JPH05231870A - 半導体振動ジャイロ - Google Patents
半導体振動ジャイロInfo
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- JPH05231870A JPH05231870A JP4036565A JP3656592A JPH05231870A JP H05231870 A JPH05231870 A JP H05231870A JP 4036565 A JP4036565 A JP 4036565A JP 3656592 A JP3656592 A JP 3656592A JP H05231870 A JPH05231870 A JP H05231870A
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- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 振動子と支持柱とフレームが単結晶基板で一
体構造とし、精度良く振動子のノード点に支持柱を位置
合わせし、駆動素子と検出素子に圧電素子を用いず、煩
雑な作業を解消し、形状も小型化することを目的とす
る。 【構成】 振動子１１と支持柱１２とフレーム１５が単
結晶基板で一体構造とし、角速度検出素子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ
3，Ｒ4を薄膜抵抗素子とし、振動子１１の梁１２の垂直
面に形成し、振動子１１の駆動を梁１２の上面に配設し
た電極１６１〜１６４と、当該電極対向するストッパ２
０の下面に配設された上部電極２６１〜２６４間にクー
ロン力を作用させ、この作用させたクーロン力により振
動子１１を励振させることを特徴とする半導体振動ジャ
イロ。
体構造とし、精度良く振動子のノード点に支持柱を位置
合わせし、駆動素子と検出素子に圧電素子を用いず、煩
雑な作業を解消し、形状も小型化することを目的とす
る。 【構成】 振動子１１と支持柱１２とフレーム１５が単
結晶基板で一体構造とし、角速度検出素子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ
3，Ｒ4を薄膜抵抗素子とし、振動子１１の梁１２の垂直
面に形成し、振動子１１の駆動を梁１２の上面に配設し
た電極１６１〜１６４と、当該電極対向するストッパ２
０の下面に配設された上部電極２６１〜２６４間にクー
ロン力を作用させ、この作用させたクーロン力により振
動子１１を励振させることを特徴とする半導体振動ジャ
イロ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、角速度を検出する半導
体振動ジャイロに関するものである。
体振動ジャイロに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の振動ジャイロは、図７に示すよう
に振動子１１と支持柱１３は異なった材質で、振動子１
１を安定に支持するために支持柱１３を振動子１１のノ
ード点に溶接固定していた。又、振動子１１のＨ字形の
正面から見て各梁１２の外側の側面に２枚の駆動用圧電
素子２と、２枚のフィードバック用圧電素子３を貼り付
け、これと直交する面の表面、裏面の中心部に検出用圧
電素子１を貼り付けている。前記駆動用圧電素子２を駆
動すると、振動子１１の各梁１２が実線矢印Ａ方向に振
動し、これをフィードバック用圧電素子３が検出し増幅
して駆動用圧電素子２に帰還させ自励発振の励振動が行
なわれる。この振動子１１にＺ軸回りの角速度が加わる
と、コリオリ力により各梁１２がそれぞれ矢印Ｂ方向に
振動し、検出用圧電素子１部にねじれ振動が生じ、検出
用圧電素子１は電圧出力を生じ、コリオリの力を検出す
る。
に振動子１１と支持柱１３は異なった材質で、振動子１
１を安定に支持するために支持柱１３を振動子１１のノ
ード点に溶接固定していた。又、振動子１１のＨ字形の
正面から見て各梁１２の外側の側面に２枚の駆動用圧電
素子２と、２枚のフィードバック用圧電素子３を貼り付
け、これと直交する面の表面、裏面の中心部に検出用圧
電素子１を貼り付けている。前記駆動用圧電素子２を駆
動すると、振動子１１の各梁１２が実線矢印Ａ方向に振
動し、これをフィードバック用圧電素子３が検出し増幅
して駆動用圧電素子２に帰還させ自励発振の励振動が行
なわれる。この振動子１１にＺ軸回りの角速度が加わる
と、コリオリ力により各梁１２がそれぞれ矢印Ｂ方向に
振動し、検出用圧電素子１部にねじれ振動が生じ、検出
用圧電素子１は電圧出力を生じ、コリオリの力を検出す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の振動ジャイロは、支持柱を振動子に溶接固
