JP2004260718A - Tuning fork type vibration pieces, manufacturing method of tuning fork type vibration pieces, and piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば圧電結晶等からなる音叉型振動片及び音叉型振動片の製造方法並びに圧電デバイスに関する。
【0002】
【従来技術】
圧電結晶振動子、特に音叉型振動子は、正確なクロック周波数を簡易に得ることができるものとして知られている。図7は従来の音叉型振動子に用いられる音叉型振動片の一例を示す概略図である。図8は同音叉型振動片の振動状態を説明するための図であって、図8(a)は振動腕部を、図8(b)は振動方向をそれぞれ説明するための図である。従来の音叉型振動片100は、図7に示すように、基部110と、この基部110から突出して形成されている振動腕部121、122とを備えた音叉型振動片であって、前記振動腕部121、122の表面部及び裏面部に溝部123、124が形成されているとともに、前記基部110に切込み部125、125が形成されているものが提案されている(特許文献1)。
【0003】
前記音叉型振動片100は、一般的に略30kHzないし40kHzで発振し、水晶などの圧電材料で形成したものである。また、前記振動腕部121、122はそれぞれ矩形であり、その前記振動腕部121、122の表面部の短辺である腕部幅w(図8(a)参照)が50μm以上150μm以下のものを使用している。さらに、前記振動腕部121、122の表面部及び裏面部に設けられた溝部123、124の深さは、前記振動腕部121、122の厚みd(図8(a)参照)に対して30%以上50%以下に形成されている。また、前記振動腕部121、122の表面部及び裏面部に設けられた溝部123、124の幅は、前記振動腕部121、122の幅の40%以上70%以下に形成されている。この音叉型振動片100がパッケージ内に収容されて音叉型振動子が構成されることになる。
【0004】
上記従来の音叉型振動片100は、切込み部125、125を設けたことにより、振動エネルギーの閉じ込め効果を高めてCI値(クリスタルインピーダンス値)を小さくするようにしており、かつ、基部110を短くしても製造された振動片間のCI値のバラツキが安定するとともに、振動片全体も小型化できるという利点があった。
【0005】
【特許文献1】特開2002−261575号公報(図1ないし図4、段落番号0045以降)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の音叉型振動片100を備えた音叉型振動子では、振動は振動腕部121、122の付け根部分を含めて振動している。しかし、音叉型振動片100は、前記基部110に切込み部125、125を設けたことにより振動漏れ(振動子の基部から逃げていくエネルギー)の改善が図られCI値が安定する傾向にはなるが充分振動漏れを低減できない。さらに切込み部125を入れたことで基部110の剛性が不足するため、図8(a)に示す振動腕部121(122)が、図8(b)に示すように水平振動成分だけでなく、垂直振動成分も大きくなり、充分に振動漏れを抑制できない。したがって、この従来の音叉型振動片100のドライブ特性は、図5の特性Aのように、0.5μWから3.0μWで周波数変化率Δf(ppm)がマイナスになる特性を示すことになり、ドライブ特性が著しく悪化したものとなっている。また、この充分抑制できない垂直振動成分による振動漏れにより、CI値のバラツキなどの特性にも悪影響を与えるという問題があった。
本発明は上記問題に鑑み、小型化できるとともに特性の安定化ができるようにすることを目的としている。
【0007】
【課題を解決しようとする手段】
本発明に係る音叉信号片は、基部と、この基部から突出して形成されている振動腕部と、前記振動腕部の表面部及び裏面部に形成してなる溝部とからなる音叉型振動片であって、前記基部の表面部及び裏面部から所定深さの切込み溝を設けたことを特徴としている。
【0008】
その構成によれば、前記基部に所定深さの切込み溝を設けたので、切込み溝部の基部の厚さ方向中央部に板状部が残り、剛性が向上する。このため、振動腕部が振動する際に、垂直方向成分によって生じる、振動腕部の振動の基部側への漏れを、この切込み溝で緩和でき、さらに、剛性を上げることにより垂直方向成分による振動漏れを低減できる。したがって、基部を小型化しながら、CI値の振動片の間におけるバラツキを小さくでき、かつ、ドライブ特性も向上することができる。
【0009】
また、前記切込み溝は、好ましくは、前記基部の両側面であって前記振動腕部側に偏らせて設けたものである。さらに、前記切込み溝は、深さが前記基部の厚さに対して前記基部の表面側と裏面側とから30%以上50%以下に構成されたものであることが好ましい。
【0010】
上記の音叉型振動片を製造する方法は、基部と、この基部から突出して形成されている振動腕部と、前記振動腕部の表面部及び裏面部に形成した溝部とからなる音叉型振動片を製造する方法において、振動腕部に溝をエッチングする工程と同時に、前記基部の両側部に所定の深さを有した切込み溝を形成することを特徴としている。
【0011】
そして、本発明に係る圧電デバイスは、上記の音叉型振動片を有することを特徴としている。これにより、上記の効果を有する圧電デバイスが得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明に係る音叉型振動片及びその製造方法並びに圧電デバイスの実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を示す図である。図2は、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片の一部を拡大して示す斜視図である。図3は、図1のF−F線断面図である。
