CN112444642B - 振动器件 - Google Patents
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Abstract
提供振动器件,其具有优异的检测特性。该振动器件包含振动元件、基座和相对于基座支承振动元件的支承件。另外,从所述支承件的厚度方向俯视时,支承件具有框状的框架、配置在框架的外侧并固定于基座的底座、配置在框架的内侧并搭载有振动元件的元件保持架、从元件保持架起沿第1方向延伸并连接元件保持架和框架的一对第1梁、以及从框架起沿与第1方向不同的第2方向延伸并连接框架和底座的一堆第2梁。并且,在俯视时,将第1梁在第1方向上的长度设为L1(μm)、第1梁在与第1方向垂直的方向上的宽度W设为W1(μm)时,满足W12/L1<30。
Description
技术领域
本发明涉及振动器件。
背景技术
在专利文献1中记载了一种具有电路元件、振动元件和将振动元件固定在电路元件上的中继基板的振动器件。另外,中继基板形成万向支架(gimbal)结构,具有固定在电路元件上的框状的第1部分、配置在第1部分的内侧的框状的第2部分、配置在第2部分的内侧并固定有振动元件的第3部分、连接第1部分和第2部分的第1梁以及连接第2部分和第3部分的第2梁。通过这样的中继基板,抑制了应力向振动元件的传递。另外,在专利文献2中,作为陀螺仪元件的支承结构,记载了利用内引线将陀螺仪元件支承在TAB基板上方的结构。
专利文献1:日本特开2019-102858号公报
专利文献2:日本特开2017-026336号公报
在将专利文献2中记载的陀螺仪元件代替该文献中记载的支承结构而搭载在专利文献1中记载的万向支架状的中继基板上的情况下,根据第2梁的尺寸,第2梁的绕Z轴即陀螺仪元件的检测轴的刚性变得过高。若第2梁的绕Z轴的刚性变得过高,则陀螺仪元件的检测振动受到阻碍,陀螺仪元件的检测灵敏度有可能降低。
发明内容
本应用例的振动器件的特征在于,具有:振动元件,其根据绕检测轴的物理量进行检测振动;基座;以及支承件,其相对于所述基座支承所述振动元件,在从所述支承件的厚度方向俯视时,所述支承件具有:框状的框架;底座,其配置在所述框架的外侧,并固定于所述基座;元件保持架,其配置在所述框架的内侧,搭载有所述振动元件;一对第1梁,它们从所述元件保持架起沿着第1方向延伸,将所述元件保持架和所述框架连接起来;以及一对第2梁,它们从所述框架起沿着与所述第1方向不同的第2方向延伸,将所述框架和所述底座连接起来,在所述俯视时,将所述第1梁在所述第1方向上的长度设为L1μm、所述第1梁在与所述第1方向垂直的方向上的宽度W设为W1μm时,满足W12/L1<30。
在本应用例的振动器件中,优选满足:W12/L1<12.5。
在本应用例的振动器件中,优选的是,在将相互垂直的3个轴设为A轴、B轴和C轴时,所述支承件的厚度方向沿着所述C轴,所述振动元件具有:元件基座,其固定于所述元件保持架;一对检测臂,它们从所述元件基座起沿着所述B轴延伸;一对连接臂,它们从所述元件基座起沿着所述A轴延伸;一对驱动臂,它们从一个所述连接臂的末端起起沿着所述B轴延伸;以及一对驱动臂,它们从另一个所述连接臂的末端起沿着所述B轴延伸。
在本应用例的振动器件中,优选的是,所述第1方向沿着所述A轴,所述第2方向沿着所述B轴。
在本应用例的振动器件中,优选的是,在从沿着所述C轴的方向观察的俯视时,所述元件保持架和所述元件基座为相同的形状。
在本应用例的振动器件中,优选的是,所述支承件具有一对第3梁,所述第3梁从所述框架起沿着所述第1方向延伸,并将所述框架和所述底座连接起来,所述一对第3梁和所述一对第1梁配置在一条直线上。
附图说明
图1是示出第1实施方式的振动器件的剖视图。
图2是示出图1的振动器件的俯视图。
图3是示出图1的振动器件所具有的振动元件的俯视图。
图4是沿图3中的D-D线的剖视图。
图5是沿图3中的E-E线的剖视图。
图6是说明图3的振动元件的驱动的示意图。
图7是说明图3的振动元件的驱动的示意图。
图8是支承件的俯视图。
图9是示出W12/L1和灵敏度之间的关系的曲线图。
图10是第2实施方式的振动器件的俯视图。
图11是第3实施方式的振动器件所具有的支承件的俯视图。
标号说明
1:振动器件;2:封装;21:基座;211、211a~211c:凹部;22:盖;23:接合部件;241、242:内部端子;243:外部端子;3:电路元件;4:支承件;41:框架;411~414:缘部;42:底座;421~424:缘部;43:元件保持架;44:第1梁;45:第2梁;46:第3梁;6:振动元件;7:振动基板;70:元件基座;701~706:端子;71、72:检测臂;73、74:连接臂;75~78:驱动臂;8:电极;81:驱动信号电极;82:驱动接地电极;83:第1检测信号电极;84:第1检测接地电极;85:第2检测信号电极;86:第2检测接地电极;a、b:箭头;B1、B2:接合部件;BW:接合线;La:假想直线;Lb:假想直线;L1、L2:长度;O:中心;S:内部空间;W1、W2:宽度;ωc:角速度。
具体实施方式
以下,基于附图所示的实施方式详细说明本应用例的振动器件。
<第1实施方式>
