CN103199817A - 音叉型石英晶体谐振器 - Google Patents

Abstract

一种音叉型石英晶体谐振器，包括一底座及二个从底座同侧平行延伸的谐振臂。谐振臂的上下主表面有非对称的沟槽及贯穿孔来有效连接电极。此非对称沟槽的设计，可简化制作程序及降低制造成本。底座的侧表面有连续凹陷曲面，底座的主表面有凹槽，来降低谐振臂振动所产生的超音波能量经由底座固定镶嵌点进入谐振器的外覆陶瓷封装，以减低谐振器Q值的下降，确保谐振器的优越性能。

Description

音叉型石英晶体谐振器

本申请是申请日为2009年12月2日、申请号为200910224376.X的发明专利申请《音叉型石英晶体谐振器》的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种压电晶体谐振器(Piezoelectric Resonator)，特别涉及一种音叉型石英晶体谐振器(Tuning Fork Quartz Crystal Resonator)。

背景技术

石英晶体谐振器是为一种用以产生周期信号的装置。因其具有压电特性(Piezoelectric Characteristics)，可借由压电转换，而得到一固定振荡频率。因为石英晶体谐振器具有高的Q(Quality Factor)值，故多年来被广泛应用于各种频率及时间控制组件，以供多种的电子装置使用。此电子装置可以是但不限于手表、手机、卫星定位装置、无线网络装置、医学设备等。

一般而言，石英晶体谐振器，其电气特性(Electrical Characteristics)可借由图15的等效电路(Equivalent Circuit)来表示。

在图15当中，此等效电路具有一动态电容(Motional Capacitance，C1)，一动态电阻(Motional Resistance，R1)与一动态电感(Motional Inductance，L1)三者的串联连接(In Series Connection)。此串联连接再与一静态电容(StaticCapacitance，C0)的并联成一个并联连接(In Parallel Connection)。

根据上述石英晶体谐振器的等效电路，可知道其串联谐振频率Fs(SeriesResonant Frequency)乃为：

$\mathrm{Fs}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{C}_1}}$

音叉型石英晶体谐振器，也同样具有上述等效线路的电气特性。基本上，音叉型石英晶体谐振器乃是使用石英晶体(Quartz Crystal)为材料。石英晶体经由一特定的切割角θ(Cutting Angle)切割后，再将其设计加工为一特定尺寸的音叉型外观结构，并在音叉上建构两个极性相异的电极及其电性连结。将上述音叉型石英晶体谐振器置入于一振荡线路(Oscillation Circuit)内，该谐振器会产生屈曲振动型态(Flexure Mode)振动，并产生一规则性的频率振荡。

上述的切割角θ，请参考图14的坐标示意。其中，X、Y与Z轴为石英晶体的三个轴向，而X、Y’与Z’轴为石英晶体谐振器的三个轴向。前述的切割角是指以+X轴为中心，顺时针方向旋转的角度。本发明的切割角大约为负(-)六度至正(+)六度。X轴为电力场轴(Electrical Axis)。Y轴为机械轴(MechanicalAxis)。Z轴为光学轴(Optical Axis)。

音叉型石英晶体谐振器，除了同样具有上述等效线路的电气特性外，又兼具音叉的物理结构。因此它所产生的振荡频率(Fs)，同时与其音叉谐振臂(Tuning Fork Resonating Arm)长度(L)的平方成反比，且与其谐振臂宽度(W)成正比。振荡频率与音叉谐振臂长度和宽度的关系如下：

$\mathrm{Fs}=k\×\frac{W}{L^2}$

其中k为常数。将谐振器置于振荡线路内，将会使谐振器产生规则性的频率振荡。而谐振器在振荡线路中是否容易产生振荡，则与谐振器的R1值息息相关。基本上R1值越小，则越容易产生振荡，谐振器的特性也越好。

过去30多年来电子产业蓬勃发展，各种可携式电子产品在轻薄短小的趋势下，也越来越趋小型化。而使用于各种可携式电子产品内的音叉型石英晶体谐振器，也就需要随之配合缩小其外观尺寸。缩小音叉型石英晶体谐振器的外观尺寸，需要借由缩短谐振器的谐振臂的长度及宽度来达成。然将谐振臂长度与宽度缩短，将会导致谐振器Q值和C1值的下降，进而造成谐振器R1值的上升，这都造成了谐振器性能的降低。

发明内容

为了解决音叉型石英晶体谐振器，其在小型化过程中所衍生出R1值上升的问题，必需在不损及谐振器Q值的前提下，设法将谐振器的C1值提高。提高了C1值，就能引导降低R1值。而提升谐振器的C1值，可经由增强谐振臂上X-轴方向的有效电力场的强度(Electrical Field Strength)来达成。

现有上，欲增强谐振臂X-轴方向的电力场强度以促使谐振器C1值上升，乃是以光蚀刻(Photolithographic Etching)的工艺，在音叉型谐振器谐振臂上下主表面上，形成沿着Y’-轴方向的对称性沟槽(Symmetric Grooves)，并进一步在沟槽内镀上薄层金属以形成一电极。另在谐振臂侧表面Y’-轴方向也形成另一薄膜金属电极，上述两电极的极性相异。借由该谐振臂沟槽内电极与谐振臂侧表面电极的形成及适度缩短此两个电极面的间距，可以有效增强谐振臂上X-轴电力场的强度，并且进而提升了谐振器的C1值，促使谐振器的R1值下降。而谐振器的Q值也仅仅微幅下降，不致于影响谐振器的性能。

有异于现有对称性沟槽的设计，本发明是使用独特的“非对称沟槽”(Asymmetric Grooves)的结构。此结构能够以光蚀刻的方式，在音叉型石英晶体谐振器的谐振臂上下主表面上，形成非对称的沟槽，并且沟槽的深度可被控制于一恰当范围内。再于谐振臂两外侧表面及其上沟槽内布设极性相异的电极后予以适当电性连结，致使在谐振臂X-轴方向产生更多有效电力场(ElectricalField)，借以增加谐振器的C1值并降低其R1值。同时也可以适当控制谐振器Q值的下降幅度，以确保谐振器的优越性能。本发明也充分利用了不对称沟槽的物理特性，简化了光蚀刻的工艺，进而有效缩短整体工艺、降低制造成本，并且提升产能。

