特開 2023-135938 微小振動体、微小振動体の製造方法、微小振動体の加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023135938

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】微小振動体、微小振動体の製造方法、微小振動体の加工装置

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5691 20120101AFI20230922BHJP

   B23K 26/38 20140101ALI20230922BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20230922BHJP

   H01L 29/84 20060101ALI20230922BHJP

【ＦＩ】

G01C19/5691

B23K26/38 Z

B23K26/08 D

H01L29/84 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022041287

(22)【出願日】2022-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】稲垣 優輝

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 祐二

(72)【発明者】

【氏名】市橋 祐樹

【テーマコード（参考）】

2F105

4E168

4M112

【Ｆターム（参考）】

2F105AA02

2F105BB02

2F105BB15

2F105CC04

2F105CD03

2F105CD05

4E168AD07

4E168CB03

4E168CB07

4E168DA02

4E168DA23

4E168DA47

4E168HA01

4E168JA12

4E168JA14

4E168JA15

4M112AA02

4M112BA07

4M112CA03

4M112CA04

4M112DA03

4M112DA04

4M112DA09

4M112DA16

4M112EA02

4M112EA11

4M112EA13

4M112FA01

(57)【要約】

【課題】三次元曲面形状を有する曲面部を有し、曲面部のうちリムに平坦部を有しない微小振動体を簡便に形成する。
【解決手段】平坦部位２０３と、平坦部位に囲まれた内周部位であって、平坦部位の一面２０３ａから突出する半球形状を含む三次元曲面形状とされた曲面部位２０１と、を有する基材２０を用意する。この基材２０を吸着保持した状態で回転させつつ、曲面部位２０１のうち外側面２０１ａにレーザ光を照射し、曲面部位２０１を平坦部位２０３から分離する。
【選択図】図６Ｈ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平坦部位（２０３）と、三次元曲面形状とされ、前記平坦部位に囲まれた部位であって、前記平坦部位の一面（２０３ａ）から突出する曲面部位（２０１）と、を有する基材（２０）を用意することと、
前記曲面部位のうち外側面（２０１ａ）にレーザ光を照射し、前記曲面部位を前記平坦部位から分離することと、を含む、微小振動体の製造方法。

【請求項2】

前記曲面部位に前記レーザ光を照射することにおいては、
前記一面に対する法線方向から見たときの前記曲面部位の中心点（Ｐ１）を通り、かつ前記法線方向に沿った軸を中心軸（Ａ_Ｃ）として、前記基材のうち前記平坦部位を吸着することで、前記基材を保持しつつ、前記中心軸を回転軸として前記基材を回転させ、回転中の前記基材に前記レーザ光を照射する、請求項１に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項3】

前記基材のうち前記平坦部位を吸着することにおいては、真空吸着により行う請求項２に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項4】

前記基材を回転させることにおいては、プッシュ治具（６３）により回転状態の前記基材のうち前記外側面を押圧し、前記基材を回転させる回転機構（６２）の回転軸（Ａ_Ｒ）に向かって前記基材を吸着させたまま移動させ、回転状態の前記基材の前記中心軸と前記回転機構の前記回転軸とを一致させる、請求項３に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項5】

前記基材のうち前記平坦部位を吸着することにおいては、前記平坦部位の吸着により前記基材にかかる摩擦力を前記基材の回転により前記基材にかかる遠心力以上とする、請求項４に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項6】

前記プッシュ治具により前記外側面を押圧することにおいては、前記平坦部位の吸着により前記基材にかかる摩擦力よりも大きい力で前記外側面を押圧する、請求項４または５に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項7】

前記プッシュ治具により前記外側面を押圧することにおいては、前記基材の強度を越えない力で前記外側面を押圧する、請求項６に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項8】

前記曲面部位に前記レーザ光を照射することにおいては、
前記一面に対する法線方向から見たときの前記曲面部位の中心点（Ｐ１）を通り、かつ前記法線方向に沿った軸を中心軸として、前記基材を固定し、レーザ光照射部（６５）を移動させて、前記中心軸に対する周方向に沿って前記曲面部位に前記レーザ光を照射する、請求項１に記載の微小振動体の製造方法。

【請求項9】

微小振動体であって、
環状曲面形状の環状部を含む曲面部（２１）と、
前記曲面部のうち前記環状部を一部とする仮想半球の頂点に位置する部位から前記仮想半球の中心に向かって延設され、他の部材との接続部位である接続部（２２）と、を備え、
前記曲面部のうち前記接続部とは反対側の端部をリム（２１１）とし、前記リムのうち前記曲面部の外側面である表面（２ａ）と内側面である裏面（２ｂ）とを繋ぐ面を下面（２１１ａ）として、前記リムは、円筒形状であって、前記下面が周期的な凹凸形状を有する、微小振動体。

