(57)【要約】【課題】振動腕の振動バランスが経時的にずれることを抑制しつつ共振周波数を調整可能な振動素子の周波数調整方法および振動素子の製造方法、振動腕の振動バランスが経時的にずれ難い振動素子、ならびに、この振動素子を備える物理量センサー、慣性計測装置、電子機器および移動体を提供すること。【解決手段】基部と、互いに表裏関係にある第１主面および第２主面を有し前記基部から延出する振動腕と、を備える振動素子を用意する工程と、エネルギー線を照射して前記第１主面側の振動腕の一部を除去することにより、前記振動素子の共振周波数を調整する工程と、を有し、前記振動腕の前記第２主面側の前記エネルギー線による活性化量は、前記振動腕の前記第１主面側の前記エネルギー線による活性化量より小さいことを特徴とする振動素子の周波数調整方法。【選択図】図３
2019176413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、互いに表裏関係にある第１主面および第２主面を有し前記基部から延出する振動腕と、を備える振動素子を用意する工程と、
エネルギー線を照射して前記第１主面側の前記振動腕の一部を除去することにより、前記振動素子の共振周波数を調整する工程と、
を有し、
前記振動腕の前記第２主面側の前記エネルギー線による活性化量は、前記振動腕の前記第１主面側の前記エネルギー線による活性化量より小さいことを特徴とする振動素子の周波数調整方法。
【請求項２】
前記振動腕は、前記基部側に位置する腕部と、前記腕部より先端側に位置する錘部と、前記錘部の前記第１主面側に設けられている周波数調整膜と、を有し、
前記エネルギー線を前記周波数調整膜の少なくとも一部に照射する請求項１に記載の振動素子の周波数調整方法。
【請求項３】
前記周波数調整膜は、金属材料を含み、前記錘部の前記第２主面側の前記振動腕は、酸化物材料を含む請求項２に記載の振動素子の周波数調整方法。
【請求項４】
前記振動素子は、前記基部から互いに同じ方向に延出する一対の前記振動腕を備える請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動素子の周波数調整方法。
【請求項５】
前記基部の厚さ方向からの平面視で、一方の前記振動腕に対して前記エネルギー線が照射される領域の面積が、他方の前記振動腕に対して前記エネルギー線が照射される領域の面積と同一である請求項４に記載の振動素子の周波数調整方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動素子の周波数調整方法を含むことを特徴とする振動素子の製造方法。
【請求項７】
基部と、
前記基部から延出し互いに表裏関係にある第１主面および第２主面を有する振動腕と、
を備え、
エネルギー線が照射されたときの前記第２主面側の前記振動腕の活性化量は、エネルギー線が照射されたときの前記第１主面側の前記振動腕の活性化量より小さいことを特徴とする振動素子。
【請求項８】
請求項７に記載の振動素子と、
前記振動素子を収納しているパッケージと、
を備えることを特徴とする物理量センサー。
【請求項９】
請求項８に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーに電気的に接続されている回路と、
を備えることを特徴とする慣性計測装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の振動素子と、
前記振動素子に対して駆動信号を出力する回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項７に記載の振動素子と、
前記振動素子を備える物理量センサーを搭載したボディーと、
を備えることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動素子の周波数調整方法、振動素子の製造方法、振動素子、物理量センサー、慣性計測装置、電子機器および移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電振動子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子等の振動素子を用いて、角速度や加速度等の物理量を検出する物理量検出装置が知られている。
【０００３】
このような物理量検出装置の一例として、例えば、特許文献１には、基部と、基部から延出された連結アームと、連結アームの先端部から延出された複数の駆動アームと、基部から延出された複数の検出アームと、を備える圧電振動片を備えた振動型ジャイロスコープが開示されている。このような振動型ジャイロスコープは、駆動アームを屈曲振動させた状態で所定方向の角速度を受けると、駆動アームにコリオリ力が作用し、それに伴って、検出アームが屈曲振動する。このような検出アームの屈曲振動を検出することにより、角速度を検出することができる。
【０００４】
また、特許文献１に記載の振動型ジャイロスコープでは、各駆動アームの先端部に金属で構成された錘層が設けられている。そして、駆動アームの共振周波数のアンバランスによって生じる駆動アームから基部への振動漏れを低減するために、各駆動アームの先端部の錘層を除去することにより駆動アームの質量調整を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０５６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の駆動アームの質量調整では、錘層にレーザーを照射し、錘層の一部を除去することにより錘層の質量を調整する。錘層にレーザーが照射されると、照射領域が活性化され、有機物等の異物が付着しやすくなる。その結果、調整した駆動アームの振動バランスが経時的にずれてしまうという課題がある。
また、駆動アームの一方の主面に設けられた錘層に対して質量調整を施す場合、レーザーが直接照射されない他方の主面に設けられた錘層にも意図しない質量変化が生じることがある。このような質量変化は、意図しないものであるため、振動アームの振動バランスが経時的にずれる原因となる。そして、振動バランスがずれてしまうと、振動漏れが発生し易くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
【０００８】
本適用例に係る振動素子の周波数調整方法は、基部と、互いに表裏関係にある第１主面および第２主面を有し前記基部から延出する振動腕と、を備える振動素子を用意する工程と、
エネルギー線を照射して前記第１主面側の前記振動腕の一部を除去することにより、前記振動素子の共振周波数を調整する工程と、
を有し、
前記振動腕の前記第２主面側の前記エネルギー線による活性化量は、前記振動腕の前記第１主面側の前記エネルギー線による活性化量より小さい。
【０００９】
上記適用例に係る振動素子の周波数調整方法において、前記振動腕は、前記基部側に位置する腕部と、前記腕部より先端側に位置する錘部と、前記錘部の前記第１主面側に設けられている周波数調整膜と、を有し、
前記エネルギー線を前記周波数調整膜の少なくとも一部に照射する。
【００１０】
上記適用例に係る振動素子の周波数調整方法において、前記周波数調整膜は、金属材料を含み、前記錘部の前記第２主面側の前記振動腕は、酸化物材料を含む。
【００１１】
上記適用例に係る振動素子の周波数調整方法において、前記振動素子は、前記基部から互いに同じ方向に延出する一対の前記振動腕を備える。
【００１２】
上記適用例に係る振動素子の周波数調整方法において、前記基部の厚さ方向からの平面視で、一方の前記振動腕に対して前記エネルギー線が照射される領域の面積が、他方の前記振動腕に対して前記エネルギー線が照射される領域の面積と同一である。
【００１３】
本適用例に係る振動素子の製造方法は、上記適用例に係る振動素子の周波数調整方法を含む。
【００１４】
本適用例に係る振動素子は、基部と、
前記基部から延出し互いに表裏関係にある第１主面および第２主面を有する振動腕と、
を備え、
エネルギー線が照射されたときの前記第２主面側の前記振動腕の活性化量は、エネルギー線が照射されたときの前記第１主面側の前記振動腕の活性化量より小さい。
【００１５】
本適用例に係る物理量センサーは、上記適用例に係る振動素子と、
前記振動素子を収納しているパッケージと、
を備える。
【００１６】
本適用例に係る慣性計測装置は、上記適用例に係る物理量センサーと、
前記物理量センサーに電気的に接続されている回路と、
を備える。
【００１７】
本適用例に係る電子機器は、上記適用例に係る振動素子と、
前記振動素子に対して駆動信号を出力する回路と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
本適用例に係る移動体は、上記適用例に係る振動素子と、
前記振動素子を備える物理量センサーを搭載したボディーと、
を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る振動素子を備える物理量センサーを示す断面図である。
【図２】振動素子の平面図である。
【図３】振動素子の平面図であって、振動素子の動作を説明するための図である。
【図４】図３中のＡ１−Ａ１線断面図である。
【図５】振動素子の製造方法の一例を説明するためのフロー図である。
【図６】振動素子形成工程を経て得られた振動素子の上面図である。
【図７】振動素子形成工程を経て得られた振動素子の下面図である。
【図８】周波数調整工程における振動素子の上面図である。
【図９】封止工程における振動素子の平面図である。
【図１０】本発明の慣性計測装置の実施形態を示す分解斜視図である。
【図１１】図１０に示す慣性計測装置が備える基板の斜視図である。
【図１２】本発明の電子機器の実施形態（モバイル型のパーソナルコンピューター）を示す斜視図である。
