TWI439048B

TWI439048B - 音叉型石英晶體諧振器

Info

Publication number: TWI439048B
Application number: TW102102080A
Authority: TW
Inventors: Chien Cheng Yang; Win Yng Wang; Hung Peng Lee
Original assignee: Wafer Mems Co Ltd
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2014-05-21
Also published as: TW201334407A

Description

音叉型石英晶體諧振器

本發明係關於一種壓電晶體諧振器(Piezoelectric Resonator)，特別是一種音叉型石英晶體諧振器(Tuning Fork Quartz Crystal Resonator)。

石英晶體諧振器係為一種用以產生週期訊號的裝置。因其具有壓電特性(Piezoelectric Characteristics)，可藉由壓電轉換，而得到一固定振盪頻率。因為石英晶體諧振器具有高的Q(Quality Factor)值，故多年來被廣泛應用於各種頻率及時間控制元件，以供多種的電子裝置使用。此電子裝置可以是但不限於手錶、手機、衛星定位裝置、無線網路裝置、醫學設備等。

一般而言，石英晶體諧振器，其電氣特性(Electrical Characteristics)可藉由『第15圖』的等效電路(Equivalent Circuit)來表示。

在『第15圖』當中，此等效電路具有一動態電容(Motional Capacitance，C1)，一動態電阻(Motional Resistance，R1)與一動態電感(Motional Inductance，L1)三者之串聯連接(In Series Connection)。此串聯連接再與一靜態電容 (Static Capacitance，C0)之並聯成一個並聯連接(In Parallel Connection)。

根據上述石英晶體諧振器之等效電路，可知道其串聯諧振頻率Fs(Series Resonant Frequency)乃為：

音叉型石英晶體諧振器，也同樣具有上述等效線路之電氣特性。基本上，音叉型石英晶體諧振器乃是使用石英晶體(Quartz Crystal)為材料。石英晶體經由一特定之切割角θ(Cutting Angle)切割後，再將之設計加工為一特定尺寸的音叉型外觀結構，並在音叉上建構兩個極性相異之電極及其電性連結。將上述音叉型石英晶體諧振器置入於一振盪線路(Oscillation Circuit)內，該諧振器會產生屈曲振動型態(Flexure Mode)振動，並產生一規則性的頻率振盪。

上述的切割角θ，請參考『第14圖』的座標示意。其中，X、Y與Z軸為石英晶體的三個軸向，而X、Y’與Z’軸為石英晶體諧振器的三個軸向。前述的切割角是指以+X軸為中心，順時針方向旋轉的角度。本發明的切割角大約為負(-)六度至正(+)六度。X軸為電力場軸(Electrical Axis)。Y軸為機械軸(Mechanical Axis)。Z軸為光學軸(Optical Axis)。

音叉型石英晶體諧振器，除了同樣具有上述等效線路之電氣特性外，又兼具音叉之物理結構。因此它所產生的振盪頻率(Fs)，同時與其音叉諧振臂(Tuning Fork Resonating Arm)長度(L)的平方成反比，且與其諧振臂寬度(W)成正比。振盪頻率與音叉諧振臂長度和寬度的關係如下：

其中k為常數。將諧振器置於振盪線路內，將會使諧振器產生規則性的頻率振盪。而諧振器在振盪線路中是否容易產生振盪，則與諧振器的R1值息息相關。基本上R1值越小，則越容易產生振盪，諧振器的特性也越好。

過去30多年來電子產業蓬勃發展，各種可攜式電子產品在輕薄短小的趨勢下，也越來越趨小型化。而使用於各種可攜式電子產品內的音叉型石英晶體諧振器，也就需要隨之配合縮小其外觀尺寸。縮小音叉型石英晶體諧振器的外觀尺寸，需要藉由縮短諧振器的諧振臂的長度及寬度來達成。然將諧振臂長度與寬度縮短，將會導致諧振器Q值和C1值的下降，進而造成諧振器R1值的上昇，這都造成了諧振器性能的降低。

為了解決音叉型石英晶體諧振器，其在小型化過程中所衍生出R1值上昇的問題，必需在不損及諧振器Q值的前提下，設法將諧振器的C1值提高。提高了C1值，就能引導降低R1值。而提昇諧振器的C1值，可經由增強諧振臂上X-軸方向之有效電力場的強度(Electrical Field Strength)來達成。

傳統上，欲增強諧振臂X-軸方向之電力場強度以促使諧振器C1值上昇，乃是以光蝕刻(Photolithographic Etching)的製程，在音叉型諧振器諧振臂上下主表面上，形成沿著Y’-軸方向的對稱性溝槽(Symmetric Grooves)，並進一步在溝槽內鍍上薄層金屬以形成一電極。另在諧振臂側表面Y’-軸方向也形成另一薄膜金屬電極，上述兩電極的極性相異。藉由該諧振臂溝槽內電極與諧振臂側表面電極的形成及適度縮短此兩個電極面之間距，可以有效增強諧振臂上X-軸電力場的強度，並且進而提昇了諧振器的C1值，促使諧振器的R1值下降。而諧振器的Q值也僅僅微幅下降，不致於影響諧振器的性能。

有異於傳統對稱性溝槽之設計，本發明係使用獨特的”非對稱溝槽”(Asymmetric Grooves)的結構。此結構能夠以光蝕刻的方式，在音叉型石英晶體諧振器的諧振臂上下主表面上，形成非對稱的溝槽，並且溝槽的深度可被控制於一恰當範圍內。再於諧振臂兩外側表面及其上溝槽內佈設極性相異的電極後予以適當電性連結，致使在諧振臂X-軸方向產生更多有效電力場(Electrical Field)，藉以增加諧振器的C1值並降低其R1值。同時也可以適當控制諧振器Q值的下降幅度，以確保諧振器的優越性能。本發明也充分利用了不對稱溝槽的物理特性，簡化了光蝕刻的製程，進而有效縮短整體製程、降低製造成本，並且提昇產能。

