JP2015128266A - Manufacturing method of vibrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a vibrator.
従来から、水晶を用いた振動素子が知られている。このような振動素子は、周波数温度特性が優れていることから、種々の電子機器の基準周波数源や発信源などとして広く用いられている。そして、このような振動素子の周波数を調整する方法として、例えば、特許文献1のような方法が知られている。
特許文献1に記載の周波数調整方法は、振動素子をパッケージ内に収容した状態で行う方法である。より具体的には、振動素子が備える振動腕の先端部の両面には錘部(金属膜)が設けられている。また、パッケージの蓋は、レーザー光を透過することができるようになっている。そして、蓋を介してレーザー光を錘部に照射し、振動腕の両面に設けられている錘部の少なくとも一部を除去して振動腕の質量を減少させることで、振動素子の周波数の調整を行う方法である。しかしながら、このような周波数調整方法では、次のような問題がある。
Conventionally, a vibration element using quartz is known. Such a vibration element is widely used as a reference frequency source, a transmission source, and the like of various electronic devices because of excellent frequency temperature characteristics. As a method for adjusting the frequency of such a vibration element, for example, a method as disclosed in
The frequency adjustment method described in
特許文献1に記載の周波数調整方法では、パッケージを封止してから錘部を除去するため、レーザー照射によって蒸発した錘材料が飛散して蓋の内面に付着する。さらに、蓋の内面に付着した錘材料が、蓋を介して照射されるレーザーの熱によって再度蒸発し、蒸発した錘材料が飛散して再び蓋側錘部に付着する。このように、特許文献1に記載の周波数調整方法では、せっかく除去した錘の一部が再付着してしまうため、周波数調整の効率が悪く、また、周波数調整の精度も悪い。
In the frequency adjusting method described in
本発明の目的は、効率よくかつ精度よく周波数調整を行うことのできる振動子の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a vibrator that can perform frequency adjustment efficiently and accurately.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
[適用例1]
本適用例の振動子の製造方法は、錘部を有する振動素子をベースに搭載する搭載工程と、
エネルギー線を照射して前記錘部の少なくとも一部を除去することで前記振動素子の共振周波数を調整し、且つ、前記除去により生じた屑を吸引する調整工程と、
前記ベースに蓋体を接合し、前記ベースと前記蓋体とで前記振動素子を収容する収容空間を形成する蓋体接合工程と、
を含むことを特徴とする。
これにより、除去した錘材料の振動素子への再付着が低減されるため、効率よくかつ精度よく周波数調整を行うことができる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following application examples.
[Application Example 1]
The manufacturing method of the vibrator of this application example includes a mounting step of mounting a vibration element having a weight portion on a base,
An adjustment step of adjusting the resonance frequency of the vibration element by removing at least a part of the weight portion by irradiating energy rays, and sucking debris generated by the removal,
A lid joining step of joining a lid to the base and forming an accommodation space for accommodating the vibration element by the base and the lid;
It is characterized by including.
Thereby, since reattachment of the removed weight material to the vibration element is reduced, the frequency can be adjusted efficiently and accurately.
[適用例2]
本適用例の振動子の製造方法は、錘部を有する振動素子をベースに搭載する搭載工程と、
前記ベースに蓋体を接合し、前記ベースと前記蓋体とで前記振動素子を収容する収容空間を形成する蓋体接合工程と、
前記蓋体を介して前記錘部にエネルギー線を照射し、前記錘部の少なくとも一部を除去することで前記振動素子の共振周波数を調整し、且つ、前記除去により生じた屑を吸引する調整工程と、
を含むことを特徴とする。
これにより、除去した錘材料の振動素子への再付着が低減されるため、効率よくかつ精度よく周波数調整を行うことができる。
[Application Example 2]
The manufacturing method of the vibrator of this application example includes a mounting step of mounting a vibration element having a weight portion on a base,
A lid joining step of joining a lid to the base and forming an accommodation space for accommodating the vibration element by the base and the lid;
Adjustment that irradiates the weight part through the lid body with energy rays, adjusts the resonance frequency of the vibration element by removing at least a part of the weight part, and sucks debris generated by the removal Process,
It is characterized by including.
Thereby, since reattachment of the removed weight material to the vibration element is reduced, the frequency can be adjusted efficiently and accurately.
[適用例3]
本適用例の振動子の製造方法では、前記蓋体は、透過性を有する領域を含むことが好ましい。
これにより、蓋体を介したエネルギー線の照射を効率的に行うことができる。
[適用例4]
本適用例の振動子の製造方法では、前記調整工程は、
減圧状態で行うことが好ましい。
これにより、除去した錘材料の振動素子への再付着をより効果的に低減することができる。
[Application Example 3]
In the method for manufacturing a vibrator according to this application example, it is preferable that the lid includes a transparent region.
Thereby, irradiation of energy rays through the lid can be performed efficiently.
[Application Example 4]
In the method for manufacturing a vibrator according to this application example, the adjustment step includes:
It is preferable to carry out under reduced pressure.
Thereby, the reattachment of the removed weight material to the vibration element can be more effectively reduced.
[適用例5]
本適用例の振動子の製造方法では、前記ベース基板には、厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられ、
前記調整工程は、前記貫通孔を介して前記屑を吸引することが好ましい。
この貫通孔は、ベースと蓋体とで形成されるパッケージの内部空間(振動素子を収容する収容空間)を真空封止するための貫通孔である。この貫通孔を利用することで、簡単に、除去した錘部材を吸引することができる。
[Application Example 5]
In the method for manufacturing a vibrator according to this application example, the base substrate is provided with a through-hole penetrating in the thickness direction,
It is preferable that the said adjustment process attracts | sucks the said waste through the said through-hole.
This through-hole is a through-hole for vacuum-sealing an internal space of the package formed by the base and the lid (accommodating space for accommodating the vibration element). By using this through hole, the removed weight member can be sucked easily.
[適用例6]
本適用例の振動子の製造方法では、前記振動素子は、
基部と、
平面視で前記基部から延出され、錘部が設けられている振動腕と、
を含み、
前記振動素子の前記延出方向に沿った長さをL1、
平面視で、前記貫通孔と前記錘部の前記除去される箇所との間の前記延出方向に沿った長さをL2としたとき、
0≦L2/L1≦0.5
なる関係を満足することが好ましい。
これにより、より効果的に、除去した錘材料を吸引することができる。
[Application Example 6]
In the method for manufacturing a vibrator according to this application example, the vibration element is
The base,
A vibrating arm extending from the base in plan view and provided with a weight;
Including
The length of the vibration element along the extending direction is L1,
When the length along the extending direction between the through hole and the removed portion of the weight portion is L2 in a plan view,
0 ≦ L2 / L1 ≦ 0.5
It is preferable to satisfy the following relationship.
Thereby, the removed weight material can be sucked more effectively.
[適用例7]
本適用例の振動子の製造方法では、前記調整工程の後に、
前記貫通孔を封止する封止工程を含むことが好ましい。
これにより、ベースと蓋体とで形成されるパッケージの内部空間(振動素子を収容する収容空間)を所望の環境(例えば、真空状態)に維持することができる。
[Application Example 7]
In the method for manufacturing a vibrator according to this application example, after the adjustment step,
It is preferable to include a sealing step for sealing the through hole.
Thereby, the internal space (accommodating space for accommodating the vibration element) of the package formed by the base and the lid can be maintained in a desired environment (for example, in a vacuum state).
