JP2008301021A - 音叉型振動片および音叉型振動子 - Google Patents
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Abstract
【課題】外部からの衝撃に強く、かつ、低いCI値を実現する音叉型振動片および音叉型振動子を提供する。
【解決手段】基部18と、第1および第2の振動腕11と、第1および第2の振動腕11を挟み、かつ、基部18に接続された支持枠28と、を有する音叉型振動片10であって、支持枠28の基部18との接続部に近い領域において、導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第1の励振電極31が形成され、支持枠28の第1および第2の振動腕11を挟む領域および第1および第2の振動腕11よりも第1の方向に位置する領域の少なくとも一方の領域において、導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第2の励振電極29が形成され、第1および第2の振動腕11はそれぞれ、溝14,15と、溝14,15に形成された溝電極13と、側面電極と、が形成され、溝にはタイバー16が形成され、基部18には、縮幅部17が形成されている。
【選択図】図1
【解決手段】基部18と、第1および第2の振動腕11と、第1および第2の振動腕11を挟み、かつ、基部18に接続された支持枠28と、を有する音叉型振動片10であって、支持枠28の基部18との接続部に近い領域において、導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第1の励振電極31が形成され、支持枠28の第1および第2の振動腕11を挟む領域および第1および第2の振動腕11よりも第1の方向に位置する領域の少なくとも一方の領域において、導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第2の励振電極29が形成され、第1および第2の振動腕11はそれぞれ、溝14,15と、溝14,15に形成された溝電極13と、側面電極と、が形成され、溝にはタイバー16が形成され、基部18には、縮幅部17が形成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は圧電材料を用いた音叉型振動片および音叉型振動子に関する。
音叉型振動片は、フォトリソグラフィ技術を利用し圧電基板から音叉型の形状およびその表面に電極を形成して製造されている。特に近年、薄型・小型化された音叉型振動片を含む音叉型振動子が要求され、その性能向上における様々な提案がなされている。
特許文献1には、圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる一対の振動腕と、前記各振動腕にそれぞれ設けられ、各振動腕の長さ方向に沿って延びる有底の溝と、前記溝を幅方向に横切るように設けられ、前記溝により幅方向に分離された振動腕を構成する材料を一体に接続する支持部と、を備える圧電振動片が開示されている。
特許文献2には、振動片本体を囲繞して形成した枠部を有する音叉型圧電振動片であって、枠部の長手方向の両端部がマウント部になっている音叉型圧電振動片が開示されている。
特許文献1には、圧電材料により形成されており、基部から平行に延びる一対の振動腕と、前記各振動腕にそれぞれ設けられ、各振動腕の長さ方向に沿って延びる有底の溝と、前記溝を幅方向に横切るように設けられ、前記溝により幅方向に分離された振動腕を構成する材料を一体に接続する支持部と、を備える圧電振動片が開示されている。
特許文献2には、振動片本体を囲繞して形成した枠部を有する音叉型圧電振動片であって、枠部の長手方向の両端部がマウント部になっている音叉型圧電振動片が開示されている。
特許文献1のような従来例の上面図を図7に示し、その側面図を図8に示す。図7に示すように1本の振動腕に対し、有底の溝114、115が設けられ、その溝を幅方向に横切るように支持部116を設けていた。そして、導電性接着剤などのマウント部92を介してマウント電極95に接続支持されていた。つまり、図8のように、マウント部95で支持された片持ち支持構造になっており、外部からの衝撃が加わった場合、振動腕の先端が上下に大きく振れる。振動腕の先端が大きく振れてベース93や蓋体に衝突することで生じる故障を抑制するために、ベース93と蓋体との間隔を広げる必要があり、振動子が厚くなる。
そこで、マウント部95に硬い素材を用いたり、枠支持構造にしたりすれば振動腕の先端の振れを小さくすることができる。しかし、振動片の固定が強固になる一方で支持部分における衝撃の吸収ができなくなる。そして、外部からの衝撃が振動腕に伝わり、振動腕の溝114、115が形成されている領域に応力が集中して折れることが分かった。溝114、115の幅や深さを小さくすれば応力が緩和されるが、溝の効果(CI値低減)が低下してしまう。
