JP2021032841A - 振動デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた検出特性を有する振動デバイス、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】振動デバイスは、振動素子と、基体と、振動素子を基体に対して支持する支持基板と、を備える。また、支持基板は、前記支持基板の厚さ方向からの平面視で、枠状の枠部と、枠部の外側に配置され、基体に固定される基体固定部と、枠部の内側に配置され、振動素子が搭載されている素子搭載部と、素子搭載部から第１方向の両側に延伸し、素子搭載部と枠部とを接続する一対の第１梁部と、枠部から第１方向と異なる第２方向の両側に延伸し、枠部と基体固定部とを接続する一対の第２梁部と、を有する。そして、平面視で、第１梁部の第１方向の長さをＬ１（μｍ）とし、第１梁部の第１方向と直交する方向の幅ＷをＷ１（μｍ）としたとき、Ｗ１２／Ｌ１＜３０を満たす。【選択図】図２

Description

本発明は、振動デバイス、電子機器および移動体に関するものである。

特許文献１には、回路素子と、振動素子と、振動素子を回路素子に固定する中継基板と、を有する振動デバイスが記載されている。また、中継基板は、ジンバル構造をなし、回路素子に固定されている枠状の第１部分と、第１部分の内側に配置されている枠状の第２部分と、第２部分の内側に配置され、振動素子が固定されている第３部分と、第１部分と第２部分とを接続する第１梁部と、第２部分と第３部分とを接続する第２梁部と、を有する。このような中継基板によって、振動素子への応力の伝達が抑えられている。また、特許文献２には、ジャイロ素子の支持構造として、ジャイロ素子をインナーリードによってＴＡＢ基板上方に支持する構成が記載されている。

特開２０１９−１０２８５８号公報 特開２０１７−０２６３３６号公報

特許文献２に記載されているジャイロ素子を同文献に記載されている支持構造に替えて特許文献１に記載されているジンバル状の中継基板に搭載した場合、第２梁部の寸法によっては第２梁部のＺ軸すなわちジャイロ素子の検出軸まわりの剛性が高くなり過ぎる。第２梁部のＺ軸まわりの剛性が高くなり過ぎると、ジャイロ素子の検出振動が阻害され、ジャイロ素子の検出感度が低下するおそれがある。

本適用例に係る振動デバイスは、検出軸まわりの物理量に応じて検出振動する振動素子と、
基体と、
前記振動素子を前記基体に対して支持する支持基板と、を備え、
前記支持基板は、前記支持基板の厚さ方向からの平面視で、
枠状の枠部と、
前記枠部の外側に配置され、前記基体に固定される基体固定部と、
前記枠部の内側に配置され、前記振動素子が搭載されている素子搭載部と、
前記素子搭載部から第１方向の両側に延伸し、前記素子搭載部と前記枠部とを接続する一対の第１梁部と、
前記枠部から前記第１方向と異なる第２方向の両側に延伸し、前記枠部と前記基体固定部とを接続する一対の第２梁部と、を有し、
前記平面視で、前記第１梁部の前記第１方向の長さをＬ１（μｍ）とし、前記第１梁部の前記第１方向と直交する方向の幅ＷをＷ１（μｍ）としたとき、
Ｗ１^２／Ｌ１＜３０
を満たすことを特徴とする。

本適用例に係る振動デバイスでは、
Ｗ１^２／Ｌ１＜１２．５
を満たすことが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、互いに直交する３軸をＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸としたとき、
前記支持基板の厚さ方向が前記Ｃ軸に沿い、
前記振動素子は、
前記素子搭載部に固定されている基部と、
前記基部から前記Ｂ軸両側に向けて延出している一対の検出腕と、
前記基部から前記Ａ軸両側に向けて延出している一対の連結腕と、
一方の前記連結腕の先端部から前記Ｂ軸両側に向けて延出している一対の駆動腕と、
他方の前記連結腕の先端部から前記Ｂ軸両側に向けて延出している一対の駆動腕と、を有することが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記第１方向は、前記Ａ軸方向に沿い、
前記第２方向は、前記Ｂ軸方向に沿うことが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記Ｃ軸方向から見た平面視で、
前記素子搭載部と前記基部とが同じ形状であることが好ましい。

本適用例に係る振動デバイスでは、前記支持基板は、前記枠部から前記第１方向の両側に延伸し、前記枠部と前記基体固定部とを接続する一対の第３梁部を有し、
前記一対の第３梁部と前記一対の第１梁部とは、一直線上に配置されていることが好ましい。

本適用例に係る電子機器は、上述の振動デバイスと、
前記振動デバイスの出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする。

本適用例に係る移動体は、上述の振動デバイスと、
前記振動デバイスの出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする。

第１実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。 図１の振動デバイスを示す平面図である。 図１の振動デバイスが有する振動素子を示す平面図である。 図３中のＤ−Ｄ線断面図である。 図３中のＥ−Ｅ線断面図である。 図３の振動素子の駆動を説明する模式図である。 図３の振動素子の駆動を説明する模式図である。 支持基板の平面図である。 Ｗ１^２／Ｌ１と感度との関係を示すグラフである。 第２実施形態の振動デバイスの平面図である。 第３実施形態の振動デバイスが有する支持基板の平面図である。 第４実施形態のパーソナルコンピューターを示す斜視図である。 第５実施形態の携帯電話機を示す斜視図である。 第６実施形態のデジタルスチールカメラを示す斜視図である。 第７実施形態の自動車を示す斜視図である。

