[go: up one dir, main page]

JP2010169401A - Detection element, minute electromechanical device, and electronic equipment - Google Patents

Detection element, minute electromechanical device, and electronic equipment Download PDF

Info

Publication number
JP2010169401A
JP2010169401A JP2009009521A JP2009009521A JP2010169401A JP 2010169401 A JP2010169401 A JP 2010169401A JP 2009009521 A JP2009009521 A JP 2009009521A JP 2009009521 A JP2009009521 A JP 2009009521A JP 2010169401 A JP2010169401 A JP 2010169401A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
beam portion
axial direction
weight
detection
detection element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009009521A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Matsuhisa
和弘 松久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2009009521A priority Critical patent/JP2010169401A/en
Publication of JP2010169401A publication Critical patent/JP2010169401A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

【課題】一構造あたり多軸方向の物理量検出に対応する場合であっても、ある検出軸の別の軸の変位がノイズとして混在するのを抑制して、検出結果のSN比改善を図れるようにする。
【解決手段】第一の軸方向に沿って延びるように配された可堯性を有する第一の梁部31と、前記第一の軸方向と直交する第二の軸方向に沿って延びるように配された可堯性を有する第二の梁部32と、前記第一の梁部31および前記第二の梁部32によって少なくとも二以上の方向に変位可能に支持される錘部33と、前記錘部33の変位に基づいて当該錘部33に作用する力学量を検出する検出部21とを備える検出素子において、前記錘部33は、前記第一の軸方向回りにおける回転し易さと前記第二の軸方向回りにおける回転し易さとに差が生じる態様で、前記第一の梁部31および前記第二の梁部32に支持されるようにする。
【選択図】図4
Even when dealing with physical quantity detection in a multi-axis direction per structure, it is possible to improve the S / N ratio of a detection result by suppressing the displacement of another axis of a detection axis from being mixed as noise. To.
A flexible first beam portion (31) arranged so as to extend along a first axial direction and a second axial direction orthogonal to the first axial direction. A second beam portion 32 having flexibility, and a weight portion 33 supported by the first beam portion 31 and the second beam portion 32 so as to be displaceable in at least two directions, In the detection element including the detection unit 21 that detects a mechanical quantity acting on the weight part 33 based on the displacement of the weight part 33, the weight part 33 is easily rotated around the first axial direction and the The first beam portion 31 and the second beam portion 32 are supported by the first beam portion 31 and the second beam portion 32 in such a manner that a difference occurs in the ease of rotation around the second axial direction.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、検出素子、微小電気機械装置および電子機器に関する。   The present invention relates to a detection element, a microelectromechanical device, and an electronic apparatus.

近年、微小電気機械装置(Micro Electro-Mechanical Systems、以下「MEMS」ともいう。)技術を利用した機能素子の一つとして、角速度、加速度、圧力、振動周波数等の物理量を検出する検出素子が知られている。ここでいう検出素子は、外部からの慣性力で変位するように支持される可動部と、その可動部と対向する検出電極とを備え、これらの間に生じる慣性力の大きさに応じて変化する静電容量値を検出するように構成されたものである。
このような検出素子にて角速度を検出する場合には、一般に、可動部を励振させる必要がある(例えば、特許文献1,2参照。)。可動部をXY面内方向に励振させることで、X軸あるいはY軸回りの回転によりZ軸方向のコリオリ力を発生させ、そのコリオリ力によるZ軸方向の変位を検出電極の利用によって検出することで、X軸あるいはY軸回りの角速度の検出を可能にするためである。励振のための駆動源としては、ローレンツ力を用いたもの(例えば、特許文献1参照。)や静電力を用いたもの(例えば、特許文献2参照。)等が知られている。以下、この励振による振動を「駆動振動」または「参照振動」ともいう。
In recent years, detection elements that detect physical quantities such as angular velocity, acceleration, pressure, and vibration frequency have been known as one of functional elements using micro electro-mechanical systems (hereinafter also referred to as “MEMS”) technology. It has been. The detection element here includes a movable part that is supported so as to be displaced by an inertial force from the outside, and a detection electrode that faces the movable part, and changes according to the magnitude of the inertial force generated between them. It is comprised so that the electrostatic capacitance value to be detected may be detected.
When the angular velocity is detected by such a detection element, it is generally necessary to excite the movable part (see, for example, Patent Documents 1 and 2). By exciting the movable part in the XY plane, the Coriolis force in the Z-axis direction is generated by rotation around the X-axis or Y-axis, and the displacement in the Z-axis direction due to the Coriolis force is detected by using the detection electrode. This is because the angular velocity around the X axis or the Y axis can be detected. Known drive sources for excitation include those using Lorentz force (for example, see Patent Document 1), those using electrostatic force (for example, see Patent Document 2), and the like. Hereinafter, the vibration caused by this excitation is also referred to as “drive vibration” or “reference vibration”.

ところで、駆動振動は、物理量を検出する際の静電容量の検出軸に対して、完全に直交することが望ましい(例えば、特許文献3参照。)。直交しない成分は検出軸に漏れだして駆動に同期した検出信号となり、物理量を検出した信号と混在して検出結果についてのSN比を悪化させるからである。
この直交しない成分を小さくするためには、例えば可動部の横方向と縦方向の比率を変えバネ定数の比率を変えることで、非検出方向に可動部を動かし難い構造とすることが提案されている(例えば、特許文献3参照。)。また、二対の固定電極と可動電極によって形成される二つの静電容量の演算によって、検出軸方向の物理量を高感度に検出し、可動部分の剛性を高めることで他軸感度を抑制することも提案されている(例えば、特許文献4参照。)。
By the way, it is desirable that the drive vibration be completely orthogonal to the detection axis of the electrostatic capacity when detecting the physical quantity (see, for example, Patent Document 3). This is because non-orthogonal components leak to the detection axis and become detection signals synchronized with the drive, and are mixed with signals that detect physical quantities to deteriorate the SN ratio of detection results.
In order to reduce this non-orthogonal component, it has been proposed to make the movable part difficult to move in the non-detection direction, for example, by changing the ratio of the horizontal and vertical directions of the movable part and changing the ratio of the spring constant. (For example, refer to Patent Document 3). In addition, the physical quantity in the detection axis direction is detected with high sensitivity by calculating two capacitances formed by two pairs of fixed electrodes and movable electrodes, and the sensitivity of other axes is suppressed by increasing the rigidity of the movable part. Has also been proposed (see, for example, Patent Document 4).

特開2000-65581号公報JP 2000-65581 A 特開平11-64001号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-64001 特許第3518067号公報Japanese Patent No. 3518067 特開2006−250702号公報JP 2006-250702 A

上述した従来構造では、一構造で一軸の検出を行うことを想定している。つまり、一構造あたり一軸方向の物理量を検出するものに対応している。
その一方で、近年、手ブレ補正の高精度化や多様なヒューマンインターフェースの実現の一環として、例えば携帯電話機に代表されるモバイル機器、電子機器やゲーム機器のリモコン装置等では、多軸方向の物理量の検出が必要とされる傾向にある。ただし、一軸方向の物理量を検出する検出素子では、多軸方向の物理量を検出しようとすると、設置面積や容積等が大きくなるおそれがある。このことは、慣性センサの大きな市場であるモバイル、ウェアラブル商品に搭載することを想定すると致命的である。また、実装時の手間もかかるため、コスト増の要因にもなる。さらには、アセンブリの際に軸ごとの相対的な角度がずれることで、一軸の集合の多軸センサは他軸感度が悪化することが知られている。
このことから、最近では、一構造で多軸方向の検出が可能な検出素子が注目されている。一構造あたり多軸方向の物理量を検出し得る検出素子であれば、デバイスの小型化、実装の簡易化等の量産性、コストの面で一軸対応のアセンブリよりも優位性を持つからである。
In the conventional structure described above, it is assumed that one axis is detected with one structure. That is, it corresponds to one that detects a physical quantity in one axial direction per structure.
On the other hand, in recent years, as part of efforts to improve the accuracy of camera shake correction and realize various human interfaces, for example, mobile devices represented by mobile phones, remote control devices for electronic devices and game devices, etc. Detection tends to be required. However, in a detection element that detects a physical quantity in a uniaxial direction, there is a possibility that an installation area, a volume, and the like increase when detecting a physical quantity in a multiaxial direction. This is fatal if it is assumed to be installed in mobile and wearable products, which are a large market for inertial sensors. Moreover, since it takes time and effort at the time of mounting, it causes a cost increase. Furthermore, it is known that the multi-axis sensor of a uniaxial set deteriorates the sensitivity of the other axis when the relative angle of each axis is shifted during assembly.
For this reason, recently, a detection element capable of detecting in a multi-axis direction with a single structure has attracted attention. This is because a detection element capable of detecting a physical quantity in a multi-axis direction per structure has an advantage over a single-axis assembly in terms of mass productivity such as device miniaturization and simplification of mounting, and cost.

しかしながら、多軸方向の検出が可能な検出素子は、一般的に、一構造で多軸方向の検出モードを持つために、上述した従来構造を適用しても、必ずしもSN比の改善が図れるとは限らない。例えば、可動部の横方向と縦方向とのアスペクト比を変えて力学量検出方向以外への変位を抑制しても、ある検出軸についてその軸方向の変位を抑え他軸感度を抑制できるが、別の軸に対しては効果が小さい。つまり、多軸対応の場合のSN比を確保することが難しい。特に、駆動振動(参照振動)を有してコリオリ力による変位を検出する角速度センサ等では、この静電力、圧電、ローレンツ力等によって作り出された連続的な駆動変位によって励振される振動モードが駆動信号に同期したノイズとなる。そして、そのノイズが物理量を検出した信号と混在してしまい、検出結果のSN比を悪化させてしまうおそれがある。   However, since a detection element capable of multi-axis detection generally has a multi-axis detection mode with a single structure, even if the conventional structure described above is applied, the SN ratio is not necessarily improved. Is not limited. For example, even if the aspect ratio between the horizontal direction and the vertical direction of the movable part is changed to suppress the displacement in a direction other than the mechanical quantity detection direction, the displacement in the axial direction can be suppressed for a certain detection axis, and the other axis sensitivity can be suppressed. Less effective for other axes. That is, it is difficult to ensure the SN ratio in the case of multi-axis support. In particular, an angular velocity sensor that has drive vibration (reference vibration) and detects displacement due to Coriolis force drives a vibration mode excited by continuous drive displacement generated by this electrostatic force, piezoelectricity, Lorentz force, etc. Noise is synchronized with the signal. And the noise is mixed with the signal which detected the physical quantity, and there exists a possibility of degrading the SN ratio of a detection result.

そこで、本発明は、一構造あたり多軸方向の物理量検出に対応する場合であっても、ある検出軸の別の軸の変位がノイズとして混在するのを抑制して、検出結果のSN比改善が図れる検出素子、微小電気機械装置および電子機器を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention suppresses the mixed displacement of another detection axis as noise even when dealing with physical quantity detection in a multi-axis direction per structure, and improves the SN ratio of the detection result. An object of the present invention is to provide a detection element, a microelectromechanical device, and an electronic apparatus that can achieve the above.

