专利名称：振动片、角速度传感器以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有驱动臂和检测臂，用于通过检测振动或位移来检测物体的角速度的振动片，使用该振动片的角速度传感器，以及使用该角速度传感器的电子设备。
背景技术：
近年来，作为充实车辆中的车体控制和汽车导航系统的自车位置检测、数码相机或数码摄像机等的振动控制校正功能(所谓抖动校正)等的角速度传感器的振动陀螺仪传感器(以下称作振动陀螺仪)被广泛利用。振动陀螺仪是如下部件利用由作为高弹性材料的石英等压电性单晶体构成的陀螺仪振动片，检测由于物体的摆动或旋转等振动而在陀螺仪振动片的一部分上产生的电信号作为角速度，并计算旋转角来求出物体的位移。针对搭载这种振动陀螺仪的电子设备，近年来伴随高功能化的要求日益增高，在振动陀螺仪中，强烈要求实现更高精度的角速度检测的高灵敏度化，乃至在推进电子设备的小型化进展中强烈要求薄型化(低高度)和节省面积等的小型化。作为用于振动陀螺仪的振动片(陀螺仪元件)，以往以来广泛利用所谓音叉型的压电振动片(例如参照专利文献1)。专利文献1记载的振动片包括由石英构成的基部、和从基部的一端部起被分成两个分叉而平行延伸的一对振动臂。在各振动臂的第1表面设置有提供对振动臂进行激励的驱动电压的驱动电极(激励电极)，在垂直于第1表面的侧面设置有检测电极。并且，能够通过对驱动电极施加驱动信号(激励信号)，使振动臂振动。 在此，在对该振动片施加驱动信号来使振动臂在沿第1表面的方向振动(面内振动)时，如果将振动臂的延伸方向的轴设为检测轴而使其旋转，则振动臂通过科里奥利力在垂直于第 1表面的方向振动(面外振动)。该面外振动的振幅与振动片的旋转速度成比例，因而能够作为角速度进行检测。振动陀螺仪具有将作为电子部件的IC芯片气密密封在作为底座基板的封装内的结构，所述作为电子部件的IC芯片具有上述那样的振动片、驱动该振动片使之振动的驱动电路、以及对在施加角速度时在振动片产生的检测振动进行检测的检测电路。即，例如与专利文献1所示的、具有以往广泛应用的压电振动片的压电振动器件具有相同的结构(例如参照专利文献2)。在专利文献2记载的压电振动器件(石英振荡器)中，振动片(压电振动板)、和与该振动片一起构成振荡电路的作为电子部件的IC芯片(集成电路元件)被接合在封装 (陶瓷封装)内，并被气密密封。构成封装收纳部的封装底座具有上部开口的凹部。此外，在凹部设置多个阶梯，在由其中的一个阶梯形成的下部收纳部利用引线接合法等接合有IC芯片，在由其他阶梯形成的上部收纳部，通过例如导电性粘接剂等接合部件接合有振动片。专利文献1日本特开平5-256723号公报专利文献2日本特开2006-54602号公报但是，在专利文献1记载的陀螺仪振动片的结构中，只能处理相对于一个检测轴的旋转角速度检测，因此为了检测相对于其他检测轴的旋转角速度，例如，需要垂直竖立配置振动片。此外，为了利用一个角速度传感器实现相对于多个检测轴的旋转角速度检测，需要在一个角速度传感器中内置多个振动片，因此存在不利于角速度传感器的低高度和节省面积等的小型化的问题。此外，在专利文献1记载的陀螺仪振动片的结构中，在同一振动臂上接近配置驱动电极和检测电极，因此存在驱动振动和检测振动可能耦合从而使检测精度劣化的问题。
发明内容
本发明正是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式或应用例来实现。[应用例1]本应用例的振动片的特征在于，具有基部；第1驱动臂，其从所述基部的第1轴方向的一端起沿所述第1轴方向延伸；第2驱动臂，其从所述基部的所述第1轴方向的另一端起沿所述第1轴方向延伸；驱动电极，其分别设置于所述第1驱动臂和所述第 2驱动臂；检测臂，其从所述基部起沿垂直于所述第1轴方向的第2轴方向延伸；检测电极， 其设置于所述检测臂；以及支撑部，其从所述基部起延伸，所述支撑部被设置成包围所述检测臂。能够将上述应用例的振动片用于角速度传感器。根据上述应用例的振动片，具有沿第1轴方向延伸形成的第1和第2驱动臂、以及沿垂直于该第1轴方向的第2轴方向延伸的检测臂，因此例如能够在与元件同一平面内使第1驱动臂和第2驱动臂振动(面内振动)的状态下，检测由于与第1和第2驱动臂的面内振动垂直的方向的面内振动方向和面外振动方向的科里奥利力而造成的检测臂的挠曲。由此，能够通过1个振动片，在水平配置振动片的状态下进行相对于多个检测轴的旋转角速度检测，因此能够实现低高度和面积节省等的小型化，同时能够实现相对于多个检测轴的角速度检测。