JP4356366B2 - Piezoelectric vibrating piece, method for manufacturing piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrator, and electronic device equipped with piezoelectric vibrator - Google Patents

Piezoelectric vibrating piece, method for manufacturing piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrator, and electronic device equipped with piezoelectric vibrator Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動片、圧電振動片の製造方法、圧電振動子およびこの圧電振動子を搭載する電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電振動子、例えば音叉型の水晶振動子が知られている。この水晶振動子は、時計用の時刻標準や角速度センサとしての圧電ジャイロセンサーなどとして用いられるが、これらを搭載した電子機器等の小型化もめざましいものがある。これに伴い、圧電振動子（水晶振動子）も小型化が求められている。
圧電振動子の振動体である圧電振動片の振動周波数は、同じ材料で形成されている場合、振動腕の断面形状（振動方向幅と厚み）と長さで決まる。即ち、圧電振動子を小型するためには、振動腕の長さを短くすることが最も寄与率が高く、また、それに伴い、振動腕の断面形状を小さくすることが要求される。
しかし、このようにすると高次振動モードが発生するなど振動状態が不安定になりやすくなることも知られている。
【０００３】
この高次振動モードの発生を押えたり、安定した振動状態を得るために、振動片の振動腕の先端部に、振動腕の腕部の幅よりも大きく形成された錘部（バランスヘッド）を形成した圧電振動片（水晶振動片）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５４−３７４８８号公報（第２〜第３頁、図３、図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような特許文献１では、水晶振動片の振動腕（発振片）の先端の腕幅を広げることにより、結果として振動腕先端に錘部（バランスヘッド）が形成されたこととなり、慣性質量の増加分だけ変位量も相対的に増加し、水晶振動片を小型化した場合に発生しやすい高次振動モードのみを特に抑圧することができた。
しかし、振動腕先端に錘部を形成するだけでは、振動腕は短くできるが変位量が増加するので小型化に限界があり、更に小型化するためには不十分であった。
また、小型化を進めていくと、振動腕、錘部、基部の形状の精度がより高く求められる。特に、振動腕の左右対称性のわずかなアンバランスが振動の安定性や励振性に影響するという課題が考えられた。
【０００６】
本発明の目的は、小型で安定した振動特性が得られる圧電振動片、圧電振動片の製造方法、圧電振動子およびこの圧電振動子を搭載した電子機器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電振動片は、複数の棒状の腕部と、該腕部より幅が広く、前記腕部の一方の端部に形成された錘部とを有する振動腕と、前記腕部の他方の端部を結合する基部とを備え、前記振動腕の振動中心線に沿って表面および裏面に溝部とが形成されていることを特徴とする。
ここで、圧電振動片としては、水晶振動片を採用することができる。
【０００８】
この発明によれば、圧電振動片の振動腕には表面、裏面ともに溝部が形成されているので、この振動腕の幅方向断面は、例えば略Ｈ型形状に形成されている。このことにより、振動腕の電界効率は、溝部が形成されない場合にくらべ大きくなる。従って、同じ振動周波数を得る場合、圧電振動片を小型化しても振動損失が少なくＣＩ値（クリスタルインピーダンスまたは等価直列抵抗）も低く抑えることができる。
また、腕部の端部（先端部）には錘部が形成されているので、圧電振動片を小型化した場合の振動周波数の安定性を得ることができる。振動腕は複数（例えば２本の音叉型）形成されているが、この錘部のため慣性モーメントが大きくなるので、振動腕個別のバラツキの影響を小さくできるという効果もある。
【０００９】
本発明の圧電振動片は、前記錘部が、前記振動腕の振動中心に対して対称に形成され、それぞれ同じ位置、同じ大きさに形成されていることが好ましい。
このような構造によれば、例えば、音叉型の水晶振動片の場合、２本の振動腕の質量、慣性モーメントが同じになるので安定した振動が得られる。
また、２本の振動腕のバランスがとれていることから基部での振動漏れを少なくすることができる。
【００１０】
また、本発明の圧電振動片は、前記振動腕と前記錘部との結合部および前記振動腕と前記基部との結合部に、前記振動腕の振動中心に対して対称なテーパ部を有することを特徴とする。
この際、テーパ部は、直線で形成されても曲線で形成されても良い。
【００１１】
このようにテーパ部を設けることによって、振動腕が振動する際に、腕部と錘部との結合部に応力集中をおこすことがなく、基本振動モードに影響をあたえることがないので安定した振動を得ることができる。
また、腕部と基部との結合部においてもテーパ部が設けられているので、より一層、安定した振動が得られる。
さらに、先述の各部位にテーパ部を設けることによって、圧電振動片が衝撃力を受けた場合に破壊されたり、振動モードが劣化するなどの課題を防止できる効果もある。
【００１２】
本発明の圧電振動片は、前記錘部の長さが前記腕部の有効長さと略同じであることが好ましい。
例えば、振動腕を長くすると振動周波数は低くなり、短くすると振動周波数は高くなる。この際、圧電振動片を小型化するために振動腕長さを固定したときに、錘部の長さを長くすると振動周波数は高くなる。このことから、錘部の長さを腕部の有効長さと略同じにしておくと錘部が形成される効果が最大にいかされる。
【００１３】
本発明の圧電振動片は、前記溝部が、前記錘部と前記腕部の結合部よりも先端方向および前記腕部と前記基部との結合部よりも前記基部方向に延長して形成されていることが好ましい。
ある実施例では、前記溝部が、前記振動腕の振動中心に対して対称に形成される。
【００１４】
前述したように、振動腕には表面および裏面に溝部が形成され、振動腕の断面形状は略Ｈ型とされる。
この際、溝部は、振動腕の振動中心に対称形に形成され、錘部および基部に入り込む位置まで延長されている。このような形状の振動腕は、振動腕の基本振動モードを得るために必要な腕長さを確保できるとともに、腕部と錘部、基部との結合部において、溝部との応力集中をなくし安定した振動を得ることができる。前述のテーパ部と組み合わせることでより一層効果がでる。
【００１５】
本発明の圧電振動片は、前記錘部に前記振動腕の振動中心線の略延長上に、振動中心に対して対称に穿設された多角形または円形の孔部を有することが望ましい。
【００１６】
この圧電振動片の表面には、後述するが、圧電振動片を駆動するための駆動電極と駆動状態を検出する検出電極が形成されている。この際、圧電振動片の表面、裏面は同じ電極が形成されるが、この表裏にある電極を接続するために表裏を貫通する孔部（スルーホール）が錘部に形成されている。表裏の電極を圧電振動片の側面部を電極分割する場合よりも容易に電極形成ができるとともに、圧電振動片が、例えば、水晶振動片であり、エッチング法で形成される場合、水晶は、結晶異方性があることが知られている。後述するが、場所によってエッチングスピードに差が出てくることがあり、この孔部を多角形または円形にすることでエッチングスピードの差による形状誤差を小さくすることができる。
【００１７】
本発明の圧電振動片の製造方法は、前記圧電振動片の外形をエッチングで形成する工程と、前記溝部をエッチングで形成する工程とを有することが好ましい。
ある実施例では、圧電振動片を製造する際、前記溝部が、前記錘部と前記腕部の結合部よりも先端方向および前記腕部と前記基部との結合部よりも前記基部方向に延長して形成される。
別の実施例では、前記溝部が、前記振動腕の振動中心に対して対称に形成される。
また、別の実施例では、前記圧電振動片の外形および前記孔部がエッチングで形成される。
【００１８】
このような製造方法では、圧電振動片の外形と孔部は、厚みを貫通するエッチング工程であり、溝部はハーフエッチング工程であるので、それぞれ選択された別の工程で形成されるのが好ましく、このことによって、外形と孔部、溝部は適切な形状、寸法で形成することができる。
【００１９】
本発明の圧電振動片の製造方法は、前記圧電振動片が水晶振動片であって、前記圧電振動片の形状に対してエッチングの基点をずらして形成されるか、または前記振動腕の振動中心に対して非対称に形成されたエッチングマスクを用いて製造されることを特徴とする。
【００２０】
前述したように、圧電振動片が水晶振動片である場合、結晶異方性があることが知られている。結晶異方性があることでエッチング工程においてエッチングする場所によってエッチングスピードが異なる。そこで、エッチングスピードが遅くなる場所や早くなる場所は、それぞれに対応して、予めエッチングマスクの形状を補正しておくことで、エッチング後の完成形状が所定の形状に形成することができる。このことで、安定した振動を得ることができる。
【００２１】
本発明の圧電振動子は、前記圧電振動片が、パッケージ内に収容されていることを特徴とする。
圧電振動片は、例えば、セラミック等で形成されたパッケージ内に収納される。パッケージ内は真空状態にあることが好ましく、真空環境で振動片が振動されることで、より一層安定した振動を長期間にわたって維持することができる。
また、パッケージに収納されることで、扱いやすいうえ、湿度など外部環境から圧電振動子片を保護することができる。
【００２２】
本発明の電子機器は、前述のような構成と製造方法で製造された圧電振動子が搭載されていることを特徴とする。
このような圧電振動子は安定した振動モードが得られ、この圧電振動子は、例えば、時計などの時間標準や圧電ジャイロセンサに使用され、通信機器の基準発信器、自動車の姿勢制御装置、カーナビゲーション装置、カメラ等の手ぶれ防止装置などの電子機器を提供することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は本実施形態の圧電振動片１００が示されている。
図１は本実施形態の圧電振動片１００の平面図、図２は、圧電振動片１００の錘部１１０の要部平面図、図３は本実施形態の圧電振動片１００の斜視図を示す。
図１（ａ）および（ｂ）において、本実施形態では、圧電振動片１００の基部１３０の端部から一対の細棒状の振動腕１２０が形成されている。振動腕１２０の長手方向先端部には振動腕１２０の腕部１２１の幅よりも大きく設定された略四角形の錘部１１０が形成されている。
【００２４】
この一対の振動腕１２０は相似形とされ、長さ、幅、質量とも同じとされている。錘部１１０は、振動腕１００の振動中心Ｂに対して左右対称である。このことにより、一対の振動腕１２０は正確に同じ振動周波数、振幅で振動される。
振動腕１２０の腕部１２１には、振動中心Ｂに沿って、溝部１２２が形成されている。この溝部１２２は、振動中心Ｂに対して対称形に形成され、基部１３０の振動腕１２０側端部１３１より入り込んだ位置から始まり、錘部１１０に入り込んだ位置まで延長されている。
【００２５】
図１（ｂ）は、腕部１２１のＡ−Ａ'断面を示す。このように、溝部１２２は、圧電振動片１２０の裏面にも同じ幅、長さ、深さで形成されて略Ｈ型の断面形状を有する。
【００２６】
腕部１２１と基部１３０との結合部には、テーパ部１３２が形成されており、また、腕部１２１と錘部１１０との結合部は、テーパ部１１２が形成されている。
これらテーパ部１３２，１１２は、振動中心Ｂに対して対称形であり、先述のそれぞれの結合部において、振動腕１２１がＸ方向に振動された際に応力集中を小さくするように設定されている。この際、テーパ部１３２と１１２は同じ形状で設定される必要はなく、所定の振動モードに合わせて適宜に設定できる。
本実施形態では、圧電振動片は水晶振動片とされ、図１（ａ）で示すように、Ｘは機械軸、Ｙは電気軸、Ｚは光軸である。
【００２７】
錘部１１０の幅方向中央部には、表面から裏面に貫通する略四角形の孔部１１３が設けられている。この孔部１１３は、後述するが、圧電振動片１００の表裏面に形成される電極を接続するためのスルーホールである（図３）。
この孔部１１３は、振動腕１２０の振動中心Ｂの延長上に位置され、対称形である。図１（ａ）では、四角形とされるが、他の六角形などの多角形であっても円形であっても、左右の振動腕１２０の振動バランスがとれるように設定される。
この際、錘部長さＬｗと腕部の振動有効長さＬａとは、ほぼ同じ長さに設定されている。即ち、振動腕１２０の全長に対して錘部１１３および腕部１２１の長さＬｗ、Ｌａは、それぞれ、ほぼ１/２の長さである。
【００２８】
図２は、本実施形態の錘部１１０の形状についての変形例を示す。錘部１１０の形状以外は、図１と同じため説明は省略する。
図２（ａ）において、錘部１１０の先端の端面と外形長手方向（Ｙ軸方向）の側面との直交部を曲線で連続した形状に形成されている。この形状は、先端部をひとつの曲線で連続した形状としてもよく、直線をいれた面取り状の形状でもよい。
【００２９】
図２（ｂ）は、錘部１１０と腕部１２１との結合部のテーパ部形状の変形例である。図２（ｂ）において、テーパ部１１４は、錘部１１０の長手方向外形（Ｙ軸方向）と腕部１２１とを直線で連続した形状に形成されている。
【００３０】
