(57)【要約】【課題】ケースと蓋部とで構成された真空室に慣性センサが配置された電子装置において、蓋部が受ける熱の影響によって真空度の測定精度が低減することを抑制する。【解決手段】蓋部４２は一部が薄肉化されたダイヤフラム４２ｅを有している。センサチップ４０の真空室５０にはダイヤフラム４２ｅに対応した位置に電極部５１が設けられている。蓋部４２は、他面４２ｂのうちダイヤフラム４２ｅに対応する部分の周囲に、当該他面４２ｂの一部が一面４２ａ側に一周すると共に円形状に凹んだ溝部４２ｆを有している。これにより、蓋部４２が外部から他面４２ｂ側に熱を受けて歪んだとしても、溝部４２ｆによって熱歪が緩和されるので熱歪がダイヤフラム４２ｅ側に伝わりにくくなる。このため、熱歪によってダイヤフラム４２ｅが変形しにくくなるので、真空室５０の真空度の測定精度の低減を抑制できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部（４３ｄ）を有するケース（４３）と、
前記凹部（４３ｄ）に配置されていると共に、可動電極（４４ａ）と固定電極（４４ｂ）とを有し、前記可動電極（４４ａ）が物理量を受けたことによる前記可動電極（４４ａ）と前記固定電極（４４ｂ）との間の静電容量の変化に基づいて前記物理量を検出する慣性センサ（４４）と、
一面（４２ａ）と、この一面（４２ａ）に対して反対側の他面（４２ｂ）と、前記他面（４２ｂ）の一部が前記一面（４２ａ）側に凹んだことで薄肉化されたダイヤフラム（４２ｅ）と、を有し、前記一面（４２ａ）側が前記凹部（４３ｄ）を覆うように前記ケース（４３）に固定されていると共に、前記凹部（４３ｄ）の空間を真空の真空室（５０）として構成する蓋部（４２）と、
前記真空室（５０）に配置されていると共に前記ケース（４３）のうち前記ダイヤフラム（４２ｅ）に対応する位置に配置された第１電極（５２）と、前記真空室（５０）に配置されていると共に前記蓋部（４２）の一面（４２ａ）のうち前記ダイヤフラム（４２ｅ）に対応する位置に配置され、さらに前記第１電極（５２）に対向配置された第２電極（５３）と、を有し、前記第１電極（５２）と前記第２電極（５３）との間の静電容量の変化に基づいて前記真空室（５０）の真空度を測定する電極部（５１）と、
を備え、
前記蓋部（４２）は、前記他面（４２ｂ）のうち前記ダイヤフラム（４２ｅ）に対応する部分の周囲に、当該他面（４２ｂ）の一部が前記一面（４２ａ）側に凹んだ溝部（４２ｆ）を有していることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記溝部（４２ｆ）は、前記他面（４２ｂ）のうち前記ダイヤフラム（４２ｅ）に対応する部分の周囲に、一周するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記溝部（４２ｆ）は、前記他面（４２ｂ）のうち前記ダイヤフラム（４２ｅ）に対応する部分の周囲に、断続的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項４】
前記溝部（４２ｆ）は、前記他面（４２ｂ）のうち前記ダイヤフラム（４２ｅ）に対応する部分の周囲に、円形状または多角形状にレイアウトされていることを特徴とする請求項２または３に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性センサを備えた電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空室の真空度を検出するように構成された構造が、例えば特許文献１で提案されている。具体的には、支持基板と積層基板とが積層されており、支持基板のうち積層基板側の一部に第１の窪みが形成されていると共に第１の窪みとは反対側に第２の窪みが形成されたことで肉薄状のダイヤフラムが設けられた構造が提案されている。
【０００３】
第１の窪みの空間は支持基板と積層基板とで密閉されており、当該空間が真空室として構成されている。また、支持基板は第１の窪みの底部に一方の電極を有し、積層基板は一方の電極に対向する他方の電極を有している。
【０００４】