而且，第1和第2驱动臂与检测臂不接近而以垂直的位置关系配置，因此能够防止驱动振动和检测振动耦合而使检测精度劣化，从而能够高精度地检测角速度。[应用例2]在上述应用例的振动片中，其特征在于，所述振动片使用了压电体材料。通过使用以往广泛作为振动片的材料应用的压电体材料，能够提供含入公知原理和技术知识而利用压电效应的例如高性能的压电振动片。[应用例3]在上述应用例的振动片中，其特征在于，所述压电体材料使用了石英。能够通过使用石英，抑制伴随振动片的小型化的温度特性(频率特性等的温度依存性)的降低。[应用例4]在上述应用例的振动片中，其特征在于，所述驱动电极和所述检测电极是包含第1电极、第2电极以及压电体层的层叠体，其中，该压电体层设置于所述第1电极和所述第2电极之间，所述第1驱动臂、所述第2驱动臂以及所述检测臂沿各臂的所述延伸的方向并列设置有两个所述层叠体，并且，一个所述层叠体的所述第1电极和另一个所述层叠体的所述第2电极电连接，并且一个所述层叠体的所述第2电极和另一个所述层叠体的所述第1电极电连接。根据该结构，在驱动臂中，通过对两个驱动电极施加相互反相的交流电压，减少不利于驱动的电场分量，并且不容易妨碍驱动臂的自由伸缩，因此驱动效率提高。另外，在检测臂中，为了检测相对于多个检测轴的旋转的角速度，使两个检测电极各自的第1电极和第2电极电气独立。在该检测臂中，也利用与上述驱动电极相同的结构， 从而不容易妨碍检测臂的自由伸缩，因此相对于施加角速度的检测灵敏度提高。[应用例5]在上述应用例的振动片中，其特征在于，所述检测电极使用了一对梳齿状电极。根据该结构，能够增强对期望的振动模式的响应，极大减少假响应，因此可提供例如能够进行高精度的角速度测定的角速度传感器用的振动片。[应用例6]本应用例的角速度传感器的特征在于，具有上述应用例的任意一例所述的振动片；驱动单元，其在沿所述第2轴的同一方向驱动所述第1驱动臂和所述第2驱动臂；以及检测单元，其经由所述检测电极对在所述驱动时以所述第1轴为旋转轴进行旋转时，由于在所述检测臂中产生的垂直于所述第1轴和所述第2轴的第3轴方向的振动而产生的电压进行检测。 根据该结构，能够保存驱动振动时的运动能量，并且支撑重心，因此能够减少支撑部上的振动泄漏的影响。由此，能够实现检测灵敏度高的角速度传感器。[应用例7]本应用例的角速度传感器的特征在于，具有上述应用例的任意一例所述的振动片；驱动单元，其在沿所述第2轴的同一方向驱动所述第1驱动臂和所述第2驱动臂；以及检测单元，其经由所述检测电极对在所述驱动时以垂直于所述第1轴和所述第2 轴的第3轴为旋转轴进行旋转时，由于在所述检测臂中产生的所述第1轴方向的振动而产生的电压进行检测。根据该结构，能够保存驱动振动时的运动能量，并且支撑重心，因此能够减少支撑部上的振动泄漏的影响。由此，能够实现检测灵敏度高的角速度传感器。[应用例8]本应用例的电子设备的特征在于，该电子设备搭载有上述应用例的任意一例所述的振动片。根据该结构，搭载有上述应用例的振动片，因此，可提供具有检测灵敏度提高、能够不竖立载置的实现小型/低高度的角速度传感器的电子设备。
图1是从一个主面侧观察振动片的一个实施方式进行说明的概略俯视图。图2的(a)是用于说明振动片的电极结构的图1的A_A线的剖视图，图2的(b) 同样是B-B线的剖视图。图3的(a)是说明振动片的动作的一个方式的概略俯视图，图3的(b)是说明振动片的动作的另一方式的概略俯视图。图4的(a)是从上侧观察作为角速度传感器的振动陀螺仪的一个实施方式进行说明的概略俯视图，图4的(b)是图4的(a)的C-C线的概略剖视图。图5是从上侧观察振动片的变形例进行说明的概略俯视图。图6的(a)是说明变形例的振动片的动作的一个方式的概略俯视图，图6的(b) 是说明振动片的动作的另一方式的概略俯视图。标号说明
UlOO 振动片；2 第1驱动臂；3 第2驱动臂；4 :(第1)检测臂；5 基部；6,106 支撑部；6a、106A 支撑区域；7 第1连接梁；8 第2连接梁；12A、13A、112A 第1驱动电极； 12BU3BU12B 第2驱动电极；14A、114A 第1检测电极；14B、114B 第2检测电极；15a、 15b、25a、25b 第 1 电极；16a、16b、26a、26b 压电体层；17a、17b、27a、27b 第 2 电极；49 接合线；50 作为角速度传感器的振动陀螺仪；59 接合部件；60 封装；61 第1层基板；62 第2层基板；63 第3层基板；64 第4层基板；65 压料垫；66 =IC连接端子；67 振动片连接端子；69 密封圈；70 盖；75 电极片；80 =IC芯片；99 钎料；102 第3驱动臂；103 第4 驱动臂；105 第2基部；107 第3连接梁；108 第4连接梁；114 第2检测臂；201 第1表面；203 侧面。
