(57)【要約】【課題】本発明は、振動素子を収納するパッケージ内で酸素ガスが反応して炭酸ガスが発生したとしても、振動素子の駆動効率の変動が少ない特性の安定した角速度センサを提供することを目的とするものである。【解決手段】そして、この目的を達成するために本発明の角速度センサは、パッケージ１５の内部に不活性ガスと酸素ガスの混合ガス１６を存在させるとともに、パッケージ１５の内部の混合ガス１６の圧力を大気圧より大きくしたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、この振動板を駆動させるために前記振動板上に形成された金属酸化物からなる圧電体層を内部に有する駆動膜と、前記振動板に生じるコリオリの力による変形を検知するために前記振動板上に形成された金属酸化物からなる圧電体層を内部に有する検知膜とを備えた振動素子と、この振動素子を直接または間接的に支持するとともに内部に収納するパッケージとを備え、前記パッケージの内部に不活性ガスと酸素ガスの混合ガスを存在させるとともに、パッケージ内部の混合ガスの圧力を大気圧より大きくした角速度センサ。
【請求項２】
駆動膜および検知膜を、それぞれ下部電極層と、この下部電極層上に形成された金属酸化物からなる圧電体層と、この圧電体層上に形成された上部電極層と、前記下部電極層と圧電体層間および前記圧電体層と上部電極層間のいずれか一方もしくは両方に形成された密着層とにより構成した請求項１記載の角速度センサ。
【請求項３】
圧電体層の側部をパッケージの内部で露出させた請求項１または２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
パッケージの内部における酸素ガスの比率を、前記パッケージの内部における全気体に対して１〜２０体積％とした請求項１〜３のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項５】
不活性ガスをヘリウムで構成した請求項１〜４のいずれかに記載の角速度センサ。
【請求項６】
振動板と、この振動板を駆動させるために前記振動板上に形成された金属酸化物からなる圧電体層を内部に有する駆動膜と、前記振動板に生じるコリオリの力による変形を検知するために前記振動板上に形成された金属酸化物からなる圧電体層を内部に有する検知膜とを備えた振動素子と、この振動素子を直接または間接的に支持するとともに内部に収納するパッケージとを備えた角速度センサの製造方法であって、不活性ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気中で、前記振動素子を前記パッケージ内部に収納する工程と、前記パッケージを封止する工程とを備えた角速度センサの製造方法。
【請求項７】
駆動膜および検知膜を、それぞれ振動膜上に下部電極層を形成する工程と、この下部電極層上に金属酸化物からなる圧電体層を形成する工程と、この圧電体層上に上部電極層を形成する工程と、前記下部電極層と圧電体層間および前記圧電体層と上部電極層間のいずれか一方もしくは両方に密着層を形成する工程とにより形成し、その後、ドライエッチングにより所定の形状に形成した請求項６記載の角速度センサの製造方法。
【請求項８】
圧電体層の側部をパッケージの内部で露出させた請求項６または７に記載の角速度センサの製造方法。
【請求項９】
振動素子をパッケージ内部に収納する工程において、酸素ガスの比率を１〜２０体積％とした請求項６〜８のいずれかに記載の角速度センサの製造方法。
【請求項１０】
不活性ガスをヘリウムで構成した請求項６〜９のいずれかに記載の角速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として自動車等の車両用のナビゲーションシステムや、車両の各種制御用、あるいはカメラ等の手ブレ検知システム等に用いられる角速度センサおよびその製造方法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等に用いられる共振子は、図８、図９に示すような構成となっていた。
【０００３】
図８は従来の角速度センサ等に用いられる共振子の斜視図、図９は同共振子における振動素子の側断面図である。
【０００４】
