KR100691409B1 - 압전 진동편, 및 압전 진동자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접속전극의 코너전극 단절을 방지하고, 접속전극이 주 진동부로부터 연결부를 통과하여 외곽부까지 확실히 접속되는 것이 가능한 압전 진동편 및 압전 진동자를 제공한다.
본 발명의 수정 진동편(10)은, 주 진동부(12)와, 그 표리면에 형성된 여진전극(13a, 13b)과, 주 진동부(12)의 대략 외측을 따라 설치된 외곽부(20)를 갖고 있다. 주 진동부(12)와 외곽부(20)는, 평탄부(17a, 17b)와 홈부(16a, 16b, 16c)로 이루어진 연결부(18a, 18b)에 의하여 접속되어 있다. 외곽부의 표리면과 평탄부의 표리면은 접속면(27a, 27b)을 가진 단차를 갖고 있다. 여진전극(13a, 13b)은, 외곽부의 표리면과 평탄부의 표리면과 접속면이 이루는 각도가, 90°＜θ1＜270°, 90°＜θ2≤180°의 범위 중 어느 측의 평탄부의 표리면을 통과하여 외곽부의 표리면에 도달하는 접속전극(28a, 28b)과 접속되어 있다.

Description

압전 진동편, 및 압전 진동자{PIEZOELECTRIC VIBRATING REED AND PIEZOELECTRIC VIBRATOR}
도 1은 압전 진동편의 전극 형성 방법의 일례를 도시한 공정 흐름도,
도 2는 코너부 전극 단절을 도시한, 압전 진동편의 단면도,
도 3은 제1 실시 형태의 압전 진동편의 개략 구조를 도시한 것으로, (a)는 사시도, (b)는 정단면도,
도 4는 압전 진동편의 변형예의 개략 구조를 도시한 정단면도,
도 5는 제2 실시 형태의 압전 진동편의 개략 구조를 도시한 것으로, (a)는 사시도, (b)는 정단면도,
도 6은 제3 실시 형태의 압전 진동편의 개략 구조를 도시한 것으로, (a)는 평면도, (b)는 정단면도,
도 7은 제4 실시 형태의 압전 진동편의 개략 구조를 도시한 것으로, (a)는 평면도, (b)는 정단면도,
도 8은 응용예로서의 압전 진동편의 개략 구조를 도시한 정단면도,
도 9는 제5 실시 형태의 수정 진동자의 개략 구조를 도시한 정단면도,
도 10은 제6 실시 형태의 수정 진동자의 개략 구조를 도시한 정단면도,
도 11은 종래의 압전 진동편의 일례로서의 수정 기판을 이용한 AT 컷 진동편 을 도시한 것으로, (a)는 평면도, (b)는 정단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10, 210: 압전 진동편으로서의 수정 진동편
11, 211: 수정 기판 12, 102, 132, 212, 232, 252: 주 진동부
13a, 13b, 103a, 103b, 133a, 133b, 213a, 213b, 233a, 233b, 253a, 253b: 여진전극
14, 104, 134, 214, 234a, 234b, 254a, 254b: 개방 단부로서의 개방단
15, 105, 135, 215, 235a, 235b, 255a, 255b: 관통공
16a, 16b, 16c, 16a', 16c', 106b, 106b', 136a, 136b, 216a, 216b, 216c, 216a', 216b', 236a, 236b, 236c, 236d, 256a, 256b, 256c, 256d: 홈부
17a, 17b, 217a, 217b, 237a, 237b, 257a, 257b: 평탄부
18a, 18b, 118, 148, 218a, 218b, 238a, 238b, 258a, 258b: 연결부
19a, 219a, 219b, 239a, 239b, 239c, 239d, 259a, 259b, 259c, 259d: 단면
20, 110, 130, 220, 240, 260: 외곽부
29a, 111, 221: 외곽부의 표면 29b, 112, 222: 외곽부의 이면
23: 주 진동부의 표면 24: 주 진동부의 이면
25, 26: 홈부의 저면
27a, 27b, 27a', 27b', 27c, 227a, 247a, 267a: 접속면
28a, 28b, 227a, 247a, 267a: 접속전극
100, 200: 압전 진동자로서의 수정 진동자
139a,139b: 프레임 1000: 압전 기판
1001: 금속 박막 1002: 포토레지스트
1003: 마스크 1004: 관통공
1005: 노광부 1006, 1009: 관통부
1007: 전극 분할부 1008: 전극
1110: 레지스트 풀
본 발명은, 동일 압전 기판상에 주(主)진동부와 그것을 둘러싸는 외곽부를 일체적으로 구비한 압전 진동편 및 압전 진동자에 관한 것이다.
최근, 전자기기의 소형화가 진행되면서, 그들 전자기기에 이용되는 압전 진동자 및 그것에 이용하는 압전 진동편의 소형화, 박형화(薄型化)가 요구되고 있다. 압전 진동자 및 그것에 이용하는 압전 진동편을 소형화, 박형화하기 위하여, 예를 들면, 도 11에 도시하는 바와 같은 압전 진동편(500)이 제안되어 있다. 도 11은, 종래의 압전 진동편의 일례로서의 수정(水晶) 기판을 이용한 AT 컷 진동편을 도시한 것으로, (a)는 평면도, (b)는 정단면도이다. 도 11a, b에 도시하는 바와 같이, 압전 진동편(500)은, 수정 기판(수정 웨이퍼)(501)의 중앙 부분에 형성된 주 진동부(502)와, 외곽부(503)와, 연결부(504)로 구성되어 있다. 주 진동부(502)는, 그 외주부에 설치된 관통공(505)에 의하여 그 외형 형상이 형성되고, 관통공(505)이 설치되어 있지 않은 부분인 2개의 연결부(504)에 의하여 외곽부(503)와 일체적으로 연결되어 있다. 연결부(504)는, 그 폭 치수가 200㎛ 정도로 형성되고, 또 주 진동부(502)의 표리면(506a, 506b) 및 외곽부(503)의 표리면(507a. 507b)으로부터 두께 방향의 중앙측에 표리면(508, 509)을 이루도록 형성되어 있다. 따라서, 연결부(504)의 표리면(508, 509)과 주 진동부(502)의 표리면(506a, 506b) 및 외곽부(503)의 표리면(507a. 507b)은 각각 단차를 갖고 접속되어 있다. 외곽부(503)는, 주 진동부(502)의 대략 외측을 둘러싸는 형상으로 형성되어 있다(예를 들면, 특허문헌1). 주 진동부(502)의 표리면(506a, 506b)에는, 여진(勵振)전극(510a, 510b)이 형성되어 있다. 여진전극(510a, 510b)은, 연결부(504)를 통과하여 외곽부(503)의 표리면(507a. 507b)에 도달하는 접속전극(511a, 511b)이 형성되어 있다. 접속전극(511a, 511b)은, 예를 들면, 금, 은 등의 금속 박막을 이용하여, 포토레지스트 등을 마스크한 케미컬 에칭법에 의하여 형성되어 있다.
[특허문헌1]일본국 특개평7-212171호 공보
그러나, 전술한 바와 같이 연결부(504)의 표리면(508, 509)은, 주 진동부(502)의 표리면(506a, 506b) 및 외곽부(503)의 표리면(507a, 507b)과, 각각 단차를 갖고 형성되어 있다. 이로 인하여, 이 단차의 측면과 주 진동부(502)의 표리면(506a, 506b) 및 외곽부(503)의 표리면(507a, 507b)이 이루는 코너부(능선부)(512a, 512b)가 형성된다. 이 코너부(512a, 512b)의 각도 D는, 압전 진동편(500)의 외형의 형성에 있어서 90°이하의 각도가 되는 경우가 있다. 이와 같이 코너부 (512a, 512b)의 각도 D가, 90°이하의 각도가 되면, 전술한 코너부(512a, 512b)에, 접속전극(511a, 511b) 등의 형성을 위한 포토레지스트가 부착되지 않는 경우가 있다.
