特許 6604170 振動型角速度センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6604170

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】振動型角速度センサ

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5769 20120101AFI20191031BHJP

   G01C 19/574 20120101ALI20191031BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20191031BHJP

【ＦＩ】

   G01C19/5769

   G01C19/574

   H01L29/84 Z

   H01L29/84 A

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-232036(P2015-232036)

(22)【出願日】2015年11月27日

(65)【公開番号】特開2017-96877(P2017-96877A)

(43)【公開日】2017年6月1日

【審査請求日】2018年5月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】特許業務法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 勝昭

(72)【発明者】

【氏名】岩城 隆雄

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２５８１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１９０８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１８７２２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２３８４３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ１９／００−１９／７２

Ｇ０１Ｐ１５／００−１５／１８

Ｈ０１Ｌ２９／８４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持基板（１１）と、
前記支持基板に対して固定された固定部（２０）と、駆動錘（３１、３２）および検出錘（３１、３２）とを有する可動部（３０）と、前記駆動錘を前記基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する駆動梁（４２）、および、前記検出錘を前記基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する検出梁（４１）を有する梁部（４０）と、を有するセンサ部（１００）を含み、前記固定部と前記可動部および前記梁部とが前記支持基板に接合される周辺部（１０ｃ）によって囲まれたセンサ基板（１０）と、
前記周辺部において前記センサ基板に接合されることで、該センサ基板を覆うキャップ層（１３）と、を備え、
前記支持基板には、該支持基板のうち前記固定部が接合される部分を囲む溝部（１１ａ）が形成され、該溝部の部分において部分的に薄くなっていることでバネ部（１１ｂ）が構成されている振動型角速度センサ。

【請求項2】

前記溝部は多段階の段付溝とされており、該溝部のうち最も深い位置において前記バネ部が構成されている請求項１に記載の振動型角速度センサ。

【請求項3】

前記溝部には前記支持基板を貫通する貫通孔が含まれており、前記支持基板のうち前記溝部とされた部分における前記貫通孔ではない部分によって前記バネ部が構成され、該バネ部によって前記支持基板のうち前記固定部に接合される部分および前記センサ部が支持されている請求項１または２に記載の振動型角速度センサ。

【請求項4】

前記支持基板のうち前記溝部とされた部分における前記貫通孔ではない部分が複数備えられることで前記バネ部が複数箇所に構成され、複数箇所の前記バネ部によって前記支持基板のうち前記固定部に接合される部分および前記センサ部が支持されている請求項３に記載の振動型角速度センサ。

【請求項5】

前記支持基板には、前記貫通孔が渦巻状とされることで構成された渦巻形状部（１１ｃ）が備えられ、該渦巻形状部の一端が前記バネ部によって支持され、該渦巻形状部の他端に前記固定部が接続される部分とされている請求項３に記載の振動型角速度センサ。

【請求項6】

前記支持基板には、前記貫通孔が渦巻状とされることで構成された渦巻形状部（１１ｃ）が備えられ、該渦巻形状部が該渦巻形状部の周囲において複数の前記バネ部によって支持されている請求項３に記載の振動型角速度センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動型角速度センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１において、振動型の角速度センサが提案されている。この角速度センサでは、角速度センサに備えられる可動部の駆動振動や検出振動方向がｘｙ平面上である場合において、ｚ軸方向への不要振動が発生したときに、検出信号に不要振動に起因する不要信号が含まれることから、これを補正するようにしている。具体的には、可動部に補正電極を形成し、この補正電極によって検出信号に含まれる不要信号と逆位相の補正信号を取り出し、検出信号に対して付加することで、不要信号を減衰するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−５９０４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記した特許文献１に記載されているように、不要振動は、本来可動部を振動させたい方向以外の方向に振動するものであり、この不要振動によって検出信号にノイズが付加され、振動型角速度センサの検出精度を低下させている。特許文献１に示されるように補正電極によって逆位相の補正信号を取り出せば、検出信号から不要信号を減衰することができる。しかしながら、この方法では不要振動自体を抑制することはできない。

