CN114928347A - 压电元件及其制造方法 - Google Patents

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大塚隆宏
大沢和彦
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Abstract

本发明提供一种压电元件及其制作方法，改善包括AT切割晶体片的压电元件的晶体阻抗，所述AT切割晶体片的平面形状为四边形形状，与晶体的Z'轴交叉的侧面包含：规定的第一面、第二面、第三面。晶体片在与Z'轴平行的两边中的碰触晶体的X轴的‑X侧的边即第一边侧，通过导电性粘接剂而连接固定于容器。在将与所述第一边相向的第二边的沿着所述Z'轴的直线部分的尺寸表示为W1、将所述AT切割晶体片的沿着所述Z'轴的尺寸表示为W0时，W1/W0为0.91以上。第二边的沿着所述Z'轴的直线部分的两侧成为：与晶体片的沿着晶体的X轴的边相连的大致直角的角部。

Description

压电元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种晶体振子、包含晶体振子的晶体振荡器、并用热敏电阻器或PN二极管等温度传感器的晶体振子等的压电元件及其制造方法。
背景技术
为了实现作为压电元件的一种的晶体振子的进一步的小型化，作为晶体振子的制法，使用了光刻技术及湿式蚀刻技术。
在本申请的申请人的例如专利文献1中，记载有使用所述技术而制造的晶体振子。具体而言，如专利文献1的图1所示，为使用了AT切割晶体片的晶体振子，在所述AT切割晶体片中，由第一面～第三面这三个面来构成与晶体的结晶轴的Z'轴交叉的侧面的至少一者。
根据所述晶体振子，与以往相比，可抑制AT切割晶体振子原本的振动以外的不需要的振动，因此，与以往相比，可改善晶体振子的阻抗即晶体阻抗(以下，也称为CI(CrystalImpedance))。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2016-197778号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
专利文献1中所公开的压电元件，可实现CI的改善，但在本申请的发明者的继续的研究中，如下述所示，已判明存在可实现CI的进一步的改善的余地。
专利文献1中所公开的压电元件，包括：具有规定的第一面～第三面的晶体片，但为了获得规定的第一面～第三面，而采用对晶体晶片长时间进行蚀刻的处理。因此，当在平面上观察所述晶体片的前端侧、即晶体片的与由导电性粘接剂支撑之侧为相反的一侧时，从所述前端的中央朝向两角部的区域呈被广泛蚀刻成大致三角形形状的形状，晶体片的平面面积相应地减少(参照后述的比较例1或图6)。在AT切割晶体片的情况下，若认为晶体片的平面的面积大的情况CI更容易优化，则专利文献1中所公开的压电元件存在改善的余地。
进而，另外已判明通过将晶体片的前端侧设为晶体的结晶轴即X轴的正侧还是负侧，前端形状的不均产生差异，因此，压电元件的CI产生差异。因此，在此方面，也存在改善的余地。
本申请是鉴于此种方面而成，因此，本申请的目的在于提供一种可减轻所述问题点的压电元件及其制造方法。
[解决问题的技术手段]
为了实现所述目的的达成，根据本发明的压电元件，是包括AT切割晶体片、导电性粘接剂与容器的压电元件，所述AT切割晶体片将由晶体的结晶轴表示的X-Z'面作为主表面，平面形状为四边形形状，利用第一面～第三面这三个面来构成与晶体的结晶轴的Z'轴交叉的侧面的至少一者，所述第一面～第三面这三个面以此顺序相交，所述AT切割晶体片在与所述Z'轴平行的两边中的第一边之侧，通过所述导电性粘接剂而连接固定于所述容器，且所述压电元件中，将与所述第一边相向的第二边的沿着所述Z'轴的直线部分的尺寸表示为W1，将所述AT切割晶体片的沿着所述Z'轴的尺寸表示为W0时，W1/W0为0.91以上，所述直线部分的两侧构成与所述AT切割晶体片的沿着晶体的X轴的边大致直角的角部，所述第一边之侧为晶体的结晶轴的X轴上的-X侧，所述第二边之侧为所述X轴上的+X侧。
此处，本申请发明中所说的大致直角的角部理想上是真正的直角。但是，作为AT切割晶体片的制法，在使用光刻技术及湿式蚀刻的情况下，由于晶体相对于晶体的蚀刻剂(etchant)的结晶轴各向异性所引起的蚀刻速度的各向异性等，大致直角的角部未必真正成为直角，例如，成为以下的(1)的结构、或(2)的结构、或包含(1)及(2)此两者的结构。因此，在实施本发明时，大致直角的角部具体而言优选为以下(1)和/或(2)的结构。