本發明另提出獨特之結構之設計，於音叉型諧振器底座(Base)的主表面上具有一凹槽(Groove)，並且在底座的兩個外側表面，各自具有一連續凹陷曲面。此凹槽與連續凹陷曲面的結構用以避免讓音叉諧振臂振動所產生的超音波(Ultrasonic)能量經由音叉底座固定鑲嵌點(Mounting Pads)進入諧振器的外覆陶瓷封裝(Ceramic Package)，以防止諧振器Q值的下降，進而能夠確保諧振器的優越性能。

本發明係提出一種音叉型石英晶體諧振器，特別是一種小型化音叉型石英晶體諧振器。其使用石英壓電晶體為材料，經由光蝕刻的製程，形成一音叉型外觀結構，同時也在音叉諧振臂上形成非對稱的溝槽。進而在諧振臂外側表面及其上溝槽內佈設電極後予以適當電性連結，得以產出一低R1值及高Q值之小型化音叉型石英晶體諧振器，其振盪頻率約略落在10KHz到200KHz的低頻範圍。

請參照『第1A圖』以及『第1B圖』。『第1A圖』係為本發明之立體示意圖。『第1B圖』係為『第1A圖』之背面的立體示意圖。本發明之音叉型石英晶體諧振器，包含第一諧振臂、第二諧振臂以及底座。第一諧振臂及第二諧振臂連接於底座之同一側。

第一諧振臂具有依序相鄰的第一主表面、第一側表面、第二主表面以及第二側表面。第一諧振臂具有至少一第一溝槽以及至少一第二溝槽。第一溝槽位於第一主表面，且第二溝槽位於第二主表面。第一諧振臂具有至少一個第一貫穿孔(Via-Hole)。第一貫穿孔連通第一溝槽與第二溝槽。

第二諧振臂具有依序相鄰的第三主表面、第三側表面、第四主表面以及第四側表面。第二諧振臂具有至少一第三溝槽以及至少一第四溝槽。第三溝槽位於第三主表面，且第四溝槽位於第四主表面。第二諧振臂具有至少一個第二貫穿孔。第二貫穿孔連通第三溝槽與第四溝槽。

底座具有相對的一第五主表面以及一第六主表面。底座亦具有依序相對的一第五側表面以及一第六側表面。底座的第五側表面以及第六側表面上具有一凹陷，此凹陷係為一連續曲面。底座的第五主表面上或第六主表面上具有一凹槽。

本發明係使用獨特的非對稱溝槽的結構，於第一諧振臂上相對的第一主表面上及第二主表面上，以及第二諧振臂上相對的第三主表面上及第四主表面上，形成非對稱的溝槽。也就是說，第一溝槽及第三溝槽係非對稱於第二溝槽及第四溝槽。第一溝槽及第三溝槽各別具有第一深度，且第二溝槽及第四溝槽各別具有第二深度。第一深度與第二深度實質上相異。此處所述之非對稱溝槽的結構，可以是溝槽數量上的非對稱、溝槽深度的非對稱或者是溝槽寬度的非對稱。

本發明所使用的非對稱的溝槽的結構，可以是第一主表面及第三主表面上分別各有二個第一溝槽及二個第三溝槽，以及第二主表面及第四主表面上分別各有二個第二溝槽及二個第四溝槽。也可以是第一主表面及第三主表面上分別各有二個第一溝槽及二個第三溝槽，以及第二主表面及第四主表面上分別各有一個第二溝槽及一個第四溝槽。也可以是第一主表面及第三主表面上分別各有一個第一溝槽及一個第三溝槽，以及第二主表面及第四主表面上分別各有二個第二溝槽及二個第四溝槽。

請參照『第2A圖』以及『第2B圖』。『第2A圖』係為『第1A圖』之電性連接示意圖。『第2B圖』係為『第1B圖』之電性連接示意圖。第一主表面以及第三主表面位於同一平面。第一溝槽、第二溝槽、第一貫穿孔、第三側表面與第四側表面鍍有薄層金屬層。第三溝槽、第四溝槽、第二貫穿孔、第一側表面與第二側表面與亦鍍有薄層金屬層。第一溝槽、第二溝槽、第一貫穿孔、第三側表面與第四側表面電性連接形成一電極。該電極經由底座主表面上的第一導電線路(First Conducting Path)延伸至底座底部的第一電極(First Electrode)。第三溝槽、第四溝槽、第二貫穿孔、第一側表面與第二側表面電性連接形成另一電極。該電極經由底座主表面上的第二導電線路(Second Conducting Path)延伸至底座底部的第二電極(Second Electrode)。第一電極與第二電極的極性相異。

本發明之第一貫穿孔及第二貫穿孔的形狀不限於長方形，也可以是正方形，圓形或橢圓形。第一貫穿孔以及第二貫穿孔的大小、形狀、位置、數量以及貫穿方式，可配合第一溝槽、第二溝槽、第三溝槽以及第四溝槽的數量或是結構來進行不同的設計。

本發明之音叉型石英晶體諧振器藉由諧振臂上非對稱的溝槽、連接溝槽的貫穿孔、底部側表面連續曲面的凹陷或位於底部主表面上的凹槽等的特徵，可以有效的提升諧振器的效能。此外，使用這些結構的原理，可使石英晶體諧振器的製造過程大幅度的被簡化，並且降低製造的成本。

