JP2012114496A - Piezoelectric vibrating reed and piezoelectric vibrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電振動片および圧電振動子に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator.
ATカット圧電振動片は、温度特性に優れた厚みすべり振動モードを主共振として使用されている。このようなATカット振動片は、機械加工やフォトリソグラフィー法によって加工されている。 The AT-cut piezoelectric vibrating piece uses a thickness shear vibration mode having excellent temperature characteristics as a main resonance. Such an AT-cut vibrating piece is processed by machining or photolithography.
特許文献1には、ベベル構造やコンベックス構造と同等のエネルギー閉じ込め効果を発揮する、いわゆるメサ型の厚みすべり振動を行う圧電振動子が開示されている。 Patent Document 1 discloses a piezoelectric vibrator that performs a so-called mesa-type thickness shear vibration that exhibits an energy confinement effect equivalent to that of a bevel structure or a convex structure.
近年、振動片のサイズを小型化する傾向が強まり、益々、辺比の小さい振動子の必要性が高まってきている。一般的に、辺比の小さな振動子は 振動子の輪郭に起因するモード(輪郭振動)の影響を受けやすく、その振動との結合により厚みすべりモードを抑制してしまう。 In recent years, there has been an increasing tendency to reduce the size of the resonator element, and the need for a vibrator having a small side ratio is increasing. In general, a vibrator having a small side ratio is easily affected by a mode (contour vibration) caused by the contour of the vibrator, and suppresses the thickness-shear mode by coupling with the vibration.
特許文献2には、メサ型のATカット水晶振動子において、メサ部と周辺の薄肉部との境界において、境界部の側壁が主面に対して90°であると励振電極から延出された引き出し電極(リード電極)が断線してしまうという問題に鑑みてなされたものであって、境界部の側壁を傾斜または曲面とすることにより、リード電極の断線を防止することができることが開示されている。
In
特許文献3には、メサ型のATカット水晶振動子において、メサ部と周辺の薄肉部との境界の側壁部を、垂直(90°)ではなく、63°、35°と傾斜させていくと、主振動である厚みすべり振動と屈曲振動との結合を抑圧することができることが開示されている。 In Patent Document 3, in a mesa-type AT-cut quartz crystal resonator, the side wall portion at the boundary between the mesa portion and the peripheral thin-wall portion is tilted to 63 ° and 35 ° instead of vertical (90 °). Further, it is disclosed that the coupling between the thickness shear vibration, which is the main vibration, and the bending vibration can be suppressed.
特許文献4には、輪郭振動である屈曲モードの振動をメサ寸法およびメサ電極間を適正な間隔にすることによって、厚みすべりモードと屈曲モードの結合を抑制できることが開示されている。 Patent Document 4 discloses that the bending mode vibration, which is a contour vibration, can be suppressed by coupling the thickness-shear mode and the bending mode by setting the mesa dimension and the mesa electrodes at appropriate intervals.
特許文献5には、メサ型のATカット水晶振動子において、段差部の堀量を適正な値にすることによって、不要モードを抑圧できることが開示されている。 Patent Document 5 discloses that in a mesa-type AT-cut quartz crystal resonator, an unnecessary mode can be suppressed by setting an appropriate amount of moat at a stepped portion.
特許文献6には、メサ型のATカット水晶振動子において、圧電基板の短辺の寸法、および振動部における短辺の寸法を適正な値にすることにより、不要モードを抑圧できることが開示されている。 Patent Document 6 discloses that in a mesa-type AT-cut crystal resonator, an unnecessary mode can be suppressed by setting the short side dimension of the piezoelectric substrate and the short side dimension of the vibration part to appropriate values. Yes.
特許文献7には、メサ部を多段とすることにより、主振動のエネルギーをより効率よく閉じ込めることを可能にすることが開示されている。 Patent Document 7 discloses that the energy of the main vibration can be confined more efficiently by providing a multi-stage mesa portion.
特許文献8には、断面形状が階段形状である振動子が開示されており、このような階段形状は、振動子部分を保護するレジスト寸法を段階的に変えてエッチングなどの化学的加工やサンドブラストなどの機械的加工を用いれば製造することができることが開示されている。
特許文献9には、厚肉中央部と薄肉周辺部との段差を複数段の階段状に形成することにより、レジストパターンの形状および電極材料の十分な厚さでの成膜が容易になり、さらに、厚膜中央部がコンベックス形状に近づくので、エネルギー閉じ込め効果を高めることができることが開示されている。 In Patent Document 9, by forming the step between the thick central portion and the thin peripheral portion into a plurality of steps, it becomes easy to form a resist pattern shape and a sufficient thickness of the electrode material, Furthermore, it is disclosed that the energy confinement effect can be enhanced because the central portion of the thick film approaches a convex shape.
