專利名稱：振動(dòng)陀螺傳感器和調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如用于攝像機(jī)的抖動(dòng)檢測、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備中的運(yùn)動(dòng)檢測或汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中的方向檢測的角速度傳感器，以及，更具體而言涉及一種包括懸臂振動(dòng)器的小型振動(dòng)陀螺傳感器及其調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
作為一種公知的商業(yè)角速度傳感器，廣泛使用振動(dòng)陀螺傳感器，該振動(dòng)陀螺傳感器被配置為通過使懸臂振動(dòng)器以預(yù)定共振頻率振動(dòng)和使用壓電裝置檢測由于該角速度而產(chǎn)生的科里奧利(Coriolis)力。
已知振動(dòng)陀螺傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于它具有簡單的機(jī)構(gòu)、短起動(dòng)時(shí)間以及低制造成本。將這種已知振動(dòng)陀螺傳感器安裝在諸如攝像機(jī)，虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備或汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的電子裝置上，以分別起到抖動(dòng)檢測傳感器、運(yùn)動(dòng)檢測傳感器或方向檢測傳感器的作用。
通過使用機(jī)械來切割壓電材料從而構(gòu)造具有預(yù)定形狀的振動(dòng)器來制造已知的振動(dòng)陀螺傳感器。由于安裝在已知振動(dòng)陀螺傳感器上的部件的尺寸和重量被減小，且該部件的功能和性能被提高，所以需要該振動(dòng)陀螺傳感器具有更小的尺寸和更高的性能。然而，由于機(jī)械加工精度的限制，很難制造高精度的小型振動(dòng)器。
因此，近來提出一種包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器，通過應(yīng)用半導(dǎo)體加工中使用的薄膜技術(shù)而在硅基底上形成一對中間夾有壓電薄膜的電極層(例如，參考日本未審查專利申請公開No.7-113643)。通過減小尺寸和厚度，這種振動(dòng)陀螺傳感器可以與用于其它目的的傳感器結(jié)合而構(gòu)成復(fù)雜而先進(jìn)的系統(tǒng)。
振動(dòng)陀螺傳感器的振動(dòng)器通常被形成為為棱形的形狀，但是通過機(jī)械加工或薄膜形成工藝很難制造完全對稱的振動(dòng)器。因此，所制造的振動(dòng)器相對于中心線是不對稱的。當(dāng)不對稱的振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)，該振動(dòng)器的振動(dòng)方向?qū)⑾鄬τ谠撜駝?dòng)器的中心線傾斜，并且不垂直于該支撐基底。當(dāng)該振動(dòng)器的振動(dòng)方向傾斜時(shí)，在該振動(dòng)器上對稱提供的檢測電極對所產(chǎn)生信號(hào)的幅度將會(huì)不一致。因此，該振動(dòng)器的特性將是不穩(wěn)定的。
因而，對于已知的振動(dòng)陀螺傳感器，使該不對稱振動(dòng)器的表面接地以調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的質(zhì)量平衡(參見日本未審查專利申請公開No.2000-65579)，或者在該振動(dòng)器被固定到該支撐基底的位置調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的振動(dòng)特性(參見日本未審查專利申請公開No.2001-330440)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，對于使用半導(dǎo)體工藝制造的精密的小型振動(dòng)陀螺傳感器，應(yīng)用上述調(diào)節(jié)已知振動(dòng)陀螺傳感器的方法是非常困難的。
而且，還存在這種可能，即當(dāng)調(diào)節(jié)精密的小型振動(dòng)陀螺傳感器的振動(dòng)時(shí)，會(huì)破壞在振動(dòng)器表面上提供的壓電薄膜和各種電極薄膜，導(dǎo)致穩(wěn)定的壓電特性的喪失。還有這種可能，即在振動(dòng)器表面上執(zhí)行的、用于調(diào)節(jié)振動(dòng)器振動(dòng)特性的處理所引起的振動(dòng)器強(qiáng)度減少會(huì)降低該振動(dòng)器的耐用性。
本發(fā)明考慮到了上述問題，進(jìn)而提供一種具有振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器，可以調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的振動(dòng)特性，同時(shí)能保持穩(wěn)定的特性和較高的強(qiáng)度，以及一種調(diào)節(jié)該振動(dòng)陀螺傳感器的方法。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的振動(dòng)陀螺傳感器包括具有懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件和在其上安裝該振動(dòng)陀螺傳感器元件的支撐基底，該懸臂振動(dòng)器包括壓電薄膜、驅(qū)動(dòng)電極和在第一表面上的一對檢測電極。將該振動(dòng)陀螺傳感器元件安裝在該支撐基底上以使該懸臂振動(dòng)器的第一表面面對該支撐基底，和將除了該懸臂振動(dòng)器的第一表面之外的區(qū)域界定為激光加工區(qū)域，其中將形成用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的振動(dòng)特性的凹陷。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，該振動(dòng)陀螺傳感器包括振動(dòng)陀螺傳感器元件和支撐基底，在該支撐基底上安裝該具有懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件，該懸臂振動(dòng)器具有壓電薄膜、驅(qū)動(dòng)電極和在第一表面上的一對檢測電極，該方法包括的步驟為將該振動(dòng)陀螺傳感器元件安裝在該支撐基底上以使該懸臂振動(dòng)器的第一表面面對該支撐基底，和通過在激光加工區(qū)域?qū)嵤┘す饧庸ざ{(diào)節(jié)該振動(dòng)器的振動(dòng)特性，該區(qū)域是除了該懸臂振動(dòng)器的第一表面之外的區(qū)域。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)將該振動(dòng)陀螺傳感器元件安裝在該支撐基底上以使包含在該振動(dòng)陀螺傳感器中的該振動(dòng)器的第一表面面對該支撐基底時(shí)，通過在激光加工區(qū)域?qū)υ撜駝?dòng)器面對該振動(dòng)陀螺傳感器元件上表面的表面實(shí)施激光加工而形成用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)特性的凹陷。該凹陷在一個(gè)位置形成，從而可以以這種方式調(diào)節(jié)不對稱振動(dòng)器的振動(dòng)特性而使該振動(dòng)器在預(yù)定方向上振動(dòng)。
該振動(dòng)器上的激光加工區(qū)域面對安裝在該支撐基底上的該振動(dòng)陀螺傳感器元件的上或側(cè)表面，可以通過使用激光束照射該激光加工區(qū)域而容易地調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的振動(dòng)特性。由于在該振動(dòng)器安裝到支撐基底上之后調(diào)節(jié)該振動(dòng)特性，所以可以防止該振動(dòng)特性在安裝前后發(fā)生變化，并且可以通過在安裝后觀察該振動(dòng)特性，而于安裝后在工作范圍內(nèi)調(diào)節(jié)每個(gè)單獨(dú)的振動(dòng)陀螺傳感器元件。
該激光加工區(qū)域是指與提供該壓電薄膜等的該第一表面相對的表面，或者連接這些表面的脊線區(qū)域(ridge line area)。因此，由于該激光加工區(qū)域是距離該第一表面有一定距離的區(qū)域，所以必須盡可能地防止由于激光加工期間所產(chǎn)生的熱量而導(dǎo)致的壓電質(zhì)量和/或極化狀態(tài)的變化。
為了獲得具有穩(wěn)定質(zhì)量的角速度傳感器，需要將由于該振動(dòng)器形狀變化而引起的垂直和水平共振頻率的頻率差與共振時(shí)的左和右信號(hào)波形的幅度和相位相匹配。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在調(diào)節(jié)之前監(jiān)視該頻率差和檢測信號(hào)的波形差以確定要處理的部分。
更具體地，把從該振動(dòng)器在垂直共振狀態(tài)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的檢測信號(hào)中讀出的工作頻率定義為垂直共振頻率。把這對檢測信號(hào)的差定義為差分信號(hào)。然后，把從該振動(dòng)器在水平共振狀態(tài)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的檢測信號(hào)中讀出的工作頻率定義為水平共振頻率。該水平共振頻率和垂直共振頻率之間的差被定義為失調(diào)(detuning)水平。重復(fù)上述過程直到該失調(diào)水平和差分信號(hào)到達(dá)目標(biāo)值。
該調(diào)節(jié)效果取決于被激光加工部分的位置。由于隨著該被激光加工的部分從振動(dòng)器的底部向頂部移動(dòng)時(shí)該頻率差和檢測信號(hào)平衡之間的變化量會(huì)變小，所以可以通過處理該底部而進(jìn)行粗調(diào)和通過處理該頂部而進(jìn)行細(xì)調(diào)。通過控制該被激光加工部分的位置和激光加工的深度，可以保持該振動(dòng)器抵抗下落沖擊(dropping impact)的強(qiáng)度和耐用性。
如上所述，對于根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的安裝在支撐基底上的振動(dòng)陀螺傳感器元件的振動(dòng)器，在除了該振動(dòng)器的提供壓電層等的表面之外的區(qū)域形成用于調(diào)節(jié)振動(dòng)特性的凹陷。因而，能夠在安裝該振動(dòng)器之后調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的振動(dòng)特性，并且可以防止該壓電薄膜在調(diào)節(jié)期間的變化。
因?yàn)樵撜駝?dòng)特性是通過在振動(dòng)器的其上設(shè)置該壓電薄膜等的表面上進(jìn)行激光加工而調(diào)節(jié)的，所以通過半導(dǎo)體加工生產(chǎn)的該小型振動(dòng)陀螺傳感器元件能夠保持抵抗外部沖擊的穩(wěn)定的檢測性能和高耐用性，同時(shí)可以很容易地進(jìn)行精密和準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。


圖1A和1B示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的振動(dòng)陀螺傳感器元件的示意性透視圖；圖2示出了圖1所示振動(dòng)陀螺傳感器元件的示意性底視圖；圖3示出了安裝在支撐基底上的圖1所示振動(dòng)陀螺傳感器元件的示意性透視圖；圖4A和4B示出了圖1所示振動(dòng)陀螺傳感器元件的削邊和熔化面(chamfering and melted face)的透視圖；圖5示出了圖1所示振動(dòng)陀螺傳感器元件的驅(qū)動(dòng)檢測器電路的框圖；圖6示出了制造圖1所示振動(dòng)陀螺傳感器元件的工藝中的主要步驟的流程圖；圖7A和7B示出了圖1所示振動(dòng)陀螺傳感器元件的制造工藝的示意圖，其中圖7A是單晶硅基底的平面圖，圖7B是沿圖7A中的VIIB-VIIB線得到的橫截面圖；圖8A和8B示出了圖7A和7B中所示基底去除熱氧化膜后的示意圖，其中圖8A是平面圖，圖8B是沿圖8A中的XIIIB-XIIIB線得到的橫截面圖；圖9A和9B示出了圖7A和7B中所示基底去除熱氧化膜后的示意圖，其中圖9A是平面圖，圖9B是沿圖9A中的IXB-IXB線得到的橫截面圖；圖10A和10B示出了圖7A和7B中所示基底執(zhí)行各向異性腐蝕后的示意圖，其中圖10A是平面圖，圖10B是沿圖10A中的XB-XB線得到的橫截面圖；圖11示出了圖10B所示基底中的區(qū)域W的放大圖；圖12A和12B示出了提供了下電極薄膜、壓電薄膜和上電極薄膜的圖10B所示基底的放大圖，其中圖12A是平面圖，圖12B是沿圖12A中的XIIB-XIIB線得到的橫截面圖；圖13A和13B示出了提供了檢測電極的圖10B所示基底的放大圖，其中圖13A是平面圖，圖13B是沿圖13A中的XIIIB-XIIIB線得到的橫截面圖；圖14A和14B示出了提供了壓電薄膜的圖10B所示基底的放大圖，其中圖14A是平面圖，圖14B是沿圖14A中的XIVB-XIVB線得到的橫截面圖；圖15A和15B示出了提供了下電極薄膜的圖10B所示基底的放大圖，其中圖15A是平面圖，圖15B是沿圖15A中的XVB-XVB線得到的橫截面圖；圖16示出了提供了布線基膜的圖10B所示基底的放大圖；圖17示出了沿圖16中的XVII-XVII線得到的橫截面圖；圖18示出了提供了壓平的保護(hù)膜的圖10B所示基底的放大圖；圖19示出了沿圖18中的XIX-XIX線得到的橫截面圖；圖20示出了提供了布線連接端的圖10B所示基底的放大圖；圖21示出了沿圖20中的XXI-XXI線得到的橫截面圖；圖22示出了提供了極化軌(polarization rails)的圖10B所示基底的放大圖；圖23示出了提供了絕緣保護(hù)膜的圖10B所示基底的放大圖；圖24示出了沿圖23中的XXIV-XXIV線得到的橫截面圖；圖25示出了圖10B所示基底的放大圖，其中提供了Cu引線；圖26示出了沿圖25中的XXVI-XXVI線得到的橫截面圖；圖27示出了提供了Cu引線的圖10B所示整個(gè)基底的放大圖；圖28示出了當(dāng)在該基底上提供背側(cè)停止膜(backside stopper film)時(shí)該基底的橫截面圖；圖29示出了該基底的放大平面圖，在其上通過去處該基底而形成的凹槽來界定振動(dòng)器懸臂；圖30示出了沿圖29中的XXX-XXX線得到的橫截面圖；圖31示出了沿圖29中的XXXI-XXXI線得到的橫截面圖；圖32示出了當(dāng)該背側(cè)停止膜被去除時(shí)該基底的放大平面圖；