【図１３】本発明の電子機器の実施形態（携帯電話機）を示す平面図である。
【図１４】本発明の電子機器の実施形態（デジタルスチールカメラ）を示す斜視図である。
【図１５】本発明の移動体の実施形態（自動車）を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、振動素子の周波数調整方法、振動素子の製造方法、振動素子、物理量センサー、慣性計測装置、電子機器および移動体の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している箇所や、模式的に示している箇所もある。
【００２１】
１．物理量センサー
まず、実施形態に係る振動素子の周波数調整方法および振動素子の製造方法の説明に先立ち、実施形態に係る振動素子を備える物理量センサーについて簡単に説明する。
【００２２】
図１は、実施形態に係る振動素子を備える物理量センサーを示す断面図である。
図１に示す物理量センサー１０は、振動素子１と、この振動素子１を収容するパッケージ１１と、振動素子１をパッケージ１１に対して支持している支持基板１２および配線パターン１３と、パッケージ１１内に配置されている回路素子１４と、を有している。
【００２３】
パッケージ１１は、振動素子１を収納する凹部を有する箱状のベース１１１と、ベース１１１の凹部の開口を塞ぐようにベース１１１に接合部材１１３を介して接合された板状のリッド１１２と、を有する。パッケージ１１内の閉空間である空間Ｓは、減圧または真空状態となっていてもよいし、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。また、ベース１１１の底部には、封止孔としての貫通孔１１５が設けられており、貫通孔１１５は、例えば各種ガラス材料や金属材料等を用いて形成された封止材１１６により封止されている。また、パッケージ１１のリッド１１２の一部を凹状にし、リッド１１２とシームリングを接合した後、リッド凹部にレーザーを照射することで封止をしてもよい。
【００２４】
ベース１１１の凹部は、開口側に位置する上段面と、底部側に位置する下段面と、これらの面の間に位置する中段面と、を有する。このベース１１１の構成材料としては、特に限定されないが、酸化アルミニウム等の各種セラミックスや、各種ガラス材料を用いることができる。また、リッド１１２の構成材料としては、特に限定されないが、ベース１１１の構成材料と線膨張係数が近似する材料であるのが好ましい。例えば、ベース１１１の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。また、本実施形態では、接合部材１１３としてシームリングを用いるが、接合部材１１３は、例えば、低融点ガラス、接着剤等を用いて構成されたものであってもよい。
【００２５】
ベース１１１の凹部の上段面および中段面には、それぞれ、複数の接続端子（図示せず）が設けられている。中段面に設けられている複数の接続端子のうち、一部は、ベース１１１に設けられた配線層（図示せず）を介して、ベース１１１の底面に設けられた端子（図示せず）と電気的に接続され、残部は、上段に設けられている複数の接続端子と配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。これら接続端子は、導電性を有していれば特に限定されないが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）等のメタライズ層の下地層上に、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）等の各被膜を積層した金属被膜で構成されている。
【００２６】
回路素子１４は、ベース１１１の凹部の下段面に接着剤１６等によって固定されている。接着剤１６としては、例えば、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系の接着剤を用いることができる。回路素子１４は、図示しない複数の端子を有し、この各端子が導電性ワイヤー１５によって、前述した中段面に設けられている各接続端子と電気的に接続されている。この回路素子１４は、振動素子１を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動素子１に生じる検出振動を検出する検出回路と、を有する。
【００２７】
また、ベース１１１の凹部の上段面に設けられている複数の接続端子には、導電性接着剤１７を介して、配線パターン１３が接続されている。この配線パターン１３は、支持基板１２に接合されている。また、導電性接着剤１７としては、例えば、金属フィラー等の導電性物質が混合された、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系等の導電性接着剤を用いることができる。
【００２８】
支持基板１２は、中央部に開口を有しており、その開口内には、配線パターン１３が有する複数の長尺状のリードが延びている。これらリードの先端部には、導電性のバンプ（図示せず）を介して振動素子１が接続されている。
【００２９】
なお、本実施形態では、回路素子１４がパッケージ１１の内部に設けられているが、回路素子１４は、パッケージ１１の外部に設けられていてもよい。
【００３０】
２．振動素子
図２は、振動素子の平面図である。図３は、振動素子の平面図であって、振動素子の動作を説明するための図である。図４は、図３中のＡ１−Ａ１線断面図である。なお、図２および図３では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、各軸を示す矢印の先端側を「＋」、基端側を「−」とする。また、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。また、＋Ｚ軸方向側を「上」、−Ｚ軸方向側を「下」ともいう。また、本実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、水晶の結晶軸である電気軸、機械軸および光軸にそれぞれ対応している。
【００３１】
図２および図３に示す振動素子１は、Ｚ軸まわりの角速度ωを検出するセンサー素子である。この振動素子１は、振動体４と、振動体４の表面に形成された電極膜パターン（図示せず）および錘膜パターン５と、を有している。なお、図３および図４では電極膜パターンの図示を省略している。
【００３２】
−振動体−
振動体４は、水晶基板の結晶軸であるＹ軸（機械軸）およびＸ軸（電気軸）で規定されるＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ軸（光軸）方向に厚さを有する板状をなしている。すなわち、振動体４は、Ｚカット水晶板で構成されている。なお、Ｚ軸は、振動体４の厚さ方向と必ずしも一致している必要はなく、常温近傍における周波数の温度による変化を小さくする観点から、厚さ方向に対して若干傾けてもよい。具体的には、Ｚカット水晶板とは、Ｚ軸に直交した面をＸ軸およびＹ軸の少なくとも一方を中心に０度以上１０度以下の範囲で回転させた面が、主面となるようなカット角の水晶板を含む。なお、振動体４は、シリコン等の圧電性を有しないものであってもよく、この場合、振動体４上に圧電素子を適宜設ければよい。
【００３３】
本実施形態の振動体４は、いわゆるダブルＴ型の形状をなしている。この振動体４は、基部本体４１０と、基部本体４１０から延出している一対の連結腕４２、４３と、連結腕４２から延出している２つの駆動振動腕４４、４５と、連結腕４３から延出している２つの駆動振動腕４６、４７と、基部本体４１０から延出している２つの検出振動腕４８、４９と、を有している。そして、基部本体４１０および一対の連結腕４２、４３により、基部４１が構成されている。
【００３４】
なお、この振動体４は、図２中の左右で対称に形成されている。本実施形態では、互いに平行でかつ基部４１に対して同じ方向である＋Ｙ軸方向に延出している一対の駆動振動腕４４、４６と、互いに平行でかつ基部４１に対して同じ方向である−Ｙ軸方向に延出している一対の駆動振動腕４５、４７と、を有する。すなわち、本実施形態では、２組の「一対の振動腕」を有する。
【００３５】
基部４１は、前述した支持基板１２および配線パターン１３を介して、パッケージ１１のベース１１１に固定されている。
【００３６】
連結腕４２、４３は、基部４１からＸ軸方向に沿って互いに反対方向に延出している。なお、連結腕４２、４３の上面および下面のそれぞれに、その長さ方向、すなわちＸ軸方向に延在する溝または孔を設けてもよい。
【００３７】
駆動振動腕４４、４５は、連結腕４２の先端部からＹ軸方向に沿って互いに反対方向に延出している。同様に、駆動振動腕４６、４７は、連結腕４３の先端部からＹ軸方向に沿って互いに反対方向に延出している。
【００３８】
本実施形態では、駆動振動腕４４、４５、４６、４７は、基部４１側に位置する腕部４４０、４５０、４６０、４７０と、腕部４４０、４５０、４６０、４７０よりも先端側、すなわち基部４１とは反対側に位置する錘部４４１、４５１、４６１、４７１と、を含む。錘部４４１、４５１、４６１、４７１の幅Ｗ１は、腕部４４０、４５０、４６０、４７０の幅Ｗ２よりも広くなっている。なお、駆動振動腕４４〜４７の上面および下面には、それぞれ、後述するように、その延出方向に延在する溝または孔が設けられていてもよい。
【００３９】
検出振動腕４８、４９は、基部４１からＹ軸方向に沿って互いに反対方向に延出している。
【００４０】
本実施形態では、検出振動腕４８、４９は、基部４１側に位置する腕部４８０、４９０と、腕部４８０、４９０よりも先端側、すなわち基部４１とは反対側に位置する錘部４８１、４９１と、を含む。錘部４８１、４９１の幅は、腕部４８０、４９０の幅よりも広くなっている。なお、検出振動腕４８、４９の上面および下面には、それぞれ、その延出方向に延在する溝または孔が設けられていてもよい。
