專利名稱：壓電振動片和壓電器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓電振動片和在封裝或殼體內(nèi)收容了壓電振動片的壓電器件的改進。
背景技術：
在HDD(硬盤驅(qū)動器)、移動電腦、或IC卡等小型信息設備、便攜電話、車載電話、或?qū)ず粝到y(tǒng)等移動通信設備和壓電陀螺傳感器等中，廣泛使用壓電振子和壓電振蕩器等壓電器件。
圖12是表示以往在壓電器件中使用的壓電振動片的一例的概略平面圖，圖13是沿圖12的A-A線的剖面圖。
在圖中，壓電振動片1通過蝕刻石英等壓電材料，形成圖中所示的音叉型壓電振動片的外形，具有安裝在封裝(未圖示)等上的矩形基部2、和從基部2向圖中右方延伸的一對振動臂3、4，在這些振動臂的主面(正反面)形成長槽3a、4a，并且形成所需的驅(qū)動用電極(參照專利文獻1)。
在這種壓電振動片1中，當通過驅(qū)動用電極施加驅(qū)動電壓時，使各個振動臂3、4的前端部接近/離開，以進行彎曲振動，從而取得預定頻率的信號。
但是，這種壓電振動片1伴隨著使用它的壓電器件所安裝的上述各種制品的小型化，也在尋求小型化。為此，壓電振動片1也在尋求必須形成得盡可能小，特別是要縮小其總長AL1。并且，由于制品的小型化在不斷發(fā)展，所以在壓電振動片1中謀求能夠形成為更小型的結構。
其中，作為圖示那樣的音叉型壓電振動片的壓電振動片1的頻率f，在振動臂3、4的長度為l，臂寬為W時，與W/(l×1)成比例。
這意味著在為了使在一個方向上較長的壓電振動片1小型化，而縮小圖12中的總長AL1的大小時，如果縮短振動臂的長度l，則頻率提高。并且，如果振動臂的寬度W變小，則頻率降低。因此，為了保持以往的頻率并實現(xiàn)小型化，必須將振動臂的長度縮短一定程度，而且縮小臂寬W。
專利文獻1日本特開2002-261575但是，在使壓電振動片1小型化的基礎上，為了保持此前的頻率例如32kHz(32.768kHz)，要求縮短振動臂3、4的長度l，縮小臂寬W，但是，在加工小型壓電振動片1時，既要保持其特性又要將臂寬W加工得較小，具有以下困難。
具體地講，需要在振動臂3、4上加工圖13所示的長槽3a、4a。圖13的尺寸t由于受例如石英晶片等加工材料的條件約束，所以不易變化，因此，當此前的振動片例如為100μm時，即使小型化也是100μm。
對此，考慮通過小型化，將臂寬W由此前的100μm變?yōu)?0μm左右的情況。臂寬為100μm時，振動片的槽寬C1約為70μm，側壁厚度S1、S2分別約為15μm，但如果使臂寬W為50μm左右，則必須使槽寬C1約為40μm，使側壁厚度S1、S2分別約為5μm。
在制作這種壓電振動片時，振動臂3、4的剛性大大降低，在施加驅(qū)動電壓進行上述的彎曲振動時，圖13中的Z方向的振幅加大，沿著振動臂3、4的X方向的彎曲振動成為由箭頭SF、SF夸大表示的彎曲振動。
圖14是表示使現(xiàn)有結構的壓電振動片小型化時的驅(qū)動特性的曲線圖，在沿著圖中橫軸使驅(qū)動電壓的電平逐漸增大時，在負方向產(chǎn)生縱軸的頻率變化。這表示圖13的Z方向振動成分增多，成為能量損耗大的振動，也成為CI(晶體阻抗)值增大的原因。
并且，作為抑制CI值的有效對策，有延長在圖12中說明的長槽3a、4a，增大形成驅(qū)動用電極的面積的方法。但是，壓電振動片有多種振動模式，通常使用的基本波例如為32.768kHz，對此，壓電振動片1的二次諧波在250kHz附近?？梢匝娱L長槽3a、4a，降低基本波的CI值。但是，二次諧波的CI值也降低，在現(xiàn)有結構中如圖15所示，許多產(chǎn)品存在高次諧波的CI值/基本波的CI值即CI值比小于1，不以基本波而容易以二次諧波振蕩的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于，提供一種壓電振動片及使用這種壓電振動片的壓電器件，該壓電振動片在使音叉型振動片小型化的基礎上，抑制振動臂向不必要的方向的振動，由此抑制CI值，并且不會使振動特性惡化。
