JP6281421B2 - Vibration type angular velocity sensor - Google Patents

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Description

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

従来、特許文献1において、振動型の角速度センサが提案されている。この角速度センサでは、角速度センサに備えられる可動部の駆動振動や検出振動方向がxy平面上である場合において、z軸方向への不要振動が発生したときに、検出信号に不要振動に起因する不要信号が含まれることから、これを補正するようにしている。具体的には、可動部に補正電極を形成し、この補正電極によって検出信号に含まれる不要信号と逆位相の補正信号を取り出し、検出信号に対して付加することで、不要信号を減衰するようにしている。   Conventionally, in Patent Document 1, a vibration type angular velocity sensor has been proposed. In this angular velocity sensor, when the drive vibration of the movable part provided in the angular velocity sensor and the detection vibration direction are on the xy plane, when unnecessary vibration in the z-axis direction occurs, the detection signal does not require unnecessary vibration. Since a signal is included, this is corrected. Specifically, a correction electrode is formed on the movable part, and a correction signal having a phase opposite to that of the detection signal included in the detection signal is extracted by the correction electrode and added to the detection signal so that the unnecessary signal is attenuated. I have to.

特開2011−59040号公報JP 2011-59040 A

上記した特許文献1に記載されているように、不要振動は、本来可動部を振動させたい方向以外の方向に振動するものであり、この不要振動によって検出信号にノイズが付加され、振動型角速度センサの検出精度を低下させている。特許文献1に示されるように、補正電極によって逆位相の補正信号を取り出して検出信号から不要信号を減衰することができたとしても、不要振動を抑制することができないため、不要振動自体を抑制することが望まれる。   As described in Patent Document 1 described above, unnecessary vibrations vibrate in a direction other than the direction in which the movable part is originally intended to vibrate, and noise is added to the detection signal due to the unnecessary vibrations, so that the vibration-type angular velocity is increased. The detection accuracy of the sensor is lowered. As shown in Patent Document 1, even if the correction signal with the opposite phase is extracted by the correction electrode and the unnecessary signal can be attenuated from the detection signal, the unnecessary vibration cannot be suppressed, so the unnecessary vibration itself is suppressed. It is desirable to do.

また、従来では、可動部の剛性向上や周波数設計によって不要振動が生じ難くなるようにすることも行われているが、不要振動の方向や大きさが変わるような場合、つまりゆらぎを持つ場合には対応できない。   Conventionally, unnecessary vibrations have been made less likely to occur by improving the rigidity of the movable part or designing the frequency, but if the direction and magnitude of the unnecessary vibrations change, that is, if they have fluctuations. Can not respond.

そこで、本発明者らは、不要振動を抑制することが可能な振動型角速度センサとして、以下のように構成される振動型角速度センサについて試作検討を行った。この振動型角速度センサは、センサ構造体が構成される基板の平面上における一方向をx軸、それに対する垂直方向をy軸、基板の平面に対する法線方向をz軸として、センサ構造体をxy平面上に構成し、z軸方向の不要振動を抑制する機能を備えている。   Therefore, the inventors have made a trial examination of a vibration type angular velocity sensor configured as follows as a vibration type angular velocity sensor capable of suppressing unnecessary vibration. In this vibration type angular velocity sensor, an xy direction is defined as one direction on the plane of the substrate on which the sensor structure is formed, a y-axis is defined as a direction perpendicular thereto, and a z-axis is defined as a normal direction relative to the plane of the substrate. It is configured on a plane and has a function of suppressing unnecessary vibration in the z-axis direction.

例えば、基板に含まれる半導体層をパターニングすることで固定部と可動部を形成すると共に、可動部を支持する検出梁や駆動梁を含む梁部を形成することでセンサ構造体を形成し、上記した振動型角速度センサを構成している。   For example, the semiconductor layer included in the substrate is patterned to form the fixed portion and the movable portion, and the sensor structure is formed by forming the beam portion including the detection beam and the drive beam that supports the movable portion. The vibration type angular velocity sensor is configured.

具体的には、固定部を中心としてy軸方向に検出梁を延設すると共に、固定部を挟んでx軸方向の両側に可動部となる駆動錘と検出錘を兼ねる駆動兼検出用錘を配置し、駆動兼検出用錘を中心としてy軸方向に駆動梁を延設している。そして、検出梁のうち固定部と反対側の先端および駆動梁のうち駆動兼検出用錘と反対側の先端を支持部材で連結し、駆動梁と支持部材および駆動兼検出用錘によって四角形の枠体を構成している。駆動梁には電圧印加に基づいて駆動梁と共に駆動兼検出用錘をx軸方向に駆動振動させる駆動部と、電圧印加に基づいてz軸方向への不要振動を抑制するための制御部を配置している。また、検出梁には角速度印加時における検出梁の変位を電気的に取り出すことで角速度検出を行う検出部を配置している。   Specifically, the detection beam is extended in the y-axis direction with the fixed portion as the center, and the drive weight and the detection weight serving as the movable weight and the detection weight are provided on both sides in the x-axis direction with the fixed portion interposed therebetween. The driving beam is extended in the y-axis direction around the driving and detection weight. The tip of the detection beam opposite to the fixed portion and the tip of the drive beam opposite to the drive / detection weight are connected by a support member, and a rectangular frame is formed by the drive beam, the support member, and the drive / detection weight. Make up body. The drive beam includes a drive unit that drives and vibrates the drive and detection weight in the x-axis direction together with the drive beam based on voltage application, and a control unit that suppresses unnecessary vibration in the z-axis direction based on voltage application. doing. Further, the detection beam is provided with a detection unit that detects the angular velocity by electrically extracting the displacement of the detection beam when the angular velocity is applied.

このような構成において、角速度検出時には、駆動部に対して駆動用電圧の印加を行うことで、固定部を挟んで両側に位置する駆動梁および駆動兼検出用錘を互いに逆方向に駆動振動させる。この状態で角速度が印加されると、xy平面上において、y軸方向への移動を含む固定部を中心とした回転方向に変位する変位振動が生じる。このため、検出梁が変位し、その変位を検出梁に備えられた検出部から電気信号として取り出すことで角速度検出を行うことが可能となる。   In such a configuration, at the time of angular velocity detection, a driving voltage is applied to the driving unit to drive and vibrate the driving beams and driving / detecting weights located on both sides of the fixed unit in opposite directions. . When an angular velocity is applied in this state, a displacement vibration is generated that is displaced in the rotational direction around the fixed portion including movement in the y-axis direction on the xy plane. For this reason, it is possible to detect the angular velocity by displacing the detection beam and taking out the displacement as an electrical signal from the detection unit provided in the detection beam.

また、z軸方向において不要振動が発生したときには、制御部に対して不要振動を抑制するための電圧を印加し、不要振動と逆位相の振動を発生させることで、不要振動を打ち消す。これにより、不要振動を抑制することが可能となる。このように不要振動をフィードバックし、不要振動を打ち消すように制御部を駆動して振動を発生させることができることから、不要振動の方向や大きさが変わったとしても、それに対応することも可能となる。   In addition, when unnecessary vibration occurs in the z-axis direction, a voltage for suppressing unnecessary vibration is applied to the control unit to generate vibration having an opposite phase to the unnecessary vibration, thereby canceling the unnecessary vibration. Thereby, unnecessary vibration can be suppressed. In this way, unnecessary vibrations can be fed back and the control unit can be driven to cancel the unnecessary vibrations, so that even if the direction and magnitude of the unnecessary vibrations change, it is possible to respond to them. Become.

しかしながら、このような構成において不要振動を的確に抑制するためには、z軸方向に生じる不要振動をx軸方向に生じる駆動振動やx軸およびy軸方向に生じる検出振動から分離することが重要である。つまり、振動の軸を分離してz軸方向の不要振動を的確に検出できるようにすることが必要となる。   However, in order to suppress unnecessary vibrations accurately in such a configuration, it is important to separate unnecessary vibrations generated in the z-axis direction from drive vibrations generated in the x-axis direction and detected vibrations generated in the x-axis and y-axis directions. It is. That is, it is necessary to separate the vibration axis so that the unnecessary vibration in the z-axis direction can be accurately detected.

なお、ここでは不要振動を抑制するために、駆動梁に対して制御部を備えた構造とする場合を例に挙げたが、不要振動の抑制については他の形態もあるし、角速度の検出信号から不要振動成分を取り除いて角速度検出の精度を高めることも可能である。これらのいずれの形態を適用する場合にも、不要振動を的確に検出することが重要である。   Here, in order to suppress unnecessary vibration, the case where the structure is provided with a control unit for the driving beam has been described as an example, but there are other forms for suppressing unnecessary vibration, and an angular velocity detection signal is provided. It is also possible to improve the accuracy of angular velocity detection by removing unnecessary vibration components. When any of these forms is applied, it is important to accurately detect unnecessary vibrations.

本発明は上記点に鑑みて、振動型角速度センサに発生する振動の軸を分離して、不要振動を的確に検出できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to separate the vibration axes generated in the vibration-type angular velocity sensor so as to accurately detect unnecessary vibrations.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明にかかる振動型角速度センサでは、基板(1)に対して固定された固定部(20、100)と、駆動錘(31、32、122)および検出錘(31、32、121)とを有する可動部(30、120)と、駆動錘を基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ固定部に対して支持する駆動梁(42、114)、および、検出錘を基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ固定部に対して支持する検出梁(41、113)を有する梁部(40、110)と、を備え、駆動錘を基板の平面上における一方向に駆動振動させ、角速度の印加に伴って検出錘が基板の平面上において一方向に対する垂直方向にも振動することに基づき角速度検出を行う。   In order to achieve the above object, in the vibration type angular velocity sensor according to the first aspect of the present invention, a fixed portion (20, 100) fixed to the substrate (1) and a drive weight (31, 32, 122). And a movable portion (30, 120) having a detection weight (31, 32, 121) and a driving beam (42, 42) that supports the fixed weight while allowing the driving weight to move on a plane parallel to the plane of the substrate. 114) and a beam portion (40, 110) having a detection beam (41, 113) that supports the fixed portion while allowing the detection weight to move on a plane parallel to the plane of the substrate. The angular velocity is detected based on the fact that the weight is driven and vibrated in one direction on the plane of the substrate, and the detected weight vibrates in the direction perpendicular to the one direction on the plane of the substrate as the angular velocity is applied.

このような構成において、駆動錘を駆動振動させる駆動部(51、131)と、角速度の印加に伴う検出梁の変位を検出する検出素子(53、133)と、振動方向をx軸方向、基板の平面と平行な平面上におけるx軸方向に対する垂直方向をy軸方向、x軸方向およびy軸方向に対する垂直方向をz軸方向として、駆動錘のx軸方向の振動を検出するx軸振動検出部(61、65、141、145)、駆動錘のy軸方向の振動を検出するy軸振動検出部(62、67、142、147)、および、駆動錘のz軸方向の振動を検出するz軸振動検出部(63、143)を備えた不要振動検出部(60、140)と、を有していることを特徴としている。   In such a configuration, the drive units (51, 131) that drive and vibrate the drive weight, the detection elements (53, 133) that detect displacement of the detection beam accompanying application of the angular velocity, the vibration direction is the x-axis direction, the substrate X-axis vibration detection that detects vibration in the x-axis direction of the drive weight, with the vertical direction with respect to the x-axis direction on the plane parallel to the plane as the y-axis direction and the vertical direction with respect to the x-axis direction and the y-axis direction as the z-axis direction Unit (61, 65, 141, 145), y-axis vibration detection unit (62, 67, 142, 147) for detecting vibration in the y-axis direction of the driving weight, and vibration in the z-axis direction of the driving weight. and an unnecessary vibration detector (60, 140) including a z-axis vibration detector (63, 143).

