JP2013186029A - Vibration piece, sensor unit, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動片、センサーユニットおよび電子機器に関する。 The present invention relates to a resonator element, a sensor unit, and an electronic device.
車両における車体制御やカーナビゲーションシステムの自車位置検出、また、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの振動制御補正機能(所謂手ぶれ補正)などを充実させる角速度センサーとしての振動ジャイロセンサーが広く利用されている。振動ジャイロセンサーは、高弾性材料としての水晶などの圧電性単結晶物からなるジャイロ振動片により、物体の揺れや回転などの振動によってジャイロ振動片の一部に発生する電気信号を角速度として検出し、回転角を算出することによって物体の変位を求めるものである。 Vibration gyro sensors are widely used as angular velocity sensors that enhance vehicle control in vehicles, vehicle position detection in car navigation systems, and vibration control correction functions (so-called camera shake correction) for digital cameras and digital video cameras. . The vibration gyro sensor detects an electrical signal generated in a part of the gyro vibrating piece as an angular velocity by a vibration such as shaking or rotation of the object by a gyro vibrating piece made of a piezoelectric single crystal such as quartz as a highly elastic material. The displacement of the object is obtained by calculating the rotation angle.
ジャイロセンサーに用いられる振動片としては、水晶などの圧電体材料により形成された圧電振動片(ジャイロ素子)が広く用いられている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に記載の振動片は、水晶からなる基部と、基部の一端部から並行させて延伸された一対の振動腕と、を含む、所謂音叉型の圧電振動片である。各振動腕の主面(第1表面)には振動腕を励振する駆動電圧を供給する駆動電極(駆動用電極、励振電極)が設けられ、第1表面と直交する側面には検出電極が設けられている。そして、駆動電極に駆動信号(励振信号)を印加することにより、振動腕を振動させることができる。ここで、この振動片に駆動信号を印加して振動腕を第1表面に沿った方向に振動(面内振動)させているときに、振動腕の延伸方向の軸(例えば、水晶Z板を基材としたジャイロ素子の場合、Y軸)を検出軸として回転させると、コリオリの力により振動腕が第1表面と直交する方向に振動(面外振動)する。この面外振動の振幅は振動片の回転速度に比例することから角速度として検出することができる。
As a vibrating piece used for a gyro sensor, a piezoelectric vibrating piece (gyro element) formed of a piezoelectric material such as quartz is widely used (see, for example, Patent Document 1). The vibrating piece described in
上記のようなジャイロ素子の基部や振動腕は、圧電体材料、例えば水晶を、フォトリソグラフィーを用いてエッチング加工することにより一体に形成することができる。もともと、振動腕の断面形状は矩形状となるように設計されるが、水晶のエッチング異方性や加工プロセスのばらつきなどにより、矩形状とならずに、平行四辺形や菱形、あるいは、もっと複雑な不定形を呈する。このとき、振動腕の断面形状が、もともと設計されていた矩形状から大きくずれると、振動腕の振動方向が設計値からずれて、所謂漏れ出力という望まない振動漏れが発生し、ジャイロ素子の検出感度を劣化させる要因になる。このような漏れ出力を抑制する方法として、振動腕の基部との付け根近傍に切削部を設けたジャイロ素子が、例えば、特許文献2に紹介されている。 The base part and the vibrating arm of the gyro element as described above can be integrally formed by etching a piezoelectric material, for example, quartz using photolithography. Originally, the cross-sectional shape of the vibrating arm is designed to be rectangular, but due to the etching anisotropy of crystal and variations in processing processes, it does not become rectangular but parallelograms, rhombuses, or more complicated Presents an irregular shape. At this time, if the cross-sectional shape of the vibrating arm greatly deviates from the originally designed rectangular shape, the vibration direction of the vibrating arm deviates from the design value, so that an undesired vibration leak called so-called leakage output occurs, and the gyro element is detected. It becomes a factor which deteriorates sensitivity. As a method for suppressing such leakage output, for example, Patent Document 2 introduces a gyro element in which a cutting portion is provided near the base of a vibrating arm base.
特許文献2のジャイロ素子(角速度センサー素子)は、基部と、基部から延伸された振動腕と、を有し、振動腕には、振動腕の幅方向の振動を励振する駆動電極と、振動腕の厚み方向となる垂直振動による電荷を検出する検出電極(検出用電極)と、が設けられている。そして、振動腕の基部との付け根近傍において、振動腕の幅方向の少なくとも一方の端部に、レーザー加工により形成された複数の切削部が設けられている。振動腕の基部との付け根近傍に設けられた切削部によって、質量分布を変化させることにより漏れ出力(斜め振動)を抑制することができると記載されている。 The gyro element (angular velocity sensor element) of Patent Document 2 includes a base and a vibrating arm extending from the base, and the vibrating arm includes a drive electrode that excites vibration in the width direction of the vibrating arm, and a vibrating arm. And a detection electrode (detection electrode) for detecting charges due to vertical vibration in the thickness direction. In the vicinity of the base of the vibrating arm, a plurality of cutting portions formed by laser processing are provided at at least one end in the width direction of the vibrating arm. It is described that the leakage output (diagonal vibration) can be suppressed by changing the mass distribution by the cutting portion provided near the base of the vibrating arm.
しかしながら、特許文献2に記載のジャイロ素子では、漏れ出力抑制のための精緻な調整を行うには、極微細な切削部を設ける必要があり、近年、進展しているジャイロ素子(振動片)の小型化に伴って、切削部の形成が更に困難になるとともに、切削部の形成によってジャイロ素子の機械的な強度が弱くなるという課題があった。 However, in the gyro element described in Patent Document 2, it is necessary to provide an extremely fine cutting portion in order to perform fine adjustment for suppressing leakage output. With the downsizing, there is a problem that the formation of the cutting part becomes more difficult and the mechanical strength of the gyro element becomes weak due to the formation of the cutting part.
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。 The present invention can be realized as the following forms or application examples so as to solve at least one of the above-described problems.
〔適用例1〕本適用例の振動片は、厚さtの基材から形成された振動片であって、基部と、前記基部の一端から延出している一対の検出用振動腕と、前記基部の前記一端とは反対側の他端から延出している一対の駆動用振動腕と前記一端、または前記他端のいずれか一方から延出し、前記検出用振動腕または前記駆動用振動腕を挟むように設けられている一対の調整用振動腕と、を備え、前記厚さtと、前記検出用振動腕、または前記駆動用振動腕の一対の腕の間隔Bと、一方の前記調整用振動腕と、該調整用振動腕と隣り合う一方の前記検出用振動腕または前記駆動用振動腕との間隔Aと、他方の前記調整用振動腕と、該調整用振動腕と隣り合う他方の前記検出用振動腕または前記駆動用振動腕との間隔Cと、の関係が、
B<t、B×0.8<A<B×1.2、およびB×0.8<C<B×1.2、
であることを特徴とする。
Application Example 1 The vibration piece of this application example is a vibration piece formed of a base material having a thickness t, and includes a base, a pair of detection vibrating arms extending from one end of the base, A pair of drive vibrating arms extending from the other end of the base opposite to the one end and the one end or the other end, and the detection vibrating arm or the driving vibrating arm A pair of adjustment vibrating arms provided so as to be sandwiched between the thickness t, the detection vibrating arm, or the distance B between the pair of driving vibration arms, and one of the adjustment vibrating arms. An interval A between the vibrating arm and the one of the detecting vibrating arms or the driving vibrating arm adjacent to the adjusting vibrating arm, the other adjusting vibrating arm, and the other of the adjusting vibrating arm adjacent to the adjusting vibrating arm. The relationship between the detection vibrating arm or the driving vibration arm and the distance C is as follows:
B <t, B × 0.8 <A <B × 1.2, and B × 0.8 <C <B × 1.2,
It is characterized by being.
本適用例の振動片によれば、それぞれの振動腕(基材)の厚さtと、検出用振動腕、または駆動用振動腕のそれぞれの一対の腕と腕の間隔Bと、検出用振動腕、または駆動用振動腕と隣り合う調整用振動腕との間隔A、および間隔Cとの関係が、B×0.8<A<B×1.2、およびB×0.8<C<B×1.2となっている。
このように、検出用振動腕、または駆動用振動腕のそれぞれの一対の腕と腕の間隔Bを基準として、検出用振動腕、または駆動用振動腕と隣り合う調整用振動腕との間隔A、および間隔Cを構成することにより、基部とそれぞれの振動腕との連結部分の外形形状を安定的に形成することが可能となる。この連結部分の外形形状とは、検出用振動腕、または駆動用振動腕のそれぞれの一対の腕の内側に向き合って形成される角部の形状である。または、検出用振動腕または駆動用振動腕と、調整用振動腕とが向き合う内側に形成される一対の角部の形状である。
なお、それぞれの振動腕(基材)の厚さtと、検出用振動腕、または駆動用振動腕のそれぞれの一対の腕と腕の間隔Bとの関係が、B<tとなると、基部とそれぞれの振動腕との連結部分の外形形状が不安定になり易いことが知られている。
しかしながら、本適用例のような、間隔Bを基準として、検出用振動腕または駆動用振動腕と隣り合う調整用振動腕との間隔A、および間隔Cを構成することにより、B<tの構成であっても、基部とそれぞれの振動腕との連結部分の外形形状を安定的に形成することが可能となる。
これにより、基部とそれぞれの振動腕との連結部分の外形形状がばらつくことによって生じる振動漏れ出力の抑制、或いは不要モード振動(Tuxモード振動)の抑制が可能となり、振動片の振動特性を安定化することができることから、高感度、高精度の振動片を得ることができる。
このように、本適用例の振動片によれば、極微細な切削部を設けることなく振動漏れ出力の抑制、或いは不要モード振動(Tuxモード振動)の抑制が可能となることから、従来に比して、小型化に有利である。さらに、精緻な調整が可能となるので、小型で、機械的強度が高く、且つ、高感度な特性を有する振動片を提供することができる。
According to the resonator element of this application example, the thickness t of each vibrating arm (base material), the pair of arms of the detecting vibrating arm or the driving vibrating arm, and the distance B between the arms, and the detecting vibration The relationship between the arm or the distance A between the driving vibration arm and the adjacent adjustment vibration arm and the distance C is B × 0.8 <A <B × 1.2 and B × 0.8 <C <. B × 1.2.
