專利名稱：音叉振蕩器和其制造方法以及角速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音叉振蕩器和其制造方法以及角速度傳感器，特別是涉及例如用于角速度傳感器等且為檢測角速度而使用的音叉振蕩器和其制造方法、以及使用音叉振蕩器的 角速度傳感器。
背景技術(shù)：
圖11是表示現(xiàn)有的音叉振蕩器之一例的立體圖。音叉振蕩器1包含由四邊形狀 的基臺部2a和從基臺部2a的一端平行延伸的兩個(gè)腳部2b、2c構(gòu)成的振動體。該振動體包 含兩個(gè)音叉型的壓電體基板3a、3b。在這些壓電體基板3a、3b之間形成中間金屬膜4。另 夕卜，在一壓電體基板3a的表面形成三個(gè)電極5a、5b、5c。這些電極5a、5b、5c由從基臺部2a 向兩個(gè)腳部2b、2c直線狀延伸的兩個(gè)分割部分割。另外，在其它振動體3b的表面形成全面 電極6。在該音叉振蕩器1中，壓電體基板3a、3b例如在彼此反向的厚度方向分極。該音叉振蕩器1被安裝于電路基板。此時(shí)，壓電體基板3a上的三個(gè)電極5a、5b、 5c通過導(dǎo)電性粘接劑等被機(jī)械且電連接在形成于電路基板的電極上。在此，在壓電體基板 3a上的三個(gè)電極5a、5b、5c中兩端的電極5a、5c和中央部的電極5b之間連接驅(qū)動電路。另 夕卜，兩端的電極5a、5c連接于用于檢測旋轉(zhuǎn)角速度的檢測電路。通過驅(qū)動電路，音叉振蕩器 1的兩個(gè)腳部2b、2c以開或閉的方式進(jìn)行振動。此時(shí)，兩個(gè)腳部2b、2c為相對于分極方向相 同方向的位移，因此，從與檢測電路連接的兩個(gè)電極5a、5c輸出的信號相同。因此，如果由 檢測電路取得電極5a、5c的輸出信號之差，則它們的輸出信號之差為0。在該狀態(tài)下，當(dāng)以兩個(gè)腳部2b、2c之間的中心軸為中心施加旋轉(zhuǎn)角速度時(shí)，在與 振動方向正交的方向作用科里奧利(二1J才1J力)力。由于基本振動為腳部2b、2c彼此開 閉的振動，所以作用于兩個(gè)腳部2b、2c的科里奧利力反向。因此，腳部2b、2c在與基本振動 的方向正交的方向彼此反向。因此，腳部2b、2c在與基本振動的方向正交的方向，彼此反向 地位移。通過該腳部2b、2c的位移，兩個(gè)電極5a、5c的輸出信號變化為逆相位，若由測電路 取得電極5a、5c的輸出信號之差，則可得到與旋轉(zhuǎn)角速度相對應(yīng)的信號(參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 特許第3969459號公報(bào)在音叉振蕩器中，作為驅(qū)動用及檢測用，在一壓電體基板上形成三個(gè)電極，但當(dāng)電 極間的分割部的寬度窄時(shí)，在由導(dǎo)電性粘接劑等與電路基板的電極連接時(shí)，電極間因?qū)щ?性粘接劑而短路的可能性提高，絕緣可靠性降低。另外，當(dāng)這些電極間的分割部的寬度寬 時(shí)，腳部的電極面積減小，驅(qū)動音叉振蕩器時(shí)的驅(qū)動效率及腳部的位移引起的信號的輸出 效率降低，振蕩器靈敏度降低，S/N比變差。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的主要目的在于，提供一種在電路基板上安裝時(shí)的絕緣可靠性良好 且振蕩器靈敏度高，S/N比良好的音叉振蕩器。另外，本發(fā)明的其它目的在于，提供一種用于高效地制造這種音叉振蕩器的音叉振蕩器的制造方法。本發(fā)明提供一種音叉振蕩器，包括音叉型的振動體，其包含壓電體基板，且具有 基臺部、和以從基臺部平行地延伸的方式形成的腳部；及三個(gè)表面電極，其在振動體的一主 面上從基臺部向所述腳部延伸而形成，且在所述基臺部連接于電路基板，三個(gè)表面電極由 從基臺部向腳部延伸的分割部分割，使至少電路基板的連接部的分割部的寬度比腳部 的分 割部的寬度寬。通過使至少與電路基板的連接部的表面電極間的分割部的寬度比腳部的分割部 的寬度寬，在與電路基板的連接部，導(dǎo)電性粘接劑等帶來的表面電極間的短路的可能性減 小，可以在腳部確保寬的電極面積。另外，本發(fā)明提供一種音叉振蕩器的制造方法，制造所述的音叉振蕩器，其中，包 括在用于構(gòu)成振動體的壓電體基板上形成電極的工序；使用切割機(jī)在電極上形成局部寬 度不同的分割部的工序。另外，本發(fā)明提供一種音叉振蕩器的制造方法，制造所述的音叉振蕩器，其中，包 括在用于構(gòu)成振動體的壓電體基板上形成電極的工序；通過激光照射在電極上形成局部 寬度不同的分割部的工序。另外，本發(fā)明提供一種音叉振蕩器的制造方法，制造所述的音叉振蕩器，其中，包 括在用于構(gòu)成振動體的壓電體基板上形成電極的工序；通過蝕刻在電極上形成局部寬度 不同的分割部的工序。為在用于構(gòu)成振動體的壓電體板上形成的電極上形成局部寬度不同的分割部，可 采用使用切割機(jī)的方法、激光照射的方法、蝕刻的方法等。