このように、x軸振動検出部、y軸振動検出部およびz軸振動検出部を備えた不要振動検出部を備えている。このような構成では、駆動錘のx軸方向の振動をx軸振動検出部にて検出すると共に、y軸方向の振動をy軸振動検出部にて検出し、z軸方向の振動からx軸方向およびy軸方向の振動に基づいて発生しているz軸方向の振動成分を除去することができる。これにより、z軸方向の振動に含まれる不要振動成分を抽出することが可能となる。したがって、振動型角速度センサに発生する振動の軸を分離して、不要振動を的確に検出することが可能となる。   Thus, the unnecessary vibration detection part provided with the x-axis vibration detection part, the y-axis vibration detection part, and the z-axis vibration detection part is provided. In such a configuration, the vibration in the x-axis direction of the drive weight is detected by the x-axis vibration detection unit, the vibration in the y-axis direction is detected by the y-axis vibration detection unit, and the x-axis vibration is detected from the vibration in the z-axis direction. The vibration component in the z-axis direction generated based on the vibration in the direction and the y-axis direction can be removed. This makes it possible to extract unnecessary vibration components included in the vibration in the z-axis direction. Therefore, it is possible to accurately detect unnecessary vibration by separating the axis of vibration generated in 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実施形態にかかる振動型角速度センサの上面図である。It is a top view of a vibration type angular velocity sensor concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1に示す振動型角速度センサの斜視図である。It is a perspective view of the vibration type angular velocity sensor shown in FIG. 図1におけるIII−III’断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III ′ in FIG. 1. 図1におけるIV−IV’断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV ′ in FIG. 1. 図1における二点鎖線で囲んだ領域の詳細拡大図である。It is a detailed enlarged view of the area | region enclosed with the dashed-two dotted line in FIG. 図5中VI−VI’断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI ′ in FIG. 5. 図1に示す振動型角速度センサの駆動振動時の様子を示した上面図である。It is the top view which showed the mode at the time of the drive vibration of the vibration type angular velocity sensor shown in FIG. 図1に示す振動型角速度センサの角速度印加時の様子を示した上面図である。It is the top view which showed the mode at the time of the angular velocity application of the vibration type angular velocity sensor shown in FIG. 第2実施形態で説明する振動型角速度センサの断面図である。It is sectional drawing of the vibration type angular velocity sensor demonstrated in 2nd Embodiment. 図9に示す振動型角速度センサの製造工程を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing process of the vibration type angular velocity sensor shown in FIG. 図10に続く振動型角速度センサの製造工程を示した図である。It is the figure which showed the manufacturing process of the vibration type angular velocity sensor following FIG. 図11に続く振動型角速度センサの製造工程を示した図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a manufacturing process of the vibration type angular velocity sensor subsequent to FIG. 11. 本発明の第3実施形態にかかる振動型角速度センサの斜視図である。It is a perspective view of a vibration type angular velocity sensor concerning a 3rd embodiment of the present invention. 図13における二点鎖線で囲んだ領域の詳細拡大図である。It is a detailed enlarged view of the area | region enclosed with the dashed-two dotted line in FIG. 他の実施形態で説明する不要振動検出部60の構成例の一例を示した拡大図である。It is the enlarged view which showed an example of the structural example of the unnecessary vibration detection part 60 demonstrated by other embodiment. 他の実施形態で説明する不要振動検出部60の構成例の一例を示した拡大図である。It is the enlarged view which showed an example of the structural example of the unnecessary vibration detection part 60 demonstrated by other embodiment.

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)
本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態で説明する振動型角速度センサ(ジャイロセンサ)は、物理量として角速度を検出するためのセンサであり、例えば車両の上下方向に平行な中心線周りの回転角速度の検出に用いられるが、勿論、振動型角速度センサを車両用以外に適用することもできる。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. The vibration type angular velocity sensor (gyro sensor) described in the present embodiment is a sensor for detecting an angular velocity as a physical quantity, and is used for detecting a rotational angular velocity around a center line parallel to the vertical direction of the vehicle, for example. Further, the vibration type angular velocity sensor can be applied to other than the vehicle.

以下、図1〜図8を参照して、本実施形態にかかる振動型角速度センサについて説明する。なお、図1および図2では、図面を簡略化してあるが、図1の二点鎖線で囲んだ部分を拡大すると、図5に示す構造になっている。   Hereinafter, the vibration type angular velocity sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In FIGS. 1 and 2, the drawings are simplified, but when a portion surrounded by a two-dot chain line in FIG. 1 is enlarged, the structure shown in FIG. 5 is obtained.

振動型角速度センサは、図1中のxy平面が車両水平方向に向けられ、z軸方向が車両の上下方向と一致するようにして車両に搭載される。振動型角速度センサは、板状の基板10を用いて形成されている。本実施形態では、基板10は、支持基板11と半導体層12とで犠牲層となる埋込酸化膜13を挟み込んだ構造とされたSOI(Silicon on insulator)基板にて構成されている。この基板10の平面の一方向がx軸、この平面上におけるx軸に対する垂直方向がy軸、この平面の法線方向かつx軸およびy軸に対する垂直方向がz軸となり、この基板10の平面がxy平面と平行な平面をなしている。このような基板10を用いて振動型角速度センサが構成されており、図2に示すように、例えば半導体層12側をセンサ構造体のパターンにエッチングしたのち埋込酸化膜13を部分的に除去し、センサ構造体の一部をリリースすることで構成されている。なお、図中では支持基板11を簡略化して記載してあるが、実際には平面板状で構成されている。また、図2は断面図ではないが、図を見やすくするために、支持基板11および埋込酸化膜13にハッチングを示してある。   The vibration type angular velocity sensor is mounted on the vehicle such that the xy plane in FIG. 1 is oriented in the horizontal direction of the vehicle and the z-axis direction coincides with the vertical direction of the vehicle. The vibration type angular velocity sensor is formed using a plate-like substrate 10. In the present embodiment, the substrate 10 is configured by an SOI (Silicon on insulator) substrate having a structure in which a buried oxide film 13 that is a sacrificial layer is sandwiched between a support substrate 11 and a semiconductor layer 12. One direction of the plane of the substrate 10 is the x-axis, the direction perpendicular to the x-axis on the plane is the y-axis, and the normal direction of the plane and the direction perpendicular to the x-axis and the y-axis are the z-axis. Is a plane parallel to the xy plane. A vibration type angular velocity sensor is configured using such a substrate 10 and, as shown in FIG. 2, for example, the buried oxide film 13 is partially removed after the semiconductor layer 12 side is etched into the pattern of the sensor structure. And it is comprised by releasing a part of sensor structure. Although the support substrate 11 is simplified in the drawing, it is actually configured as a flat plate. Although FIG. 2 is not a cross-sectional view, hatching is shown in the support substrate 11 and the buried oxide film 13 in order to make the drawing easy to see.

半導体層12は、固定部20と可動部30および梁部40とにパターニングされている。固定部20は、図2に示すように、少なくともその裏面の一部に埋込酸化膜13が残されており、支持基板11からリリースされることなく、埋込酸化膜13を介して支持基板11に固定された状態とされている。可動部30および梁部40は、振動型角速度センサにおける振動子を構成するものである。可動部30は、その裏面側において埋込酸化膜13が除去されており、支持基板11からリリースされている。梁部40は、可動部30を支持すると共に角速度検出を行うために可動部30をx軸方向およびy軸方向において変位させるものである。これら固定部20と可動部30および梁部40の具体的な構造を説明する。   The semiconductor layer 12 is patterned into the fixed portion 20, the movable portion 30 and the beam portion 40. As shown in FIG. 2, the fixed portion 20 has the buried oxide film 13 left at least on a part of the back surface thereof, and is not released from the support substrate 11, but is supported via the buried oxide film 13. 11 is fixed. The movable portion 30 and the beam portion 40 constitute a vibrator in the vibration type angular velocity sensor. The movable portion 30 is released from the support substrate 11 from which the buried oxide film 13 is removed on the back surface side. The beam portion 40 supports the movable portion 30 and displaces the movable portion 30 in the x-axis direction and the y-axis direction in order to detect angular velocity. Specific structures of the fixed portion 20, the movable portion 30, and the beam portion 40 will be described.

固定部20は、可動部30を支持すると共に、図示しないが駆動用電圧の印加用のパッドや角速度検出に用いられる検出信号の取り出し用のパッドが形成される部分である。本実施形態では、これら各機能を1つの固定部20によって実現しているが、例えば可動部30を支持するための支持用固定部、駆動用電圧が印加される駆動用固定部、角速度検出に用いられる検出用固定部に分割した構成とされても良い。その場合、例えば図1に示した固定部20を支持固定部とし、支持固定部に連結されるように駆動用固定部と検出用固定部を備え、駆動用固定部に駆動用電圧の印加用のパッドを備えると共に検出用固定部に検出信号取り出し用のパッドを備えればよい。   The fixed portion 20 is a portion that supports the movable portion 30 and is formed with a pad for applying a driving voltage and a pad for taking out a detection signal used for angular velocity detection (not shown). In the present embodiment, each of these functions is realized by a single fixed unit 20, but for example, a support fixed unit for supporting the movable unit 30, a drive fixed unit to which a drive voltage is applied, and angular velocity detection. It may be configured to be divided into detection fixing parts to be used. In this case, for example, the fixing unit 20 shown in FIG. 1 is used as a support fixing unit, and a driving fixing unit and a detection fixing unit are provided so as to be connected to the supporting fixing unit, and a driving voltage is applied to the driving fixing unit. And a detection signal extraction pad may be provided in the detection fixing portion.

具体的には、固定部20は、例えば上面形状が四角形で構成されており、相対する二辺の中央部に梁部40における後述する検出梁41が連結された構造とされている。固定部20の下方には埋込酸化膜13が残されており、埋込酸化膜13を介して固定部20が支持基板11に固定されている。   Specifically, the fixed portion 20 has, for example, a quadrangular upper surface shape, and has a structure in which a detection beam 41 (to be described later) in the beam portion 40 is connected to the center portion of two opposite sides. The buried oxide film 13 is left below the fixed portion 20, and the fixed portion 20 is fixed to the support substrate 11 through the buried oxide film 13.

可動部30は、角速度印加に応じて変位する部分であり、駆動用電圧の印加によって駆動振動させられる駆動用錘と駆動振動時に角速度が印加されたときにその角速度に応じて振動させられる検出用錘とを有した構成とされる。本実施形態の場合、可動部30として、駆動用錘と検出用錘の役割を同じ錘によって担う駆動兼検出用錘31、32が備えられている。駆動兼検出用錘31、32は、x軸方向において、固定部20を挟んだ両側に配置されており、固定部20から等間隔の場所に配置されている。各駆動兼検出用錘31、32は、同寸法(同質量)で構成され、本実施形態の場合、上面形状が四角形で構成されている。そして、各駆動兼検出用錘31、32は、それぞれ相対する二辺において梁部40に備えられる後述する駆動梁42に連結させられることで、両持ち支持されている。各駆動兼検出用錘31、32の下方においては、埋込酸化膜13が除去されており、支持基板11から各駆動兼検出用錘31、32がリリースされている。このため、各駆動兼検出用錘31、32は、駆動梁42の変形によってx軸方向に駆動振動可能とされ、角速度印加の際には駆動梁42などの変形によってy軸方向を含む固定部20を中心とした回転方向へも振動可能とされている。   The movable portion 30 is a portion that is displaced in response to the application of the angular velocity, and a detection weight that is vibrated according to the angular velocity when the angular velocity is applied during the driving vibration and a driving weight that is driven and vibrated by the application of the driving voltage. The configuration includes a weight. In the case of the present embodiment, as the movable portion 30, drive and detection weights 31, 32 that serve as a drive weight and a detection weight by the same weight are provided. The drive and detection weights 31 and 32 are disposed on both sides of the fixed portion 20 in the x-axis direction, and are disposed at equal intervals from the fixed portion 20. Each of the driving and detection weights 31 and 32 is configured with the same size (the same mass), and in the case of the present embodiment, the upper surface shape is configured with a quadrangle. Each of the drive / detection weights 31 and 32 is supported at both ends by being connected to a drive beam 42 (described later) provided in the beam portion 40 at two opposite sides. Under the driving and detection weights 31 and 32, the buried oxide film 13 is removed, and the driving and detection weights 31 and 32 are released from the support substrate 11. For this reason, each of the driving and detecting weights 31 and 32 can be driven to vibrate in the x-axis direction by deformation of the driving beam 42, and when the angular velocity is applied, the fixed portion including the y-axis direction by deformation of the driving beam 42 and the like. It is also possible to vibrate in the direction of rotation about 20.

また、本実施形態では、駆動兼検出用錘31、32およびその周囲に、振動型角速度センサに生じた不要振動を的確に検出できる不要振動検出部60を備えている(図5参照)。この不要振動検出部60の構造については後述する。   Further, in the present embodiment, the unnecessary vibration detection unit 60 that can accurately detect the unnecessary vibration generated in the vibration type angular velocity sensor is provided around the driving and detection weights 31 and 32 (see FIG. 5). The structure of the unnecessary vibration detector 60 will be described later.

梁部40は、検出梁41と、駆動梁42および支持部材43を有した構成とされている。   The beam portion 40 is configured to include a detection beam 41, a drive beam 42, and a support member 43.

