(57)【要約】【課題】本発明は、素子全体の重量バランスを容易に取ることができる角速度センサ素子を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の角速度センサ素子は、一対の固定部２１，２４と、この固定部２１，２４に一端が支持されるとともに駆動電極を上面に設けた駆動圧電素子と検出電極を上面に設けた検出圧電素子とを同一面内に設けた駆動アーム２８と、前記一対の固定部２１，２４の下面に当接する一対の当接部４３，４４を設けるとともに駆動アーム２８の下方に間隙５０を介して設けた支持部４２と、前記駆動アーム２８の他端に設けた錘部４１とを備え、前記支持部４２における一対の当接部４３，４４を互いに異なる外周側に設ける構成としたものである。【選択図】図１
2010256054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の固定部と、この固定部に一端が支持されるとともに駆動電極を上面に設けた駆動圧電素子と検出電極を上面に設けた検出圧電素子とを同一面内に設けた駆動アームと、前記一対の固定部の下面に当接する一対の当接部を設けるとともに駆動アームの下方に間隙を介して設けた支持部と、前記駆動アームの他端に設けた錘部とを備え、前記支持部における一対の当接部を互いに異なる外周側に設ける構成とした角速度センサ素子。
【請求項２】
駆動アームの下方に位置して支持部に段差部を設けた請求項１記載の角速度センサ素子。
【請求項３】
固定部の厚みを駆動アームの厚みより厚くした請求項１記載の角速度センサ素子。
【請求項４】
固定部と支持部とを同一材料で構成した請求項１記載の角速度センサ素子。
【請求項５】
固定部と支持部とをＳｉ材料で構成した請求項１記載の角速度センサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、各種電子機器に用いられる角速度センサ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の角速度センサ素子は、図７，図８に示すように構成されていた。
【０００３】
図７は従来の角速度センサ素子の斜視図、図８は同角速度センサ素子の側断面図である。
【０００４】
図７，図８において、１は水晶製の固定部である。２は一対の水晶製の駆動アームで、この駆動アーム２は前記固定部１に一端が接続されるとともに、上面に駆動電極３を設けている。４は水晶製の検出アームで、この検出アーム４は前記固定部１に一端が接続されるとともに、前記駆動アーム２を設けた側と反対側に延出され、さらに上面に検出電極５を設けている。７はＴＡＢ基板で、このＴＡＢ基板７はポリイミド樹脂からなる絶縁テープ８と導電性を有する配線パターン９とで構成されるとともに、この配線パターン９の一端側を上面側に突出させて、先端に支持部１０を設けている。そして、このＴＡＢ基板７における支持部１０は前記固定部１の下面に当接させている。１１はＩＣで、このＩＣ１１は前記ＴＡＢ基板７を貫通電極１２および電極端子１３を介して載置するとともに、ＴＡＢ基板７における配線パターン９とＩＣ１１とを電気的に接続している。１４は蓋体で、この蓋体１４は前記ＩＣ１１の上面を角速度センサ素子６が収納されるように閉塞しているものである。
【０００５】
以上のように構成された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。駆動アーム２の駆動電極３に交流電圧を印加すると、駆動アーム２が駆動方向に速度ｖで駆動振動する。そして、この駆動振動は固定部１を介して検出アーム４にも伝播されて、検出アーム４も前記駆動アーム２と同一の振動数で駆動振動する。そして、検出アーム４が駆動振動している状態において、角速度センサ素子を設けた平面と垂直な方向であるＺ軸を中心軸として角速度センサ素子が角速度ωで回転すると、検出アーム４における検出電極５から角速度に応じた出力信号を出力する。この出力信号をＴＡＢ基板７における配線パターン９、電極端子１３、貫通電極１２を介してＩＣ１１に入力し、そして、このＩＣ１１により信号処理をして角速度を検出するものであった。