【0005】

また、従来では、可動部の剛性向上や周波数設計によって不要振動が生じ難くなるようにすることも行われているが、不要振動の方向や大きさが変わるような場合、つまりゆらぎを持つ場合には対応できない。

【0006】

さらに、角速度センサが外部からの衝撃を受けた場合には、その衝撃による振動の影響による検出精度の低下も抑制することが望まれる。外部からの衝撃による影響を無くすために、防振材を備えたり、加工によって防振用の枠体を新たに設けて防振部を構成することも考えられるが、複数の部材を組み合わせて作製するため保持構造が複雑となり、組み立て工数が増加してコストアップするなどの問題が生じる。

【0007】

本発明は上記点に鑑みて、別部材による防振部を必要としなくても、可動部の不要振動を抑制し、検出精度を向上させることが可能な振動型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】

【0008】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、支持基板（１１）と、支持基板に対して固定された固定部（２０）と、駆動錘（３１、３２）および検出錘（３１、３２）とを有する可動部（３０）と、駆動錘を基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ固定部に対して支持する駆動梁（４２）、および、検出錘を基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ固定部に対して支持する検出梁（４１）を有する梁部（４０）と、を有するセンサ部（１００）を含み、固定部と可動部および梁部とが支持基板に接合される周辺部（１０ｃ）によって囲まれたセンサ基板（１０）と、周辺部においてセンサ基板に接合されることで、該センサ基板を覆うキャップ層（１３）と、を備え、支持基板には、該支持基板のうち固定部が接合される部分を囲む溝部（１１ａ）が形成され、該溝部の部分において部分的に薄くなっていることでバネ部（１１ｂ）が構成されている。

【0009】

このように、支持基板に溝部を形成し、センサ部がバネ部を介して支持基板の外縁部に支持された構造とされている。このため、例えば外部衝撃などに起因する駆動振動や検出振動の共振周波数（つまり駆動周波数や検出周波数）よりも共振周波数が小さな不要振動モードの際に、梁部よりもバネ部が主に変形して不要振動を減衰できる。これにより、不要振動モードの際に梁部４０のを抑制することが可能となる。よって、検出精度を低下させるような不要振動モードを減らすことが可能となり、検出精度の向上を図ることが可能となる。

【0010】

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態にかかる振動型角速度センサの上面レイアウト図である。

【図2】図１中のII−II断面図である。

【図3】図１中のIII−III断面図である。

【図4】図１中のIV−IV断面図である。

【図5】支持基板の上面図である。

【図6】図１に示す振動型角速度センサの駆動振動時の様子を示した上面図である。

【図7】図１に示す振動型角速度センサの角速度印加時の様子を示した上面図である。

【図8】第１実施形態の変形例で説明する振動型角速度センサの断面図である。

【図9】第１実施形態の変形例で説明する振動型角速度センサに備えられる支持基板の上面図である。

【図10】第１実施形態の変形例で説明する振動型角速度センサに備えられる支持基板の上面図である。

【図11】第２実施形態にかかる振動型角速度センサに備えられる支持基板の上面図である。

【図12】第２実施形態の変形例で説明する振動型角速度センサに備えられる支持基板の上面図である。

【図13】第３実施形態にかかる振動型角速度センサの断面図である。

【図14】第３実施形態の変形例で説明する振動型角速度センサの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0013】

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態で説明する振動型角速度センサは、センサ部を構成する基板の表面側および裏面側をそれぞれ支持基板とキャップ層にて覆ってウェハレベルパッケージ（以下、ＷＬＰ（Wafer Level Package）という）構造としたものである。振動型角速度センサは、例えば、車両の上下方向に平行な中心線周りの回転角速度の検出を行うために用いられるが、勿論、カメラなど車両用以外にも適用できる。

