JP6083144B2 - Vibrating piece, vibrating element, vibrator, electronic device, electronic apparatus, moving body, and method of manufacturing vibrating piece - Google Patents
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Description
本発明は、振動片、振動素子、振動子、電子デバイス、電子機器、移動体及び振動片の製造方法に関する。 The present invention relates to a vibrating piece, a vibrating element, a vibrator, an electronic device, an electronic device, a moving body, and a method for manufacturing the vibrating piece.
主振動が厚み滑り振動で励振する水晶振動片が用いられている水晶振動子は、小型化、高周波数化に適し、且つ、周波数温度特性が優れているので、発振器、電子機器等の多方面で使用されている。特に、近年では携帯電話やコンピューター等の様々な電子機器の小型化、薄型化に伴い、それに用いられる水晶振動子に対してもより一層の小型化、薄型化の要求が強まっている。 Quartz resonators that use quartz resonators that are excited by thickness shear vibration are suitable for miniaturization and higher frequency, and have excellent frequency-temperature characteristics. Used in. In particular, in recent years, with the reduction in size and thickness of various electronic devices such as mobile phones and computers, there has been an increasing demand for further downsizing and thickness reduction of crystal units used therefor.
しかし、水晶振動子の小型化を図ろうとすると、振動領域と保持部との間隔が近くなるため振動エネルギーが漏洩しCI(クリスタル・インピーダンス=水晶振動子の等価抵抗)が低減することや主振動である厚み滑り振動の共振周波数近傍に、水晶振動片の輪郭寸法に依存した厚み屈曲振動等の不要な振動モードに起因したスプリアスが発生し、主振動と結合することで温度変化に対する周波数及びCIの非連続的な変動、所謂、特異現象(Anomalous Activity Dip)等が生じるという問題があった。これに対し、特許文献1には、CI値の低減や主振動と屈曲振動との結合を回避するために、メサ型水晶振動子のメサ部のX軸方向側面を垂直ではなく傾斜させて、例えば、一方の側面の傾斜角が35°、他方の側面の傾斜角が63°であることを特徴とするATカット水晶振動片が開示されている。
また、特許文献2には、厚み滑り振動の振動方向に生じる屈曲振動の腹の位置をメサ部の端縁と励振電極の端縁に合わせるように設計することにより屈曲振動を抑圧することができることが開示されている。
また更に、特許文献3には、水晶振動片のX軸方向の側面に水晶のエッチング異方性に起因した傾斜面が現出することが開示されている。
However, when trying to reduce the size of the crystal unit, the distance between the vibration region and the holding part becomes close, so that the vibration energy leaks and the CI (crystal impedance = equivalent resistance of the crystal unit) is reduced or the main vibration is reduced. In the vicinity of the resonance frequency of the thickness-shear vibration, a spurious attributed to an unnecessary vibration mode such as a thickness bending vibration depending on the outline dimension of the quartz crystal vibrating piece is generated. There has been a problem that non-continuous fluctuations, such as so-called anomalous activity dips, occur. On the other hand, in
Further, in Patent Document 2, it is possible to suppress the bending vibration by designing the antinodes of the bending vibration generated in the vibration direction of the thickness-shear vibration to match the edge of the mesa portion and the edge of the excitation electrode. Is disclosed.
Further,
上述の特許文献1や特許文献2に開示されている水晶振動片では、更なる小型化を図る場合、励振部の厚み滑り振動の振動方向であるX軸方向、即ち振動片の長辺方向に十分な屈曲振動の抑圧が得られていないという課題があった。
従って、本願発明において小型の振動片及びその製造方法を提供する際の課題は、第1に水晶基板の厚み滑り振動の振動方向に生じる厚み屈曲振動モードの影響の低減であり、第2にCI値の低減であり、第3に周波数温度特性を改善することである。
In the crystal resonator element disclosed in
Accordingly, the problem in providing a small vibrating piece and a manufacturing method thereof in the present invention is firstly the reduction of the influence of the thickness bending vibration mode generated in the vibration direction of the thickness-shear vibration of the quartz substrate, and secondly the CI. The value is reduced, and thirdly, the frequency temperature characteristic is improved.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[形態1]本形態に係る振動片の製造方法は、水晶の結晶軸であるX軸と、前記X軸を回転軸として結晶軸であるZ軸を結晶軸であるY軸の−Y軸側へ回転して得られるZ’軸とを含む面を主面とし、前記X軸を回転軸として結晶軸であるY軸を結晶軸である前記Z軸の−Z軸側へ回転して得られるY’軸方向を厚さとする回転Yカット水晶基板を準備する工程と、前記回転Yカット水晶基板の前記X軸と交差する複数の側面のうち少なくとも一方の前記側面をエッチングした後に少なくとも4つの面が形成されるように、前記回転Yカット水晶基板をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする
本形態によれば、回転Yカット水晶基板の振動片を小型化しても、X軸側の側面に少なくとも4つの面が形成されるようにエッチングを施すことにより、水晶振動片の輪郭寸法に依存した厚み屈曲振動モードの影響を抑制した振動片を製造できる。また、不要な屈曲振動モードを抑制するので、CI値を低減した振動片を製造できる。更に、周波数温度特性を改善した振動片を製造できるという効果がある。
[形態2]上記形態に記載の振動片の製造方法において、前記エッチングする工程は、前記回転Yカット水晶基板の厚さを10%以上薄くする工程を含むことを特徴とする。
本形態によれば、回転Yカット水晶基板の振動片を小型化しても、Y’軸方向の厚さを10%以上薄くなるようにエッチングすることにより、+X軸側の側面に4つ以上の面が形成され、水晶振動片の輪郭寸法に依存した厚み屈曲振動モードの影響をより一層抑制した振動片を製造できる。また、不要な屈曲振動モードを抑制するので、より一層CI値を低減した振動片を製造できる。更に、周波数温度特性がより一層改善した振動片を製造できるという効果がある。
[形態3]上記形態に記載の振動片の製造方法において、前記エッチングする工程は、前記回転Yカット水晶基板の前記Y’軸方向の厚さを10%以上15%未満の範囲で薄くすることを特徴とする。
本形態によれば、回転Yカット水晶基板の振動片を小型化しても、Y’軸方向の厚さを10%以上15%未満の範囲で薄くなるようにエッチングすることにより、+X軸側の側面に4つの面が形成され、水晶振動片の輪郭寸法に依存した厚み屈曲振動モードの影響を抑制できるので、周波数温度特性を改善した振動片を製造できるという効果がある。
[形態4]上記形態に記載の振動片の製造方法において、前記エッチングする工程は、ウェットエッチングで行うことを特徴とする。
本形態によれば、エッチングをウェットエッチングで行うことで、水晶の結晶異方性に伴い、ウェットエッチングによって生じる新たな結晶面を利用できるという効果がある。
[形態5]上記形態に記載の振動片の製造方法において、前記エッチングする工程は、前記回転Yカット水晶基板の+Y’軸側の主面に第1マスクを配置し、−Y’軸側の主面に第2マスクを配置し、前記第1マスク及び前記第2マスクを介して前記回転Yカット水晶基板をウェットエッチングして、前記振動片の外形を形成する工程と、前記第1マスク及び前記第2マスクを除去する工程と、前記振動片をウェットエッチングして、少なくとも一方の前記側面に前記少なくとも4つの面を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
本形態によれば、水晶基板をウェットエッチングすることによって、振動片の外形を形成する工程により、X軸側の側面に2つの面が形成され、その後更に振動片をウェットエッチングすることによって、側面に少なくとも4つの面を形成することができるので、厚み屈曲振動モードの影響を抑制して周波数温度特性を改善できる振動片の製造ができるという効果がある。
[形態6]上記形態に記載の振動片の製造方法において、前記少なくとも4つの面は、前記Y’軸方向に並んでいることを特徴とする。
本形態によれば、少なくとも4つの面は、水晶の結晶異方性に伴って生じる結晶面を利用できるという効果がある。
[形態7]本形態に係る振動片は、水晶の結晶軸であるX軸と、前記X軸を回転軸として結晶軸であるZ軸を結晶軸であるY軸の−Y軸側へ回転して得られるZ’軸と、を含む面を主面とし、前記X軸を回転軸として結晶軸であるY軸を結晶軸である前記Z軸の−Z軸側へ回転して得られるY’軸方向を厚さとする回転Yカット水晶基板を有し、前記回転Yカット水晶基板の前記X軸と交差する複数の側面のうち少なくとも一方の前記側面は、少なくとも4つの面を含むことを特徴とする。
本形態によれば、振動片を小型化しても、X軸側の側面に少なくとも4つの面があることで、厚み屈曲振動モードの影響を抑制して周波数温度特性を改善できるという効果がある。
[形態8]上記形態に記載の振動片において、少なくとも一方の前記側面は、6つの面を含むことを特徴とする。
本形態によれば、振動片を小型化しても、X軸側の側面に6つの面があることで、厚み屈曲振動モードの影響を大幅に抑制して周波数温度特性を大幅に改善できるという効果がある。
[形態9]上記形態に記載の振動片において、前記6つの面は、前記Y’軸方向に並んでいることを特徴とする。
本形態によれば、6つの面は、水晶の結晶異方性に伴って生じる結晶面を利用できるという効果がある。
[形態10]上記形態に記載の振動片において、前記少なくとも4つの面は、前記Y’軸方向に並んでいることを特徴とする。
本形態によれば、少なくとも4つの面は、水晶の結晶異方性に伴って生じる結晶面を利用できるという効果がある。
[形態11]上記形態に記載の振動片において、他方の前記側面は、2つの面を含むことを特徴とする。
本形態によれば、振動片を小型化しても、X軸側の他方の側面にも2つの面があることで、厚み屈曲振動モードの影響をより一層抑制して周波数温度特性をより一層改善できるという効果がある。
[形態12]上記形態に記載の振動片において、+Y’軸側の第1主面、−Y’軸側の第2主面、及び前記少なくとも4つの面を有する前記少なくとも4つの面を有する前記側面において、端部が互いに接続されている2つの面がなす角度が鈍角であることを特徴とする。
本形態によれば、X軸側の少なくとも4つの面を有する側面において、2つの面がなす角度が全て鈍角であることで、X軸側の側面を利用して、励振電極とパッド電極とをリード電極で接続する場合に、リード電極の断線を防止できるという効果がある。
[形態13]上記形態に記載の振動片において、前記回転Yカット水晶基板の少なくとも一方の前記主面に突出部が設けられていることを特徴とする。
本形態によれば、振動片を小型化しても、水晶基板の励振電極を形成する位置に厚肉中央部と薄肉周辺部とによるメサ形状を形成することで、主振動に重畳する厚み屈曲振動モード等の不要波を大幅に抑制でき、周波数温度特性が大幅に改善できるという効果がある。
[形態14]上記形態に記載の振動片において、前記突出部は、平面視で、前記少なくとも4つの面を有する前記側面よりも他方の前記側面に近い位置に配置していることを特徴とする。
本形態によれば、振動片を小型化しても、水晶基板の励振電極を形成する位置に厚肉中央部と薄肉周辺部とによるメサ形状を形成することで、主振動に重畳する厚み屈曲振動モード等の不要波を大幅に抑制でき、周波数温度特性が大幅に改善できるという効果がある。
[形態15]本形態に係る振動素子は、上記形態に記載の振動片の前記主面に励振電極が配置していることを特徴とする。
本形態によれば、励振電極を形成することで、主振動である厚み滑り振動モードを安定して励振することができるという効果がある。
[形態16]上記形態に記載の振動素子において、前記励振電極は、平面視で、前記少なくとも4つの面を有する前記側面よりも他方の前記側面に近い位置に配置していることを特徴とする。
本形態によれば、主振動である厚み滑り振動モードを安定して励振することができるという効果がある。
[形態17]本形態に係る振動素子は、上記形態に記載の振動片の前記主面に、平面視で、前記突出部と重なる位置に励振電極が配置していることを特徴とする。
本形態によれば、振動片を小型化しても、水晶基板の厚肉中央部と薄肉周辺部とによるメサ形状における肉厚中央部と励振電極とが平面視で重なっているため、主振動に重畳する厚み屈曲振動モード等の不要波を大幅に抑制し、周波数温度特性が大幅に改善した振動素子が得られるという効果がある。
[形態18]上記形態に記載の振動素子において、前記励振電極は、平面視で、前記少なくとも4つの面を有する前記側面よりも他方の前記側面に近い位置に配置していることを特徴とする振動素子。
本形態によれば、主振動である厚み滑り振動モードを安定して励振することができるという効果がある。
[形態19]上記形態に記載の振動素子において、前記励振電極と電気的に接続しているパッド電極を有し、前記パッド電極は、平面視で、前記少なくとも4つの面を有する前記側面と重なる位置に配置していることを特徴とする。
本形態によれば、少なくとも4つの面を有するX軸側の側面を利用して、励振電極とパッド電極とをリード電極で接続する場合に、リード電極の断線を防止できるという効果がある。
[形態20]本形態に係る振動子は、上記形態に記載の振動素子と、前記振動素子を収容しているパッケージと、を備えていることを特徴とする。
本形態によれば、小型の振動素子をパッケージに収容することで、温度変化や湿度変化等の外乱の影響や汚染による影響を防ぐことができるため、周波数再現性、周波数温度特性、CI温度特性及び周波数エージング特性に優れた、小型の振動子が得られるという効果がある。
[形態21]本形態に係る電子デバイスは、上記形態に記載の振動素子と、電子部品と、前記振動素子及び前記電子部品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。
本形態によれば、周波数再現性、周波数温度特性、CI温度特性及び周波数エージング特性に優れた小型の振動子を用い、発振回路を構成することで、小型で安定した発振特性を有する発振器等の電子デバイスの小型化が図れるという効果がある。
[形態22]本形態に係る電子機器は、上記形態に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。
本形態によれば、CI値が小さく、周波数温度特性の良好な小型の振動素子を用いることで、良好な基準周波数源を備えた小型の電子機器が構成できるという効果がある。
[形態23]本形態に係る移動体は、上記形態に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。
本形態によれば、CI値が小さく、周波数温度特性の良好な小型の振動素子を用いることにより、安定な基準周波数源を備えた小型の電子デバイスが構成できるので、移動体を正確に制御することができるという効果がある。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Mode 1] A method of manufacturing a resonator element according to the present mode includes an X-axis that is a crystal axis of crystal, and a Y-axis side of a Y-axis that is a crystal axis with the X-axis being a rotation axis and the Z-axis being a crystal axis Obtained by rotating the Y axis, which is the crystal axis, to the −Z axis side of the Z axis, which is the crystal axis, with the plane including the Z ′ axis obtained by rotating to the main surface and the X axis as the rotation axis Preparing a rotated Y-cut quartz substrate having a thickness in the Y′-axis direction, and etching at least one of the plurality of side surfaces intersecting the X-axis of the rotated Y-cut quartz substrate; Etching the rotated Y-cut quartz substrate so as to be formed.
