MEMS器件、电子设备以及移动体的制作方法

文档序号:17043427发布日期:2019-03-05 19:24阅读:239来源:国知局
MEMS器件、电子设备以及移动体的制作方法

本发明涉及mems器件、电子设备以及移动体。



背景技术:

一直以来,作为检测加速度等物理量的物理量传感器,已知具备作为由支承部以可摆动方式支承的可动体的可动电极部、以及作为在与可动体相对的位置具有间隙地配置的固定电极部的检测电极部的mems(microelectromechanicalsystem:微机电系统)器件。在这种mems器件中,可动体根据对该mems器件施加的加速度等物理量而摆动,从而该可动体与检测电极部之间的间隙发生变化。通过根据该间隙的变化而在两电极部之间产生的静电电容的变化,进行对mems器件施加的加速度等物理量的检测。

例如,专利文献1中公开了具备静电电容型的mems器件的物理量传感器,静电电容型的mems器件具备可动电极部以及相对于该可动电极部具有间隙地分离设置的固定电极部。在该mems器件中,设置有用于限制可动电极部向与检测物理量的方向不同的方向位移的止动件。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2015-17886号公报

但是,在上述物理量传感器中,在施加了过度的冲击等的情况下,mems器件的可动电极部与止动件的碰撞过大,可动电极部有可能会破损,或者止动件有可能会破损,存在无法进行正常的物理量的检测的风险的问题。



技术实现要素:

本发明为了解决上述问题的至少一部分而提出,能够作为以下方式或应用例实现。

[应用例1]

本应用例的mems器件包括:基底,具备支承部及固定电极;可动体,以使主表面与所述固定电极对置的方式被所述支承部支承;以及抵接部,与所述可动体的外边缘的至少一部分相对,限制所述主表面在平面方向上的旋转位移,所述抵接部具备:抵接面,包括所述可动体的所述旋转位移的抵接位置;以及洞部,与所述抵接面对置设置。

根据本应用例的mems器件,通过在包括因可动体在平面方向上的旋转位移可动体所抵接的抵接位置的抵接部中与可动体抵接的抵接面对应地设置有洞部,抵接部的包括抵接面的部分的刚性变弱。由此,在因旋转位移可动体碰撞到抵接部时,抵接部的刚性较弱的部分中产生挠曲,通过基于该挠曲的冲击吸收、即冲击的缓冲作用,能够减小可动体受到的冲击,能够减少可动体的破损、抵接部的破损。需要说明的是,洞部是指因贯通孔(孔)或有底孔(槽或凹陷等)而变成空洞的部分。

[应用例2]

在上述应用例的mems器件中,优选为,所述抵接部与所述可动体的角部对置设置。

根据本应用例,通过与可动体的旋转位移大的角部对置设置抵接部,在可动体中产生了面内旋转方向上的位移时,能够可靠地进行对该位移的限制。

[应用例3]

在上述应用例的mems器件中,优选为,所述抵接部设置有多个。

根据本应用例,通过配置多个可动体抵接的抵接部,能够提高对可动体中产生的面内旋转方向上的位移的限制概率。

[应用例4]

在上述应用例的mems器件中,优选为,所述洞部在与所述抵接面相反一侧的面开口。

根据本应用例,抵接面位于可动体一侧,能够在缓冲冲击的同时可靠地进行位移了的可动体的移动限制。

[应用例5]

在上述应用例的mems器件中,优选为,所述洞部在所述抵接面的一部分开口。

根据本应用例,由于洞部在抵接面的一部分开口,能够进一步减小包括与可动体接触的部分即抵接面的抵接部的刚性,能够提高缓冲作用。

[应用例6]

在上述应用例的mems器件中,优选为,所述洞部是在所述抵接面和与所述抵接面相反一侧的面之间设置的孔。

根据本应用例,能够由在抵接面和与其相反一侧的面之间设置的孔构成洞部。由于这种孔能够形状自如地容易地形成,因此能够容易地设置刚性较弱的抵接部。

[应用例7]

在上述应用例的mems器件中,优选为,所述洞部具有多个所述孔。

根据本应用例,由于由多个孔例如蜂窝结构的孔构成洞部,因此可动体碰撞时的冲击力传递的方向被分散到多个方向,能够进一步提高冲击吸收效果。

[应用例8]

在上述应用例的mems器件中,优选为,所述mems器件还具备壁部,在所述壁部与所述可动体之间具有间隙,所述壁部沿所述可动体的外边缘从所述基底凸出设置,所述抵接部在所述壁部的一部分中设置。

根据本应用例,能够将沿可动体的外边缘从基底突出的壁部的一部分作为抵接部使用,能够空间效率良好地配置抵接部。

[应用例9]

在上述应用例的mems器件中,优选为,在所述可动体中设置有空洞部,在俯视所述可动体时,所述mems器件在所述空洞部内还具备固定部以及从所述固定部延伸设置的悬架部,所述可动体借助所述悬架部而被悬架于所述固定部,所述固定部被固定于所述支承部。

根据本应用例,可动体通过隔着悬架部的固定部被悬架于支承部,从而能够将悬架部作为扭簧(扭转弹簧)发挥功能,能够使可动体在支轴的旋转轴方向上位移。

[应用例10]

在上述应用例的mems器件中,优选为,所述可动体与所述抵接部由相同的材质构成。

根据本应用例,能够使可动体与抵接部接触时的可动体与抵接部的粘附难以发生。

[应用例11]