本发明另提出独特的结构的设计，于音叉型谐振器底座(Base)的主表面上具有一凹槽(Groove)，并且在底座的两个外侧表面，各自具有一连续凹陷曲面。此凹槽与连续凹陷曲面的结构用以避免让音叉谐振臂振动所产生的超音波(Ultrasonic)能量经由音叉底座固定镶嵌点(Mounting Pads)进入谐振器的外覆陶瓷封装(Ceramic Package)，以防止谐振器Q值的下降，进而能够确保谐振器的优越性能。

本发明提出一种音叉型石英晶体谐振器，特别是一种小型化音叉型石英晶体谐振器。其使用石英压电晶体为材料，经由光蚀刻的工艺，形成一音叉型外观结构，同时也在音叉谐振臂上形成非对称的沟槽。进而在谐振臂外侧表面及其上沟槽内布设电极后予以适当电性连结，得以产出一低R1值及高Q值的小型化音叉型石英晶体谐振器，其振荡频率约略落在10KHz到200KHz的低频范围。

请参照图1A以及图1B。图1A为本发明的立体示意图。图1B为图1A的后面的立体示意图。本发明的音叉型石英晶体谐振器，包含第一谐振臂、第二谐振臂以及底座。第一谐振臂及第二谐振臂连接于底座的同一侧。

第一谐振臂具有依序相邻的第一主表面、第一侧表面、第二主表面以及第二侧表面。第一谐振臂具有至少一第一沟槽以及至少一第二沟槽。第一沟槽位于第一主表面，且第二沟槽位于第二主表面。第一谐振臂具有至少一个第一贯穿孔(Via-Hole)。第一贯穿孔连通第一沟槽与第二沟槽。

第二谐振臂具有依序相邻的第三主表面、第三侧表面、第四主表面以及第四侧表面。第二谐振臂具有至少一第三沟槽以及至少一第四沟槽。第三沟槽位于第三主表面，且第四沟槽位于第四主表面。第二谐振臂具有至少一个第二贯穿孔。第二贯穿孔连通第三沟槽与第四沟槽。

底座具有相对的一第五主表面以及一第六主表面。底座亦具有依序相对的一第五侧表面以及一第六侧表面。底座的第五侧表面以及第六侧表面上具有一凹陷，此凹陷是为一连续曲面。底座的第五主表面上或第六主表面上具有一凹槽。

本发明使用独特的非对称沟槽的结构，于第一谐振臂上相对的第一主表面上及第二主表面上，以及第二谐振臂上相对的第三主表面上及第四主表面上，形成非对称的沟槽。也就是说，第一沟槽及第三沟槽是非对称于第二沟槽及第四沟槽。第一沟槽及第三沟槽分别具有第一深度，且第二沟槽及第四沟槽分别具有第二深度。第一深度与第二深度实质上相异。此处所述的非对称沟槽的结构，可以是沟槽数量上的非对称、沟槽深度的非对称或者是沟槽宽度的非对称。

本发明所使用的非对称的沟槽的结构，可以是第一主表面及第三主表面上分别各有二个第一沟槽及二个第三沟槽，以及第二主表面及第四主表面上分别各有二个第二沟槽及二个第四沟槽。也可以是第一主表面及第三主表面上分别各有二个第一沟槽及二个第三沟槽，以及第二主表面及第四主表面上分别各有一个第二沟槽及一个第四沟槽。也可以是第一主表面及第三主表面上分别各有一个第一沟槽及一个第三沟槽，以及第二主表面及第四主表面上分别各有二个第二沟槽及二个第四沟槽。

请参照图2A以及图2B。图2A为图1A的电性连接示意图。图2B为图1B的电性连接示意图。第一主表面以及第三主表面位于同一平面。第一沟槽、第二沟槽、第一贯穿孔、第三侧表面与第四侧表面镀有薄层金属层。第三沟槽、第四沟槽、第二贯穿孔、第一侧表面与第二侧表面与亦镀有薄层金属层。第一沟槽、第二沟槽、第一贯穿孔、第三侧表面与第四侧表面电性连接形成一电极。该电极经由底座主表面上的第一导电线路(First Conducting Path)延伸至底座底部的第一电极(First Electrode)。第三沟槽、第四沟槽、第二贯穿孔、第一侧表面与第二侧表面电性连接形成另一电极。该电极经由底座主表面上的第二导电线路(Second Conducting Path)延伸至底座底部的第二电极(Second Electrode)。第一电极与第二电极的极性相异。

本发明的第一贯穿孔及第二贯穿孔的形状不限于长方形，也可以是正方形，圆形或椭圆形。第一贯穿孔以及第二贯穿孔的大小、形状、位置、数量以及贯穿方式，可配合第一沟槽、第二沟槽、第三沟槽以及第四沟槽的数量或是结构来进行不同的设计。

本发明的音叉型石英晶体谐振器借由谐振臂上非对称的沟槽、连接沟槽的贯穿孔、底部侧表面连续曲面的凹陷或位于底部主表面上的凹槽等的特征，可以有效的提升谐振器的效能。此外，使用这些结构的原理，可使石英晶体谐振器的制造过程大幅度的被简化，并且降低制造的成本。

以下是本发明的制造方法及程序：

步骤A：制造一基板，此基板(Substrate)为α单晶石英(α-Phase QuartzCrystal)材质，并依一特定切割角(θ)切割而成。

步骤B：沉积一金属层于该基板的上下表面之上。

步骤C：于该基板上下表面的金属层上，分别形成一第一光阻层(First PhotoResist)。经过曝光(Exposure)、显影(Development)后，该第一光阻层的部分特定部位被移除。此被移除的特定部位暴露出谐振器音叉本体以外区域的金属层、谐振器谐振臂上非对称沟槽区域的金属层与谐振臂上贯穿孔区域的金属层及底座凹槽区域的金属层。也就是说，此时第一光阻层只覆盖了基版上所有众多谐振器的音叉本体形状部分(包含底座、第一谐振臂及第二谐振臂)。但谐振臂上的沟槽区域、谐振臂上贯穿孔区域及底座凹槽区域除外。

