JP5423577B2

JP5423577B2 - Movable body, 2-axis angular velocity sensor, and 3-axis acceleration sensor

Info

Publication number: JP5423577B2
Application number: JP2010111480A
Authority: JP
Inventors: 照久明石; 裕野々村; 基弘藤吉; 博文船橋; 良幸畑; 義輝大村
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-05-13
Also published as: JP2011237393A

Description

本発明は、基板上に形成された可動体、その可動体を備える２軸角速度センサおよび３軸加速度センサに関する。 The present invention relates to a movable body formed on a substrate, a biaxial angular velocity sensor and a triaxial acceleration sensor including the movable body.

従来から半導体基板上に枠マスなどの質量体を備える可動体を形成し、その質量体の変位量を検出することによって、角速度や加速度などの物理量を検出するセンサが提案されている。例えば、基板に沿った方向にＸ軸、Ｙ軸を設定し、基板に直交する方向にＺ軸を設定した場合に、質量体のＸ軸方向の変位量からＸ軸方向の加速度を検出したり、質量体のＺ軸方向の変位量からＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサが提案されている。あるいは、質量体をＸ軸方向に振動させておいて、コリオリの力に起因する質量体のＺ軸方向の変位量から、Ｙ軸周りの角速度を検出する角速度センサが提案されている。このようなセンサが特許文献１−３に開示されている。 Conventionally, a sensor that detects a physical quantity such as an angular velocity or an acceleration by forming a movable body including a mass body such as a frame mass on a semiconductor substrate and detecting a displacement amount of the mass body has been proposed. For example, when the X-axis and Y-axis are set in the direction along the substrate and the Z-axis is set in the direction orthogonal to the substrate, the acceleration in the X-axis direction is detected from the displacement amount of the mass body in the X-axis direction. An acceleration sensor that detects the acceleration in the Z-axis direction from the amount of displacement of the mass body in the Z-axis direction has been proposed. Alternatively, an angular velocity sensor is proposed that detects the angular velocity around the Y axis from the amount of displacement of the mass body in the Z-axis direction caused by Coriolis force by vibrating the mass body in the X-axis direction. Such a sensor is disclosed in Patent Documents 1-3.

特許文献１の１軸角速度センサ（Ｘ型ジャイロスコープ）は、Ｚ軸方向に移動可能な第１枠マスと、Ｙ軸方向に移動可能な第２枠マスと、第１枠マスをＺ軸方向に振動させる励振手段と、第１枠マスのＺ軸方向の変位量を一定にするために、その変位量を検出（モニタ）する第１検出手段と、第２枠マスのＹ軸方向の変位量を検出する第２検出手段を備えている。特許文献１には、このような１軸角速度センサを２つ用意し、それらのうちの１つを９０°回転させて配置することで、２軸角速度センサとすることが記載されている。特許文献１の技術では、第２枠マスを第１枠マスよりも一回り小さく形成し、第１枠マスの内側に第２枠マスを配置することで、２軸角速度センサで必要とされるすべての構成要素を同一平面内に配置し、単一マスクによる製造を可能としている。 The single-axis angular velocity sensor (X-type gyroscope) of Patent Document 1 includes a first frame mass movable in the Z-axis direction, a second frame mass movable in the Y-axis direction, and the first frame mass in the Z-axis direction. Excitation means for oscillating the first frame mass, first detection means for detecting (monitoring) the displacement amount in the Z-axis direction of the first frame mass, and displacement of the second frame mass in the Y-axis direction Second detection means for detecting the amount is provided. Patent Document 1 describes that two such uniaxial angular velocity sensors are prepared, and one of them is rotated by 90 ° and arranged to be a biaxial angular velocity sensor. In the technique of Patent Document 1, the second frame mass is formed to be slightly smaller than the first frame mass, and the second frame mass is disposed inside the first frame mass, which is necessary for the biaxial angular velocity sensor. All the components are arranged in the same plane, and can be manufactured by a single mask.

特開２００３−１９４５４５号公報JP 2003-194545 A 特開２００５−５５３７７号公報JP 2005-55377 A 特開２００６−２７１０５３号公報JP 2006-271053 A

特許文献１の技術では、２つの枠マスを同一平面内で内側と外側の二重に配置する構造としているので、枠マスの内側の面積が小さくなってしまう。従って、枠マスの内側に検出部を配置すると、検出部の面積が小さくなってしまい、物理量の検出感度が低くなってしまう。検出部における検出感度を向上するために検出部の面積を大きく確保しようとすると、内側の枠マスと外側の枠マスをそれぞれ大きく形成しなければならず、結果として装置全体の占有面積が大きくなってしまう。装置全体が小型でありながら、物理量の検出感度の高いセンサを製造することは困難であった。 In the technique of Patent Document 1, since the two frame masses are arranged in a double manner on the inside and outside in the same plane, the area inside the frame mass becomes small. Therefore, if the detection unit is arranged inside the frame mass, the area of the detection unit is reduced, and the physical quantity detection sensitivity is lowered. In order to increase the detection area in order to improve the detection sensitivity in the detection section, the inner frame mass and the outer frame mass must be formed larger, resulting in an increase in the occupied area of the entire apparatus. End up. It has been difficult to manufacture a sensor with high physical quantity detection sensitivity while the entire apparatus is small.

本発明は、上述の課題を解決するために創作されたものであり、装置全体が小型でありながら、検出感度の高いセンサを製造することが可能な技術を提供する。 The present invention has been created to solve the above-described problems, and provides a technique capable of manufacturing a sensor with high detection sensitivity while the entire apparatus is small.

本発明は基板上に形成される可動体として具現化される。その可動体は、第１枠体と、前記第１枠体に対して、互いに対向して、かつ部分的にあるいは完全に重なり合うように配置されている第２枠体と、第１ばね部を介して前記第１枠体と接続しており、かつ第２ばね部を介して前記第２枠体と接続している結合部と、第３ばね部を介して前記結合部と接続している、前記基板に固定された固定部を備えている。前記第１ばね部、前記第２ばね部および前記第３ばね部は、一方向のばね定数が他の方向のばね定数に比べて顕著に低く、実質的に当該一方向のみの相対変位を許容する。前記第１ばね部、前記第２ばね部および前記第３ばね部が相対変位を許容する方向が、互いに直交している。 The present invention is embodied as a movable body formed on a substrate. The movable body includes a first frame, a second frame disposed so as to face each other and partially or completely overlap with the first frame, and a first spring portion. Connected to the first frame body, and connected to the second frame body via a second spring part, and connected to the joint part via a third spring part. And a fixing portion fixed to the substrate. The first spring part, the second spring part, and the third spring part have a significantly lower spring constant in one direction than the spring constant in the other direction, and allow a relative displacement in only one direction. To do. The directions in which the first spring portion, the second spring portion, and the third spring portion allow relative displacement are orthogonal to each other.

上記の可動体では、第１枠体と第２枠体が、互いに対向して、かつ部分的にあるいは完全に重なり合うように配置されている。第１枠体と第２枠体を同一平面内で内側と外側の二重に配置する場合に比べて、内側の領域の面積を広く確保することができる。この可動体をセンサの構成要素として用い、第１枠体または第２枠体の運動を検出する検出部を第１枠体および第２枠体の内側に配置することで、検出部の面積を広く確保することができる。装置全体の大型化を抑制しつつ、検出感度の高いセンサを実現することができる。 In the movable body described above, the first frame body and the second frame body are arranged so as to face each other and partially or completely overlap each other. Compared to the case where the first frame body and the second frame body are arranged in the inner and outer doubles in the same plane, the area of the inner region can be secured widely. By using this movable body as a component of the sensor and arranging the detection unit for detecting the movement of the first frame or the second frame inside the first frame and the second frame, the area of the detection unit can be reduced. Widely secured. A sensor with high detection sensitivity can be realized while suppressing an increase in size of the entire apparatus.

上記の可動体は、前記基板に平行な方向にＸ軸およびＹ軸を、前記基板に垂直な方向にＺ軸を設定した場合に、前記第１枠体および前記第２枠体が、それぞれＸ軸に沿った辺とＹ軸に沿った辺を有する矩形形状に形成されており、前記第１ばね部が相対変位を許容する方向がＹ軸方向であり、前記第２ばね部が相対変位を許容する方向がＺ軸方向であり、前記第３ばね部が相対変位を許容する方向がＸ軸方向であることが好ましい。また、上記の可動体は、前記第１枠体のＹ軸方向の運動を検出するＹ方向検出部をさらに備えることが好ましい。さらに、上記の可動体は、前記第２枠体のＺ軸方向の運動を検出するＺ方向検出部を備えることが好ましい。 When the X and Y axes are set in a direction parallel to the substrate and the Z axis is set in a direction perpendicular to the substrate, the movable body is configured so that the first frame and the second frame are respectively X It is formed in a rectangular shape having sides along the axis and sides along the Y axis, the direction in which the first spring portion allows relative displacement is the Y axis direction, and the second spring portion exhibits relative displacement. The allowable direction is preferably the Z-axis direction, and the direction in which the third spring portion allows relative displacement is preferably the X-axis direction. Moreover, it is preferable that said movable body is further equipped with the Y direction detection part which detects the motion of the said 1st frame body in the Y-axis direction. Furthermore, it is preferable that the movable body includes a Z-direction detection unit that detects the movement of the second frame body in the Z-axis direction.

本発明は上記の可動体を備える２軸角速度センサとして具現化することもできる。本発明の２軸角速度センサは、前記可動体と、前記結合部をＸ軸方向に励振するＸ方向励振部を備えている。 The present invention can also be embodied as a biaxial angular velocity sensor including the above movable body. The biaxial angular velocity sensor of the present invention includes the movable body and an X-direction excitation unit that excites the coupling portion in the X-axis direction.

この２軸角速度センサによれば、結合部をＸ軸方向に励振することで、結合部と、第１枠体と、第２枠体がＸ軸方向に振動する。この２軸角速度センサにＹ軸周りの角速度が作用すると、第２枠体がコリオリの力によってＺ軸方向にも振動する。この第２枠体のＺ軸方向の運動をＺ方向検出部で検出することによって、Ｙ軸周りの角速度を検出することができる。また、この２軸角速度センサにＺ軸周りの角速度が作用すると、第１枠体がコリオリの力によってＹ軸方向にも振動する。この第１枠体のＹ軸方向の運動をＹ方向検出部で検出することによって、Ｚ軸周りの角速度を検出することができる。
なお、上記の２軸角速度センサは、前記結合部が第１層に形成されており、前記第２枠体が第２層に形成されており、前記Ｚ方向検出部が、前記第１層に形成された固定電極と、前記第２層に形成されており、前記固定電極と対向して配置された可動電極を備えており、前記第１層が前記第２層よりも厚いように構成することができる。 According to this biaxial angular velocity sensor, the coupling portion, the first frame body, and the second frame body vibrate in the X-axis direction by exciting the coupling portion in the X-axis direction. When an angular velocity around the Y-axis acts on the biaxial angular velocity sensor, the second frame vibrates in the Z-axis direction by Coriolis force. By detecting the movement of the second frame body in the Z-axis direction by the Z-direction detection unit, the angular velocity around the Y-axis can be detected. Further, when an angular velocity around the Z-axis acts on this biaxial angular velocity sensor, the first frame body vibrates in the Y-axis direction by Coriolis force. By detecting the movement of the first frame body in the Y-axis direction by the Y-direction detection unit, the angular velocity around the Z-axis can be detected.
In the biaxial angular velocity sensor, the coupling portion is formed in the first layer, the second frame body is formed in the second layer, and the Z-direction detection portion is formed in the first layer. A fixed electrode formed and a movable electrode formed on the second layer and disposed to face the fixed electrode, wherein the first layer is configured to be thicker than the second layer. be able to.

