物理量检测元件、物理量检测装置以及电子设备的制作方法

专利名称：物理量检测元件、物理量检测装置以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及物理量检测元件、物理量检测装置以及电子设备。
背景技术：
以往，作为用于检测旋转系统的旋转角速度的角速度传感器，利用了将压电振动片收纳在容器内的振动型压电陀螺仪。振动型压电陀螺仪被用于车载导航仪、静态照相机的手抖检测等。作为在振动型压电陀螺仪中使用的压电振动片，例如可使用双T型压电振动片， 该双T型压电振动片具有一对连接臂，它们在Z轴方向上具有厚度，且从基部起沿着X轴向两侧延伸；一对检测振动臂，它们从基部起沿着Y轴向两侧延伸；以及一对驱动振动臂， 它们从各个连接臂起沿着Y轴向两侧延伸(例如参照专利文献1)。这种双T型压电振动片通过使驱动振动臂在XY平面内进行弯曲振动，由此，能够检测绕Z轴的角速度。专利文献1日本特开2005-62160号公报

发明内容
本发明的若干个方式的目的之一在于，提供一种具备在Z轴方向上具有厚度的双 T型压电振动片并能够检测绕X轴的角速度的物理量检测元件。并且，本发明的若干个方式的目的之一在于，提供一种包括上述物理量检测元件的物理量检测装置。本发明是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可作为以下方式或应用例来实现。[应用例1]一种物理量检测元件，该物理量检测元件包括基部；一对连接臂，它们从所述基部起沿着X轴向彼此相反的方向延伸；一对检测振动臂，它们从所述基部起沿着Y轴向彼此相反的方向延伸；一对第1驱动振动臂，它们从所述一对连接臂中的一方起沿着Y轴向彼此相反的方向延伸；以及一对第2驱动振动臂，它们从所述一对连接臂中的另一方起沿着Y轴向彼此相反的方向延伸，其中，所述一对第1驱动振动臂中的一方和另一方以第1相位在Z轴方向上进行弯曲振动，所述一对第2驱动振动臂中的一方和另一方以与所述第1相位相反的第2相位在Z轴方向上进行弯曲振动，通过由绕X轴的旋转的角速度产生的科里奥利力，使得所述一对第1驱动振动臂与所述一对第2驱动振动臂以彼此相反的相位在Y轴方向上进行振动，通过所述一对第1驱动振动臂和所述一对第2驱动振动臂在Y 轴方向上的振动，使得所述一对检测振动臂中的一方与另一方以彼此相反的相位在X轴方向上进行弯曲振动。根据这种物理量检测元件，具备在Z轴方向上具有厚度的双T型压电振动片，能够检测绕X轴的角速度。[应用例2]在应用例1中，该物理量检测元件还包括第1和第2驱动信号电极， 它们用于使所述第1驱动振动臂进行弯曲振动；第1和第2驱动接地电极，它们用于使所述第1驱动振动臂进行弯曲振动，并且分别与所述第1和第2驱动信号电极构成对；第3和第4驱动信号电极，它们用于使所述第2驱动振动臂进行弯曲振动；以及第3和第4驱动接地电极，它们用于使所述第2驱动振动臂进行弯曲振动，并且分别与所述第3和第4驱动信号电极构成对，由所述基部、所述连接臂、所述检测振动臂以及所述第1和第2驱动振动臂构成压电振动片，所述压电振动片具有沿着由X轴和Y轴规定的平面的、呈正面背面关系的第 1主面和第2主面，所述第1驱动振动臂具有第1侧面，其连接所述第1主面与所述第2主面；以及与所述第1侧面相反的一侧的第2侧面，其连接所述第1主面与所述第2主面，所述第2驱动振动臂具有与所述第1侧面相对的第3侧面，其连接所述第1主面与所述第2 主面；以及与所述第3侧面相反的一侧的第4侧面，其连接所述第1主面与所述第2主面， 所述第1驱动信号电极形成于所述第1侧面的所述第1主面侧，所述第1驱动接地电极形成于所述第2侧面的所述第1主面侧，所述第2驱动信号电极形成于所述第2侧面的所述第2主面侧，所述第2驱动接地电极形成于所述第1侧面的所述第2主面侧，所述第3驱动信号电极形成于所述第3侧面的所述第1主面侧，所述第3驱动接地电极形成于所述第4 侧面的所述第1主面侧，所述第4驱动信号电极形成于所述第4侧面的所述第2主面侧，所述第4驱动接地电极形成于所述第3侧面的所述第2主面侧，所述第1 第4驱动信号电极彼此电连接，所述第1 第4驱动接地电极彼此电连接。根据这种物理量检测元件，能够使所述第1驱动振动臂和所述第2驱动振动臂在 Z轴方向上进行弯曲振动。[应用例3]在应用例2中，所述第1驱动信号电极与所述第1驱动接地电极隔着所述第1驱动振动臂相对，所述第2驱动信号电极与所述第2驱动接地电极隔着所述第1 驱动振动臂相对，所述第3驱动信号电极与所述第3驱动接地电极隔着所述第2驱动振动臂相对，所述第4驱动信号电极与所述第4驱动接地电极隔着所述第2驱动振动臂相对。