JP2006270465A - Method for adjusting frequency characteristics of piezoelectric vibrator - Google Patents
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Abstract
【課題】 特別なパッケージや実装基板を必要とせずに圧電振動板面における周波数調整を正確かつ効率的に行い、特性の良好な圧電振動子を提供する。
【解決手段】 圧電振動板1は矩形平板状のATカット水晶振動板からなり、その表裏面の中央領域に平面視矩形状の励振電極膜2,3が形成され、、また電極厚肉部2a,3aが形成されている。この電極厚肉部2a,3aは圧電振動板の厚さに最大バラツキが生じた場合でも、必ず当該電極厚肉部が周波数特性調整対象となるような厚さに設定され、調整領域となっている。当該領域に対しイオンミリング法により周波数特性調整を行う。
【選択図】 図5
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric vibrator having good characteristics by accurately and efficiently adjusting a frequency on a piezoelectric diaphragm without requiring a special package or a mounting substrate.
A piezoelectric diaphragm 1 is made of an AT-cut quartz diaphragm having a rectangular flat plate shape, and excitation electrode films 2 and 3 having a rectangular shape in plan view are formed in the center region of the front and back surfaces thereof, and an electrode thick portion 2a. , 3a are formed. The electrode thick portions 2a and 3a are always set to such a thickness that the electrode thick portion is a frequency characteristic adjustment target even when the maximum variation in the thickness of the piezoelectric diaphragm occurs, and this is an adjustment region. Yes. Frequency characteristics are adjusted for the region by ion milling.
[Selection] Figure 5
Description
本発明は、例えば電圧制御型圧電発振器(VCXO)に用いる圧電振動子に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric vibrator used in, for example, a voltage controlled piezoelectric oscillator (VCXO).
ATカット水晶板等の厚み振動系圧電振動板を用いた圧電振動子は、一般に圧電振動板の表裏面に一対の励振電極を正対向して形成し、当該励振電極に交流電圧を印加する構成である。このような圧電振動子の諸特性は励振電極の構成に依存する。例えば大きなサイズの電極を用いることにより励振領域を広くし、直列共振抵抗を改善したり、周波数可変量を広くすることができる。 A piezoelectric vibrator using a thickness vibration type piezoelectric vibration plate such as an AT-cut quartz plate generally has a configuration in which a pair of excitation electrodes are formed on the front and back surfaces of the piezoelectric vibration plate so as to face each other and an AC voltage is applied to the excitation electrode. It is. Various characteristics of such a piezoelectric vibrator depend on the configuration of the excitation electrode. For example, by using a large size electrode, the excitation region can be widened, the series resonance resistance can be improved, and the frequency variable amount can be widened.
また圧電振動子の諸特性は圧電振動板の特性にも大きく依存する。例えば圧電振動板は加工条件あるいは加工バラツキにより、板面の平面平行度が均一でない場合があり、このような場合スプリアス振動を強く励振させ、圧電振動子としての特性を悪化させることがあった。このような問題は外部電圧を変化させることにより主振動周波数を可変する電圧制御型圧電発振器においては、周波数を大きく可変させる場合に顕著に現れることがある。すなわち、主振動周波数の可変は前述のスプリアス振動とのカップリングを起こす可能性が高くなり、周波数のジャンプ現象が生じたり、発振が不安定になるという不具合が発生することがあった。 Various characteristics of the piezoelectric vibrator greatly depend on characteristics of the piezoelectric diaphragm. For example, a piezoelectric diaphragm may not have uniform plane parallelism due to processing conditions or processing variations. In such a case, spurious vibrations are strongly excited, and the characteristics as a piezoelectric vibrator may be deteriorated. Such a problem may be noticeable when the frequency is greatly varied in a voltage controlled piezoelectric oscillator that varies the main vibration frequency by changing the external voltage. That is, when the main vibration frequency is changed, there is a high possibility that the coupling with the above-described spurious vibration occurs, and there is a problem that the frequency jump phenomenon occurs or the oscillation becomes unstable.
