JP6455751B2 - Mems圧電センサ - Google Patents
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Description
また、この発明の一実施形態は、多軸化に有利な構造のMEMS圧電センサを提供する。
前記結合領域は、具体的には、前記中心軸線に沿ってみたときに、センサボディの外縁を通る円の直径の1/2以下の直径の円内に設定された領域であることが好ましい。
この発明の一実施形態では、前記センサボディの表面に下部電極が形成されており、前記下部電極に接するように前記圧電体膜が形成されている。前記複数個の電極は、前記圧電体膜の前記下部電極とは反対側の表面に接合されている。
また、この発明の一実施形態では、前記支持構造が、表面に回路配線が形成された支持基板を含み、前記下部電極および前記複数個の電極が、前記圧電体膜の表面の側に配置されたボンディングワイヤまたはバンプを介して前記回路配線に接続されている。
この構成によれば、励振電極に駆動電圧を印加することにより、逆圧電効果によって、圧電体膜を伸縮させ、それによって、センサボディを振動させることができる。一方、検出電極は、圧電効果によって圧電体膜に生じる電圧を導出することができる。これにより、センサボディを振動させ、かつセンサボディの変形を検出することができるから、高感度な振動型センサを提供できる。また、カップ状のセンサボディに生じる3次元的な変形を検出電極によって検出でき、それによって、いわゆる多軸化を実現できる。
この構成によれば、一対の励振電極に駆動電圧を印加することにより、逆圧電効果によって、圧電体膜を伸縮させ、それによって、センサボディを振動させることができる。一方、一対の検出電極は、圧電効果によって圧電体膜に生じる電圧を導出することができる。これにより、センサボディに安定な振動を確実に生じさせ、かつセンサボディの変形を精度よく検出することができるから、一層高感度な振動型センサを提供できる。
この構成によれば、中心軸線まわりに2n回対称の位置に複数個の電極が設けられているので、中心軸線を挟んで対称な位置に一対の電極を配置できる。これにより、センサボディを効果的に励振でき、かつセンサボディの振動を高感度に検出でき、多軸化に有利な電極配置をとることができる。
この構成によれば、2n回対称の全ての位置に電極が配置されている。これにより、センサボディを効果的に励振でき、かつセンサボディの振動を高感度に検出でき、多軸化に有利な電極配置をとることができる。
この発明の一実施形態では、前記2n個の電極が、前記中心軸線まわりに交互に配置されたn個の励振電極とn個の検出電極とを含む。
この構成によれば、励振電極と検出電極とが2n回対称の位置に交互に配置されているので、センサボディを効果的に励振でき、かつセンサボディの振動を高感度に検出でき、多軸化に有利な構造を提供できる。
この構成によれば、一対の励振電極がカップ形状の中心軸線に対して対称に配置されているので、センサボディを効果的に励振でき、大きな振幅で振動させることができる。また、一対の検出電極がカップ形状の中心軸線に対して対称に配置されているので、センサボディの形状変化を精度良く検出することができる。それにより、高感度な検出が可能になり、多軸化に有利な構造を提供できる。
この構成によれば、励振電極によってセンサボディに定常振動を生じさせた状態で、検出電極によって物理量を検出することができる。検出電極は、定常振動の節に配置されているので、励振電極により生じた振動の影響が抑制された状態で、センサボディに生じる変化を検出できる。
この発明の一実施形態では、前記センサボディが、底部および胴部を含み、前記支持構造が前記底部において前記センサボディに結合されている。この構成により、センサボディがその底部で支持されているので、センサボディの全体に振動を生じさせることができるから、振動損失の少ない振動、たとえばワイングラスモードでの振動が可能になる。それによって、高感度の検出が可能になり、多軸化に有利な構造を提供できる。
支持基板は、シリコン、アルミナ等の任意の基板材料で作製できる。
この発明の一実施形態では、前記支持基板の表面において前記柱状部に対応する位置に支持部が設けられており、前記支持基板の表面において前記センサボディの開口縁に対向する位置に、前記支持部よりも掘り下げた凹所が形成されている。
また、柱状部は、中心軸線に沿う方向に関して、センサボディの開口縁よりもセンサボディの外方(底部とは離れる方向)に突出していなくてもよい。より具体的には、柱状部の支持基板に対向する端部が、中心軸線に沿う方向に関して、センサボディの開口縁と同じ位置にあってもよい。このような構造は、たとえば、シリコン基板等の基板をエッチングしてセンサボディと、それと一体化した柱状部とを同時に形成して得られる。したがって、MEMS工程でセンサボディおよび柱状部を同時に形成した構造においても、支持基板に形成した凹所によって、センサボディの効率的な振動を確保できる。
