JP6373669B2 - Crystal oscillator - Google Patents

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Description

本発明は、移動体通信機、スマートメーター等電子機器や時計の基準信号源として用いられる振動特性が良好で信頼性の高い水晶振動子及びその製造方法に関する。詳しくは、振動脚に溝が形成され、その溝の内側に島状の壁を有する音叉型水晶振動子及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a crystal resonator having good vibration characteristics and high reliability used as a reference signal source for electronic devices such as mobile communication devices and smart meters and watches, and a method for manufacturing the same. Specifically, the present invention relates to a tuning fork type crystal resonator having a groove formed in a vibration leg and having an island-shaped wall inside the groove, and a method of manufacturing the same.

時計や移動体通信機の基準信号源として振動子や発振器等の圧電振動デバイスが広く使われている。こうした圧電振動デバイスの中でも、特に圧電材料として水晶を用いた水晶振動子や水晶発振器は温度特性が良好で精度も高いことから需要も非常に多い。   Piezoelectric vibration devices such as vibrators and oscillators are widely used as reference signal sources for watches and mobile communication devices. Among such piezoelectric vibration devices, crystal oscillators and crystal oscillators that use quartz as a piezoelectric material are in great demand because of their good temperature characteristics and high accuracy.

水晶振動子の中でも、低域の周波数帯(数百kHz以下)に用いられる屈曲振動や捩り振動を利用した音叉型の水晶振動子は用途が広く多くの製品に用いられている。なお、屈曲振動は振動モードの一つで、振動体の外形が屈曲運動する振動モードを言う。一方、捩り振動は振動体の外形が捩れ運動する振動モードを言う。   Among crystal resonators, tuning fork type crystal resonators utilizing bending vibration and torsional vibration used in a low frequency band (several hundred kHz or less) are widely used in many products. Bending vibration is one of the vibration modes, and refers to a vibration mode in which the outer shape of the vibrating body is bent. On the other hand, torsional vibration is a vibration mode in which the outer shape of the vibrating body is twisted.

以下に、屈曲振動を利用した振動子で最も一般的な音叉型の水晶振動子の構造を説明する。図10は従来の振動脚の主面に2本の溝を有する水晶振動子の斜視図である。   The structure of the most common tuning-fork type crystal resonator will be described below as a resonator using bending vibration. FIG. 10 is a perspective view of a crystal resonator having two grooves on the main surface of a conventional vibration leg.

図10に示すように、従来の振動脚の主面に2本の溝を有する音叉型の水晶振動子13は、基部33と基部33から突出した2本の振動脚160、170からなる振動片23上に、所望の形状でパターニングされ、それぞれ電位の異なる電極56、57が形成されている。   As shown in FIG. 10, a tuning fork type crystal resonator 13 having two grooves on the main surface of a conventional vibrating leg has a vibrating piece comprising a base 33 and two vibrating legs 160 and 170 protruding from the base 33. 23, electrodes 56 and 57 having different potentials are formed by patterning in a desired shape.

さらに水晶振動子13のクリスタルインピーダンス値(一般に略してCI値と称する。)を低く抑えるために、図10に示すように、振動脚160、170の主面に2本の溝43が形成され、溝43の内側の側壁にも電極56、57が形成されている構造が広く知られている(例えば特許文献1参照)。溝43の内側の側壁と振動脚160、170の外側の側壁の間に電圧を印加し、電位を交互に切り替えることによって、圧電材料である水晶からなる振動脚160、170は電歪作用により振動する。ちなみにCI値とは、水晶振動子の発振しやすさの指標となる値であり、CI値が小さいほど発振しやすく振動特性が良好な水晶振動子とされている。   Further, in order to keep the crystal impedance value (generally abbreviated as CI value for short) of the crystal resonator 13, as shown in FIG. 10, two grooves 43 are formed on the main surfaces of the vibration legs 160 and 170. A structure in which electrodes 56 and 57 are also formed on the inner side wall of the groove 43 is widely known (see, for example, Patent Document 1). By applying a voltage between the inner side wall of the groove 43 and the outer side walls of the vibrating legs 160 and 170 and alternately switching the potential, the vibrating legs 160 and 170 made of quartz, which is a piezoelectric material, vibrate by electrostriction. To do. Incidentally, the CI value is a value that serves as an index of the ease of oscillation of the crystal resonator, and the smaller the CI value, the easier the oscillation and the better the vibration characteristics.

なお、特許文献1には、主面に3本の溝が形成されている構造も開示されている。   Patent Document 1 also discloses a structure in which three grooves are formed on the main surface.

また振動脚に形成される溝の形状は、CI値や振動脚の剛性に大きく影響するので、これまでに様々な形状が提案されている。図11は従来の振動脚の長手方向に複数の小溝を並べた水晶振動子の斜視図である。   Moreover, since the shape of the groove formed on the vibrating leg greatly affects the CI value and the rigidity of the vibrating leg, various shapes have been proposed so far. FIG. 11 is a perspective view of a crystal resonator in which a plurality of small grooves are arranged in the longitudinal direction of a conventional vibration leg.

