(57)【要約】【課題】回転角速度の測定を容易にし、小型化を図ることができる角速度センサ素子、及びこれを利用した角速度センサを提供すること。【解決手段】一対の振動腕と、この一対の振動腕を支持する基部５１とを備えた音叉型圧電振動片からなり、コリオリ力を受けることで生ずる電荷を検出用電極２０により検出するようにした角速度センサ素子であって、一対の振動腕のそれぞれに励振電極が設けられており、基部５１の主面に圧電薄膜６０が設けられ、圧電薄膜６０に検出用電極２０が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の振動腕と、この一対の振動腕を支持する基部とを備えた音叉型圧電振動片からなり、コリオリ力を受けることで生ずる電荷を検出用電極により検出する角速度センサ素子であって、
前記一対の振動腕のそれぞれに励振電極が設けられており、
前記基部の主面に圧電薄膜が設けられ、
前記圧電薄膜に前記検出用電極が設けられている
ことを特徴とする角速度センサ素子。
【請求項２】
前記圧電薄膜は、前記音叉型圧電振動片よりも電気機械結合係数が高いことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ素子。
【請求項３】
前記圧電薄膜は、前記基部の前記振動腕の付け根付近に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ素子。
【請求項４】
前記圧電薄膜は、前記一対の振動腕のそれぞれの付け根付近に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の角速度センサ素子。
【請求項５】
一対の振動腕、及びこの一対の振動腕を支持する基部を有し、コリオリ力を受けることで生ずる電荷を検出用電極により検出するようにした音叉型圧電振動片と、この音叉型圧電振動片の前記基部が接合される被接合体とを備えた角速度センサであって、
前記一対の振動腕のそれぞれに励振電極が設けられており、
前記基部と前記被接合体に挟まれるようにして、圧電薄膜が配置され、
前記圧電薄膜に、前記検出用電極が設けられている
ことを特徴とする角速度センサ。
【請求項６】
前記圧電薄膜は、導電性部材を介在するようにして、前記基部と前記被接合体に挟まれていることを特徴とする請求項５に記載の角速度センサ。
【請求項７】
前記圧電薄膜は、前記検出用電極を構成する第１および第２の電極の間に挟まれるようになっており、
前記第１の電極または第２の電極のいずれか一方は、露出しないように絶縁膜で覆われている
ことを特徴とする請求項６に記載の角速度センサ。
【請求項８】
前記圧電薄膜は、前記基部の前記振動腕の付け根付近に配置されていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項９】
前記圧電薄膜は、前記一対の振動腕のそれぞれの付け根付近に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉型圧電振動片からなる角速度センサ素子及びこれを利用した角速度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
音叉型圧電振動片からなる角速度センサ素子は、カメラの手振れ防止装置やナビゲーションシステム等の様々な電子機器に搭載されている。
図１０は、従来の角速度センサ素子１の斜視図である（例えば、特許文献１参照）。
この図の角速度センサ素子１は、互いに平行な一対の振動腕２，３と、この一対の振動腕２，３を支持する基部４とを有する所謂音叉型圧電振動片である。
【０００３】
一対の振動腕２，３は、そのうち一方の振動腕２の表面に駆動電圧を印加するための励振電極６が設けられている。これにより、一方の振動腕２は振動腕３と接近・離間する方向に振動し、他方の振動腕３も一方の振動腕２の振動を受けて、振動腕２と接近・離間する方向に振動するようになっている（以下、「駆動振動」という）。
このような駆動振動の状態で角速度センサ素子１が回転すると、コリオリ力の作用により、振動腕２と振動腕３とが、互いに接近・離間する方向と直行する方向に互いに逆相に振動する（以下、「ウォーク振動」という）。
そして、このウォーク振動により生じた電荷を、他方の振動腕３に設けられた複数の検出用電極５が検出して、回転角速度を測定するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４１６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、このような音叉型圧電振動片からなる角速度センサ素子１を利用した角速度センサでは、他方の振動腕３には検出用電極５を設けているため、一方の振動腕２のように励振電極を設けることができず、このため、他方の振動腕３の励振効率は悪くならざるを得ない。
