JP4905601B2 - Manufacturing method of vibratory gyroscope - Google Patents
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Description
本発明は、振動型ジャイロスコープの製造方法に関するものである。
The present invention relates to a manufacturing method for a vibration type gyroscopes.
最近、自動車の車体回転速度フィードバック式の車両制御方法に用いる回転速度センサーに、振動型ジャイロスコープを使用することが検討されている。こうしたシステムにおいては、操舵輪の方向自身は、ハンドルの回転角度によって検出する。これと同時に、実際に車体が回転している回転速度を振動ジャイロスコープによって検出する。そして、操舵輪の方向と実際の車体の回転速度を比較して差を求め、この差に基づいて車輪トルク、操舵角に補正を加えることによって、安定した車体制御を実現する。 Recently, it has been studied to use a vibration gyroscope as a rotation speed sensor used in a vehicle control method of a vehicle body rotation speed feedback type. In such a system, the direction of the steering wheel itself is detected by the rotation angle of the steering wheel. At the same time, the rotational speed at which the vehicle body is actually rotating is detected by the vibration gyroscope. Then, the direction of the steering wheel is compared with the actual rotational speed of the vehicle body to obtain a difference, and based on this difference, correction is made to the wheel torque and the steering angle, thereby realizing stable vehicle body control.
こうした振動型ジャイロスコープにおいては、回転軸に対して垂直な方向へと向かって延びるように、振動子を配置することが望ましい。こうした振動型ジャイロスコープを提供するために、本出願人は、特開平１１−２８１３７２号公報において、基部と、基部の周縁から径方向に突出する複数の駆動振動系と、基部の周縁から径方向に突出する複数の検出振動系とを備える平面型振動子を開示した。 In such a vibratory gyroscope, it is desirable to arrange the vibrator so as to extend in a direction perpendicular to the rotation axis. In order to provide such a vibration-type gyroscope, the present applicant has disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-281372, a base, a plurality of drive vibration systems projecting radially from the periphery of the base, and a radial direction from the periphery of the base. A planar vibrator comprising a plurality of detection vibration systems projecting from each other is disclosed.
しかし、本発明者がこの振動子を製作し、振動子の主面に所定の配線パターンを形成し、更に検波回路を設けて回転角速度の検出を行ってみると、特に矩形波の駆動電圧信号を使用して振動子を駆動したときなどに、次の問題が生ずることがあった。即ち、振動子に二つの検出振動系を設け、各検出振動系からの検出信号をそれぞれ検出し、二つの検出信号の差をとり、検波前の検出信号を得た。この検出信号には、矩形波の立ち上がり時の雑音パルスに応答してノイズピークが現れている。ノイズの大きさは、ノイズピークの面積に比例する。そして、検波後のノイズ信号のノイズレベルは、例えば３．２ｍＶとなった。出力を２０ｍＶ／（°／ｓｅｃ）に合わせたときに、これは、０．１６°／ｓｅｃの回転角速度に相当する。 However, when the present inventor manufactured this vibrator, formed a predetermined wiring pattern on the main surface of the vibrator, and further provided a detection circuit to detect the rotational angular velocity, in particular, a rectangular-wave drive voltage signal When the vibrator is driven using the following, the following problems may occur. That is, the vibrator was provided with two detection vibration systems, the detection signals from each detection vibration system were detected, and the difference between the two detection signals was taken to obtain a detection signal before detection. In this detection signal, a noise peak appears in response to a noise pulse when the rectangular wave rises. The magnitude of noise is proportional to the area of the noise peak. The noise level of the noise signal after detection is, for example, 3.2 mV. When the output is adjusted to 20 mV / (° / sec), this corresponds to a rotational angular velocity of 0.16 ° / sec.
本発明者は、この問題を解決するために、特願平１１−２１７０５８号明細書において、振動型ジャイロスコープの駆動電極、検出電極への配線パターンを工夫した。これによってノイズ信号のノイズレベルは著しく減少したが、いまだ未知の原因によるノイズ信号があった。 In order to solve this problem, the present inventor devised a wiring pattern to drive electrodes and detection electrodes of a vibration gyroscope in Japanese Patent Application No. 11-217058. This significantly reduced the noise level of the noise signal, but there was still a noise signal due to an unknown cause.
本発明の課題は、振動型ジャイロスコープのノイズ信号のノイズレベルを低減することである。 An object of the present invention is to reduce the noise level of a noise signal of a vibration gyroscope.
本発明は、振動子を備えている振動型ジャイロスコープであって、振動子が、一対の主面と側面と振動子の周縁から突出する突出部とを備えており、振動型ジャイロスコープが、振動子上に形成されている駆動電極、振動子上に形成されている検出電極、側面上に形成されており、駆動電極に接続されている第一の導電膜、および側面上に形成されており、検出電極に接続されている第二の導電膜を備えており、突出部において第一の導電膜と第二の導電膜とが絶縁されていることを特徴とする。 The present invention is a vibratory gyroscope provided with a vibrator, the vibrator includes a pair of main surfaces and side surfaces and a protrusion protruding from the periphery of the vibrator, and the vibratory gyroscope is A drive electrode formed on the vibrator, a detection electrode formed on the vibrator, a first conductive film formed on the side surface and connected to the drive electrode, and formed on the side face And a second conductive film connected to the detection electrode, wherein the first conductive film and the second conductive film are insulated at the protruding portion.
