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CN105814795A - 压电振子以及压电振子的频率调整方法 - Google Patents

压电振子以及压电振子的频率调整方法 Download PDF

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CN105814795A CN201480067336.8A CN201480067336A CN105814795A CN 105814795 A CN105814795 A CN 105814795A CN 201480067336 A CN201480067336 A CN 201480067336A CN 105814795 A CN105814795 A CN 105814795A
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Abstract

本发明涉及压电振子以及压电振子的频率调整方法。本发明提供一种难以产生残留物，并能够高精度地调整频率并且强度的降低较小的频率调整方法。本发明所涉及的压电振子(1)的频率调整方法具备准备压电振子(1)的工序、和向连结部(3a)照射激光(B)来形成变质部(8)的工序，该压电振子(1)具备基部(2)、具有与上述基部(2)连接的上述连结部(3a)和从上述连结部(3a)延伸的多个振动臂主体(3b)并且由单晶形成的振动臂部(3)、形成在上述振动臂部(3)上的下部电极(5)、形成在上述下部电极(5)上的压电薄膜(6)、以及形成在上述压电薄膜(6)上的上部电极(7)。

Description

压电振子以及压电振子的频率调整方法
技术领域
本发明涉及使用了压电薄膜的压电振子以及压电振子的频率调整方法。
背景技术
以往，为了调整具有多个振动臂的压电振子的频率，提出各种方法。
在下述的专利文献1所记载的频率调整方法中，向配置在封装体内的压电振子照射飞秒激光。由此，抑制对封装体的损伤，并且除去质量膜或者压电振子的母材，从而能够进行频率的调整。激光的波长为1200nm以上。
在下述的专利文献2所记载的频率调整方法中，向配置在封装体内的水晶音叉振子照射激光。为了防止水晶音叉振子的前端的调整膜在利用激光除去时飞散而再附着于水晶音叉振子上，在封装体的内壁设置有突起。
另外，公开了一种通过照射激光，来设置晶体结构与周围不同的变质层的方法。
在下述的专利文献3中，向在水晶或者Si基板上形成有压电薄膜的音叉振子的振动臂照射飞秒激光，来设置变质层。更具体而言，在振动臂的长度的0.4倍～0.6倍的范围内设置变质层。由此抑制二次模式。此外，在专利文献3中未公开频率调整方法。
专利文献1:WO2011/043357
专利文献2:日本特开2010－118784号公报
专利文献3:日本特开2011－160391号公报
在专利文献1中，因通过激光除去的质量膜飞散到封装体内，再附着于压电振子，所以有时从目标的频率偏离。另外，因再附着的质量膜随着时间的经过而气化，所以频率发生变动等特性容易变得不稳定。并且，若质量膜附着在电极图案间，则有可能短路。另外，若激光照射到压电振子表面，则在周边部形成残留物。因此，若残留物附着在振动的部位，则尤其在大振幅驱动时，阻碍振动并且Q值有可能降低。
在专利文献2中存在若在封装体的内壁设置突起，则封装体的高度变大、水晶振动装置变得大型这样的问题。另外，即使在封装体的内壁设置突起，也不能够完全防止气化的调整膜在封装体内移动并再附着于水晶音叉振子。
在专利文献3中，通过在振动臂设置变质层，从而振动臂的强度容易降低。尤其，由于反复的应力随着振动的振幅越大而变大，所以强度容易较大地降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种难以产生残留物，并能够高精度地调整频率，并且强度的降低较小的频率调整方法。另外，本发明的另一目的在于提供一种如上述那样经过频率调整的、高稳定且具有较高的Q值的压电振子。
本发明所涉及的压电振子具备：基部；振动臂部，与上述基部连接，并且由单晶形成；下部电极，形成在上述振动臂部上；压电薄膜，形成在上述下部电极上；以及上部电极，形成在上述压电薄膜上，上述振动臂部具有：与上述基部连接的连结部、和从上述连结部延伸的多个振动臂主体，在上述连结部设置有变质部，利用面外弯曲振动模式。
在本发明所涉及的压电振子的某个特定的方面，上述变质部形成在上述连结部的内部，并且未到达上述连结部的表面。
在本发明所涉及的压电振子的其它的特定的方面，上述振动臂部由Si或者水晶中的任意一个形成。
本发明所涉及的压电振子的频率调整方法具备：准备压电振子的工序；和向连结部照射激光来形成变质部的工序，其中，上述压电振子具备：基部；振动臂部，具有与上述基部连接的上述连结部和从上述连结部延伸的多个振动臂主体，并且由单晶形成；下部电极，形成在上述振动臂部上；压电薄膜，形成在上述下部电极上；以及上部电极，形成在上述压电薄膜上。
在本发明所涉及的压电振子的频率调整方法的某个特定的方面，特征在于，从与形成有上述下部电极的面相反侧向上述连结部照射激光。
在本发明所涉及的压电振子的频率调整方法的其它的特定的方面，特征在于，在利用封装件将上述压电振子密封的状态下，向上述连结部照射激光。
根据本发明所涉及的压电振子以及压电振子的频率调整方法，在频率调整时，难以产生对压电振子的表面的影响，电极难以飞散，也难以产生残留物。因此，能够高精度地调整频率。另外，频率调整所造成的强度的降低较小。另外，能够提供Q值较高并且特性稳定的压电振子。
附图说明
图1(a)、图1(b)是本发明的第一实施方式所涉及的压电振子的俯视图以及侧面剖视图。
图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的压电振子的、以振动臂主体的长度A对从连接振动臂主体的侧的连结部的端部到变质部的中心为止的距离L进行标准化后得到的距离L/振动臂主体长度A与频率变化率的关系的图。
图3是示意性表示本发明的第2实施方式所涉及的压电振子的频率调整方法的侧面剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的具体的实施方式进行说明，由此使本发明变得清楚。
图1(a)是本发明的第一实施方式所涉及的压电振子的俯视图，图1(b)是本发明的第一实施方式所涉及的压电振子的侧面剖视图。
