JP4603135B2

JP4603135B2 - 振動型ジャイロセンサ

Info

Publication number: JP4603135B2
Application number: JP2000238070A
Authority: JP
Inventors: 浩司境; 隆広山元
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2020-08-07
Also published as: JP2002048553A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、この発明は、シリコン基板を使用して製造される振動型ジャイロセンサの改良に係り、貫通孔を通じて配線を取り出す導通構造において、駆動側と検出側の電極リード間の電気的クロストーク並びに検出ノイズを減少させた構成からなる振動型ジャイロセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電容量型加速度センサとして、固定基板と可撓基板との各対向面に電極を着設して対向配置される静電容量素子を複数対設け、該基板面に平行なＸＹ平面を設定しこれと直交するＺ軸のＸ，Ｙ，Ｚ軸３次元方向の加速度の変化を、複数対の静電容量素子間の静電容量変化に基づき各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向成分の検出を行う構成が提案（特開平４−１４８８３３、特開平４−３３７４３１、特開平５−１８８０７９）されている。
【０００３】
シリコン基板を用いたマイクロマシン等により構成、製造される振動型の加速度検出装置や角速度検出装置は、シリコン基板から作製される振動子の可撓基板とガラス板などの固定基板とを、接着剤あるいは接合物を介在せずに接合を行う静電接合（陽極接合）等にて接合基板化される。
【０００４】
前記の固定基板と可撓基板との各対向面に電極を着設して対向配置される構成で、当該基板間が数μｍ〜数１０μｍと極めて狭い空間が設定され、可動電極と固定電極の間隙が変動し、両電極間に生じる静電容量が変化するのを検出するため、両電極に接続された配線（電極リード）などの導通手段を外部に引き出す必要がある。
【０００５】
また、前記の狭い空間内の空気は温度によりその圧力が変動するため、極僅かでも微小な振動子にとって無視できない存在であり、センサ内部を減圧することが望ましい。しかし、前記電極リードなどでセンサ内部が外部と連通状態となりやすい、あるいは封止用の特別なプロセスが必要で製造性が悪いなどの問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、ガラス板などの固定基板に貫通孔を設けて可撓基板側の電極との導通を図るとともに貫通孔を封着することにより、電極リードの配置と封止を行う構成並びにプロセスが提案（特開平６−１６０４２０、特開平８−１２２３５９、特開平１０−９０２９９など）されている。これによって、センサ内部を減圧や所望の雰囲気にすることができ、製造が容易で信頼度の高い半導体加速度センサを提供できる。
【０００７】
しかし、今日の振動型ジャイロセンサに対して高精度や高感度の要求が一段と高まるにつれて、貫通孔を介して導通手段を配置した構成において、駆動側と検出側の電極リード間の電気的クロストーク並びに検出ノイズの影響が無視できない問題が生じてきた。
【０００８】
この発明は、かかる振動型ジャイロセンサにおける駆動側と検出側の電極リード間の電気的クロストーク並びに検出ノイズの低減が可能な構成からなる振動型ジャイロセンサの提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、駆動側と検出側の電極リード間の電気的クロストーク並びに検出ノイズの低減を目的に、駆動側と検出側の電極との導通手段について種々検討した結果、駆動用配線の取り出しと検出電極の取り出しとを異なる固定基板のガラス面に形成した貫通孔を通じて行うことにより、駆動側と検出側の電気的クロストークを減少できることを知見した。
【００１０】
