(57)【要約】【課題】素子の振動に依らず角速度を測定可能な、ＭＥＭＳ加工により簡易に製造できる小型かつ高精度の物理量センサ素子及びそれを用いた物理量センサを提供する。【解決手段】複数の錘と、錘を支持する支持部と、錘の変位を検出する検出機構を有するセンサ素子とを備えた物理量センサであって、外力により複数の錘に生じる変位量の差分と、複数の錘間の間隔と、錘の質量、を用いて複数の力学的物理量を計測する、半導体加工技術を用いたマイクロマシニングによって作製される、物理量センサを提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の錘と、前記錘を支持する支持部と、前記錘の変位を検出する検出機構を有するセンサ素子と、制御回路とを備えた物理量センサであって、外力により前記複数の錘に生じる変位量と、前記変位量の差分と、複数の前記錘間の間隔と、前記錘の質量、を用いて前記制御回路によって力学的物理量を計測可能なことを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
少なくとも第１、第２、第３の前記錘を有し、前記第１の錘の重心から前記第２の錘の重心へ結んだ直線が、前記第１の錘の重心から前記第３の錘の重心へ結んだ直線に少なくとも一致しないような構成を有することを特徴とする請求項１に記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記複数の錘と、前記支持部と、前記検出機構の構成は、同一部材を少なくとも含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の物理量センサ。
【請求項４】
外力による前記錘の変位に応じて、前記錘を初期位置に維持する機構及び制御回路を更に有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【請求項５】
前記力学的物理量が角速度、加速度、角加速度のうちの何れかであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子の振動に依らず加速度、角速度、角加速度を測定可能な、物理量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシニング技術により物理量を検出するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）デバイスが多く活用されている。その一つとして、例えば、振動する質量体に回転が加えられた際に生じるコリオリ力に起因して発生する非常に微弱な振動や変位を、圧電素子や静電容量変化を介して検出することにより、各方向における回転動作、すなわち、回転角速度を検知、測定することが可能な振動ジャイロなどの角速度センサが挙げられる。
【０００３】
角速度センサに必要とされる性能に安定性がある。
マシニングを用いて作製された角速度センサは小型かつ安価に製造できる長所があるが、駆動腕の振動が励起するコリオリ力によって角速度を検出している原理上、振動により励起されるノイズや温度ドリフト、また機械的な制約により、測定の安定性が低下する。
【０００４】
また角速度センサに必要とされる特性の一つにセンササイズの小型化も挙げられる。センサ単体の小型化をはじめ、複数のセンサや制御回路を集積し、素子とパッケージを同一行程で作り込むウエハレベルパッケージなどの手法が開発、実用化され、センサ素子の小型化が進んでいるが、さらなる小型化のため、１つのセンサ素子で加速度や角速度、角加速度などの複数の物理量を取得することが検討されている。
【０００５】
特許文献１には、Ｈ型角速度センサの一例が示されている。Ｈ型の振動腕があり、振動腕には、励振するための駆動腕と、振動したときの振動状態を検出するための検出腕がある。振動腕を支持する支持梁があり、駆動腕２本と検出腕２本とからなる４本の振動腕がこの支持梁より突出してＨ字状に備えられている。支持梁を固定、支持するのが連結片であり、振動腕が振動する際の支持梁の歪み度合いを検出している歪み検出手段を有している。
【０００６】
