CN102006024A - 振动片的制造方法和振子的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种振动片的制造方法和振子的制造方法。在该振动片和振子的制造方法中准备支撑体(10)，该支撑体(10)具有彼此背向相对来确定厚度的第一及第二表面(12、14)，并包括基部(16)和从基部(16)并排延伸且与厚度方向正交的多个臂部(18)。支撑体(10)构成为：在多个臂部(18)各自的第一表面(12)上形成有下部电极膜(20)，在下部电极膜(20)上形成有压电膜(22)，在压电膜(22)上形成有上部电极膜(26)，多个臂部(18)各自的至少一部分在第二表面(14)具有露出区域(30)。对第二表面(14)的露出区域(30)进行蚀刻。通过蚀刻降低厚度，使多个臂部(18)容易沿厚度方向弯曲。

Description

振动片的制造方法和振子的制造方法
本申请是申请日为2009年01月04日、申请号为200910001307.2、发明名称为“振动片的制造方法和振子的制造方法”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种振动片的制造方法和振子的制造方法。
背景技术
以往，公知有为了调整在振荡器等中所使用的振动片的振动频率，利用激光束去除振动臂的一部分金属膜的技术(专利文献1)。具体而言，通过去除一部分金属膜，来减轻其重量，从而调整振动频率。但是，利用重量进行调整的调整量较小，因此调整范围受到限制。
专利文献1：日本特开2002-252546号公报
发明内容
本发明的目的在于扩大振动频率的调整范围。
本发明就是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可以通过以下的方式或者应用例来实现。
【应用例1】本应用例所述的振动片的制造方法包括如下工序：准备支撑体的工序，该支撑体具有彼此背向相对来确定厚度的第一及第二表面，并包括基部和从所述基部并排延伸且与所述厚度方向正交的多个臂部，在所述多个臂部各自的所述第一表面上形成有下部电极膜，在所述下部电极膜上形成有压电膜，在所述压电膜上形成有上部电极膜，所述多个臂部各自的至少一部分具有使所述第二表面露出的露出区域；以及对所述第二表面的所述露出区域进行蚀刻的工序，通过所述蚀刻来降低所述厚度，从而降低所述多个臂部的在所述厚度方向上的弯曲刚性。根据本应用例，通过调整臂部的厚度来调整弯曲刚性，从而能够调整振动频率。由于利用臂部厚度调整频率比利用重量进行调整的调整量大，所以能够扩大振动频率的调整范围。
【应用例2】本应用例所述的振动片的制造方法的特征在于，在进行所述蚀刻之前，在所述多个臂部的所述第二表面上形成有加重金属膜，在对所述露出区域进行蚀刻的工序中，对所述加重金属膜的表面也进行蚀刻。
【应用例3】本应用例所述的振动片的制造方法包括如下工序：准备支撑体的工序，该支撑体具有彼此背向相对来确定厚度的第一及第二表面，并包括基部和从所述基部并排延伸且与所述厚度方向正交的多个臂部，在所述多个臂部各自的所述第一表面上形成有下部电极膜，在所述下部电极膜上形成有压电膜，在所述压电膜上形成有上部电极膜，所述多个臂部各自的至少一部分具有使所述第二表面露出的露出区域；以及在所述第二表面的所述露出区域形成增强金属膜的工序，利用所述增强金属膜来提高所述多个臂部的在所述厚度方向上的弯曲刚性。根据本应用例，通过调整臂部的厚度来调整弯曲刚性，从而能够调整振动频率，由于利用臂部厚度调整频率比利用重量进行调整的调整量大，所以能够扩大振动频率的调整范围。
【应用例4】本应用例所述的振动片的制造方法的特征在于，所述支撑体由压电材料构成。