이 현상은, 다음과 같은 원인이라고 판단되고 있다. (1)포토레지스트의 표면장력에 의하여, 코너부(512a, 512b)를 끼고 양측에 포토레지스트가 끌어당겨져 버리기 때문에 발생한다. (2)포토레지스트는, 일반적으로 스핀코터(spin coater)라 불리는 장치로 도포된다. 이 장치는 수정 기판(501)의 중앙부에 적하(滴下)된 포토레지스트를, 수정 기판(501)을 회전시킴에 따른 원심력으로 수정 기판(501)의 전면에 퍼지도록 도포한다. 이 때, 수정 기판(501)의 표면에, 전술한 각도 D가 90°이하의 부분이 있으면, 간극이 작기 때문에, 이 부분에 포토레지스트가 들어가기 어려워, 도포되지 않는 개소가 발생한다.
이러한 상태에서, 접속전극(511a, 511b) 등의 형성을 위한 케미컬 에칭을 행하면, 포토레지스트로 마스크되어 있지 않은 코너부(512a, 512b)의 접속전극(511a, 511b) 부분에 에칭액이 접촉된다. 이에 따라, 접속전극(511a, 511b)이 용단(溶斷)되어 버리는, 소위, 코너전극 단절을 발생시킨다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 문제에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 접속전극의 코너전극 단절을 방지하여, 접속전극이 주 진동부로부터 연결부를 통과하여 외곽부까지 확실히 접속하는 것이 가능한 압전 진동편 및 압전 진동자를 제공하는 데에 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 압전 진동편은, 표리면에 여진전극이 형성되고, 정(定)방향의 진동을 행하는 주 진동부와, 상기 주 진동부의 진동 방향에 설치된 단(端) 중, 적어도 일단에 형성된 개방 단부와, 상기 주 진동부를 둘러싸도록 형성된 외곽부와, 상기 개방 단부를 제외한 상기 주 진동부와 외곽부 사이에 있어서, 상기 주 진동부의 표면에 대하여 오목 형상의 홈부와 상기 주 진동부의 표면과 대략 평행한 평탄부를 갖고, 상기 주 진동부와 상기 외곽부를 접속하도록 형성된 연결부와, 상기 여진전극으로부터, 적어도 상기 평탄부의 표면을 통과하여 상기 외곽부의 표면에 연장되어 형성된 접속전극을 갖고, 상기 평탄부와 상기 외곽부가 접속된 접속면과, 상기 평탄부의 표면이 이루는 각도( θ1), 및 상기 외곽부의 표면이 이루는 각도( θ2)가, 90°＜θ1＜270°, 또한, 90°＜θ2≤180°의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 압전 진동편에 의하면, 접속전극을 형성하는, 평탄부와 외곽부의 접속면과, 평탄부의 표면이 이루는 각도( θ1), 및 상기 외곽부의 표면이 이루는 각도( θ2)가, 각각 90°를 넘은 둔각으로 되어 있다. 이에 따라, 포토레지스트의 표면장력에 의하여 이 포토레지스트가 코너부를 경계로 하여 양측으로 끌어당겨지거나, 수정 기판의 음각이 되어 포토레지스트가 도포되지 않는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 코너부가 포토레지스트에 의하여 피복되어 있기 때문에, 접속전극 등을 형성하기 위한 케미컬 에칭을 행하더라도 코너부의 전극의 용단이 발생하지 않는다. 이 용단에 의하여 발생하는 접속전극의 도통(道通)이 절단되는 문제, 소위 전극 단절을 방지하는 것이 가능하게 된다.
또, 오목 형상의 홈부는, 형성된 오목부에 의하여 주 진동부의 외곽부로의 진동의 누설(漏洩)을 방지할 수 있다. 이러한 이유에서, 오목형의 홈부를 설치하여, 연결부의 길이 치수를 크게 하더라도 진동 특성으로의 영향을 적게 할 수 있다. 따라서, 연결부를, 오목 형상의 홈부와, 주 진동부의 표리면과 대략 평행한 평탄부에 의하여 형성할 수 있게 되어, 연결부의 강도를 강하게 할 수 있다. 이들에 의하여, 외부로부터의 충격 등에 의한 연결부의 파손을 방지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 주 진동부의 진동 방향의 적어도 일단(一端)에 개방단이 형성되어 있기 때문에, 온도 변화에 의한 주 진동부의 팽창, 수축을 이 개방단에서 흡수할 수 있다. 이러한 이유에서, 온도 변화가 일어나더라도 주 진동부는 안정된 진동을 행할 수 있게 되어, 소위, 주파수-온도 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
이들에 의하여, 본 발명의 압전 진동편은, 코너부의 전극 단절을 방지함과 동시에, 내충격성을 향상시키고, 나아가서는, 온도 변화에 대해서도 안정된 진동을 행할 수 있는, 신뢰성을 향상시킨 압전 진동편을 제공할 수 있게 된다.
또, 상기 평탄부는, 상기 주 진동부의 표면과 대략 동일 평면상에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 연결부에 주 진동부의 표리면과 대략 동일면의 평탄부를 설치함으로써, 주 진동부의 표리면과 평탄부와의 단차를 발생시키지 않는다. 이에 따라, 단차의 코너부에 발생하는 응력 집중을 방지할 수 있어, 응력 집중에 의한 파괴를 막을 수 있게 된다. 따라서, 이 평탄부가 설치된 연결부의 내충격성을 향 상시킬 수 있게 된다.
또, 상기 외곽부의 표면은, 상기 주 진동부의 표면 및 상기 평탄부의 표면과 대략 동일 평면상에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 대략 동일면인 주 진동부, 연결부, 및 외곽부의 표면상에 접속전극이 형성된다. 따라서, 접속전극이 형성되는 영역에 코너부가 존재하지 않기 때문에, 전극 단절을 방지할 수 있다.
또, 상기 개방 단부는, 상기 주 진동부의 진동 방향에 설정된 양단(兩端)에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 주 진동부 및 외곽부의 온도 변화에 의한 팽창, 수축을 진동 방향의 양단에서 흡수할 수 있기 때문에, 주 진동부에 가해지는 응력을 완화하여 진동 특성으로의 영향을 적게 할 수 있다.
본 발명의 압전 진동자는, 전술한 압전 진동편과, 상기 압전 진동편의 적어도 상기 주 진동부를 수납하여, 상기 외곽부에 접속된 덮개체를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 압전 진동자에 이용되고 있는 압전 진동편은, 평탄부와 외곽부와의 접속면과, 평탄부의 표면이 이루는 각도( θ1), 및 상기 외곽부의 표면이 이루는 각도( θ2)가, 각각 90°를 넘은 둔각으로 되어 있다. 이에 따라, 포토레지스트의 표면장력에 의하여 이 포토레지스트가 코너부를 경계로 하여 양측으로 끌어당겨지거나, 기판의 음각으로 되어 포토레지스트가 도포되지 않는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 코너부가 포토레지스트에 의하여 피복되어 있기 때문에, 접속전 극 등을 형성하기 위한 케미컬 에칭을 행하더라도 코너부의 전극의 용단이 발생하지 않는다. 이 용단에 의하여 발생하는 접속전극의 도통이 절단되는 문제, 소위 전극 단절을 방지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 오목 형상의 홈부는, 형성된 오목부에 의하여 주 진동부의 외곽부로의 진동의 누설을 방지할 수 있다. 이러한 이유에서, 오목 형상의 홈부를 설치하여, 연결부의 길이 치수를 크게 하더라도 진동 특성으로의 영향을 적게 할 수 있다. 따라서, 연결부를, 오목 형상의 홈부와, 주 진동부의 표리면과 대략 평행한 평탄부로써 형성할 수 있게 되어, 연결부의 강도를 강하게 할 수 있다. 이들에 의하여, 외부로부터의 충격 등에 의한 연결부의 파손을 방지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 주 진동부의 진동 방향의 적어도 일단에 개방단이 형성되어 있기 때문에, 온도 변화에 의한 주 진동부의 팽창, 수축을 이 개방단에서 흡수할 수 있다. 이 때문에, 온도 변화가 일어나더라도 주 진동부는 안정된 진동을 행할 수 있게 되어, 소위, 주파수-온도 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 압전 진동자는, 전술한 압전 진동편의 외곽부에 접속된 덮개체에 의하여 해당 압전 진동편의 적어도 주 진동부를 수납하고 있다. 이 때문에, 덮개체에 의하여 주 진동부를 보호할 수 있다.
