JP2007088691A - Piezoelectric vibration chip, piezoelectric device, and manufacturing method of them - Google Patents
Piezoelectric vibration chip, piezoelectric device, and manufacturing method of them Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007088691A JP2007088691A JP2005273508A JP2005273508A JP2007088691A JP 2007088691 A JP2007088691 A JP 2007088691A JP 2005273508 A JP2005273508 A JP 2005273508A JP 2005273508 A JP2005273508 A JP 2005273508A JP 2007088691 A JP2007088691 A JP 2007088691A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- vibrating piece
- piezoelectric vibrating
- temperature
- frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
Description
本発明は、圧電基板をカットして形成される圧電振動片とその製造方法ならびに、これをパッケージやケースに収容した圧電デバイスとその製造方法の改良に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece formed by cutting a piezoelectric substrate, a manufacturing method thereof, a piezoelectric device in which the piezoelectric vibrating piece is housed in a package or a case, and an improvement of the manufacturing method.
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、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
従来の圧電デバイスは、パッケージ内に、例えば、圧電材料で形成した圧電振動片を収容している。
圧電振動片は、例えば水晶ウエハを矩形にエッチングして駆動用の電極を設けることにより形成されている。
Piezoelectric devices such as piezoelectric vibrators and piezoelectric oscillators in small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers, IC cards, and mobile communication devices such as mobile phones, car phones, and paging systems Is widely used.
A conventional piezoelectric device accommodates, for example, a piezoelectric vibrating piece formed of a piezoelectric material in a package.
The piezoelectric vibrating piece is formed, for example, by etching a quartz wafer into a rectangular shape and providing a driving electrode.
このような構成の圧電デバイス（圧電振動片）には、図１０（ａ）に示すように主振動モードｆ０と、主振動以外の振動モード（副振動モードもしくはスプリアス）ｆｓが生じる。
また、図１０（ｂ）は、圧電振動片の周波数−温度特性の一例を示しており、圧電振動片およびこれを利用して形成した圧電振動子などにおいては、環境温度の変化によって、周波数が連続的に変化するとともに、特定の温度、すなわち、図１０（ｂ）の場合には、符号Ａで示すように、摂氏１５０度において、周波数が急激に、不連続に変化する箇所があり、これを「温特（温度特性）ディップ（Ｄｉｐ）」と呼んでいる。
このような温特ディップが、圧電振動子などの使用温度域で生じると、例えば、突然の通信エラーなどにつながり、好ましくない。
In the piezoelectric device (piezoelectric vibrating piece) having such a configuration, as shown in FIG. 10A, a main vibration mode f0 and a vibration mode (sub vibration mode or spurious) fs other than the main vibration are generated.
FIG. 10B shows an example of the frequency-temperature characteristics of the piezoelectric vibrating piece. In the piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator formed using the piezoelectric vibrating piece, the frequency varies depending on the environmental temperature. In the case of FIG. 10 (b), there is a portion where the frequency changes suddenly and discontinuously at 150 degrees Celsius, as shown by the symbol A in the case of FIG. Is called a “temperature characteristic (temperature characteristic) dip”.
If such a temperature special dip occurs in the operating temperature range of a piezoelectric vibrator or the like, for example, it may lead to a sudden communication error and the like, which is not preferable.
ここで、周波数３８．４ＭＨｚ（メガヘルツ）の水晶振動片について、理想の状態（図１１）と、その厚みにバラツキがある状態（図１２）とを比較して説明する。
図１１は、左縦軸に周波数変化、右縦軸にＣＩ（クリスタルインピーダンス）をとったものである。図示されているように、周波数偏差Ｄ−１についてみると、周波数−温度特性が理論値であれば、周波数変化はなだらかであり、ＣＩ値もＣ−１に示すように温度変化を通じて一定である。なお、周波数偏差の理論値と実測値の差であるＥ−１は、ほとんど変化がない。
Here, an ideal state (FIG. 11) and a state (FIG. 12) in which the thickness of the quartz crystal resonator element having a frequency of 38.4 MHz (megahertz) is varied will be described.
In FIG. 11, the left vertical axis represents frequency change and the right vertical axis represents CI (crystal impedance). As shown in the figure, regarding the frequency deviation D-1, if the frequency-temperature characteristic is a theoretical value, the frequency change is gentle, and the CI value is also constant through the temperature change as indicated by C-1. . Note that E-1 which is the difference between the theoretical value of the frequency deviation and the actual measurement value has almost no change.
これに対して、高周波タイプの水晶振動片を実際に制作すると、多くは図１２のような状態となる。すなわち、図示されているように、周波数偏差Ｄ−２については、符号Ｈの箇所でディップが生じており、周波数−温度特性が理論値とは大きく異なっている。このため、ＣＩ値もＣ−２に示すようにディップの箇所では急激な変化を示し、周波数偏差の理論値と実測値の差であるＥ−２も極端に大きな変化を示している。 On the other hand, when a high-frequency type crystal vibrating piece is actually produced, the state is often as shown in FIG. In other words, as shown in the figure, with respect to the frequency deviation D-2, a dip occurs at the position of the symbol H, and the frequency-temperature characteristic is greatly different from the theoretical value. For this reason, the CI value also shows an abrupt change at the dip as shown by C-2, and E-2, which is the difference between the theoretical value of the frequency deviation and the actually measured value, shows an extremely large change.
ここで、上述のような温特ディップは、図１０（ａ）で説明したスプリアスｆｓの周波数と関係する別モードのスプリアスが主振動ｆ０と共振した結果生じると考えられている。
そこで、従来では、例えば矩形の圧電振動片（圧電チップ）の固定箇所（パッケージなどへの接合箇所）である端縁部もしくは周縁部の厚みを薄くする加工を行い、主振動以外の振動モードを抑制するものとして、振動する中心部と、固定される周縁部で厚みに差をつけた所謂コンベックスタイプと呼ばれる圧電振動片が使用されており、例えば特許文献１などに詳しく紹介されている。
Here, it is considered that the temperature characteristic dip as described above is caused as a result of the resonance of the spurious fs described in FIG. 10A resonating with the main vibration f0.
