JP2010101727A - Vibrating body package and vibration gyro sensor using the same - Google Patents

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Sadao Horiuchi
貞男 堀内
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration gyro sensor which reduces steep temperature change in a zero point output and which is highly accurate in a wide-ranging environment from low temperature to high and suitable for miniaturization. <P>SOLUTION: In regard to a vibrator package constituted by disposing a vibrator inside a container and sealing it airtightly with a flat-plate-shaped lid, the thickness distribution of the lid is made uneven. The lid is shaped so that the central part thereof is convex, that the central part is concave, that there is one or more projections in portions other than the portion contacting the container, that there is one or more grooves in portions other than the portion contacting the container, or in other ways. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、水晶などの圧電体からなる振動体を、セラミックス等の基板からなる容器内に配置し、蓋体で気密封止して構成されるパッケージに収納した振動ジャイロセンサに関する。   The present invention relates to a vibration gyro sensor in which a vibration body made of a piezoelectric material such as quartz is disposed in a container made of a substrate such as ceramics and hermetically sealed with a lid body.

ジャイロセンサは車載用カーナビゲーションシステムやロボット、航空機、自動車などの姿勢制御、あるいはカメラの手ぶれ補正などの目的で回転角速度を検出するために用いられる。振動ジャイロは、光の干渉を利用したリングレートジャイロや光ファイバジャイロに比べて感度や分解能は劣るものの、中精度の性能を持ち、構造が簡素で、部品点数が少なく、安価であり、自動車のナビゲーション用の回転角速度センサやハンディカメラ、スチルカメラ、デジタルカメラの手振れ検出などの民生用として市場を拡大している。   The gyro sensor is used for detecting the rotational angular velocity for the purpose of attitude control of a vehicle-mounted car navigation system, a robot, an aircraft, an automobile, or the like, or camera shake correction. Vibrating gyros are inferior in sensitivity and resolution compared to ring-rate gyros and optical fiber gyros that use light interference, but they have medium-precision performance, a simple structure, a small number of parts, and low cost. The market is expanding for consumer use such as camera rotation detection for navigation angular velocity sensors, handy cameras, still cameras, and digital cameras.

振動ジャイロセンサの原理は以下の通りである。一般的に、単一振動をしている質点が回転するときに発生するコリオリ力Fcは、次のような式で示される。

Fc=2mvΩ

ここで、mは振動ジャイロの質量、vは振動ジャイロの振動速度、Ωは振動ジャイロのZ軸回りの角速度である。そして、前記質量m、振動速度vが既知であれば、コリオリ力の作用を観測することにより角速度Ωを導出することが可能となる。振動ジャイロでは、コリオリ力による振動体の変位を、発生する電荷で検出している。
The principle of the vibration gyro sensor is as follows. In general, the Coriolis force Fc generated when a mass point that makes a single vibration rotates is expressed by the following equation.

Fc = 2mvΩ

Here, m is the mass of the vibrating gyroscope, v is the vibrating velocity of the vibrating gyroscope, and Ω is the angular velocity around the Z axis of the vibrating gyroscope. If the mass m and the vibration velocity v are known, the angular velocity Ω can be derived by observing the action of the Coriolis force. In the vibrating gyroscope, the displacement of the vibrating body due to the Coriolis force is detected by the generated charge.

図8(a)は、従来の振動体パッケージ101の上面図で、蓋体102の上面を示している。蓋体102は平板形状である。図8(b)は図8(a)のB−B断面図で、従来の振動体パッケージ101の構造を示す。振動体パッケージ101は、セラミックス、シリコン、ガラス等の基板からなる容器103を、金属、シリコン、ガラスからなる蓋体102で気密封止して構成される。気密封止は金スズ、はんだを用いた加熱封止や陽極接合、表面活性化接合などにより行う。振動体104は容器103内に接着剤で固定する。容器103内には振動体104と電気的に接続するために多数の電極パッドが配置されており、振動体104を、それぞれの電極パッドにワイヤーボンディングやGGIなどにより接続する。電極パッドは容器103内から容器103外のパッドと電気的に接続されている。   FIG. 8A is a top view of the conventional vibrating body package 101 and shows the top surface of the lid 102. The lid 102 has a flat plate shape. FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 8A and shows the structure of the conventional vibrator package 101. The vibrating body package 101 is configured by hermetically sealing a container 103 made of a substrate such as ceramics, silicon, or glass with a lid 102 made of metal, silicon, or glass. The hermetic sealing is performed by heat sealing using gold tin or solder, anodic bonding, surface activated bonding, or the like. The vibrating body 104 is fixed in the container 103 with an adhesive. A large number of electrode pads are arranged in the container 103 to be electrically connected to the vibrating body 104, and the vibrating body 104 is connected to each electrode pad by wire bonding, GGI, or the like. The electrode pad is electrically connected from inside the container 103 to a pad outside the container 103.

