TWI729260B - 音叉型振動子 - Google Patents
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Abstract
於封裝之基座突設有枕部，該枕部抵接於音叉型振動片之臂部之前端以外之抵接部，臂部之抵接於上述枕部之抵接部設為未形成有電極之無電極區域，且藉由與枕部之抵接而防止電極磨削，產生頻率之變動。
Description
本發明係關於一種用於各種電子機器之時鐘源等之音叉型振動子。
尤其，音叉型振動子係與振盪電路一同地內置於包含時鐘作為時鐘源之各種電子機器。
該音叉型振動子係懸臂支承於封裝內之音叉型振動片因來自外部之衝擊而於厚度方向撓曲時，存在音叉型振動片之臂部之前端抵接於封裝之底面，受到較大之衝擊而損傷之虞。音叉型振動片之臂部之前端係因損傷而頻率變動最大之部分。
因此，例如於專利文獻1中，於封裝之底面設置枕部，當因衝擊而導致音叉型振動片撓曲時，到達音叉型振動片之臂部前端之中途之部分抵接於上述枕部。藉此，防止音叉型振動片之臂部之前端抵接於封裝之底面而損傷。
[專利文獻1]日本專利第5175128號公報
近年來，伴隨各種電子機器之小型化，對於內置之音叉型振動子要求俯視矩形之外形尺寸例如為1.2mm×1.0mm以下，且厚度為0.35mm以下之類超小型、薄型者。
此種超小型、薄型之音叉型振動子係即便如上所述於封裝之底面設置有枕部，亦存在因外部衝擊等而產生頻率變動之情況。
本發明係鑒於如上所述之情況而完成者，其目的在於提供一種抑制頻率變動且具有良好之耐衝擊性之音叉型振動子。
本案發明者等人為抑制頻率變動而進行努力研究，結果獲得以下見解而完成本發明，上述見解係習知遍及臂部之前端部之整周形成之臂末端電極因來自外部之衝擊抵接於封裝底面之枕部而局部地被磨削，藉此產生頻率之變動。
即，本發明之音叉型振動子具備：音叉型振動片，其具有基部及自該基部延出之複數個臂部；及封裝，其收納上述音叉型振動片；上述音叉型振動片係上述基部與上述封裝之收納部之電極接合，且於上述封裝之收納部之底面突設有枕部，該枕部係於上述音叉型振動片之作為自由端側之上述臂部朝向上述底面側撓曲時，抵接於上述臂部之前端以外之部分即抵接部，阻止上述前端抵接於上述底面，上述臂部之抵接於上述枕部 之上述抵接部係未形成有電極且振動片之基材露出之無電極區域。
上述無電極區域亦可包含上述臂部之至少上述抵接部，且延伸至上述臂部之前端為止。
根據本發明，於因來自外部之衝擊導致音叉型振動片於厚度方向撓曲時，到達臂部之前端之中途之抵接部抵接於突設於封裝之底面之枕部。藉此，阻止作為自由端之臂部之前端抵接於封裝之底面，故而可防止因損傷而頻率變動最大之臂部之上述前端損傷。
進而，臂部之抵接於封裝之底面之枕部之抵接部係未形成有電極之無電極區域。因此，即便因來自外部之衝擊導致無電極區域抵接於枕部，電極亦不被磨削等。藉此，可抑制來自外部之衝擊所致之頻率之變動。
又，本發明之音叉型振動子具備：音叉型振動片，其具有基部、及自該基部延出之複數個臂部；及封裝，其收納上述音叉型振動片；上述音叉型振動片係上述基部與上述封裝之收納部之電極接合，且於上述封裝之收納部之底面突設有枕部，該枕部係於上述音叉型振動片之作為自由端側之上述臂部朝向上述底面側撓曲時，抵接於上述臂部之前端以外之部分即抵接部，阻止上述前端抵接於上述底面，且於上述臂部之抵接於上述枕部之上述抵接部，設置有緩衝與上述枕部之抵接所致之衝擊之緩衝部。
根據本發明，於因來自外部之衝擊導致音叉型振動片於厚度方向撓曲時，到達臂部之前端之中途之抵接部抵接於突設於封裝之底面之枕部。藉此，阻止作為自由端之臂部之前端抵接於封裝之底面，故而可防止因損傷導致頻率變動最大之臂部之上述前端損傷。
進而，於臂部之抵接於封裝之底面之枕部之抵接部，設置有緩衝衝擊之緩衝部，故而枕部與緩衝部抵接，使該衝擊緩衝，電極不被磨削。藉此，可抑制來自外部之衝擊所致之頻率之變動。
上述緩衝部較佳為由金屬膜所構成，且金屬膜之厚度較佳為1μm以上。
根據該構成，緩衝部係由厚度為1μm以上之金屬膜所構成，故而可充分地緩衝與枕部之抵接所致之衝擊。
較佳為，於上述基部形成有用以將上述音叉型振動片接合於上述封裝之收納部之上述電極之金屬凸塊，且上述金屬膜與上述金屬凸塊由相同之材質所構成。
根據此構成，可藉由同一步驟形成上述金屬膜與上述金屬凸塊。
較佳為，於上述臂部之表背主面之一主面之前端側之區域，形成有頻率調整用金屬膜，且上述抵接部位於上述臂部之表背主面之另一主面。
