JP5898470B2

JP5898470B2 - 角速度検出装置およびその製造方法

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Publication number: JP5898470B2
Application number: JP2011255084A
Authority: JP
Inventors: 耕平庄子
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2031-11-22
Also published as: JP2013108889A

Description

本発明は、角速度検出装置およびその製造方法に関し、半導体基板に振動子と電子回路とが形成される角速度検出装置およびその製造方法に関する。

角速度検出装置は、ジャイロセンサとも呼ばれ、撮像手段の手振れ検出やカーナビゲーションの方向検出に利用されている。角速度検出装置は、近年さらに需要が様々な分野に拡大すると共に、小型化、高性能化などの要求がなされている。

このような小型化の要求のため、角速度検出装置は、角速度を検出する振動子と、振動子からの信号を処理する電子回路とを１つのパッケージとして形成される。特許文献１に開示してある角速度検出装置は、支持基板に、振動子と、振動子を制御する半導体部品と、振動子と半導体部品を電気的に接続する回路部品とを形成してある。さらに、特許文献１に開示してある角速度検出装置は、振動子、半導体部品および回路部品を形成した支持基板の一面を覆う蓋体を有している。

特開２０１１−１３３４８６号公報

しかし、特許文献１に開示してある角速度検出装置は、支持基板と蓋体とで振動子、半導体部品および回路部品をパッケージするメタルセラミックパッケージを使用している。そのため、特許文献１に開示してある角速度検出装置は、製造コストが高価になり、さらに支持基板と蓋体とでパッケージする構成のため小型化することが困難であった。

角速度検出装置の製造コストを安価にし、より小型化するためには、たとえばモールド樹脂によるパッケージがある。しかし、モールド樹脂で角速度検出装置をパッケージする場合、その製造工程において振動子が高温となるため、振動子を構成する強誘電体層の自発分極が消えることがあった。そのため、角速度検出装置をパッケージ後、振動子の強誘電体層に自発分極を生じさせるポーリング処理を容易に行なう必要があった。

それゆえに、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、角速度検出装置をパッケージ後であっても、振動子の強誘電体層に自発分極を生じさせるポーリング処理を容易に行なうことが可能な角速度検出装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る角速度検出装置は、第１の半導体基板の一領域に形成した振動子と、振動子が形成された領域とは異なる第２の半導体基板の領域に形成した電子回路とを備える角速度検出装置であって、第１の半導体基板は第２の半導体基板の第１の面上に積層され、振動子は、第１の半導体基板上に形成した下部電極と、下部電極上に形成した強誘電体層と、強誘電体層上に形成した上部電極とを有し、振動子を形成した領域上にもうけられたキャップをさらに備え、電子回路は、振動子の上部電極と接続して、振動子に駆動信号を印加または振動子からの電気信号を出力する増幅回路と、第２の半導体基板の第２の面上に積層され、振動子の下部電極と接続手段を介して接続して、強誘電体層に自発分極を生じさせる程度の電圧を印加することが可能な電極端子とを有し、キャップおよび電子回路を覆うモールド樹脂を備えることを特徴とする。

好ましくは、上部電極は、駆動電極と、検出電極とを有し、増幅回路は、第１の増幅回路と、第２の増幅回路とを有し、駆動電極は、第１のセレクタ回路を介して、駆動信号を増幅する第１の増幅回路に接続し、検出電極は、電気信号を増幅する第２の増幅回路に接続し、強誘電体層に自発分極を生じさせるポーリング処理を行なうとき、第１のセレクタ回路の入力を第１の増幅回路の出力からバイアス電圧に切替えて、振動子の下部電極に電圧を印加する。

好ましくは、検出電極は、第２のセレクタ回路を介して、電気信号を増幅する第２の増幅回路に接続し、ポーリング処理を行なうとき、第２のセレクタ回路の出力を第２の増幅回路の入力からバイアス電圧に切替え、振動子の下部電極に電圧を印加する。

好ましくは、駆動電極および検出電極に対向するそれぞれの下部電極は、互いに電気的に接続されている。

好ましくは、下部電極と接続する電極端子は、電極パッドとして第２の半導体基板の前記第２の面上に形成してある。

好ましくは、振動子は、片持ち梁型振動子であり、第１の半導体基板に形成される基部と、基部から延設され第１の幅を有する幅広部と、幅広部から延設され第１の幅よりも幅が小さな第２の幅を有する幅狭部とを有し、幅広部を振動させるための駆動信号を印加する駆動電極を幅広部に形成し、強誘電体層に生じるコリオリ力に応じた電気信号を検出する検出電極を幅広部に形成する。

