專(zhuān)利名稱(chēng)：音叉型壓電振蕩片及其制造方法，壓電器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為在各種電子儀器使用的壓電振子和壓電振蕩器、角速度傳感器所使用的壓電振動(dòng)陀螺等壓電器件，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及就此而言所使用的音叉型壓電振蕩片及其制造方法。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，在普通的鐘表和家電產(chǎn)品，各種信息、通信儀器和OA儀器等民用、工業(yè)用電子儀器中，作為其電子電路的時(shí)鐘源，廣泛使用將壓電振動(dòng)子、壓電振蕩片和IC芯片封裝在同一組件內(nèi)的振蕩器和實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊等壓電器件。另外，作為船舶、飛行器、汽車(chē)等姿式控制和航行控制，防止、檢測(cè)攝像機(jī)等的手振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)角速度傳感器，壓電振動(dòng)陀螺被廣泛地使用，它還被應(yīng)用于3維立體鼠標(biāo)等的旋轉(zhuǎn)方向傳感器中。這種壓電振動(dòng)陀螺由例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2中記載的內(nèi)容而知道。
特別是最近，隨著裝載其的電子儀器的小型化、薄型化，要求這種壓電器件進(jìn)一步小型化、薄型化。另外，要求通過(guò)確保低CI(晶體阻抗)值，高性能穩(wěn)定的優(yōu)秀壓電器件。為了保持低IC值，開(kāi)發(fā)了例如像在專(zhuān)利文獻(xiàn)3、專(zhuān)利文獻(xiàn)4中記載的帶槽的具有振動(dòng)臂構(gòu)造的音叉型壓電振蕩片。
這種帶槽的振動(dòng)臂構(gòu)造的音叉型壓電振蕩片，如圖8所示，在從底座1平行延伸的一對(duì)振動(dòng)臂2a，2b的上下表面3a、3b上，沿著其縱向方向分別形成直線形延伸的槽4a、4b。如圖9(A)和(B)所示，在各個(gè)槽4a、4b的側(cè)面和底面形成膜形的第1電極5a、5b，而且在振動(dòng)臂2b、2b的各側(cè)面形成膜形的第2電極6a、6b。通過(guò)一面的振動(dòng)臂的第1電極5a(5b)和另一面的振動(dòng)臂的第2電極6a(6b)互相電連接，構(gòu)成了使所述音叉型水晶振蕩片振蕩的驅(qū)動(dòng)電極。如果從連接端子7，7向該驅(qū)動(dòng)電極提供交流電壓，就會(huì)在鄰接的第1電極5a、5b和第2電極6a、6b之間產(chǎn)生與所述各主平面平行的電場(chǎng)E1、E2，結(jié)果大幅提高了電場(chǎng)效率，從而能夠抑制降低CI值。
這種音叉型壓電振蕩片是通過(guò)這樣的常規(guī)方法形成的，通過(guò)利用光蝕技術(shù)濕蝕刻例如由水晶等壓電單晶材料形成的基板，加工希望的振蕩片的外形和槽4a、4b，而且在其表面形成電極膜圖案。更具體地說(shuō)，在水晶基板的兩面形成抗蝕膜，而且在其上涂敷、干燥光致抗蝕劑形成光致抗蝕劑膜，在其上配置上下1對(duì)第1光掩模，它具有與希望的振蕩片外形相應(yīng)的同一蝕刻圖案，通過(guò)曝光、顯影露出抗蝕膜，通過(guò)蝕刻液除去抗蝕膜露出水晶基板表面。剝離剩余的抗蝕膜后，在剩余的耐蝕膜上再次涂敷、干燥光致抗蝕劑，形成新的抗蝕劑膜，在其上配置具有對(duì)應(yīng)振動(dòng)臂形狀的蝕刻圖案的上下1對(duì)第2光掩模，通過(guò)曝光、顯影露出耐蝕膜。
然后，利用水晶蝕刻液蝕刻水晶基板的暴露表面，加工帶有振動(dòng)臂的振蕩片的外形形狀。然后，利用蝕刻液除去耐蝕膜的暴露表面，露出水晶基板表面，通過(guò)把它放入水晶蝕刻液中預(yù)定深度進(jìn)行半蝕刻，在振動(dòng)臂的上下朱表面上分別形成槽。在這樣形成的水晶元件片的含有所述振蕩片的槽內(nèi)表面的整個(gè)面上，通過(guò)蒸發(fā)、濺射電極材料而成膜，形成電極膜，通過(guò)對(duì)其光蝕刻而分極，形成希望的驅(qū)動(dòng)電極，輸出電極和布線。
水晶基板，是使用例如是以偏離開(kāi)水晶的Z軸一個(gè)預(yù)定角度θ的切角繞X軸旋轉(zhuǎn)一周切削水晶而得到的水晶基板，所述角度例如是大約30′度到2度。音叉型壓電振蕩片是這樣定位的，如圖8所示，分別對(duì)應(yīng)于稱(chēng)為水晶的晶體構(gòu)造的機(jī)械軸的Y軸、稱(chēng)為電氣軸的X軸和稱(chēng)為光學(xué)軸的Z軸定位振動(dòng)臂2a，2b的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向。因此，振動(dòng)臂2a，2b的寬度方向與X軸方向一致，而長(zhǎng)度方向?yàn)榕cY軸方向成θ角度傾斜的Y’方向，厚度方向?yàn)榕cZ軸方向成θ角度傾斜的Z’方向。
JP7-55479[專(zhuān)利文獻(xiàn)2]JP10-170272[專(zhuān)利文獻(xiàn)3]JP56-65517[專(zhuān)利文獻(xiàn)4]日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?000-595424如圖9(A)所示，通常振動(dòng)臂2a(2b)的槽4a(4b)是這樣配置的，使得在寬度方向上，其中心線C1與所述各振動(dòng)臂的中心線C2相一致。可是，由于多數(shù)壓電振蕩片是由蝕刻具有各向異性的水晶等壓電單晶材料形成的，所以，在多數(shù)情況下，濕蝕刻的所述振動(dòng)臂和槽的斷面形狀大所隨其結(jié)晶定向而對(duì)中心線C1，C2不對(duì)稱(chēng)。特別是水晶的蝕刻速度具有晶軸依賴(lài)性，由于圖8的實(shí)施例的振動(dòng)臂的寬度方向即+X軸方向容易蝕刻，圖9(B)所示的槽4a(4b)的斷面不是如圖中假想線8所示的理想的矩形，因此成為其左側(cè)面向圖中的右方向傾斜，另外振動(dòng)臂2a(2b)的右側(cè)面形成突起9的非對(duì)稱(chēng)的斷面形狀。
為此，振動(dòng)臂的剛度在關(guān)于中心線C2的左右方向上產(chǎn)生不能被忽視程度的差，在振動(dòng)時(shí)振動(dòng)臂的撓度在左右即在音叉的內(nèi)側(cè)和外側(cè)產(chǎn)生不平衡，振蕩沒(méi)有被封閉在振蕩槽內(nèi)，它從壓電振蕩片的支架漏到組件側(cè)，具有產(chǎn)生失真能量損耗的顧慮。而且，由于在該振動(dòng)臂的左右撓度的不平衡變大，壓電振蕩片的不正常能量損耗變大時(shí)，產(chǎn)生了其固有頻率即諧振頻率數(shù)降低，而且具有固有頻率的波動(dòng)值變大的問(wèn)題。
另外，在上述壓電振蕩片的外形加工中，如果在水晶基板的上下各表面分別配合定位第1光掩模時(shí)有誤差，這樣振動(dòng)臂2a(2b)的上側(cè)主平面3a和下側(cè)主平面3b，就像由圖10的中心線C1，C2所示的那樣，在寬度方向上產(chǎn)生誤差，振動(dòng)臂的斷面具有在厚度方向產(chǎn)生上下不對(duì)稱(chēng)的危險(xiǎn)。特別是如果使壓電振蕩片進(jìn)一步變小，這樣光是光掩模定位匹配就很困難，位置精度降低，容易變得不對(duì)稱(chēng)。