以下是本發明之製造方法及程序：步驟A：製造一基板，此基板(Substrate)為α單晶石英(α-Phase Quartz Crystal)材質，並依一特定切割角(θ)切割而成。

步驟B：沉積一金屬層於該基板的上下表面之上。

步驟C：於該基板上下表面之金屬層上，分別形成一第一光阻層(First Photo Resist)。經過曝光(Exposure)、顯影(Development)後，該第一光阻層的部份特定部位被移除。此被移除的特定部位曝露出諧振器音叉本體以外區域之金屬層、諧振器諧振臂上非對稱溝槽區域之金屬層與諧振臂上貫穿孔區域之金屬層及底座凹槽區域之金屬層。也就是說，此時第一光阻層只覆蓋了基版上所有眾多諧振器的音叉本體形狀部份(包含底座、第一諧振臂及第二諧振臂)。但諧振臂上之溝槽區域、諧振臂上貫穿孔區域及底座凹槽區域除外。

步驟D：以蝕刻(Etching)方式，移除該第一光阻層所曝露之金屬層部位，並且曝露出其下之石英基板表面。

步驟E：移除該第一光阻層。

步驟F：在完成步驟E之基板上，進一步形成一第二光阻層(Second Photo Resist)。經過曝光(Exposure)、顯影(Development)後，第二光阻層的部份特定部位被移除。第二光阻層只覆蓋了基版上所有眾多諧振器的音叉本體形狀部份(包含底座、第一諧振臂及第二諧振臂)，但未覆蓋諧振臂上之溝槽區域、諧振臂上貫穿孔區域、底座凹槽區域、諧振臂主表面上非電極區域及底座主表面上非電極區域。也就是說，此時該第二光阻層曝露諧振器音叉本體以外之區域、諧振臂上非對稱溝槽之區域、諧振臂上貫穿孔之區域、底座凹槽之區域、諧振臂主表面上非電極區域及底座主表面上非電極區域。上述該曝露之區域，除了諧振臂主表面上非電極部位及底座主表面上非電極部位為金屬層外，其餘之曝露部位為石英基板表面。

步驟G：將完成步驟F之基板，置入特定的蝕刻槽(Etching Bath)中。蝕刻槽中的液體為可以蝕刻石英之蝕刻溶劑(Quartz Etchant)。在步驟G之蝕刻過程中，該第二光阻層所曝露出之石英基板將逐漸被蝕刻，直至諧振器的音叉外觀完全成型。本發明藉由非對稱溝槽之設計，於同一步驟G內進行石英的蝕刻(Quartz Etching)，在諧振器的音叉外觀成型時(包含諧振臂、底座及底座側面之凹陷曲面)，諧振臂上非對稱溝槽之深度也能夠同時到達所需要之預定範圍，並且諧振臂上之貫穿孔以及底座之凹槽也同時形成，全部一次到位。

步驟H：將完成步驟G之基板，進行金屬層蝕刻(Metal Etching)，移除該第二光阻層所未覆蓋之金屬層部位後，曝露出其下之石英基板表面。此步驟之目的，乃是蝕刻移除諧振臂主表面上及底座主表面上非屬於第一電極及第二電極部位之金屬層，藉以在諧振臂的主表面上以及底座的主表面上，形成第一電極及第二電極應有之佈局及其電性連結(Electrode Patterning)。

步驟I：移除該第二光阻層。此時，諧振器的第一電極及第二電極已經部份形成。也就是說，除了諧振臂上溝槽區域、貫穿孔內部及諧振臂側表面之外，諧振器在諧振臂主表面上以及底座主表面上之電極區域之金屬層已經形成。

步驟J：於諧振器諧振臂上溝槽區域、貫穿孔內部及諧振臂側表面上沉積一金屬層，該金屬層並且連結導通先前步驟I已經先行形成的部份電極區域。至此，諧振器之第一電極與第二電極完全成型並且完成電性連結。

以上乃是關於本發明結構與適用於本發明之製造方法及程序。本發明之製造方法及程序適用於以下各實施例。以下實施方式之說明，係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供對本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

10‧‧‧第一諧振臂

111‧‧‧第一主表面

112‧‧‧第一側表面

121‧‧‧第二主表面

122‧‧‧第二側表面

171‧‧‧第一溝槽

172‧‧‧第二溝槽

20‧‧‧第二諧振臂

231‧‧‧第三主表面

232‧‧‧第三側表面

241‧‧‧第四主表面

242‧‧‧第四側表面

273‧‧‧第三溝槽

274‧‧‧第四溝槽

30‧‧‧底座

351‧‧‧第五主表面

352‧‧‧第五側表面

359‧‧‧末端

361‧‧‧第六主表面

362‧‧‧第六側表面

39‧‧‧凹槽

81‧‧‧第一電極

82‧‧‧第二電極

83‧‧‧第一導電線路

84‧‧‧第二導電線路

91‧‧‧第一貫穿孔

92‧‧‧第二貫穿孔

95‧‧‧凹陷

961‧‧‧轉折段

971‧‧‧第一連接段

972‧‧‧第二連接段

D1‧‧‧第一深度

D2‧‧‧第二深度

G1‧‧‧第一寬度(凹槽)

G2‧‧‧第二寬度(凹槽)

T‧‧‧厚度

W1‧‧‧第一寬度(溝槽)

W2‧‧‧第二寬度(溝槽)

