JPH0642970A - Angular-velocity sensor - Google Patents

Angular-velocity sensor

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Publication number
JPH0642970A
JPH0642970A JP4217265A JP21726592A JPH0642970A JP H0642970 A JPH0642970 A JP H0642970A JP 4217265 A JP4217265 A JP 4217265A JP 21726592 A JP21726592 A JP 21726592A JP H0642970 A JPH0642970 A JP H0642970A
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JP
Japan
Prior art keywords
cantilever
substrate
angular velocity
electrode
piezoelectric body
Prior art date
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Pending
Application number
JP4217265A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoyasu Hasegawa
友保 長谷川
Yoichi Mochida
洋一 持田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP4217265A priority Critical patent/JPH0642970A/en
Publication of JPH0642970A publication Critical patent/JPH0642970A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce the leakage output of the title sensor in a stationary state and to enhance the detection accuracy, the reliability and the like of an angular velocity by a method wherein a vibration force by a vibration generation part is balanced with reference to the width direction of a cantilever. CONSTITUTION:After a sensor main body 11 has been formed, a cantilever 13 is vibrated in a stationary state by a piezo-electric body 15, and the displacement amount of the cantilever 13 is inspected by a difference DELTAV (=VL-VR) in detection signals from right and left piezoresistance elements 17. On the basis of an inspection result, an upper-side electrode 15C is trimmed by a laser light source 20, and a cutout part 18 which balances the deformation force (vibration force) of the piezo-electric body 15 in the right and left direction as the width direction of the cantilever 13 is formed. Thereby, the deformation force of the piezoelectric body 15 is adjusted fine and the cantilever 13 is vibrated to the up-and-down direction without being tilted to the right and left direction.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両等の回転方
向,姿勢等を検出するのに用いて好適な角速度センサに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor suitable for detecting the rotation direction, posture, etc. of a vehicle or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、車両等の回転方向を検出するの
に用いられる角速度センサは、基板と、基端側が該基板
に固定され先端側が自由端となった片持梁と、該片持梁
に設けられ、電極を介して伝達された制御信号により該
片持梁を振動させる振動発生部と、前記片持梁の変位量
を検出する変位量検出部とから構成され、前記振動発生
部に静電力を利用し、前記変位量検出部にピエゾ抵抗素
子を用いたものが例えば特公平3−74926号公報等
によって知られている。
2. Description of the Related Art In general, an angular velocity sensor used for detecting a rotating direction of a vehicle or the like includes a substrate, a cantilever having a base end side fixed to the substrate and a tip end free end, and the cantilever beam. And a vibration generation unit that vibrates the cantilever beam by a control signal transmitted via an electrode, and a displacement amount detection unit that detects the displacement amount of the cantilever beam. A device that uses an electrostatic force and uses a piezoresistive element for the displacement amount detecting unit is known, for example, from Japanese Patent Publication No. 3-74926.

【0003】そこで、図11および図12に従来技術に
よる角速度センサとして、特公平3−74926号公報
に記載の半導体回転センサを例に挙げて示す。
Therefore, FIGS. 11 and 12 show a semiconductor rotation sensor disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-74926 as an example of a conventional angular velocity sensor.

【0004】図において、1はシリコン材料からなる基
板を示し、該基板1は、図12にも示す如く、下側に位
置する下側基板1Aと、該下側基板1A上に形成された
上側基板1Bとから大略構成され、該各基板1A,1B
間には後述する片持梁2の振動を許す空間1Cが形成さ
れている。また、該上側基板1Bの上面側には酸化膜1
Dが形成されている。
In the figure, reference numeral 1 denotes a substrate made of a silicon material. As shown in FIG. 12, the substrate 1 is a lower substrate 1A located on the lower side and an upper side formed on the lower substrate 1A. Substantially composed of a substrate 1B and the substrates 1A, 1B
A space 1C that allows vibration of the cantilever 2 to be described later is formed therebetween. Further, the oxide film 1 is formed on the upper surface side of the upper substrate 1B.
D is formed.

【0005】2は基板1の上側基板1Bにエッチング技
術等を用いて一体形成された片持梁を示し、該片持梁2
は、その基端2A側が上側基板1Bに固定された固定端
となり、その先端2B側が基板1に対して垂直な上,下
方向に振動可能な自由端となっている。また、該片持梁
2の基端2A側には、幅方向の中心に位置して長手方向
に伸びる角形状のスリット3が穿設されている。
Reference numeral 2 denotes a cantilever which is integrally formed on the upper substrate 1B of the substrate 1 by using an etching technique or the like.
Has a base end 2A side which is a fixed end fixed to the upper substrate 1B, and a front end 2B side which is a free end which is vertically oscillating in a vertical direction with respect to the substrate 1. Further, on the base end 2A side of the cantilever 2, there is provided a rectangular slit 3 located at the center in the width direction and extending in the longitudinal direction.

【0006】4は片持梁2の先端2B側上面に形成され
た振動発生部としての電極を示し、該電極4は所定の周
波数信号を発振する発振回路5と接続されている。そし
て、発振回路5から制御信号としての周波数信号が電極
4を介して片持梁2に印加されると、該片持梁2は静電
力により上,下方向に振動するようになっている。
Reference numeral 4 denotes an electrode as a vibration generating portion formed on the upper surface of the cantilever 2 on the side of the tip 2B, and the electrode 4 is connected to an oscillation circuit 5 which oscillates a predetermined frequency signal. When a frequency signal as a control signal is applied from the oscillation circuit 5 to the cantilever 2 via the electrode 4, the cantilever 2 vibrates upward and downward due to electrostatic force.

