振动片、电子装置、电子设备以及振动片的制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于，能够提供一种振动片、电子装置、电子设备以及振动片的制造方法，其可在制造振动片时，同时进外形蚀刻和槽部的蚀刻，从而简化制造工序，并且提高槽部与外形的相对位置精度。本发明的振动片（44）的特征在于，具有基部、和从基部突出且具有槽部的振动臂（40），并且在所述振动臂（40）上形成有槽部（42），所述槽部（42）被形成为，在所述振动臂（40）的宽度方向上的长度长于在所述振动臂的长度方向上的长度，且沿着所述振动臂（40）的长度方向而排列配置有多个。
【专利说明】振动片、电子装置、电子设备以及振动片的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明尤其涉及一种在振动臂上具备槽部的振动片、电子装置、电子设备以及振动片的制造方法。
【背景技术】
[0002]成为振动片的一个示例的音叉型压电振动片具有基部、和以从基部突出的方式而形成的两根振动臂。在振动臂上形成有槽部，该槽部被设置在振动臂的表面和背面上。因此，振动臂的截面形状被形成为大致H型。这种音叉型压电振动片能够获得提高电场效率、振动臂的振动损失较低并且Cl值也被抑制得较低的优异的振动性能，并且，能够使振动片的整体形状小型化。
[0003]目前，作为这种振动片的一个示例，可列举出专利文献I至3。
[0004]在专利文献I所公开的振动片的制造方法中，首先，在水晶晶片的表面和背面上形成金属掩膜，并在该金属掩膜上形成光刻膜，且对光刻膜进行图案形成。然后，按照光刻膜的图案而对金属掩膜进行图案形成。该图案是按照振动片的外形轮廓而设计的。接下来，在金属掩膜图案上对光刻膜进行成膜，然后对光刻膜进行图案形成。该光刻膜的图案是按照振动片的槽的图案而设计的。接下来，按照金属掩膜的图案而对水晶晶片进行蚀刻，从而形成振动片的外形轮廓。然后，按照槽图案而对金属掩膜进行图案形成，并通过蚀刻而在振动片上形成槽。
[0005]但是，根据专利文献I的制造方法，由于通过不同的工序来实施形成振动片的外形的工序和形成槽部的工序，因此对于外形轮廓和槽部而言，必须进行两个阶段的光刻膜的成膜。虽然当在后阶段工序的金属掩膜上对光刻膜进行成膜时，按照金属掩膜的槽图案而进行图案形成，但存在难以高精度地使槽与已被形成的外形轮廓位置对齐的问题。如果槽的位置未按照设计而形成，则振动臂的平衡较差，从而振动变得不稳定。因此，频率的稳定性将变得较差、或者振动片的共振频率将与设计值产生偏差。
[0006]因此，在专利文献2所公开的振动片中，在同时对振动片的外形和槽部进行了图案形成之后，同时进行外形蚀刻和槽的蚀刻，从而减少了制造工序。并且，将槽的槽宽设定为不会超过如下大小，即，由于在进行蚀刻时水晶的各向异性而被形成在振动臂上的异形形状的突出量的大小。
[0007]另外，专利文献3中所公开的振动片与专利文献2相同地，在同时对振动片的外形和槽部进行了图案形成之后，同时进行外形蚀刻和槽的蚀刻，从而减少了制造工序。而且，振动臂的槽部以如下状态被形成，即，在振动臂的宽度方向上被分开且在长度方向上较为细长的小槽，沿着各个振动臂的长度方向而并排有多个的状态。
[0008]在形成振动片的外形以及槽部时，根据振动片的种类，蚀刻有时会持续较长时间。图8为现有的振动片的槽部蚀刻的说明图。如图示这样，在振动臂I采用于长度方向上较为细长的形状的槽部2的结构的情况下，如果蚀刻进行较短时间，则如图中虚线A所示，蚀刻沿着在长度方向上较为细长的槽部2的外形图案而进行。与此相对，当蚀刻成为较长时间时，如图中单点划线B所示，由于水晶的各向异性，在长度方向上较为细长的槽部2的任一方侧壁3a与另一方侧壁3b相比，蚀刻进行得较多。生成的槽部2a成为如下形状，即，关于振动臂I的中心而非对称，从振动臂I的侧面到槽部的侧壁的长度a、b不同的不均匀的形状。由此，存在振动臂I的平衡较差，从而振动变得不稳定的问题。
[0009]专利文献1:日本特开2002 - 76806号公报
[0010]专利文献2:日本特开2004 - 200915号公报
[0011]专利文献3:日本特许第4636170号公报
【发明内容】