以下、本適用例の振動デバイス、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。図２は、図１の振動デバイスを示す平面図である。図３は、図１の振動デバイスが有する振動素子を示す平面図である。図４は、図３中のＤ−Ｄ線断面図である。図５は、図３中のＥ−Ｅ線断面図である。図６および図７は、図３の振動素子の駆動を説明する模式図である。図８は、支持基板の平面図である。図９は、Ｗ１^２／Ｌ１と感度との関係を示すグラフである。

なお、説明の便宜上、図１から図９には、互いに直交する３軸であるＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸を示している。また、以下では、各軸の矢印先端側を「プラス側」とも言い、反対側を「マイナス側」とも言う。そして、プラス側およびマイナス側を「両側」とも言う。また、Ｃ軸のプラス側を「上」とも言い、マイナス側を「下」とも言う。また、支持基板４の厚さ方向すなわちＣ軸方向からの平面視を、単に「平面視」とも言う。

図１に示す振動デバイス１は、Ｃ軸を検出軸とする角速度ωｃを検出する物理量センサーである。このように、振動デバイス１を物理量センサーとすることにより、振動デバイス１を幅広い電子機器に搭載することができ、高い需要を有する利便性の高い振動デバイス１となる。このような振動デバイス１は、パッケージ２と、パッケージ２に収納されている回路素子３、支持基板４および振動素子６と、を有する。

パッケージ２は、上面に開口する凹部２１１を備えるベース２１と、凹部２１１の開口を塞いでベース２１の上面に接合部材２３を介して接合されているリッド２２と、を有する。パッケージ２の内側には凹部２１１によって内部空間Ｓが形成され、内部空間Ｓに回路素子３、支持基板４および振動素子６がそれぞれ収容されている。例えば、ベース２１は、アルミナ等のセラミックスで構成することができ、リッド２２は、コバール等の金属材料で構成することができる。ただし、ベース２１およびリッド２２の構成材料としては、それぞれ、特に限定されない。

内部空間Ｓは、気密であり、減圧状態、好ましくは、より真空に近い状態となっている。これにより、粘性抵抗が減って振動素子６の振動特性が向上する。ただし、内部空間Ｓの雰囲気は、特に限定されず、例えば、大気圧状態、加圧状態となっていてもよい。

また、凹部２１１は、複数の凹部で構成され、ベース２１の上面に開口している凹部２１１ａと、凹部２１１ａの底面に開口し、凹部２１１ａよりも開口幅が小さい凹部２１１ｂと、凹部２１１ｂの底面に開口し、凹部２１１ｂよりも開口幅が小さい凹部２１１ｃと、を有する。そして、凹部２１１ａの底面に、振動素子６を支持した状態で支持基板４が固定され、凹部２１１ｃの底面に回路素子３が固定されている。

また、図２に示すように、内部空間Ｓにおいて、振動素子６、支持基板４および回路素子３は、平面視で互いに重なって配置されている。言い換えると、振動素子６、支持基板４および回路素子３は、Ｃ軸に沿って並んで配置されている。これにより、パッケージ２のＡ軸方向およびＢ軸方向への平面的な広がりを抑制でき、振動デバイス１の小型化を図ることができる。また、支持基板４は、振動素子６と回路素子３との間に位置し、振動素子６を下側すなわちＣ軸マイナス側から支えるように支持している。

また、図１および図２に示すように、凹部２１１ａの底面には複数の内部端子２４１が配置され、凹部２１１ｂの底面には複数の内部端子２４２が配置され、ベース２１の下面には複数の外部端子２４３が配置されている。これら内部端子２４１、２４２および外部端子２４３は、ベース２１内に形成されている図示しない配線を介して電気的に接続されている。また、内部端子２４１は、導電性の接合部材Ｂ１、Ｂ２および支持基板４を介して振動素子６と電気的に接続され、内部端子２４２は、ボンディングワイヤーＢＷを介して回路素子３と電気的に接続されている。

振動素子６は、物理量センサー素子として、Ｃ軸を検出軸とする角速度ωｃを検出することのできる角速度センサー素子である。図３に示すように、振動素子６は、振動基板７と、振動基板７の表面に配置されている電極８と、を有する。振動基板７は、Ｚカット水晶基板から構成されている。Ｚカット水晶基板は、水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸および機械軸としてのＹ軸で規定されるＸ−Ｙ平面に広がりを有し、光軸としてのＺ軸に沿った方向に厚みを有している。

振動基板７は、中央部に位置する基部７０と、基部７０からＢ軸方向の両側に延出している一対の検出腕７１、７２と、基部７０からＡ軸方向の両側に延出している一対の連結腕７３、７４と、連結腕７３の先端部からＢ軸方向の両側に延出している一対の駆動腕７５、７６と、連結腕７４の先端部からＢ軸方向の両側に延出している一対の駆動腕７７、７８と、を有する。このような形状の振動基板７を用いることにより、優れた振動バランスを有する振動素子６となる。