検出梁41は、固定部20と支持部材43とを連結するy軸方向に延設された直線状の梁とされている。検出梁41のx軸方向の寸法は、z軸方向の寸法よりも薄くされており、x軸方向に変形可能とされている。   The detection beam 41 is a linear beam extending in the y-axis direction that connects the fixed portion 20 and the support member 43. The dimension of the detection beam 41 in the x-axis direction is thinner than the dimension in the z-axis direction, and can be deformed in the x-axis direction.

駆動梁42は、駆動兼検出用錘31、32と支持部材43とを連結するy軸方向、つまり検出梁41と平行な方向に延設された直線状の梁とされている。各駆動兼検出用錘31、32に備えられた駆動梁42から検出梁41までは等距離とされている。駆動梁42のx軸方向の寸法も、z軸方向の寸法よりも薄くされており、x軸方向に変形可能とされている。これにより、駆動兼検出用錘31、32をxy平面状において変位可能としている。   The drive beam 42 is a linear beam extending in the y-axis direction connecting the drive and detection weights 31 and 32 and the support member 43, that is, in a direction parallel to the detection beam 41. The driving beam 42 provided on each of the driving and detection weights 31 and 32 and the detection beam 41 are equidistant. The dimension of the drive beam 42 in the x-axis direction is also thinner than the dimension in the z-axis direction, and can be deformed in the x-axis direction. Thereby, the drive and detection weights 31 and 32 can be displaced in the xy plane.

支持部材43は、x軸方向に延設された直線状の部材とされ、支持部材43の中心位置において検出梁41が連結されており、両端位置において各駆動梁42が連結されている。支持部材43は、y軸方向の寸法が検出梁41や駆動梁42におけるx軸方向の寸法よりも大きくされている。このため、駆動振動時には駆動梁42が主に変形し、角速度印加時には検出梁41および駆動梁42が主に変形するようになっている。   The support member 43 is a linear member extending in the x-axis direction, and the detection beam 41 is connected at the center position of the support member 43, and the drive beams 42 are connected at both end positions. The support member 43 has a dimension in the y-axis direction larger than a dimension in the x-axis direction of the detection beam 41 and the drive beam 42. For this reason, the driving beam 42 is mainly deformed during driving vibration, and the detection beam 41 and the driving beam 42 are mainly deformed when the angular velocity is applied.

このような構造により、駆動梁42と支持部材43および駆動兼検出用錘31、32によって上面形状が四角形の枠体が構成され、その内側に検出梁41および固定部20が配置された振動型角速度センサが構成されている。   With such a structure, the drive beam 42, the support member 43, and the drive / detection weights 31 and 32 form a frame having a quadrangular upper surface shape, and the vibration beam type in which the detection beam 41 and the fixing portion 20 are disposed inside thereof. An angular velocity sensor is configured.

さらに、駆動梁42には、図1および図3に示すように駆動部51が形成されていると共に制御部52が形成されており、検出梁41には、図4に示すように、振動検出部53が形成されている。これら駆動部51、制御部52および振動検出部53が外部に備えられた図示しない制御装置に電気的に接続されることで、振動型角速度センサの駆動が行われるようになっている。   Further, the drive beam 42 is formed with a drive unit 51 and a control unit 52 as shown in FIGS. 1 and 3, and the detection beam 41 is detected with vibration as shown in FIG. A portion 53 is formed. The drive type 51, the control unit 52, and the vibration detection unit 53 are electrically connected to a control device (not shown) provided outside, so that the vibration type angular velocity sensor is driven.

駆動部51は、図1に示すように、各駆動梁42のうち支持部材43との連結部近傍に備えられており、各場所に2本ずつ所定距離を空けて配置され、y軸方向に延設されている。図3に示すように、駆動部51は、駆動梁42を構成する半導体層12の表面に下層電極51aと駆動用薄膜51bおよび上層電極51cが順に積層された構造とされている。下層電極51aおよび上層電極51cは、例えばAl電極などによって構成されている。これら下層電極51aおよび上層電極51cは、図1に示した支持部材43および検出梁41を経て固定部20まで引き出された配線部51d、51e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、駆動用薄膜51bは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)膜によって構成されている。   As shown in FIG. 1, the drive unit 51 is provided in the vicinity of the connection portion of each drive beam 42 to the support member 43, and two drive units 51 are arranged at a predetermined distance from each other in the y-axis direction. It is extended. As shown in FIG. 3, the driving unit 51 has a structure in which a lower layer electrode 51a, a driving thin film 51b, and an upper layer electrode 51c are sequentially stacked on the surface of the semiconductor layer 12 constituting the driving beam. The lower layer electrode 51a and the upper layer electrode 51c are composed of, for example, an Al electrode. The lower layer electrode 51a and the upper layer electrode 51c are connected to a pad or GND for applying a driving voltage (not shown) through the wiring members 51d and 51e drawn out to the fixing unit 20 through the support member 43 and the detection beam 41 shown in FIG. It is connected to the pad for connection. The driving thin film 51b is made of, for example, a lead zirconate titanate (PZT) film.

このような構成において、下層電極51aと上層電極51c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薄膜51bを変位させ、駆動梁42を強制振動させることで駆動兼検出用錘31、32をx軸方向に沿って駆動振動させる。例えば、各駆動梁42のx軸方向の両端側に1本ずつ駆動部51を備えるようにし、一方の駆動部51の駆動用薄膜51bを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部51の駆動用薄膜51bを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部51に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘31、32をx軸方向に沿って駆動振動させている。   In such a configuration, by generating a potential difference between the lower layer electrode 51a and the upper layer electrode 51c, the driving thin film 51b sandwiched therebetween is displaced, and the driving beam 42 is forcibly vibrated, thereby driving and driving. The detection weights 31 and 32 are driven to vibrate along the x-axis direction. For example, one drive unit 51 is provided at each end in the x-axis direction of each drive beam 42, and the drive thin film 51b of one drive unit 51 is displaced by a compressive stress and the other drive unit 51 is driven. The thin film 51b is displaced by tensile stress. Such voltage application is alternately and repeatedly performed on each drive unit 51, thereby driving and detecting weights 31 and 32 to be driven to vibrate along the x-axis direction.

制御部52は、図1および図3に示すように、各駆動梁42のうち支持部材43との連結部近傍に備えられており、当該場所に2本ずつ配置された駆動部51の間において、各駆動部51から所定距離空けて配置され、y軸方向に延設されている。図3に示すように、制御部52は、駆動梁42を構成する半導体層12の表面に下層電極52aと制御用薄膜52bおよび上層電極52cが順に積層された構造とされている。下層電極52aおよび上層電極52cや制御用薄膜52bは、それぞれ、駆動部51を構成する下層電極51aおよび上層電極51cや駆動用薄膜51bと同様の構成とされている。下層電極52aおよび上層電極52cは、図1に示した支持部材43および検出梁41を経て固定部20まで引き出された配線部52d、52eを通じて、図示しない制御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。   As shown in FIGS. 1 and 3, the control unit 52 is provided in the vicinity of the connecting portion with the support member 43 among the drive beams 42, and between the two drive units 51 arranged at each location. These are disposed at a predetermined distance from each drive unit 51 and extend in the y-axis direction. As shown in FIG. 3, the control unit 52 has a structure in which a lower layer electrode 52 a, a control thin film 52 b, and an upper layer electrode 52 c are sequentially stacked on the surface of the semiconductor layer 12 constituting the drive beam 42. The lower layer electrode 52a, the upper layer electrode 52c, and the control thin film 52b have the same configuration as the lower layer electrode 51a, the upper layer electrode 51c, and the driving thin film 51b that constitute the driving unit 51, respectively. The lower layer electrode 52a and the upper layer electrode 52c are connected to a pad or GND connection for applying a control voltage (not shown) through the wiring parts 52d and 52e drawn to the fixing part 20 through the support member 43 and the detection beam 41 shown in FIG. Is connected to the pad.

このような構成において、下層電極52aと上層電極52c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制御用薄膜52bを変位させ、駆動梁42に対して所望の振動を印加できる。これにより、駆動兼検出用錘31、32の振動を制御でき、不要振動を抑制する振動を印加することが可能となっている。   In such a configuration, by generating a potential difference between the lower layer electrode 52a and the upper layer electrode 52c, the control thin film 52b sandwiched therebetween is displaced, and a desired vibration is applied to the drive beam 42. it can. Thereby, it is possible to control the vibrations of the drive and detection weights 31 and 32 and to apply vibrations that suppress unnecessary vibrations.

振動検出部53は、図1および図4に示すように、検出梁41のうちの固定部20との連結部近傍に備えられており、検出梁41におけるx軸方向の両側それぞれに設けられ、y軸方向に延設されている。図4に示すように、振動検出部53は、検出梁41を構成する半導体層12の表面に下層電極53aと検出用薄膜53bおよび上層電極53cが順に積層された構造とされている。下層電極53aおよび上層電極53cや検出用薄膜53bは、それぞれ、振動検出部53を構成する下層電極51aおよび上層電極51cや駆動用薄膜51bと同様の構成とされている。下層電極53aおよび上層電極53cは、図1に示した固定部20まで引き出された配線部53d、53e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。   As shown in FIGS. 1 and 4, the vibration detection unit 53 is provided in the vicinity of the connection portion of the detection beam 41 with the fixed unit 20, and is provided on each side of the detection beam 41 in the x-axis direction. It extends in the y-axis direction. As shown in FIG. 4, the vibration detection unit 53 has a structure in which a lower layer electrode 53a, a detection thin film 53b, and an upper layer electrode 53c are sequentially stacked on the surface of the semiconductor layer 12 constituting the detection beam 41. The lower layer electrode 53a, the upper layer electrode 53c, and the detection thin film 53b have the same configuration as the lower layer electrode 51a, the upper layer electrode 51c, and the driving thin film 51b that constitute the vibration detection unit 53, respectively. The lower layer electrode 53a and the upper layer electrode 53c are connected to a detection signal output pad (not shown) through the wiring portions 53d and 53e drawn to the fixing portion 20 shown in FIG.

このように構成された振動型角速度センサでは、角速度の印加に伴って検出梁41が変位すると、それに伴って検出用薄膜53bが変形する。これにより、例えば下層電極53aと上層電極53c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。   In the vibration type angular velocity sensor configured as described above, when the detection beam 41 is displaced as the angular velocity is applied, the detection thin film 53b is deformed accordingly. As a result, 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 53a and the upper layer electrode 53c 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).

また、駆動兼検出用錘31、32およびその周囲には、図5および図6に示したように不要振動検出部60が備えられている。この不要振動検出部60の詳細構造について説明する。なお、図5および図6では、駆動兼検出用錘32およびその周囲に備えられる不要振動検出部60を示しているが、駆動兼検出用錘31およびその周囲にも同様の構造のものが備えられている。   Further, as shown in FIGS. 5 and 6, an unnecessary vibration detecting unit 60 is provided around the driving and detecting weights 31 and 32 and the periphery thereof. The detailed structure of the unnecessary vibration detection unit 60 will be described. 5 and 6 show the drive / detection weight 32 and the unnecessary vibration detector 60 provided around the drive / detection weight 32, the drive / detection weight 31 and the periphery thereof have the same structure. It has been.

図5に示すように、駆動兼検出用錘32は、四角形で構成されており、x軸と平行な相対する二辺において駆動梁42に連結されている。この駆動兼検出用錘32のうち駆動梁42と連結されている部位の両側において、x軸と平行な辺からy軸方向に沿って複数の可動櫛歯電極61が形成されている。また、駆動兼検出用錘32のうちy軸と平行な相対する二辺それぞれにもx軸方向に沿って複数の可動櫛歯電極62が形成されている。そして、駆動兼検出用錘32のうち駆動梁42と連結されている部位は、x軸方向において幅広とされており、この表面にz軸振動検出部63が形成されている。z軸振動検出部63は、図6に示すように、半導体層12の表面に下層電極63aと圧電膜によって構成された検出用薄膜63bおよび上層電極63cが順に積層された構造とされている。これら下層電極63aと圧電膜によって構成された検出用薄膜61bおよび上層電極63cは、それぞれ、駆動部51を構成する下層電極51aおよび上層電極51cや駆動用薄膜51bと同様の構成とされている。   As shown in FIG. 5, the drive / detection weight 32 has a quadrangular shape and is connected to the drive beam 42 at two opposite sides parallel to the x-axis. A plurality of movable comb electrodes 61 are formed along the y-axis direction from the side parallel to the x-axis on both sides of the portion connected to the drive beam 42 in the drive / detection weight 32. Also, a plurality of movable comb electrodes 62 are formed along the x-axis direction on each of two opposite sides parallel to the y-axis of the drive / detection weight 32. A portion of the drive / detection weight 32 connected to the drive beam 42 is wide in the x-axis direction, and a z-axis vibration detection unit 63 is formed on the surface thereof. As shown in FIG. 6, the z-axis vibration detection unit 63 has a structure in which a lower layer electrode 63 a and a detection thin film 63 b formed of a piezoelectric film and an upper layer electrode 63 c are sequentially stacked on the surface of the semiconductor layer 12. The detection thin film 61b and the upper layer electrode 63c configured by the lower layer electrode 63a and the piezoelectric film have the same configurations as the lower layer electrode 51a and the upper layer electrode 51c and the drive thin film 51b that configure the drive unit 51, respectively.