図２（ｃ）は、図２（ｂ）の錘部１１０と腕部１２１との結合部の他の変形例を示す。図２（ｃ）に示すように、錘部１１０と腕部１２１との結合部は、曲線で連続して形成されている（図中１１５で示す）。ここで、錘部１１０側の曲線と腕部１１０側の曲線との間に直線を入れた形状としてもよい。
【００３１】
この際、前述した錘部１１０の先端部形状（例えば、図２（ａ））と錘部１１０と腕部１２１との結合部の形状（例えば、図２（ｂ）、図２（ｃ））をそれぞれ組み合わせて形成してもよい。
【００３２】
図３、図４は、本実施形態の圧電振動片１００の錘部１１０の変形例を示す斜視図である。
図３（ａ）において、錘部１１０は、基部１３０に向かって腕部１２１の幅方向両側に、腕部１２１とは離れた位置に、腕部１２１に沿って延出されたそれぞれ一対の突出部１１６が形成されている。この突出部１１６（図中４本）は、すべて同じ大きさとされる。
【００３３】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の圧電振動片１００の変形例を示す。図３（ｂ）において、前述した突出部１１６の先端に、突出部１１６の幅よりも広い第２の錘部１１７が形成されている。この第２の錘部１１７もそれぞれ同じ大きさとされる。
【００３４】
図４は、本実施形態の圧電振動片１００の他の変形例を示す。図４において、基部１３０の腕部１２１の連結部と他方の端部の間には、基部１３０の幅方向両側に略コの字状の切欠き１３１が一対形成されている。これらの切欠き１３１は、基部１３０の幅方向中心線（図示せず）に対して対称形とされる。
【００３５】
図５は、本実施形態の圧電振動片１００の斜視図であり、圧電振動片１００の表面に形成された電極１４０の構成を示したものである。
このように形成されている断面略Ｈ型の音叉型の圧電振動片１００には、図５において斜線で示されている部分に電極１４０が形成されている。電極１４０は、基部１３０から２本の振動腕１２０の腕部１２１、錘部１１０にかけて形成されているとともに、腕部１２１や錘部１１０の側面や溝部１２２の内面にも形成されている。
また、電極１４０は、図５に図示されていない圧電振動片１００の裏面にも表面と同様に形成されている。ここで、錘部１１０に設けられた孔部１１３の孔部側面にも形成され、表面電極と裏面電極とが接続されている。
【００３６】
このように配置形成された電極１４０は、外部から電流が印加されると電界を発生させ、圧電体である圧電振動片１００の振動腕１２０を振動させるようになっている。
【００３７】
このように形成された圧電振動片１００は、例えば、時計などの時間標準として用いられる振動周波数が３２，７６８ｋｚの場合、従来の溝がない同じ振動周波数の圧電振動片と比べ小型に形成される。
一方、この断面略Ｈ型の圧電振動片１００の厚みは、例えば約０，１ｍｍ程度とされ、従来の溝部がない圧電振動片の厚みと同等に形成されている。
つまり、この圧電振動片１００には溝部１２２が形成されており、この溝部１２２内に電極１４０が形成されているため、発生する電界が振動腕１２０の内部に広く分布されるので、振動腕１２０の振動損失が小さくＣＩ値を押えることができるのである。
従って、上述のように溝部がない圧電振動片と比べ小型でも低ＣＩ値の圧電振動片が構成される。
【００３８】
次に、この錘部１１０を有する断面略Ｈ型圧電振動片１００の製造方法について図６を用いて説明する。
図６は、本実施形態の圧電振動片１００の腕部１２１のＡ−Ａ'断面（図１に示す）を模式的に示したものである。
本実施形態の圧電振動片１００が水晶振動片である場合、図示しないが、水晶の単結晶から切り出され音叉型に加工されている。図１で示すように、Ｘ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸、Ｚ軸が光軸となるように切り出された水晶基板をエッチング法などで音叉型かつ断面Ｈ型の圧電振動片１００が形成される。
【００３９】
図６において、上述したように切り出された水晶基板１５０の表裏両面に蒸着法などによって耐蝕膜１５１が形成され、この耐蝕膜１５１の上面にレジスト膜１５２が塗布される（図６（ａ））。
続いて、圧電振動片１００の外形および錘部１１０の孔部１１３の形状に合わせたマスク（図示しない）を用いて外形パターン露光、および外形パターン現像が行われる（図６（ｂ））。
次に、耐蝕膜１５１の現像された露出部分がエッチング液により剥離され（図６（ｃ））、レジスト１５２が剥離される（図６（ｄ））。この際、圧電振動片１００の外形に近い形状の耐蝕膜１５１のみが残されている。
【００４０】
次に、残った耐蝕膜１５１表面を含めて、水晶基板１５０表面にレジスト膜１５２を全面塗布し（図６（ｅ））、溝部１２２のパターン露光、現像を行い（図６（ｆ））、続いて、圧電振動片１００の外形エッチングを行う（図６（ｇ））。この際、図示しないが、錘部１１０に設けられる孔部１１３も同時に形成される。
レジスト膜１５２は、溝部１２２の外形に合わせて残されている。
【００４１】
次に、耐蝕膜１５１を剥離し、溝部１２２のみが水晶基板１５０表面に露出され、続いて、溝部１２２をエッチングする。このエッチング工程は、ハーフエッチングとされ、エッチング時間等を管理して所定の深さまで掘り下げられて、溝部が所定の形状、深さに形成される（図６（ｉ））。
その後、レジスト膜１５２、耐蝕膜１５１が剥離されて溝付きの圧電振動片が形成されるのである（図６（ｊ））。
【００４２】
このような工程で圧電振動片１００の外形、孔部１１３、溝部１２２が形成された後、図５で示すような電極１４０が形成され圧電振動片１００の形状が完成される。
電極１４０は、圧電振動片１００の表面に金などの電気伝導度のよい金属膜を蒸着やスパッタリングなどの方法で形成され、エッチング法で所定の形状に電極分割がなされる。
【００４３】
圧電振動片１００が水晶で形成される場合、水晶には結晶異方性があることが知られている。このことによって、水晶基板１５０のエッチングを行う際にエッチング異方性が存在し、同じ条件でエッチングをしても基板の部位によってエッチングされるスピードが異なってくる。このエッチングされるスピードがエッチングレートと呼ばれている。
【００４４】
図７は、水晶基板１５０のＸ−Ｙ平面内のエッチングレートを示す極座標図である。
図７において、円の中心がエッチングレート０であり、外側にいくほどエッチングレートが速くなるように表示されている。
特に、＋Ｘ方向、Ｘ軸に対して＋１２０°方向、および−１２０°方向の面内エッチングスピードが速く、逆に−Ｘ方向、Ｘ軸に対して＋３０°方向および−３０°方向の内面エッチングスピードが遅くなる。
これに対して、Ｚ方向のエッチングスピードは、−３０°方向および−３０°方向が速くなり、＋Ｘ方向、Ｘ軸に対して＋１２０°方向および−１２０°方向が遅くなる。
【００４５】
このようにエッチング加工性に異方性があることから、圧電振動片１００の形状を正確に形成するために最適なマスク形状を焼きつけフォトリソ加工がなされている。例えば、錘部１１０の先端部、錘部１１０と腕部１２１との結合部、錘部腕部１２１と基部１３０との結合部、錘部１１０に設けられた孔部１１３などに対しては、エッチングレートに対応してマスクの形状が補正されて形成されている。
【００４６】
図８〜図１１において、このマスク形状と圧電震動片１００の形状の関係について説明する。
図８は、エッチングレートを配慮しない場合の錘部１１０の要部平面図、図９は、エッチングレートを配慮した場合の錘部１１０の要部平面図、図１０は、エッチングレートを配慮しない場合の孔部１１３の平面図、図１１は、エッチングレートを配慮した孔部１１３の平面図である。
【００４７】
図８において、エッチング用のマスク１５０は、圧電振動片１１０の所定の形状に合わせて（形状補正せずに）形成されている。即ち、振動腕１２０の振動中心Ｂ'に対して対称形に形成されている（図中、実線で示す）。このマスクを使用してエッチング工程を行うと、前述のエッチングレートの違いから図中二点鎖線で示される錘部１１０のように、錘部１１０と腕部１２１の重心を結んだ直線Ｂが本来の振動中心（図中Ｂ'）からずれて形成される。
また、錘部１１０の先端コーナーの図中左側コーナー１１０Ａは、面取りがされたような形状となり、もう一方のコーナー１１０Ｂも同様な形状となる。
また、錘部１１０と腕部１２１の間に形成されたテーパ部１１２の−Ｘ方向側テーパ部１１２Ａは、小さめに、＋Ｘ側テーパ部１１２Ｂは、大きめに形成される。
【００４８】
図９は、エッチング用マスク１５０を前述のエッチングレートに合わせて形状を予め補正をして形成された場合の錘部１１０の形状を示す。
図９において、実線で表示される形状はマスク１５０であり、二点鎖線で示される形状がエッチング工程で形成された錘部１１０の形状である。マスク１５０のＸ方向中心線Ｂ'は、振動腕１２０の振動中心Ｂに対して＋Ｘ軸方向に補正された形状とされ、錘部１１０の先端−Ｘ方向（図中左側）コーナー１５０Ａは、＋Ｙ方向に突起が形成され、また、−Ｙ方向（図中左下側）にも同様な突起１５０Ｂが−Ｙ方向に形成されている。
マスク１５０のテーパ部も−Ｘ方向側のテーパ部１１２Ａは、＋Ｘ側テーパ部１１２Ｂ側より大きく形成されている。
このように、予めエッチングレートに従ってエッチング基点と形状が補正されたマスク１５０を用いてエッチング工程を行なった場合、当初狙いの振動中心に対して錘部１１０の中心線Ｂが一致し、中心線Ｂに対して対称な振動腕部１２０が形成される。
この際、図８、図９において、錘部１１０に形成された孔部１１３は省略されている。
【００４９】
図１０および図１１は、錘部１１０に形成された孔部１１３を拡大して模式的に示した平面図である。
図１０において、マスク１５０は、孔部１１３の形状に対応して光が透過される開口部１５１が形成されている。この開口部１５１は、振動腕１２０の振動中心に対して対称に四角形に形成されている。この場合、振動中心とマスク開口部１５１の中心線Ｂ'と一致している。
このようなマスクを用いてエッチング工程が行われると、図中二点鎖線で示すように（１１３Ａ）、−Ｘ方向に大きく形成され、エッチングレートの小さい１１３Ｂ，１１３Ｃ部は、コーナーがきちんと形成されないエッチング残りが生じている。
従って、エッチングされた振動腕１２０は、孔部１１３中心線Ｂが振動中心に対してずれた位置に移動し、且つ、中心線Ｂに対して非対称な形状に形成されている。
この際、この孔部１１３と圧電振動片１００の外形とが、同じエッチング工程で形成することができる。
【００５０】
図１１は、所定の孔部１１３に対して予め形状補正したマスク１５０を用いた場合の錘部１１０の孔部１１３を示したものである。
図１１において、マスク１５０は、孔部１１３の形状に対応して光が透過される開口部１５１が形成されている。この開口部１５１の中心線は、振動腕１２０の振動中心に対してＢ'までずらされており、マスク１５０の開口部１５１の図中上方−Ｘ側コーナー部は、−Ｘ方向に凹部１５１Ａが形成され、凹部１５１Ａの−Ｙ側コーナーには、凹部１５１Ａと同様な凹部１５１Ｂが形成されている。
このように形成されたマスク１５０を用いてエッチング工程がなされた孔部１１３は、図中二点鎖線で示されるように振動腕１２０の振動中心に対して孔部中心線Ｂが一致し、且つ、中心線Ｂに対して対称に形成されている。
【００５１】
図９および図１０で示したように、エッチングレートを配慮して形成されたマスク１５０を用いてエッチング工程を行っているので、圧電振動片１００は、二本の振動腕１２０の左右バランスがとれているとともに、錘部１１０も振動中心に対して中心線Ｂが一致し、外形、孔部１１３共に、振動中心（中心線Ｂ）に対して対称に形成されている。
このようにして製造された圧電振動片１００は、パッケージ内に収納されて使用される。
【００５２】
図１２および図１３は、本実施形態の圧電振動片１００がパッケージ内に収納された状態を示している。
図１２は、セラミックパッケージ型振動子２００の構成を示す概略断面図である。図１２に示すように、セラミックパッケージ２１０は、内側に空間を有する箱状のパッケージ２１０である。このパッケージ２１０には、その底部にベース部２１１を備えている。このベース部２１１は、例えばアルミナ等のセラミック等で形成されている。
【００５３】
ベース部２１１の上には、封止部２１２が設けられており、封止部２１２はベース部２１１と同様な材料から形成されている。また、この封止部２１２の上部には蓋体２１３が載置され、これらベース部２１１、封止部２１２、蓋体２１３によって中空の箱体が形成されている。
【００５４】
このように形成されたパッケージ２１０のベース２１１上にはパッケージ側電極２１４が設けられている。このパッケージ側電極２１４の上に導電接着剤等を介して電極１４０が形成された圧電振動片１００の端部が固定されている。このパッケージ２１０内は、真空状態にされていることが安定した屈曲振動を維持するためには好ましい。
この圧電振動子片１００は、パッケージ側電極２１４から一定の駆動電圧が印加されると正確に振動されるようになっている。
また、図示しないが、このパッケージ２１０の底部２１１と圧電振動片１００との断面方向隙間に振動制御用などの半導体チップを載置して圧電振動片１００の電極１４０と接続して発信器等に使用することもできる構成とされている。
【００５５】
図１３は、シリンダー型圧電振動子５００の構成を示す概略断面図である。
図１３において、シリンダー型圧電振動子５００は、その内部に圧電振動片１００を収納するための金属製のキャップ５３０を有している。このキャップ５３０は、ステム５２０に対して圧入され、その内部は真空状態に保持されている。
ステム５２０を貫通してリード５１０が２本設けられている。このリード５２０に圧電振動片１００の端部の電極１４０が導電接着剤等で固定され保持される。
このように構成された圧電振動片１００にリード５１０から一定の駆動電圧が印加されると振動腕１２０が正確に振動し、圧電振動子５００として機能されることになる。
【００５６】
