JPH08228124A - Crystal oscillator - Google Patents
Crystal oscillatorInfo
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- JPH08228124A JPH08228124A JP3343095A JP3343095A JPH08228124A JP H08228124 A JPH08228124 A JP H08228124A JP 3343095 A JP3343095 A JP 3343095A JP 3343095 A JP3343095 A JP 3343095A JP H08228124 A JPH08228124 A JP H08228124A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は水晶振動子に関し、特に
枠型水晶振動子においてその動作モードが一定に維持さ
れる水晶振動子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystal unit, and more particularly, to a frame type crystal unit in which the operation mode is maintained constant.
【０００２】[0002]
【従来の技術】水晶の電歪効果を利用した水晶振動子
は、周波数計をはじめ多くの発振回路に使われている。
また、水晶振動子マイクロバランス(Quartz Crystal Mi
crobalance:QCM)を用いた微量な質量変化測定や表面音
響波(Surface Acoustic Wave:SAW)デバイスを用いた各
種のセンサーは近年多くの関心の的になっている。2. Description of the Related Art Crystal oscillators utilizing the electrostrictive effect of crystals are used in many oscillator circuits including frequency meters.
In addition, a quartz crystal microbalance (Quartz Crystal Mi
In recent years, various sensors using a surface acoustic wave (SAW) device and a small amount of mass change measurement using a crobalance (QCM) have been of great interest.
【０００３】特に、機械的品質係数が高くインピーダン
スが小さい水晶振動子の工業的利用範囲を拡張するため
に、水晶振動子の高周波化、小型化、高精度化、高安定
化が強く求められている。In particular, in order to extend the industrial application range of a crystal unit having a high mechanical quality factor and a small impedance, there is a strong demand for higher frequency, smaller size, higher accuracy, and higher stability of the crystal unit. There is.
【０００４】そこで、高精度な加工技術としてフォトリ
ソグラフィーを用いた小割技術が採用されるようになっ
た。これは、従来のブレードソーやワイヤーソーによる
結晶の機械的切断に代わって、任意の形状のマスクを用
いてフォトリソ加工し、不要の結晶部分をウェットエッ
チングにて溶解除去する方法である。Therefore, as a highly accurate processing technique, a small splitting technique using photolithography has been adopted. This is a method of performing photolithography using a mask having an arbitrary shape and dissolving and removing unnecessary crystal parts by wet etching, instead of the conventional mechanical cutting of crystals by a blade saw or a wire saw.
【０００５】特に、従来の機械加工方法では、取り扱い
の関係で水晶の薄板化には限界があるが、水晶振動子の
振動部分のみをエッチングによって薄板化すれば１００
ＭＨｚ以上の高周波を基本波で得ることも可能である。In particular, in the conventional machining method, there is a limit in thinning the crystal due to handling, but if only the vibrating portion of the crystal resonator is thinned by etching, it becomes 100.
It is also possible to obtain a high frequency of MHz or higher with the fundamental wave.
【０００６】この方法によれば、加工精度が高くなり、
また任意の形状のマスクに従った加工ができる。更に、
成形精度が細かいので、水晶基板の廃棄率も少なくな
る。図４にフォトリソ技術によって作成された枠型水晶
振動子の外形図を示す。According to this method, the processing accuracy is increased,
Further, processing can be performed according to a mask having an arbitrary shape. Furthermore,
Since the molding precision is fine, the disposal rate of the quartz substrate is also small. FIG. 4 shows an outline view of a frame-type crystal unit created by the photolithography technique.
【０００７】ウェットエッチングにおいては、例えば以
下の反応式に示されるようなフッ酸系エッチング溶液
［フッ酸（ＨＦ）−重フッ化アンモン（ＮＨ4ＨＦ2）
系］が用いられ、そのエッチング速度を速めるためにエ
ッチング溶液を高濃度かつ高温（４０〜１００℃）にす
る必要がある。In the wet etching, for example, a hydrofluoric acid-based etching solution [hydrofluoric acid (HF) -ammonium bifluoride (NH 4 HF 2 )] represented by the following reaction formula is used.
System] is used, and it is necessary to make the etching solution have a high concentration and a high temperature (40 to 100 ° C.) in order to accelerate the etching rate.
