WO2016035277A1 - 角速度センサ素子 - Google Patents

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WO2016035277A1
WO2016035277A1 PCT/JP2015/004247 JP2015004247W WO2016035277A1 WO 2016035277 A1 WO2016035277 A1 WO 2016035277A1 JP 2015004247 W JP2015004247 W JP 2015004247W WO 2016035277 A1 WO2016035277 A1 WO 2016035277A1
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WO
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drive
detection
angular velocity
driving
electrode
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PCT/JP2015/004247
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English (en)
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小林　康展
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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    • G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
    • G01C19/5621—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks the devices involving a micromechanical structure
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors

Definitions

  • the present disclosure relates to an angular velocity sensor element used for an angular velocity sensor used in various electronic devices.
  • FIG. 8 is a top view of a conventional angular velocity sensor element.
  • the fixing part 11, the fixing part 13, the detection body 12, the detection body 14, and the detection body 15 are formed of silicon (hereinafter referred to as Si).
  • One end of the detection body 12 is connected to the fixed portion 11, and the other end of the detection body 12 is connected to the fixed portion 13.
  • a detection electrode (not shown) is provided on the upper surface of the detection body 12.
  • the detection body 14 is connected to the approximate center of the detection body 12.
  • the detection body 14 extends in a direction (left and right direction in FIG. 8) substantially perpendicular to the direction in which the detection body 12 extends (up and down direction in FIG. 8).
  • a detection electrode (not shown) is provided on the upper surface of the detection body 14.
  • the detection body 15 is connected to the approximate center of the detection body 12.
  • the detection body 15 extends in a direction (left and right direction in FIG. 8) substantially perpendicular to the direction in which the detection body 12 extends (up and down direction in FIG. 8).
  • the detection body 15 extends in a direction opposite to the direction in which the detection body 14 extends from the detection body 12.
  • the detection body 14 and the detection body 15 are arranged in a straight line.
  • a detection electrode (not shown) is provided on the upper surface of the detection body 15.
  • the driving body 16 extends as a whole from the other end of the detection body 14 in an oblique +45 degree direction that is a direction between the direction in which the detection body 12 extends and the direction in which the detection body 14 extends.
  • a driving electrode (not shown) is provided on the upper surface of the driving body 16.
  • the driving body 17 extends as a whole from the other end of the detection body 14 in a direction of ⁇ 45 degrees obliquely between the direction in which the detection body 12 extends and the direction in which the detection body 14 extends. Yes.
  • a driving electrode (not shown) is provided on the upper surface of the driving body 17.
  • the drive body 18 extends from the other end of the detection body 15 as a whole in a direction of ⁇ 45 degrees obliquely, which is a direction between the direction in which the detection body 12 extends and the direction in which the detection body 15 extends. .
  • a driving electrode (not shown) is provided on the upper surface of the driving body 18.
  • the drive body 19 extends from the other end of the detection body 15 as a whole in an oblique +45 degree direction that is a direction between the direction in which the detection body 12 extends and the direction in which the detection body 15 extends.
  • a driving electrode (not shown) is provided on the upper surface of the driving body 19.
  • the detection body 14 and the detection body 15 are twisted, and the fixing portion 11 side of the detection body 12 and the fixing portion 13 side of the detection body 12 are bent in directions opposite to each other.
  • a charge corresponding to the angular velocity is generated on a detection electrode (not shown) provided on the upper surface of the detection body 12. Then, the electric charge is amplified via a circuit pattern (not shown), and an angular velocity around the Y axis is detected.
  • Patent Literature 1 is known as prior literature information regarding this application.
  • the angular velocity sensor element of the present disclosure has the following configuration.
  • a fixed portion a first detection electrode connected to the fixed portion; provided with a first detection electrode; extending in a first direction; and one end connected to the first detection body;
  • a second detection body that extends in a second direction, which is a substantially vertical direction, and is provided with a second detection electrode; and is connected to the other end of the second detection body;
  • a driving body provided on the same plane as the second detection body and provided with a driving electrode.
  • the drive body has a folded shape having two or more bent portions, and the direction from the connection portion between the second detection body and the drive body to the end of the drive body is the first view in the top view. A direction between the direction and the second direction.
  • Top view of angular velocity sensor element in embodiment Top view of angular velocity sensor element in embodiment Side sectional view of drive electrode of angular velocity sensor element in embodiment
  • the schematic diagram which shows the state which carries out the vibration analysis of the drive body and weight part of the angular velocity sensor element in embodiment by FEA Assembly process diagram of angular velocity sensor element in embodiment Assembly process diagram of angular velocity sensor element in embodiment Assembly process diagram of angular velocity sensor element in embodiment Assembly process diagram of angular velocity sensor element in embodiment Assembly process diagram of angular velocity sensor element in embodiment Assembly process diagram of angular velocity sensor element in embodiment Assembly process diagram of angular velocity sensor element in embodiment
  • ⁇ is a constant
  • l is the length [m] of the driving vibrator
  • E is the longitudinal elastic modulus [Pa]
  • I is the secondary moment of inertia [m 4 ] of the driving vibrator
  • ⁇ is the density of the driving vibrator [Kg / m 3 ]
  • A is the cross-sectional area [m 2 ] of the driving vibrator
  • S is the area [m 2 ] in the direction in which the driving body extends.
  • the angular velocity in the biaxial direction can be detected by the detection body 12, the detection body 14, and the detection body 15.
  • the drive body 16, the drive body 17, the drive body 18, and the drive body 19 extend obliquely at +45 degrees or -45 degrees with respect to the X axis and the Y axis, the total length of the drive body is long. Therefore, the conventional angular velocity sensor element shown in FIG. 8 has a problem that although the drive frequency is low, the area occupied by the entire angular velocity sensor element is large.
  • FIG. 1A and 1B are top views of the angular velocity sensor element in the present embodiment.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are the same figure, in FIG. 1B, the boundary of the main component is shown with the dotted line. Further, in order not to complicate the drawing, FIG. 1B is provided with reference numerals only for main components.
  • FIG. 2 is a side sectional view of the drive electrode in the angular velocity sensor element of the present embodiment.
  • the fixing part 51 is made of Si.
  • a driving electrode land 52, a driving electrode land 53, a detection electrode land 54, a detection electrode land 55, and a ground (GND) electrode land 56 are provided on the upper surface of the fixed portion 51.
  • the detection body 57 is made of Si. One end of the detection body 57 is connected to the fixing portion 51. A detection electrode 58 and a detection electrode 59 are provided on the upper surface of the detection body 57.
