JP5115092B2 - Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device, and oscillator - Google Patents

Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device, and oscillator Download PDF

Info

Publication number
JP5115092B2
JP5115092B2 JP2007212634A JP2007212634A JP5115092B2 JP 5115092 B2 JP5115092 B2 JP 5115092B2 JP 2007212634 A JP2007212634 A JP 2007212634A JP 2007212634 A JP2007212634 A JP 2007212634A JP 5115092 B2 JP5115092 B2 JP 5115092B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
arm
vibrating piece
base
width
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007212634A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008072705A5 (en
JP2008072705A (en
Inventor
英雄 棚谷
祥之 山田
幸弘 利根川
勝巳 黒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2007212634A priority Critical patent/JP5115092B2/en
Priority to US11/840,339 priority patent/US20080211350A1/en
Publication of JP2008072705A publication Critical patent/JP2008072705A/en
Publication of JP2008072705A5 publication Critical patent/JP2008072705A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5115092B2 publication Critical patent/JP5115092B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

本発明は、圧電振動片と、パッケージやケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの改良に関する。   The present invention relates to an improvement of a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric device in which the piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or a case.

HDD(ハード・ディスク・ドライブ)、モバイルコンピュータ、あるいはICカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器や圧電ジャイロセンサー等において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図12は、圧電デバイスに従来より用いられている圧電振動片の一例を示す概略平面図である。
Piezoelectric vibrators and piezoelectrics in small information devices such as HDDs (hard disk drives), mobile computers, IC cards, mobile communication devices such as mobile phones, car phones, and paging systems, and piezoelectric gyro sensors Piezoelectric devices such as oscillators are widely used.
FIG. 12 is a schematic plan view showing an example of a piezoelectric vibrating piece conventionally used in a piezoelectric device.

図において、圧電振動片1は、水晶などの圧電材料をエッチングすることにより、図示する外形を形成するもので、パッケージ(図示せず)等に取付けられる矩形の基部2と、基部2から図において上方に延長された一対の振動腕3,4を備えており、これら振動腕の主面(表裏面)に長溝3a,4aを形成するとともに、必要な駆動用の電極を形成したものである(特許文献1参照)。
このような圧電振動片1においては、駆動用の電極を介して駆動電圧が印加されると、各振動腕3,4の先端部を近接・離間するようにして、屈曲振動することにより、所定の周波数の信号が取り出されるようになっている。
In the figure, a piezoelectric vibrating reed 1 is formed by etching a piezoelectric material such as quartz to form the outer shape shown in the figure. A rectangular base 2 attached to a package (not shown) or the like, A pair of vibrating arms 3 and 4 extending upward is provided, and long grooves 3a and 4a are formed on the main surfaces (front and back surfaces) of these vibrating arms, and necessary driving electrodes are formed ( Patent Document 1).
In such a piezoelectric vibrating piece 1, when a driving voltage is applied via a driving electrode, the piezoelectric vibrating piece 1 is flexibly oscillated so that the distal ends of the vibrating arms 3 and 4 approach and separate from each other. The signal of the frequency of is extracted.

ところで、このような圧電振動片1は、基部2の符号5,6で示す箇所に引出し電極が形成され、この部分に接着剤7,8を塗布して、例えばパッケージなどの基体に固定支持される。
そして、この接着剤による固定支持後に、圧電振動片を構成する材料と、パッケージなどの材料の線膨張係数の相違などに起因して残る残留応力が、振動腕の屈曲振動を妨げないように、基部2に切り込み部9を形成するようにしている。
このような、圧電振動片1においては各部位の小寸法化を進め、これに対応して、基部の長さも小さな寸法とされることで、圧電振動片1の小型化が進められている。
By the way, such a piezoelectric vibrating piece 1 has a lead electrode formed at a location indicated by reference numerals 5 and 6 of the base portion 2, and adhesives 7 and 8 are applied to this portion and fixed and supported on a substrate such as a package. The
And, after the fixing support by this adhesive, the residual stress remaining due to the difference in the linear expansion coefficient between the material constituting the piezoelectric vibrating piece and the material such as the package does not hinder the bending vibration of the vibrating arm, The notch 9 is formed in the base 2.
In such a piezoelectric vibrating reed 1, the size of each part is reduced, and the length of the base portion is correspondingly reduced, so that the piezoelectric vibrating reed 1 is downsized.

特開2002−261575号公報JP 2002-261575 A

ところが、このように小型化を進めた圧電振動片1においては、以下の理由により、温度特性試験において、好ましい結果が得られない場合がある。
すなわち、圧電振動片1を水晶で形成した場合に、その線膨張係数は13.8ppm/℃であるが、これを収容して接合するパッケージについては、アルミナセラミックパッケージで7.0ppm/℃である。
そして、圧電振動片1のパッケージへの接合工程(マウント工程)では、導電性接着剤を用いて約200℃で接着剤を硬化させており、硬化後常温に戻した際には、圧電振動片1とパッケージの各線膨張係数の相違に対応した応力が、接合部に働くことになる。
However, in the piezoelectric vibrating piece 1 that has been miniaturized in this way, a preferable result may not be obtained in the temperature characteristic test for the following reason.
That is, when the piezoelectric vibrating reed 1 is made of quartz, its linear expansion coefficient is 13.8 ppm / ° C., but a package that accommodates and joins this is 7.0 ppm / ° C. for an alumina ceramic package. .
Then, in the bonding process (mounting process) of the piezoelectric vibrating piece 1 to the package, the adhesive is cured at about 200 ° C. using a conductive adhesive. The stress corresponding to the difference between the linear expansion coefficients of 1 and the package acts on the joint.

このため、温度特性試験を行うと、例えば、図13に示すように、理想の温度特性Aに対して、実際にはBのグラフに示すような特性を示す。
すなわち、マイナス50℃から100℃まで、温度環境を変化させてその特性を試験すると、マイナス50℃の際に上記接合部に働く応力のため、周波数はプラスにシフトしてしまう。また、マイナス55度(「摂氏」、以下、温度表示は全て「摂氏」)で1000H(時間)放置(32kHz(キロヘルツ)の圧電振動子の場合)すると、マイナス55度の最も大きな応力が作用した後で、その後常温に戻すことになり、応力状態が完全に元に戻らず周波数はマイナスにシフトしてしまう。
For this reason, when the temperature characteristic test is performed, for example, as shown in FIG. 13, the ideal temperature characteristic A actually shows a characteristic as shown in the graph of B.
That is, when the characteristics are tested by changing the temperature environment from minus 50 ° C. to 100 ° C., the frequency shifts to plus due to the stress acting on the joint at minus 50 ° C. Also, when left at 1000 H (hours) at minus 55 degrees (“Celsius”, hereinafter, all temperature indications are “Celsius”) (in the case of a 32 kHz (kilohertz) piezoelectric vibrator), the largest stress of minus 55 degrees was applied. Later, the temperature is returned to room temperature, and the stress state is not completely restored, and the frequency shifts to minus.

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、小型化を進める上で、温度特性が良好な圧電振動片と、圧電デバイスを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrating piece and a piezoelectric device having good temperature characteristics in order to reduce the size.

上記目的を達成するための本発明のある実施形態に係る圧電振動片は、基部と、前記基部の一端部から第1方向に沿って延在している複数の振動腕と、前記基部の前記一端部とは反対側の他端部に接続されている連結部と、前記連結部に接続され、前記第1方向に直交する第2方向に沿って延在している接続部と、前記接続部に接続され、且つ、前記第2方向に沿って前記基部と並んでおり、前記第1方向に沿って延びる支持用アームと、を含み、前記接続部は、前記第1方向に沿って第1幅を有する第1領域と、前記第1方向に沿って前記第1幅よりも幅の狭い第2幅を有する第2領域と、を含み、前記基部の前記第1方向の長さ、前記連結部の前記第1方向の長さ、および前記第1幅の和をhとし、前記第2幅をL3としたときに、L3/hを20%以上40%以下の範囲とし、且つ、前記振動腕の各々には、クロム層に金層を積層されている励振電極が設けられ、前記クロム層の厚さを10以上30nm以下の範囲とし、且つ、前記金層の厚さを20以上50nm以下の範囲としていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る圧電デバイスは、前記圧電振動片と、前記圧電振動片が搭載されているパッケージと、を備えていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る発振器は、前記圧電振動片と、前記圧電振動片を駆動させる発振回路と、を備えていることを特徴とする。
[適用例1]適用例1に係る圧電振動片は、圧電材料により形成された所定長さの基部と、前記基部の一端側から延びる複数の振動腕と、前記基部の一端側より所定距離だけ離れた他端側に接続される連結部と、前記連結部に接続され、圧電振動片の幅方向に延長される接続部と、前記接続部に接続され、かつ前記振動腕の外側において、前記振動腕と同じ方向に延びる支持用アームとを備え、前記基部の前記一端側から、前記圧電振動片の前記振動腕の反対側の一端までの長さ寸法hと、前記連結部を介して前記支持用アームが前記基部に接続されている接続部の幅寸法L3との比率であるL3/hが、40%以下とされていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a piezoelectric vibrating piece according to an embodiment of the present invention includes a base, a plurality of vibrating arms extending in a first direction from one end of the base, and the base of the base A connecting portion connected to the other end opposite to the one end, a connecting portion connected to the connecting portion and extending in a second direction orthogonal to the first direction, and the connection And a support arm that is aligned with the base along the second direction and extends along the first direction, and the connection portion includes a first arm along the first direction. A first region having one width, and a second region having a second width that is narrower than the first width along the first direction, the length of the base in the first direction, When the length of the connecting portion in the first direction and the sum of the first widths are h and the second width is L3, L3 h is in a range of 20% to 40%, and each of the vibrating arms is provided with an excitation electrode in which a gold layer is laminated on a chromium layer, and the thickness of the chromium layer is 10 to 30 nm. And the thickness of the gold layer is in the range of 20 to 50 nm.
A piezoelectric device according to another embodiment of the present invention includes the piezoelectric vibrating piece and a package on which the piezoelectric vibrating piece is mounted.
An oscillator according to another embodiment of the present invention includes the piezoelectric vibrating piece and an oscillation circuit that drives the piezoelectric vibrating piece.
Application Example 1 A piezoelectric vibrating piece according to Application Example 1 includes a base portion having a predetermined length formed of a piezoelectric material, a plurality of vibrating arms extending from one end side of the base portion, and a predetermined distance from one end side of the base portion. A connecting portion connected to the other end side, a connecting portion connected to the connecting portion and extending in the width direction of the piezoelectric vibrating piece, connected to the connecting portion, and outside the vibrating arm, A supporting arm extending in the same direction as the vibrating arm, the length h from the one end side of the base portion to one end of the piezoelectric vibrating piece on the opposite side of the vibrating arm, and the connecting portion via the connecting portion. L3 / h, which is a ratio to the width dimension L3 of the connection portion where the support arm is connected to the base portion, is 40% or less.

適用例1に係る圧電振動片の構成によれば、前記基部の一端側より所定距離だけ離れた他端側に接続される連結部と、前記連結部に接続され、圧電振動片の幅方向に延長される接続部と、前記接続部に接続され、かつ前記振動腕の外側において、前記振動腕と同じ方向に延びる支持用アームとを備えている。このため、支持用アームがパッケージなどの基体側に接着などにより接合された場合においては、周囲温度の変化や、落下衝撃などを原因として、その接合箇所に生じた応力変化が、支持用アームの接合箇所から、振動腕に影響を与えることはほとんどなく、このため、特に温度特性が良好となる。しかも、これとは逆に屈曲振動する振動腕からの振動漏れは、支持用アームに達するまでに接続部と連結部を経由していることから、ほとんど及ぶことがない。すなわち、基部長さが極端に短いと、屈曲振動の漏れた成分が支持用アーム全体に拡がり、制御が困難となる事態が考えられるが、この適用例1において、そのようなおそれがない。
そして、このような作用を得ることができる上に、支持用アームは、基部の他端から幅方向に延長され、振動腕の外側で、この振動腕と同じ方向に延びる構成としたから、全体の大きさをコンパクトにすることができる。
また、適用例1に係る圧電振動片では、前記基部の長さ寸法hと、前記連結部を介して前記支持用アームが前記基部に接続されている接続部の幅寸法L3との比率であるL3/hが、40%以下とされている。
これにより、励振部である各振動腕から接合部となる各支持用アームにいたる構造において、パッケージなどへ直接固定される支持用アーム自体や、励振の影響を強く受ける振動腕、およびその形成基端にある前記基部以外の箇所において、適切に応力を集中できる箇所をつくることができ、この部分で支持用アームからの応力による影響が、前記振動腕に伝搬することを防止することができる。これにより、小型化を進める上で、温度特性が良好な圧電振動片を提供することができる。なお、40%を超えると、温度特性が極端に悪くなることが確認されている。
According to the configuration of the piezoelectric vibrating piece according to Application Example 1, the connecting portion connected to the other end side that is separated from the one end side of the base portion by a predetermined distance, and the connecting portion connected to the width direction of the piezoelectric vibrating piece. A connecting portion that is extended; and a supporting arm that is connected to the connecting portion and extends in the same direction as the vibrating arm outside the vibrating arm. For this reason, when the support arm is bonded to the base of the package or the like by bonding or the like, the stress change generated at the bonded portion due to a change in ambient temperature or a drop impact is caused by the change in the support arm. There is almost no influence on the vibrating arm from the joint, and therefore the temperature characteristics are particularly good. Moreover, on the contrary, vibration leakage from the vibrating arm that bends and vibrates hardly reaches because it passes through the connecting portion and the connecting portion before reaching the supporting arm. That is, if the base length is extremely short, the leaked component of the bending vibration spreads over the entire support arm, which makes it difficult to control. However, in this application example 1 , there is no such fear.
And since such an action can be obtained, the supporting arm is extended in the width direction from the other end of the base portion, and is configured to extend in the same direction as the vibrating arm outside the vibrating arm. The size of can be made compact.
In the piezoelectric vibrating piece according to Application Example 1, the ratio is the length h of the base and the width L3 of the connecting portion where the support arm is connected to the base via the connecting portion. L3 / h is 40% or less.
As a result, in the structure from each vibrating arm serving as the excitation unit to each supporting arm serving as the joint, the supporting arm itself directly fixed to the package or the like, the vibrating arm that is strongly influenced by the excitation, and its formation base In a portion other than the base portion at the end, a portion where stress can be concentrated appropriately can be created, and the influence of stress from the supporting arm can be prevented from propagating to the vibrating arm at this portion. As a result, it is possible to provide a piezoelectric vibrating piece with good temperature characteristics when the size is reduced. In addition, when it exceeds 40%, it has been confirmed that temperature characteristics are extremely deteriorated.