図8の振動体104の具体例が図9に斜視図を示す振動体1であって、特許文献1に見られるものである。その構造を以下に説明する。振動体1は、例えば直方体状の基部2と2本の腕部3a、3bとからなる音叉型である。水晶、ランガサイト系圧電体などの圧電単結晶材料を用い、機械加工やウェットエッチングプロセスやドライエッチングプロセスによって形成される。   A specific example of the vibrating body 104 shown in FIG. 8 is the vibrating body 1 shown in a perspective view in FIG. The structure will be described below. The vibrating body 1 is, for example, a tuning fork type composed of a rectangular parallelepiped base 2 and two arms 3a and 3b. A piezoelectric single crystal material such as quartz or a langasite piezoelectric material is used and formed by machining, a wet etching process or a dry etching process.

腕部3a、3bの表面に駆動用電極4a、4bを配置し、基部2上にVDD電極パッド5aとVSS電極パッド5bとを形成してある。これらのパッドはAu(金)やAl(アルミニウム)などのワイヤにより、容器内に形成された多数の電極パッドに接続される。さらに、容器外に形成され、容器内の電極パッドと電気的に導通している電極パッドが、電源、発振回路などの集積回路に接続される。駆動用電極4a、4bに異なる電圧を与えることによって、振動体1の内部に電界を生じさせる。振動体1は圧電材料なので、内部に生じる電界の方向に応じて伸縮し、この伸縮運動によって腕部3a、3bが屈曲振動す
る。これにより腕部3a、3bは、Y軸方向に開閉するよう励振される。
Driving electrodes 4 a and 4 b are arranged on the surfaces of the arm portions 3 a and 3 b, and a VDD electrode pad 5 a and a VSS electrode pad 5 b are formed on the base portion 2. These pads are connected to a number of electrode pads formed in the container by wires such as Au (gold) and Al (aluminum). Furthermore, an electrode pad formed outside the container and electrically connected to the electrode pad in the container is connected to an integrated circuit such as a power source and an oscillation circuit. By applying different voltages to the drive electrodes 4a and 4b, an electric field is generated inside the vibrating body 1. Since the vibrating body 1 is a piezoelectric material, the vibrating body 1 expands and contracts according to the direction of the electric field generated inside, and the arm portions 3a and 3b bend and vibrate due to the stretching motion. As a result, the arms 3a and 3b are excited to open and close in the Y-axis direction.

腕部3b上に検出用電極6a、6bを配置し、それぞれ基部2上の検出用電極パッド7a、7bに接続してある。振動体1に、腕部3a、3bと平行なZ軸を中心として角速度Ωが加わると、コリオリ力Fcによって腕部3a、3bの振動方向が変化し、X軸方向へ屈曲振動する。腕部3a、3bの振動方向の変化に対応した信号が、検出用電極6a、6bから出力される。これらの信号を測定することにより、角速度Ωに対応した信号を得ることができる。   Detection electrodes 6a and 6b are arranged on the arm 3b and connected to detection electrode pads 7a and 7b on the base 2, respectively. When an angular velocity Ω is applied to the vibrating body 1 around the Z axis parallel to the arm portions 3a and 3b, the vibration direction of the arm portions 3a and 3b is changed by the Coriolis force Fc and bends and vibrates in the X axis direction. Signals corresponding to changes in the vibration direction of the arm portions 3a and 3b are output from the detection electrodes 6a and 6b. By measuring these signals, a signal corresponding to the angular velocity Ω can be obtained.

移動通信用機器、ポータブル機器の発展に伴い、小型化、高精度化、構成部品の低価格化が要求されている。その中でも近年、低温から高温まで幅広い環境下で、角速度Ωを検出する用途が拡大している。よって振動ジャイロセンサは幅広い温度環境下で高精度にセンシングするために、ゼロ点出力の温度安定性の要求が高まっている。ゼロ点出力とは、Z軸方向に角速度Ωが印加されていないときに、振動ジャイロセンサから出力される信号のことである。ゼロ点出力の温度変動が不安定であると、実際は角速度Ωが印加されていないにもかかわらずゼロ点出力が変化し、角速度Ωを誤認識する。   With the development of mobile communication devices and portable devices, miniaturization, high accuracy, and low cost of components are required. Among them, in recent years, applications for detecting angular velocity Ω in a wide range of environments from low temperature to high temperature are expanding. Therefore, in order to sense vibration gyro sensors with high accuracy in a wide range of temperature environments, there is an increasing demand for temperature stability of zero point output. The zero point output is a signal output from the vibration gyro sensor when the angular velocity Ω is not applied in the Z-axis direction. If the temperature fluctuation of the zero point output is unstable, the zero point output changes even though the angular velocity Ω is not actually applied, and the angular velocity Ω is erroneously recognized.

