(57)【要約】【課題】アーム部を支持する基部への振動もれを抑制できる角速度センサを提供すること。【解決手段】角速度センサ１は、支持部２２と、支持部２２から延出され一の方向に沿って配設された３本の圧電機能層１５Ａ〜１５Ｃを有するアーム部１２Ａ〜１２Ｃと、圧電機能層１５Ａ〜１５Ｃに電気的に接続する端子１４０から４７が設けられた実装面１Ａを有する固定部２４と、支持部２２と固定部２４との間に配置され、支持部２２及び固定部２４と結合する緩衝部２３とを備え、緩衝部の前記一の方向に沿った幅は、固定部２４及び支持部２２それぞれの一の方向に沿った幅よりも狭い。【選択図】  図１
2008224628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、
前記支持部から延出され一の方向に沿って配設された３本の圧電機能層を有するアーム部と、
前記圧電機能層に電気的に接続する端子が設けられた実装面を有する固定部と、
前記支持部と前記固定部との間に配置され、該支持部及び固定部と結合する緩衝部とを備え、
前記緩衝部の前記一の方向に沿った幅は、前記固定部及び支持部それぞれの前記一の方向に沿った幅よりも狭いことを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記固定部は、前記実装面と直交する方向に沿った厚みが、前記アーム部、支持部及び緩衝部の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記圧電機能層と前記端子とを接続する配線は、線対称形状をなすことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の角速度センサ。
【請求項４】
基部と、
前記基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された３本のアーム部と、
前記アーム部に形成された下部電極層と、
前記アーム部に形成された前記下部電極層上に形成された圧電層と、
前記３本のアーム部のうち少なくとも外側に位置する２本のアーム部の前記圧電層上に形成された駆動電極と、
前記３本のアーム部のうち少なくとも中央に位置するアーム部の前記圧電層上に形成された角速度検出用の検出電極と、
前記下部電極層、圧電層、駆動電極及び検出電極それぞれに電気的に接続する配線とを備え、
前記配線は線対称形状に配設されることを特徴とする角速度センサ。
【請求項５】
支持部と、該支持部から延出され一の方向に沿って配設された３本の圧電機能層を有するアーム部と、前記圧電機能層に電気的に接続する端子が設けられた実装面を有する固定部と、前記支持部と前記固定部との間に配置され、該支持部及び固定部と結合する緩衝部とを備え、前記緩衝部の前記一の方向に沿った幅は、前記固定部及び支持部それぞれの前記一の方向に沿った幅よりも狭い角速度センサと、
前記角速度センサを搭載する機器本体と
を具備することを特徴とする電子機器。
【請求項６】
基部と、該基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された３本のアーム部と、該アーム部に形成された下部電極層と、前記アーム部に形成された前記下部電極層上に形成された圧電層と、前記３本のアーム部のうち少なくとも外側に位置する２本のアーム部の前記圧電層上に形成された駆動電極と、前記３本のアーム部のうち少なくとも中央に位置するアーム部の前記圧電層上に形成された角速度検出用の検出電極と、前記下部電極層、圧電層、駆動電極及び検出電極それぞれに電気的に接続する配線とを備え、前記配線が線対称形状に配列される角速度センサと、
前記角速度センサを搭載する機器本体と
を具備することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ビデオカメラの手振れ検知やバーチャルリアリティ装置にける動作検知、カーナビゲーションシステムにおける方向検知などに用いられる角速度センサに関し、更に詳しくは、振動子アームを３本備えた三音叉型の角速度センサ及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、民生用の角速度センサとしては、振動子を所定の共振周波数で振動させておき、角速度の影響によって生じるコリオリ力を圧電素子などで検出することによって欠く速度を検出する、いわゆる振動型のジャイロセンサが広く用いられている。振動型ジャイロセンサは、単純な機構、短い起動時間、安価に製造可能といった利点を有しており、例えば、ビデオカメラ、バーチャルリアリティ装置、カーナビゲーションシステムなどの電気機器に搭載され、それぞれ手振れ検知、動作検知、方向検知などをする際のセンサとして活用されている。
【０００３】
下記特許文献には、三音叉型振動子を有する角速度センサが開示されている。
【特許文献１】特開平７−８３６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の3音叉振動子を有する角速度センサにおいては、アーム部の振動がアーム部を支持する基部に伝達することで、角速度検出特性を劣化させるという問題がある。
【０００５】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、アーム部を支持する基部への振動もれを抑制できる角速度センサ及び電子機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するにあたり、本発明の角速度センサは、支持部と、前記支持部から延出され一の方向に沿って配設された３本の圧電機能層を有するアーム部と、前記圧電機能層に電気的に接続する端子が設けられた実装面を有する固定部と、前記支持部と前記固定部との間に配置され、該支持部及び固定部と結合する緩衝部とを備え、前記緩衝部の前記一の方向に沿った幅は、前記固定部及び支持部それぞれの前記一の方向に沿った幅よりも狭いことを特徴とする。
【０００７】
上記３本のアーム部は、音叉型の振動子を構成する。本発明においては、緩衝部を設けることにより各アーム部の振動が固定部へ伝達されることを抑制することができ、安定した角速度検出動作を実現することができる。
【０００８】
また、前記固定部は、前記実装面と直交する方向に沿った厚みが、前記アーム部、支持部及び緩衝部の厚みよりも厚いことを特徴とする。これにより、各アーム部の振動が固定部へ伝達されることを更に抑制することができる。
【０００９】
また、前記圧電機能層と前記端子とを接続する配線は、線対称形状をなすことを特徴とする。これにより、全体の振動状態をねじれの無いものとすることができ、振動を安定化させることができる。
【００１０】
本発明の角速度センサは、基部と、前記基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された３本のアーム部と、前記アーム部に形成された下部電極層と、前記アーム部に形成された前記下部電極層上に形成された圧電層と、前記３本のアーム部のうち少なくとも外側に位置する２本のアーム部の前記圧電層上に形成された駆動電極と、前記３本のアーム部のうち少なくとも中央に位置するアーム部の前記圧電層上に形成された角速度検出用の検出電極と、前記下部電極層、圧電層、駆動電極及び検出電極それぞれに電気的に接続する配線とを備え、前記配線は線対称形状に配列されることを特徴とする。
