CN110323328A - 振动元件及其频率调整方法和制造方法、物理量传感器、惯性测量装置、电子设备和移动体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供振动元件及其频率调整方法和制造方法、物理量传感器、惯性测量装置、电子设备和移动体,该振动元件的频率调整方法的特征在于,该振动元件具有振动臂,该振动臂具有互相处于正反关系的第1主面和第2主面,该振动元件的频率调整方法具有如下的工序:通过对该振动元件照射能量线而将振动臂的所述第1主面侧的一部分去除,从而对所述振动元件的谐振频率进行调整,所述振动臂的所述第2主面侧被所述能量线激活的激活量比所述振动臂的所述第1主面侧被所述能量线激活的激活量小。
Description
技术领域
本发明涉及振动元件的频率调整方法、振动元件的制造方法、振动元件、物理量传感器、惯性测量装置、电子设备以及移动体。
背景技术
以往,公知有使用压电振子、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微机电系统)振子等振动元件对角速度、加速度等物理量进行检测的物理量检测装置。
作为这种物理量检测装置的一例,例如,在专利文献1中公开了振动型陀螺仪,该振动型陀螺仪具有压电振动片,该压电振动片具有:基部;连结臂,其从基部起延伸;多个驱动臂,它们从连结臂的末端部起延伸;以及多个检测臂,它们从基部起延伸。当这种振动型陀螺仪在使驱动臂弯曲振动的状态下受到规定方向的角速度时,对驱动臂作用科里奥利力,与此相伴地使检测臂进行弯曲振动。通过检测这种检测臂的弯曲振动,能够检测角速度。
并且,在专利文献1所记载的振动型陀螺仪中,在各驱动臂的末端部设置有由金属构成的施重层。并且,为了减少因驱动臂的谐振频率的不平衡而产生的从驱动臂到基部的振动泄漏,通过将各驱动臂的末端部的施重层去除来进行驱动臂的质量调整。
专利文献1:日本特开2006-105614号公报
在专利文献1所记载的驱动臂的质量调整中,通过对施重层照射激光来去除施重层的一部分,从而对施重层的质量进行调整。当对施重层照射激光时,照射区域被激活,容易附着有机物等异物。其结果是,存在调整后的驱动臂的振动平衡随时间发生偏差的课题。
并且,在对设置于驱动臂的一个主面的施重层实施质量调整的情况下,有时在没有被直接照射激光的另一个主面上设置的施重层也会产生意料之外的质量变化。由于这种质量变化是意料之外的,所以导致振动臂的振动平衡随时间发生偏差。而且,当振动平衡发生偏差时,容易产生振动泄漏。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的,能够作为以下的应用例来实现。
本应用例的振动元件的频率调整方法中,该振动元件具有基部和振动臂,所述振动臂从所述基部起延伸,并且具有互相处于正反关系的第1主面和第2主面,该振动元件的频率调整方法具有如下的工序:通过对所述振动元件照射能量线而将所述振动臂的所述第1主面侧的一部分去除,从而对所述振动元件的谐振频率进行调整,所述振动臂的所述第2主面侧被所述能量线激活的激活量比所述振动臂的所述第1主面侧被所述能量线激活的激活量小。
在上述应用例的振动元件的频率调整方法中,所述振动臂具有:臂部,其位于所述基部侧;施重部,其比所述臂部靠末端侧;以及频率调整膜,其设置于所述施重部的所述第1主面侧,对所述频率调整膜的至少一部分照射所述能量线。
在上述应用例的振动元件的频率调整方法中,所述频率调整膜含有金属材料,所述施重部的所述第2主面侧的所述振动臂含有氧化物材料。
在上述应用例的振动元件的频率调整方法中,所述振动元件具有一对所述振动臂,一对所述振动臂从所述基部起向彼此相同的方向延伸。
在上述应用例的振动元件的频率调整方法中,在从所述基部的厚度方向进行平面观察时,对一个所述振动臂照射所述能量线的区域的面积与对另一个所述振动臂照射所述能量线的区域的面积是相同的。
本应用例的振动元件的制造方法包含上述应用例的振动元件的频率调整方法。
本应用例的振动元件具有:
基部;以及
振动臂,其从所述基部起延伸,具有互相处于正反关系的第1主面和第2主面,
被照射能量线时的所述振动臂的所述第2主面侧的激活量比被照射所述能量线时的所述振动臂的所述第1主面侧的激活量小。
本应用例的物理量传感器具有:
上述应用例的振动元件;以及
封装,其收纳有所述振动元件。
本应用例的惯性测量装置具有:
上述应用例的物理量传感器;以及
电路,其与所述物理量传感器电连接。
本应用例的电子设备的特征在于,具有:
上述应用例的振动元件;以及
电路,其对所述振动元件输出驱动信号。
本应用例的移动体的特征在于。具有:
上述应用例的振动元件;以及
主体,其搭载着具有所述振动元件的物理量传感器。
附图说明
图1是示出具有实施方式的振动元件的物理量传感器的剖视图。
图2是振动元件的平面图。
图3是振动元件的平面图,是用于对振动元件的动作进行说明的图。
图4是图3中的A1-A1线剖视图。
图5是用于对振动元件的制造方法的一例进行说明的流程图。
图6是经过振动元件形成工序而获得的振动元件的俯视图。
图7是经过振动元件形成工序而获得的振动元件的仰视图。
图8是频率调整工序中的振动元件的俯视图。
图9是密封工序中的振动元件的平面图。
图10是示出本发明的惯性测量装置的实施方式的分解立体图。
图11是图10所示的惯性测量装置所具有的基板的立体图。
图12是示出本发明的电子设备的实施方式(移动型个人计算机)的立体图。
图13是示出本发明的电子设备的实施方式(移动电话)的俯视图。
图14是示出本发明的电子设备的实施方式(数字静态照相机)的立体图。
图15是示出本发明的移动体的实施方式(汽车)的立体图。
标号说明
1:振动元件;1a:振动元件;4:振动体;5:施重膜图案;5a:施重膜图案;10:物理量传感器;11:封装;12:支承基板;13:布线图案;14:电路元件;15:导电性线;16:粘接剂;17:导电性粘接剂;40:电极膜图案;41:基部;42:连结臂;43:连结臂;44:驱动振动臂;45:驱动振动臂;46:驱动振动臂;47:驱动振动臂;48:检测振动臂;49:检测振动臂;51:施重膜;51a:施重膜;52:施重膜;52a:施重膜;53:施重膜;53a:施重膜;54:施重膜;54a:施重膜;55:施重膜;56:施重膜;111:基座;112:盖;113:接合部件;115:贯通孔;116:密封件;401:驱动信号电极;402:驱动接地电极;403:检测信号电极;404:检测信号电极;410:基部主体;440:臂部;441:施重部;450:臂部;451:施重部;460:臂部;461:施重部;470:臂部;471:施重部;480:臂部;481:施重部;490:臂部;491:施重部;511:凹部;521:凹部;531:凹部;541:凹部;1100:个人计算机;1102:键盘;1104:主体部;1106:显示单元;1108:显示部;1200:移动电话;1202:操作按钮;1204:接听口;1206:通话口;1208:显示部;1300:数字静态照相机;1302:壳体;1304:受光单元;1306:快门按钮;1308:存储器;1310:显示部;1500:汽车;1501:车体;1502:车体姿势控制装置;1503:车轮;2000:惯性测量装置;2100:外壳;2110:螺纹孔;2200:接合部件;2300:传感器模块;2310:内壳;2311:凹部;2312:开口部;2320:基板;2330:连接器;2340X:角速度传感器;2340Y:角速度传感器;2340Z:角速度传感器;2350:加速度传感器;2360:控制IC;4411:第1主面;4412:第2主面;4511:第1主面;4512:第2主面;4611:第1主面;4612:第2主面;4711:第1主面;4712:第2主面;A:线段;E:能量线;M:物质;S:空间;S51:区域;S52:区域;S53:区域;S54:区域;a:轴;α:箭头;β:箭头;γ:箭头;ω:角速度。
