JP5534828B2 - Tuning fork type bending crystal resonator element - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器に用いられる音叉型屈曲水晶振動素子に関する。 The present invention relates to a tuning fork-type bending crystal resonator element used in electronic equipment.
従来、コンピュータ，携帯電話又は小型情報機器等の電子機器には、電子部品の一つとして圧電振動子又は圧電発振器が搭載されている。この圧電振動子又は圧電発振器は、基準信号源やクロック信号源として用いられる。又、圧電振動子や圧電発振器は、その内部に水晶からなる圧電振動素子が搭載されている。
以下、圧電材料に水晶を用いた圧電振動素子について説明する。
図９に示すように、圧電振動素子の一つである音叉型屈曲水晶振動素子４００は、水晶振動片４１０と、その水晶振動片４１０の表面に設けられた励振用電極４２１と接続用電極４２２と周波数調整用金属膜４２３と導配線パターン４２４とにより概略構成される。
Conventionally, a piezoelectric vibrator or a piezoelectric oscillator is mounted as an electronic component in an electronic device such as a computer, a mobile phone, or a small information device. This piezoelectric vibrator or piezoelectric oscillator is used as a reference signal source or a clock signal source. In addition, piezoelectric vibrators and piezoelectric oscillators are equipped with a piezoelectric vibration element made of quartz.
Hereinafter, a piezoelectric vibration element using quartz as a piezoelectric material will be described.
As shown in FIG. 9, a tuning fork-type bending
水晶振動片４１０は、音叉形状となっており、基部４１１と基部４１１から延設する２本一対の振動腕部４１２と、により概略構成される。この振動腕部４１２には、対向する平面同士に同極となる励振用電極４２１が設けられている。
また、基部４１１は、平面視略四角形の平板となっている。振動腕部４１２は、第一の振動腕部４１２ａ及び第二の振動腕部４１２ｂとから成る。第一の振動腕部４１２ａ及び第二の振動腕部４１２ｂは、基部４１１の一辺から同一方向に延設されており、第一の振動腕部４１２ａ及び第二の振動腕部４１２ｂの長さ方向にはそれぞれ溝部ＧＬが設けられている。溝部ＧＬは、第一の振動腕部４１２ａ及び第二の振動腕部４１２ｂの両主面に、基部４１１との境界部分から振動腕部４１２の先端に向って、振動腕部４１２の長さ方向と平行に所定の長さで２本設けられている。このような水晶振動片４１０は、基部４１１と振動腕部４１２とが一体となって音叉形状を成しており、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により製造される。
The quartz
The base 411 is a substantially rectangular flat plate in plan view. The vibrating
第一の振動腕部４１２ａに設けられる電極は、励振用電極４２１と周波数調整用金属膜４２３とから成る。励振用電極４２１は、第一の振動腕部４１２ａの溝部ＧＬ内表面を含む一方の主面と、第一の振動腕部４１２ａの溝部ＧＬ内表面を含む他方の主面に設けられている。また、励振用電極４２１は、第二の振動腕部４１２ｂに対向する第一の振動腕部４１２ａの内側側面と、この側面に対向する第一の振動腕部４１２ａの外側側面とに異極となるように設けられている。周波数調整用金属膜４２３は、第一の振動腕部４１２ａの先端部の両主面に設けられている。
The electrode provided on the first vibrating arm portion 412 a is composed of an
第二の振動腕部４１２ｂに設けられる電極は、励振用電極４２１と周波数調整用金属膜４２３とから成る。この励振用電極４２１は、第二の振動腕部４１２ｂの溝部ＧＬ内表面を含む一方の主面と、第二の振動腕部４１２ｂの溝部ＧＬ内表面を含む他方の主面に設けられている。また、励振用電極４２１は、第一の振動腕部４１２ａに対向する第二の振動腕部４１２ｂの内側側面と、この側面に対向する第二の振動腕部４１２ｂの外側側面とに異極となるように設けられている。周波数調整用金属膜４２３は、第二の振動腕部４１２ａの先端部の両主面に設けられている。
The electrode provided on the second vibrating arm portion 412 b is composed of an
基部４１１は、２つ一対の接続用電極４２２が設けられる。一方の接続用電極４２２は、基部４１１の振動腕部４１２が形成されている辺とは反対側にあたる辺の一方の角端部及び基部４１１の一方の主面から他方の主面にわたって設けられている。また、他方の接続用電極４２２は、基部４１１の振動腕部４１２が形成されている辺とは反対側にあたる辺の他方の角端部及び基部４１１の一方の主面から他方の主面にわたって設けられている。
また、基部４１１及び振動腕部４１２には、所定の電極間を電気的に接続させるための導配線パターン４２４が設けられている。
The base 411 is provided with two pairs of
The base portion 411 and the vibrating
一方の接続用電極４２２は、基部４１１の一方の主面に設けられた導配線パターン４２４により、第一の振動腕部４１２ａの一方の主面に設けられた励振用電極４２１と電気的に接続し、かつ、第二の振動腕部４１２ｂの外側側面に設けられた励振用電極４２１と電気的に接続している。また、第二の振動腕部４１２ｂの外側側面に設けられた励振用電極４２１は、第二の振動腕部４１２ｂの内側側面に設けられた励振用電極４２１と電気的に接続している。更に、第一の振動腕部４１２の一方の主面に設けられた励振用電極４２１は、第一の振動腕部４１２の内側側面に設けられた導配線パターン４２４により、第一の振動腕部４１２ａの他方の主面に設けられた励振用電極４２１と電気的に接続されている。
One
