JP2012002679A - Inertial sensor - Google Patents

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Masaki Yanai
雅紀 谷内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inertial sensor which can improve mechanical characteristics such as impact, reduces the influence of temperature characteristics and can accurately detect acceleration or the like.SOLUTION: An acceleration sensor 1 has a beam-shaped extended piezoelectric body substrate 10. The piezoelectric body substrate 10 has first and second groove parts 141 and 142. A portion between the first and second groove parts 141 and 142 is made to be a weight 12. Both of end parts 131 and 132 of the piezoelectric body substrate 10 are supported. A surface 11a of the piezoelectric body substrate 10 has first and second SAW elements 21 and 22 for oscillating a surface acoustic wave formed thereon. The first and second SAW elements 21 and 22 have the same structure, and are formed so as to oscillate a surface acoustic wave having the same resonance frequency in a state in which the acceleration is not applied to the weight 12. A detection circuit 61 for detecting the differential value of the respective frequencies of the respective surface acoustic waves oscillated by oscillation circuits 31 and 32 is provided.

Description

本発明は、圧電体基板の表面に形成されたSAW素子により励振される弾性表面波(SAW)を利用して、加速度、角速度等を検出する慣性センサに関する。   The present invention relates to an inertial sensor that detects acceleration, angular velocity, and the like using a surface acoustic wave (SAW) excited by a SAW element formed on the surface of a piezoelectric substrate.

従来、加速度を検出する加速度センサや角速度を検出する角速度センサが知られている。これら加速度センサ、角速度センサ等の慣性センサは、様々な用途に用いられ、例えばカーナビゲーション装置、自動車、ロボットの姿勢制御、管路計測、カメラの手ぶれ補正等のために用いられている。この慣性センサは低コスト化などの進展によりアプリケーションが拡大し、市場の拡大ととともに安価で高精度を要求するニーズが進んできている。   Conventionally, an acceleration sensor that detects acceleration and an angular velocity sensor that detects angular velocity are known. These inertial sensors such as an acceleration sensor and an angular velocity sensor are used for various purposes, for example, for car navigation devices, automobiles, robot posture control, pipe line measurement, camera shake correction, and the like. Applications of this inertial sensor have been expanded due to progress in cost reduction, etc., and with the expansion of the market, needs for low cost and high accuracy have been advanced.

ここで、加速度センサにおける加速度を検出する原理について、バネに重りをつけたモデルを用いて説明する。すなわち、バネに重りをつけ、そのバネを共振周波数で振動させる。この状態で、重りに加速度が加わると、バネの共振周波数が変化する。そして、この周波数の変化を検出することで、加速度を検出することができる。この原理は電子天秤など精密に物体の重さを測る装置にも使われている。この場合、天秤に載せられた物体の重さによってバネに加わる応力が変わるため、周波数変化が起きる。よって、その周波数変化を検出することで、その物体の重さを測定できる。   Here, the principle of detecting the acceleration in the acceleration sensor will be described using a model with a weight attached to a spring. That is, a weight is attached to the spring and the spring is vibrated at a resonance frequency. In this state, when acceleration is applied to the weight, the resonance frequency of the spring changes. The acceleration can be detected by detecting the change in frequency. This principle is also used in devices that accurately measure the weight of objects such as electronic balances. In this case, since the stress applied to the spring changes depending on the weight of the object placed on the balance, the frequency changes. Therefore, the weight of the object can be measured by detecting the frequency change.

そして、このバネの共振周波数の変化で加速度を検出する原理と同様の原理を利用して加速度を検出する加速度センサとして、弾性表面波を利用して加速度を検出する加速度センサが知られている(例えば、特許文献1参照)。例えば、特許文献1の加速度センサでは、水晶等の圧電体で構成された圧電体基板が梁状に形成される。その圧電体基板の表面には、弾性表面波(SAW)を発振するためのすだれ状の電極から構成されたSAW素子が形成される。また、圧電体基板の一方の端部は支持されるとともに、他方の端部には錘が設けられる。そして、SAW素子には発振回路が接続され、その発振回路によって、SAW素子に、圧電体基板の物性に応じた弾性表面波が発振される。この状態で、加速度が加わると、圧電体基板に設けられた錘に力が作用し、圧電体基板を歪ませる。圧電体基板が歪むと、圧電体基板の物性が変化するため、発振される弾性表面波の共振周波数が変化する。そして、その共振周波数の変化を検出することで、加えられた加速度を検出するというものである。   As an acceleration sensor for detecting acceleration using the same principle as that for detecting acceleration by changing the resonance frequency of the spring, an acceleration sensor for detecting acceleration using surface acoustic waves is known ( For example, see Patent Document 1). For example, in the acceleration sensor of Patent Document 1, a piezoelectric substrate made of a piezoelectric material such as quartz is formed in a beam shape. A SAW element composed of interdigital electrodes for oscillating surface acoustic waves (SAW) is formed on the surface of the piezoelectric substrate. Further, one end portion of the piezoelectric substrate is supported, and a weight is provided at the other end portion. An oscillation circuit is connected to the SAW element, and surface acoustic waves corresponding to the physical properties of the piezoelectric substrate are oscillated by the oscillation circuit. When acceleration is applied in this state, a force acts on the weight provided on the piezoelectric substrate, causing the piezoelectric substrate to be distorted. When the piezoelectric substrate is distorted, the physical properties of the piezoelectric substrate change, so that the resonance frequency of the oscillated surface acoustic wave changes. And the applied acceleration is detected by detecting the change of the resonance frequency.

特開2009−243983号公報JP 2009-243983 A

しかしながら、特許文献1の加速度センサでは、圧電体基板が、一端が支持端、他端が自由端とされた片持ち梁構造とされているために、衝撃などの機械的な特性に難点がある。また、従来の加速度センサでは、圧電体基板に共振周波数温度特性の大きい材料を使うと、温度特性の影響で共振周波数が変わってしまうことがある。この場合、同じ加速度が加わったとしても、温度によって異なる共振周波数となることから、正確な加速度を検出できなくなってしまう。   However, in the acceleration sensor disclosed in Patent Document 1, since the piezoelectric substrate has a cantilever structure in which one end is a support end and the other end is a free end, there is a difficulty in mechanical characteristics such as impact. . In the conventional acceleration sensor, if a material having a large resonance frequency temperature characteristic is used for the piezoelectric substrate, the resonance frequency may change due to the influence of the temperature characteristic. In this case, even if the same acceleration is applied, the resonance frequency varies depending on the temperature, so that accurate acceleration cannot be detected.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、衝撃などの機械的な特性を向上でき、かつ、温度特性の影響を低減して正確な加速度等を検出できる慣性センサを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides an inertial sensor that can improve mechanical characteristics such as impact and can detect accurate acceleration and the like by reducing the influence of temperature characteristics. Let it be an issue.

上記課題を解決するために、本発明の慣性センサは、梁状に延ばされた圧電体基板であって、その圧電体基板の両方の端部がそれぞれ支持された圧電体基板と、
前記圧電体基板の前記両方の端部の間に設けられた錘と、
前記圧電体基板の表面の前記錘と一方の前記端部である第一の支持部との間に形成され、弾性表面波(SAW)を発振するためのすだれ状の駆動電極から構成された第一のSAW素子と、
前記圧電体基板の表面の前記錘と前記第一の支持部の反対の端部である第二の支持部との間に形成され、弾性表面波を発振するためのすだれ状の駆動電極から構成された第二のSAW素子と、
前記第一、第二のSAW素子のそれぞれに弾性表面波を発振させる発振回路と、
前記第一、第二のSAW素子のぞれぞれで発振された弾性表面波の周波数の差分を、前記錘に加わった力に相当する物理量として検出する検出回路と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an inertial sensor of the present invention is a piezoelectric substrate extended in a beam shape, and both ends of the piezoelectric substrate are supported,
A weight provided between the both ends of the piezoelectric substrate;
A first driving electrode formed between the weight on the surface of the piezoelectric substrate and the first support portion, which is one of the end portions, is composed of interdigital drive electrodes for oscillating surface acoustic waves (SAW). A SAW element;
It is formed between the weight on the surface of the piezoelectric substrate and a second support portion which is the opposite end of the first support portion, and is composed of interdigital drive electrodes for oscillating surface acoustic waves. A second SAW element,
An oscillation circuit that oscillates a surface acoustic wave in each of the first and second SAW elements;
A detection circuit that detects a difference in frequency of the surface acoustic wave oscillated by each of the first and second SAW elements as a physical quantity corresponding to a force applied to the weight. To do.

これによれば、圧電体基板は、両方の端部がそれぞれ支持された両持ち梁構造とされているので、片持ち梁構造の場合よりも、衝撃などの機械的な特性を向上できる。また、錘が両方の端部(第一の支持部、第二の支持部)の間に設けられ、その錘と第一の支持部との間に第一のSAW素子が形成され、第二の支持部との間に第二のSAW素子が形成される。そして、発振回路によって、それら第一、第二のSAW素子にはそれぞれ弾性表面波が発振される。この状態で、錘に加速度等の力が加わると、第一、第二のSAW素子のそれぞれにて発振される弾性表面波の共振周波数が変化する。ここで、錘に加わった力の、圧電体基板が延ばされた方向の力を考えると、その力によって、圧電体基板の一方の支持部側は圧縮力が加わる一方で、他方の支持部側は引っ張り力が加わる。よって、第一、第二のSAW素子の一方には圧縮歪み(圧縮力)に応じた共振周波数の弾性表面波が発振され、他方には引っ張り歪み(引っ張り力)に応じた共振周波数の弾性表面波が発振される。よって、これら弾性表面波の周波数に基づいて、錘に加わった力に相当する加速度、傾斜角等の物理量を検出することができる。この際、本発明では、検出回路が、これら弾性表面波の周波数の差分に基づいて物理量を検出しているので、各弾性表面波の周波数のうちの温度特性の影響を受けた分を打ち消すことができる。よって、温度特性の影響を低減して正確な加速度等を検出できる。   According to this, since the piezoelectric substrate has a doubly-supported beam structure in which both ends are respectively supported, mechanical characteristics such as impact can be improved as compared with the cantilever structure. In addition, a weight is provided between both end portions (first support portion, second support portion), and a first SAW element is formed between the weight and the first support portion. A second SAW element is formed between the first support portion and the second support portion. A surface acoustic wave is oscillated in each of the first and second SAW elements by the oscillation circuit. When a force such as acceleration is applied to the weight in this state, the resonance frequency of the surface acoustic wave oscillated by each of the first and second SAW elements changes. Here, considering the force applied to the weight in the direction in which the piezoelectric substrate is extended, the compressive force is applied to one support portion side of the piezoelectric substrate by the force, while the other support portion is applied. A pulling force is applied to the side. Accordingly, a surface acoustic wave having a resonance frequency corresponding to the compressive strain (compression force) is oscillated in one of the first and second SAW elements, and the elastic surface having a resonance frequency corresponding to the tensile strain (tensile force) in the other. A wave is oscillated. Therefore, based on the frequency of these surface acoustic waves, physical quantities such as acceleration and inclination angle corresponding to the force applied to the weight can be detected. At this time, in the present invention, the detection circuit detects the physical quantity based on the difference between the frequencies of the surface acoustic waves, so that the influence of the temperature characteristics among the frequencies of the surface acoustic waves is canceled out. Can do. Therefore, it is possible to detect accurate acceleration and the like by reducing the influence of the temperature characteristics.

