JP2015087335A - 振動基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動特性に優れた振動基板を効率的に製造することができる振動基板の製造方法を提供する。【解決手段】振動基板の製造方法は、母材２０’として振動基板よりも厚いものを用意し、母材２０’の表側の面２０１に検出用振動腕２３１、２３２の平面形状に沿ったパターニングを施すパターニング形成工程と、このパターニングに沿って母材２０’を表側から除去しつつ、母材２０’の裏側に除去しろ２０４を残す第１の除去工程と、検出用振動腕２３１、２３２の幅を測定して、その測定結果に基づいて検出用振動腕２３１、２３２の厚さを求める測定工程と、母材２０’の裏側から除去しろ２０４を除去して、検出用振動腕２３１、２３２の厚さを測定工程で求められた厚さとする第２の除去工程とを有する。【選択図】図９

Description

本発明は、振動基板の製造方法に関する。

従来から、例えば、車両における車体制御、カーナビゲーションシステムの自車位置検出、デジタルカメラやビデオカメラ等の振動制御補正（いわゆる手ぶれ補正）等に用いられ、角速度等の物理量を検出する角速度センサー（振動ジャイロセンサー）が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１、特許文献２に記載の角速度センサーは、それぞれ、音叉型の基板を有する角速度センサーである。

特許文献１では、角速度センサーを製造する際に、音叉型の基板をパッケージに実装し、その実装状態で基板に対してエッチングを施して、その都度周波数（共振周波数）を測定し、当該周波数の調整を行なっていた。しかしながら、このような製造方法では、パッケージが存在する分、基板に対するエッチングが行なりにくく生産効率が低下してまったり、正確な周波数調整が困難となったりしていた。

また、特許文献２では、角速度センサーを製造する際に、音叉型の基板を一旦ダミー基板に接着して、その接着状態で基板をそのダミー基板と反対側の面から研削して、当該基板の厚さを所望の厚さに調整していく。しかしながら、基板を「所望の厚さ」のものとすれば、当該基板は、使用時に予定される周波数を有するものとなるとは限らない。この理由としては、周波数を決定する要因は、基板の厚さだけではなく、例えば基板の幅等も要因となるからである。そして、特許文献２での製造方法では、厚さと幅と関係を考慮して周波数を調整するという発想がない。

特許第４２８８９１４号公報 特許第４２５９０１９号公報

本発明の目的は、振動特性に優れた振動基板を効率的に製造することができる振動基板の製造方法を提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本発明の振動基板の製造方法は、板状をなす母材から製造され、該母材の厚さ方向に振動する少なくとも１本の振動腕を有する振動基板を製造する方法であって、
前記母材として前記振動基板よりも厚いものを用意して、前記母材の一方の面に前記振動腕の平面形状に沿ったパターニングを施すパターニング形成工程と、
前記パターニングに沿って前記母材を前記一方の面側から除去しつつ、前記母材の他方の面側に未だ除去されていない未除去部を残す第１の除去工程と、
前記振動腕の長手方向と直交する方向に沿った幅、または、前記振動腕の長手方向に沿った長さを測定して、その測定結果に基づいて前記振動腕の厚さを求める測定工程と、
前記母材の他方の面側から前記未除去部を除去して、前記振動腕の厚さを前記測定工程で求められた厚さとする第２の除去工程とを有することを特徴とする。

これにより、振動特性に優れた振動基板を効率的に製造することができる。

［適用例２］
本発明の振動基板の製造方法では、前記第２の除去工程は、研削または切削により行なわれるのが好ましい。

これにより、未除去部を過不足なく除去することができ、よって、測定工程で求められた厚さの振動腕となる。

［適用例３］
本発明の振動基板の製造方法では、前記研削は、精密研削であるのが好ましい。

この精密研削で用いられる研削液により、例えば、加工で生じた切りくずの排出が容易となったり、砥石と母材との摩擦による発熱をできる限り抑制することができたり、一旦発生した熱を迅速に放熱して母材の温度上昇を抑制し、当該母材の変形や変質を防止することができる。

［適用例４］
本発明の振動基板の製造方法では、前記第２の除去工程は、前記母材を前記他方の面が鉛直上方に向くように載置して行なわれるのが好ましい。

これにより、第２の除去工程で研削または切削を行なう際、その機械加工を容易に行なうことができる。

［適用例５］
本発明の振動基板の製造方法では、前記測定工程では、前記振動腕の幅を測定し、該振動腕の幅と前記振動腕の厚さとの関係を示す検量線に基づいて前記振動腕の厚さを求めるのが好ましい。

測定された振動腕の幅にも誤差（測定誤差や製造上の誤差）があるため、振動腕の厚さは、設計どおりの値とならない場合もある。そこで、検量線を用いれば、好適な幅を正確に求めることができる。