图1是示出第1实施方式的振动器件的剖视图。图2是示出图1的振动器件的俯视图。图3是示出图1的振动器件所具有的振动元件的俯视图。图4是沿图3中的D-D线的剖视图。图5是沿图3中的E-E线的剖视图。图6和图7是说明图3的振动元件的驱动的示意图。图8是支承件的俯视图。图9是示出W12/L1和灵敏度之间的关系的曲线图。
另外,为了便于说明,在图1至图8中示出了相互垂直的3个轴即A轴、B轴和C轴。并且以下,将各轴的箭头末端侧也称为“正侧”,将相反侧也称为“负侧”。而且,也将正侧和负侧称为“两侧”。另外,C轴的正侧也称为“上”,负侧也称为“下”。另外,将从支承件4的厚度方向即沿着C轴的方向俯视也简称为“俯视”。
图1所示的振动器件1是检测以C轴为检测轴的角速度ωc的物理量传感器。这样,通过将振动器件1设为物理量传感器,能够将振动器件1搭载在广泛的电子设备上,获得具有高需求的便利性高的振动器件1。这样的振动器件1具有封装2、收纳在封装2中的电路元件3、支承件4以及振动元件6。
封装2具有:基座21,其具有在上表面开口的凹部211;盖22,其封住凹部211的开口并经由接合部件23与基座21的上表面接合。在封装2的内侧通过凹部211形成有内部空间S,在内部空间S中分别收纳有电路元件3、支承件4以及振动元件6。例如,基座21可以由氧化铝等陶瓷构成,盖22可以由可伐合金等金属材料构成。但是,作为基座21及盖22的构成材料,分别没有特别限定。
内部空间S是气密的,处于减压状态,优选处于更接近真空的状态。由此,粘性阻力减小,振动元件6的振动特性提高。但是,内部空间S的环境没有特别限定,例如也可以为大气压状态、加压状态。
另外,凹部211由多个凹部构成,具有在基座21的上表面开口的凹部211a、在凹部211a的底面开口且开口宽度比凹部211a小的凹部211b、在凹部211b的底面开口且开口宽度比凹部211b小的凹部211c。并且,在凹部211a的底面以支承振动元件6的状态固定有支承件4,在凹部211c的底面固定有电路元件3。
另外,如图2所示,在内部空间S中,振动元件6、支承件4以及电路元件3在俯视时相互重叠地配置。换言之,振动元件6、支承件4及电路元件3沿着C轴排列配置。由此,能够抑制封装2在沿着A轴的方向和沿着B轴的方向上的平面扩展,能够实现振动器件1的小型化。另外,支承件4位于振动元件6和电路元件3之间,从下侧即C轴负侧支承振动元件6。
另外,如图1及图2所示,在凹部211a的底面配置有多个内部端子241,在凹部211b的底面配置有多个内部端子242,在基座21的下表面配置有多个外部端子243。这些内部端子241、242以及外部端子243经由形成在基座21内的未图示的布线而电连接。另外,内部端子241经由导电性的接合部件B1、B2以及支承件4与振动元件6电连接,内部端子242经由接合线BW与电路元件3电连接。
振动元件6作为物理量传感器元件,是检测以C轴为检测轴的角速度ωc的角速度传感器元件。如图3所示,振动元件6具有振动基板7和配置在振动基板7的表面的电极8。振动基板7由Z切石英基板构成。Z切石英基板在由石英的晶轴即作为电轴的X轴和作为机械轴的Y轴限定出的X-Y平面上具有扩展,在沿着作为光轴的Z轴的方向上具有厚度。
振动基板7具有:位于中央部的元件基座70;从元件基座70起向沿着B轴的方向的两侧延伸的一对检测臂71、72;从元件基座70起向沿着A轴的方向的两侧延伸的一对连接臂73、74;从连接臂73的末端起向沿着B轴的方向的两侧延伸的一对驱动臂75、76;以及从连接臂74的末端起向沿着B轴的方向的两侧延伸的一对驱动臂77、78。通过使用这种形状的振动基板7,可获得具有优异的振动平衡的振动元件6。
另外,如图4及图5所示,驱动臂75~78具有在上表面开口的槽和在下表面开口的槽,成为大致H状的截面形状。另外,检测臂71、72也可以具有在上表面开口的槽和在下表面开口的槽,成为大致H状的截面形状。
如图3所示,电极8具有驱动信号电极81、驱动接地电极82、第1检测信号电极83、第1检测接地电极84、第2检测信号电极85和第2检测接地电极86。驱动信号电极81配置在驱动臂75、76的两侧面以及驱动臂77、78的上表面和下表面。另一方面,驱动接地电极82配置在驱动臂75、76的上表面和下表面以及驱动臂77、78的两侧面。另外,第1检测信号电极83配置在检测臂71的上表面和下表面,第1检测接地电极84配置在检测臂71的两侧面。另一方面,第2检测信号电极85配置在检测臂72的上表面和下表面,第2检测接地电极86配置在检测臂72的两侧面。
另外,这些电极81~86分别绕到元件基座70的下表面。而且,如图3所示,在元件基座70下表面配置有与驱动信号电极81电连接的端子701、与驱动接地电极82电连接的端子702、与第1检测信号电极83电连接的端子703、与第1检测接地电极84电连接的端子704、与第2检测信号电极85电连接的端子705、和与第2检测接地电极86电连接的端子706。
