JP2010246126A - Piezoelectric vibration piece and piezoelectric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動片と、パッケージやケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイス
の改良に関する。
The present invention relates to an improvement of a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric device in which the piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or a case.
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
信機器や圧電ジャイロセンサー等において、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。
図９は、圧電デバイスに従来より用いられている圧電振動片の一例を示す概略平面図で
ある。
Piezoelectric vibrators and piezoelectrics in small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers, IC cards, mobile communication devices such as mobile phones, car phones, and paging systems, and piezoelectric gyro sensors Piezoelectric devices such as oscillators are widely used.
FIG. 9 is a schematic plan view showing an example of a piezoelectric vibrating piece conventionally used in a piezoelectric device.
図において、圧電振動片１は、水晶などの圧電材料をエッチングすることにより、図示
する外形を形成するもので、パッケージ（図示せず）等に取付けられる矩形の基部２と、
基部２から図において上方に延長された一対の振動腕３，４を備えており、これら振動腕
の主面（表裏面）に長溝３ａ，４ａを形成するとともに、必要な駆動用の電極を形成した
ものである（特許文献１参照）。
このような圧電振動片１においては、駆動用の電極を介して駆動電圧が印加されると、
図９に矢印で示すように、各振動腕３，４の先端部を近接・離間するようにして、屈曲振
動することにより、所定の周波数の信号が取り出されるようになっている。
In the drawing, a piezoelectric vibrating reed 1 is formed by etching a piezoelectric material such as quartz to form an outer shape shown in the figure. A rectangular base 2 attached to a package (not shown) or the like,
A pair of vibrating
In such a piezoelectric vibrating piece 1, when a driving voltage is applied via a driving electrode,
As indicated by arrows in FIG. 9, a signal having a predetermined frequency is extracted by bending and vibrating the tip portions of the vibrating
ところで、このような圧電振動片１は、基部２の符号５，６で示す箇所に引出し電極が
形成され、この部分に接着剤７，８を塗布して、例えばパッケージなどの基体に固定支持
される。
そして、この接着剤による固定支持後に、圧電振動片を構成する材料と、パッケージな
どの材料の線膨張係数の相違などに起因して残る残留応力が、振動腕の屈曲振動を妨げな
いように、基部２に切り込み部９，９を形成するようにしている。
By the way, such a piezoelectric vibrating piece 1 has a lead electrode formed at a location indicated by
And, after the fixing support by this adhesive, the residual stress remaining due to the difference in the linear expansion coefficient between the material constituting the piezoelectric vibrating piece and the material such as the package does not hinder the bending vibration of the vibrating arm, The notches 9, 9 are formed in the base 2.
ところが、上述したように、圧電振動片の各振動腕３，４が、屈曲振動をする場合にお
いて、図１０（ａ）で示すような問題がある。
図１０（ａ）において、振動腕３には、長溝３ａが形成されており、長溝３ａが形成さ
れた箇所は、他の領域と比べて圧電材料の厚みが薄い。このため、振動腕３は符号Ｔで示
した長溝３ａの端部の箇所にて、急に剛性が変化する構造となっている。
However, as described above, when the vibrating
In FIG. 10A, the vibrating
この状態で図９のように振動腕３の先端が水平に揺動されると、図１０（ｂ）のような
長溝を備えない振動腕３−１の挙動と比較すると、図１０（ａ）の振動腕３は、符号Ｔの
箇所が振動の「節」のような役割を果たし、これよりも先端側の部分の追随が遅れ、振り
回されるような挙動となる。
このため、長溝を形成した図９のような圧電振動片１の振動腕においては、図１０（ｂ
）のような振動腕を備える圧電振動片におけるような正常な屈曲振動とは異なる振動をし
、特性が不安定となって、性能に悪影響を及ぼすおそれがある。
When the tip of the vibrating
For this reason, in the vibrating arm of the piezoelectric vibrating piece 1 as shown in FIG.
), A vibration different from normal bending vibration such as in a piezoelectric vibrating piece provided with a vibrating arm as described above) may be unstable, and the performance may be adversely affected.
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、振動腕に長溝を形成して電界
効率を高めても、安定した屈曲振動を実現できる圧電振動片と、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 problems, and provides a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric device that can realize stable bending vibration even when a long groove is formed in a vibrating arm to increase electric field efficiency. With the goal.
上記目的は、第１の発明にあっては、圧電材料により形成された基部と、前記基部から
延びる複数の振動腕とを備える圧電振動片であって、前記複数の振動腕には、その主面の
長手方向に沿って形成され、内側に駆動電極を備えた長溝が設けられており、前記長溝の
先端部において、その幅寸法が先端側に向かって徐々に縮幅する長溝縮幅部を備える圧電
振動片により、達成される。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric vibrating piece including a base portion made of a piezoelectric material and a plurality of vibrating arms extending from the base portion. A long groove formed along the longitudinal direction of the surface and provided with a drive electrode on the inside is provided, and at the tip of the long groove, a long groove reduced width portion whose width dimension is gradually reduced toward the tip side. This is achieved by the piezoelectric vibrating piece provided.
第１の発明の構成によれば、振動腕の長手方向に沿って長溝が形成されている構成にお
いて、その先端部には、長溝縮幅部を有している。この長溝縮幅部は、その幅寸法が先端
側に向かって徐々に縮幅する構成であるから、該長溝縮幅部が形成された領域で、振動腕
の剛性は徐々に変化する構造となっている。このため、従来のように、長溝の先端部に急
激に剛性が低下する構造とならないので、屈曲振動の「節」のような働きをする箇所をな
くすか、その効果を弱めることができ、安定した屈曲振動を実現することができる。
かくして、振動腕に長溝を形成して電界効率を高めても、安定した屈曲振動を実現でき
る圧電振動片を提供することができる。
According to the configuration of the first invention, in the configuration in which the long groove is formed along the longitudinal direction of the vibrating arm, the distal end portion has the long groove reduced width portion. The long groove reduced width portion has a structure in which the width dimension is gradually reduced toward the distal end side, so that the rigidity of the vibrating arm gradually changes in the region where the long groove reduced width portion is formed. ing. For this reason, unlike the conventional case, it does not become a structure where the rigidity is suddenly reduced at the end of the long groove, so the part that acts like a `` node '' of bending vibration can be eliminated or its effect can be weakened and stable Bending vibration can be realized.
Thus, it is possible to provide a piezoelectric vibrating piece that can realize stable bending vibration even if a long groove is formed in the vibrating arm to increase the electric field efficiency.
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記各振動腕の幅寸法が、前記基部側から
先端側に向かって、徐々に縮幅する縮幅部を有するとともに、前記先端側には前記幅寸法
が、先端側に向かって等しい寸法で延びるか、もしくは増加に転じる幅変化の変更点Ｐが
あり、前記変更点Ｐが、少なくとも前記長溝縮幅部を含まない先端部よりも、さらに振動
腕先端側に位置させるようにしたことを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、振動腕に形成した前記長溝に駆動用の電極（励振電極）を
形成した場合に、その腕幅に関して、前記基部側から先端側に向かって等しい寸法で延び
るか、もしくは増加に転じる腕幅変化の変更点Ｐを設けることにより、ＣＩ値を抑制しつ
つ、２次の高調波における発振の防止をすることができる。さらに、前記変更点Ｐを、前
記長溝の先端部よりもさらに振動腕先端側に位置させるようにすることで、ＣＩ値を抑え
、かつ振動特性を悪化させることがない圧電振動片を提供することができる。
According to a second invention, in the configuration of the first invention, the width dimension of each vibrating arm has a reduced width portion that gradually decreases from the base side toward the tip side, There is a change point P of the width change in which the width dimension extends at an equal dimension toward the tip side or turns to an increase, and the change point P is more than at least the tip part not including the elongated groove reduced width part. It is characterized by being positioned on the tip side of the vibrating arm.
According to the configuration of the second invention, when a driving electrode (excitation electrode) is formed in the long groove formed in the vibrating arm, the arm width extends with the same dimension from the base side toward the tip side. Alternatively, by providing the change point P of the arm width change that turns to an increase, it is possible to prevent oscillation at the second harmonic while suppressing the CI value. Furthermore, by providing the change point P closer to the tip of the vibrating arm than the tip of the long groove, a piezoelectric vibrating piece that suppresses the CI value and does not deteriorate the vibration characteristics is provided. Can do.