As described above, the distance A between the detection vibrating arm or the driving vibrating arm and the adjustment vibrating arm adjacent to the detecting vibrating arm or the driving vibrating arm based on the distance B between the pair of arms of the detecting vibrating arm or the driving vibrating arm. By configuring the distance C, the outer shape of the connecting portion between the base and each vibrating arm can be stably formed. The outer shape of the connecting portion is a shape of a corner formed to face the inner side of each pair of arms of the detection vibrating arm or the driving vibrating arm. Or it is a shape of a pair of corner | angular part formed inside the vibrating arm for detection or the vibrating arm for a drive, and the vibrating arm for adjustment.
When the relationship between the thickness t of each vibrating arm (base material) and the pair of arms of the vibrating arm for detection or the vibrating arm for driving and the arm spacing B is B <t, It is known that the outer shape of the connecting portion with each vibrating arm tends to be unstable.
However, as in this application example, by configuring the distance A and the distance C between the vibrating arm for detection or the driving vibrating arm and the adjacent vibrating arm based on the distance B, the configuration of B <t Even so, it is possible to stably form the outer shape of the connecting portion between the base and each vibrating arm.
As a result, it is possible to suppress vibration leakage output caused by variations in the outer shape of the connecting portion between the base and each vibrating arm, or to suppress unnecessary mode vibration (Tux mode vibration), and stabilize the vibration characteristics of the resonator element. Therefore, a highly sensitive and highly accurate vibrating piece can be obtained.
Thus, according to the resonator element of this application example, vibration leakage output can be suppressed or unnecessary mode vibration (Tux mode vibration) can be suppressed without providing an extremely fine cutting portion. Thus, it is advantageous for downsizing. Furthermore, since precise adjustment is possible, a resonator element having a small size, high mechanical strength, and high sensitivity can be provided.
〔適用例2〕上述の適用例において、さらに、前記一対の調整用振動腕を挟むように設けられている一対のバランス用振動腕を有し、一方の前記調整用振動腕と、該調整用振動腕と隣り合う一方の前記バランス用振動腕との間隔Dと、他方の前記調整用振動腕と、該調整用振動腕と隣り合う他方の前記バランス用振動腕との間隔Eと、の関係が、
A×0.8<D<A×1.2、およびC×0.8<E<C×1.2、
であることを特徴とする。
Application Example 2 In the application example described above, a pair of balance vibration arms provided so as to sandwich the pair of adjustment vibration arms, and the one adjustment vibration arm and the adjustment vibration arm. The relationship between the distance D between the balance vibrating arm adjacent to the vibrating arm and the distance E between the other adjustment vibrating arm and the other balance vibrating arm adjacent to the adjustment vibrating arm. But,
A × 0.8 <D <A × 1.2, and C × 0.8 <E <C × 1.2,
It is characterized by being.
上述の適用例によれば、前述の適用例に加えて、バランス用振動腕が設けられている。そして、調整用振動腕と一方のバランス用振動腕との間隔Dと、他方の調整用振動腕と他方のバランス用振動腕との間隔Eと、の関係が、A×0.8<D<A×1.2、およびC×0.8<E<C×1.2となっている。
このように、バランス用振動腕が設けられていることにより、さらに振動漏れ出力の抑制、或いは不要モード振動(Tuxモード振動)の抑制が可能となる。また、それに加えて、それぞれの振動腕の間隔をA×0.8<D<A×1.2、およびC×0.8<E<C×1.2とすることで、前述の適用例と同様な効果を得ることが可能となる。
According to the above application example, in addition to the above application example, the balance vibrating arm is provided. The relationship between the distance D between the adjustment vibration arm and one balance vibration arm and the distance E between the other adjustment vibration arm and the other balance vibration arm is A × 0.8 <D <. A × 1.2 and C × 0.8 <E <C × 1.2.
Thus, by providing the balance vibrating arm, it is possible to further suppress the vibration leakage output or the unnecessary mode vibration (Tux mode vibration). In addition, the above-described application example is achieved by setting the intervals of the vibrating arms to A × 0.8 <D <A × 1.2 and C × 0.8 <E <C × 1.2. The same effect can be obtained.
〔適用例3〕上述の適用例において、前記検出用振動腕には検出用電極が設けられ、前記調整用振動腕には金属膜が設けられ、前記金属膜と前記検出用電極とが電気的に接続されている、ことを特徴とする。 Application Example 3 In the application example described above, the detection vibrating arm is provided with a detection electrode, the adjustment vibrating arm is provided with a metal film, and the metal film and the detection electrode are electrically connected. It is connected to.
上述の適用例によれば、調整用振動腕の調整部に設けた金属膜の一部を、例えばレーザー照射により除去したり、または、蒸着やスパッタリングにより金属膜を付加したりすることにより、調整用振動腕の電荷(電流)を制御することで、より精緻な漏れ出力の抑制調整を行うことができる。 According to the application example described above, a part of the metal film provided in the adjustment part of the adjustment vibrating arm is removed by, for example, laser irradiation, or the metal film is added by vapor deposition or sputtering. By controlling the charge (current) of the vibrating arm for use, it is possible to perform more precise adjustment of the leakage output.
〔適用例4〕上述の適用例において、前記調整用振動腕の前記基部の側とは反対側の先端部に、幅広部が設けられている、ことを特徴とする。 Application Example 4 In the application example described above, a wide portion is provided at a distal end portion of the adjustment vibrating arm opposite to the base portion side.
上述の適用例によれば、調整用振動腕の長さの増大を抑えながら漏れ振動の抑制効果を向上させることができるとともに、漏れ振動を抑制するための調整範囲が広くとれるので、より小型で高感度な特性を有する振動片を提供することができる。 According to the application example described above, it is possible to improve the effect of suppressing the leakage vibration while suppressing an increase in the length of the adjusting vibration arm, and it is possible to increase the adjustment range for suppressing the leakage vibration. A resonator element having a highly sensitive characteristic can be provided.
〔適用例5〕上述の適用例において、前記調整用振動腕の長さが、前記駆動用振動腕及び前記検出用振動腕の長さより短い、ことを特徴とする。 Application Example 5 In the application example described above, the length of the adjustment vibration arm is shorter than the length of the drive vibration arm and the detection vibration arm.
上述の適用例によれば、漏れ出力を調整するための調整用振動腕の振動が、駆動用振動腕と検出用振動腕による振動片の主要な振動を阻害することがないので、振動片の振動特性が安定するとともに、振動片の小型化にも有利である。 According to the application example described above, the vibration of the vibration arm for adjustment for adjusting the leakage output does not hinder the main vibration of the vibration piece by the vibration arm for driving and the vibration arm for detection. The vibration characteristics are stabilized, and it is advantageous for downsizing the resonator element.
〔適用例6〕本適用例のセンサーユニットは、上記適用例のいずれか一例に記載の振動片と、前記駆動用振動腕を励振させる駆動回路と、前記検出用振動腕に生じる検出信号を検出する検出回路と、を含む電子部品と、前記振動片と、前記電子部品と、を収容するパッケージと、を備えている。 Application Example 6 A sensor unit according to this application example detects the resonator element according to any one of the application examples described above, a drive circuit that excites the drive vibration arm, and a detection signal generated in the detection vibration arm. An electronic component including a detection circuit, a package that accommodates the vibration piece, and the electronic component.
本適用例のセンサーユニットによれば、センサーユニットは、上記適用例のいずれか一例に記載の効果を有する振動片を備えたセンサーユニットを得ることができる。加えて、上記構成のようなパッケージタイプのセンサーユニットは、小型化・薄型化に有利であるとともに耐衝撃性を高くすることができる。 According to the sensor unit of this application example, the sensor unit can obtain a sensor unit including the resonator element having the effects described in any one of the application examples. In addition, the package type sensor unit having the above-described configuration is advantageous for downsizing and thinning, and can have high impact resistance.
〔適用例7〕本適用例の電子機器は、上述の振動片を備えている。 Application Example 7 An electronic apparatus according to this application example includes the above-described vibrating element.
本適用例の電子機器によれば、上記適用例のいずれかにかかる漏れ出力を抑制する調整が施された高感度の振動片を備えているので、高機能で安定した特性を有する電子機器を提供することができる。 According to the electronic device of this application example, since the high-sensitivity vibration piece that has been adjusted to suppress the leakage output according to any of the above application examples is provided, an electronic device having a high-function and stable characteristic is provided. Can be provided.