이들과 같이, 본 발명의 압전 진동자는, 코너부의 전극 단절을 방지하고, 내충격성이 양호하고, 또한 온도 변화에 대해서도 안정된 진동을 행할 수 있는 압전 진동자를 제공할 수 있게 된다.
또, 상기 덮개체는, 대략 상기 외곽부를 따라 일정한 두께로 형성된 프레임 을 개재하여 상기 외곽부에 고착되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 전술한 압전 진동편의 주 진동부의 표면이 외곽부의 표면보다 두께 방향의 외측에 있는 경우, 혹은 동일 평면상에 있는 경우의, 덮개체의 고착에 의한 주 진동부 등의 덮개체로의 접촉을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 주 진동부와 덮개체와의 접촉에 의한 진동 특성의 열화를 방지하여, 진동 특성이 안정된 압전 진동편을 제공할 수 있게 된다.
실시 형태의 설명에 앞서, 본 발명에 따른 압전 진동편과 그 전극 형성 방법 및 전극 형성시에 발생하는 코너부 전극 단절에 관하여 상세히 설명한다.
압전 진동편에는, 수정을 비롯하여 여러 가지 압전 재료가 이용되고 있다. 압전 재료의 일례로서, 결정축인 X축(전기축), Y축(기계축), Z축(광축)을 갖는 수정이 있다. 이 수정으로부터 잘려 나온 압전 기판으로서의 수정 기판을 이용하여 수정 진동편이 형성된다. 이 수정 기판의 일례로서, 한 변이 X축에 평행하고, 다른 변이 X축 둘레에 Z축으로부터 약 35도 경사진 Z'축에 평행하게 절단된, 소위 AT 컷 수정 기판이 있다. 이하의 실시 형태에 제시하는 압전 진동편은, 이 AT 컷 수정 기판을 이용한 예에 관하여 설명한다. 또한, 압전 진동편은, AT 컷 수정기판에 한정되지 않으며, 다른 절단 각도로 잘려 나온 수정 기판, 혹은, 다른 압전 재료를 이용한 압전 진동편이어도 된다. 이 경우에서도, 이하의 실시 형태와 동일한 구성이면 동일한 효과를 갖고 있다.
압전 진동편의 전극 형성 방법의 일례에 관하여 도 1의 공정 흐름도를 이용하여 설명한다. 우선, 압전 기판(1000)의 표면에, 예를 들면, 금, 은, 크롬, 니켈 등 도전성의 금속 박막(1001)을 형성한다. 이 금속 박막(1001)의 형성은, 예를 들면, 증착(蒸着), 스퍼터링 등에 의하여 행할 수 있다. 그 후, 금속 박막(1001)의 표면에, 예를 들면 포토레지스트(1002)를 피복한다(Sl02).
다음에, 포토레지스트(1002)의 표면에, 예를 들면 금속 박판으로 이루어진 마스크(1003)를 올려 둔다. 마스크(1003)에는, 포토레지스트(1002)의 감광 패턴에 상당하는 관통공(1004)이 형성되어 있다. 그리고, 마스크(1003)상으로부터, 포토레지스트(1002)의 감광광 V를 조사한다(S104). 이에 따라 관통공(1004)에 대응하은 포토레지스트(1002)가 감광된 부분인 노광부(1005)가 형성된다.
다음에, 마스크(1003)를 제거하고, 포토레지스트(1002)의 현상 처리를 행한다. 그 후, 노광부(1005)를 제거하고, 관통부(1006)를 형성한다(S106). 다음에, S106에서 형성된 압전 기판(1000)에 대하여 케미컬 에칭 처리를 행한다. 이 에칭 처리에 의하여, 포토레지스트(1002)의 관통부(1006)에 대응하는 부분의 전극 박막(1001)을 제거한다. 전극 박막(1001)이 제거된 부분이 전극 분할부(1007)가 되어, 각각의 전극(1008)을 형성한다(S108).
코너부 전극 단절에 관하여 도 2를 이용하여 설명한다. 도 2는, 압전 진동편의 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 압전 기판(1000)은, 중앙부의 표면과 외연부의 표면에 단차가 있다. 코너부 전극 단절은, 이 단차에 의하여 생기는 각도 B와 각도 C의 각부(角部)에 전극을 형성할 때에 발생한다. 이하, 공정에 따라 설명한다. 압전 기판(1000)의 표면에는 금속 박막(1001)이 형성되어 있으며, 포토리소그래피법 등을 이용하여 전극을 형성한다. 우선, 금속 박막(1001)의 표면 을 포토레지스트(1002)로써 피복한다(도 1에 도시한 S102). 이 때, 둔각인 각도 B의 코너는, 포토레지스트(1002)가 코너를 따라 피복된다. 그러나, 예각인 각도 C의 코너는, 이 코너의 능선을 중심으로 하여 양측으로 포토레지스트가 그 표면장력에 의하여 끌어당겨져 레지스트 풀(pool)(1110)을 발생시킨다. 이 레지스트 풀(1110)에 의하여, 능선 부분에 포토레지스트가 피복되지 않은 개소가 발생한다. 또, 도면에는 도시되지 않지만, 예각의 코너에서는, 이 코너의 음각이 되는 부분에 포토레지스트가 도포되기 어려워, 도포되지 않는 부분을 발생시키는 경우도 있다. 이 상태에서, 노광, 현상 등을 행한다(도 1에 도시한 S104, S106). 그 후, 관통부(1009)에 케미컬 에칭을 행한다(도 1에 도시한 S108). 이 케미컬 에칭에 의하여, 코너전극 단절이 발생한다. 결국, 전극 패턴의 형성과 동시에 화살표 A로 나타내는 포토레지스트가 피복되지 않은 능선 부분에 에칭액이 침입하여 전극을 용단한다. 코너전극 단절은, 이 전극의 용단에 의하여 발생한다.
이하, 본 발명에 따른 압전 진동편 및 압전 진동자의 최적의 형태에 관하여, 도면을 이용하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
본 발명에 따른 압전 진동편의 제1 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 도 3은, 제1 실시 형태의 압전 진동편의 개략 구조를 도시한 것으로, (a)는 사시도, (b)는 Q-Q'단면도이다.
도 3a, b에 도시하는 바와 같이, 압전 진동편의 일례로서의 수정 진동편(10)은, 수정 기판(11)으로 형성되어 있다. 수정 진동편(10)은, 주 진동부(12),주 진 동부(12)의 표리면(23, 24)에 형성된 여진전극(13a, 13b), 주 진동부(12)의 대략 외측을 따라 설치된 외곽부(20)를 갖고 있다. 주 진동부(12)와 외곽부(20)는, 평탄부(17a, 17b)와 홈부(16a, 16b, 16c)로 이루어진 연결부(18a, 18b)에 의하여 접속되어 있다. 여진전극(13a, 13b)은, 평탄부(17a, 17b)의 표리면을 통과하여 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)에 도달하도록 형성된 접속전극(28a, 28b)과 접속되어 있다.
주 진동부(12)는, 그 주위에 설치되어 있는 연결부(18a, 18b) 및 관통공(15)에 의하여 4단(4변)이 형성된 구형(矩形)형상을 이루고 있다. 이 주 진동부(12)는, 그 표리면(23, 24)에 형성된 여진전극(13a, 13b)에 전압을 인가함으로써, X축 방향을 진동 방향(이하, 진동 방향을 X축 방향이라고 부른다)으로 하는 두께 미끄럼 진동이 행해진다. 주 진동부(12)의 진동 방향인 X축 방향의 일단은, 관통공(15)에 의하여 개방 단부로서의 개방단(14)으로 되어 있다. 주 진동부(12)의 타단은, 연결부(18a, 18b)와 접속되어 있으며, 이 중 홈부(16a, 16b, 16c)와 접속되어 있는 부분은, 홈부(16a, 16b, 16c)의 오목 형상의 깊이에 상당하는 단면(端面)(19a)이 형성되어 있다. 또한, 수정 기판(11)의 이면측에도 표면측과 동일한 홈부(16a', 16c')가 형성되어 있지만, 이하의 설명에서는, 표면측의 홈부(16a, 16b, 16c)를 이용하여 설명한다.