第３の発明は、第２の発明の構成において、前記各振動腕の幅寸法が、前記振動腕の前
記基部に対する付け根の箇所で、先端側に向かって急激に縮幅する第１の縮幅部と、この
第１の縮幅部の終端から、前記縮幅部として、さらに先端側に向かって、徐々に縮幅する
第２の縮幅部とを有することを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、第１の縮幅部の終端から、さらに先端側に向かって、前記
振動腕の腕幅が徐々に縮幅するようにした前記第２の縮幅部を設けるとともに、前記先端
側には前記幅寸法が増加に転じる幅変化の変更点Ｐを設けることにより、ＣＩ値を抑制し
つつ、２次の高調波における発振の防止をすることができる。
しかも、前記振動腕の前記基部に対する付け根の箇所で、先端側に向かって急激に縮幅
する第１の縮幅部を有しているので、振動腕が屈曲振動する際に、最も大きな応力が作用
し、歪みが大きくなる付け根部分の剛性を向上させることができる。これにより、振動腕
の屈曲振動が安定し、不要な方向への振動成分が抑制されるので、一層ＣＩ値を低減させ
ることができる。すなわち、圧電振動片を小型化する上で、安定した屈曲振動を実現し、
ＣＩ値を低く抑えることができる。
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the second aspect of the present invention, the first reduced width in which the width dimension of each of the vibrating arms is abruptly reduced toward the distal end side at the base portion of the vibrating arm with respect to the base portion. And a second reduced width portion that gradually decreases in width toward the distal end side as the reduced width portion from the end of the first reduced width portion.
According to the configuration of the third invention, the second reduced width portion in which the arm width of the vibrating arm is gradually reduced from the end of the first reduced width portion toward the distal end side. In addition, by providing a change point P of the width change in which the width dimension is increased on the tip side, it is possible to prevent oscillation at the second harmonic while suppressing the CI value.
In addition, since the first arm has a first width-decreasing portion that sharply contracts toward the distal end at the base of the base of the vibrating arm, the largest stress is applied when the vibrating arm is flexibly vibrated. The rigidity of the base portion that acts and increases the strain can be improved. This stabilizes the flexural vibration of the vibrating arm and suppresses vibration components in unnecessary directions, so that the CI value can be further reduced. That is, in reducing the size of the piezoelectric vibrating piece, stable bending vibration is realized,
The CI value can be kept low.
第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明の構成において、前記基部が所定の長さ
を備えているとともに、前記基部の前記振動腕が延びる側である一端側より前記所定距離
だけ離れた他端側から幅方向に延長され、かつ前記振動腕の外側において、該振動腕と同
じ方向に延びる支持用アームを備えていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、前記支持用アームがパッケージなどの基体側に接着などに
より接合された場合においては、周囲温度の変化や、落下衝撃などを原因として、その接
合箇所に生じた応力変化が、支持用アームの接合箇所から、前記基部の他端までの距離を
隔てて、さらには基部の所定長さの距離を隔てて振動腕に影響を与えることはほとんどな
く、このため、特に温度特性が良好となる。
しかも、これとは逆に屈曲振動する振動腕からの振動漏れは、基部を隔てた支持用アー
ムに達するまでに基部の所定長さを隔てていることから、ほとんど及ぶことがない。すな
わち、基部長さが極端に短いと、屈曲振動の漏れた成分が支持用アーム全体に拡がり、制
御が困難となる事態が考えられるが、この発明において、そのようなおそれがない。
そして、このような作用を得ることができる上に、支持用アームは、基部の他端から幅
方向に延長され、振動腕の外側で、この振動腕と同じ方向に延びる構成としたから、全体
の大きさをコンパクトにすることができる。
According to a fourth invention, in the configuration of any one of the first to third inventions, the base portion has a predetermined length, and the predetermined distance from the one end side on which the vibrating arm extends is extended from the base portion. A support arm is provided that extends in the width direction from the other end side apart from the other end and extends in the same direction as the vibrating arm outside the vibrating arm.
According to the configuration of the fourth invention, when the support arm is bonded to the base side of a package or the like by adhesion or the like, the support arm is generated at the bonded portion due to a change in ambient temperature, a drop impact or the like. The stress change hardly affects the vibrating arm at a distance from the joint point of the support arm to the other end of the base, and further at a distance of a predetermined length of the base. In particular, the temperature characteristics are good.
In addition, vibration leakage from a vibrating arm that bends and vibrates on the contrary is hardly reached because the base portion is separated by a predetermined length before reaching the supporting arm that is separated from the base portion. That is, if the base length is extremely short, the leaked component of the bending vibration spreads over the entire support arm, making it difficult to control. However, in the present invention, there is no such fear.
And since such an action can be obtained, the supporting arm is extended in the width direction from the other end of the base portion, and is configured to extend in the same direction as the vibrating arm outside the vibrating arm. The size of can be made compact.
第５の発明は、第４の発明の構成において、前記基部には、前記支持用アームが前記基
部に対して一体に接続されている接続部よりも前記振動腕寄りの位置に、貫通孔を設けた
ことを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、前記支持用アームが前記基部に対して一体に接続されてい
る接続部よりも前記振動腕寄りの位置に貫通孔を設けたことにより、貫通孔の代わりに基
部の側縁に切り込み部を深く形成することに比べて、基部の剛性を大きく低下させること
なく、より一層振動漏れを抑制することができる。
According to a fifth invention, in the configuration of the fourth invention, a through hole is formed in the base portion at a position closer to the vibrating arm than a connection portion where the support arm is integrally connected to the base portion. It is provided.
According to the configuration of the fifth invention, instead of the through hole, the support arm is provided with a through hole at a position closer to the vibrating arm than the connection part integrally connected to the base part. As compared with the case where the cut portion is deeply formed in the side edge of the base portion, vibration leakage can be further suppressed without greatly reducing the rigidity of the base portion.
第６の発明は、第１ないし５のいずれかの発明の構成において、前記基部には、幅方向
に縮幅して形成した切り込み部を備えることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、前記した貫通孔に代え、またこれに加えて、前記基部の側
縁の一部を幅方向に縮幅して形成した切り込み部を備えることにより、振動腕の屈曲振動
による振動漏れが前記基部を介して、支持用アームの接合箇所に及ぶことを抑制し、ＣＩ
値の上昇を防止もしくは一層確実に防止することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the first to fifth aspects, the base portion includes a cut portion formed by reducing the width in the width direction.
According to the structure of 6th invention, it replaces with the above-mentioned through-hole, and in addition to this, by providing the notch part formed by shrinking | reducing the width part of the side edge of the said base part, a vibrating arm The vibration leakage due to the bending vibration of the arm is prevented from reaching the joint portion of the supporting arm via the base, and CI
An increase in value can be prevented or prevented more reliably.
第７の発明は、第１ないし６のいずれかの発明の構成において、前記各振動腕の側面に
、プラスＸ軸（電気軸）方向に突出する異形部の突出量を５μｍ以下としたことを特徴と
する。
第７の発明の構成によれば、圧電振動片の外形形成をウエットエッチングにより行う場
合に、エッチング異方性により生成される前記異形部を５μｍ以下の最小なものとなるよ
うにしたから、振動腕の屈曲振動を安定したものとすることができる。
According to a seventh invention, in the configuration of any one of the first to sixth inventions, the protruding amount of the deformed portion protruding in the plus X-axis (electric axis) direction on the side surface of each vibrating arm is 5 μm or less. Features.
According to the seventh aspect of the present invention, when the outer shape of the piezoelectric vibrating piece is formed by wet etching, the deformed portion generated by the etching anisotropy is minimized to 5 μm or less. It is possible to stabilize the flexural vibration of the arm.
また、上記目的は、第８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、圧電材料により形成された基部と、
前記基部から延びる複数の振動腕とを備える圧電振動片であって、前記複数の振動腕には
、その主面の長手方向に沿って形成され、内側に駆動電極を備えた長溝が設けられており
、前記長溝の先端部において、その幅寸法が先端側に向かって徐々に縮幅する長溝縮幅部
を備える圧電デバイスにより、達成される。
第８の発明の構成によれば、第１の発明と同様の原理により、振動腕に長溝を形成して
電界効率を高めても、安定した屈曲振動を実現できる圧電デバイスを提供することができ
る。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or case, wherein the piezoelectric vibrating piece is formed of a piezoelectric material;
A plurality of vibrating arms extending from the base, the plurality of vibrating arms being formed along a longitudinal direction of a main surface thereof, and provided with a long groove having a drive electrode inside. In addition, this is achieved by a piezoelectric device including a long groove reduced width portion whose width is gradually reduced toward the front end side at the front end portion of the long groove.