【請求項10】

前記接続部は、前記リムよりも突出している、請求項９に記載の微小振動体。

【請求項11】

平坦部位（２０３）と、前記平坦部位に囲まれた内周部位であって、前記平坦部位の一面（２０３ａ）から突出する半球形状を含む三次元曲面形状とされた曲面部位（２０１）と、を有する基材（２０）の前記平坦部位を吸着する吸着治具（６１）と、
前記吸着治具により吸着された前記基材を回転させる回転機構（６２）と、
前記回転機構により回転状態の前記基材のうち前記曲面部位の外側面（２０１ａ）に接触するヘッド（６３１）を有し、前記基材の回転軸を調整するプッシュ治具（６３）と、
前記曲面部位にレーザ光を照射し、前記基材を切断するレーザ光照射部（６５）と、を備える、微小振動体の加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元曲面形状を有する微小振動体およびその製造方法並びにその加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、車両の自動運転のシステム開発が進められており、この種のシステムでは、高精度の自己位置の推定技術が必要である。例えば、いわゆるレベル３の自動運転向けに、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systemの略）とＩＭＵ（Inertial Measurement Unitの略）とを備える自己位置推定システムの開発が進められている。ＩＭＵは、例えば、３軸のジャイロセンサと３軸の加速度センサから構成される６軸の慣性力センサである。将来的に、いわゆるレベル４以上の自動運転を実現するためには、現状よりもさらに高感度のＩＭＵが求められる。

【0003】

このような高感度のＩＭＵを実現するためのジャイロセンサとしては、ＢＲＧ（Bird-bath Resonator Gyroscopeの略）が有力視されており、ワイングラスモードで振動する略半球形状の三次元曲面を有する微小振動体が実装基板に搭載されてなる。この微小振動体は、振動の状態を表すＱ値が１０^６以上に達するため、従来よりも高感度が見込まれる。

【0004】

この種の微小振動体の製造方法としては、例えば特許文献１に記載のものが挙げられる。特許文献１に記載の微小振動体の製造方法は、ガラス基板を型に取り付けて加熱しつつ、減圧して略半球形状の三次元曲面形状を複数形成する。その後、冷却して複数の三次元曲面形状の曲面部位が複数形成されたガラス基板を別の型に取り付け、隣接する曲面部位の間に位置する平坦部分をレーザ加工により切断して分離し、個片化することで微小振動体が得られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】中国特許出願公開第１１０７４９３１５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の方法で製造された微小振動体は、略椀状の曲面部のうちレーザ加工による分離部分側の端部に平坦部が残った形状、すなわちリムの先端部分にフランジを有する形状となる。曲面部のリムに残ったフランジは、曲面部の振動の妨げとなることに起因するＱ値の低下原因や、外側面および内側面を覆う表面電極を形成する際における成膜の妨げとなる。

【0007】

また、他の微小振動体の製造方法としては、上記と同様の方法で三次元曲面形状の曲面部をガラス基板に形成した後、当該ガラス基板を治具に取り付けて樹脂封止を行い、治具および樹脂ごとガラス基板のうち曲面部の外周部分の平坦部を研削除去する手法もある。しかし、この場合、曲面部のリムにフランジを有しない微小振動体を製造できるものの、工程数が多くなる上、樹脂封止工程やその後の研削工程においてガラス基板が破損しやすく、歩留まりが低下してしまう。

【0008】

本発明は、上記の点に鑑み、三次元曲面形状を有する曲面部のリムに平坦部を持たずとも簡便に形成可能な微小振動体およびその製造方法並びにその加工装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の微小振動体の製造方法は、平坦部位（２０３）と、三次元曲面形状とされ、平坦部位に囲まれた部位であって、平坦部位の一面（２０３ａ）から突出する曲面部位（２０１）と、を有する基材（２０）を用意することと、曲面部位のうち外側面（２０１ａ）にレーザ光を照射し、曲面部位を平坦部位から分離することと、を含む。

【0010】

この製造方法では、三次元曲面を有する基材を用意した後、曲面部位の外側面にレーザ光を照射し、平坦部位と三次元曲面部位とを切断分離して微小振動体が得られる。そのため、三次元曲面部位にフランジ形状が残らない構造の微小振動体が得られると共に、樹脂封止やその後の研削・研磨工程が不要となり、歩留まりが向上する。

【0011】

請求項９に記載の微小振動体は、環状曲面形状の環状部を含む曲面部（２１）と、曲面部のうち環状部を一部とする仮想半球の頂点に位置する部位から仮想半球の中心に向かって延設され、他の部材との接続部位である接続部（２２）と、を備え、曲面部のうち接続部とは反対側の端部をリム（２１１）とし、リムのうち曲面部の外側面である表面（２ａ）と内側面である裏面（２ｂ）とを繋ぐ面を下面（２１１ａ）として、リムは、円筒形状であって、下面が周期的な凹凸形状を有する。

【0012】

この微小振動体は、三次元曲面形状の曲面部と、曲面部から三次元曲面のなす仮想半球の中心に向かって延設される接続部とを備え、曲面部のうち接続部とは反対側の端部であるリムが円筒形状とされ、フランジを有しない。また、リムのうち曲面部の表面と裏面とを繋ぐ下面は、周期的な凹凸形状を有する。これにより、フランジを有する形状であることに起因する、振動のＱ値の低下抑制および表面電極を形成する際における成膜の妨げ抑制が両立した構造の微小振動体となる。

