JP2005340631A - Piezoelectric element component and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子部品及び電子装置、例えば各種センサー、アクチュエータ等に用いられて好適な圧電素子部品と、更に圧電素子部品を有して成る電子装置に関わる。 The present invention relates to a piezoelectric element component and an electronic device, for example, a piezoelectric element component suitable for use in various sensors, actuators, and the like, and an electronic device including the piezoelectric element component.
圧電素子は、例えば変位、ひずみ、応力、加速等の力学量を電気信号に変換する機能、あるいは電気信号を力学量に変換する機能を有し、その感度がすぐれていることから、各種センサ、例えばカメラにおける手ぶれ防止の振動検出を行うジャイロセンサや、光ディスク等の光記録媒体に対する光記録再生装置の対物レンズの微小移動調整、磁気記録媒体に対する磁気ヘッド等の微小移動調整を行うアクチュエータ等における圧電素子部品として用いられるものであり、また、例えばこの圧電素子部品の制御もしくはこれから得られる電気信号の処理等がなされる集積回路ＩＣが搭載されて各種電子装置が構成される。 The piezoelectric element has a function of converting a mechanical quantity such as displacement, strain, stress, acceleration, etc. into an electrical signal, or a function of converting an electrical signal into a mechanical quantity, and has excellent sensitivity. For example, a gyro sensor that detects vibration to prevent camera shake in a camera, a small movement adjustment of an objective lens of an optical recording / reproducing apparatus with respect to an optical recording medium such as an optical disk, and a piezoelectric actuator in an actuator that performs a small movement adjustment of a magnetic head to a magnetic recording medium Various electronic devices are configured by mounting an integrated circuit IC that is used as an element component and that controls, for example, the piezoelectric element component or processes an electric signal obtained therefrom.
圧電素子部品の圧電素子、中でも特に、Ｐｂ（鉛）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔｉ（チタン）を主成分とするＰＺＴによる圧電体薄膜を有する圧電素子は、圧電定数が高いことから、上述したような、アクチュエータやセンサ等の圧電素子部品に広く用いられている。
これらの圧電素子部品の作製においては、上述の圧電素子部品の実装は、例えば実装するプリント配線基板上に圧電素子部品を載置し、プリント配線基板ごとフローにかけて、プリント配線基板の裏面から融着するという方法によってなされる。
この場合、融着されるはんだは加熱されるものの、圧電素子部品自体は殆ど加熱されないことから、実装前後で圧電素子部品の特性が大きく変化することは回避されてきた。
As described above, a piezoelectric element having a piezoelectric thin film made of PZT mainly composed of Pb (lead), Zr (zirconium), and Ti (titanium) has a high piezoelectric constant. It is widely used for piezoelectric element parts such as actuators and sensors.
In the production of these piezoelectric element components, the above-described piezoelectric element component is mounted by, for example, placing the piezoelectric element component on the printed wiring board to be mounted and fusing the printed wiring board from the back surface of the printed wiring board. It is done by the method of doing.
In this case, although the solder to be fused is heated, the piezoelectric element component itself is hardly heated. Therefore, it has been avoided that the characteristics of the piezoelectric element component greatly change before and after mounting.
ところで近年、鉛による環境への影響が指摘され、はんだ付けによる環境汚染の低減のために、非鉛系はんだ、いわゆる鉛フリーはんだの使用が進められている。
また、生産性の向上を目的として、プリント配線上に例えば鉛フリーはんだ材を印刷し、圧電素子部品を、プリント配線の所定部に載置し、全体を加熱することによって、はんだ材を溶融させて実装を行う、いわゆるリフロー処理による実装もなされている。
In recent years, the influence of lead on the environment has been pointed out, and in order to reduce environmental pollution due to soldering, the use of lead-free solder, so-called lead-free solder, has been promoted.
Also, for the purpose of improving productivity, for example, lead-free solder material is printed on the printed wiring, the piezoelectric element component is placed on a predetermined portion of the printed wiring, and the whole is heated to melt the solder material. Implementation by so-called reflow processing is also performed.
このリフロー処理による実装方法による場合、圧電素子部品に対する加熱温度が従来通常のリフロー処理による場合の加熱温度に比して高く、圧電素子部品の作製における分極処理の温度をしばしば超える。このため、この実装工程によって、圧電素子部品の圧電特性が劣化するという問題が生じている。 In the mounting method using the reflow process, the heating temperature for the piezoelectric element component is higher than the heating temperature for the conventional reflow process, and often exceeds the temperature of the polarization process in manufacturing the piezoelectric element component. For this reason, the problem that the piezoelectric characteristic of a piezoelectric element component deteriorates by this mounting process has arisen.
この問題に対して、圧電素子部品を構成する圧電体薄膜の組成を、リフロー処理に対して十分な耐熱性を有する組成、すなわち相転移温度が高い材料組成に特定することによって、リフロー処理による圧電特性の劣化の低減を図る手法の提案がなされている（例えば特許文献１）。
しかし、この手法のように、材料組成の選定による改善方法のみでは、諸問題による材料選定に制約があることから、圧電特性の改善に限界が生じてきている。
そこで、このような材料組成の特定による改善のみでなく、他の方法による圧電特性の改善ないしは解決手法が求められている。
However, as in this method, only the improvement method based on the selection of the material composition has a limitation in the improvement of the piezoelectric characteristics because there are limitations on the material selection due to various problems.
Therefore, not only the improvement by specifying the material composition as described above, but also an improvement or solution method of piezoelectric characteristics by another method is required.
また、圧電素子を有する圧電素子部品は、しばしば、作製されて出荷された後に、出荷先でリフロー処理等の熱処理がなされるが、この場合、出荷後に熱処理されることによる特性劣化の程度が出荷前の状態からは予測困難であり、圧電素子の特性劣化に加えて、リフロー処理後の圧電特性を保証することができないことが問題となっている。 In addition, piezoelectric element parts having piezoelectric elements are often manufactured and shipped, and then subjected to heat treatment such as reflow processing at the shipping destination. In this case, the degree of characteristic deterioration due to heat treatment after shipment is shipped. It is difficult to predict from the previous state, and there is a problem that the piezoelectric characteristics after the reflow process cannot be guaranteed in addition to the deterioration of the characteristics of the piezoelectric element.
また、圧電素子部品を単独で出荷せず、この圧電素子部品を用いて、ＩＣ（Integrated Circuit；集積回路）を有するジャイロセンサ装置等の電子装置を構成した場合にも、圧電素子の分極処理後にリフロー処理等の熱処理がなされると、例えば量産した各装置の圧電特性が不揃いになることから、これも問題となっていた。 In addition, when a piezoelectric element component is not shipped independently and an electronic device such as a gyro sensor device having an IC (Integrated Circuit) is configured using the piezoelectric element component, the piezoelectric element component is also subjected to a polarization process of the piezoelectric element. When heat treatment such as reflow treatment is performed, for example, the piezoelectric characteristics of each mass-produced device become uneven, which is also a problem.
本発明は、圧電素子部品と、この圧電素子部品を有する電子装置における上述の諸問題の解決を図るものである。 The present invention is intended to solve the above-described problems in a piezoelectric element component and an electronic device having the piezoelectric element component.