また、図４および図５に示すように、駆動腕７５〜７８は、上面に開口する溝と、下面に開口する溝と、を有し、略Ｈ状の断面形状となっている。なお、検出腕７１、７２についても、上面に開口する溝と、下面に開口する溝と、を有し、略Ｈ状の断面形状となっていてもよい。

図３に示すように、電極８は、駆動信号電極８１と、駆動接地電極８２と、第１検出信号電極８３と、第１検出接地電極８４と、第２検出信号電極８５と、第２検出接地電極８６と、を有する。駆動信号電極８１は、駆動腕７５、７６の両側面と、駆動腕７７、７８の上面および下面と、に配置されている。一方、駆動接地電極８２は、駆動腕７５、７６の上面および下面と、駆動腕７７、７８の両側面と、に配置されている。また、第１検出信号電極８３は、検出腕７１の上面および下面に配置され、第１検出接地電極８４は、検出腕７１の両側面に配置されている。一方、第２検出信号電極８５は、検出腕７２の上面および下面に配置され、第２検出接地電極８６は、検出腕７２の両側面に配置されている。

また、これら電極８１〜８６は、それぞれ、基部７０の下面まで引き回されている。そして、基部７０の下面には、図３に示すように、駆動信号電極８１と電気的に接続されている端子７０１と、駆動接地電極８２と電気的に接続されている端子７０２と、第１検出信号電極８３と電気的に接続されている端子７０３と、第１検出接地電極８４と電気的に接続されている端子７０４と、第２検出信号電極８５と電気的に接続されている端子７０５と、第２検出接地電極８６と電気的に接続されている端子７０６と、が配置されている。

このような振動素子６は、次のようにして角速度ωｃを検出する。まず、駆動信号電極８１および駆動接地電極８２間に駆動信号を印加すると、駆動腕７５〜７８が、図６の矢印で示すように屈曲振動する。以下、この駆動モードを駆動振動モードと言う。そして、駆動振動モードで駆動している状態で、振動素子６に角速度ωｃが加わると、図７に示す検出振動モードが新たに励振される。検出振動モードでは、駆動腕７５〜７８にコリオリの力が作用して矢印ｂに示す方向の振動が励振され、この振動に呼応して、検出腕７１、７２が矢印ａに示す方向に屈曲振動による検出振動が生じる。このような検出振動モードによって検出腕７１に発生した電荷を第１検出信号電極８３および第１検出接地電極８４の間から第１検出信号として取り出し、検出腕７２に発生した電荷を第２検出信号電極８５および第２検出接地電極８６の間から第２検出信号として取り出し、これら第１、第２検出信号に基づいて角速度ωｃを検出することができる。

図１に戻って、回路素子３は、凹部２１１ｃの底面に固定されている。回路素子３には、振動素子６を駆動し、振動素子６に加わった角速度ωｃを検出する駆動回路および検出回路が含まれている。ただし、回路素子３としては、特に限定されず、例えば、温度補償回路等、他の回路が含まれていてもよい。

また、図１に示すように、支持基板４は、ベース２１と振動素子６との間に介在している。支持基板４は、主に、ベース２１の変形により生じる応力を吸収、緩和し、当該応力を振動素子６に伝わり難くする機能を有する。

このような支持基板４は、ジンバル構造となっている。具体的には、図２および図８に示すように、支持基板４は、Ｃ軸方向からの平面視で、枠状の枠部４１と、枠部４１の外側に配置され、ベース２１に固定されている枠状の基体固定部４２と、枠部４１の内側に配置され、振動素子６が搭載されている素子搭載部４３と、素子搭載部４３からＡ軸方向の両側に延伸し、素子搭載部４３と枠部４１とを接続する一対の第１梁部４４、４４と、枠部４１からＢ軸方向の両側に延伸し、枠部４１と基体固定部４２とを接続する一対の第２梁部４５、４５と、を有する。なお、以下では、Ｃ軸方向の平面視で、素子搭載部４３の中心Ｏを通り、Ａ軸と平行な仮想直線を仮想直線Ｌａとし、中心Ｏを通り、Ｂ軸と平行な仮想直線を仮想直線Ｌｂとする。本実施形態では、枠部４１、基体固定部４２、素子搭載部４３、一対の第１梁部４４、４４および一対の第２梁部４５、４５は、いずれも、仮想直線Ｌａに対して線対称に配置され、かつ、仮想直線Ｌｂに対して線対称に配置されているが、これに限定されない。

枠部４１は、矩形の枠状となっており、Ａ軸方向に延在する一対の縁部４１１、４１２と、Ｂ軸方向に延在する一対の縁部４１３、４１４と、を有する。同様に、基体固定部４２は、矩形の枠状となっており、Ａ軸方向に延在する一対の縁部４２１、４２２と、Ｂ軸方向に延在する一対の縁部４２３、４２４と、を有する。特に、本実施形態では、Ｃ軸方向の平面視で、枠部４１の縁部４１３が振動素子６の駆動腕７５、７６と重なり、枠部４１の縁部４１４が振動素子６の駆動腕７７、７８と重なっている。