【０００８】[0008]
【化１】 ＳiＯ2＋６ＨＦ→ＳiＦ6-＋２Ｈ+＋２Ｈ2Ｏ ＳiＯ2＋３ＮＨ4ＨＦ2→ＳiＦ6-＋２Ｈ+＋３ＮＨ3＋２Ｈ2Ｏ 上記化学式に示されるように、ウエットエッチングに用
いられる酸は強酸であるうえ、温度も高温[４０(℃)]で
処理することから、レジスト等の剥離現象が起きるおそ
れがある。Embedded image SiO 2 + 6HF → SiF 6− + 2H + + 2H 2 O SiO 2 + 3NH 4 HF 2 → SiF 6− + 2H + + 3NH 3 + 2H 2 O As shown in the above chemical formula, the acid used for wet etching is a strong acid. In addition, since the processing is performed at a high temperature [40 (° C.)], there is a possibility that the peeling phenomenon of the resist or the like may occur.
【０００９】エッチングによる薄板化の工程は、図５か
ら明らかなように、レジストに微細加工を施し、その形
で金の蒸着マスクを加工し、その金蒸着マスクを用いて
本体の水晶基板を加工するという二段プロセスを採用し
ている。そこで、現在は、安定な金属マスクを併用した
二段抜き加工方法が行われている。In the step of thinning the plate by etching, as is apparent from FIG. 5, the resist is subjected to fine processing, a vapor deposition mask of gold is processed in that form, and the crystal substrate of the main body is processed using the gold vapor deposition mask. It uses a two-step process of doing. Therefore, at present, a two-step punching method using a stable metal mask is performed.
【００１０】このようなフォトリソ加工技術は半導体プ
ロセスに多く用いられているが、製品の製作コストを下
げるためには同じ工程内で処理できる個数を多くする必
要がある。このため、Ｓi半導体の分野では、基板サイ
ズを大きくして１つの基板内に形成できる個体の数を増
やす方法が広く行われている。Although such photolithography technology is often used in semiconductor processes, it is necessary to increase the number of products that can be processed in the same process in order to reduce the manufacturing cost of products. Therefore, in the field of Si semiconductors, a method of increasing the size of the substrate to increase the number of solid bodies that can be formed on one substrate is widely used.
【００１１】しかし、高周波水晶振動子に用いられてい
る基板は、基板厚が非常に薄く（〜0.1ｍｍ）、基板の
結晶方向の要求精度も高い（±2'〜15'）。更に、エッ
チングマスク厚は表面粗さに比例するので、マスク厚を
薄くするためには鏡面研磨仕上げが必要であること、等
によって、基板を大型化することは非常に困難であり、
現状では基板の大きさは最大でも１インチ角となってい
る。However, the substrate used for the high-frequency crystal unit has a very thin substrate thickness (up to 0.1 mm) and a high required accuracy in the crystallographic direction of the substrate (± 2 'to 15'). Further, since the etching mask thickness is proportional to the surface roughness, it is very difficult to increase the size of the substrate due to the need for mirror polishing finish to reduce the mask thickness.
At present, the maximum size of the substrate is 1 inch square.
【００１２】一方、水晶の小割り加工によってブランク
の水晶振動子が形成された後には、従来の短冊型、ある
いは丸型振動子と同様の組み立て工程を経てパッケージ
ングされた水晶振動子となる。即ち、ブランクをホルダ
ーに接着剤等を用いて固定した後に、導電性ペーストや
ボンダー等によってリード線をとる。On the other hand, after the blank crystal unit is formed by the crystal dividing process, the crystal unit is packaged through the same assembly process as that of the conventional strip type or round type unit. That is, after the blank is fixed to the holder with an adhesive or the like, the lead wire is taken with a conductive paste or a bonder.
【００１３】フォトリソ加工による枠型水晶振動子にお
いては、種々の利点がある。例えば、機械加工では実現
不可能な薄型の励振部を作ることができるうえ、ブラン
クとして出来上がった後には従来の組み立て工程をその
まま踏襲してパッケージングまでを完了することができ
ることも利点の１つである。The frame-type crystal unit produced by photolithography has various advantages. For example, it is one of the advantages that it is possible to make a thin excitation part that cannot be realized by machining, and after finishing as a blank, it is possible to follow the conventional assembly process as it is and complete packaging. is there.
