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JP2013167595A - Method of adjusting three-axis angular velocity sensor - Google Patents

Method of adjusting three-axis angular velocity sensor Download PDF

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JP2013167595A
JP2013167595A JP2012032322A JP2012032322A JP2013167595A JP 2013167595 A JP2013167595 A JP 2013167595A JP 2012032322 A JP2012032322 A JP 2012032322A JP 2012032322 A JP2012032322 A JP 2012032322A JP 2013167595 A JP2013167595 A JP 2013167595A
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vibration
axis
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angular velocity
detection
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Application number
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Japanese (ja)
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Toshio Yamazaki
稔夫 山崎
Takeshi Fujii
剛 藤井
Kensaku Yamamoto
賢作 山本
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Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate adjustment of a vibration balance in a method of adjusting a three-axis angular velocity sensor comprising three axes perpendicular to each other as detection axes.SOLUTION: A three-axis angular velocity sensor comprises a sensor element 2 and a control circuit element 3 which are accommodated in a package 1. The sensor element 2 comprises four vibration pieces 9a to 9d arranged symmetrically around a center at a base part 8 and, making sets of vibration pieces that induce deflections of detection electrodes in which detection signals output according to detection axes are in phase, trims one of the sets of vibration pieces to adjust a mass balance of the detection axes.

Description

本発明は、互いに直交する3つの軸を検出軸とした3軸角速度センサの調整方法に関する。   The present invention relates to a method for adjusting a triaxial angular velocity sensor using three axes orthogonal to each other as detection axes.

通常、コリオリ力を利用した角速度の検出は、例えば音叉型のセンサ素子を用いた場合であれば、センサ素子を構成する一対の振動片を含む振動平面内で対称方向に駆動振動させ、角速度の印加により振動平面と直交する方向に検出振動が生じ、この検出振動による撓み成分を電気信号に変換し角速度信号として出力するものが知られている。   Normally, the angular velocity detection using the Coriolis force is, for example, when a tuning fork type sensor element is used, driven and vibrated in a symmetric direction within a vibration plane including a pair of vibrating pieces constituting the sensor element, and the angular velocity is detected. It is known that detection vibration is generated in a direction orthogonal to the vibration plane by application, and a deflection component due to the detection vibration is converted into an electric signal and output as an angular velocity signal.

そして、このようなセンサ素子を用いた角速度センサの検出精度を高めるためには、センサ素子の駆動振動における振動精度を高める必要がある。すなわち、コリオリ力を利用するためにセンサ素子を駆動振動させるのであるが、この駆動振動と検出振動の振動方向が直交するため、駆動振動を振動平面内で振動させなければ、角速度が印加されていない状態においても面内振動成分以外の振動成分が不要信号として出力されてしまう。   And in order to raise the detection accuracy of the angular velocity sensor using such a sensor element, it is necessary to raise the vibration precision in the drive vibration of a sensor element. That is, the sensor element is driven to vibrate in order to use the Coriolis force. However, since the vibration directions of the driving vibration and the detection vibration are orthogonal to each other, an angular velocity is applied unless the driving vibration is vibrated in the vibration plane. Even in the absence, vibration components other than the in-plane vibration component are output as unnecessary signals.

このため駆動振動の振動精度を高める手法として、一方の振動片を部分的にトリミングすることで他方の振動片との質量バランスを確保し振動精度が高められる方法が用いられている。   For this reason, as a method for improving the vibration accuracy of the drive vibration, a method is used in which one vibration piece is partially trimmed to ensure a mass balance with the other vibration piece and to improve the vibration accuracy.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。   As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.

特開2002−243451号公報JP 2002-243451 A

しかしながら、近年、互いに直交する3つの軸を検出軸とした3軸角速度センサの開発が進められており、多数の振動片を組み合わせその振動成分に対するコリオリ力の作用を検出するため、一つに検出軸に対する質量バランスを調整するために何れかの振動片をトリミングすれば、別の検出軸の質量バランスに影響してしまうため、このような3軸角速度センサの振動精度の調整は困難なものとなっていた。   However, in recent years, the development of a three-axis angular velocity sensor with three axes orthogonal to each other as detection axes has been underway, and a single detection is performed to detect the effect of Coriolis force on the vibration components by combining a large number of vibration pieces. If any of the vibrating bars is trimmed to adjust the mass balance with respect to the shaft, the mass balance of another detection shaft will be affected. Therefore, it is difficult to adjust the vibration accuracy of such a three-axis angular velocity sensor. It was.

そこで、本発明はこのような問題を解決し、3軸角速度センサにおける振動精度の調整を容易に行うことができる調整方法を提供するものである。   Therefore, the present invention solves such a problem and provides an adjustment method capable of easily adjusting the vibration accuracy in the triaxial angular velocity sensor.

