JP5062784B2 - 音叉型圧電振動片及び圧電デバイス - Google Patents
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Description
第1音叉型圧電振動片100について、図1を参照しながら説明する。
図1(a)は、第1音叉型圧電振動片100の平面図である。また、図1(b)は、図1(a)のB−B断面における第1音叉型圧電振動片100の断面図であり、図1(c)は、図1(a)のC−C断面における第1音叉型圧電振動片100の断面図である。以下、振動腕12が伸びている方向をY軸方向、一対の振動腕12が並んでいる方向をX軸方向、X軸方向とY軸方向とに直交する方向をZ軸方向として説明する。
また、錘領域19には、錘領域第2層59が形成されており、右錘部19Rに錘領域第2層59Rが形成され、左錘部19Lに錘領域第2層59Lが形成される。
<電極の膜厚に関して>
図1(b)又は図1(c)に示すように、振動腕12の溝部23に形成された溝部第2層531は膜厚F1で形成され、基部第2層51は膜厚F2で形成され、側面第2層532は膜厚F4で形成されている。なお、スパッタリングまたは真空蒸着の状況に応じて、膜厚F1、膜厚F2および膜厚F4の厚さが領域によって変動する。たとえば図1(b)に示されるように、溝部23にはZ軸方向に伸びる面とX軸方向に面とがある。スパッタリングなどでは溝部23のZ軸方向に伸びる面は膜厚F1が薄く形成されやすく、溝部23のX軸方向に伸びる面は膜厚F1が厚く形成されやすい。本明細書では、溝部第2層531の全体の厚さの平均の厚さを膜厚F1とする。
圧電デバイス1000は第1音叉型圧電振動片100を収納している。図3を参照して圧電デバイス1000について説明する。図3(a)は、圧電デバイス1000の斜視図であり、図3(b)は、図3(a)及び図3(c)のE−E断面における圧電デバイス1000の断面図であり、図3(c)は、図3(b)のF−F断面における圧電デバイス1000の断面図である。
第1音叉型圧電振動片100の電極形成では、複数の方法が考えられる。以下、第1フローチャート、第2フローチャート及び第3フローチャートを参考にして3つの第1音叉型圧電振動片100の電極形成の方法について説明する。
図4のフローチャートの開始時における第1音叉型圧電振動片100は、圧電材ウエハ150に第1音叉型圧電振動片100が形成された図6(a)の状態である。図6(b)で示されるように、圧電材ウエハ150には振動腕12の溝部23を有する第1音叉型圧電振動片100の外形が形成されている。圧電材ウエハ150は、例えば厚さ0.12mmの人工水晶からなり、直径は3インチまたは4インチである。さらに、圧電材ウエハ150の周縁部の一部には結晶方向を特定するためのオリエンテーションフラット151が形成されている。
ステップS109において、圧電材ウエハ150から第1音叉型圧電振動片100を切り取る。
ステップS203では、電極パターンをフォトレジスト膜が形成された圧電材ウエハ150に露光する。
ステップS204では、フォトレジスト膜を現像後、感光したフォトレジスト膜を除去する。さらに、不要な金属膜をエッチングにより除去する。
ステップS205において、圧電材ウエハ150のフォトレジストの除去を行う。これらの工程を経て第1音叉型圧電振動片100に第1層及び第2層が形成される。
ステップS209において、圧電材ウエハ150から第1音叉型圧電振動片100を切り取る。
ステップS303では、電極パターンをフォトレジスト膜が形成された圧電材ウエハ150に露光する。
ステップS304では、フォトレジスト膜を現像後、感光したフォトレジスト膜を除去する。さらに、不要な金属膜をエッチングにより除去する。
ステップS305において、圧電材ウエハ150のフォトレジストの除去を行う。これらの工程を経て第1音叉型圧電振動片100に第1層及び第2層が形成される。
ステップS309において、圧電材ウエハ150から第1音叉型圧電振動片100を切り取る。
なお、第3フローチャートにおいて、溝部第2層531の膜厚F1または側面第2層532の膜厚F4をドライエッチングではなく、レーザ照射により薄くしてもよい。
<側面第2層の膜厚F4の調整>
次に、第1音叉型圧電振動片100の頂点温度ZTCの調整について説明する。実験を繰り返すことで、頂点温度ZTCと溝部第2層531の膜厚F1及び側面第2層532の膜厚F4とに関連があることを見出した。
圧電材ウエハ150上の各第1音叉型圧電振動片100の頂点温度ZTCが測定され、頂点温度ZTCが調整される。以下に、図11は、第1音叉型圧電振動片100の頂点温度ZTCの調整方法を説明するためのフローチャートである。
