压电振子的频率调整方法及压电振子与流程

本发明涉及一种通过两个纵模的结合而进行振动的压电振子的频率调整方法、以及通过所述方法而制造的压电振子。

背景技术：

通过两个纵模的结合而进行振动的压电振子，例如gt切割水晶振子有可能显示出与at切割水晶振子同等以上的温度特性，所以受人关注。例如在专利文献1、专利文献2等中揭示有其若干示例。

在专利文献1中，揭示了一种在平面形状为矩形的振动部的相对向的两边上分别经由桥接器(bridge)而连接有振动衰减部的构造的振子(专利文献1的第1图等)。此外，揭示了一种即使调整主振动的振动频率也不会导致温度特性恶化的频率调整方法。具体而言，在矩形的振动部的四边各自的附近，并且，在位于各边的中央附近的共计四个区域添加砝码而调整频率(专利文献1的第2图等)。

而且，在专利文献2中，揭示了一种gt切割水晶振子，包括平面形状为矩形的第1振动部、与其所相对向的两边中的其中一边连接且平面形状为矩形的第2振动部、以及与所述第1振动部的所述两边中的另一边连接且平面形状为矩形的第3振动部(专利文献2的第2图等)。在所述专利文献2中所揭示的水晶振子的情况下，据记载，通过将振动部的边比或厚度及激振电极的厚度等设于规定范围，而可获得频率温度特性良好并且可减少外部冲击等的影响的振子(专利文献2的段落40等)。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开昭58-47313号公报

[专利文献2]日本专利特开2015-43483号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

但是，关于即使进行压电振子的频率调整也可以抑制频率温度特性恶化的频率调整方法，在本申请的发明人所知的范围内，迄今为止尚未有揭示，所述压电振子是通过两个纵模的结合而进行振动，并且包括第1振动部～第3振动部。

本申请是鉴于如上所述的情况而完成者，本申请的目的在于提供一种通过两个纵模的结合而进行振动并且包含第1振动部～第3振动部的压电振子的优选的频率调整方法、以及频率温度特性良好的压电振子。

[解决问题的技术手段]

为了达成所述目的，根据本申请的频率调整方法，

压电振子是通过宽度纵模及长度纵模的结合而进行振动，包括第1振动部、与所述第1振动部的沿宽度纵模的振动方向的两端中的其中一者连接的第2振动部、与所述第1振动部的所述两端中的另一者连接的第3振动部、以及与所述第1振动部的沿长度纵模的振动方向的两端连接的支撑部，在调整所述压电振子的频率时，

将所述第2振动部，沿宽度纵模的振动方向，从所述第1振动部侧起定义为第1区域、第2区域及第3区域，

将所述第3振动部，沿宽度纵模的振动方向，从所述第1振动部侧起定义为第1区域、第2区域、第3区域时，通过以下的(a)～(c)中的任一方法来进行所述频率调整。

(a)通过减少所述第2振动部及第3振动部各自的第1区域的质量，或在所述区域内添加质量来进行。

(b)通过减少所述第2振动部及第3振动部各自的第3区域的质量，或在所述区域内添加质量来进行。

(c)通过减少所述第2振动部及第3振动部各自的第1区域及第3区域的质量，或在所述区域内添加质量来进行。

在这些方法中，方法(c)可以采取许多的频率调整量，所以优选。

在实施所述频率调整方法的发明时，所述压电振子相对于环境温度变化的频率变化量δf可以利用下述(1)式或(2)式来加以近似，

所述减少质量的区域或添加质量的区域可以下述(1)式或(2)式中的β(t-to)(t-to)与α(t-to)的差的绝对值成为规定量以下的方式来选择。

在这里所谓规定量，是对应于压电振子所要求的规格而选择的任意的值。当考虑到实际应用时，例如可以设为30ppm，优选的是设为15ppm，更优选的是设为10ppm。

δf＝β(t-to)(t-to)+α(t-to)+c…(1)

