JP2004159072A - Crystal oscillation piece, manufacturing method therefor, crystal device using crystal oscillation piece and portable telephone system/electronic unit using the same - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystal oscillation piece which does not adversely affect an oscillation characteristic by suppressing oscillation to a thickness direction of the crystal oscillation piece and to provide a manufacturing method of the piece, a crystal device using the crystal oscillation piece and portable telephone set/electronic unit using the crystal device. <P>SOLUTION: The whole crystal oscillation piece is formed of a crystal and it is provided with a base part and a pair of oscillation arms 34 and 35 extending in parallel from the base part. Projections or projection bars 66 and 66 are formed on faces opposite to faces where abnormal shapes 65 and 65 are formed in accordance with the abnormal shapes formed in the respective oscillation arms by anisotropy of the crystal. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動片とその製造方法及び、この水晶振動片をパッケージに収容した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスが広く使用されている。
図１３は、このような水晶デバイスの構成例を示す概略平面図であり、図１４は、図１３のＥ−Ｅ線概略断面図である。
これらの図において、水晶デバイス１は、パッケージ２の内部に、水晶振動片３を収容している。パッケージ２はこの場合、絶縁材料を浅い箱状に形成したもので、内部に水晶振動片３を収容固定した後で、封止材２ａを介して、蓋体４により封止されるようになっている。
【０００３】
水晶振動片３は、水晶をエッチングすることにより図示の形状が形成されている。この場合、水晶振動片３は、基部５と、この基部５から図において右方に平行に延びる一対の振動腕６，７を備える音叉型水晶片で構成されている。水晶振動片３の基部５は、パッケージ２側の電極部９，９に対して導電性接着剤８，８を利用して固定されている。振動腕６，７の表面には、励振電極（図示せず）が形成されており、この励振電極に対して外部から駆動電圧を印加することにより、図１３の矢印Ｆ，Ｆに示すように、振動腕６，７はその先端側を互いに接近、離間するように振動する。このような振動に基づく振動周波数を取り出すことにより、制御用のクロック信号等の各種信号に利用されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構造の水晶デバイス１では、図１３のＦ−Ｆ線切断端面図（切断面のみを示した図）に示されているように、各振動腕６，７においては、突起部１１，１１等の異形形状が形成されることがある。この突起部１１，１１等の異形形状は、水晶材料としての水晶ウエハ（図示せず）を加工して、エッチングにより水晶振動片３の外形を形成する過程で、水晶の異方性により、形成されてしまうと考えられる。
【０００５】
各振動腕６，７に、このような突起部１１，１１が形成されると、図１３で説明したように、水晶振動片３が駆動された際の本来の振動の方向Ｆに対して、この方向と直交する水晶振動片３の厚み方向、すなわち、図１４のＧ方向への振動が生じてしまう。これにより、水晶振動片３の振動特性に悪影響を与えることがあった。
【０００６】
本発明は、水晶振動片の厚み方向への振動を抑制することで、振動特性に悪影響を与えることがないようにした水晶振動片とその製造方法、及びこの水晶振動片を利用した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備える水晶振動片であって、前記水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けた、水晶振動片により、達成される。
上記構成によれば、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備える音叉型の水晶振動片であって、各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けている。このため、各振動腕においては、異形形状が形成されている面と、その反対の面との構造がほぼバランスされることによって、水晶振動片の厚み方向への振動が抑制されるので、振動漏れが少なくなり、水晶振動片の振動特性が改善され、高い品質を得ることができる。
ここで、各振動腕の異形形状が形成される面の反対面に設けられる突起もしくは突条は、各振動腕の当該反対面において、異形形状と対応した形状として、同様な凸部、あるいは突起を設けるものであり、突起が連続した突条としてもよく、あるいは突起が多数もしくは複数連続するように設けられてもよい。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記突起もしくは突条は、前記異形形状の突出高さとほぼ一致する高さに形成されることを特徴とする。
上記構成によれば、各振動腕の異形形状が形成される面の反対面に設けられる突起もしくは突条が、前記異形形状として突出する突出高さとほぼ一致する高さとされることにより、構造的なバランスを精密にすることができ、水晶振動片の厚み方向への振動を、より効果的に抑制することができる。
【０００９】
第３の発明は、第１または２の発明のいずれかの構成において、前記各振動腕には、その長さ方向に延びる溝が形成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、各振動腕には、各振動腕の長さ方向に沿って延びる溝が形成されることによって、この溝の内側に励振電極を設ける構成とすることで、各振動腕に効率よく電界を生じさせることができる。これにより、水晶振動片の振動性能を向上させることができる。
【００１０】
第４の発明は、第１ないし３の発明のいずれかの構成において、前記基部には、前記各振動腕の基端部に近接した領域に切欠き部を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、音叉型振動片において、その基部に前記切欠き部を形成することで、振動腕からの振動が基部に漏れ込むことを有効に防止でき、クリスタルインピーダンス値を抑制することができる。
【００１１】
また、上記目的は、第５の発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスであって、前記水晶振動片は、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、前記水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けた、水晶デバイスにより、達成される。
上記構成によれば、この水晶デバイスに使用される水晶振動片は、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備える音叉型の水晶振動片であって、各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けている。このため、各振動腕においては、異形形状が形成されている面と、その反対の面との構造がほぼバランスされることによって、水晶振動片の厚み方向への振動が抑制される。このため、水晶デバイスとしての振動特性も改善され、高い品質を得ることができる。
【００１２】
また、上記目的は、第６の発明によれば、水晶材料でなる基板をエッチングして水晶振動片の外形を形成し、水晶振動片の外形形成後に各振動腕に、その長さ方向に沿った溝を形成するためのハーフエッチングを行い、前記溝の形成後に必要な電極膜を形成する各工程を有しており、前記溝形成のハーフエッチングを行う際に、前記水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を形成し、その後必要な電極膜を形成する、水晶振動片の製造方法により、達成される。
上記構成によれば、水晶振動片の各振動腕に、ハーフエッチングにより所定の深さの溝を形成する工程をともなっているので、この溝の形成におけるハーフエッチング工程を利用することで、各振動腕の側面部に、その外形を厚み方向にハーフエッチングした突条を残すことができる。したがって、ハーフエッチングにより残す部分を選択することで、各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けることが比較的容易になされる。また、この場合、ハーフエッチングにともなうパターニングの際に、突起もしくは突条を設ける突出高さも容易に決定することができる。
【００１３】
また、上記目的は、第７の発明によれば、水晶材料でなる基板の表面に、耐蝕膜を形成する工程と、前記耐蝕膜に重ねてレジストを塗布する工程と、前記レジスト及び前記耐蝕膜に、水晶振動片の外形に対応したパターニングを行う工程と、残ったレジストを全て除去した後で、ふたたび全面にレジストを塗布する工程と、前記レジストを、水晶振動片の各振動腕の各溝形状と各振動腕に形成すべき突起もしくは突条の形状に対応させてパターニングする工程と、前記各振動腕の各溝を形成するハーフエッチングを行う工程と、前記溝の形成後に、必要な電極膜を形成する工程とを含んでいる、水晶振動片の製造方法により、達成される。