特許文献10には、多段型メサ構造の振動片において、段差部を導電性接着剤の流れ止めとして活用して、メサ部への接着剤の流入を抑止することが開示されている。
特許文献11には、多段型メサ構造を有する外形を、フォトリソグラフィーにより水晶基材をエッチングすることによって精密に形成することが開示されている。 Patent Document 11 discloses that an outer shape having a multistage mesa structure is precisely formed by etching a quartz crystal substrate by photolithography.
特許文献12には、レーザーを用いてメサを形成する多段メサ型ATカット水晶振動子の製造方法が開示されている。
以上のように、特許文献7〜12には、強いエネルギー閉じ込め効果により屈曲モードとの結合を抑制する構造として、メサの段数を増やした多段型メサ構造が提案されている。 As described above, Patent Documents 7 to 12 propose a multi-stage mesa structure in which the number of mesa stages is increased as a structure that suppresses coupling with a bending mode by a strong energy confinement effect.
しなしながら、長辺の伸びる方向がX軸に平行な多段型メサ構造の厚みすべり圧電振動片において、特にX辺比の小さな圧電振動片では、厚みすべり振動と輪郭振動等の不要モードとの結合し、CI(Crystal Impedance)値が増加してしまうことが明らかとなった。 However, in the thickness-shear piezoelectric vibrating piece having a multi-stage mesa structure in which the extending direction of the long side is parallel to the X-axis, especially in the piezoelectric vibrating piece having a small X-side ratio, the thickness-shear vibration and the unnecessary mode such as the contour vibration are It became clear that CI (Crystal Impedance) value would increase.
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、多段型メサ構造を有する圧電振動片であって、CI値の低減を図ることができる圧電振動片を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記圧電振動片を含む圧電振動子を提供することにある。 One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating piece having a multistage mesa structure and capable of reducing the CI value. Another object of some aspects of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator including the piezoelectric vibrating piece.
本発明に係る圧電振動片は、
水晶の結晶軸である、電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系の前記X軸を中心として、前記Z軸を前記Y軸の−Y方向へ傾けた軸をZ´軸とし、前記Y軸を前記Z軸の+Z方向へ傾けた軸をY´軸とし、前記X軸と前記Z´軸に平行な面で構成され、前記Y´軸に平行な方向を厚みとするATカット水晶基板からなり、前記Y´軸に平行な方向を厚み方向とする圧電基板と、
前記圧電基板の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極と、
を含み、
前記圧電基板は、
前記X軸に平行な方向を長辺とし、前記Z´軸に平行な方向を短辺とする矩形の励振部と、
前記励振部より小さい厚みを有し、前記励振部の周辺に形成された周辺部と、
を有し、
前記励振部は、
第1部分と、
前記第1部分より小さい厚みを有し、前記第1部分の周辺に形成された第2部分と、
を有し、
前記圧電基板の前記Z´軸に平行な方向の寸法をZとし、前記励振部の短辺の寸法をMzとし、前記第1部分の厚みをtとすると、
8≦Z/t≦11、かつ、0.6≦Mz/Z≦0.8の関係を満たす。
The piezoelectric vibrating piece according to the present invention is
Centering on the X axis of an orthogonal coordinate system consisting of an X axis as an electric axis, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis, which are crystal axes of quartz, the Z axis is the Y axis. The axis tilted in the −Y direction is the Z ′ axis, the Y axis is tilted in the + Z direction of the Z axis as the Y ′ axis, and is configured by planes parallel to the X axis and the Z ′ axis. A piezoelectric substrate having a thickness in the direction parallel to the Y ′ axis, and a thickness direction in the direction parallel to the Y ′ axis;
An excitation electrode disposed so as to face the vibration regions of both main surfaces of the piezoelectric substrate on the front and back sides;
Including
The piezoelectric substrate is
A rectangular excitation section having a long side in the direction parallel to the X axis and a short side in the direction parallel to the Z ′ axis;
A peripheral portion having a thickness smaller than the excitation portion, and formed around the excitation portion;
Have
The excitation unit is
A first part;
A second portion having a smaller thickness than the first portion and formed around the first portion;
Have
When the dimension in the direction parallel to the Z ′ axis of the piezoelectric substrate is Z, the dimension of the short side of the excitation part is Mz, and the thickness of the first part is t,
The
このような圧電振動片によれば、Z´軸に平行な方向における厚みすべり振動と輪郭振動等の不要モードとの結合を抑制でき、CI値の低減を図ることができる(詳細は後述)。 According to such a piezoelectric vibrating piece, the coupling between the thickness shear vibration and the unnecessary mode such as the contour vibration in the direction parallel to the Z ′ axis can be suppressed, and the CI value can be reduced (details will be described later).