△D‧‧‧第一、三溝槽底部與第二、四溝槽底部之距離

第1A圖係為本發明之正面立體示意圖。

第1B圖係為本發明之背面立體示意圖。

第2A圖係為第1A圖之電性連接示意圖

第2B圖係為第1B圖之電性連接示意圖。

第3A圖係為本發明之第一實施例之俯視圖。

第3B圖係為本發明之第一實施例之背視圖。

第4A圖係為第3A圖在4A-4A位置之剖面圖。

第4B圖係為第3A圖在4B-4B位置之剖面圖。

第4C圖係為第3A圖之局部放大圖。

第4D圖係為第3B圖之局部放大圖。

第5A圖係為第4A圖電性連接關係之示意圖。

第5B圖係為第4B圖電性連接關係之示意圖。

第6A圖為依據本發明之第一實施例，在不同溝槽深度之石英晶體諧振器的Q值曲線示意圖。

第6B圖為依據本發明之第一實施例，在不同溝槽深度之石英晶體諧振器的C1值曲線示意圖。

第6C圖為依據本發明之第一實施例，在不同溝槽深度之石英晶體諧振器的R1值曲線示意圖。

第7A圖係為本發明之第二實施例之俯視圖。

第7B圖係為本發明之第二實施例之背視圖。

第8A圖係為第7A圖在8A-8A位置之剖面圖。

第8B圖係為第7A圖在8B-8B位置之剖面圖。

第9圖係為第8B圖之電性連接關係之示意圖。

第10A圖為依據本發明之第二實施例，在不同溝槽深度之石英晶體諧振器的Q值曲線示意圖。

第10B圖為依據本發明之第二實施例，在不同溝槽深度之石英晶體諧振器的C1值曲線示意圖。

第10C圖為依據本發明之第二實施例，在不同溝槽深度之石英晶體諧振器的R1值曲線示意圖。

第11A圖係為本發明之第三實施例之俯視圖。

第11B圖係為本發明之第三實施例之背視圖。

第12A圖係為第11A圖在12A-12A位置之剖面圖。

第12B圖係為第11A圖在12B-12B位置之剖面圖。

第13圖係為第12B圖之電性連接關係之示意圖。

第14圖係為習知技術之石英晶體的X，Y，Z軸向與音叉型石英晶體諧振器的X，Y’，Z’軸向的相對關係圖。

第15圖係為習知技術之石英晶體諧振器的等效電路圖。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

[第一實施例]

請參照『第1A圖』、『第1B圖』、『第2A圖』、『第2B圖』、『第3A圖』以及『第3B圖』。『第3A圖』係為本發明之第一實施例之俯視圖。『第3B圖』係為『第3A圖』之背視圖。『第1A圖』、『第1B圖』係為第一實施例之立體示意圖。『第2A圖』、『第2B圖』係為第一實施例之電性連接示意圖。本發明之音叉型石英晶體諧振器包括底座30、第一諧振臂10以及第二諧振臂20。第一諧振臂10及第二諧振臂20連接於底座30之同一側。

底座30具有相對的第五主表面351以及第六主表面361。底座30亦具有相對的第五側表面352以及第六側表面362。

第一諧振臂10連接於底座30。第一諧振臂10約略為一平行六面體(Parallelepiped)。第一諧振臂10具有依序相鄰的第一主表面111、第一側表面112、第二主表面121以及第二側表面122。第一主表面111以及第二主表面121實質上為平行。第一諧振臂10具有二個第一溝槽171以及二個第二溝槽172。二個第一溝槽171位於第一主表面111，且二個第二溝槽172位於第二主表面121。二個第一溝槽171實質上為平行，且二個第二溝槽172實質上為平行。

第二諧振臂20亦連接於底座30。第二諧振臂20約略為一平行六面體(Parallelepiped)。第二諧振臂20具有依序相鄰的第三主表面231、第三側表面232、第四主表面241以及第四側表面242。第三主表面231以及第四主表面241實質上為平行。第二諧振臂20具有二個第三溝槽273以及二個第四溝槽274。二個第三溝槽273位於第三主表面231，且二個第四溝槽274位於第四主表面241。二個第三溝槽273實質上為平行，且二個第四溝槽274實質上為平行。第一諧振臂10與第二諧振臂20約略為平行，且第一諧振臂10與第二諧振臂20約略沿著Y’軸的方向延伸。

第一主表面111以及第三主表面231連接於第五主表面351。較佳的是，第一主表面111、第三主表面231以及第五主表面351係為實質上共平面。第二主表面121以及第四主表面241連接於第六主表面361。較佳的是，第二主表面121、第四主表面241以及第六主表面361係為實質上共平面。

第一溝槽171、第二溝槽172、第三側表面232與第四側表面242鍍有薄層金屬層且電性連接形成部份第一電極81。第三溝槽273、第四溝槽274、第一側表面112與第二側表面122鍍有薄層金屬層且電性連接形成部份第二電極82。第一電極81與第二電極82的極性相異。當第一電極81以及第二電極82連接至電源後，第一諧振臂10以及第二諧振臂20即會產生諧振。為了便於說明及圖式之清晰易辨視，除了『第2A圖』、『第2B圖』及剖面圖外，本說明書中所繪製之其餘圖式(立體圖及平面圖)，均省略薄層金屬層之繪製。但在各該些實施例中皆鍍有薄層金屬層，核先述明。

