DE4497992C2 - Rechteckiges AT-Schnitt-Quarzelement, Quarzschwinger, Quarzschwingereinheit und Quarzoszillator sowie Verfahren zur Herstellung des Quarzelements - Google Patents

Rechteckiges AT-Schnitt-Quarzelement, Quarzschwinger, Quarzschwingereinheit und Quarzoszillator sowie Verfahren zur Herstellung des Quarzelements

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DE4497992C2 DE4497992A DE4497992A DE4497992C2 DE 4497992 C2 DE4497992 C2 DE 4497992C2 DE 4497992 A DE4497992 A DE 4497992A DE 4497992 A DE4497992 A DE 4497992A DE 4497992 C2 DE4497992 C2 DE 4497992C2
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Quarzelement, einen Quarzschwinger, eine Quarzschwingereinheit und einen Oszillator, der diese Komponenten verwendet, und insbeson­ dere auf ein AT-Schnitt-Quarzelement mit rechteckiger Form zur Verwendung für einen Ober­ tonschwingungsbetrieb. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren, zur Herstellung solch eines Quarzelements.
Quarzschwingereinheiten führen ihren Schwingungsbetrieb auf der Basis des piezoelektrischen Effekts eines Einkristallquarzes aus. Sie können bei einer konstanten Frequenz eine sehr stabile Schwingung liefern und werden in einer großen Vielfalt von Anwendungen benutzt. Insbeson­ dere werden Quarzschwingereinheiten und Quarzoszillatoren als Referenztaktgenerator bei verschiedenen elektronischen Systemen wie Kommunikationssystemen, elektronischen Daten­ verarbeitungssystemen etc. benutzt. In der letzten Zeit gehen die Trends bei diesen elektroni­ schen Systemen zu immer geringeren Größen, geringeren Gewichten, höheren Betriebs­ frequenzen und höheren Betriebsgeschwindigkeiten. Diese Trends erfordern dringend Quarz­ schwingereinheiten mit geringerer Größe und geringerem Gewicht, aber auch der Fähigkeit, bei einer hohen Frequenz stabil zu schwingen.
AT-Schnitt-Quarzelemente, die aus einem Einkristallquarz herausgeschnitten werden, zeigen eine ausgezeichnete Frequenz-Temperatur-Kennlinie über einen weiten Temperaturbereich. Darüber hinaus weisen AT-Schnitt-Quarzelemente außerdem im Langzeitbetrieb eine sehr kleine Frequenzabweichung auf. Das AT-Schnitt-Quarzelement wird in eine rechteckige Form gebracht mit einer Länge l in der X-Achse, der Dicke t in der Y'-Richtung und der Breite w in der Z'- Richtung, wobei die Länge l größer ist als die anderen Dimensionen. Das Quarzelement wird in einem kleinen Quarzhalter in einer zylindrischen Form angeordnet, die abgedichtet wird. Aus diesem Grund, in Verbindung mit den oben beschriebenen ausgezeichneten Eigenschaften, wird das AT-Schnitt-Quarzelement vorteilhafterweise dazu verwendet, eine kleine Quarz­ schwingereinheit hoher Leistungsfähigkeit aufzubauen. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z- Achse beziehen sich auf die elektrische Achse, die mechanische Achse, bzw. die optische Achse eines Einkristallquarzes, während die Y'-Achse und die Z'-Achse gegenüber der Y-Achse und der Z-Achse um 35° um die X-Achse gedreht sind.
Zur Schaffung eines eine Quarzschwingereinheit verwendenden Oszillators in der Form eines oberflächenmontierbaren Bauelements (SMD), das auf einer Leiterplatte in gleicher Weise wie ICs montiert werden kann, ist es erforderlich, daß die Quarzschwingereinheit in einem kleinen Halter mit einem Durchmesser von 2 mm oder weniger und einer Länge von etwa 6 mm untergebracht ist, so daß der Oszillator in Verbindung mit modernen integrierten Schaltungen kleiner Größe verwendet werden kann. Wie auf dem 21. EM Symposium (Papers of Technical Meeting on Electronic Circuits, IEEJ, Seiten 37-42, 22. Mai 1992) berichtet, hat man bereits Quarzelemente einer so geringen Größe geschaffen, die in einem Quarzhalter in einer zylindrischen Form untergebracht werden können, so daß sie mit der Grundfrequenz schwingen können. Quarzschwingereinheiten, die bei der Grundfrequenz schwingen, können jedoch nur einen niedrigen Frequenzbereich wie etwa 17 MHz bis 40 MHz abdecken und können nicht in hochfrequenten Bändern über 40 MHz verwendet werden, wie sie bei den schnellen elektronischen Systemen, wie sie oben beschrieben wurden, erforderlich sind.
Die Schwingungsfrequenz eines AT-Schnitt-Quarzelements ändert sich umgekehrt mit seiner Dicke t. Wenn daher die Grundfrequenz 40 MHz übersteigt, wird die Dicke des Quarzelements kleiner als 42 µm, weshalb die Herstellung sehr schwierig wird. Um daher Quarzschwinger­ einheiten zu realisieren, die bei hohen Frequenzen schwingen können, ist es nötig, ein Quarz­ element zu entwickeln, das in einer Obertonschwingungsmode benutzt werden kann, sowie eine Quarzschwingereinheit, die solch ein Quarzelement verwendet. Zur Unterbringung eines Quarz­ elements in einem Halter so geringer Größe, wie es oben beschrieben wurde, sollte seine Länge l weniger als 5 mm betragen, und seine Breite w sollte weniger als 1,5 mm betragen. Wenn jedoch ein AT-Schnitt-Quarzelement so geringer Größe für eine Obertonschwingung verwendet wird, tritt häufig eine Störschwingung neben dem Dickenschermodus der Hauptschwingung auf. Darüber hinaus tritt eine Kopplung zwischen der Störschwingung und der Hauptschwingung auf, und selbst eine geringe Temperaturänderung wie etwa 5°C bis 10°C verursacht einen Sprung der Schwingungsfrequenz. Für den Fall eines Quarzelements einer so geringen Größe ist eine optimale Form des Quarzelements, insbesondere hinsichtlich des Breiten /Dicken- Verhältnisses (des Verhältnisses der Breite w zur Dicke t) noch nicht bekannt, die zu einer kubischen Frequenz-Temperatur-Kennlinie führt, wie sie bei AT-Schnitt-Quarzschwingereinheiten wesentlich ist, und zwar in einem erforderlichen Temperaturbereich (etwa -20°C bis etwa +80°C).
Bei Quarzschwingern, die ein kleines Quarzelement verwenden, ist das Energieeinfangen des Dickenschermodus der Hauptschwingung oft unzureichend, was eine Verschlechterung des Resonanzwiderstands Rr verursacht. Bei kleinen Quarzelementen und Quarzschwingern, insbe­ sondere solchen, die in der Obertonschwingungsmode verwendet werden, sind der Einfluß ihrer Abmessungen, der Oberflächenrauhigkeit, der Breite der Elektroden und des Gewichts der Elektroden auf den Resonanzwiderstand Rr nicht bekannt.
Bei der Oberflächenverarbeitung ist es möglich, wenn die Oberflächenrauhigkeit verbessert wird, den Resonanzwiderstand Rr bei der Verarbeitung zu erhöhen. Der Resonanzwiderstand Rr variiert jedoch von Produkt zu Produkt. Beim Gebrauch solch eines Quarzelements geringer Größe führt daher eine einfache Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit nicht zur praktischen Herstellung leistungsfähiger Quarzelemente zu niedrigen Kosten, da die Erzielung einer ausrei­ chend hohen Produktionsausbeute unmöglich ist.
Aus der JP-A-2-198213 ist ein rechteckförmiges, im AT-Schnitt geschnittenes Kristallelement bekannt, das in einer Obertonschwingereinheit Verwendung findet und für dessen Breiten/Dickenverhältnis w/t verschiedene gültige Bereiche angegeben sind, nämlich die Bereiche 8,4 ± 0,2; 10,64 ± 0,2; 11,85 ± 0,15; 13,45 ± 0,15; 14,8 ± 0,2; 17,6 ± 0,2; 19,8 ± 0,2; und 20,9 ± 0,2. Die Länge des Kristallelements ist als kleiner als 8 mm definiert. Zur Oberflächenbeschaffenheit sind dieser Druckschrift keine näheren Angaben entnehmbar.
Aus der JP-A-64-58107 ist ein Kristallschwinger bekannt, der ein im AT-Schnitt geschnittenes Quarzelement enthält, hinsichtlich dessen Oberflächenrauhigkeit ein oberer Grenzwert von unter 0,2 µm angegeben ist. Allgemein wird bei der Herstellung solcher Quarzschwinger versucht, möglichst glatte Oberflächen zu erzielen, indem die Oberfläche einem Poliervorgang unterzogen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Quarzelement zu schaffen, das sich durch geringe Größe und geringes Gewicht auszeichnet und einen niedrigen Resonanzwiderstand Rr aufweist.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Das erfindungsgemäße Quarzelement ist so ausgebildet, daß es gute Temperatureigenschaften besitzt und im Oberton-Schwingungsmodus arbeiten kann und bei einer Vielzahl praktischer Anwendungen einsetzbar ist. Das Quarzelement kann als oberflächenmontierbares Bauelement in gleicher Weise wie ICs verwendet werden.
Mit der Erfindung werden weiterhin gemäß den Patentansprüchen 5, 7 und 14 ein Quarzschwinger, eine Quarzschwingereinheit bzw. ein Quarzoszillator geschaffen, die jeweils mit einem solchen Quarzelement ausgestattet sind und gleichfalls in der Form von oberflächenmontierbaren Bauelementen eingesetzt werden können. Diese Elemente weisen gleichfalls ausgezeichnete Temperatureigenschaften und niedrigen Resonanzwiderstand auf.
Weiterhin wird mit der Erfindung ein Herstellungsverfahren gemäß Patentanspruch 17 zur Herstellung eines solchen AT-Schnitt-Quarzelements geschaffen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Quarzschwingereinheit weist geringe Größe auf und kann bei einer hohen Frequenz schwingen. Das Quarzelement kann zur Erzeugung von Obertonschwingungen eingesetzt werden, wobei keine Kopplung mit Störschwingungen über den gesamten Temperaturbereich, innerhalb dessen eine das Quarzelement verwendende Quarzschwingereinheit erwartungsgemäß arbeitet, auftreten. Solch ein Quarzelement ist ein AT- Schnitt-Quarzelement mit rechteckiger Form zur Benutzung in einer dritten Obertonquarzschwingereinheit.
Vorzugsweise weist das Quarzelement eine Länge l längs der X-Achse im Bereich von 4000 µm bis 4700 µm und/oder eine Breite w im Bereich von 800 µm bis 1500 µm auf, so daß es eine Quarzschwingereinheit mit einem ausgezeichneten Resonanzwiderstand bilden kann.
Das Quarzelement zeichnet sich dadurch aus, daß seine Oberfläche geätzt ist, derart, daß die maximale Höhe Rmax seiner Oberflächenrauhigkeit (maximale Oberflächenrauhtiefe) im Bereich von 0,2 µm bis 0,7 µm oder mehr, vorzugsweise im Bereich von 0,3 µm bis 0,6 µm liegt, so daß es einen ausgezeichneten Resonanzwiderstand aufweist. Bei herkömmlichen Quarz­ elementen wird die Oberfläche so bearbeitet, daß sie möglichst flach wird, wodurch der Resonanzwiderstand verringert wird. Bei der vorliegenden Erfindung dagegen, wird die Ober­ flächenrauhigkeit gezielt in den oben beschriebenen Bereich gelegt, so daß nicht nur ein niedriger Resonanzwiderstand, sondern auch eine hohe Produktionsausbeute erreicht wird.
