JP6733333B2 - 物理量検出デバイス、物理量検出デバイスの製造方法、電子機器及び移動体 - Google Patents
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Description
上記振動ジャイロ用振動子は、レーザー光で調整用電極のすべて、または、一部が除去されることにより、配線間の静電容量に伴う駆動信号の検出電極へのクロストークのバランス調整をすることができるとされている。
これにより、上記振動ジャイロ用振動子は、櫛歯状の調整用電極の配置に関して可動部及び基部の表裏両面に相当程度のスペースが必要なことから、更なる小型化が困難となる虞がある。
この、レーザー光照射位置の都度の変更により、上記振動ジャイロ用振動子は、生産性が低下する虞がある。
これにより、物理量検出デバイスは、決められた1つの信号パターンに調整用パターンが含まれることから、従来(例えば、特許文献1)のような、調整用電極を検出信号用配線の数に応じて、複数の櫛歯状に設ける必要がない。
例えば、第1検出信号パターンと第2検出信号パターンとに、予め製造ばらつきを見込んで十分な静電容量の差をつけておくことで、調整用パターンを第1検出信号パターンまたは第2検出信号パターンのどちらか一方に含ませることができる。
この結果、物理量検出デバイスは、信号パターンの面積を調整する調整用パターンにより第1検出信号パターンと第2検出信号パターンとの静電容量の差を小さくして、検出精度を向上させつつ、更なる小型化や生産性の向上を図ることができる。
また、物理量検出デバイスは、調整用パターンが基部に配置されている場合より、基部を小型化することができる。
また、物理量検出デバイスの製造方法は、調整用パターンが第1検出信号パターン、第2検出信号パターン、及び駆動信号パターンのいずれか1つに備えられていることから、各信号パターンに備えられている場合より、物理量検出デバイスの更なる小型化や生産性の向上を図ることができる。
これにより、物理量検出デバイスの製造方法は、物理量検出デバイスの検出精度を向上させることができる。
これにより、物理量検出デバイスの製造方法は、物理量検出デバイスの検出精度を向上させることができる。
最初に、物理量検出デバイスの一例としてのジャイロ振動素子について説明する。
図1は、第1実施形態のジャイロ振動素子の一方の主面側から見た、一方の主面側の構成を示す平面図である。図2は、ジャイロ振動素子の一方の主面側から透視した、他方の主面側の構成を示す平面図である。図3Aは、調整用パターンを説明するための図1の中心部の拡大図である。なお、以下の各図を含めて、説明の便宜上、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
図1及び図2に示すように、ジャイロ振動素子1は、例えば、水晶の結晶軸に合わせXY平面に拡がりを有し、Z軸方向に厚みを有する。ジャイロ振動素子1は、互いに反対を向く第1表面101(一方の主面、図1参照)及び第2表面102(他方の主面、図2参照)と、第1表面101及び第2表面102を接続する側面103と、を有する。第1表面101及び第2表面102は、XY平面に平行な面であって、第2表面102は、収容される容器(図示せず)の内側底面と対向する面である。
側面103は、第1表面101及び第2表面102と直交し、Z軸に平行な面である。
検出振動腕30,32によって、角速度を検出する検出振動系が構成されている。また、連結腕20,22と駆動振動腕40,42,44,46とによって、ジャイロ振動素子1を駆動させる駆動振動系が構成されている。
支持部60,62のX軸方向の長さは、検出振動腕30,32の先端部30a,32aのX軸方向の長さよりも大きく、例えば、連結腕20,22及び基部10のX軸方向の長さの合計と同じ程度である。図示の例では、支持部60,62の平面形状は、略矩形であるが、特に限定されるものではない。支持部60,62は、検出振動腕30,32及び駆動振動腕40,42,44,46から離れて配置されている。支持部60,62は、容器などに固定される。
このように第1及び第3梁50,54は、第1支持部60と接続しており、第2及び第4梁52,56は、第2支持部62と接続しており、基部10を支持している。梁50,52,54,56は、S字形状部50a,52a,54a,56aをそれぞれ有することが好ましい。
同様に、第2〜第4梁52,54,56の各々は、S字形状部52a,54a,56aにおいて、X軸方向と平行となる部分を3つ有している。S字形状部50a,52a,54a,56aによって、梁50,52,54,56は、X軸方向及びY軸方向に弾性を得ることができる。
便宜上、図1及び図2において、検出信号電極110、検出信号配線112及び検出信号端子114を右下斜線で示し、検出接地電極120、検出接地配線122及び検出接地端子124をクロス斜線で示し、駆動信号電極130、駆動信号配線132及び駆動信号端子134を左下斜線で示し、駆動接地電極140、駆動接地配線142及び駆動接地端子144をクロス縦横線で示している。また、図1及び図2において、ジャイロ振動素子1の側面103に形成されている電極、配線、端子を、太線で示している。