【００１４】[0014]
【発明が解決しようとする課題】しかし、励振部は通常
８０(μｍ)以下、時には６(μｍ)程度と非常に薄くする
必要があるが、この膜状の励振部は、励振部周辺に残さ
れた枠部、つまりエッチングされていない枠部で保持さ
れる構造となる。従って、外力によって歪みが生じやす
い。特に、図４のように保持部となる枠の幅が狭い場合
には、微小な力が加わるだけで容易に歪みが生じてしま
い、励振部の振動モードが変わるおそれがある。However, it is necessary to make the excitation part very thin, usually 80 (μm) or less, and sometimes about 6 (μm). However, this film-shaped excitation part is left around the excitation part. The structure is held by the frame portion that is formed, that is, the frame portion that is not etched. Therefore, distortion is likely to occur due to the external force. In particular, when the width of the frame serving as the holding portion is narrow as shown in FIG. 4, distortion may be easily caused by applying a small force, and the vibration mode of the excitation portion may change.
【００１５】更に、接着剤や導電性ペーストを用いてホ
ルダー等にブランクを固定する場合、接着剤や導電性ペ
ーストが硬化する際に収縮が起こるので、それに伴って
枠に歪みが生じる。この歪みが振動モードに影響を与え
るうえ、枠部に発生した残留応力によって耐衝撃性が弱
くなる。例えば、衝撃試験等を行うと、破壊が生じやす
くなる。Further, when the blank is fixed to a holder or the like by using an adhesive or a conductive paste, shrinkage occurs when the adhesive or the conductive paste is cured, and accordingly, the frame is distorted. This strain affects the vibration mode, and the residual stress generated in the frame portion weakens the impact resistance. For example, when an impact test or the like is performed, breakage easily occurs.
【００１６】これらを解決するためには、枠部を励振部
に対して十分に大きくとる方法があるが、パッケージの
形状の制約等から、励振部に対する枠部の比率には上限
があり、十分な解決策とはなっていない。In order to solve these problems, there is a method in which the frame portion is made sufficiently larger than the excitation portion. However, due to the restrictions on the shape of the package and the like, the ratio of the frame portion to the excitation portion has an upper limit, which is sufficient. Is not a good solution.
【００１７】本発明は上記背景のもとになされたもので
あり、水晶振動子の現在の形状を維持し、かつ、接着剤
や導電性ペーストの硬化時に収縮が起きても歪みが生じ
難い水晶振動子用ブランクを提供することを目的とす
る。The present invention has been made on the basis of the above background, and a crystal that maintains the current shape of the crystal unit and is less likely to be distorted even if contraction occurs when the adhesive or the conductive paste is cured. It is intended to provide a blank for a vibrator.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するため、本発明は、電歪効果によって振動する振動部
と、前記振動部を支持する枠部と、前記枠部の一端側に
固着されて前記振動部と電気的に接続された引き出し電
極と、を有する水晶振動子において、前記枠部の引き出
し電極が固着されている端部は、外枠部の外縁と前記振
動部との距離が少なくとも１(mm)以上となっていること
を特徴とする。In order to solve the above problems, the present invention is directed to a vibrating portion vibrating by an electrostrictive effect, a frame portion supporting the vibrating portion, and fixed to one end side of the frame portion. In the crystal unit having a lead-out electrode electrically connected to the vibrating portion, the end portion of the frame portion to which the lead-out electrode is fixed has a distance between the outer edge of the outer frame portion and the vibrating portion. Is at least 1 (mm) or more.
【００１９】また、前記振動部の幅は、この振動部の厚
みの５０倍以上であることを特徴とする。The width of the vibrating portion is 50 times or more the thickness of the vibrating portion.
【００２０】枠部における引き出し電極が固定された端
部で、外枠部の外縁と前記振動部との距離を少なくとも
１(mm)以上とることによって、振動部を支持する枠部が
強固なものとなり、接着剤や導電性ペーストによって引
き出し電極を固着させることによる歪みが発生しにくく
なる。At the end portion of the frame portion to which the extraction electrode is fixed, the distance between the outer edge of the outer frame portion and the vibrating portion is at least 1 (mm) or more so that the frame portion supporting the vibrating portion is strong. Therefore, the distortion caused by fixing the extraction electrode with the adhesive or the conductive paste is less likely to occur.
【００２１】また、振動部の幅を、振動部の厚みの５０
倍以上とすることで、無限平面状態が近似され、水晶振
動子において高周波が得られるようになる。Further, the width of the vibrating portion is set to 50
By setting the number to be twice or more, the infinite plane state is approximated and a high frequency can be obtained in the crystal oscillator.