According to this embodiment, even if the vibrating piece of the rotating Y-cut quartz substrate is reduced in size, the etching is performed so that at least four surfaces are formed on the side surface on the X-axis side, thereby depending on the contour size of the quartz vibrating piece. It is possible to manufacture a resonator element that suppresses the influence of the thickness bending vibration mode. In addition, since an unnecessary bending vibration mode is suppressed, a resonator element with a reduced CI value can be manufactured. Furthermore, there is an effect that a resonator element with improved frequency temperature characteristics can be manufactured.
[Mode 2] In the method for manufacturing a resonator element according to the above mode, the etching step includes a step of reducing the thickness of the rotating Y-cut quartz substrate by 10% or more.
According to the present embodiment, even if the vibrating piece of the rotated Y-cut quartz substrate is reduced in size, the etching is performed so that the thickness in the Y′-axis direction is reduced by 10% or more. A resonator element in which a surface is formed and the influence of the thickness bending vibration mode depending on the outline dimension of the crystal resonator element is further suppressed can be manufactured. Moreover, since an unnecessary bending vibration mode is suppressed, a resonator element with a further reduced CI value can be manufactured. Furthermore, there is an effect that it is possible to manufacture a resonator element having further improved frequency temperature characteristics.
[Mode 3] In the method for manufacturing a resonator element according to the above mode, in the etching step, the thickness of the rotating Y-cut quartz substrate in the Y′-axis direction is reduced within a range of 10% to less than 15%. It is characterized by.
According to this embodiment, even if the vibrating piece of the rotated Y-cut quartz substrate is reduced in size, by etching so that the thickness in the Y′-axis direction is reduced within a range of 10% or more and less than 15%, Since four surfaces are formed on the side surfaces and the influence of the thickness bending vibration mode depending on the contour size of the quartz crystal vibrating piece can be suppressed, there is an effect that a vibrating piece having improved frequency temperature characteristics can be manufactured.
[Mode 4] In the method for manufacturing a resonator element according to the above mode, the etching step is performed by wet etching.
According to this embodiment, by performing the etching by wet etching, there is an effect that a new crystal plane generated by the wet etching can be used with the crystal anisotropy of the crystal.
[Mode 5] In the method for manufacturing a resonator element according to the above mode, in the etching step, a first mask is arranged on a main surface on the + Y′-axis side of the rotated Y-cut quartz substrate, and the −Y′-axis side is arranged. A step of disposing a second mask on a main surface, wet-etching the rotary Y-cut quartz crystal substrate through the first mask and the second mask, and forming an outer shape of the vibrating piece; Removing the second mask; and wet-etching the resonator element to form the at least four surfaces on at least one of the side surfaces.
According to the present embodiment, two surfaces are formed on the side surface on the X-axis side by the step of forming the outer shape of the resonator element by wet etching the quartz crystal substrate, and then further etching the resonator element by wet etching. Since at least four surfaces can be formed, it is possible to manufacture a resonator element that can suppress the influence of the thickness bending vibration mode and improve the frequency temperature characteristics.
[Mode 6] In the method for manufacturing a resonator element according to the above mode, the at least four surfaces are arranged in the Y′-axis direction.
According to this embodiment, there is an effect that at least four planes can use crystal planes generated with crystal anisotropy of quartz.
[Mode 7] The resonator element according to this mode rotates the X axis that is the crystal axis of crystal and the Z axis that is the crystal axis to the −Y axis side of the Y axis that is the crystal axis with the X axis as the rotation axis. Y ′ obtained by rotating the Y axis, which is the crystal axis, to the −Z axis side of the Z axis, which is the crystal axis, with the plane including the Z ′ axis obtained as a main surface and the X axis as the rotation axis A rotating Y-cut quartz substrate having a thickness in an axial direction, and at least one of the plurality of side surfaces intersecting with the X axis of the rotating Y-cut quartz substrate includes at least four surfaces; To do.
According to this embodiment, even if the vibration piece is reduced in size, there are at least four surfaces on the side surface on the X-axis side, so that the effect of the thickness bending vibration mode can be suppressed and the frequency temperature characteristics can be improved.
[Mode 8] In the resonator element according to the above mode, at least one of the side surfaces includes six surfaces.
According to this embodiment, even if the resonator element is reduced in size, there are six surfaces on the side surface on the X-axis side, so that the effect of the thickness bending vibration mode can be greatly suppressed and the frequency temperature characteristic can be greatly improved. There is.
[Mode 9] In the resonator element according to the above mode, the six surfaces are arranged in the Y′-axis direction.
According to this embodiment, the six faces have an effect that the crystal faces generated with the crystal anisotropy of quartz can be used.
[Mode 10] In the resonator element according to the above mode, the at least four surfaces are arranged in the Y′-axis direction.
According to this embodiment, there is an effect that at least four planes can use crystal planes generated with crystal anisotropy of quartz.
[Mode 11] In the resonator element according to the above mode, the other side surface includes two surfaces.
According to this embodiment, even if the resonator element is downsized, the other side surface on the X-axis side also has two surfaces, thereby further suppressing the influence of the thickness bending vibration mode and further improving the frequency temperature characteristics. There is an effect that can be done.
[Mode 12] The resonator element according to the above mode, wherein the resonator element includes the first main surface on the + Y′-axis side, the second main surface on the −Y′-axis side, and the at least four surfaces having the at least four surfaces. In the side surface, an angle formed by two surfaces whose end portions are connected to each other is an obtuse angle.
According to this embodiment, in the side surface having at least four surfaces on the X-axis side, the angles formed by the two surfaces are all obtuse angles, so that the excitation electrode and the pad electrode are connected using the side surface on the X-axis side. When connecting with the lead electrode, there is an effect that the disconnection of the lead electrode can be prevented.
[Mode 13] In the resonator element according to the above mode, a protrusion is provided on at least one main surface of the rotated Y-cut quartz substrate.
According to this embodiment, even if the resonator element is downsized, the thickness bending vibration that is superimposed on the main vibration is formed by forming the mesa shape with the thick central portion and the thin peripheral portion at the position where the excitation electrode of the quartz substrate is formed. Unnecessary waves such as modes can be significantly suppressed, and the frequency temperature characteristics can be greatly improved.
[Embodiment 14] In the resonator element according to the above embodiment, the protrusion is arranged in a position closer to the other side surface than the side surface having the at least four surfaces in a plan view. .
According to this embodiment, even if the resonator element is downsized, the thickness bending vibration that is superimposed on the main vibration is formed by forming the mesa shape with the thick central portion and the thin peripheral portion at the position where the excitation electrode of the quartz substrate is formed. Unnecessary waves such as modes can be significantly suppressed, and the frequency temperature characteristics can be greatly improved.
[Mode 15] The vibration element according to the present mode is characterized in that an excitation electrode is disposed on the main surface of the resonator element according to the above mode.
According to this embodiment, by forming the excitation electrode, there is an effect that the thickness shear vibration mode which is the main vibration can be stably excited.
[Mode 16] In the resonator element according to the above mode, the excitation electrode is disposed closer to the other side surface than the side surface having the at least four surfaces in a plan view. .
