JP5175128B2 - 音叉型圧電振動片および圧電デバイス - Google Patents
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Description
この構成により、振動腕の幅より広い先端部は振動腕の厚みより厚くして振動しやすくするとともに強度を増している。また、厚くなった先端部に切り欠け部を有しているため、重くなった先端部が落下の衝撃などによって破損を生じない。
この構成により、基部の強度が増すため、製造途中などにおいて音叉型圧電振動片の取り扱いが楽になる。また、振動腕からの振動もれも小さくすることができる。
先端部の角部に形成される切り欠け部は、製造のし易さ、先端部のバランスなどを考慮してC面取り形状、R面取り形状又は段差形状に形成することができる。
振動腕と先端部とを合わせた長さの20パーセントから55パーセントの長さの溝部は、音叉型圧電振動片のCI値を低減することができるとともに強度を確保することができる。
パッケージが枕部を有するため、衝撃で音叉型圧電振動片が撓んだ際にもその枕部に振動腕が当接して先端部の角部がパッケージの底面に当たって割れることを防ぐことができる。
枕部の上端部が曲面であるため、衝撃を受けて振動腕が枕部の上端部に当たる際に力が分散する。
音叉型圧電振動片のCI値を低減することができるとともに、枕部に振動腕が当たった際にも振動腕が破損しない強度を確保することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
<<実施形態1>>
図1(a)は、第1実施形態の第1の音叉型水晶振動片20の全体構成を示した平面図であり、(b)は、その側面図である。(c)は、第1の音叉型水晶振動片20の一対の振動腕21のC−C断面図である。第1の音叉型水晶振動片20の母材は、Zカットに加工された水晶単結晶ウエハ10で形成されている。図1(a)に示すように、第1の音叉型水晶振動片20は、第1基部29−1、第2基部29−2及び第3基部29−3から構成される基部29と、この第1基部29−1から図1において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕21を備えている。振動腕21には、振動腕21の幅より広い先端部22を備える。以下、本実施形態では一対の振動腕21を備えた音叉型水晶振動片で説明するが、3本または4本の振動腕21を備えた水晶振動片であってもよい。
図3は、第2実施形態である第2の音叉型水晶振動片30である。(a)は、第2の音叉型水晶振動片30の全体構成を示した平面図であり、(b)は、その側面図である。第1実施形態で示した第1音叉型水晶振動片20と異なる部分のみ符号が異なり、同じ部分には同じ符号を付し説明を省略する。第2の音叉型水晶振動片30も、たとえば32.768KHzで信号を発信する振動片ある。
振動腕31の長さL4と先端部の長さL5とを合わせた長さは、1.30mmから1.50mmである。その他第1実施形態で示した第1音叉型水晶振動片20と同一符号のものは同一寸法である。
図4(a)は、本実施形態に係るセラミックパッケージ音叉型振動子50の構成を示す概略断面図であり、(b)は、セラミックパッケージ音叉型振動子50が落下などの衝撃を受けた際の状態を示した模擬断面図である。
図4(a)に示すように、このセラミックパッケージ音叉型振動子50は、上述の第1、第2の音叉型水晶振動片20及び30を使用している。セラミックパッケージ音叉型振動子50は、その内側に空間を有する箱状のパッケージ52を有している。このパッケージ52には、その底部にベース53及び台座54並びに枕部55を備えている。パッケージ52の底部中央部付近に設けられた枕部55の高さH2は、台座54の高さH1とほぼ同等の高さである。この枕部55はその上端部55aが円形状になっており、X方向に伸びる半円柱を半分に割った形状である。このベース53及び台座54並びに枕部55を備えたパッケージ52は、酸化アルミニウム質の混練物からなる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、焼結して形成されている。
この第1、第2の音叉型水晶振動片20及び30は、電極部から一定の印加により振動するようになっている。このとき、基部29,39が振動腕21,31よりも厚いため、第1、第2の音叉型水晶振動片20及び30が衝撃などに対して強くなる。
図5(a)は、第1、第2の音叉型水晶振動片20及び30の振動腕の先端部の変形例1の部分側面図であり、(b)は、第1、第2の音叉型水晶振動片20及び30の先端部の変形例2の部分側面図であり、(c)は、第1、第2の音叉型水晶振動片20及び30の先端部の変形例3の部分側面図である。
図5(b)は、第1、第2の音叉型水晶振動片20及び30の振動腕21、31の先端部22,32に、切り欠け部46を設けた部分側面図である。切り欠け部46は、2段の段差部が形成されている。
これら切り欠け部を設けることにより、落下などの衝撃などによっても振動腕21の先端部22がパッケージ底面と接触しても欠けないように予防している。切り欠け部は振動腕のバランスを良くするため表裏両面に設けても良い。
図6ないし図9は、図1で示した音叉型水晶振動片20を使って図4に示したセラミックパッケージ音叉型振動子50を製造する工程を示したフローチャートである。各図フローチャートの右側に、音叉型水晶振動片20の断面図又は平面図を示す。なお、図1で示した第2の音叉型水晶振動片30も同様であるので説明を割愛する。
<<水晶振動片の外形形成の工程>>
図6は、音叉型水晶振動片20の外形形成の工程のフローチャートである。
ステップS102では、水晶単結晶ウエハ10の全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。すなわち、圧電材料としての水晶単結晶ウエハ10を使用する場合に、金(Au)や銀(Ag)等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム(Cr)やチタン(Ti)等を使用する。つまり、この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層の上に金層を重ねた金属膜40を使用する。図6(a)は、この状態の水晶単結晶ウエハ10を示した断面図である。
図7は、振動腕21の厚さを薄くする工程のフローチャートである。各図フローチャートの右側に、音叉型水晶振動片20の断面図又は平面図を示す。
