KR20120060767A - 압전진동소자, 그 제조방법, 압전진동자 및 압전발진기 - Google Patents

Abstract

[과제] 소형이고, 오버에칭에 의해 소정의 주파수로부터의 주파수 편차가 적은 압전진동소자를 얻는다.
[해결수단] 복수의 막대 모양의 진동암(15a, 15b), 각 진동암(15a, 15b)의 한편의 단부 사이를 연접하는 기부(12), 각 진동암(15a, 15b)의 한편의 단부에 각각 형성되어 각 진동암(15a, 15b)보다도 폭이 넓은 추부(20a, 20b) 및 각 진동암(15a, 15b)의 진동중심선(B)에 따른 표면 및 이면에 각각 형성된 홈부(17a, 17b)를 구비한 압전기판(10)이다. 또한 각 홈부 내를 포함한 각 진동암의 표리면에 각각 형성된 여진전극(30 ~ 36)을 구비하고, 각 추부(20)에는 각각 표리면을 관통하며, 또한 상기 각 진동암의 길이방향을 따라서 직선모양으로 연장하는 주파수 조정용 슬릿(25)이 복수 개 형성된다.

Description

압전진동소자, 그 제조방법, 압전진동자 및 압전발진기 {PIEZOELECTRIC VIBRATING DEVICE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, PIEZOELECTRIC VIBRATOR, AND PIEZOELECTRIC OSCILLATOR}

본 발명은 압전진동소자, 압전진동소자의 제조방법, 압전진동자 및 압전발진기에 관한 것이다.

종래, 압전진동자, 예를 들면 음차(音叉)형 수정진동자가 알려져 있다. 음차형 수정진동자는 시계용의 기준 주파수원이나, 압전 자이로(gyro) 장치용의 각속도 센서 등에 이용되고, 이들을 탑재한 전자기기 등의 소형화가 진행되고 있다. 이것에 수반하여, 압전진동자도 소형화가 요구되고 있다.

음차형 압전진동자의 진동주파수는 진동암의 폭에 비례하고, 길이의 자승(自乘)에 반비례한다. 압전진동자의 소형화를 도모하는 데에는, 진동암의 길이를 짧게 함과 동시에 진동암의 폭을 작게 할 필요가 있다. 그러나, 이와 같이 구성하면 고차(高次) 진동모드가 발생하기 쉬워, 진동모드가 불안정하게 되기 쉽다.

이 고차 진동모드의 발생을 억제하여 안정된 진동 자태(姿態)를 얻기 위해서, 압전진동소자의 진동암의 선단부에 진동암의 암부의 폭보다 넓은 추(錘)부(밸런스 헤드)를 형성한 압전진동소자(수정진동소자)가 특허문헌 1에 개시되어 있다. 도 13의 평면도에 나타내는 바와 같이, 이 음차형 압전진동소자는 진동암의 선단부에 형성한 추부에 대략 사각형의 구멍부를 마련한 구성을 가진다. 압전진동편(150)은 그 기부(基部)(180)의 일단 가장자리로부터 한 쌍의 가는 막대 모양의 진동암(170)이 병행(竝行)하게 돌출 형성되어 있고, 각 진동암(170)의 길이방향 선단부에는 진동암(170)의 암부(171)의 폭보다도 넓게 설정된 대략 사각형의 추부(160)가 각각 연접(連接)하여 형성되어 있다. 한 쌍의 진동암(170)은 상사(相似)형이다. 각 추부(160)는 각 진동암(170)의 진동중심선(B)에 대해서 좌우대칭이고, 암부(171)에는 진동중심선(B)을 따라서 홈부(172)가 형성되어 있다. 이 홈부(172)도 진동중심선(B)에 대해서 대칭형으로 형성되어 있다.

추부(160)의 폭방향 중앙부에는 표면에서 이면으로 관통하는 대략 사각형의 구멍부(163)가 마련되어 있다. 이 구멍부(163)는 압전진동편(150)의 표리면에 형성되는 전극을 접속하기 위한 쓰루홀이며, 진동암(170)의 진동중심선(B)의 연장상에 위치하고, 대칭형이다.

도 14는 압전진동편(150)의 추부(160)의 변형예를 나타내는 평면도이다. 추부(160)의 2개의 모서리부에서는, 도 13에 나타낸 기부(180)를 향하여 암부(171)와 이간하면서, 암부(171)를 따라서 한 쌍의 돌출부(166)가 돌출되어 있다. 2개의 돌출부(166)는 동등한 형상이다.

또, 특허문헌 2에는, 진동 자이로 소자가 개시되어 있다. 도 15에 나타내는 바와 같이 진동 자이로 소자는 중심부에 위치하는 기부(基部)(200)와, 기부(200)의 상하단 가장자리 중앙부로부터 각각 직선 모양으로 돌출 마련된 1쌍의 검출용 진동암(211a, 211b)과, 기부(200)의 좌우 양단 가장자리 중앙부로부터 각각 검출용 진동암(211a, 211b)에 직교하는 방향으로 연장된 1쌍의 연결암(213a, 213b)과, 각 연결암의 선단부로부터 그것과 직교하여 상하방향으로 돌출 마련된 각 1쌍의 구동용 진동암(214a, 214b, 215a, 215b)을 구비하고 있다. 또한, 기부(200)의 각 모서리부로부터 각각 'L'자 모양으로 연장되는 2쌍의 대들보(220a, 220b, 221a, 221b)와, 대들보(220a, 220b)의 선단부 사이 및 대들보(221a, 221b)의 선단부 사이를 연결하는 지지부(222a, 222b)를 동일 평면에 구비하고, 지지부(222a, 222b)를 검출용 진동암이 연장하는 방향으로서 검출용 진동암의 외측에서, 또한 상기 구동용 진동암의 사이에 배치하도록 구성되어 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특개2009-201162공보 [특허문헌 2] 일본국 특개2010-2430공보

특허문헌 1에서는, 진동암부의 선단부에 추부가 형성되어 있으므로, 압전진동소자의 소형화가 가능하고, 진동주파수의 안정성을 얻을 수 있는 것으로 개시되어 있다. 그렇지만, 압전진동기판을 포토그래피기법과 에칭수법으로 형성할 때에, 에칭액의 농도, 온도, 에칭시간 등의 편차에 의해 압전진동기판의 형상이 설계 형상과 동일하게 이루어지지 않고 미묘하게 어긋나, 이 압전진동기판으로 압전진동소자를 구성하면, 그 주파수가 소정의 주파수로부터 편차가 생긴다는 문제가 있었다.

또, 특허문헌 2에는, 기부로부터 직선모양으로 양측으로 연장된 1쌍의 검출용 진동암과, 기부로부터 연장된 1쌍의 연결암과, 각 연결암의 선단부로부터 그것과 직교하여 양측으로 연장된 각 1쌍의 구동용 진동암을 구비한 진동 자이로 소자가 개시되어 있다. 그렇지만, 진동 자이로 소자용의 압전기판을 포토그래피기법과 에칭수법으로 형성하면, 에칭시간 등의 편차에 의해 설계시의 형상과 동일한 진동 자이로 소자용 압전기판을 얻지 못해, 소기의 특성을 얻을 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 에칭시간 등의 편차에 의해 압전기판에 오버에칭이 생겨도, 압전진동소자 및 진동 자이로 소자의 주파수 편차를 저감할 수 있는 압전진동소자 및 진동 자이로 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기의 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 이하의 형태 또는 적용예로서 실현되는 것이 가능하다.

[적용예 1] 본 발명에 관한 압전진동소자는, 복수의 막대 모양의 진동암, 이 각 진동암의 한쪽의 단부 사이를 연접하는 기부를 구비하고 있는 압전진동소자로서, 상기 진동암의 다른 쪽의 단부 측에는 슬릿이 복수 개 있는 것을 특징으로 하는 압전진동소자이다.

