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JP6573462B2 - Crystal oscillator - Google Patents

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JP6573462B2 JP2015045678A JP2015045678A JP6573462B2 JP 6573462 B2 JP6573462 B2 JP 6573462B2 JP 2015045678 A JP2015045678 A JP 2015045678A JP 2015045678 A JP2015045678 A JP 2015045678A JP 6573462 B2 JP6573462 B2 JP 6573462B2
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

本発明は、水晶振動片が形成される振動体と、この振動体を封止する一対の封止体とからなる水晶振動子に関するものである。   The present invention relates to a quartz crystal resonator including a vibrating body on which a quartz vibrating piece is formed and a pair of sealing bodies that seal the vibrating body.

従来の一般的な水晶振動子は、所定の形状及び振動モードからなる水晶振動片と、この水晶振動片を収容するセラミック製のケース及び前記水晶振動片を封止する金属製の蓋体とによって形成されている。前記水晶振動片は、基端部が前記ケース内に設けられている電極部に導電性の接合剤を介して電気的に接続支持される。   A conventional general crystal resonator includes a crystal resonator element having a predetermined shape and vibration mode, a ceramic case for housing the crystal resonator element, and a metal lid for sealing the crystal resonator element. Is formed. The quartz crystal resonator element is electrically connected and supported by an electrode portion having a base end portion provided in the case via a conductive bonding agent.

一方、前記水晶振動片を水晶ウェハからエッチング等によって形成された振動体と、この振動体を挟持することによって前記水晶振動片を封入する一対の封止体とによって一体形成されるウェハレベルパッケージによって製造された水晶振動子も知られている。   On the other hand, by a wafer level package integrally formed by a vibrating body formed by etching or the like from the quartz crystal wafer and a pair of sealing bodies that enclose the quartz vibrating piece by sandwiching the vibrating body Manufactured crystal units are also known.

特許文献1,2には上記ウェハレベルパッケージによって形成された水晶振動子が開示されている。このウェハレベルパッケージによる水晶振動子は、各種振動モードの水晶振動片及びこの水晶振動片を囲うようにして一端が支持される支持枠とからなる振動体と、前記水晶振動片を封入する一対の封止体とを水晶ウェハからエッチング等によって打ち抜き形成し、前記振動体を一対の封止体で挟み込んで密閉することによって形成されている。   Patent Documents 1 and 2 disclose a crystal resonator formed by the wafer level package. The crystal unit using the wafer level package includes a vibrating body composed of a crystal vibrating piece of various vibration modes and a support frame supported at one end so as to surround the crystal vibrating piece, and a pair of enclosing the crystal vibrating piece. The sealing body is formed by punching from a quartz wafer by etching or the like, and the vibrating body is sandwiched between a pair of sealing bodies and sealed.

特開2013−55632号公報JP 2013-55632 A 特開2014−150324号公報JP 2014-150324 A

上記ウェハレベルパッケージによって形成される水晶振動子は、一枚の水晶ウェハから一括して大量の水晶振動子を製造できるので、製造工数及び製造コストの低廉化や水晶振動子自体の小型化及び薄型化が図られるといった利点を有したものとなっている。   Since the crystal resonator formed by the wafer level package can manufacture a large amount of crystal resonators from a single crystal wafer, the number of manufacturing steps and the manufacturing cost can be reduced, and the crystal resonator itself can be made smaller and thinner. It has the advantage of being realized.

しかしながら、前記振動体及び封止体が薄い水晶ウェハによって形成されているため、外部からの押圧や衝撃に対する強度が十分でないといった問題があった。このような問題を改善する構造として、特許文献2には、封止体側に補強用の柱部を設けた水晶振動子が開示されている。この構造によれば、封止体自体の強度は増すが、振動体における水晶振動片の支持構造に関しては補強効果が及ばない。   However, since the vibrating body and the sealing body are formed of a thin quartz wafer, there is a problem that the strength against external pressure and impact is not sufficient. As a structure for improving such a problem, Patent Document 2 discloses a crystal resonator in which a reinforcing column is provided on the sealing body side. According to this structure, although the strength of the sealing body itself is increased, the reinforcing effect is not achieved with respect to the support structure of the crystal vibrating piece in the vibrating body.

一方、前記水晶振動片が音叉型の振動モードの場合には、この水晶振動片の一端を前記支持枠に繋げるための連結片の幅が狭いほど振動漏れが少ないことが知られているが、エッチングによって加工するため、均一な幅に形成できない。このため、前記連結片の一部に支持強度の不十分な部分が生じ、製造時における歩留りや耐久性の低下の原因となっていた。   On the other hand, when the crystal vibrating piece is a tuning fork type vibration mode, it is known that the smaller the width of the connecting piece for connecting one end of the crystal vibrating piece to the support frame, the less the vibration leakage. Since it is processed by etching, it cannot be formed in a uniform width. For this reason, a part with insufficient support strength occurs in a part of the connecting piece, which causes a decrease in yield and durability during manufacturing.

そこで、本発明の目的は、振動体における水晶振動子片の支持を一対の封止体によって補強することで、振動漏れを低減し、安定した振動モードを得ることができる水晶振動子を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a crystal resonator capable of reducing vibration leakage and obtaining a stable vibration mode by reinforcing the support of the crystal resonator piece in the vibration member with a pair of sealing bodies. There is.