在上述应用例的mems器件中,优选为,所述抵接部与所述可动体处于相同的电位。

根据本应用例,通过使可动体与抵接部处于相同电位,在两部接触时,能够抑制在可动体和抵接部之间产生的静电电容的变动及丧失。因此,在可动体与抵接部接触时,能够继续进行加速度等物理量的测量。

[应用例12]

本应用例的电子设备具备:上述任一应用例中的mems器件;以及控制部,基于从所述mems器件输出的检测信号进行控制。

根据这种电子设备,具备:mems器件,可动体在主表面的平面方向上的旋转位移被限制,在施加了过度冲击时也能够继续检测加速度等;以及控制部,基于从mems器件输出的检测信号进行控制。因此,能够提高搭载有上述mems器件的电子设备的可靠性。

[应用例13]

本应用例的移动体具备:上述任一应用例中的mems器件;以及姿势控制部,基于从所述mems器件输出的检测信号进行姿势控制。

根据这种移动体,搭载有:mems器件,可动体在主表面的平面方向上的旋转位移被限制,在施加了过度冲击时也能够继续检测加速度等;以及姿势控制部,基于从mems器件输出的检测信号进行姿势控制。因此,能够提高搭载有上述mems器件的移动体的可靠性。

附图说明

图1是示意性地示出实施方式的mems器件的俯视图。

图2是示意性地示出实施方式的mems器件的剖面图。

图3是示意性地示出实施方式的mems器件的剖面图。

图4a是说明实施方式的mems器件的动作的示意图。

图4b是说明实施方式的mems器件的动作的示意图。

图4c是说明实施方式的mems器件的动作的示意图。

图5是示意性地示出抵接部的变形例1的俯视图。

图6是示意性地示出抵接部的变形例2的俯视图。

图7是示意性地示出抵接部的变形例3的俯视图。

图8是示意性地示出抵接部的变形例4的俯视图。

图9是示意性地示出抵接部的变形例5的剖面图。

图10是示意性地示出抵接部的变形例6的俯视图。

图11是示意性地示出作为实施方式的电子设备的个人计算机的图。

图12是示意性地示出作为实施方式的电子设备的移动电话的图。

图13是示意性地示出作为实施方式的电子设备的静态式数字照相机的图。

图14是示意性地示出作为实施方式的移动体的汽车的图。

附图标记说明:

1...mems器件;2...作为基底的基板;10a...上表面;12...第一凹部;12a...第一底面;13...间隙;15...支承部;21...作为固定电极的检测电极部;21a...第一检测电极部;21b...第二检测电极部;40...作为壁部的框部;41...固定部;42...梁部;43...间隙;44...作为空洞部的贯通部;45...悬架部;46...抵接面;47...洞部;48...抵接部;49...窄宽度部;50...可动体;50f、50r...主表面;50a...第一可动体;50b...第二可动体;60...盖体;65...腔室;1100...便携式个人计算机;1110...控制部;1200...智能手机;1201...控制部;1300...静态式数字照相机;1316...控制部;1500...汽车;1502...作为姿势控制部的车身姿势控制装置;q...支轴;m...箭头。

具体实施方式

下面,使用附图对本发明的实施方式进行说明。此外,在以下所示的各图中,为了将各构成要素设为能够在附图上识别的程度的大小,有时会使各构成要素的尺寸、比例与实际的构成要素有所不同地进行记载。

[实施方式]

使用图1至图3对实施方式的mems(microelectromechanicalsystem:微机电系统)器件进行说明。图1是示出实施方式的mems器件的概要的俯视图。图2是示意性地示出图1中的线段a-a’所示的部分的mems器件的剖面的剖面图。图3是示意性地示出图1中的线段b-b’所示的部分的mems器件的剖面的剖面图。为了便于说明,各图中省略了与各电极部连接的布线部等的图示。另外,图1中省略了盖体的图示。另外,在各图中,作为互相正交的三个轴,示出了x轴、y轴、z轴。此外,z轴是表示基板和盖体重叠的厚度方向的轴,x轴是沿在基板上设置的两个检测电极部的排列方向的轴。进一步地,为了便于说明,在从z轴方向观察时的俯视观察下,有时会将盖体侧的+z轴方向侧的面作为上面,将其相反侧的–z轴方向侧的面作为下面进行说明。

(mems器件的结构)

本实施方式的mems器件1例如能够作为惯性传感器而使用。具体地,能够作为用于测量垂直方向(z轴方向)的加速度的物理量的传感器(静电电容型mems(microelectromechanicalsystem:微机电系统)加速度传感器)而使用。

如图1至图3所示,mems器件1设置有:作为基底的基板10;检测电极21,在基板10上作为固定电极;以及可动体50,相对于检测电极21具有间隙,并且经由梁部42和悬架部45被作为壁部的框部40及支承部15支承。进一步地,在mems器件1中,覆盖这些可动体50等的盖体60与基板10接合。

作为基底的基板10是设置有框部40、检测电极21等的基材。在基板10上,在与盖体60接合的一侧设置有第一凹部12。在从相对于基板10垂直的方向即z轴方向俯视时,第一凹部12中包括可动体50及检测电极21。检测电极21设置于第一凹部12的第一底面12a。

基板10能够使用绝缘性的材料作为其材料。在本实施方式的mems器件中,基板10使用了包括硼硅酸玻璃的基材。在以下的说明中,将设置第一凹部12、与后述的盖体60连接的基板10的一个面称为上表面10a。