在這種具有不對(duì)稱(chēng)斷面的彈性體中，如果考慮將與所述主平面垂直的寬度方向即X方向的斷面設(shè)為厚度方向(Z’方向)，如圖10所示，通過(guò)電場(chǎng)E1，E2的壓電反作用的張力和壓縮力在上下不平衡地作用。為此，振動(dòng)臂2a、2b在振動(dòng)時(shí)作為整體，受到在厚度方向的扭矩，從而在厚度方向產(chǎn)生變形，而在寬度方向產(chǎn)生彎曲振動(dòng)。結(jié)果由于振動(dòng)的泄漏產(chǎn)生失真能量損耗，有振動(dòng)特性不穩(wěn)定的危險(xiǎn)。另外，如果這種失真能量損耗變大，則存在壓電振蕩片的固有頻率即諧振頻率數(shù)降低，而且固有頻率的波動(dòng)值變大的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是鑒于上述已有問(wèn)題作出的，其第1個(gè)目的在于，在音叉型壓電振蕩片上，該音叉型壓電振蕩片是由具有蝕刻各向異性的壓電材料形成的而且具有帶有槽的振動(dòng)臂結(jié)構(gòu)，由于很好地平衡其振動(dòng)臂寬度方向左右的剛度或者改善其平衡，保證了穩(wěn)定的彎曲運(yùn)動(dòng)，抑制了CI值，因此，在實(shí)現(xiàn)高性能的同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第2個(gè)目的在于，在具有帶槽的振動(dòng)臂構(gòu)造的音叉型壓電振蕩片上，通過(guò)抑制CI值提高其性能，由于針對(duì)在振動(dòng)臂的上下主平面上產(chǎn)生的寬度方向的誤差而導(dǎo)致的在振動(dòng)臂的彎曲振動(dòng)中產(chǎn)生的厚度方向的位移被有效地消除或抑制，由于振動(dòng)的泄漏產(chǎn)生的失真能量損耗被消除或者抑制，而且確保了穩(wěn)定的振動(dòng)特性。
本發(fā)明的目的還在于，提供了這種音叉型壓電振蕩片的制造方法。
本發(fā)明的目的又在于，提供了利用這種音叉型壓電振蕩片的高品質(zhì)和高穩(wěn)定性的壓電器件。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，為實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種音叉型壓電振蕩片，其特征在于，由在規(guī)定方向上具有蝕刻各向異性的壓電材料形成，其具有從基部延伸出的1對(duì)振動(dòng)臂，和由在各振動(dòng)臂的表面和里面的主要面上設(shè)置的第1電極及在其側(cè)面上設(shè)置的第2電極形成的驅(qū)動(dòng)電極，在振動(dòng)臂的至少一個(gè)主平面上，設(shè)置有沿著振動(dòng)臂的縱向方向延長(zhǎng)的槽，該槽是這樣設(shè)置的，使得在寬度方向上，其中心線關(guān)于振動(dòng)臂的中心線，在與所述蝕刻各向異性的規(guī)定方向相反側(cè)上彼此錯(cuò)開(kāi)，而且，所述至少一個(gè)主平面上設(shè)置的第1電極是由在所述槽的側(cè)面形成的電極膜形成的。
如上所述，由具有蝕刻各向異性的壓電材料形成的音叉型壓電振蕩片的外形和振動(dòng)臂的槽，如果利用已有的通常使用的濕蝕刻方法加工，其寬度方向的斷面形狀是不對(duì)稱(chēng)的，存在關(guān)于振動(dòng)臂的中心線，在與蝕刻各向異性規(guī)定方向相反側(cè)的振動(dòng)臂的剛性變大的危險(xiǎn)，所以這樣配置本發(fā)明的振動(dòng)臂的槽，能夠消除或者改善這種斷面形狀不對(duì)稱(chēng)引起的剛性的不平衡。因此，振動(dòng)臂穩(wěn)定了左右撓度，防止了由于振動(dòng)的泄漏產(chǎn)生的失真能量損耗，能夠反復(fù)進(jìn)行穩(wěn)定的彎曲運(yùn)動(dòng)。
壓電材料采用已有的普通的水晶就能夠滿足要求。在這種情況下，振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別對(duì)應(yīng)于水晶的Y軸方向、X軸方向和Z軸方向，如果在水晶的-X方向上，關(guān)于振動(dòng)臂的中心線向著寬度方向錯(cuò)開(kāi)設(shè)置所述槽，由于水晶在+X方向的蝕刻速度高，所以與振動(dòng)臂的非對(duì)稱(chēng)的斷面形狀沒(méi)有關(guān)系，能夠很好地確保其左右剛性的平衡。
在可選實(shí)施例中，如果關(guān)于振動(dòng)臂的中心線的槽的中心線的錯(cuò)開(kāi)量為振動(dòng)臂寬度的1-5％，最好為2-4％的范圍內(nèi)，能夠提高音叉型水晶振蕩片的諧振頻率，而且盡管在制造誤差范圍內(nèi)使槽的位置在振動(dòng)臂寬度方向錯(cuò)動(dòng)，也能確認(rèn)頻率的變化不大。
按照本發(fā)明的第二方面，提供一種音叉型壓電振蕩片，其特征在于，其具有從基部延伸出1對(duì)振動(dòng)臂，和在所述振動(dòng)臂的上下主平面上分別沿其長(zhǎng)度方向延伸的槽，由在所述各槽的側(cè)面上設(shè)置的第1電極和在所述各振動(dòng)臂的側(cè)面上設(shè)置的第2電極形成的驅(qū)動(dòng)電極一個(gè)所述槽，關(guān)于另一個(gè)所述槽，在所述振動(dòng)臂的寬度方向，與關(guān)于設(shè)有所述另一個(gè)槽的所述主平面的設(shè)有所述一個(gè)槽的所述主平面的錯(cuò)位同向錯(cuò)開(kāi)，而且，在所述振動(dòng)臂的寬度方向的斷面上，其厚度方向被2等分的上側(cè)和下側(cè)部分的各重心在與所述主平面垂直的同一直線上被匹配設(shè)置。這種情況下，壓電材料通常采用已有的水晶就能夠滿足要求。其次，最好使振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別對(duì)應(yīng)于水晶的Y軸方向、X軸方向和Z軸方向定向。
通過(guò)這種構(gòu)成，既便在振動(dòng)臂的上下主平面之間具有寬度方向的位置偏移，但如果將振動(dòng)臂的斷面看作一個(gè)整體，則在其厚度方向2等分的上側(cè)和下側(cè)部分的由于引力和壓縮力的不平衡引起的力矩被相互抵消，能夠消除或者改善振動(dòng)時(shí)厚度方向的位移。因此振動(dòng)臂能夠防止由于振動(dòng)的泄漏導(dǎo)致的失真能量損耗，能夠穩(wěn)定地重復(fù)彎曲振動(dòng)。
在其它實(shí)施例中，所述音叉型壓電振蕩片還具有從基部向著與所述1對(duì)振蕩片相反方向延伸的另1對(duì)振動(dòng)臂，能夠使用于所述專(zhuān)利文獻(xiàn)1或2中記載的壓電振動(dòng)陀螺。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了壓電器件，其包括，上述本發(fā)明的音叉型壓電振蕩片，固定支撐在其基部把該音叉型壓電振蕩片封裝在內(nèi)部的封裝組件。此外，按照本發(fā)明，提供了還包括被裝載在所述封裝組件內(nèi)的IC元件的壓電器件。
另外，按照本發(fā)明的另一方面，提供一種音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，包括過(guò)程在規(guī)定方向具有蝕刻各向異性的壓電材料的基板上，加工具有基部和從該基部延伸出的1對(duì)振動(dòng)臂的音叉型壓電元件片的外形，通過(guò)對(duì)振動(dòng)臂的內(nèi)外主平面的至少一個(gè)進(jìn)行濕蝕刻，形成沿著該振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向延伸的槽，該槽是這樣形成的在寬度方向的中心線關(guān)于振動(dòng)臂的中心線，在與所述蝕刻各向異性規(guī)定的方向相反側(cè)上彼此錯(cuò)開(kāi)，通過(guò)在振動(dòng)臂的主平面和側(cè)面形成在所述槽內(nèi)表面上的電極膜而且通過(guò)形成圖案，形成驅(qū)動(dòng)電極。