上記課題を解決するために、本発明の水晶振動子は、水晶振動片及びこの水晶振動片の少なくとも一端を支持する連結片を有し、前記水晶振動片の外周を囲う支持枠からなる平板状の振動体と、前記支持枠の上下面にそれぞれ密接する封止枠を有して前記振動体を密閉する一対の封止体とを備えた水晶振動子において、前記一対の封止体には、前記振動体を挟持した際に、前記連結片の少なくとも一部にそれぞれ対向して前記連結片を支持する一対の補強片が設けられていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a crystal resonator according to the present invention has a flat plate shape including a crystal vibrating piece and a connecting piece that supports at least one end of the crystal vibrating piece, and a support frame that surrounds the outer periphery of the crystal vibrating piece. And a pair of sealing bodies that have sealing frames in close contact with the upper and lower surfaces of the support frame, respectively, and seal the vibrating body. A pair of reinforcing pieces for supporting the connecting piece is provided so as to face at least a part of the connecting piece when the vibrating body is sandwiched.

また、本発明の水晶振動子は、基部とこの基部から延びる一対の振動腕部を有する水晶振動片の前記基部の少なくとも一端を支持する連結片を有し、前記水晶振動片の外周を囲う支持枠からなる平板状の振動体と、前記支持枠の上下面にそれぞれ密接する封止枠を有して前記振動体を挟持する一対の封止体とを備えた水晶振動子において、前記一対の封止体には、前記振動体を挟持した際に、前記連結片の少なくとも一部に対向して前記連結片を支持する一対の補強片が設けられていることを特徴とする。   Further, the crystal resonator of the present invention has a connecting piece that supports at least one end of the base of the crystal vibrating piece having a base and a pair of vibrating arms extending from the base, and supports the outer periphery of the crystal vibrating piece. In the quartz resonator including a flat plate-like vibrating body made of a frame and a pair of sealing bodies each having a sealing frame in close contact with the upper and lower surfaces of the support frame and sandwiching the vibrating body, The sealing body is provided with a pair of reinforcing pieces that support the connecting piece so as to face at least a part of the connecting piece when the vibrating body is sandwiched.

本発明の水晶振動子によれば、水晶振動片の一端を支持枠に支持する連結片が幅狭に形成された場合であっても、一対の封止体に設けられている補強片が前記連結片と対向する位置で支持されるため、前記水晶振動片の支持枠に対する支持強度が増し、安定した振動を得ることができる。   According to the crystal resonator of the present invention, even if the connecting piece that supports one end of the crystal vibrating piece on the support frame is formed narrow, the reinforcing piece provided on the pair of sealing bodies Since it is supported at a position facing the connecting piece, the support strength of the quartz crystal vibrating piece with respect to the support frame is increased, and stable vibration can be obtained.

また、前記水晶振動片が基部から延びる一対の振動腕部を有した形状の場合であっても同様に、前記基部の一端を支持する連結片が一対の封止体に設けられている補強片と対向する位置で支持されるため、前記一対の振動腕部における振動を安定させることができる。   Similarly, even if the quartz crystal vibrating piece has a pair of vibrating arm portions extending from the base, a reinforcing piece in which a connecting piece that supports one end of the base is provided on the pair of sealing bodies. Therefore, the vibration in the pair of vibrating arms can be stabilized.

第1実施形態の水晶振動子の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a crystal resonator according to a first embodiment. 上記水晶振動子の展開平面図である。It is a development top view of the above-mentioned crystal oscillator. 上記水晶振動子の分解断面図(a)及び完成断面図(b)である。FIG. 4 is an exploded sectional view (a) and a completed sectional view (b) of the crystal unit. 上記水晶振動子の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the above-mentioned crystal oscillator. 第2実施形態の水晶振動子の展開平面図である。It is a development top view of the crystal oscillator of a 2nd embodiment. 上記水晶振動子の断面図である。It is sectional drawing of the said crystal oscillator. 第3実施形態の水晶振動子の展開平面図である。It is an expansion | deployment top view of the crystal oscillator of 3rd Embodiment. 第4実施形態の水晶振動子の展開平面図である。It is an expansion | deployment top view of the crystal oscillator of 4th Embodiment. 音叉型の水晶振動片の各種支持構造における振動体の平面図である。It is a top view of a vibrating body in various support structures of a tuning fork type crystal vibrating piece. 第5実施形態の振動体の平面図である。It is a top view of the vibrating body of a 5th embodiment.

以下、本発明の水晶振動子の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図1に示す第1実施形態の水晶振動子11は、振動体12と、この振動体12の上下面を密閉する一対の封止体13,14とからなっており、前記振動体12及び一対の封止体13,14は、水晶ウェハをエッチング及びダイシングすることによって形成されている。   Hereinafter, embodiments of the crystal resonator of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. A crystal resonator 11 according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes a vibrating body 12 and a pair of sealing bodies 13 and 14 that seal the upper and lower surfaces of the vibrating body 12. The sealing bodies 13 and 14 are formed by etching and dicing a quartz wafer.

