JP5171551B2 - 音叉型水晶振動素子の周波数調整方法 - Google Patents
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Description
容器体接続用電極134a及び134bは、基部131aの第1の振動腕部131b及び第2の振動腕部131cが形成されている辺とは反対側にあたる辺の両端角部近傍に、基部131aの一方の主面から他方の主面にわたって2個一対で設けられている。
図15は、水晶基板内の各水晶片に励振用電極、容器体接続用電極、導配線パターン、及び周波数調整用金属膜を設けた状態を示す部分拡大図である。
図15において、水晶片131は、水晶基板150にフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて複数個形成される。その後、これら水晶片131の表面に、励振用電極132a,132b,132c,132d,133a,133b,133c,133dと、容器体接続用電極134a,134bと、導配線パターン135,137と、周波数調整用金属膜136a,136bとを所望のパターンで形成し、複数個の音叉型水晶振動素子130を形成する。これら各励振用電極、容器体接続用電極、導配線パターン及び周波数調整用金属膜は、フォトリソグラフィ技術により形成され、例えばCr層の上にAu層が設けられた構造となっている。又、周波数調整用金属膜136a,136bは、Au層の上に、更にAg層やAl層等の金属層が設けられた構造とすることもある。
図16は、水晶基板に第1のマスクを配置した状態を示す部分拡大図である。
図16に示すように、各音叉型水晶振動素子130の周波数調整用金属膜136a,136bに対応する部分に貫通孔161が設けられている第1のマスク160を、各振動腕部131b,131cの第1主面と同一平面となる水晶基板150の主面上に配置する。第1のマスク160は例えば金属製である。第1のマスク160は、後の周波数粗調整工程における周波数調整用金属膜136a,136bの除去の際に、周波数調整用金属膜136a,136bと隣り合う励振用電極132a,133aを除去しないように、励振用電極132a,133a近傍の周波数用金属膜136a,136bの一部分までを遮蔽するマスクパターンとなっている。
図17は、周波数粗調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。尚、図17は図16のA部分を拡大して示している。
図17に示すように、第1のマスク160上から貫通孔161内に露出している周波数調整用金属膜136a,136bの振動腕部131b,131cの先端側短辺端部の一方の角部近傍にレーザ又はイオンビームを照射する。尚、図17の二点鎖線円はレーザ又はイオンビームの照射位置及び照射径を表し、K1は最初の照射位置と照射径を示す。その後レーザ又はイオンビームの照射位置を、K1から、基部131a方向へ向かって、振動腕部131b,131cの幅方向に沿ってK1,K2,K3,K4・・・と図17に示した矢印のように移動しつつ、周波数調整用金属膜136a,136bにレーザ又はイオンビームを照射する。これにより、周波数調整用金属膜136a,136bを除去し、音叉型水晶振動素子130の共振周波数を所望する周波数値の近似値まで調整する。この各音叉型水晶振動素子130の周波数調整用金属膜136a,136bの除去が終了した後、水晶基板150から第1のマスク160を取り外す。
図18は、水晶振動素子を容器体に搭載した状態を示す平面図である。
周波数調整用電極膜136a,136bのB部分に周波数粗調整が施された音叉型水晶振動素子130を水晶基板150から各個分離する。この音叉型水晶振動素子130を、図18に示すように、一方の主面に開口部を有する凹部142を設けた容器体141に搭載する。尚、その搭載形態は、周波数粗調整工程が施された周波数調整用金属膜136a,136bが設けられている各振動腕部の第1主面が凹部142の開口部側を向くように、凹部142内底面に形成された振動体接続用電極パッド143上に搭載する形態となっている。
図19は、容器体に搭載された水晶振動素子上に第2のマスクを配置した状態を示す平面図である。
図19に示すように、周波数調整用金属膜136a,136bに対応する部分に貫通孔191が設けられている第2のマスク190を、容器体180に搭載された音叉型水晶振動素子130の主面上に配置する。第2のマスク190は、後の周波数微調整工程における周波数調整用金属膜136a,136bの除去の際に、周波数調整用金属膜136a,136bと隣り合う励振用電極132a,133aを除去しないように、励振用電極132a,133a近傍の周波数用金属膜136a,136bの一部分までを遮蔽するマスクパターンとなっている。
図20は、周波数微調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。尚、図20は、図19のC部分を拡大して示した。