図13および図14は板厚の平面平行度によってスプリアス振動を励振させる状態を示す図である。図13(a)は圧電振動板7に励振電極71,72が形成された状態を示す模式的断面図であり、板厚t1=t2の場合すなわち板面の平面平行度がとれている状態を示している。このような圧電振動板においては図13(b)に示すように主振動近傍にスプリアス振動の現れない周波数特性を示す。なお、図13(b)、図14(b)において縦軸は減衰量(ATTENUATION)であり、横軸は周波数(FREQUENCY)である。
13 and 14 are diagrams showing a state in which spurious vibrations are excited by the plane parallelism of the plate thickness. FIG. 13A is a schematic cross-sectional view showing a state in which the
図14(a)も圧電振動板7に励振電極71,72が形成された状態を示す模式的断面図であるが、板厚t1<t2の場合すなわち板面の平面平行度がとれていない状態を示している。このような圧電振動板においては図14(b)に示すように主振動近傍にスプリアス振動Spが現れた共振特性となっている。このようなスプリアス振動Spの発生は、板面の平面平行度が均一でないために生じると考えられる。すなわち、厚みすべり振動においては、対称モード(fsモード)と斜対称モード(faモード)が励振されることが知られており、斜対称モードは振動エネルギーが全体として相殺されるために通常は共振ピークとして顕在化しない。ところが圧電振動板の不均衡のために振動のバランスが崩れた場合、当該モードがスプリアス振動として顕在化すると考えられる。
FIG. 14A is also a schematic cross-sectional view showing a state in which the
このように圧電振動板の平面平行度のバラツキにより特性が悪化することについては、例えば特開2001−196890号(特許文献1)に開示されている。当該特許文献においては、対向電極(励振電極)の一方は2つの分割電極からなる構成とし、当該分割電極はそれぞれ他方の対向電極との間の共振周波数をほぼ一致させることにより特性を改善するものであり、分割電極は導通手段によって互いに電気的に導通している構成が開示されている。各分割電極についてそれぞれ共振周波数をほぼ一致させるには、例えばいずれかの電極に対して蒸着等により周波数調整を行う方法等がある。 Such deterioration of characteristics due to variations in the plane parallelism of the piezoelectric diaphragm is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-196890 (Patent Document 1). In this patent document, one of the counter electrodes (excitation electrodes) is composed of two split electrodes, and the split electrodes improve the characteristics by making the resonance frequency between the counter electrodes substantially coincide with each other. And the structure which the division | segmentation electrode is mutually electrically connected by the conduction | electrical_connection means is disclosed. In order to make the resonance frequencies substantially the same for each divided electrode, for example, there is a method of adjusting the frequency by vapor deposition or the like for any one of the electrodes.
しかしながら共振周波数の調整においては、分割電極のいずれか一方に対して調整を行うことが一般的であるが、振動バランスを調整するにあたっては調整対象の分割電極を決定する工程が必要となる。 However, in adjusting the resonance frequency, it is common to adjust either one of the divided electrodes. However, in order to adjust the vibration balance, a step of determining the divided electrode to be adjusted is required.
またこのような分割電極を形成する構成は、当該圧電振動板の各電極に対して独立して電気的機械的接続する電極パッドを持ったパッケージを用意することが必要であり、さらに周波数調整後にこの独立した電極パッドを共通接続する配線パターンを実装基板側に形成する必要がある等、取り扱いが面倒であるという問題点を有していた。 In addition, the configuration for forming such divided electrodes requires the preparation of a package having electrode pads that are electrically and mechanically connected independently to each electrode of the piezoelectric diaphragm, and after frequency adjustment. There is a problem that handling is troublesome, for example, it is necessary to form a wiring pattern for commonly connecting the independent electrode pads on the mounting substrate side.
さらにこの平面平行度の問題は高周波になるにつれて顕在化する。厚み系振動、例えば厚みすべり振動で駆動するATカット水晶振動板は、周知のとおり圧電振動板の厚さによってその周波数が決定され、その厚さと周波数は反比例する。そして高周波になるに従い、単位厚さあたりの周波数変化量が大きくなり、このような圧電振動板面における周波数調整は重要になっていた。 Furthermore, this problem of plane parallelism becomes more apparent as the frequency increases. As is well known, the frequency of an AT-cut quartz diaphragm driven by thickness vibration, for example, thickness shear vibration, is determined by the thickness of the piezoelectric diaphragm, and the thickness and frequency are inversely proportional. As the frequency becomes higher, the amount of frequency change per unit thickness increases, and such frequency adjustment on the piezoelectric diaphragm surface has become important.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特別なパッケージや実装基板を必要とせずに圧電振動板面における周波数調整を正確かつ効率的に行い、特性の良好な圧電振動子を提供することを目的としたものである。 The present invention has been made in view of such points, and the object of the present invention is to accurately and efficiently adjust the frequency on the surface of the piezoelectric diaphragm without requiring a special package or mounting substrate, The object is to provide a good piezoelectric vibrator.
上記の目的を達成するために、本発明は、圧電振動板の板面における周波数バランスを意図的に崩した一部領域を設け、当該一部領域に対し周波数特性調整を行うためのものであり、次のような構成および調整方法により実現することができる。 In order to achieve the above object, the present invention provides a partial area where the frequency balance on the plate surface of the piezoelectric diaphragm is intentionally broken, and performs frequency characteristic adjustment on the partial area. It can be realized by the following configuration and adjustment method.