上記のように構成された従来のＨ型角速度センサについて、その動作について説明する。まず、振動腕の長手方向と直交する方向の軸であるＸ軸に沿って一方の側の励振するための駆動腕を振動させると、振動状態を検出するための検出腕はＸ軸と直交するＺ軸方向に沿って振動したときの振動状態を検出する。このとき、支持梁に設けられた歪み検出手段が支持梁の歪み度合いを検出する。この歪み検出手段は支持梁における連結片の突出部分の両側に配設されるという技術が、特許文献１には、開示されている。
【０００７】
特許文献２には、加速度・角速度の複合センサの一例が示されている。加速度検出素子と、角速度検出素子、これを支持する基板と、角速度検出素子と基板を接続する第１接続部と、加速度検出素子と基板を接続する第２の接続部、を備えている。加速度検出素子は、静電容量方式、又は歪抵抗方式のいずれかの方式を用いて加速度を検出し、角速度検出素子は、振動子の振動に基づいて角速度を検出する。
【０００８】
上記のように構成された従来の複合センサについて、角速度検出素子と加速度検出素子を同一のパッケージ基板上に隣接して実装すると、角速度検出素子と加速度検出素子が互いに干渉し、検出精度が低下するという問題が挙げられている。特許文献２においては、この課題に対し、導電性ポストを伝達する過程で減衰させることで角速度検出素子において発生する振動を加速度検出素子に伝達することを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−３３４３３２号公報
【特許文献２】特開２０１４−０１３２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の構成では、振動を用いて角速度を検出するため、振動に起因するノイズが発生し、検出精度が低下するという問題点がある。
【００１１】
特許文献２の従来の構成では、角速度検出素子で生じる振動が加速度検出素子へ伝達しないよう導電性ポストを用いているが、このような構成にすることにより工程数の増加を生じ、生産性や歩留まりの低下、製造コストが増大する問題がある。また角速度と加速度の両物理量を検出するために、角速度検出素子と加速度検出素子を隣接して配置しているが、センサ素子が大型化する問題がある。
【００１２】
本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、素子の振動に依らず加速度、角速度、角加速度を測定可能な、小型かつ高精度の物理量センサ素子及びそれを用いた物理量センサ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】
【００１３】
本発明は、複数の錘と、前記錘を支持する支持部と、前記錘の変位を検出する検出機構を有するセンサ素子と、制御回路とを備えた物理量センサであって、外力により前記複数の錘に生じる変位量と、前記変位量の差分と、複数の前記錘間の間隔と、前記錘の質量、を用いて前記制御回路によって力学的物理量を計測可能な、物理量センサである。
【００１４】
このような構成にすることにより、素子が振動部分を持たないため、高い安定性を有した物理量センサを簡易に製造可能となる。
【００１５】
また本発明は、少なくとも第１、第２、第３の前記錘を有し、前記第１の錘の重心から前記第２の錘の重心へ結んだ直線が、前記第１の錘の重心から前記第３の錘の重心へ結んだ直線に少なくとも一致しないような構成を有する、請求項１に記載の物理量センサとしてもよい。
【００１６】
このような構成にすることによって、多軸の物理量を計測可能な物理量センサが実現できる。
【００１７】
また本発明は、前記複数の錘と、前記支持部と、前記検出機構の構成は、同一部材を少なくとも含む、請求項１又は２に記載の物理量センサとしてもよい。
【００１８】
このような構成にすることによって、高い安定性を有した小型の物理量センサを製造可能となる。
【００１９】
また本発明は、外力による前記錘の変位に応じて、前記錘を初期位置に維持する機構及び制御回路を更に有する、請求項１から３のいずれかに記載の物理量センサとしてもよい。
【００２０】
このような構成にすることによって、錘間の距離を一定に保ち、計測精度の向上が実現できる。
【００２１】
また本発明は、前記力学的物理量が角速度、加速度、角加速度のうちの何れかであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の物理量センサとしてもよい。
【００２２】
