JP3991304B2

JP3991304B2 - Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric vibrator

Info

Publication number: JP3991304B2
Application number: JP2001179975A
Authority: JP
Inventors: 雅子田中; 英明中村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2021-06-14
Also published as: JP2002374135A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片および圧電振動子に係り、特に逆メサ型の振動片を用いることとした圧電振動片および圧電振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水晶等の薄板片でなる圧電材料の表面に形成した励振電極を介して駆動電圧を印加することにより、所定の周波数を得る圧電振動片が知られている。
そしてこのような圧電振動片は電子機器の高速化などに伴い、基本周波数の向上が求められている。
【０００３】
図８は、従来の逆メサ型の圧電振動片の形状を示す説明図であり、同図（１）は外観斜視図であり、同図（２）は、同図（１）における断面図である。これらの図に示すように、従来の逆メサ型の圧電振動片１は一般的には水晶からなり、外形をなす枠体２と、当該枠体２の中央部分に窪みのように形成された薄板からなる励振部３とから構成されている。ここで当該励振部３の厚みは、高周波振動（８０ＭＨｚ以上）を得る目的から、非常に薄く設定されている（１６７ＭＨｚで１０μm）。このため励振部３だけでは当該励振部３自体の姿勢を保つだけの強度が無く、その周囲に形成された強度の有る枠体２によって前記励振部３の保持を行うようにしている。
【０００４】
このような圧電振動片１では、励振部３の表裏面に励振電極４が形成されているとともに、枠体２の隅部にマウント電極５が形成されており、これら電極同士を接続するよう、段差６の表面には配線パターン７が形成されている。そして前記励振部３の表裏面に設けられた励振電極４にマウント電極５より電圧を印加することで、あらかじめ設定された周波数を得るようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述した従来の圧電振動片１では、下記に示すような問題点があった。
すなわち従来の逆メサ型の圧電振動片１では、励振電極４と配線パターン６を形成する際、まず圧電振動片１の表面にスパッタあるいは蒸着を使用して電極膜を形成させる。そしてこれら電極膜の上層にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィにて前記電極膜から配線パターン７を形成するが（あるいはマスクを圧電振動片の表面に置き、スパッタまたは蒸着を利用して配線パターン７を形成するようにしてもよい）、枠体２と励振部３の間の段差６（コーナ部含む）は急な傾斜面になっているので、電極膜やレジストの厚みを十分確保することができず、このため配線パターン６の抵抗値が増大したり、あるいは前記段差６の箇所で、断線が生じてしまうおそれがあった（いわゆる段切れ）。
【０００６】
また圧電振動片１に用いられる圧電片は、圧電単結晶原石より任意の角度で切り出されたものである。このため励振部３をエッチングによって形成する際、結晶軸（結晶方位）の違いによって前記エッチングの進行度合いも異なるので、前記励振部３の周囲に形成される段差６の斜面には角度差が生じる。圧電振動片１は通常、圧電単結晶原石をスライスしたウェハ上に複数形成されるが、急斜面の段差６に配線パターン７を形成することは段切れ等のおそれが増し、これを防止するため配線パターン７を形成する段差６が限定されてしまい、さらにマウント電極５の位置も限定されてしまうという設計上の制約が生じていた。
【０００７】
また圧電振動片１は、その形成後、パッケージ内に封止されるが、その際、マウント電極５をパッケージ内の電極に導電性接着剤を用いて接続する必要がある。そしてこの接着剤が硬化する際に枠体２の強度が低いと、接着剤の硬化時の収縮力や収縮力緩和のためのアニール処理によって枠体２を変形させてしまい、励振部３の基本周波数を大きく変動させてしまうおそれがあった。
【０００８】
また上述したような圧電振動片１では、励振部３の厚みと、当該励振部３の各辺の長さとの比（いわゆる辺比）が大きくなるので、主振動に対して寄生振動（スプリアス振動）が多く発生し、主振動周波数がジャンプしてしまう問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に着目し、励振部周囲の段差に形成される配線パターンの抵抗値の上昇や、前記配線パターンの断線を防止するとともに、配線パターンの引き回しの設計自由度の向上、ならびに圧電振動片の取り付け時に生じる周波数オフセット量の低減を図り、さらに圧電振動片の主振動が、励振部に生じる機械的副振動に重なるのを防止することのできる圧電振動片および圧電振動子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、枠体の中央部にエッチングによって励振部を形成する際、その段差形状を複数の階段状にすれば、１段あたりの段差寸法を小さくすることができ、レジストや配線パターンの厚みが薄くなることを防止するという知見に基づいてなされたものである。
【００１１】
本発明に係る圧電振動片は、振動片の外形をなす枠体と、この枠体の内側に窪み状に形成される励振部とを有し、前記励振部周囲の枠体の内側に形成された階段状段差と、前記励振部に励振電極を形成するとともに、複数段からなる前記段差に配線パターンを設け、当該配線パターンにより前記励振電極を前記枠体に引き出し、前記励振部の厚みに対する辺長さの比が５０以下になるよう前記励振部の面積を設定したものである。
【００１２】
上記圧電振動片は、圧電材料からなる振動片の内側にエッチングにより凹状の窪みを形成し、前記振動片を枠体と、この枠体の内側に位置する励振部とした後、この励振部に励振電極を設けるとともに、前記エッチングにより形成される前記励振部周囲の段差に、前記励振電極から前記枠体に引き出される配線パターンを形成するにあたり、前記振動片へのエッチングを複数回行い前記段差を階段状に形成した後に、この階段状に形成された前記段差に前記配線パターンを形成し、前記励振電極を前記枠体に引き出すようにして製造すればよい。なお前記エッチングの処理速度を複数回毎に変動させ、さらに励振部が形成される最終エッチングの処理速度を最も遅くさせることが望ましい。
【００１３】
そして本発明に係る圧電振動片を、振動片の片面に断面凹状となる窪みが形成され、前記振動片を枠体と、この内側に位置する励振部とで構成した逆メサ型の圧電振動片であって、前記枠体と前記励振部との間に複数段からなる段差を形成し、前記励振部に励振電極を形成するとともに、複数段からなる前記段差に配線パターンを設け、当該配線パターンにより前記励振電極を前記枠体に引き出し、前記励振部の厚みに対する辺長さの比が５０以下になるよう前記励振部の面積を設定したり、あるいは振動片の両面に当該振動片が断面Ｈ型になるよう窪みを形成し、前記振動片を枠体と、この内側に位置する励振部とで構成した逆メサ型の圧電振動片であって、前記枠体と前記励振部との間に複数段からなる段差を形成し、前記励振部に励振電極を形成するとともに、複数段からなる前記段差に配線パターンを設け、当該配線パターンにより前記励振電極を前記枠体に引き出し、前記励振部の厚みに対する辺長さの比が５０以下になるよう前記励振部の面積を設定するよう構成してもよい。また複数段の前記段差は、前記振動片の両面に形成されることが望ましい。
【００１４】
また本発明に係る圧電振動片の材料は、水晶が望ましい。
【００１５】
そして本発明に係る圧電振動子を、振動片の外形をなす枠体と、この枠体の内側に窪み状に形成される励振部とを有し、前記励振部の厚みに対する辺長さの比が５０以下になるよう前記励振部の面積を設定し、前記励振部周囲の枠体の内側に階段状段差を形成し、前記励振部に励振電極を形成するとともに、複数段からなる前記段差に配線パターンを設け、当該配線パターンにより前記励振電極を前記枠体に引き出した圧電振動片と、この圧電振動片の枠体に引き出された前記配線パターンに導電性接着剤を介して接続される端子電極を有したベース基板と、当該ベース基板を覆い前記圧電振動片の封止をなすカバーとを有するよう構成した。
【００１６】
従来、枠体と励振部との間は、１段の段差で形成されていたが、本発明では枠体と励振部との間を複数段の段差で構成している。
このように枠体と励振部との間を階段状に構成すれば、配線パターンを形成するための金属膜を段差表面にスパッタや蒸着で形成する際、前記金属膜の厚みと個々の段差の高さとの比率が小さくなり（金属膜が乗り上げる高さが小さくなる）、金属膜の厚みが変動する（薄くなる）のを防止することができる。またフォトリソグラフィに使用するレジスト膜についても、同様の理由でその厚みを確保することができ、スパッタ装置に圧電振動片を投入した場合、前記レジスト膜によって下層に配置される金属膜の保護を確実に行わせることができる。
【００１７】
これらの要因により、前記金属膜からフォトエッチング等によって形成される配線パターンの膜厚も十分確保することが可能となり、前記配線パターンの抵抗値が低減するのを防止したり、さらには配線パターンに断線（段切れ）が生じるのを防止することができる。また階段状の段差は、片側あるいは両側に窪みが形成された圧電振動片に対して適用することが可能であり、さらに両側に窪みが形成された圧電振動片においては、いずれかの片面側に階段状の段差を形成してもよい。
【００１８】
また段差斜面が急な場合であっても、この段差間を複数段に形成すれば、段差先端部を結ぶ斜面の角度を緩やかにすることができる。このため圧電振動片の切り出される結晶軸（結晶方位）に左右されず、励振部に隣接するどの斜面からも配線パターンを引き出すことが可能になり、パターン引き回しなど設計自由度を向上させることができる。
【００１９】
ところで枠体と励振部との間に形成される段差を階段状にすれば、前記励振部の面積を縮小させることができる。そして励振部の面積、すなわち励振部を構成する辺寸法を小さくすれば、励振部の厚みに対する辺長さの比を小さくすることが可能となり、この辺比が小さい側では励振部のスプリアス振動が発生する間隔を広げることが可能になる。このため励振部に生じる主振動とスプリアス振動とが重ならないよう、励振部の寸法を設定することが容易になり、設計の自由度を高めることができる。
【００２０】
またこのような圧電振動片を導電性接着剤を用いてベース基板に接続すると、前記導電性接着剤の硬化時に収縮力や、アニール処理による応力緩和が枠体に加わる。しかし当該枠体と励振部との間の段差を階段状にしたので、段差の位置する範囲が広域になり、枠体のねじり剛性が高くなっている。このため前記収縮力が枠体に加わっても、当該枠体の変形量を小さくすることができるので、枠体の内側に配置された励振版の周波数変動を最小限に抑えることが可能になる。
【００２１】
なお本発明では枠体と励振部との間を階段状の段差で形成することとしたが、上記作用を満足するものであれば、これら個々の段差高さは、均一であったり、また異なる寸法であってもよい。また段差を形成するために複数行われるエッチングの速度を個々に変更すれば、エッチング時間の短縮を図ることができ、さらに励振部が形成される最終エッチングの処理速度を最も遅くすれば、エッチングの時間に若干の誤差が生じても、処理速度が遅いためエッチングの進行が進まず、励振部の厚み誤差を少なくすることが可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る圧電振動片の製造方法および圧電振動片、ならびに圧電振動子に好適な具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る水晶振動片の形状を示す説明図であり、同図（１）は外観斜視図であり、同図（２）は、同図（１）における断面図であり、同図（３）は、同図（２）における要部拡大図である。これらの図に示すように、本実施の形態に係る圧電振動片となる水晶振動片１０は、外形をなす枠体１２と、この枠体１２の内側に形成される薄板状の励振部１４とから構成されている。ここで当該励振部１４の厚みは、高周波振動（８０ＭＨｚ以上）を得る目的から、非常に薄く設定されている（本実施の形態では約１０μm）。このため励振部１４だけでは当該励振部１４自体の姿勢を保つだけの強度が無く、その周囲に形成された強度の有る枠体１２によって前記励振部１４の保持を行うようにしている。
【００２３】
このような水晶振動片１０では、励振部１４の表裏面に励振電極１６がそれぞれ形成されているとともに、枠体２の隅部には前記励振電極１６に対応したマウント電極１８が形成されている。そしてこれら電極同士を接続するよう、励振電極１６とマウント電極１８の間には配線パターン２０が引き回されており、前記マウント電極１８に電圧を印加することで、励振部１４の厚みによりあらかじめ設定される周波数を得るようにしている。
【００２４】
ところで前記枠体１２と励振部１４との間には、同図（２）に示すように階段状の段差２２が設けられており、枠体１２と励振部１４との間の高低差を吸収するようにしている。ここで前述した配線パターン２０は、階段状の段差２２の上層に形成されることとなるが、同図（３）に示すように、個々の段差の高さｈと、配線パターン２０の厚みとの比率が、枠体１２と励振部１４の間を１段の段差で形成した場合（従来の段差形状）に比べて小さくなるので、配線パターン２０が個々の段差を乗り上げる際に、前記配線パターン２０の厚みが薄くなるのを防止することができる。
【００２５】
また配線パターン２０をフォトリソグラフィによって形成する場合でも、枠体１２と励振部１４との間に階段状の段差を形成し、個々の段差の高さを低く設定しておけば、個々の段差の高さと、レジストを塗布した際の厚みとの比率が小さくなり、レジスト膜が個々の段差を乗り上げる際に、前記レジスト膜の厚みが薄くなるのを防止することができる。このため配線パターン２０を形成するための金属膜の保護を確実に行うことができ、前記金属膜の膜厚が薄くなるのを防止することが可能になる。さらに個々の段差の高さや段数を任意に選択できることから、励振部１４の周囲にエッチングによって形成される斜面の角度に左右されず、配線パターン２０を形成することが可能になり、パターン引き回しにおける設計の自由度を向上させることができる。
【００２６】
発明者は、上記発明に対し、種々の実験と検討を実施し、その効果の実証を行った。下記に示す表１は、検討用サンプルの詳細データであり、表２は同サンプルによる実験結果の比較を示している。
【表１】

