CN102098022A - 振动片、振子、物理量传感器以及电子设备 - Google Patents

振动片、振子、物理量传感器以及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供降低了振动损失，在用作角速度传感器时检测灵敏度高的振动片、振子、物理量传感器以及电子设备。振动片(10)具有：基部(20)；从基部延伸的多个振动臂(40、50)，具有彼此相对的第1主面(11)和第2主面(12)、以及连接第1主面和第2主面且彼此相对的侧面(41、51)和侧面(42、52)，至少振动臂(40)的侧面(41)具有从第1主面侧起设置的第1阶梯部(43)和从第2主面侧起设置的第2阶梯部(44)，振动片具有：检测电极(71)，设于振动臂(40)的侧面(42)；检测电极(72)，设于第1阶梯部的与检测电极相对的位置；检测电极(73)，设于第2阶梯部的与检测电极相对的位置。

Description

振动片、振子、物理量传感器以及电子设备
技术领域
本发明涉及在振动臂的侧面设置阶梯部的振动片、具有该振动片的振子、物理量传感器以及电子设备。
背景技术
以往，在具备具有激励电极的振动臂和具有检测电极的振动臂的音叉形振子中，存在如下方式：振动臂的剖面形状大致为矩形形状，在振动臂的表面背面和两侧面配置电极，使振动臂弯曲振动，使其以固有的谐振频率振荡。
进而，作为其他方式，存在如下的角速度传感器(物理量传感器)：通过激励信号使振动臂进行面内振动时，将振动臂的延伸方向的轴作为检测轴并使其旋转时，由于科里奥利力，振动臂进行面外振动。该面外振动的振幅与音叉形振子的旋转速度成比例，所以，能够作为角速度进行检测。
检测电极分割设置于一个振动臂的面内振动方向的两侧面，相对的检测电极和同一侧面的检测电极的极性不同(例如参照专利文献1)。
【专利文献1】日本特开平5-256723号公报
近年来，电子设备存在小型化倾向，音叉形振动片也要求小型化。伴随小型化，当振动臂的宽度变窄时，电极的宽度不会较大，所以，电极面积减少，由此，对振动臂施加的电场越接近振动臂的剖面的中央附近越弱。
振动片存在振动损失由于该电场效率的劣化而增大的问题。
并且，在用作角速度传感器的情况下，在专利文献1中，检测电极相对，所以，电场为直线，容易检测电荷，但是，需要在振动臂的两侧面分割检测电极。这些检测电极通过飞溅等手段从沿着侧面的方向形成，所以，难以在侧面方向(振动片的厚度方向)分割形成电极。
并且，相对的检测电极间的距离依赖于振动臂自身的宽度，所以，无法单纯减小该电极间距离。基于由于科里奥利力而产生的振动的产生电荷与电极间的静电电容成比例，静电电容与电极间距离成反比例，所以，在电极间距离大的情况下，产生电荷减少，存在检测灵敏度低的课题。
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]本应用例的振动片具有：在由第1轴和在平面上与所述第1轴垂直的第2轴构成的平面中延伸且彼此相对的第1主面和第2主面、以及与所述第1主面和所述第2主面连接的侧面，其特征在于，该振动片具有：基部、以及从所述基部起沿所述第1轴方向延伸的多个振动臂，在所述多个振动臂中的至少一个振动臂的所述第2轴方向的一个侧面具有：从所述第1主面侧起形成的第1阶梯部和从所述第2主面侧起形成的第2阶梯部，该振动片具有：第1电极，其形成于所述振动臂的另一个侧面；第2电极，其形成于与所述第1电极相对的所述第1阶梯部的侧面；以及第3电极，其形成于与所述第1电极相对的所述第2阶梯部的侧面，在所述第1电极和所述第2电极之间产生的电场方向与在所述第1电极和所述第3电极之间产生的电场方向为彼此相反的方向。
并且，作为其他方式，本应用例的振动片的特征在于，该振动片具有：基部；以及从所述基部延伸的多个振动臂，其具有彼此相对的第1主面和第2主面、以及连接所述第1主面和所述第2主面且彼此相对的第1侧面和第2侧面，所述多个振动臂中的至少一个振动臂的所述第1侧面具有从所述第1主面侧起设置的第1阶梯部和从所述第2主面侧起设置的第2阶梯部，该振动片具有：第1电极，其设于所述振动臂的所述第2侧面；第2电极，其设于所述第1阶梯部的与所述第1电极相对的位置；以及第3电极，其设于所述第2阶梯部的与所述第1电极相对的位置。
进而，作为其他方式，本应用例的振动片的特征在于，在所述第1电极和所述第2电极之间产生的电场方向与在所述第1电极和所述第3电极之间产生的电场方向为彼此相反的方向。
根据这些方式，在振动臂上设置第1阶梯部和第2阶梯部，由此，与没有阶梯部的情况相比，能够减小第1电极与第2电极的电极间距离、以及第1电极与第3电极的电极间距离，能够提高电场效率。
并且，在用作角速度传感器的情况下，基于由于科里奥利力而产生的面外振动的产生电荷与电极间的静电电容成比例，静电电容与电极间距离成反比例，所以，通过减小电极间距离，产生电荷增大，能够提高检测灵敏度。进而，能够使检测用振动臂专用化，所以，能够增大检测电极的面积，据此，也能够提高检测灵敏度。