ゼロ点出力の温度変動を改善する方法として、振動体から出力される信号を外部の補正回路により改善する方法( 例えば、特許文献2参照)、振動体と電極端子を接続するワイヤの形状により改善する方法( 例えば、特許文献3参照)が提案されている。   As a method for improving the temperature fluctuation of the zero point output, a method of improving the signal output from the vibrating body by an external correction circuit (see, for example, Patent Document 2), and the shape of the wire connecting the vibrating body and the electrode terminal There has been proposed a method (see, for example, Patent Document 3).

特開平11−177364号JP-A-11-177364 特開2006−189353号JP 2006-189353 A 特開2003−315047号JP 2003-315047 A

ゼロ点出力の温度変動を改善するための上記既存の各方法において、振動体から出力される信号を外部の補正回路により改善する方法は、補正回路を形成するために多数の回路素子が必要になり、大規模な実装面積が必要になる。よって小型化に適さない。また多種多様で急峻なゼロ点出力の温度変動に対して、一種類の補正回路では補正範囲が制限され、十分なゼロ点出力の温度変動の補正を行うことは困難である。また、ゼロ点出力の急峻な温度変動発生の原因を根絶していないため、恒久的な改善方法に適さない。   In each of the above existing methods for improving the temperature fluctuation of the zero point output, the method of improving the signal output from the vibrating body by an external correction circuit requires a large number of circuit elements to form the correction circuit. Therefore, a large mounting area is required. Therefore, it is not suitable for downsizing. Also, with respect to various and steep zero point output temperature fluctuations, the correction range is limited by one type of correction circuit, and it is difficult to sufficiently correct the zero point output temperature fluctuations. In addition, it does not eradicate the cause of the sudden temperature fluctuation of the zero point output, so it is not suitable for a permanent improvement method.

振動体と電極端子を接続するワイヤ形状により改善する方法は、本来なら短距離で接続するための空間があるだけでよいのに、ワイヤを所望の形状にするために容器内に余分の空間を必要とする。よって小型化に適さない。また振動体の周波数のばらつきやワイヤ形状のばらつきにより、ゼロ点出力の急峻な温度変動が発生する可能性がある。しかし容器を蓋体で気密封止後に急峻な変動が発生しても、ワイヤ形状を変えることができず改善することは困難である。   The method of improvement by the wire shape connecting the vibrating body and the electrode terminal only requires a space for connecting at a short distance, but it is necessary to provide an extra space in the container in order to make the wire a desired shape. I need. Therefore, it is not suitable for downsizing. In addition, due to variations in the frequency of the vibrating body and variations in the wire shape, there may be a sudden temperature fluctuation of zero point output. However, even if a steep change occurs after the container is hermetically sealed with the lid, the wire shape cannot be changed and it is difficult to improve.

本発明の目的は、ゼロ点出力の急峻な温度変動を低減し、低温から高温まで幅広い環境下において高精度で小型化に適した振動ジャイロセンサを提供することである。   An object of the present invention is to provide a vibration gyro sensor that reduces a steep temperature fluctuation of a zero point output and is highly accurate and suitable for downsizing in a wide range of environments from a low temperature to a high temperature.

上記課題を解決するために、本願発明は、容器の内部に振動体を配置し、蓋体で気密封止して構成される振動体パッケージにおいて、蓋体は、外側表面を平坦でなくすることにより厚さ分布が不均一であることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the present invention provides a vibrating body package in which a vibrating body is disposed inside a container and hermetically sealed with a lid, and the lid has a flat outer surface. Therefore, the thickness distribution is non-uniform.

また、蓋体の形状は、中央部が凸形状、中央部が凹形状、容器と接している部分以外に
一つ以上の突起物がある形状、容器と接している部分以外に一つ以上の溝があることを特徴としている。
In addition, the shape of the lid has a convex shape at the central portion, a concave shape at the central portion, a shape having one or more protrusions other than the portion in contact with the container, and one or more other than the portion in contact with the container. It is characterized by a groove.

本発明によれば、−40から85℃の温度範囲で、ゼロ点出力の急峻な温度変動の原因である蓋体との振動結合を抑制する振動体パッケージを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibrating body package which suppresses the vibration coupling | bonding with the cover body which is a cause of the rapid temperature fluctuation of zero point output in the temperature range of -40 to 85 degreeC can be provided.

また、低温から高温まで、幅広い環境下において高精度で小型化に適した振動ジャイロセンサを提供できる。   In addition, it is possible to provide a vibration gyro sensor that is highly accurate and suitable for downsizing in a wide range of environments from low temperature to high temperature.