以下、本発明の振動子の製造方法を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
1.振動子の製造方法
<第1実施形態>
図1は、本発明の振動子の製造方法によって製造される振動子の平面図である。図2は、図1中のA−A線断面図である。図3は、図1中のB−B線断面図である。図4は、ウエットエッチングにより形成された振動腕を示す断面図である。図5は、錘部を示す断面図である。図6は、図5に示す錘部の具体的な構成を例示する断面図である。図7ないし図11は、それぞれ、図1に示す振動子の製造方法を説明する断面図である。図12および図13は、それぞれ、貫通孔の位置を説明するための平面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図2中の上側を「上」とし、下側を「下」とする。また、図1中の上側を「先端」とし、下側を「基端」とする。
図1に示す振動子1は、振動素子2と、振動素子2を収納するパッケージ9とを有している。
Hereinafter, a method for manufacturing a vibrator according to the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the drawings.
1. Method for Manufacturing Vibrator <First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view of a vibrator manufactured by the vibrator manufacturing method of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a vibrating arm formed by wet etching. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the weight portion. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a specific configuration of the weight portion illustrated in FIG. 5. 7 to 11 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the vibrator shown in FIG. 12 and 13 are plan views for explaining the positions of the through holes, respectively. In the following, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 2 is “upper” and the lower side is “lower”. Further, the upper side in FIG. 1 is referred to as “tip”, and the lower side is referred to as “base end”.
The
−パッケージ−
図1および図2に示すように、パッケージ9は、上面に開放する凹部911を有する箱状のベース91と、凹部911の開口を塞いでベース91に接合されている板状のリッド92とを有している。パッケージ9は、凹部911がリッド92で塞がれることで形成された収容空間Sを有し、この収容空間Sに振動素子2を気密的に収容している。収容空間S内の雰囲気としては、特に限定されないが、減圧状態(真空状態)となっていることが好ましい。これにより、振動素子2の駆動に対する空気抵抗が低減されるため、優れた振動特性を発揮することができる。なお、収容空間S内の真空度としては、特に限定されないが、100Pa以下程度であることが好ましく、10Pa以下程度であることがより好ましい。また、収容空間S内には、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。ベース91とリッド92は、例えば、低融点ガラス、各種接着剤、メタライズ層等を介して接合することができる。
−Package−
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、ベース91には、凹部911の底面と下面とを貫通する貫通孔(封止孔)912が形成されており、この貫通孔912は、封止材6によって気密的に封止されている。この貫通孔912は、収容空間S内を減圧状態とするのに用いるための孔である。このようなベース91の構成材料としては、特に限定されないが、酸化アルミニウム等の各種セラミックスや、硼珪酸ガラス、石英ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラス材料や、水晶等の単結晶を用いることができる。
The
また、リッド92は、レーザー光LL(エネルギー線)が透過可能な透過性を有している。このようなリッド92の構成材料としては、レーザー光LLを透過することができれば、特に限定されないが、例えば、硼珪酸ガラス、石英ガラス、無アルカリガラス等の各種ガラス材料や、水晶等の透明な単結晶を用いることができる。これにより、実質的に無色透明で高いレーザー透過率を有するリッド92を得ることができる。
また、本実施形態では、リッド92がレーザー光LL(エネルギー線)が透過可能となっており、リッド92側からレーザー光LLを照射しているが、ベース91に硼珪酸ガラス、石英ガラス、無アルアリガラス等の各種ガラス材料や、水晶等の透明な単結晶を用いた場合には、ベース91がレーザー光LLが透過可能となるから、ベース91側からレーザー光LLを照射してもよい。
Further, the
In the present embodiment, the
また、ベース91の凹部911の底面には、接続端子951、961が形成されている。また、接続端子951上には導電性接着材11が設けられ、接続端子961上には導電性接着材12が設けられている。これら導電性接着材11、12によって振動素子2がベース91に固定されているとともに、接続端子951が後述する第1駆動用電極84と電気的に接続され、接続端子961が後述する第2駆動用電極85と電気的に接続されている。
In addition,
なお、導電性接着材11、12としては、それぞれ、導電性および接着性を有していれば特に限定されず、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコン系、ポリイミド系、ビスマレイミド系、ポリエステル系、ポリウレタン系の樹脂に銀粒子等の導電性フィラーを混合した導電性接着材を用いることができる。このように、比較的柔らかい接着材を用いることで、例えば、ベース91と振動素子2の熱膨張係数の違いから発生する熱応力を導電性接着材11、12で吸収・緩和することができ、振動素子2の振動特性の低下や変化を低減することができる。なお、振動素子2をベース91に固定することができれば、各導電性接着材11、12に替えて、金バンプや、半田等を用いてもよい。
The
また、接続端子951は、ベース91の底部を貫通する貫通電極952を介してベース91の下面に設けられた外部端子953に電気的に接続され、同様に、接続端子961は、ベース91の底部を貫通する貫通電極962を介してベース91の下面に設けられた外部端子963に電気的に接続されている。接続端子951、961、貫通電極952、963および外部端子953、963の構成としては、それぞれ、導電性を有していれば、特に限定されず、例えば、Cr(クロム)、Ni(ニッケル)、W(タングステン)、モリブテン(Mo)などの下地層に、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)などのめっき層を形成した構成することができる。
The
−振動素子−
図1ないし図3に示すように、振動素子2は、水晶振動片(振動片)3と、水晶振動片3上に設けられた第1、第2駆動用電極84、85と、水晶振動片3上に設けられた錘部5と、を有している。なお、図1および図2では、説明の便宜上、第1、第2駆動用電極84、85および錘部5の図示を省略している。
-Vibration element-
As shown in FIGS. 1 to 3, the
水晶振動片3は、Zカット水晶板で構成されている。Zカット水晶板とは、Z軸をほぼ厚さ方向とする水晶基板である。なお、水晶振動片3は、その厚さ方向とZ軸とが一致していてもよいが、常温近傍における周波数温度変化を小さくする観点から、厚さ方向に対してZ軸が若干傾していてもよい。傾ける角度をθ度(−5°≦θ≦15°)とした場合、前記水晶の電気軸としてのX軸、機械軸としてのY軸、光学軸としてのZ軸からなる直交座標系の前記X軸を回転軸として、前記Z軸を前記Y軸の−Y方向へ+Z側が回転するようにθ度傾けた軸をZ’軸、前記Y軸を前記Z軸の+Z方向へ+Y側が回転するようにθ度傾けた軸をY’軸としたとき、Z’軸に沿った方向を厚さとし、X軸とY’軸を含む面を主面とする水晶振動片3となる。なお、各図では、上述のθ=0°の場合として、これらX軸、Y軸およびZ軸を図示している。
The