［適用例６］
本発明の振動基板の製造方法では、前記パターニング形成工程では、前記母材の一方の面にマスク層を形成するのが好ましい。

これにより、第１の除去工程で例えばドライエッチング法、ウェットエッチング法を用いた場合、振動腕を確実に形成することができる。

［適用例７］
本発明の振動基板の製造方法では、前記第１の除去工程は、エッチングにより行なわれるのが好ましい。

これにより、母材は、その一方の面側から徐々に過不足なく除去され、よって、当該母材には、ほぼ設計どおりの幅と全長とを有する振動腕に相当する部分が残る。

本発明の振動基板の製造方法により製造された振動基板を用いた振動子を模式的に示す平面図である。 図１に示す振動子の横断面図である。 図３は、図１に示す振動子の駆動用振動腕を示す図であり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は拡大横断面図である。 図１に示す振動子の検出用振動腕を示す図であり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は拡大横断面図である。 図１中の振動基板（振動素子）の動作を説明するための図である。 図１中の振動基板を製造する過程を順に示す横断面図である。 図１中の振動基板を製造する過程を順に示す横断面図である。 図１中の振動基板を製造する過程を順に示す横断面図である。 図１中の振動基板を製造する過程を順に示す横断面図である。 図１中の振動基板を製造する過程を順に示す横断面図である。 図１中の振動基板を製造する過程を順に示す横断面図である。 図１中の振動基板を製造する過程を順に示す横断面図である。 振動腕の幅と振動腕の厚さとの関係を示すグラフである。 本発明の振動基板の製造方法により製造された振動基板を用いたモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の振動基板の製造方法により製造された振動基板を用いた携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。 本発明の振動基板の製造方法により製造された振動基板を用いたディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の振動基板の製造方法により製造された振動基板を用いた移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の振動基板の製造方法を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

＜振動基板の実施形態＞
図１は、本発明の振動基板の製造方法により製造された振動基板を用いた振動子を模式的に示す平面図である。図２は、図１に示す振動子の横断面図である。図３は、図１に示す振動子の駆動用振動腕を示す図であり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は拡大横断面図である。図４は、図１に示す振動子の検出用振動腕を示す図であり、（ａ）は拡大平面図、（ｂ）は拡大横断面図である。図５は、図１中の振動基板（振動素子）の動作を説明するための図である。図６〜図１２は、それぞれ、図１中の振動基板を製造する過程を順に示す横断面図である。図１３は、振動腕の幅と振動腕の厚さとの関係を示すグラフである。

なお、以下では、説明の便宜上、図１〜図５において、互いに直交する（交差する）３つの軸として、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を図示しており、ｘ軸に平行な方向を「ｘ軸方向」、ｙ軸に平行な方向を「ｙ軸方向」、ｚ軸に平行な方向を「ｚ軸方向」という。また、各方向の正負は、図中の矢印に示すとおりである。

図１および図２に示す振動子（センサーデバイス）１は、角速度を検出するジャイロセンサーである。

このような振動子１は、例えば、撮像機器の手ぶれ補正や、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星信号を用いた移動体ナビケーションシステムにおける車両などの姿勢検出、姿勢制御等に用いることができる。

この振動子１は、振動素子２と、振動素子２を収納したパッケージ４とを有する。

以下、振動子１を構成する各部を順次説明する。

振動素子２は、１つの軸まわりの角速度を検出するジャイロセンサー素子である。

図１に示すように、振動素子２は、振動基板２０と、駆動用電極群５１、５２と、検出用電極群５３、５４とを有している。

振動基板２０は、基部２１と、１対の駆動用振動腕２２１、２２２と、１対の検出用振動腕２３１、２３２とを有する、いわゆる「Ｈ型」の振動基板である。その他に、振動基板２０は、支持部２５と、４つの連結部２６１、２６２、２６３、２６４とをさらに有している。

本実施形態では、基部２１、駆動用振動腕２２１、２２２、検出用振動腕２３１、２３２、支持部２５および連結部２６１〜２６４は、圧電体材料で一体的に形成されている。

なお、圧電体材料としては、特に限定されないが、水晶を用いるのが好ましい。これにより、振動素子２の特性を優れたものとすることができる。水晶は、互いに直交するＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光学軸）の３本の結晶軸を有する。基部２１、駆動用振動腕２２１、２２２、検出用振動腕２３１、２３２、支持部２５および連結部２６１〜２６４は、例えば、Ｚ軸が厚さ方向に存在するとともにＸ軸およびＹ軸に平行な板面を有する水晶で構成された基板をエッチング加工することにより形成することができる。かかる基板の厚さは、振動素子２の共振周波数（発振周波数）、外形サイズ、加工性等に応じて適宜設定される。なお、本実施形態では、基部２１、駆動用振動腕２２１、２２２、検出用振動腕２３１、２３２、支持部２５および連結部２６１〜２６４が水晶で一体的に構成されている場合を例に説明する。また、本実施形態では、結晶軸のＸ軸が絶対座標軸のｘ軸と一致しており、結晶軸のＹ軸が絶対座標軸のｙ軸と一致しており、結晶軸のＺ軸が絶対座標軸のｚ軸と一致している。

