[go: up one dir, main page]

JP2016001160A - Vibration type angular velocity sensor - Google Patents

Vibration type angular velocity sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2016001160A
JP2016001160A JP2014121694A JP2014121694A JP2016001160A JP 2016001160 A JP2016001160 A JP 2016001160A JP 2014121694 A JP2014121694 A JP 2014121694A JP 2014121694 A JP2014121694 A JP 2014121694A JP 2016001160 A JP2016001160 A JP 2016001160A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
angular velocity
velocity sensor
vibration type
film
type angular
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
JP2014121694A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
勝昭 後藤
Katsuaki Goto
勝昭 後藤
祐輔 川合
Yusuke Kawai
祐輔 川合
知也 城森
Tomoya Shiromori
知也 城森
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.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso 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 Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2014121694A priority Critical patent/JP2016001160A/en
Publication of JP2016001160A publication Critical patent/JP2016001160A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure durability by suppressing deterioration of a piezoelectric thin film or a piezoelectric material in a vibrator.SOLUTION: A protection film 8 is formed so as to cover an exposed part of a piezoelectric film 6b for driving or a piezoelectric film 7b for detection constituted of an oxide piezoelectric film which are provided at least on a driving element 6 or a detection element 7. Hereby, desorption of oxygen from the piezoelectric film 6b for driving or a piezoelectric film 7b for detection can be suppressed. Therefor, durability of a vibration type angular velocity sensor can be secured.

Description

本発明は、圧電式の振動型角速度センサに関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric vibration type angular velocity sensor.

従来より、振動型角速度センサが知られている。振動型角速度センサでは、振動子を駆動振動させた状態で角速度が印加されると、印加された角速度に応じて振動子が変形することから、その振動子の変形を検出素子で検出することで、印加された角速度の検出を行っている。このような振動型角速度センサにおける感度向上の為には、振動子における振動の状態を現す無次元数であるQ値を大きくすることが有効である。このため、例えば、特許文献1などにおいて、振動子を真空封止することで振動子のQ値として高い値が得るれるようにする構造が提案されている。また、真空封止の他にも、大気圧よりも低圧状態によって封止する低圧封止などにより、振動子のQ値を高くする構造もある。   Conventionally, a vibration type angular velocity sensor is known. In the vibration type angular velocity sensor, when an angular velocity is applied in a state where the vibrator is driven to vibrate, the vibrator is deformed according to the applied angular velocity, so that the deformation of the vibrator is detected by a detection element. The applied angular velocity is detected. In order to improve the sensitivity of such a vibration type angular velocity sensor, it is effective to increase the Q value which is a dimensionless number representing the state of vibration in the vibrator. For this reason, for example, Patent Document 1 proposes a structure in which a high value is obtained as the Q value of the vibrator by vacuum-sealing the vibrator. In addition to vacuum sealing, there is a structure in which the Q value of the vibrator is increased by low-pressure sealing that seals in a state lower than atmospheric pressure.

特開2005−172690号公報JP 2005-172690 A

上記のような構成の振動型角速度センサでは、印加された角速度に応じた振動子の変形を検出するための検出素子、もしくは、振動子を駆動振動させる駆動素子として、圧電薄膜もしくはブロック状の圧電体で構成される圧電式のものを用いることがある。   In the vibration type angular velocity sensor configured as described above, a piezoelectric thin film or a block-like piezoelectric element is used as a detection element for detecting deformation of the vibrator according to the applied angular velocity or a drive element for driving and vibrating the vibrator. A piezoelectric type composed of a body may be used.

しかしながら、圧電薄膜もしくは圧電体として用いられるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)をはじめとする酸化物圧電体は、低酸素状態、すなわち真空封止もしくは低圧封止の状態において酸素抜けを起こす。このため、圧電薄膜もしくは圧電体としての機能の劣化を起こし、振動型角速度センサの耐久性を確保できない。   However, an oxide piezoelectric body such as lead zirconate titanate (PZT) used as a piezoelectric thin film or piezoelectric body causes oxygen loss in a low oxygen state, that is, in a vacuum sealed state or a low pressure sealed state. For this reason, the function as a piezoelectric thin film or a piezoelectric member is deteriorated, and the durability of the vibration type angular velocity sensor cannot be ensured.

また、振動型角速度センサにおける封止方法として、He、N2などのガスによるガス封止もあるが、酸素を含まない低酸素状態であれば、やはり酸素抜けを起こす。また、ガス封止をHeにO2を含めた混合封止とし、ガス中に酸素が含めることで酸化物圧電体や圧電薄膜からの酸素抜けが抑制されるようにする手法もあるが、Q値を大きくするための真空封止や低圧封止では酸素抜けを抑制できない。 Further, as a sealing method in the vibration type angular velocity sensor, there is a gas sealing with a gas such as He or N 2. However, in a low oxygen state that does not contain oxygen, oxygen is also released. In addition, there is a method in which gas sealing is a mixed sealing in which O 2 is added to He and oxygen is included in the gas so that oxygen escape from the oxide piezoelectric body and the piezoelectric thin film is suppressed. Oxygen escape cannot be suppressed by vacuum sealing or low pressure sealing for increasing the value.