一方、駆動兼検出用錘32のうちx軸と平行な辺と対向する位置には、櫛歯固定部64が形成されており、この櫛歯固定部64には複数の可動櫛歯電極61と対向する固定櫛歯電極65が形成されている。また、駆動兼検出用錘32のうちy軸と平行な辺と対向する位置には、櫛歯固定部66が形成されており、この櫛歯固定部66には複数の可動櫛歯電極62と対向する固定櫛歯電極67が形成されている。   On the other hand, a comb fixing portion 64 is formed at a position facing the side parallel to the x-axis in the driving / detecting weight 32, and the comb fixing portion 64 includes a plurality of movable comb electrodes 61 and Opposing fixed comb electrodes 65 are formed. Further, a comb fixing portion 66 is formed at a position facing the side parallel to the y-axis in the driving and detecting weight 32, and the comb fixing portion 66 includes a plurality of movable comb electrodes 62 and Opposing fixed comb electrodes 67 are formed.

これらのうち、可動櫛歯電極61と固定櫛歯電極65とが、駆動兼検出用錘32におけるx軸方向の振動を検出するx軸振動検出部として機能する。可動櫛歯電極62と固定櫛歯電極67とが、駆動兼検出用錘32におけるy軸方向の振動を検出するy軸振動検出部として機能する。   Among these, the movable comb electrode 61 and the fixed comb electrode 65 function as an x-axis vibration detection unit that detects vibration in the x-axis direction of the driving and detection weight 32. The movable comb electrode 62 and the fixed comb electrode 67 function as a y-axis vibration detection unit that detects vibration in the y-axis direction of the driving and detection weight 32.

具体的には、図中には記載していないが、櫛歯固定部64、66は、例えば支持基板11を通じて制御装置に引き出される配線部と電気的に接続されている。可動櫛歯電極61、62は駆動兼検出用錘32に電気的に接続されており、駆動兼検出用錘32は、駆動梁42や支持部材43および検出梁41を通じて固定部20に引き出された配線を通じて制御装置に電気的に接続されている。また、z軸振動検出部63における下層電極63aおよび上部電極63cは、駆動梁42や支持部材43および検出梁41を通じて固定部20に引き出された配線を通じて制御装置に電気的に接続されている。   Specifically, although not shown in the drawing, the comb-tooth fixing portions 64 and 66 are electrically connected to a wiring portion drawn out to the control device through the support substrate 11, for example. The movable comb electrodes 61 and 62 are electrically connected to the drive / detection weight 32, and the drive / detection weight 32 is drawn out to the fixed portion 20 through the drive beam 42, the support member 43, and the detection beam 41. It is electrically connected to the control device through wiring. In addition, the lower layer electrode 63 a and the upper electrode 63 c in the z-axis vibration detection unit 63 are electrically connected to the control device through wiring drawn out to the fixed unit 20 through the drive beam 42, the support member 43, and the detection beam 41.

そして、駆動兼検出用錘32がx軸方向に振動すると、櫛歯固定部64を通じて可動櫛歯電極61と固定櫛歯電極65との間に構成される容量変化が制御装置に出力される。また、駆動兼検出用錘32がy軸方向に振動すると、櫛歯固定部66を通じて可動櫛歯電極62と固定櫛歯電極67との間に構成される容量変化が制御装置に出力される。同様に、駆動兼検出用錘32がz軸方向に振動すると、検出用薄膜63bが変位し、下層電極63aおよび上層電極63cの間の電気信号が変化することから、それが制御装置に出力される。このようにして、x、y、z振動駆動部それぞれにより、駆動兼検出用錘32のx軸、y軸、z軸方向の振動が検知可能とされている。   When the driving / detecting weight 32 vibrates in the x-axis direction, a capacitance change formed between the movable comb electrode 61 and the fixed comb electrode 65 is output to the control device through the comb fixing portion 64. Further, when the driving and detecting weight 32 vibrates in the y-axis direction, a capacitance change configured between the movable comb electrode 62 and the fixed comb electrode 67 is output to the control device through the comb fixing portion 66. Similarly, when the drive / detection weight 32 vibrates in the z-axis direction, the detection thin film 63b is displaced, and the electrical signal between the lower layer electrode 63a and the upper layer electrode 63c changes, which is output to the control device. The In this way, the x, y, and z vibration drive units can detect vibrations in the x-axis, y-axis, and z-axis directions of the drive / detection weight 32, respectively.

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。次に、このように構成される振動型角速度センサの作動について説明する。   As described above, the vibration type angular velocity sensor according to the present embodiment is configured. Next, the operation of the vibration type angular velocity sensor configured as described above will be described.

まず、図3に示すように、駆動梁42に備えられた駆動部51に対して駆動用電圧の印加を行う。具体的には、下層電極51aと上層電極51c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薄膜51bを変位させる。そして、2本並んで設けられた2つの駆動部51のうち、一方の駆動部51の駆動用薄膜51bを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部51の駆動用薄膜51bを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部51に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘31、32をx軸方向に沿って駆動振動させる。これにより、図7に示すように、駆動梁42によって両持ち支持された駆動兼検出用錘31、32が固定部20を挟んでx軸方向において互いに逆方向に移動させられる駆動モードとなる。つまり、駆動兼検出用錘31、32が共に固定部20が近づく状態と遠ざかる状態とが繰り返されるモードとなる。   First, as shown in FIG. 3, a drive voltage is applied to the drive unit 51 provided in the drive beam 42. Specifically, by generating a potential difference between the lower layer electrode 51a and the upper layer electrode 51c, the driving thin film 51b sandwiched therebetween is displaced. Of the two driving units 51 provided side by side, the driving thin film 51b of one driving unit 51 is displaced by compressive stress and the driving thin film 51b of the other driving unit 51 is displaced by tensile stress. . Such voltage application is alternately and repeatedly performed on each drive unit 51, thereby driving and vibrating the weights 31 and 32 for driving and detection along the x-axis direction. As a result, as shown in FIG. 7, the driving and detection weights 31 and 32 supported at both ends by the driving beam 42 are moved in opposite directions in the x-axis direction with the fixed portion 20 interposed therebetween. That is, both the driving and detection weights 31 and 32 are in a mode in which the state where the fixed portion 20 approaches and the state where the fixing portion 20 moves away are repeated.

この駆動振動が行われているときに、振動型角速度センサに対して角速度、つまり固定部20を中心軸としたx軸周りの振動が印加されると、図8に示すように駆動兼検出用錘31、32がy軸方向を含む固定部20を中心とした回転方向へも振動する検出モードとなる。したがって、検出梁41も変位し、この検出梁41の変位に伴って、振動検出部53に備えられた検出用薄膜53bが変形する。これにより、例えば下層電極53aと上層電極53cとの間の電気信号が変化し、この電気信号が外部に備えられる図示しない制御装置などに入力されることで、発生した角速度を検出することが可能となる。   When this drive vibration is performed, if an angular velocity, that is, vibration around the x-axis with the fixed portion 20 as the central axis is applied to the vibration-type angular velocity sensor, as shown in FIG. In the detection mode, the weights 31 and 32 vibrate in the rotational direction around the fixed portion 20 including the y-axis direction. Accordingly, the detection beam 41 is also displaced, and the detection thin film 53 b provided in the vibration detection unit 53 is deformed along with the displacement of the detection beam 41. Thereby, for example, an electrical signal between the lower layer electrode 53a and the upper layer electrode 53c changes, and the generated angular velocity can be detected by inputting this electrical signal to a control device (not shown) provided outside. It becomes.

このような動作を行うに際し、例えば振動型角速度センサ以外の部分から伝わる振動(車両振動など)、軸配向ズレ、加工の非対称性、結晶欠陥の存在の有無など、何らかの原因でz軸方向への不要振動が発生することがある。   When performing such an operation, for example, vibration transmitted from a part other than the vibration type angular velocity sensor (vehicle vibration, etc.), axial orientation deviation, processing asymmetry, existence of crystal defects, etc. Unnecessary vibration may occur.

その場合、z軸方向への不要振動によってz軸振動検出部63に備えられた検出用薄膜63bが変形し、それに起因して下層電極63aと上層電極63bとの間の電気信号が変化する。それが駆動兼検出用錘31の不要振動を示す検出信号として外部に備えられた図示しない制御装置に入力される。   In this case, the detection thin film 63b provided in the z-axis vibration detection unit 63 is deformed by unnecessary vibration in the z-axis direction, and the electrical signal between the lower layer electrode 63a and the upper layer electrode 63b changes accordingly. This is input to a control device (not shown) provided outside as a detection signal indicating unnecessary vibration of the driving and detecting weight 31.

ただし、z軸振動検出部63に備えられた検出用薄膜63bは、駆動兼検出用錘31、32のx軸もしくはy軸方向の振動によっても変形し得る。このため、駆動兼検出用錘31、32のx軸方向の振動をx軸振動検出部にて検出すると共に、y軸方向の振動をy軸振動検出部にて検出し、z軸方向の振動からx軸方向およびy軸方向の振動に基づいて発生しているz軸方向の振動成分を除去する。これにより、z軸方向の振動に含まれる不要振動成分を抽出する。   However, the detection thin film 63b provided in the z-axis vibration detection unit 63 can be deformed by vibration in the x-axis or y-axis direction of the driving and detection weights 31 and 32. For this reason, vibrations in the x-axis direction of the drive and detection weights 31 and 32 are detected by the x-axis vibration detection unit, and vibrations in the y-axis direction are detected by the y-axis vibration detection unit. The vibration component in the z-axis direction generated based on the vibration in the x-axis direction and the y-axis direction is removed. Thereby, an unnecessary vibration component included in the vibration in the z-axis direction is extracted.

具体的には、駆動兼検出用錘31、32におけるx軸方向の振動により、x軸振動検出部を構成する可動櫛歯電極61と固定櫛歯電極65との間の距離が変化することで、可動櫛歯電極61と固定櫛歯電極65との間の電気信号が変化する。それが駆動兼検出用錘31のx軸方向の振動を示す検出信号として外部に備えられた図示しない制御装置に入力される。同様に、駆動兼検出用錘31、32におけるy軸方向の振動により、y軸振動検出部を構成する可動櫛歯電極62と固定櫛歯電極67との間の距離が変化することで、可動櫛歯電極62と固定櫛歯電極67との間の電気信号が変化する。それが駆動兼検出用錘31、32のy軸方向の振動を示す検出信号として外部に備えられた図示しない制御装置に入力される。このようにして、駆動兼検出用錘31、32におけるx軸およびy軸方向の振動を検出することが可能となる。   Specifically, the distance between the movable comb electrode 61 and the fixed comb electrode 65 constituting the x-axis vibration detection unit is changed by the vibration in the x-axis direction of the driving and detection weights 31 and 32. The electric signal between the movable comb electrode 61 and the fixed comb electrode 65 changes. This is input to a control device (not shown) provided outside as a detection signal indicating vibration in the x-axis direction of the drive / detection weight 31. Similarly, the distance between the movable comb electrode 62 and the fixed comb electrode 67 constituting the y-axis vibration detection unit is changed by the vibration in the y-axis direction of the driving and detection weights 31 and 32, so that the movable comb-shaped electrode 67 is movable. An electric signal between the comb electrode 62 and the fixed comb electrode 67 changes. This is input to a control device (not shown) provided outside as a detection signal indicating vibration in the y-axis direction of the driving and detection weights 31 and 32. In this way, it is possible to detect vibrations in the x-axis and y-axis directions in the drive / detection weights 31 and 32.

