CN103138699A - 压电振动器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种压电振动器，该压电振动器包括：基部；成对的臂部，该成对的臂部从所述基部彼此平行地延伸；第一凹部，该第一凹部沿长度方向形成在所述成对的臂部的上表面中；以及第二凹部，该第二凹部沿长度方向形成在所述成对的臂部的下表面中，其中，在所述成对的臂部的沿长度-厚度方向的横截面中，所述第一凹部和所述第二凹部偏移设置，并且沿所述成对的臂部的宽度方向以预定的间隔互相隔开。可以实现具有低电阻和高质量系数的压电振动器，从而可以提供稳定的频率。

Description

压电振动器及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年12月1日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0127481的优先权，在此通过引用将该申请公开的全部内容并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种压电振动器，该压电振动器具有稳定的频率和简单的制造工艺，该稳定的频率通过减小内部电场流过程（electrical field flow process）中的电阻值来实现。
背景技术
通常，压电元件是一种当向其施加外部电压时根据压电现象产生振动并且通过其振动产生频率的元件。可以获得稳定频率的压电振动器用于多种目的，诸如用于频率振荡器、频率调节器、频率转换器等。特别地，压电振动器用于小型信息设备（诸如计算机（其硬盘驱动器）、集成电路（IC）卡等）、通讯设备的振荡电路中，或者作为用于信号的参考的设备中的主要部件。
压电振动器使用具有优良的压电特性的晶体作为压电材料，并且在这里，晶体用作稳定的机械振动发生器。
在这种情况下，晶体必须具有低相位噪声和高Q（质量）值，并且随时间的推移和环境的变化频率变化低。这里，Q值代表共振器、滤波器、振荡器等中的波段选择特性（band selection characteristic），Q值也称作质量系数。中心频率与3dB带宽的比值计算Q值，并且随着Q值增大，振荡器具有更好的频率选择特性（frequency selection characteristic）。
在各种类型的压电振动器中，音叉型压电振动器包括：一对振动臂部，该一对振动臂部平行设置；基部，该基部固定所述一对振动臂部；以及电极，该电极形成在所述振动臂部和所述基部的外表面上。当向压电振动器施加一定的电压时，压电振动器沿朝向或远离一对振动臂部的方向产生共振频率。
近来，随着移动通信终端（例如手机等）的功能已经变得多样化且复杂化，已经需要设置在移动通信终端中的部件变得更小且更薄。因此，需要构成压电振动器的压电振子变得更小。
然而，在运行音叉型压电振动器中，当电场分量相对较大时，电阻值减小，但是当压电振动器的尺寸减小时，电场分量减小同时电阻值增大，这使其难以实现稳定的频率值。
此外，当电阻值增大时，难以以较低的功率运行压电振动器。
发明内容
本发明的一个方面通过在相对较小的压电振动器中增大电场效应以产生稳定的频率值。此外，可以通过简化压电振动器的制造工艺以降低单位成本同时提高加工效率。
根据本发明的一个方面，提供了一种压电振动器，该压电振动器包括：基部；成对的臂部，该成对的臂部从所述基部彼此平行地延伸；第一凹部，该第一凹部沿长度方向形成在所述成对的臂部的上表面中；以及第二凹部，该第二凹部沿长度方向形成在所述成对的臂部的下表面中，其中，在所述成对的臂部的沿长度-厚度方向的横截面中，所述第一凹部和所述第二凹部偏移设置，并且沿所述成对的臂部的宽度方向以预定的间隔互相隔开。
所述第一凹部可以设置为多个或所述第二凹部可以设置为多个。
所述第二凹部可以成对地形成在所述成对的臂部的各个下表面中，以使所述第二凹部彼此平行。
所述基部和所述成对的臂部的外表面上可以形成有电极。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造压电振动器的方法，该制造压电振动器的方法包括：制备基底；形成基部和成对的臂部，该成对的臂部从所述基部彼此平行地延伸；在所述成对的臂部的上表面中沿长度方向形成第一凹部；以及在所述成对的臂部的下表面中沿长度方向形成第二凹部，其中，在所述成对的臂部的沿长度-厚度方向的横截面中，所述第一凹部和所述第二凹部偏移设置，并且沿所述成对的臂部的宽度方向以预定的间隔互相隔开。
所述第一凹部可以设置为多个或所述第二凹部可以设置为多个。