本発明に係る圧電振動片において、
前記圧電基板の前記X軸に平行な方向の寸法をXとすると、
X/t≦17の関係を満たしてもよい。
In the piezoelectric vibrating piece according to the present invention,
If the dimension of the piezoelectric substrate in the direction parallel to the X axis is X,
The relationship of X / t ≦ 17 may be satisfied.
このような圧電振動片によれば、小型化を図りつつ、CI値の低減を図ることができる。 According to such a piezoelectric vibrating piece, it is possible to reduce the CI value while reducing the size.
本発明に係る圧電振動片において、
前記励振部は、前記第2部分より小さい厚みを有し、前記第2部分の周辺に形成された第3部分を、さらに有してもよい。
In the piezoelectric vibrating piece according to the present invention,
The excitation unit may further include a third portion having a smaller thickness than the second portion and formed around the second portion.
このような圧電振動片によれば、より強いエネルギー閉じ込め効果を有することができる。 Such a piezoelectric vibrating piece can have a stronger energy confinement effect.
本発明に係る圧電振動子は、
本発明に係る圧電振動片と、
前記圧電振動片が収容されたパッケージと、
を含む。
The piezoelectric vibrator according to the present invention is
A piezoelectric vibrating piece according to the present invention;
A package containing the piezoelectric vibrating piece;
including.
このような圧電振動子によれば、本発明に係る圧電振動片を有するため、CI値の低減を図ることができる。 According to such a piezoelectric vibrator, since it has the piezoelectric vibrating piece according to the present invention, it is possible to reduce the CI value.
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の例を説明するものである。本発明は、以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。なお、以下の実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Several embodiments of the present invention will be described below. The embodiments described below illustrate examples of the present invention. The present invention is not limited to the following embodiments at all, and includes various modifications that are carried out within the scope not changing the gist of the present invention. Note that not all of the configurations described in the following embodiments are indispensable constituent requirements of the present invention.
1. 圧電振動片
まず、本実施形態に係る圧電振動片について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る圧電振動片100を模式的に示す平面図である。図2および図3は、本実施形態に係る圧電振動片100を模式的に示す断面図である。なお、図2は、図1のII−II線断面図であり、図3は、図1のIII−III線断面図である。
1. First, a piezoelectric vibrating piece according to this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view schematically showing a piezoelectric vibrating
圧電振動片100は、図1〜図3に示すように、圧電基板10と、励振電極20と、を含む。
As shown in FIGS. 1 to 3, the piezoelectric vibrating
圧電基板10は、ATカット水晶基板からなる。図4は、ATカット水晶基板101を模式的に示す斜視図である。
The
水晶等の圧電材料は、一般的に三方晶系であり、図4に示すような結晶軸(X,Y,Z)を有する。X軸は電気軸であり、Y軸は機械軸であり、Z軸は光学軸である。ATカット水晶基板101は、XZ平面を、X軸周りに角度θだけ回転させた平面に沿って、圧電材料(例えば、人工水晶)から切り出された平板である。ここで、θ=35°15′である。なお、Y軸およびZ軸もX軸周りにθ回転させて、それぞれY´軸およびZ´軸とする。したがって、ATカット水晶基板101は、結晶軸(X,Y´,Z´)軸を有する。ATカット水晶基板101は、Y´軸に直交するXZ´面(X軸およびZ´軸を含む面)が主面(励振面)となり、厚み滑り振動を主振動として振動することができる。このATカット水晶基板101を加工して、圧電基板10を得ることができる。