他方の接続用電極４２２は、基部４１１の他方の主面に設けられた導配線パターンにより、第二の振動腕部４１２ｂの他方の主面に設けられた励振用電極４２１と電気的に接続し、かつ、第一の振動腕部４１２ａの外側側面に設けられた励振用電極４２１と電気的に接続している。また、第一の振動腕部４１２ａの外側側面に設けられた励振用電極４２１は、第一の振動腕部４１２ａの内側側面に設けられた励振用電極４２１と電気的に接続している。更に、第二の振動腕部４１２ａの他方の主面に設けられた励振用電極４２１は、第二の振動腕部４１２ｂの内側側面に設けられた導配線パターン４２４により、第一の振動腕部４１２ａの一方の主面に設けられた励振用電極４２１ａと電気的に接続されている。
The
これら励振用電極４２１、接続用電極４２２、周波数調整用金属膜４２３及び導配線パターン４２４は、スパッタ技術、蒸着技術、フォトリソグラフィ技術により形成され、Ｃｒ層の上にＡｕ層が設けられた積層構造となっている。
The
この水晶振動片４１０を振動させる場合、接続用電極４２２に交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第一の振動腕部４１２ａの両主面に設けられた励振用電極４２１はプラス電位となり、両側面に設けられた励振用電極４２１はマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このときの第二の振動腕部４１２ｂの両主面の励振用電極４２１はマイナス電位となり、両側面に設けられた励振用電極４２１はプラス電位という第一の振動腕部４１２の励振用電極４２１に生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧により生じた電界によって、第一の振動腕部４１２ａ及び第二の振動腕部４１２ｂに伸縮現象が生じ、振動腕部４１２に設定した共振周波数の屈曲振動モードとなる。尚、この共振周波数は、水晶振動片４１０に設けられた周波数調整用金属膜４２３を構成する金属の量を増減させて調整することができる（例えば、特許文献１又は２参照）。
When the
このような音叉型屈曲水晶振動素子４００は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術を用いて製造されると、第一の振動腕部４１２ａと第二の振動腕部４１２ｂと基部４１１とで囲まれる範囲に残渣が生じる。この残渣は、化学エッチングの異方性により、２つの振動腕部４１２の間を二等分する中心線Ｃに対して、非対称な形状で生じることが知られている（例えば、特許文献３参照）。
When such a tuning-fork-type bending
このとき、図１０に示すように、第一の振動腕部４１２ａ側に生じる残渣は、第一の振動腕部４１２ａの側面に生じ、所定の位置で基部４１１に近づくにつれて幅が広がる傾斜部分が形成される。
また、第二の振動腕部４１２ｂに生じる残渣は、第二の振動腕部４１２ｂの側面から所定の位置で基部４１１に近づくにつれて幅が広がるような傾斜部分が形成される。
ここで、第二の振動腕部４１２ｂに生じる残渣の傾斜部分の先端位置Ｐ２ｄが、第一の振動腕部４１２ａに生じる残渣の傾斜部分の先端位置Ｐ１ｄに比べて基部４１１から離れた位置となっている。
At this time, as shown in FIG. 10, the residue generated on the first vibrating arm portion 412 a side is generated on the side surface of the first vibrating arm portion 412 a, and an inclined portion whose width increases as it approaches the base portion 411 at a predetermined position. It is formed.
In addition, the residue generated in the second vibrating arm portion 412b is formed with an inclined portion whose width increases as it approaches the base portion 411 at a predetermined position from the side surface of the second vibrating arm portion 412b.
Here, the tip position P2d of the inclined portion of the residue generated in the second vibrating arm portion 412b is located farther from the base portion 411 than the tip position P1d of the inclined portion of the residue generated in the first vibrating arm portion 412a. ing.
また、このような音叉型屈曲水晶振動素子４００は、音叉型に水晶振動片４１０を形成した後に電極の形成が行われる。
例えば、水晶ウェハ（図示せず）の表裏に例えば、Ｃｒ、Ｃｒ＋Ａｕなどの耐食膜（図示せず）をスパッタリングにて成膜する。
Further, in such a tuning fork type bending quartz
For example, a corrosion resistant film (not shown) such as Cr or Cr + Au is formed on the front and back of a quartz wafer (not shown) by sputtering.
次に耐食膜上に感光性レジスト（ポジ型）を両面に形成し、乾燥後表裏の両面に音叉形状の耐食膜が残るように露光、現像、乾燥（以下パターン化）と音叉形状以外の耐食膜のエッチングを行う。 Next, a photosensitive resist (positive type) is formed on both sides of the anticorrosion film, and after drying, exposure, development, drying (patterning) and anticorrosion other than the tuning fork shape so that the anticorrosion film on the front and back sides remains. Etch the film.
次に前記表裏の耐食膜上に電極の形状を決定するために感光性レジスト（ポジ型）をパターン化する。ここで、この感光性レジストの一部は、振動腕部と基部との接続部分を覆うように設けられている。 Next, a photosensitive resist (positive type) is patterned on the front and back corrosion-resistant films in order to determine the shape of the electrodes. Here, a part of the photosensitive resist is provided so as to cover a connection portion between the vibrating arm portion and the base portion.