根据这种物理量检测元件，能够高效地对驱动信号电极与驱动接地电极之间施加电压。[应用例4]在应用例1 3中的任一例中，该物理量检测元件还包括检测信号电极，其用于从所述检测振动臂得到检测信号；以及检测接地电极，其与所述检测信号电极构成对，所述检测信号电极形成在所述检测振动臂的所述第1主面和所述第2主面上，所述检测接地电极形成在连接所述第1主面与所述第2主面的2个侧面上。根据这种物理量检测元件，能够可靠地检测基于所述检测振动臂的弯曲振动的检测信号。[应用例5]—种物理量检测装置，该物理量检测装置包括应用例1 4中的任一例所述的物理量检测元件；收纳所述物理量检测元件的封装；以及用于对所述物理量检测元件进行控制的IC芯片。根据这种物理量检测装置，能够检测绕X轴的角速度。[应用例6]—种电子设备，该电子设备包括应用例1 4中的任一例所述的物理量检测元件。根据这种电子设备，能够检测绕X轴的角速度。


图1是用于说明本实施方式的物理量检测元件的第1主面侧的结构的图。
图2是用于说明本实施方式的物理量检测元件的第2主面侧的结构的图。图3是示意地示出本实施方式的物理量检测元件的截面图。图4是示意地示出本实施方式的物理量检测元件的截面图。图5是用于说明本实施方式的物理量检测元件的压电振动片的动作的图。图6是用于说明本实施方式的物理量检测元件的压电振动片的动作的图。图7是用于说明本实施方式的物理量检测元件的压电振动片的动作的图。图8是用于说明本实施方式的物理量检测元件的压电振动片的动作的图。图9是示意地示出本实施方式的物理量检测装置的截面图。图10是用于说明本实施方式的物理量检测装置的结构的图。标号说明10 基部；20a,20b 连接臂；30a,30b 第 1 驱动振动臂；32a,32b 第 1 侧面；34a, 34b 第2侧面；36a,36b 施重部；40a,40b 第2驱动振动臂；42a,42b 第3侧面；44a,44b 第4侧面；46a、46b 施重部;50a、50b 检测振动臂；52a,52b 第5侧面；54a,54b 第6侧面；56a、5m3 施重部；60 压电振动片；62 第1主面；64 第2主面；100 物理量检测元件； 111 第1驱动信号电极；112 第2驱动信号电极；113 第3驱动信号电极；114 第4驱动信号电极；121 第1驱动接地电极；122 第2驱动接地电极；123 第3驱动接地电极；IM 第 4驱动接地电极；131 第1检测信号电极；141 第1检测接地电极；151 第2检测信号电极； 161 第2检测接地电极；171 176 配线；181 184 施重部电极；300 物理量检测装置； 301 腔；310 封装；312 封装基体；314 盖；320 支撑基板；322 贯通孔；330 引线；332 一侧的端部；334 另一侧的端部；340 =IC芯片；350 焊接材料；352 焊接材料；3M 线； 360 连接配线；400 角速度检测用IC ；410 驱动电路；411 :I/V转换电路；412 :AC放大电路；413 振幅调整电路；420 检测电路；421 电荷放大电路(charge amplifier circuit)； 422 电荷放大电路；423 差动放大电路；4 :AC放大电路；425 同步检波电路；似6 平滑电路；427 可变放大电路；4 滤波电路；430 基准电源电路；440 方波电压信号；441 被检波信号；442 检波信号；443 角速度检测信号；450 外部输出端子；452 外部输入端子；453 外部输入端子；4 电源输入端子；455 外部输出端子。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。1.物理量检测元件首先，参照附图对本实施方式的物理量检测元件100进行说明。图1是从一个主面即第1主面62侧观察物理量检测元件100的平面图，且是用于说明物理量检测元件100 的第1主面62侧的结构的图。图2是从第1主面62侧观察物理量检测元件100的透视图， 且是用于说明物理量检测元件100的另一个主面即第2主面64侧的结构的图。图3是示意地示出物理量检测元件100的、图1和图2的III-III线的截面图。图4是示意地示出物理量检测元件100的、图1和图2的IV-IV线的截面图。如图1 图4所示，物理量检测元件100包括压电振动片60以及形成在压电振动片60上的电极。下面，按照压电振动片60、形成在压电振动片60上的电极、压电振动片60 的动作这一顺序进行说明。
