KR101860948B1 - 압전진동편 및 압전진동자 - Google Patents

Abstract

<과제> 다단형 메사 구조를 가지는 압전진동편으로서, CI값의 저감을 도모할 수 있는 압전진동편을 제공한다.
<해결수단> 본 발명에 관한 압전진동편은 AT컷 수정기판으로 이루어지고, Y′축에 평행한 방향을 두께방향으로 하는 압전기판(10)과, 압전기판(10)의 양 주면의 진동영역에 표리에서 대향하도록 배치된 여진전극(20)을 포함하며, 압전기판(10)은 X축에 평행한 변을 장변으로 하고, Z′축에 평행한 변을 단변으로 하는 직사각형의 여진부(14)와, 여진부(14)보다 작은 두께를 가지고, 여진부(14)의 주변에 형성된 주변부(12)를 가지며, 여진부(14)의 X축에 평행한 방향으로 연장하는 측면(14a, 14b)의 각각은 1개의 평면 내에 있고, 여진부(14)의 Z′축에 평행한 방향으로 연장하는 측면(14c, 14d)의 각각은 단차를 가진다.

Description

압전진동편 및 압전진동자 {PIEZOELECTRIC RESONATOR ELEMENT AND PIEZOELECTRIC RESONATOR}

본 발명은 압전진동편 및 압전진동자에 관한 것이다.

AT컷 압전진동편은 온도 특성이 뛰어난 두께전단(剪斷) 진동모드를 주공진(主共振)으로서 사용되고 있다. 이와 같은 AT컷 진동편은 기계가공이나 포토리소그래피법에 의해서 가공되고 있다.

특허문헌 1에는 베벨(bevel) 구조나 콘벡스(convex) 구조와 동등한 에너지 가둠 효과를 발휘하는, 이른바 메사형(mesa-structure)의 두께전단진동을 행하는 압전진동자가 개시되어 있다.

최근, 진동편의 사이즈를 소형화하는 경향이 강해지고, 더욱더, 변비(邊比)가 작은 진동자의 필요성이 높아지고 있다. 일반적으로, 변비가 작은 진동자는 진동자의 윤곽(輪郭)에 기인하는 모드(윤곽진동)의 영향을 받기 쉽고, 그 진동과의 결합에 의해 두께전단모드를 억제해 버린다.

특허문헌 2에는 메사형의 AT컷 수정 진동자에 있어서, 메사부와 주변의 박육부(薄肉部)와의 경계에서 경계부의 측벽이 주면(主面)에 대해서 90°이면 여진(勵振)전극으로부터 연장된 인출(引出)전극(리드전극)이 단선해 버린다고 하는 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 경계부의 측벽을 경사 또는 곡면으로 함으로써, 리드전극의 단선을 방지할 수 있는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는 메사형의 AT컷 수정 진동자에 있어서, 메사부와 주변의 박육부와의 경계의 측벽부를 수직(90°)이 아니라, 63°, 35°로 경사시켜 가면, 주진동인 두께전단진동과 굴곡진동과의 결합을 억압할 수 있는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 4에는 윤곽진동인 굴곡모드의 진동을 메사치수 및 메사전극 사이를 적정한 간격으로 하는 것에 의해서, 두께전단모드와 굴곡모드의 결합을 억제할 수 있는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 5에는 메사형의 AT컷 수정 진동자에 있어서, 단차부의 굴량(堀量)을 적정한 값으로 하는 것에 의해서, 불요(不要)모드를 억압할 수 있는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 6에는 메사형의 AT컷 수정 진동자에 있어서, 압전기판의 단변(短邊)의 치수 및 진동부에서의 단변의 치수를 적정한 값으로 함으로써, 불요모드를 억압할 수 있는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 7에는 메사부를 다단(多段)으로 함으로써, 주진동의 에너지를 보다 효율 좋게 가두는 것을 가능하게 하는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 8에는 단면 형상이 계단 형상인 진동자가 개시되어 있고, 이와 같은 계단 형상은 진동자 부분을 보호하는 레지스트(resist) 치수를 단계적으로 바꾸어 에칭 등의 화확적 가공이나 샌드블라스트(sandblast) 등의 기계적 가공을 이용하면 제조할 수 있는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 9에는 후육(厚肉) 중앙부와 박육 주변부와의 단차를 복수 단의 계단 모양으로 형성함으로써, 레지스트 패턴의 형상 및 전극 재료의 충분한 두께로의 성막(成膜)이 용이하게 되며, 게다가 후막(厚膜) 중앙부가 콘벡스 형상에 가까워지므로, 에너지 가둠 효과를 높일 수 있는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 10에는 다단형 메사 구조의 진동편에 있어서, 단차부를 도전성 접착제의 흐름 멈춤으로서 활용하여, 메사부로의 접착제의 유입을 억제하는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 11에는 다단형 메사 구조를 가지는 외형을 포토리소그래피에 의해 수정기재(水晶基材)를 에칭함으로써 정밀하게 형성하는 것이 개시되고 있다.

특허문헌 12에는 레이저를 이용하여 메사를 형성하는 다단 메사형 AT컷 수정 진동자의 제조방법이 개시되어 있다.

이상과 같이, 특허문헌 7 ~ 12에는 강한 에너지 가둠 효과에 의해 굴곡모드와의 결합을 억제하는 구조로서, 메사의 단수를 늘린 다단형 메사 구조가 제안되어 있다.