図11に示すように、従来の振動脚の長手方向に複数の小溝44を並べた音叉型の水晶振動子14は、基部34と基部34から突出した2本の振動脚180、190からなる振動片24上に、所望の形状でパターニングされ、それぞれ電位の異なる電極58、59が形成されている。さらに、振動脚180、190の主面には、複数の小溝44が振動脚180、190の幅方向と長手方向の二次元方向に並んで形成されている(例えば特許文献2参照)。   As shown in FIG. 11, a tuning fork type quartz crystal vibrator 14 in which a plurality of small grooves 44 are arranged in the longitudinal direction of a conventional vibrating leg has a vibration composed of a base 34 and two vibrating legs 180 and 190 protruding from the base 34. On the piece 24, electrodes 58 and 59 having different potentials are formed by patterning in a desired shape. Further, a plurality of small grooves 44 are formed on the main surface of the vibrating legs 180 and 190 side by side in the two-dimensional direction of the vibrating legs 180 and 190 in the width direction and the longitudinal direction (see, for example, Patent Document 2).

このように小溝44を配置することで、長手方向に長く形成した図10に示すような溝43よりも、溝深さを制御しやすくなり、歩留まりが向上し、良好で安定した電界効率が得られる。   By arranging the small grooves 44 in this manner, it becomes easier to control the groove depth than the groove 43 as shown in FIG. 10 formed long in the longitudinal direction, the yield is improved, and good and stable electric field efficiency is obtained. It is done.

図12は従来の複数の小溝を千鳥配置で並べた水晶振動子の斜視図である。図12に示すように、従来から開示されている複数の小溝44を千鳥配置で並べた音叉型の水晶振動子14は、基部34と基部34から突出した2本の振動脚180、190からなる振動片24上に、所望の形状でパターニングされ、それぞれ電位の異なる電極58、59が形成されている。さらに、振動脚180、190の主面には、複数の小溝44が振動脚180,190の幅方向と長手方向の二次元方向に千鳥配置で形成されている(例えば特許文献2及び特許文献3参照)。   FIG. 12 is a perspective view of a crystal resonator in which a plurality of conventional small grooves are arranged in a staggered arrangement. As shown in FIG. 12, a tuning fork type crystal resonator 14 in which a plurality of small grooves 44 disclosed in the prior art are arranged in a staggered arrangement includes a base portion 34 and two vibrating legs 180 and 190 protruding from the base portion 34. Electrodes 58 and 59 having different potentials are formed on the resonator element 24 by patterning in a desired shape. Furthermore, a plurality of small grooves 44 are formed on the main surfaces of the vibrating legs 180 and 190 in a staggered arrangement in the two-dimensional direction of the vibrating legs 180 and 190 in the width direction and the longitudinal direction (for example, Patent Document 2 and Patent Document 3). reference).

このように小溝44を振動脚180,190の主面に千鳥配置で並べることにより、小溝44に形成される電極58、59の有効面積は図11に示す水晶振動子上に形成された電極58、59に比べて広くなり、電界効率が向上する。   By arranging the small grooves 44 in a staggered arrangement on the main surfaces of the vibrating legs 180 and 190 in this way, the effective area of the electrodes 58 and 59 formed in the small grooves 44 is the electrode 58 formed on the crystal resonator shown in FIG. , 59, and the electric field efficiency is improved.

特開2012−156873号公報JP 2012-156873 A 特開2006−060727号公報JP 2006-060727 A 特開2004−260249号公報JP 2004-260249 A

上記に示すように、従来から振動脚の主面に複数の溝を形成することで電界効率を向上させ、クリスタルインピーダンス値(CI値)を低く抑えられることが知られている。しかしながら、近年、水晶振動子の小型化が進み、それにともない振動脚が細くなるにつれて、振動脚の主面の面積も狭くなるので、従来のように多数の溝を形成すると、必然的に溝幅が狭くなってしまう。   As described above, it has been conventionally known that by forming a plurality of grooves on the main surface of the vibrating leg, the electric field efficiency can be improved and the crystal impedance value (CI value) can be kept low. However, in recent years, the area of the main surface of the vibrating leg becomes narrower as the size of the quartz crystal resonator becomes smaller and accordingly the vibrating leg becomes thinner. Becomes narrower.

溝の内側の側壁には電極を所定の厚みで形成しなくてはならないが、その電極は蒸着法やスパッタリング法等の真空成膜法によって成膜されるため、溝幅が狭くなり開口部が狭まると、溝の奥深くまで電極膜材料が入り難くなり、その結果、溝の内側の側壁に電極が成膜されないという不良が多く発生していた。電極が成膜されないと、いくら溝形状を最適化しても、良好な電界効率は得られない。   The electrode must be formed with a predetermined thickness on the inner side wall of the groove, but the electrode is formed by a vacuum film forming method such as a vapor deposition method or a sputtering method. When it narrows, it becomes difficult for the electrode film material to enter deeply into the groove, and as a result, many defects that the electrode is not formed on the inner side wall of the groove have occurred. If the electrode is not formed, good electric field efficiency cannot be obtained no matter how the groove shape is optimized.

特に図11及び図12に示すような小溝になると、より一段と開口部が狭くなるので、小溝の内側の側壁に電極を形成するのは非常に難しい。   In particular, in the case of a small groove as shown in FIG. 11 and FIG. 12, the opening is further narrowed, so that it is very difficult to form an electrode on the inner side wall of the small groove.

以上の結果、従来の水晶振動子は小型化すればするほど、電界効率が悪化しCI値が上昇するため、振動特性が悪く、信頼性の低い水晶振動子になっていた。   As a result, the smaller the size of the conventional crystal unit, the worse the electric field efficiency and the CI value, resulting in poor crystal characteristics and low reliability.