定する方法が困難であったり、振動子のノード点に精度
良く位置合わせするのが困難であり、作業も煩雑であっ
た。
ような従来の振動ジャイロは、支持柱を振動子に溶接固
定する方法が困難であったり、振動子のノード点に精度
良く位置合わせするのが困難であり、作業も煩雑であっ
た。
【０００４】又、駆動素子や検出素子に圧電素子を用い
る場合、振動子に貼り付ける作業が煩雑であったり、正
確な位置合わせが困難であったり、圧電素子と外部との
信号の受け渡しのためのリード線処理が複雑であり、振
動ジャイロの形状も小型化し難いという問題があった。
る場合、振動子に貼り付ける作業が煩雑であったり、正
確な位置合わせが困難であったり、圧電素子と外部との
信号の受け渡しのためのリード線処理が複雑であり、振
動ジャイロの形状も小型化し難いという問題があった。
【０００５】それ故に、本発明の目的は、振動子と支持
柱の溶接工程を無くし、駆動素子や検出素子に圧電素子
を用いず、正確な位置合わせを可能ならしめ、形状も小
形化できる振動ジャイロを提供することにある。
柱の溶接工程を無くし、駆動素子や検出素子に圧電素子
を用いず、正確な位置合わせを可能ならしめ、形状も小
形化できる振動ジャイロを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は上述の
目的を達成するために、振動子とその支持柱とフレーム
が半導体基板で一体構造となるように構成したものであ
る。
目的を達成するために、振動子とその支持柱とフレーム
が半導体基板で一体構造となるように構成したものであ
る。
【０００７】又、本発明の第２の発明は前記振動子に薄
膜抵抗素子を角速度検出素子として形成したものであ
る。
膜抵抗素子を角速度検出素子として形成したものであ
る。
【０００８】さらに本発明の第３の発明は振動子の上面
に配設された電極と、この電極と対向するストッパーの
下面に配設された上部電極間にクローン力を作用させる
ことにより、振動子を励振させるように構成したもので
ある。
に配設された電極と、この電極と対向するストッパーの
下面に配設された上部電極間にクローン力を作用させる
ことにより、振動子を励振させるように構成したもので
ある。
【０００９】
【実施例】次に本発明の一実施例について、図に従い説
明する。
明する。
【００１０】図１は半導体振動ジャイロの一例を示す構
造断面図である。この半導体振動ジャイロの中枢ユニッ
トとなるのは、チップ１０である。このチップ１０の斜
視図を図２に、平面図を図３に示す。本発明による実施
例を図１〜図４を参照して説明する。チップ１０は振動
し、例えばＨ字形振動子１１と、Ｈ字形振動子１１の左
右のノード点で支持する２本の支持柱１３と、支持柱１
３を固定するフレーム１５とからなり、又Ｈ字形振動子
１１は、ノード点を中心に上下左右に振動できる四角柱
の梁１２が４本からなり、各梁１２の上面端部に電極１
６１〜１６４が配設されており、又、梁１２の外側垂直
面のノード点近傍に薄膜抵抗素子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4が
形成されている。
造断面図である。この半導体振動ジャイロの中枢ユニッ
トとなるのは、チップ１０である。このチップ１０の斜
視図を図２に、平面図を図３に示す。本発明による実施
例を図１〜図４を参照して説明する。チップ１０は振動
し、例えばＨ字形振動子１１と、Ｈ字形振動子１１の左
右のノード点で支持する２本の支持柱１３と、支持柱１
３を固定するフレーム１５とからなり、又Ｈ字形振動子
１１は、ノード点を中心に上下左右に振動できる四角柱
の梁１２が４本からなり、各梁１２の上面端部に電極１
６１〜１６４が配設されており、又、梁１２の外側垂直
面のノード点近傍に薄膜抵抗素子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4が
形成されている。
【００１１】尚、振動子１１はＨ字形の他、Ｉ形などの
形状に形成することもできる。
形状に形成することもできる。
【００１２】チップ１０は半導体基板例えば単結晶基板
（例えばシリコン単結晶）からなり、Ｈ字形振動子１１
と支持柱１３、フレーム１５の一体構造は、半導体製造
技術と、異方性エッチング技術により得られ、薄膜抵抗
素子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4の形成は、半導体製造技術と単
結晶基板の溝振り技術及びＣＶＤ（化学的気相成長法技
術で梁１２の垂直面に形成される。電極１６１〜１６４
及び薄膜抵抗素子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4は配線層（図示せ