[특허문헌 1] 일본국 특개소58-47316호 공보 [특허문헌 2] 일본국 실개평06-52230호 공보 [특허문헌 3] 일본국 특개2001-230655호 공보 [특허문헌 4] 일본국 특허 제4341583호 공보 [특허문헌 5] 일본국 특개2008-263387호 공보 [특허문헌 6] 일본국 특개2010-62723호 공보 [특허문헌 7] 일본국 특개평02-57009호 공보 [특허문헌 8] 일본국 특허 제3731348호 공보 [특허문헌 9] 일본국 특개2008-236439호 공보 [특허문헌 10] 일본국 특개2009-130543호 공보 [특허문헌 11] 일본국 특개2010-109527호 공보 [특허문헌 12] 일본국 특허 제4075893호 공보

그렇지만, 장변(長邊)의 늘어나는 방향이 X축에 평행한 다단형 메사 구조의 두께미끄럼 압전진동편에 있어서, 특히 X변비가 작은 압전진동편에서는 두께전단진동과 윤곽진동 등의 불요모드와의 결합하여, CI(Crystal Impedance)값이 증가해 버리는 것이 명확하게 되었다.

본 발명의 몇 개의 형태에 관한 목적 중 하나는, 다단형 메사 구조를 가지는 압전진동편으로서, CI값의 저감을 도모할 수 있는 압전진동편을 제공하는 것에 있다. 또, 본 발명의 몇 개의 형태에 관한 목적 중 하나는, 상기 압전진동편을 포함하는 압전진동자를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 관한 압전진동편은,

수정의 결정축인, 전기축으로서의 X축과, 기계축으로서의 Y축과, 광학축으로서의 Z축으로 이루어진 직교좌표계의 상기 X축을 중심으로 하여, 상기 Z축을 상기 Y축의 -Y방향으로 기울인 축을 Z′축으로 하고, 상기 Y축을 상기 Z축의 +Z방향으로 기울인 축을 Y′축으로 하며, 상기 X축과 상기 Z′축에 평행한 면으로 구성되고, 상기 Y′축에 평행한 방향을 두께로 하는 AT컷 수정기판으로 이루어지며, 상기 Y′축에 평행한 방향을 두께방향으로 하는 압전기판과,

상기 압전기판의 양(兩) 주면의 진동영역에 표리(表裏)에서 대향하도록 배치된 여진전극를 포함하고,

상기 압전기판은,

상기 X축에 평행한 변을 장변으로 하며, 상기 Z′축에 평행한 변을 단변으로 하는 직사각형의 여진부와,

상기 여진부보다 작은 두께를 가지고, 상기 여진부의 주변에 형성된 주변부를 가지며,

상기 여진부의 상기 X축에 평행한 방향으로 연장하는 측면의 각각은 1개의 평면 내에 있고,

상기 여진부의 상기 Z′축에 평행한 방향으로 연장하는 측면의 각각은 단차를 가진다.

이와 같은 압전진동편에 의하면, Z′축에 평행한 방향에서의 두께전단진동과 윤곽진동 등의 불요모드와의 결합을 억제할 수 있어, CI값의 저감을 도모할 수 있다(상세하게는 후술).

본 발명에 관한 압전진동편에 있어서,

상기 압전기판의 상기 Z′축에 평행한 방향의 치수를 Z로 하고, 상기 여진부의 단변의 치수를 Mz로 하며, 상기 여진부의 두께를 t로 하면,

8 ≤ Z/t ≤ 11, 또한, 0.6 ≤ Mz/Z ≤ 0.8의 관계를 만족하여도 된다.

이와 같은 압전진동편에 의하면, 더욱 CI값의 저감을 도모할 수 있다.

본 발명에 관한 압전진동편에 있어서,

상기 압전기판의 상기 X축에 평행한 방향의 치수를 X로 하면, X/t ≤ 17의 관계를 만족하여도 된다.

이와 같은 압전진동편에 의하면, 소형화를 도모하면서, CI값의 저감을 도모할 수 있다.

본 발명에 관한 압전진동편에 있어서,

상기 여진부는,

제1 부분과, 상기 제1 부분보다 작은 두께를 가지는 제2 부분을 가지고,

상기 Z′축방향으로 연장하는 측면의 상기 단차는 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분의 두께의 차이에 의해서 형성되어 있어도 된다.

이와 같은 압전진동편에 의하면, CI값의 저감을 도모할 수 있다.

본 발명에 관한 압전진동편에 있어서,

상기 여진부는 상기 제2 부분보다 작은 두께를 가지는 제3 부분을 더 가지고,

상기 Z′축방향으로 연장하는 측면의 상기 단차는 상기 제1 부분, 상기 제2 부분 및 상기 제3 부분의 두께의 차이에 의해서 형성되어 있어도 된다.

이와 같은 압전진동편에 의하면, 보다 강한 에너지 가둠 효과를 가질 수 있다.

본 발명에 관한 압전진동자는,

본 발명에 관한 압전진동편과,

상기 압전진동편이 수용된 패키지를 포함한다.

이와 같은 압전진동자에 의하면, 본 발명에 관한 압전진동편을 가지기 때문에, CI값의 저감을 도모할 수 있다.