【0013】

請求項１１に記載の微小振動体の加工装置は、平坦部位（２０３）と、平坦部位に囲まれた内周部位であって、平坦部位の一面（２０３ａ）から突出する半球形状を含む三次元曲面形状とされた曲面部位（２０１）と、を有する基材（２０）の平坦部位を吸着する吸着治具（６１）と、吸着治具により吸着された基材を回転させる回転機構（６２）と、回転機構により回転状態の基材のうち曲面部位の外側面（２０１ａ）に接触するヘッド（６３１）を有し、基材の回転軸を調整するプッシュ治具（６３）と、曲面部位にレーザ光を照射し、基材を切断するレーザ光照射部（６５）と、を備える。

【0014】

この加工装置は、三次元曲面部位と平坦部位とを有する基材を回転機構により吸着保持・回転させつつ、プッシュ治具により基材の回転軸を調整し、レーザ光を曲面部位に照射して、基材を切断することで微小振動体の加工を行う。これにより、三次元曲面形状とされつつ、フリンジを有しない構造の微小振動体を得つつ、従来の樹脂封止や研削・研磨工程が不要となるため、歩留まりが向上する。

【0015】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態に係る微小振動体を備える慣性センサの一例を示す斜視断面図である。

【図2】実施形態に係る微小振動体の一例を示す断面図である。

【図3】図１のIII-III間の断面構成を示す断面図である。

【図4A】微小振動体の三次元曲面形状の形成工程のうち部材の用意工程を示す図である。

【図4B】図４Ａに続く工程を示す図である。

【図5】微小振動体の加工装置を示す斜視図である。

【図6A】図４Ｂに続く微小振動体の製造工程を示す図である。

【図6B】図６ＡのVIB-VIB間の断面を示す断面図である。

【図6C】図６Ｂに続く微小振動体の製造工程において基材にかかる摩擦力および遠心力を説明するための説明図である。

【図6D】図６Ｂに続く微小振動体の製造工程において基材の中心軸と回転機構の回転軸とがずれている場合の一例を示す図である。

【図6E】図６Ｄの工程を別の角度から見た様子を示す図である。

【図6F】図６Ｅに相当する図であって、図６Ｅに続く微小振動体の製造工程を示す図である。

【図6G】図６Ｅに相当する図であって、図６Ｆに続く微小振動体の製造工程を示す図である。

【図6H】図６Ｇに続く微小振動体の製造工程を示す図である。

【図7】図６Ｇの工程により形成された微小振動体のリム下面のＳＥＭ（Scanning Electron Microscopeの略）観察結果を示す図である。

【図8】微小振動体の変形例を示す図であって、図２に相当する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

【0018】

（実施形態）
実施形態に係る微小振動体２を備える慣性センサ１について、図面を参照して説明する。

【0019】

図１では、慣性センサ１の構成を分かり易くするため、慣性センサ１のうち後述する下部基板４、上部基板５および微小振動体２の一部を省略しつつ、微小振動体２の断面構成を部分的に示している。図３では、慣性センサ１の構成を分かり易くするため、別断面に位置する後述の電極部５３および電極膜５３１の外郭を破線で示している。

【0020】

以下、説明の便宜上、図１に示すように、実装基板３のなす平面方向の一方向を「ｘ方向」と、同平面上においてｘ方向に直交する方向を「ｙ方向」と、ｘｙ平面に対する法線方向を「ｚ方向」と、それぞれ称する。図２以降の図中のｘ、ｙ、ｚ方向は、図１のｘ、ｙ、ｚ方向にそれぞれ対応するものである。また、本明細書における「上」とは、図中のｚ方向に沿った方向であって、矢印側を意味し、「下」とは上の反対側を意味する。さらに、本明細書では、ｚ方向上側から慣性センサ１、微小振動体２あるいは実装基板３を見た状態を「上面視」と称することがある。

【0021】

実施形態に係る微小振動体２は、例えば図１に示すように、実装基板３に搭載され、ＢＲＧのようにジャイロセンサ等の慣性センサを構成するのに用いられると好適であるが、クロックデバイス等の他の用途にも採用されうる。本明細書では、ＢＲＧの構成部材とされる場合を代表例として説明するが、この用途に限定されるものではない。

【0022】

〔慣性センサ〕
まず、微小振動体２を有する慣性センサ１の一例について説明する。慣性センサ１は、例えば図１に示すように、微小振動体２と、実装基板３とを備え、微小振動体２の一部が実装基板３に接合されてなる。慣性センサ１は、ワイングラスモードで振動することが可能な薄肉の微小振動体２の曲面部２１と実装基板３のうち複数の電極部５３との間における静電容量の変化に基づいて、慣性センサ１に印加された角速度を検出する構成となっている。

【0023】

微小振動体２は、例えば図２に示すように、略半球形状の三次元曲面の外形を含む曲面部２１と、曲面部２１のなす仮想半球の頂点側から当該半球の中心側に向かうように延設された接続部２２とを備える。接続部２２は、実装基板３等の他の部材と接続される接続部位であり、例えば、有底筒状の凹部となっているが、これに限定されず、略柱状であってもよい。微小振動体２は、例えば、曲面部２１が椀状の三次元曲面を有し、その振動のＱ値が１０^５以上となっている。

