專利名稱：壓電振動片、壓電器件及制造方法、便攜電話、電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電振動片、壓電器件及其制造方法以及利用壓電器件的便攜電話和電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
專利文獻1特開2002-261575號公報(參考第5頁到第7頁，圖1)HDD(硬盤驅(qū)動器)、移動計算機或IC(集成電路)卡等小型信息設(shè)備、便攜電話、汽車電話或?qū)ず粝到y(tǒng)等的移動通信設(shè)備中，廣泛使用了將壓電振動片容納在管殼內(nèi)的石英振子、石英振蕩器等壓電器件。
原來的容納在壓電器件中的壓電振動片采用具有基部和從該基部突出形成的一對振動臂部的結(jié)構(gòu)(參考專利文獻1)。
在該原來的壓電振動片的振動臂部的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部的同時，在基部上形成有切口部。

發(fā)明內(nèi)容
原來的壓電振動片的結(jié)構(gòu)是所謂的帶槽的音叉型振動片，作為頻率偏差相對溫度的變化而變化的關(guān)系的溫度特性(頻率)表現(xiàn)為2次函數(shù)曲線。因此，存在由于溫度變化導(dǎo)致頻率偏差的變化增大的問題。
本發(fā)明是為了解決以上問題而提出的，其目的是提供一種頻率偏差相對溫度變化的變化小、溫度特性優(yōu)越的壓電振動片、壓電器件及其制造方法以及利用壓電器件的便攜電話裝置和利用壓電器件的電子設(shè)備。
根據(jù)第一發(fā)明，上述目的由如下的壓電振動片實現(xiàn)，該壓電振動片的特征在于具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上設(shè)置切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部，在上述振動臂的至少上述槽部中設(shè)有驅(qū)動用電極，上述驅(qū)動用電極具有底層和在上述底層上形成的電極層，上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
根據(jù)第一發(fā)明的結(jié)構(gòu)，在基部上設(shè)有切口部。振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部。
驅(qū)動用電極的底層厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
底層厚度t小于等于0.07μm時，在實用中的使用溫度范圍內(nèi)，頻率偏差相對溫度變化的變化增大。此外，底層厚度t大于等于0.3μm時，在通過蝕刻形成電極圖案時，蝕刻液對底層產(chǎn)生劇烈的側(cè)蝕刻，不能進行高精度的電極圖案形成。
由此，通過使底層厚度t在上述范圍，可將溫度特性曲線的2次系數(shù)抑制到非常小而在溫度特性中得到平坦部分，可減小頻率偏差相對溫度變化的變化。由于如上所述底層厚度t大，因此，通過形成驅(qū)動用電極，在其形成部分產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力影響振動特性，改善溫度特性。
第二發(fā)明的特征在于，在第一發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，上述底層是Cr，上述電極層是Au。
根據(jù)第二發(fā)明的結(jié)構(gòu)，底層是Cr，電極層是Au。
由此，底層使用Cr，因此Cr是適合用作壓電振動片的底層的膜，利用Cr膜的成膜產(chǎn)生的應(yīng)力影響改善溫度特性。
第三發(fā)明的特征在于，在第一發(fā)明或第二發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.15μm的范圍。
根據(jù)第三發(fā)明的結(jié)構(gòu)，底層的厚度t最好為0.07μm＜t＜0.15μm的范圍。底層厚度t小于等于0.07μm時，在實用中的使用溫度范圍內(nèi)，頻率偏差相對溫度變化的變化增大。此外，底層厚度t大于等于0.15μm時，通過蝕刻形成電極圖案時，蝕刻液容易對底層產(chǎn)生側(cè)蝕刻，可能會超出蝕刻時形成底層的圖案要清晰的實用水平。
第四發(fā)明的特征在于，在第一發(fā)明或第二發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，最好上述底層的厚度t為0.09μm＜t＜0.11μm的范圍。
根據(jù)第四發(fā)明的結(jié)構(gòu)，底層的厚度t最好為0.09μm＜t＜0.11μm的范圍。底層厚度t小于等于0.09μm時，在實用中的使用溫度范圍內(nèi)，頻率可能會稍有變動。此外，底層厚度t大于等于0.11μm時，通過蝕刻形成電極圖案時，蝕刻液稍容易對底層產(chǎn)生側(cè)蝕刻，可能在蝕刻時底層的圖案形成難以變得清晰。
根據(jù)第五發(fā)明，上述目的由如下的壓電器件實現(xiàn)，該壓電器件是將壓電振動片容納在管殼內(nèi)的壓電器件，其特征在于上述壓電振動片具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上設(shè)有切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部，在上述振動臂的至少上述槽部中設(shè)有驅(qū)動用電極，上述驅(qū)動用電極具有底層和在上述底層上形成的電極層，上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
根據(jù)第五發(fā)明的結(jié)構(gòu)，在基部上設(shè)有切口部。在振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部。
