JP2002310664A - Angular speed sensor - Google Patents

Angular speed sensor

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JP2002310664A
JP2002310664A JP2001120158A JP2001120158A JP2002310664A JP 2002310664 A JP2002310664 A JP 2002310664A JP 2001120158 A JP2001120158 A JP 2001120158A JP 2001120158 A JP2001120158 A JP 2001120158A JP 2002310664 A JP2002310664 A JP 2002310664A
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JP
Japan
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detection
electrode
signal
angular velocity
differential
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Application number
JP2001120158A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Higuchi
祐史 樋口
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lower a sneaking drive signal appearing as noise in a detection signal in the case of a vibration-type angular speed sensor. SOLUTION: This angular speed sensor has a weight part 30 formed on a semiconductor substrate 12, so as to be vibratable in first and second directions normal to each other and detects an angular velocity by a change in capacitance, caused by the detection vibration of the weight part 30 in the second direction generated, when angular speed is imposed thereon, while the weight part 30 is driven to vibrate in the first direction, where a detection electrode comprises four divisional electrode parts 50a to 50d. When the detection vibration takes place, a difference is found between signals Va and Vb from the pair of adjoining electrode parts 50a and 50b, while a difference is found between signals Vc and Vd from the other pair of adjoining electrode parts 50c and 50d, then the difference is taken between differential signals Vab and Vcd from the two pairs, and used as a detection signal Vout.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に振動
子としての錘部及び検出電極を形成し、この錘部を駆動
させつつ角速度が印加されたときに、錘部と検出電極と
の容量変化を検出する振動型の角速度センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a weight portion as a vibrator and a detection electrode on a semiconductor substrate and, when an angular velocity is applied while driving the weight portion, the capacitance between the weight portion and the detection electrode. The present invention relates to a vibration type angular velocity sensor that detects a change.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、この種の角速度センサとし
て、半導体基板に、相直交する第1の方向及び第2の方
向へ振動可能な錘部、この錘部を第1の方向へ駆動振動
させるために錘部に周期的に変化する駆動信号を印加す
るための駆動電極、該駆動振動のもと第1及び第2の方
向と直交する軸回りに角速度が印加されたときに発生す
る錘部の第2の方向へのコリオリ力に起因する検出振動
を検出信号として検出するための検出電極を、形成した
ものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an angular velocity sensor of this type, a weight portion capable of vibrating in a first direction and a second direction orthogonal to each other on a semiconductor substrate, and the weight portion is driven and vibrated in a first direction. Electrode for applying a periodically changing drive signal to the weight portion, a weight portion generated when an angular velocity is applied around an axis orthogonal to the first and second directions under the drive vibration There is a type in which a detection electrode for detecting a detection vibration caused by a Coriolis force in the second direction as a detection signal is formed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は上記従来の
振動型の角速度センサについて、試作検討を行った。図
5は、本発明者が試作した試作品としての角速度センサ
を示す概略平面図である。この試作品は、2枚のシリコ
ン基板が酸化膜を介して貼り合わされたSOI(シリコ
ンオンインシュレータ)基板を用い、周知の半導体製造
技術を用いて作ることができる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present inventor has conducted trial manufacture of the above-mentioned conventional vibration type angular velocity sensor. FIG. 5 is a schematic plan view showing an angular velocity sensor as a prototype manufactured by the inventor. This prototype can be manufactured using a known semiconductor manufacturing technique using an SOI (silicon-on-insulator) substrate in which two silicon substrates are bonded together via an oxide film.

【0004】図5には、一方のシリコン基板(半導体基
板)12の平面形状が示されており、この一方のシリコ
ン基板12には、溝を形成することにより、各部が形成
されている。錘部30は、一方のシリコン基板12を支
持する酸化膜及び他方のシリコン基板を部分的に除去す
ることにより形成された開口部14上に、配置されてい
る。
FIG. 5 shows a plan view of one silicon substrate (semiconductor substrate) 12. On the one silicon substrate 12, each part is formed by forming a groove. The weight 30 is disposed on the opening 14 formed by partially removing the oxide film supporting the one silicon substrate 12 and the other silicon substrate.

【0005】錘部30は、図中のx方向へバネ変形可能
な駆動梁33及びy方向へバネ変形可能な検出梁34を
介して、錘部30の外周の基部20に支持されており、
錘部30は、x方向(第1の方向)及びx方向と直交す
るy方向(第2の方向)へ振動可能となっている。錘部
30の外周部と基部20とが対向する部位には、次に述
べるような櫛歯状の各電極部が形成されている。
The weight 30 is supported by the base 20 on the outer periphery of the weight 30 via a driving beam 33 that can be spring-deformed in the x direction and a detection beam 34 that can be spring-deformed in the y direction in the drawing.
The weight 30 is capable of vibrating in the x direction (first direction) and in the y direction (second direction) orthogonal to the x direction. At the portion where the outer peripheral portion of the weight portion 30 and the base portion 20 face each other, the following comb-shaped electrode portions are formed.

【0006】即ち、錘部30をx方向へ駆動振動させる
ために錘部30に駆動信号を印加する駆動電極40と、
x及びy方向と直交するz軸回りに角速度Ωが印加され
たときに発生する錘部30のy方向への振動を検出信号
として検出するための両検出電極150、160とが形
成されている。
That is, a drive electrode 40 for applying a drive signal to the weight 30 to drive and oscillate the weight 30 in the x direction;
Both detection electrodes 150 and 160 are formed for detecting as a detection signal vibration in the y direction of the weight portion 30 generated when an angular velocity Ω is applied around the z axis orthogonal to the x and y directions. .

【0007】ここで、検出電極150、160は、錘部
30の異なる2箇所とそれぞれ対向する第1の検出電極
150と第2の検出電極160とより構成されている。
また、各電極40、150、160には、それぞれ対応
したワイヤボンディング用のパッド41、151、16
1が形成されている。
Here, the detection electrodes 150 and 160 are composed of a first detection electrode 150 and a second detection electrode 160 which face two different portions of the weight 30, respectively.
The electrodes 40, 150, and 160 correspond to the corresponding wire bonding pads 41, 151, and 16, respectively.
1 is formed.

【0008】この図5に示すセンサの検出回路構成を図
6に示し、この図6を参照しながら、検出方法について
述べる。まず、駆動電極40と錘部30の櫛歯部35と
の間に、錘部30のx方向への共振周波数を持つ交流の
電圧差(駆動信号)を印加し、駆動梁33によって錘部
30をx方向へ駆動振動させる。例えば、錘部30側を
一定電圧にし、基部20に固定された駆動電極40の方
に交流電圧を印加する。
FIG. 6 shows a detection circuit configuration of the sensor shown in FIG. 5, and a detection method will be described with reference to FIG. First, an AC voltage difference (drive signal) having a resonance frequency in the x-direction of the weight 30 is applied between the drive electrode 40 and the comb teeth 35 of the weight 30, and the drive beam 33 causes the weight 30 to move. Is driven and vibrated in the x direction. For example, a constant voltage is applied to the weight 30 side, and an AC voltage is applied to the drive electrode 40 fixed to the base 20.

【0009】この錘部30の駆動振動のもと、上記角速
度Ωが印加されると、錘部30にはy方向にコリオリ力
が発生し、錘部30は検出梁34によってy方向へ振動
(検出振動)する。すると、この検出振動によって、両
検出電極150、160と錘部30の櫛歯部36との間
の静電容量が変化する。
When the angular velocity Ω is applied under the driving vibration of the weight 30, a Coriolis force is generated in the weight 30 in the y direction, and the weight 30 vibrates in the y direction by the detection beam 34 (FIG. Detection vibration). Then, the capacitance between the detection electrodes 150 and 160 and the comb portion 36 of the weight portion 30 changes due to the detection vibration.

