JP2002310664A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動型の角速度センサにおいて、検出信号に
ノイズとして現れる駆動信号の回り込みを低減できるよ
うにする。 【解決手段】 半導体基板１２に、相直交する第１及び
第２の方向へ振動可能な錘部３０を形成し、錘部３０の
第１の方向への駆動振動のもと角速度が印加されたとき
の錘部３０の第２の方向への検出振動に基づく容量変化
によって角速度を検出するようにした角速度センサにお
いて、検出電極を４個に分割された電極部５０ａ〜５０
ｄより構成し、検出振動の際に、隣り合う一組の電極部
同士５０ａ、５０ｂの信号Ｖａ、Ｖｂの差動をとるとと
もに、隣り合う他の一組の電極部同士５０ｃ、５０ｄの
信号Ｖｃ、Ｖｄの差動をとった後、これら両組からの差
動信号Ｖａｂ、Ｖｃｄの差動をとり、検出信号Ｖｏｕｔ
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板に振動
子としての錘部及び検出電極を形成し、この錘部を駆動
させつつ角速度が印加されたときに、錘部と検出電極と
の容量変化を検出する振動型の角速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の角速度センサとし
て、半導体基板に、相直交する第１の方向及び第２の方
向へ振動可能な錘部、この錘部を第１の方向へ駆動振動
させるために錘部に周期的に変化する駆動信号を印加す
るための駆動電極、該駆動振動のもと第１及び第２の方
向と直交する軸回りに角速度が印加されたときに発生す
る錘部の第２の方向へのコリオリ力に起因する検出振動
を検出信号として検出するための検出電極を、形成した
ものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は上記従来の
振動型の角速度センサについて、試作検討を行った。図
５は、本発明者が試作した試作品としての角速度センサ
を示す概略平面図である。この試作品は、２枚のシリコ
ン基板が酸化膜を介して貼り合わされたＳＯＩ（シリコ
ンオンインシュレータ）基板を用い、周知の半導体製造
技術を用いて作ることができる。

【０００４】図５には、一方のシリコン基板（半導体基
板）１２の平面形状が示されており、この一方のシリコ
ン基板１２には、溝を形成することにより、各部が形成
されている。錘部３０は、一方のシリコン基板１２を支
持する酸化膜及び他方のシリコン基板を部分的に除去す
ることにより形成された開口部１４上に、配置されてい
る。

【０００５】錘部３０は、図中のｘ方向へバネ変形可能
な駆動梁３３及びｙ方向へバネ変形可能な検出梁３４を
介して、錘部３０の外周の基部２０に支持されており、
錘部３０は、ｘ方向（第１の方向）及びｘ方向と直交す
るｙ方向（第２の方向）へ振動可能となっている。錘部
３０の外周部と基部２０とが対向する部位には、次に述
べるような櫛歯状の各電極部が形成されている。

【０００６】即ち、錘部３０をｘ方向へ駆動振動させる
ために錘部３０に駆動信号を印加する駆動電極４０と、
ｘ及びｙ方向と直交するｚ軸回りに角速度Ωが印加され
たときに発生する錘部３０のｙ方向への振動を検出信号
として検出するための両検出電極１５０、１６０とが形
成されている。

【０００７】ここで、検出電極１５０、１６０は、錘部
３０の異なる２箇所とそれぞれ対向する第１の検出電極
１５０と第２の検出電極１６０とより構成されている。
また、各電極４０、１５０、１６０には、それぞれ対応
したワイヤボンディング用のパッド４１、１５１、１６
１が形成されている。

【０００８】この図５に示すセンサの検出回路構成を図
６に示し、この図６を参照しながら、検出方法について
述べる。まず、駆動電極４０と錘部３０の櫛歯部３５と
の間に、錘部３０のｘ方向への共振周波数を持つ交流の
電圧差（駆動信号）を印加し、駆動梁３３によって錘部
３０をｘ方向へ駆動振動させる。例えば、錘部３０側を
一定電圧にし、基部２０に固定された駆動電極４０の方
に交流電圧を印加する。

【０００９】この錘部３０の駆動振動のもと、上記角速
度Ωが印加されると、錘部３０にはｙ方向にコリオリ力
が発生し、錘部３０は検出梁３４によってｙ方向へ振動
（検出振動）する。すると、この検出振動によって、両
検出電極１５０、１６０と錘部３０の櫛歯部３６との間
の静電容量が変化する。