そこで、マウント部95に硬い素材を用いたり、枠支持構造にしたりすれば振動腕の先端の振れを小さくすることができる。しかし、振動片の固定が強固になる一方で支持部分における衝撃の吸収ができなくなる。そして、外部からの衝撃が振動腕に伝わり、振動腕の溝114、115が形成されている領域に応力が集中して折れることが分かった。溝114、115の幅や深さを小さくすれば応力が緩和されるが、溝の効果(CI値低減)が低下してしまう。
本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例にかかる音叉型振動片は、基部と、前記基部から第1の方向に延びる第1および第2の振動腕と、前記第1および第2の振動腕を挟み、かつ、前記基部に接続された支持枠と、を有する音叉型振動片であって、前記支持枠の前記基部との接続部に近い領域において、導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第1の励振電極が形成され、前記支持枠の前記第1および第2の振動腕を挟む領域、および、前記第1および第2の振動腕よりも第1の方向に位置する領域、の少なくとも一方の領域において、前記導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第2の励振電極が形成され、前記第1および第2の振動腕はそれぞれ、溝と、前記溝に形成された溝電極と、側面電極と、が形成され、前記溝にはタイバーが形成され、前記基部には、縮幅部が形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、支持枠によって振動腕の先端の振れを小さくすることができ、また、衝撃吸収を支持枠だけでなく基部の縮幅部によっても行えるため、振動腕の応力集中を緩和できる。その結果、CI値を低下させるのに十分な形状の溝を振動腕に形成することができる。
[適用例2]上記適用例にかかる音叉型振動片において、前記第1の励振電極は、該音叉型振動片の−Y軸側の短辺部に沿って2箇所で前記マウント電極に接続され、前記第2の励振電極は、前記支持枠の前記第1および第2の振動腕を挟む領域および前記第1および第2の振動腕よりも第1の方向に位置する領域の少なくとも一方の領域において、2箇所でマウント電極に接続されていることが望ましい。
この構成によれば、さらに、第1の励振電極と第2の励振電極を介して、音叉型振動片の駆動電圧を与えることができる。
[適用例3]上記適用例にかかる音叉型振動片において、さらに前記基部の幅方向の両側は、第1の切込み部が形成され、前記第1および第2の励振電極は、それぞれ、前記基部の表面および裏面の電極膜を介して、前記振動腕まで延長され、基部の前記表面および前記裏面の電極膜は、前記基部の側面の電極膜を介して接続され、基部の前記側面の電極膜は、前記第1の切込み部において切断されていることが望ましい。
このような構成にすれば、さらに、電極間のショート不良を抑制することができる。
[適用例4]上記適用例にかかる音叉型振動片において、さらに前記支持枠の外側には、第2の切込み部が形成され、前記第1および第2の励振電極は、それぞれ、前記支持枠の表面および裏面の電極膜と、支持枠の前記表面および前記裏面の電極膜を接続する支持枠の側面の電極膜と、を有し、支持枠の前記側面の電極膜は、前記第2の切込み部において切断されていることが望ましい。
このような構成にすれば、さらに、電極間のショート不良を抑制することができる。
[適用例5]本適用例にかかる音叉型振動子は、基部と、前記基部から第1の方向に延びる第1および第2の振動腕と、前記第1および第2の振動腕を挟み、かつ、前記基部に接続された支持枠と、を有する音叉型振動片であって、前記支持枠の前記基部との接続部に近い領域において、導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第1の励振電極が形成され、前記支持枠の前記第1および第2の振動腕を挟む領域、および、前記第1および第2の振動腕よりも第1の方向に位置する領域、の少なくとも一方の領域において、前記導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第2の励振電極が形成され、前記第1および第2の振動腕はそれぞれ、溝と、前記溝に形成された溝電極と、側面電極と、が形成され、前記溝にはタイバーが形成され、前記基部には、縮幅部が形成されている音叉型振動片と、前記マウント電極が形成され、かつ、封止孔を有するベースと、前記封止孔の一部を塞げ、前記ベースに積層されるパッケージフレームと、前記封止孔を封止する封止材と、前記パッケージフレームを封止する蓋体と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、支持枠によって振動腕の先端の振れを小さくすることができ、また、衝撃吸収を支持部では十分だけでなく基部の縮幅部によっても行えるため、振動腕の応力集中を緩和できる。その結果、CI値を低下させるのに十分な形状の溝を振動腕に形成することができる。また、ベースを一層で形成でき、かつ、音叉型振動片を真空度が高く収納することができる。
