本发明的水晶振子片及其制造方法,提供一种即使振动腿的截面形状不是对称式的,也具有与X轴平行的主轴,并抑制了漏振发生的水晶振子片及这样的水晶振子片的制造方法。水晶振子片及其制造方法为,水晶振子片具有振动腿和形成在所述振动腿上的平衡调整槽,所述振动腿设有表面、比所述表面宽的背面、第一侧面、和第二侧面,以使所述振动腿的宽度随着从所述表面朝向所述背面而变大的方式形成所述第一侧面和所述第二侧面,所述平衡调整槽,以使在与所述振动腿的纵向正交的截面上力学地正交并穿过图心的两个主轴中的至少一方与所述表面或所述背面大致平行的方式,与所述第一侧面和所述第二侧面的倾斜相对应地形成。
1.一种水晶振子片,所述水晶振子片由水晶片通过蚀刻加工而成,其特征在于,具有振动腿和形成在所述振动腿上的平衡调整槽,所述振动腿设有表面、宽度比所述表面宽的背面、第一侧面和第二侧面,以使所述振动腿的宽度随着从所述表面朝向所述背面而变大的方式形成所述第一侧面和所述第二侧面,所述平衡调整槽,以使在与所述振动腿的纵向正交的截面上力学地正交并穿过图心的两个主轴中的至少一方与所述表面或所述背面大致平行的方式,与所述第一侧面和所述第二侧面的倾斜相对应地形成。
2.如权利要求1所述的水晶振子片,其特征在于,所述平衡调整槽形成在所述表面或所述背面。
3.如权利要求2所述的水晶振子片,其特征在于,把形成所述平衡调整槽的面作为槽面,所述槽面与所述第一侧面形成的角度为α、所述槽面与所述第二侧面形成的角度为β、所述平衡调整槽与所述第一侧面的距离为A、所述平衡调整槽与所述第二侧面的距离为B,则满足:当α<β时Aβ时A>B的关系。
4.如权利要求3所述的水晶振子片,其特征在于,所述平衡调整槽形成在所述槽面内。
5.如权利要求3所述的水晶振子片,其特征在于,所述平衡调整槽跨所述槽面和所述第一侧面或所述第二侧面形成。
6.如权利要求1或2所述的水晶振子片,其特征在于,所述平衡调整槽形成在所述第一侧面或所述第二侧面上。
7.如权利要求1~6中的任一项所述的水晶振子片,其特征在于,所述平衡调整槽形成有多个。
8.如权利要求1~7中的任一项所述的水晶振子片,其特征在于,在所述表面和所述背面的至少一方形成有电场形成用的槽。
9.如权利要求8所述的水晶振子片,其特征在于,所述电场形成用的槽兼用作所述平衡调整槽。
10.一种水晶振子片的制造方法,其特征在于,具有:外形形成工序,所述外形形成工序对水晶片进行蚀刻,以使具有表面、宽度比所述表面宽的背面、第一侧面、和第二侧面的振动腿的宽度随着从所述表面朝向所述背面而变大的方式形成所述振动腿,和槽形成工序,所述槽形成工序对所述振动腿进行蚀刻,以使在与所述振动腿的纵向正交的截面上力学地正交并穿过图心的两个主轴中的至少一方与所述表面或所述背面大致平行的方式,与所述第一侧面和所述第二侧面的倾斜相对应地形成平衡调整槽。
11.如权利要求10所述的水晶振子片的制造方法,其特征在于:在所述外形形成工序中,在所述水晶片的表面形成外形表面用蚀刻掩模,在所述水晶片的背面形成宽度比所述外形表面用蚀刻掩模宽的外形背面用蚀刻掩模,在所述外形背面用蚀刻掩模中,当从与所述外形表面用蚀刻掩模的所述第一侧面侧的端部对应的位置突出的第一突出部的长度为c、从与所述外形表面用蚀刻掩模的所述第二侧面侧的端部对应的位置突出的第二突出部的长度为d、所述水晶片的厚度为t、所述第一侧面侧的蚀刻角为α、所述第二侧面侧的蚀刻角为β时,满足:c>t×tan(α-90°)d>t×tan(β-90°)的关系。
12.如权利要求11所述的水晶振子片的制造方法,其特征在于:当所述外形表面用蚀刻掩模与所述外形背面用蚀刻掩模的位置对合精度为±p时,满足:c=t×tan(α-90°)+k1,d=t×tan(β-90°)+k2,其中,k1>p且k2>p的关系。
13.如权利要求11或12所述的水晶振子片的制造方法,其特征在于:在所述槽形成工序中,在所述表面和所述背面的至少一方形成具有用来形成所述平衡调整槽的槽形成用开口部的槽用蚀刻掩模,所述槽形成用开口部与所述第一侧面的距离为a、所述槽形成用开口部与所述第二侧面的距离为b,则满足:当α<β时aβ时a>b的关系。
14.如权利要求13所述的水晶振子片的制造方法,其特征在于:把形成所述平衡调整槽的面作为槽面,把所述平衡调整槽形成在所述槽面内。
15.如权利要求13所述的水晶振子片的制造方法,其特征在于:把形成所述平衡调整槽的面作为槽面,跨所述槽面和所述第一侧面或所述第二侧面形成所述平衡调整槽。技术领域
本发明涉及水晶振子片及其制造方法,尤其涉及具有对作为面外振动的漏振(漏れ振動)的发生加以抑制的构造的水晶振子片及其制造方法。
背景技术