具体实施方式
以下，参照
本发明的优选实施方式。〔振动片〕首先，参照
本实施方式的振动片1。图1是从一个主面(第1表面)侧观察振动片1的概略俯视图。图2用于说明振动片1的电极结构。图2的(a)是图1的A-A 线的剖视图，图2的(b)是图1的B-B线的剖视图。另外，以下的说明中，首先说明振动片1的形状等，接着说明形成于振动片1的各电极、布线、端子的配置等，然后说明振动片1的动作。〔振动片的形状等〕振动片1的材质使用高弹性材料，可以举出例如石英、钽酸锂、铌酸锂等压电体材料，或者硅。尤其在使用石英的情况下，能够抑制伴随振动片的小型化的温度特性(频率特性等的温度依存性)的降低，因此是优选的。此外，在使用石英的情况下，从切角的观点出发，优选温度特性良好的X切板，但是也可以是Z切板(旋转X)、AT切板。在使用Z切板的情况下，具有蚀刻加工变得容易这样的特性。在本实施方式中，振动片1是用于振动陀螺仪的所谓陀螺仪元件。如图1和图2所示，振动片1在用例如石英的结晶轴的作为第1轴的Y轴和作为第 2轴的X轴定义的平面(以下称作XY平面)上扩展，在Z轴方向具有厚度。振动片1具有第1表面201 ( 一个主面)、与第1表面201相对的面即第2表面(未图示)、以及连接第1 表面201和第2表面的侧面203。第1表面201和第2表面是与图中的XY平面平行的面。 此外，侧面203是与第1表面201和第2表面垂直并与Z轴平行的面。另外，在本实施方式 (包括变形例)的记载中，“X轴”这样的表述是指X轴和以X轴为中心在大于0度小于等于2度的范围内倾斜的轴。“Y轴”和“Z轴”也同样如此。振动片1具有基部5;从该基部5的两端部起沿Y轴方向(第1轴方向)以大致相同长度延伸的第1驱动臂2和第2驱动臂3 ；从基部5的侧面203起沿垂直于第1轴方向的X轴方向(第2轴方向)延伸的检测臂4 ；以及从基部5的侧面203起以包围检测臂4 的方式延伸的支撑部6。支撑部6具有从基部5的两端部各自的侧面(与检测臂4延伸的侧面203相同的侧面)203起沿X轴方向比检测臂4更长地延伸的第1连接梁7和第2连接梁8 ；以及与基部5平行地延伸而连接第1连接梁7和第2连接梁8的前端侧彼此的部分(以下将该部分表述为支撑部6)。 第1驱动臂2和第2驱动臂3分别沿基部5的Y轴，朝正向和负向延伸。在本实施方式中，第1驱动臂2从基部5的Y轴的正向一端侧起沿Y轴的正向延伸，第2驱动臂3 从基部5的Y轴的负向另一端侧起沿Y轴的负向延伸。通过从基部5起沿X轴侧延伸的检测臂4构成检测角速度的检测振动系统。此外，通过从基部5起分别沿Y轴的正侧和负侧延伸的第1驱动臂2和第2驱动臂3构成驱动振动片1的驱动振动系统。第1连接梁7和第2连接梁8从基部5的X轴侧的端部起沿X轴延伸。此外，检测臂4在基部5的X轴侧的端部从第1连接梁7和第2连接梁8之间与第1连接梁7和第 2连接梁8平行地延伸。支撑部6以如下方式配置从垂直的Y轴方向与第1连接梁7和第2连接梁8的前端彼此连接，所述第1连接梁7和第2连接梁8从基部5起将检测臂4夹在中间而沿X 轴方向平行地延伸，并且不接触检测臂4。本实施方式的支撑部6在俯视图上具有细长的大致矩形形状，但是该形状没有特别限定。支撑部6的一部分能够用作与外部、例如收纳振动片1的封装接合固定的部分 (区域)即支撑振动片1的支撑区域6a。在本实施方式中，在与沿Y轴方向延伸的第1驱动臂2、基部5以及第2驱动臂3平行设置的支撑部6中，将与结合第1驱动臂2、基部5以及第2驱动臂3这三者的Y轴方向的中心在Y轴方向上重叠的位置设为支撑区域6a。艮口， 振动片1关于沿X轴方向通过支撑部6的支撑区域6a、检测臂4以及基部5的中心的虚拟中心线线对称。由此，能够隔着第1连接梁7和第2连接梁8，通过支撑部6平衡良好地支撑沿Y轴方向延伸的第1驱动臂2、基部5以及第2驱动臂3的连接体。另外，在由支撑部6、第1连接梁7以及第2连接梁8构成的振动片1的支撑结构中，第1连接梁7、第2连接梁8以及支撑部6的形状是使振动片1的支撑具有弹性的结构的一例，只要是实现该目的的形状，则能够对形状适当施加变更。此外，根据如本实施方式那样，在支撑部6的支撑区域6a —点支撑振动片1的结构，不容易妨碍振动片1的各部的自由振动，并且能够抑制来自支撑部分(支撑区域6a)的振动泄漏。以上说明的振动片1的外形形状能够通过对例如石英晶片等压电基板材料使用氢氟酸溶液等的湿蚀刻、或干蚀刻精密形成。接着，说明振动片1的各种电极和布线。