JP2004350015A

JP2004350015A - Crystal oscillating piece and manufacturing method thereof, crystal device utilizing the same, cellular telephone device utilizing crystal device, and electronic equipment utilizing crystal device

Info

Publication number: JP2004350015A
Application number: JP2003144504A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kikushima; 正幸菊島; Keiichi Yamaguchi; 啓一山口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: JP3941736B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystal oscillating piece capable of suppressing increase in a CI value by decreasing displacement in a Z' direction when oscillation arms of the crystal oscillating piece performs flexing oscillation and a manufacturing method thereof, and to provide a crystal device housing this crystal oscillating piece in a package, and a cellular telephone and electronic equipment utilizing this crystal device. <P>SOLUTION: The piezoelectric oscillating piece is provided with a base 51 and a pair of oscillating arms 34, 35 each extending in parallel from this base, and has grooves 56, 56, 57, 57 formed on the front and rear surfaces of each of the oscillating arms by etching so as to extend in the longitudinal direction. Each of the grooves formed on the front and rear surface of the oscillating arms has a structure in which the end of the base has rigidity being almost mutually the same on both the front and rear surfaces. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動片とその製造方法及び、この水晶振動片をパッケージに収容した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスが広く使用されている。
図１６は、このような水晶デバイスに使用される水晶振動片の公知の構成例を示す概略図であり、（ａ）はその平面（表面）図、（ｂ）はその底面（裏面）図である（特許文献１参照）。
【０００３】
これらの図において、水晶振動片３は、例えば水晶の単結晶から切り出され音叉型に加工されて形成されている。このとき、図１６に示すＸ軸が電気軸、Ｙ’軸が機械軸及びＺ’軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出されることになる。
また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のＸ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸からなる直交座標系において、Ｘ軸回りに、Ｘ軸とＹ’軸とからなるＸＹ’平面を反時計方向に約１度乃至５度傾けて形成される。
このような水晶材料でなるウエハをエッチングすることにより図示の形状が形成されている。この場合、水晶振動片３は、基部５と、この基部５から平行に延びる一対の振動腕６，７を備える音叉型水晶片で構成されている。
【０００４】
水晶振動片３の基部５は、図示しないパッケージ側の電極部に対して固定されている。振動腕６，７には、図１６のＡ−Ａ線切断端面図である図１７に示すように、長さ方向に延びる溝部９，１０がそれぞれ形成されており、さらにこの振動腕６，７の表面には、励振電極が形成されている（図示せず）。この励振電極に対して外部から駆動電圧を印加することにより、振動腕６，７はその先端側６ａ，７ａを互いに接近、離間するように振動する。このような振動に基づく振動周波数を取り出すことにより、制御用のクロック信号等の各種信号に利用されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構造の水晶振動片３は、図１７に示されているように、各振動腕６，７の上面及び下面に、それぞれ溝部９，９，１０，１０を形成して、各溝部９，９，１０，１０内にも励振電極（図示せず）を設けることで、電界効率を向上させて、優れた振動性能を得るようにしている。
そして、このような形状を有する水晶振動片３を形成するためには、その外形を水晶のウエットエッチングにより形成し、さらに、各振動腕６，７の溝部９，９，１０，１０をエッチング液を用いてハーフエッチングにより形成する製造工程が採用されている。
【０００７】
図１８は図１６のＢ−Ｂ線切断端面図であり、ウエットエッチングにより形成された溝部９にあっては、基部５側の端部における表面側（＋Ｚ’側）と、裏面側（−Ｚ’側）との構造を比較すると、水晶のエッチング異方性に基づいて、裏面側（−Ｚ’側）に傾斜角度の大きな傾斜面９ａが形成される。
【０００８】
このため、傾斜面９ａが形成された箇所の垂直断面においては、表面側の領域ＯＣよりも裏面側の領域ＵＣの断面積が大きくなることから、図１８のＺ’方向に関して、表側（＋Ｚ’側）と裏面側（−Ｚ’側）とで剛性が異なり、振動腕６，７が屈曲振動する際に、Ｚ’方向の変位が大きくなってしまい、その結果、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値が大きくなるという問題がある。
特に、小型の水晶振動片の場合には、もともとＣＩ値が大きくなる傾向があることから、できるだけＣＩ値を抑制する必要がある。
【０００９】
本発明は、水晶振動片の振動腕が屈曲振動する際のＺ’方向の変位を小さくして、ＣＩ値の上昇を抑制することができる水晶振動片とその製造方法及び、この水晶振動片をパッケージに収容した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている、水晶振動片により、達成される。
第１の発明の構成によれば、水晶振動片の振動腕には、その表面と裏面とに溝部が形成されており、この溝部の前記基部側の端部の構成について、前記表面と裏面とで、剛性がほぼ一致する構造とされている。このため、複数の振動腕が水平方向に変位して屈曲振動する場合に、この水平方向と直交するＺ’方向への変位が生じにくくなる。
かくして、本発明の水晶振動片は、振動腕が屈曲振動する際のＺ’方向の変位を小さくして、ＣＩ値の上昇を抑制することができるという効果を発揮する。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の厚み方向の断面において、中心から表面側の断面積と、前記中心から裏面側の断面積とが、ほぼ同じとなるように構成されていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、その前記基部側の端部において、厚み方向の変位に関して、前記中心から表面側と、前記中心から裏面側の断面二次モーメントをほぼ一致させることができる。これにより、前記表面と裏面とで、剛性をほぼ一致させることができる。
【００１２】
第３の発明は、第１または２のいずれかの発明の構成において、前記裏面側の溝部は、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部が長くなるように形成されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、水晶振動片の各振動腕の溝部に関して、振動腕の表面側の溝部の基端側の端部を長くしている。このため、ウエットエッチングにより溝部を設けた場合に、エッチング異方性に基づいて裏面側の溝部に形成される大きな傾斜角の傾斜面は、長さ方向に沿って基部側に移動することから、表面側の溝部の基部側の端部付近の位置では、振動腕の裏面側では、前記傾斜面が存在しなくなる。このため、振動腕の垂直断面においては、表面側の領域と裏面側の領域の断面積が、表面側の溝部の基部側の端部付近ではほぼ等しくなることから、表面側と裏面側とで、Ｚ’方向の剛性をほぼ一致させることができる。
【００１３】
第４の発明は、第１または２のいずれかの発明の構成において、前記裏面側の溝部は、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部の幅が大きく形成されていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、振動腕の表面側の溝部の基部側の端部付近において、裏面側では、溝部の幅が大きくなった分だけ、断面積が減少されている。この断面積の減少により、ウエットエッチングにより溝部を設けた場合に、エッチング異方性に基づいて裏面側の溝部に形成される大きな傾斜角の傾斜面が存在することによる断面積の増加分が相殺されて、振動腕の垂直断面においては、表面側の領域と裏面側の領域の断面積が、表面側の溝部の基部側の端部付近ではほぼ等しくなることから、表面側と裏面側とで、Ｚ’方向の剛性をほぼ一致させることができる。
【００１４】
上述の目的は、第５の発明によれば、ケースまたはパッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスであって、前記水晶振動片は、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている、水晶デバイスにより、達成される。
【００１５】
第５の発明の構成によれば、ケースまたはパッケージに収容される水晶振動片を小型に形成した場合にも、水晶振動片の振動腕には、その表面と裏面とに溝部が形成されており、この溝部に電極を形成することで電界効率を高めるようにされている。この場合、水晶振動片の各振動腕の溝部の前記基部側の端部の構成について、前記表面と裏面とで、剛性がほぼ一致する構造とされている。このため、複数の振動腕が水平方向に変位して屈曲振動する場合に、この水平方向と直交するＺ’方向への変位が生じにくくなる。
これにより、小型でＣＩ値が低い水晶振動片を利用しているので、これを収容するためのパッケージやケースを小型にすることができ、小型で高性能な水晶デバイスを得ることができる。
【００１６】
上述の目的は、第６の発明によれば、水晶材料でなる基板の表面に、耐蝕膜を形成する工程と、前記耐蝕膜に重ねてレジストを塗布する工程と、前記レジスト及び前記耐蝕膜をウエットエッチングして、外形形成用マスクを作り、水晶材料をウエットエッチングすることにより、前記水晶振動片の外形形状を形成する外形形成工程と、さらに、振動腕に形成される溝部に対応した形状に適合するように溝形成用マスクを形成して、水晶材料をハーフエッチングすることにより溝部を形成する溝形成工程と、前記水晶振動片の外形と各振動腕の表面および裏面に前記溝部を形成した後に、必要な電極膜を形成する工程とを含んでおり、前記溝形成工程において、各振動腕の表面および裏面に設ける前記溝部の前記基部側の端部の剛性が、前記振動腕の表面と裏面とでほぼ一致する構造となるように形成する、水晶振動片の製造方法により、達成される。