【0014】

以下、図１〜図７を参照して、本実施形態にかかる振動型角速度センサについて説明する。

【0015】

本実施形態にかかる振動型角速度センサは、図１および図２に示すように、センサ基板１０を用いてセンサ部１００を形成したものである。以下、図１および図２の紙面左右方向をｘ軸方向、図１の紙面上下方向および図２の紙面法線方向をｙ軸方向、図１の紙面法線方向および図２の紙面上下方向をｚ軸方向として本実施形態にかかる振動型角速度センサの詳細について説明する。

【0016】

振動型角速度センサは、図１中のｘｙ平面が車両水平方向に向けられ、図２のｚ軸方向が車両の上下方向と一致するようにして車両に搭載される。

【0017】

図１および図２に示すように、振動型角速度センサに備えられるセンサ部１００は、板状のセンサ基板１０をエッチングして所定のレイアウトとすることで形成されている。センサ基板１０の裏面１０ａ側には、支持基板１１が配置されており、接合部１２を介して接合されている。また、センサ基板１０の表面１０ｂ側、つまり支持基板１１と反対側には、キャップ層１３が配置されており、接合部１４を介して接合されている。このように、センサ基板１０を挟んで支持基板１１とキャップ層１３とを貼り合せることでＷＬＰ構造の振動型角速度センサを構成している。

【0018】

本実施形態では、センサ基板１０、支持基板１１およびキャップ層１３を例えばシリコン基板によって構成しており、接合部１２、１４を例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜によって構成している。センサ基板１０、支持基板１１およびキャップ層１３については１枚１枚独立したシリコン基板によって構成されていても良いが、例えば、センサ基板１０および支持基板１１が接合部１２を挟み込んだＳＯＩ（Silicon on insulatorの略）基板にて構成されていても良い。

【0019】

センサ部１００は、固定部２０と可動部３０および梁部４０にパターニングされている。固定部２０は、図２に示すように、接合部１２を介して支持基板１１に固定されている。可動部３０および梁部４０は、センサ部１００における振動子を構成するものである。可動部３０は、支持基板１１の上にリリースされた状態で配置されている。梁部４０は、可動部３０を支持すると共に角速度検出を行うために可動部３０をｘ軸方向およびｙ軸方向において変位させるものである。これら固定部２０と可動部３０および梁部４０の具体的な構造を説明する。

【0020】

固定部２０は、可動部３０を支持すると共に、駆動用電圧の印加用のパッド接続部や角速度検出に用いられる検出信号の取り出し用のパッド接続部などの各種パッド接続部２００が形成される部分である。本実施形態では、これら各機能を１つの固定部２０によって実現しているが、例えば可動部３０を支持するための支持用固定部、駆動用電圧が印加される駆動用固定部、角速度検出に用いられる検出用固定部に分割した構成とされても良い。その場合、例えば図１に示した固定部２０を支持固定部とし、支持固定部に連結されるように駆動用固定部と検出用固定部を備え、駆動用固定部に駆動用電圧の印加用のパッド接続部や検出用固定部に検出信号取り出し用のパッド接続部などを備えればよい。

【0021】

具体的には、固定部２０は、例えば上面形状が四角形で構成されている。固定部２０のｘ軸方向およびｙ軸方向の幅については任意であるが、後述する検出梁４１の幅よりも広くしてある。

【0022】

固定部２０と支持基板１１との間には内側接合部１２ａが配置されており、内側接合部１２ａを介して固定部２０が支持基板１１に固定されている。内側接合部１２ａにより、センサ基板１０と支持基板１１がそれぞれの中央位置において接合されている。

【0023】

可動部３０は、角速度印加に応じて変位する部分であり、駆動用電圧の印加によって駆動振動させられる駆動用錘と駆動振動時に角速度が印加されたときにその角速度に応じて振動させられる検出用錘とを有した構成とされる。本実施形態の場合、可動部３０として、駆動用錘と検出用錘の役割を同じ錘によって担う駆動兼検出用錘３１、３２が備えられている。駆動兼検出用錘３１、３２は、ｘ軸方向において、固定部２０を挟んだ両側に配置されており、固定部２０から等間隔の場所に配置されている。各駆動兼検出用錘３１、３２は、同寸法、同質量で構成され、本実施形態の場合、上面形状が四角形で構成されている。各駆動兼検出用錘３１、３２は、それぞれ相対する二辺において梁部４０に備えられる後述する駆動梁４２に連結させられることで、両持ち支持されている。各駆動兼検出用錘３１、３２の下方においては、接合部１２が除去されており、支持基板１１から各駆動兼検出用錘３１、３２がリリースされている。このため、各駆動兼検出用錘３１、３２は、駆動梁４２の変形によってｘ軸方向に駆動振動可能とされ、角速度印加の際には駆動梁４２などの変形によってｙ軸方向を含む固定部２０を中心とした回転方向へも振動可能とされている。