本発明は、上記目的を達成するために案出された検出素子で、第一の軸方向に沿って延びるように配された可堯性を有する第一の梁部と、前記第一の軸方向と直交する第二の軸方向に沿って延びるように配された可堯性を有する第二の梁部と、前記第一の梁部および前記第二の梁部によって少なくとも二以上の方向に変位可能に支持される錘部と、前記錘部の変位に基づいて当該錘部に作用する力学量を検出する検出部とを備え、前記錘部は、前記第一の軸方向回りにおける回転し易さと前記第二の軸方向回りにおける回転し易さとに差が生じる態様で、前記第一の梁部および前記第二の梁部に支持されている検出素子である。   The present invention is a detection element devised to achieve the above object, and includes a first beam portion having flexibility that is arranged so as to extend along a first axial direction, and the first shaft. A second beam part having flexibility arranged to extend along a second axial direction perpendicular to the direction, and at least two directions by the first beam part and the second beam part A weight portion supported so as to be displaceable, and a detection portion that detects a mechanical quantity acting on the weight portion based on the displacement of the weight portion, the weight portion rotating about the first axial direction. The detection element is supported by the first beam portion and the second beam portion in such a manner that a difference occurs between the ease and the ease of rotation around the second axial direction.

上記構成の検出素子では、各軸回りにおける錘部の回転し易さが互いに相違する。したがって、検出部による力学量検出方向以外については錘部を変位し難くすることが実現可能となる。具体的には、例えば、各軸方向における梁部のバネ定数を互いに相違させたり、各軸回りの錘部の慣性モーメントを互いに相違させたりすることで、検出部による力学量検出方向に比べて、当該力学量検出方向以外への錘部の変位を抑制することが考えられる。   In the detection element having the above configuration, the ease of rotation of the weight portion around each axis is different from each other. Therefore, it is possible to make it difficult to displace the weight portion except in the direction of detecting the mechanical quantity by the detection unit. Specifically, for example, by making the spring constants of the beam portions in each axial direction different from each other or by making the inertia moments of the weight portions around each axis different from each other, compared to the mechanical quantity detection direction by the detection unit. It is conceivable to suppress the displacement of the weight portion outside the mechanical quantity detection direction.

本発明によれば、一構造あたり多軸方向の物理量検出に対応する場合であっても、検出部による力学量検出方向以外への錘部の変位を抑制することができる。さらに具体的には、例えば、駆動振動によって励振される振動(並進、回転に関わらず)を抑制し得るようになる。したがって、ある検出軸の別の軸の変位がノイズとして混在するのを抑制することが実現可能となり、ノイズ混在を抑制しない場合に比べて検出結果のSN比改善が図れるようになる。そして、SN比改善を通じて、周波数や重心等についての事後調整を不要または軽減することができ、製造効率や装置コスト等の点でも良好なものとなる。   According to the present invention, even if it corresponds to physical quantity detection in a multi-axis direction per structure, it is possible to suppress displacement of the weight part in a direction other than the mechanical quantity detection direction by the detection unit. More specifically, for example, vibration (regardless of translation or rotation) excited by drive vibration can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the displacement of another axis of a certain detection axis from being mixed as noise, and the SN ratio of the detection result can be improved as compared with the case where noise mixing is not suppressed. Further, through the improvement of the SN ratio, the post-adjustment of the frequency, the center of gravity, etc. can be eliminated or reduced, and the manufacturing efficiency, the apparatus cost, etc. are good.

本発明に係るMEMSの構成例を示す三面図である。It is a three-plane figure which shows the structural example of MEMS which concerns on this invention. 本発明に係るMEMSの製造手順の一具体例を示す説明図(その1)である。It is explanatory drawing (the 1) which shows a specific example of the manufacturing procedure of MEMS which concerns on this invention. 本発明に係るMEMSの製造手順の一具体例を示す説明図(その2)である。It is explanatory drawing (the 2) which shows a specific example of the manufacturing procedure of MEMS which concerns on this invention. 本発明に係る検出素子の概略構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the schematic structural example of the detection element which concerns on this invention. 本発明に係る検出素子による角速度等の検出手順の具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific example of the detection procedure of angular velocity etc. by the detection element which concerns on this invention. 本発明の第1の実施の形態における検出素子部の概略構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of schematic structure of the detection element part in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における検出素子部の概略構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of schematic structure of the detection element part in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態における検出素子部の概略構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of schematic structure of the detection element part in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態における検出素子部の概略構成例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of schematic structure of the detection element part in the 4th Embodiment of this invention. 慣性力を検出する慣性センサの動作原理を示す信号ブロック図である。It is a signal block diagram which shows the operating principle of the inertial sensor which detects an inertial force. 慣性力検出処理の一例を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed an example of the inertial force detection process. 慣性センサを含むSIPの一具体例を示す概略構成斜視図である。It is a schematic structure perspective view which shows one specific example of SIP containing an inertial sensor. 電子機器の一具体例であるHDD装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the HDD apparatus which is a specific example of an electronic device. 電子機器の一具体例であるHDD装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the notebook type personal computer carrying the HDD apparatus which is a specific example of an electronic device. 電子機器の一具体例であるHDD装置を搭載したビデオカメラ装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the video camera apparatus carrying the HDD apparatus which is a specific example of an electronic device. 電子機器の一具体例であるHDD装置を搭載したゲーム機の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the game machine carrying the HDD apparatus which is a specific example of an electronic device. 電子機器の一具体例であるカメラ付き携帯端末装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the portable terminal device with a camera which is a specific example of an electronic device. 電子機器の一具体例であるビデオカメラ装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the video camera apparatus which is a specific example of an electronic device.

以下、図面に基づき本発明に係る検出素子、微小電気機械装置および電子機器について説明する。   Hereinafter, a detection element, a micro electro mechanical device, and an electronic apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[微小電気機械装置の説明]
先ず、本発明に係る微小電気機械装置(MEMS)について説明する。
図1は、本発明に係るMEMSの構成例を示す三面図である。
[Description of micro electromechanical device]
First, a micro electromechanical device (MEMS) according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a three-view diagram illustrating a configuration example of a MEMS according to the present invention.

図例のように、ここで例に挙げて説明するMEMSは、第一基板10と、第二基板20と、を備えて構成されている。
第一基板10は、構造体形成基板であり、例えばシリコン(Si)基板またはガリウムヒ素(GaAs)基板からなる。
第二基板20は、変位検出基板であり、例えばガラス基板またはSi基板からなる。
これら第一基板10と第二基板20とは、陽極接合、Si接合、金属接合等によって接合されている。または、ガラスフリット、接着剤等によって接着されていてもよい。
As illustrated, the MEMS described as an example here includes a first substrate 10 and a second substrate 20.
The first substrate 10 is a structure forming substrate and is made of, for example, a silicon (Si) substrate or a gallium arsenide (GaAs) substrate.
The second substrate 20 is a displacement detection substrate, and is made of, for example, a glass substrate or a Si substrate.
The first substrate 10 and the second substrate 20 are bonded by anodic bonding, Si bonding, metal bonding, or the like. Alternatively, it may be bonded by a glass frit, an adhesive or the like.

また、ここで例に挙げて説明するMEMSは、平面的にみると、駆動部11と、支持部12と、弾性支持体13と、を備えて構成されている。
駆動部11は、平面矩形状の平板状に形成されている。ここで、「平板状」とは、平面形状の大きさ(例えば、矩形の構成辺の大きさ。)に対して厚さ方向の大きさが十分に小さい形状をいい、面上が必ずしも平滑である必要はない。
支持部12は、駆動部11の外周側を囲うように、当該可動部の端縁から離間して配されている。ここで、「離間」とは、空間を介しての意である。
弾性支持体13は、支持部12に対して駆動部11を面内方向へ変位可能に支持する。ここで、「面内方向」とは、平板状の駆動部11の厚さ方向に対して直角方向の面方向を指す。この面内方向への変位のために、弾性支持体13は、駆動部11の各頂部近傍の四箇所のそれぞれに、一端が駆動部11に連結され、他端が支持部12に連結されるように、配設されている。
このような構成のMEMSでは、弾性支持体13の弾性変形を利用して、駆動部11が面内方向に変位することになる。この駆動部11の面内方向への動作は、ローレンツ力、静電力、ピエゾ素子等を利用して行われる。つまり、駆動部11は、ローレンツ力、静電力、ピエゾ素子等を用いた図示せぬ駆動源により、面内方向に励振されるようになっている。
Further, the MEMS described as an example here is configured to include a drive unit 11, a support unit 12, and an elastic support 13 when viewed in plan.
The drive unit 11 is formed in a flat rectangular plate shape. Here, the “flat plate shape” refers to a shape that is sufficiently small in the thickness direction with respect to the size of the planar shape (for example, the size of a rectangular component side), and the surface is not necessarily smooth. There is no need.
The support part 12 is arranged so as to be separated from the end edge of the movable part so as to surround the outer peripheral side of the drive part 11. Here, “separation” means through a space.
The elastic support 13 supports the drive unit 11 so as to be displaceable in the in-plane direction with respect to the support unit 12. Here, the “in-plane direction” refers to a plane direction perpendicular to the thickness direction of the plate-like drive unit 11. Due to the displacement in the in-plane direction, the elastic support body 13 has one end connected to the drive unit 11 and the other end connected to the support unit 12 at each of four locations near the top of the drive unit 11. As shown in FIG.
In the MEMS having such a configuration, the driving unit 11 is displaced in the in-plane direction by utilizing the elastic deformation of the elastic support 13. The operation of the drive unit 11 in the in-plane direction is performed using Lorentz force, electrostatic force, piezo element, and the like. That is, the drive unit 11 is excited in the in-plane direction by a drive source (not shown) using a Lorentz force, an electrostatic force, a piezoelectric element, or the like.

また、駆動部11には、検出素子部30が配設されている。検出素子部30は、例えばコリオリ力によって変位する振動子としての錘部等を有して構成されている。この検出素子部30については、詳細を後述する。   The drive unit 11 is provided with a detection element unit 30. The detection element unit 30 includes, for example, a weight unit as a vibrator that is displaced by Coriolis force. Details of the detection element unit 30 will be described later.

さらに、第二基板20には、駆動部11上の検出素子部30と対面する位置に、当該検出素子部30における振動子について、当該駆動部11の可動方向と垂直方向(面内垂直方向)の変位を検出する検出部21が形成されている。この検出部21は、静電容量変化を検出する等、公知技術を利用して検出を行うものであればよい。   Further, the second substrate 20 has a position perpendicular to the movable direction of the drive unit 11 (in-plane vertical direction) with respect to the transducer in the detection element unit 30 at a position facing the detection element unit 30 on the drive unit 11. The detection part 21 which detects the displacement of is formed. The detection unit 21 may be any unit that detects using a known technique, such as detecting a change in capacitance.

