专利名称：机械量检测元件和机械量检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过浮置在衬底上的转换器的位移来检测诸如角速度之类的机械量的机械量检测元件、及设置有该元件的机械量检测装置。
背景技术：
例如日本专利No.3525862和3512004描述了一种传感器装置，其设置有相对于衬底在X轴方向上被可移动地支撑的主框架，并且其通过检测转换器(transducer)在Y轴方向上的振动幅度来检测绕Z轴的角速度，其中转换器相对于主框架在Y轴方向上被可移动地支撑。
图6是平面示意图，示出用作安装在日本专利No.3525862所描述的传感器装置中的角速度检测元件的半导体。在该角速度检测元件中，用于相对于衬底10在X轴方向上驱动主框架30-1和30-2的驱动电极部分51-1至51-4在X轴方向上相对地布置在主框架30-1和30-2的端部32-1至32-4在X轴方向上的外侧上的位置中。通过输入具有预定AC分量的电压至图6中的左侧驱动电极部分51-1和51-3并输入具有相对于所述预定AC分量反向的AC分量的电压至图6中的右侧驱动电极部分51-2和51-4，主框架30-1和30-2相对于衬底10在X轴方向上振动。当在此状态下绕Z轴施加角速度时，在Coriolis(科里奥利)力作用下，转换器20开始以与角速度成比例的幅度在Y轴方向上振动。
图7是平面示意图，示出用作安装在日本专利No.3512004所描述的传感器装置中的角速度检测元件的半导体。在该角速度检测元件中，驱动电极部分51-1和51-2分别布置在端部的突出部分36a和36b在X轴方向上的外侧的位置，其中所述端部在主框架30-1和30-2在X轴方向上的外侧，并且驱动电极部分51-3和51-4分别布置在端部的突出部分36c和36d在X轴方向上的内侧的位置，其中所述端部在主框架30-3和30-4在X轴方向上的外侧。通过输入具有预定AC分量的电压至图7中的左侧驱动电极部分51-1和51-2并输入具有相对于所述预定AC分量反向的AC分量的电压至图7中的右侧驱动电极部分51-3和51-4，主框架30-1至30-4相对于衬底10在X轴方向上振动。当在此状态下绕Z轴施加角速度时，在Coriolis力作用下，转换器20-1和20-2开始以与角速度成比例的幅度在Y轴方向上振动。
但是当包含偏压的电压输入到类似于上述的传感器装置布置的驱动电极部分时，与输入电压的平方成比例的驱动力的偏压分量一直施加至主框架。由此，由于主框架的变形等使得振动不稳定，这导致很难精确地检测转换器的位移。
例如，对于日本专利No.3525862中描述的传感器装置，其中力的方向彼此相反的偏压分量一直施加到主框架30-1和30-2的端部，这使得主框架30-1和30-2易于变形。另一方面，对于日本专利No.3512004中描述的传感器装置，偏压分量引起主框架30-1和30-2绕相对于突出部分36a至36d向左偏移的位置振动，使得振动易于不稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械量检测元件和设置有该机械量检测元件的机械量检测装置，其能提高对转换器位移的检测精度。
本发明的第一方面涉及一种机械量检测元件，其包括衬底、在与所述衬底的表面平行的第一方向上被可位移地支撑的框架、相对于所述框架在与所述第一方向垂直且与所述衬底的所述表面平行的第二方向上被可移动地支撑的转换器、以及设置在所述框架上并在所述第一方向上驱动所述框架的多个驱动电极部分。所述机械量检测元件的特征在于所述框架设置有端部，在所述端部处，所述框架的末端在所述第二方向上延伸，并且所述多个电极驱动部分中的至少一个布置在所述端部的在所述第一方向上的两侧上。
根据上述的机械量检测元件，当具有预定相位且包含偏压的驱动信号输入到设置在所述第一方向上的一侧上的多个驱动电极部分中的至少一个，并且具有相对于所述预定相位相反的相位且包含偏压的驱动信号被输入到设置在所述第一方向上的另一侧上的多个驱动电极部分中的至少一个时，由输入到所述第一方向上的一侧上的多个驱动电极部分中的至少一个的驱动信号产生的驱动力的偏压分量的力的方向与由输入到所述第一方向上的另一侧上的多个驱动电极部分中的至少一个的驱动信号产生的驱动力的偏压分量的力的方向相反，使得它们可以彼此抵消。结果，抑制了框架的变形等，由此能够使振动稳定，这提高了对转换器位移的检测精度。
