KR20070101108A - 진동형 자이로 센서 - Google Patents

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KR20070101108A
KR20070101108A KR1020067021823A KR20067021823A KR20070101108A KR 20070101108 A KR20070101108 A KR 20070101108A KR 1020067021823 A KR1020067021823 A KR 1020067021823A KR 20067021823 A KR20067021823 A KR 20067021823A KR 20070101108 A KR20070101108 A KR 20070101108A
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시게또 와따나베
준이찌 혼다
신 사사끼
가즈오 다까하시
데루오 이나구마
고지 스즈끼
마나부 아이자와
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

간이한 구성에 의해 소형화와 고Q값을 얻음으로써 특성의 향상을 도모한다. 본 발명의 진동형 자이로 센서(1)는, 회로 소자가 실장됨과 함께 복수개의 랜드(4)를 갖는 배선 패턴이 형성된 지지 기판(2)과, 이 지지 기판의 표면(2-1)에 실장된 진동 소자(20)를 구비하고, 진동 소자(20)는, 상기 랜드에 접속되는 복수의 단자부(25)가 형성된 실장면(22-2)을 갖는 기초부(22)와, 이 기초부(22)의 측주부로부터 외팔보 형상으로 일체로 내밀어 설치되고 기초부(22)의 실장면과 동일면을 구성하고 제1 전극층(27)과 이 제1 전극층 상에 적층된 압전층(28)과 이 압전층 상에 적층된 제2 전극층(29, 30)이 각각 형성된 기판 대향면을 갖는 진동자부(23)를 가짐과 함께, 진동 소자(20)는, 각 단자부(25)가 금속 볼록부(26)를 개재하여 랜드(4)에 접합됨으로써 지지 기판(2) 상에 실장되어 있다.
코리올리력, 포토리소그래프 처리, 덤핑 효과, Q값

Description

진동형 자이로 센서{OSCILLATORY GYRO SENSOR}
본 발명은, 예를 들면, 비디오 카메라의 손 떨림 검지나 버추얼 리얼리티 장치에서의 동작 검지, 카 네비게이션 시스템에서의 방향 검지 등에 이용되는 각속도 센서에 관한 것으로, 더욱 자세하게는, 외팔보 진동자를 갖는 진동 소자를 구비한 진동형 자이로 센서에 관한 것이다．
종래부터, 민생용의 각속도 센서로서는, 외팔보의 진동자를 소정의 공진 주파수에서 진동시켜 놓고, 각속도의 영향에 의해 발생하는 코리올리력을 압전 소자 등으로 검출함으로써 각속도를 검출하는, 소위 진동형의 자이로 센서가 널리 이용되고 있다.
진동형 자이로 센서는, 단순한 기구, 짧은 기동 시간, 저렴하고 제조 가능하다는 이점을 가지고 있고, 예를 들면, 비디오 카메라, 버추얼 리얼리티 장치, 카 네비게이션 시스템 등의 전자 기기에 탑재되어, 각각 손 떨림 검지, 동작 검지, 방향 검지 등을 할 때의 센서로서 활용되고 있다.
종래의 진동형 자이로 센서는, 진동 소자가 적당한 압전 재료를 기계 가공에 의해 잘라내고 소정의 형상으로 정형하여 제작되고 있었다. 진동형 자이로 센서로서는, 탑재되는 본체 기기의 소형 경량화, 다기능 고성능화에 수반하여, 한층 더한 소형화나 고성능화가 요구되고 있지만, 기계 가공에 의한 가공 정밀도의 한계에 의해 소형이고 고정밀도의 진동 소자를 제작하는 것이 곤란하였다.
따라서, 최근, 반도체 프로세스에 적용되는 박막 기술을 이용하여, 실리콘 기판 상에 압전 박막층을 삽입하여 한 쌍의 전극층을 적층 형성함으로써, 외팔보 형상의 진동 소자를 구비한 것이 제안되어 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조). 이러한 진동형 자이로 센서는, 소형 박형화가 도모됨으로써, 타용도의 센서 등과 조합하여 복합화나 고기능화가 도모된다.
그런데, 진동형 자이로 센서에서는, 탑재 기기의 소형 경량화, 다기능 고성능화에 수반하여, 한층 더한 소형화나 고성능화가 요구되고 있다. 예를 들면 각종 센서와 조합하여 다기능화가 도모되고 있고, 진동 소자를 지지 기판에 실장하여 진동형 자이로 센서를 구성하고, 또한 이 진동형 자이로 센서를 각종 센서와 함께 본체 기기측의 제어 기판에 탑재함으로써 전체적으로 소형화가 도모되고 있다．
그러나, 종래의 진동형 자이로 센서에서는, 진동 소자의 각 전극과 지지 기판측의 단자부가 일반적으로 와이어 본딩법에 의해 접속되어 있고, 진동 소자의 주위에 와이어를 주회하기 위한 스페이스가 필요하며, 이것이 소형화의 실현을 저해하는 요인으로 되고 있다.
또한, 진동형 자이로 센서는, 소형화에 수반하여 외부의 진동 등의 영향을 크게 받게 되고, 진동 소자의 지지 구조 등의 복잡화에 수반하여 코스트가 업되는 등의 문제가 발생한다. 진동형 자이로 센서에서는, 설치의 상태가 기기의 사양에 의해 결정되는 점에서, 모든 상태에서 이용되는 경우에도 소정의 특성이 안정되어 얻어지도록 구성되어야만 한다. 진동형 자이로 센서에서는, 고감도이고 안정된 특성을 얻기 위해, 진동 소자의 공진 상태를 정의하는 기계 품질 계수 Q값(Q　factor)을 높게 할 필요가 있다． 기계 품질 계수 Q값은, 진동 소자의 재료나 고정 구조에 의해 결정된다.
[특허 문헌1] 일본 특개평 7-113643호
본 발명은 전술한 문제를 고려하여 이루어지며, 간이한 구성에 의해 소형화와 고Q값을 얻음으로써 특성의 향상을 도모한 진동형 자이로 센서를 제공하는 것을 과제로 한다.
이상의 과제를 해결함에 있어서, 본 발명의 진동형 자이로 센서는, 회로 소자가 실장됨과 함께 복수개의 랜드를 갖는 배선 패턴이 형성된 지지 기판과, 이 지지 기판의 표면에 실장된 진동 소자를 구비한 진동형 자이로 센서로서, 상기 진동 소자는, 상기 랜드에 접속되는 복수의 단자부가 형성된 실장면을 갖는 기초부와, 이 기초부의 측주부로부터 외팔보 형상으로 일체로 내밀어 설치되고 상기 기초부의 실장면과 동일면을 구성하고 제1 전극층과 이 제1 전극층 위에 적층된 압전층과 이 압전층 위에 적층된 제2 전극층이 각각 형성된 기판 대향면을 갖는 진동자부를 가짐과 함께, 상기 진동 소자는, 상기 각 단자부가 금속 볼록부를 개재하여 상기 랜드에 접합됨으로써 상기 지지 기판 상에 실장되어 있다.
본 발명의 진동형 자이로 센서에서는, 각 금속 볼록부가 예를 들면 금 범프나, 진동 소자의 기초부로부터 일체로 돌출된 볼록부 등에 의해 형성된다. 이들 금속 볼록부를 개재하여 진동 소자의 각 단자부가 지지 기판 상의 랜드에 접합됨으로써, 진동 소자가 지지 기판에 대하여 전기적 접속이 행해짐과 함께 기계적으로 고정됨으로써, 실장 스페이스의 효율화를 도모할 수 있게 된다.
본 발명의 진동형 자이로 센서에서는, 지지 기판측으로부터 진동 소자에 대하여 소정 주파수의 교류 전계를 인가함으로써 진동자부를 고유 진동을 발생시키고, 손 떨림 등에 의해 진동자부에 발생한 코리올리력을 전기적으로 검출하여 그 검출 신호를 출력한다. 본 발명에서는, 진동 소자가 기초부로부터 진동자부를 측주부로부터 외팔보 형상으로 일체로 형성한 외팔보 형상으로 구성되어 있음과 함께, 금속 볼록부를 개재하여 지지 기판으로부터 뜨게 한 상태에서 고정되기 때문에, 진동자부의 변위 감쇠 비율이 저감되어 고Q값화가 도모된다.
한편, 진동형 자이로 센서에서는, 외부로부터 가해지는 진동이나 충격, 또한, 본체 기기측의 제어 기판에의 접합 시에 발생하는 열 응력 등의 외부 부하의 영향을 강하게 받는다. 이러한 외부 부하에 의해 지지 기판에 발생하는 왜곡이나 응력을 흡수 혹은 완화하는 부하 완충 구조가 있으면 바람직하다.
부하 완충 구조로서는, 예를 들면, 지지 기판 상의 진동 소자 실장 영역을 둘러싸도록 하여 형성한 부하 완충 홈이나, 진동 소자의 기초부의 실장면에 대하여 진동자부의 기단 부위와 각 단자부 사이를 걸치도록 하여 형성한 홈부, 혹은, 지지 기판과 본체 기기측의 제어 기판 사이에 형성한 부하 완충층 등이 해당한다. 이 부하 완충 구조를 설치함으로써, 진동 소자가 안정된 진동 동작을 확보하여 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있게 된다.
본 발명의 진동형 자이로 센서에 따르면, 진동 소자는, 금속 볼록부를 개재하여 지지 기판 상에 실장되어 있으므로, 소형화와 함께 고Q값화가 도모되어 고감도이고 안정된 특성을 얻을 수 있다.
또한, 부하 완충 구조를 설치함으로써 외부 부하로부터의 영향을 완화시키는 것이 가능해지고, 이에 따라, 진동 소자가 안정된 검출 동작과 높은 검출 정밀도를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 진동형 자이로 센서의 커버 부재를 제거하여 보았을 때의 전체 사시도.
도 2는 진동형 자이로 센서의 진동 소자의 주요부 단면도.
도 3은 진동형 자이로 센서를 제어 기판에 실장하였을 때의 상태를 나타내는 진동 소자의 주요부 단면도.
도 4는 진동 소자의 저면도.
도 5는 진동형 자이로 센서의 저면도.
도 6은 부하 완충 홈부의 구성의 변형예를 도시하는 지지 기판의 평면도.
도 7은 진동형 자이로 센서의 회로 구성도.
도 8은 진동 소자의 저면측으로부터 본 전체 사시도.
도 9는 진동 소자의 진동자부의 사시도.
도 10은 진동형 자이로 센서의 제조 방법을 설명하는 주요 공정 플로우도．
도 11은 진동 소자의 제조 공정에 이용하는 실리콘 기판의 평면도.
도 12는 동일 실리콘 기판의 단면도.
도 13은 포토레지스트층에 진동 소자 형성 부위를 패터닝한 실리콘 기판의 평면도.
도 14는 동일 실리콘 기판의 단면도.
도 15는 실리콘 산화막에 진동 소자 형성 부위를 패터닝한 실리콘 기판의 평면도.
도 16은 동일 실리콘 기판의 단면도.
도 17은 진동자부의 두께를 규정하는 다이어프램부를 구성하는 에칭 오목부를 형성한 실리콘 기판의 평면도.
도 18은 동일 실리콘 기판의 단면도.
도 19는 에칭 오목부의 확대 단면도.
도 20은 다이어프램부에 제1 전극층과 압전막층과 제2 전극층을 적층 형성한 상태의 주요부 단면도.
도 21은 제2 전극층에 구동 전극층과 검출 전극을 패터닝한 상태의 주요부 평면도.
도 22는 동일 주요부 단면도.
도 23은 압전막층에 압전 박막층을 패터닝한 상태의 주요부 평면도.
도 24는 동일 주요부 단면도.
도 25는 제1 전극층에 기준 전극층을 패터닝한 상태의 주요부 평면도.
도 26은 동일 주요부 단면도.
도 27은 평탄화층을 형성한 상태의 주요부 평면도.
도 28은 동일 주요부 단면도.
도 29는 기초부 형성 영역에 리드를 형성한 상태의 주요부 평면도.
도 30은 동일 주요부 단면도.
도 31은 절연 보호층 형성용의 포토레지스트층을 형성한 상태의 주요부 평면도.
도 32는 절연 보호층의 제1 알루미나층을 형성한 상태의 주요부 단면도.
도 33은 절연 보호층의 산화 실리콘층을 형성한 상태의 주요부 단면도.
도 34는 절연 보호층의 제2 알루미나층 및 에칭 스톱층을 형성한 상태의 주요부 단면도.
도 35는 진동자부의 외형을 형성하는 외형 홈을 형성한 상태의 주요부 평면도.
도 36은 동일 진동자부의 길이 방향으로 수직한 방향으로부터 본 주요부 단면도.
도 37은 동일 진동자부의 길이 방향으로부터 본 주요부 단면도.
도 38a는 도금 범프의 형성 방법을 설명하는 진동 소자의 측단면도.
도 38b는 도금 범프의 형성 방법을 설명하는 진동 소자의 측단면도.
도 39a는 진동 소자의 조정 공정의 설명도.
도 39b는 진동 소자의 조정 공정의 설명도.
도 39c는 진동 소자의 조정 공정의 설명도.
도 40은 진동 소자의 지지 기판에 대한 고정 방법의 FEM 해석도로서, 금 범프의 감쇠량과 진동자부의 변위량의 관계를 나타내는 특성도.
도 41a는 비접합부의 폭과 진동자부의 변위 감쇠 비율의 관계를 나타내는 해석 모델도 및 특성도.
도 41b는 비접합부의 폭과 진동자부의 변위 감쇠 비율의 관계를 나타내는 해석 모델도 및 특성도.
도 42a는 금 접합층의 폭과 진동자부의 변위 감쇠 비율의 관계를 나타내는 해석 모델도 및 특성도.
도 42b는 금 접합층의 폭과 진동자부의 변위 감쇠 비율의 관계를 나타내는 해석 모델도 및 특성도.
도 42c는 금 접합층의 폭과 진동자부의 변위 감쇠 비율의 관계를 나타내는 해석 모델도 및 특성도.
도 43a는 진동자측에서의 금 접합층의 고정 위치와 진동자부의 변위 감쇠 비율의 관계를 나타내는 해석 모델도 및 특성도.
도 43b는 진동자측에서의 금 접합층의 고정 위치와 진동자부의 변위 감쇠 비율의 관계를 나타내는 해석 모델도 및 특성도.
도 44a는 기초부의 후단측에서의 금 접합층의 고정 위치와 진동자부의 변위 감쇠 비율의 관계를 나타내는 해석 모델도 및 특성도.
도 44b는 기초부의 후단측에서의 금 접합층의 고정 위치와 진동자부의 변위 감쇠 비율의 관계를 나타내는 해석 모델도 및 특성도.
도 45는 4개소 고정에서의 금 접합층의 배치 위치의 해석 모델도．
도 46은 도 45에 도시한 각 모델도의 특성도.
도 47a는 4개소 고정 구조를 채용한 샘플 진동 소자에서의 금 접합층의 배치 위치를 나타내는 해석 모델도．
도 47b는 4개소 고정 구조를 채용한 샘플 진동 소자에서의 금 접합층의 배치 위치를 나타내는 해석 모델도．
도 47b는 4개소 고정 구조를 채용한 샘플 진동 소자에서의 금 접합층의 배치 위치를 나타내는 해석 모델도．
도 48은 도 47a 내지 도 47c에 도시한 각 모델도의 특성도.
도 49a는 다점 고정에서의 금 접합층의 배치 위치의 해석 모델도．
도 49b는 다점 고정에서의 금 접합층의 배치 위치의 해석 모델도．
도 49b는 다점 고정에서의 금 접합층의 배치 위치의 해석 모델도．
도 49d는 다점 고정에서의 금 접합층의 배치 위치의 해석 모델도．
도 50은 도 49a 내지 도 49d에 도시한 각 모델도의 특성도.
도 51은 부하 완충 홈부에 의한 오프셋 전압값의 변동 억제 작용의 특성도.
도 52는 부하 완충 홈부의 홈의 깊이에 의한 오프셋 전압값의 변동 억제 작용의 특성도.
도 53은 간격 구성 오목부에 의해 형성되는 진동 공간부의 높이와 진동자부의 변위 감쇠 비율의 관계를 나타내는 특성도.
도 54는 실리콘 기판으로부터의 소자의 취득 수의 비교도．
도 55는 진동 소자의 배치 상태에 의한 2축간 간섭의 특성도.
도 56a는 실장 공정에서의 진동 소자의 각도 어긋남의 히스토그램으로서, 위치 정렬용 마크를 인식하여 실장한 경우를 도시하는 도면.
도 56b는 실장 공정에서의 진동 소자의 각도 어긋남의 히스토그램으로서, 외형 인식에 의해 실장한 경우를 도시하는 도면.
도 57은 2개의 진동 소자의 동작 주파수를 바꾸어서 주파수 차에 의한 간섭 신호의 크기를 측정한 결과를 도시하는 특성도.
도 58은 진동형 자이로 센서가 제어 기판에 실장된 상태를 도시하는 단면 모식도.
도 59는 도 58에서 제어 기판에 외부 왜곡이 가해졌을 때의 진동형 자이로 센서의 모습을 설명하는 단면 모식도.
도 60a는 본 발명의 제2 실시예에서 설명하는 진동 소자를 모식적으로 나타내는 측면도로서, 종래의 진동 소자를 도시하는 도면.
도 60b는 본 발명의 제2 실시예에서 설명하는 진동 소자를 모식적으로 나타내는 측면도로서, 제2 실시예의 진동 소자를 도시하는 도면.
도 61a는 금 범프의 구성의 변형예를 도시하는 도면.
도 61b는 금 범프의 구성의 변형예를 도시하는 도면.
도 62a는 본 발명의 제2 실시예에서 설명하는 실시예의 측정 원리도．
도 62b는 본 발명의 제2 실시예에서 설명하는 실시예의 측정 원리도．
도 63a는 도 62a 및 도 62b의 실시예의 결과를 도시하는 특성도.
도 63b는 도 62a 및 도 62b의 실시예의 결과를 도시하는 특성도.
도 64a는 본 발명의 제3 실시예에서 설명하는 진동 소자를 모식적으로 나타내는 측면도로서, 종래의 진동 소자를 도시하는 도면.
도 64b는 본 발명의 제3 실시예에서 설명하는 진동 소자를 모식적으로 나타내는 측면도로서, 제3 실시예의 진동 소자를 도시하는 도면.
도 65는 본 발명의 제3 실시예에서 설명하는 일 실시예의 설명도로서, 진동 소자의 저면도.
도 66은 본 발명의 제3 실시예에서 설명하는 일 실시예의 측정 결과를 도시하는 특성도.
도 67은 본 발명의 제3 실시예에서 설명하는 다른 실시예의 설명도로서, 진동 소자의 저면도.
도 68은 본 발명의 제3 실시예에서 설명하는 다른 실시예의 측정 결과를 도시하는 특성도.
도 69는 본 발명의 제4 실시예에 따른 진동형 자이로 센서의 개략측 단면도.
도 70은 본 발명의 제4 실시예에 따른 진동형 자이로 센서의 개략측 단면도.
도 71은 본 발명의 제4 실시예에 따른 진동형 자이로 센서의 개략측 단면도.
도 72는 본 발명의 제4 실시예에 따른 진동형 자이로 센서의 개략측 단면도.
도 73은 본 발명의 제4 실시예에서 설명하는 각 실시예의 측정 결과를 도시하는 특성도.
도 74는 본 발명의 제5 실시예에 따른 진동 소자의 저면도.
도 75는 본 발명의 제5 실시예에서 설명하는 실시예의 측정 결과를 도시하는 특성도.
도 76은 본 발명의 제5 실시예의 변형예를 설명하는 진동 소자의 저면도.
도 77은 본 발명의 제5 실시예의 변형예를 설명하는 진동 소자의 저면도.
도 78a는 본 발명의 제6 실시예에서 설명하는 종래의 진동형 자이로 센서의 주요부의 평면도.
도 78b는 본 발명의 제6 실시예에서 설명하는 종래의 진동형 자이로 센서의 주요부의 측면도.
도 79a는 본 발명의 제6 실시예에 따른 진동형 자이로 센서의 주요부의 평면도.
도 79b는 본 발명의 제6 실시예에 따른 진동형 자이로 센서의 주요부의 측면도.
도 80은 본 발명의 제6 실시예에서 설명하는 실시예의 측정 결과를 도시하는 특성도.
도 81은 본 발명의 제7 실시예에서 설명하는 종래의 진동형 자이로 센서의 주요부 평면도.
도 82는 본 발명의 제7 실시예에 따른 진동형 자이로 센서의 주요부 평면도.
도 83은 본 발명의 제7 실시예에서 설명하는 실시예의 측정 결과를 도시하는 특성도.
도 84a는 본 발명의 제8 실시예에서 설명하는 종래의 진동형 자이로 센서의 주요부의 평면도.
도 84b는 본 발명의 제8 실시예에서 설명하는 종래의 진동형 자이로 센서의 주요부의 측면도.
도 84c는 본 발명의 제8 실시예에서 설명하는 종래의 진동형 자이로 센서의 주요부의 저면도.
도 85는 본 발명의 제8 실시예에 따른 지지 기판의 저면도.
도 86a는 본 발명의 제8 실시예에 따른 진동형 자이로 센서의 주요부의 평면도.
도 86b는 본 발명의 제8 실시예에 따른 진동형 자이로 센서의 주요부의 측면도.
도 87은 본 발명의 제8 실시예에서 설명하는 진동 소자의 배치 구성예를 도시하는 주요부 평면도.
도 88은 본 발명의 제8 실시예에서 설명하는 진동 소자의 다른 배치 구성예를 도시하는 주요부 평면도.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
이하, 본 발명의 실시예로서 도면에 도시한 진동형 자이로 센서에 대해서, 상세하게 설명한다.
또한, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상에 기초하여 여러 가지의 변형이 가능하다. 또한, 본 명세서에서는，이하에 설명한 바와 같이 구성 부재의 각 부위에 대해 구체적인 치수값을 예를 들어 설명하고 있지만, 각 치 수값은 중심 기준값이다. 각 부위는, 이 중심 기준값에 한정된 치수값으로 형성되는 것에 한정되지 않고, 일반적인 공차 범위의 치수값으로 형성되는 것은 물론이다. 또한, 진동형 자이로 센서는, 이러한 치수값의 형상으로 한정되지 않고, 특성사양에 따라 각 부가 적당하게 형성된다.
(제1 실시예)
[진동형 자이로 센서의 개략적인 구성]
진동형 자이로 센서(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 지지 기판(2)과, 이 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1) 상에 맞붙어져 부품 실장 공간부(3)를 구성하는 커버 부재(15)에 의해 외관 부재를 구성하고, 예를 들면 비디오 카메라에 탑재되어 손 떨림 보정 기구를 구성한다. 또한, 진동형 자이로 센서(1)는, 예를 들면 버추얼 리얼리티 장치에 이용되어 동작 검지기를 구성하고, 혹은 카 네비게이션 장치에 이용되어 방향 검지기를 구성한다.
진동형 자이로 센서(1)는, 지지 기판(2)에 예를 들면 세라믹 기판이나 글래스 기판 등이 이용되고 있다. 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1) 상에는 복수개의 랜드(4) 등을 갖는 소정의 배선 패턴(5)이 형성되어 부품 실장 영역(6)이 구성되어 있다. 부품 실장 영역(6)에는, 상세 내용을 후술하는 서로 다른 축 방향의 진동을 검출하도록 탑재되는 제1, 제2 한 쌍의 진동 소자(20X, 20Y)(이하, 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 진동 소자(20)라 함), IC 회로 소자(7), 또한 외장용의 다수개의 세라믹 컨덴더나 적당한 전자 부품(8)이 혼재되어 있다.