【００１０】そして、図６に示す様に、Ｃ／Ｖ変換回路
１５２、１６２および差動回路１７０によって、第１の
検出電極１５０における容量変化を電圧Ｖ１に変換し、
第２の検出電極１６０における容量変化を電圧Ｖ２に変
換した後、これら両信号Ｖ１、Ｖ２を差動・増幅して、
これを検出信号Ｖｏｕｔとして検出することにより、角
速度Ωの大きさを求めることができる。

【００１１】ところで、図５に示すような角速度センサ
においては、駆動電極４０と両検出電極１５０、１６０
との間には、センサパターン間（溝の間）のフリンジ容
量や、各電極に対応したパッド４１、１５１、１６１に
形成されたボンディングワイヤ間の寄生容量等の寄生容
量が存在する。

【００１２】検出における容量変化の信号は、極めて小
さな容量変化であり（例えば１ａＦ〜１ｆＦ）、電気的
なノイズに非常に敏感である。また、駆動信号の交流成
分は、例えば±数Ｖと非常に大きい。そのため、これら
の寄生容量を介して、駆動信号の交流成分が検出信号に
回り込み、ノイズとなって出力されてしまう。

【００１３】この駆動信号の回り込みノイズ成分を取り
除くため、従来の角速度センサにおいては、検出電極
を、錘部３０の異なる２箇所とそれぞれ対向する第１の
検出電極１５０と第２の検出電極１６０とより構成する
ことにより、上記図６に示した様な差動検出を行ってい
る。

【００１４】ここで、互いの検出電極１５０、１６０
を、駆動電極４０からの距離が等しく且つその形状も対
称となるように加工して、両検出電極１５０、１６０に
おいて互いに駆動信号の回り込みが同一となるようにで
きれば、駆動信号の回り込みノイズ成分をキャンセルで
きる。

【００１５】しかしながら、ある程度の加工ばらつき
（エッチングばらつき等）は避けられず、両検出電極１
５０、１６０において互いに駆動信号の回り込みを同一
にできない。そのため、両検出電極１５０、１６０から
の信号Ｖ１、Ｖ２の差動をとっても、駆動信号の回り込
み分を十分に低減できず、さらに、増幅するとノイズ分
まで増幅されてしまう。

【００１６】そこで、本発明は上記問題に鑑み、振動型
の角速度センサにおいて、検出信号にノイズとして現れ
る駆動信号の回り込みを低減できるようにすることを目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、半導体基板（１２）
に、相直交する第１及び第２の方向（ｘ、ｙ）へ振動可
能な錘部（３０）と、錘部に駆動信号を印加するための
駆動電極（４０）と、錘部の検出振動から角速度を検出
するための検出電極（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０
ｄ）とが形成されてなる角速度センサにおいて、検出電
極を、４以上の複数個に分割された電極部より構成し、
検出振動の際に、複数個の電極部のうち隣り合う一組の
電極部同士（５０ａ、５０ｂ）の信号（Ｖａ、Ｖｂ）の
差動をとるとともに、隣り合う他の一組の電極部同士
（５０ｃ、５０ｄ）の信号（Ｖｃ、Ｖｄ）の差動をとっ
た後、前記一組の電極部同士の差動信号（Ｖａｂ）と前
記他の一組の電極部同士の差動信号（Ｖｃｄ）との差動
をとることを特徴としている。

【００１８】ここで、隣り合う電極部とは、ある一組に
おける同組内の電極部同士の距離が、当該一組の電極部
と他の一組の電極部との距離よりも近いものであること
を意味する。

【００１９】本発明では、検出電極を少なくとも４分割
した電極部より構成し、互いに距離が近く且つ駆動信号
の回り込みの度合が近い２個の電極部同士を選択する。
そして、選択された２個の電極部よりなる２つの組にお
いて、各組内にて電極部同士から差動信号をとる。

【００２０】それにより、一組の電極部同士の差動信号
と他の一組の電極部同士の差動信号とのそれぞれにおい
て、駆動信号の回り込みを低減することができる。その
ため、さらに、これら両組の差動信号の差動をとって検
出信号を出力すれば、従来に比べて、検出信号にノイズ
として現れる駆動信号の回り込みを、大幅に低減するこ
とができる。

【００２１】ここで、請求項２に記載の発明のように、
検出電極を、４以上の偶数個に分割された電極部（５０
ａ〜５０ｄ）より構成することにより、複数個の電極部
のうち隣り合う電極部同士の組において信号の差動をと
る目的のために、電極部の数を過不足なく構成すること
ができるので、好ましい。

