JP6594527B2 - Compound sensor - Google Patents
Compound sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP6594527B2 JP6594527B2 JP2018513191A JP2018513191A JP6594527B2 JP 6594527 B2 JP6594527 B2 JP 6594527B2 JP 2018513191 A JP2018513191 A JP 2018513191A JP 2018513191 A JP2018513191 A JP 2018513191A JP 6594527 B2 JP6594527 B2 JP 6594527B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- angular velocity
- sensor
- plate
- acceleration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 66
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 47
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 34
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 27
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 16
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 11
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 description 26
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 12
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 3
- 229910015363 Au—Sn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N indium tin Chemical compound [In].[Sn] RHZWSUVWRRXEJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052789 astatine Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/84—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
Description
本発明は、角速度および加速度を検出する複合センサに関する。 The present invention relates to a composite sensor that detects angular velocity and acceleration.
ゲーム機、携帯情報端末、デジタルカメラなどの電子機器、自動車、航空機、船舶などの姿勢制御やナビゲーション等には、角速度センサや加速度センサが用いられている。角速度および加速度などの物理量を検出するセンサとしては、固定電極と可動電極との間の静電容量の変位に基づいて物理量の変化を検出する静電方式、および圧電素子により歪量の変化に基づいて物理量の変化を検出する圧電方式などが知られている。 Angular velocity sensors and acceleration sensors are used for attitude control, navigation, and the like of electronic devices such as game machines, portable information terminals, digital cameras, automobiles, airplanes, and ships. Sensors that detect physical quantities such as angular velocity and acceleration are based on electrostatic systems that detect changes in physical quantities based on the displacement of the capacitance between the fixed electrode and the movable electrode, and on the basis of changes in strain caused by piezoelectric elements. For example, a piezoelectric method for detecting a change in physical quantity is known.
特許文献1、2および8などには、圧電素子を用いた角速度センサが開示されている。また、特許文献1および非特許文献1には、圧電素子を用いて6軸(加速度3軸、角速度3軸)が測定可能である旨開示されている。しかしながら、圧電方式のセンサでは、応力変化によって生じる電荷を検出するという原理から、重力加速度のような静的加速度は検出することができない。また、動的な加速度であっても、その動き(変化)が非常に遅い場合(例えば、1Hz以下)には検出ができない場合がある。
一方、静電方式を用いたセンサでは、静的加速度の検出も可能である(特許文献3、4など)。また、圧電方式の角速度検出にピエゾ抵抗方式による加速度検出を組み合わせることにより、角速度、動的加速度および静的加速度を検出可能とした複合センサ(特許文献5、6)や、圧電方式の角速度検出に静電方式による加速度検出を組み合わせた複合センサ(特許文献7など)が提案されている。
On the other hand, static acceleration can be detected with a sensor using an electrostatic method (
特許文献5、6に記載の複合センサは、角速度を測定する圧電センサとピエゾ抵抗式の加速度センサを組み合わせたものであり、サイズを大きくすることなく小型に実現でき、静的加速度も測定可能である。しかしながら、ピエゾ抵抗を形成するため、基板へのイオン注入や不純物拡散などの工程が必要であるため、製造工程が煩雑なものとなる。
The composite sensors described in
また、特許文献7に記載の複合センサは、圧電方式による角速度センサと静電方式による加速度センサを一体化したものであるが、それぞれのセンサを連結して構成するために、十分な小型化が実現できず、サイズが大きくなる可能性がある。 In addition, the composite sensor described in Patent Document 7 is an integrated angular velocity sensor using a piezoelectric method and an acceleration sensor using an electrostatic method. It cannot be realized, and the size may increase.
本発明は、上記事情に鑑み、製造が容易であり、かつ小型化が実現できる、角速度に加え静的加速度の検出が可能な複合センサを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a composite sensor capable of detecting static acceleration in addition to angular velocity, which can be easily manufactured and can be downsized.
本発明の複合センサは、錘部と、その錘部に対して所定の振動軸の方向に振動を誘起する振動励起部と、コリオリ力を受けて生じる錘部の変位を検知して角速度を算出する角速度検出部とを備えた角速度センサであって、振動励起部および角速度検出部が、それぞれ板状基材の表面に設けられた下部電極、圧電膜および上部電極の積層体からなる圧電素子を備えてなり、錘部と、錘部との間に空間を挟んで設けられた支持部とが板状基材の一部として構成されてなる角速度センサと、
錘部の一部に設けられた可動電極、板状基材とは別部材であり且つ支持部に接続された副板状基材の表面に設けられた固定電極、および可動電極と固定電極との間の静電容量の変化を検出して加速度を算出する加速度検出部を備えた加速度センサとを備え、
可動電極を構成する電極膜が支持部の表面を覆い、電極膜の前記支持部を覆う部分が、直接または導電性を有するスペーサを介して副板状基材に接続されている。
The composite sensor of the present invention calculates the angular velocity by detecting the weight portion, the vibration excitation portion that induces vibration in the direction of the predetermined vibration axis with respect to the weight portion, and the displacement of the weight portion caused by the Coriolis force. An angular velocity sensor comprising: a vibration excitation portion and an angular velocity detection portion each comprising a piezoelectric element comprising a laminate of a lower electrode, a piezoelectric film and an upper electrode provided on the surface of a plate-like substrate. An angular velocity sensor comprising a weight part and a support part provided with a space between the weight parts as a part of the plate-like base material,
A movable electrode provided in a part of the weight part, a fixed electrode provided on the surface of the sub-plate-like base material which is a separate member from the plate-like base material and connected to the support part , and the movable electrode and the fixed electrode An acceleration sensor including an acceleration detection unit that detects the change in capacitance between the two and calculates the acceleration,
The electrode film constituting the movable electrode covers the surface of the support portion, and the portion of the electrode film that covers the support portion is connected to the sub-plate-like substrate directly or via a conductive spacer.