并且，在所述现有技术中，在一个检测臂上设置4个检测电极，与此相对，只要设置3个检测电极即可，所以，能够简化第1电极、第2电极和第3电极的布线。并且，通过设置第1阶梯部和第2阶梯部，由此，电极形成用的表面积增加，所以，具有能够增大各电极间的平面距离，能够减小电极间的寄生电容的效果。
进而，能够防止这些电极产生断线或短路，能够提高制造成品率。
并且，第2电极和第3电极设置第1阶梯部和第2阶梯部，由此，具有能够实现物理门槛，能够容易地在厚度方向上分割形成电极的效果。
[应用例2]在上述应用例的振动片中，优选所述振动臂为2个，所述第1阶梯部和所述第2阶梯部形成在2个所述振动臂各自的延伸方向的接近所述基部的位置。
并且，作为其他方式，在上述应用例的振动片中，优选所述振动臂具有激励电极和检测电极，所述检测电极使用所述第1电极～所述第3电极。
在这种结构中，例如在用作角速度传感器的情况下，能够在振动臂的根部形成检测电极，在前端部形成激励用电极。即，成为具有2个振动臂的音叉形状，所以，能够减小CI值，能够降低驱动用的消耗电流。
[应用例3]在上述应用例的振动片中，优选所述振动臂从所述基部的第1轴方向的一端部和与所述一端部相对的另一端部分别延伸出2个，在所述一端部延伸出的振动臂或在所述另一端部延伸出的振动臂的任意一方形成所述第1阶梯部和所述第2阶梯部。
并且，作为其他方式，在上述应用例的振动片中，优选所述振动片为如下形状：从所述基部的一端部和与所述一端部相对的另一端部分别延伸出2个所述振动臂。
这样构成的振动片成为第1轴方向的一端部和另一端部的音叉在基部结合的H型。因此，如果用作角速度传感器，则一个音叉为驱动(激励)用，另一个音叉为检测用，由此，能够分离激励电极和检测电极，所以，能够增大检测电极的面积，能够提高检测灵敏度。
[应用例4]在上述应用例的振动片中，优选在通过蚀刻法形成所述第1阶梯部和所述第2阶梯部的情况下，所述第1阶梯部和所述第2阶梯部形成在蚀刻速率高的方向的侧面。
并且，作为其他方式，在上述应用例的振动片中，优选所述第1侧面侧的蚀刻速率比所述第2侧面侧高。
例如，在利用石英构成振动片的情况下，由于石英的晶体构造而存在蚀刻各向异性。在这种情况下，在蚀刻速率高的方向中，能够以厚度方向侧面相对于主面大致为直角的方式进行蚀刻，另一方面，在蚀刻速率低的方向中，在相对于主面倾斜的方向进行蚀刻。因此，在蚀刻速率高的方向的侧面形成第1阶梯部和第2阶梯部，由此，能够减小第1电极和第2电极的相对的电极间距离、以及第1电极和第3电极的相对的电极间距离，能够提高电场效率，如果用作角速度传感器，则能够提高检测灵敏度。
[应用例5]在上述应用例的振动片中，优选在所述第1阶梯部和所述第2阶梯部形成在平行的多个振动臂上的情况下，所述第1阶梯部和所述第2阶梯部形成在各振动臂的同一方向的侧面。
并且，作为其他方式，在上述应用例的振动片中，优选所述多个振动臂各自的所述第1阶梯部和所述第2阶梯部设置在所述第1侧面。
例如，在用作角速度传感器的情况下，关于由于科里奥利力而进行面外振动的多个振动臂，相邻的振动臂在交替方向上进行振动。因此，通过在各振动臂的同一方向形成第1阶梯部和第2阶梯部，由此，如果对产生电荷的绝对值进行合成并输出，则能够进一步提高检测灵敏度。
[应用例6]在上述应用例的振动片中，优选所述多个振动臂绕检测轴旋转时，由于科里奥利力而进行面外振动。
例如，在用作角速度传感器的情况下，在检测臂上设置第1阶梯部和第2阶梯部，由此，能够减小第1电极和第2电极的电极间距离、以及第1电极和第3电极的电极间距离，基于由于科里奥利力而产生的面外振动的产生电荷增大，能够提高检测灵敏度。
[应用例7]本应用例的振子的特征在于，该振子具有：上述应用例的任意一例所述的振动片；以及收纳所述振动片的封装。
由此，通过使用上述振动片，能够实现提高了电场效率的振子。
[应用例8]本应用例的角速度传感器的特征在于，该角速度传感器具有：上述应用例的任意一例所述的振动片；在面内激励所述振动臂的激励单元；以及检测所述面外振动的检测单元。
并且，作为其他方式，本应用例的物理量传感器的特征在于，该物理量传感器具有上述应用例的任意一例所述的振动片。
根据本应用例，使用所述振动片，所以，例如能够实现检测灵敏度高的角速度传感器。
[应用例9]本应用例的电子设备的特征在于，该电子设备具有上述应用例的任意一例所述的振动片。
由此，通过具有上述振动片，能够提供发挥上述应用例的效果的电子设备。
附图说明
图1是示出实施方式1的振动片的立体图。
图2是示出图1的A-A切断面的剖面图。
图3是示出图1的B-B切断面的剖面图。
图4是示出实施方式1的变形例的第1检测臂和第2检测臂的剖面图。
图5是示出阶梯部的形成方向引起的检测臂的成形差异的局部剖面图。