この構成によれば、支持部において交差する方向に沿ってそれぞれ延びる複数の梁部がセンサボディの内部および外部に跨がって延びているので、組立時には、複数の梁部を目印にして、センサボディを支持部に対して位置合わせできる。また、梁部との接触を凹部で回避できるので、センサボディの開口縁を梁部の表面よりも基板表面に近い位置に配置することができる。それによって、センサボディを大きくすることができるので、より感度の高い検出が可能になる。梁部は、支持部に結合されていてもよいし、支持部から離間していてもよい。
この発明の一実施形態では、前記支持基板の表面に回路配線が形成されており、前記回路配線と前記電極とがボンディングワイヤで接続されている。この構成によれば、支持基板が回路基板であり、その回路基板上の回路配線にボンディングワイヤによってセンサボディ上の電極が接続されている。すなわち、ワイヤボンディングによって、電極と回路配線との接続が確保されている。これにより、センサボディの振動に対する影響を抑制しながら、センサボディと回路基板との間の安定な入出力のための電気的接続を達成できる。
この発明の一実施形態では、前記支持基板の表面に回路配線が形成されており、前記回路配線と前記電極とがワイヤレスボンディングで接続されている。この構成によれば、電極と回路配線とをワイヤレスボンディングで接続できるので、接続構造を簡単にしながら、感度の高く、多軸化に有利なMEMS圧電センサを提供できる。また、電気的接続のための構造をセンサボディの支持構造の一部に利用できるので、全体の構造を簡単にすることができる。
このように、センサボディが平板状の底部と筒状の胴部とを有する構造は、シリコン基板等の基板をエッチングする工程で製造できる。カップ状のセンサボディの全体が振動および変形するので、圧電体膜は底部および胴部のいずれに配置してもよく、その圧電体膜の配置に応じて電極を配置すればよい。つまり、圧電体膜は、底部および胴部の一方または両方に配置することができる。圧電体膜が底部に配置される場合に、圧電体膜は、底部の外表面および内表面の一方に配置してもよいし、それらの両方に配置してもよい。同様に、圧電体膜が胴部に配置される場合に、圧電体膜は、胴部の外表面および内表面の一方に配置してもよいし、それらの両方に配置してもよい。
この発明の一実施形態では、前記センサボディの外表面に前記圧電体膜が配置されている。この構成によれば、圧電体膜の配置に対応するように、電極がセンサボディの外側に配置されるので、電極の外部接続が容易になる。
この発明の一実施形態では、前記センサボディが、シリコンを主成分とする材料からなる。この構成によれば、MEMSプロセスによるシリコンの加工によってセンサボディを作製できる。
この発明の一実施形態では、前記センサボディが、SOI(Silicon-On-Insulator)基板に対して半導体プロセスによる加工を施して作製されており、前記SOI基板のシリコン層上に前記下部電極が形成されている。
また、この発明の一実施形態では、前記圧電体膜、前記下部電極および前記SOI基板の前記シリコン層が除去されて前記SOI基板の絶縁膜を露出させる凹部が形成されており、前記凹部内に前記下部電極への接続のための前記ボンディングワイヤのボールが配置されている。
胴部の肉厚は、薄いほど感度が向上するので、円筒形状の直径の1/20以下とすることが好ましい。ただし、肉厚が薄すぎると加工形状が不安定になって、センサ特性のバラツキの原因となるので、肉厚は10μm以上が好ましい。
この発明の一実施形態では、前記センサボディは、前記胴部に結合された底部を含み、前記支持構造は、前記底部に結合され、前記胴部の円筒形状の直径の1/20以上1/2以下の直径を有する円形断面を有する柱状部を含む。この構成により、センサボディを効率的に励振でき、かつ感度の高い検出が可能で、多軸化に有利なMEMS圧電センサを提供できる。とくに、円筒形状の胴部を円形断面の柱状部により支持する構造は、センサボディ全体を効率良く振動させることができる。なお、柱状部の円形断面は、中心軸線に垂直な切断面の形状である。
図1は、この発明の一実施形態に係るMEMS圧電センサ1の斜視図である。図2は、中心軸線20を含む切断面におけるMEMS圧電センサ1の断面図である。図3は、MEMS圧電センサ1のセンサボディ2の構造を一部切り欠いて示す斜視図である。図4は、センサボディ2を支持する支持基板31の斜視図である。
センサボディ2は、この実施形態では、シリコンからなる。より具体的には、センサボディ2は、シリコン基板(より具体的にはSOI(Silicon-On-Insulator)基板)に対して半導体プロセスによる加工を施して作製されている。