【表２】

【００２７】
実験に用いられた水晶振動片はＡＴカットのものが使用されている。そして表１に示すように、パッケージの制約上、従来例と実施例の外形形状を揃える必要が有るため、励振部１２の形状が実施例（階段状の段差形状）においては、若干小さくなっている。
【００２８】
そして本実施の形態に係る水晶振動片１０のクリスタルインピーダンスの平均値を従来のものと比較すると、表2に示すように、振動片におけるクリスタルインピーダンスの値が低くなり、さらにばらつきの度合いが小さくなっているのが判明する。
【００２９】
また水晶振動片１０をベース基板に導電性接着剤を用いて取り付け、マウント直後の周波数と応力緩和用のアニールプロセスを通った後の周波数のずれを検証した。表２に示すように段差を階段状にした方が、アニール工程を終了させた後の周波数のずれが少なくなり、周波数歩留まりの立場から有利であることが判明した。
【００３０】
図２は、本実施の形態に係る水晶振動片をベース基板に取り付けた水晶振動子の形態を示し、同図（１）は、水晶振動子の断面図であり、同図（２）は、同振動子の上面図であり、同図（３）は、水晶振動片に加わる外力の説明図である。
【００３１】
同図（１）および同図（２）に示すように、本実施の形態に係る水晶振動片１０では、枠体１２に形成されたマウント電極１８をベース基板２４の表面に設けられた接続用電極２６に導電性接着剤２８によって取り付ける。そしてベース基板２４の背面側に形成される端子電極３０と、水晶振動片１０側の電気的導通を図った後は、ベース基板２４の表側よりカバー３２を被せ、前記水晶振動片１０を封止し、これを水晶振動子３４とする。
【００３２】
このような工程を経て水晶振動子３４は製造されるが、水晶振動片１０のマウント電極１８と、ベース基板２４に形成された接続用電極２６とを、導電性接着剤２８で接続する際、当該導電性接着剤２８の硬化による体積縮小が生じる。そして一対のマウント電極１８間に導電性接着剤２８からの外力が加わると、同図（３）に示すように、枠体１２に変形が生じ（変形の方向は、図中、矢印３６を参照）、この枠体１２の変形に伴い、励振部１４にも変形が起こり、当該励振部１４に主振動数が設定値から大きく外れてしまうおそれがある。通常は、ベース基板２４とともに水晶振動片１０を恒温槽などに投入し、加熱によるアニール処理を施すことで、導電性接着剤２８からの外力を緩和し、励振部１４の主振動数を設定値付近に戻すのであるが、前述の枠体１２の強度が低いと変形量が大きくなり、アニール処理後でも励振部１４の主振動数が設定値の付近に移動しなくなるという可能性がある。しかし本実施の形態に係る水晶振動片１０では、枠体１２と励振部１４との間に階段状の段差２２を形成したことから、当該段差２２の位置する範囲が広域になり、枠体１２のねじり剛性が高くなっている。このため表２に示すように導電性接着剤２８の縮小力が枠体１２に加わっても、当該枠体１２の変形量を小さくすることが可能となり、枠体１２の内側に配置された励振版の周波数変動を最小限に抑えることができる。
【００３３】
図３は、本実施の形態に係る水晶振動片における励振部の斜視図である。
同図に示すように枠体１２の大きさを従来の水晶振動片と同一にし、階段状の段差２２を形成すると、逆メサ部となる励振部１４の辺寸法（面積）が縮小するが、辺比（寸法／厚み）の値が小さくなるとスプリアス抑制においても有利になる。図４は、励振部に設定される主振動と、前記励振部に生じるスプリアス振動のモードチャートを示すグラフであり、同図（１）は、寸法比が低域の場合を示し、同図（２）は、寸法比が高域である場合を示す。
【００３４】
これらの図に示すように高辺比になるほど、スプリアス（図中黒丸３８を参照）の数が多くなっている。なお本実施の形態で述べるスプリアスとは、励振部１４に生じる機械的な振動を示すものであり、前記励振部１４の寸法を整数で割った波長で生じる周波数や、励振部１４の各辺を任意の整数で割った際の最小公倍数で生じる周波数などが該当する。
そしてこのスプリアス振動と励振部１４との振動数が一致すると、主振動の振幅を正常に検出できなくなるという障害が生じる。
【００３５】
なお励振部１４の主振動は、厚みすべり振動と呼ばれ、その振動数をｆとすると、
【数式１】

