ＭＥＭＳデバイス
【課題】支持基板の側面から電位を取出可能としたセンサとその他のセンサとを小型集積化させることのできるＭＥＭＳデバイスを得る。
【解決手段】ＭＥＭＳデバイスＤは、支持基板２ａの側面２ｅに露出させた貫通電極２２ａ〜２２ｅの断面部を、可動電極４、５および固定電極２０ａ〜２１ｂの電位取出口として利用可能とした加速度センサ（第１のセンサ）Ｓ１と、この加速度センサＳ１に支持基板２ａを介して積層されるセンサ基板１Ａを有した圧力センサ（第２のセンサ）Ｓ２とを備える。
【解決手段】ＭＥＭＳデバイスＤは、支持基板２ａの側面２ｅに露出させた貫通電極２２ａ〜２２ｅの断面部を、可動電極４、５および固定電極２０ａ〜２１ｂの電位取出口として利用可能とした加速度センサ（第１のセンサ）Ｓ１と、この加速度センサＳ１に支持基板２ａを介して積層されるセンサ基板１Ａを有した圧力センサ（第２のセンサ）Ｓ２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、支持基板側に形成された貫通電極をダイシングなどによって切断することで、支持基板の側面に貫通電極の断面部を露出させるようにしたセンサ構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような構成により、ＡＳＩＣ等のＩＣ部を支持基板の側面にフリップチップ実装することが可能となり、電位の取出方法としてワイヤーボンディングの他に選択肢を増やすことができるので好適である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０１７１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年では急速なＩＣ技術の発達に伴い、複数のセンサ部品を小型集積化させることが求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、支持基板の側面から電位を取出可能としたセンサとその他のセンサとを小型集積化させることのできるＭＥＭＳデバイスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のＭＥＭＳデバイスにあっては、錘部と当該錘部を揺動自在に支持するばね部とが形成されたセンサ基板と、前記センサ基板に接合されるとともに前記錘部と対向して配置される固定電極を有した支持基板と、を備え、前記支持基板には、当該支持基板の前記センサ基板と対向する側の面とその反対側の面とを貫通する貫通電極が埋設されているとともに、前記支持基板の貫通電極を当該支持基板の平面方向と垂直に切断することで、前記支持基板の側面に露出させた前記貫通電極の断面部を前記錘部および固定電極の電位取出口として利用可能とした第１のセンサと、前記第１のセンサに前記支持基板を介して積層されるセンサ基板を有した第２のセンサと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、支持基板の側面から電位を取出可能とした第１のセンサに対して第２のセンサを積層させるようにしたので、ＭＥＭＳデバイスを小型集積化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる加速度センサを示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す支持基板を成形する際の説明図である。
【図３】図３は、図１に示す加速度センサの天面を示す模式図である。
【図４】図４は、図１に示す加速度センサの側面を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスを示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００１１】
［第１実施形態］
本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤ（図５参照）は、図１に示すように、第１のセンサとしての加速度センサＳ１を備えている。この加速度センサＳ１は、可動電極（錘部）４、５を有するセンサ基板１の上下面が、固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂを有する上部支持基板２ａと、閉塞板となる下部支持基板２ｂとにより挟持されたセンサチップとして構成されている。なお、本実施形態を説明するにあたって、センサ基板１の長手方向をＸ方向、センサ基板１の短手方向をＹ方向、センサ基板１の厚さ方向をＺ方向として説明する。
【００１２】
センサ基板１は、シリコンＳＯＩ基板により形成されており、２つの矩形枠３ａ、３ｂを有するフレーム３と、矩形枠３ａ、３ｂの側壁に対して隙間Ｇ１、Ｇ２をあけた状態で矩形枠３ａ、３ｂに配置された矩形形状の２つの可動電極４、５とを備えている。
【００１３】
可動電極４、５は、それぞれの側面の対向する二辺の略中央が、一対のビーム（ばね部）６ａ、６ｂおよび７ａ、７ｂによって矩形枠３ａ、３ｂの側壁に連結されている。そして、一方の可動電極４がビーム６ａ、６ｂによってフレーム３に対して揺動自在に支持されるとともに、他方の可動電極５がビーム７ａ、７ｂによってフレーム３に対して揺動自在に支持されている。
【００１４】
上部支持基板２ａは、本実施形態ではガラス基板により形成されており、図４に示すように、可動電極４、５の上面に対して所定間隔をあけて対向配置されている。そして、図１および図４に示すように、上部支持基板２ａの一方の可動電極４と対向する面側には、平面視でビーム６ａとビーム６ｂの中心を結ぶ直線を境界線とした場合に、境界線の一方側および他方側にそれぞれ固定電極２０ａ、２０ｂが設けられている。この固定電極２０ａ、２０ｂは、一方の可動電極４の上面に対して所定の間隔をあけて対向配置されている。
【００１５】
