JP6657842B2

JP6657842B2 - Angular velocity sensor device

Info

Publication number: JP6657842B2
Application number: JP2015228266A
Authority: JP
Inventors: 知也城森; 隆雄岩城
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-11-23
Filing date: 2015-11-23
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2035-11-23
Also published as: JP2017096732A

Description

本発明は、振動型角速度センサを有する角速度センサ装置に関するものである。 The present invention relates to an angular velocity sensor device having a vibration type angular velocity sensor.

従来、特許文献１において、振動型角速度センサ（以下、単に角速度センサという）が提案されている。この角速度センサは、センサ構造体を構成する基板の平面方向をｘｙ平面として、基部に対してｘ方向の両側に駆動振動片を備えているとともに、基部からｙ方向の両側に検出振動片が延設された構造とされている。そして、一方の駆動振動片および他方の駆動振動片の厚さを基部の厚さよりも小さくすることで、駆動モードの近辺での不要周波数を低下させ、ｚ軸方向への不要振動の発生が抑制されるようにしている。 Conventionally, Patent Document 1 proposes a vibration type angular velocity sensor (hereinafter, simply referred to as an angular velocity sensor). This angular velocity sensor has driving vibrating reeds on both sides in the x direction with respect to the base, with the plane direction of the substrate constituting the sensor structure as the xy plane, and the detecting vibrating reed extends from the base on both sides in the y direction. It has a built structure. By making the thickness of one driving vibrating piece and the other driving vibrating piece smaller than the thickness of the base part, unnecessary frequency in the vicinity of the driving mode is reduced, and generation of unnecessary vibration in the z-axis direction is suppressed. I am trying to be.

特開２０１４−１０１２７８号公報JP 2014-101278 A

上記したｚ軸方向への不要振動は、本来発生させたくない振動であり、このような不要振動によって検出信号にノイズが付加され、角速度センサの検出精度を低下させる要因となる。特許文献１に示されるように、角速度センサの構造に基づいて不要振動が生じ難いようにする場合、使用初期時には不要振動を抑制することができるものの経年劣化などのように製造後に発生した要因に基づく不要振動については抑制することができない。 The above-described unnecessary vibration in the z-axis direction is a vibration that one does not originally want to generate, and noise is added to the detection signal due to such unnecessary vibration, which causes a reduction in detection accuracy of the angular velocity sensor. As disclosed in Patent Document 1, when unnecessary vibration is hardly generated based on the structure of the angular velocity sensor, unnecessary vibration can be suppressed at the initial stage of use, but factors such as deterioration over time such as aging deteriorate. Unnecessary vibration based on the above cannot be suppressed.

本発明は上記点に鑑みて、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装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor device capable of suppressing unnecessary vibration and improving detection accuracy.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の角速度センサ装置は、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）とを有する振動型角速度センサと、該振動型角速度センサの周囲を囲むと共に支持基板に接続された周辺部（１０ｃ）と、を備えたセンサ基板（１０）と、センサ基板のうち支持基板と反対側の一面に配置され、周辺部と接合されるキャップ層（１３）と、を備えている。そして、振動型角速度センサは、駆動錘を基板の平面上における一方向に駆動振動させ、角速度の印加に伴って検出錘が基板の平面上において一方向に対する垂直方向にも振動することに基づき角速度検出を行う。このような振動型角速度センサにおいて、支持基板およびキャップ層それぞれにおけるセンサ基板側の一面には、駆動振動させられる駆動錘と対応する位置に、センサ基板の厚み方向における駆動錘の駆動振動位置を調整する制御電極（５０ａ、５０ｂ）が備えられている。また、制御電極は、駆動錘が駆動振動する際の移動軌跡と対応する位置に備えられていると共に、駆動錘が駆動振動する際の移動軌跡に沿って複数個備えられており、複数個それぞれに印加する電圧が独立して制御される。 In order to achieve the above object, the angular velocity sensor device according to claim 1, wherein the support substrate (11), a fixed portion (20) fixed to the support substrate, a driving weight (31, 32), and a detection weight. A movable part (30) having a movable weight (31, 32), a drive beam (42) for supporting the drive weight on a plane parallel to the plane of the substrate and supporting the fixed weight, and a detection weight for the substrate. A vibration type angular velocity sensor having a beam part (40) having a detection beam (41) supported on a fixed part while being movable on a plane parallel to the plane of the above, and surrounding the vibration type angular velocity sensor and A sensor substrate (10) having a peripheral portion (10c) connected to the support substrate; and a cap layer (13) disposed on one surface of the sensor substrate opposite to the support substrate and joined to the peripheral portion. , Is provided. Then, the vibration type angular velocity sensor drives and oscillates the driving weight in one direction on the plane of the substrate. Perform detection. In such a vibration type angular velocity sensor, the driving vibration position of the driving weight in the thickness direction of the sensor substrate is adjusted to a position corresponding to the driving weight to be driven and vibrated on each surface of the support substrate and the cap layer on the sensor substrate side. Control electrodes (50a, 50b). Further, the control electrode is provided at a position corresponding to the movement locus of the driving weight when the driving weight vibrates, and a plurality of control electrodes are provided along the movement locus of the driving weight when the driving weight vibrates. Are independently controlled.

このように、支持基板およびキャップ層それぞれにおけるセンサ基板側の一面に制御電極を形成し、制御電極によってセンサ基板の厚み方向における駆動錘の駆動振動位置を調整可能としている。これにより、駆動錘の駆動振動位置をセンサ基板の厚み方向の所望位置に制御することができて、不要振動を抑制できる。よって、角速度センサ装置による角速度の検出精度を向上させることが可能となる。 Thus, the control electrode is formed on one surface of the sensor substrate side of each supporting substrate and the cap layer, thereby enabling adjusting the driving vibration position of drive weights in the thickness direction of the sensor substrate by a control electrode. Thus, the driving vibration position of the driving weight can be controlled to a desired position in the thickness direction of the sensor substrate, and unnecessary vibration can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the detection accuracy of the angular velocity by the angular velocity sensor device.

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。 In addition, the code | symbol in parenthesis of each said means shows an example of the correspondence with the concrete means described in embodiment mentioned later.