【0024】

曲面部２１のうち接続部２２とは反対側の端部をリム２１１として、リム２１１は、例えば、略円筒形状とされる。なお、ここでいう略円筒形状とは、リム２１１の外側面および内側面の上端から下端までの径が同一の円筒形状だけでなく、当該上端から下端までの径が変動する筒形状も含む。言い換えると、曲面部２１は、環状曲面形状の環状部とされたリム２１１を有する構成となっている。微小振動体２は、実装基板３に搭載された際に、リム２１１が、表面２ａ側が実装基板３のうち複数の電極部５３と向き合うと共に、複数の電極部５３の間隔が等間隔となるように搭載される。微小振動体２は、実装基板３への実装時において、リム２１１を含む曲面部２１が他の部材とは接触しない中空状態になる部位である。微小振動体２は、実装基板３に搭載されたとき、中空状態のリム２１１がワイングラスモードで振動可能な構造となっている。リム２１１は、微小振動体２を構成する基材の三次元曲面部位をレーザ光照射により切断加工することで形成されており、フランジを有しない形状となっている。この微小振動体２の製造方法については後述する。微小振動体２は、略半球形状あるいは略椀形状とされ、かつリム２１１にフランジを有しない曲面部２１と、曲面部２１のうち上面視にて中心に位置する箇所から内側面に向かって延設された有底筒状もしくは略柱状の接続部２２を有する構成である。

【0025】

微小振動体２は、例えば、図２や図３に示すように、外径が大きいほうの面を表面２ａとし、その反対面を裏面２ｂとして、この両面の一部または全部を覆う表面電極２３を有する。微小振動体２は、接続部２２のうち裏面２ｂ側の面が実装基板３と向き合う実装面２２ｂとなっている。微小振動体２は、例えば、接続部２２の底面のうち実装面２２ｂとは反対の面が微小振動体２の吸着搬送に用いられる吸着面２２ａとなっている。

【0026】

表面電極２３は、例えば、限定するものではないが、下地側からＣｒ（クロム）あるいはＴｉ（チタン）と、Ａｕ（金）やＰｔ（白金）等の任意の導電性材料との積層膜で構成される。表面電極２３は、例えば、スパッタリングや蒸着等の真空成膜法により微小振動体２の表面２ａおよび裏面２ｂに成膜される。表面電極２３は、例えば、少なくとも実装面２２ｂおよびリム２１１の表面２ａに成膜され、これらの部位が電気的に接続される構成となっている。表面電極２３は、微小振動体２の表裏面の全域を覆うベタ形状であってもよいし、前述の構成となるようにパターニングされ、表裏面の一部を覆うパターン形状であってもよい。微小振動体２は、例えば、表面電極２３のうち接続部２２の実装面２２ｂを覆う部分が、ＡｕＳｎ（金錫）などの導電性材料によりなる接合部材５２を介して実装基板３に接続される。

【0027】

微小振動体２は、例えば、石英、ホウケイ酸ガラスなどの添加物含有のガラス、金属ガラス、シリコンやセラミック等の材料であって、レーザ加工可能な材料で構成される。なお、微小振動体２は、三次元曲面形状とされた曲面部２１および接続部２２を形成でき、ワイングラスモードでの振動が可能なものであればよく、前述の材料例に限定されない。微小振動体２は、例えば、後述する形成工程により、上記した材料で構成された薄肉基材を加工して形成されることで、曲面部２１および接続部２２の厚みが１０μｍ～１００μｍといった具合のマイクロメートルオーダーの薄肉部材となっている。微小振動体２は、例えば、実装基板３の厚み方向に沿った方向を高さ方向として、高さ方向の寸法が２．５ｍｍ、リム２１１の表面２ａ側の外径が５ｍｍといったミリサイズの形状となっている。

【0028】

実装基板３は、例えば図１に示すように、下部基板４と、上部基板５とを備え、これらが接合された構成となっている。例えば、実装基板３は、絶縁材料のホウケイ酸ガラスにより構成された下部基板４にエッチング加工および配線成膜を施した後、半導体材料のＳｉ（シリコン）により構成された上部基板５を下部基板４に陽極接合し、パターニングを行うことで得られる。実装基板３は、例えば、上部基板５の側に、複数の内枠部５１と、内枠部５１を囲むように互いに離れて配置された複数の電極部５３と、複数の電極部５３から離れてこれらを囲む外枠部５４とを備える。また、実装基板３は、下部基板４側に、例えば、内枠部５１と複数の電極部５３とを隔てつつ、複数の内枠部５１を囲む円環形状のエッチング溝４１と、エッチング溝４１の内側と外側とを跨ぐ複数のブリッジ配線４２とを備える。

【0029】

エッチング溝４１は、例えば、図３に示すように、内枠部５１と複数の電極部５３との間に設けられる溝であり、ウェットエッチングにより形成される。エッチング溝４１は、微小振動体２のリム２１１の外径に対応する寸法とされ、微小振動体２を実装基板３に実装したときに、リム２１１を実装基板３に接触させないために設けられる。

【0030】

ブリッジ配線４２は、例えばＡｌ（アルミニウム）等の導電性材料により構成されると共に、複数の電極部５３の間を通過する配置とされ、複数の電極部５３とは電気的に独立している。ブリッジ配線４２は、例えば、複数設けられると共に、下部基板４においてエッチング溝４１を跨ぎつつ、一端側が内枠部５１に、他端が外枠部５４にそれぞれ接続されており、これらを電気的に接続している。これにより、実装基板３は、外枠部５４、ブリッジ配線４２および内枠部５１を介して、微小振動体２の表面電極２３に電圧印加が可能となっている。