【００１７】
第６の発明の構成によれば、ウエットエッチングの手法を用いて、水晶振動片の外形と振動腕の溝部の外形とを形成する際のマスクを、前記耐蝕膜により設ける工程では、各振動腕の表面および裏面に設ける前記溝部の前記基部側の端部の剛性が、前記振動腕の表面と裏面とでほぼ一致する構造となるようにマスク形成する。これにより、形成された前記溝部の前記基部側の端部の構成について、前記表面と裏面とで、剛性がほぼ一致する構造とされることから、複数の振動腕が水平方向に変位して屈曲振動する場合に、この水平方向と直交するＺ’方向への変位が生じにくくなる。
【００１８】
第７の発明は、第６の発明の構成において、前記裏面側の溝部が、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部が長くなるように形成されることを特徴とする。
第７の発明の構成によれば、前記マスクの前記溝部に対応した箇所に関して、前記振動腕の前記裏面側の溝部が、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部が長くなるようにする。これにより振動腕の表面側と裏面側に形成される溝部に関して、エッチング異方性に基づいて裏面側の溝部に形成される大きな傾斜角の傾斜面を、長さ方向に沿って基部側に移動させることができる。このため、表面側の溝部の基部側の端部付近において、振動腕の裏面側では、前記傾斜面が存在しなくなる。これにより、振動腕の垂直断面においては、図１８で説明した表面側の領域と裏面側の領域の断面積が、表面側の溝部の基部側の端部付近ではほぼ等しくなることから、表面側と裏面側とで、Ｚ’方向の剛性をほぼ一致させることができる。
【００１９】
第８の発明は、第６の発明の構成において、前記裏面側の溝部が、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部の幅が大きく形成されることを特徴とする。
第８の発明の構成によれば、前記マスクの前記溝部の前記基部側の端部に対応した箇所に関して、表面側と裏面側で、幅を変えて、裏面側の溝部を幅広にする。これにより、振動腕の表面側の溝部の基部側の端部付近において、裏面側では、溝部の幅が大きくなった分だけ、断面積が減少され、この断面積の減少により、エッチング異方性に基づいて裏面側の溝部に形成される大きな傾斜角の傾斜面が存在することによる断面積の増加分が相殺される。このため、振動腕の垂直断面においては、図１８で説明した表面側の領域と裏面側の領域の断面積が、表面側の溝部の基部側の端部付近ではほぼ等しくなることから、表面側と裏面側とで、Ｚ’方向の剛性をほぼ一致させることができる。
【００２０】
また、上述の目的は、第９の発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記水晶振動片が、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした携帯電話装置により、達成される。
【００２１】
また、上述の目的は、第１０の発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した電子機器であって、前記水晶振動片が、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした電子機器により、達成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の水晶デバイスの実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＤ−Ｄ線概略断面図である。
図において、水晶デバイス２０は、水晶振動子を構成した例を示しており、この水晶デバイス２０は、パッケージ３６内に水晶振動片３２を収容している。パッケージ３６は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓ２を形成するようにされている。
この内部空間Ｓ２が水晶振動片を収容するための収容空間である。
すなわち、図２に示されているように、この実施形態では、パッケージ３６は、例えば、下から第１の積層基板５２、第２の積層基板５３を重ねて形成されている。
【００２３】
パッケージ３６の内部空間Ｓ２内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第１の積層基板５２には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部３１，３１が設けられている。
この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に水晶振動片３２の基部５１が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。尚、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２４】
パッケージ３６の開放された上端には、ロウ材３３を用いて蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、好ましくは、パッケージ３６に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光Ｌ２を水晶振動片３２の後述する金属被覆部に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００２５】
水晶振動片３２は、後述する製造工程により水晶をエッチングして形成されており、本実施形態の場合、水晶振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図１で示す形状とされている。
すなわち、水晶振動片３２は、図１に示すＸ軸が電気軸、Ｙ’軸が機械軸及びＺ’軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出された水晶ウエハをウエットエッチングして形成されている。水晶振動片３２は、パッケージ３６側と後述するようにして固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる複数の振動腕、特に一対の振動腕３４，３５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型水晶振動片が利用されている。
【００２６】
図１に示されているように、基部５１の振動腕３４，３５側端部には、幅方向に凹状とされた切欠き部５１ａ，５１ａが形成されている。各振動腕３４，３５の基端部は僅かに外方に突出している。
これにより、各振動腕３４，３５からの基部５１側への振動の漏れ込みを防止するようにされている。
【００２７】
図１および、この図１のＥ−Ｅ線切断端面図である図３に示すように、水晶振動片３２の各振動腕３４，３５の表面および裏面には、それぞれ長さ方向に延びる溝部が形成されている。この各溝部は表面側である＋Ｚ’側が溝部５６，５６、裏面側である−Ｚ’側が溝部５７，５７とされており、これら溝部５６と溝部５７の深さは同じである。
また、後述するウエットエッチングにより、溝部５６と溝部５７を形成することにより、図３に示すように、各振動腕３４，３５の右側面には、水晶のエッチングによる異方性に基づいて、突起もしくはヒレ状の異形形状部６５，６５が形成されている。
【００２８】
さらに、図１において、水晶振動片３２の基部５１の幅方向両端付近には、引出し電極５８，５９が形成されている。各引出し電極５８，５９は、水晶振動片３２の基部５１の裏面にも同様に形成されている。
これらの各引出し電極５８，５９は、上述したように図１に示されているパッケージ側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３により接続される部分である。そして、各引出し電極５８，５９は、各振動腕３４，３５の溝部５６，５７内に設けた励振電極と接続されている。
【００２９】
すなわち、図１及び図３に示すように、各振動腕３４，３５の溝部５６，５７内には、電極が形成されている。具体的には、振動腕３４の溝部５６および５７内には、励振電極６３，６３が、振動腕３４の両側面には、これと対となる励振電極６４，６４とが形成されている。一方、振動腕３５の溝部５６および５７内には、励振電極６４，６４が、振動腕３５の両側面には、これと対となる励振電極６３，６３とが形成されている。
これら励振電極６３と励振電極６４は、それぞれ対応する図１の引出し電極５８，５９に接続されている。そして励振電極６３と励振電極６４は、各溝部５６，５７の各壁部を構成する水晶材料を挟んで対向するように形成されることにより、引出し電極５８，５９を介して印加された駆動電圧の作用で励振電極６３と励振電極６４に挟まれた水晶材料に電界を生じることができ、これにより、効率的に振動腕３５の屈曲振動を生じるようにされている。
【００３０】
図４は水晶振動片３２を示しており、（ａ）は水晶振動片３２の表面側を示す概略平面図、（ｂ）は水晶振動片３２の裏面側を示す概略底面図である。これらの図では引出し電極と励振電極の図示を省略している。
図示されているように、裏面側の溝部５７，５７は、表面側の溝部５６，５６よりも長く、特に、裏面側の溝部５７，５７の基部５１側の端部が、基部５１の外縁端部５１ｂの方向に向けて、長さ方向に沿って、ＡＬの分だけ延長されている。
【００３１】
この結果、図５に示すように、後述するウエットエッチングにより溝部を設けると、裏面側に形成される溝部５７内の大きな傾斜角の傾斜面５７ａは、長さ方向に沿って基部側に移動することから、表面側の溝部５６の基部側の端部付近（図５の溝部５６の左端付近）の位置では、振動腕の裏面側の溝部５７内には、傾斜面５７ａが存在しなくなる。このため、図５の溝部５６の左端付近における振動腕の垂直断面（厚み方向の断面）においては、厚み方向の中心線ＮＣに関して、表面側の領域ＯＮＣと裏面側の領域ＵＮＣの断面積が、ほぼ等しくなる。このため、厚み方向の変位に関して、中心線ＮＣから表面側と、中心線ＮＣから裏面側の断面二次モーメントをほぼ一致させることができる。
したがって、図２の矢印Ｇで示すような振動腕のＺ’方向の変位において問題となるＺ’方向の剛性を、表面側と裏面側とでほぼ一致させることができる。
【００３２】
このため、図１の水晶振動片３２においては、振動腕３４，３５が水平方向に変位して屈曲振動する場合に、この水平方向と直交するＺ’方向への変位が生じにくくなり、屈曲振動する際のＺ’方向の変位を小さくして、ＣＩ値の上昇を抑制することができる。
【００３３】
次に、図６ないし図８は、本実施形態の水晶振動片３２の製造方法の一例を説明するための工程図であり、各工程は、上述した図３の振動腕３４，３５の切断面のうち、一方の振動腕３５に対応した領域についてだけ工程順に示されているが、振動腕３４，３５を含む水晶振動片３２の全体について同様に進行するものである。
【００３４】
これらの図を参照して、水晶振動片３２の好ましい製造方法を説明する。
図６（ａ）において、水晶振動片３２を複数もしくは多数分離することができる大きさの水晶材料でなる基板７１を用意する。基板７１は、例えば水晶の単結晶から切り出され、以下で説明するようにして音叉型に加工されて形成される。先ず、基板７１は、図１に示すＸ軸が電気軸、Ｙ’軸が機械軸及びＺ’軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出される水晶ウエハが使用される。また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のＸ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸からなる直交座標系において、Ｘ軸回りに、Ｘ軸とＹ’軸とからなるＸＹ’平面を時計方向に約マイナス５度乃至プラス５度傾けて形成される。
【００３５】
（耐蝕膜の形成工程）