步骤D：以蚀刻(Etching)方式，移除该第一光阻层所暴露的金属层部位，并且暴露出其下的石英基板表面。

步骤E：移除该第一光阻层。

步骤F：在完成步骤E的基板上，进一步形成一第二光阻层(Second PhotoResist)。经过曝光(Exposure)、显影(Development)后，第二光阻层的部分特定部位被移除。第二光阻层只覆盖了基版上所有众多谐振器的音叉本体形状部分(包含底座、第一谐振臂及第二谐振臂)，但未覆盖谐振臂上的沟槽区域、谐振臂上贯穿孔区域、底座凹槽区域、谐振臂主表面上非电极区域及底座主表面上非电极区域。也就是说，此时该第二光阻层暴露谐振器音叉本体以外的区域、谐振臂上非对称沟槽的区域、谐振臂上贯穿孔的区域、底座凹槽的区域、谐振臂主表面上非电极区域及底座主表面上非电极区域。上述该暴露的区域，除了谐振臂主表面上非电极部位及底座主表面上非电极部位为金属层外，其余的暴露部位为石英基板表面。

步骤G：将完成步骤F的基板，置入特定的蚀刻槽(Etching Bath)中。蚀刻槽中的液体为可以蚀刻石英的蚀刻溶剂(Quartz Etchant)。在步骤G的蚀刻过程中，该第二光阻层所暴露出的石英基板将逐渐被蚀刻，直至谐振器的音叉外观完全成型。本发明借由非对称沟槽的设计，于同一步骤G内进行石英的蚀刻(Quartz Etching)，在谐振器的音叉外观成型时(包含谐振臂、底座及底座侧面的凹陷曲面)，谐振臂上非对称沟槽的深度也能够同时到达所需要的预定范围，并且谐振臂上的贯穿孔以及底座的凹槽也同时形成，全部一次到位。

步骤H：将完成步骤G的基板，进行金属层蚀刻(Metal Etching)，移除该第二光阻层所未覆盖的金属层部位后，暴露出其下的石英基板表面。此步骤的目的，乃是蚀刻移除谐振臂主表面上及底座主表面上非属于第一电极及第二电极部位的金属层，借以在谐振臂的主表面上以及底座的主表面上，形成第一电极及第二电极应有的布局及其电性连结(Electrode Patterning)。

步骤I：移除该第二光阻层。此时，谐振器的第一电极及第二电极已经部分形成。也就是说，除了谐振臂上沟槽区域、贯穿孔内部及谐振臂侧表面外，谐振器在谐振臂主表面上以及底座主表面上的电极区域的金属层已经形成。

步骤J：于谐振器谐振臂上沟槽区域、贯穿孔内部及谐振臂侧表面上沉积一金属层，该金属层并且连结导通先前步骤I已经先行形成的部分电极区域。至此，谐振器的第一电极与第二电极完全成型并且完成电性连结。

以上乃是关于本发明结构与适用于本发明之制造方法及程序。本发明之制造方法及程序适用于以下各实施例。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A为本发明的正面立体示意图；

图1B为本发明的后面立体示意图；

图2A为图1A的电性连接示意图；

图2B为图1B的电性连接示意图；

图3A为本发明的第一实施例的俯视图；

图3B为本发明的第一实施例的后视图；

图4A为图3A在4A-4A位置的剖面图；

图4B为图3A在4B-4B位置的剖面图；

图4C为图3A的局部放大图；

图4D为图3B的局部放大图；

图5A为图4A电性连接关系的示意图；

图5B为图4B电性连接关系的示意图；

图6A为依据本发明的第一实施例，在不同沟槽深度的石英晶体谐振器的Q值曲线示意图；

图6B为依据本发明的第一实施例，在不同沟槽深度的石英晶体谐振器的C1值曲线示意图；

图6C为依据本发明的第一实施例，在不同沟槽深度的石英晶体谐振器的R1值曲线示意图；

图7A为本发明的第二实施例的俯视图；

图7B为本发明的第二实施例的后视图；

图8A为图7A在8A-8A位置的剖面图；

图8B为图7A在8B-8B位置的剖面图；

图9为图8B的电性连接关系的示意图；

图10A为依据本发明的第二实施例，在不同沟槽深度的石英晶体谐振器的Q值曲线示意图；

图10B为依据本发明的第二实施例，在不同沟槽深度的石英晶体谐振器的C1值曲线示意图；

图10C为依据本发明的第二实施例，在不同沟槽深度的石英晶体谐振器的R1值曲线示意图；

图11A为本发明的第三实施例的俯视图；

图11B为本发明的第三实施例的后视图；

图12A为图11A在12A-12A位置的剖面图；

图12B为图11A在12B-12B位置的剖面图；

图13为图12B的电性连接关系的示意图；

图14为现有技术的石英晶体的X，Y，Z轴向与音叉型石英晶体谐振器的X，Y’，Z’轴向的相对关系图；

图15为石英晶体谐振器的等效电路图。

其中，附图标记

10     第一谐振臂

111    第一主表面

112    第一侧表面

121    第二主表面

122    第二侧表面

171    第一沟槽

172    第二沟槽

20     第二谐振臂

231    第三主表面

232    第三侧表面

241    第四主表面

242    第四侧表面

273    第三沟槽

274    第四沟槽

30     底座

351    第五主表面

352    第五侧表面

359    末端

361    第六主表面

362    第六侧表面

39     凹槽

81     第一电极

82     第二电极

83     第一导电线路

84     第二导电线路

91     第一贯穿孔

92     第二贯穿孔

95     凹陷

961    转折段

971    第一连接段

972    第二连接段

D1     第一深度

D2     第二深度

G1     第一宽度(凹槽)

G2     第二宽度(凹槽)