本発明者は、前述の振動子においてノイズ信号が発生する原因について検討した結果、振動子の側面上の電極のパターニングが難しいことに注目した。例えば水晶のような圧電単結晶からなる振動子においては、駆動振動片、検出振動片の側面上と主面上との双方に電極を設け、主面上の電極と側面上の電極との間に電界を発生させている。この際には、主面上の電極だけでなく、側面上の電極も高精度でパターニングする必要がある。これには以下の方法がある。
（１）開口部を有するメタルマスクを利用し、開口部内で金属を振動子表面に直接成膜する。
（２）フォトリソグラフを用いた電極エッチング法、リフトオフ法。
（３）レーザーによって金属膜をアブレーション加工し、除去する方法。
As a result of examining the cause of the generation of the noise signal in the above-described vibrator, the present inventor has noted that it is difficult to pattern the electrode on the side surface of the vibrator. For example, in a vibrator made of a piezoelectric single crystal such as quartz, electrodes are provided on both the side surface and the main surface of the drive vibration piece and the detection vibration piece, and between the electrode on the main surface and the electrode on the side surface. An electric field is generated. In this case, it is necessary to pattern not only the electrode on the main surface but also the electrode on the side surface with high accuracy. There are the following methods for this.
(1) Using a metal mask having an opening, metal is directly formed on the surface of the vibrator in the opening.
(2) Electrode etching method and lift-off method using photolithography.
(3) A method of ablating and removing a metal film with a laser.
しかし、いずれの方法も、振動子の主面上のパターニングの際には高精度を実現し易いが、側面上のパターニングを精確に行うことは難しかった。
このため、側面上の電極の形状の精度が低く、振動片ごとに主面上の電極との位置関係にずれが生じていたものと思われる。
However, in either method, it is easy to achieve high accuracy in patterning on the main surface of the vibrator, but it is difficult to perform patterning on the side surface accurately.
For this reason, the accuracy of the shape of the electrode on the side surface is low, and it is considered that the positional relationship with the electrode on the main surface is shifted for each resonator element.
これに対して、本発明者は、駆動電極および検出電極に接続されている各導電膜をそれぞれ振動子の側面上に形成し、振動子に突出部を設け、この突出部において第一の導電膜と第二の導電膜とを絶縁することを想到した。つまり、突出部の形状によって第一の導電膜と第二の導電膜との境界をパターニングすることにした。これによって、第一の導電膜と第二の導電膜との境界におけるパターニングが容易かつ精確に行える。これによって、側面上の駆動電極、検出電極のパターニングを、別途、精確に行う必要がなくなり、従って側面上の駆動電極、検出電極と主面上の各電極との相対的位置の変位やずれなどに起因するノイズ信号を低減することに成功した。
In contrast, the present inventor forms each conductive film connected to the drive electrode and the detection electrode on the side surface of the vibrator, and provides a protrusion on the vibrator. It was conceived to insulate the film from the second conductive film. That is, the boundary between the first conductive film and the second conductive film is patterned according to the shape of the protruding portion. Thus, patterning at the boundary between the first conductive film and the second conductive film can be performed easily and accurately. This eliminates the need for precise and precise patterning of the drive electrodes and detection electrodes on the side surfaces, and therefore displacements and displacements of the relative positions of the drive electrodes and detection electrodes on the side surfaces and the respective electrodes on the main surface, etc. We succeeded in reducing the noise signal caused by the noise.
また、本発明者は、振動子を備えている振動型ジャイロスコープを製造する方法であって、振動子が一対の主面と、側面と、振動子の周縁から突出する突出部とを備えており、振動子およびこの振動子の突出部に連結されている基板本体を備えている基板を準備し、振動子を基板本体から突出部において割断することを特徴とする。 Further, the present inventor is a method of manufacturing a vibratory gyroscope including a vibrator, the vibrator including a pair of main surfaces, a side surface, and a protruding portion protruding from the periphery of the vibrator. A substrate including a vibrator and a substrate main body connected to the protruding portion of the vibrator is prepared, and the vibrator is cleaved from the substrate main body at the protruding portion.
割断とは、予め破損し易いような形状を有する、突出部と基板本体との間の割断部位を、振動子に応力を加えることによって破損させ、振動子を基板本体から切り離すことである。こうした割断方法は、上述のように側面上の導電膜のパターニングに利用できる。また、非常に容易に多数の振動子を成形できる方法である。 The cleaving is to break a cleaving portion between the protruding portion and the substrate main body, which has a shape that is easily damaged in advance, by applying stress to the vibrator, thereby separating the vibrator from the substrate main body. Such a cleaving method can be used for patterning the conductive film on the side surface as described above. In addition, it is a method in which a large number of vibrators can be formed very easily.
好ましくは、突出部に割断面が形成されており、この割断面において第一の導電膜と第二の導電膜とが絶縁されている。これによって、各導電膜の境界が割断面によって自動的に精確にパターニングされる。 Preferably, a split section is formed in the protruding portion, and the first conductive film and the second conductive film are insulated in the split section. As a result, the boundary of each conductive film is automatically and accurately patterned by the cut section.
好ましくは、振動子の実質的に割断面以外の側面の全体が、第一の導電膜および第二の導電膜によって被覆されている。これによって、最初の基板の段階では振動子の側面の全体にわたって導電膜を形成し、次いで各振動子を基板本体から割断することで、割断面以外の部分に自動的に導電膜がパターニングされる。 Preferably, substantially the entire side surface of the vibrator other than the fractured surface is covered with the first conductive film and the second conductive film. As a result, a conductive film is formed over the entire side surface of the vibrator at the stage of the first substrate, and then each vibrator is cleaved from the substrate body, so that the conductive film is automatically patterned in a portion other than the fractured surface. .
好ましくは、振動子が複数の検出振動系を備えており、各検出振動系ごとにそれぞれ第二の導電膜が形成されており、各第二の導電膜と第一の導電膜とがそれぞれ突出部において絶縁されている。また、振動子が複数の駆動振動系を備えており、各駆動振動系ごとにそれぞれ第一の導電膜が形成されており、各第一の導電膜と第二の導電膜とがそれぞれ突出部において絶縁されている。 Preferably, the vibrator includes a plurality of detection vibration systems, a second conductive film is formed for each detection vibration system, and each of the second conductive film and the first conductive film protrudes. It is insulated at the part. The vibrator includes a plurality of drive vibration systems, and a first conductive film is formed for each drive vibration system, and the first conductive film and the second conductive film are respectively protruding portions. Is insulated.
