JP2015212651A - 機能素子、機能素子の製造方法、電子デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有する機能素子、その機能素子の製造方法、その機能素子を備える電子デバイス、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】駆動用振動部１２ａ，１２ｂと検出用振動部１４ａ，１４ｂとを備え、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの駆動振動方向と、角速度に応じたコリオリ力による検出用振動部１４ａ，１４ｂの振動方向とが異なる機能素子（ジャイロセンサー素子１）の製造方法において、駆動振動方向と同じ方向における検出用振動部１４ａ，１４ｂの共振周波数を調整する検出用振動部共振周波数調整工程を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、機能素子、この機能素子の製造方法、この機能素子を備えた電子デバイス、電子機器および移動体に関する。

従来から、ジャイロセンサーは、船舶、航空機、ロケット等の姿勢を自律制御する技術に使用されているが、最近では、車両における車体制御、カーナビゲーションシステムの自車位置検出、デジタルカメラ、ビデオカメラおよび携帯電話の振動制御補正（いわゆる手振れ補正）等に用いられている。これら電子機器の小型化に伴い、小型で高精度のジャイロセンサーが要求されている。

これに対し、一対の駆動用振動部と一対の検出用振動部を有するＨ型構造と呼ばれるジャイロセンサー素子を有するジャイロセンサーは、小型化を図ると、各振動部の寸法の製造ばらつきの影響を大きく受け、その結果、それぞれの共振周波数がばらつき、角速度の検出感度が劣化してしまうという問題があった。そのため、特許文献１では、各振動部に設けられた質量調整部にレーザー光を照射することで、各振動部の共振周波数を所望の値となるように調整を行い、角速度の検出感度を向上していることが開示されている。

特開２０１３−２０７６６３号公報

しかしながら、主面に沿って振動する面内モード振動の駆動用振動部の共振周波数と、角速度に応じたコリオリ力により主面と交差する方向に振動する面外モード振動の検出用振動部の共振周波数と、の第１の周波数差を所望の値に調整することで、角速度の検出感度を制御すると、検出用振動部の面外モード振動と駆動用振動部の面外モード振動とが結合してしまう。そのため、検出用振動部の面外モード振動の共振周波数と、駆動用振動部の面内モード振動の共振周波数と、の第２の周波数差も変化してしまう虞がある。従って、第１の周波数差および第２の周波数差の両方が変化してしまい、角速度の検出感度を所望の値に調整することが困難であるという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る機能素子の製造方法は、駆動用振動部と検出用振動部とを備え、前記駆動用振動部の駆動振動方向と、角速度に応じたコリオリ力による前記検出用振動部の振動方向とが異なる機能素子の製造方法において、前記振動方向と同じ方向における前記検出用振動部の共振周波数を調整する検出用振動部共振周波数調整工程を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、駆動用振動部の面内モードの振動方向と同じ方向の検出用振動部の面内モード共振周波数を調整することで、駆動用振動部の面外モード振動と検出用振動部の面外モード振動との結合による影響を低減でき、検出用振動部共振周波数調整工程において、駆動用振動部の面内モード振動の共振周波数と検出用振動部の面内モード振動の共振周波数との周波数差を所望の値に制御することができるので、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有する機能素子を製造することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の機能素子の製造方法において、前記機能素子は、基部を備え、前記駆動用振動部は、前記基部から一方に延出し、前記駆動振動方向が前記基部の主面に沿っており、前記検出用振動部は、前記基部から前記駆動用振動部と反対側の他方に延出し、前記駆動用振動部の延出方向を仮想軸とする回転の角速度に応じたコリオリ力による前記駆動用振動部の振動方向が前記主面と交差する方向であることを特徴とする。

本適用例によれば、基部から駆動用振動部と検出用振動部とが延出している構成であるため、基部を支持することで、駆動用振動部と検出用振動部とを空間に保持し振動させることができる。よって、駆動用振動部と検出用振動部とが高いＱ値を有する高精度な角速度検出用の機能素子を得ることができる。

［適用例３］上記適用例に記載の機能素子の製造方法において、前記駆動振動方向に沿う方向において、前記駆動用振動部の共振周波数を調整する駆動用振動部共振周波数調整工程を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、駆動用振動部共振周波数調整工程において、主面に沿う方向に振動する駆動用振動部の面内モード振動の共振周波数を調整することで、角速度の検出感度を調整する検出用振動部の面内モード振動の共振周波数との周波数差を所望の値に制御することができるので、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有する機能素子を製造することができる。

［適用例４］上記適用例に記載の機能素子の製造方法において、前記検出用振動部は、質量部を有し、前記検出用振動部共振周波数調整工程において、前記質量部の質量を調整する質量調整工程を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、検出用振動部に設けられた質量部の質量を調整することで、検出用振動部の面内モード振動の共振周波数を変化させることができる。そのため、駆動用振動部の面内モード振動の共振周波数との周波数差を所望の値に制御することができ、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有する機能素子を製造することができる。また、質量部を調整するため、検出用振動部に設けられた検出用電極を傷つけることを低減でき、安定な振動を維持させることができる。