そして、z軸方向の振動に含まれるx軸およびy軸方向の振動成分を除去する。例えば、駆動兼検出用錘31、32の振動に伴うz軸振動検出部63の下層電極63aと上層電極63bとの間の電気信号の変化が電圧変化で表されるとして、検出用薄膜63bが変形していないときからの電圧変化量をΔVとする。また、駆動兼検出用錘31、32がx軸やy軸方向へ振動することに基づくz軸振動検出部63の検出用薄膜63bの変形による電圧変化量を、それぞれΔVx、ΔVyし、z軸方向への不要振動のみに基づく検出用薄膜63bの変形による電圧変化量をΔVzとすると、ΔV=ΔVx+ΔVy+ΔVzである。このため、ΔVに加えてΔVx、ΔVyを求めることができれば、Δzを求めることができる。   Then, vibration components in the x-axis and y-axis directions included in the vibration in the z-axis direction are removed. For example, assuming that the change in the electrical signal between the lower layer electrode 63a and the upper layer electrode 63b of the z-axis vibration detection unit 63 due to the vibration of the driving and detection weights 31 and 32 is represented by a voltage change, the detection thin film 63b Let ΔV be the amount of voltage change from when it is not deformed. Further, the voltage change amounts due to the deformation of the detection thin film 63b of the z-axis vibration detection unit 63 based on the vibrations of the driving and detection weights 31 and 32 in the x-axis and y-axis directions are respectively expressed by ΔVx and ΔVy, respectively When the voltage change amount due to deformation of the detection thin film 63b based only on unnecessary vibration in the direction is ΔVz, ΔV = ΔVx + ΔVy + ΔVz. Therefore, if ΔVx and ΔVy can be obtained in addition to ΔV, Δz can be obtained.

これに対して、ΔVについては、z軸振動検出部63の電気信号に基づいて求めることができる。また、ΔVx、ΔVyについては、x軸振動検出部およびy軸振動検出部において、x軸およびy軸方向の振動を検出できることから、この振動に起因して、z軸振動検出部63の検出用薄膜63bがどの程度変形するかを実験結果などに基づいて求めることができる。したがって、z軸振動検出部63の検出結果から得られるΔVから、x軸振動検出部およびy軸振動検出部の検出結果から得られるΔVx、ΔVyを差し引くことで、ΔVzを求めることができる。これにより、z軸方向への不要振動のみを抽出することが可能となる。したがって、振動型角速度センサに発生する振動の軸を分離して、不要振動を的確に検出することが可能となる。   On the other hand, ΔV can be obtained based on the electrical signal of the z-axis vibration detection unit 63. Further, regarding ΔVx and ΔVy, the x-axis vibration detection unit and the y-axis vibration detection unit can detect vibrations in the x-axis and y-axis directions. It is possible to determine how much the thin film 63b is deformed based on experimental results. Therefore, ΔVz can be obtained by subtracting ΔVx and ΔVy obtained from the detection results of the x-axis vibration detection unit and the y-axis vibration detection unit from ΔV obtained from the detection result of the z-axis vibration detection unit 63. Thereby, it is possible to extract only unnecessary vibration in the z-axis direction. Therefore, it is possible to accurately detect unnecessary vibration by separating the axis of vibration generated in 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z軸振動検出部63の構成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 configuration of the z-axis vibration detection unit 63 is changed with respect to the first embodiment, and the others are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the parts different from the first embodiment are described. explain.

本実施形態では、z軸振動検出部63を圧電膜による振動検出ではなく、容量変化による振動検出が行える形態としている。   In the present embodiment, the z-axis vibration detection unit 63 is configured not to detect vibration using a piezoelectric film but to detect vibration based on a capacitance change.

本実施形態でも、センサ構造体の基本構造は第1実施形態と同様である。ただし、センサ構造体のうちの駆動兼検出用錘31、32と駆動梁42との連結部に、z軸振動検出部63の一部として、下層電極63aや検出用薄膜63bおよび上層電極63cに代えて可動表面電極63dを備えている。   Also in this embodiment, the basic structure of the sensor structure is the same as that of the first embodiment. However, the lower electrode 63a, the detection thin film 63b, and the upper electrode 63c are formed as a part of the z-axis vibration detection unit 63 at a connection portion between the drive and detection weights 31 and 32 and the drive beam 42 in the sensor structure. Instead, a movable surface electrode 63d is provided.

また、センサ構造体から離間した位置に、可動表面電極63dに対向配置された固定表面電極63eが備えられ、これら可動表面電極63dおよび固定表面電極63eによって容量式のz軸振動検出部63が構成されている。   In addition, a fixed surface electrode 63e disposed opposite to the movable surface electrode 63d is provided at a position separated from the sensor structure, and the capacitive z-axis vibration detection unit 63 is configured by the movable surface electrode 63d and the fixed surface electrode 63e. Has been.

具体的には、センサ構造体が形成された基板10は、図9に示すように、センサ構造体の周囲を囲むように半導体層12や埋込酸化膜13が残されている。そして、センサ構造体のうち固定部20を除く下方位置において埋込酸化膜13や半導体層2の表層部が除去されることでキャビティ14が形成されている。また、センサ構造体を囲んでいる部分において、半導体層12の表面には、絶縁膜15を介してパターン配線16が形成されており、この上に、キャップ部材17が配置されることでセンサ構造体が覆われている。   Specifically, as shown in FIG. 9, the semiconductor layer 12 and the buried oxide film 13 are left on the substrate 10 on which the sensor structure is formed so as to surround the sensor structure. Then, the cavity 14 is formed by removing the buried oxide film 13 and the surface layer portion of the semiconductor layer 2 at a position below the fixed portion 20 in the sensor structure. In addition, a pattern wiring 16 is formed on the surface of the semiconductor layer 12 via an insulating film 15 in a portion surrounding the sensor structure, and a cap member 17 is disposed on the pattern wiring 16 to thereby form the sensor structure. The body is covered.

キャップ部材17は、例えばシリコン基板などの半導体基板17aに対して配線などを形成したものである。半導体基板17aには複数の貫通孔17bが形成されており、複数の貫通孔17b内を含めて半導体基板17aの表面を覆うように絶縁膜17cが形成されている。貫通孔17b内および半導体基板17aのうち基板10と反対側の一面には、絶縁膜17cを介して導体層17dが形成され、導体層17dがパターニングされることでセンサ構造体の各部と図示しない制御装置との電気的接続用のパッド17eが備えられている。このように、貫通孔17b内に導体層17dが形成されることで、いわゆるTSV(Through-Silicon Via)構造とされている。導体層17dの表面には保護膜17fが形成されており、保護膜17fに開口部が形成されることでパッド17eが外部に露出させられている。また、半導体基板17aのうちのセンサ構造体側の面にも、絶縁膜17cを介して導体層17gが形成されている。半導体基板17aのうちセンサ構造体側の面には、センサ構造体と対応する部分が凹まされた凹部17hが形成されており、センサ構造体がキャップ部材17と接触しないようにされている。そして、導体層17gの一部が凹部17h内まで延設され。この部分によって固定表面電極68が構成されている。このように構成される固定表面電極68については、可動表面電極63dが移動しても常に対向した状態となるように、可動表面電極63dの移動量を加味して面積を広く設定すると好ましい。   The cap member 17 is formed by forming a wiring or the like on a semiconductor substrate 17a such as a silicon substrate. A plurality of through holes 17b are formed in the semiconductor substrate 17a, and an insulating film 17c is formed so as to cover the surface of the semiconductor substrate 17a including the inside of the plurality of through holes 17b. A conductor layer 17d is formed in the through hole 17b and on one surface of the semiconductor substrate 17a opposite to the substrate 10, with an insulating film 17c interposed therebetween. The conductor layer 17d is patterned so that each part of the sensor structure is not shown. A pad 17e for electrical connection with the control device is provided. As described above, the conductor layer 17d is formed in the through hole 17b, thereby forming a so-called TSV (Through-Silicon Via) structure. A protective film 17f is formed on the surface of the conductor layer 17d, and the pad 17e is exposed to the outside by forming an opening in the protective film 17f. A conductor layer 17g is also formed on the surface of the semiconductor substrate 17a on the sensor structure side through an insulating film 17c. A concave portion 17h in which a portion corresponding to the sensor structure is recessed is formed on the surface of the semiconductor substrate 17a on the sensor structure side so that the sensor structure does not come into contact with the cap member 17. A part of the conductor layer 17g is extended into the recess 17h. The fixed surface electrode 68 is constituted by this portion. The fixed surface electrode 68 configured as described above is preferably set to have a large area in consideration of the amount of movement of the movable surface electrode 63d so that the fixed surface electrode 68d is always opposed even if the movable surface electrode 63d moves.

なお、図9では、導体層17d、17gの一部しか図示していないが、実際には、センサ構造体の各部に対してそれぞれ電気的に接続されるように、所望のレイアウトにパターニングされている。   In FIG. 9, only a part of the conductor layers 17d and 17g is shown, but actually, the conductor layers 17d and 17g are patterned in a desired layout so as to be electrically connected to each part of the sensor structure. Yes.

このように、z軸振動検出部63を可動表面電極63dおよび固定表面電極63eによって構成される容量式のものとしても良い。   As described above, the z-axis vibration detection unit 63 may be a capacitive type configured by the movable surface electrode 63d and the fixed surface electrode 63e.

続いて、上記構成の振動型角速度センサの製造方法について、図10〜図12を参照して説明する。   Next, a manufacturing method of the vibration type angular velocity sensor having the above configuration will be described with reference to FIGS.

〔図10(a)に示す工程〕
シリコン基板などで構成される支持基板11を用意したのち、例えば熱酸化によって支持基板11の表面に埋込酸化膜13を形成する。続いて、埋込酸化膜13の上に図示しないレジストを成膜したのち、フォトリソグラフィ・エッチング工程を行うことで、埋込酸化膜13をパターニングする。そして、レジストおよび埋込酸化膜13をマスクとして支持基板11を部分的にエッチングしてキャビティ14を形成する。このとき、固定部20となる部分(図中右側部分)においては埋込酸化膜13を残すようにし、支持基板11が除去されないようにする。
[Step shown in FIG. 10A]
After preparing the support substrate 11 composed of a silicon substrate or the like, the buried oxide film 13 is formed on the surface of the support substrate 11 by, for example, thermal oxidation. Subsequently, after forming a resist (not shown) on the buried oxide film 13, the buried oxide film 13 is patterned by performing a photolithography etching process. Then, the cavity 14 is formed by partially etching the support substrate 11 using the resist and the buried oxide film 13 as a mask. At this time, the buried oxide film 13 is left in the portion to be the fixing portion 20 (right side portion in the drawing) so that the support substrate 11 is not removed.

なお、ここでは埋込酸化膜13を形成してからキャビティ14を形成しているが、支持基板11の表面に配置したレジストをマスクとしてキャビティ14を形成したのち、キャビティ14内を含めて支持基板11の表面に埋込酸化膜13を成膜しても良い。   Here, the cavity 14 is formed after the buried oxide film 13 is formed. However, after the cavity 14 is formed using the resist disposed on the surface of the support substrate 11 as a mask, the support substrate including the inside of the cavity 14 is formed. Alternatively, the buried oxide film 13 may be formed on the surface 11.

〔図10(b)に示す工程〕
埋込酸化膜13を介して支持基板上に半導体層12を貼り付ける。例えば、SiO2によって構成される埋込酸化膜13の上にシリコン基板を配置し、アニール処理を行うことでSi−Si直接結合により埋込酸化膜13上にシリコン基板を貼り付ける。そして、シリコン基板を研削研磨することで所定厚さの半導体層12を形成することができる。
[Step shown in FIG. 10B]
The semiconductor layer 12 is attached on the support substrate via the buried oxide film 13. For example, a silicon substrate is disposed on the buried oxide film 13 made of SiO 2 and annealed to attach the silicon substrate on the buried oxide film 13 by Si—Si direct bonding. Then, the semiconductor layer 12 having a predetermined thickness can be formed by grinding and polishing the silicon substrate.

〔図10(c)に示す工程〕
図中では簡略化して記載してあるが、半導体層12の表面に電極層と圧電膜と電極層を順に成膜したのち、これらをパターニングすることで、駆動部51や制御部52および検出部53を構成する。
[Step shown in FIG. 10 (c)]
Although simplified in the drawing, an electrode layer, a piezoelectric film, and an electrode layer are sequentially formed on the surface of the semiconductor layer 12 and then patterned to form a drive unit 51, a control unit 52, and a detection unit. 53 is configured.

〔図10(d)に示す工程〕
駆動部51や制御部52および検出部53を形成した半導体層12の表面に絶縁膜15を形成したのち、これをパターニングする。さらに、絶縁膜15の上を含む半導体層17の上にAl層などの配線材料を成膜したのち、これをパターニングすることで、パターン配線16や各種配線部51d、51e、52d、52e、53d、53eなどを形成する。
[Step shown in FIG. 10 (d)]
After the insulating film 15 is formed on the surface of the semiconductor layer 12 on which the drive unit 51, the control unit 52, and the detection unit 53 are formed, this is patterned. Further, a wiring material such as an Al layer is formed on the semiconductor layer 17 including the insulating film 15 and then patterned, thereby pattern wiring 16 and various wiring portions 51d, 51e, 52d, 52e, 53d. , 53e, and the like.