한 쌍의 진동암의 단부에 각각 각 진동암보다도 폭이 넓은 추부를 마련함과 아울러, 각 추부에 각각 복수의 주파수 조정용 슬릿을 형성한 압전기판을 이용하여, 음차형 압전진동소자를 구성한다. 폭이 넓은 추부에 주파수 조정용 슬릿을 배치함으로써, 압전기판의 외형을 포토리소그래피 기술을 이용한 에칭가공으로 형성할 때에, 에칭시간의 초과, 즉 오버에칭이 생겨도, 각 진동암의 폭이 좁아지는 것에 의한 음차진동의 공진주파수의 저하와, 주파수 조정용 슬릿의 폭이 넓어지는 것에 의한 공진주파수의 상승이 상쇄하여, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다. 에칭시간이 부족해도, 각 진동암의 폭이 설계값보다도 넓은 것에 의한 음차진동의 공진주파수의 상승과, 주파수 조정용 슬릿의 폭이 설계값보다도 좁아지는 것에 의한 공진주파수의 대가(對價)가 상쇄하여, 에칭시간의 부족에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다. 추부를 마련함으로써 압전진동소자를 소형화할 수 있다고 하는 효과도 있다.

[적용예 2] 또, 압전진동소자는, 상기 각 슬릿은 길이방향 치수가 서로 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 적용예 1에 기재한 압전진동소자이다.

폭이 넓은 추부에 폭 치수 및 길이방향 치수가 서로 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 일치한 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 압전기판의 형상을 에칭수법으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있음과 아울러, 주파수 조정용 슬릿의 포토마스크패턴의 제작이 용이하게 된다고 하는 효과가 있다.

[적용예 3] 또, 압전진동소자는, 상기 각 슬릿은 길이방향 치수가 서로 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 교호로 어긋나 있는 것을 특징으로 하는 적용예 1에 기재한 압전진동소자이다.

폭이 넓은 추부에 폭 치수 및 길이방향 치수가 서로 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 교호로 어긋난 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 진동암이 굴곡진동할 때의 추부의 관성을 미세하게 제어할 수 있어, 음차형 압전진동소자의 주파수를 미세조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 주파수 조정용 슬릿을 마련함으로써, 압전기판의 형상을 에칭수법으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

[적용예 4] 또, 압전진동소자는, 상기 각 슬릿은 길이방향 치수가 서로 동일함과 아울러, 폭 치수가 서로 다른 것을 특징으로 하는 적용예 1에 기재한 압전진동소자이다.

폭이 넓은 추부에 길이방향 치수가 서로 동일함과 아울러, 폭 치수가 서로 다른 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 진동암이 굴곡진동을 할 때의 추부의 관성을 미세하게 제어할 수 있어, 음차형 압전진동소자의 주파수를 미세조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 주파수 조정용 슬릿을 마련함으로써, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

[적용예 5] 또, 압전진동소자는, 상기 각 슬릿은 인접하는 2개의 슬릿의 길이방향 일단부 사이를 연통슬릿에 의해 연통하고 있는 슬릿 조를 복수 조(組) 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 적용예 1에 기재한 압전진동소자이다.

폭이 넓은 추부에 폭 치수 및 길이방향 치수가 서로 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 일치하며, 또한 인접하는 2개의 슬릿의 길이방향 일단부 사이를 연통시킨 'コ'자형의 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 진동암이 굴곡진동을 할 때의 추부의 관성을 미세하게 제어할 수 있어, 음차형 압전진동소자의 주파수를 미세조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 주파수 조정용 슬릿을 마련함으로써, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

[적용예 6] 또, 압전진동소자는, 상기 각 슬릿의 일단부는 상기 추부의 단부 가장자리에서 개방하고 있는 것을 특징으로 하는 적용예 1에 기재한 압전진동소자이다.

폭이 넓은 추부에 일단부가 추부의 단부 가장자리에서 개방한 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 진동암이 굴곡진동할 때의 추부의 관성을 미세하게 제어할 수 있어, 음차형 압전진동소자의 주파수를 미세조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 주파수 조정용 슬릿을 마련함으로써, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

[적용예 7] 또, 압전진동소자는, 상기 각 슬릿은 상기 압전기판의 진동중심선에 대해 대칭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 적용예 1 내지 6항 중 어느 하나에 기재한 압전진동소자이다.

폭이 넓은 추부에 압전기판의 진동중심선에 대해 대칭으로 배치된 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 추부의 밸런스가 좋아져, 음차형 압전진동소자에 발생하는 불필요한 스퓨리어스(spurious) 진동을 억제하여, 주파수 안정도를 향상시키는 효과가 있다. 또한, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

[적용예 8] 또, 압전진동소자는 복수의 막대 모양의 진동암, 이 각 진동암의 한쪽의 단부 사이를 연접하는 기부 및 상기 각 진동암의 진동중심선에 따른 표면 및 이면에 각각 형성된 홈부를 구비한 압전기판과, 적어도 상기 각 홈부 내를 포함한 상기 각 진동암의 표리면에 각각 형성되고, 또한 상기 기부에 마련한 전극패드와의 사이를 전기적으로 접속되는 여진(勵振)전극을 구비한 압전진동소자로서, 상기 각 진동암의 다른 쪽의 단부에는 각각 표리면을 관통하고, 또한 상기 각 진동암의 길이방향을 따라서 직선모양으로 연장하는 주파수 조정용 슬릿이 복수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전진동소자이다.

각 진동암의 단부에는 각각 표리면을 관통하고, 또한 각 진동암의 길이방향을 따라서 직선모양으로 연장하는 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 작게 할 수 있음과 아울러, 소형화한 음차형 압전진동소자의 구성이 가능하다는 효과가 있다.

[적용예 9] 또, 압전진동소자는 복수의 막대 모양의 진동암, 이 각 진동암의 한쪽의 단부 사이를 연접하는 기부, 상기 각 진동암의 다른 쪽의 단부에 각각 형성되어 이 각 진동암보다도 폭이 넓은 추부 및 상기 각 진동암의 진동중심선에 따른 표면 및 이면에 각각 형성된 홈부를 구비한 압전기판과, 상기 각 홈부 내를 포함한 상기 각 진동암의 표리면 및 양측 측면으로 각각 형성된 여진전극을 구비한 압전진동소자로서, 상기 각 추부에는 각각 표리면을 관통하고, 또한 상기 각 진동암의 길이방향을 따라서 직선모양으로 연장하는 주파수 조정용 슬릿이 복수 개 형성되며, 상기 표리면의 대향하는 여진전극에는 다른 부호의 전압이 인가되고, 상기 양측 측면의 여진전극은 2분할되며, 대향하는 상기 표리면의 여진전극과 다른 부호의 전압이 인가되고 있는 것을 특징으로 하는 압전진동소자이다.

각 진동암의 폭이 넓은 추부에 주파수 조정용 슬릿을 형성함과 아울러, 각 진동암의 표리면 및 양측면에 상기와 같이 여진전극을 배치한다. 주파수 조정용 슬릿에 의해, 압전기판의 형상을 에칭가공으로 형성할 때에, 에칭시간의 초과, 즉 오버에칭이 생겨도, 각 진동암의 폭이 좁아지는 것에 의한 뒤틀림 진동의 공진주파수의 저하와, 주파수 조정용 슬릿의 폭이 넓어지는 것에 의한 공진주파수의 상승이 상쇄하여, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다. 또한, 추부를 형성함으로써 압전진동자를 소형화하는 것이 가능하게 된다는효과가 있다.

[적용예 10] 본 발명에 관한 진동 자이로 소자는, 기부와 이 기부의 대향하는 2개의 단부 가장자리로부터 각각 동일 직선상에 돌출 마련된 1쌍의 검출용 진동암과, 상기 기부의 대향하는 다른 2개의 단부 가장자리로부터 각각 상기 검출용 진동암과 직교하는 방향으로 동일 직선상에 돌출 마련된 1쌍의 연결암과, 상기 각 연결암의 선단부로부터 그것과 직교하는 양방향으로 각각 돌출 마련된 각 1쌍의 구동용 진동암과, 적어도 상기 1쌍의 검출용 진동암과, 상기 각 1쌍의 구동용 진동암에 각각 형성되고, 또한 상기 기부에 마련한 복수의 전극패드와의 사이를 각각 전기적으로 접속되는 여진전극을 구비한 진동 자이로 소자로서, 상기 각 검출용 진동암 및 구동용 진동암은 선단부에 각각 각 검출용 진동암 및 각 구동용 진동암보다도 폭이 넓은 추부를 가지며, 이 추부에 주파수 조정용 슬릿이 복수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진동 자이로 소자이다.

