JPH1183498A - Method for adjusting vibration of semiconductor oscillator - Google Patents
Method for adjusting vibration of semiconductor oscillatorInfo
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- JPH1183498A JPH1183498A JP9254326A JP25432697A JPH1183498A JP H1183498 A JPH1183498 A JP H1183498A JP 9254326 A JP9254326 A JP 9254326A JP 25432697 A JP25432697 A JP 25432697A JP H1183498 A JPH1183498 A JP H1183498A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、リングの径方向
に生じる振動モードを利用したレートジャイロの振動調
整方法に係り、当該リングの周方向における質量や剛性
の不均一から生じる振動モードの駆動位置の角度エラー
を測定し、レーザー加工にてリング上の所要箇所のシリ
コン質量を減少させて、リングのダイナミックバランス
を良好にし、角度エラーを調整してこれを解消した半導
体振動子の振動調整方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for adjusting the vibration of a rate gyro using a vibration mode generated in a radial direction of a ring, and a driving position of the vibration mode generated by unevenness of the mass and rigidity in the circumferential direction of the ring. Measuring the angular error of the ring, reducing the silicon mass at the required location on the ring by laser processing, improving the dynamic balance of the ring, adjusting the angular error and eliminating the vibration .
【０００２】[0002]
【従来の技術】振動ジャイロは、他形式のジャイロに比
して小型及び低価格という特徴により、カーナビゲーシ
ョンの自律航法やハンディービデオの手振れ検出などの
用途に使用されている。さらに、近年ＶＤＣ（Ｖｅｈｉ
ｃｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）とよばれ
る自動車シャーシコントロールシステムにおけるヨーレ
ート検出用途に、従来の振動ジャイロより一段と高精度
な性能を有するセンサーに対する要求がある。2. Description of the Related Art Vibratory gyros are used for applications such as autonomous navigation for car navigation and hand shake detection for handy video because of their small size and low price compared to other types of gyros. In recent years, VDC (Vehi
There is a demand for a sensor having higher performance than a conventional vibrating gyroscope for detecting a yaw rate in an automobile chassis control system called "Cle Dynamics Control".
【０００３】そこで、発明者らは、大量生産が容易なマ
イクロマシーニング技術を応用し、物性の安定した単結
晶シリコン振動子を使用したジャイロとして、図２に示
すごとく、リング２を略Ｓ字状ビーム３で懸架する構成
のサスペンションを有したリング型振動ジャイロを開発
した。Accordingly, the present inventors have applied a micromachining technique which is easy to mass-produce, and as a gyro using a single crystal silicon oscillator having stable physical properties, as shown in FIG. We have developed a ring-type vibrating gyroscope with a suspension configured to be suspended by a shaped beam 3.
【０００４】リング型振動ジャイロの製造過程を説明す
ると、通常のＣＰＵ等の集積回路用のものより薄い単結
晶シリコンウェーハを使用して、絶縁膜を成膜し後に配
線用導電膜を形成し、配線パターン形成のためにフォト
リソグラフィーとエッチング技術を用い、さらに、リン
グとリングを支えるサスペンションとなるビームを形成
するため、フォトリソグラフィーをマスクにして、ドラ
イエッチングにてウェーハ貫通パターンを形成する。The manufacturing process of a ring-type vibrating gyroscope will be described. An insulating film is formed using a single crystal silicon wafer thinner than that for an integrated circuit such as an ordinary CPU, and then a conductive film for wiring is formed. Photolithography and etching techniques are used to form a wiring pattern. Further, in order to form a ring and a beam serving as a suspension for supporting the ring, a through-wafer pattern is formed by dry etching using photolithography as a mask.
【０００５】このウェーハ貫通パターンを形成し、配線
パターンを形成したシリコンウェーハを台座となるガラ
スウェーハと陽極接合し、ダイシングによりチップ、す
なわちこの発明の対象である半導体振動子に分割成形す
る。The silicon wafer having the through-wafer pattern formed thereon and the wiring pattern formed thereon is anodically bonded to a glass wafer serving as a pedestal, and is divided and formed into chips, that is, semiconductor vibrators to which the present invention is applied, by dicing.
【０００６】このセンサー用半導体振動子は、磁気回路
構成部品と共に組み立てられて、図２、図３に示す振動
子チップセンサーに組み立てられ、さらに、例えば、図
４のごとく金属パッケージ内に組立てられ、４Ｔｏｒｒ
程度に減圧し封止されて、センサーパッケージとなる。
なお、図４中の寸法ａは約２０ｍｍ角、ｂは約８ｍｍで
ある。[0006] The semiconductor vibrator for a sensor is assembled together with magnetic circuit components, assembled into a vibrator chip sensor shown in FIGS. 2 and 3, and further assembled in a metal package as shown in FIG. 4, for example. 4 Torr
The pressure is reduced to a certain degree and the package is sealed to form a sensor package.