如图1所示，在第1驱动臂2的第1表面201上，形成有沿第1驱动臂的Y轴方向平行设置的一对第1和第2驱动电极12A、12B。同样，在第2驱动臂的第1表面201上，形成有沿第2驱动臂的Y轴方向平行设置的一对第1和第2驱动电极13A、13B。这些第1驱动电极12A、13A和第2驱动电极12B、13B是用于通过从外部施加的驱动电压激励第1驱动臂2或者第2驱动臂3的电极。此外，在检测臂4的第1表面201上，形成有检测臂4的沿X轴方向平行设置的一对第1和第2检测电极14A、14B。一对第1和第2检测电极14A、14B是用于在激励检测臂 4的检测振动时，检测由于该振动产生的检测臂4(例如压电体材料)的挠曲的电极。另外，如本实施方式的振动片1那样，上述第1和第2驱动电极12A、13A、12B、13B 以及第1和第2检测电极14A、14B在第1驱动臂2、第2驱动臂3以及检测臂4上，以各臂的中心线为轴线对称，但是在第1和第2驱动臂2、3上产生的驱动电场或在检测臂4上检测到的电场的平衡良好，并且起到不容易产生向预定的振动方向以外的振动泄漏而驱动效率进一步提高这样的效果，因此是优选的。 此外，虽然未图示，但是上述第1和第2驱动电极12A、13A、12B、13B以及第1和第 2检测电极14A、14B，与设置于支撑部6的支撑区域6a的外部连接电极、设置于振动片1的任意位置的接地用电极、或者对应的电极彼此，通过振动片1的第1表面201或第2表面电极间布线或者形成于侧面203的电极间布线电连接，从而在振动片1形成布线电路。接着，参照图2说明形成于第1驱动臂2、第2驱动臂3以及检测臂4的各电极的详细结构。如图2的(a)所示，设置于第1驱动臂2的第1表面201的一对第1和第2驱动电极12A、12B形成为设置于第1驱动臂2的第1表面201的第1电极15a、15b，设置在各第 1电极15a、15b上的压电体层16a、16b，以及设置在各压电体层16a、16b上的第2电极17a、 17b的层叠体。在第1驱动臂2的一对第1和第2驱动电极12A、12B中，各第1电极15a、15b和将压电体层16a、16b夹在中间相对的各第2电极17a、17b以极性不同的方式配置。此外， 第1驱动电极12A和第2驱动电极12B为反相的电极。在本实施方式中，将第1驱动电极12A的第1电极15a、和另一个第2驱动电极12B 的第2电极17b作为同相电极与相同的连接端子部Sl连接，将第1驱动电极12A的第2电极17a、和另一个第2驱动电极12B的第1电极15b作为同相电极与相同的连接端子部S2 连接。各连接端子部Si、S2在图1中省略图示，但是设置于例如支撑部6的支撑区域6a， 经由引绕至振动片1的第1表面201或侧面203的电极间布线与对应的各电极连接。此外，虽然未图示，但是，形成于与第1驱动臂2成对的第2驱动臂3的第1表面 201的一对第1和第2驱动电极13A、13B(参照图1)，与第1驱动臂2的上述第1和第2驱动电极12A、12B具有相同的电极结构。根据以第1驱动臂2和第2驱动臂3各自的Y方向的中心线为界使包含这种压电体层16a、16b的层叠体结构的第1和第2驱动电极12A、13A、12B、13B隔开并列配置的结构， 能够通过对第1驱动电极12A、13A和第2驱动电极12B、13B施加相互反相的交流电压，降低不利于驱动的电场分量，并且不容易妨碍第1驱动臂2和第2驱动臂3的自由伸缩，因此能够提高驱动效率。如图2的(b)所示，设置于检测臂4的第1表面201的一对第1和第2检测电极 14AU4B由设置于检测臂4的第1表面201的第1电极25a、25b，设置在各第1电极25a、 25b上的压电体层26a、26b，以及设置在各压电体层26a、26b上的第2电极27a、27b形成。在检测臂4的一对第1和第2检测电极14A、14B中，各第1电极25a、25b与将压电体层26a、26b夹在中间相对的各第2电极27a、27b以极性不同的方式配置。此外，第1 检测电极14A和第2检测电极14B为同相电极。由此，第1电极和第2电极分别被引出至各个连接端子部。在本实施方式中，第1 检测电极14A的第1电极25a与连接端子部S6连接，第2电极27a与连接端子部S5连接， 此外，第2检测电极14B的第1电极25b与连接端子部S4连接，第2电极27b与连接端子部S3连接。连接端子部S3 S6在图1中省略图示，但是设置于例如支撑部6的支撑区域6a，经由引绕至振动片1的第1表面201或侧面203的电极间布线与对应的各电极连接。根据以检测臂4的X方向中心线为界使包含这种压电体层26a、26b的层叠体结构的第1和第2检测电极14A、14B隔开并列配置的结构，不容易妨碍检测臂4的自由伸缩，因此，相对于所施加的角速度的检测灵敏度提高。〔振动片的动作〕 接着，参照
