JP2008128879A

JP2008128879A - Angular velocity sensor

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Publication number: JP2008128879A
Application number: JP2006315521A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Shoda; 光男鎗田; Takeshi Uchiyama; 武内山
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-06-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angular velocity sensor that can be readily miniaturized. <P>SOLUTION: The angular velocity sensor includes a movable section structure 1, having a frame 11, a beam 12, a weight 13, and a post structure 14; and an upper glass substrate 2 and a lower glass substrate 3, arranged so as to sandwich the movable section structure 1. A drive electrode 31 is provided on a surface facing the weight 13 on the lower glass substrate 3, and by causing static electricity to act between the drive electrode 31 and the weight 13, the weight 13 is made to vibrate. Detection electrodes 21-25 are provided on a surface, facing the weight 13 on the upper glass substrate 2, thus detecting changes in an attitude of the weight 13, based on the change in the capacitance between the detection electrodes 21-25 and the weight 13. In one embodiment, a region forming a structure for leading the potential of each electrode to the outside can be reduced, by decreasing the number of electrodes provided at the sensor, thus realizing miniaturization of the sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、錘の姿勢変化に基づいて作用する角速度を検出する角速度センサに関する。 The present invention relates to an angular velocity sensor that detects an angular velocity acting based on a posture change of a weight.

ビデオカメラの手ぶれ補正装置や車載用のエアバッグ装置、ロボットの姿勢制御装置などの広い分野において、物体に作用する力学量を検出するための力学量センサが用いられている。
力学量センサの１つに、物体の回転運動、即ち角速度を検出するジャイロと呼ばれる角速度センサがある。
ジャイロは、取り付け部位や回転の中心位置に関わらず作用する角速度を検出することができるセンサである。ジャイロは、その動作原理の違いによりいくつかの種類に分類され、振動体を用いたものは、振動式角速度センサと呼ばれている。 In a wide range of fields such as a camera shake correction device for a video camera, an in-vehicle airbag device, and a posture control device for a robot, a mechanical amount sensor for detecting a mechanical amount acting on an object is used.
One of the mechanical quantity sensors is an angular velocity sensor called a gyro that detects the rotational motion of an object, that is, the angular velocity.
The gyro is a sensor that can detect the angular velocity that acts regardless of the attachment site and the center position of rotation. The gyro is classified into several types depending on the difference in operating principle, and a gyro using a vibrating body is called a vibrating angular velocity sensor.

振動式角速度センサ（以下、角速度センサとする）は、可撓性を有する部材に支持された錘体を一定の周期で振動させ、発生するコリオリ力を検出することによって作用する角速度を検出する。
詳しくは、質量ｍの錘をｚ軸方向に速度ｖで振動させた状態で、ｘ軸またはｙ軸周りに角速度Ωが働くと、錘の中心部には、“Ｆ＝２ｍｖΩ”のコリオリ力Ｆが発生する。
そして、発生するコリオリ力Ｆの作用によりねじれが生じるため、錘は、振動方向と直交する面に対して傾く。
角速度センサは、この錘の傾きの方向、傾き量を検出し、これらの検出された値に基づいて錘に作用する角速度を算出する。 A vibration type angular velocity sensor (hereinafter referred to as an angular velocity sensor) detects an angular velocity acting by vibrating a weight body supported by a flexible member at a constant period and detecting a generated Coriolis force.
More specifically, when an angular velocity Ω acts around the x-axis or y-axis in a state where a mass m is vibrated at a velocity v in the z-axis direction, a Coriolis force F of “F = 2 mvΩ” is applied to the center of the mass. Occurs.
And since a twist arises by the effect | action of the generated Coriolis force F, a weight inclines with respect to the surface orthogonal to a vibration direction.
The angular velocity sensor detects the direction and amount of inclination of the weight, and calculates the angular speed acting on the weight based on these detected values.

このような角速度センサにおいて、錘の傾きの方向や傾き量、即ち錘の姿勢変化を検出する方法の１つに、下記の非特許文献に提案されているような、おもりと検出電極間の静電容量の変化量を測定するものがある。このような角速度センサを静電容量検出型角速度センサという。
「ＳＯＩウェハを用いた多軸モーションセンサの基本特性」平成１６年度電気学会全国大会講演論文集、ｐ１９８ In such an angular velocity sensor, one of the methods for detecting the direction and amount of the inclination of the weight, that is, the posture change of the weight, as proposed in the following non-patent document, is the static between the weight and the detection electrode. Some measure the amount of change in capacitance. Such an angular velocity sensor is called a capacitance detection type angular velocity sensor.
"Basic characteristics of multi-axis motion sensors using SOI wafers" Proceedings of the 2004 Annual Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan, p198

図５は、非特許文献１に示されている５軸モーションセンサの３次元構造と電極配置を示した図である。
図５に示すように、非特許文献１に示されている５軸モーションセンサは、３枚の基板から構成され、中段の基板に錘（Ｓｉおもり）が形成されている。
非特許文献１に示されている５軸モーションセンサでは、１８０°位相をずらした駆動波形（駆動信号）を上段および下段のガラス基板に設けられた駆動電極に印加することによって、錘を上下方向（一次振動方向）に振動させている。
そして、上段および下段のガラス基板にそれぞれ４個ずつ設けられた検出電極、即ち、８個の検出電極を用いて、錘の姿勢変化の検出を行うように構成されている。 FIG. 5 is a diagram showing a three-dimensional structure and electrode arrangement of the 5-axis motion sensor shown in Non-Patent Document 1.
As shown in FIG. 5, the 5-axis motion sensor shown in Non-Patent Document 1 is composed of three substrates, and a weight (Si weight) is formed on the middle substrate.
In the 5-axis motion sensor shown in Non-Patent Document 1, the weight is moved in the vertical direction by applying a drive waveform (drive signal) shifted in phase by 180 ° to the drive electrodes provided on the upper and lower glass substrates. It vibrates in the (primary vibration direction).
And it is comprised so that the attitude | position change of a weight may be detected using the four detection electrodes each provided in the glass substrate of the upper stage and the lower stage, ie, eight detection electrodes.

上述したように非特許文献１に記載のセンサでは、上段および下段のガラス基板に計１０個もの電極が設けられている。そのため、各電極の電位をセンサの外部へ引き出すためのスルーホールやポスト構造（Ｓｉ電極）も少なくとも１０個は必要となる。
このように、非特許文献１に記載のセンサでは、多くのスルーホールやポスト構造を設けなければならないため、センサの小型化を図ることが困難であった。
そこで本発明は、容易に小型化を図ることができる角速度センサを提供することを目的とする。 As described above, in the sensor described in Non-Patent Document 1, as many as ten electrodes are provided on the upper and lower glass substrates. For this reason, at least 10 through holes and post structures (Si electrodes) for extracting the potential of each electrode to the outside of the sensor are required.
Thus, in the sensor described in Non-Patent Document 1, it is difficult to reduce the size of the sensor because many through holes and post structures must be provided.
Therefore, an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor that can be easily downsized.