ず）により、フレーム１５上のボンディングパッド１４
に電極的に接続されている。
（例えばシリコン単結晶）からなり、Ｈ字形振動子１１
と支持柱１３、フレーム１５の一体構造は、半導体製造
技術と、異方性エッチング技術により得られ、薄膜抵抗
素子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4の形成は、半導体製造技術と単
結晶基板の溝振り技術及びＣＶＤ（化学的気相成長法技
術で梁１２の垂直面に形成される。電極１６１〜１６４
及び薄膜抵抗素子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4は配線層（図示せ
ず）により、フレーム１５上のボンディングパッド１４
に電極的に接続されている。
【００１３】図１に示すように、チップ１０の上面には
上溝２１を介してストッパ２０が接合されている。図４
は、ストッパ２０の斜視図であり、ストッパ２０の下面
には矩形の上溝２１が形成されており、且つ下面に上部
電極２６１〜２６４を配設する。上部電極２６１〜２６
４は、梁１２の上面に配設されている電極１６１〜１６
４と上溝２１を隔てて対向する位置に配設する。又、上
部電極２６１〜２６４は、ストッパ２０をチップ１０に
接合した際にボンディングパッド１４と電気的に接続さ
れるように、配線層を形成しておく。
上溝２１を介してストッパ２０が接合されている。図４
は、ストッパ２０の斜視図であり、ストッパ２０の下面
には矩形の上溝２１が形成されており、且つ下面に上部
電極２６１〜２６４を配設する。上部電極２６１〜２６
４は、梁１２の上面に配設されている電極１６１〜１６
４と上溝２１を隔てて対向する位置に配設する。又、上
部電極２６１〜２６４は、ストッパ２０をチップ１０に
接合した際にボンディングパッド１４と電気的に接続さ
れるように、配線層を形成しておく。
【００１４】チップ１０の下面には、台座３０が接合さ
れており、台座３０の上面には、矩形の下溝３１が形成
されている。又、台座３０の下面はパッケージ５０の内
側底面に接合されており、パッケージ５０の上面には蓋
５２が被せられる。チップ１０に設けられたボンディン
グパッド１４は、ボンディングパッドワイヤ５１を介し
てリードピン５３に接続されている。ここで対向してい
る電極（１６１：２６１、１６２：２６２、１６３：２
６３、１６４：２６４）間に、それぞれ電圧を印加する
と両者間にクーロン力が作用する。即ち、両者間に同じ
極性の電圧を印加すれば斥力が作用し、異なる極性の電
圧を印加すれば引力が作用する。従って、今上部電極２
６１〜２６４に正極の電圧を印加しておき、電極１６１
と１６３に正極の電圧を、電極１６２と１６４に負極の
電圧を印加した場合、電極１６１と１６４が配設されて
いる梁１２は斥力を受け、電極１６２と１６４が配設さ
れている梁１２は引力を受ける。そこで、電極１６１〜
１６４の印加電圧の極性を交互に変える交番電圧を印加
すれば、梁１２を励振させることができる（図２参
照）。
れており、台座３０の上面には、矩形の下溝３１が形成
されている。又、台座３０の下面はパッケージ５０の内
側底面に接合されており、パッケージ５０の上面には蓋
５２が被せられる。チップ１０に設けられたボンディン
グパッド１４は、ボンディングパッドワイヤ５１を介し
てリードピン５３に接続されている。ここで対向してい
る電極（１６１：２６１、１６２：２６２、１６３：２
６３、１６４：２６４）間に、それぞれ電圧を印加する
と両者間にクーロン力が作用する。即ち、両者間に同じ
極性の電圧を印加すれば斥力が作用し、異なる極性の電
圧を印加すれば引力が作用する。従って、今上部電極２
６１〜２６４に正極の電圧を印加しておき、電極１６１
と１６３に正極の電圧を、電極１６２と１６４に負極の
電圧を印加した場合、電極１６１と１６４が配設されて
いる梁１２は斥力を受け、電極１６２と１６４が配設さ
れている梁１２は引力を受ける。そこで、電極１６１〜
１６４の印加電圧の極性を交互に変える交番電圧を印加
すれば、梁１２を励振させることができる（図２参
照）。
【００１５】上記の励振状態の半導体振動ジャイロにお
いて、振動子１１にＺ軸回りの角速度が加わると、Ｘ方
向のコリオリの力が発生して、各梁１２は図２に示す矢
印Ｂ方向に振動子、梁１２の垂直面のノード点近傍に圧
縮及び引張り応力が交互に発生する。故に、薄膜抵抗素
子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4も圧縮及び引張り応力を受ける。
薄膜抵抗素子Ｒ，Ｒ，Ｒ，Ｒはピエゾ抵抗効果を有して
いるので、圧縮応力を受けると抵抗値は減少し、逆に引
張り応力を受けると抵抗値は増加するので、薄膜抵抗素
