JP6657842B2 - 角速度センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動型角速度センサを有する角速度センサ装置に関するものである。

従来、特許文献１において、振動型角速度センサ（以下、単に角速度センサという）が提案されている。この角速度センサは、センサ構造体を構成する基板の平面方向をｘｙ平面として、基部に対してｘ方向の両側に駆動振動片を備えているとともに、基部からｙ方向の両側に検出振動片が延設された構造とされている。そして、一方の駆動振動片および他方の駆動振動片の厚さを基部の厚さよりも小さくすることで、駆動モードの近辺での不要周波数を低下させ、ｚ軸方向への不要振動の発生が抑制されるようにしている。

特開２０１４−１０１２７８号公報

上記したｚ軸方向への不要振動は、本来発生させたくない振動であり、このような不要振動によって検出信号にノイズが付加され、角速度センサの検出精度を低下させる要因となる。特許文献１に示されるように、角速度センサの構造に基づいて不要振動が生じ難いようにする場合、使用初期時には不要振動を抑制することができるものの経年劣化などのように製造後に発生した要因に基づく不要振動については抑制することができない。

本発明は上記点に鑑みて、不要振動を抑制し、検出精度を向上させることが可能な角速度センサ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の角速度センサ装置は、支持基板（１１）と、支持基板に対して固定された固定部（２０）と、駆動錘（３１、３２）および検出錘（３１、３２）とを有する可動部（３０）と、駆動錘を基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ固定部に対して支持する駆動梁（４２）、および、検出錘を基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ固定部に対して支持する検出梁（４１）を有する梁部（４０）とを有する振動型角速度センサと、該振動型角速度センサの周囲を囲むと共に支持基板に接続された周辺部（１０ｃ）と、を備えたセンサ基板（１０）と、センサ基板のうち支持基板と反対側の一面に配置され、周辺部と接合されるキャップ層（１３）と、を備えている。そして、振動型角速度センサは、駆動錘を基板の平面上における一方向に駆動振動させ、角速度の印加に伴って検出錘が基板の平面上において一方向に対する垂直方向にも振動することに基づき角速度検出を行う。このような振動型角速度センサにおいて、支持基板およびキャップ層それぞれにおけるセンサ基板側の一面には、駆動振動させられる駆動錘と対応する位置に、センサ基板の厚み方向における駆動錘の駆動振動位置を調整する制御電極（５０ａ、５０ｂ）が備えられている。また、制御電極は、駆動錘が駆動振動する際の移動軌跡と対応する位置に備えられていると共に、駆動錘が駆動振動する際の移動軌跡に沿って複数個備えられており、複数個それぞれに印加する電圧が独立して制御される。

このように、支持基板およびキャップ層それぞれにおけるセンサ基板側の一面に制御電極を形成し、制御電極によってセンサ基板の厚み方向における駆動錘の駆動振動位置を調整可能としている。これにより、駆動錘の駆動振動位置をセンサ基板の厚み方向の所望位置に制御することができて、不要振動を抑制できる。よって、角速度センサ装置による角速度の検出精度を向上させることが可能となる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる角速度センサ装置における角速度センサについてキャップ層を省略して表した上面レイアウト図である。 図１中のII−II断面図である。 図１中のIII−III断面図である。 図１中のIV−IV断面図である。 図１に示す角速度センサ装置の駆動振動時の様子を示した上面図である。 図１に示す角速度センサ装置の角速度印加時の様子を示した上面図である。 第２実施形態にかかる角速度センサ装置の断面図である。 第３実施形態にかかる角速度センサ装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態で説明する角速度センサ装置は、センサ部を構成する基板の表面側および裏面側をそれぞれ支持基板とキャップ層にて覆ってウェハレベルパッケージ（以下、ＷＬＰ（Wafer Level Package）という）構造とした角速度センサなどを有するものである。角速度センサ装置は、例えば、車両の上下方向に平行な中心線周りの回転角速度の検出を行うために用いられるが、勿論、車両用以外にも適用できる。