上記構成によれば、耐蝕膜とレジストを利用した前記各工程を経ることで、水晶振動片に溝を形成する工程を実現でき、この各工程中において、特に、前記レジストを、水晶振動片の各振動腕の各溝形状と各振動腕に形成すべき突起もしくは突条の形状に対応させてパターニングする工程を採用することで、突起もしくは突条を形成する工程を別途設けることなく、溝の形成とともに形成することができる。
【００１４】
さらにまた、上記目的は、第８の発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記水晶振動片は、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、前記水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けた水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【００１５】
さらにまた、上記目的は、第９の発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した電子機器であって、前記水晶振動片は、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、前記水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けた水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【００１６】
このように、本発明によれば、水晶振動片の厚み方向への振動を抑制することで、振動特性に悪影響を与えることがないようにした水晶振動片とその製造方法、及びこの水晶振動片を利用した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の水晶デバイスの第１の実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図である。
図において、水晶デバイス３０は、水晶振動子を構成した例を示しており、この水晶デバイス３０は、パッケージ３６内に水晶振動片３２を収容している。パッケージ３６は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓ２を形成するようにされている。
この内部空間Ｓ２が水晶振動片を収容するための収容空間である。
すなわち、図２に示されているように、この実施形態では、パッケージ３６は、例えば、下から第１の積層基板６１、第２の積層基板６４、第３の積層基板６８を重ねて形成されている。
【００１８】
パッケージ３６の内部空間Ｓ２内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第２の積層基板６４には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部３１，３１が設けられている。
この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に水晶振動片３２の基部５１が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。尚、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
【００１９】
水晶振動片３２は、後述する製造工程により水晶をエッチングして形成されており、本実施形態の場合、水晶振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図示する形状とされている。
すなわち、水晶振動片３２は、パッケージ３６側と後述するようにして固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３４，３５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型水晶振動片が利用されている。
【００２０】
水晶振動片３２の各振動腕３４，３５には、それぞれ長さ方向に延びる溝５６，５７が形成されている。この各溝５６，５７は、図１のＢ−Ｂ線切断端面図である図３や、図１のＣ−Ｃ線切断端面図である図４に示されているように、各振動腕３４，３５の表裏両面に形成されている。
【００２１】
さらに、図１において、水晶振動片３２の基部５１の端部（図１では左端部）の幅方向両端付近には、引き出し電極５２，５３が形成されている。各引き出し電極５２，５３は、水晶振動片３２の基部５１の図示しない裏面にも同様に形成されている。
これらの各引き出し電極５２，５３は、上述したようにパッケージ側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３により接続される部分である。そして、各引き出し電極５２，５３は、図示されているように、各振動腕３４，３５の溝５６，５７内に設けた励振電極５４，５５と接続されている。また、各励振電極５４，５５は、図４に示されているように各振動腕３４，３５の両側面にも形成されており、一方の振動腕、例えば、振動腕３４に関しては、溝５７内の励振電極５４と、その側面部の励振電極５５は互いに異極となるようにされている。
【００２２】
また、パッケージ３６の底面のほぼ中央付近には、パッケージ３６を構成する２枚の積層基板に連続する貫通孔３７ａ，３７ｂを形成することにより、外部に開口した貫通孔３７が設けられている。この貫通孔３７を構成する２つの貫通孔のうち、パッケージ内部に開口する第１の孔３７ｂに対して、第２の孔である外側の貫通孔３７ａは、より大きな内径を備えるようにされている。これにより、貫通孔３７は、図２において下向きの段部６２を備える段つき開口とされている。この段部６２の表面には、金属被覆部が設けられていることが好ましい。
【００２３】
ここで、貫通孔３７に充填される金属製封止材３８としては、例えば、鉛を含有しない封止材が選択されることが好ましく、例えば、銀ロウ、Ａｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｘｅ合金等から選択される。これに対応して、段部６２の表面の金属被覆部には、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキを形成することが好ましい。
パッケージ３６の開放された上端には、蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、好ましくは、パッケージ３６に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光Ｌ２を水晶振動片３２の後述する金属被覆部に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００２４】
さらに、本実施形態の水晶振動片３２においては、その製造工程中で、各振動腕３４，３５に異形形状６５，６５が形成される場合があり、図３及び図４では、断面形状において先端がやや細くなった突起もしくは突条として示されている。このような異形形状６５，６５は、後述するように、水晶のエッチングの過程で水晶の異方性により形成される。この場合、各振動腕３４，３５のそれぞれ同じ側の側面（図３及び図４において右側の側面）において、厚み方向の中間付近で、各振動腕３４，３５の長さ方向に延びる突起もしくは突条として現れている。
【００２５】
これに対して、本実施形態の水晶振動片３２では、各振動腕３４，３５の上述した異形形状６５，６５が形成されている側面と反対の側面、すなわち、各振動腕３４，３５の図３及び図４において左側の側面において、厚み方向の中間付近で、各振動腕３４，３５の長さ方向に延びる突起もしくは突条６６，６６を形成するようにしている。
これにより、各振動腕３４，３５においては、異形形状が形成されている面と、その反対の面との構造がほぼバランスされることによって、水晶振動片３２の厚み方向への振動、すなわち、図２におけるＧ方向の振動が抑制される。
【００２６】
図５は、上述した各振動腕３４，３５に形成された異形形状６５，６５の突出高さｈと、本実施形態で形成した突起もしくは突条６６，６６の突出高さＨの比における水晶振動片３２の厚み方向への変位量を測定したグラフである。
図５に示されているように、各振動腕３４，３５に形成された異形形状６５，６５の突出高さｈと、突起もしくは突条６６，６６の突出高さＨの比Ｈ／ｈが、０．８ないし１．１の間にある場合に、水晶振動片３２の厚み方向への変位は顕著に抑制されることが判明した。
したがって、水晶振動片３２の厚み方向への変位を抑制して、振動性能を向上させるためには、各振動腕３４，３５に形成された異形形状６５，６５の突出高さｈとほぼ同じ突出高さＨとなるように、突起もしくは突条６６，６６を形成する必要がある。
【００２７】
次に、図６ないし図８は、本実施形態の水晶振動片３２の製造方法の一例を説明するための工程図であり、図３に対応した部分の切断端面図にて、製造過程を工程順に示したものである。
これらの図を参照して、水晶振動片３２の製造方法を説明する。
（水晶振動片の外形を形成する工程）
図６（ａ）において、水晶振動片３２を複数もしくは多数分離することができる大きさの水晶材料でなる基板７１を用意し、基板７１の表面（表裏面）に、スパッタリングもしくは蒸着等の手法により、耐蝕膜７２を形成する。図示されているように、水晶基板７１の表裏両面に耐蝕膜７２が形成され、耐蝕膜７２は、例えば、下地層としてのクロム層と、その上に被覆される金被覆層で構成される（耐蝕膜の形成工程）。
尚、以下の工程では、基板７１の図６において上下両面に同一の加工が行われるので、煩雑さを避けるため、上面についてだけ説明する。
【００２８】
次いで、図６（ｂ）に示すように、全面にレジスト７３を塗布する（レジストの塗布工程）。そして、図６（ｃ）に示すように、水晶振動片３２の外形に対応して水晶振動片３２の形状の外側となる部分のレジスト７３を感光させて、除去する。続けて、露出した耐蝕膜７２を図６（ｄ）に示すように、対応するエッチング液でエッチングして除去する。このようにして、水晶振動片３２の各振動腕３４，３５を含んだ外形のパターニングを行う（外形のパターニング工程）。
次に、図７（ｅ）に示すように、レジスト７３を剥離して、図７（ｆ）に示すように、新たに、全面にレジスト７４を塗布する（レジストの塗布工程）。
【００２９】
次いで、図７（ｇ）に示すように、水晶振動片３２の外形と、各振動腕３４，３５の溝５６，５７に対応する形状に適合させたマスク（図示せず）を配置して、各振動腕３４，３５の溝５６，５７に対応したパターニングを行う。
【００３０】