次に露出する水晶部分をエッチングする。このとき、溝部の形状と水晶振動片４１０の形状とが同時に形成される。なお、振動腕部４１２と基部４１１との接続部分を覆う感光性レジストは、エッチングされることなく残る。そのため、この感光性レジストを残した状態で、基部４１１と振動腕部４１２とが形成される。したがって、この感光性レジストは、２つの振動腕部４１２を跨いだ状態で残されている。
Next, the exposed crystal portion is etched. At this time, the shape of the groove and the shape of the
次に裏面に露出した耐食膜をエッチングし水晶表面を得る。次に全面に電極膜を蒸着技術により形成する。このとき、振動腕部４１２と基部４１１との接続部分を覆う感光性レジストにより、振動腕部４１２が接続している側の基部４１１の側面に電極膜が形成されずに、振動腕部４１２の側面のみに電極膜が形成される。
次に表裏に形成した感光性レジストとその上に形成された電極膜を剥離する。これは感光性レジストを溶解する液に浸すことで容易に除去できる。しかし、その下部に有する耐食膜は残る。次に前記の残りである耐食膜をエッチングする。
このようにして、水晶振動片４１０に電極が形成される（特許文献１参照）。
Next, the corrosion-resistant film exposed on the back surface is etched to obtain a crystal surface. Next, an electrode film is formed on the entire surface by a vapor deposition technique. At this time, an electrode film is not formed on the side surface of the base portion 411 to which the vibrating
Next, the photosensitive resist formed on the front and back and the electrode film formed thereon are peeled off. This can be easily removed by immersing it in a solution for dissolving the photosensitive resist. However, the anticorrosion film that remains in the lower portion remains. Next, the remaining corrosion-resistant film is etched.
In this way, electrodes are formed on the crystal vibrating piece 410 (see Patent Document 1).
しかしながら、このような音叉型屈曲水晶振動素子４００は、この第一の振動腕部４１２ａと第二の振動腕部４１２ｂとの残渣の違いにより、第一の振動腕部４１２ａと第二の振動腕部４１２ｂの振動を阻害することなり、振動の固定端が第一の振動腕部４１２ａと第二の振動腕部４１２ｂとで異なる状態にあるとみなすことができる。これにより、第一の振動腕部４１２ａの屈曲振動と第二の振動腕部４１２ｂの屈曲振動が一致せずに振動のバランスが崩れ、クリスタル・インピーダンス値（以下、「ＣＩ値」という。）が悪化することがある。
However, such a tuning-fork type bending
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、振動腕部の振動バランスの崩れを軽減し、ＣＩ値を低くする音叉型屈曲水晶振動素子を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a tuning fork-type bending crystal resonator element that solves the above-described problems, reduces the vibration balance of the vibrating arm portion, and lowers the CI value.
前記課題を解決するため、本発明は、音叉型屈曲水晶振動素子であって、基部と、基部から延設する２つ一対の振動腕部と、前記振動腕部の間であって前記基部から延設しつつ前記振動腕部より短く形成される突起部と、を備え、前記振動腕部が延設する方向をＹ軸方向又はＹ´軸方向とし、２つの振動腕部の並ぶ方向をＸ軸方向とした場合、前記２つ一対の振動腕部の間の中心に対して前記突起部が−Ｘ軸方向にずれて設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the present invention provides a tuning fork-type bending quartz crystal resonator element, which includes a base, a pair of vibrating arms extending from the base, and the vibrating arms between the base and the base. A projecting portion that is formed to be shorter than the vibrating arm portion while extending, and a direction in which the vibrating arm portion extends is a Y-axis direction or a Y′-axis direction, and a direction in which the two vibrating arm portions are arranged is X When the axial direction is adopted, the protrusion is provided so as to be shifted in the −X-axis direction with respect to the center between the pair of vibrating arms.
また、本発明は、音叉型屈曲水晶振動素子であって、基部と、基部から延設する２つ一対の振動腕部と、前記振動腕部の間であって前記基部から延設しつつ前記振動腕部より短く形成される突起部と、を備え、前記振動腕部が延設する方向をＹ軸方向又はＹ´軸方向とし、２つの振動腕部の並ぶ方向をＸ軸方向とした場合、前記２つ一対の振動腕部のうち、−Ｘ軸方向側の振動腕部と前記突起部との間隔をＷ１、＋Ｘ軸方向側の振動腕部と前記突起部との間隔をＷ２としたとき、前記突起部が、０．２≦Ｗ１／Ｗ２＜１．０となる位置に設けられることを特徴とする。 Further, the present invention is a tuning fork-type bending quartz crystal vibration element, comprising a base, a pair of vibrating arms extending from the base, and the extending between the vibrating arms while extending from the base. A protrusion formed shorter than the vibrating arm portion, the extending direction of the vibrating arm portion is the Y-axis direction or the Y′-axis direction, and the direction in which the two vibrating arm portions are aligned is the X-axis direction. , one of the two pair of vibrating arms, the distance between the protrusions and the vibrating arms of the -X-axis direction side W1, the distance between the protrusions and the vibrating arms of the + X-axis direction side is W2 The protrusion is provided at a position where 0.2 ≦ W1 / W2 < 1.0.
また、本発明は、前記一対の振動腕部のそれぞれに、延設方向に沿って溝部が設けられていても良い。 In the present invention, a groove portion may be provided in each of the pair of vibrating arm portions along the extending direction.