According to this embodiment, there is an effect that the thickness-shear vibration mode which is the main vibration can be stably excited.
[Mode 17] The vibration element according to the present mode is characterized in that an excitation electrode is disposed on the main surface of the resonator element according to the above mode at a position overlapping the projecting portion in plan view.
According to this embodiment, even if the resonator element is reduced in size, the thick central portion and the excitation electrode in the mesa shape formed by the thick central portion and the thin peripheral portion of the quartz substrate overlap in a plan view. There is an effect that an unnecessary element such as a thickness bending vibration mode to be superimposed is significantly suppressed, and a vibration element having a greatly improved frequency temperature characteristic is obtained.
[Mode 18] In the resonator element according to the above mode, the excitation electrode is arranged in a position closer to the other side surface than the side surface having the at least four surfaces in a plan view. Vibration element.
According to this embodiment, there is an effect that the thickness-shear vibration mode which is the main vibration can be stably excited.
[Mode 19] The vibration element according to the above mode, further including a pad electrode electrically connected to the excitation electrode, and the pad electrode overlaps the side surface having the at least four surfaces in a plan view. It is arranged at a position.
According to the present embodiment, when the excitation electrode and the pad electrode are connected by the lead electrode using the side surface on the X-axis side having at least four surfaces, there is an effect that disconnection of the lead electrode can be prevented.
[Mode 20] A vibrator according to the present mode is characterized by including the vibration element according to the above aspect and a package containing the vibration element.
According to this embodiment, by accommodating a small vibration element in a package, it is possible to prevent the influence of disturbance such as temperature change and humidity change and the influence of contamination, so that frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics In addition, there is an effect that a small vibrator having excellent frequency aging characteristics can be obtained.
[Mode 21] An electronic device according to this mode includes the vibration element according to the above mode, an electronic component, and a package on which the vibration element and the electronic component are mounted.
According to this embodiment, by using a small vibrator excellent in frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics and frequency aging characteristics, and configuring an oscillation circuit, an oscillator having a small and stable oscillation characteristic can be obtained. There is an effect that the electronic device can be miniaturized.
[Mode 22] An electronic apparatus according to this mode includes the vibration element according to the above mode.
According to this embodiment, there is an effect that a small electronic device having a good reference frequency source can be configured by using a small vibration element having a small CI value and good frequency temperature characteristics.
[Mode 23] A moving body according to this mode includes the vibration element according to the above mode.
According to the present embodiment, a small electronic device having a stable reference frequency source can be configured by using a small vibration element having a small CI value and good frequency temperature characteristics. There is an effect that can be.
[適用例1]本適用例に係る振動片の製造方法は、水晶の結晶軸であるX軸と、前記X軸を回転軸として結晶軸であるZ軸を結晶軸であるY軸の−Y軸側へ回転して得られるZ’軸とを含む面を主面とし、前記X軸を回転軸として結晶軸であるY軸を結晶軸である前記Z軸の−Z軸側へ回転して得られるY’軸方向を厚みとする水晶平板で構成されている回転Yカット水晶基板を準備する工程と、前記X軸と交差する少なくとも一方の側面に少なくとも4つの面が形成されるように前記側面をエッチングする工程と、を含むことを特徴とする [Application Example 1] A method of manufacturing a resonator element according to this application example includes an X-axis that is a crystal axis of crystal, and a Y-axis that is a Y-axis that is a crystal axis with the X-axis being a rotation axis and the Z-axis being a crystal axis. A surface including the Z ′ axis obtained by rotating toward the axis side is a principal surface, and the Y axis that is the crystal axis is rotated toward the −Z axis side of the Z axis that is the crystal axis with the X axis as the rotation axis. A step of preparing a rotating Y-cut quartz crystal substrate composed of a quartz plate having a thickness in the Y′-axis direction, and at least four surfaces formed on at least one side surface intersecting the X-axis. And a step of etching the side surface.
本適用例によれば、回転Yカット水晶基板の振動片を小型化しても、X軸側の側面に少なくとも4つの面が形成されるようにエッチングを施すことにより、水晶振動片の輪郭寸法に依存した厚み屈曲振動モードの影響を抑制した振動片を製造できる。また、不要な屈曲振動モードを抑制するので、CI値を低減した振動片を製造できる。更に、周波数温度特性を改善した振動片を製造できるという効果がある。 According to this application example, even if the vibrating piece of the rotating Y-cut quartz substrate is reduced in size, by performing etching so that at least four surfaces are formed on the side surface on the X-axis side, the contour size of the quartz vibrating piece can be reduced. A resonator element that suppresses the influence of the dependent thickness bending vibration mode can be manufactured. In addition, since an unnecessary bending vibration mode is suppressed, a resonator element with a reduced CI value can be manufactured. Furthermore, there is an effect that a resonator element with improved frequency temperature characteristics can be manufactured.
[適用例2]上記適用例に記載の振動片の製造方法において、前記エッチングする工程は、前記回転Yカット水晶基板の前記Y’軸方向の厚みに対して、前記Y’軸方向の厚みを10%以上薄くすることを特徴とする。 Application Example 2 In the method for manufacturing a resonator element according to the application example described above, the etching step is performed by setting the thickness in the Y′-axis direction to the thickness in the Y′-axis direction of the rotating Y-cut quartz substrate. It is characterized by being made thinner by 10% or more.
本適用例によれば、回転Yカット水晶基板の振動片を小型化しても、Y’軸方向の厚みを10%以上薄くなるようにエッチングすることにより、+X軸側の側面に4つ以上の面が形成され、水晶振動片の輪郭寸法に依存した厚み屈曲振動モードの影響をより一層抑制した振動片を製造できる。また、不要な屈曲振動モードを抑制するので、より一層CI値を低減した振動片を製造できる。更に、周波数温度特性がより一層改善した振動片を製造できるという効果がある。 According to this application example, even if the size of the vibrating piece of the rotated Y-cut quartz substrate is reduced, four or more are provided on the side surface on the + X-axis side by etching so that the thickness in the Y′-axis direction is reduced by 10% or more. A resonator element in which a surface is formed and the influence of the thickness bending vibration mode depending on the outline dimension of the crystal resonator element is further suppressed can be manufactured. Moreover, since an unnecessary bending vibration mode is suppressed, a resonator element with a further reduced CI value can be manufactured. Furthermore, there is an effect that it is possible to manufacture a resonator element having further improved frequency temperature characteristics.
[適用例3]上記適用例に記載の振動片の製造方法において、前記エッチングする工程は、前記回転Yカット水晶基板の前記Y’軸方向の厚みに対して、前記Y’軸方向の厚みを10%以上15%未満の範囲で薄くすることを特徴とする。 Application Example 3 In the method for manufacturing a resonator element according to the application example described above, the etching step is performed by setting the thickness in the Y′-axis direction to the thickness in the Y′-axis direction of the rotating Y-cut quartz substrate. It is characterized by thinning in the range of 10% or more and less than 15%.
本適用例によれば、回転Yカット水晶基板の振動片を小型化しても、Y’軸方向の厚みを10%以上15%未満の範囲で薄くなるようにエッチングすることにより、+X軸側の側面に4つの面が形成され、水晶振動片の輪郭寸法に依存した厚み屈曲振動モードの影響を抑制できるので、周波数温度特性を改善した振動片を製造できるという効果がある。 According to this application example, even if the vibrating piece of the rotated Y-cut quartz substrate is reduced in size, by etching so that the thickness in the Y′-axis direction is reduced within a range of 10% to less than 15%, Since four surfaces are formed on the side surfaces and the influence of the thickness bending vibration mode depending on the contour size of the quartz crystal vibrating piece can be suppressed, there is an effect that a vibrating piece having improved frequency temperature characteristics can be manufactured.
[適用例4]上記適用例に記載の振動片の製造方法において、前記エッチングは、ウェットエッチングであることを特徴とする。 Application Example 4 In the method for manufacturing a resonator element according to the application example, the etching is wet etching.
本適用例によれば、エッチングをウェットエッチングで行うことで、水晶の結晶異方性に伴い、ウェットエッチングによって生じる新たな結晶面を利用できるという効果がある。 According to this application example, by performing the etching by wet etching, there is an effect that a new crystal plane generated by the wet etching can be used with the crystal anisotropy of the crystal.
[適用例5]上記適用例に記載の振動片の製造方法において、前記エッチングする工程は、前記回転Yカット水晶基板の+Y’軸側の主面に第1マスクを配置し、−Y’軸側の主面に第2マスクを配置し、前記第1マスク及び前記第2マスクを介して前記回転Yカット水晶基板をウェットエッチングすることによって、振動片の外形を形成する工程と、前記第1マスク及び前記第2マスクを除去する工程と、前記マスクを除去された振動片をウェットエッチングすることによって、前記側面に少なくとも4つの面を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 Application Example 5 In the method for manufacturing a resonator element according to the application example described above, in the etching step, a first mask is disposed on a main surface on the + Y′-axis side of the rotated Y-cut quartz substrate, and a −Y′-axis is formed. A second mask is disposed on the main surface on the side, and the rotary Y-cut quartz crystal substrate is wet-etched through the first mask and the second mask, thereby forming the outer shape of the resonator element; A step of removing the mask and the second mask, and a step of forming at least four surfaces on the side surface by wet-etching the resonator element from which the mask has been removed.
本適用例によれば、水晶基板をウェットエッチングすることによって、振動片の外形を形成する工程により、X軸側の側面に2つの面が形成され、その後更に振動片をウェットエッチングすることによって、側面に少なくとも4つの面を形成することができるので、厚み屈曲振動モードの影響を抑制して周波数温度特性を改善できる振動片の製造ができるという効果がある。 According to this application example, by wet etching the quartz substrate, two surfaces are formed on the side surface on the X-axis side by the step of forming the outer shape of the vibration piece, and then further wet etching the vibration piece, Since at least four surfaces can be formed on the side surface, there is an effect that it is possible to manufacture a resonator element that can suppress the influence of the thickness bending vibration mode and improve the frequency temperature characteristics.
[適用例6]本適用例に係る振動片は、水晶の結晶軸であるX軸と、前記X軸を回転軸として結晶軸であるZ軸を結晶軸であるY軸の−Y軸側へ回転して得られるZ’軸とを含む面を主面とし、前記X軸を回転軸として結晶軸であるY軸を結晶軸である前記Z軸の−Z軸側へ回転して得られるY’軸方向を厚みとする水晶平板で構成されている回転Yカット水晶基板の前記X軸と交差する少なくとも一方の側面が、少なくとも4つの面を含むことを特徴とする。 Application Example 6 In the resonator element according to this application example, the X axis that is the crystal axis of the crystal and the Z axis that is the crystal axis are set to the −Y axis side of the Y axis that is the crystal axis with the X axis as the rotation axis. Y obtained by rotating the Y axis, which is the crystal axis, to the −Z axis side of the Z axis, which is the crystal axis, with the plane including the Z ′ axis obtained by rotation as the principal plane and the X axis as the rotation axis 'At least one side surface intersecting with the X axis of the rotating Y-cut quartz crystal substrate composed of a quartz plate having a thickness in the axial direction includes at least four surfaces.
