JP4645991B2 - Quartz device, tuning fork type crystal vibrating piece, and method for manufacturing tuning fork type quartz vibrating piece - Google Patents
Quartz device, tuning fork type crystal vibrating piece, and method for manufacturing tuning fork type quartz vibrating piece Download PDFInfo
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Description
本発明は、水晶デバイスと音叉型水晶振動片ならびに音叉型水晶振動片の製造方法に関する。 The present invention relates to a crystal device, a tuning fork type crystal vibrating piece, and a method for manufacturing a tuning fork type crystal vibrating piece .
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスが広く使用されている。
図１９ないし図２１は、このような水晶デバイスに利用される水晶振動片の形成工程を示す概略工程図である。
Quartz that contains a crystal resonator element in a small information device such as a hard disk drive (HDD), mobile computer, or IC card, or mobile communication device such as a mobile phone, a car phone, or a paging system Crystal devices such as vibrators and crystal oscillators are widely used.
FIG. 19 to FIG. 21 are schematic process diagrams showing a process of forming a quartz crystal vibrating piece used in such a quartz crystal device.
図１９ないし図２１の各図は、左側に、概略斜視図を、右側に左側の図のＡ−Ａ線で切断した切断端面だけを示す切断端面図を配置して示している。
図１９（ａ）において、水晶のウエハから、例えば、ひとつの振動片を形成するための水晶片１を形成する。この場合、水晶片１は、矩形状の水晶片を形成した場合を示している。
Each of FIGS. 19 to 21 shows a schematic perspective view on the left side and a cut end view showing only a cut end surface cut along the line AA in the left side diagram on the right side.
In FIG. 19A, a
図１９（ｂ）において、水晶片１の表面全体には、金属蒸着や、スパッタリングの手法により、例えば、下地層としてのニッケル膜の上に、金を被覆した電極膜２が形成される。
この電極膜２は、水晶振動片を適切に駆動するために、駆動電圧を印加した際、水晶振動片を適切に振動させるような電界を生じる形状に分離させる必要がある。
In FIG. 19B, the
In order to appropriately drive the crystal vibrating piece, the
そこで、フォトエッチングにより、水晶振動片の駆動に適した電極形態を形成する。つまり、図１９（ｃ）に示すように、電極膜２を設けた水晶片１の表面全体にレジスト３を塗布する。
次に、図２０（ｄ）に示すように、形成すべき電極形態に対応して、部分４ａ，４ｂ，４ｃのように区分されたマスク部材を配置し、矢印で示すように、上面及び下面から光を照射して、マスク部材から露出したレジスト３ａ，３ａを感光させる。
次いで、図２０（ｅ）に示すように、感光したレジスト３ａ，３ａを除去する。これにより、レジスト３ａ，３ａを除去した部分には、電極膜２ａ，２ａが露出する。
Therefore, an electrode configuration suitable for driving the quartz crystal resonator element is formed by photoetching. That is, as shown in FIG. 19C, the
Next, as shown in FIG. 20 (d), mask members divided like
Next, as shown in FIG. 20E, the exposed
次に、図２０（ｆ）に示すように、露出した電極膜２ａ，２ａの部分をエッチングして、水晶材料１ａ，１ａを露出する。続いて、レジスト３，３，３を除去すると、図２１（ｇ）に示すように、水晶片１の上面と下面（図示せず）には、電極膜２が、部分２ａ，２ｂ，２ｃに分離された状態で形成される。
Next, as shown in FIG. 20F, the exposed portions of the
ところで、このような構造の水晶振動片５では、電極膜２の区分された部分２ａ，２ｂ，２ｃについて、正と負の異なる極に分けて利用しようとしても、水晶振動片５の電極膜２は、側面部では、部分２ｄ及び部分２ｅによって、上記した部分２ａ，２ｂ，２ｃが互いに接続されてしまう。
By the way, in the
つまり、上述のようなフォトエッチング工程では、水晶片１の側面部を露光することができないので、水晶片１の側面部に形成された電極膜２は、分離できないことから、さらに、次のような工程の工夫を必要とする。
That is, in the photoetching process as described above, since the side surface portion of the
例えば、図２２の第１の工程例では、水晶片１に対して、電極膜を形成する前に、水晶片１の側面部の電極膜を分離したい箇所に、マスク部材６，６，６を配置し、この状態で電極膜を形成する。これにより、予め側面部において、電極膜が形成されない部分を設け、図２１の水晶振動片５を形成した際に、電極膜２の部分２ａ，２ｂ，２ｃを互いに分離した形態とすることができる。
For example, in the first process example of FIG. 22, before forming the electrode film on the
また、図２３の第２の工程例では、側面部に突起もしくは凸部８，８，８を形成した水晶片７を用意している。
このような水晶片７を用いて、図１９ないし図２１と同じフォトエッチング工程により、電極膜を形成する。そして、最後に、各突起もしくは凸部８，８，８の折り取り線８ａ，８ｂ，８ｃに沿って、これらの突起もしくは凸部８，８，８を折り取ると、図２１の水晶振動片５を形成した際に、電極膜２の部分２ａ，２ｂ，２ｃを互いに分離した形態とすることができる。
In the second process example of FIG. 23, a
Using such a
ところが、図２２の第１の工程例によると、電極膜２の形成前に、各マスク部材６，６，６を配置しなければならないため、工程が煩雑になると共に、電極の分離箇所毎に、個別のマスク部材を配置するために、微細な形態の電極膜を形成しようとする場合には、不向きできある。
However, according to the first process example of FIG. 22, the
また、図２３の第２の工程例によると、各突起もしくは凸部８，８，８の折り取り線８ａ，８ｂ，８ｃに沿って、これらの突起もしくは凸部８，８，８を折り取る作業が増えて、煩雑であると共に、折り取り面が不揃いとなることから、水晶振動片の特性に悪影響を与えるおそれがある。
Further, according to the second process example of FIG. 23, along the
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、製造工程を煩雑にすることなく、また、水晶振動片の特性に影響を与えずに、微細な形態の電極を形成することができる水晶デバイスと音叉型水晶振動片ならびに音叉型水晶振動片の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can form a fine-shaped electrode without complicating the manufacturing process and without affecting the characteristics of the quartz crystal vibrating piece. It is an object of the present invention to provide a crystal device, a tuning fork type crystal vibrating piece, and a method for manufacturing a tuning fork type crystal vibrating piece .