这样的振动元件6如下检测角速度ωc。首先,当在驱动信号电极81和驱动接地电极82之间施加驱动信号时,驱动臂75~78如图6的箭头所示那样弯曲振动。以下,将该驱动模式称为驱动振动模式。并且,在以驱动振动模式驱动的状态下,若对振动元件6施加角速度ωc,则新激励出图7所示的检测振动模式。在检测振动模式中,对驱动臂75~78作用科氏力,激励出箭头b所示的方向的振动,检测臂71、72以与该振动呼应的方式,在箭头a所示的方向上产生基于弯曲振动的检测振动。能够利用这种检测振动模式,从第1检测信号电极83与第1检测接地电极84之间取出在检测臂71上产生的电荷作为第1检测信号,从第2检测信号电极85与第2检测接地电极86之间取出在检测臂72上产生电荷作为第2检测信号,根据该第1检测信号、第2检测信号检测角速度ωc。
返回图1,电路元件3固定在凹部211c的底面上。电路元件3包含用于驱动振动元件6并检测施加到振动元件6的角速度ωc的驱动电路和检测电路。但是,作为电路元件3,没有特别限定,例如,也可以包含温度补偿电路等其他电路。
另外,如图1所示,支承件4夹设于基座21与振动元件6之间。支承件4主要具有吸收、缓和由基座21的变形产生的应力而使该应力不易传递到振动元件6的功能。
这样的支承件4为万向支架结构。具体而言,如图2及图8所示,支承件4具有:从沿着C轴的方向俯视时呈框状的框架41;配置在框架41的外侧且固定在基座21上的框状的底座42;配置在框架41的内侧且搭载有振动元件6的元件保持架43;从元件保持架43起向沿A轴的方向的两侧延伸并连接元件保持架43与框架41的一对第1梁44、44;以及从框架41起向沿B轴的方向的两侧延伸并连接框架41与底座42的一对第2梁45、45。另外以下,在沿着C轴的方向俯视时,将通过元件保持架43的中心O且与A轴平行的假想直线设为假想直线La,将通过中心O且与B轴平行的假想直线设为假想直线Lb。在本实施方式中,框架41、底座42、元件保持架43、一对第1梁44、44以及一对第2梁45、45均相对于假想直线La呈线对称地配置,并且相对于假想直线Lb呈线对称地配置,但并不限定于此。
框架41呈矩形框状,具有在沿着A轴的方向上延伸的一对缘部411、412和在沿着B轴的方向上延伸的一对缘部413、414。同样,底座42为矩形框状,具有在沿着A轴的方向上延伸的一对缘部421、422和在沿着B轴的方向上延伸的一对缘部423、424。特别是,在本实施方式中,在沿着C轴的方向俯视时,框架41的缘部413与振动元件6的驱动臂75、76重叠,框架41的缘部414与振动元件6的驱动臂77、78重叠。
另外,一对第1梁44、44位于元件保持架43的沿着A轴的方向的两侧,以两端支承元件保持架43的方式连接元件保持架43和框架41。另外,一对第1梁44、44分别沿着假想直线La配置在一条直线上。另一方面,一对第2梁45、45位于框架41的沿着B轴的方向的两侧,以两端支承框架41的方式连接框架41和底座42。另外,一对第2梁45、45分别沿着假想直线Lb配置在一条直线上。即,一个第2梁45将缘部411、421的延伸方向的中央部彼此连接,另一个第2梁45将缘部412、422的延伸方向的中央部彼此连接。
这样,通过使第1梁44、44的延伸方向与第2梁45、45的延伸方向垂直,能够利用支承件4更有效地吸收、缓和应力。另外,通过使第1梁44、44沿与连接臂73、74的延伸方向相同的方向即沿A轴的方向延伸,能够容易地确保与连接臂73、74相同程度的长度。因此,容易增大第1梁44、44的长度即后述的L1。特别是,如上所述,在本实施方式中,在沿着C轴的方向俯视时,框架41的缘部413与驱动臂75、76重叠,框架41的缘部414与驱动臂77、78重叠,因此第1梁44、44的长度与连接臂73、74的长度大致相等。
在这样的支承件4中,振动元件6的元件基座70经由导电性的接合部件B2固定于元件保持架43的上表面,底座42的缘部423、424经由导电性的接合部件B1固定于凹部211a的底面。这样,通过使支承件4夹设于振动元件6与基座21之间,能够利用支承件4吸收、缓和从基座21传递的应力而使该应力不易传递到振动元件6。因此,能够有效地抑制振动元件6的振动特性的下降、变动。
另外,作为接合部件B1、B2,只要兼备导电性和接合性即可,没有特别限定,例如可以使用金凸块、银凸块、铜凸块、焊料凸块等各种金属凸块以及在聚酰亚胺类、环氧类、硅酮类、丙烯酸类的各种粘接剂中分散有银填料等导电性填料的导电性粘接剂等。若使用前者的金属凸块作为接合部件B1、B2,则能够抑制来自接合部件B1、B2的气体的产生,能够有效地抑制内部空间S的环境变化、特别是压力的上升。另一方面,若使用后者导电性粘接剂作为接合部件B1、B2,则接合部件B1、B2变得比较柔软,接合部件B1、B2也能够吸收、缓和上述应力。
在本实施方式中,使用导电性粘接剂作为接合部件B1,使用金属凸块作为接合部件B2。通过使用导电性粘接剂作为将不同种类材料的支承件4与基座21接合起来的接合部件B1,能够利用接合部件B1有效地吸收并缓和由于该支承件4与基座21之间的热膨胀系数之差而产生的热应力。另一方面,支承件4和振动元件6通过6个接合部件B2接合,该6个接合部件B2配置于比较窄的区域,因此,通过使用金属凸块作为接合部件B2,可抑制如导电性粘接剂那样的浸润扩展,能够有效地抑制接合部件B2彼此的接触。
