JP2011237393A - Movable body, two axis angular velocity sensor, and three axis acceleration sensor - Google Patents

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裕 野々村
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Yoshiyuki Hata
良幸 畑
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology capable of producing a compact sensor with high detection sensitivity.SOLUTION: The present invention is embodied as a movable body formed on a substrate. The movable body comprises a first frame body, a second frame body which is placed so as to be partly or completely superimposed on the first frame body with the first and second frame bodies opposing to each other, a coupling section which is linked with the first frame body via a first spring section and with the second frame body via a second spring section, and a stationary section which is linked with the coupling section via a third spring section and fixed to the substrate. Because in the first, second, and third spring sections, a spring constant in one direction is remarkably smaller than those in other directions, a relative displacement in the only one direction is substantially allowed. The directions in which the relative displacement is allowed by the first, second, and third spring sections are perpendicular to one another.

Description

本発明は、基板上に形成された可動体、その可動体を備える2軸角速度センサおよび3軸加速度センサに関する。   The present invention relates to a movable body formed on a substrate, a biaxial angular velocity sensor and a triaxial acceleration sensor including the movable body.

従来から半導体基板上に枠マスなどの質量体を備える可動体を形成し、その質量体の変位量を検出することによって、角速度や加速度などの物理量を検出するセンサが提案されている。例えば、基板に沿った方向にX軸、Y軸を設定し、基板に直交する方向にZ軸を設定した場合に、質量体のX軸方向の変位量からX軸方向の加速度を検出したり、質量体のZ軸方向の変位量からZ軸方向の加速度を検出する加速度センサが提案されている。あるいは、質量体をX軸方向に振動させておいて、コリオリの力に起因する質量体のZ軸方向の変位量から、Y軸周りの角速度を検出する角速度センサが提案されている。このようなセンサが特許文献1−3に開示されている。   Conventionally, a sensor that detects a physical quantity such as an angular velocity or an acceleration by forming a movable body including a mass body such as a frame mass on a semiconductor substrate and detecting a displacement amount of the mass body has been proposed. For example, when the X-axis and Y-axis are set in the direction along the substrate and the Z-axis is set in the direction orthogonal to the substrate, the acceleration in the X-axis direction is detected from the displacement amount of the mass body in the X-axis direction. An acceleration sensor that detects the acceleration in the Z-axis direction from the amount of displacement of the mass body in the Z-axis direction has been proposed. Alternatively, an angular velocity sensor is proposed that detects the angular velocity around the Y axis from the amount of displacement of the mass body in the Z-axis direction caused by Coriolis force by vibrating the mass body in the X-axis direction. Such a sensor is disclosed in Patent Documents 1-3.

特許文献1の1軸角速度センサ(X型ジャイロスコープ)は、Z軸方向に移動可能な第1枠マスと、Y軸方向に移動可能な第2枠マスと、第1枠マスをZ軸方向に振動させる励振手段と、第1枠マスのZ軸方向の変位量を一定にするために、その変位量を検出(モニタ)する第1検出手段と、第2枠マスのY軸方向の変位量を検出する第2検出手段を備えている。特許文献1には、このような1軸角速度センサを2つ用意し、それらのうちの1つを90°回転させて配置することで、2軸角速度センサとすることが記載されている。特許文献1の技術では、第2枠マスを第1枠マスよりも一回り小さく形成し、第1枠マスの内側に第2枠マスを配置することで、2軸角速度センサで必要とされるすべての構成要素を同一平面内に配置し、単一マスクによる製造を可能としている。   The single-axis angular velocity sensor (X-type gyroscope) of Patent Document 1 includes a first frame mass movable in the Z-axis direction, a second frame mass movable in the Y-axis direction, and the first frame mass in the Z-axis direction. Excitation means for oscillating the first frame mass, first detection means for detecting (monitoring) the displacement amount in the Z-axis direction of the first frame mass, and displacement of the second frame mass in the Y-axis direction Second detection means for detecting the amount is provided. Patent Document 1 describes that two such uniaxial angular velocity sensors are prepared, and one of them is rotated by 90 ° and arranged to be a biaxial angular velocity sensor. In the technique of Patent Document 1, the second frame mass is formed to be slightly smaller than the first frame mass, and the second frame mass is disposed inside the first frame mass, which is necessary for the biaxial angular velocity sensor. All the components are arranged in the same plane, and can be manufactured by a single mask.

特開2003−194545号公報JP 2003-194545 A 特開2005−55377号公報JP 2005-55377 A 特開2006−271053号公報JP 2006-271053 A

特許文献1の技術では、2つの枠マスを同一平面内で内側と外側の二重に配置する構造としているので、枠マスの内側の面積が小さくなってしまう。従って、枠マスの内側に検出部を配置すると、検出部の面積が小さくなってしまい、物理量の検出感度が低くなってしまう。検出部における検出感度を向上するために検出部の面積を大きく確保しようとすると、内側の枠マスと外側の枠マスをそれぞれ大きく形成しなければならず、結果として装置全体の占有面積が大きくなってしまう。装置全体が小型でありながら、物理量の検出感度の高いセンサを製造することは困難であった。   In the technique of Patent Document 1, since the two frame masses are arranged in a double manner on the inside and outside in the same plane, the area inside the frame mass becomes small. Therefore, if the detection unit is arranged inside the frame mass, the area of the detection unit is reduced, and the physical quantity detection sensitivity is lowered. In order to increase the detection area in order to improve the detection sensitivity in the detection section, the inner frame mass and the outer frame mass must be formed larger, resulting in an increase in the occupied area of the entire apparatus. End up. It has been difficult to manufacture a sensor with high physical quantity detection sensitivity while the entire apparatus is small.

本発明は、上述の課題を解決するために創作されたものであり、装置全体が小型でありながら、検出感度の高いセンサを製造することが可能な技術を提供する。   The present invention has been created to solve the above-described problems, and provides a technique capable of manufacturing a sensor with high detection sensitivity while the entire apparatus is small.

本発明は基板上に形成される可動体として具現化される。その可動体は、第1枠体と、前記第1枠体に対して、互いに対向して、かつ部分的にあるいは完全に重なり合うように配置されている第2枠体と、第1ばね部を介して前記第1枠体と接続しており、かつ第2ばね部を介して前記第2枠体と接続している結合部と、第3ばね部を介して前記結合部と接続している、前記基板に固定された固定部を備えている。前記第1ばね部、前記第2ばね部および前記第3ばね部は、一方向のばね定数が他の方向のばね定数に比べて顕著に低く、実質的に当該一方向のみの相対変位を許容する。前記第1ばね部、前記第2ばね部および前記第3ばね部が相対変位を許容する方向が、互いに直交している。   The present invention is embodied as a movable body formed on a substrate. The movable body includes a first frame, a second frame disposed so as to face each other and partially or completely overlap with the first frame, and a first spring portion. Connected to the first frame body, and connected to the second frame body via a second spring part, and connected to the joint part via a third spring part. And a fixing portion fixed to the substrate. The first spring part, the second spring part, and the third spring part have a significantly lower spring constant in one direction than the spring constant in the other direction, and allow a relative displacement in only one direction. To do. The directions in which the first spring portion, the second spring portion, and the third spring portion allow relative displacement are orthogonal to each other.

上記の可動体では、第1枠体と第2枠体が、互いに対向して、かつ部分的にあるいは完全に重なり合うように配置されている。第1枠体と第2枠体を同一平面内で内側と外側の二重に配置する場合に比べて、内側の領域の面積を広く確保することができる。この可動体をセンサの構成要素として用い、第1枠体または第2枠体の運動を検出する検出部を第1枠体および第2枠体の内側に配置することで、検出部の面積を広く確保することができる。装置全体の大型化を抑制しつつ、検出感度の高いセンサを実現することができる。   In the movable body described above, the first frame body and the second frame body are arranged so as to face each other and partially or completely overlap each other. Compared to the case where the first frame body and the second frame body are arranged in the inner and outer doubles in the same plane, the area of the inner region can be secured widely. By using this movable body as a component of the sensor and arranging the detection unit for detecting the movement of the first frame or the second frame inside the first frame and the second frame, the area of the detection unit can be reduced. Widely secured. A sensor with high detection sensitivity can be realized while suppressing an increase in size of the entire apparatus.

上記の可動体は、前記基板に平行な方向にX軸およびY軸を、前記基板に垂直な方向にZ軸を設定した場合に、前記第1枠体および前記第2枠体が、それぞれX軸に沿った辺とY軸に沿った辺を有する矩形形状に形成されており、前記第1ばね部が相対変位を許容する方向がY軸方向であり、前記第2ばね部が相対変位を許容する方向がZ軸方向であり、前記第3ばね部が相対変位を許容する方向がX軸方向であることが好ましい。また、上記の可動体は、前記第1枠体のY軸方向の運動を検出するY方向検出部をさらに備えることが好ましい。さらに、上記の可動体は、前記第2枠体のZ軸方向の運動を検出するZ方向検出部を備えることが好ましい。   When the X and Y axes are set in a direction parallel to the substrate and the Z axis is set in a direction perpendicular to the substrate, the movable body is configured so that the first frame and the second frame are respectively X It is formed in a rectangular shape having sides along the axis and sides along the Y axis, the direction in which the first spring portion allows relative displacement is the Y axis direction, and the second spring portion exhibits relative displacement. The allowable direction is preferably the Z-axis direction, and the direction in which the third spring portion allows relative displacement is preferably the X-axis direction. Moreover, it is preferable that said movable body is further equipped with the Y direction detection part which detects the motion of the said 1st frame body in the Y-axis direction. Furthermore, it is preferable that the movable body includes a Z-direction detection unit that detects the movement of the second frame body in the Z-axis direction.

本発明は上記の可動体を備える2軸角速度センサとして具現化することもできる。本発明の2軸角速度センサは、前記可動体と、前記結合部をX軸方向に励振するX方向励振部を備えている。   The present invention can also be embodied as a biaxial angular velocity sensor including the above movable body. The biaxial angular velocity sensor of the present invention includes the movable body and an X-direction excitation unit that excites the coupling portion in the X-axis direction.