【0024】

梁部４０は、検出梁４１と、駆動梁４２および支持梁４３を有した構成とされている。

【0025】

検出梁４１は、固定部２０と支持梁４３とを連結するｙ軸方向に延設された直線状の梁とされ、本実施形態では固定部２０の相対する二辺に連結されることで、支持梁４３を固定部２０に連結させている。検出梁４１のｘ軸方向の寸法は、ｚ軸方向の寸法よりも薄くされており、ｘ軸方向に変形可能とされている。

【0026】

駆動梁４２は、駆動兼検出用錘３１、３２と支持梁４３とを連結するｙ軸方向、つまり検出梁４１と平行な方向に延設された直線状の梁とされている。各駆動兼検出用錘３１、３２に備えられた駆動梁４２から検出梁４１までは等距離とされている。駆動梁４２のｘ軸方向の寸法も、ｚ軸方向の寸法よりも薄くされており、ｘ軸方向に変形可能とされている。これにより、駆動兼検出用錘３１、３２をｘｙ平面上において変位可能としている。

【0027】

支持梁４３は、ｘ軸方向に延設された直線状の部材とされ、支持梁４３の中心位置において検出梁４１が連結されており、両端位置において各駆動梁４２が連結されている。支持梁４３は、ｙ軸方向の寸法が検出梁４１や駆動梁４２におけるｘ軸方向の寸法よりも大きくされている。このため、駆動振動時には駆動梁４２が主に変形し、角速度印加時には検出梁４１および駆動梁４２が主に変形するようになっている。

【0028】

このような構造により、駆動梁４２と支持梁４３および駆動兼検出用錘３１、３２によって上面形状が四角形の枠体が構成され、その内側に検出梁４１および固定部２０が配置されたセンサ部１００の基本構造が構成されている。

【0029】

さらに、駆動梁４２には、図１および図３に示すように駆動部５１が形成されており、検出梁４１には、図４に示すように、振動検出部５３が形成されている。これら駆動部５１および振動検出部５３が外部に備えられた図示しない制御装置に電気的に接続されることで、振動型角速度センサの駆動が行われるようになっている。

【0030】

駆動部５１は、図１に示すように、各駆動梁４２のうち支持梁４３との連結部近傍に備えられており、各場所に２本ずつ所定距離を空けて配置され、ｙ軸方向に延設されている。図３に示すように、駆動部５１は、センサ基板１０のうちの駆動梁４２を構成する部分の表面に下層電極５１ａと駆動用薄膜５１ｂおよび上層電極５１ｃが順に積層された構造とされている。下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃは、例えばＡｌ電極などによって構成されている。これら下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃは、図１に示した支持梁４３および検出梁４１を経て固定部２０まで引き出された配線部５１ｄ、５１ｅを通じて、駆動用電圧の印加用のパッドやＧＮＤ接続用のパッドに接続されている。また、駆動用薄膜５１ｂは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（いわゆるＰＺＴ）膜などの圧電膜によって構成されている。

【0031】

なお、図３では、駆動部５１をセンサ基板１０の表面１０ｂ側に形成する例について示してあるが、裏面１０ａ側に形成しても良い。表面１０ｂ側に駆動部５１を形成する場合、表面１０ｂから裏面１０ａに貫通するように設けられる図示しない貫通電極や拡散層を通じてパッド接続部２００に接続され、さらに駆動用電圧の印加用のパッドやＧＮＤ接続用のパッドに接続される。