すなわち、請求項1に示すように、厚みすべり振動にて動作する圧電振動板の表裏に対向して励振電極膜を形成し、励振電極膜に対して膜厚を加減してなる圧電振動子の周波数特性調整方法であって、少なくとも一方の励振電極膜が形成された一部領域の周波数を他の領域より異ならせ、当該一部領域に対して周波数特性調整を行ったことを特徴とする圧電振動子の周波数特性調整方法である。
That is, as shown in
また各領域の周波数を異ならせる構成としては、例えば請求項2に示すように、厚みすべり振動にて動作する圧電振動板の表裏に対向して励振電極膜を形成し、励振電極膜に対して膜厚を加減してなる圧電振動子の周波数特性調整方法であって、少なくとも一方の励振電極膜の一部領域の厚さまたは/および形状を他の領域より異ならせ、当該一部領域に対して周波数特性調整を行ったことを特徴とする方法をあげることができる。
In addition, as a configuration in which the frequency of each region is made different, for example, as shown in
一部領域の厚さを異ならせる構成例としては、他の領域より厚さを極端に厚くするか、あるいは極端に薄くする構成をあげることができる。前述のとおり圧電振動板の加工条件によっては厚さがばらつくことがあるが、バラツキが最大になった場合でも必ず一部領域側が調整対象となる程度に極端に厚くするか、薄くしておけばよい。 As a configuration example in which the thickness of a part of the region is different, a configuration in which the thickness is extremely thicker than the other regions or extremely thinned can be given. As described above, the thickness may vary depending on the processing conditions of the piezoelectric diaphragm, but even if the variation is maximized, be sure to make it extremely thick or thin enough to adjust the partial area side. Good.
図1乃至図4各図は圧電振動板の厚さにバラツキがある場合において、励振電極膜の一部領域の厚さを異ならせ、当該領域に対して調整を行う周波数特性調整動作について説明している。図1は圧電振動板の一端と他端の厚さt1,t2がt1<t2の関係にあり、かつ励振電極膜の一端側と他端側の厚さE1,E2がE1<E2の関係にある場合において、励振電極膜の厚さを減じる調整例について示している。図1(a)において、E1とE2の関係は、仮に圧電振動板の厚さがt1>t2であったとしても必ずE2側(他端側)の励振電極膜を減じることによる調整が可能な程度の厚さに形成している。図1においては、t1<t2であるので、図1(b)に示すようにE2側はE1側よりその厚さが減じられた状態まで調整が行われる。 Each of FIGS. 1 to 4 explains a frequency characteristic adjustment operation in which the thickness of a partial region of the excitation electrode film is varied and the adjustment is performed on the region when the thickness of the piezoelectric diaphragm varies. ing. In FIG. 1, the thicknesses t1 and t2 of one end and the other end of the piezoelectric diaphragm are in a relationship of t1 <t2, and the thicknesses E1 and E2 of the one end side and the other end side of the excitation electrode film are in a relationship of E1 <E2. In some cases, an adjustment example for reducing the thickness of the excitation electrode film is shown. In FIG. 1A, the relationship between E1 and E2 can always be adjusted by reducing the excitation electrode film on the E2 side (the other end side) even if the thickness of the piezoelectric diaphragm is t1> t2. It is formed to a thickness of about. In FIG. 1, since t1 <t2, as shown in FIG. 1B, the E2 side is adjusted to a state where the thickness is reduced from the E1 side.
図2は圧電振動板の一端と他端の厚さt1,t2がt1<t2の関係にあり、かつ励振電極膜の一端側と他端側の厚さE1,E2がE1>E2の関係にある場合において、励振電極膜の厚さを増加させる調整例について示している。図2(a)において、E1とE2の関係は、仮に圧電振動板の厚さがt1>t2であったとしても必ずE2側の励振電極膜を増加させることによる調整が可能な程度の厚さに形成している。図2においては、t1<t2であるので、図2(b)に示すようにE2側には励振電極膜厚を増加させるが、最終的にはE1側よりその厚さが小さな状態で調整が完了する。 In FIG. 2, the thicknesses t1 and t2 of one end and the other end of the piezoelectric diaphragm are in a relationship of t1 <t2, and the thicknesses E1 and E2 on one end side and the other end side of the excitation electrode film are in a relationship of E1> E2. In some cases, an adjustment example for increasing the thickness of the excitation electrode film is shown. In FIG. 2A, the relationship between E1 and E2 is a thickness that can be adjusted by increasing the excitation electrode film on the E2 side even if the thickness of the piezoelectric diaphragm is t1> t2. Is formed. In FIG. 2, since t1 <t2, the excitation electrode film thickness is increased on the E2 side as shown in FIG. 2 (b), but the adjustment is finally performed with the thickness being smaller than that on the E1 side. Complete.