この2軸角速度センサによれば、結合部をX軸方向に励振することで、結合部と、第1枠体と、第2枠体がX軸方向に振動する。この2軸角速度センサにY軸周りの角速度が作用すると、第2枠体がコリオリの力によってZ軸方向にも振動する。この第2枠体のZ軸方向の運動をZ方向検出部で検出することによって、Y軸周りの角速度を検出することができる。また、この2軸角速度センサにZ軸周りの角速度が作用すると、第1枠体がコリオリの力によってY軸方向にも振動する。この第1枠体のY軸方向の運動をY方向検出部で検出することによって、Z軸周りの角速度を検出することができる。   According to this biaxial angular velocity sensor, the coupling portion, the first frame body, and the second frame body vibrate in the X-axis direction by exciting the coupling portion in the X-axis direction. When an angular velocity around the Y-axis acts on the biaxial angular velocity sensor, the second frame vibrates in the Z-axis direction by Coriolis force. By detecting the movement of the second frame body in the Z-axis direction by the Z-direction detection unit, the angular velocity around the Y-axis can be detected. Further, when an angular velocity around the Z-axis acts on this biaxial angular velocity sensor, the first frame body vibrates in the Y-axis direction by Coriolis force. By detecting the movement of the first frame body in the Y-axis direction by the Y-direction detection unit, the angular velocity around the Z-axis can be detected.

本発明は上記の可動体を備える3軸加速度センサとして具現化することもできる。本発明の3軸加速度センサは、前記可動体と、前記結合部のX軸方向の運動を検出するX方向検出部を備えている。   The present invention can also be embodied as a three-axis acceleration sensor including the movable body. The triaxial acceleration sensor according to the present invention includes the movable body and an X-direction detection unit that detects the movement of the coupling portion in the X-axis direction.

この3軸加速度センサにX軸方向の加速度が作用すると、第1枠体、第2枠体および結合部がX軸方向に振動する。この結合部のX軸方向の運動をX方向検出部で検出することによって、X軸方向の加速度を検出することができる。この3軸加速度センサにY軸方向の加速度が作用すると、第1枠体がY軸方向に振動する。この第1枠体のY軸方向の運動をY方向検出部で検出することによって、Y軸方向の加速度を検出することができる。この3軸加速度センサにZ軸方向の加速度が作用すると、第2枠体がZ軸方向に振動する。この第2枠体のZ軸方向の運動をZ方向検出部で検出することによって、Z軸方向の加速度を検出することができる。   When acceleration in the X-axis direction acts on the three-axis acceleration sensor, the first frame, the second frame, and the coupling portion vibrate in the X-axis direction. By detecting the movement of the coupling portion in the X-axis direction by the X-direction detection unit, the acceleration in the X-axis direction can be detected. When acceleration in the Y-axis direction acts on this triaxial acceleration sensor, the first frame body vibrates in the Y-axis direction. The Y-axis direction acceleration can be detected by detecting the movement of the first frame in the Y-axis direction by the Y-direction detection unit. When acceleration in the Z-axis direction acts on this triaxial acceleration sensor, the second frame body vibrates in the Z-axis direction. By detecting the movement of the second frame in the Z-axis direction by the Z-direction detection unit, the acceleration in the Z-axis direction can be detected.

本発明の可動体、2軸角速度センサおよび3軸加速度センサによれば、装置全体が小型でありながら、検出感度の高いセンサを製造することができる。   According to the movable body, the biaxial angular velocity sensor, and the triaxial acceleration sensor of the present invention, a sensor with high detection sensitivity can be manufactured while the entire apparatus is small.

実施例1の2軸角速度センサ10の第1Si層100の構成を示す平面図。FIG. 3 is a plan view illustrating a configuration of a first Si layer 100 of the biaxial angular velocity sensor 10 according to the first embodiment. 実施例1の2軸角速度センサ10および実施例2の3軸加速度センサ20の第2Si層200の構成を示す平面図。The top view which shows the structure of the 2nd Si layer 200 of the biaxial angular velocity sensor 10 of Example 1, and the triaxial acceleration sensor 20 of Example 2. FIG. 実施例1の2軸角速度センサ10および実施例2の3軸加速度センサ20の第3Si層300の構成を示す平面図。The top view which shows the structure of the 3rd Si layer 300 of the biaxial angular velocity sensor 10 of Example 1, and the triaxial acceleration sensor 20 of Example 2. FIG. 実施例1の2軸角速度センサ10および実施例2の3軸加速度センサ20の構成を示す縦断面図。FIG. 3 is a longitudinal sectional view illustrating configurations of a biaxial angular velocity sensor 10 according to the first embodiment and a triaxial acceleration sensor 20 according to the second embodiment. 実施例2の3軸加速度センサ20の第1Si層500の構成を示す平面図。FIG. 6 is a plan view illustrating a configuration of a first Si layer 500 of the triaxial acceleration sensor 20 according to the second embodiment.

本発明は、たとえば以下の特徴を単独あるいは組み合わせて備えることによって好ましい形態として実現することもできる。
(特徴1)Z方向検出部は、第1枠体および第2枠体の内側に配置されている。
(特徴2)第1枠体と、Y方向検出部と、X方向励振部は、同一平面内に配置されており、Y方向検出部と、X方向励振部は、第1枠体の外側に配置されている。
(特徴3)第1枠体と、Y方向検出部と、X方向検出部は、同一平面内に配置されており、Y方向検出部と、X方向検出部は、第1枠体の外側に配置されている。
The present invention can also be realized as a preferred embodiment by including the following features alone or in combination.
(Characteristic 1) The Z direction detection part is arrange | positioned inside the 1st frame and the 2nd frame.
(Feature 2) The first frame, the Y-direction detection unit, and the X-direction excitation unit are arranged in the same plane, and the Y-direction detection unit and the X-direction excitation unit are outside the first frame. Has been placed.
(Feature 3) The first frame, the Y direction detection unit, and the X direction detection unit are arranged in the same plane, and the Y direction detection unit and the X direction detection unit are located outside the first frame. Has been placed.

図1は、実施例1に係る可動体を備える2軸角速度センサ10の構成を示す。2軸角速度センサ10は、Y軸周りの角速度とZ軸周りの角速度をそれぞれ検出する2軸の角速度センサである。   FIG. 1 illustrates a configuration of a biaxial angular velocity sensor 10 including a movable body according to the first embodiment. The biaxial angular velocity sensor 10 is a biaxial angular velocity sensor that detects an angular velocity around the Y axis and an angular velocity around the Z axis.

2軸角速度センサ10は、図1に示す第1Si層100と、図2に示す第2Si層200と、図3に示す第3Si層300と、第1Si層100と第2Si層200の間に形成された第1酸化膜600と、第2Si層200と第3Si層300の間に形成された第2酸化膜700が積層された構造を有するSOI(Silicon on Insulator)基板から構成されている。例えば、第1Si層100は、第2Si層200よりも厚みが大きくなるように形成されている。また、例えば、第3Si層300は、第1Si層100および第2Si層200の何れよりも厚みが大きくなるように形成されている。   The biaxial angular velocity sensor 10 is formed between the first Si layer 100 shown in FIG. 1, the second Si layer 200 shown in FIG. 2, the third Si layer 300 shown in FIG. 3, and the first Si layer 100 and the second Si layer 200. The first oxide film 600 is formed, and an SOI (Silicon on Insulator) substrate having a structure in which a second oxide film 700 formed between the second Si layer 200 and the third Si layer 300 is laminated. For example, the first Si layer 100 is formed to be thicker than the second Si layer 200. Further, for example, the third Si layer 300 is formed to have a thickness larger than any of the first Si layer 100 and the second Si layer 200.

図1に示すように、第1Si層100には、第1枠マス102と、第1枠マス102をX軸方向に振動させるX方向励振部104a、104bと、第1枠マス102のY方向の振動を検出するY方向検出部106a、106bと、後述するZ方向検出部240の一部となる固定電極108a、108bおよび可動電極110が形成されている。X方向励振部104a、104bは、第1枠マス102の外側に、X軸方向に関して第1枠マス102を両側から挟み込むように配置されている。Y方向検出部106a、106bは、第1枠マス102の外側に、Y軸方向に関して第1枠マス102を両側から挟み込むように配置されている。固定電極108a、108bと可動電極110は、第1枠マス102の内側に配置されている。   As shown in FIG. 1, the first Si layer 100 includes a first frame mass 102, X-direction excitation units 104 a and 104 b that vibrate the first frame mass 102 in the X-axis direction, and the Y direction of the first frame mass 102. Y direction detectors 106a and 106b that detect the vibration of the first electrode, and fixed electrodes 108a and 108b and a movable electrode 110 that are part of a Z direction detector 240 described later are formed. The X-direction excitation units 104a and 104b are disposed outside the first frame mass 102 so as to sandwich the first frame mass 102 from both sides in the X-axis direction. The Y direction detection units 106a and 106b are arranged outside the first frame mass 102 so as to sandwich the first frame mass 102 from both sides in the Y axis direction. The fixed electrodes 108 a and 108 b and the movable electrode 110 are disposed inside the first frame mass 102.