このような構成にすることにより、回転物理量を検出可能な、高い安定性を有した物理量センサを実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
素子が振動部分を持たないため、高い安定性を有した角速度測定可能な物理量センサを簡易に製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態の物理量センサを示す平面図の略図である。
【図２】サーボ機能を有する回路を示すブロック図である。
【図３】振動ジャイロと第１実施形態でのアラン分散のシミュレーション値を示す図である。
【図４】第１実施形態の物理量センサを示す分解図の略図である。
【図５】第１実施形態の物理量センサを示す断面図の略図である。
【図６】第２実施形態の物理量センサを示す平面図の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。
【００２６】
実施形態について、図を用いて説明する。これらの図においては形状を分かりやすくするために、電極、及び、配線部を省略している。当然ながら、実際のセンサではこれらが必要になる。
【００２７】
（実施形態１）
図１は実施形態１の静電容量変化を錘の変位検出に用いた物理量センサ１の平面図の略図であり、図1では物理量センサ素子２を覆うパッケージは図示していない。図１において、物理量センサ１は、センサ素子２と、４つの錘３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、支持部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、錘の変位を検出する検出機構５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと、センサ素子２を保持するためのパッケージ、を備えており、錘の重心６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、任意の２つの錘の重心を結んだ直線が、他の２つの錘の重心を結んだ直線に一致しない組み合わせが少なくとも１組あるように配置される。例えば錘の重心６ａと６ｂを結んだ直線は、錘の重心６ａと６ｃを結んだ直線に一致しない。検出機構５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは錘３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの変位をそれぞれ検出するが、その検出する直交２軸方向をｘ方向、ｙ方向とすれば、ｘ軸に平行な直線上、ｙ軸に平行な直線上それぞれに２つの錘の重心が一致するように並べられている。例えば錘の重心６ａと６ｂを結ぶ直線がｘ軸に平行であり、錘の重心６ａと６ｃを結ぶ直線はｙ軸に平行である。図示はしていないが、物理量センサ１は物理量を検知するシステムを構成する１つの部品であり、多くの場合において、周囲の回路部品と共に回路基板に実装されて使われる。
【００２８】
物理量センサ１は、錘３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの質量と、外力により錘３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに生じる変位量の差分と、錘間の間隔、から、加速度や角速度や角加速度などの、複数の力学的物理量を計測することを可能とする物理量計測方法を備え、半導体加工技術を用いたマイクロマシニングによって作製される。つまり、錘と支持部と検出機構の構成は、同一部材を少なくとも含む。具体的には、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣなどの半導体材料やＡｕ、Ａｌ、Ｃｕなどの金属材料のうち、特定の同一部材を有し、導電率調整のために、ｐ型、もしくはｎ型のイオンドーピングされるものを含む。物理量検出の際、錘の強制振動を必要としない。
【００２９】