具体实施方式
以下,基于附图对振动元件的频率调整方法、振动元件的制造方法、振动元件、物理量传感器、惯性测量装置、电子设备以及移动体的优选的实施方式进行详细地说明。另外,为了使要说明的部分为能够识别的状态,在各图中还存在适当放大或缩小而显示的部位、示意性示出的部位。
1.物理量传感器
首先,在说明实施方式的振动元件的频率调整方法和振动元件的制造方法之前,对具有实施方式的振动元件的物理量传感器进行简单地说明。
图1是示出具有实施方式的振动元件的物理量传感器的剖视图。
图1所示的物理量传感器10具有:振动元件1;封装11,其容纳该振动元件1;支承基板12和布线图案13,它们将振动元件1支承于封装11;以及电路元件14,其配置在封装11内。
封装11具有:箱状的基座111,其具有收纳振动元件1的凹部;以及板状的盖112,其以封闭基座111的凹部的开口的方式经由接合部件113与基座111接合。作为封装11内的封闭空间的空间S可以是减压状态或真空状态,也可以封入有氮、氦、氩等惰性气体。并且,在基座111的底部设置有作为密封孔的贯通孔115,贯通孔115例如被使用各种玻璃材料或金属材料等而形成的密封件116密封。并且,也可以使封装11的盖112的一部分为凹状,在使盖112与接缝环接合之后,通过对盖凹部照射激光而进行密封。
基座111的凹部具有位于开口侧的上阶面、位于底部侧的下阶面以及位于这些面之间的中阶面。作为该基座111的构成材料,没有特别地限定,但可以使用氧化铝等各种陶瓷、各种玻璃材料。并且,作为盖112的构成材料,没有特别地限定,但优选热膨胀系数与基座111的构成材料近似的材料。例如,在基座111的构成材料为上述那样的陶瓷的情况下,优选可伐合金等合金。并且,在本实施方式中,使用接缝环来作为接合部件113,但接合部件113例如也可以使用低熔点玻璃、粘接剂等而构成。
在基座111的凹部的上阶面和中阶面分别设置有多个连接端子(未图示)。设置于中阶面的多个连接端子中的一部分经由设置于基座111的布线层(未图示)而与设置于基座111的底面的端子(未图示)电连接,剩余部分经由布线(未图示)而与设置于上阶面的多个连接端子电连接。这些连接端子只要具有导电性,便没有特别地限定,例如能够由金属覆膜构成,该金属覆膜是在Cr(铬)、W(钨)等金属化层的基底层上层叠Ni(镍)、Au(金)、Ag(银)、Cu(铜)等各覆膜而形成的。
电路元件14被粘接剂16等固定于基座111的凹部的下阶面。作为粘接剂16,例如可以使用环氧类、硅酮类、聚酰亚胺类粘接剂。电路元件14具有未图示的多个端子,该各端子通过导电性线15而与设置于上述中阶面的各连接端子电连接。该电路元件14具有:驱动电路,其用于使振动元件1进行驱动振动;以及检测电路,其检测在施加角速度时振动元件1产生的检测振动。
并且,设置于基座111的凹部的上阶面的多个连接端子经由导电性粘接剂17与布线图案13连接。该布线图案13与支承基板12接合。并且,作为导电性粘接剂17,例如,可以使用混合有金属填充剂等导电性物质的环氧类、硅酮类、聚酰亚胺类等导电性粘接剂。
支承基板12在中央部具有开口,布线图案13所具有的多个长条状的引线在该开口内延伸。这些引线的末端部经由导电性的凸块(未图示)而与振动元件1连接。
另外,在本实施方式中,电路元件14设置在封装11的内部,但电路元件14也可以设置在封装11的外部。
2.振动元件
图2是振动元件的平面图。图3是振动元件的平面图,是用于对振动元件的动作进行说明的图。图4是图3中的A1-A1线剖视图。另外,在图2和图3中,为了便于说明,作为互相垂直的3个轴,图示了X轴、Y轴和Z轴,将表示各轴的箭头的前端侧设为“+”,将基端侧设为“-”。并且,将与X轴平行的方向称为“X轴方向”,将与Y轴平行的方向称为“Y轴方向”,将与Z轴平行的方向称为“Z轴方向”。并且,将+Z轴方向侧称为“上”,将-Z轴方向侧称为“下”。并且,在本实施方式中,X轴、Y轴和Z轴分别与作为石英的晶轴的电轴、机械轴和光轴对应。
图2和图3所示的振动元件1是检测绕Z轴的角速度ω的传感器元件。该振动元件1具有振动体4以及形成于振动体4的表面的电极膜图案(未图示)和施重膜图案5。另外,在图3和图4中省略了电极膜图案的图示。
-振动体-
振动体4在作为石英基板的晶轴的Y轴(机械轴)和X轴(电轴)规定的XY平面上扩展,形成为在Z轴(光轴)方向上具有厚度的板状。即,振动体4由Z切石英板构成。另外,Z轴未必需要与振动体4的厚度方向一致,从减小常温附近的频率因温度引起的变化的观点来看,也可以相对于厚度方向稍微倾斜。具体来说,Z切石英板是指包含如下这样的切角的石英板:使得使与Z轴垂直的面以X轴和Y轴中的至少一方为中心在0度以上且10度以下的范围内旋转后的面成为主面。另外,振动体4也可以是硅等不具有压电性的材料,在该情况下,只要在振动体4上适当设置压电元件即可。
本实施方式的振动体4为所谓的双T型的形状。该振动体4具有:基部主体410;一对连结臂42、43,它们从基部主体410起延伸;两个驱动振动臂44、45,它们从连结臂42起延伸;两个驱动振动臂46、47,它们从连结臂43起延伸;以及两个检测振动臂48、49,它们从基部主体410起延伸。并且,由基部主体410和一对连结臂42、43构成基部41。
另外,该振动体4在图2中形成为左右对称。在本实施方式中,具有:一对驱动振动臂44、46,它们互相平行并且相对于基部41向相同方向即+Y轴方向延伸;以及一对驱动振动臂45、47,它们互相平行并且相对于基部41向相同方向即-Y轴方向延伸。即,在本实施方式中,具有两组“一对振动臂”。
基部41借助上述支承基板12和布线图案13而被固定于封装11的基座111。
连结臂42、43从基部41起沿着X轴方向彼此朝相反方向延伸。另外,也可以在连结臂42、43的上表面和下表面分别设置沿其长度方向即X轴方向延伸的槽或孔。
驱动振动臂44、45从连结臂42的末端部起沿着Y轴方向彼此朝相反方向延伸。同样,驱动振动臂46、47从连结臂43的末端部起沿着Y轴方向彼此朝相反方向延伸。
在本实施方式中,驱动振动臂44、45、46、47包含:臂部440、450、460、470,它们位于基部41侧;以及施重部441、451、461、471,它们比臂部440、450、460、470靠末端侧、即位于与基部41相反的一侧。施重部441、451、461、471的宽度W1比臂部440、450、460、470的宽度W2宽。另外,也可以在驱动振动臂44~47的上表面和下表面分别如后述那样设置沿其延伸方向延伸的槽或孔。