这样的支承件4由石英基板构成。这样,通过与振动基板7同样地由石英基板构成支承件4,能够使支承件4与振动基板7的热膨胀系数实质上相等。因此,在支承件4与振动基板7之间实质上不会产生由相互的热膨胀系数差引起的热应力,振动元件6更不易受到应力。因此,能够更有效地抑制振动元件6的振动特性的下降、变动。
特别是,支承件4由切角与振动元件6所具有的振动基板7相同的石英基板构成。在本实施方式中,由于振动基板7由Z切石英基板构成,所以支承件4也由Z切石英基板构成。另外,支承件4晶轴的朝向与振动基板7的晶轴的朝向一致。即,在支承件4和振动基板7中,X轴一致、Y轴一致、Z轴一致。石英的热膨胀系数在沿着X轴的方向、沿着Y轴的方向和沿着Z轴的方向的各个方向上不同,因此,通过使支承件4和振动基板7为相同的切角,并使相互的晶轴朝向一致,在支承件4与振动基板7之间更加不易产生上述的热应力。因此,振动元件6更不易受到应力,能够更有效地抑制其振动特性的下降、变动。
另外,作为支承件4,并不限定于此,例如可以是切角与振动基板7相同而晶轴的方向与振动基板7不同。另外,支承件4也可以由与振动基板7不同切角的石英基板形成。另外,支承件4也可以不由石英基板形成,在该情况下,例如可以由硅基板、树脂基板等形成。在该情况下,支承件4的构成材料优选为与石英的热膨胀系数之差比基座21的构成材料与石英的热膨胀系数差小的材料。
另外,在支承件4上配置有将振动元件6和内部端子241电连接的未图示的布线图案。布线图案将各端子701~706与对应的内部端子241电连接起来。
接着,说明一对第1梁44、44的尺寸。如图8所示,将各第1梁44的沿着A轴的方向的长度设为长度L1(μm),将各第1梁44的沿着B轴的方向的长度设为宽度W1(μm)时,各第1梁44、44优选满足W12/L1<30的关系,特别优选满足W12/L1<12.5的关系。通过满足这样的关系,长度L1相对于宽度W1变得足够长,各第1梁44、44容易在沿着B轴的方向上弹性变形。因此,由这些第1梁44、44支承的元件保持架43容易相对于框架41绕C轴转动。这样,通过使元件保持架43容易绕C轴转动,不易阻碍在振动元件6中产生的检测振动模式。因此,能够有效地抑制振动元件6的检测灵敏度降低。
另外,在比中心O靠A轴正侧的第1梁44和靠A轴负侧的第1梁44中,长度L1也可以稍有不同,但在该情况下,也可以将两者的平均值设为长度L1。同样地,在比中心O靠A轴正侧的第1梁44和靠A轴负侧的第1梁44中,宽度W1也可以稍有不同,但在该情况下,也可以将两者的平均值设为宽度W1。
以下,基于图9所示的仿真结果来证明上述效果。图9是表示W12/L1和灵敏度比(%)之间的关系的曲线图。在该图中,绘制出下述表1所示的各模型01~模型36的W12/L1和灵敏度比(%)之间的关系,进而示出通过最小二乘法近似出的二次曲线。另外,从表1可知,各模型01~模型36的长度L1、宽度W1以及元件保持架43的沿着A轴的方向的长度L2相互不同。另外,长度L1在150μm~700μm的范围内变更,宽度W1在50μm~200μm的范围内变更,长度L2在400μm~600μm的范围内变更。另外,该图中的纵轴即“灵敏度比”是指如专利文献2所记载的那样振动元件6经由内引线安装在TAB基板上的结构中的振动元件6的角速度ωc的检测灵敏度与本实施方式中的振动元件6的检测灵敏度之比,灵敏度比越高,意味着具有越高的灵敏度。
[表1]
L1(um) | W1(um) | L2(um) | W1<sup>2</sup>/L1 | 灵敏度比 | |
模型01 | 150 | 50 | 400 | 16.67 | 83.6 |
模型02 | 250 | 50 | 400 | 10.00 | 90.0 |
模型03 | 300 | 50 | 400 | 8.33 | 91.9 |
模型04 | 500 | 50 | 400 | 5.00 | 95.9 |
模型05 | 700 | 50 | 400 | 3.57 | 97.5 |
模型06 | 300 | 100 | 400 | 33.33 | 77.5 |
模型07 | 500 | 100 | 400 | 20.00 | 85.6 |
模型08 | 300 | 150 | 400 | 75.00 | 61.9 |
模型09 | 500 | 150 | 400 | 45.00 | 72.0 |
模型10 | 700 | 150 | 400 | 32.14 | 74.4 |
模型11 | 150 | 100 | 400 | 66.67 | 68.3 |
模型12 | 650 | 100 | 400 | 15.38 | 88.7 |
模型13 | 400 | 200 | 400 | 100.00 | 56.1 |
模型14 | 300 | 50 | 500 | 8.33 | 91.3 |
模型15 | 500 | 50 | 500 | 5.00 | 95.7 |
模型16 | 700 | 50 | 500 | 3.57 | 97.7 |
模型17 | 300 | 100 | 500 | 33.33 | 77.3 |
模型18 | 500 | 100 | 500 | 20.00 | 85.8 |
模型19 | 700 | 100 | 500 | 14.29 | 91.1 |