本発明による圧電素子部品は、基板上に、第１電極と、圧電体薄膜と、第２電極とが積層形成された圧電素子を有する圧電素子部品であって、上記圧電体薄膜に対する分極処理が、上記圧電体薄膜にかかるリフロー温度以上の分極温度でなされたことを特徴とする。 A piezoelectric element component according to the present invention is a piezoelectric element component having a piezoelectric element in which a first electrode, a piezoelectric thin film, and a second electrode are laminated on a substrate, and the piezoelectric thin film is subjected to polarization treatment. The piezoelectric thin film is formed at a polarization temperature higher than the reflow temperature.
また、本発明は、上記圧電素子部品において、上記圧電体薄膜が、Ｐｂ（鉛）、Ｚｒ（ジルコニウム）及びＴｉ（チタン）を主成分とするペロブスカイト型酸化物圧電体薄膜であることを特徴とする。 According to the present invention, in the piezoelectric element component, the piezoelectric thin film is a perovskite oxide piezoelectric thin film mainly composed of Pb (lead), Zr (zirconium), and Ti (titanium). To do.
また、本発明は、上記圧電素子部品において、上記ペロブスカイト型酸化物圧電体薄膜における元素ＺｒおよびＴｉの原子比（Ｚｒ：Ｔｉ）が、５０：５０〜５４：４６であることを特徴とする。 In the piezoelectric element component, the present invention is characterized in that an atomic ratio (Zr: Ti) of elements Zr and Ti in the perovskite oxide piezoelectric thin film is 50:50 to 54:46.
また、本発明は、上記圧電素子部品において、上記ペロブスカイト型酸化物圧電体薄膜が、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｂｉのうちの少なくとも１種類以上の元素を含有して成ることを特徴とする。 In the piezoelectric element component according to the invention, the perovskite oxide piezoelectric thin film contains at least one element selected from Ni, Zn, Nb, Mg, Mn, and Bi. And
また、本発明は、上記圧電素子部品において、上記第１電極及び第２電極の少なくとも一方が、Ｐｔ（白金）を有して成ることを特徴とする。 According to the present invention, in the piezoelectric element component, at least one of the first electrode and the second electrode has Pt (platinum).
本発明による圧電素子部品は、基板上に、第１電極と、圧電体薄膜と、第２電極とが積層形成された圧電素子を有する圧電素子部品であって、上記圧電体薄膜に対する分極処理がなされ、上記分極処理に続いてなされる、上記圧電体薄膜に対するアニール処理が、上記圧電体薄膜にかかるリフロー温度以上の分極温度でなされたことを特徴とする。 A piezoelectric element component according to the present invention is a piezoelectric element component having a piezoelectric element in which a first electrode, a piezoelectric thin film, and a second electrode are laminated on a substrate, and the piezoelectric thin film is subjected to polarization treatment. The annealing process performed on the piezoelectric thin film following the polarization process is performed at a polarization temperature equal to or higher than the reflow temperature applied to the piezoelectric thin film.
また、本発明は、上記圧電素子部品において、上記圧電体薄膜が、Ｐｂ（鉛）、Ｚｒ（ジルコニウム）及びＴｉ（チタン）を主成分とするペロブスカイト型酸化物圧電体薄膜であることを特徴とする。 According to the present invention, in the piezoelectric element component, the piezoelectric thin film is a perovskite oxide piezoelectric thin film mainly composed of Pb (lead), Zr (zirconium), and Ti (titanium). To do.
また、本発明は、上記圧電素子部品において、上記ペロブスカイト型酸化物圧電体薄膜における元素ＺｒおよびＴｉの原子比（Ｚｒ：Ｔｉ）が、５０：５０〜５４：４６であることを特徴とする。 In the piezoelectric element component, the present invention is characterized in that an atomic ratio (Zr: Ti) of elements Zr and Ti in the perovskite oxide piezoelectric thin film is 50:50 to 54:46.
また、本発明は、上記圧電素子部品において、上記ペロブスカイト型酸化物圧電体薄膜が、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｂｉのうちの少なくとも１種類以上の元素を含有して成ることを特徴とする。 In the piezoelectric element component according to the invention, the perovskite oxide piezoelectric thin film contains at least one element selected from Ni, Zn, Nb, Mg, Mn, and Bi. And
また、本発明は、上記圧電素子部品において、上記第１電極及び第２電極の少なくとも一方が、Ｐｔ（白金）を有して成ることを特徴とする。 According to the present invention, in the piezoelectric element component, at least one of the first electrode and the second electrode has Pt (platinum).
本発明による電子装置は、同一基体上に、少なくとも圧電素子部品と、集積回路装置とを有して成る電子装置であって、上記圧電素子部品が、基板上に、第１電極と、圧電体薄膜と、第２電極とが積層形成された圧電素子を有し、上記圧電体薄膜に対する分極処理が、上記圧電体薄膜にかかるリフロー温度以上の分極温度でなされたことを特徴とする。 An electronic device according to the present invention is an electronic device comprising at least a piezoelectric element component and an integrated circuit device on the same substrate, wherein the piezoelectric element component is formed on a substrate with a first electrode and a piezoelectric body. It has a piezoelectric element in which a thin film and a second electrode are laminated, and the polarization treatment for the piezoelectric thin film is performed at a polarization temperature higher than the reflow temperature applied to the piezoelectric thin film.
本発明による電子装置は、同一基体上に、少なくとも圧電素子部品と、集積回路装置とを有してする成る電子装置であって、上記圧電素子部品が、基板上に、第１電極と、圧電体薄膜と、第２電極とが積層形成された圧電素子を有し、上記圧電体薄膜に対する分極処理がなされ、上記分極処理に続いてなされる、上記圧電体薄膜に対するアニール処理が、上記圧電体薄膜にかかるリフロー温度以上の分極温度でなされたことを特徴とする。 An electronic device according to the present invention is an electronic device comprising at least a piezoelectric element component and an integrated circuit device on the same substrate, wherein the piezoelectric element component is formed on a substrate with a first electrode and a piezoelectric element. A piezoelectric element in which a body thin film and a second electrode are laminated, and the piezoelectric thin film is subjected to a polarization treatment, and the piezoelectric thin film is annealed after the polarization treatment. It is characterized by being made at a polarization temperature higher than the reflow temperature applied to the thin film.
本発明による圧電素子部品によれば、いかなる製造方法によって作製された圧電素子を有する場合にも、圧電素子部品に対する加熱、例えば上述のリフロー処理等の熱処理における加熱の温度以上の温度で予め分極がなされることから、リフロー処理等における加熱による圧電特性の劣化を回避することができ、熱処理の温度によってはんだの材料が受ける制限をも軽減することができる。 According to the piezoelectric element component according to the present invention, in the case of having a piezoelectric element manufactured by any manufacturing method, the polarization is previously performed at a temperature equal to or higher than the heating temperature in the heating of the piezoelectric element component, for example, the heat treatment such as the reflow process described above. As a result, it is possible to avoid deterioration of the piezoelectric characteristics due to heating in the reflow process or the like, and it is possible to reduce restrictions imposed on the solder material by the temperature of the heat treatment.
また、分極温度を必ずしも高温で行わなくとも、リフロー処理がなされるよりも以前に、例えば圧電素子部品の出荷前に、リフロー処理温度よりも高い温度でアニール処理を行うことにより、例えば出荷後に圧電素子部品の圧電特性が変化することを回避できる。
したがって、例えば出荷後に圧電素子部品が熱処理される場合にも、圧電特性の保証が可能とされる。
Even if the polarization temperature is not necessarily high, before annealing, for example, before shipment of the piezoelectric element parts, annealing is performed at a temperature higher than the reflow temperature, for example, after the shipment. It is possible to avoid a change in the piezoelectric characteristics of the element component.