【００２２】[0022]
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
【００２３】本実施例に係る枠型水晶振動子の製造方法
工程の説明図を図５に示す。また、製造した枠型水晶振
動子の斜視図を図２に示す。FIG. 5 is an explanatory view of the manufacturing method steps of the frame-type crystal unit according to this embodiment. A perspective view of the manufactured frame-type crystal unit is shown in FIG.
【００２４】図１において１は水晶基板、２は水晶基板
１上に形成された引き出し電極である。また、Ｌは水晶
基板１におけるリード取り出し部における枠部分の長さ
を示す。In FIG. 1, reference numeral 1 is a quartz substrate, and 2 is a lead electrode formed on the quartz substrate 1. Further, L indicates the length of the frame portion in the lead take-out portion of the crystal substrate 1.
【００２５】この実施例では、リード取り出し部の枠部
分の長さを大きくとることによって、枠に歪みが生じ難
くなるようにした。また、歪みが生じた場合にも、振動
部との距離が大きいので振動モードに影響を与ることは
ない。In this embodiment, the length of the frame portion of the lead take-out portion is made large so that the frame is less likely to be distorted. Further, even when distortion occurs, it does not affect the vibration mode because the distance to the vibrating portion is large.
【００２６】図２に示されるように、本実施例において
はリード取り出し部における枠部分の長さＬを1.0(mm)
とした。ただし、水晶振動子のブランクはホルダー形状
によって大きさが制限されるので、枠部を大きくするこ
とによって振動部の面積は小さくなってしまう。As shown in FIG. 2, in this embodiment, the length L of the frame portion at the lead take-out portion is 1.0 (mm).
And However, since the size of the blank of the crystal unit is limited by the shape of the holder, the area of the vibrating section is reduced by enlarging the frame section.
【００２７】従って、振動子の面積が小さくなっても無
限平面が近似されるものとするために、振動部の厚みを
十分に薄くすることが好ましい。Therefore, it is preferable to make the thickness of the vibrating portion sufficiently small so that the infinite plane can be approximated even if the area of the vibrator becomes small.
【００２８】このことから、振動面の厚みｔに対して振
動部の幅ｗを十分に大きくする必要がある。本実施例に
おいては、この幅をｔの５０倍以上とすることで、枠の
影響を受けることなく無限平面を近似することができ
た。From this, it is necessary to make the width w of the vibrating portion sufficiently larger than the thickness t of the vibrating surface. In the present embodiment, by setting this width to be 50 times or more of t, it was possible to approximate the infinite plane without being affected by the frame.
【００２９】このように、リード取り出し部の枠部分を
1.0(mm)、ｗ／ｔの値を５０以上とすることで、接着剤
や導電性ペースト等によってブランクをホルダー等に固
定する際に生じる歪みによって振動面が影響を受けるこ
とはなくなる。In this way, the frame part of the lead take-out part is
When the value of 1.0 (mm) and w / t is 50 or more, the vibrating surface is not affected by the distortion generated when the blank is fixed to the holder or the like by the adhesive or the conductive paste.
【００３０】このようにして製造された水晶振動子の発
振特性を組み立て前と組み立て後で比較した。その結果
を図３に示す。The oscillation characteristics of the crystal unit thus manufactured were compared before and after assembly. The result is shown in FIG.
【００３１】従来例に係る水晶振動子の組み立て前にお
ける周波数特性を図３（ａ）に、水晶振動子を組み立て
て封止した後の周波数特性を図３（ｂ）に示す。また、
実施例に係る水晶振動子の組み立て前における周波数特
性を図３（ｃ）に、水晶振動子を組み立てて封止した後
の周波数特性を図３（ｄ）に示す。FIG. 3A shows frequency characteristics before assembling the crystal resonator according to the conventional example, and FIG. 3B shows frequency characteristics after assembling and sealing the crystal resonator. Also,
FIG. 3C shows frequency characteristics before assembling the crystal unit according to the example, and FIG. 3D shows frequency characteristics after assembling and sealing the crystal unit.
【００３２】図３（ａ）、（ｂ）を比較すると、従来例
においては、組み立ての前後において周波数特性は大き
く変化していることがわかる。特に、組み立て前後で主
振動と副振動の強度関係が逆転しており、振動モードに
著しい変化が現れている。Comparing FIGS. 3A and 3B, it can be seen that in the conventional example, the frequency characteristic largely changes before and after assembly. Especially, the strength relationship between the main vibration and the sub vibration is reversed before and after the assembly, and a remarkable change appears in the vibration mode.