检测振动臂48、49从基部41起沿着Y轴方向彼此朝相反方向延伸。
在本实施方式中,检测振动臂48、49包含:臂部480、490,它们位于基部41侧;以及施重部481、491,它们位于比臂部480、490靠末端侧的位置(即与基部41相反的一侧)。施重部481、491的宽度比臂部480、490的宽度宽。另外,也可以在检测振动臂48、49的上表面和下表面分别设置沿其延伸方向延伸的槽或孔。
-电极膜图案-
如图2所示,设置于上述振动体4的表面的电极膜图案40具有:驱动信号电极401和驱动接地电极402,它们设置于驱动振动臂44~47的臂部440、450、460、470;检测信号电极403、404和检测接地电极(未图示),它们设置于检测振动臂48、49的臂部480、490;以及多个端子,它们与这些电极对应地设置于基部41。
驱动信号电极401是用于激励驱动臂44~47的驱动振动的电极。驱动信号电极401分别设置在臂部460的上下表面(参照图2)和臂部440的两个侧面(未图示)。同样,驱动信号电极401分别设置在臂部470的上下表面(参照图2)和臂部450的两个侧面(未图示)。
另一方面,驱动接地电极402具有相对于驱动信号电极401作为基准的电位(例如地电位)。驱动接地电极402分别设置在臂部460的两个侧面(未图示)和臂部440的上下表面(参照图2)。同样,驱动接地电极42分别设置在臂部470的两个侧面(未图示)和臂部450的上下表面(参照图2)。
检测信号电极403是用于在激励出检测臂48的检测振动时检测因该检测振动而产生的电荷的电极。检测信号电极403设置在臂部480的上下表面(参照图2)。
另一方面,检测接地电极(未图示)具有相对于检测信号电极403作为基准的电位(例如地电位)。检测接地电极设置在臂部480的两个侧面(未图示)。
检测信号电极404是用于在激励出检测臂49的检测振动时检测因该检测振动而产生的电荷的电极。检测信号电极404设置在臂部490的上下表面(参照图2)。
另一方面,检测接地电极(未图示)具有相对于检测信号电极404作为基准的电位(例如地电位)。检测接地电极设置在臂部490的两个侧面(未图示)。
另外,也可以通过检测臂48的检测信号电极403与检测臂49的检测信号电极404的差分信号来进行振动检测。
-施重膜图案-
施重膜图案5配置在上述电极膜图案40中的设置于驱动振动臂44、45、46、47的末端部的部分上。如图3所示,多个施重膜图案5具有:施重膜51、52、53、54,它们设置于施重部441、451、461、471,该施重部441、451、461、471位于驱动振动臂44、45、46、47的末端部;以及施重膜55、56,它们设置于施重部481、491,该施重部481、491位于检测振动臂48、49的末端部。另外,在图3中,省略了电极膜图案40的图示。
施重膜51~54具有对驱动振动臂44~47的谐振频率进行调整的功能。施重膜55、56具有对检测振动臂48、49的谐振频率进行调整的功能。
图3所示的施重膜51~54示出了如后述那样对驱动振动臂44~47的谐振频率进行了调整后的状态。因此,如图3所示,施重膜51~54的一部分被去除。因此,施重部441具有通过将施重膜51的一部分去除而形成的凹部511。并且,施重部451具有通过将施重膜52的一部分去除而形成的凹部521。并且,施重部461具有通过将施重膜53的一部分去除而形成的凹部531。并且,施重部471具有通过将施重膜54的一部分去除而形成的凹部541。通过以这种方式将施重膜51~54的一部分去除,能够对驱动振动臂44~47的谐振频率进行适当调整,能够将泄漏振动消除。
另外,凹部511、521、531、541只要分别根据需要而形成即可,在调整谐振频率时,也可以省略至少1个或全部凹部的形成。
作为这种施重膜51~56的构成材料,没有特别地限定,例如可以使用金属、无机化合物、树脂等,但优选使用金属或无机化合物。能够通过气相成膜法简单且高精度地使金属或无机化合物成膜。并且,能够通过能量线的照射将由金属或无机化合物构成的施重膜51~56高效且高精度地去除。因此,由金属或无机化合物形成施重膜图案5,由此能够更高效且高精度地进行后述的频率调整。
作为该金属材料,例如,列举了镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)、铝(Al)、银(Ag)、铬(Cr)、铜(Cu)、钼(Mo)、铌(Nb)、钨(W)、铁(Fe)、钛(Ti)、钴(Co)、锌(Zn)、锆(Zr)等的单体或包含它们中的至少1种的合金,可以对其中的1种或两种以上进行组合使用。其中,从能够同时形成驱动电极或检测电极的观点来看,作为该金属材料,优选使用Al、Cr、Fe、Ni、Cu、Ag、Au、Pt或包含它们中的至少1种的合金。
并且,作为该无机化合物,列举了三氧化二铝(氧化铝)、二氧化硅(氧化硅)、二氧化钛(氧化钛)、氧化锆、氧化钇、磷酸钙等氧化物陶瓷、氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼等氮化物陶瓷、石墨、碳化钨等碳化物类陶瓷以及除此之外的例如钛酸钡、钛酸锶、PZT、PLZT、PLLZT等铁电体材料等,其中,优选使用二氧化硅(SiO2)、氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)等绝缘材料。
具体来说,优选施重膜51~56例如是在包含Cr(铬)的基底层上层叠了包含Au(金)的上层而得的结构。由此,与使用石英而形成的振动体4的紧密贴合性优异,并且能够高精度且高效地进行谐振频率的调整。
并且,各施重膜51~56的平均厚度没有特别地限定,但例如为10nm以上且10000nm以下。
在以上说明的振动元件1中,在不对振动元件1施加角速度的状态下,当在被输入了驱动信号的驱动信号电极与驱动接地电极之间产生电场时,各驱动振动臂44~47在图3中的箭头α所示的方向上进行弯曲振动即驱动振动。此时,由于驱动振动臂44、45和驱动振动臂46、47在图3中进行左右对称的振动,所以基部41和检测振动臂48、49几乎不振动。
在进行该驱动振动的状态下,当对振动元件1施加绕沿着Z轴的轴a的角速度ω时,激励出检测振动(即检测模式的振动)。具体来说,对驱动振动臂44~47和连结臂42、43作用图3中箭头γ所示的方向的科里奥利力而激励出新的振动。与此相伴地,对检测振动臂48、49激励出图3中箭头β所示的方向的检测振动以抵消该连结臂42、43的振动。而且,从检测信号电极获得通过该检测振动而在检测振动臂48、49产生的电荷来作为检测信号,根据该检测信号来求出角速度。
3.物理量传感器的制造方法
接着,以制造上述物理量传感器10的情况为例对包含振动元件的制造方法的物理量传感器的制造方法进行说明。
图5是用于对振动元件的制造方法的一例进行说明的流程图。如图5所示,物理量传感器10的制造方法具有[1]振动元件形成工序(步骤S1)、[2]安装工序(步骤S2)、[3]频率调整工序(步骤S3)、以及[4]密封工序(步骤S4)。这里,物理量传感器10的制造方法包含振动元件1的频率调整方法和振动元件1的制造方法。振动元件1的频率调整方法具有上述[1]~[4]工序中的至少[3]工序。振动元件1的制造方法具有上述[1]~[4]工序中的至少[1]工序和[3]工序。以下,对各工序依次进行说明。
