JP2012231209A

JP2012231209A - 振動子

Info

Publication number: JP2012231209A
Application number: JP2011096814A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Hatanaka; 正数畑中; Fumihiko Taniguchi; 文彦谷口; Daisuke Kamiyama; 大輔上山; Yasuhiro Shimada; 泰博嶋田; Tatsuya Tanaka; 達也田中
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2012-11-22

Abstract

【課題】本発明は、支持部に接続された振動片の上面に下部電極、圧電体層、上部電極を設け、上部電極と下部電極との間に制御電圧を印加することで振動片を側方に振動させる振動子に関し、振動子の生産性を高めることを目的とする。
【解決手段】この目的を達成するために本発明は、支持部１６と、支持部１６に接続された振動片１７と、振動片１７の上面に設けられた下部電極２１と、下部電極２１上に設けられるとともに外周端が下部電極２１の外周端より内側となる圧電体層２２と、圧電体層２２上に設けられるとともに外周端が圧電体層２２の外周端より内側となる上部電極２０を有する振動子１２において、圧電体層２２を振動片１７の振動方向に偏倚させることで振動片１７の振動方向を調節する構成とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、支持部に接続された振動片の上面に下部電極、圧電体層、上部電極を設け、上部電極と下部電極との間に制御電圧を印加することで振動片を側方に振動させる振動子に関する。

この種の振動子は、図７に示すように、振動子１を形成する振動片２の上面に上部電極３と圧電体層４と下部電極５からなる駆動電極６を配置し上部電極３と下部電極５との間に駆動電圧７を印加することで振動子１が矢印８で示すように側方（Ｘ軸方向）に振動するものが知られており、その製造方法としては、特に図示していないが、振動片２を形成するウエハの上面に下部電極５、圧電体層４、上部電極３を順次成形し、その後、ドライエッチングにより所定の外形に成形される。

しかしながら、ドライエッチングで成形された素子端面は、ウエハにおける素子の成形位置により、破線で示すように傾斜角α，βが異なる傾斜面となり振動片２の重心位置９が偏倚してしまい、この結果、振動子１の基本振動が矢印１０で示すように斜め振動となってしまう。

そして、このような振動子１を用いたアプリケーションとしては、特に図示しないが、例えば、振動片２の表面にさらに検出用の電極を設け、角速度に応じたコリオリ力による振動を検出する角速度センサであれば、斜め振動による不要振動成分でのノイズ信号が検出信号として出力されてしまうことになる。なお、このような重心位置９のズレに伴う斜め振動の影響は、温度上昇に伴い振動片２が軟化することでより大きくなる。

そこで、この斜め振動を抑制する手段として、振動片２の裏面を部分的にトリミングして切り欠き１１を設けることで、振動片２の重心位置９を調整し斜め振動を低減させていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開平１１−３５１８７４号公報

しかしながら、このように振動片２をトリミングする場合、ウエハから個片分割した後に個々の振動子１に対して行う調整作業であることや、振動子１の信頼性の観点からトリミング屑の完全除去が必要となることから、生産効率が悪いものとなっていた。

そこで、本発明はこのような問題を解決し、振動子の生産性を高めることを目的とする。

そして、この目的を達成するため本発明は、支持部と、支持部に接続された振動片と、振動片の上面に設けられた下部電極と、下部電極上に設けられるとともに外周端が下部電極の外周端より内側となる圧電体層と、圧電体層上に設けられるとともに外周端が圧電体層の外周端より内側となる上部電極を有する振動子において、圧電体層を振動片の振動方向に偏倚させることで振動片の振動方向を調節する構成としたのである。

この構成により、振動子の生産性を高めることが出来るのである。

本発明の一実施形態の振動子を用いた角速度センサを示す分解斜視図同角速度センサを形成する振動子の上面図同振動子の断面図同振動子の製造方法を示す模式図同振動子の斜め振動の抑制する方法を示す模式図同振動子の斜め振動の抑制する他の方法を示す模式図従来の振動子の断面図

以下、本発明の一実施形態について図を用いて説明する。

図１は本発明の一実施形態である振動子１２を用いた角速度センサを示したものであり、その基本構造は、振動子１２と、この振動子１２を制御する制御用のＩＣ１３とをセラミックからなるパッケージ１４の内部に配置しリッド１５で封止した構造としている。

また、振動子１２は図２に示すように、支持部１６と、この支持部１６に一端が接続された一対の振動片１７を有するＳｉ基板からなり、それぞれの振動片１７には、振動片１７をＸ軸方向に基本振動させる駆動電極１８と、Ｚ軸まわりの角速度の印加に伴うコリオリ力によるＹ軸方向の撓み成分を検出する検出電極１９を有している。