水晶振動片3は、Y軸方向を長さ方向に持ち、X軸方向を幅方向に持ち、Z軸方向を厚さ方向に持っている。また、水晶振動片3は、そのほぼ全域(後述する溝323、324、333、334が形成されている領域を除く)にわたって、ほぼ同じ厚さを有している。水晶振動片3の厚さTとしては、特に限定されないが、60μm以上、300μm以下程度であるのが好ましい。これにより、後述するように、振動腕32、33の側面に配置される第1、第2駆動用電極84、85の面積を十分に広くすることができるので、CI値を十分に低減することができる。また、振動腕32、33の側面の間の熱の伝達経路を十分に長く確保することができるので、断熱的領域において熱弾性損失を十分に低減することができる。なお、上記下限値未満であると、振動子1にその厚さ方向(Z軸方向)の加速度(衝撃)が加わったときに水晶振動片3が大きく撓むため、撓んだ振動腕32、33がベース91やリッド92に接触し易い上に、接触するときの速度が速いために衝撃が大きく、振動腕32、33が破損するおそれがあり、上記上限値を超えると、ウエットエッチングによって微細形状が作成し難くなり、振動素子2の過度な大型化に繋がってしまう。
The
このような水晶振動片3は、基部31と、基部31の+Y軸側の端(一端)から+Y軸方向に延びている一対の振動腕32、33と、基部31の−Y軸側に配置されている接続部34と、基部31と接続部34との間に位置し、基部31と接続部34とを連結している連結部35と、を有している。これら基部31、振動腕32、33、接続部34および連結部35は、水晶基板から一体に形成されている。
Such a
基部31は、XY平面に広がりを有し、Z軸方向に厚さを有する板状をなしている。このような基部31の−Y軸側(他端側)の端からは、連結部35が−Y軸方向に延出している。連結部35の−Y軸側の端には、接続部34が接続されており、接続部34は、連結部35からX軸方向両側に延びている。
そして、このような振動素子2は、接続部34が導電性接着材11、12によりベース91に取り付けられている。このように、2つの導電性接着材11、12を用いることで、振動素子2を安定した状態でベース91に取り付けることができる。
The
In such a
ここで、連結部35は、基部31よりも幅が小さい。言い換えれば、連結部35は、基部31に対して縮幅している。また、連結部35は、基部31の振動腕32、33側(+Y軸側)の端部から十分離れた位置において、両側縁に、基部31の幅方向の寸法を部分的に縮幅して形成した切り込み部31a、31bを形成することによって形成されているとも言える。このような連結部35を設けることで、振動腕32、33が屈曲振動する際に振動漏れが接続部34に伝搬することを抑制し、振動素子2のCI値を低く抑えることができる。すなわち、連結部35を設けることによって、優れた振動特性を有する振動素子2となる。
Here, the connecting
特に、本実施形態では、基部31の−Y軸側の端部には、縮幅部311が設けられている。この縮幅部311は、その幅(X軸方向の長さ)が、振動腕32、33の間の中心線Ly(Y軸)に沿って、−Y軸側に向けて(基部31の+Y軸側の端から離れるに従って)連続的に減少している。また、縮幅部311は、中心線Lyに対して対称的に設けられている。このような縮幅部311を設けることで、振動腕32、33の屈曲振動に伴う基部31のY軸方向の変位(振動)を抑制することができる。その結果、振動漏れの小さい振動素子2を得ることができる。さらに、縮幅部311を設けることで、縮幅部311を設けない場合と比較して、振動腕32、33に挟まれた基部31の+Y軸側の端と、切り込み部31a(或いは切り込み部31b)と連結部35とに近接した、縮幅部311の−Y軸側の端の離間距離を長くすることができる。そのため、振動素子2が屈曲振動を行う際にこれらの間で発生する熱移動の経路が長くなり、それに伴って、熱弾性損失を低減することができる。例えば、2本の振動腕32、33が互いに離間するように平面内(XY平面内)で屈曲変形した場合、それに伴って振動腕32、33に挟まれた基部31の+Y軸側の端は伸張されるために温度が低下し、切り込み部31a(或いは切り込み部31b)と連結部35とに近接した、縮幅部311の−Y軸側の端は圧縮されるために温度が上昇するが、これら温度上昇した領域から温度低下した領域に向かって熱が移動する。また、振動腕32、33が互いに接近するように平面内で屈曲変形した場合には、上述の温度上昇する領域と温度低下する領域とは入れ替わり、熱は逆方向に移動する。屈曲振動によって所定の周期で交互に熱が移動することによって熱弾性損失が発生し、後述する断熱的領域においては、その熱の移動経路が長い程、損失が小さいことから、上述の効果が得られる。
In particular, in the present embodiment, a reduced
なお、本実施形態では、縮幅部311の輪郭がアーチ状をしているが、上述のような作用を呈するものであればこれに限るものではない。例えば、縮幅部311の輪郭が複数の直線によって、段差状に形成されている、すなわち、その幅(X軸方向の長さ)が中心線Lyに沿って、−Y軸側に向けて段階的に減少していてもよいし、縮幅部311の輪郭が、複数の直線によってアーチ状を模して形成されていてもよい。
In the present embodiment, the outline of the reduced
振動腕32、33は、X軸方向に並び、かつ、互いに平行となるように基部31の+Y軸側の端から+Y軸方向に延出している。これら振動腕32、33は、それぞれ、長手形状をなし、その基端(−Y軸側の端)が固定端となり、先端(+Y軸側の端)が自由端となる。
また、振動腕32、33は、それぞれ、基部31から延びている腕部321、331と、腕部321、331の先端側に位置し、腕部321、331よりも幅が広い錘部としてのハンマーヘッド(広幅部)322、332と、を有している。このように、振動腕32、33の先端部にハンマーヘッド322、332を設けることで、振動腕32、33を短くすることができ、振動素子2の小型化を図ることができる。また、振動腕32、33を短くすることができる分、同じ周波数で振動腕32、33を振動させたときの振動腕32、33の振動速度を従来よりも低くすることができるため、振動腕32、33が振動する際の空気抵抗を低減することができ、その分、Q値が高まり、振動特性を向上させることができる。また、所定の長さ(Y軸方向長さ)、所定の振動周波数を固定して考えた場合には、ハンマーヘッド322、332を設けることによって低下する振動周波数を元に戻すように、腕部321、331の幅(X軸方向長さ)を広くすることができるから、屈曲振動によって発生する熱の移動経路を長くすることができるので、後述する断熱的領域においては熱弾性損失を低減することができ、その分、Q値が高まり、振動特性を向上させることができる。
The vibrating
In addition, the vibrating
ここで、ハンマーヘッド322、333の離間距離W7としては、特に限定されないが、例えば、水晶振動片3の厚さT(μm)に対して、0.033T(μm)≦W7≦0.33T(μm)の関係を満足することが好ましい。これにより、フォトリソグラフィ技術およびウエットエッチング技術を用いて、水晶振動片3を形成する際に、ハンマーヘッド322、332同士の離間距離W7と、振動腕32、33(ハンマーヘッド322、332)の厚さTとの関係が最適化され、その結果、超小型が実現された水晶振動片3が形成されることとなる。
Here, the separation distance W7 between the hammer heads 322 and 333 is not particularly limited. For example, 0.033T (μm) ≦ W7 ≦ 0.33T (with respect to the thickness T (μm) of the crystal vibrating piece 3) It is preferable that the relationship (μm) is satisfied. Thus, when the
以下、振動腕32、33について詳述するが、振動腕32、33は、互いに同様の構成であるため、以下では、振動腕32について代表して説明し、振動腕33については、その説明を省略する。
図3に示すように、腕部321は、XY平面で構成され、互いに表裏の関係にある一対の主面32a、32bと、YZ平面で構成され、一対の主面32a、32bを接続する1対の側面32c、32dと、を有している。また、腕部321には、主面32aに開口する有底の溝323と、主面32bに開口する有底の溝324とを有している。このように、振動腕32に溝323、324を形成することによって、熱弾性損失の低減を図ることができ、優れた振動特性を発揮することができる。溝323、324の長さは、特に限定されず、先端がハンマーヘッド322まで延びていてもよいし、基端が基部31まで延びていてもよい。このような構成とすることで、腕部321とハンマーヘッド322の境界部および腕部321と基部31の境界部への応力集中が緩和され、衝撃が加わった際に発生する折れや欠けの虞が減少する。なお、溝は、主面32a、32bのいずれか一方にだけ設けられていてもよいし、省略してもよい。
Hereinafter, the vibrating
As shown in FIG. 3, the
溝323、324の深さtは、0.292≦t/T≦0.483なる関係を満足するのが好ましい。このような関係を満足することで、熱移動経路が長くなるから、より効果的に、熱弾性損失の低減を図ることができる。また、深さtは、0.455≦t/T≦0.483なる関係を満足するのがさらに好ましい。このような関係を満足することで、さらに熱移動経路が長くなることで熱弾性損失の低減を図ることができるので、Q値の向上とそれに伴うCI値の低減、さらには、屈曲変形する領域に電界をかけるための電極面積をより広くすることができることによるCI値の低減が実現される。