According to the configuration of the eighth invention, it is possible to provide a piezoelectric device that can realize a stable flexural vibration even if a long groove is formed in the vibrating arm and the electric field efficiency is increased by the same principle as 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はその概略平
面図、図２は図１のＡ−Ａ線切断端面図である。また、図３は図１の圧電振動片３２の詳
細を説明するための拡大平面図、図４は図１の振動腕部分に関するＢ−Ｂ線切断端面図で
ある。
これらの図において、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、こ
の圧電デバイス３０は、基体であるパッケージ５７内に圧電振動片３２を収容している。
パッケージ５７は、図１および図２に示すように、例えば、矩形の箱状に形成されてい
る。具体的には、パッケージ５７は、第１の基板５４と、第２の基板５５と、第３の基板
５６とを積層して形成されており、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラ
ミックグリーンシートを成形して図示の形状とした後で、焼結して形成されている。
パッケージ５７の底部には、製造工程において、脱ガスするための貫通孔２７を有して
いる。貫通孔２７は、第１の基板５４に形成された第１の孔２５と、第２の基板５５に形
成され、上記第１の孔２５よりも小さな外径を有し、第１の孔２５と連通した第２の孔２
６で形成されている。
そして、貫通孔２７には、封止材２８が充填されることにより、パッケージ５７内が気
密状態となるように孔封止されている。
1 and 2 show an embodiment of the piezoelectric device of the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view thereof, and FIG. 2 is an end view taken along line AA of FIG. 3 is an enlarged plan view for explaining details of the piezoelectric vibrating
In these drawings, the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The bottom of the
6 is formed.
The through
パッケージ５７は、図２に示すように、第３の基板５６の内側の材料を除去することで
、内部空間Ｓのスペースを形成している。この内部空間Ｓが圧電振動片３２を収容するた
めの収容空間である。そして、第２の基板５５に形成した各電極部３１−１，３１−２、
３１−１，３１−２の上に、導電性接着剤４３，４３、４３，４３を用いて、圧電振動片
３２の支持用アーム６１，６２の後述する引出し電極形成箇所を載置して接合している。
支持用アーム６１と支持用アーム６２は同一の形状であるから、支持用アーム６１につ
いて図３を参照しながら説明すると、その長さ寸法ｕは、圧電振動片３２の全長ａに対し
て、６０ないし８０パーセントとすることが、安定した支持構造を得るために必要である
。
ここで、図示は省略するが、支持用アーム６１の接合箇所と基部５１との間となる箇所
の一部に、剛性を低下させた箇所ないし構造、例えば、切り込み部もしくは縮幅部などを
設けるようにしてもよい。これにより、ＣＩ値の低減などを期待できる。
また、支持用アーム６１，６２の外側コーナ部は、それぞれ内方に凸もしくは外方に凸
となったＲ状に面取りされることにより、欠けたりする損傷を防止している。
As shown in FIG. 2, the
On the 31-1 and 31-2, the
Since the
Here, although illustration is omitted, a portion or structure having reduced rigidity, for example, a cut portion or a reduced width portion, is provided at a portion between the joint portion of the
Further, the outer corner portions of the supporting
支持用アームとの接合箇所は、例えば、一方の支持用アーム６１に関して、圧電振動片
３２長さ寸法の重心位置Ｇに相当する箇所をひとつだけ選択することもできる。しかし、
この実施形態のように、上記重心位置を挟んで該重心位置から等距離離れた２点を選んで
電極部３１−１，３１−２を設定し、接合すると、より接合構造が強化されて好ましい。
ひとつの支持用アームについて、１点で接合する場合は、接着剤塗布領域の長さが、圧
電振動片３２の全長ａの２５パーセント以上を確保することが十分な接合強度を得る上で
好ましい。
この実施形態のように、２点の接合箇所を設ける場合には、接合箇所どうしの間隔を圧
電振動片３２の全長ａの２５パーセント以上とすることが十分な接合強度を得る上で好ま
しい。
また、この圧電振動片３２の導電性接着剤４３による固定支持の後においては、圧電振
動片３２を構成する材料と、パッケージ５７を構成する材料の線膨張係数の相違などに起
因して、基部５１には、残留応力が存在している。
As for the joint location with the support arm, for example, only one location corresponding to the gravity center position G of the length of the piezoelectric vibrating
As in this embodiment, it is preferable to set the electrode portions 31-1 and 31-2 by selecting two points that are equidistant from the position of the center of gravity with the position of the center of gravity interposed therebetween. .
When one support arm is joined at one point, it is preferable that the length of the adhesive application region is 25% or more of the total length a of the piezoelectric vibrating
In the case where two joint portions are provided as in this embodiment, it is preferable that the interval between the joint portions is 25% or more of the total length a of the piezoelectric vibrating
Further, after the piezoelectric vibrating
なお、各電極部３１−１，３１−２、３１−１，３１−２のうち、少なくとも一組の電
極部３１−１，３１−２はパッケージ裏面の実装端子４１、４１と導電スルーホールなど
で接続されている。パッケージ５７は、圧電振動片３２を収容した後において、真空中で
透明なガラス製の蓋体４０が封止材５８を用いて接合されることにより、真空中で気密に
封止されている。これにより、蓋体４０を封止した後で、外部からレーザ光を照射して圧
電振動片３２の電極などをトリミングして、周波数調整できるようになっている。
尚、蓋体４０は、透明な材料でなく、例えば、コバールなどの金属板体をシーム封止な
どで接合する構造としてもよい。
圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、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。
この実施形態では、圧電振動片３２は、後述するように、例えば水晶の単結晶から切り
出されることになる。
Of the electrode portions 31-1, 31-2, 31-1, 31-2, at least one set of the electrode portions 31-1, 31-2 includes mounting
The
The piezoelectric vibrating
A piezoelectric material such as lithium niobate can be used.
In this embodiment, as will be described later, the piezoelectric vibrating
この圧電振動片３２は、図１に示すように、基部５１と、この基部５１の一端（図にお
いて右端）から、右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３５，３６を備
えている。
各振動腕３５，３６の主面の表裏には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝３
３，３４をそれぞれ形成し、図１および図２に示すように、この長溝内に駆動用の電極で
ある励振電極３７，３８が設けられている。
尚、この実施形態では、各振動腕３５，３６の先端部は、後述するように、ややテーパ
状に次第に拡幅されることにより、重量増加され、錘の役割を果たすようにされている。
これにより、振動腕の屈曲振動がされやすくなっている。
また、図１においては励振電極３７，３８は図１では向きの異なる平行斜線を付して区
別しやすくしてあるが、図３では平行斜線は省略されている。
As shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrating
3 and 34 are formed, and as shown in FIGS. 1 and 2,
In this embodiment, as will be described later, the distal ends of the vibrating
Thereby, the bending vibration of the vibrating arm is easily performed.
In FIG. 1, the
ここで、各長溝３３，３４の先端部には、長溝縮幅部３３ａ，３４ａが形成されている
。この点については各振動腕に共通の構成なので、以下、振動腕３６についてだけ説明す
る。
すなわち、各振動腕３６において、長溝３４が形成されている領域は、図４からも明ら
かなように、圧電材料の厚みが極端に薄くなっており、その分他の領域よりも剛性が低下
している。
このため、長溝３４の先端部で、これを垂直な終端とすると、その箇所を境界としてそ
れより先端側の振動腕３６は極端に剛性が高まることになる。
このような構造を避けるため、長溝３４の先端部は徐々に幅寸法を狭めて、例えば先鋭
な終端を有する長溝縮幅部３４ａとしたものである。
Here, long groove
That is, in each vibrating
For this reason, if this is a vertical end at the front end of the
In order to avoid such a structure, the width of the tip of the
また、圧電振動片３２は、その基部５１の振動腕を形成した一端より、図１において、
所定距離ＢＬ２（基部長さ）隔てた他端（図において左端）において、基部５１の幅方向
に延長され、かつ振動腕３５，３６の両外側の位置で、各振動腕３５，３６の延びる方向
（図１において右方向）に、これら振動腕３５，３６と平行に延びている支持用アーム６
１，６２を備えている。
このような圧電振動片３２の音叉状の外形と、各振動腕に設ける長溝は、それぞれ例え
ば水晶ウエハなどの材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチン
グすることにより精密に形成することができる。
In addition, the piezoelectric vibrating
At the other end (the left end in the figure) separated by a predetermined distance BL2 (the left end in the figure), the extending direction of each vibrating
1, 62.