また、図１および図４に示すように、上部支持基板２ａの他方の可動電極５と対向する面にも、平面視でビーム７ａとビーム７ｂの中心を結ぶ直線を境界線とした場合に、境界線の一方側および他方側にそれぞれ固定電極２１ａ、２１ｂが設けられている。この場合にあっても固定電極２１ａ、２１ｂは、他方の可動電極５の上面に対して所定間隔をあけて対向配置されている。
【００１６】
本実施形態では、図１に示すように、センサ基板１と上部支持基板２ａとの間、センサ基板１と下部支持基板２ｂとの間のそれぞれに、センサ基板１の外周を象った矩形枠状の中間部材８ａ、８ｂを介在させている。中間部材８ａ、８ｂは、センサ基板１と同じ材質の部材が用いられ、可動電極４、５の周縁部に段差を形成するようになっている。これにより、可動電極４、５と上部支持基板２ａの固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂとの間、ならびに可動電極４、５と下部支持基板２ｂとの間に隙間を設けて、可動電極４、５の厚さ方向Ｚへの変位を可能としている。
【００１７】
さらに、図１に示すように、上部支持基板２ａの短手方向Ｙ一端側には、上部支持基板２ａのセンサ基板１と対向する側の面とその反対側の面とを貫通する貫通電極２２ａ〜２２ｅが埋設されている。このように上部支持基板２ａの長手方向Ｘに並列された複数の貫通電極２２ａ〜２２ｅは、固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂおよび可動電極４、５に電気的に接続され、貫通電極２２ａ〜２２ｅを介してこれら電極部の電位を外部に取り出せるようにしている。なお、可動電極４、５と貫通電極２２ｅとの接続は本実施形態では図示省略したが、例えばセンサ基板１の上面に接地電極を設けるとともに、この接地電極と貫通電極２２ｅとを中間部材８ａに埋め込んだ導体部を介して電気的に接続することで行うことができる。
【００１８】
ここで、本実施形態では、上部支持基板２ａの貫通電極２２ａ〜２２ｅを当該上部支持基板２ａの平面方向と垂直に切断することで、上部支持基板２ａの側面２ｅに貫通電極２２ａ〜２２ｅの断面部を露出させるようにしている。
【００１９】
具体的には、図２および図３に示すように、上部支持基板２ａの貫通電極２２ａ〜２２ｅをダイシングラインＬに沿ってダイシングする。これにより、上部支持基板２ａの側面２ｅに露出させた貫通電極２２ａ〜２２ｅの断面部を、可動電極４、５および固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂの電位取出口として利用可能としている。また、この状態においては、貫通電極２２ａ〜２２ｅの上面部も上部支持基板２ａの上面２ｄに露出しており、当該上面部においても電位を取出可能となっている。
【００２０】
下部支持基板２ｂは、本実施形態ではガラス基板により形成されており、図４に示すように、中間部材８ｂを介して双方の可動電極４、５の下面に所定間隔をあけて対向するように配置されている。
【００２１】
このように構成された加速度センサＳ１は、可動電極４にＸ方向の加速度が印加された場合、可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ以下に示す数式（１）、（２）のようになる。なお数式（１）、（２）中、パラメータＣ０は、可動電極４にＸ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量を示す。
【００２２】
Ｃ１＝Ｃ０−ΔＣ …（１）
Ｃ２＝Ｃ０＋ΔＣ …（２）
また同様に、可動電極５にＸ方向の加速度が印加された場合、可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量Ｃ３、Ｃ４はそれぞれ以下に示す数式（３）、（４）のようになる。なお数式（３）、（４）中、パラメータＣ０は、可動電極５にＸ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量を示す。
【００２３】
Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（３）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（４）
したがって、貫通電極２２ａ〜２２ｅを介して上記容量Ｃ１〜Ｃ４を検出し、ＡＳＩＣ等を利用して容量Ｃ１と容量Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と容量Ｃ３と容量Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）を算出する。そして、算出された差分値ＣＡと差分値ＣＢの和（±４ΔＣ）をＸ出力として出力することにより、静電容量の変化から可動電極４、５に加えられたＸ方向の加速度を検出できる。
【００２４】
一方、可動電極４にＺ方向の加速度が印加された場合、可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ以下に示す数式（５）、（６）のようになる。なお数式（５）、（６）中、パラメータＣ０は、可動電極４にＺ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量を示す。
【００２５】
Ｃ１＝Ｃ０＋ΔＣ …（５）
Ｃ２＝Ｃ０−ΔＣ …（６）
また同様に、可動電極５にＺ方向の加速度が印加された場合、可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量Ｃ３、Ｃ４はそれぞれ以下に示す数式（７）、（８）のようになる。なお数式（７）、（８）中、パラメータＣ０は、可動電極５にＺ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量を示す。
