JPH09166440A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線電極を圧電素子電極を形成する時に同時
に一体的に形成して全体の加工組み立てを簡略化し、生
産性を高める振動ジャイロを提供する。 【解決手段】 半導体基板を異方性エッチング加工して
振動体２、フレーム部３および振動体２とフレーム部３
とを連結する支持部４を一体形成したセンサチップ１を
具備する振動ジャイロにおいて、振動体２に形成される
駆動用圧電素子電極７の駆動配線電極７００および振動
体２に形成される検出用圧電素子電極８ｂの検出配線電
極８００はセンサチップ１に被着形成した振動ジャイ
ロ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、振動ジャイロに
関し、特に、半導体基板を異方性エッチングにより加工
して振動体、フレーム部、および振動体とフレーム部と
を連結する支持部より成るセンサチップを具備する振動
ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例を図６ないし図８を参照して説明
する。図６において、１は半導体基板により構成された
振動ジャイロのセンサチップを示す。このセンサチップ
１は、振動体２、フレーム部３、および振動体２とフレ
ーム部３とを連結する支持部４より成る。振動体２は、
図６においては、その中間部の２箇所において支持部４
により支持されている。支持部４が形成される位置は振
動体２の節点近傍とされる。このセンサチップ１は、半
導体基板を異方性エッチング加工することにより振動体
２、フレーム部３、および支持部４を一体に構成されて
いる。半導体基板としては、例えば、面方位（１００）
のシリコンウエハが使用され、そのエッチング面として
は（１１１）面が使用される。

【０００３】図７は図６のＡ−Ａ線の断面を示す図であ
る。図７における振動体２の断面形状は一例として６角
形とされている。振動体２の上面の中央部には駆動用圧
電素子５が形成される。この駆動用圧電素子５は、ジル
コンチタン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）その他
の圧電材料を、振動体２の上面の中央部に直接にスパッ
タリング或は蒸着することにより被着形成される。振動
体２の下側の斜面の中央部には検出用圧電素子６ａおよ
び６ｂが形成される。この検出用圧電素子６ａおよび６
ｂも、駆動用圧電素子５と同様に、ジルコンチタン酸鉛
（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）その他の圧電材料を、
振動体２の下側の斜面の中央部に直接にスパッタリング
或は蒸着することにより形成される。７は駆動用圧電素
子５の表面に形成された駆動用圧電素子電極、８ａは検
出用圧電素子６ａの表面に形成された検出用圧電素子電
極であり、８ｂは検出用圧電素子６ｂの表面に形成され
た検出用圧電素子電極である。７０は駆動用圧電素子電
極７に接続して引き出されるリード線であり、８０ａは
検出用圧電素子電極８ａに接続して引き出されるリード
線であり、８０ｂは検出用圧電素子電極８ｂに接続して
引き出されるリード線である。

【０００４】図８は振動ジャイロの回路構成を示す。こ
こで、駆動用圧電素子５、検出用圧電素子６ａおよび検
出用圧電素子６ｂは、それぞれ、半導体基板より成る振
動体２に被着形成せしめられて電気的機械的に結合して
おり、これら結合面を各圧電素子の下側電極としてい
る。センサチップ１は一体形成されているので、フレー
ム部３に１個の電極を形成してこれを下側電極を電気回
路に接続する共通電極９としている。駆動用圧電素子電
極７および検出用圧電素子電極８は、リード線７０或は
リード線８０を介して発振回路１０および検出回路１１
に接続せしめられる。この発振回路１０の発振振動数は
振動体２の駆動方向の固有振動数と同一の振動数の駆動
信号を発生する。駆動用圧電素子５にはこの発振回路１
０により振動体２の駆動方向の固有振動数と同一の振動
数の駆動信号が印加され、これにより振動体２は支持部
４を節としてＺ軸方向に屈曲振動せしめらる。検出用圧
電素子６ａおよび検出用圧電素子６ｂは、振動体２のＺ
軸方向の歪みの大きさおよび振動数に対応する電圧出力
を発生する。

【０００５】ここで、振動体２がＺ軸方向に振動してい
る時に入力軸であるＸ軸回りの角速度が入力されると、
Ｙ軸方向にコリオリ力が生じて振動体２にはＹ軸方向の
力が作用する。このコリオリ力により振動体２の振動方
向がずれるところから、検出用圧電素子６の出力電圧は
変化する。この場合、検出用圧電素子６ａおよび６ｂの
内の一方の出力は増加するのに対して、他方の検出用圧
電素子の出力は減少する。何れか一方の検出用圧電素子
６の出力の変化量、或は両者の出力の差動出力の変化量
を検出回路１１により測定して入力軸であるＸ軸回りの
入力角速度を検出することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上の振動ジャイロ
は、センサチップ１の振動体２に形成される駆動用圧電
素子電極７および検出用圧電素子電極８は、これら電極
にリード線７０或はリード線８０を直接に接続し、これ
を介して外部回路である発振回路１０および検出回路１
１に接続せしめられる構成を採用している。