このような構成において真空室の真空度が変化すると、ダイヤフラムがたわむと共に各電極間の距離が変化する。したがって、各電極間の静電容量を測定することで真空室の真空度を取得できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３００５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、積層基板の上部が熱の影響を受けた場合、積層基板に熱歪が生じる。この熱歪によって各電極間の静電容量を高精度に測定することができないという問題がある。
【０００７】
特に、可動電極と固定電極との間の静電容量の変化によって物理量を検出する慣性センサが真空室に配置された構成では、真空室の真空度の変化によってダンピングが変化し、慣性センサの感度に影響が生じてしまう。
【０００８】
また、慣性センサは可動電極と固定電極とに逆相の信号を入力することで可動電極を所定の周波数で振動させることもできるが、真空度が変化してしまうと可動電極と固定電極との間のダンピングが変化することで可動電極の振幅が変化してしまい、期待値から外れた物理量を検出してしまうことになる。
【０００９】
本発明は上記点に鑑み、ケースと蓋部とで構成された真空室に慣性センサが配置された電子装置において、蓋部が受ける熱の影響によって真空度の測定精度が低減することを抑制することができる構造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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、凹部（４３ｄ）を有するケース（４３）を備えている。また、凹部（４３ｄ）に配置されていると共に、可動電極（４４ａ）と固定電極（４４ｂ）とを有し、可動電極（４４ａ）が物理量を受けたことによる可動電極（４４ａ）と固定電極（４４ｂ）との間の静電容量の変化に基づいて物理量を検出する慣性センサ（４４）を備えている。
【００１１】
一面（４２ａ）と、この一面（４２ａ）に対して反対側の他面（４２ｂ）と、他面（４２ｂ）の一部が一面（４２ａ）側に凹んだことで薄肉化されたダイヤフラム（４２ｅ）と、を有し、一面（４２ａ）側が凹部（４３ｄ）を覆うようにケース（４３）に固定されていると共に、凹部（４３ｄ）の空間を真空の真空室（５０）として構成する蓋部（４２）を備えている。
【００１２】
さらに、真空室（５０）に配置されていると共にケース（４３）のうちダイヤフラム（４２ｅ）に対応する位置に配置された第１電極（５２）と、真空室（５０）に配置されていると共に蓋部（４２）の一面（４２ａ）のうちダイヤフラム（４２ｅ）に対応する位置に配置され、さらに第１電極（５２）に対向配置された第２電極（５３）と、を有し、第１電極（５２）と第２電極（５３）との間の静電容量の変化に基づいて真空室（５０）の真空度を測定する電極部（５１）を備えている。
【００１３】
そして、蓋部（４２）は、他面（４２ｂ）のうちダイヤフラム（４２ｅ）に対応する部分の周囲に、当該他面（４２ｂ）の一部が一面（４２ａ）側に凹んだ溝部（４２ｆ）を有していることを特徴とする。
【００１４】
これによると、蓋部（４２）に溝部（４２ｆ）が設けられているので、蓋部（４２）が外部から他面（４２ｂ）側に熱を受けて歪んだとしても、蓋部（４２）の熱歪が溝部（４２ｆ）によってダイヤフラム（４２ｅ）側に伝わりにくくなる。このため、蓋部（４２）のうち第２電極（５３）が設けられたダイヤフラム（４２ｅ）が変形しにくくなるので、蓋部（４２）が受ける熱の影響によって真空室（５０）の真空度の測定精度が低減してしまうことを抑制することができる。
【００１５】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電子装置の全体断面図である。
【図２】センサチップの平面図である。