そして、この目的を達成するために本発明は、センサ素子と制御回路素子を1つのパッケージに収納した3軸角速度センサにおいて、センサ素子は、基部を中心として対称配置された4つの振動片を備え、検出軸に応じた検出信号が同位相となる振動片を組として、一方の組に対してトリミングし各検出軸に対する質量バランスの調整を行うのである。   In order to achieve this object, the present invention provides a three-axis angular velocity sensor in which a sensor element and a control circuit element are housed in one package. The sensor element includes four vibrating pieces arranged symmetrically about the base. Then, a pair of vibrating pieces whose detection signals corresponding to the detection axes have the same phase is trimmed with respect to one set to adjust the mass balance with respect to each detection axis.

この調整方法を用いることにより、3軸角速度センサにおける振動精度の調整を容易に行うことができるのである。   By using this adjustment method, it is possible to easily adjust the vibration accuracy in the triaxial angular velocity sensor.

本発明に係る3軸角速度センサの分解斜視図The exploded perspective view of the 3 axis angular velocity sensor concerning the present invention 同3軸角速度センサを構成するセンサ素子の上面図Top view of sensor elements constituting the triaxial angular velocity sensor 同センサ素子におけるX軸周りの角速度に対する検出原理を示す模式図Schematic diagram showing the detection principle for the angular velocity around the X axis in the sensor element 同センサ素子におけるY軸周りの角速度に対する検出原理を示す模式図Schematic showing the detection principle for the angular velocity around the Y axis in the sensor element 同センサ素子におけるZ軸周りの角速度に対する検出原理を示す模式図Schematic showing the detection principle for the angular velocity around the Z-axis in the sensor element 同センサ素子のトリミング部位を示す図The figure which shows the trimming part of the sensor element 同センサ素子のトリミング方法を示す模式図Schematic diagram showing the trimming method of the sensor element

以下、本発明の一実施の形態における3軸角速度センサについて図を用いて説明する。   Hereinafter, a three-axis angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示す3軸角速度センサは、コリオリ力を利用して角速度を検出するものであり、その基本的な構造は、セラミクスからなる一端開口のパッケージ1の内部に角速度を検出するセンサ素子2と、このセンサ素子2を制御する制御回路素子3を配置し、パッケージ1の開口部を上蓋4で封口する構造となっている。なお、センサ素子2は制御回路素子3の上面に下蓋5を介在させることで、センサ素子2を制御回路素子3の上部にて振動可能に支持する構成としている。   The triaxial angular velocity sensor shown in FIG. 1 detects angular velocity using Coriolis force, and the basic structure thereof is a sensor element 2 for detecting angular velocity inside a package 1 having one end opening made of ceramics. The control circuit element 3 for controlling the sensor element 2 is arranged, and the opening of the package 1 is sealed with the upper lid 4. The sensor element 2 is configured to support the sensor element 2 so as to vibrate on the upper part of the control circuit element 3 by interposing a lower lid 5 on the upper surface of the control circuit element 3.

また、センサ素子2は、図2に示すように、センサ素子2の外周部分において対向する一対の辺を外部接続用の接続部6と、一対の接続部6の端部間で支持された一対の支持部7と、この支持部7の中点部分を接続する基部8と、基部8の中央部分から対称に延出した4つの振動片9a、9b、9c、9dが設けられている。   Further, as shown in FIG. 2, the sensor element 2 has a pair of sides that are opposed to each other on the outer peripheral portion of the sensor element 2 and is supported between the connection portion 6 for external connection and the ends of the pair of connection portions 6. , A base portion 8 that connects the middle point portion of the support portion 7, and four vibrating pieces 9 a, 9 b, 9 c, and 9 d that extend symmetrically from the central portion of the base portion 8.

なお、振動片9aは、基部8の中央部からX軸の正方向に導出され、1つ目の屈曲部分でY軸の負方向に導出され、2つ目の屈曲部分でX軸の負方向に導出され、3つ目の屈曲部分でY軸の正方向に導出されて幅広となった錘部10aを形成している。   The vibrating piece 9a is led out from the center of the base 8 in the positive direction of the X axis, led out in the negative direction of the Y axis at the first bent portion, and negative in the X axis at the second bent portion. Thus, the third bent portion is led out in the positive direction of the Y-axis to form a broad weight portion 10a.

