JP2016171604A - Vibration element, vibrator, electronic device, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動片およびその製造方法、振動素子、振動子、電子デバイス、並びに電子機器に関する。 The present invention relates to a resonator element and a manufacturing method thereof, a resonator element, a vibrator, an electronic device, and an electronic apparatus.
厚みすべり振動を励振させる圧電振動片において、主振動のエネルギーを閉じ込める方法として、圧電基板にメサ構造を形成する方法が知られている。このようなメサ型の圧電振動片では、屈曲振動が生じることによって、スプリアスが増大してしまう場合があった。 A method of forming a mesa structure on a piezoelectric substrate is known as a method of confining energy of main vibration in a piezoelectric vibrating piece that excites thickness shear vibration. In such a mesa-type piezoelectric vibrating piece, spurious may increase due to bending vibration.
そのため、例えば、特許文献1では、振動部の長辺寸法と、励振電極の長辺寸法とを最適化することによって、屈曲振動を抑圧している。
Therefore, for example, in
また、例えば、特許文献2では、メサ(段差部)の堀量を最適化することによって、屈曲振動等の不要振動を抑圧している。具体的には、段差部の堀量をMd、水晶基板の長辺の長さをx、振動部の板厚をtとして時に、板厚tを基準として、段差部の堀量Mdの板厚tに対する比の百分率をyとすると、yがy=−1.32×(x/t)+42.87、およびy≦30の関係を満足し、かつ、水晶基板の長辺の長さxの振動部の板厚tに対する辺比x/tが30以下としている。
Further, for example, in
ここで、厚みすべり振動を主振動とする圧電振動片において、より効率的に主振動のエネルギーを閉じ込める方法として、圧電基板に多段のメサ構造を形成する方法が知られている。 Here, a method of forming a multistage mesa structure on a piezoelectric substrate is known as a method for more efficiently confining the energy of the main vibration in the piezoelectric vibration piece having the thickness shear vibration as the main vibration.
例えば、特許文献3には、メサを多段とすることにより、主振動のエネルギーを効率よく閉じ込めることを可能とする圧電振動片が開示されている。 For example, Patent Literature 3 discloses a piezoelectric vibrating piece that can efficiently confine energy of main vibration by using multiple stages of mesas.
このような圧電振動片は、一般的に、水晶等の圧電材料からなる基板を機械加工やフォトリソグラフィー法等によって加工することにより形成される。 Such a piezoelectric vibrating piece is generally formed by processing a substrate made of a piezoelectric material such as quartz by machining or photolithography.
しかしながら、特許文献3の圧電振動片では、圧電材料からなる基板に、多段のメサを形成しなければならないため、製造工程が複雑化してしまうという問題があった。 However, the piezoelectric vibrating piece of Patent Document 3 has a problem that the manufacturing process becomes complicated because a multistage mesa has to be formed on a substrate made of a piezoelectric material.
本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる振動片およびその製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記振動片を含む振動素子、振動子、電子デバイス、および電子機器を提供することにある。 One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide a resonator element and a method for manufacturing the resonator element that can simplify the manufacturing process while suppressing flexural vibration. Another object of some aspects of the present invention is to provide a resonator element, a vibrator, an electronic device, and an electronic apparatus including the resonator element.
本発明は前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、以下の態様または適用例として実現することができる。 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 aspects or application examples.
[適用例1]
本適用例に係る振動片は、
厚みすべり振動が励振する振動部、および前記振動部の外縁に沿って配置されている外縁部を有している基板を含み、
前記振動部は、
前記外縁部の一方の主面よりも突出している第1凸部と、
前記外縁部の一方の主面に対して裏面側の他方の主面よりも突出している第2凸部と、を有し、
前記振動部は、平面視において、前記第1凸部と前記第2凸部とが重ならない部分を備えている。
[Application Example 1]
The resonator element according to this application example is
Including a vibration part that excites thickness shear vibration, and a substrate having an outer edge part disposed along an outer edge of the vibration part,
The vibrating part is
A first protrusion protruding from one main surface of the outer edge;
A second convex portion protruding from the other main surface on the back side with respect to one main surface of the outer edge portion, and
The vibrating portion includes a portion where the first convex portion and the second convex portion do not overlap in plan view.
このような振動片によれば、後述するように、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる。 According to such a resonator element, as described later, the manufacturing process can be simplified while suppressing flexural vibration.
[適用例2]
本適用例に係る振動片において、
前記重ならない部分の幅Lは、下記式の関係を満たしてもよい。
[Application Example 2]
In the resonator element according to this application example,
The width L of the non-overlapping portion may satisfy the relationship of the following formula.
L=(m×λ/2)×k
ただし、mは1以上の整数であり、λは屈曲振動の波長であり、0.8<k<1.2である。
L = (m × λ / 2) × k
However, m is an integer greater than or equal to 1, (lambda) is a wavelength of bending vibration, and it is 0.8 <k <1.2.
このような振動片によれば、屈曲振動を抑圧して、スプリアスを十分に抑制することができる。 According to such a resonator element, it is possible to sufficiently suppress spurious vibrations by suppressing flexural vibration.
[適用例3]
本適用例に係る振動片において、
前記重ならない部分の幅は、前記厚みすべり振動の振動方向に沿う方向の大きさであってもよい。
[Application Example 3]
In the resonator element according to this application example,
The width of the non-overlapping portion may be a size in a direction along the vibration direction of the thickness shear vibration.
このような振動片によれば、屈曲振動を抑圧して、スプリアスを十分に抑制することができる。 According to such a resonator element, it is possible to sufficiently suppress spurious vibrations by suppressing flexural vibration.
[適用例4]
本適用例に係る振動片において、
前記振動部の形状は、平面視において、矩形であってもよい。
[Application Example 4]
In the resonator element according to this application example,
The shape of the vibration part may be a rectangle in plan view.
このような振動片によれば、屈曲振動を抑圧して、スプリアスを十分に抑制することができる。 According to such a resonator element, it is possible to sufficiently suppress spurious vibrations by suppressing flexural vibration.
[適用例5]
本適用例に係る振動片において、
前記第1凸部は、側面に複数の段差を含み、
前記第2凸部は、側面に複数の段差を含んでいてもよい。
[Application Example 5]
In the resonator element according to this application example,
The first convex portion includes a plurality of steps on a side surface,
The second convex portion may include a plurality of steps on the side surface.
このような振動片によれば、主振動のエネルギーを効率よく閉じ込めることができる。 According to such a resonator element, the energy of the main vibration can be confined efficiently.
[適用例6]
本適用例に係る振動片において、
前記第1凸部の中心と前記第2凸部の中心は、平面視において、前記厚みすべり振動の振動方向に沿う方向にずれていてもよい。
[Application Example 6]
In the resonator element according to this application example,
The center of the first convex portion and the center of the second convex portion may be shifted in a direction along the vibration direction of the thickness shear vibration in plan view.
このような振動片によれば、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる。 According to such a resonator element, the manufacturing process can be simplified while suppressing the bending vibration.