【００２２】さらに、請求項３に記載の発明では、検出
電極（５０ａ〜５０ｄ）は櫛歯形状であり、錘部（３
０）には、検出電極と噛み合うように配置されて対向す
る櫛歯部（３６）が形成されていることを特徴してい
る。

【００２３】検出電極と錘部とが対向する検出部を、櫛
歯形状のような複雑な形状とした場合、その加工ばらつ
きが比較的大きく、検出電極における駆動電極からの距
離や形状のばらつきが大きくなる等により、上記した問
題が顕著となりやすい。そのため、櫛歯形状をなす検出
電極を有する角速度センサに対して、本発明は特に有効
である。

【００２４】また、請求項４に記載の発明においては、
差動検出を行うために錘部（３０）の異なる２箇所とそ
れぞれ対向して設けられた第１の検出電極（５０ａ、５
０ｂ）と第２の検出電極（５０ｃ、５０ｄ）とを、それ
ぞれ複数個の電極部（５０ａ〜５０ｄ）に分割し、第１
及び第２の検出電極のそれぞれにて、複数個の電極部か
らの信号（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ）の差動をとった
後、第１の検出電極における差動信号（Ｖａｂ）と第２
の検出電極における差動信号（Ｖｃｄ）との差動をとる
ことを特徴としている。

【００２５】本発明によれば、第１及び第２の検出電極
のそれぞれを少なくとも２分割した電極部より構成する
ことで、第１及び第２の検出電極の各々において、互い
の電極部における駆動信号の回り込みの度合を、第１の
検出電極と第２の検出電極との間の度合よりも小さくす
ることができる。

【００２６】よって、第１及び第２の検出電極の各々に
おいて、各電極部からの信号の差動をとった後、これを
各検出電極の差動信号とし、さらに、両検出電極におけ
る差動信号の差動をとり、これを検出信号とすれば、従
来に比べて、検出信号にノイズとして現れる駆動信号の
回り込みを大幅に低減することができる。

【００２７】また、請求項５に記載の発明では、第１の
検出電極（５０ａ、５０ｂ）および第２の検出電極（５
０ｃ、５０ｄ）が櫛歯形状であり、錘部（３０）には、
第１および第２の検出電極のそれぞれと噛み合うように
配置されて対向する櫛歯部（３６）が形成されているこ
とを特徴としている。

【００２８】この請求項５の発明のように、検出部を櫛
歯形状のような複雑な形状とした場合にも、請求項４の
発明を適用すれば、上記請求項３の発明にて述べたのと
同様の理由から、特に有効である。

【００２９】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を示す一
例である。

【００３０】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は、本発明
の第１実施形態に係る角速度センサＳ１を示す平面図で
あり、図２は、図１中のＡ−Ａ断面図である。なお、こ
の角速度センサＳ１は図２に示す様に、回路チップＫ１
に接着剤等を介して固定されている。また、上記図５と
同一部分には、図中、同一符号を付してある。

【００３１】角速度センサＳ１は、半導体基板に周知の
マイクロマシン加工を施すことにより形成される。セン
サＳ１を構成する基板は、図２に示す様に、第１の半導
体基板としての第１シリコン基板１１上に絶縁層として
の酸化膜１３を介して第２の半導体基板としての第２シ
リコン基板１２を貼り合わせてなる矩形状のＳＯＩ基板
１０である。

【００３２】ここで、第２シリコン基板１２が本発明で
いう半導体基板であり、第２シリコン基板１２には、エ
ッチング加工を施すことにより溝を形成し、当該基板１
２を周辺部側に位置する枠状の基部２０と、この基部２
０の内周側に位置して可動する錘部３０とに区画してい
る。

【００３３】ここで、錘部３０に対応した部分において
は、第１シリコン基板１１及び酸化膜１３は除去されて
おり、開口部１４が形成されている。そして、基部２０
は、この開口部１４の縁部にて酸化膜１３を介して第１
シリコン基板１１に支持されている。

【００３４】錘部３０は、第２シリコン基板１２の中央
部に位置する略長方形状の第１の可動部３１と、第１の
可動部３１におけるｘ方向（第１の方向）の両外側に設
けられた柱状の第２の可動部３２とよりなる。そして、
錘部３０においては、第２の可動部３２は略コの字形状
をなす駆動梁３３を介して基部２０に連結され、第１の
可動部３１は、検出梁３４を介して第２の可動部３２に
連結されている。