図3は圧電振動板の一端と他端の厚さt1,t2がt1>t2の関係にあり、かつ励振電極膜の一端側と他端側の厚さE1,E2がE1<E2の関係にある場合において、励振電極膜の厚さを減じる調整例について示している。図3(a)において、E1とE2の関係は、仮に圧電振動板の厚さがt1<t2であったとしても必ずE2側の励振電極膜を減じることによる調整が可能な程度の厚さに形成している。図3においては、t1>t2であるので、図3(b)に示すようにE2側はE1側よりその厚さが大となる状態で調整が完了する。 In FIG. 3, the thicknesses t1 and t2 at one end and the other end of the piezoelectric diaphragm are in a relationship of t1> t2, and the thicknesses E1 and E2 at the one end side and the other end side of the excitation electrode film are in a relationship of E1 <E2. In some cases, an adjustment example for reducing the thickness of the excitation electrode film is shown. In FIG. 3A, the relationship between E1 and E2 is such that the thickness can be adjusted by reducing the excitation electrode film on the E2 side even if the thickness of the piezoelectric diaphragm is t1 <t2. Forming. In FIG. 3, since t1> t2, as shown in FIG. 3B, the adjustment is completed with the E2 side being thicker than the E1 side.
図4は圧電振動板の一端と他端の厚さt1,t2がt1>t2の関係にあり、かつ励振電極膜の一端側と他端側の厚さE1,E2がE1>E2の関係にある場合において、励振電極膜の厚さを増加させる調整例について示している。図4(a)において、E1とE2の関係は、仮に圧電振動板の厚さがt1<t2であったとしても必ずE2側の励振電極膜を増加させることによる調整が可能な程度の厚さに形成している。図4においては、t1>t2であるので、図4(b)に示すようにE2側はE1側よりその厚さが大となる状態で調整が完了する。 In FIG. 4, the thicknesses t1 and t2 at one end and the other end of the piezoelectric diaphragm are in a relationship of t1> t2, and the thicknesses E1 and E2 at one end side and the other end side of the excitation electrode film are in a relationship of E1> E2. In some cases, an adjustment example for increasing the thickness of the excitation electrode film is shown. In FIG. 4A, the relationship between E1 and E2 is a thickness that can be adjusted by increasing the excitation electrode film on the E2 side even if the thickness of the piezoelectric diaphragm is t1 <t2. Is formed. In FIG. 4, since t1> t2, the adjustment is completed with the E2 side being thicker than the E1 side as shown in FIG. 4B.
上記各調整方法においては、圧電振動板の平面平行度に起因するスプリアス調整を行うにあたり、調整手段(電極膜厚増あるいは電極膜厚減)に応じて、圧電振動板のバラツキがあった場合でも、予め決定された調整領域に対して調整を行うように、最大バラツキを考慮して、事前に励振電極膜厚を設定する。これにより調整領域と調整手段を事前に決定することができるので、従来要していた調整領域の決定や調整方法の決定に係る工程をなくすことができる。なお、少なくとも一方の励振電極膜の一部領域の周波数を他の領域より異ならせる構成としては、上述の電極膜厚による方法以外に電極形状を異ならせたり、あるいは電極膜厚と電極形状を組みあわせる構成であってもよい。 In each of the above adjustment methods, even when there is a variation in the piezoelectric diaphragm depending on the adjustment means (electrode thickness increase or electrode thickness decrease) in performing the spurious adjustment due to the plane parallelism of the piezoelectric diaphragm. The excitation electrode film thickness is set in advance in consideration of the maximum variation so as to adjust the predetermined adjustment region. As a result, since the adjustment area and the adjustment means can be determined in advance, the steps related to the determination of the adjustment area and the determination of the adjustment method, which have been conventionally required, can be eliminated. In addition, as a configuration in which the frequency of a partial region of at least one of the excitation electrode films is different from the other regions, the electrode shape may be different from the above-described method using the electrode film thickness, or the electrode film thickness and the electrode shape may be combined. The structure to match may be sufficient.
なお、本発明は予め調整領域を決定しておくという点が特徴点の一つであり、圧電振動板の厚さにバラツキがない場合でも適用することができる。 The present invention is one of the feature points that the adjustment region is determined in advance, and can be applied even when there is no variation in the thickness of the piezoelectric diaphragm.
このような周波数調整は、請求項3に示すように、真空蒸着法、スパッタリング法あるいはイオンエッチング法により行うことができる。真空蒸着法やスパッタリング法は励振電極膜を増加させる場合に用い、イオンミリング等のイオンエッチング法は励振電極膜を減少させる場合に用いる。
Such frequency adjustment can be performed by a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion etching method as shown in
さらには請求項4に示すように、上記周波数調整を行った後、前記励振電極膜の表面をウェットエッチングしたことを特徴とする圧電振動子の周波数調整方法であってもよい。 Further, according to a fourth aspect of the present invention, there may be provided a method of adjusting a frequency of a piezoelectric vibrator, wherein the surface of the excitation electrode film is wet-etched after the frequency adjustment.