[適用例7]
本適用例に係る振動片の製造方法は、
厚みすべり振動する基板を用意する工程と、
前記基板の一方の主面に第1マスクを配置し、
前記基板の一方の主面に対して裏面側の他方の主面に、前記第1マスクの面積よりも小さく、前記第1マスクと、平面視において、重なるように第2マスクを配置し、
前記基板の前記第1マスクおよび前記第2マスクから露出しているところをエッチングして、
振動部、および前記振動部の外縁に沿って配置されている外縁部を有している基板を含み、前記振動部が、前記外縁部の一方の主面よりも突出している第1凸部と、前記外縁部の一方の主面に対して裏面側の他方の主面よりも突出している第2凸部と、を有し、前記振動部は、平面視において、前記第1凸部と前記第2凸部とが重ならない部分を備えているメサ型基板を形成する工程と、
を含む、振動片の製造方法。
[Application Example 7]
The manufacturing method of the resonator element according to this application example is as follows:
A step of preparing a substrate that vibrates in thickness and slips;
A first mask is disposed on one main surface of the substrate;
A second mask is disposed on the other main surface on the back surface side with respect to one main surface of the substrate, the second mask being smaller than the area of the first mask and overlapping the first mask in plan view.
Etching the substrate exposed from the first mask and the second mask,
A first convex portion including a vibrating portion and a substrate having an outer edge portion disposed along an outer edge of the vibrating portion, wherein the vibrating portion protrudes from one main surface of the outer edge portion; A second convex portion projecting from the other main surface on the back surface side with respect to one main surface of the outer edge portion, and the vibrating portion in plan view and the first convex portion Forming a mesa substrate having a portion that does not overlap the second convex portion;
A method for manufacturing a resonator element, comprising:
このような圧電基板の製造方法によれば、エッチング工程の回数を減らすことができ、製造工程を簡略化することができる。さらに、エッチングを繰り返すことによって生じる圧電基板へのダメージを低減することができる。 According to such a method for manufacturing a piezoelectric substrate, the number of etching processes can be reduced, and the manufacturing process can be simplified. Furthermore, damage to the piezoelectric substrate caused by repeated etching can be reduced.
[適用例8]
本適用例に係る振動素子は、
本適用例に係る振動片と、
前記第1凸部の表面と前記一方の主面の前記外縁部の一部の表面とを覆う第1励振電極と、
前記第2凸部の表面と前記他方の主面の前記外縁部の一部の表面とを覆う第2励振電極と、
を含んでいてもよい。
[Application Example 8]
The vibration element according to this application example is
A resonator element according to this application example;
A first excitation electrode that covers a surface of the first convex portion and a surface of a portion of the outer edge portion of the one main surface;
A second excitation electrode covering a surface of the second convex portion and a part of the outer edge portion of the other main surface;
May be included.
このような振動素子によれば、容量比γを大きくすることができる。なお、容量比γとは、励振電極の寸法(大きさ)で決まる容量C0を、振動片の実質的な振動領域で決まる容量C1で除したものである。 According to such a vibration element, the capacity ratio γ can be increased. The capacity ratio γ is obtained by dividing the capacity C 0 determined by the size (size) of the excitation electrode by the capacity C 1 determined by the substantial vibration region of the resonator element.
[適用例9]
本適用例に係る振動子は、
本適用例に係る振動片と、
前記振動片を収容するパッケージと、
を含む。
[Application Example 9]
The vibrator according to this application example is
A resonator element according to this application example;
A package for housing the resonator element;
including.
このような振動子によれば、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる振動片を有することができる。 According to such a vibrator, it is possible to have a resonator element that can simplify the manufacturing process while suppressing bending vibration.
[適用例10]
本適用例に係る電子デバイスは、
本適用例に係る振動片と、
電子素子と、
を含む。
[Application Example 10]
The electronic device according to this application example is
A resonator element according to this application example;
An electronic element;
including.
このような電子デバイスによれば、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる振動片を有することができる。 According to such an electronic device, it is possible to have the resonator element that can simplify the manufacturing process while suppressing the bending vibration.
[適用例11]
本適用例に係る電子機器は、
本適用例に係る振動片を含む。
[Application Example 11]
The electronic device according to this application example is
The resonator element according to this application example is included.
このような電子機器によれば、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる振動片を有することができる。 According to such an electronic device, it is possible to have a resonator element that can simplify the manufacturing process while suppressing bending vibration.
[適用例12]
本適用例に係る振動片において、
前記第1凸部の中心と前記第2凸部の中心とは、平面視において、重なっていてもよい。
[Application Example 12]
In the resonator element according to this application example,
The center of the first convex portion and the center of the second convex portion may overlap in plan view.
[適用例13]
本適用例に係る振動片において、
前記圧電基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系のX軸を中心として、XZ平面を、X軸周りに角度θだけ回転させて、Z軸を角度θ傾けた軸をZ´軸とし、Y軸を角度θ傾けた軸をY´軸とし、X軸とZ´軸に平行な面を前記第1主面および前記第2主面とし、Y´軸に平行な方向を厚みとしてもよい。
[Application Example 13]
In the resonator element according to this application example,
The piezoelectric substrate is an XZ plane centering on an X axis of an orthogonal coordinate system including an X axis as an electric axis, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis, which are crystal axes of quartz. Is rotated about the X axis by an angle θ, the axis tilted by the angle θ of the Z axis is defined as the Z ′ axis, the axis tilted by the angle θ of the Y axis is defined as the Y ′ axis, and is parallel to the X axis and the Z ′ axis. The surfaces may be the first main surface and the second main surface, and the direction parallel to the Y ′ axis may be the thickness.
[適用例14]
本適用例に係る振動片において、
前記第1凸部の端縁の位置および前記第2凸部の端縁の位置は、屈曲振動の腹の位置に一致していてもよい。
[Application Example 14]
In the resonator element according to this application example,
The position of the edge of the first convex part and the position of the edge of the second convex part may coincide with the position of the antinode of bending vibration.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.