In addition, the dimension a in FIG. 4 is about 20 mm square, and b is about 8 mm.
【０００７】この磁気回路は半導体振動子を利用する用
途などにより異なるが、いずれも図３、図４の例に示す
ごとく、振動子のリング２に磁束が作用するように、す
なわちマグネット１０の上下磁極面にヨークとなる上部
・下部ポール１１，１２を設けてマグネット１０と同心
外円状にポール１３が配置されて振動子のリング２に磁
束が通過するように構成されている。Although this magnetic circuit differs depending on the use of the semiconductor vibrator, etc., as shown in the examples of FIGS. 3 and 4, the magnetic circuit acts on the ring 2 of the vibrator, that is, the upper and lower sides of the magnet 10. Upper and lower poles 11 and 12 serving as yokes are provided on the magnetic pole surfaces, and poles 13 are arranged concentrically with the magnet 10 so that magnetic flux passes through the ring 2 of the vibrator.
【０００８】リング型振動ジャイロは、リングの径方向
に生じる振動モードを利用したレートジャイロである。
検出原理は、図５に示すごとく、リング２の直行する直
径方向をＸ軸、Ｙ軸とし、中心軸方向をＺ軸方向とする
と、磁場（Ｂ）中でリング２の導体に交流電流を流して
発生するローレンツ力を利用して振動子を振動駆動さ
せ、リング２のＸＹ軸に沿った駆動振動に対しＺ軸回り
に加わった角速度ωにより生じるコリオリ力（図６参
照）により、駆動振動から４５度ずれた位置に発生する
検出振動から角速度を得るものである。The ring-type vibrating gyroscope is a rate gyroscope utilizing a vibration mode generated in the radial direction of the ring.
As shown in FIG. 5, the principle of detection is as follows. Assuming that the diameter direction perpendicular to the ring 2 is the X axis and the Y axis and the center axis direction is the Z axis direction, an alternating current flows through the conductor of the ring 2 in the magnetic field (B). The vibrator is driven to vibrate using the Lorentz force generated by the vibration, and the Coriolis force (see FIG. 6) generated by the angular velocity ω applied around the Z axis with respect to the driving vibration along the XY axes of the ring 2 causes the vibration from the driving vibration. The angular velocity is obtained from the detected vibration generated at a position shifted by 45 degrees.
【０００９】図５に示すごとく、かかる振動の駆動には
ローレンツ力（Ｆ＝Ｂｉｌ）により、また、その振動状
況、すなわち角速度の検出には、磁場中で動作する回路
に生じる誘導起電力（ｅ＝ＶＢｌ）による誘導電流を検
出して行っている。なお、発明者らが提案した図２〜図
４の構成は、１個の磁石１０で振動子の駆動及び角速度
検出を行う構成である。As shown in FIG. 5, the driving of such vibration is performed by the Lorentz force (F = Bil), and the detection of the vibration state, that is, the angular velocity, is induced electromotive force (e) generated in a circuit operating in a magnetic field. = VBl) to detect the induced current. The configurations shown in FIGS. 2 to 4 proposed by the inventors are a configuration in which a single magnet 10 drives the vibrator and detects angular velocity.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】図２に示すリング型振
動ジャイロは、マイクロマシーニング技術を応用して、
高精度な加工が施されるが、センサーヘッドとしての性
能に僅かであるが、ばらつきが見られる問題があった。The ring-type vibrating gyroscope shown in FIG. 2 employs a micromachining technique,
Although high-precision processing is performed, the performance as a sensor head is slight, but there is a problem that variation is observed.
【００１１】振動子のリングは、磁場中の振動子に交流
電流を印加して発生するローレンツ力を利用して振動子
を駆動するため、共振周波数のずれが発生しても、現実
的には駆動振動は常に回路的に共振点であることを検出
しながら振動させるため、正確に設計値通りであること
を要しないが、やはり、設計値通りの振動子の共振周波
数で振動することが望ましい。The vibrator ring drives the vibrator using Lorentz force generated by applying an alternating current to the vibrator in a magnetic field, so that even if a resonance frequency shift occurs, it is practically possible. Since the drive vibration always vibrates while detecting that it is a resonance point in a circuit, it does not need to be exactly as designed, but it is still desirable to vibrate at the resonator resonance frequency as designed. .