【００４１】
−電極膜パターン−
前述した振動体４の表面に設けられている電極膜パターン４０は、図２に示すように、駆動振動腕４４〜４７の腕部４４０、４５０、４６０、４７０に設けられている駆動信号電極４０１および駆動接地電極４０２と、検出振動腕４８、４９の腕部４８０、４９０に設けられている検出信号電極４０３、４０４および検出接地電極（図示せず）と、これらの電極に対応して基部４１に設けられている複数の端子と、を有している。
【００４２】
駆動信号電極４０１は、駆動腕４４〜４７の駆動振動を励起させるための電極である。駆動信号電極４０１は、腕部４６０の上下面（図２参照）と、腕部４４０の両側面（図示せず）と、にそれぞれ設けられている。同様に、駆動信号電極４０１は、腕部４７０の上下面（図２参照）と、腕部４５０の両側面（図示せず）とにそれぞれ設けられている。
【００４３】
一方、駆動接地電極４０２は、駆動信号電極４０１に対して基準となる電位、例えばグランド電位を有する。駆動接地電極４０２は、腕部４６０の両側面（図示せず）と、腕部４４０の上下面（図２参照）とにそれぞれ設けられている。同様に、駆動接地電極４２は、腕部４７０の両側面（図示せず）と、腕部４５０の上下面（図２参照）とにそれぞれ設けられている。
【００４４】
検出信号電極４０３は、検出腕４８の検出振動が励起されたときに、その検出振動によって発生する電荷を検出するための電極である。検出信号電極４０３は、腕部４８０の上下面（図２参照）に設けられている。
【００４５】
一方、検出接地電極（図示せず）は、検出信号電極４０３に対して基準となる電位、例えばグランド電位を有する。検出接地電極は、腕部４８０の両側面（図示せず）に設けられている。
【００４６】
検出信号電極４０４は、検出腕４９の検出振動が励起されたときに、その検出振動によって発生する電荷を検出するための電極である。検出信号電極４０４は、腕部４９０の上下面（図２参照）に設けられている。
【００４７】
一方、検出接地電極（図示せず）は、検出信号電極４０４に対して基準となる電位、例えばグランド電位を有する。検出接地電極は、腕部４９０の両側面（図示せず）に設けられている。
【００４８】
なお、検出腕４８の検出信号電極４０３と検出腕４９の検出信号電極４０４との差動信号によって振動検出してもよい。
【００４９】
−錘膜パターン−
錘膜パターン５は、前述した電極膜パターン４０のうち、駆動振動腕４４、４５、４６、４７の先端部に設けられている部分の上に配置されている。図３に示すように、複数の錘膜パターン５は、駆動振動腕４４、４５、４６、４７の先端部に位置する錘部４４１、４５１、４６１、４７１に設けられている錘膜５１、５２、５３、５４と、検出振動腕４８、４９の先端部に位置する錘部４８１、４９１に設けられている錘膜５５、５６と、を有している。なお、図３では、電極膜パターン４０の図示を省略している。
【００５０】
錘膜５１〜５４は、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数を調整する機能を有する。錘膜５５、５６は、検出振動腕４８、４９の共振周波数を調整する機能を有する。
【００５１】
図３に示す錘膜５１〜５４は、後述するようにして駆動振動腕４４〜４７の共振周波数を調整した後の状態を示している。このため、図３に示すように、錘膜５１〜５４の一部は除去されている。したがって、錘部４４１は、錘膜５１の一部が除去されることで形成された凹部５１１を有する。また、錘部４５１は、錘膜５２の一部が除去されることで形成された凹部５２１を有する。また、錘部４６１は、錘膜５３の一部が除去されることで形成された凹部５３１を有する。また、錘部４７１は、錘膜５４の一部が除去されることで形成された凹部５４１を有する。このように錘膜５１〜５４の一部を除去することにより、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数を適切に調整し、漏れ振動を除去することができる。
【００５２】
なお、凹部５１１、５２１、５３１、５４１は、それぞれ必要に応じて形成されればよく、共振周波数の調整に際し、少なくとも１つまたは全部の形成が省略されてもよい。
【００５３】
このような錘膜５１〜５６の構成材料としては、特に限定されず、例えば、金属、無機化合物、樹脂等を用いることができるが、金属または無機化合物を用いるのが好ましい。金属または無機化合物は、気相成膜法により簡単かつ高精度に成膜することができる。また、金属または無機化合物で構成された錘膜５１〜５６は、エネルギー線の照射により効率的かつ高精度に除去することができる。このようなことから、錘膜パターン５を金属または無機化合物で成膜することにより、後述する周波数調整がより効率的かつ高精度なものとなる。
【００５４】
かかる金属材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の単体またはこれらの少なくとも１種を含む合金が挙げられ、そのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。中でも、駆動電極や検出電極と一括形成できるという観点から、かかる金属材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔまたはこれらのうちの少なくとも１種を含む合金を用いるのが好ましい。
【００５５】
また、かかる無機化合物としては、アルミナ（酸化アルミニウム）、シリカ（酸化シリコン）、チタニア（酸化チタン）、ジルコニア、イットリア、リン酸カルシウム等の酸化物セラミックス、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン、窒化ボロン等の窒化物セラミックス、グラファイト、タングステンカーバイト等の炭化物系セラミックス、その他、例えばチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＰＬＬＺＴ等の強誘電体材料等が挙げられ、中でも、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁材料を用いるのが好ましい。
【００５６】
具体的には、錘膜５１〜５６は、例えばＣｒ（クロム）を含む下地層に、Ａｕ（金）を含む上層を積層した構成であることが好ましい。これにより、水晶を用いて形成された振動体４に対する密着性に優れるとともに、共振周波数の調整を高精度にかつ効率よく行うことができる。
【００５７】
また、各錘膜５１〜５６の平均厚さは、特に限定されないが、例えば、１０ｎｍ以上１００００ｎｍ以下程度である。
【００５８】
以上説明した振動素子１では、振動素子１に角速度が加わらない状態において、駆動信号が入力された駆動信号電極と駆動接地電極との間に電界が生じると、各駆動振動腕４４〜４７が図３中の矢印αに示す方向に屈曲振動、すなわち駆動振動を行う。このとき、駆動振動腕４４、４５と駆動振動腕４６、４７とが図３にて左右対称の振動を行っているため、基部４１および検出振動腕４８、４９は、ほとんど振動しない。
【００５９】
この駆動振動を行っている状態で、Ｚ軸に沿った軸ａ周りの角速度ωが振動素子１に加わると、検出振動、すなわち検出モードの振動が励振される。具体的には、駆動振動腕４４〜４７および連結腕４２、４３に図３中矢印γで示す方向のコリオリの力が働き、新たな振動が励起される。これに伴い、この連結腕４２、４３の振動を打ち消すように、検出振動腕４８、４９に図３中矢印βに示す方向の検出振動が励起される。そして、この検出振動により検出振動腕４８、４９に発生した電荷を、検出信号電極から検出信号として取り出し、この検出信号に基づいて角速度が求められる。
【００６０】
３．物理量センサーの製造方法
次に、振動素子の製造方法を含む物理量センサーの製造方法について、前述した物理量センサー１０を製造する場合を例に説明する。
【００６１】
図５は、振動素子の製造方法の一例を説明するためのフロー図である。
物理量センサー１０の製造方法は、図５に示すように、［１］振動素子形成工程（ステップＳ１）と、［２］実装工程（ステップＳ２）と、［３］周波数調整工程（ステップＳ３）と、［４］封止工程（ステップＳ４）と、を有している。ここで、物理量センサー１０の製造方法は、振動素子１の周波数調整方法および振動素子１の製造方法を含んでいる。振動素子１の周波数調整方法は、上記［１］〜［４］工程のうち、少なくとも［３］工程を有している。振動素子１の製造方法は、上記［１］〜［４］工程のうち、少なくとも［１］工程および［３］工程を有している。以下、各工程を順次説明する。
【００６２】
［１］振動素子形成工程（ステップＳ１）
図６は、振動素子形成工程を経て得られた振動素子の上面図である。また、図７は、振動素子形成工程を経て得られた振動素子の下面図である。
【００６３】
まず、周波数調整前の振動素子として、図６に示す振動素子１ａを形成する。すなわち、本工程では、図６に示すように、凹部５１１、５２１、５３１、５４１が形成される前の錘膜５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａと、錘膜５５、５６と、を有する錘膜パターン５ａを備える振動素子１ａを形成する。
【００６４】
具体的には、例えば、まず、振動体４の母材である水晶基板を用意し、その水晶基板の一方の面上にフォトレジストを塗布して、振動体４に対応する形状に露光・現像することにより、レジストマスク（図示せず）を得る。次に、レジストマスクが形成された状態で水晶基板の両面にそれぞれ、例えば蒸着法、スパッタ法等によりＣｒ層、Ａｕ層をこの順で成膜し、Ａｕ層上に例えばめっき法等によりＮｉ層を成膜する。その後、レジストマスクを例えばエッチング等により除去することによりマスクを得る。
【００６５】