圖33示出了沿圖32中的XXXIII-XXXIII線得到的橫截面圖；圖34示出了沿圖32中的XXXIV-XXXIV線得到的橫截面圖；圖35A和35B示出了用于穩(wěn)定該壓電特性的極化化工藝，其中圖35A示出了該整個(gè)基底的平面圖，圖35B是該基底的放大平面圖；圖36A和36B示出了在該極化化工藝之后去除不需要的Cu引線的基底，其中圖36A示出了該整個(gè)基底的平面圖，圖36B是該基底的放大平面圖；圖37A和37B示出了用于可拆卸芯片(flit-chip)的金(Au)凸起，其中圖37A示出了該整個(gè)基底的平面圖，圖37B是該基底的放大平面圖；圖38A和38B示出了為了分離作為壓電薄膜傳感器工作的每個(gè)振動(dòng)陀螺傳感器元件而提供的分割線，其中圖38A示出了該整個(gè)基底的平面圖，圖38B是該基底的放大平面圖；圖39示出了作為壓電薄膜傳感器工作的振動(dòng)陀螺傳感器元件的平面圖；圖40示出了安裝在IC基底上的振動(dòng)陀螺傳感器元件的示意性透視圖；圖41示出了包括被覆蓋的振動(dòng)陀螺傳感器元件的角速度傳感器的平面圖；圖42A和42B示出了振動(dòng)器的對稱性和振動(dòng)模式之間的關(guān)系，其中圖42A示出了具有對稱形狀的振動(dòng)器的振動(dòng)模式，圖42B示出了具有不對稱形狀的振動(dòng)器的振動(dòng)模式；圖43A、43B和43C示出了振動(dòng)陀螺傳感器的調(diào)節(jié)；圖44示出了在其上進(jìn)行激光加工的示例激光加工區(qū)域的示意性平面圖；圖45示出了在激光加工區(qū)域上進(jìn)行的激光加工量和信號(hào)平衡的改變之間的關(guān)系；圖46示出了當(dāng)通過基于該采樣的初始條件確定激光加工區(qū)域和進(jìn)行激光加工而將平衡調(diào)節(jié)到目標(biāo)值時(shí)平衡的變化；圖47示出了在懸臂振動(dòng)器的背表面中心提供的用于激光加工的激光加工區(qū)域的示意性平面圖；圖48示出了在激光加工區(qū)域中的激光加工量和失調(diào)水平變化之間的關(guān)系；圖49示出了在激光加工區(qū)域中的激光加工量和平衡變化之間的關(guān)系；圖50示出了當(dāng)通過基于該采樣的初始條件確定激光加工區(qū)域和進(jìn)行激光加工而將失調(diào)水平調(diào)節(jié)到目標(biāo)值時(shí)失調(diào)水平的變化；圖51示出了用于確定當(dāng)該被激光加工調(diào)節(jié)過的懸臂振動(dòng)器以100μm的振幅振動(dòng)時(shí)，該振動(dòng)器是否在由激光加工所形成的點(diǎn)斷裂的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖52示出了一個(gè)柱狀圖，顯示當(dāng)包括未處理振動(dòng)器的陀螺傳感器被固定到200-g剛體上并下落時(shí)該振動(dòng)器斷裂的高度；圖53示出了一個(gè)柱狀圖，顯示當(dāng)包括利用激光加工過的懸臂振動(dòng)器的陀螺傳感器被固定到200-g的剛體上并下落時(shí)該振動(dòng)器斷裂的高度，其中是在包括圖51所示的三角形點(diǎn)的范圍內(nèi)對該振動(dòng)器進(jìn)行激光加工；圖54示出了一個(gè)柱狀圖，顯示當(dāng)包括利用激光加工過的懸臂振動(dòng)器的陀螺傳感器被固定到200-g的剛體上并下落時(shí)該振動(dòng)器斷裂的高度，其中是在包括圖51所示的圓形點(diǎn)的范圍內(nèi)對該振動(dòng)器進(jìn)行激光加工；圖55示出了具有階梯形模式(step-like pattern)而互相不重疊的激光加工的點(diǎn)的懸臂振動(dòng)器；圖56示出了一個(gè)柱狀圖，顯示當(dāng)包括未處理振動(dòng)器的陀螺傳感器被固定到200-g的剛體上并下落時(shí)，具有以階梯形模式提供的激光加工點(diǎn)的懸臂振動(dòng)器斷裂的高度；圖57示出了在與懸臂振動(dòng)器的后表面中心不重合的位置提供的用于激光加工的激光加工區(qū)域的示意性平面圖；圖58示出了在激光加工區(qū)域中的激光加工量和失調(diào)水平變化之間的關(guān)系；圖59示出了在激光加工區(qū)域中的激光加工量和信號(hào)平衡變化之間的關(guān)系；圖60示出了由于激光加工而引起的失調(diào)水平和平衡的變化；圖61示出了由于激光加工而引起的失調(diào)水平和平衡的變化；圖62A和62B示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)特性，其中圖62A示出了該振動(dòng)器的前視圖，圖62B示出了該頻率特性；圖63A、63B和63C示出了圖62A和62B中所示振動(dòng)器的調(diào)節(jié)過程，其中圖63A示出了該振動(dòng)器的前視圖，圖63B示出了該頻率特性，圖63C示出了用于顯示該被調(diào)節(jié)振動(dòng)器中的問題的頻率特性；圖64示出了配置成驅(qū)動(dòng)懸臂振動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)檢測電路的功能框圖；圖65A和65B示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的懸臂振動(dòng)器的操作，其中圖65A示出了該振動(dòng)器的前視圖，圖65B示出了該頻率特性；圖66示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的激光加工區(qū)域、共振頻率和失調(diào)水平之間的關(guān)系；圖67示出了用于調(diào)節(jié)失調(diào)水平的激光加工區(qū)域和用于調(diào)節(jié)共振頻率的激光加工區(qū)域的示意性平面圖；圖68A和68B示出了懸臂振動(dòng)器的對稱性和振動(dòng)模式之間的關(guān)系，其中圖68A示出了具有對稱形狀的懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)模式，圖68B示出了具有不對稱形狀的懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)模式；圖69A和69B示出了形成界定懸臂振動(dòng)器外部形狀的穿透(penetration)部分的工藝，其中圖69A示出了從該振動(dòng)器的縱軸方向觀察的該主要部分的橫截面圖，圖69B示出了從與該振動(dòng)器縱軸方向正交的方向觀察的該穿透部分的主要部分的橫截面圖；圖70A和70B示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的懸臂振動(dòng)器的操作，其中圖70A示出了對稱振動(dòng)器的振動(dòng)模式，圖70B示出了不對稱振動(dòng)器的振動(dòng)模式；圖71示出了振動(dòng)陀螺傳感器元件中的懸臂振動(dòng)器的基部形狀的示意性平面圖；圖72A和72B示出了懸臂振動(dòng)器底部形狀的對稱性和振動(dòng)模式之間的關(guān)系，其中圖72A示出了具有對稱基部的懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)模式，圖72B示出了具有不對稱基部的懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)模式；圖73示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的穿透部分的主要部分的平面圖，其中顯示了該穿透部分的形成工藝；圖74示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的振動(dòng)陀螺傳感器元件的操作的示意性平面圖；和圖75A、75B和75C示出了懸臂振動(dòng)器基部形狀的形成工藝。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖將描述本發(fā)明的實(shí)施例。下面的所述實(shí)施例沒有限制本發(fā)明的范圍，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以提供該實(shí)施例的各種變形。
第一實(shí)施例圖1A和1B示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的振動(dòng)陀螺傳感器元件100。圖1A是示出了該整個(gè)振動(dòng)陀螺傳感器元件100的外部透視圖。圖1B是示出了該振動(dòng)陀螺傳感器元件100的振動(dòng)器110的放大透視圖。如圖1A和1B所示，從單晶硅基底上切割的振動(dòng)陀螺傳感器元件100包括作為懸臂提供的懸臂振動(dòng)器110。該懸臂振動(dòng)器110被成形為棱形的形狀，從而，該懸臂振動(dòng)器110的與懸臂振動(dòng)器110的縱軸方向正交的橫截面是正方形。
振動(dòng)陀螺傳感器元件100具有300μm的厚度t1，3mm的長度t2，和1mm的寬度t3。該實(shí)際振動(dòng)的懸臂振動(dòng)器110具有100μm的厚度t4，2.5mm的裝飾板長度t5和100μm的寬度t6。該振動(dòng)的懸臂振動(dòng)器110的共振頻率為大約40kHz。在這里，這些尺寸僅僅被提供作為例子，并且可以根據(jù)振動(dòng)陀螺傳感器元件100的使用頻率和預(yù)期大小而設(shè)定為其他任何值。
振動(dòng)陀螺傳感器元件100被安裝在支撐基底20上(參照圖3)。該振動(dòng)陀螺傳感器元件100的安裝表面是與該支撐基底20相對的表面，在圖2中示出(底面)。
在懸臂振動(dòng)器110的該表面上，參考電極104a和壓電體105a依序堆疊。在壓電體105a上，將驅(qū)動(dòng)電極106a與一對檢測電極106b和106c相互平行地設(shè)置在懸臂振動(dòng)器110的縱軸方向上，從而使驅(qū)動(dòng)電極106a與一對檢測電極106b和106c不會(huì)互相接觸。分別為驅(qū)動(dòng)電極106a、檢測電極106b、檢測電極106c和參考電極104a提供布線連接端101A、101B、101C和101D。
壓電體105a是一種壓電薄膜，其例如由諸如鈦鋯酸鉛(PZT)的壓電陶瓷、或諸如石英或鉭酸鑭(LaTaO3)的壓電單晶體組成。參考電極104a、驅(qū)動(dòng)電極106a以及檢測電極106b和106c由金屬電極或?qū)щ娧趸镫姌O構(gòu)成。
圖3示出了角速度傳感器(振動(dòng)陀螺傳感器)150的主要部件的透視圖，該角速度傳感器150被配置為將振動(dòng)陀螺傳感器元件100安裝在支撐基底20上。如圖2所示，將該振動(dòng)陀螺傳感器元件100安裝在支撐基底20上，面向下朝向該支撐基底20。根據(jù)本實(shí)施例，在振動(dòng)陀螺傳感器元件100的布線連接端101A、101B、101C和101D上提供金屬凸起。該布線連接端101A、101B、101C和101D分別經(jīng)金屬凸起而連接到支撐基底20上的焊盤(lands)21A、21B、21C和21D。
參考電極104a、壓電體105a、驅(qū)動(dòng)電極106a以及檢測電極106b和106c在懸臂振動(dòng)器110的前表面(第一表面)上堆疊，該前表面面對支撐基底20。因此，與前表面相對的懸臂振動(dòng)器110的表面，即其上沒有設(shè)置壓電體和各種電極薄膜的懸臂振動(dòng)器110的后表面110b面朝上，如圖3所示。在與懸臂振動(dòng)器110相對的支撐基底20上，以正交于支撐基底20的方向形成具有預(yù)定大小和深度的凹陷(陷窩(flank))22。
如下所述，通過在硅基底上進(jìn)行反射離子蝕刻(RIE)來限定懸臂振動(dòng)器110的外形。此時(shí)，根據(jù)蝕刻條件和晶片的位置，懸臂振動(dòng)器110的形狀可以不關(guān)于振動(dòng)方向?qū)ΨQ。如果懸臂振動(dòng)器110是不對稱的，則懸臂振動(dòng)器110的重心位置將被偏移到該懸臂振動(dòng)器110的右側(cè)或左側(cè)，并且會(huì)失去懸臂振動(dòng)器110的質(zhì)量平衡。因此，懸臂振動(dòng)器110將不會(huì)在垂直于支撐基底20的方向上振動(dòng)，相反地，而是在向較小質(zhì)量一側(cè)傾斜的方向上振動(dòng)。如果懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)方向被傾斜，則從左右檢測電極106b和106c輸出的檢測信號(hào)將會(huì)有較大差異。因此，將不能進(jìn)行精確的角速度檢測。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，在將振動(dòng)陀螺傳感器元件100安裝到支撐基底20上之后，如圖3所示，通過應(yīng)用下述方法使用激光束照射懸臂振動(dòng)器110的后表面110b以形成凹陷80，從而將振動(dòng)陀螺傳感器元件100的懸臂振動(dòng)器110調(diào)節(jié)到垂直振動(dòng)模式。以這種方式，可以調(diào)節(jié)懸臂振動(dòng)器110的質(zhì)量平衡以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的振動(dòng)模式。通過利用激光束照射懸臂振動(dòng)器110的與前表面(后表面110b)相鄰的側(cè)面以形成上述凹陷80，從而獲得相同的優(yōu)點(diǎn)。
由于懸臂振動(dòng)器110的后表面110b在該安裝到支撐基底20上的振動(dòng)陀螺傳感器元件100的上側(cè)露出，所以可以通過進(jìn)行激光加工而很容易地調(diào)節(jié)懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)特性。此外，由于是在將振動(dòng)陀螺傳感器元件100安裝到支撐基底20上之后調(diào)節(jié)該振動(dòng)特性，所以可以防止該振動(dòng)特性在安裝振動(dòng)陀螺傳感器元件100前后發(fā)生變化。另外，可以在安裝振動(dòng)陀螺傳感器元件100之后，在每個(gè)單獨(dú)的振動(dòng)陀螺傳感器元件100的使用范圍內(nèi)調(diào)節(jié)該振動(dòng)特性。
由于用于振動(dòng)調(diào)節(jié)的激光加工區(qū)域被設(shè)置在與振動(dòng)陀螺傳感器元件100上提供壓電體105a等的前表面分離設(shè)置的表面上，所以能夠盡可能地防止由在激光加工期間所產(chǎn)生的熱量引起的影響，諸如壓電薄膜的質(zhì)量變化和/或極化狀態(tài)變化。因?yàn)閼冶壅駝?dòng)器110的前表面與振動(dòng)陀螺傳感器元件100的底面齊平并且面對支撐基底20，所以懸臂振動(dòng)器110受到諸如來自外部的光和熱的干擾的影響較小，從而可以穩(wěn)定地保持振動(dòng)陀螺傳感器元件100的檢測性能。
在硅基底的表面上有非常細(xì)微的凸起和微裂紋。如上所述，通過在硅基底上執(zhí)行反射離子蝕刻(RIE)來限定懸臂振動(dòng)器110的外形。同時(shí)，由于等離子體在懸臂振動(dòng)器110后表面110b和脊線區(qū)域上的流動(dòng)而形成細(xì)微條紋，該脊線區(qū)域連接懸臂振動(dòng)器110的后表面110b和側(cè)面。這種細(xì)微凸起和微裂紋將被總稱為“細(xì)微凸起127”，如圖4A所示。在圖4A中，該細(xì)微凸起127被放大。
當(dāng)對振動(dòng)陀螺傳感器元件100施加較大沖擊時(shí)，例如當(dāng)振動(dòng)時(shí)，壓力集中在存在于懸臂振動(dòng)器110后表面110b和脊線區(qū)域中的細(xì)微凸起127上。因此，在懸臂振動(dòng)器110上可能產(chǎn)生損傷和裂縫。
根據(jù)本實(shí)施例，利用激光束照射懸臂振動(dòng)器110的脊線區(qū)域、后表面110b和側(cè)面以熔化該硅基底的表面和獲得削邊部分130或熔融表面134，如圖4B所示。以這種方式，去除該細(xì)微凸起127。從而，即使當(dāng)對懸臂振動(dòng)器110施加外部載荷時(shí)，也可以防止集中在細(xì)微凸起127上的壓力，從而增加懸臂振動(dòng)器110的機(jī)械強(qiáng)度。
削邊部分130和熔融表面134的形成是在調(diào)節(jié)懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)特性之前進(jìn)行的。并且使用該用于調(diào)節(jié)工藝的同一激光設(shè)備進(jìn)行該形成工藝。通過使用同一激光設(shè)備，可以容易地形成削邊位置130和熔融表面134而無須進(jìn)行機(jī)械加工，例如精度拋光。然而，用于形成削邊位置130和熔融表面134的激光設(shè)備并不限于該用于調(diào)節(jié)工藝的同一激光設(shè)備，也可以使用不同的激光設(shè)備。
如圖5所示，當(dāng)工作且作為配置成用于檢測根據(jù)角速度產(chǎn)生的科里奧利力的角速度傳感器(振動(dòng)陀螺傳感器)時(shí)，具有上述結(jié)構(gòu)的振動(dòng)陀螺傳感器元件100連接到集成電路(IC)40。IC 40包括與支撐基底20上的振動(dòng)陀螺傳感器元件100裝配在一起的IC裝置和其他電子元件(圖3)。
IC 40包括加法器電路41、放大器電路42、移相電路43、自動(dòng)增益控制器44、差分放大器電路45、同步檢測電路46和平滑電路47。
振動(dòng)陀螺傳感器元件100的一對檢測電極106b和106c連接到加法器電路41和差分放大器電路45。振動(dòng)陀螺傳感器元件100的驅(qū)動(dòng)電極106a連接到自動(dòng)增益控制器44的輸出端。
該角速度傳感器組成移相振蕩器電路，該移相振蕩器電路包括加法器電路41、放大器電路42、移相電路43、自動(dòng)增益控制器44和振動(dòng)陀螺傳感器元件100。該移相自激勵(lì)電路在振動(dòng)陀螺傳感器元件100的參考電極104a和驅(qū)動(dòng)電極106a之間施加電壓，以自激勵(lì)懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)。懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)方向是懸臂振動(dòng)器110的厚度方向。
在該角速度傳感器中，該對檢測電極106b和106c連接到加法器電路41和差分放大器電路45，差分放大器電路45的輸出端連接到同步檢測電路46，以及該同步檢測電路46連接到平滑電路47。這些電路以及壓電體105a作為檢測單元工作，該檢測單元被配置成用于檢測懸臂振動(dòng)器110的角速度。