上記課題を解決するために、本発明の水晶振動子は、振動脚に溝を有する振動片上に電極が形成される水晶振動子であって、水晶振動子は、中央脚と中央脚の両隣に配置される振動脚と、中央脚の一端と振動脚とを接続する接続部と、中央脚の他端に形成された支持部とを備え、支持部と中央脚とで固定され、振動脚は、中央脚との接続部から突出方向に向かって縮幅する第一振動脚部と一定の幅を有する第二振動脚部とを備え、溝の内側に形成される少なくとも一つの島状の内壁が、第一振動脚部と第二振動脚部との境界部分に形成されている水晶振動子とする。 In order to solve the above problems, a crystal resonator according to the present invention is a crystal resonator in which an electrode is formed on a resonator element having a groove on a vibration leg, and the crystal resonator is adjacent to the center leg and the center leg. A vibrating leg , a connecting portion connecting the one end of the central leg and the vibrating leg, and a supporting portion formed at the other end of the central leg. The vibrating leg is fixed by the supporting portion and the central leg. Is provided with a first vibrating leg portion that is reduced in width in the projecting direction from the connecting portion with the central leg, and a second vibrating leg portion having a certain width, and at least one island-like shape formed inside the groove. It is assumed that the inner wall has a crystal resonator formed at a boundary portion between the first vibrating leg and the second vibrating leg.

本発明の水晶振動子は、溝の内側に島状突起(内壁)を設けることにより、複数の溝を形成した時と同じように電界効率に優れた溝形状を得られ、かつ、島状に形成することにより、電極形成時に、広い開口面積が得られるので、電極材料を溝の奥深くまで成膜させることができる為、連続した電極膜を形成でき、より一層の電界効率の向上効果が得られる。その結果、CI値を低下させることができ、振動特性が良好で、信頼性の高い水晶振動子を提供できる。   In the crystal resonator of the present invention, by providing island-like protrusions (inner walls) on the inner side of the groove, a groove shape having excellent electric field efficiency can be obtained in the same manner as when a plurality of grooves are formed, and in an island shape By forming, a wide opening area can be obtained at the time of electrode formation, so that the electrode material can be formed deep into the groove, so that a continuous electrode film can be formed, and a further improvement in electric field efficiency can be obtained. It is done. As a result, a CI value can be reduced, and a crystal resonator having good vibration characteristics and high reliability can be provided.

さらに、溝の奥深くまで電極を形成し易くなるので、電極形成不良が少なくなり、生産性も向上する。   Furthermore, since it becomes easy to form an electrode deeply in the groove, defective electrode formation is reduced and productivity is improved.

本発明の溝の内側に島状に一列に並んだ内壁を有する水晶振動子の斜視図The perspective view of the crystal oscillator which has the inner wall arranged in a line in the shape of an island inside the groove | channel of this invention 本発明の島状に一列に並んだ内壁を有する水晶振動子の断面図Sectional drawing of the crystal oscillator which has the inner wall arranged in a line in the shape of an island of this invention 本発明の水晶振動子の電極形成工程を示した図The figure which showed the electrode formation process of the crystal oscillator of this invention 本発明の溝の内側に島状に一列に並んだ内壁を有する水晶振動子の斜視図The perspective view of the crystal oscillator which has the inner wall arranged in a line in the shape of an island inside the groove | channel of this invention 本発明の溝の内側に島状突起を有する水晶振動子の斜視図The perspective view of the crystal oscillator which has an island-like protrusion inside the groove | channel of this invention 本発明の溝の内側に島状突起を有する水晶振動子の正面図The front view of the crystal oscillator which has an island-shaped protrusion inside the groove | channel of this invention 本発明の溝の内側に島状に一列に並んだ内壁を有する水晶振動子の斜視図The perspective view of the crystal oscillator which has the inner wall arranged in a line in the shape of an island inside the groove | channel of this invention 本発明の溝の内側に島状に二列に並んだ内壁を有する中央脚を備えた水晶振動子の平面図The top view of the crystal oscillator provided with the center leg which has the inner wall arranged in two rows in the shape of an island inside the groove | channel of this invention 本発明の島状に二列に並んだ内壁を有する中央脚を備えた水晶振動子の断面図Sectional drawing of the crystal oscillator provided with the center leg which has the inner wall arranged in two rows in the shape of an island of this invention 従来の振動脚の主面に2本の溝を有する水晶振動子の斜視図A perspective view of a crystal unit having two grooves on the main surface of a conventional vibrating leg 従来の振動脚の長手方向に複数の小溝を並べた水晶振動子の斜視図A perspective view of a crystal resonator in which a plurality of small grooves are arranged in the longitudinal direction of a conventional vibration leg. 従来の複数の小溝を千鳥配置で並べた水晶振動子の斜視図Perspective view of a crystal unit with a plurality of conventional small grooves arranged in a staggered arrangement

以下に本発明を実施する形態を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の溝の内側に島状に一列に並んだ内壁を有する水晶振動子の斜視図である。図1に示すように、本発明の水晶振動子10は、基部30と基部30から突出した2本の振動脚100、110からなる振動片20上に、所望の形状でパターニングされた異なる電位の電極50、51が形成される構造をなしている。また振動脚100、110には、表裏の主面に振動脚の長手方向に沿って溝40が形成されており、その溝40の内側には、溝40を幅方向に仕切る内壁70が、振動脚の長手方向に沿って島状に一列に並んで形成されている。   FIG. 1 is a perspective view of a crystal resonator having inner walls arranged in a row in an island shape inside a groove according to the present invention. As shown in FIG. 1, the crystal resonator 10 of the present invention has different potentials patterned in a desired shape on a vibrating piece 20 including a base 30 and two vibrating legs 100 and 110 protruding from the base 30. It has a structure in which the electrodes 50 and 51 are formed. Further, the vibration legs 100 and 110 have grooves 40 formed on the front and back main surfaces along the longitudinal direction of the vibration legs. Inside the groove 40, an inner wall 70 that partitions the grooves 40 in the width direction is provided. It is formed in a row in an island shape along the longitudinal direction of the leg.

