JP2016001161A - Vibration type angular velocity sensor - Google Patents

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勝昭 後藤
Katsuaki Goto
勝昭 後藤
祐輔 川合
Yusuke Kawai
祐輔 川合
知也 城森
Tomoya Shiromori
知也 城森
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure durability by suppressing deterioration of a piezoelectric thin film or a piezoelectric material in a vibrator.SOLUTION: A vibration type angular velocity sensor is constituted of a nitride piezoelectric film not containing oxygen by using a piezoelectric film 6b for driving included in a driving element 6 and a piezoelectric film 7b for detection included in a detection element 7 as main constituent elements. Hereby, desorption of oxygen from the piezoelectric film 6b for driving and the piezoelectric film 7b for detection can be suppressed. Therefor, durability of the vibration type angular velocity sensor can be secured.

Description

本発明は、圧電式の振動型角速度センサに関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric vibration type angular velocity sensor.

従来より、振動型角速度センサが知られている。振動型角速度センサでは、振動子を駆動振動させた状態で角速度が印加されると、印加された角速度に応じて振動子が変形することから、その振動子の変形を検出素子で検出することで、印加された角速度の検出を行っている。このような振動型角速度センサにおける感度向上の為には、振動子における振動の状態を現す無次元数であるQ値を大きくすることが有効である。このため、例えば、特許文献1などにおいて、振動子を真空封止することで振動子のQ値として高い値が得るれるようにする構造が提案されている。また、真空封止の他にも、大気圧よりも低圧状態によって封止する低圧封止などにより、振動子のQ値を高くする構造もある。   Conventionally, a vibration type angular velocity sensor is known. In the vibration type angular velocity sensor, when an angular velocity is applied in a state where the vibrator is driven to vibrate, the vibrator is deformed according to the applied angular velocity, so that the deformation of the vibrator is detected by a detection element. The applied angular velocity is detected. In order to improve the sensitivity of such a vibration type angular velocity sensor, it is effective to increase the Q value which is a dimensionless number representing the state of vibration in the vibrator. For this reason, for example, Patent Document 1 proposes a structure in which a high value is obtained as the Q value of the vibrator by vacuum-sealing the vibrator. In addition to vacuum sealing, there is a structure in which the Q value of the vibrator is increased by low-pressure sealing that seals in a state lower than atmospheric pressure.

特開2005−172690号公報JP 2005-172690 A

上記のような構成の振動型角速度センサでは、印加された角速度に応じた振動子の変形を検出するための検出素子、もしくは、振動子を駆動振動させる駆動素子として、圧電薄膜もしくはブロック状の圧電体で構成される圧電式のものを用いることがある。   In the vibration type angular velocity sensor configured as described above, a piezoelectric thin film or a block-like piezoelectric element is used as a detection element for detecting deformation of the vibrator according to the applied angular velocity or a drive element for driving and vibrating the vibrator. A piezoelectric type composed of a body may be used.

しかしながら、圧電薄膜もしくは圧電体として用いられるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)をはじめとする酸化物圧電体は、低酸素状態、すなわち真空封止もしくは低圧封止の状態において酸素抜けを起こす。このため、圧電薄膜もしくは圧電体としての機能の劣化を起こし、振動型角速度センサの耐久性を確保できない。   However, an oxide piezoelectric body such as lead zirconate titanate (PZT) used as a piezoelectric thin film or piezoelectric body causes oxygen loss in a low oxygen state, that is, in a vacuum sealed state or a low pressure sealed state. For this reason, the function as a piezoelectric thin film or a piezoelectric member is deteriorated, and the durability of the vibration type angular velocity sensor cannot be ensured.

