JP2016085191A - Vibration element, manufacturing method of the same, electronic device, electronic apparatus and movable body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動素子、振動素子の製造方法、振動素子を用いた電子デバイス、電子機器、および移動体に関する。 The present invention relates to a vibration element, a method for manufacturing the vibration element, an electronic device using the vibration element, an electronic apparatus, and a moving body.
モバイルコンピューターやICカードなどの小型の情報機器や、携帯電話などの移動体通信機器、および車体制御や自車位置検出、あるいは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)などに、振動素子を用いた振動子やジャイロセンサーなどが広く利用されている。例えば、振動子は、振動素子としての屈曲振動片を所定の共振周波数で振動させて得られる出力信号が信号処理のタイミング源として用いられる。また、ジャイロセンサーは、ジャイロ素子(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。 Small information devices such as mobile computers and IC cards, mobile communication devices such as mobile phones, and body control, vehicle position detection, or vibration control correction functions (so-called camera shake correction) for digital cameras and digital video cameras, etc. In addition, vibrators and gyro sensors using vibration elements are widely used. For example, in the vibrator, an output signal obtained by vibrating a flexural vibration piece as a vibration element at a predetermined resonance frequency is used as a signal processing timing source. In addition, the gyro sensor detects an electrical signal generated in a part of the gyro vibrating piece by vibration such as shaking or rotation of the object as an angular velocity by a gyro element (gyro vibrating piece), and calculates the rotation angle to calculate the rotation angle of the object. Find the displacement.
近年、これらの振動素子を用いる電子機器の小型化に伴い、それらに用いられる振動子やジャイロセンサーも小型化が要求されている。そして、振動子やジャイロセンサーが小型化されるにしたがって、振動素子の小型化も必然的に必要となるが、振動素子は、小型化されることにより、振動のし易さを示すCI(クリスタルインピーダンス)値が増加したり、ばらついたりしてしまう。そのため、従来から、このCI値を安定化、あるいは低下させるための対応策が検討され提案されている。 In recent years, along with the downsizing of electronic devices using these vibrating elements, the vibrators and gyro sensors used for them are also required to be downsized. As the vibrator and gyro sensor are downsized, it is necessary to reduce the size of the vibration element. However, the vibration element is reduced in size so that the CI (Crystal) which shows the ease of vibration can be obtained. Impedance) value increases or varies. Therefore, conventionally, countermeasures for stabilizing or reducing the CI value have been studied and proposed.
例えば、特許文献1では、音叉型振動片(屈曲振動片)の振動腕部に、表裏面から溝部が設けられるとともに、振動腕部が突出している基部の両側面に切り込み部を設けることにより、振動モレを抑制し、CI値のばらつきを低減させることが開示されている。また、特許文献2では、所謂H型のジャイロ素子の振動腕の腕幅を、ベース(基部)から先端に向けて減少させることにより、振動時の振動腕に発生する応力を一定にしてCI値を低下させることが開示されている。
For example, in
しかしながら、益々振動素子の小型化が進むにつれて、上述の対応策では十分でなくなり、例えば外形形状の製造ばらつきによって生じるCI値のばらつきを無視することができなくなってしまっていた。 However, as the vibration element is further miniaturized, the above-mentioned countermeasures are not sufficient, and for example, variations in CI values caused by variations in the outer shape cannot be ignored.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]本適用例に係る振動素子は、基部と、前記基部から延出し、所定の共振周波数fで振動する駆動振動腕と、を備え、前記共振周波数fと、前記駆動振動腕の厚さtとの関係が、0.004>f×t2>0.0008であることを特徴とする。 Application Example 1 A vibration element according to this application example includes a base and a drive vibration arm that extends from the base and vibrates at a predetermined resonance frequency f. The resonance frequency f and the drive vibration arm The relationship with the thickness t is 0.004> f × t 2 > 0.0008.
本適用例によれば、上述のような駆動振動腕の共振周波数fと駆動振動腕の厚さtとの関係とすることにより、振動素子の製造時における外形形状のばらつきが生じたとしても、CI値を低下させるとともに、小型の振動素子におけるCI値のばらつきを低減させることが可能となる。 According to this application example, the relationship between the resonance frequency f of the driving vibration arm and the thickness t of the driving vibration arm as described above may cause variation in the outer shape at the time of manufacturing the vibration element. It is possible to reduce the CI value and reduce the variation of the CI value in a small vibration element.
[適用例2]上記適用例に記載の振動素子において、前記共振周波数fと、前記駆動振動腕の厚さtとの関係が0.003>f×t2>0.001であることが好ましい。 Application Example 2 In the resonator element according to the application example described above, it is preferable that the relationship between the resonance frequency f and the thickness t of the drive vibrating arm is 0.003> f × t 2 > 0.001. .
本適用例によれば、CI値の水準をさらに低下させるとともにCI値のばらつきをさらに低減させることが可能な、小型の振動素子を提供することができる。 According to this application example, it is possible to provide a small vibration element that can further reduce the CI value level and further reduce the CI value variation.
[適用例3]上記適用例に記載の振動素子において、前記基部から、延出している検出振動腕を備えていることが好ましい。 Application Example 3 In the vibration element according to the application example described above, it is preferable that a detection vibrating arm that extends from the base portion is provided.
本適用例によれば、CI値の安定した駆動振動腕と、角速度信号を検出可能な検出振動腕、とが基部から延出されている、小型で角速度が検出可能な振動素子を提供することが可能となる。 According to this application example, there is provided a vibrating element capable of detecting a small angular velocity, in which a driving vibrating arm having a stable CI value and a detecting vibrating arm capable of detecting an angular velocity signal are extended from the base. Is possible.
[適用例4]上記適用例に記載の振動素子において、前記駆動振動腕は、前記基部の一端から延出し、前記検出振動腕は、前記基部の前記一端と反対側の他端から延出していることが好ましい。 Application Example 4 In the resonator element according to the application example described above, the drive vibration arm extends from one end of the base, and the detection vibration arm extends from the other end opposite to the one end of the base. Preferably it is.
本適用例によれば、駆動振動腕、および駆動振動腕と反対側の基部から延出された検出振動腕が設けられている。このように、駆動振動腕と検出振動腕とが、基部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、角速度の検出感度を安定させることができる。 According to this application example, the drive vibration arm and the detection vibration arm extending from the base portion on the opposite side of the drive vibration arm are provided. As described above, since the drive vibration arm and the detection vibration arm are respectively extended from both ends of the base in the same axial direction, the drive system and the detection system are separated. Or the electrostatic coupling between wirings is reduced and the detection sensitivity of angular velocity can be stabilized.
[適用例5]上記適用例に記載の振動素子において、前記基部から延出し、前記駆動振動腕または前記検出振動腕が内側に位置するように設けられている一対の調整用振動腕を備えていることが好ましい。 Application Example 5 The vibration element according to the application example described above includes a pair of adjustment vibration arms that extend from the base and are provided so that the drive vibration arm or the detection vibration arm is positioned inside. Preferably it is.
本適用例によれば、前述の適用例に加えて、漏れ出力を調整するための調整用振動腕が設けられていることにより、振動漏れ出力によって検出振動腕に発生する電荷を調整用振動腕で発生する電荷でキャンセルすることができる。 According to this application example, in addition to the application example described above, the adjustment vibrating arm for adjusting the leakage output is provided, so that the charge generated in the detection vibrating arm due to the vibration leakage output can be reduced. Can be canceled by the charge generated in
[適用例6]上記適用例に係る振動素子において、前記駆動振動腕、前記検出振動腕、および前記調整用振動腕のいずれかの、前記基部と接続する一端とは反対側の他端側に幅広部が設けられていることが好ましい。 Application Example 6 In the resonator element according to the application example described above, any one of the drive vibration arm, the detection vibration arm, and the adjustment vibration arm is disposed on the other end side opposite to the one end connected to the base portion. It is preferable that a wide portion is provided.
本適用例によれば、駆動振動腕、検出振動腕、および調整用振動腕の長さの増大を抑えながら所定の駆動振動や検出振動を得るとともに、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素子を提供することができる。
なお、上記の「他端側」とは、基部から延出する駆動振動腕、検出振動腕、および調整用振動腕の先端部(開放端)の部分をいう。
According to this application example, a predetermined drive vibration or detection vibration is obtained while suppressing an increase in the length of the drive vibration arm, the detection vibration arm, and the adjustment vibration arm, and the adjustment range for suppressing the leakage vibration is wide. Therefore, it is possible to provide a vibration element having a smaller size and higher sensitivity.
The above-mentioned “other end side” refers to the drive vibration arm, the detection vibration arm, and the tip end portion (open end) of the adjustment vibration arm extending from the base.
