CN101078736A - 角速度传感器 - Google Patents

角速度传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN101078736A
CN101078736A CN 200710105157 CN200710105157A CN101078736A CN 101078736 A CN101078736 A CN 101078736A CN 200710105157 CN200710105157 CN 200710105157 CN 200710105157 A CN200710105157 A CN 200710105157A CN 101078736 A CN101078736 A CN 101078736A
Authority
CN
China
Prior art keywords
detection
angular velocity
vibrator
detecting
side
Prior art date
Application number
CN 200710105157
Other languages
English (en)
Inventor
风间敦
中村滋男
Original Assignee
日立金属株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2006143518A priority Critical patent/JP4310325B2/ja
Application filed by 日立金属株式会社 filed Critical 日立金属株式会社
Publication of CN101078736A publication Critical patent/CN101078736A/zh

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5705Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using masses driven in reciprocating rotary motion about an axis
    • G01C19/5712Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using masses driven in reciprocating rotary motion about an axis the devices involving a micromechanical structure
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0808Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/0811Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0814Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type

Abstract

本发明的目的在于提高振动型角速度传感器的灵敏度。构成为平面状、检测围绕上述平面内的第1轴旋转的角速度,其特征在于,具有:以能够围绕在上述平面内且垂直于上述第1轴的第2轴方向的旋转轴旋转的方式被支撑的旋转振动体,使上述旋转振动体旋转振动的振动发生装置,以及在上述旋转振动体的内部以上述旋转轴为界左右分开设置的、以能够在上述第2轴方向上移位的方式被支撑的第1检测振子及第2检测振子,其中检测由科氏力引起的上述第1及第2检测振子各自的上述第2轴方向的振动的第1检测部和第2检测部设置在比上述第1及第2检测振子靠近上述旋转轴的位置。

Description

角速度传感器

技术领域

本发明涉及检测角速度的小型传感器。

背景技术

作为实现角速度传感器(陀螺传感器)的技术,近几年,在MEMS(微机电系统)的领域中,以硅基板等为材料,使用半导体制造技术来制造能够大量生产的小型加速度传感器的研究正在盛行。

上述技术中的主流技术叫做振动陀螺,即,将测定角速度的旋转轴方向作为第1轴时,使振子在垂直于第1轴的第2轴方向上振动(驱动振动),检测出与角速度成比例、垂直于第1轴和第2轴的第3轴方向上发生的科氏力所引起的振动(检测振动)。

由于上述检测振动非常小,为了高精确度地检测,需要各种方法。由于检测振动与驱动振动振幅成比例,所以,由共振点驱动来增大驱动振幅,或者使检测的共振频率与驱动侧一致来增大检测振动的振幅等方法上下功夫。另外,有与检测振动方向相同的加速度时,会有与检测振动方向相同的移位,无法与目的振动分离,所以会有噪声。

以往的角速度传感器如特开2000-74676号公报所示。该角速度传感器中,排列了2个相同结构的传感器元件,使2个振子反相地振动。于是,检测振动也反相,而由于由加速度产生的移位是同相的,所以取2个振子的检测信号的差,可以消除加速度成分。

以往的角速度传感器又如特表2003-509670号公报所示。该角速度传感器中,使圆板状的振子以扭力梁为旋转中心旋转振动,从而提供驱动振动,将加在振子上的科氏力转换为检测用振子的旋转后检测出来。该检测振子在结构上难以向旋转方向以外的方向移位,难以对目的角速度以外方向的角速度和加速度进行反应,目的是抑制噪声。

[专利文献1]特开2000-74676号公报[专利文献2]特表2003-509670号公报发明内容特开2000-74676号公报中所公开的差动检测方式中,为了高精确度地检测,需要同步驱动2个振子,并且使两者的检测灵敏度一致,由于加工精确度等问题,难以使两个振子的共振频率一致。特开2000-74676号公报的角速度传感器中,设置了用于施加静电力以调整共振频率的其他结构,来解决上述问题。但是,由于追加了共振频率调整结构使结构和控制复杂化,因此在结构简化和控制容易化上还有改良的空间。

另外,特表2003-509670号公报的角速度传感器中,将作用在与圆板状振子旋转轴平行的方向上的科氏力作为围绕垂直于旋转轴的轴的检测振动转矩来使用,并不是所有科氏力成分都能用于检测振动转矩,所以在检测灵敏度上还有改良的余地。

本发明的目的在于提供增大检测振动振幅、降低加速度成分等引起的噪声、具有高检测灵敏度的角速度传感器。

为了达到上述目的,本发明是构成为平面状、检测围绕上述平面内的第1轴旋转的角速度的传感器元件,具有:以能够围绕在上述平面内且垂直于上述第1轴的第2轴方向的旋转轴旋转的方式被支撑的旋转振动体,使上述旋转振动体旋转振动的振动发生装置,以及在上述旋转振动体的内部以上述旋转轴为界左右分开设置的、以能够在上述第2轴方向上移位的方式被支撑的第1检测振子及第2检测振子,其中检测由科氏力引起的上述第1及第2检测振子各自的上述第2轴方向的振动的第1检测部和第2检测部设置在比上述第1及第2检测振子靠近上述旋转轴的位置。