例如在使用切割機(jī)的情況下，通 過使用切削寬度不同的切割刀片或使切割刀片與多個(gè)電極接觸，可以局部加寬表面電極的 分割寬度。另外，在激光照射的情況下，通過控制激光照射位置，可以形成任意的寬度及形狀 的分割部。另外，在蝕刻的情況下，可以形成任意形狀的分割圖案，通過根據(jù)分割圖案除去電 極，可以得到尺寸精度高的表面電極的分割寬度。另外，本發(fā)明提供一種角速度傳感器，其通過所述的音叉振蕩器、或所述任一項(xiàng)所 述的制造方法形成。根據(jù)本發(fā)明，通過加寬與電路基板的連接部的表面電極間的分割部的寬度，導(dǎo)電 性粘接劑等帶來的表面電極間的短路的可能性降低，可以使絕緣可靠性良好。另外，在音叉 振蕩器的腳部，為增大電極面積，驅(qū)動音叉振蕩器時(shí)的驅(qū)動效率及腳部的變形帶來的信號 的輸出效率提高，振蕩器靈敏度良好，可以使S/N比提高。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法，可以容易地形成局部寬度不同的分割部，可以高效地制 造具有上述特征的音叉振蕩器。本發(fā)明的上述的目的、其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)通過參照附圖進(jìn)行的用于實(shí)施以下 發(fā)明的最佳方式的說明將更明了。


圖1是表示使用了本發(fā)明的音叉振蕩器的角速度傳感器之一例的內(nèi)部透視立體圖。 圖2是圖1所示的角速度傳感器的分解立體圖。圖3是表示用于圖1及圖2所示的角速度傳感器的電路基板的另一面的立體圖。圖4是表示用于圖1及圖2所示的角速度傳感器的本發(fā)明的音叉振蕩器之一例的 立體圖。圖5是表示圖1及圖2所示的角速度傳感器的電路的框圖。圖6是表示驅(qū)動時(shí)的音叉振蕩器的振動狀態(tài)的圖解圖。圖7是表示施加了旋轉(zhuǎn)角速度時(shí)的音叉振蕩器的振動狀態(tài)的圖解圖。圖8是圖4所示的本發(fā)明的音叉振蕩器的平面圖。圖9是表示本發(fā)明的音叉振蕩器的其它例的平面圖。圖10是表示本發(fā)明的音叉振蕩器的另一其它例的平面圖。圖11是表示現(xiàn)有的音叉振蕩器之一例的立體圖。
具體實(shí)施例方式圖1是表示使用了本發(fā)明的音叉振蕩器的角速度傳感器之一例的內(nèi)部透視立體 圖，圖2是其分解立體圖。角速度傳感器10含有電路基板20。電路基板20例如形成為長 方形板狀等的形狀。在電路基板20的一面形成凹部22。凹部22例如形成于靠近電路基板 20的一個(gè)角部側(cè)的位置。另外，圖2中，凹部22形成為鉤形，但只要為可安裝后述的IC的 形狀即可，例如可以為四邊形狀等。在電路基板20的凹部22內(nèi)，多個(gè)電極24以例如四邊形狀并排的方式形成。另外， 在電路基板20的凹部22的外側(cè)，在接近凹部22的短邊的附近并排形成三個(gè)長方形狀的電 極26a、26b、26c。這些電極26a 26c以其長度方向與接近凹部22的電路基板20的短邊 相同方向的方式配置。另外，在電路基板20的凹部22的外側(cè)，在接近凹部22的長邊的附 近并排形成三個(gè)長方形狀的電極28a、28b、28c。這些電極28a 28c以其長度方向與接近 凹部22的電路基板20的長邊相同方向的方式配置。另外，在凹部22和處于遠(yuǎn)離凹部22的位置的電路基板20的短邊之間形成多對相 面對(對向)電極30。各相面對電極30以在電路基板20的長度方向彼此相面對的方式形 成。而且，多對相面對電極30以沿電路基板20的短邊并排的方式配置。另外，在這些相面 對電極30和電路基板20的短邊之間形成多個(gè)電極32。另外，與在接近凹部22的電路基板 20的短邊的附近形成的電極26a 26c相鄰地形成多個(gè)電極34。這些電極34沿離開凹部 22的電路基板20的長邊配置。在電路基板20的另一面，如圖3所示，形成多個(gè)外部電極40及八個(gè)檢查用電極 42a 42h。外部電極40沿電路基板20的相面對的長邊并排形成。另外，檢查用電極42a 42h在外部電極40的內(nèi)側(cè)并排形成。四個(gè)檢查用電極42a 42d及其它四個(gè)檢查用電極 42e 42h分別沿電路基板20的相面對的長邊形成。八個(gè)檢查用電極42a 42h的中心點(diǎn) C以在電路基板20的另一面與對應(yīng)于角速度傳感器10整體的重心的位置G相一致的方式 配置。電路基板20例如由氧化鋁等形成。另外，形成于電路基板20上的電極24、26a 26c,28a 28c、30、32、34、40、42a 42h等例如通過在由鎢形成的電極上依次鍍敷鎳及金而形成。另外，在電路基板20上形成有具有導(dǎo)電性的多個(gè)通孔及圖案等配線部件(未圖 示)° 在電路基板20的凹部22嵌入IC50。IC50為驅(qū)動后述的音叉振蕩器且處理音叉 振蕩器的輸出信號而使用。在IC50上形成有多個(gè)外部電極(未圖示)，該IC50的外部電極 分別與凹部22內(nèi)的電極24連接。此時(shí)，例如在電極24上形成金補(bǔ)片(〃>7°)52，通過該 金補(bǔ)片52將電極24和IC50的外部電極連接。