[適用例7]本適用例に係る振動素子の製造方法は、基部と、前記基部の一端から延出し、所定の共振周波数fで振動する厚さtの駆動振動腕と、を有する振動素子の製造方法であって、前記共振周波数fと、前記駆動振動腕の厚さtとの関係が、0.004>f×t2>0.0008となるように、前記駆動振動腕の外周形状を、ドライエッチング法を用いて形成する外形形成工程を備えていることを特徴とする。 Application Example 7 A manufacturing method of a vibration element according to this application example is a vibration element having a base and a driving vibration arm having a thickness t that extends from one end of the base and vibrates at a predetermined resonance frequency f. In the manufacturing method, the outer peripheral shape of the drive vibration arm is set so that the relationship between the resonance frequency f and the thickness t of the drive vibration arm satisfies 0.004> f × t 2 > 0.0008. And an outer shape forming process using a dry etching method.
本適用例によれば、ドライエッチングによる外形形成工程を備えているため、容易に上述のような駆動振動腕の共振周波数fと駆動振動腕の厚さtとの関係とする小型の振動素子を形成することができる。これにより、振動素子のCI値を低下させるとともにCI値のばらつきを低減させることが可能となる。また、ドライエッチングによる外形加工により、外形形状の製造ばらつきも減少させることが可能となる。 According to this application example, since the outer shape forming step by dry etching is provided, a small vibration element having a relationship between the resonance frequency f of the driving vibration arm and the thickness t of the driving vibration arm as described above can be easily obtained. Can be formed. As a result, it is possible to reduce the CI value of the vibration element and reduce variations in the CI value. Moreover, it is possible to reduce manufacturing variations of the outer shape by the outer shape processing by dry etching.
[適用例8]本適用例に係る振動の電子デバイスは、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子と、少なくとも前記駆動振動腕を励振させる駆動回路を含む電子部品と、前記ジャイロ素子および前記電子部品の少なくとも一方を収容しているパッケージと、を備えていることを特徴とする。 Application Example 8 A vibration electronic device according to this application example includes the vibration element according to any one of the application examples, an electronic component including at least a drive circuit that excites the drive vibration arm, the gyro element, and And a package containing at least one of the electronic components.
本適用例によれば、上記適用例のいずれか一例に記載の効果を有する振動素子を備えた電子デバイス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電子デバイスは、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 this application example, it is possible to obtain an electronic device including the vibration element having the effect described in any one of the application examples. In addition, the package-type electronic device having the above-described configuration is advantageous for downsizing and thinning and can have high impact resistance.
[適用例9]本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。 Application Example 9 An electronic apparatus according to this application example includes the vibration element according to any one of the application examples.
本適用例によれば、CI値のばらつきを低減させた振動素子、すなわち振動特性の安定した振動素子を備えているため、性能の安定した電子機器を提供することが可能となる。 According to this application example, since the vibration element in which the variation in the CI value is reduced, that is, the vibration element with stable vibration characteristics, the electronic apparatus with stable performance can be provided.
[適用例10]本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。 Application Example 10 A moving body according to this application example includes the vibration element according to any one of the application examples described above.
本適用例によれば、CI値のばらつきを低減させた振動素子、すなわち振動特性の安定した振動素子を備えているため、性能の安定した移動体を提供することが可能となる。 According to this application example, since the vibration element in which the variation in the CI value is reduced, that is, the vibration element with stable vibration characteristics, it is possible to provide a movable body with stable performance.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。また、図1、図3〜図5では、説明の便宜上、互いに直交する3軸として、X軸、Y軸およびZ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「+側」、基端側を「−側」としている。また、以下の説明では、X軸に平行な方向を「X軸方向」と言い、Y軸に平行な方向を「Y軸方向」と言い、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」と言う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each layer and each member is different from the actual scale so that each layer and each member can be recognized. 1 and 3 to 5, for convenience of explanation, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other, and the tip side of the illustrated arrow is the “+ side”, The base end side is defined as “− side”. In the following description, a direction parallel to the X axis is referred to as an “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is referred to as a “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is referred to as a “Z axis direction”. say.
(第1実施形態)
<振動素子−1>
まず、第1実施形態に係る振動素子の概略構成について、図1を用いて説明する。図1(a)は、第1実施形態1に係る振動素子としての音叉型振動片の概略構成を模式的に示す平面図である。図1(b)は、図1(a)におけるA−A線での断面図である。
(First embodiment)
<Vibration element-1>
First, a schematic configuration of the resonator element according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a plan view schematically showing a schematic configuration of a tuning-fork type vibrating piece as a vibrating element according to the first embodiment. FIG.1 (b) is sectional drawing in the AA line in Fig.1 (a).
図1に示すように、振動素子としての音叉型振動片100は、基部110と、基部110から+Y軸方向に延出している一対の振動腕としての駆動振動腕120,130を備えている振動片である。基部110は、括れ部112を介して配置された狭幅部111と広幅部113とを備えた平板状をなしている。なお、基部110は、括れ部112が設けられない形状、すなわち略矩形平板状であってもよい。振動腕としての駆動振動腕120,130は、基部110における狭幅部111の+Y側の一端から、Y軸方向に互いに略平行に延びる一対の角柱状の振動体である。音叉型振動片100を構成する基部110と駆動振動腕120,130は、一体で形成され、水晶が基材として用いられている。なお、第1実施形態の音叉型振動片100は、フォトリソグラフィー法及びフッ素系ガスなどによるドライエッチング法で形成されている。
As shown in FIG. 1, a tuning fork
水晶は、電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸および光学軸と呼ばれるZ軸を有している。音叉型振動片100をなす基材は、水晶結晶軸において直交するX軸および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軸方向に所定の厚みを有している。Z軸は、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。所定の厚みは、振動周波数、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。
The crystal has an X axis called an electric axis, a Y axis called a mechanical axis, and a Z axis called an optical axis. The base material forming the tuning fork
振動腕としての駆動振動腕120および駆動振動腕130は、X軸およびY軸で規定される平面と直交する面内方向(X軸方向)に沿って、互いに逆方向に振動する。すなわち、駆動振動腕120が+X軸方向に向かい変位するときは、駆動振動腕130が−X軸方向に向かい変位し、駆動振動腕120が−X軸方向に向かい変位するときは、駆動振動腕130が+X軸方向に向かい変位し、周波数500kHz以下で振動する。
The
基部110から延伸された駆動振動腕120および駆動振動腕130は、振動方向と直交する方向(Z軸方向)の寸法として、厚さtをなして形成される。駆動振動腕120は、表面103cと、表面103cと反対側に設けられた裏面103dと、表面103cと裏面103dとを接続する側面103h,103iと、を備えている。また、駆動振動腕130は、表面103gと、表面103gと反対側に設けられた裏面103fと、表面103gと裏面103fとを接続する側面103j,103kと、を備えている。
The
なお、図示されていないが、駆動振動腕120,130の先端部には、駆動振動腕120,130より幅が広い(X軸方向の寸法が大きい)略矩形状の幅広部としての錘部が設けられていてもよい。駆動振動腕120,130に、幅広部としての錘部が設けられている構成では、駆動振動腕120,130の長さ(Y軸方向の寸法)の増大を抑えながら所定の駆動振動を得ることができるため、音叉型振動片100を小型化することが可能となる。
Although not shown in the figure, a weight portion as a substantially rectangular wide portion that is wider than the
次に、音叉型振動片100の駆動電極について説明する。駆動振動腕120,130を駆動させるための駆動電極は、第1駆動電極121a,121b,132a,132b、および第2駆動電極122a,122b,131a,131bを備えている。第1駆動電極121a,121b,132a,132b、および第2駆動電極122a,122b,131a,131bは、駆動振動腕120,130の付け根から先端部に向かって延伸するように設けられている。
Next, the drive electrode of the tuning fork
図1(b)に示すように、駆動振動腕120の一方の側面103hには、駆動振動腕120の延伸方向(Y軸方向)に沿って第2駆動電極122aが設けられている。また、反対側の側面103iには、駆動振動腕120の延伸方向に沿って第2駆動電極122bが設けられている。さらに、駆動振動腕120の表面103cには、第1駆動電極121aが設けられ、裏面103dには、第1駆動電極121bが設けられている。そして、第1駆動電極121aと第1駆動電極121bとは、図示しないが、駆動振動腕120の先端部などを経由して電気的に接続されている。同様に、第2駆動電極122aと第2駆動電極122bとは、図示しないが、駆動振動腕120の先端部などを経由して電気的に接続されている。また、第1駆動電極121a,121bおよび第2駆動電極122a,122bは、図示しない配線を介して図示しない外部接続パッドに、それぞれが電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1B, the