次に、水晶基板の一方の面側からマスクを介して水晶基板を例えばＣ４Ｆ８をエッチングガスとして用いた反応性イオンエッチングＲＩＥによりドライエッチングする。これにより、振動体４を形成する。なお、この段階では、振動体４は、水晶基板の他の部分に連結した状態、すなわち「ウエハー状態」である。このウエハー状態では、振動体４は、例えば、幅および厚さのうちの少なくとも一方が小さく脆弱に形成された折り取り部を介して水晶基板の他の部分に連結されている。また、ウエハー状態では、水晶基板に複数の振動素子１を一括して形成することができる。
【００６６】
その後は、振動体４の表面に、例えばスパッタリング等の成膜装置によって金属膜を一様に形成する。そして、フォトレジストを塗布して、露光・現像することにより、レジストマスクを得た後、エッチング液を用いて、レジストマスクから露出している部分の金属膜を除去する。これにより、電極膜パターンが形成される。
次いで、電極膜パターン上に、例えばマスク蒸着により錘膜パターン５ａを形成する。
【００６７】
以上のようにして振動素子１ａを形成する。
なお、振動素子１ａを形成した後に、必要に応じて、検出振動腕４８、４９の共振周波数と駆動振動腕４４〜４７の共振周波数との差である離調周波数を調整する離調周波数調整工程を行うことができる。離調周波数調整工程では、例えば、検出振動腕４８、４９および駆動振動腕４４〜４７のそれぞれの共振周波数を測定し、その測定結果に基づいて、錘膜５５、５６の少なくとも一部を除去する。場合によっては、駆動振動腕の錘膜５１、５２、５３、５４の一部を除去することもある。これにより、検出振動腕４８、４９の共振周波数または駆動振動腕４４〜４７の共振周波数を調整し、離調周波数を調整することができる。
また、本工程は、別の方法で形成された振動素子１ａを用意する工程であってもよい。
【００６８】
［２］実装工程（ステップＳ２）
次に、図示はしないが、ウエハー状態の振動素子１ａを水晶基板から切り離す。これは、例えば折り取り部を折り取るプロセスである。そして、振動素子１ａを、前述したパッケージ１１のベース１１１に実装する（図１参照）。なお、本工程では、リッド１１２は、ベース１１１に接合していない。また、本工程では、回路素子１４は、ベース１１１の凹部の下段面に接着剤１６によって固定されており、配線パターン１３は、導電性接着剤１７によってベース１１１の凹部の上段面に設けられている複数の接続端子に接続されている（図１参照）。
【００６９】
［３］周波数調整工程（ステップＳ３）
図８は、周波数調整工程における振動素子の上面図である。
【００７０】
次に、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数が互いに等しくなるように、錘膜５１ａ〜５４ａの一部を除去して、振動漏れ量の調整を行う。ここで、「振動漏れ量」とは、駆動振動腕４４〜４７を駆動振動させており、かつ回転が加わっていない時に検出振動腕４８、４９から出力される信号、すなわちオフセットあるいはゼロ点信号の大きさのことをいう。
【００７１】
本工程では、まず、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数を測定する。また、錘膜５１ａ〜５４ａの少なくとも１つの一部を規定量だけ除去し、それによる駆動周波数の変化量を測定することで、加工量に対する駆動周波数の変化量を求める。なお、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数を測定すること、および、駆動周波数の変化量を求めることは、複数の振動体４ごとに行う。
【００７２】
次いで、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数の測定結果、および、加工量に対する駆動周波数の変化量に基づいて、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数が互いに等しくなるように、図８に示すようにエネルギー線Ｅを錘膜５１ａ〜５４ａの一部に照射して、錘膜５１ａ〜５４ａの一部を除去する。これにより、図３に示すように、凹部５１１、５２１、５３１、５４１が形成される。その結果、錘膜５１ａ〜５４ａの質量が減少し、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数を調整することができる。
【００７３】
エネルギー線Ｅとしては、例えば、パルス幅が１ｐｓ（ピコ秒）以下であるレーザーの例であるエキシマレーザーや、イオンビーム等を用いることが好ましい。特に、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）や、ＩＢＦ（Ion Beam Figuring）等のイオンビームを用いることが好ましい。また、ＦＩＢを用いることで、微細な加工をより高精度に行うことができる。ＩＢＦを用いることで、微細な加工を迅速に行うことができるので、生産性を高めることができる。
【００７４】
図８に示すように、エネルギー線Ｅを照射する領域Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４は、例えば、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の上面の先端側に位置する領域である。また、領域Ｓ５１および領域Ｓ５３は、好ましくは基部本体４１０の中心を通る線分Ａを対称軸としたとき互いに線対称な位置にある。同様に、領域Ｓ５２および領域Ｓ５４は、好ましくは基部本体４１０の中心を通る線分Ａを対称軸としたとき互いに線対称な位置にある。また、領域Ｓ５１〜Ｓ５４は、平面視で、好ましくは互いに同一の形状および同一の面積である。領域Ｓ５１〜Ｓ５４の平面視での面積は、例えば１μｍ２〜２００００μｍ２程度である。
【００７５】
また、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数の測定結果、および、加工量に対する駆動周波数の変化量に基づいて、領域Ｓ５１〜Ｓ５４ごとにエネルギー線Ｅの照射時間、照射量または出力を設定することが好ましい。これにより、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数の合わせ込みを高精度に行うことができる。本実施形態では、一例として、領域Ｓ５１、Ｓ５２に対するエネルギー線Ｅの照射時間、照射量または出力は、領域Ｓ５３、Ｓ５４に対するそれよりも大きくなるように設定される。
【００７６】
以上のようにして、図１に示す振動素子１を形成する。本実施形態では、一例として、駆動振動腕４４の凹部５１１の深さｄ１を、駆動振動腕４６の凹部５３１の深さｄ３よりも深く形成している（図４参照）。また、図示はしないが、一例として、駆動振動腕４５の凹部５２１の深さｄ２を、駆動振動腕４７の凹部５４１の深さｄ４よりも深く形成している。なお、深さｄ１、ｄ３の大小関係および深さｄ２、ｄ４の大小関係は、それぞれ、逆であってもよい。また、結果的に、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の深さが互いに同じになっても構わない。さらに、凹部５１１、５２１、５３１、５４１は、必要に応じて設けられればよく、全く形成されない場合があってもよい。
【００７７】
なお、必要に応じて、駆動振動腕４４、４５、４６、４７には、エネルギー線Ｅの回り込み等を抑制する構造を設けるようにしてもよい。かかる構造としては、例えば、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の側面すなわちＹ軸に平行な面、および、最先端面すなわちＸ軸に平行な面から突出する構造物が挙げられる。かかる構造物を設けることにより、回り込もうとするエネルギー線Ｅを遮蔽し、意図しないエネルギー線Ｅの照射を抑制することができる。
また、必要に応じて、エネルギー線Ｅのビームサイズを十分に小さくすることも有用である。すなわち、エネルギー線Ｅを十分に小さなサイズに集光させたり、照射領域を制限するマスクの開口部を十分に小さくしたりしてもよい。これにより、意図しないエネルギー線Ｅの照射を抑制することができる。
【００７８】
なお、振動素子１が有する凹部５１１、５２１、５３１、５４１の表面は、エネルギー線Ｅの照射により、ダングリングボンドが露出した状態であり、化学的に活性な状態となる。
【００７９】
［４］封止工程（ステップＳ４）
次に、ベース１１１に対して接合部材１１３によりリッド１１２を接合し、ベース１１１の凹部を封止する。これにより、パッケージ１１内に振動素子１を収容する。封止工程は、リッド１１２を接合した後、パッケージ１１内を所定の環境、例えば真空状態にして密封する工程である。
【００８０】
このうち、ベース１１１に対するリッド１１２の接合は、ベース１１１上に例えばシームリングのような接合部材１１３を設け、接合部材１１３上にリッド１１２を載置した後、例えば抵抗溶接機を用いて、ベース１１１に接合部材１１３をシーム溶接することによって行われる。
【００８１】
図９は、封止工程における振動素子の平面図である。
本工程では、シーム溶接によって、接着剤１６や導電性接着剤１７から発生したガスがパッケージ１１内部に発生する。例えば、接着剤１６や導電性接着剤１７にシリコーン系の接着剤を用いている場合には、パッケージ１１内部は、シリコーンを含むガスで充填された状態となる。ここで、前述したように、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の表面は、ダングリングボンドが露出した状態であり、化学的に活性な状態である。そのため、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の表面のダングリングボンドは、接着剤１６や導電性接着剤１７から発生したガス中に含まれる、例えばシリコーン分子のような各種有機物や水分等の物質Ｍと化学的に結合し易い状態にある（図９参照）。それゆえ、シーム溶接時に、例えば数秒程度の短時間で、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の表面のダングリングボンドと物質Ｍとが結合する。