[適用例2]適用例2に係る圧電振動片は、さらに、前記基部の前記一端側から、前記圧電振動片の前記振動腕の反対側の前記一端までの長さ寸法hと、前記接続部の幅寸法L3との比率であるL3/hが、20%以上40%以下とされていることを特徴とする。
このような構成によれば、前記比率であるL3/hが、20%以上とすることで、充分な剛性が得られ、圧電振動片の組立工程で折れるという問題を解決する。
Application Example 2 The piezoelectric vibrating piece according to Application Example 2 further includes a length dimension h from the one end side of the base portion to the one end on the opposite side of the vibrating arm of the piezoelectric vibrating piece, and the connection portion. L3 / h, which is a ratio to the width dimension L3, is 20% or more and 40% or less.
According to such a configuration, when the ratio L3 / h is 20% or more, sufficient rigidity is obtained, and the problem that the piezoelectric vibrating piece is broken in the assembly process is solved.

[適用例3]適用例3に係る圧電振動片は、さらに、前記接続部がくびれるように縮幅された縮幅部を有しており、接続部の幅寸法L3が前記縮幅部の幅寸法であることを特徴とする。
このような構成によれば、支持用アームからの応力による影響が、前記振動腕に伝搬することを防止するために設けられる部分的に剛性の低い構造を、適切に設定することができる。
Application Example 3 The piezoelectric vibrating piece according to Application Example 3 further includes a reduced width portion that is reduced so that the connection portion is constricted, and the width L3 of the connection portion is the width of the reduced width portion. It is characterized by dimensions.
According to such a configuration, it is possible to appropriately set a partially rigid structure provided in order to prevent the influence of stress from the support arm from propagating to the vibrating arm.

[適用例4]適用例4に係る圧電振動片は、さらに、前記連結部の幅寸法rと前記基部の幅寸法eの比率であるr/eが、40%以下とされていることを特徴とする。
このような構成によれば、前記連結部の幅寸法rと前記基部の幅寸法eの比率であるr/eが、40%以下とされている。このため、励振部である各振動腕が、接合部となる各支持用アームからの影響をきわめて受けにくくなる。
Application Example 4 The piezoelectric vibrating piece according to Application Example 4 is characterized in that r / e, which is a ratio of the width dimension r of the connecting portion and the width dimension e of the base portion, is 40% or less. And
According to such a configuration, the ratio r / e, which is the ratio of the width r of the connecting portion and the width e of the base, is 40% or less. For this reason, each vibration arm which is an excitation part is hardly affected by each support arm which becomes a joint part.

[適用例5]適用例5に係る圧電振動片は、さらに、前記連結部の幅寸法rと前記基部の幅寸法eの比率であるr/eが、23%以上40%以下とされていることを特徴とする。
本発明の発明者は、前記連結部の幅寸法rと前記基部の幅寸法eの比率であるr/eが、23%未満となると、落下衝撃などの外部からの衝撃により前記連結部が破断するおそれがあることを確認した。
したがって、前記連結部の幅寸法rと前記基部の幅寸法eの比率であるr/eが、23%以上40%以下とされることにより、励振部である各振動腕が、パッケージなどへの接合部を含む支持用アームからの影響をきわめて受けにくく、しかも外部からの衝撃で、容易に破損することのない圧電振動片を得ることができる。
Application Example 5 In the piezoelectric vibrating piece according to Application Example 5, r / e, which is a ratio of the width dimension r of the connecting portion and the width dimension e of the base portion, is 23% or more and 40% or less. It is characterized by that.
The inventors of the present invention, r / e is the ratio of the width dimension e of the width dimension r of the connecting base portions are, when less than 23%, the coupling portion by an external impact such as drop impact It was confirmed that there was a possibility of breaking.
Therefore, r / e, which is the ratio between the width dimension r of the connecting portion and the width dimension e of the base portion, is set to 23% or more and 40% or less, so that each vibrating arm as the excitation portion is attached to the package or the like. It is possible to obtain a piezoelectric vibrating reed that is hardly affected by the supporting arm including the joint and that is not easily damaged by an external impact.

[適用例6]適用例6に係る圧電デバイスは、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、圧電材料により形成された所定長さの基部と、前記基部の一端側から延びる複数の振動腕と、前記基部の一端側より所定距離だけ離れた他端側に接続される連結部と、前記連結部に接続され、圧電振動片の幅方向に延長される接続部と、前記接続部に接続され、かつ前記振動腕の外側において、前記振動腕と同じ方向に延びる支持用アームとを備え、前記基部の前記一端側から、前記圧電振動片の前記振動腕の反対側の一端までの長さ寸法hと、前記連結部を介して前記支持用アームが前記基部に接続されている接続部の幅寸法L3との比率であるL3/hが、40%以下とされていることを特徴とする。 Application Example 6 A piezoelectric device according to Application Example 6 is a piezoelectric device in which a piezoelectric vibrating piece is accommodated in a package or a case, and the piezoelectric vibrating piece includes a base portion having a predetermined length formed of a piezoelectric material; A plurality of vibrating arms extending from one end side of the base, a connecting portion connected to the other end side separated from the one end side of the base by a predetermined distance, and connected to the connecting portion and extending in the width direction of the piezoelectric vibrating piece And a support arm that is connected to the connection portion and extends in the same direction as the vibrating arm on the outside of the vibrating arm, and from the one end side of the base portion, the piezoelectric vibrating piece L3 / h, which is a ratio of the length dimension h to the opposite end of the vibrating arm and the width dimension L3 of the connection portion where the support arm is connected to the base via the connecting portion, is 40. % Or less That.

適用例6に係る圧電デバイスの構成によれば、パッケージなどへ直接固定される支持用アーム自体や、励振の影響を強く受ける振動腕、およびその形成基端にある前記基部以外の箇所において、適切に応力を集中できる箇所をつくることができ、この部分で支持用アームからの応力による影響が、前記振動腕に伝搬することを防止することができる。これにより、小型化を進める上で、温度特性が良好な圧電デバイスを提供することができる。 According to the configuration of the piezoelectric device according to the application example 6, in the support arm itself that is directly fixed to the package or the like, the vibrating arm that is strongly influenced by the excitation, and the portion other than the base portion at the formation base end thereof It is possible to create a portion where stress can be concentrated on the surface, and it is possible to prevent the influence of the stress from the supporting arm from propagating to the vibrating arm at this portion. As a result, it is possible to provide a piezoelectric device with good temperature characteristics in order to reduce the size.

[適用例7]適用例7に係る圧電デバイスは、さらに、前記パッケージが、セラミック製の箱状パッケージで、外部に連通した孔封止用の貫通孔を備えるとともに、金属製の蓋体により封止されるようになっており、前記パッケージと前記蓋体とが金−ゲルマニウムの合金でなるロウ材を用いて封止されていることを特徴とする。
このような構成によれば、ガラス製の蓋体を低融点ガラスのロウ材で接合する場合と比べて、金−ゲルマニウム合金のロウ材を用いることで、限られた大きさの封止代(しろ)であっても、十分接合強度を得ることができる。特に、封止孔を利用したガス出しにおいて、十分加熱しても蓋体の接合に影響することがなく、優れた気密性を実現できる。また、実装工程においてリフロー炉を通した場合にも、ロウ材が再溶融することなく、接合性能に優れている。
[Application Example 7] In the piezoelectric device according to Application Example 7, the package is a ceramic box-shaped package having a through-hole for hole sealing that communicates with the outside, and is sealed by a metal lid. The package and the lid are sealed with a brazing material made of a gold-germanium alloy.
According to such a structure, compared with the case where a glass lid is joined with a low melting point glass brazing material, a gold-germanium alloy brazing material is used. However, sufficient bonding strength can be obtained. In particular, in the gas discharge using the sealing hole, even if the heating is sufficiently performed, the bonding of the lid is not affected, and excellent airtightness can be realized. Moreover, even when it passes through a reflow furnace in the mounting process, the brazing material does not remelt, and the bonding performance is excellent.

図1および図2は、本発明の圧電デバイスの実施形態を示しており、図1はその概略平面図、図2は図1のA−A線切断端面図である。また、図3は図1の圧電振動片32の詳細を説明するための拡大平面図、図4は図1の振動腕部分に関するB−B線切断端面図である。
これらの図において、圧電デバイス30は、圧電振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス30は、基体であるパッケージ57内に圧電振動片32を収容している。
パッケージ57は、図1および図2に示すように、例えば、矩形の箱状に形成されており、第1の基板54と、第2の基板55と、第3の基板56の3つの基板を積層して形成されており、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して図示の形状とした後で、焼結して形成されている。
パッケージ57は、圧電振動片32を収容した後で、透明なガラス製の蓋体40が封止材58を用いて接合されることにより、気密に封止されている。これにより、蓋体40を封止した後で、外部からレーザ光を照射して圧電振動片32の電極などをトリミングして、周波数調整できるようになっている。
この蓋封止後の周波数調整を行わない場合には、蓋体40として金属製の蓋体を用いることができ、例えば、コバール製の蓋体などを用いることで、後述するように、シーム溶接による蓋封止を行うことができる。
1 and 2 show an embodiment of the piezoelectric device of the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view thereof, and FIG. 2 is an end view taken along line AA of FIG. 3 is an enlarged plan view for explaining details of the piezoelectric vibrating piece 32 in FIG. 1, and FIG. 4 is an end view taken along the line BB of the vibrating arm portion in FIG.
In these drawings, the piezoelectric device 30 shows an example in which a piezoelectric vibrator is configured. The piezoelectric device 30 houses a piezoelectric vibrating piece 32 in a package 57 as a base.
As shown in FIGS. 1 and 2, the package 57 is formed in a rectangular box shape, for example, and includes three substrates: a first substrate 54, a second substrate 55, and a third substrate 56. For example, an aluminum oxide ceramic green sheet is formed as an insulating material into an illustrated shape and then sintered.
The package 57 is hermetically sealed by housing the piezoelectric vibrating piece 32 and then bonding the transparent glass lid 40 using the sealing material 58. Thereby, after sealing the lid 40, the frequency can be adjusted by trimming the electrodes of the piezoelectric vibrating piece 32 by irradiating laser light from the outside.
When the frequency adjustment after the lid sealing is not performed, a metal lid can be used as the lid 40. For example, by using a Kovar lid or the like, as described later, seam welding is performed. The lid can be sealed.

パッケージ57の底部には、製造工程において、脱ガスするための貫通孔27を有している。貫通孔27は、第1の基板54に形成された第1の孔25と、第2の基板55に形成され、上記第1の孔25よりも小さな外径を有し、第1の孔25と連通した第2の孔26で形成されている。
そして、貫通孔27には、封止材28が充填されることにより、パッケージ57内が気密状態となるように孔封止されている。
パッケージ57は、図2に示すように、第3の基板56の内側の材料を除去することで、内部空間Sのスペースを形成している。この内部空間Sが圧電振動片32を収容するための収容空間である。
パッケージ57の第2の基板55に形成した各電極部31−1,31−2の上には、導電性接着剤43を用いて、後述する圧電振動片32の支持用アーム61,62の後述する引出し電極形成箇所を載置して接合している。
このため、図1の圧電デバイス30よりも圧電振動片32を接合する接合強度に優れている。
The bottom of the package 57 has a through hole 27 for degassing in the manufacturing process. The through hole 27 is formed in the first hole 25 formed in the first substrate 54 and the second substrate 55, has an outer diameter smaller than that of the first hole 25, and the first hole 25. The second hole 26 communicates with the second hole 26.
The through hole 27 is sealed with a sealing material 28 so that the inside of the package 57 is airtight.
As shown in FIG. 2, the package 57 forms a space of the internal space S by removing the material inside the third substrate 56. This internal space S is a housing space for housing the piezoelectric vibrating piece 32.
A conductive adhesive 43 is used on each of the electrode portions 31-1 and 31-2 formed on the second substrate 55 of the package 57, and support arms 61 and 62 of the piezoelectric vibrating reed 32 described later are described later. The extraction electrode forming portion to be mounted is placed and bonded.
For this reason, the bonding strength for bonding the piezoelectric vibrating piece 32 is superior to that of the piezoelectric device 30 of FIG.

圧電振動片32は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム,ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この圧電振動片32は、図1に示すように、基部51と、この基部51の一端(図において右端)から、右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕35,36を備えている。
各振動腕35,36の主面の表裏には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝33,34をそれぞれ形成し、図1および図4に示すように、この長溝内に駆動用の電極である励振電極37,38が設けられている。
尚、この実施形態では、各振動腕35,36の先端部は、ややテーパ状に次第に拡幅されることにより、重量増加され、錘の役割を果たすようにされている。これにより、振動腕の屈曲振動がされやすくなっている。
The piezoelectric vibrating piece 32 is formed of, for example, quartz, and a piezoelectric material such as lithium tantalate or lithium niobate can be used in addition to quartz. As shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrating piece 32 includes a base 51 and a pair of vibrating arms 35 and 36 that extend in parallel from the one end (right end in the drawing) to the right. It has.
Long grooves 33 and 34 extending in the length direction are preferably formed on the front and back of the main surfaces of the vibrating arms 35 and 36, respectively. As shown in FIGS. 1 and 4, driving electrodes are formed in the long grooves. Excitation electrodes 37 and 38 are provided.
In this embodiment, the tip portions of the resonating arms 35 and 36 are gradually widened in a slightly tapered shape so that the weight is increased to play the role of a weight. Thereby, the bending vibration of the vibrating arm is easily performed.