【0007】6,6はスリット3の左,右に位置して片
持梁2の基端2A側に設けられた変位量検出部としての
ピエゾ抵抗素子を示し、該各ピエゾ抵抗素子6は、基板
1の回転時に片持梁2に生じる応力を抵抗値変化として
検出し、この検出信号を後述の信号処理回路7に出力す
るものである。
Reference numerals 6 and 6 denote piezoresistive elements as displacement amount detecting portions provided on the left and right sides of the slit 3 on the base end 2A side of the cantilever 2, and each of the piezoresistive elements 6 is The stress generated in the cantilever 2 when the substrate 1 is rotated is detected as a change in resistance value, and this detection signal is output to the signal processing circuit 7 described later.

【0008】7は各ピエゾ抵抗素子6に接続された信号
処理回路を示し、該信号処理回路7は、各ピエゾ抵抗素
子6からの検出信号を電圧信号に変換し、両者の差分を
角速度検出信号として外部のコントロールユニット(図
示せず)等に出力するものである。
Reference numeral 7 denotes a signal processing circuit connected to each piezoresistive element 6. The signal processing circuit 7 converts the detection signal from each piezoresistive element 6 into a voltage signal, and the difference between the two is detected as an angular velocity detection signal. Is output to an external control unit (not shown) or the like.

【0009】従来技術による角速度センサは上述の如き
構成を有するもので、次に、その製造方法について説明
する。まず、基板1の上面を酸化して酸化膜1Dを形成
した後、該酸化膜1Dをマスクとして基板1の上面にホ
ウ素等のP型不純物を拡散し、各ピエゾ抵抗素子6を形
成する。次に、エッチング技術により酸化膜1Dの一部
を除去して窓を開け、この窓内に金合金等の導電性材料
を蒸着,スパッタ等により付着せしめ、電極4を形成す
る。最後に、基板1に電解エッチングを施して片持梁2
を形成し、角速度センサを製造する。
The angular velocity sensor according to the prior art has the above-mentioned structure. Next, a method for manufacturing the same will be described. First, the upper surface of the substrate 1 is oxidized to form an oxide film 1D, and then P-type impurities such as boron are diffused on the upper surface of the substrate 1 using the oxide film 1D as a mask to form each piezoresistive element 6. Next, a part of the oxide film 1D is removed by an etching technique to open a window, and a conductive material such as a gold alloy is deposited in the window by vapor deposition, sputtering or the like to form the electrode 4. Finally, the substrate 1 is electrolytically etched to form the cantilever 2.
To manufacture an angular velocity sensor.

【0010】このようにして製造された角速度センサ
は、発振回路5から電極4を介して所定の周波数信号を
印加すると静電力が発生し、これにより、片持梁2の先
端2Bは例えば自身の共振周波数で基板1に対して垂直
な上,下方向に振動する。そして、この状態で、基板1
に回転軸O−Oを中心とする回転力Tが加わると、コリ
オリの力によって片持梁2によじれ(応力)が生じ、こ
の回転によるよじれは、スリットの左,右に圧縮応力,
引張応力としてそれぞれ表われる。
The angular velocity sensor manufactured as described above generates an electrostatic force when a predetermined frequency signal is applied from the oscillation circuit 5 through the electrode 4, whereby the tip 2B of the cantilever 2 is, for example, its own. It vibrates vertically and vertically at the resonance frequency with respect to the substrate 1. Then, in this state, the substrate 1
When a rotational force T about the rotation axis O-O is applied to, the Coriolis force causes twisting (stress) in the cantilever 2, and the twisting due to this rotation causes compressive stress to the left and right of the slit,
It is expressed as tensile stress.

【0011】これにより、各ピエゾ抵抗素子6は、これ
ら圧縮応力,引張応力に応じた信号を出力し、信号処理
回路7は該各ピエゾ抵抗素子6からの検出信号を電圧信
号に変換し、両者の差分を回転力Tの角速度検出信号と
して外部のコントロールユニット等に出力する。
As a result, each piezoresistive element 6 outputs a signal corresponding to these compressive stress and tensile stress, the signal processing circuit 7 converts the detection signal from each piezoresistive element 6 into a voltage signal, and both Is output to an external control unit or the like as an angular velocity detection signal of the rotational force T.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による角速度センサでは、シリコン材料からなる
基板1にエッチング技術等の半導体微細加工技術を用い
て片持梁2,電極4,各ピエゾ抵抗素子6を一体形成し
ているから、生産性を高めつつ小型化を図ることができ
る。しかし、電極4を基板1に一体形成しているから、
角速度センサの完成後に、該電極4の形状や取付位置等
の微調整によって静電力(振動力)の補正を行うことが
できず、電極4による静電力を片持梁2の幅方向に対し
てバランスさせることができない。
By the way, in the above-mentioned conventional angular velocity sensor, the cantilever 2, the electrode 4, each piezoresistive element is formed on the substrate 1 made of a silicon material by using a semiconductor fine processing technique such as an etching technique. Since 6 is integrally formed, it is possible to reduce the size while improving the productivity. However, since the electrode 4 is integrally formed on the substrate 1,
After the completion of the angular velocity sensor, the electrostatic force (vibration force) cannot be corrected by finely adjusting the shape and the mounting position of the electrode 4, and the electrostatic force by the electrode 4 is applied in the width direction of the cantilever 2. I can't balance it.