所述第二凹部可以成对地形成在所述成对的臂部的各个下表面中，以使所述第二凹部彼此平行。
该制造压电振动器的方法还可以包括：在所述基部和所述成对的臂部的外表面上形成电极材料。
可以通过用等离子态的气体蚀刻形成所述成对的臂部以及所述第一凹部和所述第二凹部。
可以同时进行形成所述成对的臂部的操作和形成所述第一凹部和所述第二凹部的操作。
附图说明
通过下面结合附图的详细说明，将会更清楚地理解本发明的上述和其它方面、特征以及其它优点，其中：
图1是示意性地显示根据本发明的实施方式的压电振动器的立体图；
图2是显示根据本发明的实施方式的压电振动器的一种实施例的沿图1的线A-A’剖切的剖视图；
图3是显示根据本发明的实施方式的压电振动器的另一种实施例的沿图1的线A-A’剖切的剖视图；
图4是显示根据本发明的实施方式的压电振动器的还一种实施例的沿图1的线A-A’剖切的剖视图；
图5是显示制造根据本发明的实施方式的压电振动器的方法的视图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本发明的实施方式。但是，本发明可以通过多种不同的形式实现，而不应被理解为局限于此处所给出的实施方式。相反，提供这些实施方式旨在使得本发明的公开内容全面完整，并向本领域技术人员充分地表达本发明的范围。在附图中，出于清楚的目的可以放大部件的形状和尺寸，并且在全部附图中将使用相同的参考标记标示相同或相似的部件。
在根据本实施方式的压电振动器中，“长度方向”定义为图1中的Y方向，“厚度方向”定义为图1中的Z方向，并且“宽度方向”定义为图1中的X方向。
图1是示意性地显示根据本发明的实施方式的压电振动器的立体图。
图2至图4是显示沿Y方向观察根据本发明的实施方式的压电振动器的实施例沿图1的线A-A’剖切的剖面的剖视图。
参考图1和图2，根据本发明的实施方式的压电振动器包括：基部10；成对的臂部20、25，该成对的臂部20、25从基部10彼此平行地延伸；第一凹部30，该第一凹部30沿长度方向形成在成对的臂部20、25的上表面中；以及第二凹部35，该第二凹部35沿长度方向形成在所述成对的臂部的下表面中，并且在这种情况下，在所述成对的臂部的沿长度-厚度方向的横截面中，第一凹部30和第二凹部35偏移地设置并且沿所述成对的臂部的宽度方向以一定的间隔互相隔开。
在沿线A-A’剖切的剖视图中，第一凹部30和第二凹部35可以沿X方向以一定的间隔互相隔开，但是本发明不限于此，并且第一凹部30可以与第二凹部35隔开，使得当第一凹部30沿厚度方向延伸时，第一凹部30不与第二凹部35重叠。
电极可以形成在所述基部和所述成对的臂部的外表面上。
用于形成所述电极的材料可以包括银（Ag）、金（Au）、镍（Ni）、铜（Cu）等，并且所述压电振动器可以包括第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极以对置的方式形成在基部10以及成对的臂部20、25的上表面和下表面上。
参考图2，根据本发明的实施方式的压电振动器可以包括一个形成在臂部20的上表面中的第一凹部30和一个形成在臂部20的下表面中的第二凹部35。
可以设置多个所述第一凹部或多个所述第二凹部，并且该多个第二凹部可以成对地形成在所述成对的臂部的各个下表面中，以使所述多个第二凹部彼此平行，但是本发明不限于此。
参考图3，根据本发明的实施方式的压电振动器可以包括形成在臂部20的上表面中的一个第一凹部30和形成在臂部20的下表面中的两个第二凹部35。
在所述成对的臂部的沿长度-厚度方向的剖视图中，第一凹部30和第二凹部35偏移设置并且沿所述成对的臂部的宽度方向以一定的间隔隔开。通过沿厚度方向延伸第一凹部30形成的实际的第一凹部可以形成在两个第二凹部35之间。
参考图4，根据本发明的实施方式的压电振动器可以包括分别形成在臂部20的上表面和下表面中两个第一凹部30和两个第二凹部35。
当向电极施加电压时，产生电场流（electrical field flow）。因此，凹部30、35形成在所述压电振动器的臂部20的上表面和下表面中以相对彼此不对称，从而可以增大电场分量。由此，可以减小所述压电振动器中产生的电阻值并且可以增大作为质量系数的Q值。
这样，可以实现具有较小的尺寸同时可以以较低的耗电量提供稳定的频率值的压电振动器。
图5是显示制造根据本发明的实施方式的压电振动器的方法的视图。具体地，图5A至图5D示意性地显示在所述成对的臂部中形成凹部的操作。