图6是示出实施方式2的振动片的俯视图。
图7是示出图6的A-A切断面的剖面图。
图8是示出实施方式3的振动片的俯视图。
图9是示出图8的B-B切断面的剖面图。
图10是示出实施方式4的振动片的俯视图。
图11是示出图10的C-C切断面的剖面图。
图12是示出公知技术的剖面图。
图13(a)、(b)、(c)是示出实施方式5的振动片的俯视图。
图14是示出振子的概略结构的示意图，(a)是俯视图，(b)是(a)的剖面图。
标号说明
10：振动片；11：第1主面；12：第2主面；20：基部；31、35：振动臂；40：第1检测臂；41：作为第1侧面的侧面；42：作为第2侧面的侧面；43：第1阶梯部；44：第2阶梯部；50：第2检测臂；51：作为第1侧面的侧面；52：作为第2侧面的侧面；53：第3阶梯部；54：第4阶梯部；71：作为第1电极的检测电极；72：作为第2电极的检测电极；73：作为第3电极的检测电极；74～76：检测电极。
具体实施方式
下面，根据附图来说明本发明的实施方式。
另外，为了便于图示，以下说明中参照的附图是部件或部分的纵横比例尺与实际不同的示意图。
(实施方式1)
图1是示出实施方式1的振动片的立体图，图2是示出图1的A-A切断面的剖面图，图3是示出图1的B-B切断面的剖面图。首先，参照图1说明振动片的整体结构。
本实施方式的振动片10具有在由图示的X轴(第2轴)和在平面上与X轴垂直的Y轴(第1轴)构成的平面中延伸且彼此相对的第1主面11和第2主面12。另外，设与第1主面11和第2主面12垂直的轴为Z轴。在振动片10是石英的情况下，X轴为电气轴，Y轴为机械轴，Z轴为光学轴。振动片10构成为，从基部20起向+Y方向延伸出第1振动臂31和第2振动臂35，向-Y方向延伸出第3振动臂40和第4振动臂50。
因此，利用基部20、第1振动臂31和第2振动臂35构成音叉形振动片，利用基部20、第3振动臂40和第4振动臂50构成音叉形振动片。这两个音叉形振动片在基部20结合，有时将这种结构的振动片称为H型振动片。
另外，第1振动臂31和第2振动臂35构成为彼此平行且长度相同、剖面形状相同，第3振动臂40和第4振动臂50构成为彼此平行且长度相同、剖面形状相同。在本实施方式中，第1振动臂31和第2振动臂35为驱动臂(激励臂)，第3振动臂40和第4振动臂50为检测臂。由此，以后，将第3振动臂40表记为第1检测臂40、将第4振动臂50表记为第2检测臂50来进行说明。
在第1检测臂40上形成有：从第1主面11到-X方向的侧面(第1侧面)41贯穿设置的第1阶梯部43、以及从与第1主面11相对的第2主面12到-X方向的侧面41贯穿设置的第2阶梯部44。第1阶梯部43和第2阶梯部44朝向-X方向形成在从第1检测臂40的前端部到根部的长度的大致整体上。
在第2检测臂50上形成有：从第1主面11到-X方向的侧面(第1侧面)51贯穿设置的第3阶梯部53、以及从第2主面12到侧面51贯穿设置的第4阶梯部54。第3阶梯部53和第4阶梯部54朝向-X方向形成在从第2检测臂50的前端部到根部的长度的大致整体上。另外，第1检测臂40和第2检测臂50的X方向的剖面形状相同。
接着，参照图2说明形成于第1振动臂31和第2振动臂35的电极的结构。另外，第1振动臂31和第2振动臂35具有正方形或长方形的剖面形状。在第1振动臂31上形成有分别相对的电极61、62和电极63、64。并且，在第2振动臂35上形成有分别相对的电极65、66和电极67、68。
而且，电极61、62、67、68在第1振动臂31和第2振动臂35的表面延伸并利用连接端子部S1连接。并且，电极63、64、65、66在第1振动臂31和第2振动臂35的表面延伸并利用连接端子部S2连接。另外，虽然省略了图示，但是，连接端子部S1、S2设于第1主面11或第2主面12。
电极61、62、67、68和电极63、64、65、66是输入极性彼此不同的激励信号的激励电极。
接着，参照图3说明形成于第1检测臂40和第2检测臂50的电极的结构。在第1检测臂40上形成有：在与第1阶梯部43和第2阶梯部44相反的侧面(即+X侧侧面、第2侧面)42的整体上形成的作为第1电极的检测电极71、在第1阶梯部43的与检测电极71相对的侧面45形成的作为第2电极的检测电极72、以及在第2阶梯部44的与检测电极71相对的侧面46形成的作为第3电极的检测电极73。
另外，如图3所示，检测电极72从侧面45连续形成到第1阶梯部43，检测电极73从侧面46连续形成到第2阶梯部44。
在第2检测臂50上形成有：在与第3阶梯部53和第4阶梯部54相反的侧面(即+X侧侧面、第2侧面)52的整体上形成的作为第4电极的检测电极74、在第3阶梯部53的与检测电极74相对的侧面55形成的作为第5电极的检测电极75、以及在第4阶梯部54的与检测电极74相对的侧面56形成的作为第6电极的检测电极76。
