ１００〜４００のうちの何れか一つに対応する力学量センサ５００と、ＩＣチップ５０２と、が搭載され、電子回路基板５１０を構成している。この電子回路基板５１０を搭載した電子機器として携帯型情報端末６００の構成例を図１８に示す。
【０１０６】
図１８は、携帯型情報端末６００の構成例を示す斜視図である。図１８において、携帯型情報端末６００は、ディスプレイ部６０１と、キーボード部６０２と、から構成される。電子回路基板５１０は、キーボード部６０２の内部に実装されている。携帯型情報端末６００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６００では、電子回路基板５１０の力学量センサ５００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。
【０１０７】
上記のように電子回路基板５１０を携帯型情報端末６００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６００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５１０を実装する電子機器は、上述の携帯型情報端末６００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】
【０１０８】
力学量センサ…１００、可動部…１０２ａ、固定部…１０２ｂ、可動電極…１０２、固定電極…１０３ａ、第１の膜…１０１、第２の膜…１１０、第１基板…１０４、第２基板…１０５
【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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【図１８】
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