子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4をブリッジ回路に接続し、定電圧
１／Ｄを印加しておけば、コリオリ力の大きさを電気信
号の変化として検出できる（図６参照）。
いて、振動子１１にＺ軸回りの角速度が加わると、Ｘ方
向のコリオリの力が発生して、各梁１２は図２に示す矢
印Ｂ方向に振動子、梁１２の垂直面のノード点近傍に圧
縮及び引張り応力が交互に発生する。故に、薄膜抵抗素
子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4も圧縮及び引張り応力を受ける。
薄膜抵抗素子Ｒ，Ｒ，Ｒ，Ｒはピエゾ抵抗効果を有して
いるので、圧縮応力を受けると抵抗値は減少し、逆に引
張り応力を受けると抵抗値は増加するので、薄膜抵抗素
子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4をブリッジ回路に接続し、定電圧
１／Ｄを印加しておけば、コリオリ力の大きさを電気信
号の変化として検出できる（図６参照）。
【００１６】図５は、振動子１１励振時の薄膜抵抗素
子、Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4の抵抗値変化である。振動子１
１が励振している場合も、薄膜抵抗素子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ
3，Ｒ4は圧縮応力と引張り応力を受け、抵抗値が変化す
るが、ブリッジの接続により、抵抗値の増減は互いにキ
ャンセルされ、ブリッジ回路の出力は変化しない。
子、Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4の抵抗値変化である。振動子１
１が励振している場合も、薄膜抵抗素子Ｒ1，Ｒ2，Ｒ
3，Ｒ4は圧縮応力と引張り応力を受け、抵抗値が変化す
るが、ブリッジの接続により、抵抗値の増減は互いにキ
ャンセルされ、ブリッジ回路の出力は変化しない。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、支
持柱を振動子に溶接固定する必要がなくなり、煩雑な作
業が解消され、且つ振動子のノード点に精度良く位置合
わせを行なうことができる。
持柱を振動子に溶接固定する必要がなくなり、煩雑な作
業が解消され、且つ振動子のノード点に精度良く位置合
わせを行なうことができる。
【００１８】振動子の励振用駆動素子や角速度検出素子
に圧電素子を用いる必要がなくなり、振動子に貼り付け
る作業が解消され、振動子における例屎尿駆動電極や角
速度検出素子の正確な位置合わせが容易に行なうことが
できる。
に圧電素子を用いる必要がなくなり、振動子に貼り付け
る作業が解消され、振動子における例屎尿駆動電極や角
速度検出素子の正確な位置合わせが容易に行なうことが
できる。
【００１９】又、励振用駆動電極及び角速度検出素子と
外部との信号の受け渡しも配線層を用いることにより、
煩雑なリード線処理が解消され、振動ジャイロの形状も
小型化できるようになる。
外部との信号の受け渡しも配線層を用いることにより、
煩雑なリード線処理が解消され、振動ジャイロの形状も
小型化できるようになる。
【図１】本発明の一実施例を示す側断面図である。
【図２】本発明に係るチップの斜視図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】本発明に係るストッパの斜視図である。
【図５】励振時の薄膜抵抗素子の抵抗変化を示す図であ
る。
る。
【図６】コリオリ力発生時の薄膜抵抗素子の抵抗変化を
示す図である。
示す図である。
【図７】従来の振動ジャイロの斜視図である。
１ 検出用圧電素子 ２ 駆動用圧電素子 ３ フィードバック用圧電素子 １０ チップ １１ 振動子 １２ 梁 １３ 支持柱 １４ ボンディングパッド １５ フレーム １６１〜１６４ 電極 ２０ ストッパ ２１ 上溝 ２６１〜２６４ 上部電極 ３０ 台座 ３１ 下溝 ５０ パッケージ ５１ ボンディングワイヤ ５２ 蓋 ５３ リードピン Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4 薄膜抵抗素子
Claims (4)
- 【請求項１】 振動子とその支持柱とフレームとを半導
体基板で一体的に構成したことを特徴とする半導体振動
ジャイロ。 - 【請求項２】 前記振動子に薄膜抵抗素子を角速度検出
素子として形成したことを特徴とする請求項１記載の半
導体振動ジャイロ。 - 【請求項３】 前記振動子の上面に配設された電極と、
当該電極と対向するストッパーの下面に配設された上部
電極間にクローン力を作用させ、この作用させたクロー
ン力により振動子を励振させることを特徴とする請求項