Piezoelectric materials such as quartz are generally trigonal and have crystal axes (X, Y, Z) as shown in FIG. The X axis is an electrical axis, the Y axis is a mechanical axis, and the Z axis is an optical axis. The AT-
すなわち、圧電基板10は、図4に示すように水晶の結晶軸である、電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系のX軸を中心として、Z軸をY軸の−Y方向へ傾けた軸をZ´軸とし、Y軸をZ軸の+Z方向へ傾けた軸をY´軸とし、X軸とZ´軸に平行な面で構成され、Y´軸に平行な方向を厚みとするATカット水晶基板からなる。
That is, as shown in FIG. 4, the
圧電基板10は、図1に示すように、Y´軸に平行な方向(以下「Y´軸方向」ともいう)を厚み方向として、X軸に平行な方向(以下「X軸方向」ともいう)を長辺とし、Z´軸に平行な方向(以下「Z´軸方向」ともいう)を短辺とする矩形の形状を有することができる。圧電基板10は、周辺部12と、励振部14と、を有する。
As shown in FIG. 1, the
周辺部12は、図1に示すように、励振部14の周辺に形成されている。周辺部12は、励振部14より小さい厚みを有する。
As shown in FIG. 1, the
励振部14は、図1に示すように周辺部12に囲まれており、周辺部12のY´軸方向の厚みよりも大きい厚みを有する。すなわち、励振部14は、図2および図3に示すように、周辺部12に対して、Y´軸方向に突出している。図示の例では、励振部14は、周辺部12に対して、+Y´側と−Y´側とに突出している。励振部14(圧電基板10)は、例えば、対称の中心となる点(図示せず)を有し、該点に関して点対称となる形状を有することができる。
As shown in FIG. 1, the
励振部14は、図1に示すように、X軸方向を長辺とし、Z´軸方向を短辺とする矩形の形状を有する。励振部14は、第1部分15と、第1部分15より小さい厚みを有する第2部分16と、を有する。第1部分15は、図1に示すように、X軸に平行な方向を長辺とし、Z´軸に平行な方向を短辺とする矩形の形状を有する。第2部分16は、第1部分15の周辺に形成されている。このように励振部14は、厚みの異なる2種類の部分15,16を有しており、圧電振動片100は、2段型のメサ構造を有しているといえる。
As shown in FIG. 1, the
励振部14は、厚みすべり振動を主振動として振動することができる。励振部14が2段型のメサ構造であることによって、圧電振動片100は、エネルギー閉じ込め効果を有することができる。
The
ここで、圧電基板10のZ´軸方向の寸法(短辺の寸法)をZとし、励振部14の短辺の寸法をMzとし、励振部14の第1部分15の厚みをtとすると、下記式(1)の関係を満たすことができる。
8≦Z/t≦11、かつ、0.6≦Mz/Z≦0.8 ・・・ (1)
Here, assuming that the dimension (short side dimension) in the Z′-axis direction of the
8 ≦ Z / t ≦ 11 and 0.6 ≦ Mz / Z ≦ 0.8 (1)
これにより、厚みすべり振動と輪郭振動等の不要モードとの結合を抑制することができ、CI値の低減を図ることができる(詳細は後述)。このような厚みすべり振動と不要モードとの結合は、一般的に、圧電振動片が小さいほど発生しやすい。そのため、例えば、圧電基板10のX軸方向の寸法(長辺の寸法)をXとした場合に、下記式(2)の関係を満たすような小型の圧電振動片100において、上記式(1)の関係を満たすように設計すると、より顕著に厚みすべり振動と不要モードとの結合を抑制できる。
X/t≦17 ・・・ (2)
As a result, the coupling between the thickness shear vibration and the unnecessary mode such as the contour vibration can be suppressed, and the CI value can be reduced (details will be described later). Such coupling between the thickness shear vibration and the unnecessary mode is generally more likely to occur as the piezoelectric vibrating piece is smaller. Therefore, for example, in the small piezoelectric vibrating
X / t ≦ 17 (2)
励振電極20は、励振部14に形成されている。図2および図3に示す例では、励振電極20は、励振部14を挟んで形成されている。より具体的には、励振電極20は、圧電基板10の両主面(例えばXZ´平面に平行な面)の振動領域(励振部14)に表裏で対向するように配置されている。励振電極20は、励振部14に電圧を印加することができる。励振電極20は、例えば、引出電極22を介して、パッド24と接続されている。パッド24は、例えば、圧電振動片100を駆動するためのICチップ(図示せず)と電気的に接続されている。励振電極20、引出電極22、およびパッド24の材質としては、例えば、圧電基板10側から、クロム、金をこの順で積層したものを用いることができる。