この場合、特に重要なのは、各振動腕３４，３５の長さ方向に延びる突起もしくは突条６６，６６を形成すべき側のレジスト７４ｂ，７４ｂについては、その下の各振動腕３４，３５の外形に沿った耐蝕膜７２，７２の外縁よりも図７（ｇ）にてＨで示す距離だけ内側になるように面積を減少させるようにしたマスクを用いる。
そして、このようなマスクを当てた状態で露光し、感光していないレジストを除去することにより、各振動腕３４，３５の溝５６，５７に対応したパターニングと、各振動腕３４，３５の長さ方向に延びる突起もしくは突条６６，６６に対応したパターニングを同時に行うことができる。また、図７（ｇ）にてＨの距離はそのまま、突起もしくは突条６６，６６の突出高さとなる。
次いで、図７（ｈ）に示されているように、耐蝕膜７２の外形に沿って、露出している水晶基板７１をフッ酸等によりエッチングする。これにより、水晶振動片３２の各振動腕３４，３５に対応した部分７１ａと７１ｂが形成され、水晶振動片３２の外形のエッチングが完了する。
【００３１】
（水晶振動片の各振動腕に溝を形成する工程）
続いて、図８（ｉ）に示すように、水晶振動片３２の各振動腕３４，３５について、溝５６，５７と、突起もしくは突条６６，６６に対応する部分として耐蝕膜７２のレジスト７４ａ，７４ｂから露出している部分を除去して、水晶基板７１を露出させる。
【００３２】
次に、図８（ｊ）に示すように、露出した水晶基板７１の材料部分を、ハーフエッチングする。つまり、溝５６，５７と、突起もしくは突条６６，６６に対応する部分とを同時にハーフエッチングする（ハーフエッチング工程）。
これにより、図示されているように、水晶振動片３２の各振動腕３４，３５の右側の側面には、水晶の異方性によって、異形形状６５，６５が形成される。これと同時に、水晶振動片３２の各振動腕３４，３５に対応した部分７１ａと７１ｂにおいて、それぞれ、溝５６，５７と、突起もしくは突条６６，６６が同時に形成される。
【００３３】
この場合、溝５６，５７と、突起もしくは突条６６，６６が同時に形成されることから、マスクの形状を変更するだけで、溝形成のハーフエッチング工程を利用して、特別の工程を付加することなく、突起もしくは突条６６，６６を形成することができる。
次いで、図８（ｋ）に示すように、レジスト７４ａ，７４ｂを除去し、さらに図８（ｌ）に示すように、耐蝕膜７２を除去することで、電極膜部分を除き、水晶振動片３２の詳細な形状の形成が完了する。
【００３４】
（電極膜の形成工程）
続いて、水晶振動片３２の電極を形成する。
図９（ｍ）に示すように、電極が形成されていない水晶片に全外面に、スパッタリング等によって、電極となる金属で電極膜７５，７５を被覆する。電極膜７５，７５は、例えば、Ｃｒを下地層として、Ａｕを被覆する。
次に、その外側に図９（ｎ）に示すように、例えば、スプレー方式により、レジスト７６，７６を塗布する。
【００３５】
次いで、図９（ｏ）に示すように、水晶振動片３２に形成すべき電極５４，５５の形状と一致するように（図１ないし図４参照）、図示しないマスクを用いてパターニングを行い、露光により感光していないレジスト７６，７６を除去する。
そして、レジストが除去されることにより露出した電極膜７５，７５を、図９（ｐ）に示すように、Ａｕ、Ｃｒの順にエッチングにより除去する。
最後に、図１０に示すように、レジスト７６，７６を完全に除去することによって、水晶振動片３２が完成する。なお、図１０においては、工程説明のために、全ての電極が符号７５で示されており、例えば図４の符号表示と一致しないが、図１０が、異極となる電極を区別せずに示しているためで、構造は同じである。
【００３６】
このように、上述した製造方法によれば、水晶振動片３２の各振動腕３４，３５に、ハーフエッチングにより所定の深さの溝５６，５７を形成する工程をともなっているので、この溝５６，５７の形成におけるハーフエッチング工程を利用することで、各振動腕３４，３５の側面部に、その外形を厚み方向にハーフエッチングした突起または突条６６，６６を残すことができる。したがって、ハーフエッチングにより残す部分を選択することで、各振動腕３４，３５に形成される異形形状６５，６５に対応して、この異形形状６５，６５が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けることが比較的容易になされる。また、この場合、ハーフエッチングにともなうパターニングの際に、突起もしくは突条６６，６６を設ける突出高さも、図７（ｇ）の距離Ｈを決めるだけで容易に決定することができる。
【００３７】
次に、図１１を参照して、水晶デバイスの第２の実施形態ついて、詳しく説明する。
図１１（ａ）は、水晶デバイス８０の構成を示す概略平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＤ−Ｄ線概略断面図である。
これらの図において、第１の実施形態の水晶デバイス３０と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３８】
すなわち、水晶デバイス８０に収容された水晶振動片３２の基部５１において、一対の振動腕３４，３５の基端部側に寄った位置には、基部５１の幅方向に縮幅して設けた切り欠き部もしくはくびれ部８１，８１を設けるようにしてもよい。
これにより、基部５１に水晶振動片３２の振動の漏れ込みを防止して、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を低減することができる。
【００３９】
さらに、この実施形態では、パッケージ３６を構成する積層基板の最下層の基板６１には、図１１（ｂ）において右端部付近に孔を形成することにより、この積層基板の厚みに対応した凹部４２が形成されている。この凹部４２は、水晶振動片３２の自由端である先端部の下方に位置している。これにより、本実施形態では、パッケージ３６に外部から衝撃が加わった場合に、水晶振動片３２の自由端が、矢印Ｇ方向に変位して振れた場合においても、パッケージ３６の内側底面と当接されることを有効に防止されるようになっている。
それ以外の作用効果は、第１の実施形態と同じである。
【００４０】
図１２は、本発明の上述した実施形態に係る水晶デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０１を備えている。
ＣＰＵ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなるメモリ３０３の制御を行うようになっている。このため、ＣＰＵ３０１には、水晶デバイス３０または水晶デバイス８０が取り付けられて、その出力周波数をＣＰＵ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このＣＰＵ３０１に取付けられる水晶デバイス３０は、水晶デバイス３０等単体でなくても、水晶デバイス３０等と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【００４１】
ＣＰＵ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、ＣＰＵ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
【００４２】
このように、制御部を備えたディジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る水晶デバイス３０を利用することにより、小型に構成しても、優れた振動特性を発揮するため、正確なクロック信号を生成することができる。
【００４３】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージ内に水晶振動片を収容するものでれば、水晶振動子、水晶発振器等の名称にかかわらず、全ての水晶デバイスに適用することができる。
また、上述の実施形態では、パッケージに水晶材料を使用した箱状のものを利用しているが、このような形態に限らず、少なくともパッケージの一部について、光が透過できる箇所を設けたものであれば、いかなるパッケージやケースを伴うものについても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水晶デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線概略断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線切断端面図。
【図４】図１のＣ−Ｃ線切断端面図。
【図５】図１の水晶デバイスに収容された水晶振動片に設けた突起の高さと異形形状部の高さとの比に応じた水晶振動片のＧ方向への変位を示すグラフ。
【図６】図１の水晶デバイスに収容された水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図７】図１の水晶デバイスに収容された水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図８】図１の水晶デバイスに収容された水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図９】図１の水晶デバイスに収容された水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図１０】図１の水晶デバイスに収容された水晶振動片の製造工程の最終段階を示す概略断面図。
【図１１】本発明の水晶デバイスの第２の実施形態を示す図であり、（ａ）は、水晶デバイス８０の構成を示す概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線概略断面図。
【図１２】本発明の実施形態に係る水晶デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１３】従来の水晶デバイスの構成例を示す概略平面図。
【図１４】図１３のＥ−Ｅ線概略断面図。
【図１５】図１３のＦ−Ｆ線切断端面図。
【符号の説明】
３０，８０・・・水晶デバイス、３２・・・水晶振動片 、３４，３５・・・振動腕、５６，５７・・・溝、６５，６５・・・異形形状（部）、６６，６６・・・突起もしくは突条。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystal resonator element and a method of manufacturing the same, a crystal device containing the crystal resonator element in a package, and a mobile phone and an electronic device using the crystal device.