根据本发明的角速度传感器,旋转振动体围绕旋转轴进行旋转振动,第1检测振动体及第2检测振动体在垂直于传感器元件平面的第3轴方向上互相反相地振动,第2轴方向的检测振动也变为反相,所以取第1及第2检测部的检测信号差,能够消除第2轴方向的加速度所引起的同相检测信号,从而能够减小噪声。而且,第1和第2检测振子设置在1个旋转振动体内,第3轴方向的驱动振动由旋转振动体的振动来提供,所以结构上能够保证两者振动的振幅一致、相位也相反。由共振频率来驱动旋转振动体,能够得到振幅一致且大的振动,因此检测振动也能够变大,能够得到高的灵敏度。并且,从旋转轴看时,检测振子设置在较远的位置,检测部设置在较近的位置,因此即使旋转角振幅相同,检测振子的振幅也相对较大,因此能够提高灵敏度,另外由于能够减小检测部的驱动振幅(第3轴方向的振动振幅),所以能够减小驱动振动对第2轴方向检测振动的检测的影响,从而能够减小噪声。

附图说明

[图1]是本发明第1实施例角速度传感器的剖面示意图。

[图2]是表示第1实施例的角速度传感器元件基板结构的平面示意图。

[图3]是说明旋转振动体驱动方法一例的剖面示意图。

[图4]是表示检测电路结构的一例的示意图。

[图5]是表示与控制IC组合后的角速度传感器模块结构的一例的剖面示意图。

[图6]是表示作为第2实施例的实现2轴角速度检测的模块结构的一例的示意图。

[图7]是表示第3实施例的角速度传感器元件基板结构的平面示意图。

[图8]是表示第4实施例的角速度传感器元件基板结构的平面示意图。

[图9]是表示第5实施例的角速度传感器元件基板结构的平面示意图。

符号说明1、角速度传感器,2、支撑基板,3、元件基板,4、布线基板,10、旋转振动体,11、横框,12、旋转轴,13、支撑梁,14、扭力梁,15、锚栓,20、第1检测振子,21、第1驱动平面电极,22、第1驱动部,23、第1可动侧驱动梳齿电极,24、第1驱动梳齿支撑体,25、第1固定侧驱动梳齿电极,26、第1检测部,27、第1可动侧检测梳齿电极,28、第1检测梳齿支撑体,29、第1固定侧检测梳齿电极,30、第2检测振子,31、第2驱动平面电极,32、第2驱动部,33、第2可动侧驱动梳齿电极,34、第2驱动梳齿支撑体,35、第2固定侧驱动梳齿电极,36、第2检测部,37、第2可动侧检测梳齿电极,38、第2检测梳齿支撑体,39、第2固定侧检测梳齿电极,43、减法器,44、角速度检测电路,45、加法器,46、加速度检测电路,50、53、基板,51、绝缘膜,52、侧壁部,54、绝缘膜,55、表层绝缘膜,56、第1接合部件,57、第2接合部件,58、空腔,59、第1电连接焊盘,60、第2电连接焊盘,61、布线焊盘,62、布线,63、73、外部电连接焊盘,70、角速度传感器模块,71、控制IC,72、粘合层,74、电线,75、第1传感器单元,76、第2传感器单元。

具体实施方式

下面用附图来说明本发明的多个实施例。各实施例的图中,同一符号表示同一部件或者可等同的部件。

使用图1~图3来说明本发明的第1实施例的角速度传感器。图1表示本实施例的剖面示意图,图2表示本实施例的元件基板的平面示意图。

如图1所示,本实施例的角速度传感器1由支撑基板2、元件基板3、布线基板4这3层构成。传感器的可动部分形成在元件基板3内,元件基板3的结构包括与支撑基板2接合固定的部分和与支撑基板2分离、可以移位地支撑在元件基板3内的部分。

使用图2说明元件基板3的结构。以下的说明中,纸面的左右方向为x方向、上下方向为y方向、垂直于纸面的方向为z方向。以下说明的结构中,实现检测围绕x方向轴的角速度的角速度传感器。旋转振动体10具有长度沿x方向的2个横框11和以旋转轴12为界左右分开设置的第1检测振子20和第2检测振子30,第1及第2检测振子分别由2根支撑梁13支撑在横框11上,而横框11由沿着旋转轴12设置的2根扭力梁14与锚栓15连接。锚栓15与支撑基板2部分接合,所以被固定,扭力梁14、横框11、支撑梁13、第1检测振子20和第2检测振子30与支撑基板2分离,能够移位。通过扭力梁14拧动,旋转振动体10能够围绕旋转轴12旋转,通过支撑梁13弯曲,第1及第2检测振子20、30能够在y方向上移位。

旋转振动体10的驱动装置,如图2所示,在布线基板4上设有第1驱动平面电极21和第2驱动平面电极31。元件基板3例如使用通过注入杂质来提高导电性的硅基板等,具有导电性。将旋转振动体10保持在等电位,向第1及第2驱动平面电极21、31交替提供与旋转振动体的电位差,与旋转振动体10之间产生静电吸引力,能够使旋转振动体10围绕旋转轴12振动。为了进一步提高驱动力,如图1所示,可以在第1及第2检测振子20、30的外侧设置第1驱动部22和第2驱动部32。第1驱动部22中,与第1检测振子20连接的多个第1可动侧驱动梳齿电极23、和与支撑基板2部分接合的第1驱动梳齿支撑体24所连接的多个第1固定侧驱动梳齿电极25交替排列。第2驱动部32也一样,与第2检测振子30连接的多个第2可动侧驱动梳齿电极33、和与支撑基板2部分接合的第2驱动梳齿支撑体34所连接的多个第2固定侧驱动梳齿电极35交替排列。如图3的剖面示意图所示,在旋转振动体10倾斜、第1可动侧驱动梳齿电极23或第2可动侧驱动梳齿电极33与第1固定侧驱动梳齿电极25或第2固定侧驱动梳齿电极35在z方向上错开时向两者提供电位差,产生静电吸引力,从而产生使旋转振动体10的倾斜恢复的力。通过对上述第1及第2驱动平面电极21、31和具有梳齿电极的第1及第2驱动部22、32进行联动控制,能够用小的电力得到大的驱动振动。