通過第一發(fā)明的壓電振動片實現(xiàn)了上述目的，該壓電振動片具有由壓電材料形成的基部；與所述基部形成為一體的相互平行地延伸的多個振動臂；沿著所述各個振動臂的長度方向形成的長槽；和形成于所述長槽中的驅(qū)動用電極，所述各個振動臂的寬度尺寸從所述基部側開始向著前端側逐漸縮小，并且在所述前端側具有所述寬度尺寸變?yōu)樵黾拥膶挾茸兓兏cP，所述變更點P比所述長槽的前端部更靠近臂前端側。
根據(jù)第一發(fā)明的結構，當在形成于振動臂上的所述長槽中形成驅(qū)動用電極(激勵電極)時，其臂寬從所述基部側開始向著前端側逐漸縮小，并且在所述前端側設置有使所述寬度尺寸變?yōu)樵黾拥膶挾茸兓兏cP，由此抑制CI值，同時可以防止二次諧波的振蕩。這種情況下，當以振動臂的長度、臂寬等不同為前提時，使壓電振動片的所述變更點P位于比所述長槽的前端部更靠近振動臂前端側的位置，由此可以提供抑制CI值、而且不會使振動特性惡化的壓電振動片。
第二發(fā)明的特征在于，在第一發(fā)明的結構中，所述各個振動臂的寬度尺寸具有第1縮小部，其在所述振動臂相對于所述基部的根部位置向著前端側急劇縮??；第2縮小部，其作為所述縮小部，從該第1縮小部的末端進一步向著前端側緩慢縮小。
根據(jù)第二發(fā)明的結構，設置使所述振動臂的臂寬從第1縮小部的末端進一步向著前端側逐漸縮小的所述第2縮小部，并且在所述前端側設置使所述寬度尺寸變?yōu)樵黾拥膶挾茸兓兏cP，由此可以抑制CI值，同時防止二次諧波的振蕩。
而且，在所述振動臂相對于所述基部的根部位置，具有向著前端側急劇縮小的第1縮小部，所以在振動臂彎曲振動時，可以提高作用有最大的應力、并且變形變大的根部的剛性。由此，振動臂的彎曲振動穩(wěn)定，抑制了向不必要方向的振動成分，所以能夠進一步降低CI值。即，能夠在使壓電振動片小型化的基礎上，實現(xiàn)穩(wěn)定的彎曲振動，將CI值抑制得比較低。
第三發(fā)明的特征在于，在第一或第二發(fā)明的結構中，所述基部具有使其壓電材料在寬度方向上縮小而形成的切口部，該切口部與所述各個振動臂的根部相距所述臂寬尺寸的1.2倍以上而形成在所述基部上。
根據(jù)第三發(fā)明的結構，鑒于在音叉型振動片的振動臂進行彎曲振動時，能夠傳遞其振動泄漏的范圍和振動臂的臂寬尺寸具有相關性，本發(fā)明人等認為以往的壓電振動片的切口部并未設在合適的位置上。因此，關于所述切口部的設置位置，設為從所述振動臂的根部開始超過所述振動臂的臂寬尺寸的位置。由此，切口部可以形成能夠更加可靠地抑制來自振動臂的振動泄漏傳遞到基部側的結構。這樣，可以提供恰當防止從振動臂側向基部側的振動泄漏，并且使驅(qū)動電平特性良好的壓電振動片。
尤其可以確認通過使所述切口部的位置形成于從所述根部離開所述臂寬尺寸×1.2以上的位置，可以使驅(qū)動電平特性適合于正常的壓電振動片的電平。
第四發(fā)明的特征在于，根據(jù)第一～第三發(fā)明的任一結構，在所述各個振動臂的側面，在正X軸(機械軸)方向上突出的異形部形成為最小。
根據(jù)第四發(fā)明的結構，在通過濕式蝕刻形成壓電振動片的外形時，由于蝕刻各向異性而產(chǎn)生的所述異形部形成為最小，所以能夠穩(wěn)定振動臂的彎曲振動。
第五發(fā)明的特征在于，根據(jù)第一～第四發(fā)明的任一結構，作為所述振動臂的寬度縮小率的最大寬度/最小寬度＝M的值，由所述長槽的長度相對于所述振動臂的臂長的比率＝N的關系確定。
根據(jù)第五發(fā)明的結構，作為所述振動臂的寬度縮小率的最大寬度/最小寬度＝M的值，由所述長槽的長度相對于所述振動臂的臂長的比率＝N的關系確定，通過形成這種結構，可以提供在使整體小型化的基礎上，抑制CI值，并且不會使振動特性惡化的壓電振動片。
第六發(fā)明的特征在于，根據(jù)第一～第五發(fā)明的任一結構，在所述N約為61％時，所述M大于等于1.06。
根據(jù)第六發(fā)明的結構，在所述N為例如61％時，通過使所述M大于等于1.06，可以獲得充分抑制基本波的CI值，同時不易以二次諧波振蕩的壓電振動片。
第七發(fā)明的特征在于，根據(jù)第二～第六發(fā)明的任一結構，所述第1縮小部的寬度大于等于11μm。
根據(jù)第七發(fā)明的結構，通過使第1縮小部的寬度大于等于11μm，可以明顯減小CI值。