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1実施形態に係るジャイロ素子)
まず、本発明の振動片を振動ジャイロ素子に具体化した実施形態について説明する。図1は、振動片としての振動ジャイロ素子の一実施形態を示す、(a)は模式図的に示す斜視図、(b)が模式図的に示す平面図である。図1(a)に示すように、振動片としての振動ジャイロ素子10(以下、ジャイロ素子10という)は、基材(主要部分を構成する材料)を加工することにより一体に形成された基部1と、駆動用振動腕2a,2bおよび検出用振動腕3a,3bと、調整用振動腕4a,4bとを有している。更に、基部1から延出する第1連結部5aと、第1連結部5aに連結し図示しないパッケージ等の基板に固定される第1固定部5bと、により第1支持部5が形成され、基部1から延出する第2連結部6aと、第2連結部6aに連結し図示しないパッケージ等の基板に固定される第2固定部6bと、により第2支持部6が形成されている。
(Gyro element according to the first embodiment)
First, an embodiment in which the resonator element of the invention is embodied as a vibrating gyro element will be described. 1A and 1B show an embodiment of a vibrating gyro element as a vibrating piece, in which FIG. 1A is a schematic perspective view and FIG. 1B is a plan view schematically shown. As shown in FIG. 1 (a), a vibrating gyro element 10 (hereinafter referred to as a gyro element 10) as a vibrating piece is a
本実施形態のジャイロ素子10では、基材として圧電体材料である水晶を用いた例について説明する。水晶は、電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸及び光学軸と呼ばれるZ軸を有している。本実施形態では、水晶結晶軸において直交するX軸及びY軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するZ軸方向に所定の厚さtを有した所謂水晶Z板を基材として用いた例を説明する。なお、ここでいう所定の厚さtは、発振周波数(共振周波数)、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。また、ジャイロ素子10を形成する平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、X軸、Y軸及びZ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、X軸を中心に0度から2度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Y軸及びZ軸についても同様である。
In the
ジャイロ素子10は、中心部分に位置する略矩形状の基部1と、基部1のY軸方向の端部のうち一方の端部(図中(−)Y方向の端部)から、並行するようにY軸に沿って延伸された一対の駆動用振動腕2a,2bと、基部1の他方の端部(図中(+)Y方向の端部)からY軸に沿って、間隔Bを持って並行に延伸された一対の検出用振動腕3a,3bと、を有している。このように、基部1の両端部から、一対の駆動用振動腕2a,2bと、一対の検出用振動腕3a,3bとが、それぞれ同軸方向に延伸されている。このような形状から、本実施形態に係るジャイロ素子10は、H型振動片(H型ジャイロ素子)と呼ばれることがある。H型のジャイロ素子10は、駆動用振動腕2a,2bと検出用振動腕3a,3bとが、基部1の同一軸方向の両端部からそれぞれ延伸されているので、駆動系と検出系が分離されることから、駆動系と検出系の電極間あるいは配線間の静電結合が低減され、検出感度が安定するという特徴を有する。なお、本実施形態ではH型振動片を例に駆動用振動腕および検出用振動腕を各々2本ずつ設けているが、振動腕の本数は1本であっても3本以上であっても良い。また、1本の振動腕に駆動用電極と検出用電極を形成しても良い。
The
また、ジャイロ素子10は、水晶の結晶X軸(電気軸)と交差する方向に検出用振動腕3a,3bと並行させてかつ検出用振動腕3a,3bを挟むように、基部1から一対の調整用振動腕4a,4bが延出されている。即ち、調整用振動腕4a,4bは、Y軸に沿って(+)Y方向に延伸されている。さらに、一方の調整用振動腕4aは、隣り合う検出用振動腕3aとの間隔Aを有しており、他方の調整用振動腕4bは、隣り合う検出用振動腕3bとの間隔Cを有している。そして、この間隔Aおよび間隔Cと、一対の検出用振動腕3a,3bの間隔Bと、基材の厚さtと、の関係が、
B<t、B×0.8<A<B×1.2、およびB×0.8<C<B×1.2、
となるように、調整用振動腕4a,4bおよび検出用振動腕3a,3bが形成されている。また、調整用振動腕4a,4bは、駆動用振動腕2a,2bおよび検出用振動腕3a,3bよりも全長が短く形成されている。これにより、漏れ出力を調整するための調整用振動腕4a,4bの振動が、駆動用振動腕2a,2bと検出用振動腕3a,3bによるジャイロ素子10の主要な振動を阻害することがないので、ジャイロ素子10の振動特性が安定するとともに、ジャイロ素子10の小型化にも有利となる。
In addition, the
B <t, B × 0.8 <A <B × 1.2, and B × 0.8 <C <B × 1.2,
Thus, the
基部1の中央は、ジャイロ素子10の重心とすることができる。そして、X軸、Y軸及びZ軸は、互いに直交し、重心を通るものとする。ジャイロ素子10の外形は、重心を通るY軸方向の仮想の中心線に対して線対称とすることができる。これにより、ジャイロ素子10の外形はバランスのよいものとなり、ジャイロ素子10の特性が安定して、検出感度が向上するので好ましい。このようなジャイロ素子10の外形形状は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング(ウェットエッチングまたはドライエッチング)により形成することができる。なお、ジャイロ素子10は、1枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。
The center of the
また、上述のように、間隔Aおよび間隔Cと、一対の検出用振動腕3a,3bの間隔Bと、基材の厚さtと、の関係が、B<t、B×0.8<A<B×1.2、およびB×0.8<C<B×1.2、となるように調整用振動腕4a,4bおよび検出用振動腕3a,3bが設けられていることで、以下のような効果を得ることが可能となる。このように、検出用振動腕3a,3bの一対の腕と腕の間隔Bを基準として、検出用振動腕3a,3bと隣り合う調整用振動腕4a,4bとの間隔A、および間隔Cを構成することにより、基部1と検出用振動腕3a,3bおよび調整用振動腕4a,4bとの連結部分の外形形状を安定的に形成することが可能となる。
Further, as described above, the relationship between the distance A and the distance C, the distance B between the pair of
ここで、ジャイロ素子10の外形形状の形成と振動特性の関係について詳細に説明する。ジャイロ素子10の外形形状を、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング加工により形成すると、水晶のエッチング異方性により基部1と検出用振動腕3a,3bおよび調整用振動腕4a,4bとの連結部分(角部)にエッチング残り(ヒレともいう)3c,3d,3e,3f,4c,4dを生じる。
Here, the relationship between the formation of the outer shape of the
このエッチング残り3c,3d,3e,3f,4c,4dは、水晶のエッチング異方性によりそれぞれの振動腕の付け根位置によって大きさが異なる。例えば、検出用振動腕3aでは、図示左側(調整用振動腕4aに対向する側)の根元に生じるエッチング残り3cが、図示右側(検出用振動腕3bに対向する側)の根元に生じるエッチング残り3eよりも大きくなる。同様に、検出用振動腕3bでは、図示左側の根元(検出用振動腕3aに対向する側)に生じるエッチング残り3dが、図示右側の根元(調整用振動腕4bに対向する側)に生じるエッチング残り3fよりも大きくなる。また、同様に調整用振動腕4aには、図示右側(検出用振動腕3aに対向する側)の根元にエッチング残り4dが生じるが、隣り合う検出用振動腕3aの調整用振動腕4aに対向する側の根元に生じるエッチング残り3cよりも小さくなる。また、同様に調整用振動腕4bには、図示左側(検出用振動腕3bに対向する側)の根元にエッチング残り4cが生じるが、隣り合う検出用振動腕3bの調整用振動腕4bに対向する側の根元に生じるエッチング残り3fよりも大きくなる。
The etching remainders 3c, 3d, 3e, 3f, 4c, and 4d have different sizes depending on the root positions of the respective vibrating arms due to the etching anisotropy of the crystal. For example, in the
このような現象は、特に長いエッチング加工時間が必要となる、基材の厚さtが大きい(厚い)場合、即ち基材の厚さtが検出用振動腕3a,3bの一対の腕と腕の間隔Bより大きい(厚い)場合、或いは隣り合う振動腕と振動腕の間隔(上述の間隔A,B,C)が狭い場合などに顕著に出現する。なお、基材の厚さtが検出用振動腕3a,3bの一対の腕と腕の間隔Bより小さい(薄い)場合にも有効であるが、この場合は短時間でのエッチング加工時間となり、エッチング残り3c,3d,3e,3f,4c,4dが比較的小さくなるため振動特性への影響を受け難い。そして、隣り合う(向き合う)振動腕の根元に生じるエッチング残りの大きさが異なる(外形形状がばらつく)ことにより、それぞれの振動腕の振動数或いは振動モードが僅かにずれる。このずれにより、それぞれの振動腕の振動の釣り合いが崩れ、振動漏れ出力、或いは不要モード振動(TuXモード振動)などを生じ易くなる。