【0010】そして、図6に示す様に、C/V変換回路
152、162および差動回路170によって、第1の
検出電極150における容量変化を電圧V1に変換し、
第2の検出電極160における容量変化を電圧V2に変
換した後、これら両信号V1、V2を差動・増幅して、
これを検出信号Voutとして検出することにより、角
速度Ωの大きさを求めることができる。
Then, as shown in FIG. 6, the capacitance change in the first detection electrode 150 is converted into a voltage V1 by the C / V conversion circuits 152 and 162 and the differential circuit 170,
After converting the change in capacitance at the second detection electrode 160 into a voltage V2, these two signals V1 and V2 are differentially amplified and amplified.
By detecting this as the detection signal Vout, the magnitude of the angular velocity Ω can be obtained.

【0011】ところで、図5に示すような角速度センサ
においては、駆動電極40と両検出電極150、160
との間には、センサパターン間(溝の間)のフリンジ容
量や、各電極に対応したパッド41、151、161に
形成されたボンディングワイヤ間の寄生容量等の寄生容
量が存在する。
By the way, in the angular velocity sensor as shown in FIG. 5, the drive electrode 40 and the two detection electrodes 150, 160
There are parasitic capacitances such as a fringe capacitance between sensor patterns (between grooves) and a parasitic capacitance between bonding wires formed on the pads 41, 151 and 161 corresponding to each electrode.

【0012】検出における容量変化の信号は、極めて小
さな容量変化であり(例えば1aF〜1fF)、電気的
なノイズに非常に敏感である。また、駆動信号の交流成
分は、例えば±数Vと非常に大きい。そのため、これら
の寄生容量を介して、駆動信号の交流成分が検出信号に
回り込み、ノイズとなって出力されてしまう。
The capacitance change signal in detection is a very small change in capacitance (for example, 1 aF to 1 fF) and is very sensitive to electrical noise. The AC component of the drive signal is very large, for example, ± several volts. Therefore, the AC component of the drive signal goes around the detection signal via these parasitic capacitances, and is output as noise.

【0013】この駆動信号の回り込みノイズ成分を取り
除くため、従来の角速度センサにおいては、検出電極
を、錘部30の異なる2箇所とそれぞれ対向する第1の
検出電極150と第2の検出電極160とより構成する
ことにより、上記図6に示した様な差動検出を行ってい
る。
In order to remove the sneak noise component of the drive signal, in the conventional angular velocity sensor, the detection electrodes are divided into a first detection electrode 150 and a second detection electrode 160 which are respectively opposed to two different portions of the weight 30. With this configuration, the differential detection as shown in FIG. 6 is performed.

【0014】ここで、互いの検出電極150、160
を、駆動電極40からの距離が等しく且つその形状も対
称となるように加工して、両検出電極150、160に
おいて互いに駆動信号の回り込みが同一となるようにで
きれば、駆動信号の回り込みノイズ成分をキャンセルで
きる。
Here, the mutual detection electrodes 150 and 160
Is processed so that the distance from the drive electrode 40 is equal and the shape thereof is also symmetrical, so that the wraparound of the drive signal is the same in both the detection electrodes 150 and 160. Can be canceled.

【0015】しかしながら、ある程度の加工ばらつき
(エッチングばらつき等)は避けられず、両検出電極1
50、160において互いに駆動信号の回り込みを同一
にできない。そのため、両検出電極150、160から
の信号V1、V2の差動をとっても、駆動信号の回り込
み分を十分に低減できず、さらに、増幅するとノイズ分
まで増幅されてしまう。
However, a certain degree of processing variation (such as etching variation) cannot be avoided.
In 50 and 160, the wraparound of the drive signal cannot be made identical to each other. For this reason, even if the signals V1 and V2 from the detection electrodes 150 and 160 are differentiated, the wraparound of the drive signal cannot be sufficiently reduced, and if amplified, the noise will be amplified to the amount of noise.

【0016】そこで、本発明は上記問題に鑑み、振動型
の角速度センサにおいて、検出信号にノイズとして現れ
る駆動信号の回り込みを低減できるようにすることを目
的とする。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a vibration-type angular velocity sensor capable of reducing a sneak of a drive signal which appears as noise in a detection signal.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、半導体基板(12)
に、相直交する第1及び第2の方向(x、y)へ振動可
能な錘部(30)と、錘部に駆動信号を印加するための
駆動電極(40)と、錘部の検出振動から角速度を検出
するための検出電極(50a、50b、50c、50
d)とが形成されてなる角速度センサにおいて、検出電
極を、4以上の複数個に分割された電極部より構成し、
検出振動の際に、複数個の電極部のうち隣り合う一組の
電極部同士(50a、50b)の信号(Va、Vb)の
差動をとるとともに、隣り合う他の一組の電極部同士
(50c、50d)の信号(Vc、Vd)の差動をとっ
た後、前記一組の電極部同士の差動信号(Vab)と前
記他の一組の電極部同士の差動信号(Vcd)との差動
をとることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a semiconductor substrate (12) is provided.
A weight portion (30) capable of vibrating in first and second directions (x, y) orthogonal to each other, a drive electrode (40) for applying a drive signal to the weight portion, and detection vibration of the weight portion Detection electrodes (50a, 50b, 50c, 50) for detecting angular velocity from
d) In the angular velocity sensor formed with the above, the detection electrode is constituted by four or more divided electrode portions,
At the time of the detection vibration, a signal (Va, Vb) of a pair of adjacent electrode units (50a, 50b) of the plurality of electrode units is differentially determined, and another pair of adjacent electrode units is paired with each other. After taking the differential of the signals (Vc, Vd) of (50c, 50d), the differential signal (Vab) between the pair of electrode parts and the differential signal (Vcd) between the other pair of electrode parts are obtained. ).

【0018】ここで、隣り合う電極部とは、ある一組に
おける同組内の電極部同士の距離が、当該一組の電極部
と他の一組の電極部との距離よりも近いものであること
を意味する。
Here, adjacent electrode units are those in which the distance between the electrode units in the same set in one set is shorter than the distance between the one set of electrode units and the other set of electrode units. It means there is.

【0019】本発明では、検出電極を少なくとも4分割
した電極部より構成し、互いに距離が近く且つ駆動信号
の回り込みの度合が近い2個の電極部同士を選択する。
そして、選択された2個の電極部よりなる2つの組にお
いて、各組内にて電極部同士から差動信号をとる。
In the present invention, the detection electrode is constituted by at least four divided electrode portions, and two electrode portions which are close to each other and close to each other in the degree of the wraparound of the drive signal are selected.
Then, in two sets of the selected two electrode sections, differential signals are taken from the electrode sections in each set.

【0020】それにより、一組の電極部同士の差動信号
と他の一組の電極部同士の差動信号とのそれぞれにおい
て、駆動信号の回り込みを低減することができる。その
ため、さらに、これら両組の差動信号の差動をとって検
出信号を出力すれば、従来に比べて、検出信号にノイズ
として現れる駆動信号の回り込みを、大幅に低減するこ
とができる。
Thus, it is possible to reduce the sneak of the drive signal in each of the differential signal between the one set of electrode parts and the differential signal between the other set of electrode parts. Therefore, if the detection signal is output by taking the difference between these two sets of differential signals, the sneak of the drive signal appearing as noise in the detection signal can be significantly reduced as compared with the related art.