【００８２】
次に、真空チャンバー（図示せず）内で貫通孔１１５からシーム溶接時にパッケージ１１内部に発生したガスを排出し、封止材１１６により貫通孔１１５を封止する（図１参照）。
以上のようにして物理量センサー１０を形成することができる。
【００８３】
ここで、前述した凹部５１１、５２１、５３１、５４１に対する物質Ｍの結合は、時間の経過とともに累積するため、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数が経時的に変化する原因となる。つまり、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数を調整するために凹部５１１、５２１、５３１、５４１を形成したにもかかわらず、その凹部５１１、５２１、５３１、５４１が物質Ｍの結合を誘起してしまう結果、駆動振動腕４４〜４７の振動バランスが時間の経過とともにずれてしまうことが懸念される。
【００８４】
かかる懸念を解消するため、後述するように、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の面積を互いに調整することが考えられる。すなわち、仮に凹部５１１、５２１、５３１、５４１に物質Ｍが吸着したとしても、その吸着量が互いにずれにくくすることが考えられる。これにより、駆動振動腕４４〜４７の振動バランスのずれをある程度抑制することができる。
【００８５】
しかしながら、エネルギー線Ｅが照射されるのは、基本的には、錘膜５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａではあるものの、エネルギー線Ｅの回り込み等によって、意図せず、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の下面にもエネルギー線Ｅが照射されることがある。このような意図しない照射の結果、錘膜５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａのみでなく、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の下面にも物質Ｍの結合が誘起されてしまう。この場合、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の下面では、エネルギー線Ｅの照射面積を制御することが難しいため、結果的に物質Ｍの結合量を制御することも難しくなり、駆動振動腕４４〜４７の振動バランスのずれが経時的に増大するおそれがある。
【００８６】
そこで、本実施形態では、振動素子１ａの駆動振動腕４４、４５、４６、４７のうち、錘膜５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａの上面と錘部４４１、４５１、４６１、４７１の下面との間で、エネルギー線Ｅよる活性化量を異ならせている。
【００８７】
具体的には、本実施形態では、振動素子１ａの駆動振動腕４４、４５、４６、４７のうち、錘膜５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａの各上面を「第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１」とし、各下面を「第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２」とする。
【００８８】
すなわち、本実施形態では、図６に示すように、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の上面の一部に錘膜５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａが設けられており、その各上面が「第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１」である。
一方、本実施形態では、図７に示すように、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の下面全体に振動体４の構成材料、例えば水晶等が露出している。つまり、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の下面には、錘膜が設けられていない。したがって、本実施形態では、図７に示す錘部４４１、４５１、４６１、４７１の下面全体が「第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２」である。
【００８９】
そして、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１および第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２は、互いに構成材料が異なる。その上で、これらの面にエネルギー線Ｅが照射されるとき、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２のエネルギー線Ｅによる活性化量は、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１のエネルギー線Ｅによる活性化量より小さくなっている。
このようなエネルギー線Ｅによる活性化量は、物質Ｍの結合量を左右する物性値である。すなわち、活性化量が大きいほど、物質Ｍの結合量も多くなる。このため、活性化量が大きいほど、駆動振動腕４４〜４７の振動バランスの経時的なずれが大きくなりやすい。また、エネルギー線Ｅの照射量も、物質Ｍの結合量を左右することになり、照射量が多いほど物質Ｍの結合量も多くなる。
【００９０】
それを踏まえ、本実施形態では、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の各下面である第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２のエネルギー線Ｅによる活性化量を、錘膜５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａの各上面である第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１のエネルギー線Ｅによる活性化量より小さくしている。これにより、仮に、意図せず、エネルギー線Ｅが錘部４４１、４５１、４６１、４７１の下面に照射されたとしても、下面に対する物質Ｍの結合が誘起されにくくなる。つまり、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２に照射されるエネルギー線Ｅの照射量が互いに異なっていたとしても、そもそも第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２では、単位照射量当たりの物質Ｍの結合量が少ないため、物質Ｍの結合量のバラつきが小さく抑えられる。また、経時的な結合量の増加幅のバラつきも小さく抑えられる。このため、駆動振動腕４４〜４７の振動バランスのずれが経時的に大きくなるのを抑えやすくなり、振動漏れの発生を抑制することができる。
【００９１】
以上をまとめると、本実施形態に係る振動素子の周波数調整方法は、基部４１と、基部４１から延出し互いに表裏関係にある第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１および第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２を有する駆動振動腕４４〜４７と、を備える振動素子１ａを用意する振動素子形成工程と、エネルギー線Ｅを照射し第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１の一部、すなわち錘膜５１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａの各上面の一部を除去して凹部５１１、５２１、５３１、５４１を形成することにより、振動素子１ａの共振周波数を調整する周波数調整工程と、を有する。そして、振動素子１ａの第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２のエネルギー線Ｅによる活性化量は、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１のエネルギー線Ｅによる活性化量より小さくなっている。
【００９２】
このような方法によれば、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２において物質Ｍの結合量が互いに大きくバラつくことが抑制されるため、仮に、意図せず、エネルギー線Ｅが第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２に照射されたとしても、駆動振動腕４４〜４７の振動バランスの経時的なずれが抑制されやすくなる。その結果、振動素子１において振動漏れの発生を抑制することができる。
【００９３】
また、振動素子１ａは、基部４１と、基部４１から延出し互いに表裏関係にある第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１および第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２を有する駆動振動腕４４〜４７と、を備え、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２のエネルギー線Ｅによる活性化量は、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１のエネルギー線Ｅによる活性化量より小さいものである。