对检测振子振动进行检测的装置如图2所示,与第1及第2检测振子20、30对应,分别有第1检测部26和第2检测部36。第1及第2检测部26、36设置在比第1及第2检测振子20、30靠近旋转轴12的位置上。本实施例中,是以旋转轴12为对称轴、左右对称的结构。第1检测部26中,与第1检测振子20连接的多个第1可动侧检测梳齿电极27、和与支撑基板2部分接合的第1检测梳齿支撑体28所连接的多个第1固定侧检测梳齿电极29交替排列。同样,第2检测部36中,与第2检测振子30连接的多个第2可动侧检测梳齿电极37、和与支撑基板2部分接合的第2检测梳齿支撑体38所连接的多个第2固定侧检测梳齿电极39交替排列。上述第1及第2检测部26、36中,追随检测振子在y方向的移位,可动侧检测梳齿电极也发生移位,与固定侧检测梳齿电极之间的缝隙发生变化,检测出随之相伴的静电电容变化。伴随着旋转振动体10的旋转振动,第1检测振子20与第2检测振子30在z方向上互相反相地振动,所以第1及第2检测振子20、30的围绕x方向检测轴的角速度所产生的科氏力引起的y方向的振动也互相反相。由此,第1及第2检测部26、36中,一个静电电容增加,另一个就会减少。这里,若考虑本实施例的角速度传感器在y方向施加了加速度的情况,则第1及第2检测振子20、30同向移位,检测部的静电电容变化也同时增加或者减少。所以,取第1及第2检测部26、36检测信号的差,由加速度引起的同相检测信号会被消除,角速度的反相检测信号会变成2倍,因此能够去除加速度的噪声,目的角速度检测灵敏度会变成2倍。另外,通过检测信号的相加,能够消除围绕x轴的角速度、检测出y方向的加速度。本发明中,第1及第2检测振子20、30的z方向振动,由1个旋转振动体10的旋转振动提供,所以结构上能够保证第1及第2检测振子20、30的振幅一致,相位相反,能够提高由两者的差动进行检测的灵敏度。使用图4说明上述检测部的结构,从第1及第2检测部26、36中提取的信号,与减法器43连接取差,将其输出输入到角速度检测电路44中,得到角速度检测信号。并且从第1及第2检测部26、36中提取的信号也与加法器45连接相加,将其输出输入到加速度检测电路46中,得到加速度检测信号。

本发明的特征在于,由旋转振动提供检测振子z方向振动的结构中,第1及第2检测部26、36设置在比第1及第2检测振子20、30靠近旋转轴12的位置上。由于检测振子与旋转轴之间的距离长,故即使旋转振动体的旋转角度振幅相同,检测振子z方向振动振幅也较大。科氏力与振子速度成比例,如果频率一定,振动振幅越大,科氏力越大,所以能够提高检测灵敏度。另外,检测部的可动侧检测梳齿电极与旋转轴之间的距离较短,所以z方向振动振幅能够抑制得很小。检测必须捕捉到y方向的微小移位,z方向大的驱动振幅容易导致噪声,由于本发明中能够减小z方向振动振幅,所以有降低噪声的效果。

另外,如图2所示,第1及第2检测部26、36也可以是一方的梳齿电极部分地突出的结构。例如本实施例所示,可以是第1及第2固定侧检测梳齿电极29、39的一部分向成对的第1及第2可动侧检测梳齿电极27、37侧部分地突出的结构。固定侧检测梳齿电极的突出部的端部40比可动侧检测梳齿电极的端部41靠近内侧,突出部全部面对可动侧检测梳齿电极。这样的结构有利于消除x方向加速度产生的检测信号。对本实施例的角速度传感器施加x方向加速度时,由于扭力梁14对x方向移位的刚性比较小,所以旋转振动体10向x方向移位,第1及第2检测振子20、30也在x方向上向同方向移位。于是检测部的梳齿电极滑动,相对的面积发生变化,引起静电电容变化。该静电电容变化在第1、第2检测部26、36上互相反相,所以与目的角速度检测信号一样,是不会被差动检测消除的成分。因此,作成上述那样具有突出部的结构,即使可动侧检测梳齿电极向x方向滑动,靠近的相对面积也不会变化,所以能够除去x方向加速度所引起的噪声。

元件基板的旋转振动体的厚度为数十到数百微米,支撑梁13和扭力梁14由于提供柔软性,宽度为几微米,梁的剖面是垂直方向与平面方向的纵横比较高的形状。这样的梁剖面形状在使用MEMS技术的以往角速度传感器中也是一样的。但是,由于振子在z方向上振动时,z方向上纵横比大的支撑梁中振动方向的刚性高,所以不得不通过增长梁等方法来降低刚性,这样平面方向的刚性就降低,容易产生不希望看到的平面方向的移位。本发明中,z方向的振动由梁的扭转来提供,由于z方向纵横比高的梁,扭转方向的刚性低,所以即使短也容易得到柔软性。