同様に、駆動振動腕130の一方の側面103jには、駆動振動腕130の延伸方向(Y軸方向)に沿って第1駆動電極132aが設けられている。また、反対側の側面103kには、駆動振動腕130の延伸方向に沿って第1駆動電極132bが設けられている。さらに、駆動振動腕130の表面103gには、第2駆動電極131aが設けられ、裏面103fには、第2駆動電極131bが設けられている。そして、第2駆動電極131aと第2駆動電極131bとは、図示しないが、駆動振動腕130の先端部などを経由して電気的に接続されている。同様に、第1駆動電極132aと第1駆動電極132bとは、図示しないが、駆動振動腕130の先端部などを経由して電気的に接続されている。また、第2駆動電極131a,131bおよび第1駆動電極132a,132bは、図示しない配線を介して図示しない外部接続パッドに、それぞれが電気的に接続されている。
Similarly, the
駆動振動腕120においては、第1駆動電極121aと第1駆動電極121bとは同電位となるように接続され、第2駆動電極122aと第2駆動電極122bとは同電位となるように接続されている。また、駆動振動腕130においては、第2駆動電極131aと第2駆動電極131bとは同電位となるように接続され、第1駆動電極132aと第1駆動電極132bとは同電位となるように接続されている。このような構成の駆動電極に、位相が異なる交流電圧を印加すると、音叉型振動片100は、駆動振動腕120と駆動振動腕130とが、X軸方向に沿って互いに逆方向へ変位する屈曲運動を繰り返し、所定の共振周波数fで屈曲振動する。
In the
上述した第1駆動電極121a,121b,132a,132b、および第2駆動電極122a,122b,131a,131bの構成は、特に限定されず、導電性を有し、薄膜形成が可能であればよい。具体的な構成としては、例えば、金(Au)、金合金、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、銀(Ag)、銀合金、クロム(Cr)、クロム合金、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)等の金属材料、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電材料により形成することができる。
The configurations of the
上述したような、厚さtの駆動振動腕120,130を有する音叉型振動片100は、所定の共振周波数fで駆動振動するが、音叉型振動片100の製造工程において生じる外形形状のばらつきなどによって、振動特性のばらつきが発生する。振動特性としては、特に駆動インピーダンスであるCI(クリスタルインピーダンス)値のばらつきが、駆動振動に顕著な影響を持つため、このばらつきを抑える必要があった。
The tuning fork
これに対応して、音叉型振動片100は、駆動振動腕120,130の共振周波数fと、駆動振動腕120,130の厚さtとの関係を、0.004>f×t2>0.0008とすること、さらに好ましくは、0.003>f×t2>0.001とすることにより、例えば音叉型振動片100の製造時に外形形状のばらつきが生じたとしても、その影響を排除することができる。すなわち、小型の音叉型振動片100であっても、その製造時に生じる外形形状のばらつきによる、CI値のばらつきを低減させたりCI値の水準を低下させたりすることができることを見出した。
Correspondingly, in the tuning fork
音叉型振動片100のような屈曲振動片においては、駆動振動腕120,130の共振周波数fnと駆動振動腕120,130の厚さtに、後述にて式(1)を用いて説明するような関係があるため、上述のような範囲において、CI値を満足することができる共振周波数fnと厚さtとの良好な値を決定することが可能となる。
In a bending vibration piece such as the tuning fork
下記式(1)によれば、例えば音叉型振動片のような屈曲振動片においては、例えば面外振動の共振周波数fnを一定とし、駆動振動腕の厚さt(式(1)のwに相当する)を増やすと、駆動振動腕の長さ寸法lが増えることになる。なお、面外振動においては、駆動振動腕の厚み方向が振動方向となるため、駆動振動腕の厚み方向の寸法である厚さtが振動腕の幅寸法wに相当する。このように駆動振動腕の長さlが増えた場合には、面内振動の共振周波数fnが下がってしまう。屈曲振動片の振動特性を安定させるためには、面内振動と面外振動を所定の共振周波数に合わせる必要があり、面内振動の共振周波数fnを所定の値に合わせる(共振周波数fnを高くする)ためには、駆動振動腕の幅寸法wを増やすことが必要となる。 According to the following formula (1), for example, in a bending vibration piece such as a tuning fork type vibration piece, for example, the resonance frequency f n of out-of-plane vibration is constant, and the thickness t of the drive vibration arm (w in the expression (1)) Increase in the length dimension l of the drive vibrating arm increases. In addition, in the out-of-plane vibration, the thickness direction of the drive vibration arm is the vibration direction, and thus the thickness t that is the dimension in the thickness direction of the drive vibration arm corresponds to the width dimension w of the vibration arm. Thus, when the length l of the driving vibration arm increases, the resonance frequency f n of the in-plane vibration decreases. In order to stabilize the vibration characteristics of the bending vibration piece, it is necessary to match the in-plane vibration and the out-of-plane vibration to a predetermined resonance frequency, and the resonance frequency f n of the in-plane vibration is adjusted to a predetermined value (resonance frequency f n). In order to increase the width dimension w of the driving vibration arm.
上述の状態では、面内振動の共振周波数fnも、上述の面外振動と同様に下がってしまうため、共振周波数fnを一定に保つ(共振周波数fnを高くする)ためには、駆動振動腕の幅寸法wを増やすことが必要となる。そして、面内振動の共振周波数fnを一定に保つ(共振周波数fnを高くする)ように、駆動振動腕の長さ寸法l、および駆動振動腕の幅寸法wを増やすと、駆動振動のCI値は、小さくなる(減少する)。 In the above state, also the resonance frequency f n of the in-plane vibration, because thus falls in the same manner as plane vibration described above, in order to keep the resonance frequency f n constant (increasing the resonant frequency f n) is driven It is necessary to increase the width dimension w of the vibrating arm. When the length dimension l of the driving vibration arm and the width dimension w of the driving vibration arm are increased so as to keep the resonance frequency f n of the in-plane vibration constant (resonance frequency f n is increased), The CI value decreases (decreases).
また、上述と同様に、面外振動においても、面外振動の共振周波数fnを一定に保つ(共振周波数fnを高くする)ように、駆動振動腕の長さ寸法l、および駆動振動腕の厚さt(式(1)のWに相当する)を増やすと、面外振動のCI値は、小さくなる(減少する)。 Similarly to the above, in the out-of-plane vibration, the length dimension l of the drive vibration arm and the drive vibration arm are set so that the resonance frequency f n of the out-of-plane vibration is kept constant (the resonance frequency f n is increased). When the thickness t (corresponding to W in equation (1)) is increased, the CI value of the out-of-plane vibration is reduced (decreased).
fn∝w/l2・・・(1)
fn:振動腕の共振周波数、 l:振動腕の長さ寸法
w:振動腕の腕幅寸法(但し、面内振動ではX軸方向の腕幅を示し、面外振動では
Z軸方向の厚みtがwに相当する)
f n ∝w / l 2 (1)
f n : Resonant frequency of the vibrating arm, l: Length dimension of the vibrating arm w: Arm width dimension of the vibrating arm (however, the in-plane vibration indicates the arm width in the X-axis direction, and the out-of-plane vibration
(Thickness t in the Z-axis direction corresponds to w)
また、式(1)によれば、音叉型振動片のような屈曲振動片においては、厚さtを一定にして、面外振動の共振周波数fnを増やそうとする(上げようとする)と、駆動振動腕の長さ寸法lを短くすることが必要となる。屈曲振動片のCI値変動を小さくして特性を安定させるためには、面内振動と面外振動の共振周波数を合わせる必要があり、面内振動の共振周波数fnも、長さ寸法lが短くなるため、上述の面外振動の共振周波数に合わせて増えることになる。そのため、駆動振動腕の幅寸法wを変える必要は生じない。このように、厚さtを一定にして面外振動の共振周波数fnを増やそうとすると、駆動振動腕の長さ寸法lを短くすることになるため、CI値が小さくなる(減少する)。なお、CI値は周波数に反比例して小さくなる(減少する)。また、厚さtが一定の場合に、面外振動の共振周波数fnを減らそうとすると、駆動振動腕の長さ寸法lを長くすることになるため、CI値が大きくなる(増加する)。換言すれば、厚さtを大きくしておくことによって、共振周波数fnにばらつきが生じたりして、共振周波数fnを調整しなければならない場合においても、CI値を低い水準で維持することが可能となる。
以上示したように、共振周波数fnを調整するために、駆動振動腕の寸法を変えることによってCI値が変動することがわかる。
Further, according to the equation (1), in a bending vibration piece such as a tuning fork type vibration piece, when the thickness t is made constant, the resonance frequency f n of the out-of-plane vibration is to be increased (to increase). It is necessary to shorten the length l of the drive vibrating arm. In order to stabilize the characteristic by reducing the CI value fluctuation of the bending vibration piece, it is necessary to match the resonance frequencies of the in-plane vibration and the out-of-plane vibration. The resonance frequency f n of the in-plane vibration also has a length dimension l. Since it becomes shorter, it increases in accordance with the resonance frequency of the out-of-plane vibration described above. Therefore, there is no need to change the width dimension w of the drive vibrating arm. As described above, if the resonance frequency f n of the out-of-plane vibration is increased while keeping the thickness t constant, the length l of the drive vibration arm is shortened, so that the CI value decreases (decreases). The CI value decreases (decreases) in inverse proportion to the frequency. If the resonance frequency f n of the out-of-plane vibration is reduced when the thickness t is constant, the length l of the drive vibrating arm is increased, and the CI value increases (increases). . In other words, the CI value is maintained at a low level even when the resonance frequency f n has to be adjusted by increasing the thickness t so that the resonance frequency f n varies. Is possible.