并且，通過第八發(fā)明的壓電器件實現(xiàn)了上述目的，該壓電器件在封裝或殼體內(nèi)收容了壓電振動片，所述壓電振動片具有由壓電材料形成的基部；與所述基部形成為一體的相互平行地延伸的多個振動臂；沿著所述各個振動臂的長度方向形成的長槽；和形成于所述長槽中的驅(qū)動用電極，所述各個振動臂的寬度尺寸從所述基部側向著前端側逐漸縮小，并且在所述前端側具有所述寬度尺寸變?yōu)樵黾拥膶挾茸兓兏cP，所述變更點P位于比所述長槽的前端部更靠近臂前端側的位置。
根據(jù)第八發(fā)明的結構，基于和第一發(fā)明相同的原理，可以提供能夠在小型化的基礎上實現(xiàn)穩(wěn)定的彎曲振動，并且將CI值抑制得較低的壓電器件。


圖1是表示本發(fā)明的壓電器件的實施方式的概略平面圖。
圖2是沿圖1的B-B線的概略剖面圖。
圖3是在圖1的壓電器件中使用的壓電振動片的概略平面圖。
圖4是沿圖3的C-C線的概略剖面圖。
圖5是表示圖3的壓電振動片的振動臂的縮頸位置和CI值的關系的曲線圖。
圖6是表示圖3的壓電振動片的振動臂的縮頸位置和CI值比的關系的曲線圖。
圖7是表示圖3的壓電振動片的振動臂的臂寬的寬度縮小率和CI值比的關系的曲線圖。
圖8是表示圖3的壓電振動片的第1縮小部的寬度尺寸和CI值的關系的曲線圖。
圖9是表示使用圖1的壓電振動片的振蕩電路示例的電路圖。
圖10是表示圖1的壓電器件的制造方法的一例的流程圖。
圖11是表示石英Z板的坐標軸的圖。
圖12是以往的壓電振動片的概略平面圖。
圖13是沿圖12的A-A線的剖面圖。
圖14是表示圖12的壓電振動片的驅(qū)動電平特性的曲線圖。
圖15是表示圖12的壓電振動片的CI值比的偏差的曲線圖。
具體實施例方式
圖1～圖4表示本發(fā)明的壓電器件的實施方式，圖1是其概略平面圖，圖2是沿圖1的B-B線的概略剖面圖，圖3是在圖1的壓電器件中使用的壓電振動片的實施方式的概略平面圖，圖4是沿圖3的C-C線的概略剖面圖。
封裝57如圖1和圖2所示，例如形成為矩形箱狀。具體地講，封裝57通過層疊第1基板54、第2基板55和第3基板56而形成，例如，將作為絕緣材料的氧化鋁質(zhì)陶瓷生片(green sheet)成形以形成圖示形狀，然后進行燒結而形成。
在封裝57的底部具有在制造工序中脫氣用的貫通孔27。貫通孔27由形成于第1基板54上的第1孔25和形成于第2基板55上的第2孔26形成，第2孔26具有比上述第1孔25小的外徑，并與第1孔25連通。
并且，通過在貫通孔27中填充密封材料28，進行孔密封，使封裝57內(nèi)成為氣密狀態(tài)。
封裝57如圖2所示，通過去除第2基板56內(nèi)側的材料，形成內(nèi)部空間S的空間。該內(nèi)部空間S是用于收容壓電振動片32的收容空間。并且，在形成于第2基板55上的電極部31、31上，使用導電性粘接劑43、43載置并接合設于壓電振動片32基部的引出電極37a、38a。另外，電極部31、31通過導電通孔等與封裝背面的安裝端子41、42連接。在使用真空室等在真空狀態(tài)下收容壓電振動片32后，使用密封材料38接合透明玻璃制蓋體40，由此封裝57在真空狀態(tài)下被氣密地密封。由此，在密封蓋體40后，從外部照射激光LB，以修整壓電振動片32的電極等，從而可以進行頻率調(diào)節(jié)。
另外，蓋體40可以使用科瓦鐵鎳鈷合金(Kovar)等金屬板，該情況下，不能從外部照射激光LB來進行壓電振動片32的頻率調(diào)節(jié)。
壓電振動片32例如由石英形成，除石英以外，也可以使用鉭酸鋰、鈮酸鋰等壓電材料。該壓電振動片32如圖3所示，具有與封裝57側固定的基部51；和以該基部51為基端，向著圖中上方分成兩股平行延伸的一對振動臂35、36。
在各個振動臂35、36的主面的正反面，優(yōu)選形成在各自的長度方向上延伸的長槽33、34，如圖3和圖4所示，在該長槽內(nèi)設有作為驅(qū)動用電極的激勵電極37、38。例如利用氟酸溶液等對石英晶片等的材料進行濕式蝕刻，或進行干式蝕刻，從而分別精密地形成這種壓電振動片32的音叉狀外形和各個振動臂中設置的長槽。
激勵電極37、38形成于長槽33、34內(nèi)和各個振動臂的側面，對于各個振動臂，長槽內(nèi)的電極和設于側面的電極是成對的。并且，各個激勵電極37、38分別被環(huán)繞到在圖1中說明的引出電極37a、38a上。由此，在把壓電器件30安裝到安裝基板等上時，來自外部的驅(qū)動電壓從各個安裝端子41、42通過電極部31、31傳遞到壓電振動片32的各個引出電極37a、38a，從而傳遞到各個激勵電極37、38。