［適用例５］本適用例に係る機能素子は、基部と、前記基部から一方に延出し、前記基部の主面に沿って振動可能な駆動用振動部と、前記基部から前記駆動用振動部と反対側の他方に延出し、前記駆動用振動部の延出方向を仮想軸とする回転の角速度に応じて、前記主面と交差する方向に振動可能な検出用振動部と、を備え、前記角速度に応じて振動する、前記駆動用振動部の前記主面と交差する振動方向の位相と前記検出用振動部の前記主面と交差する振動方向の位相とが逆相の関係にあり、前記駆動用振動部の前記主面に沿う振動方向の位相と前記検出用振動部の前記主面に沿う振動方向の位相とは、逆相の関係であることを特徴とする。

本適用例によれば、角速度に応じて振動する、駆動用振動部の面外モード振動の位相と検出用振動部の面外モード振動の位相とが逆相の関係である機能素子において、駆動用振動部の面内モード振動の位相と検出用振動部の面内モード振動の位相とが逆相の関係で振動することにより、駆動用振動部の面内モード振動の共振周波数と検出用振動部の面内モード振動の共振周波数との周波数差を所望の値に調整することができるため、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有する機能素子を得ることができる。

［適用例６］本適用例に係る機能素子は、基部と、前記基部から一方に延出し、前記基部の主面に沿って振動可能な駆動用振動部と、前記基部から前記駆動用振動部と反対側の他方に延出し、前記駆動用振動部の延出方向を仮想軸とする回転の角速度に応じて、前記主面と交差する方向に振動可能な検出用振動部と、を備え、前記角速度に応じて振動する、前記駆動用振動部の前記主面と交差する振動方向の位相と前記検出用振動部の前記主面と交差する振動方向の位相とが同相の関係にあり、前記駆動用振動部の前記主面に沿う振動方向の位相と前記検出用振動部の前記主面に沿う振動方向の位相とは、同相の関係であることを特徴とする。

本適用例によれば、角速度に応じて振動する、駆動用振動部の面外モード振動の位相と検出用振動部の面外モード振動の位相とが同相の関係である機能素子において、駆動用振動部の面内モード振動の位相と検出用振動部の面内モード振動の位相とが同相の関係で振動することにより、駆動用振動部の面内モード振動の共振周波数と検出用振動部の面内モード振動の共振周波数との周波数差を所望の値に調整することができるため、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有する機能素子を得ることができる。

［適用例７］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例に記載の機能素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有する機能素子を備えた電子デバイスを構成できるという効果がある。

［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の機能素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有する機能素子を備えた電子機器を構成できるという効果がある。

［適用例９］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の機能素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有する機能素子を備えた移動体を構成できるという効果がある。

本発明の第１実施形態に係る機能素子の構造を示す概略平面図。 本発明の第１実施形態に係る機能素子の振動状態を説明する概略平面図。 本発明の第１実施形態に係る機能素子の面外モード振動を示す概略平面図。 本発明の第１実施形態に係る機能素子の面内モード振動を示す概略平面図。 本発明の第１実施形態に係る機能素子の周波数差ｄｆと検出感度との関係を示す図。 本発明の第２実施形態に係る機能素子の振動状態を説明する概略平面図。 本発明の第２実施形態に係る機能素子の面外モード振動を示す概略平面図。 本発明の第２実施形態に係る機能素子の面内モード振動を示す概略平面図。 本発明の実施形態に係る機能素子の製造方法を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る機能素子を備える電子デバイスを示すジャイロセンサーの構造を示す概略平面図。 図１０中のＡ−Ａ線の断面図。 本発明の実施形態に係る機能素子を備える電子機器を示すモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る機能素子を備える電子機器を示す携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る機能素子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る機能素子を備える移動体としての自動車の構成を示す斜視図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

［機能素子］
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る機能素子の一例として、角速度を検出するジャイロセンサーに用いられるＨ型と呼ばれる構造の機能素子（以下、ジャイロセンサー素子１という）を挙げ、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る機能素子の構造を示す概略平面図である。なお、駆動用電極や検出用電極は省略して図示してある。また、図１を含め、以下の各図では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。更に、説明の便宜上、Ｚ軸方向から見たときの平面視において、Ｚ軸方向の面を主面として、また、Ｘ軸方向から見たときの平面視において、Ｘ軸方向の面を側面として説明する。

（機能素子の構造）
ジャイロセンサー素子１は、基材（主要部分を構成する材料）として圧電材料である水晶を用いた例を説明する。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸および光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。本実施形態では、水晶結晶軸において直交するＸ軸およびＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚みを有した所謂水晶Ｚ板を基材として用いた例を説明する。なお、ここでいう所定の厚みは、共振周波数、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。また、ジャイロセンサー素子１を形成する平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸およびＺ軸についても同様である。本実施形態においてジャイロセンサー素子１は、水晶を用いたが他の圧電材料（例えば、タンタル酸リチウムやチタン酸ジルコン酸鉛等）を基材として用いても良い。