1. 1.关于压电振动片首先，对压电振动片60进行说明。作为压电振动片60的材质，例如可使用以下压电材料石英、钽酸锂、铌酸锂等的压电单晶体、锆钛酸铅等的压电陶瓷等。并且，压电振动片60也可以为这样的构造，即在硅半导体的表面的一部分上形成了夹在电极之间的氧化锌、氮化铝等的压电薄膜。下面，对使用由石英基板形成的所谓的双T型压电振动片作为压电振动片60的例子进行说明。在由石英基板形成的压电振动片60中，谐振频率相对于温度变化的变动小， 所以，能够提高角速度的检测精度。构成石英基板的石英具有被称为电轴的X轴、被称为机械轴的Y轴以及被称为光轴的Z轴。压电振动片60例如是由Z切石英基板形成的，该Z切石英基板是在由X轴和Y 轴规定的XY平面的方向上切出的。即，如图1 图4所示，压电振动片60在Z轴方向上具有厚度，压电振动片60的平面形状是按照石英的晶轴而在XY平面上展开的。压电振动片 60具有呈正面背面关系的第1主面62和第2主面64。第1主面62和第2主面64是沿着 XY平面的面。如图1 图4所示，压电振动片60包括基部10 ；—对连接臂20a、20b ；—对第1 驱动振动臂30a、30b ；—对第2驱动振动臂40a、40b ；以及一对检测振动臂50a、50b。基部10具有压电振动片60的中心点G。中心点G可以说是压电振动片60的重心位置。压电振动片60例如具有相对于中心点G呈点对称的形状。基部10的形状没有特别限定，例如是具有与^平面以及)(Z平面平行的端面(侧面)的大致矩形的形状。从与该^平面平行的端面延伸出连接臂20a、20b，从与该)(Z平面平行的端面延伸出检测振动臂 50a、50b。一对连接臂20a、20b从基部10起沿着X轴向彼此相反的方向延伸。在图示的例子中，一个连接臂20a向正X轴方向(X轴的箭头方向)延伸，另一个连接臂20b向负X轴方向延伸。如图1和图2所示，一对第1驱动振动臂30a、30b从连接臂20a的末端部附近沿着Y轴向彼此相反的方向延伸。在图示的例子中，一方的第1驱动振动臂30a向正Y轴方向(Y轴的箭头方向)延伸，另一方的第1驱动振动臂30b向负Y轴方向延伸。在图3和图 4所示的例子中，第1驱动振动臂30a、30b的截面形状为大致矩形。第1驱动振动臂30a具有连接第1主面62与第2主面64的第1侧面3 和第2侧面34a。同样，第1驱动振动臂 30b具有连接第1主面62与第2主面64的第1侧面32b和第2侧面34b。第1侧面32a、 32b是检测振动臂50a、50b侧的侧面。第2侧面34a,34b是分别与第1侧面32a、32b相反的一侧的面。如图1和图2所示，一对第2驱动振动臂40a、40b从连接臂20b的末端部附近沿着Y轴向彼此相反的方向延伸。在图示的例子中，一方的第2驱动振动臂40a向正Y轴方向延伸，另一方的第2驱动振动臂40b向负Y轴方向延伸。在图3和图4所示的例子中，第 2驱动振动臂40a、40b的截面形状为大致矩形。第2驱动振动臂40a具有连接第1主面62 与第2主面64的第3侧面4 和第4侧面44a。同样，第2驱动振动臂40b具有连接第1 主面62与第2主面64的第3侧面42b和第4侧面44b。第3侧面42a、42b是检测振动臂 50a、50b侧的侧面，是分别与第1侧面32a、32b相对的面。第1侧面32a与第3侧面42a可以说是隔着检测振动臂50a而面对面。同样，第1侧面32b与第3侧面42b可以说是隔着检测振动臂50b而面对面。第4侧面44a、44b是分别与第3侧面42a、42b相反的一侧的面。如图1和图2所示，一对检测振动臂50a、50b从基部10起沿着Y轴向彼此相反的方向延伸。在图示的例子中，一方的检测振动臂50a向正Y轴方向延伸，另一方的检测振动臂50b向负Y轴方向延伸。在图3和图4所示的例子中，检测振动臂50a、50b的截面形状为大致矩形。检测振动臂50a具有连接第1主面62与第2主面64的第5侧面5 和第6 侧面Ma。同样，检测振动臂50b具有连接第1主面62与第2主面64的第5侧面52b和第 6侧面Mb。第5侧面52a、52b是第1驱动振动臂30a、30b侧的侧面。第6侧面Ma、Mb 是第2驱动振动臂40a、40b侧的侧面，是分别与第5侧面52a、52b相反的一侧的面。如图1和图2所示，压电振动片60还可以包括施重部36a、36b、46a、46b、56a、56b。 施重部 36a、36b、46a、46b、56a、56b 分别形成在振动臂 30a、30b、40a、40b、50a、50b 的末端部处。施重部36a、36b、46a、46b、56a、56b的宽度(X轴方向上的尺寸)比振动臂30a、30b、40a、 40b、50a、50b的宽度大。