[0012]因此，本发明为了解决上述现有技术的问题点，其目的在于，能够提供一种可在制造振动片时，同时进外形蚀刻和槽部的蚀刻，从而简化制造工序，并且提高槽部与外形的相对位置精度的振动片、电子装置、电子设备以及振动片的制造方法。
[0013]本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，且能够作为以下的方式或应用例而实现。
[0014]应用例I
[0015]本应用例所涉及的振动片的特征在于，具备:基部、和从所述基部突出且具有槽部的振动臂，所述槽部被形成为，在所述振动臂的宽度方向上的长度长于在所述振动臂的长度方向上的长度，并且沿着所述振动臂的长度方向而排列配置有多个。
[0016]根据上述结构，由于能够将振动臂的槽部形成为，使在振动臂的宽度方向上的长度长于长度方向上的长度的细长形状，从而即使进行较长时间的蚀刻工序，也不会由于因水晶的各向异性而产生的XY方向上的鳍状的异形形状而使槽部被加工至贯穿，因此能够提高振动臂的外形与槽部的相对位置精度。因此，能够获得振动特性较为优异的振动片。
[0017]应用例2
[0018]在上述应用例所涉及的振动片中，可以使其特征在于，在俯视观察所述振动臂时，所述槽部为多边形形状。
[0019]根据上述结构，由于能够形成相对于振动臂在宽度方向上的长度长于长度方向上的长度的、细长形状的多边形的槽部，从而即使进行较长时间的蚀刻工序，也不会由于因水晶的各向异性而产生的XY方向上的鳍状的异形形状而使槽部被加工至贯穿，因此能够提高振动臂的外形与槽部的相对位置精度。因此，能够获得振动特性较为优异的振动片。
[0020]应用例3
[0021]在上述应用例所涉及的振动片中，可以使其特征在于，在俯视观察所述振动臂时，所述槽部的角部包含曲线形状。
[0022]应用例4
[0023]在上述应用例所涉及的振动片中，可以使其特征在于，所述基部以及所述振动臂由压电单晶体构成。
[0024]根据上述结构，能够获得不受周围的温度变化的影响而具有稳定的共振频率的振动片。
[0025]应用例5
[0026]在上述应用例所涉及的振动片中，可以使其特征在于，所述槽部被形成于所述振动臂的一侧主面以及另一侧主面上。
[0027]根据上述结构，能够获得在一侧主面以及另一侧主面上具备高精度地形成了与外形轮廓之间的相对位置的槽部的振动片。
[0028]应用例6
[0029]本应用例所涉及的电子装置包括上述任一振动片。
[0030]根据上述结构，能够获得搭载了具备上述作用的振动片的电子装置。
[0031]应用例7
[0032]本应用例所涉及的电子设备包括上述任一振动片。
[0033]根据上述结构，能够获得搭载了具备上述作用的振动片的电子设备。
[0034]应用例8
[0035]一种振动片的制造方法，其特征在于，所述振动片具备:基部、和以从所述基部突出的方式而形成的振动臂，并且在所述振动臂上形成有槽部，所述振动片的制造方法包括:相对于被形成在基板上的金属膜上的光刻膜，而同时形成所述振动片的外形图案和与所述槽部相当的图案的工序，所述槽部被形成为，在所述振动臂的宽度方向上的长度长于在所述振动臂的长度方向上的长度，并且沿着所述振动臂的长度方向而排列有多个；除去与所述振动片的外形相对应的区域和所述槽部的、所述光刻膜以及所述金属膜的工序；对所述基板进行蚀刻而同时形成所述振动片的外形与所述槽部的工序。
[0036]由此，即使进行较长时间的蚀刻工序，也不会由于因水晶的各向异性而产生的XY方向上的鳍状的异形形状而使槽部被加工至贯穿，因此能够提高振动臂的外形与槽部的相对位置精度。因此，能够制造出振动特性较为优异的振动片。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1为本发明的一个实施方式所涉及的振动片的立体图。
[0038]图2为将振动臂的一部分放大后的俯视图。
[0039]图3为改变例I的槽部的说明图。
[0040]图4为改变例2的槽部的说明图。
[0041]图5为按顺序表示本实施方式的振动片的制造工序的示意剖视图。
[0042]图6为按顺序表示本实施方式的振动片的制造工序的示意剖视图。
[0043]图7为使用了本发明的振动片的电子设备的说明图。
[0044]图8为现有的振动片的槽部蚀刻的说明图。
【具体实施方式】
[0045]参照附图，在以下对本发明的振动片、电子装置、电子设备以及振动片的制造方法的实施方式进行详细说明。