X方向励振部104a、104bは、第1枠マス102を挟んで左右対称の構成を備えている。以下ではX方向励振部104aを例として詳細な構成を説明し、X方向励振部104bについては詳細な説明を省略する。X方向励振部104aは、結合部112aと、励振電極114aと、励振部ばね116a、118aと、固定部120a、121a、122a、123aと、第1連結用ばね124a、126aを備えている。図に示すように、励振電極114aと結合部112aは、互いに対向する辺に櫛歯状の電極が互い違いに形成されている。励振電極114aに通電すると、結合部112aの櫛歯状電極が励振電極114aの櫛歯状電極の隙間に吸引され、励振電極114aの通電を解除すると、結合部112aの櫛歯状電極の吸引も解除される。結合部112aは、X軸方向に沿って伸びる第1連結用ばね124a、126aを介して第1枠マス102と連結している。第1連結用ばね124a、126aは、Y軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にY軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたY軸方向ばねである。従って、第1枠マス102と結合部112aは、X軸方向およびZ軸方向に関しては一体的に振動し、Y軸方向に関しては互いに独立して振動する。結合部112aのY軸方向の一端は、励振部ばね116aを介して、固定部120a、121aに接続している。結合部112aのY軸方向の他端は、励振部ばね118aを介して、固定部122a、123aに接続している。励振部ばね116a、118aは、X軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にX軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたX軸方向ばねである。従って、結合部112aは固定部120a、121a、122a、123aに対して、Y軸方向およびZ軸方向の相対変位が拘束されており、X軸方向に関しては自由に変位することができる。励振電極114aと固定部120a、121a、122a、123aは、第1酸化膜600を介して、後述する第2Si層200の外側固定部230に固定されている。なお、X方向励振部104aの結合部112aと、励振部ばね116a、118aと、固定部120a、121a、122a、123aと、第1連結用ばね124a、126aは、第1枠マス102と一体的に形成されており、これらの部材は電気的に導通している。   The X-direction excitation units 104 a and 104 b have a symmetrical configuration with the first frame mass 102 interposed therebetween. Hereinafter, a detailed configuration will be described by taking the X direction excitation unit 104a as an example, and detailed description of the X direction excitation unit 104b will be omitted. The X-direction excitation unit 104a includes a coupling unit 112a, an excitation electrode 114a, excitation unit springs 116a and 118a, fixing units 120a, 121a, 122a, and 123a, and first connection springs 124a and 126a. As shown in the figure, the excitation electrode 114a and the coupling portion 112a are alternately formed with comb-like electrodes on opposite sides. When the excitation electrode 114a is energized, the comb-shaped electrode of the coupling portion 112a is attracted to the gap between the comb-shaped electrodes of the excitation electrode 114a. Canceled. The coupling portion 112a is coupled to the first frame mass 102 via first coupling springs 124a and 126a extending along the X-axis direction. The first connecting springs 124a and 126a are configured such that the spring constant in the Y-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, and only the relative displacement in the Y-axis direction is allowed. Y-axis direction spring. Therefore, the first frame mass 102 and the coupling portion 112a vibrate integrally in the X-axis direction and the Z-axis direction, and vibrate independently of each other in the Y-axis direction. One end of the coupling portion 112a in the Y-axis direction is connected to the fixing portions 120a and 121a via the excitation portion spring 116a. The other end of the coupling portion 112a in the Y-axis direction is connected to the fixing portions 122a and 123a via the excitation portion spring 118a. Exciter springs 116a and 118a are configured such that the spring constant in the X-axis direction is significantly smaller than the spring constant in the other direction, and is substantially configured to allow only relative displacement in the X-axis direction. X-axis direction spring. Accordingly, the relative displacement in the Y-axis direction and the Z-axis direction is constrained with respect to the fixing portions 120a, 121a, 122a, 123a, and the coupling portion 112a can be freely displaced in the X-axis direction. The excitation electrode 114a and the fixing parts 120a, 121a, 122a, 123a are fixed to the outer fixing part 230 of the second Si layer 200 described later via the first oxide film 600. The coupling portion 112a of the X direction excitation portion 104a, the excitation portion springs 116a and 118a, the fixing portions 120a, 121a, 122a, and 123a, and the first connection springs 124a and 126a are integrated with the first frame mass 102. These members are electrically connected.

Y方向検出部106a、106bは、第1枠マス102を挟んで上下対称の構成を備えている。以下ではY方向検出部106aを例として詳細な構成を説明し、Y方向検出部106bについては詳細な説明を省略する。Y方向検出部106aは、検出用枠体130aと、検出部ばね132a、134a、136a、138aと、固定部140a、142a、144a、146aと、固定電極148a、150aと、可動電極152a、154aと、検出電極156a、158aと、第2連結用ばね160a、162aを備えている。検出部ばね132a、134a、136a、138aと、固定部140a、142a、144a、146aと、固定電極148a、150aと、可動電極152a、154aと、検出電極156a、158aは、検出用枠体130aの内側に配置されている。検出用枠体130aのX軸方向の両端は、それぞれ第2連結用ばね160a、162aを介して第1枠マス102に接続している。第2連結用ばね160a、162aは、X軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にX軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたX軸方向ばねである。従って、第1枠マス102と検出用枠体130aは、Y軸方向およびZ軸方向に関しては一体的に振動し、X軸方向に関しては互いに独立して振動する。検出部ばね132a、134a、136a、138aは、一端がそれぞれ検出用枠体130aの四隅近傍に接続しており、他端がそれぞれ固定部140a、142a、144a、146aに接続している。検出部ばね132a、134a、136a、138aは、Y軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にY軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたY軸方向ばねである。従って、検出用枠体130aは固定部140a、142a、144a、146aに対して、X軸方向およびZ軸方向の相対変位が拘束されており、Y軸方向に関しては自由に変位することができる。可動電極152a、154aは検出用枠体130aからX軸方向に沿って伸びるように配置されている。固定電極148a、150aは、検出電極156a、158aからX軸方向に沿って伸びるように配置されている。可動電極152aは固定電極148aを両側から挟み込むように配置されており、可動電極152aと固定電極148aによって静電容量が構成されている。可動電極154aは固定電極150aを両側から挟み込むように配置されており、可動電極154aと固定電極150aによって静電容量が構成されている。検出用枠体130aが検出電極156a、158aに対してY軸方向に振動すると、固定電極148a、150aと可動電極152a、154aで構成される静電容量が変化する。この静電容量の変化は、図示しないCV変換回路を用いて信号として検出することができる。検出電極156a、158aと固定部140a、142a、144a、146aは、第1酸化膜600を介して、後述する第2Si層200の外側固定部230に固定されている。なお、Y方向検出部106aの、検出用枠体130aと、検出部ばね132a、134a、136a、138aと、固定部140a、142a、144a、146aと、可動電極152a、154aと、第2連結用ばね160a、162aは、第1枠マス102に対して一体的に形成されており、これらの部材は電気的に導通している。   The Y direction detection units 106 a and 106 b have a vertically symmetric configuration with the first frame mass 102 interposed therebetween. Hereinafter, a detailed configuration will be described by taking the Y direction detection unit 106a as an example, and detailed description of the Y direction detection unit 106b will be omitted. The Y direction detection unit 106a includes a detection frame 130a, detection unit springs 132a, 134a, 136a, and 138a, fixed units 140a, 142a, 144a, and 146a, fixed electrodes 148a and 150a, and movable electrodes 152a and 154a. Detection electrodes 156a and 158a, and second connecting springs 160a and 162a. The detection unit springs 132a, 134a, 136a, 138a, the fixed units 140a, 142a, 144a, 146a, the fixed electrodes 148a, 150a, the movable electrodes 152a, 154a, and the detection electrodes 156a, 158a are included in the detection frame 130a. Arranged inside. Both ends in the X-axis direction of the detection frame 130a are connected to the first frame mass 102 via second connection springs 160a and 162a, respectively. The second connecting springs 160a and 162a are configured such that the spring constant in the X-axis direction is significantly smaller than the spring constant in the other direction, and is configured to substantially allow only relative displacement in the X-axis direction. X-axis direction spring. Accordingly, the first frame mass 102 and the detection frame 130a vibrate integrally in the Y-axis direction and the Z-axis direction, and vibrate independently of each other in the X-axis direction. One end of each of the detection unit springs 132a, 134a, 136a, 138a is connected to the vicinity of the four corners of the detection frame 130a, and the other end is connected to each of the fixing units 140a, 142a, 144a, 146a. The detector springs 132a, 134a, 136a, and 138a are configured such that the spring constant in the Y-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, so that substantially only relative displacement in the Y-axis direction is allowed. It is the Y-axis direction spring comprised in this. Accordingly, the relative displacement in the X-axis direction and the Z-axis direction is restricted with respect to the fixing portions 140a, 142a, 144a, and 146a, and the detection frame 130a can be freely displaced in the Y-axis direction. The movable electrodes 152a and 154a are arranged so as to extend from the detection frame 130a along the X-axis direction. The fixed electrodes 148a and 150a are arranged so as to extend from the detection electrodes 156a and 158a along the X-axis direction. The movable electrode 152a is disposed so as to sandwich the fixed electrode 148a from both sides, and the movable electrode 152a and the fixed electrode 148a constitute a capacitance. The movable electrode 154a is arranged so as to sandwich the fixed electrode 150a from both sides, and the movable electrode 154a and the fixed electrode 150a constitute a capacitance. When the detection frame 130a vibrates in the Y-axis direction with respect to the detection electrodes 156a and 158a, the capacitance formed by the fixed electrodes 148a and 150a and the movable electrodes 152a and 154a changes. This change in capacitance can be detected as a signal using a CV conversion circuit (not shown). The detection electrodes 156a and 158a and the fixing parts 140a, 142a, 144a and 146a are fixed to the outer fixing part 230 of the second Si layer 200 described later via the first oxide film 600. The Y direction detection unit 106a includes a detection frame 130a, detection unit springs 132a, 134a, 136a, and 138a, fixed units 140a, 142a, 144a, and 146a, movable electrodes 152a and 154a, and a second connection. The springs 160a and 162a are formed integrally with the first frame mass 102, and these members are electrically connected.

