JP2010004456A - Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は例えば水晶からなる圧電基板を用いて、支持腕を持つ音叉型の圧電振動素子を製造する技術に関する。 The present invention relates to a technique for manufacturing a tuning-fork type piezoelectric vibration element having a support arm using a piezoelectric substrate made of, for example, quartz.
従来、時計や家電製品、各種情報・通信機器やＯＡ機器等の民生・産業用電子機器には、その電子回路のクロック源として圧電振動子、圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。 Conventionally, in consumer and industrial electronic devices such as watches, home appliances, various information / communication devices and OA devices, a piezoelectric vibrator, a piezoelectric vibrating piece and an IC chip are sealed in the same package as a clock source for the electronic circuit. Piezoelectric devices such as stopped oscillators and real-time clock modules are widely used.
特に最近、これら圧電デバイスは、それを搭載する電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されている。また、低いＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を確保して、高品質で安定性に優れた圧電デバイスが要求されている。圧電デバイスはＣＩ値を低く保持するために、たとえば振動腕構造を有する音叉型圧電振動片が開発され、さらに小型化するために、基部の長さを短くし、支持腕を持つ音叉型圧電振動片が提供されている。 In particular, these piezoelectric devices have recently been required to be further reduced in size and thickness as the electronic equipment on which they are mounted is reduced in size and thickness. In addition, there is a demand for a piezoelectric device that secures a low CI (crystal impedance) value and has high quality and excellent stability. In order to keep the CI value low, for example, a tuning fork type piezoelectric vibrating piece having a vibrating arm structure has been developed, and in order to further reduce the size of the piezoelectric device, the length of the base is shortened and the tuning fork type piezoelectric vibration having a supporting arm is developed. A piece is provided.
音叉型圧電振動片は、小型化により電極間距離が近くなり、直列共振容量が大きくなることによって周波数可変感度が高くなる。周波数可変感度が高くなると目的の周波数、例えば３２．７６８ＫＨＺに合わせることが難しくなる。周波数可変感度Ｓは次の関係式（数１）が成り立つ。
Ｃ０ ： 並列静電容量 （ｐＦ）
ＣＬ ： 負荷容量 （ｐＦ）
Ｃ１ ： 直列共振容量 （ｆＦ）
である。
The tuning fork type piezoelectric vibrating piece is close in distance between electrodes due to miniaturization, and the frequency resonance sensitivity is increased by increasing the series resonance capacity. As the frequency variable sensitivity increases, it becomes difficult to match the target frequency, for example, 32.768 KHZ. For the frequency variable sensitivity S, the following relational expression (Equation 1) holds.
C0 : Parallel capacitance (pF)
CL : Load capacity (pF)
C1 : Series resonance capacitance (fF)
It is.
特許文献１によれば、振動腕構造を有する音叉型圧電振動片の小型化を実現する構造として、振動腕に溝部を設ける場合に、振動腕の幅一杯に溝部を設け、溝部の縁の厚さを薄くすることで電界効率の向上が成されている。特許文献２によれば、振動腕に振動腕の長手方向に延びる複数本の溝部を形成することで電界効率の向上が成されている。
しかしながら、特許文献１による製造方法では、溝部の幅を大きく取りすぎると、振動腕の強度が弱くなることと、エッチングする際に深さ方向の浸食が早く進行するため、加工制御が難しくなる問題点がある。特許文献２による製造方法では、音叉型圧電振動片の外形部と複数の溝部とを同時にエッチングするため、音叉型圧電振動片の外形部に対して溝部の浸食速度を１／２未満となるよう制御する必要があり、加工制御が難しくなる問題点がある。 However, in the manufacturing method according to Patent Document 1, if the width of the groove is excessively large, the strength of the vibrating arm is weakened, and the erosion in the depth direction progresses quickly during etching, which makes processing control difficult. There is a point. In the manufacturing method according to Patent Document 2, the outer portion of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece and the plurality of groove portions are etched simultaneously, so that the erosion rate of the groove portion is less than ½ with respect to the outer portion of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece. There is a problem that it is necessary to control and machining control becomes difficult.
本発明の目的は、音叉型圧電振動片をさらに小型化しても周波数調整が容易になる音叉型圧電振動片を提供する。 An object of the present invention is to provide a tuning fork type piezoelectric vibrating piece that allows easy frequency adjustment even if the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is further downsized.
第１の観点の圧電振動片は、基部の一端側から所定方向に伸びる所定幅を有する一対の振動腕と、一対の振動腕の表裏に形成され振動腕の所定幅の２５パーセント以下の幅を有する一本のみの溝部と、基部から溝部に形成され、振動腕の励振する励振電極と、を備える。
このように、振動腕の所定幅の２５パーセント以下の幅を有する一本のみの溝部を設けると周波数可変感度Ｓが低くなり、目的の周波数に調整し易くなる。
The piezoelectric vibrating piece according to the first aspect has a pair of vibrating arms having a predetermined width extending in a predetermined direction from one end of the base, and a width of 25% or less of the predetermined width of the vibrating arms formed on the front and back of the pair of vibrating arms. A single groove portion, and an excitation electrode formed from the base portion to the groove portion and exciting the vibrating arm.
As described above, when only one groove portion having a width of 25% or less of the predetermined width of the vibrating arm is provided, the frequency variable sensitivity S is lowered and it is easy to adjust to the target frequency.
第２の観点の圧電振動片は、基部の一端側から且つ振動腕の両外側において所定方向に伸びる一対の支持腕を備える。
この構成により、圧電振動片を小型化した際に、振動漏れの影響を受けにくくなる。
The piezoelectric vibrating piece according to the second aspect includes a pair of support arms extending in a predetermined direction from one end side of the base and on both outer sides of the vibrating arm.
With this configuration, when the piezoelectric vibrating piece is downsized, it is less susceptible to vibration leakage.
第３の観点の圧電振動片は、一対の振動腕の間に形成される振動根元部と一対の振動腕と一対の支持腕との間に形成される支持根元部とは同一形状である。
この構成により、圧電振動片を小型化しても振動片を製造し易くなる。
In the piezoelectric vibrating piece according to the third aspect, the vibration root portion formed between the pair of vibration arms and the support root portion formed between the pair of vibration arms and the pair of support arms have the same shape.
With this configuration, the resonator element can be easily manufactured even if the piezoelectric resonator element is downsized.
第４の観点の圧電振動片は、振動腕の先端側には所定幅よりも幅広い錘部が形成され、振動腕の厚さは振動腕の幅の１．５倍以上である。
第５の観点の圧電デバイスは、第１の観点から第４の観点による圧電振動片と、この圧電振動片を覆う蓋部と、圧電振動片を支えるベースと、を備える。
In the piezoelectric vibrating piece according to the fourth aspect, a weight portion wider than a predetermined width is formed on the tip side of the vibrating arm, and the thickness of the vibrating arm is 1.5 times or more the width of the vibrating arm.
A piezoelectric device according to a fifth aspect includes the piezoelectric vibrating piece according to the first to fourth aspects, a lid that covers the piezoelectric vibrating piece, and a base that supports the piezoelectric vibrating piece.