在上述的机械量检测元件中，用于监控所述框架相对于所述衬底在所述第一方向上的驱动的驱动监控部分可以布置在所述端部的在所述第一方向上的一侧上。该结构使得可以监控所述框架相对于所述衬底在所述第一方向上的驱动，而不影响所述框架的振动稳定性。
本发明的第二方面涉及一种机械量检测装置，其设置有根据以上方面的机械量检测元件。该机械量检测装置的特征在于当响应于具有预定相位且被输入至设置在所述端部的在所述第一方向上的一侧上的多个驱动电极部分中的至少一个的驱动信号、以及其相位相对于所述预定相位相反且被输入到设置在所述端部的在所述第一方向上的另一侧上的多个驱动电极部分中的至少一个的驱动信号，所述框架相对于所述衬底在所述第一方向上振动时，检测所述转换器在所述第二方向上的位移。
由此本发明提高了对所述转换器的位移的检测精度。
参考附图，本发明的前述及其它目的、特征和优点将从对优选实施例的以下描述中变得更加清楚，其中类似的参考标号用于表示类似的元件，其中图1是平面示意图，示出用作根据本发明第一示例实施例的角速度检测元件的半导体；图2是利用根据第一示例实施例的角速度检测元件检测角速度的电路框图；图3是平面示意图，示出用作根据本发明第二示例实施例的角速度检测元件的半导体；图4是利用根据第二示例实施例的角速度检测元件检测角速度的电路框图；图5是平面示意图，示出当用于增加驱动力的驱动电极部分增加到第二示例实施例中时的角速度检测元件；图6是平面示意图，示出用作安装在日本专利No.3525862所描述的传感器装置中的角速度检测元件的半导体。
图7是平面示意图，示出用作安装在日本专利No.3512004所描述的传感器装置中的角速度检测元件的半导体。
具体实施例方式
在以下的描述和附图中，将以示例性实施例的方式详细描述本发明。图1是平面示意图，示出用作根据本发明第一示例实施例的角速度检测元件的半导体，图3是平面示意图，示出用作根据本发明第二示例实施例的角速度检测元件的半导体。为了构造这些元件，首先准备其中一层单晶硅(具有例如40μm的膜厚)经由二氧化硅膜(具有例如4.5μm的膜厚)施加到单晶硅层的上表面上的SOI(绝缘体上硅)衬底。然后，诸如磷或硼之类的杂质被搀杂到单晶硅层上以减小单晶硅层的上表面部分的阻抗，也就是建立导电衬层。然后底部的单晶硅层用作衬底10。然后通过反应性蚀刻等去除作为中间层的二氧化硅膜(即绝缘层)和作为顶层的导电衬层，并通过使用氢氟酸的水溶液等进行蚀刻从而仅去除二氧化硅膜(即绝缘层)而完整地留下导电衬层(即顶层)，各种功能部件形成在衬底10上。
在图1和3中，绝缘层(即中间层)和导电衬层(即顶层)两者都被去除的部分用白色表示，仅绝缘层(即中间层)被去除的部分用虚线图案表示。如下所述，虚线部分将描述成浮置在衬底10上的部分。此外，绝缘层(即中间层)和导电衬层(即顶层)都被完整地留在衬底10上的部分用网格图案表示。以下，用网格表示的部分将描述成固定到衬底10的部分。
图1是其中本发明被应用到日本专利No.3525862所描述的机械量检测元件的示例的视图，而图3是其中本发明被应用到日本专利No.3512004所描述的机械量检测元件的示例的视图。因此，在以下描述中，本发明中与日本专利No.3525862和日本专利No.3512004所描述的结构类似的部分将用类似的参考标号来表示，并且将简化或省略其描述。
在图1中，由于绕Z轴的角速度振动(其中Z轴垂直于X轴和Y轴两者)，转换器20在Y轴方向上，并且振动的幅度与角速度的幅度成比例，同时在X轴方向上振动。转换器20大致形成为类似于字母“H”的形状，并包括正方形主体部分21，该部分的一侧在X轴方向上延伸，而另一侧在Y轴方向上延伸，该部分设置在中心部分并具有合适的面积和四个壁部22-1至22-4，四个壁部从主体部分21的对角线位置在X轴方向上延伸。
主框架30-1和30-2使转换器20在X轴方向上振动。主框架30-1和30-2中的每个形成为大致类似于字母“I”，包括宽的长部31-1和31-2以及宽的端部32-1至32-4，其中宽的长部31-1和31-2中的每个在转换器20的壁部22-1至22-4在Y轴方向上的外侧位置中在X轴方向上延伸，而宽的端部32-1至32-4中的每个在长部31-1和31-2的各端处的两侧上在Y轴方向上延伸。较宽的副框架30-3和30-4以在长部31-1和31-2在Y轴方向上的外侧上在X轴方向上延伸的方式形成。