前記水晶ウェハは、電気軸をX軸、機械軸をY軸、光軸をZ軸とした水晶原石の直交座標系において、Z軸平面から約1°X軸回転させたカット角で板状に薄くスライスすることによって形成される。そして、この水晶ウェハに対してフォトリソ工程によってマスクパターンを形成し、水晶エッチングを施すことによって、図2に示すように、基部18と、この基部18から平行に延びる一対の振動腕部19とからなる音叉型の水晶振動片15と、この水晶振動片15の外周を取り囲む四角形状の支持枠16と、この支持枠16の一端と前記基部18の一端とを連結する連結片17とからなる振動体12が形成される。また、一対の封止体13,14も同様に、エッチングによって、四角形状の封止枠21と、この封止枠21の一端から平面方向に突出する補強片22と、前記封止枠21及び補強片22を残して凹設される凹部23が形成される。なお、前記振動体12及び一対の封止体13,14の形状は、微細加工に適したレーザやパウダービームを用いた切断や打ち抜きによって形成することもできる。   The quartz wafer is shaped like a plate with a cut angle obtained by rotating the X axis about 1 ° from the Z axis plane in an orthogonal coordinate system of the rough crystal with the X axis as the electrical axis, the Y axis as the mechanical axis, and the Z axis as the optical axis It is formed by thinly slicing. Then, a mask pattern is formed on the quartz wafer by a photolithography process, and quartz etching is performed, so that a base 18 and a pair of vibrating arms 19 extending in parallel from the base 18 are formed as shown in FIG. A tuning fork type crystal vibrating piece 15, a rectangular support frame 16 surrounding the outer periphery of the crystal vibrating piece 15, and a connecting piece 17 that connects one end of the support frame 16 and one end of the base 18. A body 12 is formed. Similarly, the pair of sealing bodies 13 and 14 is etched to form a rectangular sealing frame 21, a reinforcing piece 22 protruding from one end of the sealing frame 21 in a planar direction, the sealing frame 21, A recessed portion 23 is formed to be recessed leaving the reinforcing piece 22. The shapes of the vibrating body 12 and the pair of sealing bodies 13 and 14 can also be formed by cutting or punching using a laser or powder beam suitable for fine processing.

前記水晶振動片15の振動腕部19は、基部18の一端から所定の間隔を有して平行に延び、表裏面及び側面には極性の異なる励振電極(図示せず)が形成されている。この振動腕部19は、厚みが50〜200μmに形成され、振動周波数に応じて長さ及び幅が設定される。なお、前記励振電極は水晶振動片15の上下面に一様に金属膜を加熱蒸着あるいはスパッタリング法等によって形成し、その上にフォトレジスト膜を塗布したフォトマスクを介してフォトレジスト膜を露光、現像して電極パターンを形成し、金属膜をエッチングすることで形成される。   The vibrating arm portion 19 of the quartz crystal vibrating piece 15 extends in parallel from one end of the base portion 18 with a predetermined interval, and excitation electrodes (not shown) having different polarities are formed on the front and back surfaces and side surfaces. The vibrating arm portion 19 is formed to have a thickness of 50 to 200 μm, and the length and width are set according to the vibration frequency. The excitation electrode is formed by uniformly depositing a metal film on the upper and lower surfaces of the crystal vibrating piece 15 by heat evaporation or sputtering, and exposing the photoresist film through a photomask having a photoresist film applied thereon. It is formed by developing to form an electrode pattern and etching the metal film.

図3に示すように、前記振動体12の支持枠16の上面及び下面に前記一対の封止体13,14の封止枠21を減圧環境下において密着固定することによって、前記水晶振動片15が凹部23内に気密封止される。前記一対の封止体13,14を振動体12に密着する際に、それぞれの封止体13,14の内側に設けられている補強片22が振動体12に設けられている連結片17の上面及び下面に対向した状態で当接されることになる。これによって、一対の振動腕部19が接続される基部18を安定した状態で支持することができる。   As shown in FIG. 3, the crystal vibrating piece 15 is obtained by tightly fixing the sealing frame 21 of the pair of sealing bodies 13 and 14 to the upper and lower surfaces of the support frame 16 of the vibrating body 12 in a reduced pressure environment. Is hermetically sealed in the recess 23. When the pair of sealing bodies 13, 14 are brought into close contact with the vibrating body 12, the reinforcing piece 22 provided inside each sealing body 13, 14 is connected to the connecting piece 17 provided on the vibrating body 12. It will contact | abut in the state facing the upper surface and the lower surface. Thereby, the base 18 to which the pair of vibrating arms 19 are connected can be supported in a stable state.

前記水晶振動片15を支持枠16に支持する連結片17は、幅が狭いほど振動漏れを防止する効果が大きくなるが、振動体12自体が薄い水晶ウェハで形成されているため、この振動体12に形成される連結片17の幅を狭くするには強度的に限界がある。本実施形態では、一対の封止体13,14で密閉する際に、前記連結片17が一対の補強片22によって厚み方向の強度が増すので、その分、幅を狭く形成することが可能となる。また、前記連結片17の上下面には前記水晶振動片15に延びる一対の励振電極パターン(図示せず)が形成されているので、前記補強片22の密着による電気的接続面が増え、電界効率の低下を防止する効果も得られる。   The connecting piece 17 that supports the crystal vibrating piece 15 on the support frame 16 has a greater effect of preventing vibration leakage as the width is narrower. However, since the vibrating body 12 itself is formed of a thin crystal wafer, the vibrating body There is a limit in strength to narrow the width of the connecting piece 17 formed in 12. In the present embodiment, when the pair of sealing bodies 13 and 14 are sealed, the connecting piece 17 is increased in strength in the thickness direction by the pair of reinforcing pieces 22, and accordingly, the width can be reduced. Become. Further, since a pair of excitation electrode patterns (not shown) extending to the quartz crystal vibrating piece 15 are formed on the upper and lower surfaces of the connecting piece 17, an electrical connection surface due to the close contact of the reinforcing piece 22 is increased, and an electric field is increased. The effect which prevents the fall of efficiency is also acquired.

