CN1194467C

CN1194467C - 振动片、振子、振荡器以及电子仪器

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Publication number: CN1194467C
Application number: CNB021067325A
Authority: CN
Inventors: 坂田淳一郎; 北村文孝; 棚谷英雄
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2022-03-04
Also published as: US6724271B2; JP2002261576A; TW522643B; KR20020070867A; US20020121941A1; KR100630016B1; US20040056727A1; CN1374153A; JP3900846B2; US6897737B2

Abstract

一种振动片，具有基座以及从该基座突出地形成的振动臂部，在所说振动臂部上形成有贯通沟槽，并且在该贯通沟槽内设有刚性增强部，因此能够提供频率不会降低、CI值不会增大的振动片。

Description

振动片、振子、振荡器以及电子仪器

技术领域

本发明涉及例如由石英等制成的振动片、具有该振动片的振子、具备该振子的振荡器和电子仪器。

背景技术

过去，作为振动片的音叉型石英振动片是例如图17所示地构成。

即，音叉型石英振动片10具有基座11以及从该基座11突出地形成的两根臂部12、13。并且，该两根臂部12、13上形成有贯通沟槽12a、13a。

也就是说，如图17的A-A’剖视图、即图18所示，臂部12、13上形成有贯通沟槽12a、13a。

在这种臂部12、13上具有贯通沟槽12a、13a的音叉型石英振动片10上，可如图18所示，在贯通沟槽12a、13a的内侧配置激励电极12c、13c。

因此，与配置在臂部12、13的外侧的激励电极12d、13d之间可有效地产生电场，电场能够以良好的效率使臂部12、13振动，故成为振动损耗小的音叉型石英振动片10。

但是，当对这种具有贯通沟槽12a、13a的音叉型石英振动片10施加电压而使臂部12、13振动时，由于臂部12、13上形成有贯通沟槽12a、13a，故存在臂部12、13整体刚性不足，CI值(晶体阻抗或者等价串联电阻)增大的问题。