シリコン層13の電気抵抗を充分に低くしておいて、シリコン層13を圧電素子Pd1〜Pd4,Ps1〜Ps4の下部電極として用い、下部電極5を省いてもよい。
図11A〜図11Lは、センサボディ2の製造工程を説明するための断面図である。
図11Aに示すように、SOI基板10が準備される。SOI基板10は、シリコン基板11と、その表面に形成された絶縁膜12(いわゆる埋め込み酸化膜)と、その表面に形成されたシリコン層13(活性層)とを含む。シリコン基板11は、たとえば、厚さ525nmであってもよい。絶縁膜12は、たとえば、厚さ1000nmのシリコン酸化膜であってもよい。シリコン層13は、不純物を添加して低抵抗化することにより、導電性を持たせた半導体層であり、たとえば厚さ20μm、比抵抗が1〜10Ω・cmであってもよい。
図11Dに示すように、フォトレジストパターン61上に上部電極膜63が堆積させられる。上部電極膜63は、フォトレジストパターン61の開口62内において圧電体膜6に接し、その開口62外においてフォトレジストパターン61の表面に接する。上部電極膜63は、たとえばPt膜であってもよい。また、後のワイヤボンディングを考慮して、ワイヤとの接合性に優れたAu(金)を用いてもよい。ただし、金自体をPZTの表面に直接成膜すると密着性が悪いので、PZTの表面に密着層としてCr膜(たとえば膜厚約50nm)を成膜し、その後にAu膜(たとえば膜厚約100nm)を成膜することが好ましい。これらの膜は、スパッタ装置を用いて行うことができる。
次に、図11Fに示すように、シリコン層13を選択エッチングするためのエッチングマスク層65がシリコン層13側の全表面に形成され、かつシリコン基板11を裏面から選択エッチングするためのエッチングマスク層66がシリコン基板11の裏面の全面に形成される。エッチングマスク層65,66は、たとえば、Cr(クロム)膜からなっていてもよい。活性層であるシリコン層13のエッチングはシリコン基板11のエッチングに比較してCrに対する選択比がよくないので、シリコン層13側のCr層の膜厚(たとえば800nm)を、シリコン基板11裏面のCr層の膜厚(たとえば500nm)よりも大きくしておくことが好ましい。
図12A〜図12Gは、支持基板31の製造工程を説明するための断面図である。
図12Aに示すように、表面に絶縁膜81(たとえば熱酸化により形成された酸化シリコン膜)が形成されたシリコン基板80が準備される。シリコン基板80の厚さはたとえば300μm程度、絶縁膜81の膜厚は100nm程度であってもよい。
次に、図12Eに示すように、堀込み部15に対応した環状の開口87を有するレジストパターン88が形成される。このレジストパターン88をマスクとして、図12Fに示すように、絶縁膜81がエッチングされ、さらにシリコン基板80がエッチングされる。これにより、環状の堀込み部15が形成され、その内側に円柱状の支持部14が形成される。その後、図12Gに示すように、レジストパターン88を除去することによって、支持基板31が得られる。
図13は、センサボディ2の振動を確認した実験結果を示す。実験に用いたセンサボディ2の各部の寸法(図2参照)は、次のとおりである。すなわち、柱状部25の直径D1=1mm、底部21の直径D2=3mm、胴部22の高さH=525μm、底部21の厚さTD=20μm、胴部22の厚さTS=30μmである。各電極Ed,Esは、幅100μm、長さ1100μmの長方形である。
図14は、ワイングラスモードによる定常振動を確認した実験結果を示す。実験に用いたセンサボディ2は図13の場合と同じである。励振電極Ed1〜Ed4に周波数34kHz付近の正弦波を印加し、底部21の周縁部における振幅をレーザドップラー振動計で計測した。横軸は、中心軸線20を挟んで対向する一対の励振電極Ed1,Ed3に沿って定義したx軸方向の位置であり、縦軸は中心軸線20を挟んで対向する他の一対の励振電極Ed2,Ed4に沿って定義したy軸方向の位置であり、x軸およびy軸の交点である原点は、底部21の中心軸線20に相当している。原点からの距離が、中心軸線20まわりの各方向の周縁部での振幅を表している。
図15は、検出動作を確認するための実験結果を示す。実験に用いたセンサボディ2は図13の場合と同じである。周波数応答分析装置(Frequency Response Analyzer)を用いて、一対の励振電極Ed1,Ed3に正弦波を印加し、その周波数を掃引する一方で、別の励振電極Ed2,Ed4の出力信号を検出した。その結果、周波数34kHz付近で、検出信号の位相が反転し、かつ振幅(任意単位)が極大となり、共振が確認された。これにより、センサボディ2上の圧電素子により振幅の検出が可能であることが確認できた。