前述したように、前記一対の補強片22は、連結片17の上下面あるいはいずれか一方の面に当接することによって、水晶振動片15を安定的に支持することができるが、図4(a)に示したように、一対の補強片22と連結片17の上下面あるいはいずれか一方の面との間に0.1μm〜数μm程度の僅かな隙間31を有して近接した状態で対向させてもよい。この隙間31は、振動体12の支持枠16と一対の封止体13,14の封止枠21とを接合させるための接合層20の厚みに相当するものである。なお、前記接合層20は、水晶振動片15に形成される励振電極(図示せず)と外部電極(図示せず)との電気的接続に使用される金属膜によって形成されている。このような僅かな隙間31を有して近接させた場合であっても、前記連結片17の動きを規制することができるので、当接した場合と同様の支持効果が得られる。   As described above, the pair of reinforcing pieces 22 can stably support the crystal vibrating piece 15 by contacting the upper and lower surfaces of the connecting piece 17 or any one of the surfaces, but FIG. As shown in FIG. 5), the pair of reinforcing pieces 22 and the upper and lower surfaces of the connecting piece 17 or any one of the faces are opposed to each other with a slight gap 31 of about 0.1 μm to several μm. You may let them. The gap 31 corresponds to the thickness of the bonding layer 20 for bonding the support frame 16 of the vibrating body 12 and the sealing frame 21 of the pair of sealing bodies 13 and 14. The bonding layer 20 is formed of a metal film used for electrical connection between an excitation electrode (not shown) formed on the quartz crystal vibrating piece 15 and an external electrode (not shown). Even when such a slight gap 31 is provided close to each other, the movement of the connecting piece 17 can be restricted, so that the same support effect as that in the case of contact can be obtained.

また、図4(b)に示したように、前記隙間31に前記接合層20を設け、補強片22を連結片17に接合させることもできる。なお、一方の隙間31に接合層20を設け、他方の隙間31はそのままの状態であってもよい。このように、前記補強片22と連結片17とを接合させて一体化することで、さらに支持強度が高められるので、外部からの衝撃に対しても振動体12内の水晶振動片15を安定して支持することができる。   Further, as shown in FIG. 4B, the bonding layer 20 can be provided in the gap 31 and the reinforcing piece 22 can be bonded to the connecting piece 17. The bonding layer 20 may be provided in one gap 31 and the other gap 31 may be left as it is. As described above, since the reinforcing piece 22 and the connecting piece 17 are joined and integrated, the support strength can be further increased, so that the crystal vibrating piece 15 in the vibrating body 12 can be stabilized against an external impact. Can be supported.

図5及び図6は第2実施形態の水晶振動子における補強片の形成例を示したものである。この実施形態では、基部18と連結片17との接続部分に限定させるように一対の補強片24を設けている。この補強片24は、一対の封止体13,14の凹部23から封止枠21側に突出して形成されている。これによって、一対の振動腕部19による振動の影響を最も受けやすい前記基部18と連結片17との接続部分を補強することができる。なお、図4に示したように、前記一対の補強片24は、連結片17と当接あるいは近接するように対向する位置であればよく、また、接合層を介して固定してもよい。   5 and 6 show examples of forming reinforcing pieces in the crystal resonator according to the second embodiment. In this embodiment, a pair of reinforcing pieces 24 is provided so as to be limited to the connection portion between the base 18 and the connecting piece 17. The reinforcing piece 24 is formed so as to protrude from the recess 23 of the pair of sealing bodies 13 and 14 toward the sealing frame 21. As a result, it is possible to reinforce the connecting portion between the base portion 18 and the connecting piece 17 that is most susceptible to vibrations caused by the pair of vibrating arm portions 19. As shown in FIG. 4, the pair of reinforcing pieces 24 may be positioned so as to be in contact with or close to the connecting piece 17, and may be fixed via a bonding layer.

上記実施形態では、一例として音叉型の水晶振動片について示したが、音叉型以外の厚みすべり振動モードや輪郭振動モード等の水晶振動片であっても、それぞれの水晶振動片に対応した連結片に対応するように、前記補強片を封止体側に設けることで、上記同様の効果を得ることができる。図7は輪郭振動モードの水晶振動片45によって形成される第3実施形態の水晶振動子41の振動体42及び一対の封止体43,44の構成例を示したものである。前記振動体42における水晶振動片45は、四隅に振動の節点を有し、この各節点から支持枠46の内側角部に向けて延びる連結片47によって支持されている。一方、前記振動体42を挟持する一対の封止体43,44には、それぞれ封止枠48の内側角部から前記連結片47が延びる方向に対応する補強片49が設けられる。このため、前記振動体42を一対の封止体43,44によって挟み込むようにして密着することで、前記各連結片47と対応する各補強片49とが厚み方向に当接あるいは近接した状態で重なり合って、振動する水晶振動片45を安定した状態で支持することができる。   In the above-described embodiment, the tuning fork type crystal vibrating piece is shown as an example. However, even if it is a quartz vibrating piece other than the tuning fork type, such as a thickness shear vibration mode and a contour vibration mode, a connecting piece corresponding to each crystal vibrating piece. By providing the reinforcing piece on the sealing body side so as to correspond to the above, the same effect as described above can be obtained. FIG. 7 shows a configuration example of the vibrating body 42 and the pair of sealing bodies 43 and 44 of the crystal unit 41 of the third embodiment formed by the crystal vibrating piece 45 in the contour vibration mode. The quartz crystal vibrating piece 45 in the vibrating body 42 has vibration nodes at four corners, and is supported by connecting pieces 47 extending from the respective nodes toward the inner corner of the support frame 46. On the other hand, the pair of sealing bodies 43, 44 that sandwich the vibrating body 42 are provided with reinforcing pieces 49 corresponding to the direction in which the connecting pieces 47 extend from the inner corners of the sealing frame 48. For this reason, the vibrating body 42 is in close contact with the pair of sealing bodies 43 and 44 so that the connecting pieces 47 and the corresponding reinforcing pieces 49 are in contact with or close to each other in the thickness direction. The quartz crystal vibrating piece 45 that overlaps and vibrates can be supported in a stable state.