【0013】このため、上述した従来技術によるもので
は、回転力Tが加わっていない静止状態(無回転状態)
において、発振回路5から電極4に周波数信号を印加
し、片持梁2を上,下方向に振動させると、回転力Tが
加えられていないにも拘らず、該片持梁2が幅方向であ
る左,右方向に傾いてよじれが生じ、各ピエゾ抵抗素子
6からの検出信号が不一致となって、信号処理回路7に
洩れ出力が生じるという問題がある。
Therefore, according to the above-mentioned conventional technique, the stationary state (non-rotating state) in which the rotational force T is not applied
When a frequency signal is applied from the oscillation circuit 5 to the electrode 4 to oscillate the cantilever 2 in the upward and downward directions, the cantilever 2 is moved in the width direction in spite of the fact that the rotational force T is not applied. That is, there is a problem in that the left and right directions are twisted and twisted, the detection signals from the piezoresistive elements 6 do not match, and a leak output is generated in the signal processing circuit 7.

【0014】即ち、従来技術によるものでは、電極4の
寸法,厚み等の製造誤差によって、片持梁2に生じる静
電力が左,右で相違するため、静止状態においても片持
梁2が左,右に傾いてよじれが生じ、これにより、洩れ
出力が発生してS/N比が低下し、角速度の検出精度や
信頼性等が大幅に低下するという問題がある。
That is, according to the conventional technique, the electrostatic force generated on the cantilever 2 is different between left and right due to manufacturing errors such as the size and thickness of the electrode 4, so that the cantilever 2 is left even in a stationary state. , Twisting to the right causes kinking, which causes leakage output, which reduces the S / N ratio, and significantly decreases the angular velocity detection accuracy and reliability.

【0015】一方、上述した製造誤差に起因する洩れ出
力を補正すべく、信号処理回路にオフセット電圧を印加
する等の方法も考えられるが、この場合には、補正回路
の分だけ全体の回路構成が複雑化するという問題があ
る。
On the other hand, a method of applying an offset voltage to the signal processing circuit may be considered in order to correct the leakage output due to the above-mentioned manufacturing error. In this case, however, the entire circuit configuration corresponding to the correction circuit is required. Is complicated.

【0016】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、振動発生部による振動力を片持梁の幅方
向に対してバランスさせることにより、静止状態におけ
る洩れ出力を効果的に低減することができ、角速度の検
出精度や信頼性等を向上できるようにした角速度センサ
を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and effectively reduces the leakage output in a stationary state by balancing the vibration force generated by the vibration generating section in the width direction of the cantilever. Therefore, an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor capable of improving the detection accuracy and reliability of the angular velocity.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する構成の特徴は、振動発生部の
電極には、該振動発生部による振動力を片持梁の幅方向
に対してバランスさせる切欠部を設けたことにある。
In order to solve the above-mentioned problems, a feature of the structure adopted by the present invention is that the electrodes of the vibration generating portion are provided with the vibration force generated by the vibration generating portion in the width direction of the cantilever. There is a notch for balancing.

【0018】[0018]

【作用】切欠部によって、振動発生部による振動力は片
持梁の幅方向に対してバランスするから、静止状態にお
いて振動発生部に制御信号を印加し、該振動発生部によ
って片持梁を振動させると、該片持梁は幅方向に傾くこ
となく振動し、変位量検出部により検出される片持梁の
変位量が零となる。
With the cutout portion, the vibration force generated by the vibration generating portion is balanced in the width direction of the cantilever. Therefore, a control signal is applied to the vibration generating portion in a stationary state, and the vibration generating portion vibrates the cantilever. Then, the cantilever vibrates without tilting in the width direction, and the displacement amount of the cantilever beam detected by the displacement amount detection unit becomes zero.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1ないし図10に
基づいて説明する。なお、実施例では、上述した図11
および図12に示す従来技術と同一の構成要素に同一の
符号を付し、その説明を省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In addition, in the embodiment, the above-described FIG.
The same components as those of the conventional technique shown in FIG. 12 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0020】図中、11は本実施例による角速度センサ
のセンサ本体を示し、該センサ本体11は図2に示す如
く、後述の発振回路16および信号処理回路19と共に
角速度センサを構成している。
In the figure, reference numeral 11 denotes a sensor body of an angular velocity sensor according to this embodiment, and the sensor body 11 constitutes an angular velocity sensor together with an oscillation circuit 16 and a signal processing circuit 19 which will be described later, as shown in FIG.

【0021】12はセンサ本体11を構成する基板を示
し、該基板12は従来技術で述べた基板1とほぼ同様に
シリコン材料から形成され、下側基板12Aと、上側基
板12Bと、該各基板12A,12B間に形成された空
間12Cとから構成されている。しかし、本実施例によ
る上側基板12Bの上,下両面側には酸化膜12D,1
2Dが形成されている。
Reference numeral 12 denotes a substrate which constitutes the sensor body 11. The substrate 12 is formed of a silicon material in the same manner as the substrate 1 described in the prior art, and has a lower substrate 12A, an upper substrate 12B and the respective substrates. It is composed of a space 12C formed between 12A and 12B. However, the oxide films 12D, 1 are formed on both upper and lower surfaces of the upper substrate 12B according to this embodiment.
2D is formed.