【０００６】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１９３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した従来の角速度センサ素子の構成においては、素子の一部分をＴＡＢ基板７で支持する構造となっているため、水平方向のバランスを取るのが困難となり、その結果、角速度が加わっていない場合でも不要信号が発生してしまうため、素子全体の質量バランスを取るためにトリミング等による修正が必要であるという課題を有していた。また、素子、接続のための電極パッド、ＴＡＢ基板７の材料がそれぞれ異なるため、これらの熱膨張係数もそれぞれ異なることになり、その結果、温度変化により応力が発生するという課題を有していた。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、素子全体の重量バランスを容易に取ることができる角速度センサ素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の発明は、一対の固定部と、この固定部に一端が支持されるとともに駆動電極を上面に設けた駆動圧電素子と検出電極を上面に設けた検出圧電素子とを同一面内に設けた駆動アームと、前記一対の固定部の下面に当接する一対の当接部を設けるとともに駆動アームの下方に間隙を介して設けた支持部と、前記駆動アームの他端に設けた錘部とを備え、前記支持部における一対の当接部を互いに異なる外周側に設けたもので、この構成によれば、支持部における一対の当接部を互いに異なる外周側に設けているため、素子全体の重量バランスを容易に取ることができるという作用効果を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、駆動アームの下方に位置して支持部に段差部を設けたもので、この構成によれば、駆動アームの下方に位置して支持部に段差部を設けているため、駆動アームが変形し易いという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、固定部の厚みを駆動アームの厚みより厚くしたもので、この構成によれば、固定部の厚みを駆動アームの厚みより厚くしているため、固定部の厚みより薄い駆動アームが変形し易いという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、固定部と支持部とを同一材料で構成したもので、この構成によれば、固定部と支持部とを同一材料で構成しているため、固定部と支持部との熱膨張係数は同一となり、これにより、温度変化による出力信号の変動が生じにくいという作用効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、固定部と支持部とをＳｉ材料で構成したもので、この構成によれば、固定部と支持部とを同一材料であるＳｉ材料で構成しているため、固定部と支持部の熱膨張係数は同一となり、これにより、温度変化による出力信号の変動が生じにくいという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように本発明の角速度センサ素子は、一対の固定部と、この固定部に一端が支持されるとともに駆動電極を上面に設けた駆動圧電素子と検出電極を上面に設けた検出圧電素子とを同一面内に設けた駆動アームと、前記一対の固定部の下面に当接する一対の当接部を設けるとともに駆動アームの下方に間隙を介して設けた支持部と、前記駆動アームの他端に設けた錘部とを備え、前記支持部における一対の当接部を互いに異なる外周側に設けているため、角速度センサ素子の重量バランスを容易にとることができるという優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態における角速度センサ素子の斜視図
【図２】同角速度センサ素子の上面図
【図３】同角速度センサ素子の側断面図
【図４】同角速度センサ素子の組立工程図
【図５】同角速度センサ素子の動作状態を示す上面図
【図６】同角速度センサ素子の動作状態を示す上面図
【図７】従来の角速度センサ素子の斜視図
【図８】同角速度センサ素子の側断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明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。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態における角速度センサ素子の斜視図、図２は同角速度センサ素子の上面図、図３は同角速度センサ素子の側断面図である。
【００２０】
図１〜図３において、２１はＴ字形状のＳｉからなる第１の固定部で、この第１の固定部２１の上面には一対の駆動電極ランド２２を設けるとともに、この一対の駆動電極ランド２２の間にモニター電極ランド２３を設けている。２４はＴ字形状のＳｉからなる第２の固定部で、この第２の固定部２４の上面には一対の検出電極ランド２５を設けるとともに、この一対の検出電極ランド２５の間に位置してモニター電極ランド２６を設けており、さらに、第２の固定部２４の上面にはＧＮＤ電極ランド２７を設けているものである。