第６の観点の圧電フレームは、基部の一端側から所定方向に伸びる所定幅の一対の振動腕と、一対の振動腕の表裏に形成され、振動腕の所定幅の２５パーセント以下の幅を有する一本のみの溝部と、基部から溝部に形成され、振動腕の励振する励振電極と、一対の振動腕の両外側において基部の一端側から所定方向に伸びる一対の支持腕と、一対の支持腕から所定方向と交差する方向に伸びる調整腕と、調整腕と接続されるとともに基部及び振動腕を囲む外枠部と、を備える。
このように、振動腕の所定幅の２５パーセント以下の幅を有する一本のみの溝部が設けられていると、振動椀を目的の周波数に調整し易くなる。
A piezoelectric frame according to a sixth aspect is formed on a pair of vibrating arms having a predetermined width extending in a predetermined direction from one end side of the base, and on the front and back of the pair of vibrating arms, and has a width of 25% or less of the predetermined width of the vibrating arms. Only one groove portion, a base-to-groove excitation electrode for excitation of the vibrating arm, a pair of support arms extending in a predetermined direction from one end of the base portion on both outer sides of the pair of vibrating arms, and a pair of support arms An adjustment arm extending in a direction intersecting with a predetermined direction from the first position, and an outer frame portion connected to the adjustment arm and surrounding the base portion and the vibrating arm.
As described above, when only one groove portion having a width of 25% or less of the predetermined width of the vibrating arm is provided, the vibrating rod is easily adjusted to a target frequency.
第７の観点の圧電デバイスは、第６の観点の記載の圧電フレームと、この圧電フレームを覆う蓋部と、圧電フレームを支えるベースと、を備える。 A piezoelectric device according to a seventh aspect includes the piezoelectric frame according to the sixth aspect, a lid that covers the piezoelectric frame, and a base that supports the piezoelectric frame.
本発明の圧電振動片は小型化しても周波数可変感度Ｓを低減できる。またその圧電振動片を使った圧電デバイスは小型化の要望に応えることができる。 Even if the piezoelectric vibrating piece of the present invention is downsized, the frequency variable sensitivity S can be reduced. In addition, the piezoelectric device using the piezoelectric vibrating piece can meet the demand for downsizing.
本発明の音叉型水晶振動片は、例えば３２．７６８ｋＨｚで信号を発信する振動片でＹ軸方向の長さが１．４５ｍｍ程度、Ｘ方向の長さが０．５ｍｍ程度、Ｚ方向の厚さが０．１２ｍｍ前後の小型な形状となっている。この音叉型水晶振動片の外形を形成するエッチング工程で、同時に振動腕に振動腕の幅の２５％以下の幅を有する一本のみの溝部を設け、周波数可変感度Ｓを低減した小型な音叉型水晶振動片の形状を示す。 The tuning fork type crystal vibrating piece of the present invention is a vibrating piece that transmits a signal at, for example, 32.768 kHz. The length in the Y-axis direction is about 1.45 mm, the length in the X direction is about 0.5 mm, and the thickness in the Z direction. Has a small shape of around 0.12 mm. In the etching process for forming the outer shape of the tuning-fork type crystal vibrating piece, a small tuning-fork type in which only one groove portion having a width of 25% or less of the width of the vibrating arm is provided in the vibrating arm at the same time and the frequency variable sensitivity S is reduced. The shape of a crystal vibrating piece is shown.
＜実施例１＞
図１（ａ）は本実施例の第１音叉型水晶振動片１００である。第１音叉型水晶振動片１００は振動腕２１を持ち、さらに支持腕２２で構成されている。図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
第１音叉型水晶振動片１００は基部２３に音叉型の一対の振動腕２１を持ち、基部２３の長さＬＫは０．２０ｍｍ程度で、一対の第１振動腕２１の長さは１．２５ｍｍ程度の長さである。
<Example 1>
FIG. 1A shows a first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 of this embodiment. The first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 has a vibrating arm 21 and further includes a support arm 22. FIG.1 (b) is AA sectional drawing of (a).
The first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 has a pair of tuning-fork type vibrating arms 21 at the base 23, the length LK of the base 23 is about 0.20 mm, and the length of the pair of first vibrating arms 21 is 1.25 mm. It is about the length.
振動腕２１は基部よりほぼ平行に伸び、振動腕２１の表裏両面には、溝部２４が形成されている。例えば、一本の振動腕２１の表面には１本の溝部２４が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に１本の溝部２４が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４本の溝部２４が形成される。図１（ｂ）に示すように溝部２４の断面は、略Ｈ型に形成され第１音叉型水晶振動片１００のＣＩ値を低下させる効果がある。 The vibrating arm 21 extends substantially parallel to the base portion, and grooves 24 are formed on both front and back surfaces of the vibrating arm 21. For example, one groove portion 24 is formed on the surface of one vibrating arm 21, and one groove portion 24 is similarly formed on the back surface side of the vibrating arm 21. That is, four groove portions 24 are formed in the pair of vibrating arms 21. As shown in FIG. 1B, the cross section of the groove 24 is formed in a substantially H shape, and has the effect of reducing the CI value of the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100.
振動腕２１の根元部分は幅広に形成されている。これは振動腕２１の振動が根元部分に集中していた応力を振動根元部２６の幅広い方向に移動させ、基部２３への振動漏れを減少させるためである。また、溝部２４の形成は以下の実施例２についても同様である。 The base portion of the vibrating arm 21 is formed wide. This is to reduce the vibration leakage to the base 23 by moving the stress concentrated in the root portion of the vibrating arm 21 in a wide direction of the vibration root portion 26. The formation of the groove 24 is the same as in the second embodiment.
第１音叉型水晶振動片１００の基部２３は、その全体が略板状に形成されている。基部２３の長さＬＫは第１音叉型水晶振動片１００の全長を短くするために、できるだけ短いほうが望ましい。しかし、基部の長さＬＫを短くすると、振動腕２１の振動がパッケージ外部へ振動漏れとして伝わるおそれがあり、またパッケージ外部の温度変化又は衝撃の影響を受けやすくなる。このため、本実施例では第１音叉型水晶振動片１００に支持腕２２を形成することで、振動腕２１の振動漏れや外部変化の影響を少なくしている。さらに、第１音叉型水晶振動片１００とパッケージとの接合部２５は基部より離れた支持腕２２の端部に設置することで、振動漏れや外部変化の影響を少なくしている。また第１音叉型水晶振動片１００の外形を以下に示すような構造にすることでエッチングの異形部の影響を抑え、左右均等でバランスのとれた第１音叉型水晶振動片１００を形成することができる。 The entire base 23 of the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 is formed in a substantially plate shape. The length LK of the base 23 is preferably as short as possible in order to shorten the overall length of the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100. However, when the length LK of the base portion is shortened, the vibration of the vibrating arm 21 may be transmitted to the outside of the package as vibration leakage, and is easily affected by a temperature change or an impact outside the package. For this reason, in the present embodiment, the support arm 22 is formed on the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100, thereby reducing the influence of vibration leakage of the vibrating arm 21 and external changes. Further, the joint 25 between the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 and the package is installed at the end of the support arm 22 away from the base, thereby reducing the influence of vibration leakage and external changes. Further, by forming the first tuning fork type crystal vibrating piece 100 with the following structure, the influence of the irregular portion of the etching is suppressed, and the first tuning fork type crystal vibrating piece 100 which is equally balanced on the left and right is formed. Can do.
