WO2015075908A1 - 角速度センサ素子およびそれを用いた角速度センサ - Google Patents

角速度センサ素子およびそれを用いた角速度センサ Download PDF

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賢作 山本
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G01C19/574—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion
    • G01C19/5747—Structural details or topology the devices having two sensing masses in anti-phase motion each sensing mass being connected to a driving mass, e.g. driving frames

Definitions

  • the present invention relates to an angular velocity sensor used in various electronic devices and an angular velocity sensor element used in the sensor.
  • FIG. 7 is a side view of a conventional angular velocity sensor element.
  • This angular velocity sensor element has two arms 1, a pair of support parts 2, a pair of detection parts 3, and a pair of support fixing parts 4.
  • the arms 1 are provided in parallel to each other, and the pair of support portions 2 are provided at both ends of the two arms 1, respectively.
  • the detection part 3 is connected to the support part 2 and each.
  • the support fixing part 4 is connected to the detection part 3 and each.
  • fixed part 4 is fixed to an attachment board
  • the two arms 1 vibrate in the opposite directions along the X-axis direction, for example, by the piezoelectric effect, as indicated by solid arrows.
  • a Coriolis force acts in a direction perpendicular to the driving vibration direction in a plane perpendicular to the angular velocity rotation axis.
  • the present invention provides an angular velocity sensor element in which fluctuation of an output signal due to vibration transmitted to a mounting substrate is suppressed.
  • the angular velocity sensor element of the present invention has a fixed portion, an extending portion, a torsion extending portion, a driving vibration body, a detection vibration body, and a counter beam.
  • the extending portion has a first end connected to the fixed portion and a second end.
  • the torsional extension has a first end connected to the second end of the extension and a second end.
  • the drive vibration body has a first end connected to the second end of the torsion extending portion, and a second end.
  • the drive vibrator is provided with a drive electrode.
  • the detection vibration body is connected to the second end of the drive vibration body.
  • the detection vibrating body is provided with a first detection electrode.
  • the counter beam is connected to the second end of the torsion extending portion, is arranged in parallel with the drive vibrating body, and is configured to vibrate in the opposite direction to the drive vibrating body.
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view of a driving vibration body and a detection vibration body in the angular velocity sensor element shown in FIG. Sectional drawing of the wafer which is a material of the angular velocity sensor element shown in FIG. Sectional drawing which shows the assembly process of the angular velocity sensor element shown in FIG. Sectional drawing which shows the assembly process of the angular velocity sensor element following FIG. 4B Sectional drawing which shows the assembly process of the angular velocity sensor element following FIG. 4C Sectional drawing which shows the assembly process of the angular velocity sensor element following FIG. 4D
  • the top view which shows the state which the angular velocity sensor element shown in FIG. 2 operate
  • the detected vibration transmitted to the detection unit 3 is further transmitted via a support fixing plate 4 to a mounting board (not shown) to which an angular velocity sensor including an angular velocity sensor element is attached. Therefore, the mounting board also resonates together. As a result, the resonance frequency during detection vibration of the arm 1 varies, and the output signal varies. Therefore, the output signal is unstable.
  • FIG. 1A is an exploded perspective view of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a block diagram of the angular velocity sensor shown in FIG. 1A
  • FIG. 2 is a plan view of the angular velocity sensor element 10
  • FIG. 3 is a side cross-sectional view of the driving vibration body and the detection vibration body in the angular velocity sensor element 10.
  • the angular velocity sensor includes an angular velocity sensor element 10, an IC 88, and a case 70.
  • the IC 88 applies an AC voltage to the angular velocity sensor element 10 to drive the angular velocity sensor element 10 to vibrate.
  • the IC 88 processes the output signal output from the angular velocity sensor element 10.
  • Case 70 houses angular velocity sensor element 10 and IC 88.
  • a power supply electrode 76, a GND electrode 77, and an output electrode (not shown) electrically connected to the IC 88 are provided on the outer bottom surface of the case 70.
  • the output electrode is provided near the center of the outer bottom surface of the case 70.
  • the case 70 has a layer structure of a ceramic and a wiring conductor from the inner bottom surface and the inner side surface to the outer bottom surface.
  • the inner bottom surface is composed of a multilayer circuit board 72 having a wiring pattern (not shown).
  • a stepped portion 74 is provided on the inner side surface of the side wall 73 of the case 70, and a terminal electrode 75 is provided on the stepped portion 74.
  • the power supply electrode 76, the GND electrode 77, and the output electrode are provided on the outer bottom surface of the case 70.
  • the terminal electrode 75, the power supply electrode 76, the GND electrode 77, and the output electrode are electrically connected by the wiring pattern of the multilayer circuit board 72.
  • a metal frame 79 made of Kovar is provided on the upper surface of the side wall 73.
  • the IC 88 is disposed on the inner bottom surface of case 70. As shown in FIG. 1B, the IC 88 includes a driving unit 88A that supplies a driving signal to the angular velocity sensor element 10, and a processing unit 88B that calculates an angular velocity applied to the angular velocity sensor element 10 based on an output signal from the angular velocity sensor element 10. And have. Specifically, the drive unit 88A supplies a drive signal to the drive electrode land 22 shown in FIG. 3, and the processing unit 88B determines the angular velocity applied to the angular velocity sensor element 10 based on the output signal from the second detection electrode land 23. calculate.
  • the angular velocity sensor further includes a resin mounting member 80, an acceleration sensor element 87, and a lid 89.
  • the mounting member 80 supports the angular velocity sensor element 10. Specifically, the mounting member 80 supports the first fixing portion 21 and the second fixing portion 28 shown in FIG. Further, the mounting member 80 has eight terminals 81 electrically connected to the terminal electrodes 75 in the case 70. With this configuration, the case 70 supports the mounting member 80 from the periphery via the terminals 81.
  • the acceleration sensor element 87 is juxtaposed with the IC 88 on the inner bottom surface of the case 70, and is electrically connected to the terminal electrode 75 by a wire line (not shown).
  • a Kovar lid 89 closes the opening of the case 70.
  • the angular velocity sensor element 10 includes a first fixing portion 21, a second fixing portion 28, a first extending portion 27, a second extending portion 29, a pair of torsion extending portions 32, and a first drive vibrating body 33.
  • a second drive vibration body 38, a third drive vibration body 52, a fourth drive vibration body 58, a first detection vibration body 34, a second detection vibration body 39, a third detection vibration body 54, A fourth detection vibrator 59, a first counter beam 62, and a second counter beam 65 are included.
  • the first extending portion 27 has a first end connected to the first fixing portion 21 and a second end.
  • the second extending portion 29 has a first end connected to the second fixing portion 28 and a second end.
  • Each of the pair of torsion extending portions 32 has a first end connected to each second end of the first extending portion 27 and the second extending portion 29, and a second end.
  • the first drive vibrator 33, the second drive vibrator 38, the third drive vibrator 52, and the fourth drive vibrator 58 each have a first end connected to one second end of the torsion extension portion 32; A drive electrode 33A is provided along with a second end.
  • the first detection vibration body 34, the second detection vibration body 39, the third detection vibration body 54, and the fourth detection vibration body 59 are the first drive vibration body 33, the second drive vibration body 38, and the third drive vibration body 52, respectively.
  • the first detection electrode 35 is provided while being connected to the second end of the fourth drive vibrator 58.