Such a phenomenon requires a particularly long etching time. When the base material thickness t is large (thick), that is, the base material thickness t is a pair of arms and arms of the
本実施形態のジャイロ素子10では、一対の検出用振動腕3a,3bの間隔Bと、基材の厚さtとの関係がB<tのとき、一方の調整用振動腕4aと隣り合う検出用振動腕3aとの間隔A、他方の調整用振動腕4bと隣り合う検出用振動腕3bとの間隔C、および一対の検出用振動腕3a,3bの間隔Bの関係が、B×0.8<A<B×1.2、およびB×0.8<C<B×1.2、となっている。これにより、それぞれの振動腕の根元に形成されるエッチング残り3c,3d,3e,3f,4c,4dを安定的な形状を形成することが可能となる。したがって、それぞれの振動腕の根元に形成される大きなエッチング残りやエッチング残りの形状ばらつきなどによって生じる振動漏れ出力、或いは不要モード振動(TuXモード振動)の抑制が可能となり、振動片の振動特性を安定化することができることから、高感度、高精度の振動片を得ることができる。
In the
なお、間隔A,Cを間隔Bの1.2倍以上とすることもできるが、ジャイロ素子10の外形形状が大きくなり、小型化の要求を満たすことができなくなり実用的でない。
Although the distances A and C can be set to 1.2 times or more the distance B, the outer shape of the
次に、ジャイロ素子10の電極配置の一実施形態について説明する。図2は、第1実施形態に係るジャイロ素子10の電極配置を示し、(a)は一方の主面側の電極配置を示す平面図、(b)は他方の主面側の電極配置を示す平面図、(c)は(a)に示す駆動用振動腕2a,2bのA−A´部における断面図、(d)は(a)に示す検出用振動腕3a,3bおよび調整用振動腕4a,4bのB−B´部における断面図である。
Next, an embodiment of the electrode arrangement of the
図2(a)に示すように、駆動用振動腕2a,2bを駆動させるために電極11,12が形成されている。電極11,12は図2(c)に示すように、駆動用振動腕2aの一方の主面2cには駆動用電極11aが、および他方の主面2dには駆動用電極11bが、形成されている。また、駆動用振動腕2aの一方の側面2e、および他方の側面2fには駆動用電極12cが、駆動用振動腕2aの先端部を含んで形成されている。同様に、駆動用振動腕2bの一方の主面2gには駆動用電極12aが、および他方の主面2hには駆動用電極12bが、形成されている。また、駆動用振動腕2bの一方の側面2j、および他方の側面2kには駆動用電極11cが、駆動用振動腕2bの先端部を含んで形成されている。
As shown in FIG. 2A,
駆動用振動腕2a,2bに形成された駆動用電極11a,11b,11c,12a,12b,12cは、駆動用振動腕2a,2bを介して対向配置される駆動用電極間において同電位となるように配置される。図2(a),(b)に示すように、電極11では配線11d,11eによって接続される第1固定部5bに形成された接続パッド11f、および電極12では配線12d,12eによって接続される第2固定部6bに形成された接続パッド12f、を通して電極11と電極12との間に電位差を交互に与えることにより駆動用振動腕2a,2bは、いわゆる音叉振動が励振される。
The driving
次に、検出用振動腕3a,3bに形成され、検出用振動腕3a,3bが振動することによって基材である水晶に発生するひずみを検出する検出用電極について説明する。図2(a),(b)に示すように、検出用振動腕3aでは、一方の主面3cには、検出用振動腕3aの延出方向に沿って検出用電極21a,22aが形成されている。また、主面3cの反対側の他方の主面3dにも、検出用振動腕3aの延出方向に沿って検出用電極21b,22bが形成されている。そして、検出用電極22aと検出用電極22bとは、検出用振動腕3aの先端部を経由して電気的に接続され、検出用電極21a,21bは検出用振動腕3aの先端近傍まで延設されている。検出用電極21a,21bはそれぞれ、配線21d,21e,21f,21gにより第1固定部5bに形成された接続パッド21hと電気的に接続されている。また、検出用電極22a,22bはそれぞれ、配線22dと、後述する調整用振動腕4aに形成された調整用電極22cと、配線22eにより第1固定部5bに形成された接続パッド22fと電気的に接続されている。
Next, the detection electrodes that are formed on the
検出用電極21aと検出用電極21bとは同電位となるように接続され、検出用電極22aと検出用電極22bとは同電位となるように接続されている。これにより、検出用振動腕3aの振動によって生じるひずみが、検出用電極21a,21bと検出用電極22a,22bの電極間の電位差を検出することにより検出される。すなわち、電極21と電極22との電位差を接続パッド21h,22fから検出する。
The
同様に検出用振動腕3bにおいても、一方の主面3eには、検出用振動腕3bの延出方向に沿って検出用電極31a,32aが形成されている。また、主面3eの反対側の他方の主面3fにも、検出用振動腕3bの延出方向に沿って検出用電極31b,32bが形成されている。そして、検出用電極32aと検出用電極32bとは、検出用振動腕3bの先端部を経由して電気的に接続され、検出用電極31a,31bは検出用振動腕3bの先端近傍まで延設されている。検出用電極31a,31bはそれぞれ、配線31e,31f,31gにより第2固定部6bに形成された接続パッド31hと電気的に接続されている。また、検出用電極32a,32bはそれぞれ、配線32dと、後述する調整用振動腕4bに形成された調整用電極32cと、配線32eにより第2固定部6bに形成された接続パッド32fと電気的に接続されている。そして、検出用電極31aと検出用電極31bとは同電位となるように接続され、検出用電極32aと検出用電極32bとは同電位となるように接続されている。これにより、検出用振動腕3bの振動によって生じるひずみが、検出用電極31a,31bと検出用電極32a,32bの電極間の電位差となり、この電位差が検出される。すなわち、電極31と電極32との電位差を接続パッド31h,32fから検出する。
Similarly, in the
次に、調整用振動腕4a,4bに設けられた調整部としての電極について説明する。図2(a),(b),(d)に示すように、調整用振動腕4aには、一方の主面4cには調整用電極21cと、主面4cの反対側の他方の主面4dには調整用電極21dと、が同電位の調整用電極として形成されている。また調整用振動腕4aの一方の側面4eには調整用電極22cと、側面4eの反対側の他方の側面4fには、側面4eの調整用電極22cと調整用振動腕4aの先端を経由して連続する調整用電極22cと、が形成されている。調整用電極21c,21dは配線21f,21gにより、接続パッド21hに接続されている。そして、調整用電極22cは配線22eにより、接続パッド22fに電気的に接続されている。同様に、調整用振動腕4bには、一方の主面4gには調整用電極31cと、主面4gの反対側の他方の主面4hには調整用電極31dと、が同電位の調整用電極として形成されている。また調整用振動腕4bの一方の側面4jには調整用電極32cと、側面4jの反対側の他方の側面4kには、側面4jの調整用電極32cと調整用振動腕4bの先端を経由して連続する調整用電極32cと、が形成されている。調整用電極31c,31dは配線31f,31gにより、接続パッド31hに接続されている。そして、調整用電極32cは配線32eにより、接続パッド32fに電気的に接続されている。
Next, an electrode as an adjustment portion provided on the
上述したように、本実施形態に係るジャイロ素子10によれば、駆動用振動腕2a,2bを所定の励振駆動信号を印加させることにより振動させた状態で、ジャイロ素子10に角速度が加わることにより、検出用振動腕3a,3bにはコリオリ力による振動が生じる。この検出用振動腕3a,3bの振動によって調整用振動腕4a,4bが励振される。そこで、調整用振動腕4a,4bに設けられた金属膜である調整用電極21c,21d,22c,31c,31d,32cの重さを増減させたり、調整用電極21c,21d,22c,31c,31d,32cの体積を増減させたりして電荷量を変化させることにより、検出用振動腕3a,3bの望まれない漏れ出力を抑制できる。
As described above, according to the
従って、ジャイロ素子10の基材である水晶のエッチング異方性や、製造ばらつきなどによって生じる駆動用振動腕2a,2bや検出用振動腕3a,3bの断面形状のばらつき等によって起こり得る漏れ出力が原因となる検出感度の低下を抑制することができ、感度の高い振動片としてのジャイロ素子10を提供することができる。
Therefore, the leakage output that may occur due to the variation in the cross-sectional shape of the driving
なお、上記の実施形態に係るジャイロ素子の説明では、基部1の一方端に、一対の検出用振動腕3a,3bと、検出用振動腕3a,3bを挟む一対の調整用振動腕4a,4bとが設けられ、他方端に一対の駆動用振動腕2a,2bが設けられている例を用いたが、この構成に限らない。例えば、駆動用振動腕と調整用振動腕とが、基部の同じ端から同方向に延出されている形態でもよい。詳述すると、ジャイロ素子は、基部の一方端に、一対の駆動用振動腕と、駆動用振動腕を挟む一対の調整用振動腕とが設けられ、基部の他方端に、一対の検出用振動腕が設けられている(図10参照)。
このような形態は、以降説明する実施形態、変形例に係るジャイロ素子に適用することができる。
In the description of the gyro element according to the above-described embodiment, the pair of vibrating vibrating
Such a form can be applied to gyro elements according to embodiments and modifications described below.