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1(a)は、本発明の第1の実施形態の振動体パッケージ8の上面図で、蓋体9の上面を示している。蓋体9は中央部が凸形状である。図1(b)は図1(a)のB−B断面図で、振動体パッケージ8の構造を示す。振動体パッケージ8は、セラミックス基板からなる容器10を、金属からなる蓋体9で気密封止して構成される。気密封止は金スズ加熱封止により行う。振動体11は容器内に接着剤で固定する。容器10内には多数の電極パッドが配置され、それぞれの電極パッドは振動体11と電気的に接続している。電極パッドは集積回路と接続され振動ジャイロセンサを構成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1A is a top view of the vibrating body package 8 according to the first embodiment of the present invention, and shows the top surface of the lid body 9. The lid 9 has a convex shape at the center. FIG. 1B is a sectional view taken along the line BB in FIG. 1A and shows the structure of the vibrating body package 8. The vibrating body package 8 is configured by hermetically sealing a container 10 made of a ceramic substrate with a lid body 9 made of metal. Airtight sealing is performed by gold-tin heat sealing. The vibrating body 11 is fixed in the container with an adhesive. A large number of electrode pads are arranged in the container 10, and each electrode pad is electrically connected to the vibrating body 11. The electrode pad is connected to the integrated circuit to constitute a vibration gyro sensor.

振動体11の製造方法には、一般的にZ板と呼ばれている水晶基板を用いる。Z板は水晶の結晶方向のZ軸に対してほぼ垂直、すなわち上下面がZ軸に対して85度から95度の角度をなす基板である。なお、ここでいう結晶学上のZ軸は、振動体11の形状に関連して定めた座標系のZ軸とは別物である。   In the manufacturing method of the vibrator 11, a quartz substrate generally called a Z plate is used. The Z plate is a substrate that is substantially perpendicular to the Z axis in the crystal direction of the crystal, that is, the upper and lower surfaces form an angle of 85 to 95 degrees with respect to the Z axis. Note that the crystallographic Z-axis here is different from the Z-axis of the coordinate system defined in relation to the shape of the vibrator 11.

水晶基板に金属膜を形成し、フォトリソグラフィーとエッチングにより振動体11の外形を形成する。金属膜をエッチング法によって除去した後、電極膜を形成する。本実施形態では水晶基板上に0.15μm厚のAu膜(上層)と0.03μm厚のCr膜(下層)をスパッタ法により成膜して、その膜にフォトリソグラフィー法を施して駆動用電極、検出用電極を形成する。   A metal film is formed on the quartz substrate, and the outer shape of the vibrating body 11 is formed by photolithography and etching. After removing the metal film by an etching method, an electrode film is formed. In this embodiment, a 0.15 μm thick Au film (upper layer) and a 0.03 μm thick Cr film (lower layer) are formed on a quartz substrate by sputtering, and the film is subjected to photolithography to drive electrodes. Then, a detection electrode is formed.

振動体の材料は水晶に限定されるものでなく、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶を用いることができる。またウェットエッチングだけではなくドライエッチングや機械加工により形成することができる。   The material of the vibrator is not limited to quartz, and piezoelectric single crystals such as lithium tantalate and lithium niobate can be used. Further, it can be formed not only by wet etching but also by dry etching or machining.

振動体パッケージ8と集積回路を電気的に接続し振動ジャイロセンサを構成する。図2に、振動ジャイロセンサの回路構成の模式図を示す。振動体11は、例えば図9に斜視図を示した振動体1である。VDD電極パッド5aとVSS電極パッド間5bに、発振回路12を接続する。これにより、振動体1の腕部3a、3bが開閉するように屈曲振動する。   A vibration gyro sensor is configured by electrically connecting the vibration body package 8 and the integrated circuit. FIG. 2 is a schematic diagram of a circuit configuration of the vibration gyro sensor. The vibrating body 11 is, for example, the vibrating body 1 shown in a perspective view in FIG. The oscillation circuit 12 is connected between the VDD electrode pad 5a and the VSS electrode pad 5b. Thereby, bending vibration is performed so that the arm portions 3a and 3b of the vibrating body 1 are opened and closed.

一方、検出用電極パッド7a、7bは、差動回路13に接続される。差動回路13は、オペアンプや抵抗などによって構成される。さらに、差動回路13の出力端は、同期検波回路14に接続される。同期検波回路14では、発振回路12の信号に同期して、差動回路13の出力信号が検波される。同期検波回路14の出力信号は、積分回路15で直流信号に変換される。さらに、積分回路15の出力信号は、直流増幅回路で増幅される。   On the other hand, the detection electrode pads 7 a and 7 b are connected to the differential circuit 13. The differential circuit 13 is configured by an operational amplifier, a resistor, and the like. Further, the output terminal of the differential circuit 13 is connected to the synchronous detection circuit 14. In the synchronous detection circuit 14, the output signal of the differential circuit 13 is detected in synchronization with the signal of the oscillation circuit 12. The output signal of the synchronous detection circuit 14 is converted into a DC signal by the integration circuit 15. Further, the output signal of the integrating circuit 15 is amplified by a DC amplifier circuit.