  • the first counter beam 62 is connected to the second end of each of the torsion extending portions 32, and is disposed substantially parallel to the first drive vibrating body 33 and the second drive vibrating body 38, and the first drive vibrating body 33.
  • the second drive vibrator 38 is configured to vibrate in the opposite direction.
  • the second counter beam 65 is connected to the second end of each of the torsion extending portions 32, is disposed substantially in parallel with the third drive vibrating body 52 and the fourth drive vibrating body 58, and is arranged at the third drive vibrating body 52.
  • the fourth drive vibrator 58 is configured to vibrate in the opposite direction.
  • the first fixed part is made of silicon (Si), and a pair of drive electrode lands 22, a second detection electrode land 23, four first detection electrode lands 24, a GND electrode land 25, A monitor electrode land 26 is provided.
  • the second fixing portion 28 is also made of Si, and a pair of driving electrode lands 22, a second detection electrode land 23, four first detection electrode lands 24, a GND electrode land 25, and a monitor electrode are formed on the upper surface of the second fixing portion 28.
  • a land 26 is provided.
  • the first extension part 27 and the second extension part 29 are also formed of Si, one end of the first extension part 27 is connected to the first fixing part 21, and one end of the second extension part 29 is the second fixing part. 28.
  • the drive electrode land 22, the second detection electrode land 23, the first detection electrode land 24, the GND electrode land 25, and the monitor electrode land 26 are electrically connected to the terminals 81 shown in FIG. 1A by wire wires (not shown). ing.
  • the first ends of the pair of twist extension portions 32 are connected to the second ends of the first extension portion 27 and the second extension portion 29, and the pair of twist extension portions 32 are linearly connected to each other.
  • the substantially central side surface of the rectangular parallelepiped torsion extension portion continuum 132 is sandwiched between the first extension portion 27 and the second extension portion 29, and the torsion extension portion continuum 132 and The first extension part 27 and the second extension part 29 are connected.
  • the first drive vibrator 33 extends from the torsion extension portion 32 in a vertical direction, and a pair of drive electrodes 33A are provided on the upper surface.
  • the first drive vibrating body 33 includes a pair of drive electrodes 33 ⁇ / b> A, a common GND electrode 30, and a piezoelectric layer 31.
  • the drive electrode 33A and the common GND electrode 30 are formed of an alloy thin film of Pt and Ti.
  • the piezoelectric layer 31 is formed of a PZT thin film.
  • the piezoelectric layer 31 is provided on the upper surface of the common GND electrode 30, and the drive electrode 33 ⁇ / b> A is provided on the upper surface of the piezoelectric layer 31.
  • the common GND electrode 30 is formed on a base material 37 such as Si.
  • the first detection vibrating body 34 extends from the second end of the first driving vibrating body 33 in a direction perpendicular to the extending direction of the first driving vibrating body 33 and is bent at an approximate center in an L shape. .
  • a first detection electrode 35 that detects an angular velocity in the Z-axis direction is provided on the upper surface of the first detection vibrating body 34.
  • the first detection vibrating body 34 also includes a pair of first detection electrodes 35, a common GND electrode 30, and a piezoelectric layer 31.
  • the first detection electrode 35 is also formed of an alloy thin film of Pt and Ti.
  • the piezoelectric layer 31 formed of a PZT thin film is provided on the upper surface of the common GND electrode 30, and the first detection electrode 35 is provided on the upper surface of the piezoelectric layer 31.
  • a weight 36 is connected to the second end of the first detection vibrating body 34.
  • the second drive vibrating body 38 extends from the torsion extending portion 32 in a direction perpendicular to the first drive vibrating body 33, and a pair of drive electrodes 33A are provided on the upper surface.
  • the second detection vibrating body 39 extends from the second end of the second driving vibrating body 38 in a direction perpendicular to the extending direction of the second driving vibrating body 38 and in a direction opposite to the first detecting vibrating body 34. At the same time, the center is bent into an L shape.
  • a weight 40 is connected to the second end of the second detection vibrator 39.
  • the third drive vibrating body 52 extends from the torsion extending portion 32 in a direction opposite to the second drive vibrating body 38 and perpendicular to the torsion extending portion 32, and a pair of drive electrodes 33A are provided on the upper surface.
  • the third detection vibrating body 54 extends from the second end of the third driving vibrating body 52 in a direction perpendicular to the extending direction of the third driving vibrating body 52, and is bent substantially at the center in an L shape.
  • a first detection electrode 35 is provided on the upper surface of the third detection vibrating body 54.
  • a weight 56 is connected to the second end of the third detection vibrating body 54.
  • the fourth drive vibrating body 58 extends from the torsion extending portion 32 in a direction perpendicular to the third drive vibrating body 52, and a pair of drive electrodes 33A is provided on the upper surface.
  • the fourth detection vibrator 59 extends from the second end of the fourth drive vibrator 58 in a direction perpendicular to the extending direction of the fourth drive vibrator 58 and in a direction opposite to the third detection vibrator 54. At the same time, the center is bent into an L shape.
  • a weight 60 is connected to the second end of the fourth detection vibrator 59.
  • a monitor electrode 61 is provided between the drive electrode 33A and the first detection electrode 35 in each of the first detection vibration body 34, the second detection vibration body 39, the third detection vibration body 54, and the fourth detection vibration body 59. ing.
  • the first counter beam 62 and the second counter beam 65 have a square C shape.
  • the first end of the first counter beam 62 is connected to the side surface of the first end of the torsion extending portion continuous body 132. A portion around the first end is provided in parallel to the first drive vibrator 33.
  • the second end of the first counter beam 62 is connected to the side surface of the second end of the torsion extension continuous member 132. A portion around the second end is provided in parallel to the second drive vibrator 38.
  • the first drive vibrator 33 and the second drive vibrator 38 extend in a direction perpendicular to the peripheral portion of the first end and the peripheral portion of the second end and are parallel to the torsional extension continuous body 132. Is provided in parallel with the portion that bends and extends.
  • a second detection electrode 63 for detecting an angular velocity around the Y axis is provided on the upper surface of the first counter beam 62 near the first end and near the second end.
  • the first end of the second counter beam 65 is connected to the side surface of the first end of the torsion extending portion continuous body 132 and the side surface opposite to the surface to which the first counter beam 62 is connected. A portion around the first end is provided in parallel to the fourth drive vibrator 58.
  • the second end of the second counter beam 65 is connected to the side surface of the second end of the torsion extending portion continuous body 132 and to the side surface opposite to the surface to which the first counter beam 62 is connected. A portion around the second end is provided in parallel with the third drive vibrator 52.
  • the portions extending perpendicularly to the peripheral portion of the first end and the peripheral portion of the second end and parallel to the torsional extension portion continuous body 132 are the third drive vibration body 52 and the fourth drive vibration body 58. Is provided in parallel with the portion that bends and extends. Second detection electrodes 63 are provided on the upper surfaces of the second counter beam 65 near the first end and near the second end, respectively.
  • a pair of groove portions 62A formed by removing the piezoelectric layer 31 is provided on the upper surface of the first counter beam 62.
  • a pair of grooves 65 ⁇ / b> A formed by removing the piezoelectric layer 31 is also provided on the upper surface of the second counter beam 65. That is, it is preferable that the first counter beam 62 and the second counter beam 65 have grooves 62A and 65A for adjusting the amount of displacement due to the vibration of the driving vibrator and the counter beam.