較佳為，形成有上述頻率調整用金屬膜之上述前端側之區域之臂部之寬度大於上述前端側之區域以外之臂部之寬度。
根據此構成，可將頻率調整用金屬膜之形成區域設為於寬度方向較寬，故而即便超小型之音叉型振動片，亦可確保頻率調整量較多。
較佳為，上述底面之上述枕部係以與被懸臂支承之上述音叉型振動片之上述臂部之寬幅之上述前端側之區域對向之方式，延伸於與上述臂部之延出方向正交之方向。
根據此構成，於將音叉型振動片之基部接合於封裝之收納部之電極後搭載於封裝時，即便因基部之寬度方向而於搭載中產生偏差，亦可使以與臂部之寬幅之區域對向之方式延伸的枕部於音叉型振動片撓曲時抵接。
根據本發明，於因來自外部之衝擊導致音叉型振動片於厚度方向撓曲時，作為自由端之臂部之前端藉由到達臂部之上述前端之途中之抵接部抵接於突設於封裝之底面之枕部，被阻止抵接於封裝之底面。藉此，可防止頻率變動最大之臂部之上述前端損傷。
進而，將臂部之抵接於封裝之底面之枕部之抵接部設為未形成有電極之無電極區域，或者於上述抵接部設置將抵接之衝擊緩衝之緩衝部，故而不會因與枕部之抵接導致電極磨削。藉此，可獲得抑制來自外部之衝擊所致之頻率之變動且具有良好之耐衝擊性之音叉型振動子。
1‧‧‧音叉型水晶振動子
2‧‧‧封裝
3‧‧‧音叉型水晶振動片
4‧‧‧基座
5‧‧‧蓋體
7‧‧‧電極墊
8‧‧‧金屬凸塊
9‧‧‧枕部
10‧‧‧基部
11‧‧‧第1臂部
12‧‧‧第2臂部
13‧‧‧接合部
15‧‧‧第1激勵電極
16‧‧‧第2激勵電極
17、18‧‧‧引出電極
19、20‧‧‧頻率調整用金屬膜
21‧‧‧無電極區域
22‧‧‧金屬膜(緩衝部)
24、25‧‧‧臂末端電極
26‧‧‧水晶
圖1係本發明之一實施形態之音叉型水晶振動子之概略剖面圖。
圖2係將圖1之音叉型水晶振動子之蓋體拆卸後之狀態之俯視圖。
圖3係表示音叉型水晶振動片之一主面側之圖。
圖4係表示音叉型水晶振動片之另一主面側之圖。
圖5係用以說明藉由雷射光束對音叉型水晶振動片之照射所進行之頻率之粗調整之圖。
圖6係表示收納於封裝內之音叉型水晶振動片之前端部附近之概略剖面圖。
圖7係用以說明電極形成步驟、配錘步驟、及雷射加工步驟之目標頻率之圖。
圖8係習知例之與圖7對應之圖。
圖9係本發明之另一實施形態之對應於圖4之圖。
圖10係圖9之實施形態之對應於圖6之概略剖面圖。
圖11A係表示本發明之另一實施形態之圖。
圖11B係表示本發明之又一實施形態之圖。
圖12係本發明之另一實施形態之音叉型水晶振動片之外形圖。
圖13係本發明之又一實施形態之音叉型水晶振動片之外形圖。
圖14係本發明之另一實施形態之音叉型水晶振動片之外形圖。
以下，根據圖式對本發明之實施形態進行詳細說明。
圖1係本發明之一實施形態之音叉型水晶振動子之概略剖面圖。圖2係將圖1之蓋體5拆卸後之狀態之俯視圖。圖3係表示音叉型水晶振動片3之一主面側之圖。圖4係表示音叉型水晶振動片3之另一主面側之圖。於圖3中，為方便說明而表示音叉型水晶振動片3藉由雷射光束之照射將頻率調整用金屬膜19、20之一部分去除前之狀態。又，於圖2中，表示藉由雷射光束之照射，將頻率調整用金屬膜19、20之一部分去除而露出水晶26 之基材之狀態。
本實施形態之音叉型水晶振動子1係於由陶瓷等所構成之封裝2內收納有音叉型水晶振動片3。封裝2係作為封裝本體之基座4與蓋體5介隔密封構件6接合。具體而言，於上部開口之基座4之一對電極墊7、7上，介隔作為接合材之一對金屬凸塊8、8接合有音叉型水晶振動片3。以將該基座4之開口密封之方式，接合有板狀之蓋體5。作為接合材，並不限定於金屬凸塊8，亦可使用導電性樹脂接著劑、釺料等。
本實施形態之音叉型水晶振動子1之標稱頻率成為32.768kHz。再者，標稱頻率係為一例，亦可適用於其他頻率。
封裝2之基座4係由陶瓷材料或玻璃材料所構成之絕緣性之容器體。於本實施形態中，基座4係由陶瓷材料所構成，且藉由煅燒而形成。基座4於周圍具有周壁部4a，且為上部開口之剖視凹形狀，基座4之內部成為音叉型水晶振動片3之收納部。於基座4之長邊方向(圖1、圖2之左右方向)之一端側之底面，形成有一對上述電極墊7、7。各電極墊7、7係經由配線圖案(未圖示)而與基座4之背面之未圖示之端子電極電性連接。於基座4之長邊方向之另一端側之底面，以於與基座4之長邊方向正交之方向(圖2之上下方向)上延伸之方式設置有枕部9。該枕部9係於被懸臂支承之音叉型水晶振動片3因來自外部之衝擊而朝向基座4之底面側撓曲時，防止作為自由端側之音叉型水晶振動片3之前端抵接於基座4之底面而損傷。