本発明は上記の可動体を備える３軸加速度センサとして具現化することもできる。本発明の３軸加速度センサは、前記可動体と、前記結合部のＸ軸方向の運動を検出するＸ方向検出部を備えている。 The present invention can also be embodied as a three-axis acceleration sensor including the movable body. The triaxial acceleration sensor according to the present invention includes the movable body and an X-direction detection unit that detects the movement of the coupling portion in the X-axis direction.

この３軸加速度センサにＸ軸方向の加速度が作用すると、第１枠体、第２枠体および結合部がＸ軸方向に振動する。この結合部のＸ軸方向の運動をＸ方向検出部で検出することによって、Ｘ軸方向の加速度を検出することができる。この３軸加速度センサにＹ軸方向の加速度が作用すると、第１枠体がＹ軸方向に振動する。この第１枠体のＹ軸方向の運動をＹ方向検出部で検出することによって、Ｙ軸方向の加速度を検出することができる。この３軸加速度センサにＺ軸方向の加速度が作用すると、第２枠体がＺ軸方向に振動する。この第２枠体のＺ軸方向の運動をＺ方向検出部で検出することによって、Ｚ軸方向の加速度を検出することができる。 When acceleration in the X-axis direction acts on the three-axis acceleration sensor, the first frame, the second frame, and the coupling portion vibrate in the X-axis direction. By detecting the movement of the coupling portion in the X-axis direction by the X-direction detection unit, the acceleration in the X-axis direction can be detected. When acceleration in the Y-axis direction acts on this triaxial acceleration sensor, the first frame body vibrates in the Y-axis direction. The Y-axis direction acceleration can be detected by detecting the movement of the first frame in the Y-axis direction by the Y-direction detection unit. When acceleration in the Z-axis direction acts on this triaxial acceleration sensor, the second frame body vibrates in the Z-axis direction. By detecting the movement of the second frame in the Z-axis direction by the Z-direction detection unit, the acceleration in the Z-axis direction can be detected .

本発明の可動体、２軸角速度センサおよび３軸加速度センサによれば、装置全体が小型でありながら、検出感度の高いセンサを製造することができる。 According to the movable body, the biaxial angular velocity sensor, and the triaxial acceleration sensor of the present invention, a sensor with high detection sensitivity can be manufactured while the entire apparatus is small.

実施例１の２軸角速度センサ１０の第１Ｓｉ層１００の構成を示す平面図。FIG. 3 is a plan view illustrating a configuration of a first Si layer 100 of the biaxial angular velocity sensor 10 according to the first embodiment. 実施例１の２軸角速度センサ１０および実施例２の３軸加速度センサ２０の第２Ｓｉ層２００の構成を示す平面図。The top view which shows the structure of the 2nd Si layer 200 of the biaxial angular velocity sensor 10 of Example 1, and the triaxial acceleration sensor 20 of Example 2. FIG. 実施例１の２軸角速度センサ１０および実施例２の３軸加速度センサ２０の第３Ｓｉ層３００の構成を示す平面図。The top view which shows the structure of the 3rd Si layer 300 of the biaxial angular velocity sensor 10 of Example 1, and the triaxial acceleration sensor 20 of Example 2. FIG. 実施例１の２軸角速度センサ１０および実施例２の３軸加速度センサ２０の構成を示す縦断面図。FIG. 3 is a longitudinal sectional view illustrating configurations of a biaxial angular velocity sensor 10 according to the first embodiment and a triaxial acceleration sensor 20 according to the second embodiment. 実施例２の３軸加速度センサ２０の第１Ｓｉ層５００の構成を示す平面図。FIG. 6 is a plan view illustrating a configuration of a first Si layer 500 of the triaxial acceleration sensor 20 according to the second embodiment.

本発明は、たとえば以下の特徴を単独あるいは組み合わせて備えることによって好ましい形態として実現することもできる。
（特徴１）Ｚ方向検出部は、第１枠体および第２枠体の内側に配置されている。
（特徴２）第１枠体と、Ｙ方向検出部と、Ｘ方向励振部は、同一平面内に配置されており、Ｙ方向検出部と、Ｘ方向励振部は、第１枠体の外側に配置されている。
（特徴３）第１枠体と、Ｙ方向検出部と、Ｘ方向検出部は、同一平面内に配置されており、Ｙ方向検出部と、Ｘ方向検出部は、第１枠体の外側に配置されている。 The present invention can also be realized as a preferred embodiment by including the following features alone or in combination.
(Characteristic 1) The Z direction detection part is arrange | positioned inside the 1st frame and the 2nd frame.
(Feature 2) The first frame, the Y-direction detection unit, and the X-direction excitation unit are arranged in the same plane, and the Y-direction detection unit and the X-direction excitation unit are outside the first frame. Has been placed.
(Feature 3) The first frame, the Y direction detection unit, and the X direction detection unit are arranged in the same plane, and the Y direction detection unit and the X direction detection unit are located outside the first frame. Has been placed.

図１は、実施例１に係る可動体を備える２軸角速度センサ１０の構成を示す。２軸角速度センサ１０は、Ｙ軸周りの角速度とＺ軸周りの角速度をそれぞれ検出する２軸の角速度センサである。 FIG. 1 illustrates a configuration of a biaxial angular velocity sensor 10 including a movable body according to the first embodiment. The biaxial angular velocity sensor 10 is a biaxial angular velocity sensor that detects an angular velocity around the Y axis and an angular velocity around the Z axis.

２軸角速度センサ１０は、図１に示す第１Ｓｉ層１００と、図２に示す第２Ｓｉ層２００と、図３に示す第３Ｓｉ層３００と、第１Ｓｉ層１００と第２Ｓｉ層２００の間に形成された第１酸化膜６００と、第２Ｓｉ層２００と第３Ｓｉ層３００の間に形成された第２酸化膜７００が積層された構造を有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板から構成されている。例えば、第１Ｓｉ層１００は、第２Ｓｉ層２００よりも厚みが大きくなるように形成されている。また、例えば、第３Ｓｉ層３００は、第１Ｓｉ層１００および第２Ｓｉ層２００の何れよりも厚みが大きくなるように形成されている。 The biaxial angular velocity sensor 10 is formed between the first Si layer 100 shown in FIG. 1, the second Si layer 200 shown in FIG. 2, the third Si layer 300 shown in FIG. 3, and the first Si layer 100 and the second Si layer 200. The first oxide film 600 is formed, and an SOI (Silicon on Insulator) substrate having a structure in which a second oxide film 700 formed between the second Si layer 200 and the third Si layer 300 is laminated. For example, the first Si layer 100 is formed to be thicker than the second Si layer 200. Further, for example, the third Si layer 300 is formed to have a thickness larger than any of the first Si layer 100 and the second Si layer 200.

図１に示すように、第１Ｓｉ層１００には、第１枠マス１０２と、第１枠マス１０２をＸ軸方向に振動させるＸ方向励振部１０４ａ、１０４ｂと、第１枠マス１０２のＹ方向の振動を検出するＹ方向検出部１０６ａ、１０６ｂと、後述するＺ方向検出部２４０の一部となる固定電極１０８ａ、１０８ｂおよび可動電極１１０が形成されている。Ｘ方向励振部１０４ａ、１０４ｂは、第１枠マス１０２の外側に、Ｘ軸方向に関して第１枠マス１０２を両側から挟み込むように配置されている。Ｙ方向検出部１０６ａ、１０６ｂは、第１枠マス１０２の外側に、Ｙ軸方向に関して第１枠マス１０２を両側から挟み込むように配置されている。固定電極１０８ａ、１０８ｂと可動電極１１０は、第１枠マス１０２の内側に配置されている。 As shown in FIG. 1, the first Si layer 100 includes a first frame mass 102, X-direction excitation units 104 a and 104 b that vibrate the first frame mass 102 in the X-axis direction, and the Y direction of the first frame mass 102. Y direction detectors 106a and 106b that detect the vibration of the first electrode, and fixed electrodes 108a and 108b and a movable electrode 110 that are part of a Z direction detector 240 described later are formed. The X-direction excitation units 104a and 104b are disposed outside the first frame mass 102 so as to sandwich the first frame mass 102 from both sides in the X-axis direction. The Y direction detection units 106a and 106b are arranged outside the first frame mass 102 so as to sandwich the first frame mass 102 from both sides in the Y axis direction. The fixed electrodes 108 a and 108 b and the movable electrode 110 are disposed inside the first frame mass 102.