この第2のマスク190上から貫通孔191内に露出している周波数調整用金属膜136a,136bのうち、周波数粗調整工程で除去されていない基部側のD部分にレーザ又はイオンビームを照射する。図20の二点鎖線円k1は周波数微調整工程における最初の照射位置と照射径を示す。その後レーザ又はイオンビーム照射位置を、k1から基部131a方向へ向かって、振動腕部131b,131cの幅方向に沿ってk1,k2,k3,k4・・・と、図20に示した矢印のように移動しつつ、周波数調整用金属膜136a,136bにレーザ又はイオンビームを照射する。これにより、周波数調整用金属膜136a,136bを除去し、音叉型水晶振動素子130の共振周波数を所望の周波数値に調整する。この周波数調整用金属膜136a,136bの除去終了後、第2のマスク190を取り外す(例えば、特許文献1、特許文献2又は特許文献3を参照。)。
水晶基板に複数個の水晶片を形成し、この水晶片の表面に、励振用電極と、容器体接続用電極と、導配線パターンと、水晶片の振動腕部の一方の主面先端部近傍に周波数調整用金属膜とを所望のパターンで設け、音叉型水晶振動素子を形成する水晶振動素子形成工程と、
この周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第1のマスクを、周波数調整用金属膜が設けられた振動腕部の主面と同一平面となる水晶基板の主面上に配置する第1のマスク配置工程と、
この第1のマスク上から貫通孔内に露出している周波数調整用金属膜のうち、貫通孔の基部方向の開口縁にあたる部分にレーザ又はイオンビームを照射し、その後レーザ又はイオンビームの照射位置を、周波数調整用金属膜の貫通孔の基部方向の開口縁にあたる部分から、振動腕部の幅方向に沿って、振動腕部先端方向に向かって移動させて周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望する周波数値の近似値まで調整し、その後に第1のマスクを取り外す周波数粗調整工程と、
音叉型水晶振動素子を水晶基板から各個分離し、分離した音叉型水晶振動素子を、一方の主面に開口部を有する凹部を設けた容器体の、凹部内底面に形成された振動体接続用電極パッド上に、周波数調整用金属膜が前記開口部を向く形態で搭載する水晶振動素子搭載工程と、
周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第2のマスクを、容器体に搭載された音叉型水晶振動素子の主面上に配置する第2のマスク配置工程と、
この第2のマスク上から貫通孔内に露出している周波数調整用金属膜のうち、周波数粗調整工程で除去されていない振動腕部先端側の部分にレーザ又はイオンビームを照射して周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値に合わせ、その後に第2のマスクを取り外す周波数微調整工程とを備えることを特徴とする。
水晶基板に複数個の水晶片を形成し、この水晶片の表面に、励振用電極と、容器体接続用電極と、導配線パターンと、水晶片の振動腕部の一方の主面の先端部近傍に周波数調整用金属膜とを所望のパターンで設け、音叉型水晶振動素子を形成する水晶振動素子形成工程と、
周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第1のマスクを、周波数調整用金属膜が設けられた振動腕部の主面と同一平面となる水晶基板の主面上に配置する第1のマスク配置工程と、
この第1のマスク上から貫通孔内に露出している周波数調整用金属膜の一方の長辺の一方の端部にレーザ又はイオンビームを照射し、その後レーザ又はイオンビームの照射位置を、周波数調整用金属膜の一方の長辺の一方の端部から、振動腕部の長さ方向に沿って、周波数調整用金属膜の他方の長辺方向に向って移動させて周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の発振周波数を所望する周波数値の近似値まで調整し、その後に第1のマスクを取り外す周波数粗調整工程と、
音叉型水晶振動素子を水晶基板から各個分離し、分離した音叉型水晶振動素子を、一方の主面に開口部を有する凹部を設けた容器体の、凹部内底面に形成された振動体接続用電極パッド上に、周波数調整用金属膜が前記開口部を向く形態で搭載する水晶振動素子搭載工程と、
周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第2のマスクを、容器体に搭載された音叉型水晶振動素子の主面上に配置する第2のマスク配置工程と、
この第2のマスク上から貫通孔内に露出している周波数調整用金属膜のうち、周波数粗調整工程で除去されていない振動腕部先端側を含む部分に、レーザ又はイオンビームを照射して周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値に合わせ、その後に第2のマスクを取り外す周波数微調整工程とを備えることを特徴とする。