【００９４】
このような振動素子１ａによれば、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２において物質Ｍの結合量が互いに大きくバラつくことが抑制されるため、仮に、意図せず、エネルギー線Ｅが第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２に照射されたとしても、駆動振動腕４４〜４７の振動バランスの経時的なずれが抑制されやすい。このため、振動漏れが発生するのを抑制した振動素子１を得ることができる。
【００９５】
また、図３に示す駆動振動腕４４、４５、４６、４７は、前述したように、基部４１側に位置する腕部４４０、４５０、４６０、４７０と、腕部４４０、４５０、４６０、４７０よりも先端側、すなわち基部４１とは反対側に位置する錘部４４１、４５１、４６１、４７１と、周波数調整膜の例である錘膜５１、５２、５３、５４と、を有する。
【００９６】
このような駆動振動腕４４〜４７によれば、幅が広い錘部４４１、４５１、４６１、４７１に設けられる第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１の面積を十分に大きくすることができる。このため、錘膜５１、５２、５３、５４の面積および質量も十分に大きくすることができ、共振周波数の調整幅や調整効率、精度を十分に確保することができる。
【００９７】
また、本実施形態では、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１、すなわち錘膜５１、５２、５３、５４が好ましくは金属材料を含む。つまり、本実施形態では、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１が、好ましくは金属材料を含む面とされる。これにより、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１は、構成材料の比重が大きくなり、エネルギー線Ｅを照射したときの質量変化を効率よく行うことができる。また、金属材料は、エネルギー線Ｅによる加工性が比較的良好である。その結果、振動素子１ａの共振周波数の調整を効率よく行うことができる。
【００９８】
一方、本実施形態では、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２が好ましくは酸化物材料を含む。つまり、本実施形態では、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２が、好ましくは酸化物材料を含む面とされる。酸化物材料としては、前述した酸化アルミニウム、水晶のような酸化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が用いられる。このような酸化物材料を用いることにより、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２のエネルギー線Ｅによる活性化量を特に小さく抑えることができる。このため、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２において物質Ｍの結合量が互いに大きくバラつくことをさらに抑制することができる。
【００９９】
なお、本実施形態では、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の下面に錘膜が設けられていないことから、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２は、例えば水晶のような振動体４の構成材料を含む面となる。水晶は、その他の材料に比べて一般的に清浄度が高い、つまり当初から付着している物質Ｍの量が少ない材料であるとともに、その清浄度の均一性が高く部位による清浄度のバラつきが小さい材料でもある。このため、例えば駆動振動腕４４、４５、４６、４７ごとに清浄度が大きく異なるといった事態が避けられ、清浄度の差に伴う質量バランスの悪化を避けることができる。したがって、共振周波数をより精度よく調整することが可能になる。
【０１００】
なお、「活性化量が小さい」とは、一義的には、エネルギー線Ｅの照射領域において単位面積当たりの有機物の付着量が小さいことを指す。したがって、仮に、所定の条件下で有機物の付着が生じるとき、その際の付着量が小さいことを指す。そして、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２のエネルギー線Ｅによる活性化量は、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１のエネルギー線Ｅによる活性化量より小さければよいが、好ましくは第１主面の活性化量の９５％以下とされ、より好ましくは９０％以下とされる。
【０１０１】
また、活性化量の大きさは、以下のような有機物の付着量を測定する方法によって評価することができる。
まず、測定対象とする表面状態の領域が０．２ｍｍ×０．２ｍｍ以上の面積に形成されている振動片を１０個用意し、ＸＰＳ（X-ray Photoelectron Spectroscopy）にて、有機物雰囲気暴露前の測定対象領域の表面の炭素量を測定する。そして、１０個のサンプルの炭素量の平均値を求める。ＸＰＳ装置としては、例えばＵＬＶＡＣ−ＰＨＩ社製のＱｕａｎｔｅｒａＩＩを使用することができる。
【０１０２】
次に、それらの振動片とガラスシャーレーに入れた２ｍｌのグリスとを大気圧のガラス容器内に封入し、２５℃にて１６８時間の有機物雰囲気暴露を行う。暴露後のサンプルの測定対象領域について、暴露前の測定と同様にＸＰＳにて表面の炭素量を測定し、１０個のサンプルの炭素量の平均値を求める。グリスとしては、例えばＴＨＫ社製のＡＦＥ−ＣＡグリースを使用することができる。この有機物雰囲気暴露前後の表面の平均炭素量の差を求めて、活性化量の指標とする。
【０１０３】
また、有機物の付着しやすさは、エネルギー線Ｅの照射領域における原子間の結合力に影響を受ける。したがって、「活性化量が小さい」とは、二義的には、被付着領域における原子間の結合力が相対的に大きい材料で構成されていることをいう。具体的には、原子間の結合力は、共有結合、イオン結合、金属結合の順に大きいため、例えば、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１が金属材料を含み、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２が酸化物材料を含む場合、金属材料の原子間が金属結合であり、酸化物材料の原子間が共有結合であることから、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２のエネルギー線Ｅによる活性化量は、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１のエネルギー線Ｅによる活性化量より小さいといえる。
【０１０４】
また、この場合、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２が含む材料、例えば酸化物材料の分子量または原子量は、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１が含む材料、例えば金属材料の原子量または分子量より小さいことが好ましい。これにより、活性化量の差がより大きくなり、前述した効果がより顕著になる。
なお、この金属材料としては、例えば前述した各種金属材料が挙げられる。
【０１０５】
さらに、このように活性化量が相対的に小さい材料、例えば酸化物材料等を含む第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２は、活性化量が相対的に大きい材料、例えば金属材料等を含む第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１よりも、エネルギー線Ｅによる加工レート、すなわち単位時間当たりの加工量が小さい傾向がある。このため、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２は、有機物の付着量が相対的に小さいだけでなく、そもそも加工されにくいといえる。したがって、このような第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２は、意図しない加工が生じて質量が減少してしまうことに伴う共振周波数の調整精度の低下を抑制することも可能にする。
【０１０６】
一方、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２が含む材料としては、酸化物材料の他に、窒化珪素、窒化アルミ、窒化チタン、窒化ボロンのような窒化物材料、炭化珪素、グラファイト、タングステンカーバイドのような炭化物材料、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＰＬＬＺＴのような強誘電体材料、各種樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【０１０７】
また、前述したような活性化量の大小関係は、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の各上面および錘部４４１、４５１、４６１、４７１の各下面のうち、少なくとも一部において成り立てばよい。