このように構成され、また、前述した製造法で製造された圧電振動子２００，５００は、時計や電子機器の時間標準などとして使用される。
また、このような圧電振動片１００は、Ｚ軸を回転軸にして回転させ、コリオリの力を発生させ、それを検出することで角速度センサとして圧電ジャイロセンサに使用され、自動車の姿勢制御装置、カーナビゲーション装置、カメラ等の手ぶれ防止装置などの電子機器に搭載されている。
【００５７】
従って、本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
【００５８】
（効果１）
本実施形態によれば、圧電振動片１００の腕部１２１には表面、裏面ともに溝部１２２が形成されているので、この腕部１２１の幅方向断面は、例えば断面略Ｈ型形状に形成されている。このことにより、腕部１２１の断面係数は、溝部１２２が形成されない場合にくらべ大きくなる。従って、同じ振動周波数を得る場合、圧電振動片１００を小型化しても振動損失が少なくＣＩ値（クリスタルインピーダンスまたは等価直列抵抗）も低く抑えることができる。
また、振動腕１２０の端部（先端部）には錘部１１０が形成されているので、圧電振動片１００を小型化した場合の振動周波数の安定性を得ることができる。振動腕１２０は複数（本実施形態では、２本の音叉型）形成されているが、この錘部１１０のため慣性モーメントが大きくなるので、振動腕個別のバラツキの影響を小さくできるという効果もある。
【００５９】
（効果２）
本発明の圧電振動片１００は、前記錘部１１０が、前記振動腕１２０の振動中心Ｂに対して対称に形成され、それぞれ同じ位置、同じ大きさに形成されているので、このような構造によれば、例えば、音叉型の水晶振動片の場合、２本の振動腕１２０の質量、慣性モーメントが同じになるので安定した振動が得られる。
また、２本の振動腕１２０のバランスがとれていることから基部での振動漏れを少なくすることができる。
【００６０】
（効果３）
本実施形態のようにテーパ部１１２を設けることによって、振動腕１２０が振動する際に、腕部１２１と錘部１１０との結合部に応力集中をおこすことがなく、基本振動モードに影響をあたえることがないので安定した振動を得ることができる。
また、腕部１２１と基部１３０との結合部においてもテーパ部１３２が設けられているので、より一層、安定した振動が得られる。このようにテーパ部１３２を設けることにより、錘部１１０と腕部１２１の形状が多少対称性が崩れを生じても相対的なバランスの差による影響を小さくすることもできる。
さらに、先述の各部位にテーパ部を設けることによって、圧電振動片１００が衝撃力を受けた場合に破壊されたり、振動モードが劣化するなどの課題を防止できる効果もある。
【００６１】
（効果４）
前述したように、腕部１２１には表面および裏面に溝部１２２が形成され、腕部の断面形状は略Ｈ型とされる。
この際、溝部１２２は、振動腕１２０の振動中心Ｂに対して対称形に形成され、錘部１１０および基部１３０に入り込む位置まで延長されている。このような形状の振動腕１２０は、溝部１２２の基点位置の影響を受けずに、振動腕１２０の基本振動モードを得るために必要な腕長さを確保できるとともに、腕部１２１と錘部１１０、基部１３０との結合部において、溝部１２２との応力集中をなくし安定した振動を得ることができる。前述のテーパ部と組み合わせることでより一層効果がある。
【００６２】
（効果５）
また、本実施形態では、錘部１１０の長さが前記振動腕の有効長さの約１/２とされる。例えば、振動腕１２０を長くすると振動周波数は低くなり、短くすると振動周波数は高くなる。この際、圧電振動片１００を小型化するために振動腕１２０の長さを固定したときに、錘部１１０の長さを長くすると振動周波数は高くなる。このことから、錘部１１０の長さを振動腕１２０の有効長さの１/２にしておくと（つまり、錘部１１０の長さと腕部１２１の長さを略同じ）、錘部１１０が形成される効果が最大に生かされる。
【００６３】
（効果６）
本実施形態では、圧電振動片１００の表裏に形成された電極１４０を接続するために表裏を貫通する孔部（スルーホール）１１３が錘部１１０に形成されている。表裏の電極１４０を圧電振動片１００の側面部で行う場合よりも、広い面積がある錘部１１０にスルーホールによって電極接続する方が容易にできるという効果がある。
また、この孔部（スルーホール）１１３は、前述したように場所によってエッチングレートに差があるので、四角形は勿論、六角形や八角形あるいは円形にすることで、マスクの補正量を少なくしたり、設定が容易になるという効果もある。
【００６４】
（効果７）
本実施形態の製造方法では、圧電振動片１００の外形と孔部１１３は、厚み方向に貫通するエッチング工程で形成され、溝部１２２はハーフエッチング工程で形成され、それぞれ選択された別の工程で形成される。このことによって、圧電振動片１００の外形と孔部１１３および溝部１２２は適切な形状、寸法で形成することができる。
【００６５】
（効果８）
また、本実施形態では、前述したように、圧電振動片１００が水晶振動片である場合、結晶異方性があることが知られている。結晶異方性があることでエッチング工程においてエッチングする場所によってエッチングスピード（エッチングレート）が異なる。そこで、エッチングスピードが遅くなる場所や早くなる場所は、それぞれに対応して、予めエッチングマスクの形状をエッチングの基点をずらしたり、形状を補正しておくことで、エッチング後の振動中心に対する対称性が確保されるので、より安定した振動モード、振動周波数を得ることができる。
【００６６】
（効果９）
また、本実施形態の変形例（図３に示す）においては、錘部１１０の基部１３０側に突出部１１６が設けられているので、錘部１１０の質量を変えずに振動腕１２０の振動二次モーメントの腕長を短くできるため、エッチングレートの差による振動の安定性を高めることができ、CI値を低くすることができる。
また、突出部１１６の先端に第２の錘部１１７を設けることにより、一層これらの効果を高めることができる。
更に、図４に示すように、基部１３０に切欠き部１３１を設けることにより、振動腕１２０の屈曲振動を基部１３０からの振動漏れを減ずることができ、CI値を低く抑えることができる。
【００６７】
（効果１０）
本実施形態の圧電振動片１００は、セラミック等で形成されたパッケージ内２１０に収納されている。パッケージ２１０内は真空状態で保持されているので、より一層安定した振動を長期間にわたって維持することができる。
また、パッケージ２１０に収納されていることで、扱いやすいうえ、湿度など外部環境から圧電振動子片１００を保護することができる。
【００６８】
（効果１１）
本実施形態の電子機器は、前述のような構成と製造方法で製造された圧電振動子２００、５００が搭載されている。
このような圧電振動子２００および５００は安定した振動モード、振動周波数が得られ、例えば、時計などの時間標準や圧電ジャイロセンサに使用され、通信機器の基準発信器、自動車の姿勢制御装置、カーナビゲーション装置、カメラ等の手ぶれ防止装置などの電子機器を提供することができる。
【００６９】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、音叉型の圧電振動片１００を例にあげ説明したが、音叉型圧電振動子以外にも、例えば、駆動腕と検出腕とが別に構成される平面Ｈ型圧電振動子やダブルＴ型振動子と呼ばれる圧電振動子にも適用できる。
【００７０】
このような本発明によれば、小型で安定した振動特性が得られる圧電振動片、圧電振動片の製造方法、この圧電振動片を有する圧電振動子および圧電振動子を搭載した電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態にかかる圧電振動片を示す平面図。
【図２】 圧電振動片の錘部の要部平面図。
【図３】 本発明の圧電振動片の変形例を示す斜視図。
【図４】 本発明の圧電振動片の他の変形例を示す斜視図。
【図５】 圧電振動片の電極構成を示す斜視図。
【図６】 圧電振動片製造工程を示す部分断面。
【図７】 水晶基板Ｘ−Ｙ平面内のエッチングレートを示す極座標図。
【図８】 エッチングレートを配慮しない場合の錘部の要部平面図。
【図９】 エッチングレートを配慮した場合の錘部の要部平面図。
【図１０】 エッチングレートを配慮しない場合の錘部の孔部平面図。
【図１１】 エッチングレートを配慮した場合の錘部の孔部平面図。
【図１２】 セラミックパッケージ型振動子の構成を示す概略断面図。
【図１３】 シリンダー型圧電振動子の構成を示す概略断面図。
【符号の説明】
１００…圧電振動片
１１０…錘部
１２０…振動腕
１２１…腕部
１２２…腕部
１３０…基部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric vibrating piece, a method for manufacturing a piezoelectric vibrating piece, a piezoelectric vibrator, and an electronic device on which the piezoelectric vibrator is mounted.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a piezoelectric vibrator, for example, a tuning fork type quartz vibrator, is known. This crystal resonator is used as a time standard for a clock, a piezoelectric gyro sensor as an angular velocity sensor, and the like. Accordingly, the piezoelectric vibrator (quartz crystal vibrator) is also required to be downsized.
The vibration frequency of the piezoelectric vibrating piece, which is the vibrating body of the piezoelectric vibrator, is determined by the cross-sectional shape (vibration direction width and thickness) and length of the vibrating arm, when the same material is used. That is, in order to reduce the size of the piezoelectric vibrator, shortening the length of the vibrating arm has the highest contribution rate, and accordingly, it is required to reduce the cross-sectional shape of the vibrating arm.
However, it is also known that when this is done, the vibration state tends to become unstable, such as the occurrence of a higher-order vibration mode.
[0003]
In order to suppress the occurrence of this higher-order vibration mode or to obtain a stable vibration state, a weight part (balance head) formed larger than the width of the arm part of the vibrating arm is provided at the tip of the vibrating arm of the vibrating piece. A formed piezoelectric vibrating piece (quartz crystal vibrating piece) is known (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-54-37488 (2nd to 3rd pages, FIGS. 3 and 4)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In Patent Document 1, by extending the width of the tip of the vibrating arm (oscillation piece) of the crystal vibrating piece, a weight portion (balance head) is formed at the tip of the vibrating arm as a result. Only the higher-order vibration mode, which is likely to occur when the crystal resonator element is miniaturized, can be particularly suppressed.
However, simply forming the weight portion at the tip of the vibrating arm can shorten the vibrating arm, but increases the amount of displacement, so there is a limit to downsizing, and it is insufficient for further downsizing.