蓋體5係例如由金屬材料或陶瓷材料、玻璃材料等所構成，且成形為俯視矩形之一片板。於本實施形態中，蓋體5由金屬材料所構成。
本實施形態之音叉型水晶振動子1係超小型、薄型之音叉型水晶振動子，且該封裝2之俯視矩形之外形尺寸例如為1.2mm×1.0mm，且包含蓋體5之厚度(高度)例如為0.35mm。
再者，本發明並不限定於該外形尺寸，例如，音叉型水晶振動子之封裝之俯視矩形之外形尺寸例如亦可為2.0mm×1.6mm、或1.6mm×1.0mm，且包含蓋體5之厚度例如亦可為0.45mm。
於本實施形態中，圖1所示之基座4之底部之厚度t1例如為0.09mm，基座4之周壁部4a之厚度(高度)t2例如為0.15mm。於該基座4之凹部內，收納有厚度例如為0.08mm左右之音叉型水晶振動片3，故而封裝2內之音叉型水晶振動片3之上下之間隙例如成為0.035mm左右。
音叉型水晶振動片3係由未圖示之1片水晶晶圓成形複數個，音叉型水晶振動片3之外形係使用光微影技術(光微影法)，將光阻劑或金屬膜作為光罩，藉由例如濕式蝕刻而一次性成形複數個。
如圖3、圖4所示，音叉型水晶振動片3具備基部10、及自基部10之一端面側平行地延出之振動部即一對第1、第2臂部11、12。基部10包含接合部13，該接合部13係延伸於與第1、第2臂部11、12之延出方向相反之方向，且接合於基座4。本實施形態之接合部13係延伸於與第1、第2臂部11、12之延出方向相反之方向，進而，朝向與上述延出方向正交之方向之一方向(圖3中為右方)延伸。
一對第1、第2臂部11、12係其前端部11a、12a形成為與其他部分相比，於與各臂部11、12之延出方向正交之方向、即寬度方向(圖3、圖4之左右方向)上較寬。如圖3所示，其寬度為W1。如圖2所示， 基座4之底面之枕部9係以與第1、第2臂部11、12之前端部11a、12a之寬度W1之寬幅區域對向之方式突設。該枕部9之突出高度、即厚度例如為0.01mm。
又，於第1、第2臂部11、12，於圖3及圖4所示之兩主面，分別形成有沿著各臂部11、12之延出方向延伸之各槽部14、14。
於音叉型水晶振動片3，設置有2個第1激勵電極15及第2激勵電極16、及引出電極17、18，該引出電極17、18係為使該等各激勵電極15、16分別與基座4之電極墊7、7電性連接，而自各激勵電極15、16分別引出。2個第1、第2激勵電極15、16之一部分形成於兩主面之槽部14、14之內部。
第1激勵電極15形成於第1臂部11之包含槽部14之兩主面及第2臂部12之兩側面，且與上述引出電極17共通連接。同樣地，第2激勵電極16形成於第2臂部12之包含槽部14之兩主面及第1臂部11之兩側面，且與上述引出電極18共通連接。
又，於圖3所示之一主面側之第1臂部11及第2臂部12之前端部11a、12a之寬幅區域，分別形成有臂末端電極25、24。形成於前端部11a之臂末端電極25與形成於第1臂部11之兩側面之第2激勵電極16連接。形成於前端部12a之臂末端電極24與形成於第2臂部12之兩側面之第1激勵電極15連接。
於本實施形態中，如下所述，為抑制來自外部之衝擊所致之頻率之變動，而如圖4所示，於與基座4之底面對向之另一主面側中之第1臂部11及第2臂部12的前端部11a、12a之寬幅區域，除基部10側之一部 分以外，未形成臂末端電極24、25。未形成該臂末端電極24、25之區域成為水晶之基材露出之無電極區域21、21。
於圖3所示之一主面側之寬幅之各前端部11a、12a之臂末端電極25、24上，形成有頻率調整用金屬膜19、20，該頻率調整用金屬膜19、20係用以藉由利用雷射光束等光束照射進行金屬膜之質量削減而將音叉型水晶振動片3之頻率進行粗調整。該頻率調整用金屬膜19、20以略小於各臂末端電極25、24之面積形成。頻率調整用金屬膜19、20分別延伸至各臂部11、12之前端、即寬幅之各前端部11a、12a之前端為止。
音叉型水晶振動片3之第1、第2激勵電極15、16、引出電極17、18及臂末端電極24、25係藉由金屬蒸鍍而於各臂部11、12上形成鉻層，且於該鉻層上形成由金屬例如金而構成之薄膜。該薄膜係於藉由真空蒸鍍法或濺鍍法等方法而形成於基板整面之後，藉由光微影法進行金屬蝕刻形成為所期望之形狀。再者，第1、第2激勵電極15、16、引出電極17、18及臂末端電極24、25並不限定於鉻、金，亦可為鉻、銀等。