在从相对于基板10的第一底面12a垂直的方向即z轴方向俯视时,作为固定电极的检测电极21以至少一部分与可动体50重叠的方式相对于可动体50隔开间隙13地设置于第一底面12a上。检测电极21包括第一检测电极部21a和第二检测电极部21b而构成。此外,第一检测电极部21a及第二检测电极部21b彼此电绝缘。

在从相对于第一底面12a垂直的方向即z轴方向俯视时,检测电极21在以可动体50倾倒时的支轴q为中心的第一底面12a的两侧设置。在第一底面12a上,在以支轴q为中心的两侧的一方设置有第一检测电极部21a,在以支轴q为中心的两侧的另一方设置有第二检测电极部21b。此外,支轴q是在后述的支承可动体50的梁部42延伸设置的方向上延伸的虚拟线。

以支轴q为中心而在图1所示的–x轴方向上,检测电极21包括以与后述的第一可动体50a(可动体50)部分重叠的方式设置的第一检测电极部21a。此外,以支轴q为中心而在图1所示的+x轴方向上,检测电极21包括以与后述的第二可动体50b(可动体50)部分重叠的方式设置的第二检测电极部21b。此外,优选第一检测电极部21a及第二检测电极部21b的表面积彼此相等。另外,优选第一可动体50a和第一检测电极部21a重叠的面积与第二可动体50b和第二检测电极部21b重叠的面积分别相等。这是为了通过第一可动体50a及第二可动体50b和第一检测电极部21a及第二检测电极部21b之间产生的静电电容的差来检测对mems器件1施加的加速度等物理量的大小、方向。

检测电极21能够使用导电性材料作为其材料。在本实施方式的mems器件1中,检测电极21例如能够使用包含金(au)、铜(cu)、铝(al)、铟(i)、钛(ti)、铂(pt)、钨(w)、锡(sn)、硅(si)等的导电性材料作为其材料。

可动体50以相对于检测电极21具有间隙13的方式在第一底面12a上设置。可动体50通过梁部42被框部40支承,并且通过隔着悬架部45的固定部41被支承部15支承。

可动体50构成为以支轴q为中心而在其两侧分别包括第一可动体50a和第二可动体50b。由于可动体50经由梁部42而被在基板10的上表面10a上设置的框部40支承,并且通过隔着悬架部45的固定部41而被支承部15支承,因此能够与检测电极21之间具有间隙13地设置。由于可动体50与检测电极21之间具有间隙13地分离地设置,因此能够以梁部42及悬架部45作为支轴q而向设置有检测电极21的第一底面12a倾倒(翘板状摆动)。此外,将与检测电极21对置的可动体50的表面称为可动体50的主表面50r,并将与主表面50r相反一侧的表面称为可动体50的主表面50f。

另外,可动体50通过以梁部42作为支轴q而进行翘板状摆动,第一可动体50a及第二可动体50b各自与检测电极21的间隙13(距离)发生变化。根据可动体50与检测电极21的间隙13的变化,能够使可动体50与检测电极21之间产生的静电电容变化。

在对可动体50施加了垂直方向的加速度(例如重力加速度)时,第一可动体50a和第二可动体50b分别产生旋转力矩(力的力矩)。这里,在第一可动体50a的旋转力矩(例如逆时针方向的旋转力矩)与第二可动体50b的旋转力矩(例如顺时针方向的旋转力矩)均衡时,可动体50的倾斜度不发生变化,无法检测加速度。因此,可动体50被设定为,在施加了垂直方向的加速度时,第一可动体50a的旋转力矩和第二可动体50b的旋转力矩不均衡,可动体50产生预定的倾斜。

在mems器件1中,通过将支轴q配置在从可动体50的中心(重心)偏离的位置(通过使从支轴q到第一可动体50a及第二可动体50b的前端的距离不同),第一可动体50a及第二可动体50b具有彼此不同的质量。即,在可动体50中,以支轴q为界,一侧(第一可动体50a)和另一侧(第二可动体50b)的质量不同。在图示的例子中,从支轴q到第一可动体50a的端面的距离小于从支轴q到第二可动体50b的端面的距离。另外,第一可动体50a的厚度和第二可动体50b的厚度大致相等。因此,第一可动体50a的质量小于第二可动体50b的质量。如此,由于第一可动体50a及第二可动体50b具有彼此不同的质量,在施加垂直方向的加速度时,能够使第一可动体50a的旋转力矩和第二可动体50b的旋转力矩不均衡。因此,在施加垂直方向的加速度时,能够使可动体50发生预定的倾斜。

在可动体50与检测电极21之间产生静电电容(可变静电电容)。具体地,在第一可动体50a与第一检测电极部21a之间构成静电电容(可变静电电容)c1。另外,在第二可动体50b与第二检测电极部21b之间构成静电电容(可变静电电容)c2。

静电电容c1、c2的静电电容根据检测电极21与可动体50之间的间隙13(距离)而变化。例如,在可动体50相对于基板10呈水平状态的情况下,静电电容c1、c2为彼此大致相等的静电电容值。可动体50和第一检测电极部21a之间的间隙13(距离)与可动体50和第二检测电极部21b之间的间隙13(距离)相等,因此静电电容c1、c2的静电电容值也相等。