本願発明は、パッケージ内に枠体付きの音叉型水晶振動片を収容した水晶デバイスであって、前記音叉型水晶振動片は、前記枠体と、該枠体の内側に形成されている基部と、該基部を介して互いに接続された第１、第２の振動腕と、前記第１の振動腕の側面および前記第２の振動腕の表面に形成された第１の励振電極と、前記第１の振動腕の表面および前記第２の振動腕の側面に形成された第２の励振電極と、前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面とを有し、前記第１、第２の振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体で形成されており、前記傾斜面に前記第１の励振電極と前記第２の励振電極とを分離する電極分離領域が形成され,前記第１の励振電極から引き出され、かつ、前記枠体の第１の辺に引き出された第１の引出し電極と、前記第２の励振電極から引き出され、かつ、前記枠体の第２の辺に引き出された第２の引出し電極とを有することを特徴とする。 The invention of the present application is a crystal device in which a tuning fork type crystal vibrating piece with a frame is accommodated in a package, the tuning fork type crystal vibrating piece including the frame and a base formed inside the frame. The first and second vibrating arms connected to each other via the base , the first excitation electrode formed on the side surface of the first vibrating arm and the surface of the second vibrating arm, and the first A second excitation electrode formed on a surface of the first vibrating arm and a side surface of the second vibrating arm; a notch window portion formed on at least one surface of the frame and the base; and the notch An inclined surface inclined in the thickness direction from the base end portion of the window portion toward the open end, and the first and second vibrating arms, the base portion, and the frame body are integrally formed. An electrode separation region for separating the first excitation electrode and the second excitation electrode is formed on the inclined surface. Is withdrawn from the first excitation electrode and a first lead electrode drawn to the first side of the frame, it is drawn from the second excitation electrode, and the second of said frame And a second extraction electrode drawn to the two sides .
好ましくは、前記音叉型水晶振動片の側面の延びる方向をＴＤＲとし、このＴＤＲが、前記音叉型水晶振動片の電気軸（＋Ｘ軸）と一致する領域において、前記切欠き窓部が形成されていることを特徴とする。Preferably, a direction in which a side surface of the tuning fork type crystal vibrating piece extends is defined as TDR, and the notch window portion is formed in a region where the TDR coincides with an electric axis (+ X axis) of the tuning fork type crystal vibrating piece. It is characterized by being.
好ましくは、前記音叉型水晶振動片の側面の延びる方向をＴＤＲとし、前記音叉型水晶振動片の前記切欠き窓部が形成される領域の厚みをｔとし、前記ＴＤＲが前記音叉型水晶振動片の反時計回り方向最寄りの電気軸（＋Ｘ軸）となす角度をθとし、前記傾斜面が設けられる領域の奥行きをＤ１とした場合、次の関係式Preferably, the direction in which the side surface of the tuning fork type quartz vibrating piece extends is TDR, the thickness of the region where the notch window portion of the tuning fork type quartz vibrating piece is formed is t, and the TDR is the tuning fork type quartz vibrating piece. When the angle formed with the nearest electric axis (+ X axis) in the counterclockwise direction is θ and the depth of the region where the inclined surface is provided is D1, the following relational expression
Ｄ１・ｃｏｓθ＞ｔ／√３ D1 · cos θ> t / √3
を満たすことを特徴とする。 It is characterized by satisfying.
本願発明は、枠体と、該枠体の内側に形成されている基部と、該基部から延びる第１、第２の振動腕と、前記第１の振動腕の側面および前記第２の振動腕の表面に形成された第１の励振電極と、前記第１の振動腕の表面および前記第２の振動腕の側面に形成された第２の励振電極と、前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面と、を有する枠体付きの音叉型水晶振動片の製造方法であって、前記振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体でなるように、枠体付きの音叉型振動片の外形をエッチングにより得る外形形成工程と、次に、前記音叉型水晶振動片の表面および側面部に、前記第１および第２の励振電極を形成する電極形成工程と、を有し、前記外形形成工程は、前記枠体付きの音叉型水晶振動片の表面および裏面から、それぞれマスク部材を配置して、挟むようにしてエッチングする工程であって、前記各マスク部材のうち、一方のマスク部材の側縁には切欠き窓部が設けられ、前記枠体付きの音叉型水晶振動片は、前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって下降する、厚さ方向に傾斜した傾斜面が形成されることを特徴とする。The present invention includes a frame, a base formed inside the frame, first and second vibrating arms extending from the base, side surfaces of the first vibrating arm, and the second vibrating arm. At least one of the first excitation electrode formed on the surface, the second excitation electrode formed on the surface of the first vibrating arm and the side surface of the second vibrating arm, the frame and the base A tuning-fork type crystal vibrating piece with a frame having a notch window portion formed on the surface of the notch window and an inclined surface inclined in the thickness direction from the base end portion to the open end of the notch window portion. An outer shape forming step of obtaining an outer shape of a tuning fork type vibrating piece with a frame by etching so that the vibrating arm, the base, and the frame are integrated, and then the tuning fork. Formation of the first and second excitation electrodes on the surface and side surface of the quartz crystal resonator element And the outer shape forming step is a step of etching by arranging a mask member from the front surface and the back surface of the tuning-fork type crystal vibrating piece with a frame and sandwiching each mask member. Of these, a notch window portion is provided on the side edge of one of the mask members, and the tuning fork type crystal vibrating piece with the frame body descends from the base end portion of the notch window portion toward the open end, An inclined surface inclined in the thickness direction is formed.