각 검출용 진동암 및 구동용 진동암의 선단부에 각각 각 검출용 진동암 및 각 구동용 진동암보다도 폭이 넓은 추부를 마련하고, 이 추부에 주파수 조정용 슬릿을 형성한다. 각 진동암은 굴곡진동으로 여진되므로, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

[적용예 11] 본 발명에 관한 압전진동소자의 제조방법은, 적용예 1 내지 9의 어느 하나에 기재한 상기 압전진동소자를 제조하는 방법으로서, 상기 압전진동소자의 외형 및 상기 주파수 조정용 슬릿을 에칭에 의해 형성하는 공정과, 상기 홈부를 에칭에 의해 형성하는 공정과, 상기 여진전극을 성막하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 압전진동소자의 제조방법이다.

상기 제조방법을 이용함으로써, 음차형 압전진동소자용의 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

[적용예 12] 본 발명에 관한 진동 자이로 소자의 제조방법은, 적용예 10에 기재한 진동 자이로 소자를 제조하는 방법으로서, 상기 진동 자이로 소자의 외형(윤곽 등의 형상) 및 상기 주파수 조정용 슬릿을 에칭에 의해 형성하는 공정과, 상기 여진전극을 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 상기 압전진동소자 또는 상기 진동 자이로 소자의 제조방법이다.

상기 제조방법을 이용함으로써, 진동 자이로 소자용의 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

[적용예 13] 본 발명에 관한 압전진동자는 적용예 1 내지 9 중 어느 하나에 기재한 압전진동소자와 이 압전진동소자를 수용하는 패키지를 구비하는 것을 특징으로 하는 압전진동자이다.

기부, 복수의 막대 모양의 진동암, 각 진동암에 각각 형성된 폭이 넓은 추부, 각 추에 형성한 주파수 조정용 슬릿, 각 진동암의 표면 이면에 각각 형성된 홈부를 가지는 압전기판의 각 진동암의 표리면에 각각 여진전극을 배치한 압전진동소자와, 이 압전진동소자를 수용하는 패키지를 구비한 압전진동자를 구성한다.

폭이 넓은 추부에 주파수 조정용 슬릿을 배치함으로써, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 에칭시간의 초과, 즉 오버에칭이 생겨도, 각 진동암의 폭이 좁아지는 것에 의한 음차진동의 공진주파수의 저하와, 주파수 조정용 슬릿의 폭이 넓어지는 것에 의한 공진주파수의 상승이 상쇄하여, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다. 추부를 형성함으로써 압전진동자를 소형화하는 것이 가능하게 된다는 효과가 있다.

[적용예 14] 본 발명에 관한 진동자이로센서는, 적용예 10에 기재한 진동 자이로 소자와, 이 진동 자이로 소자를 수용하는 패키지를 구비하는 것을 특징으로 하는 진동자이로센서이다.

기부, 1쌍의 검출용 진동암, 1쌍의 연결암, 각 1쌍의 구동용 진동암, 각 검출용 진동암 및 구동용 진동암의 선단부에 각각 마련한 폭이 넓은 추부 및 추부에 형성한 주파수 조정용 슬릿을 구비한 진동 자이로 소자와, 이 진동 자이로 소자를 수용하는 패키지를 구비한 진동자이로센서를 구성한다.

각 진동암은 굴곡진동으로 여진되므로, 주파수 조정용 슬릿을 마련함으로써, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

[적용예 15] 본 발명에 관한 압전발진기는, 적용예 1 내지 9 중 어느 하나에 기재한 압전진동소자와, 이 압전진동소자를 여진하는 IC부품과, 상기 압전진동소자를 기밀(氣密) 봉지(封止)함과 아울러, 상기 IC부품을 수용하는 패키지를 구비한 것을 특징으로 하는 압전발진기이다.

상기의 압전진동소자와, 이 압전진동소자를 여진하는 IC부품과, 이들을 수용하는 패키지를 구비한 압전발진기를 구성하면, 소형이고 불필요한 진동이 적으며, 또한 압전진동소자의 주파수의 조정량이 적은 압전발진기를 얻을 수 있다고 하는 효과가 있다.

[적용예 16] 본 발명에 관한 진동자이로장치는, 적용예 10에 기재한 진동 자이로 소자와, 이 진동 자이로 소자의 각 구동용 진동암을 여진하고 또한 각 검출용 진동암의 주파수를 검출해 처리하는 IC부품과, 상기 진동 자이로 소자를 기밀 봉지함과 아울러 상기 IC부품을 수용하는 패키지를 구비한 것을 특징으로 하는 진동자이로장치이다.

진동 자이로 소자와, 이 진동 자이로 소자의 각 구동용 진동암을 여진하고 또한 각 검출용 진동암의 주파수를 검출해 처리하는 여진하는 IC부품과, 이들을 수용하는 패키지를 구비한 진동자이로장치를 구성한다. 각 진동암은 굴곡진동으로 여진되므로, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 주파수 조정용 슬릿을 마련한 것에 의해, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있어, 진동 자이로 소자의 주파수의 조정량이 적고, 소형이고 불필요 진동이 적은 진동자이로장치를 얻을 수 있다고 하는 효과가 있다.

한 쌍의 진동암의 단부에 각각 각 진동암보다도 폭이 넓은 추부를 마련함과 아울러, 각 추부에 각각 복수의 주파수 조정용 슬릿을 형성한 압전기판을 이용하여, 음차형 압전진동소자를 구성한다. 폭이 넓은 추부에 주파수 조정용 슬릿을 배치함으로써, 압전기판의 외형을 포토리소그래피 기술을 이용한 에칭가공으로 형성할 때에, 에칭시간의 초과, 즉 오버에칭이 생겨도, 각 진동암의 폭이 좁아지는 것에 의한 음차진동의 공진주파수의 저하와, 주파수 조정용 슬릿의 폭이 넓어지는 것에 의한 공진주파수의 상승이 상쇄하여, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다. 에칭시간이 부족해도, 각 진동암의 폭이 설계값보다도 넓은 것에 의한 음차진동의 공진주파수의 상승과, 주파수 조정용 슬릿의 폭이 설계값보다도 좁아지는 것에 의한 공진주파수의 대가(對價)가 상쇄하여, 에칭시간의 부족에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다. 추부를 마련함으로써 압전진동소자를 소형화할 수 있다고 하는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 관한 압전진동소자의 구조를 나타낸 개략도이며, (a)는 평면도, (b)는 단면도.
도 2는 본 발명의 압전진동소자의 동작을 정성적으로 설명하는 도면.
도 3은 슬릿수와 주파수 변동량과의 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 도한.
도 4의 (a) ~ (d)는 추부에 형성한 주파수 조정슬릿의 변형예의 평면도.
도 5는 제2 실시형태의 압전진동소자의 개략도이며, (a)는 평면도, (b)는 단면도.
도 6은 제3 실시형태의 압전진동소자(뒤틀림 진동소자)의 개략도이며, (a)는 평면도, (b)는 단면도.
도 7은 제4 실시형태의 압전진동소자(진동 자이로 소자)의 개략도이며, (a)는 평면도, (b)는 동작 설명도.
도 8은 압전기판의 외형형성공정의 플로우차트도.
도 9는 압전기판의 홈부형성공정의 플로우차트도.
도 10은 전극형성공정의 플로우차트도.
도 11은 압전진동자의 구성을 나타내는 단면도.
도 12는 압전발진기의 구성을 나타내는 단면도.
도 13은 종래의 음차형 압전진동소자의 구성을 나타내는 평면도.
도 14는 종래의 음차형 압전진동소자의 추부의 구성을 나타내는 평면도.
도 15는 종래의 진동 자이로 소자의 구성을 나타내는 평면도.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 압전진동소자(1)의 구성을 나타내는 개략도이며, 도 1의 (a)는 평면도, 도 1의 (b)는 P-P단면도이다.

압전진동소자(음차형 수정진동소자)(1)는 압전기판(10)과, 여진전극(30, 32, 34, 36)을 개략 구비하고 있다.