另外,例如在静电电容c1、c2中,在可动体50以支轴q为支点倾倒了的状态下,根据可动体50的倾倒,静电电容c1、c2的静电电容值发生变化。根据可动体50的倾倒,可动体50和第一检测电极部21a之间的间隙13(距离)与可动体50和第二检测电极部21b之间的间隙13(距离)不同,因此静电电容c1、c2的静电电容值也根据间隙13(距离)而不同。

在俯视可动体50时,固定部41在设置于第一可动体50a和第二可动体50b之间的作为空洞部的贯通部44的内侧设置。固定部41通过从固定部41向两侧延伸设置的两个悬架部45而与可动体50连接。换言之,连接固定部41及悬架部45的上表面和下表面的侧面面向贯通部44。悬架部45被作为可动体50倾倒时的支轴q而设置。另外,悬架部45能够与后述的梁部42一并作为扭簧(扭转弹簧)发挥功能,能够向支轴q的旋转轴方向扭转。固定部41被固定于从基板10的第一底面12a突出的支承部15。

梁部42从与各悬架部45相对的位置的可动体50朝向框部40延伸设置。梁部42作为可动体50倾倒时的支轴q而设置。梁部42能够作为扭簧(扭转弹簧)发挥功能,能够向支轴q的旋转轴方向扭转。

如上所述,梁部42及悬架部45作为扭簧而发挥功能,从而可动体50能够根据加速度等物理量而倾倒(翘板状摆动)。梁部42及悬架部45相对于因可动体50倾倒而产生的“扭转变形”具有韧性,能够抑制该梁部42及悬架部45的破损。

在从相对于基板10垂直的方向即z轴方向俯视时,作为壁部的框部40在基板10的上表面10a上沿第一凹部12的外边缘而设置。在框部40与可动体50之间具有间隙43,框部40以从上表面10a突出的方式设置于上表面10a上。并且,可动体50通过梁部42而被框部40支承。需要说明的是,在从相对于基板10垂直的方向即z轴方向俯视时,在框部40设置有抵接部48,该抵接部48与可动体50的外边缘的至少一部分相对、在本方式中与可动体50的外形的边缘(以下,称为“外边缘”)的四角相对,限制可动体50在主表面50f、50r的平面方向上的旋转位移。如此,通过将沿可动体50的外边缘从基板10突出的框部40的一部分作为抵接部48,能够空间效率良好地配置抵接部48。

抵接部48为了不阻碍可动体50因施加给mems器件1的加速度等物理量而向z轴方向倾倒,并限制可动体50向与z轴方向交叉的y轴方向位移而设置。另外,抵接部48也为了限制以z轴作为旋转轴的可动体50在主表面50f、50r的平面方向上的旋转位移而设置。在本实施方式的mems器件1中,可动体50在向y轴方向产生了过度位移时与抵接部48接触,从而其位移被限制。另外,在发生了以z轴作为旋转轴的可动体50在主表面50f、50r的平面方向上的旋转位移时,可动体50与抵接部48接触,从而其位移被限制。需要说明的是,抵接部48的配置并不特别限定,能够沿期望进行可动体50的位移的限制的方向上的可动体50的外边缘而设置。

本方式中的抵接部48设置有多个,在与矩形状的可动体50的四个角部对置的位置分别设置。即,抵接部48设置于框部40的四个位置。如此,通过与可动体50的在平面方向上旋转位移较大的角部对置设置抵接部48,能够提高对可动体50的针对所产生的平面方向上的旋转位移的限制力。另外,通过配置多个(四个位置)抵接部48,能够可靠地对可动体50限制所产生的平面方向上的旋转位移。

抵接部48具备:抵接面46,包括可动体50的主表面50f、50r在平面方向上的旋转位移的抵接位置;洞部47,与抵接面46对置设置;以及窄宽度部49,包括由洞部47形成的抵接面46。需要说明的是,本方式中的可动体50的主表面50f、50r的平面方向是指,在从相对于基板10垂直的方向即z轴方向俯视时,以固定部41为中心的旋转方向,是图中箭头m所示的方向。需要说明的是,洞部47是指因贯通孔(孔)或有底孔(槽或凹陷等)而变成空洞的部分。

在从相对于基板10垂直的方向即z轴方向俯视时,本方式的洞部47设置于框部40的内部、换言之设置于抵接面46与抵接面46的相反一侧的面40s之间,且是由贯通开口形状呈长方形的框部40的表里的孔构成的贯通部(空洞的部分)。通过设置由这种孔构成的洞部47,形成宽度尺寸小的部分即窄宽度部49,位于窄宽度部49的与洞部47相反一侧的面成为抵接面46。并且,在由于外部冲击等可动体50向平面方向旋转位移时,可动体50与该抵接面46接触。需要说明的是,如果由这种孔构成洞部47,则能够以自由的形状容易地形成洞部47,因此能够容易地设置刚性较弱的抵接部48。

窄宽度部49由于宽度比框部40的宽度尺寸窄(壁厚较小)、并且呈细长形状,因此从抵接面46朝向洞部47的方向上的刚性较弱,容易挠曲。如此,在可动体50接触的抵接部48中,即使由具有抵接面46的窄宽度部49受到可动体50的旋转位移,冲击也被容易挠曲的窄宽度部49吸收。换言之,通过基于窄宽度部49的挠曲的冲击的缓冲作用,能够减小可动体50、抵接部48受到的冲击,能够减少可动体50的破损、抵接部48的破损。

