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JP7099284B2 - Inertia sensors, electronic devices and moving objects - Google Patents

Inertia sensors, electronic devices and moving objects Download PDF

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JP7099284B2 JP2018222492A JP2018222492A JP7099284B2 JP 7099284 B2 JP7099284 B2 JP 7099284B2 JP 2018222492 A JP2018222492 A JP 2018222492A JP 2018222492 A JP2018222492 A JP 2018222492A JP 7099284 B2 JP7099284 B2 JP 7099284B2
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Description

本発明は、慣性センサー、電子機器および移動体に関するものである。 The present invention relates to inertial sensors, electronic devices and moving objects.

特許文献1に記載されている角速度センサーは、可動駆動電極と、可動駆動電極を振動させる固定駆動電極と、振動量増幅部を介して可動駆動電極に接続された可動検出電極と、可動検出電極と対向配置された固定検出電極と、を有する。このような構成の角速度センサーでは、可動駆動電極と固定駆動電極との間に静電引力を発生させることにより可動駆動電極と共に可動検出電極をY軸方向に振動させ(この振動モードを「駆動振動モード」と言う)、この状態でX軸まわりの角速度が加わると、コリオリの力によって可動検出電極がZ軸方向に振動し(この振動モードを「検出振動モード」と言う)、それに伴って変化する可動検出電極と固定検出電極との間の静電容量に基づいてX軸まわりの角速度を検出することができる。 The angular velocity sensor described in Patent Document 1 includes a movable drive electrode, a fixed drive electrode that vibrates the movable drive electrode, a movable detection electrode connected to the movable drive electrode via a vibration amount amplification unit, and a movable detection electrode. And a fixed detection electrode arranged to face each other. In the angular velocity sensor having such a configuration, the movable detection electrode is vibrated in the Y-axis direction together with the movable drive electrode by generating an electrostatic attraction between the movable drive electrode and the fixed drive electrode (this vibration mode is "drive vibration". When an angular velocity around the X-axis is applied in this state, the movable detection electrode vibrates in the Z-axis direction due to the force of the colioli (this vibration mode is called the "detection vibration mode"), and changes accordingly. The angular velocity around the X-axis can be detected based on the capacitance between the movable detection electrode and the fixed detection electrode.

このような角速度センサーは、例えば、特許文献2に記載されているシリコンの深溝エッチング技術であるボッシュ・プロセスを用いて形成することができる。シリコンの深溝エッチング技術とは、エッチング用ガスであるSFと側壁保護膜形成用ガスCの2系統のガスを交互に切り替えて、エッチング工程と側壁保護膜形成工程とを交互に繰り返すことにより、シリコンに深溝を形成する技術である。このような深溝エッチング技術によれば、溝側面の垂直性に優れ、高いアスペクト比の溝を形成することができる。 Such an angular velocity sensor can be formed, for example, by using the Bosch process, which is a deep groove etching technique for silicon described in Patent Document 2. In the deep groove etching technique of silicon, two systems of gas, SF 6 which is an etching gas and gas C 4 F 8 for forming a side wall protective film, are alternately switched, and the etching process and the side wall protective film forming process are alternately repeated. This is a technique for forming a deep groove in silicon. According to such a deep groove etching technique, it is possible to form a groove having an excellent verticality of the groove side surface and a high aspect ratio.

特開2009-175079号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-175079 特表平7-503815号公報Special Table No. 7-503815 Gazette

しかしながら、特許文献2に記載の深溝エッチング技術を用いた場合、例えば、被エッチングウェーハのチャンバー内の位置等によっては、被エッチングウェーハのエッチング面の法線方向に対して傾斜した斜め方向に貫通孔が形成されてしまう場合がある。このように、貫通孔が斜めに形成されてしまうと、振動量増幅部の断面形状が矩形からずれてしまう。このように、振動量増幅部の断面形状が矩形からずれてしまうと、駆動振動モードにおいて可動検出電極がY軸方向のみならずZ軸方向にも振動してしまい、角速度の検出特性が低下する。 However, when the deep groove etching technique described in Patent Document 2 is used, for example, depending on the position in the chamber of the wafer to be etched, a through hole is inclined in an oblique direction with respect to the normal direction of the etching surface of the wafer to be etched. May be formed. If the through hole is formed diagonally in this way, the cross-sectional shape of the vibration amount amplification portion deviates from the rectangle. In this way, if the cross-sectional shape of the vibration amount amplification portion deviates from the rectangle, the movable detection electrode vibrates not only in the Y-axis direction but also in the Z-axis direction in the drive vibration mode, and the angular velocity detection characteristic deteriorates. ..

なお、駆動振動モード時の可動検出電極のZ軸方向への振動(不要な振動)は、「クアドラチャ」とも呼ばれており、このクアドラチャに起因したノイズ信号は、「クアドラチャ信号」とも呼ばれている。 The vibration (unnecessary vibration) of the movable detection electrode in the drive vibration mode in the Z-axis direction is also called a "quadracha", and the noise signal caused by this quadracha is also called a "quadracha signal". There is.

本発明の慣性センサーは、互いに直交する3軸をX軸、Y軸およびZ軸としたとき、
基板と、
前記基板と前記Z軸に沿う方向に重なり、前記基板と対向している検出可動体と、
前記基板に配置され、前記検出可動体と対向している固定検出電極と、
前記検出可動体を振動させる駆動部と、を有し、
前記検出可動体の振動は、前記X軸に沿う方向の振動と前記Z軸に沿う方向の振動とが合成された駆動振動モードを有し、
前記Z軸方向からの平面視で、
前記検出可動体を前記X軸に沿う方向に二等分する線を中心線としたとき、
前記検出可動体の重心は、前記中心線から前記X軸に沿う方向にずれており、
前記重心と前記中心線との離間距離は、前記検出可動体の前記X軸に沿う方向への振幅よりも小さいことを特徴とする。
In the inertial sensor of the present invention, when the three axes orthogonal to each other are the X-axis, the Y-axis and the Z-axis,
With the board
A detection movable body that overlaps the substrate in the direction along the Z axis and faces the substrate.
A fixed detection electrode arranged on the substrate and facing the detection movable body, and
It has a drive unit that vibrates the detection movable body, and has
The vibration of the detected movable body has a drive vibration mode in which vibration in the direction along the X axis and vibration in the direction along the Z axis are combined.
In a plan view from the Z-axis direction
When the line that bisects the detected movable body in the direction along the X axis is used as the center line,
The center of gravity of the detected movable body is deviated from the center line in the direction along the X axis.
The distance between the center of gravity and the center line is smaller than the amplitude of the detected movable body in the direction along the X axis.

第1実施形態に係る慣性センサーを示す平面図である。It is a top view which shows the inertia sensor which concerns on 1st Embodiment. 図1中のA-A線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. 図1の慣性センサーが有するセンサー素子を示す平面図である。It is a top view which shows the sensor element which the inertia sensor of FIG. 1 has. 図1の慣性センサーに印加する電圧を示す図である。It is a figure which shows the voltage applied to the inertia sensor of FIG. 図3中のB-B線断面図で、センサー素子の駆動振動モードを示す図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG. 3 showing a drive vibration mode of the sensor element. センサー素子が有する可動検出電極を示す平面図である。It is a top view which shows the movable detection electrode which a sensor element has. 図6に示す可動検出電極の断面図である。It is sectional drawing of the movable detection electrode shown in FIG. センサー素子の駆動振動モードを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the drive vibration mode of a sensor element. 従来構成を示すモデル図である。It is a model diagram which shows the conventional structure. 本実施形態を示すモデル図である。It is a model diagram which shows this embodiment. 図1の慣性センサーの製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the inertia sensor of FIG. 図1の慣性センサーの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the inertia sensor of FIG. 図1の慣性センサーの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the inertia sensor of FIG. 図1の慣性センサーの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the inertia sensor of FIG. 図1の慣性センサーの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the inertia sensor of FIG. 慣性センサーの別の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating another manufacturing method of an inertia sensor. 慣性センサーの別の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating another manufacturing method of an inertia sensor. 慣性センサーの別の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating another manufacturing method of an inertia sensor. 第2実施形態に係る慣性センサーを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the inertia sensor which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る慣性センサーを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the inertia sensor which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る電子機器としてのスマートフォンを示す平面図である。It is a top view which shows the smartphone as an electronic device which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る電子機器としての慣性計測装置を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the inertial measurement unit as an electronic device which concerns on 5th Embodiment. 図22に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。FIG. 22 is a perspective view of a substrate included in the inertial measurement unit shown in FIG. 22. 第6実施形態に係る電子機器としての移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole system of the mobile positioning apparatus as an electronic device which concerns on 6th Embodiment. 図24に示す移動体測位装置の作用を示す図である。It is a figure which shows the operation of the mobile body positioning apparatus shown in FIG. 24. 第7実施形態に係る移動体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the moving body which concerns on 7th Embodiment.

以下、本発明の慣性センサー、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the inertial sensor, the electronic device, and the moving body of the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings.

<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る慣性センサーを示す平面図である。図2は、図1中のA-A線断面図である。図3は、図1の慣性センサーが有するセンサー素子を示す平面図である。図4は、図1の慣性センサーに印加する電圧を示す図である。図5は、図3中のB-B線断面図で、センサー素子の駆動振動モードを示す図である。図6は、センサー素子が有する可動検出電極を示す平面図である。図7は、図6に示す可動検出電極の断面図である。図8は、センサー素子の駆動振動モードを示す断面図である。図9は、従来構成を示すモデル図である。図10は、本実施形態を示すモデル図である。図11は、図1の慣性センサーの製造工程を示す図である。図12ないし図15は、それぞれ、図1の慣性センサーの製造方法を説明するための断面図である。図16ないし図18は、それぞれ、慣性センサーの別の製造方法を説明するための断面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view showing an inertial sensor according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 3 is a plan view showing a sensor element included in the inertial sensor of FIG. FIG. 4 is a diagram showing a voltage applied to the inertial sensor of FIG. FIG. 5 is a sectional view taken along line BB in FIG. 3 and is a diagram showing a drive vibration mode of the sensor element. FIG. 6 is a plan view showing a movable detection electrode included in the sensor element. FIG. 7 is a cross-sectional view of the movable detection electrode shown in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a drive vibration mode of the sensor element. FIG. 9 is a model diagram showing a conventional configuration. FIG. 10 is a model diagram showing the present embodiment. FIG. 11 is a diagram showing a manufacturing process of the inertial sensor of FIG. 12 to 15 are sectional views for explaining a method of manufacturing the inertial sensor of FIG. 1, respectively. 16 to 18 are sectional views for explaining another manufacturing method of the inertial sensor, respectively.