また、振動型角速度センサにおける封止方法として、He、N2などのガスによるガス封止もあるが、酸素を含まない低酸素状態であれば、やはり酸素抜けを起こす。また、ガス封止をHeにO2を含めた混合封止とし、ガス中に酸素が含めることで酸化物圧電体や圧電薄膜からの酸素抜けが抑制されるようにする手法もあるが、Q値を大きくするための真空封止や低圧封止では酸素抜けを抑制できない。 Further, as a sealing method in the vibration type angular velocity sensor, there is a gas sealing with a gas such as He or N 2. However, in a low oxygen state that does not contain oxygen, oxygen is also released. In addition, there is a method in which gas sealing is a mixed sealing in which O 2 is added to He and oxygen is included in the gas so that oxygen escape from the oxide piezoelectric body and the piezoelectric thin film is suppressed. Oxygen escape cannot be suppressed by vacuum sealing or low pressure sealing for increasing the value.

本発明は上記点に鑑みて、振動子における圧電薄膜もしくは圧電体の劣化を抑制し、耐久性を確保することが可能な圧電式の振動型角速度センサを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration type angular velocity sensor capable of suppressing deterioration of a piezoelectric thin film or a piezoelectric body in a vibrator and ensuring durability.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、駆動振動させられるアーム部(2、3)と、該アーム部を駆動振動させる駆動素子(6)と、駆動振動時に印加された角速度に伴う変形を電気信号として取り出す検出素子(7)とを有する振動子(1)を備え、該振動子が真空封止もしくは大気圧よりも低圧状態となる低圧封止によって封止されてなる振動型角速度センサであって、駆動素子と検出素子のいずれか一方は、窒化物圧電膜(6b、7b)もしくはブロック状の窒化物圧電体(10)を含む圧電式の素子で構成されていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the arm portions (2, 3) that are driven to vibrate, the drive element (6) that drives and vibrates the arm portions, and the angular velocity applied during the drive vibration. A vibrator (1) having a detection element (7) for taking out the deformation caused by the electric signal as an electric signal, and the vibrator is sealed by a vacuum seal or a low-pressure seal that is at a lower pressure than atmospheric pressure. A type angular velocity sensor, wherein either the driving element or the detecting element is composed of a piezoelectric element including a nitride piezoelectric film (6b, 7b) or a block-shaped nitride piezoelectric body (10). It is characterized by.

このように、駆動素子と検出素子のいずれか一方を窒化物圧電膜もしくはブロック状の窒化物圧電体を含む圧電式の素子によって構成していることから、これらからの酸素の脱離を抑制することが可能となる。したがって、振動型角速度センサの耐久性を確保することが可能となる。   As described above, since either the drive element or the detection element is configured by a piezoelectric element including a nitride piezoelectric film or a block-shaped nitride piezoelectric body, desorption of oxygen from these elements is suppressed. It becomes possible. Therefore, it is possible to ensure the durability of the vibration type angular velocity sensor.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第1実施形態にかかる音叉型の振動型角速度センサの斜視図である。1 is a perspective view of a tuning-fork type vibration angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention. 図1のII−II’断面図である。It is II-II 'sectional drawing of FIG. 酸素の離脱の様子を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the mode of detachment | desorption of oxygen. 酸素の離脱の様子を示した分子構造図である。It is the molecular structure figure which showed the mode of the detachment | desorption of oxygen. 本発明の第2実施形態にかかる音叉型の振動型角速度センサの斜視図である。It is a perspective view of the tuning fork type vibration type angular velocity sensor concerning a 2nd embodiment of the present invention. 図5のVI-VI'断面図である。It is VI-VI 'sectional drawing of FIG.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
本実施形態では、圧電式の振動型角速度センサとして、音叉型の角速度センサに対して圧電薄膜を使用することで駆動素子や検出素子を構成したものを例に挙げて説明する。以下、図1〜図4を参照して、本実施形態にかかる振動型角速度センサの詳細について説明する。
(First embodiment)
In the present embodiment, as a piezoelectric vibration type angular velocity sensor, a driving element and a detection element configured by using a piezoelectric thin film with respect to a tuning fork type angular velocity sensor will be described as an example. Hereinafter, with reference to FIGS. 1-4, the detail of the vibration type angular velocity sensor concerning this embodiment is demonstrated.