【0031】

内枠部５１は、例えば、下部基板４に陽極接合された上部基板５にＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etchingの略）などのドライエッチングを行うことで、複数の電極部５３、外枠部５４と共に形成される。内枠部５１は、例えば、上面視にて円環形状とされ、その囲まれた領域内に微小振動体２の接続部２２を挿入、あるいは嵌合が可能な構成とされる。例えば、実装基板３のうち内枠部５１に囲まれた領域に接合部材５２を配置した後、接合部材５２上に微小振動体２の接続部２２をマウントして、加熱・固化することで、実装基板３に微小振動体２が搭載される。

【0032】

複数の電極部５３は、互いに離れて配置されると共に、例えば図３に示すように、それぞれ上面に電極膜５３１が形成されている。複数の電極部５３は、例えば、電極膜５３１に図示しないワイヤが接続され、図示しない外部の回路基板等と電気的に接続されることで、その電位の制御が可能となっている。複数の電極部５３は、いずれも、微小振動体２が搭載されたとき、微小振動体２のリム２１１と所定の距離を隔てた状態となり、それぞれが微小振動体２とキャパシタを形成する。つまり、実装基板３は、複数の電極部５３を介して、微小振動体２との間の静電容量を検出したり、微小振動体２との間に静電引力を生じさせ、微小振動体２をワイングラスモードで振動させたりすることが可能となっている。

【0033】

外枠部５４は、例えば、上面視にて、内枠部５１およびこの周囲に配置された複数の電極部５３を囲む１つの枠体形状とされる。外枠部５４は、例えば、上面にＡｌ等によりなる電極膜５４１を少なくとも１つ備え、電極膜５４１に図示しないワイヤが接続される。

【0034】

以上が、微小振動体２を備える慣性センサ１の基本的な構成である。上記の慣性センサ１は、あくまで一例であり、微小振動体２が搭載される実装基板３については、ブリッジ配線４２、内枠部５１、電極部５３および外枠部５４の数、形状、寸法や配置等が適宜変更されてもよい。

【0035】

〔微小振動体の製造方法〕
次に、微小振動体２の製造方法について説明するが、まず、微小振動体２のうち三次元曲面の加工工程について説明する。

【0036】

例えば図４Ａに示すように、リフロー材料で構成された基材として石英板２０、三次元曲面形状を形成するための型Ｍおよび型Ｍを冷却するための冷却体Ｃを用意する。なお、基材を構成するリフロー材料は、石英に限定されるものではない。型Ｍは、例えば、石英板２０に三次元曲面形状を形成する際のスペースとなる凹部Ｍ１と、凹部Ｍ１の中心において、凹部Ｍ１の深さ方向に沿って延設され、加工時に石英板２０の一部を支える支柱部Ｍ２とを備える。型Ｍは、凹部Ｍ１の底面に減圧用の貫通孔Ｍ１１が形成されている。冷却体Ｃは、型Ｍが嵌め込まれる嵌め込み部Ｃ１と、嵌め込み部Ｃ１の底面に排気用の排気口Ｃ１１とを備え、石英板２０を加工する際に型Ｍを冷却する役割を果たす。石英板２０は、型Ｍの凹部Ｍ１の全域を覆うように配置される。

【0037】

続けて、例えば図４Ｂに示すように、石英板２０に向けてトーチＴから火炎Ｆを吹きかけ、石英板２０を溶融させる。このとき、型Ｍの凹部Ｍ１は、図示しない真空機構により冷却体Ｃの排気口Ｃ１１を通じて真空引きされている。これにより、石英板２０のうち溶融した部分は、凹部Ｍ１の底面に向かって引き延ばされると共に、その中心周辺領域が支柱部Ｍ２により支えられた状態となる。その後、石英板２０の加熱をやめて冷却することで、石英板２０は、略半球形の三次元曲面形状とされた曲面部位２０１と、支柱部Ｍ２で支えられることで曲面部位２０１の中心近傍で凹む形状となった凹部位２０２とが形成される。また、石英板２０は、凹部Ｍ１の外側に位置する部分が、曲面部位２０１の外周端に位置し、平坦形状とされた平坦部位２０３であり、平坦部位２０３に囲まれた内周部位が曲面部位２０１である構成である。なお、石英板２０の加熱方式については、上記の例に限定されるものではなく、放射、輻射、伝熱、対流や誘導加熱などの任意の方式が採用されうる。

【0038】

次いで、型Ｍの凹部Ｍ１を常圧に戻して加工後の石英板２０を型Ｍから取り外し、加工後の石英板２０を例えば図５に示す加工装置６に取り付ける。

【0039】

ここで、加工装置６並びに加工装置６を用いた石英板２０の加工工程について、図５ないし図６Ｈを参照して説明する。

【0040】

図６Ａ～図６Ｈでは、見易くするため、後述する吸着治具６１が取り付けられる回転機構６２およびその他の機構を省略している。図６Ｅ～図６Ｇでは、見易くするため、石英板２０についてはその曲面部位２０１の外郭およびその中心軸Ａ_Ｃのみを示すと共に、これを吸着保持する吸着治具６１を省略している。図６Ｅ、図６Ｆでは、回転状態における石英板２０の曲面部位２０１の外郭を破線で示すと共に、回転機構６２の回転軸Ａ_Ｒに対して公転回転をする曲面部位２０１の最外郭の軌道を二点鎖線で示している。図６Ｃ、図６Ｆ、図６Ｇでは、後述する力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の作用する向きを白抜き矢印で示している。