次に、図６（ｂ）に示すように、基板７１の表面（表裏面）に、スパッタリングもしくは蒸着等の手法により、耐蝕膜７２を形成する。図示されているように、水晶基板７１の表裏両面に耐蝕膜７２が形成され、耐蝕膜７２は、例えば、下地層としてのクロム層７２ａと、その上に被覆される金被覆層７２ｂで構成される。
尚、以下の工程では、基板７１の図６において上下両面に同一の加工が行われるので、煩雑さを避けるため、上面についてだけ説明する。
【００３６】
（外形形成エッチング工程）
図６（ｃ）に示すように、全面にレジスト７３を塗布する（レジストの塗布工程）。そして、図６（ｄ）に示すように、外形パターニングのためにレジスト７３の上にマスク７４を配置する。
マスク７４は、図示された外側の縁部が、振動腕の外形に対応している。
かくして、図６（ｄ）に示すように、外形パターニングのためにレジスト７３の上にマスク７４を配置し、露光後、図６（ｅ）に示すように、感光したレジスト７３を除去する。勿論、フォトリソグラフィの手法に基づき、ネガとポジの両方の手法を選択する場合には、マスク７４の開口部とその周囲との関係は反対となる。
【００３７】
次に、図７（ｆ）に示すように、除去したレジスト部分に対応してＡｕ，Ｃｒの順に耐蝕膜である金属被覆層を除去する。そして、図７（ｇ）に示すように、レジストを除去して露出した耐蝕膜７２，７２の幅方向の外縁（図において左右の外縁）が外形形成用マスクとして残す。
次いで、外形形成エッチングを行う前に、耐蝕膜７２，７２をさらに加工して、溝形成用のマスクを作る。
すなわち、図７（ｈ）に示すように、レジスト７５を表面に塗布し、図７（ｉ）に示すように、溝幅Ｗ１を設けたマスク７６，７６を配置する。
続いて、図７（ｊ）に示すように、マスク７６，７６から露出したレジスト７５を除去して、マスク７６，７６を除去する。
【００３８】
次いで、図８（ｋ）に示すように、基板７１の露出した水晶材料をウエットエッチングにより除去する。つまり、例えば、フッ酸溶液をエッチング液として、水晶振動片の外形のエッチングを行う。この外形形成エッチング工程は、１００分ないし２００分程度である。この所要時間はフッ酸溶液の濃度や種類、温度等により変化する。この実施形態では、エッチング液として、フッ酸、フッ化アンモニウムを用いて、その濃度として容量比１：１、温度６５度±１度（摂氏）の条件により、外形形成エッチング工程が完了する。
なお、この工程で、水晶のエッチング異方性により振動腕の側面にヒレ状の異形形状部６５が形成される。
【００３９】
（溝形成工程）
次に、図８（ｌ）に示すように、露出した耐蝕膜７２をエッチングにより除去して、図７（ｉ）で説明した溝幅Ｗ１を有するようにされた耐蝕膜７２でなる溝形成用マスクを作る。
次いで、図８（ｍ）に示すように、フッ酸溶液をエッチング液として、水晶振動片の溝部のハーフエッチングを行う。このハーフエッチング工程は、外形エッチングにおけるエッチング液や温度の条件と同一にして、例えば、３２．５分（±５分）程度要する。
したがって、この図８（ｌ）の工程で作られる耐蝕膜７２でなる溝形成用マスクを、図４で説明したように、振動腕の表面側と裏面側とで長さを異ならせれば、図５で説明したような長さの異なる溝部５６と溝部５７とを形成することができる。
【００４０】
（電極膜の形成工程）
続いて、水晶振動片３２の電極を形成する。
すなわち、図８（ｎ）に示す電極が形成されていない振動腕（水晶片）の全外面に、スパッタリング等によって、電極となる金属で電極膜を形成する（図示せず）。電極膜は、例えば、Ｃｒを下地層として、Ａｕを被覆する。
次に、その外側に例えば、スプレー方式により、レジストを塗布し、パターニングを行い、露光により感光していないレジストを除去する。
そして、レジストが除去されることにより露出した電極膜についてＡｕ、Ｃｒの順にエッチングにより除去する。
これにより、図３で説明したような励振電極６３と励振電極６４が形成された水晶振動片が完成する。なお、図６ないし図８では、振動腕３５の断面だけが示されている。
【００４１】
図９は、上述の製造工程により形成した水晶振動片３２と、従来の水晶振動片について、屈曲振動の際におけるＺ’方向の変位量を比較したグラフである。図示されているように、本実施形態では、従来と比べてＺ’方向の変位量が著しく小さくなることから、ＣＩ値を抑制することができる。
【００４２】
図１０は、本発明の水晶振動片の第２の実施形態を示しており、（ａ）は水晶振動片２２の表面側を示す概略平面図、（ｂ）は水晶振動片２２の裏面側を示す概略底面図である。これらの図では引出し電極と励振電極の図示を省略している。
また、図１１は図１０（ａ）のＨ−Ｈ線切断端面図である。
これらの図において、水晶振動片２２にあっては、第１の実施形態の水晶振動片３２と共通する符号を付した箇所は同一の構成であるから重複する説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００４３】
図１０に示されているように、水晶振動片２２においては、各振動腕３４，３５の表面側の溝部５６，５６の幅ＧＷ１，ＧＷ１よりも、裏面側の溝部２１，２１は、基部５１側の端部付近の部分２３，２３の幅ＧＷ２，ＧＷ２が大きく形成されている。
このため、裏面側において、溝部２１の部分２３において幅が大きくなった分だけ、他の領域と比べて厚み方向の切断断面積が減少されている。この断面積の減少により、ウエットエッチングにて溝部５６，５６，２１，２１を設けた場合に、エッチング異方性に基づいて裏面側の溝部に形成される大きな傾斜角の傾斜面２１ａ（図１１参照）が存在することによる断面積の増加分が相殺される。
【００４４】
つまり、図１１の溝部５６，２１の左端付近における振動腕の垂直断面においては、厚み方向の中心線ＮＣに関して、表面側の領域ＯＮＣと裏面側の領域ＵＮＣの断面積が、ほぼ等しくなる。したがって、図５の場合と同様に、図２の矢印Ｇで示すような振動腕のＺ’方向の変位において問題となるＺ’方向の剛性を、表面側と裏面側とでほぼ一致させることができる。
その他の作用効果は、第１の実施形態と同じである。
【００４５】
図１２は、本発明の水晶振動片の第３の実施形態を示しており、振動腕のＺ’方向の変位において問題となるＺ’方向の剛性を、表面側と裏面側とでほぼ一致させるための構成の要部を示す図である。
第３の実施形態では、図１２に示す構成以外は第１の実施形態と同じであるから、重複する説明は省略して、相違点だけを説明する。
【００４６】
図１２は、ひとつの振動腕の基部付近を長さ方向に切断して一部を示す図である。
振動腕の表面側の溝部５６−１の深さＤ１は、裏面側の溝部５７−１の深さＤ２よりも小さくなるようにされている。これにより、厚み方向の中心線ＮＣに関して、表面側の領域ＯＮＣと裏面側の領域ＵＮＣの厚み方向の断面積が、ほぼ等しくなる。したがって、図５の場合と同様に、図２の矢印Ｇで示すような振動腕のＺ’方向の変位において問題となるＺ’方向の剛性を、表面側と裏面側とでほぼ一致させることができる。
その他の作用効果は、第１の実施形態と同じである。
【００４７】
図１３は、本発明による第４の実施形態としての水晶振動片であるジャイロセンサの概略構成を示す概略平面図であり、図１４は図１３のＩ−Ｉ線切断端面図である。
図１３において、Ｘ方向は水晶の電気軸、Ｙ’方向は水晶の機械軸、Ｚ’方向は水晶の光軸（成長軸）を示している。
図１３において、ジャイロセンサ８０は、センサ本体８１が、パッケージ９８内に収容されており、このパッケージ９８内は、第１の実施形態で説明したのとほぼ同様に、センサ本体８１を収容できる形態の箱状に形成されており、センサ本体８１を励振する励振回路等の駆動手段と、センサ本体８１からの振動を検出する回路等を備えている（図示せず）。
【００４８】
センサ本体８１は、水晶をエッチングして第１の実施形態の水晶振動片と同じ工程により形成されている。つまり、センサ本体８１は、第１の実施形態の水晶振動片３２と形状は異なるが同じ製造工程により、後述する外形と溝部とを形成することができる。
図１３において、センサ本体８１の左右の方向に長い基部８２は、パッケージ９８に対して固定されている。
【００４９】
基部８２の左右の端部付近を起点として、基部８２の延びる方向と直交する方向で、かつ図１３の上方に向かって励振用振動腕８４，８４が平行に延びている。また、基部８２の左右の端部付近を起点として、基部８２の延びる方向と直交する方向で、かつ図１３の下方に向かって検出用振動腕８５，８５が平行に延びている。
【００５０】
そして、各励振用振動腕８４，８４の表面側には、それぞれ長さ方向に並んだ長い溝部５６，５６が設けられており、図１４に示されているように、裏面側には、溝部５７，５７が設けられている。これらの各溝部には、第１の実施形態と同様に励振電極が形成されている（図示せず）。
【００５１】
図１３において、ジャイロセンサ８０の励振用振動腕８４，８４は、駆動手段としての図示しない励振回路から、駆動用電圧が印加されることにより、矢印Ｅ，Ｅに示すように、その先端部どうしが接近したり離間したりするようにして振動する。この際に、図１３に示すように、Ｙ’軸回りに回転角速度ωが働くと、励振用振動腕８４，８４は、Ｘ軸方向の振動の方向と、回転角速度ωとのベクトル積の方向に働くコリオリの力Ｆｃを受けて、次式にしたがって、Ｙ’軸に沿って（プラスＹ方向とマイナスＹ方向に交互に）振動するようになっている（ウオーク振動）。この振動は基部８２を介して検出用振動腕８５，８５に伝えられる。
Ｆｃ＝２ｍＶ・ω（ｍは、励振用振動腕８４，８４の振動部分の質量、Ｖは励振用振動腕８４，８４の速度）・・・・・・（１）式
【００５２】
検出用振動腕８５の振動に基づく電界は、図示しない検出用電極により信号として取り出され、かくして回転角速度ωの検出を行うことができる。
したがって、本実施形態によれば、励振用振動腕８４，８４にそれぞれ溝部５６，５６，５７，５７を形成するに際して、例えば、第１の実施形態と同様に、溝部５７，５７だけを支持部側に向かって延長することができる。これにより、図５で説明したのと同様に、図１４に示すように、裏面側に形成される溝部５７内の大きな傾斜角の傾斜面５７ａは、長さ方向に沿って支持部８３側に移動する。このため、図１４の溝部５６の左端付近における振動腕の垂直断面（厚み方向の断面）においては、厚み方向の中心線ＮＣに関して、表面側の領域ＯＮＣと裏面側の領域ＵＮＣの断面積が、ほぼ等しくなる。このため、厚み方向の変位に関して、中心線ＮＣから表面側と、中心線ＮＣから裏面側の断面二次モーメントをほぼ一致させることができる。
したがって、図２の矢印Ｇで示すような振動腕のＺ’方向の変位において問題となるＺ’方向の剛性を、表面側と裏面側とでほぼ一致させることができるので、Ｚ’方向の変位を少なくし、検出信号のＳ／Ｎ比を改善することができるとともに、ＣＩ値を低減することができる。
【００５３】
図１５は、本発明の上述した実施形態に係る水晶デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるコントローラ（ＣＰＵ）３０１を備えている。
コントローラ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段であるメモリ３０３の制御を行うようになっている。このため、コントローラ３０１には、水晶デバイス２０が取り付けられて、その出力周波数をコントローラ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このコントローラ３０１に取付けられる水晶デバイス２０は、水晶デバイス２０単体でなくても、水晶デバイス２０と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【００５４】
コントローラ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、コントローラ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
このように、デジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る水晶デバイス２０を利用することにより、ＣＩ値を抑制するができ信頼性の高いデジタル式携帯電話装置３００を得ることができる。