なお、錘部は1つに限らず、2つ以上備えられていてもよい。 Note that the number of weight portions is not limited to one, and two or more weight portions may be provided.
本発明の複合センサは、角速度センサおよび加速度センサを内包する筐体を備え、筐体内の気圧が大気圧未満であることが好ましい。 The composite sensor of the present invention preferably includes a housing that includes an angular velocity sensor and an acceleration sensor, and the atmospheric pressure in the housing is preferably less than atmospheric pressure.
本発明の複合センサは、固定電極が1つの錘部に対して2つ以上の固定電極片からなることが好ましい。 In the composite sensor of the present invention, the fixed electrode is preferably composed of two or more fixed electrode pieces with respect to one weight portion.
本発明の複合センサは、可動電極と固定電極との間隔が、両者間が近接する方向へ錘部が変位することにより圧電膜に与える応力が破壊応力となる距離未満であることが好ましい。 In the composite sensor of the present invention, the distance between the movable electrode and the fixed electrode is preferably less than the distance at which the stress applied to the piezoelectric film due to the displacement of the weight portion in the direction in which the two are close to each other becomes the breaking stress.
本発明の複合センサは、板状基材が、可動電極と固定電極とが、非駆動時において所定の間隔で対向配置される位置で副板状基材と接合されていることが好ましい。 Composite sensor of the present invention, the plate Jomotozai is, and the movable electrode and the fixed electrode, it is preferably joined with the auxiliary plate-shaped substrates at a position which is opposed at a predetermined interval during non-driving.
なお、上記板状基材と副板状基材がスペーサを介して接合されていることが好ましい。
そして、スペーサを備える場合には、スペーサが導電性を有して、電極配線機能を有することが好ましい。In addition, it is preferable that the said plate-shaped base material and a sub-plate-shaped base material are joined through the spacer.
When the spacer is provided, it is preferable that the spacer has conductivity and has an electrode wiring function.
本発明の複合センサは、副板状基材が、角速度センサによる角速度検出制御の回路を有していることが好ましい。 In the composite sensor of the present invention, it is preferable that the sub-plate-like substrate has an angular velocity detection control circuit using an angular velocity sensor.
本発明の複合センサにおいては、角速度センサの一部を構成する圧電素子が、動的加速度を検出する動的加速度センサの一部として機能することが好ましい。 In the composite sensor of the present invention, it is preferable that the piezoelectric element that constitutes a part of the angular velocity sensor functions as a part of the dynamic acceleration sensor that detects the dynamic acceleration.
本発明の複合センサは、圧電方式の角速度センサを備え、その角速度センサの構成要素の一つである錘部の一部に設けられた可動電極、その可動電極に対向する固定位置に設けられた固定電極、および可動電極と固定電極との間の静電容量の変化を検出して加速度を算出する加速度検出部を備えた加速度センサとを備えており、この加速度検出部では静的な加速度を検出することが可能である。かかる構成の複合センサは、静電容量の検出用の可動電極を角速度センサの錘部の一部に備えているので、小型化が実現でき、かつ作製も容易である。 The composite sensor of the present invention includes a piezoelectric angular velocity sensor, a movable electrode provided in a part of a weight portion which is one of the components of the angular velocity sensor, and a fixed position facing the movable electrode. A fixed electrode, and an acceleration sensor having an acceleration detection unit that calculates an acceleration by detecting a change in capacitance between the movable electrode and the fixed electrode. The acceleration detection unit generates static acceleration. It is possible to detect. The composite sensor having such a configuration includes a movable electrode for detecting capacitance at a part of the weight portion of the angular velocity sensor, and thus can be miniaturized and easily manufactured.
本発明の実施の形態のセンサについて図面を参照して詳細に説明する。以下に示す図面においては、視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。 A sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings shown below, the scales of the constituent elements are appropriately different from the actual ones for easy visual recognition.