以下、図１〜図６を参照して、本実施形態にかかる角速度センサ装置について説明する。

本実施形態にかかる角速度センサ装置は、図１および図２に示すように、センサ基板１０を用いて角速度センサ１００を形成したものである。以下、図１および図２の紙面左右方向をｘ軸方向、図１の紙面上下方向および図２の紙面法線方向をｙ軸方向、図１の紙面法線方向および図２の紙面上下方向をｚ軸方向として本実施形態にかかる角速度センサ装置の詳細について説明する。

角速度センサ装置は、図１中のｘｙ平面が車両水平方向に向けられ、図２のｚ軸方向が車両の上下方向と一致するようにして車両に搭載される。

図１および図２に示すように、角速度センサ装置に備えられる角速度センサ１００は、板状のセンサ基板１０をエッチングして所定のレイアウトとすることで形成されている。センサ基板１０の裏面１０ａ側には、支持基板１１が配置されており、接合部１２を介して接合されている。また、センサ基板１０の表面１０ｂ側、つまり支持基板１１と反対側には、キャップ層１３が配置されており、接合部１４を介して接合されている。このように、センサ基板１０を挟んで支持基板１１とキャップ層１３とを貼り合せることでＷＬＰ構造の角速度センサ装置を構成している。

本実施形態では、センサ基板１０、支持基板１１およびキャップ層１３を例えばシリコン基板によって構成しており、接合部１２、１４を例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜によって構成している。センサ基板１０の表面がｘｙ平面と平行とされ、センサ基板１０の厚み方向がｚ軸方向に向けられている。センサ基板１０、支持基板１１およびキャップ層１３については１枚１枚独立したシリコン基板によって構成されていても良いが、例えば、センサ基板１０および支持基板１１が接合部１２を挟み込んだＳＯＩ（Silicon on insulatorの略）基板にて構成されていても良い。

角速度センサ１００は、固定部２０と可動部３０および梁部４０にパターニングされている。固定部２０は、図２に示すように、接合部１２を介して支持基板１１に固定されている。可動部３０および梁部４０は、角速度センサ１００における振動子を構成するものである。可動部３０は、支持基板１１の上にリリースされた状態で配置されている。梁部４０は、可動部３０を支持すると共に角速度検出を行うために可動部３０をｘ軸方向およびｙ軸方向において変位させるものである。これら固定部２０と可動部３０および梁部４０の具体的な構造を説明する。

固定部２０は、可動部３０を支持すると共に、駆動用電圧の印加用のパッド接続部や角速度検出に用いられる検出信号の取り出し用のパッド接続部などの各種パッド接続部３００が形成される部分である。本実施形態では、これら各機能を１つの固定部２０によって実現しているが、例えば可動部３０を支持するための支持用固定部、駆動用電圧が印加される駆動用固定部、角速度検出に用いられる検出用固定部に分割した構成とされても良い。その場合、例えば図１に示した固定部２０を支持固定部とし、支持固定部に連結されるように駆動用固定部と検出用固定部を備え、駆動用固定部に駆動用電圧の印加用のパッド接続部や検出用固定部に検出信号取り出し用のパッド接続部などを備えればよい。

具体的には、固定部２０は、例えば上面形状が四角形で構成されている。固定部２０のｘ軸方向およびｙ軸方向の幅については任意であるが、後述する検出梁４１の幅よりも広くしてある。

固定部２０と支持基板１１との間には内側接合部１２ａが配置されており、内側接合部１２ａを介して固定部２０が支持基板１１に固定されている。同様に、固定部２０とキャップ層１３との間には内側接合部１４ａが配置されており、内側接合部１４ａを介して固定部２０がキャップ層１３にも固定されている。これら内側接合部１２ａ、１４ａにより、センサ基板１０と支持基板１１もしくはキャップ層１３とが接合されている。

