专利名称：陀螺传感器、电子设备以及陀螺传感器的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种陀螺传感器、电子设备以及陀螺传感器的制造方法。
背景技术：
近几年，开发了使用例如娃MEMS (Micro Electro Mechanical System:微电子机械系统)技术而对物理量进行检测的惯性传感器。在这种惯性传感器中，对角速度进行检测的陀螺传感器(角速度传感器)能够被用于数码照相机(DSC)的手抖补正功能或游戏机的运动传感功能等中。陀螺传感器例如具有主动地进行振动的驱动部、以及通过施加角速度时的科里奥利力而进行位移的检测部，并且能够根据检测部的位移量而对角速度进行检测。在这种陀螺传感器中，尤其是，由于驱动部的共振频率与检测部的共振频率之间的差(失谐频率)直接对陀螺传感器的灵敏度与频宽造成影响，所以频率的控制是非常重要的。作为这种频率的调节方法，例如在专利文献I中公开了利用激光的调节方法。但是，在利用激光的调节方法的情况下，通过激光装置而能够进行调节的频率范围存在限度，当频率偏差存在于该限度以上时则有可能无法进行调节。此外，有时会产生如下的不良情况，即，当对驱动部的共振频率及检测部的共振频率中的某一个进行调节时，另一个也发生变化。由此，存在无法得到所预期的失谐频率，从而导致陀螺传感器的灵敏度特性与频带特性降低的情况。此外，还已知一种如下的方法，S卩，在利用静电力而使结构体进行振动时，利用由库仑力而产生的弹簧的软化现象来对共振频率进行调节的方法。但是，当静电力过强时，将会产生被称为粘着的结构体的粘附现象。因此，通过静电力而实施的共振频率调节法，存在如下的课题，即，存在引起粘着的风险且无法实施大幅度的频率调节。

专利文献I日本特开平11-83498号公报

发明内容
本发明的几个方式所涉及的目的之一在于，提供一种具有良好的灵敏度特性以及频带特性的陀螺传感器。此外，本发明的几个方式所涉及的目的之一在于，提供一种包括上述陀螺传感器的电子设备。此外，本发明的几个方式所涉及的目的之一在于，提供一种具有良好的灵敏度特性以及频带特性的陀螺传感器的制造方法。应用例I本发明所涉及的陀螺传感器包括:驱动部，其具备与驱动用弹簧部相连接的驱动用支承部；检测部，其具备检测用支承部，所述检测用支承部经由检测用弹簧部而与所述驱动用支承部相连接，并且，所述驱动用支承部能够在第一轴的方向上进行振动，所述检测用支承部能够在与所述第一轴正交的第二轴的方向上进行位移，当将所述驱动部的共振频率设定为，将所述检测部的共振频率设定为f2，将所述驱动用弹簧部的宽度设定为W1，并将所述检测用弹簧部的宽度设定为W2时，将满足下述式(1)，即，0.87( /^ ( (w2/W1) ( 1.13 ( 2/ ι)...(I)，但是，W1 ^ W2 且 A ^ f2o根据这种陀螺传感器，能够将失谐频率的变动控制在设定值的10%以内。S卩，通过对驱动用弹簧部的宽度W1及检测用弹簧部的宽度W2之比进行设定，从而能够简便地对失谐频率进行调节，从而能够具有良好的灵敏度特性及频带特性。应用例2本发明所涉及的陀螺传感器中，可以采用如下方式，S卩，满足下述式(2)，(W2A1)=(f2/fi)…⑵。根据这种陀螺传感器，能够抑制驱动用弹簧部的宽度W1及检测用弹簧部的宽度W2的尺寸偏差(加工工艺的偏差)对失谐频率造成的影响。因此，这种陀螺传感器能够具有良好的灵敏度特性及频带特性。应用例3在本发明所涉及的陀螺传感器中，可以采用如下方式，即，所述驱动部的共振频率f:与所述检测部的共振频率f2之间的关系为，f! < f2。根据这种陀螺传感 器，能够具有良好的灵敏度特性及频带特性。应用例4在本发明所涉及的陀螺传感器中，可以采用如下方式，S卩，所述驱动用弹簧部及所述检测用弹簧部通过干蚀刻法而形成。