用于振动罗盘的音钗型的水晶振子,通过把水晶片(ウエハ)切成所需形状的水晶振子片的工序、形成用来将水晶振子片起振的电极的工序、和把形成有电极的水晶振子片安装在容器中的工序等进行制造。尤其是,由于水晶振子片的形状决定振动而很大程度上对设备性能造成影响,因此,把水晶片切成水晶振子片的工序很重要。图15是表示水晶振子片的结晶轴的图。如图15所示,水晶片100由在与水晶的Z轴垂直的面切成的Z板、从Z板绕X轴转动0~15°的水晶片100等进行加工。绕X轴转动之后的结晶轴为X、Y’、Z’。即,水晶片100的主面成为X-Y’面。图16是从水晶片100切成的水晶振子片110的简图。图16(a)是水晶振子片110的正面简图,图16(b)是表示图16(a)中的AA’截面图的一例的图,图16(b)是表示图16(a)中的AA’截面图的另一例的图。水晶振子片110由支撑部111、基部112和振动腿113构成。进行振动的部分是振动腿113。振动腿113的横向为X轴、纵向为Y’轴、厚度方向为Z’。在将水晶片100切成所述水晶振子片110的工序中,采用使用了可以高精度并廉价地大量生产小型的水晶振子片的光刻法(フオトリソグラフイ)和液体蚀刻法(ウエツトエツチング)的方法。图17是表示水晶振子片的制造方法的图。图17中示出了水晶振子片的振动腿截面。首先,如图17(b)所示,在图17(a)所示的被调整成所需板厚的水晶片100的两面,形成对水晶用的蚀刻液具有耐腐蚀性的金属耐腐蚀膜200a、200b,和分别配置在金属耐腐蚀膜200a、200b上的光刻胶(フオトレジスト)201a、201b。接着,如图17(c)所示,使用在互相相向地对合时正确重合的被分别描画了振子图案的2片光掩模205、206,将光刻胶201a、201b曝光。接着,使光刻胶201a、201b显影。接着如图17(d)所示,把通过显影形成的光刻胶图案作为掩模对金属耐腐蚀膜200a、200b印刻图形,形成水晶蚀刻用的蚀刻掩模207a、207b。接着,将光刻胶剥离。然后,把在表背两面形成有蚀刻掩模207a、207b的水晶片101浸渍到氟酸类的蚀刻液中,如图17(e)所示,把未被蚀刻掩模207a、207b覆盖的部分的水晶从表背两侧溶解。接着,将蚀刻掩模207a、207b除去,得到图16所示的水晶振子片110。另外,已知仅仅在蚀刻掩模的一个面上印刻图形,将另一个面整个覆盖金属耐腐蚀膜、从单面进行蚀刻的水晶振子片的制造方法(例如参照专利文献1)。进而,已知如图18所示的,使蚀刻掩模的背面图形207d的宽度比表面图形207c的宽度大,以表面图形207c为基准图形进行蚀刻的水晶振子片的制造方法(例如参照专利文献2)。图19是用来说明振动罗盘用的水晶振子片的振动方向的图。图19(a)是图16(a)所示的水晶振子片的轴测图,图19(b)是表示图19(a)中的AA’截面中的振动方向的一例的图,图19(c)是表示图19(a)中的AA’截面中的振动方向的另一例的图。如图19(a)所示,当把音钗型水晶振子用于振动罗盘时,把X轴方向的弯曲振动用作驱动振动、把Z’轴方向的弯曲振动用作在赋予角速度的情况下的检测振动。因此,在没有赋予角速度的状态下,如图19(b)所示,必定不会产生Z’轴方向的振动。但是,用现有的制造方法制作的音钗型水晶振子中,实际上即使在没有赋予角速度的情况下,如图19(c)所示,有时也观测到了Z’轴方向的振动成分。从其斜向振动出现的Z’轴方向的振动成分被称作漏振,由于不能与检测振动加以区分,所以,存在使罗盘的S/N恶化、使温度特性恶化的问题。另外,即使是通常用途的音钗型水晶振子,音钗型水晶振子的振动也是利用X轴方向的弯曲振动产生,存在着包含Z’方向成分的斜向振动会造成晶体阻抗上升、招致特性恶化的问题。所述斜向振动,考虑是受到了在将水晶振子片通过蚀刻进行制造的时候形成的水晶的残渣的影响。水晶中存在蚀刻异向性,蚀刻速度因结晶的方向而不同。因此,蚀刻后的水晶振子片上的振动腿113的侧面与主面不垂直、残留角度一定的残渣。例如,如图16(b)和图16(c)所示,水晶振子片110的截面形状未形成正确的长方形,在Y’-Z’面的+X侧和-X侧的侧面伴有三角形或其它形状的残渣。图16(b)是进行短时间的蚀刻的情况下的截面图,图16(c)是进行长时间的蚀刻的情况下的截面图。存在上述那样的残渣时,如图19(b)所示,本应仅使其在X轴方向进行振动的驱动振动,由于残渣的出现而破坏了平衡,如图19(c)所示,随着Z’轴方向的成分向斜向进行振动,因而产生漏振。由所述斜向振动产生的漏振,在用现有技术的制造方法进行制造的情况下发生的比较多。因此,需要抑制斜向振动、减少漏振。另外,有对水晶振子片的截面的主轴的方向与斜向振动的关系加以解析的文献(例如参照非专利文献1)。另外,已知在音钗型水晶振子片的振动臂上形成槽,在各个槽(形成电场用的槽)上设置电极而产生规定的电场,使振动臂反复产生弯曲运动的压电装置(参照专利文献3)。专利文献1:日本特开昭52-035592号公报(第3页、图3)专利文献2:日本特开2006-217497号公报(第5页、图1)专利文献3:日本特开2004-007428号公报(图2)非专利文献1:藤吉基弘等电气信息通信学会论文志Cxa0Vol.J87-CNo.9pp712
发明内容
在此,对在振动腿截面上的残渣与斜向振动的关系加以考察。这里所说的振动腿截面,是与振子的纵向垂直的截面(图16(a)中的A-A’截面),相当于水晶的X-Z’面。一般情况下,在对梁等的弯曲进行考虑的场合,截面的主轴也是重点被考虑的。截面的主轴由正交的2根轴构成,在梁上施加与主轴的方向相同的弯曲力时,梁向与弯曲力相同的方向弯曲。另一方面,在施加了与主轴不同方向的弯曲力的情况下,梁向与所施加弯曲力的方向不同的方向弯曲。在水晶振子的场合,因压电效应而作用的弯曲力是在X轴方向。因此,如果主轴的一方与X轴相同,那么振动就在X轴方向上产生,不会发生漏振。另一方面,如果主轴的方向从X轴方向偏离而向Z’方向倾斜,则由于弯曲力的作用方向与主轴的方向不一致,所以,振动会变为包含Z’轴成分的斜向振动,产生漏振。主轴的方向由其梁(振动腿)的截面形状决定。在单纯的例子中,关于具有对称轴的截面,其对称轴以及与该对称轴垂直的轴为该截面的主轴。