好ましくは、前記マスク部材は、スパッタリングにより形成された膜をフォトエッチングすることにより形成されることを特徴とする。Preferably, the mask member is formed by photoetching a film formed by sputtering.
好ましくは、前記マスク部材の側面部が延びる方向をＭＤＲとし、前記音叉型水晶振動片の電気軸（＋Ｘ軸）に沿った領域に前記切欠き窓部が配置されることを特徴とする。Preferably, the direction in which the side surface portion of the mask member extends is MDR, and the notch window portion is arranged in a region along the electric axis (+ X axis) of the tuning fork type crystal vibrating piece.
好ましくは、前記マスク部材の側面部が延びる方向をＭＤＲとし、前記水晶片の前記側面部における厚みをｔとし、前記ＭＤＲが前記水晶片の反時計回り方向最寄りの電気軸（＋Ｘ軸）となす角度をθとし、前記切欠き窓部の奥行きをＤ２とした場合、次の関係式Preferably, the direction in which the side surface portion of the mask member extends is MDR, the thickness of the side surface portion of the crystal piece is t, and the MDR is the closest electrical axis (+ X axis) in the counterclockwise direction of the crystal piece. When the angle is θ and the depth of the notch window is D2, the following relational expression
Ｄ２・ｃｏｓθ＞ｔ／√３ D2 · cos θ> t / √3
を満たすことを特徴とする。 It is characterized by satisfying.
以上述べたように、本発明によれば、製造工程を煩雑にすることなく、また、水晶振動片の特性に影響を与えずに、微細な形態の電極を形成することができる水晶デバイスと、その製造方法、および水晶デバイスを利用した携帯電話装置ならびに電子機器を提供することができる。 As described above, according to the present invention, a quartz crystal device capable of forming a fine-shaped electrode without complicating the manufacturing process and without affecting the characteristics of the quartz crystal vibrating piece, A manufacturing method thereof, and a mobile phone device and an electronic apparatus using a crystal device can be provided.
図１ないし図３は、本発明の水晶デバイスの実施の形態を示しており、図１はその平面図であり、ケースの一部を透明にして、内部の様子を示した図、図２は図１のＢ−Ｂ線概略断面図、図３は、図１の水晶デバイスの概略斜視図である。
これらの図において、水晶デバイス３０は、水晶振動子を構成した例を示している。この水晶デバイス３０は、上ケース３１と、下ケース３５と、この上ケース３１と下ケース３５により挟まれた水晶振動片４０を有している。
1 to 3 show an embodiment of a quartz crystal device according to the present invention. FIG. 1 is a plan view of the crystal device, a part of the case is made transparent to show the inside, and FIG. 1 is a schematic cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic perspective view of the crystal device of FIG.
In these drawings, the
上ケース３１と下ケース３５は、水晶振動片４０を収容するためのパッケージを構成する。上ケース３１と下ケース３５と水晶振動片４０とは、それぞれ外形の大きさが同じ大きさである。また、上ケース３１と下ケース３５は、それぞれ板状体である。
これら上ケース３１と下ケース３５は、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等の圧電材料を焼結して形成した平板状の形態である。
そして、これら上ケース３１と下ケース３５は、図１ないし図３に示すように、これらの間に水晶振動片４０を挟み、これらの間に後述する封止材を適用することでできる隙間を利用して、水晶振動片４０を収容するための内部空間Ｓを形成するようになっている。
The
The
As shown in FIGS. 1 to 3, the
水晶振動片４０は、後述する工程によって、形成されている。上ケース３１及び下ケース３５を形成するための材料としては、水晶と熱による線膨張係数が近いものが、好ましい。
本実施形態では、水晶振動片４０は、例えば、一枚の個片（後述）の大きさにした水晶薄板をエッチングして、図３に示すような枠体４５と、この枠体４５に囲まれた水晶片本体４８とを有している。
The quartz
In this embodiment, the
この水晶片本体４８は、矩形状の枠体４５の内側で、この枠体４５のひとつの短辺と、くびれ部４２で一体に接続された基部４１と、この基部４１から、図１において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕４３，４４を備えており、全体が音叉のような形状とされている。すなわち、水晶振動片４０は、枠付きの音叉型水晶振動片である。
The crystal piece