【００１１】
このように配線を線対称形状に配列することにより、全体の振動状態をねじれの無いものとすることができ、振動を安定化させることができ、安定した角速度検出動作を実現することができる。
【００１２】
本発明の電子機器は、支持部と、該支持部から延出され一の方向に沿って配設された３本の圧電機能層を有するアーム部と、前記圧電機能層に電気的に接続する端子が設けられた実装面を有する固定部と、前記支持部と前記固定部との間に配置され、該支持部及び固定部と結合する緩衝部とを備え、前記緩衝部の前記一の方向に沿った幅は、前記固定部及び支持部それぞれの前記一の方向に沿った幅よりも狭い角速度センサと、前記角速度センサを搭載する機器本体とを具備することを特徴とする。
【００１３】
このような電子機器は、搭載される角速度センサが緩衝部によって各アーム部の振動が固定部へ伝達されることが抑制されるので、安定した角速度検出動作を有する。
【００１４】
本発明の他の電子機器は、基部と、該基部から一体的にほぼ同一方向へ延出された３本のアーム部と、該アーム部に形成された下部電極層と、前記アーム部に形成された前記下部電極層上に形成された圧電層と、前記３本のアーム部のうち少なくとも外側に位置する２本のアーム部の前記圧電層上に形成された駆動電極と、前記３本のアーム部のうち少なくとも中央に位置するアーム部の前記圧電層上に形成された角速度検出用の検出電極と、前記下部電極層、圧電層、駆動電極及び検出電極それぞれに電気的に接続する配線とを備え、前記配線が線対称形状に配列される角速度センサと、前記角速度センサを搭載する機器本体とを具備することを特徴とする。
【００１５】
このような電子機器は、搭載される角速度センサが線対称形状の配線を備えることによって全体の振動状態をねじれの無いものとすることができ、振動を安定化させることができるので、安定した角速度検出動作を有する
【発明の効果】
【００１６】
以上述べたように、本発明によれば、各アーム部の振動が基部へ伝達されることを抑制して安定した角速度検出動作を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の技術思想に基づいて種々の変形が可能である。また、以下の図面においては各構成をわかりやすくするために、実際の構造と比較して、一部の構造の図示を省略したり、各構造における縮尺等を異ならせている。
【００１８】
図１（ａ）は本発明の実施形態による角速度センサ１の概略構成を示す底面図、図１（ｂ）は該角速度センサ１の概略構成を示す側面図である。図１（ａ）においては、単結晶シリコン層、検出電極、参照電極、駆動電極、下部電極膜、リード配線、外部接続端子、金バンプを図示し、その他の構成は図示を省略している。また、検出電極、参照電極及び下地電極膜の平面形状は、簡略化して図示しており、後述する角速度センサ１の製造方法で説明するそれらの形状とは異なっている。図１（ｂ）においては、単結晶Ｓｉ層及びバンプのみを図示し、その他の構成は図示を省略している。
【００１９】
図２は、図１における線２−２線方向断面図である。
【００２０】
図３は、角速度センサ１の駆動検出回路の構成を示すブロック図である。図３において、角速度センサ１は、アーム部１２Ａ〜１２Ｃと基部１１の一部である支持部２２のみ図示している。
【００２１】
図４は、角速度センサ１が実装基板１６０に実装された状態の概略構成を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の角速度センサ１は、基部１１と、この基部１１から一体的にほぼ同一方向（ｙ軸方向）へ延出された断面四角形状の３本のアーム部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃとを備えている。アーム部１２Ａ〜１２Ｃは一の方向（ｘ軸方向）に沿って間隙をおいて配置される。基部１１及びアーム部１２A〜１２Cは、単結晶Ｓｉ層６１を有している。基部１１及びアーム部１２Ａ〜１２Ｃは、圧電特性を有さないノンドープのＳｉ単結晶基板から所定形状に切り出され、一表面に、後述する圧電機能層や各種リード配線部が形成されることによって、角速度センサ１を構成している。単結晶Ｓｉ基板としては、例えばその抵抗値が１ＭΩ／ｃｍ２のものを用いることができる。また、Ｓｉ単結晶基板は、角速度センサ１の実装面となる底面部１Ａに対応する面は（１００）方位面であり、角速度センサ１の側面部１Ｂに対応する断面は（１１０）方位面となっている。このような方位面を有する単結晶Ｓｉ基板を用いることにより、後述する製造方法によってｚ軸方向の厚みが部分的に異なる角速度センサ１を形成することができる。
【００２３】
アーム部１２Ａ〜１２Ｃは、角速度センサ１の振動子を構成している。本実施形態において、各アーム部１２Ａ〜１２Ｃは、例えば、それぞれ同一のアーム長、形成幅、形成厚みで形成されているが、勿論これに限られない。例えば、ノイズ低減のために、それぞれのアームの形成幅を、中央アーム部と外側アーム部とで異ならせてもよい。以後の説明では、これら３本のアーム部１２Ａ〜１２Ｃのうち、外側に位置する２本のアーム部１２Ａ及び１２Ｂを外側アーム部１２Ａ、１２Ｂとそれぞれ称し、中央に位置するアーム部１２Ｃを中央アーム部１２Ｃと称する。
【００２４】
基部１１は、図１及び図４に示すように、３本のアーム部１２Ａ〜１２Ｃを支持する支持部２２と、実装基板１６０と電気的に接続する外部接続端子１４０〜１４７が形成された固定部２４と、支持部２２と固定部２４との間に形成された緩衝部２３とによって構成されている。支持部２２、緩衝部２３及び固定部２４には、アーム部１２Ａ〜１２Ｃに形成されている電極と外部接続端子１４０〜１４７とを電気的に接続するリード配線１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３４ａ、１３４ｂ、１３７ａ、１３７ｂ、１３７ｃと、ダミーリード配線１３８が形成されている。
【００２５】
図１及び図２に示すように、外側アーム部１２Ａ、１２Ｂは、単結晶Ｓｉ層６１ａ、６１ｂと、この上に設けられた熱酸化層６２ａと、この上に設けられた圧電機能層１５Ａ、１５Ｂ、及びこれを覆う保護層６７とから構成されている。圧電機能層１５Ａ、１５Ｂは、単結晶Ｓｉ層６１ａ、６１ｂ上に形成された下部電極層１７ａ、１７ｂと、この下部電極層１７ａ、１７ｂの上に形成された圧電層１６ａ、１６ｂと、この圧電層１６ａ、１６ｂの上に形成された駆動電極１３ａ、１３ｂによって構成されている。
【００２６】
一方、中央アーム部１２Ｃは、単結晶Ｓｉ層６１ｃと、この上に設けられた熱酸化層６２ａと、この上に設けられた圧電機能層１５Ｃ、及びこれを覆う保護層６７とから構成されている。圧電機能層１５Ｃは、単結晶Ｓｉ層６１ｃ上に形成された下部電極層１７ｃと、この下部電極層１７ｃの上に形成された圧電層１６ｃと、この圧電層１６ｃの上に形成された参照電極１３ｃ及び検出電極１４ａ、１４ｂによって構成されている。検出電極１４ａ、１４ｂは、中央アーム部１２Ｃの軸心上に配置された参照電極１３ｃに対して左右対象な位置にそれぞれ形成されている。