(1)为以下结构：所述第二边的沿着所述Z'轴的直线部分的两侧成为所述第二边与所述AT切割晶体片的沿着晶体的X轴的边所成的角度θa、角度θb为90°～115°的大致直角的角部。
(2)为以下结构：所述第二边的沿着所述Z'轴的直线部分的两侧成为由C倒角的表述表示，沿着所述Z'轴的尺寸为C1、沿着所述X轴的尺寸为大于所述C1的C2、且C2/C1为2.7～4.3的大致直角的角部。
若为所述(1)和/或所述(2)的结构，则如根据后述的实施例可知那样，可实现CI的特性改善，并且制造也容易。
在实施本发明时，优选为所述AT切割晶体片的所述第二边之侧成为：沿着所述X轴且朝向所述第二边侧而厚度变薄的锥状部。根据所述结构，可降低晶体的沿着X方向的不需要的模式。
在实施本发明时，优选为，所述第一面是相当于将晶体的X轴作为旋转轴而使所述主表面旋转了4°±3.5°的面的面，所述第二面是相当于将晶体的X轴作为旋转轴而使所述主表面旋转了-57°±5°的面的面，所述第三面是相当于将晶体的X轴作为旋转轴而使所述主表面旋转了-42°±5°旋转的面的面。根据所述结构，如专利文献1所记载那样，可降低晶体的沿着Z'方向的不需要的模式。
另外，根据本申请的压电元件的制造方法的发明，当利用光刻技术及湿式蚀刻技术来制造上文所述的本申请的压电元件时，包括：
将耐蚀刻掩模以第四掩模部成为晶体的X轴的+X侧的方式形成于晶体晶片的工序，所述耐蚀刻掩模是所述湿式蚀刻用的耐蚀刻掩模，且包括：第一掩模部，将所述AT切割晶体片的图案形成为矩阵状；第二掩模部，在所述矩阵之间沿着相当于所述Z'轴的方向伸长，形成沿着所述X轴的方向依次排列的横档形成用的图案；第三掩模部，形成用于在所述湿式蚀刻后将AT切割晶体片保持于横档的桥接图案；以及所述第四掩模部，具有规定宽度W，设置于所述AT切割晶体片的图案的所述第二边侧的角部与所述第三掩模部之间，在第二蚀刻工序完成时使此部位的晶体消失；
将形成有所述耐蚀刻掩模的晶体晶片，在氢氟酸系的湿式蚀刻液中浸渍规定时间的第一蚀刻工序；
从所述第一蚀刻已结束的晶体晶片中，去除所述第一掩模部及所述第四掩模部的工序；
将去除了所述第一掩模部与所述第四掩模部的晶体晶片，在氢氟酸系的湿式蚀刻液中浸渍规定时间的所述第二蚀刻工序；
在所述第二蚀刻工序已结束的晶体晶片，形成激励用电极的工序；
从所述激励用电极的形成已结束的晶体晶片中，将所述AT切割晶体片单片化的工序；以及
将经所述单片化的所述AT切割晶体片，连接固定于容器的工序。
[发明的效果]
根据本申请的压电元件的发明，在使用与晶体的Z'轴交叉的侧面包含规定的第一面～第三面的AT切割晶体片的压电元件中，所述晶体片的前端侧的边具有规定量的直线部分，且角部为大致直角，因此扩大所述晶体片的平面面积，因此可提供与以往相比CI得到改善的压电元件。而且，由于将晶体片的前端侧设为晶体的X轴的+X侧，因此与将晶体片的前端侧设为晶体的X轴的-X侧的情况相比，可实现晶体片的前端的形状不均得到降低的压电元件(详细情况参照后面的实施方式)。因此，可进一步实现CI的改善。
另外，根据本申请的压电元件的制造方法的发明，通过包括规定的第一掩模部～第四掩模部的耐蚀刻掩模而在晶体晶片形成所述掩模之后，对所述晶体晶片进行第一蚀刻，其后，在去除了第一掩模部及第四掩模部的状态下进行第二蚀刻，因此在第二蚀刻时，虽然晶体片的去除了第四掩模部的部分逐渐地消失，但不到达晶体片的前端的角部消失为止。而且，成为桥接图案侧即晶体片的前端侧的部分成为晶体的X轴的+侧，因此可容易地制造晶体片的前端侧成为+X侧的晶体片。因此，可防止晶体片的前端侧的平面面积减少，并且容易地制造包含具有第一面～第三面的所期望的侧面且前端为+X侧的晶体片。
附图说明
图1A、图1B是实施方式的压电元件10的说明图。
图2A、图2B、图2C、图2D是实施方式的压电元件10中包括的AT切割晶体片20的说明图。
图3A、图3B是AT切割晶体片20的沿着晶体的Z'轴的(沿着图2A的IIC-IIC线)剖面的说明图，图3C、图3D是AT切割晶体片20的沿着晶体的X轴的(沿着图2A的IIB-IIB线)剖面的说明图。
图4A、图4B、图4C是说明实施方式的压电元件10的制造方法的主要部分的图。
图5A、图5B是实施方式的压电元件10的制造方法的紧接在图4B之后的说明图。
图6是比较例1的说明图，且是说明不留意晶体片的前端侧的角部形状时的AT切割晶片50的平面图。
图7A、图7B是说明留意晶体片的前端侧的角部时(实施例1)与不留意晶体片的前端侧的角部时(比较例1)的CI分布的不同的图。
图8A、图8B是实施例2及比较例2的说明图，且是将晶体片的前端设为晶体的X轴的+X侧时(图8A)、与设为X轴的-X侧时(图8B)的各晶体片的金属显微镜照片。
