JPH0732514U - 共振子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械加工技術等によるトリミング加工を必要
とせず、検出感度が良好で、かつ、極めて小型の共振子
を提供する。 【構成】 シリコンのマイクロマシニング技術を利用し
てシリコン基板１に両端固定の重り部２と梁３からなる
振動体10を形成する。この振動体10に静電引力15を付与
する静電印加手段としての導電層12を、振動体に間隙を
介して対向配設する。この静電引力15を調整すること
で、振動体10の共振周波数を調整する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ジャイロ等の共振子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図３には、従来の共振子の斜視図が示されている。この共振子16は、従来のシ リコンのマイクロマシニング技術等を利用して作製した微細素子の共振子16であ る。同図において、シリコン基板１上には窒化膜７およびポリシリコン膜５が形 成され、この窒化膜７およびポリシリコン膜５を、例えば、ドライエッチング等 によりシリコン基板１の両端固定の重り部２と梁３からなる振動体10が形成され ている。

【０００３】 この振動体10の中央部の重り部２の両側には、横方向（梁３に対して直交方向 ）の外側に向かって櫛形電極６Ｂが形成されており、櫛形電極６Ｂと対向する位 置、すなわち、両側のポリシリコン膜５側の位置に、横方向の内側に向かって櫛 形電極６Ａが櫛形電極６Ｂに噛み合う状態で配置されている。これら櫛形電極６ Ａ，６Ｂには、駆動用導体層11Ａ，11Ｂが接続されており、図示しない導体パタ ーンを介して外部の電極パッド（図示せず）に接続されて励振器４を形成してい る。この励振器４の駆動用導体層11Ａ，11Ｂに交流電圧を印加すると、櫛形電極 ６Ａ，６Ｂ間に静電力が発生し、この静電力により重り部２と梁３からなる振動 体10は、矢印Ｆの横方向（梁３に対して直交方向）に振動するようになっている 。

【０００４】 上記構成の共振子16の櫛形電極６Ａ，６Ｂを駆動して、重り部２と梁３からな る振動体10を横方向に振動し、この共振子16をＺ軸を回転軸として回転させると 、図３の紙面に垂直方向にコリオリ力が発生し、このコリオリ力が重り部２と梁 ３からなる振動体10に加えられ、振動体10はコリオリ力の方向に振動する。この ときの振動体10のコリオリ力による振動振幅の大きさに対応する電気信号を測定 することで、例えば、角速度の大きさを検知するものである。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、共振子16を作製する場合、振動体10のコリオリ力の方向（紙面に垂 直方向）の周波数を、予め設計段階で共振周波数に設定して、振動体10の形状、 寸法、重量等をその共振周波数になるように設計製作するが、振動体10の形状、 寸法、重量等は、シリコンのマイクロマシニング技術の加工精度により設計通り に作製されない場合が度々あり、振動体10の共振周波数が設計上の周波数からず れることが度々発生する。振動体10の振動が共振状態ならば、構造的に起因する Ｑ（Quality Factor）の値により振幅が飛躍的に増幅されるが、周波数がずれる と増幅が殆どされず、共振子の感度も著しく低下するという問題がある。そのた め、重り部２や梁３を、例えば、面倒な機械加工等によるトリミングを行い、振 動体10の共振周波数を設計の設定周波数に調整する必要がある。

【０００６】 しかしながら、前記共振子16は、シリコンのマイクロマシニング技術を応用し て作製した微細な共振子16のため、機械加工を利用して所望の共振周波数を得る ために必要な微小のトリミング調整部分をトリミングしようとしても、面倒な機 械加工では加工精度上から微細な重り部２や梁３を所望の寸法、形状、重量等に 削り加工することは殆ど不可能である。したがって、共振子16の共振周波数を設 定の値に調整することは極めて困難であった。

【０００７】 本考案は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、面倒 なトリミング加工を行う必要がなく、検知感度が良好で、かつ、極めて小型の共 振子を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記目的を達成するために、次のように構成されている。すなわち、 本考案の共振子は、基板に浮いた状態に配置された重り部と、この重り部を両側 から支持する梁と、重り部を梁の長さ方向に対して直交する方向に振動する励振 器とを有する共振子において、前記重り部と梁とからなる振動体に静電曲げ張力 を付与する静電印加手段が振動体に間隙を介して対向配設されていることを特徴 として構成されている。

【０００９】

【作用】

重り部と梁とからなる振動体に、静電曲げ張力を付与する静電印加手段を振動 体に間隙を介して対向配設する。この静電印加手段を駆動し、静電曲げ張力を調 整すると、振動体は引っ張られ、張力により振動体の周波数を高める方向となる 。これにより振動体を所望の共振周波数に調整し、共振子の感度を高める。

【００１０】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図１には、本実施例の共振 子が示されている。本実施例の説明において、従来例と同一の名称部分には同一 符号を付し、その詳細な重複説明は省略する。本実施例の共振子16は、従来例と 同様に、シリコンのマイクロマシニング技術等を利用して作製した微細な素子の 共振子である。

【００１１】 本実施例の共振子16は、従来例と同様に、ドライエッチング等により、シリコ ン基板１の両端固定の重り部２と梁３とからなる振動体10を形成し、この振動体 10の両側には、重り部２を梁３の長さ方向に対して直交する方向に振動する櫛形 電極６Ａ，６Ｂの静電力を利用した励振器４を備えている。