  • the drive electrode land 22 in the first fixed portion 21 is electrically connected to the drive electrode 33A in the first drive vibration body 33 and the second drive vibration body 38 by a wiring pattern (not shown).
  • the second detection electrode land 23 is electrically connected to the second detection electrode 63 in the first counter beam 62 and the second counter beam 65 by a wiring pattern (not shown).
  • the first detection electrode land 24 in the first fixed portion 21 is electrically connected to the first detection electrode 34 in the first detection vibrating body 34 and the second detection vibration body 39 by a wiring pattern (not shown).
  • the monitor electrode land 26 is electrically connected to the monitor electrode 61 in the first drive vibrating body 33 and the second drive vibrating body 38 by a wiring pattern (not shown).
  • a wafer 69 on which the drive electrode 33A, the first detection electrode 35, the second detection electrode 63, the monitor electrode 61, and a wiring pattern (not shown) are formed is prepared.
  • the wafer 69 is made of Si.
  • the resist film 64 is formed into a predetermined shape by photolithography as shown in FIG. 4B. To pattern.
  • a fluorine-based gas such as SF 6 or CF 6 is introduced, thereby providing a resist film 64 on the wafer 69 as shown in FIG. 4C.
  • the groove 68 is formed by etching other than the formed portion.
  • a film 66 is pasted on the upper surface of the resist film 64.
  • the film 66 has an adhesive layer (not shown).
  • the film 66 protects the upper surface of the wafer 69 during back grinding of 50 to 200 ⁇ m. Thereafter, the wafer 69 is turned upside down and the film 66 is fixed to a chuck table (not shown).
  • the back surface of the wafer 69 is ground by rotating the back grind wheel 67.
  • the adhesive force of the film 66 is reduced and the film 66 is peeled off from the resist film 64. Then, the resist film 64 is removed and the wafer 69 is cut (divided) to obtain individual pieces. An angular velocity sensor element precursor is taken out.
  • laser irradiation is performed to form a groove 62A in the first counter beam 62 and a groove 65A in the second counter beam 65.
  • a ceramic side wall 73 and a stepped portion 74 are formed over the outer periphery of the upper surface of the multilayer circuit board 72 formed of an insulator made of ceramic (not shown) and a wiring conductor (not shown). Thereafter, a terminal electrode 75 is formed of Au on the upper surface of the stepped portion 74, and a Kovar metal frame 79 is fixed to the upper surface of the side wall 73.
  • a power electrode 76, a GND electrode 77, and an output electrode are formed on the lower surface of the multilayer circuit board 72 with Ag.
  • the IC 88 is mounted on the upper surface of the multilayer circuit board 72 in the case 70, and then the IC 88 and the multilayer circuit board 72 are electrically connected.
  • the acceleration sensor element 87 is mounted on the upper surface of the multilayer circuit board 72 in the case 70 so as to be juxtaposed with the IC 88. Thereafter, the acceleration sensor element 87 and the terminal electrode 75 in the case 70 are electrically connected by wire bonding via an aluminum wire wire (not shown).
  • the lower surfaces of the first fixing portion 21 and the second fixing portion 28 of the angular velocity sensor element 10 are fixed to a mounting member 80 in which eight terminals 81 are insert-molded in advance.
  • the drive electrode land 22, the first detection electrode land 24, the second detection electrode land 23, the GND electrode land 25, the monitor electrode land 26, and the terminal 81 in the first fixed portion 21 and the second fixed portion 28 are made of aluminum. Electrical connection is made by wire bonding through a wire line (not shown).
  • the terminals 81 are soldered to the terminal electrodes 75 in the case 70, the terminals 81 are embedded in the case 70. Finally, the lid 89 is fixed to the opening of the case 70 in a nitrogen atmosphere by seam welding.
  • the IC 88 applies an AC voltage to the drive electrode lands 22 in the first fixed portion 21 and the second fixed portion 28, the AC voltage is supplied to the first drive vibrator 33 and the second drive via a wiring pattern (not shown). This is applied to the drive electrode 33A in the vibration body 38, the third drive vibration body 52, and the fourth drive vibration body 58.
  • the phase of the AC voltage is the same as the direction of polarization of the drive electrode 33A, tensile stress is generated in the drive electrode 33A.
  • the phase of the AC voltage is in the opposite direction, compressive stress is generated in the drive electrode 33A.
  • the first drive vibrator 33, the second drive vibrator 38, the third drive vibrator 52, and the fourth drive vibrator 58 are driven to vibrate at a speed V in the X-axis direction according to the phase of the AC voltage.
  • This drive vibration is transmitted to the weight portions 36, 40, 56, 60 through the first detection vibration body 34, the second detection vibration body 39, the third detection vibration body 54, and the fourth detection vibration body 59. Therefore, the weight portions 36, 40, 56, 60 are driven to vibrate at a speed V in the X-axis direction.
  • the weight portions 36, 40, 56, 60 vibrate in the Y-axis direction due to Coriolis force.
  • the first detection vibration body 34, the second detection vibration body 39, the third detection vibration body 54, and the fourth detection vibration body 59 the first drive vibration body 33, the second drive vibration body 38, and the third drive vibration body.
  • a portion extending in a direction perpendicular to the extending direction of the 52 and the fourth drive vibrating body 58 vibrates in the Y-axis direction.
  • These portions are portions parallel to the twisted extension portion 32 in a stationary state.
  • the first detection vibrating body 34, the second detection vibrating body 39, the third detection vibrating body 54, and the fourth detection vibrating body 59 are bent in the L-shape so that the above-described Y-axis direction driving is performed. As a result, it bends and vibrates in the X-axis direction.
  • An output signal generated by the electric charges generated in the second detection electrode land 23 and the first detection electrode land 24 is input to the IC 88 via a wire line (not shown) and the terminal 81.
  • the IC 88 processes this output signal and outputs an output signal of angular velocity from the output electrode 78 in the case 70 to the outside via the terminal electrode 75. In this way, the angular velocity around the Z axis can be detected.
  • the first counter beam 62 and the second counter beam 65 are connected to the torsion extension continuous member 132.
  • the first counter beam 62 is disposed substantially parallel to the first drive vibrating body 33 and the second drive vibrating body 38.
  • the portion around the first end of the first counter beam 62 is in a direction opposite to the direction of movement of the center of gravity of the combined portion of the first drive vibrator 33, the first detection vibrator 34, and the weight 36. Is configured to move.
  • the portion around the second end of the first counter beam 62 is in a direction opposite to the direction in which the center of gravity of the portion including the second drive vibrating body 38, the second detection vibrating body 39, and the weight portion 40 moves. Is configured to move.
  • the second counter beam 65 is disposed substantially parallel to the third drive vibrating body 52 and the fourth drive vibrating body 58.
  • the portion around the second end of the second counter beam 65 is in a direction opposite to the direction in which the center of gravity of the portion including the third drive vibrating body 52, the third detection vibrating body 54, and the weight portion 56 moves. Is configured to move.
  • the portion around the first end of the second counter beam 65 is in a direction opposite to the direction in which the center of gravity of the portion combining the fourth drive vibrator 58, the fourth detection vibrator 59, and the weight 60 moves. Configured to move to.