また、圧電振動片32は、その基部51の振動腕を形成した一端より、図1において、所定距離BL(基部長さL2+切り込み部長さ)を隔てた他端(図において左端)において、基部51の幅方向に延長され、かつ振動腕35,36の両外側の位置で、各振動腕35,36の延びる方向(図1において右方向)に、これら振動腕35,36と平行に延びている支持用アーム61,62を備えている。
このような圧電振動片32の音叉状の外形と、各振動腕に設ける長溝は、それぞれ例えば水晶ウエハなどの材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
In addition, the piezoelectric vibrating reed 32 has a base 51 at the other end (the left end in the drawing) separated from the one end where the vibrating arm of the base 51 is formed by a predetermined distance BL (base length L2 + cut-in length) in FIG. And extending in parallel with these vibrating arms 35 and 36 in the extending direction of each vibrating arm 35 and 36 (rightward in FIG. 1) at positions on both outer sides of the vibrating arms 35 and 36. Supporting arms 61 and 62 are provided.
Such a tuning-fork-shaped outer shape of the piezoelectric vibrating piece 32 and a long groove provided in each vibrating arm are precisely formed by wet etching or dry etching a material such as a quartz wafer with a hydrofluoric acid solution, for example. Can do.

励振電極37,38は、長溝33,34内と、各振動腕の側面とに形成され、各振動腕について長溝内の電極と、側面に設けた電極が対となるようにされている。そして、各励振電極37,38は、それぞれ引出し電極37a,38aとして、支持用アーム61,62に引き回されている。これにより、圧電デバイス30を実装基板などに実装した場合に、外部からの駆動電圧が、実装端子41から、電極部31−1,31−2を介して圧電振動片32の各支持用アーム61,62の引出し電極37a,38aに伝えられ、各励振電極37,38に伝えられるようになっている。
そして、長溝33,34内の励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時に、各振動腕の長溝が形成された領域の内部の電界効率を高めることができるようになっている。
The excitation electrodes 37 and 38 are formed in the long grooves 33 and 34 and on the side surfaces of the vibrating arms, and the electrodes in the long grooves and the electrodes provided on the side surfaces of each vibrating arm are paired. The excitation electrodes 37 and 38 are routed around the supporting arms 61 and 62 as extraction electrodes 37a and 38a, respectively. As a result, when the piezoelectric device 30 is mounted on a mounting substrate or the like, an external driving voltage is applied from the mounting terminal 41 to each support arm 61 of the piezoelectric vibrating piece 32 via the electrode portions 31-1 and 31-2. , 62 are transmitted to the extraction electrodes 37a, 38a, and are transmitted to the respective excitation electrodes 37, 38.
Then, by applying a driving voltage to the excitation electrodes in the long grooves 33 and 34, the electric field efficiency inside the region where the long grooves of the respective vibrating arms are formed can be increased during driving.

ここで、励振電極37,38は下地金属層の上に導通性に優れた金属で電極層を形成することで作られる。
この実施形態では、下地金属層として、クロム(Cr)層を成膜し、電極層として金(Au)層を成膜して、後述する製造工程において、フォトリソグラフィなどの手法により図1に示すような形状の電極に形成されている。
この場合、下地層と電極層(図示せず)の各成膜は、スパッタリングや蒸着により行われるが、水晶ウエハなどから多数の圧電振動片を形成するためのバッジ工程では、蒸着により成膜するのが好ましい。
Here, the excitation electrodes 37 and 38 are formed by forming an electrode layer with a metal having excellent conductivity on the base metal layer.
In this embodiment, a chromium (Cr) layer is formed as a base metal layer, and a gold (Au) layer is formed as an electrode layer, and the method shown in FIG. The electrode is formed in such a shape.
In this case, each film formation of the base layer and the electrode layer (not shown) is performed by sputtering or vapor deposition. In the badge process for forming a large number of piezoelectric vibrating pieces from a quartz wafer or the like, the film is formed by vapor deposition. Is preferred.

また、図3に示すように、好ましくは、基部51には、基部51の振動腕側の端部から十分離れた位置において、両側縁に、基部51の幅方向の寸法を部分的に縮幅して形成した凹部もしくは切り込み部71,72を設けている。
これにより、振動腕35,36が屈曲振動する際に振動漏れが基部51側に漏れ、支持用アーム61,62に伝搬することを抑制し、CI値を低く抑えることができる。
なお、強度が許す場合には、基部51の例えば中心付近に図示しない貫通孔を形成し、該貫通孔周縁近傍に応力を集中させるようにすることで、振動漏れが、支持用アーム61,62に伝搬することを抑制し、CI値を低く抑えることができる。
図3に示すように、この切り込み部71,72に挟まれた部分が連結部73である。連結部73は、基部51の他端側において、両側方に延長された延長部である接続部74に一体に接続されている。すなわち、この最も外側で基部51の幅方向に延長された部分(接続部74)は、平行な一対の支持用アーム61,62とを繋ぐ部分であり、接続部として機能するものである。
ここで、図3において、連結部73の幅寸法をrとし、基部51の幅寸法をeとすると、連結部の幅rと前記基部の幅eの比率であるr/eが、40%以下とされており、さらに好ましくは、r/eが、23%以上とされている。
Also, as shown in FIG. 3, preferably, the base 51 is partially reduced in width in the width direction of the base 51 at both side edges at a position sufficiently away from the end of the base 51 on the vibrating arm side. The recessed part or the notch | incision part 71,72 formed in this way is provided.
Thereby, when the vibrating arms 35 and 36 are bent and vibrated, it is possible to suppress vibration leakage from leaking to the base 51 side and propagating to the supporting arms 61 and 62, and to reduce the CI value.
When the strength permits, a through hole (not shown) is formed near the center of the base 51, for example, and stress is concentrated near the periphery of the through hole, so that vibration leakage is caused by the supporting arms 61 and 62. Can be suppressed and the CI value can be kept low.
As shown in FIG. 3, a portion sandwiched between the cut portions 71 and 72 is a connecting portion 73. The connecting portion 73 is integrally connected to a connecting portion 74 that is an extended portion extending on both sides on the other end side of the base portion 51. That is, the outermost portion (connecting portion 74) extended in the width direction of the base 51 is a portion connecting the pair of parallel supporting arms 61 and 62, and functions as a connecting portion.
Here, in FIG. 3, when the width dimension of the connecting portion 73 is r and the width dimension of the base portion 51 is e, r / e, which is the ratio of the width r of the connecting portion and the width e of the base portion, is 40% or less. More preferably, r / e is 23% or more.

次に、支持用アームの構造について説明する。
支持用アーム61と支持用アーム62は同一の形状であるから、支持用アーム61について図3を参照しながら説明すると、その長さ寸法uは、圧電振動片32の全長aに対して、60ないし80%とすることが、安定した支持構造を得るために必要である。
また、支持用アーム61,62の外側コーナ部61a,62aは、それぞれ内方に凸もしくは外方に凸となったR状に面取りされることにより、欠けたりする損傷を防止している。
Next, the structure of the support arm will be described.
Since the support arm 61 and the support arm 62 have the same shape, the length u of the support arm 61 is 60 with respect to the total length a of the piezoelectric vibrating piece 32 when the support arm 61 is described with reference to FIG. It is necessary to obtain 80% to obtain a stable support structure.
Further, the outer corner portions 61a and 62a of the supporting arms 61 and 62 are chamfered in an R shape that is inwardly convex or outwardly convex, thereby preventing damage caused by chipping.

パッケージ57の第2基板55に形成した電極部31−1、31−2と支持用アームとの接合箇所は、例えば、一方の支持用アーム61に関して、圧電振動片32の長さ寸法の重心位置Gに相当する箇所をひとつだけ選択することもできる。しかし、図1で示すように、上記重心G位置を挟んで該重心位置から等距離離れた2点を選んで電極部31−1,31−2を設定し、接合すると、より接合構造が強化され、安定するので好ましい。
ひとつの支持用アームについて、1点で接合する場合は、接着剤塗布領域の長さが、圧電振動片32の全長aの25%以上を確保することが十分な接合強度を得る上で好ましい。
この実施形態のように、2点の接合箇所(両方の支持用アームを合わせると4箇所)を設ける場合には、接合箇所どうしの間隔を圧電振動片32の全長aの25%以上とすることが十分な接合強度を得る上で好ましい。
For example, with respect to one support arm 61, the position of the center of gravity of the length of the piezoelectric vibrating reed 32 is the junction of the electrode portions 31-1 and 3-2 formed on the second substrate 55 of the package 57 and the support arm. Only one location corresponding to G can be selected. However, as shown in FIG. 1, when the electrode portions 31-1 and 31-2 are set by selecting two points that are equidistant from the position of the center of gravity with the position of the center of gravity G interposed therebetween, the joining structure is further strengthened. It is preferable because it is stable.
In the case where one supporting arm is joined at one point, it is preferable that the adhesive application region has a length of 25% or more of the entire length a of the piezoelectric vibrating piece 32 in order to obtain sufficient joining strength.
As in this embodiment, when two joint points are provided (four places when both supporting arms are combined), the distance between the joint points should be 25% or more of the total length a of the piezoelectric vibrating piece 32. Is preferable for obtaining sufficient bonding strength.

なお、各電極部31−1,31−2のうち、少なくとも一組の電極部31−1,31−2はパッケージ裏面の実装端子41,41と導電スルーホールなどで接続されている。パッケージ57は、圧電振動片32を収容した後で、透明なガラス製の蓋体40が封止材58を用いて接合されることにより、気密に封止されている。
尚、蓋体40は、透明な材料でなく、例えば、コバールなどの金属板体をシーム封止などで接合する構造としてもよい。
Of the electrode portions 31-1 and 31-2, at least one pair of electrode portions 31-1 and 31-2 is connected to mounting terminals 41 and 41 on the back surface of the package through conductive through holes. The package 57 is hermetically sealed by housing the piezoelectric vibrating piece 32 and then bonding the transparent glass lid 40 using the sealing material 58.
The lid 40 is not a transparent material, and may be a structure in which, for example, a metal plate such as Kovar is joined by seam sealing or the like.

ここで、本実施形態では、上述した支持用アーム61,62が延びる箇所、すなわち、基部51の他端部53は、振動腕35,36の付け根部52よりも十分離れた距離BL(基部長さL2+切り込み部長さ)を有するようにされている。
この距離BLは、好ましくは、振動腕35,36の腕幅寸法Wの大きさを超える寸法とされている。
すなわち、音叉型振動片の振動腕35,36が屈曲振動する際に、その振動漏れが基部51に向かって伝えられる範囲は、振動腕35,36の腕幅寸法Wと相関がある。本発明者はこの点に着目し、支持用アーム61,62の基端となる箇所を適切な位置に設けなければならないという知見を持った。
Here, in the present embodiment, the location where the supporting arms 61 and 62 extend, that is, the other end 53 of the base 51 is a distance BL (base length) sufficiently separated from the base 52 of the vibrating arms 35 and 36. L2 + (notch length)).
This distance BL is preferably a dimension that exceeds the arm width dimension W of the vibrating arms 35 and 36.
That is, when the vibrating arms 35 and 36 of the tuning fork-type vibrating piece flexurally vibrate, the range in which the vibration leakage is transmitted toward the base 51 correlates with the arm width dimension W of the vibrating arms 35 and 36. The inventor pays attention to this point, and has the knowledge that the base end of the supporting arms 61 and 62 must be provided at an appropriate position.

そこで、本実施形態では、支持用アーム61,62の基端となる箇所53について、振動腕の付け根部52を起点として、振動腕の腕幅寸法Wの大きさに対応した寸法を超える位置を選択することで、振動腕35,36からの振動漏れが、支持用アーム61,62側に伝搬することを、より確実に抑制する構造とすることができたものである。したがって、CI値を抑制して、かつ後述する支持用アームの作用効果を得るためには、53の位置を振動腕35,36の付け根部(すなわち、基部51の一端部である)52の箇所から上記BLの距離だけ離すことが好ましい。
同様の理由により、切り込み部71,72が形成される箇所も、振動腕35,36の付け根部52の箇所から振動腕35,36の腕幅寸法Wの大きさを超える箇所とするのが好ましい。このため、切り込み部71,72は、支持用アーム61,62が基部51に対して一体に接続されている箇所を含んで、そこよりも振動腕寄りの位置に形成される。
尚、支持用アーム61,62は振動に関与しないので、その腕幅寸法Wに特別の条件はないが、支持構造を確実にするため、振動腕よりも大きな幅とすることが好ましい。
Therefore, in the present embodiment, a position exceeding the dimension corresponding to the arm width dimension W of the vibrating arm, starting from the root 52 of the vibrating arm, at the base 53 of the supporting arms 61 and 62 is determined. By selecting, the structure in which the vibration leakage from the vibrating arms 35 and 36 is more reliably suppressed from propagating to the supporting arms 61 and 62 side can be achieved. Therefore, in order to suppress the CI value and obtain the effect of the support arm described later, the position of 53 is the location of the base portion of the vibrating arms 35 and 36 (that is, one end portion of the base portion 51) 52. It is preferable that the distance from the above is the distance BL.
For the same reason, it is preferable that the locations where the cut portions 71 and 72 are formed are also locations where the arm width dimension W of the vibrating arms 35 and 36 exceeds the base 52 of the vibrating arms 35 and 36. . For this reason, the notches 71 and 72 are formed at positions closer to the vibrating arm than the portions where the supporting arms 61 and 62 are integrally connected to the base 51.
Since the support arms 61 and 62 are not involved in vibration, there is no special condition for the arm width dimension W. However, in order to ensure the support structure, it is preferable that the support arms 61 and 62 have a larger width than the vibration arm.