センサボディ2の表面に形成された圧電体膜6には、複数個の電極が接合されている。複数個の電極は、この実施形態では、4個の励振電極Ed1〜Ed4および4個の検出電極Es1〜Es4を含み、これらは、カップ形状の中心軸線20を中心とした放射状に配置されている。これらの電極Ed,Esを用いて、センサボディ2のほぼ全体に渡る振動を生じさせたり、外力その他の影響で圧電体膜6に生じる起電力を検出したりすることができる。センサボディ2のほぼ全体が振動するので、感度の高い検出が可能である。
この実施形態の構成では、2対の励振電極Ed1,Ed3;Ed2,Ed4に駆動電圧を印加することにより、逆圧電効果によって、圧電体膜6を伸縮させ、それによって、センサボディ2を振動させることができる。一方、2対の検出電極Es1,Es3;Es2,Es4は、圧電効果によって圧電体膜6に生じる電圧を導出することができる。これにより、センサボディ2を振動させ、かつセンサボディ2の変形を検出することができるから、高感度な振動型センサを提供できる。また、カップ状のセンサボディ2に生じる3次元的な変形を検出電極Es1〜Es4によって検出でき、それによって、いわゆる多軸化を実現できる。
より具体的には、この実施形態では、センサボディ2に定常振動が生じた状態で、MEMS圧電センサ1に角速度が働くと、コリオリ力によって定常振動が変化し、この変化を表す信号が検出電極Esから取り出される。それによって、角速度を検出できる。センサボディ2には3次元的な振動が生じるので、検出電極Esから取り出される信号に対して適切な処理を行うことによって、同時に3軸に関する角速度の検出が可能である。
また、この実施形態では、センサボディ2が、底部21および胴部22を含み、支持構造3が底部21においてセンサボディ2に結合されている。したがって、センサボディ2がその底部21で支持されているので、センサボディ2の全体に振動を生じさせることができるから、振動損失の少ない振動、たとえばワイングラスモードでの振動が可能になる。それによって、高感度の検出が可能で、多軸化に有利なMEMS圧電センサ1を提供できる。
また、この実施形態では、柱状部25がカップ形状の内側においてセンサボディ2の底部21に結合されている。そして、支持構造3は、センサボディ2の開口縁23側で柱状部25に結合された支持基板31を含む。この構成では、カップ形状の内側に柱状部25を配置できるので、小型かつ高感度で、しかも多軸化に有利なMEMS圧電センサ1を提供できる。
さらに、この実施形態では、支持基板31の表面において柱状部25に対応する位置に支持部14が設けられており、支持基板31の表面においてセンサボディ2の開口縁23に対向する位置に、支持部14よりも掘り下げた堀込み部15が形成されている。この構成によれば、支持基板31の表面の支持部14で柱状部25を支持する一方で、センサボディ2の開口縁23に対向する位置には支持基板31の表面に凹所(堀込み部15)が形成されている。これにより、センサボディ2の効率的な振動を確保した状態でセンサボディ2を支持できる。
センサボディ2の胴部22は、直径D2が0.2mm以上5mm以下、かつ肉厚TSが前記直径D2の1/20以下の円筒形状であることが好ましい。そして、その円筒形状の中心軸線20方向の長さHが100μm以上1mm以下であることが好ましい。これにより、センサボディ2を効率的に励振でき、かつ感度の高い検出が可能で、多軸化に有利なMEMS圧電センサ1を提供できる。
胴部22の長さHは、短すぎるとQ値が下がり、感度が低下する懸念があるので、100μm以上とすることが好ましい。一方、胴部22の長さHが長すぎると、加工時間がかかりすぎて実用的でないので、1mm以下が好ましい。
図17は、この発明の他の実施形態に係るMEMS圧電センサ1Aの構成を説明するための図解的な断面図である。図17において、前述の実施形態の各部に対応する部分には同一参照符号を付して示す。
この実施形態では、支持構造3が、カップ形状の外側においてセンサボディ2の底部21に結合されている。したがって、支持構造3とセンサボディ2との結合が容易であるので、簡単な構造で、感度が高く、多軸化に有利なMEMS圧電センサ1Aを提供できる。
そして、支持基板31の表面31aに回路配線Wc,Wd,Wsが形成されており、その回路配線Wc,Wd,Wsと電極5,Ed,Esとがワイヤレスボンディングで接続されている。それにより、接続構造を簡単にしながら、感度が高く、かつ多軸化に有利なMEMS圧電センサ1Aを提供できる。また、電気的接続のための構造をセンサボディ2の支持構造3の一部に利用できるので、全体の構造を簡単にすることができる。
この実施形態では、センサボディ2の底部21の外表面21aに、柱状部95が結合されている。柱状部95は、センサボディ2の中心軸線20に沿って、底部21の外表面21aから、当該底部21から離れる方向に延びている。柱状部95の先端は、支持基板31の表面31aに支持されている。柱状部95は、たとえば、SOI基板10のシリコン層13を加工して作製することができる。