본 발명에 의하면, Z′축에 평행한 방향에서의 두께전단진동과 윤곽진동 등의 불요모드와의 결합을 억제할 수 있어, CI값의 저감을 도모할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 관한 압전진동편을 모식적으로 나타내는 평면도.
도 2는 본 실시형태에 관한 압전진동편을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 3은 본 실시형태에 관한 압전진동편을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 4는 AT컷 수정기판을 모식적으로 나타내는 사시도.
도 5는 본 실시형태에 관한 압전진동편의 제조방법을 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 6은 본 실시형태에 관한 압전진동편의 제조방법을 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 7은 본 실시형태에 관한 압전진동편의 제조방법을 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 8은 본 실시형태에 관한 압전진동편의 제조방법을 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 9는 본 실시형태에 관한 압전진동편의 제조방법을 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 10은 본 실시형태에 관한 압전진동편의 제조방법을 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 11은 본 실시형태에 관한 압전진동편의 제조방법을 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 12는 본 실시형태의 변형예에 관한 압전진동편을 모식적으로 나타내는 평면도.
도 13은 본 실시형태의 변형예에 관한 압전진동편을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 14는 본 실시형태의 변형예에 관한 압전진동편을 모식적으로 나타내는 단면도.
도 15는 본 실시형태에 관한 압전진동자를 모식적으로 나타내는 단면도.
도 16은 비교예의 압전진동편을 모식적으로 나타내는 평면도 및 단면도.
도 17은 CI값의 분포를 나타내는 그래프.
도 18은 Mz(여진부의 단변의 치수)/Z(압전기판의 단변의 치수)와 CI값과의 관계를 나타내는 그래프.

이하에 본 발명의 몇 개의 실시형태에 대해서 설명한다. 이하에 설명하는 실시형태는 본 발명의 예를 설명하는 것이다. 본 발명은 이하의 실시형태에 어떠한 한정이 되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 실시되는 각종의 변형예도 포함한다. 또한, 이하의 실시형태에서 설명되는 구성의 전부가 본 발명의 필수구성요건이라고는 할 수 없다.

1. 압전진동편

우선, 본 실시형태에 관한 압전진동편에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 관한 압전진동편(100)을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 2 및 도 3은 본 실시형태에 관한 압전진동편(100)을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 2는 도 1의 II-II선 단면도이며, 도 3은 도 1의 III-III선 단면도이다.

압전진동편(100)은, 도 1 ~ 도 3에 나타내는 바와 같이, 압전기판(10)과 여진전극(20)을 포함한다.

압전기판(10)은 AT컷 수정기판으로 이루어진다. 도 4는 AT컷 수정기판(101)을 모식적으로 나타내는 사시도이다.

수정 등의 압전재료는, 일반적으로 삼방정계(三方晶系)이며, 도 4에 나타내는 결정축(X, Y, Z)을 가진다. X축은 전기축이고, Y축은 기계축이며, Z축은 광학축이다. AT컷 수정기판(101)은 XZ평면을 X축 둘레에 각도 θ만큼 회전시킨 평면을 따라서, 압전재료(예를 들면, 인공수정(人工水晶))로부터 잘라낸 평판(平板)이다. 여기서, θ = 35°15´이다. 또한, Y축 및 Z축도 X축 둘레에 θ회전시켜, 각각 Y′축 및 Z′축으로 한다. 따라서, AT컷 수정기판(101)은 결정축(X, Y′, Z′)을 가진다. AT컷 수정기판(101)은 Y′축에 직교하는 XZ′면(X축 및 Z′축을 포함하는 면)이 주면(여진면)이 되고, 두께전단진동을 주진동으로 하여 진동할 수 있다. 이 AT컷 수정기판(101)을 가공하여, 압전기판(10)을 얻을 수 있다.

즉, 압전기판(10)은, 도 4에 나타내는 바와 같이 수정의 결정축인, 전기축으로서의 X축과, 기계축으로서의 Y축과, 광학축으로서의 Z축으로 이루어진 직교좌표계의 X축을 중심으로 하여, Z축을 Y축의 -Y방향으로 기울인 축을 Z′축으로 하고, Y축을 Z축의 +Z방향으로 기울인 축을 Y′축으로 하며, X축과 Z′축에 평행한 면으로 구성되고, Y′축에 평행한 방향을 두께로 하는 AT컷 수정기판으로 이루어진다.

압전기판(10)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, Y′축에 평행한 방향(이하 「Y′축방향」이라고도 함)을 두께방향으로 하여 X축에 평행한 방향(이하 「X축방향」이라고도 함)을 장변으로 하고, Z′축에 평행한 방향(이하 「Z′축방향」이라고도 함)을 단변으로 하는 직사각형의 형상을 가질 수 있다. 압전기판(10)은 주변부(12)와 여진부(14)를 가진다.

주변부(12)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 여진부(14)의 주변에 형성되어 있다. 주변부(12)는 여진부(14)보다 작은 두께를 가진다.

여진부(14)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 주변부(12)에 둘러싸여 있고, 주변부(12)의 Y′축방향의 두께보다 큰 두께를 가진다. 즉, 여진부(14)는, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 주변부(12)에 대해서 Y′축방향으로 돌출해 있다. 도시의 예에서는, 여진부(14)는 주변부(12)에 대해서 +Y′측과 -Y′측으로 돌출해 있다. 여진부(14)(압전기판(10))는, 예를 들면, 대칭의 중심이 되는 점(도시생략)을 가지며, 이 점에 관해서 점대칭이 되는 형상을 가질 수 있다.