图9A、图9B是实施例2及比较例2的说明图，且是对将晶体片的前端设为晶体的X轴的+X侧时(图9A)、与设为X轴的-X侧时(图9B)的各晶体片的前端锥状部的尺寸的分布进行比较的图。
图10A、图10B是实施例2及比较例2的说明图，且是对将晶体片的前端设为晶体的X轴的+X侧时(图10A)、与设为X轴的-X侧时(图10B)的各压电元件的CI分布进行比较的图。
[符号的说明]
10：实施方式的压电元件
20：实施方式的晶体片(AT切割晶体片)
20a：第一边
20b：第二边
20c：第一面
20d：第二面
20e：第三面
20f：主表面
20g：第四面
20h：第五面
20i：第六面
20j：第七面
20k：第八面
20m：第九面
20t：锥状部(前端锥状部)
20u：锥状部(后部锥状部)
20x、20y：大致直角的角部
20z：晶体片的沿着晶体的X轴的边
20w：晶体晶片
21：激励用电极
23：引出电极
30：容器
30a：凹部
30b：支撑垫
30c：外部安装端子
33：导电性粘接剂
35：盖构件
40：耐蚀刻掩模
40a：第一掩模部
40b：第二掩模部
40c：第三掩模部
40d：第四掩模部
50：比较例1的晶体片(AT切割晶体片)
60：比较例2的晶体片
60t：前端锥状部
IB-IB、IIB-IIB、IIC-IIC：线
C：尺寸
C1、C2：大致直角的角部的基于C倒角的表述的尺寸
L0：晶体片的沿着晶体的X轴的长度
M、N、R：部分
O：中心点
P1：中央
R1、R2：区域
T：厚度
W：规定宽度
W1：晶体片的第二边的、沿着晶体的Z'轴的直线部分的尺寸
W0：晶体片的沿着晶体的Z'轴的尺寸
X、Y'、Z'：轴(坐标轴)
θ1～θ6、θa、θb：角度
ΔX：尺寸
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的压电元件及其制造方法的实施方式进行说明。再者，用于说明的各图只是以可理解这些发明的程度概略性地表示。另外，在用于说明的各图中，对相同的构成成分附加相同的编号来表示，也存在省略其说明的情况。另外，在以下的说明中所述的形状、尺寸、材质等只是本发明的范围内的适宜例。因此，本发明并不仅限定于以下的实施方式。
1.压电元件的说明
首先，参照图1A～图3D，对实施方式的压电元件10进行说明。此处，图1A是压电元件10的俯视图，图1B是沿着图1A的IB-IB线的压电元件10的剖面图。再者，在图1A中，省略图1B中包括的盖构件35的图示。另外，图2A是实施方式的压电元件10中包括的AT切割晶体片20的俯视图，图2B是沿着图2A中的IIB-IIB线的晶体片20的剖面图，图2C是沿着图2A中的IIC-IIC线的晶体片20的剖面图，图2D是将图2A中的晶体片20的前端部分放大而得的图。另外，图3A是说明AT切割晶体片20的与晶体的Z'轴交叉的侧面的图，图3B是将图3A中的N部分放大表示的图。另外，图3C是将图2B所示的剖面图中的+X侧的部分放大而得的图，图3D是图2B所示的剖面图中的-X侧的部分放大而得的图。再者，图2A、图2B、图2C、图2D或图3A、图3B、图3C、图3D中所示的坐标轴X、Y'、Z'分别表示AT切割晶体片20(以下，有时也略称为晶体片20)中的晶体的结晶轴。
本实施方式的晶体片20是：平面形状为长方形形状，且其长边与晶体的X轴平行，其短边与晶体的Z'轴平行的AT切割的晶体片。
所述晶体片20在其两主表面包括：激励用电极21与引出电极23。引出电极23从激励用电极21朝作为晶体片20的一条边的第一边20a的两端附近引出。第一边20a为晶体片20的晶体的X轴的-X侧的边，与第一边20a相向的第二边20b为晶体片20的晶体的X轴的+X侧的边。
如图1A与图1B所示，所述晶体片20安装于容器30的凹部30a内。具体而言，所述晶体片20在其第一边20a侧且沿着第一边20a的两端附近，通过导电性粘接剂33而固定于容器30的支撑垫30b。因此，晶体片20在第一边20a侧、即晶体片20的晶体的X轴的-X侧，悬臂保持于容器30，且晶体片20的晶体的X轴的+X侧成为自由端。
作为容器30，例如可使用陶瓷制封装。在所述容器30的外部侧的底面，设置有用于将所述压电元件10连接于其他电子装置的外部安装端子30c。支撑垫30b与外部安装端子30c通过未图示的过孔(via)配线等来连接。
另外，在容器30的包围凹部30a的堤部接合适宜的盖构件35，而将晶体片20密封于容器30内。
另外，晶体片20中，在将与第一边20a相向的第二边20b的沿着所述Z'轴的直线部分的尺寸表示为W1，将晶体片20的沿着所述Z'轴的尺寸表示为W0时，W1/W0为0.91以上，所述直线部分的两侧成为：与所述AT切割晶体片的沿着晶体的X轴的边20z大致直角的角部20x、角部20y。