T      厚度

W1     第一宽度(沟槽)

W2     第二宽度(沟槽)

△D    第一、三沟槽底部与第二、四沟槽底部的距离

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及图式，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

第一实施例

请参照图1A、图1B、图2A、图2B、图3A以及图3B。图3A为本发明的第一实施例的俯视图。图3B为图3A的后视图。图1A、图1B为第一实施例的立体示意图。图2A、图2B为第一实施例的电性连接示意图。本发明的音叉型石英晶体谐振器包括底座30、第一谐振臂10以及第二谐振臂20。第一谐振臂10及第二谐振臂20连接于底座30的同一侧。

底座30具有相对的第五主表面351以及第六主表面361。底座30亦具有相对的第五侧表面352以及第六侧表面362。

第一谐振臂10连接于底座30。第一谐振臂10约略为一平行六面体(Parallelepiped)。第一谐振臂10具有依序相邻的第一主表面111、第一侧表面112、第二主表面121以及第二侧表面122。第一主表面111以及第二主表面121实质上为平行。第一谐振臂10具有二个第一沟槽171以及二个第二沟槽172。二个第一沟槽171位于第一主表面111，且二个第二沟槽172位于第二主表面121。二个第一沟槽171实质上为平行，且二个第二沟槽172实质上为平行。

第二谐振臂20亦连接于底座30。第二谐振臂20约略为一平行六面体(Parallelepiped)。第二谐振臂20具有依序相邻的第三主表面231、第三侧表面232、第四主表面241以及第四侧表面242。第三主表面231以及第四主表面241实质上为平行。第二谐振臂20具有二个第三沟槽273以及二个第四沟槽274。二个第三沟槽273位于第三主表面231，且二个第四沟槽274位于第四主表面241。二个第三沟槽273实质上为平行，且二个第四沟槽274实质上为平行。第一谐振臂10与第二谐振臂20约略为平行，且第一谐振臂10与第二谐振臂20约略沿着Y’轴的方向延伸。

第一主表面111以及第三主表面231连接于第五主表面351。较佳的是，第一主表面111、第三主表面231以及第五主表面351是为实质上共平面。第二主表面121以及第四主表面241连接于第六主表面361。较佳的是，第二主表面121、第四主表面241以及第六主表面361是为实质上共平面。

第一沟槽171、第二沟槽172、第三侧表面232与第四侧表面242镀有薄层金属层且电性连接形成部分第一电极81。第三沟槽273、第四沟槽274、第一侧表面112与第二侧表面122镀有薄层金属层且电性连接形成部分第二电极82。第一电极81与第二电极82的极性相异。当第一电极81以及第二电极82连接至电源后，第一谐振臂10以及第二谐振臂20即会产生谐振。为了便于说明及图式的清晰易辨视，除了图2A、图2B及剖面图外，本说明书中所绘制的其余图式(立体图及平面图)，均省略薄层金属层的绘制。但在各该些实施例中皆镀有薄层金属层，核先述明。

请参照图4A。图4A为图3A在4A-4A位置的剖面图。

第一沟槽171、第二沟槽172、第三沟槽273以及第四沟槽274是利用蚀刻的方式形成。若沟槽的宽度越宽且蚀刻的时间越久，则沟槽的深度越深。第一沟槽171以及第三沟槽273位于同一蚀刻方向，因此第一沟槽171的深度与第三沟槽273的深度约略相等，且第一沟槽171的宽度与第三沟槽273的宽度亦约略相等。第二沟槽172以及第四沟槽274位于同一蚀刻方向，因此第二沟槽172的深度以及第四沟槽274的深度约略相等，且第二沟槽172的宽度与第四沟槽274的宽度亦约略相等。

第一沟槽171以及第二沟槽172或是第三沟槽273以及第四沟槽274可设计为非对称的结构。此处所述的非对称的结构，可为深度上的非对称、宽度上的非对称或者是数量上的非对称。也就是说该第一沟槽171及该第三沟槽273是非对称于该第二沟槽172及该第四沟槽274。

适当的选择第一沟槽171、第二沟槽172、第三沟槽273以及第四沟槽274的宽度与深度，可降低谐振器的R1值。举例而言，当第一、二、三、四沟槽171，172，273，274的宽度增加时，第一、二谐振臂10，20在X轴电场轴的距离(肉厚)即减少，因此，电场效益即会增加，R1值会降低。

第一沟槽171与第三沟槽273的宽度称之为第一宽度(W1)，第二沟槽172与第四沟槽274的宽度称之为第二宽度(W2)。第一沟槽171与第三沟槽273的深度称之为第一深度(D1)，第二沟槽172与第四沟槽274的深度称之为第二深度(D2)。第一谐振臂10与第二谐振臂20的厚度为T。第一、三沟槽171，273底部与第二、四沟槽172，274底部的距离为△D(△D=T-D1–D2)。

在此实施例中，第一宽度较第二宽度为宽，因此第一深度较第二深度为深。也就是说，第一沟槽171以及第二沟槽172为非对称的结构，且第三沟槽273以及第四沟槽274亦为非对称的结构。也就是说，第一深度实质上相异于第二深度。

请参照图4B。图4B为图3A在4B-4B位置的剖面图。为了更进一步的降低谐振器的R1值，并且使第一电极81与第二电极82能有效的导通。第一谐振臂10上具有二个第一贯穿孔91。第二谐振臂20上亦具有二个第二贯穿孔92。第一贯穿孔91使部分第一电极81所连结的第一沟槽171与第二沟槽172完成有效导通。第二贯穿孔92使部分第二电极82所连结的第三沟槽273与第四沟槽274完成有效导通。如果没有导通，谐振器的C1值会降低，R1值会升高。

二个第一贯穿孔91的其中之一自二个第一沟槽171的其中之一贯穿至二个第二沟槽172的其中之一。另一个第一贯穿孔91自另一个第一沟槽171贯穿至另一个第二沟槽172。

换句话说，靠近第一侧表面112的第一沟槽171与第二沟槽172经由一个第一贯穿孔91相连。靠近第二侧表面122的第一沟槽171与第二沟槽172经由另一个第一贯穿孔91相连。