例如,如果是长方形的截面,各边的二等分线就分别是主轴。在要获得没有漏振的水晶振子的场合,主轴的一方必须是与X轴平行的。主轴是垂直的两根轴,因而,只要在截面上有与X轴或Z’轴平行的对称轴,那么就存在与X轴平行的主轴。也就是说,只要截面形状为上下对称或左右对称即可。在此,对在现有例那样制造水晶振子片的情况下能否获得具有这样的对称轴的振子片进行考察。如上所述,如果用液体蚀刻法制造水晶振子片,在振动腿的侧面必定会残留残渣。因此,所述残渣的出现方式决定了截面的主轴。在考虑水晶振子片的截面的主轴时,首先必须考虑残渣如何形成。残渣的形状,因蚀刻的时间、条件而不同,因此不能一言以概之,但是由于会导致大致相同的倾向,所以根据从本发明的发明人所进行的实验条件观察到的结果对残渣的形成方式加以说明。图20是图17(e)的状态的放大截面图,表示水晶振子片的振动腿中的残渣的形成状态。图20中,仅仅示出了一根振动腿,以水晶的结晶轴的-X侧的侧面作为第1侧面、+X侧的侧面作为第2侧面。图20(a)表示进行时间比较短的蚀刻之后的场合。在该场合下,在第2侧面上,从振子主面(表面113a和背面113b)开始较浅的部分相对于Z’轴呈约2°、在从振子主面开始较深的部分呈约22°的角度形成残渣。深度随蚀刻的时间而变化,但是表面113a侧、背面113b侧的倾向都相同。图20(b)表示进行时间比较长的蚀刻之后的场合。在该场合下,消除了上述从振子主面开始较深的部分中呈约22°的角度的残渣,仅仅残留了从振子主面开始较浅的部分中呈约2°的角度的残渣。不论哪种情况,形成在第1侧面的残渣都非常小。但是,但是如图20(a)和图20(b)所示,仔细观察的话,可知相对于Z’轴形成约为1°的角度的残渣。该第一侧面的残渣形状几乎不因蚀刻时间而改变。蚀刻从蚀刻掩模207a、207b的端部开始,到贯穿为止,在表面侧、背面侧都不相互影响,而是独立进行。针对按照上述的图17所示现有的从表背两面进行蚀刻的方法制造水晶振子片的情况,可以指出如下几点。如图21(a)所示,在形成在水晶片上的表面的蚀刻掩模207a,与背面的蚀刻掩模207b的位置正确对齐的情况下,蚀刻之后的水晶振子片的振动腿113的截面呈具有与X轴平行的对称轴的上下对称形状。即,水晶振子片的振动腿113的截面具有与X轴平行的主轴250。该场合下,弯曲力的作用方向与主轴的方向都是X轴方向,是一致的,所以不产生漏振。如图21(b)所示,在表面的蚀刻掩模207a与背面的蚀刻掩模207b的位置在X轴方向错开地形成的情况下,水晶振子片的振动腿113的截面不上下对称。即,水晶振子片的振动腿113的截面不具有与X轴平行的对称轴也不具有与Z’轴平行的对称轴。在该场合,主轴250a与X轴不平行。因此,弯曲力的作用方向与主轴的方向不同,因而变成斜向振动,会产生漏振。如图21(b)所示,蚀刻掩模207a、207b发生错位e的话,如图22(a)所示那样,振动腿113的截面上会在表面113a与背面113b产生表背错位e。此时的主轴的偏角(ずれ角)如图22(b)所示。在图22(b)中,示出2根主轴中接近X轴的主轴Xa自X轴的偏角γ(°)(γ<90),在图23中示出了用现有的制造方法进行制作的情况下蚀刻掩模207a、207b的错位e与主轴Xa自X轴的偏角γ(°)的关系。图23中,以表面的蚀刻掩模207a与背面的蚀刻掩模207b的错位e为横轴、以主轴Xa与X的偏角γ(°)为纵轴。蚀刻掩模207a与207b的错位e以表面的蚀刻掩模比背面的蚀刻掩模更靠-X侧时为正、γ以逆时针转动的偏移为正。从图23的图表可知,错位e与偏角γ之间具有相关性。作为其对策,在蚀刻工序中,如果要把漏振减小到能够获得足够的特性的程度,就必须在微米水平(サブミクロンレベル)进行表面的蚀刻掩模与背面的蚀刻掩模的位置对齐,制造图21(a)所示的上下对称的水晶振子片。但是,即便使用高精度的双面校准曝光装置,表背位置的对齐精度也是有极限的,存在成品率低的问题。而且,在从单面进行蚀刻的场合,或在图18所示的以表面图形为基准进行蚀刻的场合,没有表面的蚀刻掩模与背面的蚀刻掩模的错位这一概念。但是,在用这样的方法制造的水晶振子片中,由于出现在一个侧面上的残渣与出现在另一个侧面上的残渣的角度不同,所以,不能形成左右对称,不具有与X轴平行的主轴。因此,水晶振子片上的振动会变成斜向振动、产生漏振。由于该制造方法可以制造一直固定不变的振子片,所以有助于达到使共振频率稳定的目的,但是不适合用来达到获得漏振少的振子片这一目的。可见,现有的方法中,存在着难以稳定地获得振动腿截面形状上下对称、左右对称的水晶振子片这一问题。已知在音钗型水晶振子片的振动臂上设置形成电场用的槽的技术,但是形成用于与残渣取得平衡的调整平衡用槽的技术则不曾为人所知。本发明的目的是,提供一种可以解决上述的现有技术中的问题的水晶振子片以及这样的水晶振子片的制造方法。另外,本发明的目的是,提供一种即便振动腿的截面形状不是对称式的,也具有与X轴平行的主轴、使漏振的发生受到抑制的水晶振子片及这样的水晶振子片的制造方法。进而,本发明的目的是,提供一种水晶振子片的制造方法,其在从水晶片的表背两面用蚀刻掩模进行蚀刻的工序中,通过在蚀刻掩模和蚀刻方法上下功夫,从而,即便振动腿的截面形状为非对称式的,也可以稳定地制造具有与X轴平行的主轴、使漏振的产生得以被抑制的水晶振子片。