另外,本实施例的旋转振动体10还有一个特征是由中央的一处锚栓15与支撑基板2接合。通过多个支撑梁、由多个锚栓支撑的以往的角速度传感器中,由外力等使整个传感器发生弯曲时,支撑梁上会有伸拉或压缩的应力,会导致支撑梁的刚性变化,从而共振频率也发生变化。本实施例中,由于由一处锚栓支撑,所以不会有上述问题发生。

使用图1再详细说明剖面结构。支撑基板2例如使用以硅为材料的基板50,在与元件基板3的接合面侧,通过将硅热氧化等,形成绝缘膜51。元件基板3的锚栓15、第1及第2驱动梳齿支撑体24、34、第1及第2检测梳齿支撑体27、37的至少一部分通过上述绝缘膜51与支撑基板2接合。元件基板3具有包围外周的侧壁部52,这也与支撑基板2接合。布线基板4例如使用以硅基板为材料的基板53,面向元件基板3的一面上,通过将硅热氧化等,形成绝缘膜54,其上形成包含第1及第2驱动平面电极21、31的布线和电极图案。其上形成如使用氮化硅薄膜等的表层绝缘膜55。布线基板4在元件基板3的侧壁部52中与元件基板3接合。接合方法例如有,在布线基板4侧的表层绝缘膜55上形成第1接合部件56,在元件基板3侧的侧壁部52上形成第2接合部件57,将二者热压来接合。第1及第2接合部件56、57例如可以使用金-锡化合物。由此,形成由支撑基板2、布线基板4以及侧壁部52围成封闭空间,将内部减压,降低空气阻力,加大振动的振幅,能够提高检测灵敏度。

旋转振动体10通过旋转振动在z方向上移位,故旋转振动体10的上下具有不会触碰支撑基板2和布线基板4的空间。本实施例中,通过在支撑基板2侧除去支撑基板2的绝缘膜51和基板50的一部分以形成空腔58,提供这个空间。旋转振动体10在z方向的最大移位大于绝缘膜51厚度时,需要上述对策。这时,在离旋转轴12近的区域里,z方向移位小于绝缘膜51厚度的部分只需要除去绝缘膜51就能够对应。例如,在扭力梁14的正下方等,只除去绝缘膜51就可以了。布线基板4侧的空间,通过在元件基板3中使侧壁部52比旋转振动体10突出来提供。上述形状可以使用下述方法来实现。例如,对于元件基板,首先用干蚀除去突出部以外的部分,然后用喷涂等方法涂敷作为掩膜的抗蚀剂,然后形成图案,形成旋转振动体等的形状,再使用干蚀来加工。

元件基板3内各部分与外部的电连接例如可以用下述方法实现。元件基板3中,旋转振动体10、第1驱动梳齿支撑体24、第2驱动梳齿支撑体34、第1检测梳齿支撑体28、第2检测梳齿支撑体38分别分离,通过绝缘膜51与支撑基板2接合,所以互相也是电分离的。由于是分别从外部供电,如图1、图2所示,锚栓15、第1及第2驱动梳齿支撑体24、34、第1及第2检测梳齿支撑体28、38上分别有第1电连接焊盘59,相对的布线基板4上也形成同样的第2电连接焊盘60,二者接合后得到电连接。第1及第2电连接焊盘59、60与上述第1及第2接合部件56、57一样由金-锡化合物形成,同时由热压接合。在第2电连接焊盘60的正下方,表层绝缘膜55上形成有开口部,从形成在绝缘膜54上的布线焊盘61,通过布线62,与设置在侧壁部52外侧的外部电连接焊盘63电连接。另外,第1及第2驱动平面电极21、31也通过布线与侧壁外侧的外部电连接焊盘连接。由此,通过外部电连接焊盘63,例如给锚栓15和第1驱动梳齿支撑体24间提供电位差,使第1驱动部22产生驱动力,再检测锚栓15与第1检测梳齿支撑体28之间的静电电容变化,从而能够检测第1检测部26的信号。

角速度传感器发挥作用,需要进行振子驱动的控制和微小静电电容变化检测等的控制部。上述控制部包括上述用于检测的减法器43、角速度检测电路44、加法器45、加速度检测电路46。包含上述控制部的角速度传感器模块70的结构如图5所示。相当于控制部的控制IC71通过粘合层72与支撑基板2的与元件基板3相反的一面连接,控制IC71表面的外部电连接焊盘73与布线基板4的外部电连接焊盘63之间,通过引线键合等方式,用引线74来连接。另外,上述控制部可以设置在布线基板4上。这时,就不需要另外设置上述控制IC71,能够实现更小型的传感器。另外,控制部也可以设置在支撑基板2的与元件基板3相反的表面上。

本发明的第2实施例表示的是排列了2个第1实施例中说明的角速度传感器、能够检测2个轴的角速度的例子。如图6所示,由第1传感器单元75检测围绕x轴的角速度,由第2传感器单元76检测围绕y轴的角速度。如上述,将第1及第2检测部的检测信号相加,能够由第1传感器单元75检测y方向的加速度,由第2传感器单元76检测x方向的加速度。

