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公開番号2021016923
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210215
出願番号2019134594
出願日20190722
発明の名称センサ
出願人株式会社東芝
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類B81B 3/00 20060101AFI20210118BHJP(マイクロ構造技術)
要約【課題】安定した動作が可能なセンサを提供する。
【解決手段】センサ110は、第1構造体部50、基板部20、第1接続部材41及びMEMS素子10を含む。第1構造体部は、第1、第2部分領域51、52を含む第1構造体58と、第2部分領域に設けられた第1構造体電極58Eと、を含む。基板部は、第1基板28及び第1基板電極28Eを含む。第1基板電極は、第1構造体部と第1基板との間にある。第1基板は、第1、第2部分21、22を含む。第1基板電極は、第1電極部分28Ea及び第2電極部分28Ebを含む。第2電極部分は、第1構造体電極と第2部分との間に設けられる。第1接続部材は、第1構造体電極と第2電極部分との間に設けられる。MEMS素子は、第1部分領域と第1部分との間に設けられ、素子基板18及び第1素子電極18Eを含む素子基板から第2部分領域への方向は、基板部が第1部分領域から離れる方向と交差する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
第1部分領域及び第2部分領域を含む第1構造体と、前記第2部分領域に設けられた第1構造体電極と、を含む第1構造体部と、
第1方向において前記第1部分領域から離れた基板部であって、前記基板部は、第1基板及び第1基板電極を含み、前記第1基板電極は、前記第1構造体部と前記第1基板との間にあり、前記第1基板は、第1部分及び第2部分を含み、前記第1部分から前記第2部分への方向は、前記第1方向と交差し、前記第1基板電極は、第1電極部分と、前記第1電極部分と電気的に接続された第2電極部分と、を含み、前記第2電極部分は、前記第1構造体電極と前記第2部分との間に設けられた、前記基板部と、
前記第1構造体電極と前記第2電極部分との間に設けられ、前記第1構造体電極を前記第2電極部分と電気的に接続する第1接続部材と、
前記第1部分領域と前記第1部分との間に設けられたMEMS素子であって、前記MEMS素子は、素子基板及び第1素子電極を含み、前記素子基板から前記第2部分領域の少なくとも一部への第2方向は、前記第1方向と交差し、前記第1素子電極は、前記素子基板と前記第1電極部分との間にあり、前記第1電極部分と電気的に接続された、前記MEMS素子と、
を備えたセンサ。
続きを表示(約 1,600 文字)【請求項2】
前記第1素子電極は、前記第1電極部分と接する、請求項1記載のセンサ。
【請求項3】
前記第1基板の線膨張係数と、前記素子基板の線膨張係数と、の差の絶対値は、前記第1基板の前記線膨張係数と、前記第1構造体の線膨張係数と、の差の絶対値よりも小さい、請求項1または2に記載のセンサ。
【請求項4】
前記素子基板は、前記第2方向と交差する素子基板側面を含み、
前記素子基板側面は、前記第2部分領域から離れた、請求項1〜3のいずれか1つに記載のセンサ。
【請求項5】
前記MEMS素子は、可動部及び支持部を含み、
前記可動部及び前記支持部は、前記素子基板と前記第1部分との間にあり、
前記支持部は、前記素子基板に固定され、
前記可動部は、前記支持部に支持され、
前記素子基板と前記可動部との間に第3間隙がある、請求項1〜4のいずれか1つに記載のセンサ。
【請求項6】
前記第1構造体は、第3部分領域をさらに含み、
前記第2部分領域の少なくとも一部の前記第1方向における位置は、前記第1部分領域の少なくとも一部の前記第1方向における位置と、前記第3部分領域の少なくとも一部の前記第1方向における位置と、の間にあり、
前記第2部分領域の少なくとも一部の前記第2方向における位置は、前記第1部分領域の少なくとも一部の前記第2方向における位置と、前記第3部分領域の少なくとも一部の前記第2方向における位置と、の間にある、請求項1〜5のいずれか1つに記載のセンサ。
【請求項7】
前記第1基板から前記第3部分領域の少なくとも一部への方向は、前記第2方向に沿う、請求項6記載のセンサ。
【請求項8】
前記第3部分領域は、前記第1方向と交差する平面において、前記第1基板の周りに設けられた、請求項6または7に記載のセンサ。
【請求項9】
第2構造体部をさらに備え、