지지 기판(2)의 부품 실장 영역(6)에는, IC 회로 소자(7)나 전자 부품(8)과 함께 진동 소자(20)가 적당한 실장기를 이용하여 각각 플립칩법 등의 표면 실장법에 의해 실장되어 있다. 동일 형상으로 형성된 한 쌍의 진동 소자(20X, 20Y)는, 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)의 상대하는 코너 부위(2C-1, 2C-2)에 위치하여 서로 축선을 상이하게 하여 실장되어 있다. 진동 소자(20)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 금 범프(26)를 개재하여 랜드(4)에 접속되는 복수의 단자부(25)가 형성된 실장면을 갖는 기초부(22)와, 이 기초부(22)의 일측 주부로부터 외팔보 형상으로 일체로 내밀어 설치된 진동자부(23)를 갖는다. 또한, 진동 소자(20)의 구성의 상세 내용은 후술한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 한 쪽의 제1 진동 소자(20X)는, 지지 기판(2)의 코너 부위(2C-1)에서 부품 실장 영역(6)에 구성한 부도 형상의 제1 진동 소자 실장 영역(13A)에 기초부(22)가 고정되고, 이 기초부(22)로부터 일체로 내밀어 설치된 진동자부(23)가 지지 기판(2)의 측 모서리를 따라서 인접하는 코너 부위(2C-3)를 향한다. 다른 쪽의 제2 진동 소자(20Y)는, 지지 기판(2)의 코너 부위(2C-2)에서 부품 실장 영역(6)에 구성한 부도 형상의 제2 진동 소자 실장 영역(13B)에 기초부(22)가 고정되고, 이 기초부(22)로부터 일체로 내밀어 설치된 진동자부(23)가 지지 기판(2)의 측 모서리를 따라서 인접하는 코너 부위(2C-3)를 향한다.
즉, 제1 진동 소자(20X) 및 제2 진동 소자(20Y)는, 각각의 진동자부(23)를 코너 부위(2C-3)를 향해 서로 90° 각도가 부여되어 지지 기판(2)에 각각 실장되어 있다. 또한, 진동형 자이로 센서(1)는, 한 쌍의 진동 소자(20X, 20Y)에 의해 직교하는 2축의 진동 검출을 행하도록 하지만, 본체 기기의 사양에 따라 적당한 각도 차를 갖고 진동 소자(20X, 20Y)를 지지 기판(2)에 실장하도록 해도 되는 것은 물론이다.
진동형 자이로 센서(1)는, 진동 소자(20)의 진동자부(23)를 공진시킨 상태에서, 진동자부(23)에 가해진 길이 방향의 주위의 각속도를 검출한다. 진동형 자이로 센서(1)에서는, 제1 진동 소자(20X)와 제2 진동 소자(20Y)를 지지 기판(2)에 각도를 상이하게 하여 탑재함으로써, X축 방향과 Y축 방향의 각속도를 동시에 검출하고, 예를 들면 비디오 카메라의 손 떨림에 의한 진동 상태에 기초하는 제어 신호를 출력하여 손 떨림 보정 기구를 구성한다.
다음으로, 지지 기판(2)의 구성의 상세한 내용에 대해 설명한다.
[부하 완충 구조]
진동형 자이로 센서(1)는, 지지 기판(2)을 얇은 두께로 함으로써 소형, 박형화가 도모되어 있기 때문에, 외부로부터 가해지는 진동이나 충격 등의 외부 부하에 의해 지지 기판(2)에 왜곡이나 응력이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 지지 기판(2)에 외부 부하의 완충 구조가 설치됨으로써, 왜곡이나 응력이 발생한 경우에도 지지 기판(2)에 탑재한 진동 소자(20)에의 영향이 저감되도록 구성되어 있다.
지지 기판(2)에는, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이 제1 주면(2-1)의 각 코너 부위(2C-1, 2C-2)에 제1 부하 완충 홈부(12A, 12B)(이하, 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 제1 부하 완충 홈부(12)라고 함)가 형성되어 있다. 전술한 진동 소자 실장 영역(13A, 13B)(이하, 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 진동 소자 실장 영역(13)이라고 함)은 제1 부하 완충 홈부(12)에 의해 둘러싸인 영역에 구성되어 있고, 각 진동 소자 실장 영역(13)에 진동 소자(20)가 실장된다.
또한, 지지 기판(2)에는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 본체 기기 등의 외부의 제어 기판(100)에 실장되는 제2 주면(2-2)측에 제2 부하 완충 홈부(14)가 형성되어 있다. 이 제2 부하 완충 홈부(14)는, 도 5에 도시하는 바와 같이 제2 부하 완충 홈부(14A)와 제2 부하 완충 홈부(14B)로 이루어지고, 이하 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 제2 부하 완충 홈부(14)로 총칭한다. 제2 부하 완충 홈부(14)에 의해 둘러싸인 영역은, 도 5에 도시하는 바와 같이 단자 형성 영역(115A, 115B)(이하, 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 단자 형성 영역(115)이라고 함)으로서 구성되어 있다.
제1 부하 완충 홈부(12)는, 도 4에 도시하는 바와 같이 진동 소자(20)의 기초부(22)의 외형 치수보다 큰 진동 소자 실장 영역(13)을 구성하는 전체 틀 형상의 밑면이 있는 홈에 의해 구성되어 있다. 제1 부하 완충 홈부(12)는, 예를 들면 다이서 등에 의한 기계적 홈 가공이나 웨트 엣칭법에 의한 화학적 홈 가공 혹은 레이저 등에 의한 드라이 에칭법에 의해 형성된다. 제1 부하 완충 홈부(12)는, 지지 기판(2)의 기계적 강도를 손상시키지 않는 범위에서 홈의 깊이를 100㎛ 이상으로 하여 형성된다(상세한 것은 도 52를 참조하여 후술함).
제2 부하 완충 홈부(14A, 14B)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 각각 지지 기판(2)의 외주측 모서리부를 따라서 평행하게 형성되어 있다. 이들 제2 부하 완충 홈부(14A, 14B)와 외주측 모서리부 사이의 영역에는, 단자 형성 영역(115A, 115B) 으로서 각각에 외부 접속용 단자부로서 복수개의 실장 단자부(116A, 116B)(이하, 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 실장 단자부(116)라고 함)가 적당하게 배열되어 형성되어 있다. 지지 기판(2)은, 각 실장 단자부(116)에 각각 설치한 범프(117)를 개재하여 실장 단자부(외부 접속 단자부)(116)가 상대하는 제어 기판(100)측의 랜드와 접속됨으로써, 제어 기판(100)에 실장된다.
제2 부하 완충 홈부(14)도, 제1 부하 완충 홈부(12)와 마찬가지로, 예를 들면 다이서 등에 의한 기계적 홈 가공이나 웨트 엣칭법에 의한 화학적 홈 가공 혹은 레이저 등에 의한 드라이 에칭법 등에 의해 지지 기판(2)의 제2 주면(2-2)에 소정의 깊이를 갖고 형성된다. 제2 부하 완충 홈부(14)는, 지지 기판(2)의 제2 주면(2-2)에서 부도 형상의 단자 형성 영역(115)을 구성하고, 이 단자 형성 영역(115)에 외주측 모서리부를 따라서 복수개의 실장 단자부(116)가 배열되어 형성되도록 한다. 또한, 제2 부하 완충 홈부(14)는, 외주측 모서리부에 따른 직선 홈에 한정되지 않고, 예를 들면 실장 단자부(116)를 둘러싸는 틀 형상이나 양단을 외주측 모서리부에 개방된 대략 コ자 형상으로 형성하도록 해도 된다．
또한, 지지 기판(2)에는, 제1 주면(2-1)과 제2 주면(2-2)을 관통하여 다수개의 비어가 형성되어 있고, 이들 비어를 통하여 제1 주면(2-1)측의 배선 패턴(5)과 제2 주면(2-2)측의 실장 단자부(116)가 적당하게 접속된다.
진동형 자이로 센서(1)는, 본체 기기에 충격 등이 가해지면, 제어 기판(100)을 개재하여 지지 기판(2)에 왜곡이나 응력이 발생한다. 본 실시예에서는, 전술한 바와 같이 제1 부하 완충 홈부(12)에 의해 둘러싸여 부도 상태로 된 진동 소자 실 장 영역(13) 상에 진동 소자(20)를 실장함으로써, 외부 부하에 의해 지지 기판(2)에 발생한 왜곡이나 응력이 제1 부하 완충 홈부(12)에 의해 흡수된다. 따라서, 제1 부하 완충 홈부(12)는 일종의 댐퍼 작용을 발휘함으로써 진동 소자 실장 영역(13) 상에 실장한 진동 소자(20)에 대한 외부 부하의 영향을 저감하고, 진동 소자(20)가 안정된 상태에서 검출 동작을 행하도록 한다.
한편, 진동형 자이로 센서(1)에서는, 전술한 바와 같이 제2 부하 완충 홈부(14)를 설치하여 부도 상태로 한 단자 형성 영역(115)에 설치된 실장 단자부(116)가 제어 기판(100)과의 고정부를 구성한다. 본 실시예에서는, 제어 기판(100)을 통하여 전달되는 외부 부하가 제2 부하 완충 홈부(14)에 의해 흡수된다. 따라서, 제2 부하 완충 홈부(14)는 일종의 댐퍼 작용을 발휘함으로써 진동 소자 실장 영역(13) 상에 실장한 진동 소자(20)에 대한 외부 부하의 영향을 저감하여, 진동 소자(20)가 안정된 상태에서 검출 동작을 행하도록 한다.
또한, 제1 부하 완충 홈부(12)는, 전체 둘레에 걸쳐서 연속한 단면 コ자 형상의 홈부에 의해 구성되지만, 이것에 한정되지 않는다. 제1 부하 완충 홈부(12)는, 소정의 특성을 만족시키는 것을 조건으로, 예를 들면 다수개의 홈부를 전체적으로 틀 형상으로 배열하여 구성하도록 해도 된다． 또한, 제2 부하 완충 홈부(14)도, 연속한 홈부에 의해 구성될 필요는 없고, 예를 들면 다수개의 홈부를 배열하여 구성하도록 해도 된다． 또한, 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)에 제1 부하 완충 홈부(12)를 형성함과 함께 제2 주면(2-2)에 제2 부하 완충 홈부(14)를 형성하여 표리 주면의 부하 완충 구조를 구성하도록 하였지만, 소정의 특성을 갖는 것을 조건으로 제1 부하 완충 홈부(12)만 또는 제2 부하 완충 홈부(14)에 의해서만 부하 완충 구조를 구성하도록 해도 된다．
또한, 전술한 바와 같이 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)에 진동 소자 실장 영역(13)을 둘러싸는 틀 형상의 제1 부하 완충 홈부(12)를 형성하였지만, 이 제1 부하 완충 홈부(12)의 구성은 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 6에 도시한 진동형 자이로 센서(170)는, 지지 기판(171)에 틀 형상의 제1 부하 완충 홈부(172X, 172Y)를 형성하고 있지만, 이 제1 부하 완충 홈부(172) 내에 십자 형상의 구분 홈(173A, 173B)을 더 형성하여 4개의 개별 실장 영역(174A~174D)을 구성하고 있다．
즉, 진동형 자이로 센서(170)는, 각 개별 실장 영역(174)이 각각 진동 소자(20)의 기초부(22)에 형성한 단자부(25)과 대응하여 개별적으로 구분되어 있고, 도면에는 도시하지 않았지만 각각에 실장 단자부가 설치되어 있다. 진동형 자이로 센서(170)에서는，이러한 구조에 의해, 금 범프(26)를 개재하여 상대하는 실장 단자부에 각 단자부(25)를 고정하여 지지 기판(171)에 실장되는 진동 소자(20)가, 전체를 제1 부하 완충 홈부(172)에 의해 둘러싸인 제1 부도 내에서 각 고정부마다 구분 홈(173)에 의해 구분된 제2 부도 내에 개별적으로 고정되어 실장된다. 따라서, 진동형 자이로 센서(170)에서는, 진동 소자(20)가, 외부 부하에 의해 발생하는 지지 기판(171)의 왜곡이나 응력의 영향을 더 확실하게 저감하여 안정된 각속도의 검출 동작이 행해지도록 한다.
[간격 구성 오목부]
다음으로, 지지 기판(2)에는, 진동 소자(20X, 20Y)에 대응하여 부품 실장 영 역(6)에, 진동자부(23)를 그 두께 방향으로 자유 진동시키는 공간부를 구성하는 오목부(11A, 11B)(이하, 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 간격 구성 오목부(11)라고 함)가 형성되어 있다. 간격 구성 오목부(11)는, 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)에 대하여 예를 들면 에칭 가공이나 홈파기 가공을 실시함으로써 소정의 깊이와 개구 치수를 갖는 사각형의 밑면이 있는 홈 형상으로 형성된다.
진동형 자이로 센서(1)는, 기초부(22)와 외팔보 형상의 진동자부(23)가 일체로 형성된 진동 소자(20)가, 금 범프(26)를 개재하여 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1) 상에 실장된다. 진동 소자(20)는, 금 범프(26)의 두께에 의해 진동자부(23)와 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)의 대향 간격이 규정되어 전체의 박형화가 도모되고 있지만, 금 범프(26)의 가공 한계에 의해 충분한 간격을 유지할 수 없는 경우가 있다.
진동 소자(20)는, 진동자부(23)의 진동 동작에 수반하여 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)과의 사이에 공기의 흐름을 발생시킨다. 이 공기의 흐름은, 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)에 있어서 진동자부(23)를 밀어 올리는 덤핑 효과를 발생시킨다. 본 실시예에서는, 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)에 간격 구성 오목부(11)를 형성함으로써, 도 2에 도시하는 바와 같이 지지 기판(2)과 진동자부(23) 사이에 충분한 간격 m을 유지하여 진동 소자(20)에 작용하는 덤핑 효과의 영향을 저감한다.
진동형 자이로 센서(1)는, 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1) 상에 진동 소자(20)를 실장한 상태에서 진동자부(23)가 간격 구성 오목부(11)와 대향하여 연장됨으로써, 박형화를 유지하면서 도 2에 도시하는 바와 같이 진동자부(23)와 지지 기판(2) 사이에 충분한 간격이 유지되게 된다. 이에 따라, 진동자부(23)가 두께 방향으로 진동 동작하였을 때에, 상세 내용을 도 53을 참조하여 후술하는 바와 같이 덤핑 효과의 작용이 저감되어, 진동 소자(20)가 안정된 검출 동작이 확보된다.
간격 구성 오목부(11)는, 진동 소자(20)의 진동자부(23)의 치수에 맞추어 최적화되어 지지 기판(2)에 형성된다. 본 실시예에서는, 진동 소자(20)가 후술하는 치수값으로 형성됨과 함께 진동자부(23)의 최대 진폭량을 p로 한 경우, 간격 구성 오목부(11)의 개구 치수는 2.1㎜×0.32㎜로 되고, 깊이 치수 k(도 2 참조)는, k≥p/2+0.05(㎜)로 형성된다. 지지 기판(2)에 상기 구성의 간격 구성 오목부(11)가 형성됨으로써, 높이 치수가 억제되어 박형화가 도모됨과 함께, 진동 소자(20)에 대한 덤핑 효과의 영향이 저감되어 고Q값화가 유지되어 고감도이고 안정된 손 떨림 등의 검출 동작을 행할 수 있게 된다.
계속해서, 진동 소자(20)의 구성의 상세 내용에 대해 설명한다.
[금 범프]
진동 소자(20)는, 후술하는 바와 같이 실리콘 기판(21)의 제2 주면(21-2)에 의해 구성되는 기초부(22)의 제2 주면(22-2)이 지지 기판(2)에 대한 고정면(실장면)을 구성하여 전술한 진동 소자 실장 영역(13) 상에 실장된다. 도 4에 도시하는 바와 같이 기초부(22)의 실장면(22-2)에는, 제1 단자부(25A)~제4 단자부(25D)(이하, 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 단자부(25)라고 함)가 형성됨과 함께, 이들 단자부(25) 상에 각각 금속 볼록부로서 제1 금 범프(26A)~제4 금 범프(26D)(이하, 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 금 범프(26)라고 함)가 형성되 어 있다.
진동 소자(20)의 각 단자부(25)는, 각각 지지 기판(2)측의 배선 패턴(5)에 형성한 각 랜드(4)에 대응하여 형성되어 있다. 각 단자부(25)는, 대응하는 랜드(4)와 위치 맞춤되어 지지 기판(2)에 조합된다. 그리고, 이 상태에서 진동 소자(20)를 지지 기판(2)에 밀어부치면서 초음파를 인가하고, 금 범프(26)를 개재하여 각 단자부(25)와 랜드(4)를 용착 접합시킨다. 이에 따라, 진동 소자(20)는 지지 기판(2) 상에 실장된다. 이와 같이 진동 소자(20)를 소정 높이의 금 범프(26)를 개재하여 실장함으로써, 진동자부(23)가 그 제2 주면(기판 대향면)(23-2)을 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)에 대하여 소정의 높이 위치로 유지된 상태에서 소정의 진동 동작을 행할 수 있도록 한다.
본 실시예에서는, 표면 실장법으로 진동 소자(20)를 지지 기판(2)에 실장함으로써 실장 공정의 효율화를 도모하고 있다. 표면 실장법에서의 접속자로서는, 전술한 금 범프(26)에 한정되지 않고, 반도체 프로세스에서 일반적으로 채용되는 땜납 볼이나 구리 범프 등의 각종의 다른 금속 볼록부를 이용할 수도 있다. 본 실시예에서는, 본체 기기의 제조 공정에서 리플로우 땜납 처리 등이 실시되어, 지지 기판(2)의 실장 단자부(116)가 범프(117)를 개재하여 제어 기판(100)의 각 랜드와 접속 고정되기 때문에, 내열성이 크고 또한 작업성이 높은 금 범프(26)가 접속 자로서 채용되고 있다．
진동형 자이로 센서에서는, 지지 기판에 대한 진동 소자의 고정 구조에 의해 기계 품질 계수 Q(Q　factor)가 결정된다. 본 실시예에서는, 진동 소자(20)가 기 초부(22)를 금 범프(26)를 개재하여 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)으로부터 띄운 상태에서 실장됨으로써, 예를 들면 접착층을 개재하여 기초부 전체면을 지지 기판에 접합한 경우와 비교하여 진동자부(23)의 선단부의 감쇠 비율이 커져 양호한 Q값이 얻어진다. 또한, 기초부(22)를 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)에 대하여 1개소에서 고정하는 것 보다 복수 개소에서 고정하는 구조 쪽이 양호한 Q값 특성이 얻어지기 때문에, 기초부(22)를 지지 기판(2)에 대하여 네 모서리의 위치를 고정함으로써 양호한 Q값 특성을 얻도록 하고 있다．
또한, 각금 범프(26)는 진동자부(23)의 길이 방향의 중심 축선에 대하여 폭 치수 t6(도 9 참조)의 범위 내의 영역에서 전체의 무게 중심을 위치시키도록 하여 설치할 수 있다. 이와 같이 금 범프(26)를 배치함으로써, 두께 방향으로 진동 동작하는 진동자부(23)는 좌우의 밸런스를 깨뜨리지 않고 안정된 상태에서 진동 동작하는 것이 가능해진다．
또한, 각 금 범프(26)를 기초부(22)로부터 돌출되는 진동자부(23)의 기단 부위로부터 진동자부(23)의 폭 치수 t6의 2배를 반경으로 하는 영역의 외측 영역에 위치하여 형성함으로써, 금 범프(26)에 의한 진동자부(23)의 진동 동작을 흡수하는 작용을 저감하여 고Q값을 유지하는 것이 가능해진다．
또한, 적어도 1개의 금 범프(26)가, 진동자부(23)의 기단부로부터 기초부(22)의 두께 치수 t1(도 8 참조)의 2배의 범위의 영역 내에 형성됨으로써, 진동자부(23)의 진동 동작이 기초부(22)에 전달되어 공진 주파수의 어긋남을 발생시키는 것이 방지되게 된다.
또한, 금 범프(26)는 소위 2단 범프에 의해 형성되도록 해도 된다． 기초부(22)의 제2 주면 상에 전기적 접속을 행하지 않는, 소위 더미의 제5 금 범프를 더 형성하도록 해도 된다． 이 경우에는 물론, 지지 기판(2)측에는, 이 제5 금 범프가 용착 고정되는 더미 단자부가 형성된다.
[소자 형상]
그런데, 본 실시예의 진동 소자(20)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 진동자부(23)가, 기초부(22)의 제2 주면(실장면)(22-2)과 동일면을 구성하는 제2 주면(기판 대향면)(23-2)을 갖고, 일단부를 기초부(22)에 일체화되어 외팔보 형상으로 내밀어 설치되어 있다. 진동자부(23)는, 그 상면(23-1)이 도 2에 도시하는 바와 같이 기초부(22)의 제1 주면(상면)(22-1)으로부터 단 떨어짐됨으로써 소정의 두께로 된다. 진동자부(23)는, 소정의 길이와 단면적을 가지고 기초부(22)의 일측 주부와 일체로 형성된 단면 사각형의 외팔보에 의해 구성된다.
진동 소자(20)의 기초부(22)는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 두께 치수 t1을 300㎛, 진동자부(23)의 선단부까지의 길이 치수 t2를 3㎜, 폭 치수 t3을 1㎜의 크기로 형성된다. 진동 소자(20)의 진동자부(23)는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 두께 치수 t4를 100㎛, 길이 치수 t5를 2.5㎜, 폭 치수 t6을 100㎛로 형성한다. 진동 소자(20)는, 상세 내용을 후술하는 바와 같이 구동 검출 회로부(50)로부터 인가되는 소정 주파수의 구동 전압에 의해 진동 동작하지만, 전술한 형상으로부터 40㎑의 공진 주파수에서 진동한다. 또한, 진동 소자(20)는, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니고, 사용하는 주파수나 목표로 하는 전체 형상에 따라 여러 가지 설정된 다.
또한, 기초부(22)와 진동자부(23)의 각 부가 다음의 조건을 만족하여 진동 소자(20)를 형성할 수 있다． 즉, 기초부(22)는, 그 폭 치수 t3을 진동자부(23)의 폭 치수 t6의 2배보다 큰 폭 치수로 함과 함께, 무게 중심 위치를 진동자부(23)의 길이 방향의 중심 축선에 대하여 진동자부(23)의 폭 치수 t6의 2배의 영역 내에 위치하여 형성된다. 이러한 구성에 의해 진동자부(23)가 좌우의 밸런스를 깨뜨리지 않고 양호한 상태에서 진동 동작이 행해지게 된다. 또한, 기초부(22)의 두께 치수 t1을 진동자부(23)의 두께 치수 t4의 1.5배로 형성함으로써, 기초부(22)의 기계적 강도가 유지되어 진동자부(23)의 진동 동작에 의한 진동 동작의 발생을 억제할 수 있어, 공진 주파수의 어긋남이 발생하지 않게 된다.
[압전막·각종 전극층]
진동 소자(20)에는, 후술하는 진동 소자 제조 공정에 의해, 도 4에 도시하는 바와 같이 진동자부(23)의 제2 주면(기판 대향면)(23-2) 상에 길이 방향의 약 전체 길이에 걸쳐, 기준 전극층(제1 전극층)(27)과, 압전 박막층(28)과, 구동 전극층(제2 전극층)(29)이 적층 형성되어 있다. 진동자부(23)의 제2 주면(기판 대향면)(23-2) 상에는, 구동 전극층(29)을 삽입하여 한 쌍의 검출 전극(30R, 30L)(이하, 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 검출 전극(30)이라고 함)이 형성되어 있고, 이들 구동 전극층(29)과 검출 전극(30)에 의해 제2 전극층이 구성되어 있다.
진동자부(23)의 제2 주면(기판 대향면)(23-2)에는, 제1층으로서 기준 전극층(27)이 형성되고, 이 기준 전극층(27) 상에 거의 동일한 길이의 압전 박막층(28) 이 적층 형성된다. 압전 박막층(28) 상에는, 이것과 거의 동일한 길이이고 또한 폭이 좁은 구동 전극층(29)이 폭 방향의 중앙부에 위치하여 적층 형성됨과 함께, 이 구동 전극층(29)을 삽입하여 압전 박막층(28) 상에 한 쌍의 검출 전극(30R, 30L)이 적층 형성된다.
[리드·단자부]
진동 소자(20)에는, 도 4에 도시하는 바와 같이 기초부(22)의 제2 주면(실장면)(22-2) 상에, 기준 전극층(27)과 제1 단자부(25A)를 접속하는 제1 리드(31A)가 형성됨과 함께, 구동 전극층(29)과 제3 단자부(25C)를 접속하는 제3 리드(31C)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 기초부(22)의 실장면(22-2) 상에는, 제1 검출 전극(30R)과 제2 단자부(25B)를 접속하는 제2 리드(31B)가 형성됨과 함께, 제2 검출 전극(30L)과 제4 단자부(25D)를 접속하는 제4 리드(31D)가 형성되어 있다. 또한, 각 리드(31A~31D)에 대해서는, 이하, 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 리드(31)로 총칭한다.