Bei der vorliegenden Erfindung werden Quarzelemente dadurch hergestellt, daß ein Quarzkristall in die Form eines AT-Schnitt-Wafers geschnitten und weiter geläppt und die Oberfläche des Wafers geätzt wird. Bei der Herstellung ist es bevorzugt, daß die Verringerung der Dicke pro Oberfläche, die von dem Ätzprozeß resultiert, d. h. die Hälfte der gesamten Dickenverringerung (nachfolgend als Ätzdicke bezeichnet) im Bereich von 0,5 µm bis 2,5 µm liegt, und es ist weiterhin bevorzugt, daß die maximale Oberflächenrauhtiefe Rmax im Zustand unmittelbar vor dem Ätzprozeß im Bereich von 0,3 µm bis 0,7 µm liegt. Bei dem unmittelbar vor dem Ätzprozeß durchgeführten Läpp-Oberflächenbehandlungsprozeß ist es wirkungsvoll, daß das Läppen unter Verwendung eines auf Aluminiumoxid basierenden Abriebstoffs mit einer mittleren Korngröße von 2,5 µm bis 3 µm ausgeführt wird. Der Ätzprozeß kann unter Verwendung von 10 bis 30 Gewichts% Flußsäure als Ätzmittel durchgeführt werden.
Was die Elektroden angeht, die auf den durch die Dicke des Quarzelements getrennten gegen­ überliegenden Oberflächen ausgebildet werden, so kann das Quarzelement mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis w/t im Bereich von 8,48 ± 0,05 ausgezeichnete Resonanz­ widerstands- und Temperaturcharakteristiken aufweisen, wenn die Elektroden so ausgebildet werden, daß die Breite W der Elektrode, in Z'-Achsenrichtung gemessen, kleiner ist als die Breite w des rechteckigen AT-Schnitt-Quarzelements, wobei die Zwischenräume zwischen den Kanten der Breite der Elektroden und den Kanten der Breite des AT-Schnitt-Quarzelements im Bereich von 75 µm bis 230 µm oder, bevorzugter, im Bereich von 75 µm bis 200 µm liegen. In ähnlicher Weise weisen rechteckige AT-Schnitt-Quarzelemente mit einem Breiten/Dicken- Verhältnis w/t im Bereich von 12,18 ± 0,05, 13,22 ± 0,07, 14,78 ± 0,07 oder 15,57 ± 0,07 ausgezeichnete Eigenschaften auf, wenn die oben beschriebenen Zwischenräume zwischen den Elektrodenkanten und den Quarzelementkanten im Bereich von 75 µm bis 340 µm oder, bevorzugter, 75 µm bis 200 µm liegen. Was die Dicke der Elektrodenfilme angeht, die beispielsweise durch Verdampfung abgeschieden werden, so kann eine ausgezeichnete Resonanzwiderstandscharakteristik erhalten werden, wenn die Dicke gezielt in einen solchen Bereich gebracht wird, daß die Änderung der Schwingungsfrequenz des rechteckigen AT- Schnitt-Quarzelements mit abgeschiedenen Elektrodenfilmen relativ zur Frequenz des recht­ eckigen AT-Schnitt-Quarzelements ohne Elektroden im Bereich von 7000 bis 30 000 ppm (Teile pro Million) liegt.
Wenn solch ein rechteckiges AT-Schnitt-Quarzelement zur Bildung einer Quarzschwingereinheit verwendet wird, dann ist es möglich, eine Quarzschwingereinheit zu erhalten, die eine geringe Größe und ein geringes Gewicht aufweist und in der Lage ist, bei einer hohen Frequenz zu schwingen. Was einen Tragmechanismus zum Tragen eines Quarzelements angeht, so kann das Quarzelement von Leitungsdrähten getragen werden, die an einem Ende jeder Elektrode des Quarzelements an dessen einem Ende in Richtung der X-Achse angeschlossen sind, wobei der Anschluß durch Löten oder einen leitenden Klebstoff erfolgen kann. Ferner kann das in oben beschriebener Weise hergestellte Quarzelement klein genug sein, um in einem Halter mit einem Durchmesser von 2,0 mm ± 0,2 mm und einer Länge von 6,0 mm ± 0,5 mm aufgenommen zu werden, wodurch eine stabile Schwingung bei einer hohen Frequenz erreicht wird. Der Quarzhalter kann mit einem Gießmaterial geformt oder vergossen werden. Ferner kann der Quarzhalter auch zusammen mit einer integrierten Schaltung einschließlich einer Oszillator­ schaltung geformt oder vergossen werden, wodurch man einen Quarzoszillator erhält, der zur Montage auf der Oberfläche einer Leiterplatte geeignet ist.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung detaillierter beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung, die den Umriß einer Ausführungsform eines gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Quarzelements zeigt,
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das einen Prozeß zur Herstellung eines Quarzelements, eines Quarzschwingers und einer Quarzschwingereinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
Fig. 3 ist eine Draufsicht, die den Aufbau eines Quarzschwingers gemäß einer Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die den Umriß einer Quarzschwingereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 5 ist eine schematisches Diagramm, das das Innere der Quarzschwingereinheit von Fig. 4, längs der Y-Achse gesehen, darstellt,
Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm, das das Innere der Quarzschwingereinheit von Fig. 4, längs der Z'-Achse gesehen, darstellt,
Fig. 7 ist eine Grafik, die die Temperaturkennlinien von Quarzschwingereinheiten darstellt, die unter Verwendung eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von etwa 12,18 hergestellt wurden,
Fig. 8 ist eine Grafik, die die Charakteristik in bezug auf die Kopplung mit Störschwingungen für Quarzschwingereinheiten zeigt, die unter Verwendung eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von etwa 12,18 hergestellt wurden,
Fig. 9 ist eine Grafik, die die Temperaturkennlinien von Quarzschwingereinheiten zeigt, die unter Verwendung eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von etwa 8,48 hergestellt wurden,
Fig. 10 ist eine Grafik, die die Charakteristik in bezug auf die Kopplung mit Störschwingungen für Quarzschwingereinheiten zeigt, die unter Verwendung eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von etwa 8,48 hergestellt wurden,
Fig. 11 ist eine Grafik, die die Temperaturkennlinien von Quarzschwingereinheiten zeigt, die unter Verwendung eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von etwa 15,57 hergestellt wurden,
Fig. 12 ist eine Grafik, die die Charakteristik in bezug auf die Kopplung mit Störschwingungen für Quarzschwingereinheiten zeigt, die unter Verwendung eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von etwa 15,57 hergestellt wurden,
Fig. 13 ist eine Grafik, die die Charakteristik in bezug auf die Kopplung mit Störschwingungen für Quarzschwingereinheiten zeigt, die unter Verwendung eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von etwa 13,22 hergestellt wurden,
Fig. 14 ist eine Grafik, die die Charakteristik in bezug auf die Kopplung mit Störschwingungen für Quarzschwingereinheiten zeigt, die unter Verwendung eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von etwa 14,78 hergestellt wurden,
Fig. 15 ist eine Grafik, die Frequenzbereiche zeigt, die von Quarzschwingereinheiten abgedeckt werden können, welche unter Verwendung eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis, wie es in den voranstehenden Figuren gezeigt ist, hergestellt wurden,
Fig. 16 ist eine Grafik, die den Zusammenhang zwischen der Länge l und dem Resonanz­ widerstand Rr eines Quarzelements zeigt,
Fig. 17 ist eine Grafik, die den Zusammenhang zwischen der Breite w und dem Resonanz­ widerstand Rr eines Quarzelementes zeigt,
Fig. 18 ist eine Grafik, die den Zusammenhang zwischen dem Resonanzwiderstand Rr und der Oberflächenrauhigkeit der geätzten Oberfläche eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von 12,18 zeigt,
Fig. 19 ist eine Grafik, die den Zusammenhang zwischen dem Resonanzwiderstand Rr und der Oberflächenrauhigkeit der geätzten Oberfläche eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von 8,48 zeigt,
Fig. 20 ist eine Grafik, die den Zusammenhang zwischen dem Resonanzwiderstand Rr und der Oberflächenrauhigkeit der geätzten Oberfläche eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von 15,57 zeigt,
Fig. 21 ist eine Grafik, die die Änderungen des Resonanzwiderstands Rr für zwei Gruppen von Quarzelementen zeigt, das eine ist nach Polieren geätzt, das andere nach Läppen,
Fig. 22 ist eine Grafik, die den Zusammenhang zwischen der Oberflächenrauhigkeit und der Ätzdicke eines Quarzelements zeigt,
Fig. 23 ist eine Grafik, die den Zusammenhang zwischen der Ätzdicke und dem Resonanz­ widerstand Rr zeigt,
Fig. 24 ist eine Grafik, die für verschiedene Zwischenräume D die Temperaturkennlinien von Quarzschwingereinheiten zeigt, welche unter Verwendungen eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von 12,18 hergestellt wurden,
Fig. 25 ist eine Grafik, die für verschiedene Zwischenräume D die Temperaturkennlinien von Quarzschwingereinheiten zeigt, welche unter Verwendungen eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von 8,48 hergestellt wurden,
Fig. 26 ist eine Grafik, die für verschiedene Zwischenräume D die Temperaturkennlinien von Quarzschwingereinheiten zeigt, welche unter Verwendungen eines Quarzelements mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis E von 15,57 hergestellt wurden,
Fig. 27 ist eine Grafik, die den Zusammenhang zwischen dem Resonanzwiderstand Rr und dem Zwischenraum D zwischen der Kante der Elektroden und der Kante des Quarz­ elements zeigt,
Fig. 28 ist eine Grafik, die den Zusammenhang zwischen dem Resonanzwiderstand Rr und der Frequenzänderung zeigt, die auftritt, wenn eine Elektrode abgeschieden wird,
Fig. 29 ist ein schematisches Diagramm, die eine mit Harz vergossene Quarzschwingereinheit zeigt, wobei ein Teil des Quarzschwingers zur vereinfachten Darstellung entfernt ist, und
Fig. 30 ist eine Schnittansicht eines Quarzoszillators, der eine Quarzschwingereinheit und einen mit einer Oszillatorschaltung versehenen IC aufweist, die mit Harz vergossen sind.
Herstellungsverfahren einer Quarzschwingereinheit
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Quarzelement 1 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung, ist das Quarzelement 1 aus einem Einkristallquarz herausgeschnitten und in eine Rechteckform gebracht, wodurch ein rechteckiges AT-Schnitt-Quarzelement mit der Länge l längs der X-Achse, der Dicke t längs der Y'-Achse und der Breite w längs der Z'-Achse gebildet wird, wobei das Koordinatensystem XY'Z' gemäß Darstellung in Fig. 1 definiert ist.