여진부(14)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, X축방향을 장변으로 하고, Z′축방향을 단변으로 하는 직사각형의 형상을 가진다. 즉, 여진부(14)는 X축에 평행한 변을 장변으로 하고, Z′축에 평행한 변을 단변으로 하고 있다. 이 때문에, 여진부(14)는 X축방향으로 연장하는 측면(14a, 14b)과, Z′축방향으로 연장하는 측면(14c, 14d)을 가진다. 즉, X축방향으로 연장하는 측면(14a, 14b)의 길이방향은 X축방향이며, Z′축방향으로 연장하는 측면(14c, 14d)의 길이방향은 Z′축방향이다. 도시의 예에서는, 측면(14a, 14b) 가운데, 측면(14a)이 +Z′측의 측면이고, 측면(14b)이 -Z′측의 측면이다. 또, 측면(14c, 14d) 가운데, 측면(14c)이 -X측의 측면이며, 측면(14d)이 +X측의 측면이다.

X축방향으로 연장하는 측면(14a)은, 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 주변부(12)에 대해서, +Y′측과 -Y′측에 형성되어 있다. 이것은 측면(14b, 14c, 14d)에 대해서도 마찬가지이다. X축방향으로 연장하는 측면(14a, 14b)의 각각은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 1개의 평면 내에 있다. 즉, +Y′측의 측면(14a)은 1개의 평면 내에 있고, -Y′측의 측면(14a)은 1개의 평면 내에 있다. 마찬가지로, +Y′측의 측면(14b)은 1개의 평면 내에 있고, -Y′측의 측면(14b)은 1개의 평면 내에 있다.

또한, 본 발명에 관한 기재에 있어서, 「1개의 평면 내」란, 여진부(14)의 측면이 평탄한 면인 경우와, 수정의 결정 이방성(異方性)만큼 요철을 가지는 경우를 포함한다. 즉, 불화수소산을 포함하는 용액을 에칭액으로 하여 AT컷 수정기판을 가공하면, 여진부(14)의 측면은 수정결정의 R면이 노출하여, XY′면과 평행한 면이 되는 경우와, 수정결정의 m면이 노출하여, 수정의 결정 이방성만큼 요철을 가지는 경우가 있다. 본 발명에 관한 기재에서는, 이와 같은 수정결정의 m면에 의한 요철을 가지는 측면에 대해서도 「1개의 평면 내」에 있다고 하고 있다. 편의상, 도 1 및 도 2에서는 m면에 의한 요철의 도시를 생략하고 있다. 또한, 레이저에 의해서 AT컷 수정기판을 가공함으로써, 수정결정의 R면만을 노출하는 것도 가능하다.

Z′축방향으로 연장하는 측면(14c, 14d)의 각각은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 단차를 가진다. 여진부(14)는 제1 부분(15)과, 제1 부분(15)보다 작은 두께를 가지는 제2 부분(16)을 가지며, 측면(14c, 14d)의 단차는 제1 부분(15) 및 제2 부분(16)의 두께의 차이에 의해서 형성되어 있다. 도시의 예에서는, 측면(14c, 14d)은 제1 부분(15)의 Y′Z′평면에 평행한 면과, 제2 부분(16)의 XZ′평면에 평행한 면과, 제2 부분(16)의 Y′Z′평면에 평행한 면에 의해서 구성되어 있다.

도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 제2 부분(16)은 제1 부분(15)을 X축방향으로부터 사이에 두도록 형성되어 있다. 이 때문에, 도 2에 나타내는 바와 같이, X축방향으로 연장하는 측면(14a, 14b)은 제1 부분(15)의 측면에 의해서 형성되어 있다. 이와 같이 여진부(14)는 두께가 다른 2종류의 부분(15, 16)을 가지고 있으며, 압전진동편(100)은 2단형의 메사 구조를 가지고 있다고 말할 수 있다.

여진부(14)는 두께전단진동을 주진동으로 하여 진동할 수 있다. 여진부(14)가 2단형의 메사 구조인 것에 의해서, 압전진동편(100)은 에너지 가둠 효과를 가질 수 있다.

여기서, 압전기판(10)의 Z′축방향의 치수(단변의 치수)를 Z로 하고, 여진부(14)의 단변의 치수를 Mz로 하며, 여진부(14)의 두께(여진부(14)의 제1 부분(15)의 두께)를 t로 하면, 하기 식 (1)의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

8 ≤ Z/t ≤ 11, 또한, 0.6 ≤ Mz/Z ≤ 0.8 … (1)

이것에 의해, 두께전단진동과 윤곽진동 등의 불요모드와의 결합을 억제할 수 있어, 보다 CI값의 저감을 도모할 수 있다(상세하게는 후술). 이와 같은 두께전단진동과 불요모드와의 결합은, 일반적으로, 압전진동편이 작을수록 발생하기 쉽다. 이 때문에, 예를 들면, 압전기판(10)의 X축방향의 치수(장변의 치수)를 X로 했을 경우에, 하기 식 (2)의 관계를 만족하는 소형의 압전진동편(100)에 있어서, 상기 식 (1)의 관계를 만족하도록 설계하면, 보다 현저하게 두께전단진동과 불요모드와의 결합을 억제할 수 있다.