然而,优选抵接部48由与可动体50相同的材质构成。如此,通过抵接部48由与可动体50相同的材质构成,能够使与可动体50接触时的抵接部48的粘附难以发生。

另外,优选抵接部48与可动体50处于相同电位。抵接部48通过与可动体50等一体地设置,可与可动体50处于相同电位。如此,通过抵接部48与可动体50处于相同电位,在与可动体50接触时,能够抑制在可动体50和抵接部48之间产生的静电电容的变动及丧失。因此,在可动体50与抵接部48接触时,能够继续进行加速度等物理量的测量。

由于在框部40与可动体50之间具有间隙43、在检测电极21与可动体50之间具有间隙13,因此可动体50能够以梁部42及悬架部45作为支轴q进行翘板状摆动。

在本实施方式的mems器件1中,框部40、固定部41、梁部42、悬架部45及可动体50能够作为一体而通过对一个基材进行图案形成(patterning)来设置。需要说明的是,可动体50优选使用导电性材料作为其材料。这是为了使可动体50作为电极发挥功能。另外,可动体50在与框部40、固定部41、梁部42及悬架部45作为一体而形成的情况下,例如优选使用包括通过光刻法容易进行加工的硅的基材。

关于框部40的材料,不受特别限定而能够使用各种材料。需要说明的是,框部40在与固定部41、梁部42、悬架部45及可动体50作为一体而形成的情况下,例如优选使用包括通过光刻法容易进行加工的硅的基材。这时,洞部47也能够通过光刻法形成。

梁部42只要是具有韧性的材料即可,能够不受特别限定地使用各种材料。需要说明的是,梁部42在与框部40、固定部41、悬架部45及可动体50作为一体而形成的情况下,例如优选使用包括通过光刻法容易进行加工的硅的基材。

需要说明的是,框部40、固定部41、梁部42、悬架部45及可动体50也能够使用绝缘性的材料。在使用绝缘性的材料形成可动体50的情况下,在可动体50的与检测电极21对置的面上设置电极膜即可。由此,在检测电极21与可动体50之间产生静电电容,并且通过可动体50因加速度等物理量而倾倒,能够得到对应于检测电极21与可动体50之间的间隙13的变化的静电电容的变化。

盖体60与基板10连接而设置。在盖体60中,设置有第二凹部62。在盖体60中,第二凹部62的顶面作为接合面62a,并与基板10的上表面10a连接。在盖体60中通过与基板10连接而构成有腔室65,即被由设置于基板10的第一凹部12和设置于盖体60的第二凹部62包围的空间。通过在由基板10及盖体60构成的腔室65中收容可动体50等,能够保护可动体50等不受外部对mems器件1的干扰的影响。

优选第二凹部62在基板10与盖体60连接的z轴方向上,具有当可动体50倾倒时可动体50和盖体60不抵接的深度。另外,优选第二凹部62至少在可动体50倾倒的z轴方向上,以比可动体50的厚度深的方式设置。需要说明的是,盖体60通过省略了图示的布线接地。

盖体60优选使用导电性材料作为其材料。本实施方式中的盖体60例如使用包含容易进行加工的硅的基材。盖体60通过使用包含硅的基材,能够与使用了硼硅酸玻璃的基板10之间通过阳极接合法连接(接合)。

在mems器件1中,设置有将上述检测电极21与可动体50之间产生的静电电容(c1、c2)作为电信号取出的布线部(图中未示出)。通过布线部,能够将根据可动体50的倾倒而产生的静电电容输出到mems器件1的外部。

(mems器件1的动作)

参照图4a~图4c,对本实施方式的mems器件1的动作进行说明。图4a、图4b及图4c是说明实施方式的mems器件的动作的示意图。需要说明的是,在图4a、图4b及图4c中,省略了可动体及检测电极部之外的图示。另外,图4a、图4b及图4c省略了检测电极21及可动体50之外的结构的图示。在图4a、图4b及图4c所示的mems器件1中,例如当施加了z轴方向的加速度(例如重力加速度)时,在可动体50中产生以支轴q为中心的旋转力矩(力的力矩)。

图4a对于mems器件1例示了如下状态,对可动体50施加有从–z轴方向朝向+z轴方向的加速度g11。在该状态下,在可动体50中,相比第一可动体50a侧,对第二可动体50b侧作用更多的加速度。因此,对可动体50作用以支轴q为旋转轴的顺时针方向的力。因此,可动体50(第二可动体50b)以支轴q为旋转轴而向第二检测电极部21b侧倾倒。

由此,第二可动体50b与第二检测电极部21b之间的间隙13变小(变短),第二可动体50b与第二检测电极部21b之间的静电电容c2的静电电容值增加。另一方面,第一可动体50a与第一检测电极部21a之间的间隙13变大(变长),第一可动体50a与第一检测电极部21a之间的静电电容c1的静电电容值减小。

图4b例示了对于mems器件1没有施加加速度的状态。在该状态下,由于第一可动体50a侧和第二可动体50b侧均不被施加加速度g11,因此对可动体50不作用力。因此,可动体50不向任一侧倾倒。即,可动体50相对于基板10大致水平。

由此,第一可动体50a和第一检测电极部21a之间的间隙13与第二可动体50b和第二检测电极部21b之间的间隙13大致相等。因此,第一可动体50a和第一检测电极部21a之间的静电电容c1与第二可动体50b和第二检测电极部21b之间的静电电容c2的静电电容值大致相等。另外,相比图4a所示的mems器件1的状态,第一可动体50a与第一检测电极部21a之间的间隙13变小,两部之间产生的静电电容c1增加。另外,第二可动部50b与第二检测电极部21b之间的间隙13增加,两部之间产生的的静电电容c2减小。