本发明涉及的水晶振子片由水晶片通过蚀刻加工而成,其特征在于,具有振动腿和形成在所述振动腿上的平衡调整槽,所述振动腿设有表面、宽度比所述表面宽的背面、第一侧面和第二侧面,以使所述振动腿的宽度随着从所述表面朝向所述背面而变大的方式形成所述第一侧面和所述第二侧面,所述平衡调整槽,以使在与所述振动腿的纵向正交的截面上力学地正交并穿过图心的两个主轴中的至少一方与所述表面或所述背面大致平行的方式,与所述第一侧面和所述第二侧面的倾斜相对应地形成。进而优选为,本发明涉及的水晶振子片,所述平衡调整槽形成在所述表面或所述背面,把形成所述平衡调整槽的面作为槽面,所述槽面与所述第一侧面形成的角度为α、所述槽面与所述第二侧面形成的角度为β、所述平衡调整槽与所述第一侧面的距离为A、所述平衡调整槽与所述第二侧面的距离为B,则满足:当α<β时Aβ时A>B的关系。根据上述构成,可以使外形形状一直固定,可以在该状态下把倾斜的主轴借助平衡调整槽调整为与水晶的X轴平行。由于存在产生位置偏移的可能性的仅仅是平衡调整槽的位置,进而,槽的位置偏移对主轴的倾斜造成影响的程度,与现有例中因表背偏移而造成的影响的程度相比非常小,所以,可以把漏振减小到可以忽视的程度。进而,本发明涉及的水晶振子片优选为,所述平衡调整槽形成在所述槽面内。根据上述构成,即使平衡调整槽的形成位置相对于设计值偏移地形成,由于平衡调整槽体积相同,因而对主轴的朝向造成的影响小,犬致为可以忽视的程度,可以获得漏振被抑制了的水晶振子片。进而,本发明涉及的水晶振子片优选为,所述平衡调整槽跨所述槽面和所述第一侧面或所述第二侧面形成。根据上述构成,即使在振子小型化而使平衡调整槽不能收纳在振动腿内的情况下,也可以形成平衡调整槽。与把平衡调整槽收纳在振动腿内的场合相比,槽形成位置的偏移对主轴的倾斜造成的影响较大,但是即便如此,与现有的方法中表背偏移所造成的影响相比,仍可以把位置偏移的影响抑制为较小。进而,本发明涉及的水晶振子片优选为,所述平衡调整槽形成有多个。进而,本发明涉及的水晶振子片优选为,在所述表面和所述背面的至少一方形成有电场形成用的槽。进而,本发明涉及的水晶振子片优选为,所述电场形成用的槽兼用作所述平衡调整槽。本发明涉及的水晶振子片的制造方法的特征在于,具有:外形形成工序,所述外形形成工序对水晶片进行蚀刻,以使具有表面、宽度比所述表面宽的背面、第一侧面、和第二侧面的振动腿的宽度随着从所述表面朝向所述背面而变大的方式形成所述振动腿;和槽形成工序,所述槽形成工序对所述振动腿进行蚀刻,以使在与所述振动腿的纵向正交的截面上力学地正交并穿过图心的两个主轴中的至少一方与所述表面或所述背面大致平行的方式,与所述第一侧面和所述第二侧面的倾斜相对应地形成平衡调整槽。进而,本发明涉及的水晶振子片的制造方法优选为,在所述外形形成工序中,在所述水晶片的表面形成外形表面用蚀刻掩模,在所述水晶片的背面形成宽度比所述外形表面用蚀刻掩模宽的外形背面用蚀刻掩模,在所述外形背面用蚀刻掩模中,当从与所述外形表面用蚀刻掩模的所述第一侧面侧的端部对应的位置突出的第一突出部的长度为c、从与所述外形表面用蚀刻掩模的所述第二侧面侧的端部对应的位置突出的第二突出部的长度为d、所述水晶片的厚度为t、所述第一侧面侧的蚀刻角为α、所述第二侧面侧的蚀刻角为β时,满足:c>t×tan(α-90°)d>t×tan(β-90°)的关系。根据上述构成,当第一侧面的残渣相对于槽面形成角度α时,背面蚀刻掩模与表面蚀刻掩模相比长于t×tan(α-90°),因而,通过蚀刻得到的斜面仅仅是从表面被蚀刻了的斜面,形成形状一直固定不变的残渣。同样,第二侧面侧也仅仅是从表面被蚀刻了的斜面,因而可以形成形状一直固定不变的残渣。因此,振子外形不会受到外形蚀刻掩模的表背定位偏移的影响,而形成一直固定不变的外形。而且,由于蚀刻角α和β的大小不同,在该状态下截面主轴与水晶的X轴不能平行,但是通过设置平衡调整槽,可以使主轴的一方与X轴平行。因此,产生定位偏移的仅仅是平衡调整槽的位置,而即便在产生其定位偏移的情况下,所造成的主轴的倾斜程度也远远小于现有的方法中因表背定位偏移所造成的主轴的倾斜,可以稳定地获得没有漏振的振子。进而,本发明涉及的水晶振子的制造方法优选为,当所述外形表面用蚀刻掩模与所述外形背面用蚀刻掩模的位置对合精度为±p时,满足:c=t×tan(α-90°)+k1,d=t×tan(β-90°)+k2,其中,k1>p且k2>p的关系。根据上述构成,由于掩模偏置量k1、k2被设定为大于掩模的位置对合精度p的值,因而,即使在装置的定位误差造成表面的蚀刻掩模与背面的蚀刻掩模位置错位的情况下,第一侧面上也形成从表面蚀刻的一个斜面,形成一直固定不变的残渣。另外同样地,在第二侧面上也形成从表面蚀刻的一个或两个斜面,形成一直固定不变的残渣。因此,外形形状一直固定而不会受到表背偏移的影响。进而,本发明涉及的水晶振子的制造方法优选为,在所述槽形成工序中,在所述表面和所述背面的至少一方形成具有用来形成所述平衡调整槽的槽形成用开口部的槽用蚀刻掩模,所述槽形成用开口部与所述第一侧面的距离为a、所述槽形成用开口部与所述第二侧面的距离为b,则满足:当α<β时aβ时a>b的关系。进而,本发明涉及的水晶振子的制造方法优选为,把形成所述平衡调整槽的面作为槽面,把所述平衡调整槽形成在所述槽面内。根据上述构成,把平衡调整槽形成在振动腿的内部,因而即使平衡调整槽的位置相对于设计值偏移,由于槽的体积不变,因此位置偏移的影响少、漏振被抑制为较小。进而,本发明涉及的水晶振子的制造方法优选为,把形成所述平衡调整槽的面作为槽面,跨所述槽面和所述第一侧面或所述第二侧面形成所述平衡调整槽。根据上述构成,即使在振子小型化而使平衡调整槽不能收纳在振动腿内的情况下,也可以形成平衡调整槽。虽然与把平衡调整槽收纳在振动腿内的场合相比,槽形成位置的偏移对主轴的倾斜造成的影响较大,但是,与现有的方法中的表背偏移误差相比也可以把位置偏移的影响抑制为较小。根据本发明涉及的水晶振子的制造方法,具有完全不会受到蚀刻掩模位置偏移的影响的外形形状,通过位置偏移的影响非常小的平衡调整槽调整平衡,因此,可以获得把漏振抑制在可以忽视的程度的水晶振子片。