請求項１記載の発明では、中空部を有するフレームと、錘と、前記フレームに一端が固定され、前記中空部で前記錘を支持する梁と、前記フレームに固定されて前記中空部を密閉する１対の基板と、前記錘と対向して前記基板に配置された検出電極と、前記錘と対向して前記基板に配置された駆動電極と、前記駆動電極と前記錘の間に静電力を作用させることにより、前記錘を振動させる駆動手段と、前記検出電極で検出される前記錘との間の静電容量の変化に基づいて、角速度を検出する角速度検出手段とを備え、一方の基板には前記検出電極と駆動電極のうちの検出電極のみが配置され、他方の基板には前記検出電極と駆動電極のうちの駆動電極のみが配置されていることにより前記目的を達成する。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の角速度センサにおいて、前記駆動電極の面積は、前記錘における前記駆動電極との対向面の面積以上であることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の角速度センサにおいて、前記フレームの中空部は、方形の内周面により形成され、前記検出電極または前記駆動電極の配線用に前記基板に形成された複数の貫通孔と、前記フレームの内周面のうちの２つの面に沿って配列された、前記貫通孔を封止する複数のポスト構造と、を備えたことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a frame having a hollow portion, a weight, one end fixed to the frame, a beam supporting the weight by the hollow portion, and a frame fixed to the frame to seal the hollow portion. A pair of substrates; a detection electrode disposed on the substrate opposite the weight; a drive electrode disposed on the substrate opposite the weight; and an electrostatic force between the drive electrode and the weight One substrate includes a driving unit that vibrates the weight by acting, and an angular velocity detection unit that detects an angular velocity based on a change in electrostatic capacitance between the weight detected by the detection electrode. In this case, only the detection electrode of the detection electrode and the drive electrode is disposed, and only the drive electrode of the detection electrode and the drive electrode is disposed on the other substrate.
According to a second aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first aspect, the area of the drive electrode is equal to or larger than the area of the surface of the weight facing the drive electrode.
According to a third aspect of the present invention, in the angular velocity sensor according to the first or second aspect, the hollow portion of the frame is formed by a rectangular inner peripheral surface, and the substrate is used for wiring of the detection electrode or the drive electrode. And a plurality of post structures that are arranged along two of the inner peripheral surfaces of the frame and seal the through-holes. .

本発明によれば、フレームの中空部を密封する一方の基板にのみ駆動電極を設け、他方の基板にのみ検出電極を設けることにより、配設される電極数の低減化を図ることができる。これにより、各電極の電位をセンサの外部へ引き出すための構造物を形成する領域の縮小化を図ることがきるため、角速度センサの小型化を実現させることができる。 According to the present invention, the number of electrodes disposed can be reduced by providing the drive electrode only on one substrate that seals the hollow portion of the frame and providing the detection electrode only on the other substrate. As a result, it is possible to reduce the area in which the structure for drawing the potential of each electrode to the outside of the sensor is formed, and thus the angular velocity sensor can be reduced in size.

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
物体に働く角速度を、梁１２で支持された錘１３（質量体）の姿勢変化に基づいて検出する角速度センサである。
角速度センサは、フレーム１１、梁１２、錘１３、ポスト構造１４を有する可動部構造体１と、可動部構造体１を挟み込むように配設された上部ガラス基板２および下部ガラス基板３から構成される。
錘１３の周部には、錘１３を可動状態に保持するための可動ギャップ（可動隙間）が設けられている。上部ガラス基板２および下部ガラス基板３は、可動ギャップを封止するようにフレーム１１に固定されている。
下部ガラス基板３には、錘１３と対向する面に駆動電極３１が設けられている。そして、角速度センサは、駆動電極３１と錘１３との間に静電力を作用させることにより、錘１３を振動させる。
なお、駆動電極３１の電位は、ポスト構造１４を介して上部ガラス基板２のビアホール４１ｃからセンサ部の外に設けられている制御部へ引き出される。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
(1) Outline of Embodiment An angular velocity sensor that detects an angular velocity acting on an object based on a change in posture of a weight 13 (mass body) supported by a beam 12.
The angular velocity sensor includes a movable part structure 1 having a frame 11, a beam 12, a weight 13, and a post structure 14, and an upper glass substrate 2 and a lower glass substrate 3 disposed so as to sandwich the movable part structure 1. The
A movable gap (movable gap) for holding the weight 13 in a movable state is provided on the periphery of the weight 13. The upper glass substrate 2 and the lower glass substrate 3 are fixed to the frame 11 so as to seal the movable gap.
The lower glass substrate 3 is provided with a drive electrode 31 on the surface facing the weight 13. The angular velocity sensor vibrates the weight 13 by applying an electrostatic force between the drive electrode 31 and the weight 13.
The potential of the drive electrode 31 is drawn from the via hole 41c of the upper glass substrate 2 through the post structure 14 to the control unit provided outside the sensor unit.

上部ガラス基板２には、錘１３と対向する面に検出電極２１〜２５が設けられている。そして、角速度センサは、検出電極２１〜２５と錘１３との間の静電容量の変化、即ち、検出電極２１〜２５と錘１３との間隔（ギャップ長）の変化に基づいて錘１３の姿勢変化を検出する。
検出電極２１〜２５の電位もまた、上部ガラス基板２に設けられたビアホール２６ｂ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇを介して、制御部へ引き出される。
また、錘１３の電位は、フレーム１１からポスト構造１４ａ、ビアホール４１ａを介して、制御部へ引き出される。
なお、ポスト構造１４は、ビアホール４１ａ〜ｈの貫通孔（スルーホール）を封止する機能を有している。 The upper glass substrate 2 is provided with detection electrodes 21 to 25 on the surface facing the weight 13. Then, the angular velocity sensor detects the posture of the weight 13 based on a change in electrostatic capacitance between the detection electrodes 21 to 25 and the weight 13, that is, a change in an interval (gap length) between the detection electrodes 21 to 25 and the weight 13. Detect changes.
The potentials of the detection electrodes 21 to 25 are also drawn out to the control unit through the via holes 26b, 26d, 26e, 26f, and 26g provided in the upper glass substrate 2.
The potential of the weight 13 is drawn from the frame 11 to the control unit through the post structure 14a and the via hole 41a.
The post structure 14 has a function of sealing the through holes (through holes) of the via holes 41a to 41h.