振動片9bは、基部8の中央を通るX軸に平行なC軸を中心軸として振動片9aと対称な構造であり、基部8の中央部からX軸の正方向に導出され、1つ目の屈曲部分でY軸の正方向に導出され、2つ目の屈曲部分でX軸の負方向に導出され、3つ目の屈曲部分でY軸の負の方向に導出されて幅広となった錘部10bを形成している。   The vibrating piece 9b has a symmetrical structure with the vibrating piece 9a with the C axis parallel to the X axis passing through the center of the base 8 as the central axis, and is led out from the center of the base 8 in the positive direction of the X axis. Derived in the positive direction of the Y-axis at the bent portion, derived in the negative direction of the X-axis at the second bent portion, derived in the negative direction of the Y-axis at the third bent portion, and widened A weight portion 10b is formed.

振動片9cは、基部8の中心を通るY軸に平行なD軸を中心軸として振動片9aと対称な構造であり、基部8の中央部からX軸の負方向に導出され、1つ目の屈曲部分でY軸の負方向に導出され、2つ目の屈曲部分でX軸の正方向に導出され、3つ目の屈曲部分でY軸の正の方向に導出されて幅広となった錘部10cを形成している。   The vibration piece 9c has a symmetrical structure with the vibration piece 9a with the D axis parallel to the Y axis passing through the center of the base 8 as the central axis. The vibration piece 9c is led out from the center of the base 8 in the negative direction of the X axis. Derived in the negative direction of the Y-axis at the bent portion, derived in the positive direction of the X-axis at the second bent portion, derived in the positive direction of the Y-axis at the third bent portion, and widened A weight portion 10c is formed.

振動片9dは、C軸を中心軸として振動片9cと対称な構造であるとともに、振動片9bともD軸を中心軸とした対称な構造であり、基部8の中央部からX軸の負方向に導出され、1つ目の屈曲部分でY軸の正方向に導出され、2つ目の屈曲部分でX軸の正方向に導出され、3つ目の屈曲部分でY軸の負の方向に導出されて幅広となった錘部10dを形成している。   The vibration piece 9d has a symmetric structure with respect to the vibration piece 9c with the C axis as the central axis, and the vibration piece 9b has a symmetric structure with the D axis as the central axis, and the negative direction of the X axis from the center of the base 8 Derived in the positive direction of the Y axis at the first bent portion, derived in the positive direction of the X axis at the second bent portion, and in the negative direction of the Y axis at the third bent portion. A weight portion 10d which is led out and becomes wide is formed.

また、センサ素子2には、それぞれ振動片9a〜9dを駆動振動させる駆動電極11や、コリオリ力により生じる撓みを検出する検出電極12a〜12jや、電極パッド13、およびこれらを適宜接続する配線電極(特に図示せず)を設けている。なお、駆動電極11や検出電極12a〜12jは、特に図示していないが、PZTからなる圧電体層をAuからなる上部電極とPtからなる下部電極で挟んだ積層構造であり、制御回路素子3から制御電圧を印加することで電極が伸縮して駆動振動を励起させたり、コリオリ力に起因する検出振動により電極が撓むことで検出信号を励起する。   The sensor element 2 includes a drive electrode 11 for driving and vibrating the vibration pieces 9a to 9d, detection electrodes 12a to 12j for detecting bending caused by Coriolis force, an electrode pad 13, and wiring electrodes for appropriately connecting them. (Not shown) is provided. The drive electrode 11 and the detection electrodes 12a to 12j are not particularly shown, but have a laminated structure in which a piezoelectric layer made of PZT is sandwiched between an upper electrode made of Au and a lower electrode made of Pt, and the control circuit element 3 The control voltage is applied to the electrode, so that the electrode expands and contracts to excite the drive vibration, or the electrode is bent by the detection vibration caused by the Coriolis force to excite the detection signal.

次に、このセンサ素子2による角速度の検出について説明する。先ず、振動片9a〜9dのそれぞれに設けられた一対の駆動電極11に対して、制御回路素子3から振動片9a〜9dの固有振動周波数に一致した逆位相の制御信号を印加することで、一対の駆動電極11に生じる逆向きの伸縮作用により、振動片9a〜9dの先端に設けられた錘部10a〜10dが矢印で示すように中心から広がる方向に駆動振動させる。   Next, detection of angular velocity by the sensor element 2 will be described. First, by applying a control signal having an opposite phase corresponding to the natural vibration frequency of the vibration pieces 9a to 9d from the control circuit element 3 to the pair of drive electrodes 11 provided in each of the vibration pieces 9a to 9d, Due to the reverse expansion and contraction action generated in the pair of drive electrodes 11, the weight portions 10a to 10d provided at the tips of the vibration pieces 9a to 9d are driven to vibrate in a direction spreading from the center as indicated by arrows.