The tuning fork-shaped outer shape of the piezoelectric vibrating
図１および図３に示すように、励振電極３７，３８は、長溝３３，３４内と、各振動腕
の側面とに形成され、各振動腕について長溝内の電極と、側面に設けた電極が対となるよ
うにされている。そして、各励振電極３７，３８は、それぞれ引出し電極３７ａ，３８ａ
として、支持用アーム６１，６２に引き回されている。これにより、圧電デバイス３０を
実装基板などに実装した場合に、外部からの駆動電圧が、実装端子４１から、電極部３１
，３１（３１−１および／または３１−２，３１−１および／または３１−２）を介して
圧電振動片３２の各支持用アーム６１，６２の引出し電極３７ａ，３８ａに伝えられ、各
励振電極３７，３８に伝えられるようになっている。
そして、長溝３３，３４内の励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時に
、各振動腕の長溝が形成された領域の内部の電界効率を高めることができるようになって
いる。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
As shown in FIG. Thereby, when the
, 31 (31-1 and / or 31-2, 31-1 and / or 31-2) are transmitted to the
Then, by applying a driving voltage to the excitation electrodes in the
すなわち、図４に示すように、各励振電極３７，３８はクロス配線により、交流電源に
接続されており、電源から駆動電圧としての交番電圧が、各振動腕３５，３６に印加され
るようになっている。
これにより、振動腕３５，３６は互いに逆相振動となるように励振され、基本モード、
すなわち、基本波において、各振動腕３５，３６の先端側を互いに接近・離間させるよう
に屈曲振動されるようになっている。
ここで、例えば、圧電振動片３２の基本波は、Ｑ値：１２０００、容量比（Ｃ０／Ｃ１
）：２６０、ＣＩ値：５７ｋΩ、周波数：３２．７６８ｋＨｚ（「キロヘルツ」、以下同
じ）である。
また、２次の高調波は、例えば、Ｑ値：２８０００、容量比（Ｃ０／Ｃ１）：５１００
、ＣＩ値：７７ｋΩ、周波数：２０７ｋＨｚである。
That is, as shown in FIG. 4, the
As a result, the vibrating
In other words, the fundamental wave is flexibly vibrated so that the distal ends of the vibrating
Here, for example, the fundamental wave of the piezoelectric vibrating
): 260, CI value: 57 kΩ, frequency: 32.768 kHz (“kilohertz”, the same shall apply hereinafter).
The second harmonic is, for example, Q value: 28000, capacity ratio (C0 / C1): 5100.
CI value: 77 kΩ, frequency: 207 kHz.
また、好ましくは、基部５１には、基部５１の振動腕側の端部から十分離れた位置にお
いて、両側縁に、基部５１の幅方向の寸法を部分的に縮幅して形成した凹部もしくは切り
込み部７１，７２を設けている。切り込み部７１，７２の深さ（図３の寸法ｑ）は、例え
ば、それぞれ近接する振動腕３５，３６の外側の側縁と一致する程度まで縮幅されると好
ましく、例えば３０μｍ程度とすることができる。
これにより、振動腕３５，３６が屈曲振動する際に振動漏れが基部５１側に漏れ、支持
用アーム６１，６２に伝搬することを抑制し、ＣＩ値を低く抑えることができる。
切り込み部７１，７２の深さ寸法を大きくすると、振動漏れの低減には有効であっても
、基部５１自体の剛性が必要以上に低下し、振動腕３５，３６の屈曲振動の安定性を害す
る。
Preferably, the
Thereby, when the vibrating
If the depth dimensions of the
そこで、本実施形態では、基部５１の幅方向の中心付近であって、支持用アーム６１，
６２が基部５１に対して一体に接続されている接続部５３よりも振動腕３５，３６寄りの
位置に貫通孔８０を形成するようにしている。
貫通孔８０は、図１および図２に示されているように、基部５１の表裏に貫通する矩形
の孔であり、孔形状はこれに限らず、円形や楕円、正方形などでもよい。
これにより、切り込み部７１，７２を深く形成することに比べて、基部５１の剛性を大
きく低下させることなく、より一層振動漏れを抑制して、ＣＩ値を低減することができる
。
Therefore, in the present embodiment, the
The through
As shown in FIGS. 1 and 2, the through
Accordingly, the leakage of vibration can be further suppressed and the CI value can be reduced without greatly reducing the rigidity of the base 51 as compared to forming the
ここで、貫通孔８０の基部５１幅方向の長さｒは５０μｍ程度が好ましいが、貫通孔８
０の寸法ｒと上記切り込み部７１の深さｑとの寸法ｅに対する割合、すなわち（ｒ＋ｑ）
／ｅは、３０パーセントないし８０パーセントとされることで、振動漏れ低減と、支持用
アーム６１を介した接合箇所の影響を低減する上で効果がある。
また、本実施形態では、パッケージ寸法を小型にするために、基部５１の側面と支持用
アーム６２の間隔（寸法ｐ）を３０μｍないし１００μｍとしている。
Here, the length r in the width direction of the
The ratio of the dimension r of 0 and the depth q of the
By setting / e to 30% to 80%, it is effective in reducing vibration leakage and reducing the influence of the joint location via the
In the present embodiment, in order to reduce the package size, the distance (dimension p) between the side surface of the
また、本実施形態では、図１に示すように、上述した支持用アーム６１，６２が延びる
箇所、すなわち、基部５１の他端部５３（接続部）は、振動腕３５，３６の付け根部５２
よりも十分離れた距離ＢＬ２を有するようにされている。
この距離ＢＬ２は、好ましくは、振動腕３５，３６の腕幅寸法Ｗ２の大きさを超える寸
法とされている。
すなわち、音叉型振動片の振動腕３５，３６が屈曲振動する際に、その振動漏れが基部
５１に向かって伝えられる範囲は、振動腕３５，３６の腕幅寸法Ｗ２と相関がある。本発
明者はこの点に着目し、支持用アーム６１，６２の基端となる箇所を適切な位置に設けな
ければならないという知見を持った。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the above-described portions where the supporting
The distance BL2 is sufficiently larger than the distance BL2.
The distance BL2 is preferably a dimension that exceeds the arm width dimension W2 of the vibrating
That is, when the vibrating
そこで、本実施形態では、支持用アーム６１，６２の基端となる箇所５３（接続部）に
ついて、振動腕の付け根部５２を起点として、振動腕の腕幅寸法Ｗ２の大きさに対応した
寸法を超える位置を選択することで、振動腕３５，３６からの振動漏れが、支持用アーム
６１，６２側に伝搬することを、より確実に抑制する構造とすることができたものである
。したがって、ＣＩ値を抑制して、かつ後述する支持用アームの作用効果を得るためには
、５３の位置を振動腕３５，３６の付け根部（すなわち、基部５１の一端部である）５２
の箇所から上記ＢＬ２の距離だけ離すことが好ましい。
Therefore, in the present embodiment, the size corresponding to the size of the arm width dimension W2 of the vibrating arm, starting from the
It is preferable that the distance of the above BL2 is separated from the point.
同様の理由により、切り込み部７１，７２が形成される箇所も、振動腕３５，３６の付
け根部５２の箇所から振動腕３５，３６の腕幅寸法Ｗ２の大きさを超える箇所とするのが
好ましい。このため、切り込み部７１，７２は、支持用アーム６１，６２が基部５１に対
して一体に接続されている箇所を含んで、そこよりも振動腕寄りの位置に形成される。
また、好ましくは、切り込み部７１，７２の位置が、前記付け根（根元）の箇所から前
記腕幅寸法Ｗ２×１．２以上離れた位置に形成することで、ドライブレベル特性を正常な
圧電振動片のレベルに適合させることができることが確認されている。
尚、支持用アーム６１，６２は振動に関与しないので、その腕幅ｆ（図１４参照）に特
別の条件はないが、支持構造を確実にするため、振動腕よりも大きな幅とすることが好ま
しい。
For the same reason, it is preferable that the locations where the
Preferably, the
Since the
かくして、この実施形態では、図１における振動腕の腕幅Ｗ２が４０μｍないし５０μ
ｍ程度、振動腕どうしの間隔ＭＷ２が５０μｍないし１００μｍ程度、図３の寸法ａで示
す圧電振動片３２−３の全長は、１３００μｍないし１６００μｍ程度である。振動腕の
全長である寸法ｂは、１１００ないし１４００μｍ，支持用アーム６１，６２の幅ｆが５
０μｍないし１００μｍ程度とすることで、基部５１の幅寸法ｅは２００ないし４００μ
ｍ、基部５１の最大幅ｄを４００μｍないし６００μｍとすることができ、これは図９の
圧電振動片１の幅とほぼ同様で、長さは短く、従来と同じ大きさのパッケージに十分収容
できるものである。
また、本実施形態では、パッケージ寸法を小型にするために、基部５１の側面と支持用
アーム６１，６２の間隔（寸法ｐ）が３０ないし１００μｍとされている。
本実施形態は、このような小型化をはかりつつ、以下のような作用効果を得ることがで
きる。
Thus, in this embodiment, the arm width W2 of the vibrating arm in FIG. 1 is 40 μm to 50 μm.
m, the distance MW2 between the vibrating arms is about 50 μm to 100 μm, and the total length of the piezoelectric vibrating piece 32-3 shown by the dimension a in FIG. 3 is about 1300 μm to 1600 μm. The dimension b, which is the total length of the vibrating arm, is 1100 to 1400 μm, and the width f of the supporting
By setting the thickness to about 0 μm to 100 μm, the width dimension e of the
m, and the maximum width d of the base 51 can be set to 400 μm to 600 μm, which is substantially the same as the width of the piezoelectric vibrating piece 1 of FIG. 9 and is short in length and can be sufficiently accommodated in a package having the same size as the conventional one. Is.