1. 振動素子
まず、本実施形態に係る振動素子について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係る振動素子100を模式的に示す斜視図である。図2は、本実施形態に係る振動素子100を模式的に示す平面図である。図3は、本実施形態に係る振動素子100を模式的に示す断面図である。なお、図3は図2のIII−III線断面図である。
1. First, the vibration element according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a
振動素子100は、図1〜図3に示すように、振動片10と、第1励振電極20と、第2励振電極22と、接続電極24と、マウント電極26と、を含んで構成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
振動片10は、厚みすべり振動が励振する振動部12a、および振動部12aの外縁に沿って配置されている外縁部12bを有している基板12を含んで構成されている。基板12としては、例えば、圧電基板を用いる。より具体的には、基板12としては、ATカット水晶基板などの回転Yカット基板を用いる。
The
ここで、図4は、ATカット水晶基板1を模式的に示す斜視図である。水晶等の圧電材料は、一般的に三方晶系であり、図4に示すような結晶軸(X,Y,Z)を有する。X軸は電気軸であり、Y軸は機械軸であり、Z軸は光学軸である。回転Yカット基板は、XZ平面を、X軸周りに角度θだけ回転させた平面に沿って、圧電材料(例えば、人工水晶)から切り出された平板である。ここで、例えば、ATカット水晶基板1の場合は、θ=35°15′である。また、Y軸およびZ軸もX軸周りにθ回転させて、それぞれY´軸およびZ´軸とする。したがって、回転Yカット基板は、結晶軸(X,Y´,Z´)軸を有する。θ=35°15′であるATカット水晶基板1は、Y´軸に直交するXZ´面(X軸およびZ´軸を含む面)が主面(励振面)となり、厚みすべり振動を主振動として振動することができる。このATカット水晶基板1を加工して、基板12を得ることができる。
Here, FIG. 4 is a perspective view schematically showing the AT-
すなわち、基板12は、例えば、図4に示すように水晶の結晶軸である、電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系のX軸を中心として、Z軸をY軸の−Y方向へ傾けた軸をZ´軸とし、Y軸をZ軸の+Z方向へ傾けた軸をY´軸とし、X軸とZ´軸に平行な面で構成され、Y´軸に平行な方向を厚みとするATカット水晶基板からなる。
That is, the
なお、基板12は、厚みすべり振動が励振する基板であればよい。基板12は、例えば、BTカット水晶基板や、SCカット水晶基板であってもよい。例えば、θ=−49°(図4に示すθの矢印方向とは反対に49°回転)とすることにより、BTカット水晶基板を得ることができる。また、水晶の結晶のY軸に直交する面をX軸を中心にして約33°回転し、さらにこの回転した位置からZ軸を中心にして約22°回転した面から切り出す
ことにより、SCカット水晶基板を得ることができる。
The
基板12の平面形状は、矩形であり、基板12の長辺は、水晶結晶のX軸に沿って形成され、基板12の短辺は、水晶結晶のX軸と直交するZ´軸に沿って形成されている。
The planar shape of the
基板12は、振動部12aおよび外縁部12bを有している。振動部12aは、外縁部12bの厚み(Y´軸方向の大きさ)t´よりも大きい厚みを有している。具体的には、振動部12aは、厚みt´よりも大きい厚みt1を有する部分、厚みt1よりも大きい厚みt2を有する部分を有している。振動部12aは、厚みすべり振動が励振され、厚みすべり振動を主振動として振動することができる。このとき、厚みすべり振動は、X軸方向に沿って振動することとなる。振動部12aの形状は、平面視において、矩形であり、振動部12aの長辺は、水晶結晶のX軸に沿って形成され、振動部12aの短辺は、水晶結晶のX軸と直交するZ´軸に沿って形成されている。外縁部12bは、振動部12aの外縁に沿って配置されている。
The
基板12は、第1主面13aと、第2主面13bと、を有している。第1主面13aおよび第2主面13bは、外縁部12bの主面を構成している。第2主面13bは、第1主面13aに対して裏面側の他方の主面である。図示の例では、第1主面13aは、+Y´軸方向を向く面であり、第2主面13bは、−Y´軸方向を向く面である。振動部12aは、第1主面13aに設けられている第1凸部14および第2主面13bに設けられている第2凸部16を有している。
The
第1凸部14は、第1主面13aに設けられている。第1凸部14は、外縁部12bの主面(第1主面)13aよりも突出している。第1凸部14は、第1主面13aに対して、1段の段差を有している。第1凸部14の平面形状は、図2に示すように、矩形であり、第1凸部14の長辺は、X軸に沿って形成され、第1凸部14の短辺は、Z´軸に沿って形成されている。すなわち、第1凸部14の長辺は、基板12の長辺と平行であり、第1凸部14の短辺は、基板12の短辺と平行である。
The 1st
第2凸部16は、第2主面13bに設けられている。第2凸部16は、外縁部12bの主面(第2主面)13bよりも突出している。第2凸部16は、1段の段差を有している。第2凸部16の平面形状は、図2に示すように、矩形であり、第2凸部16の長辺は、X軸に沿って形成され、第2凸部16の短辺は、Z´軸に沿って形成されている。なお、第1凸部14および第2凸部16の段差の高さ(Y´軸方向の大きさ)は、例えば、同じである。
The 2nd
第1凸部14の中心と第2凸部16の中心とは、平面視において(Y´軸方向からみて)重なっている。すなわち、第1凸部14の中心の位置と、第2凸部16の中心の位置とは、X軸における位置(X座標)およびZ´軸における位置(Z´座標)が同じである。
The center of the 1st
振動部12aは、平面視において、第1凸部14と第2凸部16とが重ならない部分(第1非重なり部15aおよび第2非重なり部15b)を有している。さらに、振動部12aは、平面視において、第1凸部14と第2凸部16とが重なる部分(重なり部15c)を有している。図示の例では、第1非重なり部15aは、重なり部15cの+X軸方向側に位置し、第2非重なり部15bは、重なり部15cの−X軸方向側に位置している。
The
振動部12aに非重なり部15a,15bが形成されることによって、第1凸部14の端縁a1,a2の位置および第2凸部16の端縁b1,b2の位置は、X軸方向において、ずれている。すなわち、第1凸部14の端縁a1,a2および第2凸部16の端縁b1,b2は、平面視において、重なっていない。なお、第1凸部14の端縁とは、平面視に
おいて、第1凸部14の形状を規定する縁(外縁)である。同様に、第2凸部16の端縁とは、平面視において、第2凸部16の形状を規定する縁(外縁)である。図3に示すように、第1凸部14の端縁a1,a2の位置および第2凸部16の端縁b1,b2の位置において、基板12の厚さ(Y´軸方向の大きさ)が変わる。
By forming the
第1凸部14の端縁a1,a2の位置および第2凸部16の端縁b1,b2の位置は、基板12の長辺に沿う方向(X軸方向)に生じる屈曲振動の腹の位置(屈曲振動の変位の腹の位置)、すなわち、屈曲振動の振幅が最も大きい部分の位置に一致している。具体的には、端縁a1,a2,b1,b2のX軸における位置(X座標)が、屈曲振動の腹のX軸における位置(X座標)に一致している。このように、第1凸部14の端縁a1,a2,a3,a4の位置および第2凸部16の端縁b1,b2の位置が、屈曲振動の腹の位置と一致していることにより、屈曲振動を抑圧することができる。
The positions of the edges a1 and a2 of the first
ここで、第1凸部14の端縁a1,a2の位置および第2凸部16の端縁b1,b2の位置は、X軸方向において、ずれている。言い換えると、第1凸部14の端縁a1,a2のX座標および第2凸部16の端縁b1,b2のX座標は、異なっている。したがって、基板12では、屈曲振動を抑圧する位置(a1,a2,b1,b2)を、4箇所設けることができる。
Here, the positions of the edges a1 and a2 of the
図3に示すように、第1凸部14の幅M1は、第2凸部16の幅M2よりも大きい。ここで、第1凸部14の幅M1は、第1凸部14のX軸方向(厚みすべり振動の振動方向に沿う方向)の大きさである。また、第2凸部16の幅M2は、第2凸部16のX軸方向の大きさである。また、第1凸部14のY´軸方向の大きさと、第2凸部16のY´軸方向の大きさとは、同じである。また、第1凸部14のZ´軸方向の大きさと、第2凸部16のZ´軸方向の大きさとは、同じである。
As shown in FIG. 3, the width M1 of the
第1凸部14の幅M1、第2凸部16の幅M2は、例えば、M1−M2=mλ(mは1以上の整数、λは屈曲振動の波長)の関係を満たしている。これにより、第1凸部14の端縁a1,a2の位置および第2凸部16の端縁b1,b2の位置を、屈曲振動の腹の位置に位置させることができる。ただし、第1凸部14の中心と第2凸部16の中心は、平面視において、重なっている。
The width M1 of the first
なお、第1凸部14の幅M1および第2凸部16の幅M2は、M1−M2=mλ×k(0.8<k<1.2)の関係を満たせばよい。すなわち、凸部の端縁の位置が屈曲振動の腹の位置と一致している場合(M1−M2=mλ)だけでなく、凸部の端縁の位置が屈曲振動の腹の位置とずれている場合であって、そのずれ量が20%未満の場合(M1−M2=mλ×k(0.8<k<1.2))であっても、屈曲振動を抑圧して、スプリアスを十分に抑制することができる。以下に、その理由について説明する。
Note that the width M1 of the first
図5は、メサ型振動素子の構造を示すモデル図であって、矩形のATカット水晶基板を用いたメサ型振動素子を長手方向で切断したときの断面図である。 FIG. 5 is a model diagram showing the structure of the mesa type vibration element, and is a cross-sectional view of the mesa type vibration element using a rectangular AT-cut quartz substrate cut in the longitudinal direction.