As described above, it can be seen that the CI value fluctuates by changing the dimension of the drive vibrating arm in order to adjust the resonance frequency f n .
図2に、音叉型振動片100における駆動振動腕120,130の厚さtと、CI値(駆動インピーダンス値)の変動との相関を示す。図2は、CI値変動とf×t2との相関を示し、図2(a)はCI値とf×t2との相関を示すグラフ、図2(b)はCI値変動率とf×t2との相関を示すグラフである。なお、図2(a)の縦軸は、f×t2=1となるところのCI値をCI値=1.0とした、CI値の指数値を示している。
FIG. 2 shows a correlation between the thickness t of the
図2(a)に示されているように、駆動振動腕120,130の駆動振動の共振周波数fと、駆動振動腕120,130の厚さtと、駆動振動腕120,130の駆動振動におけるCI値と、の関係において、f×t2とCI値とには、累乗の関係が見られる。すなわち、f×t2とCI値とは、CI∝(f×t2)-1.27の曲線に沿った関係がある。この関係から、f×t2の値を大きくすればCI値を低くできることがわかる。
As shown in FIG. 2A, the resonance frequency f of the drive vibration of the
また、図2(b)には、上述の共振周波数fおよび厚さtが変動した場合の、CI値の変化(CI値変動率)が示されている。なお、図2(b)の縦軸は、共振周波数fあるいは厚さtが1%変動したときのCI値の変動率(以下、CI値変動率とする)となっている。図2(b)に示されているように、CI値変動率とf×t2とにおける関係においても、累乗の関係となっており、f×t2の値を大きくすればCI値変動率を低くできることがわかる。 FIG. 2B shows the change in CI value (CI value fluctuation rate) when the resonance frequency f and the thickness t described above fluctuate. Note that the vertical axis of FIG. 2B represents the CI value variation rate (hereinafter referred to as the CI value variation rate) when the resonance frequency f or the thickness t varies by 1%. As shown in FIG. 2B, the relationship between the CI value variation rate and f × t 2 is also a power relationship, and the CI value variation rate is increased by increasing the value of f × t 2. It can be seen that can be lowered.
図2(b)によれば、f×t2を0.0008とすれば、CI値変動率を2.0%以下とすることができ、f×t2を0.001とすれば、CI値変動率を1.5%以下とすることができる。CI値変動率は、小さければ小さいほど好ましいが、2.0%以下に抑えることができれば、すなわちf×t2を0.0008より大きくすることすることにより、駆動振動腕120,130の振動特性に対する影響を軽微とすることができる。なお、さらに好ましくは、f×t2を0.001とすることにより、CI値変動率を1.5%以下とすることができ、さらに駆動振動腕120,130の振動特性に対する影響を軽微とすることができる。これにより、音叉型振動片100における駆動振動腕120,130の振動特性を安定させることができる。
According to FIG. 2B, when f × t 2 is 0.0008, the CI value variation rate can be 2.0% or less, and when f × t 2 is 0.001, CI The value fluctuation rate can be 1.5% or less. The CI value variation rate is preferably as small as possible. However, if it can be suppressed to 2.0% or less, that is, by making f × t 2 larger than 0.0008, the vibration characteristics of the
なお、f×t2の値を大きくすればするほどCI値変動率を低くすることができるが、決められた共振周波数fを維持しつつ、f×t2の値を大きくするためには、厚さtを大きくする必要がある。厚さtを大きくして、決められた共振周波数fを維持するためには、駆動振動腕120,130を長くする必要がある。このように、f×t2の値を大きくするにしたがって、音叉型振動片100の大きさ(サイズ)が大きくなってしまい実用上問題を生じてしまうが、f×t2の値を0.004より小さくすることで回避できる。さらに小型の音叉型振動片100とするためには、f×t2の値を0.003より小さくすることが好ましい。
Although it is possible to lower the higher the CI value variation rate to be increased to values of f × t 2, while maintaining a determined resonance frequency f, in order to increase the value of f × t 2 is It is necessary to increase the thickness t. In order to increase the thickness t and maintain the determined resonance frequency f, it is necessary to lengthen the
上述から、共振周波数fと、駆動振動腕120,130の厚さtとの関係を、0.004>f×t2>0.0008とすること、さらに好ましくは、0.003>f×t2>0.001とすることにより、駆動振動腕120,130の厚さtなどがばらついてもCI値変動率を低減させることができる。換言すれば、音叉型振動片100の製造時における外形形状のばらつきが生じたとしても、CI値を低くすることができるとともに、小型の音叉型振動片100を維持しつつCI値のばらつき(CI値変動率)を低減させることが可能となる。
From the above, the relationship between the resonance frequency f and the thickness t of the
なお、音叉型振動片100においては、振動片として用いる構成の他にも、ジャイロ振動片(ジャイロ素子)として用いることもできる。この場合は、一対の駆動振動腕120,130の一方を駆動振動腕として用い、他の駆動振動腕を検出振動腕として用い、所定の電極を設ける。
The tuning fork
(第2実施形態)
<ジャイロ素子−1>
まず、本発明の第2実施形態に係る振動素子としてのジャイロ素子について、図3および図4を参照して説明する。図3は、ジャイロ素子の一実施形態を示し、図3(a)は模式的に示す斜視図、図3(b)は模式的に示す平面図である。図4は、ジャイロ素子の電極構成を説明する図であり、図4(a)は図3(b)のC−C断面図、図4(b)は図3(b)のD−D断面図である。
(Second Embodiment)
<Gyro element-1>
First, a gyro element as a vibration element according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows one embodiment of the gyro element, FIG. 3 (a) is a perspective view schematically showing, and FIG. 3 (b) is a plan view schematically showing. 4A and 4B are diagrams for explaining the electrode configuration of the gyro element. FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 3B, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. FIG.