第1枠マス102は、矩形の枠状の形状(枠形状)を有する質量体である。第1枠マス102は、X方向励振部104a、104bによってX方向に加振される。具体的には、X方向励振部104aの励振電極114aに通電し、X方向励振部104bの励振電極114bの通電を解除すると、結合部112aが図1の左側に向けて移動し、それに伴って第1枠マス102も図1の左側に向けて移動する。X方向励振部104bの励振電極114bの通電を解除し、X方向励振部104bの励振電極114bに通電すると、結合部112bが図1の右側に向けて移動し、それに伴って第1枠マス102も図1の右側に向けて移動する。このように、X方向励振部104a、104bの励振電極114a、114bに交互に通電することで、第1枠マス102はX軸方向に振動する。   The first frame mass 102 is a mass body having a rectangular frame shape (frame shape). The first frame mass 102 is vibrated in the X direction by the X direction excitation units 104a and 104b. Specifically, when the excitation electrode 114a of the X-direction excitation unit 104a is energized and the energization of the excitation electrode 114b of the X-direction excitation unit 104b is released, the coupling unit 112a moves toward the left side of FIG. The first frame mass 102 also moves toward the left side of FIG. When the energization of the excitation electrode 114b of the X-direction excitation unit 104b is released and the excitation electrode 114b of the X-direction excitation unit 104b is energized, the coupling unit 112b moves toward the right side of FIG. Move toward the right side of FIG. As described above, the first frame mass 102 vibrates in the X-axis direction by energizing the excitation electrodes 114a and 114b of the X-direction excitation units 104a and 104b alternately.

第1枠マス102がX軸方向に振動している状況で、第1枠マス102にZ軸周りの角速度が作用すると、第1枠マス102にY軸方向のコリオリ力が作用して、第1枠マス102はY軸方向についても振動する。この第1枠マス102のY軸方向の振動は、Y方向検出部106a、106bの検出用枠体130a、130bにも伝達し、検出電極156a、158aにおける信号出力の変化として検出される。   In a situation where the first frame mass 102 vibrates in the X-axis direction, when an angular velocity around the Z-axis acts on the first frame mass 102, a Coriolis force in the Y-axis direction acts on the first frame mass 102, and One frame mass 102 vibrates also in the Y-axis direction. The vibration in the Y-axis direction of the first frame mass 102 is also transmitted to the detection frames 130a and 130b of the Y-direction detection units 106a and 106b, and is detected as a change in signal output at the detection electrodes 156a and 158a.

第1枠マス102がX軸方向に振動している状況で、第1枠マス102にY軸周りの角速度が作用する場合には、第1枠マス102にZ軸方向のコリオリ力が作用する。しかし、励振部ばね116a、118a、116b、118bや第1連結用ばね124a、126a、124b、126bや第2連結用ばね160a、162a、160b、162bや検出部ばね132a、134a、136a、138a、132b、134b、136b、138bは、Z軸方向に剛性が高い、すなわち、Z軸方向のばね定数が大きい。このため、第1枠マス102はX方向励振部104a、104bの固定部120a、121a、122a、123a、120b、121b、122b、123bやY方向検出部106a、106bの固定部140a、142a、144a、146a、140b、142b、144b、146bに対してZ軸方向の変位が拘束される。従って、第1枠マス102はZ軸方向にはほとんど振動しない。   In a situation where the first frame mass 102 is vibrating in the X-axis direction, when an angular velocity around the Y-axis acts on the first frame mass 102, a Coriolis force in the Z-axis direction acts on the first frame mass 102. . However, the excitation part springs 116a, 118a, 116b, 118b, the first connection springs 124a, 126a, 124b, 126b, the second connection springs 160a, 162a, 160b, 162b and the detection part springs 132a, 134a, 136a, 138a, 132b, 134b, 136b, and 138b have high rigidity in the Z-axis direction, that is, a large spring constant in the Z-axis direction. For this reason, the first frame mass 102 is fixed to the fixing portions 120a, 121a, 122a, 123a, 120b, 121b, 122b, 123b of the X direction excitation units 104a, 104b and the fixing portions 140a, 142a, 144a of the Y direction detection units 106a, 106b. 146a, 140b, 142b, 144b, and 146b are restrained from displacement in the Z-axis direction. Accordingly, the first frame mass 102 hardly vibrates in the Z-axis direction.

図2に示すように、第2Si層200には、第2枠マス202と、第3連結用ばね204a、204b、206a、206bと、可動電極208a、208bと、固定電極209と、検出部連結用ばね210a、210b、212a、212bと、検出部支持用ばね214a、214b、216a、216bと、固定部218、220、222a、222b、224a、224b、226a、226bと、外側固定部230を備えている。外側固定部230は、後述する第3Si層300に第2酸化膜700を介して固定されている。以下では、可動電極208a、208bと、固定電極209と、検出部連結用ばね210a、210b、212a、212bと、検出部支持用ばね214a、214b、216a、216bと、固定部218、220、222a、222b、224a、224b、226a、226bと、図1の固定電極108a、108bと、可動電極110を合わせて、Z方向検出部240という。   As shown in FIG. 2, the second frame layer 202, the third connection springs 204a, 204b, 206a, 206b, the movable electrodes 208a, 208b, the fixed electrode 209, and the detection unit are connected to the second Si layer 200. Springs 210a, 210b, 212a, 212b, detection portion supporting springs 214a, 214b, 216a, 216b, fixing portions 218, 220, 222a, 222b, 224a, 224b, 226a, 226b, and an outer fixing portion 230. ing. The outer fixing portion 230 is fixed to a third Si layer 300 described later via a second oxide film 700. Hereinafter, the movable electrodes 208a and 208b, the fixed electrode 209, the detection unit coupling springs 210a, 210b, 212a and 212b, the detection unit support springs 214a, 214b, 216a and 216b, and the fixed units 218, 220 and 222a. , 222b, 224a, 224b, 226a, 226b, the fixed electrodes 108a, 108b of FIG. 1, and the movable electrode 110 are collectively referred to as a Z direction detector 240.

第3連結用ばね204a、206aは、第2枠マス202のX軸方向の一方の端部(図2の左側の端部)からX軸方向に沿って伸びている。第3連結用ばね204a、206aの端部は、図1のX方向励振部104aの結合部112aと、第1酸化膜600を介して接続している。第3連結用ばね204b、206bは、第2枠マス202のX軸方向の他方の端部(図2の右側の端部)からX軸方向に沿って伸びている。第3連結用ばね204b、206bの端部は、図1のX方向励振部104bの結合部112bと、第1酸化膜600を介して接続している。第3連結用ばね204a、204b、206a、206bは、Z軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にZ軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたZ軸方向ばねである。従って、第2枠マス202とX方向励振部104aの結合部112a、および第2枠マス202とX方向励振部104bの結合部112bは、X軸方向およびY軸方向に関しては一体的に振動し、Z軸方向に関しては互いに独立して振動する。   The third connecting springs 204a and 206a extend from one end portion (left end portion in FIG. 2) of the second frame mass 202 in the X-axis direction along the X-axis direction. The end portions of the third coupling springs 204a and 206a are connected to the coupling portion 112a of the X direction excitation portion 104a of FIG. 1 via the first oxide film 600. The third connecting springs 204b and 206b extend along the X-axis direction from the other end portion (right end portion in FIG. 2) of the second frame mass 202 in the X-axis direction. The end portions of the third coupling springs 204b and 206b are connected to the coupling portion 112b of the X-direction excitation portion 104b of FIG. 1 via the first oxide film 600. The third connecting springs 204a, 204b, 206a, 206b are configured so that the spring constant in the Z-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, and substantially only relative displacement in the Z-axis direction is allowed. It is a Z-axis direction spring configured to do this. Accordingly, the coupling portion 112a of the second frame mass 202 and the X-direction excitation portion 104a and the coupling portion 112b of the second frame mass 202 and the X-direction excitation portion 104b vibrate integrally in the X-axis direction and the Y-axis direction. Oscillate independently of each other in the Z-axis direction.

さらに、第3連結用ばね204a、206aの端部は、X方向励振部104aの結合部112aと、それぞれ貫通電極232a、234aを介して電気的に導通している。第3連結用ばね204b、206bの端部は、X方向励振部104bの結合部112bと、それぞれ貫通電極232b、234bを介して電気的に導通している。X方向励振部104a、104bの結合部112a、112bは第1枠マス102と電気的に導通しているから、第1枠マス102と第2枠マス202は、同電位に維持されている。   Furthermore, the end portions of the third coupling springs 204a and 206a are electrically connected to the coupling portion 112a of the X-direction excitation portion 104a via the through electrodes 232a and 234a, respectively. The end portions of the third coupling springs 204b and 206b are electrically connected to the coupling portion 112b of the X direction excitation portion 104b via the through electrodes 232b and 234b, respectively. Since the coupling portions 112a and 112b of the X-direction excitation units 104a and 104b are electrically connected to the first frame mass 102, the first frame mass 102 and the second frame mass 202 are maintained at the same potential.

可動電極208a、208bは、第2枠マス202の内側に形成されている。可動電極208aは、検出部連結用ばね210a、212aを介して、第2枠マス202に接続している。可動電極208bは、検出部連結用ばね210b、212bを介して、第2枠マス202に接続している。検出部連結用ばね210a、210b、212a、212bは、X軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にX軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたX軸方向ばねである。従って、可動電極208a、208bは第2枠マス202に対して、Y軸方向およびZ軸方向に関しては一体的に振動し、X軸方向に関しては互いに独立して振動する。   The movable electrodes 208 a and 208 b are formed inside the second frame mass 202. The movable electrode 208a is connected to the second frame mass 202 via the detection unit coupling springs 210a and 212a. The movable electrode 208b is connected to the second frame mass 202 via the detection unit coupling springs 210b and 212b. The detection unit coupling springs 210a, 210b, 212a, and 212b are configured so that the spring constant in the X-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, and substantially only relative displacement in the X-axis direction is allowed. An X-axis direction spring configured to Accordingly, the movable electrodes 208a and 208b vibrate integrally with respect to the second frame mass 202 in the Y-axis direction and the Z-axis direction, and vibrate independently of each other in the X-axis direction.