【００１２】 本実施例の共振子16の特徴的なことは、シリコン基板１のドライエッチング等 により形成した両端固定の重り部２と梁３とからなる振動体10に、図１の（ｂ） に示すように、静電引力15を付与する静電印加手段を振動体10に間隙９を介して 対向配置したことである。この静電印加手段は導電層12からなり、図１の（ａ） に示されるように、導電パターン13を介して導電パッド14に接続されている。

【００１３】 図２には、本実施例の共振子の作製プロセスが示されている。まず、図２の（ ａ）に示すように、シリコン基板１上の外周側に窒化膜７を形成し、基板１上の 中央部には、リンＰやボロンＢをドープした静電印加手段としての導電層12を形 成する。この導電層12上に、図２の（ｂ）に示すように、外周側の窒化膜７に跨 がついた状態で酸化膜等の犠牲層８を形成する。次いで、図２の（ｃ）に示すよ うに、窒化膜７および犠牲層８上にポリシリコン膜５を形成し、図２の（ｄ）に 示すように、例えば、ドライエッチング等により犠牲層８を除去して、間隙９を 介して振動体としての重り部２を基板１に浮いた状態で導電層12に対向配置し、 共振子16を作製する。

【００１４】 本実施例の共振子16は振動体10のトリミングを行う必要がなく、図１に示すよ うに、導電パッド14を介して導電層12に直流電圧を印加し、導電層12の対向面の 振動体10を、静電引力によって基板１側に引き寄せて振動体10の形状を変化させ 、張力を調整することによって振動体の共振周波数を設計段階の共振周波数に合 わせる構成となっている。このように、前記静電印加手段によって静電引力を調 整し、振動体10の共振周波数を、予め設計段階で設定した共振周波数になるよう に調整することで、共振子16の感度が高められる。

【００１５】 この共振子16の励振器４を駆動して、振動体10を梁３の長さに直交する方向（ 横方向）に振動し、Ｚ軸を回転軸として回転すると、図１の紙面に垂直方向にコ リオリ力が発生し、このコリオリ力が振動体10に加えられ、振動体10はコリオリ 力の方向に振幅する。この振幅の大きさを測定することで、従来と同様に角速度 を検出するものである。

【００１６】 本実施例によれば、重り部２と梁３とからなる振動体10に、静電引力15を付与 する静電印加手段としての導電層12を振動体10に間隙を介して対向配設したので 、静電引力15を調整することにより、シリコンマイクロマシニング技術で作製し た微細な共振子16であっても、振動体10の共振周波数を予め設計段階で設定した 共振周波数に調整することができ、この共振子16は、その製造プロセスにおいて 生じた誤差や使用環境の変化にとらわれることがなく、高感度、高精度で、例え ば、角速度検出が可能となる。

【００１７】 本考案は上記実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。 例えば、上記実施例では共振周波数を調整する際に、静電印加手段によって振動 体10を基板１側に引き寄せることで引っ張り張力を形成したが、例えば、静電印 加手段に極性の異なる電圧を印加し、静電反発力を振動体10に加え、振動体10を 逆方向に曲げて、同様に引っ張り張力を形成し、共振周波数を調整してもよい。

【００１８】 また、上記実施例では、基板１に浮いた状態で、重り部２と梁３とからなる振 動体10を両端固定する構成としたが、この振動体10を片側固定方式（片持ち梁方 式）としてもよい。

【００１９】 さらに、上記実施例では、ジャイロの共振子について説明したが、本考案の共 振子はジャイロ以外の他の分野にも利用することができる。

【００２０】 さらにまた、上記実施例では、静電印加手段としての導電層12を振動体10の下 側に位置する基板１側に設けたが、この静電印加手段としての導電層12を振動体 10の上側に間隙を介して設けてもよい。

【００２１】

【考案の効果】

本考案は、重り部と梁とからなる振動体に、静電曲げ力を付与する静電印加手 段を振動体に間隙を介して対向配設する構成としたので、静電曲げ力を調整する ことにより、シリコンマイクロマシニング技術で作製した微細な共振子であって も、所望の共振周波数に調整することができ、この共振子はその製造プロセスに おいて生じた誤差や使用環境の変化にとらわれることがなく、高感度、高精度の 、例えば、角速度の検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の共振子の説明図である。

【図２】本実施例の共振子の製造プロセスの説明図であ
る。

【図３】従来の共振子の説明図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板 ２ 重り部 ３ 梁 ４ 励振器 ５ ポリシリコン膜 ７ 窒化膜 ９ 間隙 10 振動体 12 静電印加手段としての導電層 15 重り部、梁と静電印加手段との静電引力

フロントページの続き (72)考案者 森屋 和文 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)考案者 長谷川 友保 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板に浮いた状態に配置された重り部
   と、この重り部を両側から支持する梁と、重り部を梁の
   長さ方向に対して直交する方向に振動する励振器とを有
   する共振子において、前記重り部と梁とからなる振動体
   に静電曲げ張力を付与する静電印加手段が振動体に間隙
   を介して対向配設されていることを特徴とする共振子。