JP6632347B2 - Tuning fork type crystal vibrating element - Google Patents
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Description
本発明は、例えば基準信号源やクロック信号源に用いられる音叉型水晶振動素子(以下「音叉素子」と略称する。)について説明する。 The present invention describes a tuning-fork type crystal vibrating element (hereinafter abbreviated as “tuning fork element”) used for a reference signal source or a clock signal source, for example.
図7は、関連技術1の音叉素子(特許文献1参照)を示す概略平面図である。以下、この図面に基づき説明する。 FIG. 7 is a schematic plan view showing a tuning fork element of Related Art 1 (see Patent Document 1). Hereinafter, description will be made based on this drawing.
関連技術1の音叉素子910は、基部911と、基部911から同一方向に延設された一対の振動腕部912a,912bと、振動腕部912a,912bの相互間に設けられた突起部913と、突起部913の先端から形成されたスリット914と、を備えている。基部911、振動腕部912a,912b、突起部913及びスリット914は、水晶のウェットエッチングによって形成される。スリット914は、電極膜をリフトオフ法で形成する際に、その電極膜を切り離す役割を果たす。
The
突起部913は、基部911側を底辺とし先端側を頂点とする、平面視略二等辺三角形状となっている。このように、突起部913を三角形状にすることにより、突起部を細長い棒状にする場合に比べて、次の利点を生ずる。
The
突起部913が幅広になるので、エッチングのばらつきによってエッチングが進み過ぎた場合の影響が少ない、突起部913を覆うエッチング用レジスト膜の剥離が抑えられる、及び、製造工程中の衝撃による突起部913の損傷が抑えられる。エッチング残渣の生ずる部分が突起部913によって占有されるので、振動腕部912a,912bの根本に生ずるエッチング残渣の低減及び均等化が図れる。
Since the width of the
しかしながら、スリット914は、電極膜を切り離すためにある程度の長さLを要するため、突起部913のみならず基部911内にまで形成しなければならなかった。その結果、関連技術1では、スリット914を介して基部911が損傷するという、基部911の耐衝撃性の低下を招いていた。
However, since the
なお、突起部913の底角θを極めて大きくすれば、スリット914を突起部913内に収められる。ところがその場合は、突起部913と振動腕部912a,912bとの間が狭くなることにより、エッチング残渣によって突起部913と振動腕部912a,912bとが部分的に一体化されるので、振動腕部912a,912bの動作に悪影響を与えてしまう。
If the base angle θ of the
そこで、本発明の目的は、一対の振動腕部間の突起部を三角形状にした利点を生かしつつ、基部の耐衝撃性を向上し得る音叉素子を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a tuning fork element that can improve the shock resistance of a base portion while taking advantage of the fact that a projection between a pair of vibrating arms is made triangular.
本発明に係る音叉素子は、
基部と、この基部から同じ長手方向に延びた一対の振動腕部と、これらの振動腕部の間の前記基部から前記長手方向に突き出た突起部と、この突起部の先端から前記長手方向に形成された第一のスリットと、前記基部上、前記一対の振動腕部上及び前記突起部上に形成された電極膜と、を備えた音叉型水晶振動素子であって、
前記突起部は、前記基部側を底辺とし前記先端側を頂点とする三角状突起と、この三角状突起の頂点側から前記先端までに設けられた四角状突起とを有し、
前記突起部の先端から前記一対の振動腕部の一方までの間及び前記突起部の先端から前記一対の振動腕部の他方までの間のうち、エッチング残渣が大きく生じる方に、少なくとも一本の第二のスリットが形成され、
前記第一及び第二のスリットは、前記電極膜を切り離している、
ことを特徴とする。
The tuning fork element according to the present invention comprises:
A base, a pair of vibrating arms extending in the same longitudinal direction from the base, a protrusion protruding in the longitudinal direction from the base between the vibrating arms, and a longitudinal end from the tip of the protrusion. A tuning fork-type quartz vibrating element comprising: a first slit formed; and an electrode film formed on the base, on the pair of vibrating arms, and on the protrusions ,
The protrusions possess a triangular protrusion whose apex the tip side and bottom of the base side, and a square-shaped projection provided on until the distal end from the vertex side of the triangular protrusion,
Between the tip of the protrusion and one of the pair of vibrating arms and between the tip of the protrusion and the other of the pair of vibrators, at least one A second slit is formed,
The first and second slits are separating the electrode film,
It is characterized by the following.