另外，IC50通過由環(huán)氧系粘接劑等構(gòu)成的 底層填料(飛 >夕·一 7 4 54固定于電路基板20上。在形成于電路基板20的相面對電極30上分別連接片狀電容器、午vm〒、y ^ )60。作為片狀電容器60，例如使用層疊陶瓷電容器等，形成于其兩端的外部電極通過焊 錫62等與相面對電極30連接。另外，在形成于凹部22的外側(cè)的電極26a 26c及電極28a 28c上分別安裝第 一音叉振蕩器70及第二音叉振蕩器72。第一音叉振蕩器70及第二音叉振蕩器72包含音 叉型的振動體78，所述音叉型的振動體78具有大致長方形狀的基臺部74和以從其長度方 向的一端延伸的方式形成的兩個(gè)腳部76a、76b。這些腳部76a、76b在基臺部74的寬度方向 的兩端的更內(nèi)側(cè)以彼此平行地延伸的方式形成。如圖4所示，第一音叉振蕩器70及第二音叉振蕩器72的振動體78分別包含兩個(gè) 音叉型的壓電體基板80、82，在這些壓電體基板80、82之間具有夾著中間電極84的構(gòu)成。 壓電體基板80、82例如由鋯鈦酸鉛(PZT)等壓電體材料形成，例如在彼此逆向的厚度方向 被分極。在一方的壓電體基板80的表面形成三個(gè)表面電極86、88、90。表面電極86、88在 一腳部76a的寬度方向的中央部由從基臺部74向腳部76a延伸的分割部92a分割，端部側(cè) 的表面電極86以從基臺部74向腳部76a延伸的方式形成。另外，表面電極88、90在另一 腳部76b的寬度方向的中央部由從基臺部74向腳部76b延伸的分割部92b分割，端部側(cè)的 表面電極90以從基臺部74向腳部76b延伸的方式形成。另外，中央部的表面電極88以從 基臺部74向兩腳部76a、76b延伸的方式形成。在此，表面電極86、88、90間的分割部92a、 92b的寬度以在基臺部74部分寬，且在腳部76a、76b部分窄的方式形成。另外，在另一壓電 體基板82的表面形成全面電極94。第一音叉振蕩器70和第二音叉振蕩器72被安裝在形成于電路基板20的凹部22 的外側(cè)的電極26a 26c及電極28a 28c上。此時(shí)，使用接合材料100將兩個(gè)音叉振蕩 器70、72的表面電極86、88、90分別與電極26a、26b、26c及電極28a、28b、28c連接。作為 接合材料100，例如使用各向異性導(dǎo)電性粘接劑、導(dǎo)電性粘接劑、樹脂-金屬復(fù)合材料、金補(bǔ) 片等。由于在表面電極86、88、90之間需要確保絕緣性，所以在作為接合材料100使用各向 異性導(dǎo)電性粘接劑、樹脂-金屬復(fù)合材料的情況下，在基臺部74，可以對三個(gè)電極86、88、90 側(cè)的表面的整個(gè)面賦予接合材料100，但在使用其它材料的情況下，需要分割成各自的表面 電極86、88、90并賦予接合材料100。第一音叉振蕩器70及第二音叉振蕩器72被配置為大致正交的朝向，以各自的振 動不會對其它振蕩器帶來影響的方式使用具有不同的共振頻率的部件。第一音叉振蕩器70 的腳部76a、76b形成為比第二音叉振蕩器72的腳部76a、76b長。由此，第一音叉振蕩器70 具有比第二音叉振蕩器72低的共振頻率。
具有低的共振頻率的第一音叉振蕩器70的表面電極86、88、90與形成于電路基板 20的短邊的附近的電極26a 26c連接。另外，具有高的共振頻率的第二音叉振蕩器72的 表面電極86、88、90與形成于電路基板20的長邊附近的電極28a 28c連接。這些第一音 叉振蕩器70及第二音叉振蕩器72的腳部76a、76b以沿電路基板20的短邊及長邊朝向凹 部24 側(cè)延伸的方式配置。需要由IC50及片狀電容器60等形成的電路的部分經(jīng)由電極24、相面對電極30及 配線部件(未圖示)與形成于電路基板20的另一面的外部電極40連接。另外，第一音叉振 蕩器70及第二音叉振蕩器72的表面電極86、88、90經(jīng)由電極26a 26c、電極28a 28c 及配線部件(未圖示)與IC50的電路連接，同時(shí)與形成于電路基板20的另一面的檢查用 電極42a 42h連接。此時(shí)，第一音叉振蕩器70及第二音叉振蕩器72的表面電極86、88、 90分別與配置成兩列的四個(gè)檢查用電極42a 42d及四個(gè)檢查用電極42e 42h連接。在此，在四個(gè)并排的一檢查用電極42a 42d中兩外側(cè)的兩個(gè)檢查用電極42a、42d 上連接第一音叉振蕩器70的中央部的表面電極88，在內(nèi)側(cè)的兩個(gè)檢查用電極42b、42c上連 接第一音叉振蕩器70的兩側(cè)的表面電極86、90。另外，四個(gè)并排的另一檢查用電極42e 42h中兩外側(cè)的兩個(gè)檢查用電極42e、42h上連接第二音叉振蕩器72的中央部的表面電極 88，在內(nèi)側(cè)的兩個(gè)檢查用電極42f、42g上連接第二音叉振蕩器72的兩側(cè)的表面電極86、90。在電路基板20的一面上，以覆蓋IC50、片狀電容器60、第一音叉振蕩器70及第二 音叉振蕩器72的方式安裝封蓋110。