[0002]
[Prior art]
In a small information device such as a hard disk drive (HDD), a mobile computer, or an IC card, or a mobile communication device such as a mobile phone, a car phone, or a paging system, a crystal in which a crystal vibrating piece is housed in a package. Crystal devices such as oscillators and crystal oscillators are widely used.
FIG. 13 is a schematic plan view showing a configuration example of such a crystal device, and FIG. 14 is a schematic sectional view taken along line EE of FIG.
In these drawings, the crystal device 1 accommodates a crystal resonator element 3 in a package 2. In this case, the package 2 is formed of an insulating material in the shape of a shallow box. After the crystal vibrating piece 3 is accommodated and fixed inside, the package 2 is sealed with the lid 4 via the sealing material 2a. ing.
[0003]
The shape of the crystal resonator element 3 is formed by etching the crystal. In this case, the quartz vibrating reed 3 is composed of a tuning fork type quartz piece having a base 5 and a pair of vibrating arms 6 and 7 extending in parallel to the right from the base 5 in the drawing. The base 5 of the crystal resonator element 3 is fixed to the electrodes 9 on the package 2 side using conductive adhesives 8. Excitation electrodes (not shown) are formed on the surfaces of the vibrating arms 6 and 7, and when a drive voltage is applied to the excitation electrodes from the outside, as shown by arrows F and F in FIG. The vibrating arms 6 and 7 vibrate so that their distal ends approach and separate from each other. By extracting a vibration frequency based on such vibration, it is used for various signals such as a control clock signal.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the crystal device 1 having such a structure, as shown in the sectional view taken along the line FF of FIG. An irregular shape such as 11, 11 may be formed. The irregular shapes of the projections 11 and 11 are formed by processing a quartz crystal wafer (not shown) as a quartz material and forming the outer shape of the quartz vibrating piece 3 by etching, due to anisotropy of quartz. It is thought to be done.
[0005]
When such protrusions 11, 11 are formed on each of the vibrating arms 6, 7, as described with reference to FIG. 13, the direction of the original vibration F when the crystal vibrating piece 3 is driven is Vibration in the thickness direction of the crystal vibrating piece 3 perpendicular to this direction, that is, in the direction G in FIG. 14 occurs. As a result, the vibration characteristics of the crystal resonator element 3 may be adversely affected.
[0006]
The present invention suppresses vibration in the thickness direction of a crystal vibrating reed, thereby preventing a vibration characteristic from being adversely affected, a method for manufacturing the same, and a crystal device using the crystal vibrating reed. It is another object of the present invention to provide a mobile phone and an electronic device using a crystal device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a quartz crystal vibrating reed comprising a base, and a pair of vibrating arms extending in parallel from the base. This is achieved by a quartz vibrating reed in which a projection or a ridge is provided on the surface opposite to the surface on which the deformed shape is formed, corresponding to the deformed shape formed on each of the vibrating arms.
According to the above configuration, a tuning-fork type quartz vibrating reed comprising a base and a pair of vibrating arms extending in parallel from the base, the deformed shape corresponding to the deformed shape formed on each vibrating arm. Projections or ridges are provided on the surface opposite to the surface to be formed. For this reason, in each of the vibrating arms, since the structure of the surface on which the irregular shape is formed and the structure of the opposite surface are substantially balanced, the vibration in the thickness direction of the crystal vibrating piece is suppressed. Leakage is reduced, the vibration characteristics of the crystal resonator element are improved, and high quality can be obtained.
Here, the protrusions or ridges provided on the surface opposite to the surface on which the deformed shape of each vibrating arm is formed are similar convex portions or protrusions on the opposite surface of each vibrating arm as a shape corresponding to the deformed shape. The protrusion may be a continuous ridge, or may be provided so that a large number or a plurality of protrusions are continuous.
[0008]
A second invention is characterized in that, in the configuration of the first invention, the projection or the ridge is formed at a height substantially coincident with the projection height of the irregular shape.
According to the above configuration, the protrusion or the ridge provided on the surface opposite to the surface on which the deformed shape of each vibrating arm is formed has a height substantially matching the protruding height of the deformed shape. The balance can be made precise, and the vibration in the thickness direction of the crystal resonator element can be more effectively suppressed.
[0009]
A third invention is characterized in that, in the configuration according to any one of the first and second inventions, a groove extending in the length direction is formed in each of the vibrating arms.
According to the above configuration, a groove extending along the length direction of each vibrating arm is formed in each vibrating arm, and the excitation electrode is provided inside the groove. An electric field can be generated efficiently. Thereby, the vibration performance of the crystal resonator element can be improved.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the base has a notch in a region close to a base end of each of the vibrating arms.
According to the above configuration, in the tuning-fork type vibrating reed, by forming the notch in the base thereof, it is possible to effectively prevent the vibration from the vibrating arm from leaking into the base, and to suppress the crystal impedance value. it can.