模型20 | 300 | 150 | 500 | 75.00 | 62.2 |
模型21 | 500 | 150 | 500 | 45.00 | 72.0 |
模型22 | 700 | 150 | 500 | 32.14 | 80.9 |
模型23 | 150 | 100 | 500 | 66.67 | 65.9 |
模型24 | 150 | 50 | 500 | 16.67 | 82.8 |
模型25 | 650 | 100 | 500 | 15.38 | 89.0 |
模型26 | 400 | 200 | 500 | 100.00 | 57.0 |
模型27 | 300 | 50 | 600 | 8.33 | 91.2 |
模型28 | 500 | 50 | 600 | 5.00 | 95.7 |
模型29 | 700 | 50 | 600 | 3.57 | 98.1 |
模型30 | 150 | 100 | 600 | 66.67 | 66.5 |
模型31 | 300 | 100 | 600 | 33.33 | 77.8 |
模型32 | 500 | 100 | 600 | 20.00 | 86.4 |
模型33 | 700 | 100 | 600 | 14.29 | 92.3 |
模型34 | 650 | 100 | 600 | 15.38 | 91.0 |
模型35 | 500 | 150 | 600 | 45.00 | 73.4 |
模型36 | 300 | 150 | 600 | 75.00 | 63.1 |
如图9的曲线图所示,可知如果满足W12/L1<30的关系,则灵敏度比大致为80%以上,能够将振动元件6的检测灵敏度维持得足够高。此外,如果满足W12/L1<12.5的关系,则灵敏度比为90%以上,可知能够更高地维持振动元件6的检测灵敏度。从这样的仿真结果可知,能够得到上述的“能够有效地抑制振动元件6的检测灵敏度的降低”的效果。
在此,若仅观察灵敏度,则与如本实施方式那样振动元件6被支承在支承件4上的结构相比,如以往那样振动元件6经由内引线安装在TAB基板上的结构更容易发挥高灵敏度。但是,在振动元件6经由内引线安装在TAB基板上的结构中,存在加工偏差大、相应地容易产生不需要振动的问题或者加工偏差大、难以设定用于降低不需要振动的条件的问题。即,振动元件6经由内引线安装在TAB基板上的结构虽然能够发挥高检测灵敏度,但存在检测灵敏度的偏差大、合格品率低的问题。
与此相对,在如本实施方式那样振动元件6被支承在支承件4上的结构中,难以发挥出与振动元件6经由内引线安装在TAB基板上的结构同等的检测灵敏度。但是,由于支承件4由石英基板形成,因此能够通过蚀刻加工高精度地加工支承件4,加工偏差极小。另外,由于加工偏差小,因此用于降低不需要振动的条件设定对应地变得容易。即,在如本实施方式那样振动元件6被支承在支承件4上的结构中,虽然难以发挥出高检测灵敏度,但具有检测灵敏度的偏差小、合格品率高的优点。
因此,在本实施方式中,为了发挥该优点,并且发挥出与振动元件6经由内引线安装在TAB基板上的结构相同程度或其以上的检测灵敏度,如上所述,满足W12/L1<30的关系,优选满足W12/L1<12.5的关系。由此,振动器件1能够发挥出高检测灵敏度,并且能够发挥检测灵敏度的偏差小、合格品率高的极其优异的效果。
另外,从沿着C轴的方向俯视时,支承件4的元件保持架43为与振动元件6的元件基座70相同的形状。另外,在图2中,为了便于说明,将元件保持架43图示为比元件基座70稍大。进而,在从沿着C轴的方向俯视时,元件保持架43和元件基座70的外缘彼此在其整周上重叠。这样,通过使元件保持架43和元件基座70为相同的形状,能够确保在元件保持架43上配置6个接合部件B2所需的足够空间,并且能够减小元件保持架43。而且,能够使第1梁44、44的长度L1与元件保持架43的减小量相应地变长,从而能够提高振动元件6的检测灵敏度。另外,“元件保持架43和元件基座70为相同形状”是指,除了相互的形状完全一致的情况以外,还包含例如由于制造上的误差或制造上的限制而使得相互的形状存在稍许误差的情况。
但是,作为元件保持架43的形状,没有特别限定,可以比元件基座70小,也可以比元件基座70大。另外,俯视形状可以与元件基座70相同(即,可以是相似形状),也可以不同。
以上,对振动器件1进行了说明。如上所述,这样的振动器件1具有:振动元件6,其根据绕检测轴的物理量即角速度ωc进行检测振动;基座21;以及支承件4,其相对于基座21支承振动元件6。另外,从支承件4的厚度方向、即沿着C轴的方向俯视时,支承件4具有:框状的框架41;配置在框架41的外侧并固定在基座21上的底座42;配置在框架41的内侧并将搭载有振动元件6的元件保持架43;从元件保持架43起向作为第1方向的沿A轴的方向的两侧延伸并连接元件保持架43与框架41的一对第1梁44、44;以及从框架41起向作为与沿A轴的方向不同的第2方向的、沿B轴的方向的两侧延伸并连接框架41与底座42的一对第2梁45、45。并且,在从沿着C轴的方向俯视时,将第1梁44的沿A轴的方向的长度设为L1(μm),将第1梁44的沿着与沿A轴的方向垂直的B轴的方向的宽度W设为W1(μm)时,满足W12/L1<30。通过采用这样的结构,振动器件1能够发挥出高的检测灵敏度,并且能够发挥检测灵敏度的偏差小、合格品率高这样的优异效果。