本発明を好適に適用できる振動子は、振動子の重心が位置する基部、この基部の周縁部から突出する複数の駆動振動系および基部の周縁部から突出する少なくとも一つの検出振動系を備えており、振動型ジャイロスコープが、各駆動振動系にそれぞれ形成されている各駆動電極、基部の少なくとも一方の主面上に、各駆動電極に対応してそれぞれ形成されている配線パターンおよび各配線パターンに接続されている電力供給パッドを備えており、各配線パターンおよび前記各電力供給パッドが互いに接続されておらず、各配線パターンに対して独立して電力が供給される。 A vibrator to which the present invention can be suitably applied includes a base where the center of gravity of the vibrator is located, a plurality of drive vibration systems protruding from the peripheral edge of the base, and at least one detection vibration system protruding from the peripheral edge of the base. In addition, the vibration gyroscope has each drive electrode formed in each drive vibration system, a wiring pattern and each wiring pattern respectively formed on at least one main surface of the base corresponding to each drive electrode. The wiring patterns and the power supply pads are not connected to each other, and power is supplied independently to the wiring patterns.
これによって、信号電圧波の立ち上がり時の雑音に応答して検波前の検出信号に生ずるノイズピークが、著しく抑制される。 As a result, noise peaks occurring in the detection signal before detection in response to noise at the rise of the signal voltage wave are remarkably suppressed.
この場合に特に好ましくは、基部内において、各配線パターンおよび各電力供給パッドが、振動子の重心を中心として反対側に設けられている。これによって、検出振動系への電気機械的影響を一層低減できる。 In this case, particularly preferably, each wiring pattern and each power supply pad are provided on the opposite side with the center of gravity of the vibrator as the center in the base. This can further reduce the electromechanical influence on the detection vibration system.
更に好ましくは、基部内において、各配線パターンおよび各電力供給パッドが、振動子の重心を中心として略回転対称（略中心対称）の位置に設けられている。これは、一つの配線パターンおよび一つの電力供給パッドを、振動子の重心を中心として所定角度回転させると、他の配線パターンおよび電力供給パッドの位置に位置することを意味している。 More preferably, in the base, each wiring pattern and each power supply pad are provided at a position that is substantially rotationally symmetric (substantially centrally symmetric) about the center of gravity of the vibrator. This means that when one wiring pattern and one power supply pad are rotated by a predetermined angle around the center of gravity of the vibrator, they are located at the positions of other wiring patterns and power supply pads.
この実施形態において特に好ましくは、振動子が二つの駆動振動系、各駆動振動系にそれぞれ対応する二つの配線パターンおよび各駆動振動系に対応する二つの電力供給パッドを備えており、各配線パターンおよび各電力供給パッドが、振動子の重心を中心として略点対称の位置に設けられている。 In this embodiment, particularly preferably, the vibrator includes two drive vibration systems, two wiring patterns corresponding to the respective drive vibration systems, and two power supply pads corresponding to the respective drive vibration systems. Each power supply pad is provided at a substantially point-symmetrical position about the center of gravity of the vibrator.
本発明の特に好適な実施形態においては、各駆動振動系が、それぞれ、基部から延びる細長い支持部と、この支持部から支持部に対して交差する方向に延びる少なくとも一片の駆動振動片とを備えており、駆動振動片がその支持部への付け根を中心として所定面内で屈曲振動し、振動子が所定面内で回転したときに支持部がその基部への付け根を中心として所定面内で屈曲振動する。こうした形態の振動子を使用した場合には、本発明の作用効果が著しく増幅される。 In a particularly preferred embodiment of the present invention, each drive vibration system includes an elongated support portion extending from the base portion and at least one drive vibration piece extending from the support portion in a direction intersecting the support portion. The drive vibrating piece bends and vibrates in a predetermined plane with the root to the support portion as the center, and when the vibrator rotates in the predetermined plane, the support portion has the center to the base to the base portion in the predetermined plane. Bends and vibrates. When such a vibrator is used, the effect of the present invention is remarkably amplified.
また、本発明は、振動子を備えている振動型ジャイロスコープを製造する方法であって、振動子が、一対の主面と側面と振動子の周縁から突出する突出部とを備えており、振動子および振動子の前記突出部に連結されている基板本体を備えている基板を準備し、振動子を基板本体から突出部において割断することを特徴とする。 Further, the present invention is a method of manufacturing a vibratory gyroscope provided with a vibrator, the vibrator including a pair of main surfaces and side surfaces and a protruding portion protruding from the periphery of the vibrator, A substrate including a vibrator and a substrate main body connected to the protruding portion of the vibrator is prepared, and the vibrator is cleaved from the substrate main body at the protruding portion.
この場合に特に好ましくは、複数の割断部位の間に、振動子および基板本体から割断によって切り離される割断片が設けられている。この場合には、割断片を押圧することによって、振動子を基板本体から容易に切り離すことができ、この際に振動子に余計な圧力がかからない。これによって、振動子の微細な変形に起因するノイズを防止できる。こうしたノイズの問題は、駆動振動モードおよび検出振動モードが所定面内にあるような振動型ジャイロスコープにおいて、特に重要である。 In this case, it is particularly preferable that a split piece that is cut off from the vibrator and the substrate body is provided between the plurality of split portions. In this case, the vibrator can be easily separated from the substrate body by pressing the split piece, and no extra pressure is applied to the vibrator. As a result, noise caused by fine deformation of the vibrator can be prevented. Such a noise problem is particularly important in a vibration type gyroscope in which the drive vibration mode and the detection vibration mode are in a predetermined plane.