제1 리드(31A)는, 진동자부(23)에 형성한 기준 전극층(27)의 기단부로부터 기초부(22)측에 일체로 연장되고, 도 4에 도시하는 바와 같이 기초부(22)의 제2 주면(실장면)(22-2) 상에 진동자부(23)를 일체로 형성한 측의 일방 코너부에 위치하여 형성된 제1 단자부(25A)와 일체화된다. 구동 전극층(29)과 검출 전극(30)은, 각각의 기단부가 진동자부(23)로부터 기초부(22)까지 약간 폭이 넓은 부위에서 일체로 연장되고, 이들 폭이 넓은 부위가 평탄화층(24)에 의해 피복된다.
제2 리드(31B)는, 일단부가 평탄화층(24)을 뛰어넘도록 하여 형성되고, 기초 부(22)의 일측부를 따라서 제1 단자부(25A)와 대향하는 후방측의 코너부에 유도됨으로써, 이 코너부에 형성된 제2 단자부(25B)와 접속된다. 제3 리드(31C)는, 일단부가 평탄화층(24)을 뛰어넘도록 하여 형성되고, 기초부(22)의 약 중앙부를 가로질러 후방측에 유도됨과 함께 후단측을 따라서 제2 단자부(25B)와 대향하는 코너부에 유도됨으로써, 이 코너부에 형성된 제3 단자부(25C)와 접속된다. 제4 리드(31D)도, 일단부가 평탄화층(24)을 뛰어넘도록 하여 형성되고, 기초부(22)의 타측부를 따라서 제3 단자부(25C)와 대향하는 전방측의 다른 쪽 코너부에 유도됨으로써, 이 코너부에 형성된 제4 단자부(25D)와 접속된다.
또한, 진동 소자(20)에는, 전술한 구성에 관계없이, 단자부(25)가 기초부(22)의 제2 주면(실장면)(22-2) 상에 최적화되는 적절한 위치이고 또한 적절한 개수로 형성된다. 또한, 진동 소자(20)는, 각 전극층의 리드(31)와 단자부(25)의 접속 패턴이 전술한 구성에 한정되는 것은 물론 아니며, 단자부(25)의 위치나 개수에 따라 기초부(22)의 제2 주면 상에 적당하게 형성된다.
[절연 보호층]
진동 소자(20)에는, 도 2 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 제2 주면(21-2)측에서 기초부(22)와 진동자부(23)를 피복하는 절연 보호층(45)이 형성되어 있다. 절연 보호층(45)은, 제1층의 제1 알루미나(산화알류미늄:Al2O3)층(46)과, 제2층의 산화 실리콘(SiO2)층(47)과, 제3층의 제2 알루미나층(48)으로 이루어지는 3층 구조에 의해 구성된다.
절연 보호층(45)에는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 각 단자부(25)의 형성 영역에 대응하여 단자 개구부(49)가 형성되어 있고, 이들의 단자 개구부(49)를 통하여 각 단자부(25)가 외측을 향하고 있다. 진동 소자(20)는, 도 2에 도시하는 바와 같이 단자 개구부(49)로부터 돌출되도록 하여 각 단자부(25)에 금 범프(26)가 형성된다.
절연 보호층(45)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 기초부(22)와 진동자부(23) 각각의 외주연과, 기준 전극층(27)이나 단자부(25)의 최외주 부위 사이에서 실리콘 기판(21)의 제2 주면(21-2)이 틀 형상으로 노출되도록 하여 형성된다. 절연 보호층(45)은, 외주 부위에 제2 주면(21-2)의 노출 부위를 남김으로써, 후술하는 진동 소자(20)의 절단 공정에 있어서 외주 부위로부터 박리가 발생하는 것이 방지되고 있다. 또한, 절연 보호층(45)은, 폭 치수 t6이 100㎛로 된 진동자부(23)에서, 예를 들면 98㎛의 폭 치수로 형성된다.
절연 보호층(45)은, 제1 알루미나층(46)이 예를 들면 50nm의 두께 치수로 형성된다. 제1 알루미나층(46)은, 기초부(22)나 진동자부(23)의 주면의 밀착성을 향상시키는 기초 밀착층으로서 작용하여, 진동 동작하는 진동자부(23) 상에 절연 보호층(45)이 견고하게 성막 형성되도록 하여 박리 등의 발생이 방지되도록 한다.
산화 실리콘층(47)은, 공기 중의 수분 등을 차단하여 각 전극층 등에의 부착을 방지함과 함께, 각 전극층의 산화 억제, 각 전극층의 전기적 절연 혹은 박막의 각 전극층이나 압전 박막층(28)의 기계적 보호를 도모하는 기능을 발휘한다. 최상층의 제2 알루미나층(48)은, 실리콘 기판(21)에 후술하는 외형 홈 형성 공정을 실 시하여 진동자부(23)를 형성할 때에 형성되는 레지스트층의 밀착성을 향상시키는 작용을 발휘하여, 에칭제에 의한 산화 실리콘층(47)의 손상을 방지한다.
산화 실리콘층(47)은, 제2 전극층(42) 중 적어도 2배의 두께로 하여, 1㎛ 이하의 두께로 형성되어 있다. 또한, 산화 실리콘층(47)은, 0.4Pa 이하의 아르곤 가스 분위기 속에서 스퍼터법에 의해 제1 알루미나층(46) 상에 성막된다. 절연 보호층(45)은, 산화 실리콘층(47)을 전술한 막 두께로 함으로써, 충분한 절연 보호 기능을 발휘함과 함께 성막 시의 버어 발생이 방지된다. 또한, 산화 실리콘층(47)은, 전술한 스퍼터 조건에서 성막함으로써, 고막밀도로 형성된다.
[위치 정렬용 마크]
진동형 자이로 센서(1)에서는, 동일 형상의 제1 진동 소자(20X)와 제2 진동 소자(20Y)를 지지 기판(2)에 대하여 정밀에 위치 결정하여 실장하기 위해, 지지 기판(2)이 각 랜드(4)의 위치를 실장기측에 인식된다. 진동 소자(20)에는, 실장기에 의해 인식된 각 랜드(4)에 대하여 위치 결정되어 실장되도록 하기 위해, 기초부(22)의 제1 주면(상면)(22-1)에 위치 정렬용 마크(32A, 32B)(이하, 위치 정렬용 마크(32)라고 함)가 설치되어 있다.
위치 정렬용 마크(32)는, 도 1 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 기초부(22)의 제1 주면(상면)(22-1) 상에 폭 방향으로 이격하여 형성된 금속 박 등으로 이루어지는 한 쌍의 사각형부에 의해 구성된다. 진동 소자(20)는, 실장기에 의해 위치 정렬용 마크(32)가 판독되고, 지지 기판(2)에 대한 위치나 자세의 실장 데이터가 생성된 후, 이 실장 데이터와 전술한 랜드(4)의 데이터에 기초하여, 지지 기판(2)에 대하여 정밀하게 위치 결정되어 실장된다.
진동 소자(20)는, 위치 정렬용 마크(32)를 기초부(22)의 제1 주면 상에 형성하였지만, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 위치 정렬용 마크(32)는, 기초부(22)의 제2 주면(실장면)(22-2)에, 예를 들면 배선 공정과 동일 공정에서 도체부로 이루어지는 위치 정렬용 마크를 단자부(25)나 리드(31)를 피한 적절한 위치에 형성하도록 해도 된다． 위치 정렬용 마크(32)는, 상세 내용을 후술하는 바와 같이 진동 소자(20)의 전극층이나 진동자부(23)를 형성하는 외형 홈 형성 공정에서 이용되는 유도 결합형 플라스마 장치에 의한 반응성 이온 에칭 처리 시에 이용되는 기준 마커에 맞추어, 위치 결정되어 형성되는 것이 바람직하다. 위치 정렬용 마크(32)는, 스태퍼 노광 장치를 이용함으로써, 진동자부(23)에 대하여 0.1㎛ 이하의 정밀도로 형성하는 것이 가능하다.
위치 정렬용 마크(32)는, 적당한 방법에 의해 형성된다. 예를 들면 기초부(22)의 제2 주면(실장면)(22-2)에 후술하는 바와 같이 티탄층과 백금층으로 이루어지는 제1 전극층(40)의 패터닝에 의해 형성한 경우에, 실장 공정 시에 판독이 행해져서 화상 처리를 실시할 때에 양호한 콘트라스트가 얻어져 실장 정밀도의 향상이 도모되게 된다.
[커버]
계속해서, 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)을 외부로부터 차폐하는 커버(15)의 상세에 대해 설명한다.
진동형 자이로 센서(1)는, 손 떨림 등에 의해 발생하는 코리올리력에 의한 진동 소자(20)의 변위를, 상세 내용을 후술하는 바와 같이 이 진동 소자(20)에 형성한 압전 박막층(28)과 검출 전극(30)에 의해 검출하여 검출 신호를 출력한다. 그리고, 압전 박막층(28)에 광이 조사되면 초전 효과에 의해 전압이 발생하고, 이 초전압이 검출 동작에 영향을 미쳐 검출 특성이 저하된다.
진동형 자이로 센서(1)에서는, 지지 기판(2)과 커버 부재(15)에 의한 부품 실장 공간부(3)의 차광 대응이 도모되고, 외부광의 영향에 의한 특성 저하의 방지가 도모되고 있다． 지지 기판(2)에는, 도 1에 도시하는 바와 같이 부품 실장 영역(6)의 테두리를 붙이도록 하여 외주 부위가 전체 둘레에 걸쳐서 제1 주면(2-1)으로부터 단 떨어짐되어 수직벽으로 이루어지는 차광 단부(9)를 구성함으로써 커버 고정부(10)가 형성되어 있다. 그리고, 지지 기판(2)에 대하여 금속 박판에 의해 형성한 커버 부재(15)를, 커버 고정부(10) 상에 수지 접착에 의해 전체 둘레에 걸쳐서 접합함으로써, 부품 실장 공간부(3)를 밀폐하여 방진, 방습함과 함께 차광 공간부로서 구성한다.
커버 부재(15)는, 도 1에 도시하는 바와 같이 지지 기판(2)의 부품 실장 영역(6)을 피복하기에 충분한 외형 치수를 갖는 주면부(16)와, 이 주면부(16)의 외주부에 전체 둘레에 걸쳐서 일체로 절곡 형성된 외주 벽부(17)로 이루어지는 전체적으로 상자 형상으로 형성되어 있다. 커버 부재(15)는, 외주 벽부(17)가, 지지 기판(2)에 맞붙여진 상태에서 진동 소자(20)의 진동자부(23)가 진동 동작을 가능하게 하는 부품 실장 공간부(3)를 구성하는 높이 치수로 형성되어 있다. 커버 부재(15)에는, 외주 벽부(17)의 개구 둘레에 전체 둘레에 걸쳐, 지지 기판(2)에 형성한 커 버 고정부(10)보다 약간 소폭으로 된 외주 플랜지부(18)가 일체로 절곡 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않아도 외주 플랜지부(18)는 어스 볼록부를 형성하고, 진동형 자이로 센서(1)가 제어 기판(100)에 실장되었을 때에 제어 기판(100) 상의 그라운드 단자에 접속된다.
커버 부재(15)는, 금속 박판에 의해 형성됨으로써 진동형 자이로 센서(1)의 소형 경량화를 유지하고 있지만, 적외 파장의 외부광에 대한 차광성이 저하되어 충분한 차광 기능을 발휘할 수 없는 경우도 있다. 따라서 본 실시예에서는, 주면부(16)와 외주 벽부(17)의 표면 전체에 예를 들면 적외 파장의 광을 흡수하는 적외선 흡수 도료를 도포하여 차광층(19)을 형성하고, 부품 실장 공간부(3) 내에의 적외 파장의 외부광의 방사를 차폐하여 진동 소자(20)가 안정된 동작을 행하도록 한다. 또한, 차광층(19)은, 적외선 흡수 도료 용액 속에 디프하여 표리 주면에 형성하거나, 흑색 크롬 도금 처리나 흑 염색 처리 혹은 흑색 양극 산화 처리를 실시하여 형성해도 된다．
전술한 바와 같이, 진동형 자이로 센서(1)에서는, 지지 기판(2)에 대하여 커버 부재(15)가, 외주 플랜지부(18)를 커버 고정부(10) 상에 서로 겹치게 하여 접착제에 의해 접합됨으로써 맞붙어져, 밀폐되고, 차광된 부품 실장 공간부(3)를 구성한다. 그런데, 서로 겹쳐진 커버 고정부(10)와 외주 플랜지부(18) 사이의 간극에 개재하는 접착제층을 투과하여 외부광이 부품 실장 공간부(3) 내에 진입하는 경우가 있다. 따라서 본 실시예에서는, 전술한 바와 같이 지지 기판(2)이 주면(2-1)에 대하여 차광 단부(9)를 개재하여 커버 고정부(10)를 단 떨어짐 형성함으로써, 접착 제층을 투과한 외부광이 차광 단부(9)에 의해 차광되도록 하고 있다．
본 실시예에서는, 지지 기판(2)에 대하여 커버 부재(15)도 다른 구성 부재와 마찬가지로 표면 실장법에 의해 맞붙도록 함으로써, 조립 공정의 합리화가 도모되고 있다． 진동형 자이로 센서(1)에서는, 커버 부재(15)를 지지 기판(2)의 단 떨어진 커버 고정부(10) 상에 고정하기 때문에 박형화가 도모됨과 함께, 접착제의 부품 실장 영역(6)에의 유입도 방지된다. 또한, 부품 실장 공간부(3)가 방진, 방습 공간부로서 구성됨과 함께 차광 공간부로서 구성됨으로써, 진동 소자(20)에서의 초전 효과의 발생을 억제하여 안정된 손 떨림 등의 검출 동작을 행하는 것을 가능하게 한다.
[회로 구성]
다음으로, 진동형 자이로 센서(1)를 구동하는 회로 구성에 대해 도 7을 참조하여 설명한다.
진동형 자이로 센서(1)는, 제1 진동 소자(20X)와 제2 진동 소자(20Y)에 각각 접속되어 IC 회로 소자(7)나 전자 부품(8) 등으로 구성된 제1 구동 검출 회로부(50X)와 제2 구동 검출 회로부(50Y)를 구비하고 있다. 이들 제1 구동 검출 회로부(50X)와 제2 구동 검출 회로부(50Y)는 서로 동일한 회로 구성으로 되기 때문에, 이하, 구동 검출 회로부(50)라고 총칭하여 설명한다. 구동 검출 회로부(50)는, 임피던스 변환 회로(51)와, 가산 회로(52)와, 발진 회로(53)와, 차동 증폭 회로(54)와, 동기 검파 회로(55)와, 직류 증폭 회로(56) 등을 구비하고 있다.
구동 검출 회로부(50)는, 도 7에 도시하는 바와 같이 진동 소자(20)의 제1 검출 전극(30R)과 제2 검출 전극(30L)에 대하여 임피던스 변환 회로(51)와 차동 증폭 회로(54)가 접속된다. 임피던스 변환 회로(51)에는 가산 회로(52)가 접속되고, 이 가산 회로(52)에 접속된 발진 회로(53)가 구동 전극층(29)과 접속된다. 차동 증폭 회로(54)와 발진 회로(53)에는 동기 검파 회로(55)가 접속되고, 이 동기 검파 회로(55)에 직류 증폭 회로(56)가 접속된다. 또한, 진동 소자(20)의 기준 전극층(27)은, 지지 기판(2)측의 기준 전위(57)와 접속된다.
구동 검출 회로부(50)는, 진동 소자(20)와 임피던스 변환 회로(51)와 가산 회로(52)와 발진 회로(53)에 의해 자려 발진 회로를 구성한다. 그리고, 발진 회로(53)로부터 구동 전극층(29)에 대하여 소정 주파수의 발진 출력 Vgo를 인가함으로써 진동 소자(20)의 진동자부(23)에 고유 진동을 발생시킨다. 진동 소자(20)의 제1 검출 전극(30R)으로부터의 출력 Vgr과 제2 검출 전극(30L)으로부터의 출력 Vgl은 임피던스 변환 회로(51)에 공급되고, 이들의 입력에 기초하여 임피던스 변환 회로(51)로부터 가산 회로(52)에 대하여 각각 출력 Vzr과 Vzl을 출력한다. 가산 회로(52)는, 이들의 입력에 기초하여 발진 회로(53)에 대하여 가산 출력 Vsa를 출력한다.
진동 소자(20)의 제1 검출 전극(30R)으로부터의 출력 Vgr과 제2 검출 전극(30L)으로부터의 출력 Vgl은 차동 증폭 회로(54)에 공급된다. 구동 검출 회로부(50)는, 후술하는 바와 같이 진동 소자(20)가 손 떨림을 검출하면 이들 출력 Vgr과 출력 Vgl에 차이가 발생하기 때문에, 차동 증폭 회로(54)에 의해 소정의 출력 Vda가 얻어진다. 차동 증폭 회로(54)로부터의 출력 Vda는, 동기 검파 회로(55)에 공급된다. 동기 검파 회로(55)는 출력 Vda를 동기 검파함으로써 직류 신호 Vsd로 변환하여 직류 증폭 회로(56)에 공급하고, 소정의 직류 증폭을 행한 직류 신호 Vsd를 출력한다.
동기 검파 회로(55)는, 차동 증폭 회로(54)의 출력 Vda를, 발진 회로(53)로부터 구동 신호에 동기하여 출력되는 클럭 신호 Vck의 타이밍에서 전파 정류한 후 적분하여 직류 신호 Vsd를 얻는다. 구동 검출 회로부(50)는, 전술한 바와 같이 이 직류 신호 Vsd를 직류 증폭 회로(56)에서 증폭하여 출력함으로써, 손 떨림에 의해 발생하는 각속도 신호의 검출이 행해진다.
구동 검출 회로부(50)는, 임피던스 변환 회로(51)가 하이 임피던스 입력 Z2의 상태에서 로우 임피던스 출력 Z3을 얻도록 되어 있어, 제1 검출 전극(30R)과 제2 검출 전극(30L) 사이의 임피던스 Z1과 가산 회로(52)의 입력 사이의 임피던스 Z4를 분리하는 작용을 발휘한다. 임피던스 변환 회로(51)를 설치함으로써, 이들 제1 검출 전극(30R)과 제2 검출 전극(30L)으로부터 큰 출력 차이를 얻는 것이 가능해진다．
구동 검출 회로부(50)에서는, 전술한 임피던스 변환 회로(51)가 입력과 출력의 임피던스 변환 기능을 발휘하는 것만으로 신호의 크기에 영향을 주지는 않는다. 따라서, 제1 검출 전극(30R)으로부터의 출력 Vgr과 임피던스 변환 회로(51)의 일방측의 출력 Vzr, 및 제2 검출 전극(30L)으로부터의 출력 Vgl과 임피던스 변환 회로(51)의 타방측의 출력 Vzl은 각각 동일한 크기이다. 구동 검출 회로부(50)에서는, 진동 소자(20)에 의해 손 떨림 검출이 행해져 제1 검출 전극(30R)으로부터의 출력 Vgr과 제2 검출 전극(30L)으로부터의 출력 Vgl에 차가 있어도, 가산 회로(52)로부터의 출력 Vsa에 유지된다.
구동 검출 회로부(50)에서는, 예를 들면 스위칭 동작 등에 의해 노이즈가 중첩되는 경우가 있어도, 발진 회로(53)의 출력 Vgo에 중첩된 노이즈 성분이 진동 소자(20)에서의 밴드 필터와 동등한 기능에 의해 공진 주파수 이외의 성분이 제거됨으로써, 차동 증폭 회로(54)로부터 노이즈 성분이 제거된 고정밀도의 출력 Vda를 얻는 것이 가능해진다． 또한, 진동형 자이로 센서(1)는, 전술한 구동 검출 회로부(50)에 한정되는 것은 아니고, 고유 진동하는 진동자부(23)의 손 떨림 동작에 의한 변위를 압전 박막층(28)과 한 쌍의 검출 전극(30)에 의해 검출하고, 적당한 처리를 행하여 검출 출력을 얻도록 구성되면 된다.
진동형 자이로 센서(1)에서는, 전술한 바와 같이 X축 방향의 각속도를 검출하는 제1 진동 소자(20X)와 Y축 방향의 각속도를 검출하는 제2 진동 소자(20Y)를 구비하고 있다. 제1 진동 소자(20X)에 접속된 제1 구동 검출 회로부(50X)로부터는 X축 방향의 검출 출력 Vsdx가 얻어짐과 함께, 제2 진동 소자(20Y)에 접속된 제2 구동 검출 회로부(50Y)로부터는 Y축 방향의 검출 출력 VsdY가 얻어진다. 진동형 자이로 센서(1)에서는, 제1 진동 소자(20X)와 제2 진동 소자(20Y)가, 각각 수 ㎑ 내지 수백 ㎑의 범위에서 동작 주파수의 설정이 가능하다. 그리고, 제1 진동 소자(20X)의 동작 주파수 fx와 제2 진동 소자(20Y)의 동작 주파수 fy의 주파수 차(fx-fy)를 1㎑ 이상으로 함으로써, 크로스토크가 저감되어 정밀한 진동 검출이 행해지게 된다.
[진동형 자이로 센서의 제조 방법]
이하, 본 실시예의 진동형 자이로 센서(1)의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 10은 진동형 자이로 센서(1)의 제조 방법을 설명하는 주요 공정 플로우도이다．
진동형 자이로 센서(1)에서는, 전술한 진동 소자(20)가, 예를 들면 도 11 및 도 12에 도시하는 바와 같이, 주면(21-1)의 방위면이 (100)면, 측면(21-3)의 방위면이 (110)면으로 되도록 잘라내어진 실리콘 기판(21)을 기재로 하여 다수개가 일괄적으로 형성된 후에, 절단 공정을 거쳐 1개씩으로 잘라 분리된다.
[기판 준비 공정]
실리콘 기판(21)은, 외형 치수가, 공정에 이용되는 설비 사양에 따라 절단 치수가 적당하게 결정되고, 예를 들면 300×300(㎜)로 된다. 실리콘 기판(21)은 도 11에 도시하는 바와 같이 평면에서 보아 사각 형상의 기판에 한정되지 않고, 평면에서 보아 원형의 웨이퍼 형상이어도 된다. 실리콘 기판(21)은, 작업성이나 코스트 등에 의해 두께 치수가 결정되지만, 적어도 진동 소자(20)의 기초부(22)의 두께 치수보다 큰 두께이면 된다. 실리콘 기판(21)은, 전술한 바와 같이 기초부(22)의 두께가 300㎛임과 함께 진동자부(23)의 두께가 100㎛인 점에서, 300㎛ 이상의 기판이 이용된다.
실리콘 기판(21)에는, 열 산화 처리가 실시되어, 도 12에 도시하는 바와 같이 제1 주면(21-1) 상 및 제2 주면(21-2) 상에 각각 실리콘 산화막(SiO2막)(33A, 33B)(이하, 개별적으로 설명하는 경우를 제외하고 실리콘 산화막(33)이라고 함)이 전체면에 걸쳐 형성되어 있다. 실리콘 산화막(33)은, 후술하는 바와 같이 실리콘 기판(21)에 결정 이방성 에칭 처리를 실시할 때에 보호막으로서 기능한다. 실리콘 산화막(33)은, 보호막 기능을 발휘하면 되어 적당한 두께로 형성되지만, 예를 들면 0.3㎛ 정도의 두께 치수로 형성된다.
[에칭 오목부 형성 공정]
진동 소자 제조 공정은, 반도체 프로세스의 박막 공정과 마찬가지의 공정으로 이루어지고, 실리콘 기판(21)의 제1 주면(21-1)측으로부터 각 진동 소자(20)의 진동자부(23)를 형성하는 부위를 소정의 두께 치수로 하는 전술한 에칭 오목부(37)를 형성하는 에칭 오목부 형성 공정을 갖는다.
