专利名称：压电振动片和压电振动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及在同一压电基板上一体地具有主振动部和包围该主振动部的外框部的压电振动片和压电振动器。
背景技术：
近年来，电子设备的小型化不断进展，供这些电子设备使用的压电振动器和供压电振动器使用的压电振动片也要求小型化和薄型化。为了使压电振动器和供其使用的压电振动片小型化和薄型化，提出了例如图10所示的压电振动片500。图10示出作为以往的压电振动片的一例的使用石英基板的AT切振动片，(a)是平面图，(b)是正剖面图。如图10(a)、(b)所示，压电振动片500由形成在石英基板(石英晶片)501的中央部分的主振动部502、外框部503以及连接部504构成。主振动部502使用设置在其外周部的贯通孔505来形成其外形形状，通过未设置有贯通孔505的部分即2个连接部504与外框部503连接为一体。连接部504形成为其宽度尺寸是200μm左右，并且其表背面508、509形成在比主振动部502的表背面506a、506b和外框部503的表背面507a、507b更靠近厚度方向的中央侧。因此，连接部504的表背面508、509与主振动部502的表背面506a、506b和外框部503的表背面507a、507b分别通过级差来连接。外框部503以大致包围主振动部502的外侧的形状来形成(例如，专利文献1)。另外，尽管未作图示，然而还揭示了使用4个连接部将主振动部和外框部连接起来的压电振动片(例如，专利文献2)。
专利文献1日本特开平7-212171号公报专利文献2日本特许第3390348号公报然而，如前所述，连接部504由于其厚度薄，宽度也窄，因而其强度不充分，在施加落下等的冲击时容易破损。并且，由于连接部504的表背面508、509形成为与主振动部502的表背面506a、506b和外框部503的表背面507a、507b具有级差，因而当施加落下等的冲击时，产生对角部分的应力集中，更容易破损。由于该连接部504的破损而发生主振动部502从外框部503脱落等，具有未实现作为压电振动片500的功能的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，本发明的目的是提供即使施加落下等的冲击，也能防止连接部破损的使耐冲击性提高的压电振动片和压电振动器。
为了解决上述问题，本发明的压电振动片的特征在于，具有主振动部，其进行恒定方向的振动；开放端部，其形成在设于前述主振动部的振动方向的端中的至少一端处；外框部，其形成为包围前述主振动部；以及连接部，其形成为位于除前述开放端部以外的前述主振动部和外框部之间，具有相对于前述主振动部的表背面呈凹状的槽部和与前述主振动部的表背面大致同一面的平坦部，使前述主振动部和前述外框部连接为一体。
根据本发明的压电振动片，连接部由相对于主振动部的表背面呈凹状的槽部以及与主振动部的表背面同一面的平坦部形成。这样，通过在连接部上设置与主振动部的表背面同一面的平坦部，可防止在设置有该平坦部的部分由冲击等引起的应力集中。而且，由于凹状槽部使用所形成的凹部来防止主振动部的振动泄漏到外框部，因而即使增大连接部的宽度尺寸，也能减少对振动特性的影响，可增大该宽度尺寸。因此，通过由凹状槽部和同一面的平坦部形成连接部，可增强连接部的强度，可防止由来自外部的冲击等引起的连接部的破损。而且，由于在主振动部的振动方向的至少一端形成有开放端部，因而可在该开放端部吸收由温度变化引起的主振动部的膨胀和收缩，因此即使发生温度变化，主振动部也能进行稳定的振动。这样，可提供使耐冲击性提高、而且对于温度变化也能进行稳定振动的压电振动片。
并且，期望的是，前述开放端部形成在前述主振动部的振动方向的两端处。
这样，由于可在振动方向的两端吸收主振动部和外框部的由温度变化引起的膨胀和收缩，因而可减缓施加给主振动部的应力，进一步减少对振动特性的影响。
并且，前述开放端部可以延伸到与前述主振动部的振动方向交叉的方向的该主振动部的端的一部分。
并且，期望的是，前述连接部按前述主振动部的振动方向的长度尺寸的1/2或以上的长度尺寸形成。
这样，可将由主振动部的振动通过连接部传播到外框部所引起的振动特性的劣化收敛在可容许范围内。
并且，期望的是，前述外框部的表背面形成在比其他表背面更靠近厚度方向的外侧。
这样，由于比起外框部的表背面，外框部以外的表背面在压电振动片的厚度方向的中心侧，因而即使例如把该压电振动片放置在平板上，也与外框部接触，而外框部以外的部分处于悬空，因而不受该接触的影响。即，可提供即使将外框部固定等，也不影响其他部分的振动特性稳定的压电振动片。
本发明的压电振动器，其特征在于，具有主振动部，其进行恒定方向的振动；开放端部，其形成在前述主振动部的振动方向的至少一端处；外框部，其形成为包围前述主振动部；连接部，其形成为位于除前述开放端部以外的前述主振动部和外框部之间，具有相对于前述主振动部的表背面呈凹状的槽部和与前述主振动部的表背面大致同一面的平坦部，使前述主振动部和前述外框部连接为一体；以及盖体，其收纳至少前述主振动部，并固定在前述外框部上。
