DE602004010987T2

DE602004010987T2 - Piezoelektrischer Resonator, piezoelektrische Vorrichtung, Herstellungsverfahren derselben, Mobiltelefon und elektronische Ausrüstung welche eine piezoelektrische Vorrichtung benutzen.

Info

Publication number: DE602004010987T2
Application number: DE200460010987
Authority: DE
Inventors: Hideo Tanaya; Toshinari Jokura; Atsushi Oshiro
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2024-10-28
Also published as: EP1528673A1; JP2005136499A; KR20050040793A; DE602004010987D1; JP4329492B2; ATE382984T1; EP1528673B1; CN1612472B; US7279824B2; US20050116586A1; CN1612472A; KR100617329B1

Description

[Gebiet der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung betrifft ein piezoelektrisches stimmgabelartiges Resonatorelement, eine piezoelektrische Einrichtung, ein Verfahren zu deren Herstellung, ein Mobiltelefon und elektronische Geräte, die eine piezoelektrische Einrichtung verwenden.
[Hintergrund]
Bei kleinen Informationsgeräten, wie zum Beispiel einem Festplattenlaufwerk (HDD), einem mobilen Computer oder einer integrierte-Schaltungs(IC)-Karte, und bei Mobilkommunikationsgeräten, wie zum Beispiel einem Mobiltelefon, einem Autotelefon oder einer Personenrufeinrichtung, ist eine piezoelektrische Einrichtung, wie zum Beispiel ein Kristallresonator und ein Kristalloszillator, der ein piezoelektrisches Resonatorelement in einem Gehäuse enthält, weit verbreitet.
Ein in einer konventionellen piezoelektrischen Einrichtung enthaltenes piezoelektrisches Resonatorelement weist eine Struktur mit einem Basisabschnitt und einem Paar schwingender Armabschnitte auf, die in einer von dem Basisabschnitt hervorstehenden Weise ausgebildet sind (siehe Patentdokument 1).
Kerbenteile sind sowohl an der vorderen als auch an der hinteren Oberfläche der schwingenden Armteile des konventionellen piezoelektrischen Resonatorelements ausgebildet, während Aussparungsteile in dem Basisabschnitt ausgebildet sind.
[Patentdokument 1]
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-261575 (siehe 1 auf Seiten 5 und 7).
Ferner offenbart die US 2002/121175 ein piezoelektrisches Resonatorelement, das einen Basisabschnitt und mehrere schwingende Arme umfasst, die sich von dem Basisabschnitt erstrecken.
[Offenbarung der Erfindung]
[Zu lösendes Problem]
Jedoch zeigt bei einem stimmgabelartigen Resonatorelement mit so genannten Kerben, das ein konventionelles piezoelektrisches Resonatorelement ist, eine Temperaturcharakteristik (Frequenz), das heißt die Beziehung zwischen Temperaturänderungen und Frequenztoleranzänderungen, eine quadratische Kurve. Deshalb besteht ein Problem, dass die Änderungen der Frequenztoleranz wegen Temperaturänderungen groß werden.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um das obige Problem zu lösen und ist vorgesehen, folgendes bereitzustellen: ein piezoelektrisches stimmgabelartiges Resonatorelement, eine piezoelektrische Einrichtung, bei der die Änderungen der Frequenztoleranz in Reaktion auf Temperaturänderungen verringert werden, so dass eine exzellente Temperaturcharakteristik erhalten wird, ein Verfahren zu deren Herstellung, eine Mobiltelefoneinrichtung, die eine piezoelektrische Einrichtung verwendet, und elektronische Geräte, die eine piezoelektrische Einrichtung verwenden.
[Mittel zur Lösung des Problems]
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird das obige Ziel durch ein piezoelektrisches stimmgabelartiges Resonatorelement nach Anspruch 1 erreicht.
Gemäß der Konfiguration des ersten Aspekts ist ein Aussparungsteil in einem Basisabschnitt ausgebildet. Ein Kerbenteil ist auf den vorderen und hinteren Oberflächenteilen der schwingenden Arme ausgebildet.
Die Dicke t der unteren Schicht der Antriebselektrode liegt in dem Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,3 Mikrometer.
Wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,07 Mikrometer oder weniger beträgt, werden in dem Arbeitstemperaturbereich im Hinblick auf praktische Verwendung die Änderungen der Frequenztoleranz in Reaktion auf Temperaturänderungen groß. Außerdem wird, wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,3 Mikrometer oder mehr beträgt, ein Seitenätzen bei der unteren Schicht durch ein Ätzmittel intensiv verursacht, wenn ein Elektrodenmuster durch Ätzen ausgebildet wird, so dass die Musterung von Elektroden mit hoher Genauigkeit unmöglich wird.
Deshalb wird, da die Dicke t der unteren Schicht in dem obigen Bereich liegt, der Koeffizient zweiter Ordnung der Temperaturcharakteristik-Kurve wesentlich verringert, so dass ein flacher Teil in der Temperaturcharakteristik erhalten wird. Deshalb können die Änderungen der Frequenztoleranz wegen Temperaturänderungen vermindert werden. Weil die Dicke t der unteren Schicht wie oben beschrieben groß ist, wird durch das Ausbilden von Antriebselektroden eine Spannung in dem Ausbildungsabschnitt hervorgerufen, so dass die Oszillationscharakteristik beeinflusst und somit die Temperaturcharakteristik verbessert wird.
Bei einem zweiten Aspekt der Erfindung besteht in der Konfiguration des ersten Aspekts die untere Schicht aus Chrom und die Elektrodenschicht aus Gold.
Gemäß der Konfiguration des zweiten Aspekts besteht die untere Schicht aus Chrom und die Elektrodenschicht aus Gold.
Daher wird, da Chrom für die untere Schicht verwendet wird und ein Chromfilm für die untere Schicht eines piezoelektrischen Resonatorelements geeignet ist, die Temperaturcharakteristik wegen des Effekts der durch Ausbildung des Chromfilms hervorgerufenen Spannung verbessert.
Bei einem dritten Aspekt der Erfindung liegt in der Konfiguration des ersten oder zweiten Aspekts die Dicke t der unteren Schicht in dem Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,15 Mikrometer.
Gemäß der Konfiguration des dritten Aspekts liegt die Dicke t der unteren Schicht vorzugsweise in dem Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,15 Mikrometer. Wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,07 Mikrometer oder weniger beträgt, werden in dem Arbeitstemperaturbereich im Hinblick auf praktische Verwendung die Änderungen der Frequenztoleranz in Reaktion auf Temperaturänderungen groß. Außerdem wird, wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,15 Mikrometer oder mehr beträgt, ein Seitenätzen bei der untere Schicht leicht verursacht, wenn ein Elektrodenmuster durch Ätzen ausgebildet wird, und kann daher das Ausmaß des Seitenätzens den Level der praktischen Verwendung übersteigen, bei dem die Musterung der unteren Schicht während des Ätzens exakt durchgeführt wird.
Bei einem vierten Aspekt der Erfindung liegt in der Konfiguration des ersten oder zweiten Aspekts die Dicke t der unteren Schicht in dem Bereich 0,09 Mikrometer < t < 0,11 Mikrometer.
Gemäß der Konfiguration des vierten Aspekts liegt die Dicke t der unteren Schicht am bevorzugtesten in dem Bereich 0,09 Mikrometer < t < 0,11 Mikrometer. Wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,09 Mikrometer oder weniger beträgt, kann in dem Bereich der Temperaturen der praktischen Verwendung eine leichte Frequenzfluktuation hervorgerufen werden. Außerdem wird, wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,11 Mikrometer oder mehr beträgt, ein Seitenätzen bei der unteren Schicht leicht verursacht, wenn ein Elektrodenmuster durch Ätzen ausgebildet wird, und deshalb kann es schwierig werden, das exakte Muster der unteren Schicht während des Ätzens auszubilden.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird das obige Ziel durch eine piezoelektrische Einrichtung erreicht, die umfasst: ein wie oben beschriebenes piezoelektrisches Resonatorelement, das in einem Gehäuse enthalten ist.
Gemäß der Konfiguration des fünften Aspekts ist ein Aussparungsteil in einem Basisabschnitt ausgebildet. Ein Kerbenteil ist auf den vorderen und hinteren Oberflächenteilen der schwingenden Arme ausgebildet.
Die Dicke t der unteren Schicht der Antriebselektrode liegt in dem Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,3 Mikrometer.
Wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,07 Mikrometer oder weniger beträgt, werden in dem Arbeitstemperaturbereich im Hinblick auf praktische Verwendung die Änderungen der Frequenztoleranz in Reaktion auf Temperaturänderungen groß. Außerdem wird, wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,3 Mikrometer oder mehr beträgt, ein Seitenätzen bei der unteren Schicht durch ein Ätzmittel intensiv verursacht, wenn ein Elektrodenmuster durch Ätzen ausgebildet wird, so dass die Musterung der Elektroden mit hoher Genauigkeit unmöglich wird.