X/t ≤ 17 … (2)

여진전극(20)은 여진부(14)에 형성되어 있다. 도 2 및 도 3에 나타내는 예에서는, 여진전극(20)은 여진부(14)를 사이에 두고 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 여진전극(20)은 압전기판(10)의 양 주면(예를 들면 XZ′평면에 평행한 면)의 진동영역(여진부(14))에 표리에서 대향하도록 배치되어 있다. 여진전극(20)은 여진부(14)에 전압을 인가할 수 있다. 여진전극(20)은, 예를 들면, 인출전극(22)을 통하여 패드(24)와 접속되어 있다. 패드(24)는, 예를 들면, 압전진동편(100)을 구동하기 위한 IC칩(도시생략)과 전기적으로 접속되어 있다. 여진전극(20), 인출전극(22) 및 패드(24)의 재질로서는, 예를 들면, 압전기판(10) 측으로부터, 크롬, 금을 이 순서로 적층한 것을 이용할 수 있다.

본 실시형태에 관한 압전진동편(100)은, 예를 들면, 이하의 특징을 가진다.

압전진동편(100)에 의하면, 여진부(14)의 X축방향으로 연장하는 측면(14a, 14b)의 각각은 1개의 평면 내에 있고, 여진부(14)의 Z′축방향으로 연장하는 측면(14c, 14d)의 각각은 단차를 가진다. 이것에 의해, 여진부(14)의 X축방향으로 연장하는 측면의 각각이 1개의 평면 내에 없는 압전진동편(후술의 도 16 참조)에 비해, CI값의 저감을 도모할 수 있다(상세하게는 후술).

압전진동편(100)에 의하면, 상술한 대로, 압전기판(10)의 단변의 치수 Z, 여진부(14)의 단변의 치수 Mz 및 여진부(14)의 두께 t를 식 (1)의 관계로 함으로써, 보다 CI값의 저감을 도모할 수 있다.

압전진동편(100)에 의하면, 상술한 대로, X변비(X/t)를 식 (2)의 관계로 함으로써, 소형화를 도모하면서, CI값의 저감을 도모할 수 있다.

2. 압전진동편의 제조방법

다음으로, 본 실시형태에 관한 압전진동편의 제조방법에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 5 ~ 도 11은 본 실시형태에 관한 압전진동편(100)의 제조공정을 모식적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 5 ~ 도 11에서, (a)는 평면도이며, (b)는 (a)의 B-B선 단면도이고, (c)는 (a)의 C-C선 단면도이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, AT컷 수정기판(101)의 표리주면(XZ′평면에 평행한 면)에 내식막(30)을 형성한다. 내식막(30)은, 예를 들면, 스패터(spatter)법이나 진공증착법 등에 의해, 크롬 및 금을 이 순서로 적층한 후, 이 크롬 및 금을 패터닝함으로써 형성된다. 패터닝은, 예를 들면, 포토리소그래피 기술 및 에칭 기술에 의해서 행해진다. 내식막(30)은 AT컷 수정기판(101)을 가공할 때에, 에칭액이 되는 불화수소산을 포함하는 용액에 대해서 내식성을 가진다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 포지티브형의 포토레지스트막을 도포한 후, 이 포토레지스트막을 노광 및 현상하여, 소정의 형상을 가지는 레지스트막(40)을 형성한다. 레지스트막(40)은 내식막(30)의 일부를 덮도록 형성된다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 마스크(M)를 이용하여, 재차 레지스트막(40)의 일부를 노광하여, 감광부(42)를 형성한다. 마스크(M)는, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이 Y′축방향에서 보아, 레지스트막(40)에 대해서 교차하도록 배치한다. 즉, 마스크(M)의 X축방향의 치수는 레지스트막(40)의 X축방향의 치수보다 작고, 마스크(M)의 Z′축방향의 치수는 레지스트막(40)의 Z′축방향의 치수보다 크다. 이와 같은 마스크(M)를 이용하여 노광함으로써, 도 7의 (c)에 나타내는 바와 같이 Z′축방향에서 보아, 레지스트막(40)의 양측에 감광부(42)를 형성할 수 있다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 내식막(30)을 마스크로 하여, AT컷 수정기판(101)을 에칭한다. 에칭은, 예를 들면, 불화수소산(불산)과 불화암모늄과의 혼합액을 에칭액으로 하여 행해진다. 이것에 의해, 압전기판(10)의 외형(Y′축방향에서 보았을 때의 형상)이 형성된다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 레지스트막(40)을 마스크로 하여, 소정의 에칭액으로 내식막(30)을 에칭한 후, 또한, 상술의 혼합액을 에칭액으로 하여, AT컷 수정기판(101)을 소정의 깊이까지 하프 에칭한다. 이것에 의해, 여진부(14)의 외형이 형성된다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 레지스트막(40)의 감광부(42)를 현상하여 제거한다. 이것에 의해, 내식막(30)의 일부가 노출한다. 또한, 감광부(42)를 현상하기 전에, 예를 들면, 진공 또는 감압 분위기하에서 방전에 의해 만들어진 산소 플라즈마에 의해서, 레지스트막(40)의 표면에 형성된 변질층(도시생략)을 애싱(ashing)한다. 이것에 의해, 확실히 감광부(42)를 현상하여 제거할 수 있다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 레지스트막(40)을 마스크로 하여, 소정의 에칭액으로 내식막(30)을 에칭한 후, 또한, 상술의 혼합액을 에칭액으로 하여, AT컷 수정기판(101)을 소정의 깊이까지 하프 에칭한다. 이것에 의해, X축방향으로 연장하는 측면(14a, 14b)의 각각을 1개의 평면 내에 형성할 수 있다. 또, Z′축방향으로 연장하는 측면(14c, 14d)의 각각에 단차를 형성할 수 있다.