可動部３０は、角速度印加に応じて変位する部分であり、駆動用電圧の印加によって駆動振動させられる駆動用錘と駆動振動時に角速度が印加されたときにその角速度に応じて振動させられる検出用錘とを有した構成とされる。本実施形態の場合、可動部３０として、駆動用錘と検出用錘の役割を同じ錘によって担う駆動兼検出用錘３１、３２が備えられている。駆動兼検出用錘３１、３２は、ｘ軸方向において、固定部２０を挟んだ両側に配置されており、固定部２０から等間隔の場所に配置されている。各駆動兼検出用錘３１、３２は、同寸法、同質量で構成され、本実施形態の場合、上面形状が四角形で構成されている。各駆動兼検出用錘３１、３２は、それぞれ相対する二辺において梁部４０に備えられる後述する駆動梁４２に連結させられることで、両持ち支持されている。各駆動兼検出用錘３１、３２の下方においては、接合部１２が除去されており、支持基板１１から各駆動兼検出用錘３１、３２がリリースされている。このため、各駆動兼検出用錘３１、３２は、駆動梁４２の変形によってｘ軸方向に駆動振動可能とされ、角速度印加の際には駆動梁４２などの変形によってｙ軸方向を含む固定部２０を中心とした回転方向へも振動可能とされている。

梁部４０は、検出梁４１と、駆動梁４２および支持梁４３を有した構成とされている。

検出梁４１は、固定部２０と支持梁４３とを連結するｙ軸方向に延設された直線状の梁とされ、本実施形態では固定部２０の相対する二辺に連結されることで、支持梁４３を固定部２０に連結させている。検出梁４１のｘ軸方向の寸法は、ｚ軸方向の寸法よりも薄くされており、ｘ軸方向に変形可能とされている。

駆動梁４２は、駆動兼検出用錘３１、３２と支持梁４３とを連結するｙ軸方向、つまり検出梁４１と平行な方向に延設された直線状の梁とされている。各駆動兼検出用錘３１、３２に接続された駆動梁４２から検出梁４１までは等距離とされている。駆動梁４２のｘ軸方向の寸法も、ｚ軸方向の寸法よりも薄くされており、ｘ軸方向に変形可能とされている。これにより、駆動兼検出用錘３１、３２をｘｙ平面上において変位可能としている。

支持梁４３は、ｘ軸方向に延設された直線状の部材とされ、支持梁４３の中心位置において検出梁４１が連結されており、両端位置において各駆動梁４２が連結されている。支持梁４３は、ｙ軸方向の寸法が検出梁４１や駆動梁４２におけるｘ軸方向の寸法よりも大きくされている。このため、駆動振動時には駆動梁４２が主に変形し、角速度印加時には検出梁４１および駆動梁４２が主に変形するようになっている。

このような構造により、駆動梁４２と支持梁４３および駆動兼検出用錘３１、３２によって上面形状が四角形の枠体が構成され、その内側に検出梁４１および固定部２０が配置された角速度センサ１００の基本構造が構成されている。

さらに、駆動梁４２には、図１および図３に示すように駆動部５１が形成されており、検出梁４１には、図４に示すように、振動検出部５３が形成されている。これら駆動部５１および振動検出部５３が外部に備えられた図２に示す制御装置６０に電気的に接続されることで、角速度センサ装置の駆動が行われるようになっている。

駆動部５１は、図１に示すように、各駆動梁４２のうち支持梁４３との連結部近傍に備えられており、各場所に２本ずつ所定距離を空けて配置され、ｙ軸方向に延設されている。図３に示すように、駆動部５１は、センサ基板１０のうちの駆動梁４２を構成する部分の表面に下層電極５１ａと駆動用薄膜５１ｂおよび上層電極５１ｃが順に積層された構造とされている。下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃは、例えばＡｌ電極などによって構成されている。これら下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃは、図１に示した支持梁４３および検出梁４１を経て固定部２０まで引き出された配線部５１ｄ、５１ｅを通じて、駆動用電圧の印加用のパッドやＧＮＤ接続用のパッドに繋がるパッド接続部３００に接続されている。また、駆動用薄膜５１ｂは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（いわゆるＰＺＴ）膜などの圧電膜によって構成されている。

このような構成において、下層電極５１ａと上層電極５１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜５１ｂを変位させ、駆動梁４２を強制振動させることで駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。例えば、各駆動梁４２のｘ軸方向の両端側に１本ずつ駆動部５１を備えるようにし、一方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部５１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させている。