ジャイロセンサー素子１は、図１に示すように、Ｈ型（両側音叉型）の構造で、中央の概ね矩形の基部１０と、基部１０から一方の側に並んで平行に延出する一対の駆動用振動部１２ａ，１２ｂと、それとは反対側に並んで平行に延出する一対の検出用振動部１４ａ，１４ｂとを備えている。なお、一対の駆動用振動部１２ａ，１２ｂの延出方向は、＋Ｙ軸方向であり、一対の検出用振動部１４ａ，１４ｂ延出方向は、−Ｙ軸方向である。駆動用振動部１２ａ，１２ｂおよび検出用振動部１４ａ，１４ｂは、その長さを短くしても高次振動モードの発生を抑制して共振周波数を安定にさせ得るように、先端に錘部１６，１８が設けられている。また、錘部１６，１８を設けることによって、ジャイロセンサー素子１の小型化を図ることができたり、振動部１２，１４の振動周波数を低めたりすることができる。なお、錘部１６，１８は、必要に応じて複数の幅（Ｘ軸方向の長さ）を有していても良く、省略しても良い。錘部１６，１８には質量部２０，２２が設けられており、この質量部２０，２２の一部をレーザー光等で除去することにより駆動用振動部１２ａ，１２ｂおよび検出用振動部１４ａ，１４ｂの共振周波数を調整することができる。

駆動用振動部１２ａ，１２ｂの主面および側面には、駆動モードにおいて駆動用振動部１２ａ，１２ｂを主面に沿う面内方向に、例えば主面に平行なＸＹ面内で屈曲振動（面内モード振動）させるための駆動電極（図示せず）が形成されている。検出用振動部１４ａ，１４ｂの主面および側面には、検出モードにおいて検出用振動部１４ａ，１４ｂが主面と交差する、例えば主面に垂直なＺ軸方向に屈曲振動（面外モード振動）する際に発生する電位差を検出するための検出電極（図示せず）が形成されている。

（機能素子の動作）
次に、ジャイロセンサー素子１の動作について、図２と図３を参照して説明する。
図２は、本発明の第１実施形態に係る機能素子の振動状態を説明する概略平面図である。図３は、図２に示す機能素子の面外モード振動を示す概略平面図である。なお、図３において、○で囲んだ×の記号は、＋Ｚ軸方向への変位を示し、○で囲んだ黒点の記号は、−Ｚ軸方向への変位を示している。
駆動モードにおいて、駆動電極に所定の交流電圧を印加すると、図２に示すように、駆動用振動部１２ａ，１２ｂは、ＸＹ面内方向で逆向きに即ち互いに接近離反する向きに屈曲振動（面内モード振動）する。
この状態でジャイロセンサー素子１が各振動部の延出方向であるＹ軸回りに回転すると、その角速度ωに応じて発生するコリオリ力の作用により、図３に示すように、駆動用振動部１２ａ，１２ｂは主面に垂直な面外方向即ちＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動（面外モード振動）する。このＺ軸方向の振動に共振して、検出用振動部１４ａ，１４ｂが検出モードで、同じくＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動（面外モード振動）する。このとき、検出用振動部１４ａ，１４ｂの振動方向は、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの振動方向とは逆相になる。

つまり、駆動用振動部１２ａが＋Ｚ軸方向に振動すると、駆動用振動部１２ｂは−Ｚ軸方向に振動する面外モード振動の屈曲振動となる。この駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面外モードの屈曲振動が基部１０を介して検出用振動部１４ａ，１４ｂに伝わることで、検出用振動部１４ａ，１４ｂを共振させ、検出用振動部１４ａが−Ｚ軸方向に振動すると、検出用振動部１４ｂは＋Ｚ軸方向に振動する面外モードの屈曲振動となる。

この検出モードにおいて、検出用振動部１４ａ，１４ｂの検出電極間に発生する電位差を取り出すことによって、ジャイロセンサー素子１に加えられた角速度ωが求められる。

（検出感度）
次に、ジャイロセンサー素子１の検出感度について、図４と図５を参照して説明する。
図４は、本発明の第１実施形態に係る機能素子の面内振動モードを示す概略平面図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る機能素子の周波数差ｄｆと検出感度との関係を示す図である。
一般的に、本実施形態と同構造を有するジャイロセンサー素子において、角速度ωの検出感度は、駆動用振動部の面内モード振動の共振周波数と、検出用振動部の面外モード振動の共振周波数と、の周波数差ｄｆを所望の値に調整することで制御されていた。しかし、検出用振動部の面外モード振動と駆動用振動部の面外モード振動とが結合しているので、検出用振動部の面外モード振動の共振周波数を調整すると駆動用振動部の面内モード振動の共振周波数も変化してしまい、周波数差を所望の値に調整することが困難となり、角速度の検出感度のばらつき低減や検出感度を向上させることが困難という問題があった。