[0046]图1为本发明的一个实施方式所涉及的振动片的立体图。如图示这样,振动片440在由X轴(第2轴)和与该X轴以平面状正交的Y轴(第I轴)构成的平面上延展，并具有相互处于表面和背面关系的第一主面52和第二主面54。另外，将与第一主面52以及第二主面54垂直的轴设定为Z轴。振动片440中，从基部56向+ Y轴方向延伸出了第一振动臂401和第二振动臂402，并且向一 Y轴方向延伸出了第三振动臂403和第四振动臂404。通过基部56、第一振动臂401和第二振动臂402而构成了音叉型振动片，并且通过基部56、第三振动臂403和第四振动臂404而构成了音叉型振动片。这种两个音叉型振动片与基部56结合且两个音叉型振动片的振动臂的延伸方向相互背离的结构的振动片440，被称为H型的振动片。
[0047]第一振动臂401与第二振动臂402相互平行，且以同一长度、同一截面形状而构成，第三振动臂403和第四振动臂404相互平行，且以同一长度、同一截面形状而构成。本实施方式所涉及的振动片440中，第一振动臂401以及第二振动臂402构成了驱动臂(激励臂)，第三振动臂403以及第四振动臂404构成了检测臂。第一至第四振动臂401、402、403、404均在第一主面52以及第二主面54上，沿着振动臂的长度方向而形成有多个槽部42，该槽部42具有与在振动臂的长度方向上相比，在宽度方向上较长的细长形状。
[0048]图2为将振动臂的一部分放大后的俯视图。如图示这样，槽部42沿着振动臂40的长度方向而排列形成有多个。各个槽部42被形成于振动臂40的一侧主面以及/或者另一侧主面上。槽部42中，与在振动臂40的长度方向上的长度y相比，宽度方向上的长度X更长，换句话说，形成为X > y的细长形状。并且，各个槽部42以侧壁不相互接触的方式，隔开预定的间隙d而并排地排列配置。图2所示的各个槽部42沿着振动臂40的长度方向而排列配置成一列，但在振动臂40的宽度方向较大的情况下，也可以在长度方向上排列配置于宽度方向上也排列有多个的列。另外，此时，在宽度方向上的列之间，以长度方向上的侧壁不发生接触的方式，隔开并配置了预定的间隔。这种槽部42以格子状的框被隔开，并沿着长度方向而排列配置。另外，在槽部42的内部形成有多个因水晶的各向异性而产生的、XY方向上的鳍状的异形形状的结晶面，从而具备随着朝向大致中心，槽深逐渐增加的倾斜。由此，即使进行较长时间的蚀刻,槽部42也不会被加工至贯穿。在各个槽部42的内部形成有激励电极(未图示)。此种结构的振动片能够通过经由引出电极(未图示)而施加的外部电压，而使被夹持在激励电极之间的水晶材料产生电场，从而产生振动臂的弯曲振动。
[0049]图3为改变例I的槽部的说明图。如图示这样，改变例I的槽部421被形成为，在俯视观察振动臂40时，与在振动臂40的长度方向上的长度相比，在宽度方向上的长度较为细长的椭圆形状。即，槽部的角部包含曲线形状。并且，椭圆形状的各个槽部421以侧壁不相互接触的方式，隔开预定的间隔d而沿着长度方向并排地排列配置。
[0050]图4为改变例2的槽部的说明图。如图示这样，改变例2的槽部422被形成为，在俯视观察振动臂40时，与在振动臂40的长度方向上的长度相比，在宽度方向上的长度较为细长的六边形形状。另外，槽部422的形状也可以为菱形、八边形等多边形形状。并且，六边形形状的各个槽部422以侧壁不相互接触的方式，隔开预定的间隔d而沿着长度方向并排地排列配置。
[0051]这种结构的振动片440中，当向电极(未图不)输入激励信号时,第一振动臂401和第二振动臂402将在±X轴方向上进行弯曲振动。此时，如果使振动片440绕Y轴(检测轴)进行旋转，则会在与第一振动臂401和第二振动臂402的振动方向(面内振动)成直角的方向上产生科里奥利力，从而第三振动臂403 (检测臂)以及第四振动臂404 (检测臂)将在土Z轴方向上进行面外振动。通过对因该面外振动而产生的电荷量进行测定，从而能够检测出作用于振动片440的角速度。
[0052]另外，本发明的振动片除了能够应用于上述H型的振动片之外，还能够应用于音叉型压电振动片、陀螺用的音叉型压电振动片等在振动臂上具有槽部的结构中。
[0053]接下来，在以下对上述结构的振动片的制造方法进行说明。图5以及6为，按顺序表示本实施方式的振动片的制造工序的示意剖视图。