〔図10(e)に示す工程〕
半導体層12の上に図示しないマスクを配置したのち、半導体層12をパターニングすることで、センサ構造体のうち固定部20を除く部分、すなわち可動部30および梁部40を支持基板11からリリースする。これにより、センサ構造体が構成される。
[Step shown in FIG. 10 (e)]
After disposing a mask (not shown) on the semiconductor layer 12, the semiconductor layer 12 is patterned to release a portion of the sensor structure excluding the fixed portion 20, that is, the movable portion 30 and the beam portion 40 from the support substrate 11. . Thereby, a sensor structure is constituted.

〔図11(a)に示す工程〕
キャップ部材17の形成用として、基板10とは別に半導体基板17aを用意する。そして、半導体基板17aの裏面に図示しないマスクを配置したのち、フォトリソグラフィ・エッチング工程を行うことで、半導体基板17aの裏面に凹部17hを形成する。
[Step shown in FIG. 11A]
For forming the cap member 17, a semiconductor substrate 17 a is prepared separately from the substrate 10. Then, after disposing a mask (not shown) on the back surface of the semiconductor substrate 17a, a photolithography / etching process is performed to form a recess 17h on the back surface of the semiconductor substrate 17a.

〔図11(b)に示す工程〕
凹部17hを形成した半導体基板17aの表面全面を覆うように、例えば熱酸化などによって絶縁膜17cを形成する。その後、絶縁膜17cの上に、Alなどの配線材料を成膜したのち、図示しないマスクを用いてパターニングすることで導体層17gを形成する。これにより、貫通孔17bなどが形成される前のキャップ部材17が構成される。
[Step shown in FIG. 11B]
An insulating film 17c is formed by, for example, thermal oxidation so as to cover the entire surface of the semiconductor substrate 17a in which the recesses 17h are formed. Thereafter, after a wiring material such as Al is formed on the insulating film 17c, the conductor layer 17g is formed by patterning using a mask (not shown). Thereby, the cap member 17 before the through-hole 17b etc. are formed is comprised.

〔図12(a)に示す工程〕
図10(a)〜図10(e)の工程を経てセンサ構造体を形成した基板10と、図11(a)、(b)の工程を経たキャップ部材17を貼り付ける。例えば、基板10の表面に形成されたパターン配線16とキャップ部材17の裏面に形成された導体層17gとを金属接合によって接合することで、キャップ部材17を基板10に対して貼り付けることができる。
[Step shown in FIG. 12 (a)]
The substrate 10 on which the sensor structure is formed through the steps of FIG. 10A to FIG. 10E and the cap member 17 that has passed through the steps of FIG. 11A and FIG. For example, the cap member 17 can be attached to the substrate 10 by bonding the pattern wiring 16 formed on the front surface of the substrate 10 and the conductor layer 17g formed on the back surface of the cap member 17 by metal bonding. .

〔図12(b)に示す工程〕
キャップ部材17の表面に図示しないマスクを配置したのち、フォトリソグラフィ・エッチング工程を行うことで、半導体基板17aの表裏を貫通する貫通孔17bを形成する。これにより、半導体基板17aの裏面に形成された導体層17が貫通孔17bから露出させられる。また、必要に応じて、貫通孔17b内も絶縁膜17cで覆う。
[Step shown in FIG. 12B]
After disposing a mask (not shown) on the surface of the cap member 17, a photolithography / etching process is performed to form a through hole 17b penetrating the front and back of the semiconductor substrate 17a. Thereby, the conductor layer 17 formed on the back surface of the semiconductor substrate 17a is exposed from the through hole 17b. Moreover, the inside of the through-hole 17b is also covered with the insulating film 17c as needed.

〔図12(c)に示す工程〕
貫通孔17b内を含めて、半導体基板17aの表面に形成された絶縁膜17cの上に導体層17dを形成し、さらに図示しないマスクを用いて導体層17dをパターニングする。これにより、導体層17dが各貫通孔17bから露出させられた半導体基板17aの裏面側の導体層17gと電気的に接続される。
[Step shown in FIG. 12 (c)]
A conductor layer 17d is formed on the insulating film 17c formed on the surface of the semiconductor substrate 17a including the inside of the through hole 17b, and the conductor layer 17d is patterned using a mask (not shown). Thereby, the conductor layer 17d is electrically connected to the conductor layer 17g on the back surface side of the semiconductor substrate 17a exposed from each through hole 17b.

この後の工程については図示しないが、導体層17dの上を含めて、半導体基板17aの表面上に形成された絶縁膜17cの上に保護膜17fを形成したのち、これをパターニングすることで、導体層17dを部分的に露出させたパッド17eが構成される。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る。   Although the subsequent steps are not shown in the drawing, a protective film 17f is formed on the insulating film 17c formed on the surface of the semiconductor substrate 17a including the conductor layer 17d, and this is then patterned. A pad 17e is formed in which the conductor layer 17d is partially exposed. As described above, the vibration type angular velocity sensor according to the present embodiment is configured.

(第3実施形態)
本発明の第3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型角速度センサの形状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。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the shape of the vibration type angular velocity sensor is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the parts different from the first embodiment will be described.

図13に示す本実施形態の振動型角速度センサも、支持基板11の上に埋込酸化膜13を介して形成された半導体層12をパターニングし、固定部100、梁部110および可動部120などを形成することによって製造される。具体的には、本実施形態の振動型角速度センサは次のように構成されている。   The vibration type angular velocity sensor of the present embodiment shown in FIG. 13 also patterns the semiconductor layer 12 formed on the support substrate 11 via the buried oxide film 13, and fixes the fixed portion 100, the beam portion 110, the movable portion 120, and the like. It is manufactured by forming. Specifically, the vibration type angular velocity sensor of the present embodiment is configured as follows.

上面形状が四角形状の固定部100の一辺から片持ちの支持梁111が形成されており、この支持梁111に対して垂直方向に支持部材112が延設されている。具体的には、支持部材112の中央位置において、支持梁111が連結されている。そして、支持部材112を挟んで支持梁111と反対側には検出梁113が形成され、その先端に検出錘121が備えられていると共に、支持部材112の両端において支持梁111と同方向に駆動梁114が形成され、その先端に駆動錘122が備えられている。   A cantilever support beam 111 is formed from one side of the fixed portion 100 having a quadrangular upper surface, and a support member 112 extends in a direction perpendicular to the support beam 111. Specifically, the support beam 111 is coupled at the center position of the support member 112. Then, a detection beam 113 is formed on the opposite side of the support beam 111 with the support member 112 interposed therebetween, and a detection weight 121 is provided at the tip of the detection beam 113 and is driven in the same direction as the support beam 111 at both ends of the support member 112. A beam 114 is formed, and a driving weight 122 is provided at the tip thereof.

これらのうち、固定部100は第1実施形態における固定部20と対応するものである。支持部材112、検出梁113および駆動梁114は、第1実施形態における支持部材43、検出梁102および検出梁41にそれぞれ対応していて同様の役割を果たし、支持部材111と共に梁部110を構成している。検出錘121と駆動錘122とは可動部120を構成するものである。これらを別体で構成しているが、駆動兼検出用錘31、32の役割を別々に行う。   Among these, the fixed part 100 corresponds to the fixed part 20 in the first embodiment. The support member 112, the detection beam 113, and the drive beam 114 correspond to the support member 43, the detection beam 102, and the detection beam 41 in the first embodiment, respectively, and play a similar role, and configure the beam portion 110 together with the support member 111. doing. The detection weight 121 and the driving weight 122 constitute the movable part 120. Although these are constituted separately, the roles of the driving and detection weights 31 and 32 are performed separately.

なお、支持梁111は、支持部材112を介して検出梁113や検出錘121および駆動梁114や駆動錘122を支持するものであり、固定部100に固定されている。   The support beam 111 supports the detection beam 113, the detection weight 121, the drive beam 114, and the drive weight 122 via the support member 112, and is fixed to the fixing portion 100.

また、各種配線については図示していないが、駆動梁114には駆動部131が形成されていると共に制御部132が形成されており、検出梁113には振動検出部133が形成されている。これら駆動部131、制御部132および振動検出部133は、第1実施形態における駆動部51、制御部52および振動検出部53と同様の役割を果たす。   Although various wirings are not shown, a drive unit 131 and a control unit 132 are formed on the drive beam 114, and a vibration detection unit 133 is formed on the detection beam 113. The drive unit 131, the control unit 132, and the vibration detection unit 133 play the same role as the drive unit 51, the control unit 52, and the vibration detection unit 53 in the first embodiment.

このように、可動部120および梁部110が固定部100に片持ち支持される構造の振動型角速度センサにおいても、駆動部51、振動検出部53に加えて制御部52を備えた構造とすることができる。   As described above, the vibration-type angular velocity sensor having the structure in which the movable unit 120 and the beam unit 110 are cantilevered by the fixed unit 100 also includes a control unit 52 in addition to the drive unit 51 and the vibration detection unit 53. be able to.

このような構成において、図14に示すように、駆動錘122に対してx軸、y軸およびz軸方向の振動検出を行うことで不要振動を検出する不要振動検出部140が備えられている。   In such a configuration, as shown in FIG. 14, an unnecessary vibration detection unit 140 that detects unnecessary vibrations by detecting vibrations in the x-axis, y-axis, and z-axis directions with respect to the drive weight 122 is provided. .

図14に示すように、駆動錘122は、四角形で構成されており、x軸と平行な一辺において駆動梁114に連結されている。この駆動錘122のうち駆動梁114と連結されている部位の両側において、x軸と平行な辺からy軸方向に沿って複数の可動櫛歯電極141が形成されている。また、駆動錘122のうちy軸と平行な相対する二辺それぞれにもx軸方向に沿って複数の可動櫛歯電極142が形成されている。そして、駆動錘122のうち駆動梁114と連結されている部位は、x軸方向において幅広とされており、この表面にz軸振動検出部143が形成されている。   As shown in FIG. 14, the drive weight 122 has a quadrangular shape and is connected to the drive beam 114 on one side parallel to the x axis. A plurality of movable comb electrodes 141 are formed along the y-axis direction from sides parallel to the x-axis on both sides of the portion connected to the drive beam 114 in the drive weight 122. A plurality of movable comb electrodes 142 are also formed along the x-axis direction on each of two opposite sides of the drive weight 122 that are parallel to the y-axis. A portion of the drive weight 122 connected to the drive beam 114 is wide in the x-axis direction, and a z-axis vibration detection unit 143 is formed on the surface thereof.

一方、駆動錘122のうちx軸と平行な辺と対向する位置には、櫛歯固定部144が形成されており、この櫛歯固定部144には複数の可動櫛歯電極141と対向する固定櫛歯電極145が形成されている。また、駆動錘122のうちy軸と平行な辺と対向する位置には、櫛歯固定部146が形成されており、この櫛歯固定部146には複数の可動櫛歯電極142と対向する固定櫛歯電極147が形成されている。   On the other hand, a comb-tooth fixing portion 144 is formed at a position facing the side parallel to the x-axis in the drive weight 122, and the comb-tooth fixing portion 144 is fixed to face the plurality of movable comb-tooth electrodes 141. Comb electrodes 145 are formed. A comb-tooth fixing portion 146 is formed at a position facing the side parallel to the y-axis in the driving weight 122, and the comb-tooth fixing portion 146 is fixed to face the plurality of movable comb-tooth electrodes 142. Comb electrodes 147 are formed.

これらのうち、可動櫛歯電極141と固定櫛歯電極145とが、駆動錘122におけるx軸方向の振動を検出するx軸振動検出部として機能する。可動櫛歯電極142と固定櫛歯電極147とが、駆動錘122におけるy軸方向の振動を検出するy軸振動検出部として機能する。可動櫛歯電極141や櫛歯固定部144および固定櫛歯電極145は、第1実施形態で示した可動櫛歯電極61や櫛歯固定部64および固定櫛歯電極65と同様の構成とされている。また、可動櫛歯電極142や櫛歯固定部146および固定櫛歯電極147は、第1実施形態で示した可動櫛歯電極62や櫛歯固定部66および固定櫛歯電極67と同様の構成とされている。また、z軸振動検出部143も、第1実施形態で説明したz軸振動検出部63と同様の構成とされている。   Among these, the movable comb electrode 141 and the fixed comb electrode 145 function as an x-axis vibration detection unit that detects vibration in the x-axis direction of the drive weight 122. The movable comb electrode 142 and the fixed comb electrode 147 function as a y-axis vibration detection unit that detects vibration in the y-axis direction of the drive weight 122. The movable comb electrode 141, the comb fixed portion 144, and the fixed comb electrode 145 have the same configuration as the movable comb electrode 61, the comb fixed portion 64, and the fixed comb electrode 65 shown in the first embodiment. Yes. Further, the movable comb electrode 142, the comb fixing portion 146, and the fixed comb electrode 147 have the same configuration as the movable comb electrode 62, the comb fixing portion 66, and the fixed comb electrode 67 shown in the first embodiment. Has been. The z-axis vibration detection unit 143 has the same configuration as the z-axis vibration detection unit 63 described in the first embodiment.