에칭 오목부 형성 공정은, 도 13~도 19에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(21)의 제1 주면(21-1)에, 포토레지스트층(34)을 형성하는 포토레지스트층 형성 공정과, 에칭 오목부(37)의 형성 부위에 대응하여 포토레지스트층(34)에 포토레지스트층 개구부(35)를 형성하는 포토레지스트 패터닝 공정과, 포토레지스트층 개구부(35)에 면하는 실리콘 산화막(33A)을 제거하여 실리콘 산화막 개구부(36)를 형성하는 제1 에칭 처리 공정과, 실리콘 산화막 개구부(36) 내에 에칭 오목부(37)를 형성하는 제2 에칭 처리 공정 등을 갖는다.
포토레지스트층 형성 공정은, 실리콘 기판(21)의 제1 주면(21-1)에 형성한 실리콘 산화막(33A) 상에 전체면에 걸쳐서 포토레지스트재를 도포하여 포토레지스트층(34)을 형성한다. 포토레지스트층 형성 공정은, 포토레지스트재로서 예를 들면 도쿄오우카사제의 감광성 포토레지스트재 「OFPR-8600」이 이용되고, 이 포토레 지스트재를 도포한 후에 마이크로파로 가열하여 수분을 제거하는 프리베이킹 처리를 실시하여 실리콘 산화막(33A) 상에 포토레지스트층(34)을 형성한다.
포토레지스트 패터닝 공정은, 포토레지스트층(34) 상에 각 실리콘 산화막 개구부(36)를 형성하는 부위를 개구부로 한 마스킹 처리를 실시하고, 포토레지스트층(34)에 대하여 노광, 현상 처리를 실시한다. 포토레지스트 패터닝 공정은, 각 실리콘 산화막 개구부(36)의 대응 부위의 포토레지스트층(34)을 제거하여, 도 13 및 도 14에 도시하는 바와 같이 실리콘 산화막(33A)을 외방에 면하게 하는 다수개의 포토레지스트층 개구부(35)를 일괄하여 형성한다. 또한, 실리콘 기판(21)에는, 도 13에 도시하는 바와 같이 3×5개의 포토레지스트층 개구부(35)가 형성됨으로써, 후술하는 각 공정을 거쳐 15개의 진동 소자(20)가 일괄하여 제조되도록 한다.
제1 에칭 처리 공정은, 포토레지스트층 개구부(35)를 개재하여 외부에 향하는 실리콘 산화막(33A)을 제거하는 공정이다. 제1 에칭 처리는, 실리콘 기판(21)의 계면의 평활성을 유지하기 위해, 실리콘 산화막(33A)만을 제거하는 습식 에칭법을 채용하지만, 이 방법에 한정되는 것은 아니고 예를 들면 이온 에칭법 등의 적당한 에칭 처리이어도 된다．
제1 에칭 처리에는, 에칭액으로서 예를 들면 불화 암모늄 용액을 이용하여, 실리콘 산화막(33A)을 제거하여 실리콘 산화막 개구부(36)를 형성한다. 이에 따라, 도 15 및 도 16에 도시하는 바와 같이, 실리콘 기판(21)의 제1 주면(21-1)을 외부를 향하게 한다. 또한, 제1 에칭 처리는, 장시간에 걸쳐 에칭을 행한 경우에 실리콘 산화막 개구부(36)의 측면으로부터 에칭이 진행하는, 소위 사이드 에칭 현 상이 발생하기 때문에, 실리콘 산화막(33A)이 에칭된 시점에서 종료하도록 에칭 시간을 정확하게 관리하는 것이 바람직하다.
제2 에칭 처리는, 실리콘 산화막 개구부(36)를 개재하여 외부에 면하는 실리콘 기판(21)의 제1 주면(21-1)에 에칭 오목부(37)를 형성하는 공정이다. 제2 에칭 처리 공정은, 실리콘 기판(21)의 결정 방향으로 에칭 속도가 의존하는 성질을 이용한 결정 이방성의 습식 에칭 처리에 의해, 실리콘 기판(21)을 진동자부(23)의 두께까지 에칭한다.
제2 에칭 처리 공정에는, 에칭액으로서 예를 들면 TMAH(수산화 테트라메틸 암모늄)나 KOH(수산화칼륨) 혹은 EDP(에티렌 디아민-피로카테콜-수) 용액이 이용된다. 제2 에칭 처리는, 구체적으로는 에칭액으로서 표리면의 실리콘 산화막(33A, 33B)의 에칭 레이트의 선택비가 보다 커지는 TMAH 20% 용액을 이용하여, 이 에칭액을 교반하면서 온도를 80℃로 유지하고, 6시간의 에칭을 행하여 도 17 및 도 18에 도시하는 에칭 오목부(37)를 형성한다.
제2 에칭 처리 공정에서는, 기재로서 이용하는 실리콘 기판(21)의 제1 주면(21-1)이나 제2 주면(21-2)에 대하여 측면(21-3)의 쌍 에칭성이 작은 특성을 이용하여, (100)면에 대하여 약 55° 각도의 면 방위로 되는 (110)면이 출현하는 에칭이 행해진다. 이에 따라, 개구부로부터 저면을 향하여 약 55° 경사 각도로 점차로 개구 치수가 작아져, 내주벽에 약 55°경사 각도의 에칭 사면(133)을 갖는 에칭 오목부(37)가 형성된다.
에칭 오목부(37)는, 후술하는 외형 오려내기 공정이 실시되어 진동자부(23) 를 형성하는 다이어프램부(38)를 구성한다. 에칭 오목부(37)는, 도 17에 도시하는 바와 같이 길이 치수 t8, 폭 치수 t9의 개구 치수를 갖고, 도 19에 도시하는 바와 같이 깊이 치수 t10으로 형성된다. 에칭 오목부(37)는, 도 19에 도시하는 바와 같이, 제1 주면(21-1)으로부터 제2 주면(21-2)측을 향하여 점차로 개구 치수가 작아지는 단면이 사다리꼴의 공간부에 의해 구성된다.
에칭 오목부(37)는, 내주벽이 전술한 바와 같이 내방 하강으로 55° 경사 각도 θ를 부여하여 형성된다. 다이어프램부(38)는, 후술하는 바와 같이, 진동자부(23)의 폭 치수 t6과 치수 t5 및 그 외주부를 오려내도록 하여 실리콘 기판(21)에 형성하는 외형 홈(39)의 폭 치수 t7(도 36 및 도 37 참조)에 의해 규정한다. 외형 홈(39)의 폭 치수 t7은, (깊이 치수 t10×1/tan55°)로 구해진다.
따라서, 에칭 오목부(37)는, 다이어프램부(38)의 폭을 규정하는 개구 폭 치수 t9가, (깊이 치수 t10×1/tan55°)×2+t6(진동자부(23)의 폭 치수)+2×t7(외형 홈(39)의 폭 치수)로부터 구해진다. 에칭 오목부(37)는, 개구 부위의 폭 치수 t9가, t10=200㎛, t6=100㎛, t7=200㎛라고 하면，t9=780㎛로 된다.
또한, 에칭 오목부(37)는, 전술한 제2 에칭 처리를 실시함으로써 길이 방향에 대해서도 폭 방향과 마찬가지로 그 내주벽이 각각 경사 각도가 55°경사면으로서 구성된다. 따라서, 에칭 오목부(37)는, 다이어프램부(38)의 길이를 규정하는 길이 치수 t8이, (깊이 치수 t10×1/tan55°)×2+t5(진동자부(23)의 길이 치수)+t7(외형 홈(39)의 폭 치수)로부터 구해진다. 에칭 오목부(37)는, 길이 치수 t8이, t10=200㎛, t5=2.5㎜, t7=200㎛라고 하면，t8=2980㎛로 된다.
[전극 형성 공정(성막)]
전술한 에칭 오목부 형성 공정에 의해, 실리콘 기판(21)에 에칭 오목부(37)의 저면과 제2 주면(21-2) 사이에, 소정의 두께를 갖는 사각형의 다이어프램부(38)가 구성된다. 다이어프램부(38)는, 진동 소자(20)의 진동자부(23)를 구성한다. 에칭 오목부 형성 공정 후, 다이어프램부(38)의 제2 주면(21-2)측을 가공면으로 하여 전극 형성 공정이 실시된다.
전극 형성 공정은, 예를 들면 마그네트론 스퍼터 장치에 의해, 에칭 오목부(37)의 형성 부위와 대향하는 제2 주면(21-2) 상에, 실리콘 산화막(33B)을 개재하여 각 전극층을 형성한다. 전극 형성 공정은, 도 20에 도시하는 바와 같이 실리콘 산화막(33B)을 개재하여 기준 전극층(27)을 구성하는 제1 전극층(40)을 형성하는 제1 전극층 형성 공정과, 압전 박막층(28)을 구성하는 압전막층(41)을 형성하는 압전막층 형성 공정과, 구동 전극층(29) 및 검출 전극(30)을 구성하는 제2 전극층(42)을 형성하는 제2 전극층 형성 공정을 갖는다．
또한, 진동 소자 제조 공정에서는, 진동자부(23)에 대한 전술한 제1 전극층(40)의 형성 공정과 제2 전극층(42)의 형성 공정에 맞추어, 기초부(22)의 형성 부위에 각 리드(31)나 단자부(25)를 형성하기 위한 도체층의 형성 공정도 동시에 행해지도록 한다.
제1 전극층 형성 공정은, 도 20에 도시하는 바와 같이, 진동자부(23)의 구성 부위에 대응하는 실리콘 산화막(33B) 상에 전체면에 걸쳐 티탄을 스퍼터링하여 티탄 박막층을 형성하는 공정과, 이 티탄 박막층 상에 플라티넘(백금)을 스퍼터링하 여 플라티넘층을 형성하여 2층 구성의 제1 전극층(40)을 적층 형성하는 공정으로 이루어진다. 티탄 박막층 형성 공정은, 예를 들면 가스압 0.5Pa, RF(고주파) 파워 1㎾의 스퍼터 조건에서 실리콘 산화막(33B) 상에 막 두께가 50nm 이하(예를 들면 5nm~20nm)의 티탄 박막층을 성막한다. 플라티넘층 형성 공정은, 예를 들면 가스 두께 0.5Pa, RF 파워 0.5㎾의 스퍼터 조건에서 티탄 박막층 상에 막 두께가 200nm 정도인 플라티넘 박막층을 성막한다.
제1 전극층(40)은, 티탄 박막층이 실리콘 산화막(33B)의 밀착성을 향상시키는 작용을 발휘함과 함께, 플라티넘층이 양호한 전극으로서 작용한다. 제1 전극층 형성 공정은, 전술한 제1 전극층(40)의 형성과 동시에 다이어프램부(38)로부터 기초부(22)의 형성 영역에 연장하여 제1 리드(31A)와 제1 단자부(25A)를 구성하는 도체층도 형성한다.
압전막층 형성 공정은, 전술한 제1 전극층(40) 상에 전체면에 걸쳐, 예를 들면 티탄산 지르콘산납(PZT)을 스퍼터링하여 소정의 두께의 압전막층(41)을 적층 형성한다. 압전막층 형성 공정은, Pb(1+x)(Zr0 .53Ti0 .47)O3-y 산화물을 타겟으로서 이용하여, 예를 들면 가스압 0.7Pa, RF 파워 0.5㎾의 스퍼터 조건에서 제1 전극층(40) 상에 막 두께가 1㎛ 정도인 PZT층으로 이루어지는 압전막층(41)을 적층 형성한다. 압전막층 형성 공정은, 전기로에 의해 압전막층(41)을 베이킹함으로써, 결정화 열처리를 실시한다. 베이킹 처리는, 예를 들면 산소 분위기 하에서, 700℃, 10분간의 조건에서 행한다. 또한, 압전막층(41)은, 전술한 제1 전극층(40)으로부터 연장 된 기초부(22)의 형성 영역에 형성된 전극층의 일부를 피복하여 형성된다.
제2 전극층 형성 공정은, 전술한 압전막층(41) 상에 전체면에 걸쳐, 플라티넘을 스퍼터링하여 플라티넘층을 형성함으로써 제2 전극층(42)을 적층 형성한다. 제2 전극층 형성 공정은, 가스압 0.5Pa, RF 파워 0.5㎾의 스퍼터 조건에서 압전막층(41) 상에 막 두께가 200nm 정도인 플라티넘 박막층을 성막한다.
[전극 형성 공정(패터닝)]
다음으로, 최상층에 형성된 제2 전극층(42)에 대하여 패터닝 처리를 실시하는 제2 전극층 패터닝 공정이 행해진다. 제2 전극층 패터닝 공정에서는 도 21 및 도 22에 도시하는 바와 같이 소정 형상의 구동 전극층(29)과 한 쌍의 검출 전극(30R, 30L)을 형성한다.
구동 전극층(29)은, 전술한 바와 같이 진동자부(23)를 구동시키는 소정의 구동 전압이 인가되는 전극으로서, 진동자부(23)의 폭 방향의 중앙 영역에 소정의 폭으로 길이 방향의 거의 전역에 걸쳐서 형성된다. 검출 전극(30)은, 진동자부(23)에 발생한 코리올리력을 검출하는 전극으로서, 구동 전극층(29)의 양측에 위치하여 길이 방향의 거의 전역에 걸쳐 서로 절연을 유지하며 평행하게 형성된다.
제2 전극층 패터닝 공정은, 제2 전극층(42)에 대하여 포토리소그래프 처리를 실시하여 도 21에 도시하는 바와 같이 압전막층(41) 상에 구동 전극층(29)과 검출 전극(30)을 형성한다. 제2 전극층 패터닝 공정은, 구동 전극층(29)과 검출 전극(30)의 대응 부위에 레지스트층을 형성하고, 불필요한 부위의 제2 전극층(42)을 예를 들면 이온 에칭법 등에 의해 제거한 후에 레지스트층을 제거하는 등의 공정을 거쳐, 구동 전극층(29)과 검출 전극(30)을 패턴 형성한다. 제2 전극층 패터닝 공정은, 이러한 공정에 한정되지 않고, 반도체 프로세스에서 채용되고 있는 적절한 도전층 형성 공정을 이용하여 구동 전극층(29)이나 검출 전극(30)을 형성하도록 해도 되는 것은 물론이다.
구동 전극층(29)과 검출 전극(30)은, 도 21에 도시하는 바와 같이 선단부와 함께 진동자부(23)의 근원으로 되는 근원 부위(43)에서도 동일해지도록 하여 형성된다. 이 제2 전극층 패터닝 공정에서는, 근원 부위(43)에서 일치된 구동 전극층(29)과 검출 전극(30)의 기단부에, 각각 폭이 넓게 된 리드 접속부(29-1, 30R-1, 30L-1)가 일체로 패턴 형성된다.
제2 전극층 패터닝 공정에서는, 제2 전극층(42)을 패터닝하여 예를 들면 길이 치수 t12가 2㎜, 폭 치수 t13이 50㎛인 구동 전극층(29)을 형성한다. 그리고, 이 구동 전극층(29)을 삽입하여, 도 21에 도시하는 바와 같이 각각 폭 치수 t14가 10㎛인 제1 검출 전극(30R)과 제2 검출 전극(30L)을, 5㎛의 간격 치수 t15로 패턴 형성한다. 또한, 제2 전극층 패터닝 공정은, 길이 치수가 각각 50㎛, 폭 치수도 각각 50㎛로 한 리드 접속부(29-1, 30R-1, 30L-1)를 패턴 형성한다. 또한, 구동 전극층(29)과 검출 전극(30)은 전술한 치수값에 한정되는 것은 아니고, 진동자부(23)의 제2 주면 상에 형성하는 것이 가능한 범위에서 적당하게 형성된다.
계속해서, 전술한 압전막층(41)에 대하여 패터닝 처리를 실시하는 압전막층 패터닝 공정에 의해, 도 23 및 도 24에 도시하는 소정 형상의 압전 박막층(28)을 형성한다. 압전 박막층(28)은, 압전막층(41)에 대하여 전술한 구동 전극층(29)과 검출 전극(30)보다 큰 면적의 부위를 남기도록 패터닝 처리를 실시하여 형성된다. 압전 박막층(28)은, 진동자부(23)에 대하여, 그 폭보다 약간 소폭이고 기단부로부터 선단부의 근방 위치에 걸쳐 형성된다.
압전막층 패터닝 공정은, 압전막층(41)에 대하여 포토리소그래프 처리를 실시하여 압전 박막층(28)의 대응 부위에 레지스트층을 형성하고, 불필요한 부위의 압전막층(41)을 예를 들면 불소 질산 용액을 이용한 습식 에칭법 등에 의해 제거한 후에, 레지스트층을 제거하는 등의 공정을 거쳐, 도 23 및 도 24에 도시하는 압전 박막층(28)을 형성한다. 또한, 상기한 예에서는 압전막층(41)을 습식 에칭법에 의해 에칭 처리를 실시하도록 하였지만, 이러한 방법에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 이온 에칭법이나 반응성 이온 에칭법(RIE:Reactive Ion　Etching) 등의 적당한 방법을 실시함으로써 압전 박막층(28)을 형성하도록 해도 되는 것은 물론이다.
압전막층 패터닝 공정에서는, 압전 박막층(28)의 기단부가 도 23에 도시하는 바와 같이 진동자부(23)의 근원으로 되는 근원 부위(43)에서 구동 전극층(29)과 검출 전극(30)과 거의 동일한 형태로 되도록 하여 형성된다. 그리고, 압전 박막층(28)은, 기단부로부터 구동 전극층(29)이나 검출 전극(30)의 리드 접속부(29-1, 30R-1, 30L-1)보다 다소 큰 면적을 가지고 단자 수용부(28-1)가 일체로 패턴 형성된다.
압전막층 패터닝 공정은, 길이 치수 t18이 구동 전극층(29)이나 검출 전극(30)보다 다소 긴 2.2㎜, 폭 치수 t19가 90㎛인 압전 박막층(28)을 패턴 형성한다. 압전 박막층(28)의 기단부에 형성되는 단자 수용부(28-1)는, 구동 전극층(29) 이나 검출 전극(30)의 리드 접속부(29-1, 30R-1, 30L-1)의 주위에 5㎛의 폭 치수로 패터닝된다. 또한, 압전 박막층(28)은 전술한 치수값에 한정되는 것은 아니고, 구동 전극층(29)이나 검출 전극(30)보다 큰 면적을 가지고 진동자부(23)의 제2 주면(23-2) 상에 형성하는 것이 가능한 범위에서 적당하게 형성된다.
그리고, 제1 전극층(40)에 대하여, 전술한 제2 전극층 패터닝 공정과 마찬가지의 패터닝 처리를 실시하는 제1 전극층 패터닝 공정에 의해, 도 25 및 도 26에 도시하는 바와 같이 기준 전극층(27)을 패턴 형성한다. 제1 전극층 패터닝 공정은, 기준 전극층(27)의 대응 부위에 레지스트층을 형성하고, 불필요한 부위의 제1 전극층(40)을 예를 들면 이온 에칭법 등에 의해 제거한 후에 레지스트층을 제거하는 등의 공정을 거쳐, 기준 전극층(27)을 패턴 형성한다. 또한, 제1 전극층 패터닝 공정은, 이러한 공정에 한정되지 않고, 반도체 프로세스에서 채용되어 있는 적절한 도전층 형성 공정을 이용하여 기준 전극층(27)을 형성하도록 해도 되는 것은 물론이다.
제1 전극층 패터닝 공정에서는, 진동자부(23)의 제2 주면 상에서 그 폭보다 약간 소폭이고 압전 박막층(28)보다 큰 폭을 갖는 기준 전극층(27)을 형성한다. 기준 전극층(27)의 기단부는, 도 25에 도시하는 바와 같이 진동자부(23)의 근원으로 되는 근원 부위(43)에서 구동 전극층(29)과 검출 전극(30) 및 압전 박막층(28)과 거의 동일한 형태로 되도록 하여 형성된다. 이 제1 전극층 패터닝 공정에서는, 기단부로부터 측방에 일체로 인출되어 기초부(22)의 형성 부위 상에 제1 리드(31A)와 그 선단부의 제1 단자부(25A)가 동시에 패턴 형성된다.
제1 전극층 패터닝 공정에서는, 길이 치수 t20이 2.3㎜, 폭 치수 t21이 94㎛로 되고, 압전 박막층(28)의 주위에 5㎛의 폭 치수로 기준 전극층(27)을 형성한다. 또한, 제1 전극층 패터닝 공정은, 기준 전극층(27)이 전술한 치수값에 한정되는 것은 아니고, 진동자부(23)의 제2 주면 상에 형성하는 것이 가능한 범위에서 적당하게 형성된다.
[평탄화층 형성 공정]
진동 소자 제조 공정에서는, 전술한 각 공정을 거쳐 기초부(22)의 형성 부위에 대응하여, 구동 전극층(29)과 검출 전극(30)의 리드 접속부(29-1, 30R-1, 30L-1) 및 단자부(25B~25D)를 형성함과 함께, 이들 각 단자부(25)와 일체화되는 리드(31B~31D)를 형성한다. 이때, 리드(31B~31D)를 리드 접속부(29-1, 30R-1, 30L-1)와 원활하게 접속하기 위해, 도 27 및 도 28에 도시하는 평탄화층(24)을 형성한다.
리드 접속부(29-1, 30R-1, 30L-1)와 단자부(25B~25D)를 접속하는 리드(31B~31D)는, 도 29 및 도 30에 도시하는 바와 같이, 압전 박막층(28)의 단자 수용부(28-1)나 기준 전극층(27)의 단부를 통과하여 기초부(22)의 형성 부위를 주회하도록 하여 형성된다. 전술한 바와 같이 압전 박막층(28)은 압전막층(41)에 습식 에칭 처리를 실시하여 패터닝되기 때문에, 에칭 개소의 단부가 실리콘 기판(21)의 제2 주면(21-2)측을 향하여 역 테이퍼 혹은 수직한 단부로 되어 있다. 따라서, 기초부(22)의 형성 부위에 리드(31B~31D)를 직접 형성한 경우에, 상기 단부에서 단선을 발생시키는 경우가 있다. 또한, 기초부(22)의 형성 부위에 주회되어 있는 제1 리드(31A)와 리드(31B~31D)의 절연을 유지할 필요도 있다.
평탄화층 형성 공정은, 기초부(22)의 형성 부위에 형성한 레지스트층에 포토리소그래프 처리를 실시하고, 리드 접속부(29-1, 30R-1, 30L-1)와 제1 리드(31A)를 피복하는 레지스트층을 패턴 형성한다. 패턴 형성된 레지스트층은, 예를 들면 160℃~300℃ 정도의 가열 처리가 실시됨으로써 경화하여 평탄화층(24)을 구성한다. 평탄화층 형성 공정은, 폭 치수 t24가 200㎛, 길이 치수 t25가 50㎛, 두께 치수가 2㎛(도 28에서는 강조해서 도시함)인 평탄화층(24)을 형성한다. 또한, 평탄화층 형성 공정은, 이러한 공정에 한정되는 것은 아니고, 반도체 프로세스 등에 실시되는 적절한 레지스트층 형성 공정이나 적당한 절연성 재료를 이용하여 평탄화층(24)을 형성하도록 해도 된다．
[배선층 형성 공정]
다음으로, 기초부(22)의 형성 부위에 전술한 제2 단자부(25B)~제4 단자부(25D) 및 제2 리드(31B)~제4 리드(31D)를 형성하는 배선층 형성 공정이 실시된다. 배선층 형성 공정은, 기초부(22)의 형성 부위에 전체면에 걸쳐 감광성의 포토레지스트층을 형성함과 함께, 이 포토레지스트층에 대하여 포토리소그래프 처리를 실시하여 제2 단자부(25B)~제4 단자부(25D)나 제2 리드(31B)~제4 리드(31D)에 대응하는 개구 패턴을 형성하고, 또한 스퍼터링에 의해 각 개구부 내에 도체층을 형성하여 배선층을 형성한다. 배선층 형성 공정은, 소정의 도체부를 형성한 후에, 포토레지스트층을 제거하여 도 29 및 도 30에 도시하는 제2 단자부(25B)~제4 단자부(25D) 및 제2 리드(31B)~제4 리드(31D)를 패턴 형성한다.