이상의 공정에 의해, 주변부(12) 및 여진부(14)를 가지는 압전기판(10)을 형성할 수 있다.

도 1 ~ 도 3에 나타내는 바와 같이, 레지스트막(40) 및 내식막(30)을 제거한 후, 압전기판(10)에 여진전극(20), 인출전극(22) 및 패드(24)를 형성한다. 여진전극(20), 인출전극(22) 및 패드(24)는, 예를 들면, 스패터법이나 진공증착법 등에 의해, 크롬 및 금을 이 순서로 적층한 후, 이 크롬 및 금을 패터닝함으로써 형성된다.

이상의 공정에 의해, 본 실시형태에 관한 압전진동편(100)을 제조할 수 있다.

압전진동편(100)의 제조방법에 의하면, 여진부(14)의 외형을 형성하기 위해서 이용한 레지스트막(40)을, 현상하여 감광부(42)를 제거한 후, 재차 레지스트막(40)을 이용하여, X축방향으로 연장하는 측면(14a, 14b)을 노출할 수 있다. 여기서, 감광부(42)를 형성하기 위한 마스크(M)는 X축방향의 치수가 레지스트막(40)의 치수보다 작고, Z′축방향의 치수가 레지스트막(40)의 치수보다 크다. 이 때문에, 정밀도 좋게, 측면(14a, 14b)의 각각을 1개의 평면 내에 형성할 수 있다. 예를 들면, 여진부(14)를 형성하기 위해서, 2회 레지스트막을 도포하는 경우(예를 들면, 제1 레지스트막을 이용하여 여진부의 외형을 형성한 후, 제1 레지스트막을 박리하여 새로이 제2 레지스트막을 도포하여 여진부의 측면을 노출하는 경우)는, 제1 레지스트막과 제2 레지스트막과의 사이에서 어긋남이 생겨, 여진부의 측면을 1개의 평면 내에 형성할 수 없는 경우가 있다. 압전진동편(100)의 제조방법에서는, 이와 같은 문제를 해결할 수 있다.

3. 압전진동편의 변형예

다음으로, 본 실시형태의 변형예에 관한 압전진동편에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 12는 본 실시형태의 변형예에 관한 압전진동편(200)을 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 13 및 도 14는 본 실시형태의 변형예에 관한 압전진동편(200)을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 또한, 도 13은 도 12의 XIII-XIII선 단면도이며, 도 14는 도 12의 XIV-XIV선 단면도이다. 이하, 본 실시형태의 변형예에 관한 압전진동편(200)에 있어서, 본 실시형태에 관한 압전진동편(100)의 구성 부재와 같은 기능을 가지는 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하며, 그 상세한 설명을 생략한다.

압전진동편(100)의 예에서는, 도 1 ~ 도 3에 나타내는 바와 같이, 두께가 다른 제1 부분(15) 및 제2 부분(16)을 가지는 2단형의 메사 구조에 대해서 설명했다.

이것에 대해서, 압전진동편(200)에서는, 도 12 ~ 도 14에 나타내는 바와 같이, 3단형의 메사 구조를 가진다. 즉, 압전진동편(200)의 여진부(14)는 제1 부분(15) 및 제2 부분(16)에 더하여, 제2 부분(16)보다 두께가 작은 제3 부분(17)을 가진다. 도 12 및 도 14에 나타내는 예에서는, 제3 부분(17)은 제1 부분(15) 및 제2 부분(16)을 X축방향에서 사이에 두도록 형성되어 있다.

Z′축방향으로 연장하는 측면(14c, 14d)의 단차는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 제1 부분(15), 제2 부분(16), 및 제3 부분(17)의 두께의 차이에 의해서 형성되어 있다. 도시의 예에서는, 측면(14c, 14d)은 제1 부분(15)의 Y′Z′평면에 평행한 면과, 제2 부분(16)의 XZ′평면에 평행한 면과, 제2 부분(16)의 Y′Z′평면에 평행한 면과, 제3 부분(17)의 XZ′평면에 평행한 면과, 제3 부분(17)의 Y′Z′평면에 평행한 면에 의해서 구성되어 있다.

압전진동편(200)은 압전진동편(100)의 제조방법을 적용하여 제조할 수 있다. 즉, 도 10에 나타내는 바와 같이 감광부(42)를 현상하여 제거한 후, 재차, 레지스트막(40)을 노광하여 소정 형상의 제2 감광부(도시생략)를 형성한다. 다음으로, 제2 감광부를 가지는 레지스트막(40)을 마스크로 하여, 내식막(30) 및 AT컷 수정기판(101)을 에칭한다. 다음으로, 예를 들면 애싱을 행하여 레지스트막(40)의 변질층을 제거한 후, 제2 감광부를 현상하여 제거한다. 다음으로, 제2 감광부가 제거된 레지스트막(40)을 마스크로 하여, 내식막(30) 및 AT컷 수정기판(101)을 에칭한다. 이상의 공정에 의해, 3단형의 메사 구조를 가지는 압전진동편(200)을 제조할 수 있다.

압전진동편(200)에 의하면, 2단형의 메사 구조를 가지는 압전진동편(100)에 비해, 보다 강한 에너지 가둠 효과를 가질 수 있다.