第１実施形態にかかる角速度センサ装置における角速度センサについてキャップ層を省略して表した上面レイアウト図である。FIG. 2 is a top view layout view of the angular velocity sensor in the angular velocity sensor device according to the first embodiment, in which a cap layer is omitted. 図１中のII−II断面図である。It is II-II sectional drawing in FIG. 図１中のIII−III断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 1. 図１中のIV−IV断面図である。It is IV-IV sectional drawing in FIG. 図１に示す角速度センサ装置の駆動振動時の様子を示した上面図である。FIG. 2 is a top view illustrating a state of the angular velocity sensor device illustrated in FIG. 1 during drive vibration. 図１に示す角速度センサ装置の角速度印加時の様子を示した上面図である。FIG. 2 is a top view showing a state of the angular velocity sensor device shown in FIG. 1 when an angular velocity is applied. 第２実施形態にかかる角速度センサ装置の断面図である。It is sectional drawing of the angular velocity sensor apparatus concerning 2nd Embodiment. 第３実施形態にかかる角速度センサ装置の断面図である。It is sectional drawing of the angular velocity sensor apparatus concerning 3rd Embodiment.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent are denoted by the same reference numerals and described.

（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角速度センサ装置は、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）構造とした角速度センサなどを有するものである。角速度センサ装置は、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、車両用以外にも適用できる。 (1st Embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. The angular velocity sensor device described in the present embodiment has a wafer level package (hereinafter referred to as WLP (Wafer Level Package)) structure in which a front side and a back side of a substrate constituting a sensor unit are covered with a support substrate and a cap layer, respectively. It has an angular velocity sensor and the like. The angular velocity sensor device is used, for example, to detect a rotational angular velocity around a center line parallel to the up-down direction of the vehicle.

以下、図１〜図６を参照して、本実施形態にかかる角速度センサ装置について説明する。 Hereinafter, an angular velocity sensor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施形態にかかる角速度センサ装置は、図１および図２に示すように、センサ基板１０を用いて角速度センサ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角速度センサ装置の詳細について説明する。 The angular velocity sensor device according to the present embodiment is one in which an angular velocity sensor 100 is formed using a sensor substrate 10, as shown in FIGS. 1 and 2, the x-axis direction, the up-down direction in FIG. 1 and the normal direction in FIG. 2 are the y-axis direction, the normal direction in FIG. 1 and the up-down direction in FIG. The details of the angular velocity sensor device according to the present embodiment as the z-axis direction will be described.

角速度センサ装置は、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。 The angular velocity sensor device is mounted on the vehicle such that the xy plane in FIG. 1 is oriented in the horizontal direction of the vehicle and the z-axis direction in FIG. 2 coincides with the vertical direction of the vehicle.

図１および図２に示すように、角速度センサ装置に備えられる角速度センサ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構造の角速度センサ装置を構成している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the angular velocity sensor 100 provided in the angular velocity sensor device is formed by etching a plate-shaped sensor substrate 10 to have a predetermined layout. A support substrate 11 is disposed on the back surface 10 a side of the sensor substrate 10, and is joined via a joint 12. In addition, a cap layer 13 is disposed on the surface 10 b side of the sensor substrate 10, that is, on the side opposite to the support substrate 11, and is joined via a joint 14. Thus, the support substrate 11 and the cap layer 13 are bonded together with the sensor substrate 10 interposed therebetween, thereby forming an angular velocity sensor device having a WLP structure.

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の表面がｘｙ平面と平行とされ、センサ基板１０の厚み方向がｚ軸方向に向けられている。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。 In the present embodiment, the sensor substrate 10, the support substrate 11, and the cap layer 13 are formed of, for example, a silicon substrate, and the joints 12, 14 are formed of, for example, an insulating film such as a silicon oxide film. The surface of the sensor substrate 10 is parallel to the xy plane, and the thickness direction of the sensor substrate 10 is oriented in the z-axis direction. The sensor substrate 10, the support substrate 11, and the cap layer 13 may be constituted by independent silicon substrates one by one. For example, an SOI (Silicon on Silicon) in which the sensor substrate 10 and the support substrate 11 sandwich the joint 12 is provided. It may be constituted by a substrate).

角速度センサ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、角速度センサ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。 The angular velocity sensor 100 is patterned on the fixed part 20, the movable part 30, and the beam part 40. The fixing part 20 is fixed to the support substrate 11 via the joint part 12, as shown in FIG. The movable part 30 and the beam part 40 constitute a vibrator in the angular velocity sensor 100. The movable section 30 is arranged on the support substrate 11 in a released state. The beam section 40 supports the movable section 30 and displaces the movable section 30 in the x-axis direction and the y-axis direction in order to detect angular velocity. Specific structures of the fixed part 20, the movable part 30, and the beam part 40 will be described.

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３００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。 The fixed portion 20 supports the movable portion 30 and is a portion where various pad connection portions 300 such as a pad connection portion for applying a driving voltage and a pad connection portion for extracting a detection signal used for detecting an angular velocity are formed. It is. In the present embodiment, each of these functions is realized by one fixed unit 20. For example, the fixed unit for support for supporting the movable unit 30, the fixed unit for driving to which a driving voltage is applied, and the detection of angular velocity It may be configured to be divided into the detection fixing unit used. In this case, for example, the fixing unit 20 shown in FIG. 1 is used as a supporting fixing unit, and a driving fixing unit and a detecting fixing unit are provided so as to be connected to the supporting fixing unit. It is sufficient to provide a pad connection portion for extracting a detection signal or the like in the pad connection portion or the fixed portion for detection.

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。 Specifically, for example, the upper surface of the fixing portion 20 is formed in a square shape. The width of the fixed portion 20 in the x-axis direction and the y-axis direction is arbitrary, but is larger than the width of a detection beam 41 described later.

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。同様に、固定部２０とキャップ層１３との間には内側接合部１４ａが配置されており、内側接合部１４ａを介して固定部２０がキャップ層１３にも固定されている。これら内側接合部１２ａ、１４ａにより、センサ基板１０と支持基板１１もしくはキャップ層１３とが接合されている。 An inner joint portion 12a is arranged between the fixing portion 20 and the support substrate 11, and the fixing portion 20 is fixed to the support substrate 11 via the inner joint portion 12a. Similarly, an inner joint portion 14 a is arranged between the fixing portion 20 and the cap layer 13, and the fixing portion 20 is fixed to the cap layer 13 via the inner joint portion 14 a. The sensor substrate 10 and the support substrate 11 or the cap layer 13 are bonded by the inner bonding portions 12a and 14a.

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。 The movable portion 30 is a portion that is displaced in accordance with the application of the angular velocity, and is a driving weight that is driven and vibrated by the application of the driving voltage, and a detection device that is vibrated in accordance with the angular speed when the angular speed is applied during the driving vibration. And a weight. In the case of the present embodiment, driving and detecting weights 31 and 32 having the same weight as the driving weight and the detecting weight are provided as the movable unit 30. The drive / detection weights 31 and 32 are disposed on both sides of the fixed portion 20 in the x-axis direction, and are disposed at equal intervals from the fixed portion 20. The drive / detection weights 31 and 32 have the same dimensions and the same mass. In the case of the present embodiment, the top surface shape is a square. Each of the drive / detection weights 31 and 32 is supported at both sides by being connected to a drive beam 42 provided in the beam portion 40 at two opposing sides, which will be described later. Below the driving and detecting weights 31 and 32, the joint 12 is removed, and the driving and detecting weights 31 and 32 are released from the support substrate 11. For this reason, each of the driving / detecting weights 31 and 32 can be driven and vibrated in the x-axis direction by the deformation of the driving beam 42, and when the angular velocity is applied, the fixed portions including the y-axis direction are deformed by the driving beam 42 and the like. Vibration is also possible in the direction of rotation about the center 20.