図3(a)に示すように、第3実施形態に係るジャイロ素子300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、振動腕としての駆動振動腕2a,2bおよび振動腕としての検出振動腕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、および第1連結部5aに連結する第1支持部5bと、基部1から第1連結部5aと反対方向に延出する第2連結部6a、および第2連結部6aに連結する第2支持部6bと、が設けられている。さらに、第1支持部5bおよび第2支持部6bは、駆動振動腕2a,2bの側で一体的に繋って、固定枠部7を構成している。そして、ジャイロ素子300は、固定枠部7の所定の位置で、図示しないパッケージ等の基板に固定される。
As shown in FIG. 3A, a
本実施形態のジャイロ素子300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300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300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1a,1bのうち一方の端部(図中(−)Y方向の端部)1b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振動腕2a,2bと、基部1の他方の端部(図中(+)Y方向の端部)1aからY軸に沿って並行するように延伸された一対の検出振動腕3a,3bと、を有している。このように、基部1の両端部1a,1bから、一対の駆動振動腕2a,2bと、一対の検出振動腕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300は、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300は、駆動振動腕2a,2bと検出振動腕3a,3bとが、基部1の同一軸方向の両端部1a,1b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。ジャイロ素子300は、このように駆動系と検出系が分離されることにより、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、第2実施形態ではH型振動片を例に駆動振動腕および検出振動腕を各々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本の振動腕に後述する駆動電極と検出電極を形成しても良い。
The
H型のジャイロ素子300は、一対の駆動振動腕2a,2bを面内方向(+X軸方向と−X軸方向)に振動させた状態で、Y軸回りに角速度ωが加わると、駆動振動腕2a,2bにコリオリ力が発生し、駆動振動腕2a,2bが面内方向と交差する面外方向(+Z軸方向と−Z軸方向)に、互いに逆方向に屈曲振動する。そして、検出振動腕3a,3bは、駆動振動腕2a,2bの面外方向の屈曲振動に共振して、同じく面外方向に屈曲振動する。この時、圧電効果により検出振動腕3a,3bに設けられている検出電極に電荷が発生する。ジャイロ素子300は、この電荷を検出することによりジャイロ素子300に加わる角速度ωを検出することができる。
When the angular velocity ω is applied around the Y axis in a state where the pair of driving
基部1から延伸された振動腕としての一対の駆動振動腕2a,2bは、図4に示すように、表面2c,2gと、表面2c,2gと反対側に設けられた裏面2d,2hと、表面2c,2gと裏面2d,2hとを接続する側面2e,2f,2k,2jと、を備えている。また、駆動振動腕2a,2bの先端部には、駆動振動腕2a,2bより幅が広い(X軸方向の寸法が大きい)略矩形状の幅広部としての錘部52a,52bが設けられている(図3参照)。このように、駆動振動腕2a,2bに、錘部52a,52bが設けられていることにより、駆動振動腕2a,2bの長さ(Y軸方向の寸法)の増大を抑えながら所定の駆動振動を得ることができるため、ジャイロ素子を小型化することが可能となる。なお、駆動振動腕2a,2bには、駆動振動腕2a,2bを駆動させるための電極が設けられているが、電極の構成については後述する。
As shown in FIG. 4, the pair of
基部1から延伸された一対の振動腕としての検出振動腕3a,3bには、表面3c,3gと、表面3c,3gと反対側に設けられた裏面3d,3fと、表面3c,3gと裏面3d,3fとを接続する側面3h,3i,3j,3kと、を備えている。さらに、検出振動腕3a,3bには、検出振動腕3a,3bより幅が広い(X軸方向の寸法が大きい)略矩形状の幅広部としての錘部53a,53bが設けられている(図3参照)。このように、検出振動腕3a,3bにおいても、錘部53a,53bが設けられていることにより、検出振動腕3a,3bの長さ(Y軸方向の寸法)の増大を抑えながら所定の検出振動を得ることができるため、ジャイロ素子を小型化することが可能となる。また、一対の検出振動腕3a,3bには、凹部58a,58bが設けられている。本実施形態における凹部58a,58bは、図4に示すように表面3c,3gおよび裏面3d,3fの両面側から掘り込まれている構成であるが、表面3c,3gあるいは裏面3d,3fの一方の面から掘込まれた構成でもよい。
The
さらに、ジャイロ素子300には、図3に示すように、水晶の結晶X軸(電気軸)と交差する方向に検出振動腕3a,3bと並行させてかつ検出振動腕3a,3bを内側に挟むように、基部1から延伸された一対の調整用振動腕4a,4bが設けられている。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、検出振動腕3a,3bと所定の間隔を空けて内側に挟むように位置し、かつ並行するように設けられている。なお、調整用振動腕4a,4bは、チューニングアームと呼ばれることもある。このような調整用振動腕4a,4bが設けられていることにより、漏れ出力を調整することが可能となる。換言すれば、駆動振動が漏れる(伝播する)、所謂振動漏れによって生じる電荷を、調整用振動腕4a,4bの電荷を調整することによってキャンセルすることができるため、振動漏れの出力を抑制することが可能となり、ジャイロ素子300の特性を安定させることが可能となる。
Further, in the
また、調整用振動腕4a,4bは、駆動振動腕2a,2bおよび検出振動腕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、駆動振動腕2a,2bと検出振動腕3a,3bによるジャイロ素子300の主要な振動を阻害することがないので、ジャイロ素子300の振動特性が安定するとともに、ジャイロ素子300の小型化にも有利となる。
The
さらに、調整用振動腕4a,4bの先端部には、調整用振動腕4a,4bより幅が広い(X軸方向の寸法が大きい)略矩形状の幅広部としての錘部54a,54bが設けられている。このように、調整用振動腕4a,4bの先端部に錘部54a,54bを設けることにより、調整用振動腕4a,4bの長さを短縮することができる。
Furthermore,
基部1の中央は、ジャイロ素子300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300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300の外形はバランスのよいものとなり、ジャイロ素子300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300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300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
次に、ジャイロ素子300の電極配置の一実施形態について、図4を参照して説明する。図4(a)は、検出振動腕3a,3bの図3(b)に示すC−C部における断面を示し、図4(b)は、駆動振動腕2a,2bの図3(b)に示すD−D部における断面を示している。
Next, an embodiment of the electrode arrangement of the
まず、検出振動腕3a,3bに形成され、検出振動腕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歪みを検出する検出電極について説明する。図4(a)に示すように、検出振動腕3a,3bには、前述したように、凹部58a,58bが設けられている。本実施形態における凹部58a,58bは、表面3c,3gおよび裏面3d,3fの両面側に設けられている。
First, a description will be given of detection electrodes that are formed on the
検出振動腕3aには、側面3hに、検出振動腕3aの厚み方向(Z軸方向)の略中央に有って検出振動腕3aの延伸方向(Y軸方向)に沿って設けられた電極分割部3mによって分割された、表面3c側の第1検出電極21aと裏面3d側の第2検出電極22bとが設けられている。さらに、第1検出電極21aと対向する凹部58aの内側面には、第2検出電極22aが設けられ、第2検出電極22bと対向する凹部58aの内側面には、第1検出電極21bが設けられている。また、側面3hとは反対側の側面3iに、検出振動腕3aの厚み方向の略中央に有って検出振動腕3aの延伸方向に沿って設けられた電極分割部3nによって分割された、表面3c側の第2検出電極22aと裏面3d側の第1検出電極21bとが設けられている。さらに、第2検出電極22aと対向する凹部58aの内側面には、第1検出電極21aが設けられ、第1検出電極21bと対向する凹部58aの内側面には、第2検出電極22bが設けられている。
The
そして、第1検出電極21aと第1検出電極21bとは、図示しないが、検出振動腕3aの先端部などを経由して電気的に接続されている。第2検出電極22aと第2検出電極22bとは、図示しないが、検出振動腕3aの先端部などを経由して電気的に接続されている。なお、第1検出電極21a,21bおよび第2検出電極22a,22bは、検出振動腕3aの先端近傍まで延設されている。また、第1検出電極21a,21bおよび第2検出電極22a,22bは、図示しない配線を介して図示しない外部接続パッドに、それぞれが電気的に接続されている。また、第1検出電極21a,21bおよび第2検出電極22a,22bは、調整用振動腕4a(図3参照)に形成された図示しない調整用電極にも電気的に接続されている。
The
同様に、検出振動腕3bには、側面3jに、検出振動腕3bの厚み方向(Z軸方向)の略中央に有って検出振動腕3bの延伸方向(Y軸方向)に沿って設けられた電極分割部3rによって分割された、表面3g側の第2検出電極31aと裏面3f側の第1検出電極32bとが設けられている。さらに、第2検出電極31aと対向する凹部58aの内側面には、第1検出電極32aが設けられ、第1検出電極32bと対向する凹部58aの内側面には、第2検出電極31bが設けられている。また、側面3jとは反対側の側面3kに、検出振動腕3bの厚み方向の略中央に有って検出振動腕3bの延伸方向に沿って設けられた電極分割部3sによって分割された、表面3g側の第1検出電極32aと裏面3f側の第2検出電極31bとが設けられている。さらに、第1検出電極32aと対向する凹部58bの内側面には、第2検出電極31aが設けられ、第2検出電極31bと対向する凹部58bの内側面には、第1検出電極32bが設けられている。
Similarly, the
そして、第2検出電極31aと第2検出電極31bとは、図示しないが、検出振動腕3bの先端部などを経由して電気的に接続されている。第1検出電極32aと第1検出電極32bとは、図示しないが、検出振動腕3bの先端部などを経由して電気的に接続されている。なお、第2検出電極31a,31bおよび第1検出電極32a,32bは、検出振動腕3bの先端近傍まで延設されている。また、第2検出電極31a,31bおよび第1検出電極32a,32bは、図示しない配線を介して図示しない外部接続パッドに、それぞれが電気的に接続されている。また、第2検出電極31a,31bおよび第1検出電極32a,32bは、調整用振動腕4b(図3参照)に形成された図示しない調整用電極にも電気的に接続されている。
The
検出振動腕3aにおいては、第1検出電極21aと第1検出電極21bとは同電位となるように接続され、第2検出電極22aと第2検出電極22bとは同電位となるように接続されている。これにより、検出振動腕3aの振動によって生じる歪みが、第1検出電極21a,21bと第2検出電極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。同様に、検出振動腕3bにおいては、第1検出電極32aと第1検出電極32bとは同電位となるように接続され、第2検出電極31aと第2検出電極31bとは同電位となるように接続されている。これにより、検出振動腕3bの振動によって生じる歪みが、第1検出電極32a,32bと第2検出電極31a,31bの電極間の電位差を検出することにより検出される。