The
本実施形態に係る圧電振動片100は、例えば、以下の特徴を有する。
The piezoelectric vibrating
圧電振動片100によれば、上述のとおり、圧電基板10の短辺の寸法Z、励振部14の短辺の寸法Mz、および励振部14の第1部分15の厚みtを式(1)の関係とすることにより、CI値の低減を図ることができる。
According to the piezoelectric vibrating
圧電振動片100によれば、上述のとおり、X辺比(X/t)を式(2)の関係とすることにより、小型化を図りつつ、CI値の低減を図ることができる。
According to the piezoelectric vibrating
2. 圧電振動片の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電振動片の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図5〜図11は、本実施形態に係る圧電振動片100の製造工程を模式的に示す図である。なお、図5〜図11は、図3に対応している。
2. Next, a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to this embodiment will be described with reference to the drawings. 5-11 is a figure which shows typically the manufacturing process of the piezoelectric vibrating
図5に示すように、ATカット水晶振動板101の表裏主面(XZ´平面に平行な面)に耐蝕膜30を形成する。耐蝕膜30は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などにより、クロムおよび金をこの順で積層した後、該クロムおよび金をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフー技術およびエッチング技術によって行われる。耐蝕膜30は、ATカット水晶基板101を加工する際に、エッチング液となるフッ酸を含む溶液に対して耐蝕性を有する。
As shown in FIG. 5, a corrosion-
図6に示すように、ポジ型のフォトレジスト膜を塗布した後、該フォトレジスト膜を露光および現像して、所定の形状を有するレジスト膜40を形成する。レジスト膜40は、耐蝕膜30の一部を覆うように形成される。
As shown in FIG. 6, after applying a positive photoresist film, the photoresist film is exposed and developed to form a resist
図7に示すように、マスクMを用いて、再度レジスト膜40の周辺部分を露光して、感光部42を形成する。すなわち、マスクMを、Y´軸方向から見て、レジスト膜40の外縁の内側に配置して露光を行う。
As shown in FIG. 7, using the mask M, the peripheral portion of the resist
図8に示すように、耐蝕膜30をマスクとして、ATカット水晶基板101をエッチングする。エッチングは、例えば、フッ化水素酸(フッ酸)とフッ化アンモニウムとの混合液をエッチング液として行われる。これにより、圧電基板10の外形(Y´軸方向から見たときの形状)が形成される。
As shown in FIG. 8, the AT cut
図9に示すように、レジスト膜40をマスクとして、所定のエッチング液で耐蝕膜30エッチングした後、さらに、上述の混合液をエッチング液として、ATカット水晶基板101を所定の深さまでハーフエッチングする。これにより、励振部14の外形が形成される。
As shown in FIG. 9, after etching the
図10に示すように、レジスト膜40の感光部42を現像して除去する。これにより、耐蝕膜30の一部が露出する。なお、感光部42を現像する前に、例えば、真空または減圧雰囲気下で放電により作られた酸素プラズマによって、レジスト膜40の表面に形成された変質層(図示せず)をアッシングする。これにより、確実に感光部42を現像して除去することができる。
As shown in FIG. 10, the
図11に示すように、レジスト膜40をマスクとして、所定のエッチング液で耐蝕膜30をエッチングした後、さらに、上述の混合液をエッチング液として、ATカット水晶基板101を所定の深さまでハーフエッチングする。
As shown in FIG. 11, after etching the corrosion-
以上の工程により、周辺部12と、2段型メサ構造の励振部14と、を有する圧電基板10を形成することができる。
Through the above steps, the
図1〜図3に示すように、レジスト膜40および耐蝕膜30を除去した後、圧電基板10に、励振電極20、引出電極22、およびパッド24を形成する。励振電極20、引出電極22、およびパッド24は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などにより、クロムおよび金をこの順で積層した後、該クロムおよび金をパターニングすることによって形成される。
As shown in FIGS. 1 to 3, after removing the resist
以上の工程により、本実施形態に係る圧電振動片100を製造することができる。
Through the above steps, the piezoelectric vibrating