【0041】

加工装置６は、例えば、図５に示すように、石英板２０を吸着保持するための吸着治具６１と、回転機構６２と、プッシュ治具６３と、プッシュ治具６３の台座６４と、レーザ光照射部６５とを備える。加工装置６は、吸着治具６１で石英板２０を保持しつつ、回転機構６２により石英板２０を回転させることが可能となっている。加工装置６は、例えば、台座６４が高さ調整ネジ６４１、プッシュ量調整ネジ６４２および水平調整ネジ６４３により、その高さ位置、プッシュ量および水平の度合いがそれぞれ調整可能である。これにより、加工装置６は、吸着治具６１に対するプッシュ治具６３の相対位置を調整して、プッシュ治具６３で回転中の石英板２０を押すことで、吸着治具６１における石英板２０の位置調整ができる。このプッシュ治具６３による石英板２０の位置調整についての詳細は後述する。加工装置６は、回転機構６２の回転軸に対する石英板２０の位置を調整した後に、レーザ光照射部６５により回転中の石英板２０の曲面部位２０１にレーザ光を照射し、切断加工を行うことができる構成である。

【0042】

なお、台座６４の「高さ位置」とは、例えば図５に示すように、台座６４のうちプッシュ治具６３が取り付けられた取り付け面６４ａに対する法線方向に沿った方向を高さ方向Ｄ１として、高さ方向Ｄ１における台座６４の位置を指す。台座６４の「プッシュ量」とは、取り付け面６４ａのなす平面における一方向であって、台座６４から回転機構６２の回転軸に向かう方向を押し出し方向Ｄ２として、プッシュ量調整ネジ６４２による調整前後の台座６４の押し出し方向Ｄ２での移動量を指す。台座６４の「水平の度合い」とは、取り付け面６４ａの水平度合いを意味する。

【0043】

吸着治具６１は、例えば図６Ａや図６Ｂに示すように、用意した基材（石英板２０）を保持するための吸着孔６１１を備える。吸着治具６１は、例えば、吸着孔６１１が図示しない真空機構に接続され、吸着孔６１１により石英板２０のうち平坦部位２０３を真空吸着により保持可能な構成となっている。また、吸着治具６１は、ネジ止め等の任意の方法で回転機構６２に取り付けられており、石英板２０を真空吸着したまま回転機構６２により回転可能となっている。

【0044】

このとき、吸着治具６１は、例えば図６Ｃに示すように、吸着により石英板２０と吸着治具６１との間に生じる摩擦力をＦ１とし、回転により石英板２０にかかる遠心力をＦ２として、Ｆ１≧Ｆ２となるように石英板２０を吸着する。なお、Ｆ１、Ｆ２は、以下の式で表される。

【0045】

Ｆ１＝ｍ（ｒ２πｎ）２／ｒ・・・（１）
Ｆ２＝μＮ・・・（２）
（１）式におけるπ、ｍ、ｒ、ｎは、それぞれ、円周率、石英板２０の質量（単位：ｋｇ）、石英板２０の回転半径（単位：ｍ）、石英板２０の回転数（単位：ｓ^－１）である。（２）式におけるμ、Ｎは、それぞれ、石英板２０と吸着治具６１との静摩擦係数、石英板２０にかかる垂直抗力（単位：Ｎ）である。

【0046】

回転機構６２は、例えば、モータであり、吸着治具６１を回転させる。回転機構６２による石英板２０の回転数ｒについては、Ｆ１≧Ｆ２となるように適宜調整される。

【0047】

プッシュ治具６３は、回転状態の石英板２０のうち曲面部位２０１の外側面２０１ａに当接するヘッド６３１を有し、回転機構６２の回転軸Ａ_Ｒに対する石英板２０の位置調整に用いられる治具である。

【0048】

具体的には、吸着治具６１の吸着面６１ａに対する法線方向から見たときの回転機構６２の回転軸Ａ_Ｒと石英板２０の曲面部位２０１の中心軸Ａ_Ｃとが、例えば図６Ｄに示すように、ずれているとする。なお、ここでいう曲面部位２０１の中心軸Ａ_Ｃとは、曲面部位２０１が形成された石英板２０を平坦部位２０３の一面２０３ａに対する法線方向から見て、当該法線方向に沿った軸であって、曲面部位２０１の中心に位置する中心点Ｐ１を通るものをいう。

【0049】

回転機構６２の回転軸Ａ_Ｒと石英板２０の曲面部位２０１の中心軸Ａ_Ｃとがずれた状態で、石英板２０を回転させると、例えば図６Ｅに示すように、石英板２０は、中心軸Ａ_Ｃが回転軸Ａ_Ｒに対して公転回転することとなる。この状態では、石英板２０にかかる遠心力が大きい上、後述するレーザ光照射による曲面部位２０１と平坦部位２０３との分離工程においてレーザ光照射の焦点距離が変動し、支障が生じてしまう。そこで、プッシュ治具６３により回転状態の石英板２０を押すことで、吸着治具６１における吸着位置を変え、石英板２０の中心軸Ａ_Ｃを回転機構６２の回転軸Ａ_Ｒと一致させる処理を行う。