なお振動脚100の溝40の内側の側面には電極50が形成されており、振動脚100の外側の側面には電極50とは異なる電位の電極51が形成されている。一方、振動脚110の溝40の内側の側面には電極51が形成されており、振動脚110の外側の側面には電極51とは異なる電位の電極50が形成されている。このようにして振動脚100、110の外側の側面と溝40の内側の側面との間に電圧を印加し、電位を交互に切り替えることによって、圧電材料である水晶からなる振動脚100、110は電歪作用により振動する。   An electrode 50 is formed on the inner side surface of the groove 40 of the vibrating leg 100, and an electrode 51 having a potential different from that of the electrode 50 is formed on the outer side surface of the vibrating leg 100. On the other hand, an electrode 51 is formed on the inner side surface of the groove 40 of the vibration leg 110, and an electrode 50 having a potential different from that of the electrode 51 is formed on the outer side surface of the vibration leg 110. In this way, by applying a voltage between the outer side surface of the vibrating legs 100 and 110 and the inner side surface of the groove 40 and alternately switching the potential, the vibrating legs 100 and 110 made of quartz, which is a piezoelectric material, Vibrates due to electrostrictive action.

図2は本発明の島状に一列に並んだ内壁を有する水晶振動子の断面図である。図2(a)は図1における内壁70が存在する領域の溝40の断面(A−A断面)を示した図であり、図2(b)は図1における内壁70が存在しない領域の溝40の断面(B−B断面)を示した図である。なお、本発明の内容をわかりやすく説明するために、電極50、51は省略して記載していない。   FIG. 2 is a cross-sectional view of a crystal resonator having inner walls arranged in a row in an island shape according to the present invention. 2A is a view showing a cross section (AA cross section) of the groove 40 in the region where the inner wall 70 is present in FIG. 1, and FIG. 2B is a groove in the region where the inner wall 70 is not present in FIG. It is the figure which showed the cross section (BB cross section) of 40. In addition, in order to explain the content of the present invention in an easy-to-understand manner, the electrodes 50 and 51 are not shown.

図2(a)に示すように、内壁70が存在するA−A断面では、溝40aは内壁70によって、振動脚100a、110aの幅方向に2分割されており、2溝と同じような断面形状になっている。その結果、溝40aは溝幅が狭く、深さが深い形状で形成されるので、溝40aの内側の側壁400aは垂直に近い形状で形成されることとなる。   As shown in FIG. 2A, in the AA cross section where the inner wall 70 exists, the groove 40a is divided into two by the inner wall 70 in the width direction of the vibration legs 100a and 110a, and the cross section is similar to the two grooves. It has a shape. As a result, the groove 40a is formed in a shape having a narrow groove width and a deep depth, so that the side wall 400a inside the groove 40a is formed in a shape close to vertical.

このように、溝40aの内側の側壁400aが垂直に近い形状で形成されることで、振動脚100a、110aの側壁300との距離は、溝40aの開口部側から溝40aの底部側まで、ほぼ一定の距離にすることができ、側壁300と側壁400aの間に無駄なく電位をかけることができる。これにより、非常に良好な電界効率が得られる。   Thus, the side wall 400a on the inner side of the groove 40a is formed in a nearly vertical shape, so that the distance between the vibrating legs 100a and 110a and the side wall 300 is from the opening side of the groove 40a to the bottom side of the groove 40a. The distance can be almost constant, and a potential can be applied between the side wall 300 and the side wall 400a without waste. Thereby, very good electric field efficiency can be obtained.

一方、図2(b)に示すように、内壁70が存在しないB−B断面では、溝40bは1本の溝の断面と同じような形状になっている。その結果、溝40bは溝幅が広く、開口面積が非常に広くなっている。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the BB cross section where the inner wall 70 does not exist, the groove 40b has the same shape as the cross section of one groove. As a result, the groove 40b has a wide groove width and a very large opening area.

このように、部分的に内壁70を無くし、溝40bの開口面積を広くしたことで、電極材料をスパッタリング法や蒸着法で成膜する工程において、電極材料が溝40bの奥深くまで届くので、良好な電界効率を得るのに必要な膜厚を溝40bの奥深くまで成膜することが可能となる。その結果、良好な電界効率が得られる。   As described above, the inner wall 70 is partially removed and the opening area of the groove 40b is widened, so that the electrode material reaches deep inside the groove 40b in the step of forming the electrode material by sputtering or vapor deposition. It is possible to form a film thickness necessary to obtain a sufficient electric field efficiency deep into the groove 40b. As a result, good electric field efficiency can be obtained.

なお、本発明のように所定の間隔で溝40の内側に島状の内壁70を形成して、電極材料を成膜すると、内壁70と内壁70の隙間から、電極材料は回り込んで成膜されるため、内壁70が存在する領域(図2(a)の領域)においても、良好な電界効率を得るのに必要な膜厚を溝40aの奥深くまで成膜することが可能となる。   When the electrode material is formed by forming island-shaped inner walls 70 inside the grooves 40 at predetermined intervals as in the present invention, the electrode material wraps around the gap between the inner wall 70 and the inner wall 70 to form the film. Therefore, even in the region where the inner wall 70 exists (the region in FIG. 2A), it is possible to form a film thickness necessary to obtain good electric field efficiency deep into the groove 40a.