Ｘ方向励振部１０４ａ、１０４ｂは、第１枠マス１０２を挟んで左右対称の構成を備えている。以下ではＸ方向励振部１０４ａを例として詳細な構成を説明し、Ｘ方向励振部１０４ｂについては詳細な説明を省略する。Ｘ方向励振部１０４ａは、結合部１１２ａと、励振電極１１４ａと、励振部ばね１１６ａ、１１８ａと、固定部１２０ａ、１２１ａ、１２２ａ、１２３ａと、第１連結用ばね１２４ａ、１２６ａを備えている。図に示すように、励振電極１１４ａと結合部１１２ａは、互いに対向する辺に櫛歯状の電極が互い違いに形成されている。励振電極１１４ａに通電すると、結合部１１２ａの櫛歯状電極が励振電極１１４ａの櫛歯状電極の隙間に吸引され、励振電極１１４ａの通電を解除すると、結合部１１２ａの櫛歯状電極の吸引も解除される。結合部１１２ａは、Ｘ軸方向に沿って伸びる第１連結用ばね１２４ａ、１２６ａを介して第１枠マス１０２と連結している。第１連結用ばね１２４ａ、１２６ａは、Ｙ軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にＹ軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたＹ軸方向ばねである。従って、第１枠マス１０２と結合部１１２ａは、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に関しては一体的に振動し、Ｙ軸方向に関しては互いに独立して振動する。結合部１１２ａのＹ軸方向の一端は、励振部ばね１１６ａを介して、固定部１２０ａ、１２１ａに接続している。結合部１１２ａのＹ軸方向の他端は、励振部ばね１１８ａを介して、固定部１２２ａ、１２３ａに接続している。励振部ばね１１６ａ、１１８ａは、Ｘ軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にＸ軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたＸ軸方向ばねである。従って、結合部１１２ａは固定部１２０ａ、１２１ａ、１２２ａ、１２３ａに対して、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の相対変位が拘束されており、Ｘ軸方向に関しては自由に変位することができる。励振電極１１４ａと固定部１２０ａ、１２１ａ、１２２ａ、１２３ａは、第１酸化膜６００を介して、後述する第２Ｓｉ層２００の外側固定部２３０に固定されている。なお、Ｘ方向励振部１０４ａの結合部１１２ａと、励振部ばね１１６ａ、１１８ａと、固定部１２０ａ、１２１ａ、１２２ａ、１２３ａと、第１連結用ばね１２４ａ、１２６ａは、第１枠マス１０２と一体的に形成されており、これらの部材は電気的に導通している。 The X-direction excitation units 104 a and 104 b have a symmetrical configuration with the first frame mass 102 interposed therebetween. Hereinafter, a detailed configuration will be described by taking the X direction excitation unit 104a as an example, and detailed description of the X direction excitation unit 104b will be omitted. The X-direction excitation unit 104a includes a coupling unit 112a, an excitation electrode 114a, excitation unit springs 116a and 118a, fixing units 120a, 121a, 122a, and 123a, and first connection springs 124a and 126a. As shown in the figure, the excitation electrode 114a and the coupling portion 112a are alternately formed with comb-like electrodes on opposite sides. When the excitation electrode 114a is energized, the comb-shaped electrode of the coupling portion 112a is attracted to the gap between the comb-shaped electrodes of the excitation electrode 114a. Canceled. The coupling portion 112a is coupled to the first frame mass 102 via first coupling springs 124a and 126a extending along the X-axis direction. The first connecting springs 124a and 126a are configured such that the spring constant in the Y-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, and only the relative displacement in the Y-axis direction is allowed. Y-axis direction spring. Therefore, the first frame mass 102 and the coupling portion 112a vibrate integrally in the X-axis direction and the Z-axis direction, and vibrate independently of each other in the Y-axis direction. One end of the coupling portion 112a in the Y-axis direction is connected to the fixing portions 120a and 121a via the excitation portion spring 116a. The other end of the coupling portion 112a in the Y-axis direction is connected to the fixing portions 122a and 123a via the excitation portion spring 118a. Exciter springs 116a and 118a are configured such that the spring constant in the X-axis direction is significantly smaller than the spring constant in the other direction, and is substantially configured to allow only relative displacement in the X-axis direction. X-axis direction spring. Accordingly, the relative displacement in the Y-axis direction and the Z-axis direction is constrained with respect to the fixing portions 120a, 121a, 122a, 123a, and the coupling portion 112a can be freely displaced in the X-axis direction. The excitation electrode 114a and the fixing parts 120a, 121a, 122a, 123a are fixed to the outer fixing part 230 of the second Si layer 200 described later via the first oxide film 600. The coupling portion 112a of the X direction excitation portion 104a, the excitation portion springs 116a and 118a, the fixing portions 120a, 121a, 122a, and 123a, and the first connection springs 124a and 126a are integrated with the first frame mass 102. These members are electrically connected.

Ｙ方向検出部１０６ａ、１０６ｂは、第１枠マス１０２を挟んで上下対称の構成を備えている。以下ではＹ方向検出部１０６ａを例として詳細な構成を説明し、Ｙ方向検出部１０６ｂについては詳細な説明を省略する。Ｙ方向検出部１０６ａは、検出用枠体１３０ａと、検出部ばね１３２ａ、１３４ａ、１３６ａ、１３８ａと、固定部１４０ａ、１４２ａ、１４４ａ、１４６ａと、固定電極１４８ａ、１５０ａと、可動電極１５２ａ、１５４ａと、検出電極１５６ａ、１５８ａと、第２連結用ばね１６０ａ、１６２ａを備えている。検出部ばね１３２ａ、１３４ａ、１３６ａ、１３８ａと、固定部１４０ａ、１４２ａ、１４４ａ、１４６ａと、固定電極１４８ａ、１５０ａと、可動電極１５２ａ、１５４ａと、検出電極１５６ａ、１５８ａは、検出用枠体１３０ａの内側に配置されている。検出用枠体１３０ａのＸ軸方向の両端は、それぞれ第２連結用ばね１６０ａ、１６２ａを介して第１枠マス１０２に接続している。第２連結用ばね１６０ａ、１６２ａは、Ｘ軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にＸ軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたＸ軸方向ばねである。従って、第１枠マス１０２と検出用枠体１３０ａは、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に関しては一体的に振動し、Ｘ軸方向に関しては互いに独立して振動する。検出部ばね１３２ａ、１３４ａ、１３６ａ、１３８ａは、一端がそれぞれ検出用枠体１３０ａの四隅近傍に接続しており、他端がそれぞれ固定部１４０ａ、１４２ａ、１４４ａ、１４６ａに接続している。検出部ばね１３２ａ、１３４ａ、１３６ａ、１３８ａは、Ｙ軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にＹ軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたＹ軸方向ばねである。従って、検出用枠体１３０ａは固定部１４０ａ、１４２ａ、１４４ａ、１４６ａに対して、Ｘ軸方向およびＺ軸方向の相対変位が拘束されており、Ｙ軸方向に関しては自由に変位することができる。可動電極１５２ａ、１５４ａは検出用枠体１３０ａからＸ軸方向に沿って伸びるように配置されている。固定電極１４８ａ、１５０ａは、検出電極１５６ａ、１５８ａからＸ軸方向に沿って伸びるように配置されている。可動電極１５２ａは固定電極１４８ａを両側から挟み込むように配置されており、可動電極１５２ａと固定電極１４８ａによって静電容量が構成されている。可動電極１５４ａは固定電極１５０ａを両側から挟み込むように配置されており、可動電極１５４ａと固定電極１５０ａによって静電容量が構成されている。検出用枠体１３０ａが検出電極１５６ａ、１５８ａに対してＹ軸方向に振動すると、固定電極１４８ａ、１５０ａと可動電極１５２ａ、１５４ａで構成される静電容量が変化する。この静電容量の変化は、図示しないＣＶ変換回路を用いて信号として検出することができる。検出電極１５６ａ、１５８ａと固定部１４０ａ、１４２ａ、１４４ａ、１４６ａは、第１酸化膜６００を介して、後述する第２Ｓｉ層２００の外側固定部２３０に固定されている。なお、Ｙ方向検出部１０６ａの、検出用枠体１３０ａと、検出部ばね１３２ａ、１３４ａ、１３６ａ、１３８ａと、固定部１４０ａ、１４２ａ、１４４ａ、１４６ａと、可動電極１５２ａ、１５４ａと、第２連結用ばね１６０ａ、１６２ａは、第１枠マス１０２に対して一体的に形成されており、これらの部材は電気的に導通している。 The Y direction detection units 106 a and 106 b have a vertically symmetric configuration with the first frame mass 102 interposed therebetween. Hereinafter, a detailed configuration will be described by taking the Y direction detection unit 106a as an example, and detailed description of the Y direction detection unit 106b will be omitted. The Y direction detection unit 106a includes a detection frame 130a, detection unit springs 132a, 134a, 136a, and 138a, fixed units 140a, 142a, 144a, and 146a, fixed electrodes 148a and 150a, and movable electrodes 152a and 154a. Detection electrodes 156a and 158a, and second connecting springs 160a and 162a. The detection unit springs 132a, 134a, 136a, 138a, the fixed units 140a, 142a, 144a, 146a, the fixed electrodes 148a, 150a, the movable electrodes 152a, 154a, and the detection electrodes 156a, 158a are included in the detection frame 130a. Arranged inside. Both ends in the X-axis direction of the detection frame 130a are connected to the first frame mass 102 via second connection springs 160a and 162a, respectively. The second connecting springs 160a and 162a are configured such that the spring constant in the X-axis direction is significantly smaller than the spring constant in the other direction, and is configured to substantially allow only relative displacement in the X-axis direction. X-axis direction spring. Accordingly, the first frame mass 102 and the detection frame 130a vibrate integrally in the Y-axis direction and the Z-axis direction, and vibrate independently of each other in the X-axis direction. One end of each of the detection unit springs 132a, 134a, 136a, 138a is connected to the vicinity of the four corners of the detection frame 130a, and the other end is connected to each of the fixing units 140a, 142a, 144a, 146a. The detector springs 132a, 134a, 136a, and 138a are configured such that the spring constant in the Y-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, so that substantially only relative displacement in the Y-axis direction is allowed. It is the Y-axis direction spring comprised in this. Accordingly, the relative displacement in the X-axis direction and the Z-axis direction is restricted with respect to the fixing portions 140a, 142a, 144a, and 146a, and the detection frame 130a can be freely displaced in the Y-axis direction. The movable electrodes 152a and 154a are arranged so as to extend from the detection frame 130a along the X-axis direction. The fixed electrodes 148a and 150a are arranged so as to extend from the detection electrodes 156a and 158a along the X-axis direction. The movable electrode 152a is disposed so as to sandwich the fixed electrode 148a from both sides, and the movable electrode 152a and the fixed electrode 148a constitute a capacitance. The movable electrode 154a is arranged so as to sandwich the fixed electrode 150a from both sides, and the movable electrode 154a and the fixed electrode 150a constitute a capacitance. When the detection frame 130a vibrates in the Y-axis direction with respect to the detection electrodes 156a and 158a, the capacitance formed by the fixed electrodes 148a and 150a and the movable electrodes 152a and 154a changes. This change in capacitance can be detected as a signal using a CV conversion circuit (not shown). The detection electrodes 156a and 158a and the fixing parts 140a, 142a, 144a and 146a are fixed to the outer fixing part 230 of the second Si layer 200 described later via the first oxide film 600. The Y direction detection unit 106a includes a detection frame 130a, detection unit springs 132a, 134a, 136a, and 138a, fixed units 140a, 142a, 144a, and 146a, movable electrodes 152a and 154a, and a second connection. The springs 160a and 162a are formed integrally with the first frame mass 102, and these members are electrically connected.

第１枠マス１０２は、矩形の枠状の形状（枠形状）を有する質量体である。第１枠マス１０２は、Ｘ方向励振部１０４ａ、１０４ｂによってＸ方向に加振される。具体的には、Ｘ方向励振部１０４ａの励振電極１１４ａに通電し、Ｘ方向励振部１０４ｂの励振電極１１４ｂの通電を解除すると、結合部１１２ａが図１の左側に向けて移動し、それに伴って第１枠マス１０２も図１の左側に向けて移動する。Ｘ方向励振部１０４ｂの励振電極１１４ｂの通電を解除し、Ｘ方向励振部１０４ｂの励振電極１１４ｂに通電すると、結合部１１２ｂが図１の右側に向けて移動し、それに伴って第１枠マス１０２も図１の右側に向けて移動する。このように、Ｘ方向励振部１０４ａ、１０４ｂの励振電極１１４ａ、１１４ｂに交互に通電することで、第１枠マス１０２はＸ軸方向に振動する。 The first frame mass 102 is a mass body having a rectangular frame shape (frame shape). The first frame mass 102 is vibrated in the X direction by the X direction excitation units 104a and 104b. Specifically, when the excitation electrode 114a of the X-direction excitation unit 104a is energized and the energization of the excitation electrode 114b of the X-direction excitation unit 104b is released, the coupling unit 112a moves toward the left side of FIG. The first frame mass 102 also moves toward the left side of FIG. When the energization of the excitation electrode 114b of the X-direction excitation unit 104b is released and the excitation electrode 114b of the X-direction excitation unit 104b is energized, the coupling unit 112b moves toward the right side of FIG. Move toward the right side of FIG. As described above, the first frame mass 102 vibrates in the X-axis direction by energizing the excitation electrodes 114a and 114b of the X-direction excitation units 104a and 104b alternately.