Therefore, conventionally, for example, processing is performed to reduce the thickness of the edge portion or the peripheral portion, which is a fixed portion (joint portion to a package or the like) of a rectangular piezoelectric vibrating piece (piezoelectric chip), and vibration modes other than main vibration are set. As a suppressor, a so-called convex type piezoelectric vibrating piece having a thickness difference between a vibrating central portion and a fixed peripheral portion is used, which is introduced in detail in, for example,
しかしながら、製品に要求される周波数が高くなると、圧電振動片の板厚は薄くしなければならず、このような高周波タイプでしかも小型のものでは中央部と周縁部で厚みに差をつけにくく、他の手法を必要とする。 However, when the frequency required for the product becomes high, the plate thickness of the piezoelectric vibrating piece must be reduced. With such a high-frequency type and a small one, it is difficult to make a difference in thickness between the central portion and the peripheral portion. Requires other methods.
そこで、特許文献２では、圧電振動片を形成する圧電基板に設ける電極を非対称にして、特定の副振動モードすなわちスプリアスを抑制する手法が知られている。
しかしながら、これは、本発明者の実験により確認されたところでは、周波数のきわめて高いピークが立つ場合に、たしかにこれを半分程度にはできるが、これを、必要とされる程度である１／１０レベルにすることは困難である。
すなわち、特許文献２では、スプリアスを抑制する手法をとっており、これは特定のスプリアスは抑制できても抑制の程度が不十分なだけでなく、さらに他のスプリアスは抑制されず、多くのスプリアスが生じる場合には、特に不都合が多い。
Therefore, in
However, this has been confirmed by the inventor's experiment, and when a very high frequency peak occurs, it can be reduced to about half, but this is only required to be 1/10. It is difficult to make a level.
That is,
そこで、スプリアス自体を抑制するのではなく、図１０（ａ）に示す主振動モードｆ０と副振動モードｆｓの間隔Ｂを変えて、圧電振動片などの使用温度域において、ディップが生じないようにする方法もある。
すなわち、特許文献３では、特定の加工を行うことで、上記間隔Ｂを変更している。
Therefore, instead of suppressing the spurious itself, the interval B between the main vibration mode f0 and the sub vibration mode fs shown in FIG. 10A is changed so that no dip occurs in the operating temperature range of the piezoelectric vibrating piece or the like. There is also a way to do it.
That is, in patent document 3, the said space | interval B is changed by performing a specific process.
しかしながら、特許文献３の方法も、圧電材料でなる基板を削る手法であることから、圧電振動片が小型になり、しかも高周波タイプになると、上記した理由により採用できない。 However, since the method of Patent Document 3 is also a method of cutting a substrate made of a piezoelectric material, it cannot be adopted for the reasons described above when the piezoelectric vibrating piece becomes small and becomes a high-frequency type.
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、圧電基板をカットして形成される小型の高周波タイプの圧電振動片であって、温度特性ディップによる性能への悪影響を防止した圧電振動片とその製造方法ならびに、これを利用した圧電デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a small high-frequency type piezoelectric vibrating piece formed by cutting a piezoelectric substrate, and prevents a bad influence on performance due to a temperature characteristic dip. An object is to provide a resonator element, a method for manufacturing the same, and a piezoelectric device using the resonator element.
上述の目的は、第１の発明にあっては、圧電基板を切り出して圧電素子片を形成し、前記圧電素子片に必要とされる駆動用の電極を形成して圧電振動片を形成し、該圧電振動片に駆動電圧を印加して、周波数−温度特性を計測し、該計測結果に基づいて、前記駆動電極を加工することにより、温度変化に対して不連続な周波数変化である温度特性ディップが生じる温度を変更する圧電振動片の製造方法により、達成される。
第１の発明の構成によれば、本願発明では、圧電振動片を形成して、その周波数−温度特性を計測し、該計測結果に基づいて、前記駆動電極を加工することにより、温度変化に対して不連続な周波数変化である温度特性ディップが生じる温度を変更するようにしている。このような手法を採用するのは、従来の圧電振動片において既に説明したように、温度特性ディップが性能に悪影響を及ぼす温度領域で生じるのは、結局、当該圧電振動片の材料（基板）厚みと、その駆動電極の厚みとが不揃いになるからであるという知見を持ったためである。
すなわち、材料厚み及びその表面の駆動電極の厚みを合わせた全体厚みが、圧電振動片の表面において不均一である場合には、当該厚みの異なる箇所毎に、異なるスプリアスが発生する原因となると見られる。
さらに、本発明者によれば、材料厚みすなわち基板厚み及びその表面の駆動電極の厚みを合わせた全体厚みを均一にすることにより、スプリアスに基づいて生じる温度特性ディップを、これが生じても問題とならない温度域にずらすことができることを見出した。
このような方法により温度特性ディップを調整することにより、該温度特性ディップによる性能への悪影響を防止した圧電振動片の製造方法を提供することができる。
According to the first aspect of the present invention, the piezoelectric substrate is cut out to form a piezoelectric element piece, the driving electrode required for the piezoelectric element piece is formed to form a piezoelectric vibrating piece, By applying a drive voltage to the piezoelectric vibrating piece, measuring a frequency-temperature characteristic, and processing the drive electrode based on the measurement result, a temperature characteristic that is a frequency change discontinuous with respect to a temperature change This is achieved by a method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece that changes the temperature at which dip occurs.
