JP2006311444A - Piezoelectric vibration chip, its manufacturing method, and piezoelectric device utilizing the piezoelectric vibration chip element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光により周波数を調整するための錘を有する圧電振動片、及びこの圧電振動片を利用した圧電デバイス、並びにこの圧電デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece having a weight for adjusting a frequency by laser light, a piezoelectric device using the piezoelectric vibrating piece, and a method for manufacturing the piezoelectric device.
図12は従来の振動腕1の先端付近の概略平面図である(例えば、特許文献1参照)。
この図の振動腕1は、所謂、基部から延びる複数の振動腕を有する音叉型圧電振動片についての1本の振動腕であり、その先端付近には、周波数調整用の錘2が設けられている。すなわち、錘2にレーザ光を照射することで振動腕先端付近の質量を削減して、圧電振動片の周波数を調整するようになっている。
FIG. 12 is a schematic plan view of the vicinity of the tip of the conventional vibrating arm 1 (see, for example, Patent Document 1).
The vibrating
具体的には、振動腕1は、少ないレーザ光の照射で効率よく周波数調整するとともに、微細な周波数調整を可能とするため、次のような工夫を凝らしている。
すなわち、振動腕1は、質量削減効果の高い先端側(図12の右側)にレーザ光を照射して、周波数を粗めに調整する粗調領域E1と、この粗調領域E1よりも基部側(図12の左側)にレーザ光を照射して、周波数を微細に調整する微調領域E2とを有している。そして、この粗調領域E1に対して照射するレーザ光は、そのスポット径d1を比較的大きくして、効率のよい周波数調整を可能とし、微調領域E2に対して照射するレーザ光は、そのスポット径d2をd1よりも小さくして分解能を上げ、より微細な周波数調整を可能としている。また、この図では、スポット径d2よりもさらに小さなスポット径d3を有するようにレーザ光を照射して、さらに分解能を上げている。
Specifically, the vibrating
That is, the vibrating
ところが、このようにレーザ光のスポット径を変えることで、分解能を異ならせるような周波数調整であると、異なるスポット径を有するレーザ装置が必要となるため、複数の装置、または高価な装置を必要とするなどの問題がある。 However, the frequency adjustment that changes the resolution by changing the spot diameter of the laser beam in this way requires a laser apparatus having different spot diameters, and thus requires a plurality of apparatuses or an expensive apparatus. There are problems such as.
本発明は、安価に精度の高い周波数調整がされた圧電振動片およびその製造方法、並びに、この圧電振動片を利用した圧電デバイスを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating piece whose frequency is adjusted with high accuracy at low cost, a method for manufacturing the same, and a piezoelectric device using the piezoelectric vibrating piece.
上述の目的は、第1の発明によれば、周波数調整のためのレーザ光を照射される錘が設けられた圧電振動片であって、前記錘は、相対的に、周波数を粗めに調整するための領域と、周波数を微細に調整するための領域とを有しており、前記周波数を粗めに調整するための領域が、前記周波数を微細に調整するための領域に比べて、相対的に質量が大きくなるように形成されてい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 provided with a weight irradiated with a laser beam for frequency adjustment, wherein the weight is relatively coarsely adjusted in frequency. And an area for finely adjusting the frequency, and the area for coarsely adjusting the frequency is relatively smaller than the area for finely adjusting the frequency. This is achieved by the piezoelectric vibrating piece formed so as to increase the mass.
第1の発明の構成によれば、周波数調整のためのレーザ光を照射される領域に設けられた錘は、相対的に、周波数を粗めに調整するための領域が、周波数を微細に調整するための領域に比べて、質量が大きくなるように形成されている。このため、周波数を粗めに調整するための領域と、微細に調整するための領域とに照射するレーザ光のスポット径を同様にしても、レーザ光の照射により削減される錘の質量は、粗めに調整するための領域の方が、微細に調整するための領域に比べて大きい。したがって、異なるスポット径を有するレーザ装置を用いなくても、周波数を粗めに調整するための領域において、質量削減効果が大きく効率のよい周波数調整を可能にすると共に、微細に調整するための領域において、質量削減効果が小さく微細な周波数調整を可能とする。
かくして、安価に精度の高い周波数調整がされた圧電振動片を提供することができる。
According to the configuration of the first invention, the weight provided in the region irradiated with the laser light for frequency adjustment is relatively finely adjusted in the region for adjusting the frequency relatively coarsely. Compared with the area | region for doing, it is formed so that mass may become large. For this reason, even if the spot diameter of the laser beam applied to the region for adjusting the frequency coarsely and the region for adjusting the frequency finely are the same, the mass of the weight reduced by the laser beam irradiation is The area for coarse adjustment is larger than the area for fine adjustment. Therefore, even if a laser device having a different spot diameter is not used, in the region for coarsely adjusting the frequency, an effective frequency adjustment with a large mass reduction effect is possible and the region for finely adjusting the region. , The mass reduction effect is small and fine frequency adjustment is possible.
Thus, it is possible to provide a piezoelectric vibrating piece with a highly accurate frequency adjustment at low cost.
第2の発明は、第1の発明の構成において、前記周波数を粗めに調整するための領域と、前記周波数を微細に調整するための領域とは、前記錘の厚みが相対的に変えられることにより、前記質量が異なるようになっていることを特徴とする。
第2の発明の構成によれば、周波数を粗めに調整するための領域と、周波数を微細に調整するための領域とは、錘の厚みが相対的に変えられることにより、質量が異なるようになっているので、第1の発明と同様の作用効果を発揮する。
According to a second aspect, in the configuration of the first aspect, the thickness of the weight is relatively changed between the region for coarsely adjusting the frequency and the region for finely adjusting the frequency. Thus, the masses are different.