根据本发明的压电振动器，连接部由相对于主振动部的表背面呈凹状的槽部以及与主振动部的表背面同一面的平坦部构成。这样，通过在连接部上设置与主振动部的表背面同一面的平坦部，可防止在设置有该平坦部的部分由冲击等引起的应力集中。而且，由于凹状槽部使用所形成的凹部来防止主振动部的振动泄漏到外框部，因而即使增大连接部的宽度尺寸，也能减少对振动特性的影响，可增大该宽度尺寸。因此，通过由凹状槽部和同一面的平坦部形成连接部，可增强连接部的强度，可防止由来自外部的冲击等引起的连接部的破损。而且，由于在主振动部的振动方向的至少一端形成有开放端部，因而可在该开放端部吸收由温度变化引起的主振动部的膨胀和收缩，因此即使发生温度变化，主振动部也能进行稳定的振动。因此即使发生温度变化，也能吸收由固定在外框部上的盖体和主振动部的热膨胀系数不同引起的变形量，主振动部可进行稳定的振动。这样，可提供使耐冲击性提高、而且对于温度变化也能进行稳定振动的压电振动器。
并且，期望的是，前述开放端部形成在前述主振动部的振动方向的两端处。
这样，由于可在振动方向的两端吸收主振动部的由温度变化引起的膨胀和收缩，因而可减缓施加给主振动部的应力，进一步减少对振动特性的影响。因此，可提供即使将盖体固定在外框部上，对振动特性的影响也少的压电振动器。
并且，前述开放端部可以延伸到与前述主振动部的振动方向交叉的方向的该主振动部的端的一部分。
并且，期望的是，前述连接部按前述主振动部的振动方向的长度尺寸的1/2或以上的长度尺寸形成。
这样，可增大主振动部的长度的1/2区域内的压电振动片的宽度尺寸。通过增大该宽度尺寸，使作为寄生振动的轮廓振动的更高阶振动接近主振动。因此，轮廓振动的振动强度更小。即，难以受到轮廓振动的影响，可使振动特性稳定。因此，可提供振动特性稳定的压电振动器。
并且，期望的是，前述外框部的表背面形成在比该外框部以外的表背面更靠近厚度方向的外侧。
这样，由于比起外框部的表背面，外框部以外的表背面在压电振动片的厚度方向的中心侧，因而即使把盖体固定在外框部上，外框部以外的部分也处于悬空，防止与盖体接触，从而可提供振动特性稳定的压电振动器。
并且，期望的是，前述盖体通过以一定厚度大致沿着前述外框部而形成的框体固定在前述外框部上。
这样，防止由盖体固定引起的主振动部等与盖体的接触，从而可提供振动特性稳定的压电振动器。
图1示出第一实施方式的压电振动片的概略结构，(a)是立体图，(b)是平面图，(c)是正剖面图。
图2是对第一实施方式的压电振动片的制造方法进行说明的工序流程图。
图3示出第二实施方式的压电振动片的概略结构，(a)是平面图，(b)是正剖面图。
图4示出第三实施方式的压电振动片的概略结构，(a)是平面图，(b)是正剖面图。
图5是示出第三实施方式的石英振动片的X轴方向的位移分布的图。
图6示出第四实施方式的压电振动片的概略结构，(a)是平面图，(b)是正剖面图。
图7是对第四实施方式的压电振动片的制造方法进行说明的工序流程图。
图8是示出第五实施方式的石英振动器的概略结构的正剖面图。
图9是示出第六实施方式的石英振动器的概略结构的正剖面图。
图10示出作为以往的压电振动片的一例的使用石英基板的AT切振动片，(a)是平面图，(b)是正剖面图。
具体实施例方式
以下使用附图对本发明的压电振动片和压电振动器的最佳方式进行说明。
压电振动片可利用以石英为首的各种压电材料。作为压电材料的一例，有具有作为结晶轴的X轴(电轴)、Y轴(机械轴)、Z轴(光轴)的石英。使用从该石英切出的作为压电基板的石英基板来形成石英振动片。作为该石英基板的一例，有一边与X轴平行、另一边与Z’轴平行地被切断的所谓AT切石英基板，其中，该Z’轴是围绕着X轴从Z轴倾斜约35度而得到的。对以下实施方式所示的压电振动片使用该AT切石英基板的例子进行说明。另外，压电振动片不限于AT切石英基板，可以是以其他切断角度切出的石英基板、或者使用其他压电材料的压电振动片。在该情况下，只要是与以下实施方式相同的结构，就具有相同效果。
(第一实施方式)使用附图对本发明的压电振动片的第一实施方式进行说明。图1示出第一实施方式的压电振动片的概略结构，(a)是立体图，(b)是平面图，(c)是正剖面图。
如图1(a)、(b)、(c)所示，作为压电振动片的一例的石英振动片10由石英基板11形成。该石英振动片10由以下构成主振动部12，形成在主振动部12的表背面23、24上的激励电极13a、13b，大致沿着主振动部12的外侧设置的外框部20，以及连接主振动部12和外框部20的连接部18a、18b。
主振动部12为由设置在其周围的连接部18a、18b和贯通孔15形成四端(四边)的矩形形状。该主振动部12通过向形成在其表背面23、24上的激励电极13a、13b施加电压，进行把X轴方向作为振动方向(以下把振动方向称为X轴方向)的厚度切变振动。作为主振动部12的振动方向的X轴方向的一端由于贯通孔15而成为作为开放端部的开放端14。主振动部12的另一端与连接部18a、18b连接，其中与槽部16a、16b、16c连接的部分形成有与槽部16a、16b、16c的凹形状深度相当的端面19a、19b。另外，在石英基板11的背面侧也形成有与表面侧一样的槽部16a’、16b’。