主框架30-1和30-2通过梁33-1至33-4连接至转换器20，梁33-1至33-4也以在与衬底10的顶面分离预定距离的水平面内在X轴方向上延伸的方式形成。梁33-1至33-4中的每个的一端被连接为靠近转换器20的壁部22-1至22-4的基部，而梁33-1至33-4的每个的另一端被连接至主框架30-1和30-2的端部32-1至32-4。此外，梁33-1至33-4在Y轴方向上的宽度小于转换器20的壁部22-1至22-4、主框架30-1和30-2的长部31-1和31-2以及端部32-1至32-4在Y轴方向上的宽度。因此，Y轴方向上的振动不太可能从主框架30-1和30-2传递至转换器20，而在X轴方向上的振动被有效地从主框架30-1和30-2传递至转换器20，并且相对于主框架30-1和30-2，转换器20在Y轴方向上比在X轴方向上更容易移动。就是说，梁33-1至33-4用于相对于衬底10、主框架30-1和30-2以及副框架30-3和30-4在Y轴方向上可移动地支撑转换器20。
相对于衬底10，主框架30-1经由锚件41a至41d、梁42a至42d、副框架30-3、和梁43a至43d被可移动地支撑。锚件41a至41d在主框架30-1的长部31-1外侧的位置中固定到衬底10的顶面。梁42a至42d中的每个的一端连接至锚件41a至41d中对应的一个。这些梁42a至42d从锚件41a至41d朝向外侧在Y轴方向上延伸。各个梁42a至42d的另一端连接至框架30-3的内侧端。各个梁43a至43d的朝向框架30-3在Y轴方向上的内侧延伸的一端连接至副框架30-3。各个梁43a至43d的另一端连接至主框架30-1的长部31-1的外侧端。梁42a至42d和43a至43d以在衬底10上方悬置预定距离的方式设置，类似于主框架30-1和30-2以及副框架30-3和30-4，并且梁42a至42d和43a至43d类似于梁33-1至33-4一样较窄。
相对于衬底10，主框架30-2经由锚件44a至44d、梁45a至45d、副框架30-4、和梁46a至46d被可移动地支撑。这些锚件44a至44d、梁45a至45d、副框架30-4、和梁46a至46d与锚件41a至41d、梁42a至42d、副框架30-3、和梁43a至43d在结构上相同，并相对于Y轴方向上的中心线对称。此结构使得主框架30-1和30-2能够以如下的方式被支撑主框架30-1和30-2相对于衬底10在X轴方向上可以容易地移动，而相对于衬底10在Y轴方向上不能容易地移动。就是说，梁42a至42d、43a至43d、45a至45d和46a至46d用于相对于衬底10在X轴方向上可移动地支撑主框架30-1和30-2、副框架30-3和30-4以及转换器20。
此外，在衬底10上设置驱动电极部分51-1至51-8，用于相对于衬底10在X轴方向上驱动主框架30-1和30-2；驱动监控电极部分52-1至52-4，用于监控主框架30-1和30-2相对于衬底10在X轴方向上的驱动；检测电极部分53-1至53-4，用于检测转换器20相对于衬底10在Y轴方向上的振动；校正电极部分54-1至54-4，用于抵消当主框架30-1和30-2被驱动时产生的主框架30-1和30-2上的偏斜的振动(Y轴方向上的振动分量)；调整电极部分55-1至55-4，用于调整转换器20的共振频率；和调整电极部分56-1至56-4，用于抵消转换20在Y轴方向上的振动。
驱动电极部分51-1至51-8每个包括位于主框架30-1和30-2的端部32-1至32-4在X轴方向上的两侧上的多个梳状(也就是类似于梳子)固定的电极指部51a1至51a8。这些固定的电极51a1至51a8在X轴方向上朝向端部32-1至32-4延伸，并经由延伸至X轴方向上的外侧的引线部分51b1至51b8连接至衬垫部分51c1至51c8。这些固定的电极指部51a1至51a8、引线部分51b1至51b8、以及衬垫部分51c1至51c8都固定至衬底10的顶面。由导电金属(例如铝)形成的电极衬垫51d1至51d8设置在衬垫部分51c1至51c8的顶面上。