如图1(b)所示，压电振子1具备基部2、和与基部2连接的振动臂部3。振动臂部3具有与基部2连接的连结部3a、和从连结部3a相互平行地延伸的多个振动臂主体3b。各振动臂主体3b形成具有长度方向的条状的形状。各振动臂主体3b的一端与连结部3a连接。连结部3a沿振动臂主体3b的宽度方向延伸，并将各振动臂主体3b连结。连结部3a的厚度与振动臂主体3b的厚度相等，并且小于基部2的厚度。
在本实施方式中，基部2以及振动臂部3由单晶Si构成。此外，基部2以及振动臂部3也可以由Si以外的水晶等其它的单晶构成。优选如本实施方式这样，基部2以及振动臂部3由相同的材料一体地构成。但是，基部2和振动臂部3也可以由其它的材料构成。
在振动臂部3上形成有由SiO2形成的温度特性校正膜4。在温度特性校正膜4上形成有下部电极5。在下部电极5上形成有压电薄膜6。在压电薄膜6上形成有上部电极7。此外，也可以不形成温度特性校正膜4。
在本实施方式中，上部电极7以及下部电极5由Mo构成。压电薄膜6由ZnO构成。此外，上部电极7以及下部电极5也可以由Mo以外的适当的金属、合金构成。另外压电薄膜6也可以由ZnO以外的AlN等适当的压电陶瓷构成。
在连结部3a形成有变质部8。变质部8是构成连结部3a的基材的结晶性呈变质的状态并且组成结构与周围不同的部分。虽然连结部3a由单晶形成，但变质部8由非晶体、多晶或者空洞形成。或者，变质部8形成为上述物质混合的状态，或者形成为上述物质与作为连结部3a的基材的结晶混杂的状态。
在本实施方式中，变质部8在俯视时，形成在连结部3a中使振动臂主体3b延长的区域中。在使各振动臂主体3b延长的区域中在每一处形成有变质部8。变质部8形成在连结部3a的内部，并且未到达连结部3a的表面。此外，变质部8可以在使各振动臂主体3b延长的区域中形成多个。另外，变质部8也可以形成在使各振动臂主体3b延长的区域以外的部位，此时，也可以不形成在使各振动臂主体3b延长的区域中。
以下，对本实施方式所涉及的压电振子的频率调整方法进行说明。
准备具备基部2和振动臂部3的压电振子1，该振动臂部3具有与基部2连接的连结部3a以及从连结部3a相互平行地延伸的多个振动臂主体3b。通过透镜等，在连结部3a的内部调节激光的焦点，向连结部3a照射激光。由此，在连结部3a形成变质部8来调整压电振子1的频率。
在连结部3a中，对设置有变质部8的部分而言，结晶性变低，并低杨氏模量化，从而频率降低。另外，由于连结部3a相当于振动臂部3的根部，所以施加给连结部3a的应力较大。因此，通过在连结部3a形成变质部8，能够有效地调整压电振子1的频率。
在振动臂主体3b中，若将与振动臂主体3b延伸的方向正交的方向设为宽度方向，则振动臂主体3b的宽度方向尺寸较小。因此，若在振动臂主体3b形成变质部8，则强度较大地降低。然而，在本实施方式的调整方法中，由于在宽度较大的连结部3a形成变质部8，所以确保强度，并且能够调整频率。
在本实施方式中，通过向连结部3a照射激光来形成变质部8。使用波长为1200nm的飞秒激光。通过利用透镜等在连结部3a的内部调节激光的焦点，从而能够在连结部3a的内部形成变质部8。此外，激光的波长如果是在连结部3a的内部调节激光的焦点，并能够形成变质部8的范围，则并未特别限定。
例如，如专利文献1那样，在利用除去振动臂部上的质量膜的方法进行频率调整的情况下，有时通过激光而除去的质量膜飞散，再附着于压电振子。由此，有时从目标的频率偏离。另外，因再附着的质量膜随着时间的经过而气化，所以有时存在频率发生变动等、特性变得不稳定的情况。并且，若质量膜附着在电极图案间，则有可能短路。另外，若焦点被调节到压电振子表面的激光照射到压电振子，则在周边部形成残留物。若残留物附着在振动的部位，则有时阻碍振动，Q值降低。
然而，在本实施方式中，使激光的焦点位于连结部3a的内部。由此，变质部8能够以仅形成在连结部3a的内部并且未到达表面的方式设置。因此，难以更进一步产生对压电振子1的表面的影响。另外，电极难以飞散，阻碍振动的残留物的形成也难以产生。因此，能够高精度地调整频率。另外，能够提供Q值较高并且特性稳定的压电振子1。
接下来，在上述实施方式所涉及的压电振子1中，使从与振动臂主体3b连接的一侧的连结部3a的端部到变质部8的中心为止的距离L变化，模拟出频率的变化。而且，研究了形成变质部8的前后的频率变化率。此外，将振动臂主体3b的长度设为A，对距离L进行标准化。图2是表示距离L/振动臂主体长度A与频率变化率的关系的图。
在本模拟中，振动臂主体3b为3条，均为相同的尺寸。振动臂主体3b的长度被设为360μm，宽度被设为20μm，厚度被设为10μm。另外，振动臂主体3b彼此的间隔被设为20μm。上部电极7以及下部电极5的厚度均被设为0.1μm。压电薄膜6的厚度被设为0.8μm。共振频率被设为32kHz。变质部8在俯视的情况下，是大致圆形，其直径被设为2μm，沿着变质部8的厚度方向的尺寸被设为4μm。另外，变质部8被设为空洞。
若距离L/振动臂主体长度A变成在0.04以下，则频率降低。若距离L/振动臂主体长度A变成在0.02以下，则频率特别大地降低。这样，通过调节形成变质部8的位置，从而能够调整频率。另外，当距离L/振动臂主体长度A在0.02以下时，由于频率的变化较大，所以能够特别大地调整频率。在本模拟中变质部被设为空洞，但即使通过将变质部设为非晶体等从而进行低杨氏模量化，也能够将频率调整到低频侧。
另外，不光变质部8的位置，也能够利用变质部8的尺寸、数量等来调整频率。
图3是示意性表示本发明的第2实施方式所涉及的压电振子的频率调整方法的侧面剖视图。
在本实施方式中，在通过封装件9密封压电振子1的状态下，向连结部3a照射激光B。更具体而言，从设置在与连结部3a的、形成有下部电极5的面相反侧的激光振荡器10照射激光B。通过利用透镜等，使激光B的焦点位于连结部3a的内部，从而即使在压电振子1被密封的状态下也能够调整压电振子1的频率。由此，照射的激光B不通过上部电极7、压电薄膜6以及下部电极5，就能够在连结部3a的内部设置变质部8。因此，难以更进一步产生对压电振子1的表面的影响。另外，电极难以飞散，残留物的形成也难以产生。因此，能够高精度地调整频率。另外，能够提供Q值较高并且特性稳定的压电振子。
附图标记说明
1…压电振子；2…基部；3…振动臂部；3a…连结部；3b…振动臂主体；4…温度特性校正膜；5…下部电极；6…压电薄膜；7…上部电极；8…变质部；9…封装件；10…激光振荡器。