このような本発明の音叉型屈曲水晶振動素子によれば、突起部の位置が−Ｘ軸側に位置しているので、一方の振動腕部と基部と突起部とに発生する残渣の先端位置が、他方の振動腕部と基部と突起部とに発生する残渣の先端位置に近づくことで２つの振動腕部の振動の固定端の位置が近づき、これにより２つの振動腕部の振動のバランスの崩れが軽減され、ＣＩ値を低くすることができる。 According to such a tuning-fork type bending crystal resonator element of the present invention, since the position of the protrusion is located on the −X axis side, the tip position of the residue generated in one vibration arm part, the base part, and the protrusion part However, by approaching the tip position of the residue generated at the other vibrating arm part, the base part, and the protrusion part, the positions of the fixed ends of the vibrations of the two vibrating arm parts approach, thereby balancing the vibrations of the two vibrating arm parts. Can be reduced and the CI value can be lowered.
また、本発明の音叉型屈曲水晶振動素子が、前記２つ一対の腕部のうち、一方の振動腕部と前記突起部との間隔をＷ１、他方の振動腕部と前記突起部との間隔をＷ２としたとき、前記突起部が、０．２≦Ｗ１／Ｗ２＜１．０となる位置に突起部を位置しているので、一方の振動腕部と基部と突起部とに発生する残渣の一方の振動腕部側の先端位置が、他方の振動腕部と基部と突起部とに発生する残渣の他方の振動腕部側の先端位置に近づくこととなる。そのため、２つの振動腕部の振動の固定端の位置が近くなるため、振動のバランスが崩れにくくなり、ＣＩ値を低くすることができる。 Further, in the tuning fork-type bending crystal resonator element of the present invention, of the two pairs of arms, the distance between one vibrating arm and the protruding portion is W1, and the distance between the other vibrating arm and the protruding portion. When W2 is W2, since the protrusion is located at a position where 0.2 ≦ W1 / W2 < 1.0, the residue generated in one vibrating arm, base, and protrusion The tip position on one vibration arm portion side of the first portion approaches the tip position on the other vibration arm portion side of the residue generated in the other vibration arm portion, the base portion, and the projection portion. For this reason, since the positions of the vibration fixed ends of the two vibrating arm portions are close to each other, the vibration balance is not easily lost, and the CI value can be lowered.
また、本発明の音叉型屈曲水晶振動素子が、前記一対の振動腕部のそれぞれに、延設方向に沿って溝部を設けたので、それぞれの振動腕部に生じる電界効率を向上させることができ、ＣＩ値の低い音叉型屈曲水晶振動素子を提供することができる。 In addition, since the tuning fork-type bending crystal resonator element of the present invention is provided with the groove portion along the extending direction in each of the pair of vibrating arm portions, the electric field efficiency generated in each vibrating arm portion can be improved. , A tuning fork-type bending crystal resonator element having a low CI value can be provided.
本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。なお、図１及び図２は、残渣のない状態を示している。 The best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. Note that each component is exaggerated for easy understanding of the state. 1 and 2 show a state without residue.
図１及び図２に示すように、本発明の第一の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子１００ａは、水晶振動片１１０と、その水晶振動片１１０に設けられた励振用電極１２１と接続用電極１２２ａ，１２２ｂと、周波数調整用金属膜１２３と、導配線パターン１２４とから主に構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the tuning fork-type bending crystal resonator element 100 a according to the first embodiment of the present invention is connected to a
水晶振動片１１０は、音叉形状となっており、基部となる基部１１１と基部１１１から延設する２本一対の振動腕部１１２と２本の振動腕部１１２の間であって基部１１１から延設する突起部１１３とにより概略構成される。この振動腕部１１２には、対向する平面同士に同極となる励振用電極１２１が設けられている。