【００３３】これに対し、図３（ｃ）、（ｄ）を比較し
てわかるように、実施例においては組み立て前後で主振
動と副振動の強度関係は変化していない。つまり、振動
モードに殆ど変化がないと認められる。これは、枠を強
化したことによって、組み立てによる特性変化が起こら
なくなったことに依ると考えられる。On the other hand, as can be seen by comparing FIGS. 3 (c) and 3 (d), the strength relationship between the main vibration and the sub vibration does not change before and after assembly in the embodiment. That is, it is recognized that there is almost no change in the vibration mode. This is considered to be due to the fact that the strengthening of the frame prevents the characteristics from changing due to assembly.
【００３４】以上説明したように、本実施例において
は、枠型高周波振動子を両面エッチングによって製作す
ることにより、高周波基本波の優れた発振特性を有する
水晶振動子が得られた。As described above, in this embodiment, the frame type high frequency oscillator was manufactured by double-sided etching to obtain the crystal oscillator having excellent oscillation characteristics of the high frequency fundamental wave.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
リード取り出し部の枠部分の長さを大きくとることによ
って、枠に歪みが生じ難くなる。また、歪みが生じた場
合にも、振動部との距離が大きいので振動モードに影響
を与ることはない。As described above, according to the present invention,
By increasing the length of the frame portion of the lead take-out portion, the frame is less likely to be distorted. Further, even when distortion occurs, it does not affect the vibration mode because the distance to the vibrating portion is large.
【００３６】更に、振動部の膜厚に対して振動部の幅を
５０以上としているので、枠の影響を受けることなく振
動部において無限平面を近似することができ、良好な特
性を有する水晶振動子が得られる。Further, since the width of the vibrating portion is 50 or more with respect to the film thickness of the vibrating portion, the infinite plane can be approximated in the vibrating portion without being affected by the frame, and the crystal vibration having good characteristics can be obtained. I have a child.
【図１】本発明の一実施例に係る水晶振動子の斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a crystal unit according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施例に係る水晶振動子の断面図。FIG. 2 is a sectional view of a crystal unit according to an embodiment of the present invention.
【図３】水晶振動子の特性を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing characteristics of a crystal unit.
【図４】枠型水晶振動子の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of a frame-type crystal unit.
【図５】フォトリソ加工の工程図。FIG. 5 is a process drawing of photolithography processing.
１…水晶基板 ２…引き出し電極 1 ... Crystal substrate 2 ... Extraction electrode
フロントページの続き (72)発明者 今井 康志 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式会 社明電舎内Front Page Continuation (72) Inventor Yasushi Imai 2-1-117 Osaki, Shinagawa-ku, Tokyo Stock Company, Meidensha
Claims (2)
記振動部を支持する枠部と、前記枠部の一端側に固着さ
れて前記振動部と電気的に接続された引き出し電極と、
を有する水晶振動子において、 前記枠部の引き出し電極が固着されている端部は、外枠
部の外縁と前記振動部との距離が少なくとも１(mm)以上
となっていることを特徴とする水晶振動子。1. A vibrating section that vibrates due to an electrostrictive effect, a frame section that supports the vibrating section, and a lead electrode that is fixed to one end of the frame section and electrically connected to the vibrating section.
In the crystal unit having, a distance between the outer edge of the outer frame portion and the vibrating portion is at least 1 (mm) or more at an end portion of the frame portion to which the extraction electrode is fixed. Crystal oscillator.
５０倍以上であることを特徴とする請求項１記載の水晶
振動子。2. The crystal unit according to claim 1, wherein the width of the vibrating portion is 50 times or more the thickness of the vibrating portion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3343095A JPH08228124A (en) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | Crystal oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3343095A JPH08228124A (en) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | Crystal oscillator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08228124A true JPH08228124A (en) | 1996-09-03 |
Family
ID=12386337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3343095A Pending JPH08228124A (en) | 1995-02-22 | 1995-02-22 | Crystal oscillator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08228124A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013207536A (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Seiko Epson Corp | Vibration element, oscillator, electronic device and electronic apparatus |
-
1995
- 1995-02-22 JP JP3343095A patent/JPH08228124A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013207536A (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-07 | Seiko Epson Corp | Vibration element, oscillator, electronic device and electronic apparatus |
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