【００１２】このように振動子の共振周波数のずれ自体
は大きな問題とならないが、図６に示すコリオリ効果を
正確に得るには、駆動振動の共振周波数と検出振動の共
振周波数は必ず一致する必要があり、また振動モードに
ついては所定の駆動位置で振動する必要がある。従っ
て、ｃｏｓ２θの振動モード１とｓｉｎ２θの振動モー
ド２の所要の振動モードが正確に得られるか、図７に示
すごとく、所定の振動状態が得られているか否かが、よ
り高精度なセンサーと成り得るかの重要なポイントとし
て想定される。As described above, the deviation of the resonance frequency of the vibrator is not a serious problem. However, in order to accurately obtain the Coriolis effect shown in FIG. 6, the resonance frequency of the driving vibration and the resonance frequency of the detection vibration need to match. In the vibration mode, it is necessary to vibrate at a predetermined driving position. Therefore, whether a required vibration mode of vibration mode 1 of cos 2θ and vibration mode 2 of sin 2θ is accurately obtained, or whether a predetermined vibration state is obtained as shown in FIG. It is assumed to be an important point that can be achieved.
【００１３】この発明は、半導体振動子からなるリング
型振動ジャイロにおける、センサーヘッドとしての性能
のばらつきを低減でき、ヨーレート検出用などの高精度
な角速度の検出が可能になるセンサーの提供を目的と
し、設計値通りの振動子の共振周波数や振動モードが得
られるように、振動子の駆動状態を調整可能にする半導
体振動子の振動調整方法の提供を目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a sensor capable of reducing variations in performance as a sensor head in a ring-type vibrating gyroscope comprising a semiconductor vibrator and capable of detecting angular velocity with high accuracy, such as for detecting a yaw rate. It is another object of the present invention to provide a method for adjusting the vibration of a semiconductor vibrator, which makes it possible to adjust the driving state of the vibrator so as to obtain the resonance frequency and the vibration mode of the vibrator as designed.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】発明者は、リング型振動
ジャイロにおける、センサーヘッドとしての性能のばら
つきの原因について種々検討し、まず、センサーヘッド
の性能に影響する主要な２つのエラーがあることを知見
した。SUMMARY OF THE INVENTION The inventor of the present invention has studied various causes of variations in the performance of a sensor head in a ring-type vibrating gyroscope. First, there are two main errors affecting the performance of the sensor head. Was found.
【００１５】すなわち、発明者は、図６に示す振動モー
ド１と振動モード２の共振周波数の不一致（図９参照、
以下、Ｆスプリットという）が見られること、並びに、
図７、図８に示すごとく、振動状態において振動モード
の角度エラーα、加振点と実際の加振点のずれαが見ら
れることに着目し、さらに詳細に検討した結果、これら
のエラーは半導体振動子のリングの質量分布の不均一、
剛性の不均一から生じるため、できるだけリング幅のば
らつきを減少させる必要があることを知見した。That is, the inventor of the present invention has found that the resonance frequencies of the vibration mode 1 and the vibration mode 2 shown in FIG.
Hereinafter referred to as F-split), and
As shown in FIGS. 7 and 8, focusing on the fact that an angular error α of the vibration mode and a deviation α between the excitation point and the actual excitation point are observed in the vibration state, and as a result of further detailed examination, these errors are as follows. Non-uniform mass distribution of the ring of the semiconductor oscillator,
It has been found that it is necessary to reduce variations in the ring width as much as possible because of the uneven rigidity.