で設定される。
【００３６】
ここで主振動の周波数ｆの値が設定されると、上述の通り、この主振動の値にスプリアス振動が一致しないよう励振部１４の寸法を設定する必要があるが、同図（２）に示すように通常、逆メサＡＴ型の水晶振動片では、通常その辺比は１００前後であり、スプリアスの回避が非常に難しいものとなっている。
【００３７】
しかし枠体１２と励振部１４との間に階段状の段差２２を形成することにより、励振部１４を形成する各辺の長さを縮小させることができるので、同図（１）に示すように辺比を従来の半分程度（辺比５０）まで低減させることが可能になり、スプリアスの回避を容易にし、設計自由度を高めることができる。
【００３８】
このような水晶振動片１０の製造手順を以下に説明する。
図５〜図７は、本実施の形態に係る水晶振動片における階段状の段差の製造プロセスを示した工程説明図である。
【００３９】
図５（１）に示すように水晶ウェハ４０の両面を鏡面仕上げした後、同図（２）に示すように、水晶ウェハ４０の両面に、Ｃｒを１０〜１００ｎｍ、Ａｕを５０〜３００ｎｍ、蒸着あるいはスパッタリングで成膜し、フッ酸の耐食膜４２を形成する。
【００４０】
そして同図（３）に示すようにＡｕ／Ｃｒからなる耐食膜４２の上層に、フォトレジストを塗布し、乾燥させ、レジスト膜４４を形成する。次いで同図（４）に示すように、レジスト膜４４の表面に凹陥部４６の耐食膜４２のエッチングパターン部を抜いたステンレス製のマスク４８を水晶ウェハ４０に密着させる。
【００４１】
このようにマスク４８をレジスト膜４４に密着させた後は、同図（５）に示すように、水晶ウェハ４０の全面に酸素プラズマをかけてマスク４８から露出するエッチングパターン部のレジスト膜４４を除去し、Ａｕ／Ｃｒからなる耐食膜４２を露出させる。
【００４２】
そして図６（１）に示すように、Ａｕ／Ｃｒからなる耐食膜４２をエッチングで除去し、水晶ウェハ４０の表面を露出させた後は、同図（２）に示すように、露出した水晶ウェハ４０の表面をフッ酸等のエッチング液で、所定の厚さまでハーフエッチングする。このようにハーフエッチングを行った後は、同図（３）に示すように凹陥部４６より若干大きな凹陥部５０を有したステンレス製のマスク５２をレジスト膜４４に密着させ、同図（４）に示すように、水晶ウェハ４０の全面に酸素プラズマをかけてマスク５２から露出するエッチングパターン部のレジスト膜４４を除去し、Ａｕ／Ｃｒからなる耐食膜４２を露出させる。
【００４３】
次いで、図７（１）に示すように、Ａｕ／Ｃｒからなる耐食膜４２をエッチングで除去し、水晶ウェハ４０の表面を露出させ、同図（２）に示すように、水晶ウェハ４０をフッ酸等のエッチング液で、階段状の段差２２が形成されるよう、所定の厚さまでハーフエッチングすればよい。
【００４４】
そして階段状の段差２２が形成された後は、同図（３）に示すように表面に残ったレジスト膜４４を剥離し、その後、同図（４）に示すように水晶ウェハ４０の表面に残ったＡｕ／Ｃｒからなる耐食膜４２を剥離すればよい。
このような手順を行えば枠体１２と励振部１４との間に階段状の段差２２を形成することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る圧電振動片は、圧電材料からなる振動片の内側にエッチングにより凹状の窪みを形成し、前記振動片を枠体と、この枠体の内側に位置する励振部とした後、この励振部に励振電極を設けるとともに、前記エッチングにより形成される前記励振部周囲の段差に、前記励振電極から前記枠体に引き出される配線パターンを形成するにあたり、前記振動片へのエッチングを複数回行い前記段差を階段状に形成した後に、この階段状に形成された前記段差に前記配線パターンを形成し、前記励振電極を前記枠体に引き出す手順として製造できる。
【００４６】
また本発明に係る圧電振動片を、振動片の外形をなす枠体と、この枠体の内側に窪み状に形成される励振部との間に複数段からなる段差を形成し、前記励振部に励振電極を形成するとともに、複数段からなる前記段差に配線パターンを設け、当該配線パターンにより前記励振電極を前記枠体に引き出し、前記励振部の厚みに対する辺長さの比が５０以下になるよう前記励振部の面積を設定したり、また振動片の外形をなす枠体と、この枠体の内側に窪み状に形成される励振部との間に複数段からなる段差を形成し、前記励振部の面積縮小により、前記励振部のスプリアス低減を図ることとし、
【００４７】
さらに本発明に係る圧電振動子を、振動片の外形をなす枠体と、この枠体の内側に窪み状に形成される励振部との間に複数段からなる段差を形成し、前記励振部に励振電極を形成するとともに、前記励振部の厚みに対する辺長さの比が５０以下になるよう前記励振部の面積を設定し、複数段からなる前記段差に配線パターンを設け、当該配線パターンにより前記励振電極を前記枠体に引き出した圧電振動片と、この圧電振動片の枠体に引き出された前記配線パターンに導電性接着剤を介して接続される端子電極を有したベース基板と、当該ベース基板を覆い前記圧電振動片の封止をなすカバーとを有したことから、
【００４８】
励振部周囲の段差に形成される配線パターンの抵抗値の上昇や、前記配線パターンの断線を防止するとともに、配線パターンの引き回しの設計自由度の向上、ならびに圧電振動片の取り付け時に生じる周波数オフセット量の低減を図り、さらに圧電振動片の主振動が、励振部に生じる機械的副振動に重なるのを防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る水晶振動片の形状を示す説明図である。
【図２】本実施の形態に係る水晶振動片をベース基板に取り付けた水晶振動子の形態を示す説明図である。
【図３】本実施の形態に係る水晶振動片における励振部の斜視図である。
【図４】励振部に設定される主振動と、前記励振部に生じるスプリアス振動のモードチャートを示すグラフである。
【図５】本実施の形態に係る水晶振動片における階段状の段差の製造プロセスを示した工程説明図である。
【図６】本実施の形態に係る水晶振動片における階段状の段差の製造プロセスを示した工程説明図である。
【図７】本実施の形態に係る水晶振動片における階段状の段差の製造プロセスを示した工程説明図である。
【図８】従来の逆メサ型の圧電振動片の形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１………圧電振動片、２………枠体、３………励振部、４………励振電極、
５………マウント電極、６………段差、７………配線パターン、
１０………水晶振動片、１２………枠体、１４………励振部、
１６………励振電極、１８………マウント電極、２０………配線パターン、
２２………段差、２４………ベース基板、２６………接続用電極、
２８………導電性接着剤、３０………端子電極、３２………カバー、
３４………水晶振動子、３６………矢印、３８………黒丸、
４０………水晶ウェハ、４２………耐食膜、４４………レジスト膜、
４６………凹陥部、４８………マスク、５０………凹陥部、５２………マスク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator, and more particularly to a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric vibrator using an inverted mesa type vibrating piece.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there has been known a piezoelectric vibrating piece that obtains a predetermined frequency by applying a driving voltage via an excitation electrode formed on the surface of a piezoelectric material made of a thin plate piece such as quartz.
Such a piezoelectric vibrating piece is required to have an improved fundamental frequency as the speed of electronic equipment increases.
[0003]
FIG. 8 is an explanatory view showing the shape of a conventional inverted mesa type piezoelectric vibrating piece, FIG. 8A is an external perspective view, and FIG. 8B is a sectional view of FIG. is there. As shown in these drawings, the conventional inverted mesa type piezoelectric vibrating piece 1 is generally made of quartz, and is formed like a hollow in the outer frame body 2 and the central portion of the frame body 2. It is comprised from the excitation part 3 which consists of a thin plate. Here, the thickness of the excitation unit 3 is set to be very thin (10 μm at 167 MHz) for the purpose of obtaining high-frequency vibration (80 MHz or more). For this reason, the excitation unit 3 alone is not strong enough to maintain the posture of the excitation unit 3 itself, and the excitation unit 3 is held by the strong frame 2 formed around the excitation unit 3.
[0004]
In such a piezoelectric vibrating piece 1, the excitation electrode 4 is formed on the front and back surfaces of the excitation unit 3, and the mount electrode 5 is formed at the corner of the frame 2, so that these electrodes are connected to each other. A wiring pattern 7 is formed on the surface of the step 6. A voltage set in advance is obtained by applying a voltage from the mount electrode 5 to the excitation electrodes 4 provided on the front and back surfaces of the excitation unit 3.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the above-described conventional piezoelectric vibrating piece 1 has the following problems.
That is, in the conventional inverted mesa type piezoelectric vibrating piece 1, when forming the excitation electrode 4 and the wiring pattern 6, first, an electrode film is formed on the surface of the piezoelectric vibrating piece 1 using sputtering or vapor deposition. Then, after applying a resist to the upper layer of these electrode films, a wiring pattern 7 is formed from the electrode film by photolithography (or a mask is placed on the surface of the piezoelectric vibrating piece, and the wiring pattern 7 is used by sputtering or vapor deposition. The step 6 (including the corner portion) between the frame 2 and the excitation portion 3 is a steeply inclined surface, so that it is possible to ensure a sufficient thickness of the electrode film and the resist. For this reason, the resistance value of the wiring pattern 6 may increase, or there may be a disconnection at the position of the step 6 (so-called step disconnection).
[0006]
Moreover, the piezoelectric piece used for the piezoelectric vibrating piece 1 is cut out from the raw piezoelectric single crystal at an arbitrary angle. For this reason, when the excitation part 3 is formed by etching, the degree of progress of the etching varies depending on the crystal axis (crystal orientation), so that an angle difference occurs on the slope of the step 6 formed around the excitation part 3. . Usually, a plurality of piezoelectric vibrating reeds 1 are formed on a wafer sliced from a single-crystal raw piezoelectric crystal. However, the formation of the wiring pattern 7 on the step 6 on the steep slope increases the risk of disconnection and the like in order to prevent this. There is a design restriction that the step 6 forming the pattern 7 is limited and the position of the mount electrode 5 is also limited.