根据这种陀螺传感器，能够具有良好的灵敏度特性及频带特性。应用例5在本发明所涉及的陀螺传感器中，可以采用如下方式，S卩，还包括驱动用固定电极和检测用固定电极，所述驱动部具备与所述驱动用支承部相连接的驱动用可动电极，所述驱动用固定电极以与所述驱动用可动电极对置的方式而配置，所述检测部具备与所述检测用支承部相连接的检测用可动电极，所述检测用固定电极以与所述检测用可动电极对置的方式而配置。根据这种陀螺传感器，能够具有良好的灵敏度特性及频带特性。应用例6在本发明所涉及的陀螺传感器中，可以采用如下方式，S卩，所述驱动用支承部具备开口部，所述检测部被配置在所述开口部内。根据这种陀螺传感器，与检测部被配置在驱动用支承部的外侧的情况相比，能够实现小型化。应用例7在本发明所涉及的陀螺传感器中，可以采用如下方式，S卩，所述驱动部包括在所述第一轴的方向上并排配置的第一驱动部和第二驱动部，所述检测部包括:第一检测部，其与所述第一驱动部相连接；第二检测部，其与所述第二驱动部相连接，所述第一驱动部及所述第二驱动部沿着所述第一轴而相互以反相位进行振动。根据这种陀螺传感器，能够具有良好的灵敏度特性及频带特性。应用例8本发明所涉及的电子设备包括本发明所涉及的陀螺传感器。根据这种电子设备，由于包括本发明所涉及的陀螺传感器，因此能够具有较高的精度。应用例9本发明所涉及的陀螺传感器的制造方法包括通过干蚀刻法来对基板进行加工，从而形成驱动部和检测部的工序，所述驱动部具备驱动用弹簧部、及与所述驱动用弹簧部相连接的驱动用支承部，所述检测部具备与所述驱动用支承部相连接的检测用弹簧部、及与所述检测用弹簧部相连接的检测用支承部，所述驱动用支承部能够在第一轴的方向上进行振动，所述检测用支承部能够在与所述第一轴正交的第二轴的方向上进行位移，当将所述驱动部的共振频率设定为，将所述检测部的共振频率设定为f2，将所述驱动用弹簧部的宽度设定为W1，并将所述检测用弹簧部的宽度设定为W2时，将满足下述式(1)，即，0.87 (f2/f\) ( (W2ZW1) ( 1.13...(I)，但是，W1 ^ W2 且 A ^ f2o根据这种陀螺传感器的制造方法，能够得到具有良好的灵敏度特性及频带特性的陀螺传感器。应用例10在本发明所涉及的陀螺传感器的制造方法中，所述干蚀刻法也可以为博世法，在所述博世法中，交替地反复实施使用了氟化碳类气体的保护膜形成处理、和使用了氟化硫类气体的蚀刻处理。根据这种陀螺传感器的制造方法，能够使在蚀刻工序中所产生的侧向蚀刻各向同性地进行。


图1为概要性地表示本实施方式所涉及的陀螺传感器的俯视图。

图2为用于对本实施方式所涉及的陀螺传感器的动作进行说明的图。图3为用于对本实施方式所涉及的陀螺传感器的动作进行说明的图。图4为用于对本实施方式所涉及的陀螺传感器的动作进行说明的图。图5为用于对本实施方式所涉及的陀螺传感器的动作进行说明的图。图6为概要性地表示本实施方式所涉及的陀螺传感器的一部分的俯视图。图7为概要性地表示实验例中所使用的结构体的俯视图。图8为表示弹簧部的宽度尺寸偏差比率与频率偏差比率之间的关系的曲线图。图9为概要性地表示本实施方式所涉及的电子装置的剖视图。图10为概要性地表示本实施方式所涉及的电子设备的立体图。图11为概要性地表示本实施方式所涉及的电子设备的立体图。图12为概要性地表示本实施方式所涉及的电子设备的立体图。
具体实施例方式下面，参照附图，对本发明的优选实施方式进行说明。1.陀螺传感器首先，参照附图，对本实施方式所涉及的陀螺传感器进行说明。图1为概要性地表示本实施方式所涉及的陀螺传感器100的俯视图。另外，为了便于说明，在图1中，作为相互正交的三个轴，图示了作为第一轴的X轴、作为与第一轴正交的第二轴的Y轴、Z轴。