物理量检测元件100利用形成在驱动振动臂30a、30b、40a、40b的末端部的施重部36a、36b、46a、46b，能够增大科里奥利力，并且，能够以较短(Y轴方向上的尺寸小)的驱动振动臂得到期望的谐振频率。并且，利用形成在检测振动臂50a、50b的末端部的施重部56a、56b，能够增大在检测信号电极131、151中产生的电荷，能够提高角速度的检测灵敏度。驱动振动臂30a、30b、40a、40b、施重部 36a、36b、46a、46b 以及连接臂 20a、20b 可构成驱动压电振动片60的驱动振动系统。检测振动臂50a、50b以及施重部56a、56b可构成检测角速度的检测振动系统。另外，图3和图4只是概略图，所以，将截面形状图示为大致矩形，但是，不限于准确的矩形。即，在通过湿法蚀刻加工形成压电振动片60的情况下， 由于蚀刻速度的各向异性，使得第1驱动振动臂30a、30b、第2驱动振动臂40a、40b、检测振动臂50a、50b的截面形状不是准确的矩形，有时第1驱动振动臂30a、30b、第2驱动振动臂 40a、40b、检测振动臂50a、50b的侧面中的特定部分成为凸面。并且，也可以是在第1主面 62、第2主面64上形成有凹凸的形状。1.2关于电极接着，对形成在压电振动片60上的电极进行说明。如图1 图4所示，物理量检测元件100可以包括第1 第4驱动信号电极111、112、113、114 ；第1 第4驱动接地电极 121、122、123、124;第1和第2检测信号电极131、151 ；以及第1和第2检测接地电极141、 161。(1)关于第1和第2驱动信号电极111、112以及第1和第2驱动接地电极121、122第1和第2驱动信号电极111、112以及第1和第2驱动接地电极121、122是用于使第1驱动振动臂30a、30b进行弯曲振动的电极。第1驱动信号电极111与第1驱动接地电极121构成对，第2驱动信号电极112与第2驱动接地电极122构成对。驱动信号电极 111、112是用于对第1驱动振动臂30a、30b施加驱动信号的电极，驱动接地电极121、122是具有地电位的电极。如图3和图4所示，第1驱动信号电极111形成在第1侧面32a、32b的第1主面 62侧。第1驱动接地电极121形成在第2侧面34a、34b的第1主面62侧。第1驱动信号电极111与第1驱动接地电极121例如隔着第1驱动振动臂30a或第1驱动振动臂30b而相对。由此，具有如下优点能够高效地对第1驱动信号电极111与第1驱动接地电极121之间施加电压。对于以下说明的彼此相对的驱动信号电极和驱动接地电极，也同样具有该优点。第2驱动信号电极112形成在第2侧面34a、34b的第2主面64侧。第2驱动接地电极122形成在第1侧面32a、32b的第2主面64侧。第2驱动信号电极112与第2驱动接地电极122例如隔着第1驱动振动臂30a或第1驱动振动臂30b而相对。如图1和图2所示，驱动信号电极111、112可以与形成在施重部36^3 上的第 1施重部电极181连接。第1施重部电极181可以形成在施重部36a、36b的整个表面上。(2)关于第3和第4驱动信号电极113、114以及第3和第4驱动接地电极123、124第3和第4驱动信号电极113、114以及第3和第4驱动接地电极123、IM是用于使第2驱动振动臂40a、40b进行弯曲振动的电极。第3驱动信号电极113与第3驱动接地电极123构成对，第4驱动信号电极114与第4驱动接地电极IM构成对。驱动信号电极 113、114是用于对第2驱动振动臂40a、40b施加驱动信号的电极，驱动接地电极123、1M是具有地电位的电极。如图3和图4所示，第3驱动信号电极113形成在第3侧面42a、42b的第1主面 62侧。第3驱动接地电极123形成在第4侧面44a、44b的第1主面62侧。第3驱动信号电极113与第3驱动接地电极123例如隔着第2驱动振动臂40a或第2驱动振动臂40b而相对。第4驱动信号电极114形成在第4侧面44a、44b的第2主面64侧。第4驱动接地电极1 形成在第3侧面42a、42b的第2主面64侧。第4驱动信号电极114与第4驱动接地电极1 例如隔着第2驱动振动臂40a或第2驱动振动臂40b而相对。如图1和图2所示，驱动接地电极123、IM可以与形成在施重部46a、妨b上的第 2施重部电极182连接。第2施重部电极182可以形成在施重部46a、46b的整个表面上。(3)关于配线 171、172如图1和图2所示，物理量检测元件100还可以包括配线171和配线172。