  • a common GND electrode (not shown) made of an alloy thin film of Pt and Ti, and a piezoelectric layer made of a PZT thin film provided on the upper surface of the common GND electrode (not shown) (Not shown) is configured. That is, the detection electrode 58 is provided on the upper surface of the detection body 57 via the common GND electrode and the piezoelectric layer.
  • the fixing part 60 is made of Si.
  • the fixing unit 60 is connected to the other end of the detection body 57.
  • a detection electrode land 61, a detection electrode land 62, and a monitor electrode land 63 are provided on the upper surface of the fixed portion 60.
  • the detection electrode 58 formed on the detection body 57 is electrically connected to the detection electrode land 54 formed on the fixed portion 51.
  • the detection electrode 59 formed on the detection body 57 is electrically connected to the detection electrode land 61 formed on the fixed portion 60.
  • the detection body 64 is made of Si. One end of the detection body 64 is connected to the approximate center of the detection body 57. And the detection body 64 is extended from the approximate center of the detection body 57 in the direction (right direction in FIG. 1A) substantially perpendicular to the direction in which the detection body 57 extends (up and down direction in FIG. 1A). .
  • a detection electrode 65 is provided on the upper surface of the detection body. The detection electrode 65 formed on the detection body 64 is electrically connected to the detection electrode land 55 formed on the fixed portion 51.
  • the detection body 66 is made of Si. One end of the detection body 66 is connected to the approximate center of the detection body 57. And the detection body 66 is extended from the approximate center of the detection body 57 in the direction (left direction in FIG. 1A) substantially perpendicular to the direction (vertical direction in FIG. 1A) in which the detection body 57 extends. . That is, the direction in which the detection body 64 extends from the detection body 57 and the direction in which the detection body 66 extends from the detection body 57 are opposite directions. The detection body 64 and the detection body 66 are integrally formed through a detection body 57 on a straight line. A detection electrode 67 is provided on the upper surface of the detection body 66.
  • the detection electrode 67 formed on the detection body 66 is electrically connected to the detection electrode land 62 formed on the fixed portion 60.
  • the driving body 68 is made of Si.
  • the direction in which the drive body 68 extends as a whole is defined as the direction from the center of the other end of the detection body 64 to the center of one end of the drive unit 68
  • the direction in which the drive body 68 extends as a whole is It becomes “direction A” indicated by an arrow in FIG. 1A. That is, as a whole, the driving body 68 extends in a direction between the extending direction of the detecting body 57 (hereinafter referred to as the X-axis direction) and the extending direction of the detecting body 64 (hereinafter referred to as the Y-axis direction). Put out.
  • the direction A is + ⁇ degrees from the Y-axis direction.
  • the drive body 68 is folded back by combining a drive unit 69 extending in the same direction as the direction in which the detection body 57 extends and a drive unit 70 extending in the same direction as the direction in which the detection body 64 extends. Is configured.
  • the drive part 69 and the drive part 70 are each formed in multiple numbers, since drawing becomes complicated, the code
  • the drive body 68 By combining the drive unit 69 extending in the X-axis direction and the drive unit 70 extending in the Y-axis direction, the drive body 68 has a plurality of bent portions 100 (shown in FIG. 1B) and has a folded shape. .
  • a pair of drive electrodes 71 are provided on the upper surface of the drive body 68.
  • FIG. 2 is a side sectional view of the drive electrode of the angular velocity sensor element.
  • a common GND electrode 72 made of an alloy thin film of Pt and Ti, and a piezoelectric layer 73 made of a PZT thin film provided on the upper surface of the common GND electrode 72 are provided below the drive electrode 71.
  • the drive electrode 71 is provided on the upper surface of the drive body 68 via the common GND electrode 72 and the piezoelectric layer 73.
  • the angular velocity detection element in the present embodiment is connected to the fixed portion 51, the fixed portion 51, the detection electrode 58 is provided, and the detection body 57 extends in the X-axis direction.
  • the detection body 64 that extends in the Y-axis direction, which is substantially perpendicular to the X-axis direction, and is provided with the detection electrode 65, and to the other end of the detection body 64.
  • a driving body 68 provided on the same plane as the body 64 and provided with a driving electrode 71.
  • the driving body 68 has a folded shape having two or more bent portions 100.
  • the direction from the connection part of the detection body 64 and the drive body 68 to the edge part of the drive body 68 is a direction (direction A) between the X-axis direction and the Y-axis direction when viewed from above.
  • the drive body 68 extends in a direction different from the direction in which the detection body 57 extends (X-axis direction) and the direction in which the detection body 64 extends (Y-axis direction). Therefore, the angular velocity sensor in the biaxial direction can be detected by the vibration of the driving body 68.
  • the driving body 68 in the present embodiment has a folded shape, the driving frequency of the driving body is low, and a small angular velocity sensor element can be provided.
  • the driving body 68 is a driving portion 69 extending in the X-axis direction, which is the direction in which the detection body 57 extends, and the direction in which the detection body 64 extends.
  • a drive unit 70 extending in the Y-axis direction.
  • the drive unit 69 and the drive unit 70 are provided with drive electrodes 71.
  • the angular velocity sensor element can be driven to vibrate in the direction (Y-axis direction) perpendicular to the extending direction (X-axis direction) of the drive unit 69 by the drive unit 69. Further, the angular velocity sensor element can be driven to vibrate in the direction (X-axis direction) perpendicular to the extending direction (Y-axis direction) of the driving unit 70 by the driving unit 70. Thereby, the output sensitivity of the angular velocity detection signal in the biaxial direction can be improved.
  • the angular velocity sensor element in the present embodiment preferably further includes a weight portion 74.
  • the weight portion 74 is connected to the end portion of the driving body 68.
  • the Coriolis force generated by the angular velocity increases due to the mass increase by the weight portion 74. Therefore, the sensitivity of the biaxial angular velocity detection signal can be improved.
  • the drive frequency in the case where the drive body 16 in the conventional angular velocity sensor element described with reference to FIG. 8 has a linear shape is calculated.
  • the required drive frequency f 7.35 ⁇ 10 5 [Hz].
  • element length b 5.76 ⁇ 10 ⁇ 4 [m]
  • the area S occupied by the first driver 68 and the first weight portion 74 is 1.83.
  • the drive body 68 extends in a direction different from both the direction in which the detection body 57 extends and the direction in which the detection body 64 extends. Therefore, the angular velocity sensor in the biaxial direction can be detected by the vibration of the driving body 68. Further, since the driving body 68 has a folded shape, the driving frequency of the driving body 68 can be lowered, and the angular velocity sensor element can be reduced in size.