また、本発明者は、振動子が、一対の主面、側面、振動子の重心が位置する基部、この基部の周縁部から突出する細長い支持部、この支持部から伸びる駆動振動片および基部から突出する検出振動片を備えており、振動型ジャイロスコープが、駆動振動片の側面上に形成されている駆動電極、検出振動片の側面上に形成されている検出電極を備えている場合に、支持部の両側の側面上にそれぞれ導電膜を形成し、各側面上の各導電膜を互いに導通させることによって、やはり前述のノイズが減少することを見出した。
また、振動子を備えている振動型ジャイロスコープを製造する方法であって、基板を準備する工程と、基部と、前記基部から両側へ延出している一対の検出振動片と、前記検出振動片の延出方向と交差する方向に前記基部から両側へ延出している一対の支持部と、前記各支持部の延出方向と交差する方向に前記各支持部から延出している各一対の駆動振動片と、を備えている前記振動子と、前記基部の周縁部において、前記検出振動片の付け根と前記支持部の付け根とのそれぞれの間に、前記周縁部と基板本体を連結している突出部と、を前記基板内に形成する工程と、前記突出部に前記突出部の主体部よりも幅が狭い割断部を形成する工程と、前記駆動振動片の側面上に側面上駆動電極、前記検出振動片の側面上に側面上検出電極、前記支持部の側面上に側面上支持部導電膜、を形成する工程と、前記基部の周縁部上に、少なくとも前記側面上支持部導電膜を介して前記側面上駆動電極に接続されている第１の導電膜と、少なくとも前記側面上検出電極に接続されている第２の導電膜と、を形成する工程と、前記割断部で割断する工程と、を含むことを特徴としていてもよい。
また、前記割断部に、前記割断部の中心に向って幅が狭くなる凹みを形成することを特徴としていてもよい。
また、前記割断部が両端に設けられている割断片を前記突出部に形成することを特徴としていてもよい。
また、前記割断片を起点に物理的な力を加えることによって、前記割断部を割断することを特徴としていてもよい。
また、前記周縁部における前記突出部を、前記振動子の重心に対して回転対称の関係になるように形成することを特徴としていてもよい。
また、振動子を備えている振動型ジャイロスコープを製造する方法であって、基板を準備する工程と、基部、前記基部から両側へ延出している第１の検出振動片および第２検出振動片と、前記検出振動片の延出方向と交差する方向に前記基部から延出している支持部、前記支持部の延出方向と交差する方向に前記支持部から延出している一対の駆動振動片を含み、前記基部の両側に配置されている第１の駆動振動系および第２の駆動振動系と、を備えている前記振動子と、前記基板の一部であり、前記振動子の外側に設けられる基板本体と、前記基部の周縁部において、各前記検出振動片の付け根と各前記支持部の付け根とのそれぞれの間から突出している各第１の突出部と、前記第１の突出部の突出方向と略同じ方向に前記基板本体から突出している各第２の突出部と、前記第１の突出部および前記第２の突出部と一方の側で連結している各割断片と、前記第１および第２の突出部と割断片との間に前記突出部の主体部よりも幅が狭い割断部と、を前記基板内に形成する工程と、前記駆動振動片の側面上に側面上駆動電極、前記検出振動片の側面上に側面上検出電極、前記支持部の側面上に側面上支持部導電膜、前記基部の周縁部上に、少なくとも前記側面上支持部導電膜を介して前記側面上駆動電極に接続されている第１の導電膜、少なくとも前記側面上検出電極に接続されている第２の導電膜、を形成する工程と、前記割断片に物理的な力を加えることによって、前記割断部で割断する工程と、を含むことを特徴としていてもよい。
また、前記割断部に、前記割断部の中心に向って幅が狭くなる凹みを形成することを特徴としていてもよい。
また、前記周縁部における前記第１の突出部を、前記振動子の重心に対して回転対称の関係になるように形成することを特徴としていてもよい。
また、前記駆動振動片の一方の主面側または他方の主面側の少なくとも一方の主面側に主面側駆動電極、前記検出振動片の一方の主面側または他方の主面側の少なくとも一方の主面側に主面側検出電極と、前記基部の少なくとも一方の主面上に、前記第１の駆動振動系の側面上駆動電極に接続される第１の配線パターン、前記第１の駆動振動系の主面側駆動電極に接続される第２の配線パターン、前記第２の駆動振動系の側面上駆動電極に接続される第３の配線パターン、前記第２の駆動振動系の主面側駆動電極に接続される第４の配線パターン、前記第１の検出振動片の側面上検出電極に接続される第５の配線パターン、前記第１の検出振動片の主面側検出電極に接続される第６の配線パターン、前記第２の検出振動片の側面上検出電極に接続される第７の配線パターン、前記第２の検出振動片の主面側検出電極に接続される第８の配線パターン、を互いに接続させず、前記第１から前記第４の配線パターンを、さらに、前記第５から前記第８の配線パターンを、前記振動子の重心に対して略点対称の位置に形成する工程を含むことを特徴としていてもよい。
Further, the inventor of the present invention has a vibrator having a pair of main surfaces, side surfaces, a base portion where the center of gravity of the vibrator is located, an elongated support portion protruding from a peripheral portion of the base portion, a driving vibration piece extending from the support portion, and a base portion When the vibrating gyroscope is provided with a driving electrode formed on the side surface of the driving vibration piece and a detection electrode formed on the side surface of the detection vibrating piece, It has been found that the above-mentioned noise is reduced by forming conductive films on the side surfaces on both sides of the support part and making the conductive films on the respective side surfaces conductive.