ここで、水晶基板の長辺寸法をX、振動部の厚みをt、メサの1段目の長辺が水晶基板の長辺と平行であり、その寸法をMx1とし、メサの2段目の長辺が水晶基板の長辺と平行であり、その寸法をMx2とし、外縁部の厚みをt´とする。また、メサの1段目の中心とメサの2段目の中心とは、平面視において重なっている。なお、水晶基板の長辺は、水晶結晶軸のX軸と平行であるものとする。この図5に示すモデルを用いて、2次元有限要素法による解析を行った。 Here, the long side dimension of the quartz substrate is X, the thickness of the vibrating part is t, the long side of the first stage of the mesa is parallel to the long side of the quartz substrate, the dimension is Mx1, and the second stage of the mesa The long side is parallel to the long side of the quartz substrate, the dimension is Mx2, and the thickness of the outer edge is t ′. Further, the center of the first step of the mesa and the center of the second step of the mesa overlap in plan view. It is assumed that the long side of the quartz substrate is parallel to the X axis of the quartz crystal axis. Analysis using a two-dimensional finite element method was performed using the model shown in FIG.
図6は、(Mx1−Mx2)/2=λ/2の条件を満足しつつ、1段目の長辺寸法Mx
1を変化させた場合の屈曲振動のエネルギーを示したグラフである。横軸はMx1をλで規格化した値であり、縦軸は屈曲振動のエネルギー(相対値)である。なお、λは、屈曲振動の波長である。
FIG. 6 shows the long side dimension Mx of the first stage while satisfying the condition of (Mx1-Mx2) / 2 = λ / 2.
6 is a graph showing the energy of flexural vibration when 1 is changed. The horizontal axis is a value obtained by normalizing Mx1 by λ, and the vertical axis is the energy (relative value) of bending vibration. Note that λ is the wavelength of bending vibration.
図6から、屈曲振動のエネルギーが小さくなるMx1の値は、略周期λごとに現れることがわかる。これは、1段目の端縁と2段目の端縁が共に屈曲振動の腹の位置となる状態は、略λごとに現れることを意味している。ここで、図6に示すグラフから、エネルギーの減衰のピークとなる位置から20%ずれていても、図6の矢印で示すように、屈曲振動エネルギーは1/3以下に減衰していることがわかる。屈曲振動のエネルギーを1/3以下に減衰させることができれば、スプリアスを十分に抑制することができる。したがって、M1−M2=mλ×k(0.8<k<1.2)の関係を満たすことにより、屈曲振動を抑圧して、スプリアスを十分に抑制することができる。すなわち、kがこの範囲に含まれるように前記凸部の端縁の位置を配置しなければ、屈曲振動を十分に抑圧することができず、スプリアスを十分に抑制することはできない。 From FIG. 6, it can be seen that the value of Mx1 at which the energy of the bending vibration becomes small appears approximately every period λ. This means that the state in which the edge of the first stage and the edge of the second stage are both antinodes of bending vibration appears approximately every λ. Here, from the graph shown in FIG. 6, even when the energy attenuation peak is shifted by 20%, the bending vibration energy is attenuated to 1/3 or less as shown by the arrow in FIG. 6. Recognize. If the energy of bending vibration can be attenuated to 1/3 or less, spurious can be sufficiently suppressed. Therefore, by satisfying the relationship of M1-M2 = mλ × k (0.8 <k <1.2), the bending vibration can be suppressed and the spurious can be sufficiently suppressed. That is, unless the position of the edge of the convex portion is arranged so that k is included in this range, the bending vibration cannot be sufficiently suppressed, and the spurious cannot be sufficiently suppressed.
また、第1非重なり部15aの幅L1は、L1=(m1×λ/2)(ただし、m1は1以上の整数であり、λは屈曲振動の波長である)の関係を満たす。同様に、第2非重なり部15bの幅L2は、L2=(m2×λ/2)(ただし、m2は1以上の整数である)の関係を満たす。これにより、第1凸部14の端縁a1,a2の位置および第2凸部16の端縁b1,b2の位置を、屈曲振動の腹の位置に位置させることができる。さらに、第1非重なり部15aの幅L1=(m1×λ/2)×k1(ただし、0.8<k1<1.2)であってもよく、第2非重なり部15bの幅L2=(m2×λ/2)×k2(ただし、0.8<k2<1.2)であってもよい。これにより、上述したように、屈曲振動を抑圧して、スプリアスを十分に抑制することができる。なお、第1非重なり部15aの幅L1は、厚みすべり振動の振動方向に沿う方向であり、図示の例では、第1非重なり部15aのX軸方向の大きさである。また、第2非重なり部15bの幅L2は、厚みすべり振動の振動方向に沿う方向であり、図示の例では、第2非重なり部15bのX軸方向の大きさである。
The width L1 of the first
外縁部12bは、振動部12aの外縁に沿って配置されている。外縁部12bは、振動部12aの周辺に設けられている。外縁部12bは、振動部12aの厚みt1,t2よりも小さい厚みt´を有している。
The
第1励振電極20は、第1凸部14の表面を覆うように設けられている。第1励振電極20は、第1凸部14の表面と第1主面13aの外縁部12bの一部の表面と、を覆っている。第1励振電極20は、第1凸部14の表面と第1主面13aの一部とを覆っている。図示の例では、第1凸部14は、平面視において、第1励振電極20の外縁の内側に位置している。すなわち、第1励振電極20によって、第1凸部14の表面は完全に覆われている。
The
第2励振電極22は、第2凸部16の表面を覆うように設けられている。第2励振電極22は、第2凸部16の表面と第2主面13bの外縁部12bの一部の表面と、を覆っている。第2励振電極22は、第2凸部16の表面と第2主面13bの一部とを覆っている。図示の例では、第2凸部16は、平面視において、第2励振電極22の外縁の内側に位置している。すなわち、第2励振電極22によって、第2凸部16の表面は完全に覆われている。
The
励振電極20,22は、振動部12aを挟んで設けられている。励振電極20,22は、振動部12aに電圧を印加することができる。励振電極20,22は、接続電極24を介して、マウント電極26と接続されている。マウント電極26は、第2主面13bに設
けられている。マウント電極26は、例えば、振動部12aの+X軸方向側の外縁部12bに設けられている。
The
励振電極20,22、接続電極24、およびマウント電極26としては、例えば、基板12側から、クロム、金をこの順で積層したものを用いる。励振電極20,22、接続電極24、およびマウント電極26は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法により形成される。
As the
本実施形態に係る振動片10および振動素子100によれば、例えば、以下の特徴を有する。
For example, the
振動片10によれば、振動部12aは、第1主面13aよりも突出している第1凸部14と、第2主面13bよりも突出している第2凸部16と、を有し、振動部12aは、平面視において、第1凸部14と第2凸部16とが重ならない部分15a,15bを有している。これにより、基板12の長辺方向(X軸方向)において、屈曲振動を抑圧する位置(端縁a1,a2,b1,b2)を、4箇所とすることができる。したがって、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる。以下、その理由について説明する。
According to the
図7は、2段メサ構造を有する振動片Cを模式的に示す断面図である。具体的には、振動片Cは、第1凸部および第2凸部を2段にし、第1凸部と第2凸部の対応する各段の幅を同じにしている。また、第1凸部の中心と第2凸部の中心とは、平面視において、重なっている。振動片Cの例では、第1凸部の端縁c1と第2凸部の端縁d1が、X座標が同じであり、同様に、第1凸部の端縁c2と第2凸部の端縁d2、第1凸部の端縁c3と第2凸部の端縁d3、第1凸部の端縁c4と第2凸部の端縁d4が、X座標が同じである。したがって、2段メサ構造を有する振動片Cでは、屈曲振動を抑圧する位置は、4箇所である。また、この振動片Cは、第1凸部および第2凸部の段数が2段であるため、凸部を形成するためのエッチング工程が2回必要となる。 FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a resonator element C having a two-stage mesa structure. Specifically, in the resonator element C, the first convex portion and the second convex portion are two steps, and the widths of the corresponding steps of the first convex portion and the second convex portion are the same. Moreover, the center of the 1st convex part and the center of the 2nd convex part have overlapped in planar view. In the example of the resonator element C, the edge c1 of the first protrusion and the edge d1 of the second protrusion have the same X coordinate, and similarly, the edge c2 of the first protrusion and the edge c2 of the second protrusion are the same. The edge d2, the edge c3 of the first protrusion and the edge d3 of the second protrusion, the edge c4 of the first protrusion and the edge d4 of the second protrusion have the same X coordinate. Therefore, in the resonator element C having the two-stage mesa structure, there are four positions where the bending vibration is suppressed. In addition, since the vibration piece C has two steps of the first and second protrusions, the etching process for forming the protrusions is required twice.