図１（ａ）で示すように、第１音叉型水晶振動片１００の基部２３は同じ基部の長さＬＫで幅方向に伸び、その伸びた基部２３から支持腕２２が伸びた形状である。支持腕２２の長さは振動腕２１の長さより短く形成する。振動腕２１の先端付近は一定幅で幅広となりハンマー形の形状となっている。ハンマー形の形状部分は金属膜を備えた錘部２８を形成している。錘部２８は振動腕２１に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、圧電デバイスとして搭載した第１音叉型水晶振動片１００の周波数調整をしやすくするために形成される。 As shown in FIG. 1A, the base portion 23 of the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 extends in the width direction with the same base length LK, and the support arm 22 extends from the extended base portion 23. The length of the support arm 22 is shorter than the length of the vibrating arm 21. The vicinity of the tip of the vibrating arm 21 has a constant width and is wide and has a hammer shape. The hammer-shaped portion forms a weight portion 28 having a metal film. The weight portion 28 is formed to easily vibrate when a voltage is applied to the vibrating arm 21 and to facilitate frequency adjustment of the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 mounted as a piezoelectric device.
基部２３と一対の振動腕２１とで成す振動根元部２６の形状は角ばった（直線的な）Ｕ字形状をしている。また、基部２３と振動腕２１と支持腕２２とで成す２箇所の支持根元部２７の形状も同一の角ばったＵ字形状をしている。振動根元部２６と支持根元部２７との形状とが角ばったＵ字形状をしているが、滑らかなＵ字形状をしていても良い。また、第１音叉型水晶振動片１００の基部２３は同じ基部の長さＬＫで幅方向に伸ばして設計するため、振動根元部２６の最深部の基部２３の長さＫ１と２箇所ある支持根元部２７の最深部の長さＫ２とが同じ長さで形成される。 The shape of the vibration base portion 26 formed by the base portion 23 and the pair of vibration arms 21 is an angular (linear) U-shape. Also, the shape of the two support base portions 27 formed by the base 23, the vibrating arm 21 and the support arm 22 is also the same square U shape. Although the shape of the vibration root portion 26 and the shape of the support root portion 27 is a square shape, it may be a smooth U shape. Further, since the base portion 23 of the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 is designed to extend in the width direction with the same base length LK, there are two support roots with the length K1 of the base portion 23 at the deepest part of the vibration base portion 26. The length K2 of the deepest part of the part 27 is formed with the same length.
振動根元部２６と支持根元部２７との形状と、基部２３の長さＫ１と長さＫ２とを同一にすることで、水晶の異方性によるエッチングの異型部は同一形状となるため、全体で均一な形状となる。つまり、第１音叉型水晶振動片１００は上記の各幅と、各根元部形状と、各基部の長さとを揃えることで、エッチングを行っても左右対称に形成することができ、左右でバランスがとれた構造となる。 Since the shape of the vibration root portion 26 and the support root portion 27 and the length K1 and the length K2 of the base portion 23 are the same, the atypical portions of etching due to crystal anisotropy have the same shape. It becomes a uniform shape. That is, the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 can be formed symmetrically even if etching is performed by aligning the above widths, the shape of each root portion, and the length of each base portion. The structure is removed.
図１（ｂ）で示すように、第１音叉型水晶振動片１００の振動腕２１と振動腕２１との距離である第２幅Ｗ２は第１振動腕の幅である第１幅Ｗ１と同じであり、また第１振動腕２１と支持椀２２との距離である第３幅Ｗ３も第１幅Ｗ１と同じ長さで形成されている。つまり第１音叉型水晶振動片１００は第１幅Ｗ１と、第２幅Ｗ２と、第３幅Ｗ３とを同一幅で設計する。 As shown in FIG. 1B, the second width W2 that is the distance between the vibrating arm 21 and the vibrating arm 21 of the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 is the same as the first width W1 that is the width of the first vibrating arm. The third width W3, which is the distance between the first vibrating arm 21 and the support rod 22, is also formed with the same length as the first width W1. That is, the first tuning fork type crystal vibrating piece 100 is designed so that the first width W1, the second width W2, and the third width W3 are the same width.
また、振動腕２１の溝部２４の幅Ｗ５は、振動腕２１の幅Ｗ１の２５％以下の幅である。振動腕２１の厚さＴ１は、振動腕２１の幅Ｗ１の２倍以上である。第１幅Ｗ１と、第２幅Ｗ２と、第３幅Ｗ３とを同一幅で設計することはエッチング工程でエッチング液の流れが同一となり、左右でバランスがとれた第１音叉型水晶振動片１００を形成することができる。これらの第１音叉型水晶振動片１００の外形と溝部２４との形成は公知のフォトリソ・エッチング技術で形成されている。以下は外形及び溝部２４のエッチングによる形成方法の概略を示す。 The width W5 of the groove 24 of the vibrating arm 21 is 25% or less of the width W1 of the vibrating arm 21. The thickness T1 of the vibrating arm 21 is at least twice the width W1 of the vibrating arm 21. When the first width W1, the second width W2, and the third width W3 are designed to have the same width, the flow of the etching solution is the same in the etching process, and the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 is balanced on the left and right. Can be formed. The outer shape of the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 and the groove 24 are formed by a known photolithography etching technique. The outline of the outer shape and a method for forming the groove 24 by etching will be described below.
（外形の形成）
外形のエッチングは、丸型又は角型の水晶ウエハより同時に多数の第１音叉型水晶振動片１００の外形を形成する。第１音叉型水晶振動片１００の外形は図示しない耐蝕膜などを用いて、耐蝕膜から露出した水晶ウエハに対して、例えば、フッ酸溶液をエッチング液として、第１音叉型水晶振動片１００の外形のエッチングを行う。耐蝕膜としては、例えば、クロムを下地として、金を蒸着した金属被膜などを用いることができる。このエッチング工程は、ウエットエッチングで、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等によりエッチング速度が変化する。
(Formation)
The outer shape etching forms the outer shapes of a large number of first tuning-fork type crystal vibrating pieces 100 simultaneously from a round or square crystal wafer. The outer shape of the first tuning-fork type quartz vibrating piece 100 is formed on the quartz wafer exposed from the corrosion-resistant film by using, for example, a hydrofluoric acid solution as an etching solution. Etching the outer shape. As the corrosion-resistant film, for example, a metal film in which gold is vapor-deposited with chromium as a base can be used. This etching process is wet etching, and the etching rate varies depending on the concentration, type, temperature, and the like of the hydrofluoric acid solution.