连接部18a、18b由具有底面25、26的形成凹形状的槽部16a、16b、16c、以及与主振动部12的表背面23、24和外框部20的表背面21、22同一面的平坦部17a、17b构成。平坦部17a、17b设置在主振动部12的沿X轴方向设置的两边的大致中央。槽部16a、16b、16c具有几μm左右(例如，2μm)的深度，与平坦部17a、17b连接，并在主振动部12的X轴方向上延伸。槽部16a、16b、16c中的设置在形成有贯通孔15的方向的槽部16a、16c设置在从平坦部17a、17b到贯通孔15之间。并且，槽部16a、16b、16c中的设置在与贯通孔15相反方向的槽部16b从平坦部17a延伸，沿着主振动部12的外周从X轴方向弯曲到Z’轴方向，再返回到X轴方向与平坦部17b连接。
槽部16a、16b、16c用于在防止由主振动部12的振动传播到外框部20所引起的振动特性劣化的同时，扩大连接部18a、18b的形状，提高其强度。这里，对AT切石英振动片10的振动传播进行说明。
作为AT切石英振动片10的主振动的厚度切变振动，如主振动部12的中央部振动那样决定激励电极的配置等，然而在中央部振动的厚度切变振动传播到振动片的外周部(在本例中，外框部20)。通常通过将外框部20固定在保持器上而保持石英振动片10，通过该固定来抑制传播到外框部20的振动。该传播振动的抑制影响作为主振动的厚度切变振动，使晶体阻抗(以下称为“CI值”)下降，或者引发其他振动模式而使振荡频率的稳定性下降。
振动传播由式(1)～式(4)表示。根据式(1)～式(4)，当在同一振动片上存在具有不同频率的区域时，振动传播按频率由高到低进行，对于频率由低到高，由于α、β是虚数，因而振动根据传播距离而衰减。
如前所述，通过形成槽部16a、16b、16c，可在抑制厚度切变振动传播到外框部20的同时，增大连接部18a、18b的连接面积，提高连接部18a、18b的强度。
式1U＝B·exp[-j(ωt-(αx+βz))] ...(1)式2αx=(πx2b)(γ11C66+π212)-12[(ωωS)2-1]12---(2)]]>
式3γ11=s33s11s33-s132---(3)]]>式4βz=(πz2b)(C66C55)12[(ωωS)2-1]12---(4)]]>U厚度切变振动向X方向、Z方向的位移；B振幅强度；ω、ωS振动器和振动片各自的角频率；α、β向X、Z的各方向的传播系数；C55、C66弹性刚度S11、S13、S33弹性柔量；2a主振动部的X轴方向的长度尺寸；2b主振动部的厚度尺寸；2c主振动部的Z’方向的宽度尺寸。
外框部20进行石英振动片10与未作图示的其他电路基板等的保持器的连接、或者与保护主振动部12的未作图示的盖体的连接等。外框部20和主振动部12通过连接部18a、18b在石英基板11上连接为一体。
下面，使用图2对石英振动片10的制造方法进行说明。图2是对第一实施方式的压电振动片的制造方法进行说明的工序流程图。
首先，在作为压电基板的一例的石英基板11(石英晶片)的表面上形成与石英振动片10的形状对应的第一掩模图形M1。该第一掩模图形M1只要能耐受后述的喷砂加工即可，例如，只要在石英基板11上贴附干膜抗蚀剂后，使干膜抗蚀剂与石英振动片10的形状对应地进行曝光/显像，形成在与石英振动片10的形状对应的部分上即可。另外，根据实施方式，第一掩模图形M1可以在石英基板11上涂布光致抗蚀剂后，与石英振动片10的形状对应地进行曝光/显像，形成在与石英振动片10的形状对应的部分上。并且，可以与石英振动片10的形状对应地使金属等成膜，把该金属膜作为第一掩模图形M1。然后，将形成有第一掩模图形M1的石英基板11固定在工作台5上，使其表面面向上侧，然后，如箭头B1所示，从未作图示的喷砂装置将磨粒与被加压的气体一起喷射到石英基板11上，将没有形成第一掩模图形M1的部分的石英基板11去除到中途，形成凹形状的槽部16a’、16b’(S100)。槽部16a’、16b’的开口不限于具有与石英基板11的表面垂直的侧面的形状，可以是石英基板11的表面侧宽、中央侧窄的锥形状。
然后，在去除第一掩模图形M1后，在石英基板11的背面上形成第二掩模图形M2。该第二掩模图形M2与石英振动片10的形状对应地设置在石英基板11的背面上，与第一掩模图形M1一样形成即可。然后，将形成有第二掩模图形M2的石英基板11固定在工作台5上，使其背面面向上侧。然后，如箭头B2所示，从未作图示的喷砂装置将磨粒与被加压的气体一起喷射到石英基板11上，将没有形成第二掩模图形M2的部分的石英基板11去除到中途，形成凹形状的槽部16a、16b(S102)。
然后，形成贯通孔15。贯通孔15是为了形成石英振动片10的主振动部的开放端而设置的。在石英基板11的背面侧的第二掩模图形M2和露出的槽部16a、16b等的石英面上形成除了与贯通孔15对应的部分以外的第三掩模图形M3。另外，在本例中，不去除第二掩模图形M2，而是在其表面上形成第三掩模图形M3，然而可以去除第二掩模图形M2，之后，在石英基板11背面侧的石英面上形成第三掩模图形M3。然后，将形成有第三掩模图形M3的石英基板11固定在工作台5上，使该第三掩模图形M3面向上侧。然后，如箭头B3所示，从未作图示的喷砂装置将磨粒与被加压的气体一起喷射到石英基板11上，将没有形成第三掩模图形M3的部分的石英基板11去除，与在S100中所说明的槽部16a’贯通，形成贯通孔15(S104)。