各図には、互いに直交する3つの軸としてX軸、Y軸およびZ軸が図示されている。また、X軸に沿う方向すなわちX軸に平行な方向を「X軸方向」、Y軸に沿う方向を「Y軸方向」、Z軸に沿う方向を「Z軸方向」とも言う。また、各軸の矢印先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。また、Z軸方向プラス側を「上」とも言い、Z軸方向マイナス側を「下」とも言う。また、本願明細書において「直交」とは、90°で交わっている場合の他、90°から若干傾いた角度、例えば、90°±5°以内の範囲で交わっている場合も含むものである。 In each figure, an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis are shown as three axes orthogonal to each other. Further, the direction along the X-axis, that is, the direction parallel to the X-axis is also referred to as "X-axis direction", the direction along the Y-axis is referred to as "Y-axis direction", and the direction along the Z-axis is also referred to as "Z-axis direction". Further, the arrow tip side of each axis is also referred to as "plus side", and the opposite side is also referred to as "minus side". Further, the plus side in the Z-axis direction is also referred to as "up", and the minus side in the Z-axis direction is also referred to as "down". Further, in the present specification, "orthogonal" includes not only the case where they intersect at 90 ° but also the case where they intersect at an angle slightly inclined from 90 °, for example, within a range of 90 ° ± 5 °.

図1に示す慣性センサー1は、Y軸まわりの角速度ωyを検出することのできる角速度センサーである。慣性センサー1は、基板2と、蓋3と、センサー素子4と、を有する。 The inertial sensor 1 shown in FIG. 1 is an angular velocity sensor capable of detecting an angular velocity ωy around the Y axis. The inertial sensor 1 has a substrate 2, a lid 3, and a sensor element 4.

基板2は、上面に開放する凹部21を有する。凹部21は、センサー素子4と基板2との接触を防止するための逃げ部として機能する。また、基板2は、凹部21の底面から突出する複数のマウント221、222、224を有する。そして、これらマウント221、222、224の上面にセンサー素子4が接合されている。 The substrate 2 has a recess 21 that opens to the upper surface. The recess 21 functions as a relief portion for preventing contact between the sensor element 4 and the substrate 2. Further, the substrate 2 has a plurality of mounts 221, 222, 224 protruding from the bottom surface of the recess 21. The sensor element 4 is bonded to the upper surfaces of the mounts 221, 222, and 224.

また、凹部21の底面には固定検出電極71、72が配置されている。また、基板2は、上面に開放する溝を有し、この溝には配線73、74、75、76、77、78が配置されている。また、配線73、74、75、76、77、78の一端部は、それぞれ、蓋3の外側に露出し、外部装置との電気的な接続を行う電極パッドPとして機能する。 Further, fixed detection electrodes 71 and 72 are arranged on the bottom surface of the recess 21. Further, the substrate 2 has a groove opened on the upper surface, and wirings 73, 74, 75, 76, 77, and 78 are arranged in this groove. Further, one end of the wiring 73, 74, 75, 76, 77, 78 is exposed to the outside of the lid 3, and functions as an electrode pad P for electrical connection with an external device.

このような基板2としては、例えば、ナトリウムイオン等のアルカリ金属イオンを含むガラス材料、具体的にはテンパックスガラス(登録商標)、パイレックスガラス(登録商標)のような硼珪酸ガラスで構成されたガラス基板を用いることができる。ただし、基板2の構成材料としては、特に限定されず、シリコン基板、セラミックス基板等を用いてもよい。 Such a substrate 2 is made of, for example, a glass material containing an alkali metal ion such as sodium ion, specifically, borosilicate glass such as Tempax glass (registered trademark) and Pylex glass (registered trademark). A glass substrate can be used. However, the constituent material of the substrate 2 is not particularly limited, and a silicon substrate, a ceramic substrate, or the like may be used.

図2に示すように、蓋3は、下面に開放する凹部31を有する。蓋3は、凹部31内にセンサー素子4を収納するようにして、基板2の上面に接合されている。そして、蓋3および基板2によって、その内側に、センサー素子4を収納する収納空間Sが形成されている。収納空間Sは、減圧状態、特に真空状態であることが好ましい。これにより、粘性抵抗が減り、センサー素子4を効率的に振動させることができる。 As shown in FIG. 2, the lid 3 has a recess 31 that opens to the lower surface. The lid 3 is joined to the upper surface of the substrate 2 so that the sensor element 4 is housed in the recess 31. A storage space S for accommodating the sensor element 4 is formed inside the lid 3 and the substrate 2. The storage space S is preferably in a reduced pressure state, particularly preferably in a vacuum state. As a result, the viscous resistance is reduced, and the sensor element 4 can be vibrated efficiently.

このような蓋3としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。ただし、蓋3としては、特に限定されず、例えば、ガラス基板やセラミックス基板を用いてもよい。また、基板2と蓋3との接合方法としては、特に限定されず、基板2や蓋3の材料によって適宜選択すればよいが、例えば、陽極接合、プラズマ照射によって活性化させた接合面同士を接合させる活性化接合、ガラスフリット等の接合部材による接合、基板2の上面および蓋3の下面に成膜した金属膜同士を接合する拡散接合等が挙げられる。本実施形態では、低融点ガラスであるガラスフリット39を介して基板2と蓋3とが接合されている。 As such a lid 3, for example, a silicon substrate can be used. However, the lid 3 is not particularly limited, and for example, a glass substrate or a ceramic substrate may be used. The method of joining the substrate 2 and the lid 3 is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the material of the substrate 2 and the lid 3. For example, the bonding surfaces activated by anode bonding or plasma irradiation may be selected. Examples thereof include activated bonding for bonding, bonding with a bonding member such as a glass frit, and diffusion bonding for bonding metal films formed on the upper surface of the substrate 2 and the lower surface of the lid 3. In the present embodiment, the substrate 2 and the lid 3 are bonded to each other via a glass frit 39 which is a low melting point glass.

センサー素子4は、収納空間Sに配置され、各マウント221、222、224の上面に接合されている。センサー素子4は、例えば、リン(P)、ボロン(B)、砒素(As)等の不純物がドープされた導電性のシリコン基板を深溝エッチング技術であるボッシュ・プロセスによってパターニングすることで形成されている。 The sensor element 4 is arranged in the storage space S and is joined to the upper surface of each mount 221, 222, 224. The sensor element 4 is formed by, for example, patterning a conductive silicon substrate doped with impurities such as phosphorus (P), boron (B), and arsenic (As) by the Bosch process, which is a deep groove etching technique. There is.

以下、センサー素子4の構成を図3に基づいて説明する。なお、以下では、Z軸方向からの平面視で、センサー素子4の中心Oと交わり、Y軸方向に延びる直線を「仮想直線α」とも言う。 Hereinafter, the configuration of the sensor element 4 will be described with reference to FIG. In the following, a straight line that intersects the center O of the sensor element 4 and extends in the Y-axis direction in a plan view from the Z-axis direction is also referred to as a “virtual straight line α”.

図3に示すように、センサー素子4の形状は、仮想直線αに対して対称である。このようなセンサー素子4は、仮想直線αの両側に配置された2つの駆動部41A、41Bを有する。駆動部41Aは、櫛歯状の可動駆動電極411Aと、櫛歯状をなし可動駆動電極411Aと噛み合って配置された固定駆動電極412Aと、を有する。同様に、駆動部41Bは、櫛歯状の可動駆動電極411Bと、櫛歯状をなし可動駆動電極411Bと噛み合って配置された固定駆動電極412Bと、を有する。 As shown in FIG. 3, the shape of the sensor element 4 is symmetrical with respect to the virtual straight line α. Such a sensor element 4 has two drive units 41A and 41B arranged on both sides of the virtual straight line α. The drive unit 41A has a comb-shaped movable drive electrode 411A and a fixed drive electrode 412A that is comb-shaped and is arranged so as to mesh with the movable drive electrode 411A. Similarly, the drive unit 41B has a comb-shaped movable drive electrode 411B and a fixed drive electrode 412B which is comb-shaped and is arranged so as to mesh with the movable drive electrode 411B.

また、固定駆動電極412A、412Bは、それぞれ、マウント221の上面に接合され、基板2に固定されている。また、固定駆動電極412A、412Bは、それぞれ、配線74と電気的に接続されている。 Further, the fixed drive electrodes 412A and 412B are respectively bonded to the upper surface of the mount 221 and fixed to the substrate 2. Further, the fixed drive electrodes 412A and 412B are electrically connected to the wiring 74, respectively.

また、センサー素子4は、駆動部41Aの周囲に配置された4つの固定部42Aと、駆動部41Bの周囲に配置された4つの固定部42Bと、を有する。そして、各固定部42A、42Bは、マウント222の上面に接合され、基板2に固定されている。また、センサー素子4は、各固定部42Aと可動駆動電極411Aとを連結する4つの駆動ばね43Aと、各固定部42Bと可動駆動電極411Bとを連結する4つの駆動ばね43Bと、を有する。 Further, the sensor element 4 has four fixed portions 42A arranged around the drive unit 41A and four fixed portions 42B arranged around the drive unit 41B. The fixing portions 42A and 42B are joined to the upper surface of the mount 222 and fixed to the substrate 2. Further, the sensor element 4 has four drive springs 43A that connect each fixed portion 42A and the movable drive electrode 411A, and four drive springs 43B that connect each fixed portion 42B and the movable drive electrode 411B.

また、センサー素子4は、駆動部41Aと仮想直線αとの間に位置する検出部44Aと、駆動部41Bと仮想直線αとの間に位置する検出部44Bと、を有する。検出部44Aは、検出可動体である板状の可動検出電極441Aで構成されている。同様に、検出部44Bは、板状の可動検出可動体である可動検出電極441Bで構成されている。また、凹部21の底面には、可動検出電極441Aと対向し、配線75と電気的に接続された固定検出電極71と、可動検出電極441Bと対向し、配線76と電気的に接続された固定検出電極72と、が配置されている。そして、慣性センサー1の駆動時には、可動検出電極441Aと固定検出電極71との間に静電容量Caが形成され、可動検出電極441Bと固定検出電極72との間に静電容量Cbが形成される。 Further, the sensor element 4 has a detection unit 44A located between the drive unit 41A and the virtual straight line α, and a detection unit 44B located between the drive unit 41B and the virtual straight line α. The detection unit 44A is composed of a plate-shaped movable detection electrode 441A which is a detection movable body. Similarly, the detection unit 44B is composed of a movable detection electrode 441B which is a plate-shaped movable detection movable body. Further, on the bottom surface of the recess 21, a fixed detection electrode 71 facing the movable detection electrode 441A and electrically connected to the wiring 75, and a fixed fixing electrode 71 facing the movable detection electrode 441B and electrically connected to the wiring 76. The detection electrode 72 and the like are arranged. When the inertial sensor 1 is driven, a capacitance Ca is formed between the movable detection electrode 441A and the fixed detection electrode 71, and a capacitance Cb is formed between the movable detection electrode 441B and the fixed detection electrode 72. To.