前記第1構造体部と前記第2構造体部との間に前記MEMS素子及び前記基板部がある、請求項6〜8のいずれか1つに記載のセンサ。
【請求項10】
前記第2構造体部は、前記第3部分領域と接続され、
前記第1構造体部及び前記第2構造体部は、前記第1構造体部及び前記第2構造体部で囲まれた空間を1気圧未満に維持し、
前記MEMS素子及び前記基板部は、前記空間内にある、請求項9記載のセンサ。
【請求項11】
第2接続部材をさらに備え、
前記第1構造体は、第4部分領域をさらに含み、前記第2方向における前記第1部分領域の位置は、前記第2方向における前記第4部分領域の位置と、第2方向における前記第2部分領域における位置と、の間にあり、
前記第1構造体部は、第2構造体電極をさらに含み、
前記第2構造体電極は、前記第4部分領域に設けられ、
前記第1基板は、第3部分をさらに含み、前記第2方向において、前記第1部分は、前記第3部分と前記第2部分との間にあり、
前記基板部は、第2基板電極をさらに含み、
前記第2基板電極は、前記第1構造体部と前記第1基板との間にあり、
前記第2基板電極は、第3電極部分と、前記第3電極部分と電気的に接続された第4電極部分と、を含み、
前記第4電極部分は、前記第2構造体電極と前記第3部分との間に設けられ、
前記第2接続部材は、前記第2構造体電極と前記第4電極部分との間に設けられ、前記第2構造体電極を前記第4電極部分と電気的に接続し、
前記MEMS素子は、第2素子電極を含み、前記第2素子電極は、前記素子基板と前記第3電極部分との間にあり、前記第3電極部分と電気的に接続された、請求項1〜5のいずれか1つに記載のセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、センサに関する。
続きを表示(約 5,400 文字)【背景技術】
【0002】
ジャイロセンサなどのセンサがある。センサにおいて、安定した動作が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第3503133号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の実施形態は、安定した動作が可能なセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の実施形態によれば、センサは、第1構造体部、基板部、第1接続部材及びMEMS素子を含む。前記第1構造体部は、第1部分領域及び第2部分領域を含む第1構造体と、前記第2部分領域に設けられた第1構造体電極と、を含む。前記基板部は、第1方向において前記第1部分領域から離れる。前記基板部は、第1基板及び第1基板電極を含む。前記第1基板電極は、前記第1構造体部と前記第1基板との間にある。前記第1基板は、第1部分及び第2部分を含む。前記第1部分から前記第2部分への方向は、前記第1方向と交差する。前記第1基板電極は、第1電極部分と、前記第1電極部分と電気的に接続された第2電極部分と、を含む。前記第2電極部分は、前記第1構造体電極と前記第2部分との間に設けられる。前記第1接続部材は、前記第1構造体電極と前記第2電極部分との間に設けられ、前記第1構造体電極を前記第2電極部分と電気的に接続する。前記MEMS素子は、前記第1部分領域と前記第1部分との間に設けられる。前記MEMS素子は、素子基板及び第1素子電極を含む。前記素子基板から前記第2部分領域の少なくとも一部への第2方向は、前記第1方向と交差する。前記第1素子電極は、前記素子基板と前記第1電極部分との間にあり、前記第1電極部分と電気的に接続される。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図2(a)及び図2(b)は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図3は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的平面図である。
図4(a)〜図4(c)は、第1実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
図5(a)〜図5(c)は、第1実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
図6(a)及び図6(b)は、第1実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
図7(a)〜図7(c)は、第1実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