這樣，消除或改善了由于帶槽的振動(dòng)臂的不對(duì)稱(chēng)的斷面形狀而產(chǎn)生的剛性的不平衡，穩(wěn)定了振動(dòng)臂的左右撓度，而且防止了由于振動(dòng)的泄漏導(dǎo)致的失真能量損耗，能夠按照已有的工序制造可以穩(wěn)定地重復(fù)彎曲運(yùn)動(dòng)的音叉型壓電振蕩片。
在其它實(shí)施例中，作為壓電材料，能夠使用一般情況下采用的水晶。在這種情況下，振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別對(duì)應(yīng)于水晶的Y軸方向、X軸方向和Z軸方向定向，如果在水晶的-X方向上，關(guān)于振動(dòng)臂的中心線向著寬度方向錯(cuò)開(kāi)設(shè)置所述槽，則由于水晶在+X方向的蝕刻速度高，所以在振動(dòng)臂的非對(duì)稱(chēng)斷面形狀，能夠很好地確保其左右剛性的平衡。
在可選實(shí)施例中，如果關(guān)于振動(dòng)臂的中心線的所述槽的中心線的錯(cuò)開(kāi)量為振動(dòng)臂寬度的1-5％，最好為2-4％的范圍內(nèi)，能夠提高音叉型水晶振蕩片的諧振頻率，而且，既便在制造誤差范圍內(nèi)槽的位置在振動(dòng)臂寬度方向錯(cuò)開(kāi)，由于頻率的變化不大而令人滿意。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，包括過(guò)程在壓電材料的基板上，加工具有基部和從該基部延伸出的1對(duì)振動(dòng)臂的音叉型壓電元件片的外形，通過(guò)濕蝕刻在所述振動(dòng)臂的上下主平面上形成沿著長(zhǎng)度方向延伸的槽，在所述元件片的主平面和側(cè)面、所述槽的內(nèi)表面形成電極膜，和形成圖案的過(guò)程。在所述槽的光蝕刻時(shí)，通過(guò)所述元件片的外形加工，在所述振動(dòng)臂的寬度方向，關(guān)于其一個(gè)所述主平面，在另一個(gè)所述主平面上產(chǎn)生錯(cuò)位，對(duì)應(yīng)于該錯(cuò)位，另一個(gè)所述槽相對(duì)于在所述一個(gè)主平面上形成的一個(gè)所述槽，在與所述錯(cuò)位方向相同的方向上錯(cuò)開(kāi)。而且，在所述振動(dòng)臂的寬度方向的斷面上，在其厚度方向被2等分的上側(cè)和下側(cè)部分的各重心在與所述主平面垂直的同一直線上被匹配設(shè)置。這種情況下，壓電材料也能夠使用一直以來(lái)通常采用的水晶，而且，可以使振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別對(duì)應(yīng)于水晶的Y軸方向、X軸方向和Z軸方向定向。
在這種音叉型壓電振蕩片的制造過(guò)程中，通過(guò)增加調(diào)整在振動(dòng)臂的一個(gè)主平面上形成的槽的位置的工序，通過(guò)即時(shí)對(duì)應(yīng)在振蕩片的外形加工時(shí)引起的振動(dòng)臂的上下主平面之間寬度方向的位置錯(cuò)位，能夠消除或者抑制由此產(chǎn)生的厚度方向的位移。為此，能夠按照已有工序制造音叉型壓電振蕩片，這種音叉型壓電振蕩片防止了由于振動(dòng)的泄漏導(dǎo)致的失真能量損耗，而且具有穩(wěn)定的振動(dòng)特性。
在有的實(shí)施例中，在光蝕刻所述槽時(shí)，通過(guò)將另一個(gè)槽調(diào)整到即將形成該槽的主平面的寬度方向的中間位置，并且與此相配來(lái)決定一個(gè)槽的位置，從而能夠比較簡(jiǎn)單地進(jìn)行槽位置調(diào)整。
另外，在本發(fā)明的音叉型壓電振蕩片的制造方法中，音叉型壓電元件片還具有從基部向著與所述1對(duì)振蕩片相反方向延伸的另1對(duì)振動(dòng)臂，通過(guò)加工這種外形，得到適于使用于所述專(zhuān)利文獻(xiàn)1或2中記載的壓電振動(dòng)陀螺的音叉型壓電振蕩片。


圖1(A)是表示本發(fā)明的水晶振子的較佳實(shí)施例的縱剖面圖；圖1(B))是其平面圖；圖2(A)是圖1的水晶振子使用的音叉型水晶振蕩片的第一實(shí)施例的平面圖；圖2(B)是其振動(dòng)臂的局部放大平面圖；圖2(C)是其II-II線的剖面圖；圖3是表示與在圖2的水晶振蕩片的振動(dòng)臂槽位置的錯(cuò)位量有關(guān)的固有頻率(諧振頻率)的變化曲線圖；圖4(A)是適用于圖2的第1實(shí)施例的本發(fā)明壓電振動(dòng)陀螺用的音叉型水晶振蕩片的平面圖；圖4(B)是其驅(qū)動(dòng)用振動(dòng)臂的局部放大平面圖；圖4(C)是其IV-IV線的剖面圖；圖5(A)是圖1的水晶振子使用的音叉型水晶振蕩片的第2實(shí)施例的平面圖；圖5(B)是其V-V線的振動(dòng)臂剖面圖；圖6是顯示有關(guān)圖5的水晶振蕩片的、就與振動(dòng)臂的上下主平面之間寬度方向的位置偏移量有關(guān)的固有頻率(諧振頻率)的變化而言，將利用本發(fā)明來(lái)調(diào)整槽位置的情況和沒(méi)有采用本發(fā)明的情況進(jìn)行比較的曲線圖；圖7(A)是適用于圖5的第2實(shí)施例的本發(fā)明壓電振動(dòng)陀螺用的音叉型水晶振蕩片的平面圖；圖7(B)是其VII-VII線驅(qū)動(dòng)用振動(dòng)臂的剖面圖；圖8是已有的音叉型水晶振蕩片的平面圖；
圖9(A)是圖8的振動(dòng)臂的局部放大平面圖；圖9(B)是其IX-IX線的剖面圖；圖10是別的已有的音叉型水晶振蕩片的、與圖9同樣的振動(dòng)臂的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
圖1概略地示出了適用于本發(fā)明的水晶振子的較佳實(shí)施例。
這種水晶振子10具備封裝組件13，其具有由絕緣材料形成的基部11和蓋12，在封裝組件13內(nèi)部密封地封裝有音叉型水晶振蕩片14?；?1構(gòu)成層疊多個(gè)陶瓷薄板的、大致矩形的箱狀，在其內(nèi)部劃定的空間底部安裝有音叉型水晶振蕩片14。蓋12是用由玻璃或陶瓷等絕緣材料構(gòu)成的矩形薄板形成的，并由低熔點(diǎn)的玻璃氣密封地連接到基部11的上端面上。為了調(diào)整頻率能夠從該組件的外部照射激光束，蓋12最好由透明的玻璃制成。
如圖2(A)所示，第1實(shí)施例的音叉型水晶振蕩片14，具有例如在上述JP56-65517中記載的構(gòu)造，在從基部15平行延伸的一對(duì)振動(dòng)臂16a，16b的內(nèi)外各主平面17a，17b上，沿著其長(zhǎng)度方向，分別形成直線狀的槽18a，18b。在各槽18a，18b的側(cè)面和底面上設(shè)有由膜狀電極膜形成的第1電極19a，19b，而且在各振動(dòng)臂16a，16b的側(cè)面設(shè)有第2電極20a，20b，這樣一個(gè)振動(dòng)臂的第1電極19a(19b)和另一個(gè)振動(dòng)臂的第2電極20b(20a)互相電連接，通過(guò)這樣，構(gòu)成了使音叉型水晶振蕩片14振蕩的驅(qū)動(dòng)電極。在基部15設(shè)有從所述驅(qū)動(dòng)電極引出的引出電極21、21，而且分別利用導(dǎo)電性粘結(jié)劑23、23固定在基部11底面上的相應(yīng)連接端子22、22上，突出且大致水平地支撐音叉型水晶振蕩片14。