외곽부(20)는, 수정 진동편(10)과 도시하지 않은 다른 회로 기판 등의 유지기(保持器)와의 접속, 혹은, 주 진동부(12)를 보호하는 도시하지 않은 덮개체와의 접속 등이 행해진다. 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)은, 주 진동부(12)의 표리면 (23, 24), 및 연결부(18a, 18b)의 표리면보다 두께 방향의 외측(중심과 반대 방향)이 되도록 단차를 갖고 형성되어 있다.
다음에, 전술한 단차에 관하여 설명한다. 수정 진동편(10)의 외형 형상은, 예를 들면, 가압된 기체와 함께 숯 입자를 분무하는 브라스트 가공, 혹은, 포토리소그래피 기술을 이용한 케미컬 에칭 가공 등에 의하여 형성된다. 본 제1 실시 형태에서는, 주 진동부(12)와 외곽부(20)와의 사이에 단차를 주는 가공을, 케미컬 에칭 가공에 의하여 행하는 예를 제시하고 있다. 케미컬 에칭 가공은, 마스크 처리에 의하여 가공해야 할 부분(본 예에서는, 주 진동부(12)와 평탄부(17a, 17b))이 노출된 수정 기판(11)을 에칭액에 침지하여 행해진다. 이 케미컬 에칭 가공은, 앞에서 서술한 수정의 결정축 방향에 의하여, 일정 시간에 에칭이 진행되는 속도를 나타내는, 소위 에칭 레이트가 다르다. 이 에칭 레이트는, 특히 Y축 방향이 크고 Z 방향은 비교적 작기 때문에, Y축에 따른 방향의 에칭이 빨리 진행된다. 이 때문에, 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)과 평탄부(17a, 17b)의 표리면과의 사이에 형성되는 에칭면(이하, 접속면이라고 한다.)(27a, 27b, 27a', 27b')은, 대략 Y축을 따라 형성된다. 전술한 바와 같이, Y축은, X축 방향에 있는 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)에 대하여 약 35°기울어져 있기 때문에, 접속면(27a, 27b, 27a', 27b')도 동일한 경사를 갖고 형성된다. 따라서, 한쪽의 접속면(27a, 27b)과 평탄부(17a, 17b)의 표리면이 이루는 각도( θ1)은, θ1=180°＋(90°－35°)로부터, 약 235°가 된다. 또, 접속면(27a, 27b)과 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)이 이루는 각도( θ2)는, θ2=180°－(90°－35°)로부터, 약 125°가 된다. 마찬가지로, 다 른 쪽의 접속면(27a', 27b')과 평탄부(17a, 17b)의 표리면이 이루는 각도( θ1)'는, 약 305°가 되고, 접속면(27a', 27b')과 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)이 이루는 각도( θ2)'는, 약 55°로 되어 있다.
표면의 접속전극(28a)은, 각도( θ1)이, 90°＜θ1＜270°인 약 235°의 측, 및 각도( θ2)가, 90°＜θ2≤180°인 약 125°의 측에 형성되어 있다. 즉, 접속전극(28a)은, 여진전극(13a)으로부터, 각도( θ1), 각도( θ2)가 상기 조건을 만족시키는 측인 평탄부(17a)의 표면을 통과하고, 또한 접속면(27a)을 통과하여 외곽부(20)의 표면(29a)에 도달하도록 형성되어 있다. 이면(裏面)의 접속전극(28b)은, 표면의 접속전극(28a)과 마찬가지로 각도( θ1)이, 90°＜θ1＜270°인 약 235°의 측, 및 각도( θ2)가, 90°＜θ2≤180°인 약 125°의 측에 형성되어 있다. 즉, 이면측의 접속전극(28b)은, 여진전극(13b)으로부터, 각도( θ1), 각도( θ2)가 상기 조건을 만족시키는 측인 평탄부(17b)의 이면을 통과하고, 또한 접속면(27b)을 통과하여 외곽부(20)의 이면(29b)에 도달하도록 형성되어 있다. 또한, 각도( θ1)이, 90°＜θ1＜270°, 각도( θ2)가, 90°＜θ2≤180°의 범위이면, 기판 표면측의 접속면(27a, 27b)과 평탄부(17a, 17b)의 표리면이 이루는 각도, 및 접속면(27a, 27b)과 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)이 이루는 각도는 둔각이 된다.
연결부(18a, 18b)는, 저면(底面)(25, 26)을 갖는 오목 형상을 이룬 홈부(16a, 16b, 16c)와 주 진동부(12)의 표리면(23, 24) 및 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)과 동일면의 평탄부(17a, 17b)로 구성되어 있다. 평탄부(17a, 17b)는, 주 진동부(12)의 X축 방향을 따라 마련된 2변의 거의 중앙에 설치되어 있다. 홈부(16a, 16b, 16c)는, 수 ㎛ 정도(예를 들면, 2㎛)의 깊이를 갖고 있으며, 평탄부(17a, 17b)에 접속되어, 주 진동부(12)의 X축 방향에 연장 설치되어 있다. 홈부(16a, 16b, 16c) 중, 관통공(15)이 형성된 방향에 설치된 홈부(16a, 16b)는, 평탄부(17a, 17b)로부터 광통공(15)까지의 사이에 설치되어 있다. 또, 홈부(16a, 16b, 16c) 중, 관통공(15)과 반대 방향에 설치된 홈부(16b)는, 평탄부(17a)로부터 연장 설치되고, 주 진동부(12)의 외주를 따라 X축 방향으로부터 Z'축 방향으로 굴곡하고, 또한 X축 방향으로 되돌아 평탄부(17b)에 접속되어 있다.
홈부(16a, 16b, 16c)는, 주 진동부(12)의 진동이 외곽부(20)에 전파(傳播)함에 따른 진동 특성의 열화를 방지하면서, 연결부(18a, 18b)의 형상을 크게 하여, 그 강도를 향상시키기 위해 이용되고 있다. 여기서 AT 컷의 수정 진동편(10)의 진동의 전파에 대하여 설명한다.
AT 컷의 수정 진동편(10)의 주진동인 두께 미끄럼 진동은, 주 진동부(12)의 중앙부가 진동하는 것과 같이 여진전극의 배치 등이 결정되어 있지만, 중앙부에서 진동하는 두께 미끄럼 진동은, 진동편의 외주부(본 예에서는, 외곽부(20))로 전파한다.
수정 진동편(10)은, 외곽부(20)를 유지기에 고착되어 유지되는 경우가 많고, 이 고착에 의하여 외곽부(20)에 전파된 진동이 억제된다. 이 전파된 진동의 억제가 주진동인 두께 미끄럼 진동에 영향을 주어, 크리스탈 임피던스(이하,「CI값」이라고 한다.)가 저하하거나, 다른 진동 모드를 유발시켜 발진 주파수의 안정성을 저하시키기도 한다.
진동의 전파는, 식(1)∼식(4)에 의하여 표현된다. 식(1)∼식(4)에 의하면, 동일 진동편상에 주파수가 다른 것을 갖는 영역이 있으면, 진동의 전파는, 주파수가 높은 쪽으로부터 낮은 쪽으로 일어나고, 주파수가 낮은 쪽으로부터 높은 쪽에 대해서는, α, β가 허수가 되기 때문에 진동이 전파 거리에 따라서 감쇠한다.
전술에 따라, 홈부(16a, 16b, 16c)를 형성함으로써, 두께 미끄럼 진동의 외곽부(20)로의 전파를 억제하면서 연결부(18a, 18b)의 접속 면적을 크게 하여, 연결부(18a, 18b)의 강도를 향상시킬 수 있게 된다.
[식 1]
U=B·exp[－j(ωt－(αx＋βz))] …(1)
[식 2]
Figure 112006014956814-pat00001
…(2)
[식 3]
Figure 112006014956814-pat00002
…(3)
[식 4]
Figure 112006014956814-pat00003
…(4)
U: 두께 미끄럼 진동의 X방향, Z방향에 대한 변위, B: 진폭 강도, ω,ωs: 진동자, 진동편, 각각의 각주파수, α, β: X, Z방향 각각에 대한 전파 계수, C55, C66: 탄성 스티프니스(stiffness), S11, S13, S33: 탄성 컴플라이언스, 2a: 주 진동부의 X축 방향의 길이 치수, 2b: 주 진동부의 Y'축 방향의 두께 치수, 2c: 주 진동부의 Z'축 방향의 폭 치수.