并且，通過向長槽33、34內(nèi)的激勵電極施加驅(qū)動電壓，在驅(qū)動時可以提高各個振動臂的形成有長槽的區(qū)域內(nèi)部的電場效率。
即，如圖4所示，各個激勵電極37、38通過交叉配線連接到交流電源上，從電源向各個振動臂35、36施加作為驅(qū)動電壓的交變電壓。
由此，振動臂35、36被激勵而相互反相振動，在基本模式即基本波下進行彎曲振動，使各個振動臂35、36的前端側相互接近/離開。
此處，例如，壓電振動片32的基本波為，Q值12000，電容比(C0/C1)260，CI值57kΩ，頻率32.768kHz(千赫，以下相同)。
并且，二次諧波例如為，Q值28000，電容比(C0/C1)5100，CI值77kΩ，頻率207kHz。
并且，優(yōu)選在基部51上與圖12的振動片同樣地設置凹部或切口部71、71，其在基部51的兩側緣通過對基板51的寬度方向的尺寸部分地縮小而形成。關于該切口部的位置將在后面敘述。通過在基部51上形成切口部71、71，可以大大降低因各個振動臂35、36的彎曲振動而形成的振動向基部51的泄漏，可以獲得抑制CI值的效果。
另外，在壓電振動片32中，各個振動臂35、36形成為圖3所示形狀。由于各個振動臂為相同形狀，所以如果對振動臂36進行說明，則在從基部51延伸的基端部T中，振動臂寬度最大。并且，在從振動臂36的根部即該T位置起到與振動臂36的前端側僅離開微小距離的U部位之間，形成急劇縮小的第1縮小部TL。并且，從第1縮小部TL的末端即U位置向著振動臂36前端側到P位置，即在振動臂上形成跨越距離CL的逐漸連續(xù)縮小的第2縮小部。另外，從圖3的P位置到振動臂的前端側，可以如圖所示逐漸擴大寬度，也可以幾乎不改變寬度。并且，在從P位置起不改變前端側的臂寬的情況下，在后述的電極形成工序中，可以使該區(qū)域的電極膜(金屬被覆)較厚等，以增加重量。
因此，振動臂36接近基部的根部附近通過設置第1縮小部TL，具有較高的剛性。并且，通過隨著從第1縮小部的末端U向著前端形成第2縮小部，使剛性連續(xù)降低。P部位是臂寬的變更點P，由于是振動臂36的形式上的縮頸位置，所以也可以表述為縮頸位置P。在振動臂36中，比該縮頸位置P更靠前的前端側，臂寬以相同尺寸延長或者如圖所示逐漸擴大。
此處，可知圖3的長槽33、34越長，形成振動臂35、36的材料的電場效率越高，長槽33、34的從基部51開始的長度PL相對振動臂的總長L，至少在PL/L＝0.7左右之前，長度PL越長，音叉型振動片的CI值越低。在該實施方式中，在圖3中，振動臂36的總長L例如約為1250μm。
以上述結構為前提，在該實施方式中，在圖3中，設振動臂36的總長L例如約為1250μm時，下述關系成立。
圖5示出了當橫軸取臂寬的變更點P即縮頸位置P時，縱軸所示的壓電振動片32的CI值根據(jù)該縮頸位置P在振動臂的長度方向的哪個部位而發(fā)生的變化。圖5的曲線圖的橫軸的百分比表示當設振動臂的總長L為“1”時，從基部到縮頸位置P的長度CL的比率。并且，橫軸的0位置是由圖3的長度PL所表示的長槽34的前端位置，0位置表示縮頸位置(變更點)P位于長槽34的前端位置。
參照圖5可知，按上面所述把長槽的長度PL設為合適的長度，在實現(xiàn)充分抑制CI值的同時，根據(jù)相對于該長槽的前端位置把縮頸位置P設在哪個部位，使CI值產(chǎn)生很大變化。而且，通過把縮頸位置(臂寬的變更點)P設在比長槽前端更靠近振動臂前端側的位置，可以急劇降低CI值。
圖6中的橫軸表示該縮頸位置P位于振動臂的長度方向的哪個部位，對應該部位，縱軸表示壓電振動片32的CI值比(高次諧波的CI值/基本波的CI值)的變化。圖6的曲線圖的橫軸與圖5相同。在CI值比小于1時，基本波的CI值大于高次諧波的CI值，容易以高次諧波進行振蕩。
參照圖6，按上面所述把長槽的長度PL設為合適的長度，如果能夠充分抑制CI值，則即使縮頸位置P有一定程度的變化，也能夠保持壓電振動片32的CI值比(高次諧波的CI值/基本波的CI值)為大于1的值，縮頸位置P越接近前端，CI值比越大，越不容易以高次諧波進行振蕩。