The depth t of the
なお、水晶基板をウエットエッチングによるパターニングで水晶振動片3を製造する場合は、腕部321の断面形状は、図4に示すように、水晶の結晶面が露出したような形状となる。具体的には、−X軸方向のエッチングレートが+X軸方向のエッチングレートよりも低いため、−X軸方向の側面が比較的なだらかな傾斜となり、+X軸方向の側面が垂直に近い傾斜となる。この場合の溝323、324の深さtは、図4に示すように、最も深い位置における深さを言う。ここで、図4に示すように、溝323、324は、XY平面で構成される底面323a、324aを有していることが好ましい。これにより、熱移動経路をより長くすることができ、断熱的領域において、効果的に熱弾性損失の低減を図ることができる。
When the quartz
溝323、324は、振動腕32の断面重心が振動腕32の断面形状の中心と一致するように、振動腕32に対してX軸方向の位置を調整して形成されているのが好ましい。こうすることで、振動腕32の不要な振動(具体的には、面外方向成分を有する振動)を低減するので、振動漏れを低減することができる。また、この場合、余計な振動をも駆動してしまうことを低減することになるので、相対的に駆動領域が増大して等価直列抵抗(CI値)を小さくすることができる。
The
このような腕部321の幅(X軸方向の長さ)W4としては、特に限定されないが、13μm以上300μm以下程度であるのが好ましく、30μm以上、150μm以下程度であるのがより好ましい。幅W4が上記下限値未満であると、製造技術によっては腕部321に溝323、324を形成することが困難となること、また、振動周波数が32.768kHz±1kHzの範囲においては、振動腕32を断熱的領域とすることができなくなる場合があり、溝323や溝324の形成によって寧ろ熱弾性損失が増大してしまう虞がある。一方、幅W4が上記上限値を超えると、水晶振動片3の厚さTによっては、腕部321の剛性が高くなり過ぎてしまい、低消費電力化による励振パワーの減少に伴って、腕部321の屈曲振動をスムーズに行うことができない場合がある。また、振動腕32が重くなることによって、導電性接着剤11、12による固定強度が不足して、衝撃が加わった際に振動素子2がベース91から脱落してしまう虞がある。なお、ここで言う幅W4は、腕部321の中央部に位置し、ほぼ一定の幅で延在している部分での幅を言い、両端部に位置しているテーパー部の幅ではない。
The width (length in the X-axis direction) W4 of the
また、振動腕32の全長(Y軸方向の長さ)をL1とし、ハンマーヘッド322の全長(Y軸方向の長さ)をHとしたとき、0.183≦H/L1≦0.597なる関係を満足することが好ましく、0.238≦H/L1≦0.531なる関係を満足することがより好ましい。これにより、小型化と振動特性の向上を両立させた振動素子2が得られる。さらには、ハンマーヘッド322の面積を十分に確保することができるため、ハンマーヘッド322上に十分な質量の錘部5を配置することができる。
Further, when the total length (length in the Y-axis direction) of the vibrating
また、ハンマーヘッド322の幅(X軸方向の長さ)W5としては、特に限定されないが、腕部321の幅W4の1.5倍以上、10倍以下程度であることが好ましい。すなわち、1.5W4≦W5≦10W4なる関係を満足することが好ましい。これにより、ハンマーヘッド322の幅を十分に広く確保することができる。そのため、ハンマーヘッド322の長さHが比較的短くても、ハンマーヘッド322による質量効果を十分に発揮することができる。したがって、振動腕32の全長Lが抑えされ、振動素子2の小型化を図ることができる。さらには、ハンマーヘッド322の面積を十分に確保することができるため、ハンマーヘッド322上に十分な質量の錘部5を配置することができる。また、屈曲振動は純粋な面内振動ではないため、W5が広すぎることによって、振動腕32が屈曲振動する際にハンマーヘッド322が大きく捩れて振動漏れが増大する虞があるが、これを抑圧することができる。
Further, the width (length in the X-axis direction) W5 of the
≪第1、第2駆動用電極≫
図3に示すように、このような水晶振動片3が有する振動腕32には、一対の第1駆動用電極84と一対の第2駆動用電極85とが形成されている。第1駆動用電極84の一方は、溝323の内面に形成されており、他方は、溝324の内面に形成されている。また、第2駆動用電極85の一方は、側面32cに形成されており、他方は、側面32dに形成されている。同様に、振動腕33にも、一対の第1駆動用電極84と一対の第2駆動用電極85とが形成されている。第1駆動用電極84の一方は、側面33cに形成されており、他方は、側面33dに形成されている。また、第2駆動用電極85の一方は、溝333の内面に形成されており、他方は、溝334の内面に形成されている。
<< First and second driving electrodes >>
As shown in FIG. 3, a pair of
各第1駆動用電極84は、図示しない配線により接続部34の下面に設けられている接続電極86まで引き出され、接続電極86にて、導電性接着材11を介して接続端子951と電気的に接続されている。同様に、各第2駆動用電極85は、図示しない配線により接続部34の下面に設けられている接続電極87まで引き出され、接続電極87にて、導電性接着材12を介して接続端子961と電気的に接続されている。そして、これら第1、第2駆動用電極84、85間に交番電圧を印加すると、振動腕32、33が互いに接近、離間を繰り返すようにX軸方向を主たる変位とする屈曲振動モードであるX逆相モードで振動する。
第1、第2駆動用電極84、85の構成材料としては、導電性を有していれば、特に限定されず、例えば、Cr(クロム)、Ni(ニッケル)、W(タングステン)、モリブテン(Mo)などの下地層に、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)などの被覆層を形成した構成することができる。
Each
The constituent material of the first and
また、第1、第2駆動用電極84、85の具体的な構成としては、例えば、700Å以下のCr層上に700Å以下のAu層を形成した構成とすることができる。特に、CrやAuは、熱弾性損失が大きいので、Cr層、Au層は、好ましくは200Å以下とされる。また、絶縁破壊耐性を高くする場合には、Cr層、Au層は、好ましくは1000Å以上とされる。さらに、Niは、水晶の熱膨張係数に近いので、Cr層に替えてNi層を下地にすることで、電極に起因する熱応力を減少させ、長期信頼性(エージング特性)の良い振動素子を得ることができる。
As a specific configuration of the first and
−錘部−
振動腕32、33のハンマーヘッド322、332には、それぞれ、錘部5が設けられている。錘部5は、振動素子2の共振周波数の調整を行うのに用いられる。このような錘部5の構成は、振動腕32、33で同様であるため、以下では、振動腕32に設けられている錘部5について代表して説明し、振動腕33に設けられている錘部5については、その説明を省略する。
-Weight part-
図5に示すように、錘部5は、ハンマーヘッド322の両主面32a、32bにそれぞれ設けられている。錘部5の構成としては、特に限定されないが、本実施形態では、ハンマーヘッド322の両主面32a、32b側から第1錘層5A、第2錘層5B、第3錘層5Cが積層した積層体で構成されている。これら第1、第2、第3錘層5A、5B、5Cの形成方法としては、それぞれ、特に限定されず、例えば、スパッタ法、蒸着法等を用いることができる。本実施形態では、第1錘層5Aおよび第2錘層5Bをスパッタ法で形成し、第3錘層5Cを蒸着法で形成している。
As shown in FIG. 5, the
蒸着法で膜を形成する際は高真空状態で成膜するため、蒸着法で形成した膜の方が、スパッタ法で形成した膜よりも、レーザー光LLの照射によって除去する際に発生するアウトガス(デガス)の量が少ない。そのため、後述するように、パッケージ9に収容した状態で振動素子2の共振周波数を調整する場合には、アウトガスによるパッケージの収容空間Sの真空度の低下を低減することができる。なお、第3錘層5Cと同様に、第1、第2錘層5A、5Bも蒸着法で形成すれば上記効果がより向上するが、水晶振動片3の表面に蒸着法で第1錘層5Aを形成する場合、スパッタ法に比べてプロセス処理に時間がかかる上に、一般的に膜厚精度が低い。そのため、形成の容易性を鑑みて、本実施形態では第1錘層5Aをスパッタ法で形成している。
Since the film is formed in a high vacuum state when the film is formed by the vapor deposition method, the film formed by the vapor deposition method is more outgas generated when being removed by irradiation with the laser beam LL than the film formed by the sputtering method. The amount of (degas) is small. Therefore, as will be described later, when the resonance frequency of the