[1]振动元件形成工序(步骤S1)
图6是经过振动元件形成工序而获得的振动元件的俯视图。并且,图7是经过振动元件形成工序而获得的振动元件的仰视图。
首先,形成图6所示的振动元件1a来作为频率调整前的振动元件。即,在本工序中,如图6所示,形成具有施重膜图案5a的振动元件1a,该施重膜图案5a具有施重膜55、56和形成凹部511、521、531、541之前的施重膜51a、52a、53a、54a。
具体来说,例如,首先,准备作为振动体4的原材料的石英基板,在该石英基板的一个面上涂布光致抗蚀剂以曝光显影成与振动体4对应的形状,从而获得抗蚀剂掩模(未图示)。接着,在形成有抗蚀剂掩模的状态下例如通过蒸镀法、溅射法等在石英基板的两个面上分别按顺序形成Cr层、Au层,然后例如通过镀覆法等在Au层上形成Ni层。之后,例如通过蚀刻等将抗蚀剂掩模去除而获得掩模。
接着,从石英基板的一个面侧隔着掩模例如通过反应性离子蚀刻RIE对石英基板进行干蚀刻,该反应性离子蚀刻RIE使用了C4F8来作为蚀刻气体。由此,形成振动体4。另外,在该阶段下,振动体4为与石英基板的其他部分连结的状态(即“晶片状态”)。在该晶片状态下,振动体4例如经由折取部与石英基板的其他部分连结,该折取部的宽度和厚度中的至少一方较小,形成得较脆弱。并且,在晶片状态下,能够在石英基板上同时形成多个振动元件1。
之后,在振动体4的表面例如通过溅射装置等成膜装置均匀地形成金属膜。然后,通过涂布光致抗蚀剂并进行曝光显影而获得抗蚀剂掩模,然后,使用蚀刻液将金属膜的从抗蚀剂掩模露出的部分去除。由此,形成电极膜图案。
接着,在电极膜图案上例如通过掩模蒸镀来形成施重膜图案5a。
如以上那样形成振动元件1a。
另外,在形成了振动元件1a之后,能够根据需要来进行失谐频率调整工序,对作为检测振动臂48、49的谐振频率与驱动振动臂44~47的谐振频率之差的失谐频率进行调整。在失谐频率调整工序中,例如,对检测振动臂48、49和驱动振动臂44~47各自的谐振频率进行测量,根据该测量结果将施重膜55、56的至少一部分去除。根据情况的不同,有时也将驱动振动臂的施重膜51、52、53、54的一部分去除。由此,能够对检测振动臂48、49的谐振频率或驱动振动臂44~47的谐振频率进行调整,从而能够对失谐频率进行调整。
并且,本工序也可以是准备通过其他方法形成的振动元件1a的工序。
[2]安装工序(步骤S2)
接着,虽然未图示,但将晶片状态的振动元件1a与石英基板切离。这是例如将折取部折断的过程。然后,将振动元件1a安装于上述封装11的基座111(参照图1)。另外,在本工序中,盖112不与基座111接合。并且,在本工序中,电路元件14被粘接剂16固定在基座111的凹部的下阶面,布线图案13通过导电性粘接剂17而与设置于基座111的凹部的上阶面的多个连接端子连接(参照图1)。
[3]频率调整工序(步骤S3)
图8是频率调整工序中的振动元件的俯视图。
接着,将施重膜51a~54a的一部分去除而进行振动泄漏量的调整,以使得驱动振动臂44~47的谐振频率彼此相等。这里,“振动泄漏量”是指在使驱动振动臂44~47驱动振动并且不施加旋转时从检测振动臂48、49输出的信号(即偏差或零点信号)的大小。
在本工序中,首先,测量驱动振动臂44~47的谐振频率。并且,将施重膜51a~54a中的至少1个的一部分去除规定的量,通过测量由此产生的驱动频率的变化量,求出驱动频率相对于加工量的变化量。另外,对多个振动体4的每个振动体测量驱动振动臂44~47的谐振频率并且求出驱动频率的变化量。
接着,根据驱动振动臂44~47的谐振频率的测量结果以及驱动频率相对于加工量的变化量,如图8所示的那样对施重膜51a~54a的一部分照射能量线E而将施重膜51a~54a的一部分去除,以使驱动振动臂44~47的谐振频率彼此相等。由此,如图3所示,形成凹部511、521、531、541。其结果是,施重膜51a~54a的质量减小,能够对驱动振动臂44~47的谐振频率进行调整。
作为能量线E,例如,优选使用脉冲宽度为1ps(皮秒)以下的激光(例如,准分子激光、离子束等)。特别是优选使用FIB(Focused Ion Beam)、IBF(Ion Beam Figuring)等离子束。并且,能够通过使用FIB来更高精度地进行微细的加工。能够通过使用IBF来迅速地进行微细的加工,因此能够提高生产性。
如图8所示,照射能量线E的区域S51、S52、S53、S54例如是施重部441、451、461、471的上表面的位于末端侧的区域。并且,优选区域S51和区域S53位于以穿过基部主体410的中心的线段A为对称轴时互相呈线对称的位置。同样,优选区域S52和区域S54位于以穿过基部主体410的中心的线段A为对称轴时互相呈线对称的位置。并且,优选区域S51~S54在平面观察时为彼此相同的形状和彼此相同的面积。区域S51~S54的平面观察时的面积例如是1μm2~20000μm2左右。
并且,优选根据驱动振动臂44~47的谐振频率的测量结果和驱动频率相对于加工量的变化量,对每个区域S51~S54设定能量线E的照射时间、照射量或输出。由此,能够高精度地进行驱动振动臂44~47的谐振频率的匹配。在本实施方式中,作为一例,能量线E对区域S51、S52的照射时间、照射量或输出被设定为比对区域S53、S54的照射时间、照射量或输出大。
如以上那样形成图1所示的振动元件1。在本实施方式中,作为一例,使驱动振动臂44的凹部511的深度d1比驱动振动臂46的凹部531的深度d3形成得深(参照图4)。并且,虽然未图示,但作为一例,使驱动振动臂45的凹部521的深度d2形成得比驱动振动臂47的凹部541的深度d4形成得深。另外,深度d1、d3的大小关系和深度d2、d4的大小关系也可以分别是相反的。并且,其结果是,凹部511、521、531、541的深度也可以彼此相同。进而,只要根据需要来设置凹部511、521、531、541即可,也可以存在完全不形成凹部的情况。
另外,也可以根据需要在驱动振动臂44、45、46、47设置抑制能量线E的绕入等的构造。作为该构造,例如,列举了从与施重部441、451、461、471的侧面即Y轴平行的面和与最末端面即X轴平行的面突出的构造物。通过设置该构造物,能够阻挡想要绕入的能量线E,抑制意料之外的能量线E的照射。
并且,根据需要来充分减小能量线E的光束尺寸也是有用的。即,也可以使能量线E以充分小的尺寸聚光,或者使限制照射区域的掩模的开口部充分减小。由此,能够抑制意料之外的能量线E的照射。
另外,振动元件1所具有的凹部511、521、531、541的表面通过能量线E的照射而成为悬键露出的状态,即成为以化学的方式激活的状态。
[4]密封工序(步骤S4)
接着,通过接合部件113将盖112与基座111接合,对基座111的凹部进行密封。由此,将振动元件1容纳在封装11内。密封工序是在接合了盖112之后使封装11内为规定的环境例如真空状态而进行密封的工序。
其中,盖112与基座111的接合是通过如下方式进行的:在基座111上设置例如接缝环那样的接合部件113,在将盖112载置在接合部件113上之后,例如使用电阻焊接机将接合部件113缝焊到基座111上。
