CN103363971B - 振动片、传感器单元及电子设备 - Google Patents

Abstract

振动片、传感器单元及电子设备。振动片具有：基部(21)、驱动用振动臂(22a、22b)、检测用振动臂(23a、23b)和调整用振动臂(25a、25b)，驱动用振动臂(22a、22b)被驱动成在预定的面内弯曲振动，在设基部(21)的厚度为t，驱动用振动臂(22a、22b)延伸方向上的基部(21)的长度为L，检测用振动臂(23a、23b)的与预定面交叉的方向上的固有振动频率为f1，驱动用振动臂(22a、22b)的与预定面交叉的方向上的固有振动频率为f2，调整用振动臂(25a、25b)的与预定面交叉的方向上的固有振动频率为f3时，满足如下关系(1)和(2)：(1)f3＞f2(2)0.964×(1‑0.321^(1+L/t))≦f2/f1≦0.995。

Description

振动片、传感器单元及电子设备

技术领域

本发明涉及振动片、传感器单元及电子设备。

背景技术

广泛利用了作为角速度传感器的振动陀螺仪传感器（以下称作振动陀螺仪），该角速度传感器充实车辆中的车体控制、汽车导航***的自身车辆位置检测以及数字照相机和数字摄像机等的振动控制校正功能（所谓的手抖校正）等。振动陀螺仪利用由作为高弹性材料的石英等压电性单晶物构成的陀螺仪振动片，检测由于物体的摆动和旋转等的振动而在陀螺仪振动片的一部分中产生的电信号作为角速度，并通过计算旋转角求出物体的位移。

作为用于陀螺仪传感器的振动片，一直以来广泛采用了由石英等压电体材料形成的压电振动片（振动陀螺仪元件）（例如，参照专利文献1）。专利文献1所记载的振动片是所谓的音叉型的压电振动片，其包含由石英构成的基部、和从基部的一端部起并行延伸的一对振动臂。在各振动臂的主面（第1表面）上设置有提供激励振动臂的驱动电压的驱动电极（激励电极），在与第1表面垂直的侧面上设置有检测电极。并且，能够通过向驱动电极施加驱动信号（激励信号）而使振动臂振动。此处，在向该振动片施加驱动信号来使振动臂在沿着第1表面的方向上振动（面内振动）时，如果是以振动臂的延伸方向的轴（例如在以石英Z板为基材的振动陀螺仪元件的情况下，为Y轴）为检测轴进行旋转，则振动臂由于哥氏力而在与第1表面垂直的方向上振动（面外振动）。由于该面外振动的振幅与振动片的旋转速度成比例，因此能够检测为角速度。

上述那样的振动陀螺仪元件的基部和振动臂能够通过使用光刻对压电体材料、例如石英进行蚀刻加工而一体形成。原本将振动臂的截面形状设计成矩形，但由于石英的蚀刻各向异性和加工工艺的偏差等，不成为矩形，而呈现平行四边形、菱形或更复杂的不规则形状。此时，在振动臂的截面形状与原本设计的矩形偏离较大时，振动臂的振动方向与设计值偏离，产生所谓的泄漏输出那样的不希望的振动泄漏，从而成为使振动陀螺仪元件的检测灵敏度劣化的主要原因。

与此相对，在专利文献2中，提出了如下的振动片：使用形状简单且容易获得加工精度的棒状的振动片，由连结驱动部（振动臂）和检测部（检测臂）后的各个振动片构成振动片，由此尽量抑制检测部的泄漏输出。

此外，在专利文献3中提出了如下技术：利用激光对设置于从基部延伸的振动臂的与基部连接的根部附近的切削部进行加工，通过改变质量分布抑制泄漏输出（倾斜振动）。

【专利文献1】日本特开平5-256723号公报

【专利文献2】日本特开2010-32482号公报

【专利文献3】日本特开2008-209215号公报

但是，在专利文献2中，对于由连结驱动部和检测部后的各个振动片构成振动片后的进一步的泄漏输出的抑制方法（具体而言，由于棒状的振动片的加工精度引起的泄漏输出的进一步的抑制方法等），没有进行任何具体的提案。

此外，在专利文献3记载的振动片中，为了进行用于抑制泄漏输出的精细调整，需要设置极其细微的切削部，近年来，伴随振动陀螺仪的日益小型化而振动片被细微化，因此存在切削部的形成变得更困难，并且振动片的机械强度由于切削部的形成而变弱的问题。

因此，在构成为将振动臂和检测臂连结到基部后的各个振动部后，与这些振动部独立地在基部上进一步安装用于抑制泄漏输出的调整臂，并进行调整，由此能够抑制泄漏输出。具体而言，利用激光等改变安装于基部的调整臂的质量分布，由此抑制了泄漏输出的产生。其结果，能够在不降低振动臂和检测臂等的振动片的机械强度的情况下抑制泄漏输出。但是，由于对基部新附加这种调整臂，而存在作为振动陀螺仪传感器的检测灵敏度降低的问题。具体而言，能够通过使振动臂和检测臂的固有振动频率一致而进行谐振，提高检测的灵敏度，与此相对，由于新附加调整臂而在振动臂与检测臂的谐振中产生偏差，从而存在检测灵敏度降低的问题。该检测灵敏度降低的问题不限于为了抑制泄漏输出而附加的调整臂，是在基部上安装了附加物（突状部）时产生的问题。