エッチング進行上の異方性はこれらのエッチング工程でおこり、図１に示された結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を第１音叉型水晶振動片１００の幅、Ｙ軸を長さ、Ｚ軸を厚さＺに関して発生する。
すなわち、第１音叉型水晶振動片１００に関するエッチングレートは、Ｚ軸方向が大きく、次にプラスＸ軸方向が大きく、次にマイナスＸ軸方向が大きく、Ｙ軸方向が一番小さい。
Anisotropy in the etching progress occurs in these etching processes. The X axis of the crystal axis (XYZ) shown in FIG. 1 is the width of the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100, the Y axis is the length, and the Z axis is Occurs for thickness Z.
That is, the etching rate related to the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 is large in the Z-axis direction, next largest in the plus X-axis direction, next largest in the minus X-axis direction, and smallest in the Y-axis direction.
このようなエッチング進行上の異方性により、第１音叉型水晶振動片１００には、各振動腕及び各支持腕の外側側面に、ヒレ状に突出した異形部（図示しない）が形成される。 Due to such anisotropy in etching progress, the first tuning-fork type quartz vibrating piece 100 is formed with a deformed portion (not shown) protruding in a fin shape on the outer side surface of each vibrating arm and each supporting arm. .
（溝形の形成）
次に、溝形成用レジストにより、各溝部２４を挟む両側の壁部を残す様にして、溝部２４を形成しない部分に耐蝕膜を残し、外形エッチングと同じエッチング条件で振動腕２１の表面と裏面とを、それぞれウエットエッチングすることにより溝部２４を形成する。溝部２４の深さは水晶ウエハの厚みに対して、３０ないし４５パーセント程度とで形成する。
(Groove shape formation)
Next, with the groove forming resist, the wall portions on both sides sandwiching each groove portion 24 are left, and a corrosion-resistant film is left on a portion where the groove portion 24 is not formed, and the front and back surfaces of the vibrating arm 21 are etched under the same etching conditions as the outer shape etching. The groove 24 is formed by wet etching. The depth of the groove 24 is about 30 to 45 percent with respect to the thickness of the quartz wafer.
なお、上記の外形エッチングおよび溝エッチングは、その一方もしくは両方をドライエッチングにより形成してもよい。その場合には、例えば、水晶ウエハ上に、第１音叉型水晶振動片１００の外形や、外形形成後には、溝部２４に相当する領域を、その都度メタルマスクを配置して覆う。この状態で、例えば、図示しないチャンバ内に収容し、所定の真空度でエッチングガスを供給して、エッチングプラズマを生成しドライエッチングすることができる。つまり、真空チャンバ（図示せず）には、例えば、フレオンガスボンベと酸素ガスボンベとが接続され、さらに、真空チャンバには、排気管が設けられ、所定の真空度に真空引きされるようになっている。 Note that one or both of the above-described outer shape etching and groove etching may be formed by dry etching. In that case, for example, on the quartz wafer, the outer shape of the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 and the region corresponding to the groove 24 are formed and covered with a metal mask each time the outer shape is formed. In this state, for example, it can be housed in a chamber (not shown), and an etching gas can be supplied at a predetermined degree of vacuum to generate etching plasma for dry etching. That is, for example, a freon gas cylinder and an oxygen gas cylinder are connected to a vacuum chamber (not shown), and an exhaust pipe is provided in the vacuum chamber so that the vacuum chamber is evacuated to a predetermined degree of vacuum. Yes.
真空チャンバ内が、所定の真空度に真空排気され、フレオンガスと、酸素ガスが送られ、その混合ガスが所定の気圧になるまで充填された状態にて、直流電圧が印加されると、プラズマが発生する。そして、イオン化された粒子を含む混合ガスは、メタルマスクから露出した圧電材料に当たる。この衝撃により、物理的に削り取られて飛散し、エッチングが進行する。 When a DC voltage is applied in a state where the inside of the vacuum chamber is evacuated to a predetermined degree of vacuum, a freon gas and an oxygen gas are sent, and the mixed gas is filled to a predetermined atmospheric pressure, plasma is generated. appear. The mixed gas containing ionized particles hits the piezoelectric material exposed from the metal mask. Due to this impact, it is physically scraped off and scattered, and etching proceeds.
（電極の形成）
電極は、図１（ａ）で示されるように第１基部電極３１及び第２基部電極３２並びに第１励振電極３３及び第２励振電極３４で形成される。第１励振電極３３及び第２励振電極３４は図１（ｂ）で示されるように振動腕２１の側面にも形成されている。第１基部電極３１及び第２基部電極３２並びに第１励振電極３３及び第２励振電極３４は例えばＮｉ膜からなる下地にＡｕ膜を設けた２層構造で形成されている。
(Formation of electrodes)
As shown in FIG. 1A, the electrodes are formed of a first base electrode 31, a second base electrode 32, a first excitation electrode 33, and a second excitation electrode. The first excitation electrode 33 and the second excitation electrode 34 are also formed on the side surface of the vibrating arm 21 as shown in FIG. The first base electrode 31, the second base electrode 32, the first excitation electrode 33, and the second excitation electrode 34 are formed in a two-layer structure in which an Au film is provided on a base made of, for example, a Ni film.
電極の形成は蒸着もしくはスパッタリングなどによって、電極となる金属を全面に被覆し、次いで、電極を形成しない箇所を露出したレジストを用いて、フォトリソグラフィの手法により、電極を形成する。その後、振動腕２１の先端部には、スパッタリングや蒸着により、錘付け電極（金属被膜）が形成される。錘付け電極は周波数調整に利用される。 The electrode is formed by covering the entire surface with a metal to be an electrode by vapor deposition or sputtering, and then forming the electrode by a photolithography technique using a resist exposing a portion where the electrode is not formed. Thereafter, a weighting electrode (metal coating) is formed on the tip of the vibrating arm 21 by sputtering or vapor deposition. The weighted electrode is used for frequency adjustment.
（圧電デバイスの形成）
図２（ａ）は第１圧電デバイス５０の概略上面図であり、図２（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ概略断面図である。第１圧電デバイス５０は真空チャンバ内で窪みを持つパッケージＰＫＧに第１音叉型水晶振動片１００を入れ、真空状態で蓋体５３とパッケージＰＫＧとを封止材５４により接合する。蓋体５３は硼珪酸ガラスなどで形成することで圧電デバイスを構築した後でも周波数の調整をすることができる。
(Formation of piezoelectric device)
2A is a schematic top view of the first piezoelectric device 50, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2A. In the first piezoelectric device 50, the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 is placed in a package PKG having a depression in a vacuum chamber, and the lid 53 and the package PKG are joined together by a sealing material 54 in a vacuum state. The lid 53 is formed of borosilicate glass or the like, so that the frequency can be adjusted even after the piezoelectric device is constructed.
パッケージＰＫＧは例えばセラミックからなるセラミックパッケージであり、複数枚のセラミックシートを積層して箱状に形成してある。パッケージＰＫＧの底部には外部電極５１が形成され表面実装（ＳＭＤ：Surface Mount Device）できるタイプとなる。 The package PKG is a ceramic package made of ceramic, for example, and is formed in a box shape by laminating a plurality of ceramic sheets. An external electrode 51 is formed on the bottom of the package PKG, and is a type that can be surface mounted (SMD: Surface Mount Device).