図８、図９において、１は振動素子で、この振動素子１は図９に示すように、振動板２と、この振動板２の上面に設けられた酸化亜鉛からなる圧電体層３と、この圧電体層３の上面に設けられたＴｉおよびＮｉからなる上部電極層４とにより構成されている。５は支持部で、この支持部５は前記振動素子１を支持している。６は一対のスペーサで、このスペーサ６は前記振動素子１を上下から挟持している。７は一対のジュメット線で、このジュメット線７は前記一対のスペーサ６を上下から挟持している。８はガラス管で、このガラス管８は前記ジュメット線７の周囲を取囲むように溶着するとともに、１０ｋＰａ〜３０ｋＰａの酸素ガスを前記ジュメット線７の内側に封入している。
【０００５】
そして、従来の角速度センサ等に用いられる共振子における振動素子１を製造する工程において、ガラス管８を溶かす際に振動素子１が高温下にさらされると、圧電体層３上に形成した上部電極層４が圧電体層３から酸素を奪うことになる。そうすると、圧電体層３は導電性を示すようになって、圧電体として機能しなくなる。そこで、従来の共振子においては、ジュメット線７の内側に酸素ガスを封入することにより、圧電体層３から酸素ガスが奪われるのを防止するようにしていた。
【０００６】
一方、ジュメット線７内における圧電体層３以外の物質と、酸素ガスとが反応を起こして炭素ガスが発生する場合を考えると、従来の角速度センサにおいては、分子量の増加により、ジュメット線７の内部の圧力は、例えば、１０ｋＰａから２０ｋＰａ増加して３０ｋＰａとなるものである。
【０００７】
ここで、角速度センサの駆動効率は駆動電圧をモニター電圧で除算したものであると定義した場合、その駆動効率は、ジュメット線７の内部の圧力が１０ｋＰａのときを１とすると、３０ｋＰａ時には、１．４に変動するものであった。
【０００８】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献としては、例えば、特許文献１〜３が知られている。
【特許文献１】国際公開第０３／０４６４７９号パンフレット
【特許文献２】特開昭６４−２９７０６号公報
【特許文献３】特開昭６２−１８３１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の構成においては、ジュメット線７の内側に１０ｋＰａ〜３０ｋＰａの酸素ガスを封入しているもので、ジュメット線７の内部の初期の分子量は少ないため、振動素子１の酸素ガスによる駆動抵抗は少ないが、酸素ガスが反応して炭素ガスが発生すると、ジュメット線７の内部の分子量が増加するため、振動素子１の駆動抵抗は増大することになり、これにより、振動素子１の駆動効率が大幅に変化してしまうという課題を有していた。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、振動素子を収納するパッケージ内で酸素ガスが反応して炭酸ガスが発生したとしても、振動素子の駆動効率の変動が少ない特性の安定した角速度センサ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】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、振動板と、この振動板を駆動させるために前記振動板上に形成された金属酸化物からなる圧電体層を内部に有する駆動膜と、前記振動板に生じるコリオリの力による変形を検知するために前記振動板上に形成された金属酸化物からなる圧電体層を内部に有する検知膜とを備えた振動素子と、この振動素子を直接または間接的に支持するとともに内部に収納するパッケージとを備え、前記パッケージの内部に不活性ガスと酸素ガスの混合ガスを存在させるとともに、パッケージ内部の混合ガスの圧力を大気圧より大きくしたもので、この構成によれば、パッケージの内部に不活性ガスと酸素ガスの混合ガスを存在させてパッケージを封止した構成としているため、高温下で角速度センサを使用した場合においても、感度が変動するのを低減させることができ、これにより、耐久性に優れた角速度センサを提供することができ、また、パッケージ内部の混合ガスの圧力を大気圧よりも大きくしているため、パッケージ内部の初期の分子量は多くなり、これにより、不活性ガスと酸素ガスの混合ガスによる初期の駆動抵抗が多くなっているため、パッケージ内部の酸素ガスが反応して炭酸ガスが発生し、パッケージ内部の分子量が増加したとしても、振動素子の駆動抵抗の増加量は少なく、これにより、駆動効率の変動を少なくすることができるため、特性の安定した角速度センサを提供することができるという