发明内容

本发明正是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可作为以下应用例或方式来实现。

[应用例1]本应用例的振动片的特征在于，具有：振动体，其具有基部、从所述基部的一端延伸出的第1振动臂、和从所述基部的与所述一端相反侧的另一端延伸出的第2振动臂；以及突状部，其从所述振动体起沿着所述第2振动臂延伸出的方向进行设置，所述第1振动臂和所述第2振动臂中的一方是驱动用振动臂，另一方是检测用振动臂，所述驱动用振动臂被驱动成在预定的面内进行弯曲振动，在设所述基部的厚度为t，所述第2振动臂延伸出的方向上的所述基部的长度为L，所述第1振动臂的与所述预定的面交叉的方向上的固有振动频率为f1，所述第2振动臂的与所述预定的面交叉的方向上的固有振动频率为f2，所述突状部的与所述预定的面交叉的方向上的固有振动频率为f3时，满足如下关系（1）和（2）：

（1）f3＞f2

（2）0.964×（1-0.321^(1+L/t)）≦f2/f1≦0.995。

根据本应用例，振动片为经由基部分别连续地设置有驱动用振动臂和检测用振动臂。例如，在这样分别构成了驱动用振动臂和检测用振动臂的振动陀螺仪的情况下，重要的是从设计阶段调整各自的固有振动频率，以提高角速度的检测灵敏度。具体而言，振动陀螺仪的检测灵敏度被如下效率所左右，所述效率是指在对预定面内进行弯曲振动（以下称作面内振动）的驱动用振动臂施加了角速度时在驱动用振动臂中产生的面外振动（与面内振动交叉的方向上的振动）传递为通过基部连结的检测用振动臂的面外振动的效率。在驱动用振动臂的面外振动和检测用振动臂的面外振动进行谐振的情况下能够提高该传递效率。

另一方面，本应用例的振动片不是由仅单纯连结了驱动用振动臂和检测用振动臂的结构的振动体构成，而成为在该振动体上进一步设置有突状部的结构。作为突状部，例如在振动陀螺仪的情况下，用于抑制泄漏输出的调整用振动臂等与其对应。针对这种结构，需要包含突状部的影响进行振动频率的调整，本申请发明人发现能够通过设为满足上述关系（1）和（2）的振动频率，提高从驱动用振动臂向检测用振动臂的振动传递效率。因此，例如在振动陀螺仪等上述那样的结构（即，在振动体上进一步设置有突状部的结构）的振动片的情况下，能够通过进行满足上述关系（1）和（2）的设计，得到高检测灵敏度的振动片。

[应用例2]在上述应用例的振动片中，其特征在于，满足如下关系（3）：

（3）f2/f1=0.976×（1-0.237^(1+L/t)）。

本申请发明人发现能够通过设为满足上述关系（3）的振动频率，进一步提高从驱动用振动臂向检测用振动臂的振动传递效率。因此，进一步优选如本应用例那样满足关系（3）。能够通过设为这种振动片，提供检测灵敏度更高的振动片。

另外，满足关系（3）是指设计并制造管理成满足关系（3）。

[应用例3]在上述应用例的振动片中，其特征在于，所述振动体还具有支撑所述基部的支撑部、以及连结所述基部和所述支撑部的连结臂，所述突状部从所述支撑部或所述连结臂起沿着所述第2振动臂延伸出的方向进行设置。

根据本应用例，振动片还具有支撑部、以及连结基部和支撑部的连结臂，突状部从支撑部或连结臂起沿着第2振动臂延伸出的方向进行设置。在这种结构的振动片中，在满足上述关系的情况下，能够提供检测灵敏度高的振动片。因此，根据本应用例，能够提供还具有支撑部的检测灵敏度高的振动片。

[应用例4]本应用例的传感器单元的特征在于，具有：上述应用例所述的振动片；以及电子部件，其包含激励所述驱动用振动臂的驱动电路、和检测在所述检测用振动臂中产生的检测信号的检测电路。

根据本应用例的传感器单元，具备激励驱动用振动臂的驱动电路、检测在检测用振动臂产生的检测信号的检测电路、以及能够进行更高灵敏度的检测的振动片，因此能够提供具有稳定特性的传感器单元。

[应用例5]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所述的振动片。

根据本应用例的电子设备，由于具备能够进行更高灵敏度的检测的振动片，因此能够提供具有稳定特性的电子设备。

附图说明

图1是示出作为振动片的振动陀螺仪元件的示意性俯视图。

图2是从一个主面侧立体示出振动陀螺仪元件的电极配置的示意性立体图。

图3是从另一个主面侧立体示出振动陀螺仪元件的电极配置的示意性立体图。

图4是示出振动陀螺仪元件的振动的示意性立体图。

图5的（a）～（e）是针对基部的不同长度L评价了改变频率比（f2/f1）时的灵敏度的转变的曲线图。

图6是示出能够得到最大灵敏度的70%以上的频率比（f2/f1）的区域与R之间的关系的曲线图。

图7的（a）是搭载了振动陀螺仪元件的陀螺仪传感器的概略俯视图，（b）是（a）的A－A线剖视图。

图8的（a）是作为电子设备的一个实施方式的数字摄像机的立体图，（b）是移动电话机的立体图，（c）是便携式信息终端（PDA）的立体图。

图9的（a）～（d）是示出振动陀螺仪元件的变形例的示意性俯视图。

标号说明

1：振动陀螺仪元件；21：基部；22a、22b：驱动用振动臂；23a、23b：检测用振动臂；24a、24b：连结臂；25a、25b：调整用振动臂；49：接合线；50：陀螺仪传感器；59：接合部件；60：封装；61：第1层基板；62：第2层基板；63：第3层基板；64：第4层基板；65：冲模垫；66：IC连接端子；67：振动片连接端子；68：外部安装端子；69：密封圈；70：盖；80：中继基板；82：开口部；85：电极引线；86：连接电极；90：IC芯片；99：晶粒安装材料。

具体实施方式

下面，参照附图来说明使本发明具体化的实施方式。以下是本发明的一个实施方式，不对本发明进行限定。另外，在下面的各图中，为了容易理解说明，有时以与实际不同的尺寸进行了记载。