以下、実施形態について図面に従って説明する。
<実施形態>
<実施形態>
図1は、本実施形態にかかる音叉型振動片を示す上面図であり、図2は、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を示す下面図である。ここで、下面図は、上面から透過して下面を示しており、実際に下から見た場合は左右反転している。また、音叉型振動片が収納されるパッケージの蓋体側を上面(表面)とし、パッケージのベース側を下面(裏面)としている。なお、図1および図2では、音叉型振動片10は、Z軸を法線として切り出した水晶基板から形成される例を挙げたが、結晶方位を有する圧電材料であれば良く、たとえば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等を用いることができる。
(音叉型振動片の構成)
音叉型振動片10は、基部18と、基部18からY軸方向に延びる第1および第2の振動腕11と、基部18の−Y軸側に接続された支持枠28とが、同一の水晶の単結晶板から外形をエッチングされて形成される。
音叉型振動片10は、基部18と、基部18からY軸方向に延びる第1および第2の振動腕11と、基部18の−Y軸側に接続された支持枠28とが、同一の水晶の単結晶板から外形をエッチングされて形成される。
(振動腕の構成)
振動腕11の先端部には、質量を調整することで周波数を調整する金属膜で形成された錘部12が設けられている。振動腕11には表面から側面にかけて側面電極19が設けられ、上面および下面には溝14、15と、それを覆うように形成された電極膜、すなわち、溝電極13を設けられる。振動腕11は、一方が+X軸方向に振れるときに、もう一方が−X軸方向に振れるように励振される。下面の錘部12の一部が周波数調整時にレーザ照射によってとれて、ベースに付着する。このベースに付着した錘と振動腕11とが接触して振動腕11の屈曲振動を阻害することがある。そのため、ベースに付着した錘と振動腕11との間のクリアランスを余分に設ける必要がある。そこで、錘部12を上面だけに設け、下面には設けない構成にして、パッケージをさらに薄くすることもできる。
振動腕11の先端部には、質量を調整することで周波数を調整する金属膜で形成された錘部12が設けられている。振動腕11には表面から側面にかけて側面電極19が設けられ、上面および下面には溝14、15と、それを覆うように形成された電極膜、すなわち、溝電極13を設けられる。振動腕11は、一方が+X軸方向に振れるときに、もう一方が−X軸方向に振れるように励振される。下面の錘部12の一部が周波数調整時にレーザ照射によってとれて、ベースに付着する。このベースに付着した錘と振動腕11とが接触して振動腕11の屈曲振動を阻害することがある。そのため、ベースに付着した錘と振動腕11との間のクリアランスを余分に設ける必要がある。そこで、錘部12を上面だけに設け、下面には設けない構成にして、パッケージをさらに薄くすることもできる。
また、その励振効率を高めるために振動腕11の上面および仮面には溝14、15が設けられ、それを覆うように電極膜、すなわち、溝電極13が設けられる。しかし、音叉型振動片10の外形や溝を抜くエッチング工程の異方性や、音叉型振動片10の上面と下面のパターンずれに起因して、水晶振動片基板に垂直な振動成分(以下、振動の垂直成分)が大きくなる。この傾向は、音叉型振動子60を小型化していくに伴い、振動腕11の幅を狭めると、より顕著になり、音叉型振動片10の製造バラツキの原因になる。とくに、温度−周波数特性の頂点温度、DLの特性のΔf/f(周波数偏差)、ΔCI(CI値偏差)などの製造バラツキが大きいことが分かっている。この製造バラツキを抑制するために、振動腕11の溝14、15の間にタイバー16が設けられる。タイバー16の働きにより、溝14、15がある領域の振動腕11の剛性を高めることができ、安定した振動を実現し、製造バラツキを少なくすることができる。また、タイバー16は外部からの衝撃に対する耐性が向上するため、衝撃が振動腕11に伝わりやすい構造、たとえば、枠支持構造に用いることができる。
(基部の構成)
基部18は、振動腕11の接続部との合計の幅よりも長い幅を有するが、縮幅部21、22を有する。この縮幅部21、22は、振動腕11の振動エネルギーを支持枠28に伝え難くする、いわゆる、エネルギーの閉じ込め効果を有し、CI値を低減する効果を有する。また、縮幅部21、22は、外部からの衝撃を振動腕11に伝え難くする効果を有する。また、基部18は、支持枠28と接続されるが、その接続部または基部18自体に第1の切込み部23、24を有する。
基部18の上面および下面には、後述する第1の励振電極31を振動腕11まで延長する電極膜35が形成されている。
ここで、基部18の上面と下面の電極膜35は基部18のC−C’の側面で接続されている。一方、基部18の第1の切込み部23、24においては、電極膜35は側面で抜かれるパターンになっており、基部18の上面と下面の電極膜35は切断される。また、基部18の第1の切込み部23、24の幅は、振動腕11間の間隔よりも狭く形成されている。