本実施の形態では、上部ガラス基板２にのみ検出電極２１〜２５を配設し、下部ガラス基板３にのみ駆動電極３１を配設するように構成されている。
そのため、錘１３を１つの駆動電極３１で振動させることができるため、従来のように極性を反転させる回路が不要となる。
駆動電極３１の形成領域が、従来のように他の電極（検出電極など）によって制限されないため、駆動電極３１の有効面積を拡大することができる。
また、センサ部に設ける電極数を減らすことにより各電極の電位をセンサの外部へ引き出すための構造物（ポスト構造など）を形成する領域の縮小化を図ることがきるため、角速度センサの小型化を実現させることができる。 In the present embodiment, the detection electrodes 21 to 25 are provided only on the upper glass substrate 2, and the drive electrodes 31 are provided only on the lower glass substrate 3.
Therefore, since the weight 13 can be vibrated by one drive electrode 31, a circuit for reversing the polarity as in the prior art becomes unnecessary.
Since the formation region of the drive electrode 31 is not limited by another electrode (such as a detection electrode) as in the prior art, the effective area of the drive electrode 31 can be expanded.
Also, by reducing the number of electrodes provided in the sensor section, the area for forming a structure (post structure, etc.) for drawing out the potential of each electrode to the outside of the sensor can be reduced. Can be realized.

（２）実施形態の詳細
本実施の形態に係る角速度センサは、可動部の姿勢変化を電気信号として検出するセンサ部と、検出された電気信号を処理する信号処理部（制御部）を備えている。
図１は、本実施の形態に係る角速度センサにおけるセンサ部の概略構造を示した斜視図である。
なお、図１では、角速度センサの構造をわかりやすく表現するために、各層の構造を離して表現しているが、実際は、各層が積層した状態で構成されている。
図１に示すように、角速度センサは、可動部構造体１が上部ガラス基板２および下部ガラス基板３によって上下方向から挟み込まれた３層構造となっている。
角速度センサを構成する基板における各層の積層方向と同一方向を上下方向、即ちｚ軸（方向）と定義する。そして、このｚ軸と直交し、かつ互いの軸と直交する軸をｘ軸（方向）およびｙ軸（方向）と定義する。つまり、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、それぞれ互いに直交する３軸となる。 (2) Details of Embodiment An angular velocity sensor according to the present embodiment includes a sensor unit that detects a change in posture of the movable unit as an electrical signal, and a signal processing unit (control unit) that processes the detected electrical signal. Yes.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of a sensor unit in the angular velocity sensor according to the present embodiment.
In FIG. 1, in order to express the structure of the angular velocity sensor in an easy-to-understand manner, the structure of each layer is shown separately, but in actuality, each layer is configured in a stacked state.
As shown in FIG. 1, the angular velocity sensor has a three-layer structure in which a movable part structure 1 is sandwiched from above and below by an upper glass substrate 2 and a lower glass substrate 3.
The same direction as the stacking direction of the layers in the substrate constituting the angular velocity sensor is defined as the vertical direction, that is, the z-axis (direction). The axes orthogonal to the z-axis and orthogonal to each other are defined as an x-axis (direction) and a y-axis (direction). That is, the x axis, the y axis, and the z axis are three axes that are orthogonal to each other.

図２（ａ）は、可動部構造体１を上部ガラス基板２側から見た平面図を示す。
図に示すように、可動部構造体１は、半導体基板（詳しくはシリコン基板）をエッチングすることによって形成されたフレーム１１、梁１２、錘１３およびポスト構造１４ａ〜ｈにより構成されている。
可動部構造体１を形成するための半導体基板の加工は、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を用いて行う。例えば、プラズマによる深いトレンチエッチングを施すＤ−ＲＩＥ（ディープ−リアクティブ・イオン・エッチング）技術を利用して行う。 FIG. 2A shows a plan view of the movable part structure 1 as viewed from the upper glass substrate 2 side.
As shown in the figure, the movable part structure 1 includes a frame 11, a beam 12, a weight 13, and post structures 14a to 14h formed by etching a semiconductor substrate (specifically, a silicon substrate).
Processing of the semiconductor substrate for forming the movable part structure 1 is performed using a MEMS (micro electro mechanical system) technique. For example, a D-RIE (Deep-Reactive Ion Etching) technique for performing deep trench etching with plasma is used.

フレーム１１は、錘１３を囲むように可動部構造体１の周縁部に設けられた固定部であり、可動部構造体１の枠組みを構成する。
フレーム１１は、４つの周壁から構成され、対面（対向）する周壁同士が平行に配置されている。フレーム１１は、相隣る周壁面が全て直角に交わる中空直方体であり、その内部（内側）に設けられた中空部に錘１３が配置されている。
梁１２は、錘１３の中心から放射方向に（フレーム１１の方向に）十字方向に延びる４つの帯状の薄部材であり、可撓性を有している。
錘１３は、中央部に位置する角柱状の錘部１３０、この錘部１３０の４隅にそれぞれバランスを保って配設された角柱状の錘部１３１〜１３４から構成されている。なお、錘部１３０〜１３４は、連続した固体として一体に形成されている。
錘１３は、４つの梁１２によってフレーム１１に固定された質量体である。錘１３は、梁１２の作用によって、外部から加わる力により振動させたり、捩れる動きが可能となっている。錘１３は、導電性を有し、その側面は可動電極として機能する。 The frame 11 is a fixed part provided on the peripheral edge of the movable part structure 1 so as to surround the weight 13, and constitutes the framework of the movable part structure 1.
The frame 11 is composed of four peripheral walls, and the peripheral walls facing each other are arranged in parallel. The frame 11 is a hollow rectangular parallelepiped in which adjacent peripheral wall surfaces intersect at right angles, and a weight 13 is disposed in a hollow portion provided inside (inside) the frame 11.
The beams 12 are four strip-shaped thin members extending in the cross direction in the radial direction (in the direction of the frame 11) from the center of the weight 13, and have flexibility.
The weight 13 is composed of a prismatic weight portion 130 located at the center, and prismatic weight portions 131 to 134 that are arranged at four corners of the weight portion 130 in a balanced manner. The weight portions 130 to 134 are integrally formed as a continuous solid.
The weight 13 is a mass body fixed to the frame 11 by four beams 12. The weight 13 can be vibrated or twisted by the force applied from the outside by the action of the beam 12. The weight 13 has conductivity, and its side surface functions as a movable electrode.

ポスト構造１４ａ〜ｈは、フレーム１１の中空部に配設された角柱状の部材であり、フレーム１１を構成する周壁の１辺に沿ってポスト構造１４ａ〜ｄが配列されている。
そして、ポスト構造１４ａ〜ｄが配列されている周壁と対面（対向）する周壁に沿って、ポスト構造１４ｅ〜ｈが配列されている。
ポスト構造１４の両端面（両端部）は、それぞれ上部ガラス基板２および下部ガラス基板３と接合されている。
なお、ポスト構造１４ａ〜ｈは、フレーム１１、梁１２および錘１３と同様に半導体基板をエッチングすることによって形成するようにしても、また、別部材を用いて形成するようにしてもよい。 The post structures 14 a to 14 h are prismatic members disposed in the hollow portion of the frame 11, and the post structures 14 a to 14 d are arranged along one side of the peripheral wall constituting the frame 11.
The post structures 14e to 14h are arranged along the peripheral wall that faces (opposes) the peripheral wall on which the post structures 14a to 14d are arranged.
Both end surfaces (both end portions) of the post structure 14 are joined to the upper glass substrate 2 and the lower glass substrate 3, respectively.
The post structures 14a to 14h may be formed by etching the semiconductor substrate similarly to the frame 11, the beam 12, and the weight 13, or may be formed using another member.