驅(qū)動用電極的底層厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
底層厚度t小于等于0.07μm時，在實用中的使用溫度范圍內(nèi)，頻率偏差相對溫度變化的變化增大。此外，底層厚度t大于等于0.3μm時，通過蝕刻形成電極圖案時，蝕刻液對底層產(chǎn)生劇烈的側(cè)蝕刻，不能進行高精度的電極圖案形成。
由此，通過使底層厚度t在上述范圍內(nèi)，可將溫度特性曲線的2次系數(shù)抑制到非常小而在溫度特性中得到平坦部分，可減小頻率偏差相對溫度變化的變化。由于如上所述底層厚度t大，因此，通過形成驅(qū)動用電極，在其形成部分產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力影響振動特性，改善溫度特性。
根據(jù)第六發(fā)明，上述目的由如下的壓電振動片的制造方法實現(xiàn)，該壓電振動片具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上具有切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上具有槽部，至少上述槽部中具有驅(qū)動用電極，該壓電振動片的制造方法的特征在于，具有通過蝕刻由壓電材料構(gòu)成的基板來形成外形的外形蝕刻工序；形成上述外形后，在上述振動臂的至少上述槽部中形成具有底層和電極層的上述驅(qū)動用電極的電極形成工序，上述電極形成工序中形成上述底層，使得上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
根據(jù)第六發(fā)明的結(jié)構(gòu)，在外形蝕刻工序中，通過蝕刻由壓電材料構(gòu)成的基板來形成外形。
在電極形成工序中，在形成了外形后，在振動臂的至少槽部中形成具有底層和電極層的驅(qū)動用電極。
在該電極形成工序中，底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
底層厚度t小于等于0.07μm時，在實用中的使用溫度范圍內(nèi)，頻率偏差相對溫度變化的變化增大。此外，底層厚度t大于等于0.3μm時，通過蝕刻形成電極圖案時，蝕刻液對底層產(chǎn)生劇烈的側(cè)蝕刻，不能進行高精度的電極圖案形成。
由此，通過使底層厚度t在上述范圍內(nèi)，可將溫度特性曲線的2次系數(shù)抑制到非常小，可在溫度特性中得到平坦部分，可減小頻率偏差相對溫度變化的變化。由于如上所述底層厚度t大，因此，通過形成驅(qū)動用電極，在其形成部分產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力影響振動特性，改善溫度特性。
根據(jù)第七發(fā)明，上述目的由如下的壓電器件的制造方法實現(xiàn)，該壓電器件是將壓電振動片容納在管殼內(nèi)的壓電器件，該壓電振動片具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上具有切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上具有槽部，至少在上述槽部中具有驅(qū)動用電極，該壓電器件的制造方法的特征在于，具有通過蝕刻由壓電材料構(gòu)成的基板來形成外形的外形蝕刻工序；形成上述外形后，在上述振動臂的至少上述槽部中，形成具有底層和電極層的上述驅(qū)動用電極的電極形成工序，上述電極形成工序中形成上述底層，使得上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
根據(jù)第七發(fā)明的結(jié)構(gòu)，在外形蝕刻工序中，通過蝕刻由壓電材料構(gòu)成的基板來形成外形。
在電極形成工序中，在形成了外形后，在振動臂的至少槽部中形成具有底層和電極層的驅(qū)動用電極。
在該電極形成工序中，底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
底層厚度t小于等于0.07μm時，在實用中的使用溫度范圍內(nèi)，頻率偏差相對溫度變化的變化增大。此外，底層厚度t大于等于0.3μm時，通過蝕刻形成電極圖案時，蝕刻液對底層產(chǎn)生劇烈的側(cè)蝕刻，不能進行高精度的電極圖案形成。
由此，通過使底層厚度t在上述范圍內(nèi)，可將溫度特性曲線的2次系數(shù)抑制到非常小，可在溫度特性中得到平坦部分，可減小頻率偏差相對溫度變化的變化。由于如上所述底層厚度t大，因此，通過形成驅(qū)動用電極，在其形成部分產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力影響振動特性，改善溫度特性。
根據(jù)第八發(fā)明，上述目的由如下的便攜電話裝置實現(xiàn)，該便攜電話裝置是一種通過將壓電振動片容納在管殼內(nèi)的壓電器件來得到控制用時鐘信號的便攜電話裝置，其特征在于上述壓電振動片具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上設(shè)有切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部，在上述振動臂的至少上述槽部中設(shè)有驅(qū)動用電極，上述驅(qū)動用電極具有底層和在上述底層上形成的電極膜，上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
根據(jù)第八發(fā)明的結(jié)構(gòu)，在基部上設(shè)有切口部。在振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部。