이 배선층 형성 공정에서는, 실리콘 산화막(33B)에 대한 밀착성의 향상을 도모하는 티탄층이나 알루미나층이 기초층으로서 형성된 후에, 이 티탄층 상에 전기 저항이 낮고 저코스트의 구리층이 형성된다. 이 예에서는, 예를 들면 티탄층이 20nm의 두께로 형성되고, 구리층이 300nm의 두께로 형성된다. 또한, 배선층 형성 공정은, 이러한 공정에 한정되지 않고, 예를 들면 반도체 프로세스에서 범용되는 각종의 배선 패턴 형성 기술에 의해 배선층을 형성하도록 해도 된다．
[절연 보호층 형성 공정]
계속해서, 전술한 공정을 거쳐 주면 상에 단자부(25)와 리드(31)를 형성한 기초부(22)와, 각 전극층과 압전 박막층(28)을 형성한 진동자부(23)의 주면 상에 3층 구성의 절연 보호층(45)을 형성하는 절연 보호층 형성 공정이 실시된다. 절연 보호층 형성 공정은, 레지스트층 형성 공정과, 레지스트층 패터닝 형성 공정과, 제1 알루미나층 형성 공정과, 산화 실리콘층 형성 공정과, 제2 알루미나층 형성 공정과, 레지스트층 제거 공정을 갖는다．
절연 보호층 형성 공정은, 레지스트층 형성 공정과 레지스트층 패터닝 형성 공정을 거쳐, 도 31에 도시하는 바와 같이 실리콘 기판(21)의 제2 주면 상에 절연 보호층(45)의 형성 부위를 개구한 레지스트층(44)을 형성한다. 레지스트층 형성 공정은, 실리콘 기판(21) 상에 전체면에 걸쳐 감광성 레지스트제를 도포하여 레지스트층(44)을 형성한다. 레지스트층 패터닝 형성 공정은, 레지스트층(44)에 대하여 포토리소그래프 처리를 실시하여 절연 보호층(45)의 형성 영역에 대응하는 부위를 개구하여 절연 보호층 형성 개구부(44A)를 형성한다. 또한, 레지스트층(44)은, 도시를 생략하지만 단자부(25)의 대응 부위가 각각 원형으로 남겨진다.
절연 보호층 형성 공정은, 스퍼터법에 의해 제1 알루미나층(46)과 산화 실리콘층(47)과 제2 알루미나층(48)을 적층 형성함과 함께, 불필요한 스퍼터형 성막을 레지스트층(44)과 함께 제거하여 레지스트층(44)의 절연 보호층 형성 개구부(44A) 내에 3층 구조의 스퍼터 형성층을 남기는, 소위 리프트 오프법에 의해 원하는 절연 보호층(45)을 형성한다. 또한, 도 32~도 34에서는, 절연 보호층 형성 개구부(44A)에 형성되는 각 스퍼터막만을 도시하고 있지만, 이 절연 보호층 형성 개구부(44A)를 구성하는 레지스트층(44) 상에도 마찬가지로 하여 스퍼터막이 형성되는 것은 물론이고, 이들 스퍼터막은 레지스트층 제거 공정에 의해 레지스트층(44)과 함께 일괄하여 제거된다.
제1 알루미나층 형성 공정은, 알루미나의 스퍼터링을 실시하여, 도 32에 도시하는 바와 같이 전술한 절연 보호층 형성 개구부(44A)의 내부에 제1 알루미나층(46)을 형성한다. 제1 알루미나층(46)은, 50nm 정도의 두께 치수 t26으로 형성되고, 절연 보호층 형성 개구부(44A) 내에서 전술한 바와 같이 실리콘 기판(21)이나 구동 전극층(29) 혹은 검출 전극(30)의 밀착성을 향상시키는 기초 금속층으로서 기능한다.
산화 실리콘층 형성 공정은, 산화 실리콘의 스퍼터링을 실시하여, 도 33에 도시하는 바와 같이 전술한 제1 알루미나층(46) 상에 산화 실리콘층(47)을 형성한다. 산화 실리콘층 형성 공정은, 스퍼터조 내에서의 아르곤압이 0.35Pa를 방전 한계의 하한으로 되기 때문에, 아르곤압을 하한값보다 약간 고압으로 한 0.4Pa로 설 정하여 산화 실리콘의 스퍼터링을 행하여, 고밀도의 산화 실리콘막(47)을 형성한다. 산화 실리콘막 형성 공정은, 구동 전극층(29)이나 검출 전극(30) 중 적어도 2배의 두께를 가짐으로써 충분한 절연 보호 기능을 발휘하고, 또한 리프트 오프법에서 버어 발생률이 작은 범위의 두께인 1㎛ 이하의 두께 치수 t27을 갖는 산화 실리콘층(47)을 형성한다. 산화 실리콘층(47)은, 구체적으로는 750nm의 두께 치수 t27로 형성된다.
제2 알루미나층 형성 공정은, 알루미나의 스퍼터링을 실시하여, 도 34에 도시하는 바와 같이 전술한 산화 실리콘층(47) 상에 제2 알루미나층(48)을 전체면에 걸쳐 형성한다. 제2 알루미나층(48)은, 50nm 정도의 두께 치수 t28로 형성되고, 후술하는 외형 홈 형성 공정 시에 형성되는 레지스트층과의 밀착성을 향상시킴으로써, 에칭제에 의한 산화 실리콘층(47)의 손상을 방지한다.
[외형 홈 형성 공정]
다음으로, 실리콘 기판(21)의 제1 주면(21-1) 상에, 도 34에 도시하는 바와 같이 에칭 스톱층(70)을 형성하는 공정이 실시된다. 에칭 스톱층(70)은, 후술하는 외형 홈 형성 공정을 실리콘 기판(21)에 대하여 실시할 때에, 제1 주면(21-1)측에 플라즈마 집중이 발생하여 소정의 엣지 형상이 형성되지 않는 형상 불량의 발생을 억제하는 기능을 발휘한다. 에칭 스톱층 형성 공정은, 예를 들면 실리콘 기판(21)의 제1 주면(21-1) 상에, 스퍼터법에 의해 전체면에 걸쳐 두께가 500nm 정도의 산화 실리콘을 형성한다.
외형 홈 형성 공정은, 다이어프램부(38)를 관통하여 진동자부(23)의 외주부 를 구성하는 외형 홈(39)을 형성한다. 외형 홈 형성 공정에서는, 도 35~도 37에 도시하는 바와 같이, 다이어프램부(38)와 대향하는 실리콘 기판(21)의 제2 주면(21-2)측으로부터, 전술한 각 전극층을 적층 형성한 실리콘 기판(21)의 진동자부(23)의 일방측의 근원 부위(43)을 시단(39A)으로 하고, 진동자부(23)를 둘러싸도록 타방측의 근원 부위(43)를 종단(39B)으로 하는 대략 コ자 형상의 관통 홈으로 이루어지는 외형 홈(39)이 형성된다. 외형 홈(39)은, 전술한 바와 같이 200㎛의 폭 치수 t7로 형성된다.
외형 홈 형성 공정은, 구체적으로는 실리콘 산화막(33B)을 소정 형상의 コ자 형상으로 제거하여 실리콘 기판(21)의 제2 주면(21-2)을 노출시키는 제1 에칭 처리 공정과, 노출된 실리콘 기판(21)에 대하여 외형 홈(39)을 형성하는 제2 에칭 처리 공정으로 이루어진다.
제1 에칭 공정에서는, 실리콘 산화막(33B) 상에 전체면에 걸쳐서 감광성의 포토레지스트층을 형성함과 함께, 이 포토레지스트층에 대하여 포토리소그래프 처리를 실시하여 전술한 각 전극층의 형성 영역을 둘러싸고 진동자부(23)의 외형 치수와 동일한 개구 치수를 갖는 コ자 형상의 개구 패턴을 형성한다. 제1 에칭 처리 공정은, 개구 패턴을 거쳐 노출된 실리콘 산화막(33B)을 이온 에칭에 의해 제거한다. 또한, 제1 에칭 처리 공정은, 예를 들면 습식 에칭에 의해 실리콘 산화막(33B)을 コ자 형상으로 제거하는 것도 가능하지만, 사이드 에칭에 의한 치수 오차의 발생을 고려하면, 이온 에칭이 적합하게 실시된다.
제2 에칭 공정에서는, 남겨진 실리콘 산화막(33B)이 레지스트막(에칭 보호 막)으로서 이용된다. 제2 에칭 처리 공정은, 레지스트막(실리콘 산화막(33B))과의 선택비가 얻어지고, 또한 진동자부(23)의 외주부가 고정밀도의 수직면에 의해 구성되도록 하기 위해, 실리콘 기판(21)에 대하여 예를 들면 반응성 이온 에칭이 실시된다.
제2 에칭 처리 공정에는, 고밀도의 플라즈마를 생성하는 유도 결합형 플라즈마(ICP:Inductively　Coupled　Plasma)를 생성하는 기능을 갖는 반응성 이온 에칭(RIE) 장치가 이용된다. 제2 에칭 처리 공정은, 에칭 개소에 SF6 가스를 도입하는 에칭 처리와, C4F8 가스를 도입하여 에칭한 개소에 외주벽을 보호하기 위한 보호막 형성 공정을 반복하는 Bosch(Bosch사) 프로세스가 이용되고, 매분 10㎛ 정도의 속도로 수직한 내벽을 갖는 외형 홈(39)을 실리콘 기판(21)에 형성한다.
제2 에칭 처리 공정 후, 실리콘 기판(21)의 제1 주면(21-1)에 형성된 에칭 스톱층(70)을 제거하는 공정이 실시된다. 에칭 스톱층의 제거 공정은, 예를 들면 불화 암모늄을 이용한 습식 에칭 처리에 의해 산화 실리콘으로 이루어지는 에칭 스톱층(70)을 제거한다. 또한, 에칭 스톱층 제거 공정은, 전술한 외형 홈 형성 공정에서 형성한 포토레지스트층을 제거하게 되면 절연 보호층(45)도 제거되기 때문에, 에칭 스톱층(70)을 제거한 후에 해당 포토레지스트층의 제거가 행해지도록 한다.
[분극 처리 공정]
계속해서, 실리콘 기판(21) 상에 형성되는 각 진동 소자(20)의 압전 박막층(28)을 일괄하여 분극 처리하는 분극 처리 공정이 행해진다. 분극 처리를 위한 분극용 배선에는 Cu 배선이 이용된다. Cu 배선은, 후술하는 분극 처리를 행한 후에 습식 에칭 처리에 의해 용이하게 용해함으로써, 각 진동 소자(20)에 데미지를 주지 않고 제거하는 것이 가능하다. 또한, 분극용 배선에 대해서는, Cu 배선에 한정되지 않고, 전술한 기능을 발휘하는 적절한 도전체에 의해 형성해도 되는 것은 물론이다.
Cu 배선의 형성에는, 예를 들면 포토리소그래프 처리에 의해 원하는 형상을 개구부로 하는 레지스트층을 실리콘 기판(21)의 제2 주면(21-2) 상에 패턴 형성한 후에, Cu층을 스퍼터법에 의해 성막함과 함께 불필요한 부위에 부착된 Cu층을 레지스트층과 함께 제거하는 리프트 오프법이 이용된다. Cu 배선은, 분극 처리 시의 도통을 확보하기 위해, 예를 들면 폭 치수가 30㎛ 이상, 두께가 400nm 정도로 한다.
분극 처리 공정은, Cu 배선에 형성된 인가측 패드와 그라운드측 패드를 개재하여 각 진동 소자(20)를 외부 전원에 일괄하여 접속함으로써, 효율적으로 행하는 것이 가능하다. 또한, 분극 처리 공정은, 예를 들면 와이어 본딩법에 의해 각 패드와 외부 전원의 접속을 행함과 함께, 20V-20min의 조건에서 통전을 행하여 분극 처리를 실시한다. 분극 처리 공정은, 이러한 조건에 한정되지 않고, 적당한 접속 방법이나 분극 조건에 의해 분극 처리를 실시하도록 하여도 되는 것은 물론이다.
[금 범프 형성 공정]
다음으로, 금 범프 형성 공정이 행해진다. 진동 소자(20)는, 전술한 바와 같이 지지 기판(2)에 표면 실장되기 때문에, 각 단자부(25) 상에 금 범프(26)가 형 성된다. 금 범프 형성 공정은, 각 단자부(25)에 금 와이어의 본딩 툴을 밀어부쳐서 소정 형상의 스터드 범프를 형성한다. 금 범프 형성 공정에서는, 필요에 따라 기초부(22) 상에 소위 더미 범프도 형성된다. 또한, 금 범프(26)의 다른 형성 방법으로서는, 후술하는 도금 범프법이 있다.
도금 범프법은, 도 38a에 도시하는 바와 같이 단자부(25) 상에 소정의 개구부(61)를 갖는 도금 레지스트층(62)을 형성하는 공정과, 도 38b에 도시하는 바와 같이 금 도금 처리에 의해 각 개구부(61) 내에 금 도금층(26)을 소정의 높이까지 성장시키는 금 도금 공정과, 도금 레지스트층(62)을 제거하는 공정을 갖는다． 또한, 금 범프 형성 공정에서는, 도금 처리의 조건에 의해 형성되는 금 범프(26)의 두께(높이)에 한계가 있어, 원하는 높이를 갖는 금 범프(26)를 형성할 수 없는 경우도 있다. 금 범프 형성 공정에서는, 1회의 도금 처리에 의해 원하는 금 범프(26)를 얻을 수 없는 경우에, 제1층의 금 도금층을 전극으로 하는 2회 도금 처리를 실시하여, 소위 단이 있는 금 범프(26)를 형성하도록 해도 된다．
또한, 범프 형성 공정에 대해, 전술한 방법에 한정되지 않고, 반도체 프로세스에서 실시되고 있는, 예를 들면 증착법이나 전사법 등에 의해 범프 형성를 행하도록 해도 된다. 또한, 진동 소자 제조 공정에서는, 상세 내용을 생략하지만, 금 범프(26)와 단자부(25)의 밀착성을 향상시키기 위해, TiW, TiN 등의 소위 범프 기초 금속층이 형성된다.
[절단 공정]
계속해서, 실리콘 기판(21)으로부터 각 진동 소자(20)를 잘라 분리하는 절단 공정이 실시된다. 절단 공정에서는, 예를 들면 다이아몬드 커터 등에 의해 기초부(22)의 대응 부위를 잘라 분리함으로써, 각 진동 소자(20)의 절단이 행해진다. 절단 공정에서는, 다이아몬드 커터에 의해 절단 홈을 형성한 후에, 실리콘 기판(21)을 접어 잘라 분리된다. 또한, 절단 공정은, 지석이나 연삭에 의해 실리콘 기판(21)의 면방위를 이용하여 절단을 행해도 된다.
전술한 진동 소자 제조 공정에서는, 예를 들면 기초부(22)를 공통으로 하고, 이 기초부(22)의 인접하는 측면에 진동자부를 각각 일체로 형성함으로써 2축의 검출 신호를 얻는 2축 일체형 진동 소자와의 비교에서, 실리콘 기판(웨이퍼)(21)으로부터의 취득 수를 대폭 향상시키는 것을 가능하게 한다.
[실장 공정]
이상의 공정을 거쳐 제조된 진동 소자(20)는, 실리콘 기판(21)의 제2 주면(21-2)측을 실장면으로 하여, 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1) 상에 표면 실장법에 의해 실장된다. 진동 소자(20)는, 각 단자부(25)에 설치된 금 범프(26)를 지지 기판(2)측의 상대하는 랜드(4)에 위치 맞춤된다. 이때, 진동 소자(20)는, 전술한 바와 같이 위치 정렬용 마크(32)가 판독되어, 실장기에 의해 위치와 방향을 고정밀도로 위치 결정된다.
진동 소자(20)는, 지지 기판(2)에 눌린 상태에서 초음파가 인가되고, 각 금 범프(26)가 상대하는 랜드(4)에 용착됨으로써 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1) 상에 실장된다. 지지 기판(2)에는, 제1 주면(2-1) 상에 IC 회로 소자(7)나 전자 부품(8)이 실장되고, 진동 소자(20)에 대하여 후술하는 조정 공정이 행해진 후, 커버 부재(15)가 부착됨으로써, 진동형 자이로 센서(1)가 완성된다.
이상과 같이, 본 실시예에서는, 기초부(22)에 진동자부(23)를 일체로 형성하여 이루어지는 다수개의 진동 소자(20)를 실리콘 기판(21)에 일괄하여 제작하고, 각각을 개별적으로 잘라 분리하도록 하고 있다. 그리고, 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1) 상에, 동일 형상의 제1 진동 소자(20X)와 제2 진동 소자(20Y)를 90° 서로 다른 2축 상에 실장함으로써, 해당 2축의 검출 신호를 얻는 진동형 자이로 센서(1)가 제작된다.
[조정 공정]
진동 소자 제조 공정에서는, 전술한 바와 같이 유도 결합형 플라즈마를 이용한 에칭 처리를 실시하여 실리콘 기판(21)으로부터 각 진동 소자(20)의 진동자부(23)를 각각 고정밀도로 오려내도록 하지만, 재료 취득의 수율 등의 조건에 의해 각 진동자부(23)가 플라즈마의 출사 중심선 상에 대하여 모두 좌우 대칭으로 위치하여 형성되는 것이 곤란하다. 이 때문에, 각 진동 소자(20)의 위치 어긋남이나 그 밖의 여러 가지의 공정 조건 등에 의해 각 진동자부(23)의 형상으로 변동이 발생하는 경우가 있다. 진동 소자(20)는, 예를 들면 진동자부(23)의 단면 형상이 사다리꼴 형상 또는 평행 사변형 형상으로 형성된 경우에, 정규의 사각형 형상의 진동자부(23)와의 비교에서 수직한 상하 진동으로부터 어긋나서 중심축선에 대하여 질량이 작은 측에 기운 상태에서 진동 동작을 행하게 된다.
따라서, 진동자부(23)의 소정 개소에 레이저 가공을 실시하여 질량이 큰 측을 연삭함으로써 진동 상태를 교정하는 조정 공정이 실시된다. 조정 공정은, 미세 한 크기로 형성되는 진동자부(23)의 단면 형상을 직접 시인하는 것이 곤란하기 때문에, 절단한 개개의 진동 소자(20)에 대해 소정의 세로 공진 주파수에서 진동자부(23)를 진동 동작시켜 좌우의 검출 신호의 크기를 비교하는 방법에 의해, 진동자부(23)의 단면 형상의 변동을 확인한다. 조정 공정은, 좌우의 검출 신호에 차이가 발생하는 경우에, 레이저 가공에 의해 작은 검출 신호를 출력하는 측의 진동자부(23)의 일부를 연삭한다.
조정 공정은, 예를 들면 대상으로 하는 진동 소자(20)에 대해, 조정 전에 도 39a에 도시하는 바와 같이, 발진 회로(71)의 발진 출력 G0를 구동 전극층(29)에 인가함으로써 진동 소자(20)를 세로 공진 상태에서 구동시킨다. 조정 공정은, 한 쌍의 검출 전극층(30L, 30R)으로부터 얻는 검출 신호 Gl0, Gr0을 가산 회로(72)에 의해 가산하고, 그 가산 신호를 발진 회로(71)에 귀환시킨다. 그리고, 검출 전극(30L, 30R)으로부터 얻는 검출 신호 Gl0, Gr0에 기초하여, 발진 회로(71)의 발진주파수를 세로 공진 주파수 f0으로서 측정함과 함께 검출 신호 Gl0, Gr0의 차를 차분 신호로 하여 측정한다.
또한, 조정 공정은, 도 39b에 도시하는 바와 같이, 발진 회로(71)의 발진 출력 G1을 검출 전극(30L)에 인가함으로써 진동 소자(20)를 가로 공진 상태에서 구동시킨다. 조정 공정은, 검출 전극(30R)으로부터 얻는 검출 신호 Gr-1을 발진 회로(71)에 귀환시킴과 함께, 검출 신호 Gr-1에 기초하여, 발진 회로(71)의 발진 주파수를 가로 공진 주파수 f1로서 측정한다. 또한, 가로 공진 주파수는, 검출 신호 Gr-1로부터 얻는 가로 공진 주파수 f1과 검출 신호 Gl-1로부터 얻는 가로 공진 주 파수 f2는 동일하기 때문에, 검출 전극(30L, 30R)의 어느 한 쪽의 접속 상태에서 행하도록 하면 된다．
또한, 조정 공정은, 도 39c에 도시하는 바와 같이, 발진 회로(71)의 발진 출력 G2를 검출 전극(30R)에 인가함으로써 진동 소자(20)를 가로 공진 상태에서 구동시킨다. 조정 공정은, 검출 전극(30L)으로부터 얻는 검출 신호 Gl-2를 발진 회로(71)에 귀환시킴과 함께, 검출 신호 Gl-2에 기초하여, 발진 회로(71)의 발진 주파수를 가로 공진 주파수 f2로서 측정한다. 조정 공정은, 전술한 각 측정에 의해 얻은 세로 공진 주파수 f0과 가로 공진 주파수 f1, f2의 주파수 차를 이조도로 하고, 이조도가 소정의 범위인지의 여부를 판정한다. 또한, 조정 공정은, 검출 전극(30L, 30R)으로부터 검출되는 차분 신호가 소정의 범위인지의 여부를 판정한다.
조정 공정은, 전술한 이조도나 차분 신호의 판정 결과에 기초하여, 그 크기로부터 진동자부(23)에 대한 조정 가공 위치를 결정하여 레이저 조사를 행하여 일부를 연삭하여 조정을 행한다. 조정 공정은, 이하 마찬가지의 측정·레이저 가공을, 이조도와 차분 신호가 목표치에 달성할 때까지 실시한다.
조정 공정에는, 스폿 직경을 조정 가능한 파장 532nm의 레이저를 출사하는 레이저 장치가 이용된다. 조정 공정은, 진동 소자(20)의 진동자부(23)에 대하여, 예를 들면 측면과 제1 주면(23-1)에 걸치는 능선 부위에 대하여 길이 방향의 적당한 장소에 레이저를 조사함으로써 조정을 행한다. 진동 소자(20)는, 진동자부(23)의 기단부로부터 선단부를 향할수록 레이저 조사에 의한 조정의 변화량이, 주파수 차, 검출 신호 밸런스 모두 작기 때문에, 기단부측에서 개략 조정을 행하고, 선단 부측에서 미세 조정을 행하는 것이 가능하다.
그리고, 이 조정 공정은 진동 소자(20)가 지지 기판(2)에 실장된 상태에서 행해지므로, 실장 전에 해당 조정을 행했을 때의 실장 후에서의 재조정이 불필요해져, 진동형 자이로 센서(1)의 생산성을 높일 수 있다. 이 경우, 조정용 레이저가 조사되는 영역은 진동자부(23)의 상면(23-2)측이기 때문에, 실장 후의 조정 작업성이 우수하다. 또한, 이 진동자부(23)의 상면(23-2)은 압전층이나 전극층이 형성되어 있지 않은 면이기 때문에, 레이저 가공 시에 발생하는 열에 의해 압전 박막층(28)의 특성이 변화되거나, 분극 상태가 변화되는 등의 영향을 최대한 방지하는 것이 가능하다.
그런데, 진동형 자이로 센서(1)는, 진동 소자(20)가, 구동 전극층(29)에 대하여 구동 검출 회로부(50)로부터 소정 주파수의 교류 전압이 인가됨으로써, 진동자부(23)가 고유한 진동수로 진동한다. 진동자부(23)는, 두께 방향인 세로 방향으로 세로 공진 주파수에서 공진함과 함께 폭 방향인 가로 방향으로도 가로 공진 주파수에서 공진한다. 진동 소자(20)는, 세로 공진 주파수와 가로 공진 주파수의 차인 이조도가 작을수록 고감도 특성을 갖는다. 진동형 자이로 센서(1)는, 전술한 바와 같이 결정 이방성 에칭 처리나 반응성 이온 에칭 처리를 실시하여 진동자부(23)의 외주부를 정밀도 좋게 형성함으로써 고이조도화가 도모되고 있다．
진동 소자(20)는, 진동자부(23)의 길이 치수 t5의 정밀도에 의해 세로 공진 주파수 특성에 큰 영향이 발생한다. 진동 소자(20)는, 전술한 바와 같이 진동자부(23)의 길이 치수 t5를 규정하는 근원 부위(43)가, 결정 이방성 에칭 처리를 실 시함으로써 형성되는 다이어프램부(38)의 (100)면 및 55° 각도를 이루는 에칭 경사면(133)인 (111)면과, 평탄면인 경계선에 「어긋남」이 발생한 경우에, 이 「어긋남」량에 따라 이조도가 커지게 된다.