A method of manufacturing a vibratory gyroscope provided with a vibrator, the step of preparing a substrate, a base, a pair of detection vibrating pieces extending from the base to both sides, and the detection vibrating piece A pair of support portions extending from the base portion to both sides in a direction intersecting with the extending direction, and a pair of driving members extending from the respective support portions in a direction intersecting with the extending direction of the respective support portions. The peripheral portion and the substrate body are connected between the base of the detection vibration piece and the base of the support portion at the peripheral portion of the base and the base portion of the vibrator. A step of forming a protrusion in the substrate, a step of forming a cleaved portion in the protrusion that is narrower than the main portion of the protrusion, a side-side drive electrode on the side of the drive vibration piece, On the side surface of the detection vibrating piece, the detection electrode on the side surface, the support Forming a side-surface supporting part conductive film on the side surface of the part, and a first side connected to the side-side drive electrode on at least the side-side supporting part conductive film on the peripheral edge of the base part The method may include a step of forming a conductive film and at least a second conductive film connected to the detection electrode on the side surface, and a step of cleaving at the cleaving portion.
Moreover, you may make it characterized by forming the dent which becomes narrow toward the center of the said cleaved part in the said cleaved part.
Further, it may be characterized in that a split piece in which the split part is provided at both ends is formed in the projecting part.
Further, the cleaving portion may be cleaved by applying a physical force starting from the cleaved piece.
Further, the protruding portion at the peripheral edge portion may be formed so as to have a rotationally symmetric relationship with respect to the center of gravity of the vibrator.
A method of manufacturing a vibrating gyroscope provided with a vibrator, the step of preparing a substrate, a base, and a first detection vibrating piece and a second detection vibrating piece extending from the base to both sides A support portion extending from the base in a direction intersecting with the extending direction of the detection vibrating piece, and a pair of drive vibrating pieces extending from the support portion in a direction intersecting with the extending direction of the support portion Including a first drive vibration system and a second drive vibration system disposed on both sides of the base, and a part of the substrate, on the outside of the vibrator A substrate main body provided; each first projecting portion projecting from between a base of each of the detection vibrating pieces and a base of each of the supporting portions at a peripheral edge of the base; and the first projecting portion Protruding from the board body in the same direction as the protruding direction of Each of the second projecting portions, each of the first projecting portion and the second projecting portion connected to one side of the second projecting portion, and each of the first and second projecting portions and the segregating fragment Forming a cleaved portion having a width narrower than the main portion of the protruding portion in the substrate, a drive electrode on the side surface on the side surface of the drive vibration piece, and a side surface of the detection vibration piece First detection electrode on the side surface, first support surface conductive film on the side surface of the support portion, and a peripheral edge portion of the base portion connected to the upper side drive electrode via at least the upper side support portion conductive film. Forming a conductive film, at least a second conductive film connected to the detection electrode on the side surface, and cleaving at the cleaving portion by applying a physical force to the cleaved piece. It may be characterized by including.
Moreover, you may make it characterized by forming the dent which becomes narrow toward the center of the said cleaved part in the said cleaved part.
Further, the first protrusion at the peripheral edge may be formed so as to have a rotationally symmetric relationship with respect to the center of gravity of the vibrator.
Further, at least one main surface side of one main surface side or the other main surface side of the drive vibration piece, a main surface side drive electrode, and at least one main surface side or the other main surface side of the detection vibration piece. A first wiring pattern connected to a drive electrode on a side surface of the first drive vibration system on at least one main surface of the base, the first wiring pattern on the one main surface side, and the first wiring pattern; A second wiring pattern connected to the driving electrode on the main surface side of the driving vibration system, a third wiring pattern connected to the driving electrode on the side surface of the second driving vibration system, and a main wiring pattern of the second driving vibration system A fourth wiring pattern connected to the surface side drive electrode, a fifth wiring pattern connected to the detection electrode on the side surface of the first detection vibrating piece, and a main surface side detection electrode of the first detection vibrating piece. The sixth wiring pattern to be connected to the detection electrode on the side surface of the second detection vibrating piece The seventh wiring pattern that is continued and the eighth wiring pattern that is connected to the main surface side detection electrode of the second detection vibrating piece are not connected to each other, and the first to fourth wiring patterns are Furthermore, the method may include a step of forming the fifth to eighth wiring patterns at positions substantially symmetrical with respect to the center of gravity of the vibrator.
以上述べたように、本発明によれば、振動型ジャイロスコープのノイズ信号のノイズレベルを低減できる。 As described above, according to the present invention, the noise level of the noise signal of the vibration gyroscope can be reduced.