また、水晶片本体４８には、後述する工程によって、駆動電圧を印加するための第１の励振電極４６と第２の励振電極４７が形成されている。この第１の励振電極４６と第２の励振電極４７は、電気的に分離できるように、互いに短絡することなく形成されている。そして、図３に示されているように、水晶振動片４０の枠体４５の一方の短辺の上面には、第１の励振電極４６と接続された第１の引出し電極４６ａが、枠体４５の他方の短辺の上面には、第２の励振電極４７と接続された第２の引出し電極４７ａが設けられている。これらの電極は、後述する工程において、例えば、クロムスパッタ膜上に金スパッタ膜等を施した金属膜で形成される。
そして、第１の励振電極４６と第２の励振電極４７との電気的分離を確実にするために、水晶振動片４０の側面部には、傾斜面６１や６２が形成されている。この傾斜面については、後で詳しく説明する。
Further, the crystal piece
In order to ensure electrical separation between the
このような構成において、図３に示されているように、下ケース３５には、水晶振動片４０が重ねられ、水晶振動片４０の上には、上ケース３１が重ねられて、これらが真空中で固定されることにより封止される。
この場合、図２に示されているように、下ケース３５と水晶振動片４０との間には、封止材５１が適用される。
また、水晶振動片４０の上面の第１の引出し電極４６ａと、第２の引出し電極４７ａの上には、それぞれ封止材５２が適用される。水晶振動片４０の上に、電極端子５３，５３を形成した上ケース３１が重ねられ、真空中で固定される。 さらに、上ケース３１の長手方向の両端部には、導電性の金属材料、例えば、ニッケルとクロム及び金等をスパッタリング等により成膜して、電極端子５３，５３をそれぞれ形成し、電極端子５３，５３は、それぞれ、水晶振動片４０の上記した第１の引出し電極４６ａと、第２の引出し電極４７ａの各外側端面と電気的に接続されている。
In such a configuration, as shown in FIG. 3, the
In this case, as shown in FIG. 2, a sealing
Further, the sealing
なお、図３には、この電極端子５３，５３と封止材５１，５２は、図示を省略している。
この封止材５１，５２としては、低融点ガラス等の絶縁性の封止材を使用することができる。
また、図４は、理解の便宜のため、水晶振動片４０を図３とは異なる向きにして示す概略斜視図である。
In FIG. 3, the
As these sealing
FIG. 4 is a schematic perspective view showing the quartz
本実施形態の水晶デバイス３０は、以上のように構成されており、次に、水晶デバイス３０に利用される水晶振動片４０の形成方法の特徴を説明する。
図５（ａ）と図５（ｂ）は、水晶振動片４０を形成するのに利用される水晶材料をそれぞれ異なる角度から見た概略斜視図であり、水晶材料を個々の水晶振動片４０と同じ大きさと形状にしたもので、水晶振動片４０の個片７１と呼ぶ。個片７１は、水晶振動片４０の電極膜を形成する前のものである。
The
FIG. 5A and FIG. 5B are schematic perspective views of the quartz crystal material used to form the quartz
図５において、個片７１は、図１ないし図３で説明した形状に加工されており、既に説明した箇所には、図１ないし図３と同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、図示のＸ方向は水晶の電気軸、Ｙ方向は水晶の機械軸、Ｚ方向は水晶の光軸（成長軸）を示している。
個片７１の厚みが露出した箇所である側面部には傾斜面が設けられている。このような傾斜面を設けるべき個片７１の側面部としては、枠体４５の外周を除く全ての側面部が対象となり、上述した第１の励振電極４６と第２の励振電極４７とを分離することが必要とされる領域が選定される。図５の場合には、例えば、枠体４５の内側で、水晶片本体と対向する面である側面部７３に傾斜面６１が形成されており、また、振動腕４３と振動腕４４の間の側面部７２に、傾斜面６２が設けられている。
In FIG. 5, the
An inclined surface is provided on the side surface where the thickness of the
次に、図６を参照して、個片の一部である枠体４５の内側で、水晶片本体と対向する枠体の一面である側面部７３に傾斜面６１を形成する場合を例にして、個片７１の側面部に傾斜面を形成する方法を説明する。
例えば、水晶の薄板をエッチング加工して、個片７１の形状を形成する場合、個片７１の外形に対応した形状のマスク部材を用意する。このマスク部材は、加工対象である水晶材料の薄板（図６で符号７７にて示す）の厚み方向両側からそれぞれ図６（ａ）に示すように配置される第１のマスク部材８１と第２のマスク部材８２とを備えている。
Next, referring to FIG. 6, an example in which the
For example, when the shape of the
そして、図６（ａ）の第１のマスク部材８１と第２のマスク部材８２のうち、第１のマスク部材８１の側縁には、傾斜面を設けるべき個片７１の側面部７３に対応する位置に、切欠き窓部８３が設けられている。この切欠き窓部８３は、好ましくは、切欠きの開口端面８４から垂直に切りかかれた、矩形状の形態でなっている。
And among the
次いで、第１のマスク部材８１と第２のマスク部材８２を、図６（ｂ）に示すように、加工対象である水晶の薄板である水晶材料７７に密着させて配置し、水晶をエッチングするためのエッチング液、例えば、フッ酸溶液に浸漬する。また、ここで使用する第１のマスク部材８１と第２のマスク部材８２は、水晶材料７７上に形成した金（Ａｕ）スパッタ膜をフォトエッチングすることにより形成してもよい。
このエッチングの過程では、結晶の異方性により、傾斜面６１が現れる。したがって、図５のような個片７１の外形がエッチングにより形成されると、図６（ｃ）に示すように、側面部７３には図示するような傾斜面６１が形成される。
Next, as shown in FIG. 6B, the
In this etching process, the
続いて、図７ないし図９の工程により、個片７１に電極が形成されて、水晶振動片４０が形成されるが、その工程を個片７１の側面部７３の領域を参照しながら説明する。なお、図７ないし図９の各図は、左側に、概略斜視図を、右側に左側の図のＣ−Ｃ線で切断した切断端面だけを示す切断端面図を配置して示している。