驅(qū)動用電極的底層厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
底層厚度t小于等于0.07μm時，在實用中的使用溫度范圍內(nèi)，頻率偏差相對溫度變化的變化增大。此外，底層厚度t大于等于0.3μm時，通過蝕刻形成電極圖案時，蝕刻液對底層產(chǎn)生劇烈的側(cè)蝕刻，不能進行高精度的電極圖案形成。
由此，通過使底層厚度t在上述范圍內(nèi)，可將溫度特性曲線的2次系數(shù)抑制到非常小，可在溫度特性中得到平坦部分，可減小頻率偏差相對溫度變化的變化。由于如上所述底層厚度t大，因此，通過形成驅(qū)動用電極，在該形成部分產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力影響振動特性而改善溫度特性。
根據(jù)第九發(fā)明，上述目的由如下的電子設(shè)備實現(xiàn)，該電子設(shè)備是一種通過將壓電振動片容納在管殼內(nèi)的壓電器件來得到控制用時鐘信號的電子設(shè)備，其特征在于上述壓電振動片具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上設(shè)有切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部，在上述振動臂的至少上述槽部中設(shè)有驅(qū)動用電極，上述驅(qū)動用電極具有底層和在上述底層上形成的電極膜，上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
根據(jù)第九發(fā)明的結(jié)構(gòu)，在基部上設(shè)有切口部。在振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部。
驅(qū)動用電極的底層厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
底層厚度t小于等于0.07μm時，在實用中的使用溫度范圍內(nèi)，頻率偏差相對溫度變化的變化增大。此外，底層厚度t大于等于0.3μm時，通過蝕刻形成電極圖案時，蝕刻液對底層產(chǎn)生劇烈的側(cè)蝕刻，不能進行高精度的電極圖案形成。
由此，通過使底層厚度t在上述范圍內(nèi)，可將溫度特性曲線的2次系數(shù)抑制到非常小，可在溫度特性中得到平坦部分，可減小頻率偏差相對溫度變化的變化。由于如上所述底層厚度t大，因此，通過形成驅(qū)動用電極，在該形成部分產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力影響振動特性，改善溫度特性。


圖1是表示本發(fā)明的壓電器件的實施方式的示意平面圖；圖2是圖1的B-B線示意截面圖；圖3是在圖1的壓電器件的管殼中容納的壓電振動片的示意立體圖；圖4是圖3的C-C線截斷端面圖；圖5是表示電極厚度和溫度特性的2次系數(shù)的關(guān)系的圖；圖6是表示本發(fā)明的實施方式和已有例子的溫度特性曲線的圖；圖7是順序表示圖1的壓電器件中容納的壓電振動片的制造工序的示意工序圖；圖8是順序表示圖1的壓電器件中容納的壓電振動片的制造工序的示意工序圖；圖9是順序表示圖1的壓電器件中容納的壓電振動片的制造工序的示意工序圖；圖10是順序表示圖1的壓電器件中容納的壓電振動片的制造工序的示意工序圖；圖11是表示壓電器件的制造方法的例子的圖；
圖12是表示數(shù)字式便攜電話裝置的例子的圖；圖13是表示振動臂的另一截面形狀例子的圖。
符號說明30壓電器件；32壓電振動片；34，35振動臂；51基部；54，55激勵電極；56，57槽(槽部的一例)；75A底層；75B電極層；100切口部；400原來的溫度特性曲線；500本發(fā)明實施狀態(tài)中的溫度特性曲線；550溫度特性曲線的平坦部分。
具體實施例方式
下面根據(jù)

本發(fā)明的最佳實施方式。
圖1和圖2表示本發(fā)明的壓電器件的實施方式，圖1是其示意平面圖，圖2是圖1的B-B線示意截面圖。
圖1和圖2中，示出壓電器件30構(gòu)成石英振子的例子，該壓電器件30在管殼36內(nèi)容納著壓電振動片32。管殼36例如是通過將作為絕緣材料的將氧化鋁陶瓷生片成形而形成的多個基板層疊后進行燒結(jié)形成的。多個基板在其內(nèi)側(cè)形成規(guī)定的孔，由此在層疊的情況下在內(nèi)側(cè)形成規(guī)定的內(nèi)部空間S2。
該內(nèi)部空間S2是用于容納壓電振動片的容納空間。
即，如圖2所示，該實施方式中，管殼36例如是從下面開始重疊第一層疊基板61、第二層疊基板64、第三層疊基板68來形成的。
在管殼36的內(nèi)部空間S2內(nèi)的圖中左端部附近，在內(nèi)部空間S2中露出并構(gòu)成內(nèi)側(cè)底部的第二層疊基板64上設(shè)置有例如在進行鎢金屬化后還通過鍍鎳和鍍金形成的電極部31、31。
該電極部31、31與外部連接，供給驅(qū)動電壓。該各電極部31、31上涂敷有導(dǎo)電性粘接劑43、43，在該導(dǎo)電性粘接劑43、43上載置著壓電振動片32的基部51，使導(dǎo)電性粘接劑43、43被硬化。另外，作為導(dǎo)電性粘接劑43、43，可以使用在作為發(fā)揮粘合力作用的粘接劑成分的合成樹脂劑中包含銀制微粒等導(dǎo)電性粒子的粘接劑，可利用硅類、環(huán)氧樹脂類或聚酰亞胺類導(dǎo)電性粘接劑等。
圖1和圖2所示的壓電振動片32是通過后述的制造工序，蝕刻作為壓電材料的例如石英來形成的，本實施方式的情況下，壓電振動片32形成為小型的壓電振動片，為了得到必要的性能，特別地形成圖3的示意截面圖所示的形狀。
圖3的壓電振動片32包括基部51和一對振動臂34、35，該基部51固定于圖1和圖2所示的管殼36側(cè)的基部51；該一對振動臂34、35以該基部51為基端在圖中朝向左方分為兩股，并沿著Y方向平行延伸。作為該壓電振動片32，利用整體為音叉形狀的所謂音叉型壓電振動片。該一對振動臂34、35是多個振動臂的一個例子。