Daher wird, da die Dicke t der unteren Schicht in dem obigen Bereich liegt, der Koeffizient zweiter Ordnung der Temperaturcharakteristik-Kurve wesentlich verringert, so dass ein flacher Teil in der Temperaturcharakteristik erhalten wird. Deshalb können die Änderungen der Frequenztoleranz wegen Temperaturänderungen vermindert werden. Weil die Dicke t der unteren Schicht wie oben beschrieben groß ist, wird durch die Ausbildung von Antriebselektroden eine Spannung in dem Ausbildungsabschnitt hervorgerufen, so dass die Oszillationscharakteristik beeinflusst und daher die Temperaturcharakteristik verbessert wird.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird das obige Ziel durch ein Verfahren zur Herstellung eines wie oben beschriebenen piezoelektrischen stimmgabelartigen Resonatorelements erreicht, wobei das Verfahren umfasst: einen Außenformätzschritt zum Ätzen eines aus einem piezoelektrischen Material bestehenden Substrats, so dass eine Außenform ausgebildet wird; einen Elektrodenausbildungsschritt, um, nachdem die Außenform ausgebildet wurde, die Antriebselektrode auszubilden, die eine untere Schicht und eine Elektrodenschicht zumindest in dem Kerbenteil der schwingenden Arme aufweist, wobei bei dem Elektrodenausbildungsschritt die untere Schicht so ausgebildet wird, dass die Dicke t der unteren Schicht in dem Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,3 Mikrometer liegt.
Gemäß der Konfiguration des sechsten Aspekts wird bei dem Außenform-Ätzvorgang die Außenform durch Ätzen eines aus einem piezoelektrischen Material bestehenden Substrats ausgebildet.
Bei dem Elektrodenausbildungsschritt wird, nachdem die Außenform ausgebildet ist, die Antriebselektrode, welche die untere Schicht und die Elektrodenschicht aufweist, zumindest in dem Kerbenteil des schwingenden Arms ausgebildet.
Bei dem Elektrodenausbildungsvorgang liegt die Dicke t der unteren Schicht in dem Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,3 Mikrometer.
Wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,07 Mikrometer oder weniger beträgt, werden in dem Arbeitstemperaturbereich im Hinblick auf die praktische Verwendung die Änderungen der Frequenztoleranz in Reaktion auf Temperaturänderungen groß. Außerdem wird, wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,3 Mikrometer oder mehr beträgt, ein Seitenätzen bei der unteren Schicht durch ein Ätzmittel intensiv verursacht, wenn ein Elektrodenmuster durch Ätzen ausgebildet wird, so dass die Musterung der Elektroden mit hoher Genauigkeit unmöglich wird.
Daher wird, da die Dicke t der unteren Schicht in dem obigen Bereich liegt, der Koeffizient zweiter Ordnung der Temperaturcharakteristik-Kurve wesentlich verringert, so dass ein flacher Teil in der Temperaturcharakteristik erhalten wird. Deshalb können die Änderungen der Frequenztoleranz wegen Temperaturänderungen vermindert werden. Weil die Dicke t der unteren Schicht wie oben beschrieben groß ist, wird durch Ausbildung der Antriebselektroden eine Spannung in dem Ausbildungsabschnitt hervorgerufen, so dass die Oszillationscharakteristik beeinflusst und somit die Temperaturcharakteristik verbessert wird.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung wird das obige Ziel durch eine Mobiltelefoneinrichtung erreicht, die ein Taktsignal zur Steuerung durch Verwendung einer piezoelektrischen Einrichtung erhält, und umfasst: ein piezoelektrisches stimmgabelartiges Resonatorelement, das in einem Gehäuse der piezoelektrischen Einrichtung enthalten ist.
Gemäß der Konfiguration des siebten Aspekts ist ein Aussparungsteil in einem Basisabschnitt ausgebildet. Ein Kerbenteil ist auf den vorderen und hinteren Oberflächenteilen der schwingenden Arme ausgebildet.
Die Dicke t der unteren Schicht der Antriebselektrode liegt in dem Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,3 Mikrometer.
Wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,07 Mikrometer oder weniger beträgt, werden in dem Arbeitstemperaturbereich im Hinblick auf praktische Verwendung die Änderungen der Frequenztoleranz in Reaktion auf Temperaturänderungen groß. Außerdem wird, wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,3 Mikrometer oder mehr beträgt, ein Seitenätzen bei der unteren Schicht durch ein Ätzmittel intensiv verursacht, wenn ein Elektrodenmuster durch Ätzen ausgebildet wird, so dass die Musterung der Elektroden mit hoher Genauigkeit unmöglich wird.
Daher wird, da die Dicke t der unteren Schicht in dem obigen Bereich liegt, der Koeffizient zweiter Ordnung der Temperaturcharakteristik-Kurve wesentlich verringert, so dass ein flacher Teil in der Temperaturcharakteristik erhalten wird. Deshalb können die Änderungen der Frequenztoleranz wegen Temperaturänderungen vermindert werden. Weil die Dicke t der unteren Schicht wie oben beschrieben groß ist, wird durch Ausbildung der Antriebselektroden eine Spannung in dem Ausbildungsabschnitt hervorgerufen, so dass die Oszillationscharakteristik beeinflusst und somit die Temperaturcharakteristik verbessert wird.
Gemäß einem achten Aspekt der Erfindung wird das obige Ziel durch elektronische Geräte erreicht, die ein Taktsignal zur Steuerung durch Verwendung einer piezoelektrischen Einrichtung erhalten, und umfassen: ein wie oben beschriebenes piezoelektrisches Resonatorelement, das in einem Gehäuse der piezoelektrischen Einrichtung enthalten ist.
Gemäß der Konfiguration des achten Aspekts ist ein Aussparungsteil in einem Basisabschnitt ausgebildet. Ein Kerbenteil ist auf den vorderen und hinteren Oberflächenteilen der schwingenden Arme ausgebildet.
Die Dicke t der unteren Schicht der Antriebselektrode liegt in dem Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,3 Mikrometer.
Wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,07 Mikrometer oder weniger beträgt, werden in dem Arbeitstemperaturbereich im Hinblick auf praktische Verwendung die Änderungen der Frequenztoleranz in Reaktion auf Temperaturänderungen groß. Außerdem wird, wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,3 Mikrometer oder mehr beträgt, ein Seitenätzen bei der unteren Schicht durch ein Ätzmittel intensiv hervorgerufen, wenn ein Elektrodenmuster durch Ätzen ausgebildet wird, so dass die Musterung der Elektroden mit hoher Genauigkeit unmöglich wird.
Daher wird, da die Dicke t der unteren Schicht in dem obigen Bereich liegt, der Koeffizient zweiter Ordnung der Temperaturcharakteristik-Kurve wesentlich verringert, so dass ein flacher Teil in der Temperaturcharakteristik erhalten wird. Deshalb können die Änderungen der Frequenztoleranz wegen Temperaturänderungen vermindert werden. Weil die Dicke t der unteren Schicht wie oben beschrieben groß ist, wird durch Ausbildung der Antriebselektroden eine Spannung in dem Ausbildungsabschnitt hervorgerufen, so dass die Oszillationscharakteristik beeinflusst und somit die Temperaturcharakteristik verbessert wird.
[Kurze Beschreibung der Zeichnungen]
1 ist eine schematische Draufsicht, die eine Ausführungsform einer piezoelektrischen Einrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in 1.
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Resonatorelements, das in einem Gehäuse der piezoelektrischen Einrichtung aus 1 enthalten ist.
4 ist eine geschnittene Schnittdarstellung entlang der Linie C-C in 3.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Elektrodendicke und einer Temperaturcharakteristik zeigt.
6 ist ein Diagramm, das Temperaturcharakteristik-Kurven der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines konventionellen Beispiels zeigt.
7A bis 7F sind schematische Ablaufdiagramme, die geordnet den Herstellungsvorgang eines in der piezoelektrischen Einrichtung aus 1 enthaltenen piezoelektrischen Resonatorelements zeigen.
8G bis 8J sind schematische Ablaufdiagramme, die geordnet den Herstellungsvorgang des in der piezoelektrischen Einrichtung aus 1 enthaltenen piezoelektrischen Resonatorelements zeigen.
9K bis 9M sind schematische Ablaufdiagramme, die geordnet den Herstellungsvorgang des in der piezoelektrischen Einrichtung aus 1 enthaltenen piezoelektrischen Resonatorelements zeigen.
10N bis 10P sind schematische Ablaufdiagramme, die geordnet den Herstellungsvorgang des in der piezoelektrischen Einrichtung aus 1 enthaltenen piezoelektrischen Resonatorelements zeigen.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer piezoelektrischen Einrichtung zeigt.
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer digitalen Mobiltelefoneinrichtung zeigt.
13 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel einer Querschnittsform schwingender Arme zeigt.
[Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden.