振动片1的动作方式的一例。图3的(a)、(b)是分别说明振动片1的动作方式的例子的概略俯视图。另外，在以下的振动片1的动作说明中，还想一并参照图2。首先，在图2所示的振动片1中，向第1驱动臂2的第1驱动电极12A和第2驱动电极12B输入激励信号。具体而言，经由连接端子部Sl向第1驱动电极12A的第1电极 15a和第2驱动电极12B的第2电极17b输入正电位(或负电位)，经由连接端子部S2向第1驱动电极12A的第2电极17a和第2驱动电极12B的第1电极15b输入负电位(或正电位)。于是，如图3的(a)所示，在第1驱动电极12A和第2驱动电极12B各自的第2电极和第1电极之间产生相反方向的电场，从而在各电极产生Y方向的拉伸或压缩。即，在第 1驱动电极12A产生拉伸(+Y)时在第2驱动电极12B产生压缩(_Y)，在第1驱动电极12A 产生压缩(-Υ)时在第2驱动电极12Β产生拉伸(+Y)。这样，通过输入交流信号来重复在第1驱动臂2上以Y方向的中心线为界隔开设置的第1驱动电极12Α和第2驱动电极12Β的Y方向的正负相反侧的伸长或压缩，第1驱动臂2重复士X方向的振动。另外，对于第2驱动臂3，也针对第1驱动电极13Α和第2驱动电极13Β进行与向上述第1驱动臂2中的第1驱动电极12Α和第2驱动电极12Β的交流信号输入相同的信号输入，由此重复与上述第1驱动臂2相同的士X方向上的振动。在此，如图3所示，针对第1驱动臂2和第2驱动臂3沿箭头2ν和箭头3ν的方向 (+X方向)振动时的振动片1的动作方式进行具体说明。首先，如图3的(a)所示，在第1驱动臂2和第2驱动臂3沿箭头2v和箭头3v的方向(+X方向)振动时，当对振动片1施加绕Y轴沿逆时针方向的旋转《y时，在与第1驱动臂2和第2驱动臂3的振动(面内振动)方向垂直的记号2S1和记号3S1的方向(+Z方向)产生科里奥利力。由此，在检测臂4上，沿与第1表面201 (参照图1)垂直的记号4S1的方向(-Z方向)产生振动(面外振动)。经由第1和第2检测电极14A、14B测定由于在检测臂4产生电场分量而产生的电荷量(电压)，从而能够得知对振动片1施加绕Y轴的旋转时的角速度，该电场分量通过该面外振动产生。另一方面，如图3的(b)所示，在第1驱动臂2和第2驱动臂3沿箭头2v和箭头 3v的方向(+X方向)振动时，当对振动片1施加绕Z轴沿逆时针方向的旋转ωζ时，在与第1驱动臂2和第2驱动臂3的振动(面内振动)方向垂直的记号2S2和记号3S2的方向 (-Y方向)产生科里奥利力。由此，在检测臂4上，产生与第1表面201 (参照图1)垂直的箭头4S2的方向(+Y 方向)的振动(面内振动)，由于该面内振动在检测臂4的第1检测电极14Α和第2检测电极14B产生相反方向的压缩或拉伸。能够通过对由于该第1检测电极14A和第2检测电极14B的压缩或拉伸而产生的电荷量的差分进行测定/计算，求出对振动片1施加绕Z轴的旋转时的角速度。 由此，根据本实施方式的振动片1，在对第1和第2驱动臂2、3输入激励信号来重复士 X方向的振动的情况下，能够针对绕Y轴和Z轴这两个检测轴的旋转，利用1个振动片 1检测相对于多个检测轴的旋转的角速度。由此，能够在封装等中水平配置振动片1的状态下，检测相对于多个检测轴的旋转的角速度。此外，根据本实施方式的振动片1，第1和第2驱动臂2、3和检测臂4不接近而以隔着基部5垂直的位置关系配置，因此能够提供如下的振动片1 防止驱动振动和检测振动耦合而使检测精度劣化，从而能够高精度地检测角速度。〔振动陀螺仪〕接着，参照
包含上述振动片1的作为角速度传感器的振动陀螺仪。图4说明振动陀螺仪的一个实施方式，图4的(a)是从上侧观察到的概略俯视图， 图4的(b)是示出图4的(a)的C-C线截面的概略剖视图。另外，在图4的(a)中，为了方便说明振动陀螺仪的内部结构，图示了拆下作为设置于振动陀螺仪上方的盖体的盖70后的状态。另外，在本实施方式的振动陀螺仪50中，针对与本实施方式的振动片1的构成部件具有同样功能的部件标注相同标号并省略详细说明，并且省略一部分图示。如图4所示，振动陀螺仪50具有封装60、作为该封装60的盖体的盖70、作为接合在封装内的电子部件的IC芯片80以及振动片1。封装60例如通过在平板状的第1层基板61上，依次重叠设置开口部的大小不同的矩形环状的第2层基板62、第3层基板63以及第4层基板64，形成具有阶梯或突起部的凹部，能够在该凹部内收纳振动片1和IC芯片80。作为封装60的材质，能够使用例如陶