図1は、本発明の実施の形態に係る複合センサ1の切断端面模式図である。
本実施形態の複合センサ1は、錘部15および圧電素子25、26が作り込まれた板状基材10と、錘部15の一部に設けられた可動電極35に対向する固定電極45を備えた副板状基材40と、板状基材10および副板状基材40が内包される筐体50とを備えている。FIG. 1 is a schematic cut end view of a
The
板状基材10は、一方の面側に周囲が深掘りされて形成された錘部15を備えている。板状基材10の一部が深掘りされて厚みが薄くなった領域(深掘り領域)は、その深掘り領域の周りの板状基材10の本来の厚みを有する部分を支持部とするダイアフラムを構成している。すなわち、板状基材10にダイアフラムが設けられ、そのダイアフラムの略中央に錘部15が設けられた構成となっている。板状基材10の他方の面側には、下部電極21、圧電膜22、および上部電極24A,24Bが順次積層されてなる、複数の圧電素子25、26が備えられている。下部電極21および圧電膜22は、他方の面側に略全域に亘って連続膜状に形成されており、圧電膜22上に設けられている上部電極24A、24Bはパターニング形成されて個々の圧電素子25、26を規定している。なおここで、「下部」および「上部」は天地を意味するものではない。圧電膜を挟んで設けられる一対の電極に関し、板状基材10側に配される一方の電極を下部電極、他方の電極を上部電極と称しているに過ぎない。
The plate-
図2は上部電極24A,24Bのパターン例を示す平面模式図である。本例においては、振動励起用の圧電素子25を規定する4つの上部電極24Aおよび角速度検出用の圧電素子26を規定する4つの上部電極24Bを備えている。上部電極24Aはダイアフラムの外周縁と支持部の境界を跨いで形成されており、上部電極24Bは錘部15の外周縁と深掘り領域の境界を跨いで形成されている。すなわち、圧電素子25が振動励起部の一部を構成し、圧電素子26がコリオリ力を受けて生じる錘部15の変位を検知して角速度を算出する角速度検出部の一部を構成する。
FIG. 2 is a schematic plan view showing a pattern example of the
4つの圧電素子25を駆動してダイアフラムに所望の振動が与えることにより錘部15を所定の振動軸の方向の振動を誘起する。この振動している錘部15が受けるコリオリ力により生じる錘部の変位に伴い圧電膜22に歪が生じ、この歪に伴い生じる電荷を圧電素子26により検出して角速度を求める。
By driving the four
すなわち、板状基材10に形成された錘部15および錘部15を含むダイアフラム上に設けられた下部電極21、圧電膜22および上部電極24Aの積層体からなる圧電素子25が圧電アクチュエータとして機能し、下部電極21、圧電膜22および上部電極24Bの積層体からなる圧電素子26が圧電センサとして機能するものであり、これらの圧電素子25および圧電素子26が角速度センサの一部を構成する。圧電素子25を駆動する駆動制御および圧電素子26で検出された電流値に基づいて加速度を求める演算部は後記の角速度検出制御回路に備えられている。
That is, the
本構成の角速度センサでは、ダイアフラムの中心位置に原点Oを持ち、ダイアフラムの表面を含むXY平面とし、それに垂直な方向をZとするXYZの三次元直交座標系を定義する。X軸およびZ軸のうちの一方を振動軸、他方を変位軸とし、変位検出部を構成する角速度検出用電極からの検出値に基づいてY軸周りの角速度を検出する。X軸周りおよびY軸周りの角速度を検出するためには、錘部をZ軸方向に振動させ、Y軸方向およびX軸方向への変位を検出すればよい。また、Z軸周りの角速度を検出するためには、錘部をX軸方向またはY軸方向に振動させ、Y軸方向またはX軸方向への変位を検出すればよい。 The angular velocity sensor of this configuration defines an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system having an origin O at the center position of the diaphragm, an XY plane including the surface of the diaphragm, and Z as a direction perpendicular thereto. One of the X axis and the Z axis is set as a vibration axis, and the other is set as a displacement axis, and an angular velocity around the Y axis is detected based on a detection value from an angular velocity detection electrode constituting the displacement detector. In order to detect the angular velocities around the X-axis and the Y-axis, the weight portion may be vibrated in the Z-axis direction and the displacement in the Y-axis direction and the X-axis direction may be detected. Further, in order to detect the angular velocity around the Z axis, the weight portion may be vibrated in the X axis direction or the Y axis direction, and the displacement in the Y axis direction or the X axis direction may be detected.
なお、上記角速度センサのダイアフラムおよび電極の構成は一例であり、角速度センサとしての精度を向上させるため、例えば、既述の特許文献2(特開2014−66708号公報)記載のものを適用してもよい。さらには、特許文献8(特開2013−217872公報)のような構造のものでもかまわない。 The configuration of the diaphragm and the electrode of the angular velocity sensor is an example, and for example, the one described in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2014-66708) is applied in order to improve the accuracy as the angular velocity sensor. Also good. Furthermore, a structure such as that disclosed in Patent Document 8 (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-217872) may be used.
板状基材10の、錘部15が設けられた面側には、密着層31を介して電極膜32が一様に形成されている。この電極膜32のうち、錘部15の図中下端面に設けられている部分が可動電極35として機能する。ここでは、電極膜32が板状基材10の錘部15側全面に設けられているが、少なくとも錘部15の下端面に設けられていればよい。なお、本構成においては、可動電極35を接地電位とする。
An