図1に示すように、振動型角速度センサには振動子1が備えられている。振動子1は、一方向を長手方向とする略角柱状の一対のアーム部2、3および各アーム部2、3の一端を連結する連結部4により音叉形状に形成されており、連結部4のうちアーム部2、3と反対側の中央位置において、括れ部5aを有する支持部5に支持されている。このようなブロック状の構造体の外形形状は、例えばシリコンなどの半導体材料で構成された母材10をエッチングによりパターニングすることで構成される。   As shown in FIG. 1, the vibratory angular velocity sensor includes a vibrator 1. The vibrator 1 is formed in a tuning fork shape by a pair of substantially prismatic arm portions 2 and 3 whose longitudinal direction is one direction and a connecting portion 4 that connects one end of each arm portion 2 and 3. Among these, at the center position on the opposite side to the arm portions 2 and 3, it is supported by the support portion 5 having the constricted portion 5 a. The external shape of such a block-shaped structure is configured by patterning the base material 10 made of a semiconductor material such as silicon by etching, for example.

以下、図1中のxyz直交座標に示すように、アーム部2、3の配列方向をx軸、アーム部2、3の長手方向をy軸、x軸およびy軸の双方に対して直交する方向をz軸として説明する。   Hereinafter, as shown by xyz orthogonal coordinates in FIG. 1, the arrangement direction of the arm portions 2 and 3 is orthogonal to the x axis, and the longitudinal direction of the arm portions 2 and 3 is orthogonal to both the y axis, the x axis, and the y axis. The direction will be described using the z axis.

振動子1は、支持部5のうちの括れ部5aよりも連結部4と反対側の部分において、図示しない基板などに固定されており、括れ部5aや連結部4および各アーム部2、3が基板に対してリリースされた浮遊状態とされている。   The vibrator 1 is fixed to a substrate or the like (not shown) at a portion of the support portion 5 on the side opposite to the connection portion 4 with respect to the connection portion 4, and the connection portion 5 a, the connection portion 4, and the arm portions 2, 3. Is in a floating state released from the substrate.

また、図示しないが振動子1のうちの各アーム部2、3における連結部4との連結箇所には、圧電薄膜を有する駆動素子6および検出素子7が備えられている。   Although not shown, a drive element 6 and a detection element 7 each having a piezoelectric thin film are provided at a connection portion of each arm portion 2 and 3 of the vibrator 1 with the connection portion 4.

駆動素子6は、図2に示すように、振動子1の外形形状を形作っている母材10の表面に、下層電極6aと駆動用圧電膜6bおよび上層電極6cとを積層することで構成されている。駆動素子6は、各アーム部2、3を駆動振動させられるように、各アーム部2、3における連結部4との連結箇所に形成されるが、本実施形態では、各アーム部2、3から連結部4内に至る位置まで延設されている。下層電極6aおよび上層電極6cは、図1に示されているように、連結部4および支持部5を経て引き出された配線部6d、6eを通じて、図示しない駆動用電圧の印加用のパッドやGND接続用のパッドに接続されている。また、駆動用圧電膜6bは、酸素を主な構成元素に含まない窒化物圧電膜で構成され、窒化物圧電膜、例えばスカンジウム(Sc)を含有した窒化アルミニウム(以下、ScAlNという)膜によって構成されている。   As shown in FIG. 2, the driving element 6 is configured by laminating a lower layer electrode 6a, a driving piezoelectric film 6b, and an upper layer electrode 6c on the surface of a base material 10 forming the outer shape of the vibrator 1. ing. The drive element 6 is formed at a connection location of the arm portions 2 and 3 with the connection portion 4 so that the arm portions 2 and 3 can be driven to vibrate. To a position extending from the inside to the connecting portion 4. As shown in FIG. 1, the lower layer electrode 6a and the upper layer electrode 6c are connected to a pad or GND for applying a driving voltage (not shown) through the wiring portions 6d and 6e drawn out through the connecting portion 4 and the support portion 5, respectively. It is connected to the pad for connection. The driving piezoelectric film 6b is composed of a nitride piezoelectric film not containing oxygen as a main constituent element, and is composed of a nitride piezoelectric film, for example, an aluminum nitride (hereinafter referred to as ScAlN) film containing scandium (Sc). Has been.