これに対して、振動片10では、屈曲振動を抑圧する位置が2段メサ構造を有する振動片Cと同じ数(4箇所)であるにも関わらず、第1凸部14の段数は1段であり、第2凸部16の段数は1段であるため、凸部14,16を形成するためのエッチング工程が1回でよい。したがって、製造工程を簡略化することができる。
On the other hand, in the
このように、振動片10によれば、屈曲振動を抑圧する位置を、2段メサ構造を有する振動片Cと同じ数だけ有しつつ、製造工程を簡略化することができる。すなわち、振動片10によれば、2段メサ構造を有する振動片と同じ程度に屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる。
Thus, according to the
また、振動片10によれば、例えば、凸部14,16の厚さ(Y´軸方向の大きさ)を、2段メサ構造を有する振動片の各段の厚みの2倍とすることができる。すなわち、振動部12aの厚みを、2段メサ構造を有する振動片の振動部の厚みと同じにすることができる。これにより、2段メサ構造を有する振動片と同様に、主振動のエネルギーを効率よく閉じ込めることができる。
Further, according to the
振動片10によれば、第1非重なり部15aの幅L1は、L1=(m1×λ/2)×k1(ただし、0.8<k1<1.2)の関係を満たし、第2非重なり部15bの幅L2=(m2×λ/2)×k2(ただし、0.8<k2<1.2)の関係を満たす。これにより、上述したように、屈曲振動を抑圧して、スプリアスを十分に抑制することができる。
According to the
振動素子100によれば、第1凸部14の表面と第1主面13a側の外縁部12bの一
部の表面とを覆う第1励振電極20と、第2凸部16の表面と第2主面13b側の外縁部12bの一部の表面とを覆う第2励振電極22とを有している。これにより、容量比γを大きくすることができる。なお、容量比γとは、励振電極20,22の寸法(大きさ)で決まる容量C0を、振動片10の実質的な振動領域で決まる容量C1で除したものである。
According to the
さらに、振動素子100によれば、第1凸部14の表面を覆う第1励振電極20と、第2凸部16の表面を覆う第2励振電極22と、を有し、第1凸部14は、平面視において、第1励振電極20の外縁の内側に位置し、第2凸部16は、平面視において、第2励振電極22の外縁の内側に位置している。すなわち、第1励振電極20は、第1凸部14の表面を完全に覆っており、第2励振電極22は、第2凸部16の表面を完全に覆っている。これにより、励振電極が凸部を完全に覆っていない場合と比べて、容量比γを大きくすることができる。
Furthermore, the
2. 振動素子の製造方法
次に、本実施形態に係る振動素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図8〜図9は、振動素子100の製造工程を模式的に示す断面図である。
2. Next, a method for manufacturing a vibration element according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. 8 to 9 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the
図8に示すように、基板2を用意する。基板2は、例えば、ATカット水晶基板等の水晶基板である。次に、基板2の一方の主面13aに、レジスト膜6aおよび耐蝕膜4aを含む第1マスクM1を配置し、基板2の一方の主面13aに対して裏面側の他方の主面13bに、第1マスクM1の面積よりも小さく平面視において重なるように第2マスクM2を配置する。
As shown in FIG. 8, a
具体的には、まず、基板2の両主面13a,13bに耐蝕膜4を成膜する。耐蝕膜4は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などにより成膜される。耐蝕膜4は、例えば、クロムおよび金をこの順で積層した積層構造を有している。なお、耐蝕膜4は、例えば、下層として、クロム、ニッケル、ニッケルとクロムの合金を用いることができ、上層として、金、銀等を用いることができる。耐蝕膜4は、基板2をエッチングする際に、エッチング液となる緩衝フッ酸に対して耐蝕性を有する。次に、耐蝕膜4の表面にレジスト膜6を成膜する。レジスト膜6は、例えば、ポジ型のフォトレジストである。レジスト膜6は、例えば、スピンコート法などにより成膜される。次に、第1主面13a側のレジスト膜6aおよび耐蝕膜4aをパターニングする。次に、第2主面13b側のレジスト膜6bおよび耐蝕膜4bをパターニングする。具体的には、レジスト膜6a,6bを露光、現像してパターニングし、レジスト膜6a,6bをマスクとして、耐蝕膜4a,4bをエッチングする。耐蝕膜4a,4bのエッチングは、例えば、まず、ヨウ素系のエッチング液を用いて金をエッチングし、次に、硝酸セリウムアンモニウムを含有したエッチング液を用いてクロムをエッチングすることにより行われる。以上の工程により、レジスト膜6aおよび耐蝕膜4aを有する第1マスクM1、およびレジスト膜6bおよび耐蝕膜4bを有する第2マスクM2を形成することができる。第2マスクM2の面積は、第1マスクM1の面積よりも小さく、第1マスクM1と第2マスクM2とは、平面視において一部が重なるように形成される。図示の例では、第2マスクM2のX軸方向の大きさが、第1マスクM1のX軸方向の大きさよりも小さく形成されている。そのため、第2マスクM2の面積は、第1マスクM1の面積よりも小さい。
Specifically, first, the corrosion
図9に示すように、マスクM1,M2をマスクとして、基板2をエッチングする。具体的には、マスクM1,M2から露出している基板2の部分をエッチングする。これにより、第1主面13aに第1凸部14が形成され、かつ、第2主面13bに第2凸部16が形成される。これにより、基板12には、振動部12aおよび外縁部(薄肉部)12bが形成される。ここで、基板2の表裏面に形成されるマスクM1,M2の大きさ(面積)を、
異ならせているので、振動部12aには、平面視において、第1凸部14と第2凸部16とが、重ならない部分15a,15bおよび重なる部分15cが設けられる。以上の工程により、メサ型基板12(振動片10)が形成される。
As shown in FIG. 9, the
Since they are different, the
図1〜図3に示すように、マスクM1,M2を除去した後、基板12に、励振電極20,22、接続電極24、およびマウント電極26を形成する。励振電極20,22、接続電極24、およびマウント電極26は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などにより、クロムおよび金をこの順で積層した後、該クロムおよび金を、パターニングすることによって形成される。
As shown in FIGS. 1 to 3, after removing the masks M <b> 1 and M <b> 2,
以上の工程により、振動素子100を製造することができる。
Through the above steps, the
本実施形態に係る振動素子100(振動片10)の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。 The manufacturing method of the vibration element 100 (vibration piece 10) according to the present embodiment has the following features, for example.