下面说明元件基板内结构的其他实施例。

使用图7说明本发明第3实施例的角速度传感器。与图2所示的第1实施例不同的是旋转振动体的结构。本实施例的旋转振动体80与扭力梁14接合,具有在x方向上延伸的2根第1框架81和与第1框架81接合、在y方向上延伸的2根第2框架82。第1驱动部22的第1可动侧驱动梳齿电极23与第2框架82的、与旋转轴12相反的一侧接合,检测振子83通过支撑梁84与第2框架82的旋转轴12侧接合。支撑梁84具有柔软性,使检验振子83能够在y方向上移位。本实施例中,y方向的科氏力加在检测振子83上,检测振子83能够以支撑梁84的第2框架82侧的支撑点为中心旋转,发生移位,所以与检测振子83在平行于y方向上的移位相比能够放大第1可动侧检测梳齿电极27在y方向的移位。由此,能够提高检测灵敏度。另外,对于科氏力,第2框架82几乎不发生移位,所以第1可动侧驱动梳齿电极23也难以在y方向上移位,第1可动侧驱动梳齿电极23和第1固定侧驱动梳齿电极25在y方向的缝隙也难以变化,所以有驱动易稳定的特点。

使用图8来说明本发明第4实施例的角速度传感器。与图2所示的第1实施例不同的是,左右的检测振动体分别在y方向上分为2部分。由于以旋转轴12为中心左右对称设置这一点上是一样的,所以只说明一侧。旋转振动体90具有位于中央的、在x方向上延伸的框架91,由两侧向y方向延伸的扭力梁92支撑,扭力梁92的另一端连接了部分与支撑基板2接合的锚栓93。第1检测振子94和第2检测振子95通过支撑梁96与框架91的两侧接合,在y方向能够移位地被支撑。第1可动侧检测梳齿电极97在旋转轴侧与第1检测振子94接合,面向与支撑基板3部分接合的第1检测梳齿固定部件98所接合的第1固定侧检测梳齿电极99,构成第1检测部100。同样,第2可动侧检测梳齿电极101在旋转轴侧与第2检测振子95接合,面向与支撑基板2部分接合的第2检测梳齿固定部件102所接合的第2固定侧检测梳齿电极103,构成第2检测部104。第1及第2检测振子94、95和框架91中远离旋转轴12的一侧上形成与第1实施例一样的驱动部22。第1实施例中,锚栓15、第1及第2检测梳齿支撑体28、38被旋转振动体10包围,所以元件基板3中电连接焊盘57不能引到旋转振动体10的外侧,与之相对,本实施例中,可以引到旋转振动体90外侧,所以提高了电连接焊盘57的设置自由度。

使用图9说明本发明第5实施例的角速度传感器。本实施例中,在第4实施例所示的检测振子被分割为两部分的结构中,增加了第3实施例的特征。如图9所示,本实施例的旋转振动体110中,框架111的与检测振子旋转轴相反的一侧也是沿y方向延伸的H型,第1可动侧驱动梳齿电极23全部与框架111连接。第1检测振子112及第2检测振子113通过支撑梁114与框架111连接。本实施例中对于科氏力,难以在y方向上移位的框架111上连接了第1可动侧驱动梳齿电极23,所以第1可动侧驱动梳齿电极23与第2固定侧驱动梳齿电极25在y方向的缝隙难以变化,所以有驱动易稳定的特征。

Claims (11)

1.一种角速度传感器,构成为平面状、检测围绕上述平面内的第1轴旋转的角速度,其特征在于,具有:以能够围绕在上述平面内且垂直于上述第1轴的第2轴方向的旋转轴旋转的方式被支撑的旋转振动体,使上述旋转振动体旋转振动的振动发生装置,以及在上述旋转振动体的内部以上述旋转轴为界左右分开设置的、以能够在上述第2轴方向上移位的方式被支撑的第1检测振子及第2检测振子,其中检测由科氏力引起的上述第1及第2检测振子各自的上述第2轴方向的振动的第1检测部和第2检测部设置在比上述第1及第2检测振子靠近上述旋转轴的位置。
2.如权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于,通过上述第1检测部和上述第2检测部反相地检测出的检测信号之差,检测出围绕上述第1轴旋转的角速度。
3.如权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于,具有加速度传感器功能,通过将上述第1检测部和上述第2检测部同相地检测出的检测信号相加,检测出上述第2轴方向的加速度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的角速度传感器,其特征在于,上述第1及第2检测部由与上述第1及第2检测振子接合的多个可动侧检测梳齿电极和与之成对且以侧面的一部分与上述可动侧检测梳齿电极相对的方式固定的多个固定侧检测梳齿电极构成,利用上述可动侧检测梳齿电极与上述固定侧检测梳齿电极的缝隙变化所引起的静电电容变化进行检测。
5.如权利要求4所述的角速度传感器,其特征在于,上述可动侧检测梳齿电极与上述固定侧检测梳齿电极的相对的面中的任意一个具有部分地向另一个突出的部分。
6.如权利要求1至3中任一项所述的角速度传感器,其特征在于,上述振动装置具有:第1驱动装置,设置在从上述第1检测振子看时与上述旋转轴相反的一侧上,向上述旋转振动体提供垂直于上述平面的方向的力;和第2驱动装置,设置在从上述第2检测振子看时与上述旋转轴相反的一侧上,向上述旋转振动体提供垂直于上述平面的方向的力。
7.如权利要求6所述的角速度传感器,其特征在于,上述振动装置具有:第3驱动装置,面向上述第1检测振子的平行于上述平面的面、设置在一侧或两侧,向上述旋转振动体提供垂直于上述平面的方向的力;和第4驱动装置,面向上述第2检测振子的平行于上述平面的面、设置在一侧或两侧,向上述旋转振动体提供垂直于上述平面的方向的力。
8.如权利要求6所述的角速度传感器,其特征在于,上述第1及第2驱动装置由与上述旋转振动体接合的多个可动侧驱动梳齿电极和以侧面的一部分与上述可动侧驱动梳齿电极相对的方式固定的多个固定侧驱动梳齿电极构成,通过向上述可动侧驱动梳齿电极与上述固定侧驱动梳齿电极之间提供电位差,产生驱动力。
9.如权利要求7所述的角速度传感器,其特征在于,上述第3及第4驱动装置由以至少一部分通过缝隙与上述第1检测振子的与上述平面平行的面相对的方式设置的第1驱动平面电极和以至少一部分通过缝隙与上述第2检测振子的与上述平面平行的面相对的方式设置的第2驱动平面电极构成。
10.一种多轴检测型角速度传感器,其第1传感器单元和第2传感器单元构成平面状,具有检测围绕上述平面内的第1轴旋转的角速度的角速度传感器,该角速度传感器具有:以能够围绕在上述平面内且垂直于上述第1轴的第2轴方向的旋转轴旋转的方式被支撑的旋转振动体,使上述旋转振动体旋转振动的振动发生装置,以及在上述旋转振动体的内部以上述旋转轴为界左右分开设置、且以能够在上述第2轴方向上移位的方式被支撑的第1检测振子及第2检测振子,其中检测由科氏力引起的上述第1及第2检测振子各自的上述第2轴方向的振动的第1检测部和第2检测部设置在比上述第1及第2检测振子靠近上述旋转轴的位置,上述第1传感器单元和第2传感器单元以相互旋转90°的方式设置,由上述第1传感器单元检测围绕上述第1轴的角速度,由上述第2传感器单元检测围绕上述第2轴的角速度。
11.如权利要求10所述的多轴型角速度传感器,其特征在于,由上述第1传感器单元检测上述第2轴方向的加速度,由上述第2传感器单元检测上述第1轴方向的加速度。
CN 200710105157 2006-05-24 2007-05-24 角速度传感器 CN101078736A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006143518A JP4310325B2 (ja) 2006-05-24 2006-05-24 角速度センサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101078736A true CN101078736A (zh) 2007-11-28