以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
図１は、本発明の一実施形態に係る振動型ジャイロスコープ１を、振動子２の一方の主面２ａ側から見た概略平面図であり、図２は、ジャイロスコープ１を、振動子２の他方の主面２ｂ側から見た概略平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a
振動子２は、基部９、一対の駆動振動系３Ａ、３Ｂおよび一対の検出振動系４Ａ、４Ｂを備えている。本例の基部９は、振動子の重心ＧＯ（振動子が振動していないときの重心）を中心として四回対称の略正方形をなしており、各駆動振動系３Ａ、３Ｂ、各検出振動系４Ａ、４Ｂは、それぞれ、基部９の周縁部９ａの各辺から突出している。なお、本例では、基部９の中央部分に支持孔１０が形成されており、支持孔１０の中に重心ＧＯが位置している。
The
各駆動振動系３Ａ、３Ｂは、それぞれ、基部９の周縁部９ａから径方向に突出する細長い支持部６Ａ、６Ｂと、支持部６Ａ、６Ｂの長手方向に直交する方向に向かって延びる各一対の駆動振動片５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄとを備えている。８は、各駆動振動片と各支持部との連結部分である。６ａは支持部の付け根であり、６ｂは支持部の先端部分である。各検出振動系４Ａ、４Ｂは、それぞれ、基部９の周縁部９ａから径方向に突出して延びる細長い検出振動片７Ａ、７Ｂからなっている。
Each of the
駆動振動片５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの一方の主面２ａ上には、図１に示すように、駆動電極１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが形成されており、各駆動振動片の他方の主面２ｂ上には、図２に示すように、駆動電極１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇ、１１Ｈが形成されている。駆動振動片５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの各側面上には、駆動電極１１Ｊ、１１Ｋ、１１Ｌ、１１Ｍ、１１Ｎ、１１Ｐ、１１Ｑ、１１Ｒが形成されている。
本例においては、各駆動振動片において、一方の主面上の駆動電極１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄと、他方の主面上の駆動電極１１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇ、１１Ｈとを電気的に接続し、同電位とする。これと共に、各駆動振動片において、側面上の各駆動電極を同電位とする。そして、主面上の駆動電極と側面上の駆動電極との間に、交流電圧信号を印加することによって、矢印Ａ、Ｂに示すように、各駆動振動片に屈曲振動を励振する。
In this example, in each drive vibration piece, the
この際、駆動振動片５Ａと５Ｂとが同位相で共振し、駆動振動片５Ｃと５Ｄとが同位相で共振し、屈曲振動片５Ａ−５Ｄの駆動振動の全体の重心が、振動子の重心ＧＯ上か、またはその近傍に位置するようにする。
At this time, the
この状態で、振動子１を所定面（Ｘ−Ｙ面）内でωのように回転させると、回転中にコリオリ力が振動子１に作用する結果、各支持部６Ａ、６Ｂは、矢印Ｃ、Ｄのように、その付け根６ａを中心として屈曲振動する。この際、支持部６Ａと６Ｂとの各屈曲振動の位相は、重心ＧＯを中心として周方向に見たときに反対向きになる。これに対応して、各検出振動片７Ａ、７Ｂは、矢印Ｅ、Ｆに示すように、その付け根を中心として屈曲振動する。支持部６Ａと検出振動片７Ａ、支持部６Ｂと検出振動片７Ｂとは、重心ＧＯを中心として周方向に見たときに、任意の時点において互いに逆方向へと屈曲している。
In this state, when the
各検出振動片７Ａ、７Ｂの一方の主面２ａ上には、検出電極１４Ａ、１４Ｂが形成されており、各検出振動片の他方の主面２ｂ上には、検出電極１４Ｃ、１４Ｄが形成されており、各検出振動片の側面上には、検出電極１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇ、１４Ｈが形成されている。
本例では、基部９の４箇所に突出部２４が形成されており、各突出部２４に割断面２５が設けられている。そして、振動子の側面のほぼ全面が、割断面２５を除いて導電膜１８、１９、２０、２１によって被覆されている。そして、各割断面２５には導電膜は設けられておらず、従って各導電膜は割断面において絶縁されている。
In this example, projecting
駆動振動系３Ａに属する側面上の各駆動電極１１Ｊ、１１Ｋ、１１Ｌ、１１Ｍと、支持部６Ａの各側面上の導電膜２６Ａ、２６Ｂとは、すべてつながっており、第一の導電膜１８の一部を構成している。駆動振動系３Ｂに属する側面上の各駆動電極１１Ｎ、１１Ｒ、１１Ｑ、１１Ｐと、支持部６Ｂの各側面上の導電膜２６Ｃ、２６Ｄとは、すべてつながっており、第一の導電膜２０の一部を構成している。
The
また、検出振動系４Ａに属する側面上の各検出電極１４Ｅ、１４Ｆは、互いにつながっており、第二の導電膜２１の一部を構成している。検出振動系４Ｂに属する側面上の各検出電極１４Ｇ、１４Ｈは、互いにつながっており、第二の導電膜１９の一部を構成している。
Further, the
振動子の一方の主面２ａ上には、側面上の駆動電極１１Ｊ、１１Ｋ、１１Ｌ、１１Ｍ用の配線パターン１２Ａが形成されており、その末端が電力供給パッド１３Ａに接続されている。また、主面２ａ上には、主面上の駆動電極１１Ｃ、１１Ｄに電力を供給するための配線パターン３８Ａおよびパッド１３Ｂが形成されている。
On one
振動子の他方の主面２ｂ上には、側面上の駆動電極１１Ｎ、１１Ｐ、１１Ｒ、１１Ｑに電力を供給するための配線パターン１２Ｂが形成されており、また、主面２ｂ上の駆動電極１１Ｅ、１１Ｆ用の配線パターン３８Ｂが形成されている。各配線パターン１２Ｂ、３８Ｂは、それぞれ貫通孔の内壁面上の導電膜２３、主面２ａ上の配線パターン２２を通して、パッド１３Ｃ、１３Ｄに対して接続されている。
A wiring pattern 12B for supplying power to the
従って、電力供給パッド１３Ａ、１３Ｂと、１３Ｃ、１３Ｄとの間に交流電圧信号を印加することによって、駆動振動片５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄをそれぞれ矢印Ａ、Ｂのように屈曲振動させることができる。
Therefore, by applying an AC voltage signal between the
検出振動片７Ａの主面上の各検出電極１４Ａ、１４Ｃは、それぞれパッド３５Ｂ、３５Ｈに接続されている。検出振動片７Ａの側面上の各検出電極１４Ｅ、１４Ｆは、パッド３５Ｃ、３５Ｉ、３５Ａ、３５Ｇに接続されている。
The
検出振動片７Ｂの主面上の各検出電極１４Ｂ、１４Ｄは、それぞれパッド３５Ｅ、３５Ｌに接続されている。検出振動片７Ｂの側面上の各検出電極１４Ｇ、１４Ｈは、パッド３５Ｆ、３５Ｊ、３５Ｄ、３５Ｋに接続されている。
The
各検出振動片７Ａ、７Ｂが屈曲振動すると、主面上の検出電極１４Ａ、１４Ｃ、１４Ｂ、１４Ｄと、側面上の検出電極１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇ、１４Ｈとの間で信号電圧が発生する。
When each of the
本例では、各配線パターンおよび電力供給パッドが、重心ＧＯを中心として互いに回転対称の位置にある。 In this example, each wiring pattern and the power supply pad are in rotationally symmetric positions around the center of gravity GO.