このため、検出用電極５から出力される電荷はとても小さく、回転角速度の測定の困難さを招いていた。また、検出用電極５から出力される電荷が小さいために、角速度センサは、回転角速度の測定に特殊な電荷電圧（Ｑ−Ｖ）変換アンプなどを必要としていた。また、角速度センサ素子１を小型化すると励振効率はさらに悪くなるため、小型化の限界をきたしていた。
【０００６】
本発明は、回転角速度の測定を容易にし、小型化を図ることができる角速度センサ素子、及びこれを利用した角速度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的は、第１の発明によれば、一対の振動腕と、この一対の振動腕を支持する基部とを備えた音叉型圧電振動片からなり、コリオリ力を受けることで生ずる電荷を検出用電極により検出するようにした角速度センサ素子であって、前記一対の振動腕のそれぞれに励振電極が設けられており、前記基部の主面に圧電薄膜が設けられ、前記圧電薄膜に前記検出用電極が設けられている角速度センサ素子により達成される。
【０００８】
第１の発明の構成によれば、音叉型圧電振動片からなる角速度センサ素子は、その一対の振動腕のそれぞれに励振電極が設けられているため、一本の振動腕のみに励振電極が設けられた場合に比べて励振効率が向上する。したがって、この励振効率の向上に伴って、一対の振動腕は互いに接近・離間する方向に大きく振動するため、この振動状態で回転すると、振動腕はコリオリ力で厚み方向に大きく振動し、この振動は基部に伝達して、基部も厚み方向に振動することになる。
ここで、この厚み方向に振動する基部の主面には圧電薄膜が設けられているため、基部の厚み方向の振動によって圧電薄膜に十分な電荷が生じ、この電荷を検出用電極で取り出して、回転角速度を容易に測ることができる。
そして、このように、一対の振動腕双方の励振電極によって励振効率が向上すると共に、圧電薄膜によって検出効率も向上するため、角速度センサ素子を小型化することも容易となる。
かくして、本発明によれば、回転角速度の測定を容易にし、小型化を図ることができる角速度センサ素子を提供することができる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記圧電薄膜は、前記音叉型圧電振動片よりも電気機械結合係数が高いことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、圧電薄膜は、少なくとも音叉型圧電振動片よりも電気機械結合係数が高いため、音叉型圧電振動片の基部の厚み方向の振動によって圧電薄膜に生じる電荷の検出がより容易になる。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明の構成において、前記圧電薄膜は、前記基部の前記振動腕の付け根付近に配置されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、圧電薄膜は、基部の振動腕の付け根付近に配置されている。この点、基部の振動腕の付け根付近は、基部のうち最も振動腕の振動が衰退せず、振動が大きく伝達される箇所である。したがって、第１または第２の発明と同様の作用効果を発揮し、さらに、圧電薄膜に第１または第２の発明より大きな電荷が生じて、回転角速度の測定がより容易に行える。
【００１１】
第４の発明は、第３の発明の構成において、前記圧電薄膜は、前記一対の振動腕のそれぞれの付け根付近に配置されていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、圧電薄膜は、一対の振動腕のそれぞれの付け根付近に配置されている。この点、互いに接近・離間するように振動している一対の振動腕は、回転角速度が加えられると、上面側と下面側に互い違いに振動する。このため、一方の振動腕の付け根付近の圧電薄膜が正の電荷の時は、他方の振動腕の付け根付近の圧電薄膜は負の電荷となる。したがって、圧電薄膜を基部に設けるための電極について、一方の振動腕の付け根付近の電極と、他方の振動腕の付け根付近の電極とを、基部上で容易に配線することができる。
【００１２】