圖3所示的壓電振動片32的各振動臂34、35上形成分別在縱向(Y方向)延伸的長的有底的槽56、57。該各槽56、57如作為圖3的C-C線截斷端面圖的圖4所示，分別形成在各振動臂34、35的表面和內(nèi)面兩面上。振動臂34、35具有大致H形的截面。
圖3中，在壓電振動片32的基部51的端部(圖3的右端部)的寬度方向兩端附近形成有引出電極52、53。各引出電極52、53同樣也形成在壓電振動片32的基部51的未示出的內(nèi)面上。
如上所述，這些各引出電極52、53是通過導(dǎo)電性粘接劑43、43與圖1所示的管殼側(cè)的電極部31、31連接的部分。并且，如圖所示，各引出電極52、53與各振動臂34、35的槽56、57內(nèi)設(shè)置的激勵電極(驅(qū)動用電極)54、55電連接。
并且，如圖4所示，各激勵電極54、55也形成在各振動臂34、35的兩側(cè)面上，例如，關(guān)于振動臂34，槽57內(nèi)的激勵電極54和其側(cè)面部的激勵電極55彼此極性不同。關(guān)于振動臂35，槽56內(nèi)的激勵電極55和其側(cè)面部的激勵電極54彼此極性不同。
如參考圖3和圖4可以理解的那樣，在振動臂34和35的彼此相對的內(nèi)側(cè)側(cè)面上形成的側(cè)面電極部54a和55a彼此極性不同。
圖3所示的壓電振動片32由以例如大約30KHz到大約40KHz振蕩的石英形成。
這里，說明圖3所示的小型化了的壓電振動片32的形狀的尺寸例子。
圖3所示的一對振動臂34、35的長度方向的長度L1例如為1.644mm?；?1的Y方向的長度L2為0.56mm。
基部51在其兩側(cè)分別具有切口部100、100。從該切口部100到基部51的另一個端部附近的長度L3例如為0.113mm。
圖3所示的振動臂34、35的寬度W優(yōu)選為50μm到150μm。振動臂34、35的寬度W為例如0.1mm。振動臂34、35的厚度D例如為0.1mm。
圖3中的槽56、57的槽寬E與振動臂34、35的寬度W相比，具有大于等于40％的寬度。槽56、57的槽深度G相對于振動臂34、35的厚度D優(yōu)選為大于等于30％小于50％。優(yōu)選使槽寬E是振動臂的寬度W的大于等于40％是用于減小振動臂34、35的剛性的條件。
優(yōu)選使槽深度G是振動臂34、35的厚度D的大于等于30％小于50％是用于減小振動臂34、35的剛性的條件。槽深度G大于等于50％時，表面?zhèn)鹊牟蹠c內(nèi)面?zhèn)鹊牟巯噙B。
圖3中的槽56、57分別設(shè)置在振動臂35、34上，是用于減小振動臂35、34的剛性的條件。
如上所述，圖3所示的切口部100、100設(shè)置在基部51的一個端部和另一個端部。如果在基部51上不設(shè)置該切口部100、100，則溫度特性曲線可能不是2次曲線而成為直線，已經(jīng)知道，由于該切口部100的存在，可抑制溫度特性曲線成為直線。
作為其理由，可以認為在沒有切口部100的情況下，如圖2所示，在用導(dǎo)電性粘接劑43將基部51安裝在電極部31上的部分中，應(yīng)力影響振動臂35、34，對振動模式(振動特性)產(chǎn)生影響。
如圖2所示，在管殼36的底面大致中央附近，通過在構(gòu)成管殼36的2塊層疊基板上形成連續(xù)的通孔37a、37b，設(shè)置了向外部開口的通孔37。相對于構(gòu)成該通孔37的2個通孔中、在管殼內(nèi)部開口的第一孔37b，作為第二孔的外側(cè)的通孔37a具有更大的內(nèi)徑。由此，通孔37在圖2中為具有向下的臺階部62的分段開口。該臺階部62的表面上最好設(shè)置有金屬覆蓋部。
這里，作為通孔37內(nèi)填充的金屬密封材料38，最好選擇例如不含鉛的密封材料，例如可從銀焊劑、Au/Sn合金、Au/Ge合金等中選擇。與此相應(yīng)，臺階部62的表面的金屬覆蓋部最好在鎢金屬化后還形成鎳鍍層和金鍍層。
在管殼36的敞開的上端，通過用密封材料33接合蓋體39來進行密封。如圖2所示，為了在將蓋體39密封固定于管殼36后，將激光L2從外部照射到壓電振動片32的后述的金屬覆蓋部上，用減小質(zhì)量的方式進行頻率調(diào)整，蓋體39最好是由透光材料，特別是薄板玻璃形成。
作為適用于蓋體39的玻璃材料，例如可使用由下拉法制造的薄板玻璃，例如硼硅酸玻璃。
另外，圖2中，通過去除第二基板64的內(nèi)側(cè)的一部分設(shè)置了凹部42。由此，從外部向壓電器件30施加了沖擊時，即便壓電振動片32的末端沿著箭頭D1方向移位，也可有效地防止該壓電振動片32的末端與管殼36的內(nèi)側(cè)底部碰撞而產(chǎn)生破損。
接著參考圖3和圖4說明激勵電極54、55的結(jié)構(gòu)例子。
圖4是表示圖3所示的壓電振動片32的C-C線的端面結(jié)構(gòu)例。即，圖4所示的振動臂34、35的端面位于由圖3的X方向和Z方向形成的平面內(nèi)。
如圖3所示，激勵電極54、55是驅(qū)動用電極，激勵電極54、55至少設(shè)置在槽(槽部的一個例子)56、57中。
如上所述，圖3和圖4所示的激勵電極54、55的電極性不同。激勵電極54、55分別是底層75A和電極層75B的層疊結(jié)構(gòu)體。底層75A例如是Cr層。電極層75B是Au層。底層75A可由Ni層或Ti膜來替代Cr層。電極層75B不限于Au層，也可以是Ag層。
圖4所示的激勵電極54、55的底層75A直接形成在振動臂35、34的表面上。電極層75B是層疊在底層75A上而形成的。圖4所示的振動臂34的激勵電極54和另一激勵電極55之間形成有防短路用的間隔180。同樣，振動臂35的激勵電極55和另一激勵電極54之間也形成有防短路用的間隔180。