ここで、第1、第2、第3錘層5A、5B、5Cの具体的な構成としては、図6に示すように、例えば、Cr(クロム)で構成され、スパッタ法で形成された第1錘層5Aと、これを下地層として、Au(金)で構成され、スパッタ法で形成された第2錘層5Bと、Au(金)で構成され、蒸着法で形成された第3錘層5Cと、が積層した構成とすることができる。また、この場合、特に限定されないが、第1錘層5Aの厚さとしては、例えば、200Å〜700Å程度であることが好ましく、第2錘層5Bの厚さとしては、例えば、400Å〜1200Å程度であることが好ましく、第3錘層5Cの厚さとしては、例えば、1μm〜3μm程度であることが好ましい。このような構成とすると、第1錘層5Aを、第1、第2駆動用電極84、85の下地層と同じ層で形成することができ、第2錘層5Bを第1、第2駆動用電極84、85の被覆層と同じ層で形成することができる。ただし、錘部5の構成としては、上記の構成に限定されず、例えば、第1、第2、第3錘層5A、5B、5Cのうちの第2錘層5Bを省略してもよいし、第3錘層5Cを省略してもよい。
Here, as a specific configuration of the first, second, and third weight layers 5A, 5B, and 5C, as shown in FIG. 6, for example, the
≪振動子の製造方法≫
次に、図7〜図12に基づいて、上述した振動子1の製造方法について説明する。なお、以下では、説明の便宜上、振動腕32に設けられた錘部5を除去する場合を代表して説明するが、振動腕33に設けられた錘部5も同様にして除去するものである。
この振動子1の製造方法は、ベース91に搭載する前に振動素子2の共振周波数を粗調する粗調工程と、振動素子2をベース91に搭載する搭載工程と、ベース91にリッド92を接合し、ベース91とリッド92とで収容空間Sを形成するリッド接合工程と、錘部5の少なくとも一部を除去することで振動素子2の共振周波数を調整する調整工程と、貫通孔912を封止する封止工程と、を有している。また、調整工程は、第1調整工程と、第2調整工程と、を有している。
≪Method of manufacturing vibrator≫
Next, a method for manufacturing the above-described
The method for manufacturing the
−粗調工程−
まず、振動素子2を駆動させた状態で、図7に示すように、錘部5の先端側にレーザー光LLを照射し、錘部5の一部を除去する。これにより、振動素子2の共振周波数を目的値に対して大まかに合わせ込む。すなわち粗調する。錘部5の先端側は、レーザー光LLの照射時間(錘部の除去量)に対する周波数変化の割合が大きいため、より効率的に共振周波数の粗調を行うことができる。なお、図7では、ハンマーヘッド322の主面32b側からレーザー光LLを照射しているが、反対に、ハンマーヘッド322の主面32a側からレーザー光LLを照射してもよい。また、本工程は、振動素子2がウエハ上に保持されている状態で行うことができる。すなわち、ウエハから振動素子2を折り取る前に行うことができる。また、本工程は、大気に曝された状態で行ってもよいし、減圧された状態で行ってもよい。特に前者の場合には、空気抵抗による共振周波数のずれが発生してしまうが、より簡単に共振周波数を調整することができる。
-Coarse adjustment process-
First, in a state where the
−搭載工程およびリッド接合工程−
次に、粗調済みの振動素子2を、導電性接着材11、12を介してベース91に固定し、次に、図8に示すように、リッド92をベース91に接合する。この状態では、貫通孔912を介してパッケージ9の収容空間Sと外部とが連通している。なお、前述したように、リッド92は、レーザー光LLを透過することができる構成となっている。これにより、次の調整工程にて、リッド92を介して錘部5へレーザー光LLを照射することができる。
-Mounting process and lid bonding process-
Next, the coarsely tuned
−第1調整工程(調整工程)−
次に、振動素子2を駆動させた状態で、図9に示すように、貫通孔912を介して収容空間Sを吸引しながら、リッド92を介して錘部5にレーザー光LLを照射し、錘部5の少なくとも一部を除去する。この時、レーザー光LLを照射する領域は、前述した粗調工程でレーザー光LLを照射した領域よりも基端側に位置していることが好ましい。これにより、粗調工程よりも、レーザー光LLの照射時間(錘部の除去量)に対する周波数変化の割合が小さくなる。このような第1調整工程によって、振動素子2の共振周波数を目的値に対してさらに合わせ込む。このように、リッド92を介して錘部5にレーザー光LLを照射することで、簡単に錘部5を除去することができる。
-1st adjustment process (adjustment process)-
Next, while the
錘部5から除去されて生じた屑としての錘材料Bは、貫通孔912を介して吸引される。すなわち、貫通孔912を介して外部へ排除される。そのため、飛散した錘材料Bが、振動素子2を回り込んでリッド92の内面に付着することが抑制される。その結果、前述した背景技術でも説明したように、リッド92の内面に付着した錘材料Bがレーザー光LLによって蒸発して再び振動腕32に付着してしまうことを効果的に抑制することができる。また、飛散した錘材料Bがそのまま振動腕32に再付着してしまうことも効果的に抑制することができる。したがって、本工程によれば、周波数調整を効率的にかつ精度よく行うことができる。
The weight material B as waste generated by being removed from the
−第2調整工程(調整工程)−
次に、振動素子2を駆動させた状態で、図10に示すように、貫通孔912を介して収容空間Sを吸引しながら、レーザー光LLをリッド92側から錘部5に向けて照射し、錘部5の少なくとも一部を除去する。この時、レーザー光LLを照射する領域は、前述した第1調整工程でレーザー光LLを照射した領域よりも基端側に位置していることが好ましい。これにより、第1調整工程よりも、レーザー光LLの照射時間(錘部の除去量)に対する周波数変化の割合が小さくなる。このような第2調整工程によって、振動素子2の共振周波数を目的値に対してさらに合わせ込み、好ましくは一致させる。また、第2調整工程でレーザー光LLが照射される錘部は、上述した粗調工程や第1調整工程で照射される錘部よりも薄いことが好ましい。これにより、粗調工程や第1調整工程よりも更に、レーザー光LLの照射時間(錘部の除去量)に対する周波数変化の割合が小さくなって、精度の高い周波数調整が可能となる。
-Second adjustment step (adjustment step)-
Next, with the
錘部5から除去された錘材料B’は、貫通孔912を介して吸引される。すなわち、貫通孔912を介して外部へ排除される。そのため、飛散した錘材料B’が、振動素子2を回り込んでリッド92の内面に付着することが抑制される。その結果、リッド92の内面に付着した錘材料B’がレーザー光LLによって飛散して再び振動腕32に付着してしまうことを効果的に抑制することができる。また、飛散した錘材料B’がそのまま振動腕32に再付着してしまうことも効果的に抑制することができる。したがって、本工程によれば、周波数調整を効率的にかつ精度よく行うことができる。
The weight material B ′ removed from the
−封止工程−
次に、図11に示すように、パッケージ9の収容空間Sを真空状態とした後、貫通孔912をAu−Ge合金等の金属材料によって封止する。
以上より、振動子1が得られる。このような製造方法によれば、一旦除去した錘材料B、B’の振動腕32への再付着を低減することができるので、効率的にかつ精度よく振動素子2の共振周波数を調整することができる。また、錘材料B、B’の振動腕32への再付着を低減することができることで、振動腕32からの錘材料B、B’の剥がれがなく、経年的に、共振周波数を維持することができる。また、錘部5を除去する際に発生するアウトガスを除去したあとに収容空間Sを封止するため、収容空間Sを高い真空度とすることができ、Q値をより高めることができる。
-Sealing process-
Next, as shown in FIG. 11, after the accommodation space S of the
Thus, the
ここで、前述した第1、第2調整工程(調整工程)は、収容空間Sを減圧状態で行うことが好ましい。これにより、信頼性の高い振動子1が得られる。すなわち、減圧されていない状態でレーザー光LLを照射して錘部5を除去すると、除去された錘材料B、B’が綿状の異物となって振動腕32に付着するおそれがある。これは、減圧されていない状態では、雰囲気の冷却効果によって、除去されて蒸発した錘材料B、B’がすぐに固体化することが原因である。このような異物が振動腕32に付着すると、第1、第2駆動用電極84、85の短絡等が生じ、信頼性が低下する場合がある。また、このような異物は、振動腕32から剥がれ易く、仮に、振動腕32から剥がれてしまうと、質量変化に伴う周波数変化が生じてしまう。また、剥がれた異物が振動素子2とぶつかり、振動素子2を損傷させる場合もある。これに対して、減圧された状態でレーザー光LLを照射して錘部5を除去すると、雰囲気の冷却効果が低減し、除去された錘材料B、B’の固体化を抑制することができる。そのため、異物が振動腕32に付着することがなく、貫通孔912を介して効果的に除去される。
Here, it is preferable that the first and second adjustment processes (adjustment processes) described above be performed in a reduced pressure in the housing space S. Thereby, the highly
また、図12に示すように、第2調整工程において、錘部5へのレーザー光LLの照射位置(除去される箇所)をP1とし、平面視(Z軸方向から見た平面視)で、貫通孔912の中心軸と位置P1とのY軸方向に沿った離間距離をL2としたとき、0≦L2/L1≦0.5なる関係を満足していることが好ましい。さらに、第1調整工程において、錘部5へのレーザー光LLの照射位置(除去される箇所)をP2とし、貫通孔912の中心軸と位置P2とのY軸方向に沿った離間距離をL3としたとき、0≦L3/L1≦0.5なる関係を満足していることが好ましい。これにより、錘部5から除去された錘材料B、B’を速やかに、収容空間Sの外部に排除することができるので、上述したような綿状の異物の付着を効果的に抑制することができる。
Also, as shown in FIG. 12, in the second adjustment step, the irradiation position (removed part) of the laser beam LL onto the
なお、本実施形態では、貫通孔912が位置P1よりも振動腕32の基端側(−Y軸側)に位置しているが、貫通孔912の位置としては、特に限定されず、例えば、図13に示すように、位置Pよりも振動腕32の先端側(+Y軸側)に位置していてもよい。これにより、上記効果に加えて、さらに、錘材料B、B’が溝323、324付近を通過させずに除去することができる。これにより、溝323、324付近への前記異物の付着を防止でき、前記異物を介した第1、第2駆動用電極84、85の短絡を効果的に抑制することができる。
また、本実施形態では、エネルギー線としてレーザー光LLを用いているが、エネルギー線としては、錘部5を除去することができれば特に限定されず、例えば、電子ビーム等を用いてもよい。
In the present embodiment, the through
In this embodiment, the laser beam LL is used as the energy beam. However, the energy beam is not particularly limited as long as the
<第2実施形態>
以下、第2実施形態の振動子の製造方法について、前述した実施形態の振動子の製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の振動子の製造方法は、リッド接合工程の順番が異なること以外は、前述した第1実施形態の振動子の製造方法と同様である。
Second Embodiment
Hereinafter, the vibrator manufacturing method according to the second embodiment will be described focusing on differences from the vibrator manufacturing method according to the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The vibrator manufacturing method of the present embodiment is the same as the vibrator manufacturing method of the first embodiment described above, except that the order of the lid bonding process is different.
本実施形態の振動子1の製造方法は、ベース91に搭載する前に振動素子2の共振周波数を粗調する粗調工程と、振動素子2をベース91に搭載する搭載工程と、錘部5の少なくとも一部を除去することで振動素子2の共振周波数を調整する調整工程と、ベース91にリッド92を接合し、ベース91とリッド92とで収容空間Sを形成するリッド接合工程と、貫通孔912を封止する封止工程と、を有している。また、調整工程は、第1調整工程と、第2調整工程と、を有している。
The manufacturing method of the
−粗調工程−
前述した第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
−搭載工程−
次に、粗調済みの振動素子2を、導電性接着材11、12を介してベース91に固定する。
-Coarse adjustment process-
Since it is the same as that of 1st Embodiment mentioned above, the description is abbreviate | omitted.
-Mounting process-
Next, the coarsely tuned
−第1調整工程(調整工程)−
前述した第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
本実施形態の場合、貫通孔912を介して錘材料Bを吸引するのではなくて、例えば、ベース91の上面側(貫通孔912と反対側)から錘材料Bを吸引してもよい。
−第2調整工程(調整工程)−
前述した第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
本実施形態の場合、貫通孔912を介して錘材料B’を吸引するのではなくて、例えば、ベース91の上面側(貫通孔912と反対側)から錘材料B’を吸引してもよい。
-1st adjustment process (adjustment process)-
Since it is the same as that of 1st Embodiment mentioned above, the description is abbreviate | omitted.
In the case of the present embodiment, instead of sucking the weight material B through the through
-Second adjustment step (adjustment step)-
Since it is the same as that of 1st Embodiment mentioned above, the description is abbreviate | omitted.
In the case of the present embodiment, instead of sucking the weight material B ′ through the through
−リッド接合工程−
次に、リッド92をベース91に接合する。この状態では、貫通孔912を介してパッケージ9の収容空間Sと外部とが連通している。
−封止工程−
前述した第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
以上より、振動子1が得られる。
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。
-Lid bonding process-
Next, the
-Sealing process-
Since it is the same as that of 1st Embodiment mentioned above, the description is abbreviate | omitted.
Thus, the
Also according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
<第3実施形態>
以下、第3実施形態の振動子の製造方法について、前述した実施形態の振動子の製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の振動子の製造方法は、封止工程の順番が異なること以外は、前述した第1実施形態の振動子の製造方法と同様である。
<Third Embodiment>
Hereinafter, the vibrator manufacturing method according to the third embodiment will be described focusing on differences from the vibrator manufacturing method according to the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The method for manufacturing the vibrator of the present embodiment is the same as the method for manufacturing the vibrator of the first embodiment described above except that the order of the sealing steps is different.
本実施形態の振動子1の製造方法は、ベース91に搭載する前に振動素子2の共振周波数を粗調する粗調工程と、振動素子2をベース91に搭載する搭載工程と、ベース91にリッド92を接合し、ベース91とリッド92とで収容空間Sを形成するリッド接合工程と、錘部5の少なくとも一部を除去することで振動素子2の共振周波数を調整する第1調整工程と、貫通孔912を封止する封止工程と、錘部5の少なくとも一部を除去することで振動素子2の共振周波数を調整する第2調整工程と、を有している。なお、各工程の内容は、前述した第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
このような製造方法によれば、振動素子2を真空状態しながら、第2調整工程(微調工程)を行うことができるので、より正確に共振周波数を調整することができる。また、パッケージ9内での錘部5の除去量が比較的少なく済むので、パッケージ9内でのアウトガスの発生を低減することができる。
The manufacturing method of the
According to such a manufacturing method, since the second adjustment step (fine adjustment step) can be performed while the
<第4実施形態>
以下、第4実施形態の振動子の製造方法について、前述した実施形態の振動子の製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本実施形態の振動子の製造方法は、封止工程の順番が異なること以外は、前述した第1実施形態の振動子の製造方法と同様である。
<Fourth embodiment>
Hereinafter, the vibrator manufacturing method according to the fourth embodiment will be described focusing on differences from the vibrator manufacturing method according to the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The method for manufacturing the vibrator of the present embodiment is the same as the method for manufacturing the vibrator of the first embodiment described above except that the order of the sealing steps is different.
本実施形態の振動子1の製造方法は、ベース91に搭載する前に振動素子2の共振周波数を粗調する粗調工程と、振動素子2をベース91に搭載する搭載工程と、錘部5の少なくとも一部を除去することで振動素子2の共振周波数を調整する第1調整工程と、ベース91にリッド92を接合し、ベース91とリッド92とで収容空間Sを形成するリッド接合工程と、貫通孔912を封止する封止工程と、錘部5の少なくとも一部を除去することで振動素子2の共振周波数を調整する第2調整工程と、を有している。なお、各工程の内容は、前述した第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
このような製造方法によれば、リッド92が接合され、貫通孔912が封止されているので、この後に行われる第2調整工程(微調工程)以降に振動素子2の共振周波数が変動する要因は基本的に存在しない。したがって、第2実施形態よりも正確に共振周波数を調整することができる。
The manufacturing method of the
According to such a manufacturing method, since the
2.発振器
次に、振動子1を備えた発振器について説明する。
図14は、発振器の好適な実施形態を示す断面図である。なお、図14では、説明の便宜上、振動素子2の第1、第2駆動用電極および錘部の図示を省略している。
図14に示す発振器100は、振動子1と、振動素子2を駆動するためのICチップ110とを有している。以下、発振器100について、前述した振動子との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
2. Oscillator Next, an oscillator including the
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of the oscillator. In FIG. 14, illustration of the first and second driving electrodes and the weight portion of the
An
図14に示すように、発振器100では、ベース91の凹部911にICチップ110が固定されている。ICチップ110は、凹部911の底面に形成された複数の内部端子120と電気的に接続されている。複数の内部端子120には、接続端子951、961と接続されているものと、外部端子953、963と接続されているものがある。ICチップ110は、振動素子2の駆動を制御するための発振回路(回路)を有している。ICチップ110によって振動素子2を駆動すると、所定の周波数の信号を取り出すことができる。
As shown in FIG. 14, in the
3.物理量センサー
次に、振動子1を備えた物理量センサーについて説明する。
図15は、物理量センサーの好適な実施形態を示す断面図である。なお、図15では、説明の便宜上、振動素子2の第1、第2駆動用電極および錘部の図示を省略している。
図15に示す物理量センサー200は、Y軸まわりの角速度を検出することのできる角速度センサー(ジャイロセンサー)であり、振動子1と、振動素子2を駆動するためのICチップ110とを有している。以下、物理量センサー200について、前述した振動子との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
3. Physical Quantity Sensor Next, a physical quantity sensor including the
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of a physical quantity sensor. In FIG. 15, the first and second driving electrodes and the weight portion of the
A
図15に示すように、物理量センサー200では、ベース91の凹部911にICチップ210が固定されている。ICチップ210は、凹部911の底面に形成された複数の内部端子220と電気的に接続されている。複数の内部端子220には、接続端子951、961と接続されているものと、外部端子953、963と接続されているものがある。ICチップ210は、振動素子2の駆動を制御するための発振回路(回路)と、角速度を検出するための検出回路とを有している。
As shown in FIG. 15, in the
このような物理量センサーでは、振動腕32、33をX逆相モードである駆動振動モードで励振振動させているときに、Y軸まわりの角速度が加わると、振動腕32、33にZ軸逆相モードである検出振動モードが発生する。この検出振動モードによって電極電圧(第1、第2駆動用電極84、85間の電圧)が変化し、この変化に基づいて角速度を検出することができる。
なお、物理量センサーとしては、角速度センサーに限定されず、加速度センサーや圧力センサーにも用いることができる。
In such a physical quantity sensor, when the vibrating
The physical quantity sensor is not limited to the angular velocity sensor, and can be used for an acceleration sensor or a pressure sensor.
4.電子機器
次に、振動子1を備えた電子機器について説明する。
図16は、電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部1108を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100にはフィルター、共振器、基準クロック等として機能する振動子1が内蔵されている。
4). Next, an electronic device including the
FIG. 16 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which an electronic device is applied. In this figure, a
図17は、電子機器を適用した携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部1208が配置されている。このような携帯電話機1200にはフィルター、共振器、基準クロック等として機能する振動子1が内蔵されている。
FIG. 17 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile phone (including PHS) to which an electronic device is applied. In this figure, a
図18は、電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
FIG. 18 is a perspective view illustrating a configuration of a digital still camera to which an electronic device is applied. In this figure, connection with an external device is also simply shown. Here, an ordinary camera sensitizes a silver halide photographic film with a light image of a subject, whereas a
ディジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部1310が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
A
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、デ−タ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなディジタルスチルカメラ1300には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する振動子1が内蔵されている。
When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit and presses the
なお、振動子を備える電子機器は、図16のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図17の携帯電話機、図18のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等に適用することができる。 In addition to the personal computer (mobile personal computer) in FIG. 16, the mobile phone in FIG. 17, and the digital still camera in FIG. 18, the electronic device including the vibrator is, for example, an ink jet type ejection device (for example, an ink jet printer). , Laptop personal computers, TVs, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, videophones, crime prevention TV monitors, electronic binoculars, POS terminals, medical devices (eg, electronic thermometers, blood pressure monitors, blood glucose meters, electrocardiogram measuring devices, ultrasonic diagnostic devices, electronic endoscopes), fish detectors, various measuring devices, instruments (eg, , Vehicle, aircraft, ship total S), it can be applied to a flight simulator or the like.
5.移動体
次に、振動子1を備えた移動体について説明する。
図19は、移動体を適用した自動車を示す斜視図である。自動車1500には、振動子1(振動素子2)が搭載されている。振動子1は、例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
5. Next, the moving body provided with the
FIG. 19 is a perspective view showing an automobile to which a moving body is applied. The
以上、本発明の振動子の製造方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
また、前述した実施形態では、各振動腕の各主面には1つの溝が設けられているが、溝の数としては、特に限定されず、2本以上であってもよい。例えば、各主面に、X軸方向に並ぶ2つの溝が設けられていてもよい。また、溝は、省略してもよい。
As mentioned above, although the manufacturing method of the vibrator | oscillator of this invention was demonstrated based on illustration embodiment, this invention is not limited to this, The structure of each part is the thing of arbitrary structures which have the same function Can be substituted. In addition, any other component may be added to the present invention. Moreover, you may combine each embodiment suitably.
In the embodiment described above, one groove is provided on each main surface of each vibrating arm, but the number of grooves is not particularly limited, and may be two or more. For example, two grooves arranged in the X-axis direction may be provided on each main surface. Further, the groove may be omitted.
また、前述した実施形態では、振動素子が基部と、2本の振動腕と、接続部と、連結部とを有する構成となっているが、振動素子の構成としては、これに限定されない。例えば、接続部および連結部を省略してもよい。また、さらに、2本の保持腕を追加してもよい。2本の保持腕は、接続部のX軸方向両端からX軸方向に延出し、途中で+Y軸方向に屈曲した後、+Y軸方向に延在する形状をなしている。このような構成の場合は、両保持腕の先端部にて、導電性接着材を介して振動素子がベースに取り付けられる。また、振動素子の構成は、音叉型に限定されず、厚み滑り振動で駆動するATカット水晶振動素子(フラット型、メサ型、逆メサ型等を含む)であってもよい。 In the above-described embodiment, the vibration element has a base, two vibration arms, a connection part, and a connection part. However, the structure of the vibration element is not limited to this. For example, the connecting part and the connecting part may be omitted. Further, two holding arms may be added. The two holding arms have a shape extending in the X-axis direction from both ends of the connecting portion in the X-axis direction, bent in the + Y-axis direction, and then extending in the + Y-axis direction. In the case of such a configuration, the vibration element is attached to the base via the conductive adhesive at the distal ends of both holding arms. Further, the configuration of the vibration element is not limited to the tuning fork type, but may be an AT-cut quartz crystal vibration element (including a flat type, a mesa type, an inverted mesa type, etc.) driven by thickness shear vibration.
また、前述した実施形態では、振動片の構成材料として水晶を用いているが、振動片の構成材料としては、これに限定されず、例えば、窒化アルミニウム(AlN)や、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、ランガサイト(La3Ga5SiO14)などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウムや五酸化タンタル(Ta2O5)などの圧電体材料を積層させて構成された積層圧電基板、あるいは圧電セラミックスなどを用いることができる。 In the above-described embodiment, crystal is used as the constituent material of the resonator element. However, the constituent material of the resonator element is not limited to this. For example, aluminum nitride (AlN) or lithium niobate (LiNbO 3). ), Lithium tantalate (LiTaO 3 ), lead zirconate titanate (PZT), lithium tetraborate (Li 2 B 4 O 7 ), langasite (La 3 Ga 5 SiO 14 ) and other oxide substrates, glass A laminated piezoelectric substrate configured by laminating a piezoelectric material such as aluminum nitride or tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) on the substrate, piezoelectric ceramics, or the like can be used.
また、圧電体材料以外の材料を用いて振動片を形成することができる。例えば、シリコン半導体材料などを用いて振動片を形成することもできる。また、振動片の振動(駆動)方式は圧電駆動に限らない。圧電基板を用いた圧電駆動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁力を利用したローレンツ駆動型などの振動片においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。また、明細書または図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書または図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。 In addition, the resonator element can be formed using a material other than the piezoelectric material. For example, the resonator element can be formed using a silicon semiconductor material or the like. Further, the vibration (drive) method of the resonator element is not limited to piezoelectric drive. In addition to the piezoelectric drive type using the piezoelectric substrate, the configuration and the effect of the present invention can be exhibited also in an electrostatic drive type using an electrostatic force or a Lorenz drive type using a magnetic force. it can. In addition, a term described together with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term anywhere in the specification or the drawings.
1……振動子
11、12……導電性接着材
2……振動素子
3……水晶振動片
31……基部
31a、31b……切り込み部
311……縮幅部
32……振動腕
32a、32b……主面
32c、32d……側面
321、331……腕部
322、332……ハンマーヘッド
323、324……溝
323a、324a……底面
33……振動腕
33c、33d……側面
333、334……溝
34……接続部
35……連結部
5……錘部
5A……第1錘層
5B……第2錘層
5C……第3錘層
84……第1駆動用電極
85……第2駆動用電極
86、87……接続電極
9……パッケージ
91……ベース
92……リッド
911……凹部
912……貫通孔
951、961……接続端子
952、962……貫通電極
953、963……外部端子
100……発振器
110……ICチップ
120……内部端子
200……物理量センサー
210……ICチップ
220……内部端子
1100……パーソナルコンピューター
1102……キーボード
1104……本体部
1106……表示ユニット
1108……表示部
1200……携帯電話機
1202……操作ボタン
1204……受話口
1206……送話口
1208……表示部
1300……ディジタルスチルカメラ
1302……ケース
1304……受光ユニット
1306……シャッターボタン
1308……メモリー
1310……表示部
1312……ビデオ信号出力端子
1314……入出力端子
1430……テレビモニター
1440……パーソナルコンピューター
1500……自動車
B、B’……錘材料
L1、L2……長さ
LL……レーザー光
Ly……中心線
S……収容空間
P1、P2……位置
T、t……厚さ
W4、W5……幅
L3、W7……離間距離
DESCRIPTION OF
Claims (7)
エネルギー線を照射して前記錘部の少なくとも一部を除去することで前記振動素子の共振周波数を調整し、且つ、前記除去により生じた屑を吸引する調整工程と、
前記ベースに蓋体を接合し、前記ベースと前記蓋体とで前記振動素子を収容する収容空間を形成する蓋体接合工程と、
を含むことを特徴とする振動子の製造方法。 A mounting process for mounting the vibration element having the weight portion on the base;
An adjustment step of adjusting the resonance frequency of the vibration element by removing at least a part of the weight portion by irradiating energy rays, and sucking debris generated by the removal,
A lid joining step of joining a lid to the base and forming an accommodation space for accommodating the vibration element by the base and the lid;
A method for manufacturing a vibrator, comprising:
前記ベースに蓋体を接合し、前記ベースと前記蓋体とで前記振動素子を収容する収容空間を形成する蓋体接合工程と、
前記蓋体を介して前記錘部にエネルギー線を照射し、前記錘部の少なくとも一部を除去することで前記振動素子の共振周波数を調整し、且つ、前記除去により生じた屑を吸引する調整工程と、
を含むことを特徴とする振動子の製造方法。 A mounting process for mounting the vibration element having the weight portion on the base;
A lid joining step of joining a lid to the base and forming an accommodation space for accommodating the vibration element by the base and the lid;
Adjustment that irradiates the weight part through the lid body with energy rays, adjusts the resonance frequency of the vibration element by removing at least a part of the weight part, and sucks debris generated by the removal Process,
A method for manufacturing a vibrator, comprising:
減圧状態で行う請求項1ないし3のいずれか1項に記載の振動子の製造方法。 The adjustment step includes
The method for manufacturing a vibrator according to any one of claims 1 to 3, wherein the method is performed in a reduced pressure state.
前記調整工程は、前記貫通孔を介して前記屑を吸引する請求項1ないし4のいずれか1項に記載の振動子の製造方法。 The base substrate is provided with a through-hole penetrating in the thickness direction,
5. The method for manufacturing a vibrator according to claim 1, wherein the adjusting step sucks the waste through the through hole. 6.
基部と、
平面視で前記基部から延出され、錘部が設けられている振動腕と、
を含み、
前記振動素子の前記延出方向に沿った長さをL1、
平面視で、前記貫通孔と前記錘部の前記除去される箇所との間の前記延出方向に沿った長さをL2としたとき、
0≦L2/L1≦0.5
なる関係を満足する請求項5に記載の振動子の製造方法。 The vibrating element is
The base,
A vibrating arm extending from the base in plan view and provided with a weight;
Including
The length of the vibration element along the extending direction is L1,
When the length along the extending direction between the through hole and the removed portion of the weight portion is L2 in a plan view,
0 ≦ L2 / L1 ≦ 0.5
The method for manufacturing a vibrator according to claim 5, wherein the following relationship is satisfied.
前記貫通孔を封止する封止工程を含む請求項5または6に記載の振動子の製造方法。 After the adjustment step,
The method for manufacturing a vibrator according to claim 5, further comprising a sealing step for sealing the through hole.
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JP2017046329A (en) * | 2015-08-29 | 2017-03-02 | 京セラクリスタルデバイス株式会社 | Tuning-fork type crystal element |
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-
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