本適用例によれば、振動片を小型化しても、X軸側の側面に少なくとも4つの面があることで、厚み屈曲振動モードの影響を抑制して周波数温度特性を改善できるという効果がある。 According to this application example, even if the resonator element is downsized, the frequency temperature characteristics can be improved by suppressing the influence of the thickness bending vibration mode by having at least four surfaces on the side surface on the X-axis side. .
[適用例7]上記適用例に記載の振動片において、前記一方の側面が6つの面を含むことを特徴とする。 Application Example 7 In the resonator element according to the application example described above, the one side surface includes six surfaces.
本適用例によれば、振動片を小型化しても、X軸側の側面に6つの面があることで、厚み屈曲振動モードの影響を大幅に抑制して周波数温度特性を大幅に改善できるという効果がある。 According to this application example, even if the resonator element is reduced in size, there are six surfaces on the side surface on the X-axis side, so that the influence of the thickness bending vibration mode can be greatly suppressed and the frequency temperature characteristic can be greatly improved. effective.
[適用例8]上記適用例に記載の振動片において、前記回転Yカット水晶基板のX軸と交差する他方の側面が、2つの面を含むことを特徴とする。 Application Example 8 In the resonator element according to the application example described above, the other side surface that intersects the X axis of the rotated Y-cut quartz substrate includes two surfaces.
本適用例によれば、振動片を小型化しても、X軸側の他方の側面にも2つの面があることで、厚み屈曲振動モードの影響をより一層抑制して周波数温度特性をより一層改善できるという効果がある。 According to this application example, even if the resonator element is reduced in size, the other side surface on the X-axis side also has two surfaces, thereby further suppressing the influence of the thickness bending vibration mode and further improving the frequency temperature characteristics. There is an effect that it can be improved.
[適用例9]上記適用例に記載の振動片において、+Y’軸側の第1主面、−Y’軸側の第2主面、及び前記4つの面或いは前記6つの面において、端部が互いに接続されている2つの面がなす角度が鈍角であることを特徴とする。 Application Example 9 In the resonator element according to the application example described above, in the first main surface on the + Y′-axis side, the second main surface on the −Y′-axis side, and the four surfaces or the six surfaces, end portions The angle between two surfaces connected to each other is an obtuse angle.
本適用例によれば、X軸側の側面に形成された2つから6つの結晶面において、2つの面がなす角度が全て鈍角であることで、X軸側の側面を利用して、励振電極とパッド電極とをリード電極で接続する場合に、リード電極の断線を防止できるという効果がある。 According to this application example, in two to six crystal planes formed on the side surface on the X-axis side, the angles formed by the two surfaces are all obtuse angles, so that excitation is performed using the side surface on the X-axis side. When the electrode and the pad electrode are connected by the lead electrode, there is an effect that the disconnection of the lead electrode can be prevented.
[適用例10]上記適用例に係る振動片において、前記回転Yカット水晶基板の少なくとも一方の主面に突出部が設けられていることを特徴とする。 Application Example 10 In the resonator element according to the application example described above, a protrusion is provided on at least one main surface of the rotated Y-cut quartz crystal substrate.
本適用例によれば、振動片を小型化しても、水晶基板の励振電極を形成する位置に厚肉中央部と薄肉周辺部とによるメサ形状を形成することで、主振動に重畳する厚み屈曲振動モード等の不要波を大幅に抑制でき、周波数温度特性が大幅に改善できるという効果がある。 According to this application example, even if the resonator element is downsized, a thickness bend that overlaps the main vibration is formed by forming a mesa shape with a thick central portion and a thin peripheral portion at the position where the excitation electrode of the quartz substrate is formed. Unnecessary waves such as vibration modes can be significantly suppressed, and the frequency temperature characteristics can be greatly improved.
[適用例11]本適用例に係る振動素子は、上記適用例に記載の振動片の表裏の主面に励振電極を含むことを特徴とする。 Application Example 11 The vibration element according to this application example includes excitation electrodes on the front and back main surfaces of the resonator element according to the application example.
本適用例によれば、励振電極を形成することで、主振動である厚み滑り振動モードを安定して励振することができるという効果がある。 According to this application example, by forming the excitation electrode, there is an effect that the thickness-shear vibration mode which is the main vibration can be excited stably.
[適用例12]本適用例に係る振動子は、上記適用例に記載の振動素子と、前記振動素子を収容しているパッケージと、を備えていることを特徴とする。 Application Example 12 A vibrator according to this application example includes the vibration element according to the application example described above and a package housing the vibration element.
本適用例によれば、小型の振動素子をパッケージに収容することで、温度変化や湿度変化等の外乱の影響や汚染による影響を防ぐことができるため、周波数再現性、周波数温度特性、CI温度特性及び周波数エージング特性に優れた、小型の振動子が得られるという効果がある。 According to this application example, since the small vibration element is accommodated in the package, it is possible to prevent the influence of disturbance such as temperature change and humidity change and the influence of contamination, so that frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature There is an effect that a small vibrator having excellent characteristics and frequency aging characteristics can be obtained.
[適用例13]本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例に記載の振動素子と、電子部品と、前記振動素子及び前記電子部品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。 Application Example 13 An electronic device according to this application example includes the vibration element according to the application example described above, an electronic component, and a package in which the vibration element and the electronic component are mounted. And
本適用例によれば、周波数再現性、周波数温度特性、CI温度特性及び周波数エージング特性に優れた小型の振動子を用い、発振回路を構成することで、小型で安定した発振特性を有する発振器等の電子デバイスの小型化が図れるという効果がある。 According to this application example, a small oscillator having excellent frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics is used, and an oscillator having a small and stable oscillation characteristic is configured by configuring an oscillation circuit. The electronic device can be downsized.
[適用例14]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。 Application Example 14 An electronic apparatus according to this application example includes the vibration element described in the application example.
本適用例によれば、CI値が小さく、周波数温度特性の良好な小型の振動素子を用いることで、良好な基準周波数源を備えた小型の電子機器が構成できるという効果がある。 According to this application example, by using a small vibration element having a small CI value and good frequency temperature characteristics, there is an effect that a small electronic device including a good reference frequency source can be configured.
[適用例15]本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。 Application Example 15 A moving body according to this application example includes the vibration element described in the application example.
本適用例によれば、CI値が小さく、周波数温度特性の良好な小型の振動素子を用いることにより、安定な基準周波数源を備えた小型の電子デバイスが構成できるので、移動体を正確に制御することができるという効果がある。 According to this application example, a small electronic device having a stable reference frequency source can be configured by using a small vibration element having a small CI value and good frequency temperature characteristics. There is an effect that can be done.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る振動片の構造を示す概略図であり、図1(a)は振動片の平面図、図1(b)は図1(a)のP−P断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1A and 1B are schematic views showing the structure of a resonator element according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view of the resonator element, and FIG. 1B is a PP of FIG. 1A. It is sectional drawing.
(振動片の構造)
振動片1は、水晶基板10の中央部に振動部12を有しており、水晶基板10の厚み滑り振動の振動方向であるX軸方向を長辺とし、Z’軸方向を短辺とする矩形である。また、振動片1のX軸方向の−側の側面21cは結晶面25と結晶面26の2面で構成され、X軸方向の+側の側面131cは結晶面133、134、135、136、137、138の6面で構成されている。
(Structure of vibrating piece)
The
水晶基板10は、図2に示すように、互いに直交する結晶軸X、Y、Zを有し、X軸は電気軸、Y軸は機械軸、Z軸は光学軸と、それぞれ呼称され、XZ面をX軸の回りに所定の角度θだけ回転させて得られる平面に沿って、切り出された平板であって、所謂、回転Yカット水晶基板である。
As shown in FIG. 2, the
回転Yカット水晶基板の角度θが35.25°(35°15′)の場合、ATカット水晶基板と呼称され、優れた温度特性を有する。ここで、ATカット水晶基板は、直交する結晶軸X、Y’、Z’を有し、厚み方向がY’軸であり、Y’軸に直交するX軸とZ’軸を含む面が主面であり、主面に厚み滑り振動が主振動として励振される。 When the angle θ of the rotated Y-cut quartz substrate is 35.25 ° (35 ° 15 ′), it is called an AT-cut quartz substrate and has excellent temperature characteristics. Here, the AT-cut quartz substrate has crystal axes X, Y ′, and Z ′ that are orthogonal to each other, the thickness direction is the Y′-axis, and the surface that includes the X-axis and the Z′-axis orthogonal to the Y′-axis is the main. A thickness-shear vibration is excited as a main vibration on the main surface.