Therefore, for example, even when the piezoelectric element component is heat-treated after shipment, the piezoelectric characteristics can be guaranteed.
また、本発明による圧電素子によって、他の集積回路と併せて電子装置を構成することにより、これら装置における圧電特性は装置作製におけるリフロー等の加熱処理による変動を来たされることがなく、装置における圧電特性を保証することができ、大量生産においても圧電特性を均一に揃えて装置を提供することができるなど、本発明構成によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。 In addition, since the piezoelectric device according to the present invention constitutes electronic devices together with other integrated circuits, the piezoelectric characteristics in these devices are not affected by heat treatment such as reflow in device fabrication. According to the configuration of the present invention, it is possible to provide an apparatus having a uniform piezoelectric characteristic even in mass production and to provide an apparatus having important effects. .
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するが、本発明は、この実施の形態に限られるものでない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments.
図１Ａ及び図１Ｂに、本発明による圧電素子部品１の概略斜視図、及びこの概略斜視図のＸ−Ｘ´を断面とする概略断面図を示す。この実施の形態例では、圧電素子部品の例として、機械的応力を電気信号に変換して角速度センサの動作を行うジャイロセンサの例を説明する。 1A and 1B are a schematic perspective view of a piezoelectric element component 1 according to the present invention, and a schematic cross-sectional view taken along the line XX ′ of the schematic perspective view. In this embodiment, an example of a gyro sensor that performs an operation of an angular velocity sensor by converting mechanical stress into an electrical signal will be described as an example of a piezoelectric element component.
この圧電素子部品１は、図１Ａに示すように、圧電素子２を支持する支持体４を有して成る。
圧電素子２は、図１Ｂに示すように、基板５上に、少なくとも、第１電極１４と、圧電体薄膜１５と、第２電極１６とが積層形成されて成る積層部３を有して成る。また、この場合、圧電素子２は、音片形、すなわち高い感度をもって振動が可能な、一端が固定された、いわゆる片もち梁形状の振動片として構成される。
As shown in FIG. 1A, the piezoelectric element component 1 includes a support 4 that supports the piezoelectric element 2.
As shown in FIG. 1B, the piezoelectric element 2 includes a laminated portion 3 formed by laminating at least a first electrode 14, a piezoelectric thin film 15, and a second electrode 16 on a substrate 5. . Further, in this case, the piezoelectric element 2 is configured as a sound piece type, that is, a so-called single beam-shaped vibrating piece with one end fixed, which can vibrate with high sensitivity.
また、支持体４は開口部６を有し、この開口部６の開口周縁６ａから開口６内に向けて圧電素子２が突出形成された構成を有する。
そして、この例においては、圧電素子２の基板５が、支持体４と一体に形成されている。
支持体４の上面には、これと一体に形成された圧電素子を構成する基板の上面と共に、図１Ｂに示すように、支持体４及び基板５の上面に酸化膜１２が形成され、支持体４及び基板５の裏面には酸化膜１３が形成されて成る。
The support 4 has an
In this example, the substrate 5 of the piezoelectric element 2 is formed integrally with the support 4.
As shown in FIG. 1B, an oxide film 12 is formed on the upper surface of the support body 4 and the substrate 5, as shown in FIG. 1B, on the upper surface of the support body 4, together with the upper surface of the substrate constituting the piezoelectric element formed integrally therewith. 4 and the back surface of the substrate 5 are formed with an oxide film 13.
この圧電素子部品１は、例えば厚さ３００μｍ、長さ３ｍｍ、幅１ｍｍの外形状を有し、また、圧電素子２は例えば厚さ１００μｍ、長さ２．５ｍｍ、幅１００μｍとする。なお、圧電素子部品１の開口部６のうち、圧電素子２の両側に形成される領域の幅は、例えば２００μｍとする。
The piezoelectric element component 1 has an outer shape having a thickness of 300 μm, a length of 3 mm, and a width of 1 mm, for example, and the piezoelectric element 2 has a thickness of 100 μm, a length of 2.5 mm, and a width of 100 μm, for example. In addition, the width | variety of the area | region formed in the both sides of the piezoelectric element 2 among the opening
この構成における圧電素子部品１は、ジャイロセンサとして高い感度を有する。
これについて検証する。すなわちジャイロセンサを構成する圧電素子２の感度は、電気機械変換効率の大小に依存することから、この特性を測定する。
具体的には、上述の構成による圧電素子２において、第１電極１４と第２電極１６との間に電圧を印加すると、圧電素子２は約２０ｋＨｚの共振周波数で振動した。
The piezoelectric element component 1 in this configuration has high sensitivity as a gyro sensor.
This will be verified. That is, since the sensitivity of the piezoelectric element 2 constituting the gyro sensor depends on the magnitude of the electromechanical conversion efficiency, this characteristic is measured.
Specifically, in the piezoelectric element 2 configured as described above, when a voltage was applied between the first electrode 14 and the second electrode 16, the piezoelectric element 2 vibrated at a resonance frequency of about 20 kHz.
［圧電素子部品の製法例］
この圧電素子部品１の構造を詳細に説明するため、圧電素子部品１の製造方法の一例について、図２〜４を参照して説明する。
図２及び図３において、各Ａ図は、各工程における概略平面図を示し、各Ｂ図は、各Ａ図のＸ−Ｘ´線上の概略断面図を示す。また、図４において、各Ａ図は、各工程における概略平面図を示し、各Ｂ図は、各Ａ図のＹ−Ｙ´線上の概略断面図を示す。
[Example of manufacturing piezoelectric element parts]
In order to describe the structure of the piezoelectric element component 1 in detail, an example of a method for manufacturing the piezoelectric element component 1 will be described with reference to FIGS.
2 and 3, each A diagram shows a schematic plan view in each step, and each B diagram shows a schematic cross-sectional view along the line XX ′ of each A diagram. In addition, in FIG. 4, each A figure shows a schematic plan view in each step, and each B figure shows a schematic cross-sectional view along the line YY ′ of each A figure.
まず、例えばｎ型のＳｉよりなる板状基体１１を用意し、両面に例えばＳｉＯ２による酸化膜１２及び１３を形成し、酸化膜１３の側から所定の深さまでエッチングする。その後、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、酸化膜１２上に、例えば厚さ５０ｎｍのチタン（Ｔｉ）及び厚さ２００ｎｍの白金（Ｐｔ）による第１電極層１４ａと、例えば厚さ２μｍのＰｂ１＋ｘ（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３−ｙ酸化物ターゲットによる圧電体薄膜層１５ａと、例えば厚さ２００μｍのＰｔによる第２電極層１６ａとを、それぞれマグネトロンスパッタ装置によって形成する。 First, a plate-like substrate 11 made of, for example, n-type Si is prepared, oxide films 12 and 13 made of, for example, SiO 2 are formed on both surfaces, and etched from the oxide film 13 side to a predetermined depth. Thereafter, as shown in FIGS. 2A and 2B, a first electrode layer 14a made of, for example, titanium (Ti) having a thickness of 50 nm and platinum (Pt) having a thickness of 200 nm, and Pb having a thickness of 2 μm, for example, are formed on the oxide film 12. A piezoelectric thin film layer 15a made of 1 + x (Zr 0.53 Ti 0.47 ) O 3-y oxide target and a second electrode layer 16a made of Pt having a thickness of 200 μm, for example, are formed by a magnetron sputtering apparatus.