According to the configuration of the second aspect of the invention, the region for adjusting the frequency roughly and the region for finely adjusting the frequency appear to have different masses by relatively changing the thickness of the weight. Therefore, the same effect as the first invention is exhibited.
第3の発明は、第1または第2の発明の構成において、前記周波数を粗めに調整するための領域と、前記周波数を微細に調整するための領域とは、前記錘の種類が相対的に変えられることにより、前記質量が異なるようになっていることを特徴とする。
第3の発明の構成によれば、周波数を粗めに調整するための領域と、周波数を微細に調整するための領域とは、錘の種類が相対的に変えられることにより、質量が異なるようになっているので、第1の発明と同様の作用効果を発揮する。さらに、例えば錘の厚みを変えなくても、第1の発明と同様の作用効果を発揮できるため、錘を含めた振動腕の厚みを薄くすることができる。
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect of the invention, the area for adjusting the frequency roughly and the area for finely adjusting the frequency are relative to each other in the type of the weight. It is characterized in that the mass is different by being changed to.
According to the configuration of the third aspect of the invention, the region for adjusting the frequency coarsely and the region for finely adjusting the frequency appear to have different masses by relatively changing the type of weight. Therefore, the same effect as the first invention is exhibited. Furthermore, for example, even if the thickness of the weight is not changed, the same effect as that of the first invention can be exhibited. Therefore, the thickness of the vibrating arm including the weight can be reduced.
また、上述の目的は、第4の発明によれば、蓋体により内部空間が封止されているパッケージと、このパッケージの前記内部空間内に収容された圧電振動片とを備えた圧電デバイスであって、前記パッケージの蓋体は、レーザ光が透過可能な材料から形成されており、前記圧電振動片は、前記蓋体を透過するようにして前記レーザ光を照射される錘が設けられており、前記錘は、相対的に、周波数を粗めに調整するための領域と、周波数を微細に調整するための領域とを有しており、前記周波数を粗めに調整するための領域が、前記周波数を微細に調整するための領域に比べて、相対的に質量が大きくなるように形成されている圧電デバイスにより達成される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric device comprising: a package whose internal space is sealed by a lid; and a piezoelectric vibrating piece housed in the internal space of the package. The lid of the package is formed of a material that can transmit laser light, and the piezoelectric vibrating piece is provided with a weight that is irradiated with the laser light so as to transmit the cover. The weight has a region for adjusting the frequency roughly and a region for finely adjusting the frequency, and the region for adjusting the frequency roughly This is achieved by a piezoelectric device formed so as to have a relatively large mass compared to the region for finely adjusting the frequency.
第4の発明の構成によれば、圧電振動片は、パッケージの蓋体を透過するようにしてレーザ光が照射される錘を有しており、この錘は、相対的に、周波数を粗めに調整するための領域が、周波数を微細に調整するための領域に比べて、質量が大きくなるように形成されている。したがって、第1の発明と同様の作用効果を発揮する。さらに、透明な蓋体を透過させたレーザ光により周波数調整できるため、完成直前状態において周波数を調整でき、より精度の高い周波数を得ることができる。 According to the configuration of the fourth aspect of the invention, the piezoelectric vibrating piece has the weight that is irradiated with the laser light so as to pass through the lid of the package, and this weight has a relatively rough frequency. The region for adjusting the frequency is formed so that the mass is larger than the region for finely adjusting the frequency. Therefore, the same effect as the first invention is exhibited. Furthermore, since the frequency can be adjusted by the laser beam transmitted through the transparent lid, the frequency can be adjusted immediately before completion, and a more accurate frequency can be obtained.
また、上述の目的は、第5の発明によれば、圧電材料から外形を形成する外形形成工程と、この外形工程の後、及び/又は前に、周波数調整のためのレーザ光を照射する領域に錘を付ける錘付け工程とを備えた圧電振動片の製造方法であって、前記錘付け工程では、相対的に、周波数を粗めに調整するための前記領域が、周波数を微細に調整するための前記領域に比べて、質量が大きくなるようにして前記錘を付ける圧電振動片の製造方法により達成される。 According to the fifth aspect of the present invention, the outer shape forming step for forming the outer shape from the piezoelectric material, and the region where the laser beam for frequency adjustment is irradiated after and / or before the outer shape step. And a weighting step of attaching a weight to the piezoelectric vibrating piece, wherein the region for adjusting the frequency relatively coarsely adjusts the frequency finely in the weighting step. This is achieved by a method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece to which the weight is attached so as to increase the mass compared to the region for.
第5の発明の構成によれば、錘付け工程では、相対的に、周波数を粗めに調整するための領域が、周波数を微細に調整するための領域に比べて、質量が大きくなるようにして錘を付ける。このため、レーザ光を照射する各領域毎にレーザ光のスポット径を変えることなく、質量削減効果が大きく効率のよい周波数調整を可能にすると共に、質量削減効果が小さく微細な周波数調整を可能とする。したがって、異なるスポット径を有するレーザ装置を用いる必要がなく、第1の発明と同様の作用効果を発揮する。 According to the configuration of the fifth aspect of the invention, in the weighting step, the mass for adjusting the frequency coarsely is relatively larger than the region for finely adjusting the frequency. And attach a weight. Therefore, without changing the spot diameter of the laser beam for each region irradiated with the laser beam, it is possible to adjust the frequency with a large mass reduction effect and an efficient frequency, and the fine frequency adjustment with a small mass reduction effect is possible. To do. Therefore, it is not necessary to use a laser device having a different spot diameter, and the same effect as the first invention is exhibited.