請參照『第4A圖』。『第4A圖』係為『第3A圖』在4A-4A位置之剖面圖。

第一溝槽171、第二溝槽172、第三溝槽273以及第四溝槽274係利用蝕刻的方式形成。若溝槽的寬度越寬且蝕刻的時間越久，則溝槽的深度越深。第一溝槽171以及第三溝槽273位於同一蝕刻方向，因此第一溝槽171的深度與第三溝槽273的深度約略相等，且第一溝槽171的寬度與第三溝槽273的寬度亦約略相等。第二溝槽172以及第四溝槽274位於同一蝕刻方向，因此第二溝槽172的深度以及第四溝槽274的深度約略相等，且第二溝槽172的寬度與第四溝槽274的寬度亦約略相等。

第一溝槽171以及第二溝槽172或是第三溝槽273以及第四溝槽274可設計為非對稱的結構。此處所述之非對稱的結構，可為深度上的非對稱、寬度上的非對稱或者是數量上的非對稱。也就是說該第一溝槽171及該第三溝槽273 係非對稱於該第二溝槽172及該第四溝槽274。

適當的選擇第一溝槽171、第二溝槽172、第三溝槽273以及第四溝槽274的寬度與深度，可降低諧振器的R1值。舉例而言，當第一、二、三、四溝槽171，172，273，274之寬度增加時，第一、二諧振臂10，20在X軸電場軸的距離(肉厚)即減少，因此，電場效益即會增加，R1值會降低。

第一溝槽171與第三溝槽273的寬度稱之為第一寬度(W1)，第二溝槽172與第四溝槽274的寬度稱之為第二寬度(W2)。第一溝槽171與第三溝槽273的深度稱之為第一深度(D1)，第二溝槽172與第四溝槽274的深度稱之為第二深度(D2)。第一諧振臂10與第二諧振臂20的厚度為T。第一、三溝槽171，273底部與第二、四溝槽172，274底部之距離為△D(△D=T-D1-D2)。

在此實施例中，第一寬度較第二寬度為寬，因此第一深度較第二深度為深。也就是說，第一溝槽171以及第二溝槽172為非對稱的結構，且第三溝槽273以及第四溝槽274亦為非對稱的結構。也就是說，第一深度實質上相異於第二深度。

請參照『第4B圖』。『第4B圖』係為『第3A圖』在4B-4B位置之剖面圖。為了更進一步的降低諧振器的R1值，並且使第一電極81與第二電極82能有效的導通。第一諧振臂10上具有二個第一貫穿孔91。第二諧振臂20上亦具有二個第二貫穿孔92。第一貫穿孔91使部份第一電極81所連結的第一溝槽171與第二溝槽172完成有效導通。第二貫穿孔92使部份第二電極82所連結的第三溝槽273與第四溝槽274完成有效導通。如果沒有導通，諧振器的C1值會降低，R1值會升高。

二個第一貫穿孔91的其中之一自二個第一溝槽171的其中之一貫穿至二個第二溝槽172的其中之一。另一個第一貫穿孔91自另一個第一溝槽171貫穿至另一個第二溝槽172。

換句話說，靠近第一側表面112的第一溝槽171與第二溝槽172經由一個第一貫穿孔91相連。靠近第二側表面122的第一溝槽171與第二溝槽172經由另一個第一貫穿孔91相連。

第二貫穿孔92的連接關係可依照第一貫穿孔91相同之精神進行設計，於此不做贅述。

請同時參照『第5A圖』與『第5B圖』。『第5A圖』係為『第4A圖』電性連接關係之示意圖。『第5B圖』係為『第4B圖』電性連接關係之示意圖。二個第一溝槽171、二個第二溝槽172、二個第一貫穿孔91、第三側表面232與第四側表面242電性連接形成第一電極81。二個第三溝槽273、二個第四溝槽274、二個第二貫穿孔92、第一側表面112與第二側表面122電性連接形成第二電極82。

請參照『第4C圖』，係為『第3A圖』之局部放大圖。以第一主表面111觀之，靠近第一側表面112的第一貫穿孔91的幾何中心點位於靠近第一側表面112的第一溝槽171內。靠近第二側表面122的第一貫穿孔91的幾何中心點位於靠近第二側表面122的第一溝槽171內。靠近第三側表面232的第二貫穿孔92的幾何中心點位於靠近第三側表面232的第三溝槽273內。靠近第四側表面242的第二貫穿孔92的幾何中心點位於靠近第四側表面242的第三溝槽273內。雖然『第4C圖』繪示貫穿孔91，92的幾何中心位置及尺寸，但並不以此為限。貫穿孔91，92之位置及尺寸可以依實際需要而變化，只要能達到第一主表面111與第二主表面121形成有效電性連接即可。此處之有效電性連接係依其間的阻抗值而定，其間的電性連接關係需使第一主表面111與第二主表面121間的阻抗值足夠小到不致對諧振產生影響方屬有效電性連接。

請參照『第4D圖』，係為『第3B圖』之局部放大圖。以第二主表面121觀之，靠近第一側表面112的第一貫穿孔91的幾何中心點位於靠近第一側表面112的第二溝槽172內。靠近第二側表面122的第一貫穿孔91的幾何中心點位於靠近第二側表面122的第二溝槽172內。靠近第三側表面232的第二貫穿孔92的幾何中心點位於靠近第三側表面232的第四溝槽274內。靠近第四側表面242的第二貫穿孔92的幾何中心點位於靠近第四側表面242的第四溝槽274內。

請再參照『第1A圖』。為了進一步的降低諧振器的R1值，以及減低諧振波對底座30的影響。底座30的第五側表面352以及第六側表面362上具有凹陷95。凹陷95係為一連續曲面。此凹陷95係為各別自第五側表面352與第六側表面362沿X晶軸方向內凹的形狀。