δf＝γ(t-to)(t-to)(t-to)+β(t-to)(t-to)+α(t-to)+c…(2)

其中，在(1)式、(2)式中，α、β、γ为系数，c为常数，t为环境温度，to为任意的基准温度。

而且，在实施所述频率调整方法的发明时，所述第1区域～第3区域典型的是可设为它们所属的振动部的沿所述宽度纵模的振动方向分成三等分的区域。再者，虽然描述为三等分，但是其含义是包含在特性上同等的区域，例如也可以包含三等分的尺寸的0.9～1.1的范围的尺寸。

而且，在实施所述频率调整方法的发明时，所述第1区域及第3区域的减少质量的区域或添加质量的区域在将所述第1区域及第3区域的沿所述长度纵模的振动方向的尺寸表示为m时(参照图3(a)、图3(b))，可设为以所述第1区域及第3区域各自的m/2的位置(参照图3(a)、图3(b))为中心以0.7m(参照图5(a)、图5(b))～m赋予的区域。通过设为如上所述的区域，可以满足利用所述(1)式的二次项及一次项而规定的规定量。

而且，根据本申请的压电振子的发明，压电振子包括第1振动部、与所述第1振动部的沿宽度纵模的振动方向的两端中的其中一者连接的第2振动部、与所述第1振动部的所述两端中的另一者连接的第3振动部、以及与所述第1振动部的沿长度纵模的振动方向的两端连接的支撑部，所述压电振子在于：将所述第2振动部，沿宽度纵模的振动方向，从所述第1振动部侧起设为第1区域、第2区域及第3区域，将所述第3振动部，沿宽度纵模的振动方向，从所述第1振动部侧起设为第1区域、第2区域及第3区域，并且只在所述第2振动部及第3振动部各自的第1区域及第3区域的共计四个区域内，具有减少了所述振动部的质量的质量减量痕迹或在所述区域内添加了质量的质量添加痕迹。

更具体而言，所述第1区域～第3区域可以设为它们所属的振动部的沿所述宽度纵模的振动方向分成三等分的区域。再者，所述三等分的含义包括在所述频率调整法中所说明的范围。而且，当将所述第1区域及第3区域的沿所述长度纵模的振动方向的尺寸表示为m时(参照图3(a)、图3(b))，所述质量减量痕迹或质量添加痕迹可位于以第1区域及第3区域的m/2的位置(参照图3(a)、图3(b))为中心以0.7m(参照图5(a)、图5(b))～m赋予的区域。

再者，在所述各发明中所谓的压电振子典型的是使水晶的所谓y板以水晶的x轴为中心在+40度～+55度的范围内旋转，然后使所述板在40度～50度的范围内进行面内旋转而成。而且，作为减少质量的典型的方法，例如可以举出利用离子研磨(ionmilling)等的方法去除压电振子中所含的激振用电极的方法。

[发明的效果]

根据本发明的压电振子的频率调整方法及压电振子，由于减少或添加本发明中所谓的规定区域的质量，所以可减小所述压电振子中的宽度纵模与长度纵模的规定关系受到破坏的程度。因此，可以抑制因进行所述压电振子的频率调整而导致的频率温度特性的恶化。

附图说明

图1(a)、图1(b)、图1(c)是实施方式的压电振子的形状以及第1振动部～第3振动部及第1区域～第3区域等的说明图。

图2是说明本发明的对象即压电振子的频率温度特性的图。

图3(a)、图3(b)是实施例的频率调整方法及其中所使用的掩模(mask)的说明图。

图4(a)、图4(b)是比较例1的频率调整方法及其中所使用的掩模的说明图。

图5(a)、图5(b)是比较例2的频率调整方法及其中所使用的掩模的说明图。

图6是实施例的频率调整方法的效果的说明图。

图7(a)、图7(b)是另一实施方式的频率调整方法的说明图。

附图标号说明：

10：实施方式的压电振子

11a：第1振动部

11b：第2振动部

11c：第3振动部

11ba：第2振动部的第1区域

11bb：第2振动部的第2区域

11bc：第2振动部的第3区域

11ca：第3振动部的第1区域

11cb：第3振动部的第2区域

11cc：第3振动部的第3区域

13a、13b：支撑部

15a、15b：激振用电极

17：实施例中的质量减量痕迹(频率调整区域)