【００１６】さらに、発明者は、製造プロセス上の精度
の改善後も僅かに発生する半導体振動子のリングの質量
分布の不均一、剛性の不均一を解消する方法を目的に種
々検討した結果、例えば、ゲインフェーズアナライザー
の測定値からリングのα値及びＦスプリットを算出し、
そのデータをもとにレーザー加工を行いリングの性能の
修正を図ること、すなわち、振動子の励振部に電流を印
加し、強制振動を起こし、検出部の信号をモニターしな
がら共振周波数と振動モード位置を測定し、この測定結
果よりレーザー光によりシリコンを除去すべき位置がリ
ング上の定位置から角度が何度の位置にあるかを算出
し、当該位置を予めリング上の電極に設けておいた角度
指示用の突起部やノッチ等のマークを、例えば、カメラ
画像認識することによって検出し、検出箇所にレーザー
加工を行ってシリコンを除去し、その結果として質量の
変化と剛性の変化が起こり、振動数及び振動モードの振
動位置を変化させることが可能で、所定の振動子の共振
周波数や振動モードの振動が得られることを知見し、こ
の発明を完成した。Further, the inventor has conducted various studies for the purpose of solving the non-uniform mass distribution and the non-uniform rigidity of the ring of the semiconductor vibrator which are slightly generated even after the improvement of the precision in the manufacturing process. For example, calculate the α value and F split of the ring from the measured value of the gain phase analyzer,
Laser processing based on the data is used to correct the performance of the ring.In other words, current is applied to the excitation unit of the vibrator, forced vibration is generated, and the resonance frequency and vibration mode are monitored while monitoring the signal of the detection unit. The position is measured, and from this measurement result, the number of positions where the silicon should be removed by the laser beam from the fixed position on the ring is calculated, and the position is provided in advance on the electrode on the ring. Marks such as projections and notches that were used to indicate angles were detected, for example, by recognizing camera images, and laser processing was performed on the detected locations to remove silicon, resulting in changes in mass and rigidity. It has been found that it is possible to change the vibration frequency and the vibration position of the vibration mode, and it is possible to obtain the vibration of the resonance frequency and the vibration mode of a predetermined vibrator.
【００１７】すなわち、この発明は、リング型振動ジャ
イロを構成する半導体振動子のリングの表面に所要パタ
ーンで配設される電極に、リングの中心からの該電極平
面の全方位が検出可能となる角度マークを設けておき、
半導体振動子を強制振動させて発生した検出振動の信号
をモニターしながら共振周波数及び／又は振動モードの
駆動位置を測定し、予め設定した共振周波数と振動モー
ド位置とのずれより、シリコン質量を減ずべきリング上
の箇所並びにその質量を算出し、次いでリング上の当該
箇所にレーザーを照射して所定量のシリコンを消失させ
て、振動数及び振動モードの駆動位置を変化させる半導
体振動子の振動調整方法である。That is, according to the present invention, it is possible to detect all directions of the electrode plane from the center of the ring to the electrodes arranged in a required pattern on the surface of the ring of the semiconductor vibrator constituting the ring-type vibrating gyroscope. Angle mark is provided,
The resonance frequency and / or the driving position of the vibration mode is measured while monitoring the signal of the detected vibration generated by forcibly oscillating the semiconductor vibrator, and the silicon mass is reduced due to a deviation between the preset resonance frequency and the vibration mode position. Calculate the location on the ring and its mass, and then irradiate the location on the ring with a laser to erase a predetermined amount of silicon and change the frequency and the driving position of the vibration mode. This is the adjustment method.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】図２に示すリング型振動ジャイロ
は、単結晶シリコン基板１よりマイクロマシーニング技
術を応用して、リング２と略Ｓ字状ビーム３を形成した
もので、リング２を略Ｓ字状ビーム３で懸架する構成の
サスペンションを有した振動子４たる構成のシリコン基
板１をガラス台座５に貼着しスペーサー６に載置固着し
てある。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A ring-type vibrating gyroscope shown in FIG. 2 is obtained by forming a ring 2 and a substantially S-shaped beam 3 from a single crystal silicon substrate 1 by applying micromachining technology. A silicon substrate 1, which is a vibrator 4 having a suspension configured to be suspended by a substantially S-shaped beam 3, is attached to a glass pedestal 5 and mounted and fixed on a spacer 6.
【００１９】半導体振動子の製作に際して、図１Ａに示
すごとく、リング２と略Ｓ字状ビーム３上には所要の電
極パターンが配設されるが、予めリング２の軸中心を中
心とした所定位置、例えば、特定位置のビーム３からの
該基板１平面の全方位が検出可能となる角度マークを設
けている。When a semiconductor resonator is manufactured, a required electrode pattern is disposed on the ring 2 and the substantially S-shaped beam 3 as shown in FIG. 1A. An angle mark is provided so that the position, for example, all directions of the plane of the substrate 1 from the beam 3 at a specific position can be detected.
【００２０】角度マークとしては、突起部やノッチ等の
マーク、すなわち、手動で顕微鏡にて目視、あるいは自
動化のためにカメラにて画像認識が可能なマークであれ
ば、いずれの形状や構成でも採用でき、例えば、図１の
ごとく、帯状電極７のリング２の径方向に形成したした
一対のノッチ型のマーク８を所定間隔で設け、角度の始
点となる基準位置のマークにはこのマーク８と異なるマ
ークを用いて画像認識可能にすることができる。As the angle mark, any shape or configuration may be used as long as it is a mark such as a protrusion or a notch, that is, a mark that can be visually observed with a microscope manually or an image can be recognized by a camera for automation. For example, as shown in FIG. 1, a pair of notch-shaped marks 8 formed in the radial direction of the ring 2 of the strip-shaped electrode 7 are provided at a predetermined interval, and the mark 8 at the reference position serving as the starting point of the angle is provided with the mark 8. Image recognition can be performed using different marks.