回転角速度Ωが振動ジャイロセンサに印加されていないとき、振動体1の2本の腕部3a、3bは、分極方向に対して同じ状態で振動するため、検出用電極パッド7a、7bか
ら出力される信号は同じである。そのため、出力信号が生じない。
When the rotational angular velocity Ω is not applied to the vibration gyro sensor, the two arms 3a and 3b of the vibrating body 1 vibrate in the same state with respect to the polarization direction, and thus are output from the detection electrode pads 7a and 7b. The signal is the same. Therefore, no output signal is generated.

回転角速度Ωが加わると、Y軸に直交するX軸方向にコリオリ力Fcが働く。したがって、腕部3a、3bは、開閉する向きに加わる駆動力とコリオリ力Fcとが合成された向きに振動し、回転時には、一方の検出用電極6aからの出力が増加したとき、他方の検出用電極6bからの出力が減少するか、または、その逆の動作が生じる。したがって、差動回路13で検出用電極パッド7a、7bの出力信号の差をとれば、コリオリ力に対応した信号を得ることができる。差動回路13の出力信号は、同期検波回路14で検波され、直流増幅回路16で増幅される。   When the rotational angular velocity Ω is applied, the Coriolis force Fc works in the X-axis direction orthogonal to the Y-axis. Therefore, the arms 3a and 3b vibrate in the direction in which the driving force applied in the opening / closing direction and the Coriolis force Fc are combined, and during rotation, when the output from one detection electrode 6a increases, the other detection is performed. The output from the working electrode 6b decreases, or the reverse operation occurs. Therefore, if the difference between the output signals of the detection electrode pads 7a and 7b is obtained by the differential circuit 13, a signal corresponding to the Coriolis force can be obtained. The output signal of the differential circuit 13 is detected by the synchronous detection circuit 14 and amplified by the DC amplification circuit 16.

検出用電極パッド7a、7bからの出力信号のレベルは、振動体1の腕部3a、3bの変位の大きさによって決まるため、大きいコリオリ力Fcが働くと、出力信号のレベルは大きくなる。したがって、直流増幅回路16の出力信号のレベルから、回転角速度Ωの大きさを検出できる。   Since the level of the output signal from the detection electrode pads 7a and 7b is determined by the magnitude of the displacement of the arm portions 3a and 3b of the vibrating body 1, the level of the output signal increases when a large Coriolis force Fc acts. Therefore, the magnitude of the rotational angular velocity Ω can be detected from the level of the output signal of the DC amplifier circuit 16.

振動ジャイロセンサの集積回路は、振動体と電気的に接続されているならば、振動パッケージ8の外部に構成するのでなく、振動パッケージ8内部や容器10内部などに埋め込みで構成することができる。   If the integrated circuit of the vibration gyro sensor is electrically connected to the vibration body, the integrated circuit can be embedded in the vibration package 8 or the container 10 instead of being formed outside the vibration package 8.

図3は、図8の従来の振動体パッケージ101を用いたゼロ点出力の温度変動の一例を示すもので、10℃−20℃近辺に急峻な温度変動を生じている。一方、図4は、本第1の実施形態の、蓋体9を凸形状に加工した振動体パッケージ8を用いたゼロ点出力の温度変動の一例を示す。温度範囲は−40℃から85℃である。   FIG. 3 shows an example of the temperature fluctuation of the zero point output using the conventional vibrating body package 101 of FIG. 8, and a steep temperature fluctuation occurs in the vicinity of 10 ° C.-20 ° C. On the other hand, FIG. 4 shows an example of the temperature fluctuation of the zero point output using the vibrating body package 8 obtained by processing the lid body 9 into a convex shape in the first embodiment. The temperature range is -40 ° C to 85 ° C.

蓋体9の中央部を凸形状に加工することにより、蓋体9の1次モードの共振周波数が高くなり、振動体11(図2)の共振周波数との振動結合が抑制される。よって図4に見るように、ゼロ点出力の急峻な温度変動が改善されてほぼ消滅し、低温から高温まで幅広い環境下において高精度で小型化に適した振動ジャイロを提供できる。   By processing the central portion of the lid 9 into a convex shape, the resonance frequency of the primary mode of the lid 9 is increased, and vibration coupling with the resonance frequency of the vibrating body 11 (FIG. 2) is suppressed. Therefore, as shown in FIG. 4, the sharp temperature fluctuation of the zero point output is improved and almost disappeared, and a vibration gyro suitable for miniaturization can be provided with high accuracy in a wide range of environments from low temperature to high temperature.

蓋体9の中央部の凸形状加工は、銀を用いて局所堆積技術により行った。   The convex shape processing of the central portion of the lid body 9 was performed by local deposition technology using silver.

凸形状に加工する方法は局所堆積技術に限定されるものでなく、接着剤塗布や半田塗布、スパッタ法や蒸着法などの各種成膜方法を適用することができる。   The method of processing into a convex shape is not limited to the local deposition technique, and various film forming methods such as adhesive coating, solder coating, sputtering, and vapor deposition can be applied.