【0013】
本発明の実施の形態に係る音叉型振動片10は、図1ないし図3に示すように、基部11と、この基部11から突出して形成されている振動腕部12、13と、前記振動腕部12、13の表面部及び裏面部に形成された溝部14、15とを備えている。溝部14、15は、基部11の表面部及び裏面部から所定の面積S(=L×H)及び深さZの切込み溝16を設けたものである。前記切込み溝16、16は、基部11の両側面に2ヶ所設けられ、かつ、基部11の長さ方向(図1の上下方向)中心から振動腕部12、13側に偏らせて設けられている。
【0014】
さらに説明すると、前記音叉型振動片10は、実施形態の場合、略30kHzないし40kHzで発振し、水晶などの圧電材料により形成したものである。また、音叉型振動片10の基部11の長さは例えば0.56mmに形成されている。また、音叉型振動片10の振動腕部12、13の長さは例えば1.644mmに形成されている。また、切込み溝16は振動腕部12、13の付け根から例えば0.113mmの部分から振動腕部12、13とは反対側に所定の面積Sで深さZの有底形状に形成されている。また、前記振動腕部12、13はそれぞれ矩形状であり、その振動腕部12、13の表面部の短辺である腕部幅wが50μm以上150μm以下のものを使用している。さらに、前記振動腕部12、13の表面部及び裏面部に設けられた溝部14、15の深さは、前記振動腕部12、13の各深さ方向の全長である厚みに対して30%以上50%以下に形成されたものである。また、振動腕部12、13の表面部及び裏面部に設けられた溝部14、15の幅は、前記振動腕部12、13の幅wの40%以上70%以下に形成されたものである。
【0015】
また、基部11の幅は例えば500μmで、前記切込み溝16の面積Sは、図2に示すように、例えば横長さL(=100μm)×例えば縦長さH(=100μm)に形成されている。また、前記切込み溝16の深さZは、前記基部11の厚さに対して前記基部11の表面側と裏面側とから30%以上50%以下に構成されている。したがって、前記切込み溝16には、図2に示すように、前記基部11の一部が基部11の厚さに対して40%以下の厚さDのリブ17として残った状態に形成されることになる。
【0016】
図4は、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を備えた圧電デバイスである音叉型振動子を示す断面図である。この図4において、音叉型振動子20は、上記音叉型振動片10を用いている。この音叉型振動子20は、上記音叉型振動片10と、この音叉型振動片10を収容したパッケージ21とからなる。パッケージ21は、図4に示すように、例えばアルミナなどのセラミックス等で構成されたベース部22と、ガラスからなる蓋体23と、低融点ガラスなどの封止部24とから構成されており、箱状の形状をとる。ベース部22内の段部上は、マウント部となっている。マウント部には、パッケージ側電極25が設けられている。このパッケージ側電極25の上には、上記音叉型振動片10の基部11に設けた電極(図示せず)が導電性接着剤によって固定されている。
【0017】
以上説明したような構造の音叉型振動片10を備えた音叉型振動子20を、ドライブパワーを変化させられる発振回路で発振させ、それの周波数変化率Δfを測定すると、図5の特性Bに示すような特性が得られた。
【0018】
図5は、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を備えた音叉型振動子のドライブ特性を、従来の音叉型振動片を備えた音叉型振動子のドライブ特性と合わせて示す特性図であり、横軸にドライブパワーμWを、縦軸に周波数変化率Δf(ppm)を、それぞれ示したものである。従来の音叉型振動子では、図5のAのようにドライブパワーを0.5μWから3.0μWに増加させると、それに伴って周波数変化率Δfがマイナスにシフトしたのに対し、この図5の特性Bからわかるように、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片10を用いた音叉型振動子20では、周波数変化率Δfがプラスにシフトするようになった。一般に、音叉型振動子20は、このようにドライブパワーを増加させると、プラスに推移する特性が望ましいので、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片10のような構造にすると、音叉型振動片10の基部11の切込み溝16部分の剛性が保たれて、振動漏れを低減できて望ましい特性となる。
【0019】
この音叉型振動子20は、音叉型振動片10の前記基部11に、所定の幅及び深さの切込み溝16を設けたことにより、振動腕部12、13が振動する際に、垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕部12、13の振動が基部11側に漏れるのを、この切込み溝16で緩和できる。また、この切込み溝16には、基部11の厚さ方向中央部にリブ17が設けてあるため、剛性が増して振動漏れをさらに低減できる。したがって、基部11を小型化しながら、製造された音叉型振動片10の間におけるCI値のバラツキを小さくでき、かつ、ドライブ特性も安定化し、向上させることができる。
【0020】
なお、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片10は、デジタル携帯電話、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、テレビジョン受像機、ビデオ機器などの各種の電子機器や、時計、時計内蔵機器に使用できる。