第１枠マス１０２がＸ軸方向に振動している状況で、第１枠マス１０２にＺ軸周りの角速度が作用すると、第１枠マス１０２にＹ軸方向のコリオリ力が作用して、第１枠マス１０２はＹ軸方向についても振動する。この第１枠マス１０２のＹ軸方向の振動は、Ｙ方向検出部１０６ａ、１０６ｂの検出用枠体１３０ａ、１３０ｂにも伝達し、検出電極１５６ａ、１５８ａにおける信号出力の変化として検出される。 In a situation where the first frame mass 102 vibrates in the X-axis direction, when an angular velocity around the Z-axis acts on the first frame mass 102, a Coriolis force in the Y-axis direction acts on the first frame mass 102, and One frame mass 102 vibrates also in the Y-axis direction. The vibration in the Y-axis direction of the first frame mass 102 is also transmitted to the detection frames 130a and 130b of the Y-direction detection units 106a and 106b, and is detected as a change in signal output at the detection electrodes 156a and 158a.

第１枠マス１０２がＸ軸方向に振動している状況で、第１枠マス１０２にＹ軸周りの角速度が作用する場合には、第１枠マス１０２にＺ軸方向のコリオリ力が作用する。しかし、励振部ばね１１６ａ、１１８ａ、１１６ｂ、１１８ｂや第１連結用ばね１２４ａ、１２６ａ、１２４ｂ、１２６ｂや第２連結用ばね１６０ａ、１６２ａ、１６０ｂ、１６２ｂや検出部ばね１３２ａ、１３４ａ、１３６ａ、１３８ａ、１３２ｂ、１３４ｂ、１３６ｂ、１３８ｂは、Ｚ軸方向に剛性が高い、すなわち、Ｚ軸方向のばね定数が大きい。このため、第１枠マス１０２はＸ方向励振部１０４ａ、１０４ｂの固定部１２０ａ、１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂやＹ方向検出部１０６ａ、１０６ｂの固定部１４０ａ、１４２ａ、１４４ａ、１４６ａ、１４０ｂ、１４２ｂ、１４４ｂ、１４６ｂに対してＺ軸方向の変位が拘束される。従って、第１枠マス１０２はＺ軸方向にはほとんど振動しない。 In a situation where the first frame mass 102 is vibrating in the X-axis direction, when an angular velocity around the Y-axis acts on the first frame mass 102, a Coriolis force in the Z-axis direction acts on the first frame mass 102. . However, the excitation part springs 116a, 118a, 116b, 118b, the first connection springs 124a, 126a, 124b, 126b, the second connection springs 160a, 162a, 160b, 162b and the detection part springs 132a, 134a, 136a, 138a, 132b, 134b, 136b, and 138b have high rigidity in the Z-axis direction, that is, a large spring constant in the Z-axis direction. For this reason, the first frame mass 102 is fixed to the fixing portions 120a, 121a, 122a, 123a, 120b, 121b, 122b, 123b of the X direction excitation units 104a, 104b and the fixing portions 140a, 142a, 144a of the Y direction detection units 106a, 106b. 146a, 140b, 142b, 144b, and 146b are restrained from displacement in the Z-axis direction. Accordingly, the first frame mass 102 hardly vibrates in the Z-axis direction.

図２に示すように、第２Ｓｉ層２００には、第２枠マス２０２と、第３連結用ばね２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂと、可動電極２０８ａ、２０８ｂと、固定電極２０９と、検出部連結用ばね２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ、２１２ｂと、検出部支持用ばね２１４ａ、２１４ｂ、２１６ａ、２１６ｂと、固定部２１８、２２０、２２２ａ、２２２ｂ、２２４ａ、２２４ｂ、２２６ａ、２２６ｂと、外側固定部２３０を備えている。外側固定部２３０は、後述する第３Ｓｉ層３００に第２酸化膜７００を介して固定されている。以下では、可動電極２０８ａ、２０８ｂと、固定電極２０９と、検出部連結用ばね２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ、２１２ｂと、検出部支持用ばね２１４ａ、２１４ｂ、２１６ａ、２１６ｂと、固定部２１８、２２０、２２２ａ、２２２ｂ、２２４ａ、２２４ｂ、２２６ａ、２２６ｂと、図１の固定電極１０８ａ、１０８ｂと、可動電極１１０を合わせて、Ｚ方向検出部２４０という。 As shown in FIG. 2, the second frame layer 202, the third connection springs 204a, 204b, 206a, 206b, the movable electrodes 208a, 208b, the fixed electrode 209, and the detection unit are connected to the second Si layer 200. Springs 210a, 210b, 212a, 212b, detection portion supporting springs 214a, 214b, 216a, 216b, fixing portions 218, 220, 222a, 222b, 224a, 224b, 226a, 226b, and an outer fixing portion 230. ing. The outer fixing portion 230 is fixed to a third Si layer 300 described later via a second oxide film 700. Hereinafter, the movable electrodes 208a and 208b, the fixed electrode 209, the detection unit coupling springs 210a, 210b, 212a and 212b, the detection unit support springs 214a, 214b, 216a and 216b, and the fixed units 218, 220 and 222a. , 222b, 224a, 224b, 226a, 226b, the fixed electrodes 108a, 108b of FIG. 1, and the movable electrode 110 are collectively referred to as a Z direction detector 240.

第３連結用ばね２０４ａ、２０６ａは、第２枠マス２０２のＸ軸方向の一方の端部（図２の左側の端部）からＸ軸方向に沿って伸びている。第３連結用ばね２０４ａ、２０６ａの端部は、図１のＸ方向励振部１０４ａの結合部１１２ａと、第１酸化膜６００を介して接続している。第３連結用ばね２０４ｂ、２０６ｂは、第２枠マス２０２のＸ軸方向の他方の端部（図２の右側の端部）からＸ軸方向に沿って伸びている。第３連結用ばね２０４ｂ、２０６ｂの端部は、図１のＸ方向励振部１０４ｂの結合部１１２ｂと、第１酸化膜６００を介して接続している。第３連結用ばね２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂは、Ｚ軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にＺ軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたＺ軸方向ばねである。従って、第２枠マス２０２とＸ方向励振部１０４ａの結合部１１２ａ、および第２枠マス２０２とＸ方向励振部１０４ｂの結合部１１２ｂは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に関しては一体的に振動し、Ｚ軸方向に関しては互いに独立して振動する。 The third connecting springs 204a and 206a extend from one end portion (left end portion in FIG. 2) of the second frame mass 202 in the X-axis direction along the X-axis direction. The end portions of the third coupling springs 204a and 206a are connected to the coupling portion 112a of the X direction excitation portion 104a of FIG. 1 via the first oxide film 600. The third connecting springs 204b and 206b extend along the X-axis direction from the other end portion (right end portion in FIG. 2) of the second frame mass 202 in the X-axis direction. The end portions of the third coupling springs 204b and 206b are connected to the coupling portion 112b of the X-direction excitation portion 104b of FIG. 1 via the first oxide film 600. The third connecting springs 204a, 204b, 206a, 206b are configured so that the spring constant in the Z-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, and substantially only relative displacement in the Z-axis direction is allowed. It is a Z-axis direction spring configured to do this. Accordingly, the coupling portion 112a of the second frame mass 202 and the X-direction excitation portion 104a and the coupling portion 112b of the second frame mass 202 and the X-direction excitation portion 104b vibrate integrally in the X-axis direction and the Y-axis direction. Oscillate independently of each other in the Z-axis direction.

さらに、第３連結用ばね２０４ａ、２０６ａの端部は、Ｘ方向励振部１０４ａの結合部１１２ａと、それぞれ貫通電極２３２ａ、２３４ａを介して電気的に導通している。第３連結用ばね２０４ｂ、２０６ｂの端部は、Ｘ方向励振部１０４ｂの結合部１１２ｂと、それぞれ貫通電極２３２ｂ、２３４ｂを介して電気的に導通している。Ｘ方向励振部１０４ａ、１０４ｂの結合部１１２ａ、１１２ｂは第１枠マス１０２と電気的に導通しているから、第１枠マス１０２と第２枠マス２０２は、同電位に維持されている。 Furthermore, the end portions of the third coupling springs 204a and 206a are electrically connected to the coupling portion 112a of the X-direction excitation portion 104a via the through electrodes 232a and 234a, respectively. The end portions of the third coupling springs 204b and 206b are electrically connected to the coupling portion 112b of the X direction excitation portion 104b via the through electrodes 232b and 234b, respectively. Since the coupling portions 112a and 112b of the X-direction excitation units 104a and 104b are electrically connected to the first frame mass 102, the first frame mass 102 and the second frame mass 202 are maintained at the same potential.

可動電極２０８ａ、２０８ｂは、第２枠マス２０２の内側に形成されている。可動電極２０８ａは、検出部連結用ばね２１０ａ、２１２ａを介して、第２枠マス２０２に接続している。可動電極２０８ｂは、検出部連結用ばね２１０ｂ、２１２ｂを介して、第２枠マス２０２に接続している。検出部連結用ばね２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ、２１２ｂは、Ｘ軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にＸ軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたＸ軸方向ばねである。従って、可動電極２０８ａ、２０８ｂは第２枠マス２０２に対して、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に関しては一体的に振動し、Ｘ軸方向に関しては互いに独立して振動する。 The movable electrodes 208 a and 208 b are formed inside the second frame mass 202. The movable electrode 208a is connected to the second frame mass 202 via the detection unit coupling springs 210a and 212a. The movable electrode 208b is connected to the second frame mass 202 via the detection unit coupling springs 210b and 212b. The detection unit coupling springs 210a, 210b, 212a, and 212b are configured so that the spring constant in the X-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, and substantially only relative displacement in the X-axis direction is allowed. An X-axis direction spring configured to Accordingly, the movable electrodes 208a and 208b vibrate integrally with respect to the second frame mass 202 in the Y-axis direction and the Z-axis direction, and vibrate independently of each other in the X-axis direction.