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。 The beam portion 40 has a configuration including a detection beam 41, a drive beam 42, and a support beam 43.

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。 The detection beam 41 is a linear beam extending in the y-axis direction that connects the fixed portion 20 and the support beam 43. In the present embodiment, the detection beam 41 is connected to two opposite sides of the fixed portion 20. The support beam 43 is connected to the fixed part 20. The dimension of the detection beam 41 in the x-axis direction is thinner than the dimension in the z-axis direction, and can be deformed in the x-axis direction.

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に接続された駆動梁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。 The drive beam 42 is a linear beam extending in the y-axis direction connecting the drive / detection weights 31 and 32 and the support beam 43, that is, a direction parallel to the detection beam 41. The drive beam 42 connected to the drive / detection weights 31 and 32 and the detection beam 41 are equidistant. The dimension of the drive beam 42 in the x-axis direction is also thinner than the dimension in the z-axis direction, and can be deformed in the x-axis direction. Thereby, the driving and detecting weights 31 and 32 can be displaced on the xy plane.

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。 The support beam 43 is a linear member extending in the x-axis direction. The detection beam 41 is connected at the center position of the support beam 43, and the drive beams 42 are connected at both end positions. The support beam 43 has a dimension in the y-axis direction larger than that of the detection beam 41 and the drive beam 42 in the x-axis direction. For this reason, the driving beam 42 is mainly deformed during the driving vibration, and the detection beam 41 and the driving beam 42 are mainly deformed when the angular velocity is applied.

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が配置された角速度センサ１００の基本構造が構成されている。 With such a structure, the driving beam 42, the supporting beam 43, and the driving / detecting weights 31 and 32 form a frame having a rectangular upper surface, and the angular velocity sensor in which the detecting beam 41 and the fixed portion 20 are disposed. 100 basic structures are configured.

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２に示す制御装置６０に電気的に接続されることで、角速度センサ装置の駆動が行われるようになっている。 Further, a driving section 51 is formed on the driving beam 42 as shown in FIGS. 1 and 3, and a vibration detecting section 53 is formed on the detecting beam 41 as shown in FIG. The drive unit 51 and the vibration detection unit 53 are electrically connected to a control device 60 shown in FIG. 2 provided outside, so that the angular velocity sensor device is driven.

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接続用のパッドに繋がるパッド接続部３００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。 As shown in FIG. 1, the drive units 51 are provided in the vicinity of a connection portion of each of the drive beams 42 with the support beam 43, and are disposed at a predetermined distance two by two at each location, and are arranged in the y-axis direction. It has been extended. As shown in FIG. 3, the driving section 51 has a structure in which a lower electrode 51a, a driving thin film 51b, and an upper electrode 51c are sequentially laminated on the surface of a portion forming the driving beam 42 of the sensor substrate 10. . The lower layer electrode 51a and the upper layer electrode 51c are constituted by, for example, an Al electrode or the like. The lower electrode 51a and the upper electrode 51c are connected to a pad for applying a driving voltage and a GND connection through wiring portions 51d and 51e extended to the fixed portion 20 through the support beam 43 and the detection beam 41 shown in FIG. Is connected to the pad connection part 300 connected to the pad. The driving thin film 51b is formed of a piezoelectric film such as a lead zirconate titanate (so-called PZT) film.

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。 In such a configuration, by generating a potential difference between the lower electrode 51a and the upper electrode 51c, the driving thin film 51b sandwiched therebetween is displaced, and the driving beam 42 is forcibly vibrated to drive and act. The detection weights 31 and 32 are driven and vibrated along the x-axis direction. For example, one driving unit 51 is provided at each end of the driving beam 42 in the x-axis direction, and the driving thin film 51b of one driving unit 51 is displaced by a compressive stress and the other driving unit 51 is driven. The thin film 51b is displaced by tensile stress. By repeatedly applying such a voltage to each drive unit 51 alternately, the drive / detection weights 31 and 32 are driven and vibrated along the x-axis direction.

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繋がるパッド接続部３００に接続されている。 As shown in FIGS. 1 and 4, the vibration detection unit 53 is provided in the vicinity of a connection portion of the detection beam 41 with the fixed unit 20, and is provided on each side of the detection beam 41 in the x-axis direction. It extends in the y-axis direction. As shown in FIG. 4, the vibration detection unit 53 has a structure in which a lower electrode 53 a, a detection thin film 53 b, and an upper electrode 53 c are sequentially stacked on the surface of the joint 12 forming the detection beam 41. The lower electrode 53a, the upper electrode 53c, and the detecting thin film 53b have the same configuration as the lower electrode 51a, the upper electrode 51c, and the driving thin film 51b that constitute the driving unit 51, respectively. The lower-layer electrode 53a and the upper-layer electrode 53c are connected to a pad connection unit 300 that is connected to a detection signal output pad through the wiring units 53d and 53e extended to the fixing unit 20 shown in FIG.

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。 In such a configuration, when the detection beam 41 is displaced by the application of the angular velocity, the detection thin film 53b is deformed accordingly. Thereby, for example, an electric signal between the lower electrode 53a and the upper electrode 53c, for example, a current value in the case of constant voltage driving or a voltage value in the case of constant current driving changes, which is used as a detection signal indicating an angular velocity. The signal is output to the outside through a detection signal output pad (not shown).

以上のようにして、本実施形態にかかる角速度センサ装置に備えられた角速度センサ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３００に接続されている。 As described above, the angular velocity sensor 100 provided in the angular velocity sensor device according to the present embodiment is configured. In FIG. 1, connection relations with the wiring sections 51 d and 51 e of the driving section 51 and the wiring sections 53 d and 53 e of the vibration detecting section 53 are omitted, but each of the wiring sections 51 d, 51 e, 53 d and 53 e is For example, each is connected to a different pad connection unit 300.

さらに、センサ基板１０には、角速度センサ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、角速度センサ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、外側接合部１４ｂ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。 Further, a peripheral portion 10c is formed on the sensor substrate 10 so as to surround the angular velocity sensor 100. The peripheral portion 10c is formed in a rectangular frame shape surrounding the angular velocity sensor 100. The peripheral portion 10c is joined to the support substrate 11 via the outer joint 12b, and is joined to the cap layer 13 via the outer joint 14b. A penetrating electrode 10d is formed in the peripheral portion 10c, and electrical connection between the front and back of the peripheral portion 10c is enabled.