また、センサー素子4は、その中央部であって検出部44A、44Bの間に位置するフレーム48を有する。フレーム48は、「H」形状をなし、Y軸方向プラス側に位置する欠損部481と、Y軸方向マイナス側に位置する欠損部482と、を有する。そして、欠損部481の内外に亘ってY軸方向に伸びる固定部451が配置されており、欠損部482の内外に亘ってY軸方向に伸びる固定部452が配置されている。固定部451、452は、それぞれ、配線73と電気的に接続されている。 Further, the sensor element 4 has a frame 48 located at the center thereof between the detection units 44A and 44B. The frame 48 has an “H” shape and has a defective portion 481 located on the positive side in the Y-axis direction and a defective portion 482 located on the negative side in the Y-axis direction. A fixed portion 451 extending in the Y-axis direction is arranged inside and outside the defective portion 481, and a fixed portion 452 extending in the Y-axis direction is arranged inside and outside the defective portion 482. The fixing portions 451 and 452 are electrically connected to the wiring 73, respectively.

また、センサー素子4は、可動検出電極441Aと固定部42A、451、452とを連結する4つの検出ばね46Aと、可動検出電極441Bと固定部42B、451、452とを連結する4つの検出ばね46Bと、を有する。また、センサー素子4は、可動駆動電極411Aと可動検出電極441Aとの間に位置し、これらを接続する梁47Aと、可動駆動電極411Bと可動検出電極441Bとの間に位置し、これらを接続する梁47Bと、を有する。なお、以下では、可動駆動電極411A、可動検出電極441Aおよび梁47Aの集合体を「可動体4A」とも言い、可動駆動電極411B、可動検出電極441Bおよび梁47Bの集合体を「可動体4B」とも言う。 Further, the sensor element 4 includes four detection springs 46A that connect the movable detection electrode 441A and the fixed portions 42A, 451 and 452, and four detection springs that connect the movable detection electrode 441B and the fixed portions 42B, 451 and 452. It has 46B and. Further, the sensor element 4 is located between the movable drive electrode 411A and the movable detection electrode 441A, is located between the beam 47A connecting them, and between the movable drive electrode 411B and the movable detection electrode 441B, and connects them. It has a beam 47B and a beam 47B. In the following, the aggregate of the movable drive electrode 411A, the movable detection electrode 441A and the beam 47A is also referred to as a “movable body 4A”, and the aggregate of the movable drive electrode 411B, the movable detection electrode 441B and the beam 47B is referred to as a “movable body 4B”. Also called.

また、センサー素子4は、固定部451とフレーム48との間に位置し、これらを接続するフレームばね488と、固定部452とフレーム48との間に位置し、これらを接続するフレームばね489と、を有する。 Further, the sensor element 4 is located between the fixed portion 451 and the frame 48, and is located between the frame spring 488 that connects them, and the frame spring 489 that is located between the fixed portion 452 and the frame 48 and connects them. , Have.

また、センサー素子4は、フレーム48と可動検出電極441Aとを接続する接続ばね40Aと、フレーム48と可動検出電極441Bとを接続する接続ばね40Bと、を有する。接続ばね40Aは、検出ばね46Aと共に可動検出電極441Aを支持し、接続ばね40Bは、検出ばね46Bと共に可動検出電極441Bを支持している。検出ばね46A、46Bに加えて接続ばね40A、40Bを配置することにより、可動検出電極441A、441Bをより安定した姿勢で支持することができ、可動検出電極441A、441Bの不要振動を低減することができる。 Further, the sensor element 4 has a connection spring 40A for connecting the frame 48 and the movable detection electrode 441A, and a connection spring 40B for connecting the frame 48 and the movable detection electrode 441B. The connection spring 40A supports the movable detection electrode 441A together with the detection spring 46A, and the connection spring 40B supports the movable detection electrode 441B together with the detection spring 46B. By arranging the connection springs 40A and 40B in addition to the detection springs 46A and 46B, the movable detection electrodes 441A and 441B can be supported in a more stable posture, and unnecessary vibration of the movable detection electrodes 441A and 441B can be reduced. Can be done.

例えば、配線73を介して図4に示す電圧V1を可動体4A、4Bに印加し、配線74を介して図4に示す電圧V2を固定駆動電極412A、412Bに印加すると、これらの間に作用する静電引力によって、可動体4Aと可動体4BとがX軸方向に接近・離間を繰り返すようにして逆相で振動する。なお、以下では、この振動モードを「駆動振動モード」とも言う。そして、可動体4Aと可動体4Bとが駆動振動モードで振動している状態で、センサー素子4に角速度ωyが加わると、コリオリの力により、可動検出電極441A、441BがZ軸方向に逆相で振動し、この振動に伴って、静電容量Ca、Cbがそれぞれ変化する。なお、以下では、この振動モードを「検出振動モード」とも言う。そのため、静電容量Ca、Cbの変化に基づいて、角速度ωyを求めることができる。 For example, when the voltage V1 shown in FIG. 4 is applied to the movable bodies 4A and 4B via the wiring 73 and the voltage V2 shown in FIG. 4 is applied to the fixed drive electrodes 412A and 412B via the wiring 74, it acts between them. Due to the electrostatic attraction, the movable body 4A and the movable body 4B vibrate in opposite phases so as to repeatedly approach and separate in the X-axis direction. In the following, this vibration mode is also referred to as a "drive vibration mode". Then, when the angular velocity ωy is applied to the sensor element 4 while the movable body 4A and the movable body 4B are vibrating in the drive vibration mode, the movable detection electrodes 441A and 441B have opposite phases in the Z-axis direction due to the Coriolis force. The capacitance Ca and Cb change with this vibration. In the following, this vibration mode is also referred to as "detection vibration mode". Therefore, the angular velocity ωy can be obtained based on the changes in the capacitances Ca and Cb.

検出振動モードでは、静電容量Caが大きくなると静電容量Cbが小さくなり、反対に、静電容量Caが小さくなると静電容量Cbが大きくなる。そのため、配線75から得られる検出信号すなわち静電容量Caの大きさに応じた信号と、配線76から得られる検出信号すなわち静電容量Cbの大きさに応じた信号とを差動演算すなわち減算処理:Ca-Cbすることにより、ノイズをキャンセルすることができ、より精度よく角速度ωyを検出することができる。 In the detection vibration mode, when the capacitance Ca becomes large, the capacitance Cb becomes small, and conversely, when the capacitance Ca becomes small, the capacitance Cb becomes large. Therefore, the detection signal obtained from the wiring 75, that is, the signal corresponding to the size of the capacitance Ca, and the detection signal obtained from the wiring 76, that is, the signal corresponding to the size of the capacitance Cb are differentially calculated, that is, subtracted. : By Ca-Cb, noise can be canceled and the angular velocity ωy can be detected more accurately.

なお、駆動振動モードを励振することができれば、電圧V1、V2としては、特に限定されない。また、本実施形態の慣性センサー1では、静電引力によって駆動振動モードを励振させる静電駆動方式となっているが、駆動振動モードを励振させる方式は、特に限定されず、例えば、圧電駆動方式、磁場のローレンツ力を利用した電磁駆動方式等を適用することもできる。 The voltages V1 and V2 are not particularly limited as long as the drive vibration mode can be excited. Further, the inertial sensor 1 of the present embodiment is an electrostatic drive method that excites the drive vibration mode by electrostatic attraction, but the method for exciting the drive vibration mode is not particularly limited, and for example, a piezoelectric drive method. , An electromagnetic drive method using the Lorentz force of a magnetic field or the like can also be applied.

また、センサー素子4は、駆動振動モードでの可動体4A、4Bの振動状態を検出するためのモニター部49A、49Bを有する。モニター部49Aは、可動検出電極441Aに配置された櫛歯状の可動モニター電極491Aと、櫛歯状をなし可動モニター電極491Aと噛み合って配置された固定モニター電極492A、493Aと、を有する。同様に、モニター部49Bは、可動検出電極441Bに配置された櫛歯状の可動モニター電極491Bと、櫛歯状をなし可動モニター電極491Bと噛み合って配置された固定モニター電極492B、493Bと、を有する。また、固定モニター電極492A、493A、492B、493Bは、それぞれ、凹部21の外側まで引き出されて基板2の上面に接合され、基板2に固定されている。 Further, the sensor element 4 has monitor units 49A and 49B for detecting the vibration state of the movable bodies 4A and 4B in the drive vibration mode. The monitor unit 49A has a comb-shaped movable monitor electrode 491A arranged on the movable detection electrode 441A, and fixed monitor electrodes 492A and 493A arranged in mesh with the comb-shaped movable monitor electrode 491A. Similarly, the monitor unit 49B comprises a comb-shaped movable monitor electrode 491B arranged on the movable detection electrode 441B and fixed monitor electrodes 492B and 493B arranged in mesh with the comb-shaped movable monitor electrode 491B. Have. Further, the fixed monitor electrodes 492A, 493A, 492B, and 493B are each drawn out to the outside of the recess 21 and bonded to the upper surface of the substrate 2 and fixed to the substrate 2.

固定モニター電極492A、492Bは、配線77と電気的に接続され、固定モニター電極493A、493Bは、配線78と電気的に接続されている。そして、慣性センサー1の駆動時には、可動モニター電極491Aと固定モニター電極492Aとの間および可動モニター電極491Bと固定モニター電極492Bとの間に静電容量Ccが形成され、可動モニター電極491Aと固定モニター電極493Aとの間および可動モニター電極491Bと固定モニター電極493Bとの間に静電容量Cdが形成される。駆動振動モードにおいて可動体4A、4BがX軸方向に振動すると、それに伴って静電容量Cc、Cdがそれぞれ変化する。そのため、静電容量Cc、Cdの変化に基づいて検出信号が出力され、出力された検出信号に基づいて可動体4A、4Bの振動状態を検出することができる。 The fixed monitor electrodes 492A and 492B are electrically connected to the wiring 77, and the fixed monitor electrodes 493A and 493B are electrically connected to the wiring 78. When the inertial sensor 1 is driven, a capacitance Cc is formed between the movable monitor electrode 491A and the fixed monitor electrode 492A and between the movable monitor electrode 491B and the fixed monitor electrode 492B, and the movable monitor electrode 491A and the fixed monitor are formed. Capacitance Cd is formed between the electrode 493A and between the movable monitor electrode 491B and the fixed monitor electrode 493B. When the movable bodies 4A and 4B vibrate in the X-axis direction in the drive vibration mode, the capacitances Cc and Cd change accordingly. Therefore, a detection signal is output based on the changes in the capacitances Cc and Cd, and the vibration state of the movable bodies 4A and 4B can be detected based on the output detection signal.

なお、モニター部49A、49Bからの出力によって検出された可動体4A、4Bの振動状態は、固定駆動電極412A、412Bに電圧V2を印加する駆動回路にフィードバックされる。前記駆動回路は、可動体4A、4Bの振幅が目標値となるように、電圧V2の周波数、振幅、Duty比等を変更する。これにより、可動体4A、4Bを目標の振動状態で振動させることができ、角速度ωyの検出精度が向上する。 The vibration state of the movable bodies 4A and 4B detected by the outputs from the monitor units 49A and 49B is fed back to the drive circuit that applies the voltage V2 to the fixed drive electrodes 412A and 412B. The drive circuit changes the frequency, amplitude, duty ratio, etc. of the voltage V2 so that the amplitude of the movable bodies 4A and 4B becomes the target value. As a result, the movable bodies 4A and 4B can be vibrated in the target vibration state, and the detection accuracy of the angular velocity ωy is improved.