1.1.关于结构如图1所示，陀螺传感器100可以具有:振动系统结构体104、驱动用固定电极130、检测用固定电极140和固定部150。振动系统结构体104例如通过对硅基板进行加工而被一体形成。由此，能够应用用于制造硅半导体装置的微细的加工技术，从而能够实现振动系统结构体104的小型化。振动系统结构体104通过固定部150而被支承。固定部150例如被固定在，对陀螺传感器100进行收纳的封装件30的搭载面12 (参照图9)上。振动系统结构体104以与搭载面12分离的方式而被配置。如图1所示，振动系统结构体104例如具有第一振动体106和第二振动体108。第一振动体106及第二振动体108沿着X轴而相互连结。第一振动体106及第二振动体108可以具有相对于两者的边界线B (沿着Y轴的直线)对称的形状。因此，以下，对第一振动体106的结构进行说明，而省略对第二振动体108的结构的说明。第一振动体106具有驱动部110和检测部120。驱动部110可以具有驱动用支承部112、驱动用弹簧部114和驱动用可动电极116。驱动用支承部112可以具备开口部113。S卩，驱动用支承部112的形状例如为框状，并且在驱动用支承部112的内侧(开口部113内)设置有检测部120。由此，与检测部被配置在驱动用支承部的外侧的情况相比，能够实现陀螺传感器100的小型化。在图示的示例中，驱动用支承部112通过沿着X轴延伸的第一延伸部112a、和沿着Y轴延伸的第二延伸部112b而构成。驱动用弹簧部114被配置在驱动用支承部112的外侧。在图示的示例中，驱动用弹簧部114的一端被连接在驱动用支承部112的角部(第一延伸部112a与第二延伸部112b之间的连接部)附近。驱动用弹簧部114的另一端与固定部150相连接。在图示的示例中，在第一振动体106中设置有四个驱动用弹簧部114。因此，第一振动体106通过四个固定部150而被支承。另外，也可以不设置第一振动体106与第二振动体108之间的边界线B上的固定部150。驱动用弹簧部114具有宽度W1,且具有沿着Y轴往复并沿着X轴延伸的形状。宽度W1对于驱动用弹簧部114中的、沿着Y轴的部分而言为X轴方向上的长度，而对于沿着X轴的部分而言为Y轴方向上的长度。多个驱动用弹簧部114被设置为，相对于从驱动用支承部112的中心穿过的沿着X轴的假想线(未图示)、以及从驱动用支承部112的中心穿过的沿着Y轴的假想线(未图示)对称。通过将驱动用弹簧部114设定为如上文所述的形状，从而能够抑制驱动用弹簧部114在Y轴方向及Z轴方向上发生变形的现象，进而使驱动用弹簧部114在驱动部110的振动方向即X轴方向上平滑地伸缩。而且，随着驱动用弹簧部114的伸缩，能够使驱动用支承部112 (使驱动部110)沿着X轴进行振动。另外，只要驱动用弹簧部114能够使驱动用支承部112沿着X轴进行振动，则驱动用弹簧部114的数量并不被特别地限定。驱动用可动电极116以与驱动用支承部112相连接的方式而被配置在驱动用支承部112的外侧。更具体而言，驱动用可动电极116与驱动用支承部112的第一延伸部112a相连接。驱动用固定电极130被设置在驱动用支承部112的外侧。驱动用固定电极130被固定在，例如对陀螺传感器100进行收纳的封装件30的搭载面12 (参照图9)上。在图1所示的示例中，驱动用固定电极130设置有多个，且隔着驱动用可动电极116而被对置配置。在图1所示的示例中,驱动用固定电极130具有梳齿状的形状,驱动用可动电极116具有可插入驱动用固定电极130的梳齿之间的突出部116a。突出部116a以与驱动用固定电极130对置的方式而配置。通过使驱动用固定电极130与突出部116a之间的距离(间隙)缩小，从而能够使驱动用固定电极130与驱动用可动电极116之间的静电力增大。