よって本発明では、内壁70が存在する領域においては、溝形状の最適化による電界効率の向上効果と、電極50、51を溝40aの奥深くまで必要な膜厚で成膜できることによる電界効率の向上効果の両方を得ることができるのである。   Therefore, in the present invention, in the region where the inner wall 70 exists, the effect of improving the electric field efficiency by optimizing the groove shape and the improvement of the electric field efficiency by forming the electrodes 50 and 51 with a required film thickness deep into the groove 40a. Both effects can be obtained.

本発明は、製造工程において、不良の発生を抑え信頼性の高い水晶振動子10を製造することができるという利点も有している。図3は本発明の水晶振動子の電極形成工程を示した図である。なお、図3では、一方の振動脚100の内壁70が存在する領域の断面を用いて説明されているが、内壁70が存在しない領域においても同じ製造方法で電極50、51が形成される。さらには、他方の振動脚110においても同じ製造方法で電極50、51が形成される。   The present invention also has an advantage that a highly reliable crystal resonator 10 can be manufactured while suppressing the occurrence of defects in the manufacturing process. FIG. 3 is a view showing an electrode forming process of the crystal resonator according to the present invention. In FIG. 3, the cross section of the region where the inner wall 70 of one vibration leg 100 exists is described. However, the electrodes 50 and 51 are formed by the same manufacturing method even in the region where the inner wall 70 does not exist. Further, the electrodes 50 and 51 are also formed on the other vibrating leg 110 by the same manufacturing method.

まず始めに、図1における本発明の水晶振動子10は、エッチング法によって振動片20を形成した後に、図3(a)に示すように、スパッタリング法や蒸着法等の真空成膜法を用いて、振動脚100aの全面に電極膜500を成膜する。図1に示す本発明の構成のように、溝40の内側に島状に内壁70を並べ、各々の内壁70の間に隙間を設けることで、上述のように図3(a)に示す溝40aの側壁にも所望の膜厚で電極膜500を成膜することができる。   First, the crystal resonator 10 of the present invention in FIG. 1 uses a vacuum film formation method such as a sputtering method or a vapor deposition method as shown in FIG. Then, the electrode film 500 is formed on the entire surface of the vibration leg 100a. As shown in FIG. 3A, the inner walls 70 are arranged in an island shape inside the groove 40 and a gap is provided between the inner walls 70 as in the configuration of the present invention shown in FIG. The electrode film 500 can be formed on the side wall 40a with a desired film thickness.

次に、図3(b)に示すように、電極膜500上に電着法によってレジスト200を形成する。電着法は電流の流れる表面にのみレジストをコーティングすることができる方法で、本製造方法のように導電性を有する電極膜500に電気を流せば、容易に電極膜500上にレジストをコーティングすることができるので、非常に生産効率が良い。   Next, as shown in FIG. 3B, a resist 200 is formed on the electrode film 500 by electrodeposition. The electrodeposition method is a method in which a resist can be coated only on a surface where current flows. If electricity is applied to the conductive electrode film 500 as in the present manufacturing method, the resist is easily coated on the electrode film 500. Because it can, production efficiency is very good.

その一方で、電流が流れる表面の導電膜が不均一な膜厚であったり、絶縁されているような場合、これらの欠陥を挟んだ2点間の膜間抵抗値は、正常な導電膜の膜間抵抗値よりも悪くなる場合が多い。その様な欠陥を有する導電膜に対して電着法でレジストを成膜すると、電流が流れ難い部分ではレジスト200を所望の厚さに成膜できないという欠点があった。従って、図7に示す溝43や図8に示す溝44の内側には電極膜500が薄く成膜されてしまい均一な厚さでレジスト200をコーティングすることができなかった。   On the other hand, when the conductive film on the surface through which the current flows has a non-uniform film thickness or is insulated, the resistance value between the two points across these defects is It is often worse than the intermembrane resistance. When a resist is formed on the conductive film having such a defect by an electrodeposition method, there is a drawback that the resist 200 cannot be formed to a desired thickness in a portion where current is difficult to flow. Accordingly, the electrode film 500 is thinly formed inside the groove 43 shown in FIG. 7 or the groove 44 shown in FIG. 8, and the resist 200 cannot be coated with a uniform thickness.

しかしながら、本発明の構造の水晶振動子10では、溝40aの内側の側壁にも電流が流れるのに十分な膜厚で電極膜500が成膜されているので、溝40aの内側にも、均一にレジスト200を形成することができる。   However, in the crystal resonator 10 having the structure of the present invention, the electrode film 500 is formed with a film thickness sufficient to allow current to flow also on the inner side wall of the groove 40a. A resist 200 can be formed.

次に図3(c)に示すように、フォトリソグラフィー法によって、レジスト200を電極50、51と同様の形状にパターニングする。   Next, as shown in FIG. 3C, the resist 200 is patterned into the same shape as the electrodes 50 and 51 by photolithography.

その後、図3(d)に示すように、レジスト200で覆われていない電極膜500が露出している部分をエッチングによって除去し、電極膜500を電極50、51の形状にパターニングする。   Thereafter, as shown in FIG. 3D, the exposed portion of the electrode film 500 not covered with the resist 200 is removed by etching, and the electrode film 500 is patterned into the shape of the electrodes 50 and 51.