好ましくは、振動子が所定面内に延びている。これは厚さにして１ｍｍ以下の範囲内に複数の振動系が形成されている場合を含む。 Preferably, the vibrator extends in a predetermined plane. This includes the case where a plurality of vibration systems are formed within a thickness of 1 mm or less.
振動子の材質は特に限定するものでないが、水晶、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体（Ｌｉ（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ3）単結晶、ホウ酸リチウム単結晶、ランガサイト単結晶等からなる圧電単結晶を使用することが好ましい。 The material of the vibrator is not particularly limited. Crystal, LiNbO 3 , LiTaO 3 , lithium niobate-lithium tantalate solid solution (Li (Nb, Ta) O 3 ) single crystal, lithium borate single crystal, langasite single It is preferable to use a piezoelectric single crystal made of a crystal or the like.
本発明の振動子を圧電性材料によって形成した場合には、この振動子に駆動電極および検出電極を設ける。圧電性材料としては、圧電単結晶の他に、ＰＺＴ等の圧電セラミックスがある。 When the vibrator of the present invention is formed of a piezoelectric material, the vibrator is provided with a drive electrode and a detection electrode. Examples of the piezoelectric material include piezoelectric ceramics such as PZT in addition to the piezoelectric single crystal.
各突出部２４は、振動子内において絶縁が必要な位置に設けるものであり、その限りにおいて特に位置は限定されない。突出部２４の割断面２５の幅は、絶縁を充分に行える幅であれば限定されないが、実用上は０．１ｍｍ以上が好ましい。
Each
複数の突出部２４を設ける場合には、各突出部２４が、振動子の重心Ｏに対して回転対称の位置にあることが好ましい。ここで、回転対称とは、重心Ｏを中心として特定の突出部を回転させたときに、隣接する突出部の位置にくることを言う。図１、図２の例では突出部は４回対象の位置にある。
When providing the some
図１、図２の振動子を基板から切り出す際には、好ましくは図３−図５に示すような基板３３を使用する。基板３３は、基板本体３０と、本体３０内に形成された所定個数の振動子１とからなる（図５の例では振動子は４個である）。基板本体３０と振動子との間には、溝２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄが形成されている。振動子の例えば４個の突出部２４が、基板本体３０と、それぞれ割断片２８を通して接続されている。
When the vibrator of FIGS. 1 and 2 is cut out from the substrate, a
各割断領域を図４に拡大して示す。各割断片２８と各突出部２４との間には割断部２９があり、各割断片２８と基板本体３０の突出部２４との間にも割断部２９がある。割断部２９には凹み３１が形成されている。割断片２８を押圧することによって、２つの割断部２９を同時に割断させ、振動子を割断片２８および本体３０から切り離す。
Each cleavage region is shown in an enlarged manner in FIG. There is a cleaving
以下、具体的な実験結果を示す。
まず、図３−図５に示す基板３３を製造した。具体的には、厚さ０．３ｍｍの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、所定位置に、厚さ２００オングストロームのクロム膜と、厚さ５０００オングストロームの金膜とを形成した。
ウエハーの両面にレジストをコーティングした。
Specific experimental results are shown below.
First, the
Resist was coated on both sides of the wafer.
このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去した。
温度８０℃の重フッ化アンモニウムに２０時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、振動子の外形を形成した。メタルマスクを使用して、厚さ２０００オングストロームのアルミニウム膜を電極膜として形成した。
This wafer is immersed in an aqueous solution of iodine and potassium iodide, and the excess gold film is removed by etching. Further, the wafer is immersed in an aqueous solution of cerium ammonium nitrate and perchloric acid, and the excess chromium film is etched. Removed.
The wafer was immersed in ammonium bifluoride at a temperature of 80 ° C. for 20 hours, and the wafer was etched to form the outer shape of the vibrator. An aluminum film having a thickness of 2000 angstroms was formed as an electrode film using a metal mask.
得られた振動子の基部２の各辺の長さは６．０ｍｍとした。また、各支持部６Ａ、６Ｂの長さ、検出振動片７Ａ、７Ｂの長さは、６．０ｍｍとした。各支持部、各屈曲振動片の幅は１．０ｍｍとした。各検出電極の寸法は、幅０．６ｍｍ×長さ２．８ｍｍであり、検出振動片の付け根から１．２−４．０ｍｍの位置に形成されていた。各駆動電極の寸法は、幅０．６ｍｍ×長さ２．８ｍｍであった。振動子２の中央部に、０．７５ｍｍ×０．７５ｍｍの正方形の支持孔１０を形成した。
The length of each side of the
この基板３３から、前述のようにして振動子２を割断した。次いで、支持孔１０に直径０．６ｍｍの金属ピンを通し、金属ピンに対して振動子をシリコーン樹脂接着剤によって接着した。
The
この振動子に対して、４ボルトの矩形波による自励振発振駆動を行い、駆動振動を生じさせ、振動子２を所定面内で回転させた。駆動振動の固有共振周波数は２２．２ｋＨｚであり、検出振動モードの固有共振周波数は２３．０ｋＨｚである。回転角速度の検出感度を測定した結果、２０ｍＶ／°／ｓｅｃの信号が得られた。
This vibrator was driven by self-excited oscillation by a rectangular wave of 4 volts to generate drive vibration, and the
この状態で、非回転時の電気ノイズ成分を測定したところ、０．０３ｍＶと非常に低くなっていた。 In this state, when the electrical noise component at the time of non-rotation was measured, it was very low as 0.03 mV.