検出信号電極110は、図1及び図2に示すように、第1及び第2検出振動腕30,32に形成されている。ただし、図示の例では、検出信号電極110は、第1及び第2検出振動腕30,32の先端部30a,32aには形成されていない。より具体的には、検出信号電極110は、第1及び第2検出振動腕30,32の第1表面101及び第2表面102に形成されている。検出信号電極110は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。検出信号電極110は、第1及び第2検出振動腕30,32の検出振動が励起されたときに、該振動によって発生する圧電材料の歪みを、検出するための電極である。
図示の例では、第1支持部60に形成された検出信号端子114は、後述するように駆動接地電極140が形成される第1駆動振動腕40の先端部40aに対して、Y軸の正の方向側に配置されている。すなわち、第1支持部60に形成された検出信号端子114と、先端部40aに形成された駆動接地電極140とは、Y軸方向において対向しているといえる。
また、第2支持部62に形成された検出信号端子114は、後述するように駆動接地電極140が形成される第2駆動振動腕42の先端部42aに対して、Y軸の負の方向側に配置されている。すなわち、第2支持部62に形成された検出信号端子114と、先端部42aに形成された駆動接地電極140とは、Y軸方向において対向しているといえる。
より具体的には、図1及び図2に示すように、第1支持部60に形成された検出信号端子114は、第1梁50の第1表面101に形成された検出信号配線112と接続され、検出信号配線112は、第1梁50の第1表面101から、第1梁50と基部10との接合部分の側面103a、そして基部10の第1及び第2表面101,102を通って、第1検出振動腕30の第1及び第2表面101,102に形成された検出信号電極110に接続されている。これにより、第1検出振動腕30が振動することにより生じる第1検出信号を、検出信号電極110から第1支持部60に形成された検出信号端子114に伝達することができる。
より具体的には、図1及び図2に示すように、第2支持部62に形成された検出信号端子114は、第2梁52の第1表面101に形成された検出信号配線112と接続され、検出信号配線112は、第2梁52の第1表面101から、第2梁52と基部10との接合部分の側面103b、そして基部10の第1及び第2表面101,102を通って、第2検出振動腕32の第1及び第2表面101,102に形成された検出信号電極110に接続されている。これにより、第2検出振動腕32が振動することにより生じる第2検出信号を、検出信号電極110から第2支持部62に形成された検出信号端子114に伝達することができる。
検出接地電極120は、図1及び図2に示すように、第1及び第2検出振動腕30,32の検出信号電極110よりも先端側の先端部30a,32aに形成されている。
より具体的には、検出接地電極120は、先端部30a,32aの第1及び第2表面101,102に形成されている。更に、検出接地電極120は、第1及び第2検出振動腕30,32の側面103に形成されている。第1検出振動腕30の表面101,102及び側面103に形成された検出接地電極120は、互いに電気的に接続されている。
また、第2検出振動腕32の表面101,102及び側面103に形成された検出接地電極120は、互いに電気的に接続されている。図示の例では、検出接地電極120は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。検出接地電極120は、検出信号電極110に対してグランドとなる電位を有する。
より具体的には、検出接地端子124は、第1及び第2支持部60,62の第1及び第2表面101,102、更に側面103に形成されている。第1支持部60の表面101,102及び側面103に形成された検出接地端子124は、互いに電気的に接続されている。また、第2支持部62の表面101,102及び側面103に形成された検出接地端子124は、互いに電気的に接続されている。
図示の例では、第1支持部60に形成された検出接地端子124は、検出接地電極120が形成された第1検出振動腕30の先端部30aに対して、Y軸の正の方向側に配置されている。すなわち、第1支持部60に形成された検出接地端子124と、先端部30aに形成された検出接地電極120とは、Y軸方向において対向しているといえる。
また、第2支持部62に形成された検出接地端子124は、検出接地電極120が形成された第2検出振動腕32の先端部32aに対して、Y軸の負の方向側に配置されている。すなわち、第2支持部62に形成された検出接地端子124と、先端部32aに形成された検出接地電極120とは、Y軸方向において対向しているといえる。図示の例では、検出接地端子124は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。
より具体的には、第1支持部60に形成された検出接地端子124は、第1梁50の第2表面102及び側面103に形成された検出接地配線122と接続され、検出接地配線122は、第1梁50の第2表面102及び側面103から、基部10の第1及び第2表面101,102を通って、第1検出振動腕30の側面103に形成された検出接地電極120に接続されている。