此外，臂部12、13的振动是如图19所示地进行的，仅贯通沟槽12a、13a的两个端部振动，臂部12、13整体不易产生弯曲运动。

这种贯通沟槽12a、13a两个端部的振动是例如以16kHz附近的频率振动，与要求音叉型石英振动片10为32.768kHz相比，频率低很多。

发明内容

本发明的目的在于提供即使振动臂部上设有贯通沟槽频率也不会降低、CI值不会增大的振动片，具有该振动片的振子，具备该振子的振荡器以及电子仪器。

根据本发明，作为最佳实施形式，提供以下(1)～(10)的振动片。

(1)一种具有基座以及从该基座突出地形成的振动臂部的振动片，其特征是，所说振动臂部上形成有贯通沟槽，并且该贯通沟槽内设有刚性增强部。

(2)所说振动片的特征是，所说刚性增强部是横跨所说贯通沟槽内而形成的连接部。

(3)所说振动片的特征是，所说贯通沟槽具有长边和短边，所说连接部是横跨所说长边之间将二者连接起来的横撑。

(4)所说振动片的特征是，所说横撑的厚度方向上的长度与所说贯通沟槽的深度方向上的长度大致相同。

(5)所说振动片的特征是，所说横撑的厚度方向上的长度短于所说贯通沟槽的深度方向上的长度。

(6)所说振动片的特征是，通过半蚀刻使所说横撑短于所说贯通沟槽的深度方向上的长度。

(7)所说振动片的特征是，所说横撑配置有多个。

(8)所说振动片的特征是，所说基座上形成有切入部。

(9)所说振动片的特征是，在所说基座上设有用来固定该振动片的固定区域，并且，所说切入部设在该固定区域与所说振动臂部之间的基座上。

(10)所说振动片的特征是，所说振动片是由以约32kHz进行振动的石英形成的音叉振动片。

附图说明

图1是本发明的第1实施形式所涉及的音叉型石英振动片的概略图。

图2是图1的A-A’剖视图。

图3是图1的音叉型石英振动片的振动状态的概略说明图。

图4是示出沟槽深度与频率等之间的关系的附图。

图5是示出沟槽深度与CI值等之间的关系的附图。

图6是图1的音叉型石英振动片的制造工艺的流程图。

图7(a)是对图1的音叉型石英振动片的一种制造工艺加以展示的概略立体图，(b)是对图1的音叉型石英振动片的另一种制造工艺加以展示的概略立体图。

图8是对图1的音叉型石英振动片的另一种制造工艺加以展示的概略立体图。

图9是第1实施形式的变型例所涉及的音叉型石英振动片的概略立体图。

图10(a)是图1的音叉型石英振动片的另一个变型例的局部概略立体图，(b)是图1的音叉型石英振动片的另一个变型例的局部概略立体图。

图11是图9的音叉型石英振动片的制造工艺的流程图。

图12(a)是对图9的音叉型石英振动片的一种工艺加以展示的概略立体图，(b)是对图9的音叉型石英振动片的另一种工艺加以展示的概略立体图。

图13是对本发明的第2实施形式所涉及的陶瓷封装音叉型振子的构成加以展示的概略剖视图。

图14是本发明的第3实施形式所涉及的数字移动电话的电路框图。

图15是对本发明的第4实施形式所涉及的数字音叉石英振荡器的构成加以展示的概略剖视图。

图16是对本发明的第5实施形式所涉及的缸体型音叉振子的构成加以展示的概略剖视图。

图17是现有的音叉型石英振动片的概略图。

图18是图17的A-A’向概略剖视图。

图19是图17的臂部的振动的说明图。

具体实施方式

对于上述(1)至(10)的各发明，提供以下最佳实施形式。但本发明并不限定于这些实施形式。

(11)一种振子，具有基座以及从该基座突出地形成的振动臂部的振动片被收容在封装壳中，其特征是，在所说振动片的所说振动臂部上形成有贯通沟槽，并且该贯通沟槽内设有刚性增强部。

(12)所说振子的特征是，所说封装壳呈箱状形成。

(13)所说振子的特征是，所说封装壳以所谓的缸体型形成。

(14)一种振荡器，具有基座以及从该基座突出地形成的振动臂部的振动片和集成电路被收容在封装壳内，其特征是，在所说振动片的所说振动臂部上形成有贯通沟槽，并且该贯通沟槽内设有刚性增强部。

(15)一种电子仪器，属于移动电话装置，振动片是具有基座以及从该基座突出地形成的振动臂部的振动片，振子是该振动片被收容在封装壳内的振子，移动电话装置将该振子连接在控制部上加以使用，其特征是，在所说振动片的所说振动臂部上形成有贯通沟槽，并且该贯通沟槽内设有刚性增强部。

下面，结合附图对本发明的最佳实施形式进行详细说明。

以下所述的实施形式是本发明的最佳实施例，因此从技术上附带有各种限定，但作为本发明的范围，只要在以下的说明中没有特别对本发明加以限定的记载，则不受这些实施形式的限定。

图1是对作为本发明的第1实施形式所涉及的振动片的音叉型石英振动片100加以展示的附图。

音叉型石英振动片100例如是将石英的单晶切成所谓的石英z片而形成。此外，图1所示音叉型石英振动片100例如是以32.768kHz发出信号的振动片，故是极为小型的振动片。

这样的音叉型石英振动片100如图1所示，具有基座110。并且，从该基座110向图中的上方突出地配置有作为振动臂部的两根音叉臂121、122。

此外，在该音叉臂121、122上，如图1所示地形成有贯通沟槽123、124。

图2是图1的B-B’向概略剖视图。如图2所示，形成有贯通沟槽123、124。

上述音叉型石英振动片100的基座110如图1所示，其整体大致呈片状形成。

并且，该基座110上，如图1所示，在基座110的两侧在两处形成有切入部125。

该切入部125、125的位置如图1所示，位于音叉臂121、122的贯通沟槽123、124的下端部的下方，因此，该切入部125的存在，不会妨碍音叉臂部121、122的振动。