以上、センサー素子4について説明した。前述したように、センサー素子4は、シリコン基板をボッシュ・プロセスによって加工することにより形成することができる。しかしながら、ボッシュ・プロセスを用いた場合、例えば、チャンバー内の位置やマスク形状等によっては垂直方向に対して傾斜した斜め方向に貫通孔が掘られてしまう。貫通孔が傾斜すると、各部の断面形状が矩形から崩れ、本実施形態では、図5に示すように、各検出ばね46A、46Bが平行四辺形となっている。なお、矩形からの崩れ方は、さまざまであるが、本実施形態では、その一例として平行四辺形となっている例を代表に説明している。 The sensor element 4 has been described above. As described above, the sensor element 4 can be formed by processing a silicon substrate by a Bosch process. However, when the Bosch process is used, for example, depending on the position in the chamber, the shape of the mask, etc., a through hole is dug in an oblique direction inclined with respect to the vertical direction. When the through hole is inclined, the cross-sectional shape of each part collapses from the rectangle, and in the present embodiment, the detection springs 46A and 46B are parallelograms as shown in FIG. There are various ways of collapsing from a rectangle, but in this embodiment, an example of a parallelogram is described as an example.

各検出ばね46A、46Bの断面形状が矩形から崩れると、図5中の矢印で示すように、駆動振動モードにおいて、可動体4A、4BがX軸方向のみならず、Z軸方向にも振動してしまう。すなわち、Z軸方向のクアドラチャ(不要振動)が発生する。そのため、可動体4A、4Bは、X軸およびZ軸に対して傾斜した斜め方向に振動する。そのため、可動体4A、4Bが自然状態Q0から実線の矢印で示す方向に振動する第1状態Q1と、自然状態Q0から鎖線の矢印で示す方向に振動する第2状態Q2と、が交互に繰り返される。なお、以下では、この斜め方向への振動を単に「斜め振動」とも言う。 When the cross-sectional shape of each of the detection springs 46A and 46B collapses from the rectangle, the movable bodies 4A and 4B vibrate not only in the X-axis direction but also in the Z-axis direction in the drive vibration mode as shown by the arrows in FIG. Will end up. That is, a quadrature (unnecessary vibration) in the Z-axis direction is generated. Therefore, the movable bodies 4A and 4B vibrate in an oblique direction inclined with respect to the X-axis and the Z-axis. Therefore, the first state Q1 in which the movable bodies 4A and 4B vibrate in the direction indicated by the solid arrow from the natural state Q0 and the second state Q2 in which the movable bodies 4A and 4B vibrate in the direction indicated by the chain arrow from the natural state Q0 are alternately repeated. Is done. In the following, this vibration in the diagonal direction is also simply referred to as "diagonal vibration".

このような斜め振動が生じると、駆動振動モードにおいて静電容量Ca、Cbが変化し、これに伴ってノイズ信号であるクアドラチャ信号が出力される。そのため、検出信号にクアドラチャ信号が混入し、角速度ωyの検出精度が低下する。そこで、本実施形態では、上述したクアドラチャに起因したクアドラチャ信号を低減すべく、検出部44A、44Bの構成を工夫している。 When such an oblique vibration occurs, the capacitances Ca and Cb change in the drive vibration mode, and a quadrature signal, which is a noise signal, is output accordingly. Therefore, the quadrature signal is mixed in the detection signal, and the detection accuracy of the angular velocity ωy is lowered. Therefore, in the present embodiment, the configurations of the detection units 44A and 44B are devised in order to reduce the quadrature signal caused by the above-mentioned quadrature.

以下、検出部44A、44Bの構成について具体的に説明するが、検出部44A、44Bは、互いに同様の構成であるため、以下では、検出部44Aについて代表して説明し、検出部44Bについては、その説明を省略する。図6に示すように、Z軸方向からの平面視で、検出部44Aを構成する可動検出電極441Aは、四辺がX軸およびY軸に沿った矩形をなしている。特に、本実施形態では、可動検出電極441Aは、Y軸方向を長軸とし、X軸方向を短軸とする略長方形となっている。 Hereinafter, the configurations of the detection units 44A and 44B will be specifically described. However, since the detection units 44A and 44B have the same configurations, the detection unit 44A will be described as a representative and the detection unit 44B will be described below. , The explanation is omitted. As shown in FIG. 6, in a plan view from the Z-axis direction, the movable detection electrode 441A constituting the detection unit 44A has four sides forming a rectangle along the X-axis and the Y-axis. In particular, in the present embodiment, the movable detection electrode 441A has a substantially rectangular shape with the Y-axis direction as the long axis and the X-axis direction as the short axis.

図6に示すように、可動検出電極441AをX軸方向に二等分する線を中心線βxとしたとき、可動検出電極441Aの重心Gは、中心線βxからX軸に沿う方向、図示の構成では、X軸方向のマイナス側にずれている。また、可動検出電極441AをY軸方向に二等分する線を中心線βyとしたとき、可動検出電極441Aの重心Gは、中心線βyと重なっている。つまり、重心Gは、Z軸方向から見たときの可動検出電極441Aの幾何中心OaとX軸方向に並んで位置している。ただし、これに限定されず、例えば、重心Gは、幾何中心OaからX軸方向にずれていると共に、Y軸方向にずれていてもよい。なお、可動検出電極441Aが略矩形以外の楕円形、多角形その他不定形である場合、中心線βxは、可動検出電極441AのZ軸方向からの平面視において、可動検出電極441Aの面積を2等分する線としてもよい。 As shown in FIG. 6, when the line that bisects the movable detection electrode 441A in the X-axis direction is the center line βx, the center of gravity G of the movable detection electrode 441A is shown in the direction along the X-axis from the center line βx. In the configuration, it is shifted to the minus side in the X-axis direction. Further, when the line that bisects the movable detection electrode 441A in the Y-axis direction is defined as the center line βy, the center of gravity G of the movable detection electrode 441A overlaps with the center line βy. That is, the center of gravity G is located side by side with the geometric center Oa of the movable detection electrode 441A when viewed from the Z-axis direction in the X-axis direction. However, the present invention is not limited to this, and for example, the center of gravity G may be deviated from the geometric center Oa in the X-axis direction and may be deviated in the Y-axis direction. When the movable detection electrode 441A is an ellipse other than a substantially rectangular shape, a polygon, or an indefinite shape, the center line βx has an area of the movable detection electrode 441A of 2 in a plan view from the Z-axis direction of the movable detection electrode 441A. It may be a line that divides evenly.

また、図7に示すように、重心Gと中心線βxとの離間距離Dは、可動検出電極441AのX軸方向への振幅Wよりも小さい。つまり、D<Wである。このように、重心Gを中心線βxからX軸方向にずらし、かつ、D<Wとすることにより、クアドラチャを抑制でき、クアドラチャ信号を低減することができる。以下、その理由について説明する。なお、D<Wの範囲内でも、例えば、0.2≦D/W≦0.8であることが好ましく、0.3≦D/W≦0.7であることがより好ましく、0.4≦D/W≦0.6であることがさらに好ましい。これにより、より効果的にクアドラチャ信号を低減することができる。 Further, as shown in FIG. 7, the separation distance D between the center of gravity G and the center line βx is smaller than the amplitude W of the movable detection electrode 441A in the X-axis direction. That is, D <W. By shifting the center of gravity G from the center line βx in the X-axis direction and setting D <W in this way, the quadrature can be suppressed and the quadrature signal can be reduced. The reason will be described below. Even within the range of D <W, for example, 0.2 ≦ D / W ≦ 0.8 is preferable, 0.3 ≦ D / W ≦ 0.7 is more preferable, and 0.4 ≦ 0.4. It is more preferable that ≦ D / W ≦ 0.6. As a result, the quadrature signal can be reduced more effectively.

まず、駆動振動モードについてより詳細に説明する。図8に示すように、可動検出電極441Aは、駆動振動モードで駆動する際、矢印R1、R2で示すY軸まわりの回転モーメントを生じ、同図に示す回転成分を持って振動する。上述したように、重心Gを中心線βxからずらし、D<Wとすることにより、重心Gが中心線βxと一致する従来構成と比べ、第1状態Q1ではX軸に対する可動検出電極441Aの傾きθ1が大きくなり、第2状態Q2ではX軸に対する可動検出電極441Aの傾きθ2が小さくなる。 First, the drive vibration mode will be described in more detail. As shown in FIG. 8, when the movable detection electrode 441A is driven in the drive vibration mode, a rotational moment around the Y axis indicated by arrows R1 and R2 is generated, and the movable detection electrode 441A vibrates with the rotational component shown in the figure. As described above, by shifting the center of gravity G from the center line βx and setting D <W, the inclination of the movable detection electrode 441A with respect to the X axis in the first state Q1 is compared with the conventional configuration in which the center of gravity G coincides with the center line βx. θ1 becomes large, and in the second state Q2, the inclination θ2 of the movable detection electrode 441A with respect to the X axis becomes small.

そのため、従来構成と比べて、第1状態Q1では可動検出電極441Aと固定検出電極71との間の平均離間距離D1が減少し、第2状態Q2では可動検出電極441Aと固定検出電極71との間の平均離間距離D2が増大する。したがって、従来構成と比べて、第1状態Q1での静電容量Caと第2状態Q2での静電容量Caとの差が小さくなる。つまり、従来構成と比べて、駆動振動モードでの静電容量Caの変化量が小さくなり、その結果、クアドラチャ信号が低減される。 Therefore, as compared with the conventional configuration, the average separation distance D1 between the movable detection electrode 441A and the fixed detection electrode 71 is reduced in the first state Q1, and the movable detection electrode 441A and the fixed detection electrode 71 are reduced in the second state Q2. The average separation distance D2 between them increases. Therefore, the difference between the capacitance Ca in the first state Q1 and the capacitance Ca in the second state Q2 is smaller than that in the conventional configuration. That is, the amount of change in the capacitance Ca in the drive vibration mode is smaller than that in the conventional configuration, and as a result, the quadrature signal is reduced.

次に、本実施形態の構成とすることにより、何故、従来構成と比べて平均離間距離D1が減少し平均離間距離D2が増大するのかを1つのモデルを挙げて説明する。まず、図9に従来構成のモデルを示す。このモデルでは、固定部42A、451(452)と可動検出電極441Aとの離間距離が共にL0、可動検出電極441Aの質量がm、クアドラチャによって可動検出電極441AをZ軸方向に動かす力がF0である。このようなモデルでは、自然状態Q0での可動検出電極441AのX軸方向のマイナス側の端441A’に加わる回転モーメントをP’としたとき、P’=m・L0・F0で表され、可動検出電極441AのX軸方向のプラス側の端441A”に加わる回転モーメントをP”としたとき、P”=m・L0・F0で表される。従来構成では、重心Gが中心線βxと一致しているため、P’=P”である。 Next, one model will be described as to why the average separation distance D1 decreases and the average separation distance D2 increases as compared with the conventional configuration by adopting the configuration of the present embodiment. First, FIG. 9 shows a model having a conventional configuration. In this model, the distance between the fixed portions 42A, 451 (452) and the movable detection electrode 441A is L0, the mass of the movable detection electrode 441A is m, and the force to move the movable detection electrode 441A in the Z-axis direction by the quadracha is F0. be. In such a model, when the rotational moment applied to the negative end 441A'in the X-axis direction of the movable detection electrode 441A in the natural state Q0 is P', it is represented by P'= m, L0, F0 and is movable. When the rotational moment applied to the positive end 441A "in the X-axis direction of the detection electrode 441A is P", it is represented by P "= m · L0 · F0. In the conventional configuration, the center of gravity G is one with the center line βx. Because we are doing it, P'= P ".