また、一対の第１梁部４４、４４は、素子搭載部４３のＡ軸方向両側に位置し、素子搭載部４３を両持ち支持するように素子搭載部４３と枠部４１とを接続している。また、一対の第１梁部４４、４４は、それぞれ、仮想直線Ｌａに沿って一直線上に配置されている。一方、一対の第２梁部４５、４５は、枠部４１のＢ軸方向両側に位置し、枠部４１を両持ち支持するように枠部４１と基体固定部４２とを接続している。また、一対の第２梁部４５、４５は、それぞれ、仮想直線Ｌｂに沿って一直線上に配置されている。つまり、一方の第２梁部４５は、縁部４１１、４２１の延在方向の中央部同士を接続し、他方の第２梁部４５は、縁部４１２、４２２の延在方向の中央部同士を接続している。

このように、第１梁部４４、４４の延伸方向と第２梁部４５、４５の延伸方向とを直交させることにより、支持基板４によって、より効果的に応力を吸収、緩和することができる。また、第１梁部４４、４４を、連結腕７３、７４の延伸方向と同じ方向であるＡ軸方向に延伸させることにより、連結腕７３、７４と同程度の長さを容易に確保することができる。そのため、第１梁部４４、４４の長さすなわち後述するＬ１を大きくすることが容易となる。特に、前述したように、本実施形態では、Ｃ軸方向の平面視で、枠部４１の縁部４１３が駆動腕７５、７６と重なり、枠部４１の縁部４１４が駆動腕７７、７８と重なっているため、第１梁部４４、４４の長さは、連結腕７３、７４の長さとほぼ等しい。

このような支持基板４では、素子搭載部４３の上面に導電性の接合部材Ｂ２を介して振動素子６の基部７０が固定され、基体固定部４２の縁部４２３、４２４が導電性の接合部材Ｂ１を介して凹部２１１ａの底面に固定されている。このように、振動素子６とベース２１との間に支持基板４を介在させることにより、支持基板４によってベース２１から伝わる応力を吸収、緩和することができ、当該応力が振動素子６に伝わり難くなる。そのため、振動素子６の振動特性の低下や変動を効果的に抑制することができる。

なお、接合部材Ｂ１、Ｂ２としては、導電性と接合性とを兼ね備えていれば、特に限定されず、例えば、金バンプ、銀バンプ、銅バンプ、はんだバンプ等の各種金属バンプ、ポリイミド系、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系の各種接着剤に銀フィラー等の導電性フィラーを分散させた導電性接着剤等を用いることができる。接合部材Ｂ１、Ｂ２として前者の金属バンプを用いると、接合部材Ｂ１、Ｂ２からのガスの発生を抑制でき、内部空間Ｓの環境変化、特に圧力の上昇を効果的に抑制することができる。一方、接合部材Ｂ１、Ｂ２として後者の導電性接着剤を用いると、接合部材Ｂ１、Ｂ２が比較的柔らかくなり、接合部材Ｂ１、Ｂ２においても前述の応力を吸収、緩和することができる。

本実施形態では、接合部材Ｂ１として導電性接着剤を用いており、接合部材Ｂ２として金属バンプを用いている。異種の材料である支持基板４とベース２１とを接合する接合部材Ｂ１として導電性接着剤を用いることにより、これらの間の熱膨張係数の差に起因して生じる熱応力を接合部材Ｂ１によって効果的に吸収、緩和することができる。一方、支持基板４と振動素子６とは、比較的狭い領域に配置されている６つの接合部材Ｂ２で接合されているため、接合部材Ｂ２として金属バンプを用いることにより、導電性接着剤のような濡れ広がりが抑制され、接合部材Ｂ２同士の接触を効果的に抑制することができる。

このような支持基板４は、水晶基板で構成されている。このように、支持基板４を振動基板７と同様に水晶基板で構成することにより、支持基板４と振動基板７との熱膨張係数を等しくすることができる。そのため、支持基板４と振動基板７との間には、互いの熱膨張係数差に起因する熱応力が実質的に生じず、振動素子６がより応力を受け難くなる。そのため、振動素子６の振動特性の低下や変動をより効果的に抑制することができる。

特に、支持基板４は、振動素子６が有する振動基板７と同じカット角の水晶基板で構成されている。本実施形態では、振動基板７がＺカット水晶基板で構成されているため、支持基板４もＺカット水晶基板で構成されている。また、支持基板４の結晶軸の向きは、振動基板７の結晶軸の向きと一致している。すなわち、支持基板４と振動基板７とでＸ軸が一致し、Ｙ軸が一致し、Ｚ軸が一致している。水晶は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれで熱膨張係数が異なるため、支持基板４と振動基板７とを同じカット角とし、互いの結晶軸の向きを揃えることにより、支持基板４と振動基板７との間で前述の熱応力がより生じ難くなる。そのため、振動素子６がさらに応力を受け難くなり、その振動特性の低下や変動をさらに効果的に抑制することができる。