なお、これら駆動電極１８および検出電極１９は、それぞれ図３に示すように、Ａｕからなる上部電極２０とＰｔからなる下部電極２１と、これらの間に配置されたＰＺＴからなる圧電体層２２により形成された積層電極であり、駆動電極１８の上部電極２０と下部電極２１との間にＩＣ１３から出力される制御電圧を印加することでそれぞれの駆動電極１８が伸縮しこれにより駆動片がＸ軸方向に基本振動する。また、検出電極１９は振動片１７のＺ軸方向の撓みにより上部電極２０と下部電極２１との間に電位差が生じこの電位差を検出信号としてＩＣ１３に出力する。

そして、この振動子１２を成形するにあたっては、図４に示すように、Ｓｉからなるウエハ２３を用意し、その表面に下部電極２１となるＰｔパターン２４を成形する。次いで、このＰｔパターン２４上に圧電体層２２となるＰＺＴパターン２５をＰｔパターン２４の外周端から内側にオフセットして成形する。次いで、このＰＺＴパターン２５の表面に上部電極２０となるＡｕパターン２６をＰＺＴパターン２５の外周端より内側にオフセットして形成する。次いで、ドライエッチングにより振動子１２の外形を形成する。

なお、ウエハ２３によるドライエッチングは、上述したようにウエハ２３における成形位置によりエッチング端面の状態が変化する傾向がある。すなわち、振動子１２の成形位置がウエハ２３の中心部分のものは、図５に示すように、エッチング端面が破線２７で示すように垂直面に近くなり、成形位置がウエハ２３の外周部分のものは、実線２８で示すようにエッチング端面が傾斜して傾斜角α，βに差が生じ、振動子１２の重心位置２９が側方にずれてしまう。そして、この重心位置２９がずれることにより図７に示すように振動方向が矢印８で示すＸ軸方向から、矢印１０で示す斜め振動となる。

そこで、この振動子１２においては駆動電極１８及び検出電極１９を構成する圧電体層２２の位置を振動方向（Ｘ軸方向）にずらせて重心移動させることにより、振動片１７の重心位置２９のズレによる影響を相殺している。

すなわち、圧電体層２２を含む駆動電極１８は、上部電極２０の対向領域において基本振動を励起するものであり、上部電極２０との非対向領域にある下部電極２１や圧電体層２２は角速度の検出に特に影響しない部分であり、特に圧電体層２２は上部電極２０や下部電極２１に比べ厚み幅や比重が大きく、この圧電体層２２の位置を電気特性に影響を及ぼさない範囲、つまり、上部電極２０及び下部電極２１を所定位置とし圧電体層２２のみを上部電極２０や下部電極２１とのオフセットの範囲で側方に偏倚させることで振動片１７の重心位置２９を調整することができる。

したがって、ドライエッチングにより生じた振動片１７における傾斜角αと傾斜角βの差による重心位置２９のズレの影響を、圧電体層２２の位置を調節することで、振動子１２の重心位置２９を調整し斜め振動を抑制することができる。

また、この圧電体層２２による重心位置２９の調整は、従来の個片化された振動子１２に対する調整とは異なり、ウエハ２３の状態での調整となることから生産性が向上できる。

すなわち、振動片１７における傾斜角αと傾斜角βに差が生じるのは、上述したようにウエハ２３に対するドライエッチングの際に生じるもので、同様のウエハ２３に対するドライエッチングにおいては同様の傾向となるものである。

つまり、予めウエハ２３におけるエッチング状態を確認しておき、ウエハ２３内における個々の振動片１７に対する圧電体層２２の偏倚幅を決定し、この偏倚幅に従ってウエハ２３全体に対するパターン設計を行うことで、従来行っていた個片化後で作業性の悪い調整作業を排除でき、振動子１２の生産性を高められる。

なお、この一実施形態においては、駆動電極１８および検出電極１９を構成する全ての圧電体層２２を振動方向に偏倚させて斜め振動を抑制したが、図６に示すように検出電極１９を構成する圧電体層２２だけを偏倚させるよう、重心位置２９の調整量に応じて偏倚させる圧電体層２２を選択することで、より細かな調整が可能となる。

また、角速度センサに用いる音叉型の振動子１２を例に挙げて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものでなく、振動片１７の上面に下部電極２１、圧電体層２２、上部電極２０からなる駆動電極１８を設けた振動子１２であれば、振動子１２の形状によらず同様の作用効果を奏することができる。

本発明に係る振動子は、振動子の生産性を高めることができ、特に温度保証幅が大きく重心位置ズレに対する影響が大きくなる車載用途の振動子に有用となる。

１２振動子
１６支持部
１７振動片
２０上部電極
２１下部電極
２２圧電体層

Claims

支持部と、前記支持部に接続された振動片と、前記振動片の上面に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられるとともに外周端が前記下部電極の外周端より内側となる圧電体層と、前記圧電体層上に設けられるとともに外周端が前記圧電体層の外周端より内側となる上部電極を有する振動子であって、前記圧電体層を前記振動片の振動方向に偏倚させることで前記振動片の振動方向を調節したことを特徴とした振動子。