附图说明
图1(a)是本发明涉及的水晶振子的轴测图,图1(b)是图1(a)的AA’截面的放大图。图2(a)~图2(d)是表示本发明涉及的水晶振子片的制造工序的截面工序图(1)。图3(a)~图3(e)是表示本发明涉及的水晶振子片的制造工序的截面工序图(2)。图4是图3(b)的状态中的一方的振动腿的放大图。图5是用来对平衡调整槽的最合适位置等进行说明的表示振动腿模型的图。图6是本发明涉及的另一水晶振子片的图。图7是用来说明图6所示振动腿的制造方法的图。图8是表示本发明涉及的又一个水晶振子片的图。图9是用来说明图8所示振动腿的制造方法的图。图10是表示本发明涉及的又一个水晶振子片的图。图11(a)是表示本发明涉及的又一个水晶振子片的轴测图,图11(b)是图11(a)的AA’截面的放大图。图12(a)是表示本发明涉及的又一个水晶振子片的轴测图,图12(b)是图12(a)的A’A截面的放大图。图13(a)是表示本发明涉及的又一个水晶振子片的轴测图,图13(b)是图13(a)的AA’截面的放大图。图14是表示本发明涉及的又一个水晶振子片的图。图15是表示水晶片的图。图16(a)是表示水晶振子片的正面图,图16(b)是表示图16(a)的AA’截面图的一例的图,图16(c)是表示图16(a)的AA’截面图的另一例的图。图17(a)~图17(e)是表示现有技术中的水晶振子片的制造工序的截面工序图。图18是现有技术中的水晶振子片振动腿的截面图。图19(a)是表示水晶振子的轴测图,图19(b)是表示图19(a)的AA’截面图的一例中的振动方向的图,图19(c)是表示AA’截面图的另一例中的振动方向的图。图20(a)是表示水晶蚀刻残渣的一例的截面图,图20(b)是表示水晶蚀刻残渣的另一例的截面图。图21(a)是表示蚀刻掩模无错位的场合的振动腿的截面图,图21(b)是表示蚀刻掩模发生错位的场合的振动腿的截面图。图22(a)是表示振动腿的截面中的表面与背面的位置错位的图,图22(b)是表示图22(a)中的振动腿的截面的主轴的偏角的图。图23是表示水晶振子片的制造工序中的表面的蚀刻掩模与背面的蚀刻掩模的位置错位,及与主轴的偏角的关系的图。
具体实施方式
下面用附图说明本发明涉及的水晶振子片及其制造方法。但是,本发明的技术范围不限于这些实施方式,请留意本发明请求保护的技术范围中记载的发明及其等同物所涉及的点。本发明涉及的水晶振子片的特征在于振动腿的截面形状上,因而以下只要对水晶振子片的振动腿的截面形状进行说明。图1是表示本发明涉及的水晶振子片的图。图1(a)表示水晶振子片的轴测图,图1(b)是图1(a)的AA’截面的放大图。如图1(a)所示,本发明涉及的水晶振子片310由支撑部311、基部312、第一振动腿313以及第二振动腿314构成。在第一振动腿313上形成第一平衡调整槽340,在第二振动腿上形成第二平衡调整槽350。如图1(b)所示,水晶振子片310的第一振动腿313设有宽度相互不同的表面321、背面323、由一个斜面形成的第一侧面320、以及由一个斜面形成的第二侧面322。另外,表面321的宽度被设定为小于背面323的宽度。第一侧面的表面端部321a与第一侧面的背面端部323a的宽度方向(X轴方向)的差为C、第二侧面侧的表面端部321b与第二侧面侧的背面端部323b的宽度方向的差为D、第一侧面侧的蚀刻角度为α、第二侧面侧的时刻角度为β、以及第一振动腿313的厚度为t时,以下两个式子的关系成立:C=t×tan(α-90°)D=t×tan(β-90°)另外,在α<β的场合,平衡调整槽340被设置在表面321上的靠第一侧面320的位置。即,平衡调整槽340的第一侧面侧端部Q与第一侧面侧端部321a的距离为A、平衡调整槽340的第二侧面侧端部P与第二侧面侧端部321b的距离为B时,Aβ的场合,设定为a>b。根据上述构成,在蚀刻槽而形成平衡调整槽340时,被设定成取得振动腿的平衡而且使漏振为零的量。后文中详细描述槽用抗蚀图形203a的设定。外形背面用蚀刻掩模204的振动腿图形的宽度被设定为大于外形表面用蚀刻掩模202的振动腿图形的宽度。因此,如图4所示,背面的蚀刻掩模207b的宽度被形成为大于表面的蚀刻掩模207a的宽度。在蚀刻掩模207b上,在作为水晶的结晶轴360的-X侧的第一侧面侧的端部形成第一突出部(第一突出量c)、在作为+X侧的第二侧面侧的端部形成第二突出部(第二突出量d)。如图4所示,水晶片300被蚀刻了的面303(蚀刻后变成第一侧面)与表面的蚀刻角度为α、水晶片300的板厚为t时,第一突出部的第一突出量c被设定为大于t×tan(α-90°)。即,设定为c>t×tan(α-90°)。另外,水晶片300被蚀刻了的面304(蚀刻后变成第二侧面)与表面的蚀刻角度为β时,第二突出部的第二突出量d被设定为大于t×tan(β-90°)。即,设定为d>t×tan(β-90°)。