本発明によれば、一対の振動腕部間の突起部を基部側の三角状突起と先端側の四角状突起とから構成することにより、スリットのうち基部に設けていた部分を突起部へ移設できるので、突起部を三角形状にした利点を生かしつつ、スリットを介した基部の損傷を低減できる。 According to the present invention, the protrusion between the pair of vibrating arms is constituted by the base-side triangular protrusion and the tip-side square protrusion, so that the portion of the slit provided at the base is moved to the protrusion. Therefore, it is possible to reduce damage to the base portion through the slit while taking advantage of the triangular shape of the projection.
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という。)について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。また、図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。 Hereinafter, embodiments for implementing the present invention (hereinafter, referred to as “embodiments”) will be described with reference to the accompanying drawings. In this specification and the drawings, the same reference numerals are used for substantially the same components. Further, the shapes drawn in the drawings are drawn so as to be easily understood by those skilled in the art, and thus do not always match actual dimensions and ratios.
図1は、実施形態1の音叉素子を示す平面図である。図2[A]は、図1におけるIIa−IIa線断面図である。図2[B]は、図1の音叉素子を素子搭載部材に実装した状態を示す概略断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。 FIG. 1 is a plan view showing the tuning fork element of the first embodiment. FIG. 2A is a sectional view taken along line IIa-IIa in FIG. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing a state where the tuning fork element of FIG. 1 is mounted on an element mounting member. Hereinafter, description will be made based on these drawings.
図1及び図2[A]に示すように、本実施形態1の音叉素子10は、基部11と、基部11から同じ長手方向に延びた一対の振動腕部12a,12bと、振動腕部12a,12bの間の基部11から前記長手方向に突き出た突起部13と、突起部13の先端130から前記長手方向に形成されたスリット14と、を備えている。そして、突起部13は、基部11側を底辺131aとし先端130側を頂点131bとする三角状突起131と、三角状突起131の頂点131b側から先端130までに設けられた四角状突起132と、を有する。
As shown in FIGS. 1 and 2A, the
振動腕部12a,12bは、それぞれ基部11から同じ方向に延設され、その延設方向に沿って溝部15a,15bが設けられている。振動腕部12a,12bの先端には、それぞれ周波数調整用の錘部16a,16bが設けられている。基部11、振動腕部12a,12b、突起部13、スリット14及び錘部16a,16bは、水晶のウェットエッチングによって形成された水晶振動片19からなる。音叉素子10は、水晶振動片19の他に、パッド電極21a,21b、励振電極22a,22b、周波数調整用金属膜23a,23b、配線パターン24a,24bなども備えている。
The vibrating
三角状突起131は平面視略二等辺三角形状であり、底辺131aを挟む二つの辺131c,131dは直線状になっている。四角状突起132は平面視略長方形状である。スリット14は、励振電極22aと励振電極22bとが短絡しないように、電極膜をリフトオフ法で形成する際に、その電極膜を切り離す役割を果たす。
The
次に、音叉素子10の構成について更に詳しく説明する。
Next, the configuration of the
基部11は、平面視略四角形の平板となっている。水晶振動片19は、基部11、振動腕部12a,12b、突起部13及び錘部16a,16bが一体となって音叉形状をなしており、成膜技術、フォトリソグラフィ技術、ウェットエッチング技術によって製造される。また、基部11から振動腕部12a,12bの短手方向に延び、その先端から更に振動腕部12a,12bの長手方向に延びる、支持腕部を設けてもよい。