通過在該防短路用的間隔180附近優(yōu)選設(shè)置SiO2之類的氧化膜，可以可靠地防止激勵電極54、55的短路。在一個振動臂34中，激勵電極54形成在槽57側(cè)，激勵電極55作為側(cè)面部側(cè)的電極而形成。同樣。在另一振動臂35中，激勵電極55形成在槽56側(cè)，激勵電極54作為側(cè)面部側(cè)的電極而形成。
圖4所示的一對振動臂34、35中使用箭頭表示電場。通過對激勵電極54、55施加驅(qū)動電壓，在振動臂34、35中產(chǎn)生箭頭所例示的電場。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象當圖4所示的激勵電極54、55的層結(jié)構(gòu)內(nèi)的底層75A的厚度慢慢加厚時，溫度特性的2次系數(shù)減小。
圖5表示電極層的厚度和底層的厚度以及溫度特性的2次系數(shù)的關(guān)系例子。
參考圖5，示出以下狀態(tài)隨著作為底層的Cr厚度的加厚，不管電極層(Au層)的厚度如何，溫度2次系數(shù)的值都減小。即，通過本發(fā)明的研究發(fā)現(xiàn)，圖5中，隨著向T方向的移動，即，隨著底層的鉻厚度的加厚，溫度特性的2次系數(shù)減小。
圖6表示溫度特性(頻率)的例子。
圖6中，示出本發(fā)明的實施方式和原來的通常的音叉型壓電振動片的例子。通常的音叉型壓電振動片表現(xiàn)出不僅具有頂點溫度而且還凸起的2次函數(shù)的溫度特性曲線400。作為原來的通常的音叉型壓電振動片的底層的鉻的厚度t1是300?！躷1≤700埃。在圖6所示的溫度特性曲線400的情況下，鉻的厚度t1為700埃。
圖6所示的本發(fā)明的實施方式的壓電振動片的溫度特性曲線500不是左右對稱型的2次函數(shù)的溫度特性曲線，可得到大致平坦的部分550，本發(fā)明的實施方式的溫度特性曲線500不是2次函數(shù)曲線，而是3次函數(shù)曲線。溫度特性曲線500是在鉻的厚度t為900埃時得到的。本發(fā)明的實施方式的溫度特性曲線500的平坦部分550例如是攝氏零下20度到攝氏50度的范圍。
通過得到具有這樣的平坦部分550的本發(fā)明的實施方式的溫度特性曲線500，可得到頻率偏差相對溫度變化而變化小的高精度的溫度特性曲線。
如圖5所示，例如作為底層的鉻的膜厚為例如900埃(0.09μm)時的溫度2次系數(shù)的值如圖5所示，與鉻厚度為300埃時相比，為接近一半的值。
本發(fā)明中，圖4所示的激勵電極54、55的底層厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm(700埃＜t＜3000埃)的范圍。即，驅(qū)動用電極的底層厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
底層厚度t小于等于0.07μm時，在實用中的使用溫度范圍內(nèi)，頻率偏差相對溫度變化的變化增大。此外，底層厚度t大于等于0.3μm時，通過蝕刻形成電極圖案時，蝕刻液對底層產(chǎn)生劇烈的側(cè)蝕刻，不能進行高精度的電極圖案形成。
由此，通過使底層厚度t在上述范圍，可將溫度特性曲線的2次系數(shù)抑制到非常小，在溫度特性中得到平坦部分，可減小頻率偏差相對溫度變化的變化。由于如上所述底層厚度t大，因此，通過形成驅(qū)動用電極，在其形成部分產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力影響振動特性，改善溫度特性。
此外，本發(fā)明中，激勵電極54、55的底層厚度t優(yōu)選在0.07μm＜t＜0.15μm(700埃＜t＜1500埃)的范圍內(nèi)。
底層厚度t小于等于0.07μm時，在實用中的使用溫度范圍內(nèi)，頻率偏差相對溫度變化的變化增大。此外，底層厚度t大于等于0.15μm時，通過蝕刻形成電極圖案時，蝕刻液容易對底層產(chǎn)生側(cè)蝕刻，可能會超出蝕刻時可使底層的圖案形成清晰的實用水平。
本發(fā)明中，優(yōu)選的是，激勵電極54、55的底層的厚度t為0.09μm＜t＜0.11μm(900埃＜t＜1100埃)的范圍。
底層厚度t小于等于0.09μm時，在實用中的使用溫度范圍內(nèi)，頻率可能會稍有變動。此外，底層厚度t大于等于0.11μm時，通過蝕刻形成電極圖案時，蝕刻液稍容易對底層產(chǎn)生側(cè)蝕刻，可能在蝕刻時使底層的圖案形成難以變得清晰。
圖6所示的本發(fā)明的實施方式的溫度特性曲線500中，平坦部分550為溫度特性中的頂點溫度附近相當平坦的形狀。
為了得到該平坦形狀，希望將激勵電極的金屬薄膜的厚度、特別是底層的鉻的厚度限定在上述范圍中。
在AT形的壓電振動片中，在激勵電極的結(jié)構(gòu)中，特別是底層厚度等的影響大，但在本發(fā)明的音叉型壓電振動片的情況下，極端地說，激勵電極可以沒有，此前沒有考慮過激勵電極的底層厚度會影響壓電振動片的溫度特性曲線。
如圖2所示，壓電振動片的基部51是用例如Si的Ag膏之類的導(dǎo)電性粘接劑43安裝的，可以認為由該安裝產(chǎn)生的應(yīng)力也影響壓電振動片的振動模式，對溫度特性產(chǎn)生影響。可以認為溫度從高溫側(cè)向低溫側(cè)移動時，導(dǎo)電性粘接劑的應(yīng)力影響變大，這種情況影響低溫側(cè)的溫度特性曲線。即便是相同的Si類的導(dǎo)電性粘接劑，溫度特性曲線的2次系數(shù)也有差別。
如圖3所示，基部51上設(shè)置有切口部100、100，因此CI(晶體阻抗)值改變。已經(jīng)知道由于切口部100設(shè)置在基部51上，通過該切口部的存在，可使溫度特性曲線不是直線而是2次曲線，抑制溫度特性曲線成為直線?？梢哉J為其理由是在沒有切口部時，安裝部的應(yīng)力影響振動臂，對振動模式產(chǎn)生影響。
由于各振動臂34、35上形成有槽56、57，因此可減小振動臂34、35的剛性，得到圖6所示的溫度特性曲線500。圖3所示的槽深度G形成相對于振動臂厚度為大于等于30％小于50％，從而可減小振動臂的剛性，得到圖6所示的溫度特性曲線500。通過將圖3所示的槽寬E設(shè)為大于等于振動臂的寬度W的40％，通過減小剛性，可得到圖6所示的溫度特性曲線500。