なお、第１電極層１４ａの形成においては、ガス圧０．５Ｐａにおいて１ｋＷ（Ｔｉ形成時）及び０．５ｋＷ（Ｐｔ形成時）のＲＦパワーで形成することができる。また、圧電体薄膜層１５ａの形成においては、常温で、Ａｒ／Ｏ２＝１／５〜５／１、ガス圧０．２〜３Ｐａにおいて０．１〜５ｋＷのＲＦパワーで形成することができ、形成後に例えば電気炉を用いて、例えば酸素雰囲気下、７００℃、１０分間の結晶化熱処理を行うことが望ましい。また、第２電極層１６ａの形成においては、ガス圧０．５Ｐａにおいて０．５ｋＷのＲＦパワーで形成することができる。 The first electrode layer 14a can be formed with RF power of 1 kW (when Ti is formed) and 0.5 kW (when Pt is formed) at a gas pressure of 0.5 Pa. The piezoelectric thin film layer 15a can be formed at room temperature, with Ar / O 2 = 1/5 to 5/1, with a gas pressure of 0.2 to 3 Pa and an RF power of 0.1 to 5 kW. After the formation, it is desirable to perform crystallization heat treatment at 700 ° C. for 10 minutes, for example, in an oxygen atmosphere using, for example, an electric furnace. The second electrode layer 16a can be formed with an RF power of 0.5 kW at a gas pressure of 0.5 Pa.
次の工程においては、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第２電極層１６ａに対するフォトリソグラフィー及びエッチングによる第２電極１６と検出電極１７の形成と、圧電体薄膜層１５ａに対するフォトリソグラフィー及びエッチングによる圧電体薄膜１５の形成と、第１電極層１４ａに対するフォトリソグラフィー及びエッチングによる第１電極１４の形成を行う。 In the next step, as shown in FIGS. 3A and 3B, the second electrode 16 and the detection electrode 17 are formed by photolithography and etching on the second electrode layer 16a, and the photolithography and etching are performed on the piezoelectric thin film layer 15a. The piezoelectric thin film 15 is formed, and the first electrode 14 is formed by photolithography and etching on the first electrode layer 14a.
この製法例において、第１電極１４は、外部との電気的接合を図る目的により接続部１４ｂを有して形成される。第１電極接続部１４ｂは、外部との電気的接合の方式等によって形状を定める必要があり、例えばワイヤーボンディングによる接合方式による場合は、図１１Ｂに示すように面積を確保して形成することができる。 In this manufacturing method example, the first electrode 14 is formed with a connection portion 14b for the purpose of electrical connection with the outside. The shape of the first electrode connection portion 14b needs to be determined by a method of electrical bonding with the outside, and the like. For example, in the case of a bonding method by wire bonding, the first electrode connection portion 14b may be formed with a sufficient area as shown in FIG. 11B. it can.
この製法例においては、第１電極１４を幅９４μｍ、長さ２．３ｍｍとして形成したが、寸法及び形状は図示したものに限られない。ただし、第１電極１４の幅方向の中心が最終的に得る圧電素子２の基板５の幅方向の中心と一致し、第１電極１４と第１電極接続部１４ｂとの境界は最終的に得る圧電素子２の基板５と支持体４との境界と一致することが望ましい。
また、第１電極１４の幅は、最終的に得る圧電素子２の幅以下であることが必要であり、かつ圧電体薄膜１５の幅以上、例えば幅方向に左右それぞれ５μｍほど大として形成することが望ましい。
In this manufacturing method example, the first electrode 14 is formed with a width of 94 μm and a length of 2.3 mm, but the dimensions and shape are not limited to those shown in the figure. However, the center in the width direction of the first electrode 14 coincides with the center in the width direction of the substrate 5 of the piezoelectric element 2 finally obtained, and the boundary between the first electrode 14 and the first electrode connection portion 14b is finally obtained. It is desirable to coincide with the boundary between the substrate 5 and the support 4 of the piezoelectric element 2.
Further, the width of the first electrode 14 needs to be equal to or smaller than the width of the finally obtained piezoelectric element 2 and is formed to be larger than the width of the piezoelectric thin film 15, for example, as large as 5 μm on the left and right in the width direction. Is desirable.
次の工程においては、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、後に形成する、第２電極接続部１６ａに電気的に連結される配線膜１９の、第１電極１４ｂとの接触による短絡と、圧電体薄膜１５の端部における段差による配線膜１９自身の断線を回避するための、レジスト１８の形成を行う。レジストの形状は、これらの目的を好適に達成することができればよく、例えば上面の平坦性を確保して、幅２００μｍ、長さ５０μｍ、厚さ２μｍとして形成することができる。 In the next step, as shown in FIG. 4A and FIG. 4B, a short circuit due to contact with the first electrode 14b of the wiring film 19 to be electrically connected to the second electrode connecting portion 16a, which will be formed later, A resist 18 is formed to avoid disconnection of the wiring film 19 due to a step at the end of the body thin film 15. The shape of the resist is not particularly limited as long as these objects can be suitably achieved. For example, the resist can be formed with a width of 200 μm, a length of 50 μm, and a thickness of 2 μm while ensuring flatness of the upper surface.
この製法例におけるレジスト１８の形成方法としては、フォトリソグラフィーによって行うことができる。すなわち、レジストを塗布し、パターニングした後に硬化させることで形成することができる。
また、レジスト１８の厚さは、圧電体薄膜１５及び第１電極１４の厚さに応じて自由に設計することができるが、圧電体薄膜１５及び第１電極１４の総厚さ以上の厚さで形成することが望ましい。
The method for forming the resist 18 in this manufacturing method can be performed by photolithography. That is, it can be formed by applying a resist, patterning, and curing.
The thickness of the resist 18 can be freely designed according to the thickness of the piezoelectric thin film 15 and the first electrode 14, but the thickness is equal to or greater than the total thickness of the piezoelectric thin film 15 and the first electrode 14. It is desirable to form with.
その後、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第２電極１６及び検出電極１７の外部との電気的接続のために、先に形成したレジスト１８を跨ぐ配線膜１９を形成する。この配線膜１９の形状としては、電気的な接触抵抗を減少させる上で少なくとも５μｍ四方の断面形状を有することが望ましい。また、配線膜１９の、外部との電気的接合に用いられる接続部は、ワイヤーボンディングによって接続を図ることができるよう、例えば長さ２００μｍ、幅１００μｍとして形成することができる。 Thereafter, as shown in FIGS. 4A and 4B, a wiring film 19 straddling the previously formed resist 18 is formed for electrical connection to the outside of the second electrode 16 and the detection electrode 17. The wiring film 19 preferably has a cross-sectional shape of at least 5 μm square in order to reduce electrical contact resistance. In addition, the connection portion used for electrical bonding of the wiring film 19 to the outside can be formed with a length of 200 μm and a width of 100 μm, for example, so that the connection can be achieved by wire bonding.