そこで、本実施形態のジャイロセンサー素子１では、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面外モード振動との結合がより少なく、検出用振動部１４ａ，１４ｂの面外モード振動の共振周波数を所望の値に調整可能な検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード振動の共振周波数を調整することで、検出感度を所望の値に制御している。

検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード振動は、図４に示すように、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面内モード振動と同様に、ＸＹ面内方向で逆向きに即ち互いに接近離反する向きに振動する屈曲振動である。このとき、検出用振動部１４ａ，１４ｂの振動方向は、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの駆動振動方向とは逆相になる。つまり、駆動用振動部１２ａ，１２ｂと検出用振動部１４ａ，１４ｂとが同時に振動する面内モード振動は、検出用振動部１４ａが＋Ｘ軸方向に、検出用振動部１４ｂが−Ｘ軸方向に振動すると、駆動用振動部１２ａが−Ｘ軸方向に、駆動用振動部１２ｂが＋Ｘ軸方向に振動する屈曲振動である。

図５は、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面内モード振動の共振周波数と、検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード振動の共振周波数と、の周波数差ｄｆに対する検出感度のシミュレーション結果を示しており、横軸は周波数差ｄｆをｋＨｚで表示し、縦軸は検出感度を角速度ω（ｄｐｓ）に対する検出モードである検出用振動部１４ａ，１４ｂの面外モード振動の共振周波数の周波数変化量（ｐｐｍ）としてｐｐｍ／ｄｐｓで表示している。図５において、周波数差ｄｆが約２．４ｋＨｚ以上の範囲は、本実施形態の検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード振動の位相が駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面内モード振動の位相とは逆相の場合の検出モードでの検出感度を示している。また、周波数差ｄｆが約２．４ｋＨｚ以下の範囲は、後述する検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード振動の位相が駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面内モード振動の位相と同相の場合の検出モードでの検出感度を示している。従って、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面内モード振動と逆相の検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード振動の共振周波数を調整し、検出用振動部１４ａ，１４ｂと駆動用振動部１２ａ，１２ｂとの面内モード振動の共振周波数の周波数差ｄｆを所望の値を、例えば２．５ｋＨｚ以上８．０ｋＨｚ以下の範囲に調整することで、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有するジャイロセンサー素子１を得ることができる。

以上で述べたように、基部１０と、基部１０から一方に延出し、基部１０の主面に沿って振動可能な駆動用振動部１２ａ，１２ｂと、基部１０から駆動用振動部１２ａ，１２ｂと反対側の他方に延出し、延出方向の仮想軸を中心とする回転の角速度ωに応じて、主面と交差する方向に振動可能な検出用振動部１４ａ，１４ｂと、を備え、角速度ωに応じて振動する、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの主面と交差する振動方向の位相と検出用振動部１４ａ，１４ｂの主面と交差する振動方向の位相とが逆相の関係で、且つ駆動用振動部１２ａ，１２ｂの主面に沿う振動方向（駆動振動方向）の位相と検出用振動部１４ａ，１４ｂの主面に沿う振動方向の位相とが逆相の関係で振動するジャイロセンサー素子１において、検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード振動の共振周波数を調整し、検出用振動部１４ａ，１４ｂと駆動用振動部１２ａ，１２ｂとの面内モード振動の共振周波数の周波数差ｄｆを所望の値に調整することで、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有するジャイロセンサー素子１を得ることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るジャイロセンサー素子１ａについて、図６から図８を参照して説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る機能素子の振動状態を説明する概略平面図である。図７は、図６に示す機能素子の面外モード振動を示す概略平面図である。図８は、図６に示す機能素子の面内モード振動を示す概略平面図である。なお、図７において、○で囲んだ×の記号は、＋Ｚ軸方向への変位を示し、○で囲んだ黒点の記号は、−Ｚ軸方向への変位を示している。
以下、第２実施形態のジャイロセンサー素子１ａについて、前述した第１実施形態のジャイロセンサー素子１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第２実施形態のジャイロセンサー素子１ａは、駆動電極に所定の交流電圧を印加すると、図６に示すように、駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂは、ＸＹ面内方向で逆向きに即ち互いに接近離反する向きに屈曲振動（面内モード振動）する。この状態でジャイロセンサー素子１ａが各振動部の延出方向であるＹ軸回りに回転すると、その角速度ωに応じて発生するコリオリ力の作用により、図７に示すように、駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂは主面に垂直な面外方向即ちＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動（面外モード振動）する。このＺ軸方向の振動に共振して、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂが検出モードで、同じくＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動（面外モード振動）する。このとき、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの振動方向は、駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂの振動方向と同相になる。