（第1实施方式）

[振动陀螺仪元件]

首先，说明将本发明的振动片具体化为振动陀螺仪元件的实施方式。图1是示出作为振动片的振动陀螺仪元件的一个实施方式的示意性俯视图。

如图1所示，作为振动片的振动陀螺仪元件1具有通过对基材（构成主要部分的材料）进行加工而一体形成的基部21、作为第2振动臂的驱动用振动臂22a、22b和作为第1振动臂的检测用振动臂23a、23b、以及作为突状部的调整用振动臂25a、25b。

关于本实施方式的振动陀螺仪元件1，说明使用了作为压电体材料的石英作为基材的例子。石英具有被称作电轴的X轴、被称作机械轴的Y轴和被称作光轴的Z轴。在本实施方式中，说明使用所谓的石英Z板作为基材的例子，该石英Z板沿着由石英晶轴中垂直的X轴和Y轴规定的平面被切割从而被加工为平板状，并在与平面垂直的Z轴方向上具有预定的厚度。另外，此处所说的预定厚度根据振荡频率（谐振频率）、外形尺寸、加工性等适当设定。

此外，形成振动陀螺仪元件1的平板能够分别关于X轴、Y轴和Z轴，在一定范围内允许石英的切割角度的误差。例如，能够使用以X轴为中心在0度至2度的范围内旋转切割后的平板。关于Y轴和Z轴也同样如此。

振动陀螺仪元件1具有：位于中心部分的大致矩形的基部21；从基部21的Y轴方向的端部中的一个端部（图中+Y方向）起沿Y轴并行延伸的一对作为第2振动臂的驱动用振动臂22a、22b；以及从基部21的另一个端部（图中－Y方向）起沿Y轴并行延伸的一对作为第1振动臂的检测用振动臂23a、23b。由此，从基部21的两端部起，一对驱动用振动臂22a、22b和一对检测用振动臂23a、23b分别沿同轴方向延伸，由于这种形状，有时将振动陀螺仪元件1称作H型振动片（H型振动陀螺仪元件）。H型的陀螺仪元件1的驱动用振动臂22a、22b和检测用振动臂23a、23b分别从基部21的同一轴方向的两端部起延伸，因此分离了驱动***和检测***，所以具有如下特征：减少了驱动***和检测***的电极间或布线间的静电耦合，检测灵敏度稳定。

此外，振动陀螺仪元件1具有在与石英的X晶轴（电轴）交叉的方向上延伸出的一对作为突状部的调整用振动臂25a、25b。在本实施方式的振动陀螺仪元件1中，调整用振动臂25a、25b从一对连结臂24a、24b的末端部起与驱动用振动臂22a、22b并行设置，所述一对连结臂24a、24b从基部21的与驱动用振动臂22a、22b和检测用振动臂23a、23b垂直的方向（X轴方向）的两端部起沿X轴分别延伸。即，调整用振动臂25a、25b从连结臂24a、24b的末端部起沿Y轴（+Y方向）延伸。

作为突状部的调整用振动臂25a、25b形成为全长比作为第2振动臂的驱动用振动臂22a、22b和作为第1振动臂的检测用振动臂23a、23b小。由此，用于调整泄漏输出的调整用振动臂25a、25b的振动不会阻碍基于第2振动臂和第1振动臂（驱动用振动臂和检测用振动臂）的振动陀螺仪元件1的主要振动，因此振动陀螺仪元件1的振动特性稳定，并且还有利于振动陀螺仪元件1的小型化。

基部21的中央可以是作为振动陀螺仪元件1的重心位置的重心。X轴、Y轴和Z轴相互垂直且通过重心。振动陀螺仪元件1的外形可关于通过重心的Y轴方向的虚拟中心线轴对称。由此，振动陀螺仪元件1的外形的平衡良好，从而振动陀螺仪元件的特性稳定且检测灵敏度提高，因此优选。

这种振动陀螺仪元件1的外形形状可通过使用了光刻技术的蚀刻（湿蚀刻或干蚀刻）形成。另外，振动陀螺仪元件1能够从1块石英晶片得到多个。

接着，参照附图对振动陀螺仪元件1的电极配置的一个实施方式进行说明。

图2是从一个主面侧立体示出振动陀螺仪元件1的电极配置的示意性立体图，图3是从另一个主面侧立体示出振动陀螺仪元件1的电极配置的示意性立体图。

另外，在图2和图3中，主要说明了在本实施方式的电极配置中特征性的检测用振动臂23a、23b与调整用振动臂25a、25b的电极的连接关系，设置于驱动用振动臂22a、22b的驱动***的电极（驱动电极）的连接关系与以往的振动陀螺仪元件的驱动***的电极的连接关系相同，因此省略图示。

首先，对设置于驱动用振动臂22a、22b的电极进行说明。

在图2中，在从振动陀螺仪元件1的基部21的一端部起并行延伸的一对驱动用振动臂22a、22b的两主面中的一个主面上，设置有用于施加驱动电压的驱动用的电极即驱动电极32a、33a。此外，在各驱动用振动臂22a、22b的两侧面中的一个侧面上，分别设置有驱动电极34b、35b。

此外，如图3所示，在各驱动用振动臂22a、22b的与上述一个主面相对的另一个主面上，分别设置有驱动电极32b、33b。此外，在各驱动用振动臂22a、22b的与上述一个侧面相对的另一个侧面上，分别设置有驱动电极34a、35a。