[0007]
The piezoelectric vibrating reed 1 is sealed in the package after its formation. At this time, it is necessary to connect the mount electrode 5 to the electrode in the package using a conductive adhesive. If the strength of the frame body 2 is low when the adhesive is cured, the frame body 2 is deformed by an annealing process for reducing the shrinkage force or shrinkage force when the adhesive is cured, and the basic structure of the excitation unit 3 There was a possibility that the frequency would fluctuate greatly.
[0008]
Further, in the piezoelectric vibrating reed 1 as described above, since the ratio (so-called side ratio) between the thickness of the excitation unit 3 and the length of each side of the excitation unit 3 becomes large, parasitic vibration (spurious vibration) with respect to the main vibration. ) Occur frequently and the main vibration frequency jumps.
[0009]
The present invention pays attention to the above-mentioned conventional problems, and prevents an increase in the resistance value of the wiring pattern formed at the step around the excitation unit and disconnection of the wiring pattern, and provides a degree of freedom in designing the wiring pattern. Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric vibration capable of improving and reducing the amount of frequency offset generated when the piezoelectric vibrating piece is attached, and further preventing the main vibration of the piezoelectric vibrating piece from overlapping the mechanical sub-vibration generated in the excitation unit The purpose is to provide children.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, when the excitation portion is formed in the central portion of the frame body by etching, if the step shape is a plurality of step shapes, the step size per step can be reduced, and the thickness of the resist or wiring pattern can be reduced. It was made on the basis of the knowledge of preventing the film from becoming thinner.
[0011]
A piezoelectric vibrating piece according to the present invention includes a frame that forms the outer shape of the vibrating piece, and an excitation portion that is formed in a hollow shape inside the frame, and is formed inside the frame around the excitation portion. And forming an excitation electrode on the excitation portion, providing a wiring pattern on the step consisting of a plurality of steps, drawing the excitation electrode to the frame body by the wiring pattern, and providing a side with respect to the thickness of the excitation portion. The area of the excitation part is set so that the length ratio is 50 or less.
[0012]
In the piezoelectric vibrating piece, a concave depression is formed by etching inside a vibrating piece made of a piezoelectric material, and the vibrating piece is used as a frame body and an excitation portion located inside the frame body. An excitation electrode is provided, and in forming a wiring pattern drawn from the excitation electrode to the frame body on the step around the excitation portion formed by the etching, the step is performed by performing etching on the vibrating piece a plurality of times. After the step is formed, the wiring pattern may be formed at the step formed in the step shape, and the excitation electrode may be drawn out to the frame. It is desirable that the etching processing speed is changed every plural times, and the final etching processing speed at which the excitation portion is formed is further slowed down.
[0013]
The piezoelectric vibrating piece according to the present invention is a reverse mesa type piezoelectric vibrating piece in which a depression having a concave cross section is formed on one surface of the vibrating piece, and the vibrating piece is constituted by a frame and an excitation part located inside the frame. A step comprising a plurality of steps is formed between the frame body and the excitation unit, an excitation electrode is formed on the excitation unit, and a wiring pattern is provided on the step comprising the plurality of steps. The excitation electrode is pulled out to the frame body by setting the area of the excitation part so that the ratio of the side length to the thickness of the excitation part is 50 or less, or the vibration piece has a cross-section H on both sides of the vibration piece. A recess is formed so as to form a mold, and the vibration piece is a reverse mesa type piezoelectric vibration piece constituted by a frame body and an excitation portion located inside the frame body, and is provided between the frame body and the excitation portion. Forms a step consisting of multiple steps and excites the excitation unit Forming a pole, providing a wiring pattern at the plurality of steps, and drawing the excitation electrode to the frame by the wiring pattern, so that the ratio of the side length to the thickness of the excitation part is 50 or less. You may comprise so that the area of an excitation part may be set. Further, it is desirable that the plurality of steps are formed on both surfaces of the vibrating piece.
[0014]
The material of the piezoelectric vibrating piece according to the present invention is preferably quartz.
[0015]
The piezoelectric vibrator according to the present invention has a frame body that forms the outer shape of the resonator element, and an excitation portion that is formed in a hollow shape inside the frame body, and the ratio of the side length to the thickness of the excitation portion. The area of the excitation unit is set so that is 50 or less, a stepped step is formed inside the frame around the excitation unit, an excitation electrode is formed on the excitation unit, and the step composed of a plurality of steps is formed. A piezoelectric vibration piece in which a wiring pattern is provided and the excitation electrode is drawn out to the frame body by the wiring pattern, and a terminal connected to the wiring pattern drawn out from the frame body of the piezoelectric vibration piece through a conductive adhesive A base substrate having electrodes and a cover that covers the base substrate and seals the piezoelectric vibrating reed are configured.
[0016]
Conventionally, the frame and the excitation unit are formed with a single step, but in the present invention, the frame and the excitation unit are configured with a plurality of steps.
If the frame and the excitation portion are configured in a stepped manner in this way, when the metal film for forming the wiring pattern is formed on the surface of the step by sputtering or vapor deposition, the thickness of the metal film and the individual step The ratio with the height is reduced (the height on which the metal film rides is reduced), and the thickness of the metal film can be prevented from changing (thinning). Also, the thickness of the resist film used for photolithography can be secured for the same reason, and when the piezoelectric vibrating piece is introduced into the sputtering apparatus, the resist film ensures the protection of the metal film disposed in the lower layer. Can be done.