另外，如图3所示，检测电极75从侧面55连续形成到第3阶梯部53，检测电极76从侧面56连续形成到第4阶梯部54。
检测电极71、74与连接端子部S3连接，检测电极72、76与连接端子部S4连接，检测电极73、75与连接端子部S5连接。虽然省略了图示，但是，连接端子部S3、S4、S5设于第1主面11或第2主面12的与设有所述连接端子部S1、S2的主面相同的主面。
检测电极71、74、检测电极72、76、检测电极73、75配设成分别相对的检测电极的极性不同，以便高效地检测基于由于科里奥利力而产生的振动的产生电荷。
接着，说明本实施方式的振动片10的作用。首先，对电极61～电极68输入激励信号。在图2中，示出对电极63、64、65、66施加正电位，对电极61、62、67、68施加负电位的情况。此时，如图所示，以箭头方向的曲线来产生电场，在相对的电极之间作用有直线的电场分量Ex。第1振动臂31和第2振动臂35的电场分量Ex的方向相反，所以，第1振动臂31和第2振动臂35分别向-X方向和+X方向位移。然后，对各电极输入交流信号，由此，第1振动臂31和第2振动臂35继续在±X方向上进行弯曲振动。
在输入激励信号时，当振动片10绕Y轴(检测轴)旋转时，在与第1振动臂31和第2振动臂35的振动方向(面内振动)垂直的方向上产生科里奥利力，第1检测臂40、第2检测臂50在±Z方向上进行面外振动。
在图3中示出检测电极71、74为GND电极，检测电极72、76为正电位，检测电极73、75为负电位的情况。在由于科里奥利力而进行面外振动时，如图所示，在相对的电极之间产生直线的电场分量Ex。然后，测定所产生的电荷量，由此，能够检测振动片10的角速度。
因此，根据本实施方式，在第1检测臂40上设置第1阶梯部43和第2阶梯部44，在第2检测臂50上设置第3阶梯部53和第4阶梯部54，由此，与没有阶梯部的情况相比，能够减小检测电极71与检测电极72的相对的电极间距离、检测电极71与检测电极73的相对的电极间距离、以及检测电极74与检测电极75的相对的电极间距离、检测电极74与检测电极76的相对的电极间距离。
基于由于科里奥利力而产生的面外振动的产生电荷与电极间的静电电容成比例，静电电容与电极间距离成反比例，所以，通过减小电极间距离，产生电荷增大，能够提高检测灵敏度。进而，能够使第1检测臂40和第2检测臂50专用于检测，所以，能够增大检测电极72、73与检测电极71的相对面积、检测电极75、76与检测电极74的相对面积，据此，也能够提高检测灵敏度。
并且，在所述现有技术中，在一个检测臂上设置4个检测电极，与此相对，只要设置3个检测电极即可，所以，能够简化各检测电极的布线。并且，通过设置第1阶梯部43、第2阶梯部44以及第3阶梯部53、第4阶梯部54，并使检测臂专用化，由此，电极形成用的表面积增加，所以，具有能够增大各电极间的平面距离，能够减小电极间的寄生电容的效果。
进而，能够抑制这些检测电极产生断线或短路，能够提高制造成品率。
并且，在第1检测臂40和第2检测臂50各自的同一方向上形成第1阶梯部43、第2阶梯部44以及第3阶梯部53、第4阶梯部54，所以，如果对产生电荷的绝对值进行合成并输出，则能够进一步提高检测灵敏度。
并且，在检测电极72和检测电极73、以及检测电极75和检测电极76之间分别设置第1阶梯部43、第2阶梯部44以及第3阶梯部53、第4阶梯部54，由此，具有能够实现物理门槛，能够容易地在侧面方向(厚度方向)上分割形成检测电极的效果。
(实施方式1的变形例)
接着，说明实施方式1的变形例。该变形例的特征在于：实施方式1的第1阶梯部43、第2阶梯部44以及第3阶梯部53、第4阶梯部54分别设置在第1检测臂40和第2检测臂50的+X方向。由此，以与实施方式1不同的部分为中心进行说明。并且，对相同的功能部分标注相同标号。
图4是示出变形例的第1检测臂和第2检测臂的剖面图。另外，图4是相当于图1的B-B切断位置的剖面图。在第1检测臂40上形成有：从第1主面11到+X方向的侧面41贯穿设置的第1阶梯部43、以及从第2主面12到侧面41贯穿设置的第2阶梯部44。第1阶梯部43和第2阶梯部44形成在从第1检测臂40的前端部到根部的长度的大致整体上。
在第2检测臂50上形成有：从第1主面11到+X方向的侧面51贯穿设置的第3阶梯部53、以及从第2主面12到侧面51贯穿设置的第4阶梯部54。第3阶梯部53和第4阶梯部54形成在从第2检测臂50的前端部到根部的长度的大致整体上。另外，第1检测臂40和第2检测臂50的X方向的剖面形状相同。
在第1检测臂40和第2检测臂50上形成的检测电极采用与实施方式1(参照图3)相同的结构(即相同标号的检测电极共同连接)，所以省略说明。
在这种结构中，相对于没有设置阶梯部的构造，也能够得到与实施方式1相同的效果。但是，在振动片10为石英且使用蚀刻法形成的情况下，由于石英的晶体各向异性而引起蚀刻速率的差异，需要考虑阶梯部的形成方向。因此，对阶梯部的形成方向进行说明。