【０００７】振動体２に被着形成される圧電素子電極に
リード線を直接接続している構成を採用すると、振動体
２の駆動振動に起因してリード線が振動し、リード線を
介して振動体２の振動が外部に伝達されるに到る。振動
体２の振動は一定ではなくして時々刻々変化するので、
振動ジャイロの検出用圧電素子の検出出力は不安定にな
る。そして、圧電素子電極に別体のリード線を接続する
工程が介在することにより、振動ジャイロ全体の加工組
み立てを複雑なものとし、振動ジャイロの生産性を高め
る上において好ましくない。

【０００８】この発明は、外部回路に圧電素子電極を接
続する配線電極を振動ジャイロを構成するセンサチップ
に被着形成することにより上述の問題を解消した振動ジ
ャイロを提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】半導体基板を異方性エッ
チング加工して振動体２、フレーム部３および振動体２
とフレーム部３とを連結する支持部４を一体形成したセ
ンサチップ１を具備する振動ジャイロにおいて、振動体
２に形成される駆動用圧電素子電極７の駆動配線電極７
００および振動体２に形成される検出用圧電素子電極８
ｂの検出配線電極８００はセンサチップ１に被着形成し
たものである振動ジャイロを構成した。

【００１０】そして、駆動配線電極７００の電極端部お
よび検出配線電極８００の電極端部の双方共にフレーム
部３の上面或は下面の何れか一方の面に引き出した振動
ジャイロを構成した。また、駆動配線電極７００は振動
体２に被着形成される圧電素子表面に電極材料をスパッ
タリング或は蒸着して駆動用圧電素子電極７を被着形成
するときに同時に被着形成したものであり、検出配線電
極８００は振動体２に被着形成される圧電素子表面に電
極材料をスパッタリング或は蒸着して検出用圧電素子電
極８を被着形成するときに同時に被着形成したものであ
る振動ジャイロを構成した。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図１、な
いし図３を参照して説明する。図１はセンサチップを上
から視た斜視図である。図１において、１は半導体基板
により構成された振動ジャイロのセンサチップを示す。
このセンサチップ１は、振動体２、フレーム部３、およ
び振動体２とフレーム部３とを連結する支持部４より成
る。振動体２の断面形状は一例として６角形とされてい
る。振動体２は、図１においては、その中間部の２箇所
において支持部４により支持されている。支持部４が形
成される位置は振動体２の振動の節点近傍とされる。こ
のセンサチップ１は、半導体基板を異方性エッチング加
工することにより振動体２、フレーム部３、および支持
部４を一体に構成されている。

【００１２】図２は図１のセンサチップを下から視た斜
視図である。図３は図１のＡ−Ａ線における断面を示す
図である。振動体２の上面の中央部には駆動用圧電素子
５が形成される。この駆動用圧電素子５は、ジルコンチ
タン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）その他の圧電
材料を、振動体２の上面の中央部に直接にスパッタリン
グ或は蒸着することにより被着形成される。振動体２の
下側の斜面の中央部には検出用圧電素子６ａおよび６ｂ
が形成される。この検出用圧電素子６ａおよび６ｂも、
駆動用圧電素子５と同様に、ジルコンチタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）その他の圧電材料を振動体２
の下側の斜面の中央部に直接にスパッタリング或は蒸着
することにより形成される。７は駆動用圧電素子５の表
面に形成された駆動用圧電素子電極、８ａは検出用圧電
素子６ａの表面に形成された検出用圧電素子電極であ
り、８ｂは検出用圧電素子６ｂの表面に形成された検出
用圧電素子電極である。

【００１３】図１において、７００は駆動用圧電素子電
極７に接続して引き出される駆動配線電極である。８０
０ａは検出用圧電素子電極８ａに接続して引き出される
検出配線電極であり、８００ｂは検出用圧電素子電極８
ｂに接続して引き出される検出配線電極である。これら
の配線電極７００或は配線電極８００は、振動体２に被
着形成される圧電素子表面に電極材料をスパッタリング
或は蒸着して駆動用圧電素子電極７或は検出用圧電素子
電極８を被着形成するときに同時に一体的に被着形成す
る。

【００１４】図１ないし図３を参照して図示説明された
先の振動ジャイロにおいては、駆動用圧電素子電極７に
接続して引き出される駆動配線電極７００はその電極端
部はフレーム部３上面に引き出されているが、検出用圧
電素子電極８ａに接続して引き出される検出配線電極８
００ａの電極端部および検出用圧電素子電極８ｂに接続
して引き出される検出配線電極８００ｂの電極端部はフ
レーム部３下面に引き出されている。