第二贯穿孔92的连接关系可依照第一贯穿孔91相同的精神进行设计，于此不做赘述。

请同时参照图5A与图5B。图5A为图4A电性连接关系的示意图。图5B为图4B电性连接关系的示意图。二个第一沟槽171、二个第二沟槽172、二个第一贯穿孔91、第三侧表面232与第四侧表面242电性连接形成第一电极81。二个第三沟槽273、二个第四沟槽274、二个第二贯穿孔92、第一侧表面112与第二侧表面122电性连接形成第二电极82。

请参照图4C，为图3A的局部放大图。以第一主表面111观之，靠近第一侧表面112的第一贯穿孔91的几何中心点位于靠近第一侧表面112的第一沟槽171内。靠近第二侧表面122的第一贯穿孔91的几何中心点位于靠近第二侧表面122的第一沟槽171内。靠近第三侧表面232的第二贯穿孔92的几何中心点位于靠近第三侧表面232的第三沟槽273内。靠近第四侧表面242的第二贯穿孔92的几何中心点位于靠近第四侧表面242的第三沟槽273内。虽然图4C绘示贯穿孔91，92的几何中心位置及尺寸，但并不以此为限。贯穿孔91，92的位置及尺寸可以依实际需要而变化，只要能达到第一主表面111与第二主表面121形成有效电性连接即可。此处的有效电性连接是依其间的阻抗值而定，其间的电性连接关系需使第一主表面111与第二主表面121间的阻抗值足够小到不致对谐振产生影响方属有效电性连接。

请参照图4D，为图3B的局部放大图。以第二主表面121观之，靠近第一侧表面112的第一贯穿孔91的几何中心点位于靠近第一侧表面112的第二沟槽172内。靠近第二侧表面122的第一贯穿孔91的几何中心点位于靠近第二侧表面122的第二沟槽172内。靠近第三侧表面232的第二贯穿孔92的几何中心点位于靠近第三侧表面232的第四沟槽274内。靠近第四侧表面242的第二贯穿孔92的几何中心点位于靠近第四侧表面242的第四沟槽274内。

请再参照图1A。为了进一步的降低谐振器的R1值，以及减低谐振波对底座30的影响。底座30的第五侧表面352以及第六侧表面362上具有凹陷95。凹陷95是为一连续曲面。此凹陷95是为分别自第五侧表面352与第六侧表面362沿X晶轴方向内凹的形状。

此处连续曲面的定义为在此曲面上的每一点皆具有一切面。也就是说，此连续曲面上不存在不连续的尖点。因此，底座30上的凹陷95可以减少谐振波对于底座30的影响，亦无应力集中点，以减低底座30断裂或是损坏的机率。

在此更进一步说明凹陷95的结构，凹陷95具有一转折段961、第一连接段971以及第二连接段972。该第五侧表面352的第一、二连接段971，972是分别连接于该第五侧表面352，第六侧表面362的第一、二连接段971，972是分别连接于该第六侧表面362。转折段961连接于第一连接段971以及第二连接段972之间。与第二连接段972相比，第一连接段971较靠近第一谐振臂10以及第二谐振臂20。而第二连接段972则较靠近底座30相反于第一、二谐振臂10，20的另一端(以下称底座30的末端359)。从图中可以看出，第一连接段971以及第二连接段972的斜率的变化率不同。第一连接段971的斜率变化率大于第二连接段972的斜率变化率。也就是说，第二连接段972的变化较为平缓。使得底座30从第一谐振臂10、第二谐振臂20处朝末端359呈渐扩状。借此可以缓和谐振波对底座30的冲击。

第五侧表面352以及第六侧表面362上的凹陷95实质上是互相对称的。第五侧表面352至第六侧表面362的最短距离是为第五侧表面352凹陷95的转折段961至第六侧表面362的凹陷95的转折段961之间的距离。第五侧表面352至第六侧表面362的最长距离是为第五侧表面352与末端359的交界处至第六侧表面362与末端359的交界处。

第五侧表面352至第六侧表面362的最短距离与第五侧表面352至第六侧表面362的最长距离的比例可视实际需求经规律实验而得。

为了更进一步的降低谐振器的R1值，底座30具有一凹槽39。凹槽39位于第五主表面351上。凹槽39是为从第五主表面351沿着Z’晶轴方向内凹的形状。请参照图3A，凹槽39较靠近第一谐振臂10以及第二谐振臂20的一端具有第一宽度G1(沿X轴上的宽度)，且凹槽39较远离第一谐振臂10以及第二谐振臂20的另一端具有第二宽度G2(沿X轴上的宽度)。第一宽度G1较第二宽度G2宽。

从第五主表面351观之，凹槽39的形状略呈三角形，但并不以此为限，亦可为方形、圆形或是多边形。其中，该多边形的顶点可呈圆弧角。较佳的是，凹槽39的形状为一个锐角三角形。此锐角三角形的底边平行于底座30的末端359。此外，凹槽39各个顶点较佳的是呈圆弧状，使得整个凹槽39的外形无尖锐点，以免在尖点处有应力集中现象。此外，凹槽39在此实施例中是配置在第五主表面351上，但并不以此为限，亦可配置于第六主表面361上。