圖3所示的壓電振動片32振蕩的頻率大致為30KHz到40KHz。由此，得到圖6所示的溫度特性曲線500。
本發(fā)明的實施方式的所謂帶槽的壓電振動片32中，通過控制電極的膜厚中的尤其是底層的厚度，可在圖6所示的溫度特性曲線500中相當程度地減小2次系數(shù)，得到平坦部分550。由此，可減小頻率偏差相對溫度變化的變化，得到高精度的壓電振動片和壓電器件。
另外，在作為激勵電極的電極層的Au層中，雖然沒有表現(xiàn)出圖5所示的作為底層的鉻層那樣的效果，但表現(xiàn)出Au膜越薄溫度特性曲線的2次系數(shù)越小的傾向。
此外，本發(fā)明的壓電振動片中，實際上，將槽的形成部分(決定振動模式和特性的重要部分)的Au膜剝離，涂敷有SiO2涂層(防止電極間短路用的絕緣物)。
接著，圖7到圖10是用于說明本實施方式的壓電振動片32的制造方法的一個例子的工序圖，圖7到圖10的各工序按照工序順序，示出與用與圖4對應(yīng)的部分的截斷端面圖所示的振動臂34、35的截斷面對應(yīng)的區(qū)域。
圖7～圖9(k)表示外形蝕刻工序，圖9(1)～圖10(p)表示電極形成工序。
順序參考圖7(a)～圖7(f)，說明壓電振動片32的制造方法的一個例子，接著根據(jù)圖11說明壓電器件30的制造方法的一個例子。
圖7(a)中，準備由可分離成多個或大量的壓電振動片32的大小的壓電材料構(gòu)成的基板71。此時，基板71通過工序的進行形成為音叉型的壓電振動片32時，以使圖3所示的X軸為電學(xué)軸、Y軸為機械軸、Z軸為光軸的狀態(tài)，從壓電材料例如石英的單晶體中切出。并且，從石英的單晶體切出時，在由上述X軸、Y軸和Z軸構(gòu)成的正交坐標系中，繞著X軸，將由X軸和Y軸構(gòu)成的XY平面按時針方向傾斜約負5度到正5度來形成。
(耐蝕膜形成工序)如圖7(a)所示，在基板71的表面(表面內(nèi)面)上，通過濺射或蒸鍍等方法形成耐蝕膜72。如圖所示，由石英構(gòu)成的基板71的表面內(nèi)面兩面上形成有耐蝕膜72，耐蝕膜72例如由作為底層的鉻層和其上覆蓋的金的覆蓋層構(gòu)成。
另外，在下面的工序中，由于對基板71的上下兩面進行相同的加工，因此為避免麻煩，僅對上面進行說明。
(外形的圖案形成工序)接著，如圖7(b)所示，在基板71的表面內(nèi)面的耐蝕膜72的整個面上涂敷抗蝕劑73(抗蝕劑的涂敷工序)。然后，為了進行外形圖案形成，涂敷抗蝕劑73。作為抗蝕劑73，可以適當?shù)厥褂美鏓CA類、PGMEA類的正型抗蝕劑。
(蝕刻工序)然后，如圖7(c)所示，為了進行外形圖案形成，配置規(guī)定的圖案寬度的掩膜(未示出)，進行曝光后，去除感光后的抗蝕劑73，與去除了的抗蝕劑部分相對應(yīng)，按Au、Cr的順序也去除耐蝕膜72。
接著，如圖7(d)所示，從壓電振動片32的外形露出外側(cè)的部分，接著如圖7(e)所示，在整個面上涂敷抗蝕劑74。
接著，如圖7(f)所示，從壓電振動片32的外形去除外側(cè)部分和各振動臂的槽部分的抗蝕劑74。
然后，如圖8(g)所示，對從壓電振動片32的外形露出的作為外側(cè)部分的基板71，例如將氟酸溶液作為蝕刻液，進行壓電振動片的外形的蝕刻(蝕刻工序)。該蝕刻工序為2小時到3小時，根據(jù)氟酸溶液的濃度和種類、溫度等而變化。該實施方式中，作為蝕刻液，使用氟酸、氟化銨，通過其濃度為容量比1∶1、溫度為65度±1度(攝氏)的條件，在2個半小時左右完成蝕刻工序。
(半蝕刻工序)接著，如圖8(h)所示，去除振動臂的槽部的耐蝕膜72。
對去除了耐蝕膜72而露出的基板71，進而，如圖8(i)所示，使用氟酸溶液等進行振動臂的槽部的半蝕刻。
該實施方式中，作為蝕刻液，使用氟酸、氟化銨，通過其濃度為容量比1∶1、溫度為65度±1度(攝氏)的條件，在30分鐘到60分鐘左右完成蝕刻工序。
由此，形成振動臂34、35的槽56、57。
接著，如圖8(j)所示，從耐蝕膜72去除抗蝕劑74，也去除耐蝕膜72，成為圖9(k)的狀態(tài)。該狀態(tài)是未形成圖3的壓電振動片32的電極的狀態(tài)。
接著，如圖9(1)所示，在整個面上通過蒸鍍或濺射等方法形成用于形成電極的金屬膜75。該金屬膜75與耐蝕膜同樣，由作為底層75A的鉻層和其上覆蓋的電極層(金覆蓋層)75B構(gòu)成。
(電極膜的形成工序)(電極形成中抗蝕劑的涂敷工序)接著，如圖9(m)所示，以與基板71的表面和內(nèi)面交叉的角度，如箭頭T所示噴射涂敷抗蝕劑76。該實施方式中，抗蝕劑76是所謂的噴濺抗蝕劑，其噴射角度為相對基板71的表面和內(nèi)面為90度左右。
這里，抗蝕劑76被用高揮發(fā)性的溶劑進行稀釋，以適合本實施方式的制造工序，適合采用具有抗蝕劑76按半干燥狀態(tài)附著在基板71上的性質(zhì)的抗蝕劑，具體說，作為具有5cp到40cp左右的粘性的抗蝕劑溶液，使用例如ECA類、PGMEA類的正型抗蝕劑，作為噴射次數(shù)，噴射2到4次左右，使其為1μm到3μm的抗蝕劑厚度。
這樣，在如圖9(m)所示的涂敷了抗蝕劑76的狀態(tài)下，如圖10(n)所示，進行劃分為應(yīng)形成電極的區(qū)域(參考圖3)和不形成電極的區(qū)域的掩蓋(未示出)，進行曝光，去除不要的抗蝕劑76，露出應(yīng)去除的金屬膜75。
接著，如圖10(o)所示，使用例如碘化鉀等蝕刻液通過濕蝕刻，將露出的金屬膜去除。從而，通過蝕刻將應(yīng)去除的金屬膜75完全去除。
最后，如圖10(p)所示，將不要的抗蝕劑76全部剝離。
通過以上工序，完成了圖3和圖4說明的結(jié)構(gòu)的壓電振動片32。
因此，如圖3所示完成的壓電振動片32，如圖1和圖2所示，被利用導(dǎo)電性粘接劑43接合在管殼36的內(nèi)部。之后，使用焊劑材料(例如低熔點玻璃)將蓋體39接合在該管殼36上。進而，通過在真空中對管殼36進行加熱并通過通孔37對管殼36內(nèi)進行脫氣，并用密封材料38真空密封該通孔37，可以完成壓電器件30。