[0017]
Due to these factors, it is possible to sufficiently secure the film thickness of the wiring pattern formed from the metal film by photoetching or the like, and it is possible to prevent the resistance value of the wiring pattern from being reduced, or to the wiring pattern. It is possible to prevent disconnection (stage break). Further, the stepped step can be applied to a piezoelectric vibrating piece having depressions formed on one side or both sides. Further, in a piezoelectric vibrating piece having depressions formed on both sides, the stepped step can be applied to either side. A stepped step may be formed.
[0018]
Even if the step slope is steep, if the steps are formed in a plurality of steps, the angle of the slope connecting the tip ends of the steps can be made gentle. For this reason, the wiring pattern can be drawn from any inclined surface adjacent to the excitation unit regardless of the crystal axis (crystal orientation) from which the piezoelectric vibrating piece is cut out, and the degree of design freedom such as pattern routing can be improved. .
[0019]
By the way, if the step formed between the frame and the excitation part is stepped, the area of the excitation part can be reduced. If the area of the excitation unit, that is, the side dimension constituting the excitation unit is reduced, the ratio of the side length to the thickness of the excitation unit can be reduced. On the side where the side ratio is small, spurious vibration of the excitation unit is generated. It is possible to widen the interval. For this reason, it becomes easy to set the dimension of an excitation part so that the main vibration and spurious vibration which arise in an excitation part may not overlap, and it can raise the freedom degree of design.
[0020]
Further, when such a piezoelectric vibrating piece is connected to the base substrate using a conductive adhesive, shrinkage force and stress relaxation due to annealing treatment are applied to the frame when the conductive adhesive is cured. However, since the step between the frame and the excitation portion is stepped, the range where the step is located is wide and the torsional rigidity of the frame is high. For this reason, even if the contraction force is applied to the frame body, the deformation amount of the frame body can be reduced, so that it is possible to minimize the frequency fluctuation of the excitation plate disposed inside the frame body. .
[0021]
In the present invention, a stepped step is formed between the frame body and the excitation portion. However, the height of each step is uniform or different as long as the above-described operation is satisfied. It may be a dimension. In addition, the etching time can be shortened by individually changing a plurality of etching speeds for forming the step, and further, the etching speed can be reduced by making the final etching processing speed at which the excitation part is formed the slowest. Even if a slight error occurs in time, the processing speed is slow, so that the etching does not progress and the thickness error of the excitation portion can be reduced.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a specific embodiment suitable for a method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece, a piezoelectric vibrating piece, and a piezoelectric vibrator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing the shape of a quartz crystal resonator element according to the present embodiment. FIG. 1 (1) is an external perspective view, and FIG. 1 (2) is a cross-sectional view in FIG. FIG. 3 (3) is an enlarged view of the main part in FIG. 2 (2). As shown in these drawings, a quartz crystal vibrating piece 10 as a piezoelectric vibrating piece according to the present embodiment includes a frame body 12 forming an outer shape, and a thin plate-like excitation unit 14 formed inside the frame body 12. It is composed of Here, the thickness of the excitation unit 14 is set very thin (about 10 μm in the present embodiment) for the purpose of obtaining high-frequency vibration (80 MHz or more). For this reason, the excitation unit 14 alone is not strong enough to maintain the posture of the excitation unit 14 itself, and the excitation unit 14 is held by the strong frame 12 formed around the excitation unit 14.
[0023]
In such a quartz crystal resonator element 10, excitation electrodes 16 are formed on the front and back surfaces of the excitation unit 14, and mount electrodes 18 corresponding to the excitation electrodes 16 are formed at the corners of the frame 2. . A wiring pattern 20 is routed between the excitation electrode 16 and the mount electrode 18 so as to connect these electrodes, and a voltage is applied to the mount electrode 18 to set in advance according to the thickness of the excitation portion 14. Trying to get the frequency to be.
[0024]
By the way, a stepped step 22 is provided between the frame 12 and the excitation portion 14 as shown in FIG. 2B, and the height difference between the frame 12 and the excitation portion 14 is absorbed. Like to do. The wiring pattern 20 described above is formed in the upper layer of the stepped step 22. As shown in FIG. 3 (3), the height h of each step, the thickness of the wiring pattern 20, and the like. Is smaller than the case where the gap between the frame body 12 and the excitation unit 14 is formed with a single step (conventional step shape). It is possible to prevent the thickness of 20 from being reduced.
[0025]
Even when the wiring pattern 20 is formed by photolithography, if a stepped step is formed between the frame 12 and the excitation unit 14 and the height of each step is set low, the individual step The ratio between the height and the thickness when the resist is applied is reduced, and it is possible to prevent the thickness of the resist film from being reduced when the resist film rides over individual steps. For this reason, the metal film for forming the wiring pattern 20 can be surely protected, and the film thickness of the metal film can be prevented from being reduced. Further, since the height and the number of steps of each step can be arbitrarily selected, the wiring pattern 20 can be formed regardless of the angle of the slope formed by etching around the excitation portion 14, and the design for pattern routing is possible. The degree of freedom can be improved.
[0026]
The inventor conducted various experiments and studies on the above-described invention, and verified the effects. Table 1 shown below is detailed data of the sample for examination, and Table 2 shows a comparison of experimental results with the sample.
[Table 1]