板状基材10とは別部材として用意された副板状基材40の一面に固定電極45が備えられており、板状基材10は、錘部15の可動電極35と固定電極45とを対向配置させた状態で副板状基材40と接合(接着)されている。また、板状基材10と副板状基材40とは、本センサ1が駆動していない状態(非駆動時)において、可動電極35と固定電極45との間隔dを所定距離となるように規定する間隔維持機構としてスペーサ48を備えている。スペーサ48は接着機能と間隔維持機能とを備えるものが好ましく、例えば、共晶結合のためのAu−Sn金属材料に間隔dを維持するため形状が変化しないガラスビーズなどを混合したものを用いることができる。
A fixed
この可動電極35と固定電極45との間隔dが変化すると両電極間の静電容量が変化する。固定電極45に対する可動電極35の相対位置の変化を静電容量の変化を検出することにより検出して加速度を求める。すなわち、錘部15に設けられた可動電極35と副板状基材40に設けられた固定電極45とが加速度センサの一部を構成している。可動電極35と固定電極45との間の静電容量の変化から加速度を求める演算部は後記の加速度検出制御回路に備えられている。本構成の加速度センサによれば静的加速度を検出することが可能である。
When the distance d between the
図3は固定電極45の構成の一例を示す模式図である。
図3に示すように、本実施形態においては、可動電極35が備え得られている1つの錘部15に対して設けられる固定電極45は、4つの固定電極片45x1,45x2,45y1,45y2から構成されている。固定電極45は2つ以上の固定電極片から構成されていればよいが、4つ以上であることがより好ましい。ここで、可動電極35と固定電極45との間の静電容量の変化を検出するとは、可動電極35と個々の固定電極片45x1,45x2,45y1,45y2との各静電容量Cx1,Cx2,Cy1,Cy2の変化、またはそれらの静電容量の比の変化を検出することを意味する。FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the fixed
As shown in FIG. 3, in this embodiment, the fixed
4つの固定電極片45x1,45x2,45y1,45y2は、それらの中心が可動電極35の中心と一致するように配置されており、重力加速度の向きがz軸方向と一致しているとき、静電容量の比Cx1:Cx2:Cy1:Cy2が1:1:1:1となるようにしておくことが好ましい。図1に示す本構成のセンサ1において、錘部15にかかる重力加速度の向きによって、固定電極片45x1,45x2,45y1,45y2と可動電極35との静電容量の比の変化を検出することにより、Z軸方向に静的な重力加速度を観察することができる。Four fixed electrode pieces 45x 1, 45x 2, 45y 1 ,
センサ1の、X方向もしくはY方向への傾きは、図3における固定電極片45x1,45x2からの出力X1とX2、あるいは固定電極片45y1,45y2からの出力Y1とY2から検出することができる。それぞれの絶対値は、予め基準測定することで可能である。例えば、基準測定として、事前にセンサに既知の加速度を加えてその際の静電容量を測定し、加速度と静電容量の関係をグラフ化しておき、それらのデータを元に補正することで絶対値を求めることができる。The
上述のように可動電極35と固定電極45との間の静電容量の変化を検出するが、可動電極35と副板状基材40に設けられた固定電極45との間隔dが大きくなるほど、静電容量が小さくなり、静電容量の変化は微小になってしまうため、可能な限り可動電極35と固定電極45との間隔dは狭い方がよい。一方で、間隔dは角速度のセンシングのため錘部15のZ方向へ振動させることが必要であるため、角速度センシングに必要な振幅よりは大きくする必要がある。錘部15の周囲に空気が存在すると空気のダンピング効果により動きが抑制されてしまう場合があるので、錘部15の周囲の空気を排除して気圧を小さくすることが好ましい。そのため、筐体50内部の気圧は、少なくとも大気圧(1気圧)未満とし、真空度が小さいほど好ましい。
As described above, a change in capacitance between the
なお、錘部15の周囲が大気圧であってもセンシングは可能であるが、錘部15の動きが空気によって邪魔されるため、位置変化が小さくなり、静電容量の変化が小さくなることから、より高い感度が要求される。測定感度は回路側の工夫である程度高めることができる。回路の工夫としては、ブリッジ回路、各電極間の容量の比較および比を取ることなどが考えられる。
Although sensing is possible even when the circumference of the
また、複合センサ1に大きな衝撃が加わった時(落下試験時など)、錘部15が大きく変位すると、圧電膜22に破壊応力以上の応力を与えてしまい、圧電膜22が破壊されてしまう。圧電膜22に破壊応力以上の応力が加えられないように構成されていることが好ましい。すなわち、可動電極35と固定電極45との間隔dは、両者間が近接する方向(すなわち、本例ではZ軸方向)に錘部15が変位することにより圧電膜22に与える応力が破壊応力となる距離未満として、固定電極45側を錘部の15の可動量を制限するストッパーとして機能させることが好ましい。
In addition, when a large impact is applied to the composite sensor 1 (during a drop test or the like), if the
複合センサ1を駆動していない静止状態における、可動電極35と固定電極45との間隔dは例えば15μm以下、0.5μm以上程度が好ましく、例えば、1μmとする。但し、好ましい間隔dは錘部15の大きさ、ダイアフラムの大きさ、厚み圧電膜の厚みなどに応じて適宜定める必要がある。例えば、PZT(lead zirconate titanate)からなる2μm厚の圧電膜の場合、略200MPa以上の応力が印加されると、破壊されてしまう。したがって、圧電膜に200MPa以上の応力が印加されないように間隔dを設定するなどである。
In a stationary state where the
破壊応力は、圧電膜の材料および厚み等により異なり、例えば、Si基板上に電極を介して形成した圧電膜に上部電極を形成したものを、片持ち梁構造にして測定することができる。すなわち片持ち梁構造の圧電膜の上下電極間に交流の電圧を印加させて、共振駆動させ、駆動電圧を印加することで大きく片持ち梁が変位する。駆動電圧を大きくすることで変位が大きくなり圧電膜が構造的に破壊される。その時の変位量をFEM(Finite Element Method;有限要素法)等で破壊応力を算出することができる。 The fracture stress varies depending on the material and thickness of the piezoelectric film, and can be measured, for example, by forming a top electrode on a piezoelectric film formed on an Si substrate via an electrode with a cantilever structure. That is, an alternating voltage is applied between the upper and lower electrodes of the piezoelectric film having a cantilever structure to drive resonance, and the cantilever is displaced greatly by applying a drive voltage. Increasing the driving voltage increases the displacement and structurally breaks the piezoelectric film. The displacement stress at that time can be calculated by FEM (Finite Element Method) or the like.