图5是示出阶梯部的形成方向引起的检测臂的成形差异的局部剖面图。(a)示出在-X方向设置阶梯部的情况，(b)示出在+X方向设置阶梯部的情况。另外，图5放大示出蚀刻模拟的结果。例示第2检测臂50进行说明。在振动片10为石英的情况下，-X方向的蚀刻速率高，+X方向的蚀刻速率低。
因此，对图5(a)和图5(b)进行比较时，如图5(b)所示，在+X方向设置第3阶梯部53和第4阶梯部54的情况下，第3阶梯部53侧的侧面55和第4阶梯部54侧的侧面56的倾斜平缓。另一方面，如图5(a)所示，在-X方向设置第3阶梯部53和第4阶梯部54的情况下，第3阶梯部53侧的侧面55和第4阶梯部54侧的侧面56以相对于第1主面11或第2主面12接近直角的方式倾斜。
因此，在图5(b)中，与在-X方向设置阶梯部的情况相比，侧面52与侧面55、侧面52与侧面56的距离增大。因此，相对的各检测电极间的电极间距离增大，检测灵敏度降低。
因此，如图5(a)所示，在蚀刻速率高的方向的侧面(-X方向)形成第1阶梯部43、第2阶梯部44以及第3阶梯部53、第4阶梯部54，由此，能够进一步提高检测灵敏度。另外，在图5(a)中，侧面52的表面成为平缓的弓形，但是，如果实施过蚀刻而使侧面52相对于第1主面11或第2主面12为直角，则能够进一步缩短侧面52与侧面55、侧面52与侧面56的距离，能够进一步提高检测灵敏度。
(实施方式2)
接着，参照附图说明实施方式2的振动片。所述实施方式1为H型的音叉结构，与此相对，实施方式2的特征在于，是2个音叉的形状。
图6是示出实施方式2的振动片的俯视图，图7是示出图6的A-A切断面的剖面图。振动片110由与+Y方向平行地从基部120延伸出的2个振动臂131、140构成。这里，振动臂131的剖面形状为四边形，具有激励电极，相当于所述实施方式1(参照图1、图2)的第1振动臂31。振动臂140是构成为具有阶梯部和检测电极的检测臂，相当于实施方式1(参照图1、图3)的第2检测臂50。由此，将振动臂140表记为检测臂140来进行说明。
接着，参照图7对振动臂131和检测臂140的剖面形状、电极的连接结构进行说明。在振动臂131上形成有相对的电极61、62和电极63、64。而且，电极61、62在振动臂131的表面延伸并利用连接端子部S1连接。并且，电极63、64在振动臂131的表面延伸并利用连接端子部S2连接。另外，虽然省略了图示，但是，连接端子部S1、S2设于第1主面11或第2主面12。
电极61、62和电极63、64是输入极性彼此不同的激励信号的激励电极。
在检测臂140上形成有：从第1主面11到-X方向的侧面(第1侧面)141贯穿设置的第1阶梯部143、以及从与第1主面11相对的第2主面12到侧面141贯穿设置的第2阶梯部144。第1阶梯部143和第2阶梯部144朝向-X方向形成在从检测臂140的前端部到根部的长度的大致整体上。
在检测臂140上形成有：在第1阶梯部143和第2阶梯部144的相反侧的侧面142(即+X侧侧面、第2侧面)的整体上形成的作为第1电极的检测电极174、在第1阶梯部143的与检测电极174相对的侧面145形成的作为第2电极的检测电极175、以及在第2阶梯部144的与检测电极174相对的侧面146形成的作为第3电极的检测电极176。
另外，如图7所示，检测电极175从侧面145连续形成到第1阶梯部143，检测电极176从侧面146连续形成到第2阶梯部144。
检测电极174与连接端子部S3连接，检测电极175与连接端子部S4连接，检测电极176与连接端子部S5连接。虽然省略了图示，但是，连接端子部S3、S4、S5设于第1主面11或第2主面12的与设有所述连接端子部S1、S2的主面相同的主面。
检测电极174、检测电极175、检测电极176配设成分别相对的检测电极的极性不同，以便高效地检测基于由于科里奥利力而产生的振动的产生电荷。
接着，说明本实施方式的振动片110的作用。首先，对电极61～电极64输入激励信号。另外，振动臂131采用与实施方式1(参照图2)相同的电极结构，所以，如图所示，在箭头方向上以曲线的方式产生电场，在相对的电极之间作用有直线的电场分量Ex，前端部向-X方向位移。然后，对各电极输入交流信号，由此，通过音叉效应，振动臂131和检测臂140继续在±X方向上进行面内的弯曲振动。
在输入激励信号时，当振动片110绕Y轴(检测轴)旋转时，相对于振动臂131和检测臂140的振动方向(面内振动)，产生直角方向的科里奥利力，振动臂131和检测臂140在±Z方向上彼此交替地进行面外振动。
另外，检测臂140采用与实施方式1(参照图3)相同的电极结构，所以，在由于科里奥利力而进行面外振动时，如图所示，在相对的电极之间产生直线的电场分量Ex。然后，测定所产生的电荷量，由此，能够检测振动片110的角速度。