駆動電極としての駆動信号電極130は、図1及び図2に示すように、第1及び第2駆動振動腕40,42に形成されている。ただし、図示の例では、駆動信号電極130は、第1及び第2駆動振動腕40,42の先端部40a,42aには形成されていない。
より具体的には、駆動信号電極130は、第1及び第2駆動振動腕40,42の第1表面101及び第2表面102に形成されている。更に、駆動信号電極130は、第3及び第4駆動振動腕44,46の側面103と、第3及び第4駆動振動腕44,46の先端部44a,46aの第1及び第2表面101,102と、に形成されている。
第3駆動振動腕44の表面101,102及び側面103に形成された駆動信号電極130は、互いに電気的に接続されている。また、第4駆動振動腕46の表面101,102及び側面103に形成された駆動信号電極130は、互いに電気的に接続されている。図示の例では、駆動信号電極130は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。駆動信号電極130は、第1〜第4駆動振動腕40,42,44,46の駆動振動を励起させるための電極である。
より具体的には、駆動信号端子134は、第4梁56の第1表面101に形成された駆動信号配線132と接続され、駆動信号配線132は、第4梁56の第1表面101から、基部10の第1表面101、そして第1連結腕20の第1表面101を通って、第1及び第2駆動振動腕40,42の第1表面101に形成された駆動信号電極130に接続されている。
更に、図1及び図2に示すように、駆動信号配線132は、第1連結腕20の第1表面101から、第1連結腕20の側面103cを通って、第1及び第2駆動振動腕40,42の第2表面102に形成された駆動信号電極130に接続されている。
また、更に、駆動信号配線132は、基部10の第1表面101から、第2連結腕22の側面103dを通って、第3及び第4駆動振動腕44,46の側面103に形成された駆動信号電極130に接続されている。これにより、第1〜第4駆動振動腕40,42,44,46を駆動振動させるための駆動信号を、駆動信号端子134から駆動信号電極130に伝達することができる。
駆動接地電極140は、図1及び図2に示すように、第1及び第2駆動振動腕40,42の駆動信号電極130よりも先端側の先端部40a,42aに形成されている。
より具体的には、駆動接地電極140は、第1及び第2駆動振動腕40,42の先端部40a,42aの第1及び第2表面101,102に形成されている。更に、駆動接地電極140は、第1及び第2駆動振動腕40,42の側面103に形成されている。第1駆動振動腕40の表面101,102及び側面103に形成された駆動接地電極140は、互いに電気的に接続されている。また、第2駆動振動腕42の表面101,102及び側面103に形成された駆動接地電極140は、互いに電気的に接続されている。
更に、駆動接地電極140は、第3及び第4駆動振動腕44,46の第1及び第2表面101,102に形成されている。ただし、図示の例では、駆動接地電極140は、先端部44a,46aには形成されていない。図示の例では、駆動接地電極140は、XZ平面に関して、面対称に配置されている。駆動接地電極140は、駆動信号電極130に対してグランドとなる電位を有する。
図示の例では、第1支持部60に形成された駆動接地端子144は、駆動信号電極130が形成された第3駆動振動腕44の先端部44aに対して、Y軸の正の方向側に配置されている。すなわち、第1支持部60に形成された駆動接地端子144と、先端部44aに形成された駆動信号電極130とは、Y軸方向において対向しているといえる。
より具体的には、駆動接地端子144は、第3梁54の第2表面102及び側面103に形成された駆動接地配線142と接続され、駆動接地配線142は、第3梁54の第2表面102及び側面103から、基部10の第2表面102、そして第1連結腕20の側面103eを通って、第1及び第2駆動振動腕40,42の側面103に形成された駆動接地電極140に接続されている。
更に、駆動接地配線142は、基部10の第2表面102から、第2連結腕22の第2表面102を通って、第3及び第4駆動振動腕44,46の第2表面102に形成された駆動接地電極140に接続されている。また、更に、駆動接地配線142は、第2連結腕22の第2表面102から、第2連結腕22の側面103fを通って、第3及び第4駆動振動腕44,46の第1表面101に形成された駆動接地電極140に接続されている。
そして、ジャイロ振動素子1は、第1検出信号パターンS1、第2検出信号パターンS2、及び駆動信号パターンD1のいずれか1つ(ここでは、第2検出信号パターンS2)に、当該信号パターン(ここでは、第2検出信号パターンS2)の面積を調整する調整用パターンPを含んでいる。
図4及び図5は、ジャイロ振動素子の動作を説明するための概略平面図である。なお、図4及び図5では、便宜上、基部10、第1及び第2連結腕20,22、第1及び第2検出振動腕30,32、第1〜第4駆動振動腕40,42,44,46以外の図示を省略している。
図6は、ジャイロ振動素子の駆動及び検出にかかる回路構成を示す概略図である。なお、以下の回路構成の説明は、以降の各実施形態にも共通する内容である。