封蓋110例如通過氧化鋁及鋅白銅等材料形成為與電 路基板20的外形相吻合的矩形的器狀。為將封蓋110安裝于電路基板20上，在封蓋110的端部和電路基板20之間賦予 封蓋粘接劑112。作為封蓋粘接劑112，例如在安裝氧化鋁等絕緣性的封蓋110的情況下， 使用環(huán)氧系粘接劑等，在安裝鋅白銅等導(dǎo)電性的封蓋110的情況下，使用環(huán)氧系粘接劑及 環(huán)氧系導(dǎo)電性粘接劑等。在封蓋110上形成防爆用的貫通孔114。貫通孔114在與第一音叉振蕩器70的基 臺部74相對應(yīng)的位置形成于封蓋110的角部的附近。貫通孔114也可以在與第二音叉振蕩 器72的基臺部74相對應(yīng)的位置形成于封蓋110的角部的附近。即，優(yōu)選的是，貫通孔114 形成在即使使封蓋110旋轉(zhuǎn)180°安裝于電路基板20上，也不會配置在IC50上的位置。其次，參照圖5等，對該角速度傳感器10的電路構(gòu)成進(jìn)行說明。在此，在角速度傳 感器10中，與第一音叉振蕩器70相關(guān)聯(lián)的電路構(gòu)成和與第二音叉振蕩器72相關(guān)聯(lián)的電路 構(gòu)成為相同的電路構(gòu)成，因此，首先對與第一音叉振蕩器70相關(guān)聯(lián)的電路構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)說 明，之后，對與第二音叉振蕩器72相關(guān)聯(lián)的電路構(gòu)成進(jìn)行簡單說明。在角速度傳感器10中，第一音叉振蕩器70的表面電極86、90經(jīng)由電極24、26a、 26c及配線部件(未圖示)連接于IC50中包含的輸入緩沖器200的兩個(gè)輸入端。該輸入 緩沖器200具有一輸出端及另外兩個(gè)輸出端，一輸出端用于輸出向兩個(gè)輸入端輸入的信號 之和的信號，另外兩個(gè)輸出端用于輸出向兩個(gè)輸入端輸入的信號。在IC50內(nèi)，輸入緩沖器 200的一輸出端連接于用于控制信號的振幅的振幅控制電路202的輸入端，振幅控制電路 202的輸出端連接于用于使信號的相位適當(dāng)?shù)囊葡嚯娐?04的輸入端。IC50內(nèi)的移相電路 204的輸出端經(jīng)由電極24、26b及配線部件(未圖示)連接于第一音叉振蕩器70的表面電 極88。這樣，在第一音叉振蕩器70上形成驅(qū)動用的反饋環(huán)路。另外，第一音叉振蕩器70的表面電極86、88、90如上所述分別連接于四個(gè)檢查用電極42a 42d的規(guī)定的部位。在IC50內(nèi)，輸入緩沖器200的另外兩個(gè)輸出端連接于差動放大電路206的兩個(gè)輸 入端，差動放大電路206的輸出端經(jīng)由振幅調(diào)整電路208連接于同步檢波電路210的一輸 入端，另外，輸入緩沖器200的一輸出端經(jīng)由檢波時(shí)鐘生成電路212連接于同步檢波電路 210的另一輸入端。同步檢波電路210用于使輸入于其一方的輸入端的信號與輸入于另一 方的輸入端的信號(檢波時(shí)鐘)同步而進(jìn)行檢波的電路。同步檢波電路210的輸出端連接 于IC50的一個(gè)外部電極(電極24)，在該外部電極 和施加基準(zhǔn)電壓的IC50的其它外部電 極(其它電極24、外部電極40 (REF))之間經(jīng)由電極30及配線部件(未圖示)連接電容器 Cl (片狀電容器60)。另外，在IC50內(nèi)，同步檢波電路210的輸出端連接于調(diào)整電路214的一個(gè)輸入端。 該調(diào)整電路214用于對同步檢波電路210的輸出信號進(jìn)行溫度補(bǔ)償。因此，在IC50內(nèi)設(shè)置 串行接口 216、邏輯電路218、存儲器220及溫度傳感器222。串行接口 216的三個(gè)輸入端分 別連接于IC50的三個(gè)外部電極(三個(gè)電極24)及三個(gè)外部電極40 (ACS、ACLK及ASDI0)， 其輸出端連接于邏輯電路218的輸入端。另外，邏輯電路218的輸入輸出端連接于存儲器 220的輸入輸出端。另外，存儲器220的VPP電壓端子連接于IC50的外部電極(電極24) 及外部電極40(VPP)。因此，可以將與相對于實(shí)際測定的第一音叉振蕩器70的溫度變化的 阻抗變化特性相關(guān)的數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)從外部電極40經(jīng)由串行接口 216及邏輯電路218存 儲于存儲器220。另外，邏輯電路218的輸出端連接于調(diào)整電路214的另一輸入端。因此， 可以將存儲于存儲器220的數(shù)據(jù)經(jīng)由邏輯電路218給予調(diào)整電路214。另外，溫度傳感器 222的輸出端連接于調(diào)整電路214的另一其它輸入端。因此，可通過調(diào)整電路214將其輸入 信號即同步檢波電路210的輸出信號基于存儲于存儲器220的數(shù)據(jù)及溫度傳感器222的輸 出信號進(jìn)行溫度補(bǔ)償。