更特別地，如果在懸臂振動(dòng)器110的縱軸方向周圍產(chǎn)生角速度，而該振動(dòng)陀螺傳感器元件100的懸臂振動(dòng)器110由于上述移相振蕩器電路的自激勵(lì)而振動(dòng)，則該懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)方向根據(jù)該科里奧利力而改變。在這種情況下，該檢測電極106b和106c的輸出中的之一增加，而另一輸出減少。通過IC 40檢測和測量該輸出中的至少一個(gè)的變化量以確定該懸臂振動(dòng)器110縱軸方向附近的輸入角速度。
接下來，將說明具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本實(shí)施例的振動(dòng)陀螺傳感器元件100的示例制造工藝。圖6示出振動(dòng)陀螺傳感器元件100的制造過程中的主要步驟。
首先，獲得如圖7A和7B所示的硅(Si)基底1。Si基底1的大小可以是取決于要使用的薄膜工藝線的任何大小。根據(jù)本示例的Si基底1是具有4英寸直徑的晶片。Si基底1的厚度基于可用性和成本來確定，并且大于懸臂振動(dòng)器110的厚度。根據(jù)本示例的Si基底1的厚度是300μm。
在各向異性濕法蝕刻期間作為保護(hù)掩模使用的熱氧化膜(SiO2膜)2A和2B被設(shè)置在Si基底1的兩側(cè)。熱氧化膜2A和2B的厚度并不受限制。根據(jù)本示例的熱氧化膜2A和2B的厚度是大約0.3μm。根據(jù)本示例的Si基底1是N型基底。然而，該基底的類型不僅限于此。該基底被切割以使如圖7A所示Si基底1的平面是(100)定向平面和使如圖7B所示Si基底1的橫截面是(110)定向平面。
下面，如圖8A和8B所示，提供具有開口的抗蝕劑圖案膜(resist patternfilm)3，該開口對應(yīng)于將從設(shè)置在Si基底1后表面上的熱氧化膜2B去除的區(qū)域。作為一種形成該抗蝕劑圖案膜3的方法，應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體薄膜生產(chǎn)過程中使用的光刻技術(shù)。根據(jù)本示例的該抗蝕劑材料是Tokyo Ohka KogyoCo.，Ltd生產(chǎn)的OFPR-8600。然而，該抗蝕劑材料的類型并不僅限于此。包括應(yīng)用抗蝕劑、預(yù)烘干、曝光和顯影的光刻工藝與標(biāo)準(zhǔn)薄膜工藝相同。在這里，不再描述該光刻工藝的細(xì)節(jié)。光刻技術(shù)也被應(yīng)用于下述其它工藝中。在這種情況下，也不對該光刻工藝進(jìn)行詳細(xì)說明，除非對該光刻工藝應(yīng)用了特殊的光刻技術(shù)。
在圖8A所示的每個(gè)開口處形成振動(dòng)陀螺傳感器元件。該開口的形狀基于設(shè)定以形成懸臂(懸臂振動(dòng)器110)的該懸臂最終形狀、Si基底1的厚度和蝕刻寬度t7(圖30和31中所示)而確定。蝕刻寬度t7將在下面說明。根據(jù)本示例的蝕刻寬度t7是200μm。
該開口的所需寬度(膜片寬度t9)等于[振動(dòng)懸臂寬度t6]+[蝕刻寬度t7]×2(對于左和右的裕量)。如果Si基底1的厚度是300μm，則振動(dòng)懸臂的厚度是100μm，以及通過應(yīng)用濕法蝕刻法將具有300μm厚度的Si基底減少到100μm以獲得該振動(dòng)懸臂的厚度，則膜片深度t10將是200μm，如圖11所示。同時(shí)，將以θ1＝55°的角度蝕刻Si基底1。因而，需要通過在寬度方向的左和右邊緣增加t10×1/tan55°＝140μm的厚度來補(bǔ)償該角度。因此，在在本示例中，[膜片寬度t9]＝t6+t7×2+140×2＝100+200×2+140×2＝780μm。類似地，[膜片長度t8]＝[振動(dòng)懸臂長度t5]+[蝕刻寬度t7]+140×2＝2,500+200+140×2＝2,980μm。
下面，如圖9A和9B所示，去除熱氧化膜2B上與該開口對應(yīng)的區(qū)域。去除方法可以是諸如離子蝕刻或濕法蝕刻之類的物理蝕刻。然而，當(dāng)考慮到Si基底1表面的平滑度時(shí)，理想的是應(yīng)用僅去除該熱氧化膜2B的濕法蝕刻。在本示例中，用于濕法蝕刻的化學(xué)溶劑是氟化銨。當(dāng)濕法蝕刻進(jìn)行了較長時(shí)間后，側(cè)面蝕刻即在開口側(cè)面的蝕刻進(jìn)程會(huì)變得非常顯著。因此，需要在該熱氧化膜2B與開口對應(yīng)的區(qū)域被去除時(shí)結(jié)束該蝕刻工藝。
接下來，如圖10A、10B和11所示，在從該開口露出的Si基底1上進(jìn)行濕法蝕刻以在該開口處將Si基底1的厚度減少到預(yù)定振動(dòng)懸臂厚度t4。在本示例中，將20％的四甲基銨(TMAH)溶液用于蝕刻Si基底1。該溶液的溫度被維持在80℃，并且進(jìn)行浸泡蝕刻。
圖11示出了圖10B所示區(qū)域W的放大圖。在上述條件下，進(jìn)行六小時(shí)的蝕刻以蝕刻200μm的Si基底1，即把膜片深度t10減少到200μm。作為進(jìn)行蝕刻的結(jié)果，Si基底1中開口的兩側(cè)形成為具有濕法蝕刻角度θ1(＝55°)，如圖11所示。作為用于濕法蝕刻的化學(xué)溶劑，可以使用氫氧化鉀(KOH)溶液或乙二胺鄰苯二酚水(EDP，ethylenediamine-pyrocatechol-water)溶液代替TMAH。在本示例中，由于對于熱氧化膜2A和2B的蝕刻靈敏度較大，所以使用TMAH。
在本示例中應(yīng)用濕法蝕刻以便將Si基底的厚度減少到相應(yīng)于振動(dòng)懸臂110的厚度。然而，該減少Si基底1的厚度的方法并不僅限于此。
通過執(zhí)行上述方法在每個(gè)開口內(nèi)部形成膜片。通過執(zhí)行濕法蝕刻而得到的最終膜片厚度t11等于振動(dòng)懸臂厚度t4。
在下面的圖中，圖10A和10B中所示區(qū)域W中包含的元件之一被放大。為了簡化起見，該放大元件的尺寸可以與實(shí)際尺寸不同。此后，將通過面朝下的如上所述提供的該膜片的開口和熱氧化膜2B來說明該元件，如圖12A和12B所示。
接下來，如圖12A和12B所示，提供下電極膜4、壓電膜5和上電極膜6。為了提高壓電膜5的質(zhì)量，使用包含鈦(Ti)基膜(膜厚度小于50nm，例如20nm)和堆疊在該Ti基膜上的鉑(Pt)膜(膜厚度是100nm)的膜層疊作為下電極膜4?？梢允褂闷渌饘倮缃?Au)、銠(Rh)或錸(Re)代替鉑，并且可以使用鉭代替鈦。
在形成下電極膜4的步驟中，首先使用磁控管濺射設(shè)備形成Ti膜，然后形成Pt膜。在本示例中，在0.5Pa氣壓下，以0.5kW的射頻(RF)功率形成具有20nm厚度的Ti膜和具有100nm厚度的Pt膜。該P(yáng)t膜被提供作為用于PZT的基膜，而Ti膜被提供以增加Pt和Ti膜的粘附性。
接下來，形成壓電膜5。在形成壓電膜5的步驟中，形成壓電膜5。在本示例中，在0.2到3Pa的氧氣氣壓和室溫下，在0.1到5kW的RF功率下，采用Pb1.02(Zr0.53Ti0.47)O3氧化物靶使用磁控管濺射設(shè)備形成具有1.4μm厚度的壓電膜5。下面說明形成壓電膜5的方法的細(xì)節(jié)。
在隨后的形成上電極膜6的步驟中，將Pt膜堆疊在如上所述提供的壓電膜5的表面上。在本示例中，在0.5Pa的氣壓下和0.5kW的RF功率下，使用磁控管濺射設(shè)備形成具有200nm厚度的Pt膜。
接下來，如圖13A和13B所示，將上電極膜6加工成預(yù)定形狀。如圖13A所示，將上電極膜6分為三個(gè)部分。中間部分是驅(qū)動(dòng)電極6a，其被配置成產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)該振動(dòng)懸臂的功率。在驅(qū)動(dòng)電極6a的左邊和右邊，提供配置成檢測科里奧利力的檢測電極6b和6c。在寬度方向上驅(qū)動(dòng)電極6a的中心與該振動(dòng)懸臂的中心匹配，并且設(shè)置該檢測電極6b和6c關(guān)于驅(qū)動(dòng)電極6a對稱。在上電極膜6的直線邊緣提供用于與布線連接的連接部分。
在本示例中，該驅(qū)動(dòng)電極寬度t13是50μm，檢測電極寬度t14是10μm，上電極長度t12是2mm，而驅(qū)動(dòng)電極6a與檢測電極6b和6c之間的每個(gè)距離是5μm。這些尺寸都不被限制。然而，上電極膜6的總大小必須小于該振動(dòng)懸臂的最終大小。具有布線圖案的連接部分的形狀如下所述，也不是限制性的。在本示例中，該連接部分寬度t16是50μm，連接部分長度t15是50μm。
作為一種加工該上電極膜6的方法，首先應(yīng)用光刻技術(shù)以形成具有預(yù)定圖案的抗蝕膜。然后，通過離子蝕刻去除上電極膜6的非必要區(qū)域。該加工上電極膜6的方法不僅限于此。
接下來，如圖14A和14B所示，加工該壓電膜5以形成預(yù)定形狀。壓電膜5的形狀是不受限制的，只要壓電膜5完全覆蓋上電極膜6。在本示例中，壓電膜長度t17是2.2mm，壓電膜寬度t18是90μm。壓電膜在寬度方向上的中心與振動(dòng)懸臂的中心相匹配。壓電膜寬度t18必須小于振動(dòng)懸臂寬度t4。在本示例中，加工壓電膜5以便在上電極膜6的外周邊附近提供5μm的裕量。該裕量是基于該整個(gè)元件的形狀而確定的。
作為一種加工壓電膜5的方法，首先應(yīng)用光刻技術(shù)以形成具有與要得到的壓電膜5相同形狀的抗蝕劑圖案膜。然后，去除壓電膜5的非必要部分。在本示例中，使用氫氟酸和硝酸的混合物通過濕法蝕刻去除壓電膜5。該去除方法并不限于此，也可以應(yīng)用其他方法例如利用離子蝕刻的物理去除或利用RIE的化學(xué)去除。
接下來，如圖15A和15B所示，加工下電極膜4以形成預(yù)定形狀。下電極膜4的形狀不被限制，只要下電極膜4完全覆蓋壓電膜5。在本示例中，下電極膜長度t19是2.3mm，下電極膜寬度t20是94μm。下電極膜在寬度方向上的中心與振動(dòng)懸臂的中心相匹配。下電極膜寬度t20必須小于振動(dòng)懸臂寬度t4。在本示例中，加工下電極膜4以便在壓電膜5的外周邊附近提供5um的裕量。該裕量是基于該整個(gè)元件的形狀而確定的。為了電連接下電極膜4和外部元件，提供下電極接合部分4A，如圖15A所示。該下電極接合部分4A必須具有足夠大的區(qū)域以提供引線。在本示例中，下電極接合部分長度t21是200μm，下電極接合部分寬度t22是100μm。
作為一種加工下電極膜4的方法，首先應(yīng)用光刻技術(shù)以形成具有與下電極部分相同形狀的抗蝕劑圖案膜。然后，通過離子蝕刻去除下電極膜4的非必要部分。該去除方法并不限于此，也可以應(yīng)用除了離子蝕刻之外的方法。
接下來，如圖16和17所示，提供布線基膜7。如下所述，提供布線基膜7以保持布線膜9的粘附性。布線基膜7由絕緣材料構(gòu)成。布線基膜7的形狀不被限制，只要該振動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)電極6a與檢測電極6b和6c的電極連接部分、和該振動(dòng)器附近的蝕刻區(qū)域不被覆蓋即可。在本示例中，布線基膜7與上電極膜6和下電極膜4重疊5μm，以提高該電極膜的粘附性。
作為一種形成布線基膜7的方法，首先應(yīng)用光刻技術(shù)以形成具有預(yù)定形狀開口的抗蝕劑圖案膜。然后，通過濺射形成該布線電極膜，并且通過剝離蝕刻(liftoff etching)去除下電極膜4的非必要部分。在本示例中，選擇氧化鋁作為布線基膜7的材料并且沉積為75nm的厚度。然而，該布線基膜7的材料和形成方法不僅限于此。
接下來，如圖18和19所示，在驅(qū)動(dòng)電極6a與檢測電極6b和6c的電極連接部分上提供壓平抗蝕劑膜8。提供壓平抗蝕劑膜8以允許如下所述的布線膜9和上電極膜6之間的平滑電連接。當(dāng)布線膜9和上電極膜6物理連接時(shí)，線路必須穿過壓電膜5和下電極膜4的邊緣。因?yàn)楦鶕?jù)本示例，壓電膜5是通過濕法蝕刻形成的，所以壓電膜5的邊緣是倒錐形或基本上垂直的。因此，如果提供布線而不提供壓平抗蝕劑膜8，則該線路會(huì)在這些邊緣處斷開。另外，由于下電極膜4是露出的，如果不提供用于絕緣的壓平抗蝕劑膜8，就會(huì)發(fā)生電短路?；谶@些原因，提供壓平抗蝕劑膜8。
壓平抗蝕劑膜8的形狀是不受限制的，只要該壓平抗蝕劑膜8能夠覆蓋布線膜9，如下所述。在本示例中，壓平抗蝕劑膜寬度t23是200μm，壓平抗蝕劑膜長度t24是50μm。
作為一種形成壓平抗蝕劑膜8的方法，首先應(yīng)用光刻技術(shù)以在抗蝕劑膜上形成預(yù)定圖案。然后，通過將該抗蝕劑膜加熱到280℃-300℃而固化該圖形抗蝕劑膜。在本示例中，該抗蝕劑膜的厚度是大約2μm。期望改變抗蝕劑膜的厚度以使其大于壓電膜5和下電極膜4的總厚度。
在本示例中，使用光敏抗蝕劑膜作為壓平抗蝕劑膜8。然而，壓平抗蝕劑膜8的材料并不僅限于此?？梢詰?yīng)用任何不導(dǎo)電材料及其形成方法。
接下來，如圖20和21所示，提供布線膜9以連接上電極膜6與外部元件。提供布線膜9以有利于與外部元件的電連接。布線膜9穿過壓平抗蝕劑膜8的上表面并且連接到布線膜9的連接部分。上電極膜6(驅(qū)動(dòng)電極6a與檢測電極6b和6c)的形狀是不受限制的。然而，期望它們大于5μm2以減少電阻抗。在本示例中，通過具有Au凸起的倒裝片建立與外部元件的電連接。如圖20所示，通過提供電焊盤101A、101B、101C和101D來限定Au凸起區(qū)域。
電焊盤101A、101B、101C和101D的大小必須足夠大以形成Au凸起。在本示例中，電焊盤長度t25是120μm，電焊盤寬度t26是120μm。因?yàn)樵摫话谏想姌O膜6中的驅(qū)動(dòng)電極6a、檢測電極6b和6c以及該下電極膜4中的每個(gè)都需要與外部元件的電連接，所以需要為提供驅(qū)動(dòng)電極6a、檢測電極6b和6c以及下電極膜4提供單獨(dú)的布線膜9。電焊盤101A、101B、101C和101D被設(shè)置在元件區(qū)域AR中。
在這個(gè)驟中，還提供極化軌(polarizing rail)111和112。極化根據(jù)本實(shí)施例的振動(dòng)器以穩(wěn)定壓電特性。通過在Si基底1上的同一行中極化振動(dòng)陀螺傳感器元件100而有效地進(jìn)行極化工藝。為了同時(shí)極化這些振動(dòng)陀螺傳感器元件100，必須預(yù)先提供用于施加電壓的電線和接地(GND)線。在本示例中，如圖22所示，以線性方式提供該電線作為極化軌111和112。這工藝的此刻，振動(dòng)陀螺傳感器元件100與極化軌111和112是電獨(dú)立的(electricallyindependent)。然而，如下所述，通過提供銅(Cu)引線11來連接用于施加電壓的電線和GND線。
作為形成布線膜9的一種方法，首先應(yīng)用光刻技術(shù)以形成具有預(yù)定形狀開口的抗蝕劑圖案膜。然后，通過濺射形成布線膜9，并且通過剝離蝕刻去除非必要部分。為了形成布線膜9，沉積20nm的厚度的提高粘附力的鈦(Ti)。然后，在該Ti層上，沉積300nm的厚度的具有低電阻并且廉價(jià)的銅(Cu)。最后，在該Cu層上，沉積500nm的厚度的改善與Au凸起的連接的金(Au)。該布線膜9的材料和形成方法并不僅限于此。
接下來，如圖23和24所示，在振動(dòng)懸臂和電線上提供絕緣保護(hù)膜10。提供該絕緣保護(hù)膜10以防止由于諸如潮濕之類的外部因素導(dǎo)致的電極之間的漏電，以及防止電極膜的氧化。振動(dòng)器110上的保護(hù)膜寬度t27大于下電極寬度t20并且小于振動(dòng)懸臂寬度t6。在本示例中，保護(hù)膜寬度t27是98μm。振動(dòng)器110上的保護(hù)膜長度t28大于下電極長度t19并且小于振動(dòng)器長度t5。在本示例中，振動(dòng)器保護(hù)膜長度t28是1.95mm。絕緣保護(hù)膜10覆蓋所有布線膜9。然而，絕緣保護(hù)膜10必須不能覆蓋形成Au凸起的四個(gè)電極焊盤和用于Cu引線11的四個(gè)連接部分。
作為一種形成絕緣保護(hù)膜10的方法，首先應(yīng)用光刻技術(shù)以形成具有預(yù)定形狀開口的抗蝕劑圖案膜。然后，通過濺射形成絕緣保護(hù)膜10，并且通過剝離蝕刻去除絕緣保護(hù)膜10的非必要區(qū)域。在本示例中，為了形成布線膜9，將用于提高粘附性的Al2O3沉積到50nm的厚度。然后，在該Al2O3層上，將具有高電阻的SiO2沉積到750nm的厚度。最后，作為頂層，將用于在振動(dòng)懸臂形成期間提高該抗蝕劑膜的粘附性的Al2O3沉積到50nm的厚度。起到絕緣保護(hù)膜作用的沉積SiO2層必須具有至少兩倍于上電極膜6的厚度。然而，因?yàn)槿绻摵穸瘸^1μm，則在剝離期間就很容易形成毛邊(burrs)，所以在本示例中將該厚度設(shè)定為750nm。而且，在本示例中，在0.4Pa的氬(Ar)氣壓下形成SiO2層以提高該層的密度，其中0.4Pa是放電的下限。