つまり、駆動用振動部１１２ａが＋Ｚ軸方向に振動すると、駆動用振動部１１２ｂは、−Ｚ軸方向に振動する面外モードの屈曲振動となる。この駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂの面外モードの屈曲振動が基部１１０を介して検出用振動部１１４ａ，１１４ｂに伝わることで、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂを共振させ、検出用振動部１１４ａが＋Ｚ軸方向に振動すると、検出用振動部１１４ｂは、−Ｚ軸方向に振動する面外モードの屈曲振動となる。

この検出モードにおいて、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの検出電極間に発生する電位差を取り出すことによって、ジャイロセンサー素子１ａに加えられた角速度ωが求められる。

また、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの面内モード振動は、図８に示すように、駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂの面内モード振動と同様に、ＸＹ面内方向で逆向きに即ち互いに接近離反する向きに振動する屈曲振動である。このとき、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの振動方向は、駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂの駆動振動方向と同相になる。つまり、駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂと検出用振動部１１４ａ，１１４ｂとが同時に振動する面内モード振動は、検出用振動部１１４ａが−Ｘ軸方向に、検出用振動部１１４ｂが＋Ｘ軸方向に振動すると、駆動用振動部１２ａが−Ｘ軸方向に、駆動用振動部１２ｂが＋Ｘ軸方向に振動する屈曲振動である。

従って、第１実施形態のジャイロセンサー素子１と同様に、駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂの面外モード振動との結合がより少なく、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの面外モード振動の共振周波数を所望の値に調整可能な検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの面内モード振動の共振周波数を調整することで、検出感度を所望の値に制御することができる。よって、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの面内モード振動の位相が駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂの面内モード振動の位相と同相の場合、駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂの面内モード振動の共振周波数と、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの面内モード振動の共振周波数と、の周波数差ｄｆに対する検出感度のシミュレーション結果は、図５の周波数差ｄｆが約２．４ｋＨｚ以下の範囲となる。そのため、駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂの面内モード振動と逆相の検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの面内モード振動の共振周波数を調整し、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂと駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂとの面内モード振動の共振周波数の周波数差ｄｆを所望の値を、図５に示されているように、例えば−８．０ｋＨｚ以上１．０ｋＨｚ以下の範囲に調整することで、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有するジャイロセンサー素子１ａを得ることができる。

以上で述べたように、基部１１０と、基部１１０から一方に延出し、基部１１０の主面に沿って振動可能な駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂと、基部１１０から駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂと反対側の他方に延出し、延出方向の仮想軸を中心とする回転の角速度ωに応じて、主面と交差する方向に振動可能な検出用振動部１１４ａ，１１４ｂと、を備え、角速度ωに応じて振動する、駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂの主面と交差する振動方向の位相と検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの主面と交差する振動方向の位相とが同相の関係で、且つ駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂの主面に沿う振動方向（駆動振動方向）の位相と検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの主面に沿う振動方向の位相とが同相の関係で振動するジャイロセンサー素子１ａにおいて、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂの面内モード振動の共振周波数を調整し、検出用振動部１１４ａ，１１４ｂと駆動用振動部１１２ａ，１１２ｂとの面内モード振動の共振周波数の周波数差ｄｆを所望の値に調整することで、角速度の検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有するジャイロセンサー素子１ａを得ることができる。

以上、本発明の実施形態に係る機能素子の一例として、圧電材料である水晶を基材とするジャイロセンサー素子１（１ａ）を挙げ、説明したが、シリコン基板やガラス基板上に機械的に可動な構造体を半導体微細加工技術で形成したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）素子であっても構わない。ＭＥＭＳ素子の場合は、半導体回路を組み込んで製造することが容易であり、微細化、高機能化に対し有利である。

［機能素子の製造方法］
次に、上述したジャイロセンサー素子１（１ａ）の製造方法について、基材（主要部分を構成する材料）として圧電体材料である水晶を用いた例を、図１と図９を参照して説明する。
図９は、本発明の実施形態に係る機能素子の製造方法を示すフローチャートである。

〔基板準備工程（Ｓｔｅｐ１）〕
基板準備工程（Ｓｔｅｐ１）では、ジャイロセンサー素子１が多数個取りできる大型の基板を準備する。

〔外形マスクパターニング工程（Ｓｔｅｐ２）〕
外形マスクパターニング工程（Ｓｔｅｐ２）では、蒸着やスパッタリング等によって、次工程の外形エッチング工程（Ｓｔｅｐ３）において基板を保護するための、金（Ａｕ）等の金属膜を基板の表裏主面の全面に成膜する。なお、基板との密着性を向上させるために、基板と金属膜との間に下地膜としてクロム（Ｃｒ）等を成膜しても良い。その後、金属膜上にレジスト膜を塗布し、図１に示すように、ジャイロセンサー素子１の外形パターンとなる基部１０、駆動用振動部１２ａ，１２ｂ、検出用振動部１４ａ，１４ｂおよび錘部１６，１８が一体化した形状を露光し現像することでレジスト膜をパターニングする。その後、レジスト膜から露出した金属膜を金属膜用エッチャントによりエッチングし、金属膜による外形パターンをパターニングする。