【0022】13は基板12の上側基板12Bにエッチ
ング技術等を用いて一体形成された片持梁を示し、該片
持梁13は、従来技術で述べた片持梁2とほぼ同様に、
その基端13A側が上側基板12Bに固定された固定端
となり、その先端13B側が基板1に対して垂直な上,
下方向に振動可能な自由端となり、基端13A側には幅
方向の中心に位置して長手方向に伸びる角形状のスリッ
ト14が形成されている。しかし、本実施例による片持
梁13の上面側には基板12の酸化膜12Dを介して後
述の圧電体15が設けられている。
Reference numeral 13 denotes a cantilever beam integrally formed on the upper substrate 12B of the substrate 12 by using an etching technique or the like. The cantilever beam 13 is substantially the same as the cantilever beam 2 described in the prior art.
The base end 13A side is a fixed end fixed to the upper substrate 12B, and the tip end 13B side is perpendicular to the substrate 1,
It becomes a free end that can be vibrated downward, and a rectangular slit 14 is formed at the center of the width direction on the base end 13A side and extends in the longitudinal direction. However, a piezoelectric body 15 to be described later is provided on the upper surface side of the cantilever 13 according to the present embodiment via the oxide film 12D of the substrate 12.

【0023】15は片持梁13の上面側に設けられた振
動発生部としての圧電体を示し、該圧電体15は、片持
梁13の上面側に酸化膜12Dを介して設けられた下側
電極15Aと、該下側電極15Aの上面側に設けられた
酸化亜鉛等の圧電材料からなる圧電膜15Bと、該圧電
膜15Bの上面側に設けられ、後述の切欠部18が形成
された上側電極15Cとから構成されている。また、該
圧電体15は、各電極15A,15Cを介して制御信号
としての所定の周波数信号を出力する発振回路16に接
続されている。そして、該圧電体15は、発振回路16
から所定の周波数信号が印加されると変形し、この変形
力(振動力)により片持梁13を上,下方向に振動させ
るものである。
Reference numeral 15 denotes a piezoelectric body as a vibration generating portion provided on the upper surface side of the cantilever 13, and the piezoelectric body 15 is provided on the upper surface side of the cantilever 13 via an oxide film 12D. The side electrode 15A, the piezoelectric film 15B made of a piezoelectric material such as zinc oxide provided on the upper surface side of the lower electrode 15A, and the notch 18 described below provided on the upper surface side of the piezoelectric film 15B. It is composed of the upper electrode 15C. Further, the piezoelectric body 15 is connected to an oscillation circuit 16 which outputs a predetermined frequency signal as a control signal via the electrodes 15A and 15C. Then, the piezoelectric body 15 has an oscillation circuit 16
It deforms when a predetermined frequency signal is applied thereto, and this deforming force (vibrating force) causes the cantilever 13 to vibrate upward and downward.

【0024】17,17はスリット14の左,右に位置
して片持梁13の基端13A側に設けられた変位量検出
部としてのピエゾ抵抗素子を示し、該各ピエゾ抵抗素子
17は、基板12の回転時に片持梁13に生じる応力を
抵抗値変化として検出し、この検出信号を信号処理回路
19に出力するものである。
Reference numerals 17 and 17 denote piezoresistive elements as displacement amount detecting portions which are provided on the left and right of the slit 14 and on the base end 13A side of the cantilever 13, and each of the piezoresistive elements 17 is The stress generated in the cantilever 13 during rotation of the substrate 12 is detected as a change in resistance value, and this detection signal is output to the signal processing circuit 19.

【0025】18は圧電体15の上側電極15Cに形成
された切欠部を示し、該切欠部18は、後述の如く、圧
電体15の変形力(振動力)を片持梁13の幅方向たる
左,右方向でバランスさせるべく、その形成位置,面積
等が決定されている。
Reference numeral 18 denotes a cutout portion formed in the upper electrode 15C of the piezoelectric body 15, and the cutout portion 18 causes the deformation force (vibration force) of the piezoelectric body 15 in the width direction of the cantilever 13, as described later. The formation position, area, etc. are determined in order to balance in the left and right directions.

【0026】19は各ピエゾ抵抗素子17に接続された
信号処理回路を示し、該信号処理回路19は、左,右の
ピエゾ抵抗素子17からの検出信号VL,VRを電圧信
号に変換し、両者の差分を角速度検出信号ΔV(=VL
−VR)として後述のコントロールユニット22に出力
するものである。
Reference numeral 19 denotes a signal processing circuit connected to each piezoresistive element 17, and the signal processing circuit 19 converts the detection signals VL and VR from the left and right piezoresistive elements 17 into voltage signals, and both Of the angular velocity detection signal ΔV (= VL
-VR) is output to the control unit 22 described later.

【0027】20は切欠部18の形成に用いられる切欠
部形成手段としてのレーザ光源を示し、該レーザ光源2
0はレーザ光線を走査するための光学系を含んで構成さ
れている。そして、該レーザ光源20はレーザ発振回路
21を介してコントロールユニット22に接続され、該
コントロールユニット22からの照射信号に基づいて圧
電体15の上側電極15Cにレーザ光線を出力するもの
である。
Reference numeral 20 denotes a laser light source as a notch forming means used for forming the notch 18, and the laser light source 2
Reference numeral 0 is configured to include an optical system for scanning a laser beam. The laser light source 20 is connected to the control unit 22 via the laser oscillation circuit 21, and outputs a laser beam to the upper electrode 15C of the piezoelectric body 15 based on the irradiation signal from the control unit 22.

【0028】22はCPU等からマイクロコンピュータ
として構成され、切欠部18の形成に用いられるコント
ロールユニットを示し、該コントロールユニット22に
は、その入力側に信号処理回路19が接続され、その出
力側にレーザ発振回路21が接続されている。また、該
コントロールユニット22のROM,RAM等からなる
記憶回路内には記憶エリア22Aが形成され、該記憶エ
リア22Aには図9に示すプログラムと基準値α等が記
憶されている。
Reference numeral 22 denotes a control unit which is constituted by a CPU or the like as a microcomputer and is used for forming the cutout portion 18. The control unit 22 has a signal processing circuit 19 connected to its input side and an output side thereof. The laser oscillation circuit 21 is connected. A storage area 22A is formed in the storage circuit including the ROM and RAM of the control unit 22. The storage area 22A stores the program shown in FIG. 9 and the reference value α.