好ましくは、振動子は、音叉型振動子であり、第１の半導体基板に形成される基部と、基部から延設され第１の幅を有する第１幅広部と、第１幅広部と並行して設けられ基部から延設される第２幅広部と、第１幅広部から延設し第１の幅よりも小さな第２の幅を有する第１幅狭部と、第２幅広部から延設し第２の幅を有する第２幅狭部とを有し、第１幅広部および第２幅広部を振動させるための駆動信号を印加する駆動電極を第１幅広部および第２幅広部に形成し、第１幅広部に形成され強誘電体層に生じるコリオリ力に応じた電気信号を検出する第１の検出電極を第１幅広部に形成し、第２幅広部に形成され強誘電体層に生じるコリオリ力に応じた電気信号を検出する第２の検出電極を第２幅広部に形成する。

本発明に係る角速度検出装置の製造方法は、半導体基板の一領域に形成した振動子と、振動子が形成された領域とは異なる半導体基板の領域に形成した電子回路とを備え、振動子は、半導体基板上に形成した下部電極と、下部電極上に形成した強誘電体層と、強誘電体層上に形成した上部電極とを有し、電子回路は、振動子の上部電極と接続して、振動子に駆動信号を印加または振動子からの電気信号を出力する増幅回路と、振動子の下部電極と接続し、強誘電体層に自発分極を生じさせる程度の電圧を印加することが可能な電極端子とを有する角速度検出装置の製造方法であって、振動子を形成した領域上にキャップを載置した後、キャップおよび電子回路をモールド樹脂で覆い、電極端子に電圧を印加して、強誘電体層に自発分極を生じさせるポーリング処理を行なう。

好ましくは、上部電極は、駆動電極と、検出電極とを有し、増幅回路は、第１の増幅回路と、第２の増幅回路とを有し、駆動電極は、第１のセレクタ回路を介して、駆動信号を増幅する第１の増幅回路に接続し、検出電極は、電気信号を増幅する第２の増幅回路に接続し、ポーリング処理を行なうとき、第１のセレクタ回路は、入力を第１の増幅回路の出力からバイアス電圧に切替える。

本発明に係る角速度検出装置、または角速度検出装置の製造方法では、振動子の下部電極と接続した電極端子を備えるので、角速度検出装置をパッケージ後であっても、電極端子に電圧を印加して振動子の強誘電体層に自発分極を生じさせるポーリング処理を容易に行なうことができる。

本発明の実施の形態に係る角速度検出装置の振動子の構成を示す平面図である。図１に示す振動子の切断線に沿った断面図を示す。図１に示す振動子の各駆動電極に供給する電圧を模式的に示した波形図である。本発明の実施の形態に係る角速度検出装置において、圧電体に自発分極を生じさせるポーリング処理が可能な構成を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る角速度検出装置のモールド樹脂で覆う前の構造を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る角速度検出装置のモールド樹脂で覆う前の構造を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る角速度検出装置のモールド樹脂で覆った後の構造を示す断面図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る角速度検出装置の振動子の構成を示す平面図である。図１にはＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を示す記号が併記されている。なお、Ｘ方向は、振動子１００の幅方向に相当し、Ｙ方向は、振動子１００の長さ方向に相当する。また、Ｚ方向は、振動子１００の高さ方向に対応し、紙面の奥側から手前側に向かう方向である。

本発明の実施の形態に係る角速度検出装置は、振動子１００の他に、振動子１００を駆動する自励発振回路、および振動子１００からの検出出力に基づいて角速度信号を処理する信号処理回路などを備えるが、説明の便宜上これらの回路は図示していない。また、振動子１００は、音叉型振動子である。

振動子１００は、圧電体１４２が形成されたＴ字状の基部１１０を有する。基部１１０は振動子１００が作り込まれる図示しない半導体基板の一部で固定されている。基部１１０の頂部から第１振動腕１２０と第２振動腕１３０が並行して設けられる。圧電体１４２は、基部１１０だけではなく、第１振動腕１２０、および第２振動腕１３０の一主面を覆って設けられている。第１振動腕１２０と第２振動腕１３０の形状および大きさはほぼ同じである。２つの振動腕は中心線Ｃ１−Ｃ１を境にして互いに線対称になるよう形成されている。