基部18は、振動腕11の接続部との合計の幅よりも長い幅を有するが、縮幅部21、22を有する。この縮幅部21、22は、振動腕11の振動エネルギーを支持枠28に伝え難くする、いわゆる、エネルギーの閉じ込め効果を有し、CI値を低減する効果を有する。また、縮幅部21、22は、外部からの衝撃を振動腕11に伝え難くする効果を有する。また、基部18は、支持枠28と接続されるが、その接続部または基部18自体に第1の切込み部23、24を有する。
基部18の上面および下面には、後述する第1の励振電極31を振動腕11まで延長する電極膜35が形成されている。
ここで、基部18の上面と下面の電極膜35は基部18のC−C’の側面で接続されている。一方、基部18の第1の切込み部23、24においては、電極膜35は側面で抜かれるパターンになっており、基部18の上面と下面の電極膜35は切断される。また、基部18の第1の切込み部23、24の幅は、振動腕11間の間隔よりも狭く形成されている。
(支持枠の構成)
基部18の−Y軸側の接続部において、支持枠28と基部18とは接続される。この接続部に近い領域、支持短辺部30に第1の励振電極31が形成され、導電性接着剤50を介してベース55に設けられたマウント電極51に電気的機械的に接続される。ここで、導電性接着剤50は、第1の励振電極31の2箇所または支持短辺部30に沿うようにマウント電極51に塗布すると、音叉型振動片10をベース55に平行に支持しやすい。
また、支持枠28は、振動腕11を挟む2箇所の領域、または、振動腕11の先端よりもY軸方向の位置に、第2の励振電極29が形成され、導電性接着剤50を介してベース55に設けられたマウント電極51に電気的機械的に接続される。ここで、導電性接着剤50は、第2の励振電極29の2箇所、または、振動腕11の外側からY軸方向に延びた2つの支持枠28が先端において環状に接続する環状接続部37に沿うように、マウント電極51に塗布すると、音叉型振動片10をベース55に平行に支持しやすい。また、支持枠28には、第2の切込み部25、26が形成されている。
基部18の−Y軸側の接続部において、支持枠28と基部18とは接続される。この接続部に近い領域、支持短辺部30に第1の励振電極31が形成され、導電性接着剤50を介してベース55に設けられたマウント電極51に電気的機械的に接続される。ここで、導電性接着剤50は、第1の励振電極31の2箇所または支持短辺部30に沿うようにマウント電極51に塗布すると、音叉型振動片10をベース55に平行に支持しやすい。
また、支持枠28は、振動腕11を挟む2箇所の領域、または、振動腕11の先端よりもY軸方向の位置に、第2の励振電極29が形成され、導電性接着剤50を介してベース55に設けられたマウント電極51に電気的機械的に接続される。ここで、導電性接着剤50は、第2の励振電極29の2箇所、または、振動腕11の外側からY軸方向に延びた2つの支持枠28が先端において環状に接続する環状接続部37に沿うように、マウント電極51に塗布すると、音叉型振動片10をベース55に平行に支持しやすい。また、支持枠28には、第2の切込み部25、26が形成されている。
また、支持枠28の第2の切込み部25、26の幅は、振動腕11間の間隔よりも狭く形成されている。
図1のD−D’の側面において、第2の切込み部25が、第1の励振電極31と第2の励振電極29とが支持枠28側面に残る金属膜によってショートするのを防いでいる。同様に、図1のE−E’の側面において、第2の切込み部26が、第1の励振電極31と第2の励振電極29とが支持枠28側面に残る金属膜によってショートするのを防いでいる。
さらに、第1の励振電極31と第2の励振電極29にアライメントパターンを設けることもできる。音叉型振動片10をベース55にマウントする際の位置決めにアライメントパターンを用いると位置精度の良いマウントでき、マウント時に発生する不良を抑制することができる。例えば、マウントの位置精度が悪いと、図2の左下の導電性接着剤50が第2の電極膜36に接触してショート不良を生じる。
図1のD−D’の側面において、第2の切込み部25が、第1の励振電極31と第2の励振電極29とが支持枠28側面に残る金属膜によってショートするのを防いでいる。同様に、図1のE−E’の側面において、第2の切込み部26が、第1の励振電極31と第2の励振電極29とが支持枠28側面に残る金属膜によってショートするのを防いでいる。
さらに、第1の励振電極31と第2の励振電極29にアライメントパターンを設けることもできる。音叉型振動片10をベース55にマウントする際の位置決めにアライメントパターンを用いると位置精度の良いマウントでき、マウント時に発生する不良を抑制することができる。例えば、マウントの位置精度が悪いと、図2の左下の導電性接着剤50が第2の電極膜36に接触してショート不良を生じる。