[0054]首先，准备如图5 Ca)所示这样的基板10。基板10为，被研磨成预定的厚度的板状(晶片状)的部件，作为材质，优选使用压电单晶体。作为更加具体的基板10的材质，可以使用由如下材料构成的压电单晶体等，即，水晶、铌酸锂单晶体、钽酸锂单晶体、铌酸锂一钽酸锂固溶体单晶体、硼酸锂单晶体、兰克赛(1ngas i te )单晶体等。通过将这种压电单晶体用于基板10，从而能够获得不受周围的温度变化的影响而具有稳定的共振频率的振动片。
[0055]接下来，如图5 (b)所示，在基板10的一侧主面12以及另一侧主面14上形成金属膜20。金属膜20可以利用蒸镀或溅射法而形成。金属膜20优选为，不会被在后续工序中用于形成振动片的外形的基板10的蚀刻液、例如氢氟酸等侵蚀的材质。作为一个示例，本实施方式的金属膜20采用了在基板10的上层形成了 Cr (铬)膜22，并在Cr膜22的上层层叠了 Au (金)膜24的双层(下层为Cr膜22、上层为Au膜24)的层叠结构。Cr膜22与水晶等的基板10之间的紧贴性较为优异。另一方面，Au膜24与Cr膜22相比，对基板10的蚀刻液的耐腐蚀性较为优异。另外，也可以采用将Ti (钛)、W (钨)等组合在一起的层叠结构。
[0056]然后，在金属膜20的表面整个区域上涂布光刻胶并使之干燥，从而形成了预定的膜厚的光刻膜30。
[0057]接下来，如图5 (C)所示，将描绘了与振动片的外形相对应的蚀刻图案和与槽部相对应的蚀刻图案的光掩膜32，配置在基板10的两侧主面的各个光刻膜30之上。光掩膜32形成有用于通过紫外线而对与振动片的外形部分以及槽部相当的区域进行曝光的开口。光掩膜32的与槽部相对应的蚀刻图案被形成为，与在振动臂的长度方向上的长度相比宽度方向上的长度较长的细长形状。其他的与振动片的内部形状相当的区域遮挡紫外线。然后，曝光紫外线，而转印蚀刻图案。
[0058]由于此种本发明的振动片的制造方法同时对振动片的外形和槽部的形成位置进行图案形成，因此与现有的通过不同的工序来对振动片的外形和槽部的形成位置进行图案形成的方法相比，能够提高振动片的外形与槽部的相对位置的精度。
[0059]然后，如图5 (d)所示，首先，光刻膜30的感光部分通过显影液而显影并被去除，从而使与振动片的外形相当的金属膜20露出。在此，与槽部相当的光刻膜30也仿照槽部的形状而以凹状被去除。另一方面，与槽部彼此之间的间隙相当的位置留下了光刻膜30以及金属膜20。
[0060]然后，通过预定的蚀刻液对未形成有光刻膜30的、基板10上的金属膜20进行蚀刻而将其去除。对于金属膜20的去除，在去除了上层的Au膜24之后，阶段性地去除下层的Cr膜22。由此，去除了金属膜20的部分使基板10露出。
[0061]接下来，如图6 (a)所示，进行对振动片的蚀刻。即，以仅留下振动片的内部形状(外形的内侧且除槽部之外的部分)的方式，同时对外形以及槽部42进行蚀刻。蚀刻工序例如可以使用湿蚀刻。根据振动片的种类，该蚀刻工序有时会成为较长时间。通过此种较长时间的蚀刻工序，振动片的外形被完全地蚀刻。另一方面，由于槽部42被形成为，与在振动片的长度方向上的长度相比，宽度方向上的长度较长的细长形状，因此，由于水晶的蚀刻而产生的各向异性，从而因XY方向上的鳍状的异形形状而形成有多个结晶面。该结晶面具有随着朝向槽部42的大致中心，槽深逐渐增加的倾斜。另外，由于在振动臂的长度方向上的槽部42的侧壁短于宽度方向上的槽部42的侧壁，因此长度方向上的槽部42的侧壁与宽度方向上的槽部42的侧壁相比，不易形成因水晶的各向异性而产生的鳍状的结晶面，从而蚀刻的加工量也较少。因此，由于槽部不会被加工至贯穿，因此能够提高振动臂和槽部的相对位置精度。因此，成为振动特性较为优异的振动片。[0062]然后，如图6 (b)所示，通过将光刻膜和金属膜全部去除，从而可获得具备槽部42的振动片44。
[0063]根据这种本发明的振动片，由于能够将振动臂的槽部形成为，使在振动臂的宽度方向上的长度长于长度方向上的长度的细长形状，从而即使进行较长时间的蚀刻工序，也不会由于因水晶的各向异性而产生的XY方向上的鳍状的异形形状而使槽部被加工至贯穿，因此能够提高振动臂的外形与槽部的相对位置精度。因此，能够获得振动特性较为优异的振动片。