此处，大致直角的角部20x、角部20y理想的是真正的直角，但由于已经说明的蚀刻各向异性等的影响，而成为与真正的直角稍有不同的大致直角。具体而言，如图1A、图2D所示，尺寸W1的直线部分的两侧成为：大致直角的角部，具有：第二边20b与所述AT切割晶体片的沿着晶体的X轴的边20z所成的角度θa、角度θb。根据后述的实施例、尤其是实施例2的结果，所述角度θa、角度θb优选为90°～115°。所述AT切割晶体片的沿着晶体的X轴的长度为L0。
或者，尺寸W1的直线部分的两侧成为：由C倒角的表述表示，沿着所述Z'轴的尺寸为C1、沿着所述X轴的尺寸为大于所述C1的C2、且C2/C1为规定的范围的大致直角的角部。根据后述的实施例、尤其是实施例2的结果，所述规定的C2/C1优选为2.7～4.3。
再者，上文所述的θa与θb为相同的角度，也可为不同的角度。另外，左右的大致直角的角部处的C2/C1在左右可相同，也可不同。
此处，所述θa、θb、C1、C2、W1，根据在后述的制造方法中进行说明的第四图案的规定宽度W(参照图4C)的值、或利用氢氟酸系的蚀刻剂对晶体晶片进行蚀刻的时间等而变化。优选的是，W1/W0为1或接近1，因此，第四图案的规定宽度W的值、或利用氢氟酸系的蚀刻剂对晶体晶片进行蚀刻的时间，优选的是，设定为W1/W0接近1。W1/W0越接近1，则θa、θb越接近直角，C1、C2越接近零。
另外，晶体片20的与晶体的Z'轴交叉的侧面(Z'面)分别如图3A、图3B所示，作为包含第一面20c、第二面20d及第三面20e这三个面的侧面。而且，第一面20c是与所述晶体片20的主表面20f相交的面，且是相当于将晶体的X轴作为旋转轴而使主表面20f旋转了θ1的面的面。
而且，第一面20c、第二面20d及第三面20e以此顺序相交。第二面20d是相当于将晶体的X轴作为旋转轴而使主表面20f旋转了θ2的面的面，第三面20e是相当于将晶体的X轴作为旋转轴而使主表面20f旋转了θ3的面的面。而且，两个侧面相对于晶体片的中心点O成为点对称的关系。
而且，根据本申请人的实验，可知，所述角度θ1、角度θ2、角度θ3优选为下述的角度。θ1＝4°±3.5°、θ2＝-57°±5°、θ3＝-42°±5°，更优选为θ1＝4°±3°、θ2＝-57°±3°、θ3＝-42°±3°。
在具有使用所述图3A、图3B、图3C、图3D进行了说明的侧面的晶体片的情况下，侧面呈独特的嘴状，因此，可使沿Z'方向传播的不需要的振动衰减，可有助于压电元件的特性的改善。
再者，关于所述结构，记载于本申请人的日本专利特开2016-197778号公报中，因此，此处省略其详细的说明。
另外，晶体片20中，尤其是如图2B、图3C所示，第二边20b(参照图2A)之侧成为：沿着晶体的X轴且朝向第二边20b侧而厚度薄的锥状部20t(也称为前端锥状部20t)。更具体而言，如图3C所示，锥状部20t为包含第四面20g、第五面20h、第六面20i及第七面20j此四个面的锥状部。第四面20g与第七面20j相对于X轴对称，第五面20h与第六面20i相对于X轴对称。而且，第四面20g或第七面20j与晶体片20的主表面20f所成的角度θ4为θ4＝4°±5°，优选为θ4＝4°±3°；第五面20h或第六面20i与晶体片20的主表面20f所成的角度θ5为θ5＝27°±5°，优选为θ5＝27°±3°。
另一方面，如图3D所示，晶体片20的-X侧的端部成为：沿着晶体的X轴且朝向第一边20a(参照图2A)侧而厚度薄的锥状部20u(也称为后部锥状部20u)。后部锥状部20u包含第八面20k及第九面20m此两个面。第八面20k与第九面20m相对于X轴对称。而且，第八面20k或第九面20m与晶体片20的主表面20f所成的角度θ6为θ6＝17°±5°，优选为θ6＝17°±3°。
2.压电元件的制造方法的说明
接着，参照图4A～图4C、图5A、图5B，对制造实施方式的压电元件10的优选方法进行说明。再者，图4A～图4C是说明制造压电元件10中使用的晶体片20的工序的主要部分的图。尤其，图4A是说明中间状态的晶体晶片20w的平面图。图4B是表示在所述晶体晶片形成有耐蚀刻掩模40的状态的图，且是将图4A中的M部分放大表示的平面图。图4C是用于说明使晶体片20的前端侧的角部20x、角部20y为大致直角的方法的图，且是将图4B中的R部分放大表示的平面图。另外，图5A、图5B是说明工序已从图4B的状态前进的状态的图。
在本申请的制造方法的发明中，通过光刻技术及湿式蚀刻技术来制造晶体片20。