此外，图1中以斜线表示的部分是将音叉型石英振动片100固定在封装壳上时实际进行固定的固定区域111。

如图1所示，切入部125的下端部配置在图1中位于固定区域111上方处，因此，切入部125不会影响固定区域111，不会对音叉型石英振动片100固定在封装壳上的状态产生不良影响。

如上所述，基座110上所设置的切入部125设置在不会对音叉型石英振动片100的音叉臂121、122的振动产生不良影响的位置上。并且，切入部125还设置在不会对音叉型石英振动片100固定在封装壳上的状态产生不良影响的位置上。

设置在这种位置上的切入部125，设置在音叉臂121、122的沟槽部123、124所在位置下方的基座110一侧。因此，当音叉臂121、122振动时，由于切入部125的存在，经沟槽部123、124泄漏的振动，不容易传递到基座110的固定区域111上。

因此，泄漏的振动不容易传递到固定区域111上，不容易产生能量损失，过去，振动片元件之间CI值的分散性，其标准偏差在10KΩ以上，而根据本发明，标准偏差大幅度降低到了1KΩ。

另外，由于图1所示音叉型石英振动片100的音叉臂121、122上，如图1所示地形成有贯通沟槽123、124。因此，可配置用来使音叉臂123、124振动的激励电极121a、122a，如图2所示。

即，不仅能够在音叉臂123、124的外侧，还能够在贯通沟槽123、124侧配置激励电极121a、122a，因此，在被夹在上述激励电极121a、122a中间的音叉臂123、124部分上，电场能够以良好的效率分布，有效地产生振动。

因此，如上所述具有贯通沟槽123、124的音叉型石英振动片100成为振动损耗小的高精度的振动片。

如上所述，虽然具有贯通沟槽123、124的音叉型石英振动片100是振动损耗小的高精度的振动片，但由于音叉臂121、122上形成有贯通沟槽123、124，因此，形成有该贯通沟槽123、124的音叉臂121、122的两侧部分，其刚性总嫌不足。

如上所述，该刚性的不足将导致CI值增大。此外，如图19所示，当振动片的频率降低到16kHz程度时，难以产生图1所示音叉型石英振动片100的原本为32.768kHz的频率，这是导致振动片不合格的原因之一。

为此，在本实施形式中，在音叉臂121、122上所形成的贯通沟槽123、124内，如图1所示地设置有横跨贯通沟槽123、124的长边之间的、作为刚性增强部的横撑126、126。该横撑126、126是与贯通沟槽123、124的短边大约平行地进行设置的。

此外，如图1所示，该横撑126、126是在贯通沟槽123、124的长边的大约中央部位将贯通沟槽123、124两分地进行设置的。

因此，通过在贯通沟槽123、124上设置该横撑126，可使得上述刚性不足的贯通沟槽123、124两侧的音叉臂121、122部分的刚性得到增强，CI值降低。

此外，由于设置了横撑126，音叉臂121、122的振动的应力能够通过横撑126进行传递。这样，如图3所示，音叉臂121、122整体易于产生弯曲运动。而且，由于易于产生该弯曲运动，频率不会降低，例如作为音叉型石英振动片100，能够产生32.768kHz的振动，CI值也降低。

下面，对于贯通沟槽123、124上设有横撑和未设有横撑的两种情况，就与频率和CI值之间的关系进行具体的说明。

图4是示出音叉臂121、122上所形成的沟槽的深度与频率之间的关系的附图。图4中，虚线所表示的是未形成有横撑的状态下，随着沟槽的深度的增加，频率发生的变化。此外还示出，当沟槽深度为45μm时沟槽贯通。