전술한 제1 실시 형태에 의하면, 접속전극(28a)은, 접속면(27a)과 주 진동부(12)의 표면(23)이 이루는 각도( θ1)이 125°의 측, 및 접속면(27a)과 외곽부(20)의 표면(29a)이 이루는 각도( θ2)가 145°의 측에 형성되어 있다. 이와 같이, 각각의 코너가 둔각으로 되어 있는 측에 접속전극(28a)이 형성되어 있다. 이에 따라, 포토레지스트의 표면장력에 의하여 이 포토레지스트가 코너부를 경계로 하여 양측으로 끌어당겨지거나, 코너부의 음각이 되어 포토레지스트가 도포되지 않는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 코너부가 포토레지스트에 의하여 피복되어 있기 때문에, 접속전극(28a) 등을 형성하기 위한 케미컬 에칭을 행하더라도 코너부의 전극의 용단이 발생하지 않는다. 이 용단에 의하여 발생하는 접속전극(28a)의 도통이 절단되는, 소위 전극 단절을 방지할 수 있게 된다.
또한, 수정 진동편(10)은, 연결부(18a, 18b)가 주 진동부(12)의 표리면(23, 24) 및 상기 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)에 대하여 오목 형상의 홈부(16a, 16b, 16c)와 동일면의 평탄부(17a, 17b)로 형성되어 있다. 이와 같이, 연결부(18a, 18b)에 주 진동부(12)의 표리면(23, 24) 및 상기 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)과 동일면의 평탄부(17a, 17b)를 설치함으로써, 이 평탄부(17a, 17b)가 설치된 부분에서는 충격 등에 의한 응력 집중을 방지할 수 있다. 또, 평탄부(17a, 17b)에 연속 하여 오목 형상의 홈부(16a, 16b, 16c)를 형성함으로써, 연결부(18a, 18b)의 길이 치수를 크게 할 수 있다. 이에 따라, 또한 연결부(18a, 18b)의 강도를 높일 수 있게 된다. 따라서, 외부로부터의 충격 등에 의한 연결부(18a, 18b)의 파손을 방지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 전술한 주 진동부(12)의 X축 방향의 일단을 개방단(14)으로 함으로써, 주 진동부(12)와 외곽부(20)에 고착하는 덮개체 등과의 열팽창 계수의 차이에 따른 응력의 영향을 줄일 수 있다. 주 진동부(12)의 X축 방향의 개방단(14)이 없는 경우는, 이 응력의 영향에 의하여, 주파수-온도 특성이 거의 직선상이 되는 등 열화되어 있었지만, 개방단(14)을 형성함으로써, AT 컷 수정 진동편 본래의 주파수-온도 특성인 3차 곡선의 주파수-온도 특성을 얻을 수 있었다. 이것에 대하여 다음에 상세히 설명한다.
두께 미끄럼 진동편의 주진동은, 식(5)에 의하여 표현된다. 또한, 식(5)에서는, 일반적으로 식(6)이다. 압전 진동편의 온도가 변화할 때, 주 진동부를 형성하는 수정의 열팽창 계수와 주 진동부와 연결된 외곽부에 고착되는 다른 재질의 덮개체 등의 열팽창 계수의 차이에 의하여, 각각 변형량이 다른 변형이 일어난다. 열팽창 계수의 일례를 들면, AT 컷 수정의 X축:19.7×10-6/℃, AT 컷 수정의 Z'축: 12.8×10-6/℃, 덮개체에 이용되는 붕규산 유리:3.25×10-6/℃ 등이다. 이 변형량의 차이에 의하여 주 진동부에 응력이 가해지고, 이 응력의 영향에 의한, 식(5), 및 식(6)의 정수의 근소한 변화에 의하여 주파수가 변화하여, 온도 변화에 따른 주파 수 특성, 소위 주파수-온도 특성이 열화하는 수정 진동편이 된다.
식(5), 및 식(6)에 의하면, 진동편의 두께를 나타내는 2b, 진동편의 X축 방향의 길이를 나타내는 2a, 탄성정수 C66, C11, 및 수정의 밀도ρ는 모두 온도에 의존하는 물성정수이다. 여기서, 탄성정수 C66, C11, 및 수정의 밀도ρ는, 재료 고유의 정수이기 때문에, 진동편의 형상에 기인하는 열변형의 영향은 받지 않는다. 또, 진동편의 두께를 나타내는 2b는, 진동편의 두께 방향이 개방되어 있기 때문에, 열변형의 영향을 받지 않는다. 진동편의 X축 방향의 길이를 나타내는 2a는, 온도 변화에 의한 치수 변화에 의하여 연결되는 외곽부와 간섭하여 주진동에 영향을 발생시킨다. 특히 주 진동부의 X축 방향의 양단이 외곽부와 연결되어 있는 경우는, 그 치수 변화를 피할 수 없어, 영향이 커진다. 따라서, 주 진동부의 X축 방향의 적어도 일단을 개방함으로써, 온도 변화에 의한 치수 변화를 피할 수 있다. 이에 따라, 주파수-온도 특성의 열화를 방지할 수 있게 된다.
[식 5]
Figure 112006014956814-pat00004
…(5)
[식 6]
Figure 112006014956814-pat00005
…(6)
f(1,1,0): 유한 평판의 주진동 주파수, C66, C11: 탄성정수, ρ: 수정의 밀도, 2a :진동편의 X축 방향의 길이 치수, 2b: 진동편의 두께 치수.
제1 실시 형태의 수정 진동편(10)에 의하면, 진동편의 코너부에 있어서의 접속전극 등의 전극 단절을 방지함과 동시에 낙하 등에 의한 내충격성을 향상시킬 수 있게 된다. 더불어, 온도 변화에 대해서도 안정된 진동을 행하는 것이 가능하게 된다. 즉, 전극 단절을 방지하여, 내충격성이 우수한, 더불어 주파수-온도 특성이 양호한 수정 진동편을 제공할 수 있게 된다.
〈변형예〉
여기서, 제1 실시 형태의 변형예를 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는, 제1 실시 형태의 변형예의 압전 진동편의 개략 구성을 도시한 정단면도이다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 압전 진동편의 일례로서의 수정 진동편(10)은, 주 진동부(12), 주 진동부(12)의 표리면에 형성된 여진전극(13a, 13b), 주 진동부(12)의 대략 외측을 따라 설치된 외곽부(20)를 갖고 있다. 주 진동부(12)와 외곽부(20)는, 평탄부(17a, 17b)와 홈부(도시하지 않음)로 이루어진 연결부(도시하지 않음)에 의하여 접속되어 있다. 여진전극(13a, 13b)은, 평탄부(17a, 17b)의 표리면을 통과하여 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)에 도달하도록 형성된 접속전극(28a, 28b)과 접속되어 있다.
외곽부(20)는, 수정 진동편(10)과 도시하지 않은 다른 회로 기판 등의 유지기와의 접속, 혹은, 주 진동부(12)를 보호하는 도시하지 않은 덮개체와의 접속 등이 행해진다. 외곽부(20)의 표리면(29a, 29b)은, 주 진동부(12)의 표리면, 및 연결부의 표리면보다 두께 방향의 중심측이 되도록 단차를 갖고 형성되어 있다. 주 진동부(12)와 외곽부(20) 사이에 단차를 주는 가공은, 제1 실시 형태와 같이, 케미컬 에칭 가공에 의하여 행할 수 있다. 케미컬 에칭 가공은, 마스크 처리에 의하여 가공해야 할 부분(본 변형예에서는, 외곽부(20))이 노출된 수정 기판(11)을 에칭액에 침지하여 행해진다. 이 케미컬 에칭 가공에 의하여 제1 실시 형태와 같은 경사를 가진 접속면(27a, 27b)이 형성된다.