另外,在图2和图3所示的制造过程中,背面的蚀刻掩模207b的第一侧面侧的掩模偏置量为k1、第一突出部的第一突出量c为c=t×tan(α-90°)+k1。在此,所使用的双面校准装置的精度为±p时,掩模偏置量k1的值被设定为比p大的值,即k1>p。当双面校准装置的精度为±1μm,掩模偏置量k1的值例如被设定为2μm。在此,当角度(α-90°)的值大概为1°时,第一突出部c(μm)的值被设定为,c(μm)=t(μm)×0.017+2μm。通过进行这样的设定,即使在双面校准装置的精度内发生表面的蚀刻掩模207a与背面的蚀刻掩模207b的位置错位,第一侧面也不会受到所述位置错位的影响。即,在第一侧面形成从表面蚀刻成的一个斜面,而在第一侧面形成一直固定不变的残渣。另外,在图2和图3所示的制造过程中,背面的蚀刻掩模207b的第二侧面侧的掩模偏置量为k2、第二突出部的第二突出量d为d=t×tan(β-90°)+k2。在此,所使用的双面校准装置的精度为±p时,掩模偏置量k2的值被设定为比p大的值,即k2>p。当双面校准装置的精度为±1μm,掩模偏置量k1的值例如被设定为2μm。在此,当角度(β-90°)的值大概为2°时,第二突出部d(μm)的值被设定为,d(μm)=t(μm)×0.035+2μm。通过进行这样的设定,即使在双面校准装置的精度内发生表面的蚀刻掩模207a与背面的蚀刻掩模207b的位置错位,第二侧面也不会受到所述位置错位的影响。因此,在第二侧面形成从表面蚀刻成的一个斜面,而在第二侧面形成一直固定不变的残渣。经过图2和图3所示制造过程制造成的水晶振子片310的振动腿313,即使表面的蚀刻掩模207a与背面的蚀刻掩模207b的位置偏移发生在双面校准装置的精度(不足2μm)以下,也不会受到其位置偏移的影响。另外,第一侧面320的蚀刻角α约为91°、第二侧面322的蚀刻角β约为92°。因此,图1所示第一侧面320侧的表面321的端部321a与第一侧面320侧的背面端部323a的宽度方向的差C一直为t×0.017。另外,第二侧面322侧的表面端部321b与第二侧面322侧的背面端部323b的宽度方向的差D一直为t×0.035。这样,在第一侧面320侧和第二侧面322侧分别产生一直相同的残渣。进而,在第一侧面320侧和第二侧面322侧产生的残渣与平衡调整槽340的平衡得以被调整。因此,本发明涉及的水晶振子片310的振动腿313的截面的主轴的一方与表面大致平行,漏振得以被抑制。在现有方法的场合,蚀刻掩模的位置发生偏移时,第一侧面和第二侧面都会受到影响,而形成各种各样的残渣,产生较强的漏振。对此,本发明涉及的水晶振子片310,即使蚀刻掩模的位置发生偏移,也在第一侧面和第二侧面上一直形成一定的残渣,并形成以与其取得平衡的方式进行调节的平衡调整槽。尽管蚀刻掩模位置错位也会造成平衡调整槽的位置偏移,但是由于平衡调整槽的位置偏移的影响非常小,所以能够获得几乎没有漏振的水晶振子片。在图2和图3所示的制造过程中,第一侧面的蚀刻角α约为91°,第二侧面的蚀刻角β约为92°。但是,蚀刻角α、β因水晶片的切割角或蚀刻条件等而不同,所以,结合这些条件来决定第一突出量c、第二突出量d。优选为,槽形成用开口部的两个端部,如图4所示那样,都在外形用蚀刻掩模的端部形成在侧蚀刻(サイドエツチング)的蚀刻加工余量的宽度的内侧。这样一来,蚀刻之后在槽面内形成平衡调整槽,即使平衡调整槽的位置发生偏移平衡调整槽的体积也不会改变,较少对主轴的倾斜造成大的影响。这里说的侧蚀刻,是指相对于蚀刻掩模主面在水平方向进行的蚀刻。图5是用来说明平衡调整槽的最合适位置等的表示振动腿模型的图。振动腿截面的主轴的方向由振动腿的截面形状决定。具体来说,当关于以振动腿的截面的图心为原点且横轴与X轴平行的直角坐标系的振动腿截面的截面复合转矩大致为0时,振动腿截面具有与X轴大致平行的主轴。以下,根据图5所示的振动腿的截面,说明振动腿截面以具有大致平行于X轴的主轴的方式设计平衡调整槽的方法。首先,振动腿模型的截面分为线对称的梯形部分S₁(上边:W₁、底边(W₂+W₁+W₂)、高度:t)、三角形部分S₂(底边:W₃、高度:t)、平衡调整槽部分S₃。平衡调整槽的截面因水晶的特性等的原因而不是正规的长方形,但是为了简化计算,本实施例中把它当作长方形。而且,梯形部分S₁所包含的左侧的三角形部分S₄,与图1中形成在第一侧面320侧的第一残渣部分相当。进而,梯形部分S₁所包含的右侧的三角形部分S₅和三角形部分S₂的合计与图1中形成在第二侧面322侧的第二残渣部分相当。振动腿模型的截面整体的图心为O₀,截面复合转矩为M₀、梯形部分S₁的图心为O₁,关于O₁的截面复合转矩为M₁、三角形部分S₂的图心为O₂,关于O₁的截面复合转矩为M₂、平衡调整槽部分的图心为O₃,关于O₁的截面复合转矩为M₃。而且,用于计算的坐标轴(横轴x、纵轴y),被设定为以S₁的图心O₁为原点、且坐标轴的横轴与水晶片的X轴平行的直角坐标系。该坐标系称作本坐标系。梯形部分S₁的面积A₁为t(W₁+W₂),梯形部分的S₁的从图心O₁到底边为止的距离y₁为t/3((2W₂+3W₁)/(2W₂+2W₁))。由于梯形部分S₁为线对称的图形,所以,关于图心O₁的截面复合转矩M₁为0。三角形部分S₂的面积A₂为W₃t/2,自振动腿模型的底边的端部与图心O₂的距离x₂为(2W₃+W₂)/3,图心O₂与底边的距离y₂为t/3。因此,图心O₂在本坐标系中的x座标为W₁/2+(2W₂+W₃)/3,y座标为t/3(1-(2W₂+3W₁)/(2W₂+2W₁))。