设置于各驱动用振动臂22a、22b的两主面和两侧面的驱动电极32a、32b、33a、33b以及驱动电极34a、34b、35a、35b中对应的电极彼此利用未图示的连接布线来连接，以使相对的两主面（表面和背面）以及连接这两主面而相对的两侧面（内侧面和外侧面）分别成为相同电位。在本实施方式中，在一个驱动用振动臂22a中，设置于两主面的驱动电极32a和驱动电极32b为相同电位的电极，设置于两侧面的驱动电极34a和驱动电极34b为相同电位的电极，并且在另一个驱动用振动臂22b中，设置于两主面的驱动电极33a和驱动电极33b为相同电位的电极，设置于两侧面的驱动电极35a和驱动电极35b为相同电位的电极。此处，在各驱动用振动臂22a、22b中为相同电位的相对的驱动电极中的一方，例如设置于驱动用振动臂22a的两主面的驱动电极32a、32b和设置于驱动用振动臂22b的两侧面的驱动电极35a、35b为接地电极。

接着，对设置于检测用振动臂23a、23b的电极进行说明。

在图2中，在从振动陀螺仪元件1的基部21的另一端部起并行延伸的一对检测用振动臂23a、23b的两侧面中的一个侧面上，设置有用于检测由于振动而产生的基材（石英）变形的检测用的电极即检测电极36a、38a以及检测电极37a、39a。具体而言，在一对检测用振动臂23a、23b中的检测用振动臂23a的两侧面中的一个侧面上，在沿着检测用振动臂23a的延伸方向的两端部附近，设置有电位相互不同的一对检测电极36a、38a，在检测用振动臂23b的一个侧面上，在沿着检测用振动臂23b的延伸方向的两端部附近，设置有电位相互不同的一对检测电极37a、39a。

此外，如图3所示，在各检测用振动臂23a、23b的与上述一个侧面相对的另一个侧面上，设置有检测电极37b、39b以及检测电极36b、38b。具体而言，在一对检测用振动臂23a、23b中的检测用振动臂23a的另一个侧面上，在沿着检测用振动臂23a的延伸方向的两端部附近，设置有电位相互不同的一对检测电极36b、38b，在检测用振动臂23b的另一个侧面上，在沿着检测用振动臂23b的延伸方向的两端部附近，设置有电位相互不同的一对检测电极37b、39b。

此外，在各检测用振动臂23a、23b的两侧面，相对的检测电极彼此为相同电位。即，在检测用振动臂23a的两侧面，相对的检测电极36a和检测电极36b为相同电位，并且相对的检测电极38a和检测电极38b为相同电位，而且在检测用振动臂23b的两侧面，相对的检测电极37a和37b为相同电位，并且相对的检测电极39a和检测电极39b为相同电位。此处，在各检测用振动臂23a、23b中为相同电位的相对的检测电极中的一方，例如在检测用振动臂23a的两侧面相对设置的检测电极38a、38b和在检测用振动臂23b的两侧面相对设置的检测电极39a、39b为接地电极。

接着，对设置于调整用振动臂25a、25b的作为调整部的电极（膜体）进行说明。

在图2中，从一对连结臂24a、24b的末端起与驱动用振动臂22a、22b并行延伸的一对调整用振动臂25a、25b的两主面中的一个主面上，分别设置有作为调整部的调整用电极45a、46a，一对连结臂24a、24b从与振动陀螺仪元件1的基部21的一端部和另一端部垂直的方向的两端部起分别延伸。此外，在各调整用振动臂25a、25b的两侧面中的一个侧面上，分别设置有作为调整部的调整用电极47a、48a。

此外，如图3所示，在各调整用振动臂25a、25b的与上述一个主面相对的另一个主面上，分别设置有作为调整部的调整用电极45b、46b。此外，在各调整用振动臂25a、25b的与上述一个侧面相对的另一个侧面上，分别设置有作为调整部的调整用电极47b、48b。

在本实施方式中，检测用振动臂23a、23b的检测电极与调整用振动臂25a、25b的对应的调整用电极电连接。

具体而言，如图2和图3所示，经由电极间布线41a连接检测用振动臂23a的检测电极36a与调整用振动臂25a的调整用电极45a，经由电极间布线43a连接检测电极38a与调整用电极47a，经由电极间布线41b连接检测电极36b与调整用电极45b，经由电极间布线43b连接检测电极38b与调整用电极47b。

此外，经由电极间布线42a连接检测用振动臂23b的检测电极37a与调整用振动臂25b的调整用电极46a，经由电极间布线44a连接检测电极39a与调整用电极48a，经由电极间布线42b连接检测电极37b与调整用电极46b，经由电极间布线44b连接检测电极39b与调整用电极48b。

根据上述第1实施方式的振动陀螺仪元件1，除了使一对驱动用振动臂22a、22b和一对检测用振动臂23a、23b从基部21的Y轴方向的两端部起在沿着Y轴的方向上并行延伸的H型振动片的结构以外，还设置有从一对连结臂24a、24b各自的末端起在与X晶轴交叉的方向（在本实施方式中为沿着Y轴方向的方向）上延伸的作为突状部的调整用振动臂25a、25b，所述一对连结臂24a、24b从基部21的X轴方向的两端部起沿X轴方向延伸。并且，在调整用振动臂25a、25b的两主面和两侧面上，设置了与设置于检测用振动臂23a、23b的对应的检测电极电连接的作为膜体的调整用电极45a、45b、46a、46b、47a、47b、48a、48b。

根据这种结构的振动陀螺仪元件1，在对驱动用振动臂22a、22b施加预定的激励信号而使驱动用振动臂22a、22b振动的状态下，向振动陀螺仪元件1施加角速度时，检测用振动臂23a、23b呈现基于哥氏力的振动，伴随该振动激励调整用振动臂25a、25b，使设置于该调整用振动臂25a、25b的膜体（在本实施方式中为调整用电极）的重量增减，并且使作为膜体的调整用电极的体积增减来改变电荷量，由此能够抑制检测用振动臂23a、23b的不期望的泄漏输出。因此，能够抑制泄漏输出引起的检测灵敏度的降低，因此能够提供作为灵敏度高的振动片的振动陀螺仪元件，所述泄漏输出例如可能由于作为振动陀螺仪元件1的基材的石英的蚀刻各向异性和制造偏差等，在驱动用振动臂22a、22b和检测用振动臂23a、23b的截面形状没有成为期望的形状时产生。