由图示可知，未形成有横撑时，随着沟槽深度的加深，频率呈现下降趋势，特别是在沟槽贯通的45μm处，频率急剧降低。

而在该沟槽贯通的状态下，图中的C所示为配置有横撑时的点。

由图示可知，通过设置横撑，频率从22kHz以下提高到了26kHz以上。该横撑相对于音叉臂121、122的厚度90μm是以5μm的厚度进行设置的。

因此，若使该横撑的厚度如图1所示与音叉臂121、122相同，则频率将进一步提高，更接近图1所示音叉型石英振动片100的振动频率32.768kHz。

图5是示出音叉臂121、122上所形成的沟槽的深度与CI值之间的关系的附图。图5中，虚线所表示的是在未形成有横撑的状态下，随着沟槽的深度的增加，CI值发生的变化。此外还示出，深度为45μm时沟槽贯通。

由图示可知，未形成有横撑时，随着沟槽深度的加深，CI值呈现下降趋势，特别是在沟槽贯通的45μm处，CI值急剧增大。

而在该沟槽贯通的状态下，图申的d所示为设置有横撑时的点。

由图示可知，通过设置横撑，CI值从140.0kΩ以上降低到了在允许范围之内的100kΩ以下。

该横撑与图4同样，也是相对于音叉臂121、122的厚度90μm以5μm厚度设置的。

因此，若使该横撑的厚度如图1所示与音叉臂121、122相同，则CI值将进一步降低，成为精度更高的音叉型石英振动片100。

本实施形式的音叉型石英振动片100如上构成，而下面就其制造工艺进行说明。

图6是对图1所示音叉型石英振动片100的制造工艺的特征部分加以展示的流程图。

即，首先，如ST1所示，形成音叉型石英振动片的外形与贯通沟槽的抗蚀剂图案。之后，如ST2所示，进行音叉型石英振动片的外形与贯通沟槽部分的Au·Cr的蚀刻。图7(a)示出该状态。

之后，如图6的ST3所示，进行音叉型石英振动片的外形和贯通沟槽的石英部分的蚀刻。图7(b)示出该状态。

然后，如ST4所示，将Au·Cu剥离。图8示出该状态，形成了图1所示的音叉型石英振动片100。之后，如ST5所示，形成电极而制造出具备电极的音叉型石英振动片100。

如上所述，可通过与通常的光刻工艺相同的工艺很容易地在音叉臂121、122的贯通沟槽123、124上形成横撑126。

图9是示出第1实施形式的变型例所涉及的音叉型石英振动片200的附图。本变型例所涉及的音叉型石英振动片200与图1的音叉型石英振动片100相比，只是横撑226的构成不同，因此，凡与图1的音叉型石英振动片100相同的构成部分，赋予相同的编号并省略其说明，下面，围绕不同点进行说明。

图9的音叉型石英振动片200的横撑226，其形成的厚度薄于音叉臂121、122。即，横撑226仅在未及贯通沟槽123、124的上端部及下端部的中央部位形成。

除了图9所示的横撑226之外，也可以如图10(a)、(b)所示构成横撑326、426。图10是对横撑326、426及其附近部分加以展示的概略立体图。

在本变型例的场合，以下述半蚀刻工艺进行制造。图11是对图9及图10所示音叉型石英振动片200的制造工艺的特征部分加以展示的流程图。

图11中的ST6至ST8与上述图6的ST1至ST3相同。此外。图11的ST12和ST13与图6的ST4和ST5相同。

即，图11的流程图中，ST9至ST11插在图6的ST3和ST4之间。因此，下面对该ST9至ST11进行说明。

该ST9至ST11为上述横撑226等的半蚀刻工艺。即，形成横撑等的抗蚀剂图案(ST9)，之后，进行横撑等的Au·Cr的蚀刻(ST10)。图12(a)示出该状态。

之后，进行横撑等的石英的蚀刻(ST11)，该石英的蚀刻应与图9所示的横撑226的深度相符。

因此，在形成图10(a)或图10(b)的横撑326、426的形状的场合，应与它们的形状相符地进行半蚀刻。

然后，与图6同样地进行Au·Cr剥离(图11、ST12)，制造出图9所示的音叉型石英振动片200。并且，经过电极形成(图11、ST13)工艺，制造出具备电极的音叉型石英振动片200等。