In the
次に、駆動振動腕2a,2bに設けられた、駆動振動腕2a,2bを駆動させるための駆動電極11a,11b,11c,12a,12b,12cについて説明する。図4(b)に示すように、駆動振動腕2aの表面(一方の主面)2cには駆動電極11aが、および裏面(他方の主面)2dには駆動電極11bが、錘部52a(図3参照)までの間に形成されている。また、駆動振動腕2aの一方の側面2e、および他方の側面2fには駆動電極12cが、駆動振動腕2aの錘部52a(図3参照)までの間に形成されている。同様に、駆動振動腕2bの表面(一方の主面)2gには駆動電極12aが、および裏面(他方の主面)2hには駆動電極12bが、錘部52b(図3参照)までの間に形成されている。また、駆動振動腕2bの一方の側面2j、および他方の側面2kには駆動電極11cが、駆動振動腕2bの錘部52b(図3参照)までの間に形成されている。
Next, the
駆動振動腕2a,2bに形成された駆動電極11a,11b,11c,12a,12b,12cは、駆動振動腕2a,2bを介して対向配置される駆動電極間において同電位となるように配置される。また、図示しないが、駆動電極11a,11b,11cが、接続される第1固定部に形成された接続パッド、および駆動電極12a,12b,12cが接続される第2固定部に形成された接続パッドを通して駆動電極11a,11b,11cと駆動電極12a,12b,12cとの間に電位差を交互に与えることにより駆動振動腕2a,2bは、いわゆる音叉振動が励振される。
The
次に、調整用振動腕4a,4bに設けられた電極について説明する。図示しないが、調整用振動腕4aには、表裏面に同電位の調整用電極が形成されている。また調整用振動腕4aの両側面のそれぞれには、同電位である他の調整用電極が形成されている。同様に、調整用振動腕4bには、表裏面に同電位の調整用電極が形成されている。また調整用振動腕4bの両側面には、同電位である他の調整用電極が形成されている。
Next, the electrodes provided on the
なお、上述した駆動電極11a,11b,11c,12a,12b,12c、第1検出電極21a,21b,32a,32b、および第2検出電極22a,22b,31a,31b、および調整用電極の構成は、第1実施形態で説明した電極構成と同様であるので、本実施形態での説明は省略する。
The configuration of the
上述したジャイロ素子300では、前述の第1実施形態の音叉型振動片100と同様に、駆動振動腕2a,2bの共振周波数fと、駆動振動腕の厚さtとの関係を、0.004>f×t2>0.0008とすること、さらに好ましくは、0.003>f×t2>0.001とすることが望ましい。このようにすることにより、例えばジャイロ素子300の製造時に外形形状のばらつきが生じたとしても、その影響を排除することができる。すなわち、小型のジャイロ素子300であっても、その製造時に生じる外形形状のばらつきによる、CI値のばらつきを低減させたりCI値の水準を低下させたりすることが可能となる。なお、ジャイロ素子300をジャイロとして機能させるためには、面内振動と面外振動の共振周波数を合わせる必要があり、面内振動の共振周波数fを、面外振動の共振周波数に合わせて増やす(上げる)ことになり、f×t2の値を上述の範囲内に収めることによる効果を生じることになる。
In the
上述から、駆動振動腕2a,2bの共振周波数fと、駆動振動腕2a,2bの厚さtとの関係を、0.004>f×t2>0.0008とすること、さらに好ましくは、0.003>f×t2>0.001とすることにより、駆動振動腕2a,2bの厚さtなどがばらついてもCI値変動率を低減させることができる。換言すれば、ジャイロ素子300の製造時における外形形状のばらつきが生じたとしても、ジャイロ素子300としてCI値を低くできるとともに、小型を維持しつつCI値のばらつき(CI値変動率)を低減させることが可能となる。
From the above, the relationship between the resonance frequency f of the
なお、上記第2実施形態に係るジャイロ素子300の説明では、基部1の一方端に、一対の検出振動腕3a,3bと、検出振動腕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。
In the description of the
(第3実施形態)
<ジャイロ素子−2>
次に、図5を参照して、第3実施形態に係るジャイロ素子400について説明する。
図5は、第3実施形態に係るジャイロ素子の概略構成を模式的に示し、ジャイロ素子を+側のZ軸方向から見た平面図である。なお、ジャイロ素子400には、検出信号電極、検出信号配線、検出信号端子、検出接地電極、検出接地配線、検出接地端子、駆動信号電極、駆動信号配線、駆動信号端子、駆動接地電極、駆動接地配線および駆動接地端子などが設けられているが、図5においては省略している。
(Third embodiment)
<Gyro element-2>
Next, a
FIG. 5 schematically shows a schematic configuration of the gyro element according to the third embodiment, and is a plan view of the gyro element viewed from the Z-axis direction on the + side. The
第3実施形態に係るジャイロ素子400は、Z軸まわりの角速度を検出する「面外検出型」のセンサー素子であって、図示しないが、基材と、基材の表面に設けられている複数の電極、配線および端子とで構成されている。ジャイロ素子400は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料で構成することができるが、これらの中でも、水晶で構成するのが好ましい。これにより、優れた振動特性(周波数特性)を発揮することのできるジャイロ素子400が得られる。
The
このようなジャイロ素子400は、いわゆるダブルT型をなす振動体4と、振動体4を支持する支持部としての第1支持部51および第2支持部52と、振動体4と第1支持部51および第2支持部52とを連結する第1梁61、第2梁62、第3梁63および第4梁64とを有している。
Such a
振動体4は、XY平面に拡がりを有し、Z軸方向に厚みを有している。このような振動体4は、中央に位置する基部41と、基部41からY軸方向に沿って両側に延出している振動腕としての第1検出振動腕421、第2検出振動腕422と、基部41からX軸方向に沿って両側に延出している第1連結腕431、第2連結腕432と、第1連結腕431の先端部からY軸方向に沿って両側に延出している振動腕としての第1駆動振動腕441、および第2駆動振動腕442と、第2連結腕432の先端部からY軸方向に沿って両側に延出している振動腕としての第3駆動振動腕443、および第4駆動振動腕444とを有している。第1、第2検出振動腕421,422および第1、第2、第3、第4駆動振動腕441,442,443,444の先端部には、それぞれ、基端側よりも幅の大きい略四角形の重量部(ハンマーヘッド)425,426,445,446,447,448が設けられている。このような重量部425,426,445,446,447,448を設けることでジャイロ素子400の角速度の検出感度が向上する。
The vibrating
第1検出振動腕421には、有底の凹部458が設けられ、第2検出振動腕422には、有底の凹部459が設けられている。凹部458,459は、表面および裏面の両面側から堀込まれている。なお、凹部は、表面あるいは裏面のいずれか一方の面から掘込まれた構成でもよい。
The first
また、第1、第2支持部51,52は、それぞれ、X軸方向に沿って延在しており、これら第1、第2支持部51,52の間に振動体4が位置している。言い換えれば、第1、第2支持部51,52は、振動体4を介してY軸方向に沿って対向するように配置されている。第1支持部51は、第1梁61、および第2梁62を介して基部41と連結されており、第2支持部52は、第3梁63、および第4梁64を介して基部41と連結されている。
The first and
第1梁61は、第1検出振動腕421と第1駆動振動腕441との間を通って第1支持部51と基部41を連結し、第2梁62は、第1検出振動腕421と第3駆動振動腕443との間を通って第1支持部51と基部41を連結し、第3梁63は、第2検出振動腕422と第2駆動振動腕442との間を通って第2支持部52と基部41を連結し、第4梁64は、第2検出振動腕422と第4駆動振動腕444との間を通って第2支持部52と基部41を連結している。
The
第1梁61〜第4梁64は、それぞれ、X軸方向に沿って往復しながらY軸方向に沿って延びる蛇行部を有する細長い形状で形成されているので、あらゆる方向に弾性を有している。そのため、外部から衝撃が加えられても、各梁61,62,63,64で衝撃を吸収する作用を有するので、これに起因する検出ノイズを低減または抑制することができる。
Each of the
このような構成のジャイロ素子400は、次のようにしてZ軸まわりの角速度ωを検出する。ジャイロ素子400は、角速度ωが加わらない状態において、駆動信号電極(図示せず)および駆動接地電極(図示せず)の間に電界が生じると、各駆動振動腕441,442,443,444がX軸方向に屈曲振動を行う。このとき、第1、第2駆動振動腕441,442と、第3、第4駆動振動腕443,444とは、中心点(重心)を通るYZ平面に関して面対称の振動を行っているため、基部41と、第1、第2連結腕431,432と、第1、第2検出振動腕421,422とは、ほとんど振動しない。
The
この駆動振動を行っている状態にて、ジャイロ素子400にZ軸まわりに角速度ωが加わると、駆動振動腕441,442,443,444および連結腕431,432にY軸方向のコリオリの力が働き、このY軸方向の振動に呼応して、X軸方向の検出振動が励起される。そして、この振動により発生した検出振動腕421,422の歪みを検出信号として検出することによって角速度ωが求められる。
When an angular velocity ω is applied to the
上述したジャイロ素子400では、前述の第1実施形態の音叉型振動片100と同様に、各駆動振動腕441,442,443,444の共振周波数fと厚さtとの関係を、0.004>f×t2>0.0008とすること、さらに好ましくは、0.003>f×t2>0.001とすることが望ましい。このようにすることにより、例えばジャイロ素子400の製造時に外形形状のばらつきが生じたとしても、その影響を排除することができる。すなわち、小型のジャイロ素子400であっても、その製造時に生じる外形形状のばらつきによる、CI値のばらつきを低減させたりCI値の水準を低下させたりすることが可能となる。
In the
上述から、各駆動振動腕441,442,443,444の共振周波数fと、各駆動振動腕441,442,443,444の厚さtとの関係を、0.004>f×t2>0.0008とすること、さらに好ましくは、0.003>f×t2>0.001とすることにより、各駆動振動腕441,442,443,444の厚さtなどがばらついてもCI値変動率を低減させることができる。換言すれば、ジャイロ素子400の製造時における外形形状のばらつきが生じたとしても、ジャイロ素子400としてCI値を低くできるとともに、小型を維持しつつCI値のばらつき(CI値変動率)を低減させることが可能となる。
From the above, the relationship between the resonance frequency f of each drive
なお、第3実施形態に係るジャイロ素子400では、第1検出振動腕421および第2検出振動腕422に、凹部458,459が設けられている構成で説明したが、これに限らず、凹部458,459が設けられていない構成でもよい。
In the
(振動素子の製造方法)
次に、振動素子の製造方法について、図6を参照して、外形形成工程と電極形成工程を中心に概略を説明する。図6は、実施形態に係る振動素子の製造工程の概略を示す工程フローチャートである。本説明では、第1実施形態に係る振動素子である音叉型振動片100を例に説明する。したがって、説明中に登場する構成部位あるいは符号などについては、図1と同じものを用いている。
(Manufacturing method of vibration element)
Next, the outline of the manufacturing method of the vibration element will be described with reference to FIG. 6, focusing on the outer shape forming step and the electrode forming step. FIG. 6 is a process flowchart illustrating an outline of a manufacturing process of the resonator element according to the embodiment. In this description, the tuning fork