実施形態１の構成を備えた物理量センサを用いた角速度の計測方法は、回転座標系において運動する物体には、見かけ上の力であるコリオリ力、遠心力、角加速度による力が生じることを利用する。コリオリ力は、Ｆ＝２ｍｖΩ、であらわされ、物体の質量ｍと、速度ｖと、角速度Ω、の積に比例する。遠心力は、Ｆ＝ｍｒΩ＾２、であらわされ、質量ｍと、回転中心からの距離ｒと、角速度の２乗Ω＾２、の積に比例する。角加速度は、Ｆ＝ｍｒｄΩ／ｄｔ、であらわされ、質量ｍと、回転中心からの距離ｒと、角加速度ｄΩ／ｄｔ、の積に比例する。
【００３０】
２つの錘３ａ、３ｂを用いて角速度を次のような原理で検出することが可能である。錘３ａ及び錘３ｂの質量をｍ、錘３ａと錘３ｂの間の距離７をｌ、錘３ａがうけるある軸（ｘ軸とする）の力成分ＦＡｘ、ｘ軸と直交しセンサ表面と平行な軸（ｙ軸とする）の力成分ＦＡｙ、同様に錘３ｂがうけるｘ軸方向の力成分ＦＢｘ、ｙ軸方向の力成分ＦＢｙ、ΔＦｘ＝ＦＡｘ−ＦＢｘ、ΔＦｙ＝ＦＡｙ−ＦＢｙ、とすると、ｘ軸とｙ軸に垂直な軸（ｚ軸とする）に平行な軸中心に回転する場合に、角速度Ωは下式となる。
Ω＾４＝（ΔＦｘ＾２＋ΔＦｙ＾２）／（ｍｌ）＾２
【００３１】
実施形態１の構成を備えた物理量センサを用いた角加速度の測定方法は、錘３ａ及び錘３ｂの質量をｍ、錘３ａと錘３ｂの間の距離７をｌ、錘３ａがうけるある軸（ｘ軸とする）の力成分ＦＡｘ、ｘ軸と直交しセンサ表面と平行な軸（ｙ軸とする）の力成分ＦＡｙ、同様に錘３ｂがうけるｘ軸方向の力成分ＦＢｘ、ｙ軸方向の力成分ＦＢｙ、とすると、ｘ軸とｙ軸に垂直な軸（ｚ軸とする）に平行な軸中心に回転する場合、角加速度ｄΩ／ｄｔは下式となる。
ｄΩ／ｄｔ＝（√（ΔＦｘ＾２＋ΔＦｙ＾２））／ｍｌ
【００３２】
実施形態１の構成を備えた物理量センサを用いた回転方向の判定方法であるが、角加速度が正、かつ、角速度の微小時間変化が正である時、角速度は正（ここで角速度は右回り方向を正としている）である。角加速度が正、かつ、角速度の微小時間変化が負である時、角速度は負である。角加速度が負、かつ、角速度の微小時間変化が正である時、角速度は負である。角加速度が負、かつ、角速度の微小時間変化が負である時、角速度は正である。
【００３３】
一定角速度で回転する場合の回転方向は、角加速度＝０の前段階計算結果から回転方向の正負を読み出し現在の回転方向の正負を判別する手法を備えた制御回路が有効である。
【００３４】
実施形態１の構成を備えた物理量センサを用いた角加速度、角速度を個別に計測する方法は、錘３ａ及び錘３ｂの質量をｍ、錘３ａと錘３ｂの間の距離７をｌ、錘３ａのｘ座標、ｙ座標をそれぞれｘ１、ｙ１、錘３ｂのｘ座標、ｙ座標をそれぞれｘ２、ｙ２、錘３ａがうけるある軸（ｘ軸とする）の力成分ＦＡｘ、ｘ軸と直交しセンサ表面と平行な軸（ｙ軸とする）の力成分ＦＡｙ、同様に錘３ｂがうけるｘ軸方向の力成分ＦＢｘ、ｙ軸方向の力成分ＦＢｙ、とすると、ｘ軸とｙ軸に垂直な軸（ｚ軸とする）に平行な軸中心に回転する場合に、角速度Ω、角加速度ｄΩ／ｄｔは下式となる。
Ω＾２＝（ΔＦｘ（ｘ２−ｘ１）＋ΔＦｙ（ｙ２−ｙ１））／ｍｌ＾２
ｄΩ／ｄｔ＝（−ΔＦｘ（ｙ２−ｙ１）＋ΔＦｙ（ｘ２−ｘ１））／ｍｌ＾２
【００３５】
実施形態１の構成を備えた物理量センサは加速度センサの構成と根本的に同一であるため、加速度も検出可能であり、加速度センサとしての機能も備えており、傾斜角度も検出可能である。
【００３６】
実施形態の構成を備えた物理量センサでは、多軸の角速度を検出することが可能である。錘は、例えばｘ軸とｙ軸からなる平面内にセンサ表面を持つ物理量センサとし、ｘ軸と平行な直線上に２つ以上の錘の重心が一致するよう並べられ、ｙ軸と平行な直線上に２つ以上の錘の重心が一致するよう並べられているとする。本実施例では、例えば錘３ａと３ｂの重心６ａ、６ｂを結んだ直線がｘ軸に平行であり、錘３ａと３ｃの重心６ａ、６ｃを結んだ直線がｘ軸に平行である。
【００３７】
ｘ軸まわりの角速度が生じた場合、ｙ軸に平行な直線上に重心が一致するよう並べられた２つ以上の錘、即ち例えば錘３ａと３ｃ、のうけるｙ軸方向の力成分の差を用いて、角速度が計算可能である。ｙ軸まわりの角速度が生じた場合、ｘ軸に平行な直線上に重心が一致するよう並べられた２つ以上の錘、即ち例えば錘３ａと３ｂ、のうけるｘ軸方向の力成分の差を用いて角速度が計算可能である。ｚ軸まわりの角速度が生じた場合、ｘ軸に平行な直線上に重心が一致するよう並べられた２つ以上の錘、即ち例えば錘３ａと３ｂ、のうけるｘ軸方向の力成分の差と、ｙ軸に平行な直線上に重心が一致するよう並べられた２つ以上の錘、即ち例えば錘３ａと３ｃ、のうけるｙ軸方向の力成分の差、を用いて角速度が計算可能である。
