JP4571943B2 - 角速度センサ - Google Patents
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Description
本発明の角速度センサは、前記振動子、前記半導体基板、前記静電駆動用の電極、前記容量検出用の電極、及び前記振動周波数調整用の電極は、同一材料で作成されていることを特徴とする。
2,3 ガラス基板
10 振動子
11 中心部
12 梁部(ビーム)
13 リング部
21a,21b 静電駆動用の電極(駆動電極)
21e,21f 容量検出用の電極(検出電極)
22,24,26,28 ギャップ
23 振動周波数調整用の電極(調整電極)
25 プレート
25a,25b 突起部
27 パッド
29 増幅回路
31 スルーホール
32 パッド
33,34 キャビティ
35 ゲッター
36 ワイヤ
41 金属配線(第1配線)
42 電圧源
43 金属配線(第2配線)
51 配線パターン
F=εS(VDC+VAC)2/2d2 …(1)
但し、ε:誘電率、S:電極の面積、d:リング部,電極間の距離
a:1次振動の振幅、ω:共振周波数
n:モード次数(本実施の形態ではn=2)
ΔF:平衡すべきモード周波数スプリット
k:周波数調整係数を定義する定数
Δφ<90°/n …(6)
Claims (24)
- 検出対象の角速度に応じて振動状態が変化するリング部を有する振動子を形成した半導体基板を備えた角速度センサにおいて、
前記振動子の固有振動数に対応した交流電圧を印加して前記振動子に1次振動を励起する前記振動子の静電駆動用の電極と、前記振動子に生じた振動を容量変化に基づいて検出する前記振動子の容量検出用の電極とを、前記半導体基板の前記リング部外側にのみ形成してあり、電圧を与えて前記振動子との間に静電力を生じさせることで前記振動子における1次振動及び2次振動での固有振動数を合わせ込む前記振動子の振動周波数調整用の電極を、前記リング部内側にのみ形成してあることを特徴とする角速度センサ。 - 検出対象の角速度に応じて振動状態が変化するリング部を有する振動子を形成した半導体基板を備えた角速度センサにおいて、
前記振動子の固有振動数に対応した交流電圧を印加して前記振動子に1次振動を励起する前記振動子の静電駆動用の電極と、前記振動子に生じた振動を容量変化に基づいて検出する前記振動子の容量検出用の電極とを、前記半導体基板の前記リング部内側にのみ形成してあり、電圧を与えて前記振動子との間に静電力を生じさせることで前記振動子における1次振動及び2次振動での固有振動数を合わせ込む前記振動子の振動周波数調整用の電極を、前記リング部外側にのみ形成してあることを特徴とする角速度センサ。 - 前記振動周波数調整用の電極の周囲に、前記リング部と同電位の部分を形成してあ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。
- 前記振動子、前記半導体基板、前記静電駆動用の電極、前記容量検出用の電極、及び前記振動周波数調整用の電極は、同一材料で作成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の角速度センサ。
- 前記同一材料はシリコンであることを特徴とする請求項4記載の角速度センサ。
- 前記静電駆動用の電極、前記容量検出用の電極、前記振動周波数調整用の電極及び前記半導体基板は、実質的に同じ平面上にあることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の角速度センサ。
- 前記振動周波数調整用の電極の隣り合う電極間の設置角度差Δφが、Δφ<90°/n(n:前記振動子の振動モードのモード次数)を満たすことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の角速度センサ。
- 前記振動周波数調整用の電極の個数は、3×2n、4×2nまたは5×2nである(n:前記振動子の振動モードのモード次数)ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の角速度センサ。
- 一組が3個、4個または5個の振動周波数調整用の電極からなる複数組の振動周波数調整用の電極を、360°/2n(n:前記振動子の振動モードのモード次数)の間隔で前記リング部の内側または外側に形成してあることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の角速度センサ。
- 前記複数組の間で対応する振動周波数調整用の電極が存在しており、各組の対応する振動周波数調整用の電極には同じ電圧が印加されることを特徴とする請求項9記載の角速度センサ。
- 前記複数組の間で対応する振動周波数調整用の電極が存在しており、各組の対応する振動周波数調整用の電極に独立的に電圧が印加されることを特徴とする請求項9記載の角速度センサ。
- 前記振動子は、前記半導体基板の中心部でその一端が支持され、その他端が前記リング部に連なる複数の梁部を有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の角速度センサ。
- 前記振動子は、前記半導体基板の前記リング部外側でその一端が支持され、その他端が前記リング部に連なる複数の梁部を有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の角速度センサ。
- 前記振動周波数調整用の電極と前記梁部との間に、前記リング部と同電位の部分を形成してあることを特徴とする請求項12または13記載の角速度センサ。
- 前記同電位の部分に突起部を形成してあることを特徴とする請求項14記載の角速度センサ。
- 前記容量検出用の電極からの検出信号を増幅する増幅回路を前記半導体基板に形成してあることを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の角速度センサ。
- 前記半導体基板は2枚の支持基板で挟まれており、前記振動子、前記静電駆動用の電極、前記容量検出用の電極、及び前記振動周波数調整用の電極を収容するキャビティを形成してあることを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の角速度センサ。
- 前記静電駆動用の電極、前記容量検出用の電極、及び前記振動周波数調整用の電極、及び前記振動子を支える中心部の少なくとも1つを、前記2枚の支持基板の一方に接合させて形成してあることを特徴とする請求項17記載の角速度センサ。
- 前記キャビティにゲッターを設けてあり、前記キャビティ内の雰囲気が100mTorr以下であることを特徴とする請求項17または18記載の角速度センサ。
- 前記キャビティに不活性ガスまたはゲッターに吸着されないガスが封入されていることを特徴とする請求項19記載の角速度センサ。
- 前記2枚の支持基板の一方に、前記静電駆動用の電極に接続する第1配線と該第1配線近傍の第2配線とが設けられており、前記第1配線及び第2配線夫々に逆位相の電圧を印加するように構成したことを特徴とする請求項17乃至20のいずれかに記載の角速度センサ。
- 前記2枚の支持基板の一方に、前記振動周波数調整用の電極に電圧を印加するための配線パターンが形成されていることを特徴とする請求項17乃至21のいずれかに記載の角速度センサ。
- 前記配線パターンの本数は、前記振動周波数調整用の電極の個数/2n(n:前記振動子の振動モードのモード次数)本であり、前記各配線パターンには、360°/2n毎に設置された複数の前記振動周波数調整用の電極が接続されていることを特徴とする請求項22記載の角速度センサ。
- 前記静電駆動用の電極及び前記容量検出用の電極と前記リング部との距離に対する前記半導体基板の厚さの比を8以上としてあることを特徴とする請求項1乃至23のいずれかに記載の角速度センサ。
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