凸形状を形成する材料は銀に限定されるものではなく、蓋体9と密着性が良く、質量の大きい金属や絶縁体が好ましい。   The material for forming the convex shape is not limited to silver, but a metal or an insulator having good adhesion to the lid 9 and a large mass is preferable.

(第2の実施形態)
図5(a)は、本発明の第2の実施形態の振動体パッケージ17の上面図で、蓋体18の上面を示している。蓋体18は中央部が凹形状である。図5(b)は図5(a)のB−B断面図で、振動体パッケージ17の構造を示す。振動体パッケージ17は、セラミックス基板からなる容器19を、金属からなる蓋体18で気密封止して構成される。気密封止は金スズ加熱封止により行う。振動体20は容器19内に接着剤で固定する。容器19内には振動体20と電気的に接続するために多数の電極パッドが配置され、それぞれの電極パッドは振動体20と電気的に接続している。電極パッドは集積回路と接続され振動ジャイロセンサを構成する。
(Second Embodiment)
FIG. 5A is a top view of the vibrating body package 17 according to the second embodiment of the present invention, and shows the top surface of the lid 18. The lid 18 has a concave shape at the center. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG. The vibrator package 17 is configured by hermetically sealing a container 19 made of a ceramic substrate with a lid 18 made of metal. Hermetic sealing is performed by gold-tin heat sealing. The vibrating body 20 is fixed in the container 19 with an adhesive. A large number of electrode pads are arranged in the container 19 to be electrically connected to the vibrating body 20, and each electrode pad is electrically connected to the vibrating body 20. The electrode pad is connected to the integrated circuit to constitute a vibration gyro sensor.

蓋体18の中央部を凹形状に加工することにより、蓋体18の1次モードの共振周波数が低くなって、振動体20の共振周波数との振動結合が抑制される。よってゼロ点出力の急峻な温度変動が改善され、低温から高温まで幅広い環境下において高精度で小型化に適
した振動ジャイロを提供できる。
By processing the central portion of the lid 18 into a concave shape, the resonance frequency of the primary mode of the lid 18 is lowered, and vibration coupling with the resonance frequency of the vibrating body 20 is suppressed. Therefore, the sharp temperature fluctuation of the zero point output is improved, and a vibration gyro suitable for downsizing can be provided with high accuracy in a wide range of environments from low temperature to high temperature.

蓋体18の中央部の凹形状加工は、サンドブラスト法を用いて行った。   The concave shape processing of the center part of the lid 18 was performed using a sandblast method.

凹形状に加工する方法はサンドブラスト法に限定されるものでなく、レーザーによる加工、機械加工、ケミカルエッチングなどを適用できる。   The method of processing into a concave shape is not limited to the sandblasting method, and laser processing, machining, chemical etching, and the like can be applied.

(第3の実施形態)
図6(a)は、本発明の第3の実施形態の振動体パッケージ21の上面図で、蓋体22の上面を示している。蓋体22は、容器23と接している部分以外に一つ以上の突起物24を形成する。図6(b)は図6(a)のB−B断面図で、振動体パッケージ21の構造を示す。振動体パッケージ21は、セラミックス基板からなる容器23を、金属からなる蓋体22で気密封止して構成される。気密封止は金スズ加熱封止により行う。振動体25は容器23内に接着剤で固定する。容器23内には振動体25と電気的に接続するために多数の電極パッドが配置され、それぞれの電極パッドは振動体25と電気的に接続している。電極パッドは集積回路と接続され振動ジャイロセンサを構成する。
(Third embodiment)
FIG. 6A is a top view of the vibrating body package 21 according to the third embodiment of the present invention, and shows the top surface of the lid body 22. The lid 22 forms one or more protrusions 24 other than the portion in contact with the container 23. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 6A and shows the structure of the vibrating body package 21. FIG. The vibrating body package 21 is configured by hermetically sealing a container 23 made of a ceramic substrate with a lid body 22 made of metal. Airtight sealing is performed by gold-tin heat sealing. The vibrating body 25 is fixed in the container 23 with an adhesive. A large number of electrode pads are arranged in the container 23 to be electrically connected to the vibrating body 25, and each electrode pad is electrically connected to the vibrating body 25. The electrode pad is connected to the integrated circuit to constitute a vibration gyro sensor.

蓋体22は容器23と接している部分以外に一つ以上の突起物24を形成することにより、蓋体22の1次モードの共振周波数が高くなって、振動体25の共振周波数との振動結合が抑制される。よってゼロ点出力の急峻な温度変動が改善され、低温から高温まで幅広い環境下において高精度で小型化に適した振動ジャイロを提供できる。   The lid body 22 is formed with one or more protrusions 24 other than the portion in contact with the container 23, whereby the resonance frequency of the primary mode of the lid body 22 is increased and vibration with the resonance frequency of the vibrating body 25 is performed. Binding is suppressed. Therefore, the sharp temperature fluctuation of the zero point output is improved, and a vibration gyro suitable for downsizing can be provided with high accuracy in a wide range of environments from low temperature to high temperature.