1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer piezoelektrischen Einrichtung der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine schematische Draufsicht davon und 2 ist eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in 1.
Mit Bezug auf 1 und 2 wird bei einer piezoelektrischen Einrichtung 30 ein Beispiel gezeigt, bei dem ein Kristallresonator gebildet ist. Die piezoelektrische Einrichtung 30 enthält ein piezoelektrisches Resonatorelement 32 in einem Gehäuse 36. Das Gehäuse 36 wird zum Beispiel durch Stapeln mehrerer Substrate, die durch Formen von aus Aluminiumoxid als einem Isolationsmaterial bestehenden, ungesinterten Keramikplatten ausgebildet sind, und darauffolgendes Sintern desselben ausgebildet. Ein gegebenes Loch ist innerhalb jedes der mehreren Substrate ausgebildet, um einen gegebenen inneren Raum S2 an der Innenseite auszubilden, wenn diese gestapelt werden.
Dieser innere Raum S2 ist ein Aufnahmeraum, um das piezoelektrische Resonatorelement aufzunehmen.
Speziell wird, wie in 2 gezeigt, bei dieser Ausführungsform das Gehäuse 36 zum Beispiel durch Stapeln eines ersten gestapelten Substrats 61, eines zweiten gestapelten Substrats 64 und eines dritten gestapelten Substrats 68 von dem unteren Ende ausgebildet.
Nahe dem linken Endteil in dem Diagramm des inneren Raums S2 des Gehäuses 36 sind zum Beispiel auf dem zweiten gestapelten Substrat 64, das zu dem inneren Raum S2 freigelegt ist und den inneren Unterteil bildet, die durch Anwendung eines Nickelüberzugs oder eines Goldüberzugs auf einen mit Wolfram metallisierten Abschnitt ausgebildeten Elektrodenabschnitte 31 und 31 vorgesehen.
Diese Elektrodenabschnitte 31 und 31 sind so mit der Außenseite verbunden, dass sie eine Antriebsspannung liefern. Leitfähige Haftmittel 43 und 43 werden auf die Elektrodenabschnitte 31 und 31 aufgebracht und ein Basisabschnitt 51 des piezoelektrischen Resonatorelements 32 wird auf den leitfähigen Haftmitteln 43 und 43 angeordnet. Dann werden die leitfähigen Haftmittel 43 und 43 ausgehärtet. Als die leitfähigen Haftmittel 43 und 43 kann ein Haftmittel verwendet werden, bei dem leitfähige Partikel, wie zum Beispiel feine Silberpartikel, in einem synthetischen Harzmittel beinhaltet sind, als eine Haftkomponente, die eine Haftkraft ausübt, verwendet werden, und es kann ein leitfähiges Haftmittel aus Silikon, Epoxid, Polyimid oder dergleichen verwendet werden.
Das in 1 und 2 gezeigte piezoelektrische Resonatorelement 32 wird zum Beispiel durch Ätzen eines Quarzkristalls als einem piezoelektrischen Material durch später beschriebene Herstellungsvorgänge ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das piezoelektrische Resonatorelement 32 in der durch eine schematische perspektivische Ansicht in 3 gezeigten Form ausgebildet, insbesondere, um die erforderliche Leistung mit einer kleinen Form zu erreichen.
Das piezoelektrische Resonatorelement 32 in 3 umfasst den Basisabschnitt 51, der an dem in 1 und 2 gezeigten Gehäuse 36 befestigt ist, und ein Paar schwingender Arme 34 und 35, die sich von dem Basisabschnitt 51 als einem Basisende in Richtung auf die linke Seite in der Zeichnung parallel zu der Y-Richtung auf eine solche Weise erstrecken, dass sie gegabelt sind. Als das piezoelektrische Resonatorelement 32 wird ein so genanntes stimmgabelartiges piezoelektrisches Resonatorelement verwendet, dessen ganze Form wie eine Stimmgabel ist. Das Paar schwingender Arme 34 und 35 ist ein Beispiel mehrerer schwingender Arme.
Bei jedem der schwingenden Arme 34 und 35 des in 3 gezeigten piezoelektrischen Resonatorelements 32 sind lange untere Kerben 56 und 57 ausgebildet, die sich entlang der Längenrichtung (Y-Richtung) erstrecken. Die Kerben 56 und 57 sind auf beiden Seiten der vorderen und hinteren Oberflächen der schwingenden Arme 34 und 35 ausgebildet, wie in 4 gezeigt, die eine Endoberflächenansicht ist, die entlang der Linie C-C in 3 geschnitten ist. Die schwingenden Arme 34 und 35 weisen einen im Wesentlichen H-förmigen Bereich auf.
Mit Bezug auf 3 sind nahe beider Enden in der Breitenrichtung an dem Endteil (rechter Endteil in 3) des Basisabschnitts 51 des piezoelektrischen Resonatorelements 32 Entnahmeelektroden 52 und 53 ausgebildet. Die Entnahmeelektroden 52 und 53 sind auch auf der hinteren Oberfläche (nicht gezeigt) des Basisabschnitts 51 des piezoelektrischen Resonatorelements 32 ähnlich ausgebildet.
Diese Entnahmeelektroden 52 und 53 sind Abschnitte, die mit den Elektrodenabschnitten 31 und 31 auf der in 1 gezeigten Gehäuseseite mit den leitfähigen Haftmitteln 43 und 43 wie oben beschrieben verbunden sind. Die Entnahmeelektroden 52 und 53 sind elektrisch mit Anregungselektroden (Antriebselektroden) 54 und 55 verbunden, die in den Kerben 56 und 57 der schwingenden Arme 34 und 35, wie in der Zeichnung gezeigt, vorgesehen sind.
Die Anregungselektroden 54 und 55 sind auch auf beiden Seitenoberflächen der schwingenden Arme 34 und 35, wie in 4 gezeigt, ausgebildet. Zum Beispiel sind, mit Bezug auf den schwingenden Arm 34, die Polarität der Anregungselektrode 54 in der Kerbe 57 und die der Anregungselektrode 55 auf dem Seitenoberflächenteil unterschiedlich voneinander. Mit Bezug auf den schwingenden Arm 35 sind die Polarität der Anregungselektrode 55 in der Kerbe 56 und die der Anregungselektrode 54 auf dem Seitenoberflächenteil unterschiedlich voneinander.
Wie aus 3 und 4 ersichtlich, sind die Polaritäten der Seitenelektrodenabschnitte 54a und 55a, die auf den Innenseitenoberflächen der schwingenden Arme 34 und 35, die sich gegenüber liegen, ausgebildet sind, unterschiedlich voneinander.
Das in 3 gezeigte piezoelektrische Resonatorelement 32 ist aus einem Quarzkristall ausgebildet, der zum Beispiel bei im Wesentlichen 30 kHz oder im Wesentlichen 40 kHz oszilliert.
Hier wird nun ein Größenbeispiel mit Bezug auf die Form des in 3 gezeigten, miniaturisierten piezoelektrischen Resonatorelements 32 beschrieben werden.
Die Länge L1 in der Längsrichtung des in 3 gezeigten Paars schwingender Arme 34 und 35 beträgt zum Beispiel 1,644 Millimeter. Die Länge L2 des Basisabschnitts 51 mit Bezug auf die Y-Richtung beträgt 0,56 Millimeter.
Der Basisabschnitt 51 weist Aussparungsteile 100 und 100 auf seinen beiden Seiten auf. Die Länge L3 von dem Aussparungsteil 100 zu der Umgebung des anderen Endteils des Basisabschnitts 51 beträgt zum Beispiel 0,113 Millimeter.
Die Breite W der in 3 gezeigten schwingenden Arme 34 und 35 beträgt vorzugsweise 50 Mikrometer bis 150 Mikrometer.
Die Breite W der schwingenden Arme 34 und 35 beträgt zum Beispiel 0,1 Millimeter. Die Tiefe D der schwingenden Arme 34 und 35 beträgt zum Beispiel 0,1 Millimeter.
Die Kerbenbreite E der Kerben 56 und 57 in 3 ist gleich groß wie oder größer als 40% der Breite W der schwingenden Arme 35 und 34. Die Kerbentiefe G der Kerben 56 und 57 ist gleich groß wie oder größer als 30% und kleiner als 50% mit Bezug auf die Tiefe D der schwingenden Arme 34 und 35. Dass die Kerbenbreite E vorzugsweise gleich groß wie oder größer als 40% der Breite W des schwingenden Arms ist, ist eine Bedingung zur Verringerung der Steifheit der schwingenden Arme 34 und 35.
Dass die Kerbentiefe G vorzugsweise gleich groß wie oder größer als 30% und kleiner als 50% der Tiefe D der schwingenden Arme 34 und 35 ist, ist eine Bedingung zur Verringerung der Steifheit der schwingenden Arme 34 und 35. Wenn die Kerbentiefe G 50% oder mehr beträgt, führen die Kerbe auf der vorderen Oberflächenseite und die Kerbe auf der hinteren Oberflächenseite zueinander.