当向驱动用固定电极130及驱动用可动电极116施加电压时，将能够在驱动用固定电极130与驱动用可动电极116之间产生静电力。由此，能够在使驱动用弹簧部114沿着X轴进行伸缩的同时，使驱动用支承部112 (驱动部110)沿着X轴进行振动。另外，虽然在图示的示例中，在第一振动体106中设置有四个驱动用可动电极116，但只要能够使驱动用支承部112沿着X轴进行振动，则驱动用支承部112的数量并不被特别地限定。此外，虽然在图示的示例中，驱动用固定电极130隔着驱动用可动电极116而被对置配置，但只要能够使驱动用支承部112沿着X轴进行振动，则驱动用固定电极130也可以仅被配置在驱动用可动电极116的一侧。检测部120与驱动部110相连接。在图示的示例中，检测部120被配置在驱动用支承部112的内侧。检测部120可以具有:检测用支承部122、检测用弹簧部124和检测用可动电极126。另外，虽然未图示，但只要检测部120与驱动部110相连接，则检测部120也可以被配置在驱动用支承部112的外侧。检测用支承部122的形状例如为框状。在图示的示例中，检测用支承部122通过沿着X轴延伸的第三延伸部122a、和沿着Y轴延伸的第四延伸部122b而构成。检测用弹簧部124被配置在检测用支承部122的外侧。检测用弹簧部124对检测用支承部122和驱动用支承部112进行连接。更具体而言，检测用弹簧部124的一端被连接在检测用支承部122的角部(第三延伸部122a与第四延伸部122b之间的连接部)附近。检测用弹簧部124的另一端与驱动用支承部112的第一延伸部112a相连接。检测用弹簧部124具有宽度W2，且具有沿着X轴往复并沿着Y轴延伸的形状。宽度W2对于检测用弹簧部124中的、沿着X轴的部分而言为Y轴方向上的长度，而对于沿着Y轴的部分而言为X轴方向上的长度。在图示的示例中，在第一振动体106中设置有四个检测用弹簧部124。多个检测用弹簧部124被设置为，相对于从检测用支承部122的中心穿过的沿着X轴的假想线(未图示)、及从检测用支承部122的中心穿过的沿着Y轴的假想线(未图示)对称。通过将检测用弹簧部124设定为如上文所述的形状，从而能够抑制检测用弹簧部124在X轴方向及Z轴方向上发生变形的现象，进而使检测用弹簧部124在检测部120的振动方向即Y轴方向上平滑地伸缩。而且，随着检测用弹簧部124的伸缩，能够使检测用支承部122 (使检测部120)沿着Y轴进行振动。另外，只要检测用弹簧部124能够使检测用支承部122沿着Y轴进行振动，则检测用弹簧部124的数量并不被特别限定。检测用可动电极126以与检测用支承部122相连接的方式而被配置在检测用支承部122的内侧。在图示的示例中，检测用可动电极126沿着X轴延伸，并与检测用支承部122的两个第四延伸部122b相连接。检测用固定电极140被配置在检测用支承部122的内侧。检测用固定电极140以与检测用可动电极126对置的方式而被配置。检测用固定电极140例如被固定在，对陀螺传感器100进行收纳的封装件30的搭载面12 (参照图9)上。在图1所示的示例中，检测用固定电极140设置有多个，并隔着检测用可动电极126而被对置配置。只要能够对检测用可动电极126和检测用固定电极140之间的静电电容的变化进行检测，则检测用可动电极126及检测用固定电极140的数量及形状并不被特别限定。1.2.关于动作接下来，对陀螺传感器100的动作进行说明。图2至图5为，用于对本实施方式所涉及的陀螺传感器100的动作进行说明的图。另外，为了便于说明，在图2至图5中，简化图示了陀螺传感器100的各个部分。此外，在图2至图5中，作为相互正交的三个轴，图示了 X轴、Y轴、Z轴。