かくして、この実施形態では、振動腕の腕幅寸法Wが50μm程度、振動腕どうしの間隔MWが80μm程度、支持用アーム61,62の幅fを100μm程度とすることで、圧電振動片32の幅BWを500μmとすることができ、これは図12の圧電振動片1の幅とほぼ同様で、長さは短く、従来と同じ大きさのパッケージに十分収容できるものである。本実施形態は、そのような小型化をはかりつつ、以下のような作用効果を得ることができる。   Thus, in this embodiment, the arm width dimension W of the vibrating arms is about 50 μm, the distance MW between the vibrating arms is about 80 μm, and the width f of the supporting arms 61 and 62 is about 100 μm. The width BW can be set to 500 μm, which is substantially the same as the width of the piezoelectric vibrating piece 1 in FIG. 12, is short in length, and can be sufficiently accommodated in a package having the same size as the conventional one. The present embodiment can obtain the following effects while achieving such downsizing.

図1の圧電振動片32においては、支持用アーム61,62がパッケージ57側に導電性接着剤43により接合されているので、周囲温度の変化や、落下衝撃などを原因として、その接合箇所に生じた応力変化が、支持用アーム61,62の接合箇所から、基部51の他端部53までの屈曲した距離と、さらには、距離BLを超える基部51の長さ分の距離を隔てて振動腕35,36に影響を与えることはほとんどなく、このため、特に温度特性が良好となる。
しかも、これとは逆に屈曲振動する振動腕35,36からの振動漏れは、基部51を隔てた支持用アーム61,62に達するまでに距離BLを超える基部51の所定長さを隔てていることから、ほとんど及ぶことがない。
In the piezoelectric vibrating piece 32 of FIG. 1, the supporting arms 61 and 62 are joined to the package 57 side by the conductive adhesive 43, so that at the joint location due to a change in ambient temperature, a drop impact, or the like. The generated stress change oscillates at a bent distance from the joint portion of the supporting arms 61 and 62 to the other end 53 of the base 51 and a distance corresponding to the length of the base 51 exceeding the distance BL. The arms 35 and 36 are hardly affected, and therefore the temperature characteristics are particularly good.
In addition, the vibration leakage from the vibrating arms 35 and 36 that bend and vibrate on the contrary is separated by a predetermined length of the base 51 that exceeds the distance BL before reaching the supporting arms 61 and 62 that are separated from the base 51. Because of that, it hardly reaches.

ここで、基部51の長さが極端に短いと、屈曲振動の漏れた成分が支持用アーム61,62の全体に拡がり、制御が困難となる事態が考えられるが、この実施形態では、そのような事態が十分に回避される。
そして、このような作用を得ることができる上に、支持用アーム61,62は、図示したように、基部51の他端部53から幅方向に延長され、振動腕35,36の外側で、この振動腕と同じ方向に延びる構成としたから、全体の大きさをコンパクトにすることができる。
また、この実施形態では、図1に示すように、支持用アーム61,62の先端が、振動腕35,36の先端よりも基部51寄りになるように形成されている。この点においても、圧電振動片32の大きさをコンパクトにすることができる。
Here, if the length of the base portion 51 is extremely short, it is conceivable that the component in which the bending vibration leaks spreads over the entire support arms 61 and 62, and it becomes difficult to control. Severe situations are avoided sufficiently.
Further, in addition to being able to obtain such an action, the support arms 61 and 62 are extended in the width direction from the other end 53 of the base 51 as shown in the figure, and outside the vibrating arms 35 and 36, Since the configuration extends in the same direction as the vibrating arm, the overall size can be made compact.
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the tips of the support arms 61 and 62 are formed so as to be closer to the base 51 than the tips of the vibrating arms 35 and 36. Also in this point, the size of the piezoelectric vibrating piece 32 can be made compact.

さらに、図12の構成と比較して、容易に理解されるように、図12では、互いに接近した引出し電極5と引出し電極6に、導電性接着剤7,8を塗布して接合する構造であるから、これらが接触しないように、短絡を避けてきわめて狭い範囲に接着剤を塗布(パッケージ側)したり、接合後も硬化前に接着剤が流れて短絡しないようにしながら接合工程を実行しなければならず、容易な工程ではなかった。
これに対して、図1の圧電振動片32では、互いにパッケージ57の幅方向一杯に離れた支持用アーム61,62のそれぞれの中間付近に対応する電極部31−1,31−2に、導電性接着剤43,43を塗布すればよいので、上述のような困難さがほとんどなく、また、短絡の心配もないものである。
Further, as can be easily understood as compared with the configuration of FIG. 12, FIG. 12 has a structure in which conductive adhesives 7 and 8 are applied and joined to the extraction electrode 5 and the extraction electrode 6 that are close to each other. Therefore, in order to prevent them from coming into contact with each other, avoid the short circuit and apply the adhesive to a very narrow area (on the package side), or even after joining, perform the joining process while preventing the adhesive from flowing before hardening. It had to be an easy process.
On the other hand, in the piezoelectric vibrating piece 32 of FIG. 1, the electrode portions 31-1 and 3-2 corresponding to the middle portions of the supporting arms 61 and 62 separated from each other in the width direction of the package 57 are electrically connected. Since the adhesives 43 and 43 may be applied, there is almost no difficulty as described above, and there is no fear of a short circuit.

さらに、図3において、圧電振動片32では、振動腕の長さをL1とし、基部51の長さをL2(距離BL−切り込み部長さ)としている。
支持用アーム62と連結部73との間に一体に接続されている接続部の幅L3が60μm以上、100μm以下とされると好ましい。すなわち、この幅L3が60μm未満のものの製造は難しい。L3が100μmを超えると、圧電振動片の小型化の障害になるだけでなく、振動腕35、36が接続されている基部51の一端から、圧電振動片の振動腕35、36の反対側の一端までの長さ寸法hと、接続部の幅寸法L3との比率であるL3/hが、20%以上40%以下とすることが困難になる。
なお、図3において幅寸法L3は、やや広い接続部74の本来の幅寸法L3−1よりも縮幅した縮幅とされ、該縮幅部の幅寸法がL3とされている。
これは、以下の理由による。
Further, in FIG. 3, in the piezoelectric vibrating piece 32, the length of the vibrating arm is L1, and the length of the base 51 is L2 (distance BL−cut portion length).
It is preferable that the width L3 of the connecting portion integrally connected between the supporting arm 62 and the connecting portion 73 is 60 μm or more and 100 μm or less. That is, it is difficult to manufacture the one having the width L3 of less than 60 μm. When L3 exceeds 100 μm, not only is the obstruction of miniaturization of the piezoelectric vibrating piece, but also from one end of the base 51 to which the vibrating arms 35, 36 are connected, the opposite side of the vibrating arms 35, 36 of the piezoelectric vibrating piece. It becomes difficult for L3 / h, which is the ratio of the length dimension h to one end and the width dimension L3 of the connecting portion, to be 20% or more and 40% or less.
In FIG. 3, the width dimension L3 is a reduced width that is smaller than the original width dimension L3-1 of the slightly larger connection portion 74, and the width dimension of the reduced width portion is L3.
This is due to the following reason.

本発明者等の研究によれば、パッケージなどへの接合部である支持用アーム62が接合されると、そこに用いられた接着剤などの影響により、低温試験特に温度特性、における低温の残留応力による影響が、この接続部74と、連結部73を介して、基部51から振動腕に至る経路を伝搬すると考えられる。この残留応力が振動腕35,36の屈曲振動に悪影響を与えるのであるが、これを防止するには、この経路中のどこかで応力が集中する箇所を設けることである。
しかしながら、種々試行してみると、支持用アーム61,62の接合箇所以外の箇所に、切り込み等を形成することはある程度の効果は期待できるものの、支持するための該支持用アーム自体の全体の剛性が低下し、振動腕側からの振動漏れの影響が出て必ずしも満足できる結果とならない。
また、後述するように切り込み部71,72を深くして、連結部73を小さくすることは、かなり良い効果が期待できるものの、振動腕にやや近すぎることで、単に連結部73の幅寸法rを小さくすることだけでは、満足する結果が得られなかった。
そこで、振動腕35、36が接続されている基部51の一端から、圧電振動片の振動腕35、36の反対側の一端までの長さ寸法hと、接続部の幅寸法L3との比率であるL3/hに関して、これを40%以下とすることで、後述するように、きわめてよい効果が得られることを見出したものである。
なお、基部51において、幅寸法L3は、やや広い接続部74の本来の幅寸法L3−1よりも縮幅した縮幅とされ、該縮幅部の幅寸法がL3とされているのは、上記のとおりであるが、製造工程の都合などにより、該縮幅部を形成しない場合には、L3=L3−1となる。
According to the study by the present inventors, when the supporting arm 62, which is a joint portion to a package or the like, is joined, due to the influence of the adhesive or the like used there, the low temperature residual in the low temperature test, particularly temperature characteristics It is considered that the influence of stress propagates the path from the base 51 to the vibrating arm via the connecting portion 74 and the connecting portion 73. This residual stress adversely affects the flexural vibration of the vibrating arms 35 and 36. To prevent this, it is necessary to provide a portion where the stress is concentrated somewhere in this path.
However, as a result of various trials, it can be expected that a cut or the like is formed in a portion other than the joint portion of the support arms 61 and 62. However, the support arm itself for supporting the entire support arm itself is supported. The rigidity is lowered, and the influence of vibration leakage from the vibrating arm side comes out, and the result is not always satisfactory.
Further, as described later, it is possible to expect a considerably good effect by deepening the notches 71 and 72 and making the connecting portion 73 small, but it is slightly too close to the vibrating arm, so that the width dimension r of the connecting portion 73 is simply set. Satisfactory results could not be obtained only by reducing.
Therefore, the ratio of the length dimension h from one end of the base 51 to which the vibrating arms 35 and 36 are connected to one end on the opposite side of the vibrating arms 35 and 36 of the piezoelectric vibrating piece to the width dimension L3 of the connecting portion. With respect to a certain L3 / h, it has been found that by setting this to 40% or less, a very good effect can be obtained as will be described later.
In the base 51, the width dimension L3 is a reduced width that is smaller than the original width dimension L3-1 of the connection part 74, and the width dimension of the reduced width part is L3. As described above, when the reduced width portion is not formed due to the convenience of the manufacturing process, L3 = L3-1.

次に、本実施形態の圧電振動片32の好ましい詳細構造について、図3および図4を参照しながら説明する。
図3に示す圧電振動片32の各振動腕35,36は同じ形状であるから、振動腕36について説明すると、基部51から各振動腕が延びる基端部Tでは、振動腕幅が最も広い。そして、振動腕36の付け根部であるこのTの位置から振動腕36の先端側に僅かな距離だけ離れたUの箇所の間において、急激に縮幅する第1の縮幅部TLが形成されている。そして第1の縮幅部TLの終端であるUの位置から、振動腕36のさらに先端側に向かってPの位置まで、すなわち、振動腕に関して、CLの距離にわたって、徐々に連続的に縮幅する第2の縮幅部が形成されている。
Next, a preferable detailed structure of the piezoelectric vibrating piece 32 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
Since the vibrating arms 35 and 36 of the piezoelectric vibrating piece 32 shown in FIG. 3 have the same shape, the vibrating arm 36 will be described. At the base end T where each vibrating arm extends from the base 51, the vibrating arm width is the widest. Then, a first reduced width portion TL that is suddenly reduced in width is formed between U positions that are separated from the position of T, which is the base portion of the vibrating arm 36, by a slight distance toward the distal end side of the vibrating arm 36. ing. Then, from the position of U, which is the end of the first reduced width portion TL, to the position of P toward the distal end side of the vibrating arm 36 further, that is, with respect to the vibrating arm, the reduced width gradually and continuously over the distance of CL. A second reduced width portion is formed.

このため、振動腕36は基部に近い付け根付近が、第1の縮幅部TLを設けることにより、高い剛性を備えるようにされている。また、第1の縮幅部の終端Uから先端に向かうにつれて、第2の縮幅部CLを形成したことにより、連続的に剛性が低くなるようにされている。Pの箇所は腕幅の変更点Pであり、振動腕36の形態上くびれた位置であるから、くびれ位置Pと表現することもできる。振動腕36においては、この腕幅の変更点Pよりもさらに先端側は、腕幅が同じ寸法で延長されるか、好ましくは図示のように徐々に僅かに拡大している。   For this reason, the vibrating arm 36 is provided with high rigidity near the base close to the base by providing the first reduced width portion TL. Further, since the second reduced width portion CL is formed from the end U of the first reduced width portion toward the tip, the rigidity is continuously reduced. The portion P is an arm width change point P, which is a constricted position in terms of the shape of the vibrating arm 36, and can also be expressed as a constricted position P. In the vibrating arm 36, the arm width is further extended with the same dimension on the tip side from the arm width change point P, or preferably gradually increased slightly as illustrated.

ここで、図3の長溝33,34が長い程、振動腕35,36を形成する材料について電界効率が向上する。ここで、振動腕の全長L1に対して、長溝33,34の基部51からの長さj(長溝の長さ)が、少なくともj/L1=0.7程度までは、長くするほど音叉型振動片のCI値は下がることがわかっている。このため、j/L1=0.5ないし0.7であることが好ましい。この実施形態では、図3において、振動腕36の全長L1は、例えば1250μm程度である。   Here, the longer the long grooves 33 and 34 in FIG. 3, the higher the field efficiency of the material forming the vibrating arms 35 and 36. Here, with respect to the total length L1 of the vibrating arm, the tuning fork type vibration is increased as the length j (length of the long groove) from the base 51 of the long grooves 33 and 34 becomes at least about j / L1 = 0.7. It is known that the CI value of the piece decreases. For this reason, it is preferable that j / L1 = 0.5 to 0.7. In this embodiment, in FIG. 3, the total length L1 of the vibrating arm 36 is, for example, about 1250 μm.