然后，从固定板5上取下石英基板11，去除第三掩模图形M3和第二掩模图形M2(S106)。这样，在石英基板11上形成由槽部16a、16b、16a’、16b’和平坦部17a、17a’构成的连接部18a。尽管图2未作图示，然而图1所示的连接部18b与连接部18a同时形成。这样，形成设置有由连接部18a、18b和贯通孔15大致包围的主振动部(在图2中未作图示)和外框部20的石英振动片10的外形。另外，在图2中，使用一个连接部18a的表背面的槽部16a、16b、16a’、16b’作了说明，然而另一连接部18b也同样在表背面形成有槽部。
之后，尽管图2未作图示，然而进行形成在石英振动片10的主振动部(图1所示的12)的表背面(图1所示的23、24)上的激励电极(图1所示的13a、13b)等的电极的形成。激励电极(图1所示的13a、13b)的形成通过按其形状使金、铬等的金属成膜来进行。
根据前述第一实施方式，在石英振动片10中，连接部18a、18b由相对于主振动部12的表背面23、24和前述外框部20的表背面21、22呈凹状的槽部16a、16b、16c以及与主振动部12的表背面23、24和前述外框部20的表背面21、22同一面的平坦部17a、17b构成。这样，通过在连接部18a、18b上设置与主振动部12的表背面23、24和前述外框部20的表背面21、22同一面的平坦部17a、17b，可防止在设置有该平坦部17a、17b的部分由冲击等引起的应力集中。并且，通过与平坦部17a、17b连续地形成凹状的槽部16a、16b、16c，可增大连接部18a、18b的长度尺寸。这样，可进一步提高连接部18a、18b的强度。因此，可防止由来自外部的冲击等引起的连接部18a、18b的破损。
而且，根据第一实施方式，通过把前述主振动部12的X轴方向的一端作为开放端14，可减少由主振动部12和固定在外框部20上的盖体等的热膨胀系数的不同引起的应力影响。在没有主振动部12的X轴方向的开放端14的情况下，由于该应力的影响，使大致为直线状的频率-温度特性等劣化，然而通过形成开放端14，可获得AT切石英振动片本来的频率-温度特性，即3次曲线的频率-温度特性。下面对此进行详述。
厚度切变振动片的主振动由式(5)表示。另外，在式(5)中，一般满足式(6)。当压电振动片的温度变化时，由于形成主振动部的石英的热膨胀系数和固定在与主振动部连接的外框部上的不同材质的盖体等的热膨胀系数的不同，发生变形量各自不同的变形。列举热膨胀系数的一例是，AT切石英的X轴19.7×10-5/℃，AT切石英的Z’轴12.8×10-6/℃，供盖体使用的硅酸硼玻璃3.25×10-6/℃等。由于该变形量的不同而向主振动部施加应力，由于因该应力影响引起的式(5)和式(6)的常数的略微变化而使频率变化，成为由温度变化引起的频率特性(所谓频率-温度特性)劣化的石英振动片。
根据式(5)和式(6)，表示振动片厚度的2b、表示振动片的X轴方向的长度的2a、弹性常数C66、C11、以及石英密度ρ全部是依赖于温度的物性常数。这里，弹性常数C66、C11和石英密度ρ由于是材料固有的常数，因而不受由振动片形状引起的热变形的影响。并且，由于振动片的厚度方向开放，因而表示振动片厚度的2b不受热变形的影响。表示振动片的X轴方向的长度的2a由于因温度变化引起的尺寸变化而干扰所连接的外框部，从而对主振动产生影响。特别是在主振动部的X轴方向的两端与外框部连接的情况下，不能脱离该尺寸变化，影响增大。因此，通过使主振动部的X轴方向的至少一端开放，可脱离由温度变化引起的尺寸变化。这样，可防止频率-温度特性劣化。
式5f(1,1,0)=12.2bC66ρ[1+12C11C66(ba)2]---(5)]]>式612C11C66(ba)2<<1---(6)]]>f(1，1，0)有限平板的主振动频率；C66、C11弹性常数；ρ石英密度；2a振动片的X轴方向的长度尺寸；2b振动片的厚度尺寸。
因此，根据第一实施方式的石英振动片10，可提供使落下等的耐冲击性提高、而且对于温度变化也能进行稳定振动的压电振动器。
(第二实施方式)使用图3对本发明的压电振动片的第二实施方式进行说明。图3示出了第二实施方式的压电振动片的概略结构，(a)是平面图，(b)是正剖面图。以下对第二实施方式进行详细说明，然而对于与前述第一实施方式相同的外框部和主振动传播，省略说明。
如图3(a)、(b)所示，作为压电振动片的一例的石英振动片10由石英基板11形成，并由以下构成主振动部32，形成在主振动部32的表背面上的激励电极33a、33b，大致沿着主振动部32的外侧设置的外框部40，以及连接主振动部32和外框部40的连接部38a、38b。