因此，根据本实施方式，采用振动臂131和检测臂140这2个臂的结构，所以构造简单。并且，对激励电极(电极61～64)和检测电极174～176进行分离，所以，能够简化各电极的布线。并且，使检测臂专用化，由此，电极形成用的表面积增加，所以，具有能够增大各电极间的平面距离，能够减小电极间的寄生电容的效果。
进而，能够抑制这些电极产生断线或短路，能够提高制造成品率。
(实施方式3)
接着，参照附图说明实施方式3。所述实施方式2分离为振动臂和检测臂，与此相对，实施方式3的特征在于，具有2个振动臂，第1阶梯部和第2阶梯部形成在2个振动臂各自的延伸方向的接近基部的位置。因此，以与实施方式2不同的部分为中心进行说明。另外，对与实施方式1和实施方式2相同的部分标注相同标号。
图8是示出实施方式3的振动片的俯视图，图9是示出图8的B-B切断面的剖面图。在图8、图9中，振动片110由与+Y方向平行地从基部120延伸出的2个振动臂131、132构成。这里，振动臂131、132的前端方向为振动臂部130，剖面形状为四边形，具有激励电极，相当于所述实施方式1(参照图1、图2)的第1振动臂31和第2振动臂35。
振动臂131、132各自的振动臂部130的剖面形状和电极(激励电极)的结构与所述实施方式1(参照图2)相同，所以省略说明。
在振动臂131、132上，分别在延伸方向的接近基部120的位置形成有阶梯部和检测电极。因此，将这些形成有阶梯部的范围作为检测臂部150。在检测臂部150上形成的阶梯部、检测电极的结构以及检测电极的连接结构与实施方式1(参照图3)相同，所以省略说明。
并且，振动臂131、132的驱动作用与所述实施方式1(参照图1)的第1振动臂31和第2振动臂35相同，但是，在振动臂131、132进行面内振动时，当振动片110绕Y轴(检测轴)旋转时，相对于振动臂131和振动臂132的振动方向(面内振动)，产生直角方向的科里奥利力，振动臂131和振动臂132在±Z方向上彼此交替地进行面外振动。因此，能够利用与实施方式1(参照图1、2)相同的作用来检测角速度。
根据这种结构，激励驱动为具有振动臂131、132的2个音叉，所以，与实施方式2的基于一个振动臂的驱动相比，CI值变低，能够降低消耗电流。
另外，本实施方式不仅能够应用于角速度传感器，还能够应用于以固有频率进行振荡的音叉形振子。该情况下，通过设置阶梯部，由此，电极间的距离变窄，电场效率提高，所以能够降低振动损失。并且，以往，在振动臂的表面背面和两侧面的4个面设置电极，但是，在本实施例中只要形成3个电极即可，所以能够简化布线。
(实施方式4)
接着，参照附图说明实施方式4。所述实施方式2和实施方式3构成为具有2个振动臂，与此相对，实施方式4的特征在于，构成为具有3个振动臂，将这些振动臂中的一个作为检测臂。因此，以与实施方式1～实施方式3不同的部分为中心进行说明。另外，对相同的部分标注相同标号。
图10是示出实施方式4的振动片的俯视图，图11是示出图10的C-C切断面的剖面图。在图10、图11中，振动片210由基部120以及与+Y方向平行地从基部120延伸出的3个振动臂131、132、140构成。
这里，在振动臂131、132上形成有激励电极，在振动臂140上形成有阶梯部和检测电极。由此，振动臂140为检测臂，以后表记为检测臂140来进行说明。
另外，图10、图11所示的方式是一例，可以置换检测臂140和振动臂131的位置，并且，也可以置换检测臂140和振动臂132的位置。
振动臂131、132的形状、激励电极(电极61～68)的结构以及连接结构与实施方式1(参照图1、2)相同，所以省略说明。
并且，在检测臂140上形成的第1阶梯部143、第2阶梯部144、检测电极174～176的结构以及连接结构与实施方式2(参照图7)相同，所以省略说明。
对这样构成的振动片210输入激励信号时，振动臂131、132和检测臂140开始进行面内振动。因此，使振动片210绕Y轴(检测轴)旋转时，振动臂131、132和检测臂140由于科里奥利力而彼此在交替方向上进行面外振动，通过测定在检测电极174～176中产生的电荷量，由此，能够检测振动片210的角速度。
根据这种结构，成为基于2个振动臂131、132的音叉振动，所以，CI值减小，能够降低消耗电流。并且，对激励用的振动臂131、132与检测臂140进行分离，所以，能够对激励用的电极61～68与检测电极174～176进行分离，所以，具有能够增大这些各电极的平面电极间距离，能够减小电极间的寄生电容的效果。
进而，能够抑制这些电极产生断线或短路，能够提高制造成品率。
另外，提出了如下构造：在振动臂的宽度方向中央，从第1主面11和第2主面12起形成槽，使振动臂的剖面形状大致为H型(例如日本特开2004-350324号公报)。