端部32-1至32-4每个包括多个梳状(也就是类似于梳子)可移动的电极指部32a1至32a8，电极指部32a1至32a8朝向固定电极指部51a1至51a8的在X轴方向上相对的两侧延伸。可移动电极指部32a1至32a8与端部32-1至32-4一体形成，并以在衬底10的顶面上方悬置预定距离的方式设置。这些电极32a1至32a8配合在相邻的固定电极指部51a1至51a8之间，固定电极指部51a1至51a8也在X轴方向上以相对的方式延伸。
驱动监控电极部分52-1至52-4每个包含位于主框架30-1和30-2的端部32-1至32-4在X轴方向上的外侧上的多个梳状(就是说类似于梳子)固定的电极指部52a1至52a4。这些固定的电极52a1至52a4在X轴方向上朝向端部32-1至32-4延伸，并经由延伸至X轴方向上的外侧的引线部分52b1至52b4连接至衬垫部分52c1至52c4。这些固定电极指部52a1至52a8、引线部分52b1至52b4、以及衬垫部分52c1至52c4都固定至衬底10的顶面。由导电金属(例如铝)形成的电极衬垫52d1至52d4设置在衬垫部分52c1至52c4的每个的顶面上。
端部32-1至32-4每个包括多个梳状(也就是类似于梳子)可移动的电极指部32b1至32b4，电极指部32b1至32b4朝向在X轴方向上的外侧、与固定电极指部52a1至52a4相对地延伸。可移动电极指部32b1至32b4与端部32-1至32-4一体形成，并以在衬底10的顶面上方悬置预定距离的方式设置。这些可移动电极指部32b1至32b4配合在相邻的固定电极指部52a1至52a4之间，固定电极指部52a1至52a4也在X轴方向上以相对的方式延伸。
接下来，将描述使用具有前述结构的角速度检测元件来检测角速度的电路装置。图2是该电路装置的结构框图。
驱动电路70连接至驱动电极部分51-1至51-8的各个电极衬垫51d1至51d8。此驱动电路70基于经由放大器63从电极衬垫20c输入的信号产生驱动信号，然后将该驱动信号供应至电极衬垫51d1至51d8中的每个。
此处，为了简化描述，由增益控制电路73输入的信号将被定义为VDsin(ωt)，而由可调电压供应电路76a输出的直流电压信号(也就是偏压信号)和由恒压供应电路76b输出的直流电压信号(也就是偏压信号)两者都被定义为VB。
加法器75-1将来自增益控制电路73的信号VDsin(ωt)加至来自可调电压供应电路76a的直流电压信号VB，并供应和值电压[VB+VDsin(ωt)]至驱动电极部分51-1的电极衬垫51d1和驱动电极部分51-6的电极衬垫51d6。加法器75-2将来自反相器73a的信号-VDsin(ωt)加至来自可调电压供应电路76a的直流电压信号VB，并供应和值电压[VB-VDsin(ωt)]至驱动电极部分51-2的电极衬垫51d2和驱动电极部分51-5的电极衬垫51d5。加法器75-3将来自增益控制电路73的信号VDsin(ωt)加至来自恒压供应电路76b的直流电压信号VB，并供应和值电压[VB+VDsin(ωt)]至驱动电极部分51-3的电极衬垫51d3和驱动电极部分51-8的电极衬垫51d8。加法器75-4将来自反相器73a的信号-VDsin(ωt)加至来自恒压供应电路76b的直流电压信号VB，并供应和值电压[VB-VDsin(ωt)]至驱动电极部分51-4的电极衬垫51d4和驱动电极部分51-7的电极衬垫51d7。
当电压V施加在梳状固定电极指部和梳状可移动电极指部之间时，在X轴方向上产生表达式1中所示的驱动力(吸引力F)，如所公知的。
F＝(εNhV2)/2g此处，ε是介电常数，g是梳状电极指部之间的间距，N是间距的数量，而h是梳状电极指部的高度(也就是在垂直于图1的纸面的方向上)。就是说，驱动力与施加电压的平方成比例。
如果来自驱动电极部分51-1、51-3、51-6和51-8的驱动力被表示为F1，其中和值电压[VB+VDsin(ωt)]通过加法器75-1和75-3供应至驱动电极部分51-1、51-3、51-6和51-8，而来自驱动电极部分51-2、51-4、51-5和51-7的驱动力被表示为F2，其中和值电压[VB-VDsin(ωt)]通过加法器75-2和75-4供应至驱动电极部分51-2、51-4、51-5和51-7，则F1和F2可以用下面的表达式2和3来表示。