图4是示出振动陀螺仪元件1的振动的示意性立体图。

在图4中，实线箭头表示面内振动，虚线箭头表示面外振动。面内振动是指通过对驱动用振动臂22a、22b施加预定的激励信号而在作为预定面的XY平面内产生的驱动用振动臂22a、22b的弯曲振动。面外振动是指受到哥氏力而产生的与预定面交叉的方向的振动。

在如振动陀螺仪元件1那样分别构成了驱动用振动臂和检测用振动臂的振动陀螺仪元件的情况下，重要的是各自的振动频率的调整，以提高角速度的检测灵敏度。具体而言，振动陀螺仪元件1的检测灵敏度被驱动用振动臂22a、22b的振动传递到检测用振动臂23a、23b的效率所左右。振动的传递效率在谐振的情况下较高，因此一般优选将检测用振动臂23a、23b的固有振动的频率对准到驱动用振动臂22a、22b的面外振动的频率。

另一方面，振动陀螺仪元件1不是由仅单纯连结了一对驱动用振动臂22a、22b和一对检测用振动臂23a、23b的结构的振动体构成，而成为经由连结臂24a、24b在该振动体上进一步设置有作为突状部的调整用振动臂25a、25b的结构。针对这种结构，需要包含调整用振动臂25a、25b的影响进行振动频率的调整，因此如下构成驱动用振动臂22a、22b、检测用振动臂23a、23b以及调整用振动臂25a、25b。

设定为在设检测用振动臂23a、23b的面外振动中的固有振动的频率为f1、驱动用振动臂22a、22b的面外振动中的固有振动的频率为f2、作为突状部的调整用振动臂25a、25b的面外振动中的固有振动的频率为f3、基部21的Y方向的长度L与振动陀螺仪元件1的厚度t的比为R（=L/t）时，满足以下关系（1）和（2）。

（1）f3＞f2

（2）0.964×（1-0.321^(1+R)）≦f2/f1≦0.995

此处，0.321^(1+R)表示0.321的（1+R）次方。

本申请发明人发现能够通过设为满足上述关系（1）和（2）的振动频率，提高从驱动用振动臂22a、22b向检测用振动臂23a、23b的振动传递效率。

此外，本申请发明人发现能够通过设为满足以下关系（3）的振动频率，进一步提高振动传递效率。因此，进一步优选设计并制造管理成满足以下关系（3）。

（3）f2/f1=0.976×（1-0.237^(1+R)）

以下具体说明上述关系（1）～（3）。

首先，关于关系（1），是指将调整用振动臂25a、25b的面外振动中的固有振动的频率（f3）设定得比驱动用振动臂22a、22b的面外振动中的固有振动的频率（f2）大。由此能够减少用于调整泄漏输出的调整用振动臂25a、25b的振动阻碍基于驱动用振动臂22a、22b和检测用振动臂23a、23b的振动陀螺仪元件1的主要振动的情况。由此，能够使振动陀螺仪元件1的振动特性稳定。

接着，参照图5的（a）～（e）、图6说明关系（2）和（3）。

图5的（a）～（e）是针对基部21的不同长度L评价了改变频率比（f2/f1）时的灵敏度的转变的曲线图。具体而言，在5个曲线图中示出了曲线图横轴取频率比（f2/f1）、纵轴取灵敏度、从1.7到3.7以0.5为一级改变R=（L/t）时的灵敏度特性。另外，灵敏度表示设最大灵敏度为1.0时的比。在曲线图中，虚线表示最大灵敏度的70%的位置（70%线）。此外，P1、P3表示该70%线与灵敏度特性线的交点，P2表示峰值灵敏度的位置。

从这些曲线图可知，灵敏度的峰值（P2）处于偏离f1和f2为相同值的点（f2/f1=1.0）的区域。此外，能够得到最大灵敏度的70%以上的频率比（f2/f1）的区域根据R发生变化。

图6是示出能够得到最大灵敏度的70%以上的频率比（f2/f1）的区域与R之间的关系的曲线图。具体而言，曲线图横轴取R=（L/t）、纵轴取频率比（f2/f1），绘制了在图5的（a）～（e）中得到的P1～P3的各点。

在示出该频率比（f2/f1）与R之间的关系的曲线图中，根据P1～P3的各点的绘制，得到以下的近似式。

P1的近似式：f2/f1=0.964×（1-0.321^(1+R)）

P2的近似式：f2/f1=0.976×（1-0.237^(1+R)）

P3的近似式：f2/f1=0.995

即，关系（2）是指能够得到最大灵敏度的70%以上的频率比（f2/f1）与R之间的关系区域，关系（3）表示能够得到最大灵敏度的频率比（f2/f1）与R之间的关系。

如上所述，根据作为本实施方式的振动片的振动陀螺仪元件1，能够得到以下的效果。

通过满足上述关系（2），驱动用振动臂22a、22b和检测用振动臂23a、23b容易谐振，从而振动陀螺仪元件1的角速度检测灵敏度提高。

此外，通过满足上述关系（3），驱动用振动臂22a、22b和检测用振动臂23a、23b的谐振处于峰值或者接近峰值，从而振动陀螺仪元件1的角速度检测灵敏度进一步提高。