分別形成於各臂部11、12之各前端部11a、12a之頻率調整用金屬膜19、20例如係藉由電解鍍覆法等方法而鍍覆形成。於鍍覆形成該等金屬膜19、20時，較佳為以與下述金屬凸塊8相同之步驟同時地形成。於本實施形態中，使用金(Au)作為頻率調整用金屬膜19、20。
於圖4所示之另一主面側之接合部13，形成有成為與基座4之各電極墊7、7接合之接合部位之例如由金所構成之2個金屬凸塊8、8。具體而言，一金屬凸塊8係形成於第1接合部13b之自第1激勵電極15引出而成之引出電極17上。另一金屬凸塊8係形成於第2接合部13a之自第 2激勵電極16引出而成之引出電極18上。構成基部10之一部分之接合部13係與基座4之各電極墊7、7接合，作為支承音叉型水晶振動片3之支承部發揮功能。金屬凸塊8、8之俯視形狀為橢圓形，但亦可為圓形或者包含長方形或正方形之多邊形狀者等。該金屬凸塊8、8係藉由電解鍍覆法等方法而鍍覆形成。
如上所述，形成有頻率調整用金屬膜19、20之第1、第2臂部11、12之前端部11a、12a之寬度W1係與其他部分之寬度W2相比，於寬度方向形成為較寬。於本實施形態中，前端部11a、12a之寬度W1成為其他部分之寬度W2之例如3倍以上。
如此地形成有頻率調整用金屬膜19、20之第1、第2臂部11、12之前端部11a、12a為寬幅係取決於如下原因。
音叉型水晶振動子之頻率係與音叉型水晶振動片之臂部之長度之平方成反比，且與臂部之寬度成正比。因此，若為謀求音叉型水晶振動子之超小型化而欲使音叉型振動片之臂部之長度變短，則頻率變大，故而為抑制該情況，必須使臂部之前端側之成為頻率調整用錘部之金屬膜之形成區域變大。再者，亦考慮使臂部之寬度變窄，抑制頻率變大，但若使臂部之寬度變窄，則CI(晶體阻抗)值變得極差。
因此，若欲不使CI值變差而謀求音叉型水晶振動子之超小型化，則被懸臂支承之音叉型水晶振動片之形成有成為錘部之頻率調整用金屬膜的前端部變大，且若欲使臂部之長度變短，則如上所述成為寬幅。
若音叉型水晶振動片之臂部之前端部如此地變大，則容易因來自外部之衝擊而撓曲。
進而，若欲謀求音叉型水晶振動子之薄型化，則封裝內之音叉型水晶振動片之上下之間隙變小。
因此，習知之超小型且薄型之音叉型水晶振動子係於基座之底面突設枕部，於因來自外部之衝擊導致被懸臂支承之音叉型水晶振動片撓曲時，到達作為自由端之振動臂之前端之中途之抵接部抵接於枕部。藉此，避免振動臂之因損傷而頻率變動最大之前端抵接於基座之底面。然而，若進行耐衝擊試驗，則存在頻率朝向正側變動之情況，耐衝擊性不充分。
本案發明者等人將藉由耐衝擊試驗而發現頻率之正側之變動之音叉型水晶振動子之封裝開封，將音叉型水晶振動片卸除進行觀察後，確認於音叉型水晶振動片撓曲時，抵接於枕部之臂部之前端部之臂末端電極被局部磨削。
因此，於本實施形態中，如上所述，於與基座4之底面對向之另一主面側，如圖4所示，對於第1臂部11及第2臂部12之前端部11a、12a之寬幅區域，設為除基部10側之一部分以外，未形成有臂末端電極24、25之無電極區域21、21。
如上所述，形成於音叉型水晶振動片3之一主面側之頻率調整用金屬膜19、20係藉由雷射光束等之光束照射而將其一部分去除，進行頻率之粗調整。
圖5係用以說明雷射光束照射所進行之頻率之粗調整之圖。於該圖5中，代表性地表示雷射光束對兩臂部11、12中之第1臂部11之前端部11a之頻率調整用金屬膜19之照射之狀態，但雷射光束對第2臂部12之前端部12a之頻率調整用金屬膜20之照射亦情況相同。
該雷射光束之照射係使雷射光束照射源(未圖示)與水晶晶圓狀態之各個音叉型水晶振動片3之另一主面側對向，將一主面側之頻率調整用金屬膜19去除。
該雷射光束之照射係自因質量減少所致之頻率之上升最大之前端側(圖5之右側)，沿著第1臂部11之寬度方向(與圖5之紙面垂直之方向)開始掃描，朝向第1臂部11之基部10側(圖5之左側)依序移動地進行掃描。
所照射之雷射光束係自水晶晶圓狀態之各個音叉型水晶振動片3之另一主面側穿透音叉型水晶振動片3之內部之水晶26，到達形成於相反側之一主面側之頻率調整用金屬膜19。藉由該雷射光束而將一主面側之臂末端電極25及頻率調整用金屬膜19去除。