振動片10の製造方法によれば、基板2をエッチングして、第1主面13aに第1凸部14を形成し、かつ、第2主面13bに第2凸部16を形成する工程を含み、第1凸部14および第2凸部16は、平面視において、重ならない部分15a,15bを有する。これにより、1回のエッチング工程で振動片10を製造することができる。したがって、2段メサ構造を有する振動片と比べて、エッチング工程の回数を減らすことができ、製造工程を簡略化することができる。さらに、エッチングを繰り返すことによって生じる基板のエッジのダレや形状のばらつきを低減することができ、基板へのダメージを低減することができる。
According to the method for manufacturing the
なお、上述した実施形態では、マスクとしてレジスト膜および耐蝕膜を用いた場合について説明したが、基板を所望の形状にパターニングできれば、マスクは特に限定されない。例えば、マスクとして、メタルマスクを用いてもよい。 In the above-described embodiment, the case where the resist film and the corrosion-resistant film are used as the mask has been described. However, the mask is not particularly limited as long as the substrate can be patterned into a desired shape. For example, a metal mask may be used as the mask.
3. 振動素子の変形例
3.1. 第1変形例
次に、本実施形態の第1変形例に係る振動素子について、図面を参照しながら説明する。図10は、本実施形態の第1変形例に係る振動素子200を模式的に示す平面図である。図11は、本実施形態の第1変形例に係る振動素子200を模式的に示す断面図あり、図10のXI−XI線断面図である。以下、振動素子200において、振動素子100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
3. Modification Example of Vibration Element 3.1. First Modification Example Next, a vibration element according to a first modification example of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a plan view schematically showing the
振動素子100の例では、図2および図3に示すように、第1凸部14の中心と、第2凸部16の中心とは、平面視において、重なっていた。
In the example of the
これに対し、振動素子200では、図10および図11に示すように、第1凸部14の中心の位置αと、第2凸部16の中心の位置βとは、平面視において、厚みすべり振動の振動方向に沿う方向にずれている。図示の例では、第1凸部14の中心の位置αと、第2凸部16の中心の位置βとは、平面視において、基板12の長辺に沿う方向(X軸方向)に、ずれている。
On the other hand, in the
振動素子200では、第1凸部14の幅(X軸方向の大きさ)M1と第2凸部16の幅M2とは、同じ大きさである。そして、第1凸部14の中心の位置αと、第2凸部16の中心の位置βとは、X軸方向にずれている。これにより、振動部12aは、第1非重なり部15a、第2非重なり部15b、および重なり部15cを有することができる。
In the
第1非重なり部15aの幅L1は、図示の例では、第2非重なり部15bの幅L2と同じである。なお、上述したL1=(m1×λ/2)×k1(ただし、0.8<k1<1.2)、L2=(m2×λ/2)×k2(ただし、0.8<k2<1.2)の関係を満たしていれば、幅L1と幅L2とは、異なる大きさを有していてもよい。すなわち、第1凸部14の幅M1と第2凸部16の幅M2とが、異なる大きさを有していてもよい。
In the illustrated example, the width L1 of the first
また、屈曲振動が生じる基板12の長辺方向(X軸方向)において、第1凸部14の端縁a1,a2の位置および第2凸部16の端縁b1,b2の位置は、ずれている。そのため、屈曲振動を抑圧する位置を、4箇所設けることができる。
Further, in the long side direction (X-axis direction) of the
振動片101によれば、振動片10と同様に、基板12の長辺方向(X軸方向)において、屈曲振動を抑圧する位置を4箇所設けることができる。これにより、振動片10と同様に、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる。
According to the
なお、振動片101の製造方法は、上述した振動片10の製造方法と同様であり、その説明を省略する。
Note that the method for manufacturing the
3.2. 第2変形例
次に、本実施形態の第2変形例に係る振動素子について、図面を参照しながら説明する。図12は、本実施形態の第2変形例に係る振動素子300を模式的に示す平面図である。図13は、本実施形態の第2変形例に係る振動素子300を模式的に示す断面図あり、図12のXIII−XIII線断面図である。以下、振動素子300において、振動素子100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
3.2. Second Modification Example Next, a vibration element according to a second modification example of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a plan view schematically showing a
振動素子100の例では、図1〜図3に示すように、第1凸部14および第2凸部16は、1段の段差を有していた。
In the example of the
これに対し、振動素子300の例では、図12および図13に示すように、第1凸部14および第2凸部16は、2段の段差を有している。第1凸部14は、側面に2段を含み、第2凸部16は、側面に2段の段差を含んでいる。
On the other hand, in the example of the
振動素子300では、第1凸部14の1段目の部分14aと、第1凸部14の2段目の部分14bとは、平面視において中心の位置が重なっている。そのため、X軸における位置(X座標)が同じであり、この位置を第1凸部14の中心の位置αとする。また、第2凸部16の1段目の部分16aと、第2凸部16の2段目の部分16bとは、平面視において中心の位置が重なっている。そのため、X軸における位置(X座標)が同じであり、この位置を第2凸部16の中心の位置βとする。図13に示すように、位置αと位置βは、ずれている。すなわち、第1凸部14の中心と、第2凸部16の中心とは、X軸方向(基板12の長辺に沿う方向)にずれている。これにより、振動部12aは、第1非重なり部15a、第2非重なり部15b、および重なり部15cを有することができる。
In the
第1凸部14および第2凸部16がそれぞれ2段の段差を有し、かつ、非重なり部15a,15bが設けられることにより、基板12には、X軸方向において、屈曲振動を抑圧する位置(凸部の端縁の位置)が8箇所設けられる。なお、第1凸部14の段差の数、および第2凸部16の段差の数は特に限定されない。
The first
第1凸部14の1段目の幅M1、第1凸部14の2段目の幅M2、第2凸部16の1段目の幅M3、第2凸部16の2段目の幅M4は、M1=M3>M2=M4の関係を有して
いる。第1非重なり部15aの幅L1、および第2非重なり部15bの幅L2は、L1=(m1×λ/2)×k1(ただし、0.8<k1<1.2)、L2=(m2×λ/2)×k2(ただし、0.8<k2<1.2)の関係を満たしている。
The first step width M1 of the first
振動素子300(振動片102)によれば、振動素子100(振動片10)の例と比べて、第1凸部14および第2凸部16の段数が多いため、より効率的に主振動のエネルギーを閉じ込めることができる。
According to the vibration element 300 (vibration piece 102), since the number of steps of the
3.3. 第3変形例
次に、本実施形態の第3変形例に係る振動素子について、図面を参照しながら説明する。図14は、本実施形態の第3変形例に係る振動素子400を模式的に示す斜視図である。図15は、本実施形態の第3変形例に係る振動素子400を模式的に示す断面図である。以下、振動素子400において、振動素子100の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
3.3. Third Modification Example Next, a vibration element according to a third modification example of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a perspective view schematically showing a
振動素子100の例では、図1〜図3に示すように、第1励振電極20は、第1凸部14の表面を完全に覆っており、第2励振電極22は、第2凸部16の表面を完全に覆っていた。
In the example of the
これに対し、振動素子400では、図14および図15に示すように、第1励振電極20は、第1凸部14の表面の一部を覆っており、第2励振電極22は、第2凸部16の表面の一部を覆っている。例えば、第1励振電極20は、平面視において、第1凸部14の外縁の内側に設けられている。また、第2励振電極22は、平面視において、第2凸部16の外縁の内側に設けられている。図示の例では、励振電極20,22は、凸部14,16上に設けられている。
On the other hand, in the