【0021】ここで、請求項2に記載の発明のように、
検出電極を、4以上の偶数個に分割された電極部(50
a〜50d)より構成することにより、複数個の電極部
のうち隣り合う電極部同士の組において信号の差動をと
る目的のために、電極部の数を過不足なく構成すること
ができるので、好ましい。
Here, as in the invention described in claim 2,
The detection electrode is divided into four or more even-numbered electrode portions (50
a to 50d), the number of electrode portions can be configured to be sufficient or sufficient for the purpose of obtaining a signal difference in a set of adjacent electrode portions among the plurality of electrode portions. ,preferable.

【0022】さらに、請求項3に記載の発明では、検出
電極(50a〜50d)は櫛歯形状であり、錘部(3
0)には、検出電極と噛み合うように配置されて対向す
る櫛歯部(36)が形成されていることを特徴してい
る。
Further, according to the third aspect of the present invention, the detection electrodes (50a to 50d) are comb-shaped, and the weight portions (3
0) is characterized in that comb teeth (36) are formed so as to be engaged with the detection electrodes and to face each other.

【0023】検出電極と錘部とが対向する検出部を、櫛
歯形状のような複雑な形状とした場合、その加工ばらつ
きが比較的大きく、検出電極における駆動電極からの距
離や形状のばらつきが大きくなる等により、上記した問
題が顕著となりやすい。そのため、櫛歯形状をなす検出
電極を有する角速度センサに対して、本発明は特に有効
である。
When the detection portion where the detection electrode and the weight portion face each other has a complicated shape such as a comb shape, the processing variation is relatively large, and the variation in the distance and the shape of the detection electrode from the drive electrode is small. Due to an increase in the size, the above-mentioned problem tends to be remarkable. Therefore, the present invention is particularly effective for an angular velocity sensor having a comb-shaped detection electrode.

【0024】また、請求項4に記載の発明においては、
差動検出を行うために錘部(30)の異なる2箇所とそ
れぞれ対向して設けられた第1の検出電極(50a、5
0b)と第2の検出電極(50c、50d)とを、それ
ぞれ複数個の電極部(50a〜50d)に分割し、第1
及び第2の検出電極のそれぞれにて、複数個の電極部か
らの信号(Va、Vb、Vc、Vd)の差動をとった
後、第1の検出電極における差動信号(Vab)と第2
の検出電極における差動信号(Vcd)との差動をとる
ことを特徴としている。
Further, in the invention according to claim 4,
In order to perform differential detection, first detection electrodes (50a, 50a,
0b) and the second detection electrodes (50c, 50d) are each divided into a plurality of electrode portions (50a to 50d),
After each of the signals (Va, Vb, Vc, Vd) from the plurality of electrode units is differentially obtained at each of the second detection electrode and the second detection electrode, the differential signal (Vab) at the first detection electrode is compared with the differential signal (Vab) at the first detection electrode. 2
And a differential signal (Vcd) at the detection electrode is obtained.

【0025】本発明によれば、第1及び第2の検出電極
のそれぞれを少なくとも2分割した電極部より構成する
ことで、第1及び第2の検出電極の各々において、互い
の電極部における駆動信号の回り込みの度合を、第1の
検出電極と第2の検出電極との間の度合よりも小さくす
ることができる。
According to the present invention, each of the first and second detection electrodes is constituted by at least two divided electrode portions, so that each of the first and second detection electrodes is driven by the other electrode portions. The degree of signal wraparound can be made smaller than the degree between the first detection electrode and the second detection electrode.

【0026】よって、第1及び第2の検出電極の各々に
おいて、各電極部からの信号の差動をとった後、これを
各検出電極の差動信号とし、さらに、両検出電極におけ
る差動信号の差動をとり、これを検出信号とすれば、従
来に比べて、検出信号にノイズとして現れる駆動信号の
回り込みを大幅に低減することができる。
Therefore, after each of the first and second detection electrodes calculates the differential of the signal from each of the electrode portions, the signal is used as the differential signal of each of the detection electrodes. By taking the signal differential and using it as a detection signal, it is possible to greatly reduce the wraparound of the drive signal that appears as noise in the detection signal as compared with the related art.

【0027】また、請求項5に記載の発明では、第1の
検出電極(50a、50b)および第2の検出電極(5
0c、50d)が櫛歯形状であり、錘部(30)には、
第1および第2の検出電極のそれぞれと噛み合うように
配置されて対向する櫛歯部(36)が形成されているこ
とを特徴としている。
According to the fifth aspect of the present invention, the first detecting electrode (50a, 50b) and the second detecting electrode (5
0c, 50d) have a comb shape, and the weight (30) has
A comb tooth (36) is formed so as to be engaged with each of the first and second detection electrodes and to face each other.

【0028】この請求項5の発明のように、検出部を櫛
歯形状のような複雑な形状とした場合にも、請求項4の
発明を適用すれば、上記請求項3の発明にて述べたのと
同様の理由から、特に有効である。
In the case where the detecting section has a complicated shape such as a comb-like shape as in the invention of the fifth aspect, if the invention of the fourth aspect is applied, the detection section described in the third aspect of the present invention will be described. It is particularly effective for the same reasons.

【0029】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。
Note that the reference numerals in parentheses of the above means are examples showing the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1は、本発明
の第1実施形態に係る角速度センサS1を示す平面図で
あり、図2は、図1中のA−A断面図である。なお、こ
の角速度センサS1は図2に示す様に、回路チップK1
に接着剤等を介して固定されている。また、上記図5と
同一部分には、図中、同一符号を付してある。
(First Embodiment) FIG. 1 is a plan view showing an angular velocity sensor S1 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. is there. The angular velocity sensor S1 is, as shown in FIG.
Is fixed via an adhesive or the like. The same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals in the figure.

【0031】角速度センサS1は、半導体基板に周知の
マイクロマシン加工を施すことにより形成される。セン
サS1を構成する基板は、図2に示す様に、第1の半導
体基板としての第1シリコン基板11上に絶縁層として
の酸化膜13を介して第2の半導体基板としての第2シ
リコン基板12を貼り合わせてなる矩形状のSOI基板
10である。
The angular velocity sensor S1 is formed by subjecting a semiconductor substrate to a known micromachining process. As shown in FIG. 2, a substrate constituting the sensor S1 is a second silicon substrate as a second semiconductor substrate on an oxide film 13 as an insulating layer on a first silicon substrate 11 as a first semiconductor substrate. The SOI substrate 10 is a rectangular SOI substrate 10 to which the substrates 12 are bonded.

【0032】ここで、第2シリコン基板12が本発明で
いう半導体基板であり、第2シリコン基板12には、エ
ッチング加工を施すことにより溝を形成し、当該基板1
2を周辺部側に位置する枠状の基部20と、この基部2
0の内周側に位置して可動する錘部30とに区画してい
る。
Here, the second silicon substrate 12 is the semiconductor substrate referred to in the present invention, and a groove is formed in the second silicon substrate 12 by performing an etching process.
2 is a frame-like base 20 located on the peripheral side, and this base 2
0 and a movable weight portion 30 located on the inner peripheral side.

【0033】ここで、錘部30に対応した部分において
は、第1シリコン基板11及び酸化膜13は除去されて
おり、開口部14が形成されている。そして、基部20
は、この開口部14の縁部にて酸化膜13を介して第1
シリコン基板11に支持されている。
Here, in a portion corresponding to the weight portion 30, the first silicon substrate 11 and the oxide film 13 have been removed, and an opening 14 has been formed. And the base 20
Is formed at the edge of the opening 14 via the oxide film 13.
It is supported on a silicon substrate 11.

