(57)【要約】【課題】正確にＭＥＭＳ素子の挙動を特定することができるモノリシック構造のＭＥＭＳデバイスを提供する。【解決手段】ＭＥＭＳデバイス１３ｂは、基板１４と、基板１４に形成されて、３つ以上の電極１６を有する集積回路１５と、基板１４に形成されて、平面視で電極１６を相互に結び電極１６に外接する直線で最大に区画される第１領域１７および基板１４の縁２１の間に区画される第２領域１９に形成されるＭＥＭＳ素子１８とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に形成されて、３つ以上の電極を有する集積回路と、
前記基板に形成されて、平面視で前記電極を相互に結び前記電極に外接する直線で最大に区画される第１領域および前記基板の縁の間に区画される第２領域に形成されるＭＥＭＳ素子と、
を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記基板は、平面視で前記基板を二分する仮想直線によって分けられて、前記第１領域を含む第１部分と、前記第２領域を含む第２部分とを有することを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
請求項２に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第１領域および前記第２領域の間で、前記基板には、平面視で前記基板の輪郭線から内側に切り込むスリットが形成されることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項４】
請求項３に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記スリットは前記仮想直線上に配置されることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記第１領域および前記第２領域の間で、前記基板には、前記基板の板厚を縮小する溝が形成されることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項６】
請求項５に記載のＭＥＭＳデバイスにおいて、前記溝は前記仮想直線上に配置されることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のＭＥＭＳデバイスと、前記ＭＥＭＳデバイスが実装される実装基板とを備えることを特徴とする電子モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の電子モジュールにおいて、前記ＭＥＭＳデバイスは少なくとも部分的に前記第１領域で前記実装基板に接着され、前記ＭＥＭＳ素子は前記実装基板上に片持ち支持されることを特徴とする電子モジュール。
【請求項９】
請求項７に記載の電子モジュールにおいて、前記ＭＥＭＳデバイスは前記電極に固着されるバンプで前記実装基板に接合され、前記ＭＥＭＳ素子は前記実装基板上に片持ち支持されることを特徴とする電子モジュール。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の電子モジュールを含むことを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項７〜９のいずれか１項に記載の電子モジュールを含むことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイス、並びに、それを利用した電子モジュールおよび電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１はＭＥＭＳ素子および集積回路（ＩＣ）のモノリシック構造デバイスを開示する。回路基板の中央領域にＭＥＭＳ素子は作り込まれる。回路基板には、ＭＥＭＳ素子領域の周囲にＭＥＭＳ素子を囲むように駆動回路および検出回路が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５３９６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モノリシック構造デバイスの実装にあたって駆動回路および検出回路で回路基板は実装基板に固定される。実装基板の変形に応じて電極の間で相対的な位置関係が変化する。こうした位置関係の変化がＭＥＭＳ素子に伝達されると、ＭＥＭＳ素子の挙動に影響してしまう。その結果、正確にＭＥＭＳ素子の挙動を特定することができない。
【０００５】