なお、支持基板４としては、これに限定されず、例えば、振動基板７と同じカット角であるが、結晶軸の方向が振動基板７とは異なっていてもよい。また、支持基板４は、振動基板７と異なるカット角の水晶基板から形成されていてもよい。また、支持基板４は、水晶基板から形成されていなくてもよく、この場合は、例えば、シリコン基板、樹脂基板等から形成することができる。この場合、支持基板４の構成材料は、水晶との熱膨張係数の差が、水晶とベース２１の構成材料との熱膨張係数差よりも小さい材料であることが好ましい。

また、支持基板４には、振動素子６と内部端子２４１とを電気的に接続している図示しない配線パターンが配置されている。配線パターンは、各端子７０１〜７０６を対応する内部端子２４１と電気的に接続している。

次に、一対の第１梁部４４、４４の寸法について説明する。図８に示すように、各第１梁部４４のＡ軸方向の長さを長さＬ１（μｍ）とし、各第１梁部４４のＢ軸方向の長さを幅Ｗ１（μｍ）としたとき、各第１梁部４４、４４は、Ｗ１^２／Ｌ１＜３０の関係を満足しており、特に、Ｗ１^２／Ｌ１＜１２．５の関係を満足していることが好ましい。このような関係を満足することにより、長さＬ１が幅Ｗ１に対して十分に長くなり、各第１梁部４４、４４がＢ軸方向に弾性変形し易くなる。そのため、これら第１梁部４４、４４に支持されている素子搭載部４３が枠部４１に対してＣ軸まわりに回動し易くなる。このように、素子搭載部４３をＣ軸まわりに回動容易とすることにより、振動素子６に生じる検出振動モードが阻害され難くなる。そのため、振動素子６の検出感度の低下を効果的に抑制することができる。

なお、中心ＯよりＡ軸方向プラス側の第１梁部４４と、Ａ軸方向マイナス側の第１梁部４４とで長さＬ１が若干異なっていてもよいが、この場合は、両者の平均値を長さＬ１とすることもできる。同様に、中心ＯよりＡ軸方向プラス側の第１梁部４４と、Ａ軸方向マイナス側の第１梁部４４とで幅Ｗ１が若干異なっていてもよいが、この場合は、両者の平均値を幅Ｗ１とすることもできる。

以下、上述の効果を図９に示すシミュレーション結果に基づいて証明する。図９は、Ｗ１^２／Ｌ１と感度比（％）との関係を示すグラフである。この図では、下記表１に示す各Ｍｏｄｅｌ０１〜Ｍｏｄｅｌ３６のＷ１^２／Ｌ１と感度比（％）との関係をプロットし、さらに最小自乗法により近似した二次曲線を示している。なお、各Ｍｏｄｅｌ０１〜Ｍｏｄｅｌ３６は、表１から分かるように、互いに、長さＬ１、幅Ｗ１および素子搭載部４３のＡ軸方向の長さＬ２が異なっている。また、長さＬ１は、１５０μｍ〜７００μｍの範囲で変更され、幅Ｗ１は、５０μｍ〜２００μｍの範囲で変更され、長さＬ２は、４００μｍ〜６００μｍの範囲で変更されている。また、同図中の縦軸である「感度比」とは、特許文献２に記載されているように、振動素子６がインナーリードを介してＴＡＢ基板に実装されている構成における振動素子６の角速度ωｃの検出感度と本実施形態における振動素子６の検出感度の比であり、感度比が高い程、高い感度を有することを意味する。

図９のグラフに示すように、Ｗ１^２／Ｌ１＜３０の関係を満足していれば、ほぼ８０％以上の感度比となり、振動素子６の検出感度を十分に高く維持できることがわかる。さらには、Ｗ１^２／Ｌ１＜１２．５の関係を満足していれば、９０％以上の感度比となり、振動素子６の検出感度をより高く維持できることがわかる。このようなシミュレーション結果から、上述した「振動素子６の検出感度の低下を効果的に抑制することができる」という効果が得られることが分かる。

ここで、感度だけを見れば、従来のように振動素子６がインナーリードを介してＴＡＢ基板に実装されている構成の方が、本実施形態のように振動素子６が支持基板４に支持されている構成よりも高い感度を発揮し易い。しかしながら、振動素子６がインナーリードを介してＴＡＢ基板に実装されている構成では、加工ばらつきが大きく、その分、不要振動が発生し易いといった問題や、加工ばらつきが大きくて、不要振動を低減するための条件設定が難しいといった問題がある。つまり、振動素子６がインナーリードを介してＴＡＢ基板に実装されている構成は、高い検出感度を発揮できるが、検出感度のばらつきが大きく歩留まりが悪いという問題がある。

これに対して、本実施形態のように振動素子６が支持基板４に支持されている構成では、振動素子６がインナーリードを介してＴＡＢ基板に実装されている構成と同等の検出感度を発揮することが困難である。しかしながら、支持基板４が水晶基板から形成されているため、エッチング加工によって支持基板４を高精度に加工でき、加工ばらつきが極めて小さい。また、加工ばらつきが小さい分、不要振動を低減するための条件設定が容易である。つまり、本実施形態のように振動素子６が支持基板４に支持されている構成では、高い検出感度を発揮することが困難であるが、検出感度のばらつきが小さく歩留まりが良いという利点がある。