最後に、図3(e)に示すように、レジスト200を剥離して、電極50、51の形成が完了する。   Finally, as shown in FIG. 3E, the resist 200 is peeled off to complete the formation of the electrodes 50 and 51.

以上のように、本発明によれば、溝40aの内側にもレジスト200を均一にしっかりと形成することができるので、溝40aの内側の電極50も所望の形状で安定してパターニングすることができる。その結果、電極50のパターニング不良の発生を減少させることができ、生産性が向上する。   As described above, according to the present invention, since the resist 200 can be uniformly and firmly formed inside the groove 40a, the electrode 50 inside the groove 40a can be stably patterned in a desired shape. it can. As a result, the occurrence of defective patterning of the electrode 50 can be reduced, and the productivity is improved.

図4は実施例1に示した水晶振動子の変形例斜視図である。図4に示すように、溝40の一端を、基部30より突出する振動脚100、110と基部30の境界部分より形成しても良いし、基部に溝の一端を形成してもよい。ここで示す境界部分とは基部30から振動脚100、110が延伸している場所であり、図4では線分CCにて示される。   FIG. 4 is a perspective view of a modified example of the crystal resonator shown in the first embodiment. As shown in FIG. 4, one end of the groove 40 may be formed from a boundary portion between the vibration legs 100 and 110 protruding from the base 30 and the base 30, or one end of the groove may be formed in the base. The boundary portion shown here is a place where the vibrating legs 100 and 110 extend from the base 30 and is indicated by a line segment CC in FIG.

図5は本発明の島状の内壁を有する水晶振動子の斜視図である。図6は水晶振動子の上面図である(電極不図示)。溝41内に島状の内壁71を1か所有する形状となっている。基部31より延伸した振動脚120、130は印加された電圧による電歪作用による屈曲振動を行う。振動脚120、130は、基部31との境界部分から、振動脚の延伸方向に向かって縮幅する第一振動脚部と一定の幅を有する第二振動脚部とを備え、第一振動脚部と第二振動脚部との境界近傍、つまり図6に示す線分DD近傍に変曲点を生じる。   FIG. 5 is a perspective view of a crystal resonator having an island-shaped inner wall according to the present invention. FIG. 6 is a top view of the crystal resonator (electrode not shown). The groove 41 has one island-like inner wall 71 in the groove 41. The vibration legs 120 and 130 extended from the base 31 perform flexural vibration due to electrostriction due to an applied voltage. The vibration legs 120, 130 include a first vibration leg portion that is reduced in width in the extending direction of the vibration leg from a boundary portion with the base portion 31, and a second vibration leg portion having a certain width, and the first vibration leg An inflection point is generated in the vicinity of the boundary between the first and second vibrating legs, that is, in the vicinity of the line segment DD shown in FIG.

図6に示すように、境界線DD上の振動脚120、130に形成した溝41に内壁71を設けることで、溝41の側壁と内壁71との間において、溝41は深さ方向に均一な厚さが得られ、振動脚120、130による屈曲振動の変曲点近傍で最も電界効率の良い形状となり、更に振動脚が延伸する方向では溝41内に形成される電極膜の均一性を優先させることができる。   As shown in FIG. 6, by providing the inner wall 71 in the groove 41 formed in the vibrating legs 120 and 130 on the boundary line DD, the groove 41 is uniform in the depth direction between the side wall of the groove 41 and the inner wall 71. Thickness is obtained, and the shape of the electric field efficiency is the best in the vicinity of the inflection point of the bending vibration by the vibrating legs 120 and 130, and the uniformity of the electrode film formed in the groove 41 is further improved in the direction in which the vibrating legs extend. Can be prioritized.

図7は実施例3に示した水晶振動子のさらなる変形斜視図である。図7に示すように、溝41の内側に島状に一列に並んだ内壁71を形成している。   FIG. 7 is a further modified perspective view of the crystal resonator shown in the third embodiment. As shown in FIG. 7, an inner wall 71 arranged in a row in an island shape is formed inside the groove 41.

また、内壁は、複数列形成しても良く、図8は本発明の溝の内側に島状に二列に並んだ内壁を有する中央脚を備えた水晶振動子の平面図である。本実施例は小型化に適した中央脚81を備えた水晶振動子12に本発明を適用した例である。   Further, the inner wall may be formed in a plurality of rows, and FIG. 8 is a plan view of a crystal resonator provided with a central leg having inner walls arranged in two rows in an island shape inside the groove of the present invention. This embodiment is an example in which the present invention is applied to a crystal resonator 12 having a central leg 81 suitable for miniaturization.

図8に示すように、本実施例に示す水晶振動子12は2本の振動脚140、150の間に中央脚81を配置し、その中央脚81の先端に支持部80があり、支持部80と中央脚81とで水晶振動子11を固定する構造となっている。このような構造にすることで、図1に示すような基部30から振動脚100、110が突出する構造の水晶振動子10に比べて、全長を短くすることができるため、小型化に適している。   As shown in FIG. 8, the crystal resonator 12 shown in the present embodiment has a center leg 81 disposed between two vibrating legs 140 and 150, and a support portion 80 at the tip of the center leg 81. The crystal unit 11 is fixed by 80 and the center leg 81. By adopting such a structure, the overall length can be shortened compared to the crystal resonator 10 having the structure in which the vibrating legs 100 and 110 protrude from the base 30 as shown in FIG. Yes.