図1ないし図4は、本発明の第1の実施形態に係る圧電デバイス30であって、図1は圧電デバイス30の概略平面図、図2は図1のA−A線概略切断断面図、図3は圧電デバイス30に用いられる圧電振動片の概略斜視図、図4は図3のB−B線概略切断端面図である。
尚、圧電デバイスとは、圧電振動子や圧電発振器等の名称にかかわらず、シリンダー等を含む概念であるパッケージ内に圧電振動片を収容した全ての製品を意味する。
また、図3の平行斜線で示した部分は、理解の便宜のために示したものであり、断面等を表すものではない。
1 to 4 show a
The piezoelectric device means all products in which a piezoelectric vibrating piece is contained in a package including a cylinder or the like, regardless of the name of a piezoelectric vibrator, a piezoelectric oscillator, or the like.
3 are shown for the convenience of understanding, and do not represent a cross section or the like.
これらの図の圧電デバイス30では、完成品として要求される周波数が32KHzの場合における圧電振動子を構成した例を示しており、パッケージ37内に圧電振動片20を収容している。
本実施形態のパッケージ37は、図2に示されるように、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型して形成される第1ないし第3の基板37a,37b,37cを積層した後、焼結して形成されている。
In the
As shown in FIG. 2, the
第1の基板37aは、その内側に所定の孔を形成することで、第2の基板37bに積層した場合に、パッケージ37の内側に所定の内部空間Sを形成するようにされている。この内部空間Sが、圧電振動片20を収容するためのキャビティとなる。
また、第1の基板37aの図2において上部に開口した側の開口端面には、低融点ガラス等のロウ材38が適用されて蓋体39が接合されており、これにより、内部空間Sは蓋封止されている。なお、蓋体39は、蓋封止した後であっても、圧電振動片20に設けられた錘にレーザ光をあてて、質量削減方式で周波数調整できるように、光を透過する材料、例えばガラスから形成されている。この錘については後で詳細に説明する。
The
Further, a brazing
第2の基板37bの内部空間Sに露出する面には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成したマウント電極31,32が設けられている。
このマウント電極31,32は、パッケージ内を引き回されて、実装端子部41,42に接続され、これにより互いに異極となって、圧電振動片20に駆動電圧を供給する電極となる。
そして、マウント電極31,32の上面に、接着剤43,43として、例えばシリコーン系またはエポキシ系あるいはポリイミド系等の導電性接着剤が塗布され、この接着剤43,43の上に圧電振動片20が載置されて、接着剤43,43が硬化することで、マウント電極31,32と圧電振動片20とが接続されている。
On the surface exposed to the internal space S of the
The
Then, a conductive adhesive such as silicone, epoxy, or polyimide is applied to the upper surfaces of the
また、パッケージ37の底面のほぼ中央付近には、第2の基板37b及び第3の基板37cに連続する貫通孔45a,45bを形成することにより、開口部45が設けられている。この開口部45は、圧電振動片20に有害なガスが付着しないようにするための孔である。すなわち、例えばパッケージ37内を加熱(アニール処理)して導電性接着剤43やロウ材38などから発生したガスを真空排気するための孔である。そして、この開口部45は、パッケージ内部に開口する貫通孔45aに対して、外側に開口する貫通孔45bは、より大きな内径を備えるようにされ、これにより、開口部45はパッケージ37を逆さまにした際に、上向き段部48が形成されるようになっている。
In addition, an
そして、開口部45の内面には、ニッケルメッキおよび金メッキが下地として被覆されており、有害なガスを排気した後に、図2に示されるように、加熱溶融される金属製の封止材46により、封止されるようになっている。本実施形態では、封止材46には、例えば金(Au)と錫(Sn)による合金等が用いられている。
Then, the inner surface of the
圧電振動片20は、例えば水晶等で形成されており、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。
本実施形態の場合、圧電振動片20は、小型に形成して必要な性能を得るために、基部51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35,36を備えている。
The piezoelectric vibrating
In the case of the present embodiment, the piezoelectric vibrating
基部51は、一対の振動腕35,36を支持するための部分である。また、本実施形態の基部51は、圧電振動片20をマウント電極31,32に接合するための部分でもあり、図1および図3に示しように、幅方向両端の表裏面に引出電極33a,34aが形成され、この引出電極33a,34aとマウント電極31,32とが電気的機械的に接続されている。
The
振動腕35,36は、図3に示すように、表裏面のそれぞれに長手方向に沿って延びる長溝52,53が形成されており、幅方向の縦断面が略H型となっている。そして、長溝52,53内に励振電極33,34が形成され、長溝52内の励振電極33と対向するようにして、振動腕35の側面に励振電極34が形成されており、長溝53内の励振電極34と対向するようにして、振動腕36の側面に励振電極33が形成されている。
As shown in FIG. 3, the vibrating
すなわち、振動腕35の長溝52内の励振電極33は、振動腕36の内側側面から先端領域を通って外側側面まで形成され、基部51の引出電極34aと電気的に接続されている。また、振動腕36の長溝53内の励振電極34は、基部51の引出電極33aを介しながら、振動腕35の外側側面から先端領域を通って内側側面まで形成されている。このようにして、長溝52,53内の励振電極とこれに対向する側面の励振電極とを異極となるよう配置して、各腕内の電界効率を高めて、振動腕35,36の小型化を可能としている。なお、これら励振電極33,34には、例えばクロムメッキによる下地層の上に金メッキを被覆した構成が適している。