【００５５】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージ内に水晶振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶発振器等の名称にかかわらず、全ての水晶デバイスに適用することができる。
さらに、上述の実施形態では、パッケージに水晶材料を使用した箱状のものを利用しているが、このような形態に限らず、金属やセラミックのシリンダー状のケースに水晶振動片を収容するもの等、いかなるパッケージやケースを伴うものについても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水晶デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＤ−Ｄ線概略断面図。
【図３】図１のＥ−Ｅ線切断端面図。
【図４】図１の水晶デバイスに収容される水晶振動片を示す図であり、（ａ）は水晶振動片の表面側を示す概略平面図、（ｂ）は水晶振動片の裏面側を示す概略底面図。
【図５】図４のＦ−Ｆ線切断端面図。
【図６】図１の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図７】図１の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図８】図１の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図９】図１の水晶振動片と従来の水晶振動片の屈曲振動の際のＺ’方向変位量を比較したグラフ。
【図１０】第２の実施形態に係る水晶振動片を示す図であり、（ａ）は水晶振動片の表面側を示す概略平面図、（ｂ）は水晶振動片の裏面側を示す概略底面図。
【図１１】図１０のＨ−Ｈ線切断端面図。
【図１２】第３の実施形態に係る水晶振動片の要部を示す部分切断端面図。
【図１３】本発明による第４の実施形態としての水晶振動片であるジャイロセンサの概略構成を示す概略平面図。
【図１４】図１３のＩ−Ｉ線切断端面図。
【図１５】本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１６】従来の水晶振動片を示す図であり、（ａ）は水晶振動片の表面側を示す概略平面図、（ｂ）は水晶振動片の裏面側を示す概略底面図。
【図１７】図１６のＡ−Ａ線切断端面図。
【図１８】図１６のＢ−Ｂ線切断端面図。
【符号の説明】
３０・・・水晶デバイス、３２・・・水晶振動片、３４，３５・・・振動腕、５６，５７・・・溝部、６５・・・異形形状。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a crystal resonator element and a method of manufacturing the same, a crystal device containing the crystal resonator element in a package, and a mobile phone and an electronic device using the crystal device.
[0002]
[Prior art]
In a small information device such as a hard disk drive (HDD), a mobile computer, or an IC card, or a mobile communication device such as a mobile phone, a car phone, or a paging system, a crystal in which a crystal vibrating piece is housed in a package. Crystal devices such as oscillators and crystal oscillators are widely used.
FIGS. 16A and 16B are schematic diagrams showing a known configuration example of a crystal resonator element used in such a crystal device. FIG. 16A is a plan (front) view, and FIG. 16B is a bottom (back) view. (See Patent Document 1).
[0003]
In these figures, the quartz-crystal vibrating piece 3 is formed by cutting out, for example, a single crystal of quartz and processing it into a tuning fork shape. At this time, the crystal is cut out of a single crystal of crystal such that the X axis shown in FIG. 16 is the electric axis, the Y ′ axis is the mechanical axis, and the Z ′ axis is the optical axis.
In addition, when cutting from a single crystal of quartz, in the above-described orthogonal coordinate system including the X axis, the Y ′ axis, and the Z ′ axis, the XY ′ plane including the X axis and the Y ′ axis is rotated counterclockwise around the X axis. At an angle of about 1 to 5 degrees.
The illustrated shape is formed by etching a wafer made of such a quartz material. In this case, the quartz vibrating reed 3 is composed of a tuning fork type quartz piece having a base 5 and a pair of vibrating arms 6 and 7 extending in parallel from the base 5.
[0004]
The base 5 of the crystal vibrating piece 3 is fixed to a package-side electrode (not shown). As shown in FIG. 17, which is an end view taken along the line AA in FIG. 16, grooves 9 and 10 extending in the longitudinal direction are formed in the vibrating arms 6 and 7, respectively. An excitation electrode is formed on the surface (not shown). By applying a drive voltage to the excitation electrode from the outside, the vibrating arms 6 and 7 vibrate so that their tip sides 6a and 7a approach and separate from each other. By extracting a vibration frequency based on such vibration, it is used for various signals such as a control clock signal.
[0005]
[Patent Document 1] JP-A-2002-261575
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as shown in FIG. 17, the crystal vibrating piece 3 having such a structure has grooves 9, 9, 10, 10 formed on the upper and lower surfaces of the vibrating arms 6, 7, respectively. By providing excitation electrodes (not shown) also in the grooves 9, 9, 10, and 10, electric field efficiency is improved and excellent vibration performance is obtained.
In order to form the crystal vibrating piece 3 having such a shape, its outer shape is formed by wet etching of crystal, and the grooves 9, 9, 10, 10 of the vibrating arms 6, 7 are further etched. And a manufacturing process of forming by half-etching.
[0007]
FIG. 18 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 16. In the groove 9 formed by wet etching, the front side (+ Z ′ side) and the rear side (−Z ′) at the end on the base 5 side are illustrated. Comparing the structure with the ('side), the inclined surface 9a having a large inclination angle is formed on the back surface side (-Z' side) based on the etching anisotropy of the quartz.
[0008]
For this reason, in the vertical cross section of the portion where the inclined surface 9a is formed, the cross-sectional area of the back surface side region UC is larger than the front surface side region OC, and therefore, the front side (+ Z ′) in the Z ′ direction of FIG. Side) and the back side (−Z ′ side) have different stiffness, and when the vibrating arms 6 and 7 bend and vibrate, the displacement in the Z ′ direction increases. As a result, the crystal impedance (CI) value decreases. There is a problem that it becomes larger.
In particular, in the case of a small quartz-crystal vibrating piece, it is necessary to suppress the CI value as much as possible because the CI value originally tends to be large.