The
溝部15a,15bは、振動腕部12aの表裏面に二本ずつ及び振動腕部12bの表裏面に二本ずつ、基部11との境界部分から振動腕部12a,12bの先端に向って、振動腕部12a,12bの長手方向と平行に所定の長さで設けられる。なお、溝部15a,15bは、本実施形態1では振動腕部12aの表裏面に二本ずつ及び振動腕部12bの表裏面に二本ずつ設けられているが、それらの本数に制限はなく、例えば振動腕部12aの表裏面に一本ずつ及び振動腕部12bの表裏面に一本ずつ設けてもよく、また、表裏のどちらか片面にのみ設けてもよい。溝部15a,15b内には、ウェットエッチング時に貫通しないように、エッチング抑制パターンを設けてもよい。
The
振動腕部12aには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極22aが設けられ、表裏面の溝部15aの内側に励振電極22bが設けられる。同様に、振動腕部12bには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極22bが設けられ、表裏面の溝部15bの内側に励振電極22aが設けられる。したがって、振動腕部12aにおいては両側面に設けられた励振電極22aと溝部15a内に設けられた励振電極22bとが異極同士となり、振動腕部12bにおいては両側面に設けられた励振電極22bと溝部15b内に設けられた励振電極22aとが異極同士となる。
基部11にはパッド電極21a,21b及び配線パターン24a,24bが設けられ、錘部16a,16bには周波数調整用金属膜23a,23bが設けられる。配線パターン24aはパッド電極21aと励振電極22aとの間を電気的に接続し、配線パターン24bはパッド電極21bと励振電極22bとの間を電気的に接続する。パッド電極21a、励振電極22a、周波数調整用金属膜23a及び配線パターン24aは、互いに電気的に導通している。パッド電極21b、励振電極22b、周波数調整用金属膜23b及び配線パターン24bも、互いに電気的に導通している。
The
図2[B]に示すように、音叉素子10は、パッド電極21a,21b(図1)及び導電性接着剤31を介して、素子搭載部材32側のパッド電極33に片持ち梁状に固定されると同時に電気的に接続される。音叉素子10が実装された素子搭載部材32は、蓋部材34によって封止される。その封止方法には、例えば金錫封止や電気溶接や溶融ガラスが用いられる。
As shown in FIG. 2B, the
水晶の結晶は三方晶系である。水晶の頂点を通る結晶軸をZ軸、Z軸に垂直な平面内の稜線を結ぶ三つの結晶軸をX軸、X軸及びZ軸に直交する座標軸をY軸とする。ここで、これらのX軸、Y軸及びZ軸からなる座標系をX軸を中心として例えば±5度の範囲で回転させたときの回転後のY軸及びZ軸を、それぞれY’軸及びZ’軸とする。この場合、本実施形態1では、二本の振動腕部12a,12bの長手方向がY’軸の方向であり、二本の振動腕部12a,12bの短手方向がX軸の方向である。また、法線が+X軸方向を向く結晶面が+X面であり、法線が−X軸方向を向く結晶面が−X面である。
Quartz crystals are trigonal. A crystal axis passing through the apex of the crystal is defined as a Z axis, and three crystal axes connecting ridges in a plane perpendicular to the Z axis are defined as an X axis, and a coordinate axis orthogonal to the X and Z axes is defined as a Y axis. Here, when the coordinate system including the X axis, the Y axis, and the Z axis is rotated around the X axis in, for example, a range of ± 5 degrees, the Y axis and the Z axis after rotation are respectively referred to as the Y ′ axis and the Y ′ axis. Let it be the Z 'axis. In this case, in the first embodiment, the longitudinal direction of the two vibrating
次に、音叉素子10の動作を説明する。音叉素子10を屈曲振動させる場合、パッド電極21a,21bに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的に捉えると、振動腕部12aの表裏の溝部15aに設けられた励振電極22bはプラス電位となり、振動腕部12aの両側面に設けられた励振電極22aはマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このとき、振動腕部12bの表裏の溝部15bに設けられた励振電極22aはマイナス電位となり、振動腕部12bの両側面に設けられた励振電極22bはプラス電位となり、振動腕部12aに生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧で生じた電界によって、振動腕部12a,12bに伸縮現象が生じ、所定の共振周波数の屈曲振動モードが得られる。
Next, the operation of the