主振动部32为由设置在其周围的连接部38a、38b和两个贯通孔35a、35b形成四端(四边)的矩形形状。该主振动部32通过向形成在其表背面上的激励电极33a、33b施加电压，进行把X轴方向作为振动方向(以下把振动方向称为X轴方向)的厚度切变振动。作为主振动部32的振动方向的X轴方向的一端由于贯通孔35a而成为开放端34a。并且，主振动部32的设于与开放端34a的X轴方向的相反侧的一端也与开放端34a一样，由于贯通孔35b而成为作为开放端部的开放端34b。主振动部32的开放端34a、34b以外的其他端与连接部38a、38b连接，其中与槽部36a、36b、36c、36d连接的部分形成有与槽部36a、36b、36c、36d的凹形状深度相当的端面39a、39b、39c、39d。
连接部38a、38b由凹形状的槽部36a、36b、36c、36d以及具有与主振动部32的表背面和外框部40的表背面同一面的平坦部37a、37b构成。平坦部37a、37b设置在主振动部32的沿X轴方向的两边的大致中央。槽部36a、36b、36c、36d具有几μm左右(例如，2μm)的深度，与平坦部37a、37b连接，并在主振动部32的X轴方向上延伸。槽部36a、36b、36c、36d设置在从平坦部37a、37b到贯通孔35a、35b之间。
另外，第二实施方式的石英振动片10可使用在前述第一实施方式中所说明的制造方法来制造。
根据前述第二实施方式，由于主振动部32的开放端34a、34b设置在两端，因而可在振动方向的两端吸收主振动部32和外框部40的由温度变化引起的膨胀和收缩，因此可减缓施加给主振动部32的应力，进一步减少对振动特性的影响。
(第三实施方式)使用图4对本发明的压电振动片的第三实施方式进行说明。图4示出第三实施方式的压电振动片的概略结构，(a)是平面图，(b)是正剖面图。
如图4(a)、(b)所示，作为压电振动片的一例的石英振动片10由石英基板11形成，并由以下构成主振动部52，形成在主振动部52的表背面上的激励电极53a、53b，大致沿着主振动部52的外侧设置的外框部60，以及连接主振动部52和外框部60的连接部58a、58b。
主振动部52为由设置在其周围的连接部58a、58b和两个贯通孔55a、55b形成四端(四边)的矩形形状。该主振动部52通过向形成在其表背面上的激励电极53a、53b施加电压，进行把X轴方向作为振动方向(以下把振动方向称为X轴方向)的厚度切变振动。作为主振动部52的振动方向的X轴方向的两端由于贯通孔55a、55b而成为作为开放端部的开放端54a、54b。贯通孔55a、55b形成主振动部52的开放端54a、54b，并延伸到与X轴方向大致正交的方向(主振动部32的宽度方向的Z’方向)的端部，形成所谓的“コ字形状”。主振动部52的开放端54a、54b以外的其他端由与连接部58a、58b连接的部分59a、59b、59c、59d和通过贯通孔55a、55b所开放的部分66a、66b、66c、66d形成。另外，使用将贯通孔55a、55b延伸到与X轴方向大致正交的方向的端部的例子作了说明，然而不限于与X轴方向大致正交的方向的端部，可以是交叉的方向。例如，即使是与X轴方向在倾斜方向交叉的方向的端部，也具有相同的效果。
连接部58a、58b由凹形状的槽部56a、56b、56c、56d以及具有与主振动部52的表背面和外框部60的表背面同一面的平坦部57a、57b构成。平坦部57a、57b设置在主振动部52的沿X轴方向的两边的大致中央。槽部56a、56b、56c、56d具有几μm左右(例如，2μm)的深度，与平坦部57a、57b连接，并在主振动部52的X轴方向上延伸。连接部58a、58b的X轴方向的长度X3被设定成主振动部52的X轴方向的长度X2的1/2或以上。
这里，使用图5对把连接部58a、58b的X轴方向的长度X3设定为主振动部52的X轴方向的长度X2的1/2或以上进行说明。图5是示出第三实施方式的石英振动片的X轴方向的位移分布的图。
在图4所示的石英振动片10中，有时由于进行主振动部52和外框部60的连接的连接部58a、58b的形状而发生各种问题。例如，有时，由于该连接部58a、58b的宽度和厚度尺寸小，强度弱，因而连接部58a、58b的耐冲击性差，由于来自外部的冲击等而使连接部58a、58b破损。并且，作为另一例，有时发生针对主振动部52中的主振动的寄生振动，振动特性劣化。对寄生振动进行详述。在由主振动部52的Z’方向(与振动方向正交的方向即主振动部的宽度方向)的宽度尺寸Z2引起的轮廓振动中，该主振动部的宽度越窄，低阶振动就越接近主振动。该轮廓振动是寄生振动的一例。在该轮廓振动中，低阶振动的振动强度比高阶振动大，容易发生对主振动的影响。因此，在石英振动片10的振动有效区域部分中，尽可能增大石英振动片10的宽度尺寸Z1来形成石英振动片10，以使高阶轮廓振动接近主振动，从而难以受到轮廓振动的影响。因此，通过增大连接部的宽度尺寸X3，增大振动有效区域部分的石英振动片10的宽度尺寸Z1。