また、上記目的は、第５の発明によれば、一対の振動腕、及びこの一対の振動腕を支持する基部を有し、コリオリ力を受けることで生ずる電荷を検出用電極により検出するようにした音叉型圧電振動片と、この音叉型圧電振動片の前記基部が接合される被接合体とを備えた角速度センサであって、前記一対の振動腕のそれぞれに励振電極が設けられており、前記基部と前記被接合体に挟まれるようにして、圧電薄膜が配置され、前記圧電薄膜に、前記検出用電極が設けられている角速度センサにより達成される。
【００１３】
第５の発明の構成によれば、角速度センサ素子は、一対の振動腕のそれぞれに励振電極が設けられているため、第１の発明と同様に、励振効率が向上し、回転角速度による振動腕の厚み方向の大きな振動が基部に十分に伝達される。また、基部の主面には圧電薄膜が設けられているため、第１の発明と同様に、圧電薄膜に十分な電荷が生じ、回転角速度を容易に測定できる。特に、第５の発明の圧電薄膜は基部と被接合体に挟まれているので、基部の厚み方向の振動により押圧されて高い電荷が発生し、回転角速度の測定がより容易となる。そして、このように、励振効率が向上すると共に、圧電薄膜によって検出効率も向上するため、角速度センサ素子を小型化することも容易となる。
かくして、本発明によれば、回転角速度の測定を容易にし、小型化を図ることができる角速度センサを提供することができる。
【００１４】
第６の発明は、第５の発明の構成において、前記圧電薄膜は、導電性部材を介在するようにして、前記基部と前記被接合体に挟まれていることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、圧電薄膜は、導電性部材を介在するようにして、基部と被接合体に挟まれている。したがって、基部と被接合体との間が離れていても、その間に導電性部材が介在して、圧電薄膜を押圧することができる。また、圧電薄膜が押圧されて生じた電荷は導電性部材を通じて取り出すことができる。
【００１５】
第７の発明は、第６の発明の構成において、前記圧電薄膜は、前記検出用電極を構成する第１および第２の電極の間に挟まれるようになっており、前記第１の電極または第２の電極のいずれか一方は、露出しないように絶縁膜で覆われていることを特徴とする。
第７の発明の構成によれば、圧電薄膜は、検出用電極を構成する第１および第２の電極の間に挟まれている。このため、例えば、第１の電極を基部に接続して圧電薄膜と基部とを電気的に接続したり、或いは、第２の電極に導電性部材を接続して、圧電薄膜と導電性部材とを電気的に接続したりできる。そして、この第１の電極または第２の電極のいずれか一方は、露出しないように絶縁膜で覆われているため、導電性部材を介して第１の電極と第２の電極とが短絡することを防止できる。
【００１６】
第８の発明は、第５ないし第７の発明のいずれかの構成において、前記圧電薄膜は、前記基部の前記振動腕の付け根付近に配置されていることを特徴とする。
第８の発明の構成によれば、圧電薄膜は、基部の振動腕の付け根付近に配置されているため、第２の発明と同様に、圧電薄膜に大きな電荷が生じて、回転角速度の測定がより容易に行なえる。
【００１７】
第９の発明は、第８の発明の構成において、前記圧電薄膜は、前記一対の振動腕のそれぞれの付け根付近に配置されていることを特徴とする。
第９の発明の構成によれば、圧電薄膜は、一対の振動腕のそれぞれの付け根付近に配置されているため、第４の発明と同様に、一方の振動腕の付け根付近の圧電薄膜が正の電荷の時は、他方の振動腕の付け根付近の圧電薄膜は負の電荷となる。したがって、圧電薄膜を基部に設けるための電極について、一方の振動腕の付け根付近の電極と、他方の振動腕の付け根付近の電極とを、基部上で容易に配線することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１ないし図５は、本発明の実施形態に係る角速度センサ１０を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略切断断面図、図３は角速度センサ１０に用いられる角速度センサ素子３２の概略斜視図、図４は図３のＢ−Ｂ線切断端面図、図５は角速度センサ１０を図３のＣ−Ｃ線の位置で切断した場合の概略端面図である。
なお、図３（ａ）は角速度センサ素子の上面側、図３（ｂ）は角速度センサ素子の下面側を図示している。また、図１ないし図５の平行斜線で示す部分は理解の便宜のために図示したもので、断面を表すものではない。また、図１ないし図５では、図面が複雑になることを避けるため、後述する励振電極や引出し電極を全て図示していない。
【００１９】