また、本発明において、前記第一、第二のSAW素子は、前記錘に力が加わっていない状態において、それぞれ同じ共振周波数の弾性表面波が発振されるように形成されたことを特徴とする。   In the present invention, the first and second SAW elements are formed such that surface acoustic waves having the same resonance frequency are oscillated in a state where no force is applied to the weight. .

これによって、同じだけ温度特性の影響を受けた弾性表面波が発振されることになるので、差分をとったときに、確実に温度特性の影響を受けた分を打ち消すことができる。   As a result, the surface acoustic wave affected by the temperature characteristic is oscillated by the same amount, so that when the difference is taken, the influence of the temperature characteristic can be surely canceled.

また、本発明において、前記第一、第二のSAW素子は、それぞれ、前記圧電体基板が延ばされた方向に弾性表面波が発振されるように形成されたことを特徴とする。   In the present invention, each of the first and second SAW elements is formed such that a surface acoustic wave is oscillated in a direction in which the piezoelectric substrate is extended.

これによって、圧電体基板が延ばされた方向の物理量を検出することができ、その方向においては、上記したように温度特性の影響を打ち消すことができるので、正確な物理量を検出することができる。   As a result, the physical quantity in the direction in which the piezoelectric substrate is extended can be detected. In this direction, the influence of the temperature characteristic can be canceled as described above, so that an accurate physical quantity can be detected. .

また、本発明において、前記錘は、前記圧電体基板が延ばされた方向において、前記圧電体基板の中央部に設けられたことを特徴とする。   In the present invention, the weight is provided in a central portion of the piezoelectric substrate in a direction in which the piezoelectric substrate is extended.

このように、圧電体基板の中央部に錘を設けることにより、錘に力が加わっていない状態においてそれぞれ同じ共振周波数の弾性表面波が発振される第一、第二のSAW素子を形成しやすくできる。   As described above, by providing the weight at the center of the piezoelectric substrate, it is easy to form the first and second SAW elements in which surface acoustic waves having the same resonance frequency are oscillated in a state where no force is applied to the weight. it can.

また、本発明において、前記圧電体基板は、前記第一、第二のSAW素子が形成された表面側の反対の裏面側において、前記第一の支持部と前記圧電体基板の中央部との間に第一の溝部が形成され、前記第二の支持部と前記圧電体基板の中央部との間に第二の溝部が形成されたものであり、
前記第一、第二の溝部の間の部分である前記圧電体基板の中央部が、前記錘とされたことを特徴とする。
In the present invention, the piezoelectric substrate may be formed on the back surface opposite to the front surface on which the first and second SAW elements are formed, between the first support portion and the central portion of the piezoelectric substrate. A first groove is formed between the second support and the central portion of the piezoelectric substrate, and a second groove is formed between the second support and the piezoelectric substrate.
A central portion of the piezoelectric substrate that is a portion between the first and second groove portions is the weight.

このように、支持部と前記圧電体基板の中央部との間に第一、第二の溝部が形成されることで、中央部をそれら第一、第二の溝部に比べて厚肉にすることができるので、その中央部を錘にすることができる。よって、錘と圧電体基板とを一体化することができる。   As described above, the first and second groove portions are formed between the support portion and the central portion of the piezoelectric substrate, thereby making the central portion thicker than the first and second groove portions. Therefore, the central part can be a weight. Therefore, the weight and the piezoelectric substrate can be integrated.

また、本発明において、前記第一のSAW素子は、前記第一の溝部が形成された前記圧電体基板の部分である第一の薄肉部に形成され、
前記第二のSAW素子は、前記第二の溝部が形成された前記圧電体基板の部分である第二の薄肉部に形成されたことを特徴とする。
In the present invention, the first SAW element is formed in a first thin portion that is a portion of the piezoelectric substrate in which the first groove portion is formed,
The second SAW element is formed in a second thin portion that is a portion of the piezoelectric substrate in which the second groove portion is formed.

これによれば、第一、第二の薄肉部は、薄肉とされているので、錘に力が加わった際に歪み量が大きい部位とされるところ、第一、第二のSAW素子が、その第一、第二の薄肉に形成されているので、感度よく、歪み量に応じた共振周波数の弾性表面波を発振させることができる。   According to this, since the first and second thin-walled portions are thin, when the force is applied to the weight, the first and second SAW elements are located where the amount of distortion is large. Since the first and second thin films are formed, it is possible to oscillate a surface acoustic wave having a resonance frequency corresponding to the amount of strain with high sensitivity.

また、本発明において、前記第一、第二の溝部は、それぞれ溝幅及び溝深さが同じ溝であることを特徴とする。   In the present invention, the first and second groove portions are grooves having the same groove width and groove depth.

これによれば、第一、第二の溝部は、それぞれ溝幅及び溝深さが同じ溝であるので、第一、第二の薄肉部の形状をそれぞれ同じにすることができる。その結果、それら第一、第二の薄肉部に形成された第一、第二のSAW素子で発振される弾性表面波の特性を同じにすることができる。   According to this, since the first and second groove portions are grooves having the same groove width and groove depth, the shapes of the first and second thin portions can be made the same. As a result, the characteristics of the surface acoustic waves oscillated by the first and second SAW elements formed in the first and second thin portions can be made the same.

また、本発明において、前記圧電体基板は、ニオブ酸リチウム結晶(LiNbO)から構成された基板であり、LiNbOの結晶軸をX軸、Y軸、Z軸とすると、前記圧電体基板が延ばされた方向が前記X軸とされ、前記Y軸が前記X軸回りに128度回転された128°Y−X面でカットされた基板であることを特徴とする。 In the present invention, the piezoelectric substrate is a substrate made of lithium niobate crystal (LiNbO 3 ). When the crystal axes of LiNbO 3 are the X axis, the Y axis, and the Z axis, the piezoelectric substrate is The extended direction is the X-axis, and the Y-axis is a substrate cut by a 128 ° Y-X plane rotated 128 degrees around the X-axis.

このように、128°Y−X面でカットされたニオブ酸リチウム結晶(LiNbO)の圧電体基板を用いることで、効率良く、弾性表面波を発振させることができる。また、LiNbOは、水晶に比べて、電気機械的結合係数が大きいので、慣性センサを小型化することができる。 Thus, by using a piezoelectric substrate of lithium niobate crystal (LiNbO 3 ) cut at a 128 ° YX plane, surface acoustic waves can be efficiently oscillated. Moreover, since LiNbO 3 has a larger electromechanical coupling coefficient than quartz, the inertial sensor can be miniaturized.

また、本発明において、前記圧電体基板の表面には、前記第一のSAW素子が形成された領域と前記第二のSAW素子が形成された領域とを分離するデカップリング溝が形成されたことを特徴とする。   In the present invention, a decoupling groove for separating a region where the first SAW element is formed and a region where the second SAW element is formed is formed on the surface of the piezoelectric substrate. It is characterized by.

このように、第一のSAW素子が形成された領域と第二のSAW素子が形成された領域とがデカップリング溝で分離されているので、一方のSAW素子で発振された弾性表面波が他方のSAW素子に影響を及ぼすのを低減できる。よって、正確に加速度等の物理量を検出することができる。   As described above, since the region where the first SAW element is formed and the region where the second SAW element is formed are separated by the decoupling groove, the surface acoustic wave oscillated by one SAW element is the other. The influence on the SAW element can be reduced. Therefore, a physical quantity such as acceleration can be accurately detected.

また、本発明において、前記第一、第二のSAW素子を構成する前記すだれ状の駆動電極は、当該駆動電極を構成する各交差電極の重なる範囲が中心ほど大きくされたアポタイズ電極であることを特徴とする。   Further, in the present invention, the interdigital drive electrodes constituting the first and second SAW elements are apodized electrodes in which the overlapping range of the cross electrodes constituting the drive electrodes is increased toward the center. Features.

このアポタイズ電極によれば、駆動電極の中心ほど重み付けが大きくされ、駆動電極の両側ほど重み付けが小さくされることになるので、3次高調波の発生を抑制できるとともに、発振された弾性表面波が駆動電極外に漏れるのを抑制できる。   According to this apodized electrode, the weight is increased toward the center of the drive electrode, and the weight is decreased toward both sides of the drive electrode. Therefore, the generation of the third harmonic can be suppressed, and the oscillated surface acoustic wave is generated. Leakage outside the drive electrode can be suppressed.

また、本発明において、前記第一、第二のSAW素子は、それぞれ、前記すだれ状の駆動電極の両側に、各駆動電極で発振された弾性表面波を駆動電極側に反射させるすだれ状の反射電極が設けられたことを特徴とする。   Further, in the present invention, the first and second SAW elements each have an interdigital reflection that reflects the surface acoustic wave oscillated by each drive electrode toward the drive electrode on both sides of the interdigital drive electrode. An electrode is provided.

これによって、駆動電極で発振された弾性表面波が駆動電極外に漏れるのを抑制できる。   As a result, the surface acoustic wave oscillated by the drive electrode can be prevented from leaking out of the drive electrode.

また、本発明において、前記圧電体基板は、前記圧電体基板を構成する各辺の長さが10mm未満の基板であることを特徴とする。このように、圧電体基板(慣性センサ)は小型化されているので、場所をとらずに様々な装置に設けることができる。   In the present invention, the piezoelectric substrate is a substrate having a length of each side constituting the piezoelectric substrate of less than 10 mm. Thus, since the piezoelectric substrate (inertial sensor) is miniaturized, it can be provided in various apparatuses without taking up space.

加速度センサ1の概略構成を示した図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an acceleration sensor 1. FIG. 圧電体基板10を側面方向から見た図である。It is the figure which looked at the piezoelectric substrate 10 from the side surface direction. 圧電体基板10の結晶方位を説明する図である。2 is a diagram for explaining a crystal orientation of a piezoelectric substrate 10. FIG. 第一、第二のSAW素子21、22と、圧電体基板10の結晶軸との関係を示した図である。2 is a diagram showing a relationship between first and second SAW elements 21 and 22 and a crystal axis of a piezoelectric substrate 10. FIG. 第一、第二のSAW素子21、22の構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the 1st, 2nd SAW element 21 and 22. FIG. 図1の加速度センサ1にて加速度αが検出できることを確認するための原理確認回路の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the principle confirmation circuit for confirming that the acceleration (alpha) can be detected with the acceleration sensor 1 of FIG. 加速度センサ1の製造手順を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing procedure of the acceleration sensor. 図7のS13の工程の状況を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the condition of the process of S13 of FIG. 図7のS17の工程の状況を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the condition of the process of S17 of FIG. 図7のS18の工程の状況を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the condition of the process of S18 of FIG. 図7のS19の工程の状況を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the condition of the process of S19 of FIG. 図7のS21の工程の状況を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the condition of the process of S21 of FIG. 図7のS22〜S24の工程の状況を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the condition of the process of S22-S24 of FIG.