圧電振動片100の製造方法によれば、励振部14の外形を形成するために用いたレジスト膜40を、現像して感光部42を除去した後、再度レジスト膜40を用いて、ATカット水晶基板101をエッチングして励振部14を形成することができる。そのため、精度よく、2段型メサ構造の励振部14を形成することができる。例えば、励振部14を形成するために、2回レジスト膜を塗布する場合(例えば、第1レジスト膜を用いて1段目のメサを形成した後、第1レジスト膜を剥離し新たに第2レジスト膜を塗布して2段目のメサを形成する場合)は、第1レジスト膜と第2レジスト膜との間で合わせずれが生じ、励振部を精度よく形成できないことがある。圧電振動片100の製造方法では、このような問題を解決することができる。
According to the method of manufacturing the piezoelectric vibrating
3. 圧電振動片の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る圧電振動片について、図面を参照しながら説明する。図12は、本実施形態の変形例に係る圧電振動片200を模式的に示す平面図である。図13および図14は、本実施形態の変形例に係る圧電振動片200を模式的に示す断面図である。なお、図13は、図12のXIII−XIII線断面図であり、図14は、図12のXIV−XIV線断面図である。以下、本実施形態の変形例に係る圧電振動片200において、本実施形態に係る圧電振動片100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
3. Next, a piezoelectric vibrating piece according to a modified example of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a plan view schematically showing a piezoelectric vibrating
圧電振動片100の例では、図1〜図3に示すように、厚みの異なる第1部分15および第2部分16を有する、2段型のメサ構造について説明した。
In the example of the piezoelectric vibrating
これに対して、圧電振動片200では、図12〜図14に示すように、3段型のメサ構造を有する。すなわち、圧電振動片200の励振部14は、第1部分15および第2部分16に加え、第2部分16より厚みの小さい第3部分17を有する。第3部分17は、図12に示すように、第2部分16の周辺に形成されている。
On the other hand, the piezoelectric vibrating
圧電振動片200は、圧電振動片100の製造方法を適用して製造することができる。すなわち、図10に示すように感光部42を現像して除去した後、再度、レジスト膜40を露光して所定形状の第2感光部(図示せず)を形成する。次に、第2感光部を有するレジスト膜40をマスクとして、耐蝕膜30およびATカット水晶基板101をエッチングする。次に、例えばアッシングを行ってレジスト膜40の変質層を除去した後、第2感光部を現像して除去する。次に、第2感光部が除去されたレジスト膜40をマスクとして、耐蝕膜30およびATカット水晶基板101をエッチングする。以上の工程により、3段型のメサ構造を有する圧電振動片200を製造することができる。
The piezoelectric vibrating
圧電振動片200によれば、2段型のメサ構造を有する圧電振動片100に比べて、より強いエネルギー閉じ込め効果を有することができる。
According to the piezoelectric vibrating
なお、上述の例では、3段型のメサ構造を有する圧電振動片200について説明したが、本願に係る発明では、多段型のメサ構造であれば、メサ構造の段数(段差の数)は特に限定されない。
In the above example, the piezoelectric vibrating
4. 圧電振動子
次に、本実施形態に係る圧電振動子について、図面を参照しながら説明する。図15は、本実施形態に係る圧電振動子300を模式的に示す断面図である。
4). Next, the piezoelectric vibrator according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing the
圧電振動子300は、図15に示すように、本発明に係る圧電振動片(図示の例では圧電振動片100)と、パッケージ50と、を含む。
As shown in FIG. 15, the
パッケージ50は、キャビティー52内に圧電振動片100を収容することができる。パッケージ50の材質としては、例えば、セラミック、ガラスが挙げられる。キャビティー52は、圧電振動片100が動作するための空間となる。キャビティー52は、密閉され、減圧空間や不活性ガス雰囲気に設置されることができる。
The
圧電振動片100は、パッケージ50のキャビティー52内に収容されている。図示の例では、圧電振動片100は、導電性接着剤60を介して、片持ち梁状にキャビティー52内に固定されている。導電性接着剤60としては、例えば、半田、銀ペーストを用いることができる。
The piezoelectric vibrating
なお、図示はしないが、パッケージ50には、圧電振動片100を制御するためICチップが収容されていてもよい。ICチップは、導電性接着剤60を介して、パッド24と電気的に接続されていてもよい。
Although not shown, the
圧電振動子300によれば、本発明に係る圧電振動片を有するので、CI値の低減を図ることができる。
Since the
5. 実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によってなんら限定されるものではない。
5. Experimental Example An experimental example is shown below to describe the present invention more specifically. The present invention is not limited by the following experimental examples.