[0009]
The present invention provides a quartz vibrating reed that can reduce the displacement in the Z ′ direction when the vibrating arm of the quartz vibrating piece bends and vibrates to suppress an increase in the CI value, a manufacturing method thereof, and a quartz vibrating piece. It is an object to provide a crystal device housed in a package, and a mobile phone and an electronic device using the crystal device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided the above-mentioned object, comprising: a base formed entirely of quartz; a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base; and extending in a length direction on a front surface and a back surface of each vibrating arm. The crystal vibrating reed having grooves formed by etching as described above, wherein the grooves formed on the front surface and the back surface of the vibrating arm respectively have a rigidity at the base-side end thereof substantially at the front surface and the back surface. This is achieved by a quartz resonator element having a matching structure.
According to the configuration of the first aspect of the invention, the vibrating arm of the quartz vibrating reed has a groove formed on the front surface and the back surface. The rigidity is almost the same. For this reason, when the plurality of vibrating arms are displaced in the horizontal direction and bend and vibrate, displacement in the Z ′ direction orthogonal to the horizontal direction is less likely to occur.
Thus, the quartz-crystal vibrating reed of the present invention exerts an effect that the displacement in the Z ′ direction when the vibrating arm bends and vibrates can be reduced to suppress an increase in the CI value.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the grooves formed on the front surface and the back surface of the vibrating arm, respectively, are arranged from the center to the front side in the thickness direction cross section of the base side end. It is characterized in that the cross-sectional area and the cross-sectional area from the center to the back side are substantially the same.
According to the configuration of the second invention, at the end on the base side, the second moment of area from the center to the front side and from the center to the back side can be substantially matched with respect to the displacement in the thickness direction. This makes it possible to make the rigidity of the front surface substantially equal to that of the rear surface.
[0012]
In a third aspect based on the configuration of the first or second aspect, the groove on the back side is formed such that an end on the base side is longer than the groove on the front side. It is characterized by.
According to the configuration of the third aspect of the invention, with respect to the groove of each vibrating arm of the quartz vibrating reed, the base end of the groove on the surface side of the vibrating arm is elongated. For this reason, when the groove is provided by wet etching, the inclined surface having a large inclination angle formed in the groove on the back side based on the etching anisotropy moves to the base side along the length direction, At the position near the base-side end of the groove on the front side, the inclined surface does not exist on the back side of the vibrating arm. For this reason, in the vertical cross section of the vibrating arm, the cross-sectional areas of the front-side region and the back-side region are substantially equal in the vicinity of the base-side end of the front-side groove. , And Z ′ directions can be substantially matched.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the groove on the back surface is formed to have a larger width at the end on the base side than the groove on the front surface. Features.
According to the configuration of the fourth aspect, in the vicinity of the base-side end of the groove on the front surface side of the vibrating arm, the cross-sectional area is reduced on the back surface by the width of the groove. This reduction in the cross-sectional area offsets the increase in the cross-sectional area due to the presence of the inclined surface having a large inclination angle formed in the groove on the back side based on the etching anisotropy when the groove is provided by wet etching. In the vertical cross section of the vibrating arm, the cross-sectional areas of the front-side region and the back-side region are substantially equal in the vicinity of the base-side end of the front-side groove, so that the front-side and back-side , And Z ′ directions can be substantially matched.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a crystal device in which a crystal resonator element is accommodated in a case or a package, wherein the crystal resonator element is entirely formed of crystal, and is parallel to a base. A plurality of vibrating arms extending in a direction, and having a groove formed by etching on the front and back surfaces of each vibrating arm so as to extend in the length direction, respectively formed on the front surface and the back surface of the vibrating arm. The groove portion is achieved by a crystal device having a structure in which the rigidity of the end portion on the base side is substantially the same on the front surface and the back surface.
[0015]
According to the configuration of the fifth aspect, even when the quartz vibrating piece housed in the case or the package is formed in a small size, the vibrating arm of the quartz vibrating piece has grooves formed on the front surface and the back surface. An electric field efficiency is increased by forming an electrode in the groove. In this case, the configuration of the base-side end of the groove of each vibrating arm of the crystal vibrating piece has a structure in which the front surface and the rear surface have substantially the same rigidity. For this reason, when the plurality of vibrating arms are displaced in the horizontal direction and bend and vibrate, displacement in the Z ′ direction orthogonal to the horizontal direction is less likely to occur.
Thus, since a small-sized crystal resonator element having a low CI value is used, a package and a case for accommodating the crystal resonator element can be reduced in size, and a small-sized and high-performance crystal device can be obtained.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for forming a corrosion-resistant film on a surface of a substrate made of a quartz material, applying a resist on the corrosion-resistant film, and forming the resist and the corrosion-resistant film. Wet etching is performed to form an outer shape forming mask, and a quartz material is wet-etched to form an outer shape of the quartz vibrating piece, and further to a shape corresponding to a groove formed in the vibrating arm. A groove forming step of forming a groove portion by forming a groove forming mask so as to fit and half-etching the quartz material, and forming the groove portion on the outer shape of the crystal vibrating piece and the front and back surfaces of each vibrating arm. Forming a required electrode film later. In the groove forming step, the rigidity of the base-side end of the groove provided on the front surface and the back surface of each vibrating arm is reduced by the vibration. Formed to have a substantially matching configuration with the arms of the front surface and the back surface, the method for producing the quartz crystal resonator element is achieved.
[0017]
According to the configuration of the sixth aspect, in the step of providing a mask for forming the outer shape of the quartz-crystal vibrating piece and the outer shape of the groove of the vibrating arm by wet etching using the corrosion-resistant film, The mask is formed such that the rigidity of the base-side end of the groove provided on the front surface and the back surface of the vibrating arm substantially coincides with the front surface and the back surface of the vibrating arm. With this configuration, the configuration of the end of the formed groove on the base side is substantially the same in rigidity between the front surface and the back surface, so that the plurality of vibrating arms are displaced in the horizontal direction and bent. When vibrating, displacement in the Z ′ direction orthogonal to the horizontal direction is less likely to occur.
[0018]
A seventh invention is characterized in that, in the configuration of the sixth invention, the groove on the back surface is formed such that an end on the base side is longer than the groove on the front surface.
According to the configuration of the seventh aspect, the groove on the back surface side of the vibrating arm has a longer end on the base side than the groove on the front surface with respect to a portion corresponding to the groove on the mask. To As a result, with respect to the grooves formed on the front side and the back side of the vibrating arm, the inclined plane having a large inclination angle formed in the groove on the back side based on the etching anisotropy is moved to the base side along the length direction. Can be done. For this reason, the inclined surface does not exist on the back surface side of the vibrating arm near the end portion on the base side of the groove portion on the front surface side. As a result, in the vertical cross section of the vibrating arm, the cross-sectional areas of the front-side region and the back-side region described with reference to FIG. 18 are substantially equal near the base-side end of the front-side groove. The stiffness in the Z ′ direction can be made to substantially match between the and the back side.
[0019]
An eighth invention is characterized in that, in the constitution of the sixth invention, the width of the groove on the rear surface side is larger than that of the groove on the front surface side.
According to the configuration of the eighth aspect, the width of the groove on the back surface is increased by changing the width of the front surface and the back surface of the portion of the mask corresponding to the end of the groove on the base side. As a result, in the vicinity of the base-side end of the groove on the front side of the vibrating arm, the cross-sectional area on the back side is reduced by an amount corresponding to the increase in the width of the groove. The increase in the cross-sectional area due to the existence of the inclined surface having a large inclination angle formed in the groove on the back surface side based on the above is offset. For this reason, in the vertical cross section of the vibrating arm, the cross-sectional areas of the front-side region and the back-side region described with reference to FIG. 18 are substantially equal near the base-side end of the front-side groove. The stiffness in the Z ′ direction can be made to substantially match between the and the back side.
[0020]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a mobile phone device using a crystal device in which a crystal vibrating piece is housed in a package, wherein the crystal vibrating piece is entirely formed of quartz, And a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, a crystal vibrating reed having a groove formed by etching on the front and back surfaces of each vibrating arm so as to extend in the length direction, The grooves formed on the front surface and the back surface, respectively, obtain a control clock signal by a quartz crystal device having a structure in which the rigidity of the base side end is substantially the same on the front surface and the back surface. This is achieved by a mobile phone device.
[0021]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus using a crystal device having a crystal vibrating piece housed in a package, wherein the crystal vibrating piece is entirely formed of crystal, and A plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, and a crystal vibrating reed having a groove formed by etching on the front and back surfaces of each vibrating arm so as to extend in the length direction, wherein the surface of the vibrating arm And a groove formed on the back surface, respectively, wherein a crystal device having a structure in which the rigidity of the end on the base side is substantially the same on the front surface and the back surface is used to obtain a control clock signal. Achieved by equipment.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 show an embodiment of a crystal device according to the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view thereof, and FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line DD of FIG.
In the drawing, the crystal device 20 shows an example in which a crystal resonator is formed, and the crystal device 20 accommodates a crystal resonator element 32 in a package 36. The package 36 is formed, for example, by laminating a plurality of substrates formed by molding ceramic green sheets of aluminum oxide as an insulating material, and then sintering. Each of the plurality of substrates is formed with a predetermined hole inside thereof so that when stacked, a predetermined internal space S2 is formed inside when stacked.
This internal space S2 is a housing space for housing the crystal resonator element.