  • the driving body 68 in the upper right of FIG. 1 has been described, but the driving body 75 shown in the lower right of FIG. 1, the driving body 80 shown in the upper left of FIG.
  • the driving body 85 shown in the lower left is the same as the driving body 68.
  • the configuration of the driving body 75, the driving body 80, and the driving body 85 will be described in order, but since the configuration is the same as that of the driving body 68, a part of the description will be omitted.
  • the drive body 75 is made of Si, and extends from the other end of the detection body 64 in the direction between the extension direction of the detection body 57 and the extension direction of the detection body 64 as a whole. That is, the drive body 75 extends in the direction of - ⁇ degrees.
  • the drive body 75 has a folded shape formed by combining a plurality of drive units 69 extending in the X-axis direction and a second drive unit 77 extending in the Y-axis direction.
  • drive part 76 and the drive part 77 are each formed in multiple numbers, since drawing becomes complicated, in FIG. 1A and FIG. 1B, the code
  • a pair of drive electrodes 78 are provided on the upper surface of the drive body 75.
  • the configuration of the drive electrode 78 is the same as that of the drive electrode 71 described with reference to FIG.
  • the weight portion 79 is connected to the other end of the driving body 75.
  • the drive body 80 is made of Si, and extends from the other end of the detection body 66 in a direction between the extension direction of the detection body 57 and the extension direction of the detection body 66. That is, the driving body 80 extends in the direction of - ⁇ degrees.
  • the drive part 81 of the drive body 80 extends in the same direction as the direction in which the detection body 57 extends. Furthermore, the drive part 82 extends in the same direction as the direction in which the detection body 66 extends.
  • the driving body 80 is formed in a folded shape by combining a plurality of driving portions 81 extending in the X-axis direction and a plurality of driving portions 82 extending in the Y-axis direction.
  • the drive part 81 and the drive part 82 are formed in multiple numbers, respectively, since drawing becomes complicated, the code
  • a pair of drive electrodes 83 are provided on the upper surface of the drive body 80.
  • the configuration of the drive electrode 83 is the same as that of the drive electrode 71 described with reference to FIG.
  • the weight portion 84 is connected to the other end of the driving body 80.
  • the drive body 85 is made of Si, and extends from the other end of the detection body 66 in a direction between the extension direction of the detection body 57 and the extension direction of the detection body 66. That is, the drive unit 85 extends in the direction of + ⁇ degrees.
  • the drive part 86 of the drive body 85 extends in the same direction as the direction in which the detection body 57 extends. Furthermore, the drive part 87 extends in the same direction as the direction in which the detection body 66 extends.
  • the driving body 85 is formed in a folded shape by combining a plurality of driving units 86 extending in the X-axis direction and a plurality of driving units 87 extending in the Y-axis direction.
  • drive part 86 and the drive part 87 are each formed in multiple numbers, since drawing becomes complicated, in FIG. 1A and FIG. 1B, the code
  • a pair of drive electrodes 88 are provided on the upper surface of the drive body 85.
  • the configuration of the drive electrode 88 is the same as that of the drive electrode 71 described with reference to FIG.
  • the weight portion 89 is connected to the other end of the driving body 85.
  • the driving bodies 68, 75, 80, and 85 have the same configuration. Since the angular velocity sensor element according to the present embodiment includes the four driving bodies 68, 75, 80, and 85, the volume of the angular velocity sensor element as a whole can be greatly reduced as compared with the related art.
  • a monitor electrode 91 is provided between the drive electrode 71 and the drive electrode 78 and between the drive electrode 83 and the drive electrode 88, respectively.
  • a common GND electrode (not shown) made of an alloy thin film of Pt and Ti, and a piezoelectric layer made of a PZT thin film provided on the upper surface of the common GND electrode (not shown) (Not shown) is configured. That is, the monitor electrode 91 is provided on the upper surface of the drive electrode 68 or the drive electrode 75 via the common GND electrode and the piezoelectric layer.
  • FIGS. 4A to 4E are assembly process diagrams of the angular velocity sensor element according to the present embodiment.
  • a drive electrode land 52, a drive electrode land 53, a detection electrode land 54, a detection electrode land 55, a GND electrode land 56, a detection electrode land 61, a detection electrode land 62, and a monitor electrode land are previously formed on the upper surface.
  • 63 and a wafer 92 on which a wiring pattern is formed are prepared. 4A to 4E, the drive electrode land 52, the drive electrode land 53, the detection electrode land 54, the detection electrode land 55, the GND electrode land 56, the detection electrode land 61, the detection electrode land 62, the monitor electrode land 63, The wiring pattern is not shown.
  • a resist film 93 such as aluminum, titanium, silicon oxide, or silicon nitride is applied to the upper surface of the wafer 92 by spin coating.
  • the resist film 93 is patterned into a predetermined shape by photolithography.
  • a fluorine-based gas such as SF 6 or CF 6 is introduced, so that the resist film of the wafer 92 made of Si is formed as shown in FIG. 4C.
  • the groove 94 is formed by etching the portion other than the portion provided with 93.
  • a film 95 provided with an adhesive layer (not shown) having a function of protecting the upper surface of the wafer 92 during back grinding of 50 to 200 microns is pasted on the upper surface of the resist film 93.
  • the wafer 92 is turned upside down, and the film 95 provided on the upper surface side of the wafer 92 is fixed to a chuck table (not shown).
  • the back surface of the wafer 92 is ground by rotating the back grind wheel 96.
  • the adhesive force of the film 95 is reduced by irradiating ultraviolet rays (UV) to peel the film 95 from the lower surface of the resist film 93, and then the resist film 93 is removed and the angular velocity of each piece from the wafer 92 is also removed. Remove the sensor element.
  • UV ultraviolet rays
  • FIG. 5 is a diagram showing a state in which the angular velocity sensor element according to the present embodiment is driven to vibrate in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state of operation when an angular velocity around the Y axis is applied to the angular velocity sensor element in the present embodiment.
  • an AC voltage is applied to the drive electrode land 52 (not shown in FIGS. 5 to 7) and the drive electrode land 53 (not shown in FIGS. 5 to 7) in the fixed portion 51.
  • the drive body 68, the drive body 75, the drive body 80, and the drive body 85 are driven to vibrate at a speed V in the X-axis direction and the Y-axis direction according to the phase of the AC voltage.
  • This drive vibration is transmitted to the weight portion 74, the weight portion 79, the weight portion 84, and the weight portion 89, and as shown in FIG. 5, drive vibration is performed at a speed V in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • the weight part 74, the weight part 79, the weight part 84, and the weight part 89 vibrate around the X axis by Coriolis force. Then, the detection body 57 is twisted, and the detection body 64 and the detection body 66 are bent in directions opposite to each other.