Further, as the miniaturization proceeds, higher accuracy is required for the shapes of the vibrating arm, the weight portion, and the base portion. In particular, there was a problem that a slight imbalance in the left / right symmetry of the vibrating arm affects the stability and excitation of vibration.
[0006]
An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating piece, a method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece, a piezoelectric vibrator, and an electronic device having the piezoelectric vibrator mounted thereon, which can obtain a small and stable vibration characteristic.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The piezoelectric vibrating piece of the present invention includes a vibrating arm having a plurality of rod-shaped arm portions, a weight portion that is wider than the arm portion and formed at one end portion of the arm portion, and the other of the arm portions. And a groove formed on the front surface and the back surface along the vibration center line of the vibrating arm.
Here, a quartz crystal vibrating piece can be adopted as the piezoelectric vibrating piece.
[0008]
According to the present invention, since the groove portion is formed on both the front surface and the back surface of the vibrating arm of the piezoelectric vibrating piece, a cross section in the width direction of the vibrating arm is formed in, for example, a substantially H shape. As a result, the electric field efficiency of the vibrating arm is greater than when the groove is not formed. Therefore, when obtaining the same vibration frequency, even if the piezoelectric vibrating piece is downsized, the vibration loss is small and the CI value (crystal impedance or equivalent series resistance) can be kept low.
In addition, since the weight portion is formed at the end portion (tip portion) of the arm portion, it is possible to obtain the stability of the vibration frequency when the piezoelectric vibrating piece is downsized. A plurality of vibrating arms (for example, two tuning fork types) are formed. However, since the moment of inertia is increased due to the weight portion, there is also an effect that the influence of variation among the vibrating arms can be reduced.
[0009]
In the piezoelectric vibrating piece according to the aspect of the invention, it is preferable that the weight portion is formed symmetrically with respect to the vibration center of the vibrating arm and is formed at the same position and the same size.
According to such a structure, for example, in the case of a tuning-fork type crystal vibrating piece, the mass and the moment of inertia of the two vibrating arms are the same, so that stable vibration can be obtained.
In addition, since the two vibrating arms are balanced, vibration leakage at the base can be reduced.
[0010]
Further, the piezoelectric vibrating piece according to the present invention has a tapered portion symmetrical to the vibration center of the vibrating arm at the coupling portion between the vibrating arm and the weight portion and the coupling portion between the vibrating arm and the base portion. It is characterized by.
At this time, the tapered portion may be formed with a straight line or a curved line.
[0011]
By providing the taper portion in this way, when the vibrating arm vibrates, no stress is concentrated on the joint between the arm portion and the weight portion, and the basic vibration mode is not affected. Can be obtained.
Further, since the taper portion is also provided at the joint portion between the arm portion and the base portion, a more stable vibration can be obtained.
Furthermore, by providing the tapered portion at each of the above-mentioned parts, there is an effect that it is possible to prevent problems such as destruction when the piezoelectric vibrating piece receives an impact force or deterioration of the vibration mode.
[0012]
In the piezoelectric vibrating piece of the present invention, it is preferable that the length of the weight portion is substantially the same as the effective length of the arm portion.
For example, when the vibration arm is lengthened, the vibration frequency is lowered, and when the vibration arm is shortened, the vibration frequency is increased. At this time, when the length of the vibrating arm is fixed in order to reduce the size of the piezoelectric vibrating piece, the vibration frequency is increased by increasing the length of the weight portion. Therefore, if the length of the weight portion is made substantially the same as the effective length of the arm portion, the effect of forming the weight portion is maximized.
[0013]
The piezoelectric vibrating piece of the present invention, the groove is formed to extend to the base direction than the coupling portion between the weight portion and the base portion and the distal direction and the arm portion than the coupling portion of the arm portion It is preferable.
In one embodiment, the groove is formed symmetrically with respect to the vibration center of the vibrating arm.
[0014]
As described above, the vibrating arm is formed with grooves on the front and back surfaces, and the cross-sectional shape of the vibrating arm is substantially H-shaped.
At this time, the groove portion is formed symmetrically at the vibration center of the vibrating arm and extends to a position where it enters the weight portion and the base portion. A vibrating arm with such a shape can secure the arm length necessary to obtain the fundamental vibration mode of the vibrating arm, and eliminates stress concentration with the groove at the joint between the arm , weight and base, and is stable. Vibration can be obtained. A further effect can be obtained by combining with the aforementioned tapered portion.
[0015]
In the piezoelectric vibrating piece of the present invention, it is desirable that the weight portion has a polygonal or circular hole portion that is formed symmetrically with respect to the vibration center on substantially the extension of the vibration center line of the vibrating arm.