この実施形態では、支持構造3は、支持基板31と、柱状部95と、バンプ90〜92とを含む。柱状部95を設けることによって、支持基板31とセンサボディ2とを確実に離隔させることができる。
図19Aの構成では、堀込み部15の底面15aからの梁部101の高さは、支持基板31の表面31aよりも低く、底面15aからの支持部14の高さは、支持基板31の表面31aと同じである。そして、センサボディ2の柱状部25の下端と開口縁23とが同一平面内に位置している。したがって、開口縁23と梁部101との間には、梁部101と支持部14との高さの差に応じた隙間が確保されている。
このように、この構成では、支持基板31の表面31aに設けられた支持部14から異なる方向(180度以外)に延びた複数の梁部101が設けられており、その複数の梁部101が、センサボディ2の内側と外側とに跨がって延びている。したがって、組立時には、複数の梁部101を目印にして、センサボディ2を支持部14に対して位置合わせできる。
この実施形態では、センサボディ2の胴部22に圧電素子Pd,Psが形成されている。具体的には、センサボディ2の胴部22の外表面22aに下部電極5が形成されており、その下部電極5に圧電体膜6が積層されており、その圧電体膜6上に励振電極Edおよび検出電極Esが設けられている。これにより、励振電極Edの位置に励振用圧電素子Pdが形成されており、検出電極Esの位置に検出用圧電素子Psが形成されている。
なお、センサボディ2の底部21と胴部22との両方に圧電素子を形成することもできる。
図21A〜図21Cは、センサボディ2の形状に関する変形例を示す。これらの図において、前述の実施形態の各部の対応部分には、同一参照符号を付して示す。
図21Bの例では、センサボディ2の胴部22は、中心軸線20に対して第1の傾斜角で傾斜した第1部分221と、第2の傾斜角で傾斜した第2部分222とを含む。第1部分221は、底部21に結合され、底部21から離れるに従って中心軸線20から離れるように外側に向かって傾斜した側面を有する円錐台筒形状(コーン形状)である。第2部分222は、第1部分221の外側縁部に連続する外側縁部を有し、その外側縁部から中心軸線20に向かって内方に傾斜して延びた側面を有する円錐台筒形状(コーン形状)である。すなわち、第1部分221は底部21から離れるに従って外側に拡がる形状であり、第2部分222は底部21から離れるに従って内側に窄まる形状であり、それらの外側縁部同士が結合されている。電極Ed,Esは、底部21に配置されてもよいし、胴部22(たとえば第1部分221)に配置されてもよい。
図22は、センサボディ2の形状に関する変形例を示す。この例では、センサボディ2は、ワイングラス形に形成されている。より具体的には、センサボディ2は、中心軸線20まわりの回転体であって、中心軸線20を含む切断面において、底部21および胴部22が区切りなく連続した湾曲線に沿っている。たとえば、底部21および胴部22が切断面において従う湾曲線は、部分楕円(具体的には半楕円)の周形状であってもよい。図22の例では、底部21の中心軸線20に沿って柱状部95がセンサボディ2と一体的に設けられている。この例では、柱状部95は、センサボディ2の外側に配置されているが、同様の柱状部95をセンサボディ2の内側に設けることもできる。また、柱状部95を設けずに、図17と同様な支持構造3によって、センサボディ2を支持基板31上に支持することもできる。電極Ed,Esは、底部21に配置されてもよいし、胴部22に配置されてもよい。
(1) センサボディは、必ずしも回転体である必要はない。たとえば、多角筒状体、多角錘台筒状体などでセンサボディを構成してもよい。
(2) センサボディの内側への圧電素子の配置は、図23の形状のセンサボディに限らず、他の形態のセンサボディであっても、その内側に圧電素子を配置することができる。
(5) センサボディと支持構造との結合領域は、図1等の実施形態では柱状部25と底部21とが結合された円形の領域であり、その全域で柱状部25が底部21に結合されている。それに対して、図17、図18等の実施形態では、バンプ90等を包含する領域であって、その内部では複数のバンプ90の位置においてセンサボディ2と支持構造3とが結合されている。そして、複数のバンプ90が中心軸線20を取り囲むように配置されているので、センサボディ2は、実質的には、中心軸線20上で支持構造3に結合されていると言える。同様な結合は、結合部分が円弧形状をなす場合や、環状をなす場合にも達成され得る。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