本発明は上記点に鑑みて、振動子における圧電薄膜もしくは圧電体の劣化を抑制し、耐久性を確保することが可能な圧電式の振動型角速度センサを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration type angular velocity sensor capable of suppressing deterioration of a piezoelectric thin film or a piezoelectric body in a vibrator and ensuring durability.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、駆動振動させられるアーム部(2、3)と、該アーム部を駆動振動させる駆動素子(6)と、駆動振動時に印加された角速度に伴う変形を電気信号として取り出す検出素子(7)とを有する振動子(1)を備え、該振動子が真空封止もしくは大気圧よりも低圧状態となる低圧封止によって封止されてなる振動型角速度センサであって、駆動素子と検出素子のいずれか一方は、酸化物圧電膜(6b、7b)もしくはブロック状の酸化物圧電体(10)を含む圧電式の素子で構成されており、さらに、酸化物圧電膜もしくは酸化物圧電体の表面を覆う保護膜(8)を備えていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the arm portions (2, 3) that are driven to vibrate, the drive element (6) that drives and vibrates the arm portions, and the angular velocity applied during the drive vibration. A vibrator (1) having a detection element (7) for taking out the deformation caused by the electric signal as an electric signal, and the vibrator is sealed by a vacuum seal or a low-pressure seal that is at a lower pressure than atmospheric pressure. A type angular velocity sensor, wherein either the driving element or the detection element is composed of a piezoelectric element including an oxide piezoelectric film (6b, 7b) or a block-shaped oxide piezoelectric body (10), Furthermore, it is characterized by having a protective film (8) covering the surface of the oxide piezoelectric film or the oxide piezoelectric body.

このように、酸化物圧電膜もしくは酸化物圧電体の表面を覆う保護膜を備えていることから、これらからの酸素の脱離を抑制することが可能となる。したがって、振動型角速度センサの耐久性を確保することが可能となる。   Thus, since the protective film which covers the surface of an oxide piezoelectric film or an oxide piezoelectric material is provided, it becomes possible to suppress the detachment | desorption of oxygen from these. Therefore, it is possible to ensure the durability of the vibration type angular velocity sensor.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第1実施形態にかかる音叉型の振動型角速度センサの斜視図である。1 is a perspective view of a tuning-fork type vibration angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention. 図1のII−II’断面図である。It is II-II 'sectional drawing of FIG. 酸素の離脱の様子を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the mode of detachment | desorption of oxygen. 酸素の離脱の様子を示した分子構造図である。It is the molecular structure figure which showed the mode of the detachment | desorption of oxygen. 本発明の第2実施形態にかかる音叉型の振動型角速度センサの斜視図である。It is a perspective view of the tuning fork type vibration type angular velocity sensor concerning a 2nd embodiment of the present invention. 図5のVI-VI'断面図である。It is VI-VI 'sectional drawing of FIG.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
本実施形態では、圧電式の振動型角速度センサとして、音叉型の角速度センサに対して圧電薄膜を使用することで駆動素子や検出素子を構成したものを例に挙げて説明する。以下、図1〜図4を参照して、本実施形態にかかる振動型角速度センサの詳細について説明する。
(First embodiment)
In the present embodiment, as a piezoelectric vibration type angular velocity sensor, a driving element and a detection element configured by using a piezoelectric thin film with respect to a tuning fork type angular velocity sensor will be described as an example. Hereinafter, with reference to FIGS. 1-4, the detail of the vibration type angular velocity sensor concerning this embodiment is demonstrated.

図1に示すように、振動型角速度センサには振動子1が備えられている。振動子1は、一方向を長手方向とする略角柱状の一対のアーム部2、3および各アーム部2、3の一端を連結する連結部4により音叉形状に形成されており、連結部4のうちアーム部2、3と反対側の中央位置において、括れ部5aを有する支持部5に支持されている。このようなブロック状の構造体の外形形状は、例えばシリコンなどの半導体材料で構成された母材10をエッチングによりパターニングすることで構成される。   As shown in FIG. 1, the vibratory angular velocity sensor includes a vibrator 1. The vibrator 1 is formed in a tuning fork shape by a pair of substantially prismatic arm portions 2 and 3 whose longitudinal direction is one direction and a connecting portion 4 that connects one end of each arm portion 2 and 3. Among these, at the center position on the opposite side to the arm portions 2 and 3, it is supported by the support portion 5 having the constricted portion 5 a. The external shape of such a block-shaped structure is configured by patterning the base material 10 made of a semiconductor material such as silicon by etching, for example.

以下、図1中のxyz直交座標に示すように、アーム部2、3の配列方向をx軸、アーム部2、3の長手方向をy軸、x軸およびy軸の双方に対して直交する方向をz軸として説明する。   Hereinafter, as shown by xyz orthogonal coordinates in FIG. 1, the arrangement direction of the arm portions 2 and 3 is orthogonal to the x axis, and the longitudinal direction of the arm portions 2 and 3 is orthogonal to both the y axis, the x axis, and the y axis. The direction will be described using the z axis.

振動子1は、支持部5のうちの括れ部5aよりも連結部4と反対側の部分において、図示しない基板などに固定されており、括れ部5aから連結部4および各アーム部2、3が基板に対してリリースされた浮遊状態とされている。   The vibrator 1 is fixed to a substrate or the like (not shown) in a portion of the support portion 5 on the side opposite to the constricted portion 5a, and is connected to the connecting portion 4 and the arm portions 2, 3 from the constricted portion 5a. Is in a floating state released from the substrate.

また、図示しないが振動子1のうちの各アーム部2、3における連結部4との連結箇所には、圧電薄膜を有する駆動素子6および検出素子7が備えられている。   Although not shown, a drive element 6 and a detection element 7 each having a piezoelectric thin film are provided at a connection portion of each arm portion 2 and 3 of the vibrator 1 with the connection portion 4.

駆動素子6は、図2に示すように、振動子1の外形形状を形作っている母材10の表面に、下層電極6aと駆動用圧電膜6bおよび上層電極6cとを積層することで構成されている。駆動素子6は、各アーム部2、3を駆動振動させられるように、各アーム部2、3における連結部4との連結箇所に形成されるが、本実施形態では、各アーム部2、3から連結部4内に至る位置まで延設されている。下層電極6aおよび上層電極6cは、図1に示されているように、連結部4および支持部5を経て引き出された配線部6d、6eを通じて、図示しない駆動用電圧の印加用のパッドやGND接続用のパッドに接続されている。また、駆動用圧電膜6bは、酸素を含む酸化物圧電膜で構成され、例えばPZT膜によって構成されている。   As shown in FIG. 2, the driving element 6 is configured by laminating a lower layer electrode 6a, a driving piezoelectric film 6b, and an upper layer electrode 6c on the surface of a base material 10 forming the outer shape of the vibrator 1. ing. The drive element 6 is formed at a connection location of the arm portions 2 and 3 with the connection portion 4 so that the arm portions 2 and 3 can be driven to vibrate. To a position extending from the inside to the connecting portion 4. As shown in FIG. 1, the lower layer electrode 6a and the upper layer electrode 6c are connected to a pad or GND for applying a driving voltage (not shown) through the wiring portions 6d and 6e drawn out through the connecting portion 4 and the support portion 5, respectively. It is connected to the pad for connection. The driving piezoelectric film 6b is composed of an oxide piezoelectric film containing oxygen, for example, a PZT film.

このような構成において、下層電極6aと上層電極6cとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用圧電膜6bを変位させ、アーム部2、3を強制振動させることでアーム部2、3をx軸方向に沿って駆動振動させる。例えば、各アーム部2、3のうちの一方の駆動素子6の駆動用圧電膜6bを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動素子6の駆動用圧電膜6bを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動素子6に対して交互に繰り返し行うことで、音叉型のアーム部2、3をx軸方向において開いたり閉じたりするように振動させる。   In such a configuration, by generating a potential difference between the lower layer electrode 6a and the upper layer electrode 6c, the driving piezoelectric film 6b sandwiched therebetween is displaced, and the arm portions 2 and 3 are forcibly vibrated. Thus, the arm portions 2 and 3 are driven to vibrate along the x-axis direction. For example, the driving piezoelectric film 6b of one driving element 6 of the arm portions 2 and 3 is displaced by compressive stress, and the driving piezoelectric film 6b of the other driving element 6 is displaced by tensile stress. By repeatedly applying such a voltage to each driving element 6, the tuning fork type arm portions 2 and 3 are vibrated so as to open and close in the x-axis direction.

検出素子7は、図2に示すように、振動子1の外形形状を形作っている母材10の表面に、下層電極7aと検出用圧電膜7bおよび上層電極7cとを積層することで構成されている。検出素子7は、角速度印加に基づいて生じる各アーム部2、3の振動を検出できるように、各アーム部2、3における連結部4との連結箇所に形成されるが、本実施形態では、各アーム部2、3から連結部4内に至る位置まで延設されている。下層電極7aおよび上層電極7cは、図1に示されているように、連結部4および支持部5を経て引き出された配線部7d、7eを通じて、図示しない検出信号出力用のパッドに接続されている。また、検出用圧電膜7bは、酸素を含む酸化物圧電膜で構成され、例えばPZT膜によって構成されている。   As shown in FIG. 2, the detection element 7 is configured by laminating a lower layer electrode 7a, a detection piezoelectric film 7b, and an upper layer electrode 7c on the surface of a base material 10 forming the outer shape of the vibrator 1. ing. The detection element 7 is formed at a connection portion of the arm portions 2 and 3 with the connection portion 4 so as to detect vibration of the arm portions 2 and 3 generated based on application of angular velocity. The arm portions 2 and 3 extend to a position extending into the connecting portion 4. As shown in FIG. 1, the lower layer electrode 7a and the upper layer electrode 7c are connected to a detection signal output pad (not shown) through wiring portions 7d and 7e drawn out through the connecting portion 4 and the support portion 5. Yes. The detection piezoelectric film 7b is composed of an oxide piezoelectric film containing oxygen, for example, a PZT film.

このような構成では、角速度の印加に伴ってアーム部2、3が変位すると、それに伴って検出用圧電膜7bが変形する。これにより、例えば下層電極7aと上層電極7cとの間の電気信号(定電圧駆動の場合の電流値、定電流駆動の場合の電流値)が変化することから、それを角速度を示す検出信号として図示しない検出信号出力用のパッドを通じて外部に出力している。具体的には、上記したように、駆動素子6に対して駆動用電圧の印加を行うと、各アーム部2、3が駆動振動させられる。この駆動振動のもとで、z軸回りの角速度が印加されると、コリオリ力によりアーム部2、3はy軸方向に振動する。この振動の振動状態を検知振動として検出し、この検知振動の状態に基づいて、印加された角速度を検出する。   In such a configuration, when the arm portions 2 and 3 are displaced as the angular velocity is applied, the detection piezoelectric film 7b is deformed accordingly. Thereby, for example, an electric signal (current value in the case of constant voltage driving, current value in the case of constant current driving) between the lower layer electrode 7a and the upper layer electrode 7c changes, and this is used as a detection signal indicating the angular velocity. The signal is output to the outside through a detection signal output pad (not shown). Specifically, as described above, when a driving voltage is applied to the driving element 6, the arm portions 2 and 3 are driven to vibrate. When an angular velocity around the z axis is applied under this driving vibration, the arm portions 2 and 3 vibrate in the y axis direction due to the Coriolis force. The vibration state of the vibration is detected as a detection vibration, and the applied angular velocity is detected based on the state of the detection vibration.

さらに、図2に示すように、このように構成された駆動素子6および検出素子7を有する振動子1のうち、駆動素子6および検出素子7を覆うように、保護膜8が形成されている。保護膜8は、酸化物圧電膜で構成された駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bからの酸素抜けを抑制するためのものであり、少なくとも駆動素子6や検出素子7における駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bの露出箇所を覆うように形成されている。なお、図1中においては、図を見やすくするために保護膜8を省略してあるが、実際には駆動素子6や検出素子7を覆うように保護膜8が形成されている。   Further, as shown in FIG. 2, a protective film 8 is formed so as to cover the drive element 6 and the detection element 7 in the vibrator 1 having the drive element 6 and the detection element 7 configured as described above. . The protective film 8 is for suppressing oxygen escape from the driving piezoelectric film 6b and the detecting piezoelectric film 7b made of an oxide piezoelectric film. At least the driving piezoelectric film in the driving element 6 and the detecting element 7 is used. 6b and the exposed piezoelectric film 7b are formed so as to cover the exposed portion. In FIG. 1, the protective film 8 is omitted for easy understanding of the drawing, but actually, the protective film 8 is formed so as to cover the drive element 6 and the detection element 7.

例えば、図3に示すように、下層電極6aと駆動用圧電膜6bおよび上層電極6cを積層した構造では、駆動用圧電膜6bが外縁において下層電極6aや上層電極6cの間から露出した状態となる。仮に、この部分が保護膜8で覆われていなければ、図3および図4に示すように、高温下において、酸化物圧電膜、例えばPb、Zr、Ti、O3を含むPZT膜から酸素が脱離し、駆動用圧電膜6bの機能が劣化して、振動型角速度センサの耐久性を確保できなくなる。図3では、駆動素子6を例に挙げたが、検出素子7についても同様のことが言える。 For example, as shown in FIG. 3, in the structure in which the lower layer electrode 6a, the driving piezoelectric film 6b, and the upper layer electrode 6c are stacked, the driving piezoelectric film 6b is exposed from between the lower layer electrode 6a and the upper layer electrode 6c at the outer edge. Become. If this portion is not covered with the protective film 8, as shown in FIGS. 3 and 4, oxygen is emitted from an oxide piezoelectric film, for example, a PZT film containing Pb, Zr, Ti, O 3 , at a high temperature. As a result, the function of the driving piezoelectric film 6b deteriorates, and the durability of the vibration type angular velocity sensor cannot be ensured. In FIG. 3, the drive element 6 is taken as an example, but the same can be said for the detection element 7.

しかしながら、本実施形態のように、保護膜8によって駆動素子6および検出素子7を覆うことで、駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bからの酸素の脱離を抑制でき、これらの圧電膜としての機能の劣化を抑制することが可能となる。これにより、振動型角速度センサの耐久性を確保することが可能となる。   However, by covering the drive element 6 and the detection element 7 with the protective film 8 as in the present embodiment, desorption of oxygen from the drive piezoelectric film 6b and the detection piezoelectric film 7b can be suppressed, and these piezoelectric films As a result, it is possible to suppress deterioration of the function. This makes it possible to ensure the durability of the vibration type angular velocity sensor.

このような保護膜8としては、駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bからの酸素の脱離を抑制できる材料構成されていれば良い。例えば、Si(OC254で構成されるLP−TEOS膜、ALD(原子層堆積)法によって形成されるALD−Al23などの絶縁酸化物によって保護膜8を構成することができる。また、絶縁酸化物ではなく、絶縁窒化物によって保護膜8を構成することもできるし、酸素が含有されない窒化物圧電膜によって保護膜8を構成することもできる。例えば、窒化物圧電膜としては、AlNやScAlNなどを用いることができる。 The protective film 8 may be made of a material that can suppress the desorption of oxygen from the driving piezoelectric film 6b and the detection piezoelectric film 7b. For example, the protective film 8 may be formed of an insulating oxide such as an LP-TEOS film made of Si (OC 2 H 5 ) 4 or ALD-Al 2 O 3 formed by an ALD (atomic layer deposition) method. it can. Further, the protective film 8 can be formed of insulating nitride instead of insulating oxide, or the protective film 8 can be formed of nitride piezoelectric film not containing oxygen. For example, AlN or ScAlN can be used as the nitride piezoelectric film.

また、保護膜8を上層電極6c、7cの上、つまり駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bと反対側の一面から駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bの露出部分を覆うように形成したが、上層電極6c、7cと駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bとの間に配置しても良い。特に、窒化物圧電膜によって保護膜8を構成する場合、保護膜8自体を圧電膜として機能させることも可能である。その場合、酸化物圧電膜によって構成された駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bと窒化物圧電膜で構成された保護膜8とによって、2種類の圧電特性に基づく設計が可能となる。   Further, the protective film 8 covers the exposed portions of the driving piezoelectric film 6b and the detecting piezoelectric film 7b from the upper layer electrodes 6c and 7c, that is, from one surface opposite to the driving piezoelectric film 6b and the detecting piezoelectric film 7b. Although formed, it may be arranged between the upper layer electrodes 6c and 7c and the driving piezoelectric film 6b or the detecting piezoelectric film 7b. In particular, when the protective film 8 is composed of a nitride piezoelectric film, the protective film 8 itself can function as a piezoelectric film. In that case, the design based on the two types of piezoelectric characteristics is possible by the driving piezoelectric film 6b and the detecting piezoelectric film 7b formed of the oxide piezoelectric film and the protective film 8 formed of the nitride piezoelectric film.

なお、保護膜8は必ずしも1種類の材料による単層膜によって構成されている必要はなく、複数種類の材料の積層膜によって構成されていても良い。   Note that the protective film 8 does not necessarily have to be formed of a single layer film made of one kind of material, and may be made of a laminated film of a plurality of kinds of materials.

以上のようにして、本実施形態にかかる振動型角速度センサが構成されている。このように構成された振動型角速度センサは、図示していないが、振動子1を支持している基板に対してキャップ部材が貼り合わされること、もしくは、振動子1をケース内に収容することで振動子1が真空封止もしくは低圧封止された構造とされる。   As described above, the vibration type angular velocity sensor according to the present embodiment is configured. Although the vibration type angular velocity sensor configured as described above is not illustrated, a cap member is bonded to a substrate supporting the vibrator 1 or the vibrator 1 is accommodated in a case. Thus, the vibrator 1 is structured to be vacuum sealed or low pressure sealed.

このように振動子1が真空封止もしくは低圧封止されている構造においては、低酸素状態であることから、酸化物圧電膜によって構成されている駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bからの酸素の脱離が発生し得る。しかしながら、少なくとも駆動用圧電膜6bや検出用圧電膜7bの露出部分を覆うように保護膜8を形成していることから、これらからの酸素の脱離を抑制することが可能となる。したがって、振動型角速度センサの耐久性を確保することが可能となる。   Thus, in the structure in which the vibrator 1 is vacuum-sealed or low-pressure sealed, since it is in a low oxygen state, the driving piezoelectric film 6b and the detecting piezoelectric film 7b made of an oxide piezoelectric film are used. Desorption of oxygen can occur. However, since the protective film 8 is formed so as to cover at least the exposed portions of the driving piezoelectric film 6b and the detecting piezoelectric film 7b, it is possible to suppress the desorption of oxygen from these. Therefore, it is possible to ensure the durability of the vibration type angular velocity sensor.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して振動子1の母材10などを変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the base material 10 of the vibrator 1 is changed with respect to the first embodiment, and the other parts are the same as those in the first embodiment. Therefore, only different portions from the first embodiment will be described. To do.

図5に示す本実施形態の振動型角速度センサでは、振動子1におけるブロック状の母材10を半導体材料ではなく、PZTなどの酸化物圧電体によって構成している。すなわち、アーム部2、3や連結部4および支持部5をブロック状の圧電体によって構成している。   In the vibration type angular velocity sensor of this embodiment shown in FIG. 5, the block-shaped base material 10 in the vibrator 1 is made of an oxide piezoelectric material such as PZT instead of a semiconductor material. That is, the arm parts 2 and 3, the connection part 4, and the support part 5 are comprised with the block-shaped piezoelectric material.

駆動素子6については、アーム部2、3の表面に離間して配置された第1電極6fと第2電極6gおよび母材10のうち第1電極6fと第2電極6gとの間に配置される部分によって構成されている。第1電極6fおよび第2電極6gは、図5に示されているように、連結部4および支持部5を経て引き出された配線部6h、6iを通じて、図示しない駆動用電圧の印加用のパッドやGND接続用のパッドに接続されている。   The drive element 6 is disposed between the first electrode 6f and the second electrode 6g among the first electrode 6f and the second electrode 6g and the base material 10 which are disposed separately on the surfaces of the arm portions 2 and 3. It is composed of parts. As shown in FIG. 5, the first electrode 6f and the second electrode 6g are pads for applying a driving voltage (not shown) through the wiring portions 6h and 6i drawn through the connecting portion 4 and the support portion 5. It is connected to the pad for GND connection.

検出素子7も、アーム部2、3の表面に離間して配置された第1電極7fと第2電極7gおよび母材10のうち第1電極7fと第2電極7gとの間に配置される部分によって構成されている。第1電極7fおよび第2電極7gは、図5に示されているように、連結部4および支持部5を経て引き出された配線部7h、7iを通じて、図示しない検出信号出力用のパッドに接続されている。   The detection element 7 is also arranged between the first electrode 7f and the second electrode 7g among the first electrode 7f and the second electrode 7g and the base material 10 which are arranged separately on the surfaces of the arm portions 2 and 3. It is composed of parts. As shown in FIG. 5, the first electrode 7 f and the second electrode 7 g are connected to a detection signal output pad (not shown) through the wiring portions 7 h and 7 i drawn through the connecting portion 4 and the support portion 5. Has been.

そして、このように構成された振動子1が保護膜8によって覆われることで、母材10が露出させられていない状態とされている。本実施形態では、図6に示すように、保護膜8を母材10の表面、つまり母材10と第1、第2電極6f、6g、7f、7gおよび配線部6h、6i、7h、7iとの間に配置することで、母材10の表面全面を覆っている。ただし、母材10の表面が露出していないようにすれば良いため、第1、第2電極6f、6g、7f、7gおよび配線部6h、6i、7h、7iの上に保護膜8を配置していても良い。   The vibrator 1 configured as described above is covered with the protective film 8 so that the base material 10 is not exposed. In this embodiment, as shown in FIG. 6, the protective film 8 is formed on the surface of the base material 10, that is, the base material 10, the first and second electrodes 6f, 6g, 7f, 7g and the wiring portions 6h, 6i, 7h, 7i. The entire surface of the base material 10 is covered. However, since it is sufficient that the surface of the base material 10 is not exposed, the protective film 8 is disposed on the first and second electrodes 6f, 6g, 7f, 7g and the wiring portions 6h, 6i, 7h, 7i. You may do it.

なお、このような振動子1を構成するブロック状の構造体も、圧電体で構成される母材10をエッチングなどによってパターニングすることで形成することができる。   Note that the block-like structure constituting the vibrator 1 can also be formed by patterning the base material 10 made of a piezoelectric material by etching or the like.

このように構成される振動子1は、第1電極6fと第2電極6gとの間に駆動用電圧を印加することで、母材10が酸化物圧電体で構成された各アーム部2、3を駆動振動させ、角速度検出が行えるようになっている。このように、振動子1の母材10が酸化物圧電体によって構成されている場合であっても、保護膜8によって覆うことで母材10が露出させられないようにすれば、母材10からの酸素の脱離を抑制できる。これにより、振動型角速度センサの耐久性を確保することが可能となる。   In the vibrator 1 configured as described above, each of the arm portions 2 in which the base material 10 is formed of an oxide piezoelectric body by applying a driving voltage between the first electrode 6f and the second electrode 6g, The angular velocity can be detected by driving and vibrating 3. Thus, even if the base material 10 of the vibrator 1 is formed of an oxide piezoelectric body, if the base material 10 is not exposed by being covered with the protective film 8, the base material 10 Desorption of oxygen from water can be suppressed. This makes it possible to ensure the durability of the vibration type angular velocity sensor.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.

例えば、上記実施形態では、圧電式の振動型角速度センサとして音叉型のものを例に挙げて説明したが、音叉型に限るものではない。すなわち、振動子1の駆動素子と検出素子の少なくとも一方に圧電薄膜もしくはブロック状の圧電体が使用されているものであれば、他の構造の振動型角速度センサに対しても本発明を適用することができる。例えば、一方向に延設された検出梁と、その両側に配置されたアーム部に相当する駆動梁とが連結部を介して連結され、連結部が基板に固定された支持部に支持された三脚音叉型の振動型角速度センサに対しても本発明を適用できる。   For example, in the above embodiment, a piezoelectric fork type angular velocity sensor has been described by taking a tuning fork type as an example, but is not limited to a tuning fork type. That is, as long as at least one of the drive element and the detection element of the vibrator 1 uses a piezoelectric thin film or a block-like piezoelectric body, the present invention is applied to vibration type angular velocity sensors having other structures. be able to. For example, detection beams extending in one direction and drive beams corresponding to arm portions arranged on both sides of the detection beams are connected via a connecting portion, and the connecting portion is supported by a support portion fixed to the substrate. The present invention can also be applied to a tripod tuning fork type vibration type angular velocity sensor.

また、上記第1実施形態では、駆動素子6や検出素子7に含まれる各圧電膜6b、7bを覆うように保護膜8を形成し、第2実施形態では、酸化物圧電体によって構成される母材10を保護膜8によって覆うようにした。これら各実施形態では、保護膜8を駆動素子6や検出素子7に含まれる酸化物圧電膜もしくは酸化物圧電体とは別材料で構成している。これに対して、保護膜8を駆動素子6や検出素子7に含まれる酸化物圧電膜もしくは酸化物圧電体と同材料で構成することもできる。例えば、駆動素子6や検出素子7に含まれる各圧電膜6b、7bの表面や酸化物圧電体によって構成される母材10の表面にイオン注入を行うことでアモルファス化する。これにより、アモルファス化した部分において酸素の離脱が抑制されるため、そのアモルファス層によって保護膜8を構成することもできる。   In the first embodiment, the protective film 8 is formed so as to cover the piezoelectric films 6b and 7b included in the drive element 6 and the detection element 7, and in the second embodiment, the protective film 8 is configured by an oxide piezoelectric body. The base material 10 was covered with the protective film 8. In each of these embodiments, the protective film 8 is made of a material different from the oxide piezoelectric film or the oxide piezoelectric body included in the drive element 6 and the detection element 7. On the other hand, the protective film 8 can be made of the same material as the oxide piezoelectric film or the oxide piezoelectric body included in the drive element 6 and the detection element 7. For example, the surface of each piezoelectric film 6b, 7b included in the drive element 6 or the detection element 7 or the surface of the base material 10 made of an oxide piezoelectric material is made amorphous by ion implantation. Thereby, since the detachment of oxygen is suppressed in the amorphized portion, the protective film 8 can be constituted by the amorphous layer.

また、上記各実施形態では、駆動素子6と検出素子7とを別々で構成したが、これらを1つの素子によって構成することもできる。例えば、第1実施形態の構成の場合、下層電極と圧電膜と上層電極とを積層した構造においては、下層電極と上層電極との間に駆動用電圧を印加することでアーム部2、3を駆動振動させることができる。さらに、コリオリ力によってアーム部2、3が変形すると、それに伴って圧電膜が変形することから、それを下層電極と上層電極との間の電気信号として取り出すこともできる。したがって、1つの素子によって、駆動素子6と検出素子7を兼ねることも可能である。   Moreover, in each said embodiment, although the drive element 6 and the detection element 7 were comprised separately, these can also be comprised by one element. For example, in the configuration of the first embodiment, in the structure in which the lower layer electrode, the piezoelectric film, and the upper layer electrode are stacked, the arm portions 2 and 3 are connected by applying a driving voltage between the lower layer electrode and the upper layer electrode. Drive vibration can be performed. Further, when the arm portions 2 and 3 are deformed by the Coriolis force, the piezoelectric film is deformed accordingly, so that it can be taken out as an electric signal between the lower layer electrode and the upper layer electrode. Therefore, it is also possible to serve as the drive element 6 and the detection element 7 with one element.

また、上記各実施形態では、駆動素子6と検出素子7の双方を圧電式のもので構成したが、いずれか一方のみであっても良い。   In each of the above embodiments, both the drive element 6 and the detection element 7 are composed of piezoelectric elements, but only one of them may be used.

1 振動子
2、3 アーム部
4 連結部
5 支持部
6 駆動素子
7 検出素子
8 保護膜
10 母材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibrator 2, 3 Arm part 4 Connection part 5 Support part 6 Drive element 7 Detection element 8 Protective film 10 Base material

Claims (9)

駆動振動させられるアーム部(2、3)と、該アーム部を駆動振動させる駆動素子(6)と、前記駆動振動時に印加された角速度に伴う変形を電気信号として取り出す検出素子(7)とを有する振動子(1)を備え、該振動子が真空封止もしくは大気圧よりも低圧状態となる低圧封止によって封止されてなる振動型角速度センサであって、
前記駆動素子と前記検出素子のいずれか一方は、酸化物圧電膜(6b、7b)もしくはブロック状の酸化物圧電体(10)を含む圧電式の素子で構成されており、
さらに、前記酸化物圧電膜もしくは前記酸化物圧電体の表面を覆う保護膜(8)を備えていることを特徴とする振動型角速度センサ。
An arm portion (2, 3) that is driven to vibrate, a drive element (6) that drives and vibrates the arm portion, and a detection element (7) that extracts deformation caused by the angular velocity applied during the drive vibration as an electric signal. A vibratory angular velocity sensor comprising: a vibrator (1) having a vibrator; and the vibrator is sealed by a vacuum seal or a low-pressure seal that is at a lower pressure than atmospheric pressure,
One of the drive element and the detection element is composed of a piezoelectric element including an oxide piezoelectric film (6b, 7b) or a block-shaped oxide piezoelectric body (10),
The vibration type angular velocity sensor further comprises a protective film (8) covering the surface of the oxide piezoelectric film or the oxide piezoelectric body.
前記保護膜は、絶縁酸化物によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の振動型角速度センサ。   The vibration type angular velocity sensor according to claim 1, wherein the protective film is made of an insulating oxide. 前記絶縁酸化物がLP−TEOSもしくはALD−Al23であることを特徴とする請求項2に記載の振動型角速度センサ。 The vibration type angular velocity sensor according to claim 2, wherein the insulating oxide is LP-TEOS or ALD-Al 2 O 3 . 前記保護膜は、絶縁窒化物であることを特徴とする請求項1に記載の振動型角速度センサ。   The vibration type angular velocity sensor according to claim 1, wherein the protective film is an insulating nitride. 前記保護膜は、窒化物圧電膜であることを特徴とする請求項1に記載の振動型角速度センサ。   The vibration type angular velocity sensor according to claim 1, wherein the protective film is a nitride piezoelectric film. 前記絶縁窒化物がAlNもしくはScAlNであることを特徴とする請求項5に記載の振動型角速度センサ。   6. The vibration type angular velocity sensor according to claim 5, wherein the insulating nitride is AlN or ScAlN. 前記保護膜は、前記酸化物圧電膜もしくは前記酸化物圧電体の表面をアモルファス化させたアモルファス層によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の振動型角速度センサ。   2. The vibration type angular velocity sensor according to claim 1, wherein the protective film is configured by an amorphous layer obtained by amorphizing a surface of the oxide piezoelectric film or the oxide piezoelectric body. 前記振動子は半導体材料を母材として形成されており、前記駆動素子もしくは前記検出素子は、前記母材の上に下層電極(6a、7a)と前記酸化物圧電膜(6b、7b)および上層電極(6c、7c)とが積層された構造とされていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の振動型角速度センサ。   The vibrator is formed using a semiconductor material as a base material, and the driving element or the detection element includes a lower electrode (6a, 7a), an oxide piezoelectric film (6b, 7b) and an upper layer on the base material. The vibration type angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the electrode (6c, 7c) is laminated. 前記振動子は前記酸化物圧電体を母材として形成されており、前記駆動素子もしくは前記検出素子は、前記母材の上に互いに離間した第1電極(6f、7f)と第2電極(6g、7g)とを有した構造とされていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の振動型角速度センサ。   The vibrator is formed by using the oxide piezoelectric body as a base material, and the driving element or the detection element includes a first electrode (6f, 7f) and a second electrode (6g) spaced apart from each other on the base material. 7g), the vibration type angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 7.
JP2014121694A 2014-06-12 2014-06-12 Vibration type angular velocity sensor Pending JP2016001160A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014121694A JP2016001160A (en) 2014-06-12 2014-06-12 Vibration type angular velocity sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014121694A JP2016001160A (en) 2014-06-12 2014-06-12 Vibration type angular velocity sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016001160A true JP2016001160A (en) 2016-01-07

Family

ID=55076823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014121694A Pending JP2016001160A (en) 2014-06-12 2014-06-12 Vibration type angular velocity sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016001160A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12426506B2 (en) 2019-07-19 2025-09-23 Evatec Ag Piezoelectric coating and deposition process

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007024810A (en) * 2005-07-21 2007-02-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Angular velocity sensor element and manufacturing method thereof
JP2010018011A (en) * 2008-07-14 2010-01-28 Seiko Epson Corp Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric actuator
JP2012060355A (en) * 2010-09-08 2012-03-22 Seiko Epson Corp Vibration piece, vibrator, vibration device and electronic apparatus
JP2012112748A (en) * 2010-11-24 2012-06-14 Seiko Epson Corp Vibration piece, sensor unit, electronic apparatus, method for manufacturing vibration piece, and method for manufacturing sensor unit
WO2013132830A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 パナソニック株式会社 Inertial force sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007024810A (en) * 2005-07-21 2007-02-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Angular velocity sensor element and manufacturing method thereof
JP2010018011A (en) * 2008-07-14 2010-01-28 Seiko Epson Corp Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric actuator
JP2012060355A (en) * 2010-09-08 2012-03-22 Seiko Epson Corp Vibration piece, vibrator, vibration device and electronic apparatus
JP2012112748A (en) * 2010-11-24 2012-06-14 Seiko Epson Corp Vibration piece, sensor unit, electronic apparatus, method for manufacturing vibration piece, and method for manufacturing sensor unit
WO2013132830A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 パナソニック株式会社 Inertial force sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12426506B2 (en) 2019-07-19 2025-09-23 Evatec Ag Piezoelectric coating and deposition process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4442339B2 (en) Angular velocity detector
JP5369741B2 (en) Vibrating piece and vibrator
JP2006317321A (en) Physical quantity sensor device
JP3985796B2 (en) Mechanical quantity sensor device
US20190301866A1 (en) Physical quantity sensor
US10593860B2 (en) Piezoelectric device
JP2011099675A (en) Pressure sensor, sensor array, and method of manufacturing pressure sensor
JPWO2017082104A1 (en) Piezoelectric deflection sensor
JP2010147285A (en) Mems, vibration gyroscope, and method of manufacturing mems
JP2016001160A (en) Vibration type angular velocity sensor
US12365583B2 (en) Resonance device with substrate having oxide film containing through hole and metal therin, and manufacturing method therefor
JP4962482B2 (en) Semiconductor device
JP4974359B2 (en) Mechanical quantity sensor
JP6409351B2 (en) Physical quantity sensor
JP6627663B2 (en) Physical quantity sensor
JP5347546B2 (en) Vibrating piece, vibrating piece manufacturing method, and vibrator
JP2016001161A (en) Vibration type angular velocity sensor
JP4784671B2 (en) Vibration type angular velocity sensor
JP2012154802A (en) Manufacturing method for acceleration and angular velocity sensor device
JP6733621B2 (en) Vibration type angular velocity sensor
JP2007183147A (en) Vibration element and angular velocity sensor using the vibration element
JP2006098168A (en) Angular velocity sensor device
JP4438561B2 (en) Angular velocity sensor
JP2014052248A (en) Physical quantity sensor
JP2011059125A (en) Angular velocity sensor element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180206

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20180821