(振動片の製造方法)
次に、本発明の一実施形態に係る振動片の製造方法について、図3の製造工程の水晶基板と振動片の概略断面図を参照しながら説明する。振動片1は量産性や製造コストを考慮し、大型基板から複数個の振動片1をバッチ処理方式で製造されるのが一般的である。ここでは、一個の振動片1の概略断面図で説明する。また、水晶基板10はATカット水晶基板を用いた例で説明する。
X軸方向を長辺、Z’軸方向を短辺、Y’軸方向を厚さとするように、振動片1を外形加工する。先ず、水晶基板にラッピングやポリッシュ加工等を施し、所望の平面及び厚さを有する水晶基板10を準備する。水晶基板10の表裏両主面に、例えば所定膜厚の下地層となるクロム(Cr)31及び耐食層となる金(Au)32をスパッタまたは蒸着により形成し、レジスト33を塗布後、フォトリソグラフィ技法とエッチング技法を使用して、マスク30a、30bを形成する(図3(a))。
(Manufacturing method of vibrating piece)
Next, a method for manufacturing a resonator element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to schematic cross-sectional views of the quartz substrate and the resonator element in the manufacturing process of FIG. In consideration of mass productivity and manufacturing cost, the
The
次に、マスク開口から露出した水晶基板10をフッ化アンモニウム溶液等を用いてエッチングする。水晶のエッチング異方性によって、水晶基板10の露出面には、水晶基板10の主面からそれぞれ異なる角度で傾斜した結晶面23、24、133、134が現れる(図3(b))。図3(b)において、水晶基板10の+Y’軸側には、X軸方向の−側に水晶基板10の主面の法線方向に対する傾斜角度が約55°(55°±2°、つまり53°〜57°の範囲)の結晶面23が形成され、X軸方向の+側に傾斜角度が約27°(27°±2°、つまり25°〜29°の範囲)の結晶面133が形成される。水晶基板10の−Y’軸側には、これとは線対称に、X軸方向の−側に傾斜角度が約55°(55°±2°、つまり53°〜57°の範囲)の結晶面24が形成され、X軸方向の+側に傾斜角度が約27°(27°±2°、つまり25°〜29°の範囲)の結晶面134が形成される。その後、水晶基板10の露出面のエッチングを更に進めると、マスクされていない水晶部分が完全に貫通し、X軸方向の−側の側面21は、結晶面23と結晶面24との2面の結晶面で構成された側面形状となり、X軸方向の+側の側面131は、結晶面133と結晶面134との2面の結晶面で構成された側面形状となる(図3(c))。
Next, the
続いて、レジスト33を剥離し、クロム(Cr)31及び金(Au)32を全て除去する(図3(d))。その後、X軸方向の側面21、131に2面の結晶面を有する振動片101の全周部をフッ化アンモニウム溶液等を用いてエッチングし、所望の周波数となるように振動部12の厚みを調整する。
エッチング量Mdは水晶基板10の振動部12の厚みを基準とし、下記式(1)で表すこととする。
Md=(T0−Tx)/T0 (%)・・・(1)
ここで、T0は厚み調整エッチング前の水晶基板10の振動部12の厚み、Tx(ここでxは1〜3である)は厚み調整エッチング後の水晶基板10の振動部12の厚みである。
つまり、Mdとは、厚み調整エッチング前の水晶基板10の振動部12の厚みと厚み調整エッチング後の水晶基板10の振動部12の厚みとの差である除去する厚みの量を厚み調整エッチング前の水晶基板10の振動部12の厚みに対する割合(%)で表したものである。
ウェットエッチングにより除去する厚みの量Md(以後、エッチング量Mdと称す)が10%未満の場合、振動片102のX軸方向の−側の側面21aは、傾斜角度約55°(55°±2°、つまり53°〜57°の範囲)の結晶面23、24から新たに傾斜角度約25°(25°±2°、つまり23°〜27°の範囲)の結晶面25、26が生じ、2面の結晶面で構成された側面形状となることが分かった。また、X軸方向の+側の側面131aは、傾斜角度約27°(27°±2°、つまり25°〜29°の範囲)の結晶面133、134の2面で構成された側面形状であり、厚み調整エッチング前の形状と同等の形状である(図3(e))。
Subsequently, the resist 33 is peeled off, and all of chromium (Cr) 31 and gold (Au) 32 are removed (FIG. 3D). Thereafter, the entire periphery of the vibrating
The etching amount Md is represented by the following formula (1) based on the thickness of the
Md = (T0−Tx) / T0 (%) (1)
Here, T0 is the thickness of the vibrating
That is, Md is the difference between the thickness of the vibrating
When the amount of thickness Md to be removed by wet etching (hereinafter referred to as etching amount Md) is less than 10%, the −
次に、エッチング量Mdを10%以上とした場合、振動片103、104のX軸方向の+側の側面131b、131cには、新たな傾斜角度を有する結晶面が生じ、4面以上の結晶面で構成された側面形状となり、エッチング量Mdが大きくなるのに比例し、X軸方向の+側の側面を構成する結晶面の数が多くなることが明らかとなった。
つまり、エッチング量Mdが10%以上15%未満の場合には、振動片103のX軸方向の−側の側面21bは、傾斜角度約25°(25°±2°、つまり23°〜27°の範囲)の結晶面25、26の2面の結晶面で構成された側面形状であり、エッチング量Mdが10%未満の場合と同等の形状である。しかし、X軸方向の+側の側面131bは、傾斜角度約27°(27°±2°、つまり25°〜29°の範囲)の結晶面133、134と、新たに水晶基板10の+Y’側主面と結晶面133との間に生じた傾斜角度約58°(58°±2°、つまり56°〜60°の範囲)の結晶面135と、水晶基板10の−Y’側主面と結晶面134との間に生じた傾斜角度約58°(58°±2°、つまり56°〜60°の範囲)の結晶面136と、を含む4面の結晶面で構成された側面形状となる(図3(f))。
Next, when the etching amount Md is 10% or more, crystal planes having a new inclination angle are generated on the side surfaces 131b and 131c on the + side in the X-axis direction of the
That is, when the etching amount Md is 10% or more and less than 15%, the −
なお、振動片103のX軸方向の−側の側面21bにおける、水晶基板10の+Y’側主面と結晶面25とのなす角度、結晶面25と結晶面26とのなす角度、結晶面26と水晶基板10の−Y’側主面とのなす角度は、全て鈍角になっている。また、振動片103のX軸方向の+側の側面131bにおける、水晶基板10の+Y’側主面と結晶面135とのなす角度、結晶面135と結晶面133とのなす角度、結晶面133と結晶面134とのなす角度、結晶面134と結晶面136とのなす角度、結晶面136と水晶基板10の−Y’側主面とのなす角度も、全て鈍角になっている。
The angle formed between the + Y ′ side main surface of the
更にエッチングを施し、エッチング量Mdを15%以上とした場合には、振動片104のX軸方向の−側の側面21cは、傾斜角度約25°(25°±2°、つまり23°〜27°の範囲)の結晶面25、26の2面の結晶面で構成された側面形状であり、エッチング量Mdが15%未満の場合と同等の形状である。しかし、X軸方向の+側の側面131cは、傾斜角度約27°(27°±2°、つまり25°〜29°の範囲)の結晶面133、134と傾斜角度約58°(58°±2°、つまり56°〜60°の範囲)の結晶面135、136との4面の結晶面と、新たに水晶基板10の+Y’側主面と結晶面135との間に生じた傾斜角度約86°(86°±2°、つまり84°〜88°の範囲)の結晶面137と、水晶基板10の−Y’側主面と結晶面136との間に生じた傾斜角度約86°(86°±2°、つまり84°〜88°の範囲)の結晶面138と、を含む6面の結晶面で構成された側面形状となることが分かった(図3(g))。
更に、X軸方向の+側の側面131cにおいて、新たに生じた結晶面137、138についても、水晶基板10の+Y’側主面と結晶面137とのなす角度、結晶面137と結晶面135とのなす角度、結晶面136と結晶面138とのなす角度、結晶面138と水晶基板10の−Y’側主面とのなす角度は、全て鈍角になっている。
When etching is further performed and the etching amount Md is set to 15% or more, the
Further, on the +
従って、振動片の外形を形成した後に、厚み調整等の更なるエッチングを施すことで、X軸方向の両側面、特に+X軸方向の側面に新たな結晶面が生じることが判明したことにより、エッチング量Mdを10%以上とすると、2面の結晶面で構成された−X軸方向の側面と4面以上の結晶面で構成された+X軸方向の側面を有する振動片を製造することが可能となった。 Therefore, after forming the outer shape of the resonator element, by performing further etching such as thickness adjustment, it has been found that new crystal planes are generated on both side surfaces in the X-axis direction, particularly on the side surfaces in the + X-axis direction. When the etching amount Md is 10% or more, it is possible to manufacture a resonator element having a −X-axis side surface constituted by two crystal faces and a + X-axis side face constituted by four or more crystal faces. It has become possible.
図4(a)、(b)、(c)は、エッチング量Mdに対する振動片102、103、104のX軸方向の断面形状を示したものであり、図4(d)は、励振電極15を形成した振動片102、103、104のX軸方向における厚み屈曲振動の振幅エネルギーを示している。図4(d)に示すように、エッチング量Mdが大きくなるのに伴い、振動片のX軸方向に重畳した厚み屈曲振動の振幅エネルギーが減衰する傾向を示している。つまり、振動片のX軸方向の両側面、特に+X側の側面が複数の結晶面で構成された側面形状となり、よりコンベックス形状に類似してきたため、輪郭寸法に起因した厚み屈曲振動モードが抑制され、X軸方向に重畳していた厚み屈曲振動の振幅エネルギーが減衰したものと考えられる。そこで、本願発明者らは、エッチング量Mdを大きくすることで多くの結晶面で側面を構成することにより、屈曲振動モードが抑制することができ、CI値の低減に有効であることを見出した。
4A, 4B, and 4C show cross-sectional shapes in the X-axis direction of the
振動片は、振動片のZ’に沿った端部が図4(d)のX1、X2、X3のような屈曲振動のエネルギーが減衰している位置となる、即ち、屈曲振動の腹となる位置となるように振動片のX軸方向の寸法を決定しているが、厳密には、屈曲振動のエネルギーはゼロではないため、本発明を適用することにより、減衰領域のエネルギーを更に減衰させることができるので、屈曲振動をより効果的に抑圧することができ、更に、振動片のX軸方向の寸法に多少のバラツキが生じたとしても屈曲振動を十分抑圧することができるという優れた効果を奏する。
なお、エッチング量Mdを30%以上施すことでX軸方向の側面に更なる新たな結晶面を形成し、X軸方向におけるエネルギー閉じ込め効果を高めることも可能と思われるが、振動片主面の表面にエッチピット(エッチチャンネルとも言う)等に起因した凹凸が生じることによるCI値劣化が予想されるので、エッチング量Mdの上限は30%程度と考えられる。
The vibration piece is located at the end along the Z ′ of the vibration piece at a position where the energy of bending vibration such as X1, X2, and X3 in FIG. 4D is attenuated, that is, the antinode of bending vibration. Although the size of the vibrating piece in the X-axis direction is determined so as to be in the position, strictly speaking, the energy of the bending vibration is not zero. Therefore, by applying the present invention, the energy of the attenuation region is further attenuated. As a result, the bending vibration can be suppressed more effectively, and the bending vibration can be sufficiently suppressed even if there is some variation in the size of the vibrating piece in the X-axis direction. Play.
In addition, it seems that it is possible to increase the energy confinement effect in the X-axis direction by forming an additional crystal plane on the side surface in the X-axis direction by applying an etching amount Md of 30% or more. Since CI value deterioration due to unevenness caused by etch pits (also referred to as etch channels) is expected on the surface, the upper limit of the etching amount Md is considered to be about 30%.
ところで、振動片をウェットエッチングにより厚みを調整する際、Z’軸に交差する側面においても以下のような現象が生じることとなる。
図5(a)、(b)、(c)は、エッチング量Mdに対する振動片102、103、104のZ’軸端部断面形状を示したものであり、図5(d)は、励振電極15を形成した振動片102、103、104のZ’軸方向における振動変位を示している。
Z’軸に交差する側面の形状は、振動片の断面となるY’Z’面の中心点に対し点対称構造となっている。
エッチング量Mdが10%未満の場合、Z’軸方向の両側面321は結晶面324と結晶面325とからなる2面の結晶面で構成された側面形状である(図5(a)。
次に、エッチング量Mdを10%以上15%未満とした場合、Z’軸方向の両側面322は、結晶面324と、結晶面325と、結晶面324と振動片102のY’側主面との間に生じた新たな結晶面327と、結晶面328と、を含む4面の結晶面で構成された側面形状となる(図5(b))。
更にエッチングを施し、エッチング量Mdを15%以上とした場合、Z’軸方向の両側面323は、結晶面324と結晶面328との間に新たな結晶面329が生じ、5面の結晶面で構成された側面形状となる(図5(c))。
By the way, when the thickness of the resonator element is adjusted by wet etching, the following phenomenon also occurs on the side surface intersecting the Z ′ axis.
FIGS. 5A, 5B, and 5C show the cross-sectional shapes of the Z′-axis end portions of the
The shape of the side surface that intersects the Z ′ axis has a point-symmetric structure with respect to the center point of the Y′Z ′ plane that is the cross section of the resonator element.
When the etching amount Md is less than 10%, both side surfaces 321 in the Z′-axis direction have a side surface shape constituted by two crystal planes including a
Next, when the etching amount Md is 10% or more and less than 15%, both side surfaces 322 in the Z′-axis direction are the
When etching is further performed and the etching amount Md is set to 15% or more, on both side surfaces 323 in the Z′-axis direction,
なお、各結晶面の水晶基板10の主面の法線方向に対する傾斜角度は、結晶面324は約3°(3°±2°、つまり1°〜3°の範囲)、結晶面325は約54°(54°±2°、つまり52°〜56°の範囲)、結晶面327は約37°(37°±2°、つまり35°〜39°の範囲)、結晶面328は約18°(18°±2°、つまり16°〜20°の範囲)、結晶面329は約10°(10°±2°、つまり8°〜12°の範囲)である。
図5(d)に示すように、Z’軸端面にも複数の面を形成することにより、主振動である厚み滑り振動モードのZ’軸方向の端部における振動変位が減衰され、エネルギー閉じ込め効果を向上することができ、CI値を改善することができる。
The inclination angle of each crystal plane with respect to the normal direction of the main surface of the
As shown in FIG. 5D, by forming a plurality of surfaces on the end surface of the Z′-axis, vibration displacement at the end in the Z′-axis direction of the thickness-shear vibration mode that is the main vibration is attenuated, and energy confinement is achieved. The effect can be improved and the CI value can be improved.
図6は、本発明の一実施形態に係る振動片の別の構造を示す概略図であり、図6(a)は振動片の平面図、図6(b)は図6(a)のP−P断面図である。
(振動片の構造)
振動片2は、回転Yカット水晶基板のX軸方向を長辺とし、Z’軸方向を短辺とする矩形である。振動片2のX軸方向の−側の側面121cは結晶面25と結晶面26の2面で構成され、X軸方向の+側の側面231cは結晶面133、134、135、136、137、138の6面で構成されている。また、振動片2は、厚肉中央部13を振動部12とし、厚肉中央部13の外縁に沿ってその周囲に薄肉周辺部14とを含むメサ型の構造を有している。
なお、厚肉中央部13である振動片2のY’軸の+側に形成されている突出部であるメサ部の側面は、X軸方向の−側が結晶面23で構成され、X軸方向の+側が結晶面133で構成されている。振動片2のY’軸の−側に形成されたメサの側面は、これとは線対称に、X軸方向の−側が結晶面24で構成され、X軸方向の+側が結晶面134で構成されている。
このメサ形状により、更に主振動である厚み滑り振動モードのエネルギー閉じ込め効果を向上させ、不要モードの影響をより一層抑制して周波数特性を改善することができる。
6A and 6B are schematic views illustrating another structure of the resonator element according to the embodiment of the invention, in which FIG. 6A is a plan view of the resonator element, and FIG. 6B is a diagram of P in FIG. It is -P sectional drawing.
(Structure of vibrating piece)
The resonator element 2 is a rectangle having the long side in the X-axis direction and the short side in the Z′-axis direction of the rotated Y-cut quartz crystal substrate. The −
In addition, the side surface of the mesa portion that is the protruding portion formed on the + side of the Y ′ axis of the vibrating piece 2 that is the thick-walled
This mesa shape can further improve the energy confinement effect of the thickness-shear vibration mode, which is the main vibration, and can further suppress the influence of the unnecessary mode and improve the frequency characteristics.
(振動片の製造方法)
次に、本発明の一実施形態に係る振動片の別の製造方法について、一個の振動片2の概略断面図で説明する。また、水晶基板10はATカット水晶基板を用いた例で説明する。
図7は振動片の外形加工の製造工程における水晶基板と振動片の概略断面図であり、図8は振動片の外形加工後に施すメサ加工の製造工程における振動片の概略断面図である。
水晶基板10の露出面のエッチングを行い、マスクされていない水晶部分が完全に貫通し、X軸方向の−側の側面121に結晶面23、24からなる2面の結晶面で構成された側面形状と、+側の側面231に結晶面133、134からなる2面の結晶面で構成された側面形状が形成されるまでは、図3に示す本発明の一実施形態に係る振動片の製造方法と同等である(図7(a)〜図7(d))。
その後、振動片201の表裏両主面に、所定膜厚の下地層となるクロム(Cr)31及び耐食層となる金(Au)32をスパッタまたは蒸着し、レジスト33を塗布後、フォトエッチングして、メサ形状パターンのマスク30c、30dを形成する(図8(e))。続いて、フッ化アンモニウム溶液等を用いてエッチングを行い、メサ形状を形成するが、このメサの段差を調整するエッチングは図3の製造工程における厚み調整エッチングと同等である。そのため、エッチング後のX軸方向の両側面の形状は前述した図3の本発明の一実施形態に係る振動片の製造方法で形成された側面形状と同一となる。
(Manufacturing method of vibrating piece)
Next, another method for manufacturing the resonator element according to the embodiment of the invention will be described with reference to a schematic cross-sectional view of one resonator element 2. The
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the quartz substrate and the vibration piece in the manufacturing process of the outer shape processing of the vibrating piece, and FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the vibration piece in the manufacturing process of the mesa processing performed after the outer shape processing of the vibration piece.
The exposed surface of the
Thereafter, chromium (Cr) 31 serving as an underlayer having a predetermined thickness and gold (Au) 32 serving as a corrosion-resistant layer are sputtered or deposited on both the front and back main surfaces of the
即ち、エッチング量Mdが10%未満の場合、振動片202のX軸方向の−側の側面121aは、傾斜角度約55°(55°±2°、つまり53°〜57°の範囲)の結晶面23、24から新たに傾斜角度約25°(25°±2°、つまり23°〜27°の範囲)の結晶面25、26が生じ、2面の結晶面で構成された側面形状となる。また、X軸方向の+側の側面231aは、傾斜角度約27°(27°±2°、つまり25°〜29°の範囲)の結晶面133、134の2面で構成された側面形状であり、メサ形成エッチング前の形状と同等の形状である(図8(f))。
That is, when the etching amount Md is less than 10%, the −
次に、エッチング量Mdを10%以上15%未満とした場合、振動片203のX軸方向の−側の側面121bは、傾斜角度約25°(25°±2°、つまり23°〜27°の範囲)の結晶面25、26の2面の結晶面で構成された側面形状である。しかし、X軸方向の+側の側面231bは、傾斜角度約27°(27°±2°、つまり25°〜29°の範囲)の結晶面133、134と、新たに水晶基板10のエッチングが施され厚みT2に相当する+Y’側主面と結晶面133との間に生じた傾斜角度約58°(58°±2°、つまり56°〜60°の範囲)の結晶面135と、水晶基板10のエッチングが施され厚みT2に相当する−Y’側主面と結晶面134との間に生じた傾斜角度約58°(58°±2°、つまり56°〜60°の範囲)の結晶面136と、を含む4面の結晶面で構成された側面形状となる(図8(g))。
Next, when the etching amount Md is 10% or more and less than 15%, the
更にエッチングを施し、エッチング量Mdを15%以上とした場合、振動片204のX軸方向の−側の側面121cは、傾斜角度約25°(25°±2°、つまり23°〜27°の範囲)の結晶面25、26の2面の結晶面で構成された側面形状である。しかし、X軸方向の+側の側面231cは、傾斜角度約27°(27°±2°、つまり25°〜29°の範囲)の結晶面133、134と傾斜角度約58°(58°±2°、つまり56°〜60°の範囲)の結晶面135、136と、新たに水晶基板10のエッチングが施され厚みT3に相当する+Y’側主面と結晶面135との間に生じた傾斜角度約86°(86°±2°、つまり84°〜88°の範囲)の結晶面137と、水晶基板10のエッチングが施され厚みT3に相当する−Y’側主面と結晶面136との間に生じた傾斜角度約86°(86°±2°、つまり84°〜88°の範囲)の結晶面138と、を含む6面の結晶面で構成された側面形状となる(図8(h))。
その後、メサ形状パターンのマスク30c、30dのレジスト33を剥離し、クロム(Cr)31及び金(Au)32を全て除去するとメサ形状を有する振動片204が完成する(図8(i))。
よって、メサ形状を有する振動片202、203、204であっても、X軸方向の両側面は、エッチング量Mdに関連する2面以上の結晶面で構成することが可能である。
When the etching is further performed and the etching amount Md is set to 15% or more, the
Thereafter, the resist 33 of the
Therefore, even in the
従って、エッチング量Mdを大きくすることは、X軸方向の両側面に多くの結晶面を構成することができるためエネルギー閉じ込め効果が発揮され、CI値低減に有効である。また、更にメサ形状を形成することは、主振動である厚み滑り振動モードのエネルギー閉じ込め効果をより向上させ、厚み屈曲振動モードの影響をより一層抑制して周波数特性を大幅に改善した振動片を製造することができる。
なお、エッチング量Mdを30%以上施すことでX軸方向の側面に更なる新たな結晶面を形成し、X軸方向におけるエネルギー閉じ込め効果を高めることも可能と思われるが、メサの段差が非常に大きくなることでメサの段差に係わる厚み滑り振動モードのエネルギー閉じ込め効果が減衰することが予想されるので、エッチング量Mdの上限は30%程度と考えられる。
Therefore, increasing the etching amount Md provides an energy confinement effect because many crystal planes can be formed on both side surfaces in the X-axis direction, and is effective in reducing the CI value. Further, forming a mesa shape further improves the energy confinement effect of the thickness-shear vibration mode, which is the main vibration, and further suppresses the influence of the thickness-bending vibration mode, thereby significantly improving the frequency characteristics. Can be manufactured.
In addition, it seems that it is possible to increase the energy confinement effect in the X-axis direction by forming a new crystal plane on the side surface in the X-axis direction by applying an etching amount Md of 30% or more. Since the energy confinement effect of the thickness-shear vibration mode related to the mesa step is expected to be attenuated by increasing the thickness, the upper limit of the etching amount Md is considered to be about 30%.
ここで、本発明の一実施形態においては、エッチング量Mdを、厚み調整エッチング前の水晶基板10の振動部12の厚みと厚み調整エッチング後の水晶基板10の振動部12の厚みとの差である除去する厚みの量を厚み調整エッチング前の水晶基板10の振動部12の厚みに対する割合(%)で表したものと説明した。しかし、メサ型の振動片である場合、エッチング量Mdは、厚肉中央部13と薄肉周辺部14との段差の大きさであると共に、厚み調整エッチング前の水晶基板10の厚みと薄肉周辺部14との厚みの差である薄肉周辺部14領域の除去する厚みの量を厚み調整エッチング前の水晶基板10の厚みに対する割合(%)で表したものである。
Here, in one embodiment of the present invention, the etching amount Md is determined by the difference between the thickness of the vibrating
図6、図8に示した実施形態では、振動片の表裏両主面に段差が1段のメサ形状の例を示したが、これに限定する必要はなく、振動片の表裏両主面に多段のメサ形状や振動片の表または裏の主面のどちらか一方に1段から多段のメサ形状を有していてもよい。また、メサ形状が矩形の例を示したが、これに限定する必要はなく、メサ形状も円形や楕円形であってもよい。 In the embodiment shown in FIG. 6 and FIG. 8, an example of a mesa shape with one step on the front and back main surfaces of the vibration piece is shown, but it is not necessary to limit to this, and the front and back main surfaces of the vibration piece are both A multi-stage mesa shape or a multi-stage mesa shape may be provided on either the front or back main surface of the resonator element. In addition, although an example in which the mesa shape is rectangular has been shown, the present invention is not limited to this, and the mesa shape may be circular or elliptical.