これらの図において、角速度センサ１０は、音叉型圧電振動片からなる角速度センサ素子３２と、この角速度センサ素子３２と電気的に接続された半導体チップ４０と、角速度センサ素子３２が接合される被接合体であって、角速度センサ素子３２および半導体チップ４０を収容するようにしたパッケージ３０とを備えている。
この被接合体であるパッケージ３０は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成型して形成される複数の基板を積層した後に、焼結して形成されている。すなわち、この実施形態のパッケージ３０は、図２に示すように、下から第１の基板３０ａ、第２の基板３０ｂ、第３の基板３０ｃを重ねて形成されている。
【００２０】
第２及び第３の基板３０ｂ，３０ｃは、その内側に所定の孔を形成することで、第１の基板３０ａに積層した場合に、パッケージ３０の内側に所定の内部空間Ｓを形成するようにされている。この内部空間Ｓが角速度センサ素子３２および半導体チップ４０を収容する空間である。
【００２１】
具体的には、第３の基板３０ｃの孔は、第２の基板３０ｂの孔よりも大きく形成されており、これにより、第２の基板３０ｂの上面が、内部空間Ｓに露出した面になり、パッケージ３０内で上向きの段部２２になっている。
この上向きの段部２２には、図１および図２に示すように、半導体チップ４０を介して実装端子部４３，４３と電気的に接続されたマウント電極４２，４２が設けられている。
マウント電極４２，４２は、図１における右端部付近であって、角速度センサ１０の幅方向の両端に、例えば、金または金合金により形成され、このマウント電極４２，４２の上には、導電性接着剤４６，４６が塗布されている。
【００２２】
そして、導電性接着剤４６，４６に、角速度センサ素子３２の基部５１の幅方向両端にある引出し電極５４，５５が載置されて、導電性接着剤４６，４６が硬化することにより角速度センサ素子３２とパッケージ３０とが接合されている。
なお、導電性接着剤４６には、エポキシ系またはポリイミド系、またはシリコーン系等の接着剤を用いることができるが、本実施形態では、エポキシ系の導電性接着剤等よりも柔軟性を有し、乾燥によって収縮して角速度センサ素子３２に反りを生じさせることの少ないシリコーン系の導電性接着剤を使用している。
【００２３】
また、第１の基板３０ａの上面であって、第２の基板３０ｂの所定の孔の内側には、半導体チップ４０が載置されている。
また、第３の基板３０ｃの上端面、すなわちパッケージ３０の上方に開放された開放端面には、例えば、低融点ガラス等のロウ材４４を介して、蓋体４６が接合されることにより、内部空間Ｓが封止されている。
【００２４】
角速度センサ素子３２は、一対の振動腕３５，３６と、この振動腕３５，３６と一体に形成され、一対の振動腕３５，３６を支持する基部５１とを備えた音叉型圧電振動片をベースにつくられている。
この角速度センサ素子３２は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができ、Ｘ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光学軸となるように水晶の単結晶から所定の角度をもって切り出された基板を加工することにより形成されている。具体的には、角速度センサ素子３２は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系において、Ｚ軸を中心に時計回りに０度ないし５度の範囲で回転して切り出した水晶Ｚ板を所定の厚みに切断研磨して得られるものを用いている。
【００２５】
基部５１は、一対の振動腕３５，３６を支持すると共に、角速度センサ素子３２をマウント電極４２，４２に接合するための部分でもあり、図１ないし図３に示すように、幅方向両端の表裏面に引出電極５４，５５が形成され、この引出電極５４，５５とマウント電極４２，４２とが電気的機械的に接続されている。
【００２６】
そして、一対の振動腕３５，３６は、基部５１から互いに平行に延びるように形成されており、図３に示すように、それぞれに励振電極３３，３４が設けられている。励振電極３３，３４は振動腕３５，３６に駆動電圧を印加するもので、これにより、いずれか一方の振動腕のみに励振電極を設ける場合に比べて、励振効率を高めている。
なお、励振電極３３，３４には、例えばクロムメッキによる下地層の上に金メッキを被覆した構成が適している。
【００２７】