音叉型水晶振蕩片14是這樣形成的，與已有技術(shù)一樣，利用光蝕刻技術(shù)濕蝕刻水晶基板，加工希望的外形和各振動(dòng)臂的槽18a，18b，而且在其表面通過(guò)濺射等形成覆蓋的電極膜圖案，這樣形成所述驅(qū)動(dòng)電極、引出電極和連接它們的連線。如果從連接端子22、22供給所述驅(qū)動(dòng)電極預(yù)定的交流電壓，在鄰接的第1電極19a、19b和第2電極20a、20b之間交互形成電場(chǎng)E1、E2，振動(dòng)臂16a、16b向著彼此相反的方向，反復(fù)彎曲運(yùn)動(dòng)。由于如圖2(C)所示，所述各主平面平行，電場(chǎng)E1、E2大幅提高了電場(chǎng)效率，能夠抑制降低CI值。
在用所述水晶基板制造音叉型水晶振蕩片14的時(shí)候，振動(dòng)臂16a、16b的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別對(duì)應(yīng)于水晶晶軸的Y軸、X軸和Z軸定向。在本實(shí)施例中，為了聯(lián)系圖8到圖10的已有技術(shù)，如上所述，使用以偏離開(kāi)水晶的Z軸諸如像約30′-2°的預(yù)定角度θ的切角，繞X軸旋轉(zhuǎn)一周切出的水晶基板。因此，本實(shí)施例的各振動(dòng)臂16a、16b，寬度方向與水晶的X軸方向一致，長(zhǎng)度方向?yàn)榕cY軸方向成所述角度θ傾斜的Y’方向，厚度方向?yàn)榕cZ軸方向成所述角度θ傾斜的Z’方向。
水晶的蝕刻速度具有晶軸依賴(lài)性，由于本實(shí)施例中在振動(dòng)臂16a、16b的寬度方向中，在+X方向容易進(jìn)行蝕刻，所以所述振動(dòng)臂和槽的斷面形狀相對(duì)于振動(dòng)臂的中心線C2是不對(duì)稱(chēng)的，如圖2(C)所示，槽18a、18b的側(cè)面向+X方向傾斜，在振動(dòng)臂16a(16b)的+X方向的側(cè)面上，形成突起24。在本實(shí)施例中，槽18a、18b的中心線C1相對(duì)振動(dòng)臂16a(16b)的中心線C2向-X方向錯(cuò)開(kāi)。
在利用光蝕刻技術(shù)，在振動(dòng)臂的主平面上加工所述槽時(shí)，與通常產(chǎn)生的誤差范圍相比，這種錯(cuò)位量Δx非常大，決定了振動(dòng)臂16a(16b)的剛度相對(duì)中心線C2在左右是實(shí)質(zhì)上平衡。由此，激勵(lì)振蕩時(shí)各振動(dòng)臂16a、16b的撓度在左右即音叉的內(nèi)側(cè)外側(cè)是均等的，由于有效地閉合了振動(dòng)臂的振動(dòng)，所以沒(méi)有了產(chǎn)生失真能量損耗的擔(dān)心，能夠降低固有諧振頻率即發(fā)振頻率和防止或者抑制波動(dòng)。
圖2的音叉型水晶振蕩片14是這樣制造的，將各振動(dòng)臂16a，16b的寬度設(shè)定為104μm，厚度設(shè)為100μm，各槽18a，18b的寬度設(shè)為70μm，深度設(shè)為42μm，在+/-X方向槽的錯(cuò)位量Δx有種種變化。這樣通過(guò)公知的FEM解析計(jì)算這些固有頻率，得到表示與槽位置的錯(cuò)位量有關(guān)的固有頻率變化的圖3的結(jié)果。
在該圖中，在錯(cuò)位量Δx為大約-3μm時(shí)，其固有頻率最高，既便其中心位置從這里開(kāi)始，向+或-X方向稍微有一點(diǎn)偏移，例如在加工槽時(shí)通常引起的誤差范圍的錯(cuò)位，也可以確認(rèn)其固有頻率的變化是平緩的。而且從圖中可以理解到，錯(cuò)位量Δx如果設(shè)定在比較平緩的大約-1～-5μm的水平，即在-X方向設(shè)定在振動(dòng)臂寬度的1～5％的范圍，特別是如果設(shè)定在約-2～4μm的水平，即在-X方向設(shè)定在振動(dòng)臂寬度的2～4％的范圍，固有頻率的變化是比較緩和的，在稱(chēng)為防止或抑制實(shí)質(zhì)上固有頻率的降低和其波動(dòng)的點(diǎn)是令人滿意的，在批量生產(chǎn)音叉型水晶振蕩片14的情況下，也能簡(jiǎn)單地進(jìn)行固有頻率的調(diào)整。
圖4示出了用于使用在依據(jù)本發(fā)明的壓電振動(dòng)陀螺中的音叉型水晶振蕩片。這種音叉型水晶振蕩片25，與例如所述專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載的已有的一樣，包括在內(nèi)部具有空腔的中央基部26，從該基部一側(cè)延伸出的1對(duì)振動(dòng)臂27a、27b，從與其相反側(cè)延伸出的1對(duì)檢測(cè)臂28a、28b。此外在基部26上，在振動(dòng)臂27a、27b和檢測(cè)臂28a、28b之間分別設(shè)有突出的支持部29a、29b。通過(guò)粘結(jié)固定此部分，音叉型水晶振蕩片25在規(guī)定的封裝組件內(nèi)(未圖示)，構(gòu)成了被固定的壓電振動(dòng)陀螺。
與圖2的音叉型水晶振蕩片14一樣，在振動(dòng)臂27a、27b的內(nèi)外主平面30a、30b上，沿著其長(zhǎng)度方向分別形成直線狀的槽31a、31b。在各槽31a、31b上，設(shè)置有由成膜于其側(cè)面和底面上的電極膜構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)用的第1電極32a、32b，而且在各振動(dòng)臂27a、27b的側(cè)面設(shè)有驅(qū)動(dòng)用的第2電極33a、33b，它們是一個(gè)振動(dòng)臂的驅(qū)動(dòng)用的第1電極32a(32b)與其它振動(dòng)臂的驅(qū)動(dòng)用的第2電極33b(33a)相互電連接，從而，構(gòu)成使音叉型水晶振蕩片25振蕩的驅(qū)動(dòng)電極。在一個(gè)支持部29a上設(shè)有驅(qū)動(dòng)用的電極片34，通過(guò)配線圖案與所述驅(qū)動(dòng)電極電連接。另一方面，在檢測(cè)臂28a、28b的側(cè)面設(shè)有2對(duì)檢測(cè)用的電極35a、35b，同樣，通過(guò)配線與設(shè)置在另一個(gè)支持部29b上的檢測(cè)用的電極墊36(平頭)電連接。
與音叉型水晶振蕩片14一樣，音叉型水晶振蕩片25是這樣形成的通過(guò)利用光蝕刻技術(shù)濕蝕刻水晶基板，加工希望的外形和各振動(dòng)臂的槽31a、31b，而且對(duì)利用濺射等圖案形成披覆在其表面的電極膜，形成所述各電極、電極墊和連接它們的配線圖案。在本實(shí)施例中，水晶基板是這樣定向的使用沿著由水晶的X軸和Y軸構(gòu)成的平面切下的水晶，振動(dòng)臂27a、27b的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別與水晶晶軸的Y軸、X軸和Z軸一致。
水晶的蝕刻速度具有晶軸依賴(lài)性，所以所述振動(dòng)臂和槽的斷面形狀相對(duì)于振動(dòng)臂的中心線C2是不對(duì)稱(chēng)的，槽31a、31b的側(cè)面向+X方向傾斜，在振動(dòng)臂27a(27b)的+X方向的側(cè)面上，形成突起37。如圖4(C)所示，在本實(shí)施例中，槽31a、31b的中心線C1也是相對(duì)振動(dòng)臂27a(27b)的中心線C2向-X方向錯(cuò)開(kāi)設(shè)置。這種錯(cuò)位量Δx被設(shè)定得非常合適，充分大于在利用光蝕刻技術(shù)加工槽31a、31b時(shí)通常產(chǎn)生的誤差程度，各振動(dòng)臂27a、27b的撓度關(guān)于中心線C2變得左右相等，而且其剛度實(shí)質(zhì)上左右平衡。