図７（ａ）に示すように、個片７１の表面の全体に、金属蒸着や、スパッタリングの手法により、例えば、下地層としてのニッケル膜の上に、金を被覆した電極膜２１を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、電極膜２１を全面に被覆した個片７１の表面の全体に、さらに、フォトレジスト２２を塗布する。
Subsequently, an electrode is formed on the
As shown in FIG. 7A, the
次いで、図８（ｃ）に示すように、フォトレジスト２２を塗布した個片７１の上面に、マスク部材２３を配置する。マスク部材２３は、水晶振動片４０の電極形状に対応した形態であり、その形態の一部として切欠き窓部２３ａを備えている。この切欠き窓部２３ａは、傾斜面６１について、電極が形成されないように、マスク部材がこの部分を遮蔽しないように設けられている。このため、マスク部材２３の切欠き窓部２３ａは、図６で説明した第１のマスク部材８１の切欠き窓部８３と、少なくとも一致するか、切欠き窓部８３よりも大きく形成されている。
ここで、傾斜面６１が形成される箇所の電極は、図３で示した第２の引出し電極４７ａは、側面部の端面から離れた位置に形成されているので、本来、電極パターンどおりのマスク形態でよいが、電極が、側面部の端面にまで達している領域では、電極パターンとは別に、切欠き窓部を形成しなければならない。
また、図示を省略しているが、個片７１の下面には、切欠き窓部を備えないマスク部材が配置される。
この状態で図８（ｃ）の右側に矢印で示すように、光が照射されて露光がされることで、マスク部材２３から露出したフォトレジスト２２が感光される。特に、この場合、個片７１の傾斜面６１は、上方を向いた傾斜面であり、従来のように個片７１の側面部のこの領域は、垂直ではない。このため、傾斜面６１上のフォトレジスト２２も感光される。
Next, as shown in FIG. 8C, the
Here, in the electrode where the
Although not shown, a mask member not provided with a notch window portion is disposed on the lower surface of the
In this state, as shown by an arrow on the right side of FIG. 8C, the
続いて、図８（ｄ）に示すように、マスク部材を取り去り、感光したレジストを除去する。この際、上述したように、個片７１の傾斜面６１上のフォトレジストも感光されていたので、除去されている。この状態で、電極膜２１のエッチングを行う。
これにより、図９（ｅ）に示すように、少なくとも個片７１の傾斜面６１上で露出していた電極膜２１はエッチングにより除去される。
次いで、図９（ｆ）に示すように、フォトレジストを全て除去することにより、個片７１に電極形状を形成して、図１ないし図３で説明した水晶振動片４０が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 8D, the mask member is removed, and the exposed resist is removed. At this time, as described above, the photoresist on the
Thereby, as shown in FIG. 9E, at least the
Next, as shown in FIG. 9F, by removing all the photoresist, an electrode shape is formed on the
本実施形態は以上のように構成されており、水晶振動片４０の側面部には、この水晶振動片４０に形成される電極としての第１の励振電極４６と第２の励振電極４７に対応して、電気的に分離されるべき領域に、傾斜面６１等が形成されている。このため、水晶材料を個片７１の形態に加工して、図１ないし図３のような電極形状を形成するに際して、個片７１の表面の全面に電極膜２１を形成し、フォトリソグラフィを利用して、エッチングにより電極形状を形成する場合において、水晶振動片４０の側面部となる部分の傾斜面６１等とした箇所にも、露光の際の光を当てることができる。
The present embodiment is configured as described above, and the side surface portion of the
このため、例えば、傾斜面６１の表面のフォトレジストを、上述のように感光させて除去できることから、傾斜面６１の電極膜２１をエッチングで取り去ることが可能となる。これにより、電極の形成工程におけるエッチング作業において、電気的に分離されるべき領域に電極膜２１を残してしまうことがなく、電極の形状の形成と同時に、電気的に分離されるべき領域の電極膜２１を同時に除去できる。このため特別な工程を必要としないので、工程が煩雑になることがなく、また、当該領域に部分的なマスク部材等を配置する必要もないので、電極の形状を形成するのと同じ精度で、必要に応じて、微細な分離領域を形成することができる。
For this reason, for example, since the photoresist on the surface of the
図１０は、個片７１の平面図であり、この個片７１とその側面部７３、７４、７５、７６に、それぞれ、傾斜面６１、６３、６４、６５、６６、６７を形成する場合を示している。つまり、このような傾斜面を設けるべき個片７１の側面部は、上述した第１の励振電極４６と第２の励振電極４７とを分離することが必要とされる領域であるから、枠体４５の外周を除く全ての側面部が対象となる。したがって、図１０に示した箇所に限られるわけではない。
しかしながら、図１０の各側面部は、図示されている結晶軸方位に対する傾斜角度が相違することから、エッチング工程によって形成される傾斜面の形態が相違する。次に、この点について説明する。
FIG. 10 is a plan view of the
However, since each side surface portion of FIG. 10 has a different inclination angle with respect to the crystal axis orientation shown in the drawing, the shape of the inclined surface formed by the etching process is different. Next, this point will be described.