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。支持基板１１は、単なる板状部材であっても良いが、本実施形態の場合、内側接合部１２ａおよび外側接合部１２ｂを介して接合されている固定部２０や周辺部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１１ａを形成している。このようなキャビティ１１ａが形成されることで、角速度センサ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。 The support substrate 11 is formed of the silicon substrate as described above, and one surface side is bonded to the sensor substrate 10 via the joint 12. Specifically, the support substrate 11 is joined to the fixed part 20 via the inner joint part 12a, and is joined to the peripheral part 10c via the outer joint part 12b. The support substrate 11 may be a simple plate-shaped member, but in the case of the present embodiment, other than a place corresponding to the fixed part 20 and the peripheral part 10c joined via the inner joint part 12a and the outer joint part 12b. The cavity 11a is formed by etching of the portion. By forming such a cavity 11a, each part constituting the angular velocity sensor 100 is prevented from contacting the support substrate 11.

また、支持基板１１の表面、つまりセンサ基板１０側の一面には、制御電極５０ａが形成されている。制御電極５０ａは、支持基板１１の表面のうち駆動兼検出用錘３１、３２と対応する位置、より詳しくは駆動兼検出用錘３１、３２が駆動振動する際の移動軌跡を投影した位置を含むように形成されている。例えば、制御電極５０ａは、支持基板１１の表面に金属層を配置したのちパターニングすること、もしくはマスクを用いて金属膜を所望パターンで成膜することによって形成される。本実施形態の場合、制御電極５０ａは、キャビティ１１ａ内から支持基板１１の外縁部に延設されている。そして、上記した貫通電極１０ｄに対して電気的に接続されている。 A control electrode 50a is formed on the surface of the support substrate 11, that is, on one surface on the sensor substrate 10 side. The control electrode 50a includes, on the surface of the support substrate 11, a position corresponding to the drive / detection weights 31, 32, more specifically, a position on which the movement trajectory of the drive / detection weights 31, 32 is projected when driving and vibrating. It is formed as follows. For example, the control electrode 50a is formed by arranging a metal layer on the surface of the support substrate 11 and then patterning, or forming a metal film in a desired pattern using a mask. In the case of the present embodiment, the control electrode 50a extends from the inside of the cavity 11a to the outer edge of the support substrate 11. And it is electrically connected to the above-mentioned through electrode 10d.

なお、支持基板１１と固定部２０との間には、ダミーパッド部３０１が形成されている。ダミーパッド部３０１は、パッド接続部３００と対応する位置に同パターンで形成されており、パッド接続部３００と同材料（例えばアルミニウム）などで構成されている。ダミーパッド部３０１は、必須ものではないが、応力緩和を目的として配置している。すなわち、角速度センサ１００を構成する各部との電気的接続のためにパッド接続部３００を備えているが、センサ基板１０を挟んだ両側の一方のみに形成してあると、センサ基板１０の表面１０ｂ側と裏面１０ａ側とで応力にズレが生じる。このため、センサ基板１０の表面１０ｂ側と裏面１０ａ側とで応力の均一化を図るべく、ダミーパッド部３０１をパッド接続部３００と対応する位置に同パターンで形成してある。ダミーパッド部３０１については、例えば、上記した制御電極５０ａと同時に形成することができる。 Note that a dummy pad section 301 is formed between the support substrate 11 and the fixing section 20. The dummy pad section 301 is formed in the same pattern at a position corresponding to the pad connection section 300, and is made of the same material (for example, aluminum) as the pad connection section 300. The dummy pad portion 301 is not essential, but is disposed for the purpose of stress relaxation. That is, although the pad connection part 300 is provided for electrical connection with each part constituting the angular velocity sensor 100, if the pad connection part 300 is formed on only one of both sides of the sensor substrate 10, the surface 10b of the sensor substrate 10 The stress is shifted between the side and the back surface 10a. Therefore, in order to equalize the stress on the front surface 10b side and the rear surface 10a side of the sensor substrate 10, the dummy pad portion 301 is formed in the same pattern at a position corresponding to the pad connection portion 300. The dummy pad section 301 can be formed, for example, simultaneously with the control electrode 50a described above.

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、内側接合部１４ａを介して固定部２０と接合されており、外側接合部１４ｂ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、内側接合部１４ａおよび外側接合部１４ｂを介して接合されている固定部２０や周辺部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、角速度センサ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。 The cap layer 13 is also formed of the silicon substrate as described above, and has one surface side bonded to the sensor substrate 10 via the bonding portion 14. Specifically, the cap layer 13 is joined to the fixed part 20 via the inner joint part 14a, and is joined to the peripheral part 10c via the outer joint part 14b. The cap layer 13 may be a simple plate-shaped member, but in the case of the present embodiment, other than a place corresponding to the fixed portion 20 and the peripheral portion 10c joined via the inner joint portion 14a and the outer joint portion 14b. The cavity 13a is formed by etching of the portion. By forming such a cavity 13a, each part constituting the angular velocity sensor 100 is prevented from contacting the cap layer 13.

また、キャップ層１３と固定部２０との間には、パッド接続部３００が形成されている。さらに、キャップ層１３のうち、パッド接続部３００と対応する位置には、貫通孔１３ｂが形成されており、貫通孔１３ｂ内にスルーホールビア（以下、ＴＳＶという）１３ｃが形成されている。そして、キャップ層１３の表面側に複数のパッド部１３ｄが形成されている。これにより、ＴＳＶ１３ｃを通じて各パッド部１３ｄが対応する各パッド接続部３００に電気的に接続された構成とされている。このように構成された各パッド部１３ｄに対して例えばワイヤボンディングを行うことで外部との電気的接続が行われるようになっている。 Further, a pad connection part 300 is formed between the cap layer 13 and the fixing part 20. Further, a through-hole 13b is formed in the cap layer 13 at a position corresponding to the pad connection portion 300, and a through-hole via (hereinafter, referred to as TSV) 13c is formed in the through-hole 13b. Further, a plurality of pad portions 13 d are formed on the surface side of the cap layer 13. Thus, each pad section 13d is electrically connected to the corresponding pad connection section 300 through the TSV 13c. By performing, for example, wire bonding on each of the pad portions 13d thus configured, an electrical connection with the outside is made.