【００２６】
Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（７）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（８）
したがって、貫通電極２２ａ〜２２ｅを介して上記容量Ｃ１〜Ｃ４を検出し、ＡＳＩＣ等を利用して容量Ｃ１と容量Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と容量Ｃ３と容量Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）を算出する。そして、算出された差分値ＣＡと差分値ＣＢの和（±４ΔＣ）をＺ出力として出力することにより、静電容量値の変化から可動電極４、５に加えられたＺ方向の加速度を検出できる。
【００２７】
ところで、本実施形態の加速度センサＳ１は、図１に示すように、一方の可動電極４を備えた第１の加速度センサ単体Ｓａと、他方の可動電極５を備えた第２の加速度センサ単体Ｓｂとが同一チップ面内に配置されている。そして、例えば一方の可動電極４の下面と他方の可動電極５の下面とに凹部（図示せず）を設けるとともに、それぞれの加速度センサ単体Ｓａ、Ｓｂが相対的に１８０度回転した状態で配置されるようにしている。このように、第１の加速度センサ単体Ｓａの可動電極４と、第２の加速度センサ単体Ｓｂの可動電極５との重心位置を、境界線に対して互いに反対側に位置するように配置することで、Ｘ方向およびＺ方向の加速度を検出できるようにしている。
【００２８】
ここで、本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤは、図５に示すように、上記加速度センサＳ１に上部支持基板２ａを介して積層されるセンサ基板１Ａを有した第２のセンサとしての圧力センサＳ２を備えている。すなわち、本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤは、機能の異なる２つのセンサを上部支持基板２ａを介して積層させることで、加速度センサＳ１と圧力センサＳ２とを集積化させたものである。
【００２９】
圧力センサＳ２は、シリコンＳＯＩ基板により形成されたセンサ基板１Ａと、このセンサ基板１Ａに接合されるとともに上記加速度センサＳ１と共有する上部支持基板２ａとにより構成されている。
【００３０】
センサ基板１Ａには、エッチング等によってダイヤフラム１１が形成されており、このダイヤフラム１１の上部支持基板２ａと対向する面には帯板状の可動電極１４が設けられている。本実施形態では、この可動電極１４が上部支持基板２ａの貫通電極２２ｅと電気的に接続されるようにしている。
【００３１】
一方、上部支持基板２ａの上面２ｄには、図１では図示省略したが図５に示すように、センサ基板１Ａの可動電極１４と対向するようにして帯板状の固定電極２４が設けられている。本実施形態では、この固定電極２４が上部支持基板２ａの貫通電極２２ａ〜２２ｄと電気的に接続されるようにしている。
【００３２】
そして、センサ基板１Ａの可動電極１４よりも上部支持基板２ａ側に突出した外周接合部１２を、上部支持基板２ａの上面２ｄに陽極接合などによって気密状態で接合する。その結果、センサ基板１Ａのダイヤフラム１１および外周接合部１２と上部支持基板２ａの上面２ｄとで囲まれた気密空間部１５が形成される。
【００３３】
上記気密空間部１５には、所定の圧力にて気体が封入されているとともに、ダイアフラム１１の上部支持基板２ａと対向しない面は、外部に曝されるようになっている。したがって、ダイヤフラム１１は、気密空間部１５内の圧力と外部の空気圧との圧力差によって撓む。そして、ダイヤフラム１１が撓むと上部支持基板２ａに設けられた固定電極２４とダイヤフラム１１に設けられた可動電極１４との距離が変化し、その変化に応じて静電容量値が変化するようになっている。
【００３４】
したがって、貫通電極部２２ａ〜２２ｅを介して固定電極２４と可動電極１４との間の静電容量値を測定することで、固定電極２４と可動電極１４との距離、即ちダイヤフラム１１の撓み量が測定できる。そして、ダイヤフラム１１は、外部の空気圧と気密空間部１５内の気体圧力との差に応じて撓む。したがって、気密空間部１５内の気体圧力を所望の値に設定し、この状態で静電容量値を測定することにより外部の空気圧が得られる。
【００３５】
このような構成の本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤにあっては、例えば自動車のタイヤ内の空気圧を監視する装置に用いることができる。
【００３６】
以上の構成により、本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤは、支持基板２ａの側面２ｅに露出させた貫通電極２２ａ〜２２ｅの断面部を、可動電極４、５および固定電極２０ａ〜２１ｂの電位取出口として利用可能とした第１のセンサＳ１を備えている。そして、この第１のセンサとしての加速度センサＳ１に支持基板２ａを介して積層されるセンサ基板１Ａを有した第２のセンサとしての圧力センサＳ２を備えている。このように、本実施形態では、支持基板２ａの側面から電位を取出可能とした加速度センサＳ１に対して圧力センサＳ２を積層させるようにしたので、ＭＥＭＳデバイスＤを小型集積化させることができるようになる。
【００３７】
また、本実施形態では、加速度センサＳ１の電位と圧力センサＳ２の電位とを支持基板２ａの側面に露出させた貫通電極２２ａ〜２２ｅの断面部から取り出せるようにしたので、取り出し作業を容易に行うことができる。また、このような構成により、ＡＳＩＣ等を支持基板２ａの側面２ｄにフリップチップ実装することができるようになり、電位の取出方法としてワイヤーボンディングの他に選択肢を増やすことができるので、利便性に優れたＭＥＭＳデバイスＤを得ることができる。