図１に示すように、下部ガラス基板３の上面（可動部構造体１との対向面）には、錘１３と対向する部位に方形の駆動電極３１が設けられている。
また、下部ガラス基板３には、この駆動電極３１電位を角速度センサの外部に取り出す（引き出す）ための中継部として機能する電極パッド３２が設けられている。
ポスト構造１４ｃは、電極パッド３２と電気的にコンタクトをとった状態で下部ガラス基板３と接合されている。
なお、駆動電極３１と電極パッド３２とは、導電パターンによって接続されている。 As shown in FIG. 1, a rectangular driving electrode 31 is provided on the upper surface of the lower glass substrate 3 (the surface facing the movable part structure 1) at a portion facing the weight 13.
The lower glass substrate 3 is provided with an electrode pad 32 that functions as a relay portion for taking out (drawing out) the potential of the drive electrode 31 to the outside of the angular velocity sensor.
The post structure 14c is bonded to the lower glass substrate 3 in an electrical contact with the electrode pad 32.
The drive electrode 31 and the electrode pad 32 are connected by a conductive pattern.

図２（ｂ）は、上部ガラス基板２の下面部を示した平面図である。
なお、図２（ｂ）は、説明の煩雑化を避けるため、上部ガラス基板２の外側（上面側）から見た透過図を示す。
図２（ｂ）に示すように、上部ガラス基板２の下面（可動部構造体１との対向面）には、錘部１３１と対向する部位に検出電極２１、錘部１３２と対向する部位に検出電極２２、錘部１３３と対向する部位に検出電極２３、錘部１３４と対向する部位に検出電極２４が設けられている。
さらに、上部ガラス基板２の下面には、錘部１３０と対向する部位を中心として十字方向に延びる検出電極２５が設けられている。 FIG. 2B is a plan view showing the lower surface portion of the upper glass substrate 2.
Note that FIG. 2B is a transmission diagram seen from the outside (upper surface side) of the upper glass substrate 2 in order to avoid complication of the explanation.
As shown in FIG. 2 (b), on the lower surface of the upper glass substrate 2 (the surface facing the movable part structure 1), the part facing the weight part 131 is located on the part facing the weight part 132. The detection electrode 23 is provided in a portion facing the detection electrode 22 and the weight portion 133, and the detection electrode 24 is provided in a portion facing the weight portion 134.
Further, the lower electrode of the upper glass substrate 2 is provided with a detection electrode 25 extending in a cross direction with a portion facing the weight portion 130 as a center.

また、上部ガラス基板２には、これらの検出電極２１〜２５の電位、フレーム１１の電位、駆動電極３１の電位を角速度センサの外部に取り出すための中継部として機能する電極パッド２６ａ〜ｈが設けられている。
電極パッド２６ａおよび電極パッド２６ｈは、上部ガラス基板２と可動部構造体１を接合した状態において、フレーム１１の一部と電気的に接続（導通）するように構成されている。即ち、電極パッド２６ａおよび電極パッド２６ｈは、フレーム１１との接合領域に渡って形成されている。
ポスト構造１４ａ〜ｈは、電極パッド２６ａ〜ｈと電気的にコンタクトをとった状態で上部ガラス基板２と接合されている。
なお、検出電極２１と電極パッド２６ｂ、検出電極２２と電極パッド２６ｄ、検出電極２３と電極パッド２６ｅ、検出電極２４と電極パッド２６ｇ、検出電極２５と電極パッド２６ｆは、それぞれ導電パターンによって接続されている。 Further, the upper glass substrate 2 is provided with electrode pads 26a to 26h that function as relay portions for taking out the potential of the detection electrodes 21 to 25, the potential of the frame 11, and the potential of the drive electrode 31 to the outside of the angular velocity sensor. It has been.
The electrode pad 26a and the electrode pad 26h are configured to be electrically connected (conductive) to a part of the frame 11 in a state where the upper glass substrate 2 and the movable part structure 1 are joined. That is, the electrode pad 26 a and the electrode pad 26 h are formed over the bonding area with the frame 11.
The post structures 14a to 14h are joined to the upper glass substrate 2 in a state of being in electrical contact with the electrode pads 26a to 26h.
The detection electrode 21 and the electrode pad 26b, the detection electrode 22 and the electrode pad 26d, the detection electrode 23 and the electrode pad 26e, the detection electrode 24 and the electrode pad 26g, and the detection electrode 25 and the electrode pad 26f are connected by a conductive pattern, respectively. Yes.

また、図１に示すように、上部ガラス基板２には、センサ部の信号を外部へ引き出すためのビアホール（Ｖｉａ−ｈｏｌｅ）４１ａ〜ｈが設けられている。
ビアホール４１ａ、４１ｈは、それぞれ電極パッド２６ａ、２６ｈを介して、錘１３の電位を角速度センサの外部に取り出す引き出し電極である。
ビアホール４１ｂ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｇは、それぞれ電極パッド２６ｂ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｇを介して、検出電極２１〜２４の電位を角速度センサの外部に取り出す引き出し電極である。
ビアホール４１ｃは、電極パッド２６ｃ、ポスト構造１４ｃ、電極パッド３２を介して、駆動電極３１の電位を角速度センサの外部に取り出す引き出し電極である。
ビアホール４１ｆは、電極パッド２６ｆを介して、検出電極２５の電位を角速度センサの外部に取り出す引き出し電極である。 As shown in FIG. 1, the upper glass substrate 2 is provided with via holes (via-holes) 41 a to 41 h for extracting signals from the sensor unit to the outside.
The via holes 41a and 41h are lead electrodes that take out the potential of the weight 13 to the outside of the angular velocity sensor through the electrode pads 26a and 26h, respectively.
The via holes 41b, 41d, 41e, and 41g are extraction electrodes that extract the potentials of the detection electrodes 21 to 24 to the outside of the angular velocity sensor through the electrode pads 26b, 26d, 26e, and 26g, respectively.
The via hole 41c is a lead electrode that takes out the potential of the drive electrode 31 to the outside of the angular velocity sensor through the electrode pad 26c, the post structure 14c, and the electrode pad 32.
The via hole 41f is a lead electrode that takes out the potential of the detection electrode 25 to the outside of the angular velocity sensor through the electrode pad 26f.