【0032】

このような構成において、下層電極５１ａと上層電極５１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜５１ｂを変位させ、駆動梁４２を強制振動させることで駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。例えば、各駆動梁４２のｘ軸方向の両端側に１本ずつ駆動部５１を備えるようにし、一方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部５１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させている。

【0033】

振動検出部５３は、図１および図４に示すように、検出梁４１のうちの固定部２０との連結部近傍に備えられており、検出梁４１におけるｘ軸方向の両側それぞれに設けられ、ｙ軸方向に延設されている。図４に示すように、振動検出部５３は、検出梁４１を構成する接合部１２の表面に下層電極５３ａと検出用薄膜５３ｂおよび上層電極５３ｃが順に積層された構造とされている。下層電極５３ａおよび上層電極５３ｃや検出用薄膜５３ｂは、それぞれ、駆動部５１を構成する下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃや駆動用薄膜５１ｂと同様の構成とされている。下層電極５３ａおよび上層電極５３ｃは、図１に示した固定部２０まで引き出された配線部５３ｄ、５３ｅを通じて、検出信号出力用のパッドに接続されている。

【0034】

なお、図４では、振動検出部５３をセンサ基板１０の表面１０ｂ側に形成する例について示してあるが、裏面１０ａ側に形成しても良い。表面１０ｂ側に振動検出部５３を形成する場合、表面１０ｂから裏面１０ａに貫通するように設けられる図示しない貫通電極や拡散層を通じてパッド接続部２００に接続され、さらに検出信号出力用のパッドに接続される。

【0035】

このような構成では、角速度の印加に伴って検出梁４１が変位すると、それに伴って検出用薄膜５３ｂが変形する。これにより、例えば下層電極５３ａと上層電極５３ｃとの間の電気信号、例えば定電圧駆動の場合の電流値もしくは定電流駆動の場合の電圧値が変化することから、それを角速度を示す検出信号として図示しない検出信号出力用のパッドを通じて外部に出力している。

【0036】

以上のようにして、本実施形態にかかる振動型角速度センサに備えられたセンサ部１００が構成されている。なお、図１中では、駆動部５１の配線部５１ｄ、５１ｅや振動検出部５３の配線部５３ｄ、５３ｅと各種パッド接続部２００との接続関係を省略してあるが、各配線部５１ｄ、５１ｅ、５３ｄ、５３ｅは、例えばそれぞれが異なるパッド接続部２００に接続されている。

【0037】

さらに、センサ基板１０には、センサ部１００を囲むように配置された周辺部１０ｃが形成されている。周辺部１０ｃは、センサ部１００の周囲を囲む四角形の枠体形状で構成されている。そして、周辺部１０ｃは、外側接合部１２ｂを介して支持基板１１と接合され、接合部１４を介してキャップ層１３と接合されている。この周辺部１０ｃには、貫通電極１０ｄが形成されており、周辺部１０ｃの表裏での電気的接続が可能とされている。

【0038】

支持基板１１は、上記したようにシリコン基板によって構成されており、一面側が接合部１２を介してセンサ基板１０に貼り合わされている。具体的には、支持基板１１は、内側接合部１２ａを介して固定部２０と接合されており、外側接合部１２ｂを介して周辺部１０ｃと接合されている。

【0039】

また、支持基板１１は、板状部材に対してエッチングを施すことで所望位置に溝部１１ａを設けた形状とされている。具体的には、図５に示すように、支持基板１１のうちセンサ基板１０と接合される中央部および外縁部については、エッチングを施しておらず、中央部と外縁部との間、つまり中央部を囲むようにエッチングを施すことで溝部１１ａが形成されている。そして、溝部１１ａが形成された位置において、支持基板１１の厚みが部分的に薄くなったバネ部１１ｂが構成されており、外部からの衝撃などの不要振動が生じたときに、バネ部１１ｂが撓むことで不要振動を減衰できるようになっている。なお、センサ部１００と支持基板１１との間のうち、固定部２０と支持基板１１との間以外の部分では接合部１２が除去されている。このため、センサ部１００を構成する各部が支持基板１１と接触しないようにされている。