可動電極208aは、検出部支持用ばね214a、216aを介して、固定部222a、224aに接続している。可動電極208bは、検出部支持用ばね214b、216bを介して、固定部222b、224bに接続している。検出部支持用ばね214a、214b、216a、216bは、Z軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にZ軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたZ軸方向ばねである。従って、可動電極208aは固定部222a、224aに対して、X軸方向およびY軸方向の相対変位が拘束されており、Z軸方向に関しては自由に変位することができる。また、可動電極208bは固定部222b、224bに対して、X軸方向およびY軸方向の相対変位が拘束されており、Z軸方向に関しては自由に変位することができる。固定部222a、224aは、第2酸化膜700を介して、後述する第3Si層300の凸部306aに固定されている。固定部222b、224bは、第2酸化膜700を介して、後述する第3Si層300の凸部306bに固定されている。なお、可動電極208a、208b、検出部連結用ばね210a、210b、212a、212b、検出部支持用ばね214a、214b、216a、216b、固定部222a、222b、224a、224bは、第2枠マス202と一体的に形成されており、これらの部材は電気的に導通している。また、可動電極208a、208bは、何れも第1酸化膜600を介して図1の可動電極110に機械的に接続しており、さらに貫通電極236a、236bを介して電気的に導通している。なお可動電極208aのXY面で平面視したときに図1の固定電極108aが重なり合う部分、および可動電極208bのXY面で平面視したときに図1の固定電極108bが重なり合う部分には、それぞれエッチング用の孔が形成されている。可動電極208aと固定電極108aの間の第1酸化膜600はエッチングによって除去されており、両者は機械的にも電気的にも切り離されている。また、可動電極208bと固定電極108bの間の第1酸化膜600もエッチングによって除去されており、両者は機械的にも電気的にも切り離されている。   The movable electrode 208a is connected to the fixed portions 222a and 224a via the detection portion supporting springs 214a and 216a. The movable electrode 208b is connected to the fixed portions 222b and 224b via the detection portion supporting springs 214b and 216b. The detection unit supporting springs 214a, 214b, 216a, and 216b are configured such that the spring constant in the Z-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, and substantially only relative displacement in the Z-axis direction is allowed. It is a Z-axis direction spring configured to do this. Therefore, the movable electrode 208a is restrained from relative displacement in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the fixed portions 222a and 224a, and can be freely displaced in the Z-axis direction. Further, the movable electrode 208b is restrained from relative displacement in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the fixed portions 222b and 224b, and can be freely displaced in the Z-axis direction. The fixing portions 222a and 224a are fixed to the convex portion 306a of the third Si layer 300 described later via the second oxide film 700. The fixing portions 222b and 224b are fixed to the convex portion 306b of the third Si layer 300 described later via the second oxide film 700. The movable electrodes 208a, 208b, the detection unit coupling springs 210a, 210b, 212a, 212b, the detection unit support springs 214a, 214b, 216a, 216b, and the fixed units 222a, 222b, 224a, 224b are included in the second frame mass 202. And these members are electrically connected. The movable electrodes 208a and 208b are both mechanically connected to the movable electrode 110 of FIG. 1 through the first oxide film 600, and are electrically connected to each other through the through electrodes 236a and 236b. . Note that the portion where the fixed electrode 108a in FIG. 1 overlaps when viewed in plan on the XY plane of the movable electrode 208a and the portion where the fixed electrode 108b in FIG. 1 overlaps when viewed in plan on the XY plane of the movable electrode 208b are etched, respectively. Holes are formed. The first oxide film 600 between the movable electrode 208a and the fixed electrode 108a is removed by etching, and both are separated mechanically and electrically. In addition, the first oxide film 600 between the movable electrode 208b and the fixed electrode 108b is also removed by etching, and both are separated mechanically and electrically.

固定部226aは第1酸化膜600を介して図1の固定電極108aと機械的に接続している。また、固定部226aは第2酸化膜700を介して後述する第3Si層300の凸部304aに機械的に接続されている。さらに、固定部226aは固定電極108aと、貫通電極238aを介して電気的に導通している。
同様に、固定部226bは第1酸化膜600を介して図1の固定電極108bと機械的に接続している。また、固定部226bは第2酸化膜700を介して後述する第3Si層300の凸部304bに機械的に接続されている。さらに、固定部226bは固定電極108bと、貫通電極238bを介して電気的に導通している。
The fixed portion 226a is mechanically connected to the fixed electrode 108a of FIG. 1 through the first oxide film 600. The fixing portion 226a is mechanically connected to a convex portion 304a of the third Si layer 300 described later via the second oxide film 700. Further, the fixed portion 226a is electrically connected to the fixed electrode 108a via the through electrode 238a.
Similarly, the fixed portion 226b is mechanically connected to the fixed electrode 108b of FIG. 1 through the first oxide film 600. Further, the fixing portion 226b is mechanically connected to the convex portion 304b of the third Si layer 300 described later via the second oxide film 700. Further, the fixed portion 226b is electrically connected to the fixed electrode 108b via the through electrode 238b.

固定電極209は、そのX軸方向の両端が固定部218、220にそれぞれ接続している。固定部218、220は、第2酸化膜700を介して、後述する第3Si層300の凸部306a、306bにそれぞれ機械的に接続している。なお固定電極209のXY面で平面視したときに図1の可動電極110と重なり合う部分には、エッチング用の孔が形成されている。固定電極209と可動電極110の間の第1酸化膜600はエッチングによって除去されており、両者は機械的にも電気的にも切り離されている。   Both ends of the fixed electrode 209 in the X-axis direction are connected to the fixed portions 218 and 220, respectively. The fixing portions 218 and 220 are mechanically connected to convex portions 306a and 306b of the third Si layer 300 described later via the second oxide film 700, respectively. Note that an etching hole is formed in a portion overlapping the movable electrode 110 in FIG. 1 when viewed in plan on the XY plane of the fixed electrode 209. The first oxide film 600 between the fixed electrode 209 and the movable electrode 110 is removed by etching, and both are separated mechanically and electrically.

図4に示すように、第1Si層100の可動電極110と第2Si層200の固定電極209はZ軸方向に関して互いに対向して配置されており、両者の距離d1に応じた静電容量が形成されている。また、第1Si層100の固定電極108aと第2Si層200の可動電極208aは互いに対向して配置されておき、両者の距離d2に応じた静電容量が形成されている。同様に、第1Si層100の固定電極108bと第2Si層200の可動電極208bは互いに対向して配置されておき、両者の距離d2に応じた静電容量が形成されている。第2枠マス202がZ方向に変位すると、可動電極208a、208b、110は第2枠マス202と一体的にZ方向に変位する。図4に示すように、第2枠マス202が第1枠マス102から離れる方向に(図4の下方に)変位する場合、可動電極110と固定電極209の間の距離d1は減少し、固定電極108a、108bと可動電極208a、208bの間の距離d2は増加する。逆に、第2枠マス202が第1枠マス102に近づく方向に(図4の上方に)変位する場合、可動電極110と固定電極209の間の距離d1は増加し、固定電極108a、108bと可動電極208a、208bの間の距離d2は減少する。すなわち、Z方向検出部240には差動静電容量が形成されている。第2枠マス202がZ軸方向に振動すると、上記した静電容量が変化する。この静電容量の変化は、図示しないCV変換回路を用いて、信号として検出することができる。   As shown in FIG. 4, the movable electrode 110 of the first Si layer 100 and the fixed electrode 209 of the second Si layer 200 are arranged opposite to each other in the Z-axis direction, and an electrostatic capacity corresponding to the distance d1 between them is formed. Has been. Further, the fixed electrode 108a of the first Si layer 100 and the movable electrode 208a of the second Si layer 200 are arranged to face each other, and an electrostatic capacity corresponding to the distance d2 between them is formed. Similarly, the fixed electrode 108b of the first Si layer 100 and the movable electrode 208b of the second Si layer 200 are arranged to face each other, and an electrostatic capacity corresponding to the distance d2 between them is formed. When the second frame mass 202 is displaced in the Z direction, the movable electrodes 208 a, 208 b, 110 are displaced in the Z direction integrally with the second frame mass 202. As shown in FIG. 4, when the second frame mass 202 is displaced in the direction away from the first frame mass 102 (downward in FIG. 4), the distance d1 between the movable electrode 110 and the fixed electrode 209 decreases and is fixed. The distance d2 between the electrodes 108a and 108b and the movable electrodes 208a and 208b increases. Conversely, when the second frame mass 202 is displaced in a direction approaching the first frame mass 102 (upward in FIG. 4), the distance d1 between the movable electrode 110 and the fixed electrode 209 increases, and the fixed electrodes 108a and 108b. And the distance d2 between the movable electrodes 208a and 208b decreases. That is, a differential capacitance is formed in the Z direction detection unit 240. When the second frame mass 202 vibrates in the Z-axis direction, the above-described capacitance changes. This change in capacitance can be detected as a signal using a CV conversion circuit (not shown).

第2枠マス202は、第1枠マス102と同形状に形成された、矩形の枠状の形状(枠形状)を有する質量体である。第2枠マス202は、XY面で平面視したときに第1枠マス102と完全に重なり合うように配置されている。図1のX方向励振部104a、104bによって結合部112a、112bがX方向に加振されると、第2枠マス202もX軸方向に振動する。   The second frame mass 202 is a mass body having the same shape as the first frame mass 102 and having a rectangular frame shape (frame shape). The second frame mass 202 is disposed so as to completely overlap the first frame mass 102 when viewed in plan on the XY plane. When the coupling portions 112a and 112b are vibrated in the X direction by the X direction excitation portions 104a and 104b in FIG. 1, the second frame mass 202 also vibrates in the X axis direction.

第2枠マス202がX軸方向に振動している状況で、第2枠マス202にY軸周りの角速度が作用すると、第2枠マス202にZ軸方向のコリオリ力が作用して、第2枠マス202はZ軸方向についても振動する。この第2枠マス202のZ軸方向の振動は、Z方向検出部240の可動電極208a、208b、110にも伝達し、固定電極108a、108b、209における信号出力の変化として検出される。   In a situation where the second frame mass 202 is vibrating in the X-axis direction, if an angular velocity around the Y-axis acts on the second frame mass 202, a Coriolis force in the Z-axis direction acts on the second frame mass 202, and The two-frame mass 202 vibrates also in the Z-axis direction. The vibration in the Z-axis direction of the second frame mass 202 is also transmitted to the movable electrodes 208a, 208b, 110 of the Z-direction detector 240, and is detected as a change in signal output at the fixed electrodes 108a, 108b, 209.