  • the first counter beam 62 and the second counter beam 65 vibrate in the opposite direction to the first drive vibrating body 33, the second drive vibrating body 38, the third drive vibrating body 52, and the fourth drive vibrating body 58. To do. Therefore, the vibrations transmitted from the weights 36, 40, 56, 60 to the substrate to which the angular velocity sensor is attached can be canceled by the vibrations in the opposite directions of the first counter beam 62 and the second counter beam 65. As a result, resonance of the substrate can be prevented and the accuracy of the output signal is improved.
  • the weight portions 36, 40, 56, 60 vibrate in the Z-axis direction due to Coriolis force.
  • a torsional force is applied to the torsion extending portion 32 via the 52 and the fourth drive vibrating body 58.
  • the first counter beam 62 and the second counter beam 65 vibrate in the Z-axis direction.
  • electric charges are generated in the second detection electrodes 63 provided on the first counter beam 62 and the second counter beam 65, and the angular velocity around the Y axis can be detected based on an output signal generated by the electric charges.
  • the second detection electrode 63 on the first counter beam 62 and the second counter beam 65, an angular velocity around an axis different from the angular velocity detected by the first detection electrode 35 can be detected.
  • the first counter beam 62 and the second counter beam 65 are connected to the torsion extension continuous member 132.
  • the first counter beam 62 is disposed substantially in parallel with the first drive vibration body 33 and the second drive vibration body 38
  • the second counter beam 65 is disposed substantially in parallel with the third drive vibration body 52 and the fourth drive vibration body 58.
  • the first counter beam 62 and the second counter beam 65 vibrate in the opposite direction to the first drive vibrator 33, the second drive vibrator 38, the third drive vibrator 52, and the fourth drive vibrator 58. It is configured. Therefore, as shown in FIG.
  • the first counter beam 62, the second counter beam are arranged. 65 vibrates as follows. A portion of the first counter beam 62 close to the first drive vibrating body 33 vibrates so as to be displaced to the positive side of the Z axis. Further, the portion of the first counter beam 62 close to the second drive vibrating body 38 vibrates so as to be displaced to the negative side of the Z axis. On the other hand, the portion of the second counter beam 65 close to the third drive vibrator 52 vibrates so as to be displaced to the negative side of the Z axis. A portion of the second counter beam 65 near the fourth drive vibrating body 58 vibrates so as to be displaced to the positive side of the Z axis.
  • the first counter beam 62 and the second counter beam 65 are provided with grooves 62A and 65A, and the first detection vibrator 34, the second detection vibrator 39, and the third are provided by the grooves 62A and 65A. It is preferable to adjust the amount of displacement due to vibrations of the detection vibrating body 54 and the fourth detection vibrating body 59 and the first counter beam 62 and the second counter beam 65. According to this configuration, it is possible to accurately cancel the vibration that is about to be transmitted from the detection vibration body to the fixed portion via the drive vibration body, the torsion extension portion, and the extension portion.
  • the grooves 62A and 65A are formed by removing the piezoelectric layer 31, but the grooves 62A and 65A may be formed by further removing the common GND electrode 30 and the Si member. .
  • the groove portions 62A and 65A are provided in the first counter beam 62 and the second counter beam 65, but the same effect can be obtained by providing groove portions in the weight portions 36, 40, 56, and 60. Play.