図2および図3は、以上のような構成のMEMSの製造手順の一具体例を示す説明図である。図例は、図1中におけるA−A′断面に相当する部分を示している。   2 and 3 are explanatory diagrams showing a specific example of the manufacturing procedure of the MEMS having the above-described configuration. The example shows a portion corresponding to the AA ′ cross section in FIG. 1.

なお、ここでは、第一基板10がSOI(Silicon on insulator)基板からなる場合を例に挙げる。
第一基板10を構成するSOI基板は、支持層10aと活性層10cとの間にSiO2(BOX層10b)を挿入した構造の基板である。その詳細については公知であるため、ここではその説明を省略する。
Here, a case where the first substrate 10 is made of an SOI (Silicon on insulator) substrate is taken as an example.
The SOI substrate constituting the first substrate 10 is a substrate having a structure in which SiO2 (BOX layer 10b) is inserted between the support layer 10a and the active layer 10c. Since the details are publicly known, the description thereof is omitted here.

上述した構成のMEMSの製造にあたっては、先ず、図2(a)に示すように、SOI基板からなる第一基板10の両面に絶縁層15を形成する。絶縁層15は、SiO2膜や窒化シリコン(SiN)膜等によって形成することが考えられる。
絶縁層15の形成後は、続いて、図2(b)に示すように、第一基板10の活性層10cの側の面に、駆動部11および弾性支持体13を形成するためのマスクパターン14を作成する。マスクパターン14は、例えばフォトレジスト膜によって作成することが考えられる。
そして、マスクパターン14を作成したら、図2(c)に示すように、当該マスクパターン14の作成面側からエッチング処理を行って、第一基板10の活性層10cに重なる絶縁層15および当該活性層10cについて、駆動部11および弾性支持体13となる部分を形成する。このエッチング処理は、酸化膜エッチングとD−RIE(Deep−Reactive Ion Etching)等の物理的ドライエッチングにより行うことが考えられる。
その後は、マスクパターン14の除去を行う。なお、図示はしていないが、第一基板10には、第二基板20と接合または接着する側の面に、当該第二基板20とのコンタクト部や配線等を形成しておく。
In manufacturing the MEMS having the above-described configuration, first, as shown in FIG. 2A, insulating layers 15 are formed on both surfaces of the first substrate 10 made of an SOI substrate. The insulating layer 15 may be formed of a SiO 2 film, a silicon nitride (SiN) film, or the like.
After the formation of the insulating layer 15, subsequently, as shown in FIG. 2B, a mask pattern for forming the drive unit 11 and the elastic support 13 on the surface of the first substrate 10 on the active layer 10c side. 14 is created. It is conceivable that the mask pattern 14 is made of, for example, a photoresist film.
When the mask pattern 14 is created, as shown in FIG. 2C, an etching process is performed from the creation surface side of the mask pattern 14, and the insulating layer 15 overlapping the active layer 10c of the first substrate 10 and the active layer The layer 10c is formed with a portion to be the drive unit 11 and the elastic support body 13. This etching process may be performed by physical dry etching such as oxide film etching and D-RIE (Deep-Reactive Ion Etching).
Thereafter, the mask pattern 14 is removed. Although not shown, the first substrate 10 is provided with a contact portion, wiring, and the like with the second substrate 20 on the surface to be bonded or bonded to the second substrate 20.

活性層10c等に対するエッチング処理の後は、図2(d)に示すように、第一基板10の活性層10cの側の面に、エッチング処理した部分を塞ぐように、フォトレジスト膜16を塗布する。
さらに、図2(e)に示すように、第一基板10の支持層10aの側の面に、駆動部11および弾性支持体13を形成するためのマスクパターン17を作成する。このマスクパターン17も、上述したマスクパターン14と同様に、例えばフォトレジスト膜によって作成することが考えられる。なお、このとき、上述したマスクパターン14、すなわち第一基板10の活性層10cにおけるエッチング処理部分とのアライメントが必要になるが、これは例えば両面アライナーを用いて行えばよい。
そして、マスクパターン17を作成したら、図2(f)に示すように、当該マスクパターン17の作成面側からエッチング処理を行って、第一基板10の支持層10aに重なる絶縁層15および当該支持層10aについて、駆動部11および弾性支持体13となる部分を形成する。このエッチング処理も、酸化膜エッチングとD−RIE等の物理的ドライエッチングにより行うことが考えられる。
After the etching process on the active layer 10c and the like, as shown in FIG. 2D, a photoresist film 16 is applied to the surface of the first substrate 10 on the active layer 10c side so as to block the etched part. To do.
Further, as shown in FIG. 2E, a mask pattern 17 for forming the drive unit 11 and the elastic support 13 is formed on the surface of the first substrate 10 on the support layer 10a side. It is conceivable that the mask pattern 17 is also made of, for example, a photoresist film, similarly to the mask pattern 14 described above. At this time, alignment with the above-described mask pattern 14, that is, the etching processing portion in the active layer 10 c of the first substrate 10 is necessary, and this may be performed using, for example, a double-side aligner.
When the mask pattern 17 is created, as shown in FIG. 2 (f), an etching process is performed from the creation surface side of the mask pattern 17, so that the insulating layer 15 that overlaps the support layer 10a of the first substrate 10 and the support. For the layer 10 a, portions to be the drive unit 11 and the elastic support 13 are formed. This etching process may be performed by oxide film etching and physical dry etching such as D-RIE.

また、支持層10aに対するエッチング処理後は、続いて、図3(a)に示すように、マスクパターン17および支持層10aの側の絶縁層15の除去を行う。そして、第一基板10のBOX層10bについてエッチング処理を行って、駆動部11および弾性支持体13となる部分を形成する。エッチング処理は、フッ酸(HF)によるウェットエッチングにて行うことが考えられる。
BOX層10bに対するエッチング処理後は、続いて、図3(b)に示すように、第一基板10の活性層10cの側の面におけるフォトレジスト膜16の除去を行う。
これにより、第一基板10には、厚さ方向に支持層10a、BOX層10b、活性層10cおよび絶縁層15が積層されてなる駆動部11および弾性支持体13が形成されることになる。
After the etching process for the support layer 10a, the mask pattern 17 and the insulating layer 15 on the support layer 10a side are subsequently removed as shown in FIG. Then, the etching process is performed on the BOX layer 10b of the first substrate 10 to form portions that become the drive unit 11 and the elastic support 13. The etching process can be performed by wet etching with hydrofluoric acid (HF).
After the etching process for the BOX layer 10b, subsequently, as shown in FIG. 3B, the photoresist film 16 on the surface of the first substrate 10 on the active layer 10c side is removed.
As a result, the drive unit 11 and the elastic support 13 are formed on the first substrate 10 in which the support layer 10a, the BOX layer 10b, the active layer 10c, and the insulating layer 15 are stacked in the thickness direction.

一方、第二基板20については、図3(c)に示すように、その表面に、検出部21のためのギャップ(断面凹形状部分)を形成するためのマスクパターン22を作成する。マスクパターン22は、フォトレジスト膜、SiO2膜、熱酸化膜等によって作成することが考えられる。
そして、マスクパターン22を作成したら、図3(d)に示すように、当該マスクパターン22の作成面側からエッチング処理を行って、検出部21のためのギャップを形成する。エッチング処理は、例えばウェットエッチングにより行い、エッチング液としてテトラメチルアンモニウムハイドロキシド(TMAH:tetra methyl ammonium hydroxide)または水酸化カリウム(KOH)水溶液を用いる。ただし、ウェットエッチングに限定されることはなく、化学的ドライエッチングや物理的ドライエッチング等により行っても構わない。
その後は、マスクパターン22の除去を経て、図3(e)に示すように、形成したギャップ内に、電極形成膜を成膜して検出部21を形成する。検出部21となる電極形成膜の成膜には、例えば電子ビーム蒸着を用いることが考えられる。ただし、スパッタ法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法等を用いてもよい。また、電極形成膜には、例えば、金、白金、クロムの三層金属材料、金、白金、チタンの三層金属材料、金、クロムや白金、クロムまたは、金、チタンや白金、チタン等の二層金属材料等を用いることができる。また、チタンの代わりに、窒化チタンとチタンとの積層材料を用いてもよい。さらには、クロムやチタンの代わりに、銅を用いてもよい。
なお、第二基板20には、第一基板10と接合または接着する側の面に、当該第二基板20とのコンタクト部や配線等を形成しておく。
On the other hand, as shown in FIG. 3C, a mask pattern 22 is formed on the surface of the second substrate 20 for forming a gap (a cross-sectional concave portion) for the detection unit 21. It is conceivable that the mask pattern 22 is made of a photoresist film, a SiO 2 film, a thermal oxide film, or the like.
When the mask pattern 22 is created, as shown in FIG. 3D, an etching process is performed from the creation surface side of the mask pattern 22 to form a gap for the detection unit 21. The etching process is performed by wet etching, for example, and tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH) or potassium hydroxide (KOH) aqueous solution is used as an etching solution. However, it is not limited to wet etching, and may be performed by chemical dry etching, physical dry etching, or the like.
Thereafter, the mask pattern 22 is removed, and as shown in FIG. 3E, an electrode forming film is formed in the formed gap to form the detection unit 21. For example, electron beam vapor deposition may be used for forming the electrode forming film serving as the detection unit 21. However, a sputtering method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, or the like may be used. In addition, the electrode forming film includes, for example, gold, platinum, chromium three-layer metal material, gold, platinum, titanium three-layer metal material, gold, chromium, platinum, chromium or gold, titanium, platinum, titanium, etc. A double layer metal material or the like can be used. Further, a laminated material of titanium nitride and titanium may be used instead of titanium. Furthermore, copper may be used instead of chromium or titanium.
The second substrate 20 is formed with a contact portion, wiring, and the like with the second substrate 20 on the surface to be bonded or bonded to the first substrate 10.

その後は、図3(f)に示すように、第一基板10と第二基板20とを、陽極接合、Si接合、金属接合等によって接合する。または、ガラスフリット、接着剤等によって接着する。なお、図示はしていないが第一基板と第二基板の接合面で導通を取るためにコンタクト部を形成しておく。このコンタクト部は、例えば無電解めっき法や電解めっき法により金の支柱で形成する。そして、図示はしていないが、ダイシングによるチップ個片化を行う。
以上のような手順を経ることで、図1に示す構成のMEMSが製造されることになる。
Thereafter, as shown in FIG. 3 (f), the first substrate 10 and the second substrate 20 are bonded by anodic bonding, Si bonding, metal bonding, or the like. Alternatively, they are bonded with a glass frit, an adhesive or the like. Although not shown in the drawing, a contact portion is formed in order to establish conduction at the joint surface between the first substrate and the second substrate. This contact portion is formed with a gold support by, for example, electroless plating or electrolytic plating. Although not shown, chip separation is performed by dicing.
Through the above procedure, the MEMS having the configuration shown in FIG. 1 is manufactured.