F1＝α[VB+VDsin(ωt)]2＝α[VB2+2VB×VDsin(ωt)+VD2sin2(ωt)][表达式3]F2＝α[VB-VDsin(ωt)]2＝α[VB2-2VB×VDsin(ωt)+VD2sin2(ωt]比例常数是α。因此，F1的偏压分量FB1、F1的驱动分量FD1、F2的偏压分量FB2、F2的驱动分量FD2可以用下面的表达式4-7来表示。
FB1＝α[VB2+VD2sin2(ωt)][表达式5]FD1＝α[2VB×VDsin(ωt)][表达式6]FB2＝α[VB2+VD2sin2(ωt)]＝FB1[表达式7]FD2＝-α[2VB×VDsin(ωt)]＝-FD1来自驱动电极部分51-1(相对于端部32-1位于图中的左上侧)的驱动力F1的偏压分量FB 1的力的幅度与来自驱动电极部分51-5(相对于端部32-1位于图中的右上侧)的驱动力F2的偏压分量FB2的力的幅度相等，但是这些力的方向相反。结果，它们在端部32-1中彼此抵消。此外，来自驱动电极部分51-1的驱动力F1的驱动分量FD1产生为在X轴方向上向左，而来自驱动电极51-5的驱动力F2的驱动分量FD2(＝-FD1)产生为在X轴方向上向右。结果，FD1-(-FD1)＝2×FD1被产生为在端部32-1中在X轴方向上向左。对于以下关系也是相同的来自驱动电极部分51-6(相对于端部32-2位于图中的左上侧)的驱动力F1和来自驱动电极部分51-2(相对于端部32-2位于图中的右上侧)的驱动力F2之间的关系；来自驱动电极部分51-3(相对于端部32-3位于图中的左上侧)的驱动力F1和来自驱动电极部分51-7(相对于端部32-3位于图中的右上侧)的驱动力F2之间的关系；来自驱动电极部分51-8(相对于端部32-4位于图中的左上侧)的驱动力F1和来自驱动电极部分51-4(相对于端部32-4位于图中的右上侧)的驱动力F2之间的关系。
由此，偏压分量在端部32-1至32-4中被抵消，而由2×FD1表示的驱动分量在端部32-1至32-4中在X轴方向上向左施加，使得主框架30-1和30-2振动。结果，主框架30-1和30-2不会变形，并且振动稳定，使得可以精确地检测转换器20的位移。
在图3中，转换器20-1具有长的宽壁部21a和21b，壁部21a和21b在X轴方向上延伸到外侧并与Y轴方向上的两端一体地形成。壁部21a和21b在X轴方向上的两端处经由一对长且窄的检测梁31a和31b连接至主框架30-1和30-2在X轴方向上的两端。检测梁31a和31b支撑转换器20-1，使得其相对于主框架30-1和30-2在X轴方向上不容易移动，而在Y轴方向上容易移动。检测梁31a和31b与壁部21a和21b以及主框架30-1和30-2一体形成，并在X轴方向上延伸，同时悬置在衬底10上方。
转换器20-2也具有与上述的壁部21a和21b类似的壁部21c和21d。壁部21c和21d经由检测梁31c和31d连接至主框架30-3和30-4在X轴方向上的两端，检测梁31c和31d类似于上述的检测梁31a和31b。这些检测梁31c和31d也支撑转换器20-2，使得其相对于主框架30-3和30-4在X轴方向上不容易移动，而在Y轴方向上容易移动。
长的宽副框架32-1和32-2以在X轴方向上在衬底10上方浮置延伸至主框架30-1在Y轴方向上的外侧的方式形成。副框架32-1经由多个长且窄的驱动梁33a连接至主框架30-1，并经由多个长且窄的驱动梁34a连接至固定到衬底10的多个锚件35a。驱动梁33a和34a与主框架30-1和副框架32-1一体形成，副框架32-1在Y轴方向上延伸并浮置在衬底10上方。驱动梁33a和34a支撑主框架30-1，使得其相对于衬底10在X轴方向容易移动，而在Y轴方向上不容易移动。
正如主框架30-1，副框架32-2、32-3和32-4分别设置在主框架30-2、30-3和30-4在Y轴方向上的外侧上。主框架30-2、30-3和30-4还经由多个驱动梁33b至33d、副框架32-2、32-3和32-4、多个驱动梁34b至34d以及多个锚件35b至35d以相对于衬底10在X轴方向上容易移动而在Y轴方向上不容易移动的方式被支撑。
此外，主框架30-1和主框架30-3经由多个长且窄的连接梁41a和41c以及长且宽的连接件42a连接在一起。连接梁41a和41c与主框架30-1和30-3一体地形成，并浮置在衬底10上方。连接梁41a的每个的一端连接至主框架30-1，而连接梁41c的每个的一端连接至主框架30-3。连接梁41a和41c在Y轴方向上从那里延伸，其中连接梁41a和41c的每个的另一端连接至连接件42a。此连接件42a也与主框架30-1和30-3一体形成，并以在衬底10上方浮置的方式在X轴方向延伸。