第１振動腕１２０は細長い短冊状の第１幅広部１４０と、これよりも幅の細い短冊状の第１幅狭部１５０を有し、これらはそれぞれの長手方向が連なるように連続して形成されている。第１幅広部１４０の一部であって、これと第１幅狭部１５０との境界部１４５の近傍には比較的広い面積の圧電体１４２が露呈している。なお、圧電体１４２は基部１１０、第１振動腕１２０、および第２振動腕１３０の一主面上に連続して設けられる。すなわち、第１振動腕１２０と第２振動腕１３０は圧電体１４２を共有する。

第２振動腕１３０は第１振動腕１２０とほぼ同形状を成す。すなわち、第２振動腕１３０は、細長いいわゆる短冊状の第２幅広部１６０と、これよりも幅の細い短冊状の第２幅狭部１７０とが互いの長手方向が連なるように連続して形成されている。第２幅広部１６０の一部であって、これと第２幅狭部１７０との境界部１６５の近傍には比較的広い面積の圧電体１４２が露呈している。

第１振動腕１２０の第１幅広部１４０には、電気信号を入力するための第１駆動電極１４４、第２駆動電極１４６、および電気信号を出力するための第１検出電極１４８が各別に形成される。第１幅狭部１５０にはモニタ電極１５２，１５４が第１幅広部１４０と第１幅狭部１５０の境界部１４５から第１幅狭部１５０の長手方向に沿って延びるように形成されている。なお、モニタ電極１５２，１５４は第１幅狭部１５０の長手方向のほぼ中央部まで設けたものを図示したが、中央部よりもさらに先端側まで延設してもよい。いずれにしてもモニタ電極１５２，１５４の長手方向の長さは、境界部１４５から第１幅狭部１５０の長手方向に沿って随時設定すればよい。また、モニタ電極１５２，１５４は、第１幅狭部１５０に設けるだけでなく、第１幅狭部１５０の一部から境界部１４５を越えて第１幅広部１４０の一部に延設させてもよい。

第２振動腕１３０の第２幅広部１６０には、電気信号を入力するための第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および電気信号を出力するための第２検出電極１６８が各別に形成される。これらの各電極は第１振動腕１２０の第１幅広部１４０に形成された各駆動電極、検出電極のものとほぼ同じ形状であり、かつ、それらの大きさもほぼ同じである。なお、第４駆動電極１６６は基部１１０側第２駆動電極１４６と共通に接続され共通駆動電極１５６を成している。

第２幅狭部１７０にはモニタ電極１７２，１７４が、第２幅広部１６０と第２幅狭部１７０の境界部１６５から第２幅狭部１７０の長手方向に沿って延びるように形成される。なお、モニタ電極１７２，１７４は第２幅狭部１７０の長手方向のほぼ中央部まで設けたものを図示したが、中央部よりもさらに先端側まで延設してもよく、長手方向の中央部までは設けずに境界部１６５から第２幅狭部１７０の長手方向にわずかに延びるように配設してもかまわない。いずれにしてもモニタ電極１７２，１７４の長手方向の長さは、境界部１６５から第２幅狭部１７０の長手方向に沿って随時設定すればよい。また、モニタ電極１７２およびモニタ電極１７４は、第２幅狭部１７０の一部から境界部１６５を越えて第２幅広部１６０の一部に延設させるようにしてもかまわない。

第１幅狭部１５０および第２幅狭部１７０に設けた各モニタ電極１５２，１５４，１７２，１７４には振動子１００の振動状態に応じた電気信号が取出され、該電気信号は図示しない自励発振回路にフィードバックされる。モニタ電極１５２，１５４，１７２，１７４は角速度検出装置の振動子、すなわち、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０のＸ方向、すなわち幅方向の共振周波数をモニタリングするために用意されている。モニタ電極１７２から取出した電気信号は図示しないバンドパスフィルタを介して増幅され、第４駆動電極１６６に帰還され、モニタ電極１７４から取出した電気信号は図示しないバンドパスフィルタを介して増幅され、第３駆動電極１６４に帰還される。同様にモニタ電極１５２から取出した電気信号は図示しないバンドパスフィルタを介して増幅され、第２駆動電極１４６に帰還され、モニタ電極１５４から取出した電気信号は図示しないバンドパスフィルタを介して増幅され、第１駆動電極１４４に帰還される。バンドパスフィルタでは電気信号が最も大きくなる周波数成分が取出される。仮にモニタ電極１５２，１５４，１７２，１７４を用意しなければ、第１振動腕１２０および第２振動腕１３０を所期の共振周波数で振動させることが期待できなくなる。第１検出電極１４８および第２検出電極１６８は振動子１００のコリオリ力による振動変位を検出する。