以下、本発明に係る慣性センサの実施形態について説明する。本実施形態の慣性センサは、加速度を検出する加速度センサである。そして、その加速度センサは、いわゆるMEMS(Micro_Electro_Mechanical_Systems)構造とされる。すなわち、エッチング等の半導体加工技術を利用して形成された微小加速度センサとされる。   Hereinafter, embodiments of the inertial sensor according to the present invention will be described. The inertial sensor of the present embodiment is an acceleration sensor that detects acceleration. The acceleration sensor has a so-called MEMS (Micro_Electro_Mechanical_Systems) structure. That is, the micro acceleration sensor is formed using a semiconductor processing technique such as etching.

ここで、図1は、本実施形態の加速度センサ1の概略構成を示した図である。図1に示すように、加速度センサ1は、圧電体基板10、SAW素子21、22、発振回路31、32及び検出回路61を含んで構成される。なお、図1では、圧電体基板10及びSAW素子21、22の斜視図を示している。圧電体基板10は、圧電体であるニオブ酸リチウム結晶(LiNbO)の基板が図1のように加工されたものである。具体的には、圧電体基板10は、平面視(図1の圧電体基板10を上から見た図)が長方形の、梁状に延ばされた形状とされている。ここで、圧電体基板10が延ばされた方向をa軸、そのa軸と直角を為し圧電体基板10の幅方向(図1の圧電体基板10の奥行き方向)をb軸、それらa軸、b軸と直角を為し圧電体基板10の板厚方向をc軸とする。そして、本実施形態では、圧電体基板10の大きさは、a軸方向の長さW=5.55mm、b軸方向の長さD=2.0mm、c軸方向の長さH=0.35mmとされている。このように、圧電体基板10は、各辺の長さが10mm以下とされた微小基板である。 Here, FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the acceleration sensor 1 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the acceleration sensor 1 includes a piezoelectric substrate 10, SAW elements 21 and 22, oscillation circuits 31 and 32, and a detection circuit 61. FIG. 1 is a perspective view of the piezoelectric substrate 10 and the SAW elements 21 and 22. The piezoelectric substrate 10 is obtained by processing a substrate of lithium niobate crystal (LiNbO 3 ), which is a piezoelectric body, as shown in FIG. Specifically, the piezoelectric substrate 10 has a rectangular shape in a plan view (view of the piezoelectric substrate 10 in FIG. 1 as viewed from above) and extends in a beam shape. Here, the direction in which the piezoelectric substrate 10 is extended is the a-axis, and the width direction of the piezoelectric substrate 10 (the depth direction of the piezoelectric substrate 10 in FIG. 1) is the b-axis. The plate thickness direction of the piezoelectric substrate 10 is perpendicular to the axis and the b axis, and is the c axis. In this embodiment, the size of the piezoelectric substrate 10 is as follows: a-axis direction length W = 5.55 mm, b-axis direction length D = 2.0 mm, c-axis direction length H = 0. It is 35 mm. As described above, the piezoelectric substrate 10 is a minute substrate in which each side has a length of 10 mm or less.

また、圧電体基板10は、その裏面11bの側に、第一、第二の溝部141、142が形成されている。これら2つの溝部141、142は、それぞれ、断面視矩形で、その矩形が圧電体基板10のc軸方向に延ばされた直方体形状とされている。また、2つの溝部141、142のうちの第一の溝部141は、圧電体基板10の両方の端部131、132のうちの一方の第一の端部131に隣接する形で形成され、第二の溝部142は他方の第二の端部132に隣接する形で形成される。   The piezoelectric substrate 10 has first and second groove portions 141 and 142 formed on the back surface 11b side. Each of these two groove portions 141 and 142 has a rectangular shape in a sectional view, and the rectangular shape is a rectangular parallelepiped shape extending in the c-axis direction of the piezoelectric substrate 10. The first groove 141 of the two grooves 141 and 142 is formed adjacent to one of the first ends 131 of both ends 131 and 132 of the piezoelectric substrate 10. The second groove 142 is formed adjacent to the other second end 132.

第一、第二の端部131、132は、それぞれ、断面視矩形で、その矩形が圧電体基板10のc軸方向に延ばされた直方体形状とされている。そして、これら第一、第二の端部131、132は、それぞれ、支持される支持部として機能し、本実施携帯では、第一、第二の端部131、132の裏面11b側の面131a、132a(図2参照)が支持される。なお、以下、第一の端部131を第一の支持部131と言い、第二の端部132を第二の支持部132と言う。   Each of the first and second end portions 131 and 132 has a rectangular shape in a sectional view, and the rectangular shape extends in the c-axis direction of the piezoelectric substrate 10. And these 1st, 2nd edge parts 131 and 132 each function as a support part to be supported, and in this embodiment, the surface 131a on the back surface 11b side of the 1st and 2nd edge parts 131, 132. 132a (see FIG. 2) are supported. Hereinafter, the first end portion 131 is referred to as a first support portion 131, and the second end portion 132 is referred to as a second support portion 132.

また、第一、第二の溝部141、142が形成された圧電体基板10の部分は、それぞれ薄肉とされている。そして、それら薄肉部分をそれぞれ第一の薄肉部151、第二の薄肉部152と言うと、それら第一、第二の薄肉部151、152に、後述する第一、第二のSAW素子21、22が形成されることになる。   The portions of the piezoelectric substrate 10 on which the first and second groove portions 141 and 142 are formed are thin. And if these thin parts are called the 1st thin part 151 and the 2nd thin part 152, respectively, the 1st and 2nd SAW element 21 mentioned below in these 1st and 2nd thin parts 151 and 152, 22 will be formed.

また、第一、第二の溝部141、142が形成されることによって、それら第一、第二の溝部141、142の間の圧電体基板10の部分12は、第一、第二の薄肉部151、152の比べて厚くされている。この部分12が、加速度が加えられた際に力が作用される錘となる。このように、第一、第二の溝部141、142が形成されることによって、錘12が、圧電体基板10と一体化されている。なお、第一、第二の溝部141、142が直方体形状とされているので、錘12も直方体形状とされている。   In addition, since the first and second groove portions 141 and 142 are formed, the portion 12 of the piezoelectric substrate 10 between the first and second groove portions 141 and 142 has the first and second thin wall portions. 151 and 152 are made thicker. This portion 12 becomes a weight to which force is applied when acceleration is applied. Thus, the weight 12 is integrated with the piezoelectric substrate 10 by forming the first and second groove portions 141 and 142. In addition, since the 1st, 2nd groove parts 141 and 142 are made into the rectangular parallelepiped shape, the weight 12 is also made into the rectangular parallelepiped shape.

また、圧電体基板10の表面11aには、後述する第一、第二のSAW素子21、22が相互に影響を及ぼしあうのを抑制するために、デカップリング溝16が形成されている。そのデカップリング溝16は、圧電体基板10のa軸方向における中央において圧電体基板10を左右に分離するように、圧電体基板10の幅方向(b軸方向)に延ばされる形で形成された溝である。   Further, a decoupling groove 16 is formed on the surface 11a of the piezoelectric substrate 10 in order to prevent the first and second SAW elements 21 and 22 described later from affecting each other. The decoupling groove 16 is formed to extend in the width direction (b-axis direction) of the piezoelectric substrate 10 so as to separate the piezoelectric substrate 10 left and right at the center in the a-axis direction of the piezoelectric substrate 10. It is a groove.

ここで、圧電体基板10の各部の位置、大きさについて、図2を参照してさらに説明する。図2は、圧電体基板10を側面方向から見た図を示している。図2に示すように、第一、第二の支持部131、132、第一、第二の溝部141、142、錘12は、それぞれ断面視矩形とされているのが分かる。そして、第一の支持部131の幅W31と第二の支持部132の幅W32は、それぞれ同じとされ、具体的には例えば0.5mm〜0.6mmとされる。また、第一の溝部141の幅W21と第二の溝部142の幅W22は、それぞれ同じとされ、具体的には例えば0.45mmとされる。また、第一の溝部141の高さH21と第二の溝部142の高さH22は、それぞれ同じとされ、具体的には例えば0.3mm〜0.35mmとされる。なお、第一、第二の溝部141、142の高さH21、H22は、錘12の両側の高さでもある。   Here, the position and size of each part of the piezoelectric substrate 10 will be further described with reference to FIG. FIG. 2 shows the piezoelectric substrate 10 as viewed from the side. As shown in FIG. 2, it can be seen that the first and second support portions 131 and 132, the first and second groove portions 141 and 142, and the weight 12 are each rectangular in cross-section. The width W31 of the first support portion 131 and the width W32 of the second support portion 132 are the same, specifically, for example, 0.5 mm to 0.6 mm. Further, the width W21 of the first groove portion 141 and the width W22 of the second groove portion 142 are the same, specifically, for example, 0.45 mm. The height H21 of the first groove 141 and the height H22 of the second groove 142 are the same, specifically, for example, 0.3 mm to 0.35 mm. The heights H21 and H22 of the first and second groove portions 141 and 142 are also the heights on both sides of the weight 12.

また、錘12の幅W1は、例えば3.45mm〜3.55mmとされ、その両側の高さH21、H22は、上述したように、例えば0.3mm〜0.35mmとされる。なお、上述したように、W31=W32、W21=W22とされていることから、圧電体基板10が延ばされた方向(a軸方向)における中心線CLを基準として、錘12の一方の側までの幅W11と他方の側までの幅W12とは同じとなっている。このように、錘12は、圧電体基板10のa軸方向における中央に位置することになる。   Moreover, the width W1 of the weight 12 is set to, for example, 3.45 mm to 3.55 mm, and the heights H21 and H22 on both sides thereof are set to, for example, 0.3 mm to 0.35 mm as described above. As described above, since W31 = W32 and W21 = W22, one side of the weight 12 with respect to the center line CL in the direction (a-axis direction) in which the piezoelectric substrate 10 is extended. The width W11 up to and the width W12 up to the other side are the same. Thus, the weight 12 is located at the center of the piezoelectric substrate 10 in the a-axis direction.

また、第一、第二の薄肉部151、152は、第一、第二の溝部141、142の高さH21、H22がそれぞれ同じとされていることから、それらの高さH11、H12もそれぞれ同じとされ、具体的には、例えば0.05mmより小とされている。   In addition, since the first and second thin portions 151 and 152 have the same heights H21 and H22 of the first and second groove portions 141 and 142, respectively, their heights H11 and H12 are also the same. Specifically, for example, it is smaller than 0.05 mm.