That is, the
ここで、図3に示すように、長溝52,53内の励振電極33,34を引き伸ばすようにして形成された振動腕35,36の先端領域の励振電極33b,34bは、振動腕35,36の主面(図3では表裏面であって蓋体に対向する面)にも形成されており、具体的には、各腕の先端から長溝52,53に近接するほどに長手方向に長く形成されている。この振動腕35,36の先端領域の表裏面に形成された励振電極33b,34bは、圧電振動片20の各腕内に電解を生じさせるために設けられているだけでなく、周波数調整のための錘の役割を有している。すなわち、後述するように、レーザ光を照射されて、質量を削減することで周波数調整されるための錘である。
Here, as shown in FIG. 3, the
以下、この周波数調整用の錘について詳細に説明するが、振動腕35および振動腕36に設けられた錘の構成は略同一であるため、振動腕36についての説明は省略する。
図4に示すように、錘である励振電極34bの上には、さらに別の錘が設けられて、周波数調整用のレーザ光を照射される錘62が全体的に形成されている。
そして、この錘62は、相対的に、周波数を粗めに調整するための領域と、周波数を微細に調整するための領域とを有しており、周波数を粗めに調整するための領域が、周波数を微細に調整するための領域に比べて、相対的に質量が大きくなるように形成されている。
Hereinafter, the weight for adjusting the frequency will be described in detail. However, the configurations of the weights provided on the vibrating
As shown in FIG. 4, another weight is provided on the
The
すなわち、本実施形態の場合、錘62は、振動腕35の先端側から基部側(長溝52側)に向かうにしたがって、順に周波数調整の分解能を向上させ、振動腕35のレーザ光が照射される先端領域を分解能別に区分けするようにして周波数の調整領域が形成されている。
具体的には、振動腕35の先端領域を4区分に分け、その区分にしたがってレーザ光LB1,LB2,LB3,LB4を照射するようにしている。そして、錘62は、振動腕35の最も先端側の調整領域ER1の質量が最も大きく、次に、この最先の調整領域ER1よりも微細に周波数調整する粗調領域ER2、粗調領域ER2よりも微細に周波数調整する微調領域ER3の順に質量が小さくなり、最後に、後に製造方法で説明するように、開口部45を封止材46(図2参照)で孔封止した後において、微調領域ER3よりもさらに微細に周波数調整する密封下調整領域ER4の質量が最も小さくなるように形成されている。
That is, in the case of the present embodiment, the
Specifically, the tip region of the vibrating
さらに、本実施形態では、周波数を粗めに調整するための領域と、周波数を微細に調整するための領域とは、錘62の厚みが相対的に変えられることにより、質量が異なるようになっており、図4では、一回のレーザ光の照射で削減される錘62が、先端に向かうにしたがって段階的に多層となっている。
具体的には、図4に示すように、振動腕35の表面(図4の上面)であって、先端領域の全体に錘としての励振電極34bが設けられている。また、振動腕35の裏面(図4の下面)の先端領域については、密封下調整領域ER4には錘は設けられておらず、微調領域ER3は錘としての励振電極34bが付着した一層構造であり、粗調領域ER2はこの励振電極34bの上にAu(金)等でなる錘56が付着した二層構造であり、最先の調整領域ER1は励振電極34bの上に錘56およびAu(金)等でなる錘58を付着させた三層構造となっている。なお、図4の錘62に開けられた孔は、レーザ光LB1,LB2,LB3,LB4を照射された形跡である。
Furthermore, in the present embodiment, the region for adjusting the frequency coarsely and the region for finely adjusting the frequency have different masses because the thickness of the
Specifically, as shown in FIG. 4, an
次に、この圧電デバイス30の製造方法を説明する。
図5ないし図9は、圧電デバイス30の製造方法を説明するための図であり、図5は圧電デバイス30の工程図、図6ないし図8は図5の工程に対応した製造過程の概念図、図9(a)は振動腕の表面にレーザ光を照射した跡、図9(b)は振動腕の裏面にレーザ光を照射した跡である。
なお、振動腕35およびこの振動腕35に設けられた錘、並びにこれら錘等に対する加工方法等については、振動腕36についても同様であるので、以下、説明を省略することにする。
Next, a method for manufacturing the
FIGS. 5 to 9 are diagrams for explaining a method of manufacturing the
Note that the vibrating
これらの図における圧電デバイスの製造方法では、既に説明した音叉型圧電振動片の外形を、例えばウエットエッチングによりウエハー上に複数形成する(外形形成工程)。
そして、これら複数の圧電振動片に、既に説明した引出電極および励振電極(振動腕の先端領域は錘となる)をスパッタリング等で蒸着し、その後、以降の複数回に分けて行う周波数調整に対応した錘付けを行う(ST1:錘付け工程)。
具体的には、図6(a)に示されるように、振動腕35の表面側(図において上側)の先端領域全体に錘としての励振電極34bをスッパタリング等で蒸着する。また、各振動腕35の裏面側(図において下側)については、微調領域ER3,粗調領域ER2,最先の調整領域ER1の上に、錘としの励振電極34bをスッパタリング等で蒸着する。
そして、裏面側の粗調領域ER2,最先の調整領域ER1については、錘としの励振電極34bの上に、Au(金)等からなる錘56をスッパタリング等で蒸着し、その後、裏面側の最先の調整領域ER1については、錘56の上にさらにAu(金)等からなる錘58をスッパタリング等で蒸着する。
In the piezoelectric device manufacturing method in these drawings, a plurality of the tuning fork type piezoelectric vibrating reeds already described are formed on the wafer by, for example, wet etching (outer forming step).