如此地，對於頻率調整用金屬膜19，以自上方通過音叉型水晶振動片3之內部之水晶26之方式照射雷射光束，將僅形成於一主面側之頻率調整用金屬膜19去除。藉此，可防止頻率調整用金屬膜19之金屬屑以遠離頻率調整用金屬膜19之方式朝下方飛散，再次附著於音叉型水晶振動片3。再者，亦可對於頻率調整用金屬膜，以自下方通過音叉型水晶振動片之內部之水晶之方式照射雷射光束。於本實施形態中，使用綠光雷射作為雷射光束，但亦可使用YAG雷射或具有其他波長之雷射。
於水晶晶圓之狀態下已藉由雷射光束之照射進行頻率之粗調整之複數個音叉型水晶振動片3自水晶晶圓分別被分離成單片之音叉型水晶振動片3。分離所得之音叉型水晶振動片係接合地安裝於封裝2之基座4之電極墊7。再者，於使音叉型水晶振動片3接合於封裝2之基座4之電 極墊7之狀態下，進行最終之頻率微調整。頻率調整用金屬膜19、20僅形成於進行頻率微調整之一主面側，故而有效率，且可減少金屬之使用量。
圖6係表示收納於封裝2內之狀態之音叉型水晶振動片3之前端部附近之概略剖面圖。於該圖6中，代表性地表示兩臂部11、12中之第1臂部11之前端部11a，但第2臂部12之前端部12a亦情況相同。
音叉型水晶振動片3係於收納於封裝2內之狀態下，形成於一主面側之頻率調整用金屬膜19與蓋體5之內面對向，且另一主面側與基座4之底面對向。
於因來自外部之衝擊導致被懸臂支承之音叉型水晶振動片3朝基座4之底面側撓曲時，第1臂部11之前端以外之部分之抵接部11b抵接於基座4之底面之枕部9。藉此，防止第1臂部11之寬幅之前端部11a之前端抵接於基座4之底面而損傷。同樣地，第2臂部12之抵接部12b(未圖示)亦於音叉型水晶振動片3朝基座4之底面側撓曲時，抵接於枕部9，藉此防止第2臂部12之寬幅之前端部12a之前端抵接於基座4之底面而損傷。
進而，如圖6所示，第1臂部11之設置於前端部11a之另一主面側面之無電極區域21至少包含於因來自外部之衝擊而導致懸臂支承之音叉型水晶振動片3朝基座4之底面側撓曲時，抵接於枕部9第1臂部11之抵接部11b，並且延伸至第1臂部11之寬幅之前端部11a之前端為止。同樣地，第2臂部12之前端部12a之無電極區域21亦至少包含於音叉型水晶振動片3撓曲時抵接於枕部9之第2臂部12之抵接部12b，並且延伸至第2臂部12之寬幅之前端部12a之前端為止。
如此抵接於基座4之底面之枕部9之第1、第2臂部11、12之抵接部11b、12b係未形成有臂末端電極之無電極區域21、21。因此，即便因來自外部之衝擊導致抵接部11b、12b抵接於枕部9，臂末端電極亦不磨削，從而可抑制因來自外部之衝擊導致頻率朝向正側變動。
再者，無電極區域21不僅為抵接於枕部9之第1、第2臂部11、12之抵接部11b、12b，且延伸至第1、第2臂部11、12之前端而形成，但亦可僅將抵接部11b、12b設為無電極區域。
如上所述，於因來自外部之衝擊而導致音叉型水晶振動片3朝基座4之底面側撓曲時，各臂部11、12之抵接部11b、12b抵接於基座4之底面之枕部9。藉此，防止各臂部11、12之前端抵接於基座4之底面而損傷。進而，於本實施形態中，防止於音叉型水晶振動片3朝蓋體5側撓曲時，各臂部11、12之寬幅之前端部11a、12a之前端抵接於蓋體5之內面而損傷。
即，於本實施形態中，藉由雷射光束之照射而將一部分去除之頻率調整用金屬膜19、20係與蓋體5之內面對向，且於因來自外部之衝擊而導致音叉型水晶振動片3之各臂部11、12朝蓋體5側撓曲時，抵接於蓋體5之內面。藉此，阻止各臂部11、12之寬幅之前端部11a、12a之前端抵接於蓋體5之內面。
因此，使頻率調整用金屬膜19、20之厚度變厚，例如設為9μm以上之厚度。於本實施形態中，頻率調整用金屬膜19、20係如上所述藉由鍍覆而形成，且其膜厚例如設為10μm左右。
於為將水晶晶圓狀態之各音叉型水晶振動片3之頻率保持 於所需頻率範圍內而進行之雷射光束之照射之頻率之粗調整中，頻率調整用金屬膜19、20之去除量因各音叉型水晶振動片3而不同。於本實施形態中，於藉由雷射光束之照射進行粗調整之後，使頻率調整用金屬膜19、20沿著臂部11、12之長邊方向(圖6之左右方向)，殘留超過頻率調整用金屬膜之形成區域之長邊方向之一半。
即，當進行粗調整之前之圖5所示之頻率調整用金屬膜19、20之長邊方向之長度設為L1時，進行粗調整之後之圖6所示之頻率調整用金屬膜19、20之長邊方向之長度L2設為 L2>0.5L1。
於本實施形態中，上述L1例如為0.2mm，因此，上述L2例如成為超過0.1mm之長度。