【0040】

支持基板１１の中央部には、貫通孔３００が形成されており、貫通孔３００内にスルーホールビア（以下、ＴＳＶという）３０１が形成されている。また、支持基板１１の中央部における表面側にはパッド接続部２００が形成されており、ＴＳＶ３０１と電気的に接続されている。また、支持基板１１の裏面側にはパッド部３０２が形成されており、ＴＳＶ３０１と電気的に接続されている。このような構造により、パッド部３０２に対して例えばワイヤボンディングを行うことで、ＴＳＶ３０１およびパッド接続部２００を通じて、センサ基板１０の各部と電気的接続が行われる。これにより、駆動部５１への電圧印加や、振動検出部５３からの検出信号の取り出しなどが行えるようになっている。

【0041】

キャップ層１３も、上記したようにシリコン基板によって構成されており、一面側が接合部１４を介してセンサ基板１０に貼り合わされている。具体的には、キャップ層１３は、接合部１４を介して周辺部１０ｃと接合されている。キャップ層１３は、単なる板状部材であっても良いが、本実施形態の場合、接合部１４を介して接合されている周辺部１０ｃと対応する場所以外の部分についてはエッチングによってキャビティ１３ａを形成している。このようなキャビティ１３ａが形成されることで、センサ部１００を構成する各部がキャップ層１３と接触しないようにされている。

【0042】

以上のようにして、本実施形態にかかる振動型角速度センサが構成されている。次に、このように構成される振動型角速度センサの作動について説明する。

【0043】

まず、図３に示すように、駆動梁４２に備えられた駆動部５１に対して駆動用電圧の印加を行う。具体的には、下層電極５１ａと上層電極５１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜５１ｂを変位させる。そして、２本並んで設けられた２つの駆動部５１のうち、一方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部５１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。これにより、図６に示すように、駆動梁４２によって両持ち支持された駆動兼検出用錘３１、３２が固定部２０を挟んでｘ軸方向において互いに逆方向に移動させられる駆動モードとなる。つまり、駆動兼検出用錘３１、３２が共に固定部２０が近づく状態と遠ざかる状態とが繰り返されるモードとなる。

【0044】

この駆動振動が行われているときに、振動型角速度センサに対して角速度、つまり固定部２０を中心軸としたｚ軸周りの振動が印加されると、図７に示すように駆動兼検出用錘３１、３２がｙ軸方向を含む固定部２０を中心とした回転方向へも振動する検出モードとなる。これにより、検出梁４１も変位し、この検出梁４１の変位に伴って、振動検出部５３に備えられた検出用薄膜５３ｂが変形する。これにより、例えば下層電極５３ａと上層電極５３ｃとの間の電気信号が変化し、この電気信号が外部に備えられる図示しない制御装置などに入力されることで、発生した角速度を検出することが可能となる。

【0045】

このような動作を行うに際し、例えば振動型角速度センサ以外の部分から伝わる振動、例えば車両振動、軸配向ズレ、加工の非対称性、結晶欠陥の存在の有無など、何らかの原因でｚ軸方向への不要振動が発生することがある。

【0046】

しかしながら、本実施形態の場合、支持基板１１に溝部１１ａを形成し、センサ部１００がバネ部１１ｂを介して支持基板１１の外縁部に支持された構造とされている。このため、例えば外部衝撃などに起因する駆動振動や検出振動の共振周波数（つまり駆動周波数や検出周波数）よりも共振周波数が小さな不要振動モードの際に、梁部４０よりもバネ部１１ｂが主に変形して不要振動を減衰できる。これにより、不要振動モードの際に梁部４０の変形を抑制することが可能となる。

【0047】

このように、駆動モードにおいて駆動振動するときの駆動周波数や検出モードにおいて検出振動するときの検出周波数よりも低い不要振動が発生する不要振動モードにおいて、不要振動によって梁部４０が変形することを抑制することができる。これにより、検出精度を低下させるような不要振動モードを減らすことが可能となり、検出精度の向上を図ることが可能となる。