另外，雖然未圖示，但是存儲器220也連接于上述的振幅調(diào)整電路208，可以基于 與存儲于存儲器220的增益相關(guān)的數(shù)據(jù)，利用振幅調(diào)整電路208調(diào)整差動放大電路206的 輸出信號的振幅。在IC50內(nèi)，調(diào)整電路214的輸出端連接于低通濾波器224的輸入端。低通濾波 器224用于使包含由角速度傳感器10檢測的角速度的頻率例如IOHz 50Hz的低頻帶 通過。低通濾波器224的輸出端連接于IC50的外部電極(電極24)、電極30及外部電極 40 (OUTx)。另外，低通濾波器224還具有使輸入信號通過而輸出的其它輸出端，該其它輸出 端連接于IC50的其它外部電極(電極24)及其它電極30。而且，在低通濾波器224的輸出 端及其它輸出端間(電極30間)連接電容器C2(片狀電容器60)。低通濾波器224的輸出端即外部電極40 (OUTx)連接于設(shè)于外部的高通濾波器226 的輸入端。高通濾波器226用于截?cái)嘈盘栔械闹绷鞒煞?。高通濾波器226包含電容器C3 及電阻器R1，且在其輸入端和輸出端之間連接電容器C3，在其輸出輸出端和IC50的施加基 準(zhǔn)電壓的其它外部電極40 (REF)之間連接電阻器R1。高通濾波器226的輸出端即電容器C3及電阻器Rl的連接點(diǎn)連接于外部電極 40 (AINx)。該外部電極40 (AINx)經(jīng)由電極24等在IC50內(nèi)連接于用于后級放大器的運(yùn)算放 大器228的正輸入端。后級放大器用于將輸入到外部電極40 (AINx)的信號的振幅放大例 如50倍左右。運(yùn)算放大器228其負(fù)輸入端經(jīng)由電極24等連接于外部電極40 (AFBx)，其輸出端經(jīng)由其它電極24等連接于其它的外部電極40 (APOx)。另外，在這些外部電極40 (AFBx、 APOx)上連接設(shè)于外部的低通濾波器230。低通濾波器230包含電阻器R2及電容器C4，電 阻器R2及電容器C4并聯(lián)連接于外部電極40(AFBx、AP0x)間。另外，在外部電極40 (AFBx) 和施加基準(zhǔn)電壓的其它外部電極40 (REF)之間連接電阻器R3。因此，利用包含運(yùn)算放大器 228的后級放大器，能夠?qū)⑤斎氲酵獠侩姌O40 (AINx)的信號的振幅放大例如50倍左右，并 從運(yùn)算放大器228的輸出端即外部電極40 (APOx)輸出。另外 ，在IC50內(nèi)設(shè)置開關(guān)SW。開關(guān)SW被連接于與外部電極40 (AINx)連接的IC50 的外部電極(電極24)和與IC50的施加基準(zhǔn)電壓的其它外部電極40 (REF)連接的IC50的 其它外部電極(其它的電極24)之間。另外，開關(guān)SW與連接于外部電極40(SCT)的IC50 的外部電極(電極24)連接。另外，開關(guān)SW的構(gòu)成為，可通過輸入到外部電極40(SCT)的 控制信號切換開或關(guān)。如果通過將該開關(guān)SW接通例如0. 2秒而對高通濾波器226的電容 器C3進(jìn)行充電，則低通濾波器224的輸出端即外部電極40(0UTx)的信號可以在短時(shí)間內(nèi) 傳遞向運(yùn)算放大器228的正輸入端，可以使運(yùn)算放大器228的輸出端即外部電極40 (APOx) 的輸出信號的上升時(shí)間加快。另外，外部電極40 (VCC)經(jīng)由配線部件(未圖示)分別連接于與IC50的VCC及 VDD連接的電極24，外部電極40 (GND)經(jīng)由配線部件(未圖示)連接于與IC50的GND連接 的電極24。另外，外部電極40(SLP)經(jīng)由配線部件(未圖示)連接于與IC50的睡眠控制用 端子連接的電極24。在角速度傳感器10中，與第一音叉振蕩器70相同，第二音叉振蕩器72的表面電 極86、90經(jīng)由電極24、28a、28c及配線部件(未圖示)連接于與包含于IC50的輸入緩沖器 200相同的輸入緩沖器200'的兩個(gè)輸入端。輸入緩沖器200'的一輸出端經(jīng)由與振幅控制 電路202相同的振幅控制電路202'、與移相電路204相同的移相電路204'、電極24、28b 及配線部件(未圖示)，連接于第二音叉振蕩器72的表面電極88。這樣，在第二音叉振蕩 器72也形成驅(qū)動用的反饋環(huán)路。但是，驅(qū)動用的反饋環(huán)路以第二音叉振蕩器72的驅(qū)動頻 率比第一音叉振蕩器70的驅(qū)動頻率高的方式形成。輸入緩沖器200'的另外兩個(gè)輸出端也經(jīng)由與差動放大電路206及振幅調(diào)整電路 208相同的差動放大電路206'及振幅調(diào)整電路208'，連接于與同步檢波電路210相同的 同步檢波電路210'的一方的輸入端，而且，輸入緩沖器200'的一輸出端經(jīng)由與檢波時(shí)鐘 生成電路212相同的檢波時(shí)鐘生成電路212'連接于同步檢波電路210'的另一輸入端。