このように、検出錘121や駆動錘122を片持ちする構成の振動型角速度センサとしても、駆動部122におけるx軸、y軸およびz軸方向の振動を検出することで、不要振動を抽出でき、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, the vibration type angular velocity sensor configured to cantilever the detection weight 121 and the drive weight 122 can extract unnecessary vibrations by detecting vibrations in the x-axis, y-axis, and z-axis directions in the drive unit 122. The same effects as those of the first embodiment can be obtained.

(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、上記各実施形態では、不要振動検出部60、140におけるz軸振動検出部63、163を構成する検出素子として、駆動部51、131や制御部52、132と同様の圧電膜を用いた構造のもの、もしくは、容量式のものを用いている。しかしながら、圧電膜や容量式以外にも、駆動梁42、114の変位を電気信号として取り出すことができる検出素子であれば、他の検出素子を用いても良い。例えば、駆動梁42、114を構成する半導体層12にピエゾ抵抗(ゲージ抵抗)を構成し、このピエゾ抵抗を検出素子としても良い。例えば、半導体層12の表層部にp+型層もしくはn+型層を形成することで、ピエゾ抵抗とすることができる。 For example, in each of the above-described embodiments, the same piezoelectric film as that of the drive units 51 and 131 and the control units 52 and 132 is used as a detection element constituting the z-axis vibration detection units 63 and 163 in the unnecessary vibration detection units 60 and 140. A structure or a capacity type is used. However, in addition to the piezoelectric film and the capacitive type, other detection elements may be used as long as the detection elements can extract the displacement of the drive beams 42 and 114 as an electric signal. For example, a piezoresistor (gauge resistor) may be formed in the semiconductor layer 12 constituting the drive beams 42 and 114, and the piezoresistor may be used as a detection element. For example, a piezoresistor can be obtained by forming a p + -type layer or an n + -type layer in the surface layer portion of the semiconductor layer 12.

同様に、上記各実施形態では、不要振動検出部60、140におけるx軸振動検出部やy軸振動検出部を構成する検出素子として、容量式のものを例に挙げているが、他の構成のものであっても良い。例えば、駆動梁42、114の側面、つまりz軸に対して平行な平面に下層電極と圧電膜および上層電極をスパッタなどによって積層形成し、圧電膜を用いた検出素子を構成しても良い。また、駆動梁42、114を構成する半導体層12の側面に対して斜めイオン注入などによって不純物を注入し、p+型層もしくはn+型層を形成することでピエゾ抵抗を構成し、このピエゾ抵抗を検出素子として用いても良い。 Similarly, in each of the above-described embodiments, a capacitive element is used as an example of the detection element constituting the x-axis vibration detection unit and the y-axis vibration detection unit in the unnecessary vibration detection units 60 and 140, but other configurations are used. May be. For example, a detection element using a piezoelectric film may be configured by laminating a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode on the side surfaces of the drive beams 42 and 114, that is, on a plane parallel to the z-axis, by sputtering or the like. Further, impurities are implanted into the side surfaces of the semiconductor layer 12 constituting the driving beams 42 and 114 by oblique ion implantation or the like to form a p + -type layer or an n + -type layer, thereby constituting a piezoresistor. A resistor may be used as the detection element.

さらに、不要振動検出部60、140におけるx軸振動検出部やy軸振動検出部を構成する検出素子として容量式の検出素子を用いつつ、上記と異なる構成のものとしても良い。例えば、上記各実施形態では、図15(a)に示したように、可動櫛歯電極61と固定櫛歯電極65との間の距離が変化することによって容量変化を生じるスクイズタイプの容量センサにてx軸振動検出部を構成している。これに対して、図15(b)に示すように、可動櫛歯電極61が長手方向にスライドし、可動櫛歯電極61と固定櫛歯電極65との対向面積が変化することによって容量変化を生じるスライドタイプの容量センサにてx軸振動検出部を構成しても良い。勿論、x軸振動検出部に限らず、y軸振動検出部についても、同様にスクイズタイプに限らずスライドタイプの容量センサとすることができる。   Furthermore, a capacitive detection element may be used as a detection element constituting the x-axis vibration detection unit and the y-axis vibration detection unit in the unnecessary vibration detection units 60 and 140, and a configuration different from the above may be used. For example, in each of the above embodiments, as shown in FIG. 15A, a squeeze-type capacitive sensor that causes a capacitance change due to a change in the distance between the movable comb electrode 61 and the fixed comb electrode 65 is used. Constitutes an x-axis vibration detector. On the other hand, as shown in FIG. 15B, the movable comb electrode 61 slides in the longitudinal direction, and the capacitance change is caused by the change in the facing area between the movable comb electrode 61 and the fixed comb electrode 65. You may comprise an x-axis vibration detection part with the slide-type capacity | capacitance sensor which arises. Of course, not only the x-axis vibration detection unit but also the y-axis vibration detection unit can be a slide-type capacitive sensor as well as a squeeze type.

また、検出梁41、113に櫛歯電極を設けると共に、検出用固定部として検出梁41、113に設けた櫛歯電極と対向する櫛歯電極を備えた容量センサを検出素子とし、各櫛歯電極の間に構成される容量の変化を電気信号として取り出すようにしても良い。   In addition, a comb-tooth electrode is provided on the detection beams 41 and 113, and a capacitive sensor including a comb-tooth electrode facing the comb-tooth electrode provided on the detection beams 41 and 113 as a detection fixing portion is used as a detection element. You may make it take out the change of the capacity | capacitance comprised between electrodes as an electrical signal.

なお、上記各実施形態では、不要振動検出部60の各振動検出部をそれぞれx軸、y軸、z軸に平行な直線を中心とした線対称形状で形成したが、必ずしも線対称形状にする必要はない。ただし、線対称形状にすると、対称配置された各素子それぞれから検出信号を得て、それらの差動を取ることで、不要振動成分のキャンセルが可能になるなど、より精度良い角速度検出を行うことが可能になる。   In each of the above embodiments, each vibration detection unit of the unnecessary vibration detection unit 60 is formed in a line-symmetric shape centering on a straight line parallel to the x-axis, y-axis, and z-axis, but is not necessarily in a line-symmetric shape. There is no need. However, if a line-symmetric shape is used, detection of the angular velocity can be performed with higher accuracy, such as obtaining detection signals from each symmetrically arranged element and taking the differential between them to enable cancellation of unnecessary vibration components. Is possible.

また、検出梁41、113にも制御部52、132と同様の制御部を備え、検出梁41、113に不要振動が印加されたときに、その不要振動を抑制することもできる。   The detection beams 41 and 113 are also provided with a control unit similar to the control units 52 and 132, and when unnecessary vibration is applied to the detection beams 41 and 113, the unnecessary vibration can be suppressed.

また、上記実施形態では、検出梁41、113や駆動梁42、114のうち支持部材43、112の近傍にのみ、駆動部51、131、制御部52、132、振動検出部53、133を備えた構造とした。これについても単なる一例を示したに過ぎず、例えば検出梁41、113や駆動梁42、114の全域にこれらを設けるようにしても良い。   Moreover, in the said embodiment, the drive parts 51 and 131, the control parts 52 and 132, and the vibration detection parts 53 and 133 are provided only in the vicinity of the support members 43 and 112 among the detection beams 41 and 113 and the drive beams 42 and 114. Structure. This is merely an example. For example, these may be provided in the entire area of the detection beams 41 and 113 and the drive beams 42 and 114.

さらに、上記実施形態では、駆動部51、131として、圧電膜を用いて駆動振動を行わせる圧電タイプのものを用いたが、静電気力を用いて駆動振動を行わせる静電タイプのものを用いても良い。   Further, in the above embodiment, the drive units 51 and 131 are piezoelectric types that perform drive vibration using a piezoelectric film, but electrostatic types that perform drive vibration using electrostatic force are used. May be.

10 基板
20、100 固定部
30、120 可動部
31、32 駆動兼検出用錘
40、110 梁部
41、113 検出梁
42、114 駆動梁
51、131 駆動部
52、132 制御部
53、133 振動検出部
60、140 不要振動検出部
121 検出錘
122 駆動錘
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 20,100 Fixed part 30,120 Movable part 31,32 Drive and detection weight 40,110 Beam part 41,113 Detection beam 42,114 Drive beam 51,131 Drive part 52,132 Control part 53,133 Vibration detection 60, 140 Unnecessary vibration detector 121 Detection weight 122 Drive weight

Claims (10)