また、発明者らは、上記のセンサを構成する接合基板の表裏で異なる導通を取る構成において、検出電極の取り出し面側に別途作製したアンプを実装することにより、検出ノイズを低減すると共にセンサの小型化を実現できること知見し、この発明を完成した。
【００１１】
すなわち、この発明は、可撓基板の両主面に固定基板を接合した接合基板からなる振動型ジャイロセンサにおいて、前記可撓基板が、平板状であって、リング振動子と、駆動電極用配線パタンと、検出電極用配線パタンとを備え、前記接合基板の異なる主面にそれぞれ前記駆動用配線パタンに接続した駆動用電極と前記検出電極用配線パタンに接続した検出用電極とを設けることにより、前記接合基板の異なる主面よりそれぞれ駆動用と検出用の導通を取る振動型ジャイロセンサである。
【００１２】
また、この発明は、上記構成の振動型ジャイロセンサにおいて、前記接合基板の検出用電極の取り出し面に検出電流用のアンプを載置した構成、前記駆動用電極を設けた接合基板の主面側で、前記駆動用電極とバンプを介して配線用基板とを直接接合した構成を併せて提案する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明による振動型ジャイロセンサは、公知のいずれの構成にも適用が可能である。出願人が提案した構成、例えば、中央の円電極の外周部に円弧状の４電極を設けた５電極型（特開平１０−１７７０３４、特開平９−１１９９４４、特開平８−２６１８５０など）、円周を３等分した円弧状電極からなる３電極型（特開平１１−３８０３８）、あるいは片持ち構造のくし形などの種々の構成からなる加速度センサにも適用できる。
【００１４】
この発明による振動型ジャイロセンサの構成例を図面に基づいて詳述する。図１Ａは、公知のリング振動子１を形成したシリコン基板２の両面に各々ガラス基板３，４を陽極接合した接合基板５の構成からなる振動型ジャイロセンサである。ガラス基板３，４にはリング振動子１位置に合わせて窪み部３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂを設けてあり、接合基板５となした際に、真空キャビティ６ａ，６ｂを形成する構成からなる。
【００１５】
シリコン基板２のリング振動子１の外周側に配置した検出用電極のパタンに合わせて、上側ガラス基板３に設けた検出電極用の貫通孔７内にはアルミニウムなどの導電膜が成膜され、さらにガラス基板３上に検出電極１０が成膜されている。
【００１６】
同様にシリコン基板２のリング振動子１の中心部及び外周側に配置した駆動用電極のパタンに合わせて、下側ガラス基板４に設けた駆動電極用の貫通孔８，９内にはアルミニウムなどの導電膜が成膜され、さらに下側ガラス基板４上に駆動電極１１，１２が成膜されている。
【００１７】
リング振動子１を形成したシリコン基板２に接合した上側ガラス基板３側に設けた検出電極用の貫通孔７を介して検出電極１０が成膜され、これとは反対の下側ガラス基板４に設けた駆動電極用の貫通孔８，９を介して駆動電極１１，１２が成膜され、接合基板５の両面から別々に検出用と駆動用の電極の導通手段が配置されることにより、両者の導通手段間に物理的な距離が取られるため、駆動側と検出側の電気的クロストークを著しく減少させることができる。
【００１８】
図１Ｂに示す例は、上述の図１Ａの構成において、検出電極１０を配置した上側ガラス基板３面に別途作製した検出電流用のアンプ２０を実装し、検出電極１０とワイヤ１４で接続してあり、この構成によって検出ノイズを低減することができる。さらにセンサの小型化を実現することができる。
【００１９】
図１Ｃに示す例は、上述の図１Ａの構成からなる接合基板５を、例えば当該センサを装着する所要の配線基板１３側に直接、載置するもので、下側ガラス基板４側の駆動電極１１，１２に、金や半田などのバンプを介在させて溶着して直接配線基板１３の各配線１４，１５に実装することができる。
【００２０】
図１Ｄに示す例は、図１Ｃに示すごとく図１Ａの構成からなる接合基板５を、下側ガラス基板４側の駆動電極１１，１２にバンプを介在させて配線基板１３の各配線１４，１５に実装した後、検出電極１０を配置した上側ガラス基板３面に検出電流用のアンプ２０を実装したものである。
【００２１】