瓷、玻璃等。在作为封装60的凹部的凹底部分的第1层基板61上，设置有配置IC芯片80的压料垫65。此外，在与第1层基板61的设置有压料垫65的面相反侧的封装60的外底面， 设置有供与外部基板接合的外部安装端子(未图示)。在封装60的凹部中，在以利用第2层基板62包围压料垫65的方式形成的阶梯上， 设置有与IC芯片80的多个电极片75对应接合的多个IC连接端子66。此外，在设置有多个IC连接端子66的第2层基板62上，在以包围IC连接端子66 的方式形成的第3层基板63的阶梯上，设置有振动片连接端子67。设置于封装60的上述各种端子的对应端子彼此通过未图示的引绕布线或通孔等的层内布线连接。IC芯片80具有作为用于驱动振动片1 (使其振动)的激励单元(驱动单元)的驱动电路、和作为检测在施加角速度时在振动片1产生的振动的检测单元的检测电路。具体而言，IC芯片80具有的驱动电路向形成于振动片1的第1和第2驱动臂2、3的第1和第2 驱动电极12A、13A、12B、13B提供驱动信号。此外，IC芯片80具有的检测电路放大在形成于振动片1的检测臂4的第1和第2检测电极14A、14B产生的检测信号而生成放大信号，并根据该放大信号检测施加到振动陀螺仪50的角速度。IC芯片80通过例如钎料99被粘接/固定在设置于封装60的凹部的凹底部分的压料垫65上。此外，在本实施方式中，IC芯片80和封装60使用引线接合法电连接。即，设置于IC芯片80的多个电极片75、和封装60的对应IC连接端子66通过接合线49连接。在封装60的凹部内，在IC芯片80的上方接合有振动片1。具体而言，形成于振动片1的支撑部6 (图1的支撑区域6a)的外部连接电极，与设置在通过封装60的第3层基板63形成的阶梯上的振动片连接端子67对位，通过例如导电性粘接剂等接合部件59在实现电连接的同时接合/固定。由此，振动片1将支撑部6作为固定端而被单臂支撑。在接合有IC芯片80和振动片1的封装60上，配置有作为盖体的盖70，密封封装 60的开口。作为盖70的材质，能够使用例如42合金(在铁中含有42%的镍的合金)或科瓦铁镍钴合金(铁、镍和钴的合金)等金属、陶瓷、或者玻璃等。例如，由金属构成的盖70 通过隔着起模为矩形环状而形成的密封圈69对科瓦铁镍钴合金等进行缝焊而与封装60接合。通过封装60和盖70形成的凹部空间是供振动片1进行动作的空间。在本实施方式的振动陀螺仪50中，上述凹部空间能够密闭/密封为减压空间或惰性气体环境。例如，在将凹部空间内设为减压空间来进行密闭密封的情况下，在设置于封装 60的密封孔(未图示)中配置例如球状的固体密封件的状态下放入真空腔室内，减压至预定的真空度使从振动陀螺仪50的内侧放出的气体从密封孔排出后，通过照射电子束或者激光等使密封件熔融并固化，由此闭塞密封孔来进行密封。另外，作为密封件的材料，期望是将比以下的回流温度高的温度设为熔点的材料，上述回流温度是将成品后的振动陀螺仪 50安装到外部安装基板时的回流温度，能够使用例如金和锡(Sn)的合金、或者金和锗(Ge) 的合金等。根据本实施方式的振动陀螺仪50，通过具有上述振动片1，能够在不纵向配置振动片1的情况下高灵敏度地检测两个检测轴中的角速度。由此，能够实现低高度，并且实现检测灵敏度高的作为角速度传感器的振动陀螺仪50。在上述实施方式中说明的作为角速度传感器的振动陀螺仪还能够作为以下的变形例来实施。(变形例)上述实施方式的振动片1构成为包括一对第1和第2驱动臂2、3和一个检测臂4， 但是不限于上述结构，能够设为任意数量η个的组合，即包括η对驱动臂和η个检测臂的结构。图5是说明包括2对驱动臂和2个检测臂的振动片的变形例的从上侧观察到的概略俯视图。此外，图6的(a)、(b)是分别说明本变形例的振动片的动作方式的例子的概略俯视图。另外，在本变形例的说明中，对与上述实施方式相同的结构标注相同标号并省略详细说明。在图5中，本变形例的振动片100具有基部(第1基部)5 ；从基部5的第1轴方向(Y轴方向)的两端部起沿第1轴方向以大致相同长度延伸的第1驱动臂2和第2驱动臂3 ；从基部5的侧面203起沿垂直于第1轴方向的第2轴方向(X轴方向)延伸的检测臂 (第1检测臂)4 ；以及从基部5的检测臂4延伸的侧面起以包围检测臂4的方式延伸的支撑部106。