【００２１】磁気回路を詳述すると、図３に示すごと
く、リング２内に配置されるマグネット１０はその上下
端にそれぞれ円盤状の磁性材の上下部ポール１１，１２
が接続され、上部ポール１１の下面外周部に筒状のポー
ル１３が接続されて、リング２の下部のスペーサー６上
に配置された下部ポール１２の上面外周部と先のポール
１３周端面が対向して、両者間のリング２に磁束が通過
する構成である。The magnetic circuit will be described in detail. As shown in FIG. 3, the magnet 10 disposed in the ring 2 has upper and lower poles 11 and 12 on the upper and lower ends of a disk-shaped magnetic material, respectively.
And a cylindrical pole 13 is connected to the outer periphery of the lower surface of the upper pole 11 so that the outer periphery of the upper surface of the lower pole 12 disposed on the spacer 6 below the ring 2 and the peripheral end surface of the previous pole 13 are opposed to each other. Then, the magnetic flux passes through the ring 2 between them.
【００２２】このリング型振動ジャイロは、図４に示す
ごとく、パッケージ２０内に収納されてシリコン基板１
上にパターニングされていた所定の電極とパッケージ２
０のリード２１とがワイヤーボンディングにて電気接続
された後、パッケージ２０開口部にリッド２２が載置さ
れ、内部が脱気、減圧されてセンサーが完成する。As shown in FIG. 4, the ring-type vibrating gyroscope is housed in
Predetermined electrode and package 2 patterned on top
After the lead 21 is electrically connected by wire bonding, the lid 22 is placed in the opening of the package 20, and the inside is evacuated and decompressed to complete the sensor.
【００２３】この発明による半導体振動子の振動調整方
法は、上記工程における振動子４を構成するシリコン基
板１の状態、チップの状態又はパッケージングされた状
態のいずれでも実施できる。まず、振動子４（シリコン
基板１上）の電極パッドをワイヤーボンド又はプローブ
針を使い、結線された状態を実現する。The method of adjusting the vibration of the semiconductor vibrator according to the present invention can be carried out in any of the state of the silicon substrate 1 constituting the vibrator 4, the state of the chip, and the state of the package in the above process. First, a state where the electrode pads of the vibrator 4 (on the silicon substrate 1) are connected using a wire bond or a probe needle is realized.
【００２４】次に、結線された状態でさらにレーザーを
照射するリング直上部を開放した状態を保ちながら、リ
ング２に一様な磁場を加える。例えば、リング２の中央
部に円筒磁石を挿入した図２のごとき状態でリング２に
一様な磁場を加え、振動子の励振部に電流を印加し、強
制振動を起こし、ゲインフェーズアナライザーなどで検
出部の信号をモニターしながら共振周波数と振動モード
位置を測定する。Next, a uniform magnetic field is applied to the ring 2 while maintaining a state in which the upper portion of the ring to be further irradiated with the laser is opened in the connected state. For example, a uniform magnetic field is applied to the ring 2 in a state as shown in FIG. 2 in which a cylindrical magnet is inserted into the center of the ring 2, a current is applied to the excitation unit of the vibrator, forced vibration is generated, and a gain phase analyzer is used. The resonance frequency and the vibration mode position are measured while monitoring the signal of the detection unit.
【００２５】上記の測定結果、すなわち図８に示すごと
き設定していた共振周波数と振動モード位置と実際の共
振周波数と振動モード位置のずれ、α及びＦスプリット
の値より、これを修正するにはいずれの箇所でどれだけ
のシリコンを除去すべきかを予め設定する計算方法で算
出することによって、レーザー光照射によりシリコンを
除去すべき位置、すなわち、リング上の基準位置からの
角度が何度の位置にあるかが明らかになる。Based on the above measurement results, that is, the deviation between the set resonance frequency and vibration mode position, the actual resonance frequency and vibration mode position, and the values of α and F split as shown in FIG. By calculating the amount of silicon to be removed at which part by a calculation method that is set in advance, the position at which silicon should be removed by laser beam irradiation, that is, the number of times the angle from the reference position on the ring is It becomes clear whether there is.