5.1. 圧電振動片の構成
実験例には、図1〜図3に示す2段型のメサ構造を有する圧電振動片100を用いた。具体的には、フッ酸を含む溶液によるウェットエッチングによりATカット水晶板を加工し、周辺部12および励振部14を有する圧電基板10を形成した。圧電基板10は、対称の中心となる点(図示せず)に関して点対称に形成した。励振部14の第1部分15の厚みtを0.065mmとし、振動周波数を24MHzに設定した。また、圧電基板10の長辺の寸法Xを1.1mm(すなわち、X辺比X/tを17)とし、励振部12の短辺の寸法Mzを0.43mmとした。そして、圧電基板12の短辺の寸法Zを0.46mm、0.5mm、0.54mm、0.59mm、0.65mm、0.72mm、0.81mm、0.92mmと振って、CI値(室温)を測定した。測定は、圧電振動片をパッケージに収容して行った。
5.1. Configuration of Piezoelectric Vibrating Piece In the experimental example, the piezoelectric vibrating
5.2. CI値の測定結果
図16は、Mz/ZとCI値との関係を示したグラフである。図16より、Mz/Zが0.6以上0.8以下の範囲では、CI値は60Ω程度と低いことがわかった。このときのZは0.54mm以上0.72mm以下であり、Z辺比(Z/t)は8以上11以下となる。以上より、Z辺比(Z/t)の範囲を8≦Z/t≦11とし、かつ、Mz/Zの範囲を0.6≦M1z/Z≦0.8とすることにより(すなわち、上記式(1)を満たすことにより)、CI値の低減を図れることがわかった。これは、式(1)を満たすようにZ/tおよびMz/Zを設計することにより、Z´軸方向における厚みすべり振動と輪郭振動等の不要モードとの結合を抑制できたためであると推察される。
5.2. Results of CI Value Measurement FIG. 16 is a graph showing the relationship between Mz / Z and CI value. From FIG. 16, it was found that the CI value was as low as about 60Ω when Mz / Z was in the range of 0.6 to 0.8. At this time, Z is 0.54 mm or more and 0.72 mm or less, and the Z side ratio (Z / t) is 8 or more and 11 or less. From the above, by setting the range of the Z side ratio (Z / t) to 8 ≦ Z / t ≦ 11 and the range of Mz / Z to 0.6 ≦ M1z / Z ≦ 0.8 (that is, the above) It was found that the CI value can be reduced by satisfying equation (1). It is inferred that this is because the coupling between the thickness shear vibration in the Z′-axis direction and unnecessary modes such as contour vibration can be suppressed by designing Z / t and Mz / Z so as to satisfy Expression (1). Is done.
なお、Mzを0.4mmとしZを0.65mmとした(すなわちMz/Z=0.6)圧電振動片、およびMzを0.48mmとしZを0.6mmとした(すなわちMz/Z=0.8)圧電振動片についてもCI値を測定したところ、ともに60Ω程度であった。このことから、Mz=0.43mmの場合に限定されることなく、上記式(1)を満たす限り、CI値の低減を図ることができるといえる。 A piezoelectric vibrating piece having Mz of 0.4 mm and Z of 0.65 mm (that is, Mz / Z = 0.6), and Mz of 0.48 mm and Z of 0.6 mm (that is, Mz / Z = 0) .8) The CI value of the piezoelectric vibrating piece was measured and found to be about 60Ω. From this, it can be said that the CI value can be reduced as long as the above formula (1) is satisfied without being limited to the case of Mz = 0.43 mm.