Family

ID=38473982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200710105157 CN101078736A (zh) 2006-05-24 2007-05-24 角速度传感器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20070272015A1 (zh)
EP (1) EP1860402A1 (zh)
JP (1) JP4310325B2 (zh)
KR (1) KR100881486B1 (zh)
CN (1) CN101078736A (zh)
TW (1) TW200804763A (zh)

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101957386A (zh) * 2009-07-16 2011-01-26 三菱电机株式会社 静电电容型加速度传感器
CN102269589A (zh) * 2010-06-02 2011-12-07 罗伯特·博世有限公司 旋转速率传感器
CN102435185A (zh) * 2011-09-01 2012-05-02 中国航空工业第六一八研究所 一种内外桁架式三框架微机械陀螺结构
CN102853825A (zh) * 2011-06-28 2013-01-02 株式会社电装 角速度传感器
CN103364588A (zh) * 2012-04-02 2013-10-23 精工爱普生株式会社 物理量传感器以及电子设备
CN103363979A (zh) * 2012-04-02 2013-10-23 精工爱普生株式会社 陀螺传感器和电子设备
CN104105945A (zh) * 2012-01-31 2014-10-15 快捷半导体公司 微电子机械系统(mems)多轴加速计电极结构
CN104136886A (zh) * 2011-12-22 2014-11-05 特罗尼克斯微系统有限公司 多轴微电子惯性感测器
CN105628011A (zh) * 2014-11-14 2016-06-01 三星电机株式会社 角速度传感器
US9444404B2 (en) 2012-04-05 2016-09-13 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device front-end charge amplifier
US9488693B2 (en) 2012-04-04 2016-11-08 Fairchild Semiconductor Corporation Self test of MEMS accelerometer with ASICS integrated capacitors
CN106338297A (zh) * 2015-07-10 2017-01-18 精工爱普生株式会社 物理量传感器、电子设备以及移动体
US9599472B2 (en) 2012-02-01 2017-03-21 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS proof mass with split Z-axis portions
US9618361B2 (en) 2012-04-05 2017-04-11 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device automatic-gain control loop for mechanical amplitude drive
US9625272B2 (en) 2012-04-12 2017-04-18 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS quadrature cancellation and signal demodulation
US9802814B2 (en) 2012-09-12 2017-10-31 Fairchild Semiconductor Corporation Through silicon via including multi-material fill
US9856132B2 (en) 2010-09-18 2018-01-02 Fairchild Semiconductor Corporation Sealed packaging for microelectromechanical systems
CN107561304A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 株式会社东芝 角速度取得装置
US10050155B2 (en) 2010-09-18 2018-08-14 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined monolithic 3-axis gyroscope with single drive
US10060757B2 (en) 2012-04-05 2018-08-28 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device quadrature shift cancellation
US10065851B2 (en) 2010-09-20 2018-09-04 Fairchild Semiconductor Corporation Microelectromechanical pressure sensor including reference capacitor