図３（ａ）は、図２（ａ）に示すＡ−Ａ部におけるセンサ部の断面を示した図である。
図に示すように、ビアホール４１ｃは、上部ガラス基板２上の電極パッド２６ｃの配設部分に設けられたスルーホールと、スルーホールの内壁および底面に沿って形成された導電膜によって構成されている。なお、他のビアホールも同様の構成を有している。
スルーホールは、上部ガラス基板２の外側から内側に向かって、即ち、電極パッド２６ｃの配置面に向かって開口面積が小径となるテーパー形状の貫通孔である。
また、スルーホール内部に設けられた導電膜は、可動部構造体１（ポスト構造１４ｃ）と上部ガラス基板２を接合した際に、確実に電極パッド２６ｃと電気的コンタクト（導通）がとれるように構成されている。 Fig.3 (a) is the figure which showed the cross section of the sensor part in the AA part shown to Fig.2 (a).
As shown in the figure, the via hole 41c is constituted by a through hole provided in an arrangement portion of the electrode pad 26c on the upper glass substrate 2, and a conductive film formed along the inner wall and the bottom surface of the through hole. . The other via holes have the same configuration.
The through hole is a tapered through hole having an opening area with a small diameter from the outer side to the inner side of the upper glass substrate 2, that is, toward the arrangement surface of the electrode pad 26c.
In addition, the conductive film provided in the through hole ensures electrical contact (conduction) with the electrode pad 26c when the movable part structure 1 (post structure 14c) and the upper glass substrate 2 are joined. It is configured.

また、図３（ａ）に示すように、梁１２および錘１３の上面（上部ガラス基板２との対向面）と上部ガラス基板２との間には、錘１３を可動にするための可動隙間１８が形成されている。上部ガラス基板２は、この可動隙間１８を封止するように接合されている。
梁１２の下面（下部ガラス基板３との対向面）および錘１３の底面即ち下面（下部ガラス基板３との対向面）と下部ガラス基板３との間、さらに錘１３の周部においても、錘１３を可動にするための可動隙間１９が形成されている。下部ガラス基板３は、この可動隙間１９を封止するように接合されている。
なお、可動隙間１８、１９は、より真空に近い状態となっている。このように、センサ部内を真空状態とすることにより、錘１３が動作する際の空気抵抗を低減することができ、角速度センサの検出感度（検出精度）を向上させることができる。 Further, as shown in FIG. 3A, a movable gap for making the weight 13 movable between the upper surface of the beam 12 and the weight 13 (the surface facing the upper glass substrate 2) and the upper glass substrate 2. 18 is formed. The upper glass substrate 2 is bonded so as to seal the movable gap 18.
A weight is also provided between the lower surface of the beam 12 (the surface facing the lower glass substrate 3) and the bottom surface of the weight 13, that is, the lower surface (the surface facing the lower glass substrate 3) and the lower glass substrate 3, and also at the periphery of the weight 13. A movable gap 19 for making 13 movable is formed. The lower glass substrate 3 is bonded so as to seal the movable gap 19.
The movable gaps 18 and 19 are in a state closer to a vacuum. Thus, by making the inside of a sensor part into a vacuum state, the air resistance at the time of the weight 13 operating can be reduced, and the detection sensitivity (detection accuracy) of an angular velocity sensor can be improved.

また、本実施の形態に係る角速度センサでは、シリコン基板を用いて可動部構造体１を形成しているが、可動部構造体１の形成部材はこれに限られるものではない。例えば、シリコン基板の中間層に酸化膜を埋め込んだＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板を用いて形成してもよい。
ＳＯＩ基板を利用した場合、中間の酸化膜層が梁１２や錘１３を加工する際のエッチング処理において、エッチング遮断層（ストップ層）として機能するため、厚み方向に対する加工精度を向上させることができる。
なお、ＳＯＩ基板を用いて可動部構造体１を形成する場合には、ＳＯＩ基板における支持層を用いて錘１３を形成し、一方の活性層を用いて梁１２を形成する。 In the angular velocity sensor according to the present embodiment, the movable part structure 1 is formed using a silicon substrate, but the forming member of the movable part structure 1 is not limited to this. For example, an SOI (silicon on insulator) substrate in which an oxide film is embedded in an intermediate layer of a silicon substrate may be used.
When the SOI substrate is used, the intermediate oxide film layer functions as an etching blocking layer (stop layer) in the etching process when the beam 12 and the weight 13 are processed, so that the processing accuracy in the thickness direction can be improved. .
When the movable part structure 1 is formed using an SOI substrate, the weight 13 is formed using a support layer in the SOI substrate, and the beam 12 is formed using one active layer.

本実施の形態に係る角速度センサでは、上部ガラス基板２とフレーム１１、および、下部ガラス基板３とフレーム１１は、それぞれ陽極接合によって接合されている。
陽極接合とは、ガラス基板（上部ガラス基板２、下部ガラス基板３）側に陰極電圧を与え、ガラス−シリコン間の静電引力を利用して接合する接合方法である。
なお、ガラス基板と可動部構造体１との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、接合面に金属を積層させて接合する共晶接合等を用いるようにしてもよい。 In the angular velocity sensor according to the present embodiment, the upper glass substrate 2 and the frame 11 and the lower glass substrate 3 and the frame 11 are bonded by anodic bonding, respectively.
The anodic bonding is a bonding method in which a cathode voltage is applied to the glass substrate (upper glass substrate 2, lower glass substrate 3) side and bonding is performed using electrostatic attraction between glass and silicon.
In addition, the joining method of a glass substrate and the movable part structure 1 is not limited to anodic bonding. For example, eutectic bonding in which metals are laminated on the bonding surface and bonded may be used.

このような陽極接合や共晶接合等を用いてフレーム１１と下部ガラス基板３を接合する際には、位置合わせの誤差の範囲（アライメント精度の範囲）において、接合位置がずれる可能性がある。
図４（ａ）は、従来の角速度センサにおける、基板接合時の位置ずれが生じた際の駆動電極３１’と錘１３’との位置関係を示した図である。
また、図４（ｂ）は、本実施の形態に係る角速度センサにおける、基板接合時の位置ずれが生じた際の駆動電極３１’と錘１３との位置関係を示した図である。 When the frame 11 and the lower glass substrate 3 are bonded using such anodic bonding, eutectic bonding, or the like, the bonding position may be shifted in the range of alignment error (range of alignment accuracy).
FIG. 4A is a diagram showing the positional relationship between the drive electrode 31 ′ and the weight 13 ′ when a positional deviation occurs during substrate bonding in a conventional angular velocity sensor.
FIG. 4B is a diagram showing the positional relationship between the drive electrode 31 ′ and the weight 13 when a positional shift occurs during substrate bonding in the angular velocity sensor according to the present embodiment.