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、駆動膜および検知膜を、それぞれ下部電極層と、この下部電極層上に形成された金属酸化物からなる圧電体層と、この圧電体層上に形成された上部電極層と、前記下部電極層と圧電体層間および前記圧電体層と上部電極層間のいずれか一方もしくは両方に形成された密着層とにより構成したもので、この構成によれば、下部電極層と圧電体層間および圧電体層と上部電極層間のいずれか一方もしくは両方に密着層を形成しているため、圧電体層と上部電極層または下部電極層との密着性を向上させることができるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、圧電体層の側部をパッケージの内部で露出させたもので、この構成によれば、圧電体層の側部が露出してパッケージ内部の酸素ガスと接するため、ドライエッチングによりプラズマダメージを受けた圧電体層の側部に生じた結晶の乱れによる酸素の離脱を低減させることができ、これにより、圧電体層の劣化を低減させることができるという作用効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、パッケージの内部における酸素ガスの比率を、前記パッケージの内部における全気体に対して１〜２０体積％としたもので、この構成によれば、酸素ガスの濃度が１体積％から大気圧の濃度程度であるため、角速度センサの感度の変動を大幅に低減させることができるとともに、万一パッケージの封止が損なわれた場合でも、周りに悪影響を及ぼすことはないという作用効果を有するものである。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、不活性ガスをヘリウムで構成したもので、この構成によれば、ヘリウムの分子量が小さいため、角速度センサの駆動効率を向上させることができるという作用効果を有するものである。
【００１７】
本発明の請求項６に記載の発明は、振動板と、この振動板を駆動させるために前記振動板上に形成された金属酸化物からなる圧電体層を内部に有する駆動膜と、前記振動板に生じるコリオリの力による変形を検知するために前記振動板上に形成された金属酸化物からなる圧電体層を内部に有する検知膜とを備えた振動素子と、この振動素子を直接または間接的に支持するとともに内部に収納するパッケージとを備えた角速度センサの製造方法であって、不活性ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気中で、前記振動素子を前記パッケージ内部に収納する工程と、前記パッケージを封止する工程とを備えたもので、この製造方法によれば、パッケージ内部に不活性ガスと酸素ガスの混合ガスを封止しているため、圧電体層を構成する金属酸化物の酸素が抜け出るのを低減させることができ、これにより、角速度センサを高温下で使用した場合においても感度が変動するのを低減させることができるという作用効果を有するものである。
【００１８】
本発明の請求項７に記載の発明は、特に、駆動膜および検知膜を、それぞれ振動膜上に下部電極層を形成する工程と、この下部電極層上に金属酸化物からなる圧電体層を形成する工程と、この圧電体層上に上部電極層を形成する工程と、前記下部電極層と圧電体層間および前記圧電体層と上部電極層間のいずれか一方もしくは両方に密着層を形成する工程とにより形成し、その後、ドライエッチングにより所定の形状に形成したもので、この製造方法によれば、下部電極層と圧電体層間および圧電体層と上部電極層間のいずれか一方もしくは両方に密着層を形成しているため、圧電体層と上部電極層または下部電極層との密着性を向上させることができるという作用効果を有するものである。
【００１９】
本発明の請求項８に記載の発明は、特に、圧電体層の側部をパッケージの内部で露出させたもので、この製造方法によれば、圧電体層の側部が露出してパッケージ内部の酸素ガスと接するため、ドライエッチングによりプラズマダメージを受けた圧電体層の側部に生じた結晶の乱れによる酸素の離脱を低減させることができ、これにより、圧電体層の劣化を低減させることができるという作用効果を有するものである。
【００２０】