第１音叉型水晶振動片１００は支持腕２２の接合部２５で圧電デバイス５０のパッケージＰＫＧと接合している。例えば、接合部２５はパッケージＰＫＧの電極（図示しない）に塗布した導電性接着剤の上に載置して、導電性接着剤を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤を本硬化することで接合部２５は第１音叉型水晶振動片１００とパッケージＰＫＧとで導電性を持たせたまま接合されパッケージ外部の外部電極５１と電気的に接続される。 The first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 is joined to the package PKG of the piezoelectric device 50 at the joint portion 25 of the support arm 22. For example, the joint portion 25 is placed on a conductive adhesive applied to an electrode (not shown) of the package PKG, and the conductive adhesive is temporarily cured. Next, the joint 25 is joined with the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 and the package PKG to be electrically conductive by the main curing of the conductive adhesive in a curing furnace, and the external electrode 51 outside the package is electrically connected. Connected.
第１圧電デバイス５０は第１音叉型水晶振動片１００の振動腕２１の先端の錘部２８にレーザー光を照射して、錘部２８の金属被膜の一部を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数の調整を行う。また第１圧電デバイス５０は駆動特性などの検査を行うことで完成する。 The first piezoelectric device 50 irradiates a weight 28 at the tip of the vibrating arm 21 of the first tuning-fork type quartz vibrating piece 100 to evaporate and sublimate a part of the metal coating on the weight 28 to reduce the mass. Adjust the frequency with. Further, the first piezoelectric device 50 is completed by inspecting driving characteristics and the like.
図３（ａ）は、溝部２４の幅の違いと周波数可変感度Ｓとの関係を示す図である。図３（ａ）の横軸の溝幅比率（％）は、図１（ｂ）に示された振動腕２１の溝部の幅Ｗ５を振動腕２１の幅Ｗ１で割ったものを百分率表記している。縦軸に周波数可変感度Ｓ（ｐｐｍ／ｐＦ）を表示している。溝幅比率（％）が２５％の時に、周波数可変感度Ｓは１０ｐｐｍ／ｐＦであり、溝幅が２５％を超えると周波数可変感度Ｓは１０ｐｐｍ／ｐＦより高くなり、溝幅が２５％以下では周波数可変感度Ｓが１０ｐｐｍ／ｐＦより低くなる。振動腕２１の溝部の幅Ｗ５は、振動腕２１の幅Ｗ１の２５％以下が好ましい。周波数可変感度Ｓが１０ｐｐｍ／ｐＦ以下であると目的の周波数、例えば３２．７６８ＫＨＺに合わせることが容易になる。 FIG. 3A is a diagram showing the relationship between the difference in width of the groove 24 and the frequency variable sensitivity S. FIG. The groove width ratio (%) on the horizontal axis in FIG. 3A is expressed as a percentage obtained by dividing the groove width W5 of the vibrating arm 21 shown in FIG. 1B by the width W1 of the vibrating arm 21. Yes. The vertical axis represents the frequency variable sensitivity S (ppm / pF). When the groove width ratio (%) is 25%, the frequency variable sensitivity S is 10 ppm / pF. When the groove width exceeds 25%, the frequency variable sensitivity S becomes higher than 10 ppm / pF, and when the groove width is 25% or less. The frequency variable sensitivity S becomes lower than 10 ppm / pF. The width W5 of the groove portion of the vibrating arm 21 is preferably 25% or less of the width W1 of the vibrating arm 21. When the frequency variable sensitivity S is 10 ppm / pF or less, it becomes easy to match the target frequency, for example, 32.768 KHZ.
図３（ｂ）は、直列共振容量Ｃ１と周波数可変感度Ｓとの関係を示す図である。直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）が小さくなれば周波数可変感度Ｓ（ｐｐｍ／ｐＦ）が低くなることを示している。直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）を４ｆＦ以下にすることが好ましい。 FIG. 3B is a diagram showing the relationship between the series resonant capacitor C1 and the frequency variable sensitivity S. It shows that the frequency variable sensitivity S (ppm / pF) decreases as the series resonant capacitance C1 (fF) decreases. The series resonance capacitance C1 (fF) is preferably 4 fF or less.
＜実施例２＞
図４は、本実施例の第２音叉型水晶振動片１１０を備えた第２圧電デバイス６０の概略図を示している。第２音叉型水晶振動片１１０と第１音叉型水晶振動片１００との違いは、基部及び振動腕を囲む外枠部を備え、一対の支持腕からＹ軸方向と交差する方向に延びる調整腕（接続腕）により外枠部と接続した形状にある。
<Example 2>
FIG. 4 shows a schematic diagram of the second piezoelectric device 60 including the second tuning-fork type crystal vibrating piece 110 of the present embodiment. The difference between the second tuning-fork type crystal vibrating piece 110 and the first tuning-fork type crystal vibrating piece 100 is that an adjustment arm that includes an outer frame portion surrounding the base and the vibrating arm and extends in a direction intersecting the Y-axis direction from a pair of support arms. It is in a shape connected to the outer frame portion by (connecting arm).
図４（ａ）は、分割した状態の第２圧電デバイス６０を、リッド１０のリッド部側からみた斜視図である。図４（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面で第２圧電デバイス６０の断面構成図である。 FIG. 4A is a perspective view of the second piezoelectric device 60 in a divided state as viewed from the lid portion side of the lid 10. FIG. 4B is a cross-sectional configuration diagram of the second piezoelectric device 60 in the CC cross section of FIG.
図４(ａ)及び(ｂ)に示されるように、第２圧電デバイス６０は、最上部のリッド１０、水晶フレーム２０及びベース４０から構成される。リッド１０、水晶フレーム２０及びベース４０は水晶材料から形成される。水晶フレーム２０は、エッチングにより形成された第２音叉型水晶振動片１１０を有している。 As shown in FIGS. 4A and 4B, the second piezoelectric device 60 includes the uppermost lid 10, the crystal frame 20, and the base 40. The lid 10, the crystal frame 20 and the base 40 are made of a crystal material. The crystal frame 20 has a second tuning-fork type crystal vibrating piece 110 formed by etching.
第２圧電デバイス６０は、第２音叉型水晶振動片１１０を備えた圧電フレーム２０を中心に挟んで、その圧電フレーム２０の上にリッド１０が接合され、水晶フレーム２０の下にベース４０が接合されてパッケージ８０が形成されている。つまり、リッド１０は水晶フレーム２０に、ベース４０は水晶フレーム２０にシロキサン接合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）により封止する構成になっている。 In the second piezoelectric device 60, the lid 10 is bonded on the piezoelectric frame 20 with the piezoelectric frame 20 including the second tuning-fork type crystal vibrating piece 110 at the center, and the base 40 is bonded under the crystal frame 20. Thus, a package 80 is formed. That is, the lid 10 is sealed to the crystal frame 20 and the base 40 is sealed to the crystal frame 20 by siloxane bonding (Si—O—Si).