驱动信号电极111 114经由配线171彼此电连接。配线171形成在连接臂20a、 20b和基部10上。在图示的例子中，配线171形成在连接臂20a的侧面(连接第1主面62 与第2主面64的面)、基部10的侧面、基部10的第2主面64、以及连接臂20b的第1主面 62和第2主面64上。驱动接地电极121 124经由配线172彼此电连接。配线172形成在连接臂20a、 20b和基部10上。在图示的例子中，配线172形成在连接臂20a的第1主面62和第2主面 64、基部10的侧面、基部10的第1主面62、以及连接臂20b的侧面上。配线171和配线172例如与驱动电路(详情后述)电连接。由此，能够从驱动电路向驱动信号电极111 114与驱动接地电极121 124之间施加电压，施加驱动信号。(4)关于第1检测信号电极131和第1检测接地电极141第1检测信号电极131和第1检测接地电极141是用于得到检测振动臂50a的检测信号的电极。即，在检测振动臂50a中产生的振动在第1检测信号电极131中表现为电荷，在检测电路(详情后述)中，可作为检测信号而取出。第1检测接地电极141可具有地电位。
如图3所示，第1检测信号电极131形成在检测振动臂50a的第1主面62和第2 主面64上。形成在第1主面62上的第1检测信号电极131与形成在第2主面64上的第 1检测信号电极131例如隔着检测振动臂50a而相对。如图1和图2所示，第1检测信号电极131可以与形成在基部10的侧面的配线 173连接。如图3所示，第1检测接地电极141形成在第5侧面5 和第6侧面5 上。如图所示，第1检测接地电极141的一部分也可以形成在第1主面62和第2主面64上。形成在第5侧面5 上的第1检测接地电极141与形成在第6侧面5 上的第1检测接地电极141例如隔着检测振动臂50a而相对。如图1和图2所示，第1检测接地电极141可以与形成在施重部56a上的第3施重部电极183连接。第3施重部电极183可以形成在施重部56a的整个表面上。并且，如图2所示，第1检测接地电极141可以与形成在基部10的第2主面64上的配线174连接。(5)关于第2检测信号电极151和第2检测接地电极161第2检测信号电极151和第2检测接地电极161是用于得到检测振动臂50b的检测信号的电极。即，在检测振动臂50b中产生的振动在第2检测信号电极151中表现为电荷，在检测电路中，可作为检测信号而取出。第2检测接地电极161可具有地电位。如图4所示，第2检测信号电极151形成在检测振动臂50b的第1主面62和第2 主面64上。形成在第1主面62上的第2检测信号电极151与形成在第2主面64上的第 2检测信号电极151例如隔着检测振动臂50b而相对。如图1和图2所示，第2检测信号电极151可以与形成在基部10的侧面的配线 175连接。如图4所示，第2检测接地电极161形成在第5侧面52b和第6侧面54b上。如图所示，第2检测接地电极161的一部分也可以形成在第1主面62和第2主面64上。形成在第5侧面52b上的第2检测接地电极161与形成在第6侧面54b上的第2检测接地电极161例如隔着检测振动臂50b而相对。如图1和图2所示，第2检测接地电极161可以与形成在施重部56b上的第4施重部电极184连接。第4施重部电极184可以形成在施重部56b的整个表面上。并且，如图2所示，第2检测接地电极161可以与形成在基部10的第2主面64上的配线176连接。上述配线173、174、175、176例如与检测电路电连接。由此，检测电路能够从检测信号电极131、151得到检测信号。另外，作为电极111 114、121 124、131、141、151、161、181 184 以及配线 171 176，例如可使用从压电振动片60侧起按照铬、金的顺序层叠后的材料等。例如，利用光刻技术和蚀刻技术等对通过溅射法等形成的导电层(未图示)进行构图，由此形成电极 111 114,121 124、131、141、151、161、181 184 以及配线 171 176。例如，通过基于倾斜曝光等的构图，来形成在侧面形成的电极111 114、121 124等。1.3.关于压电振动片的动作接着，对压电振动片60的动作进行说明。图5 图8是用于说明压电振动片60 的动作的图。 首先，为了使驱动振动臂30a、30b、40a、40b进行弯曲振动，向驱动信号电极111 114与驱动接地电极121 124之间施加交流电压作为驱动信号。