[Table 2]

[0027]
The quartz crystal resonator element used in the experiment is an AT-cut one. As shown in Table 1, because of package restrictions, it is necessary to align the outer shapes of the conventional example and the example, so that the shape of the excitation unit 12 is slightly smaller in the example (stepped step shape). Yes.
[0028]
When the average value of the crystal impedance of the crystal vibrating piece 10 according to the present embodiment is compared with the conventional one, as shown in Table 2, the value of the crystal impedance in the vibrating piece becomes lower and the degree of variation becomes smaller. It turns out that.
[0029]
In addition, the crystal resonator element 10 was attached to the base substrate using a conductive adhesive, and the frequency deviation immediately after mounting and the frequency deviation after passing through the annealing process for stress relaxation were verified. As shown in Table 2, it has been found that the stepped steps are more advantageous from the standpoint of frequency yield because the frequency shift after finishing the annealing process is reduced.
[0030]
FIG. 2 shows a form of a crystal resonator in which a crystal resonator element according to the present embodiment is attached to a base substrate. FIG. 2A is a cross-sectional view of the crystal resonator, and FIG. It is a top view of the same vibrator, and FIG.
[0031]
As shown in FIGS. 1A and 1B, in the quartz crystal vibrating piece 10 according to the present embodiment, the mounting electrode 18 formed on the frame 12 is connected to the surface of the base substrate 24. The electrode 26 is attached with a conductive adhesive 28. After the electrical connection between the terminal electrode 30 formed on the back side of the base substrate 24 and the crystal vibrating piece 10 is achieved, the cover 32 is placed on the front side of the base substrate 24 to seal the crystal vibrating piece 10. This is referred to as a crystal resonator 34.
[0032]
The crystal resonator 34 is manufactured through such a process. When the mount electrode 18 of the crystal resonator element 10 and the connection electrode 26 formed on the base substrate 24 are connected by the conductive adhesive 28, Volume reduction occurs due to the curing of the conductive adhesive 28. When an external force from the conductive adhesive 28 is applied between the pair of mount electrodes 18, the frame 12 is deformed as shown in FIG. 3 (see the arrow 36 in the figure for the direction of deformation). ) With the deformation of the frame 12, the excitation unit 14 is also deformed, and the main frequency of the excitation unit 14 may be greatly deviated from the set value. Usually, the quartz vibrating piece 10 is put together with the base substrate 24 in a thermostatic bath or the like and subjected to annealing treatment to reduce the external force from the conductive adhesive 28 and set the main frequency of the excitation unit 14 to a set value. However, if the strength of the frame 12 is low, the amount of deformation increases, and there is a possibility that the main frequency of the excitation unit 14 does not move to the vicinity of the set value even after annealing. However, in the quartz crystal resonator element 10 according to the present embodiment, since the stepped step 22 is formed between the frame 12 and the excitation unit 14, the range in which the step 22 is located is wide, and the frame 12 The torsional rigidity is high. For this reason, as shown in Table 2, even if the reducing force of the conductive adhesive 28 is applied to the frame body 12, the amount of deformation of the frame body 12 can be reduced, and the excitation disposed inside the frame body 12 can be reduced. The frequency variation of the plate can be minimized.
[0033]
FIG. 3 is a perspective view of an excitation unit in the quartz crystal resonator element according to the present embodiment.
As shown in the figure, when the size of the frame 12 is made the same as that of a conventional crystal vibrating piece and the stepped step 22 is formed, the side dimension (area) of the excitation unit 14 serving as an inverted mesa portion is reduced. If the value of the side ratio (size / thickness) is small, it is advantageous for suppressing spurious. FIG. 4 is a graph showing a mode chart of main vibration set in the excitation unit and spurious vibration generated in the excitation unit. FIG. 4A shows a case where the dimensional ratio is low, and FIG. 2) shows a case where the dimensional ratio is a high range.
[0034]
As shown in these figures, the higher the side ratio, the greater the number of spurious (see the black circle 38 in the figure). The spurious described in the present embodiment indicates mechanical vibration generated in the excitation unit 14. The frequency generated at a wavelength obtained by dividing the dimension of the excitation unit 14 by an integer and each side of the excitation unit 14 are expressed as follows. For example, the frequency generated by the least common multiple when divided by an arbitrary integer.
If the spurious vibration and the vibration frequency of the excitation unit 14 coincide with each other, there arises a problem that the amplitude of the main vibration cannot be detected normally.
[0035]
The main vibration of the excitation unit 14 is referred to as thickness shear vibration.
[Formula 1]