并且，作为主振动的厚度切变振动的位移分布如图5的折线所示。另外，图5作为一例示出石英振动片10的X方向的长度(图4所示的X1)是2000μm，并且中央部的主振动部的长度(图4所示的X2)是1100μm时的厚度切变振动的位移分布。该情况下的主振动部长度的80％的区域(图5的点划线所示的区域)的累积位移量占总位移量的比例是85％。同样，主振动部长度的70％的区域(图5的双点划线所示的区域)的累积位移量占总位移量的比例是77％，同样，主振动部长度的50％的区域(图5的虚线所示)的累积位移量占总位移量的比例是60％。该累积位移量占总位移量的比例值越大，主振动的有效区域就越大，振动特性就越提高。因此，通过把连接部的宽度X3设定为主振动部长度的50％(1/2)或以上的长度，以使累积位移量占总位移量的比例为至少60％或以上，从而可确保良好的振动特性。这样，可减少对振动特性的影响。
另外，第三实施方式的石英振动片可采用在前述第一实施方式中所说明的制造方法来制造。
根据前述第三实施方式，增大主振动部52长度的1/2或以上的区域内的该主振动部52的宽度尺寸。通过增大该主振动部52的宽度尺寸，使作为寄生振动的轮廓振动的高阶振动接近主振动。这样，难以受到轮廓振动的影响，可使振动特性稳定，可提供振动特性稳定的压电振动器。
另外，在前述第一实施方式至第三实施方式中的石英振动片10的制造方法的说明中，对采用使用喷砂加工进行石英振动片10的加工的方法作了说明，然而石英振动片10的加工方法不限于喷砂加工。例如，也能使用可耐受化学蚀刻的材料来形成掩模图形，通过化学蚀刻进行石英基板11的加工。
(第四实施方式)使用图6对本发明的压电振动片的第四实施方式进行说明。图6示出了第四实施方式的压电振动片的概略结构，(a)是平面图，(b)是正剖面图。
如图6(a)、(b)所示，作为压电振动片的一例的石英振动片10由石英基板11形成。石英振动片10由以下构成主振动部72，形成在主振动部72的表背面上的激励电极73a、73b，大致沿着主振动部72的外侧设置的外框部80，以及连接主振动部72和外框部80的连接部78a、78b。
主振动部72为由设置在其周围的连接部78a、78b和贯通孔75形成四端(四边)的矩形形状。作为主振动部72的振动方向的X轴方向的一端由于贯通孔75而成为作为开放端部的开放端74。主振动部72的另一端与连接部78a、78b连接。
连接部78a、78b由在主振动部72的表背面形成凹形状的槽部76a、76b、76c、以及具有与主振动部72的表背面同一面的平坦部77a、77b构成。由于连接部78a、78b的其他结构以及槽部76a、76b、76c与第一实施例相同，因而省略说明。
外框部80进行石英振动片10与未作图示的其他电路基板等的保持器的连接、或者与保护主振动部72的未作图示的盖体的连接等。外框部80的表背面81、82形成为处于比构成石英振动片10的外框部80以外的部分更靠近厚度方向的外侧(与中心相反方向)。另外，外框部80和主振动部72通过连接部78a、78b在石英基板11上连接为一体。
下面，使用图7对第四实施方式的石英振动片10的制造方法进行说明。图7是对第四实施方式的石英振动片10的制造方法进行说明的工序流程图。
首先，在作为压电基板的一例的石英基板11(石英晶片)的表面上形成与石英振动片10的形状对应的第一掩模图形M1。该第一掩模图形M1只要能耐受后述的喷砂加工即可，例如，只要在石英基板11上贴附干膜抗蚀剂后，使干膜抗蚀剂与石英振动片10的形状对应地进行曝光/显像，形成在与石英振动片10的形状对应的部分上即可。另外，根据实施方式，第一掩模图形M1可以在石英基板11上涂布光致抗蚀剂后，与石英振动片10的形状对应地进行曝光/显像，形成在与石英振动片10的形状对应的部分上。并且，可以与石英振动片10的形状对应地使金属等成膜，把该金属膜作为第一掩模图形M1。然后，将形成有第一掩模图形M1的石英基板11固定在工作台5上，使其表面面向上侧。然后，如箭头B1所示，从未作图示的喷砂装置将磨粒与被加压的气体一起喷射到石英基板11上，将没有形成第一掩模图形M1的部分的石英基板11去除到中途，形成凹形状的槽部76a、76b(S200)。槽部76a、76b的开口不限于具有与石英基板11的表面垂直的侧面的形状，可以是石英基板11的表面侧宽、中央侧窄的锥形状。
然后，在去除第一掩模图形M1后，在石英基板11的背面上形成第二掩模图形M2。该第二掩模图形M2与石英振动片10的形状对应地设置在石英基板11的背面上，与第一掩模图形M1一样形成即可。然后，将形成有第二掩模图形M2的石英基板11固定在工作台5上，使其背面面向上侧。然后，如箭头B2所示，从未作图示的喷砂装置将磨粒与被加压的气体一起喷射到石英基板11上，将没有形成第二掩模图形M2的部分的石英基板11去除到中途，形成凹形状的槽部76a’、76b’(S202)。
然后，形成贯通孔75。贯通孔75是为了形成石英振动片10的主振动部的开放端而设置的。在石英基板11的背面侧的第二掩模图形M2和露出的槽部76a’、76b’等的石英面上形成除了与贯通孔75对应的部分以外的第三掩模图形M3。另外，在本例中，不去除第二掩模图形M2，而是在其表面上形成第三掩模图形M3，然而可以去除第二掩模图形M2，之后，在石英基板11背面侧露出的石英面上形成第三掩模图形M3。然后，将形成有第三掩模图形M3的石英基板11固定在工作台5上，使该第三掩模图形M3面向上侧。然后，如箭头B3所示，从未作图示的喷砂装置将磨粒与被加压的气体一起喷射到石英基板11上，将没有形成第三掩模图形M3的部分的石英基板11去除，与在S200中所说明的槽部76a贯通，从而形成贯通孔75(S204)。
然后，从固定板5上取下石英基板11，去除第三掩模图形M3和第二掩模图形M2(S206)。这样，在石英基板11上形成由槽部76a、76b、76a’、76b’等构成的连接部(图6所示的78a、78b)、主振动部(图6所示的72)以及外框部(图6所示的80)。
然后，在除了结束前述S206工序的石英基板11的主振动部(图6所示的72)和连接部(图6所示的78a、78b)以外的部分上形成第四掩模图形M4。然后，浸渍在蚀刻液内，如箭头E所示，进行主振动部(图6所示的72)和连接部(图6所示的78a、78b)的部分的化学蚀刻(S208)。通过该化学蚀刻，使主振动部(图6所示的72)和连接部(图6所示的78a、78b)的部分的厚度尺寸从表背面减少。这样，可使外框部(图6所示的80)的表背面处于比主振动部(图6所示的72)和连接部(图6所示的78a、78b)的表背面更靠近厚度方向的外侧(与中心相反方向)。另外，在图7中，第四掩模图形M4在外框部(图6所示的80)的表背面作了图示，然而可形成在不需要化学蚀刻的所有部分上。
然后，去除第四掩模图形M4(S210)。这样，在石英基板11上形成设置有由槽部76a、76b、76a’、76b’和平坦部(图6所示的77a、77b)构成的连接部78a、78b、由连接部78a、78b和贯通孔75大致包围的主振动部(图6所示的72)以及外框部80的石英振动片10。
之后，尽管图7未作图示，然而进行形成在石英振动片10的主振动部(图6所示的72)的表背面上的激励电极(图6所示的73a、73b)等的电极的形成。激励电极(图6所示的73a、73b)的形成通过按其形状使金、铬等的金属成膜来进行。
根据前述第四实施方式，外框部80的表背面81、82形成为处于比构成石英振动片10的外框部80以外的部分更靠近厚度方向的外侧(与中心相反方向)。因此，即使使外框部80与其他电路基板等的保持器连接，或者将保护主振动部72的盖体固定，也能防止这些保持器、盖体等与石英振动片10接触。通过防止该接触，可持续稳定的特性良好的振动。
另外，在前述石英振动片10的制造方法的说明中，对采用在S200至S204的加工工序中使用喷砂加工进行石英振动片10的加工的方法作了说明，然而不限于喷砂加工。例如，也能使用可耐受化学蚀刻的材料来形成掩模图形，通过化学蚀刻进行石英基板11的加工。
另外，前述第一实施方式至第四实施方式所示的贯通孔和连接部的形状使用以主振动部的中央为中心的对称形状作为一例进行了说明，然而可以不是对称形状，可以针对各个端形成不同的端形状。
(第五实施方式)作为第五实施方式，使用图8对作为本发明的压电振动器一例的石英振动器进行说明。图8是示出第五实施方式的石英振动器的概略结构的正剖面图。
如图8所示，作为本发明的压电振动器的一例的石英振动器100由以下构成在前述第四实施方式中所说明的石英振动片10，以及固定在石英振动片10的外框部110的表背面111、112上的盖体108a、108b。
石英振动片10由以下构成主振动部102，形成在主振动部102的表背面上的激励电极103a、103b，大致沿着主振动部102的外侧设置的外框部110，以及使主振动部102和外框部110连接的连接部118。
主振动部102为由设置在其周围的连接部118和贯通孔105形成四端(四边)的矩形形状。作为主振动部102的振动方向的X轴方向的至少一端由于贯通孔105而成为作为开放端部的开放端104。主振动部102的另一端与由槽部106b、106b’和未作图示的平坦部所形成的连接部118连接。
外框部110的表背面111、112形成为处于比构成石英振动片10的外框部110以外的部分更靠近厚度方向的外侧(与中心相反方向)。另外，外框部110和主振动部102通过连接部118连接为一体。
盖体108a、108b使用硅酸硼玻璃板。盖体108a、108b与石英振动片10的外框部110的表背面111、112使用例如阳极接合等而气密性地固定。这里，由于外框部110的表背面111、112位于比其他面更靠近厚度方向的外侧，因而可防止盖体108a、108b与主振动部102和连接部118接触。
根据第五实施方式，由于气密性地收纳针对温度变化的振动特性劣化小的石英振动片，因而可提供能持续稳定的振动特性的石英振动器。而且，把盖体108a、108b固定在与形成石英振动片10的主振动部102形成为一体的外框部110上。这样，由于可使石英振动片的固定区域和盖体的接合区域成为相同区域，因而可减少固定空间。因此，可提供防止针对温度变化的振动特性劣化的小型石英振动器。
(第六实施方式)作为第六实施方式，使用图9对作为本发明的压电振动器的一例的石英振动器进行说明。图9是示出第六实施方式的石英振动器的概略结构的正剖面图。
如图9所示，作为本发明的压电振动器的一例的石英振动器200由以下构成在前述第一实施方式至第三实施方式中所说明的石英振动片10，以及通过框体139a、139b固定在石英振动片10的外框部130的表背面上的盖体138a、138b。