Claims (6)

1.一种压电振子，具备：
基部；
振动臂部，与所述基部连接，并且由单晶形成；
下部电极，形成在所述振动臂部上；
压电薄膜，形成在所述下部电极上；以及
上部电极，形成在所述压电薄膜上，
所述振动臂部具有：与所述基部连接的连结部、和从所述连结部延伸的多个振动臂主体，
在所述连结部设置有变质部，利用面外弯曲振动模式。
2.根据权利要求1所述的压电振子，其中，
所述变质部形成在所述连结部的内部，并且未到达所述连结部表面。
3.根据权利要求1或者2所述的压电振子，其中，
所述振动臂部由Si或者水晶中的任意一个形成。
4.一种压电振子的频率调整方法，具备：
准备压电振子的工序；和
向连结部照射激光来形成变质部的工序，
其中，所述压电振子具备：
基部；
振动臂部，具有与所述基部连接的所述连结部、和从所述连结部延伸的多个振动臂主体，并且由单晶形成；
下部电极，形成在所述振动臂部上；
压电薄膜，形成在所述下部电极上；以及
上部电极，形成在所述压电薄膜上。
5.根据权利要求4所述的压电振子的频率调整方法，其中，
从与形成有所述下部电极的面相反侧向所述连结部照射激光。
6.根据权利要求4或者5所述的压电振子的频率调整方法，其中，
在利用封装件将所述压电振子密封的状态下，向所述连结部照射激光。
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