接下來，如圖25和26所示提供Cu引線11。Cu引線11中的之一被提供以將上電極膜6的驅(qū)動(dòng)電極6a和檢測電極6b及6c連接到極化軌111，用于施加電壓，并且提供另一Cu引線11以將下電極膜4連接到與GND相連接的極化軌112。在Si基底1上的每個(gè)振動(dòng)陀螺傳感器元件100中建立Cu引線11的連接，如圖27所示。使用銅作為引線是因?yàn)楫?dāng)在極化后進(jìn)行濕法蝕刻時(shí)銅容易熔化，從而，可以將振動(dòng)陀螺傳感器元件100再次斷開電連接而不造成損傷。該引線的材料并不僅限于銅，只要該材料是導(dǎo)電的并且容易去除而不破壞該振動(dòng)陀螺傳感器元件100即可。期望將該引線寬度t29(圖29)設(shè)定為30μm或更大以便在極化期間保持導(dǎo)電性。
作為一種形成Cu引線11的方法，首先應(yīng)用光刻技術(shù)以形成具有預(yù)定形狀開口的抗蝕劑圖案膜。然后，通過濺射形成Cu引線11，并且通過剝離蝕刻去除Cu引線11的非必要部分以及抗蝕劑膜。在本示例中，將Cu層的厚度設(shè)定為400nm以便在極化期間保持導(dǎo)電性。用于形成該Cu引線11的方法并不僅限于此。
接下來，如圖28所示，形成背側(cè)停止膜12。如下所述，提供背側(cè)停止膜12以防止當(dāng)在振動(dòng)懸臂形成期間執(zhí)行貫穿蝕刻(through-etching)時(shí)，由于等離子體在底面集中而導(dǎo)致的該振動(dòng)懸臂邊緣區(qū)域的變形。在本示例中，通過濺射將SiO2在整個(gè)背部上沉積到500nm的厚度。
接下來，如圖29、30和31所示，通過去除薄膜以在懸臂周圍形成凹槽而形成該振動(dòng)懸臂。圖30示出了沿圖29中的XXX-XXX線得到的橫截面圖。圖31示出了沿圖29中的XXXI-XXXI線得到的橫截面圖。
作為一種形成界定該懸臂的凹槽的方法，首先通過應(yīng)用光刻技術(shù)形成具有與穿透部分13相同形狀的開口的抗蝕劑圖案膜。然后，進(jìn)行離子蝕刻以去除熱氧化膜2A。隨后，蝕刻Si基底1直到穿透Si基底1?？梢詰?yīng)用濕法蝕刻來去除熱氧化膜2A。然而，當(dāng)考慮到由于側(cè)面蝕刻而導(dǎo)致的尺寸誤差時(shí)，理想的是使用離子蝕刻。
在本示例中，將振動(dòng)懸臂厚度t14(膜片厚度t11)設(shè)定為100μm。因而，根據(jù)本示例，為了穿透Si基底1，必須通過蝕刻去除100μm的厚度。標(biāo)準(zhǔn)離子蝕刻不具有匹配抗蝕劑膜的選擇性。此外，當(dāng)應(yīng)用離子蝕刻時(shí)，所得到的側(cè)壁是不垂直的。因此，在本示例中，將使用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)的設(shè)備用于執(zhí)行Bosch(博施)工藝(在蝕刻期間使用SF6氣體而在膜形成期間使用C4F8氣體)，其中重復(fù)側(cè)壁保護(hù)膜的蝕刻和形成。以這種方式，形成具有垂直側(cè)壁的振動(dòng)懸臂。蝕刻硅材料以使所得到側(cè)壁垂直的技術(shù)已經(jīng)沿用已久。在本示例中使用了一種可商業(yè)獲得的設(shè)備。然而，產(chǎn)生界定驅(qū)動(dòng)懸臂的凹槽的方法并不僅限于此。蝕刻寬度t7必須足夠大以便能夠使用ICP進(jìn)行蝕刻。在本示例中，該蝕刻寬度t7被設(shè)定為200μm。不應(yīng)該穿透Cu引線11。
在使用ICP完成蝕刻后，去除背側(cè)停止膜12。去除該背側(cè)停止膜12的方法是不受限制的。然而，在本示例中，應(yīng)用了使用氟化銨的濕法蝕刻。如果在去除背側(cè)停止膜12之前去除界定穿透圖案的抗蝕劑膜，則絕緣保護(hù)膜10也會(huì)被去除。因此，在去除該抗蝕劑膜之前去除背側(cè)停止膜12。圖32-34中示出了去除背側(cè)停止膜12和抗蝕劑膜之后的Si基底1。
接下來，在圖35A和35B中所示的振動(dòng)陀螺傳感器元件100上進(jìn)行極化以穩(wěn)定壓電特性。為了在同一行中極化所有的振動(dòng)陀螺傳感器元件100，通過作用焊盤(application pads)和GND焊盤將該振動(dòng)陀螺傳感器元件100連接到外部電源。該連接和極化方法是不受限制的。然而，在本示例中，通過引線鍵合(wire bonding)將該振動(dòng)陀螺傳感器元件100連接到外部電源，然后執(zhí)行極化。
接下來，在圖36A和36B中，去除掉極化后不再需要的Cu引線11。如果分離元件而不去除Cu引線11，則Cu引線11和Si基底1將會(huì)在切割表面處發(fā)生漏電。因此，期望化學(xué)去除Cu引線11。在本示例中，使用Enstrip溶液(Meltex Inc.的產(chǎn)品)通過濕法蝕刻溶解Cu引線11，從而不會(huì)損傷該振動(dòng)陀螺傳感器元件100。
通過應(yīng)用薄膜形成工藝來形成振動(dòng)陀螺傳感器元件100和通過在薄膜形成工藝中提供的電線來極化振動(dòng)陀螺傳感器元件100，可以以低成本穩(wěn)定地生產(chǎn)大量振動(dòng)陀螺傳感器元件100。
去除Cu引線11的方法不限于如上所述通過濕法蝕刻溶解。在下述分離振動(dòng)陀螺傳感器元件100的步驟中，沿Cu引線11切割振動(dòng)陀螺傳感器元件100。因而當(dāng)利用切片機(jī)(dicer)分割該元件時(shí)，可以將Cu引線11磨掉。在這種情況下，Cu引線11的引線寬度t29必須小于磨石(grinding stone)的寬度。在本示例中，由于是通過使用具有40μm磨石寬度的切片機(jī)來分割該振動(dòng)陀螺傳感器元件100，所以Cu引線11的引線寬度t29必須被設(shè)定在20μm和40μm之間。如果Cu引線11的寬度小于20μm，那么Cu引線11會(huì)因?yàn)閷κ┘拥臉O化電壓的阻抗所產(chǎn)生的熱量而斷裂。如果Cu引線11的寬度大于40μm，即大于磨石的寬度，那么可以在分離該振動(dòng)陀螺傳感器元件100后留下Cu引線11。
接下來，如圖37A和37B所示，為倒裝片提供Au凸起14。Au凸起14是在四個(gè)電極焊盤上提供。
接下來，如圖38A和38B所示，在Si基底1上形成15個(gè)振動(dòng)陀螺傳感器元件100并且從彼此分離，其中每個(gè)振動(dòng)陀螺傳感器元件100都能夠作為壓電薄膜傳感器工作。當(dāng)分割振動(dòng)陀螺傳感器元件100時(shí)，使用具有大于Cu引線11的橋部分寬度的寬度的磨石。在本示例中，Cu引線11的橋部分的寬度是32μm。因而，使用具有40μm寬度的切石來切割Si基底1。如圖38B所示，根據(jù)每個(gè)振動(dòng)陀螺傳感器元件100的大小沿L1至L3的切割線解理Si基底1。提供切割線L1和L2以切割Cu引線11的橋部分。以這種方式，通過穿透部分13和切割面勾勒了能夠作為壓電薄膜傳感器工作的振動(dòng)陀螺傳感器元件100的輪廓，如圖39所示。因此，圖38B中所示Si基底1的區(qū)域C被作為不想要的部分而保留。
例如，如圖40所示，通過倒裝片技術(shù)將每個(gè)振動(dòng)陀螺傳感器元件100安裝在諸如IC基底之類的支撐基底上。IC基底被預(yù)先設(shè)計(jì)以使可以根據(jù)要設(shè)置振動(dòng)陀螺傳感器元件100的位置來建立電連接。在圖40所示示例中，在X方向和Y方向安裝兩個(gè)振動(dòng)陀螺傳感器元件100A和100B。以這種方式，配置包括兩個(gè)振動(dòng)陀螺傳感器元件100A和100B的雙軸角速度傳感器150。
如圖41所示，通過覆蓋材料15來使角速度傳感器150保持氣密性和保護(hù)角速度傳感器150，該覆蓋材料15防止振動(dòng)陀螺傳感器元件100A和100B和電路與外部元件相接觸。覆蓋材料15的材料是不受限制的。然而，期望考慮到外部噪聲的效應(yīng)而使用具有屏蔽效應(yīng)的材料，諸如金屬。覆蓋材料15被形成為以使不干擾該振動(dòng)懸臂的振動(dòng)的形狀。
對于根據(jù)本實(shí)施例的振動(dòng)陀螺傳感器元件100，如上所述，使用ICP通過RIE來界定懸臂振動(dòng)器110的外形。然而，不總是所有的包含在Si基底1中的振動(dòng)陀螺傳感器元件100都被制造成具有關(guān)于懸臂振動(dòng)器110中線的完全對稱。
因而，例如如圖42A和42B中所示，如果懸臂振動(dòng)器110的橫橫截面形狀為梯形，該振動(dòng)方向?qū)?huì)關(guān)于該振動(dòng)中線向具有較小質(zhì)量的一側(cè)傾斜，盡管懸臂振動(dòng)器110的預(yù)期垂直振動(dòng)方向是垂直于提供壓電膜的表面的方向。如果當(dāng)振動(dòng)方向傾斜時(shí)，懸臂振動(dòng)器110以垂直共振頻率振動(dòng)，則來自相對于該懸臂振動(dòng)器110的中線對稱提供的檢測電極106b和106c的輸出檢測信號(hào)的振幅將會(huì)不同。這種差異是由于來自向懸臂振動(dòng)器110傾斜方向提供的檢測電極的檢測信號(hào)將會(huì)較強(qiáng)而來自相對側(cè)檢測電極的檢測信號(hào)將會(huì)較弱而導(dǎo)致的。
根據(jù)本實(shí)施例，為了補(bǔ)償這種差異，進(jìn)行調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)垂直振動(dòng)。為了調(diào)節(jié)該振動(dòng)，對每個(gè)分離的振動(dòng)陀螺傳感器元件100進(jìn)行激光加工，以實(shí)現(xiàn)從相對于該中線具有較大質(zhì)量的任一側(cè)削減該懸臂振動(dòng)器110的一些部分。以這種方式，平衡懸臂振動(dòng)器110左側(cè)的質(zhì)量和右側(cè)的質(zhì)量，并且獲得垂直振動(dòng)。
雖然難于確定懸臂振動(dòng)器110的橫截面的實(shí)際形狀，但是可以比較當(dāng)懸臂振動(dòng)器110以垂直共振頻率振動(dòng)時(shí)從左和右檢測電極輸出的檢測信號(hào)的振幅。以這種方式，能夠通過進(jìn)行激光加工以形成凹陷而進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中該激光加工是通過在具有輸出較弱檢測信號(hào)的檢測電極的任一側(cè)對該懸臂振動(dòng)器110進(jìn)行削減而完成的。
在實(shí)際進(jìn)行調(diào)節(jié)之前，將來自振蕩電路71的振蕩輸出G0施加至驅(qū)動(dòng)電極106a，以在垂直共振狀態(tài)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)陀螺傳感器元件100，如圖43A所示。通過在加法器電路72加入來自檢測電極對106b和106c的檢測信號(hào)Ga和Gb而執(zhí)行調(diào)節(jié)。加入的信號(hào)被返回到振蕩電路71。然后，基于來自檢測電極106b和106c的檢測信號(hào)Ga和Gb，檢測測振蕩電路71的振蕩頻率作為垂直共振頻率f0，并且將檢測信號(hào)Ga和Gb之間的差作為差分信號(hào)輸出。
通過將來自振蕩電路71的振蕩輸出G1施加至驅(qū)動(dòng)電極106a以在水平共振狀態(tài)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)陀螺傳感器元件100，從而執(zhí)行調(diào)節(jié)，如圖43B所示。來自檢測電極106b的檢測信號(hào)Gb-1被返回到振蕩電路71?；跈z測信號(hào)Gb-1，檢測作為水平共振頻率f1的振蕩電路71的振蕩頻率。通過將來自振蕩電路71的振蕩輸出G2施加至驅(qū)動(dòng)電極106a以在水平共振狀態(tài)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)陀螺傳感器元件100，從而執(zhí)行調(diào)節(jié)，如圖43C所示。來自檢測電極106b的檢測信號(hào)Ga-2被返回到振蕩電路71?；跈z測信號(hào)Ga-2，檢測振蕩電路71的振蕩頻率作為水平共振頻率f2。
由于從檢測信號(hào)Gb-1檢測的水平共振頻率f1等于從檢測信號(hào)Ga-2檢測的水平共振頻率f2，所以只要檢測電極106b和106c的任意之一被連接，就可以執(zhí)行檢測。
上面得到的垂直共振頻率f0與水平共振頻率f1和f2之間的頻率差被定義為失調(diào)水平。為了調(diào)節(jié)，確定該失調(diào)水平是否在預(yù)定范圍內(nèi)。此外，為了調(diào)節(jié)，確定當(dāng)懸臂振動(dòng)器110以垂直共振頻率振動(dòng)時(shí)，從來自檢測電極106b和106c的信號(hào)得到的差分信號(hào)是否在預(yù)定范圍內(nèi)。通過基于與失調(diào)水平和差分信號(hào)相關(guān)的確定結(jié)果確定懸臂振動(dòng)器110上的激光加工區(qū)域，和利用激光束照射該激光加工區(qū)域以削減該懸臂振動(dòng)器110的一部分，從而進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了調(diào)節(jié)，重復(fù)測量和激光加工直到獲得該失調(diào)水平和差分信號(hào)的目標(biāo)值為止。
通過在懸臂振動(dòng)器110上進(jìn)行激光加工而形成凹陷80的加工區(qū)域是除了提供壓電膜和其他電極膜的懸臂振動(dòng)器110的前表面之外的區(qū)域。加工區(qū)域可以是懸臂振動(dòng)器110的后表面110b或側(cè)面，如圖3所示的懸臂振動(dòng)器110的端面，或如圖44所示的作為懸臂振動(dòng)器110的后表面110b和側(cè)面之間的邊界的脊線區(qū)域。連接懸臂振動(dòng)器110的前表面和懸臂振動(dòng)器110的側(cè)面的脊線區(qū)域可以被包含在該加工區(qū)域中。然而，在這種情況下，應(yīng)當(dāng)采取措施，諸如提供在壓電膜和懸臂振動(dòng)器110的前表面的脊線區(qū)域之間的預(yù)定距離，從而在懸臂振動(dòng)器110的前表面上提供的壓電膜將不會(huì)受形成凹陷80的該激光加工的影響?？梢孕纬扇我鈹?shù)量的用于調(diào)節(jié)失調(diào)水平和差分信號(hào)(即平衡)的凹陷。當(dāng)形成多個(gè)凹陷80時(shí)，可以在確認(rèn)對于振動(dòng)的影響的同時(shí)，選擇凹陷的數(shù)量和凹陷80的位置。以這種方式，可以逐漸進(jìn)行調(diào)節(jié)直到最終獲得目標(biāo)值。
通過要加工的位置和范圍來確定有激光加工進(jìn)行的調(diào)節(jié)的效果。如圖44所示，可以從尖端到底部在該懸臂振動(dòng)器110的脊線區(qū)域上界定形成凹陷80的激光加工區(qū)域A、B和C。由于失調(diào)水平和檢測信號(hào)的平衡的變化量從該懸臂振動(dòng)器110的底部到尖端逐漸變小，所以可以通過在較接近懸臂振動(dòng)器110底部的激光加工區(qū)域形成凹陷80來執(zhí)行粗調(diào)，和通過在較接近懸臂振動(dòng)器110尖端的激光加工區(qū)域形成凹陷80來執(zhí)行細(xì)調(diào)。這里，在懸臂振動(dòng)器110的深度方向和縱軸方向進(jìn)行的加工總量被定義為“激光加工量”。因此，如果加工大而淺的區(qū)域，則激光加工量會(huì)較大。類似地，如果加工小而深的區(qū)域，激光加工量也會(huì)較大。
圖45示出了在用于形成凹陷80而執(zhí)行的激光量與激光加工區(qū)域A、B和C處的平衡變化[(Ga/Gb)db]之間的關(guān)系。圖46示出了當(dāng)基于樣品1、2和3的初始條件來選擇激光加工區(qū)域A、B和C之一并且執(zhí)行激光加工以形成凹陷80從而將該平衡調(diào)節(jié)到目標(biāo)值時(shí)的平衡變化[(Ga/Gb)db]。
最有效的是選擇激光加工區(qū)域以用于通過在懸臂振動(dòng)器110的固定端附近進(jìn)行激光加工而在懸臂振動(dòng)器110上形成凹陷80。然而，該激光加工區(qū)域的形狀是不受限制的。被激光加工去除的懸臂振動(dòng)器110的部分的形狀和質(zhì)量可以通過比較左和右檢測信號(hào)而逐漸調(diào)節(jié)。
接下來，如圖47所示，沿著懸臂振動(dòng)器110后表面110b的中心(即沿該中軸線)從懸臂振動(dòng)器110的頂部到底部定義形成凹陷80的激光加工區(qū)域A0、B0和C0。圖48中示出了在每個(gè)激光加工區(qū)域A0、B0和C0的激光加工量和失調(diào)水平[Hz]變化之間的關(guān)系。該激光加工區(qū)域距離懸臂振動(dòng)器110的底部越近，失調(diào)水平變化就越大。圖49中示出了在每個(gè)激光加工區(qū)域A0、B0和C0的激光加工量和平衡變化[(Ga/Gb)＝1]之間的關(guān)系。無論激光加工區(qū)域如何，該平衡[(Ga/Gb)db]不變化。圖50示出了當(dāng)基于樣品1、2和3的初始條件來選擇激光加工區(qū)域A0、B0和C0之一并進(jìn)行激光加工而將該平衡調(diào)節(jié)到目標(biāo)值時(shí)的變化。