本発明の請求項９に記載の発明は、特に、振動素子をパッケージ内部に収納する工程において、酸素ガスの比率を１〜２０体積％としたもので、この製造方法によれば、酸素ガスの濃度が１体積％から大気圧の濃度程度であるため、角速度センサの感度の変動を大幅に低減させることができるとともに、万一パッケージの封止が損なわれた場合でも、周りに悪影響を及ぼすことはないという作用効果を有するものである。
【００２１】
本発明の請求項１０に記載の発明は、特に、不活性ガスをヘリウムで構成したもので、この製造方法によれば、ヘリウムは分子量が小さいため、角速度センサの駆動効率を向上させることができるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように本発明の角速度センサは、パッケージの内部に不活性ガスと酸素ガスの混合ガスを存在させてパッケージを封止した構成としているため、高温下で角速度センサを使用した場合においても、感度が変動するのを低減させることができ、これにより、耐久性に優れた角速度センサを提供することができ、また、パッケージ内部の混合ガスの圧力を大気圧よりも大きくしているため、パッケージ内部の初期の分子量は多くなり、これにより、不活性ガスと酸素ガスの混合ガスによる初期の駆動抵抗が多くなっているため、パッケージ内部の酸素ガスが反応して炭酸ガスが発生し、パッケージ内部の分子量が増加したとしても、振動素子の駆動抵抗の増加量は少なく、これにより、駆動効率の変動を少なくすることができるため、特性の安定した角速度センサを提供することができるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の請求項１〜１０に記載の発明について説明する。
【００２４】
図１は本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図、図２は同角速度センサの正面断面図である。
【００２５】
図１、図２において、１１はセラミックからなるパッケージ本体、１２はＩＣ、１３は音叉形状を有する振動素子、１４はパッケージ本体１１と組み合わせて内部に空間を作り出す蓋で、金属で構成されている。１５はパッケージ本体１１と蓋１４とからなるパッケージで、このパッケージ１５の内部には前記ＩＣ１２と振動素子１３が収納されている。１６はパッケージ１５の内部の空間に存在する混合ガスで、この混合ガス１６は不活性ガスであるヘリウムと、酸素ガスとを混合したものである。また前記パッケージ１５は封止されているもので、混合ガス１６がパッケージ１５内から外部に漏れるのを防止している。
【００２６】
図３は本発明の一実施の形態における角速度センサの振動素子の平面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。
【００２７】
図３、図４において、１７はＳｉから構成された音叉形状を有する振動板、１８〜２１は前記振動板１７上に形成されるとともに、振動板１７を駆動させるための駆動膜、２２，２３は前記振動板１７上に形成されるとともに、コリオリの力による振動板１７の形状変化を検知する検出膜、２４は前記振動板１７上に形成されるとともに、振動板１７の駆動状態をモニターするためのモニター膜である。上記した駆動膜１８〜２１、検出膜２２，２３およびモニター膜２４の具体的な構成は、後述する。２５，２６は駆動端子、２７，２８は検出端子、２９はモニター端子で、これらは、それぞれ駆動膜１８〜２１、検出膜２２，２３、モニター膜２４と電気的に接続されている。３０は基準電位端子である。
【００２８】
３１はＳｉ基板で、このＳｉ基板３１は前記振動板１７に相当するものである。３２はＳｉ基板３１上に形成された下部電極密着層で、Ｔｉで構成されている。３３は下部電極密着層３２上に形成されたＰｔからなる下部電極層である。３４は下部電極層３３上に形成されたＰＺＴからなる圧電体層である。なお、ＰＺＴは金属酸化物である。３５は圧電体層３４上に形成された上部密着層で、この上部密着層３５は前記下部電極密着層３２と同様にＴｉで構成されている。３６は上部密着層３５上に形成されたＡｕからなる上部電極層である。なお、前記下部電極密着層３２は、圧電体層３４と上部電極層３６との密着を向上させる密着層の役割を有している。
【００２９】
上記した駆動膜１８〜２１、検出膜２２，２３、モニター膜２４は、それぞれ、これらの下部電極密着層３２、下部電極層３３、圧電体層３４、上部密着層３５および上部電極層３６の積層体から構成されるものである。
【００３０】
なお、前記圧電体層３４を所望の結晶構造としつつ、下部電極層３３と圧電体層３４との間の密着性を向上させるために、両者の間に少なくともＰｂ，Ｔｉ，Ｚｒのいずれか１つを含む強誘電体材料からなるバッファ層を形成してもよい。このバッファ層としては、例えばＰＬＺＴ（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）を用いることができる。
【００３１】
以上のように構成された角速度センサについて、以下にその製造方法を説明する。
【００３２】
振動素子１３の製造方法については公知の方法を用いることができる。
【００３３】
以下、その方法の概略を説明する。ウエハ形状のＳｉ基板３１上の一面に下部電極密着層３２、下部電極層３３、圧電体層３４、上部密着層３５、上部電極層３６の順に積層する。積層方法としては、蒸着やスパッタリングで行うことができる。
【００３４】
次に、それぞれの層を所定の形状に形成するために、エッチングを行う。エッチングの方法としては、ドライエッチングで行うことができ、このドライエッチングの中では、反応性イオンエッチングが好適である。
【００３５】
次に、Ｓｉ基板３１をドライエッチングや機械加工によって所定の音叉形状にすることにより、個片の振動素子１３を得ることができる。このようにして、振動素子１３を製造することができる。
【００３６】
次に、パッケージ本体１１の所定位置にＩＣ１２を接着剤により実装固定し、そしてパッケージ本体１１の配線とＩＣ１２の配線をワイヤーボンディングにより電気的に接続する。さらに、振動素子１３も接着剤により実装固定し、そしてパッケージ本体１１の配線と振動素子１３の駆動端子２５，２６、検出端子２７，２８、モニター端子２９、基準電位端子３０とをワイヤーボンディングにより電気的に接続する。また、ＩＣ１２、振動素子１３とともにフェースダウン実装することもできる。
【００３７】
次に、パッケージ本体１１に蓋１４をセットし両者を接合して封止する。この封止方法としては抵抗溶接あるいはシーム溶接を用いることができる。この封止は、不活性ガスであるヘリウムと酸素ガスとの混合ガス雰囲気下で行う。酸素ガスの比率は、１〜２０体積％にするのがよい。これによりパッケージ１５が形成され、パッケージ１５内の混合ガス１６がパッケージ１５の外部へ漏れるのを防止している。
【００３８】
以上のような製造方法によって、本発明の角速度センサは製造されるものである。
【００３９】
次に本発明の角速度センサの特性について説明する。
【００４０】
図５は本発明の一実施の形態における角速度センサのパッケージ内の酸素濃度と感度変動の関係を示す図である。この数値を求めるための実験は、パッケージ１５内の酸素濃度を異なる値にした以外は、本発明の一実施の形態における角速度センサと同じ構成のものを用いた。実験は、１０５℃で５Ｖの通電試験を行い、通電前後の感度変動を求めたものである。
【００４１】
ここで、感度変動について、角速度センサの検出原理とともに説明する。角速度の検出原理として、まず、駆動膜１８〜２１に交流信号を与え、その位相を駆動膜１８と駆動膜２１、駆動膜１９と駆動膜２０とでそれぞれ逆位相にすると、振動素子１３の音叉形状における２本の脚部が開閉するようにそれぞれ幅方向に駆動振動する。このとき振動素子１３の中心軸周りに角速度が印加されるとその角速度に応じて発生したコリオリ力により振動素子１３は駆動振動方向に直交する厚み方向に振動する。この振動により検出膜２２，２３に表面電荷が発生し、電圧値として出力することができる。このとき、角速度の感度は、センサの出力電圧により求められ、例えば振動素子１３の中心軸周りに一方向へ一定の角速度を印加したときの出力電圧と逆方向に同一の角速度を印加したときの出力電圧の差を角速度の差で除算することで算出される。
【００４２】
図５の横軸は酸素濃度を示し、単位は体積％である。酸素濃度はパッケージ１５の封止時の濃度である。縦軸は感度変動を示し、酸素濃度０体積％の感度を１とした場合の比率である。
【００４３】
図５から明らかなように、酸素濃度が０％のときは感度変動が大きいが、酸素濃度を１％以上にすると、感度変動は０％のときに比べて約半分に減少する。よって、酸素濃度は１％以上であることが好ましい。
【００４４】
但し、酸素は支燃性ガスであるため、取扱いを考えるとあまり濃度を高くするのは好ましくなく、大気中の酸素濃度を上限とすることが好ましい。
【００４５】
次に、パッケージ１５内の気体成分の経時変化について説明する。
【００４６】
図６は本発明の一実施の形態における角速度センサのパッケージ内の気体の成分の経時変化を示す図である。この数値は、パッケージ１５内に酸素の体積濃度を約２０％にしたヘリウムとの混合ガスを蓋１４で封止した直後のパッケージ１５内の気体の成分と、パッケージ１５をＩＣバーンイン、アニール、温特検査などの組立調整時の熱履歴に加えて完成した角速度センサをリフローした後のパッケージ１５内の気体の成分と、リフローしさらに１０５℃で５Ｖを印加して１０００時間経過させた耐久試験後のパッケージ１５内の気体の成分を測定したもので、図６において、それぞれ「封止後」、「リフロー後」、「耐久試験後」と記載している。
【００４７】
図６より、組立調整時の熱履歴とリフローにより、酸素ガスが減少し、替わりに二酸化炭素が増加していることがわかる。これらは、パッケージ１５内にＩＣ１２、振動素子１３を固定する際に用いたエポキシ系の接着剤の樹脂の分解反応が進み、そして、これと、パッケージ１５内の酸素とが一部反応したためであると考えられる。リフロー後、さらに耐久試験を行ったものは、酸素ガスの濃度がさらに減少していることがわかる。
【００４８】
ここで、リフロー後および耐久試験後の酸素は、いずれも封止した直後のパッケージ内の酸素の量の半分以下になっているが、これは気体としてパッケージ１５内に存在する酸素が減ったことであり、減った分は圧電体層３４へ供給されていると思われる。
【００４９】
以上の結果から、角速度センサを高温下で使用すると、パッケージ１５内の酸素ガスが減少し、当初存在していた酸素の一部はパッケージ１５内の樹脂等と反応して二酸化炭素に変化し、また、一部は圧電体層３４に取り込まれていると考えられる。このことから、パッケージ１５内に酸素ガスを封入させておくと、圧電体層３４の酸素が上部密着層３５へ取り込まれるのを大幅に低減させることができるとともに、酸素の離脱を低減することができていると考えられる。
【００５０】
ここで、当初パッケージ１５内に存在していた酸素が全て圧電体層３４に取り込まれるのではなく、パッケージ１５内の樹脂等と反応していることを考えると、パッケージ１５内に封止する酸素の濃度を高くし過ぎると、パッケージ１５内の圧電体層３４以外の物質とより多くの反応を起こす可能性があるので好ましくないと考えられる。また、酸素ガスの濃度を下げるために酸素ガス以外の気体を酸素ガスと混合させる場合には、有機物の樹脂と反応性のある気体ではなく、不活性ガスを封入するのが好ましい。
【００５１】
次に、パッケージ１５内に封止する混合ガス１６と駆動効率について説明する。
【００５２】
図７は本発明の一実施の形態における角速度センサのパッケージ内の混合ガスの分子量と駆動効率の関係を示す図である。
【００５３】
図７の横軸は混合ガス１６の分子量である。縦軸は駆動効率を示す。駆動効率は駆動電圧をモニター電圧で除算することにより求めることができるため、駆動効率が小さいほど駆動効率は良いことになる。
【００５４】
図７からも明らかなように、分子量が少ない方が駆動効率が良いことがわかる。従って、不活性ガスの中では分子量の小さいヘリウムが最も好ましいことがわかる。また、パッケージ１５の内部を酸素ガスだけにしたり、パッケージ１５の内部に空気を入れるよりは、ヘリウムと酸素ガスの混合ガス１６をパッケージ１５の内部に入れた方が駆動効率が良いこともわかる。
【００５５】
そして、パッケージ１５内における圧電体層３４以外の物質と、酸素ガスとが反応を起こして、炭素ガスが発生する場合を考えると、本発明の一実施の形態における角速度センサにおいては、分子量の増加により、パッケージ１５内の圧力は、例えば、１００ｋＰａから２０ｋＰａ増加して１２０ｋＰａとなる。
【００５６】
ここで、角速度センサの駆動効率は駆動電圧をモニター電圧で除算したものであると定義した場合、その駆動効率は、パッケージ１５の内部の圧力が１００ｋＰａのときを１とすると、１２０ｋＰａ時には、１．２に変動するものである。
【００５７】
すなわち、本発明の一実施の形態における角速度センサにおいては、パッケージ１５の内部の混合ガス１６の圧力を大気圧より大きくしているため、パッケージ１５の内部の初期の分子量は多くなり、これにより、不活性ガスと酸素ガスの混合ガス１６による初期の駆動抵抗が多くなっているため、パッケージ１５の内部の酸素ガスが反応して炭酸ガスが発生し、パッケージ１５の内部の分子量が増加したとしても、振動素子１３の駆動抵抗の増加量は少なく、これにより、駆動効率の変動を少なくすることができるため、特性の安定した角速度センサを提供することができるという効果を有するものである。