如此地藉由雷射光束之照射而去除之頻率調整用金屬膜19、20為沿著其長邊方向之長度L1之一半以下，即，頻率調整用金屬膜19、20殘留超過沿著其長邊方向之長度L1之一半，故而於音叉型水晶振動片3之各臂部11、12朝蓋體5側撓曲時，殘留之頻率調整用金屬膜19、20抵接於蓋體5之內面。藉此，可阻止各臂部11、12之寬幅之前端部11a、12a之前端抵接於蓋體5之內面，從而避免各臂部11、12之前端損傷。
又，頻率調整用金屬膜19、20係其厚度t較厚，例如為9μm以上，故而可緩和頻率調整用金屬膜19、20抵接於蓋體5之內面時之衝擊。
又，如上所述，進行粗調整之後之頻率調整用金屬膜19、20之長邊方向之長度L2例如超過0.1mm，故而頻率調整用金屬膜19、20之與被去除之部分之前端相距之長度d例如成為0.1mm以下。再者，如上 所述，頻率調整用金屬膜19、20之藉由雷射光束之照射而去除之部分之長度d於每一音叉型水晶振動片中不同，亦存在d=0之情況。
此處，若將圖3所示之音叉型水晶振動片3之長度設為L，則於本實施形態中，L例如為0.9mm。
因此，頻率調整用金屬膜19、20之藉由雷射光束之照射而去除之部分之長度d相對於音叉型水晶振動片3之長度L之比因d為0.1mm以下，故而d/L≦0.1/0.9=0.11
即，成為d/L≦0.11。
又，若將頻率調整用金屬膜19、20之厚度設為t，將自蓋體5之內面至臂部11之未形成有頻率調整用金屬膜19、20之部分為止之間隔設為H，則於本實施形態中，較佳為間隔H例如為35μm，且頻率調整用金屬膜19、20之厚度t例如為9μm以上且15μm以下。
因此，頻率調整用金屬膜19、20之厚度t相對於上述間隔H之比t/H成為9/35=0.257 15/35=0.429，較佳之範圍成為0.25≦t/H≦0.43。
即，頻率調整用金屬膜19、20之厚度t相對於上述間隔H之比較佳為0.25以上且0.43以下。
再者，若頻率調整用金屬膜19、20之厚度t未達9μm，則存在如下情況，於因來自外部之衝擊而導致音叉型水晶振動片3之各臂部11、12朝蓋體5側撓曲時，殘留之頻率調整用金屬膜19、20抵接於蓋體5之內面之前，各臂部11、12之寬幅之前端部11a、12a之前端抵接於蓋體5之內面，從而上述前端之角部損傷。又，無法充分地緩衝頻率調整用金屬膜19、20抵接於蓋體5之內面時之衝擊。
又，若頻率調整用金屬膜19、20之厚度t超過15μm，則存在僅自外部受到略微之衝擊，殘留之頻率調整用金屬膜19、20便與金屬製之蓋體5接觸之虞。
如上所述，為使藉由雷射光束之照射而去除之頻率調整用金屬膜19、20之沿長邊方向之長度成為一半以下，而以如下方式進行處理。於本實施形態中，以水晶晶圓之狀態、即水晶晶圓一體地連結有複數個音叉型振動片之狀態，使於音叉型振動片之基部及自該基部延出之複數個臂部形成電極之電極形成步驟中之第1目標頻率高於習知之第1目標頻率。
圖7係用以說明本實施形態之電極形成步驟、形成頻率調整用金屬膜19、20之配錘步驟、及雷射光束之照射所進行之頻率之粗調整(雷射加工)步驟之目標頻率之圖。圖8係習知例之對應於圖7之圖。於圖7及圖8中，橫軸表示頻率，縱軸表示度數。
於本實施形態中，於水晶晶圓一體地連結有複數個音叉型振動片之狀態下，將於音叉型振動片之基部及自該基部延出之複數個臂部形成電極之電極形成步驟中的圖7所示之第1目標頻率fo1設為較圖8所示之習知例之電極形成步驟中之第1目標頻率fo1'更高之頻率。
於音叉型水晶振動片3之各臂部11、12之前端部11a、12a形成頻率調整用金屬膜19、20之配錘步驟中之圖7所示之第2目標頻率fo2與習知例之配錘步驟中之圖8所示之第2目標頻率fo2相同。
因此，於音叉型水晶振動片3之各臂部11、12之前端部11a、12a形成頻率調整用金屬膜19、20之配錘步驟中之頻率調整用金屬膜19、20之形成量(配錘量)多於習知例。
配錘步驟後之雷射光束之照射所進行之頻率之粗調整步驟中之第3目標頻率fo3為上述標稱頻率32.768kHz，與習知例之雷射光束之照射所進行之頻率之粗調整步驟中之圖8所示之第3目標頻率fo3相同。
因此，雷射光束之照射所進行之頻率之粗調整步驟中之頻率調整用金屬膜19、20之去除量與習知例大致相同。
已藉由雷射光束之照射進行頻率之粗調整之水晶晶圓狀態之複數個音叉型水晶振動片3自水晶晶圓折斷而分離成各個音叉型水晶振動片3。其後，將分離所得之音叉型水晶振動片3之金屬凸塊8接合於封裝2之基座4之電極墊7後，收容於基座2內，利用蓋體5密封。