Fig. 2 stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzelements, eines Quarzschwingers und einer Quarzschwingereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Zunächst wird im Schritt 11 ein Einkristallquarz unter einem gewünschten Winkel in die Form von Wafern geschnitten (AT- Schnitt). Im Schritt 12 wird die Oberfläche eines Wafers einem groben Läppen mit einem Siliziumkarbidschmirgelstoff mit einer Korngröße der #1500 oder einer ähnlichen Korngröße unterzogen. Im Schritt 13 wird die Oberfläche weiterhin einem Endbehandlungsläppen mit einem Schmirgelstoff auf der Basis von Alumiumoxid unterzogen, dessen mittlere Korngröße im Bereich von 2,5 µm bis 3 µm liegt. Bei diesem Endbehandlungsläpprozeß wird die Oberfläche des Wafers so geläppt, daß die maximale Oberflächenrauhtiefe Rmax des Wafers weniger als 0,7 µm wird. Bei den hier beschriebenen Experimenten wurde die maximale Oberflächenrauh­ tiefe Rmax unter Verwendung eines Oberflächenrauhigkeitmeßinstruments mit dem Namen "Talysurf 6" hergestellt von Rank-Taylor-Hobson Co. gemessen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken wird bei der vorliegenden Erfindung Polieren unter Verwendung eines Polierabriebmittels bei dem Endbehandlungsläpprozeß bei der Oberfläche des Quarzelements 1 nicht ausgeführt. Ein Zwischenläpprozeß kann je nach Bedarf zwischen den Schritten 12 und 13 ausgeführt werden, und zwar unter Verwendung eines Siliziumkarbid­ schmirgelstoffs mit einer Korngröße der #3000 oder einer ähnlichen Korngröße. Im Schritt 14 wird dann eine Vielzahl geläppter Wafer aneinander befestigt, und die aneinander befestigten Wafer werden zu Quarzelementen gewünschter Abmessungen oder eines gewünschten Breiten/Dicken-Verhältnisses und einer gewünschten Länge geschnitten. D. h., im Schritt 15 werden die Wafer längs Ebenen senkrecht zur X-Achse zum Erhalt von X-Schnitt-Abschnitten geschnitten. In den Schritten 16 und 17 werden dann die durch das Schneiden freigelegten Oberflächen unter denselben Bedingungen wie in den Schritten 12 und 13 geläppt. Nach Abschluß des Läpprozesses an den senkrecht zur X-Achse liegenden Oberflächen werden die Wafer im Schritt 18 längs Ebenen senkrecht zur Z-Achse geschnitten, so daß Z-Schnitt- Abschnitte erhalten werden. Weiterhin werden die durch das Schneiden freigelegten Ober­ flächen in den Schritten 19 und 20 in gleicher Weise geläppt wie bei den oben beschriebenen Schritten.
Obwohl die Wafer, wenn sie aus einem Einkristallquarz geschnitten werden, eine ziemliche Größe wie etwa einige 10 mm2 aufweisen, haben ihre Stirnflächen eine sehr kleine Größe, die der Größe eines herzustellenden endgültigen Quarzelements entspricht. Zur Vermeidung einer Schwierigkeit bei der Verarbeitung solcher kleiner Stirnflächen, wird eine Vielzahl von Wafern mittels Bienenwachses oder ähnlichem aneinander befestigt und dann in eine Vielzahl einzelner Elemente geschnitten. Ihre geschnittenen Stirnflächen werden dann geläppt, so daß die gewünschte Oberflächenflachheit an den kleinen Stirnflächen der Quarzelemente erreicht wird.
Nach dem Läpprozeß an den Stirnflächen, werden die Quarzelemente im Schritt 21 von einander getrennt und dann im Schritt 22 gesäubert. Die Länge l und die Breite w der Quarzelemente werden unter Verwendung einer Meßuhr mit 1 µm Genauigkeit gemessen, wobei die Skala der Meßuhr vor jeder Messung mit einem Standardparallelendmaß kalibriert wird. Die Dicke t wird gemessen, indem ein Quarzelement ohne Elektroden an einem Rohelementoszillator montiert und seine Schwingungsfrequenz ausgewertet wird. D. h., die Dicke t kann durch Einsetzen der gemessenen Schwingungsfrequenz in folgende Gleichung erhalten werden:
t = 3 × C/f (1)
wobei C die Frequenzkonstante für die Grundschwingung, d. h. 1670 µm • MHz ist und f die dritte Obertonschwingungsfrequenz des Quarzelementes ist. Die Schwingungsfrequenz wird mit einer Genauigkeit von 1 KHz gemessen, und die Dicke t (µm) wird aufgrund der gemessenen Schwingungsfrequenz bestimmt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Quarzelement entsprechend dem oben beschriebenen Prozeß so geformt, daß es ausreichend kleine Abmessungen aufweist, um in einem Zylinder mit etwa 2 mm Durchmesser und etwa 6 mm Länge aufgenommen zu werden. Unter Berücksichtigung der Abmessungen einer Basis zum Tragen des Quarzelements beträgt die obere Grenze der Länge l des Quarzelements 4700 µm. Die obere Grenze der Breite w beträgt 1500 µm und wird von dem Innendurchmesser des Halters bestimmt.
Im Schritt 23 wird dann jedes Quarzelement geätzt. Bei diesem Ätzprozeß wird 10-30%ige Flußsäure als Ätzmittel verwendet. Durch das Ätzen wird der Bereich von Spannungen und Schäden entfernt, die durch den Läpprozeß hervorgerufen wurden.
Im Schritt 24 wird ein Elektrodenmaterial auf beiden durch die Dicke t getrennten Oberflächen durch Verdampfung oder Sputtern abgeschieden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Elektrode durch Abscheidung von Chrom, Nickel, Silber oder Gold oder andernfalls durch Abscheiden dieser Materialien eines auf dem anderen in der Form eines Mehrschichtaufbaus ausgebildet.
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das einen Quarzschwinger 5 darstellt, der ein Quarz­ element 1 mit abgeschiedenen Elektroden enthält. Bei dem Quarzschwinger der vorliegenden Er­ findung wird eine Anregungselektrode 2 nahezu rechteckiger Form mit einer Breite W in einem im wesentlichen zentralen Bereich der Oberfläche des Quarzelements 1 ausgebildet, so daß sich die Anregungselektrode 2 längs der Länge des Quarzelements erstreckt. Zusätzlich wird eine Verbindungselektrode 3 von der Anregungselektrode 2 in Richtung auf eine Ecke 1a an einem Ende der Länge des Quarzelements ausgebildet. Ferner wird eine Verbindungselektrode 3 in einer Ecke 1b neben der Ecke 1a ausgebildet, wobei die Verbindungselektrode 3 mit einer auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Quarzelements 1 ausgebildeten Anregungselektrode verbunden wird.
Die Ausbildung dieser Verbindungs- oder Anschlußelektroden wird so gesteuert, daß der Zwischenraum D zwischen der Längskante 2a der auf der Oberfläche des Quarzelements ausgebildeten Elektrode und der Längskante 1c des Quarzelements einen vorbestimmten Wert aufweist, während die Filmdicke der Elektrode durch Überwachung der Schwingungsfrequenz des Quarzelements 1 während des Abscheidungsprozesses so gesteuert wird, wie dies später detaillierter beschrieben wird.
Im Schritt 25 werden dann Leitungen an die jeweiligen Verbindungselektroden angeschlossen, wobei die Leitungen nicht nur als elektrische Wege zur Lieferung eines Stroms an die Elektroden, sondern auch als Tragelemente zum mechanischen Tragen des Quarzschwingers dienen. Die Leitungen können mit den Elektroden mittels Lötens oder eines leitenden Klebstoffs verbunden werden, wie eines silbergefüllten Epoxy-Klebstoffs oder eines Klebstoffs auf Polyimidbasis.
Im Schritt 26 wird die Schwingungsfrequenz der Quarzschwingereinheit dadurch endgültig justiert, daß eine geringe Menge Silber auf der Elektrode abgeschieden wird oder ein Ober­ flächenabschnitt der Elektrode leicht entfernt wird. Im Schritt 27 wird der Quarzschwinger in einen zylindrischen Halter eingesetzt, wobei das Einsetzen in einer Vakuumkammer unter Erhitzung des Quarzschwingers ausgeführt wird, so daß adsorbiertes Gas entfernt wird. Der Halter wird dann in einer Vakuumatmosphäre abgedichtet und damit eine fertigestellte Quarz­ schwingereinheit erhalten. Das Abdichten kann auch in einer inerten Gasatmosphäre anstelle eines Vakuums durchgeführt werden.
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das die Quarzschwingereinheit darstellt, und Fig. 5 und 6 zeigen seine Querschnitte. Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält die Quarz­ schwingereinheit 10 einen zylindrischen Halter 9 mit einem Durchmesser von 2,0 mm ± 0,2 mm und einer Länge von 6,0 mm ± 0,5 mm. Der Quarzschwinger 5 ist in dem Halter 9 untergebracht und der Halter 9 dann abgedichtet. Die Verbindungselektroden 3 sind mit den jeweiligen Leitungen 4 verbunden. Die Leitungen 4 erstrecken sich zur Außenseite des Halters 9 durch die Basis 6, so daß die für das Schwingen erforderliche elektrische Leistung dem Quarz­ schwinger 5 über die Leitungen 4 zugeführt werden kann.
Auf diese Weise wird eine dritte Oberton-Quarzschwingereinheit gemäß der Erfindung zusammengesetzt und im Schritt 28 einem endgültigen Test in bezug auf die Frequenz, den Resonanzwiderstand Rr, der ein Ersatzreihenwiderstand Rr ist, der auftritt, wenn die Quarz­ schwingereinheit im Schwingungsbetrieb ist, die Temperatureigenschaften, wie etwa die Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz und des Resonanzwiderstands Rr von der Temperatur, etc. durchgeführt.
Temperaturkennlinien
Obwohl AT-Schnitt-Quarzelemente verschiedene Schwingungsmoden aufweisen, ist der bei rechteckigen AT-Schnitt-Quarzelementen auftretende Hauptschwingungsmodus der Dicken­ schermodus. Die anderen Modi wie der Flächenschermodus oder der Biegemodus wirken als Störschwingungen. Es ist sehr wichtig, das Breiten/Dicken-Verhältnis auf einen Wert einzu­ stellen, der diese Störschwingungen über die gesamte Betriebstemperatur unterdrücken kann. Die mit jedem Modus verbundene Frequenz kann berechnet werden. Zusätzlich zu den voraus­ sagbaren Schwingungen tritt jedoch eine Kopplung mit Störschwingungen auf. Die Kopplung hängt von der Form und den Abmessungen eines Quarzelements ab und kann nicht durch Rechnung vorherbestimmt werden. Insbesondere im Fall eines AT-Schnitt-Quarzelements geringer Größe, wie das oben beschriebene, war ein optimales Breiten/Dicken-Verhältnis E (w/t), das die Störschwingungen auf einen in praktischen Anwendungen erforderlichen ausreichend niedrigen Wert unterdrücken kann, nicht bekannt. Im Hinblick auf das Obige hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Menge Quarzelemente mit verschiedenen Abmessungen, die gemäß dem oben beschrieben Herstellungsverfahren hergestellt wurden, bewertet und war erfolgreich in der Bestimmung eines optimalen Breiten/Dicken-Verhältnisses E, das die Störschwingungen über den gesamten Bereich der Betriebstemperatur unterdrücken kann.