上記調整手段や調整量によっては、励振電極膜の表面に微少段差が生じることがある。このような段差はその端部が鋭利な状態になっている場合があり、無用な反射波を生むことがある。上記ウェットエッチングを後で行うことにより、当該鋭利な状態の段差端部の影響を減じ、無用な反射波による新たなスプリアスの抑制を抑制することができる。 Depending on the adjustment means and the adjustment amount, a slight step may occur on the surface of the excitation electrode film. Such a step may have a sharp edge at its end, and may produce an unnecessary reflected wave. By performing the wet etching later, it is possible to reduce the influence of the sharp edge of the step and to suppress the suppression of new spurious due to unnecessary reflected waves.
以上のように、本発明では、圧電振動板の板面における周波数バランスを意図的に崩した一部領域を設け、当該一部領域に対し周波数特性調整を行うことにより、調整領域と調整手段を事前に決定することができるので、従来要していた調整領域の決定や調整方法の決定に係る工程をなくすことができる。また特別なパッケージや実装基板を必要とせずに圧電振動板面における周波数特性調整を正確かつ効率的に行い、特性の良好な圧電振動子を得ることができる。 As described above, in the present invention, the adjustment region and the adjusting means are provided by providing a partial region where the frequency balance on the plate surface of the piezoelectric diaphragm is intentionally broken and performing frequency characteristic adjustment on the partial region. Since it can be determined in advance, it is possible to eliminate the steps related to the determination of the adjustment region and the determination of the adjustment method, which have been conventionally required. In addition, it is possible to accurately and efficiently adjust the frequency characteristics on the surface of the piezoelectric diaphragm without requiring a special package or mounting substrate, and to obtain a piezoelectric vibrator having good characteristics.
以下、本発明による実施形態について図面に基づいて説明する。本形態では、厚みすべり振動にて動作するATカット水晶振動板に本発明による周波数特性調整を適用した場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the frequency characteristic adjustment according to the present invention is applied to an AT-cut quartz diaphragm that operates by thickness shear vibration will be described.
図5は表裏に励振電極膜が形成された圧電振動板に対し、イオンミリング法により周波数特性調整を行う方法を示す側面図であり、図5(a)はバランスが崩された状態の励振電極膜が形成された圧電振動板の側面図であり、図5(b)はイオンミリング法により周波数特性調整を行う方法を示す側面図を示している。また図6は調整前後の周波数特性を示すグラフであり、図6(a)は周波数特性調整前、図6(b)は周波数特性調整後を示している。 FIG. 5 is a side view showing a method for adjusting frequency characteristics by ion milling on a piezoelectric diaphragm having excitation electrode films formed on both sides, and FIG. 5 (a) is an excitation electrode in an unbalanced state. FIG. 5B is a side view of a piezoelectric diaphragm having a film formed thereon, and FIG. 5B is a side view showing a method for adjusting frequency characteristics by an ion milling method. FIG. 6 is a graph showing the frequency characteristics before and after the adjustment. FIG. 6A shows the frequency characteristics before adjustment, and FIG. 6B shows the frequency characteristics after adjustment.
圧電振動板1は矩形平板状のATカット水晶振動板からなり、その表裏面の中央領域に平面視矩形状の励振電極膜2,3が形成されている。また図示していないが、各励振電極膜2,3から圧電振動板の外周に引出電極膜が引き出されている。これら励振電極膜および引出電極膜はクロム−金の積層構成であるが、当該金属材料に限定されるものではない。
The
この実施の形態においては図5(a)で示すように、励振電極膜2,3において、図面右側の電極膜厚が大となるように、電極厚肉部2a,3aが形成されている。この電極厚肉部2a,3aは圧電振動板の厚さに最大バラツキが生じた場合でも、必ず当該電極厚肉部が周波数特性調整対象となるような厚さに設定され、調整領域となっている。すなわち、前述の図1で示したように圧電振動板の一端と他端の厚さt1,t2がt1<t2の場合であっても、図3で示したようにt1>t2の場合であっても、必ず当該電極厚肉部が調整対象となるような極厚の厚さに設定されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 5A, in the
このような電極厚肉部2a,3aの形成は、通常の励振電極膜2,3の形成後、電極厚肉部2a,3a部分のみに対して選択的に真空蒸着を行うか、あるいは通常の励振電極膜2,3の形成後、2a,3a部分以外に対して、選択的にイオンミリング等による電極膜厚を減じることにより形成する。選択的に励振電極膜を厚くしたり薄くしたりするには、例えば金属マスクに設けられた開口を選択位置に配置することにより、所望の電極形成を行うことができる。
The electrode thick portions 2a and 3a are formed by selectively performing vacuum deposition only on the electrode thick portions 2a and 3a after the normal
本実施の形態においては、電極厚肉部2a,3aを設け、当該領域に対し必ず調整を行うことを予定している。図5(b)はこの電極厚肉部2aに対してイオンミリング法により周波数特性調整を行う方法を示しており、電極厚肉部2aに対応する位置に開口部M1を有する金属マスクMを近接させ、イオンミリングによる周波数特性の調整を実行する。調整状況は圧電振動板を励振させながらリアルタイムにモニタリングしてもよいし、調整対象の圧電振動板に対して予め決定された調整量のイオンミリングを実行し、その後特性確認を行い、必要に応じてこれを繰り返す方法を採用してもよい。 In the present embodiment, the electrode thick portions 2a and 3a are provided, and it is planned to make adjustments to the regions. FIG. 5B shows a method for adjusting the frequency characteristics of the electrode thick portion 2a by ion milling, and a metal mask M having an opening M1 is placed close to the electrode thick portion 2a. The frequency characteristics are adjusted by ion milling. The adjustment status may be monitored in real time while exciting the piezoelectric diaphragm, or a predetermined adjustment amount of ion milling is performed on the piezoelectric diaphragm to be adjusted, and then the characteristics are checked. You may adopt the method of repeating this.