三角形部分S₂的关于图心O₂的截面复合转矩M₂’为-W₃t/72(2W₂+W₃)。使用M₂’,利用公知的平行轴的定理求得关于O₁的截面复合转矩M₂,于是成为下式(1):M2=M3t272(2W2+W3)+W3t2×(W12+2W2+W33)×t3(1-2W2+3W12W2+2W1)...(1)]]>=W3t2(-2W2+W372+16(W12+2W2+W33)(1-2W2+3W12W2+2W1))]]>平衡调整槽部分S₃的面积为A₃、本坐标系中的x座标为x₃、y座标为y₃。平衡调整槽部分的关于图心O₃的截面复合转矩为M’₃。使用M’₃,利用公知的平行轴的定理求得关于O₁的截面复合转矩M₃为M’₃-A₃x₃y₃。振动腿模型的截面整体的面积A₀为A₁+A₂-A₃,所以,为t(W₁+W₂)+W₃t/2-A₃。另外,振动腿模型的截面整体的图心O₀的本坐标系中的x座标x₀与下式(2)相当、y座标y₀与下式(3)相当:X0=x1A1+x2A2-x3A3A0=(0×t(W2+W1)+(W12+2W2+W33)×W3t2-x3A3t(W2+W1)+W3t2-A3)...(2)]]>Y0=y1A1+y2A2-y3A3A0=(0×t(W2+W1)+t3(1-2W2+3W12W2+2W1)×W3t2-y3A3t(W2+W1)+W3t2-A3)...(3)]]>关于O₁的振动腿模型的截面整体的截面复合转矩M₀由M₁+M₂-M₃表示,因而成为下式(3):M0=0-W3t272(2W2+W3)+W3t2×(W12+2W2+W33)×t3(1-2W2+3W12W2+2W1)+M′3-A3x3y3...(4)]]>使用M₀,利用公知的平行轴的定理求得关于O₀的振动腿模型的截面整体的截面复合转矩M’₀,于是成为下式(4):M′0=0-W3t272(2W2+W3)+W3t2×(W12+2W2+W33)×t3(1-2W2+3W12W2+2W1)+M′3-A3x3y3]]>-(t(W2+W1)+W3t2-A3)×((W12+2W2+W33)×W3t2-x3A3t(W2+W1)+W3t2-A3)]]>×(t3(1-2W2+3W12W2+2W1)×W3t2-y3A3t(W2+W1)+W3t2-A3)]]>=-W3t272(2W2+W3)+W3t26×(W12+2W2+W33)(1-2W2+3W12W2+2W1)+M′3-A3x3y3]]>-(((W12+2W2+W33)×W3t2-x3A3)×(t3(1-2W2+3W12W2+2W1)×W3t2-y3A3)t(W2+W1)+W3t2-A3)...(5)]]>在此,只要以使M’₀=0的方式对作为关于平衡调整槽的参数的A₃、x₃以及y₃进行设定即可。由于W₁、W₂、W₃以及t已知,因而使用式(4)可以求得平衡调整槽的大小以及最适合位置。图5对在振动腿的上面存在一个平衡调整槽的情况下进行了说明,但是,如后述那样,当平衡调整槽位于振动腿的其它位置时、不是一个而是存在多个的情况下,通过同样的计算方法也可以求得最合适位置或平衡调整槽的大小。采用本发明涉及的水晶振子片的制造方法,即使蚀刻掩模的位置发生偏移,也可以在第一侧面和第二侧面一直形成一定的残渣。按照上述设计方法设置平衡调整槽,就可以使残渣与平衡调整槽抵消,能够获得几乎没有漏振的水晶振子片。虽然蚀刻掩模的位置偏移有造成平衡调整槽的位置也从设计位置偏移的可能性,但是平衡调整槽的位置偏移的影响非常小。例如,W₁=150μm、W₂=3.5μm、W₃=3.5μm、t=200μm、A₃=750μm²、x₃=-14.6μm、y₃=75.7μm时,从式(4)得出ntent="drawing" img-format="tif" inline="yes" orientation="portrait" wi="177"/>成为设计上几乎不产生漏振的状况。上述数值为一个例子。漏振为零的平衡调整槽位置、深度等因各种条件而多少有所不同。为此,改变平衡调整槽的位置、深度进行前期试验,设定使漏振变为零的最合适的值,从而可以可靠发挥本发明的效果。图6是表示本发明涉及的另一水晶振子片的图。例如,在振子腿小型化的场合,考虑有时难以在槽面321中收纳平衡调整槽340。于是,图6中,在振动腿313上与第一侧面320相交地构成平衡调整槽340。因此,平衡调整槽340的第一端部Q位于第一侧面320上,第二端部Q位于表面321上。在图6所示的水晶振子片的场合,与把平衡调整槽340收纳在表面321的内部的场合相比,平衡调整槽340的位置偏移容易对主轴的倾斜造成影响。但是,在图6所示的水晶振子片的场合,与现有的水晶振子片的表背偏移相比较,则减少了位置偏移造成的影响、成为漏振得以被抑制的振子。图7是用来说明图6所示振动腿的制造方法的图。图7是图3(b)的状态中的一方的振动腿的放大图。即,是和与图1对应的图4的关系同样地,对应于图6的图。图7所示槽用抗蚀图形203a为,槽形成用开口部的端部中的一方,在外形用蚀刻掩模的端部形成在侧蚀刻的蚀刻加工余量位置的外侧,另一方在外形用蚀刻掩模的端部形成在侧蚀刻的蚀刻加工余量位置的内侧。通过所述槽用抗蚀图形203a,如图6所示的振动腿的截面那样,平衡调整槽340跨槽面324和第一侧面320形成。另外,在图6和图7中的例子中,平衡调整槽340跨槽面324和第一侧面形成,但是也能够以跨槽面324和第二侧面322形成的方式构成。图8是表示本发明涉及的又一个水晶振子片的图。