如果通過(guò)驅(qū)動(dòng)用的電極墊34為所述驅(qū)動(dòng)電極加上規(guī)定的交流電壓，則同圖2的實(shí)施例一樣，在相鄰的第1電極32a、32b和第2電極33a、33b之間交互產(chǎn)生電場(chǎng)E1、E2，振動(dòng)臂27a、27b以其共振諧振頻率彎曲振動(dòng)。如圖4(C)所示，由于所述各主平面平行，大幅提高了電場(chǎng)E1、E2的電場(chǎng)效率，能夠抑制降低CI值。
如果在這種狀態(tài)下，壓電振動(dòng)陀螺即音叉型水晶振蕩片25以圖4(A)的Y軸38為中心旋轉(zhuǎn)，則由于相對(duì)于其旋轉(zhuǎn)角速度ω，向與其振動(dòng)方向正交的方向移動(dòng)，振動(dòng)臂27a、27b受到Z軸方向的應(yīng)力，在Z方向振動(dòng)。這種振動(dòng)通過(guò)基部26被傳播，振動(dòng)臂28a、28b以其共振頻率振動(dòng)，所以由檢測(cè)用的電極墊36將其作為電信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，求得音叉型水晶振蕩片25的旋轉(zhuǎn)角速度和其旋轉(zhuǎn)方向等。在本實(shí)施例中，如上所述，各振動(dòng)臂27a、27b的撓度左右相等，能夠防止或抑制固有頻率的降低和其波動(dòng)，因此能夠提供更高精度和更低價(jià)格的高可靠性的壓電振動(dòng)陀螺。
圖5概略地示出了圖1所示的本發(fā)明的水晶振子所使用的第2實(shí)施例的音叉型水晶振蕩片14。如圖5(A)所示，音叉型水晶振蕩片14具有與圖2的第1實(shí)施例基本相同的結(jié)構(gòu)，在振動(dòng)臂16a、16b的上下各主平面上17a、17b上沿著其長(zhǎng)度方向分別形成直線狀的槽18a、18b，在各槽18a、18b的側(cè)面和底面上，設(shè)有第1電極19a、19b，而且在各振動(dòng)臂16a、16b的側(cè)面上，設(shè)有第2電極20a、20b，構(gòu)成了使音叉型水晶振蕩片14振蕩的驅(qū)動(dòng)電極。
本實(shí)施例的音叉型水晶振蕩片14，如圖5(B)所示，在振動(dòng)臂16a、16b的上下主平面17a、17b之間，在+X方向上，產(chǎn)生了寬度方向的位置偏移x1。一個(gè)槽18a是這樣配置的，使得其中心線C1被調(diào)整在對(duì)應(yīng)的上側(cè)主平面17a的寬度方向的中間。將另一個(gè)槽18b配置為將其中心線C2調(diào)整到從相應(yīng)的下側(cè)主平面17b的寬度方向的中間開(kāi)始，向+X方向僅錯(cuò)開(kāi)x2。槽18b的錯(cuò)位量x2是這樣確定的，在圖5(B)所示的振動(dòng)臂16a(16b)的寬度方向的斷面上，利用厚度方向(Z’方向)的水平線H對(duì)其進(jìn)行兩等分，將其上側(cè)部分和下側(cè)部分的各重心M1、M2調(diào)整到與所述主平面垂直的同一直線上，它是根據(jù)主平面位置的錯(cuò)位量x1確定的。
這樣，如果在振動(dòng)臂的上下主平面17a、17b之間具有寬度方向的位置錯(cuò)位，則在其厚度方向上的上側(cè)和下側(cè)產(chǎn)生引力和壓縮力的不平衡。在本實(shí)施例中，如果將振動(dòng)臂的斷面看作一個(gè)整體，由于重心位置M1、M2重合在與所述主平面垂直的直線L上，由引力和壓縮力的不平衡引起的力矩被相互抵消，因此，能夠消除或者抑制振動(dòng)時(shí)所述振動(dòng)臂厚度方向的位移。因此振動(dòng)臂能夠防止由于振動(dòng)的泄漏導(dǎo)致的失真能量損耗，能夠防止或抑制固有頻率即諧振頻率的降低和其波動(dòng)，而且能夠確保穩(wěn)定地彎曲振動(dòng)。
本實(shí)施例的音叉型水晶振蕩片14也與圖2的第1實(shí)施例一樣，使用以偏離開(kāi)水晶的Z軸諸如是約30’-2°的切角θ，繞X軸旋轉(zhuǎn)一周切出的水晶基板，因此各振動(dòng)臂16a、16b的寬度方向?yàn)樗У腦軸方向，長(zhǎng)度方向?yàn)殛P(guān)于Y軸方向傾斜θ角度的Y’方向，厚度方向?yàn)殛P(guān)于Z軸方向傾斜θ角度的Z’方向。由于水晶蝕刻速度的晶軸依賴(lài)性，在振動(dòng)臂16a、16b的寬度方向上，在+X方向蝕刻容易進(jìn)行，所以所述振動(dòng)臂和槽的斷面成為在寬度方向不對(duì)稱(chēng)的形狀，如圖5(B)所示，槽18a、18b的側(cè)面向+X方向傾斜，在振動(dòng)臂16a(16b)的+X方向的側(cè)面上，形成突起24。
對(duì)這種音叉型水晶振蕩片14而言，如果從連接端子22、22把預(yù)定的交流電壓加在所述驅(qū)動(dòng)電極上，在鄰接的第1電極19a、19b和第2電極20a、20b之間交互產(chǎn)生電場(chǎng)E1、E2，振動(dòng)臂16a、16b向著彼此相反的方向，反復(fù)進(jìn)行彎曲運(yùn)動(dòng)。由于電場(chǎng)E1、E2如圖5所示平行于所述各主平面，所以大幅提高了電場(chǎng)效率，能夠抑制降低CI值。
音叉型水晶振蕩片14是這樣形成的利用與已有技術(shù)同樣的光蝕刻技術(shù)濕蝕刻水晶基板，加工其外形和振動(dòng)臂的槽18a、18b，然后通過(guò)對(duì)在其表面成膜的電極膜形成圖案而形成所述驅(qū)動(dòng)電極等。首先，在所述水晶基板的兩面形成例如是由Au膜和Cr膜制成的耐蝕膜，而且通過(guò)在其上涂覆、干燥光致抗蝕劑形成抗蝕膜，在其上配置具有與水晶振蕩片14外形相對(duì)應(yīng)的相同的蝕刻圖案的上下1對(duì)第1光掩模，通過(guò)曝光、顯影露出所述耐蝕膜，通過(guò)蝕刻液除去它露出水晶基板表面。剝離剩余的抗蝕膜后，在剩余的耐蝕膜上再次涂敷、干燥光致抗蝕劑，形成新的抗蝕劑膜，在其上配置具有與槽18a、18b形狀相對(duì)應(yīng)的具有蝕刻圖案的上下1對(duì)第2光掩模，通過(guò)曝光、顯影露出所述耐蝕膜的表面。
然后，通過(guò)氟酸等適當(dāng)?shù)乃g刻液蝕刻暴露的所述水晶基板的表面，加工帶有振動(dòng)臂16a、16b的水晶振蕩片14的外形形狀。然后，通過(guò)蝕刻液除去所述耐蝕膜的暴露表面，露出水晶基板表面，通過(guò)把它放入水晶蝕刻液中預(yù)定深度進(jìn)行半蝕刻，在振動(dòng)臂的上下主平面17a、17b上分別形成槽18a、18b。
通過(guò)利用所述第1光掩膜進(jìn)行蝕刻，相應(yīng)于水晶振蕩片14的外形而殘留在水晶基板的兩面上的所述耐蝕膜，能夠確認(rèn)在振動(dòng)臂16a、16b的上下主平面17a、17b之間在寬度方向的+X方向產(chǎn)生的位置錯(cuò)位和其錯(cuò)位量x1。根據(jù)該結(jié)果，所述第2光掩膜是這樣進(jìn)行位置匹配的將其調(diào)整到對(duì)于一個(gè)槽18a而言的與其中心線C1對(duì)應(yīng)的上側(cè)主平面17a的寬度方向中間，而對(duì)于另一個(gè)槽18b而言的從與其中心線C2對(duì)應(yīng)的下側(cè)主平面17b的寬度方向中間開(kāi)始，向+X方向僅錯(cuò)位x2。由于預(yù)先知道振動(dòng)臂16a、16b的寬度和厚度，槽18a、18b的寬度和深度等斷面尺、和斷面形狀，相對(duì)于預(yù)想的主平面位置的錯(cuò)位量x1合適的槽位置18b的錯(cuò)位量x2能夠事前計(jì)算出。在包括這樣形成的水晶元件片的所述振蕩片的槽內(nèi)表面的全部表面上通過(guò)蒸發(fā)、濺射電極材料成膜，而形成電極膜。通過(guò)在其上涂覆、干燥光致抗蝕劑形成抗蝕膜，在其上配置具有對(duì)應(yīng)希望的電極和配線圖案的蝕刻圖案的上下1對(duì)第3光掩膜，通過(guò)曝光、顯影露出所述電極膜的表面。通過(guò)對(duì)該電極膜露出面進(jìn)行蝕刻露出水晶基板而進(jìn)行分極，形成希望的驅(qū)動(dòng)電極，輸出電極和布線。