上記構成の加速度センサは静的加速度のみならず、動的加速度の検出も可能である。動的加速度と静的加速度の検出とでは、変位量が大きく異なるため、検出回路側において2つのダイナミックレンジを用意しておき、所定の閾値においてダイナミックレンジを切り替えて検出するように構成しておくことが好ましい。 The acceleration sensor configured as described above can detect not only static acceleration but also dynamic acceleration. Since the amount of displacement differs greatly between detection of dynamic acceleration and detection of static acceleration, two dynamic ranges are prepared on the detection circuit side, and the dynamic range is switched and detected at a predetermined threshold. It is preferable.
あるいは、加速度センサにおける検出側のダイナミックレンジは1つとして、上記加速度センサは、静的加速度もしくは非常に遅い動的加速度を検出するために利用するものとし、角速度センサが動的加速度センサを兼ねるように(既述の特許文献1:特開2006−23320号公報参照)構成されていてもよい。 Alternatively, the acceleration sensor has only one dynamic range on the detection side, the acceleration sensor is used to detect static acceleration or very slow dynamic acceleration, and the angular velocity sensor also serves as the dynamic acceleration sensor. (See the above-mentioned Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2006-23320).
なお、副板状基材40に、ASIC(Application specific integrated circuit)が備えられていることが好ましい。ASICには、角速度センサの角速度検出制御回路および加速度センサの加速度検出制御回路が含まれる。
The sub-plate-
可動電極35と電気的に同電位である電極膜32と接触するスペーサ48は、可動電極35の上記副板状基材40の回路に対する電気的な接続のため、あるいは外部への電気的な接続のため導電性を有して、電極配線機能を有していることが好ましい。
The
板状基材10および副板状基材40としては、加工が容易である点などからSiウエハやSOI(silicon on insulator)ウエハなどを用いることが好ましい。
As the plate-
下部電極21の材料は特に限定されず、金属でもよいし、酸化物導電体材料であってもよい。具体的には、Pt(白金)、Al(アルミニウム)、Mo(モリブデン)、TiN(窒化チタン)、Ru(ルテニウム)、Au(金)、銀(Ag)、Ir(イリジウム)、ITO(インジウムスズ酸化物)などの材料を用いることができる。また、Si活性層13との密着性を高めるための密着層としてTiやTiW等をSi活性層13と下部電極21との間に設けてもよい。
The material of the
下部電極21の厚みは、適宜の膜厚に設計することが可能であるが、50〜500nmであることが好ましい。下部電極21は厚すぎると剛性が高くなり圧電膜22の変位を制限してしまう恐れがあるため、厚みは50〜300nmがより好ましい。
The thickness of the
圧電膜22の材料、厚みに制限はなく、角速度センサとして好適なものを用いることができる。好ましくは、成膜後に分極処理不要なものがよい。
圧電膜22としては、例えば、下記一般式(P)で表される1種または複数種のペロブスカイト型酸化物を用いることができ、スパッタ法に代表される気相成長法により基板温度を上げて(好ましくは400℃以上で)成膜中に結晶化させる方法で形成することができる。There is no restriction | limiting in the material and thickness of the
As the
一般式ABO3・・・(P)
(式中、A:Aサイト元素であり、Pbを含む少なくとも1種の元素、B:Bサイトの元素であり、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe、Ni、およびランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の元素、O:酸素原子。A:B:Oのモル比は1:1:3が標準であるが、このモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内でずれてもよい。)General formula ABO 3 (P)
(In the formula, A is an A site element and at least one element including Pb, B is an element of a B site, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Sc, At least one element selected from the group consisting of Co, Cu, In, Sn, Ga, Zn, Cd, Fe, Ni, and a lanthanide element, O: oxygen atom, and a molar ratio of A: B: O is 1: 1: 3 is the standard, but this molar ratio may deviate within a range where a perovskite structure can be taken.)
特には、Pb(Zry,Tiz,Nb1−y−z)O3,0<y<1,0<z<1で表される、所謂PZT(lead zirconate titanate)、あるいはNb−PZT(Nb doped lead zirconate titanate)と称される、ペロブスカイト型酸化物であることが好ましく、特には、Nb/(Zr+Ti+Nb)モル比が0.06以上0.20以下であるNb−PZTが好ましい。Nb−PZT膜は成膜直後の状態(asdepo状態,as-deposited)で自発分極を示し、分極処理が不要である。 Particularly, Pb (Zr y, Ti z , Nb 1-y-z)
圧電膜22の膜厚については、0.3μm以上10μm以下とすることが好ましく、より好ましくは、0.5μm以上8μm以下、さらに好ましくは1μm以上7μm以下である。0.3μm以上の厚みがあれば、アクチュエータとして十分な駆動力を発生することができ、センサや発電デバイスとして十分な電圧信号を取り出すことが可能となる。
The thickness of the
図4および図5を参照して上記実施形態の複合センサの製造工程について説明する。
まず、板状基材10を用意する。板状基材10としては、Si基材11、SiO2からなるBOX(Buried Oxide)層12、およびBOX層12を挟んでSi基材11と対向するSi活性層13からなるSOIウエハ(以下において、「SOIウエハ10」とする。)が好適である。SOIウエハ10のSi活性層13表面に下部電極21を形成し、さらに下部電極21上に圧電膜22を形成する(図4の工程S1)。With reference to FIG. 4 and FIG. 5, the manufacturing process of the composite sensor of the said embodiment is demonstrated.