[0016]
As will be described later, a driving electrode for driving the piezoelectric vibrating piece and a detection electrode for detecting the driving state are formed on the surface of the piezoelectric vibrating piece. At this time, the same electrode is formed on the front and back surfaces of the piezoelectric vibrating piece, but a hole (through hole) penetrating the front and back is formed in the weight portion in order to connect the electrodes on the front and back. Electrodes can be formed on the front and back electrodes more easily than when the side portions of the piezoelectric vibrating piece are divided into electrodes, and when the piezoelectric vibrating piece is, for example, a quartz vibrating piece and formed by an etching method, the crystal is a crystal. It is known that there is anisotropy. As will be described later, there may be a difference in etching speed depending on the location. By making the hole polygonal or circular, the shape error due to the difference in etching speed can be reduced.
[0017]
Method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece of the present invention includes the steps of forming the outer shape of the piezoelectric vibrating piece by etching, it is preferable that a step of forming the groove by etching.
In one embodiment, when manufacturing the piezoelectric vibrating piece, the groove portion extends in the distal direction from the joint portion between the weight portion and the arm portion and in the base portion direction from the joint portion between the arm portion and the base portion. Formed.
In another embodiment, the groove is formed symmetrically with respect to the vibration center of the vibrating arm.
In another embodiment, the outer shape of the piezoelectric vibrating piece and the hole are formed by etching.
[0018]
In such a manufacturing method, the outer shape and the hole of the piezoelectric vibrating piece are an etching process that penetrates the thickness, and the groove is a half-etching process. As a result, the outer shape, the hole, and the groove can be formed with appropriate shapes and dimensions.
[0019]
In the method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to the present invention, the piezoelectric vibrating piece is a quartz crystal vibrating piece, and is formed by shifting an etching base point with respect to the shape of the piezoelectric vibrating piece, or the vibration center of the vibrating arm. It is characterized by being manufactured using an etching mask formed asymmetrically with respect to.
[0020]
As described above, when the piezoelectric vibrating piece is a quartz vibrating piece, it is known that there is crystal anisotropy. Due to the crystal anisotropy, the etching speed varies depending on the etching location in the etching process. In view of this, a place where the etching speed is slow or a place where the etching speed is fast is corrected in advance so that the completed shape after etching can be formed into a predetermined shape. As a result, stable vibration can be obtained.
[0021]
The piezoelectric vibrator of the present invention is characterized in that the piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package.
The piezoelectric vibrating piece is housed in a package formed of, for example, ceramic. The inside of the package is preferably in a vacuum state, and the vibration piece is vibrated in a vacuum environment, so that more stable vibration can be maintained over a long period of time.
Further, by being housed in the package, it is easy to handle and the piezoelectric vibrator piece can be protected from the external environment such as humidity.
[0022]
The electronic device of the present invention is characterized in that a piezoelectric vibrator manufactured by the above-described configuration and manufacturing method is mounted.
Such a piezoelectric vibrator can obtain a stable vibration mode. This piezoelectric vibrator is used, for example, in a time standard such as a watch or a piezoelectric gyro sensor, and is used as a reference transmitter for a communication device, an attitude control device for an automobile, a car Electronic devices such as navigation devices and camera shake prevention devices such as cameras can be provided.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 3 show a piezoelectric vibrating piece 100 of the present embodiment.
FIG. 1 is a plan view of a piezoelectric vibrating piece 100 according to the present embodiment, FIG. 2 is a plan view of a principal part of a weight 110 of the piezoelectric vibrating piece 100, and FIG. 3 is a perspective view of the piezoelectric vibrating piece 100 according to the present embodiment.
1A and 1B, in this embodiment, a pair of thin rod-shaped vibrating arms 120 are formed from the end of the base 130 of the piezoelectric vibrating piece 100. A substantially square weight portion 110 that is set to be larger than the width of the arm portion 121 of the vibrating arm 120 is formed at the longitudinal end portion of the vibrating arm 120.
[0024]
The pair of vibrating arms 120 has a similar shape, and the length, width, and mass are the same. The weight part 110 is symmetrical with respect to the vibration center B of the vibrating arm 100. As a result, the pair of vibrating arms 120 are vibrated with exactly the same vibration frequency and amplitude.
A groove portion 122 is formed along the vibration center B in the arm portion 121 of the vibrating arm 120. The groove 122 is formed symmetrically with respect to the vibration center B, and starts from a position where it enters from the end 131 of the base 130 on the vibrating arm 120 side and extends to a position where it enters the weight 110.
[0025]
FIG. 1B shows an AA ′ cross section of the arm 121. As described above, the groove 122 is formed on the back surface of the piezoelectric vibrating piece 120 with the same width, length, and depth, and has a substantially H-shaped cross-sectional shape.
[0026]
A tapered portion 132 is formed at a joint portion between the arm portion 121 and the base portion 130, and a tapered portion 112 is formed at a joint portion between the arm portion 121 and the weight portion 110.
These tapered portions 132 and 112 are symmetrical with respect to the vibration center B, and are set so as to reduce stress concentration when the vibrating arm 121 is vibrated in the X direction in each of the coupling portions described above. . At this time, the tapered portions 132 and 112 do not need to be set in the same shape, and can be appropriately set in accordance with a predetermined vibration mode.
In this embodiment, the piezoelectric vibrating piece is a quartz vibrating piece, and as shown in FIG. 1A, X is a mechanical axis, Y is an electric axis, and Z is an optical axis.
[0027]
A substantially rectangular hole 113 that penetrates from the front surface to the back surface is provided at the center in the width direction of the weight portion 110. As will be described later, the hole 113 is a through hole for connecting electrodes formed on the front and back surfaces of the piezoelectric vibrating piece 100 (FIG. 3).
The hole 113 is positioned on the extension of the vibration center B of the vibrating arm 120 and is symmetrical. In FIG. 1A, it is a quadrangle, but it is set so that the vibration balance of the left and right vibrating arms 120 is balanced regardless of whether it is a polygon such as another hexagon or a circle.
At this time, the weight portion length Lw and the effective vibration length La of the arm portion are set to substantially the same length. That is, the lengths Lw and La of the weight portion 113 and the arm portion 121 with respect to the entire length of the vibrating arm 120 are each approximately ½ length.
[0028]
FIG. 2 shows a modification of the shape of the weight part 110 of the present embodiment. Except for the shape of the weight part 110, the description is omitted because it is the same as FIG.
In FIG. 2A, an orthogonal part between the end face of the tip of the weight part 110 and the side surface in the outer shape longitudinal direction (Y-axis direction) is formed in a continuous shape with a curve. This shape may be a shape in which the tip is continuous with one curve, or may be a chamfered shape with a straight line.
[0029]
FIG. 2B is a modification of the tapered portion shape of the joint portion between the weight portion 110 and the arm portion 121. In FIG. 2B, the taper portion 114 is formed in a shape in which the outer shape in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the weight portion 110 and the arm portion 121 are continuous in a straight line.
[0030]
FIG. 2C shows another modification of the connecting portion between the weight part 110 and the arm part 121 in FIG. As shown in FIG.2 (c), the coupling | bond part of the weight part 110 and the arm part 121 is continuously formed in the curve (it shows by 115 in a figure). Here, it is good also as a shape which put the straight line between the curve by the side of the weight part 110, and the curve by the side of the arm part 110. FIG.
[0031]
At this time, the shape of the tip portion of the weight portion 110 (for example, FIG. 2A) and the shape of the joint portion of the weight portion 110 and the arm portion 121 (for example, FIGS. 2B and 2C). These may be formed in combination.
[0032]
3 and 4 are perspective views showing modifications of the weight portion 110 of the piezoelectric vibrating piece 100 according to the present embodiment.
In FIG. 3 (a), the weight part 110 has a pair of protrusions extending along the arm part 121 at both sides in the width direction of the arm part 121 toward the base part 130 at positions away from the arm part 121. A portion 116 is formed. The protrusions 116 (four in the figure) are all the same size.
[0033]
FIG. 3B shows a modification of the piezoelectric vibrating piece 100 of FIG. In FIG. 3B, a second weight portion 117 wider than the width of the protruding portion 116 is formed at the tip of the protruding portion 116 described above. The second weight portions 117 are also the same size.
[0034]
FIG. 4 shows another modification of the piezoelectric vibrating piece 100 of the present embodiment. In FIG. 4, a pair of substantially U-shaped notches 131 are formed on both sides of the base portion 130 in the width direction between the connecting portion of the arm portion 121 of the base portion 130 and the other end portion. These notches 131 are symmetrical with respect to the center line (not shown) of the base portion 130 in the width direction.
[0035]
FIG. 5 is a perspective view of the piezoelectric vibrating piece 100 according to the present embodiment, and shows the configuration of the electrode 140 formed on the surface of the piezoelectric vibrating piece 100.
In the tuning fork type piezoelectric vibrating piece 100 having a substantially H-shaped cross section formed in this way, an electrode 140 is formed at a portion indicated by hatching in FIG. The electrode 140 is formed from the base portion 130 to the arm portion 121 and the weight portion 110 of the two vibrating arms 120, and is also formed on the side surfaces of the arm portion 121 and the weight portion 110 and the inner surface of the groove portion 122.
The electrode 140 is also formed on the back surface of the piezoelectric vibrating piece 100 not shown in FIG. 5 in the same manner as the front surface. Here, it is also formed on the hole side surface of the hole 113 provided in the weight part 110, and the front electrode and the back electrode are connected.
[0036]
The electrode 140 arranged and formed in this way generates an electric field when an electric current is applied from the outside, and vibrates the vibrating arm 120 of the piezoelectric vibrating piece 100 that is a piezoelectric body.
[0037]
For example, when the vibration frequency used as a time standard for a timepiece or the like is 32,768 kz, the piezoelectric vibration piece 100 formed in this way is formed smaller than a conventional piezoelectric vibration piece having the same vibration frequency without a groove. .
On the other hand, the thickness of the piezoelectric vibrating piece 100 having a substantially H-shaped cross section is, for example, about 0.1 mm, and is formed to be equal to the thickness of a piezoelectric vibrating piece without a conventional groove.
That is, since the groove part 122 is formed in the piezoelectric vibrating piece 100 and the electrode 140 is formed in the groove part 122, the generated electric field is widely distributed inside the vibrating arm 120. The vibration loss is small and the CI value can be suppressed.
Accordingly, a piezoelectric vibrating piece having a small CI value and a low CI value is formed as compared with the piezoelectric vibrating piece having no groove as described above.