【００３８】
図１において、センサ素子２は、共通の材料、例えばＳｉや水晶からなり、一般的なＳｉ等からなるウエハのパターニング加工（半導体加工）によって一体に又は一括で形成され得り、素子を簡易に製造可能である。
【００３９】
図１において、外力による錘の変位に応じて錘を初期位置に維持する機構及び制御回路を有し、錘間の距離を一定に保つようサーボ機能などが付与されていることが望ましい。図２にサーボ機能を有する回路のブロック図を示す。可動電極１１は錘に固定されており、可動電極１１は変位検出部１３にて変位を検出される。変位の検出方法として、電極間の静電容量変化を用いるものが有効である。可動電極１１の変位信号は、誤差検出部１４にて基準値との誤差を計算される。更に増幅補償部１５にて信号の補償がなされ、電圧、電力増幅部１６にて信号振幅の増幅がなされる。最後に、フィードバックループを通して可動電極１１をもとの位置に戻す力を発する機構、フォーサ１２へ可動電極１１がもとの位置に戻るよう信号が与えられる。ここでのフィードバック量は直接加速度検出信号となる。検出物理量を各錘間の距離の関数として測定する方法を用いるため、錘の位置は測定精度に影響する。錘間の距離を一定に保つよう制御することにより、高精度の計測が可能になる。サーボ制御の方法としては櫛歯型電極間の静電引力によるものが有効である。
【００４０】
実施形態１で検出機構５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは櫛歯型電極を用いているが、錘３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの変位により可動櫛歯電極と固定櫛歯電極の間の距離が変化し、櫛歯電極間の静電容量が変化した量を検出して、錘３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの変位量を検出する。図１の櫛歯型電極は簡単のため本数を減らして記述しており、センサ素子２を作製する際は、検出対象となる物理量の大小に応じて本数及び形状を最適化する。
【００４１】
電気配線を行えるよう、櫛歯を含むセンサ素子２を構成する共通の部材は導電性を有したＳｉ、絶縁性を有したＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などを用い、検出用配線を形成する。
【００４２】
錘は重量を大きくするほど、微小な物理量を高感度に検出することが一般に可能であるが、錘の占有面積が増大するため、検出対象となる物理量の測定範囲によって適宜設計される。
【００４３】
支持部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、剛性が小さい長く細い形状であれば、錘３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが柔らかく支持された状態となり、錘は印加された物理量に対して大きく変位するようになり、検出を高感度に行うことが可能となる。
【００４４】
支持部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、剛性が大きい短く太い形状もしくは支持体の数を増やすなどにより、錘３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが固く支持された状態となり、錘は印加された物理量に対しての変位量が小さく、信号のサチレーションを生じることなく、大振幅の入力域においても入出力関係を線形に保つことが可能となり、広範囲の物理量計測が可能となる。
【００４５】
環境外乱としての外部振動の周波数範囲である数１０Ｈｚから数ｋＨｚ、又は特に予想される周波数域に、センサ素子が共振周波数をもたないようにし、外部の振動がセンサ素子２及び錘３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに伝達され誤出力を生じないよう、錘の重量及び支持部の形状の設計、ダンパーの利用、封止雰囲気の適切な選定が望まれる。
【００４６】
センサ素子の支持部や櫛歯における角部にあたる部分には、応力集中、破損が発生しないよう、適宜丸みを設けることが望ましい。