可動電極２０８ａは、検出部支持用ばね２１４ａ、２１６ａを介して、固定部２２２ａ、２２４ａに接続している。可動電極２０８ｂは、検出部支持用ばね２１４ｂ、２１６ｂを介して、固定部２２２ｂ、２２４ｂに接続している。検出部支持用ばね２１４ａ、２１４ｂ、２１６ａ、２１６ｂは、Ｚ軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にＺ軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたＺ軸方向ばねである。従って、可動電極２０８ａは固定部２２２ａ、２２４ａに対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の相対変位が拘束されており、Ｚ軸方向に関しては自由に変位することができる。また、可動電極２０８ｂは固定部２２２ｂ、２２４ｂに対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の相対変位が拘束されており、Ｚ軸方向に関しては自由に変位することができる。固定部２２２ａ、２２４ａは、第２酸化膜７００を介して、後述する第３Ｓｉ層３００の凸部３０６ａに固定されている。固定部２２２ｂ、２２４ｂは、第２酸化膜７００を介して、後述する第３Ｓｉ層３００の凸部３０６ｂに固定されている。なお、可動電極２０８ａ、２０８ｂ、検出部連結用ばね２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、検出部支持用ばね２１４ａ、２１４ｂ、２１６ａ、２１６ｂ、固定部２２２ａ、２２２ｂ、２２４ａ、２２４ｂは、第２枠マス２０２と一体的に形成されており、これらの部材は電気的に導通している。また、可動電極２０８ａ、２０８ｂは、何れも第１酸化膜６００を介して図１の可動電極１１０に機械的に接続しており、さらに貫通電極２３６ａ、２３６ｂを介して電気的に導通している。なお可動電極２０８ａのＸＹ面で平面視したときに図１の固定電極１０８ａが重なり合う部分、および可動電極２０８ｂのＸＹ面で平面視したときに図１の固定電極１０８ｂが重なり合う部分には、それぞれエッチング用の孔が形成されている。可動電極２０８ａと固定電極１０８ａの間の第１酸化膜６００はエッチングによって除去されており、両者は機械的にも電気的にも切り離されている。また、可動電極２０８ｂと固定電極１０８ｂの間の第１酸化膜６００もエッチングによって除去されており、両者は機械的にも電気的にも切り離されている。 The movable electrode 208a is connected to the fixed portions 222a and 224a via the detection portion supporting springs 214a and 216a. The movable electrode 208b is connected to the fixed portions 222b and 224b via the detection portion supporting springs 214b and 216b. The detection unit supporting springs 214a, 214b, 216a, and 216b are configured such that the spring constant in the Z-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, and substantially only relative displacement in the Z-axis direction is allowed. It is a Z-axis direction spring configured to do this. Therefore, the movable electrode 208a is restrained from relative displacement in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the fixed portions 222a and 224a, and can be freely displaced in the Z-axis direction. Further, the movable electrode 208b is restrained from relative displacement in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the fixed portions 222b and 224b, and can be freely displaced in the Z-axis direction. The fixing portions 222a and 224a are fixed to the convex portion 306a of the third Si layer 300 described later via the second oxide film 700. The fixing portions 222b and 224b are fixed to the convex portion 306b of the third Si layer 300 described later via the second oxide film 700. The movable electrodes 208a, 208b, the detection unit coupling springs 210a, 210b, 212a, 212b, the detection unit support springs 214a, 214b, 216a, 216b, and the fixed units 222a, 222b, 224a, 224b are included in the second frame mass 202. And these members are electrically connected. The movable electrodes 208a and 208b are both mechanically connected to the movable electrode 110 of FIG. 1 through the first oxide film 600, and are electrically connected to each other through the through electrodes 236a and 236b. . Note that the portion where the fixed electrode 108a in FIG. 1 overlaps when viewed in plan on the XY plane of the movable electrode 208a and the portion where the fixed electrode 108b in FIG. 1 overlaps when viewed in plan on the XY plane of the movable electrode 208b are etched, respectively. Holes are formed. The first oxide film 600 between the movable electrode 208a and the fixed electrode 108a is removed by etching, and both are separated mechanically and electrically. In addition, the first oxide film 600 between the movable electrode 208b and the fixed electrode 108b is also removed by etching, and both are separated mechanically and electrically.

固定部２２６ａは第１酸化膜６００を介して図１の固定電極１０８ａと機械的に接続している。また、固定部２２６ａは第２酸化膜７００を介して後述する第３Ｓｉ層３００の凸部３０４ａに機械的に接続されている。さらに、固定部２２６ａは固定電極１０８ａと、貫通電極２３８ａを介して電気的に導通している。
同様に、固定部２２６ｂは第１酸化膜６００を介して図１の固定電極１０８ｂと機械的に接続している。また、固定部２２６ｂは第２酸化膜７００を介して後述する第３Ｓｉ層３００の凸部３０４ｂに機械的に接続されている。さらに、固定部２２６ｂは固定電極１０８ｂと、貫通電極２３８ｂを介して電気的に導通している。 The fixed portion 226a is mechanically connected to the fixed electrode 108a of FIG. 1 through the first oxide film 600. The fixing portion 226a is mechanically connected to a convex portion 304a of the third Si layer 300 described later via the second oxide film 700. Further, the fixed portion 226a is electrically connected to the fixed electrode 108a via the through electrode 238a.
Similarly, the fixed portion 226b is mechanically connected to the fixed electrode 108b of FIG. 1 through the first oxide film 600. Further, the fixing portion 226b is mechanically connected to the convex portion 304b of the third Si layer 300 described later via the second oxide film 700. Further, the fixed portion 226b is electrically connected to the fixed electrode 108b via the through electrode 238b.

固定電極２０９は、そのＸ軸方向の両端が固定部２１８、２２０にそれぞれ接続している。固定部２１８、２２０は、第２酸化膜７００を介して、後述する第３Ｓｉ層３００の凸部３０６ａ、３０６ｂにそれぞれ機械的に接続している。なお固定電極２０９のＸＹ面で平面視したときに図１の可動電極１１０と重なり合う部分には、エッチング用の孔が形成されている。固定電極２０９と可動電極１１０の間の第１酸化膜６００はエッチングによって除去されており、両者は機械的にも電気的にも切り離されている。 Both ends of the fixed electrode 209 in the X-axis direction are connected to the fixed portions 218 and 220, respectively. The fixing portions 218 and 220 are mechanically connected to convex portions 306a and 306b of the third Si layer 300 described later via the second oxide film 700, respectively. Note that an etching hole is formed in a portion overlapping the movable electrode 110 in FIG. 1 when viewed in plan on the XY plane of the fixed electrode 209. The first oxide film 600 between the fixed electrode 209 and the movable electrode 110 is removed by etching, and both are separated mechanically and electrically.

図４に示すように、第１Ｓｉ層１００の可動電極１１０と第２Ｓｉ層２００の固定電極２０９はＺ軸方向に関して互いに対向して配置されており、両者の距離ｄ１に応じた静電容量が形成されている。また、第１Ｓｉ層１００の固定電極１０８ａと第２Ｓｉ層２００の可動電極２０８ａは互いに対向して配置されておき、両者の距離ｄ２に応じた静電容量が形成されている。同様に、第１Ｓｉ層１００の固定電極１０８ｂと第２Ｓｉ層２００の可動電極２０８ｂは互いに対向して配置されておき、両者の距離ｄ２に応じた静電容量が形成されている。第２枠マス２０２がＺ方向に変位すると、可動電極２０８ａ、２０８ｂ、１１０は第２枠マス２０２と一体的にＺ方向に変位する。図４に示すように、第２枠マス２０２が第１枠マス１０２から離れる方向に（図４の下方に）変位する場合、可動電極１１０と固定電極２０９の間の距離ｄ１は減少し、固定電極１０８ａ、１０８ｂと可動電極２０８ａ、２０８ｂの間の距離ｄ２は増加する。逆に、第２枠マス２０２が第１枠マス１０２に近づく方向に（図４の上方に）変位する場合、可動電極１１０と固定電極２０９の間の距離ｄ１は増加し、固定電極１０８ａ、１０８ｂと可動電極２０８ａ、２０８ｂの間の距離ｄ２は減少する。すなわち、Ｚ方向検出部２４０には差動静電容量が形成されている。第２枠マス２０２がＺ軸方向に振動すると、上記した静電容量が変化する。この静電容量の変化は、図示しないＣＶ変換回路を用いて、信号として検出することができる。 As shown in FIG. 4, the movable electrode 110 of the first Si layer 100 and the fixed electrode 209 of the second Si layer 200 are arranged opposite to each other in the Z-axis direction, and an electrostatic capacity corresponding to the distance d1 between them is formed. Has been. Further, the fixed electrode 108a of the first Si layer 100 and the movable electrode 208a of the second Si layer 200 are arranged to face each other, and an electrostatic capacity corresponding to the distance d2 between them is formed. Similarly, the fixed electrode 108b of the first Si layer 100 and the movable electrode 208b of the second Si layer 200 are arranged to face each other, and an electrostatic capacity corresponding to the distance d2 between them is formed. When the second frame mass 202 is displaced in the Z direction, the movable electrodes 208 a, 208 b, 110 are displaced in the Z direction integrally with the second frame mass 202. As shown in FIG. 4, when the second frame mass 202 is displaced in the direction away from the first frame mass 102 (downward in FIG. 4), the distance d1 between the movable electrode 110 and the fixed electrode 209 decreases and is fixed. The distance d2 between the electrodes 108a and 108b and the movable electrodes 208a and 208b increases. Conversely, when the second frame mass 202 is displaced in a direction approaching the first frame mass 102 (upward in FIG. 4), the distance d1 between the movable electrode 110 and the fixed electrode 209 increases, and the fixed electrodes 108a and 108b. And the distance d2 between the movable electrodes 208a and 208b decreases. That is, a differential capacitance is formed in the Z direction detection unit 240. When the second frame mass 202 vibrates in the Z-axis direction, the above-described capacitance changes. This change in capacitance can be detected as a signal using a CV conversion circuit (not shown).

第２枠マス２０２は、第１枠マス１０２と同形状に形成された、矩形の枠状の形状（枠形状）を有する質量体である。第２枠マス２０２は、ＸＹ面で平面視したときに第１枠マス１０２と完全に重なり合うように配置されている。図１のＸ方向励振部１０４ａ、１０４ｂによって結合部１１２ａ、１１２ｂがＸ方向に加振されると、第２枠マス２０２もＸ軸方向に振動する。 The second frame mass 202 is a mass body having the same shape as the first frame mass 102 and having a rectangular frame shape (frame shape). The second frame mass 202 is disposed so as to completely overlap the first frame mass 102 when viewed in plan on the XY plane. When the coupling portions 112a and 112b are vibrated in the X direction by the X direction excitation portions 104a and 104b in FIG. 1, the second frame mass 202 also vibrates in the X axis direction.

第２枠マス２０２がＸ軸方向に振動している状況で、第２枠マス２０２にＹ軸周りの角速度が作用すると、第２枠マス２０２にＺ軸方向のコリオリ力が作用して、第２枠マス２０２はＺ軸方向についても振動する。この第２枠マス２０２のＺ軸方向の振動は、Ｚ方向検出部２４０の可動電極２０８ａ、２０８ｂ、１１０にも伝達し、固定電極１０８ａ、１０８ｂ、２０９における信号出力の変化として検出される。 In a situation where the second frame mass 202 is vibrating in the X-axis direction, if an angular velocity around the Y-axis acts on the second frame mass 202, a Coriolis force in the Z-axis direction acts on the second frame mass 202, and The two-frame mass 202 vibrates also in the Z-axis direction. The vibration in the Z-axis direction of the second frame mass 202 is also transmitted to the movable electrodes 208a, 208b, 110 of the Z-direction detector 240, and is detected as a change in signal output at the fixed electrodes 108a, 108b, 209.