또한, 상술의 예에서는 3단형의 메사 구조를 가지는 압전진동편(200)에 대해서 설명했지만, 본원에 관한 발명에서는, 다단형의 메사 구조에 있어서, 여진부의 X축방향으로 연장하는 측면의 각각이 1개의 평면 내에 있으면, 메사 구조의 단수(단차의 수)는 특별히 한정되지 않는다.

4. 압전진동자

다음으로, 본 실시형태에 관한 압전진동자에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 15는 본 실시형태에 관한 압전진동자(300)를 모식적으로 나타내는 단면도이다.

압전진동자(300)는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 관한 압전진동편(도시의 예에서는 압전진동편(100))과 패키지(50)를 포함한다.

패키지(50)는 캐비티(52) 내에 압전진동편(100)을 수용할 수 있다. 패키지(50)의 재질로서는, 예를 들면, 세라믹, 유리를 들 수 있다. 캐비티(52)는 압전진동편(100)이 동작하기 위한 공간이 된다. 캐비티(52)는 밀폐되며, 감압공간이나 불활성 가스 분위기에 마련될 수 있다.

압전진동편(100)은 패키지(50)의 캐비티(52) 내에 수용되어 있다. 도시의 예에서는, 압전진동편(100)은 도전성 접착제(60)를 통하여 편지지 대들보 모양으로 캐비티(52) 내에 고정되어 있다. 도전성 접착제(60)으로서는, 예를 들면, 납땜, 은페이스트를 이용할 수 있다.

또한, 도시는 하지 않지만, 패키지(50)에는 압전진동편(100)을 제어하기 위해(때문에) IC칩이 수용되어 있어도 된다. IC칩은 도전성 접착제(60)를 통하여 패드(24)와 전기적으로 접속되어 있어도 된다.

압전진동자(300)에 의하면, 본 발명에 관한 압전진동편을 가지므로, CI값의 저감을 도모할 수 있다.

5. 실험예

이하에 실험예를 나타내고, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실험예에 의해서 어떠한 한정되는 것은 아니다.

5.1. 압전진동편의 구성

실시예 1로서 도 1 ~ 도 3에 나타내는 2단형의 메사 구조를 가지는 압전진동편(100)을 이용했다. 실시예 1에서는, 불화수소산을 포함하는 용액에 의한 웨트 에칭에 의해 AT컷 수정판을 가공하고, 주변부(12) 및 여진부(14)를 가지는 압전기판(10)을 형성했다. 압전기판(10)은 대칭의 중심이 되는 점(도시생략)에 관해서 점대칭으로 형성했다. 여진부(14)(제1 부분(15))의 두께 t를 0.065㎜로 하고, 진동 주파수를 24㎒로 설정했다. 또, 압전기판(10)의 장변의 치수 X를 1.1㎜(즉, X변비X/t를 17)로 하고, 압전기판(10)의 단변의 치수 Z를 0.629㎜(즉, Z변비 Z/t를 9.7)로 하며, 여진부(14)의 단변의 치수 Mz를 0.43㎜로 하고, X축방향으로 연장하는 측면(14a, 14b)의 각각을 1개의 평면 내에 형성했다.

비교예 1로서는, 도 16에 나타내는 압전진동편(1000)을 이용했다. 또한, 도 16에서 (b)는 (a)의 B-B선 단면도이다.

비교예 1에서는 여진부(1014)를, 도 16의 (b)에 나타내는 바와 같이, X축방향으로 연장하는 측면의 각각이 단차를 가지는 것 이외는, 실시예 1의 여진부(14)와 동일한 형상으로 형성했다. 또한, 도 16에 나타낸 주변부(1012), 여진전극(1020), 인출전극(1022) 및 패드(1024)는, 각각, 도 1 ~ 도 3에 나타낸 주변부(12), 여진전극(20), 인출전극(22) 및 패드(24)에 대응하고 있다.

5.2. CI값의 분포측정결과

상술의 실시예 1 및 비교예 1을 각각 200개씩 형성하고, 이들을 패키지에 수용하여 CI값(실온(室溫))을 측정했다. 도 17은 측정 개수에 대한 CI값을 나타낸 그래프로서, 도 17의 (a)은 실시예 1의 측정결과이며, 도 17의 (b)는 비교예 1의 측정결과이다. 즉, 도 17은 실시예 1 및 비교예 1에서의 CI값의 분포를 나타내고 있다.

도 17로부터, 실시예 1에서는 모든 시료에서 CI값은 80Ω 이하이며, 비교예 1보다 CI값이 낮은 것을 알았다. 또한, 실시예 1은, 비교예 1에 비해, CI값의 격차가 작은 것을 알았다. 즉, 여진부의 X축방향으로 연장하는 측면의 각각을 1개의 평면 내에 형성함으로써, CI값의 저감을 도모할 수 있었다. 이것은 X축방향으로 연장하는 측면의 각각을 1개의 평면 내에 형성함으로써, Z′축방향에서의 두께전단진동과 윤곽진동 등의 불요모드와의 결합을 억제할 수 있었기 때문이라고 추측된다.