【００２７】
固定部２４は、単結晶Ｓｉ層６１上に熱酸化層６２ａ、更にこの上に保護層６７、外部接続端子１４０〜１４７が順次形成されている。
【００２８】
また、支持部２２、緩衝部２３及び固定部２４は、単結晶Ｓｉ層６１上に熱酸化層６２ａ（図示せず）、更にこの上に保護層６７、また更にこの上にリード配線１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３４ａ、１３４ｂ、１３７ａ、１３７ｂ、１３７ｃ及びダミーリード配線１３８が形成されている。
【００２９】
左アーム駆動リード配線１３３ａは、駆動電極１３ａと外部接続端子１４１とを電気的に接続する。右アーム駆動リード配線１３３ｂは、駆動電極１３ｂと外部接続端子１４５とを電気的に接続する。中央アーム駆動リード配線１３３ｃは、参照電極１３ｃと外部接続端子１４７とを電気的に接続する。中央アーム左検出リード配線１３４ａは、検出電極１４ａと外部接続端子１４３とを電気的に接続する。中央アーム右検出リード配線１３４ｂは、検出電極１４ｂと外部接続端子１４６とを電気的に接続する。左アーム下部電極リード配線１３７ａは、下部電極層１７ａと外部接続端子１４０とを電気的に接続する。右アーム下部電極リード配線１３７ｂは、下部電極層１７ｂと外部接続端子１４４とを電気的に接続する。中央アーム下部電極リード配線１３７ｃは、下部電極層１７ｃと外部接続端子１４２とを電気的に接続する。ダミーリード配線１３８は、その一端が下部電極層１７ｃと電気的に接続し、他端が外部接続端子とは接続されていない。
【００３０】
リード配線１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３４ａ、１３４ｂ、１３７ａ、１３７ｂ、１３７ｃ及びダミーリード配線１３８は、圧電膜が形成されていない領域で、平面的に重ならないように設けられている。これにより、リーク信号を抑えると共に不要な浮遊容量が形成されない。
【００３１】
本実施形態においては、図１に示すように、各種電極、リード配線及びダミーリード配線は、中央アーム部１２Ｃのほぼ中心線を対称軸にしてほぼ左右対称の線対称形状となっており、左右における電極及びリード配線の形成面積比は１〜１．１となっている。これにより全体の振動状態をねじれの無いものとすることができ、振動を安定化させ、安定した特性を得ることができる。尚、設計上、線対称形状とすることが困難な場合には、左右で形成面積比が１〜１．１となるように設計すればよい。
【００３２】
図３に示すように、角速度センサ１は、ＩＣ駆動回路素子などの制御部３１Ａによって駆動制御される。各アーム部１２Ａ〜１２Ｃの下部電極層１７ａ〜１７ｃは、制御部３１ＡのＶｒｅｆ端子にそれぞれ接続されている。Ｖｒｅｆ端子は基準電極となるグランド端子を構成している。外側アーム部１２Ａ，１２Ｂ上の駆動電極１３ａ、１３ｂは、制御部３１ＡのＧ０端子にそれぞれ接続されており、自励発信回路３２で生成された駆動信号が入力される。また、中央アーム部１２Ｃの振動特性を検出する参照電極１３ｃはＧ１端子に接続され、検出電極１４ａ、１４ｂはＧａ、Ｇｂ端子にそれぞれ接続されている。Ｇａ、Ｇｂ、Ｇ１端子は演算回路３３に接続されており、演算回路３３は、参照電極１３ｃの出力を駆動用信号として自励発振回路３２へフィードバックし、検出電極１４ａ、１４ｂの差分信号を角速度信号として検波回路３６へ出力する。検波回路３６で信号処理された検出信号は、平滑回路３７へ供給された後、角速度信号として処理される。
【００３３】
制御部３１Ａに対する角速度センサ１の接続は、実装基板１６０を介して行われる。本実施形態においては、図２０に示すように、制御部３１Ａを構成するＩＣ素子３１が実装された実装基板１６０に対して、角速度センサ１がフリップチップ実装される。フリップチップ実装に用いられる複数のバンプ５０は、各速度センサ１の基部１１に設けられた外部接続端子１４０〜１４７上に形成される。図１に示すように、基部１１の実装面には、各アーム部１２Ａ〜１２Ｃの圧電機能層１５Ａ〜１５Ｃと上記複数の外部接続端子１４０〜１４７との間を電気的に接続するリード配線１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３４ａ、１３４ｂ、１３７ａ、１３７ｂ、１３７ｃ及びダミーリード配線１３８が形成される。
【００３４】
外側アーム部１２Ａ，１２Ｂ上の各々の駆動電極１３ａ、１３ｂには、共通の駆動信号が入力される。これにより、圧電層１６ａ、１６ｂの逆圧電効果により、外側アーム部１２Ａ、１２Ｂは、圧電機能層１５Ａ、１５Ｂ（圧電層１６ａ、１６ｂ）の膜面に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に同相で励振される。
【００３５】
中央アーム部１２Ｃは、外側アーム部１２Ａ、１２Ｂの振動の反作用を受けて、同じくｚ軸方向に外側アーム部１２Ａ，１２Ｂとは逆相で振動する。このとき、参照電極１３ｃ及び検出電極１４ａ、１４ｂは、圧電層１６ｃの圧電効果により、アーム部１２Ｃの振動特性を電気的に検出し、参照電極１３ｃを介して検出された参照信号は、制御部３１Ａ内の自励発振回路３２にフィードバックされ、検出電極１４ａ、１４ｂを介して検出された検出信号の差分信号は、角速度信号として処理される。角速度信号が印加されていない場合、検出電極１４ａ、１４ｂの差分信号は原理的に０となる。
【００３６】
一方、この状態において、ｙ軸方向の周りに角速度が作用すると、各アーム部１２Ａ、１２Ｂにコリオリ力が生じて各アーム部１２Ａ〜１２Ｃを圧電機能層１５Ａ〜１５Ｃの形成面と平衡な方向（ｘ軸方向）に振動する成分が生成される。この振動成分は、中央アーム部１２Ｃ上の圧電層１６ｃの圧電効果を利用して検出電極１４ａ、１４ｂにより検出され、これの差分信号に基づいて各速度の大きさと方向が検出される。
【００３７】
本実施形態において、各アーム部１２Ａ〜１２Ｃの動作周波数、すなわち、基本モード時におけるｚ軸方向の共振周波数（以下「縦共振周波数」という。）ｆｖがそれぞれ同一の周波数に設定されている。また、角速度の検出周波数、すなわち、各アーム部１２Ａ〜１２Ｃのｘ軸方向の共振周波数（以下、「横共振周波数」という。）ｆｈは、中央アーム部１２Ｃについてのみが縦共振周波数ｆｖ付近に設定され、外側アーム部１２Ａ，１２Ｂについては縦共振周波数ｆｖから数百〜数キロＨｚ離して設定されている。
【００３８】
上述のように、本実施形態の角速度センサ１においては、基本モードでの振動時、外側アーム部１２Ａ，１２Ｂが同相で励振され、中央アーム部１２Ｃが外側アーム部１２Ａ，１２Ｂと逆相で励振される。また、角速度検出時においても、中央アーム部１２Ｃの振動方向は、外側アーム部１２Ａ，１２Ｂの振動方向とは逆方向となる。従って、本実施形態によれば、各アーム部１２Ａ〜１２Ｃ間において振動による回転モーメントが発生するが、一方の外側アーム部１２Ａと中央アーム部１２Ｃとの間に発生する回転モーメントと、他方の外側アーム部１２Ｂと中央アーム部１２Ｃとの間に発生する回転モーメントとは、互いに逆方向となるため、結果的に基部１１に伝達される振動を大幅に低減することが可能となる。