圖5的音叉型水晶振蕩片14是這樣制造的將各振動(dòng)臂16a，16b的寬度設(shè)為104μm，厚度設(shè)為100μm，各槽18a，18b的寬度設(shè)為70μm，深度設(shè)為42μm，在突起24的寬度方向(X方向)和厚度方向(Z’方向)的尺寸為14μm、60μm的情況，在+X方向主平面位置的錯(cuò)位量x1有種種變化，而且根據(jù)本發(fā)明，對(duì)其相應(yīng)地調(diào)整下側(cè)主平面17b的槽18b的位置。為了進(jìn)一步進(jìn)行比較，使主平面位置的錯(cuò)位量x1有種種變化，與以前一樣不調(diào)整槽18b的位置，而配置在下側(cè)主平面17b的寬度中間來(lái)制造水晶振蕩片。這樣通過(guò)公知的FEM解析法計(jì)算這些振蕩片的各振動(dòng)臂振動(dòng)時(shí)厚度方向的位移，得到圖6的結(jié)果。
從圖中得知，既便本發(fā)明的音叉型水晶振蕩片在主平面位置的錯(cuò)位量x1增加，但維持與完全沒(méi)有錯(cuò)位的情況大致相同的保持厚度方向的位移。我們可知，與此相反，與已有構(gòu)造的比較例相比，由于在主平面位置的錯(cuò)位，而大大增加了所述厚度方向的位移。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠防止或者抑制振動(dòng)時(shí)振動(dòng)臂厚度方向的位移，確實(shí)能得到穩(wěn)定的振動(dòng)特性。
圖7示出了本發(fā)明第2實(shí)施例適用的壓電振動(dòng)陀螺使用的音叉型水晶片。這種音叉型水晶振蕩片25具有與圖4的實(shí)施例基本上相同的構(gòu)成，具有從中間的基部26延伸的1對(duì)振動(dòng)臂27a、27b，和從其相反側(cè)延伸出的1對(duì)檢測(cè)臂28a、28b。與圖5的音叉型水晶振蕩片14一樣，在振動(dòng)臂27a、27b的上下主平面30a、30b上形成長(zhǎng)度方向的槽31a、31b，在其側(cè)面和底面上設(shè)有驅(qū)動(dòng)用的第1電極32a、32b，而且在各振動(dòng)臂27a、27b的側(cè)面設(shè)有驅(qū)動(dòng)用的第2電極33a、33b，這樣構(gòu)成了振動(dòng)音叉型水晶振蕩片25的驅(qū)動(dòng)電極。
音叉型水晶振蕩片25同圖5的第2實(shí)施例一樣，振動(dòng)臂27a、27b的上下主平面30a、30b的位置，在寬度方向即+X方向產(chǎn)生錯(cuò)位x1。一個(gè)槽31a是這樣配置的將其調(diào)整到對(duì)應(yīng)其中心線C1的上側(cè)主平面30a的寬度方向的中間。配置另一個(gè)槽31b，使其從對(duì)應(yīng)其中心線C2的下側(cè)主平面30b的寬度方向的中間開(kāi)始，向+X方向僅錯(cuò)位x2。槽31b的錯(cuò)位量x2是根據(jù)主平面位置的偏移量x1而確定的使得在圖7(B)所示的振動(dòng)臂27a(27b)的寬度方向的斷面上，通過(guò)厚度方向(Z’方向)的水平線H兩等分它時(shí)，其上側(cè)部分和下側(cè)部分的各重心M1、M2重合在與所述主平面垂直的同一直線上。
即便在振動(dòng)臂27a、27b的主平面位置上具有寬度方向的位置錯(cuò)位，但由于通過(guò)如此調(diào)整重心位置M1、M2，使得當(dāng)將振動(dòng)臂看作一個(gè)整體時(shí)，在其厚度方向的上側(cè)和下側(cè)由于引力和壓縮力的不平衡引起的力矩被相互抵消，因此能夠消除或者改善激勵(lì)振蕩時(shí)所述振動(dòng)臂的厚度方向的位移。因此振動(dòng)臂27a、27b能夠防止由于振動(dòng)的泄漏導(dǎo)致的失真能量損耗，能夠防止或抑制固有頻率即諧振頻率的降低或其波動(dòng)，而且能確保穩(wěn)定的彎曲振動(dòng)。
如果通過(guò)在一個(gè)支持部29a上設(shè)置的驅(qū)動(dòng)用的電極墊34為所述驅(qū)動(dòng)電極加上規(guī)定的交流電壓，同圖5的實(shí)施例一樣，在相鄰的第1電極32a、32b和第2電極33a、33b之間交互產(chǎn)生電場(chǎng)E1、E2，振動(dòng)臂26a、26b以其共振諧振頻率彎曲振動(dòng)。如圖7(B)所示，由于電場(chǎng)E1、E2所述各主平面平行，大幅提高了電場(chǎng)E1、E2的電場(chǎng)效率，能夠抑制降低CI值。
如果在這種狀態(tài)下，壓電振動(dòng)陀螺即音叉型水晶振蕩片25以圖7(A)的Y軸38為中心旋轉(zhuǎn)，則由于相對(duì)于其旋轉(zhuǎn)角速度ω，向與其振動(dòng)方向正交的方向移動(dòng)，振動(dòng)臂27a、27b受到Z軸方向的應(yīng)力，在Z方向振動(dòng)。這種振動(dòng)以其共振頻率振動(dòng)檢測(cè)臂28a、28b，利用檢測(cè)用的電極墊36，將其作為電信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，求得音叉型水晶振蕩片25的旋轉(zhuǎn)角速度和其旋轉(zhuǎn)方向等。由于上述各振動(dòng)臂27a、27b的撓度在厚度方向沒(méi)有位移，能夠防止或抑制固有頻率的降低和其波動(dòng)，因此能夠提供具有穩(wěn)定特性的更高精度和更低價(jià)格的高可靠性的壓電振動(dòng)陀螺。
與音叉型水晶振蕩片14一樣，音叉型水晶振蕩片25是這樣形成的，通過(guò)利用光蝕刻技術(shù)濕蝕刻水晶基板，加工希望的外形和各振動(dòng)臂的槽31a、31b，形成水晶元件片。使用沿著由水晶的X軸和Y軸構(gòu)成的平面切下的水晶基板，振動(dòng)臂27a、27b的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別與水晶晶軸的Y軸、X軸和Z軸一致定向。首先，在所述水晶基板的兩面形成耐蝕膜而且在其上形成抗蝕膜，利用在其上配置的上下1對(duì)第1光掩膜，在所述耐蝕膜上描繪水晶振蕩片25的外形，露出水晶基板表面。從該水晶基板的兩面殘存的耐蝕膜，確認(rèn)在振動(dòng)臂27a、27b的上下主平面30a、30b之間，在寬度方向產(chǎn)生的+X方向的位置錯(cuò)位和其錯(cuò)位量x1。在殘存的所述耐蝕膜上形成新的抗蝕膜，利用在其上配置的上下1對(duì)第2光掩膜描繪槽31a、31b的形狀，露出所述耐蝕膜的表面。此時(shí)，所述第2光掩膜是這樣進(jìn)行位置匹配的對(duì)于一個(gè)槽31a而言，將該光掩模調(diào)整在與槽31a的中心線C1對(duì)應(yīng)的上側(cè)主平面30a的寬度方向中間，對(duì)于另一個(gè)槽31b而言，使光掩模從與其中心線C2對(duì)應(yīng)的下側(cè)主平面30b的寬度方向中間開(kāi)始，向+X方向僅錯(cuò)位由主平面位置的錯(cuò)位量x1決定的錯(cuò)位量x2。