【0021】
本発明の実施の形態に係る音叉型振動片10は、以上のような構造となっているが、以下、その製造方法などについて説明する。この音叉型振動片10は、エッチングにより製造される。まず、図6のステップS10に示したように、水晶等の圧電結晶板の両面にフォトレジストを塗布し、これを露光、現像して音叉形状のレジストマスクを形成する。次に、圧電結晶板をフッ酸等のエッチング液でエッチングし、音叉型振動片10の外形形状を形成し(ステップS12)、レジストマスクを除去する。
【0022】
さらに、音叉型振動片の振動腕12、13の溝部14、15に対応した部分と、基部11の切込み溝16とに対応した部分を露出させたレジストマスクを形成する。その後、振動片の露出した部分をフッ酸などによってハーフエッチングし、溝部14、15及び切込み溝16を形成し、レジストマスクを除去する。次に、音叉型振動片10の表面に電極用の金属膜をスパッタリングなどによって堆積し、これをエッチングして励振電極、接続電極などを形成する。これにより、前記振動腕部12、13に溝部14、15をエッチングする工程において、リブ17を有する切込み溝16が溝部14、15と同時に形成される。
【0023】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係る音叉型振動片10は、上述したような構造になっているので、振動腕部12、13が振動する際に、垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕部12、13の振動が基部11側に漏れるのを、この切込み溝16で緩和でき、また、この切込み溝16には基部11の一部が残ってリブ17を構成しているので剛性が増し、振動漏れをさらに低減できる。
【0024】
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、これらの形態に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る音叉型振動片の一部を拡大して示す斜視図である。
【図3】図1のF−F線断面図である。
【図4】本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を備えた音叉型振動子を示す断面図である。
【図5】本発明の実施の形態に係る音叉型振動片を備えた音叉型振動子のドライブ特性を、従来の音叉型振動片を備えた音叉型振動子のドライブ特性と合わせて示す特性図である。
【図6】実施形態に係る音叉型振動片の製造方法のフローチャートである。
【図7】従来の音叉型振動子に用いられる音叉型振動片の一例を示す概略図である。
【図8】同音叉型振動片の振動状態を説明するための図である。
【符号の説明】
10………音叉型振動片、11………基部、12、13………振動腕部、14、15………溝部、16………切込み溝、17………リブ、20………音叉型振動子、21………パッケージ、22………ベース部、23………蓋体、24………封止部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tuning fork vibrating piece made of, for example, a piezoelectric crystal, a method for manufacturing the tuning fork vibrating piece, and a piezoelectric device.
[0002]
[Prior art]
Piezoelectric crystal vibrators, particularly tuning-fork type vibrators, are known as those capable of easily obtaining an accurate clock frequency. FIG. 7 is a schematic view showing an example of a tuning fork vibrating piece used in a conventional tuning fork vibrator. 8A and 8B are diagrams for explaining a vibration state of the tuning-fork type vibrating piece. FIG. 8A is a diagram for explaining a vibrating arm portion, and FIG. 8B is a diagram for explaining a vibration direction. As shown in FIG. 7, a conventional tuning-fork
[0003]
The tuning-fork
[0004]
In the conventional tuning-fork
[0005]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-261575 (FIGS. 1 to 4, paragraph 0045 and thereafter)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the tuning fork vibrator provided with the above-described conventional tuning
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to reduce the size and stabilize characteristics.