Beispiel 1
Fig. 7 zeigt die Temperaturkennlinien von Quarzschwingereinheiten, wobei einer ein Breiten/Dicken-Verhältnis E von 12,18 und die anderen einen Wert nahe 12,18 aufweisen und wobei diese Quarzschwingereinheiten nach dem oben beschriebenen Fabrikationsverfahren so hergestellt wurden, daß sie bei einer Frequenz f von 55,0 MHz in der dritten Obertonmode schwingen. Die Länge l des in diesen Quarzschwingereinheiten verwendeten Quarzelementes beträgt 4200 µm und die Breite w ist etwa 1100 µ, wobei die Breite w so eingestellt ist, daß sie bei der gegebenen Frequenz f nach Maßgabe der folgenden Gleichung schwingen
w = E × (3 × C/f) (2)
Fig. 7(b) zeigt die Temperaturkennlinien einer Quarzschwingereinheit mit einem Quarzelement, dessen Breiten/Dicken-Verhältnis gerade 12,18 beträgt. Wie aus der Figur ersichtlich, stellt die Frequenz-Temperatur-Kennlinie dieser Quarzschwingereinheit eine stabile kubische Kurve dar, die in dem AT-Schnitt-Quarzelement vorherrscht. Andere Schwingungsmodi oder die Kopplung mit den Störschwingungen werden im Temperaturbereich von -45°C bis +95°C nicht beobachtet. Der Resonanzwiderstand Rr hat eine Wert von nur 40 Ω und ist im wesentlichen konstant, was bedeutet, daß keine Kopplung mit den Störschwingungen vorhanden ist. Zur Bewertung wurden unter Verwendung des Meßsystems MODEL 2100 das von der Sunders Co. hergestellt wird, der Resonanzwiderstand Rr und die Frequenzabweichung von einer Bezugs­ frequenz bei 25°C, wie sie durch die folgende Gleichung (3) definiert wird, gemessen:
Frequenzabweichung = (fT-f25)/f25 (3)
wobei fT die Schwingungsfrequenz bei einer beliebigen Temperatur ist, während f25 die Schwingungsfrequenz bei 25°C ist. Bei den anderen später beschriebenen Beispielen erfolgte die Bewertung auf gleiche Weise.
Fig. 7(a) zeigt die Temperaturkennlinien einer Quarzschwingereinheit mit einem Quarzelement dessen Breiten/Dicken-Verhältnis 12,13 beträgt und Fig. 7(c) zeigt die Temperaturkennlinien einer Quarzschwingereinheit mit einem Quarzelement, dessen Breiten/Dicken-Verhältnis 12,23 beträgt. Diese beiden Muster wurden in gleicher Weise hergestellt und bewertet wie das oben beschriebene erste. In den Temperaturkennlinien der Quarzschwingereinheit mit dem Breiten/Dicken-Verhältnis 12,13 beobachtet man bei Temperaturen nahe -25°C eine Kopplung mit der Störschwingung. Im Fall der Quarzschwingerheit mit dem Breiten/Dicken-Verhältnis von 12,23 ist andererseits eine Kopplung mit der Störschwingung bei Temperaturen nahe 95°C zu beobachten. Dies bedeutet, daß falls das Breiten/Dicken-Verhältnis gezielt in den Bereich von 12,13 bis 12,23 gebracht wird, eine stabile Schwingung über den erforderlichen Temperatur­ bereich von -20°C bis +80°C ohne Kopplung mit den Störschwingungen erreicht werden kann. Keine Kopplung mit den Störschwingungen tritt über den erforderlichen Temperaturbereich von -20°C bis +80°C auf.
Fig. 8 faßt die Temperaturkennlinien der Quarzschwingereinheiten mit unterschiedlichen Breiten/Dicken-Verhältnissen nahe 12,18 zusammen, wobei ausgezogene Linien solche Bereiche repräsentieren, wo eine Kopplung mit den Störschwingungen beobachtet wird. Wie oben beschrieben, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung experimentell den optimalen Bereich des Breiten/Dicken-Verhältnisses des Quarzelements bestimmt, in welchem die das Quarz­ element verwendende Quarzschwingereinheit keine Kopplung mit den Störschwingungen über den erforderlichen Temperaturbereich von -20°C bis +80°C aufweist. D. h., der optimale Bereich des Breiten/Dicken-Verhältnisses beträgt 12,18 ± 0,05, wie durch die Fläche repräsen­ tiert, die mit den abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linien in Fig. 8 umrundet ist.
Beispiel 2
Fig. 9 zeigt die Temperaturkennlinien von Quarzschwingereinheiten, wobei einer ein Breiten/Dicken-Verhältnis E von 8,48 und die anderen einen Wert nahe 8,48 aufweisen und wobei diese Quarzschwingereinheiten entsprechend dem oben beschriebenen Fabrikations­ verfahren so hergestellt wurden, daß sie bei einer Frequenz f von 41,667 MHz in der dritten Obertonmode schwingen. Die Länge l des in diesen Quarzschwingereinheiten verwendeten Quarzelements beträgt 4200 µm, und die Breite w ist etwa 1020 µm, wobei die Breite w wie bei dem oben beschriebenen ersten Beispiel so eingestellt ist, daß sie bei der gegeben Frequenz f schwingen. Fig. 9(b) zeigt die Temperaturkennlinien einer Quarzschwingereinheit mit einem Quarzelement, dessen Breiten/Dicken-Verhältnis gerade 8,48 beträgt. Die Kennlinien in bezug auf die Frequenzabweichung und den Resonanzwiderstand Rr zeigen an, daß keine anderen Schwingungsmodi auftreten, d. h. daß es keine Kopplung mit den Störschwingungen über den Temperaturbereich von -45°C bis +95°C gibt. Der Resonanzwiderstand Rr hat einen Wert von nur etwa 50 Ω und ist im wesentlichen konstant.
Fig. 9(a) zeigt die Temperaturkennlinien einer Quarzschwingereinheit mit einem Quarzelement, dessen Breiten/Dicken-Verhältnis 8,43 beträgt, und Fig. 9(c) zeigt die Temperaturkennlinien einer Quarzschwingerheit mit einem Quarzelement, dessen Breiten/Dicken-Verhältnis 8,53 beträgt. Diese beiden Muster wurden auf gleiche Weise wie das oben beschriebene erste her­ gestellt und bewertet. In der Temperaturkennlinie der Quarzschwingereinheit mit dem Breiten/Dicken-Verhältnis von 8,43 wird eine Kopplung mit der Störschwingung bei Tempera­ turen nahe -25°C beobachtet. Im Fall der Quarzschwingereinheit mit dem Breiten/Dicken- Verhältnis von 8,53 ist andererseits eine Kopplung mit der Störschwingung bei 80°C oder mehr zu beobachten. Wenn daher das Breiten/Dicken-Verhältnis des Quarzelements gezielt in den Bereich von 8,43 bis 8,53 gebracht wird, dann kann man über den erforderlichen Temperatur­ bereich von -20°C bis +80°C eine stabile Schwingung ohne Kopplung mit den Stör­ schwingungen erreichen.
Fig. 10 faßt die Temperaturkennlinien der Quarzschwingereinheiten mit unterschiedlichen Breiten/Dicken-Verhältnissen nahe 8,43 zusammen, wobei ausgezogene Linien solche Bereiche repräsentieren, in denen eine Kopplung mit den Störschwingungen beobachtet wird. Wie aus Fig. 10 ersichtlich, zeigen die von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgeführten Experimente deutlich einen optimalen Bereich des Breiten/Dicken-Verhältnisses des Quarz­ elements, innerhalb dessen die das Quarzelement verwendende Quarzschwingereinheit keine Kopplung mit den Störschwingungen über den erforderlichen Temperaturbereich von -20°C bis +80°C aufweist. D. h., der optimale Bereich des Breiten/Dicken-Verhältnisses beträgt 8,48 ± 0,05, wie durch die Fläche repräsentiert, die von den abwechselnd kurz und lang gestrichelten Linien in Fig. 10 umrundet ist.
Beispiel 3
Fig. 11 zeigt die Temperaturkennlinien von Quarzschwingereinheiten, wobei einer ein Breiten/Dicken-Verhältnis E von 15,57 und die anderen einen Wert nahe 15,57 aufweisen, und wobei die Quarzschwingereinheiten gemäß dem oben beschriebenen Fabrikationsverfahren so hergestellt wurden, daß sie bei einer Frequenz f von 71,730 MHz in der dritten Obertonmode schwingen. Die Länge l des in diesen Quarzschwingereinheiten verwendeten Elements beträgt 4200 µm, und die Breite w liegt bei etwa 1080 µm, wobei die Breite w wie in den oben beschriebenen vorherigen Beispielen so eingestellt ist, daß sie bei der gegebenen Frequenz schwingen. Fig. 11(b) zeigt die Temperaturkennlinien einer Quarzschwingereinheit mit einem Quarzelement, dessen Breiten/Dicken-Verhältnis gerade 15,57 beträgt. Die Kennlinien bezüglich sowohl der Frequenzabweichung als auch des Resonanzwiderstandes Rr zeigen, daß keine anderen Schwingungsmodi auftreten, d. h. daß über den Temperaturbereich von +45°C bis +95°C keine Kopplung mit den Störschwingungen auftritt. Der Resonanzwiderstand Rr beträgt nur etwa 40 Ω und ist im wesentlichen konstant.
Fig. 11 (a) zeigt die Temperaturkennlinien einer Quarzschwingereinheit mit einem Quarzelement, dessen Breiten/Dicken-Verhältnis 15,50 beträgt und Fig. 11(c) zeigt die Temperaturkennlinien einer Quarzschwingereinheit mit einem Quarzelement, dessen Breiten/Dicken-Verhältnis 15,64 beträgt. Diese beiden Muster wurden auf gleiche Weise wie das oben beschriebene erste her­ gestellt und bewertet. In den Temperaturkennlinien der Quarzschwingereinheit mit dem Breiten/Dicken-Verhältnis von 15,50 ist nahe -30°C eine Kopplung mit der Störschwingung zu beobachten. Im Fall der Quarzschwingereinheit mit dem Breiten/Dicken-Verhältnis von 15,64 ist andererseits eine Kopplung mit der Störschwingung bei 90°C oder mehr zu beobachten. Wenn daher das Breiten/Dicken-Verhältnis des Quarzelements gezielt in den Bereich von 15,50 bis 15,64 gebracht wird, kann man die stabile Schwingung über den erforderlichen Temperatur­ bereich von -20°C bis +80°C ohne Kopplung mit den Störschwingungen erhalten.
Fig. 12 faßt die Temperaturkennlinien der Quarzschwingereinheiten mit unterschiedlichen Breiten/Dicken-Verhältnissen nahe 15,57 zusammen, wobei ausgezogene Linien solche Bereiche repräsentieren, in denen eine Kopplung mit den Störschwingungen beobachtet wird. Wie aus Fig. 12 ersichtlich, zeigen die von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgeführten Experimente deutlich einen optimalen Bereich des Breiten/Dicken-Verhältnisses des Quarz­ elements, innerhalb dessen der das Quarzelement verwendende Quarzschwinger über den erforderlichen Temperaturbereich von -20°C bis +80°C keine Kopplung mit den Stör­ schwingungen zeigt. D. h., der optimale Bereich des Breiten/Dicken-Verhältnisses beträgt 15,57 ± 0,07, wie durch die Fläche repräsentiert, die von den abwechselnd lang und kurz gestrichel­ ten Linien in Fig. 12 umrundet ist.
Beispiel 4
Fig. 13 faßt die Temperaturkennlinien von Quarzschwingereinheiten zusammen, die mit Quarz­ elementen unterschiedlicher Breiten/Dicken-Verhältnisse nahe 13,22 versehen sind, welche eine Länge l von 4200 µm und eine Breite w von etwa 11 00 µm aufweisen, wobei die Fein­ einstellung der Breite w so ausgeführt ist, daß sie bei einer Frequenz von 60,0 MHz in der dritten Obertonmode schwingen. Auch in diesem Bereich nahe 13,22 zeigen, wie aus Fig. 13 ersichtlich, die von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführten Experimente deutlich einen optimalen Bereich des Breiten/Dicken-Verhältnisses E des Quarzelements, inner­ halb dessen die das Quarzelement verwendende Quarzschwingereinheit über den erforderlichen Temperaturbereich von -20°C bis +80°C keine Kopplung mit den Störschwingungen aufweist. D. h., der optimale Bereich des Breiten/Dicken-Verhältnisses beträgt 13,22 ± 0,07 wie durch die Fläche repräsentiert, die in Fig. 13 durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linien umrundet ist.