本實施方式的壓電器件30是圖1和圖2所示的結(jié)構(gòu)，主要參考圖11，對該壓電器件30的制造方法的一個例子進行說明。
圖11是表示壓電器件30的制造方法的一個例子的流程圖。
(形成工序)
首先，形成并準備圖1和圖2的管殼36(步驟ST11)，與此分開，形成蓋體39(步驟ST211)。
接著，在作為形成壓電振動片的形成工序的第一階段的步驟ST111中，例如通過穿設(shè)通孔或通過蝕刻在石英晶片上形成壓電振動片的外形。然后，根據(jù)規(guī)定的方位將該石英晶片切為矩形，得到圖1所示的壓電振動片32。該壓電振動片32是通過圖7、圖8和圖9(k)所示的制造工序來蝕刻外形所形成的。
接著，在作為形成工序的第二階段的步驟ST112中，在圖3所示的壓電振動片32上形成上述的激勵電極54、55和引出電極52、53。激勵電極54、55和引出電極52、53是將例如鉻等構(gòu)成的底層(底金屬層)和銀(Ag)或金(Au)層的電極層層疊而成的，是順序通過濺射進行成膜，通過使用掩膜的光處理來形成的。例如，激勵電極54、55是通過圖9(1)、圖9(m)和圖10所示的制造工序形成的。
接著，在圖11的步驟ST113中，在壓電振動片32上施加驅(qū)動電壓來測定頻率，或附加電極膜或用激光等修整其一部分來進行頻率的粗調(diào)整。
接著，在圖11的步驟ST12中，將壓電振動片32安裝在準備的管殼36內(nèi)。
(密封工序)接著，在作為密封工序的圖11的步驟ST13中，在真空中或氮等惰性氣體氣氛下，使用密封材料33將蓋體39密封在圖2的管殼36上，從而氣密地密封管殼36。
接著，在圖11的步驟ST14中，如圖2說明的那樣，進行頻率調(diào)整，完成作為壓電振子的壓電器件30(步驟ST15)。
圖12是表示作為利用本發(fā)明的上述的實施方式的壓電器件的電子設(shè)備的一個例子的數(shù)字式便攜電話裝置的示意結(jié)構(gòu)的圖。
圖中，具有接收發(fā)送者的聲音的麥克風308和將接收內(nèi)容進行聲音輸出的揚聲器309，此外，具有由作為與發(fā)送接收信號的調(diào)制和解調(diào)部連接的控制部的集成電路等構(gòu)成的控制器(CPU)301。
控制器301除進行發(fā)送接收信號的調(diào)制和解調(diào)外，還進行由作為圖像顯示部的LCD和用于信息輸入的操作鍵等構(gòu)成的信息輸入輸出部302、由RAM(隨機存取存儲器)、ROM(只讀存儲器)等構(gòu)成的信息存儲部件(存儲器)303的控制。因此，控制器301上安裝有壓電器件30，通過控制器301中內(nèi)置的規(guī)定的分頻電路(未示出)等，利用其輸出頻率，作為適合于控制內(nèi)容的時鐘信號。該控制器301上安裝的壓電器件30可以是壓電器件30單體，也可以是將壓電器件30和規(guī)定的分頻電路等組合而成的振蕩器。
這樣，可以在具有控制部的數(shù)字式便攜電話裝置300之類的電子設(shè)備中，利用如上所述的本發(fā)明的實施方式的壓電器件30或其它變形例的壓電器件。在這種情況下，溫度特性曲線有平坦部分，因此頻率偏差相對溫度變化的變化減小，電子設(shè)備的動作精度提高。
圖13表示圖3的壓電振動片的振動臂的C-C線的另一截面結(jié)構(gòu)例子。圖13的振動臂34、35的截面結(jié)構(gòu)例子中，振動臂34、35大致具有H形狀。一個振動臂34的表面?zhèn)群蛢?nèi)面?zhèn)壬戏謩e形成有槽757。另一個振動臂35的表面?zhèn)群蛢?nèi)面?zhèn)壬戏謩e形成有槽756。
振動臂34的槽757的中心線CL1和表面?zhèn)鹊牟?57的中心線CL2位于彼此錯開的方向上。即，槽757、757彼此在X方向(水平方向)上錯開。由此，振動臂34的表面?zhèn)鹊膶挾萕3大于寬度W1。在內(nèi)面?zhèn)壬蠈挾萕2大于寬度W4。
同樣，振動臂35的表面?zhèn)鹊牟?56的中心線CL3和內(nèi)面?zhèn)鹊牟?56的中心線CL4彼此在作為X方向即水平方向上錯開。
該中心線CL1到CL4是平行于Z方向的方向。
與此不同，原來使用的壓電振動片中，表面?zhèn)鹊牟酆蛢?nèi)面?zhèn)鹊闹行木€一致。
振動臂34、35分別具有激勵電極54、55。激勵電極54、55與圖4的實施方式同樣具有底層75A和電極層75B。
通過配置圖13所示的振動臂34、35的槽，振動臂34、35在X方向即水平方向上振動時，除了該水平方向的振動外，還有Z方向的垂直方向的成分的振動，結(jié)果，產(chǎn)生了在作為斜向的M方向的振動。這是由于關(guān)于作為水平方向的X方向，在表面?zhèn)群蛢?nèi)面?zhèn)鹊碾妶龃笮〔煌斐傻?。為了進行水平方向的彎曲振動，必須在表面?zhèn)群蛢?nèi)面?zhèn)热〉糜稍撾妶霎a(chǎn)生的音叉臂部的伸縮的力學(xué)平衡，但如圖13所示，如果表面?zhèn)群蛢?nèi)面?zhèn)鹊碾妶龃笮〔煌瑒t音叉臂部的伸縮的力學(xué)平衡失衡，對X方向的彎曲振動施加Z方向的振動成分，會產(chǎn)生M方向的振動。
這樣，通過使振動臂的表面?zhèn)鹊牟酆蛢?nèi)面?zhèn)鹊牟郾舜隋e開，并使表面?zhèn)鹊牟酆蛢?nèi)面?zhèn)鹊牟鄣奈恢脼榉菍ΨQ，可得到2次溫度系數(shù)小的圖6所示的具有平坦部分的溫度特性曲線，溫度特性良好。
當然可以將圖13所示的實施方式和圖4所示實施方式組合起來。
可以將各實施方式的各結(jié)構(gòu)適當組合，或省略一部分，也可以與其他未示出的結(jié)構(gòu)相組合。
此外，只要是將壓電振動片容納在管殼或箱狀蓋體內(nèi)的物品，與石英振子、石英振蕩器、陀螺儀、角度傳感器等名稱無關(guān)，本發(fā)明適用于全部的壓電振動片和使用該壓電振動片的壓電器件。