【应用例5】本应用例所述的振子的制造方法包括如下工序：准备支撑体的工序，该支撑体具有彼此背向相对来确定厚度的第一及第二表面，并包括基部和从所述基部并排延伸且与所述厚度方向正交的多个臂部，在所述多个臂部各自的所述第一表面上形成有下部电极膜，在所述下部电极膜上形成有压电膜，在所述压电膜上形成有上部电极膜，所述多个臂部各自的至少一部分具有使所述第二表面露出的露出区域；对所述第二表面的所述露出区域进行蚀刻，通过所述蚀刻来降低所述厚度，从而降低所述多个臂部的在所述厚度方向上的弯曲刚性的工序；所述振动片收纳在封装件的内部的工序；以及用盖封闭所述封装件的开口的工序。
【应用例6】本应用例所述的振子的制造方法包括如下工序：准备支撑体的工序，该支撑体具有彼此背向相对来确定厚度的第一及第二表面，并包括基部和从所述基部并排延伸且与所述厚度方向正交的多个臂部，在所述多个臂部各自的所述第一表面上形成有下部电极膜，在所述下部电极膜上形成有压电膜，在所述压电膜上形成有上部电极膜，在所述多个臂部各自的至少一部分上具有使所述第二表面露出的露出区域；在所述第二表面的所述露出区域形成增强金属膜，利用所述增强金属膜来提高所述多个臂部的关于所述厚度方向的弯曲刚性的工序；将所述振动片收纳在封装件的内部的工序；以及用盖封闭所述封装件的开口的工序。
附图说明
图1(A)～图1(C)是说明本发明的第一实施方式所述的振动片的制造方法的图。
图2是说明本发明的第一实施方式所述的振动片的制造方法的图。
图3是说明本发明的第一实施方式所述的振动片的制造方法的图。
图4是说明本发明的第一实施方式所述的振子的制造方法的图。
图5是说明利用本发明的第一实施方式所述的制造方法制造出的振子的动作的图。
图6是说明本发明的第一实施方式所述的振动片的制造方法的第一变形例的图。
图7是说明本发明的第一实施方式所述的振动片的制造方法的第二变形例的图。
图8是说明本发明的第二实施方式所述的振动片的制造方法的图。
图9是表示臂部的弯曲力矩和挠曲的图。
图10是说明截面惯性矩的图。
标号说明
1：振动片；10：支撑体；12：第一表面；14：第二表面；16：基部；18：臂部；20：下部电极膜；22：压电膜；24：开口；26：上部电极膜；28：加重金属膜；30：露出区域；32：封装件；34：底部；36：框壁部；38：通气孔；40：固定电极；42：外部端子；44：环体；46：接合部件；48：盖；50：贯穿孔；52：透光部件；54：焊料；110：支撑体；112：第一表面；118：臂部；126：上部电极膜；128：加重金属膜；210：支撑体；214；第二表面；218：臂部；228：加重金属膜；230：露出区域；310：支撑体；314：第二表面；318：臂部；330：露出区域；356：增强金属膜。
具体实施方式
(第一实施方式)
图1(A)～图3是说明本发明的第一实施方式所述的振动片的制造方法的图。在本实施方式中准备支撑体10。支撑体10可以由水晶等压电材料(例如Z切割板、AT切割板、X切割板)构成，也可以由硅等构成。支撑体10具有由彼此背向相对来确定厚度的第一表面12及第二表面14。支撑体10包括基部16和从基部16并排延伸并与厚度方向正交的多个(奇数个)臂部18。在臂部18的排列方向上，位于中间的一个臂部18的宽度可以比其余的臂部18的宽度宽，也可以相同。但是，所有臂部18的厚度都相同。该形状能够通过对板材进行蚀刻(湿式蚀刻和干式蚀刻中的至少一种)获得。
如图1(A)所示，在多个臂部18各自的第一表面12上形成下部电极模20。在臂部18的排列方向上的第奇数个(下面简称为“第奇数个”)的多个臂部18上的下部电极膜20形成为相互电连接。在臂部18的排列方向上的第偶数个(下面简称为“第偶数个”)臂部18为多个的情况(未图示)下，形成为第偶数个的多个臂部18上的下部电极膜20相互电连接。下部电极膜20一直形成至基部16上，并且在基部16上将下部电极膜20电连接。下部电极膜20的形成也可以包括如下过程：通过溅射(sputtering)形成导电膜，然后通过蚀刻对导电膜加工图案。或者，也可以先将已形成图案的掩模形成在支撑体10上，然后在支撑体10的没有被掩模覆盖的区域形成导电膜。