According to the configuration of the first invention, in the present invention, the piezoelectric vibrating piece is formed, the frequency-temperature characteristic thereof is measured, and the drive electrode is processed based on the measurement result, thereby changing the temperature. On the other hand, the temperature at which the temperature characteristic dip, which is a discontinuous frequency change, is changed. As described above in the conventional piezoelectric vibrating piece, such a method is adopted in the temperature region where the temperature characteristic dip adversely affects the performance, after all, the thickness of the material (substrate) of the piezoelectric vibrating piece. This is because of the knowledge that the thicknesses of the drive electrodes are not uniform.
In other words, if the total thickness of the material thickness and the thickness of the drive electrode on the surface is non-uniform on the surface of the piezoelectric vibrating piece, it is considered that this may cause different spurious at different locations of the thickness. It is done.
Furthermore, according to the inventor, the material thickness, that is, the substrate thickness and the thickness of the driving electrode on the surface thereof are made uniform so that the temperature characteristic dip generated based on the spurious is a problem even if this occurs. It was found that the temperature could be shifted to a temperature range that should not be.
By adjusting the temperature characteristic dip by such a method, it is possible to provide a method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece that prevents the temperature characteristic dip from adversely affecting the performance.
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記計測結果と、圧電振動片を構成する基板および該基板に形成された前記駆動電極の厚みが不揃いである場合のいくつかの典型形状とを予め対応させて設定しておき、前記計測結果に応じて、対応する前記典型形状を決定し、該典型形状に即して前記駆動電極の加工を行うことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、基板および該基板に形成された前記駆動電極の厚みが不揃いである場合の形状を、周波数−温度特性の計測結果と関連づけて、予めいくつかの典型形状に分類して用意しておくことにより、前記駆動電圧の加工の要否や程度などを容易に判断して決定することができる。
According to a second invention, in the configuration of the first invention, the measurement result and some typical shapes when the thickness of the substrate constituting the piezoelectric vibrating piece and the drive electrode formed on the substrate are uneven. Is set in advance, the corresponding typical shape is determined according to the measurement result, and the drive electrode is processed in accordance with the typical shape.
According to the configuration of the second invention, the shape of the substrate and the thickness of the drive electrode formed on the substrate are irregularly associated with the measurement result of the frequency-temperature characteristics in advance to some typical shapes. By classifying and preparing, it is possible to easily determine and determine the necessity and degree of processing of the drive voltage.
第３の発明は、第１または２のいずれかの発明の構成において、前記圧電振動片が水晶を加工して形成した高周波タイプの水晶振動片であることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、中央部の厚みと周縁部の厚みを異ならせたＡＴカット振動片である所謂コンベックスタイプと呼ばれる高周波タイプの圧電振動片では、基板自体に厚みの差があるので、それ以上基板厚に差をつけることは困難であることから、電極の厚みを減じる手法は効果的である。
According to a third aspect of the invention, in the configuration of the first or second aspect of the invention, the piezoelectric vibrating piece is a high-frequency type quartz vibrating piece formed by processing a crystal.
According to the configuration of the third aspect of the invention, there is a difference in the thickness of the substrate itself in a so-called convex type piezoelectric vibrating piece called an “convex type” that is an AT-cut vibrating piece having a different thickness at the center and at the periphery. Therefore, since it is difficult to make a difference in the substrate thickness any more, the method of reducing the electrode thickness is effective.
また、上記目的は、第４の発明にあっては、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの製造方法であって、前記圧電振動片が、圧電基板を切り出して圧電素子片を形成し、前記圧電素子片に必要とされる駆動用の電極を形成して圧電振動片を形成し、該圧電振動片に駆動電圧を印加して、周波数−温度特性を計測し、該計測結果に基づいて、前記駆動電極を加工することにより、温度変化に対して不連続な周波数変化である温度特性ディップが生じる温度を変更することにより製造され、さらに前記圧電振動片を前記パッケージなどに収容し封止する圧電デバイスの製造方法により、達成される。
第４の発明の構成によれば、第１の発明で説明したのと同じ原理により、温度特性ディップによる性能への悪影響を防止した圧電デバイスの製造方法を提供することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or a case, wherein the piezoelectric vibrating piece cuts out a piezoelectric substrate and forms a piezoelectric element piece. And forming a piezoelectric vibrating piece by forming a driving electrode required for the piezoelectric element piece, applying a driving voltage to the piezoelectric vibrating piece, measuring frequency-temperature characteristics, and measuring results Based on the above, it is manufactured by changing the temperature at which the temperature characteristic dip, which is a frequency change discontinuous with respect to the temperature change, is processed by processing the drive electrode, and the piezoelectric vibrating piece is accommodated in the package or the like This is achieved by a method of manufacturing a piezoelectric device for sealing.
According to the configuration of the fourth invention, it is possible to provide a method of manufacturing a piezoelectric device that prevents the adverse effect on the performance due to the temperature characteristic dip by the same principle as described in the first invention.
さらにまた、上記目的は、第５の発明にあっては、圧電基板を加工して駆動電極を形成するようにした圧電振動片であって、前記駆動電極に駆動電圧を印加して、周波数−温度特性を計測し、該計測結果に基づいて、前記駆動電極を加工することにより、温度変化に対して不連続な周波数変化である温度特性ディップが生じる温度を変更することにより調整されている圧電振動片により、達成される。
第５の発明の構成によれば、第１の発明で説明したのと同じ原理により、温度特性ディップによる性能への悪影響を防止した圧電振動片を提供することができる。
Furthermore, in the fifth invention, the above object is a piezoelectric vibrating piece in which a piezoelectric substrate is processed to form a drive electrode, and a drive voltage is applied to the drive electrode, and a frequency − Piezoelectricity adjusted by changing the temperature at which a temperature characteristic dip that is a frequency change discontinuous with respect to the temperature change occurs by measuring the temperature characteristic and processing the drive electrode based on the measurement result This is achieved by the vibrating piece.