また、デカップリング溝16は、圧電体基板10の表面11aにおいて、中心線CLに掛かるように形成されており、その幅W4は、例えば60μmより大とされる。   Further, the decoupling groove 16 is formed on the surface 11a of the piezoelectric substrate 10 so as to extend over the center line CL, and its width W4 is set to be larger than 60 μm, for example.

このように、圧電体基板10は、中心線CLを基準として、対称な形状とされており、第一、第二の支持部131、132が支持されてその間に錘12が設けられていることから、両持ち梁構造であると言える。   Thus, the piezoelectric substrate 10 has a symmetrical shape with respect to the center line CL, and the first and second support portions 131 and 132 are supported and the weight 12 is provided therebetween. Therefore, it can be said that it is a double-supported beam structure.

圧電体基板10は、上述したように、圧電体であるニオブ酸リチウム結晶(LiNbO)から構成された基板である。よって、力が加えられて歪みが発生すると電気エネルギーが発生し、反対に、電気エネルギーが加えられると歪みが発生する。この性質によって、圧電体基板10は、弾性表面波(SAW)が発生する性質を有することになるが、効率的に弾性表面波を発生させるために、本実施形態では、所定の結晶方位における圧電体基板10を用いている。ここで、図3は、圧電体基板10の結晶方位を説明する図であり、圧電体基板10に対してニオブ酸リチウム結晶(LiNbO)の結晶軸(X、Y、Z)及び基板10の軸(a、b、c)を重ねた図を示している。図3に示すように、圧電体基板10が延ばされた方向の軸aとニオブ酸リチウム結晶(LiNbO)のX軸とが一致している。また、ニオブ酸リチウム結晶(LiNbO)のY軸がX軸回りに128度回転された軸が、圧電体基板10の幅方向の軸bとされている。すなわち、圧電体基板10は、ニオブ酸リチウム結晶(LiNbO)を128°Y−X面でカットされた基板(オイラー角表示で言うと(0°、38°、0°)の基板)である。このような基板を用いることで、圧電体基板10が延ばされた方向(X軸方向、a軸方向)に、効率的に、弾性表面波を発生させることができる。なお、このときの弾性表面波は、LiNbO―128Y(38Z)のレイリー波である。 As described above, the piezoelectric substrate 10 is a substrate made of a lithium niobate crystal (LiNbO 3 ) that is a piezoelectric body. Therefore, when a force is applied and distortion occurs, electric energy is generated. Conversely, when electric energy is applied, distortion occurs. Due to this property, the piezoelectric substrate 10 has a property of generating a surface acoustic wave (SAW). In order to efficiently generate a surface acoustic wave, in this embodiment, the piezoelectric substrate 10 in a predetermined crystal orientation is used. The body substrate 10 is used. Here, FIG. 3 is a diagram for explaining the crystal orientation of the piezoelectric substrate 10, and the crystal axes (X, Y, Z) of the lithium niobate crystal (LiNbO 3 ) and the substrate 10 with respect to the piezoelectric substrate 10. The figure which piled up the axis | shaft (a, b, c) is shown. As shown in FIG. 3, the axis a in the direction in which the piezoelectric substrate 10 is extended coincides with the X axis of the lithium niobate crystal (LiNbO 3 ). The axis obtained by rotating the Y axis of the lithium niobate crystal (LiNbO 3 ) 128 degrees around the X axis is the axis b in the width direction of the piezoelectric substrate 10. That is, the piezoelectric substrate 10 is a substrate obtained by cutting lithium niobate crystal (LiNbO 3 ) at a 128 ° YX plane (a substrate of Euler angle display (0 °, 38 °, 0 °)). . By using such a substrate, a surface acoustic wave can be efficiently generated in the direction in which the piezoelectric substrate 10 is extended (X-axis direction, a-axis direction). The surface acoustic wave at this time is a Rayleigh wave of LiNbO 3 -128Y (38Z).

図1の説明に戻り、圧電体基板10の表面11aには、第一、第二のSAW素子21、22が形成されている。これら第一、第二のSAW素子21、22は、圧電体基板10の表面11aに、弾性表面波(SAW)を発振するためのすだれ状の駆動電極から構成されたIDTである。第一、第二のSAW素子21は、例えば、金Auから形成される。第一、第二のSAW素子21、22のうち、一方の第一のSAW素子21は、デカップリング溝16よりも第一の支持部131(第一の薄肉部151)側に形成され、他方の第二のSAW素子22は、デカップリング溝16よりも第二の支持部132(第二の薄肉部152)側に形成される。また、これら第一、第二のSAW素子21、22は、圧電体基板10が延ばされた方向(X軸方向、a軸方向)に弾性表面波を発振するように、形成される。ここで、図4は、第一、第二のSAW素子21、22とニオブ酸リチウム結晶(LiNbO)の結晶軸(X、Y、Z)との関係を説明する図である。図4に示すように、第一、第二のSAW素子21、22は、X軸の方向に、換言すると、すだれ状電極がX軸と直角となるように、形成されている。これによって、第一、第二のSAW素子21、22で発振された各弾性表面波は、圧電体基板10が延ばされた方向(X軸方向)に伝搬することになる。 Returning to the description of FIG. 1, first and second SAW elements 21 and 22 are formed on the surface 11 a of the piezoelectric substrate 10. The first and second SAW elements 21 and 22 are IDTs configured of interdigital drive electrodes for oscillating surface acoustic waves (SAW) on the surface 11 a of the piezoelectric substrate 10. The first and second SAW elements 21 are made of, for example, gold Au. Of the first and second SAW elements 21 and 22, one first SAW element 21 is formed closer to the first support portion 131 (first thin portion 151) than the decoupling groove 16. The second SAW element 22 is formed closer to the second support part 132 (second thin part 152) than the decoupling groove 16. The first and second SAW elements 21 and 22 are formed so as to oscillate surface acoustic waves in the direction in which the piezoelectric substrate 10 is extended (X-axis direction, a-axis direction). Here, FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the first and second SAW elements 21 and 22 and the crystal axes (X, Y, Z) of the lithium niobate crystal (LiNbO 3 ). As shown in FIG. 4, the first and second SAW elements 21 and 22 are formed in the direction of the X axis, in other words, the interdigital electrodes are perpendicular to the X axis. As a result, the surface acoustic waves oscillated by the first and second SAW elements 21 and 22 propagate in the direction in which the piezoelectric substrate 10 is extended (X-axis direction).

ここで、図5は、第一、第二のSAW素子21、22の平面図を示しており、具体的には、同図(a)は、第一、第二のSAW素子21、22を並べた状態を示した図、同図(b)は、第一、第二のSAW素子21、22の拡大図を示している。図5(a)に示すように、第一、第二のSAW素子21、22は、圧電体基板10の表面11aに並べて形成され、それぞれ、同じ構造とされる。図5(b)に示すように、第一、第二のSAW素子21、22は、素子長D1が2.75mmより大とされ、その開口長(幅)D4が1.6mmとされる。それら第一、第二のSAW素子21、22は、すだれ状の駆動電極201、その駆動電極201の両側に形成されたすだれ状の反射電極202、203から構成される。   Here, FIG. 5 shows a plan view of the first and second SAW elements 21, 22. Specifically, FIG. 5A shows the first and second SAW elements 21, 22. The figure which showed the state in which it arranged, (b) of the figure has shown the enlarged view of the 1st, 2nd SAW element 21 and 22. FIG. As shown in FIG. 5A, the first and second SAW elements 21 and 22 are formed side by side on the surface 11a of the piezoelectric substrate 10 and have the same structure. As shown in FIG. 5B, the first and second SAW elements 21 and 22 have an element length D1 larger than 2.75 mm and an opening length (width) D4 of 1.6 mm. Each of the first and second SAW elements 21 and 22 includes an interdigital drive electrode 201 and interdigital reflective electrodes 202 and 203 formed on both sides of the drive electrode 201.

駆動電極201は、図5(b)に示すように、長さD2=345μmの、互いに平行に対向するように形成された2つの駆動基準電極201a、201bを有する。各駆動基準電極201a、201bには、それぞれ、すだれ状の電極201c、201dが接続されている。そして、各電極201c、201dは、各電極201c、201dを構成する電極が、互いに交差するように形成されている。以下、これら電極201c、201dを交差電極201c、201dと言う。すなわち、一方の交差電極201cを構成する電極と他方の交差電極201dを構成する電極とが交互に位置する形とされている。そして、本実施形態では、対向する交差電極201cと交差電極201dとが11対とされている。   As shown in FIG. 5B, the drive electrode 201 has two drive reference electrodes 201a and 201b having a length D2 = 345 μm and formed to face each other in parallel. Interdigital electrodes 201c and 201d are connected to the drive reference electrodes 201a and 201b, respectively. The electrodes 201c and 201d are formed so that the electrodes constituting the electrodes 201c and 201d intersect each other. Hereinafter, these electrodes 201c and 201d are referred to as crossed electrodes 201c and 201d. That is, the electrodes constituting one cross electrode 201c and the electrodes constituting the other cross electrode 201d are alternately positioned. In the present embodiment, there are 11 pairs of the crossing electrode 201c and the crossing electrode 201d that face each other.

さらに、本実施形態では、各交差電極201c、201dの長さが位置によって異なっている。すなわち、交差電極201cと交差電極201dとの各対において、相手方の交差電極と対向される範囲(重なる範囲)が、位置によって異なる重み付けがされている。具体的には、駆動電極201は、図5(b)に示すように、駆動電極201の中心ほど重なる範囲が大きくされた、いわゆるアポダイズ電極とされている。これによって、3次高調波の発生を抑制できるとともに、駆動電極201で発振された弾性表面波が他の部位に影響を及ぼす横結合を防止することができる。   Furthermore, in this embodiment, the length of each cross electrode 201c, 201d differs depending on the position. That is, in each pair of the cross electrode 201c and the cross electrode 201d, a range (overlapping range) facing the other cross electrode is weighted differently depending on the position. Specifically, as shown in FIG. 5B, the drive electrode 201 is a so-called apodized electrode in which the overlapping range is increased toward the center of the drive electrode 201. Accordingly, generation of the third harmonic can be suppressed, and lateral coupling in which the surface acoustic wave oscillated by the drive electrode 201 affects other parts can be prevented.

この駆動電極201は、駆動基準電極201a、201bに図1の発振回路31、32が接続されて、その発振回路31、32によって、圧電体基板10の物性に応じた共振周波数の弾性表面波が発振されることになる。この際、錘12に加速度が加わっていない状態において、発振される弾性表面波が所定の共振周波数f0(所定の波長λ)となるように、駆動電極201の各交差電極201c、201dの長さや、間隔が設定されている。具体的には、錘12に加速度が加わっていない状態において、共振周波数f0=66MHz(波長λ=60μm)の弾性表面波が発振されるように、駆動電極201が形成される。そのために、各交差電極201c、201dの間隔L/S=15μm(60μm÷4)とされている。   1 is connected to the drive reference electrodes 201a and 201b, and the oscillation circuits 31 and 32 generate surface acoustic waves having a resonance frequency corresponding to the physical properties of the piezoelectric substrate 10. It will oscillate. At this time, the length of each cross electrode 201c, 201d of the drive electrode 201 is set so that the surface acoustic wave oscillated has a predetermined resonance frequency f0 (predetermined wavelength λ) in a state where no acceleration is applied to the weight 12. , The interval is set. Specifically, the drive electrode 201 is formed so that a surface acoustic wave having a resonance frequency f0 = 66 MHz (wavelength λ = 60 μm) is oscillated in a state where no acceleration is applied to the weight 12. Therefore, the distance L / S between the crossing electrodes 201c and 201d is set to 15 μm (60 μm / 4).