19：比较例1中的质量减量痕迹(频率调整区域)

21：比较例2中的质量减量痕迹(频率调整区域)

31：实施例中的频率调整用的掩模

31a～31d：开口部

33：比较例1中的频率调整用的掩模

33a：开口部

35：比较例2中的频率调整用的掩模

35a～35d：开口部

fw：宽度纵模的振动方向

fl：长度纵模的振动方向

g0：压电振子的频率调整前的频率温度特性

g1、g2：压电振子的频率调整后的频率温度特性

0.7m：相对于第1区域及第3区域的宽度方向上的尺寸m而为70％的宽度的部分

m：第1区域及第3区域的宽度方向上的尺寸

m/2：中心点

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的频率调整方法及压电振子的实施方式进行说明。再者，说明中所使用的各图只是概略性地表示至可以理解本发明的程度。而且，在说明中所使用的各图中，关于相同的构成成分标注相同的编号来表示，也存在省略其说明的情况。而且，在以下的说明中所描述的形状、尺寸、材质等只是本发明的范围内的优选例。因此，本发明并不只限于以下的实施方式。

1.压电振子的构造

图1(a)～图1(c)是实施方式的压电振子10的说明图。特别是图1(a)是压电振动片的平面图，图1(b)是表示在压电振动片上设置有激振用电极15a、激振用电极15b的状态的平面图，图1(c)是沿图1(b)中的s-s线的压电振子10的剖面图。再者，压电振子10是收容于规定的容器中并在规定环境的状态下加以密封，但是在图1(a)～图1(c)及以下的说明中所使用的各图中，省略了容器等。

本实施方式的压电振子10是通过宽度纵模及长度纵模的结合而进行振动的振子。而且，包括平面形状分别为矩形的第1振动部11a、第2振动部11b及第3振动部11c，支撑部13a、支撑部13b，以及激振用电极15a、激振用电极15b。

在这里，第2振动部11b与第1振动部11a的沿宽度纵模的振动方向(图1(a)中以fw表示的方向)的两端中的其中一者连接。第3振动部11c与第1振动部11a的所述两端中的另一者连接。支撑部13a、支撑部13b与第1振动部11a的沿长度纵模的振动方向(图1(a)中以fl表示的方向)的两端连接。

而且，激振用电极的其中一个电极15a设置于第1振动部11a～第3振动部11c的一个主面上，激振用电极的另一个电极15b设置于第1振动部11a～第3振动部11c的另一个主面上。但是，这些激振用电极15a、激振用电极15b是以针对第1振动部11a的表面与背面的激振用电极的极性，而第2振动部11b及第3振动部11c的表面与背面的激振用电极的极性相反的方式，配置于第1振动部11a～第3振动部11c的表面与背面(参照图1(c))。而且，这些激振用电极15a、激振用电极15b省略了图示，但是在支撑部13a、支撑部13b上进行配线之后，与外部电路连接。

再者，并不限定于此，在本实施方式中，作为水晶片，是使水晶的所谓y板以水晶的x轴为中心旋转51.5度，进而使所述板进行面内旋转45.0度，所以使用厚度为40μm的水晶片。而且，将第1振动部11a～第3振动部11c的fw方向上的尺寸设为约0.81mm，将fl方向上的尺寸设为约0.86mm。

而且，在所述压电振子10中，将第2振动部11b，沿宽度纵模的振动方向fw，从第1振动部11a侧起分成第1区域11ba、第2区域11bb及第3区域11bc而定义，此外，将第3振动部11c，沿宽度纵模的振动方向fw，从第1振动部11a侧起分成第1区域11ca、第2区域11cb、第3区域11cc而定义。并且，这些第1区域～第3区域在本实施方式的情况下，设为这些区域所属的振动部的沿fw方向大致三等分的区域。因此，当各振动部的fw方向上的尺寸为如所述例示的0.81mm时，第1区域～第3区域11ba、11ca、11bb、11cb、11bc、11cc的fw方向上的尺寸分别为约0.27mm。