配線膜１９の形成は、フォトリソグラフィーによるレジストパターンの形成と、スパッタリングによる配線膜１９の形成後に、いわゆるリフトオフによって配線膜１９の形状を規定するレジストパターンと配線膜１９の不要部分を除去することによって行うことができる。
また、この製法例では、第２電極１６及び検出電極１７のそれぞれに対して個別の配線膜１９を同時に形成する例を説明したが、それぞれ別工程によって形成することもできる。
The wiring film 19 is formed by removing a resist pattern that defines the shape of the wiring film 19 and unnecessary portions of the wiring film 19 by so-called lift-off after the formation of the resist film by photolithography and the wiring film 19 by sputtering. It can be carried out.
Further, in this manufacturing method example, the example in which the individual wiring films 19 are simultaneously formed for each of the second electrode 16 and the detection electrode 17 has been described. However, they can be formed by separate processes.
なお、配線膜の構成は、予め配線膜の付着力向上のために２００μｍの厚さで形成したＴｉ層の上に、３００μｍの厚さでＣｕ層を形成し、その後ワイヤーボンディングとの接合のために３００μｍの厚さでＡｕ層を形成した積層構造によるなど、配線膜１９の用途によって好適な構成を用いることができる。 The structure of the wiring film is to form a Cu layer with a thickness of 300 μm on a Ti layer previously formed with a thickness of 200 μm in order to improve the adhesion of the wiring film, and then for bonding with wire bonding. A suitable structure can be used depending on the use of the wiring film 19, such as a laminated structure in which an Au layer is formed with a thickness of 300 μm.
その後、図示しないが、先に形成した第１電極１４と、圧電体薄膜１５と、第２電極１６とによる積層部３の外側に、酸化膜１２と、基体１１と、酸化膜１３とを貫通する開口部６を形成し、基体１１から、圧電素子部品１を構成する支持体４と圧電素子２を構成する基板５とを分割形成する。
この製法例における具体的な開口形成の方法としては、まず開口部６に対応するレジストパターンをフォトリソグラフィーによって形成し、酸化膜１２をイオンエッチングによって除去した後、基体１１に対するエッチングを行う。
Thereafter, although not shown, the oxide film 12, the substrate 11, and the oxide film 13 are penetrated to the outside of the laminated portion 3 formed by the first electrode 14, the piezoelectric thin film 15, and the second electrode 16 formed earlier. An
As a specific method for forming an opening in this manufacturing method, first, a resist pattern corresponding to the
この基体１１に対するエッチングは、通常のイオンエッチング等ではレジスト膜との選択比がとれない上に、基板５の側面を垂直壁面として形成することが困難であることから、この製法例においては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術で用いられるＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma；誘導結合型プラズマ）を備えた装置を用い、エッチングと側壁保護膜成膜を繰り返すＢｏｓｃｈプロセス（エッチング時ガスＳＦ６、成膜時ガスＣ４Ｆ８）によって、より垂直な側壁を有する圧電素子２を形成した。 In the etching of the substrate 11, it is difficult to form the side surface of the substrate 5 as a vertical wall surface by using a normal ion etching or the like, and it is difficult to form the side surface of the substrate 5 as a vertical wall surface. Bosch process (etching gas SF 6 , film forming gas) that repeats etching and sidewall protective film formation using an apparatus equipped with ICP (Inductively Coupled Plasma) used in (Micro Electro Mechanical System) technology The piezoelectric element 2 having a more vertical sidewall was formed by C 4 F 8 ).
なお、この製法例においては、上述したように、ジャイロセンサすなわち圧電素子部品１を、例えば厚さ３００μｍ、長さ３ｍｍ、幅１ｍｍとして形成し、この圧電素子部品１を構成する圧電素子２を、例えば厚さ１００μｍ、長さ２．５ｍｍ、幅１００μｍとして形成するが、上述の基体１１に対するウェットエッチングの工程では、エッチングが５５°の角度をもって進行することを考慮する必要がある。 In this example of the manufacturing method, as described above, the gyro sensor, that is, the piezoelectric element component 1 is formed with a thickness of 300 μm, a length of 3 mm, and a width of 1 mm, for example, and the piezoelectric element 2 constituting the piezoelectric element component 1 is For example, it is formed with a thickness of 100 μm, a length of 2.5 mm, and a width of 100 μm. However, in the above-described wet etching process for the substrate 11, it is necessary to consider that the etching proceeds at an angle of 55 °.
すなわち、この基体１１に対するウェットエッチングの工程に先立って形成する酸化膜１３の開口１３ａの寸法を、最終的に得る圧電素子２の厚さを除く２００μｍの深さまでエッチングするための幅（３００−１００）×ｔａｎ５５°=１４０μｍと、最終的に得る圧電素子部品１において圧電素子２の両脇に形成される開口部６の幅２００μｍとを考慮して選定する必要がある。
That is, the width (300-100) for etching the size of the opening 13a of the oxide film 13 formed prior to the wet etching process for the substrate 11 to a depth of 200 μm excluding the thickness of the piezoelectric element 2 finally obtained. ) × tan 55 ° = 140 μm and the
このため、この製法例においては、エッチング幅を規定する酸化膜開口１３ａの幅を１００＋２００×２＋１４０×２＝７８０μｍに選定し、酸化膜開口１３ａの長さは２５００＋２００＋１４０×２＝２９８０μｍに選定して、これに従って基体１１に対するウェットエッチングを行うことが望ましい。 Therefore, in this manufacturing method, the width of the oxide film opening 13a that defines the etching width is selected as 100 + 200 × 2 + 140 × 2 = 780 μm, and the length of the oxide film opening 13a is selected as 2500 + 200 + 140 × 2 = 2980 μm, In accordance with this, it is desirable to perform wet etching on the substrate 11.
また、この製法例において、最終的に得る圧電素子２を図１に示したように音片形の片もち梁形状として形成するため、開口部６をコの字形に形成する。
そして、この製法例においては、圧電素子部品１の開口部６のうち、圧電素子２の両側に形成される領域の幅を２００μｍとして形成するが、開口部６を構成する気体や圧電素子２に求められるＱ値などに応じて所定の幅に定めることができる。
Further, in this manufacturing method example, since the finally obtained piezoelectric element 2 is formed in the shape of a sound piece-shaped piece-like beam as shown in FIG. 1, the
In this manufacturing method, the width of the region formed on both sides of the piezoelectric element 2 in the
このような製法例により、図１に示すような、圧電素子２を有する圧電素子部品１を作製することができる。 By such a manufacturing method example, a piezoelectric element component 1 having a piezoelectric element 2 as shown in FIG. 1 can be manufactured.
続いて、圧電素子部品１の構造を更に詳細に説明するため、圧電素子部品１に対する分極処理の例について説明する。
すなわち、ここでは、圧電素子部品１の製造後、例えば出荷された後に、出荷先でリフロー処理等の高温処理がなされる場合にも、変化が予測困難な特性劣化の発生そのものを回避できる分極処理の例について説明するものである。
Next, in order to describe the structure of the piezoelectric element component 1 in more detail, an example of polarization processing for the piezoelectric element component 1 will be described.
That is, here, after the piezoelectric element component 1 is manufactured, for example, after being shipped, even when high-temperature processing such as reflow processing is performed at the shipping destination, polarization processing that can avoid the occurrence of characteristic deterioration that is difficult to predict. This example will be described.