また、駆動電極201は、圧電体基板10の第一、第二の薄肉部151、152の表面に形成される。第一、第二の薄肉部151、152は、他の部位に比べて薄肉とされているので、錘12に加速度が加わった際の歪み量が大きい部位である。したがって、その第一、第二の薄肉部151、152に駆動電極201が形成されることで、感度よく、弾性表面波を発振させることができる。   The drive electrode 201 is formed on the surfaces of the first and second thin portions 151 and 152 of the piezoelectric substrate 10. Since the first and second thin portions 151 and 152 are thinner than other portions, the first and second thin portions 151 and 152 are portions having a large amount of distortion when acceleration is applied to the weight 12. Therefore, by forming the drive electrode 201 in the first and second thin portions 151 and 152, the surface acoustic wave can be oscillated with high sensitivity.

上述したように、駆動電極201の両側には、すだれ状の反射電極202、203が形成される。より詳細には、各反射電極202、203は、駆動電極201の両側に対して、3/8λ、すなわち22.5μm(=60μm×3/8)の間隔が空けられて形成されている。これら反射電極202、203は、駆動電極201で発振された弾性表面波を駆動電極側に反射させるものであり、弾性表面波が駆動電極201外に漏れるのを防止するものである。本実施形態の反射電極202、203は、それぞれ、同じ構造とされ、駆動電極201と同様に、平行に対向する基準電極202a、202b(反射電極202の場合)、203a、203b(反射電極203の場合)を有する。そして、一方の反射電極202の場合、各基準電極202a、202bには、それぞれすだれ状の交差電極202c、202dが接続されており、一方の基準電極202aの交差電極202cと他方の基準電極202bの交差電極202dとが交互に位置する形とされている。なお、他方の反射電極203の場合も同じである。また、各基準電極202a、202b(反射電極203の場合は、基準電極203a、203b)は、それぞれ、グランドGNDに接続されている。つまり、各基準電極202a、202bはショートされている。なお、各基準電極202a、202bは、オープンとしてもよい。   As described above, the interdigital reflective electrodes 202 and 203 are formed on both sides of the drive electrode 201. More specifically, each of the reflective electrodes 202 and 203 is formed with an interval of 3 / 8λ, that is, 22.5 μm (= 60 μm × 3/8) with respect to both sides of the drive electrode 201. These reflective electrodes 202 and 203 are for reflecting the surface acoustic wave oscillated by the drive electrode 201 to the drive electrode side, and for preventing the surface acoustic wave from leaking out of the drive electrode 201. The reflective electrodes 202 and 203 of the present embodiment have the same structure, and, like the drive electrode 201, reference electrodes 202a and 202b (in the case of the reflective electrode 202), 203a and 203b (in the reflective electrode 203) that face each other in parallel. Case). In the case of one reflective electrode 202, interdigital crossing electrodes 202c and 202d are connected to the respective reference electrodes 202a and 202b, and the crossing electrode 202c of one reference electrode 202a and the other reference electrode 202b are connected to each other. The cross electrodes 202d are alternately positioned. The same applies to the other reflective electrode 203. In addition, each of the reference electrodes 202a and 202b (in the case of the reflective electrode 203, the reference electrodes 203a and 203b) are connected to the ground GND. That is, each reference electrode 202a, 202b is short-circuited. Each reference electrode 202a, 202b may be open.

反射電極202、203は、それぞれ、長さD31、D32が同じとされ、具体的には、上記弾性表面波の波長λ(λ=60μm)の20倍より大、すなわち、D31、D32>20λとされる。このような構成の反射電極202、203を設けることで、駆動電極201で発振された弾性表面波が漏れるのを抑制でき、本実施形態では、その漏洩率が約20%とされている。本発明では、2つのSAW素子21、22を並べて設けているので、このように、反射電極202、203を設けることは、他方のSAW素子に影響を及ぼすことを防止でき、特に好適である。なお、本実施形態では、上述したように、第一、第二のSAW素子21、22の間にはデカップリング溝16が設けられているので、さらに漏洩率が下がると考えられる。   The reflective electrodes 202 and 203 have the same lengths D31 and D32, respectively, specifically, greater than 20 times the wavelength λ (λ = 60 μm) of the surface acoustic wave, that is, D31 and D32> 20λ. Is done. By providing the reflective electrodes 202 and 203 having such a configuration, it is possible to suppress the leakage of the surface acoustic wave oscillated by the drive electrode 201. In this embodiment, the leakage rate is about 20%. In the present invention, since the two SAW elements 21 and 22 are provided side by side, it is particularly preferable to provide the reflective electrodes 202 and 203 in this way because it can prevent the other SAW element from being affected. In this embodiment, as described above, since the decoupling groove 16 is provided between the first and second SAW elements 21 and 22, it is considered that the leakage rate is further reduced.

なお、駆動電極201は第一、第二の薄肉部151、152の表面に形成されるが、反射電極202、203は、第一、第二の薄肉部151、152の表面に形成されなくてもよく、本実施形態では、支持部131、132、錘12の表面に形成されている。   The drive electrode 201 is formed on the surfaces of the first and second thin portions 151 and 152, but the reflective electrodes 202 and 203 are not formed on the surfaces of the first and second thin portions 151 and 152. In this embodiment, it is formed on the surfaces of the support portions 131 and 132 and the weight 12.

図1の説明に戻り、第一の発振回路31は、第一のSAW素子21(厳密には第一のSAW素子21の駆動基準電極201a、201b)に、第二の発振回路32は、第二のSAW素子22(厳密には第二のSAW素子22の駆動基準電極201a、201b)に接続され、それぞれ、第一、第二のSAW素子21、22に弾性表面波を発振させる回路である。本実施形態では、これら第一、第二の発振回路31、32は、コルピッツ発振回路とされている。なお、これら第一、第二の発振回路31、32は、圧電体基板10上に設けられる必要はない。   Returning to the description of FIG. 1, the first oscillation circuit 31 is connected to the first SAW element 21 (strictly, the drive reference electrodes 201 a and 201 b of the first SAW element 21), and the second oscillation circuit 32 is connected to the first oscillation circuit 32. This circuit is connected to the second SAW element 22 (strictly, the drive reference electrodes 201a and 201b of the second SAW element 22), and causes the first and second SAW elements 21 and 22 to oscillate surface acoustic waves, respectively. . In the present embodiment, the first and second oscillation circuits 31 and 32 are Colpitts oscillation circuits. The first and second oscillation circuits 31 and 32 do not need to be provided on the piezoelectric substrate 10.

これら発振回路31、32によって、第一、第二のSAW素子21、22には、それぞれ弾性表面波が発振されることになる。なお、以下、第一のSAW素子21にて発振された弾性表面波をSAW1とし、第二のSAW素子22にて発振された弾性表面波をSAW2とする。また、弾性表面波SAW1の共振周波数fをf1とし、弾性表面波SAW2の共振周波数fをf2とする。上述したように、錘12に加速度が加わっていない状態では、どちらの弾性表面波SAW1、SAW2も、共振周波数f1、f2=f0(=66MHz)の波とされる。一方、錘12に加速度αが加わると、錘12に力F(錘の質量をMとすると、M×αの力)が作用するので、圧電体基板10が歪むことになる。よって、弾性表面波SAW1、SAW2は、どちらも共振周波数f1、f2が変化する。つまり、共振周波数f1、f2は、加速度αの関数とされる(以下、共振周波数f1、f2を、それぞれ、f1(α)、f2(α)と言う)。   By these oscillation circuits 31 and 32, surface acoustic waves are oscillated in the first and second SAW elements 21 and 22, respectively. Hereinafter, a surface acoustic wave oscillated by the first SAW element 21 is referred to as SAW1, and a surface acoustic wave oscillated by the second SAW element 22 is referred to as SAW2. The resonance frequency f of the surface acoustic wave SAW1 is f1, and the resonance frequency f of the surface acoustic wave SAW2 is f2. As described above, in the state where no acceleration is applied to the weight 12, both the surface acoustic waves SAW1 and SAW2 are the waves having the resonance frequency f1 and f2 = f0 (= 66 MHz). On the other hand, when the acceleration α is applied to the weight 12, a force F (a force of M × α where M is the mass of the weight) acts on the weight 12, so that the piezoelectric substrate 10 is distorted. Therefore, both the surface acoustic waves SAW1 and SAW2 change the resonance frequencies f1 and f2. That is, the resonance frequencies f1 and f2 are functions of the acceleration α (hereinafter, the resonance frequencies f1 and f2 are referred to as f1 (α) and f2 (α), respectively).

また、力Fの圧電体基板10が延ばされた方向(X軸方向)における分力を考えると、第一、第二の薄肉部151、152のうち、一方には圧縮の力が作用し、他方には引っ張りの力が作用する。よって、共振周波数f1(α)、f2(α)のうちの一方は、圧縮歪みに応じた値となり、共振周波数f1(α)、f2(α)のうちの他方は、引っ張り歪みに応じた値となる。つまり、共振周波数f1(α)と共振周波数f2(α)とは異なる値とされる(f1(α)≠f2(α))。   Further, considering the component force in the direction in which the piezoelectric substrate 10 is extended (X-axis direction), the compression force acts on one of the first and second thin portions 151 and 152. On the other hand, a pulling force acts. Therefore, one of the resonance frequencies f1 (α) and f2 (α) has a value corresponding to the compressive strain, and the other of the resonance frequencies f1 (α) and f2 (α) has a value corresponding to the tensile strain. It becomes. That is, the resonance frequency f1 (α) and the resonance frequency f2 (α) are different values (f1 (α) ≠ f2 (α)).

ただし、圧電体基板10は温度特性を有するので、温度によって、弾性表面波の共振周波数が変化しうる。よって、実際に発振される弾性表面波SAW1、SAW2の共振周波数f1‘(α)、f2’(α)は、温度特性を考慮しない共振周波数f1(α)、f2(α)に、温度特性の影響を受けた分ft1、ft2が加算された値となる。つまり、f1‘(α)=f1(α)+ft1、f2’(α)=f2(α)+ft2となる。   However, since the piezoelectric substrate 10 has temperature characteristics, the resonance frequency of the surface acoustic wave can change depending on the temperature. Therefore, the resonance frequencies f1 ′ (α) and f2 ′ (α) of the surface acoustic waves SAW1 and SAW2 that are actually oscillated are equal to the resonance frequencies f1 (α) and f2 (α) that do not take temperature characteristics into consideration. This is a value obtained by adding the affected parts ft1 and ft2. That is, f1 ′ (α) = f1 (α) + ft1, and f2 ′ (α) = f2 (α) + ft2.