このような構成において、下層電極6aと上層電極6cとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用圧電膜6bを変位させ、アーム部2、3を強制振動させることでアーム部2、3をx軸方向に沿って駆動振動させる。例えば、各アーム部2、3のうちの一方の駆動素子6の駆動用圧電膜6bを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動素子6の駆動用圧電膜6bを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動素子6に対して交互に繰り返し行うことで、音叉型のアーム部2、3をx軸方向において開いたり閉じたりするように振動させる。   In such a configuration, by generating a potential difference between the lower layer electrode 6a and the upper layer electrode 6c, the driving piezoelectric film 6b sandwiched therebetween is displaced, and the arm portions 2 and 3 are forcibly vibrated. Thus, the arm portions 2 and 3 are driven to vibrate along the x-axis direction. For example, the driving piezoelectric film 6b of one driving element 6 of the arm portions 2 and 3 is displaced by compressive stress, and the driving piezoelectric film 6b of the other driving element 6 is displaced by tensile stress. By repeatedly applying such a voltage to each driving element 6, the tuning fork type arm portions 2 and 3 are vibrated so as to open and close in the x-axis direction.

検出素子7は、図2に示すように、振動子1の外形形状を形作っている母材10の表面に、下層電極7aと検出用圧電膜7bおよび上層電極7cとを積層することで構成されている。検出素子7は、角速度印加に基づいて生じる各アーム部2、3の振動を検出できるように、各アーム部2、3における連結部4との連結箇所に形成されるが、本実施形態では、各アーム部2、3から連結部4内に至る位置まで延設されている。下層電極7bおよび上層電極7cは、図1に示されているように、連結部4および支持部5を経て引き出された配線部7d、7eを通じて、図示しない検出信号出力用のパッドに接続されている。また、検出用圧電膜7bは、酸素を主な構成元素に含まない窒化物圧電膜、例えばScAlN膜によって構成されている。   As shown in FIG. 2, the detection element 7 is configured by laminating a lower layer electrode 7a, a detection piezoelectric film 7b, and an upper layer electrode 7c on the surface of a base material 10 forming the outer shape of the vibrator 1. ing. The detection element 7 is formed at a connection portion of the arm portions 2 and 3 with the connection portion 4 so as to detect vibration of the arm portions 2 and 3 generated based on application of angular velocity. The arm portions 2 and 3 extend to a position extending into the connecting portion 4. As shown in FIG. 1, the lower layer electrode 7b and the upper layer electrode 7c are connected to a detection signal output pad (not shown) through wiring portions 7d and 7e drawn through the connecting portion 4 and the support portion 5. Yes. The detection piezoelectric film 7b is formed of a nitride piezoelectric film that does not contain oxygen as a main constituent element, such as a ScAlN film.

このような構成では、角速度の印加に伴ってアーム部2、3が変位すると、それに伴って検出用圧電膜7bが変形する。これにより、例えば下層電極7aと上層電極7cとの間の電気信号(定電圧駆動の場合の電流値、定電流駆動の場合の電流値)が変化することから、それを角速度を示す検出信号として図示しない検出信号出力用のパッドを通じて外部に出力している。具体的には、上記したように、駆動素子6に対して駆動用電圧の印加を行うと、各アーム部2、3が駆動振動させられる。この駆動振動のもとで、z軸回りの角速度が印加されると、コリオリ力によりアーム部2、3はy軸方向に振動する。この振動の振動状態を検知振動として検出し、この検知振動の状態に基づいて、印加された角速度を検出する。   In such a configuration, when the arm portions 2 and 3 are displaced as the angular velocity is applied, the detection piezoelectric film 7b is deformed accordingly. Thereby, for example, an electric signal (current value in the case of constant voltage driving, current value in the case of constant current driving) between the lower layer electrode 7a and the upper layer electrode 7c changes, and this is used as a detection signal indicating the angular velocity. The signal is output to the outside through a detection signal output pad (not shown). Specifically, as described above, when a driving voltage is applied to the driving element 6, the arm portions 2 and 3 are driven to vibrate. When an angular velocity around the z axis is applied under this driving vibration, the arm portions 2 and 3 vibrate in the y axis direction due to the Coriolis force. The vibration state of the vibration is detected as a detection vibration, and the applied angular velocity is detected based on the state of the detection vibration.