That is, as shown in FIG. 2, in this embodiment, the package 36 is formed by, for example, stacking the first laminated substrate 52 and the second laminated substrate 53 from below.
[0023]
An electrode formed by, for example, nickel plating and gold plating on a tungsten metallization is provided on the first laminated substrate 52 which is exposed to the internal space S2 and forms an inner bottom near the left end in the drawing in the internal space S2 of the package 36. Parts 31, 31 are provided.
The electrode portions 31 are connected to the outside and supply a drive voltage. A conductive adhesive 43, 43 is applied on each of the electrode portions 31, 31, and a base 51 of the crystal vibrating piece 32 is placed on the conductive adhesive 43, 43, and the conductive adhesive 43 is provided. , 43 are cured. In addition, as the conductive adhesives 43, 43, those obtained by adding conductive particles such as silver fine particles to a synthetic resin agent as an adhesive component exhibiting a bonding force can be used. Or polyimide-based conductive adhesive or the like can be used.
[0024]
A lid 39 is joined to the open upper end of the package 36 by using a brazing material 33 to be sealed. After the lid 39 is preferably sealed and fixed to the package 36, as shown in FIG. 2, a laser beam L2 is externally applied to a metal coating portion of the crystal vibrating piece 32, as shown in FIG. In order to adjust the frequency, it is made of a material that transmits light, in particular, a thin glass plate.
As a glass material suitable for the lid 39, for example, borosilicate glass is used as a thin glass manufactured by a down-draw method.
[0025]
The quartz-crystal vibrating piece 32 is formed by etching quartz in a manufacturing process described later. In the case of the present embodiment, the quartz-crystal vibrating piece 32 is formed in a small size, and in order to obtain necessary performance, in particular, FIG. The shape is as shown in FIG.
That is, the crystal vibrating piece 32 is obtained by wet etching a crystal wafer cut from a single crystal of crystal so that the X axis shown in FIG. 1 is the electric axis, the Y ′ axis is the mechanical axis, and the Z ′ axis is the optical axis. Is formed. The crystal vibrating reed 32 includes a base 51 fixed to the package 36 side as described later, and a plurality of vibrating arms extending in parallel with the base 51 as a base end. In particular, a so-called tuning-fork type crystal vibrating piece having a pair of vibrating arms 34 and 35 and having a whole shape like a tuning fork is used.
[0026]
As shown in FIG. 1, notches 51 a, 51 a that are concave in the width direction are formed at the ends of the base 51 on the side of the vibrating arms 34, 35. The base end of each of the vibrating arms 34 and 35 projects slightly outward.
Thus, leakage of the vibration from each of the vibrating arms 34 and 35 to the base 51 side is prevented.
[0027]
As shown in FIG. 1 and FIG. 3 which is an end view taken along the line EE of FIG. 1, grooves extending in the length direction are formed on the front and back surfaces of the vibrating arms 34 and 35 of the crystal vibrating piece 32, respectively. Is formed. In each of the grooves, the + Z ′ side, which is the front side, is the grooves 56, 56, and the −Z ′ side, which is the back side, is the grooves 57, 57. The depths of the grooves 56 and 57 are the same.
Further, by forming the groove portion 56 and the groove portion 57 by wet etching described later, as shown in FIG. 3, the projections are formed on the right side surfaces of the respective vibrating arms 34 and 35 based on the anisotropy due to the etching of quartz. Alternatively, fin-shaped portions 65, 65 are formed.
[0028]
Further, in FIG. 1, extraction electrodes 58 and 59 are formed near both ends in the width direction of the base 51 of the crystal vibrating piece 32. The extraction electrodes 58 and 59 are similarly formed on the back surface of the base 51 of the crystal vibrating piece 32.
These lead-out electrodes 58 and 59 are portions connected to the package-side electrode portions 31 and 31 shown in FIG. 1 by the conductive adhesives 43 and 43 as described above. The extraction electrodes 58 and 59 are connected to the excitation electrodes provided in the grooves 56 and 57 of the vibrating arms 34 and 35.
[0029]
That is, as shown in FIGS. 1 and 3, electrodes are formed in the grooves 56 and 57 of each of the vibrating arms 34 and 35. Specifically, excitation electrodes 63 and 63 are formed in the grooves 56 and 57 of the vibrating arm 34, and excitation electrodes 64 and 64 are formed on both side surfaces of the vibrating arm 34. On the other hand, in the grooves 56 and 57 of the vibrating arm 35, excitation electrodes 64, 64 are formed, and on both side surfaces of the vibrating arm 35, excitation electrodes 63, 63 that are paired therewith are formed.
The excitation electrode 63 and the excitation electrode 64 are connected to the corresponding extraction electrodes 58 and 59 of FIG. 1, respectively. The excitation electrode 63 and the excitation electrode 64 are formed so as to be opposed to each other with the crystal material forming each wall of each of the grooves 56 and 57 interposed therebetween, so that the drive voltage applied through the extraction electrodes 58 and 59 is applied. An electric field can be generated in the crystal material sandwiched between the excitation electrode 63 and the excitation electrode 64 by the action of the above, whereby the bending vibration of the resonating arm 35 is efficiently generated.
[0030]
4A and 4B show the quartz-crystal vibrating reed 32. FIG. 4A is a schematic plan view showing the front surface of the quartz-crystal vibrating reed 32, and FIG. In these figures, the illustration of the extraction electrode and the excitation electrode is omitted.
As shown in the figure, the grooves 57 on the back side are longer than the grooves 56 on the front side. In particular, the ends of the grooves 57 on the back side on the base 51 side are the outer edges of the base 51. It extends in the length direction by the amount of AL toward the direction of the portion 51b.
[0031]
As a result, as shown in FIG. 5, when a groove is provided by wet etching, which will be described later, the inclined surface 57a having a large inclination angle in the groove 57 formed on the back surface moves toward the base along the length direction. Therefore, at a position near the base end of the groove 56 on the front side (near the left end of the groove 56 in FIG. 5), the inclined surface 57a does not exist in the groove 57 on the back side of the vibrating arm. For this reason, in the vertical cross section (cross section in the thickness direction) of the vibrating arm near the left end of the groove portion 56 in FIG. 5, with respect to the center line NC in the thickness direction, the cross-sectional area of the front-side region ONC and the rear-side region UNC is They are almost equal. For this reason, regarding the displacement in the thickness direction, the second moment of area on the front side from the center line NC and the back surface side from the center line NC can be substantially matched.
Therefore, the rigidity in the Z ′ direction, which is a problem in the displacement of the vibrating arm in the Z ′ direction as indicated by the arrow G in FIG. 2, can be substantially matched between the front side and the back side.
[0032]
For this reason, in the quartz vibrating reed 32 of FIG. 1, when the vibrating arms 34 and 35 are displaced in the horizontal direction and bend and vibrate, displacement in the Z ′ direction orthogonal to the horizontal direction is less likely to occur, and the bending vibration In this case, the displacement in the Z ′ direction can be reduced to suppress an increase in the CI value.
[0033]
Next, FIG. 6 to FIG. 8 are process diagrams for explaining an example of a method of manufacturing the crystal vibrating piece 32 of the present embodiment, and each process is performed by cutting the vibrating arms 34 and 35 of FIG. Among them, only the region corresponding to one of the vibrating arms 35 is shown in the order of steps, but the process proceeds in the same manner for the entire crystal vibrating piece 32 including the vibrating arms 34 and 35.
[0034]
With reference to these drawings, a preferred method of manufacturing the crystal vibrating piece 32 will be described.
In FIG. 6A, a substrate 71 made of a crystal material having a size capable of separating a plurality or a large number of the crystal vibrating pieces 32 is prepared. The substrate 71 is formed, for example, by cutting out a single crystal of quartz and processing it into a tuning fork shape as described below. First, as the substrate 71, a crystal wafer cut out of a single crystal of crystal so that the X axis is the electric axis, the Y 'axis is the mechanical axis, and the Z' axis is the optical axis shown in FIG. 1 is used. In addition, when cutting from a single crystal of quartz, in the above-described orthogonal coordinate system including the X axis, the Y ′ axis, and the Z ′ axis, the XY ′ plane including the X axis and the Y ′ axis is rotated clockwise around the X axis. It is formed inclined at about minus 5 degrees to plus 5 degrees.
[0035]
(Corrosion resistant film forming process)
Next, as shown in FIG. 6B, a corrosion-resistant film 72 is formed on the front surface (front and back surfaces) of the substrate 71 by a technique such as sputtering or vapor deposition. As shown in the figure, a corrosion-resistant film 72 is formed on both front and back surfaces of a quartz substrate 71. The corrosion-resistant film 72 is composed of, for example, a chromium layer 72a as a base layer and a gold coating layer 72b coated thereon. You.
In the following steps, the same processing is performed on the upper and lower surfaces in FIG. 6 of the substrate 71, so that only the upper surface will be described to avoid complication.
[0036]
(Outline forming etching process)
As shown in FIG. 6C, a resist 73 is applied to the entire surface (resist coating step). Then, as shown in FIG. 6D, a mask 74 is arranged on the resist 73 for external patterning.
The outer edge of the mask 74 shown corresponds to the outer shape of the vibrating arm.