【００３８】
さらにまた、本実施形態では、２つのセンサ（加速度センサＳ１と圧力センサＳ２）を積層させる際に、支持基板２ａを共有させてＭＥＭＳデバイスＤを形成するようにしている。そのため、多機能なＭＥＭＳデバイスＤを提供することができるにも関わらず、さらなる小型軽量化に繋がる。
【００３９】
なお、本実施形態では、機能の異なる２つのセンサ（加速度センサＳ１と圧力センサＳ２）を積層させるようにしたが、これに限定されない。例えば、加速度センサＳ１と、当該加速度センサＳ１の可動電極４、５を９０度回転させた第２の加速度センサとを積層させることにより、Ｘ方向とＺ方向の加速度に加えてＹ方向の加速度を検出できるようにしたＭＥＭＳデバイスを形成するようにしてもよい。
【００４０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。図６は、本実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスＤ１を示した図である。
【００４１】
本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤ１は、上部支持基板２ａの側面から電位を取出可能とした第１のセンサＳ３と、この第１のセンサＳ３に積層される第２のセンサＳ６との他に、第３のセンサＳ４と第４のセンサＳ５とを備えている。
【００４２】
具体的には、本実施形態では、第１のセンサＳ３が下部支持基板２ｂの側面からも電位を取出可能となっている。そして、この第１のセンサＳ３と同様の構成の第３のセンサＳ４を、第１のセンサＳ３の長手方向Ｘ（図１参照）に並設し、第１のセンサＳ３および第３のセンサＳ４の上部支持基板２ａ、２Ａに第２のセンサＳ６を積層させている。また、同様にして第１のセンサＳ３および第３のセンサＳ４の下部支持基板２ｂ、２Ｂに第４のセンサＳ５を積層させている。
【００４３】
この場合、例えば第１のセンサＳ３としてＸ、Ｚ方向の加速度を検出する加速度センサを用いるとともに、第３のセンサＳ４としてＹ、Ｚ方向の加速度を検出する加速度センサを用いる。そして、第２のセンサＳ６として圧力センサを用いるとともに、第４のセンサＳ５として、その他のセンサを用いることで小型集積化させた多機能なＭＥＭＳデバイスＤ１を形成することができる。
【００４４】
ここで、本実施形態では、図６に示すように、第１のセンサＳ３と第３のセンサＳ４の貫通電極２２ａ〜２２ｅ、１２２ａ〜１２２ｅの断面部に、ＡＳＩＣ等のＩＣ部３０を電気的に接続させている。詳細には、本実施形態では、貫通電極２２ａ〜２２ｅ、１２２ａ〜１２２ｅの断面部に、前記ＩＣ部３０をフリップチップ実装するようにしている。
【００４５】
以上の構成により、本実施形態では、貫通電極２２ａ〜２２ｅ、１２２ａ〜１２２ｅの断面部に、ＩＣ部３０を電気的に接続させたので、電位の取り出しを容易に行うことができる。また、取出方法としてフリップチップ実装やワイヤーボンディング等を選択することができ、利便性に優れたＭＥＭＳデバイスＤを得ることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、貫通電極２２ａ〜２２ｅ、１２２ａ〜１２２ｅの断面部に、前記ＩＣ部３０をフリップチップ実装している。そのため、ＩＣ部をワイヤーボンディングして接続させる構成と比べて、取付作業を容易に行うことができるとともに、ＭＥＭＳデバイスＤ１を小型化することができる。
【００４７】
なお、本実実施形態のＭＥＭＳデバイスＤ１では、第２のセンサまたは第４のセンサの代わりに、発電機などを集積化させるようにしてもよい。こうすれば、ＭＥＭＳデバイスＤ１を駆動するための電池が不要となるので好適である。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００４９】
例えば、上記各実施形態では、上部支持基板と下部支持基板とをガラス基板により形成したが、シリコン基板により形成してもよい。
【００５０】
また、上記各実施形態では、ＭＥＭＳデバイスを構成するセンサとして加速度センサと圧力センサを例示したが、これに限定されず、例えば角速度センサや振動センサ等を用いるようにしてもよい。
【００５１】
また、錘部や固定電極その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に
変更可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 第１のセンサのセンサ基板
１Ａ 第２のセンサのセンサ基板
２ａ 上部支持基板（支持基板）
２ｄ 上部支持基板の側面
４、５ 可動電極（錘部）
６ａ、６ｂ ビーム（ばね部）
７ａ、７ｂ ビーム（ばね部）
２０ａ、２０ｂ 固定電極
２１ａ、２１ｂ 固定電極
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ 貫通電極
Ｓ１ 加速度センサ（第１のセンサ）
Ｓ２ 圧力センサ（第２のセンサ）