また、キャップ層１３の裏面、つまりセンサ基板１０側の一面には、制御電極５０ｂが形成されている。制御電極５０ｂは、キャップ層１３の裏面のうち駆動兼検出用錘３１、３２と対応する位置、より詳しくは駆動兼検出用錘３１、３２が駆動振動する際の移動軌跡を投影した位置を含むように形成されている。例えば、制御電極５０ｂは、キャップ層１３の裏面に金属層を配置したのちパターニングすること、もしくはマスクを用いて金属膜を所望パターンで成膜することによって形成される。本実施形態の場合、制御電極５０ｂは、キャビティ１３ａ内からキャップ層１３の外縁部に延設されている。 A control electrode 50b is formed on the back surface of the cap layer 13, that is, on one surface on the sensor substrate 10 side. The control electrode 50b includes a position on the back surface of the cap layer 13 corresponding to the drive / detection weights 31, 32, more specifically, a position on which the movement trajectory of the drive / detection weights 31, 32 is projected. It is formed as follows. For example, the control electrode 50b is formed by arranging a metal layer on the back surface of the cap layer 13 and then patterning, or by forming a metal film in a desired pattern using a mask. In the case of the present embodiment, the control electrode 50b extends from the inside of the cavity 13a to the outer edge of the cap layer 13.

また、キャップ層１３と周辺部１０ｃとの間のうち貫通電極１０ｄと対応する位置にもパッド接続部３０２が形成されている。パッド接続部３０２は、貫通電極１０ｄと接続されている。パッド接続部３０２については、上記した制御電極５０ｂと同時に形成することができる。 Further, a pad connection portion 302 is formed between the cap layer 13 and the peripheral portion 10c at a position corresponding to the through electrode 10d. The pad connection section 302 is connected to the through electrode 10d. The pad connection portion 302 can be formed simultaneously with the control electrode 50b described above.

さらに、キャップ層１３のうち周辺部１０ｃと対応する位置には、貫通孔１３ｅが形成されており、貫通孔１３ｅ内にＴＳＶ１３ｆが形成されている。ＴＳＶ１３ｆの一部は制御電極５０ｂに接続され、残りの少なくとも一部はパッド接続部３０２や貫通電極１０ｄを介して制御電極５０ａに接続されている。これにより、ＴＳＶ１３ｆを通じて各パッド部１３ｇが対応する制御電極５０ａ、５０ｂに電気的に接続された構成とされている。このように構成された各パッド部１３ｇに対して例えばワイヤボンディングを行うことで外部との電気的接続が行われるようになっている。 Further, a through hole 13e is formed in a position of the cap layer 13 corresponding to the peripheral portion 10c, and a TSV 13f is formed in the through hole 13e. A part of the TSV 13f is connected to the control electrode 50b, and at least a part of the rest is connected to the control electrode 50a via the pad connection part 302 and the through electrode 10d. Thus, each pad 13g is electrically connected to the corresponding control electrode 50a, 50b through the TSV 13f. By performing, for example, wire bonding to each of the pad portions 13g configured as described above, an electrical connection with the outside is made.

また、図２に示すように、制御装置６０は、ボンディングワイヤなどを介して複数のパッド部１３ｄに電気的に接続されることで角速度センサ１００の各部と接続されている。これにより、制御装置６０が駆動部５１への電圧印加や振動検出部５３からの検出信号の入力を行えるようになっている。 Further, as shown in FIG. 2, the control device 60 is electrically connected to the plurality of pad portions 13d via a bonding wire or the like, thereby being connected to each portion of the angular velocity sensor 100. Thus, the control device 60 can apply a voltage to the drive unit 51 and input a detection signal from the vibration detection unit 53.

調整装置７０も、ボンディングワイヤなどを介して複数のパッド部１３ｇに電気的に接続されることで各制御電極５０ａ、５０ｂと接続されている。調整装置７０は、制御電極５０ａ、５０ｂと駆動兼検出錘３１、３２との間に構成される各容量に応じた検出信号を入力し、容量差に基づいて各制御電極５０ａ、５０ｂに対して印加する電圧を制御している。 The adjusting device 70 is also connected to the control electrodes 50a and 50b by being electrically connected to the plurality of pad portions 13g via bonding wires or the like. The adjusting device 70 inputs a detection signal corresponding to each capacitance formed between the control electrodes 50a, 50b and the driving / detecting weights 31, 32, and inputs the detection signal to each of the control electrodes 50a, 50b based on the capacitance difference. The applied voltage is controlled.

以上のようにして、本実施形態にかかる角速度センサ装置が構成されている。次に、このように構成される角速度センサ装置の作動について、上述した図に加えて図５および図６を参照して説明する。 The angular velocity sensor device according to the present embodiment is configured as described above. Next, the operation of the angular velocity sensor device configured as described above will be described with reference to FIGS. 5 and 6 in addition to the above-described drawings.

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５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。 First, as shown in FIG. 3, a drive voltage is applied to a drive unit 51 provided on the drive beam 42. Specifically, by generating a potential difference between the lower electrode 51a and the upper electrode 51c, the driving thin film 51b sandwiched therebetween is displaced. Then, of the two drive units 51 provided side by side, the drive thin film 51b of one drive unit 51 is displaced by compressive stress and the drive thin film 51b of the other drive unit 51 is displaced by tensile stress. . By repeatedly applying such a voltage to each drive unit 51 alternately, the drive / detection weights 31 and 32 are driven and vibrated along the x-axis direction. As a result, as shown in FIG. 5, the driving / detecting weights 31, 32 supported at both ends by the driving beam 42 are moved in opposite directions in the x-axis direction with the fixed portion 20 interposed therebetween. That is, the driving / detecting weights 31 and 32 are in a mode in which the state where the fixed unit 20 approaches and the state where the fixing unit 20 moves away are both repeated.

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ｘ軸周りの振動が印加されると、コリオリ力が発生する。このコリオリ力の働きによって、図６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。したがって、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。 If an angular velocity, that is, a vibration around the x-axis with the fixed portion 20 as a central axis is applied to the vibration type angular velocity sensor during the driving vibration, a Coriolis force is generated. Due to the action of the Coriolis force, a detection mode in which the driving and detecting weights 31 and 32 vibrate in the rotational direction around the fixed portion 20 including the y-axis direction as shown in FIG. 6 is established. Accordingly, the detection beam 41 is also displaced, and the displacement of the detection beam 41 deforms the detection thin film 53b provided in the vibration detection unit 53. As a result, for example, an electric signal between the lower electrode 53a and the upper electrode 53c changes, and this electric signal is input to a control device (not shown) provided outside, so that the generated angular velocity can be detected. Becomes

ここで、上記のような動作によって角速度を検出する際に検出精度を向上させるためには、駆動兼検出錘３１、３２がｚ軸方向において不要振動しないで一定の位置で駆動振動させられるようにするのが好ましい。ｚ軸方向の不要振動は、使用初期時の製造バラツキで発生するのに加え、経年劣化などのように製造後に発生した要因に基づいても発生し得る。 Here, in order to improve the detection accuracy when the angular velocity is detected by the above operation, the drive / detection weights 31 and 32 are driven and vibrated at a fixed position without unnecessary vibration in the z-axis direction. Is preferred. Unnecessary vibration in the z-axis direction can occur due to factors that occur after manufacturing, such as aging, in addition to the manufacturing variations at the beginning of use.