図6は調整前後の周波数特性を示すグラフであり、図6(a)は調整前の周波数特性(スプリアス有)を示し、図6(b)は調整後の周波数特性を示している。調整前は前記電極厚肉部の存在により、主振動周波数近傍にスプリアスSpが存在していたが、調整を行うことにより図6(b)に示すように、スプリアスが消滅し良好な特性の圧電振動板を有ることができる。 FIG. 6 is a graph showing the frequency characteristics before and after adjustment, FIG. 6 (a) shows the frequency characteristics before adjustment (with spurious), and FIG. 6 (b) shows the frequency characteristics after adjustment. Prior to adjustment, spurious Sp was present in the vicinity of the main vibration frequency due to the presence of the electrode thick portion. However, by performing adjustment, as shown in FIG. Can have a diaphragm.
なお、当該周波数特性調整方法は上記実施の形態に開示したイオンミリングに限定されるものではなく、質量減による調整方法の他の例として、反応性のガスを用いたエッチングを用いてもよいし、レーザービーム、イオンビームによる調整をあげることができる。また質量付加による調整方法の例として、パーシャル蒸着方法やスパッタリングをあげることができる。質量付加による調整を行う場合も、前記解決手段の項で図2、図4を参照して説明したように、圧電振動板の最大バラツキと調整方法を考慮して、事前に励振電極膜厚を設定する。これにより調整領域と調整手段を事前に決定することができるので、従来要していた調整領域の決定や調整方法の決定に係る工程をなくすことができる。 Note that the frequency characteristic adjustment method is not limited to the ion milling disclosed in the above embodiment, and etching using a reactive gas may be used as another example of the adjustment method by mass reduction. Adjustment by laser beam and ion beam can be given. Moreover, the partial vapor deposition method and sputtering can be mention | raise | lifted as an example of the adjustment method by mass addition. Also in the case of adjustment by mass addition, as explained with reference to FIGS. 2 and 4 in the section of the solution means, the excitation electrode film thickness should be set in advance in consideration of the maximum variation of the piezoelectric diaphragm and the adjustment method. Set. As a result, since the adjustment area and the adjustment means can be determined in advance, the steps related to the determination of the adjustment area and the determination of the adjustment method, which are conventionally required, can be eliminated.
また周波数特性調整後に前記励振電極膜の表面をウェットエッチングを行ってもよい。上述の周波数特性調整を行った場合、調整手段や調整量によっては励振電極膜の表面に微少段差が生じることがある。このような段差はその端部が鋭利な状態になっている場合があり、無用な反射波を生ぜしめスプリアス振動の生じることがある。上記ウェットエッチングを後で行うことにより、当該鋭利な状態の段差端部による影響を減じ、無用な反射波による新たなスプリアスの抑制を抑制することができる。 The surface of the excitation electrode film may be wet etched after adjusting the frequency characteristics. When the frequency characteristic adjustment described above is performed, a slight step may occur on the surface of the excitation electrode film depending on the adjustment means and the adjustment amount. Such a step may have a sharp edge at its end, which may cause unnecessary reflected waves and spurious vibrations. By performing the wet etching later, it is possible to reduce the influence of the sharply stepped end portion and to suppress the suppression of new spurious due to unnecessary reflected waves.
なお、図示していないが、以上の特性調整後、セラミックパッケージ等のパッケージに圧電振動板を収納するとともに、圧電振動板をパッケージに電気的機械的接合し、その後リッドにて気密封止することにより、圧電振動子の完成となる。 Although not shown, after adjusting the above characteristics, the piezoelectric diaphragm is housed in a package such as a ceramic package, and the piezoelectric diaphragm is electrically and mechanically joined to the package, and then hermetically sealed with a lid. Thus, the piezoelectric vibrator is completed.