图9是密封工序中的振动元件的平面图。
在本工序中,由于是缝焊,所以在封装11的内部产生由粘接剂16或导电性粘接剂17产生的气体。例如,在粘接剂16或导电性粘接剂17使用了硅酮类粘接剂的情况下,封装11的内部成为被含有硅酮的气体填充的状态。这里,如上述那样,凹部511、521、531、541的表面是悬键露出的状态,即是化学活性的状态。因此,凹部511、521、531、541的表面的悬键处于容易与由粘接剂16或导电性粘接剂17产生的气体中所含有的、例如硅酮分子那样的各种有机物或水分等物质M以化学方式结合的状态(参照图9)。其原因是,在缝焊时,例如在几秒左右的短时间内凹部511、521、531、541的表面的悬键与物质M结合。
接着,在真空室(未图示)内将缝焊时在封装11的内部产生的气体从贯通孔115排出,然后通过密封件116将贯通孔115密封(参照图1)。
能够如以上那样形成物理量传感器10。
这里,由于上述的物质M与凹部511、521、531、541的结合是随着时间的经过而累积的,所以导致驱动振动臂44~47的谐振频率随时间发生变化。也就是说,不管为了调整驱动振动臂44~47的谐振频率而如何形成凹部511、521、531、541,该凹部511、521、531、541都会引起物质M的结合,其结果是,担心驱动振动臂44~47的振动平衡随着时间的经过而发生偏差。
为了消除该担心,如后述那样,考虑了对凹部511、521、531、541的面积互相进行调整。即,考虑了即使假设物质M被吸附在凹部511、521、531、541中,该吸附量也不容易互相出现偏差。由此,能够在一定程度上抑制驱动振动臂44~47的振动平衡的偏差。
然而,虽然被能量线E照射的地方基本上存在施重膜51a、52a、53a、54a,但有时也会因能量线E的绕入等而意外地使施重部441、451、461、471的下表面也被能量线E照射。这种意料之外的照射的结果是,不仅在施重膜51a、52a、53a、54a引起物质M的结合,还在施重部441、451、461、471的下表面引起物质M的结合。在该情况下,由于难以在施重部441、451、461、471的下表面对能量线E的照射面积进行控制,其结果是,也难以对物质M的结合量进行控制,驱动振动臂44~47的振动平衡的偏差有可能随时间增大。
因此,在本实施方式中,在振动元件1a的驱动振动臂44、45、46、47的施重膜51a、52a、53a、54a的上表面与施重部441、451、461、471的下表面之间,使被能量线E激活的激活量不同。
具体来说,在本实施方式中,将振动元件1a的驱动振动臂44、45、46、47的施重膜51a、52a、53a、54a的各上表面设为“第1主面4411、4511、4611、4711”,将各下表面设为“第2主面4412、4512、4612、4712”。
即,在本实施方式中,如图6所示,在施重部441、451、461、471的上表面的一部分设置施重膜51a、52a、53a、54a,其各上表面是“第1主面4411、4511、4611、4711”。另一方面,在本实施方式中,如图7所示,在施重部441、451、461、471的整个下表面露出振动体4的构成材料例如石英等。也就是说,在施重部441、451、461、471的下表面不设置施重膜。因此,在本实施方式中,图7所示的施重部441、451、461、471的整个下表面是“第2主面4412、4512、4612、4712”。
而且,第1主面4411、4511、4611、4711和第2主面4412、4512、4612、4712的构成材料互相不同。然后,在对这些面照射能量线E时,第2主面4412、4512、4612、4712被能量线E激活的激活量比第1主面4411、4511、4611、4711被能量线E激活的激活量小。
这种被能量线E激活的激活量是影响物质M的结合量的物性值。即,激活量越大,物质M的结合量越多。因此,激活量越大,驱动振动臂44~47的振动平衡随时间的偏差越容易变大。并且,能量线E的照射量也会影响物质M的结合量,照射量越多,物质M的结合量越多。
在此基础上,在本实施方式中,可以使作为施重部441、451、461、471的各下表面的第2主面4412、4512、4612、4712被能量线E激活的激活量比作为施重膜51a、52a、53a、54a的各上表面的第1主面4411、4511、4611、4711被能量线E激活的激活量小。由此,即使假设能量线E意外地照射到施重部441、451、461、471的下表面,也不容易引起物质M与下表面的结合。也就是说,即使照射于第2主面4412、4512、4612、4712的能量线E的照射量互相不同,但由于原本在第2主面4412、4512、4612、4712中每单位照射量的物质M的结合量较少,所以物质M的结合量的偏差被抑制为较小。并且,结合量随时间增加的幅度所引起的偏差也被抑制为较小。因此,容易抑制驱动振动臂44~47的振动平衡的偏差随时间变大,能够抑制振动泄漏的产生。
总之,本实施方式的振动元件的频率调整方法中,振动元件1a具有:基部41;以及驱动振动臂44~47,它们从基部41起延伸,具有相互处于正反关系的第1主面4411、4511、4611、4711和第2主面4412、4512、4612、4712,该振动元件的频率调整方法具有频率调整工序,通过对该振动元件1a照射能量线E而将第1主面4411、4511、4611、4711的一部分即施重膜51a、52a、53a、54a的各上表面的一部分去除,从而形成凹部511、521、531、541,由此对振动元件1a的谐振频率进行调整。而且,振动元件1a的第2主面4412、4512、4612、4712被能量线E激活的激活量比第1主面4411、4511、4611、4711被能量线E激活的激活量小。
根据这样的方法,由于抑制了物质M的结合量在第2主面4412、4512、4612、4712上互相大不相同,所以即使假设能量线E意外地照射在第2主面4412、4512、4612、4712上,也容易抑制驱动振动臂44~47的振动平衡随时间发生偏差。其结果是,能够抑制在振动元件1中发生振动泄漏。
并且,振动元件1a具有:基部41;以及驱动振动臂44~47,它们从基部41起延伸,具有互相处于正反关系的第1主面4411、4511、4611、4711和第2主面4412、4512、4612、4712,第2主面4412、4512、4612、4712被能量线E激活的激活量比第1主面4411、4511、4611、4711被能量线E激活的激活量小。
根据这样的振动元件1a,由于抑制了物质M的结合量在第2主面4412、4512、4612、4712上互相大不相同,所以即使假设能量线E意外地照射在第2主面4412、4512、4612、4712上,也容易抑制驱动振动臂44~47的振动平衡随时间发生偏差。因此,能够获得抑制了发生振动泄漏的振动元件1。
并且,如上所述,图3所示的驱动振动臂44、45、46、47具有:臂部440、450、460、470,它们位于基部41侧;施重部441、451、461、471,它们比臂部440、450、460、470靠末端侧,即、位于与基部41相反的一侧;以及施重膜51、52、53、54,它们是频率调整膜的例子。