振動検出部５３は、図１および図４に示すように、検出梁４１のうちの固定部２０との連結部近傍に備えられており、検出梁４１におけるｘ軸方向の両側それぞれに設けられ、ｙ軸方向に延設されている。図４に示すように、振動検出部５３は、検出梁４１を構成する接合部１２の表面に下層電極５３ａと検出用薄膜５３ｂおよび上層電極５３ｃが順に積層された構造とされている。下層電極５３ａおよび上層電極５３ｃや検出用薄膜５３ｂは、それぞれ、駆動部５１を構成する下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃや駆動用薄膜５１ｂと同様の構成とされている。下層電極５３ａおよび上層電極５３ｃは、図１に示した固定部２０まで引き出された配線部５３ｄ、５３ｅを通じて、検出信号出力用のパッドに繋がるパッド接続部３００に接続されている。

このような構成では、角速度の印加に伴って検出梁４１が変位すると、それに伴って検出用薄膜５３ｂが変形する。これにより、例えば下層電極５３ａと上層電極５３ｃとの間の電気信号、例えば定電圧駆動の場合の電流値もしくは定電流駆動の場合の電圧値が変化することから、それを角速度を示す検出信号として図示しない検出信号出力用のパッドを通じて外部に出力している。

以上のようにして、本実施形態にかかる角速度センサ装置に備えられた角速度センサ１００が構成されている。なお、図１中では、駆動部５１の配線部５１ｄ、５１ｅや振動検出部５３の配線部５３ｄ、５３ｅとの接続関係を省略してあるが、各配線部５１ｄ、５１ｅ、５３ｄ、５３ｅは、例えばそれぞれが異なるパッド接続部３００に接続されている。

さらに、センサ基板１０には、角速度センサ１００を囲むように配置された周辺部１０ｃが形成されている。周辺部１０ｃは、角速度センサ１００の周囲を囲む四角形の枠体形状で構成されている。そして、周辺部１０ｃは、外側接合部１２ｂを介して支持基板１１と接合され、外側接合部１４ｂを介してキャップ層１３と接合されている。この周辺部１０ｃには、貫通電極１０ｄが形成されており、周辺部１０ｃの表裏での電気的接続が可能とされている。

支持基板１１は、上記したようにシリコン基板によって構成されており、一面側が接合部１２を介してセンサ基板１０に貼り合わされている。具体的には、支持基板１１は、内側接合部１２ａを介して固定部２０と接合されており、外側接合部１２ｂを介して周辺部１０ｃと接合されている。支持基板１１は、単なる板状部材であっても良いが、本実施形態の場合、内側接合部１２ａおよび外側接合部１２ｂを介して接合されている固定部２０や周辺部１０ｃと対応する場所以外の部分については、エッチングによってキャビティ１１ａを形成している。このようなキャビティ１１ａが形成されることで、角速度センサ１００を構成する各部が支持基板１１と接触しないようにされている。

また、支持基板１１の表面、つまりセンサ基板１０側の一面には、制御電極５０ａが形成されている。制御電極５０ａは、支持基板１１の表面のうち駆動兼検出用錘３１、３２と対応する位置、より詳しくは駆動兼検出用錘３１、３２が駆動振動する際の移動軌跡を投影した位置を含むように形成されている。例えば、制御電極５０ａは、支持基板１１の表面に金属層を配置したのちパターニングすること、もしくはマスクを用いて金属膜を所望パターンで成膜することによって形成される。本実施形態の場合、制御電極５０ａは、キャビティ１１ａ内から支持基板１１の外縁部に延設されている。そして、上記した貫通電極１０ｄに対して電気的に接続されている。

なお、支持基板１１と固定部２０との間には、ダミーパッド部３０１が形成されている。ダミーパッド部３０１は、パッド接続部３００と対応する位置に同パターンで形成されており、パッド接続部３００と同材料（例えばアルミニウム）などで構成されている。ダミーパッド部３０１は、必須ものではないが、応力緩和を目的として配置している。すなわち、角速度センサ１００を構成する各部との電気的接続のためにパッド接続部３００を備えているが、センサ基板１０を挟んだ両側の一方のみに形成してあると、センサ基板１０の表面１０ｂ側と裏面１０ａ側とで応力にズレが生じる。このため、センサ基板１０の表面１０ｂ側と裏面１０ａ側とで応力の均一化を図るべく、ダミーパッド部３０１をパッド接続部３００と対応する位置に同パターンで形成してある。ダミーパッド部３０１については、例えば、上記した制御電極５０ａと同時に形成することができる。