Then, the extraction electrode and the excitation electrode (the tip area of the vibrating arm becomes a weight) that has already been described are deposited on these piezoelectric vibrating pieces by sputtering or the like, and then the frequency adjustment is performed in a plurality of subsequent steps. Weighting is performed (ST1: weighting step).
Specifically, as shown in FIG. 6A, the
For the rough adjustment region ER2 on the back surface side and the first adjustment region ER1, a
次いで、図6(b)に示すように、複数の圧電振動片の振動腕35,36の各々の最先の調整領域ER1に設けられた錘34b,34b,56,58に、レーザ光LB1を照射して、圧電振動片をパッケージに接合する前に、粗めに周波数を調整しておく(図5のST2:ウエハー上での周波数調整)。具体的には、図9に示すように、振動腕35の表裏面に設けた最も先端側の錘62に、例えばYAGレーザLB1を用いて複数回にわたって照射して、完成品として要求される周波数が32KHzの場合における周波数のバラツキが500ppm程度になるように調整する。このように、調整としては粗めではあるが、圧電振動片をパッケージに接合する前に、予めレーザ光を照射することで、蒸散した錘がパッケージに付着してしまうことによる悪影響等を防止することができる。
Next, as shown in FIG. 6B, the laser beam LB1 is applied to the
次いで、複数の圧電振動片をウエハーから各個に切り取って、その各々を、図1および図2に示すマウント電極31,32や開口部45等を予め形成しておいたパッケージ37に接合する(図5のST3:マウント工程)。
そして、図2に示すように、パッケージ37の開口端面に低融点ガラス等のロウ材38を適用して、レーザ光が透過可能なガラス製等の蓋体39を接合する(図5のST4:蓋封止工程)。なお、本実施形態では、この蓋封止工程を終えた後については、圧電振動片の周波数のバラツキが1500ppm程度にまで悪化している。このように、ST2で周波数調整したにも拘わらず、周波数がバラついているのは、マウント工程(ST2)や蓋封止工程(ST3)において環境が変化したからである。
Next, a plurality of piezoelectric vibrating pieces are cut into individual pieces from the wafer, and each is joined to a
As shown in FIG. 2, a
次いで、図7(c)に示すように、レーザ光LB2,LB3をガラス製の蓋体39を透過させて、振動腕35に設けた錘(図示せず)に照射して、完成品として要求される周波数に略合わせるように調整する(図5のST5:封止前調整工程)。
本実施形態では、この封止前調整工程は、図7(c)に示すように、振動腕35に設けた錘(図示せず)の先端側に、レーザ光LB2を照射して周波数を粗めに調整する粗調工程(図5のST5−1)を行い、その後、この粗調工程よりも基部51側に設けた錘(図示せず)に、レーザ光LB3を照射して周波数を調整する微調工程(図4のST5−2)を行っている。
Next, as shown in FIG. 7 (c), the laser beams LB2 and LB3 are transmitted through the
In this embodiment, as shown in FIG. 7C, this pre-sealing adjustment step irradiates laser light LB2 on the tip side of a weight (not shown) provided on the vibrating
具体的には、粗調工程(図5のST5−1)では、図4および図9に示すように、質量削減効果が最先の調整領域ER1よりも小さい基部側(根元側)であって、振動腕35の粗調領域ER2に設けられた錘34b,34b,56に、例えばYAGレーザを用いて複数回にわたってレーザ光LB2を照射する。そして、多少粗めではあるが、ウエハー状での周波数調整(図5のST2)よりは微細な周波数調整をして、周波数のバラツキが200〜300ppm程度になるように調整する。
Specifically, in the coarse adjustment step (ST5-1 in FIG. 5), as shown in FIGS. 4 and 9, the mass reduction effect is on the base side (base side) smaller than the earliest adjustment region ER1. The
また、微調工程(図5のST5−2)では、図4及び図9に示すように、質量削減効果が粗調工程(図5のST5−1)よりも小さい基部側(根元側)であって、振動腕35の微調領域ER3に設けられた錘34b,34bに、例えばYAGレーザを用いて複数回にわたってレーザ光LB3を照射する。
そして、この微調工程(図5のST5−2)を経た後の圧電振動片については、その周波数のバラツキが10ppm程度になるように調整する。この10ppm程度のバラツキは微小であり、他の理由がない限り、ほとんどの製品が検査工程で合格を得ることができる程度となっている。
Further, in the fine adjustment step (ST5-2 in FIG. 5), as shown in FIGS. 4 and 9, the mass reduction effect is smaller on the base side (base side) than in the coarse adjustment step (ST5-1 in FIG. 5). Thus, the
And about the piezoelectric vibrating piece after passing through this fine adjustment process (ST5-2 of FIG. 5), it adjusts so that the variation in the frequency may be set to about 10 ppm. This variation of about 10 ppm is so small that most products can pass in the inspection process unless there is another reason.