ステップS114では、音叉型水晶振動片20を純水で洗浄し、水晶単結晶ウエハ10の全面に、クロム層の上に金層を重ねた金属膜40をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。図7(h)は、この状態の音叉型水晶振動片20を示した断面図である。
図8は、振動腕21に溝部211を形成する工程のフローチャートである。各図フローチャートの右側に、音叉型水晶振動片20の振動腕21の断面図又は平面図の一部を示す。
ステップS126では、音叉型水晶振動片20を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片20の全面に溝部211を形成するための金属膜40を形成する。図8(o)は、この状態の音叉型水晶振動片20の振動腕21を示した断面図である。
図9は、電極パターンおよびパッケージングの工程のフローチャートである。
ステップS138では、音叉型水晶振動片20を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片20の全面に駆動電極としての励振電極などを形成するための金属膜を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。
ステップS142では、電極パターンと対応した不図示のフォトマスクを用意して、電極パターンをフォトレジスト膜が塗布された水晶単結晶ウエハ10を露光する。この電極パターンは音叉型水晶振動片20の両面に形成する必要があるため、音叉型水晶振動片20の両面を露光する。
次いで、電極となる金属膜のエッチングを行う。すなわち、電極パターンと対応したフォトレジスト膜から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層をたとえば硝酸第2セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。
ステップS148では、音叉型水晶振動片20の連結部28を折り、水晶単結晶ウエハ10から音叉型水晶振動片20を切り取る。
これまでの工程により、電極が形成された音叉型水晶振動片20が得られたため、ステップS150では、図4に示したセラミック製のパッケージ52に音叉型水晶振動片20を導電接着剤59で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片20の基部29の電極部23a、25aを塗布した導電性接着剤59の上に載置して、導電性接着剤59を仮硬化させる。
ステップS152では、硬化炉で導電性接着剤59を本硬化する。さらに、音叉型水晶振動片20の振動腕21にレーザ光を照射して、振動腕21の錘金属を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数調整を行う。
続いてステップS156で、最後に音叉型振動子50の駆動特性などの検査を行い、音叉型振動子50を完成させる。
D2 … 基部の厚さ
D3 … 先端部の厚さ
D4 … 切り欠け部の厚さ
H1 … ベース部高さ
H2 … 枕部高さ
L1、L4 … 振動腕の長さ
L2 … 基部の長さ
L3,L5 … 先端部の長さ
W1 … 第1基部の幅
W2 … 第2基部の幅
W3 … 第3基部の幅
W4 … 溝部の幅
W5 … 振動腕の幅
W6 … 先端部の幅
W7 … 先端部の間隔
10 … 水晶単結晶ウエハ
12 … 開口領域
20、30 … 音叉型水晶振動片
21、31 … 振動腕
22,32 … 先端部
23 … 第1電極パターン
24,34、45,46 … 切り欠け部
25 … 第2電極パターン
26,27,37,38 … 錘部
28 … 連結部
29、39 … 基部
36,36’、36” … フォトレジスト膜
40 … 金属膜
42,42’,42” … 感光したフォトレジスト膜
50 … セラミックパッケージ音叉型振動子
52 … パッケージ
53 … ベース
54 … 台座
55 … 枕部
56 … 蓋体
58 … 封止材
59 … 導電性接着剤
211,311 … 溝部
Claims (6)
- 圧電材料からなる音叉型圧電振動片であって、
第1面と第2面とを有する基部と、
前記基部の一端部より突出して形成され、第1幅を有し且つ前記第1面側と前記第2面側との間が第1厚さである一対の振動腕と、
前記一対の振動腕の先端側に設けられ、前記第1幅よりも広い第2幅であり且つ前記第1厚さよりも厚い第2厚さである先端部と、
前記先端部の角部に形成された切り欠け部と、を備え、
前記第1厚さは0.08mmから0.12mmであり、
前記基部は前記第2厚さであり、前記第2厚さは0.5mmよりも小さく、前記第1厚さよりも5μm以上厚く、前記第1厚さの5倍以内であることを特徴とする音叉型圧電振動片。 - 前記切り欠け部がC面取り形状、R面取り形状又は段差形状を含むことを特徴とする請求項1に記載の音叉型圧電振動片。
- 前記振動腕は、この振動腕と前記先端部とを合わせた長さの20パーセントから55パーセントの長さの溝部を前記第1面及び第2面に有していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の音叉型圧電振動片。
- 圧電材料からなる音叉型圧電振動片がパッケージ内に固定された圧電デバイスであって、
前記音叉型圧電振動片は、
第1面と第2面とを有する基部と、
前記基部の一端部より突出して形成され、第1幅を有し且つ前記第1面側と前記第2面側との間が第1厚さである一対の振動腕と、
前記一対の振動腕の先端側に設けられ、前記第1幅よりも広い第2幅であり且つ前記第1厚さよりも厚い第2厚さである先端部と、
前記先端部の角部に形成された切り欠け部と、を備え、
前記パッケージは、
前記音叉型圧電振動片が載置される台座と、
前記振動腕の前記第2面側に設けられた枕部と、を備え、
前記第1厚さは0.08mmから0.12mmであり、
前記基部は前記第2厚さであり、前記第2厚さは0.5mmよりも小さく、前記第1厚さよりも5μm以上厚く、前記第1厚さの5倍以内であることを特徴とする圧電デバイス。 - 前記枕部の上端部は、前記振動腕の突出する方向の曲面を有し、
前記パッケージ、前記台座、及び前記枕部はセラミックグリーンシートで形成されていることを特徴とする請求項4に記載の圧電デバイス。 - 前記振動腕は、この振動腕と前記先端部とを合わせた長さの20パーセントから55パーセントの長さの溝部を前記第1面及び第2面に有していることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の圧電デバイス。
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