支撑部106具有沿X轴方向比检测臂4更长地延伸的第1连接梁7和第2连接梁8 ；连接第1连接梁7和第2连接梁8的前端侧彼此的部分(以下将该部分表述为支撑部106)；以及后述的第3连接梁107和第4连接梁108。 并且，振动片100具有从第1连接梁7和第2连接梁8起延伸的第3连接梁107 和第4连接梁108、与(第1)基部5平行地延伸并连接第3连接梁107和第4连接梁108 的前端部彼此的第2基部105、从第2基部105的第1轴方向的两端部起沿第1轴方向以大致相同长度延伸的第3驱动臂102和第4驱动臂103、以及从第2基部105的连接第3连接梁107和第4连接梁108的侧面起沿第2轴方向延伸的第2检测臂114。第2检测臂114由支撑部106 (包括第3连接梁107和第4连接梁108)包围。在振动片100中，设置于第1驱动臂2、第2驱动臂3以及(第1)检测臂4的第1 表面201的各种电极与上述实施方式结构相同。与其同样，在第3驱动臂102、第4驱动臂 103以及第2检测臂114各自的第1表面201设置有各种电极。具体而言，在第3驱动臂102的第1表面201上，形成有沿第3驱动臂102的长度方向(Y轴方向)平行设置的一对第1和第2驱动电极112A、112B，在第4驱动臂的第1表面201上，形成有沿第4驱动臂103的长度方向平行设置的一对第1和第2驱动电极113A、 113B，在第2检测臂114的第1表面201上，形成有沿第2检测臂114的长度方向(X轴方向)平行设置的一对第1和第2检测电极114A、114B。即，本变形例的振动片100呈现以下方式与上述实施方式的振动片1共同使用支撑部106，以关于沿该支撑部106的Y轴方向(第1轴方向)延伸的虚拟中心线线对称的方式一体形成。支撑部106的大致中央被用作将振动片100接合/固定到外部时的支撑区域 106A。在本实施方式中，以振动片100的重心G为中心设定该支撑区域106A。由此，能够进一步平衡良好地支撑固定到外部的振动片100。接着，说明振动片100的动作方式的一例。在此，如图6所示，针对第1驱动臂2 和第2驱动臂3沿箭头2v和箭头3v的方向(+X方向)振动，第3驱动臂102和第4驱动臂103沿箭头102v和箭头103v的方向(_X方向)振动时的振动片100的动作方式进行说明。首先，如图6的(a)所示，在通过输入激励信号，第1驱动臂2和第2驱动臂3沿箭头2v和箭头3v的方向(+X方向)振动，第3驱动臂102和第4驱动臂103沿箭头102v和箭头103v的方向(-X方向)振动时，当对振动片100施加绕Y轴沿逆时针方向的旋转《y 时，在第1驱动臂2和第2驱动臂3上，在与振动(面内振动)方向垂直的记号2S1和记号 3S1的方向(+Z方向)产生科里奥利力，在第3驱动臂102和第4驱动臂103上，在与振动方向垂直的记号102S1和记号103S1的方向(-Z方向)产生科里奥利力。由于这些科里奥利力，在第1检测臂4和第2检测臂114上，产生与第1表面 201 (参照图5)垂直的记号4S1的方向(-Z方向)、和记号114S1的方向(+Z方向)的振动 (面外振动)。分别经由第1和第2检测电极14AU4B以及第1和第2检测电极114A、114B测定由于在第1检测臂4和第2检测臂114产生电场分量而产生的电荷量，从而能够得知对振动片100施加绕Y轴的旋转时的角速度，该电场分量通过该面外振动产生。
另一方面，如图6的(b)所示，在第1驱动臂2和第2驱动臂3沿箭头2v和箭头 3v的方向(+X方向)振动，第3驱动臂102和第4驱动臂103沿箭头102v和箭头103v的方向(-X方向)振动时，当对振动片100施加绕Z轴沿逆时针方向的旋转ωζ时，在与第1 驱动臂2和第2驱动臂3的振动(面内振动)的方向垂直的箭头2S2和3S2的方向(-Y方向)产生科里奥利力，在第3驱动臂102和第4驱动臂103上，在与振动方向垂直的记号 102S2和记号103S2的方向(+Y方向)产生科里奥利力。由于这些科里奥利力，在第1检测臂4上，产生与箭头2ν和箭头3ν的方向垂直的箭头4S2的方向(+Y方向)的振动(面内振动)，在第2检测臂114上，产生与箭头102ν和箭头103ν的方向垂直的记号114S2的方向(-Y方向)的振动(面内振动)。此外，由于这些面内振动而在第1检测臂4和第2检测臂114的第1检测电极14Α、 114Α和第2检测电极14Β、114Β分别产生相反方向的压缩或拉伸。能够通过对由于该第1 检测电极14Α、114Α和第2检测电极14Β、114Β的压缩或拉伸而产生的电荷量的差分进行测定/计算，求出对振动片100施加绕Z轴的旋转时的角速度。根据上述变形例的振动片100，能够在更加平衡良好地被支撑的状态下进行角速度检测，并且与上述实施方式的振动片1相比，驱动臂和检测臂都成为2倍，因此能够进行更高精度的角速度检测。以上，针对由发明人完成的本发明的实施方式进行了具体说明，但是本发明不限于上述实施方式及其变形例，能够在不脱离其主旨的范围内施加各种变更。