例えば、チャージアンプ回路421には、第1検出振動腕30に形成された検出信号電極110(第1検出電極S1a)により検出された第1検出信号が入力され、チャージアンプ回路422には、第2検出振動腕32に形成された検出信号電極110(第2検出電極S2a)により検出された第2検出信号が入力される。そして、チャージアンプ回路421,422は、入力された検出信号(交流電流)を、基準電圧Vrefを中心とする交流電圧信号に変換する。
これにより、ジャイロ振動素子1は、決められた1つの信号パターン(ここでは、第2検出信号パターンS2)に調整用パターンP(調整用電極に相当)が含まれることから、従来(例えば、特許文献1)のような、調整用電極を検出信号用配線の数に応じて、複数の櫛歯状に設ける必要がない。
例えば、ジャイロ振動素子1は、第1検出信号パターンS1と第2検出信号パターンS2とに、予め製造ばらつきを見込んで十分な静電容量の差(ここでは、C1≪C2)をつけておくことで、調整用パターンPを第1検出信号パターンS1または第2検出信号パターンS2のどちらか一方(ここでは、第2検出信号パターンS2)に含ませることができる。
この結果、ジャイロ振動素子1は、信号パターンの面積を調整する調整用パターンPにより第1検出信号パターンS1と第2検出信号パターンS2との静電容量の差(C1−C2)を小さくして、不要信号成分の不均衡を低減し、角速度ωの検出精度を向上させつつ、更なる小型化や生産性の向上を図ることができる。
これにより、ジャイロ振動素子1は、調整用パターンPの面積の調整による第1及び第2検出振動腕30,32、第1〜第4駆動振動腕40,42,44,46への影響を、例えば、調整用パターンPが振動腕の根元にある場合より低減することができる。
なお、調整用パターンPは、第2検出信号パターンS2に代えて、第1検出信号パターンS1または駆動信号パターンD1に設けられていてもよい(図3B参照)。
なお、ジャイロ振動素子1は、実使用の際は、容器に収容されている形態となる。これは、以下の各ジャイロ振動素子も同様である。
ジャイロ振動素子1の製造方法は、第1検出信号パターンS1と駆動信号パターンD1との間の容量結合による静電容量C1と、第2検出信号パターンS2と駆動信号パターンD1との間の容量結合による静電容量C2との差を、調整用パターンPの面積を変化させることにより小さくする工程を含む。
ついで、図7Aのジャイロ振動素子の製造方法を説明するための要部拡大図に示すように、調整用パターンPの少なくとも一部(図示の二点鎖線で囲んだ部分である除去部R)を、イオンビーム、レーザービーム及び電子ビームなどのエネルギー線で除去し、調整用パターンPの面積を減少させる(換言すれば、調整用パターンPと駆動信号パターンD1との間隔をあける)工程を含む。
ついで、ジャイロ振動素子1を駆動した状態で、差動増幅回路423の出力信号をオシロスコープなどの測定装置によって測定し、当該出力信号が小さくなるように、エネルギー線、例えばレーザービームを用いることにより調整用パターンPをトリミングする。
なお、このトリミングは、ジャイロ振動素子1を駆動した状態で、チャージアンプ回路421及びチャージアンプ回路422の出力信号をオシロスコープなどの測定装置によって測定し、チャージアンプ回路421の出力信号の振幅と、チャージアンプ回路422の出力信号の振幅とが一致するように、エネルギー線により調整用パターンPをトリミングしてもよい。
これにより、静電容量C2と静電容量C1との差を小さくすることができる。
ついで、蒸着、スパッタ及びイオンビームの少なくとも一つにより、調整用パターンPの面積を増加させる(換言すれば、調整用パターンPと駆動信号パターンD1との間隔を狭める)工程を含んでもよい。
これにより、静電容量C2と静電容量C1との差を小さくすることができる。
また、ジャイロ振動素子1の製造方法は、調整用パターンPが第1検出信号パターンS1、第2検出信号パターンS2、及び駆動信号パターンD1のいずれか1つ(ここでは、第2検出信号パターンS2)に備えられていることから、各信号パターンに備えられている場合より、ジャイロ振動素子1の更なる小型化や生産性の向上を図ることができる。
これにより、ジャイロ振動素子1の製造方法は、不要信号成分の不均衡が低減され、ジャイロ振動素子1の検出精度を向上させることができる。
これにより、ジャイロ振動素子1の製造方法は、不要信号成分の不均衡が低減され、ジャイロ振動素子1の検出精度を向上させることができる。
なお、ジャイロ振動素子1は、各支持部、各梁を除去し、各端子を基部10の第2表面102に配置する構成としてもよい。これによれば、ジャイロ振動素子1は、更なる小型化を図ることができる。
次に、第1実施形態の変形例について説明する。
図8は、第1実施形態の変形例のジャイロ振動素子の一方の主面側から見た、一方の主面側の構成を示す平面図である。なお、第1実施形態との共通部分には、同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
ここでは、一例として予め製造ばらつきを見込んで、第1検出信号パターンS1と駆動信号パターンD1との間の静電容量C1と、第2検出信号パターンS2と駆動信号パターンD1との間の静電容量C2とに十分な差をつけてある(C1≪C2)。
この結果、ジャイロ振動素子2は、調整用パターンPの面積の調整による振動部としての、第1及び第2検出振動腕30,32、第1〜第4駆動振動腕40,42,44,46への影響を、調整用パターンPが基部10に配置されている場合より、更に低減することができる。