另外,如上所述,振动器件1满足W12/L1<12.5。通过满足这样的关系,振动器件1能够发挥出更高的检测灵敏度,并且能够发挥检测灵敏度的偏差小、合格品率高这样的更优异的效果。
另外,如上所述,在将相互垂直的3个轴设为A轴、B轴和C轴时,支承件4的厚度方向沿着C轴,振动元件6具有:固定在元件保持架43上的元件基座70;从元件基座70起沿着B轴延伸的一对检测臂71、72;从元件基座70起沿着A轴延伸的一对连接臂73、74;从一个连接臂73的末端起沿着B轴延伸的一对驱动臂75、76;以及从另一个连接臂74的末端起沿着B轴延伸的一对驱动臂77、78。通过采用这样的结构,可获得振动平衡优异、具有较高的角速度检测特性的振动元件6。
另外,如上所述,第1梁44、44所延伸的第1方向沿着A轴,第2梁45、45所延伸的第2方向沿着B轴。由此,第1梁44、44的延伸方向与第2梁45、45的延伸方向垂直,能够通过支承件4更有效地吸收、缓和应力。另外,通过使第1梁44、44沿着与连接臂73、74的延伸方向相同的方向即A轴延伸,能够容易地确保与连接臂73、74相同程度的长度L1。
另外,如上所述,在从沿着C轴的方向观察的俯视时,元件保持架43和元件基座70为相同的形状。由此,能够确保在元件保持架43上配置6个接合部件B2所需的足够空间,并且能够减小元件保持架43。而且,能够使第1梁44、44的长度L1与元件保持架43的可减小量相应地变长,从而能够提高振动元件6的检测灵敏度。
<第2实施方式>
图10是第2实施方式的振动器件的俯视图。
本实施方式除了振动元件6的朝向及支承件4的结构不同以外,与上述第1实施方式相同。另外,在以下的说明中,关于本实施方式,以与上述实施方式的不同点为中心进行说明,关于同样的事项,省略其说明。此外,在图10中,对与上述实施方式相同的结构标注相同标号。
如图10所示,在本实施方式的振动器件1中,振动元件6以相对于上述第1实施方式绕C轴旋转90度的姿势固定在支承件4上。
另外,在支承件4中,一对第1梁44、44位于元件保持架43的沿着B轴的方向的两侧,以两端支承元件保持架43的方式连接元件保持架43和框架41。另外,一对第1梁44、44分别沿着假想直线Lb配置在一条直线上。另一方面,一对第2梁45、45位于框架41的沿着A轴的方向的两侧,以两端支承框架41的方式连接框架41和底座42。另外,一对第2梁45、45分别沿着假想直线La配置在一条直线上。根据这样的结构,与上述第1实施方式相比,由于第2梁45、45的与底座42连接的连接部和内部端子241接近,所以能够缩短配置在支承件4上的布线图案的布线长度。
利用这样的第2实施方式,也能够发挥与上述第1实施方式相同的效果。
<第3实施方式>
图11是第3实施方式的振动器件所具有的支承件的俯视图。
本实施方式除了支承件4的结构不同以外,与上述第1实施方式相同。另外,在以下的说明中,关于本实施方式,以与上述实施方式的不同点为中心进行说明,关于同样的事项,省略其说明。此外,在图11中,对与上述实施方式相同的结构标注相同标号。
如图11所示,本实施方式的支承件4除了上述第1实施方式的结构之外,还具有一对第3梁46、46,该一对第3梁46、46从框架41起向沿着A轴的方向的两侧延伸,并连接框架41和底座42。一对第3梁46、46位于框架41的沿着A轴的方向的两侧,以两端支承框架41的方式连接框架41和底座42。即,在本实施方式的支承件4中,框架41构成为被一对第2梁45、45和一对第3梁46、46从其四个方向支承。由此,支承件4的机械强度增加。
特别是,一对第3梁46、46分别沿着假想直线La配置在一条直线上。即,一对第3梁46、46与一对第1梁44、44配置在一条直线上。因此,能够从框架41的四个方向更平衡地支承框架41。另外,若使第3梁46、46的宽度W2过大,则有可能导致振动元件6的灵敏度降低。因此,作为第3梁46、46的宽度W2,没有特别限定,但优选为第1梁44、44的宽度W1以下。
如上所述,在本实施方式的振动器件1中,支承件4具有一对第3梁46、46,该一对第3梁46、46从框架41起向作为第1方向的、沿着A轴的方向的两侧延伸,并连接框架41和底座42,一对第3梁46、46和一对第1梁44、44配置在一条直线上。由此,框架41被一对第2梁45、45和一对第3梁46、46从其四个方向支承。因此,支承件4的机械强度增加。
利用这样的第3实施方式,也能够发挥与上述第1实施方式相同的效果。
以上,基于图示的实施方式对本发明的振动器件进行了说明,但本发明并不限定于此,各部分的结构能够置换为具有相同功能的任意结构。另外,还可以在本发明中附加其他的任意结构物。并且,还可以适当组合各实施方式。
Claims (6)
1.一种振动器件,其特征在于,具有:
振动元件,其根据绕检测轴的物理量进行检测振动;
基座;以及
支承件,其相对于所述基座支承所述振动元件,
在从所述支承件的厚度方向俯视时,所述支承件具有:
框状的框架;