図1は、本発明の第一の実施形態に係る周波数調整方法が施される音叉型水晶振動素子を示した斜視図である。図2は、本発明の第一の実施形態に係る周波数調整方法が施された音叉型水晶振動素子を搭載した水晶振動子の分解斜視図である。尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各部分の厚み寸法は誇張して図示している。
容器体接続用電極14a及び14bは、基部11aの第1の振動腕部11b及び第2の振動腕部11cが形成されている辺とは反対側にあたる辺の両端角部近傍に、基部11aの一方の主面から他方の主面にわたって2個一対で設けられている。
以下に本発明の第一の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法を、図3から図10を用いて説明する。尚、各図は音叉型水晶振動素子を構成する振動腕部の第1主面側から見た平面図である。又、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。
図3は、水晶基板内の各水晶片に励振用電極、容器体接続用電極、導配線パターン、及び周波数調整用金属膜を設けた状態を示す部分拡大図である。
図3に示すように、音叉型の平面視外形を有する水晶片11は、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により、水晶基板30に複数個形成されている。これら水晶片11の表面に、励振用電極12a,12b,12c,12d,13a,13b,13c,13dと、容器体接続用電極14a,14bと、導配線パターン15,17と、周波数調整用金属膜16a,16bとを所望のパターンで形成し、複数個の音叉型水晶振動素子10を形成する。これら各励振用電極、容器体接続用電極、導配線パターン及び周波数調整用金属膜は、フォトリソグラフィ技術により形成され、Cr層の上にAu層が設けられた構造となっている。又、周波数調整用金属膜16a,16bは、Au層の上に更にAg層やAl層等の金属層が設けられた構造とすることもある。
図4は、水晶基板に第1のマスクを配置した状態を示す部分拡大図である。
図4に示すように、各音叉型水晶振動素子10の周波数調整用金属膜16a,16bに対応する部分に貫通孔41が設けられている第1のマスク40を、各振動腕部11b,11cの第1主面と同一平面となる水晶基板30の主面上に配置する。第1のマスク40は例えば金属製である。第1のマスク40は、後の周波数粗調整工程における周波数調整用金属膜16a,16bの除去の際に、周波数調整用金属膜16a,16bと隣り合う励振用電極12a,13aを除去しないように、励振用電極12a,13a近傍の周波数用金属膜16a,16bの一部分までを遮蔽するマスクパターンとなっている。
図5は、周波数粗調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。尚、図5は、図4のE部分を拡大して示したものである。図6は、周波数粗調整工程後の水晶基板の状態を示す部分拡大図である。
この第1のマスク40上から貫通孔41内に露出している周波数調整用金属膜16a,16bのうち、貫通孔41の基部10a方向の開口辺縁にあたる部分にレーザ又はイオンビームを照射する。尚、図5の二点鎖線円はレーザ又はイオンビームの照射位置及び照射径を表し、M1は最初の照射位置と照射径を示す。その後、このレーザ又はイオンビームの照射位置を、M1から、周波数調整用金属膜16a,16bの振動腕部先端方向に向かって、振動腕部11b,11cの幅方向に沿ってM1,M2,M3,M4・・・と図5に示した矢印のように移動しつつ、周波数調整用金属膜16a,16bにレーザ又はイオンビームを照射する。これにより周波数調整用金属膜16a,16bを除去し、音叉型水晶振動素子10の発振周波数を所望する周波数値より低い近似値まで調整する。この水晶基板30内の各音叉型水晶振動素子10の周波数調整用金属膜の除去が終了した後、第1のマスク40を水晶基板30より取り外す。図6において、各音叉型水晶振動素子10の周波数調整用金属膜16a,16bにおけるF部分は、周波数粗調整工程により除去された部分を示している。
図7は、水晶振動素子を容器体に搭載した状態を示す平面図である。
周波数粗調整工程が施された各音叉型水晶振動素子10を、水晶基板30から各個分離する。その音叉型水晶振動素子10を、図7に示すように、一方の主面に開口部を有する凹部21を設けた容器体22内に搭載する。尚、その搭載形態は、周波数粗調整工程が施された周波数調整用金属膜16a,16bが設けられている各振動腕部の第1主面が、凹部21の開口部側を向くように、凹部21内底面に形成された振動体接続用電極パッド23上に搭載する形態となっている。
図8は、容器体に搭載された水晶振動素子上に第2のマスクを配置した状態を示す平面図である。