キャップ層１３も、上記したようにシリコン基板によって構成されており、一面側が接合部１４を介してセンサ基板１０に貼り合わされている。具体的には、キャップ層１３は、内側接合部１４ａを介して固定部２０と接合されており、外側接合部１４ｂを介して周辺部１０ｃと接合されている。キャップ層１３は、単なる板状部材であっても良いが、本実施形態の場合、内側接合部１４ａおよび外側接合部１４ｂを介して接合されている固定部２０や周辺部１０ｃと対応する場所以外の部分についてはエッチングによってキャビティ１３ａを形成している。このようなキャビティ１３ａが形成されることで、角速度センサ１００を構成する各部がキャップ層１３と接触しないようにされている。

また、キャップ層１３と固定部２０との間には、パッド接続部３００が形成されている。さらに、キャップ層１３のうち、パッド接続部３００と対応する位置には、貫通孔１３ｂが形成されており、貫通孔１３ｂ内にスルーホールビア（以下、ＴＳＶという）１３ｃが形成されている。そして、キャップ層１３の表面側に複数のパッド部１３ｄが形成されている。これにより、ＴＳＶ１３ｃを通じて各パッド部１３ｄが対応する各パッド接続部３００に電気的に接続された構成とされている。このように構成された各パッド部１３ｄに対して例えばワイヤボンディングを行うことで外部との電気的接続が行われるようになっている。

また、キャップ層１３の裏面、つまりセンサ基板１０側の一面には、制御電極５０ｂが形成されている。制御電極５０ｂは、キャップ層１３の裏面のうち駆動兼検出用錘３１、３２と対応する位置、より詳しくは駆動兼検出用錘３１、３２が駆動振動する際の移動軌跡を投影した位置を含むように形成されている。例えば、制御電極５０ｂは、キャップ層１３の裏面に金属層を配置したのちパターニングすること、もしくはマスクを用いて金属膜を所望パターンで成膜することによって形成される。本実施形態の場合、制御電極５０ｂは、キャビティ１３ａ内からキャップ層１３の外縁部に延設されている。

また、キャップ層１３と周辺部１０ｃとの間のうち貫通電極１０ｄと対応する位置にもパッド接続部３０２が形成されている。パッド接続部３０２は、貫通電極１０ｄと接続されている。パッド接続部３０２については、上記した制御電極５０ｂと同時に形成することができる。

さらに、キャップ層１３のうち周辺部１０ｃと対応する位置には、貫通孔１３ｅが形成されており、貫通孔１３ｅ内にＴＳＶ１３ｆが形成されている。ＴＳＶ１３ｆの一部は制御電極５０ｂに接続され、残りの少なくとも一部はパッド接続部３０２や貫通電極１０ｄを介して制御電極５０ａに接続されている。これにより、ＴＳＶ１３ｆを通じて各パッド部１３ｇが対応する制御電極５０ａ、５０ｂに電気的に接続された構成とされている。このように構成された各パッド部１３ｇに対して例えばワイヤボンディングを行うことで外部との電気的接続が行われるようになっている。

また、図２に示すように、制御装置６０は、ボンディングワイヤなどを介して複数のパッド部１３ｄに電気的に接続されることで角速度センサ１００の各部と接続されている。これにより、制御装置６０が駆動部５１への電圧印加や振動検出部５３からの検出信号の入力を行えるようになっている。

調整装置７０も、ボンディングワイヤなどを介して複数のパッド部１３ｇに電気的に接続されることで各制御電極５０ａ、５０ｂと接続されている。調整装置７０は、制御電極５０ａ、５０ｂと駆動兼検出錘３１、３２との間に構成される各容量に応じた検出信号を入力し、容量差に基づいて各制御電極５０ａ、５０ｂに対して印加する電圧を制御している。

以上のようにして、本実施形態にかかる角速度センサ装置が構成されている。次に、このように構成される角速度センサ装置の作動について、上述した図に加えて図５および図６を参照して説明する。