なお、封止前調整工程(図5のST5)では、レーザ光LB2,LB3を複数回にわたって照射しているが、このレーザ光LB2,LB3は焦点付近の温度を1000℃以上にするため、図7(d)に示すように、この加熱によって振動腕35に熱応力が加わり、残留応力60が振動腕35に存在している状態となっている。
In the pre-sealing adjustment step (ST5 in FIG. 5), the laser beams LB2 and LB3 are irradiated a plurality of times, but the laser beams LB2 and LB3 have a temperature near the focal point of 1000 ° C. or higher. As shown in FIG. 7D, thermal stress is applied to the vibrating
次いで、パッケージに設けられた開口部45(図2参照)からガスを抜き出す。すなわち、マウント工程(ST3)や蓋封止工程(ST4)等で接着剤等から発生したガスを、開口部から真空引きする。そして、内部空間S内を真空雰囲気にした状態で、図7(e)に示すように、逆さまにした圧電デバイスの開口部45の上向き段部48に、封止材46を載置して加熱し、開口部45の内面にのみ設けた金属被覆部(図示せず)に封止材46を濡れ広がらせて、パッケージを密封する(図5のST6:孔封止工程)。
Next, gas is extracted from an opening 45 (see FIG. 2) provided in the package. That is, the gas generated from the adhesive or the like in the mounting step (ST3) or the lid sealing step (ST4) is evacuated from the opening. Then, in a state where the inside space S is in a vacuum atmosphere, as shown in FIG. 7E, the sealing
ここで、この孔封止工程(ST6)では、封止材46を加熱するだけでなく、圧電振動片20も加熱するようにしている。本実施形態では、開口部45からガスを真空引きする前に、導電性接着剤43やロウ材38内に残ったガスを完全に抜き出せるように、圧電デバイス全体を加熱しており、その際に、圧電振動片20を加熱している。具体的には、封止前調整工程(図5のST5)で生じた振動腕35の残留応力60を緩和ではなく略消滅できるように、摂氏205℃〜300℃程度の温度を有する炉内に完成前の圧電デバイス全体を30分〜1時間程度入れて、比較的低い温度で比較的長い時間をかけて加熱している。そして、このように圧電振動片20を加熱して開口部45からガスを抜き出した後、載置した封止材46に例えばレーザ光を照射したり、或いは加熱手段と接続されたピン等を接触させたりして加熱溶融して、パッケージ37を密封する。
Here, in this hole sealing step (ST6), not only the sealing
そして、このように孔封止工程(ST6)を経ると、圧電振動片の周波数は、微調工程(図5のST5−2)を経た直後の圧電振動片と比べて、僅かではあるが、30〜50ppm程度と再び周波数がバラつくようになっている。このバラつきは、圧電振動片を加熱することで、封止前調整工程(図5のST5)で生じた残留応力が消滅したことによる振動片の特性変化であると考えられる。 When the hole sealing step (ST6) is performed in this way, the frequency of the piezoelectric vibrating piece is slightly smaller than that of the piezoelectric vibrating piece immediately after the fine adjustment step (ST5-2 in FIG. 5), but 30 The frequency starts to vary again to about 50 ppm. This variation is considered to be a characteristic change of the vibrating piece due to the disappearance of the residual stress generated in the pre-sealing adjustment step (ST5 in FIG. 5) by heating the piezoelectric vibrating piece.
そこで、この孔封止工程(ST6)で生じた僅かな周波数の変動を、図4、図8、図9に示すように、質量削減効果が微調工程(図5のST5−2)よりもさらに小さい基部側(根元側)であって、振動腕35の密封下調整領域ER4に設けられた表面の錘34bに、例えばYAGレーザを用いて複数回にわたってレーザ光LB4を照射し、完成品として要求される周波数に合わせるように調整して(図5のST7:密封下調整工程)、圧電デバイスの周波数のバラツキが10ppm程度になるように調整する。
次いで、圧電デバイスの周波数及びその他の検査をして、完成させる。
Therefore, as shown in FIGS. 4, 8, and 9, the slight frequency fluctuation generated in the hole sealing step (ST6) is more effective than the fine adjustment step (ST5-2 in FIG. 5). The
The frequency and other inspections of the piezoelectric device are then completed.
本発明の第1の実施形態は以上のように構成されており、周波数調整用の錘62は、相対的に、周波数を粗めに調整するための領域が、周波数を微細に調整するための領域に比べて、質量が大きくなるように形成されている。このため、周波数を粗めに調整するための領域と、微細に調整するための領域とに照射するレーザ光のスポット径を略同じにしても、レーザ光の照射により削減される錘の質量は、粗めに調整するための領域の方が、微細に調整するための領域に比べて大きい。したがって、異なるスポット径を有するレーザ装置を用いなくても、周波数を粗めに調整するための領域において、質量削減効果が大きく効率のよい周波数調整を可能にすると共に、微細に調整するための領域において、質量削減効果が小さく微細な周波数調整を可能とする。
なお、本発明のこの作用効果を発揮させるためには、必ずしも図5に示す製造工程を実施する必要はなく、このため、例えば図10に示すように、振動腕35に設ける錘62の層構造を本実施形態よりも少なくし、分解能を3区分に分けた周波数の調整領域にしたがって、レーザ光LB1,LB2,LB3を照射して周波数調整するようにしてもよい。
The first embodiment of the present invention is configured as described above, and the
In order to exhibit this effect of the present invention, it is not always necessary to carry out the manufacturing process shown in FIG. 5. For this reason, for example, as shown in FIG. The frequency may be adjusted by irradiating the laser beams LB1, LB2, and LB3 in accordance with the frequency adjustment region in which the resolution is divided into three sections.