First, the plate-
SOIウエハ10の仕様は角速度センサに適した仕様とすることが好ましい。例えば、BOX層12の膜厚は0.3〜1.0μm、Si活性層13の厚みは3〜50μmとすることが好ましい。しかしながら、これらの仕様は、センサの構造によって適宜選択することができる。
The specification of the
下部電極および圧電膜は、公知の薄膜形成法によって形成することができる。薄膜形成法には、物理的気相成膜法(PVD:physical vapor deposition)、化学的気相成膜法(CVD:chemical vapor deposition)、液相成膜法(めっき、塗布、ゾルゲル法、スピンコート法など)、熱酸化法が含まれる。それぞれの層について適宜の成膜方法を選択できるが、すべての層を気相成長法で成膜する構成が最も好ましい。気相成長法は高精度な厚さ寸法制御が可能である。また、材料が安価で、成膜レートが高く、量産適性があるので、デバイスのコストダウンが可能である。特には、スパッタ法により成膜することが好ましい。 The lower electrode and the piezoelectric film can be formed by a known thin film forming method. Thin film formation methods include physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and liquid deposition (plating, coating, sol-gel, spin Coating method) and thermal oxidation method. Although an appropriate film formation method can be selected for each layer, a structure in which all layers are formed by vapor deposition is most preferable. The vapor phase growth method can control the thickness dimension with high accuracy. In addition, since the material is inexpensive, the film formation rate is high, and it is suitable for mass production, the cost of the device can be reduced. In particular, it is preferable to form a film by sputtering.
なお、圧電膜の成膜方法としてはスパッタ法に限らず、イオンプレーティング法、MOCVD法(有機金属気相成長法)、PLD法(パルスレーザー堆積法)など、各種の方法を適用し得る。また、気相成長以外の方法(例えば、ゾルゲル法など)を用いることも考えられる。 The method for forming the piezoelectric film is not limited to the sputtering method, and various methods such as an ion plating method, an MOCVD method (metal organic chemical vapor deposition method), and a PLD method (pulse laser deposition method) can be applied. It is also conceivable to use a method other than vapor phase growth (for example, a sol-gel method).
しかしながら、圧電膜をスパッタ法により基板に直接成膜し、圧電膜を薄膜化することで製造プロセスを簡便にすることができる。 However, the manufacturing process can be simplified by forming the piezoelectric film directly on the substrate by sputtering and reducing the thickness of the piezoelectric film.
次に、圧電膜22上に上部電極層を成膜し、その後、所望の位置に圧電アクチュエータおよび圧電センサとして機能する圧電素子を形成するために上部電極層を個々の上部電極24A,24Bおよび配線にパターニングする(図4の工程S2)。さらに圧電膜22の一部をエッチングすることにより、下部電極21を露出させて制御回路への接続を可能とする。
Next, an upper electrode layer is formed on the
その後、SOIウエハ10のSi基材11側の面からBOX層12までSi基材11を深掘り工程にてエッチングし、錘部15を作製する(図4の工程S3)。
Thereafter, the
さらに、このSOIウエハのSi基材11側の面の全面に、スパッタ法にてTi密着層を形成し、その上にAu電極を形成する(図4の工程S4)。錘部15の図中下面のAu電極部が静電容量検出のための可動電極35として機能する部分であり、接地電位とする。なお、錘部15側の面は深掘り工程にて大きな凹凸が形成されているため、この面に均一に電極膜を形成するためには、例えば、蒸着法よりもスパッタ法、スパッタ法よりCVD法がカバレッジ性がよく好ましい。
Further, a Ti adhesion layer is formed on the entire surface of the SOI wafer on the
別途に作製した、一面に加速度センサ用の固定電極45がパターニング形成された副板状基材40を用意する(図5の工程S5)。副板状基材40としては、例えば、Siウエハが好適である。この副板状基材40はセンサを駆動、処理するASIC機能を備えていることが好ましい。
A sub-plate-
その後、錘部15、圧電素子などおよび可動電極が組み込まれたSOIウエハ10と副板状基材40を、錘部15の可動電極35が、副板状基材40上の固定電極45と対向するように位置決めして貼り合わせる(図5の工程S6)。貼り合わせには、共晶結合、Au粒子による結合、あるいはエポキシ系樹脂による接合などを用いることができる。例えば、Au−Sn金属を1μmエッジ部に形成し加熱、加圧状態とすることで接合することができる。貼り合せ時の可動電極35と固定電極45との間のギャップ制御が重要であるので、接合材料中にスペーサ48として機能するガラスビーズのようなものを混合してもよい。
Thereafter, the
なお、錘部15と副板状基材40との絶縁が取れるように、SOIウエハ10の錘部15側に成膜形成された電極膜32の副板状基材40と接触しうる部分は予めSiO2膜などの絶縁膜(図示していない。)で被覆しておく。The portion of the
最後に、各種配線の接続後、減圧雰囲気下にて筐体50内に封止することにより図1に示す複合センサ1を作製することができる。
Finally, after connecting various wirings, the
上記説明いた第1の実施形態の複合センサ1は、角速度センサの構成要素の一つである錘部15の一部に可動電極35を備え、可動電極35と、この可動電極35に対向した設けられた固定電極45との間の静電容量の変化を検出して加速度を算出する加速度検出部を備えた加速度センサとを備えたことにより、小型な構成で、静的な加速度を検出可能となっている。また、上記複合センサ1は簡単な構成であるため、作製も容易である。
The
なお、上記第1の実施形態の複合センサ1においては、可動電極35と固定電極45との間隔を制御する間隔維持機構としてスペーサ48を備えるものとしたが、間隔維持のための機構はこれに限らない。図6および図7に、それぞれ設計変更例1の複合センサ1Aおよび設計変更例2の複合センサ1Bの切断端面図を示す。
In the
図6に示すように、錘部15Aの長さをダイアフラムの周りの支持部の厚みと比較して短くしておくことにより間隔dを調整することも可能である。あるいは、図7に示すように、副板状基材40の固定電極45を形成する部分に凹部43を設け、この凹部の深さによって間隔dを調整することも可能である。
As shown in FIG. 6, the distance d can be adjusted by shortening the length of the
図6および図7の場合には、板状基材10側の副板状基材40と接続させる部分の密着層31および電極膜32を除去し、Siウエハ直接接合技術を用いて板状基材10と副板状基材40を直接接合することができる。かかる構成によれば、接着剤を用いた場合と比較して、間隔の調整精度を向上させることが可能であり、かつ、接合強度を高めることもできる。