図１１は、図６で説明した個片７１の側面部７３の周辺形状をエッチングする工程の説明図である。
第１のマスク部材８１の切欠き窓部８３の奥部から開口部を見た場合に端面８４の左側方向をＭＤＲとし、個片７１を作るための水晶材料７７の水晶片側（内側）から水晶片端面を見た場合に、側面部７３の左側方向をＴＤＲとする。この場合、第１のマスク部材８１はその開口端面８４を水晶材料７７の側面部７３に沿わせるので、ＭＤＲとＴＤＲは平行である。
そして、ＴＤＲが反時計回りの方向で最寄りとなる水晶振動片の電気軸（＋Ｘ軸）とのなす角度をθとした場合に、このθは、ＭＤＲが反時計回りの方向で最寄りとなる水晶振動片の電気軸（＋Ｘ軸）とのなす角度と一致している。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a process of etching the peripheral shape of the
When the opening is viewed from the back of the
When θ is the angle between the TDR and the electrical axis (+ X axis) of the crystal resonator piece that is closest in the counterclockwise direction, θ is the crystal that is closest to the MDR in the counterclockwise direction. This coincides with the angle formed by the electric axis (+ X axis) of the resonator element.
ここで、図１０で説明したように、傾斜面を形成するべき個片７１の側面部が、側面部７３、７４、７５、７６のいずれかにより、上記θの値が変化する。
次に、この角度θを変化させて、傾斜面を形成する実験に基づいて、形成された傾斜面の形態の変化を説明する。
Here, as described with reference to FIG. 10, the value of θ changes depending on which of the
Next, a change in the form of the formed inclined surface will be described based on an experiment in which the inclined surface is formed by changing the angle θ.
図１２は、図１０で説明した傾斜面６１を拡大して示した部分拡大斜視図である。図において、傾斜面を形成するべき側面部７３の方向ＴＤＲと、水晶振動片の電気軸（＋Ｘ軸）とが一致しており、角度θはゼロである。この場合には、図示されているように、傾斜面が形成される領域６１ａの幅全体に、均一な傾斜となった傾斜面６１が形成される。
尚、図１０に示されているように、水晶は、Ｚ軸回りに、１２０度回転させた結晶構造が互いに同一で、Ｚ軸回りに、１２０度ずつの対称性をもつ。このため、図１０で説明した傾斜面６４と傾斜面６５も、傾斜面を形成するべき各側面部７５，７５の方向ＴＤＲが反時計回り方向に関して最寄りの電気軸（＋Ｘ軸）との角度が０度である。そしてこの場合に、傾斜面６４と傾斜面６５も、図１２に示す傾斜面６１と同じ形態で形成されることが確認された。
12 is a partially enlarged perspective view showing the
As shown in FIG. 10, the crystal has the same crystal structure rotated 120 degrees around the Z axis, and has symmetry of 120 degrees around the Z axis. For this reason, the
図１３は、図１０で説明した傾斜面６３を拡大して示した部分拡大斜視図である。図において、傾斜面を形成するべき側面部７４の方向ＴＤＲと反時計回りの方向に関して最寄りの電気軸（＋Ｘ軸）とがなす角度θは、３０度である。この場合には、図示されているように、傾斜面が形成される領域６３ａの幅方向に対してやや斜めとなった角度を有する傾斜面６３が形成される。
FIG. 13 is a partially enlarged perspective view showing the
図１４は、図１０で説明した傾斜面６６または６７を拡大して示した部分拡大斜視図である。図において、傾斜面を形成するべき側面部７６の方向ＴＤＲと反時計回りの方向に関して最寄りの電気軸（＋Ｘ軸）とがなす角度θは、６０度である。この場合には、図示されているように、傾斜面が形成される領域６６ａ内で、複数の角度の傾斜面が結合した形態の傾斜面６６または６７が形成される。この場合にも、領域６６ａ内においては、全体として、図において、上から下へかけて、外側に向かう傾斜面となっている。
FIG. 14 is a partially enlarged perspective view showing the
図１５は、図１０で示していない傾斜面の拡大図である。この場合、個片７１の傾斜面を形成すべき側面部を８５で示しており、側面部８５の方向ＴＤＲと反時計回りの方向に関して最寄りの電気軸（＋Ｘ軸）とがなす角度θは、１５度である。この例では、図示されているように、傾斜面が形成される領域８６ａの幅方向に対してやや斜めとなった角度を有する傾斜面８６が形成されている。
FIG. 15 is an enlarged view of an inclined surface not shown in FIG. In this case, the side surface portion on which the inclined surface of the
図１６も、図１０で示していない傾斜面の拡大図である。この場合、個片の傾斜面を形成すべき側面部を８８で示しており、側面部８８の方向ＴＤＲと反時計回りの方向に関して最寄りの電気軸（＋Ｘ軸）とがなす角度θは、４５度である。この例では、図示されているように、傾斜面が形成される領域８７ａ内で、複数の角度の傾斜面が結合した形態の傾斜面８７が形成される。この場合にも、領域８７ａ内においては、全体として、図において、上から下へかけて、外側に向かう傾斜面となっている。
このように、個片７１の傾斜面を形成すべき側面部の方向ＴＤＲと、水晶振動片の電気軸（＋Ｘ軸）とがなす角度θが、いずれの角度においても、その表面をエッチングできる傾斜面が形成されることが上記の結果から容易に考察できる。
FIG. 16 is also an enlarged view of an inclined surface not shown in FIG. In this case, the side surface portion on which the inclined surface of the piece is to be formed is indicated by 88, and the angle θ formed by the nearest electric axis (+ X axis) with respect to the direction TDR of the side surface portion 88 and the counterclockwise direction is 45. Degree. In this example, as shown in the drawing, an
Thus, the angle θ formed by the direction TDR of the side surface where the inclined surface of the
図１７は、第１のマスク部材８１の切欠き窓部８３の奥行きＤ２により、エッチング加工で形成される傾斜面Ｔの形態が変化する様子を示しており、切欠き窓部８３の奥行きＤ２は、傾斜面Ｔが形成される領域の奥行きＤ１と一致する。