根据这样的驱动振动臂44~47,能够使设置于宽度较宽的施重部441、451、461、471的第1主面4411、4511、4611、4711的面积充分变大。因此,能够使施重膜51、52、53、54的面积和质量也充分变大,能够充分确保谐振频率的调整宽度、调整效率、精度。
并且,在本实施方式中,优选第1主面4411、4511、4611、4711即施重膜51、52、53、54含有金属材料。也就是说,在本实施方式中,优选第1主面4411、4511、4611、4711是含有金属材料的面。由此,第1主面4411、4511、4611、4711的构成材料的比重较大,能够高效地进行照射了能量线E时的质量变化。并且,金属材料的基于能量线E的加工性比较好。其结果是,能够高效地进行振动元件1a的谐振频率的调整。
另一方面,在本实施方式中,优选第2主面4412、4512、4612、4712含有氧化物材料。也就是说,在本实施方式中,优选第2主面4412、4512、4612、4712是含有氧化物材料的面。作为氧化物材料,列举了上述氧化铝、石英之类的氧化硅、氧化钛、氧化锆、氧化钇等,使用它们中的1种或两种以上。通过使用这种氧化物材料,能够将第2主面4412、4512、4612、4712被能量线E激活的激活量抑制为特别小。因此,能够进一步抑制物质M的结合量在第2主面4412、4512、4612、4712上互相大不相同。
另外,在本实施方式中,由于在施重部441、451、461、471的下表面不设置施重膜,所以第2主面4412、4512、4612、4712例如是含有石英那样的振动体4的构成材料的面。石英的清洁度通常比其他材料高,即,是最初附着的物质M的量较少的材料,并且也是其清洁度的均匀性较高且清洁度基于部位的偏差较小的材料。因此,例如避免了每个驱动振动臂44、45、46、47的清洁度大不相同之类的情况,能够避免与清洁度的差异相伴的质量平衡的恶化。因此,能够更高精度地对谐振频率进行调整。
另外,“激活量较小”其一是指在能量线E的照射区域中每单位面积的有机物的附着量较小。因此,是指假设在规定的条件下产生有机物的附着时,此时的附着量较小。而且,只要第2主面4412、4512、4612、4712被能量线E激活的激活量比第1主面4411、4511、4611、4711被能量线E激活的激活量小即可,但优选为第1主面的激活量的95%以下,更优选为90%以下。
并且,能够通过测量以下那样的有机物的附着量的方法来评价激活量的大小。
首先,准备10个作为测量对象的表面状态的区域形成为0.2mm×0.2mm以上的面积的振动片,通过XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy:X射线光电子能谱)来测量有机物气氛暴露前的测量对象区域的表面的含碳量。然后,求出10个样本的含碳量的平均值。作为XPS装置,例如可以使用ULVAC-PHI社制的QuanteraII。
接着,将这些振动片和放入到玻璃皿中的2ml的润滑脂封入在大气压下的玻璃容器内,在25℃下进行168个小时的有机物气氛暴露。与暴露前的测量同样地通过XPS对暴露后的样本的测量对象区域测量表面的含碳量,求出10个样本的含碳量的平均值。作为润滑脂,例如可以使用THK社制的AFE-CA润滑脂。求出该有机物气氛暴露前后的表面的平均含碳量之差来作为激活量的指标。
并且,有机物的附着容易度会受到能量线E的照射区域中的原子间的结合力的影响。因此,“激活量较小”其二是指由被附着区域中的原子间的结合力相对较大的材料构成。具体来说,由于原子间的结合力按照共价键、离子键、金属键的顺序从大到小,所以例如在第1主面4411、4511、4611、4711含有金属材料且第2主面4412、4512、4612、4712含有氧化物材料的情况下,金属材料的原子间是金属键,氧化物材料的原子间是共价键,因此可以说第2主面4412、4512、4612、4712被能量线E激活的激活量比第1主面4411、4511、4611、4711被能量线E激活的激活量小。
并且,在该情况下,优选第2主面4412、4512、4612、4712所含有的材料(例如氧化物材料)的分子量或原子量比第1主面4411、4511、4611、4711所含有的材料(例如金属材料)的原子量或分子量小。由此,激活量之差更大,上述效果更显著。
另外,作为该金属材料,例如列举出上述各种金属材料。
而且,与含有激活量相对较大的材料(例如金属材料等)的第1主面4411、4511、4611、4711相比,含有这种激活量相对较小的材料(例如氧化物材料等)的第2主面4412、4512、4612、4712存在能量线E的加工速率即每单位时间的加工量较小的倾向。因此,可以说第2主面4412、4512、4612、4712不仅在有机物的附着量上相对较小,而且本身也不容易加工。因此,这样的第2主面4412、4512、4612、4712还能够抑制与产生意料之外的加工而使质量减少相伴的谐振频率的调整精度的降低的情况。
另一方面,作为第2主面4412、4512、4612、4712所含有的材料,除了氧化物材料之外,列举出氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼那样的氮化物材料、碳化硅、石墨、碳化钨那样的碳化物材料、钛酸钡、钛酸锶、PZT、PLZT、PLLZT那样的铁电体材料、各种树脂材料等,可以对它们中的1种或两种以上进行组合使用。
并且,上述那样的激活量的大小关系在施重部441、451、461、471的各上表面和施重部441、451、461、471的各下表面中的至少一部分成立即可。
具体来说,在图3中,在施重部441、451、461、471的各上表面的一部分设置有施重膜51、52、53、54。即,施重部441、451、461、471的各上表面的一部分是第1主面4411、4511、4611、4711。
这样,即使在施重部441、451、461、471的各上下表面的一部分中上述激活量的大小关系成立的情况下,也能够获得上述效果。
另外,优选第1主面4411、4511、4611、4711占据施重部441、451、461、471的各上表面的面积的50%以上,更优选占据70%以上。
同样,优选第2主面4412、4512、4612、4712占据施重部441、451、461、471的各下表面的面积的50%以上,更优选占据70%以上。
并且,本实施方式的振动体4形成为所谓的双T型的形状。因此,振动元件1a具有从基部41向彼此相同的方向延伸的一对驱动振动臂44、46和一对驱动振动臂45、47。由于这样的振动元件1a的形状的对称性较高,所以容易基于能量线E调整调整谐振频率,其结果是,可获得振动泄漏更少的振动元件1。
并且,凹部511、521、531、541可以是任何形状,但在本实施方式中,在从基部41的厚度方向进行平面观察时,以彼此相同的面积的方式来设定形状。即,在本实施方式中,在从基部41的厚度方向进行平面观察时,对一个驱动振动臂44照射能量线E的区域(即凹部511)的面积被设定为与对另一个驱动振动臂46照射能量线E的区域(即凹部531)的面积相同。同样,对一个驱动振动臂45照射能量线E的区域(即凹部521)的面积被设定为与对另一个驱动振动臂47照射能量线E的区域(即凹部541)的面积相同。由此,能够使与凹部511、521、531、541结合的物质M的量彼此大致相等。其结果是,在形成凹部511、521、531、541而对驱动振动臂44~47的谐振频率进行了调整之后,能够抑制驱动振动臂44~47的振动平衡随时间发生偏差。