図４（ａ）に示すように、上述した非特許文献１で提案されているような従来の角速度センサでは、駆動電極３１’と検出電極２１’〜２４’を片側の基板上に混在させているため、駆動電極３１’の面積、即ち、錘１３’の振動駆動に有効な電極の面積を広く確保することができなかった。
そのため、従来の角速度センサでは、基板接合時の位置ずれ（アライメントずれ）、即ち錘１３’と駆動電極３１’との対向ずれが生じた場合、図４（ａ）に示すように、錘１３’と有効な駆動電極３１’との間でバランスをとることができなくなる。これにより、適切な状態で錘１３’を振動させることができず、結果として、角速度センサの精度が低下してしまうおそれがあった。 As shown in FIG. 4A, in the conventional angular velocity sensor as proposed in Non-Patent Document 1 described above, the drive electrode 31 ′ and the detection electrodes 21 ′ to 24 ′ are mixed on the substrate on one side. Therefore, the area of the drive electrode 31 ′, that is, the area of the electrode effective for the vibration drive of the weight 13 ′ cannot be secured widely.
Therefore, in the conventional angular velocity sensor, when a positional deviation (alignment deviation) at the time of substrate bonding, that is, a deviation of the counterweight between the weight 13 ′ and the drive electrode 31 ′ occurs, as shown in FIG. And effective drive electrode 31 'cannot be balanced. As a result, the weight 13 ′ cannot be vibrated in an appropriate state, and as a result, the accuracy of the angular velocity sensor may be reduced.

一方、本実施の形態に係る角速度センサでは、検出電極２１〜２５と、駆動電極３１とを異なる基板上に設けることにより、駆動電極３１の形状やサイズが、従来のように、検出電極２１〜２５による制限を受けることがない。そのため、駆動電極３１を従来のものより大きく（広く）設けることが可能となる。
これにより、図４（ｂ）に示すように、基板接合時の位置ずれが生じた場合であっても、錘１３における駆動電極３１との対向面を、駆動電極３１でカバーすることができるため、適切な状態で錘１３を振動させることができる。
図４（ｂ）に示すように、錘１３における駆動電極３１との対向面の全領域を、駆動電極３１でカバーするために、駆動電極３１の外形は、錘１３における駆動電極３１との対向面の外形より、予測（想定）されるアライメントずれ量の分大きく形成することが望ましい。 On the other hand, in the angular velocity sensor according to the present embodiment, by providing the detection electrodes 21 to 25 and the drive electrode 31 on different substrates, the shape and size of the drive electrode 31 are different from those of the detection electrodes 21 to 21 as in the related art. No restriction by 25. Therefore, the drive electrode 31 can be provided larger (wider) than the conventional one.
As a result, as shown in FIG. 4B, even when a positional shift occurs during substrate bonding, the surface of the weight 13 facing the drive electrode 31 can be covered with the drive electrode 31. The weight 13 can be vibrated in an appropriate state.
As shown in FIG. 4B, in order to cover the entire area of the surface facing the drive electrode 31 in the weight 13 with the drive electrode 31, the outer shape of the drive electrode 31 is opposed to the drive electrode 31 in the weight 13. It is desirable that the surface be formed larger by the predicted (assumed) misalignment amount than the surface outline.

例えば、陽極接合によりフレーム１１と下部ガラス基板３を接合した場合、接合時のアライメントずれにより、錘１３と駆動電極３１が中心位置において最大２０μｍずれる可能性がある場合には、駆動電極３１を錘１３の外形寸法より３０μｍ程度大きく形成する。
このように、駆動電極３１の形状（サイズ）を接合時のずれを考慮して一回り大きく設定することにより、振動バランスを崩すことなく垂直に、即ち、一次振動の直線性を保持しながら錘１３を振動駆動させることができる。
なお、駆動電極３１は、錘１３における駆動電極３１との対向面より大きく設けることに限定されるものではない。
例えば、錘１３の外形に沿った形状であっても、錘１３の外形より若干小さく形成されていても、従来の角速度センサにおける駆動電極３１’よりも大きい形状であればよい。 For example, when the frame 11 and the lower glass substrate 3 are bonded by anodic bonding, if there is a possibility that the weight 13 and the driving electrode 31 are displaced by a maximum of 20 μm at the center position due to misalignment during bonding, the driving electrode 31 is moved to the weight. The outer dimension of 13 is formed to be about 30 μm larger.
In this way, by setting the shape (size) of the drive electrode 31 to be one size larger in consideration of the displacement at the time of joining, the weight is maintained vertically without breaking the vibration balance, that is, while maintaining the linearity of the primary vibration. 13 can be driven to vibrate.
The drive electrode 31 is not limited to being provided larger than the surface of the weight 13 that faces the drive electrode 31.
For example, even if the shape is along the outer shape of the weight 13 or is slightly smaller than the outer shape of the weight 13, the shape may be larger than the drive electrode 31 ′ in the conventional angular velocity sensor.

次に、上述した構成のセンサ部を有する角速度センサにおける角速度の検出動作について説明する。
角速度センサは、下部ガラス基板３の駆動電極３１と錘１３との間に交流電圧を印加し、両者間に作用する静電力により錘１３を上下（ｚ軸方向）に振動させる。
錘１３を振動させるために印加する交流電圧の周波数、即ち錘１３の振動周波数は、錘１３が共振振動する３ｋＨｚ程度の共振周波数ｆに設定されている。
このように、錘１３を共振周波数ｆで振動させることにより、錘１３の大きな変位量を得ることができる。 Next, the angular velocity detection operation in the angular velocity sensor having the sensor unit having the above-described configuration will be described.
The angular velocity sensor applies an AC voltage between the drive electrode 31 of the lower glass substrate 3 and the weight 13 and vibrates the weight 13 up and down (z-axis direction) by an electrostatic force acting between the two.
The frequency of the alternating voltage applied to vibrate the weight 13, that is, the vibration frequency of the weight 13 is set to a resonance frequency f of about 3 kHz at which the weight 13 resonates.
Thus, by oscillating the weight 13 at the resonance frequency f, a large displacement amount of the weight 13 can be obtained.

本実施の形態では、可動部構造体１の電位、即ち錘１３の電位が接地（ＧＮＤ）レベルに設定されている。
また、本実施の形態では、検出電極２５と錘１３との間の静電容量の変化に基づく錘１３のｚ軸方向の位置情報を参照しながら錘１３の駆動制御を行う。
速度ｖで振動している質量ｍの錘１３の周りに角速度Ωが加わると、錘１３の中心には、“Ｆ＝２ｍｖΩ”のコリオリ力Ｆが、錘１３の運動方向に対して直交する方向に発生する。
このコリオリ力Ｆが発生すると、錘１３にねじれが加わり錘１３の姿勢が変化する。即ち、錘１３の振動の運動方向と直交する面に対して、錘１３が傾く。 In the present embodiment, the potential of the movable part structure 1, that is, the potential of the weight 13 is set to the ground (GND) level.
In the present embodiment, the weight 13 is driven and controlled while referring to the position information of the weight 13 in the z-axis direction based on the change in capacitance between the detection electrode 25 and the weight 13.
When an angular velocity Ω is applied around the mass 13 oscillating at a velocity v, a Coriolis force F of “F = 2 mvΩ” is perpendicular to the motion direction of the mass 13 at the center of the mass 13. Occurs.
When this Coriolis force F is generated, the weight 13 is twisted and the posture of the weight 13 changes. That is, the weight 13 is inclined with respect to a plane perpendicular to the vibration direction of the weight 13.