图1和图6的例子中,平衡调整槽被设置在表面321侧,但是如图8所示,也可以在振动腿313上把平衡调整槽340设置在背面323侧。槽面324与第一侧面320形成的角度为α、槽面324与第二侧面322形成的角度为β、背面端部323a与平衡调整槽端部Q的距离为A、背面端部323b与平衡调整槽端部P的距离为B。在α>β的场合,平衡调整槽340在背面323上设置在靠第二侧面322的位置。即,A>B。通过把平衡调整槽340设置在背面323侧,不仅在与振动腿313的纵向正交的截面上力学地正交并穿过图心的两个主轴360的一方与表面321大致平行地形成,而且,振动腿的重心来到表面321与背面323的中心附近,所以进一步具有使振动更为稳定的效果。图9是用来说明图8所示振动腿的制造方法的图。图9是图3(b)的状态中的一方的振动腿的放大图。即,是和与图1对应的图4的关系一样地,与图8对应的图。如图8所示,通过配置槽用抗蚀图形203b,而在背面323侧构成平衡调整槽340。槽用抗蚀图形203b的距离e与图8的距离A对应、槽用抗蚀图形203b的距离f与图8的距离B对应。图9中的其它构成全部与图4相同。如图8和图9所示,即使槽面324位于振动腿截面的背面323侧,槽面324与第一侧面以及第二侧面形成的角度α、β,以及平衡调整槽340与第一侧面和第二侧面的距离A、B的关系,最好也与槽面324位于振动腿截面的表面321的场合相同。即,优选为满足:α<β时,Aβ时,A>B的关系。另外,与图6同样,平衡调整槽340也可以跨槽面324和第一侧面320或第二侧面322形成。图10是表示本发明涉及的又一个水晶振子片的图。图1和图6的例子中,平衡调整槽被设置在表面321侧,但是也可以如图10所示,振动腿313中,把平衡调整槽340设置在第一侧面320侧。另外,同样地,也可以把平衡调整槽340设置在第二侧面322侧。图11(a)表示本发明涉及的又一个水晶振子片的轴测图,图11(b)是图11(a)的AA’截面的放大图。图11为在振动腿313、314的各自的表面和背面设置了一条平衡调整槽的例子。即,在振动腿313的表面321设置平衡调整槽341、在背面323上设置平衡调整槽342、在振动腿314的表面设置平衡调整槽351、在背面设置了平衡调整槽352(未图示)。图12(a)表示本发明涉及的又一个水晶振子片的轴测图,图12(b)是图12(a)的AA’截面的放大图。图12是在振动腿313、314各自的表面和背面形成有电场形成用的槽的场合,进一步设置了平衡调整槽的例子。即,在形成有电场形成用的槽380、381的振动腿313的表面321设置平衡调整槽341,在形成有电场形成用的槽382、383的振动腿313的背面323设置平衡调整槽342。另外,在形成有电场形成用的槽390、391的振动腿314的表面设置平衡调整槽351、同样在形成有电场形成用的槽的振动腿314的背面设置平衡调整槽。平衡调整槽不必为一个,如图11和图12所示,可以对应于水晶振子片的特性和条件在振动腿上设置多个平衡调整槽。图13(a)表示本发明涉及的又一个水晶振子片的轴测图,图13(b)是图13(a)的AA’截面的放大图。图13是在振动腿313、314各自的表面和背面形成有电场形成用的槽的场合,通过调整所述电场形成用的槽的截面面积,而兼具平衡调整槽的功能的例子。即,通过把振动腿313的表面321的电场形成用的槽380’和背面323的电场形成用的槽383’的截面面积形成得较大,而使其具有了平衡调整槽的功能。而且同样地,通过把振动腿314的表面的电场形成用的槽390’和背面的电场形成用的槽的截面面积形成得较大,而使其具有平衡调整槽的功能。图14是表示本发明涉及的又一个水晶振子片的图。上述例子中,表示了由一个斜面形成第二侧面322的情况。但是,在板厚t较厚的情况下,蚀刻会消耗时间。于是,如图14所示,也可以由两个斜面(322a和322b)形成第二侧面322。在由两个斜面形成第二侧面322的场合,第二侧面侧的表面端部321b与背面端部323b之差加上所述量而成为D’,必须重新较多地计算在第二侧面侧形成的残渣的量。即使在由两个斜面形成第二侧面322的场合,只要蚀刻时间一定,就可以使形成在第二侧面侧的第二残渣的量一直固定不变,因而如上所述,借助平衡调整槽可以防止漏振的发生。如上所述,平衡调整槽可以形成在振动腿313的表面321侧(参照图1和图6)、可以形成在背面323(参照图8)、也可以形成在第一侧面320或第二侧面322(参照图10)。另外,平衡调整槽也可以形成在振动腿313的表面321和背面323的双方(参照图11~图13),所形成的个数以及大小可以进行任意选择。在平衡调整槽形成在振动腿313的表面321和背面323双方的场合,由表面的槽、背面的槽分担担负平衡调整槽的平衡调整效果,因而可以减小各个槽的体积,在尺寸方面有利。另外,平衡调整槽可以形成在振动腿的纵向整体,也可以形成在其一部分。另外,用于形成振动臂的外形以及平衡调整槽的蚀刻,可以采用实施例所示的分为外形用蚀刻掩模和槽用蚀刻掩模的蚀刻掩模,也可以采用兼用作外形用蚀刻掩模和槽用蚀刻掩模的蚀刻掩模。在上述说明中,以双腿音钗型的水晶振子片为例进行了说明,但是本发明也可以适用于双腿音钗型以外的水晶振子片,例如可适用于单腿、三腿、四腿或五腿音钗型等的水晶振子片。另外,本发明涉及的水晶振子片可以作为用作频率基准的水晶振子片进行使用。在该场合,由于抑制了漏振,因而更具有水晶阻抗被抑制得很低这样的作用效果。