本発明の少なくとも１つの態様によれば、正確にＭＥＭＳ素子の挙動を特定することができるモノリシック構造のＭＥＭＳデバイスは提供されることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の一態様は、基板と、前記基板に形成されて、３つ以上の電極を有する集積回路と、前記基板に形成されて、平面視で前記電極を相互に結び前記電極に外接する直線で最大に区画される第１領域および前記基板の縁の間に区画される第２領域に形成されるＭＥＭＳ素子とを備えるＭＥＭＳデバイスに関する。
【０００７】
ＭＥＭＳデバイスが実装基板に実装される際に、ＭＥＭＳデバイスは第１領域で実装基板に固定される。ＭＥＭＳ素子は実装基板に片持ち支持される。第２領域に片持ち支持の自由端が規定されることから、第２領域は実装基板で拘束されない。したがって、実装基板の変形に応じて電極の間で相対的な位置関係が変化しても、こうした位置関係の変化はＭＥＭＳ素子に伝達されにくい。ＭＥＭＳ素子の挙動は実装基板の変形の影響を受けにくい。こうして正確にＭＥＭＳ素子の挙動を特定することができる。
【０００８】
（２）前記基板は、平面視で前記基板を二分する仮想直線によって分けられて、前記第１領域を含む第１部分と、前記第２領域を含む第２部分とを有してもよい。ＭＥＭＳデバイスが実装基板に実装される際に、第２領域は確実に片持ち支持される。第２領域に片持ち支持の自由端は規定される。
【０００９】
（３）前記第１領域および前記第２領域の間で、前記基板には、平面視で前記基板の輪郭線から内側に切り込むスリットが形成されてもよい。第１領域および第２領域の間で両者の接続領域は縮小される。たとえ第１領域で基板の変形が引き起こされても、第１領域から第２領域に向かって応力の伝達は抑制される。こうしてさらに効果的に第２領域の変形は防止されることができる。第１領域の変形はＭＥＭＳ素子に伝達されにくい。
【００１０】
（４）前記スリットは前記仮想直線上に配置されればよい。スリットは基板の輪郭から仮想直線に沿ってまっすぐに切り込まれる。スリットは１直線上でまっすぐに延びることから、スリットは容易に形成されることができる。
【００１１】
（５）前記第１領域および前記第２領域の間で、前記基板には、前記基板の板厚を縮小する溝が形成されてもよい。ＭＥＭＳデバイスが実装基板に実装される際に、実装基板と第１領域との間に接着剤が充填されると、溝は接着剤の拡張を防止することができる。こうして確実に実装基板に対して第２領域の固定は回避される。第２領域の片持ち支持は確実に実現される。
【００１２】
（６）前記溝は前記仮想直線上に配置されればよい。溝は仮想直線に沿ってまっすぐに形成される。スリットは１直線上でまっすぐに延びることから、溝は容易に加工形成されることができる。
【００１３】
（７）ＭＥＭＳデバイスは電子モジュールに組み込まれて利用されることができる。このとき、電子モジュールは、ＭＥＭＳデバイスと、前記ＭＥＭＳデバイスが実装される実装基板とを備えればよい。
【００１４】
（８）前記ＭＥＭＳデバイスは少なくとも部分的に前記第１領域で前記実装基板に接着され、前記ＭＥＭＳ素子は前記実装基板上に片持ち支持されればよい。ＭＥＭＳ素子は実装基板上に片持ち支持されることから、実装基板の変形に応じて電極の間で相対的な位置関係が変化しても、こうした位置関係の変化はＭＥＭＳ素子に伝達されにくい。ＭＥＭＳ素子の挙動は実装基板の変形の影響を受けにくい。こうして正確にＭＥＭＳ素子の挙動を特定することができる。
【００１５】
（９）前記ＭＥＭＳデバイスは前記電極に固着されるバンプで前記実装基板に接合され、前記ＭＥＭＳ素子は前記実装基板上に片持ち支持されればよい。ＭＥＭＳ素子は実装基板上に片持ち支持されることから、実装基板の変形に応じて電極の間で相対的な位置関係が変化しても、こうした位置関係の変化はＭＥＭＳ素子に伝達されにくい。ＭＥＭＳ素子の挙動は実装基板の変形の影響を受けにくい。こうして正確にＭＥＭＳ素子の挙動を特定することができる。
【００１６】
（１０）電子モジュールは電子機器に組み込まれて利用されることができる。このとき、電子機器は電子モジュールを含めばよい。
【００１７】
（１１）電子モジュールは移動体に組み込まれて利用されてもよい。このとき、移動体は電子モジュールを含めばよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】制御装置の構成を概略的に示す平面図である。
【図２】第１実施形態に係る加速度センサーの構成を概略的に示す拡大斜視図である。