音叉型振動片100の製造方法においては、水晶Z板基板を形成する基板準備工程S102と、音叉型振動片100の外形形状を形成する外形形成工程S104と、基板の露出面に電極膜を形成する電極膜形成工程S106と、電極膜を所定の形状に分割するためのレジストを露光する露光工程S108と、電極を形成する電極分割工程S110と、を含んでいる。
In the method of manufacturing the tuning fork
まず、基板準備工程S102では、水晶結晶軸において直交するX軸およびY軸で規定される平面に沿って切り出された所謂水晶Z板の基板に、例えば研磨加工などの加工を行い、Z板の水晶基板を用意する。 First, in the substrate preparation step S102, a so-called quartz Z-plate substrate cut out along a plane defined by the X-axis and the Y-axis orthogonal to the quartz crystal axis is subjected to processing such as polishing, for example. Prepare a quartz substrate.
次に、外形形成工程S104では、基板準備工程S102にて用意された水晶基板に、金属膜などにより所定のマスキングを行った後、フッ素ガスなどによるドライエッチング法を用いて、音叉型振動片100の外形形状を形成する。このとき、マスキング形状を、音叉型振動片100の駆動振動腕120,130における駆動周波数fと、厚さtとの関係が、0.004>f×t2>0.0008、さらに好ましくは0.003>f×t2>0.001となるように設定する。このように、ドライエッチング法を用いて外形形状を形成することで、比較的寸法精度よく外形形状を形成することができる。また、ドライエッチングによる外形形成工程を備えているため、容易に上述のような駆動振動腕120,130の共振周波数fと、駆動振動腕120,130の厚さtとの関係を満足する小型の音叉型振動片100を形成することができる。
Next, in the outer shape forming step S104, the quartz substrate prepared in the substrate preparing step S102 is subjected to predetermined masking with a metal film or the like, and then, using a dry etching method using fluorine gas or the like, the tuning fork
次に、電極膜形成工程S106では、音叉型振動片100の外形形状が形成された水晶基板の露出面の全面に、スパッタリング法などによって金属膜を形成する。この金属膜が、後にそれぞれの電極となる。
Next, in the electrode film forming step S106, a metal film is formed on the entire exposed surface of the quartz substrate on which the outer shape of the tuning fork
次に、露光工程S108では、金属膜の表面にフォトレジスト層を形成する。その後、電極を形成しない部分に相当する部分のフォトレジスト層に光を照射する露光処理および現像処理を行い、露光された部分のフォトレジスト層を除去する。 Next, in the exposure step S108, a photoresist layer is formed on the surface of the metal film. Thereafter, an exposure process and a development process for irradiating light to a portion of the photoresist layer corresponding to a portion where no electrode is formed are performed, and the exposed portion of the photoresist layer is removed.
次に、電極分割工程S110では、残ったフォトレジスト層をマスクとして、フォトレジスト層除去された部分に対応する金属膜をウェットエッチング法などによって除去することによって金属膜を分割する。この分割によって、それぞれの電極(電極パターン)を形成する。そして、残ったフォトレジスト層を剥離させれば、音叉型振動片100の電極を形成することができる。以上の工程で、音叉型振動片100を形成することができる。
Next, in the electrode dividing step S110, using the remaining photoresist layer as a mask, the metal film corresponding to the removed photoresist layer is removed by a wet etching method or the like to divide the metal film. By this division, each electrode (electrode pattern) is formed. Then, if the remaining photoresist layer is peeled off, the electrode of the tuning fork
(電子デバイスとしてのジャイロセンサー)
次に、第2実施形態に係るジャイロ素子300を備えた電子デバイスとしてのジャイロセンサーについて、図7を参照して説明する。図7は、電子デバイスの一例としてのジャイロセンサーの概略を示す正断面図である。
(Gyro sensor as an electronic device)
Next, a gyro sensor as an electronic device including the
図7に示すように、ジャイロセンサー500は、パッケージ510の凹部に、ジャイロ素子300と、電子部品としての半導体装置520と、を収容し、パッケージ510の開口部を蓋体530により密閉し、内部を気密に保持されている。パッケージ510は、平板上の第1基板511と、第1基板511上に、枠状の第2基板512、第3基板513、第4基板514、を順に積層、固着して形成され、半導体装置520とジャイロ素子300とが収容される凹部が形成される。基板511,512,513,514は、例えばセラミックスなどにより形成される。
As shown in FIG. 7, the
第1基板511は、凹部側の半導体装置520が搭載される電子部品搭載面511aには、半導体装置520が載置され固定されるダイパッド515が設けられている。半導体装置520はダイパッド515上に、例えば、ろう材(ダイアタッチ材)540によって接着され、固定されている。
In the
半導体装置520は、ジャイロ素子300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300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520が有する駆動回路は、ジャイロ素子300の一対の駆動振動腕2a,2b(図3参照)にそれぞれ形成された駆動電極11a,11b,12cおよび駆動電極11c,12a,12b(図4参照)に駆動信号を供給する。また、半導体装置520が有する検出回路は、ジャイロ素子300の一対の検出振動腕3a,3bにそれぞれ形成された検出電極21a,21b,22a,22bおよび検出電極31a,31b,32a,32b(図4参照)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500に加わった回転角速度を検出する。
The
第2基板512は、ダイパッド515上に搭載される半導体装置520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513は、第2基板512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512上に積層され、固着される。そして第2基板512に第3基板513が積層されて第3基板513の開口の内側に現れる第2基板面512aには、半導体装置520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512bが形成されている。そして、半導体装置520の図示しない電極パッドとパッケージ510に設けられたIC接続端子512b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520に設けられた複数の電極パッドと、パッケージ510の対応するIC接続端子512b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512bのいずれかは、パッケージ510の図示しない内部配線により、第1基板511の外部底面511bに設けられた複数の外部接続端子511cに電気的に接続されている。
The
第3基板513上には、第3基板513の開口より広い開口を有する第4基板514が積層され、固着されている。そして、第3基板513に第4基板514が積層されて第4基板514の開口の内側に現れる第3基板面513aには、ジャイロ素子300に形成された接続パッド(図示せず)と接続される複数のジャイロ素子接続端子513bが形成されている。ジャイロ素子接続端子513bは、パッケージ510の図示しない内部配線によってIC接続端子512bのいずれかと電気的に接続されている。ジャイロ素子300は、第3基板面513aにジャイロ素子300の第1支持部5b、第2支持部6b(図3参照)を、接続パッドとジャイロ素子接続端子513bとに位置を合わせて載置され、導電性接着剤550によって接着固定される。
On the
更に、第4基板514の開口の上面に蓋体530が配置され、パッケージ510の開口を封止し、パッケージ510の内部が気密封止され、ジャイロセンサー500が得られる。蓋体530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530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560を介してシーム溶接することによりパッケージ510と接合される。パッケージ510および蓋体530によって形成される凹部空間は、ジャイロ素子300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
電子デバイスとしてのジャイロセンサー500によれば、CI値のばらつきを低減させたジャイロ素子300、すなわち振動特性の安定したジャイロ素子300を備えているため、安定したセンシング特性を発揮することができる。また、上記構成のようなパッケージタイプのジャイロセンサー500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
なお、本発明に係る振動素子を適用可能な電子デバイスとしては、ジャイロセンサー500の他にも、例えば、パッケージ内に振動素子を収納したタイミングデバイスとしての振動子、またはパッケージ内に振動素子および振動素子を振動させる機能を少なくとも備えた回路素子を収納したタイミングデバイスとしての発振器などがある。
As an electronic device to which the vibration element according to the present invention can be applied, in addition to the
(電子機器)
次に、図8を参照して、前述の実施形態に係る振動素子を備えた電子機器について説明する。なお、以下の説明では、振動素子の一例としてジャイロ素子300を用いた例について説明する。図8(a)〜図8(c)は、ジャイロ素子300を備える電子機器の一例を示す斜視図である。
(Electronics)
Next, with reference to FIG. 8, an electronic apparatus including the vibration element according to the above-described embodiment will be described. In the following description, an example in which the
図8(a)は、電子機器としてのデジタルビデオカメラ1000にジャイロ素子300を適用した例を示す。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300を搭載する手ぶれ補正機能を具備させることができる。
FIG. 8A shows an example in which the
図8(b)は、電子機器としての携帯電話機2000にジャイロ素子300を適用した例を示す。図8(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。