図8に示すように、周波数調整用金属膜16a,16bに対応する部分に貫通孔81が設けられている第2のマスク80を、容器体22に搭載された音叉型水晶振動素子10の主面上に配置する。第2のマスク80は例えば金属製である。第2のマスク80は、後の周波数微調整工程における周波数調整用金属膜16a,16bの除去の際に、周波数調整用金属膜16a,16bと隣り合う励振用電極12a,13aを除去しないように、励振用電極12a,13a近傍の周波数用金属膜16a,16bの一部分までを遮蔽するマスクパターン形状となっている。
図9は、周波数微調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。尚、図9は図8のG部分を拡大して示したものである。図10は、周波数微調整工程後の容器体に搭載された水晶振動素子の状態を示す平面図である。
この第2のマスク80上から貫通孔81内に露出している周波数調整用金属膜16a,16bのうち、周波数粗調整工程で除去されていない振動腕部先端側のH部分にレーザ又はイオンビームを照射する。この周波数調整用金属膜16a,16bのH部分は、振動腕部先端側の領域となっている。図9のm1は周波数微調整工程における最初の照射位置と照射径を示す。その後レーザ又はイオンビームの照射位置を、m1から振動腕部の先端方向へ向かって、振動腕部11b,11cの幅方向に沿ってm1,m2,m3,m4・・・と、図9に示した矢印のように移動しつつ、周波数調整用金属膜16a,16bにレーザ又はイオンビームを照射する。これにより、周波数調整用金属膜16a,16bを除去し、音叉型水晶振動素子10の共振周波数値を所望の周波数値に調整する。尚、周波数微調整工程におけるレーザ又はイオンビームの照射径は、周波数粗調整工程におけるレーザ又はイオンビームの照射径よりも小さくしている。これにより、周波数粗調整工程における1回の照射により除去する量に比べ、周波数調整用金属膜を微少量ずつ除去することができ、正確に所望の周波数値にまで調整できる。この周波数調整用金属膜の除去が終了した後、第2のマスク80を取り外す。図10において、周波数調整用金属膜16a,16bにおけるH部分は、周波数微調整工程により除去された部分を示している。
以下に、本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法について説明する。
図11は、本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法における、周波数粗調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。図12は、本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法における、周波数微調整工程時の周波数調整用金属膜の除去状態を説明する図である。尚、図11は、第一の実施形態における図5と同じ箇所を拡大して示したものである。又、図12は、第一の実施形態における図9と同じ箇所を拡大して示したものである。
第二の実施形態と第一の実施形態との違いは、周波数粗調整工程及び周波数微調整におけるレーザ又はイオンビームの照射位置及びその移動方向である。
又、本発明の第二の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法における、水晶振動素子形成工程、第1のマスク配置工程、水晶振動素子搭載工程、及び第2のマスク配置工程は、本発明の第一の実施形態に係る音叉型水晶振動素子の周波数調整方法と同じである。
11・・・水晶片
11a・・・基部
11b・・・第1の振動腕部
11c・・・第2の振動腕部
12a,12b,12c,12d,13a,13b,13c,13d・・・励振用電極
14a,14b・・・容器体接続用電極
15,17・・・導配線パターン
16a,16b・・・周波数調整用金属膜
20・・・水晶振動子
21・・・容器体
22・・・凹部
23・・・素子接続用電極パッド
24・・・蓋体
30・・・水晶基板
40・・・第1のマスク
41,81・・・貫通孔
80・・・第2のマスク
F,I・・・周波数粗調整工程時の周波数調整用金属膜の除去部分
H,J・・・周波数微調整工程時の周波数調整用金属膜の除去部分
M1,M2,M3,M4,N1,N2,N3・・・周波数粗調整工程時のレーザ又はイオンビームの照射位置及び照射径
m1,m2,m3,m4,n1,n2,n3・・・周波数微調整工程時のレーザ又はイオンビームの照射位置及び照射径
Claims (2)
- 主面が平面視略四角形であり平板状の基部と、前記基部の一辺より同一方向に延設された複数本の振動腕部とが一体で形成された音叉型の水晶片と、
前記振動腕部に設けられた励振用電極と、
前記振動腕部の一方の主面の先端部近傍に設けられた周波数調整用金属膜と、
前記基部に設けられた容器体接続用電極と、
前記励振用電極、前記周波数調整用金属膜、及び前記容器体接続用電極との間を電気的に接続した導配線パターンとにより構成される音叉型水晶振動素子の周波数調整方法において、