［圧電素子部品の第１の分極処理例］
この分極処理例では、圧電素子部品１に対して、後に予定されているリフロー処理等の高温処理の温度よりも高い温度下で第１電極１４及び第２電極１６間に電界を印加して分極処理を施す。
このような分極処理を施すことによって、後に予定されている圧電素子部品１に対する加熱、例えば上述のリフロー処理等の熱処理における加熱による圧電特性の劣化を回避することができる。
[First polarization processing example of piezoelectric element component]
In this polarization processing example, the piezoelectric element component 1 is polarized by applying an electric field between the first electrode 14 and the second electrode 16 at a temperature higher than a temperature of a high-temperature processing such as a reflow processing scheduled later. Apply processing.
By performing such polarization treatment, it is possible to avoid deterioration of piezoelectric characteristics due to heating of the piezoelectric element component 1 scheduled later, for example, heat treatment such as the above-described reflow treatment.
表１に、この分極処理例における、分極処理温度及び分極処理終了後のリフロー温度に対する、リフロー後の圧電素子２の変形振幅の測定結果を示す。なお、振幅の値は、リフロー前の圧電素子２の振幅に対する相対値を示す。
この測定では、圧電素子部品１の作製後に予定されたリフローとして、２４０℃、３分間の大気中リフローを想定し、圧電体薄膜１５に対して、分極温度２０℃〜２６０℃において、第１電極１４及び第２電極１６間に１０Ｖ／μｍの電界を印加して分極処理を施し、リフローを行う前後での圧電素子２の圧電特性を、駆動電極の第１電極１４及び第２電極１６間に共振周波数１Ｖｐｐ（ｏｆｆｓｅｔ１Ｖ）の信号を入力した際の圧電素子の振動振幅を測定することにより行った。
In this measurement, assuming that reflow in the atmosphere at 240 ° C. for 3 minutes is assumed as the reflow scheduled after the production of the piezoelectric element component 1, the first electrode is applied to the piezoelectric thin film 15 at a polarization temperature of 20 ° C. to 260 ° C. The electric field of 10 V / μm is applied between the first electrode 14 and the second electrode 16 to perform polarization treatment, and the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element 2 before and after reflowing are obtained between the first electrode 14 and the second electrode 16 of the drive electrode. The measurement was performed by measuring the vibration amplitude of the piezoelectric element when a signal having a resonance frequency of 1 Vpp (offset 1 V) was input.
この測定結果より、リフローの温度、ここでは２４０℃以上の温度で分極処理を施した圧電素子部品においては、振幅の値がリフローによって減少することがなく、圧電特性の劣化の発生を回避することができたことが確認された。
したがって、このような分極処理を施して作製された圧電素子部品は、後に予定されている加熱、例えば上述のリフロー処理等の熱処理における加熱による圧電特性の劣化を回避することができるものである。
From this measurement result, in the piezoelectric element parts subjected to the polarization treatment at the reflow temperature, in this case, at a temperature of 240 ° C. or more, the amplitude value is not reduced by the reflow, and the occurrence of the deterioration of the piezoelectric characteristics is avoided. It was confirmed that
Therefore, the piezoelectric element component manufactured by performing such polarization treatment can avoid deterioration of piezoelectric characteristics due to heating that is planned later, for example, heat treatment such as the above-described reflow treatment.
［圧電素子部品の第２の分極処理例］
この分極処理例では、圧電素子部品１に対して、室温で、第１電極１４及び第２電極１６間に例えば１０Ｖ／μｍの電界を印加して分極処理を施した後、後に予定されている圧電素子部品１に対する加熱、例えば上述のリフロー処理等の熱処理における温度よりも高い温度でアニール処理を施してから出荷することにより、出荷後にリフロー処理等の高温処理がなされた場合にも、圧電素子部品の圧電特性が変化することを回避できる。
[Second Example of Polarization Processing of Piezoelectric Element Components]
In this polarization processing example, the piezoelectric element component 1 is scheduled to be applied after applying a polarization processing by applying an electric field of, for example, 10 V / μm between the first electrode 14 and the second electrode 16 at room temperature. Even when the piezoelectric element component 1 is subjected to annealing treatment at a temperature higher than that in the heat treatment such as the above-described reflow treatment, and then shipped, the piezoelectric element is also subjected to high temperature treatment such as reflow treatment after shipment. It is possible to avoid a change in the piezoelectric characteristics of the component.
この分極処理例では、圧電素子部品１に対して室温で第１電極１４及び第２電極１６間に電界を印加して分極処理を施した後、後に予定されているリフロー処理等の高温処理の温度よりも高い温度でアニール処理を行う。このような分極処理を施すことによって、後に予定されている圧電素子部品１に対する加熱、例えば上述のリフロー処理等の熱処理における加熱による圧電特性の劣化を回避することができる。 In this polarization processing example, the piezoelectric element component 1 is subjected to polarization processing by applying an electric field between the first electrode 14 and the second electrode 16 at room temperature, and then subjected to high-temperature processing such as reflow processing scheduled later. Annealing is performed at a temperature higher than the temperature. By performing such polarization treatment, it is possible to avoid deterioration of piezoelectric characteristics due to heating of the piezoelectric element component 1 scheduled later, for example, heat treatment such as the above-described reflow treatment.
表２に、この分極処理例における、アニール処理温度及びアニール処理終了後のリフロー温度に対する、リフロー後の圧電素子２の振幅の測定結果を示す。なお、振幅の値は、リフロー前の圧電素子２の振幅に対する相対値を示す。
この測定では、圧電素子部品１の作製後に予定されたリフローとして、２４０℃、３分間の大気中リフローを想定し、圧電素子部品１を構成する圧電体薄膜１５に対して、室温で第１電極１４及び第２電極１６間に１０Ｖ／μｍの電界を印加して分極処理を施した後、２０℃〜２６０℃のアニール処理を施し、リフローを行う前後での圧電素子２の圧電特性を、駆動電極に共振周波数１Ｖｐｐ（ｏｆｆｓｅｔ１Ｖ）の信号を入力した際の圧電素子の振動振幅を測定することにより行った。
In this measurement, assuming that reflow in the atmosphere at 240 ° C. for 3 minutes is assumed as the reflow scheduled after the production of the piezoelectric element component 1, the first electrode is formed at room temperature with respect to the piezoelectric thin film 15 constituting the piezoelectric element component 1. 14 and the second electrode 16 are subjected to polarization treatment by applying an electric field of 10 V / μm, and then annealed at 20 ° C. to 260 ° C. to drive the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element 2 before and after reflow. The measurement was performed by measuring the vibration amplitude of the piezoelectric element when a signal having a resonance frequency of 1 Vpp (offset 1 V) was input to the electrode.
この測定結果より、分極処理後に、リフローの温度、ここでは２４０℃以上の温度でアニール処理を施した圧電素子部品においては、振幅の値がリフローによって減少することがなく、圧電特性の劣化の発生を回避することができたことが確認された。 From this measurement result, in the case of a piezoelectric element part subjected to annealing at a reflow temperature, in this case, a temperature of 240 ° C. or higher after the polarization process, the amplitude value does not decrease due to the reflow, and the deterioration of the piezoelectric characteristics occurs. It was confirmed that it could be avoided.