类似于主框架30-1和30-3，主框架30-2和主框架30-4也经由多个长且窄的连接梁41b和41d以及长且宽的连接件42b连接在一起。
连接件42a和42b在各个端部处通过多个长且窄的副连接梁43a和43b以及长且宽的副连接件44a连接在一起。副连接梁43a和43b与连接件42a和42b一体形成，并浮置在衬底10上方。副连接梁43a的每个的一端连接至连接件42a，而副连接梁43b的每个的一端连接至连接件42b。副连接梁43a和43b在X轴方向上从那里延伸，其中副连接梁43a和43b的每个的另一端连接至副连接件44a。此副连接件44a也与连接件42a和42b一体形成，并以在衬底10上方浮置的方式在Y轴方向延伸。
此外，在衬底10上设置驱动电极部分51-1至51-4，用于相对于衬底10在X轴方向上驱动主框架30-1至30-4；驱动监控电极部分52-1至52-4，用于监控主框架30-1至30-4相对于衬底10在X轴方向上的驱动；检测电极部分53-1至53-4，用于检测转换器20-1和20-2相对于衬底10在Y轴方向上的振动；调整电极部分54-1至54-4，用于调整转换器20-1和20-2在Y轴方向上的共振频率；和伺服电极部分55-1至55-4，用于抑制转换器20-1和20-2在Y轴方向上的振动。
驱动电极部分51-1、51-2、51-5和51-6一体地设置在突出部分36a和36b在X轴方向上的两侧上，其中突出部分36a和36b在主框架30-1和30-2在X轴方向上的外侧上的端部处的在Y轴方向上的外侧以在衬底10上方浮置的方式延伸。这些驱动电极部分51-1、51-2、51-5和51-6每个包括以在X轴方向上延伸的方式形成的梳状(也就是类似于梳子)可移动电极指部51a1、51a2、51a5和51a6以及也以在X轴方向上延伸的方式形成的梳状固定电极指部51b1、51b2、51b5和51b6。
可移动电极指部51a1、51a2、51a5和51a6以从突出部分36a和36b在X轴方向上的两侧延伸并浮置在衬底10上方的方式一体地形成。这些可移动电极指部51a1、51a2、51a5和51a6配合在相邻的固定电极指部51b1、51b2、51b5和51b6之间，固定电极指部51b1、51b2、51b5和51b6也以相对的方式在X轴方向上延伸。固定电极指部51b1、51b2、51b5和51b6经由一体地固定在衬底10上的引线部分51c1、51c2、51c5和51c6连接至一体地固定在衬底10上的衬垫部分51d1、51d2、51d5和51d6。由导电金属(例如铝)形成的电极衬垫51e1、51e2、51e5和51e6设置在衬垫部分51d1、51d2、51d5和51d6的顶面上。
驱动电极部分51-3、51-4、51-7和51-8一体地设置在突出部分36c和36d在X轴方向上的两侧上，其中突出部分36c和36d在主框架30-3和30-4在X轴方向上的外侧上的端部处的在Y轴方向上的外侧以在衬底10上方浮置的方式延伸。这些驱动电极部分51-3、51-4、51-7和51-8每个包括以在X轴方向上延伸的方式形成的梳状(也就是类似于梳子)可移动电极指部51a3、51a4、51a7和51a8以及也以在X轴方向上延伸的方式形成的梳状固定电极指部51b3、51b4、51b7和51b8。
可移动电极指部51a3、51a4、51a7和51a8以从突出部分36c和36d在X轴方向上的两侧延伸并浮置在衬底10上方的方式一体地形成。这些可移动电极指部51a3、51a4、51a7和51a8配合在相邻的固定电极指部51b3、51b4、51b7和51b8之间，固定电极指部51b3、51b4、51b7和51b8也以相对的方式在X轴方向上延伸。固定电极指部51b3、51b4、51b7和51b8经由一体地固定在衬底10上的引线部分51c3、51c4、51c7和51c8连接至一体地固定在衬底10上的衬垫部分51d3、51d4、51d7和51d8。由导电金属(例如铝)形成的电极衬垫51e3、51e4、51e7和51e8设置在衬垫部分51d3、51d4、51d7和51d8的顶面上。