そして、この駆動振動の状態において、X軸周りに角速度が印加された場合は、図3に示すように、破線の矢印で示す駆動振動におけるY軸方向の振動成分に対してコリオリ力が働くため、錘部10a、10cと錘部10b、10dがZ軸方向に逆振動し、このZ軸方向の検出振動に伴い基部8が、D軸での断面でS字状に撓み、この撓み量に応じて検出電極12a、12bから逆位相の検出信号を制御回路素子3に出力する。なお、検出電極12aと検出電極12bから出力される検出信号が逆位相となるのは、検出電極12aの撓み方向が錘部10a、10cの振動に連動して、検出電極12bの撓み方向が錘部10b、10dの振動に連動するため、検出電極12aと検出電極12bが逆方向に撓むためである。   In this driving vibration state, when an angular velocity is applied around the X axis, as shown in FIG. 3, Coriolis force acts on the vibration component in the Y axis direction in the driving vibration indicated by the broken arrow. The weight portions 10a and 10c and the weight portions 10b and 10d vibrate in the Z-axis direction, and the base portion 8 bends in an S shape in the cross section along the D-axis in accordance with the detected vibration in the Z-axis direction. In response, detection signals having opposite phases are output from the detection electrodes 12 a and 12 b to the control circuit element 3. The detection signals output from the detection electrode 12a and the detection electrode 12b are in opposite phases because the deflection direction of the detection electrode 12a is linked to the vibration of the weight portions 10a and 10c, and the deflection direction of the detection electrode 12b is the weight. This is because the detection electrode 12a and the detection electrode 12b bend in the reverse direction in conjunction with the vibration of the portions 10b and 10d.

Y軸周りに角速度が印加された場合は、図4に示すように、破線の矢印で示す駆動振動におけるX軸方向の振動成分に対してコリオリ力が働くため錘部10a、10bと錘部10c、10dがZ軸方向に逆振動し、このZ軸方向の検出振動に伴い支持部7がC軸に沿った断面でS字状に撓み、この撓み量に応じて検出電極12c、12dと検出電極12e、12fから逆位相の検出信号を制御回路素子3に出力する。なお、検出電極12c、12dと検出電極12e、12fから出力される検出信号が逆位相となるのは、検出電極12c、12dの撓み方向が錘部10a、10bの振動に連動して、検出電極12e、12fの撓み方向は錘部10c、10dの振動に連動するため、検出電極12c、12dと検出電極12e、12fが逆方向に撓むためである。   When an angular velocity is applied around the Y axis, as shown in FIG. 4, Coriolis force acts on the vibration component in the X-axis direction in the drive vibration indicated by the dashed arrow, so that the weight portions 10a and 10b and the weight portion 10c. 10d reversely vibrates in the Z-axis direction, and the support portion 7 bends in an S-shape along the C-axis along with the detected vibration in the Z-axis direction, and the detection electrodes 12c and 12d are detected according to the amount of the deflection. Detection signals having opposite phases are output from the electrodes 12 e and 12 f to the control circuit element 3. The detection signals output from the detection electrodes 12c and 12d and the detection electrodes 12e and 12f are in opposite phases because the bending direction of the detection electrodes 12c and 12d is linked to the vibration of the weight portions 10a and 10b. This is because the detection directions of the detection electrodes 12c and 12d and the detection electrodes 12e and 12f are bent in the opposite directions because the bending directions of 12e and 12f are interlocked with the vibration of the weight portions 10c and 10d.

Z軸周りに角速度が印加された場合は、図5に示すように、破線の矢印で示す駆動振動に対してコリオリ力が働くため、錘部10aと錘部10dが駆動振動の振動方向と直交する方向に逆振動し、錘部10bと錘部10cが駆動振動の振動方向と直交する方向に逆振動する。そして、この検出振動に伴い検出電極12g〜12jが設けられた振動片9a〜9dの辺が円弧状に撓み、この撓み量に応じて検出電極12g、12jと検出電極12h、12iが逆位相の検出信号を制御回路素子3に出力する。なお、検出電極12g、12jと検出電極12h、12iの検出信号が逆位相となるのは、検出電極12g、12jの撓み方向が錘部10a、10dが設けられた側となり、検出電極12h、12iの撓み方向は錘部10b、10cが設けられた側と反対側となり、検出電極12g、12jと検出電極2h、12iが逆方向に撓むためである。なお、検出電極12g〜12jは、それぞれ、駆動電極11と同様に一対の電極で構成され、電極の並設方向の撓みに対して内側と外側の電極で伸縮状態が逆転し、これらに電極からの差分信号を検出信号としている。   When an angular velocity is applied around the Z axis, as shown in FIG. 5, Coriolis force acts on the drive vibration indicated by the dashed arrow, so that the weight portion 10a and the weight portion 10d are orthogonal to the vibration direction of the drive vibration. Reversely vibrate in the direction of rotation, and the weight part 10b and the weight part 10c vibrate in the direction orthogonal to the vibration direction of the drive vibration. Then, along with this detection vibration, the sides of the vibration pieces 9a to 9d provided with the detection electrodes 12g to 12j are bent in an arc shape, and the detection electrodes 12g and 12j and the detection electrodes 12h and 12i are in opposite phases according to the amount of the bending. A detection signal is output to the control circuit element 3. The detection signals of the detection electrodes 12g and 12j and the detection electrodes 12h and 12i are in opposite phases because the bending direction of the detection electrodes 12g and 12j is on the side where the weight portions 10a and 10d are provided, and the detection electrodes 12h and 12i This is because the bending direction is opposite to the side where the weight portions 10b and 10c are provided, and the detection electrodes 12g and 12j and the detection electrodes 2h and 12i are bent in the opposite directions. Each of the detection electrodes 12g to 12j is composed of a pair of electrodes similarly to the drive electrode 11, and the expansion and contraction states of the inner and outer electrodes are reversed with respect to the deflection in the parallel arrangement direction of the electrodes. The difference signal is used as a detection signal.