【0050】

以下、本明細書では、例えば図６Ｄから図６Ｇまでに示す一連の工程であって、石英板２０のうち曲面部位２０１の中心軸Ａ_Ｃを回転機構６２の回転軸Ａ_Ｒと一致させる処理工程を便宜上「芯出し工程」と称する。

【0051】

より具体的には、芯出し工程では、例えば、プッシュ量調整ネジ６４２によりプッシュ治具６３を移動させ、図６Ｆに示すように、樹脂材料などの任意の材料で構成されたヘッド６３１の一面で回転中の石英板２０の外側面２０１ａを回転軸Ａ_Ｒ側に向かって押す。このとき、ヘッド６３１により石英板２０の曲面部位２０１を押すときの力をＦ３として、Ｆ３は、摩擦力Ｆ２より大きく、かつ曲面部位２０１の強度を超えない範囲内とされる。これにより、石英板２０は、吸着治具６１に保持されたまま、曲面部位２０１の中心軸Ａ_Ｃが回転機構６２の回転軸Ａ_Ｒに近づくように吸着面６１ａで徐々に移動する。そして、ヘッド６３１で石英板２０を回転軸Ａ_Ｒに向かってさらに押すことで、最終的には、例えば図６Ｇに示すように、曲面部位２０１の中心軸Ａ_Ｃと回転機構６２の回転軸Ａ_Ｒとが一致した状態となる。その結果、石英板２０は、曲面部位２０１の中心軸Ａ_Ｃを回転軸として回転した状態となり、曲面部位２０１にかかる遠心力が低減され、回転状態が安定する。

【0052】

なお、芯出し工程は、例えば、図示しないカメラ等の撮像装置によって石英板２０の回転状態を確認しながら、中心軸Ａ_Ｃと回転軸Ａ_Ｒとが略一致するまでプッシュ治具６３の位置を調整することで行われうる。これにより、回転軸Ａ_Ｒに対する石英板２０の位置調整後に、次のレーザ光照射部６５によるレーザ加工にスムーズに移行することができ、加工時間を短縮することができる。

【0053】

レーザ光照射部６５は、所定の波長のレーザ光を所定のスポット径で断続的に照射可能なレーザ装置であり、例えば、ＣＯ_２レーザなどのように赤外線領域（例えば波長１μｍ～１ｍｍ）のレーザ光を照射するものとされうる。レーザ光照射部６５は、例えば、フェムト秒レーザなどのように紫外線から近赤外線の領域（例えば波長０．３μｍ～１μｍ）のレーザ光を照射するものであってもよく、微小振動体２を構成するリフロー材料に応じて適宜変更されうる。

【0054】

レーザ光照射部６５は、例えば図６Ｈに示すように、芯出し工程後、回転状態の石英板２０のうち曲面部位２０１にレーザ光を断続的に照射する。この工程を繰り返すことで、石英板２０は、回転軸Ａ_Ｒを軸とする周方向に沿って曲面部位２０１が切断され、平坦部位２０３と曲面部位２０１とが分離されることとなる。このレーザ光照射による切断加工によって石英板２０から分離した部分が実施形態に係る微小振動体２となる。微小振動体２は、リム２１１が上記のレーザ光による切断工程により形成されるため、リム２１１の外側面に、中心軸Ａ_Ｃを軸とする径方向あるいは外側面に対して交差する方向に突き出すフランジが存在しない形状である。

【0055】

まとめると、微小振動体２のうち曲面部２１の三次元曲面形状および接続部２２については、図４Ａ、４Ｂに示すように、リフロー材料で構成された基材を型Ｍにセットし、加熱軟化させ、減圧処理を行うことで形成される。そして、曲面部位２０１、凹部位２０２および平坦部位２０３が形成された当該基材を、図６Ｄ～図６Ｈに示すように吸着固定して回転させ、回転軸に対する位置調整をした後に、レーザ加工を行うことで、曲面部２１のリム２１１がフランジを有しない構成となる。その後、スパッタリング等により表面および裏面に表面電極２３を形成することで、微小振動体２を製造することができる。

【0056】

これにより、フランジ部分を除去するための従来の樹脂封止および研削工程が不要となり、簡便に、リム２１１にフランジを有しない曲面部２１を形成することができ、微小振動体２の製造における歩留まりが向上する効果が得られる。また、リム２１１がフランジを有しないため、微小振動体２に表面電極２３を形成する際にフランジによる成膜の阻害が生じず、表面電極２３の成膜が安定する効果も得られる。

【0057】

なお、微小振動体２のうちレーザ光照射により形成される切断面、すなわちリム２１１のうち表面２ａと裏面２ｂとを繋ぐ面である下面２１１ａは、例えば図７に示すように、周期的な凹凸形状を有する波打ち形状となっている。この凹凸形状は、例えば、凸部と凹部との高低差がナノメートルもしくはマイクロメートルオーダー、凸部または凹部の幅が数μｍ～数十μｍとされ、凸部と凹部とが繰り返し配列された構成となっている。この凹凸形状は、レーザ光照射による切断を断続的に繰り返し行ったことに起因する。