【図３】ＭＥＭＳ素子の構成を概略的に示す平面図である。
【図４】集積回路の構成を概略的に示すブロック図である。
【図５】実装基板に実装された加速度センサーを概略的に示す断面図である。
【図６】第２実施形態に係る加速度センサーの構成を概略的に示す拡大斜視図である。
【図７】実装基板に実装された加速度センサーを概略的に示す断面図である。
【図８】第３実施形態に係る加速度センサーの構成を概略的に示す拡大斜視図である。
【図９】実装基板に実装された加速度センサーを概略的に示す断面図である。
【図１０】第４実施形態に係る加速度センサーの構成を概略的に示す拡大斜視図である。
【図１１】実装基板に実装された加速度センサーを概略的に示す断面図である。
【図１２】電子機器の一具体例としてのスマートフォンの構成を概略的に示す概念図である。
【図１３】電子機器の他の具体例としてのデジタルスチルカメラの構成を概略的に示す概念図である。
【図１４】移動体の一具体例としての自動車の構成を概略的に示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。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。
【００２０】
（１）制御装置の構成
図１は制御装置１１の構成を概略的に示す。制御装置（電子モジュール）１１は実装基板１２を備える。実装基板１２には電子部品１３が実装される。電子部品１３には例えばマイクロコンピューター１３ａや加速度センサー１３ｂ、コネクター１３ｃが含まれる。電子部品１３は相互に電気的に接続される。マイクロコンピューター１３ａは例えば加速度センサー１３ｂの出力に基づき動作する。こうした制御装置１１は、エアバッグその他の車載部品の制御やカーナビゲーションの位置検出、ゲームコントローラーの傾き検出などに用いられることができる。
【００２１】
図２は第１実施形態に係る加速度センサー１３ｂの構成を概略的に示す。加速度センサー（ＭＥＭＳデバイス）１３ｂはセンサー基板（基板）１４を備える。センサー基板１４は例えばシリコンといった半導体材料から形成される。センサー基板１４は第１面（表面）１４ａおよび反対側の第２面（裏面）１４ｂを有する。センサー基板１４の第１面１４ａには集積回路１５が形成される。集積回路１５は３つ以上の電極１６を有する。集積回路１５の電極１６は、平面視（センサー基板１４の表面に直交する方向からの視界。以下、同様）でセンサー基板１４上に第１領域１７を区画する。第１領域１７は、平面視で電極１６を相互に結び電極１６に外接する直線で規定される領域のうち最大のものに相当する。ここでは、集積回路１５は第１領域１７内に収まる。集積回路１５は、電極１６のほか、トランジスターその他の電子素子から形成される。
【００２２】
センサー基板１４の第１面１４ａにはＭＥＭＳ素子１８が形成される。ＭＥＭＳ素子１８は第２領域１９に配置される。第２領域１９は平面視で第１領域１７およびセンサー基板１４の縁２１の間に区画される。ここでは、センサー基板１４は平面視でセンサー基板１４を二分する仮想直線２２によって第１部分２３ａおよび第２部分２３ｂに分けられる。仮想直線２２は平面視で２ヶ所でセンサー基板１４の輪郭線を横切る。第１領域１７は第１部分２３ａに含まれる。第２領域１９は第２部分２３ｂに含まれる。
【００２３】
図３はＭＥＭＳ素子１８の一具体例を示す。ＭＥＭＳ素子１８では枠体２５で囲まれる空間内に錘片２６が配置される。錘片２６は連結腕２７で枠体２５に連結される。連結腕２７は梁形に形成される。連結腕２７は錘片２６に加わる加速度の働きで弾性変形を許容する。連結腕２７の剛性はｘ軸およびｙ軸に直交するｚ軸方向に比べてｙ軸方向に高い。したがって、錘片２６の移動はｚ軸方向に規制される。
【００２４】
錘片２６には可動電極２８が固定される。可動電極２８は枠体２５に固定の固定電極２９に向き合わせられる。錘片２６に加速度が作用し錘片２６が移動すると、可動電極２８および固定電極２９の間で静電容量は変化する。
【００２５】
図４に示されるように、集積回路１５はＣＶ変換回路３１を備える。ＣＶ変換回路３１は電荷の移動で生じる微小な電流信号を電圧信号に変換する。こうした変換にあたってＣＶ変換回路３１は例えばスイッチドキャパシターを用いたチャージアンプを利用する。こうして静電容量の変化は電圧信号に変換される。ここでは、固定電極２９は集積回路１５に接続される。接続にあたってセンサー基板１４上に配線パターン（図示されず）が形成される。可動電極２８の電位はグラウンド電位に相当する。
【００２６】