此外，上述實施方式中，利用了使用陶瓷的箱狀的管殼，但不限于該形式，只要是同樣可以在金屬制造的柱狀外殼等管殼中容納壓電振動片的管殼，任何管殼、外殼都可應(yīng)用本發(fā)明。
本發(fā)明不限于上述實施方式，在不背離權(quán)利要求的范圍的范圍內(nèi)可進行種種變更。
權(quán)利要求
1.一種壓電振動片，其特征在于具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上設(shè)有切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部，在上述振動臂的至少上述槽部中設(shè)有驅(qū)動用電極，上述驅(qū)動用電極具有底層和在上述底層上形成的電極層，上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振動片，其特征在于上述底層是Cr，上述電極層是Au。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電振動片，其特征在于上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.15μm的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電振動片，其特征在于上述底層的厚度t為0.09μm＜t＜0.11μm的范圍。
5.一種將壓電振動片容納在管殼內(nèi)的壓電器件，其特征在于上述壓電振動片具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上設(shè)有切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部，在上述振動臂的至少上述槽部中設(shè)有驅(qū)動用電極，上述驅(qū)動用電極具有底層和在上述底層上形成的電極層，上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
6.一種形成壓電振動片的壓電振動片制造方法，該壓電振動片具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上具有切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上具有槽部，至少在上述槽部中具有驅(qū)動用電極，該壓電振動片制造方法的特征在于具有通過蝕刻由壓電材料構(gòu)成的基板來形成外形的外形蝕刻工序；在形成上述外形后，在上述振動臂的至少上述槽部中，形成具有底層和電極層的上述驅(qū)動用電極的電極形成工序，上述電極形成工序中形成上述底層，使得上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
7.一種將壓電振動片容納在管殼內(nèi)的壓電器件的制造方法，該壓電振動片具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上具有切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上具有槽部，至少在上述槽部中具有驅(qū)動用電極，其特征在于具有通過蝕刻由壓電材料構(gòu)成的基板來形成外形的外形蝕刻工序；在形成上述外形后，在上述振動臂的至少上述槽部中，形成具有底層和電極層的上述驅(qū)動用電極的電極形成工序，上述電極形成工序中形成上述底層，使得上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
8.一種通過將壓電振動片容納在管殼內(nèi)的壓電器件來得到控制用時鐘信號的便攜電話裝置，其特征在于上述壓電振動片具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上設(shè)有切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部，在上述振動臂的至少上述槽部中設(shè)有驅(qū)動用電極，上述驅(qū)動用電極具有底層和在上述底層上形成的電極膜，上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
9.一種通過將壓電振動片容納在管殼內(nèi)的壓電器件來得到控制用時鐘信號的電子設(shè)備，其特征在于上述壓電振動片具有基部和從上述基部平行延伸的多個振動臂，上述基部上設(shè)有切口部，在上述振動臂的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部，在上述振動臂的至少上述槽部中設(shè)有驅(qū)動用電極，上述驅(qū)動用電極具有底層和在上述底層上形成的電極膜，上述底層的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
全文摘要
本發(fā)明提供一種頻率偏差相對溫度變化的變化小、溫度特性優(yōu)越的壓電振動片、壓電器件及其制造方法、便攜電話、電子設(shè)備。具有基部(51)和從基部(51)平行延伸的多個振動臂(34、35)，在基部(51)上設(shè)置有切口部(100)，在振動臂(34、35)的表面部和內(nèi)面部上形成有槽部(56、57)，在振動臂(34、35)的至少槽部(56、57)中設(shè)置有驅(qū)動用電極，驅(qū)動用電極具有底層(75A)和在底層(75A)上形成的電極層(75B)，底層(75A)的厚度t為0.07μm＜t＜0.3μm的范圍。
文檔編號H01L41/09GK1612472SQ200410086810
公開日2005年5月4日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月28日
發(fā)明者棚谷英雄, 城倉壽成, 大城敦史 申請人:精工愛普生株式會社