Thus, as shown in FIG. 6D, a mask 74 is arranged on the resist 73 for external patterning, and after exposure, the exposed resist 73 is removed as shown in FIG. 6E. Of course, when both the negative and the positive techniques are selected based on the photolithography technique, the relationship between the opening of the mask 74 and its surroundings is reversed.
[0037]
Next, as shown in FIG. 7F, the metal coating layer, which is the corrosion-resistant film, is removed in the order of Au and Cr corresponding to the removed resist portion. Then, as shown in FIG. 7G, the outer edges in the width direction (left and right outer edges in the figure) of the corrosion-resistant films 72, 72 exposed by removing the resist are left as outer shape forming masks.
Next, before the outer shape forming etching is performed, the corrosion resistant films 72 are further processed to form a groove forming mask.
That is, as shown in FIG. 7H, a resist 75 is applied to the surface, and as shown in FIG. 7I, masks 76 having a groove width W1 are arranged.
Subsequently, as shown in FIG. 7J, the resist 75 exposed from the masks 76, 76 is removed, and the masks 76, 76 are removed.
[0038]
Next, as shown in FIG. 8K, the exposed crystal material of the substrate 71 is removed by wet etching. That is, for example, the outer shape of the crystal resonator element is etched using a hydrofluoric acid solution as an etchant. This outline forming etching process takes about 100 to 200 minutes. The required time varies depending on the concentration, type, temperature and the like of the hydrofluoric acid solution. In this embodiment, the outer shape forming etching step is completed by using hydrofluoric acid and ammonium fluoride as an etchant, under the conditions of a concentration ratio of 1: 1, and a temperature of 65 ° C. ± 1 ° (Celsius).
In this step, a fin-shaped irregularly shaped portion 65 is formed on the side surface of the vibrating arm due to the etching anisotropy of the quartz crystal.
[0039]
(Groove forming step)
Next, as shown in FIG. 8 (l), the exposed corrosion-resistant film 72 is removed by etching to form a groove formed of the corrosion-resistant film 72 having the groove width W1 described in FIG. 7 (i). Make a mask.
Next, as shown in FIG. 8 (m), the groove portion of the quartz vibrating piece is half-etched using a hydrofluoric acid solution as an etching solution. This half-etching step requires, for example, about 32.5 minutes (± 5 minutes) under the same conditions as the etchant and temperature in the external shape etching.
Therefore, as shown in FIG. 4, if the length of the groove forming mask made of the corrosion resistant film 72 formed in the step of FIG. The groove portions 56 and the groove portions 57 having different lengths as described in FIG. 5 can be formed.
[0040]
(Step of forming electrode film)
Subsequently, the electrodes of the crystal vibrating piece 32 are formed.
That is, an electrode film is formed on the entire outer surface of the vibrating arm (crystal piece) on which the electrodes are not formed as shown in FIG. The electrode film covers, for example, Au using Cr as a base layer.
Next, a resist is applied to the outside by, for example, a spray method, patterning is performed, and the resist that is not exposed by exposure is removed.
Then, the electrode film exposed by removing the resist is removed by etching in the order of Au and Cr.
As a result, the quartz-crystal vibrating piece on which the excitation electrode 63 and the excitation electrode 64 are formed as described in FIG. 3 is completed. 6 to 8, only the cross section of the vibrating arm 35 is shown.
[0041]
FIG. 9 is a graph comparing the amount of displacement in the Z ′ direction during bending vibration between the crystal vibrating piece 32 formed by the above-described manufacturing process and a conventional crystal vibrating piece. As shown in the figure, in the present embodiment, the displacement amount in the Z ′ direction is significantly smaller than that in the related art, so that the CI value can be suppressed.
[0042]
FIGS. 10A and 10B show a second embodiment of the crystal resonator element according to the present invention. FIG. 10A is a schematic plan view showing the front side of the crystal resonator element 22, and FIG. It is a schematic bottom view shown. In these figures, the illustration of the extraction electrode and the excitation electrode is omitted.
FIG. 11 is a sectional view taken along line HH of FIG.
In these figures, in the quartz-crystal vibrating reed 22, the portions denoted by the same reference numerals as those of the quartz-crystal vibrating reed 32 of the first embodiment have the same configuration, and therefore the duplicated description will be omitted, and the differences will be mainly described. Will be described.
[0043]
As shown in FIG. 10, in the quartz-crystal vibrating reed 22, the grooves 21, 21 on the back side are smaller than the widths GW 1, GW 1 of the grooves 56, 56 on the front side of the respective vibrating arms 34, 35. The widths GW2, GW2 of the portions 23, 23 near the side end are formed large.
For this reason, on the back surface side, the cut cross-sectional area in the thickness direction is reduced as compared with the other regions by the increased width in the portion 23 of the groove 21. Due to this decrease in the cross-sectional area, when the grooves 56, 56, 21, 21 are provided by wet etching, the inclined surface 21a having a large inclination angle formed in the groove on the back surface side based on the etching anisotropy (FIG. 11). ) Is offset by the increase in cross-sectional area due to the presence of
[0044]
That is, in the vertical cross section of the vibrating arm near the left ends of the grooves 56 and 21 in FIG. 11, the cross-sectional area of the front-side region ONC and the rear-surface side region UNC becomes substantially equal with respect to the center line NC in the thickness direction. Therefore, as in the case of FIG. 5, the rigidity in the Z ′ direction, which is a problem in the displacement of the vibrating arm in the Z ′ direction as shown by the arrow G in FIG. it can.
Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.
[0045]
FIG. 12 shows a third embodiment of the quartz-crystal vibrating reed of the present invention, in which the rigidity in the Z ′ direction, which is a problem in the displacement of the vibrating arm in the Z ′ direction, substantially coincides between the front side and the back side. FIG. 2 is a diagram showing a main part of a configuration for the above.
The third embodiment is the same as the first embodiment except for the configuration shown in FIG. 12, and therefore, a duplicate description will be omitted, and only differences will be described.
[0046]
FIG. 12 is a diagram showing a part of the vicinity of the base of one vibrating arm cut in the length direction.
The depth D1 of the groove 56-1 on the front surface side of the vibrating arm is smaller than the depth D2 of the groove 57-1 on the rear surface side. As a result, with respect to the center line NC in the thickness direction, the cross-sectional area in the thickness direction of the region ONC on the front surface side and the region UNC on the back surface side become substantially equal. Therefore, as in the case of FIG. 5, the rigidity in the Z ′ direction, which is a problem in the displacement of the vibrating arm in the Z ′ direction as shown by the arrow G in FIG. it can.
Other functions and effects are the same as those of the first embodiment.
[0047]
FIG. 13 is a schematic plan view showing a schematic configuration of a gyro sensor which is a quartz-crystal vibrating piece as a fourth embodiment according to the present invention, and FIG. 14 is a sectional view taken along line II of FIG.
In FIG. 13, the X direction indicates the electric axis of the crystal, the Y 'direction indicates the mechanical axis of the crystal, and the Z' direction indicates the optical axis (growth axis) of the crystal.
In FIG. 13, the gyro sensor 80 has a sensor body 81 housed in a package 98, and the package 98 can house the sensor body 81 in substantially the same manner as described in the first embodiment. And a driving unit such as an excitation circuit for exciting the sensor main body 81, a circuit for detecting vibration from the sensor main body 81, and the like (not shown).
[0048]
The sensor main body 81 is formed by etching quartz and performing the same process as the quartz vibrating reed of the first embodiment. That is, the sensor main body 81 can form an outer shape and a groove, which will be described later, by the same manufacturing process, although the shape is different from that of the quartz-crystal vibrating piece 32 of the first embodiment.
In FIG. 13, a base 82 that is long in the left and right direction of the sensor main body 81 is fixed to a package 98.
[0049]
Starting from the vicinity of the left and right ends of the base 82, the excitation vibrating arms 84 extend in a direction perpendicular to the direction in which the base 82 extends and upward in FIG. Further, starting from the vicinity of the left and right ends of the base 82, the detection vibrating arms 85 extend in a direction perpendicular to the direction in which the base 82 extends and downward in FIG.
[0050]
On the front side of each of the excitation vibrating arms 84, 84, there are provided long grooves 56, 56 arranged in the longitudinal direction, respectively, and as shown in FIG. 57, 57 are provided. Excitation electrodes are formed in these grooves (not shown) as in the first embodiment.
[0051]
In FIG. 13, the excitation vibrating arms 84 of the gyro sensor 80 are connected to each other at their distal ends as indicated by arrows E, E when a driving voltage is applied from an excitation circuit (not shown) as driving means. Vibrate as they approach or move away. At this time, as shown in FIG. 13, when the rotational angular velocity ω acts around the Y ′ axis, the excitation vibrating arms 84 and 84 move in the direction of the vibration in the X-axis direction and the direction of the vector product of the rotational angular velocity ω. In response to the Coriolis force Fc acting on (1), it vibrates along the Y 'axis (alternately in the plus Y direction and the minus Y direction) according to the following equation (walk vibration). This vibration is transmitted to the detection vibrating arms 85 via the base 82.