Further, in this embodiment, in order to reduce the package size, the distance (dimension p) between the side surface of the
The present embodiment can obtain the following operational effects while achieving such downsizing.
図１の圧電振動片３２においては、支持用アーム６１，６２がパッケージ５７側に導電
性接着剤４３により接合されているので、周囲温度の変化や、落下衝撃などを原因として
、その接合箇所に生じた応力変化が、支持用アーム６１，６２の接合箇所から、基部５１
の他端部５３までの屈曲した距離と、さらには、距離ＢＬ２を超える基部５１の長さ分の
距離を隔てて振動腕３５，３６に影響を与えることはほとんどなく、このため、特に温度
特性が良好となる。
しかも、これとは逆に屈曲振動する振動腕３５，３６からの振動漏れは、基部５１を隔
てた支持用アーム６１，６２に達するまでに距離ＢＬ２を超える基部５１の所定長さを隔
てていることから、ほとんど及ぶことがない。
In the piezoelectric vibrating
The
In addition, the vibration leakage from the vibrating
ここで、基部５１の長さが極端に短いと、屈曲振動の漏れた成分が支持用アーム６１，
６２の全体に拡がり、制御が困難となる事態が考えられるが、この実施形態では、そのよ
うな事態が十分に回避される。
そして、このような作用を得ることができる上に、支持用アーム６１，６２は、図示し
たように、基部５１の他端部５３（接続部）から幅方向に延長され、振動腕３５，３６の
外側で、この振動腕と同じ方向に延びる構成としたから、全体の大きさをコンパクトにす
ることができる。
また、この実施形態では、図１に示すように、支持用アーム６１，６２の先端が、振動
腕３５，３６の先端よりも基部５１寄りになるように形成されている。この点においても
、圧電振動片３２の大きさをコンパクトにすることができる。
Here, if the length of the
Although the situation spreads to the whole of 62 and it becomes difficult to control, in this embodiment, such a situation is sufficiently avoided.
In addition to such an action, the
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the tips of the
さらに、図９の構成と比較して、容易に理解されるように、図９では、互いに接近した
引き出し電極５と引き出し電極６に、導電性接着剤７，８を塗布して接合する構造である
から、これらが接触しないように、短絡を避けてきわめて狭い範囲に接着剤を塗布（パッ
ケージ側）したり、接合後も硬化前に接着剤が流れて短絡しないようにしながら接合工程
を実行しなければならず、容易な工程ではなかった。
これに対して、図１の圧電振動片３２では、互いにパッケージ５７の幅方向一杯に離れ
た支持用アーム６１，６２のそれぞれの中間付近に対応する電極部３１―１，３１−２に
導電性接着剤４３，４３を塗布すればよいので、上述のような困難さがほとんどなく、ま
た、短絡の心配もないものである。
Further, as can be easily understood as compared with the configuration of FIG. 9, FIG. 9 has a structure in which
On the other hand, in the piezoelectric vibrating
図６は、本実施形態の圧電振動片３２の温度特性として、温度−ＣＩ値特性を示してい
る。
図示するように、図６の温度−ＣＩ値特性に関しては、きわめて良好である。
FIG. 6 shows temperature-CI value characteristics as temperature characteristics of the piezoelectric vibrating
As shown in the figure, the temperature-CI value characteristic of FIG. 6 is very good.
次に、本実施形態の圧電振動片３２の好ましい詳細構造について、図３および図４を参
照しながら説明する。
図３に示す圧電振動片３２の各振動腕３５，３６は同じ形状であるから、振動腕３６に
ついて説明すると、基部５１から各振動腕が延びる基端部Ｔでは、振動腕幅が最も広い。
そして、振動腕３６の付け根部であるこのＴの位置から振動腕３６の先端側に僅かな距離
だけ離れたＵの箇所の間において、急激に縮幅する第１の縮幅部ＴＬが形成されている。
そして第１の縮幅部ＴＬの終端であるＵの位置から、振動腕３６のさらに先端側に向かっ
てＰの位置まで、すなわち、振動腕に関して、ＣＬの距離にわたって、徐々に連続的に縮
幅する第２の縮幅部が形成されている。
Next, a preferable detailed structure of the piezoelectric vibrating
Since the vibrating
Then, a first reduced width portion TL that is suddenly reduced in width is formed between U positions that are separated from the position of T, which is the base portion of the vibrating
Then, from the position of U, which is the end of the first reduced width portion TL, to the position of P toward the distal end side of the vibrating
このため、振動腕３６は基部に近い付け根付近が、第１の縮幅部ＴＬを設けることによ
り、高い剛性を備えるようにされている。また、第１の縮幅部の終端Ｕから先端に向かう
につれて、第２の縮幅部ＣＬを形成したことにより、連続的に剛性が低くなるようにされ
ている。Ｐの箇所は腕幅の変更点Ｐであり、振動腕３６の形態上くびれた位置であるから
、くびれ位置Ｐと表現することもできる。振動腕３６においては、この腕幅の変更点Ｐよ
りもさらに先端側は、腕幅が同じ寸法で延長されるか、好ましくは図示のように徐々に僅
かに拡大している。
For this reason, the vibrating
ここで、図３の長溝３３，３４が長い程、振動腕３５，３６を形成する材料について電
界効率が向上する。ここで、振動腕の全長ｂに対して、長溝３３，３４の基部５１からの
長さｊが、少なくともｊ／ｂ＝０．７程度までは、長くするほど音叉型振動片のＣＩ値は
下がることがわかっている。このため、ｊ／ｂ＝０．５ないし０．７であることが好まし
い。この実施形態では、図３において、振動腕３６の全長ｂは、例えば１２００μｍ程度
である。
Here, the longer the
また、長溝の長さを適切に長くして、十分にＣＩ値の抑制をはかるようにした場合、次
に圧電振動片３２のＣＩ値比（高調波のＣＩ値／基本波のＣＩ値）が問題となる。
すなわち、基本波のＣＩ値が低減されると同時に、高調波のＣＩ値も抑制され、該高調
波のＣＩ値が、基本波のＣＩ値よりも小さくなると、高調波により発振しやくすなってし
まう。
そこで、長溝を長くしてＣＩ値を低くするだけでなく、さらに、腕幅の変更点Ｐについ
ても振動腕の先端よりに設けることで、ＣＩ値を低減しつつ、さらにＣＩ値比（高調波の
ＣＩ値／基本波のＣＩ値）を大きくすることができる。
すなわち、振動腕３６ではその根本部分、つまり、付け根付近が、第１の縮幅部ＴＬに
より、剛性が強化されている。これにより、振動腕の屈曲振動を一層安定させることがで
き、貫通孔８０を形成したことと相俟って、ＣＩ値の抑制をはかることができる。
In addition, when the length of the long groove is appropriately increased to sufficiently suppress the CI value, the CI value ratio of the piezoelectric vibrating piece 32 (CI value of harmonics / CI value of the fundamental wave) is next determined. It becomes a problem.
That is, at the same time as the CI value of the fundamental wave is reduced, the CI value of the harmonic wave is also suppressed. When the CI value of the harmonic wave becomes smaller than the CI value of the fundamental wave, the harmonic wave is easily oscillated. End up.
Therefore, not only the long groove is lengthened to lower the CI value, but also the arm width change point P is provided from the tip of the vibrating arm, thereby reducing the CI value and further reducing the CI value ratio (harmonic). CI value / basic wave CI value) can be increased.