また、従来のウェハレベルパッケージで形成された水晶振動子は、上記の水晶振動片15,45の支持強度の問題に加えて、押圧変形や落下等における機械的な強度がセラミックや金属材からなるケース等によって保持されている水晶振動子に比べて弱いといった問題があった。図8はこの機械的な強度を補強するための構造を備えた第4実施形態の水晶振動子51を示したものである。この水晶振動子51は、第1実施形態の水晶振動片15と同様に、基部18から平行に延びる一対の振動腕部19からなる水晶振動片15及びこの水晶振動片15を支持する支持枠16を有する平板状の振動体25と、前記支持枠16の上面及び下面にそれぞれ密接する封止枠21を有して前記水晶振動片15を密閉する一対の封止体26,27とを備えている。この構成において、前記基部18の一端が前記支持枠21から延びる第1の連結片28を介して支持されると共に、他端が前記支持枠16から前記一対の振動腕部19の間に延びる第2の連結片29を介して支持されたものとなっている。そして、前記一対の封止体26,27には、該水晶振動片15を挟持した際に、前記第1及び第2の連結片28,29の上下面を挟むようにして当接あるいは近接するように対向する一対の補強片30が設けられている。   Further, in addition to the problem of the support strength of the quartz crystal vibrating pieces 15 and 45 described above, the quartz crystal resonator formed with the conventional wafer level package has a mechanical strength of a ceramic material or a metal material in terms of pressure deformation or dropping. There was a problem that it was weaker than a quartz crystal held by a case or the like. FIG. 8 shows a crystal resonator 51 according to a fourth embodiment having a structure for reinforcing this mechanical strength. Similar to the crystal vibrating piece 15 of the first embodiment, the crystal resonator 51 includes a crystal vibrating piece 15 including a pair of vibrating arm portions 19 extending in parallel from the base 18 and a support frame 16 that supports the crystal vibrating piece 15. And a pair of sealing bodies 26, 27 that have sealing frames 21 that are in close contact with the upper and lower surfaces of the support frame 16 and seal the quartz crystal vibrating piece 15, respectively. Yes. In this configuration, one end of the base portion 18 is supported via a first connecting piece 28 extending from the support frame 21, and the other end extends from the support frame 16 between the pair of vibrating arm portions 19. It is supported via two connecting pieces 29. Then, when the quartz crystal vibrating piece 15 is sandwiched between the pair of sealing bodies 26 and 27, the first and second connecting pieces 28 and 29 are brought into contact with or close to each other so as to sandwich the upper and lower surfaces. A pair of opposing reinforcing pieces 30 are provided.

上記構造の水晶振動子51によれば、一対の封止体26,27の中央部を長手方向に沿って延びる補強片30と、前記第1の連結片28及び第2の連結片29とが重なり、厚みを有した状態で水晶振動片15の基部18を対向する二か所を支持することができる。これによって、振動漏れのない安定した振動モードを得ることができる。また、前記振動体25の第1の連結片28及び第2の連結片29と、一対の封止体26,27に設けられている補強片30とによって、水晶振動片15が振動する空間を保持しているので、落下や外部からの衝撃を受けた場合であっても、水晶振動片15が接触することなく、振動不良を防止することができる。   According to the crystal resonator 51 having the above structure, the reinforcing piece 30 extending in the longitudinal direction along the center of the pair of sealing bodies 26 and 27, and the first connecting piece 28 and the second connecting piece 29 are provided. It is possible to support two places facing the base portion 18 of the quartz crystal vibrating piece 15 in a state where they overlap and have a thickness. Thereby, a stable vibration mode without vibration leakage can be obtained. A space in which the crystal vibrating piece 15 vibrates is formed by the first connecting piece 28 and the second connecting piece 29 of the vibrating body 25 and the reinforcing piece 30 provided in the pair of sealing bodies 26 and 27. Since they are held, even if they are dropped or subjected to an impact from the outside, it is possible to prevent a vibration failure without contacting the crystal vibrating piece 15.