  • the driving vibration body is operated by the piezoelectric action, and the detection vibration body detects the vibration using the piezoelectric action.
  • electrostatic action may be used.
  • FIG. 2 shows two fixed portions, two extending portions, two torsion extending portions, four driving vibrators each provided with two driving electrodes, and each of the driving vibrators 1.
  • An angular velocity sensor element 10 having four detection vibrators connected to each other and two counter beams is shown.
  • the effect of the present invention is achieved even with an angular velocity sensor element in which each of the fixed portion, the extending portion, the torsion extending portion, the drive electrode, the drive vibrating body, the detection vibrating body, and the counter beam is one.
  • the angular velocity sensor element according to the present invention suppresses vibration from being transmitted to the substrate to which the angular velocity sensor is attached. Therefore, the output signal does not fluctuate. Therefore, it is useful as an angular velocity sensor element used for an angular velocity sensor used in various electronic devices.

Abstract

　角速度センサ素子は、固定部と、延出部と、捩れ延出部と、駆動振動体と、検出振動体と、カウンター梁とを有する。延出部は固定部に接続された第１端と、第２端とを有する。捩れ延出部は延出部の第２端と接続された第１端と、第２端とを有する。駆動振動体は捩れ延出部の第２端と接続された第１端と、第２端とを有する。また駆動振動体には、駆動電極が設けられている。検出振動体は駆動振動体の第２端に接続されている。検出振動体には、第１検出電極が設けられている。カウンター梁は捩れ延出部の第２端に接続され、駆動振動体と略平行に配置されるとともに、駆動振動体と逆方向に振動するように構成されている。

Description

角速度センサ素子およびそれを用いた角速度センサ
　本発明は、各種電子機器に用いられる角速度センサと、それに使用される角速度センサ素子に関する。
　以下に従来の角速度センサ素子について、図７を参照しながら説明する。図７は従来の角速度センサ素子の側面図である。
　この角速度センサ素子は２本のアーム１と一対の支持部２と一対の検出部３と一対の支持固定部４とを有する。アーム１は互いに平行に設けられ、一対の支持部２は２本のアーム１の両端に各々設けられている。検出部３は支持部２と各々に接続されている。支持固定部４は検出部３と各々に接続されている。そして、支持固定部４は取付基板（図示せず）に固定される（例えば、特許文献１参照）。
　次に、以上のように構成された従来の角速度センサ素子の動作を説明する。角速度センサ素子に駆動回路（図示せず）から駆動信号を与えられると、実線矢印で示すように、２本のアーム１が例えば圧電効果等によって、Ｘ軸方向に沿って互いに逆方向に振動する。このとき、Ｘ軸に直交するＹ軸またはＺ軸周りに角速度が加わると、それぞれ角速度回転軸に対する垂直平面内で、駆動振動方向に対して垂直方向にコリオリ力が働く。例えば、Ｚ軸周りに角速度が加わった際には、一点鎖線矢印で示すように、図中のＹ軸方向にコリオリ力が働く。その結果、それぞれのコリオリ力の向きに対応する検出振動が検出部３に伝わり、検出部３に設けられた圧電膜（図示せず）が検出振動を電気信号として出力する。図示しない検出回路はこの電気信号を基に角速度信号を検出する。
特開２００４－３１７３８０号公報
　本発明は、取付基板に振動が伝わることによる出力信号の変動が抑制された角速度センサ素子を提供する。
　本発明の角速度センサ素子は、固定部と、延出部と、捩れ延出部と、駆動振動体と、検出振動体と、カウンター梁とを有する。延出部は固定部に接続された第１端と、第２端とを有する。捩れ延出部は延出部の第２端と接続された第１端と、第２端とを有する。駆動振動体は捩れ延出部の第２端と接続された第１端と、第２端とを有する。また駆動振動体には、駆動電極が設けられている。検出振動体は駆動振動体の第２端に接続されている。検出振動体には、第１検出電極が設けられている。カウンター梁は捩れ延出部の第２端に接続され、駆動振動体と平行に配置されるとともに、駆動振動体と逆方向に振動するように構成されている。
　この構成により、検出振動体から駆動振動体、捩れ延出部、延出部を介して固定部に振動が伝わろうとする際に、カウンター梁の逆方向の振動により、伝わろうとする振動が打ち消される。その結果、角速度センサ素子を含む角速度センサを取付ける取付基板の共振を防止することができる。したがって、角速度センサ素子からの出力信号の精度が向上する。
本発明の実施の形態における角速度センサの分解斜視図 図１Ａに示す角速度センサのブロック図 本発明の実施の形態における角速度センサ素子の平面図 図２に示す角速度センサ素子における駆動振動体および検出振動体の側断面図 図２に示す角速度センサ素子の材料であるウェハの断面図 図２に示す角速度センサ素子の組立工程を示す断面図 図４Ｂに続く角速度センサ素子の組立工程を示す断面図 図４Ｃに続く角速度センサ素子の組立工程を示す断面図 図４Ｄに続く角速度センサ素子の組立工程を示す断面図 図２に示す角速度センサ素子が動作する状態を示す平面図 図２に示す角速度センサ素子が動作する状態を示す斜視図 従来の角速度センサ素子の側面図
　本発明の実施の形態の説明に先立ち、図７に示す従来の角速度センサ素子における課題を簡単に説明する。検出部３に伝わった検出振動は、さらに支持固定板４を介して角速度センサ素子を含む角速度センサを取付ける取付基板（図示せず）に伝わる。そのため、その取付基板も一緒に共振する。その結果、アーム１の検出振動時の共振周波数が変動し、出力信号が変動する。したがって出力信号が不安定である。
　以下、本発明の実施の形態における角速度センサ素子１０とそれを用いた角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。図１Ａは本発明の実施の形態における角速度センサの分解斜視図、図１Ｂは図１Ａに示す角速度センサのブロック図である。図２は角速度センサ素子１０の平面図、図３は角速度センサ素子１０における駆動振動体および検出振動体の側断面図である。
　図１Ａに示すように、この角速度センサは、角速度センサ素子１０と、ＩＣ８８と、ケース７０とを有する。ＩＣ８８は角速度センサ素子１０に交流電圧を印加して角速度センサ素子１０を振動駆動する。また、ＩＣ８８は角速度センサ素子１０から出力される出力信号を処理する。ケース７０は角速度センサ素子１０とＩＣ８８とを収納している。ケース７０の外底面にはＩＣ８８と電気的に接続された電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極（図示せず）が設けられている。出力電極はケース７０の外底面の中央寄りに設けられている。
　ケース７０は、内底面および内側面から外底面にわたってセラミックと配線用導体の層構造を有する。特に内底面は、配線パターン（図示せず）を有する多層回路基板７２で構成されている。また、ケース７０の側壁７３の内側面には段差部７４が設けられ、段差部７４には端子電極７５が設けられている。また前述のように、ケース７０の外底面には電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極（図示せず）が設けられている。端子電極７５と、電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極とは、多層回路基板７２の配線パターンにより電気的に接続されている。また、側壁７３の上面にはコバール製の金属枠７９が設けられている。