また、基部１１１は、平面視略四角形の平板となっている。振動腕部１１２は、第一の振動腕部１１２ａ及び第二の振動腕部１１２ｂとから成る。第一の振動腕部１１２ａ及び第二の振動腕部１１２ｂは、基部１１１の一辺から同一方向に延設されており、第一の振動腕部１１２ａ及び第二の振動腕部１１２ｂの長さ方向にはそれぞれ溝部ＧＬが設けられている。溝部ＧＬは、第一の振動腕部１１２ａ及び第二の振動腕部１１２ｂの両主面に、基部１１１との境界部分から振動腕部１１２の先端に向って、振動腕部１１２の長さ方向と平行に所定の長さで２本設けられている。このような水晶振動片１１０は、基部１１１と振動腕部１１２とが一体となって音叉形状を成しており、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術、成膜技術により製造される。
The quartz
The
第一の振動腕部１１２ａに設けられる電極は、励振用電極１２１と周波数調整用金属膜１２３とから成る。第一の振動腕部１１２ａに設けられる励振用電極１２１は、第一の振動腕部１１２ａの溝部ＧＬ内表面を含む一方の主面と、第一の振動腕部１１２ａの溝部ＧＬ内表面を含む他方の主面に設けられている。また、第一の振動腕部１１２ａに設けられる励振用電極１２１は、第二の振動腕部１１２ｂに対向する第一の振動腕部１１２ａの内側側面と、この側面に対向する第一の振動腕部１１２ａの外側側面とに設けられ、第一の振動腕部１１２ａの両主面に設けられる励振用電極１２１と異極となるように設けられている。第一の振動腕部１１２ａに設けられる周波数調整用金属膜１２３は、第一の振動腕部１１２ａの先端部の両主面に設けられている。なお、周波数調整用金属膜１２３は、すくなくとも一方の主面に設ける構成としても良い。
The electrode provided on the first vibrating arm portion 112 a is composed of an
第二の振動腕部１１２ｂに設けられる電極は、励振用電極１２１と周波数調整用金属膜１２３とから成る。第二の振動腕部１１２ｂに設けられる励振用電極１２１は、第二の振動腕部１１２ｂの溝部ＧＬ内表面を含む一方の主面と、第二の振動腕部１１２ｂの溝部ＧＬ内表面を含む他方の主面に設けられている。また、第二の振動腕部１１２ｂに設けられる励振用電極１２１は、第一の振動腕部１１２ａに対向する第二の振動腕部１１２ｂの内側側面と、この側面に対向する第二の振動腕部１１２ｂの外側側面とに設けられ、第二の振動腕部１１２ｂの両主面に設けられる励振用電極１２１と異極となるように設けられている。第二の振動腕部１１２ｂに設けられる周波数調整用金属膜１２３は、第二の振動腕部１１２ａの先端部の両主面に設けられている。なお、周波数調整用金属膜１２３は、すくなくとも一方の主面に設ける構成としても良い。
The electrode provided on the second vibrating arm portion 112 b is composed of an
基部１１１は、接続用電極１２２ａ及び１２２ｂが設けられる。接続用電極１２２ａは、基部１１１の振動腕部１１２が形成されている辺とは反対側にあたる辺の一方の角端部及び基部１１１の一方の主面から他方の主面にわたって設けられている。また、接続用電極１２２ｂは、基部１１１の振動腕部１１２が形成されている辺とは反対側にあたる辺の他方の角端部及び基部１１１の一方の主面から他方の主面にわたって設けられている。
また、基部１１１及び振動腕部１１２には、所定の電極間を電気的に接続させるための導配線パターン１２４が設けられている。
The
Further, the
接続用電極１２２ａは、基部１１１の一方の主面に設けられた導配線パターン１２４により、第一の振動腕部１１２ａの一方の主面に設けられた励振用電極１２１と電気的に接続し、かつ、第二の振動腕部１１２ｂの外側側面に設けられた励振用電極１２１と電気的に接続している。また、第二の振動腕部１１２ｂの外側側面に設けられた励振用電極１２１は、第二の振動腕部１１２ｂの内側側面に設けられた励振用電極１２１と電気的に接続している。更に、第一の振動腕部１１２ａの一方の主面に設けられた励振用電極１２１は、第一の振動腕部１１２ａの内側側面に設けられた導配線パターン１２４により、第一の振動腕部１１２ａの他方の主面に設けられた励振用電極１２１と電気的に接続されている。
The connection electrode 122a is electrically connected to the
接続用電極１２２ｂは、基部１１１の他方の主面に設けられた導配線パターンにより、第二の振動腕部１１２ｂの他方の主面に設けられた励振用電極１２１と電気的に接続し、かつ、第一の振動腕部１１２ａの外側側面に設けられた励振用電極１２１と電気的に接続している。また、第一の振動腕部１１２ａの外側側面に設けられた励振用電極１２１は、第一の振動腕部１１２ａの内側側面に設けられた励振用電極１２１と電気的に接続している。更に、第二の振動腕部１１２ａの他方の主面に設けられた励振用電極１２１は、第二の振動腕部１１２ｂの内側側面に設けられた導配線パターン１２４により、第一の振動腕部１１２ａの一方の主面に設けられた励振用電極１２１と電気的に接続されている。
The
これら励振用電極１２１、接続用電極１２２ａ，１２２ｂ、周波数調整用金属膜１２３及び導配線パターン１２４は、フォトリソグラフィ技術により形成され、Ｔｉ層の上にＰｄ又はＡｕ層が設けられた積層構造となっている。
The
この音叉型の水晶振動片１１０を振動させる場合、接続用電極１２２ａ及び１２２ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的にとらえると、第一の振動腕部１１２ａの両主面に設けられた励振用電極１２１はプラス電位となり、両側面に設けられた励振用電極１２１はマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このときの第二の振動腕部１１２ｂの両主面の励振用電極１２１はマイナス電位となり、両側面に設けられた励振用電極１２１はプラス電位という第一の振動腕部１１２ａの励振用電極１２１に生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧により生じた電界によって、第一の振動腕部１１２ａ及び第二の振動腕部１１２ｂに伸縮現象が生じ、振動腕部１１２に設定した共振周波数の屈曲振動モードとなる。尚、この共振周波数は、音叉型の水晶振動片１１０に設けられた周波数調整用金属膜１２３を構成する金属の量を増減させて調整することができる。
When this tuning-fork type
突起部１１３は、２本一対の振動腕部１１２の間であって、振動腕部１１２に沿って基部１１１から延設されている。
ここで、振動腕部１１２が延設する方向をＹ軸方向又はＹ´軸方向とし、２つの振動腕部１１２の並ぶ方向をＸ軸方向とし、２つ一対の振動腕部１１２のうち、一方の振動腕部として第一の振動腕部１１２ａと突起部１１３との間隔をＷ１、他方の振動腕部として第二の振動腕部１１２ｂと突起部１１３との間隔をＷ２とし、第二の振動腕部１１２ｂから第一の振動腕部１１２ａに向かう方向を−Ｘ軸方向とする。