水晶フレーム２０は、その中央部にいわゆる第２音叉型水晶振動片１１０と外側に外枠部２９とを有しており、第２音叉型水晶振動片１１０と外枠部２９との間には空間部３０が形成されている。第２音叉型水晶振動片１１０の外形を規定する空間部３０は水晶エッチングにより形成されている。第２音叉型水晶振動片１１０は、外枠部２９とおなじ厚さである。第２音叉型水晶振動片１１０は、基部２３と基部２３から伸びる一対の振動腕２１とを有している。基部２３と外枠部２９とは一体に形成されている。基部２３及び外枠部２９の第１主面に第１基部電極３１と第２基部電極３２とが形成され、第２主面にも同様に第１基部電極３１と第２基部電極３２とが形成されている。 The crystal frame 20 has a so-called second tuning-fork type crystal vibrating piece 110 at the center portion and an outer frame portion 29 on the outside, and the second tuning-fork type crystal vibrating piece 110 and the outer frame portion 29 are interposed between them. A space 30 is formed. The space 30 that defines the outer shape of the second tuning-fork type crystal vibrating piece 110 is formed by crystal etching. The second tuning-fork type crystal vibrating piece 110 has the same thickness as the outer frame portion 29. The second tuning-fork type crystal vibrating piece 110 includes a base portion 23 and a pair of vibrating arms 21 extending from the base portion 23. The base portion 23 and the outer frame portion 29 are integrally formed. The first base electrode 31 and the second base electrode 32 are formed on the first main surface of the base 23 and the outer frame portion 29, and the first base electrode 31 and the second base electrode 32 are similarly formed on the second main surface. Is formed.
リッド１０は、水晶フレーム２０側にリッド用凹部１７を備える。ベース４０は、水晶フレーム２０側にベース用凹部４７を備える。ベース４０は第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３並びに段差部４９を形成する。段差部４９には、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３と接続する第１接続電極４２及び第２接続電極４４を形成する。ベース４０の底部には、第１外部電極４５及び第２外部電極４６が形成されている。 The lid 10 includes a lid recess 17 on the crystal frame 20 side. The base 40 includes a base recess 47 on the side of the crystal frame 20. The base 40 forms a first through hole 41, a second through hole 43, and a stepped portion 49. A first connection electrode 42 and a second connection electrode 44 connected to the first through hole 41 and the second through hole 43 are formed in the stepped portion 49. A first external electrode 45 and a second external electrode 46 are formed on the bottom of the base 40.
第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３は、その内面に金属膜が形成される。内面の金属膜は、第１接続電極４２及び第２接続電極４４並びに第１外部電極４５及び第２外部電極４６と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。金属膜は２層から成り、５０オングストローム〜７００オングストロームのニッケル（Ｎｉ）層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。ニッケル（Ｎｉ）層の代わりに、クロム（Ｃｒ）層又はチタン（Ｔｉ）層を使用されることもある。 A metal film is formed on the inner surface of the first through hole 41 and the second through hole 43. The metal film on the inner surface is formed by a photolithography process simultaneously with the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44, and the first external electrode 45 and the second external electrode 46. The metal film is composed of two layers, and a gold (Au) layer of 400 angstroms to 2000 angstroms is formed on a nickel (Ni) layer of 50 angstroms to 700 angstroms. Instead of the nickel (Ni) layer, a chromium (Cr) layer or a titanium (Ti) layer may be used.
第１接続電極４２は、第１スルーホール４１を通じてベース４０に設けた第１外部電極４５に電気的に接続する。第２接続電極４４は、第２スルーホール４３を通じてベース４０に設けた第２外部電極４６に電気的に接続する。 The first connection electrode 42 is electrically connected to the first external electrode 45 provided on the base 40 through the first through hole 41. The second connection electrode 44 is electrically connected to the second external electrode 46 provided on the base 40 through the second through hole 43.
第２圧電デバイス６０は、リッド１０、水晶フレーム２０及びベース４０が接合されてパッケージ８０が形成される。つまり、第１基部電極３１はベース４０の第１外部電極４５と電気的に接合し、第２基部電極３２はベース４０の第２外部電極４６と電気的に接合する。 In the second piezoelectric device 60, the lid 10, the crystal frame 20, and the base 40 are joined to form a package 80. That is, the first base electrode 31 is electrically joined to the first external electrode 45 of the base 40, and the second base electrode 32 is electrically joined to the second external electrode 46 of the base 40.
（水晶フレーム２０の構成）
図５（ａ）は、水晶フレーム２０の上面図である。図５（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
図５（ａ）に示されるように、水晶フレーム２０は、基部２３及び振動腕２１からなる第２音叉型水晶振動片１１０と、スルーホールＴＨを備えた外枠部２９と、支持腕２２と、接続部３６とから構成され、同じ厚さの水晶基板で一体に形成されている。水晶フレーム２０は、外枠部２９と、基部２３と、支持腕２２と、接続部３６とに第１基部電極３１及び第２基部電極３２を備える。第２音叉型水晶振動片１１０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発振する振動片で、極めて小型の振動片となっている。図５では第１実施例と重複する説明を省く。尚、スルーホールＴＨを設けずに電極が水晶フレーム２０の内側側壁に設けられても良い。
(Configuration of crystal frame 20)
FIG. 5A is a top view of the crystal frame 20. FIG.5 (b) is DD sectional drawing of (a).
As shown in FIG. 5A, the crystal frame 20 includes a second tuning-fork type crystal vibrating piece 110 including a base portion 23 and a vibrating arm 21, an outer frame portion 29 provided with a through hole TH, a support arm 22, And a connecting portion 36, which are integrally formed of a quartz substrate having the same thickness. The crystal frame 20 includes a first base electrode 31 and a second base electrode 32 on an outer frame portion 29, a base portion 23, a support arm 22, and a connection portion 36. The second tuning-fork type crystal vibrating piece 110 is a vibrating piece that oscillates a signal at, for example, 32.768 kHz, and is an extremely small vibrating piece. In FIG. 5, the description overlapping with the first embodiment is omitted. The electrode may be provided on the inner side wall of the crystal frame 20 without providing the through hole TH.
一対の振動腕２１は基部２３の一端からＹ方向に延びており、振動腕２１の表裏両面には振動腕の幅の２５％以下の幅を有する一本のみの溝部２４が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には表裏合わせて４本の溝部２４が形成されている。溝部２４の断面は略Ｈ型に形成され、第２音叉型水晶振動片１１０のＣＩ値を低下させる効果がある。振動腕２１の厚さは、振動腕２１の幅の２倍以上である。 The pair of vibrating arms 21 extends in the Y direction from one end of the base portion 23, and only one groove portion 24 having a width of 25% or less of the width of the vibrating arms is formed on both front and back surfaces of the vibrating arm 21. That is, the pair of vibrating arms 21 is formed with four groove portions 24 on both sides. The cross section of the groove portion 24 is formed in a substantially H shape, and has an effect of reducing the CI value of the second tuning fork type crystal vibrating piece 110. The thickness of the vibrating arm 21 is at least twice the width of the vibrating arm 21.