なお、パッケージをさらに薄型化する場合、支持枠28をマウントするベース55を薄くし、ベース55の剛性をカバーするため支持枠28に高い剛性を求める。その場合、第2の切込み部25、26を支持短辺部30に近づけるか、接続電極38をY軸方向に延長し、接続電極38の+Y側の先端に近い領域に第2の切込み部25、26を設ける。さらに、ショート不良対策をより有効にするため、第2の切込み部25、26を支持短辺部30に近い箇所と、接続電極38の+Y側の先端に近い箇所の2箇所に設けてもよい。
(交番電圧)
図3は、図1および図2に示す音叉型振動片10の振動腕11の溝14または15が形成された領域の断面図である。振動腕11は、相互に反対を向く上下面(表裏面)71と、上下面71を両側で接続する第1および第2の側面72、73とを有する。音叉型振動片10を水晶から構成する場合、結晶方向について、表裏面71がZ軸方向を向き、第1の側面72が+X軸方向を向き、第2の側面73が−X軸方向を向くように構成する。
一方(図1および図2において左側)の振動腕11の第1の側面72と、他方(図1および図2において右側)の振動腕11の第2の側面73が対向するように並列している。第1の側面72は、上下面71の間隔によって定義される振動腕11の厚みの中央方向に高くなる山型となるように形成されている。
振動腕11には、励振電極膜が形成されている。励振電極膜は、10nm以上30nm以下の厚みを有する下地のCr膜と、Cr膜上に形成された20nm以上50nm以下の厚みを有する下地のAu膜と、を含む多層構造であっても良い。Cr膜は水晶との密着性が高く、Au膜は電気抵抗が低く酸化し難い。励振電極膜は、第1および第2の側面72、73にそれぞれ形成された第1および第2の側面電極膜77、79と、第1および第2の内面75、76にそれぞれ形成された第1および第2の内面電極膜80、81と、を含む。励振電極膜によって、溝電極13と、側面電極19が形成される。
一方(図1および図2において左側)の振動腕11の溝電極13ともう一方(図1および図2において右側)の振動腕11の側面電極19が同じ電位(図3の例では、+電位)となり、もう一方の振動腕11の側面電極19ともう一方の振動腕11の溝電極13が同じ電位(図3の例では、−電位)となるように、クロス配線によって交流電源に接続され駆動電圧としての交番電圧が印加されるようになっている。印加電圧によって、図3に矢印で示すように電解が発生し、これにより、振動腕11は、互いに逆相振動となうように(振動腕11の先端が互いに接近・離間するように)励振されて屈曲振動する。また、基本波モードで振動するように交番電圧が調整されている。
図3は、図1および図2に示す音叉型振動片10の振動腕11の溝14または15が形成された領域の断面図である。振動腕11は、相互に反対を向く上下面(表裏面)71と、上下面71を両側で接続する第1および第2の側面72、73とを有する。音叉型振動片10を水晶から構成する場合、結晶方向について、表裏面71がZ軸方向を向き、第1の側面72が+X軸方向を向き、第2の側面73が−X軸方向を向くように構成する。
一方(図1および図2において左側)の振動腕11の第1の側面72と、他方(図1および図2において右側)の振動腕11の第2の側面73が対向するように並列している。第1の側面72は、上下面71の間隔によって定義される振動腕11の厚みの中央方向に高くなる山型となるように形成されている。
振動腕11には、励振電極膜が形成されている。励振電極膜は、10nm以上30nm以下の厚みを有する下地のCr膜と、Cr膜上に形成された20nm以上50nm以下の厚みを有する下地のAu膜と、を含む多層構造であっても良い。Cr膜は水晶との密着性が高く、Au膜は電気抵抗が低く酸化し難い。励振電極膜は、第1および第2の側面72、73にそれぞれ形成された第1および第2の側面電極膜77、79と、第1および第2の内面75、76にそれぞれ形成された第1および第2の内面電極膜80、81と、を含む。励振電極膜によって、溝電極13と、側面電極19が形成される。
一方(図1および図2において左側)の振動腕11の溝電極13ともう一方(図1および図2において右側)の振動腕11の側面電極19が同じ電位(図3の例では、+電位)となり、もう一方の振動腕11の側面電極19ともう一方の振動腕11の溝電極13が同じ電位(図3の例では、−電位)となるように、クロス配線によって交流電源に接続され駆動電圧としての交番電圧が印加されるようになっている。印加電圧によって、図3に矢印で示すように電解が発生し、これにより、振動腕11は、互いに逆相振動となうように(振動腕11の先端が互いに接近・離間するように)励振されて屈曲振動する。また、基本波モードで振動するように交番電圧が調整されている。
(第1の励振電極と第2の励振電極との分離)
図2のように支持枠28の第1の励振電極31は、音叉型振動片10の下面で導電性接着剤50を介してベース55に形成された、マウント電極51に電気的機械的に接続される。