図3は、第1実施形態に係るジャイロ素子10のその他の形態を示す平面図である。図3(a)に示すジャイロ素子1Aは、基部1に第1連結部5a、第2連結部6aによって連結される固定部7が枠状の形状を有している。すなわち、第1実施形態に係るジャイロ素子10における第1固定部5bと第2固定部6bとが、本例では駆動用振動腕2a,2bの側で一体的に繋がった固定部7が形成されている。なお、ジャイロ素子1Aにおいても、一方の調整用振動腕4aは、隣り合う検出用振動腕3aとの間隔Aを有しており、他方の調整用振動腕4bは、隣り合う検出用振動腕3bとの間隔Cを有している。そして、この間隔Aおよび間隔Cと、一対の検出用振動腕3a,3bの間隔Bと、基材の厚さtと、の関係が、B<t、B×0.8<A<B×1.2、およびB×0.8<C<B×1.2、となるように、調整用振動腕4a,4bおよび検出用振動腕3a,3bが形成されている。
FIG. 3 is a plan view showing another form of the
また、図3(b)に示すジャイロ素子1Bは、枠状の固定部8の内側に基部1、駆動用振動腕2a,2b、検出用振動腕3a,3b、そして調整用振動腕4a,4bが配置され、第1連結部5a、第2連結部6aによって基部1と固定部8が連結された形態となっている。なお、ジャイロ素子1Bにおいても、一方の調整用振動腕4aは、隣り合う検出用振動腕3aとの間隔Aを有しており、他方の調整用振動腕4bは、隣り合う検出用振動腕3bとの間隔Cを有している。そして、この間隔Aおよび間隔Cと、一対の検出用振動腕3a,3bの間隔Bと、基材の厚さtと、の関係が、B<t、B×0.8<A<B×1.2、およびB×0.8<C<B×1.2、となるように、調整用振動腕4a,4bおよび検出用振動腕3a,3bが形成されている。
3B, the
このように、図3(a),(b)に示すようなジャイロ素子1A,1Bによれば、前述のジャイロ素子10で説明した効果に加え、後述するパッケージにジャイロ素子1A,1Bを収納したジャイロユニットを形成する際に、パッケージに固定される固定部7あるいは固定部8の固定面積が広いことによって固定力が高められることで、パッケージへの振動漏れを抑制することができる。また、固定部7あるいは8が枠状であることにより、ジャイロ素子1A,1Bの強度を高め、固定部7あるいは固定部8への振動漏れを抑制することができる。
As described above, according to the
(変形例1)
上述の第1実施形態のジャイロ素子10において、調整用振動腕4a,4bは、先端部に質量を付加することが可能となる形状変化を加えることにより、ジャイロ素子10の高感度化に寄与する効果をさらに向上させることができる。図4は、調整用振動腕の先端に幅広部を設けた振動片としてのジャイロ素子の変形例を示す模式図的な平面図である。なお、図4において、第1実施形態に係るジャイロ素子10と同じ構成については、同一符号を付して説明を省略し、また、図示も省略する。
(Modification 1)
In the
図4に示すように、本変形例のジャイロ素子1Cは、第1実施形態に係るジャイロ素子10と同一構成の基部1と、基部1のY軸方向の両端部からそれぞれ延伸された一対の駆動用振動腕2a,2b、および、一対の検出用振動腕3a,3bを有している。また、検出用振動腕3aのX(−)方向に隣り合いY方向に基部1より延出する調整用振動腕15aと、検出用振動腕3bのX(+)方向に隣り合いY方向に基部1より延出する調整用振動腕15bと、を有している。また、ジャイロ素子1Cにおいても、一方の調整用振動腕15aは、隣り合う検出用振動腕3aとの間隔Aを有しており、他方の調整用振動腕15bは、隣り合う検出用振動腕3bとの間隔Cを有している。そして、この間隔Aおよび間隔Cと、一対の検出用振動腕3a,3bの間隔Bと、基材の厚さtと、の関係が、B<t、B×0.8<A<B×1.2、およびB×0.8<C<B×1.2、となるように、調整用振動腕15a,15bおよび検出用振動腕3a,3bが形成されている。調整用振動腕15a,15bの主面には、ジャイロ素子1Cの漏れ出力を調整するための膜体としての調整用電極21c,31cが、調整用振動腕15a,15bの側面には、調整用電極22c,32cが、それぞれ設けられている。
As shown in FIG. 4, the
調整用振動腕15a,15bの先端側には、調整用振動腕15a,15bより幅が広い(X軸方向の長さが長い)略矩形状の幅広部としての錘部16a,16bが設けられている。錘部16a,16bの表面には、膜体40a,40bが設けられている。なお、膜体は、錘部16a,16bの両主面、および、図示を省略したが両側面に設けることができる。また、膜体40a,40bは、他の電極と同じ金属材料により形成してもよいし、不導体材料により形成してもよい。他の電極と同じ金属材料により膜体40a,40bを形成することにより、他の電極と同時に製造することができるので生産性を高めることができる。また、不導体材料により膜体40a,40bを形成することにより、膜体形成材料の選択肢が広がる点で有利となる。なお、膜体形成材料としては、なるべく密度の高い(比重が大きい)材料を用いることが好ましい。
変形例1に係るジャイロ素子1Cによれば、第1実施形態に係るジャイロ素子10で説明した調整用振動腕4a,4bと同様に調整用振動腕15a,15bを備えることにより、漏れ振動が抑制されたジャイロ素子1Cを得ることができる。さらに、各調整用振動腕15a,15bの先端側に幅広部としての錘部16a,16bを有していることにより、調整用振動腕15a,15bの長さの増大を抑えながら漏れ振動の抑制効果を向上させることができる。更に、漏れ振動を抑制するための調整用振動腕15a,15bに備える膜体(電極)重量の調整範囲が広くとれるので、漏れ振動抑制のための精緻な調整が可能となり、より感度の高いジャイロ素子1Cを提供することができる。
According to the
(第2実施形態に係るジャイロ素子)
第2実施形態に係るジャイロ素子について、図5に沿って説明する。図5は、第2実施形態に係るジャイロ素子を模式図的に示す平面図である。なお、本説明では、前述の第1実施形態のジャイロ素子10と同様な構成については、同一符号を付けてその説明を省略、或いは簡略化することがある。
(Gyro element according to the second embodiment)
A gyro element according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a plan view schematically showing the gyro element according to the second embodiment. In the present description, the same components as those of the
図5に示すように、ジャイロ素子10aは、基材(主要部分を構成する材料)を加工することにより一体に形成された基部1と、駆動用振動腕2a,2bおよび検出用振動腕3a,3bと、調整用振動腕4a,4bと、バランス用振動腕9a,9bとを有している。更に、基部1から延出する第1連結部5aと、第1連結部5aに連結し、図示しないパッケージ等の基板に固定される第1固定部5bと、により第1支持部5が形成され、基部1から延出する第2連結部6aと、第2連結部6aに連結し、図示しないパッケージ等の基板に固定される第2固定部6bと、により第2支持部6が形成されている。
As shown in FIG. 5, the
本実施形態のジャイロ素子10aは、基材として厚さtの水晶を用いているがその説明は省略する。
The
ジャイロ素子10aは、中心部分に位置する略矩形状の基部1と、基部1のY軸方向の端部のうち一方の端部から、並行するようにY軸に沿って延伸された一対の駆動用振動腕2a,2bと、基部1の他方の端部からY軸に沿って、間隔Bを持って並行に延伸された一対の検出用振動腕3a,3bと、を有している。また、ジャイロ素子10aは、水晶の結晶X軸(電気軸)と交差する方向に検出用振動腕3a,3bと並行させてかつ検出用振動腕3a,3bを挟むように、基部1から一対の調整用振動腕4a,4bが延出されている。即ち、調整用振動腕4a,4bは、Y軸に沿って(+)Y方向に延伸されている。さらに、一方の調整用振動腕4aは、隣り合う検出用振動腕3aとの間隔Aを有しており、他方の調整用振動腕4bは、隣り合う検出用振動腕3bとの間隔Cを有している。
The
また、ジャイロ素子10aは、水晶の結晶X軸(電気軸)と交差する方向に調整用振動腕4a,4bと並行させてかつ調整用振動腕4a,4bを挟むように、基部1から一対のバランス用振動腕9a,9bが延出されている。即ち、バランス用振動腕9a,9bは、Y軸に沿って(+)Y方向に延伸されている。さらに、一方のバランス用振動腕9aは、隣り合う調整用振動腕4aとの間隔Dを有しており、他方のバランス用振動腕9bは、隣り合う調整用振動腕4bとの間隔Eを有している。
Further, the
そして、この間隔A、間隔C、間隔D、および間隔Eと、一対の検出用振動腕3a,3bの間隔Bと、基材の厚さtと、の関係が、
B<t、B×0.8<A<B×1.2、およびB×0.8<C<B×1.2、およびA×0.8<D<A×1.2、およびC×0.8<E<C×1.2、
となるように、調整用振動腕4a,4b、検出用振動腕3a,3b、およびバランス用振動腕9a,9bが形成されている。
And the relationship between this space | interval A, space | interval C, space | interval D, space | interval E, space | interval B of a pair of vibrating
B <t, B × 0.8 <A <B × 1.2, and B × 0.8 <C <B × 1.2, and A × 0.8 <D <A × 1.2, and C × 0.8 <E <C × 1.2,
The
また、調整用振動腕4a,4bは、駆動用振動腕2a,2bおよび検出用振動腕3a,3bよりも全長が短く形成されている。さらに、バランス用振動腕9a,9bは、調整用振動腕4a,4bよりも全長が短く形成されている。これにより、漏れ出力を調整するための調整用振動腕4a,4bの振動、およびバランス用振動腕9a,9bの振動が、駆動用振動腕2a,2bと検出用振動腕3a,3bによるジャイロ素子10aの主要な振動を阻害することがないので、ジャイロ素子10aの振動特性が安定するとともに、ジャイロ素子10aの小型化にも有利となる。
The adjusting vibrating
第2実施形態のジャイロ素子10aによれば、前述の第1実施形態のジャイロ素子10の構成に加えて、調整用振動腕4a、4bとの間隔D、および間隔Eを持ってバランス用振動腕9a,9bが設けられているため、その根元に生じるエッチング残り(ヒレ)を小さくし、形状を安定させることができる。また、バランス用振動腕9a,9bがバランサーとして機能し、さらなる振動漏れ出力の抑制、或いは不要モード振動(Tuxモード振動)の抑制が可能となる。
According to the
(第3実施形態に係るジャイロセンサー)
第3実施形態として、第1実施形態に係るジャイロ素子10を備えたセンサーユニットとしてのジャイロセンサーについて説明する。図6は、第3実施形態に係るジャイロセンサー100を示す、(a)は蓋体を省略して描いた概略平面図、(b)は(a)に示すC−C´部の断面図である。
(Gyro sensor according to the third embodiment)
As a third embodiment, a gyro sensor as a sensor unit including the