[0038]
Next, a manufacturing method of the substantially H-shaped piezoelectric vibrating piece 100 having the weight 110 will be described with reference to FIG.
FIG. 6 schematically shows an AA ′ cross section (shown in FIG. 1) of the arm portion 121 of the piezoelectric vibrating piece 100 of the present embodiment.
When the piezoelectric vibrating piece 100 of the present embodiment is a quartz vibrating piece, although not shown, it is cut out from a single crystal of quartz and processed into a tuning fork type. As shown in FIG. 1, a piezoelectric substrate 100 having a tuning fork type and an H-shaped cross section is formed by etching or the like on a quartz substrate cut out so that the X axis is an electric axis, the Y axis is a mechanical axis, and the Z axis is an optical axis. It is formed.
[0039]
In FIG. 6, a corrosion resistant film 151 is formed on both the front and back surfaces of the quartz substrate 150 cut out as described above by vapor deposition or the like, and a resist film 152 is applied on the upper surface of the corrosion resistant film 151 (FIG. 6A). .
Subsequently, external pattern exposure and external pattern development are performed using a mask (not shown) that matches the external shape of the piezoelectric vibrating piece 100 and the shape of the hole 113 of the weight portion 110 (FIG. 6B).
Next, the developed exposed portion of the corrosion-resistant film 151 is peeled off by the etching solution (FIG. 6C), and the resist 152 is peeled off (FIG. 6D). At this time, only the corrosion-resistant film 151 having a shape close to the outer shape of the piezoelectric vibrating piece 100 is left.
[0040]
Next, the entire surface of the quartz substrate 150 including the remaining surface of the corrosion-resistant film 151 is coated with a resist film 152 (FIG. 6E), pattern exposure and development of the groove 122 are performed (FIG. 6F), Subsequently, the outer shape of the piezoelectric vibrating piece 100 is etched (FIG. 6G). At this time, although not shown, a hole 113 provided in the weight 110 is also formed at the same time.
The resist film 152 is left in accordance with the outer shape of the groove 122.
[0041]
Next, the corrosion-resistant film 151 is peeled off, and only the groove 122 is exposed on the surface of the crystal substrate 150, and then the groove 122 is etched. This etching process is half-etched, and is etched down to a predetermined depth while managing the etching time and the like, so that a groove is formed to a predetermined shape and depth (FIG. 6 (i)).
Thereafter, the resist film 152 and the corrosion-resistant film 151 are peeled off to form a grooved piezoelectric vibrating piece (FIG. 6 (j)).
[0042]
After the outer shape, the hole 113, and the groove 122 of the piezoelectric vibrating piece 100 are formed in such a process, the electrode 140 as shown in FIG. 5 is formed, and the shape of the piezoelectric vibrating piece 100 is completed.
The electrode 140 is formed by depositing a metal film having good electrical conductivity such as gold on the surface of the piezoelectric vibrating piece 100 by a method such as vapor deposition or sputtering, and dividing the electrode into a predetermined shape by an etching method.
[0043]
When the piezoelectric vibrating piece 100 is formed of quartz, it is known that the quartz has crystal anisotropy. Thus, etching anisotropy exists when the quartz substrate 150 is etched, and the etching speed varies depending on the portion of the substrate even if etching is performed under the same conditions. This etching speed is called an etching rate.
[0044]
FIG. 7 is a polar coordinate diagram showing the etching rate of the quartz crystal substrate 150 in the XY plane.
In FIG. 7, the center of the circle has an etching rate of 0, and the etching rate is displayed faster as it goes outward.
In particular, the in-plane etching speeds in the + X direction, the + 120 ° direction with respect to the X axis, and the −120 ° direction are high, and conversely, the inner surface etching speeds in the + 30 ° direction and the −30 ° direction with respect to the −X direction and the X axis. Becomes slower.
On the other hand, the etching speed in the Z direction increases in the −30 ° direction and the −30 ° direction, and decreases in the + X direction and the + 120 ° direction and the −120 ° direction with respect to the X axis.
[0045]
Since there is anisotropy in the etching processability as described above, an optimal mask shape is baked and photolithography is performed in order to accurately form the shape of the piezoelectric vibrating piece 100. For example, for the tip portion of the weight portion 110, the joint portion between the weight portion 110 and the arm portion 121, the joint portion between the weight portion arm portion 121 and the base portion 130, the hole portion 113 provided in the weight portion 110, etc. The mask shape is corrected in accordance with the etching rate.
[0046]
The relationship between the mask shape and the shape of the piezoelectric vibrating piece 100 will be described with reference to FIGS.
8 is a plan view of the main part of the weight part 110 when the etching rate is not considered, FIG. 9 is a plan view of the main part of the weight part 110 when the etching rate is considered, and FIG. 10 is a case where the etching rate is not considered. FIG. 11 is a plan view of the hole 113 in consideration of the etching rate.
[0047]
In FIG. 8, the etching mask 150 is formed in accordance with a predetermined shape of the piezoelectric vibrating piece 110 (without correcting the shape). That is, it is formed symmetrically with respect to the vibration center B ′ of the vibrating arm 120 (shown by a solid line in the figure). When the etching process is performed using this mask, a straight line B connecting the center of gravity of the weight part 110 and the arm part 121 is originally formed like the weight part 110 indicated by a two-dot chain line in the figure due to the difference in the etching rate. The center of vibration (B ′ in the figure) is deviated.
Further, the left corner 110A in the figure of the tip corner of the weight portion 110 has a chamfered shape, and the other corner 110B has a similar shape.
Further, the −X direction taper portion 112A of the taper portion 112 formed between the weight portion 110 and the arm portion 121 is formed smaller, and the + X side taper portion 112B is formed larger.
[0048]
FIG. 9 shows the shape of the weight portion 110 when the etching mask 150 is formed by correcting the shape in advance according to the above-described etching rate.
In FIG. 9, the shape indicated by the solid line is the mask 150, and the shape indicated by the two-dot chain line is the shape of the weight part 110 formed by the etching process. The X-direction center line B ′ of the mask 150 has a shape corrected in the + X-axis direction with respect to the vibration center B of the vibrating arm 120, and the tip 150 of the weight portion 110 in the −X direction (left side in the drawing) corner 150 A is + Y A projection is formed in the direction, and a similar projection 150B is also formed in the -Y direction in the -Y direction (lower left side in the figure).
The taper part 112A on the −X direction side of the mask 150 is also formed larger than the + X side taper part 112B side.
As described above, when the etching process is performed using the mask 150 whose etching base point and shape are corrected in advance according to the etching rate, the center line B of the weight portion 110 coincides with the initially targeted vibration center, and the center line B Symmetrical vibrating arm 120 is formed.
At this time, in FIG. 8 and FIG. 9, the hole 113 formed in the weight 110 is omitted.
[0049]
10 and 11 are enlarged plan views schematically showing the hole 113 formed in the weight part 110. FIG.
In FIG. 10, the mask 150 has an opening 151 through which light is transmitted corresponding to the shape of the hole 113. The opening 151 is formed in a quadrangular shape symmetrically with respect to the vibration center of the vibrating arm 120. In this case, the vibration center coincides with the center line B ′ of the mask opening 151.
When an etching process is performed using such a mask, as shown by the two-dot chain line in the figure (113A), it is formed large in the -X direction, and the corners 113B and 113C having a low etching rate are not formed properly. Etching remains.
Therefore, the etched vibrating arm 120 is formed in an asymmetric shape with respect to the center line B, and the hole 113 center line B moves to a position shifted from the vibration center.
At this time, the hole 113 and the outer shape of the piezoelectric vibrating piece 100 can be formed by the same etching process.
[0050]
FIG. 11 shows the hole portion 113 of the weight portion 110 when a mask 150 whose shape is corrected in advance for the predetermined hole portion 113 is used.
In FIG. 11, the mask 150 has an opening 151 through which light is transmitted corresponding to the shape of the hole 113. The center line of the opening 151 is shifted to B ′ with respect to the vibration center of the vibrating arm 120, and the upper −X side corner in the drawing of the opening 151 of the mask 150 has a recess 151 </ b> A in the −X direction. A recess 151B similar to the recess 151A is formed at the -Y side corner of the recess 151A.
In the hole 113 subjected to the etching process using the mask 150 formed in this way, the hole center line B coincides with the vibration center of the vibrating arm 120 as shown by a two-dot chain line in the figure, and Are formed symmetrically with respect to the center line B.
[0051]
As shown in FIGS. 9 and 10, since the etching process is performed using the mask 150 formed in consideration of the etching rate, the piezoelectric vibrating piece 100 can balance the left and right of the two vibrating arms 120. In addition, the weight part 110 also has a center line B that coincides with the vibration center, and both the outer shape and the hole 113 are formed symmetrically with respect to the vibration center (center line B).
The piezoelectric vibrating piece 100 manufactured in this way is used by being housed in a package.
[0052]
12 and 13 show a state in which the piezoelectric vibrating piece 100 of the present embodiment is housed in a package.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the ceramic package type resonator 200. As shown in FIG. 12, the ceramic package 210 is a box-shaped package 210 having a space inside. The package 210 has a base portion 211 at the bottom thereof. The base portion 211 is made of ceramic such as alumina, for example.
[0053]
A sealing portion 212 is provided on the base portion 211, and the sealing portion 212 is formed of the same material as the base portion 211. Further, a lid 213 is placed on the top of the sealing portion 212, and a hollow box is formed by the base portion 211, the sealing portion 212, and the lid 213.
[0054]
A package-side electrode 214 is provided on the base 211 of the package 210 formed in this way. An end portion of the piezoelectric vibrating piece 100 in which the electrode 140 is formed on the package side electrode 214 via a conductive adhesive or the like is fixed. The package 210 is preferably in a vacuum state in order to maintain stable bending vibration.
The piezoelectric vibrator piece 100 is vibrated accurately when a constant driving voltage is applied from the package-side electrode 214.
Although not shown, a semiconductor chip for vibration control is placed in the gap in the cross section between the bottom portion 211 of the package 210 and the piezoelectric vibrating piece 100 and connected to the electrode 140 of the piezoelectric vibrating piece 100 to be connected to a transmitter or the like. It is set as the structure which can also be used.
[0055]
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the cylinder-type piezoelectric vibrator 500.
In FIG. 13, a cylinder type piezoelectric vibrator 500 has a metal cap 530 for housing the piezoelectric vibrating piece 100 therein. The cap 530 is press-fitted into the stem 520, and the inside is kept in a vacuum state.