図１に示した振動子１００は、幅ｘ１００、長さｙ１００の大きさで示されている。幅ｘ１００の大きさはたとえば６０μｍであり、長さｙ１００の大きさはたとえば５００μｍ〜６００μｍである。したがって、長さｙ１００は幅ｘ１００のほぼ１０倍の大きさである。また、第１幅広部１４０および第２幅広部１６０の幅Ｗ１の大きさは、共に等しくたとえば２４μｍであり、第１幅狭部１５０および第２幅狭部１７０の幅Ｗ２の大きさは共に等しくたとえば１０μｍにそれぞれ設定される。

第１駆動電極１４４および第３駆動電極１６４の幅は共に等しく幅ｘ１０２で示される。幅ｘ１０２の大きさは、たとえば２μｍである。第２駆動電極１４６および第４駆動電極１６６の幅は共に等しく幅ｘ１０４で示される。幅ｘ１０４の大きさは、幅ｘ１０２と等しいたとえば２μｍである。

第１幅広部１４０に設けられた第１検出電極１４８、および第２幅広部１６０に設けられた第２検出電極１６８の幅は共に等しく幅ｘ１０６で示される。幅ｘ１０６の大きさはたとえば１６μｍである。また第１駆動電極１４４と第１検出電極１４８との離間距離および、第３駆動電極１６４と第２検出電極１６８との離間距離ｘ１０８は共に等しくたとえば１μｍである。また第１検出電極１４８と第２駆動電極１４６との離間距離、および第２検出電極１６８と第４駆動電極１６６との離間距離ｘ１１０は共に等しくたとえば１μｍである。

図１に示したものは振動腕を２つ有する振動子１００、すなわち、音叉型振動子であった。しかし、本発明にかかる技術的思想は振動腕が１つのもの、すなわち、片持ち梁型振動子にも適用することもできる。したがって、本発明にかかる角速度検出装置を片持ち梁型振動子に適用する場合には第１振動腕１２０又は第２振動腕１３０のいずれか１つの構成要素を用意すれば足りる。

図２は、図１に示す振動子１００の切断線２Ａ−２Ａに沿った断面図を示す。図２に示す断面図は、第１幅広部１４０および第２幅広部１６０の断面図である。第１幅広部１４０および第２幅広部１６０には圧電体１４２が形成される。圧電体１４２の厚みはたとえば１．０μｍである。第１幅広部１４０における圧電体１４２の第１主面１４２ａには、紙面左側からみて第１駆動電極１４４、第１検出電極１４８、および第２駆動電極１４６がこの順序で所定の間隔を保って形成される。同様に、第２幅広部１６０における圧電体１４２の第１主面１４２ａには、紙面右側からみて第３駆動電極１６４、第２検出電極１６８、および第４駆動電極１６６がこの順序で所定の間隔を保って形成される。これらの各電極の厚みは共に等しい。なお、図示していないが、これらの各電極上にはシリコン酸化物、たとえば二酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）からなる堆積膜を形成してもよい。

圧電体１４２の第２主面１４２ｂには下部電極１９４、半導体基板１９６がこの順序で形成されている。下部電極１９４は、第１駆動電極１４４、第１検出電極１４８、および第２駆動電極１４６のそれぞれに対向して個別に形成されているが、圧電体１４２の第２主面１４２ｂに一体として形成してもよい。同様に、下部電極１９４は、第３駆動電極１６４、第２検出電極１６８、および第４駆動電極１６６のそれぞれに対向して個別に形成されているが、圧電体１４２の第２主面１４２ｂに一体として形成してもよい。

下部電極１９４、圧電体１４２、および第４駆動電極１６６（第３駆動電極１６４）までの厚みはたとえば約１．４μｍである。なお、圧電体１４２の第１主面１４２ａに設けられた第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および第２検出電極１６８は共に同じ厚みで形成される。また下部電極１９４の厚みは、第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および第２検出電極１６８のそれらと同じ厚みで形成される。なお、第１振動腕１２０に形成される各駆動電極、各検出電極の厚みも第２振動腕１３０側と同じ大きさである。