１記載の半導体振動ジャイロ。 - 【請求項４】 半導体基板が単結晶基板であることを特
徴とする請求項１記載の半導体振動ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4036565A JPH05231870A (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 半導体振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4036565A JPH05231870A (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 半導体振動ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05231870A true JPH05231870A (ja) | 1993-09-07 |
Family
ID=12473287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4036565A Pending JPH05231870A (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 半導体振動ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05231870A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996031754A1 (fr) * | 1995-04-04 | 1996-10-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Capteur de vitesse angulaire |
| US7159462B2 (en) | 2004-03-12 | 2007-01-09 | Denso Corporation | Electrostatically oscillated device |
| JP2007212355A (ja) * | 2006-02-10 | 2007-08-23 | Seiko Instruments Inc | 角速度センサ用圧電振動子 |
-
1992
- 1992-02-24 JP JP4036565A patent/JPH05231870A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996031754A1 (fr) * | 1995-04-04 | 1996-10-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Capteur de vitesse angulaire |
| US5824900A (en) * | 1995-04-04 | 1998-10-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular velocity sensor |
| US6119519A (en) * | 1995-04-04 | 2000-09-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular velocity sensor |
| US6237415B1 (en) | 1995-04-04 | 2001-05-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular velocity sensor |
| US6298723B1 (en) | 1995-04-04 | 2001-10-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular velocity sensor |
| US7159462B2 (en) | 2004-03-12 | 2007-01-09 | Denso Corporation | Electrostatically oscillated device |
| US7276834B2 (en) | 2004-03-12 | 2007-10-02 | Denso Corporation | Electrostatically oscillated device |
| JP2007212355A (ja) * | 2006-02-10 | 2007-08-23 | Seiko Instruments Inc | 角速度センサ用圧電振動子 |
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