【０１０８】
具体的には、図３では、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の各上面の一部に錘膜５１、５２、５３、５４が設けられている。すなわち、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の各上面の一部が第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１になっている。
【０１０９】
このように、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の各上下面の一部において前述した活性化量の大小関係が成り立っている場合であっても、前述した効果を得ることができる。
【０１１０】
なお、第１主面４４１１、４５１１、４６１１、４７１１は、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の各上面の面積の５０％以上を占めるのが好ましく、７０％以上を占めるのがより好ましい。
【０１１１】
同様に、第２主面４４１２、４５１２、４６１２、４７１２は、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の各下面の面積の５０％以上を占めるのが好ましく、７０％以上を占めるのがより好ましい。
【０１１２】
また、本実施形態に係る振動体４は、いわゆるダブルＴ型の形状をなしている。このため、振動素子１ａは、基部４１から互いに同じ方向に延出する一対の駆動振動腕４４、４６および一対の駆動振動腕４５、４７を備えている。このような振動素子１ａは、形状の対称性が高いことから、エネルギー線Ｅによる共振周波数の調整が容易であり、その結果、振動漏れがより少ない振動素子１が得られる。
【０１１３】
また、凹部５１１、５２１、５３１、５４１は、いかなる形状であってもよいが、本実施形態では、基部４１の厚さ方向からの平面視で、互いに同一の面積となるように形状が設定される。すなわち、本実施形態では、基部４１の厚さ方向からの平面視で、一方の駆動振動腕４４に対してエネルギー線Ｅが照射される領域、すなわち凹部５１１の面積が、他方の駆動振動腕４６に対してエネルギー線Ｅが照射される領域、すなわち凹部５３１の面積と同一になるように設定される。同様に、一方の駆動振動腕４５に対してエネルギー線Ｅが照射される領域、すなわち凹部５２１の面積が、他方の駆動振動腕４７に対してエネルギー線Ｅが照射される領域、すなわち凹部５４１の面積と同一になるように設定される。これにより、凹部５１１、５２１、５３１、５４１に結合する物質Ｍの量を互いにほぼ等しくすることができる。その結果、凹部５１１、５２１、５３１、５４１を形成して駆動振動腕４４〜４７の共振周波数を調整した後、駆動振動腕４４〜４７の振動バランスが経時的にずれてしまうのを抑制することができる。
【０１１４】
なお、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の平面視での面積は、特に限定されないが、例えば１μｍ２〜２００００μｍ２程度である。
【０１１５】
また、駆動振動腕４４〜４７には、それぞれ複数の凹部が形成されていてもよい。この場合も、駆動振動腕４４〜４７のそれぞれにおいて、凹部の面積の合計が互いに同一になるように設定されるのが好ましい。
【０１１６】
また、本明細書において、「同一」および「等しい」とは、実質的に同一または等しいことを示し、機械的な設計および設置等の誤差を含む意味である。したがって、「同一」および「等しい」とは、対象同士の差が±５％以内であることを含む意味である。
【０１１７】
また、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の平面視での面積は、必ずしも互いに同一の面積である必要はなく、互いに異なっていてもよい。
【０１１８】
また、凹部５１１および凹部５３１は、錘膜５１および錘膜５３のいかなる位置に形成されていてもよいが、本実施形態では、Ｘ軸方向の位置に関し、基部４１の中心を通り、Ｙ軸に平行な線分Ａを対称軸としたとき互いに線対称な位置に設けられている。同様に、凹部５２１および凹部５４１は、線分Ａを対称軸としたとき互いに線対称な位置に設けられている。また、本実施形態では、Ｙ軸方向の位置に関し、凹部５１１、５２１、５３１、５４１は、錘部４４１、４５１、４６１、４７１の先端側に位置している。これにより、微小な調整を要する駆動振動腕４４〜４７の共振周波数の調整を効率よくかつ精度よく行うことができる。
【０１１９】
また、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の深さは、本実施形態では、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の少なくとも１つの深さは、その他の凹部の深さとは異なる。これにより、基部４１の厚さ方向からの平面視における凹部５１１、５２１、５３１、５４１の面積をほとんど変えることなく、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の体積を互いに異ならせることができる。つまり、凹部５１１、５２１、５３１、５４１に結合する物質Ｍの量についてはほとんど変えることなく、錘膜５１、５２、５３、５４の質量を互いに異ならせることができ、駆動振動腕４４〜４７の共振周波数を調整することができる。このため、凹部５１１、５２１、５３１、５４１を形成して駆動振動腕４４〜４７の共振周波数を調整した後、凹部５１１、５２１、５３１、５４１に物質Ｍが結合したとしても、結合量のアンバランスが発生しにくいため、駆動振動腕４４〜４７の振動バランスが経時的にずれてしまうのを抑制することができる。
なお、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の深さｄ１〜ｄ４は、それぞれ例えば１ｎｍ〜２０００ｎｍ程度である。
【０１２０】
また、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の平面視における面積を変えることなく深さを変えることにより、エネルギー線Ｅを走査する移動量、すなわち走査量を少なく抑えることができる。これにより、容易かつ効率よく周波数の調整を行うことができる。
【０１２１】
なお、凹部５１１、５２１、５３１、５４１の深さは、共振周波数の調整の結果、互いに同じであってもよい。
【０１２２】
また、前述したように、一対の駆動振動腕４４、４６は、平面視で互いに平行であることが好ましい。同様に、一対の駆動振動腕４５、４７は、平面視で互いに平行であることが好ましい。これにより、微小な調整を要する駆動振動腕４４〜４７の共振周波数の調整を効率よくかつ精度よく行うことができる。
【０１２３】
また、前述したように、一対の駆動振動腕４４、４６は、平面視で、互いに平行で、かつ、基部４１に対して同じ側に延出している。同様に、一対の駆動振動腕４５、４７は、平面視で、互いに平行で、かつ、基部４１に対して同じ側に延出している。
【０１２４】
このような振動素子１または振動素子１ａによれば、Ｘ−Ｙ平面内において一対の駆動振動腕４４、４６が互いに接近と離間を交互に繰り返す屈曲振動と、一対の駆動振動腕４５、４７が互いに接近と離間を交互に繰り返す屈曲振動とに伴う基部４１の変形を抑制し、基部４１から外部への振動漏れをより抑制することができる。また、このような振動素子１または振動素子１ａに対して本実施形態における調整方法を用いることで、駆動振動腕４４〜４７の振動バランスが経時的にずれることによる振動漏れが低減され、よって、高精度でかつ安定性の高い振動素子１を実現することができる。
なお、本明細書において、「平行」とは、製造時の誤差を許容する意味である。
【０１２５】
以上、説明したように、振動素子１の製造方法は、振動素子１ａの周波数調整方法を含む。これにより、駆動振動腕４４〜４７の振動バランスが経時的にずれることによる振動漏れが低減された振動素子１を得ることができる。
【０１２６】
また、物理量センサー１０は、このような振動素子１と、振動素子１を収納しているパッケージ１１と、を備えている。これにより、高精度でかつ安定性の高い物理量センサー１０を実現することができる。
【０１２７】
３．慣性計測装置
図１０は、本発明の慣性計測装置の実施形態を示す分解斜視図である。図１１は、図１０に示す慣性計測装置が備える基板の斜視図である。
【０１２８】
図１０に示す慣性計測装置２０００（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）は、いわゆる６軸モーションセンサーであり、例えば、自動車、ロボット等の移動体、すなわち計測対象物に装着して用いられ、当該移動体の姿勢および挙動、すなわち慣性運動量を検出する。
【０１２９】
この慣性計測装置２０００は、アウターケース２１００と、接合部材２２００と、センサーモジュール２３００と、を備え、センサーモジュール２３００がアウターケース２１００内に接合部材２２００を介在させた状態で篏合されている。
【０１３０】
アウターケース２１００は、箱状をなしており、このアウターケース２１００の対角にある２つの角部には、計測対象物に対するネジ止めのためのネジ孔２１１０が設けられている。
【０１３１】
センサーモジュール２３００は、インナーケース２３１０と、基板２３２０と、を備え、インナーケース２３１０が基板２３２０を支持した状態で、前述したアウターケース２１００の内部に収納されている。ここで、インナーケース２３１０は、アウターケース２１００に対して、例えばゴム製のパッキンのような接合部材２２００を介して、接着剤等により接合されている。また、インナーケース２３１０は、基板２３２０上に実装される部品の収納空間として機能する凹部２３１１と、基板２３２０上に設けられているコネクター２３３０を外部に露出するための開口部２３１２と、を有する。基板２３２０は、例えば、多層配線基板であり、インナーケース２３１０に対して接着剤等により接合されている。