圖51示出了用于確定當(dāng)以100μm振動(dòng)幅度驅(qū)動(dòng)懸臂振動(dòng)器110時(shí)懸臂振動(dòng)器110是否會(huì)在已經(jīng)被激光束加工的激光加工區(qū)域斷裂的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
在圖51中，在曲線上繪出的三角點(diǎn)，當(dāng)以小于100μm的振動(dòng)幅度驅(qū)動(dòng)時(shí)懸臂振動(dòng)器110在激光加工區(qū)域斷裂。圖51所示的結(jié)果表示當(dāng)在懸臂振動(dòng)器110底部附近進(jìn)行深加工時(shí)懸臂振動(dòng)器110更容易斷裂。
圖52、53和54示出了顯示當(dāng)其上固定有包含懸臂振動(dòng)器110的陀螺傳感器的200g的剛體下落時(shí)懸臂振動(dòng)器110斷裂高度的柱狀圖，該柱狀圖分別是對于未加工的振動(dòng)器，在包括圖51中三角點(diǎn)的范圍內(nèi)進(jìn)行激光加工的振動(dòng)器，和在包括圖51中圓點(diǎn)的范圍內(nèi)進(jìn)行激光加工的振動(dòng)器。
如圖52所示，對于沒有用激光束加工的懸臂振動(dòng)器，當(dāng)從大約150cm高度下落時(shí)斷裂。換句話說，構(gòu)成懸臂振動(dòng)器的100μm的硅棱柱具有圖52所示的強(qiáng)度。對于在包括圖51中三角點(diǎn)的范圍內(nèi)用激光束進(jìn)行加工的懸臂振動(dòng)器，當(dāng)從大約50cm高度下落時(shí)該懸臂振動(dòng)器斷裂。換句話說，與未加工的懸臂振動(dòng)器相比，該懸臂振動(dòng)器抵抗外部沖擊的強(qiáng)度被減小了一半。該斷裂源自于該懸臂振動(dòng)器的激光加工區(qū)域。
對于在包括圖51中三角點(diǎn)的范圍內(nèi)用激光束加工的懸臂振動(dòng)器，該懸臂振動(dòng)器直到到達(dá)大約150cm的高度才斷裂，并且保持了與未加工的懸臂振動(dòng)器相同的強(qiáng)度。
在這種情況下，懸臂振動(dòng)器110不在激光加工區(qū)域斷裂，而是從集中最大壓力的懸臂振動(dòng)器110的底部斷裂。換句話說，圖54顯示，只要使用了具有根據(jù)本示例的大小的懸臂振動(dòng)器110，就會(huì)在預(yù)期不再增加強(qiáng)度的區(qū)域發(fā)生斷裂。
如圖55所示，當(dāng)該激光加工的點(diǎn)不重疊并且以步進(jìn)狀圖案提供，那么當(dāng)以100μm或更少的振動(dòng)幅度驅(qū)動(dòng)時(shí)，該懸臂振動(dòng)器110斷裂的區(qū)域?qū)?huì)變得更小，如圖56所示。與圖51中所示情況不同，即使當(dāng)增加該激光加工的深度時(shí)，懸臂振動(dòng)器110也不會(huì)在圖51所示的位置斷裂。換句話說，通過以步進(jìn)狀圖案加工懸臂振動(dòng)器110來增加懸臂振動(dòng)器110的強(qiáng)度。
然而，即使以步進(jìn)狀圖案加工懸臂振動(dòng)器110，當(dāng)加工距離懸臂振動(dòng)器110底部100μm內(nèi)的區(qū)域時(shí)，懸臂振動(dòng)器110抗斷裂的強(qiáng)度也不會(huì)改變。假定距離該底部100μm內(nèi)的區(qū)域具有非常低的對于激光加工的容限。因此，期望在距離懸臂振動(dòng)器110底部100μm內(nèi)的區(qū)域中不進(jìn)行激光加工。
根據(jù)上述結(jié)果，期望在距離懸臂振動(dòng)器110底部100μm內(nèi)的區(qū)域中不進(jìn)行激光加工，且期望隨著該激光加工區(qū)域被提供得距離該懸臂振動(dòng)器110底部更遠(yuǎn)，進(jìn)行更深的激光加工。如果以這種方式進(jìn)行激光加工，懸臂振動(dòng)器110的強(qiáng)度將會(huì)與未加工懸臂振動(dòng)器的強(qiáng)度基本相同。當(dāng)懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)幅度是100μm時(shí)，對于該懸臂振動(dòng)器110的底部施加大約0.5Gpa的應(yīng)力。
由于該激光加工區(qū)域和激光加工深度取決于懸臂振動(dòng)器的大小，所以對具有與要使用的懸臂振動(dòng)器相同形狀的懸臂振動(dòng)器進(jìn)行測試。然后，基于表示可以執(zhí)行而不會(huì)導(dǎo)致懸臂振動(dòng)器斷裂的激光加工位置和深度的測試結(jié)果，對于要使用的實(shí)際懸臂振動(dòng)器進(jìn)行激光加工。
接下來，如圖57所示，從懸臂振動(dòng)器110后表面110b的中心向外(沿中軸線)定義激光加工區(qū)域A1、B1和C1。圖58中示出了在該激光加工區(qū)域A1、B1和C1的激光工藝量和失調(diào)水平變化[Hz]之間的關(guān)系。無論激光加工區(qū)域如何，失調(diào)水平不變。然而，當(dāng)在懸臂振動(dòng)器110的縱軸方向上進(jìn)行相當(dāng)長度的激光加工時(shí)，失調(diào)水平會(huì)變化。在這種情況下，激光加工區(qū)域的失調(diào)水平變化在任何激光加工區(qū)域A1、B1和C1之間都是相同的。圖59示出了在每個(gè)激光加工區(qū)域A1、B1和C1的激光加工量和平衡變化[(Ga/Gb)db]之間的關(guān)系。該平衡變化從懸臂振動(dòng)器110的中心向外變大。
圖60示出了由于在每個(gè)激光加工區(qū)域A1、B1和C1上進(jìn)行激光加工而導(dǎo)致的失調(diào)水平和平衡變化。圖61示出了由于在激光加工區(qū)域B1上進(jìn)行激光加工而導(dǎo)致的失調(diào)水平和平衡變化。圖61所示的情況表示，可以利用公共凹陷(common depressions)同時(shí)進(jìn)行該左和右檢測信號(hào)之間的失調(diào)水平調(diào)節(jié)和平衡調(diào)節(jié)。尤其是，可以通過利用公共凹陷形成用于調(diào)節(jié)失調(diào)水平的第一凹陷和用于調(diào)節(jié)平衡的第二凹陷，來同時(shí)進(jìn)行該左和右檢測信號(hào)之間的失調(diào)水平調(diào)節(jié)和平衡調(diào)節(jié)。根據(jù)本方法，由于可以同時(shí)進(jìn)行該左和右檢測信號(hào)之間的失調(diào)水平調(diào)節(jié)和平衡調(diào)節(jié)，所以可以減少調(diào)節(jié)所需的時(shí)間，并且也可以減少凹陷數(shù)量，防止懸臂振動(dòng)器110的機(jī)械強(qiáng)度的降低。
用于調(diào)節(jié)該失調(diào)水平和平衡的凹陷80的形狀不限于如圖57所示的直線。而是，凹陷80可以被提供為步進(jìn)狀圖案的多個(gè)激光加工點(diǎn)，如圖55所示。通過以步進(jìn)狀圖案提供凹陷80，由于可以增加該激光加工區(qū)域和激光加工量，所以可以增加上述振動(dòng)器的機(jī)械強(qiáng)度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的調(diào)節(jié)。通過在懸臂振動(dòng)器110的側(cè)面上為凹陷80提供激光加工區(qū)域，不僅平衡調(diào)節(jié)而且失調(diào)水平調(diào)節(jié)也可以同時(shí)進(jìn)行。該加工區(qū)域不限于該懸臂振動(dòng)器110的一個(gè)側(cè)面，例如可以在后表面、側(cè)面和脊線區(qū)域中的至少一個(gè)上形成一個(gè)凹陷80以調(diào)節(jié)該振動(dòng)器。當(dāng)將多個(gè)凹陷80提供為步進(jìn)狀圖案的點(diǎn)時(shí)，凹陷80不必為失調(diào)水平調(diào)節(jié)和平衡調(diào)節(jié)所共用，如上所述。相反地，可以形成僅用于調(diào)節(jié)失調(diào)水平或僅用于調(diào)節(jié)平衡的多個(gè)凹陷80。
根據(jù)本實(shí)施例，即使當(dāng)懸臂振動(dòng)器110以傾斜的角度振動(dòng)時(shí)，也可以調(diào)節(jié)該振動(dòng)以獲得預(yù)期的垂直振動(dòng)，并且可以控制和調(diào)節(jié)在垂直共振頻率處的左和右檢測信號(hào)的幅度以使其彼此相等。更具體而言，通過調(diào)節(jié)由于懸臂振動(dòng)器110的形狀缺損而導(dǎo)致的、左和右檢測信號(hào)在垂直共振頻率上的頻率差和幅度差，可以很容易地獲得具有穩(wěn)定檢測性能的振動(dòng)陀螺傳感器元件100。通過改變激光加工區(qū)域而進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以減少進(jìn)行激光加工的次數(shù)和調(diào)節(jié)所需的時(shí)間。通過減少激光加工的次數(shù)，可以制造出用于角速度傳感器的高可靠性懸臂振動(dòng)器。通過應(yīng)用一種調(diào)節(jié)工藝的算法，可以制造出自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備以提高產(chǎn)率。
第二實(shí)施例如上所述，為了調(diào)節(jié)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的振動(dòng)陀螺傳感器元件，在懸臂振動(dòng)器110后表面110b上進(jìn)行激光加工直到能夠獲得目標(biāo)振動(dòng)特性，該懸臂振動(dòng)器110被包含在安裝到支撐基底20上的振動(dòng)陀螺傳感器元件100上，如圖3所示。
懸臂振動(dòng)器110主要有兩項(xiàng)需要調(diào)節(jié)垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差，以及左和右檢測信號(hào)的幅度差。通過調(diào)節(jié)該頻率差，可以提高傳感器的靈敏度，同時(shí)通過調(diào)節(jié)左和右檢測信號(hào)的幅度差，可以減少傳感器的噪聲。
在上述第一實(shí)施例中，當(dāng)懸臂振動(dòng)器110在垂直共振頻率振動(dòng)時(shí)，比較左和右檢測信號(hào)的幅度，并且通過激光加工在懸臂振動(dòng)器110的一部分上形成凹陷，該部分包括輸出具有較小幅度的檢測信號(hào)的檢測電極。以這種方式，將懸臂振動(dòng)器110調(diào)節(jié)為垂直方向上的振動(dòng)模式。換句話說，根據(jù)第一實(shí)施例，僅基于工作頻率(垂直共振頻率)來匹配左和右檢測信號(hào)的幅度和相位。當(dāng)左和右檢測信號(hào)匹配時(shí)，就認(rèn)為懸臂振動(dòng)器110被調(diào)節(jié)為垂直方向上的振動(dòng)模式。
如圖62A所示，當(dāng)懸臂振動(dòng)器110以一個(gè)傾斜角度振動(dòng)時(shí)，在左和右檢測信號(hào)之間存在差異(Ga＜Gb)。圖62B示出了差分信號(hào)的頻率特性(Ga-Gb)[dbm]。在這種情況下，一個(gè)明顯的峰出現(xiàn)在水平共振頻率Fh處。垂直共振頻率Fv是懸臂振動(dòng)器110的工作頻率。根據(jù)上述第一實(shí)施例，僅考慮了工作頻率(垂直共振頻率Fv)，且在懸臂振動(dòng)器110的后表面110b上選擇用于減少峰值水平的激光加工區(qū)域，用激光束照射該區(qū)域以形成凹陷(在下文中該工藝被稱為“激光修飾”)。如圖63A所示，以這種方式，將懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)調(diào)節(jié)為垂直方向上的振動(dòng)模式，從而減少左和右檢測信號(hào)的幅度差。如圖63B所示，對于兩點(diǎn)Fv和Fh最小化左和右檢測信號(hào)的幅度差。
然而，如圖63B所示，當(dāng)從在垂直方向上振動(dòng)的懸臂振動(dòng)器110出的左和右檢測信號(hào)的幅度初始相同時(shí)，可以通過將該振動(dòng)調(diào)節(jié)為垂直方向上的振動(dòng)模式而減小該左和右檢測信號(hào)的幅度差。換句話說，因?yàn)橛糜谳敵鲈摍z測信號(hào)的檢測電極被堆疊在位于懸臂振動(dòng)器110前表面上的壓電膜上，所以在一些情況下，由于在生產(chǎn)懸臂振動(dòng)器110期間產(chǎn)生的一些原因而導(dǎo)致以不對稱的形式提供該壓電膜。這種不對稱的主要原因是根據(jù)晶片(基底)的位置而發(fā)生的壓電膜厚度和/或成分的改變，因?yàn)閺囊粋€(gè)硅基底一次生產(chǎn)多個(gè)懸臂振動(dòng)器110。
因此，如上所述，對于左和右檢測信號(hào)有差異的懸臂振動(dòng)器110，即使進(jìn)行了基于工作頻率(垂直共振頻率Fv)的激光修飾，通常也不能減少該水平共振頻率Fh的峰值水平，如圖63C所示。如果使用這種懸臂振動(dòng)器110來構(gòu)造振動(dòng)陀螺傳感器，該傳感器將會(huì)很容易收到外部噪聲的影響，因而會(huì)衰減該傳感器的輸出。以下將說明該傳感器輸出的衰減機(jī)制。
如圖64所示，IC 40的G0端連接到懸臂振動(dòng)器110的驅(qū)動(dòng)電極106a，以將具有頻率F0的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到根據(jù)本實(shí)施例的振動(dòng)陀螺傳感器。第一檢測電極106b連接到IC 40的Ga端以輸出檢測信號(hào)Vga，同時(shí)第二檢測電極106c連接到IC 40的Gb端以輸出檢測信號(hào)Vgb。在IC 40，自激勵(lì)振蕩電路30包括加法器電路41、放大器電路42、移相電路43和自動(dòng)增益控制器44，這些都參照圖5說明。在圖64中，第一計(jì)算電路31相當(dāng)于圖5中的差分放大器電路45，而第二計(jì)算電路32相當(dāng)于圖5中的同步檢測電路46和平滑電路47。
當(dāng)懸臂振動(dòng)器110接收到輸入信號(hào)Vg0以及分別來自檢測電極106b和106c的輸出檢測信號(hào)Vga和Vgb時(shí)開始振動(dòng)。對該檢測信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制以生成差分信號(hào)(Vga-Vgb)。該差分信號(hào)在第二計(jì)算電路32被轉(zhuǎn)換為直流并輸出以檢測施加至懸臂振動(dòng)器110的角速度。此刻，如果具有頻率Fa的干擾噪聲影響懸臂振動(dòng)器110的輸出信號(hào)，則該懸臂振動(dòng)器110在包括該噪聲頻率Fa的輸入信號(hào)的頻率(F0±Fa)振動(dòng)。因此，頻率成分F0±Fa將被包含在用于該檢測信號(hào)的差分信號(hào)中(Vga-Vgb)。結(jié)果，包括疊加噪聲信號(hào)Fa的輸出信號(hào)將從第二計(jì)算電路32輸出。
如上所述，如果懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)處于很容易產(chǎn)生頻率成分F0±Fa的狀態(tài)，那么該傳感器的輸出將會(huì)受到噪聲的嚴(yán)重影響，并且會(huì)減少該角速度的檢測精度(即，會(huì)衰減該抑制比)。使該懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)處于很容易成生頻率成分F0±Fa的狀態(tài)是一種在其中在工作頻率(垂直共振頻率Fv)附近大約200-300Hz之間的頻帶中觀察到的峰值的狀態(tài)，其中該峰值不在工作頻率上。一般地，為了保持角速度傳感器中使用的懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)特性，將水平共振頻率Fh設(shè)定在該垂直共振頻率Fv附近。垂直共振頻率Fv和水平共振頻率Fh的差是失調(diào)水平。該傳感器輸出很容易受到具有對應(yīng)于該失調(diào)水平的頻率附近的頻率的干擾噪聲的影響。