압전기판(10)은 병행으로 이간 배치된 복수의 막대 모양의 진동암(15a, 15b)과, 각 진동암(15a, 15b)의 한쪽의 단부 사이를 연접하는 기부(12)와, 각 진동암(15a, 15b)의 다른 쪽의 단부에 각각 연접되어 각 진동암(15a, 15b)보다도 폭이 넓은 추부(20a, 20b)를 구비하고 있다. 또한, 압전기판(10)은 각 진동암(15a, 15b)의 진동중심선(B)에 따른 표면 및 이면에 각각 형성된 홈부(17a, 17b)를 구비하고 있다. 각 추부(20a, 20b)에는 각각 표리면을 관통하고, 또한 각 진동암(15a, 15b)의 길이방향을 따라서 직선모양으로 연장하는 주파수 조정용 슬릿(25)이 복수 개 형성되어 있다.

압전진동소자(1)는 압전기판(10) 중 적어도 각 홈부(17a, 17b) 및 그 측면을 포함한 각 진동암(15a, 15b)의 표리면과, 각 진동암(15a, 15b)의 양측면에 각각 형성되고, 또한 기부(12)에 마련한 복수의 전극패드(도시생략)와의 사이를 각각 전기적으로 접속되는 여진전극(30, 32, 34, 36)을 구비하고 있다.

기부(12)는 대략 직사각형 모양의 기부본체(12a)와, 기부본체(12a)의 타단 가장자리 중심부(연결부(12d))를 통하여 기부본체와 연결된 'L'자 모양 및 역'L'자 모양의 지지부(12b, 12c)와, 연결부(12d)를 구비하고 있다. 'L'자 모양 지지부(12b)의 단부와, 역'L'자 모양의 지지부(12c)의 각 기단부가 연접되고, 이 연접 부분이 연결부(12d)를 통하여 기부본체(12a)의 한쪽의 단부 가장자리 중앙에 연결되며, 기부본체의 다른 쪽의 단부 가장자리에는 각 진동암(15a, 15b)의 단부가 연결되고 있다.

각 진동암(15a, 15b)은 기부본체(12a)의 일단 가장자리보다 소정의 간격을 두고 서로 평행으로 돌출 마련되고, 각 진동암(15a, 15b)의 선단부에는 진동암(15a, 15b)보다도 폭이 넓은 각 추부(20a, 20b)가 연접되어 있다. 각 추부(20a, 20b)에는 표리면을 관통하는 복수의 슬릿(25)이 형성되며, 슬릿(25)은 각 진동암과 병행으로 연장해 있고, 각 진동암(15a, 15b)의 중심을 통과하는 진동중심선(B)에 대해 대칭으로 배치되어 있다.

홈부(17a, 17b)는 각 진동암(15a, 15b)의 표리면에 각 진동중심선(B)에 대해서 대칭으로, 각 진동암(15a, 15b)의 길이방향을 따라서 형성되어 있다. 즉, 각 진동암(15a, 15b) 및 슬릿(25)을 포함하는 각 추부(20a, 20b)는 서로 동일 형상으로 형성되며, 음차진동이 안정적으로 여진되도록 압전기판(10)의 중심을 통과하는 중심선에 대해 대칭으로 형성되어 있다.

도 1의 (b)는 각 진동암(15a, 15b)에 각각 형성된 여진전극(30, 32, 34, 36)의 배치를 나타내는 단면도이다. 여진전극(30, 34)은 각 홈부(17a, 17b)의 표리면 및 각 홈부(17a, 17b)의 측면에 형성되고, 여진전극(32, 36)은 각 진동암(15a, 15b)의 각각 양측면에 형성되어 있다.

여진전극(30, 36)과 여진전극(32, 34)에 대해서는, 서로 다른 부호의 전압이 기부에 마련한 복수의 전극패드를 통하여 인가된다. 즉, 여진전극(30, 36)에 +전압이 인가될 때, 여진전극(32, 34)에는 -전압이 인가되고, 도 1의 (b)의 화살표로 나타내는 전계(電界)가 생겨, 압전진동소자(1)의 중심을 통과하는 중심선에 대해 대칭인 음차진동이 여진된다. 또한, 홈부(17a, 17b)를 형성함으로써 전계강도가 강해져, 음차진동을 보다 효율적으로 여진할 수 있다. 즉, 압전진동소자의 CI(크리스탈 임피던스)를 작게 할 수 있다.

또, 도 1의 실시형태에서, 기부(12)는 기부본체(12a)와, 'L'자 모양 지지부(12b)와, 역'L'자 모양 지지부(12c)와 연결부(12d)로 구성된다고 설명했지만, 기부본체(12a)만이라도 된다.

도 2는 본 발명에 관한 음차형 압전기판(10)에 여진전극을 형성하여 공진주파수를 측정했을 때의, 에칭시간과, 공진주파수와의 관계를 정성적으로 나타낸 도면이다. 에칭시간축상에 설계값으로 있는 것은 이 값이 설계에칭시간인 것을 나타낸다. 설계에칭시간에서는, 음차형 압전기판(10)의 주파수는 소정의 주파수(f0)가 된다. 에칭시간이 설계에칭시간을 넘으면(오버에칭), 각 진동암(15a, 15b)의 폭(w)이 좁아지고, 공진주파수는, 도 2의 곡선(파선)(A)으로 나타내는 바와 같이, 소정의 주파수(f0)보다 감소한다. 한편, 도 1에 나타내는 압전진동소자(1)와 같이, 추부(20a, 20b)에 복수의 슬릿(25)이 형성되어 있으면, 오버에칭에 의해 음차형 압전진동소자(1)의 주파수는 추부(20a, 20b)의 질량이 감소하기 때문에, 곡선(실선)(B)으로 나타내는 바와 같이 상승한다. 즉, 본 발명과 같이 추부(20a, 20b)에 복수의 슬릿(25)을 마련함으로써, 에칭시간의 편차(에칭액의 농도의 편차, 에칭액의 온도에 의한 편차를 포함함)에 의해, 소정의 주파수(f0)로부터 주파수 편차가 큰 폭으로 축소되는 것을 추측할 수 있다.

도 3의 왼쪽 도면은 슬릿 갯수와 주파수 변동량과의 관계를 나타내는 도면으로서, 주파수 조정용 슬릿 갯수를 가로축으로, 굴곡형 압전진동자의 공진주파수 변동량(％)을 세로축으로 한 경우의 도면이다. 여기서 주파수 변동량(％)이란, 굴곡형 압전진동자의 설계값의 공진주파수를 f0으로 하고, 그 주파수로부터의 주파수 변화를 Δf로 한 경우, Δf／f0를 퍼센트 표시한 것이다.

시뮬레이션에 이용한 굴곡형 압전진동자는, 도 3의 오른쪽 도면과 같이, 주파수 조정용 슬릿이 형성된 추부와 진동암이 연결된 굴곡형 압전진동자이다. 굴곡형 압전진동자의 길이는 1.37㎜이며, 진동암의 두께를 100㎛로 하고, 두께 45㎛의 홈부를 표리면에 형성하여 진동암의 단부를 고정했다. 오버에칭량으로서 추부를 포함하는 진동암 전체의 폭(X축방향)을 설계값에 대해 -4㎛로 했다.

진동암의 폭을 설계값보다 4㎛만큼 좁히고(오버에칭) 있으므로, 주파수 조정용 슬릿을 마련하지 않을 때는, 굴곡형 압전진동자의 공진주파수는 f0보다 저하하며, 점 α로 나타내는 변동량을 나타내고 있다.

다음으로, 추부에 주파수 조정용 슬릿을 형성하면 추부의 질량이 가벼워져, 굴곡형 압전진동자의 주파수가 상승한다. 도 3의 마름모꼴 마크는 주파수 조정용 슬릿의 갯수를 5개, 9개, 11개, 13개, 15개로 증가시켜, 굴곡형 압전진동자의 주파수 변동량을 플롯한 도면이다. 계산예에서는, 주파수 조정용 슬릿 갯수를 15개로 했을 경우에, 주파수 변동량이 점 β가 되고, 진동암의 폭의 오버에칭, 즉 -4㎛에 의한 주파수 감소와, 15개의 주파수 조정용 슬릿을 형성한 것에 의한 주파수 상승이 서로 상쇄하여, 주파수 변동량이 영(0)에 가까워지는 것이 판명되었다.