本発明による他の実施形態について図面に基づいて説明する。図7は圧電振動板1に形成される励振電極2、3(3は図示せず)について、大電極領域2bと小電極領域2cを有する構成としている。大電極領域2bは負荷質量効果により小電極領域2cに較べて周波数を低く設定することができ、これにより励振電極膜の一部領域の周波数を他の領域より異ならせることができる。周波数特性調整においては、前記大電極領域2bに対して電極形状を小さくすることにより、あるいは電極膜厚を薄くすることにより、あるいは両者を組み合わせることにより、周波数を高い方向に調整をすることができる。
Other embodiment by this invention is described based on drawing. FIG. 7 shows a configuration in which the
また逆に小電極領域2cは相対的に周波数が高いことにより、当該小電極領域2cに対して電極形状を大きくすることにより、あるいは電極膜厚を厚くすることにより、あるいは両者を組み合わせることにより、周波数を低い方向に調整をすることができる。 Conversely, the small electrode region 2c has a relatively high frequency, the electrode shape is increased with respect to the small electrode region 2c, the electrode film thickness is increased, or a combination of the two is used. The frequency can be adjusted in the lower direction.
図8、図9は励振電極膜2の長辺に傾斜部を設けた略台形形状であり、図8は電極形状が図面右側に向かって漸次大きくなる傾斜部2dを有する構成である。本実施形態においては励振電極膜の形状により、励振電極膜の一部領域の周波数を他の領域より異ならせるものである。周波数特性調整は、右側の電極領域に対して電極形状を小さくすることにより、あるいは電極膜厚を薄くすることにより、あるいは両者を組み合わせることにより、周波数を高い方向に調整をすることができる。また逆に左側の電極領域に対して電極形状を大きくすることにより、あるいは電極膜厚を厚くすることにより、あるいは両者を組み合わせることにより、周波数を低い方向に調整をすることができる。
8 and 9 show a substantially trapezoidal shape in which an inclined portion is provided on the long side of the
図9は電極形状が図面右側に向かって漸次小さくなる傾斜部2eを有する構成である。本実施形態においては励振電極膜の形状により、励振電極膜の一部領域の周波数を他の領域より異ならせるものである。周波数特性調整は、左側の電極領域に対して電極形状を小さくすることにより、あるいは電極膜厚を薄くすることにより、あるいは両者を組み合わせることにより、周波数を高い方向に調整をすることができる。また逆に右側の電極領域に対して電極形状を大きくすることにより、あるいは電極膜厚を厚くすることにより、あるいは両者を組み合わせることにより、周波数を低い方向に調整をすることができる。 FIG. 9 shows a configuration having an inclined portion 2e whose electrode shape gradually decreases toward the right side of the drawing. In the present embodiment, the frequency of a partial region of the excitation electrode film is made different from that of other regions depending on the shape of the excitation electrode film. In the frequency characteristic adjustment, the frequency can be adjusted in a higher direction by reducing the electrode shape with respect to the left electrode region, by reducing the electrode film thickness, or by combining the two. Conversely, the frequency can be adjusted in the lower direction by increasing the electrode shape relative to the right electrode region, increasing the electrode film thickness, or combining both.
本発明は励振電極膜の一部を削除することにより励振電極膜が形成されたの一部領域の周波数を他の領域より異ならせてもよい。例えば図10は励振電極膜2に無電極部2fを複数設けることにより、励振電極膜の一部領域の周波数を異ならせるものであり、図10においては無電極部2fの形成領域を電極の左側に偏在させることにより、当該領域の周波数を高めている。周波数特性調整は、右側の電極領域に対して電極形状を小さくすることにより、あるいは電極膜厚を薄くすることにより、あるいは両者を組み合わせることにより、周波数を高い方向に調整をすることができる。また逆に左側の電極領域に対して電極形状を大きくすることにより、あるいは電極膜厚を厚くすることにより、あるいは両者を組み合わせることにより、周波数を低い方向に調整をすることができる。
In the present invention, the frequency of a partial region where the excitation electrode film is formed may be made different from other regions by deleting a part of the excitation electrode film. For example, in FIG. 10, the
本発明は圧電振動板に形成された表裏の励振電極膜形状を異ならせることにより励振電極膜の一部領域の周波数を他の領域より異ならせてもよい。図11は圧電振動板の表裏面に形状の異なる励振電極膜2,3を形成した例を示している。表面の励振電極膜2は矩形形状であるが、裏面の励振電極膜3は図7で示した電極構成に類似した大電極領域3aと小電極領域3bを有する構成である。大電極領域3aは負荷質量効果により周波数が低く設定されている。周波数調整は上述と同様、周波数の低い領域の励振電極膜の質量を減じるか、周波数の高い領域の励振電極膜の質量を増すことにより実行する。
In the present invention, the frequency of a part of the excitation electrode film may be made different from that of the other areas by making the shapes of the excitation electrode films on the front and back formed on the piezoelectric diaphragm different. FIG. 11 shows an example in which