根據(jù)本實(shí)施例，調(diào)節(jié)懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)特性以使從左和右檢測信號(hào)得到的差分信號(hào)從該懸臂振動(dòng)器110輸出，同時(shí)在水平共振頻率Fh驅(qū)動(dòng)該懸臂振動(dòng)器110。換句話說，當(dāng)調(diào)節(jié)該懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)特性時(shí)，如圖65A和65B所示，考慮了水平共振頻率Fh的峰值水平，以及在懸臂振動(dòng)器110上進(jìn)行激光修飾以最小化該水平共振頻率Fh的峰值水平。更具體而言，確定當(dāng)懸臂振動(dòng)器110在水平共振頻率Fh振動(dòng)時(shí)從該檢測電極106b和106c得到的差分信號(hào)是否在預(yù)定范圍內(nèi)?；趶脑摻Y(jié)果得到的差分信號(hào)的幅度，選擇懸臂振動(dòng)器110上用于調(diào)節(jié)的激光加工區(qū)域，并且通過激光加工進(jìn)行修飾。重復(fù)該測量和激光加工步驟直到獲得目標(biāo)值為止。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，調(diào)節(jié)懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)特性，以使懸臂振動(dòng)器110不在除了引起該懸臂振動(dòng)器110在正常振動(dòng)方向(垂直方向)振動(dòng)的頻率之外的頻率振動(dòng)。因此，即使具有對應(yīng)于該失調(diào)水平的頻率(例如根據(jù)本示例為50Hz或100Hz)附近的頻率的干擾噪聲影響該輸入信號(hào)，也可以減小對于該檢測信號(hào)的影響并且增加了該傳感器輸出對噪聲的信號(hào)比(信噪(SN)比)。以這種方式，實(shí)現(xiàn)不易受干擾噪聲影響的振動(dòng)陀螺傳感器。
當(dāng)由于該壓電膜的不對稱而導(dǎo)致在以垂直振動(dòng)模式振動(dòng)的懸臂振動(dòng)器110的左和右檢測信號(hào)中存在差異時(shí)，能夠同時(shí)進(jìn)行失調(diào)水平調(diào)節(jié)和對該左右檢測信號(hào)的調(diào)節(jié)，并且針對干擾采取措施。以這種方式，可以提高產(chǎn)率、產(chǎn)量和質(zhì)量。
第三實(shí)施例如上所述，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的振動(dòng)陀螺傳感器包括振動(dòng)陀螺傳感器元件100A和100B，該振動(dòng)陀螺傳感器元件100A和100B具有相同結(jié)構(gòu)并且以不同軸向安裝在同一支撐基底上。以這種方式，該振動(dòng)陀螺傳感器能夠以兩個(gè)軸向檢測角速度(參照圖40)。該振動(dòng)陀螺傳感器在同一支撐基底上包括電子元件，例如IC芯片。此外，將該振動(dòng)陀螺傳感器設(shè)置在包括各種傳感器元件和電子裝置的主體(main body)內(nèi)部。因此，需要通過防止一對振動(dòng)陀螺傳感器元件之間、支撐基底上的元件例如IC元件之間以及包含在主體中的電子裝置之間的串?dāng)_而提高該傳感器輸出的精度。
為了調(diào)節(jié)失調(diào)水平和調(diào)節(jié)安裝在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的振動(dòng)陀螺傳感器的支撐基底20上的振動(dòng)陀螺傳感器元件100的檢測信號(hào)，在懸臂振動(dòng)器110的后表面110b上進(jìn)行激光修飾。在該調(diào)節(jié)工藝中，能夠防止該振動(dòng)陀螺傳感器之間和其他電子元件和電子裝置之間的串?dāng)_。
在根據(jù)本實(shí)施例的懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)特性的調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)各種振動(dòng)特性例如失調(diào)水平以及該懸臂振動(dòng)器110的檢測信號(hào)的平衡。隨后，進(jìn)行激光修飾以調(diào)節(jié)該垂直和水平共振頻率。
因?yàn)閼冶壅駝?dòng)器110被成形為懸臂，所以該振動(dòng)頻率與該懸臂長度的平方成反比，以如下公式表示，其中fn表示該懸臂的共振頻率，E表示Young的模，I表示該懸臂的橫截面副力矩，ρ表示密度，A表示懸臂的橫截面面積，L表示該懸臂的長度，λ表示比例系數(shù)?；谠摴皆谠搼冶壅駝?dòng)器110的尖端進(jìn)行激光修飾以減少該懸臂的剛性和實(shí)際長度，結(jié)果，增加了該懸臂的共振頻率。
fn=λ22πEIρAL4=λ22πEIρA1L2---(1)]]>當(dāng)調(diào)節(jié)該共振頻率時(shí)，必須防止已經(jīng)被調(diào)節(jié)的失調(diào)水平發(fā)生改變。圖66示出了表示當(dāng)該激光加工深度是11μm而懸臂長度是1.9mm時(shí)，通過測量該懸臂上的激光加工區(qū)域以及該共振頻率和失調(diào)水平的變化而得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)的曲線圖。通過在距離該懸臂底部(即該振動(dòng)器的后座(rear anchor))超過1.6mm的區(qū)域(大于該振動(dòng)器總長度的五分之四)進(jìn)行激光加工，可以增加該共振頻率而不改變失調(diào)水平(對應(yīng)于94Hz)。
因此，如圖67所示，在懸臂振動(dòng)器110的后表面110b上距離懸臂振動(dòng)器110的底部大于該振動(dòng)器總長度五分之四的距離處的區(qū)域，是用于形成激光加工凹陷90以調(diào)節(jié)共振頻率的區(qū)域，而除了這一區(qū)域之外的懸臂振動(dòng)器110上的區(qū)域是是用于形成激光加工凹陷80以調(diào)節(jié)該失調(diào)水平以及左右檢測信號(hào)的平衡的區(qū)域。以這種方式，可以將懸臂振動(dòng)器110的共振頻率調(diào)節(jié)到預(yù)定頻帶而不改變失調(diào)水平，該預(yù)定頻帶較少地受到該主體中串?dāng)_的影響。要形成的凹陷90的數(shù)量是不受限制的，并且可以是單個(gè)凹陷或多個(gè)凹陷。形成凹陷90的激光加工區(qū)域不限于與懸臂振動(dòng)器110的軸線對齊的位置。而且，形成凹陷90的該激光加工區(qū)域不限于懸臂振動(dòng)器110的后表面110b，而是可以在懸臂振動(dòng)器110的尖端。除了通過形成凹陷90來調(diào)節(jié)共振頻率，也能夠通過在懸臂振動(dòng)器110中軸線的左和右側(cè)的不對稱位置形成凹陷90，從而根據(jù)激光加工區(qū)域的位置來調(diào)節(jié)左和右檢測信號(hào)的平衡。
為了防止在一對振動(dòng)陀螺傳感器元件之間的串?dāng)_，期望將振動(dòng)陀螺傳感器元件的共振頻率設(shè)定為相隔至少1kHz。
第四實(shí)施例在根據(jù)第一實(shí)施例的形成用于從Si基底1上切割懸臂振動(dòng)器110的外形的穿透部分13的工藝中(圖29至31)，應(yīng)用了感應(yīng)耦合等離子體活性離子蝕刻(ICP-RIE)。在以高縱橫比(aspect ratio)形成具有垂直于Si基底1的側(cè)壁的凹槽方面，ICP-RIE是非常有優(yōu)勢的。
當(dāng)Si基底1的大小(即晶片直徑)增加時(shí)，以預(yù)定垂直角度在Si基底1上形成所有懸臂振動(dòng)器110的側(cè)壁變得很難，如圖68A中的示意圖所示，并且由于等離子體工藝室中的氣流分布和等離子體分布，振動(dòng)器110會(huì)形成為不對稱形狀，特別是在Si基底1的外周邊區(qū)域中，如圖68B圖例的示意圖所示。
如果懸臂振動(dòng)器110是對稱的，該振動(dòng)模式將是垂直的，這是期望的振動(dòng)方向(圖68A)，并且從在懸臂振動(dòng)器110前表面上提供的左和右檢測電極106b和106c輸出的檢測信號(hào)將是平衡的而不具有差異。然而，當(dāng)懸臂振動(dòng)器110不對稱時(shí)，從左和右檢測電極106b和106c輸出的檢測信號(hào)將是不平衡的(圖68B)。當(dāng)左和右檢測信號(hào)不同時(shí)，所檢測的懸臂振動(dòng)器110的旋轉(zhuǎn)方向中的角速度將不同，或者對于順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度的靈敏度將不同。
如上所述，為了調(diào)節(jié)左和右檢測信號(hào)的平衡，通過在形成振動(dòng)陀螺傳感器元件100之后發(fā)射激光束來修飾懸臂振動(dòng)器110的預(yù)定區(qū)域。然而，當(dāng)僅使用這種方法來平衡該檢測信號(hào)時(shí)，調(diào)節(jié)所需的時(shí)間較多。而且，因?yàn)橥ㄟ^使用激光加工可調(diào)節(jié)的左和右檢測信號(hào)的最大差異大約是30％，所以如果差異大于30％，則懸臂振動(dòng)器110不能被接受為產(chǎn)品，導(dǎo)致產(chǎn)率降低。
根據(jù)本實(shí)施例，為了縮短調(diào)節(jié)所需的時(shí)間和增加無缺陷產(chǎn)品的生產(chǎn)率，過度執(zhí)行用于勾勒懸臂振動(dòng)器110外形的蝕刻，直到在穿透部分13底部露出的懸臂振動(dòng)器110的脊線被彎曲為止。
當(dāng)從頂部觀察時(shí)，圖69A所示的穿透部分13是U形。穿透部分13是通過應(yīng)用蝕刻工藝沿懸臂振動(dòng)器110的外形切割被熱氧化膜2A掩蔽的Si基底1來形成的。當(dāng)蝕刻深度到達(dá)對應(yīng)于要生產(chǎn)的懸臂振動(dòng)器110的厚度的點(diǎn)時(shí)，完成該蝕刻工藝。此時(shí)，在Si基底1背面提供的背側(cè)停止膜12限制該蝕刻深度。
在根據(jù)本實(shí)施例形成穿透部分13的工藝中，即使在該蝕刻形成的凹槽底部到達(dá)背側(cè)停止膜12之后仍然繼續(xù)蝕刻(即執(zhí)行過蝕刻(over-etching))。如圖69B的示意圖所示，當(dāng)進(jìn)行過蝕刻時(shí)，在背側(cè)停止膜12上的電荷或蝕刻劑存儲(chǔ)層(在圖69B中用參考字符E表示)引起針對穿透部分13的側(cè)壁的蝕刻效應(yīng)。因而，懸臂振動(dòng)器110的較低脊線區(qū)域被修飾為錐形或弧形結(jié)構(gòu)，如圖69B所示。
這種現(xiàn)象被稱為“切口(notching)”，并且通?？刂圃撐g刻條件以在標(biāo)準(zhǔn)工藝中防止切口。嚴(yán)重的切口發(fā)生在脊線區(qū)域，在這里隨著穿透部分13越傾斜，背側(cè)停止膜12的角度和穿透部分13的側(cè)壁會(huì)變得越來越尖銳。圖69A是示出了從縱軸方向觀察的懸臂振動(dòng)器110的橫截面圖。圖69B是示出了從與懸臂振動(dòng)器110的縱軸方向正交的角度觀察的主要部件的橫截面圖。
在本實(shí)施例中，在穿透部分13形成期間，由過蝕刻導(dǎo)致的切口被用于減少因懸臂振動(dòng)器110形狀的不對稱而導(dǎo)致的懸臂振動(dòng)器110振動(dòng)方向的傾斜。
當(dāng)懸臂振動(dòng)器110具有不對稱形狀時(shí)，與如圖68B所示的常規(guī)蝕刻(即沒有使用過蝕刻)所產(chǎn)生的懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)方向相比，如圖70B所示的過蝕刻所產(chǎn)生的懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)方向更接近垂直方向。這是因?yàn)閷τ趹冶壅駝?dòng)器110的左和右脊線110VL和110VR，無論哪一個(gè)具有更尖銳的角度，都會(huì)在蝕刻工藝期間受到切口更多的影響，并且在該脊線區(qū)域的懸臂振動(dòng)器110的更大的質(zhì)量被去除。因此，更好地平衡了懸臂振動(dòng)器110的左和右平分的重量，并且將振動(dòng)調(diào)節(jié)到垂直方向上的振動(dòng)模式。
如圖68A所示，對于具有對稱形狀的懸臂振動(dòng)器110，當(dāng)通過使用過蝕刻形成穿透部分13時(shí)，左和右脊線110VL和110VR都會(huì)因切口而彎曲，如圖70A所示。然而，在這種情況下，通過蝕刻去除的質(zhì)量對于左和右脊線110VL和110VR基本相同，并且保持懸臂振動(dòng)器110形狀的對稱性。因此，與沒有應(yīng)用過蝕刻時(shí)相似，懸臂振動(dòng)器110在垂直方向上振動(dòng)。
圖68和70所示的懸臂振動(dòng)器110被倒置顯示，以使容易理解該描述。當(dāng)實(shí)際的振動(dòng)器110面對前表面時(shí)振動(dòng)，在這里向下的提供檢測電極106b和106c以及驅(qū)動(dòng)電極106a。
可以通過控制常規(guī)的蝕刻時(shí)間而執(zhí)行過蝕刻，即把加工時(shí)間設(shè)定為比常規(guī)蝕刻設(shè)定的時(shí)間要長。根據(jù)各種規(guī)格例如懸臂振動(dòng)器110的大小和形狀以及驅(qū)動(dòng)頻率，而將被切口加工的該懸臂振動(dòng)器110的左和右脊線110VL和110VR的區(qū)域的長度設(shè)定為預(yù)定長度。根據(jù)按照第一實(shí)施例的振動(dòng)陀螺傳感器元件100的形狀，被加工的區(qū)域的長度是5μm或更長。而且，因?yàn)槿绻庸さ膮^(qū)域太大就要減少懸臂振動(dòng)器110的強(qiáng)度，所以加工的區(qū)域的期望長度是20μm或更少。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，即使在發(fā)生切口以形成該懸臂振動(dòng)器110的錐形或弧形脊線之后，原本具有對稱形狀的懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)模式仍然保持在期望的方向。而且，如果是由于原本的不對稱形狀而在傾斜角度振動(dòng)的懸臂振動(dòng)器110，在懸臂振動(dòng)器110的較低脊線處發(fā)生的切口也可以減少懸臂振動(dòng)器110的不對稱，并且將振動(dòng)調(diào)節(jié)到接近垂直方向的振動(dòng)模式。因此，可以通過激光加工對由于不充分調(diào)節(jié)而導(dǎo)致振動(dòng)模式不平衡的懸臂振動(dòng)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。以這種方式，可以提高產(chǎn)率和產(chǎn)量。
發(fā)明人確認(rèn)，對于從一個(gè)Si基底上生產(chǎn)的多個(gè)已知振動(dòng)陀螺傳感器元件，在執(zhí)行調(diào)節(jié)之前左和右檢測信號(hào)差別小于30％的無缺陷元件的產(chǎn)量是大約43％，而對于根據(jù)本實(shí)施例從一個(gè)Si基底上生產(chǎn)的多個(gè)振動(dòng)陀螺傳感器元件，無缺陷元件的產(chǎn)量是大約87％，這大約是已知的振動(dòng)陀螺傳感器元件的產(chǎn)量的兩倍。
第五實(shí)施例在根據(jù)第一實(shí)施例形成用于從Si基底1切割出懸臂振動(dòng)器110的外形的穿透部分13的工藝中，應(yīng)用了感應(yīng)耦合等離子體活性離子蝕刻(ICP-RIE)。在以高縱橫比(aspect ratio)形成具有垂直于Si基底1的側(cè)壁的凹槽方面，ICP-RIE是非常有優(yōu)勢的。
通常，當(dāng)通過蝕刻形成線性凹槽時(shí)，該凹槽的壁沒有形成精確的直角(即該凹槽寬度方向上的邊和該凹槽縱軸方向上的邊沒有構(gòu)成直角)，并且相反的是彎曲的。因此，當(dāng)形成穿透部分13時(shí)，懸臂振動(dòng)器110對應(yīng)于懸臂振動(dòng)器110兩側(cè)面和振動(dòng)陀螺傳感器元件100的底部之間的邊界區(qū)域的底部區(qū)域110R1和110R2具有從頂部觀察為彎曲的形狀，如圖71所示。
然而，懸臂振動(dòng)器110的底部區(qū)域110R1和110R2很容易變得不對稱。如圖72A所示，如果懸臂振動(dòng)器110的形狀是對稱的，懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)模式將是垂直方向的，并且來自在懸臂振動(dòng)器110的表面上提供的檢測電極106b和106c的檢測信號(hào)將是平衡的。相反的，如上所述，如果懸臂振動(dòng)器110的底部區(qū)域110R1和110R2是不對稱的，那么懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)模式就會(huì)傾斜，如圖72B所示。