蓋体22に容器23と接している部分以外に一つ以上の突起物24を形成する方法は、銀を用いて局所堆積技術により行った。   The method of forming one or more protrusions 24 other than the portion in contact with the container 23 on the lid 22 was performed by a local deposition technique using silver.

突起物24を形成する方法は局所堆積技術に限定されるものでなく、接着剤塗布や半田塗布、スパッタ法や蒸着法などの各種成膜方法を適用することができる。   The method for forming the protrusion 24 is not limited to the local deposition technique, and various film forming methods such as adhesive coating, solder coating, sputtering, and vapor deposition can be applied.

突起物24を形成する材料は銀に限定されるものではなく、蓋体22と密着性が良く、質量の大きい金属や絶縁体が好ましい。   The material for forming the protrusions 24 is not limited to silver, but a metal or an insulator having good adhesion to the lid 22 and a large mass is preferable.

(第4の実施形態)
図7(a)は、本発明の第4の実施形態の振動体パッケージ26の上面図で、蓋体27の上面を示している。蓋体27は容器28と接している部分以外に一つ以上の溝29を形成する。図7(b)は図7(a)のB−B断面図で、振動体パッケージ26の構造を示す。振動体パッケージ26は、セラミックス基板からなる容器28を、金属からなる蓋体27で気密封止して構成される。気密封止は金スズ加熱封止により行う。振動体30は容器28内に接着剤で固定する。容器28内には振動体30と電気的に接続するために多数の電極パッドが配置され、それぞれの電極パッドは振動体30と電気的に接続している。電極パッドは集積回路と接続され振動ジャイロセンサを構成する。
(Fourth embodiment)
FIG. 7A is a top view of the vibrating body package 26 according to the fourth embodiment of the present invention, and shows the top surface of the lid 27. The lid 27 forms one or more grooves 29 in addition to the portion in contact with the container 28. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 7A and shows the structure of the vibrating body package 26. The vibrating body package 26 is configured by hermetically sealing a container 28 made of a ceramic substrate with a lid body 27 made of metal. Hermetic sealing is performed by gold-tin heat sealing. The vibrating body 30 is fixed in the container 28 with an adhesive. A large number of electrode pads are arranged in the container 28 to be electrically connected to the vibrating body 30, and each electrode pad is electrically connected to the vibrating body 30. The electrode pad is connected to the integrated circuit to constitute a vibration gyro sensor.

蓋体27は容器28と接している部分以外に一つ以上の溝29を形成することにより、蓋体27の1次モードの共振周波数が低くなって、振動体30の共振周波数との振動結合が抑制される。また溝29の形成位置により、蓋体27の2次、3次の高次モードの周波数との振動結合を抑制できる。よってゼロ点出力の急峻な温度変動が改善され、低温から高温まで幅広い環境下において、高精度で小型化に適した振動ジャイロを提供できる。   The lid body 27 is formed with one or more grooves 29 other than the portion in contact with the container 28, thereby lowering the resonance frequency of the primary mode of the lid body 27 and vibration coupling with the resonance frequency of the vibrating body 30. Is suppressed. Further, depending on the formation position of the groove 29, it is possible to suppress the vibration coupling of the lid body 27 with the frequency of the second and third order higher modes. Therefore, the sharp temperature fluctuation of the zero point output is improved, and it is possible to provide a vibration gyro suitable for miniaturization with high accuracy in a wide range of environments from low temperature to high temperature.

蓋体27に容器28と接している部分以外に一つ以上の溝29を形成する方法は、サンドブラスト法により行った。   The method of forming one or more grooves 29 other than the portion in contact with the container 28 in the lid 27 was performed by a sandblast method.

溝29を加工する方法はサンドブラスト法に限定されるものでなく、レーザーによる加工、機械加工、ケミカルエッチングなど適用することができる。   The method of processing the groove 29 is not limited to the sand blast method, and laser processing, machining, chemical etching, and the like can be applied.

本発明は上記の構成に限定されず、請求の範囲を逸脱しない範囲で様々な変更を行うことができる。例えば図6の第3の実施形態では、蓋体22に3本の平衡突起物24を設けてあるが、蓋体22の外形にほぼ相似の長方形の連続した枠状の突起物を、蓋体22が容器23に接する箇所である外周部より内側に設けるのもよい。図7の第4の実施形態における溝29についても同様である。   The present invention is not limited to the above configuration, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims. For example, in the third embodiment shown in FIG. 6, three equilibrium protrusions 24 are provided on the lid body 22, but a rectangular continuous frame-like projection substantially similar to the outer shape of the lid body 22 is used as the lid body. It is good also to provide inside 22 from the outer peripheral part which is a location which 22 contacts the container 23. The same applies to the groove 29 in the fourth embodiment of FIG.