また、ジャイロ振動素子2は、調整用パターンPが基部10に配置されている場合より、基部10を小型化することができる。
なお、調整用パターンPは、他方の主面(第2表面102)側に設けられていてもよい。
次に、物理量検出デバイスの一例としての物理量センサーモジュールについて説明する。
図9は、第2実施形態の物理量センサーモジュールの構成を示す平面図である。図10は、図9のE−E線での断面図である。なお、第1実施形態との共通部分には、同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
そして、物理量センサーモジュール3は、駆動信号パターンD1、第1検出信号パターンS1、及び第2検出信号パターンS2が、ジャイロ振動素子1Aと中継基板310とに跨って配置されている。
そして、物理量センサーモジュール3は、調整用パターンPが、中継基板310に配置されている。
配線パターン314は、ジャイロ振動素子1Aの各端子に対向する部分が、中継端子311a〜311fとなり、ICチップ320の略中央部に設けられている接続パッド321に対向する部分が、接続端子315a,315b,315d,315eとなっている。なお、接続端子315a,315b,315d,315e部分の基板本体313には、貫通孔が設けられている。
中継基板310は、ICチップ320のパッシベーション膜323上に搭載され、接続端子315a,315b,315d,315eが、ICチップ320の接続パッド321に金属バンプなどの接合部材322で電気的に接続されている。
これにより、ジャイロ振動素子1AとICチップ320とは、電気的に接続されていることになる。
なお、第1検出信号パターンS1は、中継基板310の外周に沿って時計回りに引き回され、中継端子311aの近傍まで達している。そして、中継端子311aの近傍まで達している第1検出信号パターンS1の先端部が、調整用パターンPとなっている。
これにより、物理量センサーモジュール3は、第1実施形態で述べた方法で、調整用パターンPの面積を調整することによって、第1検出信号パターンS1と駆動信号パターンD1との間の静電容量C1と、第2検出信号パターンS2と駆動信号パターンD1との間の静電容量C2との差を小さくし、検出精度を向上させることができる。
また、これにより、物理量センサーモジュール3は、ジャイロ振動素子1Aの設計自由度が向上する。
なお、調整用パターンPは、第1検出信号パターンS1に代えて、第2検出信号パターンS2または駆動信号パターンD1に設けられていてもよい。
次に、物理量検出デバイスの一例としてのH型のジャイロ振動素子について説明する。
図11は、第3実施形態のジャイロ振動素子の一方の主面側から見た、一方の主面側の構成を示す平面図である。図12は、ジャイロ振動素子の一方の主面側から透視した、他方の主面側の構成を示す平面図である。
なお、本実施形態の基本的な構成は、第1実施形態と同様であるので、要点を中心に説明する。
ジャイロ振動素子5は、互いに反対を向く第1表面501(一方の主面)及び第2表面502(他方の主面)と、第1表面501及び第2表面502を接続する側面503と、を有する。第1表面501及び第2表面502は、XY平面に平行な面であって、第2表面502は、収容される容器(図示せず)の内側底面と対向する面である。
側面503は、第1表面501及び第2表面502と直交し、Z軸に平行な面である。
第1及び第2駆動振動腕540,542は、基部510からY軸に沿って負の方向に延在している。
なお、第1及び第2検出振動腕530,532、第1及び第2駆動振動腕540,542は、溝部を有しているが、図が煩雑となるため省略してある。
固定部560は、基部510からX軸に沿って正及び負の方向に延在しながら屈曲し、第1及び第2駆動振動腕540,542を囲むように設けられている。第1及び第2駆動振動腕540,542の両側には、基部510と固定部560とをつなぐ梁570,572がY軸に沿って延在している。
更に、ジャイロ振動素子5は、第1検出信号と逆相の第2検出信号を出力する第2検出電極S2a、及び第2検出電極S2aに接続された第2検出信号配線S2bを含み、駆動信号パターンD1と静電容量C2で容量結合している第2検出信号パターンS2を備えている。
そして、ジャイロ振動素子5は、第1検出信号パターンS1、第2検出信号パターンS2、及び駆動信号パターンD1のいずれか1つ(ここでは、第1検出信号パターンS1)が、当該信号パターン(ここでは、第1検出信号パターンS1)の面積を調整する調整用パターンPを含んでいる。
また、駆動信号配線D1b,D2b、第1検出信号配線S1b、及び第2検出信号配線S2bは、基部510に配置され、調整用パターンPは、基部510の第1表面501の第1検出信号配線S1bに配置されている。調整用パターンPは、Y軸に沿って負の方向に略矩形状に突出して配置されている。
駆動信号端子D1c,D2c、第1検出信号端子S1c、及び第2検出信号端子S2cは、それぞれ各配線(D1bなど)を経由して各電極(D1aなど)に接続されている。
なお、各電極、各配線は、側面503にも配置され、側面503を経由して第1表面501及び第2表面502に延在している。
なお、定電位パターンFは、接地電位(グランド電位)となっており、駆動信号パターンD1、第1検出信号パターンS1、及び第2検出信号パターンS2以外のスペースの殆どの部分に配置され、ノイズなどの侵入を低減する機能を果たしている。