這樣，對于圖3的振動臂36，長槽34越長，CI值越低，通過將縮頸位置(變更點)P設為靠近振動臂的前端，可以降低CI值，進而增大CI值比。因此，優(yōu)選將縮頸位置P設置為比長槽前端部更靠近振動臂前端側，由此可以可靠地增大CI值比，防止基于高次諧波的振蕩。
另外，圖7是把圖3的長槽34的長度PL/振動臂36的長度即槽長度的比率N設為61.5％時，把振動臂36的臂寬縮小率M即振動臂的最大寬度(W2)/最小寬度(W1)的值作為橫軸，把CI值比作為縱軸的曲線圖。
如圖所示，臂寬縮小率M越大，CI值比越小，所以比較理想。在該實施方式中，通過使振動臂36的臂寬縮小率M大于1.06，可以使CI值比大于1，可以防止基于高次諧波的振蕩。
而且，在壓電振動片32中，作為振動臂的臂寬的寬度縮小率的最大寬度/最小寬度＝M的值，由長槽的長度相對于振動臂的臂長的比率＝N的關系確定，從而使壓電振動片32和安裝它的壓電器件30小型化，同時降低CI值，而且實現(xiàn)不易在高次諧波下振蕩的良好的振動特性。
另外，圖8表示在圖3的右側放大表示的第1縮小部孔的寬度尺寸和CI值的關系。
該情況時，第1縮小部的高度尺寸TH約為50μm，以寬度TW為橫軸，記錄縱軸表示的CI值的變化。
如圖所示，TW越小，CI值越大，TW越大，變形越小，在圖13中說明的Z方向的振動成分減少，振動變穩(wěn)定，從而CI值變小。如圖所示，該情況時，從TW為0，即完全沒有形成第1縮小部的狀態(tài)下開始，到設置該第1縮小部，使TW為約10μm、特別在11μm附近時，可以觀察到CI值明顯減小。進一步增大TW的尺寸，直到增大至基部51的整體寬度的期間，CI值緩慢減小。
如上所述，根據(jù)本實施方式，壓電振動片32的各個振動臂35、36的根部、即根部附近，通過第1縮小部來增強剛性。由此，可以進一步穩(wěn)定振動臂的彎曲振動，能夠?qū)崿F(xiàn)抑制CI值。而且，通過設置第2縮小部，振動臂36從其根部附近向著前端側直到縮頸位置P，其剛性逐漸降低，從縮頸位置P再到前端側，沒有長槽34，臂寬逐漸擴大，所以剛性隨著接近前端側而提高。
因此，認為可以使二次諧波中的振動時的振動的“節(jié)”位于振動臂36的更前端側，由此，即使延長長槽34來提高壓電材料的電場效率、使CI值上升，也能夠抑制基本波的CI值，且不會導致二次諧波的CI值的降低。這樣，可以提供一種即使小型化，也能夠?qū)⒒静ǖ腃I值抑制得較低，且驅(qū)動特性不會惡化的壓電振動片。
下面，參照圖3和圖4說明本實施方式的壓電振動片32的優(yōu)選具體結構。
圖3所示的壓電振動片32的各個振動臂35、36為相同形狀，所以對振動臂35和振動臂36任一方說明的事項，都是兩個振動臂共同的事項。
圖4中用尺寸x表示的晶片厚度，即形成壓電振動片的石英晶片的厚度優(yōu)選為70μm～130μm。
圖3中用尺寸a表示的壓電振動片32的總長約為1300μm～1600μm。
振動臂的總長即尺寸b為1100μm～1400μm，基于上述理由，最優(yōu)選約1250μm。
壓電器件30的基部寬度即總寬度d約為400μm～600μm，但在壓電器件小型化的基礎上，在該實施方式中優(yōu)選約為500μm。因此，為了實現(xiàn)音叉部分的小型化，基部51的前端側寬度尺寸e約為200～400μm。
并且，圖3的振動臂35和36之間的尺寸k優(yōu)選為50～100μm。如果尺寸k小于50μm，則在如后面所述那樣通過濕式蝕刻貫通石英晶片而形成壓電振動片32的外形時，很難充分縮小基于蝕刻各向異性的異形部、即圖4中用符號81表示的振動臂側面的向著正X軸方向的鰭狀凸部。如果尺寸k大于等于100μm，則振動臂的彎曲振動有可能不穩(wěn)定。
另外，圖4中的振動臂35(振動臂36也相同)的長槽33的外緣和振動臂的外緣的尺寸m1、m2可以均設為3～15μm。通過使尺寸m1、m2小于等于15μm，電場效率提高，通過使其大于等于3μm，能夠可靠地進行電極的極化，所以是有利的。
在圖3的振動臂36中，前端側相對于臂寬變更點P寬度擴展程度優(yōu)選是，相對于振動臂36的臂寬最小的部位即該臂寬變更點P部位的寬度約增加0～20μm。如果擴寬程度超過該范圍，則振動臂36的前端部過重，有可能破壞彎曲振動的穩(wěn)定性。