【図３】図２のIII−III断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るセンサチップの平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係るセンサチップの平面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係るセンサチップの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１８】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る電子装置は、加速度や角速度等の物理量を検出する慣性センサを搭載した装置である。図１に示されるように、電子装置１０は、パッケージ２０、回路チップ３０、センサチップ４０、及びリッド６０を有して構成されている。
【００１９】
パッケージ２０は、例えば複数のセラミック基板が容器状に積層されて構成されている。パッケージ２０は、複数の配線パターン２１を有している。配線パターン２１は回路チップ３０と外部とを電気的に接続する役割を果たす。
【００２０】
回路チップ３０は、センサチップ４０のセンサ出力に対する信号変換機能や外部との通信機能等を有する電子部品である。回路チップ３０は、パッケージ２０の底部に接着剤７０で固定されている。
【００２１】
センサチップ４０は、加速度等の物理量を検出するセンシング部を有するセンサデバイスである。センサチップ４０は回路チップ３０の上に接着剤７１で固定されている。
【００２２】
そして、回路チップ３０はセンサチップ４０に対してボンディングワイヤ７２を介して電気的に接続され、パッケージ２０の配線パターン２１に対してボンディングワイヤ７３を介して電気的に接続されている。
【００２３】
リッド６０は、パッケージ２０を閉じるようにパッケージ２０の開口端に固定された蓋部品である。リッド６０は例えば金属製の板で構成されている。
【００２４】
次に、センサチップ４０の具体的な構成について、図２及び図３を参照して説明する。図３に示されるように、センサチップ４０はセンサ部４１と蓋部４２とが積層されて構成されている。
【００２５】
まず、センサ部４１について説明する。センサ部４１は、支持基板４２ａと、支持基板４２ａの上に形成された酸化膜４３ｂと、酸化膜４３ｂの上に形成された半導体層４３ｃと、を有するＳＯＩ基板４３により構成されている。支持基板４２ａ及び半導体層４３ｃは、例えばＮ型の単結晶シリコンで形成されている。また、酸化膜４３ｂは、例えばＳｉＯ2で形成されている。
【００２６】
半導体層４３ｃは、凹部４３ｄ、センシング部４４、配線部４５、島部４６、及び周辺部４７を有している。このうちの凹部４３ｄは、半導体層４３ｃ及び酸化膜４３ｂの一部が支持基板４２ａに達するように凹んだ部分である。
【００２７】
センシング部４４は、凹部４３ｄに配置されており、可動電極４４ａと固定電極４４ｂとを有している。可動電極４４ａ及び固定電極４４ｂは、半導体層４３ｃの面方向において、複数本が櫛歯状に設けられている。可動電極４４ａ及び固定電極４４ｂの各々はそれぞれ一定間隔で配置されており、幅、長さも一定とされている。
【００２８】
そして、可動電極４４ａと固定電極４４ｂとが互いに対向するように配置され、可動電極４４ａと固定電極４４ｂとの間にコンデンサが構成されている。これにより、可動電極４４ａと固定電極４４ｂとの間に形成される静電容量の変化に基づいて加速度等が検出される。すなわち、センシング部４４は加速度等の物理量を検出する慣性センサとして構成されている。
【００２９】
配線部４５は、可動電極４４ａや固定電極４４ｂと回路チップ３０とを電気的に接続するための配線の一部として機能する部分である。配線部４５は可動電極４４ａに接続された部分と固定電極４４ｂに接続された部分とで構成されている。
【００３０】
島部４６は、可動電極４４ａ、固定電極４４ｂ、及び配線部４５から分離された部分である。また、周辺部４７は、半導体層４３ｃのうち可動電極４４ａ、固定電極４４ｂ、配線部４５、及び島部４６の周囲に配置された部分である。
【００３１】
配線部４５、島部４６、及び周辺部４７は、酸化膜４３ｂに達するように形成されたトレンチ４３ｅによってそれぞれ絶縁分離されている。さらに、配線部４５、島部４６、及び周辺部４７の上にはＳｉＯ2等の絶縁膜４８が形成されている。
【００３２】
続いて、蓋部４２について説明する。蓋部４２は、センサ部４１との間に密閉した空間を形成する役割も果たす。蓋部４２は一面４２ａと、この一面４２ａに対して反対側の他面４２ｂと、を有する板状のものである。