Beispiel 5
Fig. 14 faßt die Temperaturkennlinien von Quarzschwingereinheiten zusammen, die mit Quarz­ elementen verschiedenes Breiten/Dicken-Verhältnisse E nahe 14,78 versehen sind, welche eine Länge l von 4200 µm und bei Breite w von etwa 1110 µm aufweisen, wobei die Feineinstellung der Breite w so ausgeführt ist, daß sie bei einer Frequenz von 66,667 MHz in der dritten Ober­ tonmode schwingen. Wie aus Fig. 14 ersichtlich, zeigen die von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgeführten Experimente deutlich auch in diesem Bereich nahe 14,78 einen optima­ len Bereich des Breiten/Dicken-Verhältnisses E des Quarzelements, innerhalb dessen die das Quarzelement verwendende Quarzschwingereinheit keine Kopplung mit den Störschwingungen über den erforderlichen Temperaturbereich von -20°C bis +80°C aufweist. D. h., der optimale Bereich des Breiten/Dicken-Verhältnisses beträgt 14,78 ± 0,07, wie durch die Fläche repräsen­ tiert, die in Fig. 14 durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linien umrundet ist.
Wie oben beschrieben, war der Erfinder der vorliegenden Erfindung nach Durchführung wieder­ holter Experimente darin erfolgreich, kleine Quarzelemente zu erzielen, die nach dem früher beschriebenen Fabrikationsverfahren hergestellt wurden, und für Schwingungen in der dritten Obertonmode ohne Kopplung mit den Störschwingungen verwendet werden können, und zwar indem das Breiten/Dicken-Verhältnis E gezielt in die speziellen Bereiche um die speziellen Mittelwerte gebracht wurde.
Fig. 15 zeigt die Temperaturbereiche, die von den Quarzschwingereinheiten abgedeckt werden können, die mit einem Quarzelement versehen sind, das Abmessungen aufweist, die klein genug sind, damit es in einem zylindrischen Halter mit einem Durchmesser von 2 mm entsprechend den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung untergebracht werden kann. Aus Fig. 15 ist ersichtlich, daß ein weiter Bereich von etwa 30 MHz bis 90 MHz von den Quarzschwinger­ einheiten abgedeckt werden kann, die ein Quarzelement mit einer Breite im Bereich von 800 µm bis 1500 µm verwenden und ein Breiten/Dicken-Verhältnis aufweisen, das geeignet ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus 8,48, 12,18, 13,22, 14,78 und 15,57.
Einfluß der Form auf den Resonanzwiderstand Rr
Anhand der oben beschriebenen Experimente wurden die optimalen Bereiche des Breiten/Dicken-Verhältnisses ermittelt, die es einem kleinen rechteckigen AT-Schnitt-Quarz­ element ermöglichen, in der Obertonmode stabil zu schwingen. Damit werden die Form von Quarzelementen und andere Faktoren studiert, damit ein niedrigerer Resonanzwiderstand Rr erreicht wird, der zur Benutzung der mit einem solchen Quarzelement versehenen Quarz­ schwingereinheit bei praktischen Anwendungen wichtig ist.
Beispiel 6
Fig. 16 faßt die experimentellen Ergebnisse hinsichtlich des Resonanzwiderstands einer Quarz­ schwingereinheit zusammen, die mit Quarzelementen verschiedener Längen l versehen sind, welche nach dem früher beschriebenen Verfahren hergestellt wurden. In dieser Figur sind die Ergebnisse für drei typische Werte des Breiten/Dicken-Verhältnisses E eines Quarzelements aufgetragen: 8,48 zur Verwendung bei einer ziemlich niedrigen Frequenz (f = 41,667 MHz), 12,18 zur Verwendung bei einer mittleren Frequenz (f = 55,0 MHz) und 15,57 zur Verwendung bei einer hohen Frequenz (f = 71,730 MHz). Die Breite w jedes Quarzelements wurde so eingestellt, daß die Quarzschwingereinheit bei einer gegebenen Frequenz schwingt.
Allgemein wird ein Quarzschwinger so ausgelegt, daß er einen Resonanzwiderstand Rr von etwa 60 Ω oder weniger aufweist. Wie aus Fig. 16 ersichtlich, kann, wenn das Breiten/Dicken- Verhältnis 15,57 beträgt, die obige Forderung in bezug auf den Resonanzwiderstand Rr erfüllt werden, falls die Länge l des Quarzelements größer als 3000 µm ist. Im Fall, wo das Breiten/Dicken-Verhältnis 12,18 beträgt, kann die obige Forderung hinsichtlich des Resonanz­ widerstand Rr erfüllt werden, falls die Länge l des Quarzelements größer als 3500 µm ist. In dem Fall, wo das Breiten/Dicken-Verhältnis 8,48 beträgt, kann die Forderung erfüllt werden, wenn die Länge l des Quarzelements größer als 4000 µm ist. Unabhängig davon also, welches Breiten/Dicken-Verhältnis der in den obigen Beispielen 1 bis 5 beschriebenen Werte das Quarz­ element aufweist, wird der Resonanzwiderstand Rr niedrig genug sein, wenn die Länge l des Quarzelements größer als 4000 µm ist.
Damit andererseits das Quarzelement in einem zylindrischen Halter mit einer Länge von etwa 6 mm aufgenommen werden kann, ist es wünschenswert, daß die Länge l weniger als etwa 4700 µm beträgt.
Beispiel 7
Fig. 17 zeigt den Resonanzwiderstand der Quarzschwingereinheiten, die mit Quarzelementen verschiedener Breiten w hergestellt wurden, wobei die Quarzschwingereinheiten entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren gefertigt wurden. In dieser Figur sind die Ergebnisse für drei typische Werte des Breiten/Dicken-Verhältnisses E des Quarzelements aufgetragen: 8,48 zur Benutzung bei einer ziemlich niedrigen Frequenz, 12,18 zur Benutzung bei einer mittleren Frequenz und 15,57 zur Benutzung bei einer hohen Frequenz. Die Länge l des Quarzelements ist zu 4200 µm festgelegt.
Wie aus Fig. 17 ersichtlich, ist es, wenn das Breiten/Dicken-Verhältnis 15,57 oder 12,18 beträgt, falls das Quarzelement eine Breite w größer als 700 µm aufweist, möglich eine ausgezeichnete Quarzschwingereinheit mit einem Resonanzwiderstand Rr kleiner als 60 Ω zu erzielen. In dem Fall, wo das Breiten/Dicken-Verhältnis 8,48 beträgt, wird, wenn die Breite w größer als 800 µm ist, der Resonanzwiderstand Rr kleiner als 60 Ω. Unabhängig also welches Breiten/Dicken-Verhältnis von den bei den obigen Beispielen 1 bis 5 beschriebenen Werten das Quarzelement aufweist, wird der Resonanzwiderstand Rr klein genug sein, falls die Breite w des Quarzelements größer als 800 µm ist.
Damit andererseits das Quarzelement in einem zylindrischen Halter mit einem Durchmesser von etwa 2 mm aufgenommen werden kann, ist es wünschenswert, daß die Breite w weniger als etwa 1500 µm beträgt.
Einfluß der Oberflächenrauhigkeit auf den Resonanzwiderstand Rr Beispiel 8
Fig. 18 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Resonanzwiderstand der Quarzschwinger­ einheit und der Oberflächenrauhigkeit des zur Herstellung der Quarzschwingereinheit verwende­ ten Quarzelements, wobei die Oberflächenrauheit unmittelbar nach dem Ätzen der Oberfläche des Quarzelements bewertet wurde. Das Breiten/Dicken-Verhältnis E ist 12,18, und die Breite w ist so eingestellt, daß die Quarzschwingereinheit bei 55,0 MHz in der dritten Obertonmode schwingt. Die Länge l jedes verwendeten Quarzelements beträgt 4200 µm. In Fig. 18 ist die Oberflächenrauhigkeit nach Beendigung des Ätzprozesses in dem früher beschriebenen Schritt 23 gemessen, wobei die Oberflächenrauhigkeit anhand der maximalen Oberflächenrauhtiefe bewertet wird. Das Quarzelement mit einer maximalen Rauhtiefe Rmax von 0,1 µm ist jedoch durch einen Prozeß gefertigt, der sich von dem oben beschriebenen Prozeß für die anderen Muster darin unterscheidet, daß die Oberfläche wie bei den herkömmlichen Techniken vor dem Ätzprozeß poliert wird. In Fig. 18 repräsentieren ausgefüllte Kreise Mittelwerte von Resonanzwiderständen Rr, und die Länge der ausgezogenen Linien repräsentiert die Schwankungen der Meßwerte.
Aus Fig. 18 ist ersichtlich, daß, obwohl die Muster, deren Oberflächen im Oberflächenend­ behandlungsprozeß poliert wurden, einen niedrigen Resonanzwiderstand Rr aufweisen, der Resonanzwiderstand Rr von Muster zu Muster stark variiert, wobei einige Muster Werte von größer als 60 Ω zeigen. Im Gegensatz dazu zeigen die Muster, die im Endbehandlungsprozeß geläppt wurden, kleine von dem Quarzelement verursachte Schwankungen des Resonanzwider­ stands Rr. Wenn der Maximalwert Rmax der Oberflächenrauhtiefe der geätzten Oberflächen im Bereich von 0,2 µm bis 0,7 µm liegt, ist es möglich, einen guten Resonanzwiderstand Rr von weniger als etwa 60 Ω einschließlich der Schwankung von Element zu Element zu erzielen. Wenn der Maximalwert Rmax der Oberflächenrauhtiefe der geätzten Oberfläche im Bereich von 0,3 µm bis 0,6 µm liegt, ist es möglich, einen besseren Resonanzwiderstand kleiner als 60 Ω einschließlich der Schwankung von Element zu Element zu erzielen.
Beispiel 9
Fig. 19 zeigt ebenfalls des Zusammenhang zwischen dem Resonanzwiderstand der Quarz­ schwingereinheit und der Oberflächenrauhigkeit, die nach dem Oberflächenätzen des Quarz­ elements, das zur Fertigung der Quarzschwingereinheit verwendet wurde, bewertet wurde. In diesem Fall ist das Breiten/Dicken-Verhältnis E 8,48, und die Breite w ist so eingestellt, daß die Quarzschwingereinheit bei 41,667 MHz in der dritten Obertonmode schwingt. Die Länge l jedes verwendeten Quarzelements beträgt 4200 µm.
Wie aus den in Fig. 19 gezeigten experimentellen Ergebnissen ersichtlich, variierte auch in diesem Fall, obwohl die Muster, die dem Endbehandlungspolierprozeß unterzogen wurden, einen niedrigen Resonanzwiderstand Rr aufweisen, der Resonanzwiderstand Rr stark von Muster zu Muster, und viele Muster haben Werte größer als 60 Ω. Im Gegensatz dazu weisen die Muster, die in dem Endbehandlungprozeß geläppt wurden, kleine Schwankungen des von dem Quarz­ element verursachten Resonanzwiderstands Rr auf. Wenn der Maximalwert Rmax der Ober­ flächenrauhtiefe der geätzten Oberfläche in dem Bereich von 0,2 µm bis 0,7 µm liegt, ist es möglich, einen guten Resonanzwiderstand Rr kleiner als etwa 60 Ω einschließlich der Schwankung von Element zu Element zu erreichen. Wenn der Maximalwert Rmax der Ober­ flächenrauhtiefe der geätzten Oberfläche in dem Bereich von 0,3 µm bis 0,6 µm liegt, ist es möglich, einen besseren Resonanzwiderstand Rr weniger als 60 Ω einschließlich der Schwankung von Element zu Element zu erzielen.