2.实验

其次，对图1(a)～图1(c)所示的压电振动片10以下述的a～d的顺序进行实验，并对所述压电振子10的优选的频率调整方法进行特定。

a.进行频率调整之前对压电振子10的相对于环境温度的频率温度特性进行测定。

b.其次，根据以下说明的实施例、比较例1及比较例2的三个条件，进行压电振子10的频率调整。

c.其次，再次测定频率温度特性。

d.通过对频率调整前后的温度特性进行比较，而找出即使在已进行频率调整的情况下使温度特性恶化的程度也小的频率调整方法，即找出优选的频率调整方法。

2-1.频率温度特性的说明

首先，对压电振子10的频率温度特性进行说明。所述频率温度特性是利用下述的(1)式或(2)式来表示。其中，(2)式中的三次项对频率温度特性的影响小，可以通过着眼于二次项及一次项来进行评估，所以本实验是通过(1)式的近似来进行。因此，所述实验中的频率调整前后的频率温度特性可以利用图2所示的概略图来说明。即，压电振子10的频率调整前的频率温度特性是例如用图2中的g0表示的二次曲线，而且，所述压电振子10的频率调整后的频率温度特性是用图2中的g1或g2表示的二次曲线。g1、g2的含义表示存在频率温度特性的变化方向因频率调整而不同的情况。因此，这是g0与g1(g2)的差越小越好的频率调整方法。当然，最优选的是g0＝g1或g0＝g2。再者，在图2中，纵轴为频率变化量(ppm)，横轴为温度(℃)。

δf＝β(t-to)(t-to)+α(t-to)+c…(1)

δf＝γ(t-to)(t-to)(t-to)+β(t-to)(t-to)+α(t-to)+c…(2)

其中，在(1)式、(2)式中，α、β、γ为系数，c为常数，t为环境温度，to为任意的基准温度。

2-2.实验的详细情况

其次，对实验的详细情况进行说明。

图3(a)、图3(b)是说明实施例的实验条件的图，图4(a)、图4(b)是说明比较例1的实验条件的图，图5(a)、图5(b)是说明比较例2的实验条件的图。各图均是(a)图是主要说明压电振子10的频率调整区域的平面图，(b)图是说明用于频率调整的掩模的图。

<实施例>

首先，在实施例的情况下，利用离子研磨法去除规定量的图1(a)～图1(c)所示的第2振动部11b的第1区域11ba及第3区域11bc、第3振动部11c的第1区域11ca及第3区域11cc。具体而言，将图3(b)所示的具有开口部31a～开口部31d的掩模31重叠于压电振子10上，去除规定量的激振用电极15a、激振用电极15b的从开口部31a～开口部31d露出的部分。在所述实验中，在压电振子10的宽度纵模的振动(主振动)的频率进行约1,000ppm的变化的条件、以及主振动的频率进行约2,000ppm的变化的条件的两个条件下，进行频率调整。用于实验中的样品数为三个。

再者，当使所述主振动的频率发生变化时，长度纵模的振动(副振动)的频率也发生变化，所以也测定了所述频率。主振动及副振动的频率变化量分别记载于后述的表1的δfw栏及δfl栏中。

图3(a)中，表示在所述频率调整中去除了激振用电极的区域即质量减量痕迹17。并且，实施例中的质量减量痕迹17在将第1区域及第3区域的沿长度纵模的振动方向的尺寸设为m时(参照图3(a)、图3(b))，产生于以第1区域及第3区域的m/2的位置(参照图3(a)、图3(b))为中心以m赋予的区域。即，在所述实施例的情况下，第1区域及第3区域整个区域都是质量减量痕迹。