【００４７】
測定範囲外の物理量が物理量センサに印加され、錘が大きく変位し錘の周囲に衝突し、錘や周囲の構造に変形や破損が無いよう、錘とその外周にあたる部分にストッパーとよばれる衝突防止体などを設ける。
【００４８】
実施形態１においては検出方法として櫛歯電極を用いた静電容量を適用したが、抵抗歪を用いるものや静電容量を用いるもの、圧電材料をもちいるもの、磁気抵抗素子（ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲ）を用いるもの、コイルの誘導起電力を用いるもの、超音波を用いるもの、光電方式（透過型、反射型）を用いるもの、表面弾性波を用いるもの、バルク弾性波（ＢＡＷ、ＦＢＡＲ）を用いるもの、などの検出方法が一般に考えられる。
【００４９】
図３は振動ジャイロと実施形態１の構成を備えた物理量センサによる角速度信号のアラン分散のシミュレーション値である。アラン分散は角速度測定の安定性を示す指標であり、バスタブカーブと呼ばれるカーブの底面が低いほど安定性に優れる。振動ジャイロ３１に比べ、物理量センサ３２のバスタブカーブ底面が低位置にあり、振動ジャイロに比べ、実施形態１の構成を備えた物理量センサが高い安定性を有している。
【００５０】
図４は実施形態１の物理量センサを示す分解図の略図であり、第１キャップ層４１と、第１スペーサ層４２と、センサ素子４３と、第２スペーサ層４４と、第２キャップ層４５、からなり、センサ素子４３をパッケージング可能である。キャップ層４１とスペーサ層４２、もしくはキャップ層４５とスペーサ層４４は一つの構造体になっていてもよい。
【００５１】
キャップ層と、スペーサ層と、センサ素子はマイクロマシニング技術により同一プロセスで一体に作製可能である。パッケージ特性には高い機械的性能が求められるため、キャップ層４１と、スペーサ層４２にはＳｉやＳｉＯ２などの半導体、ステンレスなどの金属、セラミクスなどの誘電体材料からなることが考えられる。ＳＯＩ基板などの多層基板を用いて構造体を形成も有効であり、応力による反りなどの変形を防止するため、各層の線膨張係数は同じか、近い値であることが望ましく、応力緩和を目的とした溝を、センサ素子４３の、錘と、センサ素子４３とスペーサ層４２及び４４の接着面、の間などに適宜入れることが望ましい。
【００５２】
図５は実施形態１の物理量センサを示す断面図の略図であり、センサ素子を含むデバイス層５１と、スペーサ層５２と、キャップ層５３と、スペーサ層を含むキャップ層５４、検出機構５５、からなる物理量センサの一つの例であり、この形態がすべてではない。
【００５３】
この形状はマイクロマシニング技術で作製可能である。デバイス層５１と、スペーサ層５２と、キャップ層５３と、スペーサ層を含むキャップ層５４からなる、空乏内を任意雰囲気に調整することも容易である。スペーサ層を含むキャップ層５４と、キャップ層５３と、スペーサ層５２、をデバイス層５１に接合する際の雰囲気状態が内部に保たれるため、所望の雰囲気に空乏内を調整することができる。
【００５４】
角速度センサと加速度センサの１チップ化を考える場合、これまでのコリオリ力を利用した角速度センサの気密雰囲気は真空、加速度センサの気密雰囲気は大気、もしくはＮ２雰囲気であることが、プロセスを複雑にする問題を有していたが、実施形態１の構成をした物理量センサでは、角速度検出に振動を要しないため、同一雰囲気で加速度、角速度の両物理量を検出可能であり、多物理量を検出するセンサ素子を、簡便なプロセスで作製可能である。
【００５５】
ハンドリングの観点からも、大口径のウエハにおいてもわずかな応力や外力、自重などで破損する危険があるという問題が一般にあるが、ＳＯＩ基板などの積層基板を用いて、キャップ層、スペーサ層、デバイス層などから構成される物理量センサは、ハンドリング層と呼ばれる数百μｍの厚みを有する層を備え、またパッケージ部材として利用可能なので剥離工程もなく、工程の増加や歩留まりの低下も生じない。
【００５６】
センサ素子とセンサ制御回路を結線する導線が長いほどノイズが大きく発生するため、センサ素子とセンサ制御回路は隣接して配置する。回路の直上に素子を配置するか、もしくは平面内で隣り合って配置することが望ましい。
【００５７】
（実施形態２）