まず、図３に示すように、駆動梁４２に備えられた駆動部５１に対して駆動用電圧の印加を行う。具体的には、下層電極５１ａと上層電極５１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜５１ｂを変位させる。そして、２本並んで設けられた２つの駆動部５１のうち、一方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部５１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。これにより、図５に示すように、駆動梁４２によって両持ち支持された駆動兼検出用錘３１、３２が固定部２０を挟んでｘ軸方向において互いに逆方向に移動させられる駆動モードとなる。つまり、駆動兼検出用錘３１、３２が共に固定部２０が近づく状態と遠ざかる状態とが繰り返されるモードとなる。

この駆動振動が行われているときに、振動型角速度センサに対して角速度、つまり固定部２０を中心軸としたｘ軸周りの振動が印加されると、コリオリ力が発生する。このコリオリ力の働きによって、図６に示すように駆動兼検出用錘３１、３２がｙ軸方向を含む固定部２０を中心とした回転方向へも振動する検出モードとなる。したがって、検出梁４１も変位し、この検出梁４１の変位に伴って、振動検出部５３に備えられた検出用薄膜５３ｂが変形する。これにより、例えば下層電極５３ａと上層電極５３ｃとの間の電気信号が変化し、この電気信号が外部に備えられる図示しない制御装置などに入力されることで、発生した角速度を検出することが可能となる。

ここで、上記のような動作によって角速度を検出する際に検出精度を向上させるためには、駆動兼検出錘３１、３２がｚ軸方向において不要振動しないで一定の位置で駆動振動させられるようにするのが好ましい。ｚ軸方向の不要振動は、使用初期時の製造バラツキで発生するのに加え、経年劣化などのように製造後に発生した要因に基づいても発生し得る。

このようなｚ軸方向の不要振動を抑制するために、制御電極５０ａ、５０ｂを用いてｚ軸方向の位置が所望位置、例えば中央位置となるように調整を行っている。具体的には、外部からの電圧印加もしくは接地電位点との接続により、例えば制御電極５０ａを０Ｖにすると共に制御電極５０ｂを０．５Ｖにする。この状態をｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の初期位置として駆動振動されるように制御する。このときに制御電極５０ｂに印加する電圧は、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動がｚ軸方向における所望位置となるように選択している。製造バラツキなどが無ければ、駆動兼検出錘３１、３２は、ほぼｚ軸方向における中央位置で駆動振動されることになる。この状態において、制御電極５０ａ、５０ｂを通じてｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出する。

例えば、制御電極５０ａ、５０ｂと駆動兼検出錘３１、３２との間にそれぞれ容量が構成されるため、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置に応じて、各容量に差が生じる。この容量差を求めることにより、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出できる。なお、この容量差の検出方法については、例えば容量式の加速度センサ等において周知なものであるため、詳細については説明を省略する。

そして、初期位置での容量差を記憶しておき、使用後に検出される容量差と比較する。
その結果、製造バラツキや経年劣化などの要因で駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が初期位置でなければ、制御電極５０ａ、５０ｂへの印加電圧を調整する。例えば、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ａよりも制御電極５０ｂ側に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を小さくすることで制御電極５０ａ側に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を戻す。逆に、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ｂよりも制御電極５０ａ側に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を大きくすることで制御電極５０ｂ側に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を戻す。

このような調整を行うことで、製造バラツキや経年劣化などが生じたとしても、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置をｚ軸方向の所望位置に制御することが可能となる。したがって、不要振動を抑制できる。

以上説明したように、本実施形態の角速度センサ装置では、支持基板１１の表面とキャップ層１３の裏面に制御電極５０ａ、５０ｂを形成し、制御電極５０ａ、５０ｂによってｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を調整可能としている。これにより、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置をｚ軸方向の所望位置に制御することができて、不要振動を抑制できる。よって、角速度センサ装置による角速度の検出精度を向上させることが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して制御電極の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７に示すように、本実施形態では、第１実施形態において説明した支持基板１１の表面側の制御電極５０ａについては備えず、キャップ層１３の裏面側の制御電極５０ｂのみを備えた構造としている。