図9は、本発明の一実施形態に係る振動素子の構成を示す概略図であり、図9(a)は振動素子の平面図、図9(b)は図9(a)のP−P断面図である。
振動素子3は、振動部12を有する振動片1と、振動片1の両主面(±Y’軸方向の表裏面)に夫々対向するように形成された励振電極15と、リード電極16と、パッド電極17と、接続電極18と、を備えている。
リード電極16は、励振電極15から延出されて水晶基板10の端部に形成されたパッド電極17に導通接続されている。
パッド電極17は、振動片1の両主面の端部に夫々対向して形成され、振動片1のZ’軸方向の両側面に形成された接続電極18により夫々導通接続されている。
なお、振動片1は、前述した図3の本発明の一実施形態に係る振動片の製造方法で製造したもので、エッチング量Mdを15%以上とした場合のものである。従って、振動片1のX軸方向の−側の側面21cは結晶面25と結晶面26の2面で構成され、X軸方向の+側の側面131cは結晶面133、134、135、136、137、138の6面で構成されている。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of a vibration element according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 9A is a plan view of the vibration element, and FIG. 9B is a PP of FIG. 9A. It is sectional drawing.
The vibrating
The
The
Note that the
図9(a)に示した実施形態では、振動部12のほぼ中央部の主面に夫々対向して形成された励振電極15の形状が矩形の例を示したが、これに限定する必要はなく、形状も円形や楕円形であってもよい。
In the embodiment shown in FIG. 9A, an example in which the shape of the
図10は本発明の一実施形態に係る振動子の構成を示す概略図であり、図10(a)は蓋部材を省略した平面図であり、図10(b)は図10(a)の縦断面図である。振動子5は、振動素子3と、振動素子3を収容するために矩形の箱状に形成されているパッケージ本体40と、金属、セラミック、ガラス等から成る蓋部材49と、等で構成されている。
パッケージ本体40は、図10に示すように、第1の基板41と、第2の基板42と、第3の基板43と、シールリング44と、実装端子45と、を積層して形成されている。実装端子45は、第1の基板41の外部底面に複数形成されている。第3の基板43は中央部が除去された環状体であり、第3の基板43の上部周縁に例えばコバール等のシールリング44が形成されている。
第3の基板43と第2の基板42とにより、振動素子3を収容する凹部(キャビティ)が形成される。第2の基板42の上面の所定の位置には、導体46により実装端子45と電気的に導通する複数の素子搭載パッド47が設けられている。素子搭載パッド47は、振動素子3を載置した際に振動素子3の端部に形成したパッド電極17に対応するように配置されている。
FIG. 10 is a schematic view showing a configuration of a vibrator according to an embodiment of the present invention, FIG. 10 (a) is a plan view in which a lid member is omitted, and FIG. 10 (b) is a plan view of FIG. 10 (a). It is a longitudinal cross-sectional view. The
As shown in FIG. 10, the
The
振動素子3を支持固定する際には、先ず、振動素子3のパッド電極17を導電性接着剤38が塗布された素子搭載パッド47に載置して荷重をかける。
次に、導電性接着剤38を硬化させるために、所定の温度の高温炉に所定の時間入れる。導電性接着剤38を硬化させた後、アニール処理を施し、励振電極15に質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。その後、パッケージ本体40の第3の基板43の上面に形成したシールリング44上に、蓋部材49を載置し、真空中、又は窒素ガスの雰囲気中で蓋部材49をシーム溶接して密封し、振動子5が完成する。
又は、パッケージ本体40の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材49を載置し、溶融して密着する方法もある。この場合もパッケージのキャビティ内は真空にするか、又は窒素ガス等の不活性ガスを充填して、振動子5が完成する。
When the
Next, in order to cure the
Alternatively, there is also a method in which the
以上の振動子5の実施形態では、パッケージ本体40に積層板を用いた例を説明したが、パッケージ本体40に単層セラミック板を用い、蓋部材49に絞り加工を施したキャップを用いて振動子5を構成してもよい。
In the above-described embodiment of the
図11は本発明の一実施形態に係る振動子の変形例を示した縦断面図であり、図11(a)は変形例1の縦断面図、図11(b)は変形例2の縦断面図である。
図11に示すように、振動子5a、5bは、振動素子3と、温度センサー(感温素子)として機能するサーミスター70と、振動素子3及びサーミスター70が搭載(収納)された容器としてのパッケージ40a、40bと、を備えている。
図11(a)は、第3の基板43と第2の基板42aとにより、形成された凹部(キャビティ)に振動素子3とサーミスター70が搭載(収納)された構造である。
また、図11(b)は、第3の基板43と第2の基板42bとにより、形成された凹部(キャビティ)に振動素子3が搭載(収納)され、第1の基板41bと第2の基板42bとにより、形成された凹部(キャビティ)にサーミスター70が搭載された構造である。
11 is a longitudinal sectional view showing a modification of the vibrator according to the embodiment of the present invention. FIG. 11A is a longitudinal sectional view of
As shown in FIG. 11, the
FIG. 11A shows a structure in which the
In FIG. 11B, the
サーミスター70は、例えば、チップ型(直方体形状)の感温素子(感温抵抗素子)であって、温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体である。
サーミスター70には、例えば、温度の上昇に対して抵抗が減少するNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスターと呼ばれるサーミスターが用いられている。NTCサーミスターは、温度の変化に対する抵抗値の変化が比例関係にあるため、温度センサーとして多用されている。
サーミスター70は、パッケージ40a、40bに収納(搭載)され、振動素子3近傍の温度を検出し、図示しない温度補償回路に出力することにより、温度センサーとして振動素子3の温度変化に伴う周波数変動の補正に資する機能を果たしている。
The
As the
The
図12は本発明の一実施形態に係る電子デバイスの構成を示す概略図であって、図12(a)は蓋部材を省略した平面図であり、図12(b)は図12(a)の縦断面図である。
電子デバイス7は、パッケージ本体50と、蓋部材49と、振動素子3と、振動素子3を励振する発振回路を搭載したIC部品51と、電圧により容量が変化する可変容量素子、温度により抵抗が変化するサーミスター、インダクター等の電子部品52の少なくとも1つと、を備えている。
FIG. 12 is a schematic view showing the configuration of an electronic device according to an embodiment of the present invention. FIG. 12 (a) is a plan view in which the lid member is omitted, and FIG. 12 (b) is FIG. 12 (a). FIG.
The
パッケージ本体50は、図12に示すように、第1の基板61と、第2の基板62と、第3の基板63と、を積層して形成されている。実装端子45は、第1の基板61の外部底面に複数形成されている。第2の基板62と第3の基板63とは中央部が除去された環状体で形成されている。
第1の基板61と、第2の基板62と、第3の基板63と、により、振動素子3、IC部品51、及び電子部品52等を収容する凹部(キャビティ)が形成される。第2の基板62の上面の所定の位置には、導体46により実装端子45と電気的に導通する複数の素子搭載パッド47が設けられている。素子搭載パッド47は、振動素子3を載置した際に水晶基板10の端部に形成したパッド電極17に対応するように配置されている。
As shown in FIG. 12, the
The first substrate 61, the
振動素子3のパッド電極17を、導電性接着剤38を塗布したパッケージ本体50の素子搭載パッド47に載置し、所定の温度で導電性接着剤38を硬化させることで、パッド電極17と素子搭載パッド47との導通を図る。IC部品51をパッケージ本体50の所定の位置に固定し、IC部品51の端子と、パッケージ本体50の電極端子55とをボンディングワイヤーBWにて接続されている。また、電子部品52は、パッケージ本体50の所定の位置に載置し、金属バンプ等を用いて導体46に接続する。パッケージ本体50を真空、或いは窒素等の不活性気体で満たし、パッケージ本体50を蓋部材49で密封して電子デバイス7が完成する。
The
また、電圧により容量が変化する可変容量素子や温度により抵抗が変化するサーミスターやインダクター等の電子部品52を用い、温度補償回路や電圧制御回路を含む発振回路を構成することで、安定した発振特性を有する温度補償型発振器や電圧制御型発振器等の電子デバイス7を構成することができる。
Also, stable oscillation can be achieved by configuring an oscillation circuit including a temperature compensation circuit and a voltage control circuit using a variable capacitance element whose capacitance changes with voltage and an
次いで、本発明の一実施形態に係る振動素子を適用した電子機器(本発明の電子機器)について、図13〜図15に基づき、詳細に説明する。
図13は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としてのモバイル型(又はノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部100を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、フィルター、共振器、基準クロック等の少なくとも1つとして機能する振動素子3が内蔵されている。
Next, an electronic device (an electronic device of the present invention) to which the vibration element according to an embodiment of the present invention is applied will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer as an electronic apparatus including the resonator element according to the embodiment of the invention. In this figure, a
図14は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204及び送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部100が配置されている。このような携帯電話機1200には、フィルター、共振器等として機能する振動素子3が内蔵されている。
FIG. 14 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile phone (including PHS) as an electronic apparatus including the resonator element according to the embodiment of the invention. In this figure, a
図15は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
デジタルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部100が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部100は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCD等を含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部100に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このデジタルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター(PC)1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなデジタルカメラ1300には、フィルター、共振器等として機能する振動素子3が内蔵されている。
FIG. 15 is a perspective view illustrating a configuration of a digital camera as an electronic apparatus including the vibration element according to the embodiment of the invention. In this figure, connection with an external device is also simply shown. Here, a normal camera sensitizes a silver salt photographic film with a light image of a subject, whereas a
A
When the photographer confirms the subject image displayed on the
なお、本発明の一実施形態に係る振動素子は、図13のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図14の携帯電話機、図15のデジタルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。 In addition to the personal computer (mobile personal computer) of FIG. 13, the mobile phone of FIG. 14, and the digital camera of FIG. Inkjet printers), laptop personal computers, televisions, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, televisions Telephone, crime prevention TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (for example, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish detector, various measuring devices, instruments Class (eg, vehicle, aircraft, ship) Instruments), can be applied to electronic equipment such as a flight simulator.