Two leads 510 are provided through the stem 520. The electrode 140 at the end of the piezoelectric vibrating piece 100 is fixed and held on the lead 520 with a conductive adhesive or the like.
When a constant drive voltage is applied from the lead 510 to the piezoelectric vibrating piece 100 configured as described above, the vibrating arm 120 vibrates accurately and functions as the piezoelectric vibrator 500.
[0056]
The piezoelectric vibrators 200 and 500 configured as described above and manufactured by the above-described manufacturing method are used as a time standard for a timepiece or an electronic device.
Further, such a piezoelectric vibrating piece 100 is used in a piezoelectric gyro sensor as an angular velocity sensor by rotating the Z-axis as a rotation axis, generating a Coriolis force, and detecting it. It is installed in electronic devices such as car navigation devices and camera shake prevention devices such as cameras.
[0057]
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
[0058]
(Effect 1)
According to the present embodiment, since the groove portion 122 is formed on both the front surface and the back surface of the arm portion 121 of the piezoelectric vibrating piece 100, the cross section in the width direction of the arm portion 121 is formed in, for example, a substantially H-shaped cross section. Yes. As a result, the section modulus of the arm 121 is larger than when the groove 122 is not formed. Therefore, when obtaining the same vibration frequency, even if the piezoelectric vibrating piece 100 is downsized, the vibration loss is small and the CI value (crystal impedance or equivalent series resistance) can be kept low.
Further, since the weight portion 110 is formed at the end portion (tip portion) of the vibrating arm 120, the stability of the vibration frequency when the piezoelectric vibrating piece 100 is reduced in size can be obtained. A plurality of vibrating arms 120 (two tuning fork types in the present embodiment) are formed. However, since the moment of inertia increases because of the weight 110, there is also an effect that the influence of variation of the vibrating arms can be reduced. .
[0059]
(Effect 2)
The piezoelectric vibrating piece 100 of the present invention has such a structure because the weight portion 110 is formed symmetrically with respect to the vibration center B of the vibrating arm 120 and is formed at the same position and size. Therefore, for example, in the case of a tuning-fork type crystal vibrating piece, the mass and the moment of inertia of the two vibrating arms 120 are the same, so that stable vibration can be obtained.
In addition, since the two vibrating arms 120 are balanced, vibration leakage at the base can be reduced.
[0060]
(Effect 3)
By providing the tapered portion 112 as in the present embodiment, when the vibrating arm 120 vibrates, stress concentration is not caused at the joint portion between the arm portion 121 and the weight portion 110, and the basic vibration mode is affected. Therefore, stable vibration can be obtained.
Further, since the tapered portion 132 is also provided at the joint portion between the arm portion 121 and the base portion 130, a more stable vibration can be obtained. By providing the tapered portion 132 in this manner, even if the shapes of the weight portion 110 and the arm portion 121 are slightly symmetric, the influence of the relative balance difference can be reduced.
Furthermore, by providing the tapered portion at each of the above-described parts, there is an effect that it is possible to prevent problems such as destruction when the piezoelectric vibrating piece 100 receives an impact force or deterioration of the vibration mode.
[0061]
(Effect 4)
As described above, the groove 121 is formed on the front surface and the back surface of the arm 121, and the cross-sectional shape of the arm is substantially H-shaped.
At this time, the groove 122 is formed symmetrically with respect to the vibration center B of the vibrating arm 120 and extends to a position where it enters the weight 110 and the base 130. The vibrating arm 120 having such a shape can secure the arm length necessary to obtain the basic vibration mode of the vibrating arm 120 without being affected by the base point position of the groove portion 122, and the arm portion 121 and the weight portion 110. In the joint portion with the base portion 130, stress concentration with the groove portion 122 is eliminated, and stable vibration can be obtained. A further effect can be obtained by combining with the aforementioned tapered portion.
[0062]
(Effect 5)
Further, in the present embodiment, the length of the weight portion 110 is about ½ of the effective length of the vibrating arm. For example, when the vibrating arm 120 is lengthened, the vibration frequency is decreased, and when the vibration arm 120 is shortened, the vibration frequency is increased. At this time, when the length of the vibrating arm 120 is fixed in order to reduce the size of the piezoelectric vibrating piece 100, the vibration frequency is increased by increasing the length of the weight portion 110. From this, when the length of the weight part 110 is set to ½ of the effective length of the vibrating arm 120 (that is, the length of the weight part 110 and the length of the arm part 121 are substantially the same), the weight part 110 is The effect formed is utilized to the maximum.
[0063]
(Effect 6)
In this embodiment, in order to connect the electrodes 140 formed on the front and back of the piezoelectric vibrating piece 100, a hole portion (through hole) 113 penetrating the front and back is formed in the weight portion 110. Compared with the case where the front and back electrodes 140 are formed on the side surface portions of the piezoelectric vibrating piece 100, there is an effect that it is easier to connect the electrodes to the weight portion 110 having a large area by through holes.
In addition, since the hole (through hole) 113 has a difference in etching rate depending on the location as described above, the correction amount of the mask can be reduced by making it a hexagon, an octagon or a circle as well as a square. There is also an effect that the setting becomes easy.
[0064]
(Effect 7)
In the manufacturing method of the present embodiment, the outer shape of the piezoelectric vibrating piece 100 and the hole 113 are formed by an etching process penetrating in the thickness direction, and the groove 122 is formed by a half-etching process, and is formed by another selected process. Is done. Thus, the outer shape of the piezoelectric vibrating piece 100, the hole 113, and the groove 122 can be formed with appropriate shapes and dimensions.
[0065]
(Effect 8)
In the present embodiment, as described above, it is known that when the piezoelectric vibrating piece 100 is a crystal vibrating piece, there is crystal anisotropy. Due to the crystal anisotropy, the etching speed (etching rate) varies depending on the etching location in the etching process. Therefore, the place where the etching speed is slowed down and the place where it is fastened are symmetric with respect to the vibration center after etching by shifting the etching base point in advance or correcting the shape in advance corresponding to each place. Therefore, a more stable vibration mode and vibration frequency can be obtained.
[0066]
(Effect 9)
Further, in the modification of the present embodiment (shown in FIG. 3), since the protruding portion 116 is provided on the base portion 130 side of the weight portion 110, the vibration arm 120 can be vibrated without changing the mass of the weight portion 110. Since the arm length of the next moment can be shortened, the stability of vibration due to the difference in etching rate can be increased, and the CI value can be lowered.
Further, by providing the second weight portion 117 at the tip of the protruding portion 116, these effects can be further enhanced.
Furthermore, as shown in FIG. 4, by providing the notch 131 in the base 130, the bending vibration of the vibrating arm 120 can reduce the vibration leakage from the base 130, and the CI value can be kept low.
[0067]
(Effect 10)
The piezoelectric vibrating piece 100 of this embodiment is housed in a package 210 formed of ceramic or the like. Since the package 210 is held in a vacuum state, a more stable vibration can be maintained over a long period of time.
Moreover, since it is housed in the package 210, it is easy to handle and the piezoelectric vibrator piece 100 can be protected from the external environment such as humidity.
[0068]
(Effect 11)
The electronic apparatus according to the present embodiment includes the piezoelectric vibrators 200 and 500 manufactured by the above-described configuration and manufacturing method.
Such piezoelectric vibrators 200 and 500 can obtain a stable vibration mode and vibration frequency, and are used for, for example, time standards such as watches and piezoelectric gyro sensors, and are used as reference transmitters for communication devices, attitude control devices for automobiles, cars. Electronic devices such as navigation devices and camera shake prevention devices such as cameras can be provided.
[0069]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
For example, in the above-described embodiment, the tuning fork type piezoelectric vibrating piece 100 has been described as an example. However, in addition to the tuning fork type piezoelectric vibrator, for example, a planar H type piezoelectric vibrator in which a drive arm and a detection arm are configured separately. It can also be applied to a piezoelectric vibrator called a double T-type vibrator.
[0070]
According to the present invention as described above, there are provided a piezoelectric vibrating piece capable of obtaining a small and stable vibration characteristic, a method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece, a piezoelectric vibrator having the piezoelectric vibrating piece, and an electronic device equipped with the piezoelectric vibrator. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a piezoelectric vibrating piece according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a main part of a weight portion of a piezoelectric vibrating piece.
FIG. 3 is a perspective view showing a modification of the piezoelectric vibrating piece of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing another modification of the piezoelectric vibrating piece according to the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing an electrode configuration of a piezoelectric vibrating piece.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a piezoelectric vibrating piece manufacturing process.
FIG. 7 is a polar coordinate diagram showing an etching rate in a quartz substrate XY plane.
FIG. 8 is a plan view of a principal part of a weight portion when the etching rate is not considered.
FIG. 9 is a plan view of a principal part of a weight part in consideration of an etching rate.
FIG. 10 is a plan view of a hole portion of a weight portion when the etching rate is not considered.