In the case of FIG. 6 and FIG. 7, the
次に、本発明の第2の実施形態の複合センサについて説明する。
図8は第2の実施形態に係る複合センサ2の切断端面図である。本構成においては、第1の実施形態の複合センサ2における板状基材10が天地を反対に配置されている。第1の実施形態の複合センサ2と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。Next, a composite sensor according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 is a cut end view of the
図8に示すように、本複合センサ2においては、錘部15のダイアフラム側の一部に可動電極24C(35)が設けられている。図9に板状基材10の一方の面における上部電極パターンを示す。圧電素子25、26の上部電極24A、24Bに加えて可動電極24Cが上部電極24A,24Bの中心部に設けられている。可動電極24Cは、上部電極24A、24Bと同時にパターニング形成することができる。
As shown in FIG. 8, in the
かかる構成によれば、可動電極35を錘部15の下端側に設ける場合と比較して、製造工程を簡略化することができる。また、本構成においては、可動電極24Cおよび固定電極45のいずれを接地電位としてもよい。
According to this configuration, the manufacturing process can be simplified as compared with the case where the
本実施形態の複合センサ2における角速度の検出および加速度の検出方法は第1の実施形態の複合センサ1と同様である。本複合センサ2によれば、複合センサ1と同様の小型化という同様の効果を奏し、かつ、さらに製造を容易なものとすることができる。
The detection method of angular velocity and acceleration in the
上記各実施形態においては、ダイアフラムの中央に錘部が設けられてなる1つの錘部(可動部)で3軸の角速度を検出可能な角速度センサを備えるものとしたが、本発明の複合センサにおいて備えられる角速度センサの可動部としては、公知の角速度センサに用いられる音叉型、バタフライ型など他の形状のものであっても構わない。すなわち、可動部は1つのみに限らず複数備えていてもよく、また、可動部の一部に可動電極を設け、それに対向して固定電極が配置されていれば、同様の原理により静的な加速度を検出可能な加速度センサを構成することができる。 In each of the above embodiments, an angular velocity sensor capable of detecting a three-axis angular velocity with a single weight portion (movable portion) having a weight portion provided at the center of the diaphragm is provided. The movable part of the angular velocity sensor provided may be of other shapes such as a tuning fork type and a butterfly type used in known angular velocity sensors. In other words, the number of movable parts is not limited to one, and a plurality of movable parts may be provided. If a movable electrode is provided on a part of the movable part and a fixed electrode is arranged opposite to the movable electrode, It is possible to configure an acceleration sensor that can detect a simple acceleration.
1,1A,1B,2 複合センサ
10 板状基材(SOIウエハ)
11 Si基材
12 BOX層
13 Si活性層
15,15A 錘部
21 下部電極
22 圧電膜
24A,24B 上部電極
24C,35 可動電極
25,26 圧電素子
31 密着層
32 電極膜
40 副板状基材
43 凹部
45 固定電極
45x1,45x2,45y1,45y2 固定電極片
48 スペーサ
50 筐体1, 1A, 1B, 2
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記錘部の一部に設けられた可動電極、前記板状基材とは別部材であり且つ前記支持部に接続された副板状基材の表面に設けられた固定電極、および前記可動電極と前記固定電極との間の静電容量の変化を検出して加速度を算出する加速度検出部を備えた加速度センサとを備え、
前記可動電極を構成する電極膜が前記支持部の表面を覆い、前記電極膜の前記支持部を覆う部分が、直接または導電性を有するスペーサを介して前記副板状基材に接続されている
複合センサ。 A weight portion, a vibration excitation portion that induces vibration in the direction of a predetermined vibration axis with respect to the weight portion, and an angular velocity detection portion that detects a displacement of the weight portion caused by Coriolis force and calculates an angular velocity. An angular velocity sensor provided, wherein the vibration excitation unit and the angular velocity detection unit each include a piezoelectric element composed of a laminate of a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode provided on the surface of a plate-like substrate, An angular velocity sensor in which the weight part and a support part provided with a space between the weight part are configured as a part of the plate-like substrate;
A movable electrode provided in a part of the weight part, a fixed electrode provided on a surface of a sub-plate-like base material that is a separate member from the plate-like base material and connected to the support part , and the movable electrode And an acceleration sensor including an acceleration detection unit that calculates an acceleration by detecting a change in capacitance between the fixed electrode and the fixed electrode,
The electrode film constituting the movable electrode covers the surface of the support part, and the part of the electrode film covering the support part is connected to the sub-plate base material directly or via a conductive spacer. Compound sensor.