According to the configuration of the fifth invention, it is possible to provide a piezoelectric vibrating piece that prevents the adverse effect on the performance due to the temperature characteristic dip by the same principle as explained in the first invention.
また、上記目的は、第６の発明にあっては、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、圧電基板を加工して駆動電極を形成するようにした圧電振動片であって、前記駆動電極に駆動電圧を印加して、周波数−温度特性を計測し、該計測結果に基づいて、前記駆動電極を加工することにより、温度変化に対して不連続な周波数変化である温度特性ディップが生じる温度を変更することにより調整されている圧電デバイスにより、達成される。
第６の発明の構成によれば、第１の発明で説明したのと同じ原理により、温度特性ディップによる性能への悪影響を防止した圧電デバイスを提供することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric device having a piezoelectric vibrating piece accommodated in a package or case, wherein the piezoelectric vibrating piece forms a drive electrode by processing a piezoelectric substrate. The piezoelectric vibrating piece is configured to apply a driving voltage to the driving electrode, measure a frequency-temperature characteristic, and process the driving electrode based on the measurement result, thereby preventing a change in temperature. This is achieved by a piezoelectric device that is tuned by changing the temperature at which the temperature characteristic dip, which is a continuous frequency change, occurs.
According to the configuration of the sixth invention, it is possible to provide a piezoelectric device that prevents the adverse effect on the performance due to the temperature characteristic dip by the same principle as explained in the first invention.
図１および図２は、本発明の圧電デバイスの実施形態を示しており、図１は圧電デバイスの概略断面図、図２は図１の圧電デバイスに収容された圧電振動片の概略斜視図である。
図１において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、圧電デバイス３０のパッケージ３１内に圧電振動片４０を収容している。
パッケージ３１は、セラミックが適しており、特に、好ましい材料としては圧電振動片４０や、後述する蓋体の熱膨張係数と一致もしくは、きわめて近い熱膨張係数を備えたものが選択され、この実施形態では、例えば、セラミックのグリーンシートが利用されている。グリーンシートは、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得られるものである。
1 and 2 show an embodiment of a piezoelectric device of the present invention. FIG. 1 is a schematic sectional view of the piezoelectric device, and FIG. 2 is a schematic perspective view of a piezoelectric vibrating piece housed in the piezoelectric device of FIG. is there.
In FIG. 1, the
The
すなわち、パッケージ３１は、図１の形状に成形したグリーンシートを積層し、焼結して形成することができる。この場合、パッケージ３１の底部を構成する基板には、電極部３３が形成されている。
上記基板に重ねられるグリーンシートは、内側の材料が除去された枠状のものであり、これを上記基板に重ねることで、パッケージ３１は内部空間Ｓを有する箱状の収容体とされている。この内部空間Ｓを利用して、圧電振動片４０を収容するようにしている。このパッケージ３１には、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体３５が低融点ガラスやニッケルなどを介して接合されている。これにより、パッケージ３１は気密に封止されている。
That is, the
The green sheet stacked on the substrate is a frame shape from which the inner material is removed, and the
パッケージ３１を形成するセラミック材料の上には、例えば、銀・パラジウムなどの導電ペーストもしくはタングステンメタライズなどの導電ペーストなどを用いて、必要とされる導電パターンを形成後に、焼結をした後で、ニッケルおよび金もしくは銀などを順次メッキして、上述した電極部３３が形成されている。
該電極部３３は、パッケージ３１の底面に露出した実装端子３２，３２と図示しない導電パターンにより接続されている。この電極部３３と実装端子３２とを接続するための導電パターンは、パッケージ３１の形成時に利用されるキャスタレーション（図示せず）の表面に形成して、パッケージ３１の外面を引き回してもよいし、あるいはパッケージ３１の底部を構成する絶縁基板を貫通する導電スルーホールなどにより接続してもよい。
On the ceramic material forming the
The
圧電振動片４０は、図２に示すように、例えば圧電材料により形成されたウエハを厚みの薄い矩形の基板４３となるように加工した、所謂、ＡＴカット振動片により、圧電チップである振動片個片が形成されている。圧電材料として、例えば、この実施形態では水晶が使用されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。また、圧電チップの形状もフラットタイプに限らず、コンベックスタイプや、逆メサ型の振動片を用いることができる。
特に、基板４３の中央部の厚みと周縁部の厚みを異ならせたＡＴカット振動片である所謂コンベックスタイプと呼ばれる高周波タイプの圧電振動片では、基板自体に厚みの差があるので、それ以上基板厚に差をつけることは困難であることから、後述する本実施形態の手法が適している。
As shown in FIG. 2, the piezoelectric vibrating
In particular, in a high frequency type piezoelectric vibrating piece called a convex type, which is an AT-cut vibrating piece in which the thickness of the central portion and the peripheral portion of the
基板４３である振動片の個片としての圧電チップの表面には、駆動用の電極として、励振電極４１が形成されている。励振電極４１は、圧電チップの積極的に振動させようとする領域に形成され、圧電材料に駆動電圧を印加することで、材料内に効率よく電界を生じさせ、励振するためのものである。励振電極４１は、図２のＩ−Ｉ概略断面図である図３に示すように、基板４３の裏面にも同様の形態で形成されている。
また、図２に示すように、励振電極４１は、それぞれ圧電振動片４０の長さ方向の端部において、その幅方向の両端にそれぞれ形成された接続電極である引出し電極４２，４２に対して、各別に接続されている。各引出し電極４２，４２は圧電チップの側面を回り込んで、裏面にも形成されている。
As shown in FIG. 2, the
このような圧電振動片４０は、図１に示されているように、パッケージ３１側の電極部３３の上に片持ち式に接合されている。
これにより、パッケージ３１の外部から実装端子３２，３２を介して供給された駆動電圧は、パッケージ３１側の電極部３３から導電性接着剤３４および圧電振動片４０の引出し電極４２を介して、励振電極４１に印加される。したがって、圧電振動片４０の主面は圧電作用により厚みすべり振動することで、駆動されるようになっている。
As shown in FIG. 1, such a piezoelectric vibrating
As a result, the drive voltage supplied from the outside of the