底座,其配置在所述框架的外侧,并固定于所述基座;
元件保持架,其配置在所述框架的内侧,搭载有所述振动元件;
一对第1梁,它们从所述元件保持架起沿着第1方向延伸,将所述元件保持架和所述框架连接起来;以及
一对第2梁,它们从所述框架起沿着与所述第1方向不同的第2方向延伸,将所述框架和所述底座连接起来,
在所述俯视时,将所述第1梁在所述第1方向上的长度设为L1μm、所述第1梁在与所述第1方向垂直的方向上的宽度W设为W1μm时,满足:
W12/L1<30。
2.根据权利要求1所述的振动器件,其中,所述振动器件满足:
W12/L1<12.5。
3.根据权利要求1或2所述的振动器件,其中,
在将相互垂直的3个轴设为A轴、B轴和C轴时,
所述支承件的厚度方向沿着所述C轴,
所述振动元件具有:
元件基座,其固定于所述元件保持架;
一对检测臂,它们从所述元件基座起沿着所述B轴延伸;
一对连接臂,它们从所述元件基座起沿着所述A轴延伸;
一对驱动臂,它们从一个所述连接臂的末端起沿着所述B轴延伸;以及
一对驱动臂,它们从另一个所述连接臂的末端起沿着所述B轴延伸。
4.根据权利要求3所述的振动器件,其中,
所述第1方向沿着所述A轴,
所述第2方向沿着所述B轴。
5.根据权利要求3所述的振动器件,其中,
在从沿着所述C轴的方向观察的俯视时,所述元件保持架和所述元件基座为相同的形状。
6.根据权利要求1所述的振动器件,其中,
所述支承件具有一对第3梁,所述第3梁从所述框架起沿着所述第1方向延伸,并将所述框架和所述底座连接起来,
所述一对第3梁和所述一对第1梁配置在一条直线上。
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---|---|---|---|---|
JP7251385B2 (ja) * | 2019-07-30 | 2023-04-04 | セイコーエプソン株式会社 | 振動デバイス、電子機器および移動体 |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1576785A (zh) * | 2003-07-25 | 2005-02-09 | 精工爱普生株式会社 | 压电振动片及其支撑结构、压电振子及振动型压电陀螺仪 |
JP2005106481A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-04-21 | Seiko Epson Corp | 圧電振動ジャイロ素子及び圧電振動ジャイロセンサ |
CN1808066A (zh) * | 2005-01-20 | 2006-07-26 | 精工爱普生株式会社 | 振动陀螺元件、振动陀螺元件的支撑结构和陀螺传感器 |
CN102650519A (zh) * | 2011-02-25 | 2012-08-29 | 索尼公司 | 角速度传感器 |
CN103226016A (zh) * | 2012-01-30 | 2013-07-31 | 精工爱普生株式会社 | 振动片、振动器件、物理量检测装置以及电子设备 |
CN103308042A (zh) * | 2012-03-13 | 2013-09-18 | 精工爱普生株式会社 | 陀螺仪传感器以及电子设备 |
CN103697875A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-04-02 | 上海交通大学 | 管脚式压电固体波动模态匹配陀螺 |
JP2015108567A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | セイコーエプソン株式会社 | 振動素子、振動子、振動デバイス、電子機器および移動体 |
CN108627149A (zh) * | 2017-03-23 | 2018-10-09 | 精工爱普生株式会社 | 振动器件、角速度传感器、电子设备和移动体 |
CN108663038A (zh) * | 2017-03-28 | 2018-10-16 | 精工爱普生株式会社 | 传感器元件、传感器、电子设备以及移动体 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5408877A (en) * | 1992-03-16 | 1995-04-25 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Micromechanical gyroscopic transducer with improved drive and sense capabilities |
FR2859527B1 (fr) * | 2003-09-09 | 2005-11-18 | Thales Sa | Gyrometre micro-usine a double diapason et a detection dans le plan de la plaque usinee |