石英振动片10由以下构成主振动部132，形成在主振动部132的表背面上的激励电极133a、133b，大致沿着主振动部132的外侧设置的外框部130，以及连接主振动部132和外框部130的连接部148。
主振动部132为由设置在其周围的连接部148和贯通孔135形成四端(四边)的矩形形状。作为主振动部132的振动方向的X轴方向的至少一端由于贯通孔135而成为作为开放端部的开放端134。主振动部132的另一端与由槽部136a、136b和未作图示的平坦部所形成的连接部148连接。
盖体138a、138b使用硅酸硼玻璃板。盖体138a、138b和外框部130的表背面通过框体139a、139b气密性地接合。该框体139a、139b具有使盖体138a、138b不与主振动部132、连接部148等接触的隔板的作用，以大致一定厚度呈大致沿外框部130的框状形成。框体139a、139b可使用例如金属环、玻璃环、或者将热硬化型粘接剂以一定厚度涂布成框状的部件等。
根据第六实施方式，由于气密性地收纳针对温度变化的振动特性劣化小的石英振动片10，因而可提供能持续稳定的振动特性的石英振动器200。而且，通过框体139a、139b把盖体138a、138b固定在与形成石英振动片10的主振动部132形成为一体的外框部130上。通过使用该框体139a、139b，无需使外框部130的厚度比其他部分厚，可减少石英振动片10的制造工序。并且，由于可使石英振动片10的固定区域和盖体138a、138b的接合区域成为相同区域，因而可减少固定空间。因此，根据第六实施方式，可廉价提供针对温度变化的振动特性稳定的小型石英振动器。
另外，在第五实施方式和第六实施方式中所说明的外框部的表背面和盖体的固定方法也能使用低熔点玻璃、热硬化型粘接剂等的其他固定材料。
权利要求
1.一种压电振动片，其特征在于，具有主振动部，其进行恒定方向的振动；开放端部，其形成在设于前述主振动部的振动方向的端中的至少一端处；外框部，其形成为包围前述主振动部；以及连接部，其形成为位于除前述开放端部以外的前述主振动部和外框部之间，具有相对于前述主振动部的表背面呈凹状的槽部和与前述主振动部的表背面大致同一面的平坦部，使前述主振动部和前述外框部连接为一体。
2.根据权利要求1所述的压电振动片，其特征在于，前述开放端部形成在前述主振动部的振动方向的两端处。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的压电振动片，其特征在于，前述开放端部延伸到与前述主振动部的振动方向交叉的方向的该主振动部的端的一部分。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任意一项所述的压电振动片，其特征在于，前述连接部按前述主振动部的振动方向的长度尺寸的1/2或以上的长度尺寸形成。
5.根据权利要求1至权利要求4中的任意一项所述的压电振动片，其特征在于，前述外框部的表背面形成在比其他表背面更靠近厚度方向的外侧。
6.一种压电振动器，其特征在于，具有主振动部，其进行恒定方向的振动；开放端部，其形成在前述主振动部的振动方向的至少一端处；外框部，其形成为包围前述主振动部；连接部，其形成为位于除前述开放端部以外的前述主振动部和外框部之间，具有相对于前述主振动部的表背面呈凹状的槽部和与前述主振动部的表背面大致同一面的平坦部，使前述主振动部和前述外框部连接为一体；以及盖体，其收纳至少前述主振动部，并固定在前述外框部上。
7.根据权利要求6所述的压电振动器，其特征在于，前述开放端部形成在前述主振动部的振动方向的两端处。
8.根据权利要求6或权利要求7所述的压电振动器，其特征在于，前述开放端部延伸到与前述主振动部的振动方向交叉的方向的该主振动部的端的一部分。
9.根据权利要求6至权利要求8中的任意一项所述的压电振动器，其特征在于，前述连接部按前述主振动部的振动方向的长度尺寸的1/2或以上的长度尺寸形成。
10.根据权利要求6至权利要求9中的任意一项所述的压电振动器，其特征在于，前述外框部的表背面形成在比该外框部以外的表背面更靠近厚度方向的外侧。
11.根据权利要求6至权利要求10中的任意一项所述的压电振动器，其特征在于，前述盖体通过以一定厚度大致沿着前述外框部而形成的框体固定在前述外框部上。
全文摘要
本发明提供即使施加落下等的冲击，也能防止连接部破损的使耐冲击性提高的压电振动片和压电振动器。作为本发明的压电振动片的一例的石英振动片(10)使用石英基板(11)，并由以下构成主振动部(12)，形成在主振动部(12)的表背面(23、24)上的激励电极(13a、13b)，大致沿着主振动部(12)的外侧设置的外框部(20)，以及连接主振动部(12)和外框部(20)的连接部(18a、18b)。连接部(18a、18b)由槽部(16a、16b、16c)和平坦部(17a、17b)构成。主振动部(12)使用设置在其周围的连接部(18a、18b)和贯通孔(15)来形成4端(4边)，至少一端由于贯通孔(15)而成为开放端(14)。
文档编号H03H9/00GK1828960SQ200610057739
公开日2006年9月6日 申请日期2006年2月27日 优先权日2005年2月28日
发明者田中雅子, 白石茂 申请人:精工爱普生株式会社