水晶基板に複数個の前記水晶片を形成し、前記水晶片の表面に、前記励振用電極と、前記容器体接続用電極と、前記導配線パターンと、前記水晶片の前記振動腕部の一方の主面の先端部近傍に前記周波数調整用金属膜とを所望のパターンで設け、音叉型水晶振動素子を形成する水晶振動素子形成工程と、
前記周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第1のマスクを、前記周波数調整用金属膜が設けられた前記振動腕部の主面と同一平面となる前記水晶基板の主面上に配置する第1のマスク配置工程と、
前記第1のマスク上から前記貫通孔内に露出している前記周波数調整用金属膜のうち、前記貫通孔の前記基部方向の開口縁にあたる部分にレーザ又はイオンビームを照射し、その後前記レーザ又はイオンビームの照射位置を、前記周波数調整用金属膜の前記貫通孔の前記基部方向の開口縁にあたる部分から、前記振動腕部の幅方向に沿って、前記振動腕部先端方向に向かって移動させて前記周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望する周波数値の近似値まで調整し、その後に前記第1のマスクを取り外す周波数粗調整工程と、
前記音叉型水晶振動素子を前記水晶基板から各個分離し、分離した前記音叉型水晶振動素子を、一方の主面に開口部を有する凹部を設けた容器体の、前記凹部内底面に形成された振動体接続用電極パッド上に、前記周波数調整用金属膜が前記開口部を向く形態で搭載する水晶振動素子搭載工程と、
前記周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第2のマスクを、容器体に搭載された前記音叉型水晶振動素子の主面上に配置する第2のマスク配置工程と、
前記第2のマスク上から前記貫通孔内に露出している前記周波数調整用金属膜のうち、前記周波数粗調整工程で除去されていない前記振動腕部先端側の部分にレーザ又はイオンビームを照射して前記周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値に合わせ、その後に前記第2のマスクを取り外す周波数微調整工程と、
を備えることを特徴とする音叉型水晶振動素子の周波数調整方法。 - 主面が平面視略四角形であり平板状の基部と、前記基部の一辺より同一方向に延設された複数本の振動腕部とが一体で形成された音叉型の水晶片と、
前記振動腕部に設けられた励振用電極と、
前記振動腕部の一方の主面の先端部近傍に設けられた周波数調整用金属膜と、
前記基部に設けられた容器体接続用電極と、
前記励振用電極、前記周波数調整用金属膜、及び前記容器体接続用電極との間を電気的に接続した導配線パターンとにより構成される音叉型水晶振動素子の周波数調整方法において、
水晶基板に複数個の前記水晶片を形成し、前記水晶片の表面に、前記励振用電極と、前記容器体接続用電極と、前記導配線パターンと、前記水晶片の前記振動腕部の一方の主面の先端部近傍に前記周波数調整用金属膜とを所望のパターンで設け、音叉型水晶振動素子を形成する水晶振動素子形成工程と、
前記周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第1のマスクを、前記周波数調整用金属膜が設けられた前記振動腕部の主面と同一平面となる前記水晶基板の主面上に配置する第1のマスク配置工程と、
前記第1のマスク上から前記貫通孔内に露出している前記周波数調整用金属膜の一方の長辺の一方の端部にレーザ又はイオンビームを照射し、その後前記レーザ又はイオンビームの照射位置を、前記周波数調整用金属膜の一方の長辺の一方の端部から、前記振動腕部の長さ方向に沿って、前記周波数調整用金属膜の他方の長辺方向に向って移動させて前記周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の発振周波数を所望する周波数値の近似値まで調整し、その後に前記第1のマスクを取り外す周波数粗調整工程と、
前記音叉型水晶振動素子を前記水晶基板から各個分離し、分離した前記音叉型水晶振動素子を、一方の主面に開口部を有する凹部を設けた容器体の、前記凹部内底面に形成された振動体接続用電極パッド上に、前記周波数調整用金属膜が前記開口部を向く形態で搭載する水晶振動素子搭載工程と、
前記周波数調整用金属膜に対応する部分に貫通孔が設けられている第2のマスクを、容器体に搭載された前記音叉型水晶振動素子の主面上に配置する第2のマスク配置工程と、
前記第2のマスク上から前記貫通孔内に露出している前記周波数調整用金属膜のうち、前記周波数粗調整工程で除去されていない前記振動腕部先端側を含む部分にレーザ又はイオンビームを照射して前記周波数調整用金属膜を除去し、音叉型水晶振動素子の共振周波数を所望の周波数値に合わせ、その後に前記第2のマスクを取り外す周波数微調整工程と、
を備えることを特徴とする音叉型水晶振動素子の周波数調整方法。
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