Beispiel 10
Fig. 20 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Resonanzwiderstand der Quarzschwinger­ einheit und der Oberflächenrauhigkeit, bewertet nach dem Oberflächenätzen des zur Herstellung der Quarzschwingereinheit verwendeten Quarzelements für den Fall, wo das Breiten/Dicken- Verhältnis E 15,57 beträgt. Die Breite w ist so eingestellt, daß die Quarzschwingereinheit bei 71,730 MHz in der dritten Obertonmode schwingt. Die Länge l jedes verwendeten Quarz­ elements beträgt 4200 µm.
Wie aus Fig. 20 ersichtlich, variiert auch in diesem Fall, obwohl die Muster, die dem End­ behandlungspolierprozeß unterzogen wurden, niedrige Resonanzwiderstände Rr aufweisen, der Resonanzwiderstand Rr stark von Muster zu Muster, und viele Muster haben Werte größer als 60 Ω. Im Gegensatz dazu weisen die Muster, die in dem Endbehandlungsprozeß geläppt wurden, kleine Schwankungen des von dem Quarzelement verursachten Resonanzwiderstands Rr auf. Wenn der Maximalwert Rmax der Oberflächenrauhtiefe der geätzten Oberfläche in dem Bereich von 0,2 µm bis 0,7 µm liegt, ist es möglich, einen guten Resonanzwiderstand Rr kleiner als etwa 60 Ω einschließlich der Schwankung von Element zu Element zu erreichen. Wenn der Maximalwert Rmax der Oberflächenrauhtiefe der geätzten Oberfläche in dem Bereich von 0,3 µm bis 0,6 µm liegt, ist es möglich, einen besseren Resonanzwiderstand Rr kleiner als 60 Ω einschließlich der Schwankung von Element zu Element zu erzielen.
Aus den oben beschriebenen experimentellen Ergebnissen kann geschlossen werden, daß zum Erhalt leistungsfähiger Quarzschwingereinheiten, die nicht nur einen niedrigen Resonanzwider­ stand Rr, sondern auch eine geringe Schwankung des Resonanzwiderstands von Element zu Element aufweisen, es vorzuziehen ist, daß die Oberflächenbehandlung so ausgeführt wird, daß die resultierende Oberflächenrauhigkeit in dem oben beschriebenen speziellen Bereich liegt, im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken, wo die Oberfläche so bearbeitet wird, daß die resultie­ rende Oberflächenrauhigkeit möglichst flach wird.
Bei den herkömmlichen Techniken zur Herstellung kleiner Quarzelemente, insbesondere solcher, die als Obertonquarzelemente verwendet werden, wird die Oberflächenbearbeitung so ausge­ führt, daß die resultierende Oberflächenrauhigkeit möglichst gering wird, damit eine unregel­ mäßige Reflexion der Schwingung unterdrückt wird, die an der Oberfläche der Quarzelemente auftritt, um so die Anregungseffizienz zu verbessern. Von diesem Gesichtspunkt aus wird die Oberflächenrauhigkeit des Quarzelements so gesteuert, daß die maximale Rauhtiefe Rmax weniger als 0,2 µm oder 0,1 µm wird. Insbesondere bei der Produktion kleiner Quarzelemente wurde der Polierprozeß als wesentlich betrachtet, um das Lecken oder Streuen der Schwingungen zu verhindern.
Das Polieren ist ein teurer und zeitraubender Prozeß, der ein teures Polierabriebmittel erfordert. Obwohl es darüber hinaus möglich ist, durch Einsatz des Polierprozesses eine Oberfläche mit geringer Rauhigkeit zu erhalten, ist es schwierig, eine neigungsfreie Oberfläche zu erzielen. Auf der durch Polieren behandelten Oberfläche gibt es wellenartige Unregelmäßigkeiten. Das Polieren erfordert daher eine große Fertigkeit. Wenn eine polierte Oberfläche eines Quarz­ elements in Kontakt mit einer polierten Oberfläche eines anderen Quarzelements kommt, wird es schwierig, sie von einander zutrennen. Ferner ist es schwierig, die polierte Oberfläche zu hand­ haben, da die polierte Oberfläche sehr leicht beschädigt werden kann und damit eine Verschlechterung der Oberflächenflachheit leicht auftritt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird dagegen die Oberflächenendbehandlung mittels des Läppens so ausgeführt, daß die resultierende Oberflächenrauhigkeit vorzugsweise in den Bereich von 0,2 µm bis 0,7 µm oder, noch bevorzugter, in den Bereich von 0,3 µm bis 0,6 µm fällt, wodurch man Quarzschwingereinheiten erhält, die einen niedrigen Resonanzwiderstand Rr aufweisen und ebenso eine geringe Schwankung des Resonanzwiderstands Rr von Element zu Element besitzen. Damit ist es möglich, sehr leistungsfähige Quarzschwingereinheiten mit hoher Produktionsausbeute herzustellen. Bei der Produktion solcher sehr leistungsfähiger Quarz­ schwingereinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Polierprozeß nicht erforderlich, was bedeutet, daß kleine Quarzelemente ohne Verwendung des zeitraubenden Polierprozesses, der eine große Fertigkeit erfordert, hergestellt werden können, weshalb es möglich ist, sehr leistungsfähige Quarzschwingereinheiten zu niedrigen Kosten zu liefern.
Fig. 21 ist eine grafische Darstellung, die vergrößert die Streuung des Resonanzwiderstands Rr für die in Beispiel 8 beschriebenen Quarzschwingereinheiten zeigt, die unter Verwendung eines Quarzelements hergestellt wurden, dessen gemessener Wert des Breiten/Dicken-Verhältnisses E 12,18 beträgt. In dem Fall, wo die Oberfläche nach dem Polieren so geätzt wird, daß die maximale Rauhtiefe etwa 0,1 µm wird, haben einige Muster einen sehr hohen Resonanzwider­ stand wie etwa 100 Ω, obwohl der Mittelwert des Resonanzwiderstands Rr nur 38 Ω beträgt. Im Gegensatz dazu ist in dem Fall, wo die Oberfläche nach dem Läppen so geätzt wird, daß die maximale Rauhtiefe etwa 0,4 µm wird, nicht nur der Mittelwert des Resonanzwiderstands Rr nur 40 Ω, sondern auch der maximale Wert des Resonanzwiderstands Rr beträgt nur 50 Ω.
Ferner variiert die Dicke des polierten Quarzelements stark. Es ist daher erforderlich, die Schwingungsfrequenz durch Ätzen zu justieren. Die polierte Oberfläche wird beim Entfernen, Säubern und Trocknen leicht verunreinigt und beschädigt. Wenn die Oberfläche mit solcher Verunreinigung oder Beschädigung geätzt wird, werden die verunreinigten oder beschädigten Oberflächenabschnitte nicht geätzt und bleiben damit als Ätzhügel zurück. Darüber hinaus werden die Beschädigung oder die Defekte vergrößert, was zu Unregelmäßigkeiten an der Ober­ fläche führt. Als Ergebnis wird der Resonanzwiderstand Rr größer.
Wenn dagegen die Oberfläche nach dem Läppen geätzt wird, ist es möglich, einen kleinen Wert für Rmax und eine kleine Schwankung der Oberflächenrauhigkeit zu erzielen. Daher ist die Schwankung des Resonanzwiderstandes Rr klein, und es ist möglich Quarzelemente mit einer hohen Produktionsausbeute herzustellen. Über Quarzelemente hinaus kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft auch auf andere Vorrichtungen wie Keramikschwinger angewendet werden, bei denen die Oberflächenschwingungen reflektiert und eingefangen werden.
Die Schwankung in der Dicke des geläppten Quarzelements ist geringer als die des polierten Quarzelements, weshalb auch die Schwankung der Schwingungsfrequenz des geläppten Quarz­ elements geringer ist. Im Fall, wo die Oberfläche geläppt ist, wird es, da die Schwankung des Resonanzwiderstands durch den dem Läpp-Prozeß folgenden Ätzprozeß nicht ausgedehnt wird, möglich, die Schwankung in der Frequenz weiter zu verringern, wenn die geläppten Quarz­ elemente entsprechend der Schwingungsfrequenz in etliche Klassen gruppiert werden und die Quarzelemente in jeder Gruppe abhängig von der Schwingungsfrequenz für eine geeignete Zeit geätzt werden.
Beispiel 11
Fig. 22 zeigt die Änderung der Oberflächenrauhigkeit, die während des Prozesses auftritt, in welchem die geläppte Oberfläche geätzt wird, wobei die Änderung als Funktion des Ätzbetrags aufgetragen ist. Fig. 23 zeigt die Änderung des Resonanzwiderstands Rr, die während des Prozesses auftritt, wo die geläppte Oberfläche geätzt wird, wobei die Änderung ebenfalls als Funktion des Ätzbetrags aufgetragen ist. Diese Muster haben alle dasselbe Breiten/Dicken- Verhältnis von 12,18, während die Breite w so eingestellt wurde, daß sie bei 55,0 MHz schwingen. Die Länge l der verwendeten Quarzelemente beträgt 4200 µm. In den Fig. 22 und 23 sind die Änderungen der Oberflächenrauhigkeit und des Resonanzwiderstandes Rr für Muster mit drei verschiedenen Werten der maximalen Oberflächenrauhtiefe aufgetragen: 1,2 µm (A), 0,7 µm (B) und 0,4 µm (C), wobei die Oberflächenrauhigkeit unmittelbar vor dem Ätzprozeß gemessen wurde. Jeder in den Figuren aufgetragene Wert der Resonanzwiderstände Rr stellt den Mittelwert einer Vielzahl von Meßwerten dar. Das Ätzen erfolgte unter Verwendung eines 10-30%igen Flußsäureätzmittels wie früher beschrieben.
Aus Fig. 22 ist ersichtlich, daß in dem Bereich, wo der Ätzbetrag weniger als etwa 0,5 µm beträgt, die maximale Rauhtiefe Rmax mit zunehmenden Ätzbetrag rapide abnimmt. Diese Tat­ sache impliziert, daß die während des Läpp-Prozesses stark beschädigte Oberflächenschicht durch des Ätzen abgetragen wird. In dem Bereich, wo der Ätzbetrag 0,5 µm bis 2,5 µm beträgt, ist keine große Änderung der Oberflächenrauhigkeit zu beobachten, was vermuten läßt, daß in der Oberflächenschicht verbliebene Fehler stabiler Struktur allmählich durch das Ätzen entfernt werden. Andererseits steigt in dem Bereich, wo der Ätzbetrag größer als 2,5 µm ist, die maximale Oberflächenrauhtiefe Rmax mit dem Ätzbetrag an. Dies ist wahrscheinlich auf die Änderung der Ätzrate abhängig von der Kristallorientierung eines Einkristallquarzes zurück­ zuführen. Die Abhängigkeit der Ätzrate von der Kristallorientierung schafft große Unregelmäßig­ keiten an der Oberfläche der Quarzelemente und bewirkt damit die Zunahme in Rmax.