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5205725B2 (ja) * 2006-08-21 2013-06-05 パナソニック株式会社 角速度センサ
US8410658B2 (en) * 2008-05-30 2013-04-02 Gang Zhang Multi-layer electrostatic energy harvester and method of making the same
US8770043B2 (en) * 2008-06-05 2014-07-08 National University Corporation Shizuoka University Comb-structured MEMS accelerometer
DE102008002748A1 (de) * 2008-06-27 2009-12-31 Sensordynamics Ag Mikro-Gyroskop
JP5267023B2 (ja) * 2008-10-01 2013-08-21 株式会社村田製作所 複合センサ
JP4784671B2 (ja) * 2009-03-13 2011-10-05 株式会社デンソー 振動型角速度センサ
CN102597699B (zh) * 2009-08-04 2015-07-08 飞兆半导体公司 微机械惯性传感器器件
US8710599B2 (en) 2009-08-04 2014-04-29 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined devices and fabricating the same
WO2011045836A1 (ja) * 2009-10-14 2011-04-21 国立大学法人東北大学 センサ装置およびセンサ装置の製造方法
JP5442866B2 (ja) * 2010-07-06 2014-03-12 日立オートモティブシステムズ株式会社 慣性センサ
JP4948630B2 (ja) * 2010-08-05 2012-06-06 株式会社トライフォース・マネジメント トルクセンサ
US9278846B2 (en) 2010-09-18 2016-03-08 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined monolithic 6-axis inertial sensor
US8813564B2 (en) 2010-09-18 2014-08-26 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS multi-axis gyroscope with central suspension and gimbal structure
KR101871865B1 (ko) 2010-09-18 2018-08-02 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 멀티-다이 mems 패키지
DE112011103124T5 (de) 2010-09-18 2013-12-19 Fairchild Semiconductor Corporation Biegelager zum Verringern von Quadratur für mitschwingende mikromechanische Vorrichtungen
KR101311966B1 (ko) 2010-09-20 2013-10-14 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 감소된 션트 커패시턴스를 갖는 관통 실리콘 비아
JP5838543B2 (ja) * 2010-09-30 2016-01-06 セイコーエプソン株式会社 センサーデバイス、モーションセンサー、および電子機器
US8754694B2 (en) 2012-04-03 2014-06-17 Fairchild Semiconductor Corporation Accurate ninety-degree phase shifter
US8742964B2 (en) 2012-04-04 2014-06-03 Fairchild Semiconductor Corporation Noise reduction method with chopping for a merged MEMS accelerometer sensor
US9069006B2 (en) 2012-04-05 2015-06-30 Fairchild Semiconductor Corporation Self test of MEMS gyroscope with ASICs integrated capacitors
KR20130116189A (ko) 2012-04-12 2013-10-23 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 미세 전자 기계 시스템 구동기
JP5772873B2 (ja) * 2012-06-13 2015-09-02 株式会社デンソー 静電容量式物理量センサ
JP6285128B2 (ja) * 2013-09-05 2018-02-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 角速度センサ
US20150102437A1 (en) * 2013-10-14 2015-04-16 Freescale Semiconductor, Inc. Mems sensor device with multi-stimulus sensing and method of fabrication
GB2523320A (en) * 2014-02-19 2015-08-26 Atlantic Inertial Systems Ltd Accelerometers

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003031912A2 (en) * 2001-10-05 2003-04-17 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Tuning fork gyroscope
KR100436367B1 (ko) * 2001-12-14 2004-06-19 삼성전자주식회사 수직 진동 질량체를 갖는 멤스 자이로스코프
FR2834055B1 (fr) * 2001-12-20 2004-02-13 Thales Sa Capteur inertiel micro-usine pour la mesure de mouvements de rotation
JP3870895B2 (ja) * 2002-01-10 2007-01-24 株式会社村田製作所 角速度センサ
KR100476562B1 (ko) * 2002-12-24 2005-03-17 삼성전기주식회사 수평형 및 튜닝 포크형 진동식 마이크로 자이로스코프
US6817244B2 (en) * 2003-01-06 2004-11-16 Honeywell International Inc. Methods and systems for actively controlling movement within MEMS structures
JP2004317484A (ja) * 2003-03-31 2004-11-11 Denso Corp 振動型角速度センサ
US6843127B1 (en) * 2003-07-30 2005-01-18 Motorola, Inc. Flexible vibratory micro-electromechanical device
US6892575B2 (en) * 2003-10-20 2005-05-17 Invensense Inc. X-Y axis dual-mass tuning fork gyroscope with vertically integrated electronics and wafer-scale hermetic packaging
DE10360963B4 (de) * 2003-12-23 2007-05-16 Litef Gmbh Verfahren zur Messung von Drehraten/Beschleunigungen unter Verwendung eines Drehraten-Corioliskreisels sowie dafür geeigneter Corioliskreisel
JP2005214878A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Sony Corp 角速度センサ
DE102005010940B8 (de) * 2004-03-12 2013-01-17 Denso Corporation Elektrostatisch in Schwingungen versetzbare Anordnung
KR100652952B1 (ko) * 2004-07-19 2006-12-06 삼성전자주식회사 커플링 스프링을 구비한 멤스 자이로스코프