2 センサボディ
3 支持構造
5 下部電極
6 圧電体膜
8 下部電極接続部
9 ボンディングパッド(上部電極の接続部)
10 SOI基板
11 シリコン基板
12 絶縁膜
13 シリコン層
14 支持部
15 堀込み部(凹所)
16 隙間
17 接着剤
18 結合領域
20 中心軸線
21 底部
22 胴部
23 開口縁
24 切り欠き部(凹部)
25 柱状部
28 ボンディングワイヤのボール
31 支持基板
51 駆動回路
52 検出回路
90〜92 バンプ
95 柱状部
101 梁部
221 第1部分
222 第2部分
223 フランジ部
Ed,Ed1〜Ed4 励振電極
Es,Es1〜Es4 検出電極
Pd1〜Pd4 励振用圧電素子
Ps1〜Ps4 検出用圧電素子
Wd,Wd1〜Wd4 励振配線
Ws,Ws1〜Ws4 検出配線
Wc 共通配線
Bd,Bd1〜Bd4 ボンディングワイヤ
Bs,Bs1〜Bs4 ボンディングワイヤ
Bc ボンディングワイヤ
SW 定常波
OS 振動
AN 定常振動の腹
N 定常振動の節
ω 角速度
Claims (29)
- 中心軸線を有するカップ形状のセンサボディと、
前記中心軸線を含む所定の結合領域で前記センサボディに結合され、前記センサボディを支持する支持構造と、
前記センサボディの表面に形成された下部電極と、
前記下部電極に接するように形成された圧電体膜と、
前記カップ形状の前記中心軸線を中心とした放射状に配置され、前記圧電体膜の前記下部電極とは反対側の表面に接合された複数個の電極と
を含み、
前記支持構造が、表面に回路配線が形成された支持基板を含み、
前記下部電極および前記複数個の電極が、前記圧電体膜の表面の側に配置されたボンディングワイヤまたはバンプを介して前記回路配線に接続されている、MEMS圧電センサ。 - 前記複数個の電極が、少なくとも一つの励振電極と、少なくとも一つの検出電極とを含む、請求項1に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記複数個の電極が、少なくとも一対の励振電極と、少なくとも一対の検出電極とを含む、請求項1に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記複数個の電極が、前記中心軸線まわりに2n回対称(ただしnは自然数)の位置に設けられている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。
- 2n個の前記電極(ただしnは自然数)が、前記中心軸線まわりに2n回対称の位置に設けられている、請求項1に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記2n個の電極が、前記中心軸線まわりに交互に配置されたn個の励振電極とn個の検出電極とを含む、請求項5に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記複数個の電極が、
前記カップ形状の前記中心軸線に対して対称に配置され前記圧電体膜の表面に接合された一対の励振電極と、
前記カップ形状の中心軸線に対して対称に配置され前記圧電体膜の表面に接合された一対の検出電極と
を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。 - 前記励振電極によって圧電体膜を駆動することにより、前記センサボディに定常振動が生じ、前記定常振動の腹に前記励振電極が配置され、前記定常振動の節に前記検出電極が配置されている、請求項2、3、6または7に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記励振電極によって圧電体膜を駆動することにより前記センサボディに生じる振動がワイングラスモードである、請求項2、3、6、7または8に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記センサボディが、底部および胴部を含み、前記支持構造が前記底部において前記センサボディに結合されている、請求項1〜9のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記支持構造が、前記底部に結合され、前記中心軸線に沿って延びる柱状部を含む、請求項10に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記柱状部が前記カップ形状の内側において前記センサボディの底部に結合されており、
前記支持基板が、前記センサボディの開口縁側で前記柱状部に結合されている、請求項11に記載のMEMS圧電センサ。 - 前記支持基板の表面と前記開口縁とが離隔している、請求項12に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記支持基板の表面において前記柱状部に対応する位置に支持部が設けられており、