なお、２つの振動腕部４１２の間を二等分する中心線Ｃに対して、第一の振動腕部１１２ａ側を−Ｘ軸方向、第二の振動腕部１１２ｂ側を＋Ｘ軸方向と呼称する。
The
Here, the extending direction of the vibrating
In addition, with respect to the center line C that bisects between the two vibrating
この突起部１１３は、０．２≦Ｗ１／Ｗ２＜１．０となる位置に設けられる。つまり、突起部１１３は、第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとの間の中間となる位置から−Ｘ軸方向の位置までの間に設けられる。
The
また、突起部１１３は、振動腕部１１２よりも短く設けられる。
例えば、突起部１１３は、長さが残渣の先端部よりも長くなるように設けられる。つまり、突起部１１３は、振動腕部１１２と基部１１１と突起部１１３に発生する残渣において、振動腕部１１２の残渣の幅が広がり始める位置、つまり先端部から基部までの距離よりも突起部１１３が長い状態となっている。したがって、例えば、突起部１１３の長さは、２つ一対の振動腕部１１２の間の距離よりも小さく設けられる。
また、突起部１１３は、幅を振動腕部１１２よりも大きく又は小さく若しくは同じとなるように設けられる。
Further, the
For example, the
Further, the
突起部１１３が設けられる位置は、前記のとおり０．２≦Ｗ１／Ｗ２＜１．０の範囲内とする。
これは、一方の振動腕部として第一の振動腕部１１２ａと突起部１１３との間隔に生じる残渣と、他方の振動腕部として第二の振動腕部１１２ｂと突起部１１３との間隔に生じる残渣とにより、振動腕部１１２の振動の固定端となる位置が近づくため、第一の振動腕部１１２ａの屈曲振動と第二の振動腕部１１２ｂの屈曲振動のバランスの崩れが軽減され、振動の抑制を軽減して屈曲振動をすることができるため、ＣＩ値が低くなると考えられる。
As described above, the position where the
This occurs in the interval between the first vibrating arm portion 112a and the protruding
設計上、振動腕部１１２の振動の固定端は、基部１１１と振動腕部１１２との境目とされるが、エッチング技術を用いて音叉型の水晶振動片１１０を形成する場合、振動腕部１１２と基部１１１とに残渣が生じる。
また、従来のように突起部１１３がない場合、前記のとおり、第一の振動腕部４１２ａと第二の振動腕部４１２ｂと基部４１１とで囲まれる範囲に生じる残渣（図１０参照）は、第一の振動腕部４１２ａの側部から基部４１１に向かうにつれて幅が広がる傾斜部分を有し、また、第二の振動腕部４１２ｂの側部から基部４１１に向かうにつれて幅が広がる傾斜部分を有している。このそれぞれの傾斜部分の先端位置が振動の固定端となるとみなせるため、第一の振動腕部４１２ａの振動と第二の振動腕部４１２ｂの振動とは異なった共振周波数になり、第一の振動腕部４１２ａの振動と第二の振動腕部４１２ｂの振動が振動変位が異なるため、振動が抑制され、ＣＩ値の悪化の一因となる。
By design, the fixed end of vibration of the vibrating
Further, when there is no
しかしながら、図３〜図５に示すように、突起部１１３を−Ｘ軸方向に０．２≦Ｗ１／Ｗ２＜１．０の範囲内に設けると、第一の振動腕部１１２ａ側に生じる残渣の先端位置が、第二の振動腕部１１２ｂの残渣の先端位置に近づく状態となる。そのため、第一の振動腕部１１２ａの振動と第二の振動腕部１１２ｂの振動とが近い状態となって振動のバランスの悪化を抑えて低いＣＩ値に向上させたものと考えられる。
また、突起部１１３の位置がＷ１／Ｗ２＜０．２となる場合は、一方の振動腕部として第一の振動腕部１１２ａと突起部１１３との間隔の全てに残渣が生じることがあり、突起部１１３の先端位置が第一の振動腕部１１２ａの振動の固定端となり、第二の振動腕部１１２ｂとの振動のバランスが悪くなる。
また、突起部１１３の位置がＷ１／Ｗ２＞１となる場合は、第一の振動腕部１１２ａ側に生じる残渣の先端位置と第二の振動腕部１１２ｂに生じる残渣の先端位置の位置関係が、突起部１１３を設けていない場合に生じる残渣の位置関係に近似し、ＣＩ値の改善がみられなかった。
However, as shown in FIGS. 3 to 5, if the
Further, when the position of the
Further, when the position of the
このように、本発明の音叉型屈曲水晶振動素子１００を構成したので、第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとの振動のバランスが崩れにくくなり、低いＣＩ値となるように向上させることができる。
Thus, since the tuning-fork type bending
なお、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、適宜、変更可能である。
例えば、周波数調整用金属膜には、別途、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）等の金属材料を用いて、厚みを厚くしても良い。
また、本発明の音叉型屈曲水晶振動素子は、所定のパッケージに封入して圧電振動子に用いることができ、また、この状態で発振回路を備えた集積回路素子と接続する構成にして圧電発振器に用いても良い。
In addition, although embodiment of this invention was described, this invention can be changed suitably.
For example, the metal film for frequency adjustment may be separately thickened using a metal material such as Ag (silver) or Au (gold).
Further, the tuning fork-type bending crystal resonator element of the present invention can be used in a piezoelectric vibrator by being enclosed in a predetermined package. In this state, the piezoelectric oscillator is configured to be connected to an integrated circuit element including an oscillation circuit. You may use for.