このようなｚ軸方向の不要振動を抑制するために、制御電極５０ａ、５０ｂを用いてｚ軸方向の位置が所望位置、例えば中央位置となるように調整を行っている。具体的には、外部からの電圧印加もしくは接地電位点との接続により、例えば制御電極５０ａを０Ｖにすると共に制御電極５０ｂを０．５Ｖにする。この状態をｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の初期位置として駆動振動されるように制御する。このときに制御電極５０ｂに印加する電圧は、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動がｚ軸方向における所望位置となるように選択している。製造バラツキなどが無ければ、駆動兼検出錘３１、３２は、ほぼｚ軸方向における中央位置で駆動振動されることになる。この状態において、制御電極５０ａ、５０ｂを通じてｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出する。 In order to suppress such unnecessary vibration in the z-axis direction, adjustment is performed using the control electrodes 50a and 50b so that the position in the z-axis direction is a desired position, for example, a center position. Specifically, for example, the voltage of the control electrode 50a is set to 0V and the voltage of the control electrode 50b is set to 0.5V by applying a voltage from the outside or connecting to a ground potential point. This state is controlled so as to be driven and vibrated as an initial position of the driving / detecting weights 31 and 32 in the z-axis direction. At this time, the voltage applied to the control electrode 50b is selected such that the driving vibration of the driving / detecting weights 31, 32 is at a desired position in the z-axis direction. If there is no manufacturing variation, the driving / detecting weights 31 and 32 are driven and vibrated substantially at the center position in the z-axis direction. In this state, the driving vibration positions of the driving / detecting weights 31 and 32 in the z-axis direction are detected through the control electrodes 50a and 50b.

例えば、制御電極５０ａ、５０ｂと駆動兼検出錘３１、３２との間にそれぞれ容量が構成されるため、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置に応じて、各容量に差が生じる。この容量差を求めることにより、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出できる。なお、この容量差の検出方法については、例えば容量式の加速度センサ等において周知なものであるため、詳細については説明を省略する。 For example, since capacitances are respectively formed between the control electrodes 50a and 50b and the driving and detecting weights 31 and 32, the capacitances are different depending on the driving vibration positions of the driving and detecting weights 31 and 32 in the z-axis direction. Occurs. By calculating the capacitance difference, the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction can be detected. The method of detecting the capacitance difference is well-known in, for example, a capacitive acceleration sensor and the like, and a detailed description thereof will be omitted.

そして、初期位置での容量差を記憶しておき、使用後に検出される容量差と比較する。
その結果、製造バラツキや経年劣化などの要因で駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が初期位置でなければ、制御電極５０ａ、５０ｂへの印加電圧を調整する。例えば、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ａよりも制御電極５０ｂ側に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を小さくすることで制御電極５０ａ側に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を戻す。逆に、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ｂよりも制御電極５０ａ側に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を大きくすることで制御電極５０ｂ側に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を戻す。 Then, the capacity difference at the initial position is stored and compared with the capacity difference detected after use.
As a result, the voltage applied to the control electrodes 50a and 50b is adjusted if the driving vibration position of the driving / detecting weights 31 and 32 is not the initial position due to factors such as manufacturing variations and aging. For example, if the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction is moved to the control electrode 50b side than the control electrode 50a, the voltage applied to the control electrode 50b is reduced to reduce the control electrode 50a side. Then, the drive vibration positions of the drive / detection weights 31 and 32 are returned. Conversely, if the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction is shifted to the control electrode 50a side than the control electrode 50b, the voltage applied to the control electrode 50b is increased to increase the control electrode 50b. The drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 is returned to the side.

このような調整を行うことで、製造バラツキや経年劣化などが生じたとしても、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置をｚ軸方向の所望位置に制御することが可能となる。したがって、不要振動を抑制できる。 By performing such an adjustment, it is possible to control the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 to a desired position in the z-axis direction even if manufacturing variations or aging degradation occur. Therefore, unnecessary vibration can be suppressed.

以上説明したように、本実施形態の角速度センサ装置では、支持基板１１の表面とキャップ層１３の裏面に制御電極５０ａ、５０ｂを形成し、制御電極５０ａ、５０ｂによってｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を調整可能としている。これにより、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置をｚ軸方向の所望位置に制御することができて、不要振動を抑制できる。よって、角速度センサ装置による角速度の検出精度を向上させることが可能となる。 As described above, in the angular velocity sensor device of the present embodiment, the control electrodes 50a and 50b are formed on the front surface of the support substrate 11 and the back surface of the cap layer 13, and the driving and detecting weights in the z-axis direction are formed by the control electrodes 50a and 50b. The drive vibration positions of 31 and 32 can be adjusted. Thereby, the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 can be controlled to a desired position in the z-axis direction, and unnecessary vibration can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the detection accuracy of the angular velocity by the angular velocity sensor device.

（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実施形態に対して制御電極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。 (2nd Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the control electrodes, and the other configuration is the same as that of the first embodiment. Therefore, only different portions from the first embodiment will be described.

図７に示すように、本実施形態では、第１実施形態において説明した支持基板１１の表面側の制御電極５０ａについては備えず、キャップ層１３の裏面側の制御電極５０ｂのみを備えた構造としている。 As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the control electrode 50a on the front surface side of the support substrate 11 described in the first embodiment is not provided, and only the control electrode 50b on the back surface side of the cap layer 13 is provided. I have.

このような構造においては、制御電極５０ｂへの電圧印加によって、駆動兼検出錘３１、３２がｚ軸方向における所望位置で駆動振動されるように制御する。具体的には、外部からの電圧印加により、制御電極５０ｂを例えば０．５Ｖにする。この状態をｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の初期位置として駆動振動されるように制御する。このときに制御電極５０ｂに印加する電圧は、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動がｚ軸方向における所望位置となるように選択している。この状態において、制御電極５０ｂを通じてｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出する。 In such a structure, the driving and detecting weights 31 and 32 are controlled so as to be driven and vibrated at desired positions in the z-axis direction by applying a voltage to the control electrode 50b. Specifically, the control electrode 50b is set to, for example, 0.5 V by applying a voltage from the outside. This state is controlled so as to be driven and vibrated as an initial position of the driving / detecting weights 31 and 32 in the z-axis direction. At this time, the voltage applied to the control electrode 50b is selected such that the driving vibration of the driving / detecting weights 31, 32 is at a desired position in the z-axis direction. In this state, the driving vibration positions of the driving / detecting weights 31 and 32 in the z-axis direction are detected through the control electrode 50b.