ＣＶ変換回路３１にはＡＤ変換回路ユニット３２が接続される。ＡＤ変換回路ユニット３２で電圧信号はアナログ信号からデジタル信号に変換される。ＡＤ変換回路ユニット３２はＡＤ変換に先立って電圧信号にキャリブレーション処理（例えば位相や信号振幅の調整など）を実施する。
【００２７】
集積回路１５は中央演算装置（ＣＰＵ）３３を備える。中央演算装置３３はＡＤ変換回路ユニット３２に接続される。中央演算装置３３にはＡＤ変換回路ユニット３２からデジタル信号が供給される。中央演算装置３３は加速度値を特定しインターフェース回路３４から出力する。インターフェース回路３４には電極１６が接続される。接続にあたってセンサー基板１４上には配線パターン（図示されず）が形成される。
【００２８】
図５に示されるように、加速度センサー１３ｂはバンプ３５で実装基板１２に接合される。バンプ３５は電極１６に固着される。バンプ３５にははんだその他の導電材が用いられればよい。実装基板１２は例えば導電材のパッド３６でバンプ３５を受け止める。こうしてＭＥＭＳ素子１８は実装基板１２に片持ち支持される。
【００２９】
（２）制御装置の動作
次に制御装置１１の動作を簡単に説明する。制御装置１１に加速度が加わると、加速度の大きさに応じてＭＥＭＳ素子１８では錘片２６が変位する。可動電極２８および固定電極２９の間で静電容量は変化する。静電容量の変化に応じて中央演算装置３３は加速度値を出力する。加速度値は電極１６から実装基板１２上のマイクロコンピューター１３ａに向けて出力される。制御装置１１は加速度値に応じてエアバッグその他の車載部品やカーナビゲーション、ゲームコントローラーの動作を制御する。
【００３０】
加速度センサー１３ｂが実装基板１２に実装される際に、加速度センサー１３ｂは第１領域１７内の電極１６で実装基板１２に固定される。ＭＥＭＳ素子１８は実装基板１２に片持ち支持される。第２領域１９に片持ち支持の自由端が規定されることから、第２領域１９は実装基板１２で拘束されない。実装基板１２の変形に応じて電極１６の間でセンサー基板１４が変形しても、こうした変形はＭＥＭＳ素子１８に伝達されにくい。ＭＥＭＳ素子１８の挙動は実装基板１２の変形の影響を受けにくい。こうして正確にＭＥＭＳ素子１８の挙動を特定することができる。
【００３１】
特に、本実施形態ではセンサー基板１４は平面視で仮想直線２２によって第１部分２３ａおよび第２部分２３ｂに分けられる。第１領域１７は第１部分２３ａに含まれ、第２領域１９は第２部分２３ｂに含まれる。加速度センサー１３ｂが実装基板１２に実装される際に、第２領域１９は確実に片持ち支持される。第２領域１９に片持ち支持の自由端は規定される。こうしてＭＥＭＳ素子１８の片持ち支持は確実に実現される。
【００３２】
（３）他の実施形態に係る加速度センサー
図６は第２実施形態に係る加速度センサー１３ｘの構成を概略的に示す。加速度センサー１３ｘでは第１領域１７および第２領域１９の間でセンサー基板１４にスリット３７が形成される。スリット３７は、平面視でセンサー基板１４の輪郭線から内側に切り込む。こうして第１領域１７および第２領域１９の間で両者の接続領域３８は縮小される。たとえ第１領域１７でセンサー基板１４の変形が引き起こされても、第１領域１７から第２領域１９に向かって応力の伝達は抑制される。こうしてさらに効果的に第２領域１９の変形は防止されることができる。第１領域１７の変形はＭＥＭＳ素子１８に伝達されにくい。スリット３７はセンサー基板１４の輪郭線から接続領域３８に向かって２方向から切り込まれてもよく１方向のみから接続領域３８に向かって切り込まれてもよい。
【００３３】
ここでは、図７に示されるように、加速度センサー１３ｘはセンサー基板１４の第２面１４ｂで実装基板１２に接着される。接着にあたってセンサー基板１４の第１部分２３ａと実装基板１２との間に接着剤３９は充填される。上向きの第１面１４ａの電極１６は例えばワイヤーボンディング４１で実装基板１２上のパッド３６に接続されればよい。その他の構成は加速度センサー１３ｂと同様である。
【００３４】
本実施形態ではスリット３７は仮想直線２２上に配置される。スリット３７は平面視で仮想直線２２に重なる。スリット３７はセンサー基板１４の輪郭線から仮想直線２２に沿ってまっすぐに切り込まれる。スリットは１直線上でまっすぐに延びることから、スリット３７は容易に形成されることができる。
【００３５】