한 쌍의 진동암의 단부에 각각 각 진동암보다도 폭이 넓은 추부를 마련함과 아울러, 각 추부에 각각 복수의 주파수 조정용 슬릿을 형성한 압전기판을 이용하여, 음차형 압전진동소자를 구성한다. 폭이 넓은 추부에 주파수 조정용 슬릿을 배치함으로써, 압전기판의 외형을 포토리소그래피 기술을 이용한 에칭가공으로 형성할 때에, 에칭시간의 초과, 즉 오버에칭이 생겨도, 각 진동암의 폭이 좁아지는 것에 의한 음차진동의 공진주파수의 저하와, 주파수 조정용 슬릿의 폭이 넓어지는 것에 의한 공진주파수의 상승이 상쇄하여, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다. 반대로, 에칭시간이 부족했을 경우에서도, 각 진동암의 폭이 설계값보다도 넓어지는 것에 의한 음차진동의 공진주파수의 상승과, 주파수 조정용 슬릿의 폭이 설계값보다도 좁아지는 것에 의한 공진주파수의 저하가 상쇄하여, 에칭시간의 부족에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다.

또, 추부를 마련함으로써 압전진동자의 소형화가 가능하게 되지만, 각 진동암(15a, 15b)의 표리 양면에 형성한 홈부(17a, 17b)는 필수는 아니다.

도 1의 (a)에 나타내는 압전진동소자에서는, 추부(20a, 20b)에 형성한 각 주파수 조정용 슬릿(25)의 각각의 폭 치수 및 길이방향 치수가 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 각각 일치하고 있는 예이다.

도 4는 주파수 조정용 슬릿(25)의 변형예이며, 도 4의 (a)는 각 주파수 조정용 슬릿(25)이 각각 폭 치수 및 길이방향 치수가 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 교호로 어긋나 있는 예이다.

도 4의 (b)는 각 주파수 조정용 슬릿(25b)이 길이방향 치수가 동일함과 아울러, 폭 치수가 일치하고 있지 않은 예이다.

도 1의 (a)와 같이 폭이 넓은 추부에 폭 치수 및 길이방향 치수가 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 일치한 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 압전기판의 형상(외형, 윤곽)을 에칭수법으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있음과 아울러, 주파수 조정용 슬릿의 포토마스크패턴의 제작이 용이하게 된다고 하는 효과가 있다.

또, 도 4의 (a)와 같이 폭이 넓은 추부에 폭 치수 및 길이방향 치수가 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 교호로 어긋난 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 진동암이 굴곡진동을 할 때의 추부의 관성을 미세하게 제어할 수 있어, 음차형 압전진동소자의 주파수를 미세조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 주파수 조정용 슬릿을 마련함으로써, 압전기판의 형상을 에칭수법으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

또, 도 4의 (b)와 같이 폭이 넓은 추부에 길이방향 치수가 동일함과 아울러, 폭 치수가 일치하고 있지 않은 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 진동암이 굴곡진동을 할 때의 추부의 관성을 미세하게 제어할 수 있어, 음차형 압전진동소자의 주파수를 미세조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 주파수 조정용 슬릿을 마련함으로써, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

도 4의 (c)는 각 주파수 조정용 슬릿(25)이 각각 폭 치수 및 길이방향 치수가 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 일치하며, 또한 인접하는 2개의 주파수 조정용 슬릿의 길이방향 일단부 사이를 연통슬릿에 의해 연통시킨 'コ'자형의 주파수 조정용 슬릿 조(組)(25p)를 복수 조 구비하고 있다. 인접하는 상기 주파수 조정용 슬릿 조(25p)에서의 연통슬릿의 위치가 교호로 역방향이 되도록 배치되어 있다.

도 4의 (d)는 각 주파수 조정용 슬릿(25d)의 일단부는 상기 추부의 단부 가장자리에서 개방하고 있는 슬릿이다.

또, 도 4의 (a) ~ (d)에 나타내는 슬릿(25a ~ 25p)을 적절히 조합하여 이용해도 되고, 상기에 주파수 조정용 슬릿을 2단, 3단에 형성해도 된다. 또, 주파수 조정용 슬릿은 표리에서 어긋나 비관통의 슬릿이라도 된다.

도 4의 (c)와 같이 폭이 넓은 추부에 폭 치수 및 길이방향 치수가 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 일치하며, 또한 인접하는 2개의 슬릿의 길이방향 일단부 사이를 연통시킨 'コ'자형의 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 진동암이 굴곡진동을 할 때의 추부의 관성을 미세하게 제어할 수 있어, 음차형 압전진동소자의 주파수를 미세조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 주파수 조정용 슬릿을 마련함으로써, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

또, 도 4의 (d)와 같이 폭이 넓은 추부에 일단부가 추부의 단부 가장자리에서 개방한 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 진동암이 굴곡진동을 할 때의 추부의 관성을 미세하게 제어할 수 있어, 음차형 압전진동소자의 주파수를 미세조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 주파수 조정용 슬릿을 마련함으로써, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

압전진동소자(음차형 수정진동소자)(1)에 형성하는 각 주파수 조정용 슬릿(25)은 각 진동암(15a, 15b)의 각 진동중심선(B)에 대해 대칭으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것은 진동암(15a, 15b)이 굴곡진동으로 여진될 때에 밸런스가 좋고, 진동의 안정도가 유지되기 때문이다.

폭이 넓은 추부에 압전기판의 진동중심선(B)에 대해 대칭으로 배치된 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 추부의 밸런스가 좋아져, 음차형 압전진동소자에 발생하는 불필요한 스퓨리어스 진동을 억제하고, 주파수 안정도를 향상시키는 효과가 있다. 또한, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

도 5는 제2 실시형태의 압전진동소자(음차형 수정진동소자)(2)의 구성을 나타내는 도면이며, 도 5의 (a)는 평면도, 도 5의 (b)는 P-P단면도이다. 압전진동소자(2)의 압전기판(10)은 서로 이간하면서 병행으로 배치된 복수의 막대 모양의 진동암(15a, 15b)과, 각 진동암(15a, 15b)의 한쪽의 단부 사이를 연접하는 기부(12)와, 각 진동암(15a, 15b)의 각 진동중심선(B)에 따른 표면 및 이면에 각각 형성된 홈부(17a, 17b)를 구비하고 있다. 또한, 각 진동암(15a, 15b)의 다른 쪽의 단부에는 각각 표리면을 관통하고, 또한 각 진동암(15a, 15b)의 길이방향을 따라서 직선모양으로 연장하는 주파수 조정용 슬릿(25e)이 복수 개 형성되어 있다. 주파수 조정용 슬릿(25e)은 각 진동암(15a, 15b)의 진동중심선(B)에 대해 대칭으로 형성되어 있다.

그리고, 적어도 각 홈부(17a, 17b) 및 그 측면을 포함한 각 진동암(15a, 15b)의 표리면과, 각 진동암(15a, 15b)의 각각 양측면에는, 도 5의 (b)의 단면도에 나타내는 바와 같이 각각 여진전극(30, 32, 및 34, 36)이 형성되며, 기부(12)에 마련한 전극패드(도시생략)와의 사이를 전기적으로 접속되는 리드전극(도시생략)이 형성되어 있다.

기부(12)는, 도 1에 나타내는 압전진동소자(1)와 마찬가지로, 직사각형 모양의 기부본체(12a)와, 'L'자 모양 및 역'L'자 모양의 지지부(12b, 12c)와, 연결부(12d)를 구비하고 있다. 'L'자 모양 지지부(12b)의 단부와 역'L'자 모양의 지지부(12c)의 단부가 연접되고, 이 연접 부분이 연결부(12d)를 통하여 기부본체(12a)의 한쪽의 단부에 연결되며, 다른 쪽의 단부에는 각 진동암(15a, 15b)의 단부가 연결되고 있다.

지지부(12b, 12c)는 필수가 아니고, 기부(12)는 기부본체(12a)뿐이어도 된다.

각 진동암의 단부에는 각각 표리면을 관통하고, 또한 각 진동암의 길이방향을 따라서 직선모양으로 연장하는 주파수 조정용 슬릿을 형성함으로써, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 작게 할 수 있음과 아울러, 소형화한 음차형 압전진동소자의 구성이 가능하다는 효과가 있다.