次に、ステップS502において、頂点温度ZTCと目標温度とが異なるかどうかを判断する。目標温度は、第1音叉型圧電振動片100が使用される環境によって適宜決められる。頂点温度ZTC付近では使用環境温度の変化に対して最も周波数の変化が小さくなるためである。目標温度はたとえば25℃で設定される。頂点温度ZTCと目標温度とが同じ場合はステップS109(図4を参照)、ステップS209(図5参照)またはステップS309(図8参照)に進む。頂点温度ZTCと目標温度とが異なる場合にはステップS503に進む。
第1音叉型圧電振動片100と形状が異なる音叉型圧電振動片であっても、CI値を下げるために溝部第2層を厚くしてもよい。また頂点温度ZTCを調整するため側面第2層の厚さを調整することができる。
図13(a)は、第2音叉型圧電振動片200の平面図である。第2音叉型圧電振動片200は、基部11と基部11からY軸方向に平行に伸びる一対の振動腕12とを備え、さらに一対の振動腕12の両外側でY軸方向に伸びた一対の支持腕86(86R,86L)を有している。
セラミックパッケージに収納されない音叉型圧電振動片であっても、頂点温度ZTCを調整するため側面第2層の厚さを調整することができる。
12 振動腕
13 溝領域
15 第1層
19 錘領域
23 溝部
24 側面部
51 基部第2層
53、307 励振電極
59 錘領域第2層
70、80 パッケージ
71 リッド
72 封止材
73 導電性接着剤
74、122 接続端子
75、125 外部端子
76 導通部
86、306 支持腕
90 リッド 91 リッド側凹部
100、200、300 音叉型圧電振動片
120 ベース
121 ベース側凹部
123 スルーホール
126 導通部
129 凹型段差部
150 圧電材ウエハ
151 オリエンテーションフラット
160 圧電材ウエハ150の拡大部
171 第1マスクカバー、 173 第2マスクカバー、 175 第3マスクカバー、 177 第4マスクカバー、 179 第5マスクカバー
231 第1マスクカバー171の領域
310 圧電振動片外枠部
531 溝部第2層、 531L 左溝部23Lに形成された溝部第2層、 531R 右溝部23Rに形成された溝部第2層
532 側面第2層、 532L 溝領域13Lに於ける側面第2層、 532R 溝領域13Rに於ける側面第2層
1000、2000、3000 圧電デバイス
CR 圧電材
D1 第1音叉型圧電振動片100の厚さ
D2 溝領域13の深さ
F1 溝部第2層531の膜厚
F2 基部第2層51の膜厚
F3 第1層15の膜厚
F4 側面第2層532の膜厚
L1 基部11のY軸方向の長さ
L2 振動腕12のY軸方向の長さ
L3 溝領域13のY軸方向の長さ
W1 基部11のX軸方向の長さ
W2 錘領域19のX軸方向の幅
W3 右振動腕12Rの右溝領域13Rと左振動腕12Lの左溝領域13Lとの間の距離
W4 右溝部23R及び左溝部23Lの幅
Claims (5)
- 圧電材からなる基部と前記基部から所定方向に伸びる一対の振動腕とを有し、パッケージ内に導電性部材で固定される音叉型圧電振動片であって、
前記圧電材上に形成される第1層と前記第1層上に形成される第2層とを有し、前記導電性部材と電気的に接続する接続電極と、
前記一対の振動腕に形成され、前記圧電材上に形成される第1層と前記第1層上に形成される第2層とを有し、前記接続電極と電気的に接続する励振電極と、を備え、
前記振動腕は、表裏面と前記表裏面の両側で交差する両側面とを有し、
前記表裏面には所定方向に伸びる溝部がそれぞれ形成され、
前記励振電極は、前記表裏面の溝部内にそれぞれ形成された表裏電極と、前記両側面にそれぞれ形成された側面電極と、を有し、
前記表裏電極の前記第2層の膜厚は、前記接続電極の前記第2層の膜厚の30〜80%である音叉型圧電振動片。 - 前記接続電極は前記基部に形成されている請求項1に記載された音叉型圧電振動片。
- 前記一対の振動腕の両外側で前記基部から前記所定方向に伸びる一対の支持腕を備え、
前記接続電極は前記支持腕の先端に形成されている請求項1に記載された音叉型圧電振動片。 - 前記表裏電極の膜厚は、不活性ガスによるエッチング、レーザ照射又はメタルエッチングによって薄く形成される請求項1から請求項3のいずれか1項に記載された音叉型圧電振動片。
- 請求項1から請求項4のいずれか一項の音叉型圧電振動片と、
前記音叉型圧電振動片を収納するパッケージと、
を有することを特徴とする圧電デバイス。
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