また、長溝の長さを適切に長くして、十分にCI値の抑制をはかるようにした場合、次に圧電振動片32のCI値比(高調波のCI値/基本波のCI値)が問題となる。
すなわち、基本波のCI値が低減されると同時に、高調波のCI値も抑制され、該高調波のCI値が、基本波のCI値よりも小さくなると、高調波により発振しやすくなってしまう。
そこで、長溝を長くしてCI値を低くするだけでなく、さらに、腕幅が縮小から拡大に変更する変更点Pについても振動腕の先端よりに設けることで、CI値を低減しつつ、さらにCI値比(高調波のCI値/基本波のCI値)を大きくすることができる。
すなわち、振動腕36ではその根本部分、つまり、付け根付近が、第1の縮幅部TLにより、剛性が強化されている。これにより、振動腕の屈曲振動を一層安定させることができ、CI値の抑制をはかることができる。
In addition, when the length of the long groove is appropriately increased to sufficiently suppress the CI value, the CI value ratio of the piezoelectric vibrating piece 32 (CI value of harmonics / CI value of the fundamental wave) is next determined. It becomes a problem.
In other words, the CI value of the fundamental wave is reduced, and the CI value of the harmonic wave is also suppressed. When the CI value of the harmonic wave becomes smaller than the CI value of the fundamental wave, the harmonic wave easily oscillates. .
Therefore, not only the long groove is lengthened to lower the CI value, but also the change point P at which the arm width is changed from the reduction to the enlargement is provided from the tip of the vibrating arm, thereby further reducing the CI value. The CI value ratio (CI value of harmonics / CI value of fundamental waves) can be increased.
In other words, the rigidity of the resonating arm 36 is reinforced at the base portion, that is, the vicinity of the base, by the first reduced width portion TL. Thereby, the flexural vibration of the vibrating arm can be further stabilized and the CI value can be suppressed.

しかも、第2の縮幅部CLを設けたことで、振動腕36は、その付け根付近から、先端側に向かって、腕幅の変更点であるくびれ位置Pまで、徐々に剛性が低下し、くびれ位置Pからさらに先端側では、長溝34が無く、腕幅を徐々に拡大させていることから、剛性は先端側にいくに従って高くされている。
このため、2次の高調波における振動の際の振動の「節」を、振動腕36のより先端側に位置させることができると考えられ、このことにより、長溝34を長くして圧電材料の電界効率を上げ、CI値を上昇させても、基本波のCI値を抑制しながら、2次の高調波のCI値の低下を招くことがないようにすることができる。このことから、図3に示すように、好ましくは腕幅の変更点Pを長溝の先端部よりも、振動腕の先端側に設けることで、ほぼ確実にCI値比を大きくして、高調波による発振を防止できる。
Moreover, by providing the second reduced width portion CL, the vibration arm 36 gradually decreases in rigidity from the vicinity of the base toward the distal end side to the constriction position P where the arm width is changed, Further, there is no long groove 34 on the distal end side from the constricted position P, and the arm width is gradually increased, so that the rigidity is increased as going to the distal end side.
For this reason, it is considered that the “node” of vibration at the time of vibration in the second harmonic can be positioned on the more distal end side of the vibrating arm 36, which makes the long groove 34 longer and the piezoelectric material Even if the electric field efficiency is increased and the CI value is increased, the CI value of the second harmonic can be prevented from being lowered while the CI value of the fundamental wave is suppressed. From this, as shown in FIG. 3, it is preferable to provide the arm width change point P closer to the distal end side of the vibrating arm than the distal end portion of the long groove, thereby increasing the CI value ratio almost certainly and increasing the harmonics. Can prevent oscillation.

さらに、本発明者の研究によると、振動腕の全長L1に対して、長溝33,34の基部51からの長さjとしたときの、上記j/L1と、振動腕36の最大幅/最小幅の値である腕幅縮幅率Mと、これらに対応したCI値比(第2高調波のCI値/基本波のCI値)とは相関がある。
そして、上記j/L1=61.5%とした場合、振動腕36の最大幅/最小幅の値である腕幅縮幅率Mを1.06よりも大きくすることにより、CI値比を1より大きくすることができ、高調波による発振を防止することができることが確認されている。
かくして、全体を小型化しても、基本波のCI値を低く抑えることができ、ドライブ特性が悪化することがない圧電振動片を提供することができる。
Further, according to the study of the present inventor, the above-mentioned j / L1 and the maximum width / maximum of the vibrating arm 36 when the length j from the base 51 of the long grooves 33 and 34 is set to the total length L1 of the vibrating arm. There is a correlation between the arm width reduction ratio M, which is a small value, and the CI value ratio (CI value of the second harmonic / CI value of the fundamental wave) corresponding thereto.
When j / L1 = 61.5%, the CI width ratio is set to 1 by increasing the arm width reduction ratio M, which is the value of the maximum width / minimum width of the vibrating arm 36, to be greater than 1.06. It has been confirmed that it can be made larger and oscillation due to harmonics can be prevented.
Thus, even if the whole is downsized, the CI value of the fundamental wave can be kept low, and a piezoelectric vibrating piece that does not deteriorate the drive characteristics can be provided.

次に、圧電振動片32のさらに好ましい構造について説明する。
図4の寸法xで示すウエハ厚み、すなわち、圧電振動片を形成する水晶ウエハの厚みは、70μmないし130μmが好ましい。
図3の寸法aで示す圧電振動片32の全長は、1300μmないし1600μm程度である。振動腕の全長である寸法L1は、1100ないし1400μmとし、圧電振動片32の全幅dは、400μmないし600μmとすることが、圧電デバイスの小型化の上で好ましい。このため、音叉部分の小型化のためには、基部51の幅寸法eは200ないし400μm、支持用アームの幅fは、30ないし100μmとすることが支持効果を確実にする上で必要である。
Next, a more preferable structure of the piezoelectric vibrating piece 32 will be described.
The wafer thickness indicated by the dimension x in FIG. 4, that is, the thickness of the crystal wafer forming the piezoelectric vibrating piece is preferably 70 μm to 130 μm.
The total length of the piezoelectric vibrating piece 32 indicated by the dimension a in FIG. 3 is about 1300 μm to 1600 μm. The dimension L1, which is the entire length of the vibrating arm, is preferably 1100 to 1400 μm, and the total width d of the piezoelectric vibrating piece 32 is preferably 400 μm to 600 μm in terms of miniaturization of the piezoelectric device. Therefore, in order to reduce the size of the tuning fork, it is necessary to ensure the supporting effect that the width 51 of the base 51 is 200 to 400 μm and the width f of the supporting arm is 30 to 100 μm. .

また、図3の振動腕35と36の間の寸法kは、50ないし100μmとするのが好ましい。寸法kが50μmより少ないと、圧電振動片32の外形を、後述するように、水晶ウエハをウエットエッチングにより貫通させて形成する場合に、エッチング異方性に基づく異形部、すなわち、図4の符号81で示した振動腕側面におけるプラスX軸方向へのヒレ状凸部を、十分に小さくすることが困難になる。寸法kが100μm以上となると、振動腕の屈曲振動が不安定になるおそれがある。
さらに、図4の振動腕35(振動腕36も同じ)における長溝33の外縁と振動腕の外縁との寸法m1,m2は、ともに3ないし15μmとするとよい。寸法m1,m2は15μm以下とすることで、電界効率が向上し、3μm以上とすることで、電極の分極が確実に行われるのに有利である。
Also, the dimension k between the vibrating arms 35 and 36 in FIG. 3 is preferably 50 to 100 μm. When the dimension k is less than 50 μm, when the outer shape of the piezoelectric vibrating piece 32 is formed by penetrating a quartz crystal wafer by wet etching, as will be described later, a deformed portion based on etching anisotropy, that is, a symbol in FIG. It is difficult to sufficiently reduce the fin-shaped convex portion in the plus X-axis direction on the side surface of the vibrating arm indicated by 81. If the dimension k is 100 μm or more, the flexural vibration of the vibrating arm may become unstable.
Furthermore, the dimensions m1 and m2 of the outer edge of the long groove 33 and the outer edge of the vibrating arm in the vibrating arm 35 (same as the vibrating arm 36) in FIG. 4 are preferably 3 to 15 μm. By setting the dimensions m1 and m2 to 15 μm or less, the electric field efficiency is improved, and by setting the dimensions m1 and m2 to 3 μm or more, it is advantageous for surely polarizing the electrodes.

図3の振動腕36において、第1の縮幅部TLの幅寸法mが11μm以上あると、CI値の抑制に確実な効果が期待できる。
図3の振動腕36において、腕幅の変更点Pよりも先端側が拡幅している拡幅度合いが、振動腕36の腕幅が最小とされている箇所である該腕幅の変更点Pの箇所の幅に対して、0ないし20μm程度の増加とするのが好ましい。これを超えて拡幅されると、振動腕36の先端部が重くなりすぎて、屈曲振動の安定性を損なうおそれがある。
In the vibrating arm 36 of FIG. 3, if the width dimension m of the first reduced width portion TL is 11 μm or more, a certain effect can be expected in suppressing the CI value.
In the vibrating arm 36 of FIG. 3, the position of the arm width change point P where the degree of widening that the tip side is wider than the arm width change point P is the position where the arm width of the vibrating arm 36 is minimized. It is preferable to increase the width by about 0 to 20 μm. If the width is increased beyond this, the tip of the vibrating arm 36 becomes too heavy, and the stability of bending vibration may be impaired.

また、図4における振動腕35(振動腕36も同じ)の外側の一側面に、プラスX軸方向にヒレ状に突出する異形部81が形成されている。これは、圧電振動片をウエットエッチングして外形形成する際に、水晶のエッチング異方性によりエッチング残りとして形成されるものであるが、好ましくは、フッ酸とフッ化アンモニウムによるエッチング液中で、9時間ないし11時間エッチングすることにより、該異形部81の突出量vを5μm以内に低減することが、振動腕35の安定した屈曲振動を得る上で好ましい。   Also, a deformed portion 81 that protrudes in a fin shape in the plus X-axis direction is formed on one side surface outside the vibrating arm 35 (same for the vibrating arm 36) in FIG. This is formed as an etching residue due to crystal etching anisotropy when wet-etching the piezoelectric vibrating piece, preferably in an etching solution with hydrofluoric acid and ammonium fluoride, It is preferable to obtain a stable bending vibration of the vibrating arm 35 by reducing the protrusion amount v of the deformed portion 81 within 5 μm by etching for 9 hours to 11 hours.

図3の寸法gで示す長溝の幅寸法は、振動腕の該長溝が形成されている領域において、振動腕の腕幅cに対して、60ないし90%程度とするのが好ましく、その寸法は40μmないし60μmとするのが好ましい。振動腕35,36には、第1および第2の縮幅部が形成されているので、腕幅cは振動腕の長さ方向の位置により異なるが、振動腕の最大幅に対して、長溝の幅gは60ないし90%程度となる。これより長溝の幅が小さくなると、電界効率が下がり、CI値の上昇につながる。   The width dimension of the long groove indicated by dimension g in FIG. 3 is preferably about 60 to 90% of the arm width c of the vibrating arm in the region where the long groove of the vibrating arm is formed. The thickness is preferably 40 μm to 60 μm. Since the first and second reduced width portions are formed in the vibrating arms 35 and 36, the arm width c varies depending on the position in the length direction of the vibrating arm, but the long groove is larger than the maximum width of the vibrating arm. The width g is about 60 to 90%. If the width of the long groove is smaller than this, the electric field efficiency is lowered and the CI value is increased.

さらに、図3の振動腕35、36が接続されている基部51の一端から、圧電振動片の振動腕35、36の反対側の一端までの長さ寸法hは、圧電振動片32の全長aに対して、従来30%程度あったものが、この実施形態は、切り込み部の採用などにより、15ないし25%程度とすることができ、小型化を実現している。
なお、上記基部51の全長hの寸法は、例えば、150μmないし300μmとすることができる。
また、好ましくは、基部51には、図1の実施形態と同様に、基部51の両側縁に、凹部もしくは切り込み部71,72を設けてあり、その深さ(図3の寸法q)は、例えば80μm程度とすることができる。
さらに、本実施形態では、基部の長さ寸法hと、連結部73を介して支持用アーム61,62が基部51に接続されている接続部74の幅寸法L3との比率であるL3/hが、40%以下とされている。この場合、上記比率L3/hは20%以上とされるのが好ましい。
これにより、後述する作用を発揮することができる。
Furthermore, the length dimension h from one end of the base 51 to which the vibrating arms 35 and 36 of FIG. 3 are connected to one end of the piezoelectric vibrating piece opposite to the vibrating arms 35 and 36 is the total length a of the piezoelectric vibrating piece 32. On the other hand, what was conventionally about 30% can be reduced to about 15 to 25% in this embodiment by adopting a notch portion or the like, and the miniaturization is realized.
The length h of the base 51 can be set to 150 μm to 300 μm, for example.
Preferably, the base 51 is provided with recesses or notches 71 and 72 on both side edges of the base 51 as in the embodiment of FIG. 1, and the depth (dimension q in FIG. 3) is For example, it can be about 80 μm.
Furthermore, in the present embodiment, L3 / h, which is a ratio between the length dimension h of the base portion and the width dimension L3 of the connection portion 74 where the support arms 61 and 62 are connected to the base portion 51 via the connecting portion 73. However, it is 40% or less. In this case, the ratio L3 / h is preferably 20% or more.
Thereby, the effect | action mentioned later can be exhibited.

また、本実施形態では、パッケージ寸法を小型にするために、基部51の側面と支持用アーム61,62の間隔(寸法p)が30ないし100μmとされている。
図4に示すように、圧電振動片32の各励振電極37,38はクロス配線により、交流電源に接続されており、電源から駆動電圧としての交番電圧が、各振動腕35,36に印加されるようになっている。
Further, in this embodiment, in order to reduce the package size, the distance (dimension p) between the side surface of the base 51 and the supporting arms 61 and 62 is set to 30 to 100 μm.
As shown in FIG. 4, the excitation electrodes 37 and 38 of the piezoelectric vibrating piece 32 are connected to an AC power supply by cross wiring, and an alternating voltage as a drive voltage is applied from the power supply to the vibration arms 35 and 36. It has become so.