[0011]
Further, according to a fifth aspect of the present invention, there is provided a crystal device including a crystal vibrating piece housed in a package, wherein the crystal vibrating piece is entirely formed of quartz, and is formed in parallel with a base portion from the base portion. A pair of vibrating arms that extend, and a projection or a ridge is provided on a surface opposite to the surface on which the deformed shape is formed, corresponding to the deformed shape formed on each of the vibrating arms due to the anisotropy of the quartz crystal. It is also achieved by a quartz device.
According to the above configuration, the crystal vibrating reed used in the crystal device is a tuning-fork type crystal vibrating reed having a base and a pair of vibrating arms extending in parallel from the base, and is formed on each vibrating arm. A projection or a ridge is provided on the surface opposite to the surface on which the irregular shape is formed, corresponding to the irregular shape. For this reason, in each of the vibrating arms, the structure of the surface on which the irregular shape is formed and the structure of the opposite surface are substantially balanced, so that the vibration of the quartz vibrating piece in the thickness direction is suppressed. For this reason, the vibration characteristics of the crystal device are also improved, and high quality can be obtained.
[0012]
Further, according to the sixth aspect of the present invention, according to the sixth aspect, a substrate made of a quartz material is etched to form the outer shape of the quartz vibrating reed. Performing a half-etching for forming the groove, and forming each necessary electrode film after the formation of the groove. Manufacturing a quartz vibrating reed by forming a projection or a ridge on a surface opposite to a surface on which the deformed shape is formed, and then forming a necessary electrode film in correspondence with the deformed shape formed on each of the vibrating arms. Achieved by the method.
According to the above configuration, since a step of forming a groove having a predetermined depth by half-etching on each vibrating arm of the crystal vibrating piece is included, by utilizing the half-etching step in the formation of the groove, On the side surface of the arm, a ridge whose outer shape is half-etched in the thickness direction can be left. Therefore, by selecting a portion to be left by half-etching, it is relatively easy to provide a projection or a ridge on the surface opposite to the surface on which the deformed shape is formed, corresponding to the deformed shape formed on each vibrating arm. Is made. Further, in this case, at the time of patterning accompanying the half-etching, the protrusion height at which the protrusion or the protrusion is provided can be easily determined.
[0013]
Further, according to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for forming a corrosion-resistant film on a surface of a substrate made of a quartz material, a step of applying a resist on the corrosion-resistant film, A step of performing patterning corresponding to the outer shape of the crystal vibrating piece, a step of applying a resist again on the entire surface after removing all remaining resist, and a step of applying the resist to each groove of each vibrating arm of the crystal vibrating piece. A step of patterning in accordance with the shape and the shape of the projection or ridge to be formed on each vibrating arm, a step of performing half-etching to form each groove of each vibrating arm, and a step of forming a necessary electrode after the formation of the groove. And a step of forming a film.
According to the above configuration, a step of forming a groove in the quartz-crystal vibrating piece can be realized by going through each of the above-mentioned steps using the corrosion-resistant film and the resist. By adopting a step of patterning corresponding to each groove shape of each vibrating arm and the shape of the protrusion or ridge to be formed on each vibrating arm, the step of forming a protrusion or a ridge can be performed without providing a separate step of forming a protrusion or a ridge. It can be formed together with the formation.
[0014]
Still further, according to an eighth aspect of the present invention, there is provided a mobile phone device using a crystal device in which a crystal resonator element is housed in a package, wherein the crystal resonator element is entirely formed of crystal, And a pair of vibrating arms extending in parallel from the base, corresponding to the deformed shape formed on each of the vibrating arms due to the anisotropy of the quartz crystal, opposite to the surface on which the deformed shape is formed. The present invention is achieved by a cellular phone device in which a clock signal for control is obtained by a crystal device provided with a projection or a ridge.
[0015]
Still further, according to a ninth aspect, the above object is an electronic apparatus using a crystal device in which a crystal resonator element is housed in a package, wherein the crystal resonator element is entirely formed of crystal, and A pair of vibrating arms extending in parallel from the base, corresponding to the deformed shape formed on each of the vibrating arms due to the anisotropy of the quartz crystal, on a surface opposite to the surface on which the deformed shape is formed. The present invention is achieved by an electronic device in which a clock signal for control is obtained by a crystal device provided with a protrusion or a ridge.
[0016]
As described above, according to the present invention, by suppressing the vibration in the thickness direction of the crystal vibrating piece, the crystal vibrating piece and the method of manufacturing the same are provided so as not to adversely affect the vibration characteristics. And a cellular phone and an electronic device using the crystal device.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 show a first embodiment of a crystal device according to the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view thereof, and FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line AA of FIG.
In the drawing, the crystal device 30 shows an example in which a crystal resonator is formed, and the crystal device 30 accommodates a crystal resonator element 32 in a package 36. The package 36 is formed, for example, by laminating a plurality of substrates formed by molding ceramic green sheets of aluminum oxide as an insulating material, and then sintering. Each of the plurality of substrates is formed with a predetermined hole inside thereof so that when stacked, a predetermined internal space S2 is formed inside when stacked.
This internal space S2 is a housing space for housing the crystal resonator element.
That is, as shown in FIG. 2, in this embodiment, the package 36 is formed by, for example, stacking a first laminated substrate 61, a second laminated substrate 64, and a third laminated substrate 68 from below. ing.
[0018]
In the drawing of the inner space S2 of the package 36 near the left end in the drawing, the second laminated substrate 64 exposed to the inner space S2 and constituting the inner bottom portion has, for example, electrodes formed by nickel plating and gold plating on tungsten metallization. Parts 31, 31 are provided.
The electrode portions 31 are connected to the outside and supply a drive voltage. A conductive adhesive 43, 43 is applied on each of the electrode portions 31, 31, and a base 51 of the crystal vibrating piece 32 is placed on the conductive adhesive 43, 43, and the conductive adhesive 43 is provided. , 43 are cured. In addition, as the conductive adhesives 43, 43, those obtained by adding conductive particles such as silver fine particles to a synthetic resin agent as an adhesive component exhibiting a bonding force can be used. Or polyimide-based conductive adhesive or the like can be used.
[0019]
The quartz-crystal vibrating piece 32 is formed by etching quartz in a manufacturing process described later. In the case of the present embodiment, the quartz-crystal vibrating piece 32 is formed in a small size and is particularly illustrated in order to obtain necessary performance. It is shaped.
That is, the quartz vibrating reed 32 is composed of a base 51 fixed to the package 36 side as described later, and a pair of vibrating parts extending in parallel to the right side in FIG. A so-called tuning-fork type crystal vibrating piece having arms 34 and 35 and having a whole shape like a tuning fork is used.
[0020]
Grooves 56 and 57 extending in the length direction are formed on the respective vibrating arms 34 and 35 of the crystal vibrating piece 32. As shown in FIG. 3 which is a sectional view taken along the line BB in FIG. 1 and FIG. 4 which is a sectional view taken along the line CC in FIG. , 35 are formed on both front and back surfaces.
[0021]
Further, in FIG. 1, extraction electrodes 52 and 53 are formed near both ends in the width direction of the end portion (the left end portion in FIG. 1) of the base portion 51 of the crystal vibrating piece 32. The extraction electrodes 52 and 53 are similarly formed on the back surface (not shown) of the base 51 of the crystal vibrating piece 32.