そして、図６〜図１２に示すように、振動基板２０は、平板状をなす水晶を母材２０’として製造される。この製造方法については、後述する。

基部２１は、平面視で基部２１を囲むように形成された支持部２５に、４つの連結部２６１〜２６４を介して支持されている。４つの連結部２６１〜２６４は、それぞれ、長尺形状をなし、一端が基部２１に連結され、他端が支持部２５に連結されている。なお、連結部２６１〜２６４は、それぞれ、長手方向の途中で複数回屈曲している。

また、基部２１は、ｚ軸方向からみたとき、ｙ軸方向に延びる１対の辺と、ｘ軸方向に延びる１対の辺とを有する矩形状をなしている。すなわち、基部２１は、平面視したとき、後述するような駆動用振動腕２２１、２２２の延出方向に対して平行な１対の辺と、駆動用振動腕２２１、２２２の延出方向に対して垂直な１対の辺とを有する矩形状をなしている。これにより、後述するように検出用振動腕２３１、２３２を駆動用振動腕２２１、２２２の駆動振動に伴って第２の方向（図５に示す矢印Ｅ１、Ｅ２の方向）により効率的に振動（面内振動）させることができる（図５参照）。

また、図１に示すように、本実施形態での基部２１は、四角形状をなし、そのｘ軸方向の長さは、ｙ軸方向の長さよりも長いのが好ましい。すなわち、平面視における駆動用振動腕２２１、２２２の延出方向に対して垂直な方向での基部２１の長さをＬ１とし、平面視における駆動用振動腕２２１、２２２の延出方向に対して平行な方向での基部２１の長さをＬ２としたとき、Ｌ１＞Ｌ２なる関係を満たすのが好ましい。このようなＬ１およびＬ２の関係を満たすことにより、検出用振動腕２３１、２３２を駆動用振動腕２２１、２２２の駆動振動に伴って第２の方向Ｅ１、Ｅ２により効率的に振動させることができる。

駆動用振動腕２２１、２２２は、それぞれ、基部２１からｙ軸方向（＋ｙ方向）に延出している。これにより、駆動用振動腕２２１、２２２は、互いに平行となるように設けられている。また、駆動用振動腕２２１、２２２は、互いにｘ軸方向に離間して配置されている。これにより、駆動用振動腕２２１、２２２は、それぞれ、独立して振動することができる。図３（ｂ）に示すように、駆動用振動腕２２１、２２２の横断面は、それぞれ、ｘ軸に平行な１対の辺とｚ軸に平行な１対の辺とで構成された矩形をなしている。

そして、駆動用振動腕２２１には、駆動用電極群５１が設けられ、同様に、駆動用振動腕２２２には、駆動用電極群５２が設けられている。以下、駆動用電極群５１について代表的に説明する。なお、駆動用電極群５２については、駆動用電極群５１と同様であるため、その説明を省略する。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動用電極群５１は、駆動用振動腕２２１の上面に設けられた駆動用電極５１１と、駆動用振動腕２２１の下面に設けられた駆動用電極５１２と、駆動用振動腕２２１の左側面に設けられた駆動用電極５１３と、駆動用振動腕２２１の右側面に設けられた駆動用電極５１４とで構成されている。

駆動用電極５１１および駆動用電極５１２は、互いに同電位となるように、図示しない配線を介して互いに電気的に接続されている。また、駆動用電極５１３および駆動用電極５１４は、互いに同電位となるように、図示しない配線を介して互いに電気的に接続されている。このような駆動用電極５１１、５１２は、図示しない配線を介して、図１に示す支持部２５に設けられた端子５７ａに電気的に接続されている。また、駆動用電極５１３、５１４は、図示しない配線を介して、図１に示す支持部２５に設けられた端子５７ｂに電気的に接続されている。

検出用振動腕２３１、２３２は、それぞれ、基部２１からｙ軸方向（−ｙ方向）に延出している。これにより、検出用振動腕２３１、２３２は、互いに平行となるように設けられている。また、検出用振動腕２３１、２３２は、前述した駆動用振動腕２２１、２２２とは反対方向に延出している。また、検出用振動腕２３１、２３２は、互いにｘ軸方向に離間して配置されている。これにより、検出用振動腕２３１、２３２は、それぞれ、独立して振動することができる。図４（ｂ）に示すように、検出用振動腕２３１、２３２の横断面は、それぞれ、ｘ軸に平行な１対の辺とｚ軸に平行な１対の辺とで構成された矩形をなしている。