第２枠マス２０２がＸ軸方向に振動している状況で、第２枠マス２０２にＺ軸周りの角速度が作用する場合には、第２枠マス２０２にＹ軸方向のコリオリ力が作用する。しかし、励振部ばね１１６ａ、１１８ａ、１１６ｂ、１１８ｂや検出部支持用ばね２１４ａ、２１４ｂ、２１６ａ、２１６ｂや第３連結用ばね２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂや、検出部連結用ばね２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ、２１２ｂは、Ｙ軸方向に剛性が高い、すなわち、Ｙ軸方向のばね定数が大きい。このため、第２枠マス２０２は図１のＸ方向励振部１０４ａ、１０４ｂの固定部１２０ａ、１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂや図２の固定部２２２ａ、２２４ａ、２２２ｂ、２２４ｂに対してＹ軸方向の変位が拘束される。従って、第２枠マス２０２はＹ軸方向にはほとんど振動しない。 In a situation where the second frame mass 202 is vibrating in the X-axis direction, when an angular velocity around the Z-axis acts on the second frame mass 202, a Coriolis force in the Y-axis direction acts on the second frame mass 202. . However, the excitation unit springs 116a, 118a, 116b, 118b, the detection unit support springs 214a, 214b, 216a, 216b, the third connection springs 204a, 204b, 206a, 206b, and the detection unit connection springs 210a, 210b, 212a. 212b have high rigidity in the Y-axis direction, that is, a large spring constant in the Y-axis direction. For this reason, the second frame mass 202 is fixed to the fixing portions 120a, 121a, 122a, 123a, 120b, 121b, 122b, 123b of the X direction excitation portions 104a, 104b of FIG. 1 and the fixing portions 222a, 224a, 222b, 224b of FIG. In contrast, the displacement in the Y-axis direction is constrained. Accordingly, the second frame mass 202 hardly vibrates in the Y-axis direction.

図３に示すように、第３Ｓｉ層３００は、エッチングによって形成されたくぼみ３０２と、くぼみ３０２の内部に形成された凸部３０４ａ、３０４ｂ、３０６ａ、３０６ｂを備えている。凸部３０４ａは第２Ｓｉ層２００の固定部２２６ａに対応して形成されており、凸部３０４ｂは第２Ｓｉ層２００の固定部２２６ｂに対応して形成されている。凸部３０６ａは第２Ｓｉ層２００の固定部２１８、２２２ａ、２２２ｂに対応して形成されており、凸部３０６ｂは第２Ｓｉ層２００の固定部２２０、２２４ａ、２２４ｂに対応して形成されている。図４に示すように、くぼみ３０２は、Ｚ軸方向に振動する第２枠マス２０２、可動電極２０８ａ、２０８ｂに対応して形成されているので、第２枠マス２０２が可動電極２０８ａ、２０８ｂと一体的にＺ軸方向に振動する場合でも、第３Ｓｉ層３００の部材が干渉してしまうことがない。 As shown in FIG. 3, the third Si layer 300 includes a recess 302 formed by etching, and convex portions 304 a, 304 b, 306 a, and 306 b formed inside the recess 302. The convex portion 304 a is formed corresponding to the fixed portion 226 a of the second Si layer 200, and the convex portion 304 b is formed corresponding to the fixed portion 226 b of the second Si layer 200. The convex portion 306a is formed corresponding to the fixing portions 218, 222a, and 222b of the second Si layer 200, and the convex portion 306b is formed corresponding to the fixing portions 220, 224a, and 224b of the second Si layer 200. As shown in FIG. 4, since the recess 302 is formed corresponding to the second frame mass 202 and the movable electrodes 208a and 208b that vibrate in the Z-axis direction, the second frame mass 202 is connected to the movable electrodes 208a and 208b. Even when vibrating in the Z-axis direction integrally, the members of the third Si layer 300 do not interfere with each other.

以上のような構成を備える２軸角速度センサ１０は、以下のような動作をする。Ｘ方向励振部１０４ａ、１０４ｂによって結合部１１２ａ、１１２ｂがＸ方向に励振されると、その振動は第１連結用ばね１２４ａ、１２４ｂ、１２６ａ、１２６ｂを介して第１枠マス１０２に伝達し、第１枠マス１０２がＸ方向に振動する。第１枠マス１０２がＸ方向に振動している状況でＺ軸周りの角速度が第１枠マス１０２に作用すると、第１枠マス１０２にＹ軸方向に沿ったコリオリ力が作用し、第１枠マス１０２はＹ方向にも振動する。この第１枠マス１０２のＹ軸方向の振動は、第２連結用ばね１６０ａ、１６２ａ、１６０ｂ、１６２ｂを介してＹ方向検出部１０６ａ、１０６ｂの検出用枠体１３０ａ、１３０ｂに伝達し、検出電極１５６ａ、１５８ａ、１５６ｂ、１５８ｂにおける信号出力の変化として検出される。 The biaxial angular velocity sensor 10 having the above configuration operates as follows. When the coupling portions 112a and 112b are excited in the X direction by the X direction excitation portions 104a and 104b, the vibration is transmitted to the first frame mass 102 via the first connection springs 124a, 124b, 126a and 126b, and One frame mass 102 vibrates in the X direction. When the angular velocity around the Z-axis acts on the first frame mass 102 in a state where the first frame mass 102 vibrates in the X direction, Coriolis force along the Y-axis direction acts on the first frame mass 102, and the first The frame mass 102 also vibrates in the Y direction. The vibration in the Y-axis direction of the first frame mass 102 is transmitted to the detection frames 130a and 130b of the Y-direction detection units 106a and 106b via the second connecting springs 160a, 162a, 160b, and 162b, and is detected by the detection electrodes. It is detected as a change in signal output at 156a, 158a, 156b, 158b.

また、結合部１１２ａ、１１２ｂのＸ方向の振動は、第３連結用ばね２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂを介して第２枠マス２０２にも伝達し、第２枠マス２０２もＸ方向に振動する。第２枠マス２０２がＸ方向に振動しているときにＹ軸周りの角速度が第２枠マス２０２に作用すると、第２枠マス２０２にＺ軸方向に沿ったコリオリ力が作用し、第２枠マス２０２はＺ方向にも振動する。この第２枠マス２０２のＺ軸方向の振動は、検出用連結ばね２１０ａ、２１２ａ、２１０ｂ、２１２ｂを介して可動電極２０８ａ、２０８ｂ、１１０にも伝達し、固定電極１０８ａ、１０８ｂ、２０９における信号出力の変化として検出される。 The vibration in the X direction of the coupling portions 112a and 112b is also transmitted to the second frame mass 202 via the third coupling springs 204a, 204b, 206a, and 206b, and the second frame mass 202 also vibrates in the X direction. . When the angular velocity around the Y axis acts on the second frame mass 202 while the second frame mass 202 is vibrating in the X direction, Coriolis force along the Z axis direction acts on the second frame mass 202, and the second The frame mass 202 also vibrates in the Z direction. The vibration in the Z-axis direction of the second frame mass 202 is also transmitted to the movable electrodes 208a, 208b, 110 via the detection connecting springs 210a, 212a, 210b, 212b, and a signal output at the fixed electrodes 108a, 108b, 209. Is detected as a change.

なお、第１Ｓｉ層１００の第１枠マス１０２と、第２Ｓｉ層２００の第２枠マス２０２には、それぞれエッチング用の孔が形成されている。これらのエッチング用の孔が形成されていることによって、第１Ｓｉ層１００と第２Ｓｉ層２００の間の第１酸化膜６００や、第２Ｓｉ層２００と第３Ｓｉ層３００の間の第２酸化膜７００の除去を適切に行うことができる。 Etching holes are formed in the first frame mass 102 of the first Si layer 100 and the second frame mass 202 of the second Si layer 200, respectively. By forming these etching holes, the first oxide film 600 between the first Si layer 100 and the second Si layer 200 and the second oxide film 700 between the second Si layer 200 and the third Si layer 300 are formed. Can be appropriately removed.

以上のように、本実施例の２軸角速度センサ１０によれば、Ｙ軸周りの角速度とＺ軸周りの角速度をそれぞれ検出することができる。 As described above, according to the biaxial angular velocity sensor 10 of the present embodiment, the angular velocity around the Y axis and the angular velocity around the Z axis can be detected.

本実施例の２軸角速度センサ１０では、第１枠マス１０２と第２枠マス２０２が、同一平面上に配置されておらず、互いに対向して、かつ上下に重なり合うように配置されている。これによって、第１枠マス１０２および第２枠マス２０２の内側の領域を広く確保することができる。このような構成を採用することで、Ｚ方向検出部２４０の固定電極２０９と可動電極１１０が対向する面積、可動電極２０８ａと固定電極１０８ａが対向する面積、および可動電極２０８ｂと固定電極１０８ｂが対向する面積を広く確保することができ、Ｚ方向検出部２４０の検出感度を向上することができる。また、第１枠マス１０２と第２枠マス２０２を同一平面上に、例えば第１枠マス１０２を外側に、第２枠マス２０２を内側に配置した場合に比べて、可動体の全体としての面積を小さくすることができる。２軸角速度センサ１０をより小型化することができる。 In the biaxial angular velocity sensor 10 of the present embodiment, the first frame mass 102 and the second frame mass 202 are not arranged on the same plane, but are arranged so as to face each other and overlap each other. Accordingly, a wide area inside the first frame mass 102 and the second frame mass 202 can be secured. By adopting such a configuration, the area where the fixed electrode 209 and the movable electrode 110 of the Z direction detection unit 240 face each other, the area where the movable electrode 208a and the fixed electrode 108a face each other, and the movable electrode 208b and the fixed electrode 108b face each other. A large area can be secured, and the detection sensitivity of the Z direction detection unit 240 can be improved. In addition, as compared with the case where the first frame mass 102 and the second frame mass 202 are arranged on the same plane, for example, the first frame mass 102 is arranged on the outer side and the second frame mass 202 is arranged on the inner side, The area can be reduced. The biaxial angular velocity sensor 10 can be further downsized.

本実施例の２軸角速度センサ１０では、第１枠マス１０２に接続する第１連結用ばね１２４ａ、１２４ｂ、１２６ａ、１２６ｂ、第２連結用ばね１６０ａ、１６０ｂ、１６２ａ、１６２ｂが、酸化膜を介さずに第１枠マス１０２と一体的に形成されており、第２枠マス２０２に接続する第３連結用ばね２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂ、検出部連結用ばね２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ、２１２ｂなどが、酸化膜を介さずに第２枠マス２０２と一体的に形成されている。このような構成とすることによって、酸化膜の残留応力が第１枠マス１０２や第２枠マス２０２に反りを発生させる事態を防ぐことができる。反りの発生による第１枠マス１０２および第２枠マス２０２の重心ずれを防止することができる。また、上記のように、各枠マスと各ばねの間を酸化膜を介さずに接続することによって、酸化膜の不用意なオーバーエッチングなどの製造時の不具合の発生を防ぐことができる。 In the biaxial angular velocity sensor 10 of the present embodiment, the first coupling springs 124a, 124b, 126a, 126b and the second coupling springs 160a, 160b, 162a, 162b connected to the first frame mass 102 are interposed via an oxide film. 3rd connection springs 204a, 204b, 206a, 206b, detection unit connection springs 210a, 210b, 212a, 212b, etc., which are integrally formed with the first frame mass 102 and connected to the second frame mass 202, etc. However, the second frame mass 202 is formed integrally with no oxide film. With such a configuration, it is possible to prevent a situation in which the residual stress of the oxide film causes the first frame mass 102 and the second frame mass 202 to warp. The center-of-gravity shift of the first frame mass 102 and the second frame mass 202 due to the occurrence of warpage can be prevented. Further, as described above, by connecting the frame masses and the springs without interposing an oxide film, it is possible to prevent the occurrence of problems during manufacturing, such as careless overetching of the oxide film.