【0034】錘部30は、第2シリコン基板12の中央
部に位置する略長方形状の第1の可動部31と、第1の
可動部31におけるx方向(第1の方向)の両外側に設
けられた柱状の第2の可動部32とよりなる。そして、
錘部30においては、第2の可動部32は略コの字形状
をなす駆動梁33を介して基部20に連結され、第1の
可動部31は、検出梁34を介して第2の可動部32に
連結されている。
The weight portion 30 has a substantially rectangular first movable portion 31 located at the center of the second silicon substrate 12, and is disposed on both outer sides of the first movable portion 31 in the x direction (first direction). It comprises a columnar second movable portion 32 provided. And
In the weight part 30, the second movable part 32 is connected to the base 20 via a drive beam 33 having a substantially U-shape, and the first movable part 31 is connected to the second movable part via a detection beam. It is connected to the part 32.

【0035】ここで、駆動梁33は、実質的にx方向に
のみ自由度を持つものであり、この駆動梁33によって
錘部30全体がx方向へ振動可能となっている。一方、
検出梁34は、実質的にy方向(第2の方向)にのみ自
由度を持つものであり、この検出梁34によって錘部3
0のうち第1の可動部31がy方向へ振動可能となって
いる。
The driving beam 33 has a degree of freedom substantially only in the x direction, and the driving beam 33 allows the entire weight 30 to vibrate in the x direction. on the other hand,
The detection beam 34 has a degree of freedom substantially only in the y-direction (second direction).
0, the first movable portion 31 can vibrate in the y direction.

【0036】また、第2シリコン基板12のうち、第2
の可動部32におけるx方向の両外側には、開口部14
の縁部に支持された櫛歯状の駆動電極40(図示例では
1個ずつ)が形成されている。この駆動電極40は、錘
部30全体をx方向(第1の方向)へ駆動振動させるた
めに錘部30に駆動信号を印加するためのものである。
In the second silicon substrate 12, the second
The opening 14 is provided on both outer sides of the movable portion 32 in the x direction.
The drive electrodes 40 (in the illustrated example, one by one) are formed in a comb-like shape and supported on the edge of the drive electrode 40. The drive electrode 40 is for applying a drive signal to the weight 30 in order to drive and vibrate the entire weight 30 in the x direction (first direction).

【0037】そして、駆動電極40は、第2の可動部3
2から突出する櫛歯部(駆動用櫛歯部)35に対し、互
いの櫛歯が噛み合うように対向して配置されている。こ
こで、駆動電極40には、回路チップK1とワイヤボン
ディング等により電気的に接続されるためのパッド(駆
動電極用パッド)41がアルミ等により形成されてい
る。
The drive electrode 40 is connected to the second movable part 3
The comb teeth (drive comb teeth) 35 protruding from the second gear 2 are arranged so as to face each other so that the respective comb teeth mesh with each other. Here, pads (drive electrode pads) 41 for electrically connecting to the circuit chip K1 by wire bonding or the like are formed of aluminum or the like on the drive electrodes 40.

【0038】また、第2シリコン基板12のうち、第1
の可動部31におけるy方向の両外側には、開口部14
の縁部に支持された櫛歯状の検出電極50a、50b、
50c、50dが形成されている。
The first silicon substrate 12 has the first
The opening 14 is provided on both outer sides of the movable portion 31 in the y direction.
Comb-shaped detection electrodes 50a, 50b supported on the edges of
50c and 50d are formed.

【0039】この検出電極50a〜50dは、錘部30
の駆動振動のもとx及びy方向と直交するz軸回りに角
速度Ωが印加されたときに発生する錘部30(第1の可
動部32)のy方向(第2の方向)への振動(検出振
動)を検出信号として検出するためのものである。
The detection electrodes 50a to 50d are connected to the weight 30
Of the weight portion 30 (first movable portion 32) in the y direction (second direction) generated when an angular velocity Ω is applied around the z axis orthogonal to the x and y directions under the driving vibration of (Detected vibration) is detected as a detection signal.

【0040】図1に示す例では、検出電極50a〜50
dは、4個に分割された櫛歯状の電極部より構成されて
いる。これら電極部は、第1の可動部31におけるy方
向の上側に位置して隣り合う2個よりなる一組の電極部
50a、50bの組と、第1の可動部31におけるy方
向の下側に位置して隣り合う2個よりなる他の一組の電
極部50c、50dとより構成されている。
In the example shown in FIG. 1, the detection electrodes 50a to 50a
d is composed of a comb-shaped electrode portion divided into four. These electrode portions are a pair of two adjacent electrode portions 50a and 50b located on the upper side in the y direction of the first movable portion 31 and a lower side in the y direction of the first movable portion 31. And another pair of electrode portions 50c and 50d which are adjacent to each other.

【0041】ここで、隣り合う電極部とは、ある一組に
おける同組内の電極部同士の距離が、当該一組の電極部
と他の組の電極部との距離よりも近いものであることを
意味し、このことは、図1に示す様に、一組の電極部5
0a及び50bと他の一組の電極部50c及び50dと
の位置関係から明らかである。
Here, the adjacent electrode portions are such that the distance between the electrode portions in the same set in one set is shorter than the distance between the one set of electrode portions and the other set of electrode portions. This means that, as shown in FIG.
It is clear from the positional relationship between Oa and 50b and another set of electrode portions 50c and 50d.

【0042】また、これら4個の電極部50a〜50d
は、一組の電極部50a及び50bを第1の検出電極と
し、他の一組の電極部50c及び50dを第2の検出電
極として構成されており、最終的には、第1の検出電極
50a、50bからの信号と第2の検出電極50c、5
0dからの信号との差動をとり、これを検出信号として
出力するようにしている。
The four electrode portions 50a to 50d
Is configured such that one set of electrode units 50a and 50b is used as a first detection electrode, and the other set of electrode units 50c and 50d is used as a second detection electrode. Signals from 50a and 50b and second detection electrodes 50c and 50c
The differential from the signal from 0d is taken and this is output as a detection signal.

【0043】そのため、本例の角速度センサS1におい
ては、差動検出を行うために錘部30の異なる2箇所と
それぞれ対向して設けられた第1の検出電極50a、5
0bと第2の検出電極50c、50dとを、それぞれ2
個の電極部に分割した構成となっている、とも言える。
For this reason, in the angular velocity sensor S1 of the present embodiment, the first detection electrodes 50a, 50a, 5
0b and the second detection electrodes 50c and 50d
It can also be said that the configuration is such that it is divided into individual electrode portions.

【0044】そして、錘部30における第1の可動部3
1のうち検出電極50a〜50dと対向する部位には、
櫛歯部(検出用櫛歯部)36が突出して形成されてお
り、各電極部50a〜50dは、この検出用櫛歯部36
に対し、互いの櫛歯が噛み合うように対向して配置され
ている。
The first movable portion 3 of the weight 30
In one of the parts 1 facing the detection electrodes 50a to 50d,
A comb tooth portion (comb tooth portion for detection) 36 is formed to protrude, and each of the electrode portions 50a to 50d is connected to the comb tooth portion 36 for detection.
On the other hand, the comb teeth are opposed to each other so as to mesh with each other.

【0045】本実施形態では、図1に示す様に、第1の
可動部31におけるy方向の上下両端部に、各々3個の
櫛歯部36を設け、3個の櫛歯部36および基部20か
ら延びる2個の検出電極(電極部)50a〜50dを、
櫛歯部と検出電極とが交互に位置するように配置してい
る。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, three comb teeth 36 are provided at both upper and lower ends of the first movable part 31 in the y direction, and the three comb teeth 36 and the base are provided. Two detection electrodes (electrode portions) 50a to 50d extending from
The comb teeth and the detection electrodes are arranged alternately.

【0046】ここで、図1に示す電極部50a〜50d
と検出用櫛歯部36との対向間隔のうち、狭い方の間隔
が、容量検出が行われる検出間隔である。そして、図1
に示す様に、同じ組における電極部同士50aと50
b、50cと50dでは、検出間隔の位置が互いに上下
逆である。
Here, the electrode portions 50a to 50d shown in FIG.
The smaller one of the opposing distances between the sensor and the detection comb tooth portion 36 is the detection interval at which the capacitance detection is performed. And FIG.
As shown in FIG.
b, 50c and 50d, the positions of the detection intervals are upside down.