図6(b)に示すように、ジャイロセンサー100は、パッケージ110の凹部に、ジャイロ素子10と、電子部品としての半導体装置120と、を収容し、パッケージ110の開口部を蓋体130により密閉し、内部を気密に保持されている。パッケージ110は、図6(b)に示すように、平板上の第1基板111と、第1基板111上に、枠状の第2基板112、第3基板113、第4基板114、を順に積層、固着して形成され、半導体装置120とジャイロ素子10とが収容される凹部が形成される。基板111,112,113,114は、例えばセラミックスなどにより形成される。
As shown in FIG. 6B, the
第1基板111は、凹部側の半導体装置120が搭載される電子部品搭載面111aには、半導体装置120が載置され固定されるダイパッド115が設けられている。半導体装置120はダイパッド115上に、例えば、ろう材(ダイアタッチ材)140によって接着され、固定されている。
In the
半導体装置120は、ジャイロ素子10を駆動振動させるための励振手段としての駆動回路と、角速度が加わったときにジャイロ素子10に生じる検出振動を検出する検出手段としての検出回路と、を有する。具体的には、半導体装置120が有する駆動回路は、ジャイロ素子10の一対の駆動用振動腕2a,2b(図2参照)にそれぞれ形成された駆動用電極11a,11b,12cおよび駆動用電極11c,12a,12b(図2参照)に駆動信号を供給する。また、半導体装置120が有する検出回路は、振動ジャイロ素子10の一対の検出用振動腕3a,3bにそれぞれ形成された検出用電極21a,21b,22a,22bおよび検出用電極31a,31b,32a,32b(図2参照)に生じる検出信号を増幅させて増幅信号を生成し、該増幅信号に基づいてジャイロセンサー100に加わった回転角速度を検出する。
The
第2基板112は、ダイパッド115上に搭載される半導体装置120が収容可能な大きさの開口を有する枠状の形状に形成されている。第3基板113は、第2基板112の開口より広い開口を有する枠状の形状に形成され、第2基板112上に積層され、固着される。そして第2基板112に第3基板113が積層されて第3基板113の開口の内側に現れる第2基板面112aには、半導体装置120の図示しない電極パッドと電気的に接続するボンディングワイヤーBWが接続される複数のIC接続端子112bが形成されている。そして、半導体装置120の図示しない電極パッドとパッケージ110に設けられたIC接続端子112bとが、ワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。すなわち、半導体装置120に設けられた複数の電極パッドと、パッケージ110の対応するIC接続端子112bとが、ボンディングワイヤーBWにより接続されている。また、IC接続端子112bのいずれかは、パッケージ110の図示しない内部配線により、第1基板111の外部底面111bに設けられた複数の外部接続端子111cに電気的に接続されている。
The
第3基板113上には、第3基板113の開口より広い開口を有する第4基板114が積層され、固着されている。そして、そして第3基板113に第4基板114が積層されて第4基板114の開口の内側に現れる第3基板面113aには、ジャイロ素子10に形成された図2に示す接続パッド11f,12f,21h,22f,31h,32fと接続される複数のジャイロ素子接続端子113bが形成されている。ジャイロ素子接続端子113bは、パッケージ110の図示しない内部配線によってIC接続端子112bのいずれかと電気的に接続されている。ジャイロ素子10は、第3基板面113aにジャイロ素子10の第1固定部5b、第2固定部6bを、接続パッド11f,12f,21h,22f,31h,32fとジャイロ素子接続端子113bとに位置を合わせて載置され、導電性接着剤150によって接着固定される。
On the
更に、第4基板114の開口の上面に蓋体130が配置され、パッケージ110の開口を封止し、パッケージ110の内部が気密封止され、ジャイロセンサー100が得られる。蓋体130は、例えば、42アロイ(鉄にニッケルが42%含有された合金)やコバール(鉄、ニッケルおよびコバルトの合金)等の金属、セラミックス、あるいはガラスなどを用いて形成することができる。例えば、金属により蓋体130を形成した場合には、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング160を介してシーム溶接することによりパッケージ110と接合される。パッケージ110および蓋体130によって形成される凹部空間は、ジャイロ素子10が動作するための空間となるため、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止することが好ましい。
Further, a
(ジャイロ素子の漏れ出力の説明)
ジャイロセンサー100において、蓋体130によって密閉封止が行われる前にジャイロ素子10の漏れ出力の抑制調整が行われる。まず、ジャイロ素子10の漏れ出力の抑制調整方法の原理について説明する。ジャイロ素子10(図1を参照)のように、基部1のY軸方向の両端部からそれぞれ延伸する駆動用振動腕2a,2bおよび検出用振動腕3a,3bを有するH型振動片に、基部1の検出用振動腕3a,3bの延出端部から同じ方向に延伸された調整用振動腕4a,4bを備えた構成において、漏れ出力の振動方向が各振動腕のエッチング加工ばらつきによる仕上がり形状によって決まり、それに応じて漏れ出力を抑制する調整を行うことが有効である。
(Explanation of leakage output of gyro element)
In the
具体的には、ジャイロ素子10が、駆動時に図7(a)に示すように駆動用振動腕2a,2bが、図示矢印Pの動きをしているときには、駆動用振動腕2a,2bの出力波形DS、矢印Q方向の動きをする検出用振動腕3a,3bそれぞれの漏れ出力の出力波形S1モレ,S2モレが、図7(b)に示すような波形を示す。このような漏れ出力を打ち消すためには、調整用振動腕4a,4bの位相を、図7(c)に示す位相T1,T2のようにする必要がある。そのためには、駆動用振動腕2a,2bと、調整用振動腕4a,4bと、を逆相にする必要がある。また、ジャイロ素子10が、駆動時に図8(a)に示すように駆動用振動腕2a,2bが、図示矢印Pの動きをしているときには、駆動用振動腕2a,2bの出力波形DS、矢印Q方向の動きをする検出用振動腕3a,3bそれぞれの漏れ出力の出力波形S1モレ,S2モレが、図8(b)に示すような波形を示す。このような漏れ出力を打ち消すためには、調整用振動腕4a,4bの位相を、図8(c)に示す位相T1,T2のようにする必要がある。そのためには、駆動用振動腕2a,2bと、調整用振動腕4a,4bと、を同相にする必要がある。
Specifically, when the
このような漏れ出力の振動方向は、上記したように、各振動腕の加工ばらつきによる仕上がり形状によって変わる。例えば、断面矩形状の振動腕を設計した場合でも、基材である水晶のエッチング異方性によって、断面が平行四辺形状となったり、台形状となったり、あるいは菱形状となったりして、漏れ出力の振動方向に影響を及ぼす。ここで、駆動用振動腕2a,2bが有する共振周波数をfd、調整用振動腕4a,4bが有する共振周波数をftとしたとき、fdとftとの関係に応じて、駆動用振動腕2a,2bの位相と調整用振動腕4a,4bの位相とが、同相、または逆相となる関係が次のように成り立つ。すなわち、
fd<ft
のとき、駆動用振動腕2a,2bの位相と調整用振動腕4a,4bの位相とが逆相となり、
fd>ft
のとき、駆動用振動腕2a,2bの位相と調整用振動腕4a,4bの位相とが同相となる。
As described above, the vibration direction of such a leak output varies depending on the finished shape due to processing variations of each vibrating arm. For example, even when a vibrating arm with a rectangular cross section is designed, the cross section becomes a parallelogram shape, a trapezoidal shape, or a rhombus shape due to the etching anisotropy of the quartz crystal that is the base material, It affects the vibration direction of the leak output. Here, when the resonance frequency of the
fd <ft
In this case, the phase of the
fd> ft
In this case, the phase of the
次に、上記した各種振動腕の関係を踏まえたジャイロ素子10の漏れ出力抑制調整方法の一例を説明する。まず、調整用振動腕4a,4bに設けられた膜体の一部を除去、または付加したり、調整用振動腕4a,4bの基板を削るなどしたりして、調整用振動腕4a,4bの質量を減少または増加させることにより、共振周波数を変化させて、駆動用振動腕2a,2bの共振周波数fdと調整用振動腕4a,4bの共振周波数ftとの関係を適切な関係に調整するとともに、漏れ出力の抑制調整を行う。具体的には、調整用振動腕4a,4bに設けられた膜体としての調整用電極21c,21d,22c,31c,31d,32cを、例えば、レーザーを照射することによりトリミングするか、または、蒸着やスパッタリングにより調整用電極21c,21d,22c,31c,31d,32cと同種または異種の膜体を付加して調整用振動腕4a,4bの質量を減少あるいは増加させる。この質量の増減より、共振周波数を変化させて、fdとftとの位相の関係を所望の関係(fd<ft、または、fd>ft)に調整する位相調整と、電荷量を減少または増加させ、漏れ出力の影響を最小に抑制することを行う。なお、この場合、調整用振動腕4a,4bの調整用電極21c,21d,22c,31c,31d,32cと、検出用振動腕3a,3bの検出用電極21a,21b,22a,22b,31a,31b,32a,32bは、電気的に接続されている。
Next, an example of a leakage output suppression adjustment method for the
以上、述べたように、本実施形態の漏れ出力抑制調整の方法は、調整用振動腕4a,4bの調整用電極21c,21d,22c,31c,31d,32cの一部を除去、または付加して、駆動用振動腕2a,2bの共振周波数fdと、調整用振動腕4a,4bの共振周波数ftとを適切な関係に調整し、なお且つ、電荷量を変化させることにより、漏れ出力の微調整を行うことができる。なお、例えば、調整用振動腕4a,4bに幅広部としての錘部を有する変形例に示すジャイロ素子1Cの場合には、まず、調整用振動腕15a,15bの先端部に設けられた幅広部としての錘部16a,16bの膜体40a,40bを、例えば、レーザーを照射することによりトリミングするか、または、蒸着やスパッタリングにより膜体40a,40bと同種または異種の膜体を付加して錘部16a,16bの質量を減少あるいは増加させる。この質量の増減により、共振周波数を変化させて、fdとftとの位相の関係を所望の関係(fd<ft、または、fd>ft)に調整する位相調整を行う。
As described above, the leakage output suppression adjustment method of the present embodiment removes or adds a part of the