ここで、下部電極１９４には、たとえば白金（Ｐｔ）／チタン（Ｔｉ）の積層膜などを用いることが可能であり、上部電極である第１駆動電極１４４（第２駆動電極１４６、第１検出電極１４８、第３駆動電極１６４、第４駆動電極１６６、および第２検出電極１６８）には、たとえば酸化イリジウム（ＩｒＯ_２）／イリジウム（Ｉｒ）の積層膜や金（Ａｕ）膜などを用いることが可能である。圧電体１４２は、強誘電体層であり、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜やランタンドープジルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）膜などを用いることが可能である。なお、ＰＺＴ層やＰＬＺＴ層はゾルゲル法等により形成される。

図３は、図１に示す振動子１００の各駆動電極に供給する電圧を模式的に示した波形図である。図３（ａ）に示す供給電圧Ｖ１は、所定の振幅に設定され第１駆動電極１４４および第３駆動電極１６４に供給する交流電圧を示す。図３（ｂ）に示す供給電圧Ｖ２は、第２駆動電極１４６および第４駆動電極１６６、すなわち、共通駆動電極１５６に供給する交流電圧を示す。供給電圧Ｖ１とＶ２の振幅はほぼ等しく、かつ位相は互いに１８０度ずれた、いわゆる位相反転の関係にある。図３（ｃ）に示す供給電圧Ｖ３は、下部電極１９４に供給される直流電圧を示す。供給電圧Ｖ３は例えば０ボルトに設定される。

ここで、図２に示す圧電体１４２であって、第１駆動電極１４４と下部電極１９４とに挟まれる部分には、第１駆動電極１４４に供給される供給電圧Ｖ１と下部電極１９４に供給される供給電圧Ｖ３による電位差が生じる。すなわち、圧電体１４２であって第１駆動電極１４４と下部電極１９４とに挟まれる部分には電位が（Ｖ１−Ｖ３）である電圧Ｖｓ１が印加されることになる。電圧Ｖｓ１が印加される圧電体１４２の該部分は電圧Ｖｓ１により圧縮・伸長変形し、第１伸縮運動を行う。

一方、圧電体１４２であって、第２駆動電極１４６と下部電極１９４とに挟まれる部分には、第２駆動電極１４６に供給される供給電圧Ｖ２と下部電極１９４に供給される供給電圧Ｖ３による電位差が生じる。すなわち、圧電体１４２であって第２駆動電極１４６と下部電極１９４とに挟まれる部分には電位が（Ｖ２−Ｖ３）である電圧Ｖｓ２が印加されることになる。したがって電圧Ｖｓ２が印加される圧電体１４２の該部分は電圧Ｖｓ２により伸長・圧縮変形し、上記第１伸縮運動とは逆位相の第２伸縮運動を行う。

第１伸縮運動および第２伸縮運動により振動子１００の第１幅広部１４０（第２幅広部１６０）はＸ方向に互いに離間および互いに接近する方向、すなわち、横方向の横振動を行う。

第１幅広部１４０（第２幅広部１６０）が横振動することにより第１幅狭部１５０（第２幅狭部１７０）も該横振動と同周期で振動する。ここで、第１幅狭部１５０（第２幅狭部１７０）に設けられたモニタ電極１５２（モニタ電極１７２）により、第１幅狭部１５０（第２幅狭部１７０）が該横振動をすることにより発生する電気信号を取出し、図示しない自励発振回路を介して第２駆動電極１４６（第４駆動電極１６６）に供給する。

さらに、第１幅狭部１５０（第２幅狭部１７０）に設けられたモニタ電極１５４（モニタ電極１７４）により、第１幅狭部１５０（第２幅狭部１７０）が該横振動をすることにより発生する電気信号を取出し、図示しない自励発振回路を介して第１駆動電極１４４（第３駆動電極１６４）に供給する。

次に、図４は、本発明の実施の形態に係る角速度検出装置において、圧電体１４２に自発分極を生じさせるポーリング処理が可能な構成を示す概略図である。図４に示す角速度検出装置１は、振動子１００の上部電極と接続し、振動子１００に駆動信号を印加または振動子１００からの電気信号を出力する電子回路を有している。具体的に、電子回路には、第１幅広部１４０の第１駆動電極１４４および第２駆動電極１４６のそれぞれに接続する増幅回路（たとえば信号処理回路のドライバ）４１、第１幅広部１４０の第１検出電極１４８に接続する増幅回路（たとえば検出回路の初段のオペアンプ）４２などを含んでいる。