参考图5，制造根据本发明的实施方式的压电振动器的方法包括：制备基底；形成基部和成对的臂部，该成对的臂部从所述基部彼此平行地延伸；在所述成对的臂部的上表面中沿长度方向形成第一凹部；以及在所述成对的臂部的下表面中沿长度方向形成第二凹部，其中，在所述成对的臂部的沿长度-厚度方向的剖面中，所述第一凹部和所述第二凹部偏移设置并且沿所述成对的臂部的宽度方向以一定的间隔互相隔开。
可以设置多个所述第一凹部或多个所述第二凹部。
所述方法还可以包括：在所述基部和所述成对的臂部的外表面上形成电极材料。
以下，在制造根据本发明的实施方式的压电振动器的方法中，将省略压电振动器的与根据本发明的上述实施方式的压电振动器的特征相同的特征。
在所述制造方法中，可以通过使用等离子态的气体蚀刻来形成所述成对的臂部、所述第一凹部和所述第二凹部。
此外，可以同时进行形成所述成对的臂部的操作和形成所述第一凹部与所述第二凹部的操作。
根据本发明的实施方式，可以制备基底200，并且可以在基底200的上表面和下表面形成遮挡部（mask）210，该遮挡部210具有暴露即将被蚀刻的区域的开口。
可以通过向基底200的上表面和下表面供给等离子态的气体来蚀刻由遮挡部210的开口所暴露的区域，遮挡部210形成在该基底200的上表面和下表面上。
在现有技术中，对于在所述臂部的上表面和下表面中形成凹部而言，当用与燃气射流（gas jet）的压力相同的压力在晶片上实施形成所述压电振动器的所述臂部的工序时，由于所述臂部的上表面和下表面中的凹部重叠会产生缺陷，从而在所述臂部中会形成开口。
因此，在现有技术中，在通过供应等离子态的气体的方法进行蚀刻以在晶片上实施形成所述压电振动器的所述臂部的工序之后，再进行在所述臂部中形成凹部的工序。
根据本发明的实施方式，第一凹部30和第二凹部35偏移设置并且沿成对的臂部20、25的宽度方向以一定的间隔隔开，从而可以同时进行形成所述压电振动器的臂部20、25的工序和在臂部20、25的上表面和下表面中形成凹部30、35的工序。
因此，在本发明的实施方式中，简化了压电振动器的制造工艺，从而可以降低单位成本并且提高加工效率。
如上所述，根据本发明的实施方式，通过设计形成在所述压电振动器的所述臂部中的凹部的结构以提高电场效应，从而可以减小电阻值。具有低电阻值的压电振动器可以表现出稳定的频率值并且具有高可靠性。同时，根据本发明的实施方式，可以通过简化制造工艺来提高加工效率。
虽然已经结合实施方式展示和描述了本发明，但对本领域技术人员显而易见的是，可以在不背离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下进行修改和变形。

Claims (10)

1.一种压电振动器，该压电振动器包括：
基部；
成对的臂部，该成对的臂部从所述基部彼此平行地延伸；
第一凹部，该第一凹部沿长度方向形成在所述成对的臂部的上表面中；以及
第二凹部，该第二凹部沿长度方向形成在所述成对的臂部的下表面中，
其中，在所述成对的臂部的沿长度-厚度方向的横截面中，所述第一凹部和所述第二凹部偏移设置，并且沿所述成对的臂部的宽度方向以预定的间隔互相隔开。
2.根据权利要求1所述的压电振动器，其中，所述第一凹部设置为多个或所述第二凹部设置为多个。
3.根据权利要求1所述的压电振动器，其中，所述第二凹部成对地形成在所述成对的臂部的各个下表面中，以使所述第二凹部彼此平行。
4.根据权利要求1所述的压电振动器，其中，所述基部和所述成对的臂部的外表面上形成有电极。
5.一种制造压电振动器的方法，该制造压电振动器的方法包括：
制备基底；
形成基部和成对的臂部，该成对的臂部从所述基部彼此平行地延伸；
在所述成对的臂部的上表面中沿长度方向形成第一凹部；以及
在所述成对的臂部的下表面中沿长度方向形成第二凹部，
其中，在所述成对的臂部的沿长度-厚度方向的横截面中，所述第一凹部和所述第二凹部偏移设置，并且沿所述成对的臂部的宽度方向以预定的间隔互相隔开。
6.根据权利要求5所述的制造压电振动器的方法，其中，所述第一凹部设置为多个或所述第二凹部设置为多个。
7.根据权利要求5所述的制造压电振动器的方法，其中，所述第二凹部成对地形成在所述成对的臂部的各个下表面中，以使所述第二凹部彼此平行。
8.根据权利要求5所述的制造压电振动器的方法，其中，该制造压电振动器的方法还包括：在所述基部和所述成对的臂部的外表面上形成电极材料。
9.根据权利要求5所述的制造压电振动器的方法，其中，通过使用等离子态的气体蚀刻形成所述成对的臂部以及所述第一凹部和所述第二凹部。
10.根据权利要求5所述的制造压电振动器的方法，其中，同时进行形成所述成对的臂部的操作和形成所述第一凹部和所述第二凹部的操作。
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