【００３３】
そして、蓋部４２は、一面４２ａ側がセンサ部４１の凹部４３ｄを覆うようにセンサ部４１に固定されている。具体的には、センサ部４１は周辺部４７の上に接合部４９を有しており、蓋部４２はこの接合部４９を介してセンサ部４１に固定されている。これにより、センサ部４１の凹部４３ｄの空間が密閉されている。当該空間は真空になっている。すなわち、蓋部４２はセンサ部４１と共に凹部４３ｄの空間を真空の真空室５０として構成している。
【００３４】
このような蓋部４２は、シリコン基板４２ｃを母材として構成されている。また、シリコン基板４２ｃの表面の所定の領域にはＳｉＯ2等の絶縁膜４２ｄが形成されている。なお、シリコン基板４２ｃのうちセンサ部４１側の面に形成された絶縁膜４２ｄの表面が蓋部４２の一面４２ａに該当する。同様に、シリコン基板４２ｃのうちセンサ部４１とは反対側の面に形成された絶縁膜４２ｄの表面が蓋部４２の他面４２ｂに該当する。
【００３５】
また、蓋部４２は、他面４２ｂの一部が一面４２ａ側に凹んだことで薄肉化されたダイヤフラム４２ｅを有している。ダイヤフラム４２ｅは、蓋部４２のうちセンサ部４１の島部４６に対応した位置にエッチングによって形成されている。
【００３６】
さらに、蓋部４２は、他面４２ｂのうちダイヤフラム４２ｅに対応する部分の周囲に、当該他面４２ｂの一部が一面４２ａ側に凹んだ溝部４２ｆを有している。図２に示されるように、本実施形態では、溝部４２ｆは、ダイヤフラム４２ｅの周囲に円形状に一周するように設けられている。
【００３７】
上記の構成において、センサチップ４０は電極部５１を有している。電極部５１は、真空室５０に配置された第１電極５２及び第２電極５３を有している。第１電極５２は、島部４６のうちダイヤフラム４２ｅに対応する位置に配置されている。一方、第２電極５３は、蓋部４２の一面４２ａのうちダイヤフラム４２ｅに対応する位置に配置されていると共に、第１電極５２に対向配置されている。
【００３８】
なお、第１電極５２は絶縁膜４８によって半導体層４３ｃの一部である島部４６と絶縁されている。また、第２電極５３は絶縁膜４２ｄによってシリコン基板４２ｃと絶縁されている。
【００３９】
このような構成によると、真空室５０が変化することに伴ってダイヤフラム４２ｅが変形する。したがって、電極部５１は第１電極５２と第２電極５３との間の静電容量の変化に基づいて真空室５０の真空度を測定することとなる。
【００４０】
そして、蓋部４２は、複数の貫通電極部５４を有している。貫通電極部５４は、蓋部４２の一面４２ａと他面４２ｂとの間を貫通する孔部５４ａと、この孔部５４ａの壁面に形成された絶縁膜４２ｄの一部と、孔部５４ａの絶縁膜４２ｄの上に形成されたＡｌ等の貫通電極５４ｂと、により構成されている。各貫通電極部５４は、配線部４５、第１電極５２、第２電極５３に対応して形成されている。
【００４１】
各貫通電極部５４の一端は、配線部４５、第１電極５２、第２電極５３にそれぞれ電気的に接続されている。なお、配線部４５は絶縁膜４８に形成された開口部を介して所定の貫通電極部５４に電気的に接続されている。各貫通電極部５４の他端は、図２に示されるように、パッド状にパターニングされている。このパッドにボンディングワイヤ７２が接合されている。
【００４２】
以上が、本実施形態に係る電子装置１０の全体構成である。上記の構成において、回路チップ３０は、可動電極４４ａと固定電極４４ｂとに逆相の信号を入力して可動電極４４ａを振動させる。そして、可動電極４４ａが半導体層４３ｃの面方向に加速度を受けると、固定電極４４ｂに対して可動電極４４ａが変位して可動電極４４ａと固定電極４４ｂとの間の距離が変化する。センサチップ４０は当該距離に応じたセンサ出力を出力する。そして、回路チップ３０は、センサチップ４０のセンサ出力に基づいて静電容量を取得し、当該静電容量に対応した物理量を取得する。
【００４３】
また、回路チップ３０は、電極部５１の各電極５２、５３の出力に基づいて静電容量を取得し、当該静電容量に対応した真空度を取得する。回路チップ３０は、取得した真空度に基づいて可動電極４４ａを振動させる周波数を調整することで可動電極４４ａと固定電極４４ｂとの間のダインピングを調整し、可動電極４４ａと固定電極４４ｂとの振動の位相がずれないようにする。