基板(1)に対して固定された固定部(20、100)と、
駆動錘(31、32、122)および検出錘(31、32、121)とを有する可動部(30、120)と、
前記駆動錘を前記基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する駆動梁(42、114)、および、前記検出錘を前記基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する検出梁(41、113)を有する梁部(40、110)と、を備え、
前記駆動錘を前記基板の平面上における一方向に駆動振動させ、角速度の印加に伴って前記検出錘が前記基板の平面上において前記一方向に対する垂直方向にも振動することに基づき角速度検出を行う振動型角速度センサであって、
前記駆動錘を駆動振動させる駆動部(51、131)と、
前記角速度の印加に伴う前記検出梁の変位を検出する検出素子(53、133)と、
前記振動方向をx軸方向、前記基板の平面と平行な平面上における前記x軸方向に対する垂直方向をy軸方向、前記x軸方向および前記y軸方向に対する垂直方向をz軸方向として、前記駆動錘の前記x軸方向の振動を検出するx軸振動検出部(61、65、141、145)、前記駆動錘の前記y軸方向の振動を検出するy軸振動検出部(62、67、142、147)、および、前記駆動錘の前記z軸方向の振動を検出するz軸振動検出部(63、143)を備えた不要振動検出部(60、140)と、を有していることを特徴とする振動型角速度センサ。
A fixing part (20, 100) fixed to the substrate (1);
A movable part (30, 120) having a drive weight (31, 32, 122) and a detection weight (31, 32, 121);
A driving beam (42, 114) that supports the fixed weight while allowing the driving weight to move on a plane parallel to the plane of the substrate, and the detection weight on a plane parallel to the plane of the substrate A beam portion (40, 110) having a detection beam (41, 113) that is movable and supports the fixed portion,
The drive weight is driven to vibrate in one direction on the plane of the substrate, and angular velocity detection is performed based on the fact that the detection weight vibrates in the direction perpendicular to the one direction on the plane of the substrate as the angular velocity is applied. A vibration type angular velocity sensor,
Driving units (51, 131) for driving and vibrating the driving weight;
Detection elements (53, 133) for detecting displacement of the detection beam accompanying application of the angular velocity;
The vibration direction is an x-axis direction, a direction perpendicular to the x-axis direction on a plane parallel to the plane of the substrate is a y-axis direction, and the x-axis direction and the direction perpendicular to the y-axis direction are z-axis directions. An x-axis vibration detection unit (61, 65, 141, 145) that detects vibration in the x-axis direction of a weight, and a y-axis vibration detection unit (62, 67, 142) that detects vibration in the y-axis direction of the drive weight. 147), and an unnecessary vibration detection unit (60, 140) including a z-axis vibration detection unit (63, 143) for detecting the vibration of the drive weight in the z-axis direction. A characteristic vibration type angular velocity sensor.
前記固定部を中心として、前記駆動振動の方向と同方向の両側において前記駆動錘と前記検出錘を兼ねる駆動兼検出用錘(31、32)が配置され、
前記検出梁(41)は、前記固定部を中心として、前記駆動振動の方向に対する垂直な方向の両側に延設され、
前記駆動梁(42)は、前記駆動兼検出用錘を中心として、前記駆動振動の方向に対する垂直な方向の両側に延設され、
前記検出梁のうち前記固定部と反対側および前記駆動梁のうち前記駆動兼検出用錘と反対側が直線状の支持部材(43)に連結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。
Drive and detection weights (31, 32) serving as the drive weight and the detection weight are arranged on both sides of the fixed portion as the center in the same direction as the direction of the drive vibration,
The detection beam (41) extends on both sides in a direction perpendicular to the direction of the drive vibration, with the fixed portion as a center,
The drive beam (42) extends on both sides in a direction perpendicular to the direction of the drive vibration, with the drive / detection weight as the center.
2. The detection beam according to claim 1, wherein a side of the detection beam opposite to the fixed portion and a side of the drive beam opposite to the driving and detection weight are connected to a linear support member (43). Vibration type angular velocity sensor.
前記固定部、前記可動部および前記梁部は、前記基板に備えられる半導体層(12)をパターニングすることにより形成されており、
前記x軸振動検出部は、前記半導体層をパターニングして形成され、前記駆動兼検出用錘から延設された可動櫛歯電極(61)と前記基板に対して固定された固定櫛歯電極(65)とを有し、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極との間の容量の変化に基づいて前記x軸方向の振動を検出し、
前記y軸振動検出部は、前記半導体層をパターニングして形成され、前記駆動兼検出用錘から延設された可動櫛歯電極(62)と前記基板に対して固定された固定櫛歯電極(67)とを有し、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極との間の容量の変化に基づいて前記y軸方向の振動を検出し、
前記z軸振動検出部は、前記駆動兼検出用錘のうち前記駆動梁との連結部に形成され、前記半導体層の上に下層電極(63a)と圧電膜にて構成される検出用薄膜(63b)および上層電極(63c)が積層された構成とされ、前記下層電極と前記上層電極との間に配置された前記検出用薄膜の変形に基づいて前記z軸方向の振動を検出することを特徴とする請求項2に記載の振動型角速度センサ。
The fixed part, the movable part and the beam part are formed by patterning a semiconductor layer (12) provided in the substrate,
The x-axis vibration detector is formed by patterning the semiconductor layer, and has a movable comb electrode (61) extending from the driving / detection weight and a fixed comb electrode (fixed to the substrate). 65), and detecting the vibration in the x-axis direction based on a change in capacitance between the movable comb electrode and the fixed comb electrode,
The y-axis vibration detection unit is formed by patterning the semiconductor layer, and includes a movable comb electrode (62) extending from the drive / detection weight and a fixed comb electrode (fixed to the substrate). 67), and detecting the vibration in the y-axis direction based on a change in capacitance between the movable comb electrode and the fixed comb electrode,
The z-axis vibration detection unit is formed at a connection portion of the drive / detection weight with the drive beam, and a detection thin film (63a) and a piezoelectric thin film on the semiconductor layer ( 63b) and an upper layer electrode (63c) are stacked, and the vibration in the z-axis direction is detected based on the deformation of the thin film for detection disposed between the lower layer electrode and the upper layer electrode. 3. The vibration type angular velocity sensor according to claim 2, wherein
前記固定部、前記可動部および前記梁部は、前記基板に備えられる半導体層(12)をパターニングすることにより形成されており、
前記x軸振動検出部は、前記半導体層をパターニングして形成され、前記駆動兼検出用錘から延設された可動櫛歯電極(61)と前記基板に対して固定された固定櫛歯電極(65)とを有し、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極との間の容量の変化に基づいて前記x軸方向の振動を検出し、
前記y軸振動検出部は、前記半導体層をパターニングして形成され、前記駆動兼検出用錘から延設された可動櫛歯電極(62)と前記基板に対して固定された固定櫛歯電極(67)とを有し、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極との間の容量の変化に基づいて前記y軸方向の振動を検出し、
前記z軸振動検出部は、前記駆動兼検出用錘のうち前記駆動梁との連結部に形成され、前記半導体層の表面に形成された可動表面電極(63d)および前記可動表面電極に対して対向配置された固定表面電極(63e)とを有し、前記可動表面電極と前記固定表面電極との間の容量の変化に基づいて前記z軸方向の振動を検出することを特徴とする請求項2に記載の振動型角速度センサ。
The fixed part, the movable part and the beam part are formed by patterning a semiconductor layer (12) provided in the substrate,
The x-axis vibration detector is formed by patterning the semiconductor layer, and has a movable comb electrode (61) extending from the driving / detection weight and a fixed comb electrode (fixed to the substrate). 65), and detecting the vibration in the x-axis direction based on a change in capacitance between the movable comb electrode and the fixed comb electrode,
The y-axis vibration detection unit is formed by patterning the semiconductor layer, and includes a movable comb electrode (62) extending from the drive / detection weight and a fixed comb electrode (fixed to the substrate). 67), and detecting the vibration in the y-axis direction based on a change in capacitance between the movable comb electrode and the fixed comb electrode,
The z-axis vibration detecting unit is formed at a connecting portion of the driving and detecting weight with the driving beam, and is movable with respect to the movable surface electrode (63d) and the movable surface electrode formed on the surface of the semiconductor layer. And a fixed surface electrode (63e) arranged opposite to each other, wherein the vibration in the z-axis direction is detected based on a change in capacitance between the movable surface electrode and the fixed surface electrode. 3. The vibration type angular velocity sensor according to 2.
前記基板のうち前記半導体層側を覆うキャップ部材(17)を備え、
前記キャップ部材のうち前記半導体層側となる裏面に、前記固定表面電極が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の振動型角速度センサ。
A cap member (17) covering the semiconductor layer side of the substrate;
The vibration type angular velocity sensor according to claim 4, wherein the fixed surface electrode is formed on a back surface of the cap member on the semiconductor layer side.
前記キャップ部材は、半導体基板(17a)と、前記半導体基板のうち前記基板と反対側となる表面側と前記基板側となる裏面側とを貫通させた貫通孔(17b)と、前記半導体基板の表面側より前記貫通孔内を含めて配置された導体層(17d)と、前記半導体基板の裏面側に設けられると共に前記貫通孔内に配置された前記導体層に接続された導体層(17g)と、を含み、
前記固定表面電極は、前記半導体基板の裏面側に設けられた前記導体層によって構成されていることを特徴とする請求項5に記載の振動型角速度センサ。
The cap member includes a semiconductor substrate (17a), a through hole (17b) penetrating a surface side opposite to the substrate of the semiconductor substrate and a back surface side serving as the substrate side, A conductor layer (17d) disposed from the front surface side including the inside of the through hole, and a conductor layer (17g) provided on the back surface side of the semiconductor substrate and connected to the conductor layer disposed in the through hole. And including
The vibration-type angular velocity sensor according to claim 5, wherein the fixed surface electrode is configured by the conductor layer provided on a back surface side of the semiconductor substrate.
前記駆動梁に配置され、前記駆動錘が前記基板の平面に対する法線方向に移動する不要振動を抑制する振動を発生させる圧電膜にて構成される制御用薄膜(52b)を含む制御部(52、132)を備え、
前記制御部は、前記z軸振動検出部で検出される前記z軸方向の振動から、前記x軸振動検出部と前記y軸振動検出部で検出される前記x軸方向と前記y軸方向の振動に基づいて発生している前記z軸方向の振動成分を除去した、前記z軸方向の振動に含まれる不要振動成分を抑制する振動を発生させることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の振動型角速度センサ。
A control unit (52) including a control thin film (52b) disposed on the drive beam and configured by a piezoelectric film that generates vibrations that suppress unnecessary vibrations in which the drive weight moves in a direction normal to the plane of the substrate. 132),
The control unit is configured to detect the x-axis direction and the y-axis direction detected by the x-axis vibration detection unit and the y-axis vibration detection unit based on the z-axis direction vibration detected by the z-axis vibration detection unit. The vibration which suppresses the unnecessary vibration component contained in the vibration of the said z-axis direction which removed the vibration component of the said z-axis direction which has generate | occur | produced based on the vibration is generated. The vibration type angular velocity sensor according to any one of the above.
前記固定部、前記可動部および前記梁部は、前記基板に備えられる半導体層(12)をパターニングすることにより形成されており、
前記駆動部は、前記駆動梁に配置され、前記半導体層の上に下層電極(51a)と前記駆動錘を駆動振動させる圧電膜にて構成される駆動用薄膜(51b)および上層電極(51c)が積層された構成とされ、前記下層電極と前記上層電極との間に駆動用電圧が印加されることで前記駆動用薄膜を変形させて前記駆動錘を駆動振動させ、
前記制御部は、前記半導体層の上に下層電極(52a)と前記制御用薄膜および上層電極(52c)が積層された構成とされ、前記下層電極と前記上層電極との間に制御用電圧が印加されることで前記制御用薄膜を変形させて前記不要振動を抑制する振動を発生させることを特徴とする請求項7に記載の振動型角速度センサ。
The fixed part, the movable part and the beam part are formed by patterning a semiconductor layer (12) provided in the substrate,
The driving unit is disposed on the driving beam, and a driving thin film (51b) and an upper layer electrode (51c) configured of a lower layer electrode (51a) and a piezoelectric film for driving and vibrating the driving weight on the semiconductor layer. And a driving voltage is applied between the lower layer electrode and the upper layer electrode to deform the driving thin film to drive and vibrate the driving weight.
The control unit has a configuration in which a lower layer electrode (52a), the control thin film, and an upper layer electrode (52c) are stacked on the semiconductor layer, and a control voltage is applied between the lower layer electrode and the upper layer electrode. 8. The vibration type angular velocity sensor according to claim 7, wherein when applied, the control thin film is deformed to generate vibrations that suppress the unnecessary vibrations.
前記梁部(110)は、前記固定部に固定された支持梁(111)を有し、
前記支持梁を挟んで前記固定部と反対側には前記駆動振動の方向に延設された直線状の支持部材(112)が備えられ、
前記検出梁(113)は、前記支持部材を挟んで前記固定部と反対側に、前記駆動振動の方向に対する垂直な方向に延設されていると共に、前記支持部材と反対側の端部において前記検出錘(121)が連結されており、
前記駆動梁(42)は、前記支持部材を挟んで前記固定部と反対側に、前記駆動振動の方向に対する垂直な方向に延設されていると共に、前記支持部材と反対側の端部において前記駆動錘(122)が連結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 beam portion (110) has a support beam (111) fixed to the fixed portion,
A linear support member (112) extending in the direction of the drive vibration is provided on the opposite side of the fixed portion across the support beam,
The detection beam (113) extends in a direction perpendicular to the direction of the drive vibration on the opposite side to the fixed portion across the support member, and at the end portion on the opposite side to the support member. The detection weight (121) is connected,
The drive beam (42) extends in a direction perpendicular to the direction of the drive vibration on the opposite side to the fixed portion across the support member, and at the end opposite to the support member, the drive beam (42). The vibration type angular velocity sensor according to claim 1, wherein a driving weight (122) is connected.
前記固定部、前記可動部および前記梁部は、前記基板に備えられる半導体層(12)をパターニングすることにより形成されており、
前記x軸振動検出部は、前記半導体層をパターニングして形成され、前記駆動錘から延設された可動櫛歯電極(141)と前記基板に対して固定された固定櫛歯電極(145)とを有し、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極との間の容量の変化に基づいて前記x軸方向の振動を検出し、
前記y軸振動検出部は、前記半導体層をパターニングして形成され、前記駆動錘から延設された可動櫛歯電極(142)と前記基板に対して固定された固定櫛歯電極(147)とを有し、前記可動櫛歯電極と前記固定櫛歯電極との間の容量の変化に基づいて前記y軸方向の振動を検出し、
前記z軸振動検出部は、前記駆動錘のうち前記駆動梁との連結部に形成され、前記半導体層の上に下層電極と圧電膜にて構成される検出用薄膜および上層電極が積層された構成とされ、前記下層電極と前記上層電極との間に配置された前記検出用薄膜の変形に基づいて前記z軸方向の振動を検出することを特徴とする請求項9に記載の振動型角速度センサ。
The fixed part, the movable part and the beam part are formed by patterning a semiconductor layer (12) provided in the substrate,
The x-axis vibration detector is formed by patterning the semiconductor layer, and includes a movable comb electrode (141) extending from the driving weight and a fixed comb electrode (145) fixed to the substrate. And detecting vibration in the x-axis direction based on a change in capacitance between the movable comb electrode and the fixed comb electrode,
The y-axis vibration detection unit is formed by patterning the semiconductor layer, and includes a movable comb electrode (142) extending from the driving weight and a fixed comb electrode (147) fixed to the substrate. And detecting vibration in the y-axis direction based on a change in capacitance between the movable comb electrode and the fixed comb electrode,
The z-axis vibration detection unit is formed at a connection portion of the drive weight with the drive beam, and a thin film for detection and an upper layer electrode composed of a lower layer electrode and a piezoelectric film are stacked on the semiconductor layer. The vibration type angular velocity according to claim 9, wherein the vibration in the z-axis direction is detected based on deformation of the thin film for detection disposed between the lower layer electrode and the upper layer electrode. Sensor.
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