　ＩＣ８８はケース７０の内底面に配置されている。なお図１Ｂに示すように、ＩＣ８８は角速度センサ素子１０に駆動信号を供給する駆動部８８Ａと、角速度センサ素子１０からの出力信号に基づき角速度センサ素子１０に印加された角速度を算出する処理部８８Ｂとを有する。具体的には駆動部８８Ａは、図３に示す駆動電極ランド２２に駆動信号を供給し、処理部８８Ｂは第２検出電極ランド２３からの出力信号に基づき角速度センサ素子１０に印加された角速度を算出する。
　この角速度センサはさらに、樹脂製の載置部材８０と、加速度センサ素子８７と、蓋８９とを有する。載置部材８０は角速度センサ素子１０を支持している。具体的には、載置部材８０は図３に示す第１固定部２１および第２固定部２８を支持している。また、載置部材８０は、ケース７０における端子電極７５と電気的に接続された８つの端子８１を有する。この構成によりケース７０は端子８１を介して載置部材８０を周囲から支持している。加速度センサ素子８７はケース７０の内底面にＩＣ８８と並設され、ワイヤー線（図示せず）により端子電極７５と電気的に接続されている。コバール製の蓋８９はケース７０の開口部を閉塞している。
　次に、図２、図３を参照しながら角速度センサ素子１０の構成について説明する。角速度センサ素子１０は第１固定部２１と、第２固定部２８と、第１延出部２７と、第２延出部２９と、一対の捩れ延出部３２と、第１駆動振動体３３と、第２駆動振動体３８と、第３駆動振動体５２と、第４駆動振動体５８と、第１検出振動体３４と、第２検出振動体３９と、第３検出振動体５４と、第４検出振動体５９と、第１カウンター梁６２と、第２カウンター梁６５とを有する。
　第１延出部２７は第１固定部２１に接続された第１端と、第２端とを有する。第２延出部２９は第２固定部２８に接続された第１端と、第２端とを有する。一対の捩れ延出部３２はそれぞれ、第１延出部２７、第２延出部２９の各第２端と接続された第１端と、第２端とを有する。
　第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８、第３駆動振動体５２、第４駆動振動体５８はそれぞれ、捩れ延出部３２の一方の第２端と接続された第１端と、第２端とを有するとともに、駆動電極３３Ａが設けられている。第１検出振動体３４、第２検出振動体３９、第３検出振動体５４、第４検出振動体５９はそれぞれ、第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８、第３駆動振動体５２、第４駆動振動体５８の第２端に接続されるとともに、第１検出電極３５が設けられている。
　第１カウンター梁６２は、捩れ延出部３２のそれぞれの第２端に接続され、第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８と略平行に配置されるとともに、第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８と逆方向に振動するように構成されている。第２カウンター梁６５は、捩れ延出部３２のそれぞれの第２端に接続され、第３駆動振動体５２、第４駆動振動体５８と略平行に配置されるとともに、第３駆動振動体５２、第４駆動振動体５８と逆方向に振動するように構成されている。
　第１固定部はシリコン（Ｓｉ）で形成され、第１固定部２１の上面には一対の駆動電極ランド２２、第２検出電極ランド２３、４つの第１検出電極ランド２４、ＧＮＤ電極ランド２５およびモニター電極ランド２６が設けられている。第２固定部２８もＳｉで形成され、第２固定部２８の上面には一対の駆動電極ランド２２、第２検出電極ランド２３、４つの第１検出電極ランド２４、ＧＮＤ電極ランド２５およびモニター電極ランド２６が設けられている。第１延出部２７、第２延出部２９もＳｉで形成され、第１延出部２７の一端は第１固定部２１に接続され、第２延出部２９の一端は第２固定部２８に接続されている。駆動電極ランド２２、第２検出電極ランド２３、第１検出電極ランド２４、ＧＮＤ電極ランド２５およびモニター電極ランド２６は、図１Ａに示す端子８１とワイヤー線（図示せず）により電気的に接続されている。
　一対の捩れ延出部３２の第１端は第１延出部２７、第２延出部２９の各第２端と接続されているとともに、一対の捩れ延出部３２は直線的に互いに接続されている。見方を変えると、直方体形状の捩れ延出部連続体１３２の略中央の側面は第１延出部２７と第２延出部２９とにより挟まれ、この箇所で捩れ延出部連続体１３２と第１延出部２７と第２延出部２９とが接続されている。
　第１駆動振動体３３は捩れ延出部３２から垂直な方向に延出されるとともに、上面に一対の駆動電極３３Ａが設けられている。図３に示すように、第１駆動振動体３３は、一対の駆動電極３３Ａと、共通ＧＮＤ電極３０と、圧電層３１とを有する。駆動電極３３Ａと共通ＧＮＤ電極３０とは、ＰｔとＴｉとの合金薄膜で形成されている。圧電層３１はＰＺＴ薄膜で形成されている。圧電層３１は共通ＧＮＤ電極３０の上面に設けられ、駆動電極３３Ａは圧電層３１の上面に設けられている。なお共通ＧＮＤ電極３０はＳｉなどの基材３７の上に形成されている。
　第１検出振動体３４は第１駆動振動体３３の第２端から、第１駆動振動体３３の延出方向と垂直な方向に延出されるとともに、Ｌ字形状に略中央を折り曲げられている。また、第１検出振動体３４の上面には、Ｚ軸方向の角速度を検出する第１検出電極３５が設けられている。第１検出振動体３４も、第１駆動振動体３３と同様に、一対の第１検出電極３５と、共通ＧＮＤ電極３０と、圧電層３１とを有する。第１検出電極３５もＰｔとＴｉとの合金薄膜で形成されている。ＰＺＴ薄膜で形成された圧電層３１は共通ＧＮＤ電極３０の上面に設けられ、第１検出電極３５は圧電層３１の上面に設けられている。第１検出振動体３４の第２端には重り部３６が接続されている。
　第２駆動振動体３８は捩れ延出部３２から垂直な方向に第１駆動振動体３３と平行に延出されるとともに、上面に一対の駆動電極３３Ａが設けられている。第２検出振動体３９は第２駆動振動体３８の第２端から、第２駆動振動体３８の延出方向と垂直な方向でかつ、第１検出振動体３４と反対の方向に延出されるとともに、Ｌ字形状に略中央を折り曲げられている。第２検出振動体３９の第２端には重り部４０が接続されている。
　第３駆動振動体５２は捩れ延出部３２から第２駆動振動体３８と反対方向でかつ捩れ延出部３２と垂直な方向に延出されるとともに、上面に一対の駆動電極３３Ａが設けられている。第３検出振動体５４は第３駆動振動体５２の第２端から、第３駆動振動体５２の延出方向と垂直な方向に延出されるとともに、Ｌ字形状に略中央を折り曲げられている。また、第３検出振動体５４の上面には、第１検出電極３５が設けられている。第３検出振動体５４の第２端には重り部５６が接続されている。
　第４駆動振動体５８は捩れ延出部３２から垂直な方向に第３駆動振動体５２と平行に延出されるとともに、上面に一対の駆動電極３３Ａが設けられている。第４検出振動体５９は第４駆動振動体５８の第２端から、第４駆動振動体５８の延出方向と垂直な方向でかつ、第３検出振動体５４と反対の方向に延出されるとともに、Ｌ字形状に略中央を折り曲げられている。第４検出振動体５９の第２端には重り部６０が接続されている。
　第１検出振動体３４、第２検出振動体３９、第３検出振動体５４および第４検出振動体５９における各々の駆動電極３３Ａと第１検出電極３５との間にはモニター電極６１が設けられている。
　第１カウンター梁６２、第２カウンター梁６５は角ばったＣ字形状を有する。第１カウンター梁６２の第１端は捩れ延出部連続体１３２の第１端の側面に接続されている。この第１端の周辺の部分は、第１駆動振動体３３に平行に設けられている。第１カウンター梁６２の第２端は捩れ延出部連続体１３２の第２端の側面に接続されている。この第２端の周辺の部分は、第２駆動振動体３８に平行に設けられている。さらに、これら第１端の周辺の部分および第２端の周辺の部分に直交して伸び、捩れ延出部連続体１３２に平行な部分は、第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８が折れ曲って伸びる部分と平行に設けられている。第１カウンター梁６２の第１端付近、第２端付近の上面にはそれぞれ、Ｙ軸周りの角速度を検出する第２検出電極６３が設けられている。