次に、図10に本実施形態のモデルを示す。このモデルでは、X軸方向のマイナス側に位置する固定部451、452と可動検出電極441Aとの離間距離がL1、X軸方向のプラス側に位置する固定部42Aと可動検出電極441Aとの離間距離がL2、可動検出電極441Aの質量がm、クアドラチャによって可動検出電極441AをZ軸方向に動かす力がF0である。なお、重心Gが中心線βxからX軸方向のマイナス側にずれているため、L1<L0<L2の関係となっている。 Next, FIG. 10 shows a model of this embodiment. In this model, the distance between the fixed portions 451 and 452 located on the minus side in the X-axis direction and the movable detection electrode 441A is L1, and the distance between the fixed portions 42A located on the plus side in the X-axis direction and the movable detection electrode 441A. The distance is L2, the mass of the movable detection electrode 441A is m, and the force for moving the movable detection electrode 441A in the Z-axis direction by the quadrature is F0. Since the center of gravity G is deviated from the center line βx to the minus side in the X-axis direction, the relationship is L1 <L0 <L2.

このモデルでは、第1状態Q1での可動検出電極441AのX軸方向のマイナス側の端441A’に加わる回転モーメントをP1’としたとき、P1’=m・L1・F0で表され、可動検出電極441AのX軸方向のプラス側の端441A”に加わる回転モーメントをP1”としたとき、P1”=m・L0・F0で表される。そして、L1<L0<L2であるから、P1’<P’、P1”>P”の関係となる。したがって、図8に示したように、第1状態Q1での可動検出電極441AのX軸に対する傾きθ1は、従来構成の傾きθよりも大きくなる。つまり、θ1>θである。これにより、従来構成に対して平均離間距離D1が減少する。 In this model, when the rotational moment applied to the negative end 441A'in the X-axis direction of the movable detection electrode 441A in the first state Q1 is P1', it is represented by P1'= m, L1, F0, and the movable detection is performed. When the rotational moment applied to the positive end 441A "in the X-axis direction of the electrode 441A is P1", it is represented by P1 "= m · L0 · F0. And since L1 <L0 <L2, P1'. Therefore, as shown in FIG. 8, the inclination θ1 of the movable detection electrode 441A with respect to the X axis in the first state Q1 is larger than the inclination θ of the conventional configuration. That is, θ1> θ, which reduces the average separation distance D1 with respect to the conventional configuration.

反対に、第2状態Q2での可動検出電極441AのX軸方向のマイナス側の端441A’に加わる回転モーメントをP2’としたとき、P2’=-m・L1・F0で表され、可動検出電極441AのX軸方向のプラス側の端441A”に加わる回転モーメントをP2”としたとき、P2”=-m・L2・F0で表される。L1<L0<L2であるから、P2’>P’、P2”<P”の関係となる。したがって、図8に示したように、第2状態Q2での可動検出電極441AのX軸に対する傾きθ2は、従来技術の傾きθよりも小さくなる。つまり、θ2<θである。これにより、従来構成に対して平均離間距離D2が増大する。 On the contrary, when the rotational moment applied to the negative end 441A'in the X-axis direction of the movable detection electrode 441A in the second state Q2 is P2', it is represented by P2'=-m, L1, F0, and the movable detection is detected. When the rotational moment applied to the positive end 441A "in the X-axis direction of the electrode 441A is P2", it is represented by P2 "= −m ・ L2 ・ F0. Since L1 <L0 <L2, P2'> The relationship is P', P2 "<P". Therefore, as shown in FIG. 8, the inclination θ2 of the movable detection electrode 441A with respect to the X axis in the second state Q2 is smaller than the inclination θ of the prior art. That is, θ2 <θ. This increases the average separation distance D2 with respect to the conventional configuration.

以上より、本実施形態の構成とすることにより、従来構成と比べて平均離間距離D1が減少し平均離間距離D2が増大することが分かる。 From the above, it can be seen that the configuration of the present embodiment reduces the average separation distance D1 and increases the average separation distance D2 as compared with the conventional configuration.

なお、本実施形態では、図8に示すように、Z軸方向からの平面視で、可動検出電極441Aの中心線βxに対して重心G側であるX軸方向のマイナス側の領域を第1領域M1とし、重心Gとは反対側であるX軸方向のプラス側の領域を第2領域M2としたとき、第1領域M1のZ軸に沿う方向の平均厚さt1が第2領域M2のZ軸に沿う方向の平均厚さt2よりも厚い。つまり、t1>t2である。これにより、より確実に、重心Gを中心線βxからずらすことができる。 In this embodiment, as shown in FIG. 8, in a plan view from the Z-axis direction, the region on the minus side in the X-axis direction, which is the center of gravity G side with respect to the center line βx of the movable detection electrode 441A, is the first. When the region M1 is set and the region on the plus side in the X-axis direction opposite to the center of gravity G is the second region M2, the average thickness t1 in the direction along the Z axis of the first region M1 is the second region M2. It is thicker than the average thickness t2 in the direction along the Z axis. That is, t1> t2. As a result, the center of gravity G can be more reliably shifted from the center line βx.

特に、可動検出電極441Aの下面442Aは、少なくとも1つの段差を有する段差面で構成されている。本実施形態では、下面442Aは、1つの段差443Aと、段差443Aの下端と接続された第1面444Aと、段差443Aの上端と接続された第2面445Aと、を有する段差面で構成されている。このように、下面442Aを段差面で構成することにより、簡単な構成でt1>t2とすることができる。ただし、下面442Aを構成する段差面としては、特に限定されず、例えば、2つ以上の段差を有していてもよい。 In particular, the lower surface 442A of the movable detection electrode 441A is composed of a stepped surface having at least one step. In the present embodiment, the lower surface 442A is composed of a stepped surface having one step 443A, a first surface 444A connected to the lower end of the step 443A, and a second surface 445A connected to the upper end of the step 443A. ing. By forming the lower surface 442A with a stepped surface in this way, t1> t2 can be achieved with a simple configuration. However, the stepped surface constituting the lower surface 442A is not particularly limited, and may have, for example, two or more steps.

以上、慣性センサー1の構成について説明した。次に、慣性センサー1の製造方法について説明する。慣性センサー1の製造方法は、図11に示すように、基板2を準備する基板準備工程と、センサー素子4の母材となるシリコン基板40に段差面を形成する段差面形成工程と、基板2にシリコン基板40を接合する接合工程と、シリコン基板40をボッシュ・プロセスでパターニングしてセンサー素子4を形成するセンサー素子形成工程と、蓋3を基板2に接合する蓋接合工程と、を有する。 The configuration of the inertial sensor 1 has been described above. Next, a method of manufacturing the inertial sensor 1 will be described. As shown in FIG. 11, the method for manufacturing the inertial sensor 1 includes a substrate preparation step for preparing the substrate 2, a step surface forming step for forming a step surface on the silicon substrate 40 which is the base material of the sensor element 4, and the substrate 2. It has a joining step of joining the silicon substrate 40, a sensor element forming step of patterning the silicon substrate 40 by a bosh process to form a sensor element 4, and a lid joining step of joining the lid 3 to the substrate 2.

[基板準備工程]
まず、基板2の母材となるガラス基板を用意する。次に、ガラス基板に凹部21、マウント221、222、224および溝を形成して基板2を得る。凹部21、マウント221、222、224および溝は、例えば、ウェットエッチングにより形成することができる。次に、基板2に、固定検出電極71、72および配線73、74、75、76、77、78を形成する。
[Board preparation process]
First, a glass substrate to be a base material of the substrate 2 is prepared. Next, the recess 21, the mounts 221, 222, 224 and the groove are formed in the glass substrate to obtain the substrate 2. The recesses 21, mounts 221, 222, 224 and grooves can be formed, for example, by wet etching. Next, the fixed detection electrodes 71, 72 and the wirings 73, 74, 75, 76, 77, 78 are formed on the substrate 2.

[段差面形成工程]
図12に示すように、センサー素子4の母材となるシリコン基板40を用意し、シリコン基板40の下面に可動検出電極441A、441Bの下面442A、442Bを構成する段差面を形成する。段差面は、例えば、ドライエッチング、ウェットエッチングの各種エッチングにより形成することができる。
[Step forming process]
As shown in FIG. 12, a silicon substrate 40 as a base material of the sensor element 4 is prepared, and a stepped surface constituting the lower surfaces 442A and 442B of the movable detection electrodes 441A and 441B is formed on the lower surface of the silicon substrate 40. The stepped surface can be formed by, for example, various etchings such as dry etching and wet etching.

[接合工程]
図13に示すように、シリコン基板40を基板2の上面に接合する。次に、必要に応じてCMP(化学機械研磨)を用いてシリコン基板40を薄肉化する。
[Joining process]
As shown in FIG. 13, the silicon substrate 40 is bonded to the upper surface of the substrate 2. Next, if necessary, the silicon substrate 40 is thinned by using CMP (Chemical Mechanical Polishing).

[センサー素子形成工程]
次に、図14に示すように、シリコン基板40をボッシュ・プロセスでパターニングし、センサー素子4を得る。
[Sensor element forming process]
Next, as shown in FIG. 14, the silicon substrate 40 is patterned by the Bosch process to obtain the sensor element 4.

[蓋接合工程]
次に、図15に示すように、蓋3を用意し、ガラスフリット39を介して基板2の上面に接合する。これにより、慣性センサー1が得られる。
[Cover joining process]
Next, as shown in FIG. 15, a lid 3 is prepared and joined to the upper surface of the substrate 2 via a glass frit 39. As a result, the inertial sensor 1 is obtained.

以上、慣性センサー1の製造方法について説明した。また、センサー素子4の別の製造方法として、例えば、図16に示すように、基板2に上面が段差面で構成された犠牲層Kを製膜し、次に、図17に示すように、犠牲層K上にポリシリコンを成膜してセンサー素子4を形成し、次に、図18に示すように、犠牲層Kを除去して基板2からセンサー素子4をリリースする。このような製造方法によっても、センサー素子4を形成することができる。 The method of manufacturing the inertial sensor 1 has been described above. Further, as another manufacturing method of the sensor element 4, for example, as shown in FIG. 16, a sacrificial layer K whose upper surface is composed of a stepped surface is formed on the substrate 2, and then, as shown in FIG. 17, Polysilicon is formed on the sacrificial layer K to form the sensor element 4, and then, as shown in FIG. 18, the sacrificial layer K is removed and the sensor element 4 is released from the substrate 2. The sensor element 4 can also be formed by such a manufacturing method.