於本實施形態中，將第2目標頻率fo2與粗調整步驟中之第3目標頻率fo3之頻率之差之絕對值| fo2-fo3 |對於電極形成步驟中之音叉型振動片之第1目標頻率fo1與配錘步驟中之第2目標頻率fo2之頻率之差之絕對值| fo1-fo2 |之比率(| fo2-fo3 |/| fo1-fo2 |)設為0.5以下。即，(| fo2-fo3 |/| fo1-fo2 |)≦0.5。
於本實施形態中，將該比率(| fo2-fo3 |/| fo1-fo2 |) 例如設為0.4左右。
藉此，可使粗調整步驟中去除之頻率調整用金屬膜19、20之去除量相對配錘步驟中形成於各臂部11、12之端部之頻率調整用金屬膜19、20之形成量之比率小於習知例。
藉此，可使粗調整步驟後之頻率調整用金屬膜19、20沿著長邊方向殘留超過一半。
因此，於因來自外部之衝擊而導致音叉型水晶振動片3之各臂部11、12朝蓋體5側撓曲時，殘留之頻率調整用金屬膜19、20抵接於蓋體5之內面。藉此，可防止各臂部11、12之寬幅之前端部11a、12a之前端抵接於蓋體5之內面而損傷，且可抑制頻率變動。
根據本實施形態，即便因來自外部之衝擊而導致音叉型水晶振動片3之各臂部11、12朝基座4側撓曲，各臂部11、12之各抵接部11b、12b抵接於基座4之底面之枕部9，亦不存在如習知般臂末端電極磨削，頻率產生變動之類情況。
進而，於因來自外部之衝擊而導致音叉型水晶振動片3之各臂部11、12朝向與突設有枕部9之基座4為相反側之蓋體5側撓曲時，殘留之頻率調整用金屬膜19、20抵接於蓋體5之內面。藉此，可防止各臂部11、12之前端抵接於蓋體5之內面而損傷，從而抑制頻率變動。
亦可如此地抑制因來自外部之衝擊導致音叉型水晶振動片3之各臂部11、12朝基座4側撓曲引起之頻率變動、及因朝蓋體5側撓曲引起之頻率變動之任一頻率變動。藉此，可獲得具有良好之耐衝擊性之音叉型水晶振動子。
上述實施形態係照射雷射光束，調整頻率，但亦可使用除雷射光束以外之離子光束等其他能量光束。
圖9係本發明之另一實施形態之對應於圖4之圖，且對於與上述實施形態對應之部分，標註相同之參照符號，省略其說明。
於上述實施形態中，將至少包含抵接部11b、12b之區域設為未形成臂末端電極之無電極區域21、21，該抵接部11b、12b係於因來自外部之衝擊而導致第1、第2臂部11、12朝基座4之底面側撓曲時，抵接於枕部9。
於本實施形態中，與習知同樣地，遍及第1、第2臂部11、12之前端部11a、12a之整周形成有臂末端電極25、24。
於本實施形態中，如圖9及圖10之概略剖面圖所示，於第1、第2臂部11、12之前端部11a、12a之與基座4之底面對向之另一主面側，分別形成有作為將抵接時之衝擊緩衝之緩衝部之金屬膜22、22。各金屬膜22、22分別形成於因來自外部之衝擊導致第1、第2臂部11、12朝基座4之底面側撓曲時抵接於枕部9之區域。
為獲得緩衝效果，該金屬膜22之厚度為1μm以上，於該例中，例如為10μm。該金屬膜22係與上述金屬凸塊8同樣地，例如由金所構成，且藉由電解鍍覆法等方法而鍍覆形成。因此，該金屬膜22可與金屬凸塊8同時地形成。
該金屬膜22係設置於因來自外部之衝擊而導致第1、第2臂部11、12朝基座4之底面側撓曲時抵接於枕部9之區域者。於本實施形 態中，金屬膜22設置於第1、第2臂部11、12之寬幅之前端部11a、12a之寬度方向之中央位置且基部10側。該金屬膜22之形狀為俯視大致圓形。
如此，於第1、第2臂部11、12之抵接於基座4之底面之枕部9之區域，分別藉由鍍覆而以1μm以上之厚度形成將與枕部9之抵接所致之衝擊緩衝之金屬膜22、22。藉此，即便因來自外部之衝擊而導致音叉型水晶振動片3撓曲，各臂部11、12之金屬膜22、22抵接於基座4之底面之枕部9，金屬膜22、22亦難以剝離。又，該抵接之衝擊藉由金屬膜22、22而充分緩衝，從而不存在臂末端電極25磨削之類情況。因此，可抑制因來自外部之衝擊而導致頻率朝向正側變動。又，如圖10之概略剖面圖所示，音叉型水晶振動片3之另一主面側之金屬膜22之形成位置為臂部之前端以外之部分即抵接部。因此，即便藉由雷射光束之照射而將頻率調整用金屬膜19、20之臂部之前端側之部分磨削，金屬膜22亦不被削減。藉此，可藉由金屬膜22而緩衝音叉型水晶振動片3與枕部之抵接之衝擊，並且亦可藉由殘留之頻率調整用金屬膜19、20而防止各臂部之前端部與蓋體之內面之接觸。
再者，作為緩衝部之金屬膜22並不限定於一部位，亦可設置於複數個部位，例如圖11A所示亦可設置於兩個部位。