次に、音叉素子10の作用及び効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
音叉素子10によれば、一対の振動腕部12a,12b間の突起部13を基部11側の三角状突起131と先端130側の四角状突起132とから構成することにより、スリット14のうち基部11に設けられていた部分を突起部13へ移設できるので、突起部13を三角形状にした利点を生かしつつ、スリット14を介した基部11の損傷を低減できる。
According to the
つまり、突起部13が三角状突起131を有するので、突起部13を三角形状にした利点をそのまま生かすことができる。かつ、三角状突起131の頂点131b側に四角状突起132を付設したことにより、図7に示すスリット914のうち基部911内に形成されていた部分914aについて、その全部又は一部を突起部13へ移すことができる。
That is, since the
更に、スリット14が突起部13にのみ形成された場合(すなわち図7に示すスリット914の部分914aを全て突起部へ移した場合)は、基部11に脆弱な部分が無くなり機械的強度が増すので、スリット14を介した基部11の損傷を更に低減できる。
Furthermore, when the
次に、音叉素子10の変形例について説明する。図3は実施形態1の音叉素子の変形例を示す概略平面図であり、図3[A]は第一例、図3[B]は第二例である。なお、図3以降の図面では、電極や錘部の図示を省略している。
Next, a modified example of the
図3[A]に示す本第一例の音叉素子10’では、実施形態1に比べて、三角状突起131’が小さくなっており、その分、四角状突起132’が大きくなっている。換言すると、底辺131a’の両端が振動腕部12a,12bから離れている。音叉素子10’によれば、三角状突起131’と振動腕部12a,12bとの間を広く採れるので、エッチング残渣が三角状突起131’と振動腕部12a,12bとを部分的に一体化させることを低減できる。
In the tuning fork element 10 'of the first example shown in FIG. 3A, the triangular projection 131' is smaller than that of the first embodiment, and the square projection 132 'is correspondingly larger. In other words, both ends of the
図3[B]に示す本第二例の音叉素子10''では、実施形態1に比べて、四角状突起132''が小さくなっており、その分、スリット14''の部分14aが基部11内に入り込んでいる。ただし、スリット14''の部分14aの長さは、図7に示すスリット914の部分914aに比べて、四角状突起132''を設けた分だけ短くなる。音叉素子10''によれば、四角状突起132''が短いので、四角状突起132''の衝撃による損傷を低減できる。
In the
本変形例1、2のその他の構成、作用及び効果は、実施形態1のそれらと同様である。 Other configurations, operations, and effects of the first and second modifications are the same as those of the first embodiment.
次に、実施形態2、3について説明する。図4は他の実施形態の音叉素子を示す概略平面図であり、図4[A]は実施形態2、図4[B]は実施形態3である。図1に示す実施形態1では、底辺131aを挟む二つの辺131c,131dが直線状であった。しかし、それらの辺は、直線状に限らず、曲線状や折れ線状などであってもよい。本実施形態2、3ではそれらの辺が曲線状になっている。
Next, Embodiments 2 and 3 will be described. FIG. 4 is a schematic plan view showing a tuning fork element according to another embodiment. FIG. 4A shows a second embodiment, and FIG. 4B shows a third embodiment. In the first embodiment shown in FIG. 1, the two
図4[A]に示す本実施形態2の音叉素子40では、突起部43が三角状突起431を有する。三角状突起431は、底辺131aを挟む二つの辺431c,431dが三角状突起431の外側に凸となる形状である。音叉素子40によれば、三角状突起431を外側に膨らんだ三角形としたことにより、三角状突起431の面積が増えるので、突起部43を覆うエッチング用レジスト膜の剥離をより抑えることができる。
In the
図4[B]に示す本実施形態3の音叉素子50では、突起部53が三角状突起531を有する。三角状突起531は、底辺131aを挟む二つの辺531c,531dが三角状突起531の外側に凹となる形状である。音叉素子50によれば、三角状突起531を内側に窪んだ三角形としたことにより、三角状突起531と振動腕部12a,12bとの間を広く採れるので、エッチング残渣が三角状突起531と振動腕部12a,12bとを部分的に一体化させることを低減できる。
In the
本実施形態2、3のその他の構成、作用及び効果は、実施形態1のそれらと同様である。 Other configurations, operations, and effects of the second and third embodiments are the same as those of the first embodiment.