さらに、一対の振動腕３５，３６は、表裏面のそれぞれに長手方向に沿って延びる長溝２４，２５が形成されており、図４に示すように、幅方向の縦断面が略Ｈ型となっている。そして、長溝２４，２５内には励振電極３３，３４が形成され、長溝２４内の励振電極３３と対向するようにして、振動腕３５の側面に励振電極３４が形成されており、長溝２５内の励振電極３４と対向するようにして、振動腕３６の側面に励振電極３３が形成されている。また、図３に示すように、励振電極３３は基部５１の引出電極５４と接続され、励振電極３４は、基部５１の引出電極５５と接続されて、励振電極３３と励振電極３４とは、互いに異極となっている。
これにより、各腕内の電界効率は高まって、振動腕３５，３６の励振効率はさらに高められ、励振電極３３，３４に駆動電圧を印加すると、振動腕３５と振動腕３６とは、図１の矢印Ｅで示すように、互いに接近・離間するようにして大きく振動することになる。
【００２８】
半導体チップ４０は、図１及び図２に示すように、第１の基板３０ａの上面に設けられた電極パッド（図示せず）とフリップチップ接続されており、この図示しない電極パッドは、パッケージ３０内を引き回されて、マウント電極４２と接続されている。これにより、半導体チップ４０は、導電性接着剤４６を介して、図３に示す引出電極５４，５５および励振電極３３，３４と導通している。また、この図示しない電極パッドは、パッケージ３０内を引き回されて、後述する検出用電極２０とも導通している。
そして、半導体チップ４０は、角速度センサ素子３２へ駆動電圧を印加する駆動電圧印加回路と、後述する角速度センサ素子３２の検出用電極２０の出力を検出する検出回路とを備えている。
【００２９】
ここで、図１ないし図３、及び図５に示すように、基部５１の主面に、少なくとも音叉型圧電振動片よりも電気機械結合係数が高い圧電薄膜６０が設けられている。
この圧電薄膜６０は、角速度センサ素子３２に回転が加えられた場合に電荷を発生させる圧電体であって、同じ圧電体である水晶等からなる音叉型圧電振動片とは別に、基部５１の主面に付加されている。
なお、圧電薄膜６０は、音叉型圧電振動片を形成する後に、その基部５１の裏面（パッケージに接続される側の面）に、例えばスパッタリング法で形成され、本実施形態の場合は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が用いられている。
【００３０】
また、圧電薄膜６０は、基部５１の一対の振動腕３５，３６のぞれぞれの付け根付近に配置されている。この付け根付近は、基部５１のうち最も振動腕３５，３６の振動が大きく伝達される箇所である。
具体的には、図３（ｂ）に示すように、少なくとも、基部５１の引出電極５４，５５よりも一対の振動腕３５，３６よりであって、幅方向を２分する中心線ＣＬよりも振動腕３６側に一方の圧電薄膜６０ａを、中心線ＣＬよりも振動腕３５側に他方の圧電薄膜６０ｂを、それぞれ配置するようにしている。
そして、圧電薄膜６０ａと圧電薄膜６０ｂとは、中心線ＣＬを中心に略対称になっており、両者の質量・形状・極性方向も略同様となっている。
【００３１】
また、圧電薄膜６０には、検出用電極２０が設けられている。検出用電極２０は、圧電薄膜６０で生じた電荷を取り出すための電極であって、一方の圧電薄膜６０ａと他方の圧電薄膜６０ｂのそれぞれに設けられ、図２に示す半導体チップ４０と電気的に接続されている。
具体的には、検出用電極２０は、図２に示すように、一方の圧電薄膜６０ａ側について述べれば、第１および第２の電極２０ａ，２０ｂからなっており、第１の電極２０ａと第２の電極２０ｂとで圧電薄膜６０ａを挟むようにしている。また、他方の圧電薄膜６０ｂ側の検出用電極２０も第１および第２の電極２０ｃ，２０ｄを有し、図５に示すように、第１の電極２０ｃと第２の電極２０ｄとで他方の圧電薄膜６０ｂを挟むようにしている。
なお、一方の圧電薄膜６０ａ側と他方の圧電薄膜６０ｂ側とは、略同様の構成であるため、以下、特別な言及がない限り、一方の圧電薄膜６０ａ側についてのみ説明する。
【００３２】
第１の電極２０ａは、例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属材料で形成され、図２に示すように、圧電薄膜６０ａの上面に設けられ、本実施形態の場合、圧電薄膜６０ａを基部５１に接合するために基部５１の表面に設けられている。
また、図３および図５に示すように、一方の圧電薄膜６０ａ側の第１の電極２０ａと、他方の圧電薄膜６０ｂ側の第１の電極２０ｃとは、基部５１の表面上に一体に形成され、両者は電気的に接続された状態になっている。
第２の電極２０ｂは、例えば、第１の電極２０ａと同じ金属材料で形成され、図２に示すように、圧電薄膜６０ａの下面に設けられて、圧電薄膜６０ａで生じた電荷を取り出せるようにしている。