上記位相調整を行った後で、次に、漏れ出力の抑制調整を行う。具体的には、調整用振動腕15a,15bに設けられた調整用電極21c,21d,22c,31c,31d,32cの一部を例えばレーザー照射することによって除去するか、または、蒸着やスパッタリングなどにより電極用金属を付加して、電荷量を減少、または増加させることにより、漏れ出力の影響を最小に抑制する。
After performing the above phase adjustment, next, leakage output suppression adjustment is performed. Specifically, a part of the
(ジャイロ素子の漏れ出力、不要モード振動の説明)
ここで、隣り合う(向き合う)振動腕(調整用振動腕4a、4b、検出用振動腕3a,3b、バランス用振動腕9a,9b、駆動用振動腕2a,2b)の根元に生じるエッチング残りの大きさが異なる(外形形状がばらつく)ことによって生じる振動漏れ出力、或いは不要モード振動(TuXモード振動)について、図9および図10を用いて説明する。図9(a)、(b)は、駆動用振動腕と調整用振動腕とが、基部1から互いに反対の方向に延出されている形態における「TuX」モードの振動を説明するためのジャイロ素子の振動方向を示す概略平面図である。また、図10(a)、(b)は、駆動用振動腕と調整用振動腕とが、基部1の同じ端から同方向に延出されている形態における「TuX」モードの振動を説明するためのジャイロ素子の振動方向を示す概略平面図である。
(Explanation of gyro element leakage output and unnecessary mode vibration)
Here, an etching residue generated at the base of the adjacent (facing) vibrating arms (adjusting vibrating
先ず、図9に沿って駆動用振動腕と調整用振動腕とが、基部1から互いに反対の方向に延出されている形態における「TuX」モードの振動について説明する。
First, the vibration in the “TuX” mode in the form in which the driving vibrating arm and the adjusting vibrating arm extend in the opposite directions from the
本発明の実施形態に係るジャイロ素子10は、基部1の一方端に、一対の検出用振動腕3a,3bと、検出用振動腕3a,3bを挟む一対の調整用振動腕4a,4bとが設けられ、他方端に一対の駆動用振動腕2a,2bが設けられている。さらに、前述の一方端、他方端と交差する方向の基部1の両端には、第1支持部5および第2支持部6が設けられている。
The
ジャイロ素子10の通常の振動モードは、図9(a)に示すように、駆動用振動腕2aの振動方向f5と駆動用振動腕2bの振動方向f6とが逆方向(逆相)に動き、調整用振動腕4aの振動方向e5と調整用振動腕4bの振動方向e6とが逆方向(逆相)に動く。なお、それぞれが上述とは逆方向の振動においても同様に同相方向に振れる。本例の場合のように、基部1を挟み反対側に駆動用振動腕2a,2bと調整用振動腕4a,4bが設けられていても、このような振動モード(Tuモードの振動、所謂音叉振動)で振動することで、駆動用振動腕2a,2bおよび調整用振動腕4a,4bにおける振動ベクトル(動きのベクトル)の釣り合いが取れ、安定した振動が行われる。
As shown in FIG. 9A, the normal vibration mode of the
前述したように、ジャイロ素子10の形成工程での製造ばらつきなどによってそれぞれの振動腕や振動腕の基部1からの延出部分(根元)などの形状がばらつくことによって、前述のような安定した振動モードから逸脱した振動モード(「TuX」モードの振動)が本例においても出現する。この「TuX」モードの振動について、図9(b)を用いて説明する。なお、ジャイロ素子10の構成については図9(a)と同様であるので同符号を付けて説明を省略する。
As described above, stable vibration as described above is caused by variations in the shape of each vibrating arm and the extending portion (base) of the vibrating arm from the
図9(b)に示すように、「TuX」モードの振動は、一対の調整用振動腕4a,4bのそれぞれの振動腕が同方向(同相)に動く。詳述すると、調整用振動腕4aは振動方向e7の方向に動き、もう一方の調整用振動腕4bは振動方向e8の方向に動く。即ち一対の調整用振動腕4a,4bが同方向(同相)に動く。このような「TuX」モードの振動が生じると、駆動用振動腕2a,2bと調整用振動腕4a,4bとの振動のベクトル(動きのベクトル)によって、基部1の中央を中心とした回転の力が発生するなど、振動の釣合い(振動のバランス)が崩れることになり、その結果として振動漏れ出力が増大したり、振動特性が劣化したりすることになる。
As shown in FIG. 9B, in the vibration in the “TuX” mode, the respective vibrating arms of the pair of adjusting vibrating
次に、図10に沿って駆動用振動腕と調整用振動腕とが、基部1の同じ端から同方向に延出されている形態における「TuX」モードの振動について説明する。このような形態のジャイロ素子1010は、基部1001の一方端に、一対の駆動用振動腕1002a,1002bと、駆動用振動腕1002a,1002bを挟む一対の調整用振動腕1004a,1004bとが設けられ、基部1001の他方端に、一対の検出用振動腕1003a,1003bが設けられている。さらに、前述の一方端、他方端と交差する方向の基部1001の両端には、第1支持部1005および第2支持部1006が設けられている。
Next, the vibration in the “TuX” mode in the form in which the driving vibrating arm and the adjusting vibrating arm extend in the same direction from the same end of the
ジャイロ素子1010の通常の振動モードは、図10(a)に示すように、駆動用振動腕1002aの振動方向f1と駆動用振動腕1002bの振動方向f2とが逆方向(逆相)に動き、調整用振動腕1004aの振動方向e1と調整用振動腕1004bの振動方向e2とが逆方向(逆相)に動く。このとき隣り合う駆動用振動腕1002aの振動方向f1と調整用振動腕1004aの振動方向e1とは同方向に動く。同様に、隣り合う駆動用振動腕1002bの振動方向f2と調整用振動腕1004bの振動方向e2とは同方向に動く。なお、それぞれが上述とは逆方向の振動においても同様に同相方向に振れる。このような振動モード(Tuモードの振動、いわゆる音叉振動)で振動することで、駆動用振動腕1002a,1002bおよび調整用振動腕1004a,1004bにおける振動ベクトル(動きのベクトル)の釣り合いが取れ、安定した振動が行われる。
As shown in FIG. 10A, the normal vibration mode of the
しかしながら、ジャイロ素子1010の形成工程での製造ばらつきなどによってそれぞれの振動腕や振動腕の基部1001からの延出部分(根元)などの形状がばらつくことによって、前述のような安定した振動モードから逸脱した振動モード(「TuX」モードの振動)が出現する。この「TuX」モードの振動について、図10(b)を用いて説明する。なお、ジャイロ素子1010の構成については図10(a)と同様であるので同符号を付けて説明を省略する。
However, the shape of each vibrating arm or the extended portion (base) of the vibrating arm from the
「TuX」モードの振動は、一対の調整用振動腕1004a,1004bのそれぞれの振動腕が同方向(同相)に動く。図10(b)に沿って詳述すると、調整用振動腕1004aは振動方向e3の方向に動き、もう一方の調整用振動腕1004bは振動方向e4の方向に動く。即ち一対の調整用振動腕1004a,1004bが同方向(同相)に動く。このような「TuX」モードの振動が生じると、駆動用振動腕1002a,1002bと調整用振動腕1004a,1004bとの振動のベクトル(動きのベクトル)の釣り合いが崩れ、結果的に漏れ振動の発生が増加することになる。
In the vibration in the “TuX” mode, each of the vibrating
しかしながら、本例のジャイロ素子10は、前述の実施形態のように各振動腕の間隔が構成されているため、それぞれの振動腕の基部1,1001からの延出部分(根元)に形成されるエッチング残りを安定的な形状を形成することが可能となる。その結果、これらによって生じる振動漏れ出力の抑制、或いは不要モード振動(TuXモード振動)の抑制が可能となり、振動片の振動特性を安定化することができることから、高感度、高精度の振動片を得ることができる。
However, the
図11は、前述の実施形態に係るジャイロ素子10の各振動腕間の間隔と調整用振動腕からの取得電荷量との関係を示すグラフである。横軸に基材の厚さtとの関係がB<tのときの、一対の検出用振動腕3a,3bの間隔Bと、一方の調整用振動腕4aと隣り合う検出用振動腕3aとの間隔Aと、他方の調整用振動腕4bと隣り合う検出用振動腕3bとの間隔Cと、の寸法比を示している。また、縦軸には、調整用振動腕からの取得電荷量を示している。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the distance between the vibrating arms of the
図11のグラフに示すように、間隔Bと間隔Aまたは間隔Cとの比が、0.8を越えると調整用振動腕からの取得電荷量が正となり、正常な振動モードが得られていることが分かる。このように、間隔Bと、基材の厚さtとの関係がB<tのときの、間隔Bと、間隔Aと、間隔Cとが、B×0.8<A<B×1.2、およびB×0.8<C<B×1.2、の構成においては、振動漏れ出力の抑制、或いは不要モード振動(TuXモード振動)の抑制が実現できている。 As shown in the graph of FIG. 11, when the ratio of the interval B to the interval A or the interval C exceeds 0.8, the amount of charge acquired from the adjustment vibrating arm becomes positive and a normal vibration mode is obtained. I understand that. Thus, when the relationship between the distance B and the thickness t of the base material is B <t, the distance B, the distance A, and the distance C are B × 0.8 <A <B × 1. In the configuration of 2 and B × 0.8 <C <B × 1.2, suppression of vibration leakage output or suppression of unnecessary mode vibration (TuX mode vibration) can be realized.