第2枠マス202がX軸方向に振動している状況で、第2枠マス202にZ軸周りの角速度が作用する場合には、第2枠マス202にY軸方向のコリオリ力が作用する。しかし、励振部ばね116a、118a、116b、118bや検出部支持用ばね214a、214b、216a、216bや第3連結用ばね204a、204b、206a、206bや、検出部連結用ばね210a、210b、212a、212bは、Y軸方向に剛性が高い、すなわち、Y軸方向のばね定数が大きい。このため、第2枠マス202は図1のX方向励振部104a、104bの固定部120a、121a、122a、123a、120b、121b、122b、123bや図2の固定部222a、224a、222b、224bに対してY軸方向の変位が拘束される。従って、第2枠マス202はY軸方向にはほとんど振動しない。   In a situation where the second frame mass 202 is vibrating in the X-axis direction, when an angular velocity around the Z-axis acts on the second frame mass 202, a Coriolis force in the Y-axis direction acts on the second frame mass 202. . However, the excitation unit springs 116a, 118a, 116b, 118b, the detection unit support springs 214a, 214b, 216a, 216b, the third connection springs 204a, 204b, 206a, 206b, and the detection unit connection springs 210a, 210b, 212a. 212b have high rigidity in the Y-axis direction, that is, a large spring constant in the Y-axis direction. For this reason, the second frame mass 202 is fixed to the fixing portions 120a, 121a, 122a, 123a, 120b, 121b, 122b, 123b of the X direction excitation portions 104a, 104b of FIG. 1 and the fixing portions 222a, 224a, 222b, 224b of FIG. In contrast, the displacement in the Y-axis direction is constrained. Accordingly, the second frame mass 202 hardly vibrates in the Y-axis direction.

図3に示すように、第3Si層300は、エッチングによって形成されたくぼみ302と、くぼみ302の内部に形成された凸部304a、304b、306a、306bを備えている。凸部304aは第2Si層200の固定部226aに対応して形成されており、凸部304bは第2Si層200の固定部226bに対応して形成されている。凸部306aは第2Si層200の固定部218、222a、222bに対応して形成されており、凸部306bは第2Si層200の固定部220、224a、224bに対応して形成されている。図4に示すように、くぼみ302は、Z軸方向に振動する第2枠マス202、可動電極208a、208bに対応して形成されているので、第2枠マス202が可動電極208a、208bと一体的にZ軸方向に振動する場合でも、第3Si層300の部材が干渉してしまうことがない。   As shown in FIG. 3, the third Si layer 300 includes a recess 302 formed by etching, and convex portions 304 a, 304 b, 306 a, and 306 b formed inside the recess 302. The convex portion 304 a is formed corresponding to the fixed portion 226 a of the second Si layer 200, and the convex portion 304 b is formed corresponding to the fixed portion 226 b of the second Si layer 200. The convex portion 306a is formed corresponding to the fixing portions 218, 222a, and 222b of the second Si layer 200, and the convex portion 306b is formed corresponding to the fixing portions 220, 224a, and 224b of the second Si layer 200. As shown in FIG. 4, since the recess 302 is formed corresponding to the second frame mass 202 and the movable electrodes 208a and 208b that vibrate in the Z-axis direction, the second frame mass 202 is connected to the movable electrodes 208a and 208b. Even when vibrating in the Z-axis direction integrally, the members of the third Si layer 300 do not interfere with each other.

以上のような構成を備える2軸角速度センサ10は、以下のような動作をする。X方向励振部104a、104bによって結合部112a、112bがX方向に励振されると、その振動は第1連結用ばね124a、124b、126a、126bを介して第1枠マス102に伝達し、第1枠マス102がX方向に振動する。第1枠マス102がX方向に振動している状況でZ軸周りの角速度が第1枠マス102に作用すると、第1枠マス102にY軸方向に沿ったコリオリ力が作用し、第1枠マス102はY方向にも振動する。この第1枠マス102のY軸方向の振動は、第2連結用ばね160a、162a、160b、162bを介してY方向検出部106a、106bの検出用枠体130a、130bに伝達し、検出電極156a、158a、156b、158bにおける信号出力の変化として検出される。   The biaxial angular velocity sensor 10 having the above configuration operates as follows. When the coupling portions 112a and 112b are excited in the X direction by the X direction excitation portions 104a and 104b, the vibration is transmitted to the first frame mass 102 via the first connection springs 124a, 124b, 126a and 126b, and One frame mass 102 vibrates in the X direction. When the angular velocity around the Z-axis acts on the first frame mass 102 in a state where the first frame mass 102 vibrates in the X direction, Coriolis force along the Y-axis direction acts on the first frame mass 102, and the first The frame mass 102 also vibrates in the Y direction. The vibration in the Y-axis direction of the first frame mass 102 is transmitted to the detection frames 130a and 130b of the Y-direction detection units 106a and 106b via the second connecting springs 160a, 162a, 160b, and 162b, and is detected by the detection electrodes. It is detected as a change in signal output at 156a, 158a, 156b, 158b.

また、結合部112a、112bのX方向の振動は、第3連結用ばね204a、204b、206a、206bを介して第2枠マス202にも伝達し、第2枠マス202もX方向に振動する。第2枠マス202がX方向に振動しているときにY軸周りの角速度が第2枠マス202に作用すると、第2枠マス202にZ軸方向に沿ったコリオリ力が作用し、第2枠マス202はZ方向にも振動する。この第2枠マス202のZ軸方向の振動は、検出用連結ばね210a、212a、210b、212bを介して可動電極208a、208b、110にも伝達し、固定電極108a、108b、209における信号出力の変化として検出される。   The vibration in the X direction of the coupling portions 112a and 112b is also transmitted to the second frame mass 202 via the third coupling springs 204a, 204b, 206a, and 206b, and the second frame mass 202 also vibrates in the X direction. . When the angular velocity around the Y axis acts on the second frame mass 202 while the second frame mass 202 is vibrating in the X direction, Coriolis force along the Z axis direction acts on the second frame mass 202, and the second The frame mass 202 also vibrates in the Z direction. The vibration in the Z-axis direction of the second frame mass 202 is also transmitted to the movable electrodes 208a, 208b, 110 via the detection connecting springs 210a, 212a, 210b, 212b, and a signal output at the fixed electrodes 108a, 108b, 209. Is detected as a change.

なお、第1Si層100の第1枠マス102と、第2Si層200の第2枠マス202には、それぞれエッチング用の孔が形成されている。これらのエッチング用の孔が形成されていることによって、第1Si層100と第2Si層200の間の第1酸化膜600や、第2Si層200と第3Si層300の間の第2酸化膜700の除去を適切に行うことができる。   Etching holes are formed in the first frame mass 102 of the first Si layer 100 and the second frame mass 202 of the second Si layer 200, respectively. By forming these etching holes, the first oxide film 600 between the first Si layer 100 and the second Si layer 200 and the second oxide film 700 between the second Si layer 200 and the third Si layer 300 are formed. Can be appropriately removed.

以上のように、本実施例の2軸角速度センサ10によれば、Y軸周りの角速度とZ軸周りの角速度をそれぞれ検出することができる。   As described above, according to the biaxial angular velocity sensor 10 of the present embodiment, the angular velocity around the Y axis and the angular velocity around the Z axis can be detected.

本実施例の2軸角速度センサ10では、第1枠マス102と第2枠マス202が、同一平面上に配置されておらず、互いに対向して、かつ上下に重なり合うように配置されている。これによって、第1枠マス102および第2枠マス202の内側の領域を広く確保することができる。このような構成を採用することで、Z方向検出部240の固定電極209と可動電極110が対向する面積、可動電極208aと固定電極108aが対向する面積、および可動電極208bと固定電極108bが対向する面積を広く確保することができ、Z方向検出部240の検出感度を向上することができる。また、第1枠マス102と第2枠マス202を同一平面上に、例えば第1枠マス102を外側に、第2枠マス202を内側に配置した場合に比べて、可動体の全体としての面積を小さくすることができる。2軸角速度センサ10をより小型化することができる。   In the biaxial angular velocity sensor 10 of the present embodiment, the first frame mass 102 and the second frame mass 202 are not arranged on the same plane, but are arranged so as to face each other and overlap each other. Accordingly, a wide area inside the first frame mass 102 and the second frame mass 202 can be secured. By adopting such a configuration, the area where the fixed electrode 209 and the movable electrode 110 of the Z direction detection unit 240 face each other, the area where the movable electrode 208a and the fixed electrode 108a face each other, and the movable electrode 208b and the fixed electrode 108b face each other. A large area can be secured, and the detection sensitivity of the Z direction detection unit 240 can be improved. In addition, as compared with the case where the first frame mass 102 and the second frame mass 202 are arranged on the same plane, for example, the first frame mass 102 is arranged on the outer side and the second frame mass 202 is arranged on the inner side, The area can be reduced. The biaxial angular velocity sensor 10 can be further downsized.

本実施例の2軸角速度センサ10では、第1枠マス102に接続する第1連結用ばね124a、124b、126a、126b、第2連結用ばね160a、160b、162a、162bが、酸化膜を介さずに第1枠マス102と一体的に形成されており、第2枠マス202に接続する第3連結用ばね204a、204b、206a、206b、検出部連結用ばね210a、210b、212a、212bなどが、酸化膜を介さずに第2枠マス202と一体的に形成されている。このような構成とすることによって、酸化膜の残留応力が第1枠マス102や第2枠マス202に反りを発生させる事態を防ぐことができる。反りの発生による第1枠マス102および第2枠マス202の重心ずれを防止することができる。また、上記のように、各枠マスと各ばねの間を酸化膜を介さずに接続することによって、酸化膜の不用意なオーバーエッチングなどの製造時の不具合の発生を防ぐことができる。   In the biaxial angular velocity sensor 10 of the present embodiment, the first coupling springs 124a, 124b, 126a, 126b and the second coupling springs 160a, 160b, 162a, 162b connected to the first frame mass 102 are interposed via an oxide film. 3rd connection springs 204a, 204b, 206a, 206b, detection unit connection springs 210a, 210b, 212a, 212b, etc., which are integrally formed with the first frame mass 102 and connected to the second frame mass 202, etc. However, the second frame mass 202 is formed integrally with no oxide film. With such a configuration, it is possible to prevent a situation in which the residual stress of the oxide film causes the first frame mass 102 and the second frame mass 202 to warp. The center-of-gravity shift of the first frame mass 102 and the second frame mass 202 due to the occurrence of warpage can be prevented. Further, as described above, by connecting the frame masses and the springs without interposing an oxide film, it is possible to prevent the occurrence of problems during manufacturing, such as careless overetching of the oxide film.