  • a charge corresponding to the angular velocity is generated on the detection electrode 65 provided on the detection body 64 and is output to the detection electrode land 55 provided on the fixed portion 51 via a circuit pattern (not shown). .
  • a charge corresponding to the angular velocity is generated on the detection electrode 67 provided on the detection body 66 and is output to the detection electrode land 62 provided on the fixed portion 60 via a circuit pattern (not shown).
  • the charges output to the detection electrode land 55 and the detection electrode land 62 are converted into a voltage, and further, the charges are amplified. Then, the angular velocity around the X axis is detected by taking the difference between the amplified charges.
  • the weight part 74, the weight part 79, the weight part 84, and the weight part 89 vibrate around the Y axis due to Coriolis force. Then, the detection body 64 and the detection body 66 are twisted, and in the detection body 57, the fixed portion 51 side and the fixed portion 60 side bend in directions opposite to each other.
  • a charge corresponding to the angular velocity is generated on the detection electrode 58 provided on the detection body 57 and is output to the detection electrode land 54 provided on the fixed portion 51 via a circuit pattern (not shown). .
  • a charge corresponding to the angular velocity is generated on the detection electrode 59 provided on the detection body 57 and is output to the detection electrode land 61 provided on the fixed portion 60 via a circuit pattern (not shown).
  • the charges output to the detection electrode land 54 and the detection electrode land 61 are converted into a voltage, and these charges are further amplified. Thereafter, the angular velocity around the Y axis is detected by taking the differential of the amplified charges.
  • the driving body 68 includes a driving unit 69 that is substantially parallel to the detection body 57 and a driving unit 70 that is substantially parallel to the detection body 64, and the driving unit.
  • the drive electrode 71 is provided on both the drive unit 70 and the drive unit 70. According to this configuration, since the drive electrode 71 is provided in both the drive unit 69 and the drive unit 70, the drive unit 69 is driven to vibrate in a direction perpendicular to the extending direction of the drive unit 69, and the drive unit 70 drives the drive unit. It can be driven to vibrate in a direction perpendicular to the extending direction of 70. Therefore, the sensitivity of the biaxial angular velocity detection signal can be improved.
  • the weights 74, 79, 84, and 89 are formed, but it is not always necessary to form the weight.
  • the drive body 68 is configured by combining a drive unit 69 extending in the X-axis direction and a drive unit 70 extending in the Y-axis direction, but is combined with a drive unit extending in the oblique direction. May be.
  • the drive part which comprises the drive body 68 does not necessarily extend only in either the X-axis direction or the Y-axis direction. It is only necessary that the driving body 68 extends in the direction between the X-axis direction and the Y-axis direction as a whole. The same applies to the other driving bodies 75, 80, 85.