【0029】ここで、前記基準値αは、静止状態におけ
る片持梁13の変位量が実質的に零となったか否かの判
定に用いられるものである。
Here, the reference value α is used for determining whether or not the displacement amount of the cantilever beam 13 in the stationary state becomes substantially zero.

【0030】本実施例による角速度センサは上述の如き
構成を有するもので、次に、その製造方法について図3
ないし図9を参照しつつ説明する。
The angular velocity sensor according to this embodiment has the above-mentioned structure, and the manufacturing method thereof will be described with reference to FIG.
The description will be made with reference to FIGS.

【0031】まず、図3に示す酸化膜形成工程では、例
えば熱酸化法等の手段を用いて、単結晶シリコン材料か
らなる基板12の上側基板12Bの上,下両面側に酸化
膜12Dを形成する。
First, in the oxide film forming step shown in FIG. 3, an oxide film 12D is formed on both upper and lower surfaces of the upper substrate 12B of the substrate 12 made of a single crystal silicon material by using a method such as a thermal oxidation method. To do.

【0032】次に、図4に示すピエゾ抵抗素子形成工程
では、酸化膜形成工程で上側基板12Bの上面側に形成
された酸化膜12Dの一部を除去し、該酸化膜12Dを
マスクとして上側基板12Bにホウ素等のP型不純物を
注入,拡散し、各ピエゾ抵抗素子17を形成する。
Next, in the piezoresistive element forming step shown in FIG. 4, a part of the oxide film 12D formed on the upper surface side of the upper substrate 12B in the oxide film forming step is removed, and the oxide film 12D is used as a mask for the upper side. A P-type impurity such as boron is injected into the substrate 12B and diffused to form each piezoresistive element 17.

【0033】そして、図5に示す圧電体形成工程では、
各ピエゾ抵抗素子17に抵抗用電極(図示せず)を形成
すると共に、圧電体15の下側電極15Aを蒸着,スパ
ッタ等の技術を用いて形成し、該下側電極15Aの上面
側に、酸化亜鉛等の圧電材料からなる圧電膜15Bと、
該圧電膜15B上に位置する上側電極15Cとを形成す
ることにより、圧電体15を形成する。
Then, in the piezoelectric body forming step shown in FIG.
A resistance electrode (not shown) is formed on each piezoresistive element 17, and a lower electrode 15A of the piezoelectric body 15 is formed by a technique such as vapor deposition and sputtering. On the upper surface side of the lower electrode 15A, A piezoelectric film 15B made of a piezoelectric material such as zinc oxide;
The piezoelectric body 15 is formed by forming the upper electrode 15C located on the piezoelectric film 15B.

【0034】次に、図6に示す溝形成工程では、上側基
板12Bの表面にレジスト(図示せず)を塗布し、該レ
ジストをマスクとして、酸化膜12Dおよび上側基板1
2Bの一部を所定の深さまでドライエッチングすること
により、将来スリット14となる溝23と、片持梁13
を形どる他の溝24とを形成する。
Next, in the groove forming step shown in FIG. 6, a resist (not shown) is applied to the surface of the upper substrate 12B, and the oxide film 12D and the upper substrate 1 are used as a mask.
By dry-etching a part of 2B to a predetermined depth, the groove 23 which will become the slit 14 in the future and the cantilever 13 are formed.
To form another groove 24.

【0035】さらに、図7に示す片持梁形成工程では、
前記溝形成工程で用いたレジストを除去し、上側基板1
2Bの上面側をワックス等で保護した後、上側基板12
Bの下面側をKOH等のエッチング液を用いて電解エッ
チングすることにより、空間12Cを形成して前記各溝
23,24を貫通せしめ、片持梁13とスリット14と
を形成する。
Further, in the cantilever forming step shown in FIG.
The resist used in the groove forming step is removed, and the upper substrate 1
After protecting the upper surface side of 2B with wax or the like, the upper substrate 12
The lower surface side of B is electrolytically etched using an etching solution such as KOH to form a space 12C so that the grooves 23 and 24 are penetrated and a cantilever 13 and a slit 14 are formed.

【0036】そして、図8に示す接合工程では、このよ
うにして片持梁13,圧電体15,各ピエゾ抵抗素子1
7等が形成された上側基板12Bの下側に、別工程で形
成された下側基板12Aを陽極接合技術等を用いて接合
し、センサ本体11を形成する。
Then, in the joining step shown in FIG. 8, the cantilever 13, the piezoelectric body 15, and the piezoresistive elements 1 are thus formed.
The lower substrate 12A formed in another process is bonded to the lower side of the upper substrate 12B on which 7 and the like are formed by using an anodic bonding technique or the like to form the sensor body 11.

【0037】最後に、切欠部形成工程について、図9に
示す切欠部形成処理に基づき説明する。
Finally, the notch forming step will be described based on the notch forming process shown in FIG.

【0038】まず、ステップ1では、前記接合工程で形
成されたセンサ本体11を切欠部形成ステージに搬送し
てセットし、圧電体15の上側電極15Cとレーザ光源
20との位置合せ等を行う。
First, in step 1, the sensor main body 11 formed in the joining step is conveyed to and set on the notch forming stage, and the upper electrode 15C of the piezoelectric body 15 and the laser light source 20 are aligned.