本発明の振動体パッケージの第1の実施形態で、(a) は上面図、(b)は断面図である。In the first embodiment of the vibrating body package of the present invention, (a) is a top view and (b) is a cross-sectional view. 本発明の振動ジャイロセンサの回路構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the circuit structure of the vibration gyro sensor of this invention. 従来の振動体パッケージを用いた振動ジャイロセンサの、ゼロ点出力の温度変動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the temperature fluctuation of the zero point output of the vibration gyro sensor using the conventional vibrating body package. 本発明の振動体パッケージを用いた振動ジャイロセンサの、ゼロ点出力の温度変動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the temperature fluctuation of a zero point output of the vibration gyro sensor using the vibrating body package of this invention. 本発明の振動体パッケージの第2の実施形態で、(a) は上面図、(b)は断面図である。In the second embodiment of the vibrating body package of the present invention, (a) is a top view and (b) is a cross-sectional view. 本発明の振動体パッケージの第3の実施形態で、(a) は上面図、(b)は断面図である。In 3rd Embodiment of the vibrating body package of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing. 本発明の振動体パッケージの第4の実施形態で、(a) は上面図、(b)は断面図である。In 4th Embodiment of the vibrating body package of this invention, (a) is a top view, (b) is sectional drawing. 従来の振動体パッケージで、(a)は上面図、(b)は断面図である。In the conventional vibrator package, (a) is a top view and (b) is a cross-sectional view. 振動ジャイロセンサに用いる振動体の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the vibrating body used for a vibration gyro sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1、11、20、25、30、104 振動体
2 基部
3a、3b 腕部
4a、4b 駆動用電極
5a VDD電極パッド
5b VSS電極パッド
6a、6b 検出用電極
7a、7b 検出用電極パッド
8、17、21、26、101 振動体パッケージ
9、18、22、27、102 蓋体
10、19、23、28、103 容器
12 発振回路
13 差動回路
14 同期検波回路
15 積分回路
16 直流増幅回路
24 突起物
29 溝
1, 11, 20, 25, 30, 104 Vibration body 2 Base 3a, 3b Arm 4a, 4b Driving electrode 5a VDD electrode pad 5b VSS electrode pad 6a, 6b Detection electrode 7a, 7b Detection electrode pad 8, 17 , 21, 26, 101 Vibration body package 9, 18, 22, 27, 102 Lid
10, 19, 23, 28, 103 Container 12 Oscillation circuit 13 Differential circuit 14 Synchronous detection circuit 15 Integration circuit 16 DC amplification circuit 24 Projection 29 Groove

Claims (7)

容器の内部に振動体を配置し、蓋体で気密封止して構成する振動体パッケージにおいて、
前記蓋体は、外側表面を平坦でなくすることにより厚さ分布を不均一にしたことを特徴とする振動体パッケージ。
In the vibrator package configured by arranging a vibrator inside the container and hermetically sealing with a lid,
The vibrating body package is characterized in that the lid has a non-uniform thickness distribution by making the outer surface non-flat.
請求項1に記載の振動体パッケージにおいて、
前記蓋体は、中央部が凸形状であることを特徴とする振動体パッケージ。
The vibrator package according to claim 1,
The lid body is a vibrating body package characterized in that a central portion has a convex shape.
請求項1に記載の振動体パッケージにおいて、
前記蓋体は、中央部が凹形状であることを特徴とする振動体パッケージ。
The vibrator package according to claim 1,
The lid body is a vibrating body package characterized in that a central portion has a concave shape.
請求項1に記載の振動体パッケージにおいて、
前記蓋体は、前記容器と接している部分以外に一つ以上の突起物を形成してあることを特徴とする振動体パッケージ。
The vibrator package according to claim 1,
The lid body is formed with one or more protrusions other than a portion in contact with the container.
請求項1に記載の振動体パッケージにおいて、
前記蓋体は、前記容器と接している部分以外に一つ以上の溝を形成してあることを特徴とする振動体パッケージ。
The vibrator package according to claim 1,
The lid body is formed with one or more grooves other than a portion in contact with the container.
請求項1から5のいずれか一つに記載の振動体パッケージを用いて、外部から印加された角速度を検出することを特徴とする振動ジャイロセンサ。   6. A vibrating gyro sensor that detects an angular velocity applied from the outside using the vibrating body package according to claim 1. 請求項6に記載の振動ジャイロセンサにおいて、
前記蓋体の共振周波数と、前記振動体の共振周波数が−40℃から85℃の温度範囲で振動結合しないことを特徴とする振動ジャイロセンサ。
The vibration gyro sensor according to claim 6,
A vibration gyro sensor, wherein the resonance frequency of the lid and the resonance frequency of the vibration body are not vibrationally coupled in a temperature range of -40 ° C to 85 ° C.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015141185A (en) * 2014-01-30 2015-08-03 京セラクリスタルデバイス株式会社 Multiaxis angular velocity sensor and sensor element

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