次に、図2(b)に示した第1実施形態と同様の振動体12aを基にした連結片17の最適な配置例について説明する。前記振動体12aは、水晶ウェハからウェットエッチングによって形成されるが、このエッチングによって基部18及び一対の振動腕部19をマスクパターンに沿って打ち抜き加工する際に、図9(a)に示すように、基部18と振動腕部19との接続部分の内側や連結片17の周囲に異方性の結晶面Eが発生しやすくなる。このような異方性の結晶面Eは、エッチング液の濃度や速度によって不規則に発生するため、一対の振動腕部19との間で形状の不均衡が生じる場合がある。   Next, an optimal arrangement example of the connecting pieces 17 based on the vibrating body 12a similar to that of the first embodiment shown in FIG. 2B will be described. The vibrating body 12a is formed by wet etching from a quartz wafer. When the base 18 and the pair of vibrating arms 19 are punched along the mask pattern by this etching, as shown in FIG. In addition, an anisotropic crystal plane E is likely to be generated inside the connection portion between the base portion 18 and the vibrating arm portion 19 and around the connecting piece 17. Such an anisotropic crystal plane E is irregularly generated depending on the concentration and speed of the etching solution, and thus there may be a shape imbalance between the pair of vibrating arm portions 19.

そこで、本実施形態では、図9(b),(c)に示すように、エッチングに伴う結晶面Eを想定し、この結晶面Eの程度が一対の振動腕部19に対して不均衡とならないように、基部18と支持枠16とを繋ぐ連結片17を前記振動腕部19と直交する方向(X軸方向)に設けた。図9(b)は基部18を支持枠16の一端から延びる1本に連結片17aによって片持ち支持したものである。このような片持ち支持する場合は、支持強度が必要となるため、連結片17aの幅を広く設定している。図9(c)は(a)の連結片17に加えて、基部18のX軸方向の両端からそれぞれ外側に向けて延びる一対の連結片17bを設けることによって、基部18を三方向で支持したものである。これによって、異方性の結晶面Eが複数発生する場合があるが、基部18と一対の振動腕部19の接続部における結晶面による形状は略均等になり、左右の振動腕部の振動の不均衡による周波数ずれを防止することができる。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 9B and 9C, a crystal plane E accompanying etching is assumed, and the degree of the crystal plane E is unbalanced with respect to the pair of vibrating arm portions 19. In order to avoid this, a connecting piece 17 that connects the base 18 and the support frame 16 is provided in a direction (X-axis direction) orthogonal to the vibrating arm 19. In FIG. 9B, the base 18 is cantilevered by one connecting piece 17a on one extending from one end of the support frame 16. FIG. In such a cantilever support, since the support strength is required, the width of the connecting piece 17a is set wide. In FIG. 9C, in addition to the connecting piece 17 of FIG. 9A, the base portion 18 is supported in three directions by providing a pair of connecting pieces 17b extending outward from both ends of the base portion 18 in the X-axis direction. Is. As a result, a plurality of anisotropic crystal planes E may be generated, but the shape of the crystal plane at the connecting portion between the base 18 and the pair of vibrating arm portions 19 becomes substantially uniform, and vibrations of the left and right vibrating arm portions are Frequency shift due to imbalance can be prevented.

図10は第5実施形態の水晶振動子であって、形状の異なる支持枠62,72を有する振動体61,71の平面形状を示したものである。この振動体61,71は、支持枠62,72がそれぞれ四角形状の外周部63,73と、水晶振動片15を囲う内周部64,74とを有し、前記内周部64,74を曲面形成することによって、前記水晶振動片15を封入するスペース65,75を規制するものである。図10(a)は水晶振動片15の上端側及び下端側のスペースに余裕を持たせる一方、水晶振動片15の中央側のスペース65をすぼめたひょうたん形に形成したものであり、図10(b)は水晶振動片15の中央部との間隔に余裕を持たせ、水晶振動片15の上端側及び下端側に向けて間隔を狭くした卵形に形成したものである。なお、前記振動体61,71を挟持する一対の封止体の封止枠に対しても、同様な対応する曲面形状に形成される。   FIG. 10 shows the crystal resonator of the fifth embodiment, and shows the planar shape of the vibrating bodies 61 and 71 having the support frames 62 and 72 having different shapes. The vibrating bodies 61, 71 have outer peripheral parts 63, 73 whose support frames 62, 72 are rectangular, and inner peripheral parts 64, 74 surrounding the crystal vibrating piece 15, respectively. By forming a curved surface, the spaces 65 and 75 that enclose the quartz crystal vibrating piece 15 are regulated. FIG. 10A shows a gourd shape in which the space 65 on the upper end side and the lower end side of the quartz crystal vibrating piece 15 is provided with a marginal space 65 on the center side of the quartz crystal vibrating piece 15. b) is formed in an oval shape having a sufficient space with respect to the center portion of the quartz crystal vibrating piece 15 and narrowing the gap toward the upper end side and the lower end side of the quartz crystal vibrating piece 15. A similar corresponding curved surface shape is also formed on the sealing frame of the pair of sealing bodies that sandwich the vibrating bodies 61 and 71.

上記図10(a),(b)に示した実施形態では、いずれも支持枠62,72の内周部64,74によって、水晶振動片15を囲うスペース65,75を第1実施形態の振動体12に比べて狭くすることができる。これによって、特に、支持枠62,72の四隅の面積が広く確保することができるので、水晶振動子が受ける外部からの衝撃に対する変形や破壊を有効に防止することができ、安定した振動モードを維持することができる。また、前記支持枠と重なる一対の封止枠との密接面が広がることで、接合強度が増し、気密封止をより確実に行うことができる。   In the embodiment shown in FIGS. 10A and 10B, the spaces 65 and 75 surrounding the quartz crystal vibrating piece 15 are formed by the inner peripheral portions 64 and 74 of the support frames 62 and 72 in the vibration of the first embodiment. It can be made narrower than the body 12. In particular, since the areas of the four corners of the support frames 62 and 72 can be secured widely, it is possible to effectively prevent deformation and destruction due to external impact received by the crystal resonator, and a stable vibration mode can be obtained. Can be maintained. Further, since the contact surface between the pair of sealing frames that overlap with the support frame is widened, the bonding strength is increased and the hermetic sealing can be more reliably performed.