关于不同沟槽深度对石英晶体谐振器的Q值，C1值以及R1值的影响，请分别参照图6A、图6B、以及图6C。依据图3A，图3B及图4A，第一、二谐振臂10、20的主表面分别具有二个沟槽。其中，第一、三沟槽171、273的深度为D1。第二、四沟槽172、274的深度为D2。谐振臂厚度为T。△D为第一、三沟槽171、273底部与第二、四沟槽172、274底部的距离(△D=T–D1–D2)。△D/T为第一、三沟槽171、273底部与第二、四沟槽172、274底部的距离与谐振臂厚度的比值。请参照图6A，其垂直轴为石英晶体谐振器的Q(△D/T)/Qmax的比值(Qmax为Q值的最大值)，水平轴为△D/T的比值。请参照图6B，其垂直轴为石英晶体谐振器的C1(△D/T)/C1max的比值(C1max为C1值的最大值)，水平轴为△D/T的比值。请参照图6C，其垂直轴为石英晶体谐振器的R1(△D/T)/R1min的比值(R1min为R1值的最小值)，水平轴为△D/T的比值。从图6A中可以看出，当△D/T的比值在40%至5%之间时，随着△D/T比值的下降(也就是说，随着沟槽深度D1及D2的逐步加深)，Q值虽然逐渐些微下滑，但未有显着下降，仍可确保谐振器的优越性能。从图6B中可以看出，当△D/T的比值在40%至5%之间时，随着△D/T比值的下降(沟槽深度D1及D2的逐步加深)，谐振器的C1值呈现逐步上升的趋势(这也就促使了该区段内谐振器的R1值的下降)。从图6C可以看出，当△D/T的比值在40%至5%之间时，谐振器的R1值维持在一相对低点，能够确保谐振器的优越性能。当△D/T>40%时(沟槽深度太浅)，谐振器的R1值则显着升高，而谐振器的Q值仍高。此种高Q值及高R1值的谐振器，在电路上的设计比较困难，其应用范围也有限。当△D/T<5%时(沟槽深度太深)，谐振器的R1值则上升到一太高位准，且谐振器的Q值显着下降，致使谐振器的性能劣化。综合以上所述，当△D/T的比值在40%至5%之间时，不仅谐振器的Q值能够维持在一相对较高的位准(Q值虽然有些微下滑，但并未明显下降)，谐振器的R1值也能保持在一较低位准。上述谐振器的较高Q值以及较低R1值，确保了谐振器的优越性能。因此，在此一实施例中，△D/T的比值可以在5%到40%之间，较佳的为10%到32%。

上述第一实施例的音叉型石英晶体谐振器是具有非对称沟槽171，172，273，274、导电的贯穿孔91，92、凹陷95及凹槽39。

第二实施例

本发明除上述的第一实施例所提出的结构之外，本发明还可做下述的变化。本领域技术人员，可根据本发明的精神，设计或是制造相似结构的石英晶体谐振器。

请参照图7A以及图7B。图7A为本发明的第二实施例的俯视图。图7B为本发明的第二实施例的后视图。本发明的音叉型石英晶体谐振器包括底座30、第一谐振臂10以及第二谐振臂20。第一谐振臂10及第二谐振臂20连接于底座30的同一侧。

底座30具有相对的第五主表面351以及第六主表面361。底座30亦具有相对的第五侧表面(图中未示)以及第六侧表面(图中未示)。

第一谐振臂10连接于底座30。第一谐振臂10约略为一平行六面体(Parallelepiped)。第一谐振臂10具有依序相邻的第一主表面111、第一侧表面(图中未示)、第二主表面121以及第二侧表面(图中未示)。第一主表面111以及第二主表面121实质上为平行。第一谐振臂10具有二个第一沟槽171以及一个第二沟槽172。二个第一沟槽171位于第一主表面111，且一个第二沟槽172位于第二主表面121。二个第一沟槽171实值上为平行。

第二谐振臂20亦连接于底座30。第二谐振臂20约略为一平行六面体(Parallelepiped)。第二谐振臂20具有依序相邻的第三主表面231、第三侧表面(图中未示)、第四主表面241以及第四侧表面(图中未示)。第三主表面231以及第四主表面241实质上为平行。第二谐振臂20具有二个第三沟槽273以及一个第四沟槽274。二个第三沟槽273位于第三主表面231，且一个第四沟槽274位于第四主表面241。二个第三沟槽273实值上为平行。第一谐振臂10与第二谐振臂20约略为平行，且第一谐振臂10与第二谐振臂20约略沿着Y’轴的方向延伸。

第一主表面111以及第三主表面231连接于第五主表面351。较佳的是，第一主表面111、第三主表面231以及第五主表面351是为实质上共平面。第二主表面121以及第四主表面241连接于第六主表面361。较佳的是，第二主表面121、第四主表面241以及第六主表面361是为实质上共平面。

请参照图8A及图8B。图8A为图7A在8A-8A位置的剖面图。图8B为图7A在8B-8B位置的剖面图。第一主表面111的二个第一沟槽171的宽度实质上相同，且深度也实质上相同。第三主表面231的二个第三沟槽273的宽度实质上相同，且深度也实质上相同。在本实施例中，第一、三沟槽171、273的宽度为第一宽度(W1)，第二、四沟槽172、274的宽度为第二宽度(W2)。第一、三沟槽171、273的深度为第一深度(D1)，第二、四沟槽172、274的深度为第二深度(D2)。因为第一宽度大于第二宽度，因此第一深度大于第二深度。第一谐振臂10与第二谐振臂20的厚度为T。第一、三沟槽171、273底部与第二、四沟槽172、274底部的距离为△D(△D=T–D1–D2)。

图8A为未设置第一贯穿孔91以及第二贯穿孔92的剖面图。图8B为设置有第一贯穿孔91以及第二贯穿孔92的剖面图。第一谐振臂10上具有二个第一贯穿孔91，二个第一贯穿孔91分别自二个第一沟槽171之间贯穿至第二沟槽172旁侧(即第二主表面121)。第二谐振臂20上具有二个第二贯穿孔92，二个第二贯穿孔92分别自二个第三沟槽273之间贯穿至第四沟槽274旁侧(即第四主表面241)。

请参照图9，为图8B的电性连接关系的示意图。第一沟槽171、第二沟槽172、第一贯穿孔91、第三侧表面232与第四侧表面242电性连接形成第一电极81。第三沟槽273、第四沟槽274、第二贯穿孔92、第一侧表面112与第二侧表面122电性连接形成第二电极82。

综观图8B至图9，第一贯穿孔91电性连接并有效的导通二个第一沟槽171以及一个第二沟槽172。第二贯穿孔92电性连接并有效的导通二个第三沟槽273以及一个第四沟槽274。