図３（ｂ）は、錘１３の姿勢が変化した状態を示した図である。
角速度センサでは、錘１３の姿勢の変化（傾き、ねじれ量）を検出することによって、作用する角速度の向きや大きさを検出するように構成されている。
錘１３の姿勢の変化は、上部ガラス基板２に設けられた検出電極２１〜２４と、可動電極として機能する錘１３の上面（上部ガラス基板２との対向面）との間の静電容量の変化を検出することによって行う。
つまり、検出電極２１〜２４と錘１３における可動電極との距離の変化を検出することによって錘１３の各軸方向における姿勢の変化を検出する。 FIG. 3B is a diagram showing a state in which the posture of the weight 13 has changed.
The angular velocity sensor is configured to detect the direction and magnitude of the acting angular velocity by detecting a change in the posture of the weight 13 (tilt, twist amount).
The change in the posture of the weight 13 is caused by the capacitance between the detection electrodes 21 to 24 provided on the upper glass substrate 2 and the upper surface of the weight 13 that functions as a movable electrode (the surface facing the upper glass substrate 2). This is done by detecting changes.
That is, a change in the posture of the weight 13 in each axial direction is detected by detecting a change in the distance between the detection electrodes 21 to 24 and the movable electrode in the weight 13.

電極間の静電容量は、静電容量／電圧変換（Ｃ／Ｖ変換）回路を用いて電気的に検出することができる。このＣ／Ｖ変換回路は、センサ部の外部に設けられた信号処理部（制御部）に形成されている。
なお、センサ部と信号処理部とは、ビアホール４１ａ〜ｈから引き出された配線により接続されている。
信号処理部では、検出された錘１３の姿勢の変化（傾斜方向、傾斜度合い等）に基づいて発生したコリオリ力Ｆを検出する。
そして、検出されたコリオリ力Ｆに基づいて、角速度Ωを算出（導出）する。つまり、錘１３の姿勢の変化量を角速度に変換する。
変換された角速度、詳しくは、作用する角速度の向きおよび大きさを示す信号は、角速度センサに設けられた端子から出力信号として出力される。 The capacitance between the electrodes can be electrically detected using a capacitance / voltage conversion (C / V conversion) circuit. This C / V conversion circuit is formed in a signal processing unit (control unit) provided outside the sensor unit.
The sensor unit and the signal processing unit are connected by wiring drawn from the via holes 41a to 41h.
The signal processing unit detects the Coriolis force F generated based on the detected change in the posture of the weight 13 (inclination direction, degree of inclination, etc.).
Then, the angular velocity Ω is calculated (derived) based on the detected Coriolis force F. That is, the amount of change in the posture of the weight 13 is converted into an angular velocity.
The converted angular velocity, specifically, a signal indicating the direction and magnitude of the acting angular velocity is output as an output signal from a terminal provided in the angular velocity sensor.

なお、上述した本実施の形態では、検出電極２５と錘１３との間の静電容量の変化に基づいて錘１３のｚ軸方向（振動方向）の姿勢変化を検出するように構成されている。
しかしながら、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化の検出方法はこれに限定されるものではない。
例えば、駆動電極３１を検出電極と兼用することにより、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化を検出するようにしてもよい。
また、例えば、検出電極２１〜２４と錘１３との間の静電容量の総和の変化に基づいて、錘１３のｚ軸方向の姿勢変化を検出するようにしてもよい。
但し、検出電極２５を用いずに錘１３のｚ軸方向の姿勢変化を検出する際には、別途専用の検出回路が必要となる。
このように、検出電極２５を用いずに錘１３のｚ軸方向の姿勢変化を検出する方式を採用した場合には、図２（ｂ）に示す検出電極２５の形成領域にまで、検出電極２１〜２４の形成領域を拡大させることができる。これにより、錘１３のｘ軸及びｙ軸方向における姿勢の変化を検出感度を向上させることができる。 In the present embodiment described above, a change in the posture of the weight 13 in the z-axis direction (vibration direction) is detected based on a change in capacitance between the detection electrode 25 and the weight 13. .
However, the detection method of the posture change of the weight 13 in the z-axis direction is not limited to this.
For example, the posture change of the weight 13 in the z-axis direction may be detected by using the drive electrode 31 also as the detection electrode.
Further, for example, a change in the posture of the weight 13 in the z-axis direction may be detected based on a change in the total capacitance between the detection electrodes 21 to 24 and the weight 13.
However, when detecting a change in the posture of the weight 13 in the z-axis direction without using the detection electrode 25, a separate dedicated detection circuit is required.
As described above, when the method of detecting the posture change of the weight 13 in the z-axis direction without using the detection electrode 25 is employed, the detection electrode 21 is formed up to the formation region of the detection electrode 25 shown in FIG. The formation region of ˜24 can be enlarged. Thereby, the detection sensitivity of the change in the posture of the weight 13 in the x-axis and y-axis directions can be improved.

従来の角速度センサでは、上部ガラス基板と下部ガラス基板の両方に駆動電極を設け、位相を１８０°ずらした駆動信号（駆動波形）を各駆動電極に印加することによって、錘を振動させていた。
しかしながら、本実施の形態によれば、駆動電極３１を下部ガラス基板３にのみ配置することによって、錘１３を振動させるための電極数を減らすことができる。
電極数を減らすことにより、駆動信号を生成するための回路数を減らすことができ、センサの小型化、消費電力の低減化を図ることができる。例えば、位相を１８０°ずらした駆動信号を生成する回路、即ち極性を反転させる回路が不要となる。 In the conventional angular velocity sensor, drive electrodes are provided on both the upper glass substrate and the lower glass substrate, and a weight is vibrated by applying a drive signal (drive waveform) whose phase is shifted by 180 ° to each drive electrode.
However, according to the present embodiment, the number of electrodes for vibrating the weight 13 can be reduced by disposing the drive electrode 31 only on the lower glass substrate 3.
By reducing the number of electrodes, the number of circuits for generating drive signals can be reduced, and the sensor can be downsized and the power consumption can be reduced. For example, a circuit for generating a drive signal whose phase is shifted by 180 °, that is, a circuit for inverting the polarity is not necessary.