前記支持基板の表面において前記センサボディの開口縁に対向する位置に、前記支持部よりも掘り下げた凹所が形成されている、請求項13に記載のMEMS圧電センサ。 - 前記支持基板の表面において前記柱状部に対応する位置に支持部が設けられており、
前記支持部において交差する異なる方向に沿って前記センサボディの内部および外部に跨がってそれぞれ延びた複数の梁部を含み、
前記センサボディの開口縁には、前記複数の梁部に対応する位置に凹部が形成されている、請求項13に記載のMEMS圧電センサ。 - 前記柱状部と前記支持基板とが、樹脂、金属またはシリコンの直接接合により接続されている、請求項12〜15のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記支持構造が、前記カップ形状の外側において前記センサボディの底部に結合されている、請求項10または11に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記支持基板が、前記センサボディの底部の外表面に対向しており、
前記回路配線と前記電極とが前記バンプを介するワイヤレスボンディングで接続されている、請求項17に記載のMEMS圧電センサ。 - 前記センサボディが、平板状の底部と、前記底部に結合された筒状の胴部とを含み、
前記底部または前記胴部に前記圧電体膜が配置されている、請求項1〜18のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。 - 前記センサボディの外表面に前記圧電体膜が配置されている、請求項1〜19のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記センサボディの内表面に前記圧電体膜が配置されている、請求項1〜19のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記センサボディが、シリコンを主成分とする材料からなる、請求項1〜21のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記センサボディが、SOI(Silicon-On-Insulator)基板に対して半導体プロセスによる加工を施して作製されており、前記SOI基板のシリコン層上に前記下部電極が形成されている、請求項1〜21のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記センサボディが、SOI(Silicon-On-Insulator)基板に対して半導体プロセスによる加工を施して作製されており、前記SOI基板のシリコン層上に前記下部電極が形成されており、
前記圧電体膜、前記下部電極および前記SOI基板の前記シリコン層が除去されて前記SOI基板の絶縁膜を露出させる凹部が形成されており、前記凹部内に前記下部電極への接続のための前記ボンディングワイヤのボールが配置されている、請求項1〜16のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。 - 前記センサボディは直径が0.2mm以上5mm以下、かつ肉厚が前記直径の1/20以下の円筒形状の胴部を含み、前記円筒形状の中心軸線方向の長さが100μm以上1mm以下である、請求項1〜24のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記センサボディは、前記胴部に結合された底部を含み、
前記支持構造は、前記底部に結合され、前記胴部の円筒形状の直径の1/20以上1/2以下の直径を有する円形断面を有する柱状部を含む、請求項25に記載のMEMS圧電センサ。 - 前記圧電体膜の膜厚が0.2μm以上5μm以下である、請求項1〜26のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記圧電体膜が、Pb,ZrおよびTiを主成分とするペロブスカイト構造の酸化物、Pb,Mg,NbおよびTiを主成分とするペロブスカイト構造の酸化物、K,NaおよびNbを主成分とするペロブスカイト構造の酸化物、またはBa,CaおよびTiを主成分とするペロブスカイト構造の酸化物からなる、請求項1〜27のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。
- 前記圧電体膜が、ゾルゲル法またはスパッタ法により形成された圧電材料膜である、請求項1〜28のいずれか一項に記載のMEMS圧電センサ。
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