并且，在圖4中的振動臂35(振動臂36也相同)外側的一側面，形成在正X軸方向上呈鰭狀突出的異形部81。這是在通過濕式蝕刻形成壓電振動片的外形時，由于石英的蝕刻各向異性作為蝕刻殘余形成的，但是，優(yōu)選在氟酸和氟化銨形成的蝕刻液中蝕刻9小時～11小時，由此將該異形部81的突出量v降低在5μm以內(nèi)，這對獲得振動臂35的穩(wěn)定的彎曲振動是有利的。
關于圖3中用尺寸g表示的長槽的寬度尺寸，優(yōu)選在振動臂的形成有該長槽的區(qū)域中，相對于振動臂的臂寬c約為60～90％。在振動臂35、36上形成有第1和第2縮小部，所以雖然臂寬c隨振動臂的長度方向的位置而不同，但相對于振動臂的最大寬度，長槽的寬度g為約60～90％。如果長槽的寬度小于該范圍，則電場效率降低，導致CI值的上升。
另外，關于圖3的基部51的總長h相對于壓電振動片32的總長a，以往約為30％，但該實施方式通過采用切口部等，可以為15～25％左右，實現(xiàn)小型化。
并且，在壓電振動片32的振動臂35、36進行彎曲振動時，鑒于能夠傳遞其振動泄漏的范圍和振動臂的臂寬尺寸c具有相關性，本發(fā)明人等認為以往的壓電振動片的切口部并沒有設在合適的位置。因此，關于圖3的切口部71的設置位置，設為從所述振動臂的根部開始超過所述振動臂的臂寬尺寸c的尺寸i位置。由此，切口部71、71可以形成能夠更加可靠地抑制來自振動臂35、36的振動泄漏傳遞到基部側的結構。這樣，可以提供恰當防止從振動臂側向基部側的振動泄漏，并且使驅(qū)動電平特性良好的壓電振動片。
尤其可以確認通過使切口部71、71形成為距振動臂35、36的根部T為臂寬尺寸c×1.2以上的尺寸i，可以使驅(qū)動電平特性適合于正常的壓電振動片32的電平。
并且，長槽33、34的基部51側端部的位置優(yōu)選在圖3中與振動臂35、36的根部即T位置相同，或者略微靠前的振動臂前端側的第1縮小部TL所處的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選不比T位置更接近基部51的基端側。
圖9是表示使用本實施方式的壓電振動片32構成壓電振蕩器時的振蕩電路示例的電路圖。
振蕩電路91包括放大電路92和反饋電路93。
放大電路92構成為包括放大器95和反饋電阻94。反饋電路93構成為包括漏電阻96、電容器97、98和壓電振動片32。
其中，圖9的反饋電阻94可以使用例如約10MΩ(兆歐)的電阻，放大器95可以使用CMOS反相器。漏電阻96例如為200～900kΩ(千歐)，電容器97(漏電容)和電容器98(柵電容)分別為10～22pF(皮法)。
(壓電器件的制造方法)下面，參照圖10的流程圖，說明上述壓電器件的制造方法的一例。
分別制造壓電器件30的壓電振動片32、封裝57和蓋體40。
(蓋體和封裝的制造方法)對于蓋體40，例如切斷預定大小的玻璃板(例如硼硅酸玻璃)，作成大小適合密封封裝57的蓋體。
封裝57如上面所述，層疊對氧化鋁質(zhì)陶瓷生片進行成形而形成的多個基板，然后進行燒結而形成。在成形時，各個基板在其內(nèi)側形成預定的孔，從而在層疊時在內(nèi)側形成預定的內(nèi)部空間S。
(壓電振動片的制造方法)首先，準備壓電基板，通過蝕刻，由一個壓電基板同時形成預定數(shù)量的壓電振動片的外形(外形蝕刻)。
此處，壓電基板使用壓電材料中例如可以分離出多個壓電振動片32的大小的石英晶片。由于該壓電基板隨著工序的進行形成圖3的壓電振動片32，所以從壓電材料例如石英單晶體中切取得到，如圖3所示使X軸為電軸、Y軸為機械軸、Z軸為光軸。并且，在從石英單晶體中切取時，在由上述的X軸、Y軸和Z軸構成的正交坐標系中，把以Z軸為中心在順時針方向旋轉0度～5度(圖11的θ)范圍而切取的石英Z板切斷研磨成預定厚度而制得。
在外形蝕刻中，使用未圖示的耐蝕膜等掩模，對于從壓電振動片的外形作為外側部分而露出的壓電基板，例如把氟酸溶液作為蝕刻液進行壓電振動片的外形蝕刻。作為耐蝕膜，例如可以使用以鉻為基底、并蒸鍍了金的金屬膜等。該蝕刻工序在濕式蝕刻中因氟酸溶液的濃度、種類、溫度等而變化。
此處，在外形蝕刻工序的濕式蝕刻中，關于圖3所示的機械軸X、電軸Y、光學軸Z，在蝕刻進行中表現(xiàn)出下述的蝕刻各向異性。