【００２１】
２８はＳｉからなる駆動アームで、この駆動アーム２８には一端が前記第２の固定部２４と接続される一対の検出部２９を設けており、そして、この検出部２９の上面の辺側には、図３に示すように、Ｐｔからなる下部電極３０を設けており、そして、この下部電極３０は前記第２の固定部２４におけるＧＮＤ電極ランド２７と電気的に接続しているものである。また、前記駆動アーム２８の検出部２９における下部電極３０の上面にはＰＺＴからなる検出圧電素子３１を設けている。そしてまた、この検出部２９における検出圧電素子３１の上面にはＡｕからなる検出電極３２を設けており、そして、この検出電極３２は前記第２の固定部２４における検出電極ランド２５と電気的に接続しているものである。さらに、前記検出部２９にはＰｔからなる下部電極３０、ＰＺＴからなるモニター圧電素子（図示せず）およびＡｕからなるモニター電極３３を設けているもので、このモニター電極３３は前記第２の固定部２４におけるモニター電極ランド２６と電気的に接続しているものである。
【００２２】
また、前記駆動アーム２８には一対の駆動部３４を設けており、この駆動部３４は屈曲部３４ａを介して前記検出部２９に接続されるとともに、上面にＰｔからなる下部電極３０を設けており、そして、この下部電極３０は前記第２の固定部２４におけるＧＮＤ電極ランド２７と電気的に接続しているものである。また、前記駆動アーム２８の駆動部３４における下部電極３０の上面にはクランク形状のＰＺＴからなる駆動圧電素子３５（図示せず）を設けている。そしてまた、この駆動部３４における駆動圧電素子３５（図示せず）の上面にはＡｕからなる駆動電極３６を設けており、そして、この駆動電極３６は前記第１の固定部２１における駆動電極ランド２２と電気的に接続しているものである。さらに、前記駆動アーム２８には一端が第１の固定部２１と接続される一対の可動部３７を設けており、そして、この可動部３７にはＰｔからなる下部電極３０、ＰＺＴからなるモニター圧電素子（図示せず）およびＡｕからなるモニター電極３３を設けているもので、このモニター電極３３は前記第１の固定部２１におけるモニター電極ランド２３と電気的に接続しているものである。
【００２３】
そしてまた、前記駆動アーム２８には一対の駆動部３８を設けており、この駆動部３８は屈曲部３８ａを介して前記可動部３７に接続されるとともに、上面にＰｔからなる下部電極３０を設けており、そして、この下部電極３０は前記第２の固定部２４におけるＧＮＤ電極ランド２７と電気的に接続しているものである。また、前記駆動アーム２８の駆動部３８における下部電極３０の上面にはクランク形状のＰＺＴからなる駆動圧電素子３９（図示せず）を設けている。そしてまた、この駆動部３８における駆動圧電素子３９（図示せず）の上面にはＡｕからなる駆動電極４０を設けており、そして、この駆動電極４０は前記第１の固定部２１における駆動電極ランド２２と電気的に接続しているものである。
【００２４】
４１はＳｉからなる一対の錘部で、この錘部４１は前記駆動アーム２８における他端に接続されている。４２はＳｉからなる支持部で、この支持部４２の一端外周側には第１の当接部４３を設けており、そして、この第１の当接部４３は前記第２の固定部２４に当接させているものである。また、前記支持部４２には、前記第１の当接部４３を設けた側と異なる外周側に第２の当接部４４を設けているもので、この第２の当接部４４は前記第１の固定部２１と当接させているものである。
【００２５】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサ素子について、次に組立方法を説明する。
【００２６】
まず、図４（ａ）に示すように、予め準備したＳｉウェハー４５の上面に順次、Ｐｔからなる下部電極層４６、ＰＺＴからなる圧電体層４７およびＡｕからなる上部電極層４８を蒸着により形成する。
【００２７】
次に、前記上部電極層４８の上面に、スピンコートにより、レジスト膜（図示せず）を塗布した後、フオトリソグラフィーにより、レジスト膜（図示せず）を所定形状にパターンニングする。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜（図示せず）をマスクとして、下部電極層４６、ＰＺＴからなる圧電体層４７およびＡｕからなる上部電極層４８をドライエッチングによって所定形状に加工を行うことにより、駆動アーム２８における検出電極３２、モニター電極３３および駆動電極３６を、さらには、第１の固定部２１における駆動電極ランド２２およびモニター電極ランド２３と第２の固定部２４における検出電極ランド２５、モニター電極ランド２６およびＧＮＤ電極ランド２７を形成する。