具体而言，使用耐蚀刻掩模40来制造晶体片20，所述耐蚀刻掩模40为湿式蚀刻用的耐蚀刻掩模40(参照图4B)，且包括：第一掩模部40a，将AT切割晶体片20的图案形成为矩阵状；第二掩模部40b，在所述矩阵之间沿着相当于所述Z'轴的方向伸长，形成沿着所述X轴的方向依次排列的横档形成用的图案；第三掩模部40c，形成用于在所述湿式蚀刻后将AT切割晶体片保持于横档的桥接图案；以及第四掩模部40d，具有规定宽度W，设置于所述AT切割晶体片的所述第二边侧(前端侧)的角部与所述第三掩模部之间，在所述湿式蚀刻完成时使所述部位的晶体消失。再者，第四掩模部40d设置于第一掩模部40a的相当于晶体片的前端侧、即晶体片20的晶体的X轴的+X侧的两个角部的部分与第二掩模部40b之间。
具体而言，可在晶体晶片20w的表背的前表面形成具有耐蚀刻性的金属膜，在其表面涂布光致抗蚀剂，使用所述第一掩模部～第四掩模部形成用的光掩模对所述光致抗蚀剂进行曝光等，其后，选择性地去除金属膜而形成所述耐蚀刻掩模40。但是，耐蚀刻掩模40以第四掩模部40d成为晶体的X轴的+X侧的方式形成于晶体晶片20w。
再者，第四掩模部40d的沿着晶体的Z'轴的方向的宽度W(参照图4C)设为如下的规定的宽度(参照实施例等)，所述规定的宽度是第四掩模部40d下的晶体部分在后述的第二蚀刻工序结束后消失那样的宽度。
接着，实施将形成有耐蚀刻掩模40的晶体晶片，在氢氟酸系的湿式蚀刻液中浸渍规定时间的第一蚀刻工序。所述第一蚀刻工序用于形成晶体片20的外形。
接着，从第一蚀刻工序已结束的晶体晶片中，去除所述第一掩模部40a与第四掩模部40d。再者，在本实施方式的情况下，也去除第三掩模部40c。此种掩模部的加工，可利用众所周知公知的光刻技术来进行。但是，在第三掩模部40c的尺寸小的情况下，可不去除而使其残存。
当所述耐蚀刻掩模的加工结束后，由第一掩模部、第二掩模部及第三掩模部覆盖的晶体部分露出(参照图5A)。
接着，实施将去除了第一掩模部、第二掩模部及第三掩模部的晶体晶片，在氢氟酸系的湿式蚀刻液中浸渍规定时间的第二蚀刻工序。所述第二蚀刻工序用于调整晶体片20的频率、及用于在晶体片20的与晶体的Z'轴交叉的侧面形成规定的第一面～第三面。通过所述第四掩模部40d的去除而露出的晶体部分，由于将其宽度W设为规定宽度，因此，在所述第二蚀刻中消失。因此，晶体片20的不固定于容器之侧的边、即第二边20b的两角部20x、20y在第二蚀刻结束前后，首次作为角部而出现，因此，即便在湿式蚀刻后，角部20x、角部20y也呈大致直角，且第二边20b在所述角部20x、角部20y之间的部分呈直线状。
在第二蚀刻工序已结束的晶体晶片形成激励用电极及引出电极，从所述激励用电极等的形成已结束的晶体晶片中，将所述AT切割晶体片单片化，将经单片化的晶体片以-X侧的端部通过导电性粘接剂固定于容器30(参照图1A、图1B)，其后，在使容器内为规定环境的状态下，利用盖构件将容器密封，由此可制造本发明的压电元件10。
3.实施例及比较例
为了加深对本发明的理解，以下示出几个实施例及比较例。
3-1.实施例1、比较例1：针对晶体片的前端侧的平面形状的实验
首先，为了调查晶体片的前端之侧的平面形状对压电元件的特性的影响，实施了以下的实施例1及比较例1。
作为实施例1的压电元件，利用上文所述的制造方法来制造多个振荡频率为27.12MHz、X尺寸约为870μm、Z'尺寸约为640μm的AT切割晶体片，将它们安装于容器，进而利用盖构件将容器密封，来制造多个实施例1的压电元件。
另外，作为比较例1的压电元件，在制造晶体片时，使用不具有第四掩模部40d(参照图4B)的耐蚀刻掩模，制造多个频率、X尺寸、Z'尺寸与所述实施例1相同的比较例1的晶体片，将它们安装于容器，进而利用盖构件将容器密封，来制造多个比较例1的压电元件。
但是，在制造实施例1及比较例1的晶体片时，在上文所述的制造方法中变更了以下内容。即，以晶体的X轴的-X侧成为晶体片的前端之侧的方式，对晶体晶片配置了耐蚀刻掩模。另外，在将晶体片固定于容器时，通过导电性粘接剂而将晶体片的晶体的X轴的+侧的端部固定于容器。这是因为，认为采用此种结晶轴的配置及固定位置时，可排除后述的晶体片的前端的角部形状的影响度，容易仅对角部形状的影响度进行判断。
图6是临摹作为比较例1制造的晶体片50的平面图。比较例1的晶体片50中，当在平面上观察其前端侧、即晶体片的与由导电性粘接剂支撑之侧为相反的一侧时，从前端的中央P1朝向两角部的区域R1、区域R2分别被蚀刻成大致三角形形状，晶体片的面积相应地减少。
另一方面，实施例1中所使用的晶体片的第二边20b的直线部分的尺寸大，且所述直线部分的两侧呈大致直角(参照图8B)。即，实施例1的晶体片在平面上观察时更呈现长方形形状。