驱动监控电极部分52-1至52-4设置在突出部分36a、36b、36c和36d在X轴方向上的内侧或外侧(图3示出它们设置在X轴方向上的外侧上)。这些驱动监控电极部分52-1至52-4每个包括以在X轴方向上延伸的方式形成的梳状(也就是类似于梳子)可移动电极指部52a1、52a2、52a3和52a4以及也以在X轴方向上延伸的方式形成的梳状固定电极指部52b1、52b2、52b3和53b4。
可移动电极指部52a1、52a2、52a3和52a4以从突出部分36a、36b、36c和36d在X轴方向上的外侧延伸并浮置在衬底10上方的方式一体地形成。这些可移动电极指部52a1、52a2、52a3和52a4配合在相邻的固定电极指部52b1、52b2、52b3和52b4之间，固定电极指部52b1、52b2、52b3和52b4也以相对的方式在X轴方向上延伸。固定电极指部52b1、52b2、52b3和52b4经由一体地固定在衬底10上的引线部分52c1、52c2、52c3和52c4连接至一体地固定在衬底10上的衬垫部分52d1、52d2、52d3和53d4。由导电金属(例如铝)形成的电极衬垫52e1、52e2、52e3和52e4设置在衬垫部分52d1、52d2、52d3和52d4的顶面上。
接下来，将描述使用具有前述结构的角速度检测元件来检测角速度的电路装置。图4是该电路装置的结构框图。
驱动电路70连接至驱动电极部分51-1至51-8的各个电极衬垫51e1至51e8。此驱动电路70基于经由电荷放大器63从电极衬垫23c输入的信号产生驱动信号，然后将该驱动信号供应至电极衬垫51e1至51e8中的每个。
此处，为了简化描述，由增益控制电路73输入的信号将被定义为VDsin(ωt)，而由可调电压供应电路77输出的直流电压信号(也就是偏压信号)被定义为VB。
加法器75-1将来自增益控制电路73的信号VDsin(ωt)加至来自可调电压供应电路77的直流电压信号VB，并供应和值电压[VB+VDsin(ωt)]至驱动电极部分51-1、51-2、51-7和51-8的电极衬垫51e1、51e2、51e7和51e8。加法器75-2将来自反相器76的信号-VDsin(ωt)加至来自可调电压供应电路77的直流电压信号VB，并供应和值电压[VB-VDsin(ωt)]至驱动电极部分51-3、51-4、51-5和51-6的电极衬垫51e3、51e4、51e5和51e6。
如果来自驱动电极部分51-1、51-2、51-7和51-8的驱动力被表示为F1，其中和值电压[VB+VDsin(ωt)]通过加法器75-1供应至驱动电极部分51-1、51-2、51-7和51-8，并且来自驱动电极部分51-3、51-4、51-5和51-6的驱动力被表示为F2，其中和值电压[VB-VDsin(ωt)]通过加法器75-2供应至驱动电极部分51-3、51-4、51-5和51-6，则类似于第一实施例，满足上述表达式1至7中的关系表达。
来自驱动电极部分51-1(相对于突出部分36a位于图中的左上侧)的驱动力F1的偏压分量FB1的力的幅度与来自驱动电极部分51-5(相对于突出部分36a位于图中的右上侧)的驱动力F2的偏压分量FB2的力的幅度相等，但是这些力的方向相反。结果，它们在突出部分36a中彼此抵消。此外，来自驱动电极部分51-1的驱动力F1的驱动分量FD1产生为在X轴方向上向左，而来自驱动电极51-5的驱动力F2的驱动分量FD2(＝-FD1)产生为在X轴方向上向右。结果，FD1-(-FD1)＝2×FD1被产生为在突出部分36a中在X轴方向上向左。对于以下关系也是相同的来自驱动电极部分51-2(相对于突出部分36b位于图中的左上侧)的驱动力F1和来自驱动电极部分51-6(相对于突出部分36b位于图中的右上侧)的驱动力F2之间的关系；来自驱动电极部分51-3(相对于突出部分36c位于图中的左上侧)的驱动力F1和来自驱动电极部分51-7(相对于突出部分36c位于图中的右上侧)的驱动力F2之间的关系；来自驱动电极部分51-4(相对于突出部分36d位于图中的左上侧)的驱动力F1和来自驱动电极部分51-8(相对于突出部分36d位于图中的右上侧)的驱动力F2之间的关系。
由此，偏压分量在突出部分36a至36d中被抵消，而由2×FD1表示的驱动分量在突出部分36a至36d中在X轴方向上向左施加，使得主框架30-1至30-4振动。结果，主框架30-1至30-4绕突出部分36a至36d稳定地振动，使得可以精确地检测转换器20-1和20-2的位移。