當(dāng)該振動(dòng)模式是傾斜角度時(shí)，來自左和右檢測電極106b和106c的檢測信號(hào)將是不平衡的。當(dāng)左和右檢測電極106b和106c是不平衡時(shí)，在懸臂振動(dòng)器110的旋轉(zhuǎn)方向上檢測的角速度會(huì)不同，或者對于順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)速度的靈敏度將會(huì)不同。
如上所述，為了調(diào)節(jié)左右檢測信號(hào)之間的平衡，通過在形成振動(dòng)陀螺傳感器元件100之后發(fā)射激光束而修飾懸臂振動(dòng)器110的預(yù)定區(qū)域。然而，當(dāng)僅應(yīng)用該方法來平衡該檢測信號(hào)時(shí)，調(diào)節(jié)所需的時(shí)間較多。而且，因?yàn)橥ㄟ^使用激光束可調(diào)節(jié)的左和右檢測信號(hào)的最大差異是大約30％，所以如果該差異大于30％，則懸臂振動(dòng)器110就不能被接受為產(chǎn)品，導(dǎo)致產(chǎn)率降低。
根據(jù)本實(shí)施例，為了縮短調(diào)節(jié)所需的時(shí)間和增加無缺陷產(chǎn)品的生產(chǎn)率，執(zhí)行用于勾勒懸臂振動(dòng)器110外形輪廓的蝕刻，以使穿透部分13的兩端部部分13A和13B向外成錐形或彎曲(參照圖73)。
圖73示出了在形成外部凹槽工藝中的Si基底1的示意圖。穿透部分13被形成為U形，圍繞懸臂振動(dòng)器110的外部。穿透部分13的端部13A和13B向懸臂振動(dòng)器110的外部彎曲。穿透部分13被形成以蝕刻被熱氧化膜2A掩蔽的Si基底1(此時(shí)，壓電膜、上電極膜以及包括端子和引線的布線圖案被保護(hù)膜覆蓋)。當(dāng)構(gòu)圖熱氧化膜2A時(shí)，與穿透部分13彎曲的區(qū)域?qū)?yīng)的U形的開口的兩邊被彎曲，如圖73所示。
因此，穿透部分13的端部13A和13B沿?zé)嵫趸?A的開口形狀彎曲。如圖74所示，將懸臂振動(dòng)器110的底部區(qū)域110R1和110R2形狀的對稱性提高到該形狀基本相同的程度。以這種方式，將把懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)保持在垂直方向上的振動(dòng)模式，并且提高檢測信號(hào)之間的平衡。
圖75A至75C示出了懸臂振動(dòng)器110的底部區(qū)域110R2(110R1)。圖75A示出了形成為圓形和具有預(yù)定曲率的橢圓形的懸臂振動(dòng)器110的底部區(qū)域110R2。圖75B示出了以具有不同傾角的錐形形成的懸臂振動(dòng)器110的底部區(qū)域110R2。圖75C示出了在角度相對于振動(dòng)陀螺傳感器元件100的底部逐漸變小的多個(gè)連接的斜面上形成的懸臂振動(dòng)器110的底部區(qū)域110R2。
懸臂振動(dòng)器110的底部區(qū)域110R1和110R2不限于上述形狀，只要底部區(qū)域110R1和110R2是錐形或弧形以使該底部區(qū)域110R1和110R2的寬度向著懸臂振動(dòng)器110外側(cè)逐漸變大即可。底部區(qū)域110R1和110R2的曲率半徑可以設(shè)置為任何值，諸如5μm。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，由于從一開始就通過將穿透部分13的端部13A和13B形成為弧形而彎曲底部區(qū)域110R1和110R2，所以懸臂振動(dòng)器110的形狀是基本對稱的。以這種方式，可以將懸臂振動(dòng)器110的振動(dòng)保持在垂直方向上的振動(dòng)模式。因而，可以通過激光加工而調(diào)節(jié)由于不充分調(diào)節(jié)而以不平衡振動(dòng)模式振動(dòng)的懸臂振動(dòng)器。以這種方式，可以提高產(chǎn)率和產(chǎn)量。
本發(fā)明人確認(rèn)，對于從一個(gè)Si基底上生產(chǎn)的多個(gè)已知振動(dòng)陀螺傳感器元件，在進(jìn)行調(diào)節(jié)之前，左右檢測信號(hào)差別小于30％的無缺陷元件的產(chǎn)量是大約38％，然而，對于根據(jù)本實(shí)施例從一個(gè)Si基底上生產(chǎn)的多個(gè)振動(dòng)陀螺傳感器元件，無缺陷元件的產(chǎn)量被顯著提高到大約82％。這里該振動(dòng)器的底部曲率半徑被設(shè)定為20μm。
根據(jù)本發(fā)明的振動(dòng)陀螺傳感器元件及其制造方法還包括以下結(jié)構(gòu)(1)一種包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中該振動(dòng)器具有至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差的第一凹陷和至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)從設(shè)置在該振動(dòng)器上的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的第二凹陷；(2)根據(jù)(1)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中將該第一和第二凹陷設(shè)置為至少一個(gè)公共凹陷；(3)根據(jù)(1)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器的第一表面上設(shè)置壓電膜、驅(qū)動(dòng)電極和該檢測電極對，并且在除了該第一表面之外的區(qū)域設(shè)置第一和第二凹陷；(4)根據(jù)(1)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在振動(dòng)器的尖端區(qū)域設(shè)置用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的共振頻率的至少一個(gè)第三凹陷；(5)根據(jù)(4)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在距離該振動(dòng)器超過該振動(dòng)器總長度的五分之四的位置設(shè)置該第三凹陷；(6)一種包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器上設(shè)置至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差以及從該振動(dòng)器上設(shè)置的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的凹陷；(7)根據(jù)(6)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器的第一表面上設(shè)置壓電膜、驅(qū)動(dòng)電極和該檢測電極對，并且在除了該第一表面之外的區(qū)域設(shè)置該凹陷；(8)根據(jù)(6)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在振動(dòng)器的尖端區(qū)域設(shè)置用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的共振頻率的至少一個(gè)凹陷；(9)根據(jù)(8)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在距離該振動(dòng)器超過該振動(dòng)器總長度的五分之四的位置設(shè)置該凹陷；(10)一種包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中該振動(dòng)器具有至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差的第一凹陷和至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)從該振動(dòng)器上設(shè)置的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的第二凹陷，并且當(dāng)該振動(dòng)器在水平共振頻率振動(dòng)時(shí)，在最小化該信號(hào)差的位置形成該第二凹陷；(11)根據(jù)(10)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中該第一和第二凹陷被設(shè)置作為至少一個(gè)公共凹陷；(12)根據(jù)(10)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器的第一表面上設(shè)置壓電膜、驅(qū)動(dòng)電極和該檢測電極對，并且在除了該第一表面之外的區(qū)域設(shè)置第一和第二凹陷；(13)根據(jù)(10)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在振動(dòng)器的尖端區(qū)域設(shè)置用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的共振頻率的至少一個(gè)第三凹陷；(14)根據(jù)(13)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在距離該振動(dòng)器超過該振動(dòng)器總長度的五分之四的位置設(shè)置該第三凹陷；(15)一種包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器上設(shè)置至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差以及從該振動(dòng)器上設(shè)置的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的凹陷，并且當(dāng)該振動(dòng)器在水平共振頻率振動(dòng)時(shí)，在最小化該信號(hào)差的位置形成該凹陷；(16)根據(jù)(15)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器的第一表面上設(shè)置壓電膜、驅(qū)動(dòng)電極和該檢測電極對，并且在除了該第一表面之外的區(qū)域設(shè)置該凹陷；(17)根據(jù)(15)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在振動(dòng)器的尖端區(qū)域設(shè)置用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的共振頻率的至少一個(gè)凹陷；(18)根據(jù)(17)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在距離該振動(dòng)器超過該振動(dòng)器總長度的五分之四的位置設(shè)置該凹陷；(19)一種包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器上設(shè)置用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的共振頻率的至少一個(gè)凹陷；(20)根據(jù)(19)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器上設(shè)置至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)從該振動(dòng)器上設(shè)置的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的凹陷；(21)根據(jù)(19)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器上設(shè)置至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差的凹陷；(22)根據(jù)(19)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器上設(shè)置至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差以及從該振動(dòng)器上設(shè)置的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的凹陷；(23)一種制造包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，包括步驟在該振動(dòng)器上形成至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差的第一凹陷，和在該振動(dòng)器上形成至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)從該振動(dòng)器上設(shè)置的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的第二凹陷，其中當(dāng)該振動(dòng)器在垂直共振頻率振動(dòng)時(shí)，在最小化該信號(hào)差的位置形成該第二凹陷；(24)根據(jù)(23)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，其中在測量該頻率差和信號(hào)差之后多次重復(fù)該形成第一和第二凹陷的步驟；
(25)根據(jù)(23)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，其中將該第一和第二凹陷設(shè)置為至少一個(gè)公共凹陷；(26)根據(jù)(23)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，還包括在該振動(dòng)器的尖端區(qū)域形成用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的共振頻率的至少一個(gè)第三凹陷的步驟；(27)根據(jù)(26)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，其中在距離該振動(dòng)器超過該振動(dòng)器總長度的五分之四的位置設(shè)置該第三凹陷；(28)一種制造包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，包括步驟在該振動(dòng)器上形成至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差以及從該振動(dòng)器上設(shè)置的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的凹陷，其中當(dāng)該振動(dòng)器在垂直共振頻率振動(dòng)時(shí)，在最小化該信號(hào)差的位置形成該凹陷；(29)根據(jù)(28)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，其中在測量該頻率差和信號(hào)差之后多次重復(fù)該形成凹陷的步驟；(30)根據(jù)(28)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，還包括在該振動(dòng)器上形成用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的共振頻率的至少一個(gè)凹陷的步驟；(31)根據(jù)(30)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，其中在距離該振動(dòng)器超過該振動(dòng)器總長度的五分之四的位置設(shè)置該凹陷；(32)一種制造包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，包括步驟在該振動(dòng)器上形成至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差的第一凹陷，和在該振動(dòng)器上形成至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)從該振動(dòng)器上設(shè)置的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的第二凹陷，其中當(dāng)該振動(dòng)器在水平共振頻率振動(dòng)時(shí)，在最小化該信號(hào)差的位置形成該第二凹陷；(33)根據(jù)(32)