【００２６】明らかになった角度位置をリング２上の角
度マーク８をたよりに、レーザー照射のために開口して
ある位置に設けてた顕微鏡又はＣＣＤカメラにより、目
視または画像認識で捜し出して、当該位置にレーザーを
照射して、所定量のシリコンを除去する。The determined angular position is visually or image-recognized by means of a microscope or a CCD camera provided at a position opened for laser irradiation, based on the angle mark 8 on the ring 2 based on the angle mark 8. The position is irradiated with a laser to remove a predetermined amount of silicon.
【００２７】再度、振動子の励振部に電流を印加し、強
制振動を起こし、ゲインフェーズアナライザーなどで検
出部の信号をモニターしながら共振周波数と振動モード
位置を測定して、設定値となったかを確認し、また、ず
れを生じている場合は、前記の工程を繰り返して修正を
行う。A current is again applied to the excitation unit of the vibrator to cause forced oscillation, and the resonance frequency and the vibration mode position are measured while monitoring the signal of the detection unit with a gain phase analyzer or the like, and the set values are obtained. Is confirmed, and if there is a deviation, the above-described steps are repeated to perform correction.
【００２８】この発明による調整方法は、レーザー照射
によりシリコンを除去することにより、その結果として
リングの質量の変化と剛性の変化が起こり、振動数及び
モード位置が変化することを利用して、リングの質量の
不均一を修正、是正するものである。The adjusting method according to the present invention utilizes the fact that the silicon is removed by laser irradiation, resulting in a change in the mass and rigidity of the ring, and a change in frequency and mode position. It corrects and corrects the non-uniformity of the mass.
【００２９】この発明おいて、レーザー照射により所要
箇所のシリコンを除去するが、図１Ｂに示すごとく、実
施例の貫通孔を形成する他、リングの振動を疎外しない
形態であれば、レーザーの照射跡がリングに形成された
穴部、切欠部、凹部のいずれの形状でも、また照射方向
もいずれの方向でもよい。In the present invention, the silicon at a required portion is removed by laser irradiation. However, as shown in FIG. 1B, in addition to forming the through hole of the embodiment, if the form of ring vibration is not isolated, laser irradiation is performed. The mark may have any shape of a hole, a notch, or a recess formed in the ring, and the irradiation direction may be any direction.
【００３０】[0030]
【実施例】前述した図２の構成からなる約１０ｍｍ角の
リング型振動ジャイロを作成し、この発明によるセンサ
ーヘッドの性能測定と修正プロセスを行った。すなわ
ち、ゲインフェーズアナライザーの測定値からリングの
α、及びＦスプリットを算出し、そのデータをもとにレ
ーザー加工を行いリングの性能の修正を図った。EXAMPLE A ring-shaped vibrating gyroscope having a configuration of FIG. 2 and having a size of about 10 mm was manufactured, and the performance measurement and correction process of the sensor head according to the present invention were performed. That is, the α and F split of the ring were calculated from the measured values of the gain phase analyzer, and laser processing was performed based on the calculated data to correct the performance of the ring.
【００３１】レーザー加工のレーザー波長は５３２ｎ
ｍ、エネルギー０．６ｍＪ／ｓｈｏｔ、加工寸法は２０
μｍ角に絞りこむことにより、図１Ｂに示すごとき貫通
孔を形成することができる。The laser wavelength of the laser processing is 532n
m, energy 0.6mJ / shot, processing size is 20
By narrowing down to a μm square, a through hole as shown in FIG. 1B can be formed.
【００３２】この発明による振動調整方法により、αは
±１ｄｅｇ以下、Ｆスプリットは０．３Ｈｚ以下のセン
サーヘッドの性能が得られた。ちなみに、従来のリング
型振動ジャイロセンサーと図２のこの発明によるセンサ
ーとの性能を比較したところ、角速度検出レンジは±１
００ｄｅｇ／ｓｅｃ、出力感度は２０ｍＶ／ｄｅｇ／ｓ
ｅｃと同等で、バイアスエラーは±３ｄｅｇ／ｓｅｃ、
直線性は±０．３％ＦＳ、振動ノイズは０．１ｄｅｇ／
ｓｅｃ／Ｇといずれも従来の半分以下に向上しているこ
とを確認した。By the vibration adjusting method according to the present invention, the performance of the sensor head having α of ± 1 deg or less and F split of 0.3 Hz or less was obtained. Incidentally, when the performance of the conventional ring type vibration gyro sensor and the sensor of the present invention shown in FIG. 2 were compared, the angular velocity detection range was ± 1.