표면의 접속전극(28a)은, 제1 실시 형태와 같이, 각도( θ1)이, 90°＜θ1＜270°의 범위 내, 및 각도( θ2)가, 90°＜θ2≤180°의 범위 내에 있는 측의 접속면(27a)을 통과하여 형성되어 있다. 즉, 표면의 접속전극(28a)은, 여진전극(13a)으로부터, 각도( θ1), 각도( θ2)가 상기 조건을 만족시키는 측인 평탄부(17a)의 표면을 통과하고, 또한 접속면(27a)을 통과하여 외곽부(20)의 표면(29a)에 도달하도록 형성되어 있다. 마찬가지로, 이면의 접속전극(28b)은, 각도( θ1)이, 90°＜θ1＜270°의 범위 내, 및 각도( θ2)가, 90°＜θ2≤180°의 범위 내에 있는 측의 접속면(27b)을 통과하여 형성되어 있다. 즉, 이면측의 접속전극(28b)은, 여진전극(13b)으로부터, 각도( θ1), 각도( θ2)가 상기 조건을 만족시키는 측인 평탄부(17b)의 이면을 통과하고, 또한 접속면(27b)을 통과하여 외곽부(20)의 이면(29b)에 도달하도록 형성되어 있다.
본 변형예의 수정 진동편(10)에 의하면, 전술한 제1 실시 형태와 같이, 진동편의 코너부에서의 접속전극 등의 전극 단절을 방지함과 동시에 낙하 등에 의한 내충격성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 온도 변화에 대해서도 안정된 진동을 행할 수 있게 된다. 즉, 전극 단절을 방지하고, 내충격성이 우수한, 더불어 주파수- 온도 특성이 양호한 수정 진동편을 제공하는 것이 가능하게 된다.
(제2 실시 형태)
본 발명에 따른 압전 진동편의 제2 실시 형태를 도 5를 이용하여 설명한다. 도 5는, 제2 실시 형태의 압전 진동편의 개략 구조를 도시한 것으로, (a)는 사시도, (b)는 정단면도이다. 이하에 제2 실시형태에 관하여 상세히 설명하지만, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 설명은 생략한다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 압전 진동편의 일례로서의 수정 진동편(210)은, 수정 기판(211)으로 형성되어 있다. 수정 진동편(210)은, 주 진동부(212), 주 진동부(212)의 표리면(223, 224)에 형성된 여진전극(213a, 213b), 주 진동부(212)의 대략 외측을 따라 설치된 외곽부(220)를 갖고 있다. 주 진동부(212)와 외곽부(220)는, 평탄부(217a, 217b)와 홈부(216a, 216b, 216c)로 이루어진 연결부(218a, 218b)에 의하여 접속되어 있다. 표면측의 여진전극(213a)은, 평탄부(217a)의 표면을 통과하여 외곽부(220)의 표면(221)에 도달하도록 형성된 표면측의 접속전극(227a)과 접속되어 있다. 이면측의 여진전극(213b)과 마찬가지로, 외곽부(220)의 표면(221)에 도달하도록 형성된 도시하지 않은 접속전극과 접속되어 있다.
주 진동부(212)는, 그 주위에 설치되어 있는 연결부(218a, 218b) 및 관통공(215)에 의하여 4단(4변)이 형성된 구형 형상을 이루고 있다. 이 주 진동부(212)는, 그 표리면(223, 224)에 형성된 여진전극(213a, 213b)에 전압을 인가함으로써, X축 방향을 진동 방향(이하, 진동 방향을 X축 방향이라고 부른다)으로 하는 두께 미끄럼 진동이 행해진다. 주 진동부(212)의 진동 방향인 X축 방향의 일단은, 관통 공(215)에 의하여 개방 단부로서의 개방단(214)으로 되어 있다. 주 진동부(212)의 타단은, 연결부(218a, 218b)와 접속되어 있으며, 이 중 홈부(216a, 216b, 216c)와 접속되어 있는 부분은, 홈부(216a, 216b, 216c)의 오목 형상의 깊이에 상당하는 단면(219a, 219b)이 형성되어 있다. 또한, 수정 기판(211)의 이면측에도 표면측과 동일한 홈부(216a', 216b', 216c')(216 c'는 도시하지 않음)가 형성되어 있지만, 이하의 설명에서는, 표면측의 홈부(216a, 216b, 216c)를 이용하여 설명한다.
외곽부(220)는, 수정 진동편(210)과 도시하지 않은 다른 회로 기판 등의 유지기와의 접속, 혹은, 주 진동부(212)를 보호하는 도시하지 않은 덮개체와의 접속 등이 행해진다. 외곽부(220)의 표리면(221, 222)은, 평탄부(217a, 217b)의 표리면, 및 주 진동부(212)의 표리면(223, 224)과 대략 동일면이 되도록 형성되어 있다.
연결부(218a, 218b)는, 저면(225, 226)을 갖는 오목 형상을 이룬 홈부(216a, 216b, 216c)와 주 진동부(212)의 표리면(223, 224) 및 외곽부(220)의 표리면(221, 222)과 동일면의 평탄부(217a, 217b)로 구성되어 있다. 평탄부(217a, 217b)는, 주 진동부(212)의 X축 방향을 따라 마련된 2변의 거의 중앙에 설치되어 있다. 홈부(216a, 216b, 216c)는, 수 ㎛ 정도(예를 들면, 2㎛)의 깊이를 갖고 있으며, 평탄부(217a, 217b)에 접속되고, 주 진동부(212)의 X축 방향에 연장 설치되어 있다. 홈부(216a, 216b, 216c) 중, 관통공(215)이 형성된 방향에 설치된 홈부(216a, 216c)는, 평탄부(217a, 217b)로부터 관통공(215)까지의 사이에 설치되어 있다. 또, 홈부(216a, 216b, 216c) 중, 관통공(215)과 반대 방향에 설치된 홈부(216b)는, 평탄부(217a)로부터 연장 설치되고, 주 진동부(212)의 외주를 따라 X축 방향으로부터 Z'축 방향으로 굴곡하며, 또한 X축 방향으로 되돌아 평탄부(217b)에 접속되어 있다.
표면측의 접속전극(227a)은, 여진전극(213a)으로부터 연신(延伸)되고, 평탄부(217a)의 표면을 통과하여 외곽부(220)의 표면(221)에 도달하도록 형성되어 있다. 동일하게, 도시하지 않지만 이면측의 접속전극도 형성되어 있다. 이와 같이, 접속전극(227a)은, 단차가 없는 동일면상에 형성되어 있다.
또한, 제2 실시 형태에 있어서의 평탄부(217a)의 표면과 외곽부(220)의 표면과의 관계는, 전술한 제1 실시 형태의 도 3(b)를 이용하여 설명한 각도( θ1), 및 각도( θ2)가 180°인 경우를 나타내고 있다.
제2 실시 형태에 의하면, 접속전극(227a)이 단차가 없는 평면상에 형성되어 있다. 따라서, 접속전극(227a)의 형성 영역에 전극 단절의 원인이 되는 코너부가 존재하지 않아, 전극 단절을 방지할 수 있다. 이들에 의하여, 제2 실시 형태의 수정 진동편(210)에 의하면, 진동편의 접속전극 등의 전극 단절을 방지함과 동시에 낙하 등에 의한 내충격성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 온도 변화에 대해서도 안정된 진동을 행할 수 있게 된다. 즉, 전극 단절을 방지하고, 내충격성이 우수한, 더불어 주파수-온도 특성이 양호한 수정 진동편을 제공하는 것이 가능하게 된다.
제3 실시 형태
본 발명에 따른 압전 진동편의 제3 실시 형태를 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6은, 제3 실시 형태의 압전 진동편의 개략 구조를 도시한 것으로, (a)는 평면도, (b)는 정단면도이다.
압전 진동편의 일례로서의 수정 진동편(210)은, 수정 기판(211)으로 형성되어 있다. 수정 진동편(210)은, 주 진동부(232), 주 진동부(232)의 표리면에 형성된 여진전극(233a, 233b), 주 진동부(232)의 대략 외측을 따라 설치된 외곽부(240)를 갖고 있다. 주 진동부(232)와 외곽부(240)는, 평탄부(237a, 237b)와 홈부(236a, 236b, 236c, 236d)로 이루어진 연결부(238a, 238b)에 의하여 접속되어 있다. 여진전극(233a, 233b)은, 평탄부(237a, 237b)의 표리면을 통과하여 외곽부(240)의 표리면에 도달하도록 형성된 접속전극(247a)과 접속되어 있다. 또한, 이면측의 접속전극은 도시하고 있지 않다.