そこで、本実施形態では、この利点を生かしつつ、さらに振動素子６がインナーリードを介してＴＡＢ基板に実装されている構成と同程度あるいはそれ以上の検出感度を発揮するために、上述のようにＷ１^２／Ｌ１＜３０の関係、好ましくはＷ１^２／Ｌ１＜１２．５の関係を満足している。これにより、振動デバイス１は、高い検出感度を発揮しつつ、検出感度のばらつきが小さく歩留まりが良いという極めて優れた効果を発揮できる。

また、Ｃ軸方向からの平面視で、支持基板４の素子搭載部４３は、振動素子６の基部７０と同じ形状である。なお、図２では、説明の便宜上、素子搭載部４３を基部７０よりも若干大きく図示している。さらに、Ｃ軸方向からの平面視で、素子搭載部４３と基部７０との外縁同士がその全周にわたって重なっている。このように、素子搭載部４３と基部７０とを同じ形状とすることにより、素子搭載部４３に６つの接合部材Ｂ２を配置するのに十分なスペースを確保しつつ、素子搭載部４３を小さくすることができる。そして、素子搭載部４３を小さくする分、第１梁部４４、４４の長さＬ１を長くすることができ、振動素子６の検出感度を高めることができる。なお、「素子搭載部４３と基部７０とが同じ形状である」とは、互いの形状が完全に一致している場合の他、例えば、製造上の誤差や製造上の制限によって互いの形状に若干の誤差がある場合も含む意味である。

ただし、素子搭載部４３の形状としては、特に限定されず、基部７０より小さくてもよいし、大きくてもよい。また、平面視形状が基部７０と同じ、すなわち、相似形であってもよいし、異なっていてもよい。

以上、振動デバイス１について説明した。このような振動デバイス１は、前述したように、検出軸まわりの物理量である角速度ωｃに応じて検出振動する振動素子６と、基体としてのベース２１と、振動素子６をベース２１に対して支持する支持基板４と、を備える。また、支持基板４は、支持基板４の厚さ方向、すなわちＣ軸方向からの平面視で、枠状の枠部４１と、枠部４１の外側に配置され、ベース２１に固定される基体固定部４２と、枠部４１の内側に配置され、振動素子６が搭載されている素子搭載部４３と、素子搭載部４３から第１方向としてのＡ軸方向の両側に延伸し、素子搭載部４３と枠部４１とを接続する一対の第１梁部４４、４４と、枠部４１からＡ軸方向と異なる第２方向としてのＢ軸方向の両側に延伸し、枠部４１と基体固定部４２とを接続する一対の第２梁部４５、４５と、を有する。そして、Ｃ軸方向からの平面視で、第１梁部４４のＡ軸方向の長さをＬ１（μｍ）とし、第１梁部４４のＡ軸方向と直交するＢ軸方向の幅ＷをＷ１（μｍ）としたとき、Ｗ１^２／Ｌ１＜３０を満たす。このような構成とすることにより、振動デバイス１は、高い検出感度を発揮しつつ、検出感度のばらつきが小さく歩留まりが良いという優れた効果を発揮できる。

また、前述したように、振動デバイス１は、Ｗ１^２／Ｌ１＜１２．５を満たす。このような関係を満足することにより、振動デバイス１は、より高い検出感度を発揮しつつ、検出感度のばらつきが小さく歩留まりが良いというより優れた効果を発揮できる。

また、前述したように、互いに直交する３軸をＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸としたとき、支持基板４の厚さ方向がＣ軸に沿い、振動素子６は、素子搭載部４３に固定されている基部７０と、基部７０からＢ軸両側に向けて延出している一対の検出腕７１、７２と、基部７０からＡ軸両側に向けて延出している一対の連結腕７３、７４と、一方の連結腕７３の先端部からＢ軸両側に向けて延出している一対の駆動腕７５、７６と、他方の連結腕７４の先端部からＢ軸両側に向けて延出している一対の駆動腕７７、７８と、を有する。このような構成とすることにより、振動バランスに優れ、高い角速度検出特性を有する振動素子６となる。

また、前述したように、第１梁部４４、４４が延伸する第１方向は、Ａ軸方向に沿い、第２梁部４５、４５が延伸する第２方向は、Ｂ軸方向に沿う。これにより、第１梁部４４、４４の延伸方向と第２梁部４５、４５の延伸方向とが直交し、支持基板４によって、より効果的に応力を吸収、緩和することができる。また、第１梁部４４、４４を、連結腕７３、７４の延伸方向と同じ方向であるＡ軸方向に延伸させることにより、連結腕７３、７４と同程度の長さＬ１を容易に確保することができる。

また、前述したように、Ｃ軸方向から見た平面視で、素子搭載部４３と基部７０とが同じ形状である。これにより、素子搭載部４３に６つの接合部材Ｂ２を配置するのに十分なスペースを確保しつつ、素子搭載部４３を小さくすることができる。そして、素子搭載部４３を小さくできる分、第１梁部４４、４４の長さＬ１を長くすることができ、振動素子６の検出感度を高めることができる。