また、増幅回路４１の出力は、第１駆動電極１４４および第２駆動電極１４６にセレクタ回路４３を介して接続されている。そのため、ポーリング処理を行なうときに、セレクタ回路４３の入力を増幅回路４１の出力からバイアス電圧（ＢＩＡＳ）に切替えることができる。なお、セレクタ回路４３は、レジスタにより制御することで、入力を切替えることができる。

増幅回路４２の入力がオペアンプの反転入力端子の場合、オペアンプの仮想接地特性により、正転入力端子に印加している電圧（バイアス電圧（ＢＩＡＳ））と同等の電圧が、増幅回路４２の入力に印加される。そのため、セレクタ回路を介すことなく増幅回路４２の入力を第１検出電極１４８に直接接続しても、ポーリング処理を行なうとき、第１検出電極１４８にバイアス電圧（ＢＩＡＳ）を印加することができる。

下部電極１９４は、圧電体１４２に自発分極を生じさせる程度の電圧を印加することが可能な電極端子４４と接続している。そのため、ポーリング処理を行なうときに、当該電極端子４４と外部電源とを接続して、下部電極１９４にたとえば−１８．５Ｖ〜−２８．５Ｖ程度の電圧を印加することができる。

バイアス電圧（ＢＩＡＳ）がたとえば１．５Ｖであれば、ポーリング処理を行なうとき、圧電体１４２に２０Ｖ〜３０Ｖの電圧を印加することができ、角速度検出装置１は、圧電体１４２に自発分極を生じさせる程度の電圧を印加することができる。なお、角速度検出装置１は、ポーリング処理終了後、セレクタ回路４３の入力を戻して、増幅回路４１の出力を第１駆動電極１４４および第２駆動電極１４６に接続し、下部電極１９４のバイアス電圧（ＢＩＡＳ）の端子、またはＧＮＤ端子に接続することで、通常の動作が可能になる。

なお、図４に示す角速度検出装置１では、第１幅広部１４０のみ図示してあるが、第２幅広部１６０も同じように構成することができるので詳細な説明を繰返さない。また、図４に示す角速度検出装置１では、セレクタ回路を介すことなく増幅回路４２の入力を第１検出電極１４８に直接接続してあるが、これに限定されるものではなく、増幅回路４２の入力と第１検出電極１４８との間にセレクタ回路を設けてもよい。増幅回路４２の入力と第１検出電極１４８との間にセレクタ回路を設けることで、オペアンプの仮想接地特性を用いることなく、第１検出電極１４８にバイアス電圧（ＢＩＡＳ）を確実に印加することができる。

さらに、図４に示す角速度検出装置１では、セレクタ回路４３を介して、増幅回路４１の出力を、第１駆動電極１４４および第２駆動電極１４６に接続してあるが、これに限定されるものではなく、セレクタ回路を介すことなく増幅回路４１の出力を、第１駆動電極１４４および第２駆動電極１４６に直接接続してもよい。なお、この場合、自発分極を生じさせる程度の電圧が圧電体１４２に印加されるように、増幅回路４１が出力する電圧に応じて、電極端子４４から下部電極１９４に印加する電圧を調節する必要がある。

次に、本発明の実施の形態に係る角速度検出装置１の構造について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る角速度検出装置１のモールド樹脂で覆う前の構造を示す平面図である。図６は、本発明の実施の形態に係る角速度検出装置１のモールド樹脂で覆う前の構造を示す断面図である。

図５および図６に示す角速度検出装置１は、半導体基板の一領域に振動子１００を形成した振動子チップ５１を、振動子が形成された領域とは異なる半導体基板の領域に電子回路を形成したＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）５２に積層し、振動子チップ５１の電極パッドと、ＡＳＩＣ５２の電極パッドとをワイヤ５３で接続してある。なお、ＡＳＩＣ５２と外部機器とを接続するための電極パッド５５は、振動子チップ５１を積層したＡＳＩＣ５２の面と反対の面に設けてある。当該面に設けた電極パッド５５に、電極端子４４と電気的に接続するパッドを割当てることで、後述するように、振動子チップ５１を積層したＡＳＩＣ５２の面をモールド樹脂で覆っても、ポーリング処理を容易に行なうことができる。