另外,凹部511、521、531、541的平面观察时的面积没有特别地限定,但例如为1μm2~20000μm2左右。
并且,也可以在驱动振动臂44~47分别形成多个凹部。在该情况下,也优选驱动振动臂44~47各自的凹部的面积的总和彼此相同。
并且,在本说明书中,“相同”和“相等”表示实际上的相同或相等,是指包括机械设计和设置等的误差。因此,“相同”和“相等”是指包括对象彼此的差为±5%以内的情况。
并且,凹部511、521、531、541的平面观察时的面积未必需要是彼此相同的面积,也可以互相不同。
并且,凹部511和凹部531可以形成在施重膜51和施重膜53的任何位置,但在本实施方式中,X轴方向的位置被设置在以穿过基部41的中心并与Y轴平行的线段A为对称轴时互相呈线对称的位置。同样,凹部521和凹部541设置在以线段A为对称轴时互相呈线对称的位置。并且,在本实施方式中,凹部511、521、531、541在Y轴方向上的位置位于施重部441、451、461、471的末端侧。由此,能够高效且高精度地进行需要微小调整的驱动振动臂44~47的谐振频率的调整。
并且,关于凹部511、521、531、541的深度,在本实施方式中,凹部511、521、531、541中的至少1个深度与其他凹部的深度不同。由此,能够在使从基部41的厚度方向进行平面观察时的凹部511、521、531、541的面积几乎不变的情况下,使凹部511、521、531、541的体积互相不同。也就是说,能够在使与凹部511、521、531、541结合的物质M的量几乎不变的情况下,使施重膜51、52、53、54的质量互相不同,能够对驱动振动臂44~47的谐振频率进行调整。因此,在形成凹部511、521、531、541而对驱动振动臂44~47的谐振频率进行了调整之后,即使凹部511、521、531、541与物质M结合也不容易引起结合量的不平衡,因此能够抑制驱动振动臂44~47的振动平衡随时间发生偏差。
另外,凹部511、521、531、541的深度d1~d4例如分别为1nm~2000nm左右。
并且,通过改变深度而不改变凹部511、521、531、541的平面观察时的面积,能够将使能量线E扫描的移动量即扫描量抑制为较小。由此,能够容易且高效地进行频率的调整。
另外,作为谐振频率调整后的结果,凹部511、521、531、541的深度也可以彼此相同。
并且,如上述那样,优选一对驱动振动臂44、46在平面观察时互相平行。同样,优选一对驱动振动臂45、47在平面观察时互相平行。由此,能够高效且高精度地进行需要微小调整的驱动振动臂44~47的谐振频率的调整。
并且,如上述那样,一对驱动振动臂44、46在平面观察时互相平行并且相对于基部41向相同侧延伸。同样,一对驱动振动臂45、47在平面观察时互相平行并且相对于基部41向相同侧延伸。
根据这样的振动元件1或振动元件1a,能够抑制在X-Y平面内与一对驱动振动臂44、46互相交替地反复进行接近和远离的弯曲振动和一对驱动振动臂45、47互相交替地反复进行接近和远离的弯曲振动相伴的基部41的变形,从而进一步抑制从基部41到外部的振动泄漏。并且,通过对这样的振动元件1或振动元件1a使用本实施方式的调整方法,减少了因驱动振动臂44~47的振动平衡随时间发生偏差而导致的振动泄漏,因此,能够实现高精度且稳定性高的振动元件1。
另外,在本说明书中,“平行”是指允许制造时的误差。
以上,如所说明的那样,振动元件1的制造方法包含振动元件1a的频率调整方法。由此,能够获得减少了因驱动振动臂44~47的振动平衡随时间发生偏差而导致的振动泄漏的振动元件1。
并且,物理量传感器10具有这样的振动元件1和收纳着振动元件1的封装11。由此,能够实现高精度且稳定性高的物理量传感器10。
4.惯性测量装置
图10是示出本发明的惯性测量装置的实施方式的分解立体图。图11是图10所示的惯性测量装置所具有的基板的立体图。
图10所示的惯性测量装置2000(IMU:Inertial Measurement Unit)是所谓的6轴运动传感器,例如,安装于汽车、机器人等移动体(即测量对象物)而进行使用,检测该移动体的姿势和行为(即惯性运动量)。
该惯性测量装置2000具有外壳2100、接合部件2200以及传感器模块2300,传感器模块2300在隔着接合部件2200的状态下嵌合在外壳2100内。
外壳2100形成为箱状,在该外壳2100的位于对角的两个角部上设置有螺纹孔2110,该螺纹孔2110用于对测量对象物进行螺纹固定。
传感器模块2300具有内壳2310和基板2320,内壳2310在支承着基板2320的状态下被收纳在上述外壳2100的内部。这里,内壳2310通过粘接剂等并经由接合部件2200(例如橡胶制的垫片)而与外壳2100接合。并且,内壳2310具有:凹部2311,其作为安装在基板2320上的部件的收纳空间来发挥功能;以及开口部2312,其用于使设置在基板2320上的连接器2330朝向外部露出。基板2320例如是多层布线基板,利用粘接剂等与内壳2310接合。
如图11所示,在基板2320上安装有连接器2330、角速度传感器2340X、2340Y、2340Z、加速度传感器2350和控制IC 2360。
连接器2330用于与未图示的外部装置电连接,在该外部装置与惯性测量装置2000之间进行电力、测量数据等电信号的收发。
角速度传感器2340X检测绕X轴的角速度,角速度传感器2340Y检测绕Y轴的角速度,角速度传感器2340Z检测绕Z轴的角速度。这里,角速度传感器2340X、2340Y、2340Z分别是上述物理量传感器10。并且,加速度传感器2350例如是使用MEMS技术而形成的加速度传感器,检测X轴、Y轴和Z轴的各轴向上的加速度。
控制IC 2360是MCU(Micro Controller Unit),内置有包含非易失性存储器在内的存储部、A/D转换器等,对惯性测量装置2000的各部分进行控制。这里,在存储部中存储有规定了用于检测加速度和角速度的顺序和内容的程序、对检测数据进行数字化后导入到分组数据中的程序、附带数据等。
如上所述,惯性测量装置2000具有:角速度传感器2340X、2340Y、2340Z那样的包含振动元件1的物理量传感器10;以及控制IC 2360,其是与物理量传感器10电连接的电路。根据这样的惯性测量装置2000,能够利用物理量传感器10的优异的传感器特性来提高惯性测量装置2000的特性、例如测量精度。
5.电子设备
图12是示出作为本发明的电子设备的实施方式的移动型的个人计算机的立体图。
在该图中,个人计算机1100由具有键盘1102的主体部1104和具有显示部1108的显示单元1106构成,显示单元1106通过铰链构造部以能够转动的方式支承在主体部1104上。在这样的个人计算机1100中内置有包含上述振动元件1的惯性测量装置2000。
图13是示出作为本发明的电子设备的实施方式的移动电话的俯视图。