　同様に、第２カウンター梁６５の第１端は捩れ延出部連続体１３２の第１端の側面でかつ第１カウンター梁６２が接続された面の反対の側面に接続されている。この第１端の周辺の部分は、第４駆動振動体５８に平行に設けられている。第２カウンター梁６５の第２端は捩れ延出部連続体１３２の第２端の側面でかつ第１カウンター梁６２が接続された面と反対の側面に接続されている。この第２端の周辺の部分は、第３駆動振動体５２に平行に設けられている。さらに、これら第１端の周辺の部分および第２端の周辺の部分に直交して伸び、捩れ延出部連続体１３２に平行な部分は、第３駆動振動体５２、第４駆動振動体５８が折れ曲って伸びる部分と平行に設けられている。第２カウンター梁６５の第１端付近、第２端付近の上面にはそれぞれ、第２検出電極６３が設けられている。
　第１カウンター梁６２の上面には、圧電層３１を除去することにより形成された一対の溝部６２Ａが設けられている。同様に、第２カウンター梁６５の上面にも、圧電層３１を除去することにより形成された一対の溝部６５Ａが設けられている。すなわち、第１カウンター梁６２、第２カウンター梁６５の一部には、駆動振動体とカウンター梁との振動による変位量を調整する溝部６２Ａ、６５Ａが形成されていることが好ましい。
　第１固定部２１における駆動電極ランド２２は、第１駆動振動体３３および第２駆動振動体３８における駆動電極３３Ａと配線パターン（図示せず）により電気的に接続されている。第２検出電極ランド２３は配線パターン（図示せず）により、第１カウンター梁６２、第２カウンター梁６５における第２検出電極６３に電気的に接続されている。第１固定部２１における第１検出電極ランド２４は、第１検出振動体３４、第２検出振動体３９における第１検出電極３５に、配線パターン（図示せず）により電気的に接続されている。また、モニター電極ランド２６は、第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８におけるモニター電極６１に、配線パターン（図示せず）により電気的に接続されている。
　次に、以上のように構成された角速度センサ素子１０およびそれを用いた角速度センサの組立方法を図４Ａ～図４Ｅを参照しながら説明する。
　まず、図４Ａに示すように、予め上面に駆動電極ランド２２、第２検出電極ランド２３、第１検出電極ランド２４、モニター電極ランド２６、ＧＮＤ電極ランド２５、共通ＧＮＤ電極３０、圧電層３１、駆動電極３３Ａ、第１検出電極３５、第２検出電極６３、モニター電極６１および配線パターン（図示せず）を形成したウェハ６９を準備する。ウェハ６９はＳｉで形成されている。
　次に、スピンコートによりウェハ６９の上面に、例えば、アルミ、チタン、酸化シリコン、窒化シリコン等のレジスト膜６４を塗布した後、図４Ｂに示すように、フォトリソグラフィーにより、レジスト膜６４を所定形状にパターンニングする。
　次に、ウェハ６９をドライエッチング装置（図示せず）にセットした後、ＳＦ６あるいはＣＦ６等のフッ素系ガスを導入することにより、図４Ｃに示すように、ウェハ６９のレジスト膜６４が設けられた部分以外をエッチングして溝６８を形成する。
　次に、図４Ｄに示すように、レジスト膜６４の上面に、フィルム６６を貼る。フィルム６６は粘着剤層（図示せず）を有する。フィルム６６は、５０～２００μｍのバックグラインド時にウェハ６９の上面を保護する。その後、ウェハ６９の上下を逆さまにして、フィルム６６をチャックテーブル（図示せず）に固定する。
　次に、図４Ｅに示すように、バックグラインドホイール６７を回転させることにより、ウェハ６９の裏面を研削する。
　次に、ＵＶを照射することにより、フィルム６６の粘着力を低減させてレジスト膜６４からフィルム６６を剥離した後、レジスト膜６４を除去するとともに、ウェハ６９を切断（分割）して個片の角速度センサ素子前駆体を取り出す。
　最後に、レーザを照射して、第１カウンター梁６２に溝部６２Ａを形成するとともに、第２カウンター梁６５に溝部６５Ａを形成する。
　一方、セラミックからなる絶縁体（図示せず）と配線用導体（図示せず）とで構成された多層回路基板７２の上面の外周にわたって、セラミックの側壁７３と段差部７４とを形成する。その後、段差部７４の上面に、Ａｕで端子電極７５を形成し、さらに、側壁７３の上面にコバール製の金属枠７９を固着する。
　次に、多層回路基板７２の下面にＡｇで電源電極７６、ＧＮＤ電極７７および出力電極（図示せず）を形成する。次に、ＩＣ８８をケース７０における多層回路基板７２の上面に実装し、その後、ＩＣ８８と多層回路基板７２とを電気的に接続する。
　次に、ケース７０における多層回路基板７２の上面に、ＩＣ８８と並設するように、加速度センサ素子８７を実装する。その後、加速度センサ素子８７とケース７０における端子電極７５とをアルミニウム製のワイヤー線（図示せず）を介してワイヤーボンディングにより電気的に接続する。
　次に、８つの端子８１を予めインサート成形した載置部材８０に、角速度センサ素子１０における第１固定部２１および第２固定部２８の下面を固着する。その後、第１固定部２１および第２固定部２８における駆動電極ランド２２、第１検出電極ランド２４、第２検出電極ランド２３、ＧＮＤ電極ランド２５およびモニター電極ランド２６と端子８１とをアルミニウム製のワイヤー線（図示せず）を介してワイヤーボンディングにより電気的に接続する。
　次に、８つの端子８１をケース７０における端子電極７５に半田付けした後、端子８１をケース７０に埋設する。最後に、ケース７０の開口部に、蓋８９をシーム溶接により窒素雰囲気中で固着する。
　次に、以上のようにして組み立てられた角速度センサ素子１０およびそれを用いた角速度センサの動作を説明する。
　第１固定部２１および第２固定部２８における駆動電極ランド２２にＩＣ８８が交流電圧を印加すると、この交流電圧は配線パターン（図示せず）を介して、第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８、第３駆動振動体５２および第４駆動振動体５８における駆動電極３３Ａに印加される。交流電圧の位相が駆動電極３３Ａの分極の方向と同じ方向の場合には駆動電極３３Ａに引張応力が発生する。一方、交流電圧の位相が反対の方向の場合には、駆動電極３３Ａに圧縮応力が発生する。そのため、交流電圧の位相に応じて、第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８、第３駆動振動体５２および第４駆動振動体５８がＸ軸方向に速度Ｖで駆動振動する。この駆動振動は第１検出振動体３４、第２検出振動体３９、第３検出振動体５４および第４検出振動体５９を介して重り部３６、４０、５６、６０に伝わる。そのため、重り部３６、４０、５６、６０がＸ軸方向に速度Ｖで駆動振動する。
　まず、角速度センサ素子１０にＺ軸周りの角速度が印加される場合を説明する。この場合、重り部３６、４０、５６、６０がコリオリ力によりＹ軸方向に振動する。すると、第１検出振動体３４、第２検出振動体３９、第３検出振動体５４および第４検出振動体５９における、第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８、第３駆動振動体５２および第４駆動振動体５８の延出方向に垂直な方向に延出された箇所がＹ軸方向に振動する。これらの箇所は、静止状態において捩れ延出部３２に平行な部分である。そして、角速度に応じた電荷が第１検出電極３５に発生する。さらに、第１検出振動体３４、第２検出振動体３９、第３検出振動体５４および第４検出振動体５９のＬ字形状に折り曲げられた先端側の部分は、前述のＹ軸方向駆動に伴い、Ｘ軸方向に撓み振動する。そして、第２検出電極ランド２３および第１検出電極ランド２４に発生する電荷により生じる出力信号がワイヤー線（図示せず）と端子８１とを介してＩＣ８８に入力される。ＩＣ８８はこの出力信号を処理して端子電極７５を介し、ケース７０における出力電極７８から角速度の出力信号を外部に出力する。このようにして、Ｚ軸周りの角速度を検出することができる。
　図５に示すように、Ｚ軸周りの角速度が印加されると、重り部３６、４０、５６、６０が左方向に回転する。この回転による振動がこの角速度センサを取り付けた基板（図示せず）に伝わるか否かを以下に考察する。
　角速度センサ素子１０においては、捩れ延出部連続体１３２に第１カウンター梁６２と第２カウンター梁６５とが接続されている。第１カウンター梁６２は第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８と略平行に配置されている。そして、第１カウンター梁６２における第１端の周辺の部分は、第１駆動振動体３３と第１検出振動体３４と重り部３６とをあわせた部分の重心の移動する方向と反対の方向に移動するように構成されている。同様に、第１カウンター梁６２における第２端の周辺の部分は、第２駆動振動体３８と第２検出振動体３９と重り部４０をあわせた部分の重心の移動する方向と反対の方向に移動するように構成されている。