尽管已经详细描述了本发明的示例性实施例，但是本发明不限于这些示例性实施例。相反，在本发明范围内的各种修改都是可以的。
例如，当用于增加驱动力F的驱动电极部分增加到第二示例实施例中时，驱动电极部分51-9至51-16仅需要一体地设置在突出部分36e至36h在X轴方向上的两侧上，突出部分36e至36h在主框架30-1至30-4在X轴方向上的内侧上的端部处在Y轴方向上的外侧上以在衬底10上方浮置的方式延伸，如图5所示。此外，驱动监控电极部分52-5至52-8仅需要设置在突出部分36a、36b、36c和36d在X轴方向上的内侧或外侧上(图5示出它们设置在X轴方向上的外侧上的情况)。为了增大驱动力F，可以增加偏压VB，尽管这样容易导致相邻引线之间的泄露，但是当衬底10上有足够的空间来增加驱动电极部分时这是一个有效的方法。
尽管已经参考其示例性实施例描述了本发明，但是应当理解本发明不限于示例性实施例或构造。相反，本发明意图覆盖各种修改和等同的布置。此外，尽管示例性实施例的各个元件以示例性的各种组合和构造示出，但是包含更多、更少或仅单个元件的其它组合和构造也在本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种机械量检测元件，设置有衬底(10)、在与所述衬底的表面平行的第一方向上被可位移地支撑的框架、相对于所述框架在与所述第一方向垂直且与所述衬底的所述表面平行的第二方向上被可移动地支撑的转换器(20)、以及设置在所述框架上并在所述第一方向上驱动所述框架的多个驱动电极部分，其特征在于所述框架包含端部，在所述端部处，所述框架的末端在所述第二方向上延伸；并且所述多个电极驱动部分中的至少一个布置在所述端部的在所述第一方向上的两侧上。
2.根据权利要求1所述的机械量检测元件，其特征在于监控所述框架相对于所述衬底在所述第一方向上的驱动的驱动监控部分被布置在所述端部的在所述第一方向上的一侧上。
3.根据权利要求1或2所述的机械量检测元件，其特征在于所述转换器(20)经由梁连接至所述框架。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的机械量检测元件，其特征在于所述转换器(20)和所述框架经由固定至所述衬底(10)的梁设置为与所述衬底的所述表面分开预定距离。
5.一种机械量检测装置，设置有根据权利要求1至4中任一项所述的机械量检测元件，其特征在于当响应于具有预定相位且被输入至设置在所述端部的在所述第一方向上的一侧上的多个驱动电极部分中的至少一个的驱动信号、以及其相位相对于所述预定相位相反且被输入至设置在所述端部的在所述第一方向上的另一侧上的多个驱动电极部分中的至少一个的驱动信号，所述框架相对于所述衬底(10)在所述第一方向上振动时，检测所述转换器(20)在所述第二方向上的位移。
6.根据权利要求5所述的机械量检测装置，其中所述驱动信号包含偏压和驱动电压；所述偏压和所述驱动电压被输入至设置在所述端部的在所述第一方向上的一侧上的多个驱动电极部分中的至少一个；并且所述偏压、所述驱动电压和相位相反的驱动电压被输入至设置在所述端部的在所述第一方向上的另一侧上的多个驱动电极部分中的至少一个。
全文摘要
一种机械量检测元件，包含主框架(30－1，30－2)，其相对于衬底(10)在平行于衬底(10)的表面的X轴方向上被可移动地支撑；转换器(20)，其相对于主框架(30－1，30－2)在与X轴方向垂直且与衬底(10)的所述表面平行的Y轴方向上被可移动地支撑；和多个驱动电极部分，其设置在主框架(30－1，30－2)上并在X轴方向上驱动主框架(30－1，30－2)。主框架(30－1，30－2)包含端部(32－1至32－4)，在端部(32－1至32－4)处，主框架(30－1，30－2)的末端在Y轴方向上延伸，并且多个电极驱动部分(51－1至51－8)中的至少一个布置在端部(32－1至32－4)的在X轴方向上的两侧上。
文档编号G01P9/04GK1948907SQ200610141168
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月13日 优先权日2005年10月14日
发明者千田英美 申请人:丰田自动车株式会社