  • the driving body 68 of the present embodiment has the four bent portions 100, it is not always necessary to have the four bent portions 100. If the driving body 68 has at least two bent portions 100, a folded shape can be formed. The same applies to the other driving bodies 75, 80, 85.
  • a small angular velocity sensor element with a low driving frequency of the driving body.
  • it is useful as an angular velocity sensor element used in an angular velocity sensor used in various electronic devices.

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Abstract

　本開示の角速度センサ素子は、固定部と、固定部と接続され、第１の検出電極が設けられ、第１の方向に延出する第１の検出体と、第１の検出体に一端が接続され、第１の方向と略垂直な方向である第２の方向に延出し、かつ、第２の検出電極が設けられた第２の検出体と、第２の検出体の他端に接続され、第１の検出体および第２の検出体と同一平面上に設けられ、かつ、駆動電極が設けられた駆動体と、を有する。そして、駆動体は、２つ以上の屈曲部を有する折り返し形状であり、第２の検出体と駆動体との接続部から、駆動体の端部までの方向が、上面視で、第１の方向と第２の方向の間の方向である。

Description

角速度センサ素子
　本開示は、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に関する。
　以下に従来の角速度センサ素子について、図面を参照しながら説明する。
　図８は従来の角速度センサ素子の上面図である。
　固定部１１、固定部１３、検出体１２、検出体１４、検出体１５はシリコン（以下、Ｓｉと表す）で形成されている。検出体１２の一端は、固定部１１に接続され、検出体１２の他端は、固定部１３に接続されている。検出体１２の上面には、検出電極（図示せず）が設けられている。
　検出体１４の一端は、検出体１２の略中央に接続されている。検出体１４は、検出体１２が延出する方向（図８においては上下方向）と略垂直な方向（図８においては左右方向）に延出している。検出体１４の上面には、検出電極（図示せず）が設けられている。
　検出体１５の一端が検出体１２の略中央に接続されている。検出体１５は、検出体１２が延出する方向（図８においては上下方向）と略垂直な方向（図８においては左右方向）に延出している。なお、検出体１５は、検出体１２から検出体１４が延出される方向と反対の方向に延出している。そして、検出体１４と検出体１５とは一直線に配置されている。検出体１５の上面には、検出電極（図示せず）が設けられている。
　駆動体１６は、検出体１４の他端から全体として、検出体１２が延出する方向と検出体１４が延出する方向との間の方向である斜め＋４５度の方向に延出している。そして、駆動体１６の上面には、駆動電極（図示せず）が設けられている。
　駆動体１７は、検出体１４の他端から全体として、検出体１２が延出する方向と検出体１４が延出する方向との間の方向である斜め－４５度の方向に延出してている。そして、駆動体１７の上面には、駆動電極（図示せず）が設けられている。
　駆動体１８は、検出体１５の他端から全体として、検出体１２が延出する方向と検出体１５が延出する方向との間の方向である斜め－４５度の方向に延出している。そして、駆動体１８の上面には、駆動電極（図示せず）が設けられている。
　駆動体１９は、検出体１５の他端から全体として、検出体１２が延出する方向と検出体１５が延出する方向との間の方向である斜め＋４５度の方向に延出している。そして、駆動体１９の上面には、駆動電極（図示せず）が設けられている。
　以上のように構成される従来の角速度センサ素子について、次に、その動作を説明する。
　ここで、角速度センサ素子にＹ軸方向周りの角速度が発生する場合を考える。
　駆動体１６、駆動体１７、駆動体１８および駆動体１９の上面に設けられているそれぞれの駆動電極（図示せず）に交流電圧を印加すると、駆動体１６、駆動体１７、駆動体１８および駆動体１９がＸ軸方向に速度Ｖで駆動振動する。そしてこの状態では、駆動体１６、駆動体１７、駆動体１８および駆動体１９がコリオリ力により、Ｙ軸周りに振動する。
　すると、検出体１４および検出体１５が捩れて、検出体１２の固定部１１側と、検出体１２の固定部１３側とが互いに反対の方向に撓む。
　そして、角速度に応じた電荷が、検出体１２の上面に設けられている検出電極（図示せず）に発生する。そして、その電荷が回路パターン（図示せず）を介して、増幅され、Ｙ軸周りの角速度が検出される。
　なお、この出願に関する先行文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
国際公開第２００７／０８６３３７号
　本開示の角速度センサ素子は、以下の構成を有する。
　固定部と、固定部と接続され、第１の検出電極が設けられ、第１の方向に延出する第１の検出体と、第１の検出体に一端が接続され、第１の方向と略垂直な方向である第２の方向に延出し、かつ、第２の検出電極が設けられた第２の検出体と、第２の検出体の他端に接続され、第１の検出体および第２の検出体と同一平面上に設けられ、かつ、駆動電極が設けられた駆動体と、を有する。そして、駆動体は、２つ以上の屈曲部を有する折り返し形状であり、第２の検出体と駆動体との接続部から、駆動体の端部までの方向が、上面視で、第１の方向と第２の方向の間の方向である。
実施の形態における角速度センサ素子の上面図 実施の形態における角速度センサ素子の上面図 実施の形態における角速度センサ素子の駆動電極の側断面図 実施の形態における角速度センサ素子の駆動体および錘部をＦＥＡにより振動解析をする状態を示す模式図 実施の形態における角速度センサ素子の組立工程図 実施の形態における角速度センサ素子の組立工程図 実施の形態における角速度センサ素子の組立工程図 実施の形態における角速度センサ素子の組立工程図 実施の形態における角速度センサ素子の組立工程図 実施の形態における角速度センサ素子がＸ軸方向およびＹ軸方向に振動駆動する状態を示す図 実施の形態における角速度センサ素子にＸ軸周りの角速度が加わった場合に動作する状態を示す図 実施の形態における角速度センサ素子にＹ軸周りの角速度が加わった場合に動作する状態を示す図 従来の角速度センサ素子の上面図
　本実施の形態の説明に先立ち、発明者（たち）が気付いた、従来の角速度センサ素子の課題について説明する。
　まず、図８に示す従来の角速度センサ素子おいて、駆動体１６、駆動体１７、駆動体１８および駆動体１９の各々の面積について検討する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　但し、λは定数、ｌは駆動振動体の長さ［ｍ］、Ｅは縦弾性係数［Ｐａ］、Ｉは駆動振動体の断面二次モーメント［ｍ4］、ρは、駆動振動体の密度［Ｋｇ／ｍ3］、Ａは駆動振動体の断面積［ｍ2］、Ｓは駆動体の伸びる方向の面積［ｍ2］とする。