FIG. 17 shows how the shape of the inclined surface T formed by the etching process changes depending on the depth D2 of the
図１７（ａ）では、切欠き窓部８３の奥行きＤ２が十分大きく、このため傾斜面Ｔが形成される領域の奥行きＤ１も大きい。この場合には、傾斜面Ｔは適切に形成される。
これに対して、図１７（ｂ）では、切欠き窓部８３の奥行きＤ２が小さく、このため傾斜面Ｔが形成される領域の奥行きＤ１は浅い。この場合には、傾斜面Ｔは適切に形成されないで、側面部に垂直な部分Ｔａを形成してしまう。この部分は、電極膜がエッチングされないことから、水晶振動片４０の電極を適切に分離できないおそれがある。
以上のことから、個片７１に形成される傾斜面Ｔの形態と性能は、ＴＤＲ及びＭＤＲと反時計回りの方向に関して最寄りの電気軸（＋Ｘ軸）との角度θと、側面部の厚みｔ、Ｄ１，Ｄ２の値により変化することがわかる。
In FIG. 17A, the depth D2 of the
On the other hand, in FIG. 17B, the depth D2 of the
From the above, the form and performance of the inclined surface T formed on the
そして、本発明者等の実験によれば、上述の各値が、
Ｄ２・ｃｏｓθ＞ｔ／√３・・・・・・（１）式
及び
Ｄ１・ｃｏｓθ＞ｔ／√３・・・・・・（２）式
の関係式を満たす場合に、水晶振動片４０の電極を、電気的に分離することができることが判明した。
なお、上述の実施形態では、水晶振動片４０が、水晶片本体４８と枠体４５で構成されている場合について説明しているが、これに限らず、水晶振動片が、この場合の水晶片本体に電極を形成してできていて、枠体を備えない構成とし、このような水晶振動片を、ケースもしくはパッケージに収容する構成としてもよい。
And according to the experiments by the present inventors, each of the above values is
D2 · cos θ> t / √3 (1) and
D1 · cos θ> t / √3 ················································ (2)
In the above-described embodiment, the case where the
図１８は、本発明の上述した実施形態に係る水晶デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるコントローラ３０１を備えている。
コントローラ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段３０３の制御を行うようになっている。このため、コントローラ３０１には、水晶デバイス３０が取り付けられて、その出力周波数をコントローラ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このコントローラ３０１に取付けられる水晶デバイス３０は、水晶デバイス３０等単体でなくても、水晶デバイス３０等と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
FIG. 18 is a diagram showing a schematic configuration of a digital mobile phone device as an example of an electronic apparatus using the crystal device according to the above-described embodiment of the present invention.
In the figure, a
In addition to modulation and demodulation of transmission / reception signals, the
コントローラ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、コントローラ３０１からの基本クロックの周波数が、環境温度により変化し変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
The
このように、制御部を備えた携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る水晶デバイス３０を利用することにより、比較的簡単な製造工程を用いて、水晶振動片の特性に影響を与えずに、微細な形態の電極を形成した水晶振動片を用いた性能のよい水晶デバイスが使用でき、正確なクロック信号を生成することができる。
Thus, by using the
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明が適用される水晶振動片は、上述した枠体を備えた音叉型の振動片に限らず、パッケージ内にマウントされる音叉型の振動片、あるいは、矩形や音叉型以外の異形の振動片等、表面に駆動用もしくは検出用の電極が形成される全ての水晶振動片に適用することができる。
さらに、また、この発明は、水晶振動片をケースまたはパッケージに収容するものであれば、ケースもしくはパッケージ内に、実施形態では説明しなかった集積回路その他の構成を含むものでも適用でき、水晶振動子、水晶発振器、水晶（圧電）ジャイロ等の名称にかかわらず、全ての水晶デバイスに適用することができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. Each configuration of each embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with other configurations not shown.
Further, the crystal vibrating piece to which the present invention is applied is not limited to the tuning fork type vibrating piece having the above-described frame body, but a tuning fork type vibrating piece mounted in a package, or an irregular shape other than a rectangular or tuning fork type. The present invention can be applied to all quartz crystal vibrating pieces having driving or detecting electrodes formed on the surface thereof.
Furthermore, the present invention can also be applied to a case in which the quartz crystal resonator element is accommodated in a case or a package, and the case or package including an integrated circuit or other configuration not described in the embodiment. It can be applied to all crystal devices regardless of names such as a child, a crystal oscillator, and a crystal (piezoelectric) gyro.