雖 然未圖示，但是在調(diào)整電路208'也連接存儲器220，基于與存儲于存儲器220的增益相關(guān) 的數(shù)據(jù)可通過振幅調(diào)整電路208'調(diào)整差動放大電路206'的輸出信號的振幅。另外，檢波 時(shí)鐘生成電路212'與檢波時(shí)鐘生成電路212相比，與第二音叉振蕩器72的高驅(qū)動頻率相 對應(yīng)地生成周期短的檢波時(shí)鐘，同步檢波電路210'的檢波的周期也比同步檢波電路210 的檢波的周期短。同步檢波電路210'的輸出端連接于IC50的一個(gè)外部電極(電極24)及電極30， 在該電極30和施加基準(zhǔn)電壓的IC50的其它外部電極(其它電極24、外部電極40 (REF))之 間連接電容器C5 (片狀電容器60)。另外，在IC50內(nèi)，同步檢波電路210'的輸出端連接于與調(diào)整電路214相同的調(diào) 整電路214'的一個(gè)輸入端。另外，在調(diào)整電路214'的其它輸入端及另一其它輸入端分別連接存儲器220及溫度傳感器222。因此，可以將存儲于存儲器220的數(shù)據(jù)賦予調(diào)整電路 214'。另外，可以利用調(diào)整電路214'，基于與存儲于存儲器220的第二音叉振蕩器72相 關(guān)的數(shù)據(jù)及溫度傳感器222的輸出信號，對同步檢波電路210'的輸出信號進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在IC50內(nèi)，調(diào)整電路214'的輸出端連接于與低通濾波器224相同的低通濾波器 224'的輸入端。低通濾波器224'的輸出端連接于IC50的外部電極(電極24)、電極30 及外部電極40 (OUTy)，低通濾波器224'的另一輸出端連接于IC50的其它外部電極(電極 24)及其它電極30。在低通濾波器224'的輸出端及其它輸出端間(電極30間)連接電容 器C6(片狀電容器60)。 低通濾波器224'的輸出端即外部電極40(0UTy)連接于與高通濾波器226相同 的、設(shè)于外部的高通濾波器226'的輸入端。高通濾波器226'在其輸入端和輸出端之間連 接電容器C7，且在其輸出端和IC50的施加基準(zhǔn)電壓的其它外部電極40 (REF)之間連接電阻 器R4。高通濾波器226'的輸出端即電容器C7及電阻器R4的連接點(diǎn)連接于外部電極 40 (AINy)0該外部電極40(AINy)經(jīng)由電極24等連接于在IC50內(nèi)用于與后級放大器相同 的其它后級放大器的運(yùn)算放大器228'的正輸入端。該其它后級放大器用于將輸入外部電 極40(AINy)的信號的振幅放大例如50倍左右。運(yùn)算放大器228'，其負(fù)輸入端經(jīng)由電極24 等連接于外部電極40 (AFBy)，其輸出端經(jīng)由其它電極24等連接于其它外部電極40 (APOy)。 另外，在這些外部電極40(AFBy、APOy)上連接與低通濾波器230相同的設(shè)于外部的低通濾 波器230'。低通濾波器230'的電阻器R5及電容器C8被并聯(lián)連接于外部電極40 (AFBy、 APOy)間。另外，在外部電極40 (AFBy)和施加基準(zhǔn)電壓的其它外部電極40 (REF)之間連接 電阻器R6。因此，通過包含運(yùn)算放大器228'的其它后級放大器將輸入外部電極40 (AINy) 的信號的振幅放大例如50倍左右，可從運(yùn)算放大器228'的輸出端即外部電極40(AP0y)輸 出ο另外，在IC50內(nèi)設(shè)置與開關(guān)SW相同的開關(guān)SW'。開關(guān)SW'被連接于與外部電極 40 (AINy)連接的IC50的外部電極(電極24)和與IC50的施加基準(zhǔn)電壓的其它外部電極 40 (REF)連接的IC50的其它外部電極(其它電極24)之間。另外，開關(guān)SW'也連接于IC50 的外部電極(電極24)及外部電極40 (SCT)。另外，開關(guān)SW也能夠構(gòu)成為，通過輸入外部電 極40 (SCT)的控制信號切換開或關(guān)。因此，如果通過將該開關(guān)SW'接通例如0.2秒來對高 通濾波器226'的電容器C7進(jìn)行充電，將低通濾波器224'的輸出端即外部電極40 (OUTy) 的信號在短時(shí)間內(nèi)傳遞給運(yùn)算放大器228'的正輸入端，可以使運(yùn)算放大器228'的輸出 端即外部電極40 (APOy)的輸出信號的上升時(shí)間加快。其次，對該角速度傳感器10的動作狀態(tài)進(jìn)行說明。在該角速度傳感器10中，例如 第一音叉振蕩器70為了對以與電路基板20的短邊平行的X軸為中心而施加的旋轉(zhuǎn)角速度 進(jìn)行檢測而使用，第二音叉振蕩器72為了對以與電路基板20的長邊平行的Y軸為中心而 施加的旋轉(zhuǎn)角速度進(jìn)行檢測而使用。在第一音叉振蕩器70中，通過由輸入緩沖器200、振幅控制電路202及移相電路 204構(gòu)成的驅(qū)動用的反饋環(huán)路形成自激勵驅(qū)動電路，腳部76a、76b例如圖6所示，按照彼此 打開或關(guān)閉的方式以基本振動進(jìn)行振動。