또한, 도 4에 나타낸 주파수 조정용 슬릿의 형상, 배치의 패턴은 본 예에도 적용할 수 있다.

도 6은 제3 실시형태의 압전진동소자(뒤틀림형 수정진동소자)(3)의 구성을 나타내는 도면이며, 도 6의 (a)는 추부를 생략한 주요부 평면도, 도 6의 (b)는 P-P단면도이다. 압전진동소자(뒤틀림형 수정진동소자)(3)의 추부는 도 1의 실시형태에 나타낸 추부(20a, 20b)나 도 4에 나타낸 추부(20)와 동일한 구조로서, 중복하므로 생략하고 있다.

뒤틀림형 수정진동소자(3)의 수정기판(40)은 복수의 막대 모양의 진동암(45a, 45b)과, 각 진동암(45a, 45b)의 한쪽의 단부 사이를 연접하는 기부(42)와, 각 진동암(45a, 45b)의 다른 쪽의 단부에 각각 형성되어 각 진동암(45a, 45b)보다도 폭이 넓은 추부(도 1의 (a) 또는 도 4의 추부와 동일)와, 각 진동암(45a, 45b)의 진동중심선(B)에 따른 표면 및 이면에 각각 형성된 홈부(47a, 47b)를 구비하고 있다. 또한, 각 진동암(45a, 45b)의 선단부에 마련된 추부에는 각각 표리면을 관통하고, 또한 각 진동암(45a, 45b)의 길이방향을 따라서 직선모양으로 연장하는 주파수 조정용 슬릿이 복수 개 형성되어 있다.

각 홈부(47a, 47b) 내 및 그 측면을 포함한 각 진동암(45a, 45b)의 표리면에는 각각 여진전극(50a, 50b 및 54a, 54b)이 형성되어 있다. 또한, 각 진동암(45a, 45b)의 양측면의 여진전극은, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 도면 중 상하로 2분할되며, 각 진동암(45a, 45b)에는 각각 여진전극(52a, 52b 및 56a, 56b)이 형성되어 있다. 즉, 진동암(45a)의 표리면의 여진전극(50a와 50b)에 대해서는, 서로 다른 부호의 전압이 인가되고, 진동암(45b)의 표리면의 여진전극(54a와 54b)에는 서로 다른 부호의 전압이 인가되며, 또한 여진전극(50a와 54b(50b와 54a))에는 서로 다른 부호의 전압이 인가된다.

또한, 양측면의 여진전극(52b, 52a(56a, 56b))에는 대향하는 표리면의 여진전극(50a, 50b(54a, 54b))과 다른 부호의 전압이 인가된다.

즉, 진동암(45a)의 표면의 여진전극(50a)과, 양측면의 도면 중 상부의 여진전극(52b)에 대해서는 다른 부호의 전압이 인가되고, 이면의 여진전극(50b)과, 양측면의 도면 중 하부의 여진전극(52a)에 대해서는 다른 부호의 전압이 인가된다. 마찬가지로, 진동암(45b)의 표면의 여진전극(54b)과 대향하는 양측면의 도면 중 상부의 여진전극(56a)에 대해서는 다른 부호의 전압이 인가되고, 이면의 여진전극(54a)과 대향하는 양측면의 도면 중 하부의 여진전극(56b)에 대해서는 다른 부호의 전압이 인가된다. 그 결과, 도 6의 (b)의 화살표에 나타내는 전계가 생겨 도 6의 (a)의 화살표 R1, R2로 나타내는 서로 역방향으로 뒤틀리는 뒤틀림 진동이 여진된다.

뒤틀림 진동형 수정진동자(3)의 추부에 형성하는 슬릿은 각 진동중심선(B)에 대해 양외측으로부터 대칭이 되도록 형성하면 효율이 좋다. 이것은 뒤틀림 진동에 관해서는 진동중심선(B)으로부터 떨어진 위치에 있는 질량이 보다 공진주파수에 관여하기 때문이다. 즉, 동일한 질량을 제거하는 경우에, 진동중심선(B)에 가까운 위치보다 먼 위치의 질량을 제거하는 것이 주파수 변화가 크기 때문이다.

각 진동암의 폭이 넓은 추부에 주파수 조정용 슬릿을 형성함과 아울러, 각 진동암의 표리면 및 양측면에 상기와 같이 여진전극을 배치한다. 주파수 조정용 슬릿에 의해, 압전기판의 형상을 에칭가공으로 형성할 때에, 에칭시간의 초과, 즉 오버에칭이 생겨도, 각 진동암의 폭이 좁아지는 것에 의한 뒤틀림 진동의 공진주파수의 저하와, 주파수 조정용 슬릿의 폭이 넓어지는 것에 의한 공진주파수의 상승이 상쇄하여, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다. 또한, 추부를 형성함으로써 압전진동자를 소형화하는 것이 가능하게 된다는 효과가 있다.

도 7은 제4 실시형태에 관한 진동 자이로 소자(4)의 구성을 나타내는 평면도이다. 진동 자이로 소자(4)의 압전기판(60)은 대략 직사각형의 기부(61)와, 기부(61)의 대향하는 2개의 단부 가장자리 중심부로부터 각각 동일 직선상에 돌출 마련된 1쌍의 검출용 진동암(62a, 62b)과, 기부(61)의 대향하는 다른 2개의 단부 가장자리 중심부로부터 각각 검출용 진동암(62a, 62b)과 직교하는 방향으로 동일 직선상에 돌출 마련된 1쌍의 연결암(65a, 65b)과, 각 연결암(65a, 65b)의 선단부로부터 그것과 직교하는 양방향에 각각 돌출 마련된 각 1쌍의 구동용 진동암(67a, 67b, 70a, 70b)을 구비하고 있다.

각 검출용 진동암(62a, 62b) 및 구동용 진동암(67a, 67b, 70a, 70b)은 선단부에 각각 각 검출용 진동암(62a, 62b) 및 각 구동용 진동암(67a, 67b, 70a, 70b)보다도 폭이 넓은 추부(64a, 64b 및 69a, 69b, 72a, 72b)를 가지고, 각 추부(64a, 64b, 69a, 69b, 72a, 72b)에는 각각 표리면을 관통하며, 또한 각 진동암의 길이방향을 따라서 직선모양으로 연장하는 주파수 조정용 슬릿(25)이 복수 개 형성되어 있다.

또한, 진동 자이로 소자(4)의 여진전극(도시생략)은 적어도 1쌍의 검출용 진동암(62a, 62b)과, 각 1쌍의 구동용 진동암(67a, 67b, 70a, 70b)과의 표리면에 각각 형성되며, 또한 기부(61)에 마련한 복수의 전극패드(도시생략)와의 사이를 각각 리드전극에 의해 전기적으로 접속되어 있다.

도 7의 (b)는 진동 자이로 소자의 동작을 설명하는 모식 평면도이다. 진동 자이로 소자(4)는 각속도가 가해지지 않는 상태에서는, 구동용 진동암(67a, 67b, 70a, 70b)이 화살표 E로 나타내는 방향으로 굴곡진동을 행한다. 이 때, 구동용 진동암(67a, 67b)과 구동용 진동암(70a, 70b)이 중심(G)을 통과하는 Y축에 관하여 선대칭의 진동을 행하고 있기 때문에, 기부(61), 연결암(65a, 65b), 검출용 진동암(62a, 62b)은 거의 진동하지 않는다.

진동 자이로 소자(4)에 Z축회전의 각속도(ω)가 가해지면, 구동용 진동암(67a, 67b, 70a, 70b) 및 연결암(65a, 65b)에 코리올리(Coriolis) 힘이 작용하여, 새로운 진동이 여기된다. 이 진동은 중심(G)에 대해서 둘레방향의 진동이다. 동시에, 검출용 진동암(62a, 62b)은 상기 진동에 따라 검출진동이 여기된다. 이 진동에 의해 발생한 변형을 검출용 진동암(62a, 62b)에 형성한 검출전극이 검출하여 각속도가 구해진다.