図13は、ジャイロ振動素子の駆動振動状態を示す模式斜視図であり、図14は、ジャイロ振動素子の検出振動状態を示す模式斜視図である。なお、図13及び図14では、説明の便宜上、ジャイロ振動素子の形状を単純化し固定部を省略してある。
この駆動振動状態で、図14に示すように、Y軸回りに角速度ω1が印加されると(換言すれば、Y軸を中心にしてジャイロ振動素子5が回転すると)、コリオリの力によりジャイロ振動素子5は、第1及び第2駆動振動腕540,542と、第1及び第2検出振動腕530,532とが、Z軸に沿って正の方向と負の方向とに交互に屈曲振動する検出振動を行う。
ジャイロ振動素子5は、この検出振動に伴って第1及び第2検出振動腕530,532に設けられた第1及び第2検出電極(S1a,S2a図示せず)に生じる電荷を、第1検出信号及び第2検出信号として取り出すことにより、角速度ω1を導出することができる。
これにより、ジャイロ振動素子5は、第1実施形態で述べた方法で、調整用パターンPの面積を調整することによって、第1検出信号パターンS1と駆動信号パターンD1との間の静電容量C1と、第2検出信号パターンS2と駆動信号パターンD1との間の静電容量C2との差を小さくし、角速度ω1の検出精度を向上させることができる。
この結果、ジャイロ振動素子5は、調整用パターンPにより第1検出信号パターンS1と第2検出信号パターンS2との静電容量の差(C1−C2)を小さくして、角速度ω1の検出精度を向上させつつ、更なる小型化や生産性の向上を図ることができる。
また、ジャイロ振動素子5は、固定部560を除去し、各端子を基部510の第2表面502に設ける構成としてもよい。これによれば、ジャイロ振動素子5は、更なる小型化を図ることができる。この構成は、以下の変形例1〜3にも適用可能である。
(変形例1)
図15は、第3実施形態の変形例1のジャイロ振動素子の構成を示す要部拡大平面図である。なお、第3実施形態との共通部分には、同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第3実施形態と異なる部分を中心に説明する。
このことから、ジャイロ振動素子6は、調整用パターンPの面積を調整することによって、同じ調整量でも定電位パターンFが配置されている場合より、静電容量C1の変化を大きくすることができる。
図16は、第3実施形態の変形例2のジャイロ振動素子の構成を示す要部拡大平面図である。なお、第3実施形態との共通部分には、同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第3実施形態と異なる部分を中心に説明する。
具体的には、ジャイロ振動素子7は、定電位パターンFが配置されていない領域(静電容量C1:大)に対応する部分の面積を調整することによって、静電容量C1の粗調整が行え、定電位パターンFが配置されている領域(静電容量C1:小)に対応する部分の面積を調整することによって、静電容量C1の微調整が行える。
図17は、第3実施形態の変形例3のジャイロ振動素子の構成を示す要部拡大平面図である。なお、第3実施形態との共通部分には、同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第3実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図18は、第3実施形態の変形例4のジャイロ振動素子の一方の主面側から透視した、他方の主面側の構成を示す平面図である。なお、第3実施形態との共通部分には、同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第3実施形態と異なる部分を中心に説明する。
具体的には、調整用パターンPは、第1検出信号配線S1bの内、第1検出信号端子S1cから、固定部560の形状に沿ってY軸の負の方向に延在し、駆動信号端子D1cの近傍まで配置されている部分に含まれている。
なお、第2検出信号端子S2cからは、第2検出信号配線S2b(第2検出信号パターンS2)が固定部560の形状に沿ってY軸の負の方向に延在し、駆動信号端子D2cの近傍まで配置されている。
これにより、ジャイロ振動素子9Aは、第1実施形態で述べた方法で、調整用パターンPの面積を調整することによって、第1検出信号パターンS1と駆動信号パターンD1との間の静電容量C1と、第2検出信号パターンS2と駆動信号パターンD1との間の静電容量C2との差を小さくし、角速度ω1の検出精度を向上させることができる。
また、ジャイロ振動素子9Aは、調整用パターンPが基部510に配置されている場合より、基部510を小型化することができる。
これによれば、ジャイロ振動素子9Aは、調整用パターンPを専用に用意する必要がないことから、小型化を図ることができる。
次に、物理量検出デバイスの一例としての物理量センサーについて説明する。
図19は、第4実施形態の物理量センサーの構成を示す平面図であり、図20は、図19のH−H線での断面図である。なお、第4実施形態では、H型のジャイロ振動素子を用いていることから、第3実施形態との共通部分には、同一の符号を付して詳細な説明は省略し、第3実施形態と異なる部分を中心に説明する。