＜第２実施形態＞
図１０は、第２実施形態の振動デバイスの平面図である。

本実施形態は、振動素子６の向きおよび支持基板４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１０において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１０に示すように、本実施形態の振動デバイス１では、振動素子６が前述した第１実施形態に対してＣ軸まわりに９０度回転した姿勢で支持基板４に固定されている。

また、支持基板４では、一対の第１梁部４４、４４は、素子搭載部４３のＢ軸方向両側に位置し、素子搭載部４３を両持ち支持するように素子搭載部４３と枠部４１とを接続している。また、一対の第１梁部４４、４４は、それぞれ、仮想直線Ｌｂに沿って一直線上に配置されている。一方、一対の第２梁部４５、４５は、枠部４１のＡ軸方向両側に位置し、枠部４１を両持ち支持するように枠部４１と基体固定部４２とを接続している。また、一対の第２梁部４５、４５は、それぞれ、仮想直線Ｌａに沿って一直線上に配置されている。このような構成によれば、前述した第１実施形態と比較して、第２梁部４５、４５の基体固定部４２との接続部と内部端子２４１とが近くなるため、支持基板４に配置された配線パターンの配線長を短くすることができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図１１は、第３実施形態の振動デバイスが有する支持基板の平面図である。

本実施形態は、支持基板４の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図１１において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。

図１１に示すように、本実施形態の支持基板４は、前述した第１実施形態の構成に加えて、さらに、枠部４１からＡ軸方向の両側に延伸し、枠部４１と基体固定部４２とを接続する一対の第３梁部４６、４６を有する。一対の第３梁部４６、４６は、枠部４１のＡ軸方向両側に位置し、枠部４１を両持ち支持するように枠部４１と基体固定部４２とを接続している。つまり、本実施形態の支持基板４では、枠部４１が、一対の第２梁部４５、４５と一対の第３梁部４６、４６とによって、その四方から支持されている構成となっている。これにより、支持基板４の機械的強度が増す。

特に、一対の第３梁部４６、４６は、それぞれ、仮想直線Ｌａに沿って一直線上に配置されている。つまり、一対の第３梁部４６、４６は、一対の第１梁部４４、４４と一直線上に配置されている。そのため、枠部４１をその四方からよりバランスよく支持することができる。なお、第３梁部４６、４６の幅Ｗ２を大きくし過ぎると、振動素子６の感度の低下を招くおそれがある。そのため、第３梁部４６、４６の幅Ｗ２としては、特に限定されないが、第１梁部４４、４４の幅Ｗ１以下であることが好ましい。

以上のように、本実施形態の振動デバイス１では、支持基板４は、枠部４１から第１方向としてのＡ軸方向の両側に延伸し、枠部４１と基体固定部４２とを接続する一対の第３梁部４６、４６を有し、一対の第３梁部４６、４６と一対の第１梁部４４、４４とは、一直線上に配置されている。これにより、枠部４１が、一対の第２梁部４５、４５と一対の第３梁部４６、４６とによって、その四方から支持される。そのため、支持基板４の機械的強度が増す。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図１２は、第４実施形態のパーソナルコンピューターを示す斜視図である。

図１２に示す電子機器としてのパーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６と、により構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。また、パーソナルコンピューター１１００には、物理量センサーとしての振動デバイス１と、振動デバイス１からの出力信号に基づいて信号処理すなわち各部の制御を行う信号処理回路１１１０と、が内蔵されている。

このように、電子機器としてのパーソナルコンピューター１１００は、振動デバイス１と、振動デバイス１の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路１１１０と、を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
図１３は、第５実施形態の携帯電話機を示す斜視図である。

図１３に示す電子機器としての携帯電話機１２００は、図示しないアンテナ、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。また、携帯電話機１２００には、物理量センサーとしての振動デバイス１と、振動デバイス１からの出力信号に基づいて信号処理すなわち各部の制御を行う信号処理回路１２１０と、が内蔵されている。

このように、電子機器としての携帯電話機１２００は、振動デバイス１と、振動デバイス１の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路１２１０と、を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

＜第６実施形態＞
図１４は、第６実施形態のデジタルスチールカメラを示す斜視図である。

図１４に示す電子機器としてのデジタルスチールカメラ１３００は、ケース１３０２を備え、このケース１３０２の背面には表示部１３１０が設けられている。表示部１３１０は、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成となっており、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側には、光学レンズやＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、デジタルスチールカメラ１３００には、物理量センサーとしての振動デバイス１と、振動デバイス１からの出力信号に基づいて信号処理すなわち各部の制御を行う信号処理回路１３１２と、が内蔵されている。

このように、電子機器としてのデジタルスチールカメラ１３００は、振動デバイス１と、振動デバイス１の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路１３１２と、を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、振動デバイス１を備える電子機器は、前述したパーソナルコンピューター１１００、携帯電話機１２００およびデジタルスチールカメラ１３００の他、例えば、スマートフォン、タブレット端末、スマートウォッチを含む時計、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、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）、スマートグラス等のウェアラブル端末、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、電子手帳、電子辞書、電子翻訳機、電卓、電子ゲーム機器、トレーニング機器、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、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、電子内視鏡のような医療機器、魚群探知機、各種測定機器、車両、航空機、船舶に搭載される計器類、携帯端末用の基地局、フライトシミュレーター等であってもよい。