因此，根据作为本实施方式的振动片的振动陀螺仪元件1，能够得到较高检测灵敏度的振动片。

另外，在上述实施方式中，将驱动用振动臂22a、22b说明为第2振动臂，检测用振动臂23a、23b说明为第1振动臂，但也可以是第2振动臂为检测用振动臂23a、23b，第1振动臂为驱动用振动臂22a、22b。

该情况下，作为突状部的调整用振动臂25a、25b沿着作为第2振动臂的检测用振动臂23a、23b延伸出的方向进行设置。此外，作为第1振动臂的驱动用振动臂22a、22b的面外振动中的固有振动频率为f1，作为第2振动臂的检测用振动臂23a、23b的面外振动中的固有振动频率为f2。

（第2实施方式）

[陀螺仪传感器]

接着，对作为第2实施方式的传感器单元的陀螺仪传感器50进行说明。另外，在说明时，对与上述实施方式相同的结构部位使用相同标号并省略重复说明。

图7是说明陀螺仪传感器50的图，图7的（a）是从上侧观察到的概略俯视图，图7的（b）是示出图7（a）的A－A线截面的概略剖视图。

另外，在图7的（a）中，为了方便说明陀螺仪传感器50的内部构造，图示了卸下设置于陀螺仪传感器50上方的作为盖体的盖70后的状态。此外，在本实施方式的陀螺仪传感器50的结构中，作为振动片，说明搭载有上述实施方式的振动陀螺仪元件1的例子。

如图7所示，陀螺仪传感器50具有：具有凹部的封装60；作为封闭该封装60的开口部的盖体的盖70；经由中继基板80接合到封装60内的振动陀螺仪元件1、和作为电子部件的IC芯片90。

封装60例如通过在平板状的第1层基板61上依次重叠设置开口部的大小不同的矩形环状的第2层基板62、第3层基板63和第4层基板64而形成具有阶差和突起部的凹部，能够在该凹部内收纳振动陀螺仪元件1和IC芯片90。作为封装60的材质，例如可使用陶瓷、玻璃等。

在作为封装60的凹部的凹底部分的第1层基板61上，设置有配置了IC芯片90的冲模垫65。此外，在作为封装60的外底面的第1层基板61的与设置有冲模垫65的面不同的面上，设置有供与外部基板进行接合的外部安装端子68。

在封装60的凹部中，在形成为通过第2层基板62围起冲模垫65的阶差上，设置有与设置于IC芯片90的有源面（在图7（b）中为上方的面）的多个电极焊盘（未图示）对应接合的多个IC连接端子66。

此外，在设置有多个IC连接端子66的第2层基板62上，在形成为通过第3层基板63围起IC连接端子66的阶差上，设置有经由中继基板80与振动陀螺仪元件1接合的振动片连接端子67。

设置于封装60的上述各种端子中对应的端子彼此通过未图示的引绕布线或通孔等层内布线进行连接。

IC芯片90具有作为用于驱动振动陀螺仪元件1使其振动的激励单元的驱动电路、和作为在施加角速度时对振动陀螺仪元件1上产生的检测振动进行检测的检测单元的检测电路。具体而言，IC芯片90具有的驱动电路将驱动信号提供给分别形成于振动陀螺仪元件1的一对驱动用振动臂22a、22b的驱动电极33a、33b和驱动电极34a、34b（参照图2、图3）。此外，IC芯片90具有的检测电路对分别形成于振动陀螺仪元件1的一对检测用振动臂23a、23b的检测电极36a、36b以及检测电极37a、37b中产生的检测信号进行放大，来生成放大信号，并根据该放大信号检测施加到陀螺仪传感器50的旋转角速度。

利用晶粒安装材料99（例如钎料）将IC芯片90粘接并固定到设置于封装60的凹部的凹底部分的冲模垫65上。此外，在本实施方式中，使用引线键合法对IC芯片90和封装60进行电连接。即，设置于IC芯片90的多个电极焊盘与封装60中对应的IC连接端子66利用接合线49进行连接。

在封装60的凹部内，在IC芯片90的上方，经由中继基板80接合有振动陀螺仪元件1。

中继基板80是如下的布线基板：其不形成将振动陀螺仪元件1支撑到封装60的凹部内的复杂的支撑构造，而在使振动陀螺仪元件1具有预定的弹性的同时对其进行支撑，并且用于对振动陀螺仪元件1与封装60的电连接进行中继。本实施方式的中继基板80具有：具有开口部（器件孔）82的绝缘性的基材，该开口部82设置于配置基部21的区域，在该基部21配置有振动陀螺仪元件1的支撑部分；设置于基材的一个主面的多个电极引线85；以及利用基材的层内布线等与对应的电极引线85电连接的连接电极86。多个电极引线85的一端侧设置在基材上，另一端侧朝向基材的开口部82的中央在被悬吊的状态下延伸出。

各电极引线85的在开口部82处被悬吊的部分在从基材上朝向开口部82的中央的中途暂时朝斜上方（盖70侧）弯曲后，再次朝向开口部82的中央水平弯折。该各电极引线85的另一端侧（末端部）配置于与设置于振动陀螺仪元件1的基部21的外部连接端子（未图示）对应的位置处，供振动陀螺仪元件1的电连接以及机械接合。

中继基板80例如可使用以往公知的TAB（Tape Automated Bonding：卷带自动结合）安装用的TAB基板。能够通过使用在环状的绝缘性基材上等间隔地形成有多个中继基板80的TAB基板，连续且高效地进行中继基板80的制造到振动陀螺仪元件1的安装。