図８は第３実施形態に係る加速度センサー１３ｙの構成を概略的に示す。加速度センサー１３ｙでは第１領域１７および第２領域１９の間でセンサー基板１４の第２面１４ｂに溝４３が形成される。溝４３はセンサー基板１４の板厚を縮小する。図９に示されるように、加速度センサー１３ｙが実装基板１２に実装される際に、実装基板１２と第１部分２３ａとの間に接着剤３９が充填されると、溝４３は接着剤３９の拡張を防止することができる。こうして確実に実装基板１２に対して第２領域１９の固定は回避される。第２領域１９の片持ち支持は確実に実現される。その他の構成は加速度センサー１３ｂと同様である。
【００３６】
本実施形態では溝４３は仮想直線２２上に配置される。溝４３は平面視で仮想直線２２に重なる。溝４３は仮想直線２２に沿ってまっすぐに形成される。スリットは１直線上でまっすぐに延びることから、溝４３は容易に加工形成されることができる。
【００３７】
図１０は第４実施形態に係る加速度センサー１３ｚの構成を概略的に示す。加速度センサー１３ｚでは第１領域１７にインターコネクト層４５が形成される。インターコネクト層４５は樹脂層４６と１層以上の金属配線層４７とを有する。金属配線層４７にバンプ電極４８が接続される。図１１に示されるように、加速度センサー１３ｚはバンプ電極４８で実装基板１２上のパッド３６に接合される。その他の構成は加速度センサー１３ｂと同様である。
【００３８】
（４）電子機器その他
図１２は電子機器の一具体例としてのスマートフォン１０１を概略的に示す。スマートフォン１０１には制御装置１１が組み込まれる。制御装置１１は加速度センサー１３ｂ、１３ｘ、１３ｙ、１３ｚの検出信号に応じて様々な処理を実行することができる。その他、こういった制御は、携帯電話機、携帯型ゲーム機、ゲームコントローラー、カーナビゲーションシステム、ポインティングデバイス、ヘッドマウンティングディスプレイ、タブレットパソコン等の電子機器で利用されることができる。
【００３９】
図１３は電子機器の他の具体例としてのデジタルスチルカメラ（以下「カメラ」という）１０３を概略的に示す。カメラ１０３には制御装置１１が組み込まれる。制御装置１１はカメラ１０３の手ぶれを補正することができる。制御装置１１は加速度センサー１３ｂ、１３ｘ、１３ｙ、１３ｚの検出信号に応じて例えばレンズセット１０４内の特定のレンズを移動させることができる。こうして手ぶれは補正されることができる。その他、手ぶれ補正はデジタルビデオカメラで利用されることができる。手ぶれ補正の実現にあたって制御装置１１は組み込まれることができる。
【００４０】
図１４は移動体の一具体例としての自動車１０５を概略的に示す。自動車１０５には制御装置１１が組み込まれる。制御装置１１は加速度センサー１３ｂ、１３ｘ、１３ｙ、１３ｚの検出信号に応じて車体１０６の姿勢を制御することができる。制御装置１１は例えば検出信号に応じてサスペンションの硬軟を制御したり個々の車輪１０７のブレーキを制御したりすることができる。その他、こういった制御は二足歩行ロボットや航空機、ヘリコプター等の各種移動体で利用されることができる。姿勢制御の実現にあたって制御装置１１は組み込まれることができる。
【００４１】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本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であろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書また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られることができる。また、ＭＥＭＳ素子１８や集積回路１５、制御装置１１等の構成および動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１１  電子モジュール（制御装置）、１２  実装基板、１３ｂ  ＭＥＭＳデバイス（加速度センサー）、１３ｘ  ＭＥＭＳデバイス（加速度センサー）、１３ｙ  ＭＥＭＳデバイス（加速度センサー）、１３ｚ  ＭＥＭＳデバイス（加速度センサー）、１４  基板（センサー基板）、１５  集積回路、１６  電極、１７  第１領域、１８  ＭＥＭＳ素子、１９  第２領域、２１  縁、２２  仮想直線、２３ａ  第１部分、２３ｂ  第２部分、３５  バンプ、３７  スリット、３９  接着剤、４３  溝、１０１  電子機器（スマートフォン）、１０３  電子機器（カメラ）、１０５  移動体（自動車）。
【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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