Um die Steifheit der schwingenden Arme 35 und 34 zu verringern, sind die Kerben 56 und 57 in 3 in den schwingenden Armen 35 und 34 vorgesehen.
Wie oben beschrieben, sind die in 3 gezeigten Aussparungsteile 100 und 100 in einem Endteil und dem anderen Endteil des Basisabschnitts 51 vorgesehen. Es ist bekannt, dass die Temperaturcharakteristik-Kurve gerade wird, anstatt eine quadratische Kurve zu werden, wenn die Aussparungsteile 100 und 100 nicht in dem Basisabschnitt 51 vorgesehen sind, und das Vorhandensein des Aussparungsteils 100 verhindert, dass die Temperaturcharakteristik-Kurve gerade wird.
Als Grund dafür wurde erachtet, dass, wenn kein Aussparungsteil 100 auf dem Teil, an dem der Basisabschnitt 51 oberhalb des Elektrodenabschnitts 31 durch Verwendung des leitfähigen Haftmittels 43, wie in 2 gezeigt, angebracht ist, vorhanden ist, eine Spannung so auf die schwingenden Arme 35 und 34 einwirkt, dass sie einen Einfluss auf den Oszillationsmodus (Oszillationscharakteristik) aufweist.
Wie in 2 gezeigt, sind im Wesentlichen um das Zentrum der unteren Oberfläche des Gehäuses 36 herum aufeinanderfolgende Durchgangslöcher 37a und 37b in zwei gestapelten Substraten, die das Gehäuse 36 bilden, ausgebildet, wodurch ein nach außen geöffnetes Durchgangsloch 37 ausgebildet wird. Von den zwei Durchgangslöchern, die das Durchgangsloch 37 bilden, weist das äußere Durchgangsloch 37a, welches das zweite Loch ist, verglichen mit dem zu der Innenseite des Gehäuses geöffneten ersten Loch 37 den größeren inneren Durchmesser auf. Daher ist das Durchgangsloch 37 eine gestufte Öffnung, die einen abwärtigen Stufenteil 62 in 2 aufweist. Auf der Oberfläche des Stufenteils 62 ist vorzugsweise ein metall-überzogener Abschnitt vorgesehen.
Als eine in dem Durchgangsloch 37 vorgesehene Metallabdichtung 38 wird vorzugsweise zum Beispiel eine Abdichtung gewählt, die kein Blei enthält. Zum Beispiel wird sie aus Silberlötmittel, einer Au/Sn-Legierung, einer Au/Ge-Legierung usw. ausgewählt. Dementsprechend wird auf dem metall-überzogenen Teil der Oberfläche des gestuften Teils 62 vorzugsweise ein Nickelüberzug oder ein Goldüberzug auf einem mit Wolfram metallisierten Abschnitt ausgebildet.
Für das geöffnete obere Ende des Gehäuses 36 wird ein Deckel 39 mit einer Abdichtung 33 so verbunden, dass eine Abdichtung durchgeführt wird. Der Deckel 39 ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das Licht durchlässt, insbesondere dünnplattigem Glas. Dies liegt daran, dass, nachdem der Deckel 39 abdichtend an dem Gehäuse 36 befestigt wurde, ein später beschriebener metall-überzogener Abschnitt des piezoelektrischen Resonatorelements 32, wie in 2 gezeigt, mit Laserlicht L2 von der Außenseite so beschienen wird, dass die Frequenz durch ein Massenverringerungsverfahren gesteuert wird.
Als ein geeignetes Glasmaterial für den Deckel 39 wird zum Beispiel Borosilikatglas als ein dünnplattiges Glas verwendet, das zum Beispiel durch ein Tiefziehverfahren hergestellt wird.
Außerdem wird in 2 durch Entfernen eines Teils des Inneren des zweiten Substrats 64 ein konkaver Teil 42 ausgebildet. Deshalb wird, sogar wenn die Spitze des piezoelektrischen Resonatorelements 32 in Richtung des Pfeils D1 ausgelenkt wird, wenn der piezoelektrischen Einrichtung 30 ein äußerer Stoß versetzt wird, effektiv verhindert, dass die Spitze des piezoelektrischen Resonatorelements 32 mit dem inneren Unterteil des Gehäuses 36 zusammenstößt und bricht.
Als nächstes wird ein Strukturbeispiel der Anregungselektroden 54 und 55 mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben werden.
4 zeigt ein Strukturbeispiel einer Endoberfläche entlang der Linie C-C des in 3 gezeigten piezoelektrischen Resonatorelements 32. Speziell liegt die Endoberfläche der in 4 gezeigten schwingenden Arme 34 und 35 auf einer durch die in 3 gezeigte X-Richtung und Z-Richtung gebildeten Ebene.
Wie in 3 gezeigt, sind die Anregungselektroden 54 und 55 Antriebselektroden und zumindest in den Kerben (ein Beispiel eines Kerbenteils) 56 und 57 vorgesehen.
Wie oben beschrieben, sind die Polaritäten der in 3 und 4 gezeigten Anregungselektroden 54 und 55 elektrisch unterschiedlich voneinander.
Die Anregungselektroden 54 und 55 sind eine gestapelte Struktur einer unteren Schicht 75A und einer Elektrodenschicht 75B. Die untere Schicht 75A ist zum Beispiel eine Chromschicht. Die Elektrodenschicht 75B ist eine Goldschicht. Die untere Schicht 75A kann eine Nickelschicht oder ein Titaniumfilm anstelle einer Chromschicht sein. Die Elektrodenschicht 75B ist nicht auf eine Goldschicht beschränkt, sondern kann eine Silberschicht sein.
Die untere Schicht 75A der in 4 gezeigten Anregungselektroden 54 und 55 ist direkt auf der Oberfläche der schwingenden Arme 35 und 34 ausgebildet. Die Elektrodenschicht 75B ist auf eine solche Weise ausgebildet, dass sie auf der unteren Schicht 75A gestapelt ist. Zwischen der Anregungselektrode 54 und der anderen Anregungselektrode 55 des in 4 gezeigten schwingenden Arms 34 ist ein Abstand 180 zur Verhinderung eines Kurzschlusses ausgebildet.
In ähnlicher Weise ist auch zwischen der Anregungselektrode 55 und der anderen Anregungselektrode 54 des schwingenden Arms 35 der Abstand 180 zur Verhinderung eines Kurzschlusses ausgebildet.
Ein Oxidfilm, wie zum Beispiel SiO₂, ist vorzugsweise um den Abstand 180 zur Verhinderung eines Kurzschlusses herum vorgesehen, und dadurch kann der Kurzschluss zwischen den Anregungselektroden 54 und 55 sicher vermieden werden. Bei dem schwingenden Arm 34 ist die Anregungselektrode 54 auf der Seite der Kerbe 57 ausgebildet, während die Anregungselektrode 55 als die Elektrode auf der Seitenoberflächenseite ausgebildet ist. In ähnlicher Weise ist bei dem schwingenden Arm 35 die Anregungselektrode 55 auf der Seite der Kerbe 56 ausgebildet, während die Anregungselektrode 54 als die Elektrode auf der Seitenoberflächenseite ausgebildet ist.
Bei dem in 4 gezeigten Paar schwingender Arme 34 und 35 sind elektrische Felder durch die Verwendung von Pfeilen angezeigt. Wenn eine Antriebsspannung an die Anregungselektroden 54 und 55 angelegt wird, werden durch Pfeile beispielhaft veranschaulichte elektrische Felder in den schwingenden Armen 34 und 35 hervorgerufen.
Die gegenwärtigen Erfinder haben ein Phänomen gefunden, bei dem der Koeffizient zweiter Ordnung der Temperaturcharakteristik kleiner wird, wenn die Dicke der unteren Schicht 75A der geschichteten Struktur der in 4 gezeigten Anregungselektroden 54 und 55 vergrößert wird.
5 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Dicke der Elektrodenschicht, der Dicke der unteren Schicht und des Koeffizienten zweiter Ordnung der Temperaturcharakteristik.
Mit Bezug auf 5 wird, wenn die Dicke des Chroms, das die untere Schicht ist, vergrößert wird, der Wert des Temperaturkoeffizienten zweiter Ordnung ungeachtet der Dicke der Elektrodenschicht (Goldschicht) kleiner. Speziell hat die Forschung bei der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass der Koeffizient zweiter Ordnung der Temperaturcharakteristik kleiner wird, wenn man entlang der T-Richtung in 5 fortschreitet, nämlich, wenn die Dicke des Chroms der unteren Schicht vergrößert wird.
6 zeigt ein Beispiel der Temperaturcharakteristik (Frequenz).