このような検出用振動腕２３１、２３２は、それぞれ、後述するように駆動用振動腕２２１、２２２に加えられた物理量に応じて第１の方向（図５に示す矢印Ｃ１およびＤ１、Ｃ２およびＤ２）に振動するとともに、駆動用振動腕２２１、２２２の駆動振動に伴って第１の方向とは異なる第２の方向（図５に示す矢印Ｅ１、Ｅ２）に振動するものである。

そして、図１に示すように、検出用振動腕２３１には、検出用電極群５３が設けられ、同様に、検出用振動腕２３２には、検出用電極群５４が設けられている。このように駆動用振動腕２２１、２２２とは別体として設けられた検出用振動腕２３１、２３２に検出用電極群５３、５４を設けることにより、検出用電極群５３、５４の検出用電極の電極面積（電極として機能する部分の面積）を大きくすることができる。そのため、振動素子２の検出感度を向上させることができる。

以下、検出用電極群５３について代表的に説明する。なお、検出用電極群５４については、検出用電極群５３と同様であるため、その説明を省略する。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、検出用電極群５３は、検出用振動腕２３１の上面に設けられた検出用電極５３１、５３２と、検出用振動腕２３１の下面に設けられた検出用電極５３３、５３４とで構成されている。ここで、検出用電極５３１、５３３は、それぞれ、検出用振動腕２３１の幅方向での一方側（図４中の左側）に設けられ、また、検出用電極５３２、５３４は、それぞれ、検出用振動腕２３１の幅方向での他方側（図４中の右側）に設けられている。

検出用電極５３１および検出用電極５３４は、互いに同電位となるように、図示しない配線を介して互いに電気的に接続されている。また、検出用電極５３２および検出用電極５３３は、互いに同電位となるように、図示しない配線を介して互いに電気的に接続されている。このような検出用電極５３１、５３４は、図示しない配線を介して、図１に示す支持部２５に設けられた端子５７ｃに電気的に接続されている。また、検出用電極５３２、５３３は、図示しない配線を介して、図１に示す支持部２５に設けられた端子５７ｅに電気的に接続されている。なお、検出用電極群５４は、図示しない配線を介して、図１に示す支持部２５に設けられた端子５７ｄ、５７ｆに電気的に接続されている。

このように構成された振動素子２では、端子５７ａと端子５７ｂとの間に駆動信号が印加されることにより、図５に示すように、駆動用振動腕２２１と駆動用振動腕２２２とが互いに接近・離間するように屈曲振動（駆動振動）する。すなわち、駆動用振動腕２２１が図５中の矢印Ａ１の方向に屈曲するとともに駆動用振動腕２２２が図５中の矢印Ａ２の方向に屈曲する状態と、駆動用振動腕２２１が図５中の矢印Ｂ１の方向に屈曲するとともに駆動用振動腕２２２が図５中の矢印Ｂ２の方向に屈曲する状態とを交互に繰り返す。

このように駆動用振動腕２２１、２２２を駆動振動させた状態で、振動素子２にｙ軸まわりの角速度ωが加わると、駆動用振動腕２２１、２２２は、コリオリ力により、ｚ軸方向に互いに反対側に屈曲振動する。これに伴い、検出用振動腕２３１、２３２は、ｚ軸方向（第１の方向）に互いに反対側に屈曲振動（検出振動）する。すなわち、検出用振動腕２３１が図５中の矢印Ｃ１の方向に屈曲するとともに検出用振動腕２３２が図５中の矢印Ｃ２の方向に屈曲する状態と、検出用振動腕２３１が図５中の矢印Ｄ１の方向に屈曲するとともに検出用振動腕２３２が図５中の矢印Ｄ２の方向に屈曲する状態とを交互に繰り返す。

このような検出用振動腕２３１、２３２の検出振動により検出用電極群５３、５４に生じた電荷を検出することにより、振動素子２に加わった角速度ωを求めることができる。

また、このとき、検出用振動腕２３１、２３２は、駆動用振動腕２２１、２２２の駆動振動に伴って互いに接近・離間する方向（第１の方向とは異なる第２の方向）に屈曲振動する。すなわち、検出用振動腕２３１、２３２は、駆動用振動腕２２１、２２２に物理量が加えられているか否かにかかわらず、検出用振動腕２３１が図５中の矢印Ｅ１に示す方向に屈曲振動するとともに、検出用振動腕２３２が図５中の矢印Ｅ２に示す方向に屈曲振動する。また、検出用振動腕２３１、２３２と検出用振動腕２３１、２３２とは、長さおよび幅が同じとなっている。

図２に示すように、パッケージ４は、上方に開放する凹部を有するベース部材（ベース）４１と、このベース部材４１の凹部を覆うように設けられた蓋部材（リッド）４２とを備える。そして、ベース部材４１と蓋部材４２とにより、振動素子２が収納される内部空間が形成されている。

ベース部材４１は、平板状の板体（板部）４１１と、板体４１１の上面の外周部に接合された枠体（枠部）４１２とで構成されている。

このようなベース部材４１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、水晶、ガラス等で構成されている。