次に、3軸角速度センサの製造方法について説明する。センサ素子2は、半導体の製造プロセスと同様にウエハレベルでの多数個一括成形により形成するもので、特に図示していないが、センサ素子2であれば、シリコンからなるセンサ素子用ウエハにスパッタリングにより所定の電極形成を実施するとともにドライエッチングにより所定の外形形状に加工する。また、下蓋5においてもシリコンからなる下蓋用ウエハをドライエッチングにより所定の形状に加工する。そして、下蓋用ウエハとセンサ素子用ウエハを接着固定し、その後、ダイシングにより個片分割し、下蓋5と一体化しセンサ素子2を個片状態で制御回路素子3の上面に実装するのである。   Next, a method for manufacturing the triaxial angular velocity sensor will be described. The sensor element 2 is formed by batch molding at a wafer level in the same manner as in the semiconductor manufacturing process. Although not shown, the sensor element 2 is formed by sputtering on a sensor element wafer made of silicon. A predetermined electrode is formed and processed into a predetermined outer shape by dry etching. In the lower lid 5 as well, the lower lid wafer made of silicon is processed into a predetermined shape by dry etching. Then, the lower lid wafer and the sensor element wafer are bonded and fixed, and then divided into pieces by dicing, and integrated with the lower lid 5, and the sensor element 2 is mounted on the upper surface of the control circuit element 3 in the individual state. .

なお、センサ素子2を形成する際のドライエッチングにおいて、その加工精度でセンサ素子2の振動片9a〜9dに求められる振動精度を満たすだけの質量バランスを確保することは困難であり、この質量バランスが上述したように不要信号の出力に直結するので、ドライエッチングの後で質量バランスを調整し、振動片9a〜9dに対して求められる振動精度を確保することが重要となる。   In dry etching when the sensor element 2 is formed, it is difficult to secure a mass balance that satisfies the vibration accuracy required for the vibration pieces 9a to 9d of the sensor element 2 with the processing accuracy. However, it is important to adjust the mass balance after dry etching and ensure the vibration accuracy required for the vibrating bars 9a to 9d as described above.

そこで、この質量バランスの調整方法を以下に説明する。この3軸角速度センサを構成するセンサ素子2は、X軸周りの角速度を検出する場合には、図3で説明したように、検出振動の方向が一致する振動片9a、9cと振動片9b、9dに組み分けし、不要信号の状態によって何れか一方の組の振動片をトリミングして他方の組の振動片との質量バランスを調整する。   Therefore, a method for adjusting the mass balance will be described below. When detecting the angular velocity around the X axis, the sensor element 2 constituting the three-axis angular velocity sensor, as described with reference to FIG. 3, has the vibrating pieces 9a and 9c and the vibrating pieces 9b whose detection vibration directions coincide with each other. The vibration pieces of one set are trimmed according to the state of unnecessary signals, and the mass balance with the other piece of vibration pieces is adjusted.

Y軸周りの角速度を検出する場合には、図4で説明したように、検出振動の方向が一致する振動片9a、9bと振動片9c、9dに組み分けし、不要信号の状態によって何れか一方の組の振動片をトリミングして他方の組振動片との質量バランスを調整する。   When detecting the angular velocity around the Y axis, as described with reference to FIG. 4, the vibration pieces 9a and 9b and the vibration pieces 9c and 9d having the same detected vibration direction are combined, and either one is selected depending on the state of the unnecessary signal. One set of vibrating pieces is trimmed to adjust the mass balance with the other set of vibrating pieces.