[検出素子の説明]
次に、以上のような構成のMEMSにおける検出素子部30について、さらに詳しく説明する。この検出素子部30および検出部21は、本発明に係る検出素子に相当するものである。
[Description of detection element]
Next, the detection element unit 30 in the MEMS configured as described above will be described in more detail. The detection element unit 30 and the detection unit 21 correspond to the detection element according to the present invention.

<検出素子の概要>
先ず、検出素子部30の概略構成を説明する。ここでは、いわゆる慣性センサに適用する場合を例に挙げて説明するが、これはセンサの種類を限定するものでないことは言うまでもない。
図4は、本発明に係る検出素子の概略構成例を示す説明図である。
<Outline of detection element>
First, a schematic configuration of the detection element unit 30 will be described. Here, the case of applying to a so-called inertial sensor will be described as an example, but it goes without saying that this does not limit the type of sensor.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration example of the detection element according to the present invention.

図4(a)に示すように、検出素子部30は、MEMSを構成する駆動部11上に配設されたもので、SOI基板等からなる第一基板10を加工することにより形成されている。さらに詳しくは、検出素子部30は、第一の梁部31と、第二の梁部32と、錘部33と、を備えて構成されている。   As shown in FIG. 4A, the detection element unit 30 is disposed on the drive unit 11 constituting the MEMS, and is formed by processing the first substrate 10 made of an SOI substrate or the like. . More specifically, the detection element unit 30 includes a first beam unit 31, a second beam unit 32, and a weight unit 33.

第一の梁部31および第二の梁部32は、いずれも、駆動部11に対して、錘部33を変位可能に支持するものである。そのために、第一の梁部31および第二の梁部32は、SOI基板の活性層10cのみによって形成され、これにより可堯性を有して構成されている。そして、その一端が駆動部11に連結され、他端が錘部33に連結されるように、配設されている。
ただし、第一の梁部31と第二の梁部32とでは、その配設方向が異なる。
第一の梁部31は、錘部33に作用する力学量を検出する際の第一の軸方向に沿って延びるように配されている。ここで、第一の軸方向は、例えば駆動部11が振動する際の面内方向におけるx軸方向が相当する。
一方、第二の梁部32は、第一の軸方向と直交する第二の軸方向に沿って延びるように配されている。ここで、第二の軸方向は、例えば駆動部11が振動する際の面内方向におけるy軸方向が相当する。
なお、ここでは、第一の軸方向がx軸方向であり、第二の軸方向がy軸方向である場合を例に挙げているが、この対応関係は一具体例に過ぎず、これに限定されないことは勿論である。
Each of the first beam portion 31 and the second beam portion 32 supports the weight portion 33 so as to be displaceable with respect to the drive portion 11. Therefore, the first beam portion 31 and the second beam portion 32 are formed only by the active layer 10c of the SOI substrate, and thereby are configured to be flexible. And it arrange | positions so that the one end may be connected with the drive part 11, and the other end may be connected with the weight part 33. FIG.
However, the arrangement direction is different between the first beam portion 31 and the second beam portion 32.
The first beam portion 31 is arranged so as to extend along the first axial direction when a mechanical quantity acting on the weight portion 33 is detected. Here, the first axial direction corresponds to, for example, the x-axis direction in the in-plane direction when the drive unit 11 vibrates.
On the other hand, the 2nd beam part 32 is distribute | arranged so that it may extend along the 2nd axial direction orthogonal to a 1st axial direction. Here, the second axial direction corresponds to the y-axis direction in the in-plane direction when the drive unit 11 vibrates, for example.
Here, the case where the first axial direction is the x-axis direction and the second axial direction is the y-axis direction is taken as an example, but this correspondence is only one specific example, Of course, it is not limited.

錘部33は、その外周側が駆動部11によって囲われるように当該駆動部11から離間して配されているとともに、第一の梁部31および第二の梁部32によって少なくとも二以上の方向に変位可能に支持されたものである。すなわち、第一の梁部31および第二の梁部32の可撓性を利用して変位し得るように支持されている。具体的には、x軸方向およびy軸方向に加えて、各軸方向に鉛直な方向、すなわち面内垂直方向であるz軸方向にも変位し得るようになっている。
また、錘部33は、第一の梁部31および第二の梁部32が活性層10cのみによって形成されるのに対して、SOI基板の支持層10a、BOX層10bおよび活性層10cの積層体によって形成されている。したがって、錘部33は、図4(b)または(c)に示すような釣鐘型の構造となる。
このような釣鐘型の構造で支持される錘部33は、当該錘部33にz軸方向の力が作用すると、第一の梁部31および第二の梁部32の撓みにより、図4(b)に示すように、並進方向に変位することになる。
一方、錘部33にx軸方向またはy軸方向の力が作用すると、当該錘部33は、第一の梁部31および第二の梁部32の撓みにより、図4(c)に示すように、回転方向に変位することになる。
なお、図4(b)または(c)に示すように、錘部33と対向する位置には、当該錘部33の変位に基づいて当該錘部33に作用する力学量を検出するための検出部21が配設されているものとする。
The weight portion 33 is arranged so as to be separated from the driving portion 11 so that the outer peripheral side thereof is surrounded by the driving portion 11, and in at least two directions by the first beam portion 31 and the second beam portion 32. It is supported so that it can be displaced. That is, the first beam portion 31 and the second beam portion 32 are supported so that they can be displaced using the flexibility. Specifically, in addition to the x-axis direction and the y-axis direction, it can also be displaced in a direction perpendicular to each axial direction, that is, in the z-axis direction that is the in-plane vertical direction.
Further, the weight portion 33 is formed by stacking the support layer 10a, the BOX layer 10b, and the active layer 10c of the SOI substrate, while the first beam portion 31 and the second beam portion 32 are formed only by the active layer 10c. Formed by the body. Therefore, the weight part 33 has a bell-shaped structure as shown in FIG.
When the weight 33 supported by such a bell-shaped structure is acted on by the z-axis direction on the weight 33, the first beam 31 and the second beam 32 are bent, as shown in FIG. As shown in b), it is displaced in the translation direction.
On the other hand, when a force in the x-axis direction or the y-axis direction acts on the weight portion 33, the weight portion 33 is deformed by the first beam portion 31 and the second beam portion 32 as shown in FIG. In addition, it is displaced in the rotational direction.
In addition, as shown in FIG. 4B or FIG. 4C, at a position facing the weight portion 33, detection for detecting a mechanical quantity acting on the weight portion 33 based on the displacement of the weight portion 33. The part 21 shall be arrange | positioned.

このような構成の検出素子部30としては、例えば1mm四方の大きさの駆動部11上に配設されて、数kHz程度の検出共振周波数を持つものが、具体例として挙げられる。   A specific example of the detection element unit 30 having such a configuration is one that is disposed on the drive unit 11 having a size of 1 mm square and has a detection resonance frequency of about several kHz.

続いて、以上のような構成の検出素子部30を用いた角速度等の検出手順を説明する。
図5は、角速度等の検出手順の具体例を示す説明図である。
Subsequently, a procedure for detecting angular velocity and the like using the detection element unit 30 having the above-described configuration will be described.
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a specific example of a procedure for detecting angular velocity and the like.

角速度等の検出にあたっては、駆動部11を面内方向に励振させる。すなわち、第一の梁部31、第二の梁部32および錘部33を含む駆動部11の全体に対して、当該錘部33が数kHz程度の共振周波数で周期的に振動するような駆動振動を与える。具体的には、例えばy軸方向に沿って振動するような駆動振動を与える。
この状態で、例えば、x軸周りに角速度を印加すると、z軸方向にコリオリ力が発生する。
コリオリ力は、Fcoriolis=2mvΩで与えられる。ここで、mは振動子である錘部33の質量、vは駆動方向の振動速度、Ωは外部から印加される角速度である。
コリオリ力がz軸方向に発生すると、振動子である錘部33にコリオリ力が印加され、z軸方向に変位する。錘部33は重心位置と支持位置の高さが異なるために、コリオリ力によりモーメントが発生し、捻り方向に振動する。
この捻り方向の変位を、図5に示すように、四つの電極からなる検出部21の静電容量変化によって検出する。四つの電極のうち、傾いて隙間が広がった側の二電極は静電容量が減少し、傾いて隙間が狭まった側の二電極は静電容量が増加する。広がった側同士で容量の和をとり、狭まった同士で容量の和をとった後に、それぞれの電極の容量の和同士の差分を取ることにより、効率よく捻りによる変位、つまり角速度を検出することができる。
また、z軸周りに角速度を印加すると、x軸方向にコリオリ力が発生する。よって、上述した場合と同様に、四つの電極からなる検出部21の静電容量変化によって、z軸周りに発生する角速度を検出することができる。
このような検出手順によれば、二軸分の角速度を検出することが可能である。
つまり、駆動部11の全体がy軸方向に並進駆動(駆動振動)している場合において、x軸周りに角速度が印加されれば、z軸方向にコリオリ力が発生する。このz軸方向の力により、錘部33はz並進方向に動く。また、z軸周りに角速度が印加されれば、x軸方向にコリオリ力が発生し、y軸周りに錘部33は回転する。
In detecting the angular velocity or the like, the drive unit 11 is excited in the in-plane direction. That is, the drive in which the weight portion 33 periodically vibrates at a resonance frequency of about several kHz with respect to the entire drive portion 11 including the first beam portion 31, the second beam portion 32, and the weight portion 33. Give vibration. Specifically, for example, a drive vibration that vibrates along the y-axis direction is applied.
In this state, for example, when an angular velocity is applied around the x axis, a Coriolis force is generated in the z axis direction.
The Coriolis force is given by F coriolis = 2 mvΩ. Here, m is the mass of the weight portion 33 which is a vibrator, v is a vibration velocity in the driving direction, and Ω is an angular velocity applied from the outside.
When the Coriolis force is generated in the z-axis direction, the Coriolis force is applied to the weight portion 33 that is a vibrator and is displaced in the z-axis direction. Since the weight portion 33 is different in height from the center of gravity position and the support position, a moment is generated by the Coriolis force and vibrates in the twisting direction.
As shown in FIG. 5, the displacement in the twisting direction is detected by a change in capacitance of the detection unit 21 including four electrodes. Of the four electrodes, the two electrodes on the side inclined and the gap widened have a reduced capacitance, and the two electrodes on the side inclined and the gap narrowed have an increased capacitance. To detect the displacement due to twisting, that is, the angular velocity efficiently by taking the sum of the capacitances on the widened sides and taking the sum of the capacitances on the narrowed sides and then taking the difference between the sums of the capacities of the respective electrodes. Can do.
Further, when an angular velocity is applied around the z axis, a Coriolis force is generated in the x axis direction. Therefore, similarly to the case described above, the angular velocity generated around the z-axis can be detected by the capacitance change of the detection unit 21 including four electrodes.
According to such a detection procedure, it is possible to detect angular velocities for two axes.
That is, when the entire drive unit 11 is translationally driven (drive vibration) in the y-axis direction, if an angular velocity is applied around the x-axis, a Coriolis force is generated in the z-axis direction. Due to the force in the z-axis direction, the weight portion 33 moves in the z translational direction. If an angular velocity is applied around the z axis, a Coriolis force is generated in the x axis direction, and the weight portion 33 rotates around the y axis.