【００３５】ここで、駆動梁３３は、実質的にｘ方向に
のみ自由度を持つものであり、この駆動梁３３によって
錘部３０全体がｘ方向へ振動可能となっている。一方、
検出梁３４は、実質的にｙ方向（第２の方向）にのみ自
由度を持つものであり、この検出梁３４によって錘部３
０のうち第１の可動部３１がｙ方向へ振動可能となって
いる。

【００３６】また、第２シリコン基板１２のうち、第２
の可動部３２におけるｘ方向の両外側には、開口部１４
の縁部に支持された櫛歯状の駆動電極４０（図示例では
１個ずつ）が形成されている。この駆動電極４０は、錘
部３０全体をｘ方向（第１の方向）へ駆動振動させるた
めに錘部３０に駆動信号を印加するためのものである。

【００３７】そして、駆動電極４０は、第２の可動部３
２から突出する櫛歯部（駆動用櫛歯部）３５に対し、互
いの櫛歯が噛み合うように対向して配置されている。こ
こで、駆動電極４０には、回路チップＫ１とワイヤボン
ディング等により電気的に接続されるためのパッド（駆
動電極用パッド）４１がアルミ等により形成されてい
る。

【００３８】また、第２シリコン基板１２のうち、第１
の可動部３１におけるｙ方向の両外側には、開口部１４
の縁部に支持された櫛歯状の検出電極５０ａ、５０ｂ、
５０ｃ、５０ｄが形成されている。

【００３９】この検出電極５０ａ〜５０ｄは、錘部３０
の駆動振動のもとｘ及びｙ方向と直交するｚ軸回りに角
速度Ωが印加されたときに発生する錘部３０（第１の可
動部３２）のｙ方向（第２の方向）への振動（検出振
動）を検出信号として検出するためのものである。

【００４０】図１に示す例では、検出電極５０ａ〜５０
ｄは、４個に分割された櫛歯状の電極部より構成されて
いる。これら電極部は、第１の可動部３１におけるｙ方
向の上側に位置して隣り合う２個よりなる一組の電極部
５０ａ、５０ｂの組と、第１の可動部３１におけるｙ方
向の下側に位置して隣り合う２個よりなる他の一組の電
極部５０ｃ、５０ｄとより構成されている。

【００４１】ここで、隣り合う電極部とは、ある一組に
おける同組内の電極部同士の距離が、当該一組の電極部
と他の組の電極部との距離よりも近いものであることを
意味し、このことは、図１に示す様に、一組の電極部５
０ａ及び５０ｂと他の一組の電極部５０ｃ及び５０ｄと
の位置関係から明らかである。

【００４２】また、これら４個の電極部５０ａ〜５０ｄ
は、一組の電極部５０ａ及び５０ｂを第１の検出電極と
し、他の一組の電極部５０ｃ及び５０ｄを第２の検出電
極として構成されており、最終的には、第１の検出電極
５０ａ、５０ｂからの信号と第２の検出電極５０ｃ、５
０ｄからの信号との差動をとり、これを検出信号として
出力するようにしている。

【００４３】そのため、本例の角速度センサＳ１におい
ては、差動検出を行うために錘部３０の異なる２箇所と
それぞれ対向して設けられた第１の検出電極５０ａ、５
０ｂと第２の検出電極５０ｃ、５０ｄとを、それぞれ２
個の電極部に分割した構成となっている、とも言える。

【００４４】そして、錘部３０における第１の可動部３
１のうち検出電極５０ａ〜５０ｄと対向する部位には、
櫛歯部（検出用櫛歯部）３６が突出して形成されてお
り、各電極部５０ａ〜５０ｄは、この検出用櫛歯部３６
に対し、互いの櫛歯が噛み合うように対向して配置され
ている。

【００４５】本実施形態では、図１に示す様に、第１の
可動部３１におけるｙ方向の上下両端部に、各々３個の
櫛歯部３６を設け、３個の櫛歯部３６および基部２０か
ら延びる２個の検出電極（電極部）５０ａ〜５０ｄを、
櫛歯部と検出電極とが交互に位置するように配置してい
る。

【００４６】ここで、図１に示す電極部５０ａ〜５０ｄ
と検出用櫛歯部３６との対向間隔のうち、狭い方の間隔
が、容量検出が行われる検出間隔である。そして、図１
に示す様に、同じ組における電極部同士５０ａと５０
ｂ、５０ｃと５０ｄでは、検出間隔の位置が互いに上下
逆である。