以上、慣性センサー1について説明した。このような慣性センサー1は、前述したように、互いに直交する3軸をX軸、Y軸およびZ軸としたとき、基板2と、基板2とZ軸に沿う方向に重なり、基板2と対向している検出可動体としての可動検出電極441Aと、基板2に配置され、可動検出電極441Aと対向している固定検出電極71と、可動検出電極441Aを振動させる駆動部41Aと、を有する。また、可動検出電極441Aの振動は、X軸に沿う方向の振動とZ軸に沿う方向の振動とが合成された駆動振動モードを有する。また、Z軸方向からの平面視で、可動検出電極441AをX軸に沿う方向に二等分する線を中心線βxとしたとき、可動検出電極441Aの重心Gは、中心線βxからX軸に沿う方向にずれており、重心Gと中心線βxとの離間距離Dは、可動検出電極441AのX軸に沿う方向への振幅Wよりも小さい。このような構成とすることにより、クアドラチャを低減することができ、それに伴って、クアドラチャ信号を低減することができる。 The inertial sensor 1 has been described above. As described above, such an inertial sensor 1 overlaps the substrate 2 in the direction along the substrate 2 and the Z axis and faces the substrate 2 when the three axes orthogonal to each other are the X axis, the Y axis, and the Z axis. It has a movable detection electrode 441A as a detection movable body, a fixed detection electrode 71 arranged on the substrate 2 and facing the movable detection electrode 441A, and a drive unit 41A for vibrating the movable detection electrode 441A. Further, the vibration of the movable detection electrode 441A has a drive vibration mode in which vibration in the direction along the X axis and vibration in the direction along the Z axis are combined. Further, when the center line βx is a line that bisects the movable detection electrode 441A in the direction along the X axis in a plan view from the Z-axis direction, the center of gravity G of the movable detection electrode 441A is from the center line βx to the X axis. The distance D between the center of gravity G and the center line βx is smaller than the amplitude W in the direction along the X axis of the movable detection electrode 441A. With such a configuration, the quadrature can be reduced, and the quadrature signal can be reduced accordingly.

また、前述したように、Z軸方向からの平面視で、可動検出電極441Aの中心線βxに対して重心G側の領域を第1領域M1とし、重心Gとは反対側の領域を第2領域M2としたとき、第1領域M1のZ軸に沿う方向の平均厚さt1は、第2領域M2のZ軸に沿う方向の平均厚さt2よりも厚い。つまり、t1>t2である。これにより、より確実に、重心Gを中心線βxからずらすことができる。 Further, as described above, in a plan view from the Z-axis direction, the region on the center of gravity G side with respect to the center line βx of the movable detection electrode 441A is set as the first region M1, and the region on the side opposite to the center of gravity G is the second region. When the region M2 is set, the average thickness t1 in the direction along the Z axis of the first region M1 is thicker than the average thickness t2 in the direction along the Z axis of the second region M2. That is, t1> t2. As a result, the center of gravity G can be more reliably shifted from the center line βx.

また、前述したように、可動検出電極441Aの下面442Aすなわち固定検出電極71と対向する面は、段差を有する。これより、簡単な構成で、t1>t2とすることができる。 Further, as described above, the lower surface 442A of the movable detection electrode 441A, that is, the surface facing the fixed detection electrode 71 has a step. From this, it is possible to set t1> t2 with a simple configuration.

<第2実施形態>
図19は、第2実施形態に係る慣性センサーを示す断面図である。
<Second Embodiment>
FIG. 19 is a cross-sectional view showing the inertial sensor according to the second embodiment.

本実施形態は、可動検出電極441A、441Bの構成、具体的には、中心線βxから重心Gをずらす方法が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図19において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。また、可動検出電極441A、441Bの構成は、同様のため、以下では、可動検出電極441Aについて代表して説明し、可動検出電極441Bについては、その説明を省略する。 This embodiment is the same as the above-described first embodiment except that the configurations of the movable detection electrodes 441A and 441B, specifically, the method of shifting the center of gravity G from the center line βx are different. In the following description, the present embodiment will be mainly described with respect to the differences from the above-described embodiment, and the description thereof will be omitted for the same matters. Further, in FIG. 19, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the above-described embodiment. Further, since the configurations of the movable detection electrodes 441A and 441B are the same, the movable detection electrode 441A will be described as a representative below, and the description of the movable detection electrode 441B will be omitted.

図19に示すように、可動検出電極441Aの下面442Aは、静止状態においてX軸に対して傾斜している傾斜面で構成されている。このような構成によっても、簡単な構成で、t1>t2とすることができ、中心線βxから重心GをX軸方向にずらすことができる。なお、本実施形態では、下面442AのX軸に対する傾斜角がX軸方向の全域で等しいが、これに限定されず、傾斜角の異なる部分を有していてもよい。また、本実施形態では、下面442Aの全域が傾斜面で構成されているが、これに限定されず、例えば、下面442Aの一部が傾斜面で構成され、残りがX軸と平行な面で構成されていてもよい。 As shown in FIG. 19, the lower surface 442A of the movable detection electrode 441A is composed of an inclined surface that is inclined with respect to the X axis in a stationary state. Even with such a configuration, t1> t2 can be set with a simple configuration, and the center of gravity G can be shifted from the center line βx in the X-axis direction. In the present embodiment, the inclination angle of the lower surface 442A with respect to the X axis is the same over the entire area in the X-axis direction, but the present invention is not limited to this, and may have portions having different inclination angles. Further, in the present embodiment, the entire surface of the lower surface 442A is composed of an inclined surface, but the present invention is not limited to this, and for example, a part of the lower surface 442A is composed of an inclined surface and the rest is a surface parallel to the X axis. It may be configured.

このように、本実施形態では、可動検出電極441Aの下面442Aすなわち固定検出電極71と対向する面は、X軸に対して傾斜している。これより、簡単な構成で、t1>t2とすることができる。 As described above, in the present embodiment, the lower surface 442A of the movable detection electrode 441A, that is, the surface facing the fixed detection electrode 71 is inclined with respect to the X axis. From this, it is possible to set t1> t2 with a simple configuration.

以上のような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。 The second embodiment as described above can also exert the same effect as the first embodiment described above.

<第3実施形態>
図20は、第3実施形態に係る慣性センサーを示す断面図である。
<Third Embodiment>
FIG. 20 is a cross-sectional view showing an inertial sensor according to a third embodiment.

本実施形態は、可動検出電極441A、441Bの構成、具体的には、中心線βxから重心Gをずらす方法が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図20において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。また、可動検出電極441A、441Bの構成は、同様のため、以下では、可動検出電極441Aについて代表して説明し、可動検出電極441Bについては、その説明を省略する。 This embodiment is the same as the above-described first embodiment except that the configurations of the movable detection electrodes 441A and 441B, specifically, the method of shifting the center of gravity G from the center line βx are different. In the following description, the present embodiment will be mainly described with respect to the differences from the above-described embodiment, and the description thereof will be omitted for the same matters. Further, in FIG. 20, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the above-described embodiment. Further, since the configurations of the movable detection electrodes 441A and 441B are the same, the movable detection electrode 441A will be described as a representative below, and the description of the movable detection electrode 441B will be omitted.

図20に示すように、可動検出電極441Aの第2領域M2は、可動検出電極441Aの下面442Aに開放する凹部446Aを有する。このような構成によっても、簡単な構成で、t1>t2とすることができ、中心線βxから重心Gをずらすことができる。なお、本実施形態では、第2領域M2に1つの凹部446Aが形成されているが、凹部446Aの数は、これに限定されず、2つ以上であってもよい。また、凹部446Aは、可動検出電極441Aの上面に貫通する貫通孔であってもよい。また、2つ以上の凹部446Aを有する場合、全ての凹部446Aが同じ形状であってもよいし、少なくとも1つの凹部446Aが他の凹部446Aと幅や深さが異なっていてもよい。また、第1領域M1も凹部446Aを有していてもよい。 As shown in FIG. 20, the second region M2 of the movable detection electrode 441A has a recess 446A that opens to the lower surface 442A of the movable detection electrode 441A. Even with such a configuration, t1> t2 can be set with a simple configuration, and the center of gravity G can be shifted from the center line βx. In the present embodiment, one recess 446A is formed in the second region M2, but the number of recesses 446A is not limited to this, and may be two or more. Further, the recess 446A may be a through hole penetrating the upper surface of the movable detection electrode 441A. Further, when having two or more recesses 446A, all the recesses 446A may have the same shape, or at least one recess 446A may have a different width and depth from the other recesses 446A. Further, the first region M1 may also have a recess 446A.

このように、本実施形態では、第2領域M2は、可動検出電極441Aの下面442Aすなわち固定検出電極71と対向する面に凹部446Aを有する。これより、簡単な構成で、t1>t2とすることができる。 As described above, in the present embodiment, the second region M2 has a recess 446A on the lower surface 442A of the movable detection electrode 441A, that is, the surface facing the fixed detection electrode 71. From this, it is possible to set t1> t2 with a simple configuration.

以上のような第3実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。 The third embodiment as described above can also exert the same effect as the first embodiment described above.

<第4実施形態>
図21は、第4実施形態に係る電子機器としてのスマートフォンを示す平面図である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 21 is a plan view showing a smartphone as an electronic device according to the fourth embodiment.

図21に示すスマートフォン1200は、実施形態に記載の電子機器を適用したものである。スマートフォン1200には、慣性センサー1と、慣性センサー1から出力された検出信号に基づいて制御を行う制御回路1210と、が内蔵されている。慣性センサー1によって検出された検出データは、制御回路1210に送信され、制御回路1210は、受信した検出データからスマートフォン1200の姿勢や挙動を認識して、表示部1208に表示されている表示画像を変化させたり、警告音や効果音を鳴らしたり、振動モーターを駆動して本体を振動させることができる。 The smartphone 1200 shown in FIG. 21 is the one to which the electronic device described in the embodiment is applied. The smartphone 1200 has a built-in inertial sensor 1 and a control circuit 1210 that controls based on a detection signal output from the inertial sensor 1. The detection data detected by the inertial sensor 1 is transmitted to the control circuit 1210, and the control circuit 1210 recognizes the posture and behavior of the smartphone 1200 from the received detection data and displays the display image displayed on the display unit 1208. You can change it, make a warning sound or sound, or drive a vibration motor to vibrate the main unit.

このような電子機器としてのスマートフォン1200は、慣性センサー1を有する。そのため、前述した慣性センサー1の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。 The smartphone 1200 as such an electronic device has an inertial sensor 1. Therefore, the effect of the inertial sensor 1 described above can be enjoyed, and high reliability can be exhibited.