【0047】つまり、第1の可動部31がy方向へ振動
するとき、同じ組における一方の電極部50a(50
c)と検出用櫛歯部36との検出間隔では、両者が近づ
いて容量値が増加する一方、他方の電極部50b(50
d)と検出用櫛歯部36との検出間隔では、両者が離れ
容量値が減少するようになっている。
That is, when the first movable portion 31 vibrates in the y direction, one of the electrode portions 50a (50
In the detection interval between c) and the detection comb portion 36, the two approach each other and the capacitance value increases, while the other electrode portion 50b (50
In the detection interval between d) and the detection comb portion 36, the two are separated from each other and the capacitance value is reduced.

【0048】また、各電極部50a〜50dには、それ
ぞれ、回路チップK1とワイヤボンディング等により電
気的に接続されるためのパッド(検出電極用パッド)5
1a、51b、51c、51dがアルミ等により形成さ
れている。
Each of the electrode portions 50a to 50d has a pad (detection electrode pad) 5 for being electrically connected to the circuit chip K1 by wire bonding or the like.
1a, 51b, 51c and 51d are formed of aluminum or the like.

【0049】また、第2シリコン基板12のうち、第2
の可動部32におけるx方向の両外側には、開口部14
の縁部に支持された櫛歯状のモニタ電極60(図示例で
は2個ずつ)が形成されている。このモニタ電極60
は、錘部30のx方向への駆動振動をモニタし、モニタ
信号を検出するためのものである。
The second silicon substrate 12 has the second
The opening 14 is provided on both outer sides of the movable portion 32 in the x direction.
Monitor electrodes 60 (two in the illustrated example) supported by the edges of the monitor electrodes 60 are formed. This monitor electrode 60
Is for monitoring the drive vibration of the weight 30 in the x direction and detecting the monitor signal.

【0050】そして、モニタ電極60は、第2の可動部
32から突出する櫛歯部(モニタ用櫛歯部)37に対
し、互いの櫛歯が噛み合うように対向して配置されてい
る。ここで、モニタ電極60には、回路チップK1とワ
イヤボンディング等により電気的に接続されるためのパ
ッド(モニタ電極用パッド)61がアルミ等により形成
されている。
The monitor electrode 60 is disposed so as to face the comb teeth (monitoring comb teeth) 37 protruding from the second movable portion 32 so that the comb teeth of the monitor electrode 60 mesh with each other. Here, a pad (monitor electrode pad) 61 for electrically connecting the monitor electrode 60 to the circuit chip K1 by wire bonding or the like is formed of aluminum or the like.

【0051】なお、上記した基部20、錘部30、駆動
電極40、検出電極50a〜50d及びモニタ電極60
といった第2シリコン基板12に形成された各部は、上
記溝により互いに電気的に絶縁されている。
The base 20, the weight 30, the drive electrode 40, the detection electrodes 50a to 50d, and the monitor electrode 60
Each part formed on the second silicon substrate 12 is electrically insulated from each other by the groove.

【0052】かかる角速度センサS1においては、回路
チップK1から駆動電極用パッド41を介して駆動電極
40に周期的に変化する駆動信号(正弦波電圧等の交流
電圧)を印加して、上記駆動用櫛歯部35と駆動電極4
0との間に静電気力を発生させる。
In the angular velocity sensor S1, a periodically changing drive signal (AC voltage such as a sine wave voltage) is applied from the circuit chip K1 to the drive electrode 40 via the drive electrode pad 41, and the drive signal is applied to the drive signal. Comb portion 35 and drive electrode 4
Generates an electrostatic force between zero.

【0053】ここで、具体的には、図1中の左右の両駆
動電極40において、互いに逆位相の信号を入力する。
それにより、その信号の周波数にて、駆動梁33によっ
て錘部30全体がx方向へ駆動振動する。
Here, specifically, signals having phases opposite to each other are input to both the left and right drive electrodes 40 in FIG.
As a result, at the frequency of the signal, the entire weight 30 is driven and vibrated in the x direction by the driving beam 33.

【0054】このとき、モニタ電極60とモニタ用櫛歯
部37との間の容量変化を調べることにより、錘部30
の駆動振動の周波数や振幅等をモニタする。そして、モ
ニタされた容量変化がモニタ信号として、モニタ電極用
パッド61から回路チップK1へフィードバックされる
ことにより、駆動信号が調整され、錘部30は正常な駆
動振動が可能となっている。
At this time, by examining the change in capacitance between the monitor electrode 60 and the monitor comb tooth 37, the weight 30
Monitor the frequency and amplitude of the driving vibration of the motor. Then, the monitored change in capacitance is fed back as a monitor signal from the monitor electrode pad 61 to the circuit chip K1, whereby the drive signal is adjusted, and the weight portion 30 can perform normal drive vibration.

【0055】この錘部30の駆動振動のもと、z軸回り
に角速度Ωが印加されると、錘部30には、y方向にて
振動速度に比例したコリオリ力が印加され、錘部30の
うち第1の可動部31が、検出梁34によってy方向へ
検出振動する。すると、この検出振動によって、検出電
極50a〜50dと検出用櫛歯部36との間の容量が変
化するため、この容量変化を回路チップKにて検出する
ことにより、角速度Ωの大きさを求めることができる。
When an angular velocity Ω is applied around the z-axis under the driving vibration of the weight 30, a Coriolis force proportional to the vibration speed is applied to the weight 30 in the y-direction. Of the first movable portion 31 is detected and vibrated in the y direction by the detection beam 34. Then, the capacitance between the detection electrodes 50a to 50d and the detection comb-teeth portion 36 changes due to the detection vibration. The magnitude of the angular velocity Ω is obtained by detecting the change in the capacitance with the circuit chip K. be able to.

【0056】ここにおいて、本実施形態では、次のよう
な独自の検出方法を採用しており、この検出方法につい
て、図3を参照して述べる。図3は、回路チップKに設
けられた検出回路の構成を示す説明図である。なお、図
3にて、錘部30や検出電極50a〜50d、櫛歯部3
6は模式的に示してある。
Here, in the present embodiment, the following unique detection method is employed, and this detection method will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the detection circuit provided in the circuit chip K. In FIG. 3, the weight 30, the detection electrodes 50a to 50d, and the
6 is schematically shown.

【0057】図3に示す様に、検出振動の際に、4個の
電極部50a〜50dのそれぞれにおける容量値は、C
/V変換(容量−電圧変換)回路52a、52b、52
c、52dにより電圧Va、Vb、Vc、Vdに変換さ
れる。
As shown in FIG. 3, at the time of the detection vibration, the capacitance value of each of the four electrode portions 50a to 50d is C
/ V conversion (capacitance-voltage conversion) circuits 52a, 52b, 52
The signals are converted into voltages Va, Vb, Vc, and Vd by c and 52d.

【0058】次に、差動回路53a、53bおよび図示
しない増幅回路によって、4個の電極部のうち隣り合う
一組の電極部同士50a、50bの電圧VaとVbとの
差動・増幅を行い、これを差動信号Vabとするととも
に、隣り合う他の一組の電極部同士50c、50dの電
圧VcとVdとの差動・増幅を行い、これを差動信号V
cdとする。
Next, the differential circuits 53a and 53b and an amplifier circuit (not shown) perform differential / amplification of voltages Va and Vb of a pair of adjacent electrode portions 50a and 50b among the four electrode portions. , And a differential signal Vab, and a differential / amplification of the voltages Vc and Vd of another pair of adjacent electrode units 50c and 50d is performed, and the differential signal Vab is obtained.
cd.