ジャイロ振動素子5Aは、第3実施形態のジャイロ振動素子5から調整用パターンPを除去したものである。なお、図19では、ジャイロ振動素子5Aは、第1表面501から透視した第2表面502側の構成を示している。
パッケージベース901には、例えば、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、ガラスセラミック焼結体などのセラミック系の絶縁性材料が用いられている。
パッケージベース901の凹部902を覆うリッド903には、パッケージベース901と同材料、または、コバール、42アロイなどの金属が用いられている。
詳述すると、駆動信号端子D1cと対向する位置には、接続端子D1dが設けられ、駆動信号端子D2cと対向する位置には、接続端子D2dが設けられ、第1検出信号端子S1cと対向する位置には、接続端子S1dが設けられ、第2検出信号端子S2cと対向する位置には、接続端子S2dが設けられ、それぞれ接合部材905により電気的及び機械的に接続されている。
第1検出信号パターンS1に含まれる接続端子S1dからは、第1検出信号配線S1bが、凹部902の内周に沿って接続端子D1dの近傍まで延在し、先端部に調整用パターンPを含んでいる。
第2検出信号パターンS2に含まれる接続端子S2dからは、第2検出信号配線S2bが、凹部902の内周に沿って接続端子D1dの近傍まで延在している。
これらにより、駆動信号パターンD1,D2、第1検出信号パターンS1、及び第2検出信号パターンS2は、接合部材905を介してジャイロ振動素子5Aとパッケージ900とに跨って配置され、調整用パターンPは、パッケージ900に配置されていることになる。
内部端子908は、内部配線(図示せず)を経由して各接続端子やパッケージベース901の外底面910に設けられた外部端子911などと接続されている。
なお、接合部材905としては、金属粒子などの導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系などの導電性接着剤、金属バンプなどが挙げられる。
気密に接合されたパッケージ900内は、減圧状態(真空度の高い状態)となっている。
具体的には、調整用パターンPを駆動信号パターンD1(接続端子D1d)に近づけるとともに、調整用パターンPを第2検出信号パターンS2より太くしてある。
これにより、物理量センサー9Bは、第1実施形態で述べた方法で、調整用パターンPの面積を調整することによって、第1検出信号パターンS1と駆動信号パターンD1との間の静電容量C1と、第2検出信号パターンS2と駆動信号パターンD1との間の静電容量C2との差を小さくし、角速度の検出精度を向上させることができる。
なお、物理量センサー9Bは、ジャイロ振動素子5Aに代えて、ダブルT型の振動素子を搭載してもよい。この場合でも同様の効果を奏することができる。
また、ジャイロ振動素子は、ダブルT型やH型以外にも、二脚音叉、三脚音叉、くし歯型、直交型、角柱型など、種々の型のものを用いることが可能である。また、物理量センサーは、複数のジャイロ振動素子を搭載してもよい。これによれば、物理量センサーは、例えば、X軸、Y軸及びZ軸の3軸回りの角速度を検出することができる。この際、調整用パターンを、1つのジャイロ振動素子のみに設ける構成とすることも可能である。
次に、上述した物理量検出デバイスを備えている電子機器について説明する。
図21は、物理量検出デバイスを備えている電子機器としてのモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す模式斜視図である。
図21に示すように、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1101を有する表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター1100には、上述した物理量検出デバイスのいずれかが内蔵されている(ここでは、一例としてジャイロ振動素子1)。
図22に示すように、携帯電話1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1201が配置されている。
このような携帯電話1200には、上述した物理量検出デバイスのいずれかが内蔵されている(ここでは、一例としてジャイロ振動素子1)。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
デジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面(図中手前側)には、表示部1310が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部1310は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。
また、ケース1302の正面側(図中奥側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
また、このデジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子1312には、テレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314には、パーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。更に、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。