例えば、制御電極５０ｂと駆動兼検出錘３１、３２との間に容量が構成され、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置に応じて、容量が変化する。この容量変化を求めることにより、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出できる。なお、この容量の検出方法についても、例えば容量式の加速度センサ等において周知なものであるため、詳細については説明を省略する。 For example, a capacitance is formed between the control electrode 50b and the driving / detecting weights 31, 32, and the capacitance changes according to the driving vibration position of the driving / detecting weights 31, 32 in the z-axis direction. By calculating the change in capacitance, the driving vibration position of the driving / detecting weights 31 and 32 in the z-axis direction can be detected. The method of detecting the capacitance is also well-known in, for example, a capacitive acceleration sensor and the like, and a detailed description thereof will be omitted.

そして、製造バラツキや経年劣化などの要因で駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置がｚ軸方向の初期値からずれていれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を調整する。例えば、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ｂから離れる方向に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を大きくすることで制御電極５０ｂ側に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を移動させる。逆に、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ｂに近づく方に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を小さくすることで制御電極５０ｂから離れる方向に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を移動させる。 If the driving vibration position of the driving / detecting weights 31 and 32 deviates from the initial value in the z-axis direction due to factors such as manufacturing variations and aging, the voltage applied to the control electrode 50b is adjusted. For example, if the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction moves in a direction away from the control electrode 50b, the drive voltage is increased toward the control electrode 50b by increasing the voltage applied to the control electrode 50b. The driving vibration positions of the detection weights 31 and 32 are moved. Conversely, if the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction moves toward the control electrode 50b, the voltage applied to the control electrode 50b is reduced to move away from the control electrode 50b. Then, the drive vibration positions of the drive / detection weights 31 and 32 are moved.

このような調整を行うことで、製造バラツキや経年劣化などが生じたとしても、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置をｚ軸方向の所望位置に制御することが可能となる。したがって、不要振動を抑制でき、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。 By performing such an adjustment, it is possible to control the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 to a desired position in the z-axis direction even if manufacturing variations or aging degradation occur. Therefore, unnecessary vibration can be suppressed, and the same effect as in the first embodiment can be obtained.

（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、第２実施形態に対して制御電極の構成を変更したものであり、その他については第１、第２実施形態と同様であるため、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第２実施形態に対して本実施形態の構成を適用する場合について説明するが、第１実施形態に対しても同様に適用できる。 (Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the configuration of the control electrode is changed from the first and second embodiments, and the rest is the same as the first and second embodiments. Only different parts will be described. Here, a case will be described in which the configuration of this embodiment is applied to the second embodiment, but the same can be applied to the first embodiment.

図８に示すように、本実施形態では、キャップ層１３の裏面側に配置した制御電極５０ｂを駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動の移動軌跡に沿って複数個備えるようにしている。図８では、複数の制御電極５０ｂのうち最も図中左側に位置しているものがＴＳＶ１３ｆに電気的に接続された構造を示してあるが、他の制御電極５０ｂも、それぞれ別断面において、異なるＴＳＶ１３ｆに接続されている。そして、各制御電極５０ｂがそれぞれ独立して電圧印加を行えるようになっている。 As shown in FIG. 8, in the present embodiment, a plurality of control electrodes 50b arranged on the back surface side of the cap layer 13 are provided along the movement trajectory of the driving vibration of the driving / detecting weights 31 and 32. FIG. 8 shows a structure in which the leftmost one of the plurality of control electrodes 50b is electrically connected to the TSV 13f, but the other control electrodes 50b are also different in different cross sections. Connected to TSV13f. Each of the control electrodes 50b can independently apply a voltage.

このような構成によれば、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置がｘ方向において異なっている場合であっても、ｘ方向のそれぞれの位置で駆動振動位置を調整できる。例えば、図８中の破線で示すように、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の変化がｘ軸方向において一定でない場合がある。すなわち、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動前におけるｘ軸方向の初期位置をｘ軸初期位置として、ｘ軸初期位置のときと比較してｘ軸方向の両側に振動させられたときに、ｚ軸方向における駆動振動位置が異なった位置になることがある。図８の例では、ｘ軸初期位置のときと比較してｘ軸方向の両側に振動させられたときに、よりキャップ層１３側に近づくような駆動振動となっている。 According to such a configuration, even when the drive / vibration positions of the drive / detection weights 31 and 32 are different in the x direction, the drive vibration position can be adjusted at each position in the x direction. For example, as shown by a broken line in FIG. 8, the change in the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 may not be constant in the x-axis direction. That is, when the initial position in the x-axis direction before the drive and vibration of the drive / detection weights 31 and 32 is set as the x-axis initial position, when the vibration is caused on both sides in the x-axis direction as compared with the x-axis initial position, The driving vibration position in the z-axis direction may be different. In the example of FIG. 8, the driving vibration is such that, when vibrated to both sides in the x-axis direction, as compared with the case of the x-axis initial position, the driving vibration comes closer to the cap layer 13 side.

このような場合には、制御電極５０ｂのうち駆動振動前の位置よりもｘ方向の両側に位置しているものへの印加電圧をｘ軸初期位置に位置しているものへの印加電圧よりも小さくする。これにより、ｘ軸方向の振動の全域において、駆動兼検出錘３１、３２におけるｚ軸方向の駆動振動位置を所望位置に保つことができる。 In such a case, the applied voltage to the control electrode 50b located on both sides in the x direction from the position before the drive vibration is smaller than the applied voltage to the control electrode 50b located at the x-axis initial position. Make it smaller. Thus, the driving vibration position in the z-axis direction of the driving / detecting weights 31 and 32 can be maintained at a desired position in the entire range of the vibration in the x-axis direction.

したがって、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の変化がｘ軸方向において一定でない場合についても、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。 Therefore, the same effects as in the first and second embodiments can be obtained even when the change in the drive vibration position of the drive / detection weights 31 and 32 is not constant in the x-axis direction.

（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。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be appropriately modified within the scope described in the claims.

例えば、上記各実施形態では、駆動錘と検出錘とを兼用する駆動兼検出錘３１、３２を有する可動部３０としたが、これらが別々に構成された可動部としても良い。 For example, in each of the above-described embodiments, the movable portion 30 having the drive / detection weights 31 and 32 serving both as the drive weight and the detection weight is described. However, these may be separately configured movable portions.

また、上記各実施形態では、制御電極５０ａ、５０ｂによって、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の調整と、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の検出の両方を行っている。これは一例を示したのであり、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の調整用とｚ軸方向における駆動振動位置の検出用の電極を別々に備えるようにしても良い。 In each of the above embodiments, the control electrodes 50a and 50b adjust the drive vibration positions of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction and adjust the drive vibration positions of the drive / detection weights 31 and 32 in the z-axis direction. It performs both detection. This is an example, and electrodes for adjusting the driving vibration position of the driving / detecting weights 31 and 32 and detecting the driving vibration position in the z-axis direction may be separately provided.