基部２３と一対の振動腕２１とで成す振動根元部及び基部２３と振動腕２１と支持腕２２とで成す２箇所の支持根元部の形状は、滑らかなＵ字形状をしている。第２音叉型水晶振動片１１０は、第１音叉型水晶振動片１００と同様に振動腕２１及び支持椀２２の各幅並びに間隙を揃え、各根元部形状及び各基部の長さを揃えることで、エッチングを行っても左右対称に形成することができ、左右でバランスがとれた構造となる。 The shape of the vibration base portion formed by the base portion 23 and the pair of vibration arms 21 and the two support root portions formed by the base portion 23, the vibration arm 21 and the support arm 22 have a smooth U shape. Similar to the first tuning fork type quartz crystal vibrating piece 100, the second tuning fork type crystal vibrating piece 110 has the same width and gap between the vibrating arm 21 and the support rod 22, and the same base portion shape and each base length. Even if etching is performed, it can be formed symmetrically, resulting in a balanced structure on the left and right.
振動腕２１の先端付近は一定幅で幅広となりハンマー型の形状となっている。ハンマー型の形状部分は金属膜を備えた錘部２８を形成している。錘部２８は振動腕２１に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、また安定した振動をするために形成されている。一対の振動腕２１は、表面、裏面及び側面に第１励振電極３３及び第２励振電極３４が形成されており、第１励振電極３３は第１基部電極３１につながっており、第２励振電極３４は第２基部電極３２につながっている。 The vicinity of the tip of the vibrating arm 21 has a constant width and is wide and has a hammer shape. The hammer-shaped portion forms a weight portion 28 having a metal film. The weight portion 28 is formed to easily vibrate when a voltage is applied to the vibrating arm 21 and to stably vibrate. The pair of vibrating arms 21 includes a first excitation electrode 33 and a second excitation electrode 34 formed on the front surface, the back surface, and the side surface. The first excitation electrode 33 is connected to the first base electrode 31, and the second excitation electrode 34 is connected to the second base electrode 32.
第１基部電極３１、第２基部電極３２、第１励振電極３３、第２励振電極３４及び錘部２８は、５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。クロム（Ｃｒ）層の代わりに、チタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。 The first base electrode 31, the second base electrode 32, the first excitation electrode 33, the second excitation electrode 34, and the weight portion 28 are formed on a chromium (Cr) layer of 50 angstroms to 700 angstroms and gold of 400 angstroms to 2000 angstroms. The (Au) layer is formed. A titanium (Ti) layer may be used instead of the chromium (Cr) layer, and a silver (Ag) layer may be used instead of the gold (Au) layer.
一対の支持腕２２は、基部２３の一端から振動腕２１が伸びる方向（Ｙ方向）に伸びて接続部３６と外枠部２９とに接続している。一対の支持腕２２は、振動腕２１の振動を第２圧電デバイス６０の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化又は衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。 The pair of support arms 22 extends from one end of the base portion 23 in the direction in which the vibrating arm 21 extends (Y direction) and is connected to the connection portion 36 and the outer frame portion 29. The pair of support arms 22 has an effect of making it difficult to transmit the vibration of the vibrating arm 21 to the outside of the second piezoelectric device 60 as a vibration leak, and to make it difficult to be affected by a temperature change or impact outside the package.
図６（ａ）は、第２圧電デバイス６０を構成するリッド１０の内面図であり、（ｂ）は第２音叉型水晶振動片１１０を有する水晶フレーム２０の上面図であり、（ｃ）はベース４０の上面図であり、（ｄ）は（ａ）から（ｃ）のＥ−Ｅ断面で第２圧電デバイス６０を示した断面構成図である。 6A is an internal view of the lid 10 constituting the second piezoelectric device 60, FIG. 6B is a top view of the crystal frame 20 having the second tuning-fork type crystal vibrating piece 110, and FIG. It is a top view of base 40, (d) is a section lineblock diagram showing the 2nd piezoelectric device 60 in the EE section from (a) to (c).
図６（ａ）に示されるようにリッド１０は、リッド用凹部１７を水晶フレーム２０側の片面に有している。図６（ｂ）は、図５で説明した水晶フレーム２０であり説明を省略する。 As shown in FIG. 6A, the lid 10 has a lid recess 17 on one side of the crystal frame 20 side. FIG. 6B is the crystal frame 20 described in FIG.
図６（ｃ）に示されるように、ベース４０は、ベース用凹部４７を水晶フレーム２０側の片面に有している。ベース４０は、エッチングによりベース用凹部４７を設ける際、同時に第１スルーホール４１と第２スルーホール４３と段差部４９とを形成する。ベース４０の表面の段差部４９に、第１接続電極４２及び第２接続電極４４を形成する。 As shown in FIG. 6C, the base 40 has a base recess 47 on one side of the crystal frame 20 side. The base 40 simultaneously forms the first through hole 41, the second through hole 43, and the stepped portion 49 when the base recess 47 is provided by etching. The first connection electrode 42 and the second connection electrode 44 are formed on the stepped portion 49 on the surface of the base 40.
第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３は、その内面に金属膜が形成され、その内面の金属膜は、第１接続電極４２及び第２接続電極４４と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。内面の金属膜はクロム（Ｃｒ）層の上に金（Ａｕ）層又は銀（Ａｇ）層が形成される。ベース４０は、底面にメタライジングされた第１外部電極４５及び第２外部電極４６を備える。第１接続電極４１は、第１スルーホール４１を通じてベース４０の底面に設けた第１外部電極４５に接続する。第２接続電極４４は、第２スルーホール４３を通じてベース４０の底面に設けた第２外部電極４６に接続する。 The first through-hole 41 and the second through-hole 43 are formed with a metal film on the inner surface, and the metal film on the inner surface is formed simultaneously with the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44 by a photolithography process. As the inner metal film, a gold (Au) layer or a silver (Ag) layer is formed on a chromium (Cr) layer. The base 40 includes a first external electrode 45 and a second external electrode 46 that are metallized on the bottom surface. The first connection electrode 41 is connected to the first external electrode 45 provided on the bottom surface of the base 40 through the first through hole 41. The second connection electrode 44 is connected to the second external electrode 46 provided on the bottom surface of the base 40 through the second through hole 43.
外枠部２９の裏面に形成された第１基部電極３１と第２基部電極３２とは、それぞれベース４０の表面の第１接続電極４２及び第２接続電極４４に接続する。つまり、第１基部電極３１は第１外部電極４５と電気的に接続し、第２基部電極３２は第２外部電極４６と電気的に接続している。 The first base electrode 31 and the second base electrode 32 formed on the back surface of the outer frame portion 29 are connected to the first connection electrode 42 and the second connection electrode 44 on the surface of the base 40, respectively. That is, the first base electrode 31 is electrically connected to the first external electrode 45, and the second base electrode 32 is electrically connected to the second external electrode 46.