又，金屬膜22並不限定於俯視圓形，亦可為其他形狀，例如，亦可如圖11B所示，沿著各臂部11、12之各前端部11a、12a之寬度方向形成為俯視長方形。
於本實施形態中，於形成有作為緩衝部之金屬膜22之部分，形成有臂末端電極24、25，但作為本發明之另一實施形態，亦可於作 為緩衝部之金屬膜22及其周圍之區域設為未形成臂末端電極而露出水晶基材之無電極區域。
於上述各實施形態中，構成基部10之一部分之接合部13於與第1、第2臂部11、12之延出方向相反之方向延伸，且朝向與上述延出方向正交之方向之一方向(圖3中為右方)延伸，但接合部13亦可為如圖12之音叉型水晶振動片3之外形圖所示朝上述正交之方向之兩方向(圖12之左方及右方)延伸之左右對稱之形狀。或者，亦可為如圖13所示朝向上述正交之方向之兩方向(圖13之左方及右方)延伸，進而，分別與第1、第2臂部11、12之延出方向平行地延伸之左右對稱之形狀。或者，亦可為如圖14所示自第1、第2臂部11、12之間於與第1、第2臂部11、12之延出方向相同之方向延伸之形狀。於該等各形狀之音叉型水晶振動片3中，與基座4之各電極墊7、7接合之接合部位即2個金屬凸塊8、8可如圖12~圖14所示，設為接合部13之以如上方式延伸之末端附近。再者，接合部13亦可不形成朝向與上述延出方向正交之方向延伸之部分或朝向與上述延出方向相同之方向延伸之部分。
上述各實施形態係適用於音叉型水晶振動片進行了說明，但並不限定於此，亦可使用水晶以外之其他壓電材料。
1‧‧‧音叉型水晶振動子
2‧‧‧封裝
3‧‧‧音叉型水晶振動片
4‧‧‧基座
4a‧‧‧周壁部
5‧‧‧蓋體
7‧‧‧電極墊
8‧‧‧金屬凸塊
9‧‧‧枕部
19、20‧‧‧頻率調整用金屬膜
t1‧‧‧厚度
t2‧‧‧厚度(高度)
Claims (9)
- 一種音叉型振動子，其具備具有基部及自該基部延出之複數個臂部之音叉型振動片、及收納上述音叉型振動片之封裝，上述音叉型振動片係上述基部接合於上述封裝之收納部之電極，且於上述封裝之收納部之底面突設有枕部，該枕部係於上述音叉型振動片之作為自由端側之上述臂部朝向上述底面側撓曲時，抵接於上述臂部之前端以外之部分即抵接部，阻止上述前端抵接於上述底面，上述臂部之抵接於上述枕部之上述抵接部係未形成有電極且振動片之基材露出之無電極區域，上述無電極區域包含上述臂部之至少上述抵接部，且延伸至上述臂部之前端為止。
- 一種音叉型振動子，其具備具有基部及自該基部延出之複數個臂部之音叉型振動片、及收納上述音叉型振動片之封裝，上述音叉型振動片係上述基部接合於上述封裝之收納部之電極，且於上述封裝之收納部之底面突設有枕部，該枕部係於上述音叉型振動片之作為自由端側之上述臂部朝向上述底面側撓曲時，抵接於上述臂部之前端以外之部分之抵接部，阻止上述前端抵接於上述底面，於上述臂部之抵接於上述枕部之上述抵接部，設置有將與上述枕部之抵接所致之衝擊緩衝之緩衝部。
- 如申請專利範圍第2項之音叉型振動子，其中，上述緩衝部係由金屬膜所構成。
- 如申請專利範圍第3項之音叉型振動子，其中， 上述金屬膜之厚度為1μm以上。
- 如申請專利範圍第3項之音叉型振動子，其中，於上述基部，形成有用以將上述音叉型振動片接合於上述封裝之收納部之上述電極之金屬凸塊，且上述金屬膜與上述金屬凸塊由相同之材質所構成。
- 如申請專利範圍第4項之音叉型振動子，其中，於上述基部，形成有用以將上述音叉型振動片接合於上述封裝之收納部之上述電極之金屬凸塊，且上述金屬膜與上述金屬凸塊由相同之材質所構成。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項之音叉型振動子，其中，於上述臂部之表背主面之一主面之前端側之區域，形成有頻率調整用金屬膜，上述抵接部位於上述臂部之表背主面之另一主面。
- 如申請專利範圍第7項之音叉型振動子，其中，形成有上述頻率調整用金屬膜之上述前端側之區域之臂部之寬度大於上述前端側之區域以外之臂部之寬度。
- 如申請專利範圍第8項之音叉型振動子，其中，上述底面之上述枕部係以與被懸臂支承之上述音叉型振動片之上述臂部之寬幅之上述前端側之區域對向之方式，延伸於與上述臂部之延出方向正交之方向。
Applications Claiming Priority (2)
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