次に、実施形態4について説明する。図5は、実施形態4の音叉素子を示す概略平面図である。 Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 5 is a schematic plan view showing the tuning fork element of the fourth embodiment.
本実施形態4の音叉素子60は、突起部13の先端130から振動腕部12aまでの間及び突起部13の先端130から振動腕部12bまでの間のうち、エッチング残渣が大きく生じる方に、少なくとも一本の別のスリット64が形成されている。
The
フッ酸などを用いた水晶のウェットエッチングでは、水晶に特有の異方性エッチングによって、エッチング残渣が水晶に付着する。四角状突起132には、図において左側面に+X面、右側面に−X面がそれぞれ現れる。−X面に生じるエッチング残渣は、+X面に生じるエッチング残渣よりも大きくなる。つまり、先端130から−X軸方向にあるエッチング残渣は、先端130から+X軸方向にあるエッチング残渣よりも大きくなる。そのため、本実施形態4では、先端130から振動腕部12bまでの間に、別のスリット64が形成されている。
In wet etching of quartz using hydrofluoric acid or the like, an etching residue adheres to quartz by anisotropic etching peculiar to quartz. In the
先端130から振動腕部12bまでの間にもう一本のスリット64を形成することにより、突起部13の先端130から見て−X軸方向にあるエッチング残渣の大きさを、+X軸方向にあるエッチング残渣の大きさに近づけることができる。換言すると、振動腕部12a,12bの根本にあるエッチング残渣の各々の剛性を同じにすることができる。よって、本実施形態4では、振動腕部12a,12bの屈曲振動のバランスが良好になることにより、異常な振動を抑制できるので、音叉素子60の電気的特性を向上できる。これに加え、二本のスリット14,64を設けたことにより、二本のうちのどちらか一本で電極膜を分離できればよいので、電極膜の分離不良を低減できる。
By forming another slit 64 between the
次に、音叉素子60の効果について、図面に基づき説明する。図6は実施形態4の音叉素子の効果を示す概略平面図であり、図6[A]は比較例(実施形態1)、図6[B]は実施形態4である。なお、図6ではエッチング残渣の一例を図示しているが、他の図面ではエッチング残渣の図示を省略している。
Next, effects of the
図6[A]に示す音叉素子10では、先端130から振動腕部12bまでの間に別のスリットが形成されていない。そのため、先端130から−X軸方向にあるエッチング残渣Er1は、先端130から+X軸方向にあるエッチング残渣El1よりも大きくなる。すなわち、(エッチング残渣Er1の面積)>(エッチング残渣El1の面積)が成り立つ。
In the
これに対し、図6[B]に示す音叉素子60では、先端130から振動腕部12bまでの間に別のスリット64が形成されている。そのため、先端130から−X軸方向にあるエッチング残渣Er4の大きさは、先端130から+X軸方向にあるエッチング残渣El4の大きさに近くなる。すなわち、(エッチング残渣Er4の面積)≒(エッチング残渣El4の面積)が成り立つ。
On the other hand, in the
ここで、スリット14,64の寸法の一例を述べる。振動腕部12a,12bの長手方向に平行な寸法を「長さ」、振動腕部12a,12bの短手方向に平行な寸法を「幅」とする。このとき、スリット14は幅が10〜18μmかつ長さが100〜110μm、スリット64は幅が4〜15μmかつ長さが10〜55μmである。
Here, an example of the dimensions of the
本実施形態4のその他の構成、作用及び効果は、実施形態1乃至3のそれらと同様である。 Other configurations, operations, and effects of the fourth embodiment are the same as those of the first to third embodiments.