然后，通過(guò)氟酸等適當(dāng)?shù)乃g刻液蝕刻暴露的所述水晶基板的表面，加工帶有振動(dòng)臂27a、27b的水晶振蕩片25的外形形狀。然后，通過(guò)蝕刻液除去所述耐蝕膜的暴露表面，露出水晶基板表面，通過(guò)同樣的水晶蝕刻液把它放到預(yù)定深度半蝕刻，在所述振動(dòng)臂的上下主平面30a、30b上分別形成槽31a、31b。
在包括這樣形成的水晶元件片的所述振蕩片的槽內(nèi)表面的全部表面上通過(guò)蒸發(fā)、濺射電極材料形成電極膜。通過(guò)在其上涂覆、干燥光致抗蝕劑形成抗蝕膜，在其上配置對(duì)應(yīng)希望的電極和配線圖案的具有蝕刻圖案的上下1對(duì)第3光掩膜，通過(guò)曝光、顯影露出所述電極膜的表面。通過(guò)對(duì)該電極膜露出面進(jìn)行蝕刻露出水晶基板的分極化，形成所述各電極、電極墊和連接它們的配線圖案。
以上，盡管對(duì)本發(fā)明的合適實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，從業(yè)者應(yīng)該明白，能夠在本發(fā)明技術(shù)的范圍內(nèi)對(duì)上述各實(shí)施例加上各種變化、變形來(lái)實(shí)施。例如，本發(fā)明的音叉型壓電振蕩片，能夠使用除水晶以外的鈮酸鋰等各種壓電單晶材料。另外，通過(guò)在與圖1同樣的封裝組件內(nèi)加入音叉型水晶振蕩片14，通過(guò)裝載構(gòu)成其驅(qū)動(dòng)電路的IC等，能夠構(gòu)成壓電振動(dòng)器或?qū)崟r(shí)的壓電器件。
按照本發(fā)明的音叉型壓電振蕩片，按照一般方法，在利用濕蝕刻由具有蝕刻各向異性的壓電材料加工音叉型壓電振蕩片的外形和振動(dòng)臂的槽時(shí)，通過(guò)在振動(dòng)臂至少一個(gè)主平面上設(shè)置有沿著長(zhǎng)度方向延伸的槽，該槽是這樣設(shè)置的在寬度方向上，其中心線相關(guān)于振動(dòng)臂的中心線，在與所述蝕刻各向異性的規(guī)定方向相反側(cè)上彼此錯(cuò)開(kāi)，由于在其寬度方向的斷面形狀變得不對(duì)稱(chēng)，振動(dòng)臂的剛度對(duì)于其中心線消除了左右不平衡的擔(dān)心，所以穩(wěn)定了振動(dòng)臂的左右撓度，防止了由于振動(dòng)的泄漏產(chǎn)生的失真能量損耗，由于能夠確保其穩(wěn)定的彎曲運(yùn)動(dòng)，由抑制CI值提高其性能，能實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性。
另外，按照本發(fā)明的音叉型壓電振蕩片，相對(duì)于在振動(dòng)臂的上下主平面間產(chǎn)生的寬度方向的位置錯(cuò)位，在振動(dòng)臂的寬度方向的斷面上，在其厚度方向被2等分的上側(cè)和下側(cè)部分的各重心被調(diào)整在與所述主平面垂直的同一直線上，通過(guò)這種槽位置的調(diào)整，由于激勵(lì)振蕩動(dòng)時(shí)厚度方向的位移被消除或抑制，由振動(dòng)的泄漏產(chǎn)生的失真能量損耗被防止，能確保了穩(wěn)定的彎曲振動(dòng)，由抑制CI值提高其性能，實(shí)現(xiàn)了非常穩(wěn)定的振動(dòng)特性。
另外，按照本發(fā)明的音叉型壓電振蕩片的制造方法，在由具有蝕刻各向異性的壓電材料加工外形的音叉型壓電元件片的振動(dòng)臂的至少一個(gè)主平面上，進(jìn)行濕蝕刻，形成沿著該振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向延伸的槽，該槽是這樣設(shè)置的在寬度方向上，其中心線關(guān)于振動(dòng)臂的中心線，在與所述蝕刻各向異性的規(guī)定方向相反側(cè)上彼此錯(cuò)開(kāi)，由帶槽的振動(dòng)臂的不對(duì)稱(chēng)的斷面形狀導(dǎo)致消除或改善了剛度的不平衡，穩(wěn)定了振動(dòng)臂的左右撓度，而且防止了由振動(dòng)的泄漏導(dǎo)致的失真能量損耗，能夠按照已有的工序從頭到尾完美地制造能夠反復(fù)進(jìn)行穩(wěn)定彎曲運(yùn)動(dòng)的音叉型壓電振蕩片，能降低制造成本。
另外，按照本發(fā)明的音叉型壓電振蕩片的制造方法，通過(guò)在已有的工序中增加調(diào)整在振動(dòng)臂的一個(gè)主平面上形成的槽的位置的工序，通過(guò)對(duì)應(yīng)在振蕩片的外形加工時(shí)引起的振動(dòng)臂的上下主平面之間寬度方向的位置錯(cuò)位，能夠消除或者抑制由此產(chǎn)生的厚度方向的位移，防止了由振動(dòng)的泄漏導(dǎo)致的失真能量損耗，能夠從頭到尾完美地低成本制造發(fā)揮穩(wěn)定振動(dòng)特性的音叉型壓電振蕩片。
權(quán)利要求
1.一種音叉型壓電振蕩片，其特征在于，由具有在規(guī)定方向蝕刻各向異性的壓電材料形成，其具有從基部延伸出1對(duì)振動(dòng)臂；和由在所述各振動(dòng)臂的內(nèi)外主平面上設(shè)置的第1電極及在其側(cè)面上設(shè)置的第2電極形成的驅(qū)動(dòng)電極；在所述振動(dòng)臂的至少一個(gè)所述主平面上，設(shè)置有沿著該振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向延長(zhǎng)的槽，該槽是這樣設(shè)置的使得在其寬度方向上，其中心線相關(guān)于所述振動(dòng)臂的中心線，在與所述蝕刻各向異性的規(guī)定方向相反側(cè)上彼此錯(cuò)開(kāi)，而且，所述至少一個(gè)所述主平面上設(shè)置的所述第1電極是由在所述槽的側(cè)面形成的電極膜形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的音叉型壓電振蕩片，其特征在于，所述壓電材料是水晶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的音叉型壓電振蕩片，其特征在于，所述振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別對(duì)應(yīng)于所述水晶的Y軸方向、X軸方向和Z軸方向，這樣設(shè)置所述槽，使得關(guān)于所述振動(dòng)臂的中心線，在所述水晶的-X方向上向著寬度方向錯(cuò)開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的音叉型壓電振蕩片，其特征在于，關(guān)于所述振動(dòng)臂的中心線的所述槽的中心線的錯(cuò)開(kāi)量為所述振動(dòng)臂寬度的1-5％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的音叉型壓電振蕩片，其特征在于，關(guān)于所述振動(dòng)臂的中心線的所述槽的中心線的錯(cuò)開(kāi)量為所述振動(dòng)臂寬度的2-4％。