각 검출용 진동암 및 구동용 진동암의 선단부에 각각 각 검출용 진동암 및 각 구동용 진동암보다도 폭이 넓은 추부를 마련하고, 이 추부에 주파수 조정용 슬릿을 형성한다. 각 진동암은 굴곡진동으로 여진되므로, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

도 8, 도 9 및 도 10은 각각 도 1, 도 5, 도 6 및 도 7에 나타내는 압전진동자(1 ~ 4)의 압전기판의 형상 및 슬릿, 홈부의 형성 및 여진전극의 형성에 관한 제조공정을 나타내는 플로우차트이다.

도 8은 압전진동자(1 ~ 4)의 형상(외형, 윤곽) 및 주파수 조정용 슬릿을 형성하는 제조공정을 나타내는 플로우차트도이다. 공정 S10에서는 압전웨이퍼(수정웨이퍼)의 전체 면에 증착, 스패터링 등에 의해 (Cr+Au) 등의 금속막을 형성한다.

공정 S11에서는 금속막 위에 포토레지스트막(레지스트막으로 칭함)을 전체 면에 도포한다. 공정 S12에서는 노광장치를 이용하여, 주파수 조정용 슬릿 및 외형의 마스크 패턴을 표리 양면에 형성한 레지스트막에 노광한다.

공정 S13에서는 레지스트막을 현상하여, 감광한 레지스트막을 제거한다. 또한, 레지스트막으로부터 노출한 금속막을 소정의 용액을 이용하여 녹여 제거하면, 주파수 조정용 슬릿과 압전기판의 외형 패턴이 다수 형성된 압전웨이퍼를 얻을 수 있다.

공정 S14에서는 불화수소산 용액을 이용하여, 레지스트막 및 금속막으로부터 노출한 압전웨이퍼를 소망의 주파수 조정용 슬릿을 가지는 압전기판의 외형이 되도록 웨트 에칭을 행한다.

공정 S15에서는 여분의 레지스트막과 금속막을 제거함으로써 소망의 형상의 압전기판을 얻을 수 있다. 소망의 형상의 압전기판과 압전웨이퍼는 지지편에 의해 연결되어 있어, 분리되고 있지 않다.

도 9는 진동암에 홈부를 형성하는 제조공정을 나타내는 플로우차트이다. 공정 S20은, 도 8에서 설명한 바와 같이, 주파수 조정용 슬릿이 형성된 압전기판의 윤곽 형상이 격자모양으로 늘어선 압전웨이퍼의 전체 면에 금속막을 성막하는 공정이다. 공정 S21에서는 전체 면에 레지스트막을 도포한다.

공정 S22에서는 형성하는 홈부에 대응한 홈부 마스크를 이용하여, 홈부 패턴을 표리면의 레지스트막에 노광한다. 공정 S23에서는 레지스트막을 현상 후, 감광한 레지스트막을 제거하여, 레지스트막으로부터 노출한 금속막을 녹인다.

공정 S24에서는 홈부와 대응하여, 레지스트막으로부터 노출한 압전기판을 하프 에칭한다. 공정 S25에서는 여분의 레지스트막과 금속막을 제거한다.

도 10은 여진전극 형성의 제조공정을 나타내는 플로우차트이다. 공정 30에서는 압전기판의 전체 면에 여진전극 등을 형성하기 위해 금속막을 증착, 스패터링 등을 이용하여 성막한다. 공정 S31에서는 전체 면에 레지스트 도포한다.

공정 S32에서는 전극패턴과 대응한 포토마스크를 이용하여 전극패턴을 표리 양면의 레지스트막에 노광한다. 공정 S33에서는 레지스트막을 현상한 후, 감광한 레지스트막을 제거한다. 그리고, 전극패턴과 대응한 레지스트막으로부터 노출한 금속막을 녹인다.

공정 S34에서 레지스트막을 제거한다. 여기서, 압전기판의 소정의 위치에 여진전극 등이 형성된 압전진동소자가 형성된다. 공정 S35에서는 압전웨이퍼와 압전진동소자를 연접하는 지지편을 꺾어 내어, 압전웨이퍼로부터 압전진동소자를 분할한다.

이상에서는 압전진동소자(1 ~ 3)의 제조공정에 대해서 설명했지만, 진동 자이로 소자(4)에 대해서도 외형 및 주파수 조정용 슬릿, 여진전극의 형성에 관한 제조공정은 동일하므로, 생략한다.

상기 제조방법을 이용함으로써, 음차형 압전진동소자용의 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

또, 상기 제조방법을 진동 자이로 소자에 적용함으로써, 진동 자이로 소자용의 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

도 11은 상기의 압전진동소자(1 ~ 3)와 압전진동소자(1 ~ 3)를 수용하는 패키지를 구비한 압전진동자의 구성을 나타내는 단면도이다. 패키지는 직사각형의 상자 모양으로 형성되어 있는 패키지본체(120)과 유리 등으로 이루어진 창부재(135a)를 가지는 덮개부재(135)로 이루어진다.

패키지본체(120)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 절연기판으로서 제1 기판(121)과, 제2 기판(122)과, 제3 기판(123)을 적층하여 형성되어 있다. 절연재료로서의 산화 알루미늄질의 세라믹?그린시트를 성형해 상자 모양으로 한 후에, 소결하여 형성되어 있다. 실장(實裝)단자(125)는 제1 기판(121)의 외부 저면에 복수 형성되어 있다.

제3 기판(123)은 중앙부가 제거된 환상체이며, 제3 기판(123)의 상부 가장자리부에 예를 들면 코바르(Kovar) 등의 금속씰링(124)이 형성되어 있다.

제3 기판(123)과 제2 기판(122)에 의해, 압전진동소자(1)를 수용하는 오목부가 형성되어 있다. 제2 기판(122)의 상면의 소정의 위치에는 도체(126)에 의해 실장단자(125)와 전기적으로 도통하는 복수의 소자탑재패드(127)가 마련되어 있다.

소자탑재패드(127)의 위치는 압전진동소자(1)를 얹어 놓았을 때에 'L'자 모양의 지지부(12b, 12c)에 형성한 패드전극(도시생략)에 대응하도록 배치되어 있다.

압전진동자(5)의 제조에서는, 우선, 패키지본체(120)의 소자탑재패드(127)에 도전성 접착제(130), 예를 들면 엑폭시계 접착제, 폴리이미드계 접착제, 비스말레이미드계 접착제 중 어느 하나를 적당량 도포하고, 그 위에 압전진동소자(1)를 얹어 하중을 건다.

패키지본체(120)에 탑재된 압전진동자(5)의 도전성 접착제(130)를 경화시키기 위해서 소정 온도의 고온로 내에 소정 시간 넣는다. 어닐 처리를 시행한 후, 위쪽으로부터 레이저광을 조사하여 각 진동암에 형성된 주파수 조정용 금속막의 일부를 증산(蒸散)시켜 주파수의 대략 조정을 실행한다. 유리창부(135a)를 구비한 덮개부재(135)를 패키지본체(120)의 상면에 형성한 씰링(124)에 심 용접(seam welding)한다.

패키지의 관통구멍(128)을 봉지하기 전에, 가열처리를 시행한다. 패키지의 상하를 반대로 하여, 관통구멍(128) 내의 단차부상에 금속구의 충전재(128a)를 얹는다. 충전재(128a)로서는 금-게르마늄 합금 등이 좋다. 충전재(128a)에 레이저광을 조사하여 용융시키고, 관통구멍(128)을 봉지함과 아울러 패키지 내부를 진공으로 한다. 패키지의 외부로부터 창부재(135a)를 통하여 레이저광을 패키지 내에 조사하여, 진동암에 형성한 주파수 조정용 금속막을 증산시켜 주파수 미세조정을 행해, 압전진동자(5)를 완성한다.

진동 자이로 소자(4)를 패키지에 수용하여 구성하는 진동자이로센서에 대해서도, 압전진동자(5)의 경우와 동일한 것으로 생략한다.

이와 같이, 기부, 복수의 막대 모양의 진동암, 각 진동암에 각각 형성된 폭이 넓은 추부, 각 추에 형성한 주파수 조정용 슬릿, 각 진동암의 표면 이면에 각각 형성된 홈부를 가지는 압전기판의 각 진동암의 표리면에 각각 여진전극을 배치한 압전진동소자와, 이 압전진동소자를 수용하는 패키지를 구비한 압전진동자를 구성한다.