ここで、第一、第二のSAW素子21、22は、それぞれ同じ構造とされ、加速度が加わっていない状態には同じ共振周波数f0の弾性表面波が発振されるものである。また、第一、第二のSAW素子21、22が形成された圧電体基板10の部位は、それぞれ、同じ構造とされている。よって、第一、第二のSAW素子21、22は、それぞれ、同等の温度の影響を受けると考えられるので、温度特性の影響を受けた共振周波数ft1、ft2は、同等であると考えられる(ft1=ft2)。   Here, the first and second SAW elements 21 and 22 have the same structure, and a surface acoustic wave having the same resonance frequency f0 is oscillated when no acceleration is applied. The parts of the piezoelectric substrate 10 on which the first and second SAW elements 21 and 22 are formed have the same structure. Therefore, since the first and second SAW elements 21 and 22 are considered to be affected by the same temperature, the resonance frequencies ft1 and ft2 affected by the temperature characteristics are considered to be equivalent ( ft1 = ft2).

そこで、本発明では、温度の影響を除去するために、弾性表面波SAW1の共振周波数f1‘(α)(=f1(α)+ft1)と弾性表面波SAW2の共振周波数f2’(α)(=f2(α)+ft2)の差分に基づいて、加速度αを検出している。すなわち、図1に示すように、加速度センサ1は、検出回路61が設けられ、その検出回路61と第一の発振回路31とが信号線41で、検出回路61と第二の発振回路32とが信号線42で接続される。そして、第一の発振回路31における共振周波数f1‘(α)の信号、及び、第二の発振回路32における共振周波数f2’(α)の信号が、信号線41、42を介して検出回路61に入力されるようになっている。   Therefore, in the present invention, in order to remove the influence of temperature, the resonance frequency f1 ′ (α) (= f1 (α) + ft1) of the surface acoustic wave SAW1 and the resonance frequency f2 ′ (α) (= Based on the difference of f2 (α) + ft2), the acceleration α is detected. That is, as shown in FIG. 1, the acceleration sensor 1 includes a detection circuit 61, the detection circuit 61 and the first oscillation circuit 31 are signal lines 41, and the detection circuit 61 and the second oscillation circuit 32 are connected to each other. Are connected by a signal line 42. The signal of the resonance frequency f1 ′ (α) in the first oscillation circuit 31 and the signal of the resonance frequency f2 ′ (α) in the second oscillation circuit 32 are detected by the detection circuit 61 via the signal lines 41 and. To be input.

検出回路61は、公知の論理演算子が組み合わされて構成されており、入力された共振周波数f1‘(α)、f2‘(α)の差分を検出する回路である。すなわち、検出回路61は、差分値Δf=f1‘(α)−f2‘(α)を求める回路とされる。この際、共振周波数ft1、ft2はft1=ft2とされるので、Δf=f1(α)−f2(α)、つまり、温度の影響が除去された差分値Δfを求めることができる。また、f1(α)、f2(α)はどちらも加速度αの関数であるので、その差分値Δfも加速度αの関数となる。よって、その差分値Δfは、加速度αに対応したものと言えるので、その差分値Δfによって加速度αを検出することができる。なお、加速度αが加わっていない状態では、f1(α)=f2(α)=f0(66MHz)となるので、Δf=0となる。よって、加速度αが加わっていないことも検出できる。   The detection circuit 61 is configured by combining known logical operators, and is a circuit that detects the difference between the input resonance frequencies f1 ′ (α) and f2 ′ (α). That is, the detection circuit 61 is a circuit for obtaining the difference value Δf = f1 ′ (α) −f2 ′ (α). At this time, since the resonance frequencies ft1 and ft2 are set to ft1 = ft2, Δf = f1 (α) −f2 (α), that is, the difference value Δf from which the influence of the temperature is removed can be obtained. Further, since both f1 (α) and f2 (α) are functions of the acceleration α, the difference value Δf is also a function of the acceleration α. Therefore, since the difference value Δf can be said to correspond to the acceleration α, the acceleration α can be detected from the difference value Δf. In the state where the acceleration α is not applied, f1 (α) = f2 (α) = f0 (66 MHz), and therefore Δf = 0. Therefore, it can be detected that the acceleration α is not applied.

なお、弾性表面波は高周波であるので、検出回路61を構成する各論理演算子が、高周波信号に追従出来ない場合がある。そこで、検出回路61に入力される弾性表面波SAW1、SAW2の周波数を落とす分周回路を、検出回路61の前段に設けるのが望ましい(図6の分周回路51、52参照)。これによって、f0=66MHzの弾性表面波SAW1、SAW2を、数分の一の周波数(図6の例では、14分の一の4.8kHz)に落とすことができるので、検出回路61にて、差分値Δfを正確に検出することができる。   Since the surface acoustic wave has a high frequency, each logical operator constituting the detection circuit 61 may not be able to follow the high frequency signal. Therefore, it is desirable to provide a frequency dividing circuit for reducing the frequencies of the surface acoustic waves SAW1 and SAW2 input to the detection circuit 61 in front of the detection circuit 61 (see frequency division circuits 51 and 52 in FIG. 6). As a result, the surface acoustic waves SAW1 and SAW2 of f0 = 66 MHz can be dropped to a fraction of a frequency (in the example of FIG. 6, 4.8 kHz that is one-fourth). The difference value Δf can be accurately detected.

ここで、図6は、図1の加速度センサ1にて加速度αが検出できることを確認するために、市販のロジック回路にて加速度センサ1を構成した例を示している。なお、図6において、図1と同じ機能を有する部品には同一符号を付している。この際、複数のPhaseに分けて、加速度センサ1の動作を確認した。具体的には、先ず、Phase1、2として、第一、第二のSAW素子21、22にて、共振周波数f0=66MHzの弾性表面波SAW1、SAW2が発振されるのかを確認する。Phase3として、市販の分周回路51、52にて、弾性表面波SAW1、SAW2の周波数を66MHzから4.8kHzにされるかを確認する。最後のPhase4として、市販の位相比較回路61にて、4.8kHzに落とされた弾性表面波SAW1、SAW2の信号の周波数の差分値Δfを求めることができるかを確認する。以上のように段階的に動作を確認することで、加速度センサ1が所望の動作をしなかった場合に、その原因を突き止めることができる。   Here, FIG. 6 shows an example in which the acceleration sensor 1 is configured by a commercially available logic circuit in order to confirm that the acceleration α can be detected by the acceleration sensor 1 of FIG. In FIG. 6, parts having the same functions as those in FIG. At this time, the operation of the acceleration sensor 1 was confirmed by dividing it into a plurality of Phases. Specifically, first, as Phases 1 and 2, it is confirmed whether the first and second SAW elements 21 and 22 generate surface acoustic waves SAW1 and SAW2 having a resonance frequency f0 = 66 MHz. As Phase 3, it is confirmed whether the frequency of the surface acoustic waves SAW1 and SAW2 is changed from 66 MHz to 4.8 kHz by using commercially available frequency dividing circuits 51 and 52. As the last Phase 4, it is confirmed whether or not the commercially available phase comparison circuit 61 can determine the difference value Δf between the frequencies of the surface acoustic waves SAW1 and SAW2 dropped to 4.8 kHz. By confirming the operation step by step as described above, the cause can be determined when the acceleration sensor 1 does not perform a desired operation.

次に、本実施形態の加速度センサ1の製造方法について説明する。上述したように、加速度センサ1はいわゆるMEMS構造とされ、半導体加工技術を利用することで製造される。ここで、図7は、加速度センサ1の製造手順を示した図である。先ず、前提として、128°Yカット面のLiNbOのウェハを用意する。なお、128°Yカット面のLiNbOに代えて、36°Yカット面のLiNbOのウェハを用いてもよい。 Next, the manufacturing method of the acceleration sensor 1 of this embodiment is demonstrated. As described above, the acceleration sensor 1 has a so-called MEMS structure and is manufactured by using semiconductor processing technology. Here, FIG. 7 is a diagram showing a manufacturing procedure of the acceleration sensor 1. First, as a premise, a 128 ° Y-cut LiNbO 3 wafer is prepared. A LiNbO 3 wafer having a 36 ° Y-cut surface may be used instead of LiNbO 3 having a 128 ° Y-cut surface.

先ず、LiNbOのウェハを洗浄して、LiNbOのウェハの表面の埃、汚れ等を除去する(S11)。次いで、酸素プラズマ中にLiNbOのウェハを置いて、そのウェハの表面に付着した不純物を剥離除去するO2アッシングを行う(S12)。次いで、ウェハの表面、裏面に、保護膜等を成膜する(S13)。ここで、図8は、S13の成膜工程の状況を模式的に示した図である。なお、LiNbOのウェハは、図1の圧電体基板10の元となる部材であることから、図8では、LiNbOのウェハに符号「10」を付している。また、第一、第二のSAW素子21、22が形成されるウェハ10の面には符号「11a」、第一、第二の溝部141、142が形成されるウェハ10の面には符号「11b」を付している。図8に示すように、S13では、ウェハ10の表面11a、裏面11bの両方に、保護膜としてのニッケルクロム(NiCr)の膜60、62を500Å程度成膜する。例えばスパッタリングや真空蒸着によって、この成膜をする。さらに、ウェハ10の表面11aには、NiCr膜60の上に、第一、第2のSAW素子21、22の元となる金Auの膜63を500Å程度成膜する。この成膜も、スパッタリングや真空蒸着にてすることができる。 First, the LiNbO 3 wafer is cleaned to remove dust, dirt, and the like on the surface of the LiNbO 3 wafer (S11). Next, a LiNbO 3 wafer is placed in oxygen plasma, and O 2 ashing is performed to remove and remove impurities attached to the surface of the wafer (S12). Next, a protective film or the like is formed on the front and back surfaces of the wafer (S13). Here, FIG. 8 is a diagram schematically showing the state of the film forming step of S13. Since the LiNbO 3 wafer is a member of the piezoelectric substrate 10 shown in FIG. 1, the reference numeral “10” is given to the LiNbO 3 wafer in FIG. The surface of the wafer 10 on which the first and second SAW elements 21 and 22 are formed is denoted by “11a”, and the surface of the wafer 10 on which the first and second groove portions 141 and 142 are formed is denoted by “ 11b ". As shown in FIG. 8, in S13, about 500 mm of nickel chrome (NiCr) films 60 and 62 as protective films are formed on both the front surface 11a and the back surface 11b of the wafer 10. For example, this film formation is performed by sputtering or vacuum evaporation. Further, on the surface 11 a of the wafer 10, a gold Au film 63 that is the basis of the first and second SAW elements 21 and 22 is formed on the NiCr film 60 by about 500 mm. This film formation can also be performed by sputtering or vacuum deposition.