図６（ｄ）の概略断面構成図で示されるように、第２圧電デバイス６０は，図６（ａ）のリッド１０と水晶フレーム２０とベース４０とを重ね合わせ、１個の圧電デバイスをシロキサン結合する前の図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千の水晶フレーム２０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千のリッド１０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千のベース４０とを用意し、それらをウエハ単位で接合して一度に数百から数千の圧電デバイスを製造する。 As shown in the schematic cross-sectional configuration diagram of FIG. 6D, the second piezoelectric device 60 is formed by superimposing the lid 10, the crystal frame 20, and the base 40 of FIG. 6A on one piezoelectric device. The figure before joining is shown. However, in actual manufacturing, hundreds to thousands of crystal frames 20 are formed on one crystal wafer, hundreds to thousands of lids 10 are formed on one crystal wafer, and hundreds to several hundreds are formed on one crystal wafer. Thousands of bases 40 are prepared and bonded in units of wafers to produce hundreds to thousands of piezoelectric devices at a time.
第２圧電デバイス６０は，シロキサン結合終了後、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３の封止を行う。例えば、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３に金・ゲルマニューム合金を充填し、４００°Ｃの真空中もしくは不活性ガス中の不図示の真空リフロー炉に保持し封止する。或いは、シロキサン結合する前にスルーホールの封止を行い、真空リフロー炉で一定時間真空中又は不活性雰囲気中に保持して加熱してシロキサン結合してもよい。これにより、パッケージ８０内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第２圧電デバイス６０が完成する。 The second piezoelectric device 60 seals the first through hole 41 and the second through hole 43 after completion of the siloxane bond. For example, the first through hole 41 and the second through hole 43 are filled with gold / germanium alloy, and held and sealed in a vacuum reflow furnace (not shown) in a vacuum of 400 ° C. or in an inert gas. Alternatively, the through holes may be sealed before siloxane bonding, and the siloxane bonds may be bonded by heating in a vacuum reflow oven for a certain period of time in a vacuum or in an inert atmosphere. Thereby, the second piezoelectric device 60 in which the inside of the package 80 is evacuated or filled with the inert gas is completed.
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の圧電振動片は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, as will be apparent to those skilled in the art, the present invention can be carried out with various modifications and changes made to the above embodiments within the technical scope thereof. . For example, the piezoelectric vibrating piece of the present invention can use various piezoelectric single crystal materials such as lithium niobate in addition to quartz.
１０ … リッド
１７ … リッド用凹部
２０ … 水晶フレーム
２１ … 振動腕
２２ … 支持腕
２３ … 基部
２４ … 溝部
２５ … 接合部
２６ … 振動根元部
２７ … 支持根元部
２８ … 錘部
２９ … 外枠部
３０ … 空間部
３１，３２ … 基部電極
３３，３４ … 励振電極
３６ … 接続部
４０ … ベース
４１、４３ … スルーホール
４２、４４ … 接続電極
４５，４６、５１ … 外部電極
４７ … ベース用凹部
４９ … 段差部
５０ … 第１圧電デバイス
５３ … 蓋体
５４ … 封止材
６０ … 第２圧電デバイス
８０ … パッケージ
１００ … 第１音叉型水晶振動片
１１０ … 第２音叉型水晶振動片
ＬＫ … 基部の長さ
Ｗ１ … 第１幅
Ｗ２ … 第２幅
Ｗ３ … 第３幅
Ｗ５ … 溝部幅
ＰＫＧ … パッケージ
Ｔ１ … 振動腕の厚さ
ＴＨ … スルーホール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Lid 17 ... Lid recessed part 20 ... Crystal frame 21 ... Vibrating arm 22 ... Support arm 23 ... Base part 24 ... Groove part 25 ... Joint part 26 ... Vibration root part 27 ... Support base part 28 ... Weight part 29 ... Outer frame part 30 ... Space part 31, 32 ... Base electrode 33, 34 ... Excitation electrode 36 ... Connection part 40 ... Base 41, 43 ... Through hole 42, 44 ... Connection electrode 45, 46, 51 ... External electrode 47 ... Base recess 49 ... Step Part 50 ... First piezoelectric device 53 ... Lid 54 ... Sealing material 60 ... Second piezoelectric device 80 ... Package 100 ... First tuning fork type crystal vibrating piece 110 ... Second tuning fork type crystal vibrating piece LK ... Base length W1 ... 1st width W2 ... 2nd width W3 ... 3rd width W5 ... Groove width PKG ... Package T1 ... Thickness TH of vibrating arm ... Through hole
Claims (7)
前記一対の振動腕の表裏に形成され、前記振動腕の所定幅の２５パーセント以下の幅を有する一本のみの溝部と、
前記基部から前記溝部に形成され、前記振動腕の励振する励振電極と、を備えることを特徴とする圧電振動片。 A pair of vibrating arms having a predetermined width extending in a predetermined direction from one end of the base;
A single groove formed on the front and back of the pair of vibrating arms and having a width of 25% or less of a predetermined width of the vibrating arms;
A piezoelectric vibrating piece, comprising: an excitation electrode formed in the groove portion from the base portion and excited by the vibrating arm.
この圧電振動片を覆う蓋部と、
前記圧電振動片を支えるベースと、
を備えることを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 4,
A lid covering this piezoelectric vibrating piece;
A base that supports the piezoelectric vibrating piece;
A piezoelectric device comprising:
前記一対の振動腕の表裏に形成され、前記振動腕の所定幅の２５パーセント以下の幅を有する一本のみの溝部と、
前記基部から前記溝部に形成され、前記振動腕の励振する励振電極と、
前記一対の振動腕の両外側において前記基部の前記一端側から前記所定方向に伸びる一対の支持腕と、
前記一対の支持腕から前記所定方向と交差する方向に伸びる調整腕と、
前記調整腕と接続されるとともに前記基部及び前記振動腕を囲む外枠部と、
を備えることを特徴とする圧電フレーム。 A pair of vibrating arms having a predetermined width extending in a predetermined direction from one end of the base;
A single groove formed on the front and back of the pair of vibrating arms and having a width of 25% or less of a predetermined width of the vibrating arms;
An excitation electrode formed from the base to the groove and exciting the vibrating arm;
A pair of support arms extending in the predetermined direction from the one end side of the base on both outer sides of the pair of vibrating arms;
An adjustment arm extending from the pair of support arms in a direction intersecting the predetermined direction;
An outer frame connected to the adjustment arm and surrounding the base and the vibrating arm;
A piezoelectric frame comprising:
この圧電フレームを覆う蓋部と、
前記圧電フレームを支えるベースと、
を備えることを特徴とする圧電デバイス。 The piezoelectric frame according to claim 6,
A lid that covers this piezoelectric frame;
A base that supports the piezoelectric frame;
A piezoelectric device comprising:
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|---|---|---|---|
| JP2008163242A JP2010004456A (en) | 2008-06-23 | 2008-06-23 | Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device |
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|---|---|
| JP2010004456A true JP2010004456A (en) | 2010-01-07 |
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