【0039】次に、ステップ2では、センサ本体11に
回転力Tを加えない静止状態において、発振回路16か
ら圧電体15に各電極15A,15Cを介して周波数信
号を印加することにより、該圧電体15の変形力によっ
て片持梁13を上,下方向に振動させる。
Next, in step 2, in the stationary state in which the rotational force T is not applied to the sensor body 11, a frequency signal is applied from the oscillation circuit 16 to the piezoelectric body 15 via the electrodes 15A and 15C, so that the piezoelectric body 15 is excited. The cantilever 13 is vibrated upward and downward by the deformation force of the body 15.

【0040】そして、ステップ3では、信号処理回路1
9を介して左,右のピエゾ抵抗素子17,17からの検
出信号の差分ΔVを読込み、ステップ4では、この信号
処理回路19からの検出信号ΔVと記憶エリア22A内
に予め記憶された基準値αとを比較する。
Then, in step 3, the signal processing circuit 1
The difference ΔV between the detection signals from the left and right piezoresistive elements 17, 17 is read via 9 and in step 4, the detection signal ΔV from this signal processing circuit 19 and the reference value previously stored in the storage area 22A are read. Compare with α.

【0041】このステップ4で「ΔV<α」と判定した
場合は、左側のピエゾ抵抗素子17からの検出信号VL
よりも右側のピエゾ抵抗素子17からの検出信号VRの
方が大きく、片持梁13が幅方向右側に傾いて振動して
いるときだから、ステップ5に移る。そして、このステ
ップ5では、レーザ光源20から圧電体15の上側電極
15Cにレーザ光線を照射し、該上側電極15Cの右側
端部を所定寸法だけトリミングして前記ステップ3に戻
る。
When it is determined in step 4 that "ΔV <α", the detection signal VL from the left piezoresistive element 17 is detected.
Since the detection signal VR from the piezoresistive element 17 on the right side is larger than that, and the cantilever 13 is vibrating while tilting to the right in the width direction, the process proceeds to step 5. Then, in step 5, the upper electrode 15C of the piezoelectric body 15 is irradiated with a laser beam from the laser light source 20, the right end portion of the upper electrode 15C is trimmed by a predetermined dimension, and the process returns to step 3.

【0042】また、前記ステップ4で「ΔV>α」と判
定したときは、左側のピエゾ抵抗素子17からの検出信
号VLの方が右側のピエゾ抵抗素子17からの検出信号
VRよりも大きく、片持梁13が幅方向左側に傾いて変
位しているときだから、ステップ6に移り、レーザ光源
20からのレーザ光線により上側電極15Cの左側端部
を所定寸法だけトリミングしてステップ3に戻る。
When it is determined in step 4 that "ΔV>α", the detection signal VL from the left piezoresistive element 17 is larger than the detection signal VR from the right piezoresistive element 17, and Since the cantilever 13 is inclined and displaced leftward in the width direction, the process proceeds to step 6, and the laser beam from the laser light source 20 trims the left end portion of the upper electrode 15C by a predetermined dimension, and the process returns to step 3.

【0043】このように、ステップ3〜6までを繰返す
ことにより、上側電極15Cの右側端部,左側端部はレ
ーザ光線によって所定寸法ずつトリミングされて切欠部
18が形成され、これにより圧電体15に発生する変形
力が左,右方向でバランスし、片持梁13が左,右に傾
くことなく、上,下方向に振動するようになる。
As described above, by repeating steps 3 to 6, the right end portion and the left end portion of the upper electrode 15C are trimmed by the laser beam by a predetermined dimension to form the cutout portion 18, whereby the piezoelectric body 15 is formed. The deforming force generated at the left balances in the left and right directions, and the cantilever 13 vibrates upward and downward without tilting left and right.

【0044】即ち、上側電極15Cに切欠部18が形成
されると、該切欠部18に対応する圧電膜15Bには周
波数信号が加わらないから、切欠部18に対応した圧電
膜15Bは変形せず、圧電体15の変形力が調整される
ことになる。
That is, when the notch 18 is formed in the upper electrode 15C, no frequency signal is applied to the piezoelectric film 15B corresponding to the notch 18, so that the piezoelectric film 15B corresponding to the notch 18 is not deformed. , The deformation force of the piezoelectric body 15 is adjusted.

【0045】そして、前記ステップ4で「ΔV=α」と
判定した場合は、前述の如く、レーザ光源20による上
側電極15Cのトリミングによって、圧電体15の変形
力が左,右方向でバランスし、片持梁13が左,右に傾
くことなく上,下方向に振動しているときだから、プロ
グラムを終了する。
When it is determined in step 4 that "ΔV = α", as described above, the deformation force of the piezoelectric body 15 is balanced in the left and right directions by trimming the upper electrode 15C by the laser light source 20, Since the cantilever 13 is vibrating upward and downward without tilting to the left and right, the program ends.

【0046】本実施例による角速度センサはこのように
して製造されるもので、片持梁13の変位量によって角
速度を検出するという基本的な作動については、従来技
術によるものと格別差異はない。
The angular velocity sensor according to the present embodiment is manufactured in this way, and the basic operation of detecting the angular velocity by the displacement amount of the cantilever 13 is not different from that of the prior art.