なお、パッケージ３１を箱状ではなく、単なる絶縁基板として、その上に電極を形成し、浅い箱状とした蓋体（図示せず）により、圧電振動片４０を気密に封止する形式のパッケージを用いてもよい。あるいは、圧電振動片４０に外部の駆動電圧源と接続したプラグを接続し、一端を閉止した金属製の筒状のケースに圧電振動片４０を差し入れて、このプラグによりケースを気密に封止するようにしてもよい（図示せず）。
Note that the
（圧電デバイスの製造方法）
次に、上記した圧電デバイス３０の製造方法の実施形態を説明する。
図４は、圧電デバイス３０の製造工程の一例を示すフローチャートであり、図４ならびに関連する図面を適宜参照しながら、説明する。
先ず、圧電振動片４０を形成する。
(Piezoelectric device manufacturing method)
Next, an embodiment of a method for manufacturing the
FIG. 4 is a flowchart showing an example of the manufacturing process of the
First, the piezoelectric vibrating
そのために、上述したように、例えば水晶ウエハが使用される。この場合、水晶ウエハは水晶の結晶軸に関して、Ｘ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光学軸となるように、水晶の単結晶から切り出されることになる。また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系において、Ｚ軸から３５、１５度傾けた面で切り出したＡＴカット水晶板を得る（ＳＴ１）。このＡＴカット水晶片が圧電素子片である。 For this purpose, for example, a quartz wafer is used as described above. In this case, the crystal wafer is cut out from the crystal single crystal so that the crystal axis of the crystal is the electric axis, the Y axis is the mechanical axis, and the Z axis is the optical axis. Further, when cutting from a single crystal of quartz, an AT-cut quartz plate cut out on a plane inclined by 35 or 15 degrees from the Z axis in the orthogonal coordinate system composed of the X axis, Y axis and Z axis is obtained (ST1). This AT-cut crystal piece is a piezoelectric element piece.
次に、上記圧電素子片であるＡＴカット水晶板の主面を研磨して平坦度を持たせて（ＳＴ２）、所謂水晶ウエハを形成し、さらにこれを個片にカットするチップ加工を行い水晶チップ、すなわち、図２で示した矩形の基板４３である圧電チップを得る（ＳＴ３）。圧電チップは主面をエッチングされることにより上記研磨の加工による残存応力を除去されて、周波数を粗調整される。
Next, the main surface of the AT-cut quartz plate, which is the piezoelectric element piece, is polished to have flatness (ST2), so-called quartz wafer is formed, and chip processing is performed to cut this into individual pieces and crystal is cut. A chip, that is, a piezoelectric chip which is the
続いて、圧電チップの全面に蒸着などにより電極金属を成膜する。電極金属は、例えば、クロム（Ｃｒ）を下地として金（Ａｕ）を成膜することにより、形成され、図２で示した励振電極４１や引出し電極４２を作るように、フォトリソグラフィの手法などにより、電極が形成される（ＳＴ４）。
次に、上記工程と別に形成されたパッケージ３１側の電極部３３の上に導電性接着剤３４を塗布し、その上に圧電振動片４０の図２で説明した各引出し電極４２が形成されている基端部もしくは一端部を載置する。そして、これら導電性接着剤３４を加熱して硬化させることにより圧電振動片４０をパッケージ３１の内側底面に片持ち式に接合する（ＳＴ５）。
ここで、導電性接着剤３４としては、所定の合成樹脂でなるバインダー成分に、銀粒子などの導電粒子を添加したものを使用することができる。また、圧電振動片４０は必ずしも片持ち式でなく、先端側の一部をパッケージ３１の内側底面に形成した凸部（枕部）に載置した構成としてもよい。
Subsequently, an electrode metal is formed on the entire surface of the piezoelectric chip by vapor deposition or the like. The electrode metal is formed, for example, by depositing gold (Au) with chromium (Cr) as a base, and by using a photolithography technique or the like to produce the
Next, a
Here, as the
そして、圧電振動片４０に対して、パッケージ３１の実装端子３２などから駆動電圧を印加し、圧電振動片４０を駆動してその周波数を計測して、計測結果に基づいて、励振電極４１の一部を削減することで、重量を減じて周波数調整する（ＳＴ６）。
この周波数調整工程では、さらに、周囲の温度環境を変化させて駆動電圧を印加し、温度変化に応じた周波数を計測して圧電振動片４０の温度−周波数特性を合わせて計測し、その結果に応じて調整を行う。その手法は後で詳しく説明する。
Then, a driving voltage is applied to the piezoelectric vibrating
In this frequency adjustment step, the drive voltage is applied by changing the ambient temperature environment, the frequency corresponding to the temperature change is measured, and the temperature-frequency characteristics of the piezoelectric vibrating
次に、パッケージ３１を真空チャンバー内に移し、セラミックやガラスあるいはコバールなどの金属で形成された蓋体３５を低融点ガラスやニッケルなどを介して真空雰囲気下で接合する。これにより、パッケージ３１は気密に封止される（ＳＴ７）。
最後に必要な検査を経て（ＳＴ８）、圧電デバイス３０が完成する。
Next, the
Finally, a necessary inspection is performed (ST8), and the
次に圧電振動片４０の温度−周波数特性の調整方法の実施形態について図５ないし図９を参照して説明する。
ここでは、好ましくない温度−周波数特性を示す場合の基板（４３−１、４３−２、４３−３）およびその表面の励振電極４１−１、４１−２、４１−３）の典型形状について、図５、図７、図９にそれぞれ示し、これらについて、調整する場合の手法を順次説明する。なお、典型形状はいずれも理解の便宜のため極端な形状を示しているが、いずれの場合においても表面形状は全体に凸や凹となっているわけではなく、基板や励振電極の表面状態に関して全体として不均一となっている場合の傾向を表すものである。
Next, an embodiment of a method for adjusting the temperature-frequency characteristics of the piezoelectric vibrating
Here, with respect to typical shapes of the substrate (43-1, 43-2, 43-3) and the excitation electrodes 41-1, 41-2, 41-3) on the surface in the case of exhibiting undesirable temperature-frequency characteristics, 5, 7, and 9, and a method for adjusting these will be sequentially described. Note that the typical shapes are all extreme for convenience of understanding, but in any case the surface shape is not convex or concave as a whole, and the surface state of the substrate and the excitation electrode It represents a tendency in the case of non-uniformity as a whole.