なお上記の実施例では、XY面で平面視したときに第1枠マス102と第2枠マス202が完全に重なり合う場合について説明したが、第1枠マス102と第2枠マス202は部分的に重なり合うような構成としてもよい。第1Si層100の固定電極108a、108b、可動電極110を第1枠マス102の内側に形成することができ、かつ固定電極108a、108b、可動電極110をZ方向検出部240の一部とすることができるような位置関係であればよく、第1枠マス102と第2枠マス202はXY面で平面視したときに完全に重なり合っていなくともよい。   In the above-described embodiment, the case where the first frame mass 102 and the second frame mass 202 completely overlap when viewed in plan on the XY plane has been described. However, the first frame mass 102 and the second frame mass 202 are partially It is good also as a structure which overlaps. The fixed electrodes 108 a and 108 b and the movable electrode 110 of the first Si layer 100 can be formed inside the first frame mass 102, and the fixed electrodes 108 a and 108 b and the movable electrode 110 are part of the Z direction detection unit 240. The first frame mass 102 and the second frame mass 202 do not have to completely overlap when viewed in plan on the XY plane.

実施例1の2軸角速度センサ10は部分的な変更を加えることによって、3軸加速度センサとすることもできる。本実施例では、可動体を備える3軸加速度センサ20について、実施例1の2軸角速度センサ10と同様の構成を備える部分については同一の符号を付して説明を省略し、変更する部分のみについて説明する。   The biaxial angular velocity sensor 10 according to the first embodiment can be a triaxial acceleration sensor by making a partial change. In the present embodiment, with respect to the triaxial acceleration sensor 20 having a movable body, portions having the same configuration as the biaxial angular velocity sensor 10 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only portions to be changed are provided. Will be described.

3軸加速度センサ20は、図5に示す第1Si層500と、図2に示す第2Si層200と、図3に示す第3Si層300と、第1Si層500と第2Si層200の間に形成された第1酸化膜600と、第2Si層200と第3Si層300の間に形成された第2酸化膜700が積層された構造を有するSOI(Silicon on Insulator)基板から構成されている。第2Si層200および第3Si層300の構成は、実施例1と同様である。例えば、第1Si層500は、第2Si層200よりも厚みが大きくなるように形成されている。また、例えば、第3Si層300は、第1Si層500および第2Si層200の何れよりも厚みが大きくなるように形成されている。   The triaxial acceleration sensor 20 is formed between the first Si layer 500 shown in FIG. 5, the second Si layer 200 shown in FIG. 2, the third Si layer 300 shown in FIG. 3, and the first Si layer 500 and the second Si layer 200. The first oxide film 600 is formed, and an SOI (Silicon on Insulator) substrate having a structure in which a second oxide film 700 formed between the second Si layer 200 and the third Si layer 300 is laminated. The configurations of the second Si layer 200 and the third Si layer 300 are the same as those in the first embodiment. For example, the first Si layer 500 is formed to be thicker than the second Si layer 200. Further, for example, the third Si layer 300 is formed to have a thickness larger than any of the first Si layer 500 and the second Si layer 200.

図5に示すように、第1Si層500には、第1枠マス102と、第1枠マス102のX方向の振動を検出するX方向検出部506a、506bと、第1枠マス102のY方向の振動を検出するY方向検出部106a、106bと、Z方向検出部240の一部となる固定電極108a、108bおよび可動電極110が形成されている。X方向検出部506a、506bは、第1枠マス102の外側に、X軸方向に関して第1枠マス102を両側から挟み込むように配置されている。   As illustrated in FIG. 5, the first Si layer 500 includes a first frame mass 102, X-direction detection units 506 a and 506 b that detect vibrations in the X direction of the first frame mass 102, and Y of the first frame mass 102. Y direction detectors 106a and 106b that detect vibrations in the direction, fixed electrodes 108a and 108b and a movable electrode 110 that are part of the Z direction detector 240 are formed. The X direction detection units 506a and 506b are arranged outside the first frame mass 102 so as to sandwich the first frame mass 102 from both sides in the X axis direction.

X方向検出部506a、506bは、第1枠マス102を挟んで左右対称の構成を備えている。以下ではX方向検出部506aを例として詳細な構成を説明し、X方向検出部506bについては詳細な説明を省略する。X方向検出部506aは、検出用枠体530aと、検出部ばね532a、534a、536a、538aと、固定部540a、542a、544a、546aと、固定電極548a、550aと、可動電極552a、554aと、検出電極556a、558aと、第4連結用ばね560a、562aを備えている。検出部ばね532a、534a、536a、538aと、固定部540a、542a、544a、546aと、固定電極548a、550aと、可動電極552a、554aと、検出電極556a、558aは、検出用枠体530aの内側に配置されている。検出用枠体530aのY軸方向の両端は、それぞれ第4連結用ばね560a、562aを介して結合部112aに接続している。第4連結用ばね560a、562aは、Y軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にY軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたY軸方向ばねである。従って、第1枠マス102、結合部112aおよび検出用枠体530aは、X軸方向およびZ軸方向に関しては一体的に振動し、Y軸方向に関しては互いに独立して振動する。検出部ばね532a、534a、536a、538aは、一端がそれぞれ検出用枠体530aの四隅近傍に接続しており、他端がそれぞれ固定部540a、542a、544a、546aに接続している。検出部ばね532a、534a、536a、538aは、X軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にX軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたX軸方向ばねである。従って、検出用枠体530aは固定部540a、542a、544a、546aに対して、Y軸方向およびZ軸方向の相対変位が拘束されており、X軸方向に関しては自由に変位することができる。可動電極552a、554aは検出用枠体530aからY軸方向に沿って伸びるように配置されている。固定電極548a、550aは、検出電極556a、558aからY軸方向に沿って伸びるように配置されている。可動電極552aは固定電極548aを両側から挟み込むように配置されており、可動電極552aと固定電極548aによって静電容量が構成されている。可動電極554aは固定電極550aを両側から挟み込むように配置されており、可動電極554aと固定電極550aによって静電容量が構成されている。検出用枠体530aが検出電極556a、558aに対してX軸方向に振動すると、固定電極548a、550aと可動電極552a、554aで構成される静電容量が変化する。この静電容量の変化は、図示しないCV変換回路を用いて信号として検出することができる。検出電極556a、558aと固定部540a、542a、544a、546aは、第1酸化膜600を介して、第2Si層200の外側固定部230に固定されている。なお、X方向検出部506aの、検出用枠体530aと、検出部ばね532a、534a、536a、538aと、固定部540a、542a、544a、546aと、可動電極552a、554aと、第4連結用ばね560a、562aは、結合部112aおよび第1枠マス102に対して一体的に形成されており、これらの部材は電気的に導通している。   The X direction detection units 506a and 506b have a symmetrical configuration with the first frame mass 102 interposed therebetween. Hereinafter, the detailed configuration will be described by taking the X direction detection unit 506a as an example, and the detailed description of the X direction detection unit 506b will be omitted. The X direction detection unit 506a includes a detection frame 530a, detection unit springs 532a, 534a, 536a, 538a, fixed units 540a, 542a, 544a, 546a, fixed electrodes 548a, 550a, movable electrodes 552a, 554a, , Detection electrodes 556a and 558a, and fourth connecting springs 560a and 562a. The detection unit springs 532a, 534a, 536a, and 538a, the fixed units 540a, 542a, 544a, and 546a, the fixed electrodes 548a and 550a, the movable electrodes 552a and 554a, and the detection electrodes 556a and 558a are included in the detection frame 530a. Arranged inside. Both ends in the Y-axis direction of the detection frame 530a are connected to the coupling portion 112a via fourth coupling springs 560a and 562a, respectively. The fourth connecting springs 560a and 562a are configured such that the spring constant in the Y-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, and only the relative displacement in the Y-axis direction is allowed. Y-axis direction spring. Accordingly, the first frame mass 102, the coupling portion 112a, and the detection frame 530a vibrate integrally in the X axis direction and the Z axis direction, and vibrate independently of each other in the Y axis direction. One end of each of the detection unit springs 532a, 534a, 536a, and 538a is connected to the vicinity of the four corners of the detection frame 530a, and the other end is connected to each of the fixing units 540a, 542a, 544a, and 546a. The detection unit springs 532a, 534a, 536a, and 538a are configured such that the spring constant in the X-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions so that only relative displacement in the X-axis direction is allowed. It is the X-axis direction spring comprised in this. Therefore, the relative displacement in the Y-axis direction and the Z-axis direction is restricted with respect to the fixing portions 540a, 542a, 544a, and 546a, and the detection frame 530a can be freely displaced in the X-axis direction. The movable electrodes 552a and 554a are arranged so as to extend from the detection frame 530a along the Y-axis direction. The fixed electrodes 548a and 550a are arranged so as to extend from the detection electrodes 556a and 558a along the Y-axis direction. The movable electrode 552a is disposed so as to sandwich the fixed electrode 548a from both sides, and the movable electrode 552a and the fixed electrode 548a constitute a capacitance. The movable electrode 554a is disposed so as to sandwich the fixed electrode 550a from both sides, and the movable electrode 554a and the fixed electrode 550a constitute an electrostatic capacity. When the detection frame 530a vibrates in the X-axis direction with respect to the detection electrodes 556a and 558a, the capacitance formed by the fixed electrodes 548a and 550a and the movable electrodes 552a and 554a changes. This change in capacitance can be detected as a signal using a CV conversion circuit (not shown). The detection electrodes 556a and 558a and the fixing portions 540a, 542a, 544a and 546a are fixed to the outer fixing portion 230 of the second Si layer 200 via the first oxide film 600. Note that the detection frame 530a, the detection unit springs 532a, 534a, 536a, and 538a, the fixed units 540a, 542a, 544a, and 546a, the movable electrodes 552a and 554a, and the fourth connection for the X direction detection unit 506a. The springs 560a and 562a are formed integrally with the coupling portion 112a and the first frame mass 102, and these members are electrically connected.