FIG. 8B shows an example in which the
図8(c)は、電子機器としての情報携帯端末(PDA:Personal Digital Assistants)3000にジャイロ素子300を適用した例を示す。図8(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. 8C shows an example in which the
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300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8(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8(b)の携帯電話機2000や、図8(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300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、本発明の実施形態に係るジャイロ素子300を一例とする振動素子は、図8(a)のデジタルビデオカメラ1000、図8(b)の携帯電話機、および図8(c)の情報携帯端末の他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
Note that the vibration element using the
(移動体)
次に、前述の実施形態に係る振動素子を備えた移動体について説明する。なお、以下の説明では、振動素子の一例としてジャイロ素子300を用いた例について説明する。図9は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車1500には、ジャイロ素子300が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車1500には、ジャイロ素子300を内蔵してタイヤなどを制御する電子制御ユニット1510が車体に搭載されている。また、ジャイロ素子300は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)に広く適用できる。
(Moving body)
Next, a moving body including the vibration element according to the above-described embodiment will be described. In the following description, an example in which the
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、振動素子あるいは振動素子としてのジャイロ素子の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素子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素子を形成することもできる。また、振動素子の振動(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素子においても、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 a material for forming a vibrating element or a gyro element as a vibrating 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 vibration element can be formed using a material other than the piezoelectric material. For example, the vibration element can be formed using a silicon semiconductor material or the like. Further, the vibration (drive) method of the vibration element is not limited to piezoelectric drive. In addition to the piezoelectric drive type using a piezoelectric substrate, the configuration of the present invention and its effects can be exerted also in vibration elements such as an electrostatic drive type using electrostatic force and a Lorentz drive type using magnetic force. it can.
1…基部、1a,1b…基部の一端としての端部、2a,2b…振動腕としての駆動振動腕、2c,2g…表面、2d,2h…裏面、2e,2f,2k,2j…側面、3a,3b…振動腕としての検出振動腕、3c,3g…表面、3d,3f…裏面、3h,3i,3j,3k…側面、3m,3n,3r,3s…電極分割部、4a,4b…調整用振動腕、5a…第1連結部、5b…第1支持部、6a…第2連結部、6b…第2支持部、7…固定枠部、11a,11b,11c,12a,12b,12c…駆動電極、21a,21b,32a,32b…第1検出電極、22a,22b,31a,31b…第2検出電極、52a,52b,53a,53b,54a,54b…錘部、58a,58b…凹部、100…振動素子としての音叉型振動片、103c,103g…表面、103d,103f…裏面、103h,103i,103j,103k…側面、110…基部、111…狭幅部、112…括れ部、113…広幅部、120,130…振動腕としての駆動振動腕、121a,121b,132a,132b…駆動電極としての第1駆動電極、122a,122b,131a,131b…駆動電極としての第2駆動電極、300…振動素子としてのH型ジャイロ素子、400…振動素子としてのダブルT型ジャイロ素子、500…電子デバイスとしてのジャイロセンサー、1000…電子機器としてのデジタルビデオカメラ、1500…移動体としての自動車、2000…電子機器としての携帯電話機、3000…電子機器としての情報携帯端末(PDA)。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記基部から延出し、所定の共振周波数fで振動する駆動振動腕と、を備え、
前記共振周波数fと、前記駆動振動腕の厚さtとの関係が、
0.004>f×t2>0.0008
であることを特徴とする振動素子。 The base,
A drive vibrating arm extending from the base and vibrating at a predetermined resonance frequency f,
The relationship between the resonance frequency f and the thickness t of the drive vibrating arm is
0.004> f × t 2 > 0.0008
A vibrating element characterized by the above.
前記共振周波数fと、前記駆動振動腕の厚さtとの関係が、
0.003>f×t2>0.001
であることを特徴とする振動素子。 The vibration element according to claim 1,
The relationship between the resonance frequency f and the thickness t of the drive vibrating arm is
0.003> f × t 2 > 0.001
A vibrating element characterized by the above.
前記基部から、延出している検出振動腕を備えていることを特徴とする振動素子。 The vibration element according to claim 1 or 2,
A vibrating element comprising a detection vibrating arm extending from the base.
前記駆動振動腕は、前記基部の一端から延出し、
前記検出振動腕は、前記基部の前記一端と反対側の他端から延出していることを特徴とする振動素子。 The vibration element according to any one of claims 1 to 3,
The drive vibrating arm extends from one end of the base,
The vibrating element is characterized in that the detection vibrating arm extends from the other end of the base opposite to the one end.
前記基部から延出し、前記駆動振動腕または前記検出振動腕が内側に位置するように設けられている一対の調整用振動腕を備えていることを特徴とする振動素子。 In the vibration element according to any one of claims 1 to 4,
A vibrating element comprising a pair of adjusting vibrating arms extending from the base and provided so that the driving vibrating arm or the detecting vibrating arm is located inside.
前記駆動振動腕、前記検出振動腕、および前記調整用振動腕のいずれかの、前記基部と接続する一端とは反対側の他端側に幅広部が設けられていることを特徴とする振動素子。 The vibration element according to any one of claims 1 to 5,
A vibration element characterized in that a wide portion is provided on the other end side opposite to one end connected to the base portion of any one of the drive vibration arm, the detection vibration arm, and the adjustment vibration arm. .
前記基部の一端から延出し、所定の共振周波数fで振動する厚さtの駆動振動腕と、を有する振動素子の製造方法であって、
前記共振周波数fと、前記駆動振動腕の厚さtとの関係が、
0.004>f×t2>0.0008となるように、前記駆動振動腕の外周形状を、ドライエッチング法を用いて形成する外形形成工程を備えていることを特徴とする振動素子の製造方法。 The base,
A driving vibration arm having a thickness t that extends from one end of the base and vibrates at a predetermined resonance frequency f.
The relationship between the resonance frequency f and the thickness t of the drive vibrating arm is
Manufacturing of a vibrating element comprising an outer shape forming step of forming an outer peripheral shape of the drive vibrating arm using a dry etching method so that 0.004> f × t 2 > 0.0008 Method.
少なくとも前記駆動振動腕を励振させる駆動回路を含む電子部品と、
前記ジャイロ素子および前記電子部品の少なくとも一方を収容しているパッケージと、を備えている電子デバイス。 The vibration element according to any one of claims 1 to 6,
An electronic component including a drive circuit for exciting at least the drive vibration arm;
An electronic device comprising: a package that houses at least one of the gyro element and the electronic component.
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