更具体而言，例如图3和图4所示，向第1驱动信号电极111与第1驱动接地电极121之间、第2驱动信号电极112 与第2驱动接地电极122之间、第3驱动信号电极113与第3驱动接地电极123之间、第4 驱动信号电极114与第4驱动接地电极IM之间施加交流电压。例如，在相对于驱动接地电极121 124、对驱动信号电极111 114施加了正电压的情况下，在第1驱动振动臂30a、30b中，在第1主面62侧朝向正X方向产生电场，在第 2主面64侧朝向负X方向产生电场。同样，在第2驱动振动臂40a、40b中，在第1主面62 侧朝向负X方向产生电场，在第2主面64侧朝向正X方向产生电场。由此，如图5所示，第 1驱动振动臂30a、30b将连接臂20a作为支撑部向负Z轴方向弯曲，第2驱动振动臂40a、 40b将连接臂20b作为支撑部向正Z轴方向(纸面所面向的方向)弯曲。与上述例子相反，例如，在相对于驱动接地电极121 124、对驱动信号电极111 114施加了负电压的情况下，在第1驱动振动臂30a、30b中，在第1主面62侧朝向负X方向产生电场，在第2主面64侧朝向正X方向产生电场。同样，在第2驱动振动臂40a、40b中， 在第1主面62侧朝向正X方向产生电场，在第2主面64侧朝向负X方向产生电场。由此， 如图6所示，第1驱动振动臂30a、30b将连接臂20a作为支撑部向正Z轴方向弯曲，第2驱动振动臂40a、40b将连接臂20b作为支撑部向负Z轴方向弯曲。这样，随着对驱动信号电极111 114施加的交流电压的极性的变化，第1驱动振动臂30a、30b以第1相位在Z轴方向上进行弯曲振动，第2驱动振动臂40a、40b以与第1 相位相反的第2相位在Z轴方向上进行弯曲振动。这里，当对压电振动片60施加了以X轴为旋转轴的角速度时，驱动振动臂30a、 30b、40a、40b在与作为弯曲振动方向的Z轴和作为旋转轴的X轴双方垂直的方向、即Y轴方向上得到科里奥利力。其结果，如图7和图8所示，连接臂20a和连接臂20b将基部10作为支撑部，以彼此相反的相位在Y轴方向上进行弯曲振动。随着该连接臂20a、20b的弯曲振动，第1驱动振动臂30a、30b与第2驱动振动臂40a、40b以彼此相反的相位在Y轴方向上进行振动。而且，与连接臂20a、20b和驱动振动臂30a、30b、40a、40b的振动联动地，第1 检测振动臂50a和第2检测振动臂50b将基部10作为支撑部，以彼此相反的相位在X轴方向上进行弯曲振动。通过这种检测振动臂50a、50b的弯曲振动，在检测信号电极131、151中产生电荷。 该电荷随科里奥利力的大小(即，对压电振动片60施加的角速度的大小)而变化。因此， 通过得到该电荷作为检测信号，由此，能够检测绕X轴的旋转的角速度。另外，物理量检测元件100不仅能够检测绕X轴的旋转的角速度，还能够检测绕X 轴的旋转的角加速度。2.物理量检测装置接着，参照附图对本实施方式的物理量检测装置300进行说明。图9是示意地示出物理量检测装置300的截面图。图10是用于说明物理量检测装置300的结构的图。另外，在图9和图10中，简略地示出了物理量检测元件100。物理量检测装置300可包括本发明的物理量检测元件(例如物理量检测元件 100)、具有封装基体312和盖314的封装310、支撑基板320、引线330、以及IC芯片340。封装基体312可具有开口，且可在该开口内收纳物理量检测元件100。作为封装基体312的材质，例如可列举陶瓷、玻璃等。盖314配置在封装基体312上，对封装基体312的开口进行密封。作为盖314的材质，例如可列举出42合金(在铁中含有42%的镍的合金)、科瓦合金(铁、镍和钴的合金)等金属、陶瓷、玻璃等。由封装基体312和盖314形成的腔301是用于供物理量检测元件100工作的空间。腔301可被密闭，且可设置为减压空间或惰性气体环境。支撑基板320被收纳在封装310内。作为支撑基板320的材质，例如可列举出聚酰亚胺等树脂。支撑基板320经由引线330固定在封装310内。支撑基板320可具有从支撑基板320的上表面贯通到下表面的贯通孔322。弓丨线330被收纳在封装310内。作为引线330的材质，例如可列举出铜、金、镍或这些金属的合金等。在图示的例子中，引线330从支撑基板320的端部的下表面侧经由贯通孔322延伸到支撑基板320的上表面侧。引线330的一侧的端部332的上表面例如通过粘接剂与支撑基板320的下表面粘接。一侧的端部332的下表面例如通过焊接材料350与形成在封装310的内表面上的连接配线360粘接。引线330的另一侧的端部334的上表面例如通过热压接与物理量检测元件100粘接。