【0047】然るに、本実施例では、センサ本体11を
形成した後、圧電体15により静止状態で片持梁13を
振動させ、該片持梁13の変位量を左,右のピエゾ抵抗
素子17からの検出信号の差分ΔV(=VL−VR)に
よって検査し、この検査結果に基づき、上側電極15C
をレーザ光源20によってトリミングすることにより、
圧電体15の変形力(振動力)を片持梁13の幅方向た
る左,右方向でバランスさせる切欠部18を設ける構成
としたから、センサ本体11の製造後に圧電体15の変
形力の微調整を行うことができ、センサ本体11に回転
力Tが加わっていない静止状態において、片持梁13を
左,右方向に傾けることなく上,下方向に振動させるこ
とができる。
However, in this embodiment, after the sensor body 11 is formed, the piezoelectric body 15 vibrates the cantilever beam 13 in a stationary state, and the displacement amount of the cantilever beam 13 is adjusted to the left and right piezoresistive elements 17. The inspection is performed by the difference ΔV (= VL−VR) of the detection signal from the upper electrode 15C based on the inspection result.
By trimming the laser light source 20,
Since the notch portion 18 is provided to balance the deformation force (vibration force) of the piezoelectric body 15 in the left and right directions which are the width direction of the cantilever 13, the deformation force of the piezoelectric body 15 is slightly reduced after the sensor body 11 is manufactured. Adjustment can be performed, and the cantilever 13 can be vibrated in the up and down directions without tilting in the left and right directions in a stationary state where the rotational force T is not applied to the sensor body 11.

【0048】この結果、静止状態において、信号処理回
路19からの洩れ出力を効果的に低減することができ、
S/N比を高めて、角速度の検出精度や信頼性等を大幅
に向上することができる。
As a result, the leakage output from the signal processing circuit 19 can be effectively reduced in the stationary state,
By increasing the S / N ratio, it is possible to significantly improve the angular velocity detection accuracy and reliability.

【0049】また、本実施例では、センサ本体11の製
造後に、レーザ光源20によって圧電体15の上側電極
15Cに切欠部18を設け、該切欠部18によって圧電
体15の変形力(振動力)を微調整する構成であるか
ら、全体構成を複雑化することなく、角速度の検出精度
や信頼性等を大幅に向上することができる。
In the present embodiment, after the sensor body 11 is manufactured, the laser light source 20 provides the notch 18 in the upper electrode 15C of the piezoelectric body 15, and the notch 18 causes the piezoelectric body 15 to deform (vibrate). Is finely adjusted, the angular velocity detection accuracy and reliability can be significantly improved without complicating the overall configuration.

【0050】さらに、本実施例では、圧電体15の上側
電極15Cの一部をトリミングして切欠部18を形成す
ることにより、該切欠部18に対応する圧電膜15Bへ
の周波数信号を断ち、この切欠部18に対応する圧電膜
15Bが変形するのを防止して、圧電体15の変形力を
微調整する構成であるから、センサ本体11の全体形状
や片持梁13の重量を実質的に変化させることなく、信
頼性等を向上することができる。
Further, in the present embodiment, a part of the upper electrode 15C of the piezoelectric body 15 is trimmed to form the notch 18, so that the frequency signal to the piezoelectric film 15B corresponding to the notch 18 is cut off. Since the piezoelectric film 15B corresponding to the cutout portion 18 is prevented from being deformed and the deformation force of the piezoelectric body 15 is finely adjusted, the overall shape of the sensor body 11 and the weight of the cantilever 13 are substantially reduced. The reliability and the like can be improved without changing to

【0051】一方、本実施例では、振動発生部に圧電体
15を用いる構成であるから、従来技術で述べた静電力
による振動発生部(電極4)に比較して、精度よく片持
梁13を上,下方向に振動させることができ、制御性や
信頼性等を大幅に向上することができる。
On the other hand, in this embodiment, since the piezoelectric body 15 is used for the vibration generating portion, the cantilever 13 is more accurate than the vibration generating portion (electrode 4) by electrostatic force described in the prior art. Can be vibrated upward and downward, and controllability, reliability, etc. can be greatly improved.

【0052】なお、前記実施例では、振動発生部として
圧電体15を用い、該圧電体15の上側電極15Cに切
欠部18を形成する場合を例に挙げて説明したが、本発
明はこれに限らず、例えば図10に示す変形例の如く、
片持梁13′に従来技術による振動発生部としての電極
4とほぼ同様の電極31を設け、該電極31に切欠部1
8′を設ける構成としてもよい。この場合でも、切欠部
18′の分だけ片持梁13′に与える静電力を微調整す
ることができ、電極31による静電力を片持梁13′の
幅方向に対してバランスさせることができる。
In the above embodiment, the piezoelectric body 15 is used as the vibration generating portion, and the notch 18 is formed in the upper electrode 15C of the piezoelectric body 15, but the present invention is not limited to this. For example, as in the modification shown in FIG. 10,
The cantilever 13 'is provided with an electrode 31 which is substantially the same as the electrode 4 as the vibration generating portion according to the conventional technique, and the notch 1
8'may be provided. Even in this case, the electrostatic force applied to the cantilever beam 13 'can be finely adjusted by the amount of the notch 18', and the electrostatic force due to the electrode 31 can be balanced in the width direction of the cantilever beam 13 '. .

【0053】また、前記実施例では、酸化亜鉛等の圧電
材料から圧電体15を形成するものと述べたが、例えば
PZT等の他の圧電材料を用いてもよい。
In the above embodiment, the piezoelectric body 15 is made of a piezoelectric material such as zinc oxide, but other piezoelectric material such as PZT may be used.

【0054】さらに、前記実施例では、変位量検出部と
してP型不純物を拡散してなる拡散抵抗型のピエゾ抵抗
素子17,17を用いるものとして述べたが、これに替
えて、例えば電界効果型トランジスタのピエゾ抵抗効果
を利用してもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the diffusion resistance type piezoresistive elements 17 and 17 formed by diffusing P-type impurities are used as the displacement amount detecting section, but instead of this, for example, a field effect type is used. The piezoresistive effect of the transistor may be used.