另外，中继基板80不限于在本实施方式中说明的TAB基板，例如还能够设为由引线框等形成的结构。

中继基板80上的振动陀螺仪元件1的接合能够通过如下方法进行：在电极引线85的表面，例如通过镀覆等预先形成锡（Sn）或金（Au）等的接合用的金属层，并且在设置于振动陀螺仪元件1的基部21的未图示的外部连接电极上也形成有接合用的金属层，对准这各个电极引线85和对应的外部连接电极的位置，并通过加热和加压进行金属共晶或金属接合。作为其他接合方法，可应用经由金属凸块或导电性粘接剂等接合部件进行接合的方法（倒装接合）等。

在被悬吊于中继基板80的开口部82的状态下延伸出、且经由多个电极引线85接合的振动陀螺仪元件1利用成形的电极引线85的弹性而被灵活地支撑。由此，在向陀螺仪传感器50施加了下落等带来的冲击时，通过电极引线85缓和冲击，从而能够避免振动陀螺仪元件1破损等不良情况，因此起到提高陀螺仪传感器50的耐冲击性的效果。

在封装60的凹部内，将接合有振动陀螺仪元件1的中继基板80接合到IC芯片90的上方。具体而言，连接电极86与设置于通过封装60的第3层基板63形成的阶差上的振动片连接端子67对准位置，并利用例如导电性粘接剂等接合部件59在实现电连接的同时进行接合并固定，所述连接电极86与中继基板80的连接到振动陀螺仪元件1的多个电极引线85电连接，并设置在中继基板80的与接合有振动陀螺仪元件1的面不同的面上。

另外，在本实施方式中，说明了经由中继基板80将振动陀螺仪元件1接合到封装60内的方式，但是不限于此，只要是不引起振动陀螺仪元件1的振动泄漏等的支撑构造即可。例如，可以设为如下结构：在封装60的凹部内，设置具有连接端子的支撑部，形成将振动陀螺仪元件1接合并支撑到该支撑部的支撑构造。

在接合有IC芯片90和振动陀螺仪元件1的封装60上，配置有作为盖体的盖70，对封装60的开口进行了密封。作为盖70的材质，例如可使用42合金（在铁中含有42%镍的合金）或铁镍钴合金（铁、镍和钴的合金）等金属、陶瓷或玻璃等。例如，由金属构成的盖70通过经由脱模为矩形环状而形成的密封圈69对铁镍钴合金等进行缝焊而与封装60接合。由封装60和盖70形成的凹部空间成为用于振动陀螺仪元件1进行动作的空间。

上述凹部空间可密闭/密封为减压空间或惰性气体环境。

如上所述，根据作为本实施方式的传感器单元的陀螺仪传感器50，具备激励驱动用振动臂的驱动电路、检测在检测用振动臂产生的检测信号的检测电路、以及能够进行更高灵敏度的检测的振动片，因此能够提供具有稳定特性的传感器单元。

（第3实施方式）

[电子设备]

图8（a）示出搭载了在上述实施方式中说明的振动陀螺仪元件1或作为具有振动陀螺仪元件1的传感器单元的陀螺仪传感器50的作为电子设备的数字摄像机中的应用例。数字摄像机240具有显像部241、操作部242、声音输入部243和显示单元1001。这种数字摄像机240能够通过搭载上述实施方式的振动陀螺仪元件1和作为传感器单元的陀螺仪传感器50而具备所谓的手抖校正功能。

此外，图8的（b）示出在作为电子设备的移动电话机中的应用例，图8的（c）示出在便携式信息终端（PDA：Personal DigitalAssistants，个人数字助理）中的应用例。

首先，图8的（b）所示的移动电话机3000具有多个操作按钮3001和滚动按钮3002、以及显示单元1002。通过对滚动按钮3002进行操作，使显示单元1002所显示的画面滚动。

此外，图8的（c）所示的PDA4000具有多个操作按钮4001和电源开关4002、以及显示单元1003。在对电源开关4002进行操作时，在显示单元1003上显示通信簿或日程簿这样的各种信息。

这种移动电话机3000和PDA4000能够通过搭载上述实施方式的振动陀螺仪元件1和作为传感器单元的陀螺仪传感器50，而被赋予各种各样的功能。例如，在对图8的（b）的移动电话机3000赋予了未图示的照相机功能的情况下，能够与上述数字摄像机240同样地进行手抖校正。此外，在图8的（b）的移动电话机3000、和图8的（c）的PDA4000中具备作为GPS（Global Positioning System：全球定位***）而公知的泛地球测位***的情况下，能够通过搭载上述实施方式的振动陀螺仪元件1和作为传感器单元的陀螺仪传感器50，在GPS中识别移动电话机3000和PDA4000的位置和姿势。

另外，不限于图8所示的电子设备，作为可应用具有本发明的振动片的传感器单元（陀螺仪传感器）的电子设备，可列举移动型计算机、汽车导航装置、电子记事本、计算器、工作站、视频电话、POS终端、游戏机等。

如上所述，根据本实施方式的电子设备，由于具备能够进行更高灵敏度的检测的振动片，因此能够提供具有稳定特性的电子设备。

另外，本发明不限于上述实施方式，能够对上述实施方式施加各种变更和改良等。以下叙述变形例。此处，对与上述实施方式相同的结构部位使用相同标号并省略重复说明。

（变形例）

图9的（a）～（d）是示出各种变形的例子作为振动陀螺仪元件的变形例的示意性俯视图。

在第1实施方式中，说明了对图1或图4所示的形状的振动陀螺仪元件1设定满足上述关系（1）～（3）的f1、f2、f3的情况，但振动陀螺仪元件的形状不限于此。在图9的（a）～（d）所例示的形状的振动陀螺仪元件中，也能够使用上述关系（1）～（3）同样进行设定。

在图9中，A1表示第1振动臂，A2表示第2振动臂，任意一方是驱动用振动臂，另一方是检测用振动臂。此外，A3、A4是突状部，作为其目标功能的一例，有上述调整用振动臂25a、25b。