【0059】続いて、後段の差動回路53cによって、
一組の電極部同士50a、50bの差動信号Vabと他
の一組の電極部同士50c、50dの差動信号Vcdと
の差動をとり、この差動をとった後の信号Voutを角
速度の検出信号として出力する。こうして、角速度が求
められるようになっている。
Subsequently, by the differential circuit 53c at the subsequent stage,
The differential signal Vab between the pair of electrode units 50a and 50b and the differential signal Vcd between the other pair of electrode units 50c and 50d are differentiated, and the signal Vout obtained after the differential is calculated as an angular velocity. Is output as a detection signal. Thus, the angular velocity can be obtained.

【0060】ところで、「課題」の欄にて述べたよう
に、検出電極に対しては、駆動信号の回り込み(カップ
リング容量による電荷の変化によるノイズ)が発生する
が、この駆動信号の回り込み信号は、駆動電極と検出電
極との間の寄生容量に比例すると考えられる。駆動およ
び検出の両電極間に発生する寄生容量は、一般的に、当
該両電極間の距離が大きいほど少ないと考えられてい
る。
As described in the “Problem” section, a sneak of a drive signal (noise due to a change in charge due to coupling capacitance) occurs with respect to the detection electrode. Is considered to be proportional to the parasitic capacitance between the drive electrode and the detection electrode. It is generally considered that the parasitic capacitance generated between the driving and detecting electrodes is smaller as the distance between the driving and detecting electrodes is larger.

【0061】ここで、従来の角速度センサにおいては、
上記図6に示した様な差動検出を行っているため、原理
的には、上記回り込み信号は相殺されて無くなるはずで
ある。しかし、差動をとる検出電極のペアが、それぞれ
違う値の回り込み信号を持っている場合は、差動回路で
は、うまく相殺されずに残ってしまう。
Here, in the conventional angular velocity sensor,
Since the differential detection as shown in FIG. 6 is performed, in principle, the sneak signal should be canceled out. However, if the pair of differential detection electrodes has a sneak signal of a different value, the differential circuit will remain without being canceled well.

【0062】本発明の対象である角速度センサは、半導
体プロセスで作製されるため、それぞれの電極の構造
は、非常に寸法の揃った形で形成されるものの、エッチ
ングなどの諸工程における不均一性のために、各電極間
の距離が遠いほど、互いの加工ばらつきが大きくなる。
Since the angular velocity sensor, which is the object of the present invention, is manufactured by a semiconductor process, the structure of each electrode is formed in a very uniform shape, but the non-uniformity in various steps such as etching. Therefore, as the distance between the electrodes increases, the processing variation between the electrodes increases.

【0063】つまり、上記図5に示したような従来の角
速度センサにおいては、第1の検出電極150と第2の
検出電極160とが、半導体基板(チップ)12の両端
近傍に別れて配置されており、このように、両検出電極
の距離が遠い場合、互いの検出電極にて回り込み信号成
分の値が大きく相違しやすい。そのため、検出信号に
は、回り込み信号による大きなノイズが残りやすい。
That is, in the conventional angular velocity sensor as shown in FIG. 5, the first detection electrode 150 and the second detection electrode 160 are separately disposed near both ends of the semiconductor substrate (chip) 12. As described above, when the distance between the two detection electrodes is long, the values of the sneak signal components between the two detection electrodes tend to greatly differ. Therefore, large noise due to the wraparound signal is likely to remain in the detection signal.

【0064】その点、本実施形態においては、検出電極
50a〜50dを4分割した電極部50a、50b、5
0c、50dより構成し、隣り合う2個の電極部同士を
選択し、選択された2個の電極部50aと50b、50
cと50dよりなる2つの組において、各組内にて電極
部同士から差動信号をとるようにしている。
In this regard, in the present embodiment, the electrode portions 50a, 50b, 5
0c, 50d, two adjacent electrode portions are selected, and the selected two electrode portions 50a, 50b, 50
In two sets of c and 50d, differential signals are taken from the electrode units in each set.

【0065】同じ組の個々の電極部においては、互いに
距離が近く且つ駆動信号の回り込みの度合が近い。その
ため、一組の電極部50aおよび50b同士の差動信号
Vabと、他の一組の電極部50cおよび50d同士の
差動信号Vcdとのそれぞれにおいて、回り込み信号
(駆動信号の回り込み)を低減することができる。
The individual electrodes of the same set are close to each other and close to each other in drive signal. Therefore, in each of the differential signal Vab between the pair of electrode units 50a and 50b and the differential signal Vcd between the other pair of electrode units 50c and 50d, a wraparound signal (wraparound of a drive signal) is reduced. be able to.

【0066】そして、本実施形態では、さらに、これら
両組の差動信号Vab、Vcdの差動をとって検出信号
Voutを出力するようにしているため、従来に比べ
て、検出信号にノイズとして現れる駆動信号の回り込み
を、大幅に低減することができる。
In the present embodiment, since the detection signal Vout is output by taking the difference between these two sets of differential signals Vab and Vcd, the detection signal has noise as compared with the related art. The wraparound of the appearing drive signal can be greatly reduced.

【0067】本実施形態における駆動信号の回り込みの
低減効果について、その低減度合の一例を述べておく。
まず、図6に示す従来の角速度センサにおいて、駆動信
号として、2.5±1.0Vpp、周波数3kHzの正
弦波信号を、左右の両駆動電極40において、互いに逆
位相となるように入力する。このとき、駆動共振周波数
は5kHzであるため、錘部30は振動せず、駆動信号
の回り込みだけが検出電極へ出力される。
An example of the degree of reduction of the wraparound of the drive signal in this embodiment will be described.
First, in the conventional angular velocity sensor shown in FIG. 6, a sine wave signal having a frequency of 2.5 ± 1.0 Vpp and a frequency of 3 kHz is input to both the left and right drive electrodes 40 so as to have opposite phases. At this time, since the drive resonance frequency is 5 kHz, the weight portion 30 does not vibrate, and only the wraparound of the drive signal is output to the detection electrode.

【0068】そして、角速度Ωが印加されたとき、第1
の検出電極150における電圧V1は、例えば28.9
0mVであり、第2の検出電極160における電圧V2
は、例えば30.80mVであり、これら両信号V1、
V2の差動をとり、約10倍に増幅したときの検出信号
Voutは18.42mVであった。
When the angular velocity Ω is applied, the first
The voltage V1 at the detection electrode 150 is, for example, 28.9.
0 mV, and the voltage V2 at the second detection electrode 160
Is, for example, 30.80 mV.
The differential signal of V2 was taken and the detection signal Vout when amplified about 10 times was 18.42 mV.

【0069】それに対して、図3に示す本実施形態の角
速度センサS1では、同じ駆動信号、角速度の条件の場
合、一組の電極部同士50a、50bの電圧Va、電圧
Vbは、それぞれ13.66mV、13.33mVであ
り、これらの差動信号Vabは3.26mV(増幅率1
0倍)であった。
On the other hand, in the angular velocity sensor S1 of this embodiment shown in FIG. 3, when the same driving signal and the same angular velocity are used, the voltage Va and the voltage Vb of the pair of electrode parts 50a and 50b are 13. 66mV and 13.33mV, and these differential signals Vab are 3.26mV (amplification ratio 1
0 times).