次に実施例について説明する。ここで、第一の振動腕部の内側の側面と第二の振動腕部の内側の側面との間隔をＷ＝２００（μｍ）とする。また、前記の通り、一方の振動腕部として第一の振動腕部１１２ａと突起部１１３との間隔をＷ１、他方の振動腕部として第二の振動腕部１１２ｂと突起部１１３との間隔をＷ２とする。
Next, examples will be described. Here, the interval between the inner side surface of the first vibrating arm portion and the inner side surface of the second vibrating arm portion is W = 200 (μm). Further, as described above, the interval between the first vibrating arm portion 112a and the protruding
（実施例１）
実施例１は、Ｗ１＝５５（μｍ）、Ｗ２＝９５（μｍ）、Ｗ１／Ｗ２≒０．５８となっている。このときの残渣は、図３に示すように、第一の振動腕部１１２ａ側に生じる残渣の先端位置Ｐ１ａが、第二の振動腕部１１２ｂの残渣の先端位置Ｐ２ａに近づく状態となる。
Example 1
In Example 1, W1 = 55 (μm), W2 = 95 (μm), and W1 / W2≈0.58. As shown in FIG. 3, the residue at this time is in a state in which the residue tip position P1a generated on the first vibrating arm portion 112a side approaches the residue tip position P2a of the second vibrating arm portion 112b.
（実施例２）
実施例２は、Ｗ１＝６５（μｍ）、Ｗ２＝８５（μｍ）、Ｗ１／Ｗ２≒０．７６となっている。このときの残渣は、図４に示すように、第一の振動腕部１１２ａ側に生じる残渣の先端位置Ｐ１ｂが、第二の振動腕部１１２ｂの残渣の先端位置Ｐ２ｂに近づく状態となる。
(Example 2)
In Example 2, W1 = 65 (μm), W2 = 85 (μm), and W1 / W2≈0.76. As shown in FIG. 4, the residue at this time is in a state in which the tip position P1b of the residue generated on the first vibrating arm portion 112a side approaches the tip position P2b of the residue of the second vibrating arm portion 112b.
（実施例３）
実施例３は、Ｗ１＝７５（μｍ）、Ｗ２＝７５（μｍ）、Ｗ１／Ｗ２≒１．０となっている。このときの残渣は、図５に示すように、第一の振動腕部１１２ａ側に生じる残渣の先端位置Ｐ１ｃが、第二の振動腕部１１２ｂの残渣の先端位置Ｐ２ｃに近づく状態となる。
(Example 3)
In Example 3, W1 = 75 (μm), W2 = 75 (μm), and W1 / W2≈1.0. As shown in FIG. 5, the residue at this time is in a state in which the residue tip position P1c generated on the first vibrating arm portion 112a side approaches the residue tip position P2c of the second vibrating arm portion 112b.
（比較例１）
比較例１は、Ｗ１とＷ２とがない従来の音叉型屈曲水晶振動素子である。このときの残渣は、図１０に示すように、第一の振動腕部１１２ａ側に生じる残渣の先端位置Ｐ１ｄが、第二の振動腕部１１２ｂの残渣の先端位置Ｐ２ｄから離れた状態となる。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 is a conventional tuning fork-type bending crystal resonator element that does not have W1 and W2. As shown in FIG. 10, the residue at this time is such that the residue tip position P1d generated on the first vibrating arm portion 112a side is away from the residue tip position P2d of the second vibrating arm portion 112b.
（比較例２）
比較例２は、Ｗ１＝９５（μｍ）、Ｗ２＝５５（μｍ）、Ｗ１／Ｗ２≒１．７３となっている。このときの残渣は、図６に示すように、第一の振動腕部１１２ａ側に生じる残渣の先端位置Ｐ１ｅが、第二の振動腕部１１２ｂの残渣の先端位置Ｐ２ｅから離れた状態となる。
この比較例２は、比較例１の状態と似たような状態であると考えられる。
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, W1 = 95 (μm), W2 = 55 (μm), and W1 / W2≈1.73. As shown in FIG. 6, the residue at this time is such that the residue tip position P1e generated on the first vibrating arm portion 112a side is away from the residue tip position P2e of the second vibrating arm portion 112b.
The comparative example 2 is considered to be in a state similar to the state of the comparative example 1.
（比較例３）
比較例３は、Ｗ１＝８５（μｍ）、Ｗ２＝６５（μｍ）、Ｗ１／Ｗ２≒１．３１となっている。このときの残渣は、図７に示すように、第一の振動腕部１１２ａ側に生じる残渣の先端位置Ｐ１ｆが、第二の振動腕部１１２ｂの残渣の先端位置Ｐ２ｆから離れた状態となる。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, W1 = 85 (μm), W2 = 65 (μm), and W1 / W2≈1.31. As shown in FIG. 7, the residue at this time is such that the residue tip position P1f generated on the first vibrating arm portion 112a side is away from the residue tip position P2f of the second vibrating arm portion 112b.