즉, 진동 소자(20)는, 이러한 「어긋남」량이, 결정 이방성 에칭 처리 시의 실리콘 산화막(33B) 상에 형성하는 레지스트막 패턴과, 반응성 이온 에칭 처리 시의 레지스트막 패턴의 위치 어긋남이 원인으로 된다. 따라서, 진동 소자(20)는, 예를 들면 공정 중에서 실리콘 기판(21)의 제1, 제2 주면(21-1, 21-2)을 동시에 관찰 가능한 양면 얼라이너 장치에 의해 위치 결정하는 대응을 도모하도록 해도 된다. 또한, 진동 소자(20)는, 실리콘 기판(21)의 제1 주면(21-1) 상이나 제2 주면(21-2) 상에 적당한 위치 결정용 패턴이나 마크를 형성하고, 이들을 기준으로 하여 타방 주면의 위치 규제를 행하는 얼라인먼트 장치에 의해 위치 결정하는 대응을 도모하도록 해도 된다． 진동 소자(20)는, 이러한 위치 결정의 대응이 지지 기판(2)에의 실장 공정 시에도 적용 가능하다.
또한, 진동 소자(20)는, 전술한 「어긋남」량이 약 30㎛ 정도보다 작은 범위이면, 세로 공진 주파수와 가로 공진 주파수가 거의 일치한다. 따라서, 진동 소자(20)는, 약간 정밀도가 높은 에칭 공정을 실시함으로써 실질적인 「어긋남」량에 의한 이조도 특성의 저하를 억제하는 것이 가능하고, 전술한 얼라인먼트 장치를 이용한 대응을 필요로 하지 않고 제조된다.
[범프 접합의 효과]
진동 소자(20)는, 지지 기판(2)에 대한 고정 방법이나 재료에 의해 Q값이 결 정된다. 진동형 자이로 센서(1)는, 전술한 바와 같이 진동 소자(20)가 기초부(22)에 형성한 각각 소정의 높이를 갖는 복수개의 금 범프(26)에 의해 지지 기판(2)에 실장함으로써, 안정되면서, 고감도로 진동자부(23)의 진동 동작이 행해져 고Q값화가 도모되고 있다．
진동형 자이로 센서(1)에 대해, 이하, 진동 소자(20)의 지지 기판(2)에 대한 고정 방법에 의한 Q값 특성의 영향을, FEM(Finite-Element　Method:유한 요소법) 해석법에 의해 해석한다. 해석은, 진동자부(23)를 실리콘재에 의해 제작함과 함께 지지 기판(2)에 대하여 금 접합층(금 범프(26))에 의해 고정한 경우의, 고정 부분의 감쇠에 의한 진동자부(23)의 선단 부위에서의 변위량(이 예에서는 상 진폭의 피크와 하 진폭의 피크 사이의 변위량(㎛pp))을 계산함으로써 고정 방법의 차이에 의한 특성 변화를 해석하였다. 실리콘의 재료 감쇠 β=3.54×10-8, 금 접합층의 재료 감쇠 β=3.54×10-8을 기준으로 한 값을 파라미터로 하여 대입한다.
진동 소자(20)가 기초부(22)를 지지 기판(2)에 대하여 금접합 층을 개재하여 전체면에 걸쳐서 접합된 경우의 제1 해석을 행하였다． 이 제1 해석에 의해, 도 40에 진동자부(23)의 변위량의 변동 결과가 얻어졌다. 진동 소자(20)는, 도 40으로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, Au의 감쇠량이 커짐에 따라서 진동자부(23)의 선단부의 변위가 점차로 감쇠한다.
또한, 진동 소자(20)가 기초부(22)를 지지 기판(2)에 대하여 금 접합층(140)을 개재하여 접합되는 경우의 제2 해석을 행하였다． 이 제2 해석은, 구체적으로 는, 도 41a에 도시하는 바와 같이, 진동자부(23)의 기단 부위에서 설치한 폭 d의 비접합부의 변화에 의한 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율의 변화를 해석하는 것으로서, 도 41b에 도시하는 결과가 얻어졌다. 진동 소자(20)는, 도 41b로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 금 접합층(140)의 비접합부의 폭이 200㎛~300㎛인 범위에서 변위 감쇠 비율이 커지는 결과가 얻어졌다. 여기에서, 변위 감쇠 비율은, 진동자의 기계 품질 계수 Q값에 상당하는 값으로서, 수치가 클수록 우수하고 특정 주파수에서 높은 강도로 발진한다. 이하, 마찬가지의 의미에서 이용하는 것으로 한다.
또한, 진동 소자(20)가 기초부(22)를 지지 기판(2)에 대하여 금 접합층(140)을 개재하여 접합하는 경우의 제3 해석을 행하였다． 이 제3 해석은, 구체적으로는 도 42a에 도시하는 바와 같이 금 접합층(140)의 폭 e의 변화에 의한 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율의 변화를 해석하는 것으로서, 도 42c에 도시하는 결과가 얻어졌다. 또한, 제3 해석에서, 도 42b에 도시하는 바와 같이 진동 소자(20)가 기초부(22)를 지지 기판(2)에 대하여 제1 금 접합층(140A)과 제2 금 접합층(140B)을 개재하여 접합되는 경우에서의 해석도 행하였다．
도 42c는, 1개의 금 접합층(140)에 의한 폭 e의 변화에 의한 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율의 해석 결과를 흑색 사각 표시로 나타냄과 함께, 제2 금 접합층(140B)을 추가한 경우의 해석 결과를 ○ 표시로 나타내고 있다. 진동 소자(20)는, 금 접합층(140)의 폭 e가 500㎛~700㎛인 범위에서 감쇠 비율이 커지는 결과를 얻는다. 또한, 진동 소자(20)는, 2개소에서 고정함으로써, 금 접합층(140)의 폭 e가 작은 경우에도 큰 감쇠 비율이 얻어지게 된다.
진동 소자(20)에서는, 전술한 제1~제3 해석의 결과로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 금 접합층(140)에 의해 지지 기판(2) 상에 접합되는 기초부(22)가, 전체면에서 접합되는 것보다 제1 금 접합층(140A)과 제2 금 접합층(140B)의 2개소에서 접합되는 것이 양호한 특성을 나타내는 해석 결과가 얻어진다. 제4 해석은, 이러한 해석 결과에 기초하여, 도 43a에 도시하는 바와 같이 기초부(22)를 제1 금 접합층(140A)과 제2 금 접합층(140B)의 2개소에서 지지 기판(2) 상에 접합하고, 전술한 제2 해석과 마찬가지로 진동자부(23)의 기단 부위에서 설치한 비접합부의 폭 f를 파라미터로 하여 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율의 변화를 해석함으로써 제1 금 접합층(140A)의 최적 위치를 구하였다. 진동 소자(20)는, 도 43b에 도시하는 바와 같이 제1 금 접합층(140A)을 진동자부(23)의 근원 위치로부터 비접합부의 폭 f를 거의 250㎛로 하여 기초부(22)를 고정함으로써, 최적화가 도모된다는 해석 결과가 얻어졌다.
제5 해석은, 전술한 제4 해석에 대하여, 도 44a에 도시하는 바와 같이 기초부(22)를 제1 금 접합층(140A)과 제2 금 접합층(140B)의 2개소에서 지지 기판(2) 상에 접합하지만, 제2 금 접합층(140B)의 최적 위치를 해석한 것이다. 진동 소자(20)는, 제1 금 접합층(140A)을 기초부(22)에 대하여 전술한 진동자부(23)의 근원으로부터 250㎛의 최적 위치를 고정하고, 제2 금 접합층(140B)에 대해 기초부(22)의 후단부로부터의 간격 g를 파라미터로 하여 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율의 변화를 해석하여 최적 위치를 구하였다. 진동 소자(20)는, 도 44b에 도시하는 바와 같이, 제2 금 접합층(140B)이 진동자부(23)의 근원과 대향하는 기초부(22) 의 후단부로부터 점차로 진동자부(23)측에 근접함에 따라서 이 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율이 작아지는 결과가 얻어졌다. 따라서, 진동 소자(20)는, 지지 기판(2)에 대하여 기초부(22)를 제1 금 접합층(140A)과 제2 금 접합층(140B)의 2개소에서 고정하는 경우에, 진동자부(23)의 근원으로부터 250㎛의 위치와 보다 후단부에 가까운 위치에서 고정함으로써 최적화가 도모된다고 하는 해석 결과가 얻어진다.
진동 소자(20)는, 전술한 제1~제5 해석으로부터, 지지 기판(2)에 대한 기초부(22)의 고정 방법이 전체면 고정보다 부분 고정, 1개소 고정보다 복수 개소 고정인 쪽이 양호한 Q값 특성을 얻을 수 있는 것이 분명해졌다. 제6 해석은, 지지 기판(2)에 대한 기초부(22)의 고정 방법을, 도 45의 (A)에 도시하는 바와 같이 진동자부(23)의 근원측을 폭 방향으로 이격한 한 쌍의 제1 금속층(140A-1, 140A-2)에 의해 고정함과 함께 기초부(22)의 후단측에서 폭 방향으로 이격한 한 쌍의 제2 금속층(140B-1, 140B-2)에 의해 고정하는 4점 고정 구조로 한 경우의 해석이다. 제6 해석에서는, 제2 금속층(140B-1, 140B-2)을 고정함과 함께, 제1 금속층(140A-1, 140A-2)의 상대하는 간격 w와 제2 금속층(140B)의 간격 h를 파라미터로 하여 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율의 변화를 해석함으로써 최적의 고정 위치의 해석을 행하였다．
제6 해석은, 도 45의 (A)에 도시하는 바와 같이, 제1 금속층(140A-1, 140A-2)을 기초부(22)의 폭 방향의 양측에 설치하여 상대하는 간격을 w1로 하여 지지 기판(2)에 고정하는 방법을 제1 고정 방법으로 하고, 도 45의 (B)에 도시하는 바와 같이, 제1 금속층(140A-1, 140A-2)을 중앙부에 가까이 하여 상대하는 간격을 w2로 하여 지지 기판(2)에 고정하는 방법을 제2 고정 방법으로 하고, 도 45의 (C)에 도시하는 바와 같이 제1 금속층(140A-1, 140A-2)을 진동자부인 중심 부위에서 일체화하여 상대하는 간격을 w3=0으로 하여 지지 기판(2)에 고정하는 방법을 제3 고정 방법으로 한다.
진동 소자(20)는, 도 46의 (A) 및 도 46의 (B)에 도시하는 바와 같이 지지 기판(2)에 대하여 기초부(22)가 제1 금속층(140A-1, 140A-2)에 의해, 진동자부(23)의 근원에 가까운 위치에서 기초부(22)의 폭 방향의 양측에서 고정되는 고정 방법에 의해 최적화가 도모된다고 하는 해석 결과가 얻어졌다. 또한, 진동 소자(20)는, 제3 고정 방법에 의해 지지 기판(2)에 대하여 기초부(22)를 고정한 경우에 극대를 갖는다.
제7 해석은, 도 47a에 도시하는 바와 같이, 4개의 금 범프(141-1~141-4)에 의해 지지 기판(2)에 대하여 기초부(22)를 고정한 경우의 FEM 계산 결과와 측정 결과를 해석한 것이다. 제1 고정 방법은, 도 47a에 도시하는 바와 같이 기초부(22)의 대략 중앙부에 4개의 금 범프(141-1~141-4)를 가로 방향으로 1열로 배열하여 고정한 방법이다. 제2 고정 방법은, 도 47b에 도시하는 바와 같이 기초부(22)의 네 모서리에 4개의 금 범프(141-1~141-4)를 배치하여 고정한 방법이다. 제3 고정 방법은, 도 47c에 도시하는 바와 같이 기초부(22)의 후단측에 3개의 금 범프(141-1~141-3)를 가로 방향으로 배열함과 함께 진동자부(23)의 근원에서 폭 방향의 중앙부에 위치하여 1개의 금 범프(141-4)를 배치하여 고정한 방법이다.
도 48의 (A)는, 횡축에 Au의 감쇠량을, 종축에 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율을 나타낸 FEM 계산 결과를 도시한 도면이다． 또한, 도 48의 (B)는, 각 고정 방법을 채용한 진동 소자(142A~142C)의 변위량(㎛pp)의 측정 결과를 도시한 도면이다． 진동 소자(20)는, 도 48의 (A) 및 도 48의 (B)로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 고정 부위에서의 Au의 재료 감쇠가 큰 경우에도 네 모서리를 금 범프(141-1~141-4)에 의해 고정한 샘플(142B)이 감쇠에 강한 고정 방법을 구성하고 있다．
제8 해석은, 전술한 제1 해석~제7 해석의 해석 결과를 근거로 하여, 또한 다점 개소에서 진동 소자(20)를 지지 기판(2)에 대하여 고정하는 경우의 우위성을 검토한 해석이다. 제8 해석에서는, 도 49a 내지 도 49d에 도시하는 바와 같이, 기초부(22)에 대하여 금 범프(143)의 수를 상이하게 하여 배치한 제1 샘플 진동 소자(144A)~제4 샘플 진동 소자(144D)에 대해, 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율의 해석을 행하여 도 50에 도시하는 결과를 얻었다.
제1 샘플 진동 소자(144A)는, 기초부(22)의 네 모서리에 배치된 4개의 금 범프(143-1~143-4)를 가지고 있다. 제2 샘플 진동 소자(144B)는, 기초부(22)의 네 모서리에 배치된 4개의 금 범프(143-1~143-4)와, 중앙부에 배치된 1개의 금 범프(143-5)의 합계 5개의 금 범프(143-1~143-5)를 가지고 있다. 제3 샘플 진동 소자(144C)는, 기초부(22)의 네 모서리에 배치된 4개의 금 범프(143-1~143-4)와, 진동자부(23)의 연장선 상에서 양측의 금 범프(143)의 중앙부에 위치함으로써 각각 가로 방향으로 3개씩이 배열된 합계 6개의 금 범프(143-1~143-6)를 가지고 있다. 제4 샘플 진동 소자(144D)는, 기초부(22)의 폭 방향의 양측을 따라 세로 방향으로 3개씩 배열된 합계 6개의 금 범프(143-1~143-6)를 가지고 있다.
전술한 제1 샘플 진동 소자(144A)~제4 샘플(144D)에서는, 도 50에 도시하는 바와 같이 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율에 대해 큰 차이는 없다. 따라서, 진동 소자(20)에서는, 지지 기판(2)에 대하여 기초부(22)를 다점에서 고정해도 특성이 그다지 향상되지 않는다고 하는 해석 결과가 얻어졌다.
[부하 완충 홈부의 효과]
전술한 바와 같이 진동형 자이로 센서(1, 170)에서는, 지지 기판(2, 171)에 제1 부하 완충 홈부(12, 172)나 제2 부하 완충 홈부(14)로 이루어지는 외부 부하의 완충 구조를 형성하여 진동 소자(20)에 의한 안정된 각속도의 검출 동작이 행해지도록 구성된다. 진동형 자이로 센서(1)에서는, 진동의 각도 방향에 의해 출력 신호가 기준값보다 대소의 값을 나타내기 위해, 출력 신호에 미리 오프셋 전압이 인가되어 있다.
도 51은, 전술한 완충 구조의 작용 효과에 대해, 출력 전압의 변동을 측정한 결과를 나타낸 그래프로서, 이 변동이 작을수록 진동형 자이로 센서(1)가 안정된 상태에서 검출 동작을 행하는 것이 뒷받침된다. 도 51에서, 종축이 오프셋 전압값 (×10E-4V)로 하고, 횡축이 측정 횟수이다. 비교예로서 나타내는 지지 기판(2)에 제1 부하 완충 홈부(12)나 제2 부하 완충 홈부(14)를 설치하지 않고 진동 소자(20)를 실장한 진동형 자이로 센서는, ○ 표시로 나타내는 변동 상태로 되었다.
이에 반하여, 지지 기판(2)에 틀 형상의 제1 부하 완충 홈부(12)만을 형성한 진동형 자이로 센서(1A)는, △ 표시의 결과이었다. 또한, 제1 부하 완충 홈 부(172)와 구분 홈(173)에 의해 구성된 개별 실장 영역(174)에 단자부(25)를 각각 고정한 진동형 자이로 센서(1B)는, □ 표시의 결과이었다. 또한, 지지 기판(2)의 제2 주면(2-2)에 제2 부하 완충 홈부(14)를 형성한 진동형 자이로 센서(1C)는, ◇ 표시의 결과이었다.
도 51로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 비교예 진동형 자이로 센서는, 측정할 때마다 오프셋 전압값이 크게 변동하고 있고, 외부 부하가 진동 소자(20)의 검출 동작에 영향을 주어, 검출 정밀도가 저하된다. 한편, 지지 기판(2)에 제1 부하 완충 홈부(12)나 제2 부하 완충 홈부(14)를 형성한 진동형 자이로 센서(1A~1C)는, 어느 것이나 오프셋 전압값의 변동이 거의 없어, 안정된 특성이 얻어지는 것이 확인된다. 또한, 제1 부하 완충 홈부(12)와 제2 부하 완충 홈부(14)를 형성한 진동형 자이로 센서에 대해서도, 마찬가지로 오프셋 전압값의 변동이 거의 없어, 안정된 특성을 갖는 것은 분명하다.
도 52는, 지지 기판(2)에 홈의 깊이를 상이하게 하는 틀 형상의 제1 부하 완충 홈부(12)를 형성하고, 마찬가지로 하여 오프셋 전압값의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 52에서, ○ 표시는, 홈의 깊이가 0㎛, 즉 제1 부하 완충 홈부(12)가 형성되어 있지 않은 진동형 자이로 센서의 측정 결과를 나타낸다. 도 52에서，△ 표시는 제1 부하 완충 홈부(12)의 홈의 깊이를 30㎛로 한 진동형 자이로 센서의 측정 결과를 나타낸다. 또한, 도 52에서，◇ 표시는 제1 부하 완충 홈부(12)의 홈의 깊이를 50㎛로 한 진동형 자이로 센서의 측정 결과를 나타내고, □ 표시는 제1 부하 완충 홈부(12)의 홈의 깊이를 100㎛로 한 진동형 자이로 센서의 측정 결과를 나타내고, ● 표시는 제1 부하 완충 홈부(12)의 홈의 깊이를 200㎛로 한 진동형 자이로 센서의 측정 결과를 나타낸다.
진동형 자이로 센서에서는, 도 52로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 제1 부하 완충 홈부(12)가 50㎛ 이하의 깊이에서는 오프셋 전압값에 변동이 발생하여 안정된 특성이 얻어지지 않는 결과로 되었다. 한편, 진동형 자이로 센서에서는, 제1 부하 완충 홈부(12)가 100㎛를 초과하는 깊이에서는 오프셋 전압값의 변동이 거의 없어, 안정된 특성을 갖는 것은 분명하다.
[간격 구성 오목부의 효과]
진동형 자이로 센서(1)에서는, 전술한 바와 같이 진동 소자(20)의 진동자부(23)에 대향하여 지지 기판(2)의 주면(2-1)에 깊이 k의 간격 구성 오목부(11)를 형성함으로써, 진동자부(23)와 지지 기판(2) 사이에 높이 m(도 2 참조)의 진동 공간부가 구성된다. 진동형 자이로 센서(1)에서는, 전술한 바와 같이 진동 소자(20)에 구동 전압이 인가됨으로써 진동자부(23)가 진동 동작한다. 이 진동 소자(20)의 세로 방향과 가로 방향의 진동 동작에 의해, 진동 공간부 내에 세로 방향과 가로 방향의 공기의 흐름을 발생시킨다. 세로 방향의 공기의 흐름은, 간격 구성 오목부(11)의 저면에 있어서 반사하여 진동 소자(20)의 진동자부(23)측에 흐르게 된다. 세로 방향의 공기의 흐름은, 진동 소자(20)에 대하여 그 세로 진동 동작에 저항하는 소위 덤핑 효과를 진동자부(23)에 대하여 작용시킨다.
진동형 자이로 센서(1)에서는, 진동자부(23)가, 전술한 바와 같이 금 범프(26)의 높이와 간격 구성 오목부(11)의 깊이 k를 더한 높이 m의 진동 공간부에서 진동 동작함으로써, 덤핑 효과의 영향을 저감하여 고Q값으로 진동한다. 따라서, 진동형 자이로 센서(1)에서는, 고Q값화가 유지된 진동 소자에 의해 고감도로 안정된 손 떨림 검출이 행해지게 된다.
진동형 자이로 센서(1)에서는, 예를 들면 진동 소자(20)가 기초부(22)의 두께 치수를 0.3㎜, 진동자부(23)의 두께 치수를 0.1㎜로 형성하고, 지지 기판(2)에 개구 치수가 2.1㎜×0.32㎜이고 깊이 치수 k를 변화시킨 간격 구성 오목부(11)를 형성한 경우에, 진동 공간부의 높이 m의 변화와 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율의 변화가 도 53에 도시하는 특성을 얻는다. 진동 소자(20)는, 동 도면으로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 진동 공간부의 높이 m이 0.05㎜로 매우 좁은 경우에, 진동자부(23)에 대하여 큰 덤핑 효과의 영향이 발생하여 변위 감쇠 비율이 0.8 정도로 된다. 진동 소자(20)는, 소정의 Q값이 얻어지지 않는 상태로 되어, 특성이 저하된다.
진동 소자(20)는, 진동 공간부의 높이 m이 커짐에 따라서 진동자부(23)에 대한 덤핑 효과의 영향이 저감됨으로써, 진동자부(23)의 변위 감쇠 비율이 점차로 커진다. 진동 소자(20)는, 진동 공간부의 높이 m이 0.1㎜ 정도까지 되면 진동자부(23)에 대하여 덤핑 효과의 영향이 거의 작용하지 않는 상태로 되어, 소기의 Q값이 얻어지게 된다.
물론, 진동 공간부는, 높이 k가 진동 소자(20)의 최대 진폭량, 즉 진동자부(23)의 선단부에서의 최대 변위량의 1/2보다 크고, 진동 소자(20)를 자유 진동시키는 것이 조건이다. 진동 공간부는, 전술한 특성도로부터, 진동자부(23)의 최대 진폭량을 p로 하면，k≥p/2+0.05(㎜)의 조건을 충족시키는 진동 공간부를 구성함으로써 진동 소자(20)가 소기의 Q값에 의해 구동되는 것을 가능하게 한다.
전술한 실시예에서는, 지지 기판(2)의 주면(2-1)에 깊이 k의 간격 구성 오목부(11)를 형성함으로써 주면(2-1)과 진동자부(23)의 제2 주면(기판 대향면)(23-2) 사이에 전체적으로 높이 m의 진동 공간부를 구성하도록 하였지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니다. 진동형 자이로 센서(1)는, 예를 들면 간격 구성 오목부(11)를 지지 기판(2)을 관통하는 사각형 홈에 의해 구성해도 된다． 진동형 자이로 센서(1)는, 이러한 구성에 의해 금 범프(26)를 일반적인 크기로 형성하는 것을 가능하게 하여, 전체적으로 또한 박형화가 도모되게 된다.
[한 쌍의 진동 소자의 효과]
진동 소자 제조 공정에서는, 전술한 바와 같이 기초부(22)에 진동자부(23)를 일체로 형성하여 이루어지는 다수개의 진동 소자(20)를 실리콘 기판(21)에 일괄하여 제작하여 각각을 잘라 분리하도록 한다. 진동 소자 제조 공정에서는, 지지 기판(2)의 주면 상에 2축 상에 위치하여 실장되어 2축의 검출 신호를 얻는 진동형 자이로 센서(1)에 구비되는 동일 형상의 제1 진동 소자(20X)와 제2 진동 소자(20Y)를 제작한다.