【００４７】つまり、第１の可動部３１がｙ方向へ振動
するとき、同じ組における一方の電極部５０ａ（５０
ｃ）と検出用櫛歯部３６との検出間隔では、両者が近づ
いて容量値が増加する一方、他方の電極部５０ｂ（５０
ｄ）と検出用櫛歯部３６との検出間隔では、両者が離れ
容量値が減少するようになっている。

【００４８】また、各電極部５０ａ〜５０ｄには、それ
ぞれ、回路チップＫ１とワイヤボンディング等により電
気的に接続されるためのパッド（検出電極用パッド）５
１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄがアルミ等により形成さ
れている。

【００４９】また、第２シリコン基板１２のうち、第２
の可動部３２におけるｘ方向の両外側には、開口部１４
の縁部に支持された櫛歯状のモニタ電極６０（図示例で
は２個ずつ）が形成されている。このモニタ電極６０
は、錘部３０のｘ方向への駆動振動をモニタし、モニタ
信号を検出するためのものである。

【００５０】そして、モニタ電極６０は、第２の可動部
３２から突出する櫛歯部（モニタ用櫛歯部）３７に対
し、互いの櫛歯が噛み合うように対向して配置されてい
る。ここで、モニタ電極６０には、回路チップＫ１とワ
イヤボンディング等により電気的に接続されるためのパ
ッド（モニタ電極用パッド）６１がアルミ等により形成
されている。

【００５１】なお、上記した基部２０、錘部３０、駆動
電極４０、検出電極５０ａ〜５０ｄ及びモニタ電極６０
といった第２シリコン基板１２に形成された各部は、上
記溝により互いに電気的に絶縁されている。

【００５２】かかる角速度センサＳ１においては、回路
チップＫ１から駆動電極用パッド４１を介して駆動電極
４０に周期的に変化する駆動信号（正弦波電圧等の交流
電圧）を印加して、上記駆動用櫛歯部３５と駆動電極４
０との間に静電気力を発生させる。

【００５３】ここで、具体的には、図１中の左右の両駆
動電極４０において、互いに逆位相の信号を入力する。
それにより、その信号の周波数にて、駆動梁３３によっ
て錘部３０全体がｘ方向へ駆動振動する。

【００５４】このとき、モニタ電極６０とモニタ用櫛歯
部３７との間の容量変化を調べることにより、錘部３０
の駆動振動の周波数や振幅等をモニタする。そして、モ
ニタされた容量変化がモニタ信号として、モニタ電極用
パッド６１から回路チップＫ１へフィードバックされる
ことにより、駆動信号が調整され、錘部３０は正常な駆
動振動が可能となっている。

【００５５】この錘部３０の駆動振動のもと、ｚ軸回り
に角速度Ωが印加されると、錘部３０には、ｙ方向にて
振動速度に比例したコリオリ力が印加され、錘部３０の
うち第１の可動部３１が、検出梁３４によってｙ方向へ
検出振動する。すると、この検出振動によって、検出電
極５０ａ〜５０ｄと検出用櫛歯部３６との間の容量が変
化するため、この容量変化を回路チップＫにて検出する
ことにより、角速度Ωの大きさを求めることができる。

【００５６】ここにおいて、本実施形態では、次のよう
な独自の検出方法を採用しており、この検出方法につい
て、図３を参照して述べる。図３は、回路チップＫに設
けられた検出回路の構成を示す説明図である。なお、図
３にて、錘部３０や検出電極５０ａ〜５０ｄ、櫛歯部３
６は模式的に示してある。

【００５７】図３に示す様に、検出振動の際に、４個の
電極部５０ａ〜５０ｄのそれぞれにおける容量値は、Ｃ
／Ｖ変換（容量−電圧変換）回路５２ａ、５２ｂ、５２
ｃ、５２ｄにより電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄに変換さ
れる。

【００５８】次に、差動回路５３ａ、５３ｂおよび図示
しない増幅回路によって、４個の電極部のうち隣り合う
一組の電極部同士５０ａ、５０ｂの電圧ＶａとＶｂとの
差動・増幅を行い、これを差動信号Ｖａｂとするととも
に、隣り合う他の一組の電極部同士５０ｃ、５０ｄの電
圧ＶｃとＶｄとの差動・増幅を行い、これを差動信号Ｖ
ｃｄとする。