Set by.
[0036]
Here, when the value of the frequency f of the main vibration is set, as described above, it is necessary to set the dimensions of the excitation unit 14 so that the spurious vibration does not coincide with the value of the main vibration. As shown, the inverted mesa AT type crystal vibrating piece usually has a side ratio of about 100, and it is very difficult to avoid spurious.
[0037]
However, by forming a stepped step 22 between the frame 12 and the excitation portion 14, the length of each side forming the excitation portion 14 can be reduced, so that as shown in FIG. In addition, the side ratio can be reduced to about half of the conventional one (side ratio 50), it is possible to easily avoid spurious and increase the degree of freedom in design.
[0038]
The manufacturing procedure of such a quartz crystal vibrating piece 10 will be described below.
5 to 7 are process explanatory views showing a manufacturing process of a stepped step in the quartz crystal resonator element according to the present embodiment.
[0039]
After both surfaces of the crystal wafer 40 are mirror-finished as shown in FIG. 5 (1), Cr is deposited on the both surfaces of the crystal wafer 40 by 10 to 100 nm and Au is deposited by 50 to 300 nm as shown in FIG. 5 (2). Alternatively, a hydrofluoric acid corrosion-resistant film 42 is formed by sputtering.
[0040]
Then, as shown in FIG. 3 (3), a photoresist is applied to the upper layer of the corrosion-resistant film 42 made of Au / Cr and dried to form a resist film 44. Next, as shown in FIG. 4 (4), a stainless steel mask 48 in which the etching pattern portion of the corrosion-resistant film 42 of the recessed portion 46 is removed from the surface of the resist film 44 is brought into close contact with the crystal wafer 40.
[0041]
After the mask 48 is brought into close contact with the resist film 44 in this manner, as shown in FIG. 5 (5), the etching pattern portion resist film 44 exposed from the mask 48 by applying oxygen plasma to the entire surface of the crystal wafer 40 is formed. Then, the corrosion resistant film 42 made of Au / Cr is exposed.
[0042]
Then, as shown in FIG. 6A, after the corrosion-resistant film 42 made of Au / Cr is removed by etching and the surface of the crystal wafer 40 is exposed, as shown in FIG. The surface of the wafer 40 is half-etched to a predetermined thickness with an etchant such as hydrofluoric acid. After half-etching in this way, a stainless mask 52 having a recessed portion 50 slightly larger than the recessed portion 46 is brought into close contact with the resist film 44 as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the resist film 44 in the etching pattern portion exposed from the mask 52 is removed by applying oxygen plasma to the entire surface of the quartz wafer 40 to expose the corrosion resistant film 42 made of Au / Cr.
[0043]
Next, as shown in FIG. 7 (1), the corrosion-resistant film 42 made of Au / Cr is removed by etching to expose the surface of the crystal wafer 40. As shown in FIG. Half etching may be performed to a predetermined thickness so that a stepped step 22 is formed with an etching solution such as acid.
[0044]
After the step-like step 22 is formed, the resist film 44 remaining on the surface is peeled off as shown in FIG. 3 (3), and then on the surface of the crystal wafer 40 as shown in FIG. 4 (4). The remaining corrosion-resistant film 42 made of Au / Cr may be peeled off.
If such a procedure is performed, a stepped step 22 can be formed between the frame 12 and the excitation unit 14.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, in the piezoelectric vibrating piece according to the present invention, a concave recess is formed by etching inside the vibrating piece made of a piezoelectric material, and the vibrating piece is formed into a frame body and an excitation unit positioned inside the frame body. After forming the excitation electrode on the excitation portion and forming a wiring pattern drawn from the excitation electrode to the frame body on the step around the excitation portion formed by the etching, After the etching is performed a plurality of times and the step is formed in a step shape, the wiring pattern is formed in the step formed in the step shape, and the excitation electrode is drawn out to the frame body.
[0046]
Further, the piezoelectric vibrating piece according to the present invention is formed by forming a step having a plurality of steps between a frame body forming the outer shape of the vibrating piece and an excitation portion formed in a hollow shape inside the frame body, and the excitation portion In addition to forming an excitation electrode, a wiring pattern is provided at the plurality of steps, and the excitation electrode is drawn out to the frame body by the wiring pattern, and the ratio of the side length to the thickness of the excitation portion is 50 or less. The area of the excitation part is set, or a step consisting of a plurality of steps is formed between the frame body forming the outer shape of the resonator element and the excitation part formed in a hollow shape inside the frame body, By reducing the area of the excitation part, the spurious of the excitation part is reduced.
[0047]
Furthermore, the piezoelectric vibrator according to the present invention includes a step formed of a plurality of steps between a frame body that forms the outer shape of the resonator element and an excitation portion that is formed in a hollow shape inside the frame body, and the excitation unit In addition, an excitation electrode is formed, and an area of the excitation unit is set so that a ratio of a side length to a thickness of the excitation unit is 50 or less, and a wiring pattern is provided in the step including a plurality of steps. A piezoelectric substrate having the excitation electrode drawn out to the frame, and a base substrate having a terminal electrode connected to the wiring pattern drawn out from the frame of the piezoelectric resonator piece via a conductive adhesive; Since it has a cover that covers the base substrate and seals the piezoelectric vibrating piece,
[0048]
Increase in the resistance value of the wiring pattern formed at the step around the excitation part, prevention of disconnection of the wiring pattern, improvement in design flexibility of wiring pattern routing, and frequency offset amount generated when the piezoelectric vibrating piece is attached Further, it is possible to prevent the main vibration of the piezoelectric vibrating piece from overlapping the mechanical sub vibration generated in the excitation unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the shape of a quartz crystal resonator element according to the present embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a form of a crystal resonator in which a crystal resonator element according to this embodiment is attached to a base substrate.
FIG. 3 is a perspective view of an excitation unit in the crystal resonator element according to the embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a mode chart of main vibration set in the excitation unit and spurious vibration generated in the excitation unit.
FIG. 5 is a process explanatory view showing a manufacturing process of a stepped step in the quartz crystal resonator element according to the embodiment.
FIG. 6 is a process explanatory view showing a manufacturing process of a stepped step in the crystal resonator element according to the embodiment.
FIG. 7 is a process explanatory view showing a manufacturing process of a stepped step in the quartz crystal vibrating piece according to the present embodiment.
FIG. 8 is an explanatory view showing the shape of a conventional inverted mesa type piezoelectric vibrating piece.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......... Piezoelectric vibrating piece, 2 ......... Frame body, 3 ... Excitation part, 4 ... Excitation electrode,
5 ......... Mount electrode, 6 ......... Step, 7 ...... Wiring pattern,
10 ......... Crystal vibrator, 12 ......... Frame, 14 ... Excitation part,
16 ... Excitation electrode, 18 ... Mount electrode, 20 ... Wiring pattern,
22 ......... Step, 24 ......... Base substrate, 26 ......... Connecting electrode,
28 ......... Conductive adhesive, 30 ......... Terminal electrode, 32 ......... Cover,
34 ......... Quartz crystal, 36 ......... Arrow, 38 ......... Black circle,
40 ......... Quartz wafer, 42 ...... Corrosion-resistant film, 44 ...... Resist film,
46 ......... Recess, 48 ......... Mask, 50 ......... Recess, 52 ......... Mask