ところで、圧電振動板に形成される励振電極膜の調整領域に対し膜厚を減じることにより周波数特性調整を行う場合、当該膜厚減少量を調整領域内で異ならせて、周波数特性調整を最適化してもよい。図12は膜厚減少量を調整領域内で異ならせて調整を実行する例を示しており、図12(a)は調整前の励振電極形成された圧電振動板の断面図、図12(b)はイオンミリングによる調整方法を示す図である。図12(b)に示すように、励振電極膜の一部領域の周波数を他の領域より異ならせた調整領域2g(電極厚肉部)に対してイオンミリングを実行するにあたり、イオンミリングEの一部のみが調整領域2gに対し照射される構成としている。一般的にイオンミリングはエッチングレートがその中心部分に対して周囲が小さいことが知られている。図12(b)においてイオンミリングEの矢印の大きさはエッチングレートを示し、長い方がエッチングレートが高いことを示している。このような特性を利用して、イオンミリングの中心部分から周囲部分のみが前記調整領域に対し照射されるよう、金属マスクMの開口部M1を形成し、周波数特性の調整を実行する。その結果、図12(b)で示すように調整領域2gの上面が傾斜を持った形状となり、励振電極の外周近傍に向かうにつれて重みが増加する構成となっている。このように漸次厚さが変化するような構成とすることにより、無用なスプリアス振動の励振を抑制することができ、特性の良好な圧電振動子を得ることができる。 By the way, when adjusting the frequency characteristic by reducing the film thickness with respect to the adjustment area of the excitation electrode film formed on the piezoelectric diaphragm, the frequency characteristic adjustment is optimized by making the film thickness decrease amount different in the adjustment area. May be. FIG. 12 shows an example in which the adjustment is performed by changing the film thickness reduction amount in the adjustment region. FIG. 12A is a cross-sectional view of the piezoelectric diaphragm formed with the excitation electrode before the adjustment, and FIG. ) Is a diagram showing an adjustment method by ion milling. As shown in FIG. 12B, when performing ion milling on the adjustment region 2g (electrode thick portion) in which the frequency of a partial region of the excitation electrode film is different from that of the other region, Only a part is configured to be irradiated to the adjustment region 2g. In general, it is known that ion milling has a small etching rate with respect to its central portion. In FIG. 12B, the size of the arrow of the ion milling E indicates the etching rate, and the longer one indicates the higher etching rate. Using such characteristics, the opening M1 of the metal mask M is formed so that only the peripheral part from the central part of the ion milling is irradiated to the adjustment region, and the frequency characteristic is adjusted. As a result, as shown in FIG. 12B, the upper surface of the adjustment region 2g has an inclined shape, and the weight increases toward the vicinity of the outer periphery of the excitation electrode. By adopting a configuration in which the thickness gradually changes in this way, unnecessary spurious vibrations can be suppressed and a piezoelectric vibrator having good characteristics can be obtained.
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. Therefore, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
水晶振動子等の圧電振動デバイスの量産に適用できる。 It can be applied to mass production of piezoelectric vibration devices such as crystal resonators.
1、7 水晶振動板(圧電振動板)
2、3、71,72 励振電極膜
2a,3b 電極厚肉層
1, 7 Quartz diaphragm (piezoelectric diaphragm)
2, 3, 71, 72
Claims (4)
少なくとも一方の励振電極膜が形成された一部領域の周波数を他の領域より異ならせ、当該一部領域に対して周波数特性調整を行ったことを特徴とする圧電振動子の周波数特性調整方法。 A method for adjusting the frequency characteristics of a piezoelectric vibrator in which an excitation electrode film is formed opposite to the front and back of a piezoelectric diaphragm that operates by thickness shear vibration, and the film thickness is adjusted with respect to the excitation electrode film,
A method for adjusting a frequency characteristic of a piezoelectric vibrator, characterized in that a frequency of a partial region where at least one excitation electrode film is formed is different from that of another region, and the frequency characteristic is adjusted for the partial region.
少なくとも一方の励振電極膜の一部領域の厚さまたは/および形状を他の領域より異ならせ、当該一部領域に対して周波数特性調整を行ったことを特徴とする圧電振動子の周波数特性調整方法。 A method for adjusting the frequency characteristics of a piezoelectric vibrator in which an excitation electrode film is formed opposite to the front and back of a piezoelectric diaphragm that operates by thickness shear vibration, and the film thickness is adjusted with respect to the excitation electrode film,
Frequency characteristic adjustment of a piezoelectric vibrator, wherein the thickness or / and shape of a partial region of at least one excitation electrode film is different from that of another region, and the frequency characteristic is adjusted for the partial region Method.
4. A method of adjusting the frequency characteristics of a piezoelectric vibrator, comprising performing wet etching on a surface of the excitation electrode film after performing the frequency characteristics adjustment according to claim 1.
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