そうした理由から、中央脚81を備えた水晶振動子12は、小型化を目的として利用されることが多い。しかしながら、水晶振動子12は小型化されればされるほど、CI値が高くなって悪化することが知られており、その結果、振動特性が悪くなるのが一般的であった。   For this reason, the crystal resonator 12 including the central leg 81 is often used for the purpose of downsizing. However, it is known that the smaller the crystal resonator 12 is, the higher the CI value becomes and the worse it is. As a result, the vibration characteristic is generally deteriorated.

本実施例に示す本発明の形態は、小型化した水晶振動子12であってもCI値が低く振動特性が良好であるのが利点である。   The form of the present invention shown in the present embodiment is advantageous in that even if the crystal resonator 12 is downsized, the CI value is low and the vibration characteristics are good.

本発明の中央脚81を備える水晶振動子12は、中央脚81の両隣に配置される振動脚140、150からなる振動片22上に、所望の形状でパターニングされた異なる電位の電極54、55が形成される構造をなしている。また振動脚140、150には、表裏の主面に振動脚の長手方向に沿って溝42が形成されており、その溝42の内側には、溝42を幅方向に仕切る内壁72が、振動脚の長手方向に沿って島状に二列に並んで形成されている。   The crystal resonator 12 including the central leg 81 according to the present invention has electrodes 54 and 55 having different potentials patterned in a desired shape on the vibration piece 22 including the vibration legs 140 and 150 arranged on both sides of the central leg 81. Is formed. Further, the vibrating legs 140 and 150 have grooves 42 formed on the front and back main surfaces along the longitudinal direction of the vibrating legs. Inside the grooves 42, an inner wall 72 that partitions the grooves 42 in the width direction is provided. It is formed in two rows in an island shape along the longitudinal direction of the leg.

なお振動脚140の溝42の内側の側面には電極54が形成されており、振動脚140の外側の側面には電極54とは異なる電位の電極55が形成されている。一方、振動脚150の溝42の内側の側面には電極55が形成されており、振動脚150の外側の側面には電極55とは異なる電位の電極54が形成されている。このようにして振動脚140、150の外側の側面と溝42の内側の側面との間に電圧を印加し、電位を交互に切り替えることによって、圧電材料である水晶からなる振動脚140、150は電歪作用により振動する。   An electrode 54 is formed on the inner side surface of the groove 42 of the vibration leg 140, and an electrode 55 having a potential different from that of the electrode 54 is formed on the outer side surface of the vibration leg 140. On the other hand, an electrode 55 is formed on the inner side surface of the groove 42 of the vibration leg 150, and an electrode 54 having a potential different from that of the electrode 55 is formed on the outer side surface of the vibration leg 150. In this way, by applying a voltage between the outer side surface of the vibrating legs 140 and 150 and the inner side surface of the groove 42, and alternately switching the potential, the vibrating legs 140 and 150 made of quartz, which is a piezoelectric material, Vibrates due to electrostrictive action.

図9は本発明の島状に二列に並んだ内壁を有する中央脚を備えた水晶振動子の断面図である。図9(a)は図8における内壁72が存在する領域の溝42の断面(E−E断面)を示した図であり、図9(b)は図8における内壁72が存在しない領域の溝42の断面(F−F断面)を示した図である。なお、本発明の内容をわかりやすく説明するために、電極54、55は省略して記載していない。   FIG. 9 is a cross-sectional view of a crystal resonator having a central leg having inner walls arranged in two rows in an island shape according to the present invention. 9A is a view showing a cross section (EE cross section) of the groove 42 in the region where the inner wall 72 is present in FIG. 8, and FIG. 9B is a groove in the region where the inner wall 72 is not present in FIG. It is the figure which showed the cross section of 42 (FF cross section). In addition, in order to explain the content of the present invention in an easy-to-understand manner, the electrodes 54 and 55 are not shown.

図9(a)に示すように、内壁72が存在するE−E断面では、溝42aは内壁72によって、振動脚140a、150aの幅方向に3分割されており、3溝と同じような断面形状になっている。その結果、溝42aは溝幅が狭く、深さが深い形状で形成されるので、溝42aの内側の側壁420aは垂直に近い形状で形成されることとなる。   As shown in FIG. 9A, in the EE cross section in which the inner wall 72 exists, the groove 42a is divided into three in the width direction of the vibrating legs 140a and 150a by the inner wall 72, and the cross section is similar to the three grooves. It has a shape. As a result, since the groove 42a has a narrow groove width and a deep depth, the side wall 420a on the inner side of the groove 42a is formed in a shape close to vertical.

このように、溝42aの内側の側壁420aが垂直に近い形状で形成されることで、振動脚140a、150aの外側の側壁320と内側の側壁420aとの距離(壁の厚さ)は、溝42aの開口部側から溝42aの底部側まで、ほぼ一定の距離にすることができ、側壁320と側壁420aの間に無駄なく電位をかけることができる。これにより、非常に良好な電界効率が得られる。   As described above, the inner side wall 420a of the groove 42a is formed in a shape that is nearly vertical, so that the distance (wall thickness) between the outer side wall 320 and the inner side wall 420a of the vibrating legs 140a, 150a is the groove. The distance from the opening side of 42a to the bottom side of the groove 42a can be set to a substantially constant distance, and a potential can be applied between the side wall 320 and the side wall 420a without waste. Thereby, very good electric field efficiency can be obtained.