請求項1記載の複合センサ。 The composite sensor according to claim 1, further comprising a housing that includes the angular velocity sensor and the acceleration sensor, wherein an atmospheric pressure in the housing is less than an atmospheric pressure.
請求項1または2記載の複合センサ。 The composite sensor according to claim 1, wherein the fixed electrode is composed of two or more fixed electrode pieces with respect to one weight portion.
請求項1から3いずれか1項記載の複合センサ。 4. The distance between the movable electrode and the fixed electrode is less than a distance at which stress applied to the piezoelectric film due to displacement of the weight portion in a direction in which the movable electrode and the fixed electrode are close to each other becomes a fracture stress. The composite sensor according to item.
請求項1から4いずれか1項記載の複合センサ。 Prior Symbol plate-shaped substrates, wherein the movable electrode and the fixed electrode, any of the sub-plate according to claim 1, substrate and are joined at the position at the time of non-driving are opposed at a predetermined interval 4 The composite sensor according to item 1.
請求項1から5いずれか1項記載の複合センサ。 The sub-plate base has a circuit for angular velocity detection control by the angular velocity sensor.
The composite sensor according to claim 1 .
Said piezoelectric element, a composite sensor according to claim 1 to 6 any one of claims to act as part of the dynamic acceleration sensor for detecting a dynamic acceleration constituting a part of the angular velocity sensor.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016084895 | 2016-04-21 | ||
JP2016084895 | 2016-04-21 | ||
PCT/JP2017/015646 WO2017183646A1 (en) | 2016-04-21 | 2017-04-19 | Composite sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2017183646A1 JPWO2017183646A1 (en) | 2019-03-07 |
JP6594527B2 true JP6594527B2 (en) | 2019-10-23 |
Family
ID=60116070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018513191A Active JP6594527B2 (en) | 2016-04-21 | 2017-04-19 | Compound sensor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6594527B2 (en) |
WO (1) | WO2017183646A1 (en) |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3585959B2 (en) * | 1994-08-26 | 2004-11-10 | 和廣 岡田 | A device that detects both acceleration and angular velocity |
JP2003050248A (en) * | 2001-08-08 | 2003-02-21 | Akashi Corp | Detector |
JP2003344438A (en) * | 2002-05-24 | 2003-12-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Impact sensor |
JP2003263853A (en) * | 2003-04-11 | 2003-09-19 | Tokyo Electron Ltd | Hard disk drive |
JP5139673B2 (en) * | 2005-12-22 | 2013-02-06 | セイコーインスツル株式会社 | Three-dimensional wiring and manufacturing method thereof, mechanical quantity sensor and manufacturing method thereof |
JP2010025840A (en) * | 2008-07-23 | 2010-02-04 | Wacoh Corp | Force detector |
JP5527017B2 (en) * | 2010-05-27 | 2014-06-18 | セイコーエプソン株式会社 | Element structure, inertial sensor and electronic device |
JP2011191318A (en) * | 2011-05-30 | 2011-09-29 | Wacoh Corp | Angular velocity sensor |
KR20130067336A (en) * | 2011-11-28 | 2013-06-24 | 삼성전기주식회사 | Inertial sensor |
KR101331685B1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-11-20 | 삼성전기주식회사 | Inertial Sensor and Method of Manufacturing The Same |
WO2014155997A1 (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 旭化成株式会社 | Angular velocity sensor |
-
2017
- 2017-04-19 JP JP2018513191A patent/JP6594527B2/en active Active
- 2017-04-19 WO PCT/JP2017/015646 patent/WO2017183646A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2017183646A1 (en) | 2019-03-07 |
WO2017183646A1 (en) | 2017-10-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI813633B (en) | Piezoelectric micromachined ultrasound transducer device | |
KR100985453B1 (en) | Sensor device and production method therefor | |
JP5450451B2 (en) | XY Axis Dual Mass Tuning Fork Gyroscope with Vertically Integrated Electronic Circuits and Wafer Scale Sealed Packaging | |
US9891125B2 (en) | Electronic device, physical quantity sensor, pressure sensor, vibrator, altimeter, electronic apparatus, and moving object | |
WO2007061062A1 (en) | Method for manufacturing wafer level package structure | |
US20230099306A1 (en) | Inertial sensor module | |
WO2008059781A1 (en) | Electronic component and method for manufacturing the same | |
US20160341759A1 (en) | Sensor and method of manufacturing same | |
JP6572892B2 (en) | Gyro sensor and electronic equipment | |
JP6594527B2 (en) | Compound sensor | |
JP2010147285A (en) | Mems, vibration gyroscope, and method of manufacturing mems | |
JP5380891B2 (en) | MEMS and MEMS manufacturing method | |
JPH08247768A (en) | Angular velocity sensor | |
KR101255962B1 (en) | Inertial sensor and method of manufacturing the same | |
JP2008241481A (en) | Sensor element | |
KR100277425B1 (en) | Electrode Structure of Thin Film Moving Wave Rotation Sensor and Its Sensor | |
US20180175276A1 (en) | Microfabricated self-sensing actuator | |
JP4362739B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
JP2007192792A (en) | Sensor element | |
US9231182B2 (en) | Angular velocity sensor | |
JP2014157063A (en) | Composite sensor element | |
JPWO2008149821A1 (en) | Sensor device | |
JPH06289046A (en) | Dynamics sens0r | |
JP6193599B2 (en) | Angular velocity sensor and manufacturing method thereof | |
JP2014002110A (en) | Capacitance detection device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181004 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190709 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190819 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190903 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190924 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6594527 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |