(57)【要約】【課題】本発明は、振動子を用いた慣性力センサに関し、温度変化に伴う検出精度の劣化を抑制することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、振動腕８とこれを支持する固定部６を有する振動子２と、振動子２の制御回路を構成するＩＣ３と、振動子２とＩＣ３を収容するパッケージ１と、パッケージ１の内部で振動腕８を振動可能に支持する支持台５を備えた慣性力センサにおいて、固定部６が接続される支持台５に固定部６を囲む壁部１８を設け、この壁部１８と固定部６の間に保持層２０を設けた構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動腕とこれを支持する固定部を有する振動子と、前記振動子の制御回路を構成するＩＣと、前記振動子と前記ＩＣを収容するパッケージと、前記パッケージ内に設けられて前記固定部に接続され前記振動腕を振動可能に支持する支持台を備え、前記固定部が接続される前記支持台には前記固定部を囲む壁部を設け、この壁部と前記固定部の間に保持層を設けたことを特徴とする慣性力センサ。
【請求項２】
振動子および支持台を同一素材で形成したことを特徴とする請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項３】
壁部と固定部の間隔を５μｍ以上かつ１５μｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の慣性力センサ。
【請求項４】
基本振動と検出振動が同一面内方向であることを特徴とする請求項１に記載の慣性力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子を用いた慣性力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の慣性力センサは、パッケージの内部に慣性力を検出する振動子や、この振動子を制御するＩＣや周辺部品を収容した構造が知られている。
【０００３】
そして、振動子が基本振動や検出振動が可能となるようにパッケージ内において支持台を介して振動子における振動部分となる振動腕を中空上に支持し、この振動腕を基本振動させた状態で慣性力が印加されることによりコリオリ力が働き基本振動とは異なる方向に検出振動が励起される構造となっている。
【０００４】
また、このような慣性力センサは、近年の小型化要望に対応するため、振動子や支持台が、ＭＥＭＳプロセスによるウエハレベルでの多数個一括形成が実施され、その後、支持台上面に振動子を接着剤で接続固定している。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連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】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−９１３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そして、慣性力センサの検出感度向上を進めていく中で、振動子を支持台に接続固定する場合、接着剤により形成された接着層が、温度条件により少なからず剛性変化を起こすという現象に着目した。
【０００８】
すなわち、接着剤により形成された接着層は、低温時において接着層の剛性が高く、振動子が支持台に強固に固定されるので、精度の高い基本振動や検出振動を励起することができるのであるが、高温時には接着層の剛性が低くなり、振動子の支持台に対する固定が弱まり、振動子の基本振動や検出振動に対する減衰作用や不要振動の励起などが生じる要因となり、結果的に検出感度の向上の妨げとなってしまうという問題を見出した。
【０００９】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、慣性力センサにおける温度変化に伴う検出精度の劣化を抑制し、慣性力センサの検出精度をより一層向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして、この目的を達成するために本発明は、振動腕とこれを支持する固定部を有する振動子と、振動子の制御回路を構成するＩＣと、振動子とＩＣを収容するパッケージと、パッケージ内で振動腕を振動可能に支持する支持台を備えた慣性力センサにおいて、固定部が接続される支持台に固定部を囲む壁部を設け、この壁部と固定部の間に保持層を設けた構成としたのである。
【発明の効果】
【００１１】
この構造により本発明は、慣性力センサにおける温度変化に伴う検出精度の劣化を抑制し、慣性力センサの検出精度を向上させることが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る慣性力センサの分解斜視図
【図２】同慣性力センサを構成する振動子の上面図
【図３】同振動子の動作原理を示す模式図
【図４】同慣性力センサにおける振動子と支持台の接合部分を示す詳細断面図
【図５】他の慣性力センサを構成する振動子の上面図
【図６】さらに他の慣性力センサを構成する振動子の上面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態における慣性力センサについて図を用いて説明する。
【００１４】
図１は、慣性力の一種である角速度を検出するための慣性力センサを示したものであり、その基本的な構造は、セラミクスからなる一端開口のパッケージ１の内部に角速度を検出する振動子２と、この振動子２に印加する駆動信号や振動子２から出力される検出信号を制御するＩＣ３を配置し、パッケージ１の開口を上蓋４で封口する構造となっている。なお、振動子２はＩＣ３との間に支持台５を介在させることで、振動子２を振動可能に支持する構成としている。
【００１５】
また、振動子２は、図２に示すように、素子中央部分に設けられた矩形状の固定部６と、この固定部６を中心としてＹ軸方向に蛇行状に伸びる一対の連接梁７と、この連接梁７の先端に接続された一対の振動腕８と、この振動腕８の先端部分に設けられた錘部９とから構成されている。なお、振動腕８には駆動電極１０や検知電極１１を設けている。
【００１６】
また、駆動電極１０や検知電極１１は、図３に示すようにそれぞれの電極がＡｕからなる上部電極１２とＰｔからなる下部電極１３と、これらの間に配置されたＰＺＴからなる圧電体層１４からなる積層電極構造であり、下部電極１３をグランド接続した状態で上部電極１２に正電圧を印加すると電極の積層方向に対して圧縮力が働き、この圧縮力により電極パターンが伸びる方向に応力が発生し、これとは逆に負電圧を印加すると電極に引張力が働き、この引張力により電極パターンが縮む方向に応力が発生するものである。また、これとは逆に振動腕８が撓み電極に圧縮応力が生じることで負電圧を発生し、電極に引張応力が生じることで正電圧を発生させる。
【００１７】
そして、この振動子２を用いた角速度検出は、駆動電極１０にＩＣ３から駆動信号を印加することで、図２の矢印１５で示すように、固定部６を振動中心として錘部９をＸ軸方向に基本振動させ、この基本振動した状態において、振動平面（ＸＹ平面）に直交するＺ軸方向の検出軸回りに角速度が加わることで、振動子２にコリオリ力が生じ、このコリオリ力により錘部９が矢印１６で示すようＹ軸方向に検出振動し、この検出振動による振動腕８の撓みを検知電極１１により電気信号に変換しＩＣ３に出力するのである。なお、図２に示す振動腕８の連接梁７の近傍に設けられたモニタ電極１７は振動腕８の基本振動の振動状態を検出しＩＣ３での駆動信号の生成にフィードバックするための電極である。
【００１８】
そして、図１に示すように、振動子２を振動可能に支持する支持台５は、固定部６の外周を囲むように壁部１８を設けており、振動子２を支持台５に接着固定するにあたり、図４に示すように、固定部６の下面と支持台５の上面を接着固定するだけでなく、固定部６の側面と壁部１８との間も接着固定した構造としている。つまり、固定部６の下面と支持台５の上面が接着剤からなる接着層１９により固着され、さらに固定部６を囲む壁部１８と固定部６の側面の間にも接着剤の回り込みにより形成された保持層２０が介在する構成としている。
【００１９】
すなわち、この接着構造において、保持層２０が温度変化に伴いその剛性が変化した場合においても、固定部６は保持層２０の外側を囲む壁部１８により支持されているので、温度変化による固定状態の変化が抑制されることとなる。
【００２０】
つまり、この慣性力センサにおいては、振動子２の基本振動や検出振動に対する温度変化に伴う減衰作用や不要振動の励起を抑制することができ、結果として、慣性力センサの検出精度を向上させることができる。
【００２１】
なお、この実施の形態では、保持層２０として固定部６の下面を接着固定する接着層１９の回り込み部分を活用した構造で説明したが、この保持層２０は接着層１９とは異なる種類の接着剤で構成したり、はんだ等の金属層で構成しても同様の作用効果を得ることができる。
【００２２】
また、固定部６を囲むように壁部１８を対称配置することにより、保持層２０も固定部６の外周において対称配置されるので、この対称性により個々の接着層の温度条件による剛性変化を相殺することができ、より検出精度を向上させることができる。
【００２３】
なお、このように固定部６を囲む壁部１８を設けた場合、可動範囲を小さくするためには固定部６と壁部１８との間隔を小さくすればよいのであるが、この間隔を小さくすればするほど振動子２を支持台５に実装する作業が困難になる。すなわち、上述したようにこのような慣性力センサはＭＥＭＳプロセスを用いたウエハレベルでの多数個一括成形であり、固定部６と壁部１８の間隔は振動子２の実装精度に大きく影響するもので、あまりに狭めると実質的に組み立てが出来なくなるという問題が生じる。
【００２４】
したがって、この実施形態においては固定部６と壁部１８との間に実装性が確保できるだけの隙間を設けるとともに、実装後には実装の際に用いた接着剤による接着層をこの隙間に介在させることで、固定部６と壁部１８の隙間を実質的になくし、固定部６の可動範囲を抑制したのである。
【００２５】
なお、接着層により接続される固定部６、壁部１８および支持台５を同一材料で構成することにより各部における熱膨張差を抑制できるのでより検出精度が高められる。
【００２６】
また、この慣性力センサにおいては、振動子２における固定部６と壁部１８の間隔を１０μｍとしている。そして、固定部６と壁部１８の間隔は、上述したように５μｍ以下であるとウエハレベルでの多数個一括での実装が困難となり、１５μｍ以上であると壁部１８による固定部６の間隔が大きくなりすぎ保持部２０を介した壁部１８での支持が弱まるため、実質的にこの間隔は５μｍ〜１５μｍとすることが好ましい。
【００２７】
また、この振動子２は、上述したように振動腕８の基本振動の振動方向（Ｘ軸方向）と、検出振動の振動方向（Ｙ軸方向）で構成する平面（ＸＹ平面）が、振動子２の実装平面（ＸＹ平面内）と平行となるものであり、固定部６の側方の支持剛性を高めることは、慣性力センサの検出精度の向上に大きく作用する。
【００２８】
なお、本一実施の形態においては、振動子２の形状として固定部６を振動中心として蛇行状の振動腕８を対称配置した構成を挙げて説明したが、図５に示すような、中央の固定部６ａの両外側に基本振動用の振動腕８ａを配置し、内側に検出用の振動腕８ｂを配置した王字型の振動子２ａであっても、この固定部６ａを囲むように壁部１８ａを設けることで同様の作用効果を得ることが出来る。
【００２９】
また、図６に示すような固定部６ｂから伸びる一対の振動腕８ｃを有する音叉形の振動子２ｂでは、基本振動の振動方向（Ｘ軸方向）と検出振動の振動方向（Ｚ軸方向）で構成する平面（ＸＺ平面）が振動子の実装平面（ＸＹ平面）と直行するが、固定部６ｂを囲むように壁部１８ｂを設けることで、実装平面（ＸＹ平面）と平行な振動方向を形成する基本振動に対しては、上述したものと同様に固定部６ｂに対する支持剛性が高まり、実装平面（ＸＹ平面）に垂直な振動方向を形成する検出振動に対しては、壁部１８ｂおよび保持層の高さが、検出振動に対する支持構造となり、上述したものと同様に検出精度を向上させることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、振動子を用いた慣性力センサの検出精度を高めるという効果を有し、特に車載用途などの小型で高精度な特性を要求する電子機器に用いる慣性力センサにおいて有用となる。
【符号の説明】
【００３１】
１  パッケージ
２  振動子
３  ＩＣ
５  支持台
６  固定部
８  振動腕
１８  壁部
２０  保持層
【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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