针对实施例1中所使用的多个晶体片，利用测定显微镜测定前端侧的大致直角的角部(相当于图1A、图1B、图2A、图2B、图2C、图2D的角部20x、角部20y的角部)的角度θa、角度θb(参照图1A、图1B、图2A、图2B、图2C、图2D)的结果，可知角度θa、角度θb在85度到90度的范围，且可知W1处于605μm～632μm的范围。另外，晶体片的中央附近的Z'尺寸、即尺寸W0的目标是640μm，相对于此，进行了实测的结果，可知在638μm～650μm的范围。因此，当根据所述W1、W0各自的实测值来计算W1/W0时，下限为605/650≒0.93，上限为632/638≒0.99，因此，在实施例1的试样中，可以说W1/W0为0.93～0.99。大多为0.96～0.99。
另外，针对实施例1中所使用的多个晶体片及比较例1中所使用的多个晶体片50各自的前端部的两个角部，利用工具显微镜测定基于C倒角的观点的C尺寸(参照图6所示的C尺寸)。其结果，在实施例1的晶体片的情况下，C尺寸为10μm～18μm，均为20μm以下。另一方面，在比较例1的晶体片50的情况下，C尺寸为70μm～95μm，与实施例1相比，均大7倍～9倍。
另外，测定比较例1的晶体片50的前端部的直线部分的尺寸的结果，可知其尺寸为130μm～160μm左右而狭小。而且，从直线状的部分的端朝向晶体片的角部呈溜肩膀的形状。
另外，作为实施例1及比较例1的压电元件各自的电气特性，测定CI。图7A是表示实施例1的压电元件的CI的分布的图，图7B是表示比较例1的压电元件的CI的分布的图。任一图均在横轴采用CI(Ω)，在纵轴采用频度来表示。样品数均为12个。
在实施例1的压电元件的CI的分布中，平均值为83.5Ω，标准偏差为6.6Ω，在比较例1的压电元件的CI的分布中，平均值为123.6Ω，标准偏差为13.0Ω。实施例1在CI的平均值方面优异40.1Ω，在标准偏差方面优异6.4Ω。
根据所述实施例1及比较例1的CI测定的结果，可知，晶体片的前端侧的边的直线部分的尺寸大且两角部为大致直角的情况，与并非如此的情况相比，可实现CI改善。
3-2.实施例2、比较例2：将晶体片的前端设为+X侧的实验
接着，为了调查将晶体片的前端设为晶体的X轴的+X侧的情况与设为-X侧的情况的、对压电元件的特性的影响度，实施了以下的实施例2及比较例2。
作为实施例2的压电元件，利用上文所述的制造方法制造了多个振荡频率为40MHz、X尺寸约为750μm、Z'尺寸约为520μm的晶体片20。然后，以晶体的-X侧的端部，通过导电性粘接剂将这些晶体片固定于容器，而制造了多个实施例2的压电元件10。
另外，作为比较例2的压电元件，在利用所述制造方法来制造晶体片时，与实施例2相反，以晶体的X轴的-X侧成为晶体片的前端之侧的方式，对晶体晶片配置耐蚀刻掩模，来制造多个频率、X尺寸、Z'尺寸与所述实施例2相同的比较例2的晶体片。然后，以晶体的+X侧的端部，通过导电性粘接剂将这些晶体片固定于容器，而制造了多个比较例2的压电元件。
图8A是利用金属显微镜拍摄实施例2的晶体片20的照片，图8B是利用金属显微镜拍摄比较例2的晶体片60的照片。当将两张照片进行比较时，尤其可理解晶体片的前端部的不同。
因此，首先，分别测定实施例2的晶体片20的中央部的沿着Z'轴的尺寸W0及第二边20b的直线部分的尺寸W1，所述直线部分两侧的两角部20x、20y的图2D所示的角度θa、角度θb，以及角部20x处的第一C倒角部的尺寸C1及第二C倒角部的尺寸C2。所测定的试样数为22个。作为它们的测定结果，在表1中示出了平均值avg、标准偏差σ、最大值Max、最小值Min、avg+3σ、avg-3σ。
根据所述表1，在实施例1的试样中，W1的avg-3σ＝480.6，W0的avg+3σ＝524.6，因此为(W1的avg-3σ)/(W0的avg+3σ)＝480.6/524.6＝0.916。另外，W1的avg+3σ＝498.9，W0的avg-3σ＝520.1，因此为(W1的avg+3σ)/(W0的avg-3σ)＝498.9/520.1＝0.959。因此，在实施例2中，作为大致直角的角部20x、角部20y的垂直度的一个指标的W1/W0为0.916～0.959，因此可以说W1/W0最坏是0.916、即0.91。
另外，根据表1，在实施例2的试样中，针对大致直角的角部20x、角部20y处的角度θa、角度θb，距直角最远的最大的角度为处于avg+3σ一栏的114.7°。即，约为115°。