図２に示すように、ベース部材４１の板体４１１の上面（蓋部材４２に覆われる側の面）には、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂等を含んで構成された接着剤のような接合部材８１により、前述した振動素子２の支持部２５が接合されている。これにより、振動素子２がベース部材４１に対して支持・固定されている。

さらに、図１および図２に示すように、ベース部材４１の上面には、複数の内部端子７１が設けられている。

複数の内部端子７１には、例えばボンディングワイヤーで構成された配線を介して、前述した振動素子２の端子５７ａ〜５７ｆが電気的に接続されている。

一方、ベース部材４１の板体４１１の下面（パッケージ４の底面）には、振動子１が組み込まれる機器（外部機器）に実装される際に用いられる複数の外部端子７３が設けられている。

この複数の外部端子７３は、図示しない内部配線を介して、板体４１１に電気的に接続されている。これにより、板体４１１と複数の外部端子７３とが電気的に接続される。

このような各内部端子７１および各外部端子７３は、それぞれ、例えば、タングステン（Ｗ）等のメタライズ層にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等の被膜をメッキ等により積層した金属被膜からなる。

このようなベース部材４１には、蓋部材４２が気密的に接合されている。これにより、パッケージ４内が気密封止されている。

この蓋部材４２は、例えば、ベース部材４１と同材料、または、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼等の金属で構成されている。

ベース部材４１と蓋部材４２との接合方法としては、特に限定されず、例えば、低融点ガラスや金スズなどのろう材、硬化性樹脂等で構成された接着剤による接合方法、シーム溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接等の溶接方法等を用いることができる。また、かかる接合は、減圧下または不活性ガス雰囲気下で行うことにより、パッケージ４内を減圧状態または不活性ガス封入状態に保持することができる。

ところで、振動基板２０を製造する際には、多数枚の母材２０’を予め用意しておき、これらの中から１枚を選択して用いる。これらの母材２０’は、厚さが一致した、すなわち、均一ものとはなっておらず、例えば製造上の誤差によりバラツキがある。このため、製造して得られた振動基板２０は、駆動用振動腕２２１、２２２、検出用振動腕２３１、２３２がそれぞれ設計どおりの全長（長手方向に沿った長さ）と幅（長手方向と直交する方向に沿った）とを有するものになっていたとしても、厚さが設計どおりものとはなっていない場合がある。この場合の振動素子２は、設計どおりの共振周波数を有するものとはならない。

そこで、このような不具合を防止することができる製造方法（振動基板の製造方法）について、図６〜図１３を参照しつつ説明する。なお、製造される振動基板２０としては、図５に示す構成のものを一例として挙げる。図５では、振動基板２０の主要部、すなわち、基部２１と、駆動用振動腕２２１、２２２と、検出用振動腕２３１、２３２とを有する部分を代表的に描いており、それ以外を省略している。

この製造方法は、マスク層形成工程（第１工程）と、第１の除去工程（第２工程）と、測定工程（第３工程）と、第２の除去工程（第４工程）と、マスク層除去工程（第５工程）を有する。

［１］マスク層形成工程（パターニング形成工程）
まず、図６に示すように、母材２０’を用意して、作業台９００上に載置する。この母材２０’としては、本製造方法で得られる予定の振動基板２０よりも十分に厚いものが用いられる。

なお、角速度を検出する一般的なジャイロセンサーに内蔵されているＨ型の振動基板２０の厚さｔ_１としては、好ましくは５０μｍ以上、５００μｍ以下であり、より好ましくは２００μｍ以上、４００μｍ以下である。そして、母材２０’の厚さｔ_０は、厚さｔ_１の１．１倍以上、１．８倍以下であるのが好ましく、１．２倍以上、１．５倍以下であるのがより好ましい。このような数値範囲により、厚さｔ_０における幾何公差が例えば当該厚さｔ_０の±１％の範囲であっても、後述する除去しろ２０４を確実に確保することができる。

また、母材２０’の平面視での大きさは、振動基板２０の平面視での大きさよりも十分に大きい。すなわち、母材２０’のｘ軸方向に沿った長さ（幅）は、振動基板２０のｘ軸方向に沿った長さ（幅）よりも長く、母材２０’のｙ軸方向に沿った長さ（全長）は、振動基板２０のｙ軸方向に沿った長さ（全長）よりも長い。

次に、図７に示すように、母材２０’の表側の面（一方の面）２０１にマスク層１０を形成する、すなわち、マスキングする。この形成方法としては、例えば、化学気相成膜法（ＣＶＤ法）、スパッタリング法、蒸着法等の気相成膜法、メッキ法等を用いることができる。