虽然没有图示，但是，与物理量检测元件100 的配线171 176分别对应地设置了多个引线330，且引线330可以与形成在基部10上的配线171 176分别电连接。物理量检测元件100被引线330支撑在支撑基板320的上方。在图示的例子中， 物理量检测元件100被支撑为该物理量检测元件100的第1主面62与盖314的下表面相对，第2主面64与封装基体312的内表面(内侧的底面)相对。IC芯片340例如通过焊接材料352而固定在封装基体312上。IC芯片340是用于对物理量检测元件100进行控制的芯片。IC芯片340例如通过线3M与形成在封装基体 312上的连接配线360电连接。由此，物理量检测元件100的配线171 176分别与IC芯片340电连接。另外，虽然没有图示，但是，IC芯片340也可以设置在封装310的外部。在 IC芯片340中组装有角速度检测用IC 400。如图10所示，角速度检测用IC 400可以包括驱动电路410、检测电路420以及基准电源电路430。驱动电路410可以包括I/V转换电路(电流电压转换电路)411、AC放大电路412 以及振幅调整电路413。在物理量检测元件100的压电振动片中流过的驱动电流被I/V转换电路411转换为交流电压信号。从I/V转换电路411输出的交流电压信号被输入到AC放大电路412以及振幅调整电路413。AC放大电路412对所输入的交流电压信号进行放大，利用规定电压值进行削波，输出方波电压信号440。振幅调整电路413根据I/V转换电路411输出的交流电压信号的电平，对AC放大电路412进行控制，以改变方波电压信号440的振幅，使驱动电流保持恒定。方波电压信号440经由外部输出端子450而提供给物理量检测元件100的驱动信号电极111 114。这样，物理量检测元件100持续激励产生图5和图6所示的规定的驱动振动。并且，由于驱动电流保持恒定，由此，物理量检测元件100的驱动振动臂30a、30b、 40a、40b能够得到恒定的振动速度。因此，作为产生科里奥利力的基础的振动速度是恒定的，能够使灵敏度更加稳定。另外，驱动电路410作为本发明的驱动部发挥功能。检测电路420可以包括电荷放大电路421、422、差动放大电路423、AC放大电路 424、同步检波电路425、平滑电路426、可变放大电路427以及滤波电路428。作为来自物理量检测元件100的第1检测信号电极131的检测信号的交流电荷经由外部输入端子452而输入到电荷放大电路421。同样，作为来自物理量检测元件100的第2检测信号电极151的检测信号的交流电荷经由外部输入端子453而输入到电荷放大电路422。该电荷放大电路421、422各自将输入的交流电荷转换为以基准电压Vref为基准的交流电压信号。另外，基准电源电路430根据从电源输入端子妨4输入的外部电源，生成基准电压VMf。差动放大电路423对电荷放大电路421的输出信号与电荷放大电路422的输出信号进行差动放大。差动放大电路423用于消除同相分量，而对反相分量进行相加放大。AC放大电路4 对差动放大电路423的输出信号进行放大，作为被检波信号441 输入到同步检波电路425。同步检波电路425通过检波信号442对被检波信号441进行同步检波。同步检波电路425的输出信号在平滑电路426中进行平滑化而成为直流电压信号，之后输入到可变放大电路427。可变放大电路427利用设定的放大率(或衰减率)对平滑电路426的输出信号 (直流电压信号)进行放大(或衰减)，对检测灵敏度进行调整。由可变放大电路427放大 (或衰减)后的信号被输入到滤波电路428。滤波电路4 是将可变放大电路427的输出信号限制在适合使用的频带中的电路，生成角速度检测信号443。然后，角速度检测信号443经由外部输出端子455向外部进行输出。这样，物理量检测装置300能够检测角速度。而且，角速度检测信号443的电压值与科里奥利力的大小(角速度的大小)成比例，其极性由旋转方向决定，所以，能够根据角速度检测信号443来计算对物理量检测装置300施加的角速度。3.电子设备本发明的物理量检测元件和物理量检测装置非常适合应用于数字静静态照相机、 摄像机、导航装置、定点设备(pointing device)、游戏控制器、便携电话等电子设备，在任意一种情况下，均能够提供发挥上述各实施方式中说明的效果的电子设备。已经如上地对本发明的实施方式进行了详细说明，但是，本领域技术人员能够容易地理解到，可在实体上不脱离本发明的新颖事项和效果的前提下进行多种变形。因此，这样的变形例全部包含在本发明的范围中。
权利要求