角速度検出装置１は、振動子チップ５１をモールド樹脂で覆うため、振動子１００を形成した領域にモールド樹脂が侵入しないように、シリコンキャップ５４が設けてある。このように、本発明の実施の形態に係る角速度検出装置１は、振動子１００がチップ形状（振動子チップ５１）であり、振動子チップ５１の振動子１００を形成した領域にシリコンキャップ５４を設けるので、メタルセラミックパッケージを使用することなく、製造コストが安価で、より小型化することが可能な、モールド樹脂によりパッケージが可能となる。

図７は、本発明の実施の形態に係る角速度検出装置１のモールド樹脂で覆った後の構造を示す断面図である。図７に示す角速度検出装置１は、ＡＳＩＣ５２の一面に、振動子チップ５１を積層し、振動子チップ５１の振動子１００を形成した領域上にシリコンキャップ５４を載置し、さらにモールド樹脂５６で覆ってパッケージしている。また、角速度検出装置１は、振動子チップ５１の電極パッドと、ＡＳＩＣ５２の電極パッドとをワイヤ５３で接続することで、振動子１００とＡＳＩＣ５２に形成した電子回路とを電気的に接続することができる。

前述したように、モールド樹脂５６で角速度検出装置１をパッケージする場合、モールド樹脂５６で振動子チップ５１を覆う際、振動子１００が高温（たとえば２５０℃）となるため、振動子１００を構成する圧電体１４２の自発分極が消えることがある。そのため、角速度検出装置１は、モールド樹脂５６でパッケージをした後、レジスタを制御して、図４で示したセレクタ回路４３をバイアス電圧（ＢＩＡＳ）に切替え、電極パッド５５に外部電源を接続して下部電極１９４にたとえば−１８．５Ｖ〜−２８．５Ｖ程度の電圧を印加することで、圧電体１４２に自発分極を生じさせるポーリング処理を行なう。

以上のように、本発明の実施の形態に係る角速度検出装置１は、モールド樹脂５６でパッケージをした後であっても、振動子１００の下部電極１９４と接続し、圧電体１４２に自発分極を生じさせる程度の電圧を印加することが可能な電極パッド（電極端子４４と電気的に接続してあるパッド）５５を備えているので、ポーリング処理を容易に行なうことができる。なお、本発明の実施の形態に係る角速度検出装置１は、モールド樹脂５６でパッケージしているが、これに限られずメタルセラミックパッケージなどの他のパッケージであっても同様に、ポーリング処理を容易に行なうことができる。

また、本発明の実施の形態に係る角速度検出装置１は、振動子１００を形成した振動子チップ５１と、電子回路を形成したＡＳＩＣ５２とが異なる半導体基板に形成されているが、これに限定されるものではなく、振動子チップ５１とＡＳＩＣ５２とが同じ半導体基板に形成されてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１角速度検出装置、４１，４２増幅回路、４３セレクタ回路、４４電極端子、５１振動子チップ、５３ワイヤ、５４シリコンキャップ、５５電極パッド、５６モールド樹脂、１００振動子、１１０基部、１２０第１振動腕、１３０第２振動腕、１４０第１幅広部、１４２圧電体、１４２ａ第１主面、１４２ｂ第２主面、１４４第１駆動電極、１４５，１６５境界部、１４６第２駆動電極、１４８第１検出電極、１５０第１幅狭部，１７０第２幅狭部、１５２，１５４，１７２，１７４モニタ電極、１５６共通駆動電極、１６０第２幅広部、１６４第３駆動電極、１６６第４駆動電極、１６８第２検出電極、１９４下部電極、１９６半導体基板。