このようなデジタルスチルカメラ1300には、上述した物理量検出デバイスのいずれかが内蔵されている(ここでは、一例としてジャイロ振動素子1)。
なお、上述した物理量検出デバイスを備えている電子機器としては、これら以外に、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、各種ナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類、フライトシミュレーター、GPSモジュール、ネットワーク機器、放送機器などが挙げられる。
いずれの場合にも、これらの電子機器は、上述した物理量検出デバイスを備えていることから、上記実施形態及び変形例で説明した効果が奏され、優れた性能を発揮することができる。
次に、上述した物理量検出デバイスを備えている移動体について説明する。
図24は、物理量検出デバイスを備えている移動体としての自動車を示す模式斜視図である。
これによれば、自動車1500は、上述した物理量検出デバイスを備えていることから、上記実施形態及び変形例で説明した効果が奏され、優れた性能を発揮することができる。
Claims (9)
- 物理量検出デバイスであって、
駆動信号が印加される駆動電極、及び前記駆動電極に接続された駆動信号配線を含む駆動信号パターンと、
第1検出信号を出力する第1検出電極、及び前記第1検出電極に接続された第1検出信号配線を含み、前記駆動信号パターンと容量結合している第1検出信号パターンと、
前記第1検出信号と逆相の第2検出信号を出力する第2検出電極、及び前記第2検出電極に接続された第2検出信号配線を含み、前記駆動信号パターンと容量結合している第2検出信号パターンと、
を備え、
前記第1検出信号パターン、前記第2検出信号パターン、及び前記駆動信号パターンのいずれか1つは、当該信号パターンの面積を調整する調整用パターンを含み、
前記調整用パターンと、前記駆動信号パターン、前記第1検出信号パターン、及び前記第2検出信号パターンの内、前記容量結合の対象となる信号パターンとは、互いに対向して配置され、
前記調整用パターンと前記信号パターンとの間には、定電位パターンが配置されていることを特徴とする物理量検出デバイス。 - 前記調整用パターンは、前記調整用パターンの延在方向と交差する方向に第1の幅を有する第1パターン部分と、前記方向に前記第1の幅より狭い第2の幅を有する第2パターン部分と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の物理量検出デバイス。
- 基部と、前記基部に接続された振動部と、を有する振動素子を備え、
前記駆動電極、前記第1検出電極、及び前記第2検出電極は、前記振動部に配置され、
前記駆動信号配線、前記第1検出信号配線、及び前記第2検出信号配線は、前記基部に配置され、
前記調整用パターンは、前記基部に配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の物理量検出デバイス。 - 基部と、前記基部に接続された振動部と、前記基部に接続された固定部と、を有する振動素子を備え、
前記駆動信号配線、前記第1検出信号配線、及び前記第2検出信号配線は、前記基部及び前記固定部の両方に配置され、
前記調整用パターンは、前記固定部に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の物理量検出デバイス。 - 振動素子と、中継基板と、前記中継基板によって前記振動素子と電気的に接続されている電子素子と、を備え、
前記駆動信号パターン、前記第1検出信号パターン、及び前記第2検出信号パターンは、前記振動素子と前記中継基板とに跨って配置され、
前記調整用パターンは、前記中継基板に配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の物理量検出デバイス。 - 振動素子と、前記振動素子を収容する容器と、を備え、
前記振動素子と前記容器とは、接続部によって互いに電気的に接続され、
前記駆動信号パターン、前記第1検出信号パターン、及び前記第2検出信号パターンは、前記接続部を介して前記振動素子と前記容器とに跨って配置され、
前記調整用パターンは、前記容器に配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の物理量検出デバイス。 - 前記調整用パターンと前記信号パターンとの間には、前記定電位パターンが配置されている領域と、静電遮蔽されていない領域とが、あることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の物理量検出デバイス。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の物理量検出デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の物理量検出デバイスを備えていることを特徴とする移動体。
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