本実施の形態では、錘１３の駆動用の電極だけでなく、錘１３の検出用の電極の配置数も従来のセンサより減らした構成となっている。
そのため、センサ部から取り出す信号数、即ち、引き出し配線数を減らすことができ、これにより、信号をセンサ部の外へ引き出す際に必要となるポスト構造１４ａ〜ｈの数量を減らすことができるため、角速度センサの小型化を図ることができる。
本実施の形態では、ポスト構造１４ａ〜ｈの数量を従来のセンサより少なくすることができるため、これらのポスト構造１４ａ〜ｈ全てを、一組（一対）の対向するフレーム１１の周壁に沿って配列することができ、センサ部の幅方向の縮小化を容易に図ることができる。
なお、ポスト構造１４ａ〜ｈの配列位置は、一組（一対）の対向するフレーム１１の周壁に限定されるものではなく、フレーム１１の内部に形成された方形の中空部を形成する４つの面のうちの２つの面に沿って配列されていればよい。
例えば、隣接するフレーム１１の２つの周壁に沿ってポスト構造１４ａ〜ｈを配列するようにしてもよい。 In the present embodiment, not only the electrodes for driving the weights 13 but also the number of electrodes for detecting the weights 13 are reduced from the conventional sensor.
Therefore, it is possible to reduce the number of signals taken out from the sensor unit, that is, the number of lead wires, and thereby reduce the number of post structures 14a to 14h that are required when the signal is drawn out of the sensor unit. The angular velocity sensor can be miniaturized.
In the present embodiment, the number of the post structures 14a to 14h can be smaller than that of the conventional sensor. Therefore, all the post structures 14a to 14h are arranged along the peripheral walls of the pair (one pair) of frames 11 facing each other. It is possible to arrange them, and it is possible to easily reduce the width of the sensor portions in the width direction.
The arrangement positions of the post structures 14a to 14h are not limited to the peripheral wall of the pair (one pair) of opposed frames 11, but are four surfaces that form a square hollow portion formed inside the frame 11. As long as they are arranged along two of the surfaces.
For example, the post structures 14 a to 14 h may be arranged along two peripheral walls of the adjacent frames 11.

また、本実施の形態では、検出電極２１〜２５と、駆動電極３１とが別の基板上に設けられているため、駆動電極３１の面積を従来のものより大きく（広く）確保することができる。即ち、駆動電極３１の有効面積をより広く確保することができるため、錘１３の振動駆動の安定化を図ることができる。
さらに、本実施の形態に示すように、駆動電極３１の外形を、錘１３における駆動電極３１との対向面の外形より接合の際の位置ずれ見込み量分大きく形成することにより、フレーム１１と下部ガラス基板３を接合する際に、位置ずれが生じた場合であっても、錘１３をバランスよく駆動することができる。これにより、角速度感度の直線性を保持できるため、角速度センサの検出精度を向上させることができる。 In the present embodiment, since the detection electrodes 21 to 25 and the drive electrode 31 are provided on different substrates, the area of the drive electrode 31 can be ensured larger (wider) than the conventional one. . That is, since the effective area of the drive electrode 31 can be ensured more widely, the vibration drive of the weight 13 can be stabilized.
Further, as shown in the present embodiment, the outer shape of the drive electrode 31 is formed to be larger than the outer shape of the surface of the weight 13 facing the drive electrode 31 by an estimated amount of misalignment at the time of joining, so that the frame 11 and the lower portion Even when a positional shift occurs when the glass substrate 3 is bonded, the weight 13 can be driven in a balanced manner. Thereby, since the linearity of angular velocity sensitivity can be maintained, the detection accuracy of the angular velocity sensor can be improved.

本実施の形態に係る角速度センサにおけるセンサ部の概略構造を示した斜視図である。It is the perspective view which showed schematic structure of the sensor part in the angular velocity sensor which concerns on this Embodiment. （ａ）は可動部構造体を上部ガラス基板側から見た平面図を示し、（ｂ）は上部ガラス基板の下面部を示した平面図である。(A) is the top view which looked at the movable part structure from the upper glass substrate side, (b) is the top view which showed the lower surface part of the upper glass substrate. （ａ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ部におけるセンサ部の断面を示した図であり、（ｂ）は錘１３の姿勢が変化した状態におけるセンサ部の断面を示した図である。(A) is the figure which showed the cross section of the sensor part in the AA part shown to Fig.2 (a), (b) is the figure which showed the cross section of the sensor part in the state in which the attitude | position of the weight 13 changed. . （ａ）は従来の角速度センサにおける、基板接合時の位置ずれが生じた際の駆動電極と錘との位置関係を示した図であり、（ｂ）は本実施の形態に係る角速度センサにおける、基板接合時の位置ずれが生じた際の駆動電極と錘との位置関係を示した図である。(A) is the figure which showed the positional relationship of the drive electrode and weight when the position shift at the time of board | substrate joining in the conventional angular velocity sensor occurred, (b) is the angular velocity sensor which concerns on this Embodiment, It is the figure which showed the positional relationship of the drive electrode and weight when the position shift at the time of board | substrate joining arises. 非特許文献１に示されている５軸モーションセンサの３次元構造と電極配置を示した図である。It is the figure which showed the three-dimensional structure and electrode arrangement | positioning of the 5-axis motion sensor shown by the nonpatent literature 1.

Explanation of symbols

１可動部構造体
２上部ガラス基板
３下部ガラス基板
１１フレーム
１２梁
１３錘
１４ａ〜ｈポスト構造
２１〜２５検出電極
２６ａ〜ｈ電極パッド
３１駆動電極
３２電極パッド
４１ａ〜ｈビアホール
１３０〜１３４錘部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Movable part structure 2 Upper glass substrate 3 Lower glass substrate 11 Frame 12 Beam 13 Weight 14a-h Post structure 21-25 Detection electrode 26a-h Electrode pad 31 Drive electrode 32 Electrode pad 41a-h Via hole 130-134 Weight part

Claims

A frame having a hollow portion;
A weight,
A beam having one end fixed to the frame and supporting the weight in the hollow portion;
A pair of substrates fixed to the frame and sealing the hollow portion;
A detection electrode disposed on the substrate facing the weight;
A drive electrode disposed on the substrate facing the weight;
Drive means for vibrating the weight by applying an electrostatic force between the drive electrode and the weight;
An angular velocity detecting means for detecting an angular velocity based on a change in capacitance between the weight and the weight detected by the detection electrode;
An angular velocity sensor in which only one of the detection electrode and the drive electrode is disposed on one substrate, and only the drive electrode of the detection electrode and the drive electrode is disposed on the other substrate. .

The angular velocity sensor according to claim 1, wherein an area of the drive electrode is equal to or larger than an area of a surface of the weight facing the drive electrode.

The hollow portion of the frame is formed by a rectangular inner peripheral surface,
A plurality of through holes formed in the substrate for wiring of the detection electrode or the drive electrode;
A plurality of post structures arranged along two of the inner peripheral surfaces of the frame and sealing the through holes;
The angular velocity sensor according to claim 1, further comprising: