JP2007006375A - Piezoelectric resonator and manufacturing method thereof - Google Patents

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Makoto Takayama
高山  誠
Michihiro Murata
通博 村田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem of a conventional piezoelectric resonator that the equivalent series resistance R is increased because the dimension of its electrodes is decreased and the electric field gets smaller due to downsizing of the piezoelectric resonator. <P>SOLUTION: A piezoelectric resonator 1 comprises vibration arms 2, 3 and a base part 4. The vibration arms 2, 3 are respectively formed with through-holes 5, 6 and an electrode is respectively formed to inner walls of the through-holes 5, 6. Then the through-holes 5, 6 are formed with embedded members 27, 28. Through the structure, even when the width W1 of the vibration arms 2, 3 is narrowed due to downsizing of the piezoelectric resonator 1, the thickness of the vibration arms 2, 3 is utilized to surely secure electrode forming regions. Further, the mechanical strength of the vibration arms 2, 3 can be maintained. As a result, the equivalent series resistance R can be decreased while downsizing of the piezoelectric resonator 1 is attained. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子機器に組み込まれる小型化した圧電振動子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a miniaturized piezoelectric vibrator incorporated in an electronic apparatus and a manufacturing method thereof.

従来の屈曲振動モードを備えた圧電振動子は、水晶片を加工して形成されている。そして、圧電振動子は、マウント電極が形成された実装基板上に平面実装されている(例えば、特許文献1参照。)。   A conventional piezoelectric vibrator having a bending vibration mode is formed by processing a crystal piece. And the piezoelectric vibrator is planarly mounted on the mounting board | substrate with which the mount electrode was formed (for example, refer patent document 1).

図11に示す如く、圧電振動子101は、一対の振動腕部102と、振動腕部102を繋ぐ基部103と、基部103から所定方向に延びる支持腕部104とで一体に形成されている。振動腕部102は、厚みを50〜200(μm)有し、振動周波数に応じて長さ及び幅が設定されている。例えば、振動周波数を32.768(KHz)で設計した場合には、振動腕部102の幅W10が100(μm)となり、長さL6が1650(μm)となる。尚、振動腕部102の幅W10及び長さL6は、振動周波数に応じて設計変更される。   As shown in FIG. 11, the piezoelectric vibrator 101 is integrally formed by a pair of vibrating arm portions 102, a base portion 103 that connects the vibrating arm portions 102, and a support arm portion 104 that extends from the base portion 103 in a predetermined direction. The vibrating arm portion 102 has a thickness of 50 to 200 (μm), and the length and width are set according to the vibration frequency. For example, when the vibration frequency is designed at 32.768 (KHz), the width W10 of the vibrating arm portion 102 is 100 (μm) and the length L6 is 1650 (μm). The width W10 and the length L6 of the vibrating arm unit 102 are changed in design according to the vibration frequency.

支持腕部104は、基部103の左右方向に突出したL字状の屈曲部105から振動腕部102の外側面に沿って平行に形成されている。支持腕部104のサイズは、長さが振動腕部102の略半分となり、幅が振動腕部102と同じかそれ以上となる。そして、支持腕部104の先端部には端子電極106が形成され、端子電極106が実装基板(図示せず)上のマウント電極(図示せず)と導電性接着剤により固着されている。   The support arm portion 104 is formed in parallel along the outer surface of the vibrating arm portion 102 from an L-shaped bent portion 105 protruding in the left-right direction of the base portion 103. The size of the support arm portion 104 is approximately half the length of the vibrating arm portion 102 and the width is equal to or greater than that of the vibrating arm portion 102. A terminal electrode 106 is formed at the tip of the support arm 104, and the terminal electrode 106 is fixed to a mount electrode (not shown) on a mounting substrate (not shown) with a conductive adhesive.

従来の屈曲振動モードを備えた圧電振動子は、振動腕と基部とを備えて構成されている。振動腕の上下面には溝が形成され、溝の側面を利用して電極が形成されている(例えば、特許文献2参照。)。   A conventional piezoelectric vibrator having a bending vibration mode includes a vibrating arm and a base. Grooves are formed on the upper and lower surfaces of the vibrating arm, and electrodes are formed using the side surfaces of the grooves (see, for example, Patent Document 2).

図12(A)に示す如く、圧電振動子は水晶振動子111であり、水晶振動子111は、一対の振動腕部112と基部113とから成り、振動腕部112の一端部は基部113に接続されている。振動腕部112は上面、下面及び側面を有し、上下面には中立線114を挟むように溝115が形成されている。そして、振動腕部112の幅W12と溝115の幅W13との関係(W13/W12)が、0.35〜0.95の範囲内になるように、溝115の幅W13が設計されている。また、図12(B)は、図12(A)のC−C‘線方向の断面図を示している。図示したように、振動腕部112の厚みT1と溝115の厚みT2との関係(T2/T1)が、0.01〜0.79の範囲内になるように、溝115の厚みT2が設計されている。溝115には、電極116、117が形成されている。この構造により、電気機械変換効率が向上し、等価直列抵抗Rが小さく、品質係数値Qが高く、更に、容量比の小さい水晶振動子が構成されている。
特開2004−357178号公報(第4−5頁、第1−2図) 特開2005−39767号公報(第5−8頁、第1図)
As shown in FIG. 12A, the piezoelectric vibrator is a quartz crystal vibrator 111, and the quartz crystal vibrator 111 includes a pair of vibrating arm portions 112 and a base portion 113, and one end portion of the vibrating arm portion 112 is formed on the base portion 113. It is connected. The vibrating arm portion 112 has an upper surface, a lower surface, and side surfaces, and a groove 115 is formed on the upper and lower surfaces so as to sandwich the neutral line 114. The width W13 of the groove 115 is designed so that the relationship (W13 / W12) between the width W12 of the vibrating arm portion 112 and the width W13 of the groove 115 is in the range of 0.35 to 0.95. . FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. As illustrated, the thickness T2 of the groove 115 is designed so that the relationship (T2 / T1) between the thickness T1 of the vibrating arm portion 112 and the thickness T2 of the groove 115 is within a range of 0.01 to 0.79. Has been. Electrodes 116 and 117 are formed in the groove 115. With this structure, the electromechanical conversion efficiency is improved, the equivalent series resistance R is small, the quality factor value Q is high, and a quartz resonator having a small capacitance ratio is configured.
JP 2004-357178 A (page 4-5, Fig. 1-2) Japanese Patent Laying-Open No. 2005-39767 (page 5-8, FIG. 1)

上述したように、圧電振動子は、圧電振動子の端子電極と実装基板上のマウント電極との固着により、実装基板上に支持されている。実装基板上に支持された圧電振動子は、パッケージ内へと収納される。そして、近年における携帯電話機等の電子機器の小型化に伴い、圧電振動子が収納されたパッケージが小型化し、圧電振動子の小型化も求められている。   As described above, the piezoelectric vibrator is supported on the mounting substrate by fixing the terminal electrode of the piezoelectric vibrator and the mount electrode on the mounting substrate. The piezoelectric vibrator supported on the mounting substrate is accommodated in the package. With the recent miniaturization of electronic devices such as mobile phones, the package in which the piezoelectric vibrator is housed is downsized, and the piezoelectric vibrator is also downsized.

圧電振動子101は、支持腕部104の先端部に形成された端子電極106を介して実装基板上に支持されている。そして、振動腕部102の幅W10は一定であり、振動腕部102の上下面及び側面の4面を利用して電極が配置されている。この構造により、振動腕部102を振動させる電界が、振動方向(振動腕部の幅方向)に対して直線的に働かない。そのため、等価直列抵抗Rを小さくするためには振動腕部102の幅を広げ、電極を大きく形成することで電界を大きくする必要がある。その結果、圧電振動子101の幅方向における小型化が実現し難く、パッケージの小型化も図り難いという問題がある。また、圧電振動子101の幅方向における小型化を図るためには、振動腕部102の幅を狭める必要がある。この場合には、電極が小さくなり、電界が小さくなるため、等価直列抵抗Rが大きくなってしまうという問題がある。   The piezoelectric vibrator 101 is supported on the mounting substrate via a terminal electrode 106 formed at the tip of the support arm 104. The width W10 of the vibrating arm portion 102 is constant, and electrodes are arranged using the upper and lower surfaces and the side surfaces of the vibrating arm portion 102. With this structure, the electric field that vibrates the vibrating arm portion 102 does not work linearly with respect to the vibration direction (the width direction of the vibrating arm portion). Therefore, in order to reduce the equivalent series resistance R, it is necessary to increase the electric field by increasing the width of the vibrating arm 102 and forming a larger electrode. As a result, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the piezoelectric vibrator 101 in the width direction and it is difficult to reduce the size of the package. In order to reduce the size of the piezoelectric vibrator 101 in the width direction, it is necessary to reduce the width of the vibrating arm portion 102. In this case, there is a problem that the equivalent series resistance R becomes large because the electrode becomes small and the electric field becomes small.

また、圧電振動子111では、振動腕部112は上面、下面及び側面を有し、上下面には溝115が形成されている。そして、所望の等価直列抵抗R、品質係数値Qを得るために、溝115は振動腕部の幅、厚みに対し、所望の幅及び厚みの範囲に設計されている。しかしながら、振動腕部112に溝115を形成する際のエッチング時間、エッチング液量等のエッチング条件のばらつきにより、精度良く溝115を形成することが困難である。その結果、溝115の形状等のばらつきにより、電気的特性がばらつき、所望の振動周波数が得難いという問題がある。   In the piezoelectric vibrator 111, the vibrating arm portion 112 has an upper surface, a lower surface, and side surfaces, and grooves 115 are formed on the upper and lower surfaces. In order to obtain a desired equivalent series resistance R and quality factor value Q, the groove 115 is designed in a desired width and thickness range with respect to the width and thickness of the vibrating arm portion. However, it is difficult to form the groove 115 with high accuracy due to variations in etching conditions such as the etching time and the amount of the etching solution when forming the groove 115 in the vibrating arm portion 112. As a result, there is a problem that electrical characteristics vary due to variations in the shape and the like of the groove 115, making it difficult to obtain a desired vibration frequency.

上述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の圧電振動子では、屈曲モードで振動し、上面、下面及び側面を有する一対の振動腕部と、前記振動腕部の一端側と一体に形成されている基部とを有し、前記振動腕部には前記上下面の間を貫通する貫通孔が形成され、前記振動腕部の側面と対向する前記貫通孔の内壁には電極が形成され、且つ前記貫通孔には埋め込み部材が形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、振動腕部に貫通孔が形成され、該貫通孔を利用して電極が形成されている。そして、貫通孔には埋め込み部材が形成されている。この構造により、振動腕部の機械的強度を維持しつつ、圧電振動子の小型化を実現し、更に等価直列抵抗Rも小さくすることができる。   In view of the above circumstances, the piezoelectric vibrator of the present invention is configured to vibrate in a bending mode and has a pair of vibrating arm portions having an upper surface, a lower surface, and side surfaces, and one end side of the vibrating arm portion. A base portion formed integrally, and a through-hole penetrating between the upper and lower surfaces is formed in the vibrating arm portion, and an electrode is formed on an inner wall of the through-hole facing the side surface of the vibrating arm portion. An embedded member is formed in the through hole. Therefore, in the present invention, a through hole is formed in the vibrating arm portion, and an electrode is formed using the through hole. An embedded member is formed in the through hole. With this structure, the piezoelectric vibrator can be reduced in size while maintaining the mechanical strength of the vibrating arm, and the equivalent series resistance R can also be reduced.

また、本発明では、屈曲モードで振動し、上面、下面及び側面を有する一対の振動腕部と、前記振動腕部の一端側と一体に形成されている基部とを有し、前記振動腕部の延在方向には前記上下面の間を貫通する複数の貫通孔が形成され、前記振動腕部の側面と対向する前記貫通孔の内壁には電極が形成され、且つ前記貫通孔には埋め込み部材が形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、貫通孔により梯子形状に形成された振動腕部においても、貫通孔内に埋め込み部材が形成されている。この構造により、振動腕部の機械的強度を向上させつつ、等価直列抵抗Rを小さくすることができる。   The present invention further includes a pair of vibrating arm portions that vibrate in a bending mode and have an upper surface, a lower surface, and a side surface, and a base portion that is formed integrally with one end side of the vibrating arm portion, In the extending direction, a plurality of through-holes penetrating between the upper and lower surfaces are formed, an electrode is formed on the inner wall of the through-hole facing the side surface of the vibrating arm portion, and embedded in the through-hole A member is formed. Therefore, in the present invention, the embedded member is formed in the through hole even in the vibrating arm portion formed in the ladder shape by the through hole. With this structure, it is possible to reduce the equivalent series resistance R while improving the mechanical strength of the vibrating arm portion.

また、本発明の圧電振動子では、前記埋め込み部材は、Ni、Sn−Au合金、ガラスまたはケイ素であることを特徴とする。従って、本発明では、埋め込み部材として圧電振動子の原材料である水晶と剛性が同等あるいは高い材料を用いることで、振動腕部での電気機械変換効率の低下を防ぎ、等価直列抵抗Rが大きくなることを防止できる。   In the piezoelectric vibrator of the present invention, the embedded member is Ni, Sn—Au alloy, glass, or silicon. Therefore, in the present invention, by using a material whose rigidity is equal to or higher than that of the crystal that is the raw material of the piezoelectric vibrator as the embedded member, it is possible to prevent a reduction in electromechanical conversion efficiency at the vibrating arm portion and to increase the equivalent series resistance R. Can be prevented.

また、本発明の圧電振動子では、前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面には、前記貫通孔の電極と極性が異なる電極が形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、振動腕部の側面に電極が効率的に配置されている。この構造により、等価直列抵抗Rの小さい圧電振動子が実現できる。   In the piezoelectric vibrator of the present invention, an electrode having a polarity different from that of the electrode of the through hole is formed on a side surface of the vibrating arm portion facing the inner wall of the through hole. Therefore, in this invention, the electrode is efficiently arrange | positioned on the side surface of the vibrating arm part. With this structure, a piezoelectric vibrator having a small equivalent series resistance R can be realized.

また、本発明の圧電振動子では、前記振動腕部は前記一端側から一定幅で延在し、前記振動腕部の他端側近傍に前記一定幅よりも広い幅となる段差部を有していることを特徴とする。従って、本発明では、振動腕部の他端部側の幅が広くなるように、振動腕部が形成されている。この構造により、実装基板上に支持された際、圧電振動子の重心が振動腕部の中央部近傍に位置し、圧電振動子は安定状態で支持される。   In the piezoelectric vibrator according to the aspect of the invention, the vibrating arm portion may extend from the one end side with a certain width, and may have a step portion that is wider than the certain width near the other end side of the vibrating arm portion. It is characterized by. Therefore, in the present invention, the vibrating arm portion is formed so that the width on the other end side of the vibrating arm portion is widened. With this structure, when supported on the mounting substrate, the center of gravity of the piezoelectric vibrator is located near the center of the vibrating arm portion, and the piezoelectric vibrator is supported in a stable state.

また、本発明の圧電振動子では、前記基部と一体に形成され、前記振動腕部の側面に沿って延在する一対のサイド基部とを有し、前記サイド基部の幅は、前記振動腕部の一定幅よりも狭いことを特徴とする。従って、本発明では、圧電振動子の重心が振動腕部の中央部近傍に位置することで、サイド基部における機械的強度の負担を低減させ、サイド基部の幅を狭めることができる。   In the piezoelectric vibrator of the present invention, the piezoelectric vibrator includes a pair of side bases that are formed integrally with the base and extend along a side surface of the vibration arm, and the width of the side base is the vibration arm. It is characterized by being narrower than a certain width. Therefore, in the present invention, the center of gravity of the piezoelectric vibrator is located in the vicinity of the center portion of the vibrating arm portion, so that the mechanical strength burden on the side base portion can be reduced and the width of the side base portion can be reduced.

また、本発明の圧電振動子の製造方法では、水晶ウエハをエッチングし、振動腕部及び基部とからなる圧電振動子を形成する圧電振動子の製造方法において、前記水晶ウエハを準備し、前記水晶ウエハの両面に第1の金属層を形成した後、前記第1の金属層を選択的に除去し、前記第1の金属層をエッチングマスクとして前記水晶ウエハの両面からエッチングし、前記圧電振動子の外形及び前記振動腕部の貫通孔を形成する工程と、前記第1の金属層を除去した後、前記水晶ウエハに第2の金属層を形成し、前記第2の金属層を選択的に除去し、前記振動腕部の延在方向の側面と対向する前記貫通孔の内壁に電極を形成し、且つ前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面に前記貫通孔の電極と極性が異なる電極を形成する工程と、前記貫通孔を埋設する埋め込み部材を形成する工程とを有することを特徴とする。従って、本発明では、振動腕部に形状のばらつきの少ない貫通孔を形成し、該貫通孔内に埋め込み部材を形成することができる。この製造方法により、振動腕部の機械的強度を維持しつつ、等価直列抵抗Rの小さい圧電振動子を形成できる。   In the piezoelectric vibrator manufacturing method of the present invention, the crystal wafer is prepared by etching the crystal wafer to form a piezoelectric vibrator including a vibrating arm portion and a base portion. Forming a first metal layer on both sides of the wafer, selectively removing the first metal layer, etching from both sides of the quartz wafer using the first metal layer as an etching mask, and And forming the through-hole of the vibrating arm portion, and removing the first metal layer, forming a second metal layer on the quartz wafer, and selectively forming the second metal layer An electrode is formed on the inner wall of the through hole facing the extending side surface of the vibrating arm portion, and the electrode of the through hole is polar on the side surface of the vibrating arm portion facing the inner wall of the through hole. Forming different electrodes, and Characterized by a step of forming a buried member embedding the hole. Therefore, in the present invention, it is possible to form a through hole with little variation in shape in the vibrating arm portion and to form an embedded member in the through hole. By this manufacturing method, a piezoelectric vibrator having a small equivalent series resistance R can be formed while maintaining the mechanical strength of the vibrating arm portion.

本発明では、振動腕部に貫通孔が形成され、貫通孔には埋め込み部材が形成されている。この構造により、振動腕部の機械的強度を維持しつつ、振動腕部での電気機械変換効率の低下を防止している。   In the present invention, a through hole is formed in the vibrating arm portion, and an embedded member is formed in the through hole. With this structure, the mechanical strength of the vibrating arm portion is maintained, and the decrease in electromechanical conversion efficiency at the vibrating arm portion is prevented.

また、本発明では、振動腕部に貫通孔が形成され、貫通孔の内壁に電極が形成されている。貫通孔内の電極と振動腕部の側面の電極とが対向するように形成されている。この構造により、振動腕部に効率的に電極が形成され、圧電振動子の小型化を実現しつつ、等価直列抵抗Rも小さくすることができる。   In the present invention, a through hole is formed in the vibrating arm portion, and an electrode is formed on the inner wall of the through hole. The electrode in the through hole and the electrode on the side surface of the vibrating arm portion are formed to face each other. With this structure, the electrodes can be efficiently formed on the vibrating arm portion, and the equivalent series resistance R can be reduced while realizing miniaturization of the piezoelectric vibrator.

また、本発明では、振動腕部に貫通孔が形成され、貫通孔の内壁には電極が形成されている。この構造により、電極の形成位置のばらつきを防止でき、電気的特性のばらつきを防止することができる。   In the present invention, a through hole is formed in the vibrating arm portion, and an electrode is formed on the inner wall of the through hole. With this structure, variations in electrode formation positions can be prevented, and variations in electrical characteristics can be prevented.

また、本発明では、振動腕部は、少なくとも2つの幅を有するように形成されている。振動腕部の一端側は基部と一体に形成され、他端側には幅広く形成されている領域がある。この構造により、実装基板上に支持された圧電振動子の重心が中心部へと位置し、圧電振動子は安定状態で支持される。   In the present invention, the vibrating arm portion is formed to have at least two widths. One end side of the vibrating arm portion is formed integrally with the base portion, and there is a widely formed region on the other end side. With this structure, the center of gravity of the piezoelectric vibrator supported on the mounting substrate is positioned at the center, and the piezoelectric vibrator is supported in a stable state.

また、本発明では、圧電振動子が、実装基板上に安定状態で支持されることで、支持部への機械的強度が低減され、支持部の幅を狭めることができる。この構造により、圧電振動子の幅方向における小型化を実現できる。   In the present invention, since the piezoelectric vibrator is supported on the mounting substrate in a stable state, the mechanical strength to the support portion is reduced, and the width of the support portion can be reduced. With this structure, the piezoelectric vibrator can be downsized in the width direction.

また、本発明では、振動腕部の上下面からエッチングにより貫通孔を形成する。この製造方法により、上下面での貫通孔の開口部の大きさや形状のばらつきを低減することができる。   In the present invention, through holes are formed by etching from the upper and lower surfaces of the vibrating arm portion. By this manufacturing method, it is possible to reduce variations in the size and shape of the openings of the through holes on the upper and lower surfaces.

以下に、本発明の実施の形態である圧電振動子について、図1〜図5を参照し、詳細に説明する。図1(A)は、本実施の形態である圧電振動子を説明するための平面図である。図1(B)は、図1(A)に示す圧電振動子のA−A‘線方向の断面図であり、圧電振動子の電極構造を説明するための図である。図2は、本実施の形態である圧電振動子の等価直列抵抗値Rと埋め込み部材を構成する材料のヤング率との関係を説明するための図である。図3は、本実施の形態である圧電振動子を説明するための平面図である。図4(A)は、本実施の形態の圧電振動子を説明するための平面図である。図4(B)は、本実施の形態の圧電振動子を説明するための平面図である。図5は、本実施の形態である圧電振動子において、周波数依存性の少ないサイド基部幅と基部長さとの関係を説明するための図である。   Hereinafter, a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 1A is a plan view for explaining the piezoelectric vibrator according to the present embodiment. FIG. 1B is a cross-sectional view of the piezoelectric vibrator shown in FIG. 1A taken along the line A-A ′, and is a view for explaining an electrode structure of the piezoelectric vibrator. FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the equivalent series resistance value R of the piezoelectric vibrator according to the present embodiment and the Young's modulus of the material constituting the embedded member. FIG. 3 is a plan view for explaining the piezoelectric vibrator according to the present embodiment. FIG. 4A is a plan view for explaining the piezoelectric vibrator of the present embodiment. FIG. 4B is a plan view for explaining the piezoelectric vibrator of the present embodiment. FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the side base width and the base length with less frequency dependency in the piezoelectric vibrator according to the present embodiment.

図1〜図3を参照し、第1の本実施の形態の圧電振動子を説明する。圧電振動子1は、主に、一対の振動腕部2、3と、基部4とから構成されている。圧電振動子1は、例えば、電気軸をX軸、機械軸をY軸、光軸をZ軸とした水晶原石の直交座標系において、Z軸平面から1°X軸方向に回転させたカット角で板状に薄くスライスした水晶ウエハを加工し、形成されている。そのため、圧電振動子1は、例えば、100〜150(μm)程度の一定の厚みで形成されている。   The piezoelectric vibrator of the first embodiment will be described with reference to FIGS. The piezoelectric vibrator 1 mainly includes a pair of vibrating arm portions 2 and 3 and a base portion 4. The piezoelectric vibrator 1 is, for example, a cut angle that is rotated in the X-axis direction by 1 ° from the Z-axis plane in a rectangular crystal orthogonal coordinate system in which the electrical axis is the X axis, the mechanical axis is the Y axis, and the optical axis is the Z axis. This is formed by processing a crystal wafer thinly sliced into a plate shape. Therefore, the piezoelectric vibrator 1 is formed with a constant thickness of about 100 to 150 (μm), for example.

振動腕部2、3は、その一端側が基部4と一体に形成され、音叉形状となっている。振動腕部2、3は、幅W1及び長さL1で設計されている。具体的には、振動腕部2の幅及び長さは、下記の関係式に基づいて、所望の振動周波数に応じて決定される。   The vibrating arm portions 2 and 3 are integrally formed with the base portion 4 at one end side and have a tuning fork shape. The vibrating arm portions 2 and 3 are designed with a width W1 and a length L1. Specifically, the width and length of the vibrating arm portion 2 are determined according to a desired vibration frequency based on the following relational expression.

Figure 2007006375
ここで、Fは振動周波数(Hz)、Lは振動腕部の長さ(m)、Wは振動腕部の幅(m)、C‘22は弾性スチフネス定数(N/m)、ρは水晶の密度(kg/m)を示している。
Figure 2007006375
Where F is the vibration frequency (Hz), L is the length of the vibrating arm (m), W is the width of the vibrating arm (m), C ′ 22 is the elastic stiffness constant (N / m 2 ), and ρ is The density (kg / m 3 ) of quartz is shown.

また、振動腕部2、3には、幅W2有する貫通孔5、6が形成されている。貫通孔5、6は振動腕部2に点線で示した中立線を中心として対称となるように形成されている。   The vibrating arms 2 and 3 are formed with through holes 5 and 6 having a width W2. The through holes 5 and 6 are formed in the vibrating arm 2 so as to be symmetric with respect to a neutral line indicated by a dotted line.

基部4は、長さL2、幅W3の領域を有し、振動腕部2、3とその一部が一体に形成されている。基部4では、振動腕部2で発生した機械的振動エネルギーを減衰させ、パッケージへの振動漏れを防ぐ領域を有するように設計されている。   The base portion 4 has a region having a length L2 and a width W3, and the vibrating arm portions 2 and 3 and a part thereof are integrally formed. The base 4 is designed to have a region that attenuates mechanical vibration energy generated in the vibrating arm 2 and prevents vibration leakage to the package.

図1(B)に示す如く、A−A‘線方向の断面では、振動腕部2、3は貫通孔5、6により幅方向(X軸方向)に分離している。   As shown in FIG. 1B, the vibrating arm portions 2 and 3 are separated in the width direction (X-axis direction) by the through holes 5 and 6 in the cross section along the line A-A ′.

振動腕部2では、貫通孔5により形成された内壁7、8を覆うように同極の電極9、10が形成されている。尚、電極9、10は、その一部が振動腕部2の上下面11、12まで形成されている。そして、内壁7、8に対向する振動腕部2の側面13、14には、電極9、10と極性の異なる電極15、16が形成されている。   In the vibrating arm portion 2, electrodes 9 and 10 having the same polarity are formed so as to cover the inner walls 7 and 8 formed by the through holes 5. Part of the electrodes 9 and 10 is formed up to the upper and lower surfaces 11 and 12 of the vibrating arm portion 2. Electrodes 15 and 16 having polarities different from those of the electrodes 9 and 10 are formed on the side surfaces 13 and 14 of the vibrating arm portion 2 facing the inner walls 7 and 8.

同様に、振動腕部3では、貫通孔6により形成された内壁17、18を覆うように同極の電極19、20が形成されている。尚、電極19、20は、その一部が振動腕部3の上下面21、22まで形成されている。そして、内壁17、18に対向する振動腕部3の側面23、24には、電極19、20と極性の異なる電極25、26が形成されている。   Similarly, in the vibrating arm portion 3, electrodes 19 and 20 having the same polarity are formed so as to cover the inner walls 17 and 18 formed by the through holes 6. Part of the electrodes 19 and 20 is formed up to the upper and lower surfaces 21 and 22 of the vibrating arm portion 3. Electrodes 25 and 26 having polarities different from those of the electrodes 19 and 20 are formed on the side surfaces 23 and 24 of the vibrating arm portion 3 facing the inner walls 17 and 18.

尚、各電極は振動腕部2、3及び基部4に形成された配線を介して、それぞれ同極同士が接続されている。そして、電極及び配線は、例えば、水晶ウエハに対し、クロム(Cr)をスパッタリングした後に、金(Au)をスパッタリングし、所望の形状に形成されている。   Each electrode is connected to the same polarity via wires formed on the vibrating arm portions 2 and 3 and the base portion 4. The electrodes and wirings are formed in a desired shape by sputtering gold (Au) after sputtering chromium (Cr) on a quartz wafer, for example.

具体的には、電極9、10、25、26を正極とし、電極15、16、19、20を負極とし、各電極間に直流電圧を印加すると、図示した矢印方向(X幅方向)に電界Eが発生する。そして、振動腕部2、3には、電界Eにより中立線(図1(A)参照)を挟んで伸縮応力が働き、振動腕部2、3は屈曲モードで振動する。上述したように、貫通孔5、6を形成することで、振動腕部2、3の厚み方向(X軸方向に垂直面)全面に電極9、10、19、20が形成されている。この構造により、振動腕部2、3での電極形成領域を溝構造と比較して増大させ、振動腕部2、3には、振動腕部2、3が屈曲動作する方向(X幅方向)に大きな電界Eが発生する。つまり、圧電振動子1の小型化により、振動腕部2、3の幅W1が狭くなった場合でも、貫通孔を形成し振動腕部2、3の厚みを有効利用することで、電界Eの効率良く発生させる。そして、電気機械変換効率を劣化することを防ぎ、等価直列抵抗Rの小さい圧電振動子1を形成することができる。 Specifically, when electrodes 9, 10, 25, 26 are positive electrodes, electrodes 15, 16, 19, 20 are negative electrodes and a DC voltage is applied between the electrodes, an electric field is formed in the direction of the arrow (X width direction) shown in the figure. E X occurs. Then, the vibrating arms 2 and 3, elastic stresses across the neutral line (see FIG. 1 (A)) acts by the electric field E X, the vibrating arms 2 and 3 are vibrated by the bending mode. As described above, by forming the through holes 5 and 6, the electrodes 9, 10, 19, and 20 are formed on the entire surface of the vibrating arms 2 and 3 in the thickness direction (a plane perpendicular to the X-axis direction). With this structure, the electrode forming area in the vibrating arm portions 2 and 3 is increased as compared with the groove structure, and the vibrating arm portions 2 and 3 are bent in the direction in which the vibrating arm portions 2 and 3 are bent (X width direction). a large electric field E X occurs. That is, even when the width W1 of the vibrating arm portions 2 and 3 is reduced due to the miniaturization of the piezoelectric vibrator 1, the electric field E X is obtained by forming the through holes and effectively using the thickness of the vibrating arm portions 2 and 3. To generate efficiently. Then, it is possible to prevent the electromechanical conversion efficiency from being deteriorated and to form the piezoelectric vibrator 1 having a small equivalent series resistance R.

図示の如く、貫通孔5、6では、貫通孔5、6に形成された電極間には、Ni、Sn−Au合金、低融点ガラス、ケイ素等から成る埋め込み部材27、28が形成されている。この構造により、振動腕部2、3の貫通孔5、6には埋め込み部材27、28が形成されることで、振動腕部2、3の屈曲モードの振動が乱れ、等価直列抵抗Rが大きくなることを防止できる。具体的には、埋め込み部材27、28として水晶よりも剛性が高いNiやSn−Au合金を用いる場合には、水晶による埋め込み部材が形成された場合よりも等価直列抵抗Rが小さくなる。一方、埋め込み部材27、28として水晶よりも剛性が低い低融点ガラスやケイ素を用いる場合には、水晶による埋め込み部材が形成された場合よりも等価直列抵抗Rが大きくなる。例えば、同一構造の振動腕部で比較すると、等価直列抵抗Rは、Niの場合は21.4(kΩ)、Sn−Au合金の場合は33.8(kΩ)、水晶の場合は47.5(kΩ)、ケイ素の場合は79.3(kΩ)である。つまり、埋め込み部材27、28の剛性が、水晶とほぼ同等か、高いものを用いることで、等価直列抵抗Rを小さくすることができる。しかしながら、埋め込み部材27、28として、貫通孔5、6への充填時における液体状態での取り扱い性、貫通孔5、6内での硬化形状等、種々の要素を考慮し、埋め込み部材27、28を選択することができる。   As shown in the figure, in the through holes 5 and 6, embedded members 27 and 28 made of Ni, Sn—Au alloy, low melting point glass, silicon or the like are formed between the electrodes formed in the through holes 5 and 6. . With this structure, the embedded members 27 and 28 are formed in the through holes 5 and 6 of the vibrating arm portions 2 and 3, so that the bending mode vibration of the vibrating arm portions 2 and 3 is disturbed and the equivalent series resistance R is increased. Can be prevented. Specifically, when Ni or Sn—Au alloy having higher rigidity than quartz is used as the embedding members 27 and 28, the equivalent series resistance R is smaller than when the embedding member is made of quartz. On the other hand, when low melting point glass or silicon having rigidity lower than that of quartz is used as the embedding members 27 and 28, the equivalent series resistance R is larger than when the embedding member is made of quartz. For example, when comparing vibration arm parts having the same structure, the equivalent series resistance R is 21.4 (kΩ) for Ni, 33.8 (kΩ) for Sn—Au alloy, and 47.5 for quartz. (KΩ), in the case of silicon, it is 79.3 (kΩ). That is, the equivalent series resistance R can be reduced by using the embedded members 27 and 28 having rigidity substantially equal to or higher than that of quartz. However, the embedding members 27 and 28 take into account various factors such as the handling property in the liquid state when filling the through holes 5 and 6 and the cured shape in the through holes 5 and 6. Can be selected.

図2に示す如く、圧電振動子の等価直列抵抗Rは、貫通孔5、6に形成された埋め込み部材27、28を構成する材料のヤング率E(1010Pa)からも対比することができる。上述したように、埋め込み部材27、28がNiから構成される場合には、等価直列抵抗Rは21.4(kΩ)であり、ヤング率Eは21.92(1010Pa)となる。つまり、図の曲線が示すように、埋め込み部材27、28を構成する材料のヤング率E大きい方が、振動腕部2、3の屈曲モードの振動を妨げとならず、等価直列抵抗Rが小さくすることができる。 As shown in FIG. 2, the equivalent series resistance R of the piezoelectric vibrator can be compared with the Young's modulus E (10 10 Pa) of the material constituting the embedded members 27 and 28 formed in the through holes 5 and 6. . As described above, when the embedded members 27 and 28 are made of Ni, the equivalent series resistance R is 21.4 (kΩ), and the Young's modulus E is 21.92 (10 10 Pa). That is, as shown by the curves in the figure, the material having the embedded members 27 and 28 having a higher Young's modulus E does not hinder the bending mode vibration of the vibrating arms 2 and 3 and the equivalent series resistance R is small. can do.

図3に示す如く、圧電振動子29の振動腕部30、31には、それぞれ3個ずつ貫通孔32〜37が形成されている。貫通孔32〜37の幅はW2であり、振動腕部30、31に点線で示した中立線を中心として対称となるように形成されている。そして、図1(A)の場合と同様に、貫通孔32〜37の内壁には電極が形成され、貫通孔32〜37には埋め込み部材が形成されている。埋め込み部材としては、Ni、Sn−Au合金、低融点ガラス、ケイ素等である。振動腕部30、31に複数の貫通孔32〜37を形成する構造では、個々の貫通孔32〜37は、図1(A)に示す貫通孔5、6よりも、その延在方向の長さは短くなる。そして、振動腕部30、31の貫通孔32〜37が形成される領域では、貫通孔32〜37間に水晶の一体領域38〜41を有し、振動腕部30、31は梯子形状となる。つまり、振動腕部30、31では、一体領域38〜41が一定間隔で配置され、埋め込み部材が一定間隔で形成されている。この構造により、振動腕部30、31での電極形成領域を溝構造と比較して増大させる一方で、振動腕部30、31での機械的強度を図1(A)の構造と比較して更に向上させることができる。   As shown in FIG. 3, three through holes 32 to 37 are formed in each of the vibrating arm portions 30 and 31 of the piezoelectric vibrator 29. The widths of the through holes 32 to 37 are W2, and are formed in the vibrating arm portions 30 and 31 so as to be symmetric with respect to a neutral line indicated by a dotted line. 1A, electrodes are formed on the inner walls of the through holes 32-37, and embedded members are formed in the through holes 32-37. Examples of the embedded member include Ni, Sn—Au alloy, low-melting glass, and silicon. In the structure in which the plurality of through-holes 32 to 37 are formed in the vibrating arm portions 30 and 31, each through-hole 32 to 37 is longer in the extending direction than the through-holes 5 and 6 shown in FIG. It gets shorter. And in the area | region in which the through-holes 32-37 of the vibration arm parts 30 and 31 are formed, it has the crystal | crystallization integrated area | regions 38-41 between the through-holes 32-37, and the vibration arm parts 30 and 31 become a ladder shape. . That is, in the vibrating arm portions 30 and 31, the integrated regions 38 to 41 are arranged at regular intervals, and the embedded members are formed at regular intervals. With this structure, the electrode formation region at the vibrating arm portions 30 and 31 is increased as compared with the groove structure, while the mechanical strength at the vibrating arm portions 30 and 31 is compared with the structure of FIG. Further improvement can be achieved.

尚、図3に示す圧電振動子29の構造は、振動腕部30、31に形成される貫通孔32〜37の数以外は、図1(A)に示す圧電振動子1の構造と同様であるので、その他の構造の説明は図1(A)の説明を参照し、ここではその説明を割愛する。   The structure of the piezoelectric vibrator 29 shown in FIG. 3 is the same as that of the piezoelectric vibrator 1 shown in FIG. 1A except for the number of through holes 32 to 37 formed in the vibrating arm portions 30 and 31. Therefore, for the description of other structures, refer to the description of FIG. 1A, and the description is omitted here.

図4及び図5を参照し、第2の本実施の形態の圧電振動子を説明する。   The piezoelectric vibrator of the second embodiment will be described with reference to FIGS.

図4(A)に示す如く、圧電振動子51は、主に、一対の振動腕部52、53と、基部54と、一対のサイド基部55、56とから構成されている。圧電振動子51は、例えば、電気軸をX軸、機械軸をY軸、光軸をZ軸とした水晶原石の直交座標系において、Z軸平面から1°X軸方向に回転させたカット角で板状に薄くスライスした水晶ウエハを加工し、形成されている。そのため、圧電振動子51は、例えば、100〜150(μm)程度の一定の厚みにより形成されている。   As shown in FIG. 4A, the piezoelectric vibrator 51 is mainly composed of a pair of vibrating arm portions 52 and 53, a base portion 54, and a pair of side base portions 55 and 56. The piezoelectric vibrator 51 is, for example, a cut angle that is rotated in the X-axis direction by 1 ° from the Z-axis plane in a quartz crystal orthogonal coordinate system in which the electrical axis is the X-axis, the mechanical axis is the Y-axis, and the optical axis is the Z-axis. This is formed by processing a crystal wafer thinly sliced into a plate shape. Therefore, the piezoelectric vibrator 51 is formed with a constant thickness of about 100 to 150 (μm), for example.

振動腕部52、53は、その一端側が基部54と一体に形成され、音叉形状となっている。振動腕部52、53の構造は同一構造となるので、以下では振動腕部52を用いて説明する。   The vibrating arm portions 52 and 53 are integrally formed with the base portion 54 at one end side and have a tuning fork shape. Since the structures of the vibrating arm portions 52 and 53 are the same, the following description will be made using the vibrating arm portion 52.

振動腕部52は、基部54と一体となる一端側から振動腕部53と平行に延在している。振動腕部52は、段差部57を有し、振動腕部52の一端側から段差部57までは幅W4で形成され、段差部57から他端側までは幅W5で形成されている。段差部57は、振動腕部52に点線で示した中立線を中心として対称となるように形成されている。つまり、振動腕部52は、2種類の幅W4、W5から形成され、W4<W5の関係を満たすように設計されている。尚、振動腕部52に形成される段差部57の位置は、所望の振動周波数に応じて、振動腕部52の長さL3、幅W4、W5等の種々の設計条件に応じて、任意の設計変更が可能である。   The vibrating arm portion 52 extends in parallel with the vibrating arm portion 53 from one end side integrated with the base portion 54. The vibrating arm portion 52 has a stepped portion 57, which is formed with a width W4 from one end side to the stepped portion 57 of the vibrating arm portion 52, and formed with a width W5 from the stepped portion 57 to the other end side. The step portion 57 is formed so as to be symmetric about the neutral line indicated by the dotted line in the vibrating arm portion 52. That is, the vibrating arm 52 is formed from two types of widths W4 and W5, and is designed to satisfy the relationship of W4 <W5. The position of the stepped portion 57 formed on the vibrating arm portion 52 can be arbitrarily determined according to various design conditions such as the length L3, width W4, and W5 of the vibrating arm portion 52 according to a desired vibration frequency. Design changes are possible.

具体的には、振動腕部52は、上記の関係式に基づいて、所望の振動周波数に応じた振動腕部52の長さL3、幅W4、W5が決定される。   Specifically, the length L3, the width W4, and W5 of the vibrating arm portion 52 corresponding to a desired vibration frequency are determined for the vibrating arm portion 52 based on the above relational expression.

圧電振動子51の振動周波数Fは、振動腕部の幅Wに比例し、振動腕部の長さLの二乗に反比例する関係にある。上述したように、圧電振動子51の振動腕部52は、その段差部57から他端部の幅をW5としており、上記の関係式での振動腕部の幅Wが広くなる。そのため、所望の振動周波数Fを得るためには、振動腕部の長さLを短くする必要がある。その結果、振動腕部52の長さが短くなり、圧電振動子51の長さ方向での小型化が実現される。   The vibration frequency F of the piezoelectric vibrator 51 is proportional to the width W of the vibrating arm portion and inversely proportional to the square of the length L of the vibrating arm portion. As described above, the vibrating arm portion 52 of the piezoelectric vibrator 51 has the width W5 of the other end portion from the stepped portion 57, and the width W of the vibrating arm portion in the above relational expression becomes wide. Therefore, in order to obtain the desired vibration frequency F, it is necessary to shorten the length L of the vibrating arm portion. As a result, the length of the vibrating arm portion 52 is shortened, and the piezoelectric vibrator 51 can be downsized in the length direction.

振動腕部52には、貫通孔58が形成されている。貫通孔58は振動腕部52に点線で示した中立線を中心として対称となるように形成されている。尚、図4(A)に示すB−B‘線方向に示す振動腕部52、53の電極構造及びその効果は、図1(B)を用いて説明した電極構造及びその効果と同様であるので、図1(B)の説明を参照し、ここではその説明を割愛する。   A through hole 58 is formed in the vibrating arm portion 52. The through hole 58 is formed in the vibrating arm 52 so as to be symmetric about a neutral line indicated by a dotted line. Note that the electrode structure and the effect of the vibrating arm portions 52 and 53 shown in the direction of the line BB ′ shown in FIG. 4A are the same as the electrode structure and the effect described with reference to FIG. Therefore, the description of FIG. 1B is referred to and the description is omitted here.

基部54は、長さL4、幅W6の領域を有し、振動腕部52、53及びサイド基部55、56とその一部が一体に形成されている。基部54では、振動腕部52で発生した機械的振動エネルギーを減衰させ、サイド基部55、56を介しての振動漏れを防ぐ領域が必要である。   The base portion 54 has a region of length L4 and width W6, and the vibrating arm portions 52 and 53 and the side base portions 55 and 56 and a part thereof are integrally formed. In the base portion 54, a region for attenuating mechanical vibration energy generated in the vibrating arm portion 52 and preventing vibration leakage through the side base portions 55 and 56 is necessary.

サイド基部55、56は、その一端側の側面の一部が基部54と一体に形成されている。サイド基部55、56は、その間に振動腕部52、53を挟むように、振動腕部52、53と平行となるように形成されている。サイド基部55、56の他端側には、丸印で示した領域に端子電極(図示せず)が形成されており、端子電極が導電性接着剤、例えば、銀ペーストを介して実装基板上の電極と接続している。圧電振動子51は、丸印で示したサイド基部55、56の下方でのみ実装基板と固着した状態で、実装基板上に支持されている。   The side base portions 55 and 56 are formed integrally with the base portion 54 at one end side. The side base portions 55 and 56 are formed so as to be parallel to the vibrating arm portions 52 and 53 so that the vibrating arm portions 52 and 53 are sandwiched therebetween. On the other end side of the side base portions 55 and 56, a terminal electrode (not shown) is formed in a region indicated by a circle, and the terminal electrode is mounted on the mounting substrate via a conductive adhesive, for example, silver paste. It is connected to the electrode. The piezoelectric vibrator 51 is supported on the mounting substrate in a state of being fixed to the mounting substrate only under the side base portions 55 and 56 indicated by circles.

上述したように、振動腕部52、53の一端側は基部54と一体に形成され、振動腕部52、53の他端側には幅W5の領域が形成されている。この構造により、振動腕部52、53の両端における重みのバランスが調整され、圧電振動子51が実装基板上に支持された際には、圧電振動子51の重心が振動腕部52、53の中央部近傍へと位置する。その結果、圧電振動子51が実装基板上に安定状態で支持される。そして、サイド基部55、56に対し、圧電振動子51自体の重み、振動等による機械的強度による影響が低減する。つまり、W7<W4の関係を満たすようにサイド基部55、56の幅W7を設計することが可能となり、圧電振動子51の幅方向での小型化が実現される。   As described above, one end side of the vibrating arm portions 52 and 53 is formed integrally with the base portion 54, and a region having a width W5 is formed on the other end side of the vibrating arm portions 52 and 53. With this structure, the balance of the weights at both ends of the vibrating arm portions 52 and 53 is adjusted, and when the piezoelectric vibrator 51 is supported on the mounting substrate, the center of gravity of the piezoelectric vibrator 51 is the vibration arm portions 52 and 53. Located near the center. As a result, the piezoelectric vibrator 51 is supported on the mounting substrate in a stable state. And the influence by the mechanical strength by the weight of the piezoelectric vibrator 51 itself, a vibration, etc. with respect to the side base parts 55 and 56 reduces. That is, the width W7 of the side base portions 55 and 56 can be designed so as to satisfy the relationship of W7 <W4, and the piezoelectric vibrator 51 can be downsized in the width direction.

図示したように、基部54とサイド基部55とは、幅W8だけ離間している。振動腕部52とサイド基部55とは、幅(W8+W9)だけ離間している。つまり、幅W8は、水晶ウエハを貫通エッチングできる最小幅であり、基部54とサイド基部55との離間幅を小さくしている。そして、圧電振動子51の幅方向を広げることなく、所望の幅W6を有する基部54が形成されている。この構造により、基部54からの振動漏れを防ぐことができる。   As illustrated, the base 54 and the side base 55 are separated by a width W8. The vibrating arm portion 52 and the side base portion 55 are separated by a width (W8 + W9). That is, the width W8 is the minimum width that allows the quartz wafer to be etched through, and the separation width between the base 54 and the side base 55 is reduced. A base 54 having a desired width W6 is formed without expanding the width direction of the piezoelectric vibrator 51. With this structure, vibration leakage from the base 54 can be prevented.

一方、振動腕部52とサイド基部55との離間幅は、貫通エッチングできる最小幅W8に幅W9だけ更に広げ、振動腕部52とサイド基部55との間に適切な離間幅を確保している。貫通エッチングできる最小幅により振動腕部52を形成することは、マスクずれ、エッチング条件等により困難である。つまり、振動腕部52とサイド基部55との間に適切な離間幅(W8+W9)を有することで、振動腕部52を形成する際に、その外形寸法にばらつきが生じ難い構造となる。その結果、振動腕部52、53の振動周波数Fは振動腕部52、53の幅Wに影響されるが、振動周波数Fに狂いが生じ難い、品質係数Q値の高い圧電振動子51が形成される。   On the other hand, the separation width between the vibrating arm portion 52 and the side base portion 55 is further expanded by the width W9 to the minimum width W8 that can be etched through, and an appropriate separation width is secured between the vibrating arm portion 52 and the side base portion 55. . It is difficult to form the vibrating arm 52 with a minimum width that can be etched through due to mask displacement, etching conditions, and the like. That is, by having an appropriate separation width (W8 + W9) between the vibrating arm portion 52 and the side base portion 55, when the vibrating arm portion 52 is formed, the outer dimensions thereof are less likely to vary. As a result, the vibration frequency F of the vibration arm portions 52 and 53 is affected by the width W of the vibration arm portions 52 and 53, but the vibration frequency F is less likely to be distorted, and the piezoelectric vibrator 51 having a high quality factor Q value is formed. Is done.

尚、水晶ウエハを貫通エッチングできる最小幅W8とは、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、例えば、フッ酸を用いてウエットエッチングにより貫通できる幅である。そして、幅W8は25(μm)程度であり、幅W9は50(μm)程度である。   The minimum width W8 capable of penetrating the quartz wafer is a width that can be penetrated by wet etching using, for example, hydrofluoric acid using a known photolithography technique. The width W8 is about 25 (μm), and the width W9 is about 50 (μm).

図4(B)に示す如く、圧電振動子59の振動腕部60、61には、それぞれ3個ずつ貫通孔62〜67が形成されている。貫通孔62〜67は、振動腕部60、61に点線で示した中立線を中心として対称となるように形成されている。そして、図4(A)の場合と同様に、貫通孔62〜67の内壁には電極が形成され、貫通孔62〜67には埋め込み部材が形成されている。埋め込み部材としては、Ni、Sn−Au合金、低融点ガラス、ケイ素等である。振動腕部60、61に複数の貫通孔62〜67を形成する構造では、個々の貫通孔62〜67は、図4(A)に示す貫通孔58よりも、その延在方向の長さは短くなる。そして、振動腕部60、61の貫通孔62〜67が形成される領域では、貫通孔62〜67間に水晶の一体領域68〜71を有し、振動腕部60、61は梯子形状となる。つまり、振動腕部60、61では、一体領域68〜71が一定間隔で配置され、埋め込み部材が一定間隔で形成されている。この構造により、振動腕部60、61での電極形成領域を溝構造と比較して増大させる一方で、振動腕部60、61での機械的強度を図1(A)の構造と比較して更に向上させることができる。   As shown in FIG. 4B, three through-holes 62 to 67 are formed in the vibrating arm portions 60 and 61 of the piezoelectric vibrator 59. The through holes 62 to 67 are formed so as to be symmetrical about the neutral line indicated by the dotted line in the vibrating arm portions 60 and 61. As in the case of FIG. 4A, electrodes are formed on the inner walls of the through holes 62 to 67, and embedded members are formed in the through holes 62 to 67. Examples of the embedded member include Ni, Sn—Au alloy, low-melting glass, and silicon. In the structure in which the plurality of through holes 62 to 67 are formed in the vibrating arm portions 60 and 61, the length of each through hole 62 to 67 is longer than the through hole 58 shown in FIG. Shorter. And in the area | region where the through-holes 62-67 of the vibrating arm parts 60 and 61 are formed, it has the integrated area | regions 68-71 of the crystal | crystallization between the through-holes 62-67, and the vibrating arm parts 60 and 61 become ladder shape. . That is, in the vibrating arm portions 60 and 61, the integrated regions 68 to 71 are arranged at regular intervals, and the embedded members are formed at regular intervals. With this structure, the electrode formation region in the vibrating arm portions 60 and 61 is increased as compared with the groove structure, while the mechanical strength in the vibrating arm portions 60 and 61 is compared with the structure in FIG. Further improvement can be achieved.

尚、図4(B)に示す圧電振動子59の構造は、振動腕部60、61に形成される貫通孔62〜67の数以外は、図4(A)に示す圧電振動子51の構造と同様であるので、その他の構造の説明は図4(A)の説明を参照し、ここではその説明を割愛する。   The structure of the piezoelectric vibrator 59 shown in FIG. 4B is the same as that of the piezoelectric vibrator 51 shown in FIG. 4A except for the number of through holes 62 to 67 formed in the vibrating arm portions 60 and 61. Therefore, for the description of other structures, refer to the description of FIG. 4A, and the description thereof is omitted here.

図5では、横軸は、基部の長さL4(μm)を示している。縦軸は、圧電振動子が空中に完全に浮いている状態での周波数と、圧電振動子がパッケージに収納されるために実装基板上に固着された状態での周波数との周波数偏差(ppm)を示している。そして、実線は基部54とサイド基部55、56とが一体となる長さL5が240(μm)の場合を示している。一方、点線は、長さL5が190(μm)の場合を示している。   In FIG. 5, the horizontal axis indicates the base length L4 (μm). The vertical axis shows the frequency deviation (ppm) between the frequency when the piezoelectric vibrator is completely floating in the air and the frequency when the piezoelectric vibrator is fixed on the mounting board in order to be housed in the package. Is shown. A solid line indicates a case where the length L5 in which the base 54 and the side bases 55 and 56 are integrated is 240 (μm). On the other hand, the dotted line shows the case where the length L5 is 190 (μm).

図示したように、実線の場合も、点線の場合も下に凸の曲線となり、下限値において周波数偏差が最も小さくなっている。具体的には、実線が示すように、長さL5が240(μm)の場合には、基部の長さL4が320〜350(μm)程度必要である。一方、長さL5が190(μm)の場合には、基部の長さL4が250〜300(μm)程度必要である。つまり、長さL5が大きくなれば長さL4が大きくなり、長さL5が小さくなれば長さL4が小さくなる。   As shown in the figure, both the solid line and the dotted line are downwardly convex curves, and the frequency deviation is the smallest at the lower limit value. Specifically, as indicated by the solid line, when the length L5 is 240 (μm), the base length L4 needs to be about 320 to 350 (μm). On the other hand, when the length L5 is 190 (μm), the base length L4 needs to be about 250 to 300 (μm). That is, the length L4 increases as the length L5 increases, and the length L4 decreases as the length L5 decreases.

ここで、上述したように、圧電振動子51は、丸印(図4(A)参照)で示したサイド基部55、56の他端側の端子電極(図示せず)により実装基板上に支持されている。長さL5の最低値は、圧電振動子51を中空部に支持し続けるために必要な長さ、つまり、機械的強度を確保する長さを考慮しつつ、周波数偏差との関係で決定される。一方、長さL5の最大値は、圧電振動子が収納されるパッケージサイズとの関係で決定される。つまり、本実施の形態では、パッケージサイズの縮小化を考慮しつつ、例えば、基部54の長さL4が250〜350(μm)の範囲で設計されることで、サイド基部55、56は振動漏れ等の周波数依存性の少ない幅W7で形成されることが可能となる。   Here, as described above, the piezoelectric vibrator 51 is supported on the mounting substrate by the terminal electrodes (not shown) on the other end side of the side base portions 55 and 56 indicated by circles (see FIG. 4A). Has been. The minimum value of the length L5 is determined in relation to the frequency deviation while taking into account the length necessary for continuing to support the piezoelectric vibrator 51 in the hollow portion, that is, the length for securing the mechanical strength. . On the other hand, the maximum value of the length L5 is determined in relation to the package size in which the piezoelectric vibrator is accommodated. In other words, in the present embodiment, for example, the length L4 of the base 54 is designed in the range of 250 to 350 (μm) while considering the reduction of the package size, so that the side bases 55 and 56 have vibration leakage. It can be formed with a width W7 having a small frequency dependency.

尚、本実施の形態では、振動腕部が2つの幅を有する構造について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、振動腕部が基部から離間するにつれて階段状に幅広く形成されている等、振動腕部が複数の幅を有するように形成されていてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。   In the present embodiment, the structure in which the vibrating arm portion has two widths has been described. However, the present invention is not limited to this case. For example, the vibrating arm portion may be formed so as to have a plurality of widths, for example, the vibrating arm portion is formed in a stepped manner as the vibrating arm portion is separated from the base portion. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

次に、本発明の実施の形態である圧電振動子の製造方法について、図6〜図10を参照し、詳細に説明する。図6(A)は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための断面図である。図6(B)は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための平面図である。図7(A)及び(B)は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための断面図である。図8(A)及び(B)は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための断面図である。図9(A)〜(C)は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための断面図である。図10(A)は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための平面図である。図10(B)は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための断面図である。尚、圧電振動子の製造方法を説明するための断面図は、振動腕部の貫通孔が形成されている領域の断面図である。   Next, a method for manufacturing a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 6A is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the piezoelectric vibrator according to the present embodiment. FIG. 6B is a plan view for explaining the method for manufacturing the piezoelectric vibrator according to the present embodiment. 7A and 7B are cross-sectional views for explaining the method of manufacturing the piezoelectric vibrator according to the present embodiment. 8A and 8B are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the piezoelectric vibrator according to the present embodiment. 9A to 9C are cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the piezoelectric vibrator according to the present embodiment. FIG. 10A is a plan view for explaining the manufacturing method of the piezoelectric vibrator according to the present embodiment. FIG. 10B is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the piezoelectric vibrator according to the present embodiment. The cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the piezoelectric vibrator is a cross-sectional view of a region where the through-hole of the vibrating arm portion is formed.

先ず、図6及び図7を参照し、圧電振動子の製造方法における第1の実施の形態について説明する。   First, a first embodiment of a method for manufacturing a piezoelectric vibrator will be described with reference to FIGS.

図6(A)に示す如く、電気軸をX軸、機械軸をY軸、光軸をZ軸とした水晶原石の直交座標系において、Z軸平面から1°X軸方向に回転させたカット角で板状に薄くスライスした水晶ウエハ71を準備する。そして、水晶ウエハ71の両面にクロム(Cr)72をスパッタリングした後に、金(Au)73をスパッタリングし、エッチングマスクとして用いる金属層74を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、圧電振動子の外形に沿った開口部及び貫通孔が形成される領域に開口部が設けられるように、金属層74を選択的に除去する。   As shown in FIG. 6A, in a rectangular crystal orthogonal coordinate system in which the electrical axis is the X axis, the mechanical axis is the Y axis, and the optical axis is the Z axis, the cut is rotated by 1 ° from the Z axis plane in the X axis direction. A crystal wafer 71 sliced thinly into a plate shape at a corner is prepared. After chromium (Cr) 72 is sputtered on both surfaces of the quartz wafer 71, gold (Au) 73 is sputtered to form a metal layer 74 used as an etching mask. Thereafter, the metal layer 74 is selectively removed by a known photolithography technique so that the opening is provided in a region where the opening and the through hole are formed along the outer shape of the piezoelectric vibrator.

図6(B)に示す如く、金属層74をエッチングマスクとして用い、例えば、フッ酸を用いてウエットエッチングにより、水晶ウエハ71の両面から圧電振動子75の外形及び貫通孔76を形成する。その後、金属層74を除去する。このエッチング工程により、水晶ウエハ71には支持バー77が形成され、複数の圧電振動子75が支持バー77と一体となることで、圧電振動子75は水晶ウエハ71に支持されている。   As shown in FIG. 6B, the outer shape of the piezoelectric vibrator 75 and the through hole 76 are formed from both surfaces of the crystal wafer 71 by wet etching using, for example, hydrofluoric acid using the metal layer 74 as an etching mask. Thereafter, the metal layer 74 is removed. By this etching process, a support bar 77 is formed on the crystal wafer 71, and the plurality of piezoelectric vibrators 75 are integrated with the support bar 77, so that the piezoelectric vibrator 75 is supported on the crystal wafer 71.

また、本実施の形態では、貫通孔76とすることで、水晶ウエハ71の上下面から溝を形成する場合と比較すると、エッチング時間、エッチング液量等のエッチング条件のばらつきによる溝形状のずれ(溝幅、溝深さ)を考慮する必要がない。また、水晶ウエハ71の両面からエッチングすることで、貫通孔76の開口大きさを等しくすることができる。その結果、圧電振動子75は、貫通孔形状のずれによる電気的特性のばらつきが生じ難い構造となる。そして、容易な製造方法により、所望の振動周波数を有する圧電振動子75を形成でき、歩留まりも向上させることができる。   Further, in the present embodiment, since the through hole 76 is used, as compared with the case where the groove is formed from the upper and lower surfaces of the crystal wafer 71, the groove shape shift (due to variations in etching conditions such as etching time and the amount of etching solution) ( (Groove width, groove depth) need not be considered. Further, by etching from both sides of the quartz wafer 71, the opening sizes of the through holes 76 can be made equal. As a result, the piezoelectric vibrator 75 has a structure in which variation in electrical characteristics due to the displacement of the through-hole shape hardly occurs. And the piezoelectric vibrator 75 which has a desired vibration frequency can be formed with an easy manufacturing method, and a yield can also be improved.

図7(A)に示す如く、水晶ウエハ71の両面、貫通孔76内及び圧電振動子75の側面にクロム(Cr)78をスパッタリングした後に、金(Au)79をスパッタリングし、金属層80を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、金属層80を選択的に除去し、電極、配線(図示せず)、端子電極(図示せず)を形成する。   As shown in FIG. 7A, after chromium (Cr) 78 is sputtered on both sides of the quartz wafer 71, in the through holes 76, and on the side surfaces of the piezoelectric vibrator 75, gold (Au) 79 is sputtered to form the metal layer 80. Form. Thereafter, the metal layer 80 is selectively removed by a known photolithography technique to form electrodes, wiring (not shown), and terminal electrodes (not shown).

図7(B)に示す如く、貫通孔76に埋め込み部材81を形成する。埋め込み部材81は、例えば、Ni、Sn−Au合金、低融点ガラスまたはケイ素から形成される。ここで、低融点ガラスから成る埋め込み部材81を形成する場合、液体状態の低融点ガラスは、液体の表面張力が利用され、貫通孔76間に充填される。そして、低融点ガラスが貫通孔76間で固化した後、熱処理を行うことで、低融点ガラスは貫通孔76内に、ほぼ一定形状で硬化する。尚、ケイ素も低融点ガラスと同様な方法により貫通孔76を埋設する。また、NiやSn−Au合金の場合には、貫通孔76内壁の電極を利用し、メッキ処理により貫通孔76を埋設する。   As shown in FIG. 7B, an embedded member 81 is formed in the through hole 76. The embedded member 81 is made of, for example, Ni, Sn—Au alloy, low melting point glass, or silicon. Here, when forming the embedded member 81 made of low-melting glass, the low-melting glass in the liquid state is filled between the through holes 76 by utilizing the surface tension of the liquid. Then, after the low melting point glass is solidified between the through holes 76, the low melting point glass is cured in a substantially constant shape in the through holes 76 by performing heat treatment. In addition, silicon also embeds the through-hole 76 by the same method as the low melting point glass. In the case of Ni or Sn—Au alloy, the through hole 76 is embedded by plating using the electrode on the inner wall of the through hole 76.

最後に、水晶ウエハ71から圧電振動子75を離脱させ、圧電振動子75が完成する。このとき、図6(B)に示したように、圧電振動子75は、基部82に形成された凹部83内から延在する部分が支持バー77と接続し、水晶ウエハ71に支持されている。この構造により、圧電振動子75が水晶ウエハ71から離脱する際に、切り欠き部分が凹部83内に収まり、基部82から突出することを防止できる。その結果、パッケージサイズが小型化された場合でも、切り欠き部分がパッケージに引っ掛かることのない圧電振動子75を形成できる。   Finally, the piezoelectric vibrator 75 is detached from the crystal wafer 71, and the piezoelectric vibrator 75 is completed. At this time, as shown in FIG. 6B, the piezoelectric vibrator 75 is supported by the quartz wafer 71 with the portion extending from the inside of the recess 83 formed in the base 82 connected to the support bar 77. . With this structure, when the piezoelectric vibrator 75 is detached from the crystal wafer 71, it is possible to prevent the notched portion from being accommodated in the recess 83 and protruding from the base portion 82. As a result, even when the package size is reduced, it is possible to form the piezoelectric vibrator 75 in which the notched portion is not caught by the package.

尚、上述した第1の実施の形態では、圧電振動子75の外形及び貫通孔76を1回のエッチング工程で形成する場合について説明したがこの場合に限定するものではない。例えば、2回のエッチング工程により、貫通孔76を形成した後、エッチングマスクを換えて圧電振動子75の外形を形成する場合でもよい。また、同様に、圧電振動子75の外形を形成した後に、貫通孔を形成する場合でもよい。   In the above-described first embodiment, the case where the outer shape of the piezoelectric vibrator 75 and the through hole 76 are formed by one etching process has been described. However, the present invention is not limited to this case. For example, the outer shape of the piezoelectric vibrator 75 may be formed by changing the etching mask after forming the through hole 76 by two etching steps. Similarly, the through hole may be formed after the outer shape of the piezoelectric vibrator 75 is formed.

次に、図8を参照し、圧電振動子の製造方法における第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態では、水晶ウエハに圧電振動子及び貫通孔を形成する工程及び水晶ウエハから圧電振動子を離脱する工程は、第1の実施の形態と同様である。そのため、第1の実施の形態と同様の工程に関しては、第1の実施の形態の説明を参照し、ここではその説明を割愛する。   Next, a second embodiment of the piezoelectric vibrator manufacturing method will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the step of forming the piezoelectric vibrator and the through hole in the quartz wafer and the step of removing the piezoelectric vibrator from the quartz wafer are the same as those in the first embodiment. Therefore, for the same steps as those in the first embodiment, the description of the first embodiment is referred to and the description thereof is omitted here.

図8(A)に示す如く、水晶ウエハ84に圧電振動子85の外形及び貫通孔86を形成した後、水晶ウエハ84の両面、貫通孔86内及び圧電振動子85の側面にクロム(Cr)87をスパッタリングした後に、金(Au)88をスパッタリングし、金属層89を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、金属層89を選択的に除去し、貫通孔86内に電極を形成する。   As shown in FIG. 8A, after forming the outer shape of the piezoelectric vibrator 85 and the through hole 86 in the crystal wafer 84, chromium (Cr) is formed on both sides of the crystal wafer 84, in the through hole 86, and on the side surface of the piezoelectric vibrator 85. After sputtering 87, gold (Au) 88 is sputtered to form a metal layer 89. Thereafter, the metal layer 89 is selectively removed by a known photolithography technique, and an electrode is formed in the through hole 86.

図8(B)に示す如く、貫通孔86に埋め込み部材90を形成する。埋め込み部材90は、例えば、Ni、Sn−Au合金、低融点ガラスまたはケイ素から形成される。埋め込み部材90の形成方法は、図7(B)を用いて説明した方法と同様である。その後、水晶ウエハ84の両面にクロム(Cr)91をスパッタリングした後に、金(Au)92をスパッタリングし、金属層93を形成する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術により、金属層93を選択的に除去し、電極及び配線等を形成する。最後に、水晶ウエハ84から圧電振動子85を離脱させ、圧電振動子85が完成する。   As shown in FIG. 8B, an embedded member 90 is formed in the through hole 86. The embedded member 90 is made of, for example, Ni, Sn—Au alloy, low melting point glass, or silicon. The method for forming the embedded member 90 is the same as the method described with reference to FIG. Thereafter, chromium (Cr) 91 is sputtered on both surfaces of the quartz wafer 84, and then gold (Au) 92 is sputtered to form the metal layer 93. Then, the metal layer 93 is selectively removed by a known photolithography technique to form electrodes and wirings. Finally, the piezoelectric vibrator 85 is detached from the crystal wafer 84, and the piezoelectric vibrator 85 is completed.

尚、上述した第2の実施の形態においても、圧電振動子85の外形及び貫通孔86の形成工程は、第1の実施の形態のように、1回のエッチング工程の場合でも、2回のエッチング工程の場合でもよい。   In the second embodiment described above, the outer shape of the piezoelectric vibrator 85 and the formation process of the through-hole 86 are performed twice even in the case of a single etching process as in the first embodiment. It may be an etching process.

次に、図9及び図10を参照し、圧電振動子の製造方法における第3の実施の形態について説明する。   Next, a third embodiment of the piezoelectric vibrator manufacturing method will be described with reference to FIGS.

図9(A)に示す如く、電気軸をX軸、機械軸をY軸、光軸をZ軸とした水晶原石の直交座標系において、Z軸平面から1°X軸方向に回転させたカット角で板状に薄くスライスした水晶ウエハ94を準備する。そして、水晶ウエハ94の両面にクロム(Cr)95をスパッタリングした後に、金(Au)96をスパッタリングし、エッチングマスクとして用いる金属層97を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、貫通孔98が形成される領域に開口部が設けられるように、金属層97を選択的に除去する。   As shown in FIG. 9A, in a rectangular crystal orthogonal coordinate system in which the electrical axis is the X axis, the mechanical axis is the Y axis, and the optical axis is the Z axis, the cut is rotated by 1 ° from the Z axis plane in the X axis direction. A quartz wafer 94 is prepared by thinly slicing it into a plate shape at a corner. Then, after sputtering chromium (Cr) 95 on both sides of the quartz wafer 94, gold (Au) 96 is sputtered to form a metal layer 97 used as an etching mask. Thereafter, the metal layer 97 is selectively removed by a known photolithography technique so that an opening is provided in a region where the through hole 98 is formed.

図9(B)に示す如く、金属層97をエッチングマスクとして用い、例えば、フッ酸を用いてウエットエッチングにより、水晶ウエハの両面から貫通孔98を形成する。水晶ウエハ94の両面及び貫通孔98内にクロム(Cr)99をスパッタリングした後に、金(Au)100をスパッタリングし、金属層101を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、金属層101を選択的に除去し、貫通孔98内に電極を形成する。そして、金属層101を除去した後、貫通孔98に埋め込み部材102を形成する。埋め込み部材102は、例えば、Ni、Sn−Au合金、低融点ガラスまたはケイ素から形成される。埋め込み部材102の形成方法は、図7(B)を用いて説明した方法と同様である。   As shown in FIG. 9B, through holes 98 are formed from both sides of the quartz wafer by wet etching using the metal layer 97 as an etching mask and using, for example, hydrofluoric acid. After chromium (Cr) 99 is sputtered on both sides of the quartz wafer 94 and in the through holes 98, gold (Au) 100 is sputtered to form the metal layer 101. Thereafter, the metal layer 101 is selectively removed by a known photolithography technique, and an electrode is formed in the through hole 98. Then, after removing the metal layer 101, the embedded member 102 is formed in the through hole 98. The embedded member 102 is made of, for example, Ni, Sn—Au alloy, low-melting glass, or silicon. The method for forming the embedded member 102 is similar to the method described with reference to FIG.

図9(C)に示す如く、水晶ウエハ94の両面にクロム(Cr)103をスパッタリングした後に、金(Au)104をスパッタリングし、金属層105を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、圧電振動子の外形に沿った開口部が形成されるように、金属層105を選択的に除去する。   As shown in FIG. 9C, after chromium (Cr) 103 is sputtered on both sides of the quartz wafer 94, gold (Au) 104 is sputtered to form a metal layer 105. Thereafter, the metal layer 105 is selectively removed by a known photolithography technique so that an opening along the outer shape of the piezoelectric vibrator is formed.

図10(A)に示す如く、金属層105をエッチングマスクとして用い、例えば、フッ酸を用いてウエットエッチングにより、水晶ウエハ94の両面から圧電振動子106の外形を形成する。その後、金属層105を除去する。このエッチング工程により、水晶ウエハ94には支持バー107が形成され、複数の圧電振動子106が支持バー107と一体となることで、圧電振動子106は水晶ウエハ94に支持されている。   As shown in FIG. 10A, the outer shape of the piezoelectric vibrator 106 is formed from both surfaces of the crystal wafer 94 by wet etching using, for example, hydrofluoric acid, using the metal layer 105 as an etching mask. Thereafter, the metal layer 105 is removed. By this etching process, the support bar 107 is formed on the crystal wafer 94, and the plurality of piezoelectric vibrators 106 are integrated with the support bar 107, so that the piezoelectric vibrator 106 is supported on the crystal wafer 94.

図10(B)に示す如く、水晶ウエハ94の両面にクロム(Cr)108をスパッタリングした後に、金(Au)109をスパッタリングし、金属層110を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、金属層110を選択的に除去し、電極及び配線等を形成する。最後に、水晶ウエハ94から圧電振動子106を離脱させ、圧電振動子106が完成する。圧電振動子106を離脱する際の基部111の凹部112の形状は、上述した通りである。   As shown in FIG. 10B, after chromium (Cr) 108 is sputtered on both surfaces of the quartz wafer 94, gold (Au) 109 is sputtered to form the metal layer 110. Thereafter, the metal layer 110 is selectively removed by a known photolithography technique to form electrodes and wirings. Finally, the piezoelectric vibrator 106 is detached from the crystal wafer 94, and the piezoelectric vibrator 106 is completed. The shape of the concave portion 112 of the base 111 when the piezoelectric vibrator 106 is detached is as described above.

尚、本実施の形態では、水晶ウエハをエッチングする際のエッチングマスクとして、電極を形成する金属層と同じ金属層を用いる場合について説明したが、この場合に限定する必要はない。例えば、エッチングマスクとして用いられるその他の金属層、フォトレジスト等を用いる場合でも良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。   In this embodiment, the case where the same metal layer as the metal layer that forms the electrode is used as an etching mask when the quartz wafer is etched is not necessarily limited to this case. For example, another metal layer used as an etching mask, a photoresist, or the like may be used. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の実施の形態における(A)圧電振動子を説明するための平面図であり、(B)(A)に示す圧電振動子のA−A‘線に沿った断面図である。(A) It is a top view for demonstrating a piezoelectric vibrator in embodiment of this invention, (B) It is sectional drawing along the A-A 'line | wire of the piezoelectric vibrator shown to (A). 本発明の実施の形態における圧電振動子の等価直列抵抗値Rと埋め込み部材を構成する材料のヤング率との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the equivalent series resistance value R of the piezoelectric vibrator in embodiment of this invention, and the Young's modulus of the material which comprises an embedding member. 本発明の実施の形態における圧電振動子を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the piezoelectric vibrator in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における(A)圧電振動子を説明するための平面図であり、(B)圧電振動子を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the (A) piezoelectric vibrator in embodiment of this invention, (B) It is a top view for demonstrating a piezoelectric vibrator. 本発明の実施の形態における圧電振動子において、周波数依存性の少ないサイド基部幅と基部長さとの関係を説明するための図である。In the piezoelectric vibrator in the embodiment of the present invention, it is a diagram for explaining the relationship between the side base width and the base length with less frequency dependency. 本発明の実施の形態における圧電振動子の製造方法を説明するための(A)断面図、(B)平面図である。It is (A) sectional drawing and (B) top view for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric vibrator in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における圧電振動子の製造方法を説明するための(A)断面図、(B)断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a piezoelectric vibrator in the embodiment of the present invention, and FIG. 本発明の実施の形態における圧電振動子の製造方法を説明するための(A)断面図、(B)断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a piezoelectric vibrator in the embodiment of the present invention, and FIG. 本発明の実施の形態における圧電振動子の製造方法を説明するための(A)断面図、(B)断面図、(C)断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view, FIG. 4B is a cross-sectional view, and FIG. 3C is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態における圧電振動子の製造方法を説明するための(A)平面図、(B)断面図である。It is (A) top view and (B) sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric vibrator in embodiment of this invention. 従来の圧電振動子を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the conventional piezoelectric vibrator. 従来の(A)圧電振動子を説明するための平面図であり、(B)(A)に示す圧電振動子のC−C‘線に沿った断面図である。It is a top view for demonstrating the conventional (A) piezoelectric vibrator, (B) It is sectional drawing along the C-C 'line | wire of the piezoelectric vibrator shown to (A).

符号の説明Explanation of symbols

1 圧電振動子
2、3 振動腕部
4 基部
5、6 貫通孔
9、10、15、16、19、20、25、26 電極
27、28 埋め込み部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric vibrator 2, 3 Vibrating arm part 4 Base part 5, 6 Through-hole 9, 10, 15, 16, 19, 20, 25, 26 Electrode 27, 28 Embedded member

Claims (9)

屈曲モードで振動し、上面、下面及び側面を有する一対の振動腕部と、
前記振動腕部の一端側と一体に形成されている基部とを有し、
前記振動腕部には前記上下面の間を貫通する貫通孔が形成され、前記振動腕部の側面と対向する前記貫通孔の内壁には電極が形成され、且つ前記貫通孔には埋め込み部材が形成されていることを特徴とする圧電振動子。
A pair of vibrating arms that vibrate in a bending mode and have upper, lower and side surfaces;
A base portion formed integrally with one end side of the vibrating arm portion;
A through hole penetrating between the upper and lower surfaces is formed in the vibrating arm portion, an electrode is formed on an inner wall of the through hole facing the side surface of the vibrating arm portion, and an embedded member is formed in the through hole A piezoelectric vibrator characterized by being formed.
屈曲モードで振動し、上面、下面及び側面を有する一対の振動腕部と、
前記振動腕部の一端側と一体に形成されている基部とを有し、
前記振動腕部の延在方向には前記上下面の間を貫通する複数の貫通孔が形成され、前記振動腕部の側面と対向する前記貫通孔の内壁には電極が形成され、且つ前記貫通孔には埋め込み部材が形成されていることを特徴とする圧電振動子。
A pair of vibrating arms that vibrate in a bending mode and have upper, lower and side surfaces;
A base portion formed integrally with one end side of the vibrating arm portion;
A plurality of through holes penetrating between the upper and lower surfaces are formed in the extending direction of the vibrating arm portion, an electrode is formed on an inner wall of the through hole facing the side surface of the vibrating arm portion, and the through hole A piezoelectric vibrator characterized in that an embedded member is formed in the hole.
前記埋め込み部材は、Ni、Sn−Au合金、ガラスまたはケイ素であることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電振動子。 The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein the embedded member is made of Ni, Sn—Au alloy, glass, or silicon. 前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面には、前記貫通孔の電極と極性が異なる電極が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の圧電振動子。 3. The piezoelectric vibrator according to claim 1, wherein an electrode having a polarity different from that of the electrode of the through hole is formed on a side surface of the vibrating arm portion facing the inner wall of the through hole. . 前記振動腕部は前記一端側から一定幅で延在し、前記振動腕部の他端側近傍に前記一定幅よりも広い幅となる段差部を有していることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の圧電振動子。 2. The vibrating arm portion extends from the one end side with a constant width, and has a step portion having a width wider than the constant width near the other end side of the vibrating arm portion. The piezoelectric vibrator according to claim 4. 前記基部と一体に形成され、前記振動腕部の側面に沿って延在する一対のサイド基部とを有し、前記サイド基部の幅は、前記振動腕部の一定幅よりも狭いことを特徴とする請求項5に記載の圧電振動子。 A pair of side bases formed integrally with the base and extending along a side surface of the vibrating arm, wherein the width of the side base is narrower than a certain width of the vibrating arm. The piezoelectric vibrator according to claim 5. 水晶ウエハをエッチングし、振動腕部及び基部とからなる圧電振動子を形成する圧電振動子の製造方法において、
前記水晶ウエハを準備し、前記水晶ウエハの両面に第1の金属層を形成した後、前記第1の金属層を選択的に除去し、前記第1の金属層をエッチングマスクとして前記水晶ウエハの両面からエッチングし、前記圧電振動子の外形及び前記振動腕部の貫通孔を形成する工程と、
前記第1の金属層を除去した後、前記水晶ウエハに第2の金属層を形成し、前記第2の金属層を選択的に除去し、前記振動腕部の延在方向の側面と対向する前記貫通孔の内壁に電極を形成し、且つ前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面に前記貫通孔の電極と極性が異なる電極を形成する工程と、
前記貫通孔を埋設する埋め込み部材を形成する工程とを有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
In a method for manufacturing a piezoelectric vibrator that etches a quartz wafer and forms a piezoelectric vibrator composed of a vibrating arm and a base,
After preparing the crystal wafer and forming a first metal layer on both sides of the crystal wafer, the first metal layer is selectively removed, and the crystal wafer is formed using the first metal layer as an etching mask. Etching from both sides, forming the outer shape of the piezoelectric vibrator and the through-hole of the vibrating arm,
After removing the first metal layer, a second metal layer is formed on the quartz wafer, the second metal layer is selectively removed, and faces the side surface in the extending direction of the vibrating arm portion. Forming an electrode on the inner wall of the through hole, and forming an electrode having a polarity different from that of the electrode of the through hole on a side surface of the vibrating arm portion facing the inner wall of the through hole;
And a step of forming an embedded member for embedding the through hole.
水晶ウエハをエッチングし、振動腕部及び基部とからなる圧電振動子を形成する圧電振動子の製造方法において、
前記水晶ウエハを準備し、前記水晶ウエハの両面に第1の金属層を形成した後、前記第1の金属層を選択的に除去し、前記第1の金属層をエッチングマスクとして前記水晶ウエハの両面からエッチングし、前記圧電振動子の外形及び前記振動腕部の貫通孔を形成する工程と、
前記第1の金属層を除去した後、前記水晶ウエハに第2の金属層を形成し、前記第2の金属層を選択的に除去し、前記振動腕部の延在方向の側面と対向する前記貫通孔の内壁に電極を形成した後、前記貫通孔を埋設する埋め込み部材を形成する工程と、
前記水晶ウエハに第3の金属層を形成し、前記第3の金属層を選択的に除去し、前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面に前記貫通孔の電極と極性が異なる電極を形成する工程とを有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
In a method for manufacturing a piezoelectric vibrator that etches a quartz wafer and forms a piezoelectric vibrator composed of a vibrating arm and a base,
After preparing the crystal wafer and forming a first metal layer on both sides of the crystal wafer, the first metal layer is selectively removed, and the crystal wafer is formed using the first metal layer as an etching mask. Etching from both sides, forming the outer shape of the piezoelectric vibrator and the through-hole of the vibrating arm,
After removing the first metal layer, a second metal layer is formed on the quartz wafer, the second metal layer is selectively removed, and faces the side surface in the extending direction of the vibrating arm portion. Forming an embedding member for embedding the through hole after forming an electrode on the inner wall of the through hole;
A third metal layer is formed on the quartz wafer, the third metal layer is selectively removed, and the polarity of the electrode of the through hole is different from the side surface of the vibrating arm portion facing the inner wall of the through hole. A method of manufacturing a piezoelectric vibrator, comprising: forming an electrode.
水晶ウエハをエッチングし、振動腕部及び基部とからなる圧電振動子を形成する圧電振動子の製造方法において、
前記水晶ウエハを準備し、前記水晶ウエハの両面に第1の金属層を形成した後、前記第1の金属層を選択的に除去し、前記第1の金属層をエッチングマスクとして前記水晶ウエハの両面からエッチングし、前記振動腕部の貫通孔を形成する工程と、
前記第1の金属層を除去した後、前記水晶ウエハに第2の金属層を形成し、前記第2の金属層を選択的に除去し、前記振動腕部の延在方向の側面と対向する前記貫通孔の内壁に電極を形成した後、前記貫通孔を埋設する埋め込み部材を形成する工程と、
前記水晶ウエハに第3の金属層を形成し、前記第3の金属層を選択的に除去し、前記第3の金属層をエッチングマスクとして前記水晶ウエハの両面からエッチングし、前記圧電振動子の外形を形成する工程と、
前記第3の金属層を除去した後、前記水晶ウエハに第4の金属層を形成し、前記第4の金属層を選択的に除去し、前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面に前記貫通孔の電極と極性が異なる電極を形成する工程とを有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
In a method for manufacturing a piezoelectric vibrator that etches a quartz wafer and forms a piezoelectric vibrator composed of a vibrating arm and a base,
After preparing the crystal wafer and forming a first metal layer on both sides of the crystal wafer, the first metal layer is selectively removed, and the crystal wafer is formed using the first metal layer as an etching mask. Etching from both sides, forming a through-hole of the vibrating arm part,
After removing the first metal layer, a second metal layer is formed on the quartz wafer, the second metal layer is selectively removed, and faces the side surface in the extending direction of the vibrating arm portion. Forming an embedding member for embedding the through hole after forming an electrode on the inner wall of the through hole;
Forming a third metal layer on the quartz wafer, selectively removing the third metal layer, etching from both sides of the quartz wafer using the third metal layer as an etching mask, and Forming the outer shape;
After removing the third metal layer, a fourth metal layer is formed on the quartz wafer, the fourth metal layer is selectively removed, and the vibrating arm portion facing the inner wall of the through hole is formed. Forming a electrode having a polarity different from that of the electrode of the through hole on a side surface.
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