Ｄ、Ｄ１ ＭＥＭＳデバイス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、支持基板側に形成された貫通電極をダイシングなどによって切断することで、支持基板の側面に貫通電極の断面部を露出させるようにしたセンサ構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような構成により、ＡＳＩＣ等のＩＣ部を支持基板の側面にフリップチップ実装することが可能となり、電位の取出方法としてワイヤーボンディングの他に選択肢を増やすことができるので好適である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０１７１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年では急速なＩＣ技術の発達に伴い、複数のセンサ部品を小型集積化させることが求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、支持基板の側面から電位を取出可能としたセンサとその他のセンサとを小型集積化させることのできるＭＥＭＳデバイスを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のＭＥＭＳデバイスにあっては、錘部と当該錘部を揺動自在に支持するばね部とが形成されたセンサ基板と、前記センサ基板に接合されるとともに前記錘部と対向して配置される固定電極を有した支持基板と、を備え、前記支持基板には、当該支持基板の前記センサ基板と対向する側の面とその反対側の面とを貫通する貫通電極が埋設されているとともに、前記支持基板の貫通電極を当該支持基板の平面方向と垂直に切断することで、前記支持基板の側面に露出させた前記貫通電極の断面部を前記錘部および固定電極の電位取出口として利用可能とした第１のセンサと、前記第１のセンサに前記支持基板を介して積層されるセンサ基板を有した第２のセンサと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、支持基板の側面から電位を取出可能とした第１のセンサに対して第２のセンサを積層させるようにしたので、ＭＥＭＳデバイスを小型集積化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態にかかる加速度センサを示す分解斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す支持基板を成形する際の説明図である。
【図３】図３は、図１に示す加速度センサの天面を示す模式図である。
【図４】図４は、図１に示す加速度センサの側面を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスを示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
【００１１】
［第１実施形態］
本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤ（図５参照）は、図１に示すように、第１のセンサとしての加速度センサＳ１を備えている。この加速度センサＳ１は、可動電極（錘部）４、５を有するセンサ基板１の上下面が、固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂを有する上部支持基板２ａと、閉塞板となる下部支持基板２ｂとにより挟持されたセンサチップとして構成されている。なお、本実施形態を説明するにあたって、センサ基板１の長手方向をＸ方向、センサ基板１の短手方向をＹ方向、センサ基板１の厚さ方向をＺ方向として説明する。
【００１２】
センサ基板１は、シリコンＳＯＩ基板により形成されており、２つの矩形枠３ａ、３ｂを有するフレーム３と、矩形枠３ａ、３ｂの側壁に対して隙間Ｇ１、Ｇ２をあけた状態で矩形枠３ａ、３ｂに配置された矩形形状の２つの可動電極４、５とを備えている。
【００１３】
可動電極４、５は、それぞれの側面の対向する二辺の略中央が、一対のビーム（ばね部）６ａ、６ｂおよび７ａ、７ｂによって矩形枠３ａ、３ｂの側壁に連結されている。そして、一方の可動電極４がビーム６ａ、６ｂによってフレーム３に対して揺動自在に支持されるとともに、他方の可動電極５がビーム７ａ、７ｂによってフレーム３に対して揺動自在に支持されている。
【００１４】
上部支持基板２ａは、本実施形態ではガラス基板により形成されており、図４に示すように、可動電極４、５の上面に対して所定間隔をあけて対向配置されている。そして、図１および図４に示すように、上部支持基板２ａの一方の可動電極４と対向する面側には、平面視でビーム６ａとビーム６ｂの中心を結ぶ直線を境界線とした場合に、境界線の一方側および他方側にそれぞれ固定電極２０ａ、２０ｂが設けられている。この固定電極２０ａ、２０ｂは、一方の可動電極４の上面に対して所定の間隔をあけて対向配置されている。
【００１５】
また、図１および図４に示すように、上部支持基板２ａの他方の可動電極５と対向する面にも、平面視でビーム７ａとビーム７ｂの中心を結ぶ直線を境界線とした場合に、境界線の一方側および他方側にそれぞれ固定電極２１ａ、２１ｂが設けられている。この場合にあっても固定電極２１ａ、２１ｂは、他方の可動電極５の上面に対して所定間隔をあけて対向配置されている。
【００１６】
本実施形態では、図１に示すように、センサ基板１と上部支持基板２ａとの間、センサ基板１と下部支持基板２ｂとの間のそれぞれに、センサ基板１の外周を象った矩形枠状の中間部材８ａ、８ｂを介在させている。中間部材８ａ、８ｂは、センサ基板１と同じ材質の部材が用いられ、可動電極４、５の周縁部に段差を形成するようになっている。これにより、可動電極４、５と上部支持基板２ａの固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂとの間、ならびに可動電極４、５と下部支持基板２ｂとの間に隙間を設けて、可動電極４、５の厚さ方向Ｚへの変位を可能としている。
【００１７】
さらに、図１に示すように、上部支持基板２ａの短手方向Ｙ一端側には、上部支持基板２ａのセンサ基板１と対向する側の面とその反対側の面とを貫通する貫通電極２２ａ〜２２ｅが埋設されている。このように上部支持基板２ａの長手方向Ｘに並列された複数の貫通電極２２ａ〜２２ｅは、固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂおよび可動電極４、５に電気的に接続され、貫通電極２２ａ〜２２ｅを介してこれら電極部の電位を外部に取り出せるようにしている。なお、可動電極４、５と貫通電極２２ｅとの接続は本実施形態では図示省略したが、例えばセンサ基板１の上面に接地電極を設けるとともに、この接地電極と貫通電極２２ｅとを中間部材８ａに埋め込んだ導体部を介して電気的に接続することで行うことができる。