ここで、図８は、Ｗ１／Ｗ２＝０．２〜２．４のときのＣＩ値の変化を示しており、Ｗ１／Ｗ２が０．２〜１．０の時にＣＩ値が５０（Ω）前後となっている。
なお、ＣＩ値の測定は、Ｗ１／Ｗ２が０．２、０．３、０．４３、０．５８、０．７６、１．０、１．３１、１．７３、２．３０の各比率となる音叉型屈曲振動素子を５つ用意し、それぞれの測定を行った。
音叉型屈曲振動素子は、一般的に、小型化するとＣＩ値は上昇傾向にあるが、発振器の構成部品として用いる場合、発振回路の発振マージンを考慮すれば５０ｋΩ以下が理想である。７０ｋΩでは起動性も悪く、不発振となることもあるため本発明の効果は大きい。本発明では、起動性が良くなるＣＩ値として、６０ｋΩ以下となるときが最良であるとした。
その結果、Ｗ１／Ｗ２が０．２〜１．０となるときが、６０ｋΩを下回る結果と成り、本発明の効果が確認できた。しかし、Ｗ１／Ｗ２が１．３１となるときは、ＣＩ値が６０ｋΩを下回る結果となった。しかし、Ｗ１／Ｗ２が１．７３、２．３０のときは、ＣＩ値が７０ｋΩを超えており、ＣＩ値が増大する傾向にあるため、Ｗ１／Ｗ２が１．３１のときは、ＣＩ値が７０ｋΩを超えることも考えられる。
Here, FIG. 8 shows changes in the CI value when W1 / W2 = 0.2 to 2.4, and the CI value is 50 (Ω) when W1 / W2 is 0.2 to 1.0. Before and after.
In addition, the measurement of CI value is W1 / W2 ratio of 0.2, 0.3, 0.43, 0.58, 0.76, 1.0, 1.31, 1.73, 2.30. Five tuning fork-type bending vibration elements were prepared and each of them was measured.
In general, the tuning fork type flexural vibration element tends to increase its CI value when it is miniaturized. However, when used as a component of an oscillator, the ideal value is 50 kΩ or less in consideration of the oscillation margin of the oscillation circuit. At 70 kΩ, the start-up property is poor, and non-oscillation may occur, so the effect of the present invention is great. In the present invention, the CI value that improves the startability is best when the CI value is 60 kΩ or less.
As a result, when W1 / W2 was 0.2 to 1.0, the result was less than 60 kΩ, and the effect of the present invention was confirmed. However, when W1 / W2 was 1.31, the CI value was less than 60 kΩ. However, when W1 / W2 is 1.73, 2.30, the CI value exceeds 70 kΩ, and the CI value tends to increase. Therefore, when W1 / W2 is 1.31, the CI value is It is also possible to exceed 70 kΩ.
このように、実施例１〜実施例３は、比較例１〜比較例３に比べて、第一の振動腕部１１２ａ側に生じる残渣の先端位置が、第二の振動腕部１１２ｂの残渣の先端位置に近い状態であるため、第一の振動腕部１１２ａと第二の振動腕部１１２ｂとの振動のバランスが向上し、低いＣＩ値となったものと考えられる。 Thus, compared with Comparative Examples 1 to 3, Example 1 to Example 3 are such that the tip position of the residue generated on the first vibrating arm part 112a side is the residue of the second vibrating arm part 112b. Since it is in a state close to the tip position, it is considered that the balance of vibration between the first vibrating arm portion 112a and the second vibrating arm portion 112b is improved and a low CI value is obtained.
１００ 音叉型屈曲水晶振動素子
１１０ 水晶振動片
１１１ 基部
１１２ 振動腕部
１１２ａ 第一の振動腕部
１１２ｂ 第二の振動腕部
１２１ 励振用電極
１２２ａ，１２２ｂ 接続用電極
１２３ 周波数調整用金属膜
１２４ 導配線パターン
１１３ 突起部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
基部から延設する２つ一対の振動腕部と、
前記振動腕部の間であって前記基部から延設しつつ前記振動腕部より短く形成される突起部と、を備え、
前記振動腕部が延設する方向をＹ軸方向又はＹ´軸方向とし、２つの振動腕部の並ぶ方向をＸ軸方向とした場合、
前記２つ一対の振動腕部の間の中心に対して前記突起部が−Ｘ軸方向にずれて設けられていることを特徴とする音叉型屈曲水晶振動素子。 The base,
Two pairs of vibrating arms extending from the base,
A projection formed between the vibrating arms and extending from the base while being shorter than the vibrating arms,
When the direction in which the vibrating arm portion extends is the Y-axis direction or the Y′-axis direction, and the direction in which the two vibrating arm portions are arranged is the X-axis direction,
A tuning fork-type bending quartz crystal vibration element, wherein the protrusion is provided so as to be shifted in the -X-axis direction with respect to the center between the two pairs of vibrating arms.
基部から延設する２つ一対の振動腕部と、
前記振動腕部の間であって前記基部から延設しつつ前記振動腕部より短く形成される突起部と、を備え、
前記振動腕部が延設する方向をＹ軸方向又はＹ´軸方向とし、２つの振動腕部の並ぶ方向をＸ軸方向とした場合、
前記２つ一対の振動腕部のうち、−Ｘ軸方向側の振動腕部と前記突起部との間隔をＷ１、＋Ｘ軸方向側の振動腕部と前記突起部との間隔をＷ２としたとき、
前記突起部が、０．２≦Ｗ１／Ｗ２＜１．０となる位置に設けられることを特徴とする音叉型屈曲水晶振動素子。 The base,
Two pairs of vibrating arms extending from the base,
A projection formed between the vibrating arms and extending from the base while being shorter than the vibrating arms,
When the direction in which the vibrating arm portion extends is the Y-axis direction or the Y′-axis direction, and the direction in which the two vibrating arm portions are arranged is the X-axis direction,
Of said two pair of vibrating arms, when the distance between the distance between the protrusions and the vibrating arms of the -X-axis direction side W1, the projection portion and the vibrating arms of the + X-axis direction side is W2 ,
A tuning fork-type bending quartz crystal vibration element, wherein the protrusion is provided at a position where 0.2 ≦ W1 / W2 < 1.0.
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