진동 소자 제조 공정에서는, 예를 들면 기초부(22)를 공통으로 하고, 이 기초부(22)의 인접하는 측면에 진동자부를 각각 일체로 형성함으로써 2축의 검출 신호를 얻는 2축 일체형 진동 소자와의 비교에서, 실리콘 기판(웨이퍼)(21)으로부터의 취득 수를 대폭 향상시키는 것을 가능하게 한다. 각 부가 전술한 치수값을 갖 는 진동 소자(20)와, 동등한 기능을 갖는 2축 일체형 진동 소자를 제작한 경우의 취득 수의 비교를 도 54에 도시한다.
진동 소자(20)는, 도 54로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 3㎠의 실리콘 기판을 이용한 경우에 총계 60개(2개 사용되기 때문에 진동형 자이로 센서(1)가 30개분)가 제작되고, 반도체 프로세스의 양산 공정에서 일반적으로 이용되는 4인치 직경의 웨이퍼를 이용한 경우에 총계 1200개(마찬가지로 600개분)가 제작되고, 또한 5인치 직경의 웨이퍼를 이용한 경우에는 총계 4000개(마찬가지로 2000개분)가 제작된다. 한편, 2축 일체형 진동 소자는, 3㎠의 실리콘 기판을 이용한 경우에 총계 20개가 제작되고, 4인치 직경의 웨이퍼를 이용한 경우에 300개가 제작되고, 또한 5인치 직경의 웨이퍼를 이용한 경우에는 총계 800개가 제작된다. 진동 소자(20)는, 재료의 수율을 대폭 향상시켜, 코스트 저감이 도모되게 된다.
진동형 자이로 센서에서는, 전술한 바와 같이 지지 기판(2)에 2축의 검출 신호를 얻는 제1 진동 소자(20X)와 제2 진동 소자(20Y)를 직교하는 2축 상에 위치하여 실장한다. 진동형 자이로 센서(1)에서는, 한 쪽의 진동 소자의 진동 동작이 타방의 진동 소자에 영향을 미쳐, 소위 2축간 간섭의 발생이 고려된다. 도 55는, 제1 진동 소자(20X)와 제2 진동 소자(20Y)를 방향을 바꾸어서 지지 기판(2)에 실장한 경우에, 크로스토크를 측정한 결과를 나타낸다.
도 55에서 타입 1은, 제1 진동 소자(20X-1)와 제2 진동 소자(20Y-1)가, 각각의 진동자부(23X-1, 23Y-1)를 서로 마주 향하도록 하여 지지 기판(2)의 대각 위치의 코너부에 기초부(22X-1, 22Y-1)가 고정되어 실장된다. 타입 2는, 제1 진동 소 자(20X-2)와 제2 진동 소자(20Y-2)가, 동일 코너부에서 각각의 기초부(22X-2, 22Y-2)를 고정함과 함께 진동자부(23X-2, 23Y-2)를 서로 직교하는 측연을 따라서 연장시키도록 하여 지지 기판(2)에 실장된다. 타입 3은, 제1 진동 소자(20X-3)가 있는 코너부에 기초부(22X-3)를 고정하여 진동자부(23X-3)를 인접하는 일방의 코너부를 향하여 지지 기판(2)에 실장함과 함께, 제2 진동 소자(20Y-3)가 인접하는 코너부에 기초부(22Y-3)를 고정하여 진동자부(23Y-3)를 제1 진동 소자(20X-3)를 향하여 지지 기판(2)에 실장한다. 또한, 동 도면에는 비교예로서, 전술한 2축 일체형의 진동 소자(타입 0)(60)에 관한 크로스토크 값을 나타낸다. 크로스토크의 단위는, dbm(데시벨 실효값)이다.
도 55에 도시하는 바와 같이, 타입 0의 진동 소자(60)의 크로스토크 값은 -50dbm, 타입 1의 진동 소자(20X-1, 20Y-1)의 크로스토크 값은 -70dbm, 타입 2의 진동 소자(20X-2, 20Y-2)의 크로스토크 값은 -60dbm, 타입 3의 진동 소자(20X-3, 20Y-3)의 크로스토크 값은 -72dbm이었다.
본 발명에 따른 타입 1~3의 진동형 자이로 센서에서는, 타입 0의 2축 일체형의 진동 소자(60)에 대하여, 실장 상태에 관계없이 최소라도 -10dbm 정도의 개선이 도모된다. 진동형 자이로 센서(1)는, 독립한 2개의 진동 소자(20)를 구비함으로써, 검출 신호에 대한 2축 사이의 간섭 신호를 1㎷ 정도로 억제할 수 있다. 이에 반하여, 2축 일체형의 진동 소자를 구비한 진동형 자이로 센서에서는, 검출 신호에 대한 2축 사이의 간섭 신호가 10㎷ 정도로 되어, 검출 특성을 저하시킨다.
또한, 본 실시예의 진동형 자이로 센서(1)에서는, 제1 진동 소자(20X)와 제2 진동 소자(20Y)를 타입 1과 같이 배치하여 지지 기판(2)에 실장함으로써, 2축간 간섭이 가장 작은 결과를 얻었다. 진동형 자이로 센서(1)에서는, 지지 기판(2)에 대하여 어떠한 위치에 제1 진동 소자(20X)와 제2 진동 소자(20Y)를 탑재하도록 해도 되지만, 소형의 IC 회로 소자(7)나 다수개의 전자 부품(8)의 실장이나 배선 패턴(5)의 주회를 고려하면, 전술한 각 타입과 같이 지지 기판(2)의 코너부에 기초부(22)를 고정하여 실장하는 것이 가장 실장 효율의 향상이 도모된다.
진동형 자이로 센서(1)에서는, 각 진동 소자(20)에 각각 위치 정렬용 마크(32)를 설치하고, 이 위치 정렬용 마크(32)를 인식하여 2개의 제1 진동 소자(20X)와 제2 진동 소자(20Y)를 실장기에 의해 지지 기판(2)의 직교하는 2축 상에 서로 마주 향하는 자세에서 실장한다. 진동형 자이로 센서(1)에서는, 각 진동 소자(20)의 진동자부(23)가 위치 어긋남을 발생하지 않도록 하여 지지 기판(2)에 실장할 필요가 있다. 도 56a 및 도 56b는, 각 진동 소자(20)의 위치 어긋남(중심축에 대한 어긋남 각도의 분포)을 나타낸 히스토그램으로서, 횡축은 어긋남 각도(deg), 종축은 수량이다. 위치 정렬용 마크(32)를 인식하여 실장을 행한 경우를 도 56a에, 진동 소자(20)의 외형 형상에서 인식하여 실장을 행한 경우를 도 56b에 도시한다. 진동형 자이로 센서(1)에서는, 도 56으로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 위치 정렬용 마크(32)에 의해 고도의 인식이 행해짐으로써, 각 진동 소자(20)가 지지 기판(2)에 대하여 각도 어긋남 발생의 변동도 적고 또한 어긋남 각도도 작은 범위에서 고정밀도로 실장된다. 따라서, 진동형 자이로 센서(1)에서는, 각 진동 소자(20)에 의해 고정밀도이면서, 안정된 손 떨림의 검출 동작이 행해지게 된다.
[크로스토크]
진동 소자(20)의 동작 주파수는 수 ㎑ 내지 수 백㎑의 범위에서 설정 가능하며, 이 2축 각속도 센서(진동형 자이로 센서(1))에서는, 2개의 진동 소자(20X, 20Y)의 동작 주파수(fx, fy)를 바꾸어서 주파수 차(fx-fy)에 의한 간섭 신호의 크기를 측정한 바, 도 57에 도시하는 결과가 얻어졌다. 도 57에서, 횡축은 진동 소자(20X, 20Y)의 동작 주파수 차(fx-fy), 종축은 센서 출력(직류)에 중첩되는 교류의 노이즈 성분 Vo(노이즈를 나타내는 교류 파형 상 진폭 피크와 하 진폭 피크 사이의 크기)를 나타내고 있고, 여기에서는 축간 크로스토크라고 한다.
주파수 차(fx-fy)가 1㎑ 미만에서는 크로스토크 값은 1500㎷pp 이상에 도달하여 안정된 각속도 검출을 행할 수 없게 된다. 이에 반하여, 주파수 차를 1㎑ 부근에서 크로스토크 값은 500㎷pp로 현저하게 저감하기 시작하여, 주파수 차 1.4㎑에서 200㎷pp, 2㎑ 이상에서 100㎷pp 이하까지 저하시킬 수 있다. 도 57의 결과로부터, 주파수 차(fx-fy)를 1㎑ 이상으로 함으로써 축간 크로스토크가 현저하게 저감하는 것을 알 수 있다. 2개의 진동 소자(20X, 20Y)의 동작 주파수(fx, fy)를 1㎑ 떨어진 2종류의 샘플을 제작한 바, 매우 안정적으로 동작하는 2축 각속도 센서를 얻을 수 있었다.
샘플 1 제1 진동 소자(20X)의 동작 주파수 37㎑　
제2 진동 소자(20Y)의 동작 주파수 36㎑　
샘플 2 제1 진동 소자(20X)의 동작 주파수 40㎑　
제2 진동 소자(20Y)의 동작 주파수 39㎑
또한, 도 57에 도시한 바와 같이, 주파수 차(fx-fy)를 2㎑ 내지 3㎑로 설정함으로써, 한 쌍의 진동 소자(20X, 20Y) 사이의 크로스토크에 의한 영향을 회피할 수 있다． 따라서, 2㎑ 이상의 주파수 차를 가지고 각 진동 소자(20X, 20Y)를 구동함으로써, 센서 출력의 한층 더한 고정 밀도화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시예의 진동형 자이로 센서는, 이들 진동 소자(20)와 본체 기기측에 내장되는 다른 전자 부품(센서 등) 사이의 크로스토크에 의한 영향을 받는 경우도 있지만, 이러한 영향이 없는 주파수를 진동 소자의 구동 주파수로서 선정할 수 있도록, 구동 주파수의 서로 다른 복수의 진동 소자를 미리 준비해 두는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 구동 주파수가, 예를 들면 35㎑ 이상 60㎑ 이하의 범위에서 진동 소자를 복수종 준비해 놓고, 한 쌍의 진동 소자 사이는 물론, 본체 기기에 내장되는 다른 전자 부품과의 크로스토크를 회피할 수 있는 서로 1㎑ 이상(바람직하게는 2㎑ 이상) 떨어진 2개의 동작 주파수의 소자를 선택한다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 진동형 자이로 센서(1)는, 도 58에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)에 대하여 진동 소자(20)가 금 범프(26)를 개재하여 실장됨과 함께, 이 지지 기판(2)의 제1 주면(2-1)에 커버 부재(15)가 내장되어 부품 실장 공간부(3)가 외부로부터 차폐되어 있다. 이와 같이 하여 제작된 진동형 자이로 센서(1)는, 지지 기판(2)의 제2 주면(2-2)에 형성된 외부 접속 단자부로서의 실장 단자부(116)를 개재하여 본체 기기측의 제어 기판(100)에 실장된다.
여기서, 제어 기판(100)의 구성이나 물성 등은, 본체 기기의 종류에 따라 서로 다른 것이 통상적이다. 진동형 자이로 센서에서는, 제어 기판(100)의 종류에 한정되지 않고, 항상 소정의 특성이 얻어질 필요가 있다. 또한, 제어 기판(100)에는 다른 여러 가지 전자 부품이 탑재되기 때문에, 이들 전자 부품의 실장 시에 진동형 자이로 센서(1)에는 적지 않게 왜곡이나 응력이 가해진다. 특히, 전자 부품의 실장에 리플로우 납땜이 이용되는 경우, 제어 기판(100)에 가해지는 열 응력이 원인으로, 도 59에 약간 과장하여 도시하는 바와 같이, 제어 기판(100)측으로부터 진동형 자이로 센서(1)에 부하가 가해져, 진동 소자(20)와 지지 기판(2) 사이의 접합부에 왜곡이나 응력이 가해질 가능성이 높다. 이와 같이 되면, 진동 소자(20)는 소기의 접합 구조가 확보되지 않게 되기 때문에 진동 특성이나 검출 감도가 불안정해져, 안정된 각속도 검출이 곤란해진다. 또한, 본체 기기측에 작용하는 충격 등의 외부 응력에 의해서도 전술한 바와 마찬가지의 문제가 발생할 수 있다.
따라서，이하의 각 실시예에서는, 제어 기판(100)에의 다른 전자 부품의 리플로우 실장 시나 외부로부터 가해지는 충격 등에 의해, 진동 소자(20)의 진동 특성이 영향을 받기 어려운 진동형 자이로 센서의 몇 개의 구성예에 대해 설명한다. 또한, 진동 소자(20)의 각 부의 치수는 전술한 제1 실시예에서 설명한 바와 같다.
(제2 실시예:다단 범프)
전술한 제1 실시예에서는 주로, 도 60a에 도시하는 바와 같이 진동 소자(20)가 단단의 금 범프(26)를 개재하여 지지 기판(2)에 실장되는 형태에 대해 설명하였다. 본 실시예에서는 도 60b 및 도 61a, 도 61b에 도시하는 바와 같이, 상기 금 범프를 복수 단의 범프 구조로 함으로써, 접합 강도를 확보하면서 진동 소자에 가해지는 응력을 저감하여, 안정된 진동 특성과 신뢰성의 높은 검출 정밀도가 얻어지도록 하고 있다．
도 60b는, 동일 직경의 범프(A1)를 2단 쌓아올려 금 범프(26A)를 구성한 예를 도시하고 있다. 이 2단 구조의 금 범프(26A)는 단단의 금 범프(26)에 비하여, 진동 소자(20)를 지지 기판(2)으로부터 더 높은 위치로 유지된다. 이에 따라, 지지 기판에 전달된 외부 응력이 다단의 금 범프(26A)에서 감쇠되어 진동 소자(20)에 전해지게 된다. 이 때문에, 진동 소자(20)는, 외부 응력의 영향을 받기 어려워지져, 안정된 진동 특성이 확보되어 신뢰성이 높은 검출 정밀도를 얻을 수 있다.
다단 범프를 구성하는 각 범프는 직경이 동일한 것으로 구성되는 경우에 한정되지 않는다. 도 61a는, 서로 직경이 상이한 2개의 범프(A1, A2)를 쌓아올린 금 범프(26b)의 구성을 도시하고 있다. 이 예에서는, 범프(A1)보다 소직경의 범프(A2)를 지지 기판(2)측에 배치한 예를 나타내고 있다. 각 층의 범프 직경은, 요구되는 진동 특성이나 접합 강도 등에 따라 적절하게 설정할 수 있다． 또한, 다단 범프를 구성하는 각 범프는 2단 구조에 한정되지 않는다. 도 61b는, 3단 구조의 금 범프(26c)의 구성을 도시하고 있다. 이 예에서는, 소직경 범프(A2)를 한 쌍의 대직경 범프(A1)로 삽입한 구성으로 되어 있다.
여기서, 도 60, 도 61a 및 도 61b에 도시한 구조의 금 범프를 개재하여 진동 소자가 실장된 지지 기판 모델을 제작하고, 지지 기판에 일정한 부하를 부여하였을 때의 진동 소자의 거동 변화에 가해지는 응력을 시뮬레이션에 의해 계산하였다.
각 범프(A1, A2)는, 일반적인 와이어 본딩 툴을 이용하여 제작된다. 범프(A1, A2)의 직경은, 도 62a에 도시하는 바와 같이 이용되는 와이어(금선)의 직경(선폭)으로 결정되고, 선폭 38㎛의 금선에서 직경 130㎛의 범프(A1)가 얻어지고, 선폭 25㎛의 금선에서 직경 90㎛의 범프(A2)가 얻어졌다. 시험 조건은 도 62b에 도시하는 바와 같이, 두께 0.5㎜이고 1변이 7㎜인 정사각형 지지 기판(2T)의 중앙에 진동 소자(20T)를 실장하고, 지지 기판(2T)의 3점의 모서리부를 고정하고, 나머지 1점에 기판 두께 방향으로 일정량(여기서는 10㎛) 변위시켜 진동자의 근원에 가해지는 응력을 계산하였다. 사용한 응력 해석 소프트는 「ANSY5.7」이다.
실장 시의 범프 높이와 진동자의 근원에 가해지는 응력의 관계를 도 63a에 도시한다. 도 63a는, 범프 단수가 1단, 선 직경 38um으로 제작한 범프 구조에서의 응력을 1로 하였을 때의 다른 범프 구조에서의 응력을 상대비로 나타내고 있다. 범프 단수가 많고 실장 높이가 높을수록, 진동자 근원부에 작용하는 응력이 낮고, 범프 접합부에서의 응력 감쇠 효과가 높은 것을 알 수 있다. 또한, 각 단의 범프 직경의 상이함과 동일함은, 특히 차이는 인정되지 않았다.
또한, 실장 시의 범프 높이와 진동 소자의 출력 변화의 관계를 도 63b에 도시한다. 여기에서 말하는 출력 변화란, 본체 기기측의 제어 실장에 대한 실장 전후의 기준 출력의 변동량을 의미한다. 범프 단수가 다단으로 될수록 출력 변동이 작아, 실장 전후에서 안정된 검출 정밀도가 얻어지고 있다. 특히, 범프 높이 50㎛이상에서 센서의 출력 변화가 대폭 개선되어 있다. 범프 높이를 높게 하지만 특성면에서는 안정되지만, 반대로 접합 강도가 저하되므로 사용 범위로서는 예를 들면 100㎛ 정도까지가 바람직하다.
(제3 실시예:범프 위치)
전술한 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 진동 소자(20)는 금 범프(26)를 개재하여 지지 기판(2) 상에 실장되어 있다. 그러나, 금 범프(26)를 형성하는 위치에 따라서는, 본체 기기측의 제어 기판으로부터 받는 응력으로 지지 기판(2)에 휘어짐이 발생한 경우, 이 휘어짐이 진동 소자(20)에 크게 영향을 주어서 진동 모드가 변화되어, 특성이 저하될 우려가 있다.
따라서 본 실시예에서는, 진동 소자(20)에 형성되는 금 범프(26)의 위치를 규정함으로써, 외부 왜곡이 가해져도 진동 소자의 안정된 진동 모드를 유지하며 출력 정밀도의 저하를 억제하도록 하고 있다．
전술한 제1 실시예에서 설명한 진동 소자는, 도 64a에 모식적으로 도시하는 바와 같이 기초부(22)의 실장면(22-2)의 네 모서리 위치에 각각 금 범프(26)가 형성되어 있었다. 지지 기판측으로부터 진동 소자에 전해지는 왜곡이나 응력의 크기는, 금 범프(26)의 배치 간격 L의 크기에 의존하여, L이 커질수록 진동 소자에 가해지는 왜곡이나 응력은 커진다.
본 실시예에서는, 도 64b에 도시하는 바와 같이, 금 범프(26)의 배치 간격 L2가, 도 64a에 도시한 진동 소자의 배치 간격 L1 보다 짧게 하고 있다． 구체적으로는, 본 발명에 따른 진동 소자는, 진동 소자(23)의 상면(23-1)이 기초부(22)의 상면(22-1)으로부터 경사부(133)(도 19 참조)를 개재하여 단 떨어짐 형성되어 있지만, 도 64a의 예에서는, 진동자부(23)측에 위치하는 금 범프(26)가 기초부(22)의 실장면(22-2)에서 경사부(133)의 형성 영역에 대응하는 영역에 설치되어 있다. 이에 반하여 본 실시예에서는, 도 64b에 도시하는 바와 같이, 진동자(23)측에 위치하는 금 범프(26)는, 기초부(22)의 실장면(22-2)에서 경사부(133)의 비형성 영역에 대응하는 영역에 설치되어 있다.
또한, 상기한 바와 같이 진동자부(23)측에 위치하는 금 범프(26)를 경사부(133)의 비형성 영역에 대응하는 실장면(22-2) 상의 영역에 설치함으로써, 단계적으로 두께가 작아지는 경사부(133)의 형성 영역에 대응하는 영역에 비하여, 왜곡이나 응력이 진동자부(23)에 전달되기 어렵게 할 수 있다．이에 따라, 진동자부(23)의 근원 부위에서의 응력 집중을 억제하여, 진동자부(23)의 진동 특성의 안정화를 도모하는 것이 가능해진다．
이상과 같이, 진동자부(23)에 외부 왜곡이나 응력의 영향을 적게 하기 위해서는, 금 범프(26)가 진동자부(23)로부터 가능한 한 떨어진 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 각 금 범프(26)의 배치 간격을 서로 가능한 한 가까워지게 함으로써, 외부로부터의 왜곡을 진동자부(23)의 선단까지 전파시키지 않도록 할 수 있다．
다음으로, 도 65에 도시하는 바와 같이, 실장면(22-2) 상에서 서로 대각 위치에 있는 금 범프(26) 사이의 거리(범프 중심간 거리) L3과, 지지 기판에 하중을 가하였을 때의 진동 소자(20)의 거동의 변화의 모습을 조사한 바, 도 66에 도시하는 결과가 얻어졌다. 도 66은, 서로 대각 위치에 있는 금 범프(26) 사이의 거리 L3에 대한, 진동 소자(20)의 좌우의 검출 전극(30L, 30R)으로부터 출력되는 검출 신호의 출력비를 나타내고 있다. 측정 방법은, 제어 기판으로서 5㎠ 글래스 에폭시 기판 중앙에 해당 진동형 자이로 센서를 리플로우 납땜법에 의해 실장한 후, 제어 기판의 3점을 고정하고 나머지 1점에 대하여 가중을 행하여 왜곡을 발생시켰을 때의, 좌우 검출 신호의 비율(출력이 동일한 경우에는 1)을 측정하였다.
도 66에 도시되어 있는 바와 같이, 대각선 상의 거리 L3이 750㎛ 이상으로 되면 급격하게 외부 왜곡에 대하여 민감해져, 진동 모드가 본래의 수직 방향으로부터 변화시켜 좌우의 검출 신호에 차가 나오는 것이 확인된다. 이에 반하여, 대각선 상의 거리 L3이 600㎛ 이하인 경우에는, 외부 왜곡에 대하여 변화의 정도가 적은 것이 확인된다.
또한, 도 67에 도시하는 바와 같이, 실장면(22-2) 상에서 진동자부(23)측에 위치하는 금 범프(26)의 진동자부(23)의 근원 부위로부터의 거리 L4에 대한, 진동 소자(20)의 좌우의 검출 신호의 출력비를 전술과 마찬가지로 하여 측정한 바 도 68에 도시하는 결과가 얻어졌다. 도 68에 도시되는 바와 같이, 진동자부(23)의 근원 부위로부터의 거리 L4가 150㎛를 초과하는 범위에서 외부 왜곡에 대하여 검출 신호의 변화가 발생하기 어려워져 있는 것이 확인된다. 또한, 이 실험에서는, 서로 대각 위치에 있는 금 범프(26) 사이의 거리는 600㎛로 고정하였다.
이상의 결과로부터, 본 실시예의 진동형 자이로 센서가 외부 왜곡의 영향을 적게 하여 본래의 특성을 유지하기 위해 필요한 진동 소자(20) 상의 금 범프(26)의 형성 위치로서는, 서로 대각 위치에 있는 금 범프(26) 사이의 거리는 600㎛ 이하인 것, 혹은, 진동자부(23)의 근원 부위로부터 150㎛ 이상 떨어져 금 범프(26)를 배치 하는 것이 중요하다.
(제4 실시예:부하 완충층)
전술한 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 진동 소자(20)는 금 범프(26)를 개재하여 지지 기판(2) 상에 실장되어 있다. 그러나, 본체 기기측의 제어 기판으로부터 받는 응력으로 지지 기판(2)에 휘어짐이 발생한 경우, 이 휘어짐이 진동 소자(20)에 크게 영향을 주어 진동 모드가 변화되어, 특성이 저하될 우려가 있다.
따라서 본 실시예에서는, 지지 기판(2)과 제어 기판(100) 사이, 혹은 진동 소자(20)와 지지 기판(2) 사이에, 외부 왜곡이 가해져도 진동 소자의 안정된 진동 모드를 유지할 수 있는 부하 완충층이 설치되어 있다. 이 부하 완충층은, 외부 왜곡을 흡수하여 진동 소자(20)에의 전파를 억제할 수 있는 버퍼 기능을 갖는 것이면, 특별히 구성은 한정되지 않는다.