【０１３２】
図１１に示すように、基板２３２０には、コネクター２３３０、角速度センサー２３４０Ｘ、２３４０Ｙ、２３４０Ｚ、加速度センサー２３５０および制御ＩＣ２３６０が実装されている。
【０１３３】
コネクター２３３０は、図示しない外部装置に電気的に接続され、当該外部装置と慣性計測装置２０００との間で電力、計測データ等の電気信号の送受信を行うのに用いられる。
【０１３４】
角速度センサー２３４０Ｘは、Ｘ軸まわりの角速度を検出し、角速度センサー２３４０Ｙは、Ｙ軸まわりの角速度を検出し、角速度センサー２３４０Ｚは、Ｚ軸まわりの角速度を検出する。ここで、角速度センサー２３４０Ｘ、２３４０Ｙ、２３４０Ｚは、それぞれ、前述した物理量センサー１０である。また、加速度センサー２３５０は、例えば、ＭＥＭＳ技術を用いて形成された加速度センサーであり、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸方向での加速度を検出する。
【０１３５】
制御ＩＣ２３６０は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）であり、不揮発性メモリーを含む記憶部、Ａ／Ｄコンバーター等を内蔵しており、慣性計測装置２０００の各部を制御する。ここで、記憶部には、加速度および角速度を検出するための順序と内容を規定したプログラム、検出データをデジタル化してパケットデータに組込むプログラム、付随するデータ等が記憶されている。
【０１３６】
以上のように、慣性計測装置２０００は、角速度センサー２３４０Ｘ、２３４０Ｙ、２３４０Ｚのような、振動素子１を含む物理量センサー１０と、物理量センサー１０に電気的に接続されている回路である制御ＩＣ２３６０と、を備える。このような慣性計測装置２０００によれば、物理量センサー１０の優れたセンサー特性を利用して、慣性計測装置２０００の特性、例えば計測精度を向上させることができる。
【０１３７】
４．電子機器
図１２は、本発明の電子機器の実施形態であるモバイル型のパーソナルコンピューターを示す斜視図である。
【０１３８】
この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、前述した振動素子１を含む慣性計測装置２０００が内蔵されている。
【０１３９】
図１３は、本発明の電子機器の実施形態である携帯電話機を示す平面図である。
この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ（図示せず）、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、前述した振動素子１を含む慣性計測装置２０００が内蔵されている。
【０１４０】
図１４は、本発明の電子機器の実施形態であるデジタルスチールカメラを示す斜視図である。
【０１４１】
図１４において、デジタルスチールカメラ１３００におけるケース１３０２の背面には表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側、すなわち図中裏面側には、光学レンズのような撮像光学系やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。そして、撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押すと、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、前述した振動素子１を含む慣性計測装置２０００が内蔵されており、この慣性計測装置２０００の計測結果は、例えば、手振れ補正に用いられる。
【０１４２】
以上のような電子機器は、振動素子１を備える。このような電子機器によれば、振動素子１の優れた特性を利用して、電子機器の特性、例えば信頼性を向上させることができる。
【０１４３】
なお、本発明の電子機器は、図１２のパーソナルコンピューター、図１３の携帯電話機、図１４のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、スマートウォッチを含む時計、インクジェット式吐出装置、例えばインクジェットプリンター、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、通信機能付も含む電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、携帯端末用の基地局、フライトシミュレーター等に適用することができる。
【０１４４】
５．移動体
図１５は、本発明の移動体の実施形態である自動車を示す斜視図である。
図１５に示す自動車１５００には、前述した振動素子１を含む慣性計測装置２０００が内蔵されており、例えば、慣性計測装置２０００によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。慣性計測装置２０００の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。
【０１４５】
その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやドローンのようなラジコンヘリコプターで利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、慣性計測装置２０００が組み込まれる。
【０１４６】
以上のように、移動体である自動車１５００は、振動素子１を備える。このような自動車１５００によれば、振動素子１の優れた特性を利用して、自動車１５００の特性、例えば信頼性を向上させることができる。
【０１４７】
以上、本発明の振動素子の周波数調整方法、振動素子の製造方法、振動素子、物理量センサー、慣性計測装置、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【０１４８】
なお、前述した実施形態では、振動素子が錘部を有しているが、錘部を有していなくてもよい。すなわち、駆動振動腕の先端側の領域の幅は、基端側の領域、すなわち腕部と同様の幅と同じであってもよい。この場合、駆動振動腕の先端から３０％、すなわち駆動振動腕の全長の３０％の範囲を錘部とみなし、第１主面と第２主面との間で前述したような活性化量の大小関係が成り立っていればよい。
また、振動素子は、平面視で、互いに平行でかつ基部に対して同じ側に延出している一対の駆動振動腕を２組有しているが、一対の駆動振動腕は１組であってもよい。
【０１４９】
また、前述した実施形態では、振動素子は、いわゆるダブルＴ型の形状をなしているが、これに限定されず、例えば、Ｈ型、二脚音叉、三脚音叉、直交型、角柱型等の種々の形態であってもよい。
【０１５０】
また、前述した振動体の構成材料としては、例えば、水晶以外の、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や圧電セラミックス等の圧電材料を用いてもよい。
【符号の説明】
【０１５１】
１…振動素子、１ａ…振動素子、４…振動体、５…錘膜パターン、５ａ…錘膜パターン、１０…物理量センサー、１１…パッケージ、１２…支持基板、１３…配線パターン、１４…回路素子、１５…導電性ワイヤー、１６…接着剤、１７…導電性接着剤、４０…電極膜パターン、４１…基部、４２…連結腕、４３…連結腕、４４…駆動振動腕、４５…駆動振動腕、４６…駆動振動腕、４７…駆動振動腕、４８…検出振動腕、４９…検出振動腕、５１…錘膜、５１ａ…錘膜、５２…錘膜、５２ａ…錘膜、５３…錘膜、５３ａ…錘膜、５４…錘膜、５４ａ…錘膜、５５…錘膜、５６…錘膜、１１１…ベース、１１２…リッド、１１３…接合部材、１１５…貫通孔、１１６…封止材、４０１…駆動信号電極、４０２…駆動接地電極、４０３…検出信号電極、４０４…検出信号電極、４１０…基部本体、４１０…基部本体、４４０…腕部、４４１…錘部、４５０…腕部、４５１…錘部、４６０…腕部、４６１…錘部、４７０…腕部、４７１…錘部、４８０…腕部、４８１…錘部、４９０…腕部、４９１…錘部、５１１…凹部、５２１…凹部、５３１…凹部、５４１…凹部、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１１０８…表示部、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１２０８…表示部、１３００…デジタルスチールカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１０…表示部、１５００…自動車、１５０１…車体、１５０２…車体姿勢制御装置、１５０３…車輪、２０００…慣性計測装置、２１００…アウターケース、２１１０…ネジ孔、２２００…接合部材、２３００…センサーモジュール、２３１０…インナーケース、２３１１…凹部、２３１２…開口部、２３２０…基板、２３３０…コネクター、２３４０Ｘ…角速度センサー、２３４０Ｙ…角速度センサー、２３４０Ｚ…角速度センサー、２３５０…加速度センサー、２３６０…制御ＩＣ、４４１１…第１主面、４４１２…第２主面、４５１１…第１主面、４５１２…第２主面、４６１１…第１主面、４６１２…第２主面、４７１１…第１主面、４７１２…第２主面、Ａ…線分、Ｅ…エネルギー線、Ｍ…物質、Ｓ…空間、Ｓ５１…領域、Ｓ５２…領域、Ｓ５３…領域、Ｓ５４…領域、ａ…軸、α…矢印、β…矢印、γ…矢印、ω…角速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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