Claims

第１の半導体基板の一領域に形成した振動子と、
前記振動子が形成された領域とは異なる第２の半導体基板の領域に形成した電子回路と
を備える角速度検出装置であって、
前記第１の半導体基板は前記第２の半導体基板の第１の面上に積層され、
前記振動子は、前記第１の半導体基板上に形成した下部電極と、前記下部電極上に形成した強誘電体層と、前記強誘電体層上に形成した上部電極とを有し、
前記振動子を形成した領域上にもうけられたキャップをさらに備え、
前記電子回路は、前記振動子の前記上部電極と接続して、前記振動子に駆動信号を印加または前記振動子からの電気信号を出力する増幅回路と、
前記第２の半導体基板の第２の面上に積層され、
前記振動子の前記下部電極と接続手段を介して接続して、前記強誘電体層に自発分極を生じさせる程度の電圧を印加することが可能な電極端子とを有し、
前記キャップおよび前記電子回路を覆うモールド樹脂を備えることを特徴とする、角速度検出装置。
前記上部電極は、駆動電極と、検出電極とを有し、
前記増幅回路は、第１の増幅回路と、第２の増幅回路とを有し、
前記駆動電極は、第１のセレクタ回路を介して、前記駆動信号を増幅する前記第１の増幅回路に接続し、
前記検出電極は、前記電気信号を増幅する前記第２の増幅回路に接続し、
前記強誘電体層に自発分極を生じさせるポーリング処理を行なうとき、前記第１のセレクタ回路の入力を前記第１の増幅回路の出力からバイアス電圧に切替え、前記振動子の前記下部電極に電圧を印加する、請求項１に記載の角速度検出装置。
前記検出電極は、第２のセレクタ回路を介して、前記電気信号を増幅する前記第２の増幅回路に接続し、
前記ポーリング処理を行なうとき、前記第２のセレクタ回路の出力を前記第２の増幅回路の入力から前記バイアス電圧に切替えて、前記振動子の前記下部電極に電圧を印加する、請求項２に記載の角速度検出装置。
前記駆動電極および前記検出電極に対向するそれぞれの前記下部電極は、互いに電気的に接続されている、請求項２または請求項３に記載の角速度検出装置。
前記下部電極と接続する前記電極端子は、電極パッドとして前記第２の半導体基板の前記第２の面上に形成してある、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の角速度検出装置。
前記振動子は、片持ち梁型振動子であり、
前記第１の半導体基板に形成される基部と、
前記基部から延設され第１の幅を有する幅広部と、
前記幅広部から延設され前記第１の幅よりも幅が小さな第２の幅を有する幅狭部と
を有し、前記幅広部を振動させるための前記駆動信号を印加する前記駆動電極を前記幅広部に形成し、前記幅広部に形成された前記強誘電体層に生じるコリオリ力に応じた前記電気信号を検出する前記検出電極を前記幅広部に形成する、請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の角速度検出装置。
前記振動子は、音叉型振動子であり、
前記第１の半導体基板に形成される基部と、
前記基部から延設され第１の幅を有する第１幅広部と、
前記第１幅広部と並行して設けられ前記基部から延設される第２幅広部と、
前記第１幅広部から延設し前記第１の幅よりも小さな第２の幅を有する第１幅狭部と、
前記第２幅広部から延設し前記第２の幅を有する第２幅狭部と
を有し、前記第１幅広部及び前記第２幅広部を振動させるための前記駆動信号を印加する前記駆動電極を前記第１幅広部及び前記第２幅広部に形成し、前記第１幅広部に形成された前記強誘電体層に生じるコリオリ力に応じた前記電気信号を検出する第１の前記検出電極を前記第１幅広部に形成し、前記第２幅広部に形成された前記強誘電体層に生じるコリオリ力に応じた前記電気信号を検出する第２の前記検出電極を前記第２幅広部に形成する、請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の角速度検出装置。
半導体基板の一領域に形成した振動子と、
前記振動子が形成された領域とは異なる前記半導体基板の領域に形成した電子回路と
を備え、前記振動子は、前記半導体基板上に形成した下部電極と、前記下部電極上に形成した強誘電体層と、前記強誘電体層上に形成した上部電極とを有し、
前記電子回路は、前記振動子の前記上部電極と接続して、前記振動子に駆動信号を印加または前記振動子からの電気信号を出力する増幅回路と、
前記振動子の前記下部電極と接続して、前記強誘電体層に自発分極を生じさせる程度の電圧を印加することが可能な電極端子とを有する角速度検出装置の製造方法であって、
前記振動子を形成した領域上にキャップを載置した後、前記キャップおよび前記電子回路をモールド樹脂で覆い、
前記電極端子に電圧を印加して、前記強誘電体層に自発分極を生じさせるポーリング処理を行なう、角速度検出装置の製造方法。
前記上部電極は、駆動電極と、検出電極とを有し、
前記増幅回路は、第１の増幅回路と、第２の増幅回路とを有し、
前記駆動電極は、第１のセレクタ回路を介して、前記駆動信号を増幅する前記第１の増幅回路に接続し、
前記検出電極は、前記電気信号を増幅する前記第２の増幅回路に接続し、
前記ポーリング処理を行なうとき、前記第１のセレクタ回路の入力を前記第１の増幅回路の出力からバイアス電圧に切替える、請求項８に記載の角速度検出装置の製造方法。