図8は、第2実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図9(a)及び図9(b)は、第2実施形態に係るセンサの製造方法を例示する模式的断面図である。
図10は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的断面図である。
図11は、実施形態に係るセンサの一部を例示する模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【0008】
(第1実施形態)
図1(a)、図1(b)、図2(a)及び図2(b)は、第1実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図1(a)に示すように、実施形態に係るセンサ110は、第1構造体部50、基板部20、MEMS素子10及び第1接続部材41を含む。
【0009】
第1構造体部50は、第1構造体58及び第1構造体電極58Eを含む。第1構造体58は、第1部分領域51及び第2部分領域52を含む。この例では、第1構造体58は、第3〜第5部分領域53〜55などをさらに含む。第1〜第5部分領域51〜55の境界は不明確でよい。第3〜第5部分領域53〜55の例については、後述する。第1構造体電極58Eは、第2部分領域52に設けられる。例えば、第1構造体電極58Eは、導電部58Cと接続されても良い。導電部58Cは、第1構造体58の中を通過して、第1構造体58の外部に露出する。第1構造体58は、例えば、絶縁性である。
【0010】
例えば、第2部分領域52は、第1構造体電極58Eが設けられた第1面52fを含む。第1部分領域51は、第1面52fを基準にして後退する。例えば、第1部分領域51は、第1構造体58の凹部である。第2部分領域52は、第1部分領域51を基準にしたときに、凸部に対応する。第1構造体電極58Eが設けられた第1面52fを有する部分が第2部分領域52に対応する。
【0011】
基板部20及びMEMS素子10は、素子部10Uに含まれる。図1(b)は、素子部10Uを例示している。図2(a)は、MEMS素子10を例示している。図2(b)は、基板部20を例示している。
【0012】
図1(a)に示すように、基板部20は、第1方向において、第1部分領域51から離れる。
【0013】
第1方向をZ軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な方向をX軸方向とする。Z軸方向及びX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。
【0014】
第1部分領域51から第2部分領域52の少なくとも一部への方向は、第1方向(Z軸方向)と交差する。
【0015】
図1(a)に示すように、基板部20は、第1基板28及び第1基板電極28Eを含む。第1基板電極28Eは、第1構造体部50と第1基板28との間にある。第1基板28は、例えば、絶縁性である。
【0016】
図1(b)及び図2(b)に示すように、第1基板28は、第1部分21及び第2部分22を含む。第1部分21から第2部分22への方向は、第1方向(Z軸方向)と交差する。第1部分21から第2部分22への方向は、例えば、X軸方向である。
【0017】
図1(a)及び図2(b)に示すように、第1基板電極28Eは、第1電極部分28Ea及び第2電極部分28Ebを含む。第2電極部分28Ebは、第1電極部分28Eaと電気的に接続される。例えば、第2電極部分28Ebは、第1電極部分28Eaと連続する。図1(a)に示すように、第2電極部分28Ebは、第1構造体電極58Eと第2部分22との間に設けられる。
【0018】
図2(b)に示すように、第1基板電極28Eと第1基板28との間に、導電膜28Mが設けられても良い。導電膜28Mは、例えば、接続領域に選択的に設けられても良い。導電膜28Mの厚さは、比較的厚い。例えば、導電膜28Mの厚さは、第1基板電極28Eの厚さよりも厚くても良い。導電膜28Mを設けることで、素子基板18と第1部分21との間の第1方向(Z軸方向)の距離を安定して適切な値に設定できる。
【0019】
図1(a)に示すように、第1接続部材41は、第1構造体電極58Eと第2電極部分28Ebとの間に設けられる。第1接続部材41は、第1構造体電極58Eを第2電極部分28Ebと電気的に接続する。第1接続部材41は、例えば、導電ペーストなどを含む。
【0020】
図1(a)に示すように、MEMS素子10は、第1部分領域51と第1部分21との間に設けられる。例えば、第1部分領域51とMEMS素子10との間に第1間隙g1が設けられる。例えば、MEMS素子10と第1部分21との間に第2間隙g2が設けられる。