即，關于壓電振動片32，在其X-Y平面內(nèi)的蝕刻速度，在正X方向上，在相對于該X軸為120度方向及負120度方向的面內(nèi)蝕刻進行得較快，在負X方向上，在相對于X軸為正30度方向及負30度方向的面內(nèi)蝕刻進行得較慢。
同樣，Y方向的蝕刻進行情況為在正30度方向及負30度方向進行得較快，在正Y方向上，在相對Y方向為120度方向及負120度方向進行得較慢。
由于這種蝕刻進行中的各向異性，在壓電振動片32中，在各個振動臂的外側面形成圖4中符號81所示的鰭狀突出的異形部。
但是，在該實施方式中，作為蝕刻液使用氟酸和氟化銨，通過進行充足時間即9小時～11小時的蝕刻，可以使圖4中說明的異形部81變得極小(ST11)。
在該工序中，形成了包括壓電振動片32的切口部71、71的外形，在結束時，得到分別由細的連接部將基部51附近連接在石英晶片上的多個壓電振動片32的外形完成狀態(tài)。
(用于形成槽的半蝕工序)然后，利用未圖示的形成槽用的抗蝕劑，為了形成圖4所示狀態(tài)，保留夾著各個長槽的兩側壁部，在不形成槽的部分殘留耐蝕膜，在與外形蝕刻相同的蝕刻條件下，分別對各個振動臂35、36的正面和反面進行濕式蝕刻，從而形成與長槽相應的底部(ST12)。
此處，參照圖4，用符號t表示的槽深相對于總體厚度x約為30～45％。如果t小于等于總體厚度x的30％，有時將不能充分提高電場效率。如果大于等于45％，則剛性不足，有時給彎曲振動帶來不良影響，并且強度不足。
另外，可以通過干式蝕刻進行上述外形蝕刻和槽蝕刻中的一方或同時進行雙方。該情況時，在壓電基板(石英晶片)上形成壓電振動片32的外形，在外形形成后，隨時對相當于長槽的區(qū)域配置金屬掩模進行覆蓋。在該狀態(tài)下，例如收容在未圖示的室內(nèi)，在預定的真空度下供給蝕刻氣體，生成蝕刻等離子來進行干式蝕刻。即，向真空室(未圖示)連接例如氟利昂氣瓶和氧氣瓶，再在真空室上設置排氣管，進行抽真空使達到預定的真空度。
真空室內(nèi)被進行抽真空成預定的真空度，并輸送氟利昂氣體和氧氣，在該混合氣體被填充到預定氣壓的狀態(tài)下，施加直流電壓，即產(chǎn)生等離子。并且，含有離子化顆粒的混合氣體接觸從金屬掩模露出的壓電材料。通過該沖擊進行物理切削并且飛散，從而進行蝕刻。
(電極形成工序)然后，通過蒸鍍或濺射等，全面地覆蓋作為電極的金屬，例如金，然后使用露出不形成電極的部位的抗蝕劑，利用光刻方法，形成圖1和圖4中說明的驅(qū)動用電極(ST13)。
然后，在各個振動臂35、36的前端部，通過濺射或蒸鍍形成加重電極(金屬被膜)21、21(參照圖3)(ST14)。對加重電極21、21進行通電，但不是用于壓電振動片32的驅(qū)動，而是用于后述的頻率調(diào)節(jié)。
然后，在晶片上進行頻率的粗調(diào)(ST15)。粗調(diào)是通過對加重電極21、21的一部分照射激光等能量束，使其部分蒸發(fā)，以質(zhì)量削減方式進行的頻率調(diào)節(jié)。
然后，彎折與上述晶片的細連接部，獲得形成各個壓電振動片32的單體(ST16)。
然后，如圖1中說明的那樣，對封裝57的各個電極部31、31涂布導電性粘接劑43、43，在其上載置壓電振動片32的基部51的引出電極37a、38a的一部分，加熱固化粘接劑，從而將壓電振動片32接合在封裝57上(ST17)。
另外，作為該導電性粘接劑43，為例如在使用合成樹脂等的粘接劑成分中混入了銀粒子等的導電粒子的粘接劑，能夠同時進行機械接合與電連接。
然后，在蓋體40由金屬制等不透明材料形成的情況下，不設置圖2中說明的貫通孔27。因此，在接合蓋體40之前，向壓電振動片32施加驅(qū)動電壓，一面觀察頻率一面向壓電振動片32的振動臂35和/或振動臂36的加重電極21的前端側照射例如激光，利用質(zhì)量削減方法進行作為微調(diào)的頻率調(diào)節(jié)(ST18-1)。
然后，通過縫焊等把蓋體40接合在封裝57上(ST19-1)，經(jīng)過必要的檢查，完成壓電器件30。
或者，在利用透明蓋體40密封封裝57時，在壓電振動片32經(jīng)過ST17的接合后，把該蓋體40接合在封裝57上(ST18-2)。