In 6 sind Beispiele eines stimmgabelartigen piezoelektrischen Resonatorelements der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eines konventionellen, gewöhnlichen stimmgabelartigen piezoelektrischen Resonatorelements gezeigt. Das gewöhnliche stimmgabelartige piezoelektrische Resonatorelement zeigt eine quadratische Temperaturcharakteristik-Kurve 400, die eine Wendetemperatur aufweist und nach oben konvex ist. Die Dicke t1 des Chroms, das eine untere Schicht bei einem konventionellen, gewöhnlichen stimmgabelartigen piezoelektrischen Resonatorelement ist, liegt in dem Bereich 300 Angstrom ≤ t1 ≤ 700 Angstrom. In dem Fall der in 6 gezeigten Temperaturcharakteristik-Kurve 400 war die Dicke t1 des Chroms 700 Angstrom.
Eine in 6 gezeigte Temperaturcharakteristik-Kurve 500 des piezoelektrischen Resonatorelements der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird keine quadratische Temperaturcharakteristik-Kurve, die symmetrisch ist, sondern beinhaltet einen im Wesentlichen flachen Teil 550. Die Temperaturcharakteristik-Kurve 500 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde keine quadratische Kurve, sondern eine kubische Kurve. Die Temperaturcharakteristik-Kurve 500 wurde erreicht, wenn die Dicke t des Chroms 900 Angstrom betrug. Der flache Teil 550 in der Temperaturcharakteristik-Kurve 500 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt zum Beispiel in dem Temperaturbereich von –20°C bis 50°C.
Durch Erhalten der Temperaturcharakteristik-Kurve 500 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die solch einen flachen Teil 550 beinhaltet, kann eine genaue Temperaturcharakteristik-Kurve erhalten werden, bei der die Änderungen der Frequenztoleranz wegen Temperaturänderungen klein sind.
Wie in 5 gezeigt, wird zum Beispiel der Wert des Temperaturkoeffizienten zweiter Ordnung, wenn die Filmdicke des Chroms, das die untere Schicht ist, zum Beispiel 900 Angstrom (0,09 Mikrometer) beträgt, im Wesentlichen verglichen mit dem Fall, bei dem die Dicke des Chroms 300 Angstrom beträgt, halbiert.
Bei der vorliegenden Erfindung liegt die Dicke t der unteren Schicht der in 4 gezeigten Anregungselektroden 54 und 55 in dem Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,3 Mikrometer (700 Angstrom < t < 3000 Angstrom).
Speziell liegt die Dicke t der unteren Schicht der Antriebselektrode in dem Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,3 Mikrometer.
Wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,07 Mikrometer oder weniger beträgt, werden in dem Arbeitstemperaturbereich im Hinblick auf praktische Verwendung die Änderungen der Frequenztoleranz in Reaktion auf Temperaturänderungen groß. Außerdem wird, wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,3 Mikrometer oder mehr beträgt, ein Seitenätzen bei der unteren Schicht durch ein Ätzmittel intensiv verursacht, wenn ein Elektrodenmuster durch Ätzen ausgebildet wird, so dass die Musterung der Elektroden mit hoher Genauigkeit unmöglich wird.
Daher wird, da die Dicke t der unteren Schicht in dem obigen Bereich liegt, der Koeffizient zweiter Ordnung der Temperaturcharakteristik-Kurve wesentlich verringert, so dass ein flacher Teil in der Temperaturcharakteristik erhalten wird. Deshalb können die Änderungen der Frequenztoleranz wegen Temperaturänderungen vermindert werden. Weil die Dicke t der unteren Schicht wie oben beschrieben groß ist, wird durch Ausbildung der Antriebselektroden eine Spannung in dem Ausbildungsabschnitt hervorgerufen, so dass die Oszillationscharakteristik beeinflusst und somit die Temperaturcharakteristik verbessert wird.
Außerdem liegt bei der vorliegenden Erfindung die Dicke t der unteren Schicht der Anregungselektroden 54 und 55 vorzugsweise in dem Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,15 Mikrometer (700 Angstrom < t < 1500 Angstrom).
Wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,07 Mikrometer oder weniger beträgt, werden in dem Arbeitstemperaturbereich im Hinblick auf praktische Verwendung die Änderungen der Frequenztoleranz in Reaktion auf Temperaturänderungen groß. Außerdem wird, wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,15 Mikrometer oder mehr beträgt, ein Seitenätzen bei der unteren Schicht leicht verursacht, wenn ein Elektrodenmuster durch Ätzen ausgebildet wird, und kann daher das Ausmaß des Seitenätzens den Level der praktischen Verwendung übersteigen, bei dem die Musterung der unteren Schicht während des Ätzens exakt durchgeführt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung liegt die Dicke t der unteren Schicht der Anregungselektroden 54 und 55 am bevorzugtesten in dem Bereich 0,09 Mikrometer < t < 0,11 Mikrometer (900 Angstrom < t < 1100 Angstrom).
Wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,09 Mikrometer oder weniger beträgt, kann in dem Bereich der Temperaturen der praktischen Verwendung eine leichte Frequenzfluktuation hervorgerufen werden. Außerdem wird, wenn die Dicke t der unteren Schicht 0,11 Mikrometer oder mehr beträgt, ein Seitenätzen bei der unteren Schicht leicht verursacht, wenn ein Elektrodenmuster durch Ätzen ausgebildet wird, und deshalb kann es schwierig werden, das exakte Muster der unteren Schicht während des Ätzens auszubilden.
In dem flachen Teil 550 in der Temperaturcharakteristik-Kurve 500 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 6 gezeigt, wird die im Wesentlichen flache Form um die Wechseltemperatur herum in der Temperaturcharakteristik erhalten.
Um die flache Form zu erhalten, ist es wünschenswert, dass die Dicke des dünnen Metallfilms der Anregungselektrode, insbesondere die Dicke des Chroms der unteren Schicht, auf den obigen Bereich beschränkt ist.
Bei einem AT-piezoelektrischen Resonatorelement weist bei den Strukturen einer Anregungselektrode besonders die Dicke der unteren Schicht usw. einen wesentlichen Effekt auf. Indessen kann es bei dem stimmgabelartigen piezoelektrischen Resonatorelement der vorliegenden Erfindung sein, dass die Anregungselektrode in einem extremen Fall nicht existiert. Es wurde nicht in Betracht gezogen, dass die Dicke der unteren Schicht der Anregungselektrode einen Einfluss auf die Temperaturcharakteristik-Kurve eines piezoelektrischen Resonatorelements aufweist.
Wie in 2 gezeigt, ist der Basisabschnitt 51 des piezoelektrischen Resonatorelements mit dem leitfähigen Haftmittel 43, wie zum Beispiel einer auf Silizium basierenden Ag-Paste, angebracht. Es scheint, dass die durch diese Anbringung hervorgerufene Spannung auch den Oszillationsmodus des piezoelektrischen Resonatorelements beeinflusst, so dass die Temperaturcharakteristik beeinflusst wird. Wenn die Temperatur sich in Richtung auf die Hochtemperaturseite oder die Niedrigtemperaturseite bewegt, wird der Effekt der Spannung durch das leitfähige Haftmittel wesentlich. Es scheint, dass dies die Temperaturcharakteristik-Kurve auf der Niedrigtemperaturseite beeinflusst. Sogar wenn dasselbe auf Silizium basierende leitfähige Haftmittel verwendet wird, wird ein Unterschied bei dem Koeffizienten zweiter Ordnung der Temperaturcharakteristik-Kurve hervorgerufen.
Da die Aussparungsteile 100 und 100, wie in 3 gezeigt, in dem Basisabschnitt 51 ausgebildet sind, variiert der Wert der Kristallimpedanz (CI). Es ist bekannt, dass, da der Aussparungsteil 100 in dem Basisabschnitt 51 ausgebildet ist, das Vorhandensein des Aussparungsteils ermöglicht, dass die Temperaturcharakteristik-Kurve nicht gerade, sondern eine quadratische Kurve wird, so dass verhindert wird, dass die Temperaturcharakteristik-Kurve gerade wird. Als Grund dafür wird erachtet, dass, wenn der Aussparungsteil nicht existiert, eine Spannung des angebrachten Teils den schwingenden Arm beeinflusst, so dass der Oszillationsmodus beeinflusst wird.
Die Kerben 56 und 57 sind in den schwingenden Armen 34 und 35 ausgebildet und deshalb wird die Steifheit der schwingenden Arme 34 und 35 verringert. Daher wird die Temperaturcharakteristik-Kurve 500, wie in 6 gezeigt, erhalten. Da die in 3 gezeigte Kerbentiefe G so festgelegt ist, dass sie gleich groß wie oder größer als 30% und kleiner als 50% der Dicke des schwingenden Arms ist, wird die Steifheit des schwingenden Arms verringert, so dass die Temperaturcharakteristik-Kurve 500, wie in 6 gezeigt, erhalten werden kann. Die in 3 gezeigte Kerbenbreite E ist so festgelegt, dass sie gleich groß wie oder größer als 40% der Breite W des schwingenden Arms ist. Daher wird die Steifheit verringert und dadurch die in 6 gezeigte Temperaturcharakteristik-Kurve 500 erhalten.