【００２９】
次に、図４（ｃ）に示すように、レジスト膜（図示せず）をマスクとして、Ｓｉウェハー４５をドライエッチングによって所定形状に加工を行うことにより、前記第１の固定部２１、第２の固定部２４、駆動アーム２８および錘部４１を形成する。
【００３０】
次に、図４（ｄ）に示すように、バックグラインドによりＳｉウェハー４５の下側を研削することにより、駆動アーム２８における検出部２９、可動部３７、第１の固定部２１、第２の固定部２４とを互いに分離する。
【００３１】
次に、図４（ｅ）に示すように、レジスト膜（図示せず）をマスクとして、支持部用Ｓｉウェハー４９をドライエッチングまたはウェットエッチングによって所定形状に加工を行うことにより、２０μｍ以上の間隙５０を形成する。
【００３２】
次に、複数の間隙５０を設けた支持部用Ｓｉウェハー４９における前記Ｓｉウェハー４５の第１の固定部２１および第２の固定部２４が当接する箇所に、図４（ｆ）に示すように、接着剤５１をスキージ印刷により塗布する。
【００３３】
次に、Ｓｉウェハー４５における第１の固定部２１および第２の固定部２４と支持部用Ｓｉウェハー４９とが重なるように位置合わせを行った後、押圧し、その後、さらに、ホットプレート（図示せず）で加熱することにより、接着剤５１を硬化させて、Ｓｉウェハー４５と支持部用Ｓｉウェハー４９とを互いに接合する。
【００３４】
このとき、Ｓｉウェハー４５と支持部用Ｓｉウェハー４９との位置合わせについては、パターンによる画像認識の他、それぞれのＳｉウェハー４５および支持部用Ｓｉウェハー４９にあらかじめ貫通孔（図示せず）を設けておき、共通のピンで位置決めを行うことにより安価な設備で精度よく位置決めを行うことができる。
【００３５】
次に、Ｓｉウェハー４５および支持部用Ｓｉウェハー４９をダイシングすることにより、個片の角速度センサ素子を形成する。
【００３６】
以上のようにして組み立てられた本発明の一実施の形態における角速度センサ素子について、次にその動作を説明する。
【００３７】
第１の固定部２１における駆動電極ランド２２に交流電圧を印加すると、駆動アーム２８における駆動電極３６および駆動電極４０に加わる電圧が正の電圧のときには、駆動圧電素子３５（図示せず）に引張応力が発生する。一方、駆動アーム２８における駆動電極３６および駆動電極４０に加わる電圧が負の電圧のときには、駆動圧電素子３５（図示せず）に圧縮応力が発生する。そうすると、交流電圧の位相に応じて、図５に示すように、角速度センサ素子が一対の錘部を結ぶ方向の駆動方向に速度ｖで駆動振動する。そして、この駆動振動は屈曲部３４ａを介して検出部２９にも伝わり、この検出部２９も駆動方向の固有振動数で駆動方向に速度ｖで駆動振動する。そして、前記駆動アーム２８における検出部２９が駆動振動している状態において、角速度センサ素子を設けた平面と垂直な方向であるＺ軸を中心軸として角速度センサ素子が角速度ωで回転すると、図６に示すように、検出部２９にＦ＝２ｍｖ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により、検出部２９における検出圧電素子３１に発生する電荷を検出電極３２および第２の固定部２１における一対の検出電極ランド２３を介して外部に出力することにより、角速度を検出するものである。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る角速度センサ素子は、重量バランスを容易に取ることが可能な角速度センサ素子を提供することができるという効果を有し、各種電子機器に用いられる角速度センサ素子として有用である。
【符号の説明】
【００３９】
２１  第１の固定部
２４  第２の固定部
２８  駆動アーム
３２  検出電極
３６  駆動電極
４２  支持部
５０  間隙
【図１】
2010256054.tif 000003
【図２】
2010256054.tif 000004
【図３】
2010256054.tif 000005
【図４】
2010256054.tif 000006
【図５】
2010256054.tif 000007
【図６】
2010256054.tif 000008
【図７】
2010256054.tif 000009
【図８】
2010256054.tif 000010