주 진동부(232)는, 그 주위에 설치되는 연결부(238a, 238b) 및 2개의 관통공(235a, 235b)에 의하여 4단(4변)이 형성된 구형 형상을 이루고 있다. 이 주 진동부(232)는, 그 표리면에 형성된 여진전극(233a, 233b)에 전압을 인가함으로써, X축 방향을 진동 방향(이하, 진동 방향을 X축 방향이라고 부른다)으로 하는 두께 미끄럼 진동이 행해진다. 주 진동부(232)의 진동 방향인 X축 방향의 일단은, 관통공(235a)에 의하여 개방 단부로서의 개방단(234a)으로 되어 있다. 또, 주 진동부(232)의 개방단(234a)과 X축 방향의 반대측에 설치된 일단도, 개방단(234a)과 같이, 관통공(235b)에 의하여 개방단(234b)으로 되어 있다. 주 진동부(232)의 개방단(234a, 234b) 이외의 타단은, 연결부(238a, 238b)와 접속되어 있으며, 이 중 홈부(236a, 236b, 236c, 236d)와 접속되어 있는 부분은, 홈부(236a, 236b, 236c, 236d)의 오목 형상의 깊이에 상당하는 단면(239a, 239b, 239c, 239d)이 형성되어 있다.
연결부(238a, 238b)는, 오목 형상의 홈부(236a, 236b, 236c, 236d)와 주 진동부(232)의 표리면 및 외곽부(240)의 표리면과 동일면을 가진 평탄부(237a, 237b)로 구성되어 있다. 평탄부(237a, 237b)는, 주 진동부(232)의 X축 방향에 따른 2변의 거의 중앙에 설치되어 있다. 홈부(236a, 236b, 236c, 236d)는, 수 ㎛ 정도(예를 들면, 2㎛)의 깊이를 갖고 있으며, 평탄부(237a, 237b)에 접속되고, 주 진동부(232)의 X축 방향에 연장 설치되어 있다. 홈부(236a, 236b, 236c, 236d)는, 평탄부(237a, 237b)로부터 관통공(235a, 235b)까지의 사이에 설치되어 있다.
전술한 제3 실시 형태에 의하면, 전술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 추가하여, 주 진동부(232)의 개방단(234a, 234b)이 양단에 설치되어 있기 때문에, 주 진동부(232) 및 외곽부(240)의 온도 변화에 의한 팽창, 수축을 진동 방향의 양단에서 흡수할 수 있다. 이 때문에, 주 진동부(232)에 가해지는 응력을 완화하여 진동 특성으로의 영향을 더욱 적게 할 수 있다.
(제4 실시 형태)
본 발명에 따른 압전 진동편의 제4 실시 형태를 도 7을 이용하여 설명한다. 도 7은, 제3 실시 형태의 압전 진동편의 개략 구조를 도시한 것으로, (a)는 평면도, (b)는 정단면도이다.
도 7a, b에 도시하는 바와 같이, 압전 진동편의 일례로서의 수정 진동편(210)은, 주 진동부(252),주 진동부(252)의 표리면에 형성된 여진전극(253a, 253b), 주 진동부(252)의 대략 외측을 따라 설치된 외곽부(260)를 갖고 있다. 주 진동부(252)와 외곽부(260)는, 평탄부(257a, 257b)와 홈부(256a, 256b, 256c, 256d)로 이루어진 연결부(258a, 258b)에 의하여 접속되어 있다. 여진전극(253a, 253b)은, 평탄부(257a, 257b)의 표리면을 통과하여 외곽부(260)의 표리면에 도달하도록 형성된 접속전극(267a)와 접속되어 있다. 또한, 이면측의 접속전극은 도시하지 않는다.
주 진동부(252)는, 그 주위에 설치되는 연결부(258a, 258b) 및 2개의 관통공(255a, 255b)에 의하여 4단(4변)이 형성된 구형 형상을 이루고 있다. 이 주 진동부(252)는, 그 표리면에 형성된 여진전극(253a, 253b)에 전압을 인가함으로써, X축 방향을 진동 방향(이하, 진동 방향을 X축 방향이라고 부른다)으로 하는 두께 미끄럼 진동이 행해진다. 주 진동부(252)의 진동 방향인 X축 방향의 양단은, 관통공(255a, 255b)에 의하여 개방 단부로서의 개방단(254a, 254b)으로 되어 있다. 관통공(255a, 255b)은, 주 진동부(252)의 개방단(254a, 254b)을 형성함과 동시에 주 진동부(252)의 폭방향(Z'방향)의 외주까지 연장 설치되어, 소위 「コ자 형상」으로 되어 있다. 주 진동부(252)의 개방단(254a, 254b) 이외의 타단은, 연결부(258a, 258b)와 접속되어 있는 부분(259a, 259b, 259c, 259d)과, 관통공(255a, 255b)에 의하여 개방되어 있는 부분(266a, 266b, 266c, 266d)으로 형성되어 있다.
연결부(258a, 258b)는, 오목 형상의 홈부(256a, 256b, 256c, 256d)와 주 진동부(252)의 표리면 및 외곽부(260)의 표리면과 동일면을 가진 평탄부(257a, 257b)로 구성되어 있다. 평탄부(257a, 257b)는, 주 진동부(252)의 X축 방향에 따른 2변 의 거의 중앙에 설치되어 있다. 홈부(256a, 256b, 256c, 256d)는, 수 ㎛ 정도(예를 들면, 2㎛)의 깊이를 갖고 있으며, 평탄부(257a, 257b)에 접속되고, 주 진동부(252)의 X축 방향에 연장 설치되어 있다.
제4 실시 형태에 의하면, 진동편의 접속전극 등의 전극 단절을 방지함과 동시에 낙하 등에 의한 내충격성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 온도 변화에 대해서도 안정된 진동을 행하는 것이 가능하게 된다. 즉, 전극 단절을 방지하고, 내충격성이 우수한, 더불어 주파수-온도 특성이 양호한 수정 진동편을 제공할 수 있게 된다.
또한, 전술한 제1 실시 형태에 제시한 관통공, 및 연결부의 형상은, 주 진동부의 중앙을 중심으로 한 대칭 형상을 일례로서 설명하였지만, 대칭 형상이 아니어도 되며, 각각의 단(端)마다 다른 단 형상이 형성되어 있어도 된다.
또, 전술한 제1 실시 형태로부터 제4 실시 형태에서는, 주 진동부의 표면과 연결부를 구성하는 평탄부의 표면은 동일면상에 있는 예를 이용하여 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 8에 도시하는 바와 같이, 주 진동부(12)의 표면과 평탄부(17a, 17b)의 표면에 단차가 형성되어 접속면(27c)이 형성되고, 또한 평탄부(17a, 17b)의 표면과 외곽부(20)의 표면에 단차가 형성되어 접속면(27a)이 형성된 구성이어도 된다. 이 때, 표면의 접속전극(28a)은, 전술한 실시 형태와 같이 접속면과 주 진동부(12)의 평면, 평탄부의 표면, 및 외곽부의 표면과 이루는 각도가 전술한 범위 내에 있는 측에 형성되어 있다. 또한, 이면의 접속전극(28b)도 표면과 동일한 구성으로 형성되어 있다.
제5 실시 형태
본 발명에 따른 압전 진동자의 일례로서의 수정 진동자를, 제5 실시형태로서 도 9를 이용하여 설명한다. 도 9는, 제5 실시 형태의 수정 진동자의 개략 구조를 도시한 정단면도이다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 압전 진동자의 일례로서의 수정 진동자(100)는, 전술한 제1 실시 형태에서 설명한 수정 진동편(10)과, 수정 진동편(10)의 외곽부(110)의 표리면(111, 112)에 고착된 덮개체(108a, 108b)로 구성되어 있다. 도시하지 않지만, 접속전극은, 전술한 제1 실시 형태와 동일하게 형성되어 있다.
수정 진동편(10)은, 주 진동부(102), 주 진동부(102)의 표리면에 형성된 여진전극(103a, 103b), 주 진동부(102)의 대략 외측을 따라 설치된 외곽부(110), 및 주 진동부(102)와 외곽부(110)를 접속하는 연결부(118)로 구성되어 있다.