在腳部76a、76b彼此打開的狀態(tài)(圖6中實(shí)線所 示的狀態(tài))下，在第一音叉振蕩器70，形成中央的表面電極88的部分伸出，形成兩側(cè)的表面電極86、90的部分縮進(jìn)。相反，在腳部76a、76b彼此打開的狀態(tài)下，在第一音叉振蕩器70， 形成中央的表面電極88的部分縮進(jìn)，形成兩側(cè)的表面電極86、90的部分伸出。在該基本振 動時(shí)，兩個(gè)腳部76a、76b相對于分極方向以相同的狀態(tài)對稱地振動，因此，從兩側(cè)的表面電 極86、90輸出相同信號。因此，從檢測電路用的差動放大電路206以及外部電極40 (APOx) 輸出“0”的信號。 當(dāng)在該基本振動的狀態(tài)下以X軸為中心對第一音叉振蕩器70施加旋轉(zhuǎn)角速度時(shí)， 在腳部76a、76b上沿與基本振動的方向正交的方向作用科里奧利力。由于對腳部76a、76b 作用的科里奧利力彼此反向，所以兩個(gè)腳部76a、76b例如圖7所示彼此向相反方向位移。通 過該位移，從兩側(cè)的表面電極86、90輸出反相位的信號，從差動放大電路206輸出與旋轉(zhuǎn)角 速度對應(yīng)的大的信號。這樣輸出的信號的大小和極性與旋轉(zhuǎn)角速度的大小和旋轉(zhuǎn)方向分別 對應(yīng)。差動放大電路206的輸出信號的振幅基于存儲于存儲器220的數(shù)據(jù)，而由振幅調(diào) 整電路208所調(diào)整。這樣調(diào)整了振幅的信號通過同步檢波電路210與檢波時(shí)鐘生成電路 212的檢波時(shí)鐘同步地被檢波。被檢波的信號通過調(diào)整電路214等進(jìn)行溫度補(bǔ)償。被溫度 補(bǔ)償?shù)男盘柪玫屯V波器224使所需的低頻帶通過，并利用高通濾波器226截?cái)嘀绷鞒?分。而且，截?cái)嗔酥绷鞒煞值男盘柾ㄟ^由運(yùn)算放大器228等構(gòu)成的后級放大器放大，從運(yùn)算 放大器228的輸出端即外部電極40 (APOx)輸出。因此，根據(jù)來自外部電極40 (APOx)的輸 出信號的大小和極性，可檢測以X軸為中心施加的旋轉(zhuǎn)角速度的大小和旋轉(zhuǎn)方向。第二音叉振蕩器72中，也與第一音叉振蕩器70相同，腳部76a、76b通過由輸入緩 沖器200'等構(gòu)成的驅(qū)動用的反饋環(huán)路以基本振動進(jìn)行振動。但是，在第二音叉振蕩器72 中，根據(jù)以Y軸為中心施加的旋轉(zhuǎn)角速度，腳部76a、76b的基本振動的方向發(fā)生位移。因此， 關(guān)于第二音叉振蕩器72，根據(jù)來自差動放大電路206'以及外部電極40 (APOy)的輸出信號 的大小和極性，能夠檢測出以Y軸為中心施加的旋轉(zhuǎn)角速度的大小和旋轉(zhuǎn)方向。在第一音叉振蕩器70及第二音叉振蕩器72中，在基臺部74，表面電極86、88間及 表面電極88、90間的分割部92a、92b的寬度較寬地形成，在腳部76a、76b，這些分割部92a、 92b的寬度較窄地形成。另外，與腳部76a部分的表面電極86、88間的分割部92a的寬度 及腳部76b部分的表面電極88、90間的分割部92b的寬度相比，基臺部74部分的表面電極 86,88間的分割部92a的寬度及表面電極88、90間的分割部92b的寬度較寬地形成，但是， 在基臺部74的整體上，不需要加寬這些表面電極86、88、90間的分割部92a、92b的寬度。例 如，如圖8中斜線部所示那樣，至少在與電路基板20的電極26a 26c或電極28a 28c 連接的部分，表面電極86、88間及表面電極88、90間的分割部92a、92b的寬度變寬即可。為形成這種音叉振蕩器70、72，夾著電極層疊兩個(gè)壓電體板，且在其兩面全面形成 電極。從該層疊體形成多個(gè)音叉振蕩器，但在形成各音叉振蕩器的部分形成分割部92a、 92b。此時(shí)，例如通過用切割機(jī)(于、寸一)切斷壓電體板上的電極，在層疊體的多個(gè)部位 形成分割部92a、92b。另外，在壓電體板上，使旋轉(zhuǎn)的切割刀片邊接觸電極邊移動，由此可分割電極。在 此，通過使用切削寬度不同的切割刀片(夕'^ >，K )，可以形成分割寬度部分不 同的分割部92a、92b。另外，在使用一個(gè)切割刀片以相同的寬度直線狀地分割電極后，使切 割刀片部分地接觸該分割部分的電極，由此，也可以部分地形成具有寬度寬的部分的分割部92a、92b。此時(shí)，通過調(diào)整切割刀片的接觸次數(shù)，可以調(diào)整電極的分割部分的擴(kuò)展量。另夕卜，使切割刀片邊接觸電極邊沿先形成的分割部分移動，由此可調(diào)整寬度寬的部分的長度。 而且，以分割部92a、92b的寬度寬的部分為基臺部74，以寬度窄的部分為腳部76a、76b，音 叉型地切出層疊體，由此可得到多個(gè)音叉振蕩器。