【0021】
図1(a)及び図2(a)に示すように、MEMS素子10は、素子基板18及び第1素子電極18Eを含む。図1(a)に示すように、第1素子電極18Eは、素子基板18と第1電極部分28Eaとの間にある。第1素子電極18Eは、第1電極部分28Eaと電気的に接続される。素子基板18から第2部分領域52の少なくとも一部への第2方向は、第1方向(Z軸方向)と交差する。例えば、第2方向は、第1方向に対して垂直である。第2方向は、例えば、X軸方向である。
【0022】
実施形態においては、第1基板電極28Eは、第1接続部材41により、第1構造体電極58Eと電気的に接続される。例えば、第1基板電極28Eがワイヤなどにより第1構造体電極58Eと接続される第1参考例が考えられる。第1参考例においては、センサのサイズが大きくなる。実施形態においては、第1接続部材41を用いることで、小さいサイズで、安定した接続が得られる。
【0023】
図1(a)に示すように、実施形態においては、第1構造体58の凹状の部分に、MEMS素子10の少なくとも一部がある。例えば、素子基板18から第2部分領域52の少なくとも一部への方向は、第1方向(Z軸方向)と交差する。さらに、第1部分領域51とMEMS素子10との間に第1間隙g1が設けられる。MEMS素子10は、例えば、基板部20に吊られ、基板部20が、第1接続部材41を介して、第1構造体58の第2部分領域52により支持される。MEMS素子10を含む素子部10Uに種々の応力が加わったときに、MEMS素子10は、第1構造体58の凹部の中で動くことができる。例えば、温度の変化などに起因する応力により、接続部分が変形した場合などにおいても、MEMS素子10が動くことが可能である。これにより、例えば、第1接続部材41の接続が安定である。
【0024】
例えば、MEMS素子10及び基板部20は、第1電極部分28Ea及び第1素子電極18Eにより、強固に接合される。一方、第1接続部材41は、第1電極部分28Ea及び第1素子電極18Eの接合部分に比べて変形し易い。例えば、種々の応力が生じた場合にも、第1接続部材41が変形することで、第1電極部分28Ea及び第1素子電極18Eの接合が不安定になることが抑制される。
【0025】
第1部分領域51とMEMS素子10との間に第1間隙g1が設けられることで、第1接続部材41が変形した場合にも、MEMS素子10が変位できる。これにより、MEMS素子10の特性への悪影響を抑制できる。第1接続部材41の変形が制限され難くできる。
【0026】
実施形態によれば、熱または機械的な力などが加わったときにおいても、第1電極部分28Ea及び第1素子電極18Eの接続が安定である。MEMS素子10の特性への悪影響が抑制できる。第1接続部材41により、電気的及び機械的な接続も安定である。実施形態によれば、安定した動作が可能なセンサを提供できる。実施形態によれば、サイズを小さくすることが容易である。コストの低下が容易である。
【0027】
図1(a)に示すように、例えば、第1接続部材41の第1方向(Z軸方向)の長さ41t(厚さ)は、第1接続部材41の、第1方向と交差する方向(例えばX軸方向)の長さ41w(幅)よりも短い。第1接続部材41の断面方向の長さは、第1接続部材41を通過する電流の方向の長さよりも長い。これにより、低い抵抗が得やすくなる。例えば、ワイヤを用いずに第1接続部材41を用いることで、接続面積を大きくできる。
【0028】
実施形態において、例えば、第1素子電極18Eは、第1電極部分28Eaと接する。第1素子電極18Eと第1電極部分28Eaとは、例えば、互いに接合される。第1素子電極18Eと第1電極部分28Eaとは、例えば、2つの金属の接合により接続される。これにより、より安定な接続が可能になる。低い抵抗で接続することができる。
【0029】
例えば、第1基板28の線膨張係数と、素子基板18の線膨張係数と、の差は小さい。例えば、第1基板28の線膨張係数と、素子基板18の線膨張係数と、の差の絶対値は、第1基板28の線膨張係数と、第1構造体58の線膨張係数と、の差の絶対値よりも小さい。第1基板28の線膨張係数と、素子基板18の線膨張係数と、の差が小さいことで、第1電極部分28Eaと第1素子電極18Eとが、安定して互いに接続される。
【0030】
第1基板28の線膨張係数と、第1構造体58の線膨張係数と、の差が大きい場合においても、第1接続部材41が変形し易いことで、これらの線膨張係数の差による悪影響が生じにくい。
(【0031】以降は省略されています)

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