【0048】

また、外部からの衝撃などに起因する振動に対しても、支持基板１１の形状に基づいて防振構造を実現していることから、別部材による防振部を必要としなくても、検出精度の向上が図れる。

【0049】

したがって、別部材による防振部を必要としなくても、可動部３０の不要振動を抑制し、検出精度を向上させることが可能な角速度センサを提供することができる。

【0050】

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態では、溝部１１ａの深さを一定としたが、多段階の段付溝とすることもできる。例えば、図８に示すように、溝部１１ａを多段階に深くされた段付溝とし、支持基板１１の中央部から外縁部に向けてより深さを深くした構造にできる。そして、溝部１１ａのうち最も深くされた位置において、支持基板１１の厚みが部分的に薄くなったバネ部１１ｂが構成されるようにできる。このような構造としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0051】

また、溝部１１ａを部分的に貫通孔とし、部分的にバネ部１１ａが残るようにしても良い。例えば、図９に示すように、支持基板１１の中央部を囲んだ周囲の１箇所のみを除いて溝部１１ａを貫通孔とし、バネ部１１ｂを１箇所にのみ残すことでセンサ部１００が片持ち支持された構造とすることができる。また、図示しないが、センサ部１００を挟んだ両側にバネ部１１ｂを残すことで、センサ部１００を両持ち支持する構造としても良い。さらに、図１０に示すように、支持基板１１の中央部を中心とした四方にバネ部１１ｂが残るようにして、センサ部１００を４点支持する構造としても良い。勿論、センサ部１００を１点、２点、４点支持する構造に限らず、その他の支持数のバネ部１１ｂを備える構造としても良い。

【0052】

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して溝部１０ａおよびバネ部１１ｂの構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

【0053】

図１１に示したように、本実施形態では、溝部１０ａにおける貫通孔を渦巻状とすることで、支持基板１１に渦巻形状部１１ｃを構成している。そして、渦巻形状部１１ｃの渦巻きの一端がバネ部１１ｂを介して支持基板１１の外縁部に支持され、渦巻きの他端が中央部に接続されている。すなわち、センサ部１００を支持している支持基板１１の中央部が渦巻形状部１１ｃおよびバネ部１１ｂを介して支持基板１１の外縁部に支持された構造とされている。

【0054】

このように、支持基板１１に対して渦巻形状部１１ｃを備えるようにすれば、バネ部１１ｂに加えて渦巻形状部１１ｃもバネとして機能させることができる。したがって、更に検出精度を低下させるような不要振動モードを減らすことが可能となり、検出精度の向上を図ることが可能となる。

【0055】

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態では、溝部１１ａによって支持基板１１に渦巻形状部１１ｃを構成する場合について説明したが、渦巻形状部１１ｃを支持するバネ部１１ｂは１箇所のみでなく、渦巻形状部１１ｃの周囲において複数箇所に備えるようにしても良い。

【0056】

例えば、図１２に示すように、渦巻形状部１１ｃが四角形状の枠体部１１ｄによって囲まれるようにし、枠体部１１ｄの四方にバネ部１１ｂを備えることで、支持基板１１の外縁部に複数のバネ部１１ｂを介して渦巻形状部１１ｃが支持される構造にできる。このような構造としても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0057】

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してキャップ層１３などの構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

【0058】

図１３に示すように、本実施形態では、センサ部１００を支持基板１１だけでなくキャップ層１３にも接合した構造としている。具体的には、キャップ層１３の裏面のうち固定部２０と対応する位置および支持基板１１の外縁部と対応する位置以外の部分に溝部１３ｂを形成している。溝部１３ｂについては深さを一定としても良いが、ここでは溝部１３ｂを段付溝としており、キャップ層１３の中央部から外縁部に向かうに連れて溝部１３ｂの深さが深くなるようにしている。そして、キャップ層１３にも、溝部１３ｂが最も深くなる位置において、キャップ層１３が部分的に薄くされたバネ部１３ｃが構成されるようにしている。