【００５９】続いて、後段の差動回路５３ｃによって、
一組の電極部同士５０ａ、５０ｂの差動信号Ｖａｂと他
の一組の電極部同士５０ｃ、５０ｄの差動信号Ｖｃｄと
の差動をとり、この差動をとった後の信号Ｖｏｕｔを角
速度の検出信号として出力する。こうして、角速度が求
められるようになっている。

【００６０】ところで、「課題」の欄にて述べたよう
に、検出電極に対しては、駆動信号の回り込み（カップ
リング容量による電荷の変化によるノイズ）が発生する
が、この駆動信号の回り込み信号は、駆動電極と検出電
極との間の寄生容量に比例すると考えられる。駆動およ
び検出の両電極間に発生する寄生容量は、一般的に、当
該両電極間の距離が大きいほど少ないと考えられてい
る。

【００６１】ここで、従来の角速度センサにおいては、
上記図６に示した様な差動検出を行っているため、原理
的には、上記回り込み信号は相殺されて無くなるはずで
ある。しかし、差動をとる検出電極のペアが、それぞれ
違う値の回り込み信号を持っている場合は、差動回路で
は、うまく相殺されずに残ってしまう。

【００６２】本発明の対象である角速度センサは、半導
体プロセスで作製されるため、それぞれの電極の構造
は、非常に寸法の揃った形で形成されるものの、エッチ
ングなどの諸工程における不均一性のために、各電極間
の距離が遠いほど、互いの加工ばらつきが大きくなる。

【００６３】つまり、上記図５に示したような従来の角
速度センサにおいては、第１の検出電極１５０と第２の
検出電極１６０とが、半導体基板（チップ）１２の両端
近傍に別れて配置されており、このように、両検出電極
の距離が遠い場合、互いの検出電極にて回り込み信号成
分の値が大きく相違しやすい。そのため、検出信号に
は、回り込み信号による大きなノイズが残りやすい。

【００６４】その点、本実施形態においては、検出電極
５０ａ〜５０ｄを４分割した電極部５０ａ、５０ｂ、５
０ｃ、５０ｄより構成し、隣り合う２個の電極部同士を
選択し、選択された２個の電極部５０ａと５０ｂ、５０
ｃと５０ｄよりなる２つの組において、各組内にて電極
部同士から差動信号をとるようにしている。

【００６５】同じ組の個々の電極部においては、互いに
距離が近く且つ駆動信号の回り込みの度合が近い。その
ため、一組の電極部５０ａおよび５０ｂ同士の差動信号
Ｖａｂと、他の一組の電極部５０ｃおよび５０ｄ同士の
差動信号Ｖｃｄとのそれぞれにおいて、回り込み信号
（駆動信号の回り込み）を低減することができる。

【００６６】そして、本実施形態では、さらに、これら
両組の差動信号Ｖａｂ、Ｖｃｄの差動をとって検出信号
Ｖｏｕｔを出力するようにしているため、従来に比べ
て、検出信号にノイズとして現れる駆動信号の回り込み
を、大幅に低減することができる。

【００６７】本実施形態における駆動信号の回り込みの
低減効果について、その低減度合の一例を述べておく。
まず、図６に示す従来の角速度センサにおいて、駆動信
号として、２．５±１．０Ｖｐｐ、周波数３ｋＨｚの正
弦波信号を、左右の両駆動電極４０において、互いに逆
位相となるように入力する。このとき、駆動共振周波数
は５ｋＨｚであるため、錘部３０は振動せず、駆動信号
の回り込みだけが検出電極へ出力される。

【００６８】そして、角速度Ωが印加されたとき、第１
の検出電極１５０における電圧Ｖ１は、例えば２８．９
０ｍＶであり、第２の検出電極１６０における電圧Ｖ２
は、例えば３０．８０ｍＶであり、これら両信号Ｖ１、
Ｖ２の差動をとり、約１０倍に増幅したときの検出信号
Ｖｏｕｔは１８．４２ｍＶであった。

【００６９】それに対して、図３に示す本実施形態の角
速度センサＳ１では、同じ駆動信号、角速度の条件の場
合、一組の電極部同士５０ａ、５０ｂの電圧Ｖａ、電圧
Ｖｂは、それぞれ１３．６６ｍＶ、１３．３３ｍＶであ
り、これらの差動信号Ｖａｂは３．２６ｍＶ（増幅率１
０倍）であった。