예를 들면 도 69에 도시하는 구성예는, 진동형 자이로 센서(1)와 제어 기판(100) 사이의 전기적 접속 및 기계적 접합을 이방성 도전층(80)을 개재하여 행하도록 하고 있다. 이 이방성 도전층(80)으로서는, 이방성 도전 필름이 적합하지만, 이방성 도전 페이스트 혹은 이방성 도전 접착제 등이어도 된다. 이방성 도전 재료는, 수지 모재 내에 도전 입자를 분산시켜 가압 방향으로 도전성을 발현시키는 기능성 재료이다. 수지 모재는 고화 후에도 적절한 탄성을 가짐과 함께, 제어 기판(100)에 실장되는 부품의 리플로우 온도(예를 들면 250℃)에 대하여 일정한 내열성을 가지고 있는 것이 바람직하다.
한편, 도 70에 도시하는 구성예는, 진동형 자이로 센서(1)와 제어 기판(100) 사이의 전기적 접속 및 기계적 접합을 플렉시블 배선 기판(81)을 개재하여 행하도록 하고 있다. 이러한 종류의 플렉시블 배선 기판에는, 폴리이미드 등의 내열성 수지 필름 표면(또는 표리면)에 배선층이 형성된 가요성이 있는 프린트 배선 기판이 이용된다. 이 플렉시블 배선 기판(81)의 가요성을 이용하여 제어 기판(100)에 작용한 외부 왜곡을 흡수하여 진동형 자이로 센서(1)의 소기의 특성 유지를 도모할 수 있다.
플렉시블 배선 기판(81)은, 동일 표면에 진동형 자이로 센서(1) 및 제어 기판(100)과 접합되는 각각의 접속 단자가 형성되어 있고, 이면측에 절첩되어 양자간을 접속하고 있다. 이에 따라, 진동형 자이로 센서(1)의 실장 면적의 저감이 도모되고 있다． 이에 반하여, 도 71에 도시한 플렉시블 배선 기판(82)과 같이, 일방의 면에 진동형 자이로 센서(1)를 접속하고, 타방의 면에 제어 기판(100)을 접속해도 된다． 이 경우, 제어 기판(100)에 대한 진동형 자이로 센서(1)의 실장 높이를 낮게 억제할 수 있다.
또한, 도 72에 도시하는 구성예는, 지지 기판(2)에 대한 진동 소자(20)의 실장 형태가 전술한 각 예와 서로 다르고, 진동 소자(20)를 일단 금 범프(26)를 개재하여 지지판(83)에 실장하고, 이 지지판(83)을 이방성 도전층(84)을 개재하여 지지 기판(2)에 전기적이면서 기계적으로 접합함으로써, 지지 기판(2) 상에 진동 소자(20)를 부도 형상으로 실장하고 있다．지지판(83)으로서는 알루미늄 등의 금속제 기판이나 세라믹제 기판 등 진동 소자의 Q값이 충분 얻어지는 것이면 특별히 구성은 한정되지 않는다. 이방성 도전층(84)은 전술한 예와 마찬가지로, 지지 기판(2) 측으로부터 진동 소자(20)측에의 왜곡의 전파를 흡수하는 기능을 갖는다. 또한, 도시의 예에서는, 지지 기판(2)에 대한 진동 소자(20)의 실장 높이를 억제하기 위해, 지지 기판(2)의 실장 영역에는 소정 깊이의 오목부(83)가 형성되어 있다.
도 73은, 본 실시예의 구성의 일 실험 결과를 도시하고 있다. 실험은, 제어 기판(100)으로서 5㎠ 글래스 에폭시 기판의 네 모서리 중 3점은 고정하고 나머지의 1점에 대하여 가중을 행하여 왜곡을 발생시켰을 때의, 진동 소자(20)의 좌우 검출 신호의 출력비를 측정하였다. 도 73으로부터, 지지 기판(2)에 직접 진동 소자(20)를 실장한 경우에는, 하중을 가하여 제어 기판에 왜곡을 가하면 진동 모드가 변화되어 좌우의 검출 신호 밸런스가 크게 변화된다.
이에 반하여, 진동형 자이로 센서(1)를 이방성 도전 필름이나 플렉시블 배선 기판을 개재하여 제어 기판(100)에 실장하거나, 지지 기판(2)에 대하여 진동 소자(20)를 부도 형상으로 실장하는 경우 쪽이, 신호의 변화가 작거나 거의 인정되지 않아, 제어 기판(100)에 부여한 왜곡이 진동 소자(20)에 전파하기 어려워져 있는 것이 확인된다.
(제5 실시예:진동 소자에 홈 형성)
전술한 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 진동 소자(20)는 금 범프(26)를 개재하여 지지 기판(2) 상에 실장되어 있다. 그러나, 본체 기기측의 제어 기판으로부터 받는 응력으로 지지 기판(2)에 휘어짐이 발생한 경우, 이 휘어짐이 진동 소자(20)에 크게 영향을 주어 진동 모드가 변화되어, 특성이 저하될 우려가 있다.
따라서 본 실시예에서는, 진동 소자(20)의 실장면(22-2)에 왜곡의 전파를 억 제하는 홈을 형성함으로써, 외부 왜곡이 가해져도 진동자부(23)의 안정된 진동 모드를 유지하여, 높은 검출 정밀도가 얻어지도록 되어 있다．
도 74에 도시하는 바와 같이, 진동 소자(201)는, 전술한 제1 실시예와 마찬가지로, 금 범프(26)가 형성되는 기초부(22)와, 이 기초부(22)로부터 외팔보 형상으로 돌출 형성된 진동자부(23)를 가지고 있다. 기초부(22)의 실장면에는, 진동자부(23)에 형성된 기준 전극이나 구동 전극(29), 좌우의 검출 전극(30L, 30R)과 각 단자부 상의 금 범프(26) 사이를 전기적으로 접속하는 리드(31)가 각각 형성되어 있다.
따라서, 본 실시예의 진동 소자(201)에서는, 기초부(22)의 실장면(22-2)에서 진동자부(23)측에 배치되는 한 쌍의 금 범프(26)의 형성 위치(단자부 형성 위치)와, 진동자부(23)의 근원 부위(기단 부위) 사이에, 지지 기판에 접합된 금 범프(26)로부터 진동자부(23)에의 외부 왜곡의 전파를 억제하는 홈(86)이 각각 형성되어 있다. 이들의 홈(86)에 의해, 진동자부(23)를 기초부(22)로부터 분리하여 외부 왜곡의 영향을 적게 하여 충분한 SN비(신호/노이즈비)를 확보할 수 있다．
기초부(22)에 형성되는 홈(86)은, 진동자부(23)측에 배치되는 한 쌍의 금 범프(26)의 형성 위치와, 진동자부(23)의 근원 부위 사이를 연결하는 직선을 걸치도록 하여, 리드(31)나 각종 전극층이 형성되지 않는 영역에 형성된다. 도 75는, 지지 기판에 왜곡을 가하였을 때의 진동 소자의 거동의 변화를 측정하였을 때의 실험 결과이다. 전술한 제3 실시예와 마찬가지의 측정 방법에 의해, 홈(86)의 형성 깊이와 좌우 검출 신호의 출력비의 관계를 측정하였다. 도 75의 결과로부터, 홈 깊 이가 50㎛ 이상, 더 바람직하게는 100㎛ 이상에서 좌우 검출 신호 차가 없어져, 안정된 수직 진동을 유지할 수 있는 것이 확인되었다． 또한, 홈 깊이 100㎛은 즉, 진동자부(23)의 두께 치수에 상당한다.
홈(86)의 형성 위치는, 도 74와 같이 진동자부(23)측에 위치하는 한 쌍의 금 범프(26)의 근방에만 형성되는 경우에 한정되지 않고, 도 76에 도시하는 진동 소자(202)와 같이, 진동자부(23)측에 위치한 다른 한 쌍의 금 범프(26)에도 마찬가지로, 진동자부(23)의 근원 부위와 연결되는 직선을 걸치는 위치에 마찬가지의 홈(86)이　형성되어도 된다. 홈(86)의 형상은, 직선 형상에 한정되지 않고, 굴곡 형상이나 만곡 형상 등이어도 된다. 또한, 예를 들면 도 74에 도시한 바와 같이 홈(86)의 일단부가 기초부(22)의 측주부에 면하도록 형성함으로써, 해당 홈(86)에 의한 외부 왜곡의 전파 억제 효과를 더 높일 수 있다.
그리고, 도 77에 도시하는 진동 소자(202)는, 기초부(22)의 실장면(22-2) 상에 형성되는 금 범프(26)의 형성 위치가 서로 근접 배치된 예를 도시하고 있다. 이 예에서는, 왜곡 전파 억제용의 홈(86)은, 각각의 금 범프(26)와 진동자부(23)의 근원 부위를 연결하는 직선을 동시에 걸치는 위치에 1개소에만 직선 형상으로 형성되어 있고, 이러한 구성에 의해서도 도 74 및 도 76에 도시한 구성과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제6 실시예:IC 회로 소자의 실장 영역에 홈 형성)
전술한 제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 진동 소자(20)는 금 범프(26)를 개재하여 지지 기판(2) 상에 실장되어 있다. 도 78a, 도 78b에 도시하는 바와 같 이, 지지 기판(2)은, 진동 소자(20)(20X, 20Y) 이외에 IC 회로 소자(7) 등이 혼재되고, 이들의 부품은 리플로우 납땜법에 의해 실장되는 경우가 많다.
따라서, 진동 소자(20)의 플립 칩 실장 후에 IC 회로 소자(7) 등의 다족 부품이 리플로우 실장될 때, 지지 기판(2)이 열 응력으로 휘어짐이 발생하여, 진동 소자(20)에 영향을 미쳐 진동 모드를 변화시켜 특성을 저하시킬 우려가 있다. 또한, 진동 소자(20)가 탑재된 지지 기판(2)을 본체 기기측의 제어 기판 상에 리플로우 실장되는 경우, 지지 기판(2) 상의 IC 회로 소자(7)의 접합부가 다시 리플로우되고, 그 실장 과정에서 발생하는 지지 기판(2)의 휘어짐 등이 영향을 주어 진동 소자(20)에 영향을 미치게 하는 것이 생각된다.
따라서, 본 실시예에서는, 도 79a, 도 79b에 도시하는 바와 같이, 지지 기판(2) 상의 IC 회로 소자(7)의 실장 영역을 둘러싸도록 홈(87)을 형성하고, IC 회로 소자(7)의 리플로우 실장 시나 지지 기판(2)의 리플로우 실장 시에 발생하는 열 응력이나 왜곡이 진동 소자(20)의 실장 영역에 전파하는 것을 억제함으로써, 진동 소자(20)의 진동 특성의 저하를 저지하도록 하고 있다． 또한, 이 종류의 홈(87)은, IC 회로 소자(7)의 실장 영역뿐만 아니라, 다른 다족 부품의 실장 영역에도 마찬가지로 형성해도 된다．
도 80은, 홈(87)의 형성 깊이의 상위에 의한 지지 기판(2)의 리플로우 횟수와 진동 소자(20)의 좌우 검출 신호 사이의 출력값 변화의 관계를 나타내고 있다. 종축의 출력값 변화는 왜곡의 전파에 의해 진동 소자의 진동 모드가 변동하여 좌우 검출 신호 사이의 출력값 변화(리플로우 전은 0)의 절대값을 나타내고 있다. 도 80의 결과로부터, IC 회로 소자(7)의 실장 영역의 주위를 둘러싸도록 홈(87)을 50㎛ 이상의 깊이로 형성함으로써, 해당 홈을 형성하지 않는 경우에 비하여, 진동 소자의 출력값 변화를 억제할 수 있고, 특히, 홈(87)의 형성 깊이를 100㎛ 이상으로 함으로써, 진동 소자(20)의 출력값 변화를 억제할 수 있다.
(제7 실시예:IC 회로 소자의 실장 위치)
전술한 제6 실시예에 관련하여, 본 실시예에서는 IC 회로 소자(7)의 실장 영역에 대해 검토한다.
전술한 제1 실시예에서는, 도 81에 도시하는 바와 같이, IC 회로 소자(7)는 진동 소자(20)(20X, 20Y)가 실장되는 지지 기판(2)의 코너부와는 서로 다른 코너부 근방에 실장되어 있었다. 또한, 지지 기판(2) 상에 실장되는 다른 전자 부품(8)도 치우친 영역에 집중되어 있었다. 따라서, 리플로우 시에서의 열 응력이나 열 왜곡이 지지 기판(2)의 면내에 불균일하게 발생하고, 이것이 원인으로 한 쌍의 진동 소자(20X, 20Y)의 실장 영역에 균등한 열 응력 등이 작용하지 않게 되기 때문에, 진동 소자 사이에서 검출 정밀도에 변동이 발생할 우려가 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 도 82에 도시하는 바와 같이, 한 쌍의 진동 소자(20)의 실장 영역 사이를 연결하는 직선의 중간 영역에 IC 회로 소자의 주요 실장 영역을 정하고 있다. 이에 따라, IC 회로 소자(7)의 리플로우 실장 과정 혹은 제어 기판 상의 지지 기판(2)의 리플로우 실장 과정에서 지지 기판(2)에 작용하는 열 응력을, 한 쌍의 진동 소자(20)에 대하여 균등하게 작용시키는 것이 가능해져, 진동 소자 사이의 특성 차의 발생을 억제하는 것이 가능해진다．
여기서, IC 회로 소자(7)의 실장 영역은, 도 82에 도시하는 바와 같이 평면에서 보아 사각 형상의 IC 회로 소자가 한 쌍의 진동 소자(20)의 중간점(대칭 위치)에 설정되는 것이 바람직하지만, 실제적으로는, 도시하는 IC 회로 소자(7)의 실장 영역을 중심으로 하는 일정한 영역 내에 설정할 수 있다． 여기에서 말하는 일정한 영역 내로서는, 지지 기판(2)의 면내를 제1~제4의 4개의 상한으로 나누었을 때에, 적어도 각 상한에 IC 회로 소자(7)의 실장 영역의 일부가 속하는 영역 내이면 된다.
또한，IC 회로 소자(7)의 실장 영역과 함께，그 밖의 전자 부품(8)에 대해서도 도 82에 도시하는 바와 같이 각 진동 소자(20)에 대하여 균등 혹은 대칭하는 위치에 부품 수 및 부품 실장 영역을 각각 분산하여 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, IC 회로 소자(7)뿐만 아니라, 다른 전자 부품(8)의 리플로우 과정에서 발생하는 응력도, 각 진동 소자(20)에 대하여 균등하게 작용시키는 것이 가능해진다.
도 83은, IC 회로 소자(7)의 실장 영역의 상위에 의한 지지 기판(2)의 리플로우 횟수와 한 쌍의 진동 소자 사이의 출력 차와의 관계를 나타내고 있다. 진동 소자 사이의 출력 차가 작을수록 각 진동 소자에 전파하는 왜곡량이 일정해지고, 출력 차가 클수록 각 진동 소자에 전파하는 왜곡량의 차가 큰 것을 의미하고 있다. 또한, 리플로우 전은 출력 차는 0이다. IC 회로 소자(7)가 지지 기판(2)의 코너부에 치우쳐 배치된 비교예의 구성(도 81)의 구성에 비하여, 도 82에 도시한 본 발명의 실시예의 효과는 뚜렷하며, 진동 소자 사이의 출력 차는 거의 인정되지 않았다.
(제8 실시예:외부 접속 단자 및 진동 소자의 배치 영역)
진동형 자이로 센서(1)를 구성하는 지지 기판(2)은, 도 84a~도 84c에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 그 제1 주면(2-1) 상에 진동 소자(20)(20X, 20Y)나 IC 회로 소자 등의 전자 부품(도시 생략)이 실장되고, 반대측의 제2 주면(2-2) 상에는 본체 기기측의 제어 기판에 실장되는 복수의 외부 접속 단자부(실장 단자부)(117)가 설치되어 있다. 통상적으로, 지지 기판(2)의 중앙부는 내부 회로의 배선 주회 영역으로서 이용하는 쪽이 배선 효율이 좋기 때문에, 외부 접속 단자부(117)는 지지 기판(2)의 최외주를 따라서 배치된다.
그러나, 이러한 외부 접속 단자부(117)의 배치 구성에서는, 지지 기판(2)의 중심부 O로부터 각 외부 접속 단자부(117) 사이의 거리가 커져, 지지 기판(2)의 리플로우 실장 과정에서의 왜곡량이 커진다. 또한, 도 84c에 도시하는 바와 같이, 지지 기판(2)의 모서리부에 위치하는 외부 접속 단자부(117A) 쪽이, 지지 기판(2)의 각 변의 중간부에 위치하는 외부 접속 단자부(117B)보다, 지지 기판(2)의 중심부 O로부터의 거리가 길다. 이 때문에, 상기 리플로우 실장 시에서 지지 기판(2)의 면내에 작용하는 왜곡 분포가 불균일하게 되어, 특히 대각 위치(네 모서리) 부근의 외부 접속 단자부(117A)에는 왜곡이 집중하게 된다.
이와 같이, 도 84a 또는 도 84c에 도시하는 외부 접속 단자부(117)의 배치예에서는, 지지 기판(2)의 리플로우 실장 시에 큰 왜곡이 발생하기 쉬워, 지지 기판(2) 상의 진동 소자(20)에 영향을 미치도록 되어 있었다.
따라서, 본 실시예에서는, 도 85에 도시하는 바와 같이, 지지 기판(2)의 제2 주면(2-2) 상에 형성되는 복수의 외부 접속 단자부(117)가, 지지 기판(2) 상의 동 일 원주 상을 각각의 주요 형성 영역으로 하고 있다. 특히 도 85의 예에서는, 지지 기판(2)의 중심 O를 중심으로 하는 반경 r의 원주 상에 각 외부 접속 단자부(117)가 등각도 간격으로 형성되어 있다.
이와 같이, 각 외부 접속 단자부(117)를 지지 기판(2)의 중심 O로부터 등거리 상에 배치함으로써, 지지 기판(2)의 리플로우 실장 시에서 지지 기판(2)에 발생하는 왜곡 분포를 균일화할 수 있음과 함께, 지지 기판에 발생하는 왜곡량의 저감을 도모할 수 있다. 이에 따라, 지지 기판(2) 상의 진동 소자(20)에 미치는 영향을 적게 하여, 안정된 진동 검출을 확보할 수 있다．
또한, 외부 접속 단자부(117)가 배치되는 원주의 반경 r은, 요구되는 실장 정밀도(실장 후의 평행도, 단자 사이 거리) 등을 감안하여, 가능한 한 작게 설정하는 것이 바람직하다.
진동 소자(20)는, 도 86a, 도 86b에 도시하는 바와 같이, 외부 접속 단자부(117)의 형성 영역보다 지지 기판(2)의 외주측에 실장하는 것이 바람직하다. 지지 기판(2)에 작용하는 왜곡량은, 외부 접속 단자부(117)의 형성 영역보다 내주측보다 외주측 쪽이 작기 때문이다. 이에 따라, 진동 소자(20)에의 영향을 적게 할 수 있다． 이 경우, 외부 접속 단자부(117)는 동일 원주 상에 배치되어 있는 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다.
또한, 진동 소자(20)는, 각각의 외부 접속 단자부(117)가 배치되는 원주 상에 배치되는 구성이어도 상관없다. 단, 도 87에 도시하는 바와 같이, 진동 소자(20)는 외부 접속 단자부(117)의 바로 위의 위치에 실장되는 것보다, 도 88에 도 시하는 바와 같이, 외부 접속 단자부(117)의 바로 위가 아닌 위치에 실장되는 쪽이 바람직하다. 외부 충격 등을 받았을 때, 이들 외부 접속 단자부(117)를 개재하여 지지 기판(2)에 전파되기 때문에, 외부 접속 단자부(117)의 바로 위의 위치에 진동 소자(20)가 실장되어 있으면, 진동 소자(20)가 받는 왜곡량이 커져 진동 모드의 안정화가 도모될 수 없을 우려가 있기 때문이다.

Claims (25)

  1. 복수개의 랜드를 갖는 지지 기판과, 이 지지 기판의 표면에 실장된 진동 소자를 구비한 진동형 자이로 센서에 있어서,
    상기 진동 소자는,
    상기 랜드에 접속되는 복수의 단자부가 형성된 기초부와,
    상기 기초부의 외주부로부터 외팔보 형상으로 일체로 내밀어 설치된 진동자부를 가짐과 함께,
    상기 진동 소자는, 상기 각 단자부가 금속 볼록부를 통하여 상기 랜드에 접합됨으로써 상기 지지 기판 상에 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 볼록부는, 상기 각 단자부에 형성되어 상기 랜드에 용착되는 금 범프인 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금 범프는 다단 범프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기초부의 실장면에는, 더미 범프가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진동자부는, 상기 기초부의 상면으로부터 경사부를 개재하여 단 떨어짐 형성되어 있고,
    상기 금속 볼록부의 적어도 일부는, 상기 경사부의 비형성 영역에 대응하는 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기초부의 실장면에는, 상기 진동자부의 기단 부위와, 상기 복수의 단자부 중 적어도 상기 진동자부측에 위치하는 단자부 사이를 걸치도록, 홈부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 홈부의 일단부는, 상기 기초부의 측주부에 면하고 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지 기판에는, 상기 진동자부의 기판 대향면과 대향하는 영역에, 상기 진동자부의 두께 방향으로 자유 진동시키는 공간부를 구성하는 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 오목부는, 상기 진동자부의 진동 동작에 의해 발생하는 공기류의 덤핑 효과에 대하여 상기 진동자부의 변위 감쇠 비율을 소기 값으로 유지하는 높이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 지지 기판에는, 회로 소자가 실장됨과 함께, 복수의 상기 진동 소자가, 각각의 진동자부를 서로 다른 축 방향을 향하여 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 회로 소자는 IC 부품이고, 상기 복수의 진동 소자의 실장 영역 사이를 연결하는 직선의 중간 영역이 상기 IC 부품의 주요 실장 영역으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  12. 복수개의 랜드를 갖는 지지 기판과, 이 지지 기판의 표면에 실장된 진동 소 자를 구비한 진동형 자이로 센서에 있어서,
    상기 진동 소자는,
    상기 랜드에 접속되는 복수의 단자부가 형성된 기초부와,
    상기 기초부의 측주부로부터 외팔보 형상으로 일체로 내밀어 설치된 진동자부를 가짐과 함께,
    상기 진동 소자와, 상기 각 단자부가 금속 볼록부를 개재하여 상기 랜드에 접합됨으로써 상기 지지 기판 상에 실장되어 있고,
    상기 지지 기판은, 상기 진동 소자를 외부의 제어 기판과 전기적으로 접속하기 위한 복수의 외부 접속 단자부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 지지 기판의 적어도 한쪽의 주면에는, 외부 부하를 완충하는 부하 완충 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 부하 완충 홈은, 상기 진동 소자의 실장 영역을 둘러싸도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 부하 완충 홈은, 상기 회로 소자의 실장 영역을 둘러싸도록 하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 부하 완충 홈은, 100㎛ 이상의 깊이 치수로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 진동 소자는, 상기 외부 접속 단자부의 형성 영역보다 상기 지지 기판의 외주측에 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 외부 접속 단자부는, 상기 지지 기판의 주면 상의 동일 원주 상을 각각의 주요 형성 영역으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 외부 접속 단자부는, 상기 지지 기판의 주면상의 동일 원주 상을 각각의 주요 형성 영역으로 되어 있고, 상기 진동 소자는, 상기 원주 상의 상기 외부 접속 단자부의 비형성 영역에 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 진동 소자는, 차광성의 커버 부재로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 외부 접속 단자부와 상기 제어 기판 사이에는, 부하 완충층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 부하 완충층은, 이방성 도전 필름인 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 부하 완충층은, 상기 외부 접속 단자부와 상기 제어 기판 사이에 배치된 플렉시블 배선 기판인 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 기초부의 실장면과 동일면을 구성하고 제1 전극층과 이 제1 전극층 상에 적층된 압전층과 그 압전층 상에 적층된 제2 전극층이 각각 형성된 기판 대향면 을 갖는 진동자부인 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
  25. 제12항에 있어서,
    상기 기초부의 실장면과 동일면을 구성하고 제1 전극층과 이 제1 전극층 상에 적층된 압전층과 그 압전층 상에 적층된 제2 전극층이 각각 형성된 기판 대향면을 갖는 진동자부인 것을 특징으로 하는 진동형 자이로 센서.
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