３０・・・水晶デバイス、３１・・・上ケース、３５・・・下ケース、４０・・・水晶振動片、４１・・・基部、４３，４４・・・振動腕、４６・・・第１の励振電極、４７・・・第２の励振電極、４８・・・水晶片本体、６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，８６，８７・・・傾斜面、７１・・・個片、７２，７３，７４，７５，７６，８５，８８・・・側面部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記音叉型水晶振動片は、
前記枠体と、
該枠体の内側に形成されている基部と、
該基部を介して互いに接続された第１、第２の振動腕と、
前記第１の振動腕の側面および前記第２の振動腕の表面に形成された第１の励振電極と、
前記第１の振動腕の表面および前記第２の振動腕の側面に形成された第２の励振電極と、
前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、
前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面と
を有し、
前記第１、第２の振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体で形成されており、
前記傾斜面に前記第１の励振電極と前記第２の励振電極とを分離する電極分離領域が形成され,
前記第１の励振電極から引き出され、かつ、前記枠体の第１の辺に引き出された第１の引出し電極と、前記第２の励振電極から引き出され、かつ、前記枠体の第２の辺に引き出された第２の引出し電極とを有することを特徴とする水晶デバイス。 A crystal device that accommodates a tuning fork type crystal resonator element with a frame in a package,
The tuning fork type crystal vibrating piece is:
The frame;
A base formed inside the frame;
First and second vibrating arms connected to each other via the base ;
A first excitation electrode formed on a side surface of the first vibrating arm and a surface of the second vibrating arm;
A second excitation electrode formed on a surface of the first vibrating arm and a side surface of the second vibrating arm;
A notch window formed on at least one surface of the frame and the base;
An inclined surface inclined in the thickness direction from the base end portion of the cutout window portion toward the open end,
The first and second vibrating arms, the base, and the frame are integrally formed,
An electrode separation region for separating the first excitation electrode and the second excitation electrode is formed on the inclined surface ,
A first extraction electrode drawn from the first excitation electrode and drawn to a first side of the frame; a second extraction electrode drawn from the second excitation electrode; and a second of the frame A crystal device comprising: a second extraction electrode drawn out to the side .
Ｄ１・ｃｏｓθ＞ｔ／√３
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の水晶デバイス。 The direction in which the side surface of the tuning-fork type quartz vibrating piece extends is TDR, the thickness of the region where the notch window portion of the tuning-fork type quartz vibrating piece is formed is t, and the TDR is the counterclockwise of the tuning-fork type quartz vibrating piece. When the angle formed with the electric axis (+ X axis) nearest to the rotation direction is θ and the depth of the region where the inclined surface is provided is D1, the following relational expression
D1 · cos θ> t / √3
The crystal device according to claim 1, wherein:
該枠体の内側に形成されている基部と、該基部から延びる第１、第２の振動腕と、前記第１の振動腕の側面および前記第２の振動腕の表面に形成された第１の励振電極と、前記第１の振動腕の表面および前記第２の振動腕の側面に形成された第２の励振電極と、前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面と、を有する枠体付きの音叉型水晶振動片の製造方法であって、
前記振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体でなるように、枠体付きの音叉型振動片の外形をエッチングにより得る外形形成工程と、
次に、前記音叉型水晶振動片の表面および側面部に、前記第１および第２の励振電極を形成する電極形成工程と、
を有し、
前記外形形成工程は、
前記枠体付きの音叉型水晶振動片の表面および裏面から、それぞれマスク部材を配置して、挟むようにしてエッチングする工程であって、前記各マスク部材のうち、一方のマスク部材の側縁には切欠き窓部が設けられ、前記枠体付きの音叉型水晶振動片は、前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって下降する、厚さ方向に傾斜した傾斜面が形成される
ことを特徴とする音叉型水晶振動片の製造方法。 A frame,
A base formed inside the frame, first and second vibrating arms extending from the base, and a first formed on a side surface of the first vibrating arm and a surface of the second vibrating arm. An excitation electrode, a second excitation electrode formed on the surface of the first vibrating arm and a side surface of the second vibrating arm, and a notch formed on at least one surface of the frame and the base A method for producing a tuning fork type crystal vibrating piece with a frame having a window part and an inclined surface inclined in the thickness direction from a base end part of the cutout window part toward an open end,
An outer shape forming step for obtaining an outer shape of a tuning-fork type vibrating piece with a frame by etching so that the vibrating arm, the base, and the frame are integrated,
Next, an electrode forming step of forming the first and second excitation electrodes on the surface and side surfaces of the tuning fork type quartz vibrating piece,
Have
The outer shape forming step includes
A mask member is disposed from each of the front and back surfaces of the tuning-fork type crystal vibrating piece with a frame and etched so as to be sandwiched between the mask members, and one of the mask members is cut at a side edge of one mask member. A notched window portion is provided, and the tuning fork type crystal vibrating piece with the frame body is formed with an inclined surface inclined in the thickness direction that descends from the base end portion of the notched window portion toward the open end. A method for producing a tuning-fork type crystal vibrating piece characterized by the above.
Ｄ２・ｃｏｓθ＞ｔ／√３
を満たすことを特徴とする、請求項４または５のいずれかに記載の音叉型水晶振動片の製造方法。 The direction in which the side surface portion of the mask member extends is MDR, the thickness at the side surface portion of the crystal piece is t, and the angle between the MDR and the nearest electric axis (+ X axis) in the counterclockwise direction of the crystal piece is θ. When the depth of the notch window portion is D2, the following relational expression
D2 · cos θ> t / √3
The method for manufacturing a tuning-fork type crystal vibrating piece according to claim 4, wherein:
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