【００１５】これに対して、図４および図５により図示
説明される振動ジャイロは、駆動配線電極７００および
検出配線電極８００の双方共に電極端部はフレーム部３
の上面或は下面の何れか一方の面に引き出されている。
即ち、駆動配線電極７００は先の振動ジャイロと同様に
駆動用圧電素子電極７から支持部４の上面に沿って延伸
し、その電極端部はフレーム部３の上面に到達してい
る。そして、検出配線電極８００ａは、検出用圧電素子
電極８ａから支持部４の下面に沿って延伸し、ここから
更に支持部４の側面および上面に沿って延伸してその電
極端部はフレーム部３の上面に到達している。検出配線
電極８００ｂも同様に、検出用圧電素子電極８ｂから支
持部４の下面に沿って延伸し、ここから更に支持部４の
側面および上面に沿って延伸してその電極端部はフレー
ム部３の上面に到達している。

【００１６】これらの配線電極７００或は配線電極８０
０も、先の振動ジャイロと同様に、振動体２に被着形成
される圧電素子表面に電極材料をスパッタリング或は蒸
着して駆動用圧電素子電極７或は検出用圧電素子電極８
を被着形成するときに同時に一体的に被着形成する。以
上の通り、駆動配線電極７００および検出配線電極８０
０の双方共に電極端部はフレーム部３の上面或は下面の
何れか一方の面に引き出す構成を採用することにより、
圧電素子に電極の形成されたセンサチップ１を発振回路
１０および検出回路１１その他の外部回路に接続する振
動ジャイロの組み立て作業はセンサチップ１の一方の側
から実施すればよく、簡略化される。

【００１７】

【発明の効果】以上の通りであって、この発明は、振動
体２に形成される駆動用圧電素子電極７の駆動配線電極
７００および振動体２に形成される検出用圧電素子電極
８ｂの検出配線電極８００はセンサチップ１に被着形成
したものであるので、振動体２の駆動振動に起因して配
線電極自体が独立に振動して振動ジャイロの検出用圧電
素子の検出出力を不安定にする問題は解消される。

【００１８】そして、配線電極は圧電素子電極を形成す
る時に同時に一体的に形成されるので、振動ジャイロ全
体の加工組み立てを簡略化し、振動ジャイロの生産性を
高める。また、駆動配線電極７００および検出配線電極
８００の双方共に電極端部はフレーム部３の上面或は下
面の何れか一方の面に引き出す構成を採用することによ
り、圧電素子に電極の形成されたセンサチップ１を発振
回路１０および検出回路１１その他の外部回路に接続す
る振動ジャイロの組み立て作業はセンサチップ１の一方
の側から実施すればよいので、更に簡略化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を上から視た斜視図。

【図２】実施例を下から視た斜視図。

【図３】図３（ａ）は図１のＡ−Ａ線における断面図、
図３（ｂ）は図２のＡ−Ａ線における断面図。

【図４】他の実施例を上から視た斜視図。

【図５】図５（ａ）は図４のＡ−Ａ線における断面図、
図５（ｂ）は図４のＡ−Ａ線における断面を逆向きに視
た断面図。

【図６】従来例の斜視図。

【図７】図６のＡ−Ａ線における断面図。

【図８】振動ジャイロの電気回路。

【符号の説明】

１ センサチップ ２ 振動体 ３ フレーム部 ４ 支持部 ５ 駆動用圧電素子 ６ａ 検出用圧電素子 ６ｂ 検出用圧電素子 ７ 駆動用圧電素子電極 ７００ 駆動配線電極 ８ｂ 検出用圧電素子電極 ８００ 検出配線電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田井 富茂 東京都渋谷区道玄坂１丁目21番２号 日本 航空電子工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板を異方性エッチング加工して
   振動体、フレーム部および振動体とフレーム部とを連結
   する支持部を一体形成したセンサチップを具備する振動
   ジャイロにおいて、 振動体に形成される駆動用圧電素子電極の駆動配線電極
   および振動体に形成される検出用圧電素子電極の検出配
   線電極はセンサチップに被着形成したものであることを
   特徴とする振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載される振動ジャイロにお
   いて、 駆動配線電極の電極端部および検出配線電極の電極端部
   の双方共にフレーム部の上面或は下面の何れか一方の面
   に引き出したことを特徴とする振動ジャイロ。
3. 【請求項３】 請求項１および請求項２の内の何れかに
   記載される振動ジャイロにおいて、 駆動配線電極は振動体に被着形成される圧電素子表面に
   電極材料をスパッタリング或は蒸着して駆動用圧電素子
   電極を被着形成するときに同時に被着形成したものであ
   り、検出配線電極は振動体に被着形成される圧電素子表
   面に電極材料をスパッタリング或は蒸着して検出用圧電
   素子電極を被着形成するときに同時に被着形成したもの
   であることを特徴とする振動ジャイロ。