00 deg / sec, output sensitivity is 20 mV / deg / s
ec, the bias error is ± 3 deg / sec,
Linearity is ± 0.3% FS, vibration noise is 0.1deg /
It was confirmed that both the values of sec / G were improved to less than half of the conventional values.
【００３３】[0033]
【発明の効果】この発明は、半導体振動子の励振部に電
流を印加し、強制振動を起こし、検出部の信号をモニタ
ーしながら共振周波数と振動モード位置を測定し、この
測定結果よりレーザー光によりシリコンを除去すべき位
置がリング上の定位置から角度が何度の位置にあるかを
算出し、当該位置をリング上の電極に設けておいた角度
指示用マークをカメラ画像認識で検出し、検出箇所にレ
ーザー加工を行って、振動数及びモード位置を変化さ
せ、設計値通りの振動子の共振周波数や振動モードを得
ることを特徴とし、これによって、リング型振動ジャイ
ロセンサーのセンサーヘッド性能、精度を大きく向上さ
せることが可能で、ヨーレート検出用などの高精度な角
速度の検出が可能となる。According to the present invention, a current is applied to an excitation section of a semiconductor vibrator to cause forced oscillation, and a resonance frequency and a vibration mode position are measured while monitoring a signal of a detection section. Calculates the number of positions where the silicon should be removed from the fixed position on the ring by the angle, and detects the angle indicating mark provided on the electrode on the ring by camera image recognition. The feature is that laser processing is performed on the detection point to change the frequency and mode position to obtain the resonance frequency and vibration mode of the vibrator according to the design value. The accuracy can be greatly improved, and highly accurate angular velocity detection, such as for yaw rate detection, can be performed.
【図１】Ａは半導体振動子のリングとサスペンションビ
ームの拡大斜視説明図であり、ｂはレーザーショットで
貫通孔を形成したリングの上面説明図である。FIG. 1A is an enlarged perspective view illustrating a ring of a semiconductor vibrator and a suspension beam, and FIG. 1B is a top view illustrating a ring in which a through hole is formed by a laser shot.
【図２】この発明によるリング型振動ジャイロの斜視説
明図であり、磁気回路の上部ヨークを装着していない状
態を示す。FIG. 2 is an explanatory perspective view of a ring-type vibrating gyroscope according to the present invention, showing a state where an upper yoke of a magnetic circuit is not mounted.
【図３】図２のＢ−Ｂ位置の縦断説明図であり、磁気回
路の上部ヨークを装着している状態を示す。FIG. 3 is an explanatory longitudinal sectional view taken along a line BB in FIG. 2, showing a state where an upper yoke of the magnetic circuit is mounted.
【図４】図３のリング型振動ジャイロをパッケージに納
めたリング型振動ジャイロセンサーの縦断説明図であ
る。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a ring-type vibrating gyroscope in which the ring-type vibrating gyroscope of FIG. 3 is housed in a package.
【図５】リング型振動ジャイロの動作原理を示すリング
の斜視説明図である。FIG. 5 is an explanatory perspective view of a ring illustrating an operation principle of the ring-type vibrating gyroscope;
【図６】リング型振動ジャイロの振動モードとコリオリ
力との関係を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between a vibration mode of a ring-type vibrating gyroscope and Coriolis force.
【図７】ＡとＢはリングの振動パターンと回転シフトと
の関係を示す説明図である。FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams showing a relationship between a ring vibration pattern and a rotation shift.
【図８】リング型振動ジャイロの加振点と実際の加振点
のずれを示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a deviation between an exciting point of a ring-type vibrating gyroscope and an actual exciting point.
【図９】振動モード１と２の共振特性を示す周波数とゲ
インのグラフである。FIG. 9 is a graph of frequency and gain showing resonance characteristics of vibration modes 1 and 2.