【0058】

リム２１１の下面２１１ａの凹凸形状における凸部と凹部との高低差、および凸部もしくは凹部の幅については、例えば、レーザ光の１回の照射時間、１秒間当たりの照射数、波長やエネルギー密度などの照射条件を変更することで調整可能である。微小振動体２は、リム２１１の下面２１１ａにおける上記の高低差および幅を調整することで、振動子としての共振周波数を所定の値に維持しつつ、振動のＱ値を所望の値に設計可能な構成となっている。また、微小振動体２を搭載する実装基板３のうちリム２１１と対向する複数の電極部５３を、下部基板４のうちリム２１１の下面２１１ａと対向する部分に配置した構成とした場合、電極部とリム２１１との対向面積ひいては静電容量を増加させることができる。

【0059】

実施形態によれば、三次元曲面を有する基材を吸着保持した状態で回転させ、基材のうち曲面部位２０１の中心軸Ａ_Ｃを回転機構６２の回転軸Ａ_Ｒに一致させた後、曲面部位２０１へのレーザ加工により平坦部位２０３と切断分離して微小振動体２が得られる。そのため、三次元曲面部位にフランジ形状が残らない構造の微小振動体２が得られると共に、樹脂封止やその後の研削・研磨工程が不要となる上、表面電極２３の成膜が安定するため、歩留まりが向上する。また、リム２１１の下面２１１ａが周期的な凹凸形状であるため、この凹凸の高低差や幅の調整によって共振周波数を変えずに、所望のＱ値に設計可能な微小振動体２となる。

【0060】

（変形例）
微小振動体２は、例えば図８に示すように、リム２１１の下面２１１ａが接続部２２の実装面２２ｂよりもｚ方向の上側に位置する構成とされうる。言い換えると、微小振動体２は、接続部２２がリム２１１よりも突出した構成となっている。この微小振動体２は、三次元曲面を形成した後に樹脂封止・研削加工を行う従来の方法では製造することができないが、上記実施形態の製造方法において、図６Ｈに示すレーザ光照射部６５によるレーザ照射位置を変更することにより容易に製造される。

【0061】

本変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる微小振動体２となる。また、リム２１１よりも接続部２２が突出した構成とされることで、リム２１１の長さが相対的に短くなり、意図しない不要な振動が生じる共振周波数を上げることで、外乱振動に強い構造となる効果が得られる。さらに、リム２１１の下面２１１ａのｚ方向における位置が接続部２２の実装面２２ｂよりも上であるため、実装基板３にエッチング溝４１を形成する必要がなくなり、実装基板３の設計の自由度が高くなる効果も得られる。

【0062】

（他の実施形態）
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【0063】

（１）例えば、上記実施形態では、加工装置６としてプッシュ治具６３のヘッド６３１が略四角形板状である例について説明したが、これに限定されるものではない。ヘッド６３１は、芯出し工程が可能な形状であればよく、基材（例えば石英板２０）の曲面部位２０１に当接する面が曲面部位２０１の外径に対応する曲面形状であってもよい。また、ヘッド６３１は、曲面部位２０１に当接する部分が他の部位より突出した突起部とされた構成であってもよく、この場合、曲面部位２０１に過剰な力Ｆ３がかからないように、突起部が所定以上の力が加わった場合に基部に引っ込む構成であってもよい。このように、ヘッド６３１の形状や構成については、基材のうち曲面部位２０１の外径や強度等に応じて、適宜変更されてもよい。

【0064】

（２）図５では、加工装置６の台座６４の高さ、プッシュ量および水平度合い（以下、これらを総称して単に「高さ等」という）が各ネジ６４１～６４３により手動で調整可能な構成である例について示しているが、これに限定されるものではない。例えば、加工装置６は、任意の機械的な機構により自動で台座６４あるいはプッシュ治具６３の高さ等が調整可能な構成であってもよい。

【0065】

（３）上記実施形態では、レーザ光照射部６５を固定し、基材（例えば石英板２０）を回転させることで曲面部位２０１および凹部位２０２と他の部位とを切断分離する例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、基材を固定した状態で、レーザ光照射部６５を移動させ、基材の中心軸ＡＣに対する周方向に沿って曲面部位２０１にレーザ光を照射することにより、曲面部位２０１および凹部位２０２と他の部位とを切断分離してもよい。この場合、加工装置６は、例えば、レーザ光照射部６５を基材の曲面部位の周囲を周方向に沿って移動させる図示しない移動機構を有した構成とされる。

【0066】

（４）なお、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0067】

２ａ・・・（微小振動体の）表面、２ｂ・・・（微小振動体の）裏面、２０・・・基材、
２０１・・・曲面部位、２０１ａ・・・外側面、２０３・・・平坦部位、
２０３ａ・・・一面、２１・・・曲面部、２１１・・・リム、２０１ａ・・・下面
２２・・・接続部、６１・・・吸着治具、６２・・・回転機構、６３・・・プッシュ治具、
６３１・・・ヘッド、６５・・・レーザ光照射部、Ａ_Ｃ・・・曲面部位の中心軸、
Ａ_Ｒ・・・回転機構の回転軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図6F】

【図6G】

【図6H】

【図7】

【図8】