此處連續曲面的定義為在此曲面上的每一點皆具有一切面。也就是說，此連續曲面上不存在不連續的尖點。因此，底座30上的凹陷95可以減少諧振波對於底座30的影響，亦無應力集中點，以減低底座30斷裂或是損壞的機率。

在此更進一步說明凹陷95之結構，凹陷95具有一轉折段961、第一連接段971以及第二連接段972。該第五側表面352的第一、二連接段971，972係各別連接於該第五側表面352，第六側表面362的第一、二連接段971，972係各別連接於該第六側表面362。轉折段961連接於第一連接段971以及第二連接段972之間。與第二連接段972相比，第一連接段971較靠近第一諧振臂10以及第二諧振臂20。而第二連接段972則較靠近底座30相反於第一、二諧振臂10，20的另一端(以下稱底座30的末端359)。從圖中可以看出，第一連接段971以及第二連接段972的斜率的變化率不同。第一連接段971的斜率變化率大於第二連接段972的斜率變化率。也就是說，第二連接段972的變化較為平緩。使得底座30從第一諧振臂10、第二諧振臂20處朝末端359呈漸擴狀。藉此可以緩和諧振波對底座30的衝擊。

第五側表面352以及第六側表面362上的凹陷95實質上是互相對稱的。第五側表面352至第六側表面362的最短距離係為第五側表面352凹陷95的轉折段961至第六側表面362的凹陷95的轉折段961之間的距離。第五側表面352至第六側表面362的最長距離係為第五側表面352與末端359的交界處至第六側表面362與末端359的交界處。

第五側表面352至第六側表面362的最短距離與第五側表面352至第六側表面362的最長距離的比例可視實際需求經規律實驗而得。

為了更進一步的降低諧振器的R1值，底座30具有一凹槽39。凹槽39位於第五主表面351上。凹槽39係為從第五主表面351沿著Z’晶軸方向內凹的形狀。請參照『第3A圖』，凹槽39較靠近第一諧振臂10以及第二諧振臂20的一端具有第一寬度G1(沿X軸上的寬度)，且凹槽39較遠離第一諧振臂10以及第二諧振臂20的另一端具有第二寬度G2(沿X軸上的寬度)。第一寬度G1較第二寬度G2寬。

從第五主表面351觀之，凹槽39的形狀略呈三角形，但並不以此為限，亦可為方形、圓形或是多邊形。其中，該多邊形之頂點可呈圓弧角。較佳的是，凹槽39的形狀為一個銳角三角形。此銳角三角形的底邊平行於底座30的末端359。此外，凹槽39各個頂點較佳的是呈圓弧狀，使得整個凹槽39的外形無尖銳點，以免在尖點處有應力集中現象。此外，凹槽39在此實施例中係配置在第五主表面351上，但並不以此為限，亦可配置於第六主表面361上。

關於不同溝槽深度對石英晶體諧振器的Q值，C1值以及R1值之影響，請分別參照『第6A圖』、『第6B圖』、以及『第6C圖』。依據『第3A圖』，『第3B圖』及『第4A圖』，第一、二諧振臂10、20的主表面各別具有二個溝槽。其中，第一、三溝槽171、273的深度為D1。第二、四溝槽172、274的深度為D2。諧振臂厚度為T。△D為第一、三溝槽171、273底部與第二、四溝槽172、274底部之距離(△D=T-D1-D2)。△D/T為第一、三溝槽171、273底部與第二、四溝槽172、274底部之距離與諧振臂厚度的比值。請參照『第6A圖』，其垂直軸為石英晶體諧振器的Q(△D/T)/Qmax之比值(Qmax為Q值之最大值)，水平軸為△D/T之比值。請參照『第6B圖』，其垂直軸為石英晶體諧振器的C1(△D/T)/C1max之比值(C1max為C1值之最大值)，水平軸為△D/T之比值。請參照『第6C圖』，其垂直軸為石英晶體諧振器的R1(△D/T)/R1min之比值(R1min為R1值之最小值)，水平軸為△D/T之比值。從『第6A圖』中可以看出，當△D/T之比值在40%至5%之間時，隨著△D/T比值的下降(也就是說，隨著溝槽深度D1及D2的逐步加深)，Q值雖然逐漸些微下滑，但未有顯著下降，仍可確保諧振器的優越性能。從『第6B圖』中可以看出，當△D/T之比值在40%至5%之間時，隨著△D/T比值的下降(溝槽深度D1及D2的逐步加深)，諧振器的C1值呈現逐步上昇之趨勢(這也就促使了該區段內諧振器的R1值的下降)。從『第6C圖』可以看出，當△D/T之比值在40%至5%之間時，諧振器的R1值維持在一相對低點，能夠確保諧振器的優越性能。當△D/T>40%時(溝槽深度太淺)，諧振器的R1值則顯著昇高，而諧振器的Q值仍高。此種高Q值及高R1值的諧振器，在電路上的設計比較困難，其應用範圍也有限。當△D/T<5%時(溝槽深度太深)，諧振器的R1值則上昇到一太高位準，且諧振器的Q值顯著下降，致使諧振器的性能劣化。綜合以上所述，當△D/T之比值在40%至5%之間時，不僅諧振器的Q值能夠維持在一相對較高之位準(Q值雖然有些微下滑，但並未明顯下降)，諧振器的R1值也能保持在一較低位準。上述諧振器的較高Q值以及較低R1值，確保了諧振器的優越性能。因此，在此一實施例中，△D/T的比值可以在5%到40%之間，較佳的為10%到32%。

上述第一實施例之音叉型石英晶體諧振器係具有非對稱溝槽171，172，273，274、導電之貫穿孔91，92、凹陷95及凹槽39。

[第二實施例]