当通过未图示的电源而向驱动用固定电极130及驱动用可动电极116施加电压时，将能够在驱动用固定电极130与驱动用可动电极116之间产生静电力。由此，如图2及图3所示，能够使驱动用弹簧部114沿着X轴进行伸缩，从而能够使驱动部110沿着X轴进行振动。更具体而言，向第一振动体106的驱动用可动电极116与驱动用固定电极130之间施加第一交流电压，而向第二振动体108的驱动用可动电极116与驱动用固定电极130之间施加相位与第一交流电压错开180度的第二交流电压。由此，能够使第一振动体106的第一驱动部110a、及第二振动体108的第二驱动部IlOb相互以反相位且预定的频率，而沿着X轴进行振动。即，沿着X轴相互连结的(并排配置的)第一驱动部IlOa及第二驱动部IlOb沿着X轴相互以反相位且共振频率进行振动(第一振动)。例如,首先,如图2所示，第一驱动部IlOa向α I方向进行位移，第二驱动部IlOb向α I方向的相反方向即α2方向进行位移。接下来，如图3所示，第一驱动部IlOa向α 2方向进行位移，第二驱动部IlOb向α I方向进行位移。第一驱动部IlOa及第二驱动部IlOb反复进行该动作。由此，第一驱动部IlOa及第二驱动部IlOb相互以反相位且共振频率进行振动。另外，由于检测部120与驱动部110相连接，因此检测部120也随着驱动部110的振动，而沿着X轴进行振动。即，第一振动体106及第二振动体108沿着X轴而相互以反相位进行振动。如图4及图5所示，当在第一驱动部110a、第二驱动部IlOb进行第一振动的状态下，向陀螺传感器100施加绕Z轴的角速度ω时，科里奥利力将发挥作用，从而检测部120沿着Y轴进行位移。即，与第一驱动部IlOa相连结的第一检测部120a、及与第二驱动部I IOb相连结的第二检测部120b通过第一振动及科里奥利力，从而沿着Y轴而相互向相反方向进行位移。例如，首先，如图4所示，第一检测部120a向β I方向进行位移，第二检测部120b向β I方向的相反方向即β 2方向进行位移。接下来，如图5所示，第一检测部120a向β 2方向进行位移，第二检测部120b向β I方向进行位移。第一检测部120a及第二检测部120b反复进行该动作。由此，第一检测部120a及第二检测部120b相互以反相位且共振频率f2进行振动。通过使第一检测部120a、第二检测部120b沿着Y轴进行位移，从而检测用可动电极126与检测用固定电极140之间的距离L将发生变化。因此，检测用可动电极126与检测用固定电极140之间的静电电容将发生变化。在陀螺传感器100中，通过向检测用可动电极126及检测用固定电极140施加电压，从而能够对检测用可动电极126与检测用固定电极140之间的静电电容的变化量进行检测，进而求得绕Z轴的角速度ω。另外，虽然在上述内容中，对通过静电力而使驱动部110驱动的方式(静电驱动方式)进行了说明，但使驱动部110驱动的方法并不被特别限定，可以应用压电驱动方式、或利用了磁场的洛伦兹力的电磁驱动方式等。1.3.关于共振频率与弹簧部的宽度之间的关系驱动部110的第一振动的共振频率、检测部120的第二振动的共振频率f2、驱动用弹簧部114的宽度W1、以及检测用弹簧部124的宽度W2满足下述式(I)。而且，更加优选为，满足下述式(2)。但在式(I)及式(2)中，W1古W2且fi古f2。数学式I
权利要求
1.种陀螺传感器，包括: 驱动部，其具备与驱动用弹簧部相连接的驱动用支承部； 检测部，其具备检测用支承部，所述检测用支承部经由检测用弹簧部而与所述驱动用支承部相连接， 所述驱动用支承部能够在第一轴的方向上进行振动，所述检测用支承部能够在与所述第一轴正交的第二轴的方向上进行位移， 当将所述驱动部的共振频率设定为，将所述检测部的共振频率设定为f2，将所述驱动用弹簧部的宽度设定为W1，并将所述检测用弹簧部的宽度设定为W2时，将满足下述式(1)，即，KfJf1) ( (W2ZV1) ( 1.13 (Vf1)...(I), 但是，W1 ^ W2 且 A ^ f2。