图12是示出该公知技术的剖面图。另外，图12示出日本特开2004-350324号公报的图3所记载的附图。但是，在这种结构中，由于石英的+X方向和-X方向的蚀刻速率的差异，+X方向侧面的倾斜大于-X方向侧面的倾斜。即，+X方向的斜面如图5(b)那样形成，-X方向的斜面如图5(a)那样形成。
因此，电极36与电极33、34的相对的电极间距离、电极30与电极25、26的相对的电极间距离增大。在检测臂中应用这种结构的情况下，由于检测电极的相对的电极间距离增大而引起产生电荷减小，所以，存在检测灵敏度降低的课题。由此，示出在检测臂的-X方向设置阶梯部的结构作为角速度的检测传感器是更加理想的。
(实施方式5)
接着，参照附图说明实施方式5。所述实施方式2～实施方式4构成为具有与Y轴平行地延伸的振动臂，与此相对，实施方式5的特征在于，具有相对于Y轴倾斜延伸的振动臂。因此，以与所述实施方式1～实施方式4不同的部分为中心进行说明。另外，对相同的部分标注相同标号。
图13是示出实施方式5的振动片的俯视图。
如图13(a)所示，在振动片310中，第1振动臂331和第2振动臂335沿着与X轴和Y轴交叉的方向从基部20的一个端部起向-X侧延伸。并且，在振动片310中，第3振动臂340和第4振动臂350沿着与X轴和Y轴交叉的方向从基部20的另一个端部起向+X侧延伸。
这里，第1振动臂331和第3振动臂340、第2振动臂335和第4振动臂350相对于X轴配置在线对称的位置。
这里，在第1振动臂331和第2振动臂335上形成有激励电极，在第3振动臂340和第4振动臂350上形成有阶梯部和检测电极。由此，第3振动臂340和第4振动臂350为检测臂，以后表记为第1检测臂340和第2检测臂350来进行说明。
第1振动臂331和第2振动臂335的形状、激励电极的结构以及连接结构与实施方式1(参照图1、2)相同，所以省略说明。
并且，在第1检测臂340和第2检测臂350上形成的第1阶梯部343、353、第2阶梯部344、354、检测电极的结构以及连接结构与实施方式1(参照图1、3)相同，所以省略说明。
这里，对振动片310的动作概略进行说明。
使驱动臂即第1振动臂331和第2振动臂335以根部为中心，如箭头D那样，朝向与X轴和Y轴交叉的方向进行弯曲振动。在该状态下，使振动片310绕X轴(检测轴)旋转时，第1振动臂331和第2振动臂335由于科里奥利力而进行面外振动(Z轴方向的弯曲振动)。
此时，第1振动臂331的振动的相位和第2振动臂335的振动的相位相同。响应于此，第1检测臂340和第2检测臂350彼此以顺相位进行振动。根据被第1检测臂340和第2检测臂350激励的各检测振动，彼此产生顺相位的电荷，所以，计算该电荷之和。根据该和，计算(检测)绕X轴的角速度。
如图13(b)所示，振动片410构成为具有沿着与X轴和Y轴交叉的方向从基部20起向-X侧延伸的2个振动臂431、440。
驱动臂即振动臂431的形状、激励电极的结构以及连接结构与实施方式2(参照图6、7)相同，所以省略说明。
并且，在检测臂即振动臂440(以下称为检测臂440)上形成的第1阶梯部443、第2阶梯部444、检测电极的结构以及连接结构与实施方式2(参照图6、7)相同，所以省略说明。
对这样构成的振动片410输入激励信号时，振动臂431和检测臂440开始进行面内振动。因此，使振动片410绕X轴(检测轴)旋转时，振动臂431和检测臂440由于科里奥利力而进行面外振动，通过测定在检测电极中产生的电荷量，由此，能够检测振动片410的角速度。
如图13(c)所示，振动片510构成为具有沿着与X轴和Y轴交叉的方向从基部20起向+Y侧延伸的2个振动臂531、532以及沿着Y轴向+Y侧延伸的振动臂540。
这里，在振动臂531、532上形成有激励电极，在振动臂540上形成有阶梯部和检测电极。
振动臂531、532的形状、激励电极的结构以及连接结构与实施方式1(参照图1、2)相同，所以省略说明。
并且，在检测臂即振动臂540(以下称为检测臂540)上形成的第1阶梯部543、第2阶梯部544、检测电极的结构以及连接结构与实施方式2(参照图7)相同，所以省略说明。
对这样构成的振动片510输入激励信号时，振动臂531、532和检测臂540开始进行面内振动。因此，使振动片510绕Y轴(检测轴)旋转时，振动臂531、532和检测臂540由于科里奥利力而进行面外振动，通过测定在检测电极中产生的电荷量，由此，能够检测振动片510的角速度。
(物理量传感器)
接着，对具有所述实施方式1～实施方式5所述的振动片10～振动片510的任意一个振动片的作为物理量传感器的角速度传感器进行说明。另外，省略图示。角速度传感器构成为包含：所述各实施方式的振动片；在面内激励振动片的振动臂的作为激励单元的振荡电路；以及检测面外振动的作为检测单元的检测电路。
另外，检测单元除了包含有放大器、A/D转换电路、将检测到的电荷量转换为角速度的运算处理电路等以外，还包含噪声消除电路等。