【００３９】
また、本実施形態の角速度センサ１においては、駆動電極１３ａ，１３ｂによる各アーム部１２Ａ〜１２Ｃの励振方向を圧電機能層１５Ａ〜１５Ｃの形成面に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に設定しているので、その検出方向（ｘ軸方向）と異なり、本来的に安定した振動モードで振動させることができる。すなわち、圧電層１６ａ，１６ｂによる振動励起の剛心がアーム部１２Ａ，１２Ｂの重心と一致することで、圧電機能層１５Ａ，１５Ｂの形成面に対して垂直な第１の方向（ｚ軸方向）の方が、圧電機能層１５Ａ，１５Ｂの形成面に対して平行な第２の方向（ｘ軸方向）に比べてアーム部１２Ａ，１２Ｂの励振が容易となる。このため、外乱の重畳による駆動周波数の変動に対しても上記第２の方向への振動遷移を抑制でき、安定した基本モードを維持することが可能となる。これにより、外乱に対して強い角速度センサを構成することができ、高精度な出力特性を安定して得ることが可能となる。
【００４０】
更に、本実施形態では、中央アーム部１２Ｃについてのみその横共振周波数ｆｈを縦共振周波数ｆｖ付近に設定し、外側アーム部１２Ａ，１２Ｂについての横共振周波数ｆｈを縦共振周波数ｆｖから遠ざけて設定しているので、角速度の検出精度の向上を図ることができると同時に、外側アーム部１２Ａ，１２Ｂの基本動作モード時における振動方向の安定化を図ることができる。
【００４１】
角速度センサ１は、各外部接続端子１４０〜１４７を例えば金バンプ４０〜４７を介して実装基板１６０に電気的に接続することにより、実装される。
【００４２】
緩衝部２３は、支持部２２及び固定部２４のｘ軸方向（一の方向）に沿った形成幅よりも小さい幅で構成されている。更に、固定部２４は、支持部２２のｘ軸方向に沿った形成幅よりも大きい幅で構成されている。言い換えると、角速度センサ１のｘｙ平面状における形状は、緩衝部２３によって、くびれ部５１を有した形状となっている。このように、緩衝部２３を、支持部２２及び固定部２４の形成幅よりも小さい幅で構成することにより、アーム部１２Ａ〜１２Ｃの根元部位を支持する支持部２２から、外部接続端子１４０〜１４７の形成領域が設けられた固定部２４への振動の伝達を抑制することが可能となる。これにより、実装基板１６０への振動もれ量を大幅に低減して角速度検出特性の向上を図ることが可能となる。更に、固定部２４を、支持部２２の形成幅よりも大きい幅で構成することにより、図面上左側に位置する外部接続端子１４０〜１４３と、右側に位置する外部接続端子１４４〜１４７との距離を広げることができる。
【００４３】
図１（ｂ）に示すように、本実施形態においては、３本のアーム部１２Ａ〜１２Ｃ、支持部２２及び緩衝部２３の厚み（ｚ軸方向）は同じであり、その厚みａは１００μｍである。これに対し、固定部２４の厚みｂ（ｚ軸方向）は、３本のアーム部１２Ａ〜１２Ｃ、支持部２２及び緩衝部２３の厚みaよりも厚く、２００μｍとなるように構成されている。このように、固定部２４の厚みを厚くすることにより、アーム部１２A〜１２Cから固定部２４への振動のもれを更に抑制することができる。
【００４４】
ここで、図５に固定部２４の厚みｂと実装基板１６０の振動量との関係を示す。図５に示されるように、固定部２４の厚みを厚くすることにより、実装基板１６０の振動量を小さくすることが可能となり、結果的に近接ノイズを低くすることができる。
【００４５】
また、アーム部１２A〜１２Cの根元から、固定部２４と緩衝部２３との境界部までの長さ、言い換えると支持部２２と緩衝部２３のｙ軸方向における長さｃが、本実施形態においては５００μｍに構成されている。図６は、実装基板１６０の振動量が５ｎｍ以下、近接ノイズが２０ｍV以下となる、長さｃと固定部２４の厚みｂとの関係を示す図である。図６に示すように、固定部２４の厚みｂが薄いと長さｃを長くとる必要があり、固定部２４の厚みが厚いと長さｃの長さを短くすることができる。また、長さｃを短くすることにより、角速度センサの平面形状の面積を小さくすることができるため、単結晶シリコンウエハからの取り数を増やすことができる。
【００４６】
また、本実施形態においては各アーム端子１２Ａ〜１２Ｃ間の距離ｄは、５０〜２００μｍとなっている。実用上２００μｍよりも大きい値で設計することはない。また、アーム部の寸法によってＱ値が飽和する値は異なってくるが、５０μｍ以上とすることにより、Ｑ値は飽和する。ここで、図２１にアーム端子間距離（アーム間隔）と応答性との関係を、図２２にアーム間隔とＱ値との関係を、図２３にアーム部の断面積を異ならせた場合のアーム間隔とＱ値との関係を、図２４にアーム部の長さを異ならせた場合のアーム間隔とＱ値との関係を示す。図２１及び図２２からアーム間隔とＱ値に好かんがあり、Ｑ値と応答性にも相関があることがわかる。図２３及び図２４から、Ｑ値の飽和する値は、アーム部の断面積や長さなどの寸法によって異なるが、アーム間隔を５０μｍ以上とすることによりＱ値は飽和する。
【００４７】
図７は、図１に示す角速度センサ１の検出電極、参照電極、駆動電極、これらに電気的に接続するリード配線の形状を説明するための概略平面図である。
【００４８】
図７に示すように、中央アーム部１２Ｃのほぼ中心に参照電極１３ｃが設けられ、この参照電極１３ｃを挟んでその両側に検出電極１４ａ及び１４ｂが設けられている。そして、参照電極１３ｃに電気的に接続する中央アーム駆動リード配線１３３ｃを挟んでその両側に検出電極１４ａ及び１４ｂそれぞれに電気的に接続する中央アーム左検出リード配線１３４ａ及び中央アーム右検出リード配線１３４ｂが設けられている。
【００４９】
検出電極１４ａと検出電極１４ｂ、及びこれらそれぞれに電気的に接続する、図面上左側に位置する中央アーム左検出リード配線１３４ａと右側に位置する中央アーム右検出リード配線１３４ｂとは、それぞれそのリード配線の厚みが同じで、形成面積がほぼ等しくなっている。このように中央アーム左検出リード配線１３４ａと右側に位置する中央アーム右検出リード配線１３４ｂとの面積比を１〜１．１とすることにより、駆動電極から検出電極にもれるリーク信号を同一にして電源抑圧比を抑えることができる。図８〜図１２は、駆動電極１３ａ、１３ｂ、参照電極１３ｃ、リード配線１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃを一定にした際の各種変化を測定したものである。図８は、左右の検出電極に接続するリード配線の面積比とリーク電流との関係を表わす図である。図９は、左右の検出電極に接続するリード配線の面積比と左右リーク電流差分との関係を表わす図である。図１０は、左右リーク電流差とＮｕｌｌとの関係を表わす図である。図１１は、ＮｕｌｌとＰＳＲＲとの関係を表わす図である。図１２は、左右の検出電極それぞれに接続するリード配線の面積比とＰＳＲＲとの関係を表わす図である。これらの図からもわかるように、検出電極及びこれ接続するリード配線の左右における面積比を１〜１．１とすることが望ましい。
【００５０】