[0007]
[Means to solve the problem]
The tuning fork signal piece according to the present invention is a tuning fork type vibration piece comprising a base, a vibrating arm projecting from the base, and a groove formed on the front surface and the back surface of the vibrating arm. In addition, a notch groove having a predetermined depth from the front surface portion and the back surface portion of the base portion is provided.
[0008]
According to this configuration, since the cut groove having a predetermined depth is provided in the base, a plate-shaped portion remains at the center in the thickness direction of the base of the cut groove, and the rigidity is improved. For this reason, when the vibrating arm vibrates, leakage of the vibration of the vibrating arm to the base side caused by the vertical component can be reduced by the notch groove, and the vibration due to the vertical component can be reduced by increasing the rigidity. Leakage can be reduced. Therefore, the variation in the CI value between the resonator elements can be reduced and the drive characteristics can be improved while the base portion is downsized.
[0009]
Preferably, the cut grooves are provided on both sides of the base portion and are biased toward the vibrating arm. Furthermore, it is preferable that the depth of the cut groove is 30% or more and 50% or less from the front side and the back side of the base with respect to the thickness of the base.
[0010]
The method of manufacturing the above-described tuning fork vibrating reed includes a tuning fork vibrating reed comprising a base, a vibrating arm protruding from the base, and grooves formed on the front surface and the back surface of the vibrating arm. Is characterized in that, at the same time as the step of etching a groove in the vibrating arm, a notch groove having a predetermined depth is formed on both sides of the base.
[0011]
Further, a piezoelectric device according to the present invention is characterized by having the above-described tuning-fork type vibrating reed. As a result, a piezoelectric device having the above effects can be obtained.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of a tuning fork vibrating piece, a method for manufacturing the same, and a piezoelectric device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a tuning-fork type resonator element according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a part of the tuning-fork type resonator element according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a sectional view taken along line FF of FIG.
[0013]
As shown in FIGS. 1 to 3, a tuning-
[0014]
More specifically, in the case of the embodiment, the tuning-fork
[0015]
The width of the
[0016]
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a tuning fork vibrator that is a piezoelectric device including the tuning fork vibrating piece according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, a tuning fork vibrator 20 uses the above-described tuning
[0017]
When the tuning fork vibrator 20 having the tuning
[0018]
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the drive characteristics of the tuning fork vibrator provided with the tuning fork vibrating piece according to the embodiment of the present invention, together with the drive characteristics of the tuning fork vibrator provided with the conventional tuning fork vibrating piece. The drive power μW is plotted on the horizontal axis, and the frequency change rate Δf (ppm) is plotted on the vertical axis. In the conventional tuning-fork type vibrator, when the drive power was increased from 0.5 μW to 3.0 μW as shown in FIG. 5A, the frequency change rate Δf was accordingly shifted to a negative value. As can be seen from the characteristic B, in the tuning fork vibrator 20 using the tuning
[0019]
The tuning fork type vibrator 20 is provided with a
[0020]
The tuning-fork
[0021]
The tuning
[0022]
Further, a resist mask is formed by exposing portions corresponding to the
[0023]
As described above, since the tuning-
[0024]
The above-described embodiment is a preferred specific example of the present invention, and various technically preferable limitations are added thereto, but the present invention is not limited to these embodiments.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a tuning-fork type resonator element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a part of a tuning fork vibrating piece according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view taken along line FF of FIG. 1;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a tuning fork vibrator provided with a tuning fork vibrating piece according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the drive characteristics of a tuning fork vibrator provided with a tuning fork vibrator element according to an embodiment of the present invention, together with the drive characteristics of a conventional tuning fork vibrator provided with a tuning fork vibrator element. It is.
FIG. 6 is a flowchart of a method for manufacturing a tuning-fork type vibrating reed according to the embodiment.
FIG. 7 is a schematic view showing an example of a tuning fork vibrating piece used in a conventional tuning fork vibrator.
FIG. 8 is a diagram for explaining a vibration state of the tuning-fork type vibrating piece.
[Explanation of symbols]
10 Tuning fork type vibrating piece, 11 Base, 12, 13 Vibrating arm, 14, 15 Groove, 16 Cut groove, 17 Rib, 20 Tuning fork type vibrator, 21 package, 22 base part, 23 lid, 24 sealing part.
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Applications Claiming Priority (1)
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