In other words, the rigidity of the resonating
しかも、第２の縮幅部ＣＬを設けたことで、振動腕３６は、その付け根付近から、先端
側に向かって、腕幅の変更点であるくびれ位置Ｐまで、徐々に剛性が低下し、くびれ位置
Ｐからさらに先端側では、長溝３４が無く、腕幅を徐々に拡大させていることから、剛性
は先端側にいくに従って高くされている。
このため、２次の高調波における振動の際の振動の「節」を、振動腕３６のより先端側
に位置させることができると考えられ、このことにより、長溝３４を長くして圧電材料の
電界効率を上げ、基本波のＣＩ値を抑制しながら、２次の高調波のＣＩ値の低下を招くこ
とがないようにすることができる。このことから、図３に示すように、好ましくは腕幅の
変更点Ｐを長溝の先端部よりも、振動腕の先端側に設けることで、ほぼ確実にＣＩ値比を
大きくして、高調波による発振を防止できる。
また、長溝縮幅部３４ａは、その幅寸法が先端側に向かって徐々に縮幅する構成である
から、電界効率を高めても安定した屈曲振動を実現でき、ＣＩ値や温度特性などの諸特性
を安定化することができる。
Moreover, by providing the second reduced width portion CL, the
For this reason, it is considered that the “node” of vibration at the time of vibration in the second harmonic can be positioned on the more distal end side of the vibrating
Further, since the narrow
さらに、本発明者の研究によると、振動腕の全長ｂに対して、長溝３３，３４の基部５
１からの長さをｊとしたときの、上記ｊ／ｂと、振動腕３６の最大幅／最小幅の値である
腕幅縮幅率Ｍと、これらに対応したＣＩ値比（＝第２高調波のＣＩ値／基本波のＣＩ値）
とは相関がある。
上記ｊ／ｂ＝６１．５パーセントとした場合、振動腕３６の最大幅／最小幅の値である
腕幅縮幅率Ｍを１．０６よりも大きくすることにより、ＣＩ値比を１より大きくすること
ができ、高調波による発振を防止することができることが確認されている。
かくして、全体を小型化しても、基本波のＣＩ値を低く抑えることができ、ドライブレ
ベル特性が悪化することがない圧電振動片を提供することができる。
Further, according to the research of the present inventor, the
J / b when the length from 1 is j, the arm width reduction ratio M which is the value of the maximum width / minimum width of the vibrating
There is a correlation.
When j / b = 61.5%, the CI value ratio is larger than 1 by increasing the arm width reduction ratio M, which is the value of the maximum width / minimum width of the vibrating
Thus, even if the whole is downsized, the CI value of the fundamental wave can be kept low, and a piezoelectric vibrating piece that does not deteriorate the drive level characteristics can be provided.
さらに、本実施形態によれば、圧電振動片３２の各振動腕３５，３６には、内側に駆動
電極である励振電極３７，３８を備えた長溝３３，３４が設けられており、長溝３３，３
４の先端部には、上述したように長溝縮幅部３３ａ，３４ａを備えている。
すなわち、各長溝縮幅部３３ａ，３４ａが形成された領域で、振動腕３５，３６の剛性
は徐々に変化する構造となっている。このため、従来のように、長溝の先端部に急激に剛
性が低下する構造とならないので、少なくとも基本波における発振に際しては、その屈曲
振動の「節」のような働きをする箇所をなくすか、その効果を弱めることができ、安定し
た屈曲振動を実現することができる。
かくして、振動腕に長溝を形成して電界効率を高めても、安定した屈曲振動を実現でき
る圧電振動片３２を提供することができる。
Further, according to the present embodiment, the respective vibrating
As described above, the front end portion of 4 is provided with the long groove reduced
That is, the rigidity of the vibrating
Thus, it is possible to provide the piezoelectric vibrating
次に、圧電振動片３２のさらに好ましい構造について説明する。
図４の寸法ｘで示すウエハ厚み、すなわち、圧電振動片を形成する水晶ウエハの厚みは
、７０μｍないし１３０μｍが好ましい。
Next, a more preferable structure of the piezoelectric vibrating
The wafer thickness indicated by the dimension x in FIG. 4, that is, the thickness of the crystal wafer forming the piezoelectric vibrating piece is preferably 70 μm to 130 μm.
また、図３の振動腕３５と３６の間の寸法ｋは、５０ないし１００μｍとするのが好ま
しい。寸法ｋが５０μｍより少ないと、圧電振動片３２の外形を、後述するように、水晶
ウエハをウエットエッチングにより貫通させて形成する場合に、エッチング異方性に基づ
く異形部、すなわち、図４の符号８１で示した振動腕側面におけるプラスＸ軸方向へのヒ
レ状凸部を、十分に小さくすることが困難になる。寸法ｋが１００μｍ以上となると、振
動腕の屈曲振動が不安定になるおそれがある。
さらに、図４の振動腕３５（振動腕３６も同じ）における長溝３３の外縁と振動腕の外
縁との寸法ｍ１，ｍ２は、ともに３ないし１５μｍとするとよい。寸法ｍ１，ｍ２は１５
μｍ以下とすることで、電界効率が向上し、３μｍ以上とすることで、電極の分極が確実
に行われるのに有利である。
Also, the dimension k between the vibrating
Furthermore, the dimensions m1 and m2 of the outer edge of the
By setting it to μm or less, the electric field efficiency is improved, and by setting it to 3 μm or more, it is advantageous for surely polarizing the electrode.
図３の振動腕３６において、第１の縮幅部ＴＬの幅寸法ｍが１１μｍ以上あると、ＣＩ
値の抑制に確実な効果が期待できる。
図３の振動腕３６において、腕幅の変更点Ｐよりも先端側が拡幅している拡幅度合いが
、振動腕３６の腕幅が最小とされている箇所である該腕幅の変更点Ｐの箇所の幅に対して
、０ないし２０μｍ程度の増加とするのが好ましい。これを超えて拡幅されると、振動腕
３６の先端部が重くなりすぎて、屈曲振動の安定性を損なうおそれがある。
In the vibrating
A certain effect can be expected to suppress the value.
In the vibrating
また、図４における振動腕３５（振動腕３６も同じ）の外側の一側面に、プラスＸ軸方
向にヒレ状に突出する異形部８１が形成されている。これは、圧電振動片をウエットエッ
チングして外形形成する際に、水晶のエッチング異方性によりエッチング残りとして形成
されるものであるが、好ましくは、フッ酸とフッ化アンモニウムによるエッチング液中で
、９時間ないし１１時間エッチングすることにより、該異形部８１の突出量ｖを５μｍ以
内に低減することが、電界効率を向上させ低いＣＩ値とする上で好ましい。
Also, a
図３の寸法ｇで示す長溝の幅寸法は、振動腕の該長溝が形成されている領域において、
振動腕の腕幅ｃに対して、６０ないし９０パーセント程度とするのが好ましい。振動腕３
５，３６には、第１および第２の縮幅部が形成されているので、腕幅ｃは振動腕の長さ方
向の位置により異なるが、振動腕の最大幅に対して、長溝の幅ｇは６０ないし９０パーセ
ントで、より好ましくは６０ないし８０パーセント程度である。これより長溝の幅が小さ
くなると、電界効率が下がり、ＣＩ値の上昇につながる。
また、長溝３３，３４の基部５１側端部の位置は、図３において振動腕３５，３６の付
け根、すなわちＴの位置と同じか、それより僅かに振動腕先端側であって、第１の縮幅部
ＴＬが存在する範囲内であることが好ましく、特にＴの位置よりも基部５１の基端側に入
り込まないようにすることが好ましい。
また、振動腕の腕幅ｃは４０μｍないし６０μｍ程度が好ましい。
The width dimension of the long groove indicated by the dimension g in FIG. 3 is an area where the long groove of the vibrating arm is formed.
It is preferably about 60 to 90 percent with respect to the arm width c of the vibrating arm.
5, 36 are formed with the first and second reduced width portions, so that the arm width c differs depending on the position of the vibrating arm in the length direction, but the width of the long groove with respect to the maximum width of the vibrating arm. g is 60 to 90 percent, more preferably about 60 to 80 percent. If the width of the long groove is smaller than this, the electric field efficiency is lowered and the CI value is increased.
In addition, the position of the end portion on the base 51 side of the
The arm width c of the vibrating arm is preferably about 40 μm to 60 μm.
さらに、図３の基部５１の全長ｈは、圧電振動片３２の全長ａに対して、従来３０パー
セント程度あったものが、この実施形態は、切り込み部の採用などにより、１５ないし２
５パーセント程度とすることができ、小型化を実現している。
Further, the total length h of the
The size can be reduced to about 5%, and downsizing is realized.