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101957386A (zh) * 2009-07-16 2011-01-26 三菱电机株式会社 静电电容型加速度传感器
CN102269589B (zh) * 2010-06-02 2016-02-03 罗伯特·博世有限公司 旋转速率传感器
CN102269589A (zh) * 2010-06-02 2011-12-07 罗伯特·博世有限公司 旋转速率传感器
US9856132B2 (en) 2010-09-18 2018-01-02 Fairchild Semiconductor Corporation Sealed packaging for microelectromechanical systems
US10050155B2 (en) 2010-09-18 2018-08-14 Fairchild Semiconductor Corporation Micromachined monolithic 3-axis gyroscope with single drive
US10065851B2 (en) 2010-09-20 2018-09-04 Fairchild Semiconductor Corporation Microelectromechanical pressure sensor including reference capacitor
CN102853825A (zh) * 2011-06-28 2013-01-02 株式会社电装 角速度传感器
CN102853825B (zh) * 2011-06-28 2015-03-11 株式会社电装 角速度传感器
CN102435185A (zh) * 2011-09-01 2012-05-02 中国航空工业第六一八研究所 一种内外桁架式三框架微机械陀螺结构
CN102435185B (zh) 2011-09-01 2014-03-19 中国航空工业第六一八研究所 一种内外桁架式三框架微机械陀螺结构
CN104136886A (zh) * 2011-12-22 2014-11-05 特罗尼克斯微系统有限公司 多轴微电子惯性感测器
CN104105945A (zh) * 2012-01-31 2014-10-15 快捷半导体公司 微电子机械系统(mems)多轴加速计电极结构
CN104105945B (zh) * 2012-01-31 2018-01-09 快捷半导体公司 微电子机械系统(mems)多轴加速计电极结构
US9599472B2 (en) 2012-02-01 2017-03-21 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS proof mass with split Z-axis portions
CN103364588A (zh) * 2012-04-02 2013-10-23 精工爱普生株式会社 物理量传感器以及电子设备
CN103363979A (zh) * 2012-04-02 2013-10-23 精工爱普生株式会社 陀螺传感器和电子设备
CN103363979B (zh) * 2012-04-02 2017-06-27 精工爱普生株式会社 陀螺传感器和电子设备
CN103364588B (zh) * 2012-04-02 2017-09-01 精工爱普生株式会社 物理量传感器以及电子设备
US9488693B2 (en) 2012-04-04 2016-11-08 Fairchild Semiconductor Corporation Self test of MEMS accelerometer with ASICS integrated capacitors
US9444404B2 (en) 2012-04-05 2016-09-13 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device front-end charge amplifier
US10060757B2 (en) 2012-04-05 2018-08-28 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device quadrature shift cancellation
US9618361B2 (en) 2012-04-05 2017-04-11 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS device automatic-gain control loop for mechanical amplitude drive
US9625272B2 (en) 2012-04-12 2017-04-18 Fairchild Semiconductor Corporation MEMS quadrature cancellation and signal demodulation
US9802814B2 (en) 2012-09-12 2017-10-31 Fairchild Semiconductor Corporation Through silicon via including multi-material fill
CN105628011B (zh) * 2014-11-14 2019-03-05 三星电机株式会社 角速度传感器
CN105628011A (zh) * 2014-11-14 2016-06-01 三星电机株式会社 角速度传感器
CN106338297A (zh) * 2015-07-10 2017-01-18 精工爱普生株式会社 物理量传感器、电子设备以及移动体
CN107561304A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 株式会社东芝 角速度取得装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007315830A (ja) 2007-12-06
KR100881486B1 (ko) 2009-02-05
TW200804763A (en) 2008-01-16
US20070272015A1 (en) 2007-11-29
JP4310325B2 (ja) 2009-08-05
EP1860402A1 (en) 2007-11-28
KR20070113997A (ko) 2007-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101105059B1 (ko) 수직으로 집적화된 일렉트로닉스 및 웨이퍼 스케일 밀봉패키징을 갖는 x―y축 듀얼 매스 튜닝 포크자이로스코프를 제조 방법
US6938486B2 (en) Semiconductor mechanical sensor
US7513155B2 (en) Inertial sensor
KR101100021B1 (ko) Z-축 각속도 센서
US6892575B2 (en) X-Y axis dual-mass tuning fork gyroscope with vertically integrated electronics and wafer-scale hermetic packaging
US6939473B2 (en) Method of making an X-Y axis dual-mass tuning fork gyroscope with vertically integrated electronics and wafer-scale hermetic packaging
US9052194B2 (en) Extension-mode angular velocity sensor
JP4654668B2 (ja) ジャイロセンサおよびそれを用いたセンサ装置
JP5123455B2 (ja) 微細組立式音叉ジャイロスコープおよび面外回転を検知するための関連する3軸慣性測定システム
US8069726B2 (en) X-Y axis dual-mass tuning fork gyroscope with vertically integrated electronics and wafer-scale hermetic packaging
US8272267B2 (en) Angular velocity sensor
JP5090929B2 (ja) 高性能mems実装アーキテクチャ
US6626039B1 (en) Electrically decoupled silicon gyroscope
US7677099B2 (en) Integrated microelectromechanical systems (MEMS) vibrating mass Z-axis rate sensor
JP3061864B2 (ja) マイクロメカニカル回転速度センサ
JP5293187B2 (ja) センサ
US7188525B2 (en) Angular velocity sensor
JP3435665B2 (ja) 複合センサ素子およびその製造方法
KR101153950B1 (ko) 각속도 센서
JP3771100B2 (ja) 静電容量検出型センサおよびジャイロスコープならびに入力装置
CN102313821B (zh) 物理量传感器以及电子设备
JP4858662B2 (ja) 角速度センサ、電子機器及び角速度の検出方法
KR100492105B1 (ko) 수평 가진 수직형 mems 자이로스코프 및 그 제작 방법
JPH09196682A (ja) 角速度センサと加速度センサ
JP3659160B2 (ja) 角速度センサ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
C10 Request of examination as to substance
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)