また、輪郭振動等の不要モードの影響は、圧電基板10の外縁から励振部14までの距離に主に起因するものと想定される。したがって、式(1)を満たせば、例えば、第2部分16の外縁から第1部分15までの距離等によらず、Z´軸方向における厚みすべり振動と輪郭振動等の不要モードとの結合を抑制できると推察される。
Further, it is assumed that the influence of unnecessary modes such as contour vibration is mainly caused by the distance from the outer edge of the
以上の実験例は、図1〜図3に示した2段型のメサ構造を有する圧電振動片について行ったが、本実験結果は、例えば図12〜14に示したような多段型のメサ構造を有する圧電振動片にも適用することができる。 Although the above experimental example was performed on the piezoelectric vibrating piece having the two-stage mesa structure shown in FIGS. 1 to 3, the result of this experiment is, for example, a multi-stage mesa structure as shown in FIGS. The present invention can also be applied to a piezoelectric vibrating piece having
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. For example, the present invention includes substantially the same configuration (for example, a configuration having the same function, method, and result, or a configuration having the same purpose and effect) as the configuration described in the embodiment. In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. In addition, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
10 圧電基板、12 周辺部、14 励振部、15 第1部分、16 第2部分、
17 第3部分、20 励振電極、22 引出電極、24 パッド、30 耐蝕膜、
40 レジスト膜、42 感光部、50 パッケージ、52 キャビティー、
60 導電性接着剤、100 圧電振動片、101 ATカット水晶基板、
200 圧電振動片、300 圧電振動子
10 piezoelectric substrate, 12 peripheral portion, 14 excitation portion, 15 first portion, 16 second portion,
17 Third part, 20 Excitation electrode, 22 Extraction electrode, 24 Pad, 30 Corrosion resistant film,
40 resist film, 42 photosensitive area, 50 package, 52 cavity,
60 conductive adhesive, 100 piezoelectric vibrating piece, 101 AT cut quartz substrate,
200 Piezoelectric vibrator, 300 Piezoelectric vibrator
Claims (4)
前記圧電基板の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極と、
を含み、
前記圧電基板は、
前記X軸に平行な方向を長辺とし、前記Z´軸に平行な方向を短辺とする矩形の励振部と、
前記励振部より小さい厚みを有し、前記励振部の周辺に形成された周辺部と、
を有し、
前記励振部は、
第1部分と、
前記第1部分より小さい厚みを有し、前記第1部分の周辺に形成された第2部分と、
を有し、
前記圧電基板の前記Z´軸に平行な方向の寸法をZとし、前記励振部の短辺の寸法をMzとし、前記第1部分の厚みをtとすると、
8≦Z/t≦11、かつ、0.6≦Mz/Z≦0.8の関係を満たす、圧電振動片。 Centering on the X axis of an orthogonal coordinate system consisting of an X axis as an electric axis, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis, which are crystal axes of quartz, the Z axis is the Y axis. The axis tilted in the −Y direction is the Z ′ axis, the Y axis is tilted in the + Z direction of the Z axis as the Y ′ axis, and is configured by planes parallel to the X axis and the Z ′ axis. A piezoelectric substrate having a thickness in the direction parallel to the Y ′ axis, and a thickness direction in the direction parallel to the Y ′ axis;
An excitation electrode disposed so as to face the vibration regions of both main surfaces of the piezoelectric substrate on the front and back sides;
Including
The piezoelectric substrate is
A rectangular excitation section having a long side in the direction parallel to the X axis and a short side in the direction parallel to the Z ′ axis;
A peripheral portion having a thickness smaller than the excitation portion, and formed around the excitation portion;
Have
The excitation unit is
A first part;
A second portion having a smaller thickness than the first portion and formed around the first portion;
Have
When the dimension in the direction parallel to the Z ′ axis of the piezoelectric substrate is Z, the dimension of the short side of the excitation part is Mz, and the thickness of the first part is t,
A piezoelectric vibrating piece satisfying a relationship of 8 ≦ Z / t ≦ 11 and 0.6 ≦ Mz / Z ≦ 0.8.
前記圧電基板の前記X軸に平行な方向の寸法をXとすると、
X/t≦17の関係を満たす、圧電振動片。 In claim 1,
If the dimension of the piezoelectric substrate in the direction parallel to the X axis is X,
A piezoelectric vibrating piece that satisfies a relationship of X / t ≦ 17.
前記励振部は、前記第2部分より小さい厚みを有し、前記第2部分の周辺に形成された第3部分を、さらに有する、圧電振動片。 In claim 1 or 2,
The piezoelectric vibration piece, wherein the excitation unit further includes a third portion having a thickness smaller than that of the second portion and formed around the second portion.
前記圧電振動片が収容されたパッケージと、
を含む、圧電振動子。 The piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 3,
A package containing the piezoelectric vibrating piece;
Including a piezoelectric vibrator.
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