Die Frequenz, bei der das in 3 gezeigte piezoelektrische Resonatorelement 32 oszilliert, ist im Wesentlichen 30 kHz oder 40 kHz. Deshalb wird die in 6 gezeigte Temperaturcharakteristik-Kurve 500 erhalten.
Bei dem piezoelektrischen Resonatorelement 32 mit einer so genannten Kerbe als der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Filmdicke der Elektrode, insbesondere die Dicke der unteren Schicht, gesteuert. Deshalb wird der Koeffizient zweiter Ordnung in der Temperaturcharakteristik-Kurve 500, wie in 6 gezeigt, wesentlich verringert, so dass der flache Teil 550 erhalten werden kann. Dies ermöglicht, dass die Änderungen der Frequenztoleranz wegen Temperaturänderungen verringert werden, und deshalb können ein genaues piezoelektrisches Resonatorelement und eine genaue piezoelektrische Einrichtung erhalten werden.
Auch bei der Goldschicht, welche die Elektrodenschicht der Anregungselektrode ist, zeigt ein dünnerer Goldfilm die Tendenz zu einem kleineren Koeffizienten zweiter Ordnung in der Temperaturcharakteristik-Kurve, obwohl dieser Effekt weniger wesentlich als der der Chromschicht ist, die, wie in 5 gezeigt, die untere Schicht ist.
Außerdem wird bei dem piezoelektrischen Resonatorelement der vorliegenden Erfindung praktisch der Goldfilm in dem Kerbenbildungsabschnitt (wichtiger Abschnitt, der den Oszillationsmodus und die Oszillationscharakteristik bestimmt) entfernt und dafür ein SiO₂-Überzug (Isolator zur Verhinderung eines Kurzschlusses zwischen Elektroden) aufgebracht.
Als nächstes sind 7 bis 10 Ablaufdiagramme zur Erklärung eines Beispiels eines Verfahrens zur Herstellung des piezoelektrischen Resonatorelements 32 der vorliegenden Ausführungsform. Jeder Vorgang der 7 bis 10 ist in der Reihenfolge der Vorgänge mit Bezug auf einen Bereich gezeigt, welcher der geschnittenen Oberfläche der schwingenden Arme 34 und 35 entspricht, die mit einem Diagramm der geschnittenen Endoberfläche des 4 entsprechenden Teils gezeigt ist.
7 bis 9K zeigen einen Außenform-Ätzvorgang. 9L bis 10P zeigen einen Elektrodenausbildungsvorgang.
Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des piezoelektrischen Resonatorelements 32 wird mit aufeinanderfolgendem Bezug auf 7A bis 7F beschrieben werden. Als nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der piezoelektrischen Einrichtung 30 auf der Grundlage von 11 beschrieben werden.
Mit Bezug auf 7A wird ein aus einem piezoelektrischen Material bestehendes Substrat 71 vorbereitet, dessen Größe so ist, dass mehrere oder eine Anzahl von den piezoelektrischen Resonatorelementen 32 erhalten werden können. Das Substrat 71 wird aus einem piezoelektrischen Material, zum Beispiel einem Einkristall eines Quarzkristalls, so geschnitten, dass, wenn das Substrat 71 in das stimmgabelartige piezoelektrische Resonatorelement 32 durch die Vorgänge verarbeitet wird, die in 3 gezeigten X-, Y- und Z-Achsen jeweils eine elektrische Achse, eine mechanische Achse und eine optische Achse werden. Außerdem wird, wenn das Substrat aus einem Einkristall eines Quarzkristalls geschnitten wird, in dem aus den obigen X-, Y- und Z-Achsen bestehenden orthogonalen Koordinatensystem der Schneidevorgang bei einer Neigung zu der durch die X- und Y-Achsen gebildeten XY-Ebene von ungefähr –5 Grad oder 5 Grad im Uhrzeigersinn um die X-Achse herum durchgeführt.
(Ausbildungsvorgang eines korrosionsbeständigen Films)
Wie in 7A gezeigt, werden korrosionsbeständige Filme 72 auf den Oberflächen (vordere und hintere Oberflächen) des Substrats 71 mit Verfahren, wie zum Beispiel Sputtern oder Aufdampfung, ausgebildet. Wie in der Zeichnung gezeigt, werden die korrosionsbeständigen Filme 72 sowohl auf den vorderen als auch auf den hinteren Oberflächen des aus einem Quarzkristall bestehenden Substrats 71 ausgebildet und umfasst der korrosionsbeständige Film 72 zum Beispiel eine Chromschicht als eine untere Schicht und eine Golddeckschicht, die darauf vorgesehen ist.
Bei den folgenden Vorgängen wird dieselbe Bearbeitung sowohl für die oberen als auch für die unteren Oberflächen des Substrats 71 durchgeführt. Deshalb wird nur für die obere Schicht eine Beschreibung gegeben, um Komplikationen zu vermeiden.
(Außenformmusterungsvorgang)
Dann wird, wie in 7B gezeigt, ein Abdecklack 73 auf die ganze Oberfläche des korrosionsbeständigen Films 72 auf der Vorderseite und Rückseite des Substrats 71 aufgebracht (Abdecklackaufbringungsvorgang). Der Abdecklack 73 wird aufgebracht, um die Außenform zu mustern. Als der Abdecklack 73 können zum Beispiel auf ECA oder PGMEA basierende positive Abdecklacke vorteilhaft verwendet werden.
(Ätzvorgang)
Dann wird, wie in 7C gezeigt, eine Maske (nicht gezeigt) mit einer gegebenen Musterbreite angeordnet, um die Außenform zu mustern, und eine Belichtung durchgeführt. Danach wird der belichtete Abdecklack 73 entfernt und dann werden auch die korrosionsbeständigen Filme 72 in der Reihenfolge Gold und Chrom entsprechend dem Teil, von dem der Abdecklack entfernt wurde, entfernt.
Als nächstes wird, wie in 7D gezeigt, der Teil außerhalb der Außenform des piezoelektrischen Resonatorelements 32 belichtet und dann ein Abdecklack 74 auf die ganze Oberfläche, wie in 7E gezeigt, aufgetragen.
Als nächstes werden, wie in 7F gezeigt, der Teil außerhalb der Außenform des piezoelektrischen Resonatorelements 32 und der Abdecklack 74 auf dem Kerbenteil jedes schwingenden Arms entfernt.
Dann wird, wie in 8G gezeigt, bei dem Substrat 71, das als der Teil außerhalb der Außenform des piezoelektrischen Resonatorelements 32 belichtet wurde, die Außenform des piezoelektrischen Resonatorelements zum Beispiel durch Verwendung einer Fluorwasserstoffsäurenlösung als Ätzmittel geätzt (Ätzvorgang). Die für den Ätzvorgang benötigte Zeit beträgt zwei bis drei Stunden und variiert abhängig von der Konzentration, Art, Temperatur usw. der Fluorwasserstoffsäurenlösung. Bei der Ausführungsform werden Fluorwasserstoffsäure und Ammoniumfluorid als das Ätzmittel verwendet. Das Volumenverhältnis davon als die Konzentration beträgt 1:1 und die Temperatur davon beträgt 65 ± 1°C. Mit diesen Bedingungen wird der Ätzvorgang in ungefähr 2 1/2 Stunden vollendet.
(Halbätzprozess)
Als nächstes werden, wie in 8H gezeigt, die korrosionsbeständigen Filme 72 auf dem Kerbenteil der schwingenden Arme entfernt.
Bei dem durch Entfernung der korrosionsbeständigen Filme 72 davon freigelegten Substrat 71, wie in 8I gezeigt, wird ein Halbätzvorgang des Kerbenteils des schwingenden Arms durch Verwendung einer Fluorwasserstoffsäurenlösung usw. durchgeführt.
Bei der Ausführungsform werden Fluorwasserstoffsäure und Ammoniumfluorid als das Ätzmittel verwendet. Das.
Volumenverhältnis davon als die Konzentration beträgt 1:1 und die Temperatur davon beträgt 65 ± 1°C. Mit diesen Bedingungen wird der Ätzvorgang in 30 bis 60 Minuten vollendet.
Daher werden die Kerben 56 und 57 in den schwingenden Armen 34 und 35 ausgebildet.
Als nächstes wird, wie in 8J gezeigt, der Abdecklack 74 von dem korrosionsbeständigen Film 72 entfernt und auch der korrosionsbeständige Film 72 entfernt, so dass ein Zustand von 9K erhalten wird. Dies ist der Zustand, bei dem die Elektroden des piezoelektrischen Resonatorelements 32 aus 3 nicht ausgebildet sind.
Nachfolgend werden, wie in 9L gezeigt, Metallfilme 75 zur Ausbildung von Elektroden auf der ganzen Oberfläche mit Verfahren, wie zum Beispiel Aufdampfung oder Sputtern, ausgebildet. Die Metallfilme 75 bestehen aus einer Chromschicht als der unteren Schicht 75A, welche dieselbe wie der korrosionsbeständige Film ist, und der darauf vorgesehenen Elektrodenschicht (Golddeckschicht) 75B.