图13是示出作为本发明的第2实施形式所涉及的振子的陶瓷封装音叉型振子300的附图。

该陶瓷封装音叉型振子300使用的是上述第1实施形式的音叉型石英振动片100。因此，对于音叉型石英振动片100的构成及作用等，使用相同的编号并省略其说明。

图13是对陶瓷封装音叉型振子300的构成加以展示的概略剖视图。如图13所示，陶瓷封装音叉型振子300具有内部具有空间的箱状的封装壳310。

该封装壳310在其底部具备主体部311。该主体部311例如由氧化铝等陶瓷等形成。

在主体部311上设有封闭部312，该封闭部312由与主体部311相同的材料形成。此外，在该封闭部312的上端部上载置有盖体313，由上述主体部311、封闭部312以及盖体313形成了中空的箱体。

在如上形成的封装壳310的主体部311上设有封装壳侧电极314。在该封装壳侧电极314上，经导电性粘接剂固定形成有电极的音叉型石英振动片100的基座110的固定区域111。

该音叉型石英振动片100具有图1所示的构成，故而是频率不会降低、CI值不会增大的高精度的振动片。

图14是对作为本发明的第3实施形式所涉及的电子仪器的数字移动电话400加以展示的概略图。

该数字移动电话400使用的是上述第2实施形式的陶瓷封装音叉型振子300和音叉型石英振动片100。

因此，对于陶瓷封装音叉型振子300和音叉型石英振动片100的构成、作用等，使用相同的编号并省略其说明。

图14所示为数字移动电话400的电路框图，如图14所示，以数字移动电话400发送信号的场合，当使用者将自己的声音输入麦克风时，信号经过脉宽调制·编码电路和调制器/解调器电路，从发送电路、天线开关经发送天线发送信号。

而由他人的电话发送来的信号经天线进行接收，经过天线开关、信号滤波器，从接收电路输入调制器/解调器电路。之后，经过调制或解调的信号经脉宽调制·编码电路，变成声音从扬声器输出。

其中，设置有对天线开关和调制器/解调器电路等进行控制的控制器。

该控制器除了进行上述控制之外，还要对作为显示部的LCD和作为输入数字等的输入部的按键以及RAM、ROM等进行控制，因此要求其精度要高。

为了满足上述要求，使用了上述陶瓷封装音叉型振子300。

该陶瓷封装音叉型振子300由于具有图1所示的音叉型石英振动片100，故而是频率不会降低、CI值不会增大的高精度的振动片。

因此，装有该陶瓷封装音叉型振子300的数字移动电话400是具有频率不会降低、CI值不会增大的高精度的振动片的、高性能的数字移动电话。

图15是对作为本发明的第4实施形式所涉及的振荡器的数字音叉石英振荡器500加以展示的附图。

该数字音叉石英振荡器500，其诸多部分的构成与上述第2实施形式的陶瓷封装音叉型振子300相同。因此，对于陶瓷封装音叉型振子300和音叉型石英振动片100的构成、作用等，使用相同的编号并省略其说明。

图15所示数字音叉石英振荡器500，是在图13所示陶瓷封装音叉振子300的音叉型石英振动片100的下方处，在主体部311上如图15所示地配置集成电路510而成。

即，作为数字音叉石英振荡器500，当配置在其内部的音叉型石英振动片100振动时，该振动将输入集成电路510，之后，取出既定的频率信号，从而发挥振荡器的功能。

即，数字音叉石英振荡器500中所收容的音叉型石英振动片100，其构成如图1所示，因此，成为具有频率不会降低、CI值不会增大的高精度振动片的、高精度的振荡器。

图16是对本发明的第5实施形式所涉及的缸体型音叉振子600加以展示的附图。

该缸体型音叉振子600使用了上述第1实施形式的音叉型石英振动片100。因此，对于音叉型石英振动片100的构成、作用等，使用相同的编号并省略其说明。

图16是对缸体型音叉振子600的构成加以展示的概略图。

如图16所示，缸体型音叉振子600具有用来在其内部容纳音叉型石英振动片100的金属制造的帽630。将该帽630挤压到座620上，使其内部保持真空状态。

此外，配置有用来对被收容在帽630内的音叉型石英振动片100进行保持的两根引线610。

当对这样的缸体型音叉振子600从外部通入电流等时，音叉型石英振动片100的音叉臂121、122振动，发挥振子的功能。

此时，音叉型石英振动片100如图1所示地构成，因而是频率不会降低、CI值不会增大的高精度的振动片，因此装有该振动片的缸体型音叉振子600也是小型的、高性能的振子。