FIG. 11 is a plan view of a hole portion of a weight portion in consideration of an etching rate.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a ceramic package type resonator.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a cylinder-type piezoelectric vibrator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Piezoelectric vibration piece 110 ... Weight part 120 ... Vibrating arm 121 ... Arm part 122 ... Arm part 130 ... Base

Claims (11)

複数の棒状の腕部と、該腕部より幅が広く、前記腕部の一方の端部に形成された錘部とを有する振動腕と、
前記腕部の他方の端部を結合する基部と、
を備え、 前記振動腕の振動中心に沿って表面および裏面に溝部が形成されており、
前記溝部が、前記錘部と前記腕部の結合部よりも先端方向および前記腕部と前記基部との結合部よりも前記基部方向に延長して形成されていることを特徴とする圧電振動片。A vibrating arm having a plurality of rod-shaped arm portions and a weight portion that is wider than the arm portions and formed at one end of the arm portion;
A base for joining the other end of the arm,
The provided, a groove portion is formed on the front surface and the back surface along the vibration center of the vibrating arm,
The piezoelectric vibrating piece , wherein the groove portion is formed to extend in a distal direction from a joint portion between the weight portion and the arm portion and in a base direction from a joint portion between the arm portion and the base portion. . 請求項１に記載の圧電振動片において、The piezoelectric vibrating piece according to claim 1,
前記溝部が、前記振動腕の振動中心に対して対称に形成されていることを特徴とする圧電振動片。The piezoelectric vibrating piece, wherein the groove is formed symmetrically with respect to a vibration center of the vibrating arm. 請求項１または請求項２に記載の圧電振動片において、
前記錘部が、前記振動腕の振動中心に対して対称に形成され、それぞれ同じ位置、同じ大きさに形成されていることを特徴とする圧電振動片。The piezoelectric vibrating piece according to claim 1 or 2 ,
The piezoelectric vibrating piece characterized in that the weight portions are formed symmetrically with respect to the vibration center of the vibrating arm, and are respectively formed at the same position and the same size. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧電振動片において、
前記腕部と前記錘部との結合部および前記腕部と前記基部との結合部に、前記振動腕の振動中心に対して対称なテーパ部を有することを特徴とする圧電振動片。 It claims 1 The piezoelectric vibrating element according to claim 3,
A piezoelectric vibrating piece having a tapered portion symmetrical with respect to a vibration center of the vibrating arm at a coupling portion between the arm portion and the weight portion and a coupling portion between the arm portion and the base portion. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧電振動片において、
前記錘部の長さが前記腕部の有効長さと略同じであることを特徴とする圧電振動片。The piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 4 ,
The piezoelectric vibrating piece, wherein a length of the weight portion is substantially the same as an effective length of the arm portion. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の圧電振動片において、
前記振動腕の振動中心線の略延長上に、振動中心に対して対称に穿設された多角形または円形の孔部を前記錘部に有することを特徴とする圧電振動片。The piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 5,
A piezoelectric vibrating piece having a polygonal or circular hole portion formed symmetrically with respect to a vibration center on the weight portion on substantially an extension of a vibration center line of the vibration arm. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の前記圧電振動片を製造する方法であって、
前記圧電振動片の外形をエッチングで形成する工程と、
前記溝部をエッチングで形成する工程とを有しており、
前記溝部が、前記錘部と前記腕部の結合部よりも先端方向および前記腕部と前記基部との結合部よりも前記基部方向に延長して形成されることを特徴とする圧電振動片の製造方法。 A method for manufacturing the piezoelectric vibrating piece according to any one of claims 1 to 6 ,
Forming an outer shape of the piezoelectric vibrating piece by etching,
And it possesses a step of forming the groove by etching,
The groove is, the weight portion and the arm portion of the coupling portion coupling portion the pressure you being formed by extending proximally electrostatic vibration than the distal direction and the arm portion and the base portion than A manufacturing method of a piece. 請求項７に記載の圧電振動片の製造方法において、The method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece according to claim 7,
前記溝部が、前記振動腕の振動中心に対して対称に形成されることを特徴とする圧電振動片の製造方法。  The method of manufacturing a piezoelectric vibrating piece, wherein the groove is formed symmetrically with respect to a vibration center of the vibrating arm. 請求項７または請求項８に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記圧電振動片が水晶振動片であって、
前記圧電振動片の形状に対してエッチングの基点をずらして形成されるか、または前記振動腕の振動中心に対して非対称に形成されたエッチングマスクを用いて製造されることを特徴とする圧電振動片の製造方法。In the manufacturing method of the piezoelectric vibrating piece according to claim 7 or 8 ,
The piezoelectric vibrating piece is a quartz vibrating piece,
Piezoelectric vibration characterized in that it is formed using an etching mask formed by shifting an etching base point with respect to the shape of the piezoelectric vibrating piece or asymmetrically with respect to the vibration center of the vibrating arm. A manufacturing method of a piece. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の圧電振動片が、パッケージ内に収容されていることを特徴とする圧電振動子。  7. A piezoelectric vibrator comprising the piezoelectric vibrating piece according to claim 1 housed in a package. 請求項１０に記載の圧電振動子が搭載されていることを特徴とする電子機器。An electronic device, wherein the piezoelectric vibrator according to claim 10 is mounted.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102487267A (en) * 2010-12-02 2012-06-06 精工爱普生株式会社 Piezoelectric resonating device, manufacturing method thereof, piezoelectric resonator, and piezoelectric oscillator

Families Citing this family (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10284143B2 (en) * 2002-03-06 2019-05-07 Piedek Technical Laboratory Quartz crystal unit, quartz crystal oscillator and electronic apparatus
JP4548148B2 (en) * 2005-02-24 2010-09-22 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP4784168B2 (en) * 2005-06-23 2011-10-05 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP4967707B2 (en) * 2006-05-01 2012-07-04 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric vibrator and manufacturing method thereof
ATE453954T1 (en) 2007-07-19 2010-01-15 Eta Sa Mft Horlogere Suisse PIEZOELECTRIC RESONATOR WITH OPTIMIZED MOVEMENT CAPABILITIES
JP2009206759A (en) * 2008-02-27 2009-09-10 Seiko Instruments Inc Piezoelectric vibration chip, piezoelectric vibrator, oscillator, electronic apparatus, radio wave clock, and method of manufacturing piezoelectric vibration chip
JP5155275B2 (en) * 2008-10-16 2013-03-06 日本電波工業株式会社 Tuning fork type piezoelectric vibrating piece, piezoelectric frame and piezoelectric device
US8203256B2 (en) * 2009-02-10 2012-06-19 Nihon Dempa Kogyo Co., Ltd. Tuning-fork type piezoelectric vibrating piece, piezoelectric frame, piezoelectric device, and a manufacturing method of tuning-fork type piezoelectric vibrating piece and piezoelectric frame
JP5509647B2 (en) * 2009-03-26 2014-06-04 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece
JP5341647B2 (en) * 2009-07-10 2013-11-13 リバーエレテック株式会社 Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrator and piezoelectric oscillator
JP5761429B2 (en) * 2009-09-11 2015-08-12 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator, oscillator, and electronic device
KR101214318B1 (en) 2009-09-18 2013-01-09 세이코 엡슨 가부시키가이샤 Vibrating reed, vibrator, oscillator, and electronic device
JP5565163B2 (en) * 2009-10-08 2014-08-06 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator, oscillator, and electronic device
JP5476964B2 (en) 2009-12-09 2014-04-23 セイコーエプソン株式会社 Vibrators, oscillators, gyros and electronic equipment
JP5789914B2 (en) * 2010-02-05 2015-10-07 セイコーエプソン株式会社 Tuning fork type piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP5789913B2 (en) * 2010-02-05 2015-10-07 セイコーエプソン株式会社 Tuning fork type piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP5732728B2 (en) * 2010-02-25 2015-06-10 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator and oscillator
US8283988B2 (en) 2010-02-25 2012-10-09 Seiko Epson Corporation Resonator element, resonator, oscillator, and electronic device
JP5552836B2 (en) * 2010-02-26 2014-07-16 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric vibrator and oscillator
US20110227658A1 (en) * 2010-03-16 2011-09-22 Seiko Epson Corporation Resonator element, piezoelectric device, and electronic device
JP5671821B2 (en) * 2010-03-16 2015-02-18 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece and device
JP5760413B2 (en) * 2010-12-08 2015-08-12 セイコーエプソン株式会社 Electronics
US8692632B2 (en) 2010-03-17 2014-04-08 Seiko Epson Corporation Resonator element, resonator, oscillator, and electronic device
JP2012129904A (en) * 2010-12-17 2012-07-05 Seiko Epson Corp Electronic apparatus
US8304968B2 (en) 2010-03-17 2012-11-06 Seiko Epson Corporation Vibrator element, vibrator, oscillator, and electronic apparatus
US8368476B2 (en) 2010-03-19 2013-02-05 Seiko Epson Corporation Resonator element, resonator device and electronic device
JP5499852B2 (en) 2010-04-08 2014-05-21 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator
JP2010246126A (en) * 2010-04-28 2010-10-28 Seiko Epson Corp Piezoelectric vibration piece and piezoelectric device
JP5533213B2 (en) * 2010-05-10 2014-06-25 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator and oscillator
JP2011239132A (en) * 2010-05-10 2011-11-24 Seiko Epson Corp Vibration piece, vibrator and oscillator
JP5796280B2 (en) * 2010-07-21 2015-10-21 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator and oscillator
EP2609338A4 (en) * 2010-08-25 2017-02-15 Aavid Thermalloy, LLC Cantilever fan
WO2014002891A1 (en) * 2012-06-27 2014-01-03 株式会社村田製作所 Tuning-fork-type crystal oscillator and method for producing same
JP5935664B2 (en) * 2012-11-21 2016-06-15 株式会社大真空 Tuning fork type piezoelectric vibrating piece, tuning fork type piezoelectric vibrating device, and method for manufacturing tuning fork type piezoelectric vibrating piece
JP6349622B2 (en) 2013-03-14 2018-07-04 セイコーエプソン株式会社 Vibration element, vibrator, oscillator, electronic device, and moving object
JP2014179802A (en) * 2013-03-14 2014-09-25 Seiko Epson Corp Vibrator, oscillator, electronic apparatus and mobile
JPWO2014208251A1 (en) * 2013-06-26 2017-02-23 株式会社大真空 Tuning fork type piezoelectric resonator element and tuning fork type piezoelectric vibrator
JP6375611B2 (en) * 2013-11-16 2018-08-22 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator, oscillator, electronic device and moving object
JP6375612B2 (en) * 2013-11-16 2018-08-22 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator, oscillator, electronic device and moving object
JP5811216B2 (en) * 2014-03-11 2015-11-11 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator, oscillator
JP5839083B2 (en) * 2014-05-26 2016-01-06 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator and oscillator
JP2017098911A (en) * 2015-11-28 2017-06-01 京セラクリスタルデバイス株式会社 Tuning-fork type crystal element
JP6701553B2 (en) * 2016-01-06 2020-05-27 ローム株式会社 Substrate having holes, manufacturing method thereof, infrared sensor and manufacturing method thereof
JP6763190B2 (en) * 2016-04-22 2020-09-30 セイコーエプソン株式会社 Vibrating elements, oscillators, oscillators, electronic devices and moving objects
JP2019144148A (en) * 2018-02-22 2019-08-29 セイコーエプソン株式会社 Physical quantity detection device, tiltmeter, inertial measurement unit, electronic equipment, movable body, and structure monitoring system
JP2019115079A (en) * 2019-04-22 2019-07-11 セイコーエプソン株式会社 Vibration element, vibrator, oscillator, electronic apparatus, and mobile body

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102487267A (en) * 2010-12-02 2012-06-06 精工爱普生株式会社 Piezoelectric resonating device, manufacturing method thereof, piezoelectric resonator, and piezoelectric oscillator
CN102487267B (en) * 2010-12-02 2015-11-18 精工爱普生株式会社 Piezoelectric vibration device and manufacture method, piezoelectric vibrator and piezoelectric oscillator

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