例えば、図3に示すように、下層電極6aと駆動用圧電膜6bおよび上層電極6cを積層した構造では、駆動用圧電膜6bが外縁において下層電極6aや上層電極6cの間から露出した状態となる。仮に、この駆動用圧電膜6bが例えばPb、Zr、Ti、O3を含むPZT膜などの酸化物圧電膜で構成されていれば、図3および図4に示すように、高温下において、酸化物圧電膜から酸素が脱離し、駆動用圧電膜6bの機能が劣化して、振動型角速度センサの耐久性を確保できなくなる。図3では、駆動素子6を例に挙げたが、検出素子7についても同様のことが言える。 For example, as shown in FIG. 3, in the structure in which the lower layer electrode 6a, the driving piezoelectric film 6b, and the upper layer electrode 6c are stacked, the driving piezoelectric film 6b is exposed from between the lower layer electrode 6a and the upper layer electrode 6c at the outer edge. Become. If the driving piezoelectric film 6b is composed of an oxide piezoelectric film such as a PZT film containing Pb, Zr, Ti, and O 3, it is oxidized at a high temperature as shown in FIGS. Oxygen is desorbed from the piezoelectric material film, and the function of the driving piezoelectric film 6b is deteriorated, so that the durability of the vibration type angular velocity sensor cannot be ensured. In FIG. 3, the drive element 6 is taken as an example, but the same can be said for the detection element 7.

しかしながら、本実施形態では、駆動素子6に含まれる駆動用圧電膜6bおよび検出素子7に含まれる検出用圧電膜7bを窒化物圧電膜によって構成している。したがって、駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bからの酸素の脱離を抑制でき、これらの圧電膜としての機能の劣化を抑制することが可能となる。これにより、振動型角速度センサの耐久性を確保することが可能となる。   However, in the present embodiment, the driving piezoelectric film 6b included in the driving element 6 and the detection piezoelectric film 7b included in the detection element 7 are formed of a nitride piezoelectric film. Accordingly, it is possible to suppress the desorption of oxygen from the driving piezoelectric film 6b and the detection piezoelectric film 7b, and it is possible to suppress the deterioration of the function as these piezoelectric films. This makes it possible to ensure the durability of the vibration type angular velocity sensor.

以上のようにして、本実施形態にかかる振動型角速度センサが構成されている。このように構成された振動型角速度センサは、図示していないが、振動子1を支持している基板に対してキャップ部材が貼り合わされること、もしくは、振動子1をケース内に収容することで振動子1が真空封止もしくは低圧封止された構造とされる。   As described above, the vibration type angular velocity sensor according to the present embodiment is configured. Although the vibration type angular velocity sensor configured as described above is not illustrated, a cap member is bonded to a substrate supporting the vibrator 1 or the vibrator 1 is accommodated in a case. Thus, the vibrator 1 is structured to be vacuum sealed or low pressure sealed.

このように振動子1が真空封止もしくは低圧封止されている構造においては、低酸素状態であることから、駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bを酸化物圧電膜によって構成していると酸素の脱離が発生し得る。しかしながら、駆動素子6に含まれる駆動用圧電膜6bおよび検出素子7に含まれる検出用圧電膜7bを窒化物圧電膜によって構成していることから、これらからの酸素の脱離を抑制することが可能となる。したがって、振動型角速度センサの耐久性を確保することが可能となる。   Thus, in the structure in which the vibrator 1 is vacuum-sealed or low-pressure sealed, since it is in a low oxygen state, the driving piezoelectric film 6b and the detecting piezoelectric film 7b are made of an oxide piezoelectric film. And oxygen desorption may occur. However, since the drive piezoelectric film 6b included in the drive element 6 and the detection piezoelectric film 7b included in the detection element 7 are made of a nitride piezoelectric film, desorption of oxygen from these elements can be suppressed. It becomes possible. Therefore, it is possible to ensure the durability of the vibration type angular velocity sensor.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して振動子1の母材10などを変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the base material 10 of the vibrator 1 is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Therefore, only different portions from the first embodiment will be described. To do.