【0070】一方、他の一組の電極部同士50c、50
dの電圧Vc、電圧Vdは、それぞれ14.42mV、
14.55mVであり、これらの差動信号Vcdは1.
09mV(増幅率10倍)であった。そして、両差動信
号Vab、Vcdの差動をとり約10倍に増幅した差動
信号Voutは2.40mVであった。
On the other hand, another pair of electrode portions 50c, 50
The voltage Vc and the voltage Vd of d are 14.42 mV, respectively.
14.55 mV, and these differential signals Vcd are 1.55 mV.
It was 09 mV (amplification rate 10 times). The differential signal Vout obtained by taking the differential between the two differential signals Vab and Vcd and amplifying it about 10 times was 2.40 mV.

【0071】この例のように、本実施形態では、隣り合
っており互いに距離が近い電極部同士50aと50b
(50cと50d)において、互いの電圧VaとVb
(VcとVd)は、従来に比べて(つまり、上記電圧V
1とV2との差に比べて)、駆動信号の回り込みの度合
が近い。
As in this example, in the present embodiment, the adjacent electrode portions 50a and 50b
(50c and 50d), the voltages Va and Vb of each other
(Vc and Vd) are higher than those of the prior art (that is, the voltage V
(Compared to the difference between 1 and V2), the degree of wraparound of the drive signal is close.

【0072】そして、同じ組内にて差動をとることで、
各差動信号Vab、Vcdにおいて大幅に駆動信号の回
り込みを低減することができるため、上記例では、検出
信号における駆動信号の回り込みを、本実施形態の方が
従来に比べて、約1/10程度まで低減できている。
Then, by taking the differential within the same group,
Since the sneak of the drive signal can be greatly reduced in each of the differential signals Vab and Vcd, in the above example, the sneak of the drive signal in the detection signal is reduced to about 1/10 in the present embodiment as compared with the related art. It has been reduced to the extent.

【0073】また、図1に示す例では、検出電極50a
〜50dは櫛歯形状であり、錘部30には、各検出電極
50a〜50dと噛み合うように配置されて対向する櫛
歯部36が形成された構成としているが、検出部形状
は、櫛歯形状に限定するものではない。
In the example shown in FIG. 1, the detection electrode 50a
To 50d have a comb-tooth shape, and the weight portion 30 has a configuration in which the comb-tooth portions 36 which are arranged so as to mesh with the respective detection electrodes 50a to 50d and are opposed to each other are formed. It is not limited to the shape.

【0074】しかし、検出電極50a〜50dと錘部3
0とが対向する検出部を、櫛歯形状のような複雑な形状
とした場合、その加工ばらつきが比較的大きく、第1の
検出電極50a、50bと第2の検出電極50c、50
dとで、駆動電極40からの距離や互いの形状のばらつ
きが大きくなりやすい。
However, the detection electrodes 50a to 50d and the weight 3
In the case where the detection unit opposing 0 has a complicated shape such as a comb shape, the processing variation is relatively large, and the first detection electrodes 50a, 50b and the second detection electrodes 50c, 50
With d, variations in the distance from the drive electrode 40 and the mutual shape are likely to increase.

【0075】すると、検出信号にノイズとして現れる駆
動信号の回り込みを十分にキャンセルすることが難しく
なるが、本実施形態によれば、上記電極部を用いた構成
を採用しているので、そのような問題を適切に防止する
ことができる。
Then, it is difficult to sufficiently cancel the wraparound of the drive signal appearing as noise in the detection signal. However, according to the present embodiment, such a configuration using the above-mentioned electrode portion is employed. Problems can be properly prevented.

【0076】また、本実施形態によれば、1個の電極部
に対して複数の櫛歯部を対向させているため、各櫛歯部
36及び各電極部50a〜50dにおけるx方向へのび
る櫛歯の長さを、上記図5に比べて短くしても、検出容
量を確保することができるため、各櫛歯のy方向への曲
げ剛性を高めることができる。そのため、y方向への振
動の際に、各櫛歯がたわんで付着してしまう現象(ステ
ィッキング)の発生を防止しやすくでき、好ましい。
Further, according to the present embodiment, since the plurality of comb-tooth portions are opposed to one electrode portion, the comb extending in the x direction in each of the comb-tooth portions 36 and each of the electrode portions 50a to 50d. Even if the length of the teeth is shorter than that in FIG. 5, the detection capacity can be ensured, so that the bending rigidity of each comb tooth in the y direction can be increased. Therefore, a phenomenon (sticking) in which each comb tooth bends and adheres during vibration in the y direction can be easily prevented, which is preferable.

【0077】(第2実施形態)図4は、本発明の第2実
施形態に係る角速度センサS2を示す平面図である。本
実施形態のセンサS2は、上記図1に示した角速度セン
サS1に比べて、錘部30(第1の可動部31)の櫛歯
部36及び検出電極(電極部)50a〜50dの形状を
変更したものであり、他の部分は同一である。
(Second Embodiment) FIG. 4 is a plan view showing an angular velocity sensor S2 according to a second embodiment of the present invention. The sensor S2 of the present embodiment is different from the angular velocity sensor S1 shown in FIG. 1 in that the shapes of the comb teeth 36 of the weight portion 30 (first movable portion 31) and the detection electrodes (electrode portions) 50a to 50d are different. It has been changed, and the other parts are the same.

【0078】上記図1に示すセンサS1では、第1の可
動部31におけるy方向の上下両端部に、各々3個の櫛
歯部36を設け、3個の櫛歯部36および基部20から
延びる2個の検出電極(電極部)50a〜50dを、櫛
歯部と検出電極とが交互に位置するように配置してい
る。
In the sensor S1 shown in FIG. 1, three comb teeth 36 are provided at both upper and lower ends in the y direction of the first movable part 31 and extend from the three comb teeth 36 and the base 20. The two detection electrodes (electrode portions) 50a to 50d are arranged so that the comb portions and the detection electrodes are alternately located.

【0079】それに対して、本実施形態では、図4に示
す様に、第1の可動部31におけるy方向の上下両端部
に、各々1個の櫛歯部36が設けられ、各1個の櫛歯部
36の左右両側に検出電極(電極部)50a〜50dが
1個ずつ対向して配置されている。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, one comb tooth portion 36 is provided at each of the upper and lower ends of the first movable portion 31 in the y direction. Detection electrodes (electrode portions) 50a to 50d are arranged on the left and right sides of the comb tooth portion 36 so as to face each other.

【0080】このような構成では、各櫛歯のy方向への
曲げ剛性を高める効果は、上記第1実施形態に比べて弱
くなるものの、それ以外は、上記第1実施形態と同様の
効果が得られる。
In such a configuration, the effect of increasing the bending rigidity of each comb tooth in the y direction is weaker than in the first embodiment, but otherwise, the same effect as in the first embodiment is obtained. can get.

【0081】(他の実施形態)なお、検出電極を構成す
る電極部は4個よりも多くても良く、さらには、4以上
の偶数個(6、8、10、……)に分割された電極部よ
り構成することが好ましい。それにより、複数個の電極
部のうち隣り合う電極部同士の組において信号の差動を
とる目的のために、電極部の数を過不足なく構成するこ
とができる。
(Other Embodiments) The number of electrode portions constituting the detection electrode may be more than four, and further divided into four or more even numbers (6, 8, 10,...). It is preferable to configure the electrode unit. Thus, the number of electrode portions can be configured without excess or deficiency for the purpose of obtaining a signal difference in a set of adjacent electrode portions among the plurality of electrode portions.

【0082】また、上記実施形態では、開口部14は矩
形状であったが、開口部14は矩形状でなくとも他の幾
何学的形状であっても良い。また、開口部14は、酸化
膜13及び第1シリコン基板11の厚み方向を貫通する
ものでなくとも良く、例えば、犠牲層エッチング等によ
り酸化膜13を除去し、第1シリコン基板11は残すこ
とにより凹部を形成し、当該凹部を開口部として構成し
ても良い。
In the above embodiment, the opening 14 has a rectangular shape, but the opening 14 may have another geometrical shape without being rectangular. The opening 14 does not have to penetrate the oxide film 13 and the thickness direction of the first silicon substrate 11. For example, the oxide film 13 is removed by sacrifice layer etching or the like, and the first silicon substrate 11 is left. To form a recess, and the recess may be configured as an opening.