なお上記の実施例では、ＸＹ面で平面視したときに第１枠マス１０２と第２枠マス２０２が完全に重なり合う場合について説明したが、第１枠マス１０２と第２枠マス２０２は部分的に重なり合うような構成としてもよい。第１Ｓｉ層１００の固定電極１０８ａ、１０８ｂ、可動電極１１０を第１枠マス１０２の内側に形成することができ、かつ固定電極１０８ａ、１０８ｂ、可動電極１１０をＺ方向検出部２４０の一部とすることができるような位置関係であればよく、第１枠マス１０２と第２枠マス２０２はＸＹ面で平面視したときに完全に重なり合っていなくともよい。 In the above-described embodiment, the case where the first frame mass 102 and the second frame mass 202 completely overlap when viewed in plan on the XY plane has been described. However, the first frame mass 102 and the second frame mass 202 are partially It is good also as a structure which overlaps. The fixed electrodes 108 a and 108 b and the movable electrode 110 of the first Si layer 100 can be formed inside the first frame mass 102, and the fixed electrodes 108 a and 108 b and the movable electrode 110 are part of the Z direction detection unit 240. The first frame mass 102 and the second frame mass 202 do not have to completely overlap when viewed in plan on the XY plane.

実施例１の２軸角速度センサ１０は部分的な変更を加えることによって、３軸加速度センサとすることもできる。本実施例では、可動体を備える３軸加速度センサ２０について、実施例１の２軸角速度センサ１０と同様の構成を備える部分については同一の符号を付して説明を省略し、変更する部分のみについて説明する。 The biaxial angular velocity sensor 10 according to the first embodiment can be a triaxial acceleration sensor by making a partial change. In the present embodiment, with respect to the triaxial acceleration sensor 20 having a movable body, portions having the same configuration as the biaxial angular velocity sensor 10 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only portions to be changed are provided. Will be described.

３軸加速度センサ２０は、図５に示す第１Ｓｉ層５００と、図２に示す第２Ｓｉ層２００と、図３に示す第３Ｓｉ層３００と、第１Ｓｉ層５００と第２Ｓｉ層２００の間に形成された第１酸化膜６００と、第２Ｓｉ層２００と第３Ｓｉ層３００の間に形成された第２酸化膜７００が積層された構造を有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板から構成されている。第２Ｓｉ層２００および第３Ｓｉ層３００の構成は、実施例１と同様である。例えば、第１Ｓｉ層５００は、第２Ｓｉ層２００よりも厚みが大きくなるように形成されている。また、例えば、第３Ｓｉ層３００は、第１Ｓｉ層５００および第２Ｓｉ層２００の何れよりも厚みが大きくなるように形成されている。 The triaxial acceleration sensor 20 is formed between the first Si layer 500 shown in FIG. 5, the second Si layer 200 shown in FIG. 2, the third Si layer 300 shown in FIG. 3, and the first Si layer 500 and the second Si layer 200. The first oxide film 600 is formed, and an SOI (Silicon on Insulator) substrate having a structure in which a second oxide film 700 formed between the second Si layer 200 and the third Si layer 300 is laminated. The configurations of the second Si layer 200 and the third Si layer 300 are the same as those in the first embodiment. For example, the first Si layer 500 is formed to be thicker than the second Si layer 200. Further, for example, the third Si layer 300 is formed to have a thickness larger than any of the first Si layer 500 and the second Si layer 200.

図５に示すように、第１Ｓｉ層５００には、第１枠マス１０２と、第１枠マス１０２のＸ方向の振動を検出するＸ方向検出部５０６ａ、５０６ｂと、第１枠マス１０２のＹ方向の振動を検出するＹ方向検出部１０６ａ、１０６ｂと、Ｚ方向検出部２４０の一部となる固定電極１０８ａ、１０８ｂおよび可動電極１１０が形成されている。Ｘ方向検出部５０６ａ、５０６ｂは、第１枠マス１０２の外側に、Ｘ軸方向に関して第１枠マス１０２を両側から挟み込むように配置されている。 As illustrated in FIG. 5, the first Si layer 500 includes a first frame mass 102, X-direction detection units 506 a and 506 b that detect vibrations in the X direction of the first frame mass 102, and Y of the first frame mass 102. Y direction detectors 106a and 106b that detect vibrations in the direction, fixed electrodes 108a and 108b and a movable electrode 110 that are part of the Z direction detector 240 are formed. The X direction detection units 506a and 506b are arranged outside the first frame mass 102 so as to sandwich the first frame mass 102 from both sides in the X axis direction.

Ｘ方向検出部５０６ａ、５０６ｂは、第１枠マス１０２を挟んで左右対称の構成を備えている。以下ではＸ方向検出部５０６ａを例として詳細な構成を説明し、Ｘ方向検出部５０６ｂについては詳細な説明を省略する。Ｘ方向検出部５０６ａは、検出用枠体５３０ａと、検出部ばね５３２ａ、５３４ａ、５３６ａ、５３８ａと、固定部５４０ａ、５４２ａ、５４４ａ、５４６ａと、固定電極５４８ａ、５５０ａと、可動電極５５２ａ、５５４ａと、検出電極５５６ａ、５５８ａと、第４連結用ばね５６０ａ、５６２ａを備えている。検出部ばね５３２ａ、５３４ａ、５３６ａ、５３８ａと、固定部５４０ａ、５４２ａ、５４４ａ、５４６ａと、固定電極５４８ａ、５５０ａと、可動電極５５２ａ、５５４ａと、検出電極５５６ａ、５５８ａは、検出用枠体５３０ａの内側に配置されている。検出用枠体５３０ａのＹ軸方向の両端は、それぞれ第４連結用ばね５６０ａ、５６２ａを介して結合部１１２ａに接続している。第４連結用ばね５６０ａ、５６２ａは、Ｙ軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にＹ軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたＹ軸方向ばねである。従って、第１枠マス１０２、結合部１１２ａおよび検出用枠体５３０ａは、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に関しては一体的に振動し、Ｙ軸方向に関しては互いに独立して振動する。検出部ばね５３２ａ、５３４ａ、５３６ａ、５３８ａは、一端がそれぞれ検出用枠体５３０ａの四隅近傍に接続しており、他端がそれぞれ固定部５４０ａ、５４２ａ、５４４ａ、５４６ａに接続している。検出部ばね５３２ａ、５３４ａ、５３６ａ、５３８ａは、Ｘ軸方向のばね定数を他の方向のばね定数よりも顕著に小さくなるように構成し、実質的にＸ軸方向の相対変位のみを許容するように構成されたＸ軸方向ばねである。従って、検出用枠体５３０ａは固定部５４０ａ、５４２ａ、５４４ａ、５４６ａに対して、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の相対変位が拘束されており、Ｘ軸方向に関しては自由に変位することができる。可動電極５５２ａ、５５４ａは検出用枠体５３０ａからＹ軸方向に沿って伸びるように配置されている。固定電極５４８ａ、５５０ａは、検出電極５５６ａ、５５８ａからＹ軸方向に沿って伸びるように配置されている。可動電極５５２ａは固定電極５４８ａを両側から挟み込むように配置されており、可動電極５５２ａと固定電極５４８ａによって静電容量が構成されている。可動電極５５４ａは固定電極５５０ａを両側から挟み込むように配置されており、可動電極５５４ａと固定電極５５０ａによって静電容量が構成されている。検出用枠体５３０ａが検出電極５５６ａ、５５８ａに対してＸ軸方向に振動すると、固定電極５４８ａ、５５０ａと可動電極５５２ａ、５５４ａで構成される静電容量が変化する。この静電容量の変化は、図示しないＣＶ変換回路を用いて信号として検出することができる。検出電極５５６ａ、５５８ａと固定部５４０ａ、５４２ａ、５４４ａ、５４６ａは、第１酸化膜６００を介して、第２Ｓｉ層２００の外側固定部２３０に固定されている。なお、Ｘ方向検出部５０６ａの、検出用枠体５３０ａと、検出部ばね５３２ａ、５３４ａ、５３６ａ、５３８ａと、固定部５４０ａ、５４２ａ、５４４ａ、５４６ａと、可動電極５５２ａ、５５４ａと、第４連結用ばね５６０ａ、５６２ａは、結合部１１２ａおよび第１枠マス１０２に対して一体的に形成されており、これらの部材は電気的に導通している。 The X direction detection units 506a and 506b have a symmetrical configuration with the first frame mass 102 interposed therebetween. Hereinafter, the detailed configuration will be described by taking the X direction detection unit 506a as an example, and the detailed description of the X direction detection unit 506b will be omitted. The X direction detection unit 506a includes a detection frame 530a, detection unit springs 532a, 534a, 536a, 538a, fixed units 540a, 542a, 544a, 546a, fixed electrodes 548a, 550a, movable electrodes 552a, 554a, , Detection electrodes 556a and 558a, and fourth connecting springs 560a and 562a. The detection unit springs 532a, 534a, 536a, and 538a, the fixed units 540a, 542a, 544a, and 546a, the fixed electrodes 548a and 550a, the movable electrodes 552a and 554a, and the detection electrodes 556a and 558a are included in the detection frame 530a. Arranged inside. Both ends in the Y-axis direction of the detection frame 530a are connected to the coupling portion 112a via fourth coupling springs 560a and 562a, respectively. The fourth connecting springs 560a and 562a are configured such that the spring constant in the Y-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions, and only the relative displacement in the Y-axis direction is allowed. Y-axis direction spring. Accordingly, the first frame mass 102, the coupling portion 112a, and the detection frame 530a vibrate integrally in the X axis direction and the Z axis direction, and vibrate independently of each other in the Y axis direction. One end of each of the detection unit springs 532a, 534a, 536a, and 538a is connected to the vicinity of the four corners of the detection frame 530a, and the other end is connected to each of the fixing units 540a, 542a, 544a, and 546a. The detection unit springs 532a, 534a, 536a, and 538a are configured such that the spring constant in the X-axis direction is significantly smaller than the spring constants in the other directions so that only relative displacement in the X-axis direction is allowed. It is the X-axis direction spring comprised in this. Therefore, the relative displacement in the Y-axis direction and the Z-axis direction is restricted with respect to the fixing portions 540a, 542a, 544a, and 546a, and the detection frame 530a can be freely displaced in the X-axis direction. The movable electrodes 552a and 554a are arranged so as to extend from the detection frame 530a along the Y-axis direction. The fixed electrodes 548a and 550a are arranged so as to extend from the detection electrodes 556a and 558a along the Y-axis direction. The movable electrode 552a is disposed so as to sandwich the fixed electrode 548a from both sides, and the movable electrode 552a and the fixed electrode 548a constitute a capacitance. The movable electrode 554a is disposed so as to sandwich the fixed electrode 550a from both sides, and the movable electrode 554a and the fixed electrode 550a constitute an electrostatic capacity. When the detection frame 530a vibrates in the X-axis direction with respect to the detection electrodes 556a and 558a, the capacitance formed by the fixed electrodes 548a and 550a and the movable electrodes 552a and 554a changes. This change in capacitance can be detected as a signal using a CV conversion circuit (not shown). The detection electrodes 556a and 558a and the fixing portions 540a, 542a, 544a and 546a are fixed to the outer fixing portion 230 of the second Si layer 200 via the first oxide film 600. Note that the detection frame 530a, the detection unit springs 532a, 534a, 536a, and 538a, the fixed units 540a, 542a, 544a, and 546a, the movable electrodes 552a and 554a, and the fourth connection for the X direction detection unit 506a. The springs 560a and 562a are formed integrally with the coupling portion 112a and the first frame mass 102, and these members are electrically connected.