Z軸周りの角速度を検出する場合には、図5で説明したように、検出電極12g〜12jにおいて検出振動での撓み方向が一致する振動片9a、9dと振動片9b、9cに組み分けし、不要信号の状態によって何れか一方の組の振動片をトリミングして他方の組の振動片との質量バランスを調整する。   When the angular velocity around the Z axis is detected, as described in FIG. 5, the detection electrodes 12g to 12j are divided into the vibration pieces 9a and 9d and the vibration pieces 9b and 9c that have the same deflection direction in the detection vibration. Depending on the state of the unnecessary signal, one set of vibrating pieces is trimmed to adjust the mass balance with the other set of vibrating pieces.

このように、4つの振動片9a〜9dを、調整する検出軸に応じて出力される検出信号が同位相となる検出電極の撓みを励起する振動片ごとに組み分けし、一方の組の振動片に対してトリミングを行うとしたことで、質量バランスの調整を容易に行うことができる。   As described above, the four vibrating pieces 9a to 9d are grouped for each vibrating piece that excites the bending of the detection electrode in which the detection signal output in accordance with the detection axis to be adjusted has the same phase. By performing trimming on the piece, it is possible to easily adjust the mass balance.

また、トリミングする部位においても調整する検出軸に応じて異ならせることが好ましく、各検出軸に応じた検出振動における最大変位部分をトリミングすることが好ましい。   Further, it is preferable that the portion to be trimmed differs depending on the detection axis to be adjusted, and it is preferable to trim the maximum displacement portion in the detection vibration corresponding to each detection axis.

具体的には、X軸を検出軸とする場合の最大変位部分は、図6に示すように、錘部10a、10cと錘部10b、10dがZ軸方向に逆振動するため、錘部10a〜10dの付根部分でY軸方向において離間した破線で囲んだ領域14となる。Y軸を検出軸とする場合の最大変位部分は、錘部10a、10bと錘部10c、10dがZ軸方向に逆振動するため、錘部10a〜10dの付根部分でX軸方向において離間した破線で囲んだ領域15となる。Z軸を検出軸とする場合の最大変位部分は、錘部10aと錘部10d、錘部10bと錘部10cのそれぞれが駆動振動の振動方向で逆振動するため、錘部10a〜10dの付根部分で離間した破線で囲んだ領域16となる。   Specifically, when the X axis is the detection axis, the maximum displacement portion is, as shown in FIG. 6, the weight portions 10a, 10c and the weight portions 10b, 10d vibrate in the Z-axis direction. It becomes the area | region 14 enclosed with the broken line spaced apart in the Y-axis direction by the root part of 10d. When the Y axis is the detection axis, the maximum displacement portions are separated in the X-axis direction at the roots of the weight portions 10a to 10d because the weight portions 10a and 10b and the weight portions 10c and 10d vibrate in the Z-axis direction. It becomes the area | region 15 enclosed with the broken line. When the Z-axis is used as the detection axis, the maximum displacement portions are the weight portions 10a and 10d, and the weight portions 10b and 10c each vibrate in the vibration direction of the drive vibration. It becomes the area | region 16 enclosed with the broken line separated by the part.

このように、各検出軸に対する調整部位となる領域14〜16が異なることで、それぞれの調整領域内でのトリミングによる質量バランスの変化が他の検出軸に対する影響は小さいことを意味している。   As described above, the regions 14 to 16 serving as the adjustment portions for the respective detection axes are different, which means that the change in mass balance due to the trimming in the respective adjustment regions has a small influence on the other detection axes.

また、トリミングによる質量バランスの調整は、一回のトリミングにおける調整量を規格化し、質量バランスの調整量をトリミング回数により制御すると、調整に掛かる時間を短縮することができる。これは、ウエハレベルで形成されたセンサ素子2はウエハ内での近傍領域の外形加工状態が類似することから、この近似領域における調整を共通仕様とすることが可能であり、個別に調整するよりも工数を削減できるからである。具体的には、X軸を検出軸とした場合のトリミング調整であれば、図7に示すように、領域14を6分割し、調整の度合いに応じてトリミング回数を定め、同程度の調整範囲となるものを集め、これらに対して同回数のトリミングを行う調整を行えば、個々の質量バランスを確認しながらのトリミング調整を行う手間が省ける。   Further, the adjustment of the mass balance by trimming can shorten the time required for the adjustment by standardizing the adjustment amount in one trimming and controlling the adjustment amount of the mass balance by the number of trimmings. This is because the sensor element 2 formed at the wafer level has a similar external shape processing state in the vicinity area in the wafer, so that the adjustment in this approximate area can be made a common specification. This is because man-hours can be reduced. Specifically, in the case of trimming adjustment when the X axis is the detection axis, as shown in FIG. 7, the region 14 is divided into six, the number of trimmings is determined according to the degree of adjustment, and a similar adjustment range. If the same number of trimmings are performed and the same number of trimmings are performed, the labor of trimming while confirming individual mass balances can be saved.