【００４４】
次に、上記のセンサチップ４０の蓋部４２に設けられた溝部４２ｆの効果について説明する。溝部４２ｆはダイヤフラム４２ｅの周囲に形成されているので、蓋部４２が外部から熱を受けて歪んだとしても、溝部４２ｆによって熱歪による応力が緩和される。すなわち、溝部４２ｆによって蓋部４２の熱歪をダイヤフラム４２ｅ側に伝わりにくくすることができる。これにより、第２電極５３が設けられたダイヤフラム４２ｅを熱歪によって変形しにくくすることができる。したがって、蓋部４２が受ける熱の影響によって真空室５０の真空度の測定精度が低減してしまうことを抑制することができる。
【００４５】
また、真空室５０の真空度が精度良く管理されることになるので、真空室５０の真空度の変化によってセンシング部４４の感度に影響を及ぼさないようにすることができる。さらに、正確な真空度を測定できるので、可動電極４４ａ及び固定電極４４ｂに掛かるダンピングが変化することで可動電極４４ａと固定電極４４ｂとの駆動による振幅がずれてしまうことを抑制することができる。
【００４６】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、ＳＯＩ基板４３が特許請求の範囲の「ケース」に対応し、センシング部４４が特許請求の範囲の「慣性センサ」に対応する。
【００４７】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図４に示されるように、本実施形態では、溝部４２ｆは、他面４２ｂのうちダイヤフラム４２ｅに対応する部分の周囲に、円形状に、さらに断続的に設けられている。このように、溝部４２ｆは一周した構造ではなく、部分的に設けられていても良い。
【００４８】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図５に示されるように、本実施形態では、溝部４２ｆは、他面４２ｂのうちダイヤフラム４２ｅに対応する部分の周囲に、四角形状に一周するようにレイアウトされている。このように、溝部４２ｆは円形ではなく多角形状にレイアウトされていても良い。
【００４９】
（第４実施形態）
本実施形態では、第３実施形態と異なる部分について説明する。図６に示されるように、本実施形態では、溝部４２ｆは、他面４２ｂのうちダイヤフラム４２ｅに対応する部分の周囲に、六角形状に一周するようにレイアウトされている。このように、溝部４２ｆは四角形状に限らず他の多角形状にレイアウトされていても良い。
【００５０】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電子装置１０及びセンサチップ４０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、センサチップ４０はパッケージ２０及びリッド６０に収容されていたが、これらに収容されずに電子装置１０が構成されていても良い。
【００５１】
上記各実施形態では、センシング部４４はケースとしてのＳＯＩ基板４３の凹部４３ｄに配置されていたが、ケースはＳＯＩ基板４３に限られず、他の容器状のケースに収容されていても良い。
【００５２】
第３、第４実施形態では、多角形状にレイアウトされた溝部４２ｆがダイヤフラム４２ｅの周囲に一周するように設けられていたが、第２実施形態のように断続的にレイアウトされていても良い。また、四角形状や六角形状に限られず、他の多角形でも良い。
【符号の説明】
【００５３】
４２    蓋部
４２ｅ  ダイヤフラム
４２ｆ  溝部
４３    ＳＯＩ基板（ケース）
４３ｄ  凹部
４４    センシング部（慣性センサ）
４４ａ  可動電極
４４ｂ  固定電極
５０    真空室
５１    電極部
【図１】
2015059831.tif 000003
【図２】
2015059831.tif 000004
【図３】
2015059831.tif 000005
【図４】
2015059831.tif 000006
【図５】
2015059831.tif 000007
【図６】
2015059831.tif 000008