【００１８】
ここで、本実施形態では、上部支持基板２ａの貫通電極２２ａ〜２２ｅを当該上部支持基板２ａの平面方向と垂直に切断することで、上部支持基板２ａの側面２ｅに貫通電極２２ａ〜２２ｅの断面部を露出させるようにしている。
【００１９】
具体的には、図２および図３に示すように、上部支持基板２ａの貫通電極２２ａ〜２２ｅをダイシングラインＬに沿ってダイシングする。これにより、上部支持基板２ａの側面２ｅに露出させた貫通電極２２ａ〜２２ｅの断面部を、可動電極４、５および固定電極２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂの電位取出口として利用可能としている。また、この状態においては、貫通電極２２ａ〜２２ｅの上面部も上部支持基板２ａの上面２ｄに露出しており、当該上面部においても電位を取出可能となっている。
【００２０】
下部支持基板２ｂは、本実施形態ではガラス基板により形成されており、図４に示すように、中間部材８ｂを介して双方の可動電極４、５の下面に所定間隔をあけて対向するように配置されている。
【００２１】
このように構成された加速度センサＳ１は、可動電極４にＸ方向の加速度が印加された場合、可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ以下に示す数式（１）、（２）のようになる。なお数式（１）、（２）中、パラメータＣ０は、可動電極４にＸ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量を示す。
【００２２】
Ｃ１＝Ｃ０−ΔＣ …（１）
Ｃ２＝Ｃ０＋ΔＣ …（２）
また同様に、可動電極５にＸ方向の加速度が印加された場合、可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量Ｃ３、Ｃ４はそれぞれ以下に示す数式（３）、（４）のようになる。なお数式（３）、（４）中、パラメータＣ０は、可動電極５にＸ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量を示す。
【００２３】
Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（３）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（４）
したがって、貫通電極２２ａ〜２２ｅを介して上記容量Ｃ１〜Ｃ４を検出し、ＡＳＩＣ等を利用して容量Ｃ１と容量Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と容量Ｃ３と容量Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）を算出する。そして、算出された差分値ＣＡと差分値ＣＢの和（±４ΔＣ）をＸ出力として出力することにより、静電容量の変化から可動電極４、５に加えられたＸ方向の加速度を検出できる。
【００２４】
一方、可動電極４にＺ方向の加速度が印加された場合、可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量Ｃ１、Ｃ２はそれぞれ以下に示す数式（５）、（６）のようになる。なお数式（５）、（６）中、パラメータＣ０は、可動電極４にＺ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極４と固定電極２０ａ、２０ｂ間の静電容量を示す。
【００２５】
Ｃ１＝Ｃ０＋ΔＣ …（５）
Ｃ２＝Ｃ０−ΔＣ …（６）
また同様に、可動電極５にＺ方向の加速度が印加された場合、可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量Ｃ３、Ｃ４はそれぞれ以下に示す数式（７）、（８）のようになる。なお数式（７）、（８）中、パラメータＣ０は、可動電極５にＺ方向の加速度が印加されていない状態での可動電極５と固定電極２１ａ、２１ｂ間の静電容量を示す。
【００２６】
Ｃ３＝Ｃ０−ΔＣ …（７）
Ｃ４＝Ｃ０＋ΔＣ …（８）
したがって、貫通電極２２ａ〜２２ｅを介して上記容量Ｃ１〜Ｃ４を検出し、ＡＳＩＣ等を利用して容量Ｃ１と容量Ｃ２の差分値ＣＡ（＝Ｃ１−Ｃ２）と容量Ｃ３と容量Ｃ４の差分値ＣＢ（＝Ｃ３−Ｃ４）を算出する。そして、算出された差分値ＣＡと差分値ＣＢの和（±４ΔＣ）をＺ出力として出力することにより、静電容量値の変化から可動電極４、５に加えられたＺ方向の加速度を検出できる。
【００２７】
ところで、本実施形態の加速度センサＳ１は、図１に示すように、一方の可動電極４を備えた第１の加速度センサ単体Ｓａと、他方の可動電極５を備えた第２の加速度センサ単体Ｓｂとが同一チップ面内に配置されている。そして、例えば一方の可動電極４の下面と他方の可動電極５の下面とに凹部（図示せず）を設けるとともに、それぞれの加速度センサ単体Ｓａ、Ｓｂが相対的に１８０度回転した状態で配置されるようにしている。このように、第１の加速度センサ単体Ｓａの可動電極４と、第２の加速度センサ単体Ｓｂの可動電極５との重心位置を、境界線に対して互いに反対側に位置するように配置することで、Ｘ方向およびＺ方向の加速度を検出できるようにしている。
【００２８】
ここで、本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤは、図５に示すように、上記加速度センサＳ１に上部支持基板２ａを介して積層されるセンサ基板１Ａを有した第２のセンサとしての圧力センサＳ２を備えている。すなわち、本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤは、機能の異なる２つのセンサを上部支持基板２ａを介して積層させることで、加速度センサＳ１と圧力センサＳ２とを集積化させたものである。