なお、実施形態に記載の電子機器は、前述したスマートフォン1200の他にも、例えば、パーソナルコンピューター、デジタルスチールカメラ、タブレット端末、時計、スマートウォッチ、インクジェットプリンタ、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器、魚群探知機、各種測定機器、移動体端末基地局用機器、車両、航空機、船舶等の各種計器類、フライトシミュレーター、ネットワークサーバー等に適用することができる。 In addition to the above-mentioned smartphone 1200, the electronic devices described in the embodiments include, for example, personal computers, digital still cameras, tablet terminals, watches, smart watches, inkjet printers, laptop personal computers, televisions, and HMDs. Wearable terminals such as head mount displays), video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic notebooks, electronic dictionaries, calculators, electronic game equipment, word processors, workstations, videophones, security TV monitors, electronic binoculars, etc. It can be applied to POS terminals, medical equipment, fish finder, various measuring equipment, mobile terminal base station equipment, various instruments such as vehicles, aircraft and ships, flight simulators, network servers and the like.

<第5実施形態>
図22は、第5実施形態に係る電子機器としての慣性計測装置を示す分解斜視図である。図23は、図22に示す慣性計測装置が有する基板の斜視図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 22 is an exploded perspective view showing an inertial measurement unit as an electronic device according to a fifth embodiment. FIG. 23 is a perspective view of the substrate included in the inertial measurement unit shown in FIG. 22.

図22に示す電子機器としての慣性計測装置2000(IMU:Inertial Measurement Unit)は、自動車や、ロボットなどの被装着装置の姿勢や、挙動を検出する慣性計測装置である。慣性計測装置2000は、3軸加速度センサーおよび3軸角速度センサーを備えた6軸モーションセンサーとして機能する。 The inertial measurement unit 2000 (IMU: Inertial Measurement Unit) as an electronic device shown in FIG. 22 is an inertial measurement unit that detects the posture and behavior of a mounted device such as an automobile or a robot. The inertial measurement unit 2000 functions as a 6-axis motion sensor including a 3-axis acceleration sensor and a 3-axis angular velocity sensor.

慣性計測装置2000は、平面形状が略正方形の直方体である。また、正方形の対角線方向に位置する2ヶ所の頂点近傍に固定部としてのネジ穴2110が形成されている。この2ヶ所のネジ穴2110に2本のネジを通して、自動車などの被装着体の被装着面に慣性計測装置2000を固定することができる。なお、部品の選定や設計変更により、例えば、スマートフォンや、デジタルカメラに搭載可能なサイズに小型化することも可能である。 The inertial measurement unit 2000 is a rectangular cuboid having a substantially square plane shape. Further, screw holes 2110 as fixing portions are formed in the vicinity of two vertices located in the diagonal direction of the square. The inertial measurement unit 2000 can be fixed to the mounted surface of a mounted body such as an automobile by passing two screws through the two screw holes 2110. By selecting parts and changing the design, it is possible to reduce the size to a size that can be mounted on a smartphone or a digital camera, for example.

慣性計測装置2000は、アウターケース2100と、接合部材2200と、センサーモジュール2300と、を有し、アウターケース2100の内部に、接合部材2200を介在させて、センサーモジュール2300を挿入した構成となっている。アウターケース2100の外形は、前述した慣性計測装置2000の全体形状と同様に、平面形状が略正方形の直方体であり、正方形の対角線方向に位置する2ヶ所の頂点近傍に、それぞれネジ穴2110が形成されている。また、アウターケース2100は、箱状であり、その内部にセンサーモジュール2300が収納されている。 The inertial measurement unit 2000 has an outer case 2100, a joining member 2200, and a sensor module 2300, and has a configuration in which the sensor module 2300 is inserted by interposing the joining member 2200 inside the outer case 2100. There is. The outer shape of the outer case 2100 is a rectangular cuboid whose plane shape is substantially square, similar to the overall shape of the inertial measurement unit 2000 described above, and screw holes 2110 are formed in the vicinity of two vertices located in the diagonal direction of the square. Has been done. Further, the outer case 2100 has a box shape, and the sensor module 2300 is housed inside the outer case 2100.

センサーモジュール2300は、インナーケース2310と、基板2320と、を有している。インナーケース2310は、基板2320を支持する部材であり、アウターケース2100の内部に収まる形状となっている。また、インナーケース2310には、基板2320との接触を防止するための凹部2311や後述するコネクター2330を露出させるための開口2312が形成されている。このようなインナーケース2310は、接合部材2200を介してアウターケース2100に接合されている。また、インナーケース2310の下面には接着剤を介して基板2320が接合されている。 The sensor module 2300 has an inner case 2310 and a substrate 2320. The inner case 2310 is a member that supports the substrate 2320, and has a shape that fits inside the outer case 2100. Further, the inner case 2310 is formed with a recess 2311 for preventing contact with the substrate 2320 and an opening 2312 for exposing the connector 2330 described later. Such an inner case 2310 is joined to the outer case 2100 via a joining member 2200. Further, the substrate 2320 is bonded to the lower surface of the inner case 2310 via an adhesive.

図23に示すように、基板2320の上面には、コネクター2330、Z軸まわりの角速度を検出する角速度センサー2340z、X軸、Y軸およびZ軸の各軸方向の加速度を検出する加速度センサー2350などが実装されている。また、基板2320の側面には、X軸まわりの角速度を検出する角速度センサー2340xおよびY軸まわりの角速度を検出する角速度センサー2340yが実装されている。そして、これら各センサーとして、本発明の慣性センサーを用いることができる。 As shown in FIG. 23, on the upper surface of the substrate 2320, a connector 2330, an angular velocity sensor 2340z for detecting an angular velocity around the Z axis, an acceleration sensor 2350 for detecting acceleration in each axis of the X axis, the Y axis, and the Z axis, etc. Is implemented. Further, on the side surface of the substrate 2320, an angular velocity sensor 2340x for detecting the angular velocity around the X axis and an angular velocity sensor 2340y for detecting the angular velocity around the Y axis are mounted. Then, as each of these sensors, the inertial sensor of the present invention can be used.

また、基板2320の下面には、制御IC2360が実装されている。制御IC2360は、MCU(Micro Controller Unit)であり、慣性計測装置2000の各部を制御する。記憶部には、加速度および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラムや、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータなどが記憶されている。なお、基板2320にはその他にも複数の電子部品が実装されている。 Further, a control IC 2360 is mounted on the lower surface of the substrate 2320. The control IC 2360 is an MCU (Micro Controller Unit) and controls each part of the inertial measurement unit 2000. The storage unit stores a program that defines the order and contents for detecting acceleration and angular velocity, a program that digitizes the detection data and incorporates it into packet data, and accompanying data. In addition, a plurality of other electronic components are mounted on the substrate 2320.

<第6実施形態>
図24は、第6実施形態に係る電子機器としての移動体測位装置の全体システムを示すブロック図である。図25は、図24に示す移動体測位装置の作用を示す図である。
<Sixth Embodiment>
FIG. 24 is a block diagram showing an overall system of a mobile positioning device as an electronic device according to a sixth embodiment. FIG. 25 is a diagram showing the operation of the mobile positioning device shown in FIG. 24.

図24に示す移動体測位装置3000は、移動体に装着して用い、当該移動体の測位を行うための装置である。なお、移動体としては、特に限定されず、自転車、自動車、自動二輪車、電車、飛行機、船等のいずれでもよいが、本実施形態では移動体として四輪自動車を用いた場合について説明する。 The mobile body positioning device 3000 shown in FIG. 24 is a device that is attached to a moving body and used to perform positioning of the moving body. The moving body is not particularly limited, and may be any of a bicycle, an automobile, a motorcycle, a train, an airplane, a ship, and the like, but in the present embodiment, a case where a four-wheeled vehicle is used as the moving object will be described.

移動体測位装置3000は、慣性計測装置3100(IMU)と、演算処理部3200と、GPS受信部3300と、受信アンテナ3400と、位置情報取得部3500と、位置合成部3600と、処理部3700と、通信部3800と、表示部3900と、を有している。なお、慣性計測装置3100としては、例えば、前述した慣性計測装置2000を用いることができる。 The mobile positioning device 3000 includes an inertial measurement unit 3100 (IMU), an arithmetic processing unit 3200, a GPS receiving unit 3300, a receiving antenna 3400, a position information acquisition unit 3500, a position synthesis unit 3600, and a processing unit 3700. , A communication unit 3800, and a display unit 3900. As the inertial measurement unit 3100, for example, the above-mentioned inertial measurement unit 2000 can be used.

慣性計測装置3100は、3軸の加速度センサー3110と、3軸の角速度センサー3120と、を有している。演算処理部3200は、加速度センサー3110からの加速度データおよび角速度センサー3120からの角速度データを受け、これらデータに対して慣性航法演算処理を行い、移動体の加速度および姿勢を含む慣性航法測位データを出力する。 The inertial measurement unit 3100 has a 3-axis accelerometer 3110 and a 3-axis angular velocity sensor 3120. The arithmetic processing unit 3200 receives the acceleration data from the acceleration sensor 3110 and the angular velocity data from the angular velocity sensor 3120, performs inertial navigation arithmetic processing on these data, and outputs inertial navigation positioning data including the acceleration and attitude of the moving body. do.

また、GPS受信部3300は、受信アンテナ3400を介してGPS衛星からの信号を受信する。また、位置情報取得部3500は、GPS受信部3300が受信した信号に基づいて、移動体測位装置3000の位置(緯度、経度、高度)、速度、方位を表すGPS測位データを出力する。このGPS測位データには、受信状態や受信時刻等を示すステータスデータも含まれている。 Further, the GPS receiving unit 3300 receives a signal from the GPS satellite via the receiving antenna 3400. Further, the position information acquisition unit 3500 outputs GPS positioning data representing the position (latitude, longitude, altitude), speed, and direction of the mobile positioning device 3000 based on the signal received by the GPS receiving unit 3300. The GPS positioning data also includes status data indicating a reception status, reception time, and the like.

位置合成部3600は、演算処理部3200から出力された慣性航法測位データおよび位置情報取得部3500から出力されたGPS測位データに基づいて、移動体の位置、具体的には移動体が地面のどの位置を走行しているかを算出する。例えば、GPS測位データに含まれている移動体の位置が同じであっても、図25に示すように、地面の傾斜θg等の影響によって移動体の姿勢が異なっていれば、地面の異なる位置を移動体が走行していることになる。そのため、GPS測位データだけでは移動体の正確な位置を算出することができない。そこで、位置合成部3600は、慣性航法測位データを用いて、移動体が地面のどの位置を走行しているのかを算出する。 The position synthesis unit 3600 is based on the inertial navigation positioning data output from the arithmetic processing unit 3200 and the GPS positioning data output from the position information acquisition unit 3500, and the position of the moving body, specifically, the position of the moving body on the ground. Calculate whether you are traveling at a position. For example, even if the position of the moving body included in the GPS positioning data is the same, as shown in FIG. 25, if the posture of the moving body is different due to the influence of the inclination θg of the ground or the like, the position of the moving body is different. It means that the moving body is running. Therefore, the accurate position of the moving body cannot be calculated only from the GPS positioning data. Therefore, the position synthesizing unit 3600 calculates which position on the ground the moving body is traveling by using the inertial navigation positioning data.