以上のような構成を備える３軸加速度センサ２０は、以下のような動作をする。３軸加速度センサ２０にＸ軸方向の加速度が作用すると、第１枠マス１０２、第２枠マス２０２および結合部１１２ａ、１１２ｂが、一体的にＸ軸方向に振動する。その振動は第４連結用ばね５６０ａ、５６２ａを介してＸ方向検出部５０６ａ、５０６ｂの検出用枠体５３０ａ、５３０ｂに伝達し、検出電極５５６ａ、５５８ａ、５５６ｂ、５５８ｂにおける信号出力の変化として検出される。 The triaxial acceleration sensor 20 having the above configuration operates as follows. When acceleration in the X-axis direction acts on the triaxial acceleration sensor 20, the first frame mass 102, the second frame mass 202, and the coupling portions 112a and 112b integrally vibrate in the X-axis direction. The vibration is transmitted to the detection frames 530a and 530b of the X-direction detection units 506a and 506b via the fourth connection springs 560a and 562a, and is detected as a change in signal output at the detection electrodes 556a, 558a, 556b, and 558b. The

３軸加速度センサ２０にＹ軸方向の加速度が作用すると、第１枠マス１０２はＹ方向に振動する。この第１枠マス１０２のＹ軸方向の振動は、第２連結用ばね１６０ａ、１６２ａ、１６０ｂ、１６２ｂを介してＹ方向検出部１０６ａ、１０６ｂの検出用枠体１３０ａ、１３０ｂに伝達し、検出電極１５６ａ、１５８ａ、１５６ｂ、１５８ｂにおける信号出力の変化として検出される。 When acceleration in the Y-axis direction acts on the triaxial acceleration sensor 20, the first frame mass 102 vibrates in the Y direction. The vibration in the Y-axis direction of the first frame mass 102 is transmitted to the detection frames 130a and 130b of the Y-direction detection units 106a and 106b via the second connecting springs 160a, 162a, 160b, and 162b, and is detected by the detection electrodes. It is detected as a change in signal output at 156a, 158a, 156b, 158b.

３軸加速度センサ２０にＺ軸方向の加速度が作用すると、第２枠マス２０２はＺ方向に振動する。この第２枠マス２０２のＺ軸方向の振動は、検出用連結ばね２１０ａ、２１２ａ、２１０ｂ、２１２ｂを介して可動電極２０８ａ、２０８ｂ、１１０にも伝達し、固定電極１０８ａ、１０８ｂ、２０９における信号出力の変化として検出される。 When acceleration in the Z-axis direction acts on the triaxial acceleration sensor 20, the second frame mass 202 vibrates in the Z direction. The vibration in the Z-axis direction of the second frame mass 202 is also transmitted to the movable electrodes 208a, 208b, 110 via the detection connecting springs 210a, 212a, 210b, 212b, and a signal output at the fixed electrodes 108a, 108b, 209. Is detected as a change.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in the present specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

１０２軸角速度センサ
２０３軸加速度センサ
１００第１Ｓｉ層
１０２第１枠マス
１０４ａ、１０４ｂＸ方向励振部
１０６ａ、１０６ｂＹ方向検出部
１０８ａ、１０８ｂ固定電極
１１０可動電極
１１２ａ、１１２ｂ結合部
１１４ａ、１１４ｂ励振電極
１１６ａ、１１８ａ、１１６ｂ、１１８ｂ励振部ばね
１２０ａ、１２１ａ、１２２ａ、１２３ａ、１２０ｂ、１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ固定部
１２４ａ、１２６ａ、１２４ｂ、１２６ｂ第１連結用ばね
１３０ａ、１３０ｂ検出用枠体
１３２ａ、１３４ａ、１３６ａ、１３８ａ、１３２ｂ、１３４ｂ、１３６ｂ、１３８ｂ検出部ばね
１４０ａ、１４２ａ、１４４ａ、１４６ａ、１４０ｂ、１４２ｂ、１４４ｂ、１４６ｂ固定部
１４８ａ、１５０ａ、１４８ｂ、１５０ｂ固定電極
１５２ａ、１５４ａ、１５２ｂ、１５４ｂ可動電極
１５６ａ、１５８ａ、１５６ｂ、１５８ｂ検出電極
１６０ａ、１６２ａ、１６０ｂ、１６２ｂ第２連結用ばね
２００第２Ｓｉ層
２０２第２枠マス
２０４ａ、２０４ｂ、２０６ａ、２０６ｂ第３連結用ばね
２０８ａ、２０８ｂ可動電極
２０９固定電極
２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ、２１２ｂ検出部連結用ばね
２１４ａ、２１４ｂ、２１６ａ、２１６ｂ検出部支持用ばね
固定部２１８、２２０、２２２ａ、２２２ｂ、２２４ａ、２２４ｂ、２２６ａ、２２６ｂ
２３０外側固定部
２３２ａ、２３４ａ、２３６ａ、２３８ａ、２３２ｂ、２３４ｂ、２３６ｂ、２３８ｂ貫通電極
２４０Ｚ方向検出部
３００第３Ｓｉ層
３０４ａ、３０６ａ、３０４ｂ、３０６ｂ凸部
５００第１Ｓｉ層
５０６ａ、５０６ｂＸ方向検出部
５３０ａ、５３０ｂ検出用枠体
５３２ａ、５３４ａ、５３６ａ、５３８ａ、５３２ｂ、５３４ｂ、５３６ｂ、５３８ｂ検出部ばね
５４０ａ、５４２ａ、５４４ａ、５４６ａ、５４０ｂ、５４２ｂ、５４４ｂ、５４６ｂ固定部
５４８ａ、５５０ａ、５４８ｂ、５５０ｂ固定電極
５５２ａ、５５４ａ、５５２ｂ、５５４ｂ可動電極
５５６ａ、５５８ａ、５５６ｂ、５５８ｂ検出電極
５６０ａ、５６２ａ、５６０ｂ、５６２ｂ第４連結用ばね
６００第１酸化膜
７００第２酸化膜 10 2-axis angular velocity sensor 20 3-axis acceleration sensor 100 1st Si layer 102 1st frame mass 104a, 104b X direction excitation unit 106a, 106b Y direction detection unit 108a, 108b Fixed electrode 110 Movable electrode 112a, 112b Coupling unit 114a, 114b Excitation Electrodes 116a, 118a, 116b, 118b Excitation springs 120a, 121a, 122a, 123a, 120b, 121b, 122b, 123b Fixing parts 124a, 126a, 124b, 126b First connection springs 130a, 130b Detection frames 132a, 134a 136a, 138a, 132b, 134b, 136b, 138b Detector springs 140a, 142a, 144a, 146a, 140b, 142b, 144b, 146b Fixed portions 148a, 150a, 148b, 150b Fixed electrode 1 2a, 154a, 152b, 154b Movable electrodes 156a, 158a, 156b, 158b Detection electrodes 160a, 162a, 160b, 162b Second connection spring 200 Second Si layer 202 Second frame mass 204a, 204b, 206a, 206b For third connection Spring 208a, 208b Movable electrode 209 Fixed electrode 210a, 210b, 212a, 212b Detection unit coupling spring 214a, 214b, 216a, 216b Detection unit support spring fixing unit 218, 220, 222a, 222b, 224a, 224b, 226a, 226b
230 Outer fixed part 232a, 234a, 236a, 238a, 232b, 234b, 236b, 238b Through electrode 240 Z direction detection part 300 Third Si layer 304a, 306a, 304b, 306b Convex part 500 First Si layer 506a, 506b X direction detection part 530a, 530b Detection frames 532a, 534a, 536a, 538a, 532b, 534b, 536b, 538b Detector springs 540a, 542a, 544a, 546a, 540b, 542b, 544b, 546b Fixing portions 548a, 550a, 548b, 550b Electrodes 552a, 554a, 552b, 554b Movable electrodes 556a, 558a, 556b, 558b Detection electrodes 560a, 562a, 560b, 562b Fourth connection spring 600 First oxide film 700 Second oxide film

Claims

A movable body formed on a substrate,
A first frame,
A second frame disposed opposite to each other and partially or completely overlapping the first frame;
A coupling portion connected to the first frame body via a first spring portion and connected to the second frame body via a second spring portion;
A fixed portion fixed to the substrate, connected to the coupling portion via a third spring portion;
The first spring part, the second spring part, and the third spring part have a significantly lower spring constant in one direction than the spring constant in the other direction, and allow a relative displacement in only one direction. And
A movable body in which directions in which the first spring portion, the second spring portion, and the third spring portion allow relative displacement are orthogonal to each other.

When the X axis and the Y axis are set in a direction parallel to the substrate, and the Z axis is set in a direction perpendicular to the substrate,
The first frame and the second frame are each formed in a rectangular shape having sides along the X axis and sides along the Y axis,
The direction in which the first spring portion allows relative displacement is the Y-axis direction,
The direction in which the second spring portion allows relative displacement is the Z-axis direction,
The movable body according to claim 1, wherein a direction in which the third spring portion allows relative displacement is an X-axis direction.

The movable body according to claim 2, further comprising a Y-direction detection unit that detects movement in the Y-axis direction of the first frame body.

The movable body according to claim 3, further comprising a Z-direction detection unit that detects movement in the Z-axis direction of the second frame body.

A movable body according to claim 4,
A biaxial angular velocity sensor including an X-direction excitation unit that excites the coupling unit in the X-axis direction.

A movable body according to claim 4,
A three-axis acceleration sensor comprising an X-direction detection unit that detects movement in the X-axis direction of the coupling unit.

The coupling portion is formed in the first layer;
The second frame is formed in the second layer;
The Z-direction detection unit includes a fixed electrode formed on the first layer and a movable electrode formed on the second layer and disposed to face the fixed electrode,
The biaxial angular velocity sensor of claim 5, wherein the first layer is thicker than the second layer.