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。 The present invention has been described with reference to the above embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be added to the configuration and details of the present invention. Further, the present invention also includes a configuration in which some or all of the configurations of the above embodiments are appropriately combined with each other.
本発明は、基部、振動腕部及び突起部を備える音叉素子であれば、どのようなものにでも利用可能である。 The present invention can be used for any tuning fork element including a base, a vibrating arm, and a projection.
<実施形態1>
10 音叉素子
11 基部
12a,12b 振動腕部
13 突起部
130 先端
131 三角状突起
131a 底辺
131b 頂点
131c,131d 辺
132 四角状突起
14 スリット
15a,15b 溝部
16a,16b 錘部
19 水晶振動片
21a,21b パッド電極
22a,22b 励振電極
23a,23b 周波数調整用金属膜
24a,24b 配線パターン
31 導電性接着剤
32 素子搭載部材
33 パッド電極
34 蓋部材
El1,Er1 エッチング残渣
<変形例1>
10’ 音叉素子
13’ 突起部
131’ 三角状突起
131a’ 底辺
132’ 四角状突起
<変形例2>
10'' 音叉素子
13'' 突起部
132'' 四角状突起
14'' スリット
14a 部分
<実施形態2>
40 音叉素子
43 突起部
431 三角状突起
431c,431d 辺
<実施形態3>
50 音叉素子
53 突起部
531 三角状突起
531c,531d 辺
<実施形態4>
60 音叉素子
64 スリット
El4,Er4 エッチング残渣
<関連技術1>
910 音叉素子
911 基部
912a,912b 振動腕部
913 突起部
914 スリット
914a 部分
L スリットの長さ
θ 底角
<First embodiment>
10 'Tuning fork element 13' Projection 131 '
10 ″
40
50
910
Claims (5)
前記突起部は、前記基部側を底辺とし前記先端側を頂点とする三角状突起と、この三角状突起の頂点側から前記先端までに設けられた四角状突起とを有し、
前記突起部の先端から前記一対の振動腕部の一方までの間及び前記突起部の先端から前記一対の振動腕部の他方までの間のうち、エッチング残渣が大きく生じる方に、少なくとも一本の第二のスリットが形成され、
前記第一及び第二のスリットは、前記電極膜を切り離している、
ことを特徴とする音叉型水晶振動素子。 A base, a pair of vibrating arms extending in the same longitudinal direction from the base, a protrusion protruding in the longitudinal direction from the base between the vibrating arms, and a longitudinal end from the tip of the protrusion. A tuning fork-type quartz vibrating element comprising: a first slit formed; and an electrode film formed on the base, on the pair of vibrating arms, and on the protrusions ,
The protrusions possess a triangular protrusion whose apex the tip side and bottom of the base side, and a square-shaped projection provided on until the distal end from the vertex side of the triangular protrusion,
Between the tip of the protrusion and one of the pair of vibrating arms and between the tip of the protrusion and the other of the pair of vibrators, at least one A second slit is formed,
The first and second slits are separating the electrode film,
A tuning-fork type quartz vibrating element characterized by the above-mentioned.
請求項1記載の音叉型水晶振動素子。 The first and second slits are formed only on the protrusions,
The tuning-fork type quartz vibrating element according to claim 1.
請求項1又は2記載の音叉型水晶振動素子。 The triangular projection has a shape in which two sides sandwiching the base are convex outside the triangular projection.
The tuning-fork type quartz vibrating element according to claim 1.
請求項1又は2記載の音叉型水晶振動素子。 The triangular projection has a shape in which two sides sandwiching the bottom are concave outside the triangular projection.
The tuning-fork type quartz vibrating element according to claim 1.
請求項1乃至4のいずれか一つに記載の音叉型水晶振動素子。 The first and second slits cut off the electrode films formed on mutually facing surfaces of the pair of vibrating arms,
The tuning-fork type quartz vibrating element according to claim 1.
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