如图1(B)所示，在下部电极膜20上形成压电膜22。压电膜22由ZnO、AlN、PZT等压电性高于水晶的材料形成。压电膜22覆盖下部电极膜20在臂部18上的所有部分。压电膜22形成为在下部电极膜20的基部16上的部分具有开口24。开口24配置于位于第奇数个(或者第偶数个)臂部18上的电连接下部电极膜20的部分上。除了材料之外，形成压电膜22时能够应用用于形成下部电极膜20的技术。
如图1(C)所示，在压电膜22上形成上部电极膜26。第奇数个的多个臂部18上的上部电极膜26形成为相互电连接。在第偶数个臂部18为多个的情况(未图示)下，第偶数个的多个臂部18上的上部电极膜26形成为相互电连接。上部电极膜26一直形成至基部16上，并在基部16上使上部电极膜26电连接。另外，上部电极膜26经由压电膜22的开口24与下部电极膜20电连接。具体而言，位于第奇数个臂部18上的下部电极膜20和位于第偶数个臂部18上的上部电极膜26电连接，位于第偶数个臂部18上的下部电极膜20与位于第奇数个臂部18上的上部电极膜26电连接。形成上部电极膜26时能够应用用于形成下部电极膜20的技术。
如图2所示，在多个臂部18的第二表面14上形成加重金属膜28。加重金属膜28形成于臂部18的与基部16相反侧的前端部。加重金属膜28以使多个臂部18各自的至少一部分在第二表面14上具有露出区域30的方式形成。在第二表面14上形成了加重金属膜28，但在第二表面14上未形成有电极膜。
如图3所示，对第二表面14的露出区域30进行蚀刻。蚀刻能够应用这种采用了CF4、C2F6等等离子体气体的干式蚀刻。在对露出区域30进行蚀刻时，也可以对臂部18的侧面(连接第一表面12和第二表面14的面)进行蚀刻。另外，在对露出区域30进行蚀刻时，即使要对加重金属膜28的表面进行蚀刻，也要以残留加重金属膜28的方式停止蚀刻。加重金属膜28成为掩模，所以支撑体10(臂部18)的被加重金属膜28覆盖的部分的表面没有被蚀刻，被加重金属膜28覆盖的部分的表面和被蚀刻了的部分的表面形成阶梯。支撑体10的被加重金属膜28覆盖的部分(臂部18的前端部)变得比被蚀刻了的部分厚，因而具有重锤的效果。
根据本实施方式，对第二表面14的露出区域30进行蚀刻，因而臂部18的厚度减小，能够容易地使多个臂部18沿厚度方向弯曲。进而，通过调整多个臂部18的厚度，从而能够调整臂部18沿厚度方向弯曲的容易度，能够调整振动频率。利用多个臂部18的厚度来调整频率比利用重量进行调整的调整量大，所以能够扩大振动频率的调整范围。
采用厚度方向上的弯曲刚性EI作为多个臂部18的弯曲难易度的指标。如图9所示，当施加给臂部18(广义上的梁)弯曲力矩M(S指中立面)时，臂部18以曲率1/ρ(＝dθ/dx)产生静态挠曲，该情况下，具有如下关系：
1/ρ＝M/EI
弯曲刚性EI越大越不易弯曲。
另外，E是材料固有杨氏模量，I是截面惯性矩。
截面惯性矩I是微元截面dA与距中立轴AX(弯曲时拉伸应力为0)的距离y的二次方相乘所得的值的总和，以算式表示的话，如下所示进行定义。
I＝∫Ay2dA
如图10所示，臂部18的截面为与中立轴AX平行的边的长度(宽度)为b，与中立轴AX垂直的边的长度(厚度)为t的长方形。该臂部18的截面惯性矩It为It＝bt3/12。因此，在厚度方向上的截面惯性矩和弯曲刚性与臂部18的厚度t的三次方成正比例，所以通过调整厚度能够大范围地控制厚度方向的弯曲容易度。
另外，臂部的厚度方向的振动频率F、臂部18的长度L、臂部18的厚度(振动方向的厚度)t具有如下关系。
F＝k·t/L2(k：比例常数)
另外，臂部18的厚度的变化不影响宽度方向的振动频率。
图4是说明本发明的第一实施方式所述的振子的制造方法的图。在本实施方式中，通过上述的过程，对第二表面14的露出区域30进行蚀刻，通过蚀刻降低厚度，得到多个臂部18容易沿厚度方向弯曲的振动片1。