本發明除上述的第一實施例所提出之結構之外，本發明更可做下述之變化。熟悉此項技藝之人士，可根據本發明之精神，設計或是製造相似結構的石英晶體諧振器。

請參照『第7A圖』以及『第7B圖』。『第7A圖』係為本發明之第二實施例之俯視圖。『第7B圖』係為本發明之第二實施例之背視圖。本發明之音叉型石英晶體諧振器包括底座30、第一諧振臂10以及第二諧振臂20。第一諧振臂10及第二諧振臂20連接於底座30之同一側。

底座30具有相對的第五主表面351以及第六主表面361。底座30亦具有相對的第五側表面(圖中未示)以及第六側表面(圖中未示)。

第一諧振臂10連接於底座30。第一諧振臂10約略為一平行六面體(Parallelepiped)。第一諧振臂10具有依序相鄰的第一主表面111、第一側表面(圖中未示)、第二主表面121以及第二側表面(圖中未示)。第一主表面111以及第二主表面121實質上為平行。第一諧振臂10具有二個第一溝槽171以及一個第二溝槽172。二個第一溝槽171位於第一主表面111，且一個第二溝槽172位於第二主表面121。二個第一溝槽171實值上為平行。

第二諧振臂20亦連接於底座30。第二諧振臂20約略為一平行六面體(Parallelepiped)。第二諧振臂20具有依序相鄰的第三主表面231、第三側表面(圖中未示)、第四主表面241以及第四側表面(圖中未示)。第三主表面231以及第四主表面241實質上為平行。第二諧振臂20具有二個第三溝槽273以及一個第四溝槽274。二個第三溝槽273位於第三主表面231，且一個第四溝槽274位於第四主表面241。二個第三溝槽273實值上為平行。第一諧振臂10與第二諧振臂20約略為平行，且第一諧振臂10與第二諧振臂20約略沿著Y’軸的方向延伸。

請參照『第8A圖』及『第8B圖』。『第8A圖』為『第7A圖』在8A-8A位置之剖面圖。『第8B圖』為『第7A圖』在8B-8B位置之剖面圖。第一主表面111的二個第一溝槽171的寬度實質上相同，且深度也實質上相同。第三主表面231的二個第三溝槽273的寬度實質上相同，且深度也實質上相同。在本實施例中，第一、三溝槽171、273的寬度為第一寬度(W1)，第二、四溝槽172、274的寬度為第二寬度(W2)。第一、三溝槽171、273的深度為第一深度(D1)，第二、四溝槽172、274的深度為第二深度(D2)。因為第一寬度大於第二寬度，因此第一深度大於第二深度。第一諧振臂10與第二諧振臂20的厚度為T。第一、三溝槽171、273底部與第二、四溝槽172、274底部之距離為△D(△D=T-D1-D2)。

『第8A圖』係為未設置第一貫穿孔91以及第二貫穿孔92之剖面圖。『第8B圖』係為設置有第一貫穿孔91以及第二貫穿孔92之剖面圖。第一諧振臂10上具有二個第一貫穿孔91，二個第一貫穿孔91各別自二個第一溝槽171之間貫穿至第二溝槽172旁側(即第二主表面121)。第二諧振臂20上具有二個第二貫穿孔92，二個第二貫穿孔92各別自二個第三溝槽273之間貫穿至第四溝槽274旁側(即第四主表面241)。

請參照『第9圖』，係為『第8B圖』之電性連接關係之示意圖。第一溝槽171、第二溝槽172、第一貫穿孔91、第三側表面232與第四側表面242電性連接形成第一電極81。第三溝槽273、第四溝槽274、第二貫穿孔92、第一側表面112與第二側表面122電性連接形成第二電極82。

綜觀『第8B圖』至『第9圖』，第一貫穿孔91電性連接並有效的導通二個第一溝槽171以及一個第二溝槽172。第二貫穿孔92電性連接並有效的導通二個第三溝槽273以及一個第四溝槽274。

關於不同溝槽深度對石英晶體諧振器的Q值，C1值以及R1值之影響，請分別參照『第10A圖』，『第10B圖』，以及『第10C圖』。依據『第7A圖』，『第7B圖』及『第8A圖』，第一諧振臂10的第一主表面111具有二個第一溝槽 171。第二諧振臂20的第三主表面231具有二個第三溝槽273。第一諧振臂10的第二主表面121具有一個第二溝槽172。第二諧振臂20的第四主表面241具有一個第四溝槽274。其中，第一、三溝槽171、273的深度為D1。第二、四溝槽172、274的深度為D2。諧振臂厚度為T。△D為第一、三溝槽171、273底部與第二、四溝槽172、274底部之距離(△D=T-D1-D2)。△D/T為第一、三溝槽171、273底部與第二、四溝槽172、274底部之距離與諧振臂厚度的比值。請參照『第10A圖』，其垂直軸為石英晶體諧振器的Q(△D/T)/Qmax之比值(Qmax為Q值之最大值)，水平軸為△D/T之比值。請參照『第10B圖』，其垂直軸為石英晶體諧振器的C1(△D/T)/C1max之比值(C1max為C1值之最大值)，水平軸為△D/T之比值。請參照『第6C圖』，其垂直軸為石英晶體諧振器的R1(△D/T)/R1min之比值(R1min為R1值之最小值)，水平軸為△D/T之比值。從『第10A圖』中可以看出，當△D/T之比值在+18%至-25%之間時，隨著△D/T比值的下降(也就是說，隨著溝槽深度D1及D2的逐步加深)，Q值雖然逐漸些微下滑，但未有顯著下降，仍可確保諧振器的優越性能。從『第10B圖』中可以看出，當△D/T之比值在+18%至-25%之間時，隨著△D/T比值的下降(溝槽深度D1及D2的逐步加深)，諧振器的C1值呈現逐步上昇之趨勢(這也就促使了該區段內諧振器的R1值的下降)。從『第10C圖』可以看出，當△D/T之比值在+18% 至-25%之間時，諧振器的R1值維持在一相對低點，能夠確保諧振器的優越性能。當△D/T>18%時(溝槽深度太淺)，諧振器的R1值則顯著昇高，而諧振器的Q值仍高。此種高Q值及高R1值的諧振器，在電路上的設計比較困難，其應用範圍也有限。當△D/T<-25%時(溝槽深度太深)，諧振器的R1值則上昇到一太高位準，且諧振器的Q值顯著下降，致使諧振器的性能劣化。綜合以上所述，當△D/T之比值在+18%至-25%之間時，不僅諧振器的Q值能夠維持在一相對較高之位準(Q值雖然有些微下滑，但並未明顯下降)，諧振器的R1值也能保持在一較低位準。上述諧振器的較高Q值以及較低R1值，確保了諧振器的優越性能。因此，在此一實施例中，△D/T的比值可以在-25%到+18%之間，較佳的為-15%到+12%。