These lead electrodes 52 and 53 are portions connected to the package-side electrode portions 31 and 31 by the conductive adhesives 43 and 43 as described above. As shown, the extraction electrodes 52 and 53 are connected to excitation electrodes 54 and 55 provided in grooves 56 and 57 of the vibrating arms 34 and 35, respectively. As shown in FIG. 4, the excitation electrodes 54 and 55 are also formed on both side surfaces of each of the vibrating arms 34 and 35, and one of the vibrating arms, for example, the vibrating arm 34 has a groove 57. The excitation electrode 54 in the inside and the excitation electrode 55 on the side surface thereof have different polarities from each other.
[0022]
A through hole 37 that is open to the outside is provided near the center of the bottom surface of the package 36 by forming through holes 37a and 37b that are continuous with the two laminated substrates that constitute the package 36. Out of the two through-holes constituting the through-hole 37, the outer through-hole 37a, which is the second hole, has a larger inner diameter than the first hole 37b opened inside the package. I have. Thereby, the through-hole 37 is a stepped opening including the downward stepped portion 62 in FIG. 2. It is preferable that a metal coating portion is provided on the surface of the step portion 62.
[0023]
Here, as the metal sealing material 38 filled in the through hole 37, for example, a sealing material containing no lead is preferably selected. For example, silver brazing, Au / Sn alloy, Au / Xe alloy And so on. Correspondingly, it is preferable to form nickel plating and gold plating on the tungsten metallization on the metal coating on the surface of the step 62.
A lid 39 is joined to the open upper end of the package 36 to seal it. After the lid 39 is preferably sealed and fixed to the package 36, as shown in FIG. 2, a laser beam L2 is externally applied to a metal coating portion of the crystal vibrating piece 32, as shown in FIG. In order to adjust the frequency, it is made of a material that transmits light, in particular, a thin glass plate.
As a glass material suitable for the lid 39, for example, borosilicate glass is used as a thin glass manufactured by a down-draw method.
[0024]
Further, in the quartz vibrating piece 32 of the present embodiment, during the manufacturing process, the deformed shapes 65, 65 may be formed on the respective vibrating arms 34, 35. In FIGS. Are shown as slightly thinner projections or ridges. Such deformed shapes 65, 65 are formed by the anisotropy of the crystal during the process of etching the crystal, as described later. In this case, on the side surface on the same side of each of the vibrating arms 34 and 35 (the right side surface in FIGS. 3 and 4), a protrusion or protrusion extending in the length direction of each of the vibrating arms 34 and 35 near the middle in the thickness direction. Appears as an article.
[0025]
On the other hand, in the quartz-crystal vibrating piece 32 of the present embodiment, the side opposite to the side on which the above-mentioned deformed shapes 65, 65 of the vibrating arms 34, 35 are formed, that is, the diagram of the respective vibrating arms 34, 35. On the left side surface in FIGS. 3 and 4, near the middle in the thickness direction, projections or ridges 66, 66 extending in the length direction of each of the vibrating arms 34, 35 are formed.
As a result, in each of the vibrating arms 34 and 35, the structure of the surface on which the deformed shape is formed and the structure of the opposite surface are substantially balanced, so that the vibration in the thickness direction of the crystal vibrating piece 32, that is, The vibration in the G direction in FIG. 2 is suppressed.
[0026]
FIG. 5 shows a quartz crystal at a ratio of the protruding height h of the irregular shapes 65, 65 formed on the respective vibrating arms 34, 35 to the protruding height H of the protrusions or ridges 66, 66 formed in the present embodiment. 5 is a graph showing a measured amount of displacement of a resonator element 32 in a thickness direction.
As shown in FIG. 5, the ratio H / h of the protruding height h of the deformed shapes 65, 65 formed on the respective vibrating arms 34, 35 and the protruding height H of the protrusions or ridges 66, 66 is determined. , 0.8 to 1.1, the displacement of the quartz-crystal vibrating piece 32 in the thickness direction is significantly suppressed.
Therefore, in order to suppress the displacement of the crystal vibrating piece 32 in the thickness direction and to improve the vibration performance, the protrusion heights of the modified shapes 65, 65 formed on the respective vibrating arms 34, 35 are substantially the same as the protrusion height h. It is necessary to form the protrusions or ridges 66, 66 so as to have the height H.
[0027]
Next, FIGS. 6 to 8 are process diagrams for explaining an example of a method of manufacturing the quartz-crystal vibrating piece 32 of the present embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional end view of a portion corresponding to FIG. These are shown in order.
With reference to these drawings, a method of manufacturing the crystal vibrating piece 32 will be described.
(Process of forming the outer shape of the crystal vibrating piece)
In FIG. 6A, a substrate 71 made of a quartz material having a size capable of separating a plurality or a large number of the quartz vibrating reeds 32 is prepared, and the surface (front and back) of the substrate 71 is formed by a method such as sputtering or vapor deposition. Then, a corrosion resistant film 72 is formed. As shown in the drawing, a corrosion-resistant film 72 is formed on both front and back surfaces of a quartz substrate 71. The corrosion-resistant film 72 is composed of, for example, a chromium layer as a base layer and a gold coating layer coated thereon ( Step of forming corrosion resistant film).
In the following steps, the same processing is performed on the upper and lower surfaces in FIG. 6 of the substrate 71, so that only the upper surface will be described to avoid complication.
[0028]
Next, as shown in FIG. 6B, a resist 73 is applied to the entire surface (resist coating step). Then, as shown in FIG. 6C, the portion of the resist 73 outside the shape of the crystal vibrating piece 32 corresponding to the outer shape of the crystal vibrating piece 32 is exposed to light and removed. Subsequently, as shown in FIG. 6D, the exposed corrosion-resistant film 72 is removed by etching with a corresponding etchant. In this way, the outer shape including the respective vibrating arms 34 and 35 of the crystal vibrating piece 32 is patterned (outer shape patterning step).
Next, as shown in FIG. 7E, the resist 73 is peeled off, and a new resist 74 is applied to the entire surface as shown in FIG. 7F (resist coating step).
[0029]
Next, as shown in FIG. 7 (g), a mask (not shown) adapted to the outer shape of the crystal vibrating piece 32 and the shape corresponding to the grooves 56, 57 of the vibrating arms 34, 35 is arranged. Patterning corresponding to the grooves 56, 57 of the vibrating arms 34, 35 is performed.
[0030]
In this case, what is particularly important is that, with respect to the resists 74b, 74b on the side where the protrusions or ridges 66, 66 extending in the longitudinal direction of the respective vibrating arms 34, 35 are formed, the outer shapes of the respective vibrating arms 34, 35 thereunder are formed. A mask whose area is reduced so as to be inward from the outer edges of the corrosion-resistant films 72, 72 by a distance indicated by H in FIG.
Exposure is performed with such a mask applied, and the unexposed resist is removed, whereby patterning corresponding to the grooves 56 and 57 of the vibrating arms 34 and 35 and the length of the vibrating arms 34 and 35 are performed. The patterning corresponding to the protrusions or ridges 66 extending in the vertical direction can be performed simultaneously. Further, in FIG. 7 (g), the distance of H is the projection height of the projection or the ridge 66, 66 as it is.