また、トリミングを行うにあたっては、センサ素子2をウエハから個片分割した後に行う場合、素子の質量バランスを確認するため、電極パッド13が設けられたセンサ素子2の表面を測定治具(特に図示せず)の載置面に当接させるため、基板面が露出した裏面側をトリミングすることができる。   Further, when trimming is performed after the sensor element 2 is separated from the wafer, the surface of the sensor element 2 provided with the electrode pads 13 is measured with a measuring jig (particularly a figure) in order to check the mass balance of the element. (Not shown), the back surface side where the substrate surface is exposed can be trimmed.

また、より完成品に近い状態でトリミングを行う場合、制御回路素子3の上面にセンサ素子2を実装した状態で、センサ素子2の駆動電極11や検出電極12a〜12jが設けられた面をトリミングすることが好ましい。   When trimming is performed in a state closer to a finished product, the surface of the sensor element 2 on which the drive electrode 11 and the detection electrodes 12a to 12j are provided is trimmed with the sensor element 2 mounted on the upper surface of the control circuit element 3. It is preferable to do.

なお、このようなトリミングは、通常、レーザートリミング機を用いることが一般的であるが、トリミングする面が、駆動電極11や検出電極12a〜12jが設けられた面で、これらの電極がAu、PZT、Ptからなる積層構造で各層に対するトリミング波長が異なることから、電極をトリミングするためには、各層のトリミング波長に応じたレーザートリミング機を準備しなければならず、非常に大掛かりな工程となってしまう。   In general, a laser trimming machine is used for such trimming, but the surface to be trimmed is a surface on which the drive electrode 11 and the detection electrodes 12a to 12j are provided, and these electrodes are Au, Since the trimming wavelength for each layer is different in the laminated structure composed of PZT and Pt, it is necessary to prepare a laser trimming machine according to the trimming wavelength of each layer in order to trim the electrode, which is a very large process. End up.

従って、上述したようにトリミングに有効な領域が予め特定できるので、この部分を基板面が露出した非電極形成部とすることで、トリミング調整におけるトリミング波長を基板材料に設定するだけでよく、工程の簡略化ができる。   Therefore, as described above, an effective region for trimming can be specified in advance, and by setting this portion as a non-electrode forming portion where the substrate surface is exposed, it is only necessary to set the trimming wavelength in trimming adjustment to the substrate material. Can be simplified.

本発明は、3軸角速度センサにおける振動バランスの調整を容易に行うことができるという効果を有し、特にデジタルカメラや、カーナビゲーションシステムなどの小型で高精度な特性を要求する電子機器に用いる3軸角速度センサにおいて有用となる。   The present invention has an effect that vibration balance can be easily adjusted in a triaxial angular velocity sensor, and is particularly used for electronic devices that require small and highly accurate characteristics such as digital cameras and car navigation systems. This is useful in an axial angular velocity sensor.

1 パッケージ
2 センサ素子
3 制御回路素子
8 基部
9a〜9d 振動片
11 駆動電極
12a〜12j 検出電極
14〜16 調整領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Package 2 Sensor element 3 Control circuit element 8 Base 9a-9d Vibrating piece 11 Drive electrode 12a-12j Detection electrode 14-16 Adjustment area

Claims (6)