关于不同沟槽深度对石英晶体谐振器的Q值，C1值以及R1值的影响，请分别参照图10A，图10B，以及图10C。依据图7A，图7B及图8A，第一谐振臂10的第一主表面111具有二个第一沟槽171。第二谐振臂20的第三主表面231具有二个第三沟槽273。第一谐振臂10的第二主表面121具有一个第二沟槽172。第二谐振臂20的第四主表面241具有一个第四沟槽274。其中，第一、三沟槽171、273的深度为D1。第二、四沟槽172、274的深度为D2。谐振臂厚度为T。△D为第一、三沟槽171、273底部与第二、四沟槽172、274底部的距离(△D=T–D1–D2)。△D/T为第一、三沟槽171、273底部与第二、四沟槽172、274底部的距离与谐振臂厚度的比值。请参照图10A，其垂直轴为石英晶体谐振器的Q(△D/T)/Qmax的比值(Qmax为Q值的最大值)，水平轴为△D/T的比值。请参照图10B，其垂直轴为石英晶体谐振器的C1(△D/T)/C1max的比值(C1max为C1值的最大值)，水平轴为△D/T的比值。请参照图6C，其垂直轴为石英晶体谐振器的R1(△D/T)/R1min的比值(R1min为R1值的最小值)，水平轴为△D/T的比值。从图10A中可以看出，当△D/T的比值在＋18%至－25%之间时，随着△D/T比值的下降(也就是说，随着沟槽深度D1及D2的逐步加深)，Q值虽然逐渐些微下滑，但未有显着下降，仍可确保谐振器的优越性能。从图10B中可以看出，当△D/T的比值在＋18%至－25%之间时，随着△D/T比值的下降(沟槽深度D1及D2的逐步加深)，谐振器的C1值呈现逐步上升的趋势(这也就促使了该区段内谐振器的R1值的下降)。从图10C可以看出，当△D/T的比值在＋18%至－25%之间时，谐振器的R1值维持在一相对低点，能够确保谐振器的优越性能。当△D/T>18%时(沟槽深度太浅)，谐振器的R1值则显着升高，而谐振器的Q值仍高。此种高Q值及高R1值的谐振器，在电路上的设计比较困难，其应用范围也有限。当△D/T<－25%时(沟槽深度太深)，谐振器的R1值则上升到一太高位准，且谐振器的Q值显着下降，致使谐振器的性能劣化。综合以上所述，当△D/T的比值在＋18%至－25%之间时，不仅谐振器的Q值能够维持在一相对较高的位准(Q值虽然有些微下滑，但并未明显下降)，谐振器的R1值也能保持在一较低位准。上述谐振器的较高Q值以及较低R1值，确保了谐振器的优越性能。因此，在此一实施例中，△D/T的比值可以在－25%到＋18%之间，较佳的为－15%到＋12%。

上述第二实施例的音叉型石英晶体谐振器是具有非对称沟槽171，172，273，274、导电的贯穿孔91，92、凹陷95及凹槽39。

第三实施例

请参照图11A以及图11B。图11A为本发明的第三实施例的俯视图。图11B为本发明的第三实施例的后视图。本发明的音叉型石英晶体谐振器包括底座30、第一谐振臂10以及第二谐振臂20。第一谐振臂10及第二谐振臂20连接于底座30的同一侧。

底座30具有相对的第五主表面351以及第六主表面361。底座30亦具有相对的第五侧表面(图中未示)以及第六侧表面(图中未示)。

第一谐振臂10连接于底座30。第一谐振臂10约略为一平行六面体(Parallelepiped)。第一谐振臂10具有依序相邻的第一主表面111、第一侧表面(图中未示)、第二主表面121以及第二侧表面(图中未示)。第一主表面111以及第二主表面121实质上为平行。第一谐振臂10具有一个第一沟槽171以及二个第二沟槽172。一个第一沟槽171位于第一主表面111，且二个第二沟槽172位于第二主表面121。二个第二沟槽172实值上为平行。

第二谐振臂20亦连接于底座30。第二谐振臂20约略为一平行六面体(Parallelepiped)。第二谐振臂20具有依序相邻的第三主表面231、第三侧表面(图中未示)、第四主表面241以及第四侧表面(图中未示)。第三主表面231以及第四主表面241实质上为平行。第二谐振臂20具有一个第三沟槽273以及二个第四沟槽274。一个第三沟槽273位于第三主表面231，且二个第四沟槽274位于第四主表面241。二个第四沟槽274实值上为平行。第一谐振臂10与第二谐振臂20约略为平行，且第一谐振臂10与第二谐振臂20约略沿着Y’轴的方向延伸。

第一主表面111以及第三主表面231连接于第五主表面351。较佳的是，第一主表面111、第三主表面231以及第五主表面351是为实质上共平面。第二主表面121以及第四主表面241连接于第六主表面361。较佳的是，第二主表面121、第四主表面241以及第六主表面361为实质上共平面。

请参照第图12A及图12B。图12A为图11A在12A-12A位置的剖面图。图12B为图11A在12B-12B位置的剖面图。第二主表面121的二个第二沟槽172的宽度实质上相同，且深度也实质上相同。第四主表面241的二个第四沟槽274的宽度实质上相同，且深度也实质上相同。在本实施例中，第一、三沟槽171，273的宽度为第一宽度(W1)，第二、四沟槽172，274的宽度为第二宽度(W2)。第一、三沟槽171，273的深度为第一深度(D1)，第二、四沟槽172，274的深度为第二深度(D2)。第一宽度大于第二宽度，因此，第一深度大于第二深度。

图12A为未设置第一贯穿孔91以及第二贯穿孔92的剖面图。图12B为设置有第一贯穿孔91以及第二贯穿孔92的剖面图。第一谐振臂10上具有二个第一贯穿孔91，二个第一贯穿孔91分别自二个第二沟槽172之间贯穿至第一沟槽171。第二谐振臂20上具有二个第二贯穿孔92，二个第二贯穿孔92分别自二个第四沟槽274之间贯穿至第三沟槽273。