图4c对于mems器件1例示了如下状态,对可动体50施加了从+z轴方向朝向–z轴方向的加速度g21。在该状态下,由于加速度g21被施加在第一可动体50a侧,因此对可动体50作用以支轴q为旋转轴的逆时针方向的力。因此,可动体50向第一检测电极部21a侧倾倒。在图4c中,示出了相比作用于第二可动体50b的重力加速度,加速度g21更大的状态。因此,可动体50向第一检测电极部21a侧倾倒。

由此,第一可动体50a与第一检测电极部21a之间的间隙13变小(变短),第一可动体50a与第一检测电极部21a之间的静电电容c1的静电电容值增加。另一方面,第二可动体50b与第二检测电极部21b之间的间隙13变大(变长),第二可动体50b与第二检测电极部21b之间的静电电容c2的静电电容值减小。另外,相比图4b所示的对mems器件1不施加加速度的状态,第一可动体50a与第一检测电极部21a之间的间隙13变小,两部之间产生的静电电容c1增加。另外,第二可动部50b与第二检测电极部21b之间的间隙13变大,两部之间产生的静电电容c2的静电电容值减小。

本实施方式的mems器件1能够根据两个静电电容值的变化来检测加速度(例如,g11、g12)的值。例如,以在图4b的状态下得到的电容值为基准,通过判断图4a的状态下的电容值的变化,能够检测加速度g11所作用的方向及力。另外,通过判断图4c的状态下的电容值的变化,能够检测加速度g21所作用的方向及力。

根据上述实施方式的mems器件1,由于在抵接部48中对应于可动体50抵接的抵接面46而设置有洞部47,抵接部48的包括抵接面46的部分(窄宽度部49)的刚性变弱,其中,抵接部48包括因可动体50在主表面50f、50r的平面方向上的旋转位移而与可动体50抵接的抵接位置。由此,在因旋转位移可动体50碰到抵接部48时,抵接部在刚性较弱的部分即窄宽度部49中产生挠曲,通过基于该挠曲的冲击吸收、换言之冲击的缓冲作用,能够减小可动体50和抵接部48的冲击,能够减少可动体50的破损、抵接部48的破损。

需要说明的是,在上述内容中,对通过固定部41及框部40两个部位将可动体50固定于基板10的例子进行了说明,但可动体50在基板10上的固定例如也可以通过使用了固定部41的一个部位的结构来进行。

[抵接部的变形例]

在上述实施方式中,例示并说明了设置于框部40的抵接部48,但抵接部的结构并不限定于此,能够设为以下变形例所示的结构。下面,根据图5~图10对变形例1~变形例6的结构依次进行说明。需要说明的是,在以下的说明中,对于与上述实施方式相同的结构标注相同的附图标记,并且有时会省略该结构的详细说明。

(变形例1)

首先,参照图5,对抵接部的变形例1进行说明。需要说明的是,图5是示意性地示出抵接部的变形例1的俯视图,且是对应于图1中的c部的部分的放大图。

图5所示的变形例1的抵接部48a具备:抵接面46a,包括可动体50在平面方向上的旋转位移的抵接位置;洞部47a,与抵接面46a对置设置;以及窄宽度部49a,包括通过洞部47a而形成的抵接面46a。在变形例1的抵接部48a中,由向框部40中的与抵接面46a相反一侧的面40s开口的贯通部(切口部)构成洞部47a。

根据这种变形例1的抵接部48a,由于将抵接面46a在可动体50侧设置,因此能够在缓冲位移了的可动体50的冲击的同时可靠地进行移动的限制。另外,由于洞部47a向与抵接面46a相反一侧的面40s开口,因此能够容易地进行窄宽度部49a的形成。

(变形例2)

首先,参照图6对抵接部的变形例2进行说明。需要说明的是,图6是示意性地示出抵接部的变形例2的俯视图,且是对应于图1中的c部的部分的放大图。

图6所示的变形例2的抵接部48b具备:抵接面46b,包括可动体50在平面方向上的旋转位移的抵接位置;洞部47b,由与抵接面46b对置设置的两个孔471、472构成;以及窄宽度部49b,包括通过构成洞部47b的孔471而形成的抵接面46b。在变形例2的抵接部48b中,由从框部40的盖体60(参照图2)一侧即+z轴方向侧的面贯通至相反一侧的面的两个贯通部(长方形状的孔471、472)构成洞部47b。

根据这种变形例2的抵接部48b,由于由多个孔471、472构成洞部47b,因此可动体50碰撞时的冲击力的传递方向被分散到多个方向,能够进一步提高冲击吸收效果。

(变形例3)

首先,参照图7,对抵接部的变形例3进行说明。需要说明的是,图7是示意性地示出抵接部的变形例3的俯视图,且是对应于图1中的c部的部分的放大图。

图7所示的变形例3的抵接部48c具备:抵接面46c,包括可动体50在平面方向上的旋转位移的抵接位置;洞部47c,与抵接面46c对置设置;以及窄宽度部49c,包括通过洞部47c而形成的抵接面46c。在变形例3的抵接部48c中,由以所谓的蜂窝结构配置的贯通部(孔)构成洞部47c,蜂窝结构是指从框部40的盖体60(参照图2)一侧即+z轴方向侧的面贯通至相反一侧的面呈六边形的外边缘的多个孔连续且规则地配置的结构。