図16は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える移動体の一具体例としての自動車2106を概略的に示す斜視図である。この図において、タイヤ2109を制御する電子制御ユニット2108に振動素子3が内蔵され、車体2107に搭載されている。
自動車2106には本発明に係る振動素子を有する振動子や電子デバイスが搭載されており、例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS:Antilock Brake System)、エアバック、タイヤプレッシャーモニタリングシステム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)2108に広く適用できる。
FIG. 16 is a perspective view schematically showing an
The
1,2,101,102,103,104,201,202,203,204…振動片、3…振動素子、5…振動子、7…電子デバイス、10…水晶基板、12…振動部、13…厚肉中央部、14…薄肉周辺部、15…励振電極、16…リード電極、17…パッド電極、18…接続電極、21,21a,21b,21c,121,121a,121b,121c,131,131a,131b,131c,231,231a,231b,231c…側面、23,24,25,26,133,134,135,136,137,138…結晶面、30a,30b,30c,30d…マスク、31…クロム(Cr)、32…金(Au)、33…レジスト、38…導電性接着剤、40…パッケージ本体、41…第1の基板、42…第2の基板、43…第3の基板、44…シールリング、45…実装端子、46…導体、47…素子搭載パッド、49…蓋部材、50…パッケージ本体、51…IC部品、52…電子部品、55…電極端子、61…第1の基板、62…第2の基板、63…第3の基板、70…サーミスター、100…表示部、1100…パーソナルコンピューター、1102…キーボード、1104…本体部、1106…表示ユニット、1200…携帯電話機、1202…操作ボタン、1204…受話口、1206…送話口、1300…デジタルカメラ、1302…ケース、1304…受光ユニット、1306…シャッターボタン、1308…メモリー、1312…ビデオ信号出力端子、1314…入出力端子、1430…テレビモニター、1440…パーソナルコンピューター、2106…自動車、2107…車体、2108…電子制御ユニット、2109…タイヤ。
1, 2, 101, 102, 103, 104, 201, 202, 203, 204 ... vibrating piece, 3 ... vibrating element, 5 ... vibrator, 7 ... electronic device, 10 ... quartz substrate, 12 ... vibrating part, 13 ... Thick central portion, 14 ... Thin peripheral portion, 15 ... Excitation electrode, 16 ... Lead electrode, 17 ... Pad electrode, 18 ... Connection electrode, 21, 21a, 21b, 21c, 121, 121a, 121b, 121c, 131, 131a , 131b, 131c, 231, 231a, 231b, 231c ... side face, 23, 24, 25, 26, 133, 134, 135, 136, 137, 138 ... crystal face, 30a, 30b, 30c, 30d ... mask, 31 ... Chromium (Cr), 32 ... Gold (Au), 33 ... Resist, 38 ... Conductive adhesive, 40 ... Package body, 41 ... First substrate, 42 ... Second substrate, 43 3rd board | substrate, 44 ... Seal ring, 45 ... Mounting terminal, 46 ... Conductor, 47 ... Element mounting pad, 49 ... Cover member, 50 ... Package main body, 51 ... IC component, 52 ... Electronic component, 55 ... Electrode terminal, DESCRIPTION OF SYMBOLS 61 ... 1st board | substrate, 62 ... 2nd board | substrate, 63 ... 3rd board | substrate, 70 ... Thermistor, 100 ... Display part, 1100 ... Personal computer, 1102 ... Keyboard, 1104 ... Main-body part, 1106 ... Display unit, 1200 ...
Claims (21)
前記回転Yカット水晶基板の前記Y’軸方向の厚さを10%以上薄くし、且つ、前記回転Yカット水晶基板の前記X軸と交差する2つの側面のうち少なくとも一方の前記側面をエッチングした後に少なくとも4つの面が形成されるように、前記回転Yカット水晶基板をエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする振動片の製造方法。 Mainly includes a plane including an X-axis that is a crystal axis of quartz and a Z′-axis that is obtained by rotating the Z-axis that is the crystal axis toward the −Y-axis side of the Y-axis that is the crystal axis with the X-axis as a rotation axis. Prepare a rotating Y-cut quartz substrate having a thickness on the Y′-axis direction obtained by rotating the Y-axis, which is the crystal axis, to the −Z-axis side of the Z-axis, which is the crystal axis, with the X-axis as the rotation axis And a process of
The thickness of the rotated Y-cut quartz substrate in the Y′-axis direction is reduced by 10% or more, and at least one of the two sides intersecting the X-axis of the rotated Y-cut quartz substrate is etched. Etching the rotated Y-cut quartz substrate so that at least four surfaces are formed later;
A method of manufacturing a resonator element comprising:
前記回転Yカット水晶基板の前記Y’軸方向の厚さを10%以上15%未満の範囲で薄くし、且つ、前記回転Yカット水晶基板の前記X軸と交差する2つの側面のうち少なくとも一方の前記側面をエッチングした後に少なくとも4つの面が形成されるように、前記回転Yカット水晶基板をエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする振動片の製造方法。 Mainly includes a plane including an X-axis that is a crystal axis of quartz and a Z′-axis that is obtained by rotating the Z-axis that is the crystal axis toward the −Y-axis side of the Y-axis that is the crystal axis with the X-axis as a rotation axis. Prepare a rotating Y-cut quartz substrate having a thickness on the Y′-axis direction obtained by rotating the Y-axis, which is the crystal axis, to the −Z-axis side of the Z-axis, which is the crystal axis, with the X-axis as the rotation axis And a process of
The Y 'axis direction thickness before Symbol rotation Y cut quartz substrate thinned in the range of 10% or more and less than 15%, and, at least one of the two sides intersecting with the X-axis of the rotated Y-cut quartz substrate Etching the rotated Y-cut quartz substrate so that at least four surfaces are formed after etching one of the side surfaces ;
A method of manufacturing a resonator element comprising:
前記エッチングする工程は、ウェットエッチングで行うことを特徴とする振動片の製造方法。 In claim 1 or claim 2 ,
The method of manufacturing a resonator element, wherein the etching step is performed by wet etching.
前記エッチングする工程は、
前記回転Yカット水晶基板の前記Y’軸方向の一方側の前記主面に第1マスクを配置し、前記Y’軸方向の他方側の前記主面に第2マスクを配置し、前記第1マスク及び前記第2マスクを介して前記回転Yカット水晶基板をウェットエッチングして、前記振動片の外形を形成する工程と、
前記第1マスク及び前記第2マスクを除去する工程と、
前記振動片をウェットエッチングして、少なくとも一方の前記側面に、前記少なくとも4つの面を形成する工程と、
を含むことを特徴とする振動片の製造方法。 In claim 3 ,
The etching step includes
A first mask is disposed on the principal surface on one side in the Y′- axis direction of the rotated Y-cut quartz substrate, a second mask is disposed on the principal surface on the other side in the Y′- axis direction , and the first Wet etching the rotating Y-cut quartz substrate through a mask and the second mask to form an outer shape of the vibrating piece;
Removing the first mask and the second mask;
Forming the at least four surfaces on at least one of the side surfaces by wet etching the vibration piece;
A method of manufacturing a resonator element comprising:
前記少なくとも4つの面は、前記Y’軸方向に並んでいることを特徴とする振動片の製造方法。 In any one of Claims 1 thru | or 4 ,
The method of manufacturing a resonator element, wherein the at least four surfaces are arranged in the Y′-axis direction.
前記回転Yカット水晶基板の前記X軸と交差する2つの側面のうち少なくとも一方の前記側面は、少なくとも4つの面を含み、
前記Y’軸方向の一方側の前記主面、前記Y’軸方向の他方側の前記主面、及び前記少なくとも4つの面を有する前記側面において、端部が互いに接続されている2つの面がなす角度が鈍角であることを特徴とする振動片。 A plane including an X-axis that is a crystal axis of quartz and a Z′-axis that is obtained by rotating the Z-axis that is the crystal axis toward the −Y-axis side of the Y-axis that is the crystal axis using the X-axis as a rotation axis. A rotating Y-cut quartz substrate having a thickness on a Y′-axis direction obtained by rotating the Y-axis that is a crystal axis toward the −Z-axis side of the Z-axis that is a crystal axis with the X-axis as a rotation axis. Have
At least one of the side surfaces of the two side surfaces intersecting the X-axis of the rotated Y-cut quartz substrate is viewed contains at least four surfaces,
In the main surface on one side in the Y′-axis direction, the main surface on the other side in the Y′-axis direction, and the side surface having the at least four surfaces, two surfaces whose end portions are connected to each other are An oscillating piece characterized in that the angle formed is an obtuse angle .
少なくとも一方の前記側面は、6つの面を含むことを特徴とする振動片。 In claim 6 ,
At least one of the side surfaces includes six surfaces.
前記6つの面は、前記Y’軸方向に並んでいることを特徴とする振動片。 In claim 7 ,
The vibrating element is characterized in that the six surfaces are arranged in the Y′-axis direction.
前記少なくとも4つの面は、前記Y’軸方向に並んでいることを特徴とする振動片。 In claim 6 or claim 7 ,
The resonator element according to claim 1, wherein the at least four surfaces are arranged in the Y′-axis direction.
他方の前記側面は、2つの面を含むことを特徴とする振動片。 In any one of Claims 6 thru | or 9 ,
The other side surface includes two surfaces.
前記回転Yカット水晶基板の前記Y’軸方向の一方側の前記主面および前記Y’軸方向の他方側の前記主面のうち、少なくとも一方の前記主面に突出部が設けられていることを特徴とする振動片。 In any one of Claim 6 thru | or Claim 10 ,
A protrusion is provided on at least one of the principal surfaces of the rotating Y-cut quartz crystal substrate on the one side in the Y′-axis direction and the principal surface on the other side in the Y′-axis direction . Vibrating piece characterized by.
前記突出部は、平面視で、前記少なくとも4つの面を有する前記側面よりも他方の前記側面に近い位置に配置されていることを特徴とする振動片。 In claim 11 ,
The projecting portion is disposed in a position closer to the other side surface than the side surface having the at least four surfaces in plan view.
前記励振電極は、平面視で、前記少なくとも4つの面を有する前記側面よりも他方の前記側面に近い位置に配置されていることを特徴とする振動素子。 In claim 13 ,
The excitation element is arranged at a position closer to the other side surface than the side surface having the at least four surfaces in plan view.
前記励振電極は、平面視で、前記少なくとも4つの面を有する前記側面よりも他方の前記側面に近い位置に配置していることを特徴とする振動素子。 In claim 15 ,
The excitation element is arranged at a position closer to the other side surface than the side surface having the at least four surfaces in plan view.
前記励振電極と電気的に接続しているパッド電極を有し、
前記パッド電極は、平面視で、前記少なくとも4つの面を有する前記側面と重なる位置に配置していることを特徴とする振動素子。 In any one of Claims 13 thru / or Claim 16 ,
A pad electrode electrically connected to the excitation electrode;
The vibration element, wherein the pad electrode is disposed at a position overlapping the side surface having the at least four surfaces in a plan view.
前記振動素子を収容しているパッケージと、
を備えていることを特徴とする振動子。 The vibration element according to any one of claims 13 to 17 ,
A package containing the vibration element;
A vibrator characterized by comprising:
電子部品と、
前記振動素子及び前記電子部品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電子デバイス。 A vibration element according to claim 13 to claim 17 ,
Electronic components,
A package in which the vibration element and the electronic component are mounted;
An electronic device comprising:
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