１…振動型ジャイロスコープ ２…振動子 ２ａ…一方の主面 ２ｂ…他方の主面 ３Ａ、３Ｂ…駆動振動系 ４Ａ、４Ｂ…検出振動系 ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ…駆動振動片 ６Ａ、６Ｂ…支持部 ７Ａ、７Ｂ…検出振動片 ９…基部 １１Ａ−１１Ｒ…駆動電極 １２Ａ、１２Ｂ、３８Ａ、３８Ｂ…配線パターン １３Ａ−１３Ｆ…電力供給パッド １４Ａ−１４Ｈ…検出電極 １８、２０…第一の導電膜 １９、２１…第二の導電膜 ２４…割断面 ２５…突出部 ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ…支持部の側面上の導電膜 ２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃ、２７Ｄ…振動子と基板本体との間の溝 ２８…割断片 ２９…割断部 ３０…基板本体 ３３…基板。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
基板を準備する工程と、
基部、前記基部から両側へ延出している第１の検出振動片および第２検出振動片と、
前記検出振動片の延出方向と交差する方向に前記基部から延出している支持部、前記支持部の延出方向と交差する方向に前記支持部から延出している一対の駆動振動片を含み、前記基部の両側に配置されている第１の駆動振動系および第２の駆動振動系と、を備えている前記振動子と、
前記基板の一部であり、前記振動子の外側に設けられる基板本体と、
前記基部の周縁部において、各前記検出振動片の付け根と各前記支持部の付け根とのそれぞれの間から突出している各第１の突出部と、
前記第１の突出部の突出方向と略同じ方向に前記基板本体から突出している各第２の突出部と、
前記第１の突出部および前記第２の突出部と一方の側で連結している各割断片と、
前記第１および第２の突出部と割断片との間に前記突出部の主体部よりも幅が狭い割断部と、を前記基板内に形成する工程と、
前記駆動振動片の側面上に側面上駆動電極、前記検出振動片の側面上に側面上検出電極、前記支持部の側面上に側面上支持部導電膜、前記基部の周縁部上に、少なくとも前記側面上支持部導電膜を介して前記側面上駆動電極に接続されている第１の導電膜、少なくとも前記側面上検出電極に接続されている第２の導電膜、を形成する工程と、
前記割断片に物理的な力を加えることによって、前記割断部で割断する工程と、を含むことを特徴とする、振動型ジャイロスコープの製造方法。 A method of manufacturing a vibrating gyroscope provided with a vibrator,
Preparing a substrate;
A base, a first detection vibrating piece and a second detection vibrating piece extending from the base to both sides;
The supporting lifting portion that has been put out the base or al extending in a direction intersecting the extending direction of the detection vibration pieces, that have extended from the front Ki支 sandwiching member in the extension direction intersecting the direction of the front Ki支 lifting unit one A vibrator including a pair of drive vibration pieces and including a first drive vibration system and a second drive vibration system disposed on both sides of the base ;
A substrate body which is a part of the substrate and is provided outside the vibrator;
In the peripheral portion of the base portion, each first protruding portion protruding from between the base of each of the detection vibrating pieces and the base of each of the support portions,
Each second projecting portion projecting from the substrate body in a direction substantially the same as the projecting direction of the first projecting portion;
Each split piece connected on one side to the first protrusion and the second protrusion;
Forming, in the substrate, a cleaved portion having a width narrower than a main portion of the protruding portion between the first and second protruding portions and the split piece ;
Side on the drive electrodes on the side surfaces of the driving vibration piece, said side on the detection electrode on the side of the detection vibration piece, the side surface on the support portion conductive film on a side surface of the supporting portion, on the peripheral edge of the base portion, at least the Forming a first conductive film connected to the drive electrode on the side surface via a support film on the side surface , and a second conductive film connected to at least the detection electrode on the side surface;
And a step of cleaving at the cleaving portion by applying a physical force to the cleaved piece, and a method of manufacturing a vibrating gyroscope.
前記基部の少なくとも一方の主面上に、前記第１の駆動振動系の側面上駆動電極に接続される第１の配線パターン、前記第１の駆動振動系の主面側駆動電極に接続される第２の配線パターン、前記第２の駆動振動系の側面上駆動電極に接続される第３の配線パターン、前記第２の駆動振動系の主面側駆動電極に接続される第４の配線パターン、前記第１の検出振動片の側面上検出電極に接続される第５の配線パターン、前記第１の検出振動片の主面側検出電極に接続される第６の配線パターン、前記第２の検出振動片の側面上検出電極に接続される第７の配線パターン、前記第２の検出振動片の主面側検出電極に接続される第８の配線パターン、を互いに接続させず、前記第１から前記第４の配線パターンを、さらに、前記第５から前記第８の配線パターンを、前記振動子の重心に対して略点対称の位置に形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動型ジャイロスコープの製造方法。A first wiring pattern connected to a drive electrode on a side surface of the first drive vibration system is connected to a drive electrode on the main surface side of the first drive vibration system on at least one main surface of the base. A second wiring pattern, a third wiring pattern connected to the driving electrode on the side surface of the second driving vibration system, and a fourth wiring pattern connected to the main surface side driving electrode of the second driving vibration system A fifth wiring pattern connected to the detection electrode on the side surface of the first detection vibrating piece, a sixth wiring pattern connected to the detection electrode on the main surface side of the first detection vibrating piece, the second The seventh wiring pattern connected to the detection electrode on the side surface of the detection vibrating piece and the eighth wiring pattern connected to the detection electrode on the main surface side of the second detection vibrating piece are not connected to each other, and To the fourth wiring pattern, and further from the fifth to the eighth. A wiring pattern, characterized in that it comprises a step of forming a position of substantial point symmetry with respect to the center of gravity of the vibrator, the manufacturing method of the vibration type gyroscope according to any one of claims 1-3.
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