上記図10では、一例として音叉型の水晶振動片について示したが、音叉型以外に厚みすべり振動モードや輪郭振動モード等の水晶振動片であっても、その水晶振動片の収容スペースに合わせて、支持枠及び一対の封止枠を形成することによって、水晶振動子全体の強度補強を行うことができる。   FIG. 10 shows a tuning fork type crystal vibrating piece as an example. However, in addition to the tuning fork type, a quartz vibrating piece such as a thickness-shear vibration mode or a contour vibration mode can be used according to the accommodation space of the quartz vibrating piece. By forming the support frame and the pair of sealing frames, the strength of the entire crystal unit can be reinforced.

また、上記各実施形態における一対の封止体自体に補強処理を行うこともできる。例えば、図1に示した第1実施形態の水晶振動子11の場合、それぞれの封止体13,14の凹部23の底面に金属めっき層や樹脂塗膜層を形成することで、さらなる補強効果を得ることができる。   Moreover, a reinforcement process can also be performed to a pair of sealing body itself in each said embodiment. For example, in the case of the quartz crystal resonator 11 according to the first embodiment shown in FIG. 1, a further reinforcing effect can be obtained by forming a metal plating layer or a resin coating layer on the bottom surface of the recess 23 of each of the sealing bodies 13 and 14. Can be obtained.

以上説明したように、上記各実施形態の水晶振動子によれば、水晶ウェハから形成された振動体及び一対の封止体との三層構造において、振動体の水晶振動片の連結片と対向して支持することができる補強片を一対の封止体に設けたことで、水晶振動片の支持をより確実にすることができる。また、前記振動体の支持枠及び一対の封止体の封止枠の形状を設定することで、外部からの押圧や衝撃等に対する耐性を高めることができる。さらに、前記水晶振動片の連結片を一対の振動腕部と直交する方向で設けたことによって、エッチングする際の加工形状を均一にすることができ、水晶振動片による安定した振動モードを得ることが可能となる。   As described above, according to the crystal resonators of the above-described embodiments, in the three-layer structure of the vibration body formed from the crystal wafer and the pair of sealing bodies, it faces the connecting piece of the crystal vibration piece of the vibration body. By providing the reinforcing piece that can be supported by the pair of sealing bodies, the quartz vibrating piece can be supported more reliably. In addition, by setting the shape of the support frame of the vibrating body and the shape of the sealing frame of the pair of sealing bodies, it is possible to increase resistance to external pressure and impact. Furthermore, by providing the connecting piece of the crystal vibrating piece in a direction orthogonal to the pair of vibrating arms, the processing shape at the time of etching can be made uniform, and a stable vibration mode by the crystal vibrating piece can be obtained. Is possible.

E 結晶面
11 水晶振動子
12 振動体
13,14 封止体
15 水晶振動片
16 支持枠
17 連結片
18 基部
19 振動腕部
20 接合層
21 封止枠
22 補強片
23 凹部
24 補強片
25 振動体
26,27 封止体
28 第1の連結片
29 第2の連結片
30 補強片
31 隙間
41 水晶振動子
42 振動体
43,44 封止体
45 水晶振動片
46 支持枠
47 連結片
48 封止枠
49 補強片
51 水晶振動子
61,71 振動体
62,72 支持枠
63,73 外周部
64,74 内周部
65,75 スペース
E Crystal plane 11 Crystal resonator 12 Vibrating body 13, 14 Sealing body 15 Crystal vibrating piece 16 Support frame 17 Connecting piece 18 Base 19 Vibrating arm portion 20 Bonding layer 21 Sealing frame 22 Reinforcing piece 23 Recessed portion 24 Reinforcing piece 25 Vibrating body 26, 27 Sealing body 28 First connecting piece 29 Second connecting piece 30 Reinforcing piece 31 Gap 41 Quartz vibrator 42 Vibrating body 43, 44 Sealing body 45 Crystal vibrating piece 46 Support frame 47 Connecting piece 48 Sealing frame 49 Reinforcing piece 51 Crystal resonator 61, 71 Vibrating body 62, 72 Support frame 63, 73 Outer peripheral part 64, 74 Inner peripheral part 65, 75 Space

Claims (12)