また、図７に示すように、外側アーム部１２Ａ、１２Ｂには、それぞれ駆動電極１３ａ及び１３ｂが設けられている。駆動電極１３ａ及びこれに電気的に接続する左アーム駆動リード配線１３３ａと、駆動電極１３ｂ及びこれに電気的に接続する右アーム駆動リード配線１３３ｂとは、参照電極１３ｃ及び中央アーム駆動リード配線１３３ｃを対称軸にしてほぼ左右対称の線対称の関係に設けられている。これにより、駆動電極１３ａ、１３ｂそれぞれに電気的に接続する、図面上左側に位置する左アーム駆動リード配線１３３ａと、右側に位置する右アーム駆動リード配線１３３ｂとは、その配線の厚みが同じで、配線面積がほぼ等しくなっている。このように左アーム駆動リード配線１３３ａと右アーム駆動リード配線１３３ｂの面積比をほぼ１：１とすることにより、ＰＳＲＲ（Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ  Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ）を低減することができる。図１３は、左右の駆動電極それぞれに接続するリード配線の面積比とＰＳＲＲとの関係を表わす図である。この図からもわかるように、左アーム駆動リード配線１３３ａと右アーム駆動リード配線１３３ｂの面積比を１〜１．１とすることが望ましい。
【００５１】
図１４は、図１に示す角速度センサ１の下部電極層及びこれに電気的に接続するリード配線の形状を説明するための概略平面図である。
【００５２】
図１４に示すように、各アーム部１２Ａ〜１２Ｃそれぞれに下部電極層１７ａ，１７ｂ、１７ｃが設けられている。中央アーム部１２Ｃに設けられている下部電極層１７ｃには
中央アーム下部電極リード配線１３７ｃ、ダミーリード配線１３８が電気的に接続しており、中央アーム下部電極リード配線１３７ｃとダミーリード配線１３８とは概略線対称形状を有している。そして、中央アーム下部電極リード配線１３７ｃとダミーリード配線１３８を挟んでその両側に下部電極層１７ａ、１７ｂそれぞれに電気的に接続する左アーム下部電極リード配線１３７ａ、右アーム下部電極リード配線１３７ｂが設けられている。左アーム下部電極リード配線１３７ａと右アーム下部電極リード配線１３７ｂとは線対称形状を有している。図１に示すように、リード配線１３４ａ、１３３ｃ、１３４ｂを挟むように両側にそれぞれ中央アーム下部電極リード配線１３７ｃとダミーリード配線１３８が設けられ、更にこれらを挟むように両側に左アーム駆動リード配線１３３ａ、右アーム駆動リード配線１３３ｂが設けられ、更にこれらを挟むように両側に左アーム下部電極リード配線１３７ａ及び右アーム下部電極リード配線１３７ｂが設けられている。リード配線１３７ａ、１３３ａ、１３７ｃ、１３４ａと、リード配線１３７ｂ、１３３ｂ、ダミーリード配線１３８、リード配線１３４ｂとは、中央アーム駆動リード配線１３３ｃを対称軸にして線対称に設けられている。このように左右対称形状となるように、外部接続端子と他端が接続しないダミーリード配線１３８を設けることにより、隣接する駆動電極１３ｂからのもれ信号が検出信号に入らないよう遮断することができる。尚、ダミーリード配線１３８は下部電極層１７ｃと電気的に接続するため、中央アーム下部電極リード配線１３７ｃを介して接地される。図１５に、ダミーリード配線１３８を設けた場合とない場合とでＰＳＲＲを測定した結果を示す。図１５に示すように、ダミーリード配線を設けた場合、ＰＳＲＲを低減することができる。
【００５３】
また、本実施形態において、圧電層１６ａ〜１６ｃは、それぞれ独立した島状になっており、線対称形状となっている。これにより、それぞれの圧電機能層１５Ａ〜１５Ｃで分極が行われ、且つそれぞれ独立して振動させるために、中央アーム部１２Ｃと外側アーム部１２Ａ、１２Ｂとでは振動が反転する。
【００５４】
本実施形態において、角速度センサ１の振動子の３本のアーム部１２Ａ〜１２Ｃは、それぞれ圧電の分極方向が図１６に示すように同一となっている。図１６は、角速度センサ１の配線状態を示す図であり、図１７は図１６の線１７−１７で切断した断面図であり、実装基板１６０内での配線の状態を示す。これに対し、図１８に示すように、圧電分極方向を、外側のアーム部１２Ａ、１２Ｂは同一とし、中央のアーム部１２Ｃはこれらと逆の圧電分極方向としてもよい。図１８は、角速度センサ１の配線状態を示す図であり、図１９は図１８の線１８−１８で切断した断面図である。本実施形態においては、例えば複数の接地されるリード配線を一括して１つの外部接続端子に接続せずに、接地されるリード配線毎に外部接続端子を設けているので、角速度センサ１内で、接地されるリード配線は互いに分離されている。従って、図１６〜図１９に示すように、圧電分極方向を変化させる場合、角速度センサ１の電極構造を変えることなく、実装基板１６０側で配線を共通化することによって対応することができる。
【００５５】
本実施形態においては、バンプを８個用いて角速度センサ１を実装基板１６０上にフリップチップボンディングによって実装している。実装では荷重を加えるため、荷重が印加される固定部２４には荷重に耐えられる厚みが必要となる。例えば８個のバンプを接続する場合には１８０μｍ以上の厚みが好ましい。
【００５６】
また、本実施形態においては、バンプを８個用いているが、複数の接地されるリード配線を一括して１つの外部接続端子に電気的に接続するなどして、角速度センサ上で共通配線を設け、バンプの数を減らすことも可能である。しかしながら、この場合、工程が多くなり、また配線が平面的に重なることによって短絡不良や浮遊容量が発生することが考えられる。本実施形態においては、角速度センサ上で共通配線を持たないため、このような短絡不良や浮遊容量といった問題がなく、簡易な製造工程で製造することができる。また、設計上、電極やリード配線の形状に対称性を持たせることが容易である。本実施形態においては、バンプは８個となっている。バンプの数が多いほど実装強度は向上するため、角速度センサ上に共通配線を設けてバンプ数を減らす場合と比較して、実装強度が高い。
【００５７】
次に、以上のように構成される本実施形態の角速度センサ１の一製造例を説明する。図２５は、角速度センサ１の製造方法を説明する主要工程フローである。
【００５８】
［基板準備工程］
【００５９】
まず、図２６（ａ）、（ｂ）に示すようなノンドープ単結晶Ｓｉ基板１６１を用意する。Ｓｉ基板１６１の大きさは、所有する薄膜プロセスのラインに応じて任意に設定され、本実施形態では直径が４インチのウエハを用いた。Ｓｉ基板１６１の厚みは、作業性やコストにより決定されるが、最終的に振動子の厚み以上であればよく、本実施形態では３００μｍの厚みとした。
【００６０】
このＳｉ基板１６１の両面には、異方性湿式エッチングの際の保護マスクとなる熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）１６２ａ、１６２ｂを形成しておく。熱酸化膜１６２ａ、１６２ｂの膜厚は任意であるが、本実施形態では０．３μｍ程度とした。また、Ｓｉ基板１６１の方位面は、図２６（ａ）で示す基板広口面が（１００）方位面、Ｓｉ基板１６１の断面となる図２６（ｂ）の面が（１１０）面となるように基板の切り出しが行われている。
【００６１】
［ダイヤフラム形成工程］
【００６２】