【００５８】
また、本発明の一実施の形態における角速度センサは、パッケージ１５の内部に不活性ガスと酸素ガスの混合ガス１６を存在させて封止しているため、金属酸化物からなる圧電体層３４の酸素を上部密着層３５が奪うのを低減させることができ、これにより、角速度センサを高温環境下で使用した場合においても感度が変動するのを低減させることができるものである。また、パッケージ１５内の気体を酸素ガスだけにするのではなく、不活性ガスと酸素ガスとの混合ガス１６にしているため、パッケージ１５内の樹脂等との反応を抑えることもできるものである。
【００５９】
そしてまた、圧電体層３４の側部をパッケージ１５の内部で露出させてパッケージ１５内の酸素と接するようにしているため、圧電体層３４の側部において受けたドライエッチング時のプラズマダメージは回復することになり、これにより、圧電体層３４の劣化を防止しているものと思われる。
【００６０】
さらに、パッケージ１５の内部における酸素ガスの比率は、パッケージ１５の内部における全気体に対して１〜２０体積％としているため、角速度センサの感度変動を１／２程度、あるいはそれ以下に低減させることができ、また、パッケージ１５内の樹脂等と酸素との反応も適度に抑えることができるものである。
【００６１】
さらにまた、不活性ガスはヘリウムにしているが、このヘリウムは平均分子量が小さいため、粘性抵抗が減少し、駆動効率を向上させることができるものである。
【００６２】
なお、上記本発明の一実施の形態においては、下部電極密着層３２をＴｉで構成したが、Ｃｒを用いて構成してもよいものである。
【００６３】
また、Ｓｉ基板３１と下部電極密着層３２との間にＳｉＯ2層を形成すると、より密着性に優れたものとなるため、好ましい。
【００６４】
そしてまた、振動素子１３はパッケージ１５に直接支持固定しているが、支持固定部材を介して間接的に支持固定してもよい。
【００６５】
さらに、圧電体層と電極層間に形成する密着層は、圧電体層と電極層間の密着性に応じて形成すれば良く、本発明の一実施の形態においては、圧電体層３４と上部電極層３６との間に上部密着層３５を形成する構成としていたが、下部電極層３３と圧電体層３４のみに密着層を形成する場合や、この密着層とともに上部密着層３５を形成する場合もあり得るものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る角速度センサは、高温下で角速度センサを使用した場合においても、感度が変動するのを低減させることができ、これにより、耐久性に優れた角速度センサを提供することができるとともに、パッケージ内部の混合ガスの圧力を大気圧より大きくすることにより、パッケージ内部の酸素ガスが反応して炭酸ガスが発生し、パッケージ内部の分子量が増加したとしても、駆動効率の変動を少なくすることができ、これにより、特性の安定した角速度センサを提供することができるという効果を有するものであり、車両用等の各種検知センサに適用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図
【図２】同角速度センサの正面断面図
【図３】同角速度センサの振動素子の平面図
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図
【図５】同角速度センサのパッケージ内の酸素濃度と感度変動の関係を示す図
【図６】同角速度センサのパッケージ内の気体の成分の経時変化を示す図
【図７】同角速度センサのパッケージ内の混合ガスの分子量と駆動効率の関係を示す図
【図８】従来の角速度センサ等に用いられる共振子の斜視図
【図９】同共振子における駆動素子の側断面図
【符号の説明】
【００６８】
１３  振動素子
１４  蓋
１５  パッケージ
１６  混合ガス
１７  振動板
１８〜２１  駆動膜
２２，２３  検出膜
３１  Ｓｉ基板
３２  下部電極密着層
３３  下部電極層
３４  圧電体層
３５  上部密着層
３６  上部電極層
【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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