また、支持枠28は、上面と下面ともに、角部32の側面と−Y軸側の側面のレジストが残るようなマスクパターンを使って電極膜が形成されている。その結果、支持枠28の側面の電極膜を介して、図1における上面の第1の励振電極31と図2における下面の第1の励振電極31とが接続され、マウント電極51に加えられる電圧と、上下面の第1の励振電極31が同電位になる。さらに、上面の第1の励振電極31は、上面の第1の電極膜35を介して、一方の(図1の左側の)振動腕11の溝電極13に接続され、もう一方の(図1の右側の)振動腕11の側面電極19に接続される。
図2のように支持枠28の第1の励振電極31は、音叉型振動片10の下面で導電性接着剤50を介してベース55に形成された、マウント電極51に電気的機械的に接続される。
また、支持枠28は、上面と下面ともに、角部32の側面と−Y軸側の側面のレジストが残るようなマスクパターンを使って電極膜が形成されている。その結果、支持枠28の側面の電極膜を介して、図1における上面の第1の励振電極31と図2における下面の第1の励振電極31とが接続され、マウント電極51に加えられる電圧と、上下面の第1の励振電極31が同電位になる。さらに、上面の第1の励振電極31は、上面の第1の電極膜35を介して、一方の(図1の左側の)振動腕11の溝電極13に接続され、もう一方の(図1の右側の)振動腕11の側面電極19に接続される。
一方、図2のように支持枠28の第2の励振電極29は、音叉型振動片10の下面で導電性接着剤50を介して、ベース55に形成されたマウント電極51に電気的機械的に接続される。
また、支持枠28は、上面と下面ともに、角部32の側面と±X軸側の側面と、+Y軸側の側面のレジストとが残るようなマスクパターンを使って電極膜が形成されている。その結果、支持枠28の側面の電極膜を介して、図1における上面の第2の励振電極29と図2における下面の第2の励振電極29とが電気的に接続され、マウント電極51に加えられる電圧と、上下面の第2の励振電極29とが同電位になる。
さらに、上面の第2の励振電極29は接続電極38と、基部18の第2の電極膜に接続され、一方の(図1の左側の)振動腕11の側面電極19と、もう一方の(図1の右側の)振動腕11の溝電極13に接続される。
また、角部32の輪郭を所定の辺や曲線を有するマスクパターンを使って外形を形成する。このようにすれば、水晶材料を異方性エッチングした場合における側面の角度によって断面のテーパを制御できる。その結果、上下面の断線不良が少ない冗長構造を実現することができる。
さらに、角部32だけでなく、支持枠28の内外側面や基部18の側面の電極膜を介して上下面を、適宜接続して、上下面の断線不良が少ない冗長構造を実現している。
また、支持枠28は、上面と下面ともに、角部32の側面と±X軸側の側面と、+Y軸側の側面のレジストとが残るようなマスクパターンを使って電極膜が形成されている。その結果、支持枠28の側面の電極膜を介して、図1における上面の第2の励振電極29と図2における下面の第2の励振電極29とが電気的に接続され、マウント電極51に加えられる電圧と、上下面の第2の励振電極29とが同電位になる。
さらに、上面の第2の励振電極29は接続電極38と、基部18の第2の電極膜に接続され、一方の(図1の左側の)振動腕11の側面電極19と、もう一方の(図1の右側の)振動腕11の溝電極13に接続される。
また、角部32の輪郭を所定の辺や曲線を有するマスクパターンを使って外形を形成する。このようにすれば、水晶材料を異方性エッチングした場合における側面の角度によって断面のテーパを制御できる。その結果、上下面の断線不良が少ない冗長構造を実現することができる。
さらに、角部32だけでなく、支持枠28の内外側面や基部18の側面の電極膜を介して上下面を、適宜接続して、上下面の断線不良が少ない冗長構造を実現している。
ここで、第1の切込み部24がない構成の場合、基部18の第1の電極膜35と支持枠28の第2の励振電極29とが基部18および支持枠28の内側側面でショートすることがあった。これは、水晶の断面テーパ−が垂直に近いと、露光するプロセスにおいて十分にレジストが感光しないため、側面電極が残っていることが原因であった。
そこで、本実施形態は、第1の切込み部24を設けた。第1の切込み部24はエッチング液の循環が悪いため、水晶の外形エッチングにおいて、垂直方向のエッチングレートを低くすることができる。その結果、エッチング残りが多い、すなわちヒレが長い断面を形成することができる。断面のヒレが長いとヒレに形成されるレジストを確実に露光でき、側面電極膜残りによるショート不良を抑制することができる。
そこで、本実施形態は、第1の切込み部24を設けた。第1の切込み部24はエッチング液の循環が悪いため、水晶の外形エッチングにおいて、垂直方向のエッチングレートを低くすることができる。その結果、エッチング残りが多い、すなわちヒレが長い断面を形成することができる。断面のヒレが長いとヒレに形成されるレジストを確実に露光でき、側面電極膜残りによるショート不良を抑制することができる。
また、第2の切込み部26がない構成の場合、基部18の第1の励振電極31と支持枠28の第2の励振電極29とが支持枠28の+X軸側の外側側面でショートすることがあった。これも、水晶の断面テーパ−が垂直に近く、十分にレジストが感光しないため、側面電極が残っていることが原因であった。