【0083】また、本発明の角速度センサを構成する半
導体基板としては、上記SOI基板10に限定されな
い。
Further, the semiconductor substrate constituting the angular velocity sensor of the present invention is not limited to the above-mentioned SOI substrate 10.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る角速度センサを示
す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1中のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG.

【図3】図1に示す角速度センサの検出回路の構成を示
す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a detection circuit of the angular velocity sensor shown in FIG.

【図4】本発明の第2実施形態に係る角速度センサを示
す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing an angular velocity sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明者が試作した試作品としての角速度セン
サを示す概略平面図である。
FIG. 5 is a schematic plan view showing an angular velocity sensor as a prototype manufactured by the inventor.

【図6】図5に示す角速度センサの検出回路の構成を示
す説明図である。
6 is an explanatory diagram showing a configuration of a detection circuit of the angular velocity sensor shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12…第2シリコン基板、30…錘部、36…櫛歯部
(検出用櫛歯部)、40…駆動電極、50a〜50d…
検出電極(電極部)。
12 ... second silicon substrate, 30 ... weight part, 36 ... comb part (comb part for detection), 40 ... drive electrode, 50a-50d ...
Detection electrode (electrode part).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F105 BB03 CC04 CD03 CD05 CD11 CD13 4M112 AA02 BA07 CA03 CA04 CA05 CA13 DA03 EA03 EA06 EA11 FA01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F105 BB03 CC04 CD03 CD05 CD11 CD13 4M112 AA02 BA07 CA03 CA04 CA05 CA13 DA03 EA03 EA06 EA11 FA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板(12)に、第1の方向
(x)及びこの第1の方向と直交する第2の方向(y)
へ振動可能な錘部(30)と、 この錘部を前記第1の方向へ駆動振動させるために前記
錘部に周期的に変化する駆動信号を印加するための駆動
電極(40)と、 前記駆動振動のもと前記第1及び第2の方向と直交する
軸(z)回りに角速度が印加されたときに発生する前記
錘部の前記第2の方向への検出振動を、検出信号として
検出するための検出電極(50a、50b、50c、5
0d)と、が形成されてなる角速度センサにおいて、 前記検出電極は、4以上の複数個に分割された電極部よ
り構成され、 前記検出振動の際に、前記複数個の電極部のうち隣り合
う一組の電極部同士(50a、50b)の信号の差動を
とるとともに、隣り合う他の一組の電極部同士(50
c、50d)の信号の差動をとった後、前記一組の電極
部同士の差動信号と前記他の一組の電極部同士の差動信
号との差動をとることを特徴とする角速度センサ。
1. A first direction (x) and a second direction (y) orthogonal to the first direction are applied to a semiconductor substrate (12).
A weight portion (30) capable of vibrating in the first direction; a driving electrode (40) for applying a periodically changing drive signal to the weight portion so as to drive and vibrate the weight portion in the first direction; Detected vibration of the weight in the second direction generated when an angular velocity is applied around an axis (z) orthogonal to the first and second directions under driving vibration as a detection signal. Detection electrodes (50a, 50b, 50c, 5
0d), and wherein the detection electrode is composed of four or more divided electrode portions, and is adjacent to the plurality of electrode portions during the detection vibration. The signal of one set of electrode units (50a, 50b) is differentially determined, and the other set of adjacent electrode units (50a, 50b) is
c, 50d), the differential between the differential signal between the pair of electrode units and the differential signal between the other pair of electrode units is obtained. Angular velocity sensor.
【請求項2】 前記検出電極は、4以上の偶数個に分割
された電極部(50a〜50d)より構成されているこ
とを特徴とする請求項1に記載の角速度センサ。
2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the detection electrode includes four or more even-numbered electrode portions (50a to 50d).
【請求項3】 前記検出電極(50a〜50d)は櫛歯
形状であり、 前記錘部(30)には、前記検出電極と噛み合うように
配置されて対向する櫛歯部(36)が形成されているこ
とを特徴とする請求項1または2に記載の角速度セン
サ。
3. The detection electrode (50a to 50d) has a comb shape, and the weight portion (30) is formed with a comb tooth portion (36) arranged so as to mesh with the detection electrode and face the detection electrode. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein
【請求項4】 半導体基板(12)に、第1の方向
(x)及びこの第1の方向と直交する第2の方向(y)
へ振動可能な錘部(30)と、 この錘部を前記第1の方向へ駆動振動させるために前記
錘部に周期的に変化する駆動信号を印加するための駆動
電極(40)と、 前記駆動振動のもと前記第1及び第2の方向と直交する
軸(z)回りに角速度が印加されたときに発生する前記
錘部の前記第2の方向への検出振動を、検出信号として
検出するための検出電極(50a〜50d)と、が形成
されており、 前記検出電極は、前記錘部の異なる2箇所とそれぞれ対
向する第1の検出電極(50a、50b)と第2の検出
電極(50c、50d)とより構成され、 前記検出振動の際に、前記第1の検出電極と前記錘部と
の間の容量変化に基づく信号と前記第2の検出電極と前
記錘部との間の容量変化に基づく信号とを差動検出する
ことにより、前記検出信号を検出するようにした角速度
センサにおいて、 前記第1の検出電極及び前記第2の検出電極は、それぞ
れ複数個の電極部(50a〜50d)に分割されてお
り、 前記第1及び第2の検出電極のそれぞれにて、前記複数
個の電極部からの信号の差動をとった後、前記第1の検
出電極における差動信号と前記第2の検出電極における
差動信号との差動をとることを特徴とする角速度セン
サ。
4. A semiconductor substrate (12) having a first direction (x) and a second direction (y) orthogonal to the first direction.
A weight portion (30) capable of vibrating in the first direction; a driving electrode (40) for applying a periodically changing drive signal to the weight portion so as to drive and vibrate the weight portion in the first direction; Detected vibration of the weight in the second direction generated when an angular velocity is applied around an axis (z) orthogonal to the first and second directions under driving vibration as a detection signal. Detection electrodes (50a to 50d) for performing the operation, the first detection electrodes (50a, 50b) and the second detection electrodes respectively facing the two different portions of the weight portion. (50c, 50d), a signal based on a change in capacitance between the first detection electrode and the weight, and a signal between the second detection electrode and the weight during the detection vibration. Differential detection of a signal based on a change in capacitance of In the angular velocity sensor configured to detect a signal, the first detection electrode and the second detection electrode are each divided into a plurality of electrode units (50a to 50d), and the first and second detection electrodes After taking the differential of the signals from the plurality of electrode portions at each of the detection electrodes, the differential between the differential signal at the first detection electrode and the differential signal at the second detection electrode is calculated. An angular velocity sensor characterized in that:
【請求項5】 前記第1の検出電極(50a、50b)
および前記第2の検出電極(50c、50d)は櫛歯形
状であり、 前記錘部(30)には、前記第1の検出電極及び前記第
2の検出電極のそれぞれと噛み合うように配置されて対
向する櫛歯部(36)が形成されていることを特徴とす
る請求項4に記載の角速度センサ。
5. The first detection electrode (50a, 50b)
And the second detection electrode (50c, 50d) has a comb shape, and is disposed on the weight portion (30) so as to mesh with each of the first detection electrode and the second detection electrode. The angular velocity sensor according to claim 4, wherein opposing comb teeth (36) are formed.
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