次いで、ウェハ10を高回転でスピンコートをして、S13で成膜した各膜60、62、63を低膜厚にするとともに、均一な膜厚にする(S14)。次いで、ウェハ10の両面11a、11bに対して、露光によって、第一、第二のSAW素子21、22、若しくは、第一、第二の溝部141、142の輪郭パターンを形成する(S15)。次いで、現像、エッチングによって、第一、第二のSAW素子21、22を形成する(S16)。次いで、ウェハ10の裏面11bの第一、第二の溝部141、142に対応する部分に溝を入れて、第一、第二の溝部141、142を形成する(S17)。ここで、図9は、S17の工程の状況を模式的に示した図である。図9に示すように、S17では、ダイシングブレード70を用いて、ウェハ10に溝入れしていく。なお、この際、ウェハ10の最外周は補強のために残しておく。   Next, the wafer 10 is spin-coated at a high rotation speed so that each of the films 60, 62, 63 formed in S13 has a low film thickness and a uniform film thickness (S14). Next, contour patterns of the first and second SAW elements 21 and 22 or the first and second groove portions 141 and 142 are formed on the both surfaces 11a and 11b of the wafer 10 by exposure (S15). Next, the first and second SAW elements 21 and 22 are formed by development and etching (S16). Next, grooves are formed in portions corresponding to the first and second groove portions 141 and 142 of the back surface 11b of the wafer 10 to form first and second groove portions 141 and 142 (S17). Here, FIG. 9 is a diagram schematically showing the state of the process of S17. As shown in FIG. 9, in S <b> 17, the wafer 10 is grooved using a dicing blade 70. At this time, the outermost periphery of the wafer 10 is left for reinforcement.

次いで、その後の作業で、ウェハ10が破損しないようにするために、形成した第一、第二の溝部141、142に犠牲層を充填する(S18)。ここで、図10は、S18の工程の状況を模式的に示した図であり、具体的には、図10(a)はウェハ10の斜視図、図10(b)はウェハ10の断面図を示している。図10(b)に示すように、ウェハ10の上から、例えばエレクトロンワックスを犠牲層64として充填する。次いで、ウェハ10の裏面11bをグラインドして、裏面11bを平坦にする(S19)。ここで、図11は、S19の工程の状況を模式的に示した図である。図11に示すように、裏面11bをグラインドすることで、図11の破線より上の部分が除去されることになるので、裏面11bに付着した犠牲層(エレクトロンワックス)を除去することができる。なお、図11では、第一、第二の溝部141、142に犠牲層64が充填された状態を示している。   Next, in order to prevent the wafer 10 from being damaged in the subsequent operation, the formed first and second grooves 141 and 142 are filled with a sacrificial layer (S18). Here, FIG. 10 is a diagram schematically showing the state of the process of S18. Specifically, FIG. 10A is a perspective view of the wafer 10, and FIG. 10B is a cross-sectional view of the wafer 10. Is shown. As shown in FIG. 10B, for example, electron wax is filled as a sacrificial layer 64 from above the wafer 10. Next, the back surface 11b of the wafer 10 is ground to flatten the back surface 11b (S19). Here, FIG. 11 is a diagram schematically showing the state of the process of S19. As shown in FIG. 11, by grinding the back surface 11b, the portion above the broken line in FIG. 11 is removed, so that the sacrificial layer (electron wax) attached to the back surface 11b can be removed. FIG. 11 shows a state where the sacrificial layer 64 is filled in the first and second groove portions 141 and 142.

次いで、ウェハ10の表面11aにダイシングテープを貼付して(S20)して、ダイシングして、図1の圧電体基板10の形状に切断(フルカット)するとともに、デカップリング溝16を形成(ハーフカット)する(S21)。ここで、図12は、S21の工程の状況を模式的に示した図である。図12に示すように、ダイシングブレード91によってフルカットすることで、一つのウェハ10から複数の基板10が形成される。また、ダイシングブレード91にてハーフカットすることで、各基板10には、デカップリング溝16が形成される。   Next, a dicing tape is affixed to the surface 11a of the wafer 10 (S20), diced and cut into the shape of the piezoelectric substrate 10 of FIG. 1 (full cut), and a decoupling groove 16 is formed (half-half). (S21). Here, FIG. 12 is a diagram schematically showing the state of the process of S21. As shown in FIG. 12, a plurality of substrates 10 are formed from one wafer 10 by full cutting with a dicing blade 91. Further, the decoupling groove 16 is formed in each substrate 10 by half-cutting with the dicing blade 91.

次いで、形成された圧電体基板10を、パッケージPKGに搭載する(S22)。ここで、図13は、圧電体基板10をパッケージPKG100に搭載後の工程の状況を模式的に示した図であり、具体的には、図13(a)は、S22、S23の工程の状況を示した図であり、図13(b)は、後述するS24の工程の状況を示した図である。図13(a)に示すように、S22では、圧電体基板10をPKG100に搭載し、第一、第二の支持部131、132の下面を、接着剤81、82によって固定する。その後、この接着剤81、82を硬化させる(S23)。次いで、第一、第二の溝部141、142に充填された犠牲層64を洗浄液によって除去(エッチング)する(S23、図13(b)参照)。   Next, the formed piezoelectric substrate 10 is mounted on the package PKG (S22). Here, FIG. 13 is a diagram schematically showing the state of the process after the piezoelectric substrate 10 is mounted on the package PKG100. Specifically, FIG. 13A shows the state of the steps S22 and S23. FIG. 13B is a diagram showing a state of the process of S24 described later. As shown in FIG. 13A, in S22, the piezoelectric substrate 10 is mounted on the PKG 100, and the lower surfaces of the first and second support portions 131 and 132 are fixed by adhesives 81 and 82. Thereafter, the adhesives 81 and 82 are cured (S23). Next, the sacrificial layer 64 filled in the first and second groove portions 141 and 142 is removed (etched) with a cleaning liquid (S23, see FIG. 13B).

その後、Wireボンディングし(S25)、PKG100を封止(LID封止)し(S26)、発振回路31、32や検出回路61等の回路基板を組み立てし(S27)、加速度センサ1の調整、補正し(S28)、動作確認試験をする(S29)。以上の工程によって、MEMS構造の加速度センサ1を製造することができる。   Thereafter, wire bonding is performed (S25), the PKG 100 is sealed (LID sealing) (S26), circuit boards such as the oscillation circuits 31 and 32 and the detection circuit 61 are assembled (S27), and the acceleration sensor 1 is adjusted and corrected. Then, an operation confirmation test is performed (S29). Through the above process, the acceleration sensor 1 having a MEMS structure can be manufactured.

以上説明したように、本実施形態の加速度センサ1では、圧電体基板10の両方の支持部131、132が支持されているので、耐衝撃性を向上することができる。また、第一、第二のSAW素子21、22を利用することで、圧電体基板10の温度特性を相殺することができる。よって、LiNbO等の温度特性の良くないが電気機械的結合係数の良い圧電体も使用可能となり、センサ素子を小型化することができる。また、アナログ回路素子を使用する必要がないので、シンプルで安価な回路構成とすることができる。 As described above, in the acceleration sensor 1 of the present embodiment, since both the support portions 131 and 132 of the piezoelectric substrate 10 are supported, the impact resistance can be improved. In addition, the temperature characteristics of the piezoelectric substrate 10 can be offset by using the first and second SAW elements 21 and 22. Therefore, it is possible to use a piezoelectric material such as LiNbO 3 which has a poor temperature characteristic but a good electromechanical coupling coefficient, and the sensor element can be miniaturized. Further, since it is not necessary to use analog circuit elements, a simple and inexpensive circuit configuration can be obtained.

なお、本発明の慣性センサは、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限りにおいて変形することができる。例えば、上記実施形態では、加速度そのものを検出する加速度センサの例について説明したが、錘に加わった力を傾斜角として検出する傾斜角センサに適用してもよい。この場合、重力加速度の変化を検出することで、傾斜角を検出することができる。すなわち、傾斜角が変わると、圧電体基板のX軸方向に作用する重力加速度Gの成分が変化する。よって、その重力加速度Gの成分の変化を検出することで、傾斜角を検出することができる。   The inertial sensor of the present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified without departing from the description of the scope of the claims. For example, in the above embodiment, an example of an acceleration sensor that detects the acceleration itself has been described. However, the present invention may be applied to an inclination angle sensor that detects a force applied to a weight as an inclination angle. In this case, the inclination angle can be detected by detecting a change in gravitational acceleration. That is, when the tilt angle changes, the component of the gravitational acceleration G acting in the X-axis direction of the piezoelectric substrate changes. Therefore, the inclination angle can be detected by detecting the change in the component of the gravitational acceleration G.

また、上記実施形態では、ニオブ酸リチウム結晶(LiNbO)から構成された圧電体基板10の例について説明したが、水晶等、その他の圧電体から構成された圧電体基板を用いても良い。また、圧電体基板は、上記実施形態の圧電体基板10の大きさに限定されるものではなく、必要に応じた大きさとすることができる。 In the above embodiment, the example of the piezoelectric substrate 10 made of lithium niobate crystal (LiNbO 3 ) has been described. However, a piezoelectric substrate made of other piezoelectric materials such as quartz may be used. Further, the size of the piezoelectric substrate is not limited to the size of the piezoelectric substrate 10 of the above-described embodiment, and may be a size as required.

また、上記実施形態では、第一、第二の支持部131、132が第一、第二の薄肉部151、152に比べて厚くされていた。第一、第二の支持部131、132を錘12と同等の厚さにすることで、それら支持部131、132を安定して支持することができるが、より一層、小型化、軽量化を図るために、第一、第二の支持部131、132の厚さを小さくしてもよい。この場合であっても、圧電体基板の中央部が、他の部位より厚くされて錘として機能させることができるので、本発明の作用効果を得ることができる。   In the above embodiment, the first and second support portions 131 and 132 are thicker than the first and second thin portions 151 and 152. By making the first and second support portions 131 and 132 to have the same thickness as the weight 12, the support portions 131 and 132 can be stably supported, but the size and weight can be further reduced. For the purpose of illustration, the thickness of the first and second support portions 131 and 132 may be reduced. Even in this case, the central portion of the piezoelectric substrate can be made thicker than other portions to function as a weight, so that the effects of the present invention can be obtained.

また、上記実施形態では、一軸(圧電体基板10のX軸方向)の加速度を検出する加速度センサについて説明したが、圧電体基板10の表面11aに形成するSAW素子を増やして、多軸方向の加速度を検出するように構成しても良い。この場合、例えば、第三のSAW素子を、圧電体基板の表面の錘の上に形成する。この場合、図1の圧電体基板10に比べて、長さが2.4mm程度長くなるが、その第三のSAW素子にて発振される弾性表面波の共振周波数と、第一、第二のSAW素子で発振される弾性表面波の共振周波数との差分に基づいて、温度の影響を除去した、圧電体基板の鉛直方向の加速度も検出することができる。   In the above-described embodiment, the acceleration sensor that detects the uniaxial acceleration (X-axis direction of the piezoelectric substrate 10) has been described. However, the number of SAW elements formed on the surface 11a of the piezoelectric substrate 10 is increased to increase the number of SAW elements. You may comprise so that an acceleration may be detected. In this case, for example, the third SAW element is formed on the weight on the surface of the piezoelectric substrate. In this case, the length is about 2.4 mm longer than that of the piezoelectric substrate 10 of FIG. 1, but the resonance frequency of the surface acoustic wave oscillated by the third SAW element and the first and second Based on the difference from the resonance frequency of the surface acoustic wave oscillated by the SAW element, it is also possible to detect the acceleration in the vertical direction of the piezoelectric substrate from which the influence of temperature has been removed.