このような構造においては、制御電極５０ｂへの電圧印加によって、駆動兼検出錘３１、３２がｚ軸方向における所望位置で駆動振動されるように制御する。具体的には、外部からの電圧印加により、制御電極５０ｂを例えば０．５Ｖにする。この状態をｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の初期位置として駆動振動されるように制御する。このときに制御電極５０ｂに印加する電圧は、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動がｚ軸方向における所望位置となるように選択している。この状態において、制御電極５０ｂを通じてｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出する。

例えば、制御電極５０ｂと駆動兼検出錘３１、３２との間に容量が構成され、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置に応じて、容量が変化する。この容量変化を求めることにより、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出できる。なお、この容量の検出方法についても、例えば容量式の加速度センサ等において周知なものであるため、詳細については説明を省略する。

そして、製造バラツキや経年劣化などの要因で駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置がｚ軸方向の初期値からずれていれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を調整する。例えば、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ｂから離れる方向に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を大きくすることで制御電極５０ｂ側に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を移動させる。逆に、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ｂに近づく方に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を小さくすることで制御電極５０ｂから離れる方向に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を移動させる。

このような調整を行うことで、製造バラツキや経年劣化などが生じたとしても、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置をｚ軸方向の所望位置に制御することが可能となる。したがって、不要振動を抑制でき、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２実施形態に対して制御電極の構成を変更したものであり、その他については第１、第２実施形態と同様であるため、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第２実施形態に対して本実施形態の構成を適用する場合について説明するが、第１実施形態に対しても同様に適用できる。

図８に示すように、本実施形態では、キャップ層１３の裏面側に配置した制御電極５０ｂを駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動の移動軌跡に沿って複数個備えるようにしている。図８では、複数の制御電極５０ｂのうち最も図中左側に位置しているものがＴＳＶ１３ｆに電気的に接続された構造を示してあるが、他の制御電極５０ｂも、それぞれ別断面において、異なるＴＳＶ１３ｆに接続されている。そして、各制御電極５０ｂがそれぞれ独立して電圧印加を行えるようになっている。

このような構成によれば、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置がｘ方向において異なっている場合であっても、ｘ方向のそれぞれの位置で駆動振動位置を調整できる。例えば、図８中の破線で示すように、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の変化がｘ軸方向において一定でない場合がある。すなわち、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動前におけるｘ軸方向の初期位置をｘ軸初期位置として、ｘ軸初期位置のときと比較してｘ軸方向の両側に振動させられたときに、ｚ軸方向における駆動振動位置が異なった位置になることがある。図８の例では、ｘ軸初期位置のときと比較してｘ軸方向の両側に振動させられたときに、よりキャップ層１３側に近づくような駆動振動となっている。

このような場合には、制御電極５０ｂのうち駆動振動前の位置よりもｘ方向の両側に位置しているものへの印加電圧をｘ軸初期位置に位置しているものへの印加電圧よりも小さくする。これにより、ｘ軸方向の振動の全域において、駆動兼検出錘３１、３２におけるｚ軸方向の駆動振動位置を所望位置に保つことができる。

したがって、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の変化がｘ軸方向において一定でない場合についても、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態では、駆動錘と検出錘とを兼用する駆動兼検出錘３１、３２を有する可動部３０としたが、これらが別々に構成された可動部としても良い。

また、上記各実施形態では、制御電極５０ａ、５０ｂによって、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の調整と、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の検出の両方を行っている。これは一例を示したのであり、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の調整用とｚ軸方向における駆動振動位置の検出用の電極を別々に備えるようにしても良い。

また、上記第３実施形態では、駆動兼検出錘３１、３２におけるｚ軸方向の駆動振動位置がｘ軸方向における駆動振動の全域において所望位置に保てるようにする例を挙げた。しかしながら、これは一例を挙げたに過ぎず、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動の形態としてより好ましい形態となるように、駆動兼検出錘３１、３２におけるｚ軸方向の駆動振動位置がｘ軸方向において異なった位置となっていても良い。例えば、図８中の破線で示すように、ｘ軸初期位置と比較してｘ軸方向の両側に振動させられたときに、よりキャップ層１３側に近づくような駆動振動となるようにしても良い。