さらに、振動腕35,36に設けられた錘62の質量を大きくすることで、レーザ光を照射した場合の質量削減効果が向上して、レーザ光のスポット径が小さくできたため、振動腕35,36の先端領域である周波数調整の領域が小さくなっても、これに対応することができる。例えば、本実施形態の場合は、長溝52の先端から振動腕の先端までの距離が短くなった場合であっても、最先の調整領域ER1、粗調領域ER2、微調領域ER3、密封下調整領域ER4の4区分に分けた周波数調整が可能となった。
Further, by increasing the mass of the
しかも、本実施形態では、孔封止工程(図5のST6)の前に、既に、完成品として要求される周波数に略合わせるように調整する封止前調整工程を行っている(図5のST5)。このため、最終的に行う密封下調整工程(図5のST7)では、この密封下調整工程と封止前調整工程との間の孔封止工程(図5のST6)を行うことにより変化した周波数分だけを調整すればよい。
そして、封止前調整工程(図5のST5)では、レーザ光LB2,LB3を照射するため、熱応力が圧電振動片に残留した状態となっているが、その後の孔封止工程(図5のST6)で振動腕を加熱して、この残留応力を本実施形態では消滅させている。
したがって、密封下調整工程(図5のST7)では孔封止工程(図5のST6)を行うことにより変化した周波数分だけを僅かに調整すればよく、さらに、封止前調整工程(図5のST5)における残留応力は消滅しているので、完成後の圧電振動片20に残された熱応力は僅かに残っているだけである。したがって、この完成後の圧電デバイス30を基板実装する際にリフロー炉等で加熱したとしても、圧電デバイスの特性変化を抑制できる。
In addition, in the present embodiment, before the hole sealing step (ST6 in FIG. 5), a pre-sealing adjustment step for adjusting so as to substantially match the frequency required for the finished product is already performed (FIG. 5). ST5). Therefore, in the final adjustment process under sealing (ST7 in FIG. 5), the hole sealing process (ST6 in FIG. 5) between the adjustment process under sealing and the adjustment process before sealing is changed. It is only necessary to adjust the frequency.
In the pre-sealing adjustment step (ST5 in FIG. 5), since the laser beams LB2 and LB3 are irradiated, the thermal stress remains in the piezoelectric vibrating piece, but the subsequent hole sealing step (FIG. 5). In ST6), the vibrating arm is heated and this residual stress is eliminated in this embodiment.
Therefore, in the undersealing adjustment process (ST7 in FIG. 5), only the frequency changed by performing the hole sealing process (ST6 in FIG. 5) needs to be adjusted slightly, and further, the pre-sealing adjustment process (FIG. 5). Since the residual stress in ST5) disappears, only a small amount of thermal stress remains in the completed piezoelectric vibrating
図11は、本発明の第2の実施形態に係る圧電デバイスについて、振動腕35の概略縦断面図であって、図4の断面図に対応した図である。
この図において、上述した圧電デバイス30及びその製造方法の説明で用いた符号と同一の符号を付した箇所は共通する構成であるから、重複した説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。また、図11において、振動腕35と振動腕36との構成は略同じであるため、以下、振動腕35についてのみ説明する。
FIG. 11 is a schematic longitudinal sectional view of the vibrating
In this figure, since the location which attached | subjected the code | symbol same as the code | symbol used in description of the
この振動腕35が第1の実施形態と主に異なるのは、錘62の一部の種類が異なっている点である。
すなわち、周波数を粗めに調整するための領域と、周波数を微細に調整するための領域とは、錘62の種類が相対的に変えられることにより、質量が異なるようになっている。
具体的には、振動腕35の表面の先端領域には、錘としての励振電極34bが、全体に付着されている。なお、第1の実施形態でも同様であるが、このように振動腕35の表面側に錘62を設けるのは、透明な蓋体39(図2参照)ごしに、振動腕35に関する位置情報を画像認識し、最後に周波数調整されるため最後まで形が保持されている表面側の励振電極34bのエッジ部分(図11の符号E)を基点にして、レーザが照射すべき領域までの移動距離を制御器が計算するようにしているからである。
This vibrating
That is, the area for adjusting the frequency coarsely and the area for finely adjusting the frequency have different masses due to the relative change of the type of the
Specifically, an
そして、振動腕35の裏面の先端領域については、第1の実施形態のように、周波数調整する領域に対応して層構造が異なっており、微調領域ER3では錘としての励振電極34bが蒸着された一層構造であり、粗調領域ER2では励振電極34bの上にAu(金)からなる錘56が蒸着された2層構造であり、最先の調整領域ER1では励振電極34bの上に錘56及びAu(金)からなる錘58が蒸着された三層構造となっている。
As for the tip region on the back surface of the vibrating
ここで、微調領域ER3については、さらに2つの領域に分かれて、先端側の一方の領域ER3−2と、基部側の他方の領域ER3−1とを有し、領域ER3−2と領域ER3−1とに設けられた錘62は、互いに異なる材料から形成されている。
具体的には、先端側の一方の領域ER3−2に設けられた錘62は、その他の領域ER1,ER2に設けられた錘62と同じ材料(本実施形態の場合はAu)から形成されている。これに対して、一方の領域ER3−2と比べて相対的に微細に周波数調整するための他方の領域ER3−1に設けられた錘62は、一方の領域ER3−2に設けられているAu(金)よりも質量の小さい材料(ここでは密度の小さい材料)、例えばAl(アルミニウム)、Ag(銀)、Cr(クロム)、Ni(ニッケル)等で成膜さている。
Here, the fine adjustment region ER3 is further divided into two regions, one region ER3-2 on the tip side and the other region ER3-1 on the base side, and region ER3-2 and region ER3- 1 and 62 are formed of different materials.