[0064]另外，由于同时进行振动片的外形蚀刻和槽部的蚀刻，从而缩短了制造工序，由此能够容易地进行制造。而且，由于一起进行图案形成而用一个工序来进行振动片的外形蚀刻和槽部蚀刻的工序，因此相对于振动臂，槽部的位置不会发生错位。因此，不会对振动片的振动性能造成恶劣影响。
[0065]而且，在将本发明的振动片应用于H型的陀螺传感器的检测用的振动臂的情况下，当检测用的振动臂向土叾轴方向进行面外振动时，由于各个槽部被形成为，在振动臂的宽度方向上较长的细长形状，因此各个槽部的间隙不会成为进行振动的振动臂的动作的障碍。因此，成为检测用的振动臂容易振动的结构，从而能够提高检测灵敏度。
[0066]本发明的振动片构成各种传感器元件等，并且能够应用于各种各样的电子装置、电子设备中。图7为使用了本发明的振动片的电子设备的说明图。在图7中，移动电话终端60 (包括PHS:个人手持式电话系统)具备多个操作按钮62、听筒64以及话筒66，并且在操作按钮62与听筒64之间配置有显示部68。
[0067]另外，具备本实施方式的振动片的电子设备除了能够应用于上述的移动电话终端60以外，还能够广泛应用于如下的装置中，即，智能手机、数码照相机、个人计算机、膝上型个人计算机、平板型个人计算机、电视、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、喷墨式喷出装置、电子记事本、台式电子计算机、电子游戏机、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监视器、电子双筒望远镜、POS (point of sale:销售点)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)、飞行模拟器等。
[0068]符号说明
[0069]I...振动臂；2、2a...槽部；3a----方侧壁；3b...另一方侧壁；10...基板；12----侧主
面;14…另一侧主面；20…金属膜；22…Cr膜;24…Au膜；30…光刻膜；32…光掩膜；40...振动臂；42、421、422…槽部；44、440…振动片；52…第一主面；54…第二主面；56…基部；60…移动电话终端；62…操作按钮;64…听筒;66…话筒;68…显不部;401…第一振动臂；402…第二振动臂；403…第三振动臂；404…第四振动臂。
【权利要求】
1.一种振动片，其特征在于， 具备:基部、和从所述基部突出且具有槽部的振动臂， 所述槽部被形成为，在所述振动臂的宽度方向上的长度长于在所述振动臂的长度方向上的长度，并且沿着所述振动臂的长度方向而排列配置有多个。
2.如权利要求1所述的振动片，其特征在于， 在俯视观察所述振动臂时，所述槽部为多边形形状。
3.如权利要求1所述的振动片，其特征在于， 在俯视观察所述振动臂时，所述槽部的角部包含曲线形状。
4.如权利要求1所述的振动片，其特征在于， 所述基部以及所述振动臂由压电单晶体构成。
5.如权利要求2所述的振动片，其特征在于， 所述基部以及所述振动臂由压电单晶体构成。
6.如权利要求3所述的振动片，其特征在于， 所述基部以及所述振动臂由压电单晶体构成。
7.如权利要求1所述的振动片，其特征在于， 所述槽部被形成于所述振动臂的一侧主面以及另一侧主面上。
8.一种电子装置，其特征在于， 具备权利要求1至6中任一项所述的振动片。
9.一种电子设备,其特征在于， 具备权利要求1至6中任一项所述的振动片。
10.一种振动片的制造方法，其特征在于， 所述振动片具备:基部、和以从所述基部突出的方式而形成的振动臂，并且在所述振动臂上形成有槽部， 所述振动片的制造方法包括: 相对于被形成在基板上的金属膜上的光刻膜，而同时形成所述振动片的外形图案和与所述槽部相当的图案的工序，所述槽部被形成为，在所述振动臂的宽度方向上的长度长于在所述振动臂的长度方向上的长度，并且沿着所述振动臂的长度方向而排列有多个； 除去与所述振动片的外形相对应的区域和所述槽部的、所述光刻膜以及所述金属膜的工序； 对所述基板进行蚀刻而同时形成所述振动片的外形与所述槽部的工序。
【文档编号】H03H3/02GK103457570SQ201310206769
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】山口啓一, 川内修 申请人:精工爱普生株式会社