これにより、振動腕35,36は互いに逆相振動となるように励振され、基本モード、すなわち、基本波において、各振動腕35,36の先端側を互いに接近・離間させるように屈曲振動されるようになっている。
ここで、例えば、圧電振動片32の基本波は、Q値:12000、容量比(C0/C1):260、CI値:57kΩ、周波数:32.768kHz(「キロヘルツ」、以下同じ)である。
また、2次の高調波は、例えば、Q値:28000、容量比(C0/C1):5100、CI値:77kΩ、周波数:207kHzである。
As a result, the vibrating arms 35 and 36 are excited so as to have opposite-phase vibrations, and in the fundamental mode, that is, in the fundamental wave, the vibrating arms 35 and 36 are flexibly vibrated so that the distal end sides of the vibrating arms 35 and 36 are moved closer to and away from each other. It is like that.
Here, for example, the fundamental wave of the piezoelectric vibrating piece 32 has a Q value of 12000, a capacitance ratio (C0 / C1): 260, a CI value of 57 kΩ, and a frequency of 32.768 kHz (“kilohertz”, the same applies hereinafter).
The second-order harmonics are, for example, Q value: 28000, capacity ratio (C0 / C1): 5100, CI value: 77 kΩ, and frequency: 207 kHz.

図5は、本実施形態の圧電振動片32を利用して圧電発振器を構成する場合の発振回路の例を示す回路図である。
発振回路91は、増幅回路92と帰還回路93を含んでいる。
増幅回路92は、増幅器95と帰還抵抗94を含んで構成されている。帰還回路93は、ドレイン抵抗96と、コンデンサ97,98と、圧電振動片32とを含んで構成されている。
ここで、図5の帰還抵抗94は、例えば10MΩ(メガオーム)程度、増幅器95はCMOSインバータを用いることができる。ドレイン抵抗96は、例えば200ないし900kΩ(キロオーム)、コンデンサ97(ドレイン容量)と、コンデンサ98(ゲート容量)は、それぞれ10ないし22pF(ピコファラド)とすることができる。
FIG. 5 is a circuit diagram illustrating an example of an oscillation circuit when a piezoelectric oscillator is configured using the piezoelectric vibrating piece 32 of the present embodiment.
The oscillation circuit 91 includes an amplification circuit 92 and a feedback circuit 93.
The amplifier circuit 92 includes an amplifier 95 and a feedback resistor 94. The feedback circuit 93 includes a drain resistor 96, capacitors 97 and 98, and the piezoelectric vibrating piece 32.
Here, the feedback resistor 94 in FIG. 5 can be about 10 MΩ (mega ohm), for example, and the amplifier 95 can be a CMOS inverter. The drain resistor 96 can be, for example, 200 to 900 kΩ (kiloohms), and the capacitor 97 (drain capacitance) and the capacitor 98 (gate capacitance) can be 10 to 22 pF (picofarad), respectively.

本実施形態の圧電振動片32、および圧電デバイス30は以上のように構成されており、特徴的な作用効果について説明する。
既に説明したように、本実施形態の圧電振動片32においては、図3において、振動腕35、36が接続されている基部51の一端から、圧電振動片の振動腕35、36の反対側の一端までの長さ寸法hと、連結部73を介して支持用アーム61,62が基部51にそれぞれ接続されている接続部74の幅寸法L3との比率であるL3/hが、40%以下とされていることによって、図6に示すような効果が期待できる。
The piezoelectric vibrating piece 32 and the piezoelectric device 30 of the present embodiment are configured as described above, and a characteristic operation effect will be described.
As already described, in the piezoelectric vibrating piece 32 of the present embodiment, in FIG. 3, from one end of the base 51 to which the vibrating arms 35 and 36 are connected, on the opposite side of the vibrating arms 35 and 36 of the piezoelectric vibrating piece. L3 / h, which is a ratio between the length dimension h to one end and the width dimension L3 of the connecting portion 74 where the supporting arms 61 and 62 are connected to the base portion 51 via the connecting portion 73, is 40% or less. Therefore, the effect shown in FIG. 6 can be expected.

すなわち、図6は横軸にL3/hの値をとり、縦軸にマイナス50℃における理想の温度特性に対する周波数のシフト(ズレ)を示している。
図において、L3/hが40%以下の領域では、周波数シフトが極端に小さくなる。また、L3/hが35%以下の領域では、周波数シフトがさらに小さくなる。そして、L3/hの下限は、20%程度であり、下限値を超えて小さくなると、組立工程での折れという弊害がある。
That is, in FIG. 6, the horizontal axis represents the value L3 / h, and the vertical axis represents the frequency shift (deviation) with respect to the ideal temperature characteristic at minus 50 ° C.
In the figure, the frequency shift becomes extremely small in the region where L3 / h is 40% or less. Further, in the region where L3 / h is 35% or less, the frequency shift is further reduced. And the lower limit of L3 / h is about 20%, and if it becomes smaller than the lower limit value, there is a problem that the assembly process is broken.

さらに好ましくは、図3における圧電振動片32の連結部73の幅寸法rと基部51の幅寸法eの比率であるr/eが、23%以上40%以下とされていることである。
この比率であるr/eが、23%未満となると、落下衝撃などの外部からの衝撃により前記連結部が破断するおそれがあることが確認されている。
このため、比率r/eが、23%以上あることで、しかも40%以下とされることにより、励振部である各振動腕が、パッケージなどへの接合部を含む支持用アームからの影響をきわめて受けにくく、しかも外部からの衝撃で、容易に破損することのない圧電振動片を得ることができる。
More preferably, r / e which is the ratio of the width dimension r of the connecting portion 73 of the piezoelectric vibrating piece 32 and the width dimension e of the base portion 51 in FIG. 3 is 23% or more and 40% or less.
When the ratio r / e is less than 23%, it has been confirmed that the connecting portion may be broken by an external impact such as a drop impact.
For this reason, when the ratio r / e is 23% or more and 40% or less, each resonating arm as the excitation unit has an influence from the support arm including the joint to the package or the like. A piezoelectric vibrating piece that is extremely difficult to receive and that is not easily damaged by an external impact can be obtained.

次に、図7は、本実施形態の圧電振動片32の温度特性試験の結果を示しており、図8は、これに対応して、図3の圧電振動片32の励振電極37,38を形成する下地金属層であるクロム層と、電極層である金層の各層厚みと、低温における周波数のバラツキとの関係を、丸、三角、バツの記号でまとめたものである。ここで、周波数のバラツキがあると、理想的な温度特性に対するズレ、すなわち、周波数ひずみが大きい圧電振動片が製造される。
丸は図7に示すように、最も結果がよく、低温領域で周波数のバラツキが非常に小さいもの、三角はわずかにバラツキがあるが、結果としてほぼ良好であるもの、バツは好ましい結果とは言えない場合を示している。
Next, FIG. 7 shows the result of the temperature characteristic test of the piezoelectric vibrating piece 32 of this embodiment, and FIG. 8 correspondingly shows the excitation electrodes 37 and 38 of the piezoelectric vibrating piece 32 of FIG. The relationship between the thickness of each of the chromium layer, which is the underlying metal layer to be formed, and the gold layer, which is the electrode layer, and the variation in frequency at low temperatures is summarized by the symbols of circle, triangle and cross. Here, if there is a variation in frequency, a deviation from an ideal temperature characteristic, that is, a piezoelectric vibrating piece with a large frequency distortion is manufactured.
As shown in FIG. 7, the circle has the best results, and the frequency variation is very small in the low temperature region, the triangle has a slight variation, but the result is almost good as a result. Shows no case.

すなわち、励振電極37,38を構成する電極膜の下地層であるクロム層の膜厚が30nm以下であり、金層の膜厚が50nm以下とされると、上記三角以上の好結果を得ることができる。
つまり、クロム層が30nm以下とされることで、低温における電極部のヤング率が大きくなりすぎることがない。また、金層の膜厚が50nm以下とされることで、電極の形成コストの上昇を抑えることができる。これによって、圧電振動片32を小型に形成しても、低温時に屈曲振動の妨げとなるCI値を抑制し、低温における周波数ひずみを防止するとともに、十分な導通性能を発揮して、温度特性が良好な圧電振動片を提供することができる。
That is, when the film thickness of the chromium layer, which is the base layer of the electrode film constituting the excitation electrodes 37 and 38, is 30 nm or less and the film thickness of the gold layer is 50 nm or less, good results of the triangle or more can be obtained. Can do.
That is, by setting the chromium layer to 30 nm or less, the Young's modulus of the electrode portion at a low temperature does not become too large. Further, when the film thickness of the gold layer is 50 nm or less, an increase in electrode formation cost can be suppressed. As a result, even if the piezoelectric vibrating piece 32 is formed in a small size, the CI value that hinders flexural vibration at low temperatures is suppressed, frequency distortion at low temperatures is prevented, and sufficient conduction performance is exhibited. A good piezoelectric vibrating piece can be provided.

また、図8において、励振電極37,38を構成する電極膜の下地層であるクロム層の膜厚が20nm以下とされる場合に、電極膜である金層の膜厚が40nm以下とされると好ましい。
すなわち、クロム層の膜厚を20nm以下に抑制すると、金層の膜厚を40nm以下として十分な膜厚とし、導通性能を向上させても低温における周波数ひずみを防止することができる。
In FIG. 8, when the film thickness of the chromium layer, which is the underlying layer of the electrode film constituting the excitation electrodes 37, 38, is 20 nm or less, the film thickness of the gold layer, which is the electrode film, is 40 nm or less. And preferred.
That is, when the thickness of the chromium layer is suppressed to 20 nm or less, the thickness of the gold layer can be set to 40 nm or less to obtain a sufficient thickness, and frequency distortion at a low temperature can be prevented even when the conduction performance is improved.

さらに、図8において、クロム層の膜厚が10nm以下とされる場合に、金層の膜厚が50nm以下とされるとより好ましい。
すなわち、クロム層の膜厚を10nm以下に抑制すると、金層の膜厚を50nm以下として十分な膜厚とし、さらに導通性能を向上させても低温における周波数ひずみを防止することができる。
Furthermore, in FIG. 8, when the thickness of the chromium layer is 10 nm or less, the thickness of the gold layer is more preferably 50 nm or less.
That is, if the film thickness of the chromium layer is suppressed to 10 nm or less, the film thickness of the gold layer can be set to 50 nm or less to obtain a sufficient film thickness, and even if the conduction performance is improved, frequency distortion at low temperatures can be prevented.

(圧電デバイスの製造方法)
次に、図10のフローチャートを参照しながら、上述の圧電デバイスの製造方法の一例を説明する。
(蓋体およびパッケージの製造方法)
圧電デバイス30の圧電振動片32と、パッケージ57と、蓋体40は、それぞれ別々に製造される。
蓋体40は、例えば、所定の大きさのガラス板、例えば、硼珪酸ガラスの板ガラスを切断し、パッケージ57を封止するのに適合する大きさの蓋体として用意される。
パッケージ57は、上述したように、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。成形の際には、複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Sを形成する。
(Piezoelectric device manufacturing method)
Next, an example of a method for manufacturing the above-described piezoelectric device will be described with reference to the flowchart of FIG.
(Method for manufacturing lid and package)
The piezoelectric vibrating piece 32, the package 57, and the lid body 40 of the piezoelectric device 30 are manufactured separately.
The lid body 40 is prepared as a lid body having a size suitable for sealing the package 57 by cutting a glass plate of a predetermined size, for example, a borosilicate glass plate glass.
As described above, the package 57 is formed by laminating a plurality of substrates formed by molding an aluminum oxide ceramic green sheet and then sintering. At the time of molding, each of the plurality of substrates forms a predetermined hole on the inner side thereof, so that a predetermined internal space S is formed on the inner side when stacked.

(圧電振動片の製造方法)
先ず、圧電基板を用意し、ひとつの圧電基板から所定数の圧電振動片について、同時にその外形をエッチングにより形成する(外形エッチング)。
ここで、圧電基板は、圧電材料のうち、例えば、圧電振動片32を複数もしくは多数分離することができる大きさの水晶ウエハが使用される。この圧電基板は工程の進行により図3の圧電振動片32(図1の圧電振動片32なども同様に製造される)を形成するので、図1あるいは図4に示すX軸が電気軸、Y軸が機械軸及びZ軸が光学軸となるように、圧電材料、例えば水晶の単結晶から切り出されることになる。また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のX軸、Y軸及びZ軸からなる直交座標系において、Z軸を中心に時計回りに0度ないし5度(図11のθ)の範囲で回転して切り出した水晶Z板を所定の厚みに切断研磨して得られる。
(Method for manufacturing piezoelectric vibrating piece)
First, a piezoelectric substrate is prepared, and the outer shape of a predetermined number of piezoelectric vibrating pieces is simultaneously formed by etching from one piezoelectric substrate (outer shape etching).
Here, as the piezoelectric substrate, for example, a quartz wafer having a size capable of separating a plurality or a large number of the piezoelectric vibrating reeds 32 among the piezoelectric materials is used. Since this piezoelectric substrate forms the piezoelectric vibrating piece 32 of FIG. 3 (the piezoelectric vibrating piece 32 of FIG. 1 and the like are manufactured in the same manner) as the process proceeds, the X axis shown in FIG. 1 or FIG. It is cut from a piezoelectric material, for example, a single crystal of quartz, so that the axis is the mechanical axis and the Z axis is the optical axis. In addition, when cutting from a single crystal of quartz, in the orthogonal coordinate system composed of the X-axis, Y-axis, and Z-axis described above, it rotates in the range of 0 to 5 degrees (θ in FIG. 11) clockwise around the Z-axis. Then, the crystal Z plate cut out is cut and polished to a predetermined thickness.