該情況下，例如將低熔點玻璃等加熱，進行將蓋體40接合在封裝57上的加熱工序，但此時，從低熔點玻璃和導電性粘接劑等中生成氣體。因此，通過加熱將這種氣體從在圖2中說明的貫通孔27排出(脫氣)，然后，在階梯部29上配置由金錫、更優(yōu)選金鍺等構成的金屬球體或圓片，通過照射激光等使其熔融。由此，圖2的金屬填充材料28將貫通孔27氣密地密封(ST19-2)。
然后，如圖2所示，從外部向壓電振動片32的振動臂35和/或振動臂36的加重電極21的前端側照射激光，透過由硼硅酸玻璃等構成的透明蓋體40，利用質(zhì)量削減方式進行作為微調(diào)的頻率調(diào)節(jié)(ST20-2)。然后，經(jīng)過必要的檢查，完成壓電器件30。
本發(fā)明不限于上述實施方式。實施方式的各種結構可以適當進行組合、省略，并與未圖示的其他結構進行組合。
并且，本發(fā)明不限于把壓電振動片收容在箱狀封裝中，也可以把壓電振動片收容在圓柱狀容器中，還可使壓電振動片發(fā)揮陀螺傳感器的作用，另外，與壓電振子、壓電振蕩器等名稱無關，可以適用于使用壓電振動片的所有壓電器件。
權利要求
1.一種壓電振動片，其特征在于，具有由壓電材料形成的基部；與所述基部形成為一體的相互平行地延伸的多個振動臂；沿著所述各個振動臂的長度方向形成的長槽；和形成于所述長槽中的驅(qū)動用電極，所述各個振動臂的寬度尺寸從所述基部側向著前端側逐漸縮小，并且在所述前端側具有所述寬度尺寸變?yōu)樵黾拥膶挾茸兓兏cP，所述變更點P位于比所述長槽的前端部更靠近臂前端側的位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓電振動片，其特征在于，所述各個振動臂的寬度尺寸具有在所述振動臂相對于所述基部的根部位置向著前端側急劇地縮小的第1縮小部；作為所述縮小部，從該第1縮小部的末端進一步向著前端側緩慢地縮小的第2縮小部。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的壓電振動片，其特征在于，在所述基部中具有其壓電材料在寬度方向上縮小而形成的切口部，該切口部與所述各個振動臂的根部相距所述臂寬尺寸的1.2倍以上而形成在所述基部上。
4.根據(jù)權利要求1～3中任意一項所述的壓電振動片，其特征在于，在所述各個振動臂的側面，在正X軸(機械軸)方向上突出的異形部形成為最小。
5.根據(jù)權利要求1～4中任意一項所述的壓電振動片，其特征在于，作為所述振動臂的寬度縮小率的最大寬度/最小寬度＝M的值，由所述長槽的長度相對于所述振動臂的臂長的比率＝N的關系確定。
6.根據(jù)權利要求1～5中任意一項所述的壓電振動片，其特征在于，當所述N約為61％時，所述M大于等于1.06。
7.根據(jù)權利要求2～6中任意一項所述的壓電振動片，其特征在于，所述第1縮小部的寬度大于等于11μm。
8.一種在封裝或殼體內(nèi)收容了壓電振動片的壓電器件，其特征在于，所述壓電振動片具有由壓電材料形成的基部；與所述基部形成為一體的相互平行地延伸的多個振動臂；沿著所述各個振動臂的長度方向形成的長槽；和形成于所述長槽中的驅(qū)動用電極，所述各個振動臂的寬度尺寸從所述基部側向著前端側逐漸縮小，并且在所述前端側具有所述寬度尺寸變?yōu)樵黾拥膶挾茸兓兏cP，所述變更點P位于比所述長槽的前端部更靠近臂前端側的位置。
全文摘要
提供一種能夠在小型化的基礎上實現(xiàn)穩(wěn)定的彎曲振動，并且將CI值抑制得較低的壓電振動片和使用這種壓電振動片的壓電器件。該壓電振動片具有由壓電材料形成的基部(51)；與所述基部形成為一體的相互平行地延伸的多個振動臂(35、36)；沿著所述各個振動臂的長度方向形成的長槽(33、34)；和形成于所述長槽中的驅(qū)動用電極，所述各個振動臂的寬度尺寸從所述基部側向著前端側逐漸縮小，并且在所述前端側具有所述寬度尺寸變?yōu)樵黾拥膶挾茸兓兏cP，所述變更點P位于比所述長槽的前端部更靠近臂前端側的位置。
文檔編號H03B5/32GK1753304SQ20051010535
公開日2006年3月29日 申請日期2005年9月23日 優(yōu)先權日2004年9月24日
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