此外，在上述各实施形式和变型例中，是对于横撑126在各贯通沟槽123、124上各自配置一个的例子进行了说明，但并不限定于此，也可以在各个贯通沟槽123、124上分别配置多个横撑126。

另外，在上述各实施形式中，是以32.768kHz的音叉型石英振动片为例进行了说明，但显然，也能够应用于15kHz至155kHz的音叉型石英振动片中。

显然，上述实施形式所涉及的音叉型石英振动片100不仅能够应用于上述例子中，而且还能够应用于其它电子仪器、移动式信息终端、以及电视机、影像设备、收录机、个人计算机等内装时钟的设备以及钟表中。

此外，本发明并不限定于上述实施形式，在不超出权利要求的范围内可以进行各种变更。并且，对于上述实施形式的构成，可以将其一部分省略，也可以改为以上未述及的其它任意的组合。

如以上所说明的，根据本发明，能够提供即使振动臂部上设置有贯通沟槽，频率也不会降低、CI值也不会增大的振动片，具有该振动片的振子，以及具备该振子的振荡器以及移动电话装置。

Claims

1.一种具有基座以及从该基座突出地形成的振动臂部的石英振动片，其特征是，所说振动臂部上形成有贯通沟槽，并且该贯通沟槽内设有横跨和连接该贯通沟槽的横撑。

2.如权利要求1所说的石英振动片，其特征是，所说贯通沟槽具有长边和短边，所说横撑横跨所说长边之间将二者连接起来。

3.如权利要求2所说的石英振动片，其特征是，所说横撑的厚度方向上的长度与所说贯通沟槽的深度方向上的长度大致相同。

4.如权利要求2所说的石英振动片，其特征是，所说横撑的厚度方向上的长度短于所说贯通沟槽的深度方向上的长度。

5.如权利要求4所说的石英振动片，其特征是，通过半蚀刻使所说横撑短于所说贯通沟槽的深度方向上的长度。

6.如权利要求1所说的石英振动片，其特征是，所说基座上形成有切入部。

7.如权利要求6所说石英振动片，其特征是，在所说基座上设有用来固定该石英振动片的固定区域，并且，所说切入部设在该固定区域与所说振动臂部之间的基座上。

8.如权利要求1至7之一的权利要求所说的石英振动片，其特征是，所说石英振动片是由以约32kHz进行振动的石英形成的音叉石英振动片。

9.一种振子，具有基座以及从该基座突出地形成的振动臂部的石英振动片被收容在封装壳中，其特征是，在所说石英振动片的所说振动臂部上形成有贯通沟槽，并且该贯通沟槽内设有横跨和连接该贯通沟槽的横撑。

10.如权利要求9所说的振子，其特征是，所说封装壳呈箱状形成。

11.如权利要求9的振子，其特征是，所说封装壳以所谓的缸体型形成。

12.一种振荡器，具有基座以及从该基座突出地形成的振动臂部的石英振动片和集成电路被收容在封装壳内，其特征是，在所说石英振动片的所说振动臂部上形成有贯通沟槽，并且该贯通沟槽内设有横跨和连接该贯通沟槽的横撑。

13.一种电子仪器，属于移动电话装置，石英振动片是具有基座以及从该基座突出地形成的振动臂部的石英振动片，振子是该石英振动片被收容在封装壳内的振子，将该振子连接在控制部上加以使用，其特征是，在所说石英振动片的所说振动臂部上形成有贯通沟槽，并且该贯通沟槽内设有横跨和连接该贯通沟槽的横撑。