【００２９】
圧力センサＳ２は、シリコンＳＯＩ基板により形成されたセンサ基板１Ａと、このセンサ基板１Ａに接合されるとともに上記加速度センサＳ１と共有する上部支持基板２ａとにより構成されている。
【００３０】
センサ基板１Ａには、エッチング等によってダイヤフラム１１が形成されており、このダイヤフラム１１の上部支持基板２ａと対向する面には帯板状の可動電極１４が設けられている。本実施形態では、この可動電極１４が上部支持基板２ａの貫通電極２２ｅと電気的に接続されるようにしている。
【００３１】
一方、上部支持基板２ａの上面２ｄには、図１では図示省略したが図５に示すように、センサ基板１Ａの可動電極１４と対向するようにして帯板状の固定電極２４が設けられている。本実施形態では、この固定電極２４が上部支持基板２ａの貫通電極２２ａ〜２２ｄと電気的に接続されるようにしている。
【００３２】
そして、センサ基板１Ａの可動電極１４よりも上部支持基板２ａ側に突出した外周接合部１２を、上部支持基板２ａの上面２ｄに陽極接合などによって気密状態で接合する。その結果、センサ基板１Ａのダイヤフラム１１および外周接合部１２と上部支持基板２ａの上面２ｄとで囲まれた気密空間部１５が形成される。
【００３３】
上記気密空間部１５には、所定の圧力にて気体が封入されているとともに、ダイアフラム１１の上部支持基板２ａと対向しない面は、外部に曝されるようになっている。したがって、ダイヤフラム１１は、気密空間部１５内の圧力と外部の空気圧との圧力差によって撓む。そして、ダイヤフラム１１が撓むと上部支持基板２ａに設けられた固定電極２４とダイヤフラム１１に設けられた可動電極１４との距離が変化し、その変化に応じて静電容量値が変化するようになっている。
【００３４】
したがって、貫通電極部２２ａ〜２２ｅを介して固定電極２４と可動電極１４との間の静電容量値を測定することで、固定電極２４と可動電極１４との距離、即ちダイヤフラム１１の撓み量が測定できる。そして、ダイヤフラム１１は、外部の空気圧と気密空間部１５内の気体圧力との差に応じて撓む。したがって、気密空間部１５内の気体圧力を所望の値に設定し、この状態で静電容量値を測定することにより外部の空気圧が得られる。
【００３５】
このような構成の本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤにあっては、例えば自動車のタイヤ内の空気圧を監視する装置に用いることができる。
【００３６】
以上の構成により、本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤは、支持基板２ａの側面２ｅに露出させた貫通電極２２ａ〜２２ｅの断面部を、可動電極４、５および固定電極２０ａ〜２１ｂの電位取出口として利用可能とした第１のセンサＳ１を備えている。そして、この第１のセンサとしての加速度センサＳ１に支持基板２ａを介して積層されるセンサ基板１Ａを有した第２のセンサとしての圧力センサＳ２を備えている。このように、本実施形態では、支持基板２ａの側面から電位を取出可能とした加速度センサＳ１に対して圧力センサＳ２を積層させるようにしたので、ＭＥＭＳデバイスＤを小型集積化させることができるようになる。
【００３７】
また、本実施形態では、加速度センサＳ１の電位と圧力センサＳ２の電位とを支持基板２ａの側面に露出させた貫通電極２２ａ〜２２ｅの断面部から取り出せるようにしたので、取り出し作業を容易に行うことができる。また、このような構成により、ＡＳＩＣ等を支持基板２ａの側面２ｄにフリップチップ実装することができるようになり、電位の取出方法としてワイヤーボンディングの他に選択肢を増やすことができるので、利便性に優れたＭＥＭＳデバイスＤを得ることができる。
【００３８】
さらにまた、本実施形態では、２つのセンサ（加速度センサＳ１と圧力センサＳ２）を積層させる際に、支持基板２ａを共有させてＭＥＭＳデバイスＤを形成するようにしている。そのため、多機能なＭＥＭＳデバイスＤを提供することができるにも関わらず、さらなる小型軽量化に繋がる。
【００３９】
なお、本実施形態では、機能の異なる２つのセンサ（加速度センサＳ１と圧力センサＳ２）を積層させるようにしたが、これに限定されない。例えば、加速度センサＳ１と、当該加速度センサＳ１の可動電極４、５を９０度回転させた第２の加速度センサとを積層させることにより、Ｘ方向とＺ方向の加速度に加えてＹ方向の加速度を検出できるようにしたＭＥＭＳデバイスを形成するようにしてもよい。
【００４０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。図６は、本実施形態にかかるＭＥＭＳデバイスＤ１を示した図である。
【００４１】
本実施形態のＭＥＭＳデバイスＤ１は、上部支持基板２ａの側面から電位を取出可能とした第１のセンサＳ３と、この第１のセンサＳ３に積層される第２のセンサＳ６との他に、第３のセンサＳ４と第４のセンサＳ５とを備えている。
【００４２】
具体的には、本実施形態では、第１のセンサＳ３が下部支持基板２ｂの側面からも電位を取出可能となっている。そして、この第１のセンサＳ３と同様の構成の第３のセンサＳ４を、第１のセンサＳ３の長手方向Ｘ（図１参照）に並設し、第１のセンサＳ３および第３のセンサＳ４の上部支持基板２ａ、２Ａに第２のセンサＳ６を積層させている。また、同様にして第１のセンサＳ３および第３のセンサＳ４の下部支持基板２ｂ、２Ｂに第４のセンサＳ５を積層させている。
【００４３】