〔外形エッチング工程（Ｓｔｅｐ３）〕
外形エッチング工程（Ｓｔｅｐ３）では、基板である水晶を溶解するフッ化アンモニウム溶液等のエッチャントを用いて、金属膜による保護用の外形パターンから露出した部分の基板をエッチングする。この工程により、基板に複数の素子が形成される。

〔電極パターニング工程（Ｓｔｅｐ４）〕
電極パターニング工程（Ｓｔｅｐ４）では、保護膜として用いた金属膜による外形パターンを除去し、その後、蒸着やスパッタリング等によって、駆動用電極および検出用電極とするための、金（Ａｕ）等の金属膜を基板の表裏主面の全面とエッチングにより形成された側面の全面とに成膜する。なお、基板との密着性を向上させるために、基板と金属膜との間に下地膜としてクロム（Ｃｒ）等を成膜しても良い。その後、金属膜上にレジスト膜を塗布し、電極パターン形状に露光し現像することでレジスト膜をパターニングする。その後、レジスト膜から露出した金属膜を金属膜用エッチャントによりエッチングし、金属膜による電極パターンをパターニングする。その後、レジスト膜を除去することで、電極パターン形成が完了する。

〔質量部形成工程（Ｓｔｅｐ５）〕
質量部形成工程（Ｓｔｅｐ５）では、蒸着やスパッタリング等によって、駆動用電極や検出用電極とするための、金（Ａｕ）等の金属膜を錘部１６，１８の表裏主面に成膜する。その後、金属膜上にレジスト膜を塗布し、略矩形状の質量部パターンに露光し現像することでレジスト膜をパターニングする。その後、レジスト膜から露出した金属膜を金属膜用エッチャントによりエッチングし、金属膜による質量部パターンをパターニングし、質量部２０，２２を形成する。なお、前工程の電極パターニング工程（Ｓｔｅｐ５）で、電極パターン形成時に、同時に錘部１６，１８上に質量部パターンをパターニングし、質量部２０，２２を形成しても良い。その場合は、質量部２０，２２上にめっき処理を施し、更に金属膜を厚くすることで、各振動部の共振周波数の調整量を大きくすることができ各振動部の共振周波数を広い範囲で調整することができる。なお、本実施形態では、質量部２０，２２は、錘部１６，１８の表裏の主面に形成してあるが、これに限定させることはなく、錘部１６，１８のどちらか一方の主面のみでも良い。

また、質量部２０，２２の構成材料は、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料やＳｉＯ₂（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）等の絶縁材料であっても良い。

〔駆動用振動部共振周波数調整工程（Ｓｔｅｐ６）〕
駆動用振動部共振周波数調整工程（Ｓｔｅｐ６）では、複数の素子が形成された基板を減圧雰囲気中のチャンバー内に配置し、ネットワークアナライザー等により、素子ごとに駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面内モード振動の共振周波数をモニターしながら、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの先端に設けられた錘部１６の質量部２０にチャンバーの外部からレーザー光等を照射し、質量部２０の一部を除去することで質量を調整し、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面内モード振動の共振周波数を所望の値に調整する。

〔検出用振動部共振周波数調整工程（Ｓｔｅｐ７）〕
検出用振動部共振周波数調整工程（Ｓｔｅｐ７）では、駆動用振動部共振周波数調整工程（Ｓｔｅｐ６）と同様に、減圧雰囲気中のチャンバー内で、ネットワークアナライザー等により、素子ごとに検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード振動の共振周波数をモニターしながら、検出用振動部１４ａ，１４ｂの先端に設けられた錘部１８の質量部２２にチャンバーの外部からレーザー光等を照射し、質量部２２の一部を除去することで質量を調整し、検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード振動の共振周波数を調整し、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面内モード振動の共振周波数と、検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード振動の共振周波数と、周波数差ｄｆを所望の値に調整する。

以上で、ジャイロセンサー素子１の製造を完了する。その後、基板から個片化したジャイロセンサー素子１を、ジャイロセンサー素子１を駆動し検出を行うＩＣ部品が搭載されたパッケージに実装し、気密封止することで、後述する電子デバイス（ジャイロセンサー）が完成する。

以上、本発明の実施形態に係るジャイロセンサー素子１（１ａ）の製造方法では、駆動用振動部１２ａ，１２ｂが基部１０から一方に延出し、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの振動方向が基部１０の主面に沿っており、検出用振動部１４ａ，１４ｂが基部１０から駆動用振動部１２ａ，１２ｂと反対側の他方に延出し、延出方向の仮想軸を中心とする回転の角速度ωに応じたコリオリ力による駆動用振動部１２ａ，１２ｂの振動方向が主面と交差する方向である。つまり、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの駆動振動方向と、角速度ωに応じたコリオリ力による検出用振動部１４ａ，１４ｂの振動方向とが異なるジャイロセンサー素子１（１ａ）を、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面内モードの駆動振動方向と同じ方向の検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード振動の共振周波数を調整することで、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面外モード振動と検出用振動部１４ａ，１４ｂの面外モード振動との結合による影響を低減でき、検出用振動部共振周波数調整工程において、駆動用振動部１２ａ，１２ｂの面内モード共振周波数と検出用振動部１４ａ，１４ｂの面内モード共振周波数との周波数差を所望の値に制御することができるので、駆動用振動部１２ａ，１２ｂおよび検出用振動部１４ａ，１４ｂの延出方向の仮想軸を中心とする回転の角速度ωの検出感度のばらつきが小さく、高い検出感度を有するジャイロセンサー素子１（１ａ）を製造することができる。