【0059】

このように、固定部２０がキャップ層１３にも接合されるようにする構造にもできる。その場合、キャップ層１３にもバネ部１３ｃを備えるようにすれば、キャップ層１３からセンサ部１００に対して不要振動が伝わることを抑制でき、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0060】

（第３実施形態の変形例）
第３実施形態のようにキャップ層１３も固定部２０に接合されるようにする場合、キャップ層１３側に外部との接続用の配線構造を構成することもできる。具体的には、図１４に示すように、キャップ層１３に貫通孔３０４を形成すると共に、貫通孔３０４内にＴＳＶ３０５を備える。そして、キャップ層１３と固定部２０との間にパッド接続部３０６を備え、ＴＳＶ３０５と接続する。更に、キャップ層１３の表面側にパッド部３０７を備え、ＴＳＶ３０５と接続する。

【0061】

このような構造により、パッド部３０７に対して例えばワイヤボンディングを行うことで、ＴＳＶ３０５およびパッド接続部３０６を通じて、センサ基板１０の各部と電気的接続が行われる。これにより、駆動部５１への電圧印加や、振動検出部５３からの検出信号の取り出しなどが行えるようになっている。

【0062】

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

【0063】

（１）例えば、上記各実施形態では、振動型角速度センサの構造の一例を示したが、センサ部１０を他の構造のものとしても良い。

【0064】

（２）また、振動検出部５３を構成する検出素子として、駆動部５１と同様の圧電膜を用いた構造のものを用いている。しかしながら、圧電膜を用いた構造以外にも、検出梁４１の変位を電気信号として取り出すことができる検出素子であれば、他の検出素子を用いても良い。例えば、検出梁４１を構成するセンサ基板１０にピエゾ抵抗を形成し、このピエゾ抵抗を検出素子としても良い。例えば、半導体で構成されるセンサ基板１０の表層部にｐ⁺型層もしくはｎ⁺型層を形成することで、ピエゾ抵抗とすることができる。

【0065】

（３）上記各実施形態では、下層電極５１ａと上層電極５１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜５１ｂを変位させ、駆動梁４２を強制振動する圧電機能を用いた圧電駆動としてる。そして、角速度の印加に伴う検出梁４１の変位に基づく検出用薄膜５３ｂの変形を下層電極５３ａと上層電極５３ｃとの間の電気信号として取り出す圧電効果を用いた圧電検出としている。つまり、圧電駆動−圧電検出型の振動型角速度センサとしている。

【0066】

これに対して、圧電駆動−静電検出型の振動型角速度センサとすることもできる。例えば、検出梁４１およびそれに隣接する場所に静電容量を構成する電極部を形成し、その静電容量の変化に基づいて角速度を検出する形態としても良い。なお、静電容量については、検出梁４１およびそれに隣接する場所に形成する以外の他の場所に形成することもできる。例えば、支持梁４３の両端とそれに隣接する場所に電極部を形成することで静電容量を構成することもできる。

【0067】

（４）また、上記実施形態では、検出梁４１や駆動梁４２のうち支持梁４３の近傍にのみ、駆動部５１や振動検出部５３を備えた構造とした。これについても単なる一例を示したに過ぎず、例えば検出梁４１や駆動梁４２の全域にこれらを設けるようにしても良い。

【0068】

（５）また、上記実施形態では、可動部３０および梁部４０によって構成される枠体構造の外形形状を四角形状としたが、必ずしも四角形状でなくても良い。例えば、可動部３０および梁部４０によって構成される枠体構造は、検出梁４１を中心線とした線対称かつ固定部２０を中心とした点対称の構造であれば良い。このため、例えば、支持梁４３は、検出梁４１に対して垂直に交差するのではなく斜めに交差した形状などであっても良い。

【符号の説明】

【0069】

１０ センサ基板
１１ 支持基板
１１ａ 溝部
１１ｂ バネ部
２０ 固定部
３０ 可動部
３１、３２ 駆動兼検出用錘
４０ 梁部
４１ 検出梁
４２ 駆動梁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】