以上のような構成を備える3軸加速度センサ20は、以下のような動作をする。3軸加速度センサ20にX軸方向の加速度が作用すると、第1枠マス102、第2枠マス202および結合部112a、112bが、一体的にX軸方向に振動する。その振動は第4連結用ばね560a、562aを介してX方向検出部506a、506bの検出用枠体530a、530bに伝達し、検出電極556a、558a、556b、558bにおける信号出力の変化として検出される。   The triaxial acceleration sensor 20 having the above configuration operates as follows. When acceleration in the X-axis direction acts on the triaxial acceleration sensor 20, the first frame mass 102, the second frame mass 202, and the coupling portions 112a and 112b integrally vibrate in the X-axis direction. The vibration is transmitted to the detection frames 530a and 530b of the X-direction detection units 506a and 506b via the fourth connection springs 560a and 562a, and is detected as a change in signal output at the detection electrodes 556a, 558a, 556b, and 558b. The

3軸加速度センサ20にY軸方向の加速度が作用すると、第1枠マス102はY方向に振動する。この第1枠マス102のY軸方向の振動は、第2連結用ばね160a、162a、160b、162bを介してY方向検出部106a、106bの検出用枠体130a、130bに伝達し、検出電極156a、158a、156b、158bにおける信号出力の変化として検出される。   When acceleration in the Y-axis direction acts on the triaxial acceleration sensor 20, the first frame mass 102 vibrates in the Y direction. The vibration in the Y-axis direction of the first frame mass 102 is transmitted to the detection frames 130a and 130b of the Y-direction detection units 106a and 106b via the second connecting springs 160a, 162a, 160b, and 162b, and is detected by the detection electrodes. It is detected as a change in signal output at 156a, 158a, 156b, 158b.

3軸加速度センサ20にZ軸方向の加速度が作用すると、第2枠マス202はZ方向に振動する。この第2枠マス202のZ軸方向の振動は、検出用連結ばね210a、212a、210b、212bを介して可動電極208a、208b、110にも伝達し、固定電極108a、108b、209における信号出力の変化として検出される。   When acceleration in the Z-axis direction acts on the triaxial acceleration sensor 20, the second frame mass 202 vibrates in the Z direction. The vibration in the Z-axis direction of the second frame mass 202 is also transmitted to the movable electrodes 208a, 208b, 110 via the detection connecting springs 210a, 212a, 210b, 212b, and a signal output at the fixed electrodes 108a, 108b, 209. Is detected as a change.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in the present specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

10 2軸角速度センサ
20 3軸加速度センサ
100 第1Si層
102 第1枠マス
104a、104b X方向励振部
106a、106b Y方向検出部
108a、108b 固定電極
110 可動電極
112a、112b 結合部
114a、114b 励振電極
116a、118a、116b、118b 励振部ばね
120a、121a、122a、123a、120b、121b、122b、123b 固定部
124a、126a、124b、126b 第1連結用ばね
130a、130b 検出用枠体
132a、134a、136a、138a、132b、134b、136b、138b 検出部ばね
140a、142a、144a、146a、140b、142b、144b、146b 固定部
148a、150a、148b、150b 固定電極
152a、154a、152b、154b 可動電極
156a、158a、156b、158b 検出電極
160a、162a、160b、162b 第2連結用ばね
200 第2Si層
202 第2枠マス
204a、204b、206a、206b 第3連結用ばね
208a、208b 可動電極
209 固定電極
210a、210b、212a、212b 検出部連結用ばね
214a、214b、216a、216b 検出部支持用ばね
固定部 218、220、222a、222b、224a、224b、226a、226b
230 外側固定部
232a、234a、236a、238a、232b、234b、236b、238b 貫通電極
240 Z方向検出部
300 第3Si層
304a、306a、304b、306b 凸部
500 第1Si層
506a、506b X方向検出部
530a、530b 検出用枠体
532a、534a、536a、538a、532b、534b、536b、538b 検出部ばね
540a、542a、544a、546a、540b、542b、544b、546b 固定部
548a、550a、548b、550b 固定電極
552a、554a、552b、554b 可動電極
556a、558a、556b、558b 検出電極
560a、562a、560b、562b 第4連結用ばね
600 第1酸化膜
700 第2酸化膜
10 2-axis angular velocity sensor 20 3-axis acceleration sensor 100 1st Si layer 102 1st frame mass 104a, 104b X direction excitation unit 106a, 106b Y direction detection unit 108a, 108b Fixed electrode 110 Movable electrode 112a, 112b Coupling unit 114a, 114b Excitation Electrodes 116a, 118a, 116b, 118b Excitation springs 120a, 121a, 122a, 123a, 120b, 121b, 122b, 123b Fixing parts 124a, 126a, 124b, 126b First connection springs 130a, 130b Detection frames 132a, 134a 136a, 138a, 132b, 134b, 136b, 138b Detector springs 140a, 142a, 144a, 146a, 140b, 142b, 144b, 146b Fixed portions 148a, 150a, 148b, 150b Fixed electrode 1 2a, 154a, 152b, 154b Movable electrodes 156a, 158a, 156b, 158b Detection electrodes 160a, 162a, 160b, 162b Second connection spring 200 Second Si layer 202 Second frame mass 204a, 204b, 206a, 206b For third connection Spring 208a, 208b Movable electrode 209 Fixed electrode 210a, 210b, 212a, 212b Detection unit coupling spring 214a, 214b, 216a, 216b Detection unit support spring fixing unit 218, 220, 222a, 222b, 224a, 224b, 226a, 226b
230 Outer fixed part 232a, 234a, 236a, 238a, 232b, 234b, 236b, 238b Through electrode 240 Z direction detection part 300 Third Si layer 304a, 306a, 304b, 306b Convex part 500 First Si layer 506a, 506b X direction detection part 530a, 530b Detection frames 532a, 534a, 536a, 538a, 532b, 534b, 536b, 538b Detector springs 540a, 542a, 544a, 546a, 540b, 542b, 544b, 546b Fixing portions 548a, 550a, 548b, 550b Electrodes 552a, 554a, 552b, 554b Movable electrodes 556a, 558a, 556b, 558b Detection electrodes 560a, 562a, 560b, 562b Fourth connection spring 600 First oxide film 700 Second oxide film

Claims (6)

基板上に形成される可動体であって、
第1枠体と、
前記第1枠体に対して、互いに対向して、かつ部分的にあるいは完全に重なり合うように配置されている第2枠体と、
第1ばね部を介して前記第1枠体と接続しており、かつ第2ばね部を介して前記第2枠体と接続している結合部と、
第3ばね部を介して前記結合部と接続している、前記基板に固定された固定部を備えており、
前記第1ばね部、前記第2ばね部および前記第3ばね部は、一方向のばね定数が他の方向のばね定数に比べて顕著に低く、実質的に当該一方向のみの相対変位を許容し、
前記第1ばね部、前記第2ばね部および前記第3ばね部が相対変位を許容する方向が、互いに直交している可動体。
A movable body formed on a substrate,
A first frame,
A second frame disposed opposite to each other and partially or completely overlapping the first frame;
A coupling portion connected to the first frame body via a first spring portion and connected to the second frame body via a second spring portion;
A fixed portion fixed to the substrate, connected to the coupling portion via a third spring portion;
The first spring part, the second spring part, and the third spring part have a significantly lower spring constant in one direction than the spring constant in the other direction, and allow a relative displacement in only one direction. And
A movable body in which directions in which the first spring portion, the second spring portion, and the third spring portion allow relative displacement are orthogonal to each other.
前記基板に平行な方向にX軸およびY軸を、前記基板に垂直な方向にZ軸を設定した場合に、
前記第1枠体および前記第2枠体が、それぞれX軸に沿った辺とY軸に沿った辺を有する矩形形状に形成されており、
前記第1ばね部が相対変位を許容する方向がY軸方向であり、
前記第2ばね部が相対変位を許容する方向がZ軸方向であり、
前記第3ばね部が相対変位を許容する方向がX軸方向である請求項1の可動体。
When the X axis and the Y axis are set in a direction parallel to the substrate, and the Z axis is set in a direction perpendicular to the substrate,
The first frame and the second frame are each formed in a rectangular shape having sides along the X axis and sides along the Y axis,
The direction in which the first spring portion allows relative displacement is the Y-axis direction,
The direction in which the second spring portion allows relative displacement is the Z-axis direction,
The movable body according to claim 1, wherein a direction in which the third spring portion allows relative displacement is an X-axis direction.
前記第1枠体のY軸方向の運動を検出するY方向検出部をさらに備える請求項2の可動体。   The movable body according to claim 2, further comprising a Y-direction detection unit that detects movement in the Y-axis direction of the first frame body. 前記第2枠体のZ軸方向の運動を検出するZ方向検出部を備える請求項3の可動体。   The movable body according to claim 3, further comprising a Z-direction detection unit that detects movement in the Z-axis direction of the second frame body. 請求項4の可動体と、
前記結合部をX軸方向に励振するX方向励振部を備える2軸角速度センサ。
A movable body according to claim 4,
A biaxial angular velocity sensor including an X-direction excitation unit that excites the coupling unit in the X-axis direction.
請求項4の可動体と、
前記結合部のX軸方向の運動を検出するX方向検出部を備える3軸加速度センサ。
A movable body according to claim 4,
A three-axis acceleration sensor comprising an X-direction detection unit that detects movement in the X-axis direction of the coupling unit.
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