なお、上述の第１の分極処理例におけるように、分極処理そのものを高温で行う手法によれば、特に優れた圧電特性を示す圧電素子部品を作製することができるが、高温で分極処理を行うことが難しく、また一定の圧電特性を有していることのみが要求される場合には、上述の第２の分極処理例におけるように、常温で分極処理を施した後にアニール処理を施して圧電素子部品を作製することにより、出荷後にリフロー等の熱処理によって発生する圧電特性の劣化の回避を優先して図る方法によることができる。
このように、本発明による圧電素子部品は、その用途や事情などに応じて、圧電特性の維持を目的とした種々の製法によって作製することができる。
As in the above-described first polarization processing example, according to the technique in which the polarization processing itself is performed at a high temperature, it is possible to produce a piezoelectric element component that exhibits particularly excellent piezoelectric characteristics, but the polarization processing is performed at a high temperature. If it is difficult and only it is required to have a certain piezoelectric property, as in the above-mentioned second polarization processing example, the polarization treatment is performed at room temperature and then the annealing treatment is performed. By manufacturing the element component, it is possible to use a method in which priority is given to avoiding deterioration of piezoelectric characteristics caused by heat treatment such as reflow after shipment.
As described above, the piezoelectric element component according to the present invention can be manufactured by various manufacturing methods for the purpose of maintaining the piezoelectric characteristics in accordance with its use and circumstances.
以上の実施の形態例で説明したように、本発明による圧電素子部品によれば、いかなる製造方法によって作製された圧電素子を有する場合にも、圧電素子部品に対する加熱、例えば上述のリフロー処理等の熱処理における加熱の温度以上の温度で予め分極がなされることから、リフロー処理等における加熱による圧電特性の劣化を回避することができ、熱処理の温度によるはんだ材料が受ける制約をも軽減することができる。 As described in the above embodiment, according to the piezoelectric element component according to the present invention, heating of the piezoelectric element component, for example, the above-described reflow process, etc. is possible even when the piezoelectric element component is manufactured by any manufacturing method. Since polarization is performed in advance at a temperature equal to or higher than the heating temperature in heat treatment, deterioration of piezoelectric characteristics due to heating in reflow processing or the like can be avoided, and restrictions imposed on the solder material by the heat treatment temperature can also be reduced. .
また、分極温度を必ずしも高温で行わなくとも、リフロー処理がなされるよりも以前に、例えば圧電素子部品の出荷前に、リフロー処理温度よりも高い温度でアニール処理を行うことにより、例えば出荷後に圧電素子部品の圧電特性が変化することを回避できる。
したがって、例えば出荷後に圧電素子部品が熱処理される場合にも、圧電特性の保証が可能とされるものである。
Further, even if the polarization temperature is not necessarily high, before the reflow process is performed, for example, before the piezoelectric element parts are shipped, the annealing process is performed at a temperature higher than the reflow process temperature. It is possible to avoid a change in the piezoelectric characteristics of the element component.
Therefore, for example, even when the piezoelectric element part is heat-treated after shipment, the piezoelectric characteristics can be guaranteed.
次に、本発明による圧電素子部品を有して成る電子装置の実施の形態例について説明する。この実施の形態例では、本発明による電子装置は、本発明による圧電素子部品と、集積回路装置とを有して成る。
図５に、本発明による電子装置２１の概略構成図を示す。この電子装置２１は、集積回路（ＩＣ；Integrated Circuit）２２と本発明による圧電素子部品１とについて、それぞれ基板２３との電気的接合を図ることによって構成することができる。
Next, an embodiment of an electronic apparatus having the piezoelectric element component according to the present invention will be described. In this embodiment, an electronic device according to the present invention includes the piezoelectric element component according to the present invention and an integrated circuit device.
FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of an electronic device 21 according to the present invention. The electronic device 21 can be configured by electrically connecting an integrated circuit (IC) 22 and the piezoelectric element component 1 according to the present invention to a substrate 23, respectively.
この、本発明による圧電素子部品を有して成る本発明による電子装置は、上述した、本発明による圧電素子部品における第１及び第２の分極処理例で説明したように、装置を作製する過程でリフロー処理等の熱処理がなされる場合にも、装置を構成する圧電素子部品の圧電特性の変動ないし劣化を回避することができることから、特性の変動ないし劣化や、これに伴う量産時の圧電特性の不揃いを回避することができる。 The electronic device according to the present invention having the piezoelectric element component according to the present invention is a process of manufacturing the device as described in the first and second polarization processing examples of the piezoelectric element component according to the present invention. Even when heat treatment such as reflow treatment is performed, since fluctuation or deterioration of the piezoelectric characteristics of the piezoelectric element components constituting the apparatus can be avoided, the fluctuation or deterioration of characteristics and the accompanying piezoelectric characteristics during mass production Can be avoided.
なお、本発明による圧電素子部品及び電子装置は、この実施の形態例に限られるものではない。
例えば、この実施の形態例においては、機械的応力を電気信号に変換して角速度センサの動作を行うジャイロセンサ装置としての電子装置の例について説明したが、本発明による圧電素子によって、電気信号から機械的応力を得る電子装置、例えばアクチュエータを構成することも可能であるなど、本発明による圧電素子部品及び電子装置は、種々の変形および変更をなされ得る。
The piezoelectric element component and electronic device according to the present invention are not limited to this embodiment.
For example, in this embodiment, an example of an electronic device as a gyro sensor device that performs an operation of an angular velocity sensor by converting mechanical stress into an electric signal has been described. The piezoelectric element component and the electronic device according to the present invention can be variously modified and changed, such as an electronic device that obtains mechanical stress, such as an actuator.
１・・・圧電素子部品、２・・・圧電素子、３・・・積層部、４・・・支持体、５・・・基板、６・・・開口部、６ａ・・・開口周縁、１１・・・基体、１２・・・酸化膜、１３・・・酸化膜、１４・・・第１電極、１４ａ・・・第１電極層、１５・・・圧電体薄膜、１５ａ・・・圧電体薄膜層、１６・・・第２電極、１６ａ・・・第２電極層、１７・・・検出電極、１８・・・レジスト、１９・・・配線膜、２１・・・電子装置、２２・・・ＩＣ、２３・・・基板、２４・・・端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric element component, 2 ... Piezoelectric element, 3 ... Lamination | stacking part, 4 ... Support body, 5 ... Board | substrate, 6 ... Opening part, 6a ... Opening periphery, 11 ... Base, 12 ... Oxide film, 13 ... Oxide film, 14 ... First electrode, 14a ... First electrode layer, 15 ... Piezoelectric thin film, 15a ... Piezoelectric body Thin film layer, 16 ... second electrode, 16a ... second electrode layer, 17 ... detection electrode, 18 ... resist, 19 ... wiring film, 21 ... electronic device, 22 ... IC, 23 ... substrate, 24 ... terminal
Claims (12)
上記圧電体薄膜に対する分極処理が、上記圧電体薄膜にかかるリフロー温度以上の分極温度でなされたことを特徴とする圧電素子部品。 A piezoelectric element component having a piezoelectric element in which a first electrode, a piezoelectric thin film, and a second electrode are laminated on a substrate,
A piezoelectric element component wherein the polarization treatment for the piezoelectric thin film is performed at a polarization temperature equal to or higher than a reflow temperature applied to the piezoelectric thin film.
上記圧電体薄膜に対する分極処理がなされ、
上記分極処理に続いてなされる、上記圧電体薄膜に対するアニール処理が、上記圧電体薄膜にかかるリフロー温度以上の分極温度でなされたことを特徴とする圧電素子部品。 A piezoelectric element component having a piezoelectric element in which a first electrode, a piezoelectric thin film, and a second electrode are laminated on a substrate,
Polarization treatment is performed on the piezoelectric thin film,
A piezoelectric element component, characterized in that an annealing process for the piezoelectric thin film, which is performed following the polarization process, is performed at a polarization temperature equal to or higher than a reflow temperature applied to the piezoelectric thin film.