(Elektrodenfilmausbildungsvorgang)
(Abdecklackaufbringungsvorgang bei der Ausbildung der Elektrode)
Als nächstes wird, wie in 9M gezeigt, ein Abdecklack 76 bei einem Winkel ausgestoßen, bei dem die Ausstoßorientierung die vorderen und hinteren Oberflächen des Substrats 71, wie durch Pfeile T gezeigt, schneidet, so dass er aufgebracht wird. Bei der Ausführungsform ist der Abdecklack 76 so genannter Sprühabdecklack. Der Ausstoßwinkel beträgt ungefähr 90 Grad mit Bezug auf die vorderen und hinteren Oberflächen des Substrats 71.
Als der Abdecklack 76 ist im Hinblick auf die Eignung für das Herstellungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform ein Material geeignet, das mit einem Lösemittel hoher Flüchtigkeit verdünnt ist und an dem Substrat 71 in einem halbgetrockneten Zustand haftet. Speziell werden zum Beispiel auf ECA oder PGMEA basierende positive Abdecklacke als eine Abdecklacklösung verwendet, die eine Viskosität von ungefähr 5 bis 40 cp aufweist. Die Anzahl der Ausstoßvorgänge ist 2 bis 4, so dass die Abdecklackdicke 1 Mikrometer bis 3 Mikrometer wird.
In einem Zustand, bei dem der Abdecklack 76 somit, wie in 9M gezeigt, aufgebracht ist, werden eine Maskenabdeckung (nicht gezeigt) zum Abtrennen eines Bereichs, auf dem Elektroden ausgebildet werden (siehe 3), von dem anderen Bereich und eine Belichtung, wie in 10N gezeigt, durchgeführt. Dann wird der unnötige Abdecklack 76 entfernt, so dass der zu entfernende Metallfilm 75 freigelegt wird.
Dann wird, wie in 10O gezeigt, der freigelegte Metallfilm durch Nassätzen unter Verwendung eines Ätzmittels, wie zum Beispiel Kaliumiodid, entfernt. Dadurch werden all die zu entfernenden Metallfilme 75 durch Ätzen entfernt.
Schließlich wird, wie in 10P gezeigt, der unnötige Abdecklack 76 ganz getrennt.
Durch die obigen Vorgänge wird das piezoelektrische Resonatorelement 32 mit der in 3 und 4 beschriebenen Struktur vollendet.
Deshalb wird das vollendete piezoelektrische Resonatorelement 32, wie in 3 gezeigt, mit dem Inneren des Gehäuses 36 durch Verwendung des leitfähigen Haftmittels 43, wie in 1 und 2 gezeigt, verbunden. Danach wird der Deckel 39 mit dem Gehäuse 36 durch Verwendung eines Hartlötmaterials (zum Beispiel niedrigschmelzenden Glases) verbunden. Dann wird das Gehäuse 36 in einem Vakuum erhitzt, so dass das Gehäuse 36 durch das Durchgangsloch 37 entgast wird, und das Durchgangsloch 37 mit der Abdichtung 38 vakuumabgedichtet. Daher ist die piezoelektrische Einrichtung 30 vollendet.
Die piezoelektrische Einrichtung 30 der vorliegenden Ausführungsform weist die in 1 und 2 gezeigte Struktur auf. Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der piezoelektrischen Einrichtung 30 wird nun hauptsächlich mit Bezug auf 11 beschrieben werden.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der piezoelektrischen Einrichtung 30 zeigt.
(Ausbildungsvorgang)
Zuerst wird das Gehäuse 36 der 1 und 2 ausgebildet (Schritt ST11) und vorbereitet. Außerdem wird der Deckel 39 ausgebildet (Schritt ST211).
Als nächstes wird bei einem Schritt ST111, der ein erster Schritt des Ausbildungsvorgangs für ein piezoelektrisches Resonatorelement ist, zum Beispiel die Außenform des piezoelektrischen Resonatorelements durch Stanzen eines Durchgangslochs in einem Quarzkristallwafer oder Ätzen eines Quarzkristallwafers ausgebildet. Dann wird der Quarzkristallwafer in eine rechteckige Form gemäß einer gegebenen Orientierung geschnitten, so dass das in 1 gezeigte piezoelektrische Resonatorelement 32 erhalten wird. Das piezoelektrische Resonatorelement 32 wird durch Ätzen der Außenform davon durch in 7, 8 und 9K gezeigte Herstellungsvorgänge ausgebildet.
Dann werden bei einem Schritt ST112, der ein zweiter Schritt des Ausbildungsvorgangs ist, die oben beschriebenen Anregungselektroden 54 und 55 und die Entnahmeelektroden 52 und 53 in dem in 3 gezeigten piezoelektrischen Resonatorelement 32 ausgebildet. Die Anregungselektroden 54 und 55 und die Entnahmeelektroden 52 und 53 werden zum Beispiel durch Stapeln der aus Chrom usw. ausgebildeten unteren Schicht (untere Metallschicht) und der Elektrodenschicht aus Silber (Ag) oder Gold (Au) gebildet. Diese Elektroden werden aufeinanderfolgend durch Sputtern aufgebracht und durch einen Fotovorgang unter Verwendung einer Maske ausgebildet. Zum Beispiel werden die Anregungselektroden 54 und 55 durch in 9L, 9M und 10 gezeigte Herstellungsvorgänge ausgebildet.
Nachfolgend wird bei einem Schritt ST113 in 11 eine Antriebsspannung an das piezoelektrische Resonatorelement 32 angelegt, um die Frequenz zu messen. Dann wird durch Hinzufügen eines Elektrodenfilms und Anpassen eines Teils davon durch Laserlicht usw. die grobe Einstellung der Frequenz durchgeführt.
Als nächstes wird bei einem Schritt ST12 in 11 das piezoelektrische Resonatorelement 32 innerhalb des vorbereiteten Gehäuses 36 angebracht.
(Abdichtungsvorgang)
Dann wird bei einem Schritt ST13, der ein Abdichtungsvorgang ist, das Gehäuse 36 in 2 durch den Deckel 39 mit der Abdichtung 33 im Vakuum oder in der Atmosphäre eines inaktiven Gases, wie zum Beispiel Stickstoff, abgedichtet, und somit wird das Gehäuse 36 hermetisch abgedichtet.
Als nächstes wird bei einem Schritt ST14 in 11, wie mit Bezug auf 2 beschrieben, eine Frequenzeinstellung durchgeführt und daher die piezoelektrische Einrichtung 30, die ein piezoelektrischer Resonator ist, vollendet (Schritt ST15).
12 ist eine Zeichnung, welche die schematische Struktur einer digitalen Mobiltelefoneinrichtung als ein Beispiel eines elektronischen Geräts zeigt, das eine piezoelektrische Einrichtung gemäß der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.
Mit Bezug auf die Zeichnung sind ein Mikrofon 308, das den Ton eines Senders empfängt, und ein Lautsprecher 309 zur Umwandlung eines empfangenen Materials in eine Tonausgabe beinhaltet. Zusätzlich ist eine aus integrierten Schaltungen usw. bestehende Steuereinrichtung (CPU) 301 als eine mit einer Modulationseinheit und einer Demodulationseinheit eines gesendeten und empfangenen Signals verbundene Steuereinheit beinhaltet.
Die Steuereinrichtung 301 steuert zusätzlich zur Modulation und Demodulation gesendeter und empfangener Signale eine aus einem LCD als einer Bildanzeigeeinheit bestehende Informations-Eingabe-Ausgabe-Einheit 302, Bedienungstasten zur Eingabe von Information usw. Die Steuereinrichtung 301 steuert außerdem ein Informationsspeichermittel (Speicher) 303, das einen Arbeitsspeicher (RAM), einen Festspeicher (ROM) usw. beinhaltet. Deshalb wird die piezoelektrische Einrichtung 30 an der Steuereinrichtung 301 angebracht und daher die Ausgabefrequenz als ein durch einen in der Steuereinrichtung 301 beinhalteten gegebenen Teiler (nicht gezeigt) usw. an die Steuerung angepasstes Taktsignal verwendet. Die an der Steuereinrichtung 301 angebrachte piezoelektrische Einrichtung 30 kann anstelle eines einzelnen Stücks der piezoelektrischen Einrichtung 30 ein Oszillator sein, der durch Kombinieren der piezoelektrischen Einrichtung 30 mit einem gegebenen Teiler usw. erhalten wird.
Auf diese Weise sind die piezoelektrische Einrichtung 30 gemäß der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oder andere Abwandlungen einer piezoelektrischen Einrichtung auf elektronische Geräte, wie zum Beispiel die eine Steuereinheit beinhaltende digitale Mobiltelefoneinrichtung 300, anwendbar. In diesem Fall werden, da es einen flachen Teil in der Temperaturcharakteristik-Kurve gibt, die Änderungen der Frequenztoleranz wegen Temperaturänderungen verringert, so dass die Betriebsgenauigkeit der elektronischen Geräte verbessert wird.