ところで、上述したように、駆動部11の全体の並進駆動(駆動振動)を利用して錘部33にコリオリ力を発生させ、これにより二軸分の角速度を検出することを可能にする場合には、その駆動振動による連続的な駆動変位によって励振される振動モードが駆動信号に同期したノイズとなるおそれがある。このようなノイズは、角速度の検出信号と混在してSN比を悪化させてしまうため、除去すべきである。
つまり、複数(多軸)の検出モードについては、特に角速度検出の際の駆動振動で励起されるモードが存在し、駆動ノイズとなり、角速度検出に置いて一般的な回路方式である同期検波で除去することが難しくなるため、SN比を悪化させる要因となってしまう。
By the way, as described above, when the Coriolis force is generated in the weight portion 33 by using the entire translational drive (drive vibration) of the drive portion 11, thereby making it possible to detect the angular velocity of two axes. The vibration mode excited by the continuous drive displacement due to the drive vibration may become noise synchronized with the drive signal. Such noise is mixed with the angular velocity detection signal and deteriorates the SN ratio, so it should be removed.
In other words, for multiple (multi-axis) detection modes, there are modes that are excited especially by driving vibration during angular velocity detection, resulting in drive noise, which is removed by synchronous detection, which is a common circuit method for angular velocity detection. Since it becomes difficult to do, it will become a factor which deteriorates SN ratio.

そこで、検出素子部30については、以下に述べるような構成とすることで、検出部21による力学量検出方向以外への錘部33の変位を抑制することが考えられる。特に、駆動モードによって励振される振動(並進、回転に関わらず)を抑制する。当該抑制により、駆動周波数に同期したノイズを除去することができ、検波後のSN比を向上させることができるからである。   Therefore, it is conceivable that the detection element unit 30 is configured as described below to suppress the displacement of the weight unit 33 in directions other than the mechanical quantity detection direction by the detection unit 21. In particular, vibration (regardless of translation and rotation) excited by the drive mode is suppressed. It is because the noise synchronized with the drive frequency can be removed by the suppression, and the S / N ratio after detection can be improved.

具体的には、錘部33について、第一の軸方向(例えば、x軸方向。)回りにおける回転し易さと第二の軸方向(例えば、y軸方向。)回りにおける回転し易さに差が生じる態様で、当該錘部33が第一の梁部31および第二の梁部32に支持されるようにする。つまり、各軸回りにおける錘部33の回転し易さを互いに相違させるのである。
特に、駆動モードによって励振される振動を抑制するのであれば、駆動振動の方向に沿った軸方向回りのほうが当該駆動振動の方向と直交する軸方向回りよりも回転し易くなる態様で、当該錘部33が第一の梁部31および第二の梁部32に支持されるようにする。
このようにすれば、検出部21による力学量検出方向以外については錘部33を変位し難くすることが実現可能となる。
Specifically, the weight portion 33 is different in the ease of rotation around the first axial direction (for example, the x-axis direction) and the ease of rotation about the second axial direction (for example, the y-axis direction). In this manner, the weight portion 33 is supported by the first beam portion 31 and the second beam portion 32. That is, the ease of rotation of the weight portion 33 around each axis is made different from each other.
In particular, if the vibration excited by the drive mode is to be suppressed, the weight in such a manner that it is easier to rotate around the axial direction along the direction of the drive vibration than around the axial direction perpendicular to the direction of the drive vibration. The portion 33 is supported by the first beam portion 31 and the second beam portion 32.
In this way, it is possible to make it difficult to displace the weight part 33 in directions other than the mechanical quantity detection direction by the detection part 21.

さらに詳しくは、以下に述べるような構成とすることが考えられる。
例えば、駆動モードによって励振される振動が並進方向の場合、そのバネマス系のバネ定数を大きくすることで、駆動振動によるメカ同期ノイズを小さくすることができる。すなわち、第一の梁部31および第二の梁部32における撓み量を特定するバネ定数を、それぞれで相違させるようにする。具体的には、バネ定数に比例、つまり共振周波数の二乗に比例してメカ同期成分の実振幅を小さくできる。
また、例えば、駆動モードによって励振される振動が回転方向の場合、その系の慣性モーメントを大きくすることで、駆動振動によるメカ同期ノイズを小さくすることができる。慣性モーメントが大きければ回転しにくくなり、メカ同期ノイズは小さくなる。
また、例えば、並進、回転に共通して、駆動周波数と駆動モードによって励振される不要なモードの周波数を離すことによって、メカニカルカップリングの係数を下げることができるため、さらに振幅を小さくすることができる。
More specifically, a configuration as described below can be considered.
For example, when the vibration excited by the drive mode is in the translation direction, the mechanical synchronization noise due to the drive vibration can be reduced by increasing the spring constant of the spring mass system. That is, the spring constants that specify the amount of deflection in the first beam portion 31 and the second beam portion 32 are made different from each other. Specifically, the actual amplitude of the mechanical synchronization component can be reduced in proportion to the spring constant, that is, in proportion to the square of the resonance frequency.
For example, when the vibration excited by the drive mode is in the rotational direction, the mechanical synchronization noise due to the drive vibration can be reduced by increasing the inertia moment of the system. If the moment of inertia is large, it is difficult to rotate, and mechanical synchronization noise is reduced.
In addition, for example, in common with translation and rotation, the mechanical coupling coefficient can be lowered by separating the driving frequency and the frequency of the unnecessary mode excited by the driving mode, so that the amplitude can be further reduced. it can.

このような構成とすれば、力学量検出方向以外への変位、特に駆動モードによって励振される振動(並進、回転に関わらず)を抑制する半導体力学量センサを提供できる。そして、駆動周波数に同期したノイズを除去することによって、検波後のSN比を向上させることができる。さらには、SN比改善を通じて、周波数や重心等についての事後調整を不要または軽減することができ、製造効率や装置コスト等の点でも良好なものとなる。   With such a configuration, it is possible to provide a semiconductor dynamic quantity sensor that suppresses displacements in directions other than the dynamic quantity detection direction, particularly vibrations (regardless of translation and rotation) excited by the drive mode. And the S / N ratio after a detection can be improved by removing the noise synchronized with the drive frequency. Furthermore, post-adjustment of the frequency, the center of gravity, and the like can be eliminated or reduced through the improvement of the SN ratio, and the manufacturing efficiency, the apparatus cost, and the like can be improved.

以下、検出素子部30の具体的な構成について、第1〜第4の実施の形態を例に挙げて順に説明する。   Hereinafter, a specific configuration of the detection element unit 30 will be described in order by taking the first to fourth embodiments as examples.

<第1の実施の形態>
図6は、第1の実施の形態における検出素子部の概略構成例を示す説明図である。
図例の検出素子部30は、第一の梁部31および第二の梁部32のバネ定数が互いに異なっており、これにより各軸回りにおける錘部33の回転し易さに差が生じるようになっている。さらに詳しくは、第一の梁部31および第二の梁部32の配設本数が互いに異なっている。具体的には、図例のように、x軸方向に沿って延びる第一の梁部31は片側二本の計四本が配設されているが、y軸方向に沿って延びる第二の梁部32は錘部33の中心を通るように片側一本の計二本が配設されている。
<First Embodiment>
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration example of the detection element unit according to the first embodiment.
In the illustrated detection element section 30, the first beam section 31 and the second beam section 32 have different spring constants, so that a difference in ease of rotation of the weight section 33 around each axis occurs. It has become. More specifically, the number of the first beam portions 31 and the second beam portions 32 arranged is different from each other. Specifically, as shown in the drawing, the first beam portion 31 extending along the x-axis direction has a total of four on one side, but the second beam portion extending along the y-axis direction. A total of two beam portions 32 are arranged on one side so as to pass through the center of the weight portion 33.

このような構成では、錘部33の中心を計二本の第二の梁部32が支持するy軸方向回りに比べて、錘部33の両端近傍を計四本の第一の梁部31が支持するx軸方向回りのほうが、当該錘部33が回転し難くなる。計二本の第二の梁部32よりも、計四本の第一の梁部31のほうが、総断面積が大きくなり、その結果としてバネ定数も大きくなるからである。したがって、錘部33は、駆動振動の方向に沿ったy軸方向回りのほうが駆動振動の方向と直交するx軸方向回りよりも回転し易くなる態様で、第一の梁部31および第二の梁部32に支持されることになる。   In such a configuration, a total of four first beam portions 31 are located near both ends of the weight portion 33 as compared to the y-axis direction around the center of the weight portion 33 supported by the two second beam portions 32 in total. The weight portion 33 is less likely to rotate around the x-axis direction supported by. This is because the total cross-sectional area of the four first beam portions 31 is larger than the total of the two second beam portions 32, and as a result, the spring constant is also increased. Therefore, the weight portion 33 is more easily rotated around the y-axis direction along the direction of drive vibration than around the x-axis direction orthogonal to the direction of drive vibration. It is supported by the beam portion 32.

このことは、単にxy平面上における梁幅を互いに相違させることによっても、同様の作用が得られることを意味する。したがって、第一の梁部31におけるバネ定数を大きくするためには、片側二本の梁間を埋めてしまうこと(すなわち、第一の梁部31を極端に太くすること。)も考えられる。ところが、その場合には、z軸方向の並進振動も阻害されてしまうおそれがある。一方の梁長さを極端に短くする場合についても同様である。このことから、第1の実施の形態では、第一の梁部31と第二の梁部32とについて、それぞれを同様の太さおよび長さのものとしつつ、それぞれの配設本数を相違させることで、互いのバネ定数を異なるものとしているのである。   This means that the same effect can be obtained simply by making the beam widths on the xy plane different from each other. Therefore, in order to increase the spring constant in the first beam portion 31, it is conceivable to fill the space between the two beams on one side (that is, to make the first beam portion 31 extremely thick). However, in that case, translational vibration in the z-axis direction may be hindered. The same applies to the case where the length of one beam is extremely shortened. From this, in the first embodiment, the first beam portion 31 and the second beam portion 32 are made to have the same thickness and length, but the number of arrangement is different. Thus, the spring constants are different from each other.

なお、ここでは計四本の第一の梁部31と計二本の第二の梁部32とが配設されている場合を例に挙げたが、それぞれの配設本数はこれに限定されることはなく、互いに相違していれば他の本数であっても構わない。   Here, a case where a total of four first beam portions 31 and a total of two second beam portions 32 are disposed is described as an example, but the number of each disposed is limited to this. There may be other numbers as long as they are different from each other.