互いに直交するX軸、Y軸、Z軸を検出軸として、前記検出軸周りに印加される角速度によって生じるコリオリ力による撓み成分を検出する3軸角速度センサの調整方法であって、前記3軸角速度センサは、センサ素子と、このセンサ素子を制御する制御回路素子と、これらを収納するパッケージとを備え、前記センサ素子は、基部と、この基部に対してY軸方向に並設された第1、第2の振動片と、前記基部に対して前記第1の振動片とX軸方向に対称配置された第3の振動片と、前記基部に対して前記第2の振動片とX軸方向に対称配置された第4の振動片とを備え、前記X軸を検出軸とした角速度に対する検出振動が、前記第1、第3の振動片と前記第2、第4の振動片がZ軸方向において逆向きに振動し、前記Y軸を検出軸とした角速度に対する検出振動が、前記第1、第2の振動片と前記第3、第4の振動片がZ軸方向において逆向きに振動し、前記Z軸を検出軸とした角速度に対する検出振動が、前記第1、第3の振動片と前記第2、第4の振動片が駆動振動の振動方向と直交する方向において逆向きに振動し、前記X軸を検出軸とした角速度に対する検出振動の調整を行うにあたり、前記第1の振動片と前記第3の振動片、あるいは前記第2の振動片と前記第4の振動片を組として、前記一方の組に対してトリミングすることで検出振動の振動バランスの調整を行い、前記Y軸を検出軸とした角速度に対する検出振動の調整を行うにあたり、前記第1の振動片と前記第2の振動片、あるいは前記第3の振動片と前記第4の振動片を組として、前記一方の組に対してトリミングすることで検出振動の振動バランスの調整を行い、前記Z軸を検出軸とした角速度に対する検出振動の調整を行うにあたり、前記第1の振動片と前記第4の振動片、あるいは前記第2の振動片と前記第3の振動片を組として、前記一方の組に対してトリミングすることで検出振動の振動バランスの調整を行うことを特徴とした3軸角速度センサの調整方法。 An adjustment method of a triaxial angular velocity sensor that detects a deflection component due to a Coriolis force generated by an angular velocity applied around the detection axis, with the X axis, the Y axis, and the Z axis orthogonal to each other as detection axes. The sensor includes a sensor element, a control circuit element that controls the sensor element, and a package that accommodates the sensor element. The sensor element includes a base and a first that is arranged in parallel in the Y-axis direction with respect to the base. A second vibrating piece, a third vibrating piece arranged symmetrically with the first vibrating piece in the X-axis direction with respect to the base, and the second vibrating piece and the X-axis direction with respect to the base And a fourth vibration piece symmetrically arranged, and the detected vibration with respect to the angular velocity with the X axis as the detection axis is the Z-axis of the first and third vibration pieces and the second and fourth vibration pieces. An angle that vibrates in the opposite direction in the direction and uses the Y axis as the detection axis The first and second vibrating bars and the third and fourth vibrating bars vibrate in the opposite directions in the Z-axis direction, and the detected vibration with respect to the angular velocity with the Z-axis serving as a detection axis. The first and third vibrating bars and the second and fourth vibrating bars vibrate in opposite directions in a direction orthogonal to the vibration direction of the driving vibration, and adjustment of the detected vibration with respect to the angular velocity using the X axis as the detection axis When the first vibration piece and the third vibration piece, or the second vibration piece and the fourth vibration piece are paired, trimming is performed on the one pair to detect the detected vibration. When adjusting the vibration balance and adjusting the detected vibration with respect to the angular velocity with the Y axis as the detection axis, the first vibrating piece and the second vibrating piece, or the third vibrating piece and the fourth As a pair, the vibration piece In adjusting the vibration balance of the detected vibration by adjusting the detected vibration with respect to the angular velocity with the Z axis as the detection axis, the first vibration piece and the fourth vibration piece or the second vibration piece are adjusted. And adjusting the vibration balance of the detected vibration by trimming the one piece and the third piece, and adjusting the vibration balance of the three-axis angular velocity sensor. 振動バランスの調整は、検出振動における各振動片の最大変位部分をトリミングすることを特徴とした請求項1に記載の3軸角速度センサの調整方法。 The method for adjusting a triaxial angular velocity sensor according to claim 1, wherein the adjustment of the vibration balance is performed by trimming a maximum displacement portion of each vibration piece in the detected vibration. 一回のトリミングにおける調整量を規格化し、振動バランスの調整量をトリミング回数により制御することを特徴とした請求項1に記載の3軸角速度センサの調整方法。 2. The method of adjusting a triaxial angular velocity sensor according to claim 1, wherein an adjustment amount in one trimming is standardized, and an adjustment amount of vibration balance is controlled by the number of trimmings. 各振動片の表面に駆動電極と検出電極を設け、前記振動片の裏面にトリミングすることを特徴とした請求項1に記載の3軸角速度センサの調整方法。 2. The method for adjusting a triaxial angular velocity sensor according to claim 1, wherein a drive electrode and a detection electrode are provided on the surface of each vibration piece, and trimming is performed on the back surface of the vibration piece. 各振動片の表面に駆動電極と検出電極を設け、前記振動片の表面にトリミングすることを特徴とした請求項1に記載の3軸角速度センサの調整方法。 The method for adjusting a triaxial angular velocity sensor according to claim 1, wherein a drive electrode and a detection electrode are provided on a surface of each vibrating piece, and trimming is performed on the surface of the vibrating piece. 各振動片に予め調整領域を定め、この調整領域を非電極形成部としたことを特徴とする請求項5に記載の3軸角速度センサの調整方法。 6. The method for adjusting a triaxial angular velocity sensor according to claim 5, wherein an adjustment region is previously defined for each vibrating piece, and the adjustment region is used as a non-electrode forming portion.
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JP2016156775A (en) * 2015-02-26 2016-09-01 パナソニックIpマネジメント株式会社 Angular velocity sensor element
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