　同様に、第２カウンター梁６５は第３駆動振動体５２、第４駆動振動体５８と略平行に配置されている。そして、第２カウンター梁６５における第２端の周辺の部分は、第３駆動振動体５２と第３検出振動体５４と重り部５６とをあわせた部分の重心の移動する方向と反対の方向に移動するように構成されている。同様に、第２カウンター梁６５における第１端の周辺の部分は、第４駆動振動体５８と第４検出振動体５９と重り部６０とをあわせた部分の重心の移動する方向と反対の方向に移動するように構成されている。
　この構造により、第１カウンター梁６２、第２カウンター梁６５は、第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８、第３駆動振動体５２および第４駆動振動体５８とは逆方向に振動する。そのため、第１カウンター梁６２および第２カウンター梁６５の逆方向の振動により、重り部３６、４０、５６、６０から角速度センサを取り付けた基板へ伝わろうとする振動を打ち消すことができる。その結果、この基板の共振を防止することができ、出力信号の精度が向上する。
　次に、角速度センサ素子１０にＹ軸周りの角速度が印加される場合を説明する。この場合、重り部３６、４０、５６、６０がコリオリ力によりＺ軸方向に振動する。すると、第１検出振動体３４、第２検出振動体３９、第３検出振動体５４および第４検出振動体５９と、第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８、第３駆動振動体５２および第４駆動振動体５８を介して、捩れ延出部３２に捩り力が加わる。そして、第１カウンター梁６２、第２カウンター梁６５がＺ軸方向に振動する。そして、第１カウンター梁６２および第２カウンター梁６５に設けられた第２検出電極６３に電荷が発生し、この電荷により生じる出力信号に基づき、Ｙ軸周りの角速度を検出することができる。
　このように第１カウンター梁６２および第２カウンター梁６５に第２検出電極６３を設けることにより、第１検出電極３５により検出する角速度と異なる軸周りの角速度を検出することができる。
　Ｙ軸周りの角速度が印加されることにより、図６に示すように、重り部４０、５６がＺ軸のプラス側に変位し、重り部３６、６０がＺ軸のマイナス側に変位する。この振動が捩れ延出部３２、第１延出部２７、第２延出部２９、第１固定部２１および第２固定部２８を介して、角速度センサを取り付けた基板に伝わるか否かを以下に考察する。
　角速度センサ素子１０においては、捩れ延出部連続体１３２に第１カウンター梁６２と第２カウンター梁６５とが接続されている。第１カウンター梁６２は第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８と略平行に、第２カウンター梁６５は第３駆動振動体５２、第４駆動振動体５８と略平行に配置されている。そして、第１カウンター梁６２、第２カウンター梁６５は、第１駆動振動体３３、第２駆動振動体３８、第３駆動振動体５２および第４駆動振動体５８とは逆方向に振動するように構成されている。したがって、図６に示すように、重り部４０、５６がＺ軸のプラス側に変位し、重り部３６、６０がＺ軸のマイナス側に変位する場合、第１カウンター梁６２、第２カウンター梁６５は次のように振動する。第１カウンター梁６２における第１駆動振動体３３に近い部分は、Ｚ軸のプラス側に変位するように振動する。また第１カウンター梁６２における第２駆動振動体３８に近い部分はＺ軸のマイナス側に変位するように振動する。一方、第２カウンター梁６５における第３駆動振動体５２に近い部分はＺ軸のマイナス側に変位するように振動する。そして、第２カウンター梁６５における第４駆動振動体５８近い部分はＺ軸のプラス側に変位するように振動する。
　そのため、重り部３６、４０、５６、６０から角速度センサを取り付けた基板へ伝わろうとする振動を打ち消すことができる。その結果、この基板の共振を防止することができ、出力信号の精度が向上する。
　なお、前述のように第１カウンター梁６２および第２カウンター梁６５の一部に溝部６２Ａ、６５Ａを設け、溝部６２Ａ、６５Ａにより、第１検出振動体３４、第２検出振動体３９、第３検出振動体５４および第４検出振動体５９と第１カウンター梁６２および第２カウンター梁６５との振動による変位量を調整することが好ましい。この構成によれば、検出振動体から駆動振動体、捩れ延出部、延出部を介して固定部に振動が伝わろうとする振動を精度良く打ち消すことができる。
　なお、角速度センサ素子１０においては、圧電層３１を除去することにより溝部６２Ａ、６５Ａを形成しているが、さらに共通ＧＮＤ電極３０およびＳｉ部材まで除去して溝部６２Ａ、６５Ａを形成してもよい。
　また、角速度センサ素子１０においては、第１カウンター梁６２および第２カウンター梁６５に溝部６２Ａ、６５Ａを設けているが、重り部３６、４０、５６、６０に溝部を設けても同様の効果を奏する。
　なお以上の説明では、駆動振動体を圧電作用により動作させ、検出振動体では圧電作用を利用して振動を検出している。しかしながら、例えば静電作用を利用してもよい。
　また図２は、２つの固定部と、２つの延出部と、２つの捩れ延出部と、それぞれに２つの駆動電極が設けられた４つの駆動振動体と、それぞれが駆動振動体の１つに接続された４つの検出振動体と、２つのカウンター梁を有する角速度センサ素子１０を示している。しかしながら、固定部、延出部と、捩れ延出部、駆動電極、駆動振動体、検出振動体、カウンター梁がそれぞれ１つである角速度センサ素子であっても本発明の効果を奏する。
　本発明に係る角速度センサ素子は、角速度センサを取り付けた基板に振動が伝わることが抑制される。そのため出力信号が変動しない。したがって、特に各種電子機器に用いられる角速度センサに使用される角速度センサ素子として有用である。
１０　　角速度センサ素子
２１　　第１固定部
２２　　駆動電極ランド
２３　　第２検出電極ランド
２４　　第１検出電極ランド
２５　　ＧＮＤ電極ランド
２６　　モニター電極ランド
２７　　第１延出部
２８　　第２固定部
２９　　第２延出部
３０　　共通ＧＮＤ電極
３１　　圧電層
３２　　捩れ延出部
３３　　第１駆動振動体
３３Ａ　　駆動電極
３４　　第１検出振動体
３５　　第１検出電極
３６，４０，５６，６０　　重り部
３７　　基材
３８　　第２駆動振動体
３９　　第２検出振動体
５２　　第３駆動振動体
５４　　第３検出振動体
５８　　第４駆動振動体
５９　　第４検出振動体
６１　　モニター電極
６２　　第１カウンター梁
６２Ａ，６５Ａ　　溝部
６３　　第２検出電極
６４　　レジスト膜
６５　　第２カウンター梁
６６　　フィルム
６７　　バックグラインドホイール
６８　　溝
６９　　ウェハ
７０　　ケース
７２　　多層回路基板
７３　　側壁
７４　　段差部
７５　　端子電極
７６　　電源電極
７７　　ＧＮＤ電極
７９　　金属枠
８０　　載置部材
８１　　端子
８７　　加速度センサ素子
８８　　ＩＣ
８８Ａ　　駆動部
８８Ｂ　　処理部
８９　　蓋
１３２　　捩れ延出部連続体

Claims (5)

  1. 固定部と、
    前記固定部に接続された第１端と、第２端とを有する延出部と、
    前記延出部の前記第２端と接続された第１端と、第２端とを有する捩れ延出部と、
    前記捩れ延出部の前記第２端と接続された第１端と、第２端とを有するとともに、駆動電極が設けられた駆動振動体と、
    前記駆動振動体の前記第２端に接続されるとともに、第１検出電極が設けられた検出振動体と、
    前記捩れ延出部の前記第２端に接続され、前記駆動振動体と平行に配置されるとともに、前記駆動振動体と逆方向に振動するように構成されたカウンター梁と、を備えた、
    角速度センサ素子。
  2. 前記カウンター梁には第２検出電極が設けられた、
    請求項１記載の角速度センサ素子。
  3. 前記カウンター梁の一部には、前記駆動振動体と前記カウンター梁との振動による変位量を調整する溝部が設けられた、
    請求項１記載の角速度センサ素子。
  4. 請求項１記載の角速度センサ素子と、
    前記少なくとも１つの駆動電極に駆動信号を供給する駆動部と、
    前記少なくとも１つの第１検出電極からの出力信号に基づき前記角速度センサ素子に印加された角速度を算出する処理部と、を備えた、
    角速度センサ。
  5. 前記角速度センサ素子における前記少なくとも１つの駆動電極に交流電圧を印加して前記角速度センサ素子を振動駆動するとともに、前記少なくとも１つの第１検出電極から出力される出力信号を処理することで前記駆動部および前記処理部として機能するＩＣと、
    前記角速度センサ素子および前記ＩＣを収納するとともに、外底面に前記ＩＣと電気的に接続された電源電極、ＧＮＤ電極および出力電極が設けられたケースと、を備えた、
    請求項４記載の角速度センサ。
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