この場合、例えば第１のセンサＳ３としてＸ、Ｚ方向の加速度を検出する加速度センサを用いるとともに、第３のセンサＳ４としてＹ、Ｚ方向の加速度を検出する加速度センサを用いる。そして、第２のセンサＳ６として圧力センサを用いるとともに、第４のセンサＳ５として、その他のセンサを用いることで小型集積化させた多機能なＭＥＭＳデバイスＤ１を形成することができる。
【００４４】
ここで、本実施形態では、図６に示すように、第１のセンサＳ３と第３のセンサＳ４の貫通電極２２ａ〜２２ｅ、１２２ａ〜１２２ｅの断面部に、ＡＳＩＣ等のＩＣ部３０を電気的に接続させている。詳細には、本実施形態では、貫通電極２２ａ〜２２ｅ、１２２ａ〜１２２ｅの断面部に、前記ＩＣ部３０をフリップチップ実装するようにしている。
【００４５】
以上の構成により、本実施形態では、貫通電極２２ａ〜２２ｅ、１２２ａ〜１２２ｅの断面部に、ＩＣ部３０を電気的に接続させたので、電位の取り出しを容易に行うことができる。また、取出方法としてフリップチップ実装やワイヤーボンディング等を選択することができ、利便性に優れたＭＥＭＳデバイスＤを得ることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、貫通電極２２ａ〜２２ｅ、１２２ａ〜１２２ｅの断面部に、前記ＩＣ部３０をフリップチップ実装している。そのため、ＩＣ部をワイヤーボンディングして接続させる構成と比べて、取付作業を容易に行うことができるとともに、ＭＥＭＳデバイスＤ１を小型化することができる。
【００４７】
なお、本実実施形態のＭＥＭＳデバイスＤ１では、第２のセンサまたは第４のセンサの代わりに、発電機などを集積化させるようにしてもよい。こうすれば、ＭＥＭＳデバイスＤ１を駆動するための電池が不要となるので好適である。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００４９】
例えば、上記各実施形態では、上部支持基板と下部支持基板とをガラス基板により形成したが、シリコン基板により形成してもよい。
【００５０】
また、上記各実施形態では、ＭＥＭＳデバイスを構成するセンサとして加速度センサと圧力センサを例示したが、これに限定されず、例えば角速度センサや振動センサ等を用いるようにしてもよい。
【００５１】
また、錘部や固定電極その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に
変更可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 第１のセンサのセンサ基板
１Ａ 第２のセンサのセンサ基板
２ａ 上部支持基板（支持基板）
２ｄ 上部支持基板の側面
４、５ 可動電極（錘部）
６ａ、６ｂ ビーム（ばね部）
７ａ、７ｂ ビーム（ばね部）
２０ａ、２０ｂ 固定電極
２１ａ、２１ｂ 固定電極
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ 貫通電極
Ｓ１ 加速度センサ（第１のセンサ）
Ｓ２ 圧力センサ（第２のセンサ）
Ｄ、Ｄ１ ＭＥＭＳデバイス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
錘部と当該錘部を揺動自在に支持するばね部とが形成されたセンサ基板と、前記センサ基板に接合されるとともに前記錘部と対向して配置される固定電極を有した支持基板と、を備え、前記支持基板には、当該支持基板の前記センサ基板と対向する側の面とその反対側の面とを貫通する貫通電極が埋設されているとともに、前記支持基板の貫通電極を当該支持基板の平面方向と垂直に切断することで、前記支持基板の側面に露出させた前記貫通電極の断面部を前記錘部および固定電極の電位取出口として利用可能とした第１のセンサと、
前記第１のセンサに前記支持基板を介して積層されるセンサ基板を有した第２のセンサと、
を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記貫通電極の断面部に、ＩＣ部を電気的に接続したことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記貫通電極の断面部に、前記ＩＣ部をフリップチップ実装したことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項１】
錘部と当該錘部を揺動自在に支持するばね部とが形成されたセンサ基板と、前記センサ基板に接合されるとともに前記錘部と対向して配置される固定電極を有した支持基板と、を備え、前記支持基板には、当該支持基板の前記センサ基板と対向する側の面とその反対側の面とを貫通する貫通電極が埋設されているとともに、前記支持基板の貫通電極を当該支持基板の平面方向と垂直に切断することで、前記支持基板の側面に露出させた前記貫通電極の断面部を前記錘部および固定電極の電位取出口として利用可能とした第１のセンサと、
前記第１のセンサに前記支持基板を介して積層されるセンサ基板を有した第２のセンサと、
を備えることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
【請求項２】
前記貫通電極の断面部に、ＩＣ部を電気的に接続したことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項３】
前記貫通電極の断面部に、前記ＩＣ部をフリップチップ実装したことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３０６７（Ｐ２０１３−３０６７Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６９４９（Ｐ２０１１−１３６９４９）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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