【００３３】
そして、第２の電極２０ｂとパッケージ３０の上向きの段部２２との間には導電性部材６４が設けられている。これにより、圧電薄膜６０ａで生じた電荷を電気信号として第２の電極２０ｂおよび導電性部材６４を通じて、半導体チップ４０に伝えることができる。
また、基部５１と上向きの段部２２との距離が離れていても、圧電薄膜６０ａは、導電性部材６４が介在するようにして、基部５１と被接合体であるパッケージ３０に挟まれ、後述するように回転が加わると基部５１に押圧されることになる。
【００３４】
なお、本実施形態の導電性部材６４は、応力緩和や製造工程などを考慮して、角速度センサ素子３２をパッケージ３０にマウントする際の導電性接着剤４６と同じシリコーン系の導電性接着剤を用いるようにしている。
また、図２に示すように、パッケージ３０（上向きの段部２２）には、半導体チップ４０と導通し、マウント電極４２と同様の材料で形成された電極パターン２８が設けられており、この電極パターン２８の上に導電性部材６４が設けられている。
【００３５】
本発明の実施形態は以上のように構成されており、振動腕３５，３６のそれぞれに励振電極３３，３４が設けられているため励振効率が向上する。
このため、振動腕３５，３６は、駆動電圧を印加されると、互いに接近・離間する方向に大きく振動する。そして、この状態で、図２のＹ軸周りに回転が加わると、角速度センサ素子３２の回転を受けた振動状態を表す図６に示すように、回転速度に比例したコリオリ力が振動腕３５，３６に対して互いに逆向きに働き、振動腕３５，３６は、その厚み方向に互いに違いに交差するように大きく屈曲振動（以下「ウォーク振動」という）する。そうすると、振動腕３５，３６の厚みの方向の振動は基部５１に伝達し、基部５１も、図３の中心線ＣＬを中心に、一方の振動腕３５側と、他方の振動腕３６側とで、厚み方向に互いに違いに振動することになる。
ここで、この厚み方向に振動する基部５１の主面には圧電薄膜６０が設けられており、この圧電薄膜６０は、少なくとも音叉型圧電振動片よりも電気機械結合係数が高いものを用いるようにしている。したがって、圧電薄膜６０は、基部５１の厚み方向の振動によって十分な電荷が生じ、この電荷を検出用電極２０で取り出して、回転角速度を容易に測ることができる。
そして、このように、一対の振動腕３５，３６の夫々の励振電極３３，３４によって励振効率を向上させると共に、圧電薄膜６０によって検出も容易となるため、角速度センサ素子３２を小型化することが容易となる。
【００３６】
また、このような角速度センサ素子３２では、圧電薄膜６０に比べて音叉型圧電振動片を形成する水晶の体積がほとんどであるため、振動周波数は、ほとんどが水晶に依存することになり、安定度に優れている。
また、圧電薄膜６０は、振動腕３５，３６のＸ方向の成分がほとんどキャンセルされる基部５１に設けられているため、ウォーク振動を検出し易い。
【００３７】
さらに、圧電薄膜６０は、基部５１とパッケージ３０に挟まれているため、基部５１が厚み方向に振動すると、基部５１とパッケージ３０に挟まれて押圧される。したがって、圧電薄膜６０には高い電荷が発生し、回転角速度を容易に測定できる。
しかも、圧電薄膜６０は、一対の振動腕３５，３６のそれぞれの付け根付近に配置されているため、図５に示すように、一方の圧電薄膜６０ａが押圧された時は、他方の圧電薄膜６０ｂは引っ張られた状態になり、また、一方の圧電薄膜６０ａが引っ張られた時は、他方の圧電薄膜６０ｂは押圧された状態となる。したがって、いずれか一方の圧電薄膜が正の電荷の時は、他方の圧電薄膜は負の電荷となり、圧電薄膜６０を基部５１に設けるための電極２０ａと電極２０ｃとを基部５１上で配線すれば、回転角速度に比例した電荷を検出信号として半導体チップ４０に出力することができる。すなわち、図５の電気信号の流れを表す点線のように、基部５１の表面に設けられた電極２０ａと電極２０ｃとを一体的に形成して、図５の左右それぞれの電極パターン２８から検出した電荷を信号として半導体チップ４０に出力すればよい。このため、図５の電極２０ａと電極２０ｄとを接続するような困難な配線をしなくてもよく、配線パターンの形成が容易となる。
【００３８】
なお、本実施形態では、角速度センサ素子３２の基部５１側に圧電薄膜６０と検出用電極２０とからなる積層体を接続するようにしたが、圧電薄膜６０は、基部５１とパッケージ３０に挟まれるようにして配置されていればよい。したがって、例えば、図７に示すように、圧電薄膜６０と検出用電極２０とからなる積層体をパッケージ３０側に接続し、検出用電極２０と基部５１との間に、導電性部材６４を設けるようにしてもよい。