振動素子400によれば、上述した振動素子100と同様の作用効果を奏することができる。
According to the
また、振動素子400によれば、製造工程において、耐蝕膜(図9参照)を励振電極20,22として用いることができる。これにより、製造工程を簡略化することができる。
Further, according to the
4. 振動子
次に、本実施形態に係る振動子について、図面を参照しながら説明する。図16は、本実施形態に係る振動子500を模式的に示す断面図である。
4). Next, the vibrator according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing a
振動子500は、図16に示すように、本発明に係る振動片と、パッケージ55と、を含む。より具体的には、振動子500は、本発明に係る振動素子を含む。以下では、本発明に係る振動素子として、振動片10を備えた振動素子100を用いた例について説明する。
As shown in FIG. 16, the
パッケージ55は、振動素子100を収容している。パッケージ55は、パッケージベース(実装基板)40と、リッド50と、を有することができる。
The
パッケージベース40には、凹部48が形成され、凹部48内に振動素子100が配置されている。パッケージベース40の平面形状は、凹部48内に振動素子100を配置することができれば、特に限定されない。パッケージベース40としては、例えば、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、水晶、ガラス、シリコンなどの材料を用いる。
A
パッケージベース40の第1面(図示の例では凹部48の内側の底面)40aには、第1端子42が設けられている。第1端子42には、接着剤(導電性接着剤)30が設けられ、第1端子42と第1励振電極20とは、電気的に接続されている。図示はしないが、第1面40aには、さらに、第2励振電極22と電気的に接続されている第1端子が設けられている。
A
パッケージベース40の第2面(第1面40aと反対側の面)40bには、電子機器などの外部部材に実装される際に用いられる第2端子44が設けられている。第2端子44は、パッケージベース40を貫通するコンタクト部(図示せず)を介して、第1端子42および第2励振電極22と電気的に接続された第1端子に接続されていてもよい。
On the second surface (surface opposite to the
第1端子42および第2端子44としては、例えば、タングステンなどのメタライス層に、ニッケル、金などの皮膜をめっきなどの方法により積層した金属膜を用いる。
As the
リッド50は、パッケージベース40の凹部48を覆って設けられている。図示の例では、リッド50の形状は、板状である。リッド50としては、例えば、パッケージベース40と同じ材料や、コバール、42アロイ、ステンレス鋼などの金属を用いる。リッド50は、例えば、シームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材60を介して、パッケージベース40に接合されている。
The
パッケージベース40の気密に封止された凹部48内は、減圧された真空状態(真空度の高い状態)または、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。
The hermetically sealed
振動子500によれば、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる振動素子100(振動片10)を有することができる。
According to the
5. 振動子の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る振動子について、図面を参照しながら説明する。図17は、本実施形態の変形例に係る振動子600を模式的に示す断面図である。以下、振動子600において、振動子500の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
5. Next, a vibrator according to a modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing a
振動子500では、図16に示すように、パッケージベース40に凹部48が設けられていた。これに対し、振動子600では、図17に示すように、パッケージベース40には、凹部48が設けられておらず、パッケージベース40は、平板状の形状を有している。
In the
振動子600では、リッド50は、全周につば部52が設けられたキャップ状(容器状)の形状を有しており、その内側の空間54に、振動素子100を収容することができる。つば部52は、接合部材60を介して、パッケージベース40に接合されている。リッド50としては、例えば、コバール、42アロイ、ステンレス鋼などの金属を用いる。
In the
振動子600によれば、振動子500に比べて、パッケージベース40に凹部48を設けなくてよいため、その分パッケージベース40の製造が容易となり、製造コストを削減することができる。
According to the
6. 電子デバイス
次に、本実施形態に係る電子デバイスについて、図面を参照しながら説明する。図18は、本実施形態に係る電子デバイス800を模式的に示す断面図である。
6). Next, an electronic device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing an
電子デバイス700は、図18に示すように、本発明に係る振動片と、電子素子70と、を含む。より具体的には、電子デバイス700は、本発明に係る振動子を含む。以下では、本発明に係る振動子として、振動片10を備えた振動子500を用いた例について説明する。
As shown in FIG. 18, the
電子素子70は、パッケージ55に収容されている。より具体的には、電子素子70は、パッケージベース40に設けられた凹部48内に配置されている。電子素子70としては、例えば、振動片10を駆動する発振回路を備えたICチップを用いる。さらに、ICチップは、振動片10の温度変化に伴う周波数変動を補正する温度補償回路を備えていてもよい。電子素子70として発振回路を備えたICチップを用いる場合、電子デバイス700は、発振器として機能することができる。なお、電子素子70は、上記のようなICチップに限定されず、例えば、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子であってもよい。
The
電子素子70は、バンプ72を介して、パッケージベース40の第1面40aに設けられた第3端子46と電気的に接続されている。第3端子46は、例えば、図示しない配線によって、第1端子42と接続されている。これにより、電子素子70と励振電極20,22とを電気的に接続することができる。
The
バンプ72としては、例えば、金、ニッケルなど金属バンプを用いる。第3端子46としては、例えば、タングステンなどのメタライス層に、ニッケル、金などの皮膜をめっきなどの方法により積層した金属膜を用いる。
As the
なお、図示はしないが、電子素子70は、バンプ72の変わりに、ワイヤーによって、第3端子46と電気的に接続されていてもよい。
Although not shown, the
電子デバイス700によれば、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる振動素子100(振動片10)を有することができる。
According to the
7. 電子デバイスの変形例
次に、本実施形態の変形例に係る電子デバイスについて、図面を参照しながら説明する。図19は、本実施形態の変形例に係る電子デバイス800を模式的に示す断面図である。以下、電子デバイス800において、電子デバイス700の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
7). Next, an electronic device according to a modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing an
電子デバイス700では、図18に示すように、電子素子70は、パッケージベース40の第1面40a側に設けられ、パッケージベース40に設けられた凹部48内に配置されていた。これに対し、電子デバイス800では、図19に示すように、パッケージベース40の第2面40bが底面となる凹部49内に設けられている。電子デバイス800では、パッケージベース40は、略H型の形状を有することができる。
In the
電子素子70は、接着剤(図示せず)によって、第2面40bに接合されていてもよい。電子素子70は、ワイヤー74を介して、第2面40bに設けられた第3端子46と電気的に接続されている。ワイヤー74の材質は、例えば、金である。
The
なお、図示はしないが、電子素子70は、ワイヤー74の変わりに、バンプによって、第3端子46と電気的に接続されていてもよい。
Although not shown, the
電子デバイス800によれば、振動素子100と電子素子70とを分離し、振動素子1
00を単独で気密封止しているために、良好な周波数エージング特性を有することができる。
According to the
Since 00 is hermetically sealed alone, it can have good frequency aging characteristics.
8. 電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。図20は、本実施形態に係る電子機器として、形態電話(スマートフォン)を模式的に示す平面図である。
8). Next, an electronic device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 20 is a plan view schematically showing a form phone (smart phone) as an electronic apparatus according to the present embodiment.