Specifically, the
本発明の第2の実施形態は以上のように構成されており、周波数を粗めに調整するための領域と、周波数を微細に調整するための領域とは、錘62の種類を相対的に変えることで、質量が異なるようになっており、その質量は、周波数を粗めに調整するための領域の方が、微細に調整するための領域の質量に比べて、相対的に大きくなっているため、第1の実施形態と同様の作用効果を発揮する。
さらに、本第2の実施形態では、第1の実施形態に比べて、分解能毎に区分けするようにした調整領域の数を増やして、周波数調整の工程数を増やしたため、より効果的に、質量削減効果が大きく効率のよい周波数調整を可能にすると共に、質量削減効果が小さく微細な周波数調整を可能とすることもできる。
そして、錘62の層構造を増やさなくても、分解能毎に区分けした調整領域の数を増やすことができ、逆に、分解能毎に区分けした調整領域の数を第1の実施形態と同様にすれば、錘62の層構造を減らして、錘62を含めた振動腕35の厚みを薄くすることもできる。したがって、例えば、振動腕35がパッケージの内側底面に接触してしまうことを防止できる。
The second embodiment of the present invention is configured as described above, and the region for adjusting the frequency coarsely and the region for finely adjusting the frequency are relatively different in type of the
Furthermore, in the second embodiment, compared with the first embodiment, the number of adjustment regions that are divided for each resolution is increased and the number of frequency adjustment steps is increased. It is possible to perform frequency adjustment with a large reduction effect and an efficient frequency, and a fine frequency adjustment with a small mass reduction effect.
Further, the number of adjustment areas divided for each resolution can be increased without increasing the layer structure of the
本発明は上述の実施形態に限定されない。-実施形態や各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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment. The configurations of the embodiments and the modifications may be combined or omitted as appropriate, and may be combined with other configurations not shown.
20・・・圧電振動片、35,36・・・振動腕、37・・・パッケージ、39・・・蓋体、45・・・開口部、46・・・封止材、ER1・・・最先の調整領域、ER2・・・粗調領域、ER3・・・微調領域、ER4・・・密封下調整領域、LB1,LB2,LB3,LB4・・・レーザ光、34b,56,58,62・・・錘 20 ... piezoelectric vibrating piece, 35,36 ... vibrating arm, 37 ... package, 39 ... lid, 45 ... opening, 46 ... sealing material, ER1 ... most Previous adjustment area, ER2 ... coarse adjustment area, ER3 ... fine adjustment area, ER4 ... under-sealing adjustment area, LB1, LB2, LB3, LB4 ... laser beam, 34b, 56, 58, 62 ..Weight
Claims (5)
前記錘は、相対的に、周波数を粗めに調整するための領域と、周波数を微細に調整するための領域とを有しており、
前記周波数を粗めに調整するための領域が、前記周波数を微細に調整するための領域に比べて、相対的に質量が大きくなるように形成されている
ことを特徴とする圧電振動片。 A piezoelectric vibrating piece provided with a weight irradiated with laser light for frequency adjustment,
The weight has a region for adjusting the frequency relatively coarsely and a region for finely adjusting the frequency,
The region for adjusting the frequency coarsely is formed so as to have a relatively large mass as compared with the region for finely adjusting the frequency.
前記パッケージの蓋体は、レーザ光が透過可能な材料から形成されており、
前記圧電振動片は、前記蓋体を透過するようにして前記レーザ光を照射される錘が設けられており、
前記錘は、相対的に、周波数を粗めに調整するための領域と、周波数を微細に調整するための領域とを有しており、前記周波数を粗めに調整するための領域が、前記周波数を微細に調整するための領域に比べて、相対的に質量が大きくなるように形成されている
ことを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric device comprising a package in which an internal space is sealed by a lid, and a piezoelectric vibrating piece accommodated in the internal space of the package,
The lid of the package is made of a material that can transmit laser light,
The piezoelectric vibrating piece is provided with a weight that is irradiated with the laser light so as to pass through the lid.
The weight relatively has a region for adjusting the frequency roughly and a region for finely adjusting the frequency, and the region for adjusting the frequency roughly A piezoelectric device characterized by being formed so as to have a relatively large mass compared to a region for finely adjusting a frequency.
この外形工程の後、及び/又は前に、周波数調整のためのレーザ光を照射する領域に錘を付ける錘付け工程と
を備えた圧電振動片の製造方法であって、
前記錘付け工程では、相対的に、周波数を粗めに調整するための前記領域が、周波数を微細に調整するための前記領域に比べて、質量が大きくなるようにして前記錘を付ける
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
An outer shape forming step of forming an outer shape from a piezoelectric material;
A weighting step of attaching a weight to a region irradiated with laser light for frequency adjustment after and / or before the outer shape step,
In the weight attaching step, the weight is attached such that the area for adjusting the frequency relatively coarsely has a larger mass than the area for finely adjusting the frequency. A method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece.
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