Wie in Fig. 23 gezeigt, ändert sich der Resonanzwiderstand in ähnlicher Weise wie die in Fig. 22 gezeigte maximale Oberflächenrauhtiefe. D. h., in dem Bereich, wo der Ätzbetrag weniger als 0,5 µm beträgt, nimmt der Resonanzwiderstand Rr mit zunehmenden Ätzbetrag rapide ab. In dem Bereich, wo der Ätzbetrag 0,5 µm bis 2,5 µm beträgt, ist keine starke Änderung des Resonanzwiderstands Rr zu beobachten. In dem Bereich jedoch, wo der Ätzbetrag größer als 2,5 µm ist, steigt der Resonanzwiderstand Rr stark mit dem Ätzbetrag an. Aufgrund der oben beschriebenen experimentellen Ergebnisse kann geschlossen werden, daß es vorzuziehen ist, die Oberfläche der Quarzelemente nach dem Läppen um einen Betrag im Bereich von 0,5 µm bis 2,5 µm zu Ätzen, um ein Quarzelement hoher Qualität zu erzielen, das einen niedrigen Resonanzwiderstand Rr mit einer geringen Streuung aufweist. Wenn die Abtragungsmenge pro Oberfläche bei dem Ätzprozeß so gesteuert wird, daß sie in den oben beschriebenen Bereich fällt, werden große Schäden oder Defekte die bei den Schneid- und Läpp-Prozessen des Quarz­ elements auftreten, entfernt, womit eine stabile Struktur an der Oberfläche des Quarzelements auftritt, die zu einem niedrigen Resonanzwiderstand Rr mit einer geringer Streuung führt.
Wie aus Fig. 23 ersichtlich, ist es zur Erzielung eines niedrigen Resonanzwiderstands Rr unter 60 Ω bei dem Quarzelement gemäß der vorliegenden Erfindung darüber hinaus wünschenswert, daß die maximale Oberflächenrauhtiefe, die vor dem Ätzprozeß gemessen wird, unter 0,7 µm liegt. Unter Berücksichtigung des Grads der Oberflächenrauhigkeit des Quarzelements, der durch den Endbearbeitungsläpprozeß erhalten wird, ist es wünschenswert, daß die maximale Oberflächenrauhtiefe, die vor dem Ätzprozeß gemessen wird, in dem Bereich von 0,3 µm bis 0,7 µm liegt, damit Quarzelemente erzeugt werden, die einen niedrigen Resonanzwiderstand Rr mit einer geringen Streuung aufweisen. Bei der Ausführungsform der Erfindung kann die Ober­ fläche des Quarzelements zu der oben beschriebenen gewünschten Flachheit geläppt werden, indem ein auf Aluminiumoxid basierendes Schleifmittel mit einer mittleren Korngröße von 2,5 µm bis 3,0 µm verwendet wird.
Die Wirkung der Elektrode
Zum Erhalt eines Quarzschwingers guter Charakteristiken nach Ausbildung von Elektroden auf einem Quarzelement ist es wichtig, die Größe der Elektroden und die Dicke des Elektrodenfilms geeignet auszuwählen. Wenn die Elektrodengröße zu gering ist, dann wird die Energie nicht ausreichend eingefangen, und der Resonanzwiderstand Rr nimmt zu. Wenn andererseits sich die Elektroden zu Stellen sehr nahe den Kanten eines Quarzelements erstrecken, treten Stör­ schwingungen, die von den Kanten resultieren auf, was eine Verschlechterung der Temperaturcharakteristiken bewirkt oder in einer Zunahme des Resonanzwiderstands Rr resultiert. Bei kleinen Quarzelementen zur Verwendung bei der dritten Obertonschwingung, um die es hier in der vorliegenden Erfindung geht, war jedoch der Einfluß von Elektrodengröße und - dicke auf der Resonanzwiderstand Rr nicht bekannt.
Beispiel 12
Fig. 24 zeigt die Temperaturkennlinien des Quarzelements für verschiedene Elektrodengrößen, wobei jedes Quarzelement gemäß dem oben beschriebenen Verfahren so hergestellt ist, daß es ein Breiten/Dicken-Verhältnis von 12,18, eine Breite w von 1109 µm und eine Länge l von 4200 µm aufweist, so daß es bei 55,0 MHz schwingt. Die Elektroden wurden auf beiden Ober­ flächen des Quarzelements ausgebildet, wie bereits unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Spezieller wurden bei diesem Beispiel die Elektroden durch Aufdampfen von Chrom und Silber ausgebildet. Es wurden verschiedene Muster mit unterschiedlichen Zwischenräumen D zwischen jeder Kante der Breite des Quarzelements und jeder Kante der Breite der Elektrode vorbereitet. Unter Verwendung dieser Quarzelemente wurden Quarzschwingereinheiten hergestellt, und die Temperaturkennlinien der erhaltenen Quarzschwingereinheiten wurden mit dem Meßsystem MODEL 2100 gemessen, das von der Sunders Co. produziert wird.
Wie in Fig. 24(b) gezeigt, weist das Muster mit einem Zwischenraum D von 100 µm eine stabile Frequenz-Temperatur-Kennlinie in der Form einer kubischen Kurve über den gesamten Tempera­ turbereich auf. Dieses Muster zeigt außerdem einen guten Resonanzwiderstand Rr mit einem nahezu konstanten Wert von 40 Ω über den gesamten Temperaturbereich.
Im Gegensatz dazu zeigt das Muster mit einem Zwischenraum von 350 µm unstabile Eigen­ schaften sowohl hinsichtlich der Frequenz als auch des Resonanzwiderstands Rr über den gesamten Temperaturbereich, wie in Fig. 24(a) dargestellt. Dies kann mit dem unzureichenden Energieeinfangen infolge der kleinen Fläche der Elektrode erläutert werden. Auf der anderen Seite zeigt das Muster mit einen Zwischenraum D von 50 µm eine Kopplung mit Stör­ schwingungen bei Temperaturen nahe 80°C, wie in Fig. 24(c) dargestellt.
Die maximalen Resonanzwiderstände Rr im Temperaturbereich von -20°c bis +80°C sind in Fig. 27 für verschiedene Zwischenräume D von 50 µm bis 350 µm aufgetragen. In dem Fall, wo das Breiten/Dicken-Verhältnis E 12,18 beträgt ist es, wenn der Zwischenraum D im Bereich von 50 µm bis 340 µm liegt, möglich, einen kleinen Resonanzwiderstand Rr unter 60 Ω zu erhalten. Berücksichtigt man jedoch die Tatsache, daß das Muster mit einem Zwischenraum D von 50 µm eine Kopplung mit Störschwingungen bei Betriebstemperatur zeigt, dann ist es vorzuziehen, daß der Zwischenraum D im Bereich von 75 µm bis 340 µm liegt.
Beispiel 13
Fig. 25 zeigt die experimentellen Ergebnisse von Quarzelementen, die je nach dem gleichen Verfahren wie das obige Beispiel hergestellt wurden. In diesem Beispiel jedoch hat jedes Quarz­ element ein Breiten/Dicken-Verhältnis von 8,48, eine Breite w von 944 µm und eine Länge l von 4200 µm, so daß es bei 45,0 MHz schwingt. Wie in Fig. 25(b) gezeigt, weist das Muster mit einem Zwischenraum D von 100 µm eine gute Stabilität sowohl der Frequenz-Temperatur-Kenn­ linie als auch des Resonanzwiderstands Rr über den gesamten Temperaturbereich auf. Darüber hinaus zeigt dieses Muster einen guten Resonanzwiderstand Rr von nur 50 Ω.
Im Gegensatz dazu zeigt das Muster mit einem Zwischenraum D von 250 µm eine Instabilität über den gesamten Temperaturbereich, wie in Fig. 25(a) dargestellt, was eine dem voran­ gehenden Beispiel ähnliche Tendenz ist. Andererseits zeigt das Muster mit einem Zwischenraum D bvon 50 µm eine Kopplung mit Störschwingungen bei Temperaturen nahe 80°C, wie in Fig. 25(c) gezeigt.
Die maximalen Resonanzwiderstände Rr im Temperaturbereich von -20°C bis +80°C sind auch in Fig. 27 für verschiedene Zwischenräume D von 50 µm bis 250 µm aufgetragen. Wie aus dieser Figur ersichtlich, ist es in dem Fall, wo das Breiten/Dicken-Verhältnis E 8,48 beträgt, möglich einen geringen Resonanzwiderstand Rr unter 60 Ω zu erhalten, wenn der Zwischen­ raum D in dem Bereich von 50 µm bis 230 µm liegt. Berücksichtigt man allerdings die Tatsache, daß das Muster mit einem Zwischenraum D von 50 µm eine Kopplung mit Störschwingungen bei der Betriebstemperatur zeigt, dann ist es vorzuziehen, daß der Zwischenraum D in dem Bereich von 75 µm bis 230 µm liegt.
Beispiel 14
Fig. 26 zeigt die experimentellen Ergebnisse von Quarzelementen, die je nach dem gleichen Verfahren wie die vorhergehenden Beispiele hergestellt wurden. Bei diesem Beispiel jedoch hat jedes Quarzelement ein Breiten/Dicken-Verhältnis von 15,57, eine Breite w von 1170 µm und eine Länge l von 4200 µm, so daß es bei 66,667 MHz schwingt. Wie in Fig. 26(b) gezeigt, weist das Muster mit einem Zwischenraum D von 100 µm eine gute Stabilität der Frequenz- Temperatur-Kennlinie sowie des Resonanzwiderstands Rr über den gesamten Temperaturbereich auf. Darüber hinaus zeigt dieses Muster auch einen guten Resonanzwiderstand Rr von nur 40 Ω.
Im Gegensatz dazu zeigt das Muster mit einem Zwischenraum von 350 µm eine Instabilität über den gesamten Temperaturbereich, wie in Fig. 26(a) dargestellt, was eine den vorherigen Beispielen ähnliche Tendenz ist. Auf der anderen Seite zeigt das Muster mit einem Zwischen­ raum D von 50 µm eine Kopplung mit Störschwingungen bei Temperturen nahe 35°C, wie in Fig. 26(c) gezeigt.
Die maximalen Resonanzwiderstände Rr in dem Temperaturbereich von -20°C bis +80°C sind auch in Fig. 27 für verschiedene Zwischenräume von 50 µm bis 350 µm aufgetragen. Wie aus dieser Figur ersichtlich, ist es in dem Fall, wo das Breiten/Dicken-Verhältnis E 15,57 beträgt, möglich einen kleinen Resonanzwiderstand Rr unter 60 Ω zu erhalten, wenn der Zwischenraum D in dem Bereich von 50 µm bis 340 µm liegt. Berücksichtigt man allerdings die Tatsache, daß das Muster mit einem Zwischenraum von 50 µm eine Kopplung mit Störschwingungen bei der Betriebstemperatur zeigt, dann ist es vorzuziehen, daß der Zwischenraum D in dem Bereich von 75 µm bis 340 µm liegt.
Wenn die Elektroden, wie oben erörtert, auf dem Quarzelement so ausgebildet werden, daß der Zwischenraum D einen geeigneten Wert aufweist, wie oben beschrieben, dann ist es möglich, die Wirkungen von Störschwingungen zu vermeiden, welche von den Kanten des Quarz­ elements herrühren, und es ist ebenfalls möglich, einen niedrigen Resonanzwiderstand Rr zu erzielen. In der Schlußfolgerung ist es im Fall von Quarzelementen mit einem Breiten/Dicken- Verhältnis von 8,48 zur Verwendung in einem niedrigen Frequenzbereich vorzuziehen, daß der Zwischenraum D in dem Bereich von 75 µm bis 230 µm liegt. In dem Fall von Quarzelementen mit einem Breiten/Dicken-Verhältnis in dem Bereich von 12,18 bis 15,57 ist es vorzuziehen, daß der Zwischenraum D in dem Bereich von 75 µm bis 340 µm liegt. Ferner, wenn der Zwischen­ raum D im Bereich von 75 µm bis 200 µm liegt, dann ist es möglich Quarzschwinger zu erzeugen, die eine hohe Stabilität in der Frequenzabweichung aufweisen und ebenso einen niedrigen Resonanzwiderstand für einen weiten Bereich von Breiten/Dicken-Verhältnissen von 8,48 zur Verwendung in einem niedrigen Frequenzbereich bis 15,57 zur Verwendung in einem hohen Frequenzbereich.