［電子デバイス］
次に、本発明の一実施形態に係る機能素子であるジャイロセンサー素子１（１ａ）を備える電子デバイスとしてのジャイロセンサー１００について説明する。
図１０は、本発明の一実施形態に係る機能素子を備えるジャイロセンサーの構造を示す概略平面図である。図１１は、図１０中のＡ−Ａ線の断面図である。なお、図１０において、ジャイロセンサー１００の内部の構成を説明する便宜上、蓋部材５４を取り外した状態を図示している。また、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。更に、説明の便宜上、Ｚ軸方向から見たときの平面視において、＋Ｚ軸方向の面を上面、−Ｚ軸方向の面を下面として説明する。

ジャイロセンサー１００は、図１０および図１１に示すように、ジャイロセンサー素子１と、ジャイロセンサー素子１の駆動と検出を行うための回路素子７０と、ジャイロセンサー素子１を収容するための凹陥部が形成されているパッケージ本体４０と、ガラス、セラミック、金属等からなる蓋部材５４と、から構成されている。なお、ジャイロセンサー素子１を収容するキャビティー６０内はほぼ真空の減圧雰囲気に気密封止されている。

パッケージ本体４０は、図１１に示すように、第１の基板４２、第２の基板４４、第３の基板４６、外部端子５０および封止部材５２を積層して形成されている。外部端子５０は、第１の基板４２の外部側の底面に複数形成されている。また、第１の基板４２の上面や第２の基板４４の支持部４８の上面の所定の位置には、図示しない貫通電極や層間配線を介して、外部端子５０と電気的に導通する回路素子７０を実装するための電極端子（図示せず）やジャイロセンサー素子１の励振用の電極と電気的に導通する電極端子（図示せず）が設けられている。第３の基板４６は中央部が除去された環状体であり、ジャイロセンサー素子１を収容するキャビティー６０が形成されている。第３の基板４６の上部周縁に、低融点ガラス等の封止部材５２が形成されている。

蓋部材５４は、好ましくは、光を通過する材料、例えば、ホウケイ酸ガラス等により形成されており、封止部材５２により接合されることで、パッケージ本体４０のキャビティー６０内を気密封止している。これにより、パッケージ本体４０の蓋封止後において、外部からレーザー光を蓋部材５４を透過させてジャイロセンサー素子１の先端の調整用電極である質量部２０，２２（図１参照）に照射し、質量部２０，２２（図１参照）を一部蒸散させることにより、質量削減方式による最終的な、つまり、実装に伴う各振動部の共振周波数の変化を調整することができる。なお、蓋封止後にこのような共振周波数の調整を施さない場合には、蓋部材５４をコバール合金等の金属材料とすることができる。

パッケージ本体４０のキャビティー６０内に収容されたジャイロセンサー素子１は、基部１０を第２の基板４４の支持部４８上面に位置合わせされ、接合部材５６を介して接合されている。よって、駆動用振動部１２ａ，１２ｂおよび検出用振動部１４ａ，１４ｂは、第１の基板４２と接触することなく、振動させることができるので、高いＱ値を有し安定な振動特性を有するジャイロセンサー素子１を備えるジャイロセンサー１００を提供することができる。

［電子機器］
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る電子機器は、本発明に係る機能素子であるジャイロセンサー素子１（１ａ）を備えるジャイロセンサー１００を含む。以下では、本発明に係るジャイロセンサー素子１（１ａ）を備えるジャイロセンサー１００を含む電子機器について、説明する。

図１２は、本実施形態に係る電子機器として、モバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューター１１００を模式的に示す斜視図である。図１２に示すように、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１０００を有する表示ユニット１１０６と、により構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、ジャイロセンサー１００が内蔵されている。

図１３は、本実施形態に係る電子機器として、携帯電話機（ＰＨＳも含む）１２００を模式的に示す斜視図である。図１３に示すように、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１０００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、ジャイロセンサー１００が内蔵されている。

図１４は、本実施形態に係る電子機器として、デジタルカメラ１３００を模式的に示す斜視図である。なお、図１４には、外部機器との接続についても簡易的に示している。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１０００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。