１ シリコン基板 ２ リング ３ ビーム ４ 振動子 ５ ガラス台座 ６ スペーサー ７ 帯状電極 ８ マーク １０ マグネット １１ 上部ポール １２ 下部ポール １３ ポール ２０ パッケージ ２１ リード ２２ リッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Ring 3 Beam 4 Transducer 5 Glass pedestal 6 Spacer 7 Strip electrode 8 Mark 10 Magnet 11 Upper pole 12 Lower pole 13 Pole 20 Package 21 Lead 22 Lid
Claims (3)
振動子のリングの表面に所要パターンで配設される電極
に、リングの中心からの該電極平面の全方位が検出可能
となる角度マークを設けておき、半導体振動子を強制振
動させて発生した検出振動の信号をモニターしながら共
振周波数及び／又は振動モードの駆動位置を測定し、予
め設定した共振周波数と振動モード位置とのずれより、
シリコン質量を減ずべきリング上の箇所並びにその質量
を算出し、次いでリング上の当該箇所にレーザーを照射
して所定量のシリコンを消失させて、振動数及び振動モ
ードの駆動位置を変化させる半導体振動子の振動調整方
法。An electrode arranged in a required pattern on the surface of a ring of a semiconductor vibrator constituting a ring-type vibrating gyroscope is provided with an angle mark which enables detection of all directions of the electrode plane from the center of the ring. In advance, the resonance frequency and / or the driving position of the vibration mode are measured while monitoring the signal of the detected vibration generated by forcibly vibrating the semiconductor vibrator, and the deviation between the preset resonance frequency and the vibration mode position is determined.
A semiconductor that calculates a location on the ring from which the silicon mass should be reduced and its mass, and then irradiates the location on the ring with a laser to eliminate a predetermined amount of silicon and change the frequency and the driving position of the vibration mode. Vibrator vibration adjustment method.
ドの駆動位置を変化させ、駆動振動と検出振動の共振周
波数及び／又は振動モードの駆動位置を一致させる半導
体振動子の振動調整方法。2. The vibration adjusting method for a semiconductor vibrator according to claim 1, wherein the driving frequency and the driving position of the vibration mode are changed to make the resonance frequency of the driving vibration coincide with the resonance frequency of the detected vibration and / or the driving position of the vibration mode.
リングに形成された貫通孔、穴部、切欠部、凹部のいず
れかである半導体振動子の振動調整方法。3. The method according to claim 1, wherein the laser irradiation trace is one of a through hole, a hole, a notch, and a recess formed in the ring.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9254326A JPH1183498A (en) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | Method for adjusting vibration of semiconductor oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9254326A JPH1183498A (en) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | Method for adjusting vibration of semiconductor oscillator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1183498A true JPH1183498A (en) | 1999-03-26 |
Family
ID=17263454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9254326A Pending JPH1183498A (en) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | Method for adjusting vibration of semiconductor oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1183498A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004279384A (en) * | 2003-03-19 | 2004-10-07 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | Oscillator manufacturing method, oscillator and photomask |
| US7637156B2 (en) | 2004-07-12 | 2009-12-29 | Sumitomo Precision Products | Angular velocity sensor with vibrator having ring portion and electrodes positioned inside and outside the ring portion |
| JP2013527920A (en) * | 2010-04-08 | 2013-07-04 | シリコン、センシング、システムズ、リミテッド | Sensor |
| KR20140134324A (en) * | 2012-03-13 | 2014-11-21 | 애틀랜틱 이너셜 시스템스 리미티드 | Vibratory ring structure |
| US8978472B2 (en) | 2011-11-04 | 2015-03-17 | Seiko Epson Corporation | Gyro sensor, electronic apparatus, and method of manufacturing gyro sensor |
| WO2017130312A1 (en) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 株式会社日立製作所 | Gyroscope |
-
1997
- 1997-09-02 JP JP9254326A patent/JPH1183498A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004279384A (en) * | 2003-03-19 | 2004-10-07 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | Oscillator manufacturing method, oscillator and photomask |
| US7637156B2 (en) | 2004-07-12 | 2009-12-29 | Sumitomo Precision Products | Angular velocity sensor with vibrator having ring portion and electrodes positioned inside and outside the ring portion |
| JP2013527920A (en) * | 2010-04-08 | 2013-07-04 | シリコン、センシング、システムズ、リミテッド | Sensor |
| US8978472B2 (en) | 2011-11-04 | 2015-03-17 | Seiko Epson Corporation | Gyro sensor, electronic apparatus, and method of manufacturing gyro sensor |
| KR20140134324A (en) * | 2012-03-13 | 2014-11-21 | 애틀랜틱 이너셜 시스템스 리미티드 | Vibratory ring structure |
| JP2015513095A (en) * | 2012-03-13 | 2015-04-30 | アトランティック・イナーシャル・システムズ・リミテッドＡｔｌａｎｔｉｃ Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ | Vibration ring structure |
| WO2017130312A1 (en) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 株式会社日立製作所 | Gyroscope |
| JPWO2017130312A1 (en) * | 2016-01-27 | 2018-07-05 | 株式会社日立製作所 | Gyroscope |
| US10809061B2 (en) | 2016-01-27 | 2020-10-20 | Hitachi, Ltd. | Vibratory gyroscope including a plurality of inertial bodies |
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