<比较例1>

在比较例1的情况下，利用离子研磨法去除规定量的图1(a)～图1(c)所示的第1振动部11a～第3振动部11c的整个区域。具体而言，将如图4(b)所示相当于第1振动部～第3振动部整个区域的具有开口部33a的掩模33重叠于压电振子10，去除规定量的激振用电极15a、激振用电极15b的从开口部33a露出的部分。在所述实验中，与实施例同样地，在压电振子10的宽度纵模的振动(主振动)的频率进行约1,000ppm的变化的条件、以及主振动的频率进行约2,000ppm的变化的条件的两个条件下，进行频率调整。用于实验的样品数与实施例同样地，为三个。再者，这时，也测定了副振动的频率。主振动及副振动的频率变化量分别记载于表1的δfw栏及δfl栏中。

图4(a)中，表示在所述频率调整时去除了激振用电极的区域19。其中，在比较例1的情况下，也去除了第1振动部的激振电极，也去除了第1振动部及第2振动部各自的第2区域的激振电极，所以属于本发明的范围之外。

<比较例2>

在比较例2的情况下，利用离子研磨法去除规定量的图1(a)～图1(c)所示的第2振动部11b的第1区域11ba及第3区域11bc的一部分(后述70％的部分)、以及第3振动部11c的第1区域11ca及第3区域11cc的一部分(后述70％的部分)。具体而言，将图5(b)所示的具有开口部35a～开口部35d的掩模35重叠于压电振子10上，去除规定量的激振用电极15a、激振用电极15b的从开口部35a～开口部35d露出的部分。在所述实验中，与实施例同样地，在压电振子10的宽度纵模的振动(主振动)的频率进行约1,000ppm的变化的条件、以及主振动的频率进行约2,000ppm的变化的条件的两个条件下，进行频率调整。用于实验的样品数与实施例同样地，为三个。再者，这时，也测定了副振动的频率。主振动及副振动的频率变化量分别记载于表1的δfw栏及δfl栏中。

图5(a)中，表示在所述频率调整时去除了激振用电极的区域、即质量减量痕迹21。而且，当将第1区域及第3区域的沿长度纵模的振动方向的尺寸设为m时(参照图3(a)、图3(b))，所述比较例2中的质量减量痕迹21产生于以第1区域及第3区域的m/2的位置(参照图3(a)、图3(b))为中心以0.7m赋予的区域。即，在比较例2的情况下，相对于第1区域及第3区域的图5(a)、图5(b)中的宽度方向上的尺寸m，70％的宽度的部分为质量减量痕迹。

2-3.实验结果的总结及考察

参照表1～表3及图6进行实验结果的总结及考察。

表1是在所述实施例、比较例1、比较例2的各实验条件下调整了压电振子10的频率时的调整前后的频率温度特性近似式的系数α、系数β，系数的变化量δα、变化量δβ，主振动及副振动的变化量δfw、δfl的总结。

而且，表2是分别针对实施例、比较例1、比较例2，总结表示因压电振子10的频率调整前后的温度特性的不同所引起的频率变化量。具体而言，针对实施例、比较例1、比较例2，总结表示在温度变化为50℃时的近似式(1)中的β(t-to)(t-to)与α(t-to)的差的绝对值。表2中的δf栏为β(t-to)(t-to)与α(t-to)的差的绝对值。这意味着所述δf越小，因频率调整所引起的温度特性的恶化程度越小。

而且，表3是针对实施例、比较例1、比较例2，总结表示温度变化为100℃时的β(t-to)(t-to)与α(t-to)的差的绝对值。它是除了温度变化为50℃时以外确认性地表示的表。

图6是利用实施例、比较例的调整法进行了频率调整时的由温度特性引起的频率变化量δf的比较。而且，图6是针对实施例、比较例1、比较例2，用于比较表2、表3所示的δf的值的曲线图。从所述图6的曲线图可知，与比较例1、比较例2相比，实施例的频率调整方法可以抑制进行了频率调整时的频率温度特性的恶化。即，在实施例的方法的情况下，在频率调整量1,000ppm、频率调整量2,000ppm时，频率变化量均不会超过8ppm，从而可知优于比较例。