6.一種音叉型壓電振蕩片，其特征在于，其具有從基部延伸出1對(duì)振動(dòng)臂；和在所述振動(dòng)臂的上下主平面上分別沿其長(zhǎng)度方向延伸的槽；和由在所述各槽的側(cè)面上設(shè)置的第1電極和在所述各振動(dòng)臂的側(cè)面上設(shè)置的第2電極形成的驅(qū)動(dòng)電極；配置有一個(gè)所述槽，它關(guān)于另一個(gè)所述槽，在所述振動(dòng)臂的寬度方向上，與設(shè)置有關(guān)于設(shè)有所述另一個(gè)槽的所述主平面的所述一個(gè)槽的所述主平面的錯(cuò)位同向錯(cuò)開(kāi)，而且，在所述振動(dòng)臂的寬度方向的斷面上，在其厚度方向上被2等分的上側(cè)和下側(cè)部分的各重心被調(diào)整在與所述主平面垂直的同一直線上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的音叉型壓電振蕩片，其特征在于，用水晶形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的音叉型壓電振蕩片，其特征在于，所述振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別對(duì)應(yīng)于所述水晶的Y軸方向、X軸方向和Z軸方向定向。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一個(gè)的音叉型壓電振蕩片，其特征在于，還具有從所述基部向著與所述1對(duì)振蕩片相反方向延伸的另1對(duì)振動(dòng)臂。
10.一種壓電器件，其特征在于，其包括，根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任何一個(gè)的音叉型壓電振蕩片，和將所述音叉型壓電振蕩片固定支撐在所述基部，并將其封裝在內(nèi)部的封裝組件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的壓電器件，其特征在于，還包括被裝載在所述封裝組件內(nèi)的IC元件。
12.一種音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，包括步驟，在規(guī)定方向具有蝕刻各向異性的壓電材料的基板上，加工具有基部和從該基部延伸出的1對(duì)振動(dòng)臂的音叉型壓電元件片的外形，通過(guò)對(duì)所述振動(dòng)臂的內(nèi)外主平面的至少一個(gè)進(jìn)行濕蝕刻，形成沿著該振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向延伸的槽，對(duì)該槽而言，在寬度方向上，其中心線關(guān)于所述振動(dòng)臂的中心線，在與所述蝕刻各向異性規(guī)定的方向相反側(cè)上彼此錯(cuò)位，通過(guò)在所述振動(dòng)臂的所述主平面和側(cè)面、所述槽的內(nèi)表面上形成電極膜，并形成圖案，從而形成驅(qū)動(dòng)電極的過(guò)程。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，所述壓電材料是水晶。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，所述振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別對(duì)應(yīng)于所述水晶的Y軸方向、X軸方向和Z軸方向定向，所述槽是關(guān)于所述振動(dòng)臂的中心線，在所述水晶的-X方向上向?qū)挾确较蝈e(cuò)開(kāi)而設(shè)置的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，關(guān)于所述振動(dòng)臂的中心線的所述槽的中心線的錯(cuò)開(kāi)量為所述振動(dòng)臂寬度的1-5％。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，關(guān)于所述振動(dòng)臂的中心線的所述槽的中心線的錯(cuò)開(kāi)量為所述振動(dòng)臂寬度的2-4％。
17.一種音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，包括過(guò)程，在壓電材料的基板上，加工具有基部和從該基部延伸出的1對(duì)振動(dòng)臂的音叉型壓電元件片的外形，通過(guò)光蝕刻在所述振動(dòng)臂的上下主平面上形成沿著長(zhǎng)度方向延伸的槽，在所述元件片的主平面和側(cè)面、所述槽的內(nèi)表面形成電極膜，且形成圖案；在所述槽的光蝕刻中，通過(guò)所述元件片的外形加工，在所述振動(dòng)臂的寬度方向，關(guān)于其一個(gè)所述主平面在另一個(gè)所述主平面上產(chǎn)生錯(cuò)位，對(duì)應(yīng)于該錯(cuò)位，關(guān)于即將在所述一個(gè)主平面上形成的一個(gè)所述槽，與所述錯(cuò)位方向同向地錯(cuò)開(kāi)另一個(gè)所述槽；而且，在所述振動(dòng)臂的寬度方向的斷面上，在其厚度方向上被2等分的上側(cè)和下側(cè)部分的各重心被調(diào)整在與所述主平面垂直的同一直線上。
18.根據(jù)權(quán)利要求7的音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，在光蝕刻所述槽時(shí)，所述另一個(gè)槽被調(diào)整在將要形成它的所述主平面的寬度方向的中間位置，而且與此相應(yīng)，確定所述一個(gè)槽的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或者18的音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，所述壓電材料是水晶。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，所述振動(dòng)臂的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向分別對(duì)應(yīng)于所述水晶的Y軸方向、X軸方向和Z軸方向定向。
21.根據(jù)權(quán)利要求12到20的任何一個(gè)的所述音叉型壓電振蕩片的制造方法，其特征在于，為了使所述音叉型壓電元件片還具有從所述基部向著與所述1對(duì)振蕩片相反方向延伸的另1對(duì)振動(dòng)臂，而加工其外形。
全文摘要
音叉型水晶振蕩片(14)是這樣構(gòu)成的，通過(guò)濕蝕刻其水晶晶軸的Y軸、X軸和Z軸對(duì)應(yīng)于振動(dòng)臂(16a)、(16b)的長(zhǎng)度方向、寬度方向和厚度方向而定向的水晶基板，振動(dòng)臂的主平面上設(shè)置有長(zhǎng)度方向的槽(18a)、(18b)，該槽是這樣設(shè)置的中心線C1相對(duì)于振動(dòng)臂的中心線C2，在－X方向上彼此，振動(dòng)臂寬度方向的左右剛度被平衡，振動(dòng)臂的彎曲運(yùn)動(dòng)被穩(wěn)定。在音叉型壓電振蕩片的制造工序，光掩膜位置錯(cuò)位導(dǎo)致的振動(dòng)臂上下主平面(17a)、(17b)寬度方向的位置錯(cuò)位，在振動(dòng)臂的寬度方向的斷面上，在其厚度方向被2等分的上側(cè)和下側(cè)部分的重心M1、M2被調(diào)整在與主平面垂直的同一直線上，通過(guò)對(duì)槽(18a)、(18b)在寬度方向相對(duì)位置的調(diào)整，由于振動(dòng)時(shí)振動(dòng)臂厚度方向的位移被消除、抑制，由振動(dòng)泄漏產(chǎn)生的失真能量損耗被防止。由抑制CI值提高其性能，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H03H3/04GK1447454SQ0312330
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月25日
發(fā)明者菊島正幸 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社