図５は、本実施形態の圧電振動片３２を利用して圧電発振器を構成する場合の発振回路
の例を示す回路図である。
発振回路９１は、増幅回路９２と帰還回路９３を含んでいる。
増幅回路９２は、増幅器９５と帰還抵抗９４を含んで構成されている。帰還回路９３は
、ドレイン抵抗９６と、コンデンサ９７，９８と、圧電振動片３２とを含んで構成されて
いる。
ここで、図５の帰還抵抗９４は、例えば１０ＭΩ（メガオーム）程度、増幅器９５はＣ
ＭＯＳインバータを用いることができる。ドレイン抵抗９６は、例えば２００ないし９０
０ｋΩ（キロオーム）、コンデンサ９７（ドレイン容量）と、コンデンサ９８（ゲート容
量）は、それぞれ１０ないし２２ｐＦ（ピコファラド）とすることができる。
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an example of an oscillation circuit when a piezoelectric oscillator is configured using the piezoelectric vibrating
The
The amplifier circuit 92 includes an
Here, the
A MOS inverter can be used. The
The 0 kΩ (kiloohm), capacitor 97 (drain capacitance), and capacitor 98 (gate capacitance) can each be 10 to 22 pF (picofarad).
（圧電デバイスの製造方法）
次に、図７のフローチャートを参照しながら、上述の圧電デバイスの製造方法の一例を
説明する。
圧電デバイス３０の圧電振動片３２と、パッケージ５７と、蓋体４０は、それぞれ別々
に製造される。
（蓋体およびパッケージの製造方法）
蓋体４０は、例えば、所定の大きさのガラス板を切断し、パッケージ５７を封止するの
に適合する大きさの蓋体として用意される。
パッケージ５７は、上述したように、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシート
を成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。成形の際には
、複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の
内部空間Ｓを形成する。
(Piezoelectric device manufacturing method)
Next, an example of a method for manufacturing the above-described piezoelectric device will be described with reference to the flowchart of FIG.
The piezoelectric vibrating
(Method for manufacturing lid and package)
For example, the
As described above, the
（圧電振動片の製造方法）
先ず、圧電基板を用意し、ひとつの圧電基板から所定数の圧電振動片について、同時に
その外形をエッチングにより形成する（外形エッチング）。
ここで、圧電基板は、圧電材料のうち、例えば、圧電振動片３２を複数もしくは多数分
離することができる大きさの水晶ウエハが使用される。この圧電基板は工程の進行により
図３の圧電振動片３２を形成するので、図３に示す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、圧電材料、例えば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軸を中心に時計回りに０度ないし５度（図８のθ）の範囲で回転して切り出した水
晶Ｚ板を所定の厚みに切断研磨して得られる。
(Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece)
First, a piezoelectric substrate is prepared, and the outer shape of a predetermined number of piezoelectric vibrating pieces is simultaneously formed by etching from one piezoelectric substrate (outer shape etching).
Here, as the piezoelectric substrate, for example, a quartz wafer having a size capable of separating a plurality or a large number of the piezoelectric vibrating
外形エッチングでは、図示しない耐蝕膜などのマスクを用いて、圧電振動片の外形から
外側の部分として露出した圧電基板に関して、例えば、フッ酸溶液をエッチング液として
、圧電振動片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、温度等により変化する。
ここで、外形エッチング工程でのウエットエッチングでは、図３に示した電気軸Ｘ、機
械軸Ｙ、光学軸Ｚに関して、エッチングの進行上、次のようなエッチング異方性を示す。
すなわち、圧電振動片３２に関して、そのＸ−Ｙ平面内におけるエッチングレートにつ
いては、プラスＸ方向で、このＸ軸に対して１２０度の方向、およびマイナス１２０度の
方向の面内においてエッチングの進行が速く、マイナスＸ方向でＸ軸に対してプラス３０
度の方向、およびマイナス３０度の方向の内面のエッチングの進行が遅くなる。
同様に、Ｙ方向のエッチングの進行は、プラス３０度方向およびマイナス３０度方向が
速くなり、プラスＹ方向で、Ｙ軸に対してプラス１２０度方向、およびマイナス１２０度
方向が遅くなる。
In the outer shape etching, the outer shape of the piezoelectric vibrating piece is etched using, for example, a hydrofluoric acid solution with respect to the piezoelectric substrate exposed as a portion outside the outer shape of the piezoelectric vibrating piece using a mask such as a corrosion-resistant film (not shown). . 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 changes depending on the concentration, type, temperature, and the like of the hydrofluoric acid solution.
Here, in the wet etching in the outer shape etching process, the following etching anisotropy is exhibited with respect to the electrical axis X, the mechanical axis Y, and the optical axis Z shown in FIG.
That is, with respect to the piezoelectric vibrating
The progress of etching of the inner surface in the direction of degrees and in the direction of minus 30 degrees is delayed.
Similarly, the progress of etching in the Y direction is faster in the plus 30 degree direction and the minus 30 degree direction, and in the plus Y direction, the plus 120 degree direction and the minus 120 degree direction are delayed with respect to the Y axis.
このようなエッチング進行上の異方性により、圧電振動片３２では、図４の符号８１で
示されているように、各振動腕の外側側面に、ヒレ状に突出した異形部が形成される。
しかしながら、この実施形態では、エッチング液として、フッ酸および、フッ化アンモ
ニウムを用いて、十分な時間、すなわち、９時間ないし１１時間という十分な時間をかけ
て、エッチングを行うことにより、図４で説明した異形部８１をきわめて小さくすること
ができる（ＳＴ１１）。
この工程において、圧電振動片３２の切り込み部７１，７２を含む外形だけでなく、貫
通孔８０も同時に形成され、終了時には、水晶ウエハに対して、それぞれ細い連結部で基
部５１付近を接続された多数の圧電振動片３２の外形完成状態のものが得られる。
Due to such anisotropy in etching progress, the piezoelectric vibrating
However, in this embodiment, etching is performed using hydrofluoric acid and ammonium fluoride as an etchant for a sufficient time, that is, a sufficient time of 9 to 11 hours, so that in FIG. The described
In this process, not only the outer shape including the
（溝形成のためのハーフエッチング工程）
次に、図示しない溝形成用レジストにより、図４で示した形態となるように、各長溝を
挟む両側の壁部を残す様にして、溝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、各振動腕３５，３６の表面と裏面を、それぞれウエットエッチン
グすることにより長溝に対応した底部を形成する（ＳＴ１２）。
ここで、図４を参照すると、符号ｔで示す溝深さは、全体厚みｘに対して、３０ないし
４５パーセント程度とされる。ｔに関して、全体厚みｘの３０パーセント以下だと、電界
効率を十分向上させることができない場合がある。４５パーセント以上だと、剛性が不足
して、屈曲振動に悪影響を与えたり、強度が不足する場合がある。
(Half etching process for groove formation)
Next, a groove forming resist (not shown) is used to form the shape shown in FIG. 4. Under the same etching conditions, the front and back surfaces of the vibrating
Here, referring to FIG. 4, the groove depth indicated by the symbol t is about 30 to 45 percent with respect to the total thickness x. If t is 30% or less of the total thickness x, the electric field efficiency may not be sufficiently improved. If it is 45% or more, the rigidity may be insufficient to adversely affect the bending vibration or the strength may be insufficient.
なお、上記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、圧電基板（水晶ウエハ）上に、圧
電振動片３２の外形や、外形形成後には、長溝に相当する領域を、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ー内に収容し、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、真空チャンバー（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、真空チャンバーには、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。
真空チャンバー内が、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。
Note that one or both of the outer shape etching and the groove etching may be formed by dry etching. In that case, for example, on the piezoelectric substrate (crystal wafer), the outer shape of the piezoelectric vibrating
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 up 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.
（電極形成工程）
次に、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、例えば、金を全面
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、図１および図４で説明した駆動用の電極を形成する（ＳＴ１３）。
その後、各振動腕３５，３６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）２１，２１が形成される（ＳＴ１４）。錘付け電極２１，２１は通電されて
圧電振動片３２の駆動に用いられるのではなく、後述する周波数調整に利用される。
(Electrode formation process)
Next, a metal serving as an electrode, for example, gold is coated on the entire surface by vapor deposition or sputtering, and then a resist in which a portion where an electrode is not formed is exposed is exposed by a photolithography technique in FIGS. 1 and 4. The described driving electrode is formed (ST13).