なお、マスク層１０を構成する材料としては、例えば、Ａｕ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｃｒ、Ｐｔ／Ｔｉ、Ｎｉ／Ｃｕ／Ｃｒ、Ｎｉ／Ｃｒ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｃｒなどの金属、多結晶シリコン（ポリシリコン）、アモルファスシリコン等のシリコン、窒化シリコン等が挙げられる。マスク層１０の構成材料にシリコンを用いると、マスク層１０と母材２０’との密着性が向上する。マスク層１０の構成材料に金属を用いると、形成されるマスク層１０の視認性が向上する。

また、マスク層１０の厚さは、特に限定されないが、０．１μｍ以上、１．１μｍ以下とするのが好ましく、０．９μｍ以上、１μｍ以下とするのがより好ましい。マスク層１０が薄すぎると、母材２０’を十分に保護できない場合があり、マスク層１０が厚すぎると、マスク層１０の内部応力によりマスク層１０が剥がれ易くなる場合がある。

また、このマスク層１０は、検出用振動腕２３１、２３２を含む振動基板２０全体の平面形状に沿ったパターンとなるように形成されている。このパターニング方法としては、例えばフォトリソグラフィ法を用い、マスク層１０上に、フォトレジストを塗布し、露光、現像を行って、前記振動基板２０全体の平面形状に対応するレジストマスクを形成する。次に、このレジストマスクを介してマスク層１０をエッチングして、マスク層１０の一部を除去した後、レジストマスクを除去する。このようにして、前記振動基板２０全体の平面形状に沿ったマスク層１０が形成される。なお、エッチングとしては、例えば、ＣＦガス、塩素系ガス等によるドライエッチング、フッ酸＋硝酸水溶液、アルカリ水溶液等によるウェットエッチングを用いることができる。

［２］第１の除去工程
次に、図８に示すように、マスク層１０を介して母材２０’を表側からドライエッチングする。ドライエッチングに用いられるガスとしては、特に限定されず、例えば、Ｃ_４Ｆ_８／Ｈｅ混合ガスが好ましい。なお、Ｃ_４Ｆ_８に代えて、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_５Ｆ_８、ＣＨ_２Ｆ_２等のフルオロカーボン系ガスも使用可能である。フルオロカーボン系ガス以外では、ＳＦ_６、ＮＦ_３等も使用可能である。また、Ｈｅに代えてＡｒ、Ｘｅ等の他の希ガスを使用してもよい。

このようなドライエッチングにより、母材２０’は、前記パターニングされたマスク層１０の形状に沿って、表側の面２０１から徐々に過不足なく除去される。これにより、母材２０’には、凹部２０３が複数形成され、その結果、ほぼ設計どおりの幅ｗ_１と全長とを有する検出用振動腕２３１、２３２等の各部位に相当する部分が残る。

なお、各凹部２０３は、それぞれ、その深さｄが厚さｔ_１よりも大きくなるまで形成される。この形成は、ドライエッチングに費やす時間の長さや、エッチングガスの濃度を適宜調整することに可能である。また、各凹部２０３は、それぞれ、その深さｄが母材２０’の厚さ方向の途中までであるが、これに限定されず、母材２０’を貫通してもよい。

また、母材２０’には、裏側の面（他方の面）２０２側に、第２の除去工程で除去される除去しろ２０４が残ることとなる。除去しろ２０４は、本工程で未だ除去されていない未除去部である。

［３］測定工程
次に、図８に示すように、検出用振動腕２３１、２３２の幅ｗ_１をそれぞれ測定する（計測する）。この測定方法としては、特に限定されず、例えば、ノギス等の測定器具を用いて直接的に幅ｗ_１を測定もよいし、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラを用いて検出用振動腕２３１、２３２の画像を撮像し、当該画像の画素数から間接的に幅ｗ_１を測定もよい。

そして、この測定結果に基づいて、振動子１の使用時に予定される共有周波数を有する検出用振動腕２３１、２３２の厚さｔ_１’を求める。なお、ここで用いられる測定結果は、検出用振動腕２３１の幅ｗ_１と、検出用振動腕２３２の幅ｗ_１との平均値であってもよいし、検出用振動腕２３１の幅ｗ_１と、検出用振動腕２３２の幅ｗ_１とのうちの一方の幅ｗ_１であってもよい。

また、求められた厚さｔ_１’は、理論的には厚さｔ_１であるが、幅ｗ_１にも誤差（測定誤差や製造上の誤差）があるため、厚さｔ_１とならない場合もある。

そこで、厚さｔ_１’は、検出用振動腕２３１、２３２の幅ｗ_１と検出用振動腕２３１、２３２の厚さｔ_１’との関係を示す検量線に基づいて求められる。この厚さｔ_１’に設定すれば（調整すれば）、振動子１が所望の共振周波数を有するものとなる。このように、共振周波数と、幅と厚さとの比（アスペクト比）との間には、相関関係がある。なお、検量線としては、特に限定されず、例えば、図１３に示すグラフや、その他、テーブル（表）等も用いることができる。