そこで、本実施形態は、第2の切込み部26を設けた。第2の切込み部26は第1の切込み部24と同様にヒレが長い断面を形成することができ、その結果、側面電極膜残りによるショート不良を抑制することができる。
そこで、本実施形態は、第2の切込み部26を設けた。第2の切込み部26は第1の切込み部24と同様にヒレが長い断面を形成することができ、その結果、側面電極膜残りによるショート不良を抑制することができる。
また、同様に第2の切込み部25は、第1の励振電極31と第2の励振電極29とが支持枠28の−X軸側の外側側面でショートすることを抑制する。
第1の切込み部23は、第1の切込み部24、第2の切込み部25、26と同様に励振電極間のショート不良抑制に用いることもできるが、図1および図2のハッチングで示したとおり、第1の切込み部23の周囲は第2の励振電極29と同電位である。すなわち、ショート不良抑制の必要がない。本実施形態では、第1の切込み部23は、第1の切込み部24との左右バランスをとるためのバランサ−として働いている。
また、左右のパターンを入れ替え、第1の切込み部23をショート不良抑制に用い、第1の切込み部24をバランサ−とすることもできるが、ショート不良抑制の効果が小さい。
第1の切込み部23は、第1の切込み部24、第2の切込み部25、26と同様に励振電極間のショート不良抑制に用いることもできるが、図1および図2のハッチングで示したとおり、第1の切込み部23の周囲は第2の励振電極29と同電位である。すなわち、ショート不良抑制の必要がない。本実施形態では、第1の切込み部23は、第1の切込み部24との左右バランスをとるためのバランサ−として働いている。
また、左右のパターンを入れ替え、第1の切込み部23をショート不良抑制に用い、第1の切込み部24をバランサ−とすることもできるが、ショート不良抑制の効果が小さい。
(パッケージ構造)
図4は、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片10が格納された音叉型振動子60を示す上面図であり、図5はその音叉型振動子60を示す側面図であり、図6はその音叉型振動子60を示す正面図である。
セラミックスからなるベース55の上面に、マウント電極51が形成される。マウント電極51には、導電性接着剤50が塗布され、音叉型振動片10の第1の励振電極31と、第2の励振電極29が導電性接着剤50に電気的機械的に接続される。
マウント電極51は、ベース55の側面を介してベース下面に露出され、図示しない発振回路に接続される。ベース55には、さらに、封止孔56が形成される。
また、ベース55には、封止孔56の内径には図示しないメタライズ加工が施され、後述する封止材57との密着性を高めている。
ベース55には、封止孔56の一部を塞ぐように音叉型振動片10を収納するパッケージフレーム52が積層される。
図4は、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片10が格納された音叉型振動子60を示す上面図であり、図5はその音叉型振動子60を示す側面図であり、図6はその音叉型振動子60を示す正面図である。
セラミックスからなるベース55の上面に、マウント電極51が形成される。マウント電極51には、導電性接着剤50が塗布され、音叉型振動片10の第1の励振電極31と、第2の励振電極29が導電性接着剤50に電気的機械的に接続される。
マウント電極51は、ベース55の側面を介してベース下面に露出され、図示しない発振回路に接続される。ベース55には、さらに、封止孔56が形成される。
また、ベース55には、封止孔56の内径には図示しないメタライズ加工が施され、後述する封止材57との密着性を高めている。
ベース55には、封止孔56の一部を塞ぐように音叉型振動片10を収納するパッケージフレーム52が積層される。
さらに、パッケージフレーム52の上面開口を塞ぐように蓋体58が封止される。蓋体58の封止は金属ロウ材で封止でもよく、シーム封止でも良い。また、封止性を確保するため、パッケージフレーム52と蓋体58との間に中間層を設けても良い。
蓋体58とパッケージフレーム52とが封止された後、音叉型振動子60の上下を逆さにして、封止材57(例えば、AuGe合金からなる金属ボール)を封止孔56に入れて真空で加熱することで封止孔56が封止され、音叉型振動片10は真空収納される。
なお、封止孔56を使わずに、蓋封止工程を真空で行った場合に比べると、CI値が低い振動子を提供することが分かっている。これは、蓋封止工程においてガスが発生し、パッケージ内部の真空度が低下するからであると考えられている。
蓋体58とパッケージフレーム52とが封止された後、音叉型振動子60の上下を逆さにして、封止材57(例えば、AuGe合金からなる金属ボール)を封止孔56に入れて真空で加熱することで封止孔56が封止され、音叉型振動片10は真空収納される。
なお、封止孔56を使わずに、蓋封止工程を真空で行った場合に比べると、CI値が低い振動子を提供することが分かっている。これは、蓋封止工程においてガスが発生し、パッケージ内部の真空度が低下するからであると考えられている。