図5に示す本実施形態の振動型角速度センサでは、振動子1におけるブロック状の母材10を半導体材料ではなく、例えばScAlNなどの酸素を含まない窒化物圧電体によって構成している。すなわち、アーム部2、3や連結部4および支持部5をブロック状の圧電体によって構成している。   In the vibration type angular velocity sensor of this embodiment shown in FIG. 5, the block-shaped base material 10 in the vibrator 1 is not made of a semiconductor material but is composed of a nitride piezoelectric material that does not contain oxygen such as ScAlN. That is, the arm parts 2 and 3, the connection part 4, and the support part 5 are comprised with the block-shaped piezoelectric material.

駆動素子6については、アーム部2、3の表面に離間して配置された第1電極6fと第2電極6gおよび母材10のうち第1電極6fと第2電極6gとの間に配置される部分によって構成されている。第1電極6fおよび第2電極6gは、図5に示されているように、連結部4および支持部5を経て引き出された配線部6h、6iを通じて、図示しない駆動用電圧の印加用のパッドやGND接続用のパッドに接続されている。   The drive element 6 is disposed between the first electrode 6f and the second electrode 6g among the first electrode 6f and the second electrode 6g and the base material 10 which are disposed separately on the surfaces of the arm portions 2 and 3. It is composed of parts. As shown in FIG. 5, the first electrode 6f and the second electrode 6g are pads for applying a driving voltage (not shown) through the wiring portions 6h and 6i drawn through the connecting portion 4 and the support portion 5. It is connected to the pad for GND connection.

検出素子7も、アーム部2、3の表面に離間して配置された第1電極7fと第2電極7gおよび母材10のうち第1電極7fと第2電極7gとの間に配置される部分によって構成されている。第1電極7fおよび第2電極7gは、図5に示されているように、連結部4および支持部5を経て引き出された配線部7h、7iを通じて、図示しない検出信号出力用のパッドに接続されている。   The detection element 7 is also arranged between the first electrode 7f and the second electrode 7g among the first electrode 7f and the second electrode 7g and the base material 10 which are arranged separately on the surfaces of the arm portions 2 and 3. It is composed of parts. As shown in FIG. 5, the first electrode 7 f and the second electrode 7 g are connected to a detection signal output pad (not shown) through the wiring portions 7 h and 7 i drawn through the connecting portion 4 and the support portion 5. Has been.

なお、このような振動子1を構成するブロック状の構造体も、圧電体で構成される母材10をエッチングなどによってパターニングすることで形成することができる。   Note that the block-like structure constituting the vibrator 1 can also be formed by patterning the base material 10 made of a piezoelectric material by etching or the like.

このように構成される振動子1は、第1電極6fと第2電極6gとの間に駆動用電圧を印加することで、母材10が窒化物圧電体で構成された各アーム部2、3を駆動振動させ、角速度検出が行えるようになっている。このように、振動子1の母材10が圧電体によって構成されている場合であっても、その圧電体として窒化物圧電体を用いることで、母材10からの酸素の脱離を抑制できる。これにより、振動型角速度センサの耐久性を確保することが可能となる。   In the vibrator 1 configured as described above, by applying a driving voltage between the first electrode 6f and the second electrode 6g, each arm portion 2 in which the base material 10 is formed of a nitride piezoelectric body, The angular velocity can be detected by driving and vibrating 3. As described above, even when the base material 10 of the vibrator 1 is formed of a piezoelectric body, by using a nitride piezoelectric body as the piezoelectric body, desorption of oxygen from the base material 10 can be suppressed. . This makes it possible to ensure the durability of the vibration type angular velocity sensor.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.