［４］第２の除去工程
次に、図９に示すように、母材２０’を表裏反転させて、裏側の面２０２が鉛直上方に向くように作業台９００に載置する。これにより、本工程で精密研削を行なう際、砥石を上方から母材２０’に確実に押し付けることができ、よって、その精密研削を安定して容易に行なうことができる。

次に、図１０に示すように、母材２０’の裏側から除去しろ２０４を除去する。この除去量は、検出用振動腕２３１、２３２の厚さが、前記測定工程で求められた厚さｔ_１’となるまでである。このように除去しろ２０４は、厚さを調整するための厚さ調整部となっている。

また、除去しろ２０４を除去する方法としては、特に限定されず、例えば、研削または切削が挙げられ、特に研削が好ましく、研削の中でも精密研削がより好ましい。精密研削は、一般的にドレス主導形の研削である（（社）日本機械学会、「機械工学便覧 応用編 Ｂ２ 加工学・加工機器」、初版６刷、丸善、１９９１年５月１５日、ｐ．１４３）。このため、母材２０’の研削面の研削面粗さを比較的小さく維持しつつ、除去しろ２０４を前記除去量だけ過不足なく確実に除去することができる。

また、精密研削では、研削液をかけながら加工が行なわれる。この研削液により、（１）加工で生じた切りくずの排出が容易となる、（２）砥石と母材２０’との摩擦による発熱をできる限り抑制することができる、（３）一旦発生した熱を迅速に放熱して母材２０’の温度上昇を抑制し、母材２０’の変形や変質を防止することができる等の利点がある。

このような除去により、厚さｔ_１’の検出用振動腕２３１、２３２となる。

また、本工程で精密研削を行なった際に、母材２０’は作業台９００に対して水平方向の力が加わる。この場合、マスク層１０が表側の面２０１を保護する保護層となり、当該表側の面２０１に傷がつくのを防止することができる。

［５］マスク層除去工程
次に、図１１に示すように、母材２０’を再度表裏反転させて、作業台９００に載置する。

次に、図１２に示すように、マスク層１０を除去する。この除去方法としては、特に限定されないが、例えば、ＣＦガス、塩素系ガス等によるドライエッチング、アルカリ水溶液（例えばテトラメチル水酸化アンモニウム水溶液等）、塩酸＋硝酸水溶液、フッ酸＋硝酸水溶液等によるウェットエッチングなどを用いることができる。

以上のような工程を経ることにより、振動基板２０を得る。そして、この振動基板２０は、各振動腕の厚さが厚さｔ_１’のものである。これにより、振動基板２０は、所定の共有周波数を有し、振動特性に優れたものとなる。従って、本製造方法によれば、従来の製造方法のように「共振周波数を測定しつつ母材を加工していく」というような煩雑さを省略して、振振動特性に優れた振動基板２０を効率的に製造可能であるということができる。

また、振動基板２０の裏側の面２０２には、第２の除去工程でついた痕跡が残っている。この痕跡は、規則的な多数本のすじ状の溝である。この溝を視認するにより、振動基板２０は、本製造方法で得られたものであることを確認することができる。

また、１枚の母材２０’から多数個（例えば２００〜４００個）の振動基板２０を製造する場合、これらの振動基板２０の中から１つの振動基板２０をサンプルとして抜き取ることができる。そして、このサンプルの振動基板は、例えば、共有周波数が適正か否かの確認用に用いられる。

＜電子機器の実施形態＞
次いで、振動素子２を適用した電子機器について、図１４〜図１６に基づき、詳細に説明する。

図１４は、振動素子を備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。

この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動子１（振動素子２）が内蔵されている。

図１５は、振動素子を備える電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。

この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動子１（振動素子２）が内蔵されている。

図１６は、振動素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。

ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。

また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。

撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。

また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。

このようなディジタルスチルカメラ１３００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動子１（振動素子２）が内蔵されている。

なお、振動素子を備える電子機器は、図１４のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１５の携帯電話機、図１６のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。

＜移動体の実施形態＞
次いで、振動素子を適用した移動体について、図１７に基づき、詳細に説明する。

図１７は、振動素子を備える移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。

自動車１５００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動子１（振動素子２）が内蔵されており、振動素子２によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。振動素子２の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、振動子１（振動素子２）が組み込まれる。

以上、本発明の振動基板の製造方法を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、振動基板の製造方法により製造された振動基板を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、この振動基板は、任意の構成物が付加されていてもよい。また、振動基板の製造方法は、任意の工程が付加されていてもよい。

また、第１の除去工程は、前記実施形態ではドライエッチングにより行なわれていたが、これに限定されず、例えば、ウェットエッチングにより行なわれてもよい。

また、測定工程は、前記実施形態では振動腕の幅を測定して、その測定結果に基づいて振動腕の厚さを求めていたが、これに限定されず、例えば、振動腕の全長を測定して、その測定結果に基づいて振動腕の厚さを求めてもよい。