根据这种变形例3的抵接部48c,由于由构成蜂窝结构的多个孔构成洞部47c,因此可动体50接触时的冲击力f1的传递方向如图中箭头f2、f3所示那样被分散到多个方向,能够进一步提高冲击吸收效果。

(变形例4)

首先,参照图8,对抵接部的变形例4进行说明。需要说明的是,图8是示意性地示出抵接部的变形例4的俯视图,且是对应于图1中的c部的部分的放大图。

图8所示的变形例4的抵接部48d具备:抵接面46d,包括可动体50在平面方向上的旋转位移的抵接位置;洞部47d,与抵接面46d对置设置;以及窄宽度部49d,包括通过洞部47d而形成的抵接面46d。在变形例4的抵接部48d中,由向框部40中的抵接面46d的一部分开口的贯通部(孔)构成洞部47d。

更详细地来说,抵接部48d的窄宽度部49d在从框部40延伸,并在与延伸方向上对置的框部40之间具有间隙的位置具有前端(开放端)49t,形成所谓的悬臂梁形状。换言之,在窄宽度部49d的前端49t和窄宽度部49d在延伸方向上对置的框部40之间,洞部47d开口,抵接面46d被截断。并且,在窄宽度部49d的前端49t与洞部47d侧对置的位置,设置有从框部40的与抵接面46d相反一侧的面40s侧的边缘71向窄宽度部49d细长地延伸、且与窄宽度部49d具有间隙的突起部72。

根据这种变形例4的抵接部48d,通过洞部47d向抵接面46d的一部分开口,能够进一步减小包括与可动体50接触的部分即抵接面46d的窄宽度部49d的刚性,能够进一步提高对与可动体50接触的缓冲作用。另外,由于能够将突起部72作为窄宽度部49d的止动件,因此能够抑制窄宽度部49d的过大的变形,能够抑制窄宽度部49d的破损。

(变形例5)

首先,参照图9,对抵接部的变形例5进行说明。需要说明的是,图9是示意性地示出抵接部的变形例5的剖面图。

图9所示的变形例5的抵接部48e具备:抵接面46e,包括可动体50在平面方向上的旋转位移的抵接位置;洞部47e,与抵接面46e对置设置;以及窄宽度部49e,包括通过洞部47e而形成的抵接面46e。洞部47e由贯通部473和凹部474构成,贯通部473从框部40的盖体60(参照图2)一侧即+z轴方向侧的面贯通至相反一侧的面,凹部474从抵接部48e的基板10一侧呈槽状地凹陷,形成一端向抵接面46e开口且另一端向贯通部473开口的空洞。

根据这种变形例5的抵接部48e,通过在抵接部48e中设置凹部474,包括抵接面46e的窄宽度部49e的高度(z轴方向上的尺寸即厚度)与宽度一同变小,能够进一步使窄宽度部49e的刚性变弱。由此,由于窄宽度部49e变得更加容易挠曲,因此缓冲作用提高,能够更容易地吸收可动体50与抵接部48e碰撞时的冲击。

(变形例6)

首先,参照图10,对抵接部的变形例6进行说明。需要说明的是,图10是示意性地示出抵接部的变形例6的俯视图,且是对应于图1中的c部的部分的放大图。在上述实施方式及变形例中,对在框部40中设置有抵接部48、抵接部48a至抵接部48e中的任一者的结构进行了说明,但本变形例6是抵接部单独地配置而非设置于框部40中的结构例。

图10所示的变形例6的抵接部48f作为包括可动体50在平面方向上的旋转位移的抵接位置的各个止动件而在四个位置进行设置。需要说明的是,在图10中,代表性地显示了一个位置。在从可动部50的主表面50f、50r的法线方向(+z轴方向)俯视时,抵接部48f呈大致长方形地连接于基板10的上表面10a。抵接部48f具备:抵接面46f,包括可动体50在平面方向上的旋转位移的抵接位置;洞部47f,与抵接面46f对置设置;以及窄宽度部49f,包括由洞部47f形成的抵接面46f。在变形例6的抵接部48f中,由在抵接面46f与抵接面46f相反侧的面40fs之间设置的俯视时呈大致长方形的贯通部(孔)构成洞部47f。

在这种变形例6的抵接部48f中,与实施方式的框部40中所设置的抵接部48相同,通过与包括可动体50的旋转位移的抵接位置的抵接面46f对应地设置洞部47f而形成的窄宽度部49f,抵接部48f的刚性变弱。由此,在因旋转位移可动体50碰撞于抵接部48f时,在刚性较弱的窄宽度部49f中产生挠曲,通过基于该挠曲的冲击的缓冲作用,能够减小可动体50与抵接部48f的冲击,能够减少可动体50的破损、抵接部48f的破损。

[电子设备]

参照图11至图14,对应用了本发明的一实施方式的mems器件1及其变形例中的任一方式的电子设备进行说明。下面,将mems器件1及其变形例统称为mems器件1进行说明。

图11是示出作为具备本发明的一实施方式的mems器件1的电子设备的便携式(或移动型)个人计算机的结构的概要的立体图。在该图中,便携式个人计算机1100由具备键盘1102的主体部1104和具备显示部1108的显示单元1106构成,显示单元1106经由铰接结构部以能够转动的方式被主体部1104支承。在这种便携式个人计算机1100中内置有静电电容型的mems器件1,该mems器件1作为用于检测对该便携式个人计算机1100施加的加速度等而在显示单元1106显示加速度等的加速度传感器等而发挥功能,控制部1110能够基于mems器件1的检测数据进行例如姿势控制等控制。这里使用的mems器件1由于耐冲击性提高,因此在便携式个人计算机1100的落下等施加了过度的加速度等的情况下,也能够继续检测加速度等。因此,通过搭载上述的mems器件1,能够得到可靠性高的便携式个人计算机1100。