폭이 넓은 추부에 주파수 조정용 슬릿을 배치함으로써, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 에칭시간의 초과, 즉 오버에칭이 생겨도, 각 진동암의 폭이 좁아지는 것에 의한 음차진동의 공진주파수의 저하와 주파수 조정용 슬릿의 폭이 넓어지는 것에 의한 공진주파수의 상승이 상쇄하여, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다. 추부를 형성함으로써 압전진동자를 소형화하는 것이 가능하게 된다.

또, 진동자이로센서는 기부, 1쌍의 검출용 진동암, 1쌍의 연결암, 각 1쌍의 구동용 진동암, 각 검출용 진동암 및 구동용 진동암의 선단부에 각각 마련한 폭이 넓은 추부 및 추부에 형성한 주파수 조정용 슬릿을 구비한 진동 자이로 소자와, 이 진동 자이로 소자를 수용하는 패키지를 구비한다.

각 진동암은 굴곡진동으로 여진되므로, 주파수 조정용 슬릿을 마련한 것에 의해, 압전기판의 형상(외형, 윤곽)을 에칭으로 형성할 때에, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

도 12는 압전발진기(6)의 구성을 나타내는 단면도이다. 압전발진기(6)는 상기의 압전진동소자(1 ~ 3)와 압전진동소자(1 ~ 3)를 여진하는 IC부품(138)과, 압전진동소자(1 ~ 3)를 진공 봉지함과 아울러 IC부품(138)을 수용하는 패키지(120a) 및 창부재(135a)를 가지는 덮개부재(135)를 구비하고 있다. 압전진동소자에 레이저광을 조사하여 대략 조정법, 미세조정하는 수법, 또, 패키지의 내부를 진공으로 하여 관통구멍(128)의 봉지하는 수법 등은, 압전진동자(5)의 경우와 동일한 것으로 생략한다. IC부품(138)은 패키지(120a)의 IC부품 탑재패드(129)에 금속범프(136) 등을 이용하여 전기적으로 도통(導通) 접속한다.

또한, 도 12에 나타낸 압전발진기(6)의 단면도에서는, IC부품(138)이 기밀 봉지되어 있지 않은 예를 나타냈지만, IC부품(138)을 패키지 내부에 배치하고, 기밀 봉지해도 된다.

상기의 압전진동소자와, 이 압전진동소자를 여진하는 IC부품과, 이들을 수용하는 패키지를 구비한 압전발진기를 구성하면, 소형이고 불필요한 진동이 적으며, 또한 압전진동소자의 주파수의 조정량이 적은 압전발진기를 얻을 수 있다고 하는 효과가 있다.

진동자이로장치의 일례의 단면도는 도 12와 동일하므로 생략한다.

진동자이로장치는 진동 자이로 소자(4)와, 진동 자이로 소자(4)의 구동용 진동암(67a, 67b, 70a, 70b)을 여진하고 또한 검출용 진동암(62a, 62b)의 주파수를 검출하여 처리하는 IC부품과, 진동 자이로 소자(4)를 기밀 봉지함과 아울러 상기 IC부품을 수용하는 패키지를 구비한다.

진동 자이로 소자와, 이 진동 자이로 소자의 각 구동용 진동암을 여진하고 또한 각 검출용 진동암의 주파수를 검출하여 처리하는 여진하는 IC부품과, 이들을 수용하는 패키지를 구비한 진동자이로장치를 구성한다. 각 진동암은 굴곡진동으로 여진되므로, 압전기판의 형상을 에칭으로 형성할 때에, 주파수 조정용 슬릿을 마련함으로써, 오버에칭에 의한 소정의 주파수로부터의 편차를 큰 폭으로 작게 할 수 있어, 진동 자이로 소자의 주파수의 조정량이 적고, 소형이고 불필요한 진동이 적은 진동자이로장치를 얻을 수 있다고 하는 효과가 있다.

1, 2, 3 … 압전진동소자, 4 … 진동 자이로 소자,
5 … 압전진동자, 6 … 압전발진기,
10, 40, 60 … 압전기판, 12, 42, 61 … 기부,
12a, 42a … 기부본체, 12b, 42a … 'L'자 모양 지지부,
12c, 42c … 역'L'자 모양 지지부, 12d, 42d … 연결부,
15a, 15b, 45a, 45b … 진동암, 17a, 17b, 47a, 47b … 홈부,
20, 20a, 20b … 추부,
25, 25a, 25b, 25d, 25e, 25 p … 주파수 조정용 슬릿,
30, 32, 34, 36, 50a, 50b, 52a, 52b, 54a, 54b, 56a, 56b … 여진전극,
58a, 58b … 리드전극, 59a, 59b … 패드전극,
65a, 65b … 연결암, 62a, 62b … 검출용 진동암,
67a, 67b, 70a, 70b … 구동용 진동암,
120, 120a … 패키지본체, 121, 122, 123 … 기판,
124 … 씰링, 125 … 실장단자,
126 … 도체, 127 … 소자탑재패드,
128 … 관통구멍, 128a … 충전재,
130 … 도전성 접착제, 135 … 덮개부재,
135a … 창부재, 129 … IC부품 탑재패드,
136 … 금속범프, 138 … IC부품,
B … 진동중심선, G … 중심

Claims (13)

1. 복수의 막대 모양의 진동암, 이 각 진동암의 한쪽의 단부 사이를 연접(連接)하는 기부(基部)를 구비하고 있는 압전진동소자로서,
   상기 진동암의 다른 쪽의 단부 측에는 슬릿이 복수 개 있는 것을 특징으로 하는 압전진동소자.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 슬릿은 길이방향 치수가 서로 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 압전진동소자.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 슬릿은 길이방향 치수가 서로 동일하고, 또한 길이방향 양단부의 위치가 교호(交互)로 어긋나 있는 것을 특징으로 하는 압전진동소자.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 슬릿은 길이방향 치수가 서로 동일함과 아울러, 폭 치수가 서로 다른 것을 특징으로 하는 압전진동소자.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 슬릿은 인접하는 2개의 슬릿의 길이방향 일단부 사이를 연통슬릿에 의해 연통하고 있는 슬릿 조(組)를 복수 조 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 압전진동소자.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 슬릿의 일단부는 상기 추(錘)부의 단부 가장자리에서 개방하고 있는 것을 특징으로 하는 압전진동소자.
7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 각 슬릿은 상기 압전기판의 진동중심선에 대해 대칭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전진동소자.
8. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 다른 쪽의 단부에 형성된 추부를 구비하고, 상기 추부에 상기 슬릿을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 압전진동소자.
9. 청구항 1 내지 6항 중 어느 한 항에 기재한 상기 압전진동소자가 진동 자이로(gyro) 소자인 것을 특징으로 하는 압전진동소자.
10. 청구항 1 내지 6항 중 어느 한 항에 기재한 압전진동소자와, 이 압전진동소자를 수용하는 패키지를 구비하는 것을 특징으로 하는 압전진동자.
11. 청구항 1 내지 6항 중 어느 한 항에 기재한 압전진동소자와, 이 압전진동소자를 여진(勵振)하는 IC부품과, 상기 압전진동소자를 기밀(氣密) 봉지(封止)함과 아울러 상기 IC부품을 수용하는 패키지를 구비한 것을 특징으로 하는 압전발진기.
12. 복수의 막대 모양의 진동암, 이 각 진동암의 한쪽의 단부 사이를 연접하는 기부를 구비한 압전진동소자로서,
    상기 진동암의 표면 및 이면에 각각 형성된 홈부와,
    상기 진동암의 표면 및 이면에 형성된 여진전극과,
    상기 각 진동암의 다른 쪽의 단부 측에는 슬릿이 복수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전진동소자를 제조하는 방법으로서,
    상기 압전진동소자의 외형 및 상기 슬릿을 에칭에 의해 형성하는 공정과,
    상기 홈부를 에칭에 의해 형성하는 공정과,
    상기 여진전극을 성막하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 압전진동소자의 제조방법.
13. 청구항 12에 기재한 압전진동소자가 진동 자이로 소자인 것을 특징으로 하는 압전진동소자의 제조방법.

Images