すなわち、圧電振動片４０の基板厚み（材料厚み）及びその表面の励振電極４１の厚みを合わせた全体厚みが、圧電振動片４０の表面において不均一である場合には、当該厚みの異なる箇所毎に、異なるスプリアスが発生する原因となるという本発明者の独自の知見に基づいて、調整加工をするものである。その方法とは、本発明者によれば、材料厚みすなわち基板４３の厚み及びその表面の励振電極４１の厚みを合わせた全体厚みを均一にすることにより、スプリアスに基づいて生じる温度特性ディップを、これが生じても問題とならない温度域にずらすことができるというものである。
That is, if the total thickness of the piezoelectric vibrating
図５は好ましくない温度−周波数特性を示す第１の例であり、基板４３−１は上に凸の状態で、しかも励振電極４１−１も上に凸の状態であることから、基板４３−１の厚み及びその表面の励振電極４１−１の厚みを合わせた全体厚みとして上に凸の状態である。
この場合には、図６（ａ）に示すように、主振動ｆ０に対して、副振動ｆｓは鎖線に示すような位置にあり、図１０で説明した距離Ｂが大きく離れている。
このため、図６（ｂ）に鎖線で示すように、温特ディップＡは比較的高い温度域にある。
FIG. 5 is a first example showing an unfavorable temperature-frequency characteristic. Since the substrate 43-1 is convex upward and the excitation electrode 41-1 is also convex upward, the substrate 43- No. 1 and the thickness of the excitation electrode 41-1 on the surface thereof are in an upwardly convex state.
In this case, as shown in FIG. 6A, the sub-vibration fs is located at a position shown by a chain line with respect to the main vibration f0, and the distance B described in FIG.
For this reason, as indicated by a chain line in FIG. 6B, the temperature special dip A is in a relatively high temperature range.
そこで、図５に示すように、励振電極４１−１について鎖線で示した部分を減少させるように加工する。すなわち、励振電極４１−１について、例えばレーザ光を照射して、平坦になるように減少加工する。
これにより、図６（ａ）に実線で示すように副振動ｆｓを矢印Ｊ１の方向に移動させることができ、図６（ｂ）の温特ディップＡをより低い温度域にずらすことができ、例えば図１０（ｂ）と同等の摂氏１５０度程度の箇所に移動させることができる。
Therefore, as shown in FIG. 5, the excitation electrode 41-1 is processed so as to reduce the portion indicated by the chain line. That is, the excitation electrode 41-1 is reduced so as to be flat by, for example, irradiating laser light.
As a result, the secondary vibration fs can be moved in the direction of the arrow J1 as shown by a solid line in FIG. 6A, and the temperature characteristic dip A in FIG. 6B can be shifted to a lower temperature range. For example, it can be moved to a position of about 150 degrees Celsius equivalent to FIG.
図７は好ましくない温度−周波数特性を示す第２の例である。この例では、基板４３−２の上面が下に凸の状態で、しかも励振電極４１−２の上面も下に凸の状態であることから、基板４３−２の厚み及びその表面の励振電極４１−２の厚みを合わせた全体厚みとして下に凸の傾向にある。
この場合には、図８（ａ）に示すように、主振動ｆ０に対して、副振動ｆｓは鎖線に示すような位置にあり、図１０で説明した距離Ｂが小さくなり接近している。
このため、図８（ｂ）に鎖線で示すように、温特ディップＡは比較的低い温度域にある。
FIG. 7 is a second example showing an undesirable temperature-frequency characteristic. In this example, since the upper surface of the substrate 43-2 is convex downward, and the upper surface of the excitation electrode 41-2 is also convex downward, the thickness of the substrate 43-2 and the
In this case, as shown in FIG. 8A, the sub-vibration fs is located at a position shown by a chain line with respect to the main vibration f0, and the distance B described in FIG.
For this reason, as indicated by a chain line in FIG. 8B, the temperature special dip A is in a relatively low temperature range.
そこで、図７に示すように、励振電極４１−２について鎖線で示した部分（励振電極４１−２の上面）を平坦にするように、電極を膜の厚みを増加させるように加工する。すなわち、励振電極４１−２について、例えば蒸着もしくはスパッタリングにより部分的に電極膜を増加させて、あわせて、必要により、上面が平坦になるような減少加工する。
これにより、図８（ａ）に実線で示すように副振動ｆｓを矢印Ｋ１の方向に移動させることができ、図８（ｂ）の温特ディップＡをより高い温度域にずらすことができ、例えば図１０（ｂ）と同等の摂氏１５０度程度の箇所に移動させることができる。
Therefore, as shown in FIG. 7, the electrode is processed so as to increase the thickness of the film so that the portion indicated by the chain line (the upper surface of the excitation electrode 41-2) of the excitation electrode 41-2 is flattened. That is, the excitation electrode 41-2 is partially reduced by, for example, partially increasing the electrode film by vapor deposition or sputtering, and if necessary, flattening the upper surface.