また、マスク層除去工程は、本実施形態では第２の除去工程の次に位置しているが、これに限定されず、例えば、第１の除去工程の次に位置してもよいし、測定工程の次に位置してもよい。

また、振動基板での振動腕の本数は、前記実施形態では４本であったが、これに限定されず、例えば、１本、２本、３本または５本以上であってもよい。

また、前述した実施形態では、いわゆる「Ｈ型」の振動素子を例に説明したが、これに限定されず、例えば、「ダブルＴ型」、「二脚音叉」、「三脚音叉」、「くし歯型」、「直交型」、「角柱型」等、種々の振動素子（ジャイロ素子）に適用することが可能である。

１……振動子（センサーデバイス） ２……振動素子 ２０……振動基板 ２０’……母材 ２０１……表側の面（一方の面） ２０２……裏側の面（他方の面） ２０３……凹部 ２０４……除去しろ ２１……基部 ２２１……駆動用振動腕 ２２２……駆動用振動腕 ２３１……検出用振動腕 ２３２……検出用振動腕 ２５……支持部 ２６１……連結部 ２６２……連結部 ２６３……連結部 ２６４……連結部 ４……パッケージ ４１……ベース部材（ベース） ４１１……板体（板部） ４１２……枠体（枠部） ４２……蓋部材（リッド） ５１……駆動用電極群 ５１１……駆動用電極 ５１２……駆動用電極 ５１３……駆動用電極 ５１４……駆動用電極 ５２……駆動用電極群 ５３……検出用電極群 ５３１……検出用電極 ５３２……検出用電極 ５３３……検出用電極 ５３４……検出用電極 ５４……検出用電極群 ５７ａ……端子 ５７ｂ……端子 ５７ｃ……端子 ５７ｄ……端子 ５７ｅ……端子 ５７ｆ……端子 ７１……内部端子 ７３……外部端子 ８１……接合部材 １０……マスク層 ９００……作業台 １１００……パーソナルコンピューター １１０２……キーボード １１０４……本体部 １１０６……表示ユニット １１０８……表示部 １２００……携帯電話機 １２０２……操作ボタン １２０４……受話口 １２０６……送話口 １２０８……表示部 １３００……ディジタルスチルカメラ １３０２……ケース １３０４……受光ユニット １３０６……シャッターボタン １３０８……メモリー １３１０……表示部 １３１２……ビデオ信号出力端子 １３１４……入出力端子 １４３０……テレビモニター １４４０……パーソナルコンピューター １５００……自動車 １５０１……車体 １５０２……車体姿勢制御装置 １５０３……車輪 Ａ１……矢印 Ａ２……矢印 Ｂ１……矢印 Ｂ２……矢印 Ｃ１……矢印 Ｃ２……矢印 Ｄ１……矢印 Ｄ２……矢印 Ｅ１……矢印 Ｅ２……矢印 Ｌ１……長さ Ｌ２……長さ ｄ……深さ ｔ_０……厚さ ｔ_１……厚さ ｔ_１’……厚さ ｗ_１……幅 ω……角速度

Claims (7)

1. 板状をなす母材から製造され、該母材の厚さ方向に振動する少なくとも１本の振動腕を有する振動基板を製造する方法であって、
   前記母材として前記振動基板よりも厚いものを用意して、前記母材の一方の面に前記振動腕の平面形状に沿ったパターニングを施すパターニング形成工程と、
   前記パターニングに沿って前記母材を前記一方の面側から除去しつつ、前記母材の他方の面側に未だ除去されていない未除去部を残す第１の除去工程と、
   前記振動腕の長手方向と直交する方向に沿った幅、または、前記振動腕の長手方向に沿った長さを測定して、その測定結果に基づいて前記振動腕の厚さを求める測定工程と、
   前記母材の他方の面側から前記未除去部を除去して、前記振動腕の厚さを前記測定工程で求められた厚さとする第２の除去工程とを有することを特徴とする振動基板の製造方法。
2. 前記第２の除去工程は、研削または切削により行なわれる請求項１に記載の振動基板の製造方法。
3. 前記研削は、精密研削である請求項２に記載の振動基板の製造方法。
4. 前記第２の除去工程は、前記母材を前記他方の面が鉛直上方に向くように載置して行なわれる請求項２または３に記載の振動基板の製造方法。
5. 前記測定工程では、前記振動腕の幅を測定し、該振動腕の幅と前記振動腕の厚さとの関係を示す検量線に基づいて前記振動腕の厚さを求める請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動基板の製造方法。
6. 前記パターニング形成工程では、前記母材の一方の面にマスク層を形成する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動基板の製造方法。
7. 前記第１の除去工程は、エッチングにより行なわれる請求項６に記載の振動基板の製造方法。

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