【００７０】一方、他の一組の電極部同士５０ｃ、５０
ｄの電圧Ｖｃ、電圧Ｖｄは、それぞれ１４．４２ｍＶ、
１４．５５ｍＶであり、これらの差動信号Ｖｃｄは１．
０９ｍＶ（増幅率１０倍）であった。そして、両差動信
号Ｖａｂ、Ｖｃｄの差動をとり約１０倍に増幅した差動
信号Ｖｏｕｔは２．４０ｍＶであった。

【００７１】この例のように、本実施形態では、隣り合
っており互いに距離が近い電極部同士５０ａと５０ｂ
（５０ｃと５０ｄ）において、互いの電圧ＶａとＶｂ
（ＶｃとＶｄ）は、従来に比べて（つまり、上記電圧Ｖ
１とＶ２との差に比べて）、駆動信号の回り込みの度合
が近い。

【００７２】そして、同じ組内にて差動をとることで、
各差動信号Ｖａｂ、Ｖｃｄにおいて大幅に駆動信号の回
り込みを低減することができるため、上記例では、検出
信号における駆動信号の回り込みを、本実施形態の方が
従来に比べて、約１／１０程度まで低減できている。

【００７３】また、図１に示す例では、検出電極５０ａ
〜５０ｄは櫛歯形状であり、錘部３０には、各検出電極
５０ａ〜５０ｄと噛み合うように配置されて対向する櫛
歯部３６が形成された構成としているが、検出部形状
は、櫛歯形状に限定するものではない。

【００７４】しかし、検出電極５０ａ〜５０ｄと錘部３
０とが対向する検出部を、櫛歯形状のような複雑な形状
とした場合、その加工ばらつきが比較的大きく、第１の
検出電極５０ａ、５０ｂと第２の検出電極５０ｃ、５０
ｄとで、駆動電極４０からの距離や互いの形状のばらつ
きが大きくなりやすい。

【００７５】すると、検出信号にノイズとして現れる駆
動信号の回り込みを十分にキャンセルすることが難しく
なるが、本実施形態によれば、上記電極部を用いた構成
を採用しているので、そのような問題を適切に防止する
ことができる。

【００７６】また、本実施形態によれば、１個の電極部
に対して複数の櫛歯部を対向させているため、各櫛歯部
３６及び各電極部５０ａ〜５０ｄにおけるｘ方向へのび
る櫛歯の長さを、上記図５に比べて短くしても、検出容
量を確保することができるため、各櫛歯のｙ方向への曲
げ剛性を高めることができる。そのため、ｙ方向への振
動の際に、各櫛歯がたわんで付着してしまう現象（ステ
ィッキング）の発生を防止しやすくでき、好ましい。

【００７７】（第２実施形態）図４は、本発明の第２実
施形態に係る角速度センサＳ２を示す平面図である。本
実施形態のセンサＳ２は、上記図１に示した角速度セン
サＳ１に比べて、錘部３０（第１の可動部３１）の櫛歯
部３６及び検出電極（電極部）５０ａ〜５０ｄの形状を
変更したものであり、他の部分は同一である。

【００７８】上記図１に示すセンサＳ１では、第１の可
動部３１におけるｙ方向の上下両端部に、各々３個の櫛
歯部３６を設け、３個の櫛歯部３６および基部２０から
延びる２個の検出電極（電極部）５０ａ〜５０ｄを、櫛
歯部と検出電極とが交互に位置するように配置してい
る。

【００７９】それに対して、本実施形態では、図４に示
す様に、第１の可動部３１におけるｙ方向の上下両端部
に、各々１個の櫛歯部３６が設けられ、各１個の櫛歯部
３６の左右両側に検出電極（電極部）５０ａ〜５０ｄが
１個ずつ対向して配置されている。

【００８０】このような構成では、各櫛歯のｙ方向への
曲げ剛性を高める効果は、上記第１実施形態に比べて弱
くなるものの、それ以外は、上記第１実施形態と同様の
効果が得られる。

【００８１】（他の実施形態）なお、検出電極を構成す
る電極部は４個よりも多くても良く、さらには、４以上
の偶数個（６、８、１０、……）に分割された電極部よ
り構成することが好ましい。それにより、複数個の電極
部のうち隣り合う電極部同士の組において信号の差動を
とる目的のために、電極部の数を過不足なく構成するこ
とができる。

【００８２】また、上記実施形態では、開口部１４は矩
形状であったが、開口部１４は矩形状でなくとも他の幾
何学的形状であっても良い。また、開口部１４は、酸化
膜１３及び第１シリコン基板１１の厚み方向を貫通する
ものでなくとも良く、例えば、犠牲層エッチング等によ
り酸化膜１３を除去し、第１シリコン基板１１は残すこ
とにより凹部を形成し、当該凹部を開口部として構成し
ても良い。