　（数１）に示す式に、λ＝１．８７、ｌ＝１．０５×１０-3［ｍ］、Ｅ＝１．６６×１０11［Ｐａ］、Ｉ＝１．５５×１０-22［ｍ4］、ρ＝２．３３［Ｋｇ／ｍ3］、Ａ＝５．１６×１０-11およびｆ＝７．３５×１０5［Ｈｚ］を代入すると、各々の駆動体１６、１７、１８、１９の伸びる方向の面積Ｓ＝５．５６×１０-7［ｍ2］となる。
　図８に示す従来の角速度センサ素子においては、検出体１２、検出体１４および検出体１５により二軸方向の角速度を検出することができる。しかしながら、駆動体１６、駆動体１７、駆動体１８および駆動体１９が、Ｘ軸およびＹ軸に対して斜め＋４５度あるいは－４５度の方向に延出しているため、駆動体の全長が長い。したがって、図８に示す従来の角速度センサ素子は、駆動周波数は低いが、角速度センサ素子全体の占める面積が大きいという課題があった。
　次に、本開示の一実施の形態における角速度センサ素子について、図面を参照しながら説明する。
　（実施の形態）
　図１Ａおよび図１Ｂは本実施の形態における角速度センサ素子の上面図である。なお、図１Ａおよび図１Ｂは同じ図であるが、図１Ｂにおいては、主要な構成要素の境界を点線で示している。また、図面が煩雑にならないよう、図１Ｂについては、主要な構成についてのみ符号を付している。図２は本実施の形態の角速度センサ素子における駆動電極の側断面図である。
　図１Ａ、図１Ｂを参照しながら説明する。固定部５１はＳｉで形成されている。固定部５１の上面には駆動電極ランド５２、駆動電極ランド５３、検出電極ランド５４、検出電極ランド５５および接地（ＧＮＤ）電極ランド５６が設けられている。
　検出体５７はＳｉで形成されている。検出体５７の一端は、固定部５１に接続されている。そして、検出体５７の上面には、検出電極５８および検出電極５９が設けられている。
　検出電極５８の下側には、例えば、ＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極（図示せず）と、共通ＧＮＤ電極（図示せず）の上面に設けられているＰＺＴ薄膜からなる圧電層（図示せず）が構成されている。つまり、検出体５７の上面には共通ＧＮＤ電極および圧電層を介して検出電極５８が設けられている。
　固定部６０はＳｉで形成されている。固定部６０は検出体５７の他端に接続されている。そして、固定部６０の上面には検出電極ランド６１、検出電極ランド６２およびモニター電極ランド６３が設けられている。
　そして、検出体５７に形成されている検出電極５８は、固定部５１に形成されている検出電極ランド５４に電気的に接続されている。検出体５７に形成されている検出電極５９は、固定部６０に形成されている検出電極ランド６１に電気的に接続されている。
　検出体６４はＳｉで形成されている。検出体６４の一端は、検出体５７の略中央に接続されている。そして、検出体６４は、検出体５７の略中央から、検出体５７が延出している方向（図１Ａでは上下方向）に対して略垂直な方向（図１Ａでは右方向）に延出している。検出体の上面には、検出電極６５が設けられている。検出体６４に形成されている検出電極６５は、固定部５１に形成されている検出電極ランド５５と電気的に接続されている。
　検出体６６はＳｉで形成されている。検出体６６の一端は、検出体５７の略中央に接続されている。そして、検出体６６は、検出体５７の略中央から、検出体５７が延出している方向（図１Ａでは上下方向）に対して略垂直な方向（図１Ａでは左方向）に延出している。つまり、検出体６４が検出体５７から延出する方向と、検出体６６が検出体５７から延出する方向は、反対方向である。検出体６４と検出体６６とは一直線上に、検出体５７を介して一体に構成されている。また、検出体６６の上面には、検出電極６７が設けられている。
　そして、検出体６６に形成されている検出電極６７は、固定部６０に形成されている検出電極ランド６２と電気的に接続されている。
　駆動体６８はＳｉで形成されている。そして、駆動体６８が全体として延出する方向を、検出体６４の他端の中心から、駆動部６８の一端の中心までの方向と定義すると、駆動体６８が全体として延出する方向は、図１Ａに矢印で示す『方向Ａ』になる。すなわち、駆動体６８は、全体として、検出体５７の延出方向（以下、Ｘ軸方向と表す）と検出体６４の延出方向（以下、Ｙ軸方向と表す）との間の方向に延出する。なお、方向Ａは、Ｙ軸方向から＋α度である。
　駆動体６８は、検出体５７が延出する方向と同じ方向に延出する駆動部６９と、検出体６４が延出する方向と同じ方向に延出する駆動部７０とが組み合わされて折り返し形状が構成されている。なお、駆動部６９、駆動部７０はそれぞれ複数形成されているが、図面が複雑になるため、図１Ａにおいては、一部の駆動部についてしか符合は付していない。
　Ｘ軸方向に延伸する駆動部６９と、Ｙ軸方向に延伸する駆動部７０とを組み合わせることにより、駆動体６８は、複数の屈曲部１００（図１Ｂに示す）を有し、折り返し形状を有する。
　そして、駆動体６８の上面には、一対の駆動電極７１が設けられている。
　ここで、図２を参照しながら、駆動電極７１の詳細について説明する。図２は、角速度センサ素子の駆動電極の側断面図である。駆動電極７１の下側には、図２に示すように、例えば、ＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極７２と、共通ＧＮＤ電極７２の上面に設けられているＰＺＴ薄膜からなる圧電層７３が構成されている。つまり、駆動体６８の上面には共通ＧＮＤ電極７２および圧電層７３を介して駆動電極７１が設けられている。
　以上の通り、本実施の形態における角速度検出素子は、固定部５１と、固定部５１と接続され，検出電極５８が設けられ，Ｘ軸方向に延出する検出体５７と、検出体５７に一端が接続され，Ｘ軸方向と略垂直な方向であるＹ軸方向に延出し，かつ，検出電極６５が設けられた検出体６４と、検出体６４の他端に接続され，検出体５７および検出体６４と同一平面上に設けられ，かつ，駆動電極７１が設けられた駆動体６８と、を有する。そして、駆動体６８は、２つ以上の屈曲部１００を有する折り返し形状である。さらに、検出体６４と駆動体６８との接続部から、駆動体６８の端部までの方向は、上面視で、Ｘ軸方向とＹ軸方向の間の方向（方向Ａ）である。
　この構成によれば、検出体５７が延出する方向（Ｘ軸方向）および検出体６４が延出する方向（Ｙ軸方向）と異なる方向に、駆動体６８が、延出している。よって、駆動体６８の振動により、２軸方向の角速度センサの検出が可能になる。また、本実施の形態における駆動体６８は、折り返し形状を有するため、駆動体の駆動周波数が低く、かつ、小型の角速度センサ素子を提供することができる。
　本実施の形態における角速度センサ素子は、好ましくは、駆動体６８は、検出体５７が延出する方向であるＸ軸方向に延出する駆動部６９と、検出体６４が延出する方向であるＹ軸方向に延出する駆動部７０とを有する。そして、駆動部６９および駆動部７０には、駆動電極７１が設けられている。
　この構成によれば、駆動部６９により駆動部６９の延出方向（Ｘ軸方向）と垂直な方向（Ｙ軸方向）に角速度センサ素子を振動駆動させることができる。また、駆動部７０により駆動部７０の延出方向（Ｙ軸方向）と垂直な方向（Ｘ軸方向）に角速度センサ素子を振動駆動させることができる。これにより、二軸方向の角速度検出信号の出力感度を向上させることができる。
　本実施の形態における角速度センサ素子は、好ましくは、錘部７４を更に有する。そして、錘部７４は、駆動体６８の端部に接続されている。
　この構成によれば、錘部７４による質量増加により、角速度により発生するコリオリ力が増加する。よって、二軸方向の角速度検出信号の感度を向上させることができる。
　［振動解析］
　次に、駆動体６８および錘部７４の振動解析の結果について説明する。