Next, as shown in FIG. 7H, the exposed quartz substrate 71 is etched along with the outer shape of the corrosion-resistant film 72 using hydrofluoric acid or the like. Thereby, portions 71a and 71b corresponding to the respective vibrating arms 34 and 35 of the crystal vibrating piece 32 are formed, and the etching of the outer shape of the crystal vibrating piece 32 is completed.
[0031]
(Step of forming a groove in each vibrating arm of the crystal vibrating piece)
Subsequently, as shown in FIG. 8 (i), for each of the vibrating arms 34, 35 of the crystal vibrating piece 32, a resist 74a of the corrosion resistant film 72 is formed as a portion corresponding to the grooves 56, 57 and the projections or ridges 66, 66. , 74b are removed to expose the quartz substrate 71.
[0032]
Next, as shown in FIG. 8J, the exposed material portion of the quartz substrate 71 is half-etched. That is, the grooves 56 and 57 and the portions corresponding to the protrusions or protrusions 66 and 66 are simultaneously half-etched (half-etching step).
As a result, as shown in the figure, deformed shapes 65, 65 are formed on the right side surfaces of the respective vibrating arms 34, 35 of the crystal vibrating piece 32 due to the anisotropy of the crystal. At the same time, grooves 56, 57 and projections or ridges 66, 66 are simultaneously formed in portions 71a, 71b of the crystal vibrating piece 32 corresponding to the respective vibrating arms 34, 35, respectively.
[0033]
In this case, since the grooves 56 and 57 and the projections or ridges 66 and 66 are formed at the same time, a special step is added by simply changing the shape of the mask and utilizing the half-etching step of forming the grooves. The protrusions or protrusions 66, 66 can be formed without the need.
Next, as shown in FIG. 8 (k), the resists 74a and 74b are removed, and as shown in FIG. 8 (l), the corrosion-resistant film 72 is removed to remove the electrode film portion and remove the crystal vibrating piece 32. Is completed.
[0034]
(Step of forming electrode film)
Subsequently, the electrodes of the crystal vibrating piece 32 are formed.
As shown in FIG. 9 (m), the entire outer surface of the crystal blank on which no electrode is formed is covered with electrode films 75, 75 by sputtering or the like metal. The electrode films 75 are coated with Au, for example, using Cr as a base layer.
Next, as shown in FIG. 9 (n), resists 76 are applied to the outside by, for example, a spray method.
[0035]
Next, as shown in FIG. 9 (o), patterning is performed using a mask (not shown) so as to conform to the shapes of the electrodes 54 and 55 to be formed on the crystal resonator element 32 (see FIGS. 1 to 4). The resists 76 that are not exposed by the exposure are removed.
Then, as shown in FIG. 9 (p), the electrode films 75, 75 exposed by removing the resist are removed by etching in the order of Au and Cr.
Finally, as shown in FIG. 10, the quartz vibrating reed 32 is completed by completely removing the resists 76, 76. In FIG. 10, for the sake of explanation of the process, all the electrodes are denoted by reference numeral 75, and do not match the reference numerals in FIG. 4, for example. However, FIG. The structure is the same.
[0036]
As described above, according to the above-described manufacturing method, the step of forming the grooves 56 and 57 having a predetermined depth by half etching on each of the vibrating arms 34 and 35 of the crystal vibrating piece 32 is included. By using the half-etching step in the formation of the vibrating arms and 57, projections or ridges 66 and 66 whose outer shapes are half-etched in the thickness direction can be left on the side surfaces of the respective vibrating arms and. Therefore, by selecting a portion to be left by half-etching, a protrusion or a protrusion is formed on the surface opposite to the surface on which the deformed shapes 65, 65 are formed, corresponding to the deformed shapes 65, 65 formed on the respective vibrating arms 34, 35. Providing the ridge is relatively easy. In this case, the height of the projections or protrusions 66 at the time of patterning accompanying the half etching can be easily determined only by determining the distance H in FIG. 7 (g).
[0037]
Next, a second embodiment of the crystal device will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 11A is a schematic plan view showing the configuration of the quartz crystal device 80, and FIG. 11B is a schematic sectional view taken along line DD of FIG. 11A.
In these drawings, the portions denoted by the same reference numerals as those of the quartz crystal device 30 of the first embodiment have the same configuration, and thus the overlapping description will be omitted, and the differences will be mainly described.
[0038]
That is, in the base portion 51 of the crystal vibrating piece 32 housed in the crystal device 80, a cut portion provided with a reduced width in the width direction of the base portion 51 is provided at a position closer to the base end side of the pair of vibrating arms 34 and 35. Notches or constrictions 81 may be provided.
Thus, leakage of the vibration of the crystal vibrating piece 32 into the base 51 can be prevented, and the CI (crystal impedance) value can be reduced.
[0039]
Further, in this embodiment, a hole is formed in the lowermost layer substrate 61 of the laminated substrate constituting the package 36 near the right end in FIG. 11B so that the concave portion 42 corresponding to the thickness of the laminated substrate is formed. Is formed. The concave portion 42 is located below a free end of the quartz-crystal vibrating piece 32. Thus, in the present embodiment, even when the free end of the crystal vibrating piece 32 is displaced in the direction of arrow G and shakes when an external shock is applied to the package 36, the crystal 36 is in contact with the inner bottom surface of the package 36. This is effectively prevented from being done.
Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.
[0040]
FIG. 12 is a diagram illustrating a schematic configuration of a digital mobile phone device as an example of an electronic apparatus using the crystal device according to the above-described embodiment of the present invention.
In the figure, a microphone 308 for receiving the voice of the sender and a speaker 309 for outputting the received content as a voice output are provided, and further, an integrated circuit or the like as a control unit connected to the modulation and demodulation unit of the transmission / reception signal is provided. CPU (Central Processing Unit) 301.
The CPU 301 controls the input / output unit 302 including an LCD as an image display unit and operation keys for inputting information, and the memory 303 including a RAM and a ROM, in addition to the modulation and demodulation of transmission / reception signals. It has become. For this reason, the crystal device 30 or the crystal device 80 is attached to the CPU 301, and its output frequency is used as a clock signal suitable for the control content by a predetermined frequency dividing circuit (not shown) built in the CPU 301. Have been to be. The crystal device 30 attached to the CPU 301 is not limited to the single crystal device 30 or the like, but may be an oscillator combining the crystal device 30 or the like and a predetermined frequency dividing circuit or the like.
[0041]
The CPU 301 is further connected to a temperature-compensated crystal oscillator (TCXO) 305, and the temperature-compensated crystal oscillator 305 is connected to a transmitting unit 307 and a receiving unit 306. Thus, even if the basic clock from the CPU 301 fluctuates when the environmental temperature changes, it is corrected by the temperature-compensated crystal oscillator 305 and provided to the transmitting unit 307 and the receiving unit 306.
[0042]
As described above, by using the crystal device 30 according to the above-described embodiment in an electronic device such as the digital mobile phone device 300 including the control unit, excellent vibration characteristics can be exhibited even in a small-sized configuration. Therefore, an accurate clock signal can be generated.