As a result, the secondary vibration fs can be moved in the direction of the arrow K1 as shown by the solid line in FIG. 8A, and the temperature characteristic dip A in FIG. 8B can be shifted to a higher temperature range. For example, it can be moved to a position of about 150 degrees Celsius equivalent to FIG.
図９は好ましくない温度−周波数特性を示す第３の例であり、基板４３−３は平坦な状態であるが、励振電極４１−３が上に凸の状態であることから、基板４３−３の厚み及びその表面の励振電極４１−３の厚みを合わせた全体厚みとして上に凸の状態である。 FIG. 9 is a third example showing an unfavorable temperature-frequency characteristic. The substrate 43-3 is in a flat state, but the excitation electrode 41-3 is in a convex state. And the thickness of the excitation electrode 41-3 on the surface thereof are in an upwardly convex state.
そこで、図９に示すように、励振電極４１−３について鎖線で示した部分を減少させるように加工する。すなわち、励振電極４１−３について、例えばレーザ光を照射して、平坦になるように減少加工する。
これによる調整の様子は図６で説明した場合と同じである。
すなわち、加工前においては、図６（ａ）で説明したように、主振動ｆ０に対して、副振動ｆｓは鎖線に示すような位置にあり、図１０で説明した距離Ｂが大きく離れている。
このため、図６（ｂ）に鎖線で示すように、温特ディップＡは比較的高い温度域にある。
これに対して、図９のような加工を施すことで、図６（ａ）に実線で示すように副振動ｆｓを矢印Ｊ１の方向に移動させることができ、図６（ｂ）の温特ディップＡをより低い温度域にずらすことができ、例えば図１０（ｂ）と同等の摂氏１５０度程度の箇所に移動させることができるのは、図５の場合と同様である。
Therefore, as shown in FIG. 9, the excitation electrode 41-3 is processed so as to reduce the portion indicated by the chain line. That is, the excitation electrode 41-3 is reduced so as to be flat by, for example, irradiating laser light.
This adjustment is the same as that described with reference to FIG.
That is, before processing, as described with reference to FIG. 6A, the secondary vibration fs is located at a position indicated by a chain line with respect to the main vibration f0, and the distance B described with reference to FIG. .
For this reason, as indicated by a chain line in FIG. 6B, the temperature special dip A is in a relatively high temperature range.
On the other hand, by performing the processing as shown in FIG. 9, the secondary vibration fs can be moved in the direction of the arrow J1 as shown by the solid line in FIG. 6A, and the temperature characteristics of FIG. The dip A can be shifted to a lower temperature range, and can be moved, for example, to a location of about 150 degrees Celsius equivalent to FIG. 10B, as in FIG.
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、パッケージやケースを利用し、内部に圧電振動片を収容するものであれば、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、全ての圧電デバイスに適用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. Each configuration of each embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with other configurations not shown.
The present invention can be applied to all piezoelectric devices regardless of the names of piezoelectric vibrators, piezoelectric oscillators, etc., as long as they use a package or a case and accommodate a piezoelectric vibrating piece therein.
３０・・・圧電デバイス、３１・・・パッケージ、４０・・・圧電振動片、４１・・・励振電極 30 ... piezoelectric device, 31 ... package, 40 ... piezoelectric vibrating piece, 41 ... excitation electrode
Claims (6)
前記圧電素子片に必要とされる駆動用の電極を形成して圧電振動片を形成し、
該圧電振動片に駆動電圧を印加して、周波数−温度特性を計測し、
該計測結果に基づいて、前記駆動電極を加工することにより、温度変化に対して不連続な周波数変化である温度特性ディップが生じる温度を変更する
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。 Cut out the piezoelectric substrate to form a piezoelectric element piece,
Forming a driving electrode required for the piezoelectric element piece to form a piezoelectric vibrating piece,
Applying a driving voltage to the piezoelectric vibrating piece, measuring frequency-temperature characteristics,
Based on the measurement result, the temperature at which a temperature characteristic dip that is a discontinuous frequency change with respect to the temperature change is changed by processing the drive electrode.
前記圧電振動片が、
圧電基板を切り出して圧電素子片を形成し、
前記圧電素子片に必要とされる駆動用の電極を形成して圧電振動片を形成し、
該圧電振動片に駆動電圧を印加して、周波数−温度特性を計測し、
該計測結果に基づいて、前記駆動電極を加工することにより、温度変化に対して不連続な周波数変化である温度特性ディップが生じる温度を変更する
ことにより製造され、
さらに前記圧電振動片を前記パッケージなどに収容し封止する
ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 A method of manufacturing a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or case,
The piezoelectric vibrating piece is
Cut out the piezoelectric substrate to form a piezoelectric element piece,
Forming a driving electrode required for the piezoelectric element piece to form a piezoelectric vibrating piece,
Applying a driving voltage to the piezoelectric vibrating piece, measuring frequency-temperature characteristics,
Based on the measurement result, by manufacturing the drive electrode, it is manufactured by changing the temperature at which a temperature characteristic dip that is a discontinuous frequency change with respect to the temperature change occurs,
Further, the piezoelectric vibrating piece is accommodated in the package or the like and sealed.
前記駆動電極に駆動電圧を印加して、周波数−温度特性を計測し、該計測結果に基づいて、前記駆動電極を加工することにより、温度変化に対して不連続な周波数変化である温度特性ディップが生じる温度を変更することにより調整されている
ことを特徴とする圧電振動片。 A piezoelectric vibrating piece in which a drive electrode is formed by processing a piezoelectric substrate,
By applying a drive voltage to the drive electrode, measuring a frequency-temperature characteristic, and processing the drive electrode based on the measurement result, a temperature characteristic dip that is a discontinuous frequency change with respect to a temperature change A piezoelectric vibrating piece characterized by being adjusted by changing the temperature at which the water is generated.