図６は実施形態２の静電容量変化を錘の変位検出に用いた物理量センサを示す平面図の略図であり、錘の配置を変えたものである。図３において、物理量センサ６１は、センサ素子６２と、４つの錘６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ，６３ｅと、支持部６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ，６４ｅと、錘の変位を検出する検出機構６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ，６５ｅと、センサ素子２２を保持するためのパッケージ、を備えており、錘の重心６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ，６６ｅは、任意の２つの錘の重心を結んだ直線が、他の２つの錘の重心を結んだ直線に一致しない組み合わせが少なくとも１組あるように配置される。例えば錘の重心６６ａと６６ｅを結んだ直線は、錘の重心６６ｂと６６ｄを結んだ直線に一致しない。検出機構６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ，６５ｅは錘６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅの変位をそれぞれ検出するが、その検出する直交２軸方向をｘ方向、ｙ方向とすれば、ｘ軸に平行な直線上、ｙ軸に平行な直線上それぞれに２つの錘の重心が一致するように並べられている。例えば錘の重心６６ｂと６６ｄを結ぶ直線がｘ軸に平行であり、錘の重心６６ａと６６ｅを結ぶ直線はｙ軸に平行である。図示はしていないが、物理量センサ６１は物理量を検知するシステムを構成する１つの部品であり、多くの場合において、周囲の回路部品と共に回路基板に実装されて使われる。
【００５８】
実施形態２の錘６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄはｘ、ｙ方向の加速度を受けｘ、ｙ方向に変位し、検出機構６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄが変位量を検出する。錘６３ｅはｚ方向の加速度を受けｚ方向に変位し、検出機構６５ｅが変位量を検出する。
【００５９】
このようにｚ方向の加速度を検出可能な構成とすることによって、回転及び並進運動が複雑な場合においても加速度、角速度、角加速度などの物理量を、高精度に検出可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係わる物理量センサは、自動車、カーナビゲーション、手ぶれ防止カメラ、モバイル通信端末、体動検知器、産業機器等の物質の並進運動及び回転運動による加速度及び角速度を検出する用途に利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１、６１  物理量センサ
２、６２  センサ素子
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ  錘
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ，６４ｅ  支持部
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ，６５ｅ  検出機構
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ，６６ｅ  錘の重心
７  錘３ａと錘３ｂの間の距離
１１  可動電極
１２  フォーサ
１３  変位検出部
１４  誤差検出部
１５  増幅検出部
１６  電圧、電力増幅部
３１  振動ジャイロのアラン分散
３２  物理量センサのアラン分散
４１  第１キャップ層
４２  第１スペーサ層
４３  センサ素子
４４  第２スペーサ素子
４５  第２キャップ素子
５１  センサ素子を含むデバイス層
５２  スペーサ層
５３  キャップ層
５４  スペーサ層を含むキャップ層
５５  検出機構
【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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