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，其中在測量該頻率差和信號(hào)差之后多次重復(fù)該形成第一和第二凹陷的步驟；(34)根據(jù)(32)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，其中將該第一和第二凹陷設(shè)置為至少一個(gè)公共凹陷；(35)根據(jù)(32)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，還包括在該振動(dòng)器的尖端區(qū)域形成用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的共振頻率的至少一個(gè)第三凹陷的步驟；(36)根據(jù)(35)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，其中在距離該振動(dòng)器超過該振動(dòng)器總長度的五分之四的位置設(shè)置該第三凹陷；(37)一種制造包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，包括步驟在該振動(dòng)器上形成至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差以及從該振動(dòng)器上設(shè)置的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的凹陷，其中當(dāng)該振動(dòng)器在水平共振頻率振動(dòng)時(shí)，在最小化該信號(hào)差的位置形成該凹陷；(38)根據(jù)(37)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，其中在測量該頻率差和信號(hào)差之后多次重復(fù)該形成凹陷的步驟；(39)根據(jù)(37)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，還包括在該振動(dòng)器的尖端區(qū)域形成用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的共振頻率的至少一個(gè)凹陷的步驟；(40)根據(jù)(39)的制造振動(dòng)陀螺傳感器元件的方法，其中在距離該振動(dòng)器超過該振動(dòng)器總長度的五分之四的位置設(shè)置該凹陷；(41)一種包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中該振動(dòng)器具有至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差的第一凹陷和至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)從該振動(dòng)器上設(shè)置的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的第二凹陷，并且當(dāng)該振動(dòng)器在垂直共振頻率振動(dòng)時(shí)，在最小化該信號(hào)差的位置形成該第二凹陷；(42)根據(jù)(41)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中將該第一和第二凹陷設(shè)置為至少一個(gè)公共凹陷；(43)根據(jù)(41)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器的第一表面上設(shè)置壓電膜、驅(qū)動(dòng)電極和該檢測電極對，并且在除了該第一表面之外的區(qū)域設(shè)置第一和第二凹陷；(44)根據(jù)(41)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在振動(dòng)器的頂端區(qū)域設(shè)置用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的共振頻率的至少一個(gè)第三凹陷；(45)根據(jù)(44)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在距離該振動(dòng)器超過該振動(dòng)器總長度的五分之四的位置設(shè)置該第三凹陷；(46)一種包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器上設(shè)置至少一個(gè)用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差以及從該振動(dòng)器上設(shè)置的一對檢測電極輸出的信號(hào)差的凹陷，并且當(dāng)該振動(dòng)器在垂直共振頻率振動(dòng)時(shí)，在最小化該信號(hào)差的位置形成該凹陷；(47)根據(jù)(46)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在該振動(dòng)器的第一表面上設(shè)置壓電膜、驅(qū)動(dòng)電極和該一對檢測電極，并且在除了該第一表面之外的區(qū)域設(shè)置該凹陷；(48)根據(jù)(46)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在振動(dòng)器的尖端區(qū)域設(shè)置用于調(diào)節(jié)該振動(dòng)器的共振頻率的至少一個(gè)凹陷；和(49)根據(jù)(48)的振動(dòng)陀螺傳感器元件，其中在距離該振動(dòng)器超過該振動(dòng)器總長度的五分之四的位置設(shè)置該凹陷。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)設(shè)計(jì)需求和其他因素可以作出各種修改、組合、子組合和替換，因它們均被包括在權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)。
本發(fā)明包含分別于在2005年3月4日、2005年6月16日、2005年6月16日和2005年12月28日向日本專利特許廳提交的日本專利申請JP2005-106717、JP 2005-176871、JP 2005-176870和JP2005-380330相關(guān)的主題，這里通過引用結(jié)合其全部內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)陀螺傳感器，包括包括懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)陀螺傳感器元件，所述懸臂振動(dòng)器包括在第一表面上的壓電膜、驅(qū)動(dòng)電極和一對檢測電極；以及在其上安裝所述振動(dòng)陀螺傳感器元件的支撐基底，其中，將所述振動(dòng)陀螺傳感器元件安裝在所述支撐基底上以使所述懸臂振動(dòng)器的第一表面面對所述支撐基底，以及將除了所述懸臂振動(dòng)器的第一表面之外的區(qū)域界定為激光加工區(qū)域，在所述激光加工區(qū)域中將形成用于調(diào)節(jié)所述懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)特性的凹陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中所述凹陷被形成以調(diào)節(jié)所述懸臂振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中所述凹陷被形成以調(diào)節(jié)從所述一對檢測電極輸出的信號(hào)之間的差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中所述凹陷被形成以調(diào)節(jié)所述懸臂振動(dòng)器的垂直共振頻率和水平共振頻率之間的頻率差以及從所述一對檢測電極輸出的信號(hào)之間的差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中所述激光加工區(qū)域是與所述第一表面相對的表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中所述激光加工區(qū)域是連接與所述第一表面相對的表面和與所述第一表面相鄰的側(cè)面的脊線區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中所述激光加工區(qū)域是與所述第一表面相鄰的側(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中所述凹陷是在不同位置形成的多個(gè)凹陷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中所述凹陷位于距離所述懸臂振動(dòng)器底部超過100μm的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中所述凹陷是以步進(jìn)狀圖案提供的多個(gè)凹陷。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中提供所述凹陷以調(diào)節(jié)所述懸臂振動(dòng)器的共振頻率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的振動(dòng)陀螺傳感器，其中所述凹陷位于距離所述懸臂振動(dòng)器底部超過所述懸臂振動(dòng)器總長度五分之四的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中熔化所述激光加工區(qū)域的至少一部分以形成平滑表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中連接與所述第一表面相對的表面和與所述第一表面相鄰的側(cè)面的所述脊線區(qū)域是彎曲的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的振動(dòng)陀螺傳感器，其中所述懸臂振動(dòng)器的底部兩側(cè)是彎曲的。
16.一種調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，所述振動(dòng)陀螺傳感器包括振動(dòng)陀螺傳感器元件和在其上安裝所述振動(dòng)陀螺傳感器元件的支撐基底，所述振動(dòng)陀螺傳感器元件包括懸臂振動(dòng)器，所述懸臂振動(dòng)器在第一表面上具有壓電膜、驅(qū)動(dòng)電極和一對檢測電極，所述方法包括步驟在所述支撐基底上安裝所述振動(dòng)陀螺傳感器元件以使所述懸臂振動(dòng)器的第一表面面對所述支撐基底；以及通過在激光加工區(qū)域上實(shí)施激光加工而調(diào)節(jié)所述懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)特性，所述激光加工區(qū)域是除了所述懸臂振動(dòng)器第一表面之外的區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，其中在調(diào)節(jié)步驟中，將所述懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)方向調(diào)節(jié)為垂直于所述支撐基底的方向。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，其中，測量所述懸臂振動(dòng)器的垂直和水平初始共振頻率的頻率差，和基于所述測量的頻率差確定所述懸臂振動(dòng)器的激光加工區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，其中基于從所述一對檢測電極輸出的左和右初始檢測信號(hào)來確定所述懸臂振動(dòng)器的激光加工區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，其中通過基于所述懸臂振動(dòng)器的垂直和水平初始共振頻率的頻率差以及從所述一對檢測電極輸出的左和右初始檢測信號(hào)來確定所述懸臂振動(dòng)器的激光加工區(qū)域，同時(shí)實(shí)施頻率調(diào)節(jié)以及左和右檢測信號(hào)的調(diào)節(jié)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，還包括步驟測量在當(dāng)垂直振動(dòng)所述懸臂振動(dòng)器時(shí)通過從檢測信號(hào)讀出工作頻率而得到的垂直共振頻率和在水平振動(dòng)所述懸臂振動(dòng)器時(shí)通過從檢測信號(hào)讀出工作頻率而得到的水平共振頻率之間的頻率差，從而得到失調(diào)水平，并且測量當(dāng)垂直振動(dòng)所述懸臂振動(dòng)器時(shí)一對檢測信號(hào)之間的差以獲得差分信號(hào)；以及加工基于在測量步驟得到的所述失調(diào)水平和差分信號(hào)而確定的所述懸臂振動(dòng)器的激光加工區(qū)域，其中重復(fù)所述測量步驟和加工步驟直到在測量步驟中得到的失調(diào)水平和差分信號(hào)達(dá)到目標(biāo)值。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，其中，通過加工所述懸臂振動(dòng)器底部的區(qū)域而進(jìn)行粗調(diào)，和通過加工所述懸臂振動(dòng)器尖部的區(qū)域而進(jìn)行細(xì)調(diào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求16的調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，其中通過確定所述激光加工區(qū)域而將所述振動(dòng)特性調(diào)節(jié)到垂直方向，從而當(dāng)所述懸臂振動(dòng)器在水平共振頻率振動(dòng)時(shí)使從所述一對檢測電極輸出的信號(hào)之間的差為最小。
24.根據(jù)權(quán)利要求16的調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，還包括步驟通過在距離所述懸臂振動(dòng)器底部超過所述懸臂振動(dòng)器總長度五分之四的位置實(shí)施激光加工來調(diào)節(jié)所述懸臂振動(dòng)器的共振頻率。
25.根據(jù)權(quán)利要求16的調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，還包括步驟在調(diào)節(jié)所述懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)特性之前利用激光束照射所述激光加工區(qū)域來熔化和平滑所述懸臂振動(dòng)器的激光加工區(qū)域。
26.根據(jù)權(quán)利要求16的調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，其中，通過在硅基底上蝕刻U形凹槽來形成所述懸臂振動(dòng)器的外部形狀，和通過實(shí)施過度蝕刻而彎曲脊線區(qū)域，所述脊線區(qū)域是連接與所述懸臂振動(dòng)器第一表面相對的表面和與所述第一表面相鄰的側(cè)面的區(qū)域。
27.根據(jù)權(quán)利要求16的調(diào)節(jié)振動(dòng)陀螺傳感器的方法，其中，通過在硅基底上蝕刻U形凹槽而形成所述懸臂振動(dòng)器的外部形狀，和從所述懸臂振動(dòng)器相應(yīng)的側(cè)面向外彎曲所述U形凹槽的每個(gè)邊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括振動(dòng)陀螺傳感器元件的振動(dòng)陀螺傳感器，該振動(dòng)陀螺傳感器元件包括懸臂振動(dòng)器，該懸臂振動(dòng)器在第一表面上包括壓電膜、驅(qū)動(dòng)電極和一對檢測電極，以及在其上安裝該振動(dòng)陀螺傳感器元件的支撐基底。將該振動(dòng)陀螺傳感器元件安裝在該支撐基底上以使該懸臂振動(dòng)器的第一表面面對該支撐基底。將除了該懸臂振動(dòng)器的第一表面之外的區(qū)域界定為激光加工區(qū)域，在該激光加工區(qū)域中將形成用于調(diào)節(jié)該懸臂振動(dòng)器的振動(dòng)特性的凹陷。
文檔編號(hào)G01C19/56GK1828224SQ200610073968
公開日2006年9月6日 申請日期2006年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者高橋和夫, 稻熊輝往, 相澤學(xué), 領(lǐng)木浩二, 佐佐木伸, 中鹽榮治 申請人:索尼株式會(huì)社