前記圧電振動片が、
圧電基板を加工して駆動電極を形成するようにした圧電振動片であって、
前記駆動電極に駆動電圧を印加して、周波数−温度特性を計測し、該計測結果に基づいて、前記駆動電極を加工することにより、温度変化に対して不連続な周波数変化である温度特性ディップが生じる温度を変更することにより調整されている
ことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric device containing a piezoelectric vibrating piece in a package or case,
The piezoelectric vibrating piece is
A piezoelectric vibrating piece in which a drive electrode is formed by processing a piezoelectric substrate,
By applying a drive voltage to the drive electrode, measuring a frequency-temperature characteristic, and processing the drive electrode based on the measurement result, a temperature characteristic dip that is a discontinuous frequency change with respect to a temperature change The piezoelectric device is characterized by being adjusted by changing a temperature at which the water is generated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005273508A JP2007088691A (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | Piezoelectric vibration chip, piezoelectric device, and manufacturing method of them |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005273508A JP2007088691A (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | Piezoelectric vibration chip, piezoelectric device, and manufacturing method of them |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007088691A true JP2007088691A (en) | 2007-04-05 |
Family
ID=37975250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005273508A Pending JP2007088691A (en) | 2005-09-21 | 2005-09-21 | Piezoelectric vibration chip, piezoelectric device, and manufacturing method of them |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2007088691A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011234094A (en) * | 2010-04-27 | 2011-11-17 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric oscillator, manufacturing method of piezoelectric oscillator and temperature compensation method of piezoelectric oscillator |
| JP2013031035A (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | Kyocera Crystal Device Corp | Crystal vibration element and crystal device |
| CN103138701A (en) * | 2011-11-24 | 2013-06-05 | 宏达国际电子股份有限公司 | Electronic device and adjustment method thereof |
| JP2013255051A (en) * | 2012-06-06 | 2013-12-19 | Seiko Epson Corp | Vibration element, vibrator, electronic device, electronic apparatus and manufacturing method of vibration element |
| JP7448901B2 (en) | 2019-03-18 | 2024-03-13 | 日本電波工業株式会社 | piezoelectric device |
-
2005
- 2005-09-21 JP JP2005273508A patent/JP2007088691A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011234094A (en) * | 2010-04-27 | 2011-11-17 | Seiko Epson Corp | Piezoelectric oscillator, manufacturing method of piezoelectric oscillator and temperature compensation method of piezoelectric oscillator |
| JP2013031035A (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-07 | Kyocera Crystal Device Corp | Crystal vibration element and crystal device |
| CN103138701A (en) * | 2011-11-24 | 2013-06-05 | 宏达国际电子股份有限公司 | Electronic device and adjustment method thereof |
| JP2013255051A (en) * | 2012-06-06 | 2013-12-19 | Seiko Epson Corp | Vibration element, vibrator, electronic device, electronic apparatus and manufacturing method of vibration element |
| JP7448901B2 (en) | 2019-03-18 | 2024-03-13 | 日本電波工業株式会社 | piezoelectric device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4281348B2 (en) | Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device using the piezoelectric vibrating piece, mobile phone device using the piezoelectric device, and electronic equipment using the piezoelectric device | |
| KR100712758B1 (en) | Piezoelectric resonator element and piezoelectric device | |
| US8791766B2 (en) | Resonating element, resonator, electronic device, electronic apparatus, moving vehicle, and method of manufacturing resonating element | |
| JP2008048380A (en) | Resonator and manufacturing | |
| KR20120135058A (en) | Piezoelectric vibration element, manufacturing method for piezoelectric vibration element, piezoelectric vibrator, electronic device and electronic apparatus | |
| US8319404B2 (en) | Surface-mountable quartz-crystal devices and methods for manufacturing same | |
| JP6252209B2 (en) | Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device using the piezoelectric vibrating piece | |
| JP4569450B2 (en) | Assembly of AT-cut crystal piece, AT-cut crystal device, and manufacturing method of AT-cut crystal device | |
| JP2007088691A (en) | Piezoelectric vibration chip, piezoelectric device, and manufacturing method of them | |
| JP5668392B2 (en) | Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibrator and piezoelectric oscillator | |
| JP2007189492A (en) | Method of manufacturing piezoelectric substrate, piezoelectric substrate, piezoelectric transducer, and piezoelectric oscillator | |
| JP4992411B2 (en) | Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric vibrating device | |
| JP2013146002A (en) | Piezoelectric vibration piece, manufacturing method therefor, piezoelectric device and electronic apparatus | |
| JP2007173906A (en) | Method of manufacturing piezoelectric resonator chip and piezoelectric device | |
| JP2006060798A (en) | Quartz crystal oscillating plate and quartz crystal oscillator | |
| JP6327327B2 (en) | Vibrator, electronic device, mobile object, and oscillator | |
| JP2004236008A (en) | Piezo-electric oscillating member, piezo-electric device using the same, and cell phone unit and electric apparatus using piezo-electric device | |
| JP2001257560A (en) | Electrode structure for ultra-thin board piezoelectric vibration element | |
| US20220173709A1 (en) | Piezoelectric vibrator | |
| JP7448901B2 (en) | piezoelectric device | |
| JP4541983B2 (en) | Piezoelectric vibrator | |
| JP2007189491A (en) | Method of manufacturing piezoelectric substrate, piezoelectric substrate, piezoelectric resonator, and piezoelectric oscillator | |
| JP7389410B2 (en) | Piezoelectric vibrator and its manufacturing method | |
| JP4534482B2 (en) | Quartz crystal selection method, crystal vibrating piece and crystal device manufacturing method | |
| JP4924930B2 (en) | Method for manufacturing piezoelectric device |