位置合成部3600から出力された位置データは、処理部3700によって所定の処理が行われ、測位結果として表示部3900に表示される。また、位置データは、通信部3800によって外部装置に送信されるようになっていてもよい。 The position data output from the position synthesis unit 3600 is subjected to predetermined processing by the processing unit 3700 and displayed on the display unit 3900 as a positioning result. Further, the position data may be transmitted to an external device by the communication unit 3800.

<第7実施形態>
図26は、第7実施形態に係る移動体を示す斜視図である。
<7th Embodiment>
FIG. 26 is a perspective view showing a moving body according to the seventh embodiment.

図26に示す自動車1500は、実施形態に記載の移動体を適用した自動車である。この図において、自動車1500は、エンジンシステム、ブレーキシステムおよびキーレスエントリーシステムの少なくとも何れかのシステム1510を含んでいる。また、自動車1500には、慣性センサー1が内蔵されており、慣性センサー1によって車体の姿勢を検出することができる。慣性センサー1の検出信号は、制御装置1502に供給され、制御装置1502は、その信号に基づいてシステム1510を制御することができる。 The automobile 1500 shown in FIG. 26 is an automobile to which the moving body according to the embodiment is applied. In this figure, vehicle 1500 includes at least one of the engine system, brake system and keyless entry system 1510. Further, the automobile 1500 has a built-in inertial sensor 1, and the inertial sensor 1 can detect the posture of the vehicle body. The detection signal of the inertial sensor 1 is supplied to the control device 1502, and the control device 1502 can control the system 1510 based on the signal.

このように、移動体としての自動車1500は、慣性センサー1を有する。そのため、前述した慣性センサー1の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。 As described above, the automobile 1500 as a moving body has the inertia sensor 1. Therefore, the effect of the inertial sensor 1 described above can be enjoyed, and high reliability can be exhibited.

なお、慣性センサー1は、他にも、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。また、移動体としては、自動車1500に限定されず、例えば、飛行機、ロケット、人工衛星、船舶、AGV(無人搬送車)、二足歩行ロボット、ドローン等の無人飛行機等にも適用することができる。 In addition, the inertial sensor 1 includes a car navigation system, a car air conditioner, an anti-lock brake system (ABS), an airbag, a tire pressure monitoring system (TPMS), an engine control, and a hybrid vehicle. It can be widely applied to electronic control units (ECUs) such as battery monitors for electric vehicles and electric vehicles. Further, the moving body is not limited to the automobile 1500, and can be applied to, for example, an airplane, a rocket, an artificial satellite, a ship, an AGV (automated guided vehicle), a bipedal walking robot, an unmanned aerial vehicle such as a drone, and the like. ..

以上、本発明の慣性センサー、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、前述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。なお、前述した実施形態では、慣性センサーとして、角速度を検出する構成について説明したが、これに限定されず、例えば、加速度を検出する構成であってもよい。 Although the inertial sensor, the electronic device, and the moving body of the present invention have been described above based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part is an arbitrary configuration having the same function. Can be replaced with one. Further, any other constituent may be added to the present invention. Further, the above-described embodiments may be combined as appropriate. In the above-described embodiment, the configuration for detecting the angular velocity has been described as the inertial sensor, but the present invention is not limited to this, and for example, a configuration for detecting acceleration may be used.

1…慣性センサー、21…凹部、2…基板、221、222、224…マウント、3…蓋、31…凹部、39…ガラスフリット、4…センサー素子、4A、4B…可動体、40…シリコン基板、40A、40B…接続ばね、41A、41B…駆動部、411A、411B…可動駆動電極、412A、412B…固定駆動電極、42A、42B…固定部、43A、43B…駆動ばね、44A、44B…検出部、441A、441B…可動検出電極、441A’、441A”…端、442A、442B…下面、443A…段差、444A…第1面、445A…第2面、446A…凹部、451、452…固定部、46A、46B…検出ばね、47A、47B…梁、48…フレーム、481、482…欠損部、488、489…フレームばね、49A、49B…モニター部、491A、491B…可動モニター電極、492A、492B、493A、493B…固定モニター電極、71、72…固定検出電極、73~78…配線、1200…スマートフォン、1208…表示部、1210…制御回路、1500…自動車、1502…制御装置、1510…システム、2000…慣性計測装置、2100…アウターケース、2110…ネジ穴、2200…接合部材、2300…センサーモジュール、2310…インナーケース、2311…凹部、2312…開口、2320…基板、2330…コネクター、2340x、2340y、2340z…角速度センサー、2350…加速度センサー、2360…制御IC、3000…移動体測位装置、3100…慣性計測装置、3110…加速度センサー、3120…角速度センサー、3200…演算処理部、3300…GPS受信部、3400…受信アンテナ、3500…位置情報取得部、3600…位置合成部、3700…処理部、3800…通信部、3900…表示部、D…離間距離、D1、D2…平均離間距離、G…重心、K…犠牲層、M1…第1領域、M2…第2領域、O…中心、Oa…幾何中心、P…電極パッド、P’、P”、P1’、P2’、P1”、P2”…回転モーメント、Q0…自然状態、Q1…第1状態、Q2…第2状態、R1、R2…矢印、S…収納空間、V1、V2…電圧、W…振幅、α…仮想直線、βx、βy…中心線、θ、θ1、θ2…傾き、θg…傾斜、ωy…角速度 1 ... inertial sensor, 21 ... recess, 2 ... substrate, 221, 222, 224 ... mount, 3 ... lid, 31 ... recess, 39 ... glass frit, 4 ... sensor element, 4A, 4B ... movable body, 40 ... silicon substrate , 40A, 40B ... Connection spring, 41A, 41B ... Drive unit, 411A, 411B ... Movable drive electrode, 412A, 412B ... Fixed drive electrode, 42A, 42B ... Fixed unit, 43A, 43B ... Drive spring, 44A, 44B ... Detection Section, 441A, 441B ... Movable detection electrode, 441A', 441A "... end, 442A, 442B ... bottom surface, 443A ... step, 444A ... first surface, 445A ... second surface, 446A ... recess, 451, 452 ... fixed portion , 46A, 46B ... Detection spring, 47A, 47B ... Beam, 48 ... Frame, 481, 482 ... Missing part, 488, 489 ... Frame spring, 49A, 49B ... Monitor part, 491A, 491B ... Movable monitor electrode, 492A, 492B , 493A, 493B ... Fixed monitor electrode, 71, 72 ... Fixed detection electrode, 73-78 ... Wiring, 1200 ... Smartphone, 1208 ... Display unit, 1210 ... Control circuit, 1500 ... Automobile, 1502 ... Control device, 1510 ... System, 2000 ... Inertivity measuring device, 2100 ... Outer case, 2110 ... Screw hole, 2200 ... Joining member, 2300 ... Sensor module, 2310 ... Inner case, 2311 ... Recess, 2312 ... Opening, 2320 ... Board, 2330 ... Connector, 2340x, 2340y , 2340z ... angular velocity sensor, 2350 ... acceleration sensor, 2360 ... control IC, 3000 ... mobile positioning device, 3100 ... inertial measurement device, 3110 ... acceleration sensor, 3120 ... angular velocity sensor, 3200 ... arithmetic processing unit, 3300 ... GPS receiver 3,400 ... Receiving antenna, 3500 ... Position information acquisition unit, 3600 ... Position synthesis unit, 3700 ... Processing unit, 3800 ... Communication unit, 3900 ... Display unit, D ... Separation distance, D1, D2 ... Average separation distance, G ... Center of gravity , K ... sacrificial layer, M1 ... first region, M2 ... second region, O ... center, Oa ... geometric center, P ... electrode pad, P', P ", P1', P2', P1", P2 "... Rotational moment, Q0 ... natural state, Q1 ... first state, Q2 ... second state, R1, R2 ... arrow, S ... storage space, V1, V2 ... voltage, W ... amplitude, α ... virtual straight line, βx, βy ... Center line, θ, θ1, θ2 ... tilt, θg ... tilt, ωy ... angular velocity

Claims (7)

互いに直交する3軸をX軸、Y軸およびZ軸としたとき、
基板と、
前記基板と前記Z軸に沿う方向に重なり、前記基板と対向している検出可動体と、
前記基板に配置され、前記検出可動体と対向している固定検出電極と、
前記検出可動体を振動させる駆動部と、を有し、
前記検出可動体の振動は、前記X軸に沿う方向の振動と前記Z軸に沿う方向の振動とが合成された駆動振動モードを有し、
前記Z軸方向からの平面視で、
前記検出可動体を前記X軸に沿う方向に二等分する線を中心線としたとき、
前記検出可動体の重心は、前記中心線から前記X軸に沿う方向にずれており、
前記重心と前記中心線との離間距離は、前記検出可動体の前記X軸に沿う方向への振幅よりも小さいことを特徴とする慣性センサー。
When the three axes orthogonal to each other are the X-axis, Y-axis, and Z-axis,
With the board
A detection movable body that overlaps the substrate in the direction along the Z axis and faces the substrate.
A fixed detection electrode arranged on the substrate and facing the detection movable body, and
It has a drive unit that vibrates the detection movable body, and has
The vibration of the detected movable body has a drive vibration mode in which vibration in the direction along the X axis and vibration in the direction along the Z axis are combined.
In a plan view from the Z-axis direction
When the line that bisects the detected movable body in the direction along the X axis is used as the center line,
The center of gravity of the detected movable body is deviated from the center line in the direction along the X axis.
An inertial sensor characterized in that the distance between the center of gravity and the center line is smaller than the amplitude of the detection movable body in the direction along the X axis.
前記Z軸方向からの平面視で、
前記検出可動体の前記中心線に対して前記重心側の領域を第1領域とし、前記重心とは反対側の領域を第2領域としたとき、
前記第1領域の前記Z軸に沿う方向の平均厚さは、前記第2領域の前記Z軸に沿う方向の平均厚さよりも厚い請求項1に記載の慣性センサー。
In a plan view from the Z-axis direction
When the region on the center of gravity side with respect to the center line of the detection movable body is set as the first region and the region on the side opposite to the center of gravity is set as the second region.
The inertial sensor according to claim 1, wherein the average thickness of the first region along the Z axis is thicker than the average thickness of the second region along the Z axis.
前記検出可動体の前記固定検出電極と対向する面は、段差を有する請求項2に記載の慣性センサー。 The inertial sensor according to claim 2, wherein the surface of the detection movable body facing the fixed detection electrode has a step. 前記検出可動体の前記固定検出電極と対向する面は、前記X軸に対して傾斜している請求項2に記載の慣性センサー。 The inertial sensor according to claim 2, wherein the surface of the detection movable body facing the fixed detection electrode is inclined with respect to the X axis. 前記第2領域は、前記検出可動体の前記固定検出電極と対向する面に凹部を有している請求項2に記載の慣性センサー。 The inertial sensor according to claim 2, wherein the second region has a recess on a surface of the detection movable body facing the fixed detection electrode. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の慣性センサーを有することを特徴とする電子機器。 An electronic device comprising the inertial sensor according to any one of claims 1 to 5. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の慣性センサーを有することを特徴とする移動体。 A moving body having the inertial sensor according to any one of claims 1 to 5.
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