Thereafter, weighting electrodes (metal coatings) 21 and 21 are formed on the tip portions of the vibrating
次いで、ウエハ上で、周波数の粗調整が行われる（ＳＴ１５）。粗調整は、錘付け電極
２１，２１の一部をレーザ光などのエネルギービームを照射することにより、部分的に蒸
散させて、質量削減方式による周波数調整である。
続いて、上記したウエハに対する細い連結部を折り取り、圧電振動片３２を個々に形成
する個片にする（ＳＴ１６）。
次に、図１で説明したように、パッケージ５７の各電極部３１−１，３１−２、３１−
１，３１−２に導電性接着剤４３，４３，４３，４３を塗布し、その上に支持用アーム６
１，６２を載置して、接着剤を加熱・硬化させることにより、パッケージ５７に対して、
圧電振動片３２を接合する（ＳＴ１７）。
なお、この導電性接着剤４３としては、例えば、合成樹脂などを利用したバインダー成
分に、銀粒子などの導電粒子を混入したもので、機械的接合と電気的接続とを同時に行う
ことができるものである。
Next, rough adjustment of the frequency is performed on the wafer (ST15). Coarse adjustment is frequency adjustment by a mass reduction method by partially evaporating part of the
Subsequently, the thin connecting portion with respect to the wafer is broken, and the piezoelectric vibrating
Next, as described with reference to FIG. 1, the electrode portions 31-1, 31-2, 31-of the
1, 31-2 is coated with conductive adhesive 43, 43, 43, 43, and a supporting
1 and 62 are mounted and the adhesive is heated and cured, whereby the
The piezoelectric vibrating
As the
続いて、蓋体４０が金属製などの不透明な材料で形成されている場合には、図２で説明
した貫通孔２７は設けられていない。そして、圧電振動片３２に対して、駆動電圧を印加
して、周波数を見ながら、例えば、レーザ光を圧電振動片３２の振動腕３５および／また
は振動腕３６の錘付け電極２１の先端側に照射し、質量削減方式により微調整としての周
波数調整を行う（ＳＴ１８−１）。
次いで、真空中で行うシーム溶接などにより蓋体４０をパッケージ５７に接合し（ＳＴ
１９−１）、必要な検査を経て、圧電デバイス３０が完成する。
Subsequently, when the
Next, the
19-1) Through the necessary inspection, the
あるいは、パッケージ５７を透明な蓋体４０で封止する場合には、圧電振動片３２のＳ
Ｔ１７における接合後において、該蓋体４０をパッケージ５７に接合する（ＳＴ１８−２
）。
この場合、例えば、低融点ガラスなどを加熱して、蓋体４０をパッケージ５７に接合す
る加熱工程が行われるが、この際に、低融点ガラスや導電性接着剤などからガスが生成さ
れる。そこで、加熱により、このようなガスを図２で説明した貫通孔２７から排出し（脱
ガス）、その後、真空中で段部２９に金錫、より好ましくは、金ゲルマニウムなどでなる
金属球体やペレットを配置し、レーザ光などを照射することにより、溶融する。これによ
り図２の金属充填材２８が貫通孔２７を気密に封止する（ＳＴ１９−２）。
次いで、図２で示すように、硼珪酸ガラスなどでなる透明な蓋体４０を透過させるよう
に外部からレーザ光を圧電振動片３２の振動腕３５および／または振動腕３６の錘付け電
極２１の先端側に照射し、質量削減方式により微調整としての周波数調整を行う（ＳＴ２
０−２）。次いで、必要な検査を経て、圧電デバイス３０が完成する。
Alternatively, when the
After joining at T17, the
).
In this case, for example, a heating step is performed in which the low melting point glass or the like is heated to join the
Next, as shown in FIG. 2, the laser beam is externally applied to the vibrating
0-2). Next, the
本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態や変形例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、箱状のパッケージに圧電振動片を収容したものに限らず、シリンダ
ー状の容器に圧電振動片を収容したもの、圧電振動片をジャイロセンサーとして機能する
ようにしたもの、さらには、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、圧電振動片
を利用したあらゆる圧電デバイスに適用することができる。さらに、圧電振動片３２では
、一対の振動腕を形成しているが、これに限らず、振動腕は３本でも、４本以上でもよい
。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. The configurations of the embodiment and the modified examples can be combined or omitted as appropriate, and can be combined with other configurations not shown.
The present invention is not limited to the case where the piezoelectric vibrating piece is accommodated in a box-shaped package, the case where the piezoelectric vibrating piece is accommodated in a cylindrical container, the piezoelectric vibrating piece functioning as a gyro sensor, Can be applied to any piezoelectric device using a piezoelectric vibrating piece regardless of the name of a piezoelectric vibrator, a piezoelectric oscillator, or the like. Further, the piezoelectric vibrating
３０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３３，３４・・・長溝、３３ａ，３
４ａ・・・長溝縮幅部、３５，３６・・・振動腕、６１，６２・・・支持用アーム、７１
，７２・・・切り込み部、８０・・・貫通孔。
30 ... Piezoelectric device, 32 ... Piezoelectric vibrating piece, 33, 34 ... Long groove, 33a, 3
4a: narrow groove width-reduced portion, 35, 36 ... vibrating arm, 61, 62 ... supporting arm, 71
, 72 ... notches, 80 ... through holes.
Claims (8)
を備える圧電振動片であって、
前記複数の振動腕には、その主面の長手方向に沿って形成され、内側に駆動電極を備え
た長溝が設けられており、
前記長溝の先端部において、その幅寸法が先端側に向かって徐々に縮幅する長溝縮幅部
を備える
ことを特徴とする圧電振動片。 A piezoelectric vibrating piece comprising a base formed of a piezoelectric material and a plurality of vibrating arms extending from the base,
The plurality of vibrating arms are formed along the longitudinal direction of the main surface, and provided with a long groove having a drive electrode inside,
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, further comprising: a long groove reduced width portion whose width dimension gradually decreases toward the front end side at the front end portion of the long groove.
有するとともに、前記先端側には前記幅寸法が、先端側に向かって等しい寸法で延びるか
、もしくは増加に転じる幅変化の変更点Ｐがあり、前記変更点Ｐが、少なくとも前記長溝
縮幅部を含まない先端部よりも、さらに振動腕先端側に位置させるようにしたことを特徴
とする請求項１に記載の圧電振動片。 Each of the vibrating arms has a reduced width portion that gradually decreases in width from the base side toward the distal end side, and the width dimension extends on the distal end side with an equal dimension toward the distal end side. Or there is a change point P of the width change that turns to an increase, and the change point P is located at the tip side of the vibrating arm further than at least the tip part not including the narrow groove reduced width part. The piezoelectric vibrating piece according to claim 1.
かって急激に縮幅する第１の縮幅部と、この第１の縮幅部の終端から、前記縮幅部として
、さらに先端側に向かって、徐々に縮幅する第２の縮幅部とを有することを特徴とする請
求項２に記載の圧電振動片。 The width dimension of each of the vibrating arms is a first reduced width portion that is abruptly reduced toward the distal end side at the base portion of the vibrating arm, and an end of the first reduced width portion, 3. The piezoelectric vibrating piece according to claim 2, further comprising a second reduced width portion that gradually decreases toward the distal end side as the reduced width portion.
一端側より前記所定距離だけ離れた他端側から幅方向に延長され、かつ前記振動腕の外側
において、該振動腕と同じ方向に延びる支持用アームを備えていることを特徴とする請求
項１ないし３のいずれかに記載の圧電振動片。 The base portion has a predetermined length, and is extended in the width direction from the other end side that is a predetermined distance away from the one end side, which is the side on which the vibrating arm extends, and outside the vibrating arm. 4. The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, further comprising a supporting arm extending in the same direction as the vibrating arm.
も前記振動腕寄りの位置に、貫通孔を設けたことを特徴とする請求項４に記載の圧電振動
片。 5. The piezoelectric device according to claim 4, wherein the base portion is provided with a through hole at a position closer to the vibrating arm than a connection portion where the support arm is integrally connected to the base portion. Vibrating piece.
１ないし５のいずれかに記載の圧電振動片。 6. The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the base portion includes a cut portion formed to be reduced in width in the width direction.
以下としたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の圧電振動片。 The protruding amount of the deformed portion protruding in the plus X-axis (electric axis) direction on the side surface of each vibrating arm is 5 μm.
The piezoelectric vibrating piece according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrating piece is as follows.
前記圧電振動片が、
圧電材料により形成された基部と、前記基部から延びる複数の振動腕と
を備える圧電振動片であって、
前記複数の振動腕には、その主面の長手方向に沿って形成され、内側に駆動電極を備え
た長溝が設けられており、
前記長溝の先端部において、その幅寸法が先端側に向かって徐々に縮幅する長溝縮幅部
を備える
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 comprising a base formed of a piezoelectric material and a plurality of vibrating arms extending from the base,
The plurality of vibrating arms are formed along the longitudinal direction of the main surface, and provided with a long groove having a drive electrode inside,
A piezoelectric device comprising a long groove reduced width portion whose width dimension is gradually reduced toward the front end side at the front end portion of the long groove.
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