<第2の実施の形態>
図7は、第2の実施の形態における検出素子部の概略構成例を示す説明図である。
図例の検出素子部30も、上述した第1の実施の形態の場合と同様に、第一の梁部31および第二の梁部32のバネ定数が互いに異なっており、これにより各軸回りにおける錘部33の回転し易さに差が生じるようになっている。ただし、第1の実施の形態の場合とは異なり、第一の梁部31および第二の梁部32の配設本数ではなく、それぞれの形成厚を相違させることで、互いのバネ定数を異なるものとしている。すなわち、第一の梁部31および第二の梁部32は、x,y軸方向に鉛直なz軸方向におけるそれぞれの形成厚が互いに異なっている。
<Second Embodiment>
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration example of the detection element unit according to the second embodiment.
Similarly to the case of the first embodiment described above, the detection element unit 30 of the illustrated example also has different spring constants for the first beam unit 31 and the second beam unit 32, so that Thus, there is a difference in the ease of rotation of the weight 33. However, unlike the case of the first embodiment, the spring constants differ from each other not by the number of the first beam portions 31 and the second beam portions 32 but by different formation thicknesses. It is supposed to be. That is, the first beam portion 31 and the second beam portion 32 have different formation thicknesses in the z-axis direction perpendicular to the x- and y-axis directions.

具体的には、第一の梁部31は、図7(b)に示すように、活性層10aのみから構成されている。これに対して、第二の梁部32は、図7(c)に示すように、活性層10aと支持層10cとが積層されて構成されている。これにより、第一の梁部31と第二の梁部32とは、z軸方向における形成厚が互いに異なるものとなっている。   Specifically, as shown in FIG. 7B, the first beam portion 31 is composed only of the active layer 10a. On the other hand, as shown in FIG.7 (c), the 2nd beam part 32 is comprised by laminating | stacking the active layer 10a and the support layer 10c. Accordingly, the first beam portion 31 and the second beam portion 32 have different formation thicknesses in the z-axis direction.

このような構成では、y軸方向に沿って配された第二の梁部32の形成厚が大きいので、その第二の梁部32によって振動が制限され、錘部33がx軸方向回りに回転し難くなる。例えば、活性層10aが10μm厚、支持層10cが400μm厚とすると、x軸方向とy軸方向とで100倍以上の共振周波数差を実現することが可能となる。したがって、錘部33は、駆動振動の方向に沿ったy軸方向回りのほうが駆動振動の方向と直交するx軸方向回りよりも回転し易くなる態様で、第一の梁部31および第二の梁部32に支持されることになる。   In such a configuration, since the formation thickness of the second beam portion 32 arranged along the y-axis direction is large, the vibration is limited by the second beam portion 32, and the weight portion 33 is rotated around the x-axis direction. It becomes difficult to rotate. For example, when the active layer 10a is 10 μm thick and the support layer 10c is 400 μm thick, a resonance frequency difference of 100 times or more can be realized in the x-axis direction and the y-axis direction. Therefore, the weight portion 33 is more easily rotated around the y-axis direction along the direction of drive vibration than around the x-axis direction orthogonal to the direction of drive vibration. It is supported by the beam portion 32.

<第3の実施の形態>
図8は、第3の実施の形態における検出素子部の概略構成例を示す説明図である。
図8(a)は、上述した第1の実施の形態の場合と同様に、第一の梁部31および第二の梁部32の配設本数を互いに相違させた構成を示している。
図8(b)は、図8(a)に示した構成に対して、第一の梁部31による錘部33の支持連結位置を変え、これにより各軸回りにおける錘部33の回転し易さに差が生じるようにして、≡軸方向回りの回転し易さを制限した構成を示している。
具体的には、図8(a)の構成では検出軸回りの支持点が外側にあるのに対して、図8(b)の構成では検出軸回りの支持点が内側にある。支持点は回転を阻害する要因の一つであるため、支持点が遠い後者の方が同じ外力に対する回転角は大きい。
その一方で、検出軸と直行する向き(ノイズ成分に相当)では支持点の回転中心からの距離は変わらないため、同じ外力に対する回転角は大差ない。
このように、物理量を検出する向きの回転角が大きくなる一方で、ノイズ成分に対する反応は変わらないために、SN比として後者のほうが大きくなり、その結果として信号の検出が容易となるのである。
参考のため、支持点間の距離と信号を検出する共振モードの周波数、ノイズとなる共振モードの周波数、信号/ノイズの周波数比の具体例を、図8(c)に示す。この図8(c)によれば、支持点間の距離を離せば信号を検出する周波数がほぼ一定であるが、ノイズの共振周波数が高くなっていることがわかる。
<Third Embodiment>
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration example of the detection element unit according to the third embodiment.
FIG. 8A shows a configuration in which the number of arranged first beam portions 31 and second beam portions 32 is different from each other, as in the case of the first embodiment described above.
FIG. 8 (b) is different from the configuration shown in FIG. 8 (a) in that the support connection position of the weight portion 33 by the first beam portion 31 is changed, and thereby the weight portion 33 is easily rotated around each axis. A configuration is shown in which the easiness of rotation around the ≡ axis direction is limited in such a way that a difference in height occurs.
Specifically, in the configuration of FIG. 8A, the support point around the detection axis is outside, whereas in the configuration of FIG. 8B, the support point around the detection axis is inside. Since the support point is one of the factors that hinder the rotation, the latter with the far support point has a larger rotation angle for the same external force.
On the other hand, since the distance from the rotation center of the support point does not change in the direction orthogonal to the detection axis (corresponding to the noise component), the rotation angle with respect to the same external force is not greatly different.
Thus, while the rotation angle in the direction in which the physical quantity is detected increases, the response to the noise component does not change, so the latter becomes larger as the S / N ratio, and as a result, signal detection becomes easier.
For reference, a specific example of the distance between the support points, the frequency of the resonance mode for detecting the signal, the frequency of the resonance mode that becomes noise, and the signal / noise frequency ratio is shown in FIG. According to FIG. 8C, it can be seen that if the distance between the support points is increased, the frequency at which the signal is detected is substantially constant, but the resonance frequency of the noise is increased.

つまり、図8(b)の構成のように、図8(a)に示した構成に対して第一の梁部31による錘部33の支持連結位置を変えると、回転中心からの当該支持連結位置についてのモーメントが変わる。したがって、錘部33は、第二の梁部32に沿ったy軸方向回りに回転し易くなり、相対的にx軸方向回りに回転し難くなるのである。
このように、錘部33に対する支持連結位置を互いに異ならせることによっても、当該錘部33は、駆動振動の方向に沿ったy軸方向回りのほうが駆動振動の方向と直交するx軸方向回りよりも回転し易くなる態様で、第一の梁部31および第二の梁部32に支持されることになる。
That is, when the support connection position of the weight portion 33 by the first beam portion 31 is changed with respect to the configuration shown in FIG. 8A as in the configuration of FIG. 8B, the support connection from the rotation center is changed. The moment about the position changes. Therefore, the weight part 33 is easy to rotate around the y-axis direction along the second beam part 32, and relatively difficult to rotate around the x-axis direction.
As described above, even when the support connection positions with respect to the weight portion 33 are made different from each other, the weight portion 33 is more rotated around the y-axis direction along the direction of the drive vibration than around the x-axis direction perpendicular to the direction of the drive vibration. Is supported by the first beam portion 31 and the second beam portion 32 in such a manner that it can be easily rotated.

<第4の実施の形態>
図9は、第4の実施の形態における検出素子部の概略構成例を示す説明図である。
図9(a)は、上述した第1の実施の形態の場合と同様に、第一の梁部31および第二の梁部32の配設本数を互いに相違させた構成を示している。
図9(b)は、図9(a)に示した構成に対して、錘部33の断面二次モーメントを変え、これにより各軸回りにおける錘部33の回転し易さに差が生じるようにして、≡軸方向回りの回転し易さを制限した構成を示している。
<Fourth embodiment>
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration example of the detection element unit according to the fourth embodiment.
FIG. 9A shows a configuration in which the number of arranged first beam portions 31 and second beam portions 32 is different from each other, as in the case of the first embodiment described above.
9B differs from the configuration shown in FIG. 9A in that the moment of inertia of the weight 33 is changed by changing the cross-sectional secondary moment of the weight 33. Thus, the structure is shown in which the ease of rotation around the ≡ axis direction is limited.

一般に、N個の質点からなる系の慣性モーメントIは、i番目の質量miと、i番目の回転半径aiとを用いて、I=Σmii 2と表すことができる。
したがって、同じ質量でもノイズ軸に対する回転半径が大きければ、すなわち慣性モーメントが大きければ、物体は回転しにくくなるため、ノイズ成分を抑制することが可能である。また、検出軸周りの慣性モーメントを小さくしてやれば、同じトルクに対する回転角が大きくなるため、単位物理量あたりの信号を増やすことが可能である。
In general, a moment of inertia I of a system composed of N mass points can be expressed as I = Σm i a i 2 using an i-th mass m i and an i-th radius of rotation a i .
Therefore, if the radius of rotation with respect to the noise axis is large even if the mass is the same, that is, if the moment of inertia is large, the object becomes difficult to rotate, and the noise component can be suppressed. Further, if the moment of inertia around the detection axis is reduced, the rotation angle with respect to the same torque increases, so that the signal per unit physical quantity can be increased.

このことから、図9(b)の構成では、各軸回りにおける錘部33の断面形状を変化させることによって、各軸回りの断面二次モーメントをコントロールし、これにより各軸回りの慣性モーメントを互いに相違させている。そして、y軸方向回りの慣性モーメントを小さくすることで、錘部33をy軸方向回りに回転し易くする一方で、相対的にx軸方向回りに回転し難くするのである。このように、錘部33の断面二次モーメントをコントロールことによっても、当該錘部33は、駆動振動の方向に沿ったy軸方向回りのほうが駆動振動の方向と直交するx軸方向回りよりも回転し易くなる態様で、第一の梁部31および第二の梁部32に支持されることになる。
なお、このことは、錘部33の質量分布をコントロールし、これによりy軸方向回りの慣性モーメントを小さくすることによっても実現可能である。質量分布のコントロールについては、公知技術を利用して行えばよいため、ここではその説明を省略する。
Therefore, in the configuration of FIG. 9B, the sectional moment of the section around each axis is controlled by changing the sectional shape of the weight portion 33 around each axis, and the moment of inertia around each axis is thereby controlled. They are different from each other. Then, by reducing the moment of inertia around the y-axis direction, the weight portion 33 can be easily rotated around the y-axis direction, but relatively difficult to rotate around the x-axis direction. In this way, by controlling the moment of inertia of the cross section of the weight portion 33, the weight portion 33 can be moved more in the y-axis direction along the direction of the drive vibration than in the x-axis direction perpendicular to the direction of the drive vibration. It is supported by the first beam portion 31 and the second beam portion 32 in a manner that facilitates rotation.
This can also be realized by controlling the mass distribution of the weight portion 33 and thereby reducing the moment of inertia around the y-axis direction. Since the control of the mass distribution may be performed using a known technique, the description thereof is omitted here.

[慣性センサへの適用例の説明]
次に、以上のような構成の検出素子部30を備えたMEMSの慣性センサへの適用例について具体的に説明する。
[Description of application example to inertial sensor]
Next, an example of application of the MEMS to the inertial sensor including the detection element unit 30 having the above-described configuration will be specifically described.