また、上記第３実施形態では、駆動兼検出錘３１、３２におけるｚ軸方向の駆動振動位置がｘ軸方向における駆動振動の全域において所望位置に保てるようにする例を挙げた。しかしながら、これは一例を挙げたに過ぎず、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動の形態としてより好ましい形態となるように、駆動兼検出錘３１、３２におけるｚ軸方向の駆動振動位置がｘ軸方向において異なった位置となっていても良い。例えば、図８中の破線で示すように、ｘ軸初期位置と比較してｘ軸方向の両側に振動させられたときに、よりキャップ層１３側に近づくような駆動振動となるようにしても良い。 In the third embodiment, an example has been described in which the drive vibration position in the z-axis direction of the drive / detection weights 31 and 32 can be maintained at a desired position in the entire range of the drive vibration in the x-axis direction. However, this is only an example, and the driving vibration position of the driving / detecting weights 31 and 32 in the z-axis direction is x so that the driving / detecting weights 31 and 32 have a more preferable form of driving vibration. The positions may be different in the axial direction. For example, as shown by a broken line in FIG. 8, when the vibration is caused on both sides in the x-axis direction as compared with the initial position on the x-axis, the driving vibration may be closer to the cap layer 13 side. good.

また、上記各実施形態では、振動検出部５３を検出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、センサ基板１０をシリコン基板などの半導体基板によって構成し、センサ基板１０のうち検出梁４１を構成する部分にピエゾ抵抗を構成し、このピエゾ抵抗を検出素子としても良い。例えば、半導体基板の表層部に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。 Further, in each of the above-described embodiments, a structure using a piezoelectric film similar to that of the drive unit 51 is used as a detection element that detects the vibration detection unit 53. However, other than the structure using the piezoelectric film, any other detection element that can take out the displacement of the detection beam 41 as an electric signal may be used. For example, the sensor substrate 10 may be formed of a semiconductor substrate such as a silicon substrate, and a piezo resistor may be formed in a portion of the sensor substrate 10 forming the detection beam 41, and the piezo resistor may be used as a detection element. For example, a p ⁺ -type layer or an n ⁺ -type layer is formed in a surface portion of a semiconductor substrate, so that a piezoresistance can be obtained.

また、検出梁４１に櫛歯電極を設けると共に、検出用固定部として検出梁４１に設けた櫛歯電極と対向する櫛歯電極を備えた容量センサを検出素子とし、各櫛歯電極の間に構成される容量の変化を電気信号として取り出すようにしても良い。 Further, a comb sensor having a comb electrode provided on the detection beam 41 and a comb electrode provided opposite to the comb electrode provided on the detection beam 41 as a fixed portion for detection is used as a detection element, and between the comb electrodes. The change in the configured capacitance may be extracted as an electric signal.

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。 Further, in the above-described embodiment, the structure in which the drive unit 51 and the vibration detection unit 53 are provided only in the vicinity of the support beam 43 among the detection beam 41 and the drive beam 42. This is also merely an example, and these may be provided over the entire area of the detection beam 41 and the drive beam 42, for example.

さらに、上記第２、第３実施形態では、キャップ層１３側の制御電極５０ｂのみを備える場合を例に挙げたが、キャップ層１３側の制御電極５０ｂを備えず、支持基板１１側の制御電極５０ａのみを備える構成としても良い。また、キャップ層１３側にＴＳＶ１３ｆを備えて各制御電極５０ａ、５０ｂと外部との電気的接続が行えるようにしているが、支持基板１１側にＴＳＶを備えるようにして外部との電気的接続を行うようにしても良い。 Further, in the second and third embodiments, the case where only the control electrode 50b on the cap layer 13 side is provided as an example, but the control electrode 50b on the cap layer 13 side is not provided, and the control electrode 50b on the support substrate 11 side is provided. It is good also as composition provided only with 50a. In addition, the TSV 13f is provided on the cap layer 13 side so that the control electrodes 50a and 50b can be electrically connected to the outside. However, the TSV is provided on the support substrate 11 side and the electrical connection to the outside can be established. It may be performed.

また、上記実施形態では、制御電極５０ａ、５０ｂを金属層によって構成する場合について説明したが、支持基板１１やキャップ層１３に対して不純物をイオン注入することなどによって形成される不純物拡散層によって構成しても良い。 Further, in the above embodiment, the case where the control electrodes 50a and 50b are formed of a metal layer has been described, but the control electrodes 50a and 50b are formed of an impurity diffusion layer formed by ion-implanting impurities into the support substrate 11 and the cap layer 13. You may.

１０センサ基板
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
５０ａ、５０ｂ制御電極
５１駆動部
５３振動検出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sensor board 20 Fixed part 30 Movable part 31, 32 Drive / detection weight 40 Beam part 41 Detection beam 42 Drive beam 50a, 50b Control electrode 51 Drive part 53 Vibration detection part

Claims

An angular velocity sensor device having a vibration type angular velocity sensor (100),
A support substrate (11);
A fixed part (20) fixed to the support substrate, a movable part (30) having driving weights (31, 32) and detection weights (31, 32), A drive beam (42) for supporting the fixed portion while being movable on a parallel plane; and supporting the detection weight on the fixed portion while being movable on a plane parallel to the plane of the substrate. The vibration type angular velocity sensor having a beam part (40) having a detection beam (41) to be detected, and a peripheral part (10c) surrounding the vibration type angular velocity sensor and connected to the support substrate. A sensor substrate (10);
A cap layer (13) disposed on one surface of the sensor substrate opposite to the support substrate and joined to the peripheral portion;
The vibration-type angular velocity sensor drives and oscillates the driving weight in one direction on the plane of the substrate, and the detection weight also oscillates in a direction perpendicular to the one direction on the plane of the substrate with the application of the angular velocity. Angular velocity detection is performed based on
A control electrode for adjusting a driving vibration position of the driving weight in a thickness direction of the sensor substrate at a position corresponding to the driving weight that is driven and vibrated on one surface of the support substrate and the cap layer on the sensor substrate side, respectively. (50a, 50b) are provided ,
The control electrode is provided at a position corresponding to a movement locus when the drive weight vibrates, and a plurality of control electrodes are provided along a movement locus when the drive weight vibrates. An angular velocity sensor device in which the voltage applied to each is controlled independently .

The voltage for adjusting the driving vibration position is applied to the control electrode through a through-hole via (13f) provided in a through-hole (13e) provided in either the support substrate or the cap layer. 2. The angular velocity sensor device according to 1.