次に、図２７（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１６１の裏面の熱酸化膜１６２ｂの一部を除去するために、除去する部分を開口部とするレジストパターン膜１６３を形成する。このレジストパターン膜３の形成方法は、通常の半導体薄膜形成プロセスで用いられるフォトリソグラフィ技術を用いている。レジスト材は、例えば東京応化社製ＯＦＰＲ−８６００を用いたが、種類はこれに限られない。フォトリソグラフィの工程は、レジスト材塗布・プレベーキング・露光・現像という一般的に薄膜形成工程で用いられる技術であり、ここでは詳細は省略する。また、この後のプロセスにおいてもフォトリソグラフィ技術を用いているが、特殊な使用方法を除き一般的な工程に関しては省略する。
【００６３】
図２７（ａ）で示す開口部のそれぞれが１つの角速度センサとなる。開口部の形状は最終的なアーム形状とＳｉ基板１６１の厚み、及びアーム形状（振動子）を形成する際のエッチング幅で決定される。
【００６４】
次に、図２８（ａ）、（ｂ）に示すように、上記の開口部分に相当する部分の熱酸化膜１６２ｂを除去する。除去の方法はイオンエッチング等の物理的エッチングでも湿式エッチングでも構わないが、Ｓｉ基板１６１の界面の平滑性を考慮すると熱酸化膜１６２ｂのみが除去される湿式エッチングが好適である。本実施形態では、湿式エッチングの薬液としてフッ化アンモニウムを用いた。ただし、湿式エッチングの場合、長時間エッチングを行うと開口部分の側面からエッチングが進行するいわゆるサイドエッチングが大きくなるため、熱酸化膜１６２ｂの開口部分のみが除去された時点でエッチングを終了させる必要がある。
【００６５】
次に、図２９（ａ）、（ｂ）及び図３０に示すように、開口部分として露出したＳｉ基板１６１に対して湿式エッチングを施すことにより、開口部分のＳｉ基板１６１の厚みを所望のアーム部の厚みとなるまで削る。本実施形態では、Ｓｉである基板１６１をエッチングするためＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２０％溶液を用いている。この際、液温度を８０℃に保持し浸漬エッチングを行っている。
【００６６】
図３０は、図２９のW部分を拡大して示したものである。上記の条件でエッチング量（ダイヤフラム深さ）ｔ１０を２００μｍとするために、およそ６時間のエッチングを行った。また、このエッチングにより開口部分のＳｉ基板１６１の形状は、図３０に示すように端部が湿式エッチング角度θ１（＝５５°）を持って形成される。また、このような湿式エッチング薬液としてＴＭＡＨ以外にＫＯＨ（水酸化カリウム）やＥＤＰ（エチレンジアミン−ピロカテコール−水）溶液等が使用できるが、本実施形態では熱酸化膜１６２ａ、１６２ｂとのエッチングレートの選択比がより大きくなるＴＭＡＨを採用した。
【００６７】
ところで、本実施形態ではアーム部の厚みになるまでの基板研削にＳｉの特徴を生かした湿式エッチングを採用しているが、研削の方法は任意でありこの豊富に限定されるものではない。
【００６８】
上記の方法により上記開口部分の中にダイヤフラムが形成される。湿式エッチングにより残されたダイヤフラム厚みｔ１１が最終的にアーム部厚みと等しくなる。
【００６９】
尚、以降の説明では、図２９（ａ）、（ｂ）にＷで示した１つの素子を拡大して説明する。また、図では説明を判りやすくするために、実際の寸法比とは異なる場合もある。また、図３１（ａ）、（ｂ）に示すように、今後は上記までに形成したダイヤフラムの開口部及び熱酸化膜１６２ｂを下方にして説明する。
【００７０】
［電極膜形成工程］
【００７１】
次に、図３１（ａ）、（ｂ）に示すように、下部電極膜１１７、圧電膜１１６、上部電極膜１１３を形成する。下部電極膜１１７は、圧電膜の特性を向上させるために、下地膜ｔしてＴｉ（チタン）膜（膜厚５０ｎｍ以下、例えば２０ｎｍ）とこのＴｉ膜の上に形成したＡｕ（金）膜（膜厚１００ｎｍ）とからなる積層膜とした。尚、Ａｕ以外にＰｔやＲｈ（ロジウム）、Ｒｅ（レニウム）等の他の金属膜が適用可能であり、Ｔｉ以外にＴａ（タンタル）等も適用可能である。
【００７２】
下部電極膜１１７の形成工程では、まず、マグネトロンスパッタ装置でＴｉを２０ｎｍ成膜し、上記Ｔｉ上にＡｕを１００ｎｍ成膜した。Ｔｉ及びＡｕは、ガス圧０．５Ｐａでそれぞれ１ｋＷ及び０．５ｋＷのＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）パワー（高周波電力）で成膜した。
【００７３】
次いで、圧電膜１１６を形成する。圧電膜１１６の形成工程では、マグネトロンスパッタ装置でＰｂ１．０２（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３の酸化物ターゲットを用い、常温、酸素ガス圧を０．２〜３Ｐａ、ＲＦパワー０．１〜５ｋＷの条件で圧電膜１１６を１．４μｍ成膜した。
【００７４】
そして、上部電極膜１１３の形成工程では、上述のようにして形成された圧電膜１１６の表面にＴｉ膜２０ｎｍとこのＴｉ膜の上にＡｕ膜を１００ｎｍ成膜した。Ｔｉ、Ａｕはマグネトロンスパッタ装置でガス圧０．５Ｐａ、ＲＦパワー０．５ｋＷの条件で成膜した。
【００７５】
［電極膜加工工程］
【００７６】
次に、図３２（ａ），（ｂ）に示すように、成膜した上部電極膜１１３を所定形状に加工する。これにより図３２（ａ）で示すように、駆動電極１３ａ、１３ｂ、参照電極１３ｃ、検出電極１４ａ、１４ｂが形成される。駆動電極１３ａ、１３ｂ、参照電極１３ｃ、検出電極１４ａ、１４ｂはそれぞれｙ軸方向に沿って延在した概略直線形状を有しており、各電極の基部１１側の端部には配線接続部６３が設けられている。
【００７７】
上部電極膜１１３の加工方法としては、フォトリソグラフィ技術を用いて所望のレジストパターン膜を形成した後、イオンエッチングにより不要な部分の上部電極膜１１３を除去した。上部電極膜１１３の加工方法に関しては特に限定されるものではない。
【００７８】
次に、図３３（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電膜１１６、下部電極膜１１７、熱酸化膜１６２ａを一括して所定形状に加工し、下部電極層１７ａ〜１７ｃを形成する。圧電膜１１６、下部電極膜１１７、熱酸化膜１６２ａは、その平面内に駆動電極１３ａ、１３ｂ、参照電極１３ｃ、検出電極１４ａ、１４ｂが完全に位置する形であれば、形状は任意である。圧電膜１１６、下部電極膜１１７、熱酸化膜１６２ａの加工方法としては、フォトリソグラフィ技術を用いて圧電膜１１６、下部電極膜１１７、熱酸化膜１６２ａの形状のレジストパターン膜を形成した後、本実施形態ではフッ硝酸溶液による湿式エッチングにより除去した。除去の方法に関しては任意であり、物理的なイオンエッチングによる除去や、化学的にＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により除去する方法が考えられる。
【００７９】