在振子的制造方法中，准备封装件32。封装件32包括用于固定振动片1的底部34和包围底部34的框壁部36。封装件32整体可以由金属形成，但是主要为在由陶瓷等非金属形成的情况下，在框壁部36的上端面喷镀金属。在底部34上形成有用于进行真空抽吸的通气孔38。在封装件32(底部34)的内表面形成有固定电极40。在封装件32(底部34)的外表面形成有外部端子42。固定电极40与外部端子42通过未图示的导线电连接。外部端子42通过钎焊等安装于电路基板的配线图案(未图示)上。通过钎焊接合将环体44固定在封装件32的框壁部36上。
然后，将振动片1收纳在封装件32的内部。振动片1配置成第一表面12朝向底部34，上部电极膜26与固定电极40对置。振动片1以臂部18从基部16朝向框壁部36延伸的方式进行固定。将基部16固定在底部34上，使臂部18悬在封装件32中。底部34的与臂部18的前端部对置的区域变低，臂部18即使弯曲，也不易与底部34接触。
通过接合部件46实现封装件32与振动片1的固定。接合部件46可以是导电性树脂材料或钎焊等金属材料。金属材料即使被加热也不会放出气体，所以是优选的。接合材料46将基部16和封装件32接合起来，从而保持臂部18悬在封装件32中的状态。接合部件46将位于基部16上的上部电极膜26和固定电极40电接合且机械接合。
将盖48固定在环体44上。盖48叠放在固定有振动片1的封装件32上并封闭封装件32的开口。盖48具有贯穿表面和背面的贯穿孔50。贯穿孔50呈圆形的开口形状。盖48包括由玻璃或树脂等材料构成的透光部件52。透光部件52紧贴贯穿孔50的内表面。
利用盖48将封装件32的开口封闭住之后，通过形成于封装件32上的通气孔38使被盖48封闭住的封装件32内成为真空，然后用焊料54封闭通气孔38。
振子的制造方法中还包括将位于臂部18的前端部的加重金属膜28的一部分去除的工序。该工序是在用盖48将封装件32的开口封闭之后(例如，进而在抽真空工序之后)进行。该工序是通过透光材料52向加重金属膜28照射激光束而进行的。通过这样，能够使加重金属膜28变轻。形成有加重金属膜28的臂部18的前端部的重量越重，臂部18的振动频率越低；重量越轻，臂部18的振动频率越高。利用这一原理能够进行频率调整。可以将上述的通过对臂部18蚀刻所进行的频率调整称为粗调，将通过对加重金属膜28修整所进行的频率调整称为微调。
图5是说明利用本发明的第一实施方式所述的制造方法制造出的振子的动作的剖视图。通过本实施方式制造出的振子具有通过上述过程形成的结构。
在本实施方式中，上部电极膜26和下部电极膜20通过交叉布线与交流电源连接，从而对它们施加作为驱动电压的交变电压。第奇数个臂部18的上部电极膜26和第偶数个臂部18的下部电极膜20的电位相同，第奇数个臂部18的下部电极膜20和第偶数个臂部18的上部电极膜26的电位相同。在上部电极膜26和下部电极膜20之间施加电压，使压电膜22伸缩，从而使支撑体10的臂部18弯曲振动。臂部18向第一表面12或第二表面14所朝的方向弯曲。当以基本波模式的固有振动频率进行驱动时，第奇数个臂部18和第偶数个臂部18以彼此反相振动的方式被激励而进行弯曲振动。
能够使用振子构成振荡器或者传感器。当利用包括振子的振荡电路来构成振荡器时，能够获得高频率精度的交流信号。另外，使用振子的传感器是利用振动片的频率根据物理量而变动来对该物理量进行检测的传感器。例如可以列举用于检测温度、由加速度产生的应力、由角速度产生的哥氏力(Corioli力)等的传感器。
(第一变形例)
图6是说明本发明的第一实施方式所述的振动片的制造方法的第一变形例的图。在该变形例中，在具有下部电极膜(未图示)、压电膜122和上部电极膜126的第一表面112上形成加重金属膜128，在第二表面(图6的背面)未形成加重金属膜。臂部118的第二表面整个面可以是使支撑体110的材料露出的露出区域。对该支撑体110的第二表面的露出区域进行蚀刻。该情况下，蚀刻后的第二表面变得平坦。其他内容能够应用在上述实施方式中说明的内容。该变形例也能够通过降低臂部118的厚度进行频率调整。