M1是将振动陀螺仪元件装配到封装60的支撑部，支撑部M1中的装配点M2通过粘接剂等粘接到封装60。支撑部M1经由连结臂24a、24b连结到基部21。具有支撑部M1的振动陀螺仪元件不经由中继基板80而将支撑部M1粘接到第3层基板63，从而能够固定到封装60。

以下，具体说明各自的形状。

图9的（a）所示的振动陀螺仪元件是使基部21延伸成包含振动陀螺仪元件1具有的连结臂24a、24b的部分的形状，突状部A3从基部21的两端部的区域起在与第2振动臂A2相同的方向上沿着Y轴并行延伸。

图9的（b）所示的振动陀螺仪元件是在振动陀螺仪元件1具有的连结臂24a、24b各自的末端设置有支撑部M1的形状，突状部A3从支撑部M1起在与第2振动臂A2相同的方向上沿着Y轴并行延伸。

图9的（c）所示的振动陀螺仪元件是如下形状：使图9的（b）所示的振动陀螺仪元件的连结臂24a、24b的位置在Y轴方向上移动到基部21的+Y方向的端部，并且突状部A3从连结臂24a、24b延伸出。

图9的（d）所示的振动陀螺仪元件是如下形状：使图9的（b）所示的振动陀螺仪元件的基部21在±X方向上较长地延伸，使突状部A4从延伸的基部21的两端部的区域起在与第2振动臂A2相同的方向上沿着Y轴并行延伸。此外，支撑部M1和装配点M2向－Y方向移动。

在针对图9的（a）～（d）所例示的各个形状的振动陀螺仪元件，设第1振动臂A1的面外振动中的固有振动频率为f1、第2振动臂A2的面外振动中的固有振动频率为f2、突状部A3和A4的面外振动中的固有振动频率为f3时，能够使用关系（1）～（3）同样地设定频率f1和频率f2。此外，将驱动用振动臂和检测用振动臂设定为第1振动臂A1、和第2振动臂A2中的哪一个是任意的。另外，突状部A3、A4的面外振动中的固有振动频率f3可以是各自不同的频率。

如上所述，根据图9的（a）～（d）所例示的变形例的振动陀螺仪元件，在不具有连结臂24a、24b而在基部21具有突状部A3的情况，还具有通过连结臂24a、24b连结的支撑部M1的情况，还具有突状部A4的情况，以及突状部A3设置成从支撑部M1或连结臂延伸出的情况下等，都能够通过使用关系（1）～（3）同样地设定频率f1和频率f2，提供检测灵敏度高的振动陀螺仪元件。

（其他变形例）

本发明能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。

例如，在上述实施方式和变形例中，对于作为振动片的振动陀螺仪元件形成材料，说明了使用石英的例子，但可以使用石英以外的压电体材料。例如，可以使用氮化铝（AlN）、铌酸锂（LiNbO₃）、钽酸锂（LiTaO₃）、锆钛酸铅（PZT）、四硼酸锂（Li₂B₄O₇）、硅酸镓镧（La₃Ga₅SiO₁₄）等的氧化物基板，在玻璃基板上层叠氮化铝或五氧化二钽（Ta₂O₅）等的压电体材料而构成的层叠压电基板，或者压电陶瓷等。

此外，可以使用压电体材料以外的材料形成振动片。例如，还可以使用硅半导体材料等形成振动片。

此外，振动片的振动（驱动）方式不限于压电驱动。除了使用压电基板的压电驱动型的振动片以外，在使用静电力的静电驱动型和利用磁力的劳伦兹驱动型等的振动片中，也能够发挥本发明的结构及其效果。

Claims (6)

1.一种振动片，其特征在于，该振动片具有：

振动体，其具有基部、从所述基部的一端延伸出的第1振动臂、和从所述基部的与所述一端相反侧的另一端延伸出的第2振动臂；以及

突状部，其从所述振动体起沿着所述第2振动臂延伸的方向设置，

所述振动体和所述突状部形成于基板，

所述第1振动臂和所述第2振动臂中的一方是驱动用振动臂，另一方是检测用振动臂，

所述驱动用振动臂被驱动成在预定的面内进行弯曲振动，所述预定的面是与所述基板的主面平行的面，

在设所述基部的厚度为t，

所述第2振动臂延伸的方向上的所述基部的长度为L，

所述第1振动臂的与所述预定的面交叉的方向上的固有振动频率为f1，

所述第2振动臂的与所述预定的面交叉的方向上的固有振动频率为f2，

所述突状部的与所述预定的面交叉的方向上的固有振动频率为f3时，满足如下关系(1)和(2)：

(1)f3＞f2

(2)0.964×(1-0.321^(1+L/t))≦f2/f1≦0.995。

2.根据权利要求1所述的振动片，其特征在于，该振动片满足如下关系(3)：

(3)f2/f1＝0.976×(1-0.237^(1+L/t))。

3.根据权利要求1所述的振动片，其特征在于，

所述振动体还具有支撑所述基部的支撑部、以及连结所述基部和所述支撑部的连结臂，

所述突状部从所述支撑部或所述连结臂起沿着所述第2振动臂延伸的方向设置。

4.根据权利要求2所述的振动片，其特征在于，

所述振动体还具有支撑所述基部的支撑部、以及连结所述基部和所述支撑部的连结臂，

所述突状部从所述支撑部或所述连结臂起沿着所述第2振动臂延伸的方向设置。

5.一种传感器单元，其特征在于，该传感器单元具有：

权利要求1～4中的任意一项所述的振动片；以及

电子部件，其包含激励所述驱动用振动臂的驱动电路、和检测在所述检测用振动臂中产生的检测信号的检测电路。

6.一种电子设备，其特征在于，该电子设备具有权利要求1～4中的任意一项所述的振动片。