另外，根据所述表1，在实施例2的试样中，尺寸C1的avg+3σ＝15.4，尺寸C2的avg-3σ＝42.7，因此为(尺寸C2的avg-3σ)/(尺寸C1的avg+3σ)＝42.7/15.4＝2.77。另外，尺寸C1的avg-3σ＝12.2，尺寸C2的avg+3σ＝52.5，因此为(尺寸C2的avg+3σ)/(尺寸C1的avg-3σ)＝52.5/12.2＝4.30。因此，在实施例2中，作为大致直角的角部20x、角部20y的垂直度的一个指标的C2/C1可以说是2.77～4.30。再者，就±3σ来看，此时的实际的C1为12.2～15.4，约为16μm以下。另外，就±3σ来看，实际的C2为42.7～52.5，约为53μm以下。
[表1]
Figure BDA0003031435420000151
接着，测定实施例2的晶体片20及比较例2的晶体片60(参照图8B)各自的前端锥状部的尺寸ΔX。所测定的试样数为实施例2及比较例2分别120个。作为它们的测定结果，在表2中示出了平均值avg、标准偏差σ、最大值Max、最小值Min、avg+3σ、avg-3σ。另外，在图9A、图9B示出了测定结果的直方图。图9A是实施例2的前端锥状部的尺寸的直方图，图9B是比较例2的前端锥状部的尺寸的直方图。任一图均在横轴采用前端锥状部的尺寸(μm)，在纵轴采用个数来表示。
根据表2，实施例2的晶体片20的前端锥状部20t的沿着X轴的尺寸ΔX的平均值为113.2μm，标准偏差为0.19。比较例2的晶体片60的前端锥状部60t的沿着X轴的尺寸ΔX的平均值为61μm，标准偏差为0.97。实施例2的晶体片20的前端锥状部20t的尺寸ΔX与比较例2的晶体片60的前端锥状部60t的尺寸ΔX因晶体的结晶轴相对于蚀刻剂的各向异性而产生差，但此处应注意的是标准偏差的不同。比较例2的晶体片60的前端锥状部60t的沿着X轴的尺寸的标准偏差相对于实施例2的值为0.97/0.19＝5.1，成为变差了5.1倍的值。在晶体振子的情况下，可确保预定的形状，且预定形状的不均小的情况可使特性的绝对值或不均优化。而且，在设计晶体振子的情况下，为了减轻相对于容器的固定部对晶体片的影响，大多使振动部偏在于晶体片的前端侧。因此，晶体片的前端侧的形状不均容易影响振动部，因此优选晶体片的前端侧的形状不均小。在此方面，优选为如本发明那样将晶体片的前端侧设为晶体的-X侧。而且，与将晶体片的前端侧的角部设为大致直角的结构相结合，可有助于压电元件的特性提高。
另外，在实施例2的晶体片20的情况下，表2中的avg+3σ＝113.8μm，avg-3σ＝112.7μm。而且，实施例2的晶体片20的厚度T为36.9μm，因此若利用晶体片20的厚度T将avg±3σ的值标准化，则为3.053～3.083。即，ΔX/T约为3.05～3.09。
[表2]
比较例2 实施例2
avg 61.0 113.2
σ 0.97 0.19
Max. 62.8 113.7
Min. 58.9 112.7
avg+3σ 63.9 113.8
avg-3σ 58.1 112.7
单位：μm
另外，为了示出将晶体片的前端侧设为晶体的-X侧的优点，测定了实施例2的压电元件(图1A、图1B所示的结构的压电元件)与比较例2的压电元件各自的CI。样品数均为580个。
图10A是表示实施例2的压电元件的CI的分布的图，图10B是表示比较例2的压电元件的CI的分布的图。任一图均在横轴采用CI(Ω)，在纵轴采用个数来表示。
在实施例2的压电元件的CI的分布中，平均值为32.4Ω，标准偏差为3.2Ω，在比较例2的压电元件的CI的分布中，平均值为38.4Ω，标准偏差为7.1Ω。与比较例2相比，实施例2在CI的平均值方面优异6Ω，在标准偏差方面优异3.9Ω。根据所述结果可理解到，将晶体片的前端侧设为晶体的-X侧良好。
另外，由于将晶体片的前端侧设为晶体的-X侧，因此在晶片状态(参照图4B)下，晶体片处于以晶体的+X侧的端部连接于横档的状态。还可知：与晶体片以晶体的-X侧的端部连接于横档的情况相比，晶体片以晶体的+X侧的端部连接于横档的情况在从晶片将各晶体片单片化的折取时，在晶体片的折取的部位不易产生毛刺等。从此方面也可理解到：优选为将晶体片的前端侧设为晶体的-X侧，且以晶体的+X侧的端部将晶体片固定于容器。
根据所述各实施例及比较例，晶体片20的前端侧的两角部20x、20y若为大致直角，则为真正的直角良好，但在将晶体片的前端设为晶体的+X侧的情况下，根据实施例2的结果，可确认到：两角部20x、20y在由C倒角表述的C尺寸表示时，具有尺寸为C1且沿着晶体的Z'轴的第一C尺寸部与尺寸为C2且沿着晶体的X轴且大于第一C尺寸部的第二C尺寸部，且若C2/C1为2.7～4.3的角部，则对于改善CI而言优选。但是，C1尺寸、C2尺寸分别接近零的情况当然更好。