次に、図３４（ａ）、（ｂ）に示すように、下部電極層１７ａ、１７ｂ及び１７ｃと平面形状が同一に形成された圧電膜１１６の一部を加工、除去して、圧電層１６ａ、１６ｂ、１６ｃを形成する。圧電層１６ａ〜１６ｃは、それぞれ独立した島状になっており、線対称形状となっている。この工程により、図に示されるように、下部電極層１７ａ〜１７ｃの基部１１側の一部が露出される。圧電膜１１６の加工方法としては、フォトリソグラフィ技術を用いて所望の形状のレジストパターン膜を形成した後、本実施形態ではフッ硝酸溶液による湿式エッチングにより除去した。除去の方法に関しては任意であり、物理的なイオンエッチングによる除去や、化学的にＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により除去する方法が考えられる。
【００８０】
［保護層形成工程］
【００８１】
次に、抵抗値が５００ＭΩ／ｃｍ２以上のＡｌ２Ｏ３／ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３の３層からなる保護層６７を形成する。この保護層は、後述する配線電極膜の密着性を確保する下地膜としての役割と、電極接続部６３の部分を除く駆動電極１３ａ、１３ｂ、参照電極１３ｃ、検出電極１４ａ、１４ｂ、下部電極層１７ａ〜１７ｃを覆って湿度などの外的要因による電極間リークを防止し、電極膜の酸化を防止するという保護膜としての役割とを有している。すなわち、本実施形態においては、下地膜と保護膜を別の工程で形成することなく一括して形成するので、製造工程を簡略化することができる。また、保護層６７の抵抗値を５００ＭΩ／ｃｍ２以上とすることにより、大気中の湿度を含んでイオンマイグレーションが発生することを抑制することができる。
【００８２】
保護層６７の形成方法は、図３５に示すように、Ｓｉ基板の開口部内のアーム部１２Ａ〜１２Ｃ、支持部２２及び緩衝部２３に相当する領域以外の領域と、電極接続部６３に相当する領域にリフトオフレジスト膜６４を形成する。その後、付着力を向上させるためＡｌ２Ｏ３を５０ｎｍ、絶縁性の高いＳｉＯ２を７５０ｎｍ、最上層にその後の製造工程時のレジスト密着性を向上させるためＡｌ２Ｏ３を５０ｎｍスパッタリングにより堆積させた。そして、不要な部分に付着したスパッタリング膜をリフトオフレジスト膜６４の除去と同時に除去するいわゆるリフトオフの手法を用いた。保護層６７の形成方法及び材料は任意であり、上記の形成方法及び材料に限定されるものではない。これにより、図３６及び図３７に示すように、リフトオフレジスト膜６４が形成されていた領域には保護層６７が形成されない。従って、電極接続部６３は、Ａｕ膜が露出した状態となっている。尚、図３７は、図３６のアーム部に相当する領域に形成された電極の平面拡大図及びその断面図である。
【００８３】
［配線膜形成工程］
【００８４】
次に、図３８に示すように、リード配線１３３ａ、１３３ｂ、１３４ａ、１３４ｂ、１３７ａ、１３７ｂ、１３７ｃ、ダミーリード配線１３８及び外部接続端子１４０〜１４７を保護層６７上に形成する。リード配線１３３ａ、１３３ｂ、１３４ａ、１３４ｂ、１３７ａ、１３７ｂ、１３７ｃ、ダミーリード配線１３８の一端は、それぞれ対応する電極とその電極接続部６３で電気的に接続する。
【００８５】
また、この工程において、図３９及び図４０に示すように、同時に分極配線６５及び６６も形成する。図４０は、図３９の部分拡大図である。本実施形態の振動子は、最終的に図１６又は図１８に示すように分極して圧電特性を安定化させるが、その分極作業を効率化するために同列の素子をまとめて行うことにしている。この同時分極を行うためには電圧印加側、ＧＮＤ側の配線を事前に形成しておき必要があり、ここでは図３９に示すように、ＧＮＤ側の分極配線６５、電圧印加側の分極配線６６を形成している。尚、図３９に示す分極配線パターンは、図１６に示す圧電の分極方向をすべて同一のものとする場合のものである。図１８に示すような圧電分極方向の素子を形成する場合には、分極配線６５の形状を変えればよい。すなわち、図３５においては下部電極層１７aと下部電極層１７ｃ、下部電極層１７ｃと下部電極層１７ｂが、それぞれ電気的に接続するように分極配線６５を形成しているが、下部電極層１７aと下部電極層１７ｃと駆動電極１３ａ、下部電極層１７ｃと下部電極層１７ｂと駆動電極１３ｂが、電気的に接続するように分極配線を形成すればよい。
【００８６】
リード配線１３３ａ、１３３ｂ、１３４ａ、１３４ｂ、１３７ａ、１３７ｂ、１３７ｃ、ダミーリード配線１３８、外部接続端子１４０〜１４７及び分極配線６５、６６の形成方法は、フォトリソグラフィ技術により所望の形状のレジストパターン膜を形成した後、配線電極膜をスパッタリングにより成膜し、不要な部分に付着したスパッタリングした膜をレジスト膜の除去と同時に除去するいわゆるリフトオフの手法により形成した。配線電極膜の材料としては付着力を向上させるためＴｉを２０ｎｍ堆積させた後、電気抵抗が低く低コストのＣｕを３００ｎｍ堆積し、その後Ａｕバンプとの接合を容易にするためＡｕを５００ｎｍ堆積させた。ただし、この配線膜の材料及び形成方法は任意であり蒸気の形成方法及び材料に限定されるものではない。
【００８７】
次に、Ｓｉ基板１６１の熱酸化膜１６２ｂ上に裏面ストッパー膜を形成する。この目的は、後述のアーム部形成で貫通エッチングをした際、最下面のプラズマ集中によるエッジ形状不良を防止するためである。本実施形態では、裏面全面にＳｉＯ２を５００ｎｍ、スパッタリングにより形成した。
【００８８】
［アーム部及びくびれ部形成工程］
【００８９】
次に、図４１に示すようにアーム部及びくびれ部空間を除去して振動子を形成する。アーム部及びくびれ部空間の形成方法は、貫通部６６を開口部とするレジストパターン膜をフォトリソグラフィ技術により形成し、熱酸化膜１６２ａをイオンエッチングにより除去した後、Ｓｉ基板１６１を貫通するまでエッチングする。熱酸化膜１６２ａの除去に関しては湿式エッチングでも可能であるが、サイドエッチングによる寸法誤差を考慮するとイオンエッチングが好適である。
【００９０】
また、Ｓｉ基板１６１のＳｉを貫通させるためには本実施形態ではアーム部厚み（ダイヤフラム厚みｔ１１）が１００μｍであり、この量をエッチング除去する必要がある。通常のイオンエッチング等ではレジスト膜との選択比がとれない上に垂直な壁面として残すことは困難である。本実施形態では、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）を備えた装置に、エッチングと側壁保護膜成膜を繰り返すＢｏｓｃｈプロセス（エッチング時ＳＦ６、成膜時Ｃ４Ｆ８ガス）を用いることで、垂直な側壁面をもつアーム部の形成を行った。この垂直にＳｉ材料を研削する技術は一般的に確立されており、本実施形態でも市販されている装置により行っている。ただし、アーム部空間の除去の方法に関しては任意であり、上記の方法に限定されるものではない。
【００９１】
ＩＣＰでエッチング完了後は、裏面ストッパー膜を除去する。本実施形態ではフッ化アンモニウムによる湿式エッチングにより除去した。
【００９２】
［分極処理工程］
【００９３】
次に、圧電特性を安定にさせるために分極処理を施す。同列の素子をまとめて分極するため、印加側パッド、ＧＮＤ側パッドを介して外部電源に接続する。本実施形態では、リフロー温度以上の温度で分極処理を行った。これにより、３つのアーム部の圧電特性を均一にし、ねじれた振動をなくし対称に振動させることができ、特性を安定化させることができる。