撮影者が表示部１０００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子１３１２には、テレビモニター１３３０が、データ通信用の入出力端子１３１４には、パーソナルコンピューター１３４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１３３０や、パーソナルコンピューター１３４０に出力される構成になっている。このようなデジタルカメラ１３００には、ジャイロセンサー１００が内蔵されている。

なお、上記ジャイロセンサー１００を備えた電子機器は、図１２に示すパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１３に示す携帯電話機、図１４に示すデジタルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、ビデオテープレコーダー、各種ナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、ロケット、船舶の計器類）、ロボットや人体などの姿勢制御、フライトシミュレーター等を挙げることができる。

［移動体］
次いで、本発明の一実施形態に係る機能素子であるジャイロセンサー素子１（１ａ）を備える移動体について、図１５に基づき説明する。
図１５は、本実施形態に係る移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車１４００には、本発明に係るジャイロセンサー素子１（１ａ）を備えるジャイロセンサー１００が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１４００の車体１４０１には、ジャイロセンサー１００を内蔵してタイヤ１４０３などを制御する電子制御ユニット１４０２が搭載されている。また、ジャイロセンサー１００は、他にもナビゲーション装置、姿勢制御装置等の姿勢検出センサーとして用いられている。更に、上記自動車１４００に限らず、自走式ロボット、自走式搬送機器、列車、船舶、飛行機、人工衛星等を含む移動体の姿勢検出センサー等として好適に用いることができる。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…ジャイロセンサー素子、１０…基部、１２ａ，１２ｂ…駆動用振動部、１４ａ，１４ｂ…検出用振動部、１６，１８…錘部、２０，２２…質量部、４０…パッケージ本体、４２…第１の基板、４４…第２の基板、４６…第３の基板、４８…支持部、５０…外部端子、５２…封止部材、５４…蓋部材、５６…接合部材、６０…キャビティー、７０…回路素子、１００…ジャイロセンサー、１０００…表示部、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１３３０…テレビモニター、１３４０…パーソナルコンピューター、１４００…自動車、１４０１…車体、１４０２…電子制御ユニット、１４０３…タイヤ。

Claims (9)

1. 駆動用振動部と検出用振動部とを備え、
   前記駆動用振動部の駆動振動方向と、角速度に応じたコリオリ力による前記検出用振動部の振動方向とが異なる機能素子の製造方法において、
   前記駆動振動方向と同じ方向における前記検出用振動部の共振周波数を調整する検出用振動部共振周波数調整工程を含むことを特徴とする機能素子の製造方法。
2. 前記機能素子は、基部を備え、
   前記駆動用振動部は、前記基部から一方に延出し、前記駆動振動方向が前記基部の主面に沿っており、
   前記検出用振動部は、前記基部から前記駆動用振動部と反対側の他方に延出し、前記駆動用振動部の延出方向を仮想軸とする回転の角速度に応じたコリオリ力による前記駆動用振動部の振動方向が前記主面と交差する方向であることを特徴とする請求項１に記載の機能素子の製造方法。
3. 前記駆動振動方向に沿う方向において、前記駆動用振動部の共振周波数を調整する駆動用振動部共振周波数調整工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の機能素子の製造方法。
4. 前記検出用振動部は、質量部を有し、
   前記検出用振動部共振周波数調整工程において、前記質量部の質量を調整する質量調整工程を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の機能素子の製造方法。
5. 基部と、
   前記基部から一方に延出し、前記基部の主面に沿って振動可能な駆動用振動部と、
   前記基部から前記駆動用振動部と反対側の他方に延出し、前記駆動用振動部の延出方向を仮想軸とする回転の角速度に応じて、前記主面と交差する方向に振動可能な検出用振動部と、
   を備え、
   前記角速度に応じて振動する、前記駆動用振動部の前記主面と交差する振動方向の位相と前記検出用振動部の前記主面と交差する振動方向の位相とが逆相の関係にあり、
   前記駆動用振動部の前記主面に沿う振動方向の位相と前記検出用振動部の前記主面に沿う振動方向の位相とは、逆相の関係であることを特徴とする機能素子。
6. 基部と、
   前記基部から一方に延出し、前記基部の主面に沿って振動可能な駆動用振動部と、
   前記基部から前記駆動用振動部と反対側の他方に延出し、前記駆動用振動部の延出方向を仮想軸とする回転の角速度に応じて、前記主面と交差する方向に振動可能な検出用振動部と、
   を備え、
   前記角速度に応じて振動する、前記駆動用振動部の前記主面と交差する振動方向の位相と前記検出用振動部の前記主面と交差する振動方向の位相とが同相の関係にあり、
   前記駆動用振動部の前記主面に沿う振動方向の位相と前記検出用振動部の前記主面に沿う振動方向の位相とは、同相の関係であることを特徴とする機能素子。
7. 請求項５又は６に記載の機能素子を備えていることを特徴とする電子デバイス。
8. 請求項５又は６に記載の機能素子を備えていることを特徴とする電子機器。
9. 請求項５又は６に記載の機能素子を備えていることを特徴とする移動体。

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