また、上記各実施形態では、振動検出部５３を検出する検出素子として、駆動部５１と同様の圧電膜を用いた構造のものを用いている。しかしながら、圧電膜を用いた構造以外にも、検出梁４１の変位を電気信号として取り出すことができる検出素子であれば、他の検出素子を用いても良い。例えば、センサ基板１０をシリコン基板などの半導体基板によって構成し、センサ基板１０のうち検出梁４１を構成する部分にピエゾ抵抗を構成し、このピエゾ抵抗を検出素子としても良い。例えば、半導体基板の表層部にｐ⁺型層もしくはｎ⁺型層を形成することで、ピエゾ抵抗とすることができる。

また、検出梁４１に櫛歯電極を設けると共に、検出用固定部として検出梁４１に設けた櫛歯電極と対向する櫛歯電極を備えた容量センサを検出素子とし、各櫛歯電極の間に構成される容量の変化を電気信号として取り出すようにしても良い。

また、上記実施形態では、検出梁４１や駆動梁４２のうち支持梁４３の近傍にのみ、駆動部５１や振動検出部５３を備えた構造とした。これについても単なる一例を示したに過ぎず、例えば検出梁４１や駆動梁４２の全域にこれらを設けるようにしても良い。

さらに、上記第２、第３実施形態では、キャップ層１３側の制御電極５０ｂのみを備える場合を例に挙げたが、キャップ層１３側の制御電極５０ｂを備えず、支持基板１１側の制御電極５０ａのみを備える構成としても良い。また、キャップ層１３側にＴＳＶ１３ｆを備えて各制御電極５０ａ、５０ｂと外部との電気的接続が行えるようにしているが、支持基板１１側にＴＳＶを備えるようにして外部との電気的接続を行うようにしても良い。

また、上記実施形態では、制御電極５０ａ、５０ｂを金属層によって構成する場合について説明したが、支持基板１１やキャップ層１３に対して不純物をイオン注入することなどによって形成される不純物拡散層によって構成しても良い。

１０ センサ基板
２０ 固定部
３０ 可動部
３１、３２ 駆動兼検出用錘
４０ 梁部
４１ 検出梁
４２ 駆動梁
５０ａ、５０ｂ 制御電極
５１ 駆動部
５３ 振動検出部

Claims (2)

1. 振動型角速度センサ（１００）を有する角速度センサ装置であって、
   支持基板（１１）と、
   前記支持基板に対して固定された固定部（２０）と、駆動錘（３１、３２）および検出錘（３１、３２）とを有する可動部（３０）と、前記駆動錘を前記基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する駆動梁（４２）、および、前記検出錘を前記基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する検出梁（４１）を有する梁部（４０）とを有する前記振動型角速度センサと、該振動型角速度センサの周囲を囲むと共に前記支持基板に接続された周辺部（１０ｃ）と、を備えたセンサ基板（１０）と、
   前記センサ基板のうち前記支持基板と反対側の一面に配置され、前記周辺部と接合されるキャップ層（１３）と、を備え、
   前記振動型角速度センサは、前記駆動錘を前記基板の平面上における一方向に駆動振動させ、角速度の印加に伴って前記検出錘が前記基板の平面上において前記一方向に対する垂直方向にも振動することに基づき角速度検出を行うものであり、
   前記支持基板および前記キャップ層それぞれにおける前記センサ基板側の一面には、駆動振動させられる前記駆動錘と対応する位置に、前記センサ基板の厚み方向における前記駆動錘の駆動振動位置を調整する制御電極（５０ａ、５０ｂ）が備えられており、
   前記制御電極は、前記駆動錘が駆動振動する際の移動軌跡と対応する位置に備えられていると共に、前記駆動錘が駆動振動する際の移動軌跡に沿って複数個備えられており、複数個それぞれに印加する電圧が独立して制御される角速度センサ装置。
2. 前記制御電極は、前記支持基板もしくは前記キャップ層のいずれかに備えられた貫通孔（１３ｅ）内に備えられるスルーホールビア（１３ｆ）を通じて前記駆動振動位置の調整用の電圧が印加される請求項１に記載の角速度センサ装置。

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