＜第７実施形態＞
図１５は、第７実施形態の自動車を示す斜視図である。

図１５に示す移動体としての自動車１５００は、エンジンシステム、ブレーキシステム、操舵システム、姿勢制御システムおよびキーレスエントリーシステム等のシステム１５０２を含んでいる。また、自動車１５００には、物理量センサーとしての振動デバイス１と、振動デバイス１からの出力信号に基づいて信号処理すなわちシステム１５０２の制御を行う信号処理回路１５１０と、が内蔵されている。

このように、移動体としての自動車１５００は、振動デバイス１と、振動デバイス１の出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路１５１０と、を備える。そのため、前述した振動デバイス１の効果を享受でき、高い信頼性を発揮することができる。

なお、振動デバイス１を備える移動体は、自動車１５００の他、例えば、ロボット、ドローン、電動車いす、二輪車、航空機、ヘリコプター、船舶、電車、モノレール、貨物運搬用カーゴ、ロケット、宇宙船等であってもよい。

以上、本発明の振動デバイス、電子機器および移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１…振動デバイス、２…パッケージ、２１…ベース、２１１、２１１ａ〜２１１ｃ…凹部、２２…リッド、２３…接合部材、２４１、２４２…内部端子、２４３…外部端子、３…回路素子、４…支持基板、４１…枠部、４１１〜４１４…縁部、４２…基体固定部、４２１〜４２４…縁部、４３…素子搭載部、４４…第１梁部、４５…第２梁部、４６…第３梁部、６…振動素子、７…振動基板、７０…基部、７０１〜７０６…端子、７１、７２…検出腕、７３、７４…連結腕、７５〜７８…駆動腕、８…電極、８１…駆動信号電極、８２…駆動接地電極、８３…第１検出信号電極、８４…第１検出接地電極、８５…第２検出信号電極、８６…第２検出接地電極、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１１１０…信号処理回路、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１２１０…信号処理回路、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１３１２…信号処理回路、１５００…自動車、１５０２…システム、１５１０…信号処理回路、ａ、ｂ…矢印、Ｂ１、Ｂ２…接合部材、ＢＷ…ボンディングワイヤー、Ｌａ…仮想直線、Ｌｂ…仮想直線、Ｌ１、Ｌ２…長さ、Ｏ…中心、Ｓ…内部空間、Ｗ１、Ｗ２…幅、ωｃ…角速度

Claims (8)

1. 検出軸まわりの物理量に応じて検出振動する振動素子と、
   基体と、
   前記振動素子を前記基体に対して支持する支持基板と、を備え、
   前記支持基板は、前記支持基板の厚さ方向からの平面視で、
   枠状の枠部と、
   前記枠部の外側に配置され、前記基体に固定される基体固定部と、
   前記枠部の内側に配置され、前記振動素子が搭載されている素子搭載部と、
   前記素子搭載部から第１方向の両側に延伸し、前記素子搭載部と前記枠部とを接続する一対の第１梁部と、
   前記枠部から前記第１方向と異なる第２方向の両側に延伸し、前記枠部と前記基体固定部とを接続する一対の第２梁部と、を有し、
   前記平面視で、前記第１梁部の前記第１方向の長さをＬ１（μｍ）とし、前記第１梁部の前記第１方向と直交する方向の幅ＷをＷ１（μｍ）としたとき、
   Ｗ１^２／Ｌ１＜３０
   を満たすことを特徴とする振動デバイス。
2. Ｗ１^２／Ｌ１＜１２．５
   を満たす請求項１に記載の振動デバイス。
3. 互いに直交する３軸をＡ軸、Ｂ軸およびＣ軸としたとき、
   前記支持基板の厚さ方向が前記Ｃ軸に沿い、
   前記振動素子は、
   前記素子搭載部に固定されている基部と、
   前記基部から前記Ｂ軸両側に向けて延出している一対の検出腕と、
   前記基部から前記Ａ軸両側に向けて延出している一対の連結腕と、
   一方の前記連結腕の先端部から前記Ｂ軸両側に向けて延出している一対の駆動腕と、
   他方の前記連結腕の先端部から前記Ｂ軸両側に向けて延出している一対の駆動腕と、を有する請求項１または２に記載の振動デバイス。
4. 前記第１方向は、前記Ａ軸方向に沿い、
   前記第２方向は、前記Ｂ軸方向に沿う請求項３に記載の振動デバイス。
5. 前記Ｃ軸方向から見た平面視で、
   前記素子搭載部と前記基部とが同じ形状である請求項３または４に記載の振動デバイス。
6. 前記支持基板は、前記枠部から前記第１方向の両側に延伸し、前記枠部と前記基体固定部とを接続する一対の第３梁部を有し、
   前記一対の第３梁部と前記一対の第１梁部とは、一直線上に配置されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動デバイス。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動デバイスと、
   前記振動デバイスの出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする電子機器。
8. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動デバイスと、
   前記振動デバイスの出力信号に基づいて信号処理を行う信号処理回路と、を備えていることを特徴とする移動体。

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