スマートフォン1000は、本発明に係る振動片を含む。より具体的には、スマートフォン1000は、本発明に係る電子デバイスを含む。以下では、図20に示すように、本発明に係る電子デバイスとして、振動片10を備えた電子デバイス700を用いた例について説明する。なお、便宜上、図20では、電子デバイス700を簡略化して図示している。
スマートフォン1000は、電子デバイス700を、例えば、基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして用いる。スマートフォン1000は、さらに、表示部(液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等)1001、操作部1002、および音出力部1003(マイクロフォン等)を有することができる。スマートフォン1000は、表示部1001に対する接触検出機構を設けることで表示部1001を操作部として兼用してもよい。
The
スマートフォン1000によれば、屈曲振動を抑圧しつつ、製造工程を簡略化することができる振動素子100(振動片10)を有することができる。
According to the
なお、スマートフォン(形態電話)1000に代表される電子機器は、上述したように、振動片10を駆動する発振回路と、振動片10の温度変化に伴う周波数変動を補正する温度補償回路と、を備えていることが好ましい。
Note that, as described above, an electronic device typified by the smartphone (morphological phone) 1000 includes an oscillation circuit that drives the
これによれば、スマートフォン1000に代表される電子機器は、振動片10を駆動する発振回路と共に、振動片10の温度変化に伴う周波数変動を補正する温度補償回路を備えていることから、発振回路が発振する共振周波数を温度補償することができ、温度特性に優れた電子機器を提供することができる。
According to this, since the electronic device represented by the
本発明に係る振動片を備えた電子機器は、上記スマートフォンに限らず、電子ブック、パーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、ナビゲーション装置、ベージャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器などのタイミングデバイスとして好適にも用いることができる。 The electronic device provided with the resonator element according to the invention is not limited to the above smartphone, but an electronic book, a personal computer, a television, a digital still camera, a video camera, a video recorder, a navigation device, a pager, an electronic notebook, a calculator, a word processor, a work It can be suitably used as a timing device such as a station, a videophone, a POS terminal, or a device equipped with a touch panel.
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。 The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, it is possible to appropriately combine each embodiment and each modification.
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
1…ATカット水晶基板、2…基板、4…耐蝕膜、6…レジスト膜、10…振動片、12…基板、12a…振動部、12b…外縁部、13a…第1主面、13b…第2主面、14…第1凸部、15a…第1非重なり部、15b…第2非重なり部、15c…重なり部、16…第2凸部、20…第1励振電極、22…第2励振電極、24…接続電極、26…マウント電極、30…接着剤、40…パッケージベース、40a…第1面、40b…第2面、42…第1端子、44…第2端子、46…第3端子、48…凹部、49…凹部、50…リッド、52…つば部、54…空間、55…パッケージ、60…接合部材、70…電子素子、72…バンプ、74…ワイヤー、100…振動素子、101,102…振動片、200,300,400…振動素子、500,600…振動子、700,800…電子デバイス、1000…スマートフォン、1001…表示部、1002…操作部、1003…音出力部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記振動部は、
前記外縁部の一方の主面よりも突出している第1凸部と、
前記外縁部の一方の主面に対して裏面側の他方の主面よりも突出している第2凸部と、を有し、
前記振動部は、平面視において、前記第1凸部と前記第2凸部とが重ならない部分を備えている、振動片。 Including a vibration part that excites thickness shear vibration, and a substrate having an outer edge part disposed along an outer edge of the vibration part,
The vibrating part is
A first protrusion protruding from one main surface of the outer edge;
A second convex portion protruding from the other main surface on the back side with respect to one main surface of the outer edge portion, and
The vibration part includes a part in which the first convex part and the second convex part do not overlap in a plan view.
前記重ならない部分の幅Lは、下記式の関係を満たす、振動片。
L=(m×λ/2)×k
ただし、mは1以上の整数であり、λは屈曲振動の波長であり、0.8<k<1.2である。 In claim 1,
The width L of the non-overlapping portion is a resonator element that satisfies the relationship of the following formula.
L = (m × λ / 2) × k
However, m is an integer greater than or equal to 1, (lambda) is a wavelength of bending vibration, and it is 0.8 <k <1.2.
前記重ならない部分の幅は、前記厚みすべり振動の振動方向に沿う方向の大きさである、振動片。 In claim 1 or 2,
The width of the non-overlapping portion is a resonator element having a size in a direction along a vibration direction of the thickness shear vibration.
前記振動部の形状は、平面視において、矩形である、振動片。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The shape of the vibrating part is a vibrating piece that is rectangular in plan view.
前記第1凸部は、側面に複数の段差を含み、
前記第2凸部は、側面に複数の段差を含む、振動片。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The first convex portion includes a plurality of steps on a side surface,
The second convex portion is a resonator element including a plurality of steps on a side surface.
前記第1凸部の中心と前記第2凸部の中心は、平面視において、前記厚みすべり振動の振動方向に沿う方向にずれている、振動片。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The center of the said 1st convex part and the center of the said 2nd convex part have shifted | deviated to the direction in alignment with the vibration direction of the said thickness shear vibration in planar view.
前記基板の一方の主面に第1マスクを配置し、
前記基板の一方の主面に対して裏面側の他方の主面に、前記第1マスクの面積よりも小さく、前記第1マスクと、平面視において、重なるように第2マスクを配置し、
前記基板の前記第1マスクおよび前記第2マスクから露出しているところをエッチングして、
振動部、および前記振動部の外縁に沿って配置されている外縁部を有している基板を含み、前記振動部が、前記外縁部の一方の主面よりも突出している第1凸部と、前記外縁部の一方の主面に対して裏面側の他方の主面よりも突出している第2凸部と、を有し、前記振動部は、平面視において、前記第1凸部と前記第2凸部とが重ならない部分を備えているメサ型基板を形成する工程と、
を含む、振動片の製造方法。 Preparing a substrate that vibrates due to a thickness slip;
A first mask is disposed on one main surface of the substrate;
A second mask is disposed on the other main surface on the back surface side with respect to one main surface of the substrate, the second mask being smaller than the area of the first mask and overlapping the first mask in plan view.
Etching the substrate exposed from the first mask and the second mask,
A first convex portion including a vibrating portion and a substrate having an outer edge portion disposed along an outer edge of the vibrating portion, wherein the vibrating portion protrudes from one main surface of the outer edge portion; A second convex portion projecting from the other main surface on the back surface side with respect to one main surface of the outer edge portion, and the vibrating portion in plan view and the first convex portion Forming a mesa substrate having a portion that does not overlap the second convex portion;
A method for manufacturing a resonator element, comprising:
前記第1凸部の表面と前記一方の主面の前記外縁部の一部の表面とを覆う第1励振電極と、
前記第2凸部の表面と前記他方の主面の前記外縁部の一部の表面とを覆う第2励振電極と、
を含む、振動素子。 The vibrator element according to any one of claims 1 to 6,
A first excitation electrode that covers a surface of the first convex portion and a surface of a portion of the outer edge portion of the one main surface;
A second excitation electrode covering a surface of the second convex portion and a part of the outer edge portion of the other main surface;
Including a vibrating element.
前記振動片を収容するパッケージと、
を含む、振動子。 A vibrating piece according to any one of claims 1 to 6,
A package for housing the resonator element;
Including a vibrator.
電子素子と、
を含む、電子デバイス。 A vibrating piece according to any one of claims 1 to 6,
An electronic element;
Including electronic devices.
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