另外，即便两角部20x、20y的所述角度θa、θb为远离直角的115°，也可实现CI改善，因此大致直角的角部用所述角度θa、θb来说，至少为90°～115°，可实现CI改善。另外，若W1/W0为0.916以上、即W1/W0为0.91以上，则可实现CI改善。
再者，在AT切割晶体片的情况下，即便在频率不同的情况或大小不同的情况下，W1/W0或C2/C1等比率也大多对特性改善有效。因此，在实施例中，使用两种频率及大小的晶体片确认了本发明的效果，但认为本发明也可应用于其他频率及大小的晶体片。晶体片的小型化越发展，则本发明越可有贡献。
另外，例如，使用的容器并不限于所述例子，例如，对于使用如下容器的压电元件等其他结构的压电元件，也可应用本发明，所述容器包含平板状的基座与具有收纳晶体片的凹部的帽状的盖构件。

Claims (8)

1.一种压电元件，其特征在于，包括：
AT切割晶体片；
导电性粘接剂；以及
容器，
其中，所述AT切割晶体片将由晶体的结晶轴表示的X-Z'面作为主表面，平面形状为四边形形状，利用第一面、第二面及第三面这三个面来构成与晶体的结晶轴的Z'轴交叉的侧面的至少一者，所述第一面、第二面及第三面这三个面以此顺序相交，所述AT切割晶体片在与所述Z'轴平行的两边中的第一边之侧，通过所述导电性粘接剂而连接固定于所述容器，
在将与所述第一边相向的第二边的沿着所述Z'轴的直线部分的尺寸表示为W1，将所述AT切割晶体片的沿着所述Z'轴的尺寸表示为W0时，W1/W0为0.91以上，所述直线部分的两侧构成与所述AT切割晶体片的沿着晶体的X轴的边大致直角的角部，
所述第一边之侧为晶体的结晶轴的X轴上的-X侧，所述第二边之侧为所述X轴上的+X侧。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其特征在于，
所述第二边的沿着所述Z'轴的直线部分的两侧，成为：
所述第二边与所述AT切割晶体片的沿着晶体的X轴的边所成的角度θa、角度θb为90°～115°的大致直角的角部。
3.根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，
所述第二边的沿着所述Z'轴的直线部分的两侧，成为：
由C倒角的表述表示，沿着所述Z'轴的尺寸为C1、沿着所述X轴的尺寸为大于所述C1的C2、且C2/C1为2.7～4.3的大致直角的角部。
4.根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，
所述AT切割晶体片的所述第二边之侧成为：
沿着所述X轴且朝向所述第二边之侧而厚度薄的锥状部。
5.根据权利要求4所述的压电元件，其特征在于，
在将所述锥状部的沿着所述X轴的尺寸表示为ΔX、将所述AT切割晶体片的厚度表示为T时，ΔX/T为3.05～3.09。
6.根据权利要求4所述的压电元件，其特征在于，
所述锥状部包含四个面。
7.根据权利要求1或2所述的压电元件，其特征在于，
所述第一面是相当于将晶体的X轴作为旋转轴而使所述主表面旋转了4°±3.5°的面的面，
所述第二面是相当于将晶体的X轴作为旋转轴而使所述主表面旋转了-57°±5°的面的面，
所述第三面是相当于将晶体的X轴作为旋转轴而使所述主表面旋转了-42°±5°的面的面。
8.一种压电元件的制造方法，其特征在于，
当利用光刻技术及湿式蚀刻技术，来制造如权利要求1至7中任一项所述的压电元件时，包括：
将耐蚀刻掩模以第四掩模部成为晶体的X轴的+X侧的方式形成于晶体晶片的工序，所述耐蚀刻掩模是所述湿式蚀刻用的耐蚀刻掩模，且包括：第一掩模部，将所述AT切割晶体片的图案形成为矩阵状；第二掩模部，在所述矩阵之间沿着相当于所述Z'轴的方向伸长，形成沿着所述X轴的方向依次排列的横档形成用的图案；第三掩模部，形成用于在所述湿式蚀刻后将AT切割晶体片保持于横档的桥接图案；以及所述第四掩模部，具有规定宽度W，设置于所述AT切割晶体片的所述第二边之侧的角部与所述第三掩模部之间，在第二蚀刻工序完成时使此部位的晶体消失；
将形成有所述耐蚀刻掩模的晶体晶片，在氢氟酸系的湿式蚀刻液中浸渍规定时间的第一蚀刻工序；
从所述第一蚀刻工序已结束的晶体晶片中，去除所述第一掩模部及所述第四掩模部的工序；
将去除了所述第一掩模部及所述第四掩模部的晶体晶片，在氢氟酸系的湿式蚀刻液中浸渍规定时间的所述第二蚀刻工序；
在所述第二蚀刻工序已结束的晶体晶片，形成激励用电极的工序；
从所述激励用电极的形成已结束的晶体晶片中，将所述AT切割晶体片单片化的工序；以及
将经单片化的所述AT切割晶体片，连接固定于容器的工序。
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