以上、本実施形態の音叉型振動片10によれば、支持枠28によって振動腕11の先端の振れを小さくすることができ、また、衝撃吸収を支持枠28だけでなく基部18の縮幅部21,22によっても行えるため、振動腕11の応力集中を緩和できる。その結果、CI値を低下させるのに十分な形状の溝14,15を振動腕11に形成することができる。
10…音叉型振動片、11…振動腕、12…錘部、13…溝電極、14,15…溝、16…タイバー、17…溝の縮幅部、18…基部、21,22…基部の縮幅部、23,24…第1の切込み部、25,26…第2の切込み部、28…支持枠、29…第2の励振電極、30…支持短辺部、31…第1の励振電極、32…角部、35…電極膜、37…環状接続部、38…接続電極、50…導電性接着剤、51…マウント電極、52…パッケージフレーム、55…ベース、56…封止孔、57…封止材、58…蓋体、60…音叉型振動子、71…上下面、72…第1の側面、73…第2の側面、75…第1の内面、76…第2の内面、77…第1の側面電極膜、79…第2の側面電極膜、80…第1の内面電極膜、81…第2の内面電極膜。
Claims (5)
- 基部と、前記基部から第1の方向に延びる第1および第2の振動腕と、前記第1および第2の振動腕を挟み、かつ、前記基部に接続された支持枠と、を有する音叉型振動片であって、
前記支持枠の前記基部との接続部に近い領域において、導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第1の励振電極が形成され、
前記支持枠の前記第1および第2の振動腕を挟む領域、および、前記第1および第2の振動腕よりも第1の方向に位置する領域、の少なくとも一方の領域において、前記導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第2の励振電極が形成され、
前記第1および第2の振動腕はそれぞれ、溝と、前記溝に形成された溝電極と、側面電極と、が形成され、
前記溝にはタイバーが形成され、
前記基部には、縮幅部が形成されていることを特徴とする音叉型振動片。 - 請求項1に記載された音叉型振動片において、
前記第1の励振電極は、該音叉型振動片の−Y軸側の短辺部に沿って2箇所で前記マウント電極に接続され、
前記第2の励振電極は、前記支持枠の前記第1および第2の振動腕を挟む領域および前記第1および第2の振動腕よりも第1の方向に位置する領域の少なくとも一方の領域において、2箇所でマウント電極に接続されていることを特徴とする音叉型振動片。 - 請求項1または請求項2に記載された音叉型振動片において、
前記基部の幅方向の両側は、第1の切込み部が形成され、
前記第1および第2の励振電極は、それぞれ、前記基部の表面および裏面の電極膜を介して、前記振動腕まで延長され、
前記基部の前記表面および前記裏面の電極膜は、前記基部の側面の電極膜を介して接続され、
前記基部の前記側面の電極膜は、前記第1の切込み部において切断されていることを特徴とする音叉型振動片。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載された音叉型振動片であって、
前記支持枠の外側には、第2の切込み部が形成され、
前記第1および第2の励振電極は、それぞれ、前記支持枠の表面および裏面の電極膜と、前記支持枠の前記表面および前記裏面の電極膜を接続する支持枠の側面の電極膜と、を有し、
前記支持枠の前記側面の電極膜は、前記第2の切込み部において切断されていることを特徴とする音叉型振動片。 - 基部と、前記基部から第1の方向に延びる第1および第2の振動腕と、前記第1および第2の振動腕を挟み、かつ、前記基部に接続された支持枠と、を有する音叉型振動片であって、前記支持枠の前記基部との接続部に近い領域において、導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第1の励振電極が形成され、前記支持枠の前記第1および第2の振動腕を挟む領域、および、前記第1および第2の振動腕よりも第1の方向に位置する領域、の少なくとも一方の領域において、前記導電性接着剤を介してマウント電極に接続される第2の励振電極が形成され、前記第1および第2の振動腕はそれぞれ、溝と、前記溝に形成された溝電極と、側面電極と、が形成され、前記溝にはタイバーが形成され、前記基部には、縮幅部が形成されている音叉型振動片と、
前記マウント電極が形成され、かつ、封止孔を有するベースと、
前記封止孔の一部を塞げ、前記ベースに積層されるパッケージフレームと、
前記封止孔を封止する封止材と、
前記パッケージフレームを封止する蓋体と、を有することを特徴とする音叉型振動子。
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| CN101316097B (zh) | 2010-12-08 |
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