【００８３】また、本発明の角速度センサを構成する半
導体基板としては、上記ＳＯＩ基板１０に限定されな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る角速度センサを示
す平面図である。

【図２】図１中のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１に示す角速度センサの検出回路の構成を示
す説明図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係る角速度センサを示
す平面図である。

【図５】本発明者が試作した試作品としての角速度セン
サを示す概略平面図である。

【図６】図５に示す角速度センサの検出回路の構成を示
す説明図である。

【符号の説明】

１２…第２シリコン基板、３０…錘部、３６…櫛歯部
（検出用櫛歯部）、４０…駆動電極、５０ａ〜５０ｄ…
検出電極（電極部）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F105 BB03 CC04 CD03 CD05 CD11 CD13 4M112 AA02 BA07 CA03 CA04 CA05 CA13 DA03 EA03 EA06 EA11 FA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板（１２）に、第１の方向
   （ｘ）及びこの第１の方向と直交する第２の方向（ｙ）
   へ振動可能な錘部（３０）と、 この錘部を前記第１の方向へ駆動振動させるために前記
   錘部に周期的に変化する駆動信号を印加するための駆動
   電極（４０）と、 前記駆動振動のもと前記第１及び第２の方向と直交する
   軸（ｚ）回りに角速度が印加されたときに発生する前記
   錘部の前記第２の方向への検出振動を、検出信号として
   検出するための検出電極（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５
   ０ｄ）と、が形成されてなる角速度センサにおいて、 前記検出電極は、４以上の複数個に分割された電極部よ
   り構成され、 前記検出振動の際に、前記複数個の電極部のうち隣り合
   う一組の電極部同士（５０ａ、５０ｂ）の信号の差動を
   とるとともに、隣り合う他の一組の電極部同士（５０
   ｃ、５０ｄ）の信号の差動をとった後、前記一組の電極
   部同士の差動信号と前記他の一組の電極部同士の差動信
   号との差動をとることを特徴とする角速度センサ。
2. 【請求項２】 前記検出電極は、４以上の偶数個に分割
   された電極部（５０ａ〜５０ｄ）より構成されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
3. 【請求項３】 前記検出電極（５０ａ〜５０ｄ）は櫛歯
   形状であり、 前記錘部（３０）には、前記検出電極と噛み合うように
   配置されて対向する櫛歯部（３６）が形成されているこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の角速度セン
   サ。
4. 【請求項４】 半導体基板（１２）に、第１の方向
   （ｘ）及びこの第１の方向と直交する第２の方向（ｙ）
   へ振動可能な錘部（３０）と、 この錘部を前記第１の方向へ駆動振動させるために前記
   錘部に周期的に変化する駆動信号を印加するための駆動
   電極（４０）と、 前記駆動振動のもと前記第１及び第２の方向と直交する
   軸（ｚ）回りに角速度が印加されたときに発生する前記
   錘部の前記第２の方向への検出振動を、検出信号として
   検出するための検出電極（５０ａ〜５０ｄ）と、が形成
   されており、 前記検出電極は、前記錘部の異なる２箇所とそれぞれ対
   向する第１の検出電極（５０ａ、５０ｂ）と第２の検出
   電極（５０ｃ、５０ｄ）とより構成され、 前記検出振動の際に、前記第１の検出電極と前記錘部と
   の間の容量変化に基づく信号と前記第２の検出電極と前
   記錘部との間の容量変化に基づく信号とを差動検出する
   ことにより、前記検出信号を検出するようにした角速度
   センサにおいて、 前記第１の検出電極及び前記第２の検出電極は、それぞ
   れ複数個の電極部（５０ａ〜５０ｄ）に分割されてお
   り、 前記第１及び第２の検出電極のそれぞれにて、前記複数
   個の電極部からの信号の差動をとった後、前記第１の検
   出電極における差動信号と前記第２の検出電極における
   差動信号との差動をとることを特徴とする角速度セン
   サ。
5. 【請求項５】 前記第１の検出電極（５０ａ、５０ｂ）
   および前記第２の検出電極（５０ｃ、５０ｄ）は櫛歯形
   状であり、 前記錘部（３０）には、前記第１の検出電極及び前記第
   ２の検出電極のそれぞれと噛み合うように配置されて対
   向する櫛歯部（３６）が形成されていることを特徴とす
   る請求項４に記載の角速度センサ。