Fc = 2 mV · ω (m is the mass of the vibrating portion of the vibrating arms 84, 84, V is the speed of the vibrating arms 84, 84) (1)
[0052]
An electric field based on the vibration of the detection vibrating arm 85 is taken out as a signal by a detection electrode (not shown), and thus the rotation angular velocity ω can be detected.
Therefore, according to the present embodiment, when the grooves 56, 56, 57, 57 are formed in the excitation vibrating arms 84, 84, for example, only the grooves 57, 57 are supported as in the first embodiment. Can be extended toward the side. As a result, as shown in FIG. 5, as shown in FIG. 5, the inclined surface 57 a having a large inclination angle in the groove portion 57 formed on the back surface side is moved toward the support portion 83 along the length direction. Moving. Therefore, in the vertical cross section (cross section in the thickness direction) of the vibrating arm near the left end of the groove portion 56 in FIG. 14, the cross-sectional area of the area ONC on the front surface side and the area UNC on the rear surface side with respect to the center line NC in the thickness direction is They are almost equal. For this reason, regarding the displacement in the thickness direction, the second moment of area on the front side from the center line NC and the back surface side from the center line NC can be substantially matched.
Accordingly, the rigidity in the Z ′ direction, which is a problem in the displacement of the vibrating arm in the Z ′ direction as shown by the arrow G in FIG. 2, can be substantially matched between the front surface side and the back surface side. , The S / N ratio of the detection signal can be improved, and the CI value can be reduced.
[0053]
FIG. 15 is a diagram illustrating a schematic configuration of a digital mobile phone device as an example of an electronic apparatus using the crystal device according to the above-described embodiment of the present invention.
In the figure, a microphone 308 for receiving the voice of the sender and a speaker 309 for outputting the received content as a voice output are provided. Controller (CPU) 301.
The controller 301 includes, in addition to modulation and demodulation of transmission / reception signals, an information input / output unit 302 including an LCD as an image display unit and operation keys for inputting information, and a memory serving as an information storage unit including a RAM and a ROM. Control 303 is performed. For this reason, the crystal device 20 is attached to the controller 301, and its output frequency is used as a clock signal suitable for the control content by a predetermined frequency dividing circuit (not shown) or the like built in the controller 301. Has been. The crystal device 20 attached to the controller 301 is not limited to the crystal device 20 alone, but may be an oscillator combining the crystal device 20 with a predetermined frequency dividing circuit or the like.
[0054]
The controller 301 is further connected to a temperature-compensated crystal oscillator (TCXO) 305, and the temperature-compensated crystal oscillator 305 is connected to a transmitting unit 307 and a receiving unit 306. Thus, even if the basic clock from the controller 301 fluctuates when the environmental temperature changes, it is corrected by the temperature-compensated crystal oscillator 305 and provided to the transmission unit 307 and the reception unit 306.
As described above, by using the crystal device 20 according to the above-described embodiment in an electronic apparatus such as the digital cellular phone device 300, the digital cellular phone device 300 that can suppress the CI value and has high reliability can be provided. Obtainable.
[0055]
The invention is not limited to the embodiments described above. Each configuration of each embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with another configuration not shown.
Further, the present invention can be applied to all crystal devices regardless of names of a crystal resonator, a crystal oscillator, and the like as long as a crystal resonator element is housed in a package.
Further, in the above-described embodiment, a box-shaped package using a quartz material is used for the package. However, the present invention is not limited to such a form, and a quartz-crystal vibrating piece is housed in a metal or ceramic cylindrical case. For example, the present invention can be applied to a device with any package or case.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a first embodiment of a crystal device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line DD of FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view taken along the line EE of FIG. 1;
4A and 4B are diagrams illustrating a crystal vibrating piece housed in the crystal device of FIG. 1, wherein FIG. 4A is a schematic plan view illustrating a front surface side of the crystal vibrating piece, and FIG. Schematic bottom view.
FIG. 5 is a sectional view taken along line FF of FIG. 4;
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the steps of manufacturing the crystal resonator element of FIG. 1 in order.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the steps of manufacturing the crystal resonator element of FIG. 1 in order.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing steps of the quartz-crystal vibrating piece of FIG. 1 in order.
FIG. 9 is a graph comparing the amount of displacement in the Z ′ direction of the crystal vibrating piece of FIG. 1 and a conventional crystal vibrating piece during bending vibration.
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing a crystal resonator element according to a second embodiment, in which FIG. 10A is a schematic plan view showing the front side of the crystal resonator element, and FIG. 10B is a schematic bottom view showing the back side of the crystal resonator element. FIG.
FIG. 11 is a sectional view taken along line HH of FIG. 10;
FIG. 12 is a partially cut end view showing a main part of a crystal resonator element according to a third embodiment.
FIG. 13 is a schematic plan view showing a schematic configuration of a gyro sensor that is a quartz-crystal vibrating piece as a fourth embodiment according to the present invention.
FIG. 14 is a sectional view taken along the line II of FIG. 13;
FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a digital mobile phone device as an example of an electronic apparatus using a piezoelectric device according to an embodiment of the present invention.
16A and 16B are views showing a conventional quartz-crystal vibrating reed, wherein FIG. 16A is a schematic plan view showing the front side of the quartz-crystal vibrating reed, and FIG. 16B is a schematic bottom view showing the back side of the quartz-crystal vibrating reed.
FIG. 17 is a sectional end view taken along line AA of FIG. 16;
FIG. 18 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 16;
[Explanation of symbols]
30: Quartz device, 32: Quartz vibrating piece, 34, 35: Vibrating arm, 56, 57: Groove, 65: Irregular shape.

Claims

A quartz-crystal vibrating piece entirely formed of quartz, having a base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, and having grooves formed by etching on the front and back surfaces of each vibrating arm so as to extend in the length direction. And
A quartz-crystal vibrating reed, wherein the grooves formed on the front surface and the back surface of the vibrating arm have a structure in which the rigidity of the base-side end is substantially the same on the front surface and the back surface.

The grooves formed on the front surface and the back surface of the vibrating arm respectively have a cross-sectional area from the center to the front surface and a cross-sectional area from the center to the back surface in a cross section in a thickness direction of the base-side end. 2. The quartz-crystal vibrating piece according to claim 1, wherein the quartz-crystal vibrating pieces are configured to be substantially the same.

The quartz-crystal vibrating piece according to claim 1, wherein the groove on the back surface is formed such that an end on the base side is longer than the groove on the front surface.

The quartz-crystal vibrating piece according to claim 1, wherein a width of the base-side end of the groove on the back surface is larger than a width of the groove on the front surface.

A crystal device containing a crystal resonator element in a case or a package,
The quartz vibrating reed,
A quartz-crystal vibrating piece entirely formed of quartz, having a base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, and having grooves formed by etching on the front and back surfaces of each vibrating arm so as to extend in the length direction. And
The quartz crystal device, wherein the grooves formed on the front surface and the back surface of the vibrating arm have a structure in which the rigidity of the base-side end is substantially the same on the front surface and the back surface.

Forming a corrosion-resistant film on the surface of the substrate made of a quartz material;
Applying a resist over the corrosion-resistant film,
An outer shape forming step of forming the outer shape of the quartz vibrating piece by wet etching the resist and the corrosion resistant film to form an outer shape forming mask, and wet etching the quartz material;
Further, a groove forming step of forming a groove forming mask so as to conform to the shape corresponding to the groove formed in the vibrating arm, and forming the groove by half-etching the quartz material,
Forming the grooves on the outer surface of the quartz vibrating reed and the front and back surfaces of each vibrating arm, and then forming a necessary electrode film.
In the groove forming step, the rigidity of the base-side end of the groove provided on the front surface and the back surface of each vibrating arm is formed such that the rigidity of the front surface and the back surface of the vibrating arm substantially match. A method for manufacturing a quartz vibrating piece.

The method according to claim 6, wherein the groove on the back side is formed such that an end on the base side is longer than the groove on the front side.

The method according to claim 6, wherein the groove on the back surface has a larger width at the end on the base side than the groove on the front surface.

A mobile phone device using a crystal device containing a crystal resonator element in a package,
The quartz vibrating piece,
A quartz-crystal vibrating piece entirely formed of quartz, having a base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, and having grooves formed by etching on the front and back surfaces of each vibrating arm so as to extend in the length direction. And
The grooves formed on the front surface and the back surface of the vibrating arm, respectively, control the clock signal for control by a crystal device having a structure in which the rigidity of the end on the base side is substantially the same on the front surface and the back surface. A mobile phone device characterized by being obtained.

An electronic device using a crystal device in which a crystal resonator element is housed in a package,
The quartz vibrating piece,
A quartz-crystal vibrating piece entirely formed of quartz, having a base and a plurality of vibrating arms extending in parallel from the base, and having grooves formed by etching on the front and back surfaces of each vibrating arm so as to extend in the length direction. And
The grooves formed on the front surface and the back surface of the vibrating arm, respectively, control the clock signal for control by a crystal device having a structure in which the rigidity of the end on the base side is substantially the same on the front surface and the back surface. An electronic device characterized by being obtained.