例えば、上記実施形態では、圧電式の振動型角速度センサとして音叉型のものを例に挙げて説明したが、音叉型に限るものではない。すなわち、振動子1の駆動素子と検出素子の少なくとも一方に圧電薄膜もしくはブロック状の圧電体が使用されているものであれば、他の構造の振動型角速度センサに対しても本発明を適用することができる。例えば、一方向に延設された検出梁と、その両側に配置されたアーム部に相当する駆動梁とが連結部を介して連結され、連結部が基板に固定された支持部に支持された三脚音叉型の振動型角速度センサに対しても本発明を適用できる。   For example, in the above embodiment, a piezoelectric fork type angular velocity sensor has been described by taking a tuning fork type as an example, but is not limited to a tuning fork type. That is, as long as at least one of the drive element and the detection element of the vibrator 1 uses a piezoelectric thin film or a block-like piezoelectric body, the present invention is applied to vibration type angular velocity sensors having other structures. be able to. For example, detection beams extending in one direction and drive beams corresponding to arm portions arranged on both sides of the detection beams are connected via a connecting portion, and the connecting portion is supported by a support portion fixed to the substrate. The present invention can also be applied to a tripod tuning fork type vibration type angular velocity sensor.

また、上記各実施形態では、駆動素子6と検出素子7とを別々で構成したが、これらを1つの素子によって構成することもできる。例えば、第1実施形態の構成の場合、下層電極と圧電膜と上層電極とを積層した構造においては、下層電極と上層電極との間に駆動用電圧を印加することでアーム部2、3を駆動振動させることができる。さらに、コリオリ力によってアーム部2、3が変形すると、それに伴って圧電膜が変形することから、それを下層電極と上層電極との間の電気信号として取り出すこともできる。したがって、1つの素子によって、駆動素子6と検出素子7を兼ねることも可能である。   Moreover, in each said embodiment, although the drive element 6 and the detection element 7 were comprised separately, these can also be comprised by one element. For example, in the configuration of the first embodiment, in the structure in which the lower layer electrode, the piezoelectric film, and the upper layer electrode are stacked, the arm portions 2 and 3 are connected by applying a driving voltage between the lower layer electrode and the upper layer electrode. Drive vibration can be performed. Further, when the arm portions 2 and 3 are deformed by the Coriolis force, the piezoelectric film is deformed accordingly, so that it can be taken out as an electric signal between the lower layer electrode and the upper layer electrode. Therefore, it is also possible to serve as the drive element 6 and the detection element 7 with one element.

また、上記各実施形態では、駆動素子6と検出素子7の双方を圧電式のもので構成したが、いずれか一方のみであっても良い。   In each of the above embodiments, both the drive element 6 and the detection element 7 are composed of piezoelectric elements, but only one of them may be used.

さらに、上記第2実施形態では、振動子1の母材10として窒化物圧電体を用いる例を挙げたが、圧電体として水晶を用いることもできる。水晶は、SiO2で構成された共有結合結晶であり、SiとOとの結合が強く、低酸素状態において高温になったとしても、Oが脱離し難い。したがって、母材10として水晶を用いるようにしても、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。 Furthermore, in the second embodiment, an example in which a nitride piezoelectric body is used as the base material 10 of the vibrator 1 has been described, but quartz can also be used as the piezoelectric body. Quartz is a covalently-bonded crystal composed of SiO 2 , and the bond between Si and O is strong, and even if the temperature becomes high in a low oxygen state, O is difficult to desorb. Therefore, even if quartz is used as the base material 10, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

また、上記各実施形態では、窒化物圧電膜もしくは窒化物圧電体の材料として、例えばScAlNを用いた例を挙げたが、その他の材料であっても良い。例えば、イットリウム(Y)とAlN、ランタン(La)とAlN、ジルコニウム(Zr))・マンガン(Mn)とAlN、ScとAlとガリウム(Ga)とNにて組成される窒化物圧電膜もしくは窒化物圧電体を用いることができる。   In each of the embodiments described above, for example, ScAlN is used as the material of the nitride piezoelectric film or the nitride piezoelectric body. However, other materials may be used. For example, nitride piezoelectric film or nitridation composed of yttrium (Y) and AlN, lanthanum (La) and AlN, zirconium (Zr)) / manganese (Mn) and AlN, Sc, Al, gallium (Ga) and N A piezoelectric material can be used.