2.权利要求1所述的陀螺传感器，其中， 满足下述式(2)，即，(W2ZW1) = (^/fi)...(2)。
3.权利要求1所述的陀螺传感器，其中， 所述驱动部的共振频率与所述检测部的共振频率f2之间的关系为，f! < f2。
4.权利要求1所述的陀螺传 感器，其中， 所述驱动用弹簧部及所述检测用弹簧部通过干蚀刻法而形成。
5.权利要求1所述的陀螺传感器，其中， 还包括驱动用固定电极和检测用固定电极， 所述驱动部具备与所述驱动用支承部相连接的驱动用可动电极， 所述驱动用固定电极以与所述驱动用可动电极对置的方式而配置， 所述检测部具备与所述检测用支承部相连接的检测用可动电极， 所述检测用固定电极以与所述检测用可动电极对置的方式而配置。
6.权利要求1所述的陀螺传感器，其中， 所述驱动用支承部具备开口部， 所述检测部被配置在所述开口部内。
7.权利要求1所述的陀螺传感器，其中， 所述驱动部包括在所述第一轴的方向上并排配置的第一驱动部和第二驱动部， 所述检测部包括: 第一检测部，其与所述第一驱动部相连接； 第二检测部，其与所述第二驱动部相连接， 所述第一驱动部及所述第二驱动部沿着所述第一轴而相互以反相位进行振动。
8.种电子设备,包括: 权利要求1所述的陀螺传感器。
9.种陀螺传感器的制造方法，包括: 通过干蚀刻法来对基板进行加工，从而形成驱动部和检测部的工序，所述驱动部具备驱动用弹簧部、及与所述驱动用弹簧部相连接的驱动用支承部，所述检测部具备与所述驱动用支承部相连接的检测用弹簧部、及与所述检测用弹簧部相连接的检测用支承部，所述驱动用支承部能够在第一轴的方向上进行振动，所述检测用支承部能够在与所述第一轴正交的第二轴的方向上进行位移， 当将所述驱动部的共振频率设定为，将所述检测部的共振频率设定为f2，将所述驱动用弹簧部的宽度设定为W1，并将所述检测用弹簧部的宽度设定为W2时，将满足下述式(1)，即， .0.KfJf1) ( (W2ZV1) ( 1.13 (Vf1)...(I), 但是，W1 ^ W2 且 A ^ f2。
10.权利要求9所述的陀螺传感器的制造方法，其中， 所述干蚀刻法为博世法，在所述博世法中，交替地反复实施使用了氟化碳类气体的保护膜形成处理 、和使用 了氟化硫类气体的蚀刻处理。
全文摘要
本发明涉及陀螺传感器、电子设备以及陀螺传感器的制造方法。所述陀螺传感器具有良好的灵敏度特性及频带特性。本发明涉及的陀螺传感器(100)包括驱动部(110)，其具备与驱动用弹簧部(114)相连接的驱动用支承部(112)；检测部(120)，其具备经由检测用弹簧部(124)而与驱动用支承部(112)相连接的检测用支承部(122)，驱动用支承部(112)能够在第一轴(X轴)的方向上进行振动，检测用支承部(122)能够在与第一轴(X轴)正交的第二轴(Y轴)的方向上进行位移，当将驱动部(110)的共振频率设定为f1，将检测部(120)的共振频率设定为f2，将驱动用弹簧部(114)的宽度设定为w1，并将检测用弹簧部(124)的宽度设定为w2时，将满足下述式(1)，即，0.87(f2/f1)≤(w2/w1)≤1.13(f2/f1)…(1)，但是，w1≠w2且f1≠f2。
文档编号G01C19/5769GK103090858SQ201210417978
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月26日 优先权日2011年11月4日
发明者泷泽照夫 申请人:精工爱普生株式会社