【0055】さらにまた、前記実施例では、圧電体15
の上側電極15Cに長方形状の単一の切欠部18を設け
る場合を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば切
欠部を円形、三角形等の他の形状に形成してもよく、ま
た小面積の切欠部を複数個設ける構成としてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the piezoelectric body 15
Although the case where the rectangular single notch 18 is provided in the upper electrode 15C is illustrated, the present invention is not limited to this, and the notch may be formed into another shape such as a circle or a triangle. A plurality of small area cutouts may be provided.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、振
動発生部の電極には、該振動発生部による振動力を片持
梁の幅方向に対してバランスさせる切欠部を設ける構成
としたから、静止状態において振動発生部に制御信号を
印加し、該振動発生部によって片持梁を振動させた場合
に、該片持梁を幅方向に傾けることなく振動させること
ができ、変位量検出部により検出される該片持梁の変位
量を効果的に零とすることができる。この結果、片持梁
に回転力が加わっていない静止状態において、変位量検
出部からの検出信号に洩れ出力が生じるのを効果的に防
止でき、S/N比を高めて、角速度の検出精度や信頼性
等を向上することができる。
As described above in detail, according to the present invention, the electrode of the vibration generating portion is provided with the notch portion for balancing the vibration force generated by the vibration generating portion in the width direction of the cantilever. Therefore, when a control signal is applied to the vibration generator in the stationary state and the cantilever is vibrated by the vibration generator, the cantilever can be vibrated without tilting in the width direction, and the displacement amount The amount of displacement of the cantilever beam detected by the detector can be effectively zero. As a result, it is possible to effectively prevent the leakage signal from being generated in the detection signal from the displacement amount detecting section in a stationary state where the rotating force is not applied to the cantilever, and to enhance the S / N ratio to detect the angular velocity. And reliability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例による角速度センサを示す平面
図である。
FIG. 1 is a plan view showing an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1中の矢示II−II方向断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

【図3】酸化膜形成工程を示す縦断面図である。FIG. 3 is a vertical sectional view showing an oxide film forming step.

【図4】図3による酸化膜形成工程に続くピエゾ抵抗素
子形成工程を示す縦断面図である。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a piezoresistive element forming step following the oxide film forming step shown in FIG.

【図5】図4によるピエゾ抵抗素子形成工程に続く圧電
体形成工程を示す縦断面図である。
5 is a vertical cross-sectional view showing a piezoelectric body forming step following the piezoresistive element forming step shown in FIG.

【図6】図5による圧電体形成工程に続く溝形成工程を
示す縦断面図である。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing a groove forming step following the piezoelectric body forming step shown in FIG.

【図7】図6による溝形成工程に続く片持梁形成工程を
示す縦断面図である。
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a cantilever beam forming step that follows the groove forming step shown in FIG.

【図8】図7による片持梁形成工程に続く接合工程を示
す縦断面図である。
8 is a vertical cross-sectional view showing a joining process following the cantilever forming process shown in FIG.

【図9】切欠部形成工程のための切欠部形成処理を示す
流れ図である。
FIG. 9 is a flowchart showing a notch forming process for the notch forming step.

【図10】本発明の変形例による角速度センサを示す図
2と同様の断面図である。
10 is a sectional view similar to FIG. 2, showing an angular velocity sensor according to a modification of the present invention.

【図11】従来技術による角速度センサの平面図であ
る。
FIG. 11 is a plan view of an angular velocity sensor according to the related art.

【図12】図11中の矢示XII −XII 方向断面図であ
る。
FIG. 12 is a sectional view taken along line XII-XII in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12,12′ 基板 13,13′ 片持梁 15 圧電体(振動発生部) 15C 上側電極 17,17′ ピエゾ抵抗素子(変位量検出部) 18,18′ 切欠部 31 電極(振動発生部) 12, 12 'Substrate 13, 13' Cantilever 15 Piezoelectric body (vibration generating part) 15C Upper electrode 17, 17 'Piezoresistive element (displacement amount detecting part) 18, 18' Cutout 31 Electrode (vibration generating part)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、基端側が該基板に固定され先端
側が自由端となった片持梁と、該片持梁に設けられ、電
極を介して伝達された制御信号により該片持梁を振動さ
せる振動発生部と、前記片持梁の変位量を検出する変位
量検出部とからなる角速度センサにおいて、前記振動発
生部の電極には、該振動発生部による振動力を前記片持
梁の幅方向に対してバランスさせる切欠部を設けたこと
を特徴とする角速度センサ。
1. A substrate, a cantilever whose base end side is fixed to the substrate and whose front end is a free end, and said cantilever beam provided on the cantilever beam by a control signal transmitted through an electrode. In an angular velocity sensor including a vibration generating unit that vibrates the cantilever and a displacement amount detecting unit that detects a displacement amount of the cantilever, an electrode of the vibration generating unit has a vibration force generated by the vibration generating unit. An angular velocity sensor characterized in that a notch portion is provided for balancing in the width direction of the angular velocity sensor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002540406A (en) * 1999-03-25 2002-11-26 ザ・チャールズ・スターク・ドレイパー・ラボラトリー・インコーポレイテッド Dynamically balanced microelectromechanical devices

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JP2002540406A (en) * 1999-03-25 2002-11-26 ザ・チャールズ・スターク・ドレイパー・ラボラトリー・インコーポレイテッド Dynamically balanced microelectromechanical devices

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