Claims

A stepped step formed on the inner side of the frame around the excitation unit, and a stepped step formed on the inner side of the frame. In addition to forming an excitation electrode, a wiring pattern is provided at the plurality of steps, and the excitation electrode is drawn out to the frame body by the wiring pattern, and the ratio of the side length to the thickness of the excitation portion is 50 or less. A piezoelectric vibrating piece characterized in that the area of the excitation part is set.

A recess having a concave cross section is formed on one surface of the vibration piece, and is an inverted mesa type piezoelectric vibration piece comprising the vibration piece as a frame and an excitation part located inside the frame, and a frame around the excitation part Forming a step consisting of a plurality of steps inside the body, forming an excitation electrode on the excitation unit, providing a wiring pattern on the step consisting of a plurality of steps, and drawing the excitation electrode to the frame body by the wiring pattern; A piezoelectric vibrating piece, wherein an area of the excitation unit is set so that a ratio of a side length to a thickness of the excitation unit is 50 or less.

A concave mesa type piezoelectric vibrating piece is formed by forming a depression on both sides of the vibrating piece so that the vibrating piece has an H-shaped cross section, and the vibrating piece is configured by a frame and an excitation unit positioned inside the frame. A step consisting of a plurality of steps is formed inside the frame around the excitation unit, an excitation electrode is formed on the excitation unit, and a wiring pattern is provided on the step consisting of a plurality of steps, and the excitation electrode is formed by the wiring pattern. The piezoelectric vibrating piece, wherein the area of the excitation part is set so that the ratio of the side length to the thickness of the excitation part is 50 or less, which is drawn out to the frame.

The piezoelectric vibrating piece according to claim 3, wherein the plurality of steps are formed on both surfaces of the vibrating piece.

The piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 4, wherein the piezoelectric vibrating piece is made of quartz.

A frame that forms the outer shape of the resonator element; and an excitation part that is formed in a hollow shape inside the frame, and the ratio of the side length to the thickness of the excitation part is 50 or less. An area is set, a stepped step is formed inside the frame around the excitation unit, an excitation electrode is formed on the excitation unit, and a wiring pattern is provided on the step consisting of a plurality of steps, and the wiring pattern A piezoelectric substrate having an excitation electrode drawn out to the frame, a base substrate having a terminal electrode connected to the wiring pattern drawn out from the frame of the piezoelectric resonator piece via a conductive adhesive, and the base A piezoelectric vibrator comprising a cover that covers the substrate and seals the piezoelectric vibrating piece.