1 加速度センサ(慣性センサ)
10 圧電体基板
12 錘
131、132 第一、第二の支持部(第一、第二の端部)
141、142 第一、第二の溝部
151、152 第一、第二の薄肉部
16 デカップリング溝
21、22 第一、第二のSAW素子
31、32 第一、第二の発振回路
51、52 分周回路
61 検出回路
201 駆動電極
202、203 反射電極
1 Acceleration sensor (inertial sensor)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Piezoelectric substrate 12 Weight 131,132 1st, 2nd support part (1st, 2nd edge part)
141, 142 First and second groove portions 151, 152 First and second thin wall portions 16 Decoupling grooves 21, 22 First and second SAW elements 31, 32 First and second oscillation circuits 51, 52 Frequency divider 61 Detection circuit 201 Drive electrode 202, 203 Reflective electrode

Claims (12)

梁状に延ばされた圧電体基板であって、その圧電体基板の両方の端部がそれぞれ支持された圧電体基板と、
前記圧電体基板の前記両方の端部の間に設けられた錘と、
前記圧電体基板の表面の前記錘と一方の前記端部である第一の支持部との間に形成され、弾性表面波(SAW)を発振するためのすだれ状の駆動電極から構成された第一のSAW素子と、
前記圧電体基板の表面の前記錘と前記第一の支持部の反対の端部である第二の支持部との間に形成され、弾性表面波を発振するためのすだれ状の駆動電極から構成された第二のSAW素子と、
前記第一、第二のSAW素子のそれぞれに弾性表面波を発振させる発振回路と、
前記第一、第二のSAW素子のぞれぞれで発振された弾性表面波の周波数の差分を、前記錘に加わった力に相当する物理量として検出する検出回路と、を備えることを特徴とする慣性センサ。
A piezoelectric substrate extended in a beam shape, the piezoelectric substrate on which both ends of the piezoelectric substrate are respectively supported;
A weight provided between the both ends of the piezoelectric substrate;
A first driving electrode formed between the weight on the surface of the piezoelectric substrate and the first support portion, which is one of the end portions, is composed of interdigital drive electrodes for oscillating surface acoustic waves (SAW). A SAW element;
It is formed between the weight on the surface of the piezoelectric substrate and a second support portion which is the opposite end of the first support portion, and is composed of interdigital drive electrodes for oscillating surface acoustic waves. A second SAW element,
An oscillation circuit that oscillates a surface acoustic wave in each of the first and second SAW elements;
A detection circuit that detects a difference in frequency of the surface acoustic wave oscillated by each of the first and second SAW elements as a physical quantity corresponding to a force applied to the weight. Inertia sensor.
前記第一、第二のSAW素子は、前記錘に力が加わっていない状態において、それぞれ同じ共振周波数の弾性表面波が発振されるように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の慣性センサ。   The first and second SAW elements are formed such that surface acoustic waves having the same resonance frequency are oscillated in a state where no force is applied to the weight. Inertial sensor. 前記第一、第二のSAW素子は、それぞれ、前記圧電体基板が延ばされた方向に弾性表面波が発振されるように形成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の慣性センサ。   3. The inertia according to claim 1, wherein each of the first and second SAW elements is formed such that a surface acoustic wave oscillates in a direction in which the piezoelectric substrate is extended. Sensor. 前記錘は、前記圧電体基板が延ばされた方向において、前記圧電体基板の中央部に設けられたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の慣性センサ。   4. The inertial sensor according to claim 1, wherein the weight is provided at a central portion of the piezoelectric substrate in a direction in which the piezoelectric substrate is extended. 5. 前記圧電体基板は、前記第一、第二のSAW素子が形成された表面側の反対の裏面側において、前記第一の支持部と前記圧電体基板の中央部との間に第一の溝部が形成され、前記第二の支持部と前記圧電体基板の中央部との間に第二の溝部が形成されたものであり、
前記第一、第二の溝部の間の部分である前記圧電体基板の中央部が、前記錘とされたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の慣性センサ。
The piezoelectric substrate has a first groove portion between the first support portion and the central portion of the piezoelectric substrate on the back side opposite to the front side where the first and second SAW elements are formed. Is formed, and a second groove is formed between the second support and the central portion of the piezoelectric substrate,
The inertial sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein a central portion of the piezoelectric substrate, which is a portion between the first and second groove portions, is the weight.
前記第一のSAW素子は、前記第一の溝部が形成された前記圧電体基板の部分である第一の薄肉部に形成され、
前記第二のSAW素子は、前記第二の溝部が形成された前記圧電体基板の部分である第二の薄肉部に形成されたことを特徴とする請求項5に記載の慣性センサ。
The first SAW element is formed in a first thin portion that is a portion of the piezoelectric substrate in which the first groove portion is formed,
The inertial sensor according to claim 5, wherein the second SAW element is formed in a second thin portion that is a portion of the piezoelectric substrate in which the second groove portion is formed.
前記第一、第二の溝部は、それぞれ溝幅及び溝深さが同じ溝であることを特徴とする請求項5又は6に記載の慣性センサ。   The inertial sensor according to claim 5 or 6, wherein the first and second groove portions are grooves having the same groove width and groove depth. 前記圧電体基板は、ニオブ酸リチウム結晶(LiNbO)から構成された基板であり、LiNbOの結晶軸をX軸、Y軸、Z軸とすると、前記圧電体基板が延ばされた方向が前記X軸とされ、前記Y軸が前記X軸回りに128度回転された128°Y−X面でカットされた基板であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の慣性センサ。 The piezoelectric substrate is a substrate composed of lithium niobate crystal (LiNbO 3 ). When the crystal axes of LiNbO 3 are the X axis, the Y axis, and the Z axis, the extending direction of the piezoelectric substrate is 8. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is the X-axis, and the Y-axis is a substrate cut along a 128 ° Y-X plane rotated by 128 degrees around the X-axis. Inertial sensor. 前記圧電体基板の表面には、前記第一のSAW素子が形成された領域と前記第二のSAW素子が形成された領域とを分離するデカップリング溝が形成されたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の慣性センサ。   The decoupling groove for separating the region where the first SAW element is formed from the region where the second SAW element is formed is formed on the surface of the piezoelectric substrate. The inertial sensor according to any one of 1 to 8. 前記第一、第二のSAW素子を構成する前記すだれ状の駆動電極は、当該駆動電極を構成する各交差電極の重なる範囲が中心ほど大きくされたアポタイズ電極であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の慣性センサ。   2. The interdigital drive electrode constituting the first and second SAW elements is an apodized electrode in which the overlapping range of each cross electrode constituting the drive electrode is increased toward the center. The inertial sensor of any one of -9. 前記第一、第二のSAW素子は、それぞれ、前記すだれ状の駆動電極の両側に、各駆動電極で発振された弾性表面波を駆動電極側に反射させるすだれ状の反射電極が設けられたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の慣性センサ。   In each of the first and second SAW elements, interdigital reflectors for reflecting the surface acoustic waves oscillated by the respective drive electrodes toward the drive electrode are provided on both sides of the interdigital drive electrode. The inertial sensor according to any one of claims 1 to 10. 前記圧電体基板は、前記圧電体基板を構成する各辺の長さが10mm未満の基板であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の慣性センサ。   The inertial sensor according to any one of claims 1 to 11, wherein the piezoelectric substrate is a substrate having a length of each side constituting the piezoelectric substrate of less than 10 mm.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103018484A (en) * 2012-12-26 2013-04-03 中国电子科技集团公司第二十六研究所 Passive SAW (surface acoustic wave) accelerometer and acceleration test method

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5381281A (en) * 1976-12-20 1978-07-18 Gould Inc Power checking instrument
US4306456A (en) * 1979-03-30 1981-12-22 Thomson-Csf Elastic wave accelerometer
JPS5729916A (en) * 1980-07-30 1982-02-18 Yokogawa Hokushin Electric Corp Elastic surface wave device
JPS57196323U (en) * 1981-06-05 1982-12-13
JPS61169728A (en) * 1985-01-22 1986-07-31 Anritsu Corp Force sensor
JPH09232908A (en) * 1996-02-22 1997-09-05 Oki Electric Ind Co Ltd Surface acoustic wave filter
JP2000124762A (en) * 1998-03-11 2000-04-28 Fujitsu Ltd Surface acoustic wave filter
JP2005094817A (en) * 2004-12-20 2005-04-07 Oki Electric Ind Co Ltd Surface acoustic wave branching filter
JP2008286520A (en) * 2007-05-15 2008-11-27 Epson Toyocom Corp Force-sensing unit, manufacturing method of piezoelectric substrate and acceleration sensor
JP2009243981A (en) * 2008-03-29 2009-10-22 Epson Toyocom Corp Surface acoustic wave sensor
JP2009281975A (en) * 2008-05-26 2009-12-03 Ngk Spark Plug Co Ltd Surface acoustic wave device and sensor

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5381281A (en) * 1976-12-20 1978-07-18 Gould Inc Power checking instrument
US4306456A (en) * 1979-03-30 1981-12-22 Thomson-Csf Elastic wave accelerometer
JPS5729916A (en) * 1980-07-30 1982-02-18 Yokogawa Hokushin Electric Corp Elastic surface wave device
JPS57196323U (en) * 1981-06-05 1982-12-13
JPS61169728A (en) * 1985-01-22 1986-07-31 Anritsu Corp Force sensor
JPH09232908A (en) * 1996-02-22 1997-09-05 Oki Electric Ind Co Ltd Surface acoustic wave filter
JP2000124762A (en) * 1998-03-11 2000-04-28 Fujitsu Ltd Surface acoustic wave filter
JP2005094817A (en) * 2004-12-20 2005-04-07 Oki Electric Ind Co Ltd Surface acoustic wave branching filter
JP2008286520A (en) * 2007-05-15 2008-11-27 Epson Toyocom Corp Force-sensing unit, manufacturing method of piezoelectric substrate and acceleration sensor
JP2009243981A (en) * 2008-03-29 2009-10-22 Epson Toyocom Corp Surface acoustic wave sensor
JP2009281975A (en) * 2008-05-26 2009-12-03 Ngk Spark Plug Co Ltd Surface acoustic wave device and sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103018484A (en) * 2012-12-26 2013-04-03 中国电子科技集团公司第二十六研究所 Passive SAW (surface acoustic wave) accelerometer and acceleration test method

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