[0043]
The invention is not limited to the embodiments described above. Each configuration of each embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with another configuration not shown.
Further, the present invention can be applied to all crystal devices regardless of names of a crystal resonator, a crystal oscillator, and the like as long as the crystal resonator element is housed in a package.
Further, in the above-described embodiment, a box-shaped package using a crystal material is used for the package. However, the present invention is not limited to such a form, and at least a part of the package is provided with a portion through which light can pass. If so, the present invention can be applied to any package and case.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a first embodiment of a crystal device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line AA of FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG. 1;
FIG. 4 is a sectional end view taken along line CC of FIG. 1;
5 is a graph showing the displacement of the crystal vibrating piece in the G direction according to the ratio between the height of the projection provided on the crystal vibrating piece housed in the crystal device of FIG. 1 and the height of the irregularly shaped portion.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing, in order, manufacturing steps of a quartz-crystal vibrating piece housed in the quartz-crystal device of FIG.
FIGS. 7A and 7B are schematic cross-sectional views sequentially showing the steps of manufacturing the crystal vibrating piece housed in the crystal device of FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing, in order, manufacturing steps of a quartz-crystal vibrating piece housed in the quartz-crystal device of FIG.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing, in order, manufacturing steps of a quartz-crystal vibrating piece housed in the quartz-crystal device of FIG.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the final stage of the manufacturing process of the crystal resonator element housed in the crystal device of FIG.
11A and 11B are diagrams showing a second embodiment of the crystal device of the present invention, wherein FIG. 11A is a schematic plan view showing the configuration of a crystal device 80, and FIG. 11B is a line DD of FIG. Schematic sectional view.
FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a digital mobile phone device as an example of an electronic apparatus using a crystal device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic plan view showing a configuration example of a conventional crystal device.
FIG. 14 is a schematic sectional view taken along line EE of FIG. 13;
FIG. 15 is an end view cut along the line FF of FIG. 13;
[Explanation of symbols]
30, 80: crystal device, 32: crystal vibrating piece, 34, 35: vibrating arm, 56, 57: groove, 65, 65: irregular shape (part), 66, 66 ..Protrusions or ridges

Claims (9)

全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備える水晶振動片であって、
前記水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けた
ことを特徴とする、水晶振動片。A quartz vibrating reed formed entirely of quartz, comprising a base and a pair of vibrating arms extending in parallel from the base,
According to the anisotropy of the quartz crystal, a projection or a ridge is provided on a surface opposite to a surface on which the deformed shape is formed, corresponding to the deformed shape formed on each of the vibrating arms. Pieces. 前記突起もしくは突条は、前記異形形状の突出高さとほぼ一致する高さに形成されることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動片。2. The quartz vibrating piece according to claim 1, wherein the protrusion or the ridge is formed to have a height substantially coincident with a protrusion height of the irregular shape. 3. 前記各振動腕には、その長さ方向に延びる溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水晶振動片。3. The crystal vibrating piece according to claim 1, wherein each of said vibrating arms has a groove extending in a length direction thereof. 前記基部には、前記各振動腕の基端部に近接した領域に切欠き部を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の水晶振動片。The quartz vibrating reed according to any one of claims 1 to 3, wherein the base has a notch in a region close to a base end of each of the vibrating arms. パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスであって、
前記水晶振動片は、
全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、
前記水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けた
ことを特徴とする、水晶デバイス。A crystal device containing a crystal resonator element in a package,
The quartz vibrating reed,
The whole is formed of quartz, and has a base and a pair of vibrating arms extending in parallel from the base,
A crystal device, wherein a projection or a ridge is provided on a surface opposite to a surface on which the deformed shape is formed, corresponding to the deformed shape formed on each of the vibrating arms due to the anisotropy of the crystal. . 水晶材料でなる基板をエッチングして水晶振動片の外形を形成し、
水晶振動片の外形形成後に各振動腕に、その長さ方向に沿った溝を形成するためのハーフエッチングを行い、
前記溝の形成後に必要な電極膜を形成する各工程を有しており、
前記溝形成のハーフエッチングを行う際に、前記水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を形成し、
その後必要な電極膜を形成する
ことを特徴とする、水晶振動片の製造方法。Etching the substrate made of quartz material to form the outer shape of the quartz vibrating piece,
After forming the outer shape of the crystal vibrating piece, perform half etching on each vibrating arm to form a groove along its length direction,
Each step of forming a necessary electrode film after the formation of the groove,
When performing the half-etching of the groove formation, the anisotropy of the quartz crystal corresponds to the deformed shape formed on each of the vibrating arms, and a protrusion or a ridge is formed on a surface opposite to the surface on which the deformed shape is formed. Form
Thereafter, a required electrode film is formed. 水晶材料でなる基板の表面に、耐蝕膜を形成する工程と、
前記耐蝕膜に重ねてレジストを塗布する工程と、
前記レジスト及び前記耐蝕膜に、水晶振動片の外形に対応したパターニングを行う工程と、
残ったレジストを全て除去した後で、ふたたび全面にレジストを塗布する工程と、
前記レジストを、水晶振動片の各振動腕の各溝形状と各振動腕に形成すべき突起もしくは突条の形状に対応させてパターニングする工程と、
前記各振動腕の各溝を形成するハーフエッチングを行う工程と、
前記溝の形成後に、必要な電極膜を形成する工程と
を含んでいることを特徴とする、水晶振動片の製造方法。Forming a corrosion-resistant film on the surface of the substrate made of a quartz material;
Applying a resist over the corrosion-resistant film,
A step of patterning the resist and the corrosion-resistant film in accordance with the outer shape of the quartz vibrating reed;
After removing all the remaining resist, a step of applying the resist again on the entire surface,
A step of patterning the resist in accordance with the shape of each groove and the shape of a projection or a ridge to be formed on each vibrating arm of the vibrating arm of the quartz vibrating reed;
Performing a half-etching to form each groove of each vibrating arm;
Forming a required electrode film after the formation of the groove. パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した携帯電話装置であって、
前記水晶振動片は、
全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、
前記水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けた水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、携帯電話装置。A mobile phone device using a crystal device containing a crystal resonator element in a package,
The quartz vibrating reed,
The whole is formed of quartz, and has a base and a pair of vibrating arms extending in parallel from the base,
Due to the anisotropy of the crystal, a control clock is provided by a crystal device having a projection or a ridge provided on a surface opposite to the surface on which the deformed shape is formed, corresponding to the deformed shape formed on each of the vibrating arms. A mobile phone device characterized in that a signal is obtained. パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した電子機器であって、
前記水晶振動片は、
全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、
前記水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状に対応して、この異形形状が形成される面の反対面に突起もしくは突条を設けた水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、電子機器。An electronic device using a crystal device containing a crystal resonator element in a package,
The quartz vibrating reed,
The whole is formed of quartz, and has a base and a pair of vibrating arms extending in parallel from the base,
Due to the anisotropy of the crystal, a control clock is provided by a crystal device having a projection or a ridge provided on a surface opposite to the surface on which the deformed shape is formed, corresponding to the deformed shape formed on each of the vibrating arms. An electronic device characterized by obtaining a signal.

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