주 진동부(102)는, 그 주위에 설치되어 있는 연결부(118)및 관통공(105)에 의하여 4단(4변)이 형성된 구형 형상을 이루고 있다. 주 진동부(102)의 진동 방향인 X축 방향의 적어도 일단은, 관통공(105)에 의하여 개방 단부로서의 개방단(104)으로 되어 있다. 주 진동부(102)의 타단은, 홈부(106b, 106b')와 도시하지 않은 평탄부로 형성되는 연결부(118)와 접속되어 있다.
외곽부(110)의 표리면(111, 112)은, 수정 진동편(10)을 구성하는 외곽부(110) 이외의 부분보다 두께 방향의 외측(중심과 반대 방향)이 되도록 형성되어 있다. 또한, 외곽부(110)와 주 진동부(102)는, 연결부(118)를 개재하여 일체적으로 접속되어 있다.
덮개체(108a, 108b)는, 붕규산 유리판을 이용하고 있다. 덮개체(108a, 108b)는, 수정 진동편(10)의 외곽부(110)의 표리면(111, 112)과, 예를 들면, 양극(陽極) 접합 등을 이용하여 기밀적으로 고착되어 있다. 여기서, 외곽부(110)의 표리면(111, 112)이 다른 면보다 두께 방향의 외측에 있기 때문에, 덮개체(108a, 108b)와, 주 진동부(102), 연결부(118)가 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
제5 실시 형태에 의하면, 전극 단절을 방지하고, 내충격성이 높고 온도 변화에 대한 진동 특성 열화가 작은 수정 진동편을 기밀적으로 수납하고 있다. 이로 인하여, 전극 단절에 의한 진동 특성의 열화를 방지하고, 내충격성이 높고 주파수-온도 특성이 우수한 수정 진동자를 제공하는 것이 가능하게 된다. 또한, 수정 진동편(10)을 형성하는 주 진동부(102)와 일체적으로 형성된 외곽부(110)에 덮개체(108a, 108b)를 고착한다. 이에 따라, 수정 진동편의 고착 영역과 덮개체의 접합 영역을 동일한 영역으로 할 수 있기 때문에, 고착 스페이스를 줄일 수 있게 된다. 따라서, 전극 단절에 의한 진동 특성의 열화를 방지하고, 내충격성이 높고 온도 변화에 대한 주파수-온도 특성이 양호한, 소형의 수정 진동자를 제공하는 것이 가능하게 된다.
제6 실시 형태
본 발명에 따른 압전 진동자의 일례로서의 수정 진동자를, 제6 실시형태로서 도 10을 이용하여 설명한다. 도 10은, 제6 실시 형태의 수정 진동자의 개략 구조를 도시한 정단면도이다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 압전 진동자의 일례로서의 수정 진동자(200)는, 전술한 제1 실시 형태로부터 제4 실시 형태에서 설명한 수정 진동편(10)과, 수정 진동편(10)의 외곽부(130)의 표리면에 프레임(139a, 139b)을 개재하여 고착된 덮개체(138a, 138b)로 구성되어 있다.
수정 진동편(10)은, 주 진동부(132), 주 진동부(132)의 표리면에 형성된 여진전극(133a, 133b), 주 진동부(132)의 대략 외측을 따라 설치된 외곽부(130), 및 주 진동부(132)와 외곽부(130)를 접속하는 연결부(148)로 구성되어 있다.
주 진동부(132)는, 그 주위에 설치되어 있는 연결부(148) 및 관통공(135)에 의하여 4단(4변)이 형성된 구형 형상을 이루고 있다. 주 진동부(132)의 진동 방향인 X축 방향의 적어도 일단은, 관통공(135)에 의하여 개방 단부로서의 개방단(134)으로 되어 있다. 주 진동부(132)의 타단은, 홈부(136a, 136b)와 도시하지 않은 평탄부로 형성되는 연결부(148)와 접속되어 있다.
덮개체(138a, 138b)는, 붕규산 유리판을 이용하고 있다. 덮개체(138a, 138b)와 외곽부(130)의 표리면은, 프레임(139a, 139b)을 개재하여 기밀적으로 접합되어 있다. 이 프레임(139a, 139b)은, 덮개체(138a, 138b)가 주 진동부(132), 연결부(148) 등과 접촉하는 일이 없도록 하는 스페이서의 역할을 갖고 있으며, 거의 일정한 두께로 대략 외곽부(130)를 따라 프레임 형상으로 형성되어 있다. 프레임(139a, 139b)은, 예를 들면, 금속 링, 유리 링, 혹은, 열경화형 접착제를 프레임 형상으로 일정 두께로 도포한 것 등을 이용할 수 있다.
제6 실시 형태에 의하면, 전극 단절을 방지하고, 내충격성이 높고 온도 변화 에 대한 진동 특성 열화가 작은 수정 진동편을 기밀적으로 수납하고 있다. 이로 인하여, 전극 단절에 의한 진동 특성의 열화를 방지하고, 내충격성이 높고 주파수-온도 특성이 우수한 수정 진동자를 제공할 수 있게 된다. 또한, 수정 진동편(10)을 형성하는 주 진동부(132)와 일체적으로 형성된 외곽부(130)에 프레임(139a, 139b)을 개재하여 덮개체(138a, 138b)를 고착하고 있다. 이 프레임(139a, 139b)을 이용함으로써, 외곽부(130)의 두께를 다른 부분보다 두껍게 할 필요가 없게 되어, 수정 진동편(10)의 제조 공정을 줄일 수 있다. 더불어, 수정 진동편(10)의 고착 영역과 덮개체(138a, 138b)의 접합 영역을 동일한 영역으로 할 수 있기 때문에 고착 스페이스를 줄이는 것도 가능하게 된다. 따라서, 제6 실시 형태에 의하면, 전극 단절에 의한 진동 특성의 열화를 방지하고, 내충격성이 높고 온도 변화에 대한 주파수-온도 특성이 양호한, 소형의 수정 진동자를 염가로 제공할 수 있게 된다.
또한, 제5 실시 형태 및 제6 실시 형태에서 설명한 외곽부의 표리면과 덮개체의 고착 방법은, 저융점 유리, 열경화형 접착제 등 다른 고착 재료를 이용하는 것도 가능하다.
본 발명에 의하면, 접속전극의 코너전극 단절을 방지하여, 접속전극이 주 진동부로부터 연결부를 통과하여 외곽부까지 확실히 접속하는 것이 가능한 압전 진동편 및 압전 진동자를 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 표리면에 여진전극이 형성되고, 정(定)방향의 진동을 행하는 주 진동부와,
    상기 주 진동부의 진동 방향에 설치된 단(端) 중, 적어도 일단에 형성된 개방 단부와,
    상기 주 진동부를 둘러싸도록 형성된 외곽부와,
    상기 개방 단부를 제외한 상기 주 진동부와 외곽부의 사이에 있고, 상기 주 진동부의 표면에 대하여 오목 형상의 홈부와 상기 주 진동부의 표면과 대략 평행한 평탄부를 갖고, 상기 주 진동부와 상기 외곽부를 접속하도록 형성된 연결부와,
    상기 여진전극으로부터, 적어도 상기 평탄부의 표면을 통과하여 상기 외곽부의 표면에 연재되어 형성된 접속전극을 갖고,
    상기 평탄부와 상기 외곽부가 접속된 접속면과, 상기 평탄부의 표면이 이루는 각도 θ1, 및 상기 외곽부의 표면이 이루는 각도 θ2가, 90°＜θ1＜270°, 또한, 90°＜θ2≤ 180°의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 압전 진동편.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평탄부는, 상기 주 진동부의 표면과 대략 동일 평면상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 압전 진동편.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외곽부의 표면은, 상기 주 진동부의 표면 및 상기 평탄부의 표면과 대략 동일 평면상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 압전 진동편.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개방 단부는, 상기 주 진동부의 진동 방향에 설치된 양단에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 압전 진동편.
  5. 제1항 내지 제3항에 기재된 압전 진동편과,
    상기 압전 진동편의 적어도 상기 주 진동부를 수납하고, 상기 외곽부에 접속된 덮개체를 갖고 있는 것을 특징으로 하는, 압전 진동자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 덮개체는, 대략 상기 외곽부를 따라 일정한 두께로 형성된 프레임을 개재하여 상기 외곽부에 고착되어 있는 것을 특징으로 하는, 압전 진동자.
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