(第二变形例)
图7是说明本发明的第一实施方式所述的振动片的制造方法的第二变形例的图。在该变形例中，准备一种在第二表面214上未形成有加重金属膜的支撑体210，并对第二表面214的露出区域230进行蚀刻，然后，在第二表面214上形成加重金属膜228。其他内容能够应用在上述实施方式中说明的内容。该变形例也能够通过降低臂部218的厚度进行频率调整。
(第二实施方式)
图8是说明本发明的第二实施方式所述的振动片的制造方法的图。本实施方式中准备的支撑体310，除了在第二表面314上未形成加重金属膜这一点之外，与第一实施方式中准备的支撑体10都相同。臂部318的第二表面314整个面也可以是使支撑体310的材料露出的露出区域330。
在本实施方式中，在第二表面314的露出区域330上形成增强金属膜356。例如通过用SiO2、Au、Cr、Al等成膜而形成增强金属膜356。增强金属膜356使多个臂部318难以沿厚度方向弯曲。即，由臂部318和增强金属膜356构成的部分比原有的臂部318厚，所以刚性提高。由此，能够提高频率。根据本实施方式，通过使臂部318不易弯曲能够调整振动频率。此后，第一实施方式中说明的内容也适用于使用上述振动片1制造振子的方法。
本发明不限于上述的实施方式，能够进行各种变形。例如，本发明包括与实施方式中说明的结构实际上相同的结构(例如功能、方法和结果相同的结构，或者目的和结果相同的结构)。另外，本发明包括将实施方式中说明的结构中非实质性部分替换了的结构。另外，本发明还包括与实施方式中说明的结构具有相同的作用效果的结构或者能够实现同一目的的结构。另外，本发明还包括在实施方式中说明的结构的基础上附加公知技术的结构。

Claims (6)

1.一种振动片的制造方法，其特征在于，
该振动片的制造方法包括如下工序：
准备支撑体的工序，该支撑体具有：
第一表面；
第二表面，该第二表面沿着所述第一表面；
基部；以及
臂部，该臂部从所述基部沿着所述第一表面和所述第二表面的至少一方延伸，并在所述第一表面和所述第二表面之间的厚度方向上振动，
在所述臂部的所述第一表面上形成有下部电极膜，
在所述下部电极膜和上部电极膜之间形成有压电膜，
所述臂部的至少一部分具有使所述臂部的所述第二表面露出的露出区域；
在所述臂部形成加重金属膜的工序；以及
对所述露出区域的至少一部分进行蚀刻的工序。
2.如权利要求1所述的振动片的制造方法，其特征在于，
在所述臂部形成加重金属膜的工序中，所述加重金属膜形成于所述第一表面。
3.如权利要求1或2所述的振动片的制造方法，其特征在于，
所述支撑体由压电材料构成。
4.一种振子的制造方法，其特征在于，
该振子的制造方法包括如下工序：
准备支撑体的工序，该支撑体具有：
第一表面；
第二表面，该第二表面沿着所述第一表面；
基部；以及
臂部，该臂部从所述基部沿着所述第一表面和所述第二表面的至少一方延伸，并在所述第一表面和所述第二表面之间的厚度方向上振动，
在所述臂部的所述第一表面上形成有下部电极膜，
在所述下部电极膜和上部电极膜之间形成有压电膜，
所述臂部的至少一部分具有使所述臂部的所述第二表面露出的露出区域；
在所述臂部形成加重金属膜的工序；
对所述露出区域的至少一部分进行蚀刻、获得振动片的工序；
将所述振动片收纳在封装件内部的工序；以及
用盖封闭所述封装件的开口的工序。
5.如权利要求4所述的振子的制造方法，其特征在于，
在所述臂部形成加重金属膜的工序中，所述加重金属膜形成于所述第一表面。
6.如权利要求4或5所述的振子的制造方法，其特征在于，
所述支撑体由压电材料构成。
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