例如，在上述实施方式和变形例中说明的特定形态，例如基部、振动片1的驱动臂或检测臂、连接梁、支撑部等的形状不受限定。同样，各电极、布线、端子等的位置或形状也不限于上述实施方式。尤其是，第1和第 2 驱动电极 12Α、12Β、13Α、13Β、112Α、112Β、113Α、113Β 以及第 1 和第 2 检测电极 14Α、14Β、 114Α、114Β的电极结构和配置不限于在上述实施方式和变形例中说明的特定结构和配置。 例如，检测电极也能够由以下的所谓叉指电极(IDT)构成具有两个用共同电极连接多个电极指的一端而成的梳齿状电极，并且以电极指彼此不接触的方式使梳齿状电极彼此相对配置。此时，只要以梳齿状电极的各电极指的长度方向与检测臂4、114的长度方向垂直的方式进行配置即可。此外，在上述实施方式中，说明了使用引线接合法通过接合线49将IC芯片80连接到封装内的结构。不限于此，也可以构成为使用其他安装方法，例如使用金属凸块(bump) 或导电性粘接剂等接合部件对IC芯片80等电子部件进行倒装接合。 此外，上述实施方式和变形例的振动片和角速度传感器还能够应用于数码相机、 汽车导航系统、移动电话、移动PC和游戏控制器等电子设备。如果使用上述实施方式和变形例的振动片和角速度传感器，则能够不竖立地安装角速度传感器，因此能够实现电子设备的低高度、小型化。
权利要求
1.一种振动片，其特征在于，该振动片具有基部；第1驱动臂，其从所述基部的第1轴方向的一端起沿所述第1轴方向延伸；第2驱动臂，其从所述基部的所述第1轴方向的另一端起沿所述第1轴方向延伸；驱动电极，其分别设置于所述第1驱动臂和所述第2驱动臂；检测臂，其从所述基部起沿垂直于所述第1轴方向的第2轴方向延伸；检测电极，其设置于所述检测臂；以及支撑部，其从所述基部起延伸，所述支撑部被设置成包围所述检测臂。
2.根据权利要求1所述的振动片，其特征在于， 所述振动片使用了压电体材料。
3.根据权利要求2所述的振动片，其特征在于， 所述压电体材料使用了石英。
4.根据权利要求1 3中的任意一项所述的振动片，其特征在于，所述驱动电极和所述检测电极是包含第1电极、第2电极以及压电体层的层叠体，其中，该压电体层设置于所述第1电极和所述第2电极之间，所述第1驱动臂、所述第2驱动臂以及所述检测臂沿各臂的所述延伸的方向并列设置有两个所述层叠体，并且，一个所述层叠体的所述第1电极和另一个所述层叠体的所述第2 电极电连接，并且一个所述层叠体的所述第2电极和另一个所述层叠体的所述第1电极电连接。
5.根据权利要求1 3中的任意一项所述的振动片，其特征在于， 所述检测电极使用了一对梳齿状电极。
6.一种角速度传感器，其特征在于，该角速度传感器具有 权利要求1 5中的任意一项所述的振动片；驱动单元，其在沿所述第2轴的同一方向驱动所述第1驱动臂和所述第2驱动臂；以及检测单元，其经由所述检测电极对在所述驱动时以所述第1轴为旋转轴进行旋转时， 由于在所述检测臂中产生的垂直于所述第1轴和所述第2轴的第3轴方向的振动而产生的电压进行检测。
7.一种角速度传感器，其特征在于，该角速度传感器具有 权利要求1 5中的任意一项所述的振动片；驱动单元，其在沿所述第2轴的同一方向驱动所述第1驱动臂和所述第2驱动臂；以及检测单元，其经由所述检测电极对在所述驱动时以垂直于所述第1轴和所述第2轴的第3轴为旋转轴进行旋转时，由于在所述检测臂中产生的所述第1轴方向的振动而产生的电压进行检测。
8.一种电子设备，其特征在于，该电子设备搭载有权利要求1 5中的任意一项所述的振动片。
全文摘要
本发明提供能够检测绕多个检测轴旋转的角速度的振动片、角速度传感器以及电子设备。振动片(1)具有基部(5)；从该基部的第1轴方向的两端部起沿第1轴方向延伸的第1驱动臂(2)和第2驱动臂(3)；从基部的侧面(203)起沿垂直于第1轴方向的第2轴方向延伸的检测臂(4)；从基部的侧面起以包围检测臂的方式延伸的支撑部(6)。支撑部具有从基部的侧面起沿第2轴方向延伸的第1连接梁(7)和第2连接梁(8)。在第1和第2驱动臂的第1表面(201)上形成有沿第1轴方向并列设置的第1和第2驱动电极(12A、12B)，在检测臂的第1表面上形成有沿第2轴方向并列设置的一对第1和第2检测电极(14A、14B)。
文档编号G01C19/56GK102221360SQ20111007639
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月28日 优先权日2010年3月29日
发明者志村匡史 申请人:精工爱普生株式会社