なお、図3(a)、(b)で説明したジャイロ素子1A、ジャイロ素子1Bのように、基部1に第1連結部5a、第2連結部6aによって連結された枠状の固定部7,8形状を有し、第1固定部5bおよび第2固定部6bを有する構成であっても、同様な効果を得ることができる。
In addition, like the
漏れ出力の抑制調整を施した後に、パッケージ110に接合されたジャイロ素子10の周波数の微調整を行う。周波数調整は、ジャイロ素子10の電極の一部をレーザートリミングにより除去して質量を減少させることによる方法や、蒸着やスパッタリングなどによりジャイロ素子10に質量を付加させることによる方法、あるいは、半導体装置120のデータの書き換えによる方法などにより行うことができる。
After the leakage output suppression adjustment is performed, the frequency of the
(その他のジャイロセンサー)
図12は、第3実施形態に係るジャイロセンサー100において、ジャイロ素子10に変えて、図3(b)に示すジャイロ素子1Bを収容したジャイロセンサー10Aを示しており、(a)は平面図、(b)は(a)に示すD−O−D´部の断面図である。なお、図6に示すジャイロセンサー100と同じ構成には同じ符号を付し、説明は省略する。
(Other gyro sensors)
FIG. 12 shows a
図12に示すように、ジャイロ素子1Bは第3基板113の第3基板面113a上に載置されている。ジャイロ素子1Bは、固定部8を、接続パッド11f,12f,21h,22f,31h,32f(図2参照)とジャイロ素子接続端子113bとに位置を合わせて載置され、導電性接着剤150によって接着固定される。更に、固定部8の接続パッド11f,12f,21h,22f,31h,32fが形成されない部位が接着剤170によって接着固定される。接着剤170は、ジャイロ素子接続端子113bに用いられる導電性接着剤150を用いても良い。
As shown in FIG. 12, the
枠状の固定部8を有するジャイロ素子1Bを用いてジャイロセンサー10Aを構成することにより、接着剤170によって広い面積に亘って接着固定されることで、ジャイロ素子1Bのパッケージ110への固定力が強いジャイロセンサーを得ることができる。従って、駆動用振動腕2a,2bおよび検出用振動腕3a,3bの振動がパッケージ110へ漏れることを、なお一層抑制することができる。
By configuring the
(第4実施形態に係る電子機器)
図13に、第4実施形態としての第1実施形態に係るジャイロ素子10、もしくはジャイロ素子1A、1B、1Cを備える電子機器の外観図を示す。図13(a)は、ジャイロ素子10、もしくはジャイロ素子1A、1B、1Cを備えるデジタルビデオカメラ1000を示す。デジタルビデオカメラ1000は、受像部1100、操作部1200、音声入力部1300、及び表示ユニット1400を備えている。このようなデジタルビデオカメラ1000に、上述の実施形態のジャイロ素子10,1Aや、センサーユニットとしてのジャイロセンサー100,10Aを搭載する手ぶれ補正機能を具備させることができる。
(Electronic device according to the fourth embodiment)
FIG. 13 shows an external view of an electronic device including the
図13(b)は、電子機器としての携帯電話機、図13(c)は、情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)への適用例をそれぞれ示すものである。図13(b)に示す携帯電話機2000は、複数の操作ボタン2100及びスクロールボタン2200、並びに表示ユニット2300を備える。スクロールボタン2200を操作することによって、表示ユニット2300に表示される画面がスクロールされる。また、図13(c)に示すPDA3000は、複数の操作ボタン3100及び電源スイッチ3200、並びに表示ユニット3300を備える。電源スイッチ3200を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が表示ユニット3300に表示される。
FIG. 13B shows a mobile phone as an electronic device, and FIG. 13C shows an application example to a personal digital assistant (PDA). A
このような携帯電話機2000やPDA3000に、上述の実施形態のジャイロ素子10,1Aや、センサーユニットとしてのジャイロセンサー100,10Aを搭載することにより、様々な機能を付与することができる。例えば、図13(b)の携帯電話機2000に、図示しないカメラ機能を付与した場合に、上記のデジタルビデオカメラ1000と同様に、手振れ補正を行うことができる。また、図13(b)の携帯電話機2000や、図13(c)のPDA3000に、GPS(Global Positioning System)として広く知られる汎地球測位システムを具備した場合に、上述の実施形態のジャイロ素子10,1Aや、センサーユニットとしてのジャイロセンサー100,10Aを搭載することにより、GPSによって、携帯電話機2000やPDA3000の位置や姿勢を認識させることができる。
Various functions can be provided by mounting the
なお、図13に示す電子機器に限らず、本発明の振動片を備えたセンサーユニット(ジャイロセンサー)を適用可能な電子機器として、モバイルコンピューター、カーナビゲーション装置、電子手帳、電卓、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、ゲーム機などが挙げられる。 Note that the present invention is not limited to the electronic device shown in FIG. 13, and an electronic device to which the sensor unit (gyro sensor) including the resonator element according to the invention can be applied includes a mobile computer, a car navigation device, an electronic notebook, a calculator, a workstation, a television A telephone, a POS terminal, a game machine, etc. are mentioned.
以上、実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態および変形例では、振動片としてのジャイロ素子形成材料として水晶を用いた例を説明したが、水晶以外の圧電体材料を用いることができる。例えば、窒化アルミニウム(AlN)や、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、ランガサイト(La3Ga5SiO14)などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウムや五酸化タンタル(Ta2O5)などの圧電体材料を積層させて構成された積層圧電基板、あるいは圧電セラミックスなどを用いることができる。また、圧電体材料以外の材料を用いて振動片を形成することができる。例えば、シリコン半導体材料などを用いて振動片を形成することもできる。また、振動片の振動(駆動)方式は圧電駆動に限らない。圧電基板を用いた圧電駆動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁力を利用したローレンツ駆動型などの振動片においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。 Although the embodiment has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above-described embodiment and modification, an example in which quartz is used as the gyro element forming material as the resonator element has been described, but a piezoelectric material other than quartz can be used. For example, aluminum nitride (AlN), lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ), lead zirconate titanate (PZT), lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7 ), langasite ( Laminated Gauge substrate such as La 3 Ga 5 SiO 14 ), laminated piezoelectric substrate constructed by laminating a piezoelectric material such as aluminum nitride or tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) on a glass substrate, or piezoelectric ceramics Can be used. In addition, the resonator element can be formed using a material other than the piezoelectric material. For example, the resonator element can be formed using a silicon semiconductor material or the like. Further, the vibration (drive) method of the resonator element is not limited to piezoelectric drive. In addition to the piezoelectric drive type using the piezoelectric substrate, the configuration and the effect of the present invention can be exhibited also in an electrostatic drive type using an electrostatic force or a Lorenz drive type using a magnetic force. it can.
また、上記変形例では、調整用振動腕15a,15bの自由端側の先端に幅広部としての錘部16a,16bを設けて、漏れ出力抑制のための調整の幅を広げた例を説明した。これに限らず、駆動用振動腕や検出用振動腕の自由端側の先端に幅広部としての錘部を設けることにより、振動片(ジャイロ素子)の外形サイズの増大を抑えながら共振周波数を低くすることができるなど、小型化および高感度化を図ることができる。
Further, in the above-described modification, the example in which the
1…基部、2a,2b…駆動用振動腕、3a,3b…検出用振動腕、4a,4b…調整用振動腕、5…第1支持部、5a…第1連結部、5b…第1固定部、6…第2支持部、6a…第2連結部、6b…第2固定部、10,1A,1B,1C…ジャイロ素子、100,10A…ジャイロセンサー。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
基部と、
前記基部の一端から延出している一対の検出用振動腕と、
前記基部の前記一端とは反対側の他端から延出している一対の駆動用振動腕と
前記一端、または前記他端のいずれか一方から延出し、前記検出用振動腕または前記駆動用振動腕を挟むように設けられている一対の調整用振動腕と、を備え、
前記厚さtと、
前記検出用振動腕、または前記駆動用振動腕の一対の腕の間隔Bと、
一方の前記調整用振動腕と、該調整用振動腕と隣り合う一方の前記検出用振動腕または前記駆動用振動腕との間隔Aと、
他方の前記調整用振動腕と、該調整用振動腕と隣り合う他方の前記検出用振動腕または前記駆動用振動腕との間隔Cと、の関係が、
B<t、B×0.8<A<B×1.2、およびB×0.8<C<B×1.2、
であることを特徴とする振動片。 A vibrating piece formed from a substrate having a thickness of t,
The base,
A pair of vibrating arms for detection extending from one end of the base,
A pair of driving vibrating arms extending from the other end of the base opposite to the one end, and the detecting vibrating arm or the driving vibrating arm extending from either the one end or the other end A pair of adjustment vibrating arms provided so as to sandwich the
The thickness t;
A distance B between a pair of arms of the vibrating arm for detection or the vibrating arm for driving;
An interval A between one of the adjusting vibrating arms and one of the adjusting vibrating arms adjacent to the adjusting vibrating arm or the driving vibrating arm;
The relationship between the other adjustment vibration arm and the distance C between the other detection vibration arm or the drive vibration arm adjacent to the adjustment vibration arm is:
B <t, B × 0.8 <A <B × 1.2, and B × 0.8 <C <B × 1.2,
A vibrating piece characterized by being.
さらに、前記一対の調整用振動腕を挟むように設けられている一対のバランス用振動腕を有し、
一方の前記調整用振動腕と、該調整用振動腕と隣り合う一方の前記バランス用振動腕との間隔Dと、
他方の前記調整用振動腕と、該調整用振動腕と隣り合う他方の前記バランス用振動腕との間隔Eと、の関係が、
A×0.8<D<A×1.2、およびC×0.8<E<C×1.2、
であることを特徴とする振動片。 The resonator element according to claim 1,
And a pair of balance vibrating arms provided so as to sandwich the pair of adjustment vibrating arms.
An interval D between one of the adjustment vibrating arms and one of the adjustment vibrating arms adjacent to the adjustment vibrating arm;
The relationship between the other vibrating arm for adjustment and the distance E between the other vibrating arm adjacent to the adjusting vibrating arm is:
A × 0.8 <D <A × 1.2, and C × 0.8 <E <C × 1.2,
A vibrating piece characterized by being.
前記検出用振動腕には検出用電極が設けられ、
前記調整用振動腕には金属膜が設けられ、
前記金属膜と前記検出用電極とが電気的に接続されている、
ことを特徴とする振動片。 In the resonator element according to claim 1 or 2,
The detection vibrating arm is provided with a detection electrode,
The adjustment vibrating arm is provided with a metal film,
The metal film and the detection electrode are electrically connected;
A vibrating piece characterized by that.
前記調整用振動腕の前記基部の側とは反対側の先端部に、幅広部が設けられている、
ことを特徴とする振動片。 In the resonator element according to any one of claims 1 to 3,
A wide portion is provided at the tip of the adjustment vibrating arm on the side opposite to the base side.
A vibrating piece characterized by that.
前記調整用振動腕の長さが、前記駆動用振動腕及び前記検出用振動腕の長さより短い、
ことを特徴とする振動片。 In the resonator element according to any one of claims 1 to 4,
The length of the adjustment vibration arm is shorter than the length of the drive vibration arm and the detection vibration arm,
A vibrating piece characterized by that.
前記駆動用振動腕を励振させる駆動回路と、前記検出用振動腕に生じる検出信号を検出する検出回路と、を含む電子部品と、
前記振動片と、前記電子部品と、を収容するパッケージと、を備えているセンサーユニット。 A vibrating piece according to any one of claims 1 to 5,
An electronic component comprising: a drive circuit for exciting the drive vibration arm; and a detection circuit for detecting a detection signal generated in the detection vibration arm;
A sensor unit comprising: the resonator element; and a package that accommodates the electronic component.
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