1.一种物理量检测元件，该物理量检测元件包括基部；一对连接臂，它们从所述基部起沿着X轴向彼此相反的方向延伸； 一对检测振动臂，它们从所述基部起沿着Y轴向彼此相反的方向延伸； 一对第1驱动振动臂，它们从所述一对连接臂中的一方起沿着Y轴向彼此相反的方向延伸；以及一对第2驱动振动臂，它们从所述一对连接臂中的另一方起沿着Y轴向彼此相反的方向延伸，其中，所述一对第1驱动振动臂中的一方和另一方以第1相位在Z轴方向上进行弯曲振动，所述一对第2驱动振动臂中的一方和另一方以与所述第1相位相反的第2相位在Z轴方向上进行弯曲振动，通过由绕X轴的旋转的角速度产生的科里奥利力，使得所述一对第1驱动振动臂与所述一对第2驱动振动臂以彼此相反的相位在Y轴方向上进行振动，通过所述一对第1驱动振动臂和所述一对第2驱动振动臂在Y轴方向上的振动，使得所述一对检测振动臂中的一方与另一方以彼此相反的相位在X轴方向上进行弯曲振动。
2.根据权利要求1所述的物理量检测元件，其中， 该物理量检测元件还包括第1和第2驱动信号电极，它们用于使所述第1驱动振动臂进行弯曲振动； 第1和第2驱动接地电极，它们用于使所述第1驱动振动臂进行弯曲振动，并且分别与所述第1和第2驱动信号电极构成对；第3和第4驱动信号电极，它们用于使所述第2驱动振动臂进行弯曲振动；以及第3和第4驱动接地电极，它们用于使所述第2驱动振动臂进行弯曲振动，并且分别与所述第3和第4驱动信号电极构成对，由所述基部、所述连接臂、所述检测振动臂以及所述第1和第2驱动振动臂构成压电振动片，所述压电振动片具有沿着由X轴和Y轴规定的平面的、呈正面背面关系的第1主面和第2主面，所述第1驱动振动臂具有第1侧面，其连接所述第1主面与所述第2主面；以及与所述第1侧面相反的一侧的第2侧面，其连接所述第1主面与所述第2主面， 所述第2驱动振动臂具有与所述第1侧面相对的第3侧面，其连接所述第1主面与所述第2主面；以及与所述第3侧面相反的一侧的第4侧面，其连接所述第1主面与所述第2主面， 所述第1驱动信号电极形成于所述第1侧面的所述第1主面侧， 所述第1驱动接地电极形成于所述第2侧面的所述第1主面侧， 所述第2驱动信号电极形成于所述第2侧面的所述第2主面侧， 所述第2驱动接地电极形成于所述第1侧面的所述第2主面侧， 所述第3驱动信号电极形成于所述第3侧面的所述第1主面侧，所述第3驱动接地电极形成于所述第4侧面的所述第1主面侧， 所述第4驱动信号电极形成于所述第4侧面的所述第2主面侧， 所述第4驱动接地电极形成于所述第3侧面的所述第2主面侧， 所述第1 第4驱动信号电极彼此电连接， 所述第1 第4驱动接地电极彼此电连接。
3.根据权利要求2所述的物理量检测元件，其中，所述第1驱动信号电极与所述第1驱动接地电极隔着所述第1驱动振动臂相对， 所述第2驱动信号电极与所述第2驱动接地电极隔着所述第1驱动振动臂相对， 所述第3驱动信号电极与所述第3驱动接地电极隔着所述第2驱动振动臂相对， 所述第4驱动信号电极与所述第4驱动接地电极隔着所述第2驱动振动臂相对。
4.根据权利要求1 3中的任一项所述的物理量检测元件，其中， 该物理量检测元件还包括检测信号电极，其用于从所述检测振动臂得到检测信号；以及检测接地电极，其与所述检测信号电极构成对，所述检测信号电极形成在所述检测振动臂的所述第1主面和所述第2主面上， 所述检测接地电极形成在连接所述第1主面与所述第2主面的2个侧面上。
5.一种物理量检测装置，该物理量检测装置包括 权利要求1所述的物理量检测元件；收纳所述物理量检测元件的封装；以及用于对所述物理量检测元件进行控制的IC芯片。
6.一种电子设备，该电子设备包括权利要求1所述的物理量检测元件。
全文摘要
本发明提供物理量检测元件、物理量检测装置以及电子设备，它们具备在Z轴方向上具有厚度的双T型压电振动片，且能够检测绕X轴的角速度。在本发明的物理量检测元件中，一对第1驱动振动臂中的一方和另一方以第1相位在Z轴方向上进行弯曲振动，一对第2驱动振动臂中的一方和另一方以与第1相位相反的第2相位在Z轴方向上进行弯曲振动，通过由绕X轴的旋转的角速度产生的科里奥利力，使得一对第1驱动振动臂与一对第2驱动振动臂以彼此相反的相位在Y轴方向上进行振动，通过一对第1驱动振动臂和一对第2驱动振动臂在Y轴方向上的振动，使得一对检测振动臂中的一方与另一方以彼此相反的相位在X轴方向上进行弯曲振动。
文档编号G01C19/56GK102192731SQ20111002968
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月27日 优先权日2010年1月28日
发明者雨宫正树 申请人:精工爱普生株式会社