1 振動子
2、3 アーム部
4 連結部
5 支持部
6 駆動素子
7 検出素子
10 母材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibrator 2, 3 Arm part 4 Connection part 5 Support part 6 Drive element 7 Detection element 10 Base material

Claims (5)

駆動振動させられるアーム部(2、3)と、該アーム部を駆動振動させる駆動素子(6)と、前記駆動振動時に印加された角速度に伴う変形を電気信号として取り出す検出素子(7)とを有する振動子(1)を備え、該振動子が真空封止もしくは大気圧よりも低圧状態となる低圧封止によって封止されてなる振動型角速度センサであって、
前記駆動素子と前記検出素子のいずれか一方は、窒化物圧電膜(6b、7b)もしくはブロック状の窒化物圧電体(10)を含む圧電式の素子で構成していることを特徴とする振動型角速度センサ。
An arm portion (2, 3) that is driven to vibrate, a drive element (6) that drives and vibrates the arm portion, and a detection element (7) that extracts deformation caused by the angular velocity applied during the drive vibration as an electric signal. A vibratory angular velocity sensor comprising: a vibrator (1) having a vibrator; and the vibrator is sealed by a vacuum seal or a low-pressure seal that is at a lower pressure than atmospheric pressure,
One of the drive element and the detection element is composed of a piezoelectric element including a nitride piezoelectric film (6b, 7b) or a block-like nitride piezoelectric body (10). Type angular velocity sensor.
前記窒化物圧電膜もしくは前記窒化物圧電体は、ScAlNによって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の振動型角速度センサ。   The vibration type angular velocity sensor according to claim 1, wherein the nitride piezoelectric film or the nitride piezoelectric body is made of ScAlN. 前記振動子は半導体材料を母材として形成されており、前記駆動素子もしくは前記検出素子は、前記母材の上に下層電極(6a、7a)と前記窒化物圧電膜(6b、7b)および上層電極(6c、7c)とが積層された構造とされていることを特徴とする請求項1または2に記載の振動型角速度センサ。   The vibrator is formed using a semiconductor material as a base material, and the driving element or the detection element includes a lower layer electrode (6a, 7a), a nitride piezoelectric film (6b, 7b) and an upper layer on the base material. The vibration type angular velocity sensor according to claim 1 or 2, wherein the electrode (6c, 7c) is laminated. 前記振動子は前記窒化物圧電体を母材として形成されており、前記駆動素子もしくは前記検出素子は、前記母材の上に互いに離間した第1電極(6f、7f)と第2電極(6g、7g)とを有した構造とされていることを特徴とする請求項1または2に記載の振動型角速度センサ。   The vibrator is formed using the nitride piezoelectric body as a base material, and the drive element or the detection element is provided on the base material with a first electrode (6f, 7f) and a second electrode (6g) spaced apart from each other. 7g), the vibration type angular velocity sensor according to claim 1 or 2. 駆動振動させられるアーム部(2、3)と、該アーム部を駆動振動させる駆動素子(6)と、前記駆動振動時に印加された角速度に伴う変形を電気信号として取り出す検出素子(7)とを有する振動子(1)を備え、該振動子が真空封止もしくは大気圧よりも低圧状態となる低圧封止によって封止されてなる振動型角速度センサであって、
前記振動子を構成する母材(10)が水晶によって構成されていることを特徴とする振動型角速度センサ。
An arm portion (2, 3) that is driven to vibrate, a drive element (6) that drives and vibrates the arm portion, and a detection element (7) that extracts deformation caused by the angular velocity applied during the drive vibration as an electric signal. A vibratory angular velocity sensor comprising: a vibrator (1) having a vibrator; and the vibrator is sealed by a vacuum seal or a low-pressure seal that is at a lower pressure than atmospheric pressure,
A vibration type angular velocity sensor, wherein the base material (10) constituting the vibrator is made of quartz.
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