上述第二實施例之音叉型石英晶體諧振器係具有非對稱溝槽171，172，273，274、導電之貫穿孔91，92、凹陷95及凹槽39。

[第三實施例]

請參照『第11A圖』以及『第11B圖』。『第11A圖』係為本發明之第三實施例之俯視圖。『第11B圖』係為本發明之第三實施例之背視圖。本發明之音叉型石英晶體諧振器包括底座30、第一諧振臂10以及第二諧振臂20。第一諧振臂10及第二諧振臂20連接於底座30之同一側。

第一諧振臂10連接於底座30。第一諧振臂10約略為一平行六面體(Parallelepiped)。第一諧振臂10具有依序相鄰的第一主表面111、第一側表面(圖中未示)、第二主表面121以及第二側表面(圖中未示)。第一主表面111以及第二主表面121實質上為平行。第一諧振臂10具有一個第一溝槽171以及二個第二溝槽172。一個第一溝槽171位於第一主表面111，且二個第二溝槽172位於第二主表面121。二個第二溝槽172實值上為平行。

第二諧振臂20亦連接於底座30。第二諧振臂20約略為一平行六面體(Parallelepiped)。第二諧振臂20具有依序相鄰的第三主表面231、第三側表面(圖中未示)、第四主表面241以及第四側表面(圖中未示)。第三主表面231以及第四主表面241實質上為平行。第二諧振臂20具有一個第三溝槽273以及二個第四溝槽274。一個第三溝槽273位於第三主表面231，且二個第四溝槽274位於第四主表面241。二個第四溝槽274實值上為平行。第一諧振臂10與第二諧振臂20約略為平行，且第一諧振臂10與第二諧振臂20約略沿著Y’軸的方向延伸。

請參照第『第12A圖』及『第12B圖』。『第12A圖』係為『第11A圖』在12A-12A位置之剖面圖。『第12B圖』為『第11A圖』在12B-12B位置之剖面圖。第二主表面121的二個第二溝槽172的寬度實質上相同，且深度也實質上相同。第四主表面241的二個第四溝槽274的寬度實質上相同，且深度也實質上相同。在本實施例中，第一、三溝槽171，273的寬度為第一寬度(W1)，第二、四溝槽172，274的寬度為第二寬度(W2)。第一、三溝槽171，273的深度為第一深度(D1)，第二、四溝槽172，274的深度為第二深度(D2)。第一寬度大於第二寬度，因此，第一深度大於第二深度。

『第12A圖』係為未設置第一貫穿孔91以及第二貫穿孔92之剖面圖。『第12B圖』係為設置有第一貫穿孔91以及第二貫穿孔92之剖面圖。第一諧振臂10上具有二個第一貫穿孔91，二個第一貫穿孔91分別自二個第二溝槽172之間貫穿至第一溝槽171。第二諧振臂20上具有二個第二貫穿孔92，二個第二貫穿孔92分別自二個第四溝槽274之間貫穿至第三溝槽273。

一個第一貫穿孔91自第一溝槽171靠近第一側表面112的一側貫穿至二個第二溝槽172其中之一。另一個第一貫穿孔91自第一溝槽171靠近第二側表面122的一側的方式貫穿至另一個第二溝槽172。

一個第二貫穿孔92的自第三溝槽273靠近第三側表面232的一側貫穿至二個第四溝槽274的其中之一。另一個第二貫穿孔92自第三溝槽273靠近第四側表面242的一側的方式貫穿至另一個第四溝槽274。

請參照『第13圖』，係為『第12B圖』之電性連接關係之示意圖。第一溝槽171、二個第二溝槽172、二個第一貫穿孔91、第三側表面232與第四側表面242電性連接形成第一電極81。第三溝槽273、二個第四溝槽274、二個第二貫穿孔92、第一側表面112與第二側表面122電性連接形成第二電極82。

上述第三實施例之音叉型石英晶體諧振器係具有非對稱溝槽171，172，273，274、導電之貫穿孔91，92、凹陷95及凹槽39。

綜合以上所述，本發明之音叉型石英晶體諧振器具有上述非對稱溝槽171，172，273，274、電性連接之貫穿孔91，92、連續曲面之凹陷95、及凹槽39，各別具有降低諧振器的R1值、改善Q值、減緩振動衝擊等效果外，亦具有簡化製程之優點。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。