一个第一贯穿孔91自第一沟槽171靠近第一侧表面112的一侧贯穿至二个第二沟槽172其中之一。另一个第一贯穿孔91自第一沟槽171靠近第二侧表面122的一侧的方式贯穿至另一个第二沟槽172。

一个第二贯穿孔92的自第三沟槽273靠近第三侧表面232的一侧贯穿至二个第四沟槽274的其中之一。另一个第二贯穿孔92自第三沟槽273靠近第四侧表面242的一侧的方式贯穿至另一个第四沟槽274。

请参照图13，为图12B的电性连接关系的示意图。第一沟槽171、二个第二沟槽172、二个第一贯穿孔91、第三侧表面232与第四侧表面242电性连接形成第一电极81。第三沟槽273、二个第四沟槽274、二个第二贯穿孔92、第一侧表面112与第二侧表面122电性连接形成第二电极82。

上述第三实施例的音叉型石英晶体谐振器是具有非对称沟槽171，172，273，274、导电的贯穿孔91，92、凹陷95及凹槽39。

综合以上所述，本发明的音叉型石英晶体谐振器具有上述非对称沟槽171，172，273，274、电性连接的贯穿孔91，92、连续曲面的凹陷95、及凹槽39，分别具有降低谐振器的R1值、改善Q值、减缓振动冲击等效果外，亦具有简化工艺的优点。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种音叉型石英晶体谐振器，其特征在于，包括：

一底座，该底座具有相对的一第五主表面以及一第六主表面，该底座亦具有相对的一第五侧表面以及一第六侧表面；

一第一谐振臂，连接于该底座；以及

一第二谐振臂，连接于该底座；

其中，该底座的该第五侧表面以及该第六侧表面上各具有一凹陷，该凹陷为一连续曲面。

2.根据权利要求1所述的音叉型石英晶体谐振器，其特征在于，每一该些凹陷具有一转折段及两个连接段，该转折段连接于该两个连接段之间，该第五侧表面的该些连接段分别连接于该第五侧表面，该第六侧表面的该些连接段分别连接于该第六侧表面，同一该侧表面的该两个连接段的斜率的变化率不相同。

3.根据权利要求1所述的音叉型石英晶体谐振器，其特征在于，该底座具有一凹槽，该凹槽位于该第六主表面上，该凹槽靠近该第一谐振臂以及该第二谐振臂处具有一第一宽度，该凹槽远离该第一谐振臂以及该第二谐振臂处具有一第二宽度，该第一宽度较该第二宽度宽。

4.根据权利要求1所述的音叉型石英晶体谐振器，其特征在于，该底座具有一凹槽，该凹槽位于该第五主表面上，该凹槽靠近该第一谐振臂以及该第二谐振臂处具有一第一宽度，该凹槽远离该第一谐振臂以及该第二谐振臂处具有一第二宽度，该第一宽度较该第二宽度宽。

5.根据权利要求4所述的音叉型石英晶体谐振器，其特征在于，

该第一谐振臂具有依序相邻的一第一主表面、一第一侧表面、一第二主表面以及一第二侧表面，该第一谐振臂具有至少一第一沟槽以及至少一第二沟槽，该第一沟槽位于该第一主表面该第二沟槽位于该第二主表面；以及

该第二谐振臂具有依序相邻的一第三主表面、一第三侧表面、一第四主表面以及一第四侧表面，该第二谐振臂具有至少一第三沟槽以及至少一第四沟槽，该第三沟槽位于该第三主表面，该第四沟槽位于该第四主表面；

其中，该第一主表面以及该第三主表面位于同一平面，该第一沟槽、该第二沟槽、该第三侧表面与该第四侧表面电性连接形成一第一电极，该第三主表面、该第四主表面、该第一侧表面与该第二侧表面电性连接形成一第二电极，该第一电极与该第二电极的极性相异。

6.根据权利要求5所述的音叉型石英晶体谐振器，其特征在于，该第一主表面具有两个该第一沟槽，该第二主表面具有两个该第二沟槽，该第三主表面具有两个该第三沟槽，该第四主表面具有两个该第四沟槽，该些第一沟槽及该些第三沟槽分别具有一第一深度，该些第二沟槽及该些第四沟槽分别具有一第二深度，该第一及第二谐振臂在该些沟槽的深度方向具有一厚度，该第一深度相异于该第二深度，该第一、三沟槽底部与第二、四沟槽底部的距离与谐振臂厚度的比值在10%到32%之间。

7.根据权利要求5所述的音叉型石英晶体谐振器，其特征在于，该第一主表面具有两个该第一沟槽，该第二主表面具有一个该第二沟槽，该第三主表面具有两个该第三沟槽，该第四主表面具有一个该第四沟槽，该第二沟槽的一宽度小于该两个第一沟槽的间距，该第四沟槽的一宽度小于该两个第三沟槽的间距，该些第一沟槽及该些第三沟槽分别具有一第一深度，该第二沟槽及该第四沟槽分别具有一第二深度，该第一及第二谐振臂在该些沟槽的深度方向具有一厚度，该第一深度相异于该第二深度，该第一、三沟槽底部与第二、四沟槽底部的距离与谐振臂厚度的比值在－15%到＋12%之间。

8.根据权利要求5所述的音叉型石英晶体谐振器，其特征在于，该第一主表面具有一个该第一沟槽，该第二主表面具有两个该第二沟槽，该第三主表面具有一个该第三沟槽，该第四主表面具有两个该第四沟槽。

9.根据权利要求5所述的音叉型石英晶体谐振器，其特征在于，该第一谐振臂具有至少一第一贯穿孔，该第二谐振臂具有至少一第二贯穿孔，该第一贯穿孔自该第一沟槽贯穿至该第二沟槽，该第二贯穿孔自该第三沟槽贯穿至该第四沟槽，该第一沟槽、该第二沟槽、该第一贯穿孔、该第三侧表面与该第四侧表面电性连接形成该第一电极，该第三沟槽、该第四沟槽、该第二贯穿孔、该第一侧表面与该第二侧表面电性连接形成该第二电极。

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