US7421898B2 (en) * | 2004-08-16 | 2008-09-09 | The Regents Of The University Of California | Torsional nonresonant z-axis micromachined gyroscope with non-resonant actuation to measure the angular rotation of an object |
JP2006201118A (ja) * | 2005-01-24 | 2006-08-03 | Seiko Epson Corp | 圧電振動ジャイロ素子およびジャイロセンサ |
JP3800238B2 (ja) | 2005-03-22 | 2006-07-26 | 株式会社デンソー | 角速度センサ及び角速度検出方法 |
JP4310325B2 (ja) * | 2006-05-24 | 2009-08-05 | 日立金属株式会社 | 角速度センサ |
US10197590B2 (en) * | 2014-11-17 | 2019-02-05 | The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University | Combined magnetometer accelerometer MEMS devices and methods |
JP6668626B2 (ja) | 2015-07-16 | 2020-03-18 | セイコーエプソン株式会社 | 電子デバイス、電子機器、および移動体 |
JP6623767B2 (ja) | 2016-01-08 | 2019-12-25 | Tdk株式会社 | ジャイロ素子及びそれを用いた角速度センサ |
JP7027841B2 (ja) | 2017-11-29 | 2022-03-02 | セイコーエプソン株式会社 | 振動デバイス、電子機器および移動体 |
JP2019117073A (ja) | 2017-12-26 | 2019-07-18 | 川崎重工業株式会社 | 試薬保管庫及び試薬保管庫を備えた自動分析装置 |
JP2019178994A (ja) * | 2018-03-30 | 2019-10-17 | セイコーエプソン株式会社 | センサー素子、物理量センサー、電子機器および移動体 |
-
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1576785A (zh) * | 2003-07-25 | 2005-02-09 | 精工爱普生株式会社 | 压电振动片及其支撑结构、压电振子及振动型压电陀螺仪 |
JP2005106481A (ja) * | 2003-09-26 | 2005-04-21 | Seiko Epson Corp | 圧電振動ジャイロ素子及び圧電振動ジャイロセンサ |
CN1808066A (zh) * | 2005-01-20 | 2006-07-26 | 精工爱普生株式会社 | 振动陀螺元件、振动陀螺元件的支撑结构和陀螺传感器 |
CN102650519A (zh) * | 2011-02-25 | 2012-08-29 | 索尼公司 | 角速度传感器 |
CN103226016A (zh) * | 2012-01-30 | 2013-07-31 | 精工爱普生株式会社 | 振动片、振动器件、物理量检测装置以及电子设备 |
CN103308042A (zh) * | 2012-03-13 | 2013-09-18 | 精工爱普生株式会社 | 陀螺仪传感器以及电子设备 |
JP2015108567A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | セイコーエプソン株式会社 | 振動素子、振動子、振動デバイス、電子機器および移動体 |
CN103697875A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-04-02 | 上海交通大学 | 管脚式压电固体波动模态匹配陀螺 |
CN108627149A (zh) * | 2017-03-23 | 2018-10-09 | 精工爱普生株式会社 | 振动器件、角速度传感器、电子设备和移动体 |
CN108663038A (zh) * | 2017-03-28 | 2018-10-16 | 精工爱普生株式会社 | 传感器元件、传感器、电子设备以及移动体 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
一种具有低振动灵敏度和宽动态范围的MEMS陀螺仪;施芹 等;《中国惯性技术学报》;20190228;第89-94页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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US20210063155A1 (en) | 2021-03-04 |
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