图12是示意性地示出作为电子设备的一例的智能手机(移动电话)的结构的立体图。

在该图中,智能手机1200组装有上述mems器件1。由mems器件1检测到的检测数据(加速度数据)被发送到智能手机1200的控制部1201。控制部1201包括cpu(centralprocessingunit:中央处理单元)而构成,能够根据所接收的检测数据识别智能手机1200的姿势、行为,从而使显示部1208显示的显示图像发生变化、发出警告音、效果音、驱动振动电机而使主体振动。换言之,能够进行智能手机1200的运动感测(motionsensing),并根据测量的姿势、行为来改变显示内容、发出声音、进行振动等。特别地,在执行游戏的应用程序时,能够体会接近现实的临场感。这里使用的mems器件1由于耐冲击性提高,因此在智能手机1200的落下等施加了过度的加速度等的情况下,也能够继续检测加速度等。因此,通过搭载上述的mems器件1,能够得到可靠性高的智能手机1200。

图13是示出作为电子设备的一例的静态式数字照相机的结构的立体图。需要说明的是,在该图中,也简单地示出了与外部设备的连接。

在静态式数字照相机1300的壳体(主体)1302的背面设置有显示部1310,成为基于ccd(chargecoupleddevice:电荷耦合器件)的摄像信号进行显示的结构,显示部1310也作为将被摄体作为电子图像进行显示的取景器发挥功能。另外,在壳体1302的正面侧(图中背面侧)设置有包括光学透镜(摄像光学系统)、ccd等的光接收单元1304。

摄影者对显示部1310显示的被摄体图像进行确认,按下快门按钮1306后,该时刻的ccd的摄像信号被转送·存储于存储器1308。另外,在该静态式数字照相机1300中,在壳体1302的侧面设置有视频信号输出端子1312和数据通信用的输入输出端子1314。并且,如所图示的,电视监视器1430根据需要而连接于视频信号输出端子1312,个人计算机1440根据需要而连结于数据通信用的输入输出端子1314。进一步地,构成为通过预定操作使存储器1308中存储的摄像信号被输出到电视监视器1430、个人计算机1440。在这种静态式数字照相机1300中内置有作为加速度传感器发挥功能的mems器件1,控制部1316能够基于mems器件1的检测数据而例如进行手抖动校正等的控制。这里使用的mems器件1由于耐冲击性提高,因此在静态式数字照相机1300的落下等施加了过度的加速度等的情况下,也能够继续检测加速度等。因此,通过搭载上述的mems器件1,能够得到可靠性高的静态式数字照相机1300。

需要说明的是,具备mems器件1的电子设备除了图11的个人计算机1100、图12的智能手机1200(移动电话)、图13的静态式数字照相机1300之外,例如还能够应用于平板终端、钟表、喷墨式喷出装置(例如喷墨打印机)、便携式个人计算机、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子笔记本(也包括带有通信功能)、电子词典、台式电子计算器、电子游戏机、文字处理器、工作站、电视电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、pos终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测定设备、测量仪表类(例如车辆、飞机、船舶的测量仪表类)、飞行模拟器、地震仪、计步器、倾斜仪、测量硬盘的振动的振动计、机器人或无人机等飞行物体的姿势控制装置、汽车的自动驾驶用惯性导航中使用的控制设备等。

(移动体)

接着,对于应用了本发明的一实施方式的mems器件1及其变形例中的任一方式的移动体,将使用了mems器件1的例子作为代表例在图14中示出并进行详细说明。图14是示出作为移动体的一例的汽车的结构的立体图。

如图14所示,汽车1500中内置有mems器件1,例如通过mems器件1能够检测车身1501的姿势。mems器件1的检测信号被提供给作为姿势控制部的车身姿势控制装置1502,车身姿势控制装置1502基于该信号检测车身1501的姿势,并能够根据检测结果控制悬挂的软硬、控制各个车轮1503的制动。另外,mems器件1还能够广泛应用于无匙门禁、防盗锁止装置(immobilizer)、汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(abs)、气囊、轮胎压力监测系统(tpms:tirepressuremonitoringsystem)、发动机控制、自动驾驶用惯性导航的控制设备、混合动力汽车和电动汽车的电池监视器等电子控制单元(ecu:electroniccontrolunit)。

另外,移动体中应用的mems器件1,除了上述示例之外,例如也能够在双足步行机器人、电车等的姿势控制、无线电控制飞机、无线电控制直升机以及无人机等远程操控或自主式的飞行物体的姿势控制、农业机械(农机)或建设机械(建机)等的姿势控制中使用。如上所述,在进行各种移动体的姿势控制的实现时,可组装mems器件1及各自的控制部(图中未示出)。

这种移动体由于具备耐冲击性提高的mems器件1以及作为控制部的车身姿势控制装置1502,因此在施加了过度的冲击等的情况下,也能够继续检测加速度等,具有优异的可靠性。

以上,基于图示的实施方式对mems器件、电子设备及移动体进行了说明,但本发明并不限于此,各部分的结构能够替换为具有相同功能的任意的结构。另外,本发明也可以附加其他任意的构成物。

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