この発明の構成からなる振動型ジャイロ用の接合基板５は、その両面から別々に検出用と駆動用の電極の導通手段が配置されることにより、駆動側と検出側の電気的クロストークを低減するだけでなく、接合基板５の両面を有効活用して電気回路基板への実装密度を向上させることが可能であり、装置全体の小型化を図ることが可能である。
【００２２】
この発明において、各電極の導通手段には、上述の貫通孔に電極膜を成膜する構成の他、公知のいずれの手段を採用することが可能である。また、この発明は、センサのキャビティ内部を真空封止した振動ジャイロ、振動子の構成のほか、真空封止しない他の構造などであっても採用できる。
【００２３】
【実施例】
図２Ａ，Ｂは図１における上側ガラス基板３を示し、上側ガラス基板３には検出電極用の４個の貫通孔７を設けてある。図２Ｃはリング振動子１を形成したシリコン基板２に示し、検出電極用と駆動電極用の配線パタン１７，１８を交互に４極ずつ形成してある。図２Ｄ，Ｅは図１における下側ガラス基板４を示し、下側ガラス基板４には駆動電極用の５個の貫通孔８，９を設けてある。
【００２４】
上側ガラス基板３と下側ガラス基板４との間にシリコン基板２を挟み、４００℃、８００Ｖの電圧を印加する所定の陽極接合を行って一枚の基板を作製し、接合基板の両面にアルミニウム膜による検出電極と駆動電極の成膜、配置を行った。
【００２５】
また、図２のと同様構成の振動型ジャイロセンサを作製する際に、上側ガラス基板３側に検出電極と駆動電極を配置し、従来の配線構成を有するセンサとなした。
【００２６】
図２に示すこの発明による振動型ジャイロセンサと上記の従来の配線構成を有するセンサにおける駆動側と検出側の電極リード間の電気的クロストークをそれぞれ測定した。測定結果は、この発明のセンサは、従来のセンサに比較して１０〜２０％の電気的クロストークの低減が可能であった。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によると、駆動用配線の取り出しと検出電極の取り出しとを異なる固定基板のガラス面に形成したことにより、駆動側と検出側の電気的クロストークを減少できる。また、検出電極の取り出し面に別途作製した検出電流用のアンプを実装することにより、検出ノイズを低減でき、他方の駆動電極側をバンプを介して配線基板に直接実装できることから、センサの小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａはこの発明による振動型ジャイロセンサの構成を示す断面説明図であり、ＢはＡ図の構成に検出電流用のアンプを実装した構成を示す断面説明図であり、ＣはＡ図の構成の振動型ジャイロセンサを配線基板に実装する構成を示す断面説明図であり、ＤはＣ図の構成に検出電流用のアンプを実装した構成を示す断面説明図である。
【図２】Ａ，Ｂは上側ガラス基板を示す上面説明図と側面説明図、２Ｃはシリコン基板２を示す上面説明図、Ｄ，Ｅは下側ガラス基板を示す上面説明図と側面説明図である。
【符号の説明】
１リング振動子
２シリコン基板
３，４ガラス基板
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ窪み部
５接合基板
６ａ，６ｂ真空キャビティ
７，８，９貫通孔
１０検出電極
１１，１２駆動電極
１３配線基板
１４，１５配線
１６バンプ
１７検出電極用パタン
１８駆動電極パタン
２０アンプ

Claims

可撓基板の両主面に固定基板を接合した接合基板からなる振動型ジャイロセンサにおいて、
前記可撓基板が、平板状であって、リング振動子と、駆動電極用配線パタンと、検出電極用配線パタンとを備え、
前記接合基板の異なる主面にそれぞれ前記駆動用配線パタンに接続した駆動用電極と前記検出電極用配線パタンに接続した検出用電極とを設けることにより、前記接合基板の異なる主面よりそれぞれ駆動用と検出用の導通を取る振動型ジャイロセンサ。
前記接合基板の検出用電極の取り出し面に、検出電流用のアンプを載置した請求項１に記載の振動型ジャイロセンサ。
前記駆動用電極を設けた接合基板の主面側で、前記駆動用電極とバンプを介して配線用基板とを直接接合した請求項１または請求項２に記載の振動型ジャイロセンサ。