また、本実施形態では、角速度センサ素子３２が接合される被接合体はパッケージ３０であるが、これに限られず、被接合体は半導体チップ４０或いはその他の部品等であっても勿論よい。
【００３９】
図８および図９は、本発明の上述した実施形態の変形例に係る角速度センサ１２であって、図８は角速度センサ１２に用いられる角速度センサ素子３２の基部５１付近の裏面の概略拡大平面図、図９は角速度センサ１２を図８のＤ−Ｄ線の位置で切断した場合の概略切断断面図である。
これらの図において、上述した角速度センサ１０の説明で用いた符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。
【００４０】
この角速度センサ１２が図１ないし図７の角速度センサ１０と異なるのは、圧電薄膜６０および検出用電極２０からなる積層体についてである。
なお、図８及び図９の角速度センサ素子３２の中心線ＣＬを中心にして左右それぞれの圧電薄膜６０および検出用電極２０からなる積層体は、同様の構成であるから、以下、図８及び図９の左側の積層体についてのみ説明する。
【００４１】
すなわち、角速度センサ１２において、一方の圧電薄膜６０ａは、検出用電極２０を構成する第１の電極２０ａおよび第２の電極２０ｂに挟まれて積層体を構成するようになっている。
そして、第１の電極２０ａまたは第２の電極２０ｂのいずれか一方は、露出しないように絶縁膜７０で覆われている。
【００４２】
具体的には、図９の上から第１の電極２０ａ、圧電薄膜６０ａ、及び第２の電極２０ｂの順に積層された積層体の側面全体に絶縁膜７０が付着している。そして、本変形例の積層体は、第１の電極２０ａの上面が基部５１に接合されるようになっているため、この積層体を導電性部材６４でパッケージ３０に接続する前に内部空間Ｓに露出するのは、第２の電極２０ｂの下面のみとなっている。
なお、絶縁膜７０は、例えば、シリコン酸化膜から形成されている。
【００４３】
本発明の実施形態の変形例に係る角速度センサ１２は以上のように構成されており、圧電薄膜６０ａは第１および第２の電極２０ａ，２０ｂの間に挟まれているため、第１の電極２０ａと第２の電極２０ｂとが圧電薄膜６０ａ以外の導電材料で電気的に接続されてしまうと、電位差がなくなって信号が取り出せなくなってしまう。ところが、角速度センサ１２は、第１の電極２０ａまたは第２の電極２０ｂのいずれか一方が、露出しないように絶縁膜７０で覆われているため、導電性部材６４を介して第１の電極２０ａと第２の電極２０ｂとが短絡することを有効に防止できる。
【００４４】
本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態や各変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係る角速度センサの概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略切断断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る角速度センサに用いられる角速度センサ素子の概略斜視図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線切断端面図。
【図５】本発明の実施形態に係る角速度センサを図３のＣ−Ｃ線の位置で切断した場合の概略端面図。
【図６】本発明の角速度センサ素子の回転を受けた振動状態を表す図。
【図７】圧電薄膜と検出用電極とからなる積層体をパッケージ側に接続した図。
【図８】本発明の実施形態の変形例に係る角速度センサに用いられる角速度センサ素子の基部付近の裏面の概略拡大平面図。
【図９】本発明の実施形態の変形例に係る角速度センサを図８のＤ−Ｄ線の位置で切断した場合の概略切断断面図。
【図１０】従来の角速度センサ素子の斜視図。
【符号の説明】
【００４６】
１０，１２・・・角速度センサ、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ・・・検出用電極、３２・・・角速度センサ素子、３３，３４・・・励振電極、３５，３６・・・振動腕、５１・・・基部、６０，６０ａ，６０ｂ・・・圧電薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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