図10は、慣性力を検出する慣性センサの動作原理を示す信号ブロック図である。図例のように、慣性力の検出には、各慣性センサで得られた信号を増幅するアンプ、温度補正回路、フィルタを、各1系統ずつ設けるようにする。
図11は、慣性力検出処理の一例を示したフローチャートである。図例の慣性力検出処理では、慣性センサが「慣性力(加速度や角速度)」を検出すると、「しきい値範囲」で、検出した慣性力が予め慣性センサに設定された検出可能な慣性力か否かを判定する。この判定部において、検出した慣性力がしきい値範囲であれば「yes」と判定し、所定の処理を実行する。一方、判定部において、検出した慣性力がしきい値範囲でない「no」と判定した場合は、再度、慣性センサで慣性力の検出を行う。
図12は、慣性センサを含むSIP(System in a Package)の一具体例を示す概略構成斜視図である。図例のSIPは、1つのパッケージ71内に、本発明が適用された構成の慣性センサ100、メモリチップ81およびASIC(Application Specific Integrated Circuit)チップ91を搭載してなる。なお、ここで示したSIPは一具体例に過ぎず、上記チップ以外にも如何なる半導体チップも搭載することができ、それらの半導体チップと慣性センサ100とを組み合わせて、システムが構成されていてもよい。
FIG. 10 is a signal block diagram illustrating the operation principle of the inertial sensor that detects the inertial force. As shown in the figure, for detecting the inertial force, an amplifier, a temperature correction circuit, and a filter for amplifying the signal obtained by each inertial sensor are provided for each one system.
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of the inertial force detection process. In the inertial force detection process shown in the figure, when the inertial sensor detects "inertia force (acceleration or angular velocity)", the detected inertial force is detected in the "threshold range" and the detected inertial force is preset in the inertial sensor. It is determined whether or not. In this determination unit, if the detected inertial force is within the threshold range, it is determined “yes”, and a predetermined process is executed. On the other hand, when the determination unit determines that the detected inertial force is “no” that is not in the threshold range, the inertial force is detected again by the inertial sensor.
FIG. 12 is a schematic configuration perspective view showing a specific example of a SIP (System in a Package) including an inertial sensor. The SIP shown in FIG. 1 includes an inertial sensor 100, a memory chip 81, and an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) chip 91, to which the present invention is applied, in one package 71. Note that the SIP shown here is only a specific example, and any semiconductor chip other than the above chips can be mounted. Even if the semiconductor chip and the inertial sensor 100 are combined, the system is configured. Good.

[慣性センサを備える電子機器の説明]
次に、MEMSの一具体例である慣性センサを備えて構成された電子機器について、具体例を挙げて説明する。以上、説明した本発明に係わるMEMSは、加速度や角速度の慣性力を検出することができるので、様々な電子機器に適用することが可能である。
[Description of electronic device with inertial sensor]
Next, an electronic device including an inertial sensor, which is a specific example of MEMS, will be described with a specific example. As described above, the MEMS according to the present invention can detect the inertial force of acceleration and angular velocity, and can be applied to various electronic devices.

図13は、電子機器の一具体例であるハードディスク駆動(Hard disk drive、以下「HDD」と略す。)の概略構成を示す説明図である。
図例のHDD装置110は、ベース部材111と、これを覆うカバー112と、を有している。そして、ベース部材111のベース基板113上には、磁気ディスク114、その駆動モータ115、支軸116を中心に回動するアクチュエータアーム117、その先端部にヘッドサスペンション118を介して形成された磁気ヘッド119等が設けられている。さらに、ベース基板113上には、慣性センサ100が設置されている。なお、慣性センサ100は、ベース部材111、カバー112等に設置することも可能であり、落下検出手段や衝撃検知や振動制御等に用いられる。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hard disk drive (hereinafter abbreviated as “HDD”), which is a specific example of an electronic apparatus.
The HDD device 110 in the example includes a base member 111 and a cover 112 that covers the base member 111. On the base substrate 113 of the base member 111, a magnetic disk 114, its drive motor 115, an actuator arm 117 that rotates about a support shaft 116, and a magnetic head formed at the tip of the head via a head suspension 118. 119 etc. are provided. Furthermore, the inertial sensor 100 is installed on the base substrate 113. The inertial sensor 100 can also be installed on the base member 111, the cover 112, and the like, and is used for drop detection means, impact detection, vibration control, and the like.

図14は、電子機器の一具体例であるHDD装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータの概略構成を示す説明図である。
図例では、HDD装置を搭載したノート型パーソナルコンピュータの一例を示しており、(a)には表示部を開いた状態を示し、(b)には表示部を閉じた状態を示している。
図例のノート型パーソナルコンピュータ130は、本体131内に、文字等を入力するとき操作されるキーボード132、画像を表示する表示部133、HDD装置134等を含んで構成されている。これらのうち、HDD装置134は、上述した慣性センサ100が搭載されたものを用いることにより作製されている。また、慣性センサ100は、ノート型パーソナルコンピュータ130の基板(図示せず)や本体131や表示部133を構成する筐体の内側の空いている領域に取付けてもよく、落下検出手段や衝撃検知や振動制御等に用いられる。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a notebook personal computer equipped with an HDD device which is a specific example of the electronic apparatus.
In the illustrated example, an example of a notebook personal computer equipped with an HDD device is shown. (A) shows a state in which the display unit is opened, and (b) shows a state in which the display unit is closed.
A notebook personal computer 130 in the illustrated example includes a main body 131 including a keyboard 132 that is operated when characters and the like are input, a display unit 133 that displays an image, an HDD device 134, and the like. Among these, the HDD device 134 is manufactured by using a device on which the above-described inertial sensor 100 is mounted. Further, the inertial sensor 100 may be attached to a board (not shown) of the notebook personal computer 130, a vacant area inside the casing constituting the main body 131 or the display unit 133, a drop detection means or an impact detection. Used for vibration control and the like.

図15は、電子機器の一具体例であるHDD装置を搭載したビデオカメラ装置の概略構成を示す説明図である。
図例のビデオカメラ装置170は、本体171に、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ172、撮影時のスタート/ストップスイッチ173、表示部174、ファインダー175、撮影した画像を記録するHDD装置176等を含んで構成されている。これらのうち、HDD装置176は、上述した慣性センサ100が搭載されたものを用いることにより作製されている。また、慣性センサ100は、ビデオカメラ装置170の基板(図示せず)や本体171を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよく、落下検出手段や衝撃検知や振動制御等に用いられる。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a video camera device equipped with an HDD device which is a specific example of the electronic apparatus.
The video camera device 170 shown in the figure has a main body 171 with a subject photographing lens 172 on the side facing forward, a start / stop switch 173 at the time of photographing, a display unit 174, a viewfinder 175, and an HDD device for recording the photographed image. 176 etc. are comprised. Among these, the HDD device 176 is manufactured by using a device on which the above-described inertial sensor 100 is mounted. The inertial sensor 100 may be attached to a board (not shown) of the video camera device 170 or a vacant area on the inner side of the casing constituting the main body 171, and includes a drop detection means, impact detection, vibration control, and the like. Used for.

図16は、電子機器の一具体例であるゲーム機の概略構成を示す説明図である。
図例のゲーム機150は、本体151に、画面等を操作する第1操作ボタン群152、第2操作ボタン群153、画像を表示する表示部154、HDD装置155等を含んで構成されている。これらのうち、HDD装置155は、上述した慣性センサ100が搭載されたものを用いることにより作製されている。また、慣性センサ100は、ゲーム機150の基板(図示せず)や本体151を構成する筐体の内部側の空いている領域に取付けてもよく、入力インターフェースや落下検出手段や衝撃検知や動作検知等に用いられる。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a game machine which is a specific example of the electronic device.
A game machine 150 shown in the figure includes a main body 151 including a first operation button group 152, a second operation button group 153 for operating a screen, a display unit 154 for displaying an image, an HDD device 155, and the like. . Among these, the HDD device 155 is manufactured by using a device on which the above-described inertial sensor 100 is mounted. The inertial sensor 100 may be attached to a board (not shown) of the game machine 150 or a vacant area on the inner side of the casing constituting the main body 151. The input interface, the drop detection means, the impact detection, and the operation Used for detection and the like.

図17は、電子機器の一具体例である携帯端末装置の概略構成を示す説明図である。
図例では、携帯端末装置の一例として携帯電話機を示しており、(a)は開いた状態での正面図、(b)はその側面図、(c)は閉じた状態での正面図、(d)は左側面図、(e)は右側面図、(f)は上面図、(g)は下面図である。
図例の携帯電話機190は、上側筐体191、下側筐体192、連結部(ここではヒンジ部)193、ディスプレイ194、サブディスプレイ195、ピクチャーライト196、カメラ197、加速度センサ198等を含んで構成されている。これらのうち、加速度センサ198は、上述した慣性センサ100を用いることにより作製される。また、加速度センサ198は、携帯電話機190の上側筐体191の内部側の他の位置、下側筐体192の内部側の空いている領域に取付けてもよく、入力インターフェースや動作検知等に用いられる。
FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a mobile terminal device which is a specific example of the electronic apparatus.
In the illustrated example, a mobile phone is shown as an example of a mobile terminal device, (a) is a front view in an open state, (b) is a side view thereof, (c) is a front view in a closed state, ( d) is a left side view, (e) is a right side view, (f) is a top view, and (g) is a bottom view.
A cellular phone 190 shown in the figure includes an upper casing 191, a lower casing 192, a connecting portion (here, a hinge portion) 193, a display 194, a sub-display 195, a picture light 196, a camera 197, an acceleration sensor 198, and the like. It is configured. Among these, the acceleration sensor 198 is manufactured by using the inertial sensor 100 described above. Further, the acceleration sensor 198 may be attached to another position inside the upper casing 191 of the mobile phone 190 or a vacant area inside the lower casing 192, and is used for input interface, operation detection, and the like. It is done.

図18は、電子機器の一具体例であるビデオカメラ装置の概略構成を示す説明図である。
図例のビデオカメラ装置510は、本体510と、その前に被写体撮影用のレンズ512を備える。また本体511の前方(レンズ側)側面に撮影時のスタート/ストップスイッチ513、表示部514と備え、本体511の後方にファインダー515を備える。また本体511の内部に、撮影したか画像を記録する記録装置(図示せず)、固体撮像装置等の撮像素子516等を有する。撮像素子516が搭載される基板517に慣性センサ100が取り付けられており、手振れ補正等に用いられる。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a video camera device which is a specific example of the electronic apparatus.
The illustrated video camera apparatus 510 includes a main body 510 and a lens 512 for photographing a subject in front of the main body 510. In addition, a start / stop switch 513 and a display unit 514 are provided on the front (lens side) side surface of the main body 511 and a viewfinder 515 is provided on the rear side of the main body 511. In addition, the main body 511 includes a recording device (not shown) that captures or records an image, an imaging element 516 such as a solid-state imaging device, and the like. The inertial sensor 100 is attached to a substrate 517 on which the image sensor 516 is mounted, and is used for camera shake correction or the like.

なお、上述した実施の形態では、本発明の好適な実施具体例を説明したが、本発明はその内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、上述した実施の形態では、MEMSの一具体例として慣性センサを挙げたが、例えば回路内の接続の切替え等を電子素子に因らず光素子により行う光スイッチのような他装置であっても、MEMS構造を用いて構成されたものであれば、本発明を適用することが可能である。
In the above-described embodiments, preferred specific examples of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the contents, and can be appropriately changed without departing from the gist thereof. .
For example, in the above-described embodiment, an inertial sensor has been described as a specific example of the MEMS. However, for example, other devices such as an optical switch that performs switching of connections in a circuit by an optical element without depending on an electronic element may be used. However, the present invention can be applied as long as it is configured using the MEMS structure.

11…駆動部、12…支持部、13…弾性支持体、21…検出部、30…検出素子部、31…第一の梁部、32…第二の梁部、33…錘部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Drive part, 12 ... Support part, 13 ... Elastic support body, 21 ... Detection part, 30 ... Detection element part, 31 ... First beam part, 32 ... Second beam part, 33 ... Weight part

Claims (10)

第一の軸方向に沿って延びるように配された可堯性を有する第一の梁部と、
前記第一の軸方向と直交する第二の軸方向に沿って延びるように配された可堯性を有する第二の梁部と、
前記第一の梁部および前記第二の梁部によって少なくとも二以上の方向に変位可能に支持される錘部と、
前記錘部の変位に基づいて当該錘部に作用する力学量を検出する検出部とを備え、
前記錘部は、前記第一の軸方向回りにおける回転し易さと前記第二の軸方向回りにおける回転し易さとに差が生じる態様で、前記第一の梁部および前記第二の梁部に支持されている
検出素子。
A first beam portion having a flexibility arranged to extend along the first axial direction;
A second beam portion having a flexibility arranged to extend along a second axial direction orthogonal to the first axial direction;
A weight portion supported so as to be displaceable in at least two directions by the first beam portion and the second beam portion; and
A detection unit that detects a mechanical quantity acting on the weight unit based on the displacement of the weight unit;
The weight portion has a mode in which a difference occurs between the ease of rotation around the first axial direction and the ease of rotation around the second axial direction, with the first beam portion and the second beam portion being different from each other. Supported sensing element.
前記第一の梁部、前記第二の梁部および前記錘部に対して駆動振動を与える励振部を備えるとともに、
前記錘部は、前記駆動振動の方向に沿った軸方向回りのほうが前記駆動振動の方向と直交する軸方向回りよりも回転し易くなる態様で、前記第一の梁部および前記第二の梁部に支持されている
請求項1記載の検出素子。
With an excitation unit that applies drive vibration to the first beam unit, the second beam unit, and the weight unit,
The weight portion is configured such that the first beam portion and the second beam are more easily rotated around the axial direction along the direction of the drive vibration than around the axial direction perpendicular to the direction of the drive vibration. The detection element according to claim 1, wherein the detection element is supported by a portion.
前記第一の梁部および前記第二の梁部は、各軸回りにおける前記錘部の回転し易さに差が生じるように、それぞれのバネ定数が互いに異なる
請求項1または2記載の検出素子。
3. The detection element according to claim 1, wherein the first beam portion and the second beam portion have different spring constants so that a difference in ease of rotation of the weight portion around each axis occurs. .
前記第一の梁部および前記第二の梁部は、それぞれの配設本数が互いに異なる
請求項3記載の検出素子。
The detection element according to claim 3, wherein the number of the first beam portions and the second beam portions are different from each other.
前記第一の梁部および前記第二の梁部は、それぞれの各軸方向に鉛直な方向における形成厚が互いに異なる
請求項3記載の検出素子。
The detection element according to claim 3, wherein the first beam portion and the second beam portion have different formation thicknesses in a direction perpendicular to each axial direction.
前記第一の梁部および前記第二の梁部は、各軸回りにおける前記錘部の回転し易さに差が生じるように、それぞれの前記錘部に対する支持連結位置が互いに異なる
請求項1または2記載の検出素子。
The first beam portion and the second beam portion are different from each other in support connection positions with respect to the weight portions so that a difference in ease of rotation of the weight portions around each axis occurs. 2. The detection element according to 2.
前記錘部は、各軸回りにおける当該錘部の回転し易さに差が生じるように、各軸回りの質量分布または断面二次モーメントが互いに異なる
請求項1または2記載の検出素子。
The detection element according to claim 1, wherein the weight portions have different mass distributions or cross-sectional second moments around each axis so that a difference in ease of rotation of the weight portions around each axis occurs.
前記第一の梁部、前記第二の梁部および前記錘部は、SOI基板を用いて構成されている
請求項1〜7のいずれか1項に記載の検出素子。
The detection element according to claim 1, wherein the first beam portion, the second beam portion, and the weight portion are configured using an SOI substrate.
第一の軸方向に沿って延びるように配された可堯性を有する第一の梁部と、
前記第一の軸方向と直交する第二の軸方向に沿って延びるように配された可堯性を有する第二の梁部と、
前記第一の梁部および前記第二の梁部によって少なくとも二以上の方向に変位可能に支持される錘部と、
前記錘部の変位を検出する検出部とを備え、
前記錘部は、前記第一の軸方向回りにおける回転し易さと前記第二の軸方向回りにおける回転し易さとに差が生じる態様で、前記第一の梁部および前記第二の梁部に支持されている
微小電気機械装置。
A first beam portion having a flexibility arranged to extend along the first axial direction;
A second beam portion having a flexibility arranged to extend along a second axial direction orthogonal to the first axial direction;
A weight portion supported so as to be displaceable in at least two directions by the first beam portion and the second beam portion; and
A detection unit for detecting the displacement of the weight part,
The weight portion has a mode in which a difference occurs between the ease of rotation around the first axial direction and the ease of rotation around the second axial direction, with the first beam portion and the second beam portion being different from each other. Supported microelectromechanical devices.
第一の軸方向に沿って延びるように配された可堯性を有する第一の梁部と、
前記第一の軸方向と直交する第二の軸方向に沿って延びるように配された可堯性を有する第二の梁部と、
前記第一の梁部および前記第二の梁部によって少なくとも二以上の方向に変位可能に支持される錘部と、
前記錘部の変位に基づいて当該錘部に作用する力学量を検出する検出部とを備え、
前記錘部は、前記第一の軸方向回りにおける回転し易さと前記第二の軸方向回りにおける回転し易さとに差が生じる態様で、前記第一の梁部および前記第二の梁部に支持されている検出素子
を搭載して構成された電子機器。
A first beam portion having a flexibility arranged to extend along the first axial direction;
A second beam portion having a flexibility arranged to extend along a second axial direction orthogonal to the first axial direction;
A weight portion supported so as to be displaceable in at least two directions by the first beam portion and the second beam portion; and
A detection unit that detects a mechanical quantity acting on the weight unit based on the displacement of the weight unit;
The weight portion has a mode in which a difference occurs between the ease of rotation around the first axial direction and the ease of rotation around the second axial direction, with the first beam portion and the second beam portion being different from each other. An electronic device configured with a supported sensing element.
JP2009009521A 2009-01-20 2009-01-20 Detection element, minute electromechanical device, and electronic equipment Pending JP2010169401A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009009521A JP2010169401A (en) 2009-01-20 2009-01-20 Detection element, minute electromechanical device, and electronic equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009009521A JP2010169401A (en) 2009-01-20 2009-01-20 Detection element, minute electromechanical device, and electronic equipment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010169401A true JP2010169401A (en) 2010-08-05

Family

ID=42701706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009009521A Pending JP2010169401A (en) 2009-01-20 2009-01-20 Detection element, minute electromechanical device, and electronic equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010169401A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013011549A (en) * 2011-06-30 2013-01-17 Seiko Epson Corp Physical quantity sensor, electronic device, and manufacturing method of physical quantity sensor
KR101461277B1 (en) * 2012-09-21 2014-11-12 삼성전기주식회사 Micro Electro Mechanical Systems Component
KR101461332B1 (en) * 2013-08-02 2014-11-13 삼성전기주식회사 Sensing Module and Angular Velocity Sensor having the same
KR101516076B1 (en) 2013-08-21 2015-05-04 삼성전기주식회사 Angular Velocity Sensor
KR101540162B1 (en) * 2013-12-20 2015-07-28 삼성전기주식회사 Angular Velocity Sensor

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013011549A (en) * 2011-06-30 2013-01-17 Seiko Epson Corp Physical quantity sensor, electronic device, and manufacturing method of physical quantity sensor
KR101461277B1 (en) * 2012-09-21 2014-11-12 삼성전기주식회사 Micro Electro Mechanical Systems Component
US9035400B2 (en) 2012-09-21 2015-05-19 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Micro electro mechanical systems device
KR101461332B1 (en) * 2013-08-02 2014-11-13 삼성전기주식회사 Sensing Module and Angular Velocity Sensor having the same
KR101516076B1 (en) 2013-08-21 2015-05-04 삼성전기주식회사 Angular Velocity Sensor
KR101540162B1 (en) * 2013-12-20 2015-07-28 삼성전기주식회사 Angular Velocity Sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103359679B (en) Electronic installation and manufacture method, electronic equipment and moving body
JP5682267B2 (en) Angular velocity sensor
CN103011051B (en) Electronic installation and manufacture method thereof and electronic equipment
US7578186B2 (en) Inertial sensor and fabrication method of inertial sensor
JP2013250133A (en) Electronic device, method of manufacturing electronic device, and electronic apparatus
JP6323034B2 (en) Functional element, electronic device, electronic device, and moving object
JP6398348B2 (en) Functional element, method for manufacturing functional element, electronic device, and moving body
JP2011525233A (en) XY Axis Dual Mass Tuning Fork Gyroscope with Vertically Integrated Electronic Circuits and Wafer Scale Sealed Packaging
JP2014169934A (en) Gyro sensor, electronic device, and moving object
JP4556454B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2015223640A (en) Mems structure, electronic apparatus and movable body
JP2010169401A (en) Detection element, minute electromechanical device, and electronic equipment
CN105016290A (en) MEMS structure, electronic apparatus, and moving object
JP2008224229A (en) Inertial sensor, manufacturing method thereof, and electric / electronic device
JP6070920B2 (en) Gyro sensor and electronics
JP2010078397A (en) Inertial sensor, method for driving the same and method for manufacturing the same
JP6245459B2 (en) Gyro sensor and electronics
JP2001349732A (en) Micromachine device and angular acceleration sensor and acceleration sensor
JP2014212410A (en) Vibrator, oscillator, electronic apparatus, mobile body, and manufacturing method of vibrator
JP2015001420A (en) Gyro sensor element, gyro device, electronic device, and mobile
JP6733621B2 (en) Vibration type angular velocity sensor
JP2015076688A (en) Vibrator, oscillator, electronic apparatus and movable body
JP2010112858A (en) Micro-electromechanical system and electronic apparatus
JP2012242240A (en) Gyro sensor, electronic apparatus
JP2006153481A (en) Dynamic quantity sensor