　駆動体６８および錘部７４について、ＦＥＡ（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）による振動解析を行った結果について説明する。
　まず、図８を参照しながら説明した従来の角速度センサ素子における駆動体１６が直線上の形状の場合の駆動周波数を算出する。要求される駆動周波数ｆ＝７．３５×１０5［Ｈｚ］とする。要求される駆動周波数を達成するには、駆動体１６の面積は素子幅ａ＝７．３４×１０-4［ｍ］、素子長さｂ＝７．３４×１０-4［ｍ］となり、図８に示す、駆動体１６の占める面積Ｓ＝５．３８-7［ｍ2］となる。
　一方、本開示の一実施の形態における角速度センサ素子においては、要求される駆動周波数を達成するには、図３に示すように、駆動体６８および錘部７４を合わせた面積は、素子幅ａ＝３．１８×１０-4［ｍ］、素子長さｂ＝５．７６×１０-4［ｍ］となり、第１の駆動体６８および第１の錘部７４の占める面積Ｓ＝１．８３×１０-7［ｍ2］となる。すなわち、従来の角速度センサ素子のように、駆動体１６が直線形状の場合と、本実施の形態の角速度センサ素子のように、駆動体６８が折り曲げ形状の場合とを比較すると、本実施の形態の角速度センサ素子の方が、６６％程、駆動体６８および錘部７４とが占める面積を削減することが出来る。
　すなわち、本実施の形態における角速度センサ素子においては、駆動体６８は、検出体５７が延出する方向および検出体６４が延出する方向のいずれの方向とも異なる方向に延出している。よって、駆動体６８の振動により、２軸方向の角速度センサの検出が可能になる。また、駆動体６８が折り返し形状であるため、駆動体６８の駆動周波数を低くすることができ、かつ、角速度センサ素子を小型化することができる。
　以上、本実施の形態の角速度センサ素子のうち、図１の右上における駆動体６８について説明したが、図１の右下に示す駆動体７５、図１の左上に示す駆動体８０、図１の左下に示す駆動体８５についても、駆動体６８と同様である。
　以下、駆動体７５、駆動体８０、駆動体８５の構成について順次、説明するが、駆動体６８の構成と同様であるので、説明を一部省略する。
　［駆動体７５の構成］
　駆動体７５はＳｉで形成されており、検出体６４の他端から全体として、検出体５７の延出方向と検出体６４の延出方向との間の方向に延出する。つまり、駆動体７５は、－α度の方向に延出している。
　そして、駆動体７５の駆動部７６は、検出体５７が延出する方向と同じ方向に延出する。さらに、駆動部７７は、検出体６４が延出する方向と同じ方向に延出する。駆動体７５は、Ｘ軸方向に延出する複数の駆動部６９と、Ｙ軸方向に延出する第２の駆動部７７とを組み合わせて、折り返し形状が構成されている。
　なお、駆動部７６、駆動部７７はそれぞれ複数形成されているが、図面が複雑になるため、図１Ａ、図１Ｂにおいては、一部の駆動部についてしか符合は付していない。
　駆動体７５の上面には、一対の駆動電極７８が設けられている。なお、駆動電極７８の構成は、図２を参照しながら説明した駆動電極７１と同様である。錘部７９は、駆動体７５の他端に接続されている。
　［駆動体８０の構成］
　駆動体８０はＳｉで形成されており、検出体６６の他端から全体として、検出体５７の延出方向と検出体６６の延出方向との間の方向に延出する。つまり、駆動体８０は、－α度の方向に延出している。
　そして、駆動体８０の駆動部８１は、検出体５７が延出する方向と同じ方向に延出する。さらに、駆動部８２は、検出体６６が延出する方向と同じ方向に延出する。駆動体８０は、Ｘ軸方向に延出する複数の駆動部８１と、Ｙ軸方向に延出する複数の駆動部８２とを組み合わせて、折り返し形状が構成されている。
　なお、駆動部８１、駆動部８２はそれぞれ複数形成されているが、図面が複雑になるため、図１Ａ、図１Ｂにおいては、一部の駆動部についてしか符合は付していない。
　駆動体８０の上面には、一対の駆動電極８３が設けられている。なお、駆動電極８３の構成は、図２を参照しながら説明した駆動電極７１と同様である。錘部８４は、駆動体８０の他端に接続されている。
　［駆動体８５の構成］
　駆動体８５はＳｉで形成されており、検出体６６の他端から全体として、検出体５７の延出方向と検出体６６の延出方向との間の方向に延出する。つまり、駆動部８５は、＋α度の方向に延出している。
　そして、駆動体８５の駆動部８６は、検出体５７が延出する方向と同じ方向に延出する。さらに、駆動部８７は、検出体６６が延出する方向と同じ方向に延出する。駆動体８５は、Ｘ軸方向に延出する複数の駆動部８６と、Ｙ軸方向に延出する複数の駆動部８７とを組み合わせて、折り返し形状が構成されている。
　なお、駆動部８６、駆動部８７はそれぞれ複数形成されているが、図面が複雑になるため、図１Ａ、図１Ｂにおいては、一部の駆動部についてしか符合は付していない。
　駆動体８５の上面には、一対の駆動電極８８が設けられている。なお、駆動電極８８の構成は、図２を参照しながら説明した駆動電極７１と同様である。錘部８９は、駆動体８５の他端に接続されている。
　上述した通り、駆動体６８、７５、８０、８５は同様の構成をしている。本実施の形態の角速度センサ素子は、４つの駆動体６８、７５、８０、８５を有するため、角速度センサ素子の全体としての体積を、従来と比較して、大幅に削減出来る。
　そして、駆動電極７１と駆動電極７８との間と、駆動電極８３と駆動電極８８との間に、それぞれモニター電極９１が設けられている。モニター電極９１の下側には、例えば、ＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極（図示せず）と、共通ＧＮＤ電極（図示せず）の上面に設けられているＰＺＴ薄膜からなる圧電層（図示せず）が構成されている。つまり、駆動電極６８または駆動電極７５の上面には共通ＧＮＤ電極および圧電層を介してモニター電極９１が設けられている。
　［角速度センサ素子の組立方法］
　次に本実施の形態の角速度センサ素子の組立方法について図４Ａ～図４Ｅを参照しながら説明する。図４Ａ～図４Ｅは、本実施の形態における角速度センサ素子の組立工程図である。
　まず、図４Ａに示すように、予め上面に駆動電極ランド５２、駆動電極ランド５３、検出電極ランド５４、検出電極ランド５５、ＧＮＤ電極ランド５６、検出電極ランド６１、検出電極ランド６２、モニター電極ランド６３、および配線パターンを形成したウェハ９２を準備する。なお、図４Ａ～図４Ｅには、駆動電極ランド５２、駆動電極ランド５３、検出電極ランド５４、検出電極ランド５５、ＧＮＤ電極ランド５６、検出電極ランド６１、検出電極ランド６２、モニター電極ランド６３、および配線パターンは図示していない。
　次に、スピンコートによりウェハ９２の上面に、例えば、アルミ、チタン、酸化シリコン、または、窒化シリコン等のレジスト膜９３を塗布する。
　その後、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９３を所定形状にパターンニングする。
　次に、ウェハ９２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、Ｓｉからなるウェハ９２のレジスト膜９３を設けた部分以外をエッチングして溝９４を形成する。
　次に、図４Ｄに示すように、レジスト膜９３の上面に、５０～２００ミクロンのバックグラインド時にウェハ９２の上面を保護する機能を有する粘着剤層（図示せず）を設けたフィルム９５を貼る。その後、ウェハ９２の上下を逆さまにして、ウェハ９２の上面側に設けたフィルム９５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９６を回転させることにより、ウェハ９２の裏面を研削する。