在這種第一音叉振蕩器70及第二音叉振蕩器72中，在電路基板20的電極26a 26c及電極28a 28c的連接部分，表面電極86、88間及表面電極88、90間的寬度變寬，因 此，表面電極86、88、90間可能因用于將電路基板20的電極26a 26c及電極28a 28c 和音叉振蕩器70、72的表面電極86、88、90連接的導(dǎo)電性粘接劑等而發(fā)生短路。因此，表面 電極86、88、90間的絕緣可靠性提高。另外，在腳部76a、76b，由于表面電極86、88間及表面電極88、90間的分割部92a、 92b的寬度較窄，所以可增大表面電極86、88、90的電極面積。因此，在由驅(qū)動電路驅(qū)動音叉 振蕩器70時(shí)，可提高驅(qū)動效率，在通過檢測電路處理由腳部76，76b的位移引起的來自表面 電極86、90的輸出信號時(shí)，可提高信號輸出的效率。由此，可提高第一音叉振蕩器70及第 二音叉振蕩器72的振蕩器靈敏度，可以使S/N比好。另外，通過使切割刀片接觸形成于壓電體板的整個(gè)面的電極，能夠容易地形成具 有不同的寬度的分割部92a、92b，能夠高效地制造音叉振蕩器70、72。為形成音叉振蕩器70、72的表面電極86、88、90間的分割部92a、92b，也可以對形 成于壓電體板上的整個(gè)面的電極進(jìn)行激光照射。另外，通過光刻等在電極上形成分割圖案， 通過蝕刻除去分割部分的電極，由此也可以形成分割部92a、92b。在通過激光照射及蝕刻等在形成于壓電體板上的整個(gè)的電極形成分割部92a、92b 的情況下，通過控制激光照射位置、或正確地進(jìn)行用于蝕刻的構(gòu)圖，可以自由地設(shè)計(jì)分割部 92a、92b的寬度及形狀。例如圖9所示，可以在從表面電極86、88間及表面電極88、90間的 較窄的分割部分向?qū)挼姆指畈糠诌^渡(移行)的部位曲柄狀地分割電極。另外，也可以，如 圖10所示以從腳部76a、76b側(cè)朝向基臺部74的端部側(cè)分割寬度逐漸加寬的方式形成分割 部92a、92b。這樣，表面電極86、88間及表面電極88、90間的分割部92a、92b的寬度及形狀 可以自由選擇。符號說明10角速度傳感器20電路基板50IC60片狀電容器70第一音叉振蕩器72第二音叉振蕩器74基臺部76a、76b 腳部78振動體80、82壓電體基板84中間電極86、88、90 表面電極
92a,92b 分割部94全 面電極110 封蓋
權(quán)利要求
1.一種音叉振蕩器，其特征在于， 包括音叉型的振動體，其包含壓電體基板，且具有基臺部、和以從所述基臺部平行地延伸的 方式形成的腳部；以及三個(gè)表面電極，其在所述振動體的一個(gè)主面上從所述基臺部向所述腳部延伸而形成， 且在所述基臺部連接于電路基板，所述三個(gè)表面電極由從所述基臺部向所述腳部延伸的分割部所分割， 使至少位于與所述電路基板連接的連接部的所述分割部的寬度比所述腳部的所述分 割部的寬度寬。
2.一種音叉振蕩器的制造方法，是權(quán)利要求1所記載的音叉振蕩器的制造方法，其特 征在于，包括在用于構(gòu)成所述振動體的壓電體基板上形成電極的工序； 使用切割機(jī)在所述電極上形成局部寬度不同的所述分割部的工序。
3.一種音叉振蕩器的制造方法，是權(quán)利要求1所記載的音叉振蕩器的制造方法，其特 征在于，包括在用于構(gòu)成所述振動體的壓電體基板上形成電極的工序； 通過激光照射在所述電極上形成局部寬度不同的所述分割部的工序。
4.一種音叉振蕩器的制造方法，是權(quán)利要求1所記載的音叉振蕩器的制造方法，其特 征在于， 包括在用于構(gòu)成所述振動體的壓電體基板上形成電極的工序； 通過蝕刻在所述電極上形成局部寬度不同的所述分割部的工序。
5.一種角速度傳感器，其包含權(quán)利要求1所述的音叉振蕩器、或由權(quán)利要求2 4中任 一項(xiàng)所述的制造方法形成的音叉振蕩器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種音叉振蕩器和其高效的制造方法，壓電振蕩器(70、72)包含具有基臺部(74)和腳部(76a、76b)的音叉型的振動體(78)。另外，壓電振蕩器(70、72)作為兩個(gè)壓電體基板(80、82)、中間電極(84)、表面電極(86、88、90)及全面電極(94)的層疊體形成。表面電極(86、88、90)由從基臺部(74)向腳部(76a、76b)延伸的分割部(92a、92b)分割。與電路基板的連接部分的分割部(92a、92b)的寬度形成為比其它部分的分割部(92a、92b)的寬度寬。分割部(92a、92b)通過將在用于構(gòu)成振動體(78)的壓電體板上的全面上形成的電極用切割機(jī)切割或激光照射及蝕刻進(jìn)行分割而形成。從而使得在電路基板上安時(shí)的絕緣可靠性好，且振蕩器靈敏度高，S/N比良好。
文檔編號H03H9/215GK102132128SQ200980133440
公開日2011年7月20日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者多保田純, 小栗慎也, 小池雅人, 清原友彥 申請人:株式會社村田制作所