水晶振動片及びこの水晶振動片の少なくとも一端を支持する連結片を有し、前記水晶振動片の外周を囲う支持枠からなる平板状の振動体と、
前記支持枠の上下面にそれぞれ密接する封止枠を有して前記振動体を密閉する一対の封止体とを備えた水晶振動子において、
前記一対の封止体には、前記振動体を挟持した際に、前記連結片の少なくとも一部にそれぞれ対向して前記連結片を支持する一対の補強片が設けられていることを特徴とする水晶振動子。
A plate-like vibrating body having a quartz vibrating piece and a connecting piece that supports at least one end of the quartz vibrating piece, and comprising a support frame surrounding the outer periphery of the quartz vibrating piece;
In a crystal unit comprising a pair of sealing bodies each having a sealing frame in close contact with the upper and lower surfaces of the support frame and sealing the vibrating body,
The pair of sealing bodies are provided with a pair of reinforcing pieces that support the connecting piece so as to face at least a part of the connecting piece when the vibrating body is sandwiched, respectively. Crystal oscillator.
基部とこの基部から延びる一対の振動腕部を有する水晶振動片の前記基部の少なくとも一端を支持する連結片を有し、前記水晶振動片の外周を囲う支持枠からなる平板状の振動体と、
前記支持枠の上下面にそれぞれ密接する封止枠を有して前記振動体を挟持する一対の封止体とを備えた水晶振動子において、
前記一対の封止体には、前記振動体を挟持した際に、前記連結片の少なくとも一部に対向して前記連結片を支持する一対の補強片が設けられていることを特徴とする水晶振動子。
A plate-like vibrating body having a connecting piece for supporting at least one end of the base part of the crystal vibrating piece having a base part and a pair of vibrating arm parts extending from the base part, and comprising a support frame surrounding the outer periphery of the crystal vibrating piece;
In a crystal resonator comprising a pair of sealing bodies each having a sealing frame in close contact with the upper and lower surfaces of the support frame and sandwiching the vibrating body,
The pair of sealing bodies is provided with a pair of reinforcing pieces for supporting the connecting piece so as to face at least a part of the connecting piece when the vibrating body is sandwiched. Vibrator.
前記連結片は、前記支持枠の一辺から延びて前記基部の一端に連結する第1の連結片と、前記支持枠の一辺と対向する他辺から前記一対の振動腕部の間を延びて前記基部の他端に連結する第2の連結片とを有し、
前記一対の封止体には、前記振動体を挟持した際に、前記第1及び第2の連結片の少なくとも一部に対向して前記第1及び第2の連結片を支持する一対の補強片が設けられている請求項2に記載の水晶振動子。
The connecting piece extends from one side of the support frame and connects to one end of the base, and extends between the pair of vibrating arms from the other side facing the one side of the support frame. A second connecting piece connected to the other end of the base,
The pair of sealing bodies includes a pair of reinforcements that support the first and second connecting pieces so as to face at least a part of the first and second connecting pieces when the vibrating body is sandwiched. The crystal unit according to claim 2, wherein a piece is provided.
前記補強片は、前記連結片に対応した長さと幅を有し、前記一対の封止体が前記振動体を挟持した際には、前記連結片の全体に対向して前記連結片を支持する請求項1乃至3のいずれかに記載の水晶振動子。   The reinforcing piece has a length and a width corresponding to the connecting piece, and supports the connecting piece so as to face the entire connecting piece when the pair of sealing bodies sandwich the vibrating body. The crystal resonator according to claim 1. 前記補強片は、前記水晶振動片と前記連結片との接続部分を含んで、前記連結片に対向する請求項1乃至4のいずれかに記載の水晶振動子。   5. The crystal resonator according to claim 1, wherein the reinforcing piece includes a connection portion between the crystal vibrating piece and the connecting piece, and faces the connecting piece. 前記一対の補強片の少なくとも一方が、前記連結片の対向する側に当接して支持する請求項1乃至5のいずれかに記載の水晶振動子。   6. The crystal resonator according to claim 1, wherein at least one of the pair of reinforcing pieces abuts and supports the opposing side of the connecting piece. 前記一対の補強片の少なくとも一方が、前記連結片の対向する側に僅かな隙間を有して近接して配置され
前記僅かな隙間が振動体の支持枠と一対の封止体の封止枠とを接合させるための接合層の厚みに相当するものである請求項1乃至5のいずれかに記載の水晶振動子。
At least one of the pair of reinforcing pieces is disposed in close proximity with a slight gap on the opposite side of the connecting piece ,
Quartz crystal resonator according to any of Der Ru claims 1 to 5 as the slight gap corresponding to the thickness of the bonding layer for bonding the sealing frame of the support frame and a pair of sealing body of the vibrator Child.
前記一対の補強片の少なくとも一方が、前記連結片の対向する側に接合されて支持する請求項1乃至5のいずれかに記載の水晶振動子。   6. The crystal resonator according to claim 1, wherein at least one of the pair of reinforcing pieces is bonded to and supported on an opposite side of the connecting piece. 前記連結片は、前記一対の振動腕部が延びる方向と直交する方向で前記振動腕部の基部に連結する請求項に記載の水晶振動子。
The crystal unit according to claim 2 , wherein the connecting piece is connected to a base portion of the vibrating arm portion in a direction orthogonal to a direction in which the pair of vibrating arm portions extend.
前記支持枠及び一対の封止枠は、四角形状の外周部と、前記水晶振動片を囲う内周部とを有し、前記内周部が曲面形状に形成されている請求項1乃至3のいずれかに記載の水晶振動子。   The said support frame and a pair of sealing frames have a square-shaped outer peripheral part and an inner peripheral part surrounding the said quartz crystal vibrating piece, The said inner peripheral part is formed in the curved surface shape. A crystal resonator according to any one of the above. 前記内周部の曲面形状が、ひょうたん形又は卵形である請求項10に記載の水晶振動子。   The crystal resonator according to claim 10, wherein the curved shape of the inner peripheral portion is a gourd shape or an egg shape. 前記一対の封止体は、前記水晶振動片の表面及び裏面に対向する面に、金属めっき層又は樹脂塗膜層が形成される請求項1乃至3のいずれかに記載の水晶振動子。   4. The crystal resonator according to claim 1, wherein a metal plating layer or a resin coating layer is formed on a surface of the pair of sealing bodies facing a front surface and a back surface of the crystal resonator element.
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