而且，在比较例2的情况下，第1区域及第3区域的质量减量痕迹如图5(a)所示，相对于第1区域及第3区域的尺寸m，以中心点m/2(参照图3(a)、图3(b))为中心而具有0.7m的尺寸。在所述比较例2的情况下频率变化量δf的最差结果为频率调整量2,000ppm的样品1中的约30ppm。而且，在实施例的情况下，第1区域及第3区域的质量减量痕迹如图3(a)所示，相对于第1区域及第3区域的尺寸m，以中心点m/2(参照图3(a)、图3(b))为中心而具有相同的尺寸m。所述实施例的情况下的频率变化量δf的最差结果为频率调整量2,000ppm的样品1中的约8ppm。即使在认为所述8ppm的样品为实验错误的情况下，实施例的情况下的频率变化量也可以抑制在10ppm以下，详细而言可以抑制在8ppm以下。

因此，本发明的频率调整方法可以将因频率调整而引起的频率温度特性的恶化抑制得较低，从而可以理解这是优选的频率调整方法。而且，可以理解，质量减量痕迹相对于所述尺寸m，以中心点m/2(参照图3(a)、图3(b))为中心越是超过0.7m而靠近m越好。

而且，如果改变观点，考察表1中的δα栏，则在比较例1及实施例中，δα为正值，与此相对，在比较例2中为负值。而且，在实施例及比较例2中，与比较例1相比，δα为接近于零的值。特别是在实施例中δα是接近于零的值，而且是正值。如果考虑到表1中的δβ的值在所有条件下均显示负值，则意味着δα表示正值的实施例的条件具有可以抵消δβ的成分，并且δα自身时的频率变化也小。因此，从这点也可知，实施例的调整方法与比较例相比更有利。

而且，作为进而另外的观点，对表1中的主振动的频率变化量δfw与副振动的频率变化量δfl的比δfl/δfw进行考察。于是，在比较例1中δfl/δfw为0.94～1.04的范围，在实施例中δfl/δfw为0.61～0.74的范围，在比较例2中δfl/δfw为0.08～0.14的范围。由此，在本发明的频率调整方法中，可以说以副振动的频率变化量相对于主振动的频率变化量的比δfl/δfw为0.6≤δfl/δfw≤0.75的方式来选择频率调整区域，如果反过来考虑，则可以说通过以成为0.6≤δfl/δfw≤0.75的方式来选择频率调整区域，也可以抑制因频率调整而引起的频率温度特性的恶化。

3.变形例

在上述中，说明了本发明的频率调整方法的实施方式，但是本发明并不限于所述实施方式。例如，在所述示例中，说明了调整第2振动部及第3振动部的第1区域及第3区域的示例，但是也可以如图7(a)所示，只将第2振动部及第3振动部各自的第1区域设为频率调整区域(质量减量痕迹)17。而且，也可以如图7(b)所示，只将第2振动部及第3振动部各自的第3区域设为频率调整区域(质量减量痕迹)17。

而且，在所述实施方式中，第1振动部～第3振动部是设为平面形状为矩形者，但是即使是角部呈曲线的大致矩形的振动部、平面形状为圆形或椭圆形的振动部，也可以应用本发明。

而且，在所述实施方式中，对利用离子研磨法去除位于频率调整区域的激振电极部分的示例进行了说明，但是也可以与此相反，使用添加质量的方法。即，在压电振子10的原来的频率高于目标频率的情况下，也可以添加质量而使频率下降，从而调整成目标频率。作为这种方法的具体例，可以举出利用真空蒸镀法使金属膜附着于频率调整区域的方法等。

[表2]

表2：在表1所示的系数变化δα、δβ下，引起了某种温度变化时的频率变化δf(温度变化为50℃的情况)

[表3]

表3：在表1所示的系数变化δα、δβ下，引起了某种温度变化时的频率变化δf(温度变化为100℃的情况)