5.3. Mz/Z에 대한 CI값 평가

실시예 1의 압전진동편에서, 여진부(14)의 두께 t를 0.065㎜ 및 여진부(14)의 단변의 치수 Mz를 0.43㎜로 고정하고, 압전기판(10)의 단변의 치수 Z를 0.46㎜, 0.5㎜, 0.54㎜, 0.59㎜, 0.65㎜, 0.72㎜, 0.81㎜, 0.92㎜로 진동하여, CI값(실온)을 측정했다. 측정은 압전진동편을 패키지에 수용하여 행했다. 도 18은 Mz/Z와 CI값과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 18로부터, Mz/Z가 0.6 이상 0.8 이하의 범위에서는, CI값은 60Ω 정도로 낮은 것을 알았다. 이 때의 Z는 0.54㎜ 이상 0.72㎜ 이하이며, Z변비(Z/t)는 8 이상 11 이하가 된다. 이상으로부터, Z변비(Z/t)의 범위를 8 ≤ Z/t ≤ 11로 하고, 또한, Mz/Z의 범위를 0.6 ≤ Mz/Z ≤ 0.8로 함으로써(즉, 상기 식 (1)을 만족함으로써), CI값의 저감을 도모할 수 있는 것을 알 수 있었다. 이것은, 식 (1)을 만족하도록 Z/t 및 Mz/Z를 설계함으로써, 한층 더 Z′축방향에서의 두께전단진동과 윤곽진동 등의 불요모드와의 결합을 억제할 수 있었기 때문이라고 추측된다.

또한, Mz를 0.4㎜로 하고 Z를 0.65㎜로 한(즉 Mz/Z = 0.6) 압전진동편 및 Mz를 0.48㎜로 하고 Z를 0.6㎜로 한(즉 Mz/Z = 0.8) 압전진동편에 대해서도 CI값을 측정한 바, 모두 60Ω 정도였다. 이것으로부터, Mz = 0.43㎜인 경우에 한정되지 않고, 상기 식 (1)을 만족하는 한, CI값의 저감을 도모할 수 있다고 말할 수 있다.

이상의 실험예는 도 1 ~ 도 3에 나타낸 2단형의 메사 구조를 가지는 압전진동편에 대해서 행했지만, 본 실험결과는, 예를 들면 도 12 ~ 14에 나타낸 것 같은 다단형의 메사 구조를 가지는 압전진동편에도 적용할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성과 실질적으로 동일한 구성(예를 들면, 기능, 방법 및 결과가 동일한 구성, 혹은 목적 및 효과가 동일한 구성)을 포함한다. 또, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성의 본질적이 아닌 부분을 치환하는 구성을 포함한다. 또, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성과 동일한 작용 효과를 발휘하는 구성 또는 동일한 목적을 달성할 수 있는 구성을 포함한다. 또, 본 발명은 실시형태에서 설명한 구성에 공지 기술을 부가한 구성을 포함한다.

10 압전기판, 12 주변부,
14 여진부,
14a, 14b X축방향으로 연장하는 측면,
14c, 14d Z′축방향으로 연장하는 측면,
15 제1 부분, 16 제2 부분,
17 제3 부분, 20 여진전극,
22 인출전극, 24 패드,
30 내식막, 40 레지스트막,
42 감광부, 50 패키지,
52 캐비티, 60 도전성 접착제,
100 압전진동편, 101 AT컷 수정기판,
200 압전진동편, 300 압전진동자

Claims (7)

1. 수정(水晶)의 결정축인, 전기축으로서의 X축과, 기계축으로서의 Y축과, 광학축으로서의 Z축으로 이루어진 직교좌표계의 상기 X축을 중심으로 하여, 상기 Z축을 상기 Y축의 -Y방향으로 기울인 축을 Z′축으로 하고, 상기 Y축을 상기 Z축의 +Z방향으로 기울인 축을 Y′축으로 하며, 상기 X축과 상기 Z′축에 평행한 면으로 구성되고, 상기 Y′축에 평행한 방향을 두께로 하는 AT컷(cut) 수정기판을 포함하며,
   상기 AT컷 수정기판은,
   여진부(勵振部)와,
   상기 여진부보다 작은 두께를 가지고, 상기 여진부와 상기 X축을 따라서 늘어서 있는 제1 주변부와,
   상기 여진부보다 작은 두께를 가지고, 상기 여진부와 상기 Z′축을 따라서 늘어서 있는 제2 주변부를 구비하며,
   상기 여진부는,
   상기 여진부의 중앙과 상기 제1 주변부와의 사이에, 복수의 단차(段差)를 가지고,
   상기 여진부의 중앙과 상기 제2 주변부와의 사이에, XY' 면과 평행한 면 및 수정의 결정 이방성만큼 요철을 가지는 면 중 적어도 일방을 가지는 압전진동편.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 단차는, 상기 여진부의 상기 Z′축을 따른 외부 가장자리에 배치되어 있고,
   상기 XY' 면과 평행한 면 및 상기 수정의 결정 이방성만큼 요철을 가지는 면 중 적어도 일방은, 상기 여진부의 상기 X축을 따른 외부 가장자리에 배치되어 있는 압전진동편.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 AT컷 수정기판의 상기 Z′축 방향에서의 치수를 Z로 하고, 상기 여진부의 상기 Z′축 방향에서의 치수를 Mz로 하며, 상기 여진부의 두께를 t로 하면,
   8≤Z/t≤11, 또한, 0.6≤Mz/Z≤0.8의 관계를 만족하는 압전진동편.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 AT컷 수정기판의 상기 X축 방향에서의 치수를 X로 하면,
   X/t≤17의 관계를 만족하는 압전진동편.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 단차는, 2개의 단차로 구성되어 있는 압전진동편.
6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 단차는, 3개의 단차로 구성되어 있는 압전진동편.
7. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재한 압전진동편과,
   상기 압전진동편이 수용된 패키지를 포함하는 압전진동자.

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