　最後に、紫外線（ＵＶ）を照射することにより、フィルム９５の粘着力を低減させてレジスト膜９３の下面からフィルム９５を剥離した後、レジスト膜９３を除去するとともに、ウェハ９２から個片の角速度センサ素子を取り出す。
　［角速度センサ素子の動作］
　次に、実施の形態における角速度センサ素子の動作について図１Ａ、図５～図７を参照しながら説明する。
　図５は、本実施の形態における角速度センサ素子がＸ軸方向およびＹ軸方向に振動駆動する状態を示す図で、図６は、本実施の形態における角速度センサ素子にＸ軸周りの角速度が加わった場合に動作する状態を示す図で、図７は、本実施の形態における角速度センサ素子にＹ軸周りの角速度が加わった場合に動作する状態を示す図である。
　まず、固定部５１における駆動電極ランド５２（図５～図７には図示せず）および駆動電極ランド５３（図５～図７には図示せず）に交流電圧を印加する。配線パターン（図示せず）を介して、駆動体６８に設けられている駆動電極７１、駆動体７５に設けられている駆動電極７８、駆動体８０に設けられている駆動電極８３および駆動体８５に設けられている駆動電極８８の分極の結晶軸の方向と駆動電極８８に流れる電荷の方向とが同じ方向の場合には駆動電極７１、７８、８３、８８に引張応力が発生する。
　一方、駆動電極８８の分極の結晶軸の方向と駆動電極８８に流れる電荷の方向とが反対の方向の場合には、圧縮応力が発生する。
　よって、交流電圧の位相に応じて、駆動体６８、駆動体７５、駆動体８０および駆動体８５がＸ軸方向およびＹ軸方向に速度Ｖで駆動振動する。この駆動振動は錘部７４、錘部７９、錘部８４および錘部８９に伝わり、図５に示すように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に速度Ｖで駆動振動する。
　次に、角速度センサ素子にＸ軸方向周りの角速度が発生する場合について図１Ａおよび図６を参照しながら説明する。
　図６に示すように、錘部７４、錘部７９、錘部８４および錘部８９がコリオリ力により、Ｘ軸周りに振動する。すると、検出体５７が捩れて、検出体６４および検出体６６が互いに反対の方向に撓む。
　そして、角速度に応じた電荷が検出体６４に設けられている検出電極６５に発生し、回路パターン（図示せず）を介して、固定部５１に設けられている検出電極ランド５５に出力される。
　また、角速度に応じた電荷が、検出体６６に設けられている検出電極６７に発生し、回路パターン（図示せず）を介して、固定部６０に設けられている検出電極ランド６２に出力される。
　そして、検出電極ランド５５と検出電極ランド６２に出力される電荷を電圧に変換し、さらに、それらの電荷が増幅される。その後、増幅された電荷の差を取ることにより、Ｘ軸周りの角速度が検出される。
　次に、角速度センサ素子にＹ軸方向周りの角速度が発生する場合について図１Ａおよび図７を参照しながら説明する。
　図７に示すように、錘部７４、錘部７９、錘部８４および錘部８９がコリオリ力により、Ｙ軸周りに振動する。すると、検出体６４および検出体６６が捩れて、検出体５７においては、固定部５１側と固定部６０側とが互いに反対の方向に撓む。
　そして、角速度に応じた電荷が検出体５７に設けられている検出電極５８に発生し、回路パターン（図示せず）を介して、固定部５１に設けられている検出電極ランド５４に出力される。
　また、角速度に応じた電荷が、検出体５７に設けられている検出電極５９に発生し、回路パターン（図示せず）を介して、固定部６０に設けられている検出電極ランド６１に出力される。
　そして、検出電極ランド５４と検出電極ランド６１に出力される電荷を電圧に変換し、さらに、それらの電荷が増幅される。その後、増幅された電荷の差動を取ることにより、Ｙ軸周りの角速度が検出される。
　特に、本実施の形態の角速度センサ素子は、駆動体６８が、検出体５７と略平行な駆動部６９と、検出体６４と略平行な駆動部７０とで構成されており、かつ、駆動部６９および駆動部７０の双方に駆動電極７１が設けられている。この構成によれば、駆動部６９および駆動部７０の双方に駆動電極７１を設けたため、駆動部６９により駆動部６９の延出方向と垂直な方向に振動駆動させるともに、駆動部７０により駆動部７０の延出方向と垂直な方向に振動駆動させることができる。よって、二軸方向の角速度検出信号の感度を向上させることができる。
　なお、本実施の形態の角速度センサ素子では、錘７４、７９、８４、８９が形成されているが、必ずしも錘を形成する必要はない。
　また、例えば、駆動体６８は、Ｘ軸方向に延出する駆動部６９と、Ｙ軸方向に延出する駆動部７０を組み合わせて構成されているが、斜め方向に延出する駆動部を組み合わせてもよい。駆動体６８を構成する駆動部は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向のいずれかの方向だけに延出するとは限らない。駆動体６８が全体としてＸ軸方向とＹ軸方向の間の方向に延出していればよい。他の駆動体７５、８０、８５についても同様である。
　また、本実施の形態の駆動体６８は、４つの屈曲部１００を有しているが、必ずしも４つの屈曲部１００を有する必要はない。駆動体６８が、少なくとも２つの屈曲部１００を有していれば、折り返し形状を形成することができる。他の駆動体７５、８０、８５についても同様である。
　本開示によると、駆動体の駆動周波数が低く、かつ、小型な角速度センサ素子を提供することができる。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。
５１，６０　　固定部
５２　　駆動電極ランド
５３　　電極ランド
５４，５５，６１，６２　　検出電極ランド
５６　　ＧＮＤ電極ランド
５７，６４，６６　　検出体
５８，５９，６５，６７　　検出電極
６３　　モニター電極ランド
６８，７５，８０，８５　　駆動体
６９，７６，８１，８６　　駆動部
７０，７７，８２，８７　　駆動部
７１，７８，８３，８８　　駆動電極
７４，７９，８４，８９　　錘部
９１　　モニター電極
９２　　ウェハ
９３　　レジスト膜
９４　　溝
９５　　フィルム
９６　　バックグラインドホイール
１００　　屈曲部

Claims (3)

  1. 　固定部と、
    　前記固定部と接続され、第１の検出電極が設けられ、第１の方向に延出する第１の検出体と、
    　前記第１の検出体に一端が接続され、前記第１の方向と略垂直な方向である第２の方向に延出し、かつ、第２の検出電極が設けられた第２の検出体と、
    　前記第２の検出体の他端に接続され、前記第１の検出体および前記第２の検出体と同一平面上に設けられ、かつ、駆動電極が設けられた駆動体と、
    を備え、
    　前記駆動体は、２つ以上の屈曲部を有する折り返し形状であり、
    　前記第２の検出体と前記駆動体との接続部から、前記駆動体の端部までの方向が、上面視で、前記第１の方向と前記第２の方向の間の方向である
    ことを特徴とする角速度センサ素子。
  2. 　前記駆動体は、
    　　前記第１の検出体が延出する方向である前記第１の方向に延出する第１の駆動部と、
    　　前記第２の検出体が延出する方向である前記第２の方向に延出する第２の駆動部
    　とを有し、
    　前記第１の駆動部および前記第２の駆動部には、駆動電極が設けられている
    ことを特徴とする請求項１記載の角速度センサ素子。
  3. 　錘部を更に備え、
    　前記錘部は、前記駆動体の前記端部に接続されている、
    ことを特徴とする請求項１記載の角速度センサ素子。
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