13 zeigt ein weiteres Schnittstrukturbeispiel entlang der Linie C-C in dem schwingenden Arm des piezoelektrischen Resonatorelements in 3. Bei dem Schnittstrukturbeispiel der schwingenden Arme 34 und 35 in 13 weisen die schwingenden Arme 34 und 35 im Wesentlichen eine H-Form auf. Kerben 757 sind sowohl auf den vorderen als auch auf den hinteren Oberflächenseiten eines schwingenden Arms 34 ausgebildet. Kerben 756 sind sowohl auf den vorderen als auch auf den hinteren Oberflächenseiten des anderen schwingenden Arms 35 ausgebildet.
Eine Mittellinie CL1 der Kerbe 757 des schwingenden Arms 34 und eine Mittellinie CL2 der Kerbe 757 auf der hinteren Oberflächenseite sind auf eine solche Weise positioniert, dass die Richtungen davon relativ zueinander versetzt sind. Speziell sind die Kerben 757 und 757 relativ zueinander in der X-Richtung (horizontale Richtung) versetzt. Daher ist auf der vorderen Oberflächenseite des schwingenden Arms 34 die Breite W3 größer als die Breite W1. Auf der hinteren Oberflächenseite ist die Breite W2 größer als die Breite W4.
In ähnlicher Weise sind eine Mittellinie CL3 der Kerbe 756 auf der vorderen Oberflächenseite des schwingenden Arms 35 und eine Mittellinie CL4 der Kerbe 756 auf der hinteren Oberflächenseite relativ zueinander in der horizontalen Richtung, welche die X-Richtung ist, versetzt.
Die Mittellinien CL1 und CL4 sind parallel zu der Z-Richtung.
Im Gegensatz dazu entsprechen bei einem konventionellen piezoelektrischen Resonatorelement die Mittellinien der Kerben auf den vorderen und hinteren Oberflächenseiten einander.
Die schwingenden Arme 34 und 35 weisen jeweils die Anregungselektroden 54 und 55 auf. Die Anregungselektroden 54 und 55 weisen die untere Schicht 75A und die Elektrodenschicht 75B ähnlich der Ausführungsform in 4 auf.
Wenn die Kerben der schwingenden Arme 34 und 35 wie in 13 gezeigt angeordnet sind, wird, wenn die schwingenden Arme 34 und 35 in der horizontalen Richtung, welche die X-Richtung ist, oszillieren, die Vibration der Komponenten der senkrechten Richtung, welche die Z-Richtung ist, zusätzlich zu der Vibration in der horizontalen Richtung hervorgerufen. Demzufolge wird die Vibration in der M-Richtung, die eine schräge Richtung ist, bewirkt. Dies liegt daran, dass der Unterschied der Größe des elektrischen Felds zwischen der vorderen Oberflächenseite und der hinteren Oberflächenseite mit Bezug auf die X-Richtung, welche die horizontale Richtung ist, hervorgerufen wird. Um gebogene Vibration in der horizontalen Richtung zu bewirken, muss die mechanische Wertigkeit der Expansion und Kontraktion des Stimmgabelarmabschnitts, die durch das elektrische Feld hervorgerufen wird, zwischen der vorderen Oberflächenseite und der hinteren Oberflächenseite im Gleichgewicht sein. Jedoch wird, wenn die Größe eines elektrischen Felds zwischen der vorderen Oberflächenseite und der hinteren Oberflächenseite, wie in 13 gezeigt, unterschiedlich ist, die mechanische Wertigkeit der Expansion und Kontraktion des Stimmgabelarmabschnitts gestört und deshalb die Vibrationskomponente in der Z-Richtung zu der gebogenen Vibration in der X-Richtung hinzugefügt, so dass die Vibration in der M-Richtung erzeugt wird.
Auf diese Weise kann durch relativ zueinander versetztes Ausbilden der Kerben auf den vorderen und hinteren Oberflächenseiten des schwingenden Arms, so dass die Positionen der Kerben auf den vorderen und hinteren Oberflächenseiten asymmetrisch sind, die Temperaturcharakteristik-Kurve mit einem kleinen Temperaturkoeffizienten zweiter Ordnung, die, wie in 6 gezeigt, einen flachen Teil aufweist, erhalten werden, so dass die Temperaturcharakteristik vorteilhaft wird.
Die in 13 gezeigte Ausführungsform und die in 4 gezeigte Ausführungsform können natürlich kombiniert werden.
Die Strukturen der Ausführungsformen können entsprechend miteinander kombiniert werden.
Außerdem kann diese Erfindung auf alle piezoelektrischen Resonatorelemente und piezoelektrischen Einrichtungen, die ein piezoelektrisches Resonatorelement verwenden, ungeachtet der Art angewendet werden, wie zum Beispiel ein Kristallresonator, ein Kristalloszillator, ein Kreiselsensor und ein Winkelsensor, wenn sie durch Enthalten eines piezoelektrischen Resonatorelements in einem Gehäuse oder einem kastenartigen Deckel gebildet sind.
Bei der obigen Ausführungsform wird ein aus Keramik bestehender kastenförmiger Körper als ein Gehäuse verwendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf solch eine Gestalt beschränkt, sondern kann auf Einrichtungen, die ein beliebiges Gehäuse oder eine beliebige Ummantelung umfassen, angewendet werden, wenn die Einrichtungen durch Enthalten eines piezoelektrischen Resonatorelements in dem Äquivalent eines Gehäuses, wie zum Beispiel einer Metallzylinderummantelung, gebildet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Abwandlungen sind möglich, ohne von dem Umfang der Ansprüche abzuweichen.

30: piezoelektrische Einrichtung
32: piezoelektrisches Resonatorelement
34, 35: schwingender Arm
51: Basisabschnitt
54, 55: Anregungselektrode
56, 57: Kerbe (ein Beispiel eines Kerbenteils)
75A: untere Schicht
75B: Elektrodenschicht
100: Aussparungsteil
400: konventionelle Temperaturcharakteristik-Kurve
500: Temperaturcharakteristik-Kurve der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
550: flacher Teil der Temperaturcharakteristik-Kurve

Claims

Piezoelektrisches stimmgabelartiges Resonatorelement, umfassend: einen Basisabschnitt; und mehrere schwingende Arme, die sich von dem Basisabschnitt parallel zu dem Basisabschnitt erstrecken, wobei: ein metall-überzogener Abschnitt auf zumindest einem der mehreren schwingenden Arme ausgebildet ist und mit Laserlicht bestrahlt wird, ein Aussparungsteil in dem Basisabschnitt ausgebildet ist und ein Kerbenteil auf einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche der schwingenden Arme ausgebildet ist; eine Antriebselektrode zumindest in dem Kerbenteil der schwingenden Arme vorgesehen ist; und die Antriebselektrode eine untere Schicht und eine auf der unteren Schicht ausgebildete Elektrodenschicht aufweist, und die Dicke t der unteren Schicht im Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,3 Mikrometer liegt.
Piezoelektrisches Resonatorelement nach Anspruch 1, bei dem die untere Schicht aus Chrom besteht und die Elektrodenschicht aus Gold besteht.
Piezoelektrisches Resonatorelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dicke t der unteren Schicht im Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,15 Mikrometer liegt.
Piezoelektrisches Resonatorelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dicke t der unteren Schicht im Bereich 0,09 Mikrometer < t < 0,11 Mikrometer liegt.
Piezoelektrische Einrichtung, umfassend: ein piezoelektrisches Resonatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das in einem Gehäuse enthalten ist.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen stimmgabelartigen Resonatorelements nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren umfasst: einen Außenform-Ätzschritt zum Ätzen eines aus einem piezoelektrischen Material bestehenden Substrats, um eine Außenform auszubilden; einen Elektrodenausbildungsschritt um, nachdem die Außenform ausgebildet wurde, die Antriebselektrode auszubilden, die eine untere Schicht und eine Elektrodenschicht zumindest in dem Kerbenteil der schwingenden Arme aufweist, wobei bei dem Elektrodenausbildungsschritt die untere Schicht so ausgebildet wird, dass die Dicke t der unteren Schicht im Bereich 0,07 Mikrometer < t < 0,3 Mikrometer liegt.
Mobiltelefoneinrichtung, die ein Taktsignal zur Steuerung durch Verwendung einer piezoelektrischen Einrichtung erhält, umfassend: ein piezoelektrisches Resonatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das in einem Gehäuse der piezoelektrischen Einrichtung enthalten ist.
Elektronisches Gerät, das ein Taktsignal zur Steuerung durch Verwendung einer piezoelektrischen Einrichtung erhält, umfassend: ein piezoelektrisches Resonatorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das in einem Gehäuse der piezoelektrischen Einrichtung enthalten ist.