在该图中,移动电话1200具有天线(未图示)、多个操作按钮1202、接听口1204以及通话口1206,在操作按钮1202与接听口1204之间配置有显示部1208。在这样的移动电话1200中内置有包含上述振动元件1在内的惯性测量装置2000。
图14是示出作为本发明的电子设备的实施方式的数字静态照相机的立体图。
在图14中,在数字静态照相机1300的壳体1302的背面设置有显示部1310,构成为根据CCD的摄像信号来进行显示,显示部1310作为将被摄体显示为电子图像的取景器来发挥功能。并且,在壳体1302的正面侧(即,图中背面侧)设置有包含光学镜头那样的摄像光学系统或CCD等的受光单元1304。而且,当摄影者确认了在显示部1310中显示的被摄体像并按下快门按钮1306时,将该时间点的CCD的摄像信号传输到存储器1308并进行储存。在这样的数字静态照相机1300中内置有包含上述振动元件1在内的惯性测量装置2000,该惯性测量装置2000的测量结果例如用于手抖校正。
以上那样的电子设备具有振动元件1。根据这样的电子设备,能够利用振动元件1的优异的特性来提高电子设备的特性(例如可靠性)。
另外,本发明的电子设备除了图12的个人计算机、图13的移动电话、图14的数字静态照相机之外,例如还能够应用于智能手机、平板终端、包括智能手表在内的钟表、喷墨式排出装置例如喷墨打印机、HMD(头戴式显示器)等可佩戴终端、膝上型个人计算机、电视、摄像机、录像机、车载导航装置、寻呼机、还包含带通信功能的电子记事本、电子辞典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、视频电话、防盗用电视监视器、电子双筒镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类(例如,车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、便携终端用的基站、飞行模拟器等。
6.移动体
图15是示出作为本发明的移动体的实施方式的汽车的立体图。
在图15所示的汽车1500中内置有包含上述的振动元件1在内的惯性测量装置2000,例如能够由惯性测量装置2000检测车体1501的姿势。惯性测量装置2000的检测信号被提供给车体姿势控制装置1502,车体姿势控制装置1502能够根据该信号检测车体1501的姿势,与检测结果对应地控制悬架的软硬并且控制各个车轮1503的制动。
另外,这样的姿势控制能够用于双足步行机器人或无人机那样的无线电操纵直升机。如上所述,在实现各种移动体的姿势控制时,组装了惯性测量装置2000。
如上所述,作为移动体的汽车1500具有振动元件1。根据这样的汽车1500,能够利用振动元件1的优异的特性来提高汽车1500的特性(例如可靠性)。
以上,根据图示的实施方式对本发明的振动元件的频率调整方法、振动元件的制造方法、振动元件、物理量传感器、惯性测量装置、电子设备和移动体进行了说明,但本发明并不限定于此,各部分的结构可置换为具有同样的功能的任意结构。并且,可以在本发明中附加其他任意的结构物。
另外,在上述实施方式中,振动元件具有施重部,但也可以不具有施重部。即,驱动振动臂的末端侧的区域的宽度也可以与基端侧的区域(即臂部同样)的宽度相同。在该情况下,只要将驱动振动臂的距末端为30%(即驱动振动臂的全长的30%)的范围视为施重部,并且上述那样的激活量的大小关系在第1主面与第2主面之间成立即可。
并且,振动元件具有两组在平面观察时互相平行并且相对于基部向相同侧延伸的一对驱动振动臂,但一对驱动振动臂也可以为1组。
并且,在上述实施方式中,振动元件形成为所谓的双T型的形状,但并不限定于此,例如,也可以是H型、双脚音叉、三脚音叉、正交型、棱柱型等各种方式。
并且,作为上述的振动体的构成材料,例如,也可以使用石英以外的、钽酸锂、铌酸锂等压电单晶或压电陶瓷等压电材料。
在此清楚地以参考的方式并入于2018年3月29日提出的第2018-065214号日本专利申请的全部公开内容。
Claims (15)
1.一种振动元件的频率调整方法,其特征在于,
该振动元件具有基部和振动臂,所述振动臂从所述基部起延伸,并且具有互相处于正反关系的第1主面和第2主面,
所述振动元件的频率调整方法具有如下的工序:通过对所述振动元件照射能量线而将所述振动臂的所述第1主面侧的一部分去除,从而对所述振动元件的谐振频率进行调整,
所述振动臂的所述第2主面侧被所述能量线激活的激活量比所述振动臂的所述第1主面侧被所述能量线激活的激活量小。
2.根据权利要求1所述的振动元件的频率调整方法,其中,
所述振动臂具有:臂部,其位于所述基部侧;施重部,其比所述臂部靠末端侧;以及频率调整膜,其设置于所述施重部的所述第1主面侧,
对所述频率调整膜的至少一部分照射所述能量线。
3.根据权利要求2所述的振动元件的频率调整方法,其中,
所述频率调整膜含有金属材料,所述施重部的所述第2主面侧含有氧化物材料。
4.根据权利要求1所述的振动元件的频率调整方法,其中,
所述振动元件具有一对所述振动臂,一对所述振动臂从所述基部起向彼此相同的方向延伸。
5.根据权利要求4所述的振动元件的频率调整方法,其中,
在从所述基部的厚度方向进行平面观察时,一个所述振动臂的被所述能量线照射到的区域的面积与另一个所述振动臂的被所述能量线照射到的区域的面积是相同的。
6.一种振动元件的制造方法,其特征在于,
该振动元件的制造方法包含权利要求1~5中的任意一项所述的振动元件的频率调整方法。
7.一种振动元件,其特征在于,
该振动元件具有:
基部;以及
振动臂,其从所述基部起延伸,并且具有互相处于正反关系的第1主面和第2主面,
被照射能量线时的所述振动臂的所述第2主面侧的激活量比被照射所述能量线时的所述振动臂的所述第1主面侧的激活量小。
8.根据权利要求7所述的振动元件,其中,
所述振动臂具有:臂部,其位于所述基部侧;施重部,其比所述臂部靠末端侧;以及频率调整膜,其设置于所述施重部的所述第1主面侧,
所述频率调整膜的至少一部分被照射了所述能量线。
9.根据权利要求8所述的振动元件,其中,
所述频率调整膜含有金属材料,所述施重部的所述第2主面侧含有氧化物材料。
10.根据权利要求7所述的振动元件,其中,
所述振动元件具有一对所述振动臂,一对所述振动臂从所述基部起向彼此相同的方向延伸。
11.根据权利要求10所述的振动元件,其中,
在从所述基部的厚度方向进行平面观察时,一个所述振动臂的被所述能量线照射到的区域的面积与另一个所述振动臂的被所述能量线照射到的区域的面积是相同的。
12.一种物理量传感器,其特征在于,
该物理量传感器具有:
权利要求7所述的振动元件;以及
封装,其收纳有所述振动元件。
13.一种惯性测量装置,其特征在于,
该惯性测量装置具有:
权利要求12所述的物理量传感器;以及
电路,其与所述物理量传感器电连接。
14.一种电子设备,其特征在于,
该电子设备具有:
权利要求7所述的振动元件;以及
电路,其对所述振动元件输出驱动信号。
15.一种移动体,其特征在于,
该移动体具有:
权利要求7所述的振动元件;以及
主体,其搭载着具有所述振动元件的物理量传感器。
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