【００９４】
［金バンプ形成］
【００９５】
次に、フリップチップを行うためにＡｕバンプ５０を、８箇所の外部接続端子上に形成する。
【００９６】
［切断工程］
【００９７】
次に、図４２に示すように、Ｓｉ基板１６１上に形成された複数の角速度センサ１を個々に分断する。
【００９８】
［実装工程］
【００９９】
そして、個々に分断した角速度センサ１は、例えば図２０に示すように、フリップチップの手法でＩＣ基板などの実装基板１６０に実装される。実装基板１６０は角速度センサ１の配置に合わせて電気的結線が完了するように予め設計されている。図２０の例では、角速度センサ１をｘ方向及びｙ方向に１つづつ実装することにより、２個の角速度センサ１を備える二軸の角速度センサ１５０としている。
【０１００】
次に、上記の二軸の角速度センサ１５０を備えた電子機器について説明する。
【０１０１】
図４３は、上記二軸の角速度センサ１５０を搭載した電子機器の例として、デジタルカメラを示す概略斜視図である。図４４は、そのデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【０１０２】
デジタルカメラ２６０は、二軸の角速度センサ１５０を搭載する機器本体２６１を備えている。機器本体２６１は、例えば、金属製、樹脂製などのフレームまたは筐体である。
【０１０３】
図４３に示すように、デジタルカメラ６０は、振動型ジャイロセンサ１５０と、制御部５１０と、レンズ等を備える光学系５２０と、ＣＣＤ５３０、光学系５２０に対して手振れ補正を実行する手振れ補正機構５４０とを有する。
【０１０４】
振動型ジャイロセンサ１５０によって、２軸のコリオリ力が検出される。制御部５１０は、この検出されたコリオリ力に基づき手振れ補正機構５４０を使って光学系５２０で手振れの補正を行う。
【０１０５】
上記各実施の形態に係る振動型ジャイロセンサを搭載する電子機器としては、上記したデジタルカメラに限られない。例えば、電子機器としては、ラップトップ型のコンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子辞書、オーディオ／ビジュアル機器、プロジェクタ、携帯電話、ゲーム機器、カーナビゲーション機器、ロボット機器、その他の電化製品等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施形態に係る角速度センサの概略構成を示す底面図及び側面図である。
【図２】図１の線２−２線方向断面図である。
【図３】図１に示す角速度センサの駆動検出回路の構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示す角速度センサが実装基板に実装された状態の概略構成を示す断面図である。
【図５】固定部の厚みｂと実装基板の振動量との関係を示す図である。
【図６】実装基板の振動量が５ｎｍ以下、近接ノイズが２０ｍV以下となる、長さｃと固定部の厚みｂとの関係を示す図である。
【図７】図１に示す角速度センサ１の検出電極、参照電極、駆動電極、これらに電気的に接続するリード配線の形状を説明するための概略平面図である。
【図８】左右の検出電極に接続するリード配線の面積比とリーク電流との関係を表わす図である。
【図９】左右の検出電極に接続するリード配線の面積比と左右リーク電流差分との関係を表わす図である。
【図１０】左右リーク電流差とＮｕｌｌとの関係を表わす図である。
【図１１】ＮｕｌｌとＰＳＲＲとの関係を表わす図である。
【図１２】左右の検出電極それぞれに接続するリード配線の面積比とＰＳＲＲとの関係を表わす図である。
【図１３】左右の駆動電極それぞれに接続するリード配線の面積比とＰＳＲＲとの関係を表わす図である。
【図１４】図１に示す角速度センサの下部電極層及びこれに電気的に接続するリード配線の形状を説明するための概略平面図である。
【図１５】ダミーリード配線を設けた場合とない場合とでＰＳＲＲを測定した結果を示す図である。
【図１６】角速度センサ１の配線状態を示す図である。
【図１７】図１６の線１７−１７で切断した断面図である。
【図１８】角速度センサの配線状態を示す図である。
【図１９】線１８−１８で切断した断面図である。
【図２０】角速度センサが実装基板に実装された状態を示す平面図である。
【図２１】アーム端子間距離（アーム間隔）と応答性との関係を示す図である。
【図２２】アーム間隔とＱ値との関係を示す図である。
【図２３】アーム部の断面積を異ならせた場合のアーム間隔とＱ値との関係を示す図である。
【図２４】アーム部の長さを異ならせた場合のアーム間隔とＱ値との関係を示す図である。
【図２５】角速度センサの製造方法を説明する主要工程フローである。
【図２６】基板準備工程を説明するための図である。
【図２７】ダイヤフラム形成工程を説明するための図（その１）である。
【図２８】ダイヤフラム形成工程を説明するための図（その２）である。
【図２９】ダイヤフラム形成工程を説明するための図（その３）である。
【図３０】ダイヤフラム形成工程を説明するための図（その４）である。
【図３１】電極膜形成工程を説明するための図である。
【図３２】電極膜加工工程を説明するための図（その１）である。
【図３３】電極膜加工工程を説明するための図（その２）である。
【図３４】電極膜加工工程を説明するための図（その３）である。
【図３５】保護層形成工程を説明するための図（その１）である。
【図３６】保護層形成工程を説明するための図（その２）である。
【図３７】図３６のアーム部に相当する領域に形成された電極の平面拡大図及びその断面図である。
【図３８】配線膜形成工程を説明するための図（その１）である。
【図３９】配線膜形成工程を説明するための図（その２）である。
【図４０】図３９の部分拡大図である。
【図４１】アーム部及びくびれ部形成工程を説明するための図である。
【図４２】切断工程を説明するための図である。
【図４３】図１に示す角速度センサを備えた電子機器の例としてのデジタルカメラの概略斜視図である。
【図４４】図４３に示すデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１・・・角速度センサ、１Ａ・・・実装面、１２Ａ〜１２Ｃ・・・アーム部、１３ａ、１３ｂ・・・駆動電極、１４ａ、１４ｂ・・・検出電極、１５Ａ〜１５Ｃ・・・圧電機能層、１６ａ〜１６ｃ・・・下部電極層、１７ａ〜１７ｃ・・・圧電層、２２・・・支持部、２３・・・緩衝部、２４・・・固定部、１４０〜１４７・・・外部接続端子、１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、１３４ａ、１３４ｂ、１３７ａ、１３７ｂ、１３７ｃ・・・リード配線、１３８・・・ダミーリード配線、２６０・・・デジタルカメラ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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