さらに、振動脚140a、150aを内壁72によって幅方向に3分割し3溝と同じような断面形状にすることで、振動脚140a、150aの柔軟性が増し振動しやすくなるので、2分割にした場合よりもさらにCI値を低下させることができる。   Furthermore, the vibration legs 140a and 150a are divided into three parts in the width direction by the inner wall 72 to make the vibration legs 140a and 150a more flexible and easy to vibrate because they have the same cross-sectional shape as the three grooves. The CI value can be further reduced than in the case.

一方、図9(b)に示すように、内壁72が存在しないF−F断面では、溝42bは1本の溝の断面と同じような形状になっている。その結果、溝42bは溝幅が広く、開口面積が非常に広くなっている。   On the other hand, as shown in FIG. 9B, in the FF cross section where the inner wall 72 does not exist, the groove 42b has the same shape as the cross section of one groove. As a result, the groove 42b has a wide groove width and a very large opening area.

このように、部分的に内壁72を無くし、溝42bの開口面積を広くしたことで、電極材料をスパッタリング法や蒸着法で成膜する工程において、電極材料が溝42bの奥深くまで届くので、良好な電界効率を得るのに必要な膜厚を溝42bの奥深くまで成膜することが可能となる。その結果、良好な電界効率が得られる。   As described above, the inner wall 72 is partially removed and the opening area of the groove 42b is increased, so that the electrode material reaches deep into the groove 42b in the step of forming the electrode material by sputtering or vapor deposition. It is possible to form a film thickness necessary to obtain a sufficient electric field efficiency deep into the groove 42b. As a result, good electric field efficiency can be obtained.

なお、本発明のように一定の間隔で部分的に内壁72を形成して、電極材料を成膜すると、内壁72と内壁72の隙間から、電極材料は回り込んで成膜されるため、内壁72が存在する領域(図9(a)の領域)においても、良好な電界効率を得るのに必要な膜厚を溝42bの奥深くまで成膜することが可能となる。   Note that when the inner wall 72 is partially formed at regular intervals as in the present invention and the electrode material is deposited, the electrode material wraps around from the gap between the inner wall 72 and the inner wall 72. Even in the region where 72 is present (the region of FIG. 9A), it is possible to form a film thickness necessary to obtain good electric field efficiency deep into the groove 42b.

よって本発明では、内壁72が存在する領域においては、溝形状の最適化による電界効率の向上効果と、電極54、55を溝42aの奥深くまで必要な膜厚で成膜できることによる電界効率の向上効果の両方を得ることができるのである。   Therefore, in the present invention, in the region where the inner wall 72 exists, the electric field efficiency is improved by optimizing the groove shape, and the electric field efficiency is improved by forming the electrodes 54 and 55 with the required film thickness deep into the groove 42a. Both effects can be obtained.

以上のように、本発明は小型化に適した中央脚81を備えた水晶振動子12であっても、CI値を低くすることができるので、小型で振動特性に優れた水晶振動子12を提供することができる。   As described above, the present invention can reduce the CI value even if the crystal resonator 12 includes the center leg 81 suitable for miniaturization. Therefore, the crystal resonator 12 having a small size and excellent vibration characteristics can be obtained. Can be provided.

10、11、12、13、14 水晶振動子
20、21、22、23、24 振動片
30、31、32、33、34 基部
40、41、42、43 溝
44 小溝
50、51、52、53、54、55、56、57、58、59 電極
70、71、72 内壁
80 支持部
81 中央脚
100、110、120、130、140、150 振動脚
160、170、180、190 振動脚
200 レジスト
300、320、400a、400b、420a、420b 側壁
500 電極膜
10, 11, 12, 13, 14 Crystal resonator 20, 21, 22, 23, 24 Vibrating piece 30, 31, 32, 33, 34 Base 40, 41, 42, 43 Groove 44 Small groove 50, 51, 52, 53 , 54, 55, 56, 57, 58, 59 Electrode 70, 71, 72 Inner wall 80 Support portion 81 Central leg 100, 110, 120, 130, 140, 150 Vibrating leg 160, 170, 180, 190 Vibrating leg 200 Resist 300 320, 400a, 400b, 420a, 420b Side wall 500 Electrode film

Claims (1)

振動脚に溝を有する振動片上に電極が形成される水晶振動子であって、前記水晶振動子は、中央脚と前記中央脚の両隣に配置される前記振動脚と、前記中央脚の一端と前記振動脚とを接続する接続部と、前記中央脚の他端に形成された支持部とを備え、前記支持部と前記中央脚とで固定され、前記振動脚は、前記中央脚との接続部から突出方向に向かって縮幅する第一振動脚部と一定の幅を有する第二振動脚部とを備え、前記溝の内側に形成される少なくとも一つの島状の内壁が、前記第一振動脚部と前記第二振動脚部との境界部分に形成されていることを特徴とする水晶振動子。 A crystal resonator in which an electrode is formed on a resonator element having a groove on a vibration leg, wherein the crystal resonator includes a center leg, the vibration leg disposed on both sides of the center leg, and one end of the center leg. And a support part formed at the other end of the center leg, and is fixed by the support part and the center leg, and the vibration leg is connected to the center leg. A first vibrating leg portion having a reduced width from the connecting portion in the protruding direction and a second vibrating leg portion having a constant width, wherein at least one island-shaped inner wall formed inside the groove includes the first vibrating leg portion; A crystal resonator, wherein the crystal resonator is formed at a boundary portion between one vibration leg and the second vibration leg.
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