Beispiel 15
Fig. 28 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Resonanzwiderstand Rr und der Frequenz, die sich mit der Verdampfungsmenge von Elektrodenmaterial ändert, das auf einem Quarzelement abgelagert wird, wenn das Quarzelement gemäß dem oben beschriebenen Verfahren so hergestellt wird, daß es ein Breiten/Dicken-Verhältnis von 12,18, eine Breite w von 1109 µm und eine Länge l von 4200 µm aufweist, so daß es bei 55,0 MHz schwingt. Die Frequenz­ änderung kann durch die folgende Gleichung definiert werden:
Frequenzänderung = (f-f')/f 4)
wobei f die Frequenz für das Muster bezeichnet, auf das noch keine Elektroden aufgedampft wurden, während f' die Frequenz für das Muster mit aufgedampften Elektroden ist.
Wie aus Fig. 28 ersichtlich, zeigen in dem Bereich wo die von dem Elektrodenaufdampfen hervorgerufene Frequenzänderung geringer als 7000 ppm ist, die Muster einen sehr hohen Resonanzwiderstand Rr. Im Bereich der Frequenzänderung von 7000 ppm bis 30 000 ppm beträgt dagegen der Resonanzwiderstand nicht mehr als 50 Ω. Andererseits zeigt der Resonanzwiderstand in dem Bereich, wo die von dem Elektrodenaufdampfen hervorgerufene Frequenzänderung größer als 30 000 ppm ist, einen allmählichen Anstieg, was bedeutet, daß die Charakteristiken der Quarzschwingereinheiten in diesem Bereich allmählich schlechter werden. In dem Bereich, wo die Frequenzänderung weniger als 7000 ppm beträgt, wird der Resonanzwiderstand Rr infolge eines unzureichenden Einfangens von Energie der Schwingung in dem Dickenschermodus hoch. In dem Bereich größer als 30 000 ppm wird andererseits das Gewicht der Anregungselektrode zu groß, was die Schwingung im Dickenschermodus des Quarzelements stört und damit einen Anstieg des Resonanzwiderstands Rr bewirkt.
Wie aus der obigen Diskussion ersichtlich, ist es möglich, eine gute Quarzschwingereinheit mit einem niedrigen Resonanzwiderstand Rr zu erzeugen, wenn die von dem Elektrodenaufdampfen auf einem Quarzelement hervorgerufene Frequenzänderung gezielt in den Bereich von 7000 ppm bis 30 000 ppm gebracht wird.
Wie oben beschrieben, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung anhand der Experimente und Bewertung das Verfahren und Bedingungen zur Herstellung einer Quarzschwingereinheit, die einen Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 2 mm und einer Länge von etwa 6 mm aufweist, welche in einem weiten Frequenzbereich bis hin zu 100 MHz schwingen kann, erstellt. Das Quarzelement, der Quarzschwinger und die Quarzschwingereinheit, die unter den oben beschriebenen Bedingungen gemäß der Erfindung hergestellt werden, weisen stabile Temperaturcharakteristiken auf, die in der AT-Schnitt-Quarzschwingereinheit wesentlich sind, und haben außerdem einen niedrigen Resonanzwiderstand Rr wie 60 Ω über den Betriebs­ temperaturbereich von -20°C bis +80°C.
Fig. 29 zeigt eine Quarzschwingereinheit 30, die in der Form einer Oberflächenmontage­ vorrichtung hergestellt wurde, wobei die Quarzschwingereinheit 30 eine harzvergossene Quarz­ schwingereinheit 10 enthält. Die Quarzschwingereinheit 30 ist so hergestellt, daß die Leitungen 4 der Quarzschwingereinheit 10, die über einen zylindrischen Halter 9 nach außen ragen, mittels Schweißens mit Metalleitungen 31 verbunden sind, und diese Elemente sind mit einem Harz 32 vergossen. In der Quarzschwingerheit 30 gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da der Halter 9 auch mit dem Harz 32 vergossen ist, die Quarzschwingereinheit 30 an der der Oberfläche einer Leiterplatte ohne zusätzliche Elemente montiert werden.
In einem in Fig. 30 gezeigten Beispiel ist eine Quarzschwingereinheit 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer integrierten Schaltung 41 kombiniert und beide sind mit einem Harz vergossen, wodurch ein Quarzoszillator 40 erhalten wird. In diesem Quarzoszillator 40 sind die Quarzschwingereinheit 10 und die integrierte Schaltung 41, die wenigstens eine Oszillator­ schaltung enthält, welche in Verbindung mit der Quarzschwingereinheit 10 in der dritten Ober­ tonmode schwingt, auf einem Metallrahmen 42 montiert, und dieses ist dann mit einem Harz 32 vergossen. Der Quarzoszillator 40 kann auf einer Leiterplatte montiert werden, so daß er eine Referenzfrequenz liefert, die verschiedene auf der Platte montierte Schaltungen steuert. Da der Durchmesser der Quarzschwingereinheit 10 gemäß der vorliegenden Erfindung nur 2,0 mm beträgt, hat auch der erhaltene Oszillator eine sehr geringe Dicke wie 2,5 mm bis 2,7 mm. Ferner kann die Quarzschwingereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ein stabiles Signal bei einer sehr hohen Frequenz liefern, und läßt sich damit vorteilhaft bei schnellen elektronischen Systemen einsetzen.
Wie oben beschrieben, kann ein Quarzelement bei der vorliegenden Erfindung, selbst wenn es in einer sehr geringen Größe ausgebildet wird, stabil in der dritten Obertonmode ohne Kopplung mit Störschwingungen bei einer sehr hohen Frequenz schwingen, da es so produziert wird, daß sein Breiten/Dicken-Verhältnis einen oben beschriebenen speziellen Wert aufweist. Ferner sind in der vorliegenden Erfindung verschiedene Faktoren bestimmt zum Erhalt eines kleinen Resonanzwiderstands mit einer geringen Streuung in dem Quarzelement und dem Quarz­ schwinger, der unter Verwendung eines rechteckigen AT-Schnitt-Quarzelements zur Verwen­ dung in der dritten Obertonschwingung hergestellt ist. Damit kann das Quarzelement gemäß der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, eine Quarzschwingereinheit hoher Frequenz und einen Quarzoszillator mit einer geringen Größe und einem geringen Gewicht zu erhalten, die zusammen mit ICs in der Form eines SMD montiert werden können. Ferner ist in der vorliegen­ den Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Quarzelements hoher Leistungs­ fähigkeit mit einer großen Produktionsausbeute offenbart. Damit schafft die vorliegende Erfindung eine Quarzschwingereinheit und einen Quarzoszillator, die sich zur Verwendung in verschiedenen elektronischen Anlagen und Systemen wie Kommunikationssystemen oder Informationsverarbeitungssystemen eignen, welche sich immer noch in rascher Entwicklung hin zu geringerer Größe, geringerem Gewicht und höherer Geschwindigkeit befinden.
Das Quarzelement, der Quarzschwinger, die Quarzschwingereinheit und der Quarzoszillator können in verschiedenen Arten elektronischer Geräte und Systeme einschließlich Kommunika­ tionssystemen und Informationsverarbeitungssystemen insbesondere als eine Taktsignalquelle verwendet werden. Insbesondere können die Quarzschwingereinheit und der die Quarzschwingereinheit verwendende Quarzoszillator eine kleine, leichte Taktsignalquelle liefern, die bei hoher Frequenz arbeitet und die als SMD in kleinen elektronischen Geräten und Systemen verwendet werden kann.

Claims (21)

1. Rechteckiges AT-Schnitt-Quarzelement, das zur Verwendung in einer Dritter-Ober­ ton-Quarzschwingereinheit ausgelegt und aus einem Einkristallquarz mit einem XY'Z'-Achsensy­ stem geschnitten ist, das durch Drehung des orthogonalen XYZ-Koordinatensystems um dessen X-Achse erhalten wird, wobei die X-Achse als die elektrische Achse, die Y-Achse als die mechanische Achse und die Z-Achse als die optische Achse definiert ist,
bei dem das Breiten/Dicken-Verhaltnis w/t zwischen der Breite w des AT-Schnitt-Quarz­ elements in der Richtung längs der Z'-Achse und dessen Dicke t in der Richtung längs der Y'- Achse in einem Bereich liegt, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die die Bereiche 8,48 ± 0,05, 12,18 ± 0,05, 13,22 ± 0,07, 14,78 ± 0,07 und 15,57 ± 0,07 enthält, und
das AT-Schnitt-Quarzelement eine einem Ätzprozeß unterzogene Oberfläche aufweist, wobei die maximale Höhe Rmax der Oberflächenrauhigkeit in dem Bereich von mehr als 0,2 µm bis 0,7 µm liegt.
2. AT-Schnitt-Quarzelement nach Anspruch 1, bei dem die Länge des AT-Schnitt- Quarzelements in der Richtung längs der X-Achse im Bereich von 4000 bis 4700 µm liegt.
3. AT-Schnitt-Quarzelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Breite w in dem Bereich von 800 bis 1500 µm liegt.
4. AT-Schnitt-Quarzelement nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die maximale Höhe Rmax der Oberflächenrauhigkeit in dem Bereich von 0,3 µm bis 0,6 µm liegt.
5. Quarzschwinger mit einem rechteckigen AT-Schnitt-Quarzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Breiten/Dicken-Verhältnis w/t in dem Bereich von 8,48 ± 0,05 liegt, sowie mit Elektroden, die auf gegenüberliegenden Oberflächen des AT-Schnitt-Quarz­ elements aufgebracht sind, wobei die gegenüberliegenden Oberflächen durch die Dicke t getrennt sind, die Breite W der in Richtung der Z'-Achse angeordneten Elektrode geringer ist als die Breite w des AT-Schnitt-Quarzelements und die Zwischenräume zwischen den Kanten der Elektrode mit der Breite W und den die Breite w des rechteckigen AT-Schnitt-Quarzelements begrenzenden Kanten im Bereich von 75 µm bis 230 µm liegen.
6. Quarzschwinger nach Anspruch 5, bei dem die Zwischenräume in dem Bereich von 75 µm bis 200 µm liegen.
7. Quarzschwingereinheit mit einem rechteckigen AT-Schnitt-Quarzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Breiten/Dicken-Verhältnis w/t in einem Bereich liegt, der aus der Gruppe enthaltend 12,18 ± 0,05, 13,22 ± 0,07, 14,78 ± 0,07 und 15,57 ± 0,07 ausgewählt ist, und mit auf gegenüberliegenden Oberflächen des AT-Schnitt-Quarzelements aufgebrachten Elektroden, wobei die gegenüberliegenden Oberflächen durch die Dicke t getrennt sind, wobei die Breite W der längs der Z'-Achse angeordneten Elektrode kleiner als die Breite w des AT-Schnitt-Quarzelements ist und die Zwischenräume zwischen den die Breite W der Elektrode begrenzenden Kanten und den die Breite w des rechteckