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JP2006250583A - Vibration type gyro sensor - Google Patents

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JP2006250583A
JP2006250583A JP2005064517A JP2005064517A JP2006250583A JP 2006250583 A JP2006250583 A JP 2006250583A JP 2005064517 A JP2005064517 A JP 2005064517A JP 2005064517 A JP2005064517 A JP 2005064517A JP 2006250583 A JP2006250583 A JP 2006250583A
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JP
Japan
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vibration element
vibration
vibrator
gyro sensor
support substrate
Prior art date
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Application number
JP2005064517A
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Japanese (ja)
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JP2006250583A5 (en
Inventor
Teruyuki Inaguma
輝往 稲熊
Junichi Honda
順一 本多
Kazuo Takahashi
和夫 高橋
Koji Suzuki
浩二 鈴木
Shin Sasaki
伸 佐々木
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
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2005064517A priority Critical patent/JP2006250583A/en
Publication of JP2006250583A publication Critical patent/JP2006250583A/en
Publication of JP2006250583A5 publication Critical patent/JP2006250583A5/ja
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a precise and stable change in angular velocity by the optimum configuration and packaging structure of a vibration element. <P>SOLUTION: In the vibration type gyro sensor, the vibration element 20 that projects integrally in a cantilever shape from the outer-periphery section of a base section 22 and comprises a vibration terminal 23 wherein a first electrode layer 27, a second electrode layer 29 and a detection electrode 30 are laminated and formed in a longitudinal direction via a piezoelectric thin-film layer 28 is mounted on a support substrate 2 via a gold bump 25 provided at the base section 22. The vibration element 20 is formed by increasing the width of the base section 22 at least two times larger than the width dimension (t6) of a vibrator section 23 and positioning the center gravity at a region within the range of [±2×t6] to the center axis in the longitudinal direction of the vibrator section 23. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、片持ち梁振動子を有する振動素子を備える振動型ジャイロセンサに関する。   The present invention relates to a vibration gyro sensor including a vibration element having a cantilever vibrator.

ジャイロセンサは、例えば高ズーム率化や小型化に伴って録画画像に手振れ現象が生じやすくなるようになったビデオカメラ等に搭載されてCCD(Charge-Coupled Device)等の撮像基板上の画像情報の取り込み位置を制御する制御信号を出力する手振れ補正機構に用いられる。また、ジャイロセンサは、バーチャルリアリティ装置に用いられて動作検知器を構成したり、カーナビゲーション装置に用いられて方向検知器を構成する。   The gyro sensor is mounted on a video camera or the like that is likely to cause a camera shake phenomenon in a recorded image due to, for example, high zoom ratio and miniaturization, and image information on an imaging substrate such as a CCD (Charge-Coupled Device). This is used in a camera shake correction mechanism that outputs a control signal for controlling the take-in position. Further, the gyro sensor is used in a virtual reality device to constitute a motion detector, and is used in a car navigation device to constitute a direction detector.

ビデオカメラの手振れ補正機構は、録画画像の時間軸での位置ズレ自体のマッチングを行って補正を行うように構成したものも提供されているが、一般的にビデオカメラの保持状態の回転角を検出して対応する角速度を出力するジャイロセンサを用いて実際の手振れ量を補正するように構成したものが用いられている。ジャイロセンサには、検出機構として回転体や光学手段が用いられたり、振動素子が用いられている。   A video camera shake correction mechanism is also provided that performs correction by matching the positional deviation itself on the time axis of the recorded image, but in general, the rotation angle of the holding state of the video camera is set. A configuration in which an actual camera shake amount is corrected using a gyro sensor that detects and outputs a corresponding angular velocity is used. In the gyro sensor, a rotating body or optical means is used as a detection mechanism, or a vibration element is used.

振動型ジャイロセンサは、従来振動素子が、適宜の圧電材料を機械加工によって切り出して所定の形状に整形して製作されていた。振動型ジャイロセンサにおいては、搭載機器の小型軽量化、多機能高性能化に伴ってさらなる小型化や高性能化が要求されているが、機械加工による加工精度の限界によって小型で高精度の振動素子を製作することが困難であった。   The vibration type gyro sensor is conventionally manufactured by cutting an appropriate piezoelectric material by machining and shaping it into a predetermined shape. Vibratory gyrosensors require further miniaturization and higher performance along with the reduction in the size and weight of mounted equipment and the increase in multi-functional performance. It was difficult to manufacture the element.

このため、振動型ジャイロセンサは、半導体技術を用いて、シリコンウェハー上に圧電薄膜層を挟んで一対の電極層を積層形成することによって片持ち梁振動子を構成した振動素子を備えたものも提供されている(例えば、特許文献1参照)。振動型ジャイロセンサは、振動子を所定の共振周波数で振動させておき、角速度の変化によって生じるコリオリ力を圧電薄膜層と検出電極とによって検出することで、振動等による角速度の変化を検出する。振動型ジャイロセンサは、簡易な構造や短時間で起動することによる高応答性或いは小型で安価である等の特徴を有している。   For this reason, some vibration-type gyro sensors include a vibration element that forms a cantilever vibrator by stacking a pair of electrode layers on a silicon wafer with a piezoelectric thin film layer interposed therebetween using semiconductor technology. Provided (see, for example, Patent Document 1). The vibration-type gyro sensor detects a change in angular velocity due to vibration or the like by causing a vibrator to vibrate at a predetermined resonance frequency and detecting a Coriolis force generated by a change in angular velocity with a piezoelectric thin film layer and a detection electrode. The vibration-type gyro sensor has features such as a simple structure, high responsiveness by being activated in a short time, small size, and low cost.

特開平7−113643号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-113643

ところで、振動型ジャイロセンサにおいては、搭載される本体機器の小型軽量化、多機能高性能化等に伴って、さらなる小型化や高性能化が要求されている。振動型ジャイロセンサにおいては、従来振動素子の接続端子部と支持基板側のランドとをワイヤボンディング法によるワイヤで接続しており、振動素子の周囲にワイヤを引き回すためのスペースが必要となって小型化に限界があった。また、振動型ジャイロセンサにおいては、駆動検出回路部を構成するIC回路素子や各種電子部品等をフリップチップ法等によって表面実装するために、振動素子が別工程によって実装されることになり実装工程の効率が低下するといった問題があった。   By the way, in the vibration type gyro sensor, further downsizing and high performance are demanded with the reduction in size and weight of the main device to be mounted and the improvement in multifunctional performance. In the vibration type gyro sensor, the connection terminal part of the conventional vibration element and the land on the support substrate side are connected with a wire by the wire bonding method, and a space for drawing the wire around the vibration element is required and the size is small. There was a limit to conversion. In the vibration type gyro sensor, since the IC circuit elements and various electronic components constituting the drive detection circuit unit are surface-mounted by the flip chip method, the vibration elements are mounted in a separate process. There was a problem that the efficiency of the system decreased.

振動型ジャイロセンサにおいては、振動素子についても各接続端子部に金属バンプを設けて支持基板に対して表面実装法によって実装する対応も図られるが、振動素子がその材料とともに固定方法によって共振状態を定義する機械品質係数Q値(Q−factor)に大きく影響を及ぼす。振動型ジャイロセンサにおいては、高感度で安定した検出特性を得るために高Q値特性とする必要がある。   In the vibration type gyro sensor, the vibration element is also provided with a metal bump on each connection terminal portion and mounted on the support substrate by the surface mounting method. The machine quality factor Q value (Q-factor) to be defined is greatly affected. In a vibration type gyro sensor, it is necessary to have a high Q value characteristic in order to obtain a highly sensitive and stable detection characteristic.

振動型ジャイロセンサにおいては、小型化の対応に伴って外部からの振動等の外部負荷の影響を大きく受けるようになり、振動素子の固定構造が複雑となってコストアップとなるといった問題があった。振動型ジャイロセンサにおいては、本体機器の仕様に応じて設置姿勢等が決定されるために、どのような設置姿勢であっても所定の検出特性が奏されれるようにして汎用性を有していなければならない。   In the vibration type gyro sensor, there has been a problem that the size of the vibration gyro sensor is greatly affected by an external load such as external vibration, and the structure for fixing the vibration element is complicated and the cost is increased. . In the vibration type gyro sensor, the installation posture and the like are determined in accordance with the specifications of the main device, so that it has versatility so that a predetermined detection characteristic can be exhibited regardless of the installation posture. There must be.

したがって、本発明は、振動素子の最適な構成と実装構造とにより、高精度かつ安定した角速度変化を検出する振動型ジャイロセンサを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a vibration type gyro sensor that detects a change in angular velocity with high accuracy and stability by using an optimal configuration and mounting structure of a vibration element.

上述した目的を達成する本発明にかかる振動型ジャイロセンサは、回路素子が実装されるとともに複数個のランドを有する配線パターンが形成された支持基板に、片持ち梁状の振動子部を基部に一体形成した振動素子を実装する。振動素子は、複数の接続端子部が設けられて支持基板に固定される基部と、この基部の外周部から片持ち梁状に一体に突設されるとともに各接続端子部をそれぞれ基端として長さ方向に第1電極層と第2電極層及び検出電極とを圧電薄膜層を介して積層形成した振動子部とからなる。振動型ジャイロセンサは、振動素子が、基部を振動子部の幅寸法(t6)の2倍よりも大きな幅とするとともに、振動子部の長手方向の中心軸線に対して[±2×t6]の範囲内の領域に重心を位置させて形成する。   The vibration type gyro sensor according to the present invention that achieves the above-described object includes a support substrate on which circuit elements are mounted and a wiring pattern having a plurality of lands is formed, and a cantilever-like vibrator portion is a base portion. The integrally formed vibration element is mounted. The vibration element is provided with a base portion provided with a plurality of connection terminal portions and fixed to the support substrate, and protrudes integrally in a cantilever shape from the outer peripheral portion of the base portion, and is long with each connection terminal portion as a base end. It consists of a vibrator portion in which a first electrode layer, a second electrode layer, and a detection electrode are stacked in a vertical direction via a piezoelectric thin film layer. In the vibration type gyro sensor, the vibration element has a base whose width is larger than twice the width dimension (t6) of the vibrator part and [± 2 × t6] with respect to the central axis in the longitudinal direction of the vibrator part. The center of gravity is located in a region within the range of.

振動型ジャイロセンサは、振動素子が、基部を振動子部の厚み寸法(t4)の1.5倍よりも大きな厚みで形成される。振動型ジャイロセンサは、振動素子が、少なくとも各接続端子部にそれぞれ設けた金バンプや銅バンプ或いは半田バンプ等の金属バンプを相対する各ランドに溶着することによって、支持基板に対して所定の対向間隔を保持して実装される。   In the vibration type gyro sensor, the vibration element has a base portion with a thickness larger than 1.5 times the thickness dimension (t4) of the vibrator portion. In the vibration type gyro sensor, the vibration element welds a metal bump such as a gold bump, a copper bump, or a solder bump provided at each connection terminal portion to each opposing land, and thereby a predetermined facing to the support substrate. Implemented with spacing.

振動型ジャイロセンサにおいては、具体的には各金属バンプが、振動子部の長手方向の中心軸線に対してその幅(t6)の範囲内の領域に全体の重心を位置させて設けられる。振動型ジャイロセンサにおいては、各金属バンプが、基部から突出される振動子部の根元部位から半径[2×t6]の領域の外側領域に設けられる。振動型ジャイロセンサにおいては、各金属バンプの少なくとも1個が、厚み寸法(t1)の基部から突出される振動子部の根元部位から[2×t1]の範囲内の領域に位置して設けられる。   Specifically, in the vibration type gyro sensor, each metal bump is provided with the entire center of gravity positioned in a region within the range of the width (t6) with respect to the central axis in the longitudinal direction of the vibrator portion. In the vibration type gyro sensor, each metal bump is provided in the outer region of the region of radius [2 × t6] from the base portion of the vibrator portion protruding from the base portion. In the vibration-type gyro sensor, at least one of the metal bumps is provided in a region within a range of [2 × t1] from the base portion of the vibrator portion protruding from the base portion of the thickness dimension (t1). .

振動型ジャイロセンサにおいては、駆動検出回路部から振動素子に対して所定周波数の交流電界を印加することによって、振動子部に固有振動を生じさせる。振動型ジャイロセンサにおいては、振動素子が、手振れ等により生じるコリオリ力によって振動子部が変位し、この変位を圧電薄膜層が検出して一対の検出電極から互いに逆極性の検出信号を出力する。振動型ジャイロセンサにおいては、この検出信号を駆動検出回路部によって処理して角速度信号として出力する。   In the vibration-type gyro sensor, a natural vibration is generated in the vibrator portion by applying an alternating electric field having a predetermined frequency to the vibration element from the drive detection circuit portion. In the vibration type gyro sensor, the vibrator element is displaced by a Coriolis force generated by hand shake or the like, and the piezoelectric thin film layer detects this displacement and outputs detection signals having opposite polarities from the pair of detection electrodes. In the vibration type gyro sensor, this detection signal is processed by the drive detection circuit unit and output as an angular velocity signal.

振動型ジャイロセンサにおいては、基部を振動子部の幅寸法(t6)の2倍よりも大きな幅とするとともに、振動子部の長手方向の中心軸線に対して[±2×t6]の範囲内の領域に重心を位置させて形成させた振動素子を備えることで、厚み方向に対して振動動作する振動子部が左右のバランスを崩すことなく安定した状態で振動動作が行われるようになる。したがって、振動型ジャイロセンサにおいては、手振れ等により生じるコリオリ力による振動子部の変位に基づく検出信号が左右のバランスを崩すことなく安定したレベルとなり、高精度の手振れ等の検出が行われるようになる。   In the vibration type gyro sensor, the base portion has a width larger than twice the width dimension (t6) of the vibrator portion, and within a range of [± 2 × t6] with respect to the central axis in the longitudinal direction of the vibrator portion. By providing the vibration element formed by locating the center of gravity in this region, the vibrator section that vibrates in the thickness direction can perform a vibration operation in a stable state without losing the left and right balance. Therefore, in the vibration type gyro sensor, the detection signal based on the displacement of the vibrator portion due to the Coriolis force caused by the hand shake or the like becomes a stable level without losing the left and right balance, so that the hand shake and the like can be detected with high accuracy. Become.

振動型ジャイロセンサにおいては、基部が振動子部の厚み寸法(t4)の1.5倍よりも大きな厚みで形成された振動素子を備えることで、基部の機械的剛性が保持されて支持基板に強固に固定され振動子部の振動動作に伴う振動動作の発生を防止する。振動型ジャイロセンサにおいては、基部の振動に伴う振動子部の共振周波数のズレの発生を抑制し、振動子部が安定した状態で振動動作を行うようにして高精度の手振れ等の検出が行われるようになる。   In the vibration type gyro sensor, the base has a vibration element formed with a thickness larger than 1.5 times the thickness dimension (t4) of the vibrator portion, so that the mechanical rigidity of the base is maintained and the support substrate is provided. It is firmly fixed and prevents the occurrence of vibration operation accompanying the vibration operation of the vibrator section. In the vibration type gyro sensor, the occurrence of deviation of the resonance frequency of the vibrator part due to the vibration of the base part is suppressed, and the vibration part performs a vibration operation in a stable state to detect high-precision camera shake or the like. Will come to be.

振動型ジャイロセンサにおいては、振動素子が、振動子部の長手方向の中心軸線に対して振動子部の幅(t6)の範囲内の領域に全体の重心を位置させて設けた各金属バンプを介して基部を支持基板に固定することで、厚み方向に対して振動動作する振動子部が左右のバランスを崩すことなく安定した状態で振動動作が行われるようになる。   In the vibration type gyro sensor, the vibration element has each metal bump provided with the entire center of gravity positioned in a region within the range of the width (t6) of the vibrator portion with respect to the central axis in the longitudinal direction of the vibrator portion. By fixing the base portion to the support substrate, the vibrator portion that vibrates in the thickness direction can be oscillated in a stable state without losing the left-right balance.

振動型ジャイロセンサにおいては、振動素子が、基部から突出される振動子部の根元部位から半径[2×t6]の領域の外側領域に設けた各金属バンプを介して基部を支持基板に固定することで、Q値を低減させる各金属バンプによる振動子部の振動を吸収する作用が低減されるようにする。振動型ジャイロセンサにおいては、Q値の低減が抑制されて高精度の手振れ等の検出が行われるようになる。   In the vibration type gyro sensor, the vibration element fixes the base portion to the support substrate via each metal bump provided in the outer region of the radius [2 × t6] from the base portion of the vibrator portion protruding from the base portion. Thus, the action of absorbing the vibration of the vibrator portion by each metal bump for reducing the Q value is reduced. In the vibration type gyro sensor, the reduction of the Q value is suppressed, and high-precision camera shake and the like are detected.

振動型ジャイロセンサにおいては、振動素子が、厚み寸法(t1)の基部から突出される振動子部の根元部位から[2×t1]の範囲内の領域に位置して設けられた各金属バンプを介して基部を支持基板に固定することで、振動子部の振動動作に伴う基部の振動動作の発生を防止する。振動型ジャイロセンサにおいては、振動子部が、基部の振動動作による共振周波数のズレの発生を抑制されて安定した状態で振動動作を行うことで、高精度の手振れ等の検出が行われるようになる。   In the vibration-type gyro sensor, the vibration element has each metal bump provided in a region within a range of [2 × t1] from the root portion of the vibrator portion protruding from the base portion of the thickness dimension (t1). By fixing the base to the support substrate via the base, the occurrence of the vibration of the base accompanying the vibration of the vibrator is prevented. In the vibration type gyro sensor, the vibrator unit performs the vibration operation in a stable state while suppressing the occurrence of the resonance frequency deviation due to the vibration operation of the base so that high-precision camera shake or the like can be detected. Become.

本発明かかる振動型ジャイロセンサによれば、基部と検出信号を検出する片持ち梁状の振動子部との最適形状化を図った振動素子を支持基板に対して最適化を図って実装することから、構造の簡易化と小型化を図り、振動子部が安定かつ高精度に振動動作して高精度かつ安定した角速度変化を検出することが可能となる。   According to the vibration type gyro sensor of the present invention, the vibration element having the optimum shape of the base portion and the cantilever-like vibrator portion that detects the detection signal is mounted on the support substrate in an optimized manner. Therefore, the structure can be simplified and miniaturized, and the vibrator unit can stably and highly accurately oscillate to detect a highly accurate and stable change in angular velocity.

以下、本発明の実施の形態として図面に示した振動型ジャイロセンサ1について、詳細に説明する。振動型ジャイロセンサ1は、図1に示すように支持基板2と、この支持基板2の主面2−1上に組み付けられて部品実装空間部3を構成するカバー部材15とにより外観部材を構成し、例えばビデオカメラに搭載されて手振れ補正機構を構成する。また、振動型ジャイロセンサ1は、例えばバーチャルリアリティ装置に用いられて動作検知器を構成し、或いはカーナビゲーション装置に用いられて方向検知器を構成する。   Hereinafter, the vibration type gyro sensor 1 shown in the drawings as an embodiment of the present invention will be described in detail. As shown in FIG. 1, the vibration type gyro sensor 1 includes an outer appearance member including a support substrate 2 and a cover member 15 that is assembled on the main surface 2-1 of the support substrate 2 and constitutes the component mounting space portion 3. For example, it is mounted on a video camera to constitute a camera shake correction mechanism. The vibration gyro sensor 1 is used for a virtual reality device to constitute an operation detector, or used for a car navigation device to constitute a direction detector.

振動型ジャイロセンサ1は、支持基板2に例えばセラミック基板やガラス基板等が用いられ、主面2−1上に詳細を省略するが多数個のランド4等を有する所定の配線パターン5が形成されて部品実装領域6が構成される。支持基板2には、各ランド4に接続されて主面2−1上に詳細を後述する一対の振動素子20X、20Y(以下、個別に説明する場合を除いて振動素子20と総称する。)と、IC回路素子7或いは外付け用の多数個のセラミックコンデンサや適宜の電子部品8が搭載されている。   In the vibration gyro sensor 1, for example, a ceramic substrate or a glass substrate is used as the support substrate 2, and a predetermined wiring pattern 5 having a large number of lands 4 is formed on the main surface 2-1 though details are omitted. Thus, a component mounting area 6 is configured. The support substrate 2 is connected to each land 4 and has a pair of vibration elements 20X and 20Y, which will be described in detail later on the main surface 2-1, (hereinafter collectively referred to as the vibration element 20 unless otherwise described). In addition, an IC circuit element 7 or a large number of external ceramic capacitors and appropriate electronic components 8 are mounted.

振動型ジャイロセンサ1は、手振れ等により生じるコリオリ力による振動素子20の変位を、詳細を後述するようにこの圧電素子20に形成した圧電薄膜層28と検出電極30とによって検出して検出信号を出力する。振動型ジャイロセンサ1においては、圧電薄膜層28に光が照射されると焦電効果により電圧が発生し、この焦電圧が検出動作に影響を及ぼして検出特性が低下する。   The vibration type gyro sensor 1 detects the displacement of the vibration element 20 due to the Coriolis force generated by hand shake or the like by the piezoelectric thin film layer 28 formed on the piezoelectric element 20 and the detection electrode 30 as will be described in detail later, and outputs a detection signal. Output. In the vibration type gyro sensor 1, when the piezoelectric thin film layer 28 is irradiated with light, a voltage is generated due to the pyroelectric effect, and this pyroelectric voltage affects the detection operation and the detection characteristics are deteriorated.

振動型ジャイロセンサ1においては、支持基板2とカバー部材15とによる部品実装空間部3の遮光対応が図られ、外部光の影響による特性低下の防止が図られている。支持基板2には、図1に示すように部品実装領域を縁ち取るようにして外周部位が全周に亘って主面2−1から段落ちされて、垂直壁からなる遮光段部9を構成してカバー固定部10が形成されている。振動型ジャイロセンサ1においては、支持基板2に対して金属薄板によって形成したカバー部材を、カバー固定部9上に接着樹脂によって全周に亘って接合することによって、部品実装空間部3を密閉して防塵、防湿するとともに遮光空間部として構成する。   In the vibration type gyro sensor 1, the component mounting space 3 is shielded from light by the support substrate 2 and the cover member 15, and the characteristic deterioration due to the influence of external light is prevented. As shown in FIG. 1, the support substrate 2 has a light shielding step portion 9 formed of a vertical wall, the outer peripheral portion being stepped down from the main surface 2-1 so as to rim the component mounting region. A cover fixing part 10 is formed. In the vibration type gyro sensor 1, the component mounting space 3 is hermetically sealed by bonding a cover member formed of a thin metal plate to the support substrate 2 over the entire periphery of the cover fixing portion 9 with adhesive resin. It is dust-proof and moisture-proof and constitutes a light shielding space.

カバー部材15は、図1に示すように支持基板2の部品実装領域6を被覆するに足る外形寸法を有する主面部16と、この主面部16の外周部に全周に亘って一体に折曲形成された外周壁部17とからなる全体箱状に形成されている。カバー部材15は、外周壁部17が、支持基板2に組み付けられた状態において振動素子20の振動子部23が振動動作を可能とする部品実装空間部3を構成する高さ寸法を以って形成されている。カバー部材15には、外周壁部17の開口縁に全周に亘って、支持基板2に形成したカバー固定部10よりもやや小幅とされた外周フランジ部18が一体に折曲形成されている。カバー部材15には、図示しないが外周フランジ部にアース凸部を形成し、振動型ジャイロセンサ1が実装基板等に搭載された状態でグランド接続される。   As shown in FIG. 1, the cover member 15 has a main surface portion 16 having an outer dimension sufficient to cover the component mounting region 6 of the support substrate 2, and is bent integrally around the outer periphery of the main surface portion 16 over the entire periphery. The entire outer peripheral wall portion 17 is formed in a box shape. The cover member 15 has a height dimension that constitutes the component mounting space portion 3 in which the vibrator portion 23 of the vibration element 20 can perform a vibration operation in a state where the outer peripheral wall portion 17 is assembled to the support substrate 2. Is formed. In the cover member 15, an outer peripheral flange portion 18 having a slightly smaller width than the cover fixing portion 10 formed on the support substrate 2 is integrally bent at the opening edge of the outer peripheral wall portion 17 over the entire periphery. . Although not shown, the cover member 15 is formed with a ground convex portion on the outer peripheral flange portion, and is connected to the ground in a state where the vibration type gyro sensor 1 is mounted on a mounting board or the like.

カバー部材15は、金属薄板によって形成されることで振動型ジャイロセンサ1が小型軽量化を保持されるようにするが、赤外波長の外部光に対する遮光性が低下して充分な遮光機能を奏し得ないこともある。したがって、カバー部材15は、主面部16と外周フランジ部42の表面全体に例えば赤外波長の光を吸収する赤外線吸収塗料を塗布して遮光層19が形成され、部品実装空間部3内への赤外波長の外部光の放射を遮蔽して振動素子20が安定した動作を行うようにする。なお、カバー部材15は、遮光層19を、赤外線吸収塗料溶液中にディップして表裏主面に形成したり、黒色クロムめっき処理や黒染め処理或いは黒色アルマイト(登録商標)処理を施して形成してもよい。   The cover member 15 is formed of a thin metal plate so that the vibration-type gyro sensor 1 can be kept small and light. However, the cover member 15 has a sufficient light shielding function because the light shielding property against external light having an infrared wavelength is reduced. Sometimes you don't get it. Therefore, the cover member 15 is coated with, for example, an infrared absorbing paint that absorbs light of an infrared wavelength on the entire surface of the main surface portion 16 and the outer peripheral flange portion 42 to form the light shielding layer 19, and the cover member 15 enters the component mounting space portion 3. The vibration element 20 performs a stable operation by shielding the radiation of external light having an infrared wavelength. The cover member 15 is formed by dipping the light shielding layer 19 in the infrared absorbing paint solution to form the front and back main surfaces, or by performing black chrome plating treatment, black dyeing treatment or black alumite (registered trademark) treatment. May be.

振動型ジャイロセンサ1においては、支持基板2に対してカバー部材15が、外周フランジ部18をカバー固定部10上に重ね合わせて接着剤によって接合することによって組み付けられ、密閉かつ遮光された部品実装空間部3を構成する。ところが、振動型ジャイロセンサ1においては、重ね合わされたカバー固定部10と外周フランジ部18との間の隙間に介在する接着材層を透過して外部光が部品実装空間部3内に進入する。振動型ジャイロセンサ1においては、上述したように支持基板2が主面2−1に対して遮光段部9を介してカバー固定部10を段落ち形成したことにより、接着剤層を透過した外部光が遮光段部9によって遮光されるようにする。   In the vibration type gyro sensor 1, the cover member 15 is assembled to the support substrate 2 by superimposing the outer peripheral flange portion 18 on the cover fixing portion 10 and joining them with an adhesive, and is sealed and shielded from light. The space part 3 is configured. However, in the vibration type gyro sensor 1, external light enters the component mounting space 3 through the adhesive layer interposed in the gap between the overlapped cover fixing portion 10 and the outer peripheral flange portion 18. In the vibration type gyro sensor 1, as described above, the support substrate 2 is formed by stepping the cover fixing portion 10 with respect to the main surface 2-1 through the light shielding step portion 9, so that the outside that has passed through the adhesive layer is transmitted. The light is shielded by the light shielding step 9.

振動型ジャイロセンサ1においては、支持基板2に対してカバー部材15も他の構成部材と同様に表面実装法によって組み付けるようにすることで、組立工程の合理化が図られるようにする。振動型ジャイロセンサ1においては、カバー部材15を支持基板2の段落ちされたカバー固定部10上に固定することから薄型化が図られるとともに、接着材の部品実装領域6への流れ込みも防止される。振動型ジャイロセンサ1においては、部品実装空間部3が防塵、防湿空間部として構成されるとともに遮光空間部として構成されることで、振動素子20における焦電効果の発生を抑制して安定した手振れ等の検出動作を行うことを可能とする。   In the vibration type gyro sensor 1, the cover member 15 is assembled to the support substrate 2 by the surface mounting method in the same manner as the other constituent members, so that the assembly process can be rationalized. In the vibration type gyro sensor 1, the cover member 15 is fixed on the cover fixing portion 10 that has been dropped from the support substrate 2, so that the thickness can be reduced and the adhesive material can be prevented from flowing into the component mounting region 6. The In the vibration type gyro sensor 1, the component mounting space portion 3 is configured as a dust-proof and moisture-proof space portion and also as a light-shielding space portion, thereby suppressing the generation of the pyroelectric effect in the vibration element 20 and stable camera shake. And so on.

なお、振動型ジャイロセンサ1においては、支持基板2とカバー部材15とが上述した組立構造に限定されず、適宜の組立構造が採用される。振動型ジャイロセンサ1においては、例えば支持基板2の主面2−1に部品実装領域6を囲んで枠状のカバー嵌合溝を形成し、このカバー嵌合溝に外周壁部17の開口縁を嵌合して接着材によって固定することによりカバー部材15を組み付けるようにしてもよい。また、振動型ジャイロセンサ1においては、例えば支持基板2の主面2−1に部品実装領域6を囲んで枠状の遮光凸部を一体に形成し、この遮光凸部の外周部位においてカバー部材15の外周フランジ部18を接合するようにしてもよい。   In the vibration type gyro sensor 1, the support substrate 2 and the cover member 15 are not limited to the assembly structure described above, and an appropriate assembly structure is employed. In the vibration type gyro sensor 1, for example, a frame-like cover fitting groove is formed on the main surface 2-1 of the support substrate 2 so as to surround the component mounting region 6, and the opening edge of the outer peripheral wall portion 17 is formed in this cover fitting groove. The cover member 15 may be assembled by fitting and fixing with an adhesive. Further, in the vibration type gyro sensor 1, for example, a frame-shaped light-shielding convex portion is integrally formed on the main surface 2-1 of the support substrate 2 so as to surround the component mounting region 6, and a cover member is formed at an outer peripheral portion of the light-shielding convex portion. Fifteen outer peripheral flange portions 18 may be joined.

支持基板2は、部品実装領域6上に、IC回路素子7や電子部品8とともに振動素子20を適宜の実装機を用いてそれぞれフリップチップ法等の表面実装法によって実装する。支持基板2は、詳細を後述するように同一形状に形成した一対の振動素子20X、20Yを、主面2−1の相対するコーナ部位2C−1、2C−2に位置して互いに軸線を異にして実装する。支持基板2は、詳細を省略するが実装機に位置決めされて載置されるとともに、各ランド4の位置が実装機側に認識されるようにする。支持基板2には、詳細を後述するように、実装機によって振動素子20が実装位置を特定されて正確に実装される。   The support substrate 2 mounts the vibration element 20 together with the IC circuit element 7 and the electronic component 8 on the component mounting region 6 by a surface mounting method such as a flip chip method using an appropriate mounting machine. The support substrate 2 has a pair of vibration elements 20X and 20Y formed in the same shape as described in detail later, positioned at opposite corner portions 2C-1 and 2C-2 of the main surface 2-1, and having different axes. And implement. Although not described in detail, the support substrate 2 is positioned and placed on the mounting machine, and the position of each land 4 is recognized by the mounting machine side. As will be described in detail later, the vibration element 20 is mounted on the support substrate 2 with the mounting position specified by the mounting machine.

支持基板2には、振動素子20X、20Yに対応して部品実装領域6に間隔構成凹部11A、11B(以下、個別に説明する場合を除いて間隔構成凹部11と総称する。)が形成されている。間隔構成凹部11は、支持基板2にの主面2−1に対して例えばエッチング加工や溝切り加工を施して所定の深さと開口寸法を以って形成される。   The support substrate 2 is formed with interval configuration recesses 11A and 11B (hereinafter collectively referred to as interval configuration recesses 11 unless otherwise described) in the component mounting region 6 corresponding to the vibration elements 20X and 20Y. Yes. The spacing component recess 11 is formed with a predetermined depth and opening size by, for example, etching or grooving the main surface 2-1 of the support substrate 2.

振動型ジャイロセンサ1は、詳細を後述するようにシリコン基板21を基材として基部22と片持ち梁状の振動子部23が一体に形成された振動素子20が、金バンプ26を介して支持基板2の主面2−1上に実装される。振動素子20は、金バンプ26の厚みにより振動子部23と支持基板2の主面2−1との対向間隔が規定され、全体を薄型化するとともに金バンプ26の加工限界とによって充分な間隔を保持し得ない状態となる。   As will be described in detail later, the vibration type gyro sensor 1 is supported by a vibration element 20 in which a base 22 and a cantilever-like vibrator 23 are integrally formed with a silicon substrate 21 as a base material through gold bumps 26. It is mounted on the main surface 2-1 of the substrate 2. In the vibration element 20, the distance between the vibrator portion 23 and the main surface 2-1 of the support substrate 2 is defined by the thickness of the gold bump 26. Cannot be held.

振動素子20は、振動子部23の振動動作に伴って支持基板2の主面2−1との間に空気流を生じさせ、この空気流が支持基板2の主面2−1に当たって振動子部23を押し上げるダンピング効果の作用を受ける。振動型ジャイロセンサ1は、この振動素子20に作用するダンピング効果の影響が、上述したように支持基板2の主面2−1に間隔構成凹部11を形成することにより、図2に示すように主面2−1と振動子部23とが充分な間隔に保持されて低減されるようにする。   The vibration element 20 generates an air flow with the main surface 2-1 of the support substrate 2 in accordance with the vibration operation of the vibrator unit 23, and this air flow hits the main surface 2-1 of the support substrate 2 to generate a vibrator. It receives the action of a damping effect that pushes up the portion 23. As shown in FIG. 2, the vibration-type gyro sensor 1 is affected by the damping effect that acts on the vibration element 20 by forming the spacing component recess 11 on the main surface 2-1 of the support substrate 2 as described above. The main surface 2-1 and the vibrator portion 23 are held at a sufficient distance so as to be reduced.

振動型ジャイロセンサ1においては、振動素子20の振動子部23の寸法に合わせて間隔構成凹部11が最適化されて支持基板2に形成される。振動型ジャイロセンサ1においては、振動素子20を後述する寸法値で形成するとともに振動子部23の最大振幅量をpとした場合に、間隔構成凹部11が開口寸法を2.1mm×0.32mmとされるとともに深さ寸法kが、k≧p/2+0.5(mm)に形成される。振動型ジャイロセンサ1においては、支持基板2にかかる間隔構成凹部11を形成することによって、高さ寸法を抑制して薄型化が図られるとともに、振動素子20に対するダンピング効果の影響を低減して高Q値化が保持されるようにして高感度で安定した手振れ等の検出動作が行われるようにする。   In the vibration type gyro sensor 1, the gap forming recess 11 is optimized and formed on the support substrate 2 in accordance with the size of the vibrator portion 23 of the vibration element 20. In the vibration type gyro sensor 1, when the vibration element 20 is formed with a dimension value to be described later and the maximum amplitude amount of the vibrator portion 23 is p, the opening 11 has an opening dimension of 2.1 mm × 0.32 mm. And the depth dimension k is formed such that k ≧ p / 2 + 0.5 (mm). In the vibration type gyro sensor 1, by forming the gap-constituting recess 11 on the support substrate 2, the height dimension can be suppressed and the thickness can be reduced, and the influence of the damping effect on the vibration element 20 can be reduced. A high-sensitivity and stable camera shake detection operation is performed such that the Q value is maintained.

なお、本明細書においては、各部について具体的な寸法値を示して説明するが、各寸法値には中心基準値のみが示されている。各部位は、この中心基準値に限定された寸法値で形成されることに限定されず、一般的な公差範囲の寸法値を以って形成されることは勿論である。   In the present specification, each part is described with specific dimension values, but only the center reference value is shown for each dimension value. Each part is not limited to be formed with a dimension value limited to the central reference value, and is of course formed with a dimension value in a general tolerance range.

振動型ジャイロセンサ1は、各振動素子20X、20Yが、詳細を後述するようにシリコン単結晶基板21(以下、シリコン基板21と略称する。)をベースにして形成され、図1に示すように支持基板2の主面2−1上に互いに90°ずれた状態で搭載される。振動素子20は、詳細を後述するが、図2及び図3に示すようにそれぞれやや厚みのある断面が変形5角形状を呈する矩形ブロック状に形成された基部22と、この基部22の一側部から一体に突設された振動子部23とから構成される。   In the vibration type gyro sensor 1, each vibration element 20X, 20Y is formed on the basis of a silicon single crystal substrate 21 (hereinafter abbreviated as a silicon substrate 21) as will be described in detail later, as shown in FIG. Mounted on the main surface 2-1 of the support substrate 2 in a state shifted by 90 ° from each other. The vibration element 20 will be described in detail later. As shown in FIGS. 2 and 3, as shown in FIGS. 2 and 3, the base 22 is formed in a rectangular block shape with a slightly thick cross section having a deformed pentagonal shape, and one side of the base 22. And a vibrator portion 23 integrally projecting from the portion.

振動素子20は、後述するようにシリコン基板21の第2主面21−2によって構成される基部22の第2主面が支持基板2に対する固定面を構成する。振動素子20には、基部22の第2主面上に詳細を省略するが平坦化層24を介して第1端子部25A乃至第4端子部25D(以下、個別に説明する場合を除いて端子部25と総称する。)が形成されるとともに、これら端子部25上にそれぞれ第1金バンプ26A乃至第4金バンプ26D(以下、個別に説明する場合を除いて金バンプ26と総称する。)が形成されている。   In the vibration element 20, the second main surface of the base 22 constituted by the second main surface 21-2 of the silicon substrate 21 constitutes a fixed surface with respect to the support substrate 2 as will be described later. Although details are omitted on the second main surface of the base 22, the vibration element 20 includes a first terminal portion 25 </ b> A to a fourth terminal portion 25 </ b> D (hereinafter, unless otherwise described) via a planarization layer 24. The first gold bumps 26A to the fourth gold bumps 26D (hereinafter collectively referred to as gold bumps 26 unless otherwise described) are formed on the terminal portions 25. Is formed.

振動素子20は、各端子部25がそれぞれ支持基板2側の配線パターン5に形成した各ランド4に対応して形成されており、詳細を後述するように相対する端子部25とランド4とを位置合わせして支持基板2に組み合わされる。振動素子20は、この状態で支持基板2に押し当てながら金バンプ26に超音波を印加して溶着させる溶着処理を施すことによって各端子部25とランド4とを接合して、支持基板2上に実装される。振動素子20は、所定の高さを有する金バンプ26を介して実装することによって、上述したように振動子部23がその第2主面を支持基板2の主面2−1に対して所定の高さ位置に保持されて振動動作を行うようにする。   The vibration element 20 is formed so that each terminal portion 25 corresponds to each land 4 formed on the wiring pattern 5 on the support substrate 2 side. As will be described in detail later, the terminal portion 25 and the land 4 which are opposed to each other are formed. The alignment is combined with the support substrate 2. In this state, the vibration element 20 applies the ultrasonic wave to the gold bumps 26 while being pressed against the support substrate 2 to perform welding, thereby joining the terminal portions 25 and the lands 4 to each other on the support substrate 2. To be implemented. The vibration element 20 is mounted via the gold bumps 26 having a predetermined height, so that the vibrator unit 23 has a second main surface of the vibration element 20 with respect to the main surface 2-1 of the support substrate 2 as described above. It is held at the height position of so that it can be vibrated.

振動素子20は、後述する解析説明によって詳細に説明するように次の条件を満たす範囲で金バンプ26を端子部25に設けて、基部22が支持基板2の主面2−1上に固定されるようにする。すなわち、振動素子20は、各金バンプ26が、振動子部23の長手方向の中心軸線Cに対して振動子部23の幅寸法t6の範囲内の領域に全体の重心を位置させて設けられるようにする。   The vibration element 20 is provided with a gold bump 26 on the terminal portion 25 within a range satisfying the following conditions as will be described in detail by an analysis description to be described later, and the base portion 22 is fixed on the main surface 2-1 of the support substrate 2. So that That is, in the vibration element 20, each gold bump 26 is provided with the entire center of gravity positioned in a region within the range of the width dimension t <b> 6 of the vibrator portion 23 with respect to the central axis C in the longitudinal direction of the vibrator portion 23. Like that.

また、振動素子20は、各金バンプ26が、基部22から突出される振動子部23の根元部位43(図17参照)から、振動子部23の幅寸法t6の2倍を半径rとした領域の外側領域に位置して設けられるようにする。   Further, in the vibrating element 20, each gold bump 26 has a radius r that is twice the width dimension t6 of the vibrator portion 23 from the root portion 43 (see FIG. 17) of the vibrator portion 23 protruding from the base portion 22. It is arranged to be located outside the area.

さらに、振動素子20は、各金バンプ26の少なくとも1個が、基部22から突出される振動子部23の根元部位43から、基部22の厚み寸法t1の2倍の領域内に位置するようにして設けられる。   Further, the vibration element 20 is configured such that at least one of the gold bumps 26 is located in a region twice the thickness dimension t1 of the base portion 22 from the root portion 43 of the vibrator portion 23 protruding from the base portion 22. Provided.

振動素子20は、振動子部23が、基部22の第2主面、すなわちシリコン基板21の第2主面21−2によって構成される第2主面を基部22の第2主面と同一面を構成し、一端部を基部22に一体化されて片持ち梁状に突設されている。振動素子20は、振動子部23が、第1主面側がシリコン基板21の第1主面21−1によって構成される基部22の第1主面から段落ちされることによって所定の厚みとされる。振動素子20は、振動子部23が、所定の長さと断面積を有して基部22と一体に形成された矩形の片持ち梁によって構成される。   In the resonator element 20, the vibrator portion 23 has the second main surface of the base portion 22, that is, the second main surface constituted by the second main surface 21-2 of the silicon substrate 21 and the second main surface of the base portion 22. The one end is integrated with the base portion 22 and protrudes in a cantilever shape. The vibration element 20 has a predetermined thickness as the vibrator portion 23 is stepped down from the first main surface of the base portion 22 constituted by the first main surface 21-1 of the silicon substrate 21 on the first main surface side. The The vibration element 20 is configured by a rectangular cantilever in which the vibrator portion 23 has a predetermined length and a cross-sectional area and is integrally formed with the base portion 22.

振動素子20は、後述する工程によってシリコン基板21から図5に示すように、例えば基部22が、厚み寸法t1を300μm、振動子部23の先端部までの長さ寸法t2を3mm、幅寸法t3を1mmの大きさを以って形成される。振動素子20は、振動子部23が図6に示すように、厚み寸法t4を100μm、長さ寸法t5を2.5mm、幅寸法t6を100μmを以って形成される。振動素子20は、詳細を後述するように駆動検出回路部50から印加される所定周波数の駆動電圧により振動動作するが、上述した形状から40KHzの共振周波数で振動する。なお、振動素子20は、かかる構成に限定されるものでは無く、使用する周波数や目標とする全体形状に応じて種々設定される。   As shown in FIG. 5, the vibration element 20 includes a base portion 22 having a thickness dimension t <b> 1 of 300 μm, a length dimension t <b> 2 to the tip of the vibrator section 23 of 3 mm, and a width dimension t <b> 3. Is formed with a size of 1 mm. As shown in FIG. 6, the resonator element 23 is formed with a thickness dimension t4 of 100 μm, a length dimension t5 of 2.5 mm, and a width dimension t6 of 100 μm. As will be described in detail later, the vibration element 20 vibrates with a drive voltage of a predetermined frequency applied from the drive detection circuit unit 50, but vibrates at a resonance frequency of 40 KHz from the above-described shape. In addition, the vibration element 20 is not limited to such a configuration, and variously set according to a frequency to be used and a target overall shape.

振動素子20は、基部22と振動子部23とが上述した具体的な寸法値を以って形成されるが、後述する解析説明によって詳細に説明するように次の条件を満たす範囲で適宜設定されて形成される。すなわち、振動素子20は、基部22がその幅寸法t3を振動子部23の幅寸法t6の少なくとも2倍よりも大きな寸法となるように形成される。また、振動素子20は、基部22が重心Gを振動子部23の長手方向の中心軸線Cに対して[±2×t6]の範囲内の領域に位置させて形成される。さらに、振動素子20は、基部22がその厚み寸法t1を少なくとも振動子部23の厚み寸法t4に対して1.5倍以上で形成される。   In the vibration element 20, the base portion 22 and the vibrator portion 23 are formed with the above-described specific dimension values, and are appropriately set within a range that satisfies the following conditions as will be described in detail by an analysis description to be described later. To be formed. That is, the vibration element 20 is formed such that the base portion 22 has a width dimension t3 larger than at least twice the width dimension t6 of the vibrator portion 23. The vibration element 20 is formed such that the base portion 22 has the center of gravity G located in a region within a range of [± 2 × t6] with respect to the central axis C in the longitudinal direction of the vibrator portion 23. Further, in the vibration element 20, the base portion 22 is formed with a thickness dimension t 1 of at least 1.5 times the thickness dimension t 4 of the vibrator portion 23.

振動素子20には、後述する振動素子製造工程により、図2及び図3に示すように振動子部23の第2主面上に長さ方向の略全長に亘って、基準電極層(第1電極層)27と、圧電薄膜層28と、駆動電極層(第2電極層)29とが積層形成されている。振動素子20には、振動子部23の第2主面上に、駆動電極層29を挟んで一対の検出電極30R、30L(以下、個別に説明する場合を除いて検出電極30と総称する。)が積層形成されている。振動素子20は、振動子部23の第2主面上に第1層として基準電極層27を形成し、この基準電極層27上にほぼ同長の圧電薄膜層28を積層形成する。振動素子20は、圧電薄膜層28上にほぼ同長でかつ幅狭の駆動電極層28を幅方向の中央部に位置して積層形成するとともに、この駆動電極層2を挟んで圧電薄膜層28上に一対の検出電極30R、30Lを積層形成する。   As shown in FIGS. 2 and 3, the vibrating element 20 is formed on the second main surface of the vibrator portion 23 over the substantially entire length in the longitudinal direction by a vibrating element manufacturing process described later. An electrode layer 27, a piezoelectric thin film layer 28, and a drive electrode layer (second electrode layer) 29 are stacked. The vibration element 20 has a pair of detection electrodes 30R and 30L on the second main surface of the vibrator portion 23 with the drive electrode layer 29 interposed therebetween (hereinafter collectively referred to as the detection electrode 30 unless otherwise described). ) Are laminated. In the vibration element 20, a reference electrode layer 27 is formed as a first layer on the second main surface of the vibrator unit 23, and a piezoelectric thin film layer 28 having substantially the same length is stacked on the reference electrode layer 27. The vibration element 20 is formed by laminating a drive electrode layer 28 having substantially the same length and width on the piezoelectric thin film layer 28 so as to be positioned at the center in the width direction, and sandwiching the drive electrode layer 2. A pair of detection electrodes 30R and 30L are stacked on top of each other.

振動素子20には、図3に示すように基部22の第2主面上に、基準電極層27と第1端子部25Aとを接続する第1リード31Aが形成されるとともに、駆動電極層29と第3端子部25Cとを接続する第3リード31Cが形成されている。振動素子20には、第1検出電極25Rと第3端子部25Cとを接続する第2リード31Bが形成されるとともに、第2検出電極30Lと第4端子部25Dとを接続する第4リード31Dが形成されている。なお、各リード31A〜31Dについては、以下、個別に説明する場合を除いてリード31と総称する。   In the vibration element 20, as shown in FIG. 3, a first lead 31 </ b> A that connects the reference electrode layer 27 and the first terminal portion 25 </ b> A is formed on the second main surface of the base 22, and the drive electrode layer 29. A third lead 31C that connects the first terminal portion 25C and the third terminal portion 25C is formed. The vibration element 20 includes a second lead 31B that connects the first detection electrode 25R and the third terminal portion 25C, and a fourth lead 31D that connects the second detection electrode 30L and the fourth terminal portion 25D. Is formed. The leads 31A to 31D are hereinafter collectively referred to as leads 31 except when individually described.

第1リード31Aは、振動子部23に形成した基準電極層27の基端部から基部22側に一体に延長され、図3に示すように基部22の第2主面上に振動子部23を一体に形成した側の一方コーナ部に位置して形成された第1端子部25Aと一体化される。駆動電極層29と検出電極30は、詳細を省略するがそれぞれの基端部が振動子部23から基部22までやや幅広の部位で一体に延長され、これら幅広部位が平坦化層24によって被覆される。   The first lead 31A is integrally extended from the base end portion of the reference electrode layer 27 formed on the vibrator portion 23 to the base portion 22 side, and on the second main surface of the base portion 22, as shown in FIG. Are integrated with the first terminal portion 25 </ b> A formed at one corner portion on the side formed integrally. Although the details of the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 are omitted, the base end portions of the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 are integrally extended from the vibrator portion 23 to the base portion 22 by a slightly wide portion, and these wide portions are covered with the planarizing layer 24. The

第2リード31Bは、一端部が平坦化層24を乗り越えるようにして形成され、基部22の一側部に沿って第1端子部25Aと対向する後方側のコーナ部へと導かれることにより、このコーナ部に形成された第2端子部25Bと接続される。第3リード31Cは、一端部が平坦化層24を乗り越えるようにして形成され、基部22の略中央部を横切って後方側へと導かれるとともに後端側に沿って第2端子部25Bと対向するコーナ部へと導かれることにより、このコーナ部に形成された第3端子部25Cと接続される。第4リード31Dも、一端部が平坦化層24を乗り越えるようにして形成され、第2リード31Bと対向して基部22の他側部に沿って第1端子部25Aと対向する前方側の他方コーナ部へと導かれることにより、このコーナ部に形成された第4端子部25Dと接続される。   The second lead 31B is formed so that one end portion thereof passes over the planarization layer 24, and is guided along the one side portion of the base portion 22 to the rear corner portion facing the first terminal portion 25A. The second terminal portion 25B formed at the corner portion is connected. The third lead 31C is formed so that one end thereof gets over the flattening layer 24, is guided to the rear side across the substantially central portion of the base portion 22, and faces the second terminal portion 25B along the rear end side. By being led to the corner portion to be connected, it is connected to the third terminal portion 25C formed at this corner portion. The fourth lead 31D is also formed so that one end of the fourth lead 31D extends over the planarization layer 24, and the other of the front side facing the first terminal portion 25A along the other side portion of the base 22 facing the second lead 31B. By being led to the corner portion, it is connected to the fourth terminal portion 25D formed in this corner portion.

なお、振動素子20には、上述した構成にかかわらず端子部25が、基部22の第2主面上に最適化される適宜の位置でかつ適宜の個数を以って形成される。また、振動素子20は、各電極層のリード31と端子部25との接続パターンが上述した構成に限定されるものでは無いことは勿論であり、端子部25の位置や個数に応じて基部22の第2主面上に適宜に形成される。   Note that, in the vibration element 20, the terminal portions 25 are formed on the second main surface of the base portion 22 at an appropriate position and in an appropriate number regardless of the configuration described above. In addition, in the vibration element 20, the connection pattern between the lead 31 of each electrode layer and the terminal portion 25 is not limited to the configuration described above, and the base portion 22 depends on the position and number of the terminal portions 25. The second main surface is appropriately formed.

振動素子20は、各端子部25に対してそれぞれ金バンプ26を形成したが、これら金バンプ26がいわゆる2段バンプによって形成されるようにしてもよい。また、振動素子20は、基部22の第2主面上に電気的接続を行わないいわゆるダミーの第5金バンプを形成するようにしてもよい。勿論、支持基板2側には、この第5金バンプが溶着固定されるダミー端子部が形成される。   In the vibration element 20, the gold bumps 26 are formed on the respective terminal portions 25. However, the gold bumps 26 may be formed by so-called two-stage bumps. In addition, the vibration element 20 may be formed with a so-called dummy fifth gold bump that does not perform electrical connection on the second main surface of the base portion 22. Of course, a dummy terminal part to which the fifth gold bump is welded and fixed is formed on the support substrate 2 side.

振動型ジャイロセンサ1においては、振動素子20が支持基板2に対する固定構造によりQ値が決定される。振動型ジャイロセンサ1においては、表面実装法によって支持基板2に対して振動素子20を実装することによって実装工程の効率化を図っている。表面実装法においては、接続子として上述した金バンプ26ばかりでなく、半田ボールや銅バンプ等の各種の金属バンプが用いられる。振動型ジャイロセンサ1においては、半導体プロセスにおいて一般に採用されており、機器の実装工程においてリフロー半田処理等が施されることから耐熱性の大きい金バンプ26が接続子として採用される。   In the vibration type gyro sensor 1, the Q value is determined by the structure in which the vibration element 20 is fixed to the support substrate 2. In the vibration type gyro sensor 1, the mounting process is made more efficient by mounting the vibration element 20 on the support substrate 2 by the surface mounting method. In the surface mounting method, not only the gold bumps 26 described above but also various metal bumps such as solder balls and copper bumps are used as connectors. The vibration type gyro sensor 1 is generally employed in a semiconductor process, and a gold bump 26 having high heat resistance is employed as a connector because reflow soldering or the like is performed in a device mounting process.

振動素子20においては、基部22を金バンプ26を介して支持基板2の主面2−1から浮かした状態で実装されることによって、例えば金接続層によって基部22の全面を接合した場合と比較して振動子部23の先端部の減衰割合が大きくなって良好なQ値が得られるようになる。また、振動素子20においては、基部22を支持基板2の主面2−1に対して1箇所で固定するよりも複数箇所で固定する構造によって良好なQ値特性を得る。振動素子20においては、基部22を支持基板2の主面2−1に対して四隅の位置を固定することによって良好なQ値特性を得る。   In the vibration element 20, the base 22 is mounted in a state of floating from the main surface 2-1 of the support substrate 2 via the gold bumps 26, so that, for example, compared with a case where the entire surface of the base 22 is joined by a gold connection layer. As a result, the attenuation rate of the tip of the vibrator portion 23 is increased, and a good Q value can be obtained. Further, in the vibration element 20, a good Q value characteristic is obtained by a structure in which the base portion 22 is fixed at a plurality of locations rather than being fixed at one location with respect to the main surface 2-1 of the support substrate 2. In the vibration element 20, good Q-value characteristics are obtained by fixing the base 22 to the four corner positions with respect to the main surface 2-1 of the support substrate 2.

振動型ジャイロセンサ1においては、上述したように2個の振動素子20X、20Yを支持基板2の相対するコーナ部位2C−1、2C−2に位置して互いに軸線を異にして実装する。振動型ジャイロセンサ1においては、図1に示すように第1振動素子20Xが、基部22をコーナ部位2C−1において上述した金バンプ26を介して支持基板2の主面2−1上に固定され、この基部22から一体に突設された振動子部23が支持基板2の側縁に沿って隣り合うコーナ部位2C−3に向けられる。   In the vibration type gyro sensor 1, the two vibration elements 20 </ b> X and 20 </ b> Y are positioned at the opposite corner portions 2 </ b> C- 1 and 2 </ b> C- 2 of the support substrate 2 and mounted with different axes as described above. In the vibration type gyro sensor 1, as shown in FIG. 1, the first vibration element 20X fixes the base 22 on the main surface 2-1 of the support substrate 2 via the gold bump 26 described above at the corner portion 2C-1. Then, the vibrator portion 23 integrally projected from the base portion 22 is directed to the adjacent corner portion 2 </ b> C- 3 along the side edge of the support substrate 2.

振動型ジャイロセンサ1においては、第2振動素子20Yが、基部22をコーナ部位2C−2において上述した金バンプ26を介して支持基板2の主面2−1上に固定され、この基部22から一体に突設された振動子部23が支持基板2の側縁に沿って隣り合うコーナ部位2C−3に向けられる。振動型ジャイロセンサ1においては、第1振動素子20Xと第2振動素子20Yとが、それぞれの振動子部23を互いにコーナ部位2C−3に向けて90°の角度を付されてそれぞれ支持基板2に実装される。   In the vibration gyro sensor 1, the second vibration element 20 </ b> Y is fixed on the main surface 2-1 of the support substrate 2 through the gold bump 26 described above at the corner portion 2 </ b> C- 2. The integrally projecting transducer portion 23 is directed along the side edge of the support substrate 2 to the adjacent corner portion 2C-3. In the vibration-type gyro sensor 1, the first vibration element 20X and the second vibration element 20Y are provided with an angle of 90 ° with the respective vibrator portions 23 facing each other toward the corner portion 2C-3, and the support substrate 2 respectively. To be implemented.

振動型ジャイロセンサ1においては、同一形状の第1振動素子20Xと第2振動素子20Yとを支持基板2に対して精密に位置決めして実装するために、上述したように支持基板2が各ランド4の位置を実装機側に認識される。振動素子20には、実装機によって認識された各ランド4に対して位置決めされて実装されるようにするために、基部22に位置合わせ用マーク32A、32B(以下、位置合わせ用マーク32と総称する。)が設けられている。   In the vibration type gyro sensor 1, in order to precisely position and mount the first vibration element 20X and the second vibration element 20Y having the same shape with respect to the support substrate 2, the support substrate 2 is provided with each land as described above. The position of 4 is recognized by the mounting machine side. In order to be positioned and mounted on each land 4 recognized by the mounting machine, the vibration element 20 is positioned on the base 22 with alignment marks 32A and 32B (hereinafter collectively referred to as alignment marks 32). Is provided).

振動素子20は、位置合わせ用マーク32が、図1及び図3に示すように、基部22の第1主面上に幅方向に離間して形成された金属箔等からなる一対の矩形部によって構成される。振動素子20は、実装機によって位置合わせ用マーク32が読み取られ、支持基板2に対する位置や姿勢の実装データが生成されるようにする。振動素子20は、この実装データと上述したランド4のデータとに基づいて、支持基板2に対して精密に位置決めされて実装される。   As shown in FIGS. 1 and 3, the vibration element 20 includes a pair of rectangular portions made of metal foil or the like that are formed on the first main surface of the base portion 22 so as to be spaced apart from each other in the width direction. Composed. The vibration element 20 is configured such that the positioning mark 32 is read by the mounting machine, and mounting data of the position and orientation with respect to the support substrate 2 is generated. The vibration element 20 is precisely positioned and mounted on the support substrate 2 based on the mounting data and the data of the land 4 described above.

振動素子20は、位置合わせ用マーク32を基部22の第1主面上に形成したが、かかる構成に限定されるものでは無い。位置合わせ用マーク32は、基部22の第2主面に、例えば配線工程と同一工程で導体部からなる位置合わせ用マークを端子部25やリード31を避けた適宜の位置に形成するようにしてもよい。位置合わせ用マーク32は、詳細を後述するように振動素子20の電極層や振動子部23を形成する外形溝形成工程において用いられる誘導結合型プラズマ装置による反応性イオンエッチング処理に際して用いられる基準マーカに合わせて、位置決めされて形成されることが好ましい。位置合わせ用マーク32は、ステッパー露光装置を用いることによって、振動子部23に対して0.1m以下の精度で形成することが可能である。   The vibration element 20 has the alignment mark 32 formed on the first main surface of the base 22, but is not limited to this configuration. The alignment mark 32 is formed on the second main surface of the base portion 22 at an appropriate position avoiding the terminal portion 25 and the lead 31 in the same process as the wiring process. Also good. The alignment mark 32 is a reference marker used in the reactive ion etching process by the inductively coupled plasma apparatus used in the outer groove forming process for forming the electrode layer of the vibration element 20 and the vibrator portion 23 as will be described in detail later. It is preferable to be positioned and formed according to the above. The alignment mark 32 can be formed with an accuracy of 0.1 m or less with respect to the vibrator portion 23 by using a stepper exposure apparatus.

位置合わせ用マーク32は、適宜の方法によって形成されるが、例えば基部22の第2主面に後述するようにチタン層と金層とからなる第1電極層40のパターニングによって形成した場合に、実装工程に際して読み取りが行われて画像処理を施す際に良好なコントラストが得られて実装精度の向上が図られるようになる。   The alignment mark 32 is formed by an appropriate method. For example, when it is formed by patterning the first electrode layer 40 composed of a titanium layer and a gold layer on the second main surface of the base portion 22 as described later, When reading is performed in the mounting process and image processing is performed, a good contrast is obtained, and mounting accuracy is improved.

振動型ジャイロセンサ1においては、それぞれの振動素子20が、上述したように矩形断面の振動子部23に生じる長手方向に加えられた一方向の角速度を検出する。振動型ジャイロセンサ1においては、第1振動素子20Xと第2振動素子20Yとを支持基板2に角度を異にして搭載することによって、X軸方向とY軸方向の角速度を同時に検出する。振動型ジャイロセンサ1は、互いに軸線を異にして搭載した第1振動素子20Xと第2振動素子20Yとによってビデオカメラの手振れによる振動状態に基づく制御信号を出力して手振れ補正機構を構成する。   In the vibration type gyro sensor 1, each vibration element 20 detects the angular velocity in one direction applied to the longitudinal direction generated in the vibrator section 23 having a rectangular cross section as described above. In the vibration type gyro sensor 1, the first vibration element 20 </ b> X and the second vibration element 20 </ b> Y are mounted on the support substrate 2 at different angles, thereby simultaneously detecting the angular velocities in the X-axis direction and the Y-axis direction. The vibration type gyro sensor 1 outputs a control signal based on a vibration state caused by a camera shake by the first vibration element 20X and the second vibration element 20Y mounted with different axes, and constitutes a camera shake correction mechanism.

振動型ジャイロセンサ1は、第1振動素子20Xと第2振動素子20Yとにそれぞれ接続されIC回路素子7や電子部品8等によって構成された例えば図4に示す第1駆動検出回路部50Xと第2駆動検出回路部50Yとを備えている。振動型ジャイロセンサ1は、これら第1駆動検出回路部50Xと第2駆動検出回路部50Yとが互いに同一の回路構成とされることから、以下、駆動検出回路部50と総称して説明する。駆動検出回路部50は、インピーダンス変換回路51と、加算回路52と、発振回路53と、差動増幅回路54と、同期検波回路55と、直流増幅回路56等を備えている。   The vibration type gyro sensor 1 is connected to the first vibration element 20X and the second vibration element 20Y, respectively, and is configured by an IC circuit element 7, an electronic component 8, and the like, for example, a first drive detection circuit unit 50X shown in FIG. 2 drive detection circuit unit 50Y. Since the first drive detection circuit unit 50X and the second drive detection circuit unit 50Y have the same circuit configuration, the vibration type gyro sensor 1 will be hereinafter collectively referred to as the drive detection circuit unit 50. The drive detection circuit unit 50 includes an impedance conversion circuit 51, an addition circuit 52, an oscillation circuit 53, a differential amplification circuit 54, a synchronous detection circuit 55, a DC amplification circuit 56, and the like.

駆動検出回路部50は、図4に示すように、振動素子20の第1検出電極30Rに対してインピーダンス変換回路51と差動増幅回路54とが接続される。駆動検出回路部50は、インピーダンス変換回路51に加算回路52が接続され、この加算回路52に接続された発振回路53が第2検出電極30Lと接続される。駆動検出回路部50は、差動増幅回路54と発振回路53とに同期検波回路55が接続され、この同期検波回路55に直流増幅回路56が接続される。なお、振動素子20の基準電極層27は、支持基板2側の基準電位57と接続される。   As shown in FIG. 4, in the drive detection circuit unit 50, an impedance conversion circuit 51 and a differential amplification circuit 54 are connected to the first detection electrode 30 </ b> R of the vibration element 20. In the drive detection circuit unit 50, an addition circuit 52 is connected to the impedance conversion circuit 51, and an oscillation circuit 53 connected to the addition circuit 52 is connected to the second detection electrode 30L. In the drive detection circuit unit 50, a synchronous detection circuit 55 is connected to the differential amplifier circuit 54 and the oscillation circuit 53, and a DC amplifier circuit 56 is connected to the synchronous detection circuit 55. The reference electrode layer 27 of the vibration element 20 is connected to the reference potential 57 on the support substrate 2 side.

駆動検出回路部50は、振動素子20とインピーダンス変換回路51と加算回路52と発振回路53とによって自励発振回路を構成し、発振回路53から振動素子20の振動子部23に形成した駆動電極層29に対して所定周波数の発振出力Vg0を印加することによって固有振動を生じさせる。駆動検出回路部50は、振動素子20の第1検出電極30Rからの出力Vgrと第2検出電極30Lからの出力Vglとがインピーダンス変換回路51に供給され、これらの入力に基づいてインピーダンス変換回路51から加算回路52に対してそれぞれ出力VzrとVzlとを出力する。駆動検出回路部50は、これらの入力に基づいて加算回路52から発振回路53に対して加算出力Vsaが帰還される。   In the drive detection circuit unit 50, the vibration element 20, the impedance conversion circuit 51, the addition circuit 52, and the oscillation circuit 53 constitute a self-excited oscillation circuit, and drive electrodes formed on the vibrator unit 23 of the vibration element 20 from the oscillation circuit 53. By applying an oscillation output Vg0 having a predetermined frequency to the layer 29, a natural vibration is generated. In the drive detection circuit unit 50, the output Vgr from the first detection electrode 30R and the output Vgl from the second detection electrode 30L of the vibration element 20 are supplied to the impedance conversion circuit 51, and the impedance conversion circuit 51 is based on these inputs. Output Vzr and Vzl to the adder circuit 52, respectively. The drive detection circuit unit 50 feeds back the addition output Vsa from the addition circuit 52 to the oscillation circuit 53 based on these inputs.

駆動検出回路部50は、振動素子20の第1検出電極30Rからの出力Vgrと第2検出電極30Lからの出力Vglとが差動増幅回路54に供給される。駆動検出回路部50は、後述するように振動素子20が手振れを検出した状態でこれら出力Vgrと出力Vglとに差異が生じることから、差動増幅回路54によって所定の出力Vdaを得る。駆動検出回路部50は、差動増幅回路54からの出力Vdaが、同期検波回路55に供給される。駆動検出回路部50は、同期検波回路55において出力Vdaを同期検波することで直流信号Vsdに変換して直流増幅回路56に供給し、所定の直流増幅を行った直流信号Vsdを出力する。   In the drive detection circuit unit 50, the output Vgr from the first detection electrode 30 </ b> R of the vibration element 20 and the output Vgl from the second detection electrode 30 </ b> L are supplied to the differential amplifier circuit 54. The drive detection circuit unit 50 obtains a predetermined output Vda by the differential amplifier circuit 54 because a difference occurs between the output Vgr and the output Vgl in a state where the vibration element 20 detects a hand shake as will be described later. In the drive detection circuit unit 50, the output Vda from the differential amplifier circuit 54 is supplied to the synchronous detection circuit 55. The drive detection circuit unit 50 synchronously detects the output Vda in the synchronous detection circuit 55 to convert the output Vda into a DC signal Vsd and supply the DC signal Vsd to the DC amplifier circuit 56, and outputs a DC signal Vsd that has been subjected to predetermined DC amplification.

駆動検出回路部50は、同期検波回路55が、差動増幅回路54の出力Vdaを、発振回路53から駆動信号に同期して出力されるクロック信号Vckのタイミングで全波整流した後で積分して直流信号Vsdを得る。駆動検出回路部50は、上述したようにこの直流信号Vsdを直流増幅器14において増幅して、出力することにより手振れにより生じる角速度信号の検出が行われるようにする。   The drive detection circuit unit 50 integrates the synchronous detection circuit 55 after full-wave rectifying the output Vda of the differential amplifier circuit 54 at the timing of the clock signal Vck output from the oscillation circuit 53 in synchronization with the drive signal. To obtain a DC signal Vsd. As described above, the drive detection circuit unit 50 amplifies the DC signal Vsd in the DC amplifier 14 and outputs the amplified signal to detect an angular velocity signal caused by camera shake.

駆動検出回路部50は、インピーダンス変換回路51がハイ・インピーダンス入力z2の状態でロー・インピーダンス出力z3を得るようになっており、第1検出電極30Rと第2検出電極30L間のインピーダンスz1と加算回路52の入力間のインピーダンスz4とを分離する作用を奏する。駆動検出回路部50においては、インピーダンス変換回路51を設けることによってこれら第1検出電極30Rと第2検出電極30Lとから大きな出力差異を得ることが可能となる。   The drive detection circuit unit 50 is configured to obtain a low impedance output z3 when the impedance conversion circuit 51 is in a high impedance input z2, and adds to the impedance z1 between the first detection electrode 30R and the second detection electrode 30L. There exists an effect | action which isolate | separates impedance z4 between the inputs of the circuit 52. FIG. In the drive detection circuit unit 50, it is possible to obtain a large output difference from the first detection electrode 30R and the second detection electrode 30L by providing the impedance conversion circuit 51.

駆動検出回路部50においては、上述したインピーダンス変換回路51が入力と出力とのインピーダンス変換機能を奏し信号の大きさに影響を与えることは無い。したがって、駆動検出回路部50においては、第1検出電極30Rからの出力Vgrとインピーダンス変換回路51の一方側の出力Vzr及び第2検出電極30Lからの出力Vglとインピーダンス変換回路51の他方側の出力Vzlとがそれぞれ同一の大きさである。駆動検出回路部50においては、振動素子20によって手振れ検出が行われて第1検出電極30Rからの出力Vgrと第2検出電極30Lからの出力Vglとに差があっても、加算回路52からの出力Vsaに保持される。   In the drive detection circuit unit 50, the impedance conversion circuit 51 described above performs an impedance conversion function between input and output, and does not affect the magnitude of the signal. Accordingly, in the drive detection circuit unit 50, the output Vgr from the first detection electrode 30R, the output Vzr on one side of the impedance conversion circuit 51, the output Vgl from the second detection electrode 30L, and the output on the other side of the impedance conversion circuit 51 Vzl is the same size. In the drive detection circuit unit 50, even if there is a difference between the output Vgr from the first detection electrode 30 </ b> R and the output Vgl from the second detection electrode 30 </ b> L due to hand vibration detection by the vibration element 20, It is held at the output Vsa.

駆動検出回路部50においては、例えばスイッチング動作等によってノイズが重畳されることがあっても、発振回路53の出力Vgoに重畳されたノイズ成分が振動素子20におけるバンドフィルタと同等の働きによって共振周波数以外の成分が除去されることで、差動増幅回路54からノイズ成分が除去された高精度の出力Vdaを得ることが可能となる。なお、振動型ジャイロセンサ1は、上述した駆動検出回路部50に限定されるものでは無く、固有振動する振動素子部23の手振れ動作による変位を圧電薄膜層28と一対の検出電極30とによって検出し、適宜の処理を行って検出出力を得るように構成されればよい。   In the drive detection circuit unit 50, the noise component superimposed on the output Vgo of the oscillation circuit 53 is equivalent to the band filter in the vibration element 20, even if noise is superimposed due to, for example, a switching operation or the like. By removing components other than those, it is possible to obtain a highly accurate output Vda from which noise components have been removed from the differential amplifier circuit 54. The vibration-type gyro sensor 1 is not limited to the drive detection circuit unit 50 described above, and a displacement due to a hand movement operation of the vibration element unit 23 that vibrates naturally is detected by the piezoelectric thin film layer 28 and the pair of detection electrodes 30. The detection output may be obtained by performing an appropriate process.

振動型ジャイロセンサ1においては、上述したようにX軸方向の角速度を検出する第1振動素子20XとY軸方向の角速度を検出する第2振動素子20Yとを備えている。振動型ジャイロセンサ1においては、第1振動素子20Xに接続された第1駆動検出回路部50XからX軸方向の検出出力VsdXを得るとともに、第2振動素子20Yに接続された第2駆動検出回路部50YからY軸方向の検出出力VsdYを得る。振動型ジャイロセンサ1においては、1個の支持基板2にそれぞれの振動子部23の軸線を異にして2個の振動素子20を精密に実装することで、構造の簡易化と小型化を図り、2軸方向の検出動作を高精度に行うことが可能である。   As described above, the vibration type gyro sensor 1 includes the first vibration element 20X that detects the angular velocity in the X-axis direction and the second vibration element 20Y that detects the angular velocity in the Y-axis direction. In the vibration type gyro sensor 1, the detection output VsdX in the X-axis direction is obtained from the first drive detection circuit unit 50X connected to the first vibration element 20X, and the second drive detection circuit connected to the second vibration element 20Y. A detection output VsdY in the Y-axis direction is obtained from the unit 50Y. In the vibration type gyro sensor 1, the two vibration elements 20 are precisely mounted on one support substrate 2 with different axes 23, thereby simplifying the structure and reducing the size. The detection operation in the biaxial direction can be performed with high accuracy.

振動型ジャイロセンサ1においては、上述した振動素子20が、例えば図7及び図8に示すように、主面21−1の方位面が(100)面、側面21−3の方位面が(110)面となるように切り出されたシリコン基板21を基材にして多数個が一括して形成された後に、切断工程を経て1個ずつに切り分けられる。なお、シリコン基板21については、振動素子20を完成させた状態で所定の大きさに切り分けられるが、説明の便宜上、大型の素材についても同一符号を付すものとする。   In the vibration type gyro sensor 1, the vibration element 20 described above includes, for example, as shown in FIGS. 7 and 8, the azimuth plane of the main surface 21-1 is the (100) plane and the azimuth plane of the side surface 21-3 is (110). ) After a large number of silicon substrates 21 cut out to form a surface are formed as a base material, they are cut into pieces one after another through a cutting process. Note that the silicon substrate 21 is cut into a predetermined size in a state where the vibration element 20 is completed, but for the sake of convenience of explanation, the same reference numerals are given to large materials.

シリコン基板21は、外形寸法が、工程に用いられる設備仕様に応じて切り出し寸法が適宜決定され例えば300×300(mm)とされる。シリコン基板21は、作業性やコスト等によって厚み寸法を決定されるが、少なくとも振動素子20の基部22の厚み寸法よりも大きな厚みであればよい。シリコン基板21は、上述したように基部22の厚みが300μmであるとともに振動子部23の厚みが100μmとすることから、300μmの基板が用いられる。   The outer dimensions of the silicon substrate 21 are appropriately determined according to the equipment specifications used in the process, and are set to, for example, 300 × 300 (mm). The thickness dimension of the silicon substrate 21 is determined depending on workability, cost, and the like, but may be a thickness that is at least larger than the thickness dimension of the base portion 22 of the vibration element 20. As described above, since the thickness of the base portion 22 is 300 μm and the thickness of the vibrator portion 23 is 100 μm, the silicon substrate 21 is a 300 μm substrate.

また、シリコン基板21には、後述するようにドープ処理が施されない略純単結晶シリコン基板或いは体積抵抗率が100Ω・cmmである単結晶シリコン基板が用いられる。シリコン基板21は、かかる単結晶シリコン基板を用いることによって、シリコン層が高抵抗値特性を有することになる。   As the silicon substrate 21, a substantially pure single crystal silicon substrate that is not subjected to doping treatment or a single crystal silicon substrate having a volume resistivity of 100Ω · cmm as described later is used. By using such a single crystal silicon substrate, the silicon substrate 21 has a high resistance value characteristic.

シリコン基板21には、熱酸化処理が施されて、図8に示すよう第1主面21−1上及び第2主面21−2上にそれぞれシリコン酸化膜(SiO膜)33A、33B(以下、個別に説明する場合を除いてシリコン酸化膜33と総称する。)が全面に亘って形成されている。シリコン酸化膜33は、後述するようにシリコン基板21に結晶異方性エッチング処理を施す際に保護膜として機能する。 The silicon substrate 21 is subjected to a thermal oxidation process, and as shown in FIG. 8, silicon oxide films (SiO 2 films) 33A and 33B (on the first main surface 21-1 and the second main surface 21-2, respectively). Hereinafter, the silicon oxide film 33 is generically formed unless otherwise described). As will be described later, the silicon oxide film 33 functions as a protective film when the silicon substrate 21 is subjected to crystal anisotropic etching.

振動素子製造工程は、シリコン基板21の第1主面21−1に形成したシリコン酸化膜33Aに対して、各振動素子20の形成領域に対応した振動素子形成部位を除去して開口部を形成する工程が施される。振動素子製造工程は、シリコン基板21のシリコン酸化膜33A上に例えば感光性フォトレジスト材によってフォトレジスト層34を全面に亘って形成する。なお、フォトレジスト層34は、半導体プロセスと同様に、シリコン酸化膜33Aをマイクロ波で加熱して水分を除去するプレベーキング処理を施した後に、感光性樹脂によって成膜される。   In the vibration element manufacturing process, an opening is formed by removing the vibration element formation portion corresponding to the formation region of each vibration element 20 from the silicon oxide film 33A formed on the first main surface 21-1 of the silicon substrate 21. The process to perform is given. In the vibration element manufacturing process, a photoresist layer 34 is formed over the entire surface of the silicon oxide film 33A of the silicon substrate 21 by using, for example, a photosensitive photoresist material. Similar to the semiconductor process, the photoresist layer 34 is formed of a photosensitive resin after a pre-baking process for removing moisture by heating the silicon oxide film 33A with microwaves.

振動素子製造工程は、フォトレジスト層34に対して各振動素子形成部位を開口部としたマスキングを行った状態で、フォトレジスト層34に対して露光、現像処理を施す。振動素子製造工程は、これらの工程を経て、図9及び図10に示すように振動素子形成部位に対応したフォトレジスト層34を除去してシリコン酸化膜33Aを外方に臨ませるフォトレジスト層開口部35を形成する。なお、シリコン基板21には、図9に示すように3×5個のフォトレジスト層開口部35が形成されることによって、15個の振動素子20が一括して形成される。   In the vibration element manufacturing process, the photoresist layer 34 is exposed and developed in a state in which the photoresist layer 34 is masked with each vibration element forming portion as an opening. Through these steps, the vibration element manufacturing process removes the photoresist layer 34 corresponding to the vibration element forming portion and exposes the silicon oxide film 33A to the outside as shown in FIGS. A portion 35 is formed. In the silicon substrate 21, as shown in FIG. 9, 3 × 5 photoresist layer openings 35 are formed, so that 15 vibration elements 20 are collectively formed.

振動素子製造工程は、フォトレジスト層34を除去した後に、フォトレジスト層開口部35に臨ませられたシリコン酸化膜33Aを除去する第1エッチング処理を施し、さらにシリコン基板21に対して振動素子20の振動子部23に対応する部位を形成する第2エッチング処理が施される。第1エッチング処理は、シリコン基板21の界面の平滑性を保持するために、シリコン酸化膜33Aのみを除去する湿式エッチング法を採用するが、この方法に限定されるものでは無く例えばイオンエッチング法等の適宜のエッチング処理であってもよい。   In the vibration element manufacturing process, after removing the photoresist layer 34, a first etching process is performed to remove the silicon oxide film 33 </ b> A exposed to the photoresist layer opening 35, and the vibration element 20 is applied to the silicon substrate 21. A second etching process for forming a portion corresponding to the vibrator portion 23 is performed. The first etching process employs a wet etching method in which only the silicon oxide film 33A is removed in order to maintain the smoothness of the interface of the silicon substrate 21, but is not limited to this method. For example, an ion etching method or the like is used. The appropriate etching process may be used.

第1エッチング処理には、エッチング液として例えばフッ化アンモニウム溶液を用い、シリコン酸化膜33Aを除去してシリコン酸化膜開口部36を形成することにより、図11及び図12に示すように、シリコン基板21の第1主面21−1を外方に臨ませる。なお、第1エッチング処理は、長時間に亘ってエッチングを行った場合にシリコン酸化膜開口部36の側面からエッチングが進行するいわゆるサイドエッチング現象が生じることから、シリコン酸化膜33Aがエッチングされた時点で終了するようにエッチング時間を正確に管理することが好ましい。   In the first etching process, for example, an ammonium fluoride solution is used as an etchant, and the silicon oxide film 33A is removed to form a silicon oxide film opening 36, thereby forming a silicon substrate as shown in FIGS. The 21st main surface 21-1 of 21 is made to face outward. In the first etching process, when etching is performed for a long time, a so-called side etching phenomenon occurs in which the etching proceeds from the side surface of the silicon oxide film opening 36, and therefore, when the silicon oxide film 33A is etched. It is preferable to accurately manage the etching time so that the process ends.

第2エッチング処理は、シリコン酸化膜開口部36から外方に臨ませられたシリコン基板21を振動子部23の厚みまでエッチングする工程であり、シリコン基板21の結晶方向にエッチング速度が依存する性質を利用した結晶異方性の湿式エッチングが施される。第2エッチング処理は、エッチング液として例えばTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)やKOH(水酸化カリウム)或いはEDP(エチレンジアミン−ピロカテコール−水)溶液が用いられる。第2エッチング処理は、具体的にはエッチング液として表裏面のシリコン酸化膜33A、33Bのエッチングレートの選択比がより大きくなるTMAH20%溶液を用い、このエッチング液を撹拌しながら温度を80℃に保ち、6時間のエッチングを行った。   The second etching process is a process in which the silicon substrate 21 exposed outward from the silicon oxide film opening 36 is etched to the thickness of the vibrator portion 23, and the etching rate depends on the crystal direction of the silicon substrate 21. The crystal anisotropic wet etching is used. In the second etching process, for example, TMAH (tetramethylammonium hydroxide), KOH (potassium hydroxide), or EDP (ethylenediamine-pyrocatechol-water) solution is used as an etchant. Specifically, in the second etching process, a TMAH 20% solution that increases the etching rate selectivity of the silicon oxide films 33A and 33B on the front and rear surfaces is used as an etchant, and the temperature is raised to 80 ° C. while stirring the etchant. Kept for 6 hours etching.

第2エッチング処理は、シリコン基板21が第1主面21−1に対して側面21−3の対エッチング性が小さい特性によって、(100)面に対して約55°の角度の面方位となる(110)面が出現し、シリコン基板21の第1主面21−1に図13及び図14に示すように所定の寸法形状を有する矩形凹部37を形成する。第2エッチング処理は、シリコン酸化膜開口部36に臨ませられたシリコン基板21の厚みを振動子部23の厚みに達するまでエッチングすることによって、図15に詳細を示すいわゆるダイヤフラム部38を形成する。   In the second etching process, the silicon substrate 21 has a surface orientation of an angle of about 55 ° with respect to the (100) plane due to the low etching resistance of the side surface 21-3 with respect to the first main surface 21-1. A (110) plane appears, and a rectangular recess 37 having a predetermined size and shape is formed on the first main surface 21-1 of the silicon substrate 21 as shown in FIGS. In the second etching process, the thickness of the silicon substrate 21 exposed to the silicon oxide film opening 36 is etched until the thickness of the vibrator portion 23 is reached, thereby forming a so-called diaphragm portion 38 shown in detail in FIG. .

矩形凹部37は、図13に示すように長さ寸法t8、幅寸法t9の開口寸法を有し、図15に示すように深さ寸法t10を以って形成される。矩形凹部37は、図15に示すように、第1主面21−1から第2主面21−2側に向かって次第に開口寸法が小さくなる断面が台形の空間部を構成する。矩形凹部37は、内周壁が上述したように内方下がりに55°の傾斜角度θを付されて形成される。ダイヤフラム部38は、後述するように振動子部23の幅寸法t6と長さ寸法t5及びその外周部に形成する後述する外形溝39の幅寸法t7(図28参照)とによって規定する。外形溝39は、幅寸法t7が、(深さ寸法t10×1/tan55°)で求められる。   The rectangular recess 37 has an opening dimension of a length dimension t8 and a width dimension t9 as shown in FIG. 13, and is formed with a depth dimension t10 as shown in FIG. As shown in FIG. 15, the rectangular concave portion 37 forms a trapezoidal space section whose opening size gradually decreases from the first main surface 21-1 toward the second main surface 21-2 side. As described above, the rectangular recess 37 is formed with an inclination angle θ of 55 ° inwardly descending as described above. The diaphragm portion 38 is defined by a width dimension t6 and a length dimension t5 of the vibrator portion 23 and a width dimension t7 (see FIG. 28) of an outer groove 39 which will be formed on the outer peripheral portion as will be described later. The outer groove 39 is required to have a width dimension t7 (depth dimension t10 × 1 / tan 55 °).

したがって、矩形凹部37は、ダイヤフラム部38の幅を規定する開口幅寸法t9が、(t10×1/tan55°)×2+t6(振動子部23の幅寸法)+2×t7(スリットの幅寸法)から求められる。矩形凹部34は、幅寸法t9が、t10=200μm、t6=100μm、t7=200μmとすると、t9=780μmとなる。   Therefore, the rectangular recess 37 has an opening width dimension t9 that defines the width of the diaphragm section 38, from (t10 × 1 / tan 55 °) × 2 + t6 (width dimension of the vibrator section 23) + 2 × t7 (slit width dimension). Desired. When the width t9 of the rectangular recess 34 is t10 = 200 μm, t6 = 100 μm, and t7 = 200 μm, t9 = 780 μm.

シリコン基板21には、上述した第2エッチング処理を施すことによって長さ方向についても幅方向と同様にその内周壁がそれぞれ傾斜角度を55°の傾斜面として構成された矩形凹部37を形成する。したがって、矩形凹部37は、ダイヤフラム部38の長さを規定する長さ寸法t8が、(t10×1/tan55°)×2+t5(振動子部23の長さ寸法)+t7(スリットの幅寸法)から求められる。矩形凹部37は、長さ寸法t8が、t10=200μm、t5=2.5mm、t7=200μmとすると、t8=2980μmとなる。   By performing the second etching process described above, the silicon substrate 21 is formed with a rectangular recess 37 whose inner wall is configured as an inclined surface having an inclination angle of 55 ° in the length direction as in the width direction. Therefore, the rectangular recess 37 has a length dimension t8 that defines the length of the diaphragm section 38, from (t10 × 1 / tan 55 °) × 2 + t5 (length dimension of the vibrator section 23) + t7 (width dimension of the slit). Desired. When the length t8 of the rectangular recess 37 is t10 = 200 μm, t5 = 2.5 mm, and t7 = 200 μm, t8 = 2980 μm.

振動素子製造工程は、上述した工程を経て、シリコン基板21に矩形凹部37の底面と第2主面21−2との間に、所定の厚みを有して振動子部23を構成する図15に示す矩形のダイヤフラム部38を形成する。振動素子製造工程は、ダイヤフラム部38の第2主面21−2側を加工面として電極形成工程が施される。電極形成工程は、例えばマグネトロンスパッタ装置によって、第2主面21−2上に、図16に示すようにシリコン酸化膜33Bを介して基準電極層27を構成する第1電極層40と、圧電薄膜層28を構成する圧電膜層41と、駆動電極層29及び検出電極30とを構成する第2電極層42とを積層形成する。   In the vibration element manufacturing process, the vibrator unit 23 is configured to have a predetermined thickness between the bottom surface of the rectangular recess 37 and the second main surface 21-2 on the silicon substrate 21 through the above-described steps. A rectangular diaphragm portion 38 shown in FIG. In the vibration element manufacturing process, an electrode forming process is performed with the second main surface 21-2 side of the diaphragm portion 38 as a processed surface. The electrode forming step is performed by, for example, using a magnetron sputtering apparatus, the first electrode layer 40 constituting the reference electrode layer 27 on the second main surface 21-2 via the silicon oxide film 33B as shown in FIG. A piezoelectric film layer 41 constituting the layer 28 and a second electrode layer 42 constituting the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 are laminated.

なお、振動素子製造工程においては、振動子部23に対する上述した第1電極層40の形成工程と第2電極層42の形成工程に合わせて、基部22の形成部位に各リード31や端子部25を形成するための導体層の形成工程も同時に行われるようにする。   In the vibration element manufacturing process, each lead 31 and terminal part 25 is formed on the formation part of the base 22 in accordance with the above-described formation process of the first electrode layer 40 and the formation process of the second electrode layer 42 with respect to the vibrator part 23. The step of forming a conductor layer for forming the film is also performed at the same time.

第1電極層形成工程は、振動子構成部位35のシリコン酸化膜層30B上に全面に亘ってチタンをスパッタリングしてチタン薄膜層を形成する工程と、このチタン薄膜層上にプラチナをスパッタリングしてプラチナ層を形成して2層構成の第1電極層40を積層形成する。チタン薄膜層形成工程は、ガス圧0.5Pa、RF(高周波)パワー1kWのスパッタ条件でシリコン酸化膜層30B上に膜厚が50nm程度のチタン薄膜層を成膜する。プラチナ層形成工程は、ガス圧0.5Pa、RFパワー0.5kWのスパッタ条件でチタン薄膜層上に膜厚が200nm程度のプラチナ薄膜層を成膜する。   In the first electrode layer forming step, a titanium thin film layer is formed by sputtering titanium over the entire surface of the silicon oxide film layer 30B of the vibrator constituting portion 35, and platinum is sputtered on the titanium thin film layer. A platinum layer is formed to form a first electrode layer 40 having a two-layer structure. In the titanium thin film layer forming step, a titanium thin film layer having a thickness of about 50 nm is formed on the silicon oxide film layer 30B under sputtering conditions of a gas pressure of 0.5 Pa and an RF (high frequency) power of 1 kW. In the platinum layer forming step, a platinum thin film layer having a thickness of about 200 nm is formed on the titanium thin film layer under sputtering conditions of a gas pressure of 0.5 Pa and an RF power of 0.5 kW.

第1電極層40は、チタン薄膜層がシリコン酸化膜層30Bとの密着性を向上させる作用を奏するとともに、プラチナ層が良好な電極として作用する。第1電極層形成工程は、上述した第1電極層40の形成と同時にダイヤフラム部38から基部22の形成領域へと延長して第1リード31Aと第1端子部25Aとを構成する電極層を形成する。   As for the 1st electrode layer 40, while a titanium thin film layer has the effect | action which improves the adhesiveness with the silicon oxide film layer 30B, a platinum layer acts as a favorable electrode. In the first electrode layer forming step, the electrode layer constituting the first lead 31A and the first terminal portion 25A is formed by extending from the diaphragm portion 38 to the formation region of the base portion 22 simultaneously with the formation of the first electrode layer 40 described above. Form.

圧電膜層形成工程は、上述した第1電極層40上に全面に亘って、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)をスパッタリングして所定の厚みの圧電膜層37を積層形成する。圧電膜層形成工程は、Pb(1+x)(Zr0.53Ti0.47)O3−y酸化物をターゲットとして用いて、ガス圧0.7Pa、RFパワー0.5kWのスパッタ条件で第1電極層40上に膜厚が1μm程度のPZT層からなる圧電膜層41を薄膜形成する。圧電膜層形成工程は、電気炉により圧電膜層41をベーキングすることによって、結晶化熱処理を施す。ベーキング処理は、例えば酸素雰囲気下で、700℃、10分間の条件で行う。なお、圧電膜層41は、上述した第1電極層40から延長された基部22の形成領域に形成された電極層の一部を被覆して形成される。 In the piezoelectric film layer forming step, a piezoelectric film layer 37 having a predetermined thickness is formed by sputtering, for example, lead zirconate titanate (PZT) over the entire surface of the first electrode layer 40 described above. The piezoelectric film layer forming step is performed by using a Pb (1 + x) (Zr 0.53 Ti 0.47 ) O 3-y oxide as a target and a sputtering condition with a gas pressure of 0.7 Pa and an RF power of 0.5 kW. A piezoelectric film layer 41 made of a PZT layer having a thickness of about 1 μm is formed on the electrode layer 40 as a thin film. In the piezoelectric film layer forming step, a crystallization heat treatment is performed by baking the piezoelectric film layer 41 with an electric furnace. For example, the baking process is performed in an oxygen atmosphere at 700 ° C. for 10 minutes. The piezoelectric film layer 41 is formed so as to cover a part of the electrode layer formed in the formation region of the base portion 22 extended from the first electrode layer 40 described above.

第2電極層形成工程は、上述した圧電膜層41上に全面に亘って、プラチナをスパッタリングしてプラチナ層を形成することによって第2電極層42を積層形成する。第2電極層形成工程は、ガス圧0.5Pa、RFパワー0.5kWのスパッタ条件で圧電膜層41上に膜厚が200nm程度のプラチナ薄膜層を成膜する。   In the second electrode layer forming step, the second electrode layer 42 is formed by laminating platinum over the entire surface of the piezoelectric film layer 41 to form a platinum layer by sputtering platinum. In the second electrode layer forming step, a platinum thin film layer having a thickness of about 200 nm is formed on the piezoelectric film layer 41 under sputtering conditions of a gas pressure of 0.5 Pa and an RF power of 0.5 kW.

振動素子製造工程は、上述した工程を経て最上層に形成された第2電極層42に対してパターニング処理を施す第2電極層パターニング工程によって、図17及び図18に示すように所定形状の駆動電極層29と一対の検出電極30R、30Lとを形成する。駆動電極層29は、上述したように振動子部23を駆動させる所定の駆動電圧が印加される電極であり、振動子部23の幅方向の中央領域に所定の幅を以って長さ方向のほぼ全域に亘って形成される。検出電極30は、振動子部23に発生したコリオリ力を検出する電極であり、駆動電極層29の両側に位置して長さ方向のほぼ全域に亘って互いに絶縁を保持されて平行に形成される。   As shown in FIGS. 17 and 18, the vibration element manufacturing process is driven in a predetermined shape as shown in FIGS. 17 and 18 by the second electrode layer patterning process in which the second electrode layer 42 formed in the uppermost layer through the above-described processes is subjected to the patterning process. An electrode layer 29 and a pair of detection electrodes 30R and 30L are formed. The drive electrode layer 29 is an electrode to which a predetermined drive voltage for driving the vibrator unit 23 is applied as described above, and the longitudinal direction with a predetermined width in the center region in the width direction of the vibrator unit 23. Is formed over almost the entire area. The detection electrode 30 is an electrode for detecting the Coriolis force generated in the vibrator unit 23 and is formed on the both sides of the drive electrode layer 29 so as to be insulated from each other over almost the entire length direction in parallel. The

第2電極層パターニング工程は、第2電極層42に対してフォトリソグラフ処理を施して図17に示すように圧電膜層37上に駆動電極層29と検出電極30とを形成する。第2電極層パターニング工程は、第2電極層42上にレジスト層を形成し、駆動電極層29と検出電極30との対応部位を例えばイオンエッチング法等によって除去した後にレジスト層を洗浄する等の工程を経て、駆動電極層29と検出電極30とをパターン形成する。第2電極層パターニング工程は、かかる工程に限定されず、半導体プロセスにおいて採用されている適宜の導電層形成工程を利用して駆動電極層2や検出電極30を形成するようにしてもよいことは勿論である。   In the second electrode layer patterning step, the second electrode layer 42 is subjected to a photolithography process to form the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 on the piezoelectric film layer 37 as shown in FIG. In the second electrode layer patterning step, a resist layer is formed on the second electrode layer 42, and the resist layer is washed after removing a corresponding portion between the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 by, for example, an ion etching method. Through the process, the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 are patterned. The second electrode layer patterning step is not limited to this step, and the drive electrode layer 2 and the detection electrode 30 may be formed using an appropriate conductive layer forming step employed in the semiconductor process. Of course.

第2電極層パターニング工程においては、駆動電極層29と検出電極30とが、図17に示すように先端部とともに振動子部23の根元となる根元部位43においても同一となるようにして形成される。第2電極層パターニング工程においては、根元部位43において一致された駆動電極層29と検出電極30との基端部に、それぞれ幅広とされたリード接続部29−1、30R−1、30L−1が一体にパターン形成される。   In the second electrode layer patterning step, the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 are formed so as to be the same at the root portion 43 as the root of the vibrator portion 23 as well as the tip portion as shown in FIG. The In the second electrode layer patterning step, lead connection portions 29-1, 30R-1, and 30L-1 that are widened at the base end portions of the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 that are matched at the root portion 43, respectively. Are integrally formed with a pattern.

第2電極層パターニング工程は、例えば長さ寸法t12がそれぞれ2mmであり、幅寸法t13が50μmの駆動電極層29を挟んで、幅寸法t14が10μmの第1検出電極30Rと第2検出電極30Lとを、5μmの間隔寸法t15を以ってパターン形成する。また、第2電極層パターニング工程は、長さ寸法t16がそれぞれ50μm、幅寸法t17もそれぞれ50μmとしたリード接続部29−1、30R−1、30L−1をパターン形成する。なお、第2電極層パターニング工程は、駆動電極層29と検出電極30とが上述した寸法値に限定されるもので無く、振動子部23の第2主面上に形成することが可能な範囲で適宜形成される。   In the second electrode layer patterning step, for example, the first detection electrode 30R and the second detection electrode 30L each having a width dimension t14 of 10 μm sandwiching the drive electrode layer 29 having a length dimension t12 of 2 mm and a width dimension t13 of 50 μm. Are formed with an interval dimension t15 of 5 μm. In the second electrode layer patterning step, lead connection portions 29-1, 30R-1, and 30L-1 having a length dimension t16 of 50 μm and a width dimension t17 of 50 μm, respectively, are pattern-formed. In the second electrode layer patterning step, the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 are not limited to the above-described dimension values, and can be formed on the second main surface of the vibrator portion 23. It is formed as appropriate.

振動素子製造工程は、圧電膜層41に対して上述した駆動電極層29と検出電極30よりも大きな面積の部位を残して圧電膜層パターニング処理を施すことによって、圧電薄膜層28を形成する。圧電薄膜層28は、振動子部23に対して、その幅よりもやや小幅であり基端部から先端部の先端近傍位置に亘って形成される。   In the vibration element manufacturing process, the piezoelectric thin film layer 28 is formed by performing a piezoelectric film layer patterning process on the piezoelectric film layer 41 while leaving a portion having a larger area than the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 described above. The piezoelectric thin film layer 28 is slightly smaller than the width of the vibrator portion 23 and is formed from the proximal end portion to the vicinity of the distal end of the distal end portion.

圧電膜層パターニング工程は、圧電膜層41に対してフォトリソグラフ処理を施して圧電薄膜層28の対応部位にレジスト層を形成し、不要な部位の圧電膜層41を例えばフッ硝酸溶液を用いた湿式エッチング法等によって除去した後に、レジスト層を洗浄する等の工程を経て、図19及び図20に示す圧電薄膜層28を形成する。なお、圧電膜層パターニング工程においては、圧電膜層41を湿式エッチング法によってエッチング処理を施すようにしたが、かかる工程に限定されるものでは無く、例えばイオンエッチング法や反応性イオンエッチング法(RIE:Reactive Ion Etching)等の適宜の方法を施すことにより圧電薄膜層28を形成するようにしてもよいことは勿論である。   In the piezoelectric film layer patterning process, a photolithography process is performed on the piezoelectric film layer 41 to form a resist layer at a corresponding portion of the piezoelectric thin film layer 28, and the piezoelectric film layer 41 at an unnecessary portion is made of, for example, a hydrofluoric acid solution. After removal by a wet etching method or the like, the piezoelectric thin film layer 28 shown in FIGS. 19 and 20 is formed through a process such as cleaning the resist layer. In the piezoelectric film layer patterning step, the piezoelectric film layer 41 is etched by a wet etching method. However, the present invention is not limited to such a process, and for example, an ion etching method or a reactive ion etching method (RIE). Of course, the piezoelectric thin film layer 28 may be formed by applying an appropriate method such as (Reactive Ion Etching).

圧電膜層パターニング工程においては、圧電薄膜層28の基端部が図19に示すように振動子部23の根元となる根元部位43において駆動電極層29と検出電極30と同一となるようにして形成される。圧電膜層パターニング工程においては、基端部から駆動電極層29や検出電極30のリード接続部29−1、30R−1、30L−1よりも大きな面積を有して端子受け部28−1が一体にパターン形成される。   In the piezoelectric film layer patterning step, the base end portion of the piezoelectric thin film layer 28 is made to be the same as the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 at the root portion 43 which is the root of the vibrator portion 23 as shown in FIG. It is formed. In the piezoelectric film layer patterning step, the terminal receiving portion 28-1 has a larger area than the lead connection portions 29-1, 30R-1, and 30L-1 of the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30 from the base end portion. Patterned together.

圧電膜層パターニング工程は、長さ寸法t18が2.2mm、幅寸法t19が90μmの圧電薄膜層28をパターン形成する。圧電膜層パターニング工程は、リード接続部29−1、30R−1、30L−1の周囲に5μmの幅寸法を有して端子受け部28−1がパターン形成される。なお、圧電膜層パターニング工程は、圧電薄膜層28が上述した寸法値に限定されるもので無く、駆動電極層29や検出電極30よりも大きな面積を以って振動子部23の第2主面上に形成することが可能な範囲で適宜形成される。   In the piezoelectric film layer patterning step, the piezoelectric thin film layer 28 having a length dimension t18 of 2.2 mm and a width dimension t19 of 90 μm is patterned. In the piezoelectric film layer patterning step, the terminal receiving portion 28-1 is patterned with a width of 5 μm around the lead connecting portions 29-1, 30R-1, and 30L-1. In the piezoelectric film layer patterning step, the piezoelectric thin film layer 28 is not limited to the above-described dimension value, and has a larger area than the drive electrode layer 29 and the detection electrode 30, and the second main main portion of the vibrator unit 23. It is suitably formed as long as it can be formed on the surface.

振動素子製造工程は、第1電極層パターニング工程によって圧電膜層41が除去された第1電極層40に対して、上述した第2電極層パターニング工程と同様のパターニング処理を施して図21及び図22に示すように基準電極層27をパターン形成する。第1電極層パターニング工程は、第1電極層40上にレジスト層を形成し、基準電極層27の対応部位を例えばイオンエッチング法等によって除去した後にレジスト層を洗浄する等の工程を経て、基準電極層27をパターン形成する。第1電極層パターニング工程は、かかる工程に限定されず、半導体プロセスにおいて採用されている適宜の導電層形成工程を利用して基準電極層27を形成するようにしてもよいことは勿論である。   In the vibration element manufacturing process, the same patterning process as that of the second electrode layer patterning process described above is performed on the first electrode layer 40 from which the piezoelectric film layer 41 has been removed by the first electrode layer patterning process. The reference electrode layer 27 is patterned as shown in FIG. In the first electrode layer patterning step, a resist layer is formed on the first electrode layer 40, the corresponding portion of the reference electrode layer 27 is removed by, for example, an ion etching method, and then the resist layer is washed. The electrode layer 27 is patterned. The first electrode layer patterning step is not limited to this step, and it is needless to say that the reference electrode layer 27 may be formed using an appropriate conductive layer forming step employed in the semiconductor process.

第1電極層パターニング工程においては、振動子部23の第2主面上においてその幅よりもやや小幅で圧電薄膜層28よりも大きな幅を有する基準電極層27を形成する。第1電極層パターニング工程においては、基準電極層27の基端部が図21に示すように振動子部23の根元となる根元部位43において駆動電極層29と検出電極30及び圧電薄膜層28と同一となるようにして形成される。第1電極層パターニング工程においては、基端部から側方へと一体に引き出されて基部22の形成部位上に第1リード31Aとその先端部に第1端子部25Aとをパターン形成する。第1電極層パターニング工程は、長さ寸法t20が2.3mm、幅寸法t21が94μmとされ、圧電薄膜層28の周囲に5μmの幅寸法を以って基準電極層27を形成する。なお、第1電極層パターニング工程は、基準電極層27が上述した寸法値に限定されるもので無く、振動子部23の第2主面上に形成することが可能な範囲で適宜形成される。   In the first electrode layer patterning step, the reference electrode layer 27 is formed on the second main surface of the vibrator portion 23 and has a width slightly smaller than the width and larger than the piezoelectric thin film layer 28. In the first electrode layer patterning step, the drive electrode layer 29, the detection electrode 30, the piezoelectric thin film layer 28, and the base end portion of the reference electrode layer 27 are located at the root portion 43 that is the root of the vibrator portion 23 as shown in FIG. They are formed to be the same. In the first electrode layer patterning step, the first lead 31A and the first terminal portion 25A are pattern-formed on the portion where the base portion 22 is formed by being pulled out integrally from the base end portion. In the first electrode layer patterning step, the length dimension t20 is 2.3 mm, the width dimension t21 is 94 μm, and the reference electrode layer 27 is formed around the piezoelectric thin film layer 28 with a width dimension of 5 μm. Note that the first electrode layer patterning step is not limited to the above-described dimension value, and is appropriately formed as long as the reference electrode layer 27 can be formed on the second main surface of the vibrator portion 23. .

振動素子20は、上述した工程を経て基部22の形成部位に形成した駆動電極層29と検出電極30のリード接続部29−1、30R−1、30L−1と端子部25B〜25Dとが、リード31B〜31Dによってそれぞれ接続される。振動素子製造工程は、リード31B〜31Dが相対するリード接続部29−1、30R−1、30L−1と円滑に接続するために、図23及び図24に示す平坦化層24を形成する。   The vibration element 20 includes the drive electrode layer 29 formed in the formation portion of the base portion 22 through the above-described steps, the lead connection portions 29-1, 30R-1, and 30L-1 of the detection electrode 30, and the terminal portions 25B to 25D. The leads 31B to 31D are connected to each other. In the vibration element manufacturing process, the planarization layer 24 shown in FIGS. 23 and 24 is formed so that the leads 31B to 31D are smoothly connected to the opposing lead connection portions 29-1, 30R-1, and 30L-1.

振動素子20においては、リード接続部29−1、30R−1、30L−1と端子部25B〜25Dとを接続するリード31B〜31Dが圧電薄膜層28の端子受け部28−1や基準電極層27の端部を通過して基部22の形成部位を引き回される。振動素子20においては、上述したように圧電薄膜層28が圧電膜層41に湿式エッチング処理を施してパターニングすることから、エッチング箇所の端部がシリコン基板21の第2主面21−2側に向かって逆テーパ或いは垂直な段部となっている。振動素子20においては、基部22の形成部位にリード31B〜31Dを直接形成した場合に、段部において断線を生じさせてしまう。また、振動素子20においては、基部22の形成部位に圧電薄膜層28の端子受け部28−1から露出されるようにして基準電極層27の第1リード31Aが引き回されており、この第1リード31Aとリード31B〜31Dとの絶縁を保持する必要もある。   In the vibration element 20, the leads 31 </ b> B to 31 </ b> D that connect the lead connection portions 29-1, 30 </ b> R- 1 and 30 </ b> L- 1 to the terminal portions 25 </ b> B to 25 </ b> D are the terminal receiving portions 28-1 and the reference electrode layers of the piezoelectric thin film layer 28. The portion where the base portion 22 is formed is routed through the end portion of 27. In the vibration element 20, as described above, the piezoelectric thin film layer 28 performs patterning by performing wet etching on the piezoelectric film layer 41, so that the end portion of the etching portion is on the second main surface 21-2 side of the silicon substrate 21. It is a reverse taper or a vertical step. In the vibration element 20, when the leads 31 </ b> B to 31 </ b> D are directly formed at the formation portion of the base portion 22, disconnection is caused at the stepped portion. In the vibration element 20, the first lead 31 </ b> A of the reference electrode layer 27 is routed around the base 22 so as to be exposed from the terminal receiving portion 28-1 of the piezoelectric thin film layer 28. It is also necessary to maintain insulation between the one lead 31A and the leads 31B to 31D.

平坦化層形成工程は、基部22の形成部位に形成したレジスト層にフォトリソグラフ処理を施して、リード接続部29−1、30R−1、30L−1と第1リード31Aとを被覆するレジスト層をパターン形成する。平坦化層形成工程は、パターン形成されたレジスト層に280℃〜300℃程度の加熱処理を施して硬化させて平坦化層24を形成する。平坦化層形成工程は、幅寸法t24が200μm、長さ寸法t25が50μm、厚み寸法が2μmの平坦化層24を形成する。なお、平坦化層形成工程は、かかる工程に限定されるものでは無く、半導体プロセス等に実施される適宜のレジスト層形成工程や適宜の絶縁性材料を用いて平坦化層24を形成するようにしてもよい。   In the planarization layer forming step, the resist layer formed on the formation portion of the base portion 22 is subjected to photolithography processing to cover the lead connection portions 29-1, 30R-1, 30L-1 and the first lead 31A. The pattern is formed. In the planarization layer forming step, the patterned resist layer is heated and cured at about 280 ° C. to 300 ° C. to form the planarization layer 24. In the planarization layer forming step, the planarization layer 24 having a width dimension t24 of 200 μm, a length dimension t25 of 50 μm, and a thickness dimension of 2 μm is formed. Note that the planarization layer forming step is not limited to this step, and the planarization layer 24 is formed using an appropriate resist layer forming step performed in a semiconductor process or the like or an appropriate insulating material. May be.

振動素子製造工程は、基部22の形成部位に上述した第2端子部25B〜第4端子部25D及び第2リード31B〜第4リード31Dを形成する配線層形成工程が施される。配線層形成工程は、基部22の形成部位に全面に亘って感光性のフォトレジスト層を形成するとともに、このフォトレジスト層に対してフォトリソグラフ処理を施して第2端子部25B〜第4端子部25Dや第2リード31B〜第4リード31Dに対応する開口パターンを形成し、さらにスパッタリングによって各開口部内に導体層を形成して配線層を形成する。配線層形成工程は、所定の導体部を形成した後に、フォトレジスト層を除去して図25及び図26に示す第2端子部25B〜第4端子部25D及び第2リード31B〜第4リード31Dをパターン形成する。   In the vibration element manufacturing process, the wiring layer forming process for forming the second terminal portion 25B to the fourth terminal portion 25D and the second lead 31B to the fourth lead 31D described above is performed on the formation portion of the base portion 22. In the wiring layer forming step, a photosensitive photoresist layer is formed over the entire surface of the base 22 forming portion, and the photoresist layer is subjected to a photolithography process to form the second terminal portion 25B to the fourth terminal portion. An opening pattern corresponding to 25D and the second lead 31B to the fourth lead 31D is formed, and a conductor layer is formed in each opening by sputtering to form a wiring layer. In the wiring layer forming step, after a predetermined conductor portion is formed, the photoresist layer is removed and the second terminal portion 25B to the fourth terminal portion 25D and the second lead 31B to the fourth lead 31D shown in FIGS. The pattern is formed.

配線層形成工程は、シリコン酸化膜33Bに対する密着性の向上を図るチタン層を形成した後に、このチタン層上に電気抵抗が低く低コストの銅層を形成する。配線層形成工程は、チタン層を20nmの厚みで形成し、銅層を300nmの厚みで形成する。配線層形成工程は、かかる工程に限定されず、例えば半導体プロセスで汎用される各種の配線パターン形成技術によって配線層を形成するようにしてもよい。   In the wiring layer forming step, after forming a titanium layer for improving the adhesion to the silicon oxide film 33B, a low-cost copper layer having a low electrical resistance is formed on the titanium layer. In the wiring layer forming step, the titanium layer is formed with a thickness of 20 nm, and the copper layer is formed with a thickness of 300 nm. The wiring layer forming step is not limited to such a step, and the wiring layer may be formed by various wiring pattern forming techniques widely used in a semiconductor process, for example.

振動素子製造工程は、ダイヤフラム部38を貫通して振動子部23の外周部を構成する外形溝形成工程が施される。溝形成工程は、上述した各電極層を積層形成したシリコン基板21の振動子部23の一方側の根元部位43を始端として振動子部23を囲むようにして他方側の根元部位43を終端とする図27及び図28に示す略コ字状の外形溝39を形成する。外形溝39は、上述したように200μmの幅を以って形成される。   In the vibration element manufacturing process, an outer shape groove forming process that penetrates the diaphragm portion 38 and constitutes the outer peripheral portion of the vibrator portion 23 is performed. The groove forming step is a diagram in which the root portion 43 on the one side of the vibrator portion 23 of the silicon substrate 21 on which the above-described electrode layers are stacked is started and the root portion 43 on the other side is terminated so as to surround the vibrator portion 23. A substantially U-shaped outer groove 39 shown in FIG. 27 and FIG. 28 is formed. The outer shape groove 39 is formed with a width of 200 μm as described above.

外形溝形成工程は、具体的にはシリコン酸化膜33Bをコ字状に除去する第1エッチング工程と、露出されたシリコン基板21に貫通溝を形成する第2エッチング工程とからなる。第1エッチング工程は、シリコン酸化膜33B上に全面に亘って感光性のフォトレジスト層を形成するとともに、このフォトレジスト層に対してフォトリソグラフ処理を施してコ字状の開口パターンを形成する。第1エッチング工程は、開口パターンに露出されたシリコン酸化膜33Bをイオンエッチングによって除去する。なお、第1エッチング工程は、例えば湿式エッチングによってシリコン酸化膜33Bをコ字状に除去することも可能であるが、サイドエッチングによる寸法誤差の発生を考慮して、イオンエッチングが好適に実施される。   Specifically, the outer shape groove forming step includes a first etching step for removing the silicon oxide film 33B in a U-shape and a second etching step for forming a through groove in the exposed silicon substrate 21. In the first etching step, a photosensitive photoresist layer is formed over the entire surface of the silicon oxide film 33B, and a photolithographic process is performed on the photoresist layer to form a U-shaped opening pattern. In the first etching step, the silicon oxide film 33B exposed in the opening pattern is removed by ion etching. In the first etching step, the silicon oxide film 33B can be removed in a U shape by, for example, wet etching, but ion etching is preferably performed in consideration of generation of a dimensional error due to side etching. .

外形溝形成工程は、残されたシリコン酸化膜33Bを保護膜として、第2エッチング工程が施される。第2エッチング工程は、振動子部23の外周部が高精度の垂直面によって構成されるようにするために、シリコン基板21に対して例えば反応性イオンエッチングが施される。第2エッチング工程には、高密度なプラズマを生成する誘導結合型プラズマ(ICP:Indactively Coupled Prasma)を備えたエッチング装置が用いられ、SFガスを導入するエッチング処理と、Cガスを導入してエッチングした箇所に外周壁を保護するための保護膜形成工程とを繰り返すBosch(Bosch社)プロセスによって、毎分10μm程度の速度で垂直な内壁を有する外形溝39をシリコン基板2に形成する。 In the outer shape groove forming step, the second etching step is performed using the remaining silicon oxide film 33B as a protective film. In the second etching step, for example, reactive ion etching is performed on the silicon substrate 21 so that the outer peripheral portion of the vibrator portion 23 is configured by a highly accurate vertical surface. In the second etching process, an etching apparatus including an inductively coupled plasma (ICP) that generates high-density plasma is used, and an etching process for introducing SF 6 gas and a C 4 F 8 gas are used. Formed on the silicon substrate 2 is an external groove 39 having a vertical inner wall at a speed of about 10 μm per minute by a Bosch (Bosch) process that repeats a protective film forming step for protecting the outer peripheral wall at the introduced and etched location. To do.

振動素子製造工程は、シリコン基板21から各振動素子20を切り分ける切断工程が施される。振動素子製造工程においては、例えばダイヤモンドカッタ等によって基部22の部位に切断加工を施されることによって各振動素子20の切り分けが行われる。切断工程については、ダイヤモンドカッタによって切断溝を形成した後に、シリコン基板21を折って切り分けが行われる。なお、切断工程は、砥石や研削によりシリコン基板21の面方位を利用して切断を行うようにしてもよい。   In the vibration element manufacturing process, a cutting process for separating each vibration element 20 from the silicon substrate 21 is performed. In the vibration element manufacturing process, each vibration element 20 is cut by cutting the base 22 with a diamond cutter or the like, for example. About a cutting process, after forming a cutting groove with a diamond cutter, the silicon substrate 21 is folded and divided. In the cutting step, cutting may be performed using a surface orientation of the silicon substrate 21 by a grindstone or grinding.

振動素子製造工程においては、上述したように振動素子20を支持基板2に表面実装することから、各端子部25上に金バンプ26が形成される。金バンプ形成工程は、端子部25上に所定の開口部を有するめっきレジスト層を形成するとともに、金めっき処理により各開口部内に金めっき層を所定の高さまで成長させた後にめっきレジスト層を除去するリフトオフ法等によって金バンプ26を形成する。   In the vibration element manufacturing process, since the vibration element 20 is surface-mounted on the support substrate 2 as described above, the gold bumps 26 are formed on the respective terminal portions 25. In the gold bump forming process, a plating resist layer having a predetermined opening is formed on the terminal portion 25, and after the gold plating layer is grown to a predetermined height in each opening by gold plating, the plating resist layer is removed. The gold bumps 26 are formed by a lift-off method or the like.

なお、金バンプ形成工程においては、めっき処理の条件によって形成される金バンプ26の厚み(高さ)に限界があり、所望の高さを有する金バンプ26が形成し得ないこともある。金バンプ形成工程においては、1回のめっき処理によって所望の金バンプ26を得られない場合に、第1層の金めっき層を電極とする2回めっき処理を施していわゆる段付き金バンプ26を形成するようにしてもよい。金バンプ形成工程においては、必要に応じて基部22上にいわゆるダミーバンプも形成される。   In the gold bump forming step, the thickness (height) of the gold bump 26 formed by the plating process is limited, and the gold bump 26 having a desired height may not be formed. In the gold bump forming process, when a desired gold bump 26 cannot be obtained by a single plating process, a so-called stepped gold bump 26 is formed by performing a twice plating process using the first gold plating layer as an electrode. You may make it form. In the gold bump forming process, so-called dummy bumps are also formed on the base 22 as necessary.

振動素子製造工程においては、上述した金めっき法によるバンプ形成ばかりでなく、半導体プロセスで実施されている適宜のバンプ形成技術、例えば蒸着法や転写法或いはスタッドバンプ等によってバンプ形成を行うようにしてもよいことは勿論である。また、振動素子製造工程においては、金バンプ26と各端子部25との密着性を向上させるために、詳細を省略するが各端子部25にいわゆるバンプ下地金属層が形成される。   In the vibration element manufacturing process, not only bump formation by the gold plating method described above but also bump formation by an appropriate bump formation technique implemented in a semiconductor process, for example, vapor deposition method, transfer method, stud bump or the like. Of course, it is also good. Further, in the vibration element manufacturing process, in order to improve the adhesion between the gold bump 26 and each terminal portion 25, a so-called bump base metal layer is formed on each terminal portion 25 although the details are omitted.

以上の工程を経て製造された振動素子20は、シリコン基板21の第2主面21−2側を実装面として、支持基板2の主面2−1上に表面実装法によって実装される。振動素子20は、各端子部25に設けられた金バンプ26を支持基板2側の相対するランド4に位置合わせされる。振動素子20は、上述したように位置合わせ用マーク32が読み取られて、実装機により位置と向きを高精度に位置決めされて実装される。振動素子20は、支持基板2に押圧した状態で超音波が印加された各金バンプ26が相対するランド4に溶着されることで支持基板2の主面2−1上に実装される。支持基板2には、主面2−1上にIC回路素子7や電子部品8を実装した後にカバー部材15が取り付けられて振動型ジャイロセンサ1を完成させる。   The vibration element 20 manufactured through the above steps is mounted on the main surface 2-1 of the support substrate 2 by a surface mounting method with the second main surface 21-2 side of the silicon substrate 21 as a mounting surface. In the vibration element 20, the gold bumps 26 provided on the terminal portions 25 are aligned with the opposing lands 4 on the support substrate 2 side. As described above, the vibration element 20 is mounted by reading the alignment mark 32 and positioning the position and orientation with high accuracy by a mounting machine. The vibration element 20 is mounted on the main surface 2-1 of the support substrate 2 by welding the gold bumps 26 to which the ultrasonic waves are applied while pressed against the support substrate 2 to the opposing lands 4. A cover member 15 is attached to the support substrate 2 after mounting the IC circuit element 7 and the electronic component 8 on the main surface 2-1 to complete the vibration gyro sensor 1.

振動型ジャイロセンサ1は、振動素子20が、駆動電極層29に対して駆動検出回路部50から所定周波数の交流電圧が印加されることによって、振動子部23が固有の振動数を以って振動する。振動型ジャイロセンサ1は、振動素子20の振動子部23が、厚み方向である縦方向に縦共振周波数で共振するとともに幅方向である横方向にも横共振周波数で共振する。振動型ジャイロセンサ1は、振動素子20が、縦共振周波数と横共振周波数との差である離調度が小さいほど高感度特性を有する。振動型ジャイロセンサ1は、上述したように結晶異方性エッチング処理や反応性イオンエッチング処理を施して振動子部23の外周部を精度よく形成することで高離調度化が図られている。   In the vibration type gyro sensor 1, when the vibration element 20 is applied with an alternating voltage of a predetermined frequency from the drive detection circuit unit 50 to the drive electrode layer 29, the vibrator unit 23 has a specific frequency. Vibrate. In the vibration type gyro sensor 1, the vibrator unit 23 of the vibration element 20 resonates at the longitudinal resonance frequency in the thickness direction and at the longitudinal resonance frequency, and also resonates at the lateral resonance frequency in the width direction. The vibration type gyro sensor 1 has higher sensitivity characteristics as the detuning degree, which is the difference between the longitudinal resonance frequency and the transverse resonance frequency, of the vibration element 20 is smaller. As described above, the vibration type gyro sensor 1 is subjected to the crystal anisotropic etching process and the reactive ion etching process to accurately form the outer peripheral part of the vibrator part 23 so as to achieve a high degree of detuning.

振動素子20は、振動子部23の長さ寸法t5の精度によって縦共振周波数特性に大きな影響が生じる。振動素子20は、上述したように振動子部23の長さ寸法t5を規定する根元部位43が、結晶異方性エッチング処理を施すことによって形成されるダイヤフラム部38の(100)面及び55°の角度をなす傾斜面である(111)面と、平坦面である境界線とに「ずれ」が生じた場合に、この「ずれ」量に応じて離調度が大きくなってしまう。   The vibration element 20 has a great influence on the longitudinal resonance frequency characteristics due to the accuracy of the length dimension t5 of the vibrator portion 23. As described above, in the vibration element 20, the root portion 43 that defines the length dimension t5 of the vibrator portion 23 is formed by performing crystal anisotropic etching treatment on the (100) plane of the diaphragm portion 38 and 55 °. When a “deviation” occurs between the (111) plane that is the inclined surface and the boundary line that is a flat surface, the degree of detuning increases in accordance with this “deviation” amount.

すなわち、振動素子20は、かかる「ずれ」量が、結晶異方性エッチング処理時のシリコン酸化膜33B上に形成するレジスト膜パターンと、反応性イオンエッチング処理時のレジスト膜パターンの位置ずれが原因となる。したがって、振動素子20は、例えば工程中でシリコン基板21の表裏主面21−1,21−2を同時に観察可能な両面アライナー装置によって位置決めする対応を図るようにしてもよい。また、振動素子20は、シリコン基板21にの主面に適宜の位置決め用パターンやマークを形成し、これらを基準として他方主面の位置規制を行うアライメント装置によって位置決めする対応を図るようにしてもよい。振動素子20は、かかる位置決めの対応が支持基板2への実装工程に際しても適用可能である。   That is, in the vibration element 20, the amount of such “deviation” is caused by the positional deviation between the resist film pattern formed on the silicon oxide film 33B during the crystal anisotropic etching process and the resist film pattern during the reactive ion etching process. It becomes. Accordingly, the vibration element 20 may be positioned by a double-side aligner that can observe the front and back main surfaces 21-1 and 21-2 of the silicon substrate 21 at the same time in the process. In addition, the vibration element 20 may be appropriately positioned by an alignment device that forms an appropriate positioning pattern or mark on the main surface of the silicon substrate 21 and regulates the position of the other main surface based on these patterns. Good. The vibration element 20 can be applied to the positioning process on the support substrate 2 in correspondence with the positioning.

なお、振動素子20は、上述した「ずれ」量が約30μm程度よりも小さなの範囲であれば、縦共振周波数と横共振周波数とがほぼ一致する。したがって、振動素子20は、やや精度の高いエッチング工程を施すことによって実質的な「ずれ」量による離調度特性の低下を抑制することが可能であり、上述したアライメント装置を用いた対応を不要として製造される。   In the vibration element 20, the longitudinal resonance frequency and the transverse resonance frequency substantially coincide with each other if the above-described “deviation” amount is in a range smaller than about 30 μm. Therefore, the vibration element 20 can suppress a decrease in the detuning characteristic due to a substantial “deviation” amount by performing a slightly accurate etching process, and eliminates the need for the above-described alignment apparatus. Manufactured.

ところで、一般的な半導体プロセスにおいては、BoやPh等のドープ処理を施したNタイプ或いはPタイプのシリコン基板が用いられる。一般的なシリコン基板は、このために体積抵抗率が数十Ω・cmであり、ある程度の導電性を有し、グランド機能や薄膜形成時等に際しての下電極機能等を奏するようにする。一方、振動素子20は、上述したようにシリコン基板21として、ドープ処理を施さない純粋シリコン状態の単結晶シリコン基板や体積抵抗率が100Ω・cm以上の単結晶シリコン基板が用いられる。シリコン基板21は、極めて高抵抗値特性を有することで、導電特性が低い。   By the way, in a general semiconductor process, an N-type or P-type silicon substrate subjected to doping treatment such as Bo or Ph is used. For this reason, a general silicon substrate has a volume resistivity of several tens of Ω · cm, has a certain degree of conductivity, and has a ground function, a lower electrode function when forming a thin film, and the like. On the other hand, as described above, the vibration element 20 is a pure silicon single crystal silicon substrate that is not subjected to doping treatment or a single crystal silicon substrate having a volume resistivity of 100 Ω · cm or more. The silicon substrate 21 has an extremely high resistance value characteristic, and thus has a low conductive characteristic.

シリコン基板21は、上述したように表裏主面21−1,21−2にシリコン酸化膜33A、33Bが形成され、これらシリコン酸化膜33が各エッチング処理を施す際に保護膜として機能する。振動素子製造工程においては、所定の厚みのダイヤフラム部38を形成するために、シリコン酸化膜33を除去してシリコン基板21に矩形凹部37を形成する。シリコン基板21は、エッチング処理等に際して塗布されるフォトレジスト材に異物等が混入していた場合にシリコン酸化膜33に傷付けられることがある。シリコン基板21には、外観検査で検出することが困難なシリコン酸化膜33に生じる「す」や微細な傷或いは工程中での傷等が存在していることがある。   As described above, the silicon substrate 21 has the silicon oxide films 33A and 33B formed on the front and back main surfaces 21-1 and 21-2, and the silicon oxide film 33 functions as a protective film when each etching process is performed. In the vibration element manufacturing process, the silicon oxide film 33 is removed to form a rectangular recess 37 in the silicon substrate 21 in order to form a diaphragm portion 38 having a predetermined thickness. The silicon substrate 21 may be damaged by the silicon oxide film 33 when foreign matter or the like is mixed in the photoresist material applied during the etching process or the like. In the silicon substrate 21, there may be “soot” generated in the silicon oxide film 33 that is difficult to detect by appearance inspection, fine scratches, scratches in the process, or the like.

振動素子製造工程においては、一般的なシリコン基板を用いた場合に、上述したようにシリコン酸化膜33B上に薄膜形成される第1電極層40が上述した傷等を介してシリコン基板21と導通してしまうとともに、さらに導電性が良好なシリコン基板を介して第2電極層42と導通状態となってしまう。振動素子製造工程においては、一般的な導電性シリコン基板を用いた場合に、歩留り率が約20%程度の短絡不良が発生していた。振動素子製造工程においては、一般的なシリコン基板を用いる場合に、充分な膜厚のシリコン酸化膜を形成し、高精度の検査や充分な工程管理が必要とされて効率も低下する。   In the vibration element manufacturing process, when a general silicon substrate is used, as described above, the first electrode layer 40 formed as a thin film on the silicon oxide film 33B is electrically connected to the silicon substrate 21 through the scratches described above. At the same time, the second electrode layer 42 becomes conductive through a silicon substrate having better conductivity. In the vibration element manufacturing process, when a general conductive silicon substrate is used, a short circuit defect with a yield rate of about 20% has occurred. In the vibration element manufacturing process, when a general silicon substrate is used, a silicon oxide film having a sufficient thickness is formed, and high-precision inspection and sufficient process management are required.

これに対して、振動素子製造工程においては、上述したように低導電性のシリコン基板21を用いて振動素子20を製造することによって、短絡不良率が4%程度にまで低減されるようになる。また、振動素子製造工程においては、各工程での温度管理やガス管理も効率的に行うことが可能とされるとともに各電極層や圧電薄膜層を高精度に形成することも可能となり、工程の大幅な効率化が図られるようになる。   On the other hand, in the vibration element manufacturing process, the short-circuit failure rate is reduced to about 4% by manufacturing the vibration element 20 using the low-conductivity silicon substrate 21 as described above. . Further, in the vibration element manufacturing process, it is possible to efficiently perform temperature management and gas management in each process, and it is also possible to form each electrode layer and piezoelectric thin film layer with high accuracy. Significant efficiency improvement will be achieved.

振動型ジャイロセンサ1においては、低導電性のシリコン基板21を基材として製造した振動素子20を備えることで、外部光や熱負荷等の外乱に対しても安定した動作が行われるようになる。振動型ジャイロセンサ1は、一般的なNタイプ又はPタイプのシリコン基板によって形成された振動素子を備える振動型ジャイロセンサと比較して外部光による圧電薄膜層28の容量変化が低減されるとともにオフセット電圧値の変化も小さい高感度で安定した手振れの検出動作が行われるようになる。   The vibration type gyro sensor 1 includes the vibration element 20 manufactured using the low-conductivity silicon substrate 21 as a base material, so that a stable operation can be performed against disturbances such as external light and heat load. . The vibration-type gyro sensor 1 has a reduced capacitance change of the piezoelectric thin film layer 28 due to external light and an offset as compared with a vibration-type gyro sensor including a vibration element formed of a general N-type or P-type silicon substrate. A high-sensitivity and stable camera shake detection operation with a small change in voltage value is performed.

振動素子製造工程においては、上述したように基部22に振動子部23を一体に形成してなる多数個の振動素子20をシリコン基板21に一括して製作してそれぞれを切り分けるようにする。振動素子製造工程においては、支持基板2の主面上に2軸上に位置して実装されて2軸の検出信号を得る振動型ジャイロセンサ1に備えられる同一形状の第1振動素子20Xと第2振動素子20Yとを製作する。   In the vibration element manufacturing process, as described above, a large number of vibration elements 20 formed by integrally forming the vibrator portion 23 on the base portion 22 are collectively manufactured on the silicon substrate 21 and separated from each other. In the vibration element manufacturing process, the first vibration element 20 </ b> X having the same shape and the first vibration element 20 </ b> X provided in the vibration type gyro sensor 1 mounted on the main surface of the support substrate 2 so as to be positioned on two axes and obtaining a detection signal of two axes are provided. The two vibration element 20Y is manufactured.

以上の工程を経て製造される振動素子20の基本構成について、以下説明する。振動素子20は、上述したように基部22が振動子部23の厚み寸法t4の1.5倍よりも大きな厚み寸法を以って形成される。振動素子20においては、基部22の厚み寸法t1を変えることによって図29に示すように共振周波数(KHz)特性が変化する。振動素子20は、同図から明らかなように、基部22の厚み寸法t1が振動子部23の厚み寸法t4の1.5倍よりも大きく形成されることによって共振周波数が一定に保持される。振動素子20は、基部22の厚み寸法t1が振動子部23の厚み寸法t4の1.5倍よりも小さく薄型化されるにしたがって、共振周波数にズレが生じるようになる。   The basic configuration of the vibration element 20 manufactured through the above steps will be described below. As described above, the vibrating element 20 has the base portion 22 having a thickness dimension larger than 1.5 times the thickness dimension t4 of the vibrator section 23. In the vibration element 20, the resonance frequency (KHz) characteristic changes as shown in FIG. 29 by changing the thickness dimension t <b> 1 of the base portion 22. As is clear from the figure, the vibration element 20 is formed such that the thickness dimension t1 of the base portion 22 is larger than 1.5 times the thickness dimension t4 of the vibrator portion 23, so that the resonance frequency is kept constant. As the thickness dimension t1 of the base portion 22 is smaller than 1.5 times the thickness dimension t4 of the vibrator portion 23, the vibration element 20 is shifted in resonance frequency.

振動素子20は、基部22が薄型化されるにしたがって次第に機械的剛性が低下し、振動子部23の振動動作に伴って基部22にも振動動作が生じて共振周波数にズレが生じるようになる。振動素子20においては、基部22を上述した条件で形成することにより、薄型化を図るとともに基部22が充分な機械的剛性を保持して支持基板2に固定されるようになる。振動素子20においては、基部22の振動動作による共振周波数のズレの発生が抑制され、振動子部23が安定した状態で振動動作を行うことで高精度の手振れ等の検出が行われるようになる。   The vibration element 20 gradually decreases in mechanical rigidity as the base portion 22 is thinned, and the vibration operation of the vibrator portion 23 causes the base portion 22 to vibrate and causes a shift in the resonance frequency. . In the vibration element 20, the base 22 is formed under the above-described conditions, so that the base 22 is fixed to the support substrate 2 while being thinned and maintaining sufficient mechanical rigidity. In the vibration element 20, the occurrence of a shift in the resonance frequency due to the vibration operation of the base portion 22 is suppressed, and the vibration portion 23 performs the vibration operation in a stable state, so that highly accurate hand shake and the like can be detected. .

振動素子20は、図30(A)に示すように基部22が、振動子部23の幅寸法t6の2倍よりも大きな幅寸法を有するとともに、振動子部23の長手方向の中心軸線Cに対して[±2×t6]の範囲内の領域内に重心G−1を位置させて形成される。振動素子20は、基部22が四隅に設けた金バンプ25A〜25Dを介して支持基板2の主面2−1上に固定され、この基部22に支持されて振動子部23が厚み方向に振動動作する。   As shown in FIG. 30A, the vibration element 20 has a base portion 22 having a width dimension larger than twice the width dimension t6 of the vibrator section 23 and a longitudinal axis C of the vibrator section 23. On the other hand, the center of gravity G-1 is located in the region within the range of [± 2 × t6]. The vibration element 20 is fixed on the main surface 2-1 of the support substrate 2 through the gold bumps 25 </ b> A to 25 </ b> D provided with the base 22 at the four corners, and the vibrator 23 is vibrated in the thickness direction by being supported by the base 22. Operate.

一方、図30(B)に示した振動素子60は、例えば横長矩形に形成された基部61に対して振動子部23が長手方向の一方側に位置をずらして外周部から一体に突出形成されている。振動素子60には、基部61の四隅に位置して金バンプ62A〜62Dが設けられており、これら金バンプ62A〜62Dを介して基部61が支持基板2の主面2−1上に固定される。振動素子60は、上述した構造から、基部61の重心G−2が、振動子部23の長手方向の中心軸線Cに対して側方にΔx1分大きくズレた状態となっている。   On the other hand, in the vibration element 60 shown in FIG. 30B, for example, the vibrator portion 23 is formed so as to protrude integrally from the outer peripheral portion with a position shifted to one side in the longitudinal direction with respect to a base portion 61 formed in a horizontally long rectangle. ing. The vibration element 60 is provided with gold bumps 62A to 62D located at the four corners of the base 61, and the base 61 is fixed on the main surface 2-1 of the support substrate 2 through the gold bumps 62A to 62D. The The vibration element 60 is in a state in which the center of gravity G-2 of the base portion 61 is shifted by Δx1 to the side with respect to the central axis C in the longitudinal direction of the vibrator portion 23 due to the structure described above.

振動素子部23の幅寸法t6が100μmの振動素子部23を有する振動素子20と振動素子60とについて、振動素子部23の中心軸線Cに対する基部22、61の重心G−1、G−2のズレの影響について左右の検出電極30R、30Lからの出力バランスの状態を測定し、図30(C)にその結果示す。基部22の重心G−1が振動素子部23の中心軸線Cに対して[±2×t6]の範囲内に形成された振動素子20においては、同図から明らかなように左右の検出信号の差がほとんど無く、バランスがとれた状態に保持されている特性を得る。したがって、振動素子20は、振動子部23が安定した状態で振動動作を行い、手振れ等によって生じるコリオリ力による振動子部23の変位に基づく検出信号が左右のバランスを崩すことなく安定したレベルとなり、高精度の手振れ等の検出が行われるようになる。   For the vibration element 20 and the vibration element 60 having the vibration element part 23 with the width t6 of the vibration element part 23 being 100 μm, the gravity centers G-1 and G-2 of the base portions 22 and 61 with respect to the central axis C of the vibration element part 23 With respect to the influence of deviation, the state of output balance from the left and right detection electrodes 30R, 30L was measured, and the result is shown in FIG. In the vibration element 20 in which the center of gravity G-1 of the base portion 22 is formed within a range of [± 2 × t6] with respect to the central axis C of the vibration element portion 23, as is apparent from FIG. There is almost no difference and a characteristic that is maintained in a balanced state is obtained. Therefore, the vibration element 20 performs a vibration operation in a state where the vibrator unit 23 is stable, and the detection signal based on the displacement of the vibrator unit 23 due to the Coriolis force generated by hand shake or the like becomes a stable level without losing the left-right balance. Thus, high-precision camera shake and the like are detected.

一方、基部61の重心G−2が振動素子部23の中心軸線Cに対して[±2×t6]の範囲よりズレて形成された振動素子60は、ズレ量が大きくなるにしたがって左右の検出信号の差が次第に大きくなりバランスが崩れた状態となる特性を得る。振動素子60は、この結果から明らかなように振動子部23が振動動作のモードを理想的な垂直方向からズレて斜めに傾いた状態を呈して振動動作するようになる。したがって、振動素子60は、振動子部23の不安定な振動動作により信頼性が損なわれる。   On the other hand, the vibration element 60 formed so that the center of gravity G-2 of the base 61 is displaced from the range of [± 2 × t6] with respect to the central axis C of the vibration element unit 23 is detected on the left and right sides as the displacement amount increases. A characteristic is obtained in which the signal difference gradually increases and the balance is lost. As is apparent from this result, the vibration element 60 performs a vibration operation in a state in which the vibrator unit 23 is inclined obliquely with a mode of vibration operation shifted from an ideal vertical direction. Therefore, the reliability of the vibration element 60 is impaired by the unstable vibration operation of the vibrator unit 23.

振動素子20は、上述したように基部22の四隅に設けた金バンプ25A〜25Dを介して支持基板2の主面2−1上に固定され、この基部22に支持されて振動子部23が厚み方向に振動動作する。振動素子20は、図31(A)に示すように4個の金バンプ25A〜25Dの重心BG−1が、振動子部23の長手方向の中心軸線Cに対して振動子部23の幅寸法t6の範囲内の領域内に位置させて基部22に設けられる。   The vibration element 20 is fixed on the main surface 2-1 of the support substrate 2 through the gold bumps 25 </ b> A to 25 </ b> D provided at the four corners of the base portion 22 as described above, and the vibrator portion 23 is supported by the base portion 22. Vibrates in the thickness direction. As shown in FIG. 31A, the vibration element 20 has the center of gravity BG-1 of the four gold bumps 25A to 25D such that the width dimension of the vibrator part 23 with respect to the central axis C in the longitudinal direction of the vibrator part 23. It is provided in the base portion 22 so as to be located in a region within the range of t6.

一方、図31(B)に示した振動素子70も、基部71に設けた金バンプ72A〜72Dを介して支持基板2の主面2−1上に固定され、この基部71に支持されて振動子部23が厚み方向に振動動作する。振動素子70においては、基部71に対して金バンプ72A〜72Dが適宜の位置に設けられることによって、4個の金バンプ72A〜72Dの重心BG−2が、振動子部23の長手方向の中心軸線Cに対して振動子部23の幅寸法t6の範囲内の領域から側方にΔx2分ズレた状態となっている。   On the other hand, the vibration element 70 shown in FIG. 31B is also fixed on the main surface 2-1 of the support substrate 2 via the gold bumps 72 </ b> A to 72 </ b> D provided on the base 71, and is supported by the base 71 to vibrate. The child portion 23 vibrates in the thickness direction. In the vibration element 70, the gold bumps 72 </ b> A to 72 </ b> D are provided at appropriate positions with respect to the base 71, whereby the center of gravity BG-2 of the four gold bumps 72 </ b> A to 72 </ b> D is the center in the longitudinal direction of the vibrator unit 23. It is in a state of being shifted by Δx2 from the region within the range of the width dimension t6 of the vibrator portion 23 with respect to the axis C.

振動素子部23の幅寸法t6が100μmの振動素子部23を有する振動素子20と振動素子70とについて、振動素子部23の中心軸線Cに対する各金バンプ25、72の重心BG−1、BG−2のズレの影響について左右の検出電極30R、30Lからの出力バランスの状態を測定し、図32にその結果示す。上述したように各金バンプ25が重心BG−1を振動素子部23の中心軸線Cに対して幅寸法t6の範囲内に位置させて基部22に設けた振動素子20においては、同図から明らかなように左右の検出信号の差がほとんど無く、バランスがとれた状態に保持されている特性を得る。したがって、振動素子20は、振動子部23が安定した状態で振動動作を行い、手振れ等によって生じるコリオリ力による振動子部23の変位に基づく検出信号が左右のバランスを崩すことなく安定したレベルとなり、高精度の手振れ等の検出が行われるようになる。   For the vibration element 20 and the vibration element 70 having the vibration element part 23 with the width t6 of the vibration element part 23 being 100 μm, the centers of gravity BG-1 and BG− of the respective gold bumps 25 and 72 with respect to the central axis C of the vibration element part 23. Regarding the influence of the deviation of 2, the state of the output balance from the left and right detection electrodes 30R, 30L was measured, and the result is shown in FIG. As described above, in the vibration element 20 in which each gold bump 25 is provided in the base portion 22 with the center of gravity BG-1 positioned within the range of the width dimension t6 with respect to the central axis C of the vibration element portion 23, it is apparent from FIG. Thus, there is almost no difference between the left and right detection signals, and a characteristic that is maintained in a balanced state is obtained. Therefore, the vibration element 20 performs a vibration operation in a state where the vibrator unit 23 is stable, and the detection signal based on the displacement of the vibrator unit 23 due to the Coriolis force generated by hand shake or the like becomes a stable level without losing the left-right balance. Thus, high-precision camera shake and the like are detected.

一方、各金バンプ72が重心BG−2を振動素子部23の中心軸線Cに対して幅寸法t6の範囲内からズレて基部22に設けた振動素子70は、ズレ量が大きくなるにしたがって左右の検出信号の差が次第に大きくなりバランスが崩れた状態となる特性を得る。振動素子70は、この結果から明らかなように振動子部23が振動動作のモードを理想的な垂直方向からズレて斜めに傾いた状態を呈して振動動作するようになる。したがって、振動素子70は、振動子部23の不安定な振動動作により信頼性が損なわれる。   On the other hand, each of the gold bumps 72 has the center of gravity BG-2 shifted from the center axis C of the vibration element portion 23 from the range of the width dimension t6. The difference between the detected signals gradually increases and the balance is lost. As is apparent from this result, the vibration element 70 performs a vibration operation in a state where the vibrator unit 23 is inclined obliquely with a mode of vibration operation shifted from an ideal vertical direction. Therefore, the reliability of the vibration element 70 is impaired by the unstable vibration operation of the vibrator unit 23.

振動素子20は、図33(A)に示すように基部22から突出される振動子部23の根元部位43から振動子部23の幅寸法t6の2倍を半径rとする領域の外側領域に各金バンプを25A〜25Dを設け、これら金バンプを25を介して基部22を支持基板2の主面2−1上に固定する。振動素子20においては、上述したように各金バンプ25が振動子部23の振動を吸収する作用を奏することで、振動子部23の根元部位43からの間隔によって検出信号の出力特性が変化する。   As shown in FIG. 33A, the vibration element 20 extends from the base portion 43 of the vibrator portion 23 protruding from the base portion 22 to the outer region of the region having a radius r that is twice the width dimension t6 of the vibrator portion 23. The gold bumps 25 </ b> A to 25 </ b> D are provided, and the base 22 is fixed on the main surface 2-1 of the support substrate 2 through the gold bumps 25. In the vibration element 20, as described above, each gold bump 25 functions to absorb the vibration of the vibrator portion 23, so that the output characteristics of the detection signal change depending on the interval from the root portion 43 of the vibrator portion 23. .

図33(B)は、振動子部23の根元部位43に対する金バンプ25の間隔の変化に伴う検出信号の出力変化の特性図である。振動素子20においては、振動子部23の根元部位43に対して金バンプ25が近づくにしたがって金バンプ25による上述した振動吸収作用が大きくなり、Q値が次第に低減する。振動素子20においては、同図から明らかなように、根元部位43側に設ける金バンプ25A、25Dが根元部位43から振動子部23の幅寸法t6の2倍を半径rとする領域の外側領域に設けることによって安定したレベルの検出信号を得る。すなわち、振動素子20は、上述した構成によって金バンプ25による振動子部23の振動動作に対する影響を低減することで、Q値の低減が抑制されて高精度の手振れ等の検出が行われるようになる。   FIG. 33B is a characteristic diagram of a change in output of the detection signal accompanying a change in the distance between the gold bumps 25 with respect to the root portion 43 of the transducer unit 23. In the vibration element 20, as the gold bump 25 approaches the root portion 43 of the vibrator portion 23, the above-described vibration absorbing action by the gold bump 25 increases, and the Q value gradually decreases. In the vibration element 20, as is clear from the figure, the gold bumps 25A and 25D provided on the base portion 43 side are outside regions where the radius r is twice the width dimension t6 of the vibrator portion 23 from the root portion 43. The detection signal of a stable level is obtained by providing in. That is, the vibration element 20 reduces the influence of the gold bumps 25 on the vibration operation of the vibrator unit 23 with the above-described configuration, so that the reduction of the Q value is suppressed and high-precision camera shake is detected. Become.

振動素子20は、図34(A)に示すように振動子部23の根元部位43から基部22の厚み寸法t1の2倍の範囲内の領域に位置して設けられた4個の金バンプ25A〜25Dを介して基部22を支持基板2の主面2−1上に固定する。振動素子20は、例えば厚み寸法t1が300μmの基部22に対して振動子部23の根元部位43側の金バンプ25A、25Dが水平距離sを厚み寸法t1の1.5倍、すなわち450μmよりも近い間隔を以って形成されている。振動素子20においては、振動子部23の根元部位43に対して金バンプ25が遠ざかるにしたがって、基部22の根元部位43から金バンプ25間での非接合部位の間隔が大きくなって振動子部23の振動動作に伴って基部22に振動が生じる。   As shown in FIG. 34A, the vibration element 20 includes four gold bumps 25A provided in a region within a range twice the thickness dimension t1 of the base portion 22 from the root portion 43 of the vibrator portion 23. The base 22 is fixed on the main surface 2-1 of the support substrate 2 through ˜25D. In the vibration element 20, for example, the gold bumps 25A and 25D on the side of the root portion 43 of the vibrator portion 23 have a horizontal distance s of 1.5 times the thickness dimension t1, that is, 450 μm or more, with respect to the base portion 22 having a thickness dimension t1 of 300 μm. It is formed with a close interval. In the vibration element 20, as the gold bump 25 moves away from the root portion 43 of the vibrator portion 23, the interval between the non-bonded portions between the root portion 43 of the base portion 22 and the gold bump 25 increases. With the vibration operation 23, vibration is generated in the base portion 22.

振動素子20においては、基部22の固定位置と振動子部23の根元部位43との間隔sの大きさによって検出信号の出力特性が変化する。図34(B)は、振動子部23の根元部位43に対する金バンプ25の水平距離sの変化に伴う検出信号の出力変化の特性図である。振動素子20においては、同図から明らかなように金バンプ25の位置が根元部位43から450μm以上となると共振周波数のズレが次第に大きくなる。振動素子20においては、上述したように基部22に対して根元部位43からその厚み寸法t1の2倍の範囲内の領域に位置して金バンプ25を設けることによって基部22の振動による共振周波数のズレの発生が抑制され、振動子部23が安定した状態で振動動作を行うことで高精度の手振れ等の検出が行われるようになる。   In the vibration element 20, the output characteristic of the detection signal varies depending on the size of the interval s between the fixed position of the base portion 22 and the root portion 43 of the vibrator portion 23. FIG. 34B is a characteristic diagram of an output change of the detection signal accompanying a change in the horizontal distance s of the gold bump 25 with respect to the root part 43 of the transducer unit 23. In the vibration element 20, as apparent from the figure, when the position of the gold bump 25 is 450 μm or more from the root part 43, the deviation of the resonance frequency gradually increases. In the vibration element 20, as described above, the gold bump 25 is provided in the region within the range twice the thickness dimension t <b> 1 from the root portion 43 with respect to the base portion 22, whereby the resonance frequency due to the vibration of the base portion 22 is increased. Occurrence of deviation is suppressed, and a vibration operation is performed in a state in which the vibrator unit 23 is stable, so that a highly accurate hand shake or the like is detected.

実施の形態として示す振動型ジャイロセンサをカバー部材を取り外して示す要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view which removes a cover member and shows the vibration type gyro sensor shown as embodiment. 振動型ジャイロセンサの要部断面図である。It is principal part sectional drawing of a vibration type gyro sensor. 振動素子の要部底面図である。It is a principal part bottom view of a vibration element. 振動型ジャイロセンサの回路構成図である。It is a circuit block diagram of a vibration type gyro sensor. 振動素子の各部の寸法値を説明する図である。It is a figure explaining the dimension value of each part of a vibration element. 振動子部の各部の寸法値を説明する図である。It is a figure explaining the dimension value of each part of a vibrator part. 振動素子の製造工程に用いるシリコン基板の平面図である。It is a top view of the silicon substrate used for the manufacturing process of a vibration element. シリコン基板の側面図である。It is a side view of a silicon substrate. フォトレジスト層に振動素子形成部位をパターニングしたシリコン基板の平面図である。It is a top view of the silicon substrate which patterned the vibration element formation part in the photoresist layer. 同シリコン基板の断面図である。It is sectional drawing of the silicon substrate. シリコン酸化膜層に振動素子形成部位をパターニングしたシリコン基板の平面図である。It is a top view of the silicon substrate which patterned the vibration element formation part in the silicon oxide film layer. 同シリコン基板の断面図である。It is sectional drawing of the silicon substrate. 振動子部の厚みを規定するダイヤフラム部を構成する矩形凹部を形成したシリコン基板の平面図である。It is a top view of the silicon substrate in which the rectangular recessed part which comprises the diaphragm part which prescribes | regulates the thickness of a vibrator | oscillator part was formed. 同シリコン基板の断面図である。It is sectional drawing of the silicon substrate. ダイヤフラム部の構成を説明する要部断面図である。It is principal part sectional drawing explaining the structure of a diaphragm part. ダイヤフラム部に第1電極層と圧電膜層及び第2電極層とを積層形成した状態の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the state which laminated | stacked and formed the 1st electrode layer, the piezoelectric film layer, and the 2nd electrode layer in the diaphragm part. 第2電極層に駆動電極層と検出電極とをパターニングした状態の要部平面図である。It is a principal part top view of the state which patterned the drive electrode layer and the detection electrode in the 2nd electrode layer. 同要部断面図である。It is the principal part sectional drawing. 圧電膜層に圧電薄膜層をパターニングした状態の要部平面図である。It is a principal part top view of the state which patterned the piezoelectric thin film layer on the piezoelectric film layer. 同要部断面図である。It is the principal part sectional drawing. 第1電極層に基準電極層をパターニングした状態の要部平面図である。It is a principal part top view of the state which patterned the reference electrode layer in the 1st electrode layer. 同要部断面図である。It is the principal part sectional drawing. 振動子部の外形を形成する外形溝を形成した状態の長さ方向の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the length direction of the state which formed the external shape groove | channel which forms the external shape of a vibrator | oscillator part. 同幅方向の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the same width direction. 基部形成部位に配線層を形成した状態の要部平面図である。It is a principal part top view in the state where the wiring layer was formed in the base formation part. 同要部断面図である。It is the principal part sectional drawing. 振動子部の外形を構成する外形溝を形成した状態の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the state which formed the external shape groove | channel which comprises the external shape of a vibrator | oscillator part. 同要部縦断面図である。It is the principal part longitudinal cross-sectional view. 振動素子の基部の厚み寸法による共振周波数のズレを示した特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a shift in resonance frequency depending on a thickness dimension of a base portion of a vibration element. 振動素子における振動子部の中心軸線と基部の重心のズレを解析した図であり、同図(A)は実施の形態の振動素子の要部底面図、同図(B)はズレのある振動素子の要部底面図、同図(C)は重心のズレと検出信号のズレとの特性図である。FIG. 3A is a diagram in which a deviation between a center axis of a vibrator portion and a center of gravity of a base portion in a vibration element is analyzed. FIG. 3A is a bottom view of a main part of the vibration element of the embodiment, and FIG. The bottom view of the principal part of the element, FIG. 5C is a characteristic diagram of the deviation of the center of gravity and the deviation of the detection signal. 振動素子における振動子部の中心軸線と金バンプの重心のズレを解析した図であり、同図(A)は実施の形態の振動素子の要部底面図、同図(B)はズレのある振動素子の要部底面図である。It is the figure which analyzed the shift | offset | difference of the center axis line of the vibrator | oscillator part in a vibration element, and the gravity center of a gold bump, The figure (A) is a principal part bottom view of the vibration element of embodiment, and the figure (B) has a gap. It is a principal part bottom view of a vibration element. 振動素子における振動子部の中心軸線と金バンプの重心のズレと検出信号のズレとの特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram of a deviation of a center axis of a vibrator part, a center of gravity of a gold bump, and a deviation of a detection signal in a vibration element. 振動素子における振動子部の根元部位からの金バンプの位置を解析した図であり、同図(A)は実施の形態の振動素子の要部底面図、同図(B)は振動子部の根元部位からの金バンプの位置と検出信号レベルの特性図である。It is the figure which analyzed the position of the gold bump from the root part of a vibrator part in a vibration element, the figure (A) is a principal part bottom view of a vibration element of an embodiment, and the figure (B) is a vibrator part. It is a characteristic view of the position of the gold bump from the root part and the detection signal level. 振動素子における振動子部の根元部位からの金バンプの水平位置を解析した図であり、同図(A)は実施の形態の振動素子の要部底面図、同図(B)は振動子部の根元部位からの金バンプの位置と検出信号レベルの特性図である。It is the figure which analyzed the horizontal position of the gold bump from the root part of a vibrator part in a vibration element, the figure (A) is a principal part bottom view of a vibration element of an embodiment, and the figure (B) is a vibrator part. FIG. 6 is a characteristic diagram of a position of a gold bump from a root part of the wire and a detection signal level.

符号の説明Explanation of symbols

1 振動型ジャイロセンサ、2 支持基板、3 部品実装空間部、4 ランド、5 配線パターン、6 部品実装領域、7 IC回路素子、8 電子部品、9 遮光段部、10 カバー固定部、11 間隔構成凹部、15 カバー部材、16 主面部、17 外周壁部、18 外周フランジ部、19遮光層、20 振動素子、21 シリコン基板、22 基部、23 振動子部、24 平坦化層、25 端子部、26 金バンプ、27 基準電極層、28 圧電薄膜層、29 駆動電極層、30 検出電極、31 リード、32 位置合わせ用マーク、33 シリコン酸化膜、38 ダイヤフラム部、39 外形溝、40 第1電極層、41 圧電膜層、42 第2電極層、50 駆動検出回路部、51 インピーダンス変換回路、52 加算回路、53 発振回路、54 差動増幅回路、55 同期検波回路、56 直流増幅回路、57 基準電位
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration type gyro sensor, 2 support substrate, 3 component mounting space part, 4 land, 5 wiring pattern, 6 component mounting area, 7 IC circuit element, 8 electronic component, 9 light shielding step part, 10 cover fixing part, 11 space | interval structure Concave part, 15 cover member, 16 main surface part, 17 outer peripheral wall part, 18 outer peripheral flange part, 19 light shielding layer, 20 vibration element, 21 silicon substrate, 22 base part, 23 vibrator part, 24 flattening layer, 25 terminal part, 26 Gold bump, 27 Reference electrode layer, 28 Piezoelectric thin film layer, 29 Drive electrode layer, 30 Detection electrode, 31 Lead, 32 Alignment mark, 33 Silicon oxide film, 38 Diaphragm part, 39 Outline groove, 40 First electrode layer, 41 Piezoelectric film layer, 42 Second electrode layer, 50 Drive detection circuit section, 51 Impedance conversion circuit, 52 Addition circuit, 53 Oscillation circuit, 54 Differential amplification circuit, 55 Synchronization Detection circuit, 56 DC amplification circuit, 57 Reference potential

Claims (5)

回路素子が実装されるとともに複数個のランドを有する配線パターンが形成された支持基板と、
複数の接続端子部が設けられて上記支持基板に固定される基部と、この基部の外周部から片持ち梁状に一体に突設されるとともに上記各接続端子部をそれぞれ基端として長さ方向に第1電極層と第2電極層及び検出電極とを圧電薄膜層を介して積層形成した振動子部とからなる振動素子とを備え、
上記振動素子が、上記基部を上記振動子部の幅寸法(t6)の2倍よりも大きな幅とするとともに、上記振動子部の長手方向の中心軸線に対して[±2×t6]の範囲内の領域に重心を位置させて形成することを特徴とする振動型ジャイロセンサ。
A support substrate on which a circuit pattern is mounted and a wiring pattern having a plurality of lands is formed;
A base portion provided with a plurality of connection terminal portions and fixed to the support substrate, and protruding in a cantilever shape from the outer peripheral portion of the base portion, and in the longitudinal direction with the connection terminal portions as base ends. And a vibration element comprising a vibrator portion in which a first electrode layer, a second electrode layer, and a detection electrode are laminated via a piezoelectric thin film layer,
The vibration element has a width larger than twice the width dimension (t6) of the vibrator portion and a range of [± 2 × t6] with respect to the central axis in the longitudinal direction of the vibrator portion. A vibration type gyro sensor characterized in that the center of gravity is positioned in the inner region.
上記振動素子が、上記基部を上記振動子部の厚み寸法(t4)の1.5倍よりも大きな厚みで形成することを特徴とする請求項1に記載の振動型ジャイロセンサ。   2. The vibration gyro sensor according to claim 1, wherein the vibration element has the base portion having a thickness larger than 1.5 times a thickness dimension (t4) of the vibrator portion. 上記振動素子が、少なくとも上記各接続端子部にそれぞれ設けた金属バンプを相対する上記各ランドに溶着することによって上記支持基板上に所定の間隔を保持して実装され、
上記各金属バンプが、上記振動子部の長手方向の中心軸線に対してその幅寸法(t6)の範囲内の領域に全体の重心を位置させて設けられことを特徴とする請求項1に記載の振動型ジャイロセンサ。
The vibration element is mounted at a predetermined interval on the support substrate by welding metal bumps provided at least on the connection terminal portions to the respective lands facing each other.
2. The metal bumps according to claim 1, wherein each of the metal bumps is provided in a region within a range of a width dimension (t 6) with respect to a central axis in a longitudinal direction of the vibrator portion, with the entire center of gravity positioned. Vibration gyro sensor.
上記振動素子が、少なくとも上記各接続端子部にそれぞれ設けた金属バンプを相対する上記各ランドに溶着することによって上記支持基板上に所定の間隔を保持して実装され、
上記各金属バンプが、上記基部から突出される上記振動子部の根元部位から半径[2×t6]の領域の外側領域に設けられることを特徴とする請求項1に記載の振動型ジャイロセンサ。
The vibration element is mounted at a predetermined interval on the support substrate by welding metal bumps provided at least on the connection terminal portions to the respective lands facing each other.
2. The vibration gyro sensor according to claim 1, wherein each of the metal bumps is provided in an outer region of a radius [2 × t6] from a base portion of the vibrator portion protruding from the base portion.
上記振動素子が、少なくとも上記各接続端子部にそれぞれ設けた金属バンプを相対する上記各ランドに溶着することによって上記支持基板上に所定の間隔を保持して実装され、
上記各金属バンプの少なくとも1個が、厚み寸法(t1)の上記基部から突出される上記振動子部の根元部位から[2×t1]の範囲内の領域に位置して設けられることを特徴とする請求項1に記載の振動型ジャイロセンサ。
The vibration element is mounted at a predetermined interval on the support substrate by welding metal bumps provided at least on the connection terminal portions to the respective lands facing each other.
At least one of the metal bumps is provided in a region within a range of [2 × t1] from the base portion of the vibrator portion protruding from the base portion having a thickness dimension (t1). The vibration type gyro sensor according to claim 1.
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