外形エッチングでは、図示しない耐蝕膜などのマスクを用いて、圧電振動片の外形から外側の部分として露出した圧電基板に関して、例えば、フッ酸溶液をエッチング液として、圧電振動片の外形のエッチングを行う。耐蝕膜としては、例えば、クロムを下地として、金を蒸着した金属膜などを用いることができる。このエッチング工程は、ウエットエッチングで、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により変化する。
ここで、外形エッチング工程でのウエットエッチングでは、図3に示した機械軸X、電気軸Y、光学軸Zに関して、エッチングの進行上、次のようなエッチング異方性を示す。
すなわち、圧電振動片32に関して、そのX−Y平面内におけるエッチングレートについては、プラスX方向で、このX軸に対して120度の方向、およびマイナス120度の方向の面内においてエッチングの進行が速く、マイナスX方向でX軸に対してプラス30度の方向、およびマイナス30度の方向の内面のエッチングの進行が遅くなる。
同様に、Y方向のエッチングの進行は、プラス30度方向およびマイナス30度方向が速くなり、プラスY方向で、Y軸に対してプラス120度方向、およびマイナス120度方向が遅くなる。
In the outer shape etching, the outer shape of the piezoelectric vibrating piece is etched using, for example, a hydrofluoric acid solution with respect to the piezoelectric substrate exposed as a portion outside the outer shape of the piezoelectric vibrating piece using a mask such as a corrosion-resistant film (not shown). . As the corrosion resistant film, for example, a metal film in which gold is vapor-deposited with chromium as a base can be used. This etching process is wet etching and changes depending on the concentration, type, temperature, and the like of the hydrofluoric acid solution.
Here, in the wet etching in the outer shape etching process, the following etching anisotropy is exhibited with respect to the mechanical axis X, the electric axis Y, and the optical axis Z shown in FIG.
That is, with respect to the piezoelectric vibrating piece 32, the etching rate in the XY plane is in the plus X direction, and the etching progresses in the plane of 120 degrees with respect to the X axis and in the minus 120 degrees direction. The progress of etching on the inner surface in the direction of plus 30 degrees with respect to the X axis in the minus X direction and in the direction of minus 30 degrees is slow.
Similarly, the progress of etching in the Y direction is faster in the plus 30 degree direction and the minus 30 degree direction, and in the plus Y direction, the plus 120 degree direction and the minus 120 degree direction are delayed with respect to the Y axis.

このようなエッチング進行上の異方性により、圧電振動片32では、図4の符号81で示されているように、各振動腕の外側側面に、ヒレ状に突出した異形部が形成される。
しかしながら、この実施形態では、エッチング液として、フッ酸および、フッ化アンモニウムを用いて、十分な時間、すなわち、9時間ないし11時間という十分な時間をかけて、エッチングを行うことにより、図4で説明した異形部81の突出量vが5μm以内と、きわめて小さくすることができる(ST11)。
この工程において、圧電振動片32の切り込み部71,72を含む外形が同時に形成され、終了時には、水晶ウエハに対して、それぞれ細い一体部で基部51付近を接続された多数の圧電振動片32の外形完成状態のものが得られる。
Due to such anisotropy in etching progress, the piezoelectric vibrating piece 32 is formed with a deformed portion protruding in a fin shape on the outer side surface of each vibrating arm, as indicated by reference numeral 81 in FIG. .
However, in this embodiment, etching is performed using hydrofluoric acid and ammonium fluoride as an etchant for a sufficient time, that is, a sufficient time of 9 to 11 hours, so that in FIG. The protruding amount v of the deformed portion 81 described can be made extremely small within 5 μm (ST11).
In this process, the outer shape including the cut portions 71 and 72 of the piezoelectric vibrating piece 32 is formed at the same time, and at the end, a large number of piezoelectric vibrating pieces 32 connected to the vicinity of the base 51 by thin integrated portions to the crystal wafer. A finished product can be obtained.

(溝形成のためのハーフエッチング工程)
次に、図示しない溝形成用レジストにより、図4で示した形態となるように、各長溝を挟む両側の壁部を残す様にして、溝を形成しない部分に耐蝕膜を残し、外形エッチングと同じエッチング条件で、各振動腕35,36の表面と裏面を、それぞれウエットエッチングすることにより長溝に対応した底部を形成する(ST12)。
ここで、図4を参照すると、符号tで示す溝深さは、全体厚みxに対して、30ないし45%程度とされる。tに関して、全体厚みxの30%以下だと、電界効率を十分向上させることができない場合がある。45%以上だと、剛性が不足して、屈曲振動に悪影響を与えたり、強度が不足する場合がある。
(Half etching process for groove formation)
Next, a groove forming resist (not shown) is used to form the shape shown in FIG. 4. Under the same etching conditions, the front and back surfaces of the vibrating arms 35 and 36 are respectively wet-etched to form bottom portions corresponding to the long grooves (ST12).
Here, referring to FIG. 4, the groove depth indicated by the symbol t is about 30 to 45% with respect to the entire thickness x. If t is 30% or less of the total thickness x, the electric field efficiency may not be sufficiently improved. If it is 45% or more, the rigidity may be insufficient to adversely affect flexural vibration or the strength may be insufficient.

なお、上記外形エッチングおよび溝エッチングは、その一方もしくは両方をドライエッチングにより形成してもよい。その場合には、例えば、圧電基板(水晶ウエハ)上に、圧電振動片32の外形や、外形形成後には、長溝に相当する領域を、その都度メタルマスクを配置して覆う。この状態で、例えば、図示しないチャンバー内に収容し、所定の真空度でエッチングガスを供給して、エッチングプラズマを生成しドライエッチングすることができる。つまり、真空チャンバー(図示せず)には、例えば、フレオンガスボンベと酸素ガスボンベとが接続され、さらに、真空チャンバーには、排気管が設けられ、所定の真空度に真空引きされるようになっている。
真空チャンバー内が、所定の真空度に真空排気され、フレオンガスと、酸素ガスが送られ、その混合ガスが所定の気圧になるまで充填された状態にて、直流電圧が印加されると、プラズマが発生する。そして、イオン化された粒子を含む混合ガスは、メタルマスクから露出した圧電材料に当たる。この衝撃により、物理的に削り取られて飛散し、エッチングが進行する。
Note that one or both of the outer shape etching and the groove etching may be formed by dry etching. In that case, for example, on the piezoelectric substrate (crystal wafer), the outer shape of the piezoelectric vibrating piece 32 and the region corresponding to the long groove after the outer shape is formed are covered with a metal mask each time. In this state, for example, it can be housed in a chamber (not shown), and an etching gas can be supplied at a predetermined degree of vacuum to generate etching plasma for dry etching. That is, for example, a freon gas cylinder and an oxygen gas cylinder are connected to a vacuum chamber (not shown), and further, an exhaust pipe is provided in the vacuum chamber so that it is evacuated to a predetermined degree of vacuum. Yes.
When a DC voltage is applied in a state where the inside of the vacuum chamber is evacuated to a predetermined degree of vacuum, a freon gas and an oxygen gas are sent, and the mixed gas is filled up to a predetermined atmospheric pressure, plasma is generated. Occur. The mixed gas containing ionized particles hits the piezoelectric material exposed from the metal mask. Due to this impact, it is physically scraped off and scattered, and etching proceeds.

(電極形成工程)
次に、蒸着もしくはスパッタリングなどによって、電極となる金属、例えば、金を全面に被覆し、次いで、電極を形成しない箇所を露出したレジストを用いて、フォトリソグラフィの手法により、図1で示した駆動用の電極を形成する(ST13)。
その後、各振動腕35,36の先端部には、スパッタリングや蒸着により、錘付け電極(金属被膜)21,21が形成される(ST14)。錘付け電極21,21は通電されて圧電振動片32の駆動に用いられるのではなく、後述する周波数調整に利用される。
(Electrode formation process)
Next, the driving shown in FIG. 1 is performed by photolithography using a resist that covers the entire surface of a metal to be an electrode, such as gold, by vapor deposition or sputtering, and then exposes a portion where the electrode is not formed. An electrode is formed (ST13).
Thereafter, weighting electrodes (metal coatings) 21 and 21 are formed on the tip portions of the vibrating arms 35 and 36 by sputtering or vapor deposition (ST14). The weighting electrodes 21 and 21 are not energized and used for driving the piezoelectric vibrating piece 32 but are used for frequency adjustment described later.

次いで、ウエハ上で、周波数の粗調整が行われる(ST15)。粗調整は、錘付け電極21,21の一部をレーザ光などのエネルギービームを照射することにより、部分的に蒸散させる質量削減方式による周波数調整である。
続いて、上記したウエハに対する細い一体部を折り取り、圧電振動片32を個々に形成する個片にする(ST16)。
次に、図1で説明したように、パッケージ57の各電極部31−1,31−2,31−1,31−2に導電性接着剤43,43,43,43を塗布し、その上に支持用アーム61,62を載置して、接着剤を加熱・硬化させることにより、パッケージ57に対して、圧電振動片32を接合する(ST17)。
なお、この導電性接着剤43としては、例えば、合成樹脂などを利用したバインダー成分に、銀粒子などの導電粒子を混入したもので、機械的接合と電気的接続とを同時に行うことができるものである。
Next, rough adjustment of the frequency is performed on the wafer (ST15). Coarse adjustment is frequency adjustment by a mass reduction method in which part of the weighted electrodes 21 and 21 is partially evaporated by irradiating an energy beam such as laser light.
Subsequently, the thin integrated portion with respect to the wafer described above is broken to form individual pieces of piezoelectric vibrating pieces 32 (ST16).
Next, as described in FIG. 1, the conductive adhesives 43, 43, 43, 43 are applied to the electrode portions 31-1, 31-2, 31-1, 31-2 of the package 57, and then The supporting arms 61 and 62 are mounted on the piezoelectric element, and the piezoelectric vibrating piece 32 is bonded to the package 57 by heating and curing the adhesive (ST17).
As the conductive adhesive 43, for example, a binder component using a synthetic resin or the like is mixed with conductive particles such as silver particles, which can perform mechanical joining and electrical connection at the same time. It is.

次に蓋封止を行う。
パッケージ57を透明な蓋体40で封止する場合には、圧電振動片32のST17における接合後において、該蓋体40をパッケージ57に接合する(ST18−2)。
この場合、例えば、低融点ガラスなどを加熱して、蓋体40をパッケージ57に接合する加熱工程が行われるが、この際に、低融点ガラスや導電性接着剤などからガスが生成される。
そこで、加熱により、このようなガスを図2で説明した貫通孔27から排出し(脱ガス)、その後、真空中で段部29に、好ましくは、金すずなどでなる金属球体やペレットを配置し、レーザ光などを照射することにより、溶融する。これにより図2の封止材(金属充填材)28が貫通孔27を気密に封止する(ST19−2)。
次いで、図2で示すように、ガラスなどでなる透明な蓋体40を透過させるように外部からレーザ光を圧電振動片32の振動腕35および/または振動腕36の錘付け電極21の先端側に照射し、質量削減方式により微調整としての周波数調整を行う(ST20−2)。次いで、必要な検査を経て、圧電デバイス30が完成する。
Next, the lid is sealed.
When sealing the package 57 with the transparent lid 40, the lid 40 is joined to the package 57 after the piezoelectric vibrating piece 32 is joined in ST17 (ST18-2).
In this case, for example, a heating step is performed in which the low melting point glass or the like is heated to join the lid 40 to the package 57. At this time, gas is generated from the low melting point glass or the conductive adhesive.
Therefore, by heating, such a gas is discharged from the through hole 27 described in FIG. 2 (degassing), and thereafter, metal spheres or pellets preferably made of gold tin or the like are disposed in the step portion 29 in a vacuum. Then, it is melted by irradiating it with laser light or the like. Thereby, the sealing material (metal filler) 28 in FIG. 2 hermetically seals the through hole 27 (ST19-2).
Next, as shown in FIG. 2, the laser beam is externally applied to the vibrating arm 35 of the piezoelectric vibrating piece 32 and / or the distal end side of the weighted electrode 21 of the vibrating arm 36 so as to transmit the transparent lid 40 made of glass or the like. The frequency adjustment as a fine adjustment is performed by the mass reduction method (ST20-2). Next, the piezoelectric device 30 is completed through necessary inspections.

あるいは、蓋体40として、金属製のものを用いて、図9に示すように接合すると、より好ましい。
蓋体の接合前には、パッケージに圧電振動片32を接合した状態で通電し、振動腕35,36の錘付け電極21,21の一部をレーザ光などのエネルギービームを照射することにより、部分的に蒸散させて、質量削減方式による周波数の微調整をする(ST18−1)。
次に蓋封止を行う。
図9は、蓋体40の接合状態を説明する部分切断端面図である。
この場合、蓋体40としてはコバルトと鉄の合金であるコバールが好適に使用される。
パッケージ57の上端には、予めメタライズ部82が形成される。パッケージ側に形成されるメタライズ部82としては、例えば、下から上へ順に、タングステン(W)82a、ニッケル(Ni)82b、金(Au)82cの各層が形成される。あるいは、モリブデン(Mo)82a、ニッケル(Ni)82b、金(Au)82cの層構造としてもよい。
Alternatively, it is more preferable to use a metal object as the lid 40 and join it as shown in FIG.
Before joining the lid, by energizing the package with the piezoelectric vibrating piece 32 joined, and irradiating part of the weighting electrodes 21 and 21 of the vibrating arms 35 and 36 with an energy beam such as laser light, Partially evaporate and finely adjust the frequency by the mass reduction method (ST18-1).
Next, the lid is sealed.
FIG. 9 is a partially cut end view for explaining the joined state of the lid body 40.
In this case, the cover 40 is preferably made of Kovar, which is an alloy of cobalt and iron.
A metallized portion 82 is formed in advance on the upper end of the package 57. As the metallized portion 82 formed on the package side, for example, layers of tungsten (W) 82a, nickel (Ni) 82b, and gold (Au) 82c are formed in order from the bottom to the top. Alternatively, a layered structure of molybdenum (Mo) 82a, nickel (Ni) 82b, and gold (Au) 82c may be used.

これに対して、コバール製の蓋体40の少なくとも接合面には、ニッケル(Ni)層83aの表面に金(Au)層83bがメッキされたメッキ層83が形成されている。すなわち、パッケージと蓋体の両方の接合面には金が露出されており、ロウ材58としては金(Au)−ゲルマニウム(Ge)合金84が使用されている。
つまり、金ゲルマニウムのロウ材84を用いて、加熱チャンバー内等に収容して加熱しロウ材を溶融させて接合する(ST19−1)。
On the other hand, a plated layer 83 in which a gold (Au) layer 83b is plated on the surface of a nickel (Ni) layer 83a is formed on at least the joint surface of the cover 40 made of Kovar. That is, gold is exposed at the joint surfaces of both the package and the lid, and a gold (Au) -germanium (Ge) alloy 84 is used as the brazing material 58.
That is, the brazing material 84 of gold germanium is used to be housed in a heating chamber and heated to melt the brazing material and join (ST19-1).

ここで、このような蓋体40の接合工程では、熱が発生し、この際に、導電性接着剤などから、あるいはパッケージ内面の水分が気化したりしてガスが生成される。
そこで、ST19−2と同様に、例えば真空チャンバー内などに収容して加熱し、上記した蓋体接合の際などに生じたガスを、図2で説明した貫通孔27から排出し(脱ガス)、その後、真空中で段部29に好ましくは、金−ゲルマニウム(Au−Ge)合金でなる金属球体やペレットを配置し、レーザ光などを照射することにより、溶融する。これにより図2の封止材(金属充填材)28が貫通孔27を気密に封止する(ST20−1)。
次いで、必要な検査を経て、圧電デバイス30が完成する。
Here, in the joining process of the lid 40, heat is generated, and at this time, gas is generated from the conductive adhesive or the like, or the moisture on the inner surface of the package is vaporized.
Therefore, as in ST19-2, for example, it is accommodated in a vacuum chamber and heated, and the gas generated during the above-described lid bonding is discharged from the through hole 27 described in FIG. 2 (degassing). Then, preferably, metal spheres or pellets made of a gold-germanium (Au—Ge) alloy are disposed in the stepped portion 29 in a vacuum and melted by irradiating with laser light or the like. Thereby, the sealing material (metal filler) 28 in FIG. 2 hermetically seals the through hole 27 (ST20-1).
Next, the piezoelectric device 30 is completed through necessary inspections.

かくして、金属製の蓋体40を用いる場合には、ガラス製の蓋体を低融点ガラスのロウ材で接合する場合と比べて、金−ゲルマニウム合金のロウ材を用いることで、限られた大きさの封止代(しろ)Dであっても、十分接合強度を得ることができる。特に、封止孔である貫通孔27を利用したガス出しにおいて、十分加熱しても蓋体40の接合に影響することがなく、優れた気密性を実現できる。また、圧電デバイス30の実装工程においてリフロー炉を通した場合にも、ロウ材が再溶融することなく、接合性能に優れている。   Thus, when the metal lid 40 is used, the size is limited by using a gold-germanium alloy brazing material as compared with the case where the glass lid is joined with the low melting point glass brazing material. Even if the sealing margin D is sufficient, sufficient bonding strength can be obtained. In particular, in the gas discharge using the through-hole 27 which is a sealing hole, even when heated sufficiently, the bonding of the lid body 40 is not affected, and excellent airtightness can be realized. Further, even when the piezoelectric device 30 is passed through a reflow furnace in the mounting process, the brazing material does not remelt, and the bonding performance is excellent.

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、箱状のパッケージに圧電振動片を収容したものに限らず、シリンダー状の容器に圧電振動片を収容したもの、圧電振動片をジャイロセンサーとして機能するようにしたもの、さらには、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、圧電振動片を利用したあらゆる圧電デバイスに適用することができる。さらに、圧電振動片32では、一対の振動腕を形成しているが、これに限らず、振動腕は3本でも、4本以上でもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. Each configuration of each embodiment can be appropriately combined or omitted, and can be combined with other configurations not shown.
The present invention is not limited to the case where the piezoelectric vibrating piece is accommodated in a box-shaped package, the case where the piezoelectric vibrating piece is accommodated in a cylindrical container, the piezoelectric vibrating piece functioning as a gyro sensor, Can be applied to any piezoelectric device using a piezoelectric vibrating piece regardless of the name of a piezoelectric vibrator, a piezoelectric oscillator, or the like. Further, the piezoelectric vibrating piece 32 forms a pair of vibrating arms, but is not limited to this, and the number of vibrating arms may be three or four or more.

本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。The schematic plan view which shows embodiment of the piezoelectric device of this invention. 図1のA−A線切断端面図。The AA cut | disconnection end elevation of FIG. 図1の実施形態に係る圧電振動片の概略拡大平面図。FIG. 2 is a schematic enlarged plan view of the piezoelectric vibrating piece according to the embodiment of FIG. 1. 図1の振動腕部分のB−B線切断端面図。The BB line | wire cut end elevation of the vibration arm part of FIG. 図1の圧電振動片を用いた発振回路例を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of an oscillation circuit using the piezoelectric vibrating piece of FIG. 1. 図3の圧電振動片の寸法と理想の温度特性に対する周波数シフト(ズレ)を示すグラフ。The graph which shows the frequency shift (deviation) with respect to the dimension of the piezoelectric vibrating piece of FIG. 3, and an ideal temperature characteristic. 図1の圧電デバイス(圧電振動片)の温度特性試験の結果を示すグラフ。The graph which shows the result of the temperature characteristic test of the piezoelectric device (piezoelectric vibrating piece) of FIG. 励振電極の電極膜を構成するクロムと金の各膜厚と低温における周波数特性の関係を示す表。The table | surface which shows the relationship between each film thickness of chromium and gold which comprises the electrode film of an excitation electrode, and the frequency characteristic in low temperature. 図1の圧電デバイスの蓋体の接合構造の一例を示す部分切断端面図。FIG. 2 is a partially cut end view illustrating an example of a bonding structure of a lid body of the piezoelectric device of FIG. 1. 本発明の圧電デバイスの製造方法の一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the manufacturing method of the piezoelectric device of this invention. 水晶Z板の座標軸を示す図。The figure which shows the coordinate axis of a crystal Z board. 従来の圧電振動片の概略平面図。FIG. 6 is a schematic plan view of a conventional piezoelectric vibrating piece. 図12の圧電振動片の温度特性を示す図。The figure which shows the temperature characteristic of the piezoelectric vibrating piece of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

30…圧電デバイス、32…圧電振動片、33,34…長溝、35,36…振動腕、51…基部、61,62…支持用アーム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Piezoelectric device, 32 ... Piezoelectric vibrating piece, 33, 34 ... Long groove, 35, 36 ... Vibrating arm, 51 ... Base, 61, 62 ... Arm for support.

Claims (3)

基部と、
前記基部の一端部から第1方向に沿って延在している複数の振動腕と、
前記基部の前記一端部とは反対側の他端部に接続されている連結部と、
前記連結部に接続され、前記第1方向に直交する第2方向に沿って延在している接続部と、
前記接続部に接続され、且つ、前記第2方向に沿って前記基部と並んでおり、前記第1方向に沿って延びる支持用アームと、
を含み、
前記接続部は、
前記第1方向に沿って第1幅を有する第1領域と、
前記第1方向に沿って前記第1幅よりも幅の狭い第2幅を有する第2領域と、
を含み、
前記基部の前記第1方向の長さ、前記連結部の前記第1方向の長さ、および前記第1幅の和をhとし、
前記第2幅をL3としたときに、
L3/hを20%以上40%以下の範囲とし、
且つ、前記振動腕の各々には、クロム層に金層を積層されている励振電極が設けられ、
前記クロム層の厚さを10以上30nm以下の範囲とし、且つ、前記金層の厚さを20以上50nm以下の範囲としていることを特徴とする圧電振動片。
The base,
A plurality of vibrating arms that extend from one end of the base along the first direction,
A connecting portion connected to the other end portion opposite to the first end of the base,
Connected to the connecting portion, and a connecting portion that extends along a second direction perpendicular to said first direction,
A support arm connected to the connection portion and aligned with the base portion along the second direction and extending along the first direction;
Including
The connecting portion is
A first region having a first width along the first direction ;
A second region having a second width that is narrower than the first width along the first direction ;
Including
The sum of the length in the first direction of the base, the length in the first direction of the connecting portion, and the first width is h,
When the second width is L3,
L3 / h is in the range of 20% to 40%,
Each of the vibrating arms is provided with an excitation electrode in which a gold layer is laminated on a chromium layer,
Wherein the thickness of the chromium layer in the range of 10 or more 30nm or less, the piezoelectric vibrating piece, characterized in that it the thickness of the gold layer in a range of 20 or more 50nm or less.
請求項1に記載の圧電振動片と、The piezoelectric vibrating piece according to claim 1,
前記圧電振動片が搭載されているパッケージと、A package on which the piezoelectric vibrating piece is mounted;
を備えていることを特徴とする圧電デバイス。A piezoelectric device comprising:
請求項1に記載の圧電振動片と、The piezoelectric vibrating piece according to claim 1,
前記圧電振動片を駆動させる発振回路と、An oscillation circuit for driving the piezoelectric vibrating piece;
を備えていることを特徴とする発振器。An oscillator comprising:
JP2007212634A 2006-08-18 2007-08-17 Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device, and oscillator Active JP5115092B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007212634A JP5115092B2 (en) 2006-08-18 2007-08-17 Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device, and oscillator
US11/840,339 US20080211350A1 (en) 2006-08-18 2007-08-17 Piezoelectric resonator element and piezoelectric device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006223319 2006-08-18
JP2006223319 2006-08-18
JP2007212634A JP5115092B2 (en) 2006-08-18 2007-08-17 Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device, and oscillator

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012184911A Division JP5500220B2 (en) 2006-08-18 2012-08-24 Vibrating piece, vibrator, oscillator, and sensor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2008072705A JP2008072705A (en) 2008-03-27
JP2008072705A5 JP2008072705A5 (en) 2010-09-16
JP5115092B2 true JP5115092B2 (en) 2013-01-09

Family

ID=39293836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007212634A Active JP5115092B2 (en) 2006-08-18 2007-08-17 Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device, and oscillator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5115092B2 (en)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5432582B2 (en) * 2009-04-28 2014-03-05 京セラクリスタルデバイス株式会社 Crystal oscillator
JP5353486B2 (en) * 2009-06-30 2013-11-27 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece and vibrator
JP5593979B2 (en) * 2009-11-11 2014-09-24 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator, oscillator, sensor and electronic equipment
JP2012129904A (en) * 2010-12-17 2012-07-05 Seiko Epson Corp Electronic apparatus
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
JP2012253500A (en) * 2011-06-01 2012-12-20 Seiko Epson Corp Vibration piece, vibrator, oscillator, and electronic device
JP6155897B2 (en) * 2013-06-24 2017-07-05 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator, electronic device, electronic device, and moving object
JP5696751B2 (en) * 2013-08-29 2015-04-08 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece and vibrator
TWI634742B (en) * 2013-11-16 2018-09-01 精工愛普生股份有限公司 Resonator blank, resonator, oscillator, electronic apparatus, and mobile object
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
JP2015097361A (en) * 2013-11-16 2015-05-21 セイコーエプソン株式会社 Vibration piece, vibrator, oscillator, electronic device and mobile object
JP6375622B2 (en) * 2013-12-27 2018-08-22 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator, oscillator, electronic device, sensor and moving body
JP6636683B2 (en) 2014-03-07 2020-01-29 エスアイアイ・クリスタルテクノロジー株式会社 Piezoelectric vibrating reed and piezoelectric vibrator
WO2016043205A1 (en) * 2014-09-19 2016-03-24 株式会社村田製作所 Resonator and resonance device
JP6465152B2 (en) * 2017-05-23 2019-02-06 セイコーエプソン株式会社 Vibrating piece, vibrator, electronic device, electronic device, and moving object

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4301200B2 (en) * 2004-10-20 2009-07-22 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP2006203458A (en) * 2005-01-19 2006-08-03 Seiko Epson Corp Piezoelectric vibration chip and piezoelectric device using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008072705A (en) 2008-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5115092B2 (en) Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device, and oscillator
JP4415389B2 (en) Piezoelectric device
JP4442521B2 (en) Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP4301200B2 (en) Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP4609196B2 (en) Piezoelectric vibrating piece, piezoelectric device, electronic apparatus and mobile phone device
KR100712758B1 (en) Piezoelectric resonator element and piezoelectric device
JP4301201B2 (en) Piezoelectric oscillator
JP2007096900A (en) Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
US20080211350A1 (en) Piezoelectric resonator element and piezoelectric device
JP2007258918A (en) Piezoelectric device
JP2008048274A (en) Piezo-electric vibrating piece and piezo-electric device
JP2007258917A (en) Piezoelectric device
JP2011229125A (en) Tuning-fork type piezoelectric vibration piece and piezoelectric device
JP2009118302A (en) Tuning fork piezoelectric resonating piece and tuning fork piezoelectric resonator
JP5045054B2 (en) Piezoelectric device
JP5500220B2 (en) Vibrating piece, vibrator, oscillator, and sensor
JP2008022413A (en) Piezoelectric vibration chip and piezoelectric device
JP4784168B2 (en) Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP2008048275A (en) Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP2010010734A (en) Piezoelectric vibration chip and piezoelectric device
JP2010246126A (en) Piezoelectric vibration piece and piezoelectric device
JP2007060159A (en) Piezoelectric resonator chip and piezoelectric device
JP5045822B2 (en) Piezoelectric vibrating piece and piezoelectric device
JP2012044346A (en) Vibration piece, vibration device, oscillator, and electronic apparatus
JP2018037896A (en) Tuning fork type piezoelectric vibrating piece and tuning fork type piezoelectric vibrator using tuning fork type piezoelectric vibrating piece

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100803

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100803

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20110729

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20110729

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110819

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120620

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120824

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120918

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121001

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5115092

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151026

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350