上記圧電素子部品が、基板上に、第１電極と、圧電体薄膜と、第２電極とが積層形成された圧電素子を有し、
上記圧電体薄膜に対する分極処理が、上記圧電体薄膜にかかるリフロー温度以上の分極温度でなされたことを特徴とする電子装置。 An electronic device comprising at least a piezoelectric element component and an integrated circuit device on the same substrate,
The piezoelectric element component has a piezoelectric element in which a first electrode, a piezoelectric thin film, and a second electrode are laminated on a substrate,
An electronic device, wherein the polarization treatment for the piezoelectric thin film is performed at a polarization temperature equal to or higher than a reflow temperature applied to the piezoelectric thin film.
上記圧電素子部品が、基板上に、第１電極と、圧電体薄膜と、第２電極とが積層形成された圧電素子を有し、
上記圧電体薄膜に対する分極処理がなされ、
上記分極処理に続いてなされる、上記圧電体薄膜に対するアニール処理が、上記圧電体薄膜にかかるリフロー温度以上の分極温度でなされたことを特徴とする電子装置。
An electronic device comprising at least a piezoelectric element component and an integrated circuit device on the same substrate,
The piezoelectric element component has a piezoelectric element in which a first electrode, a piezoelectric thin film, and a second electrode are laminated on a substrate,
Polarization treatment is performed on the piezoelectric thin film,
An electronic device, characterized in that an annealing process performed on the piezoelectric thin film following the polarization process is performed at a polarization temperature equal to or higher than a reflow temperature applied to the piezoelectric thin film.
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009123974A (en) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Sony Corp | Piezoelectric element, angular velocity sensor, and method of manufacturing piezoelectric element |
| JP2009123972A (en) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Sony Corp | Piezoelectric element, angular velocity sensor, and method of manufacturing piezoelectric element |
| JP2009123973A (en) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Sony Corp | Piezoelectric element, angular velocity sensor, and method of manufacturing piezoelectric element |
| JP2010050388A (en) * | 2008-08-25 | 2010-03-04 | Sony Corp | Piezoelectric device, angular velocity sensor, electronic apparatus, and method of manufacturing piezoelectric device |
| JP2010192585A (en) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Nec Tokin Corp | Piezoelectric element |
| US7915794B2 (en) | 2007-11-15 | 2011-03-29 | Sony Corporation | Piezoelectric device having a tension stress, and angular velocity sensor |
| WO2014045914A1 (en) | 2012-09-19 | 2014-03-27 | 富士フイルム株式会社 | Piezoelectric device and method for using same |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07202291A (en) * | 1993-12-29 | 1995-08-04 | Tdk Corp | Manufacture of piezoelectric ceramic |
| JPH09321364A (en) * | 1996-05-30 | 1997-12-12 | Nikon Corp | Piezoelectric application device |
| JP2001127356A (en) * | 1999-08-13 | 2001-05-11 | Murata Mfg Co Ltd | Polarization processing method of piezoelectric material |
| JP2001280971A (en) * | 2000-03-28 | 2001-10-10 | Ngk Insulators Ltd | Vibration gyro-sensor and its manufacturing method |
| JP2003046160A (en) * | 2001-04-26 | 2003-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Piezoelectric element, actuator, and ink jet head |
| JP2003055045A (en) * | 2001-08-23 | 2003-02-26 | Murata Mfg Co Ltd | Piezoelectric ceramic composition for multilayer piezoelectric element, multilayer piezoelectric element, method for producing multilayer piezoelectric element and multilayer piezoelectric device |
| JP2003179281A (en) * | 2001-09-07 | 2003-06-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thin-film piezoelectric element and its manufacturing method |
| JP2003240554A (en) * | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Ngk Insulators Ltd | Vibration type gyroscope, containing structure of vibrator and package for vibrator |
| JP2003298131A (en) * | 2002-04-01 | 2003-10-17 | Mitsubishi Electric Corp | Piezoelectric thin film element and its manufacturing method |
| JP2004023067A (en) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Sony Corp | Piezoelectric element and its manufacturing method |
-
2004
- 2004-05-28 JP JP2004159530A patent/JP2005340631A/en active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07202291A (en) * | 1993-12-29 | 1995-08-04 | Tdk Corp | Manufacture of piezoelectric ceramic |
| JPH09321364A (en) * | 1996-05-30 | 1997-12-12 | Nikon Corp | Piezoelectric application device |
| JP2001127356A (en) * | 1999-08-13 | 2001-05-11 | Murata Mfg Co Ltd | Polarization processing method of piezoelectric material |
| JP2001280971A (en) * | 2000-03-28 | 2001-10-10 | Ngk Insulators Ltd | Vibration gyro-sensor and its manufacturing method |
| JP2003046160A (en) * | 2001-04-26 | 2003-02-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Piezoelectric element, actuator, and ink jet head |
| JP2003055045A (en) * | 2001-08-23 | 2003-02-26 | Murata Mfg Co Ltd | Piezoelectric ceramic composition for multilayer piezoelectric element, multilayer piezoelectric element, method for producing multilayer piezoelectric element and multilayer piezoelectric device |
| JP2003179281A (en) * | 2001-09-07 | 2003-06-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thin-film piezoelectric element and its manufacturing method |
| JP2003240554A (en) * | 2002-02-14 | 2003-08-27 | Ngk Insulators Ltd | Vibration type gyroscope, containing structure of vibrator and package for vibrator |
| JP2003298131A (en) * | 2002-04-01 | 2003-10-17 | Mitsubishi Electric Corp | Piezoelectric thin film element and its manufacturing method |
| JP2004023067A (en) * | 2002-06-20 | 2004-01-22 | Sony Corp | Piezoelectric element and its manufacturing method |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009123974A (en) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Sony Corp | Piezoelectric element, angular velocity sensor, and method of manufacturing piezoelectric element |
| JP2009123972A (en) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Sony Corp | Piezoelectric element, angular velocity sensor, and method of manufacturing piezoelectric element |
| JP2009123973A (en) * | 2007-11-15 | 2009-06-04 | Sony Corp | Piezoelectric element, angular velocity sensor, and method of manufacturing piezoelectric element |
| US7915794B2 (en) | 2007-11-15 | 2011-03-29 | Sony Corporation | Piezoelectric device having a tension stress, and angular velocity sensor |
| JP4715836B2 (en) * | 2007-11-15 | 2011-07-06 | ソニー株式会社 | Piezoelectric element, angular velocity sensor, and method of manufacturing piezoelectric element |
| JP2010050388A (en) * | 2008-08-25 | 2010-03-04 | Sony Corp | Piezoelectric device, angular velocity sensor, electronic apparatus, and method of manufacturing piezoelectric device |
| JP2010192585A (en) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Nec Tokin Corp | Piezoelectric element |
| WO2014045914A1 (en) | 2012-09-19 | 2014-03-27 | 富士フイルム株式会社 | Piezoelectric device and method for using same |
| US9437801B2 (en) | 2012-09-19 | 2016-09-06 | Fujifilm Corporation | Piezoelectric device and method for using same |
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