通过这样构成，使用所述检测灵敏度高的振动片，所以，能够实现检测灵敏度高的角速度传感器。
另外，本发明不限于所述实施方式，能够达成本发明目的的范围内的变形、改良等也包含在本发明中。
例如，根据所述实施方式1～实施方式5，例示了设置第1阶梯部和第2阶梯部的构造，但是，也可以是设置第1阶梯部或第2阶梯部中的任意一个的构造。
并且，也可以构成为对实施方式1～实施方式5的振动臂(振动臂部)和检测臂(检测臂部)进行组合。
(振子)
接着，对具有上述振动片的振子、例如具有所述实施方式1～实施方式5所述的振动片10～振动片510的任意一个振动片的振子进行说明。
图14是示出振子的概略结构的示意图，(a)是俯视图，(b)是示出(a)的F-F切断面的剖面图。
如图14所示，振子500具有作为上述各振动片的一例的振动片110、以及收纳振动片110的封装280。
封装280由封装基体281、缝圈282、盖体285等构成。
封装基体281形成有凹部以便能够收纳振动片110，在该凹部中设有与振动片110的未图示的安装电极连接的连接衬垫288。
连接衬垫288与封装基体281内的布线连接，构成为能够与设于封装基体281的外周部的外部连接端子283导通。
在封装基体281的凹部的周围设有缝圈282。进而，在封装基体281的底部设有贯通孔286。
振动片110经由导电性粘接剂284粘接固定于封装基体281的连接衬垫288。而且，封装280对覆盖封装基体281的凹部的盖体285和缝圈282进行缝焊。
在封装基体281的贯通孔286中填充有由金属材料等构成的密封材料287。该密封材料287在减压氛围下溶融后固化，对贯通孔286进行气密密封，以便能够使封装基体281内部保持减压状态。
另外，封装也可以由平板状的封装基体和具有凹部的盖等构成。并且，封装也可以在封装基体和盖的双方具有凹部。
振子500通过经由外部连接端子283的来自外部的驱动信号，激励振动片110，以规定的频率(例如32kHz)进行振荡(谐振)。
如上所述，振子500具有振动片110，所以，能够实现提高了电场效率的振子。
另外，即使代替振动片110而具有所述其他振动片，振子500也能够发挥同样的效果。
(电子设备)
接着，说明具有上述振动片的电子设备。另外，省略图示。
上述振动片能够作为传感器件或定时器件，优选用于数字照相机、摄像机、导航装置、指示器件、游戏控制器、便携电话、电子书、个人计算机、电视、录像机、寻呼机、电子笔记本、计算器、文字处理器、工作台、视频电话、POS终端、具有触摸面板的设备等的电子设备，在任何情况下，均能够提供发挥在上述实施方式和变形例中说明的效果的电子设备。

Claims (9)

1.一种振动片，其特征在于，该振动片具有：
基部；以及
从所述基部延伸的多个振动臂，其具有彼此相对的第1主面和第2主面、以及连接所述第1主面和所述第2主面且彼此相对的第1侧面和第2侧面，
所述多个振动臂中的至少一个振动臂的所述第1侧面具有从所述第1主面侧起设置的第1阶梯部和从所述第2主面侧起设置的第2阶梯部，
该振动片具有：
第1电极，其设于所述振动臂的所述第2侧面；
第2电极，其设于所述第1阶梯部的与所述第1电极相对的位置；以及
第3电极，其设于所述第2阶梯部的与所述第1电极相对的位置。
2.根据权利要求1所述的振动片，其特征在于，
在所述第1电极和所述第2电极之间产生的电场方向与在所述第1电极和所述第3电极之间产生的电场方向为彼此相反的方向。
3.根据权利要求1或2所述的振动片，其特征在于，
所述振动臂具有激励电极和检测电极，所述检测电极使用所述第1电极～所述第3电极。
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，
所述振动片为如下形状：从所述基部的一端部和与所述一端部相对的另一端部分别延伸出2个所述振动臂。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的振动片，其特征在于，
所述第1侧面侧的蚀刻速率比所述第2侧面侧高。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的振动片，其特征在于，
所述多个振动臂各自的所述第1阶梯部和所述第2阶梯部设置在所述第1侧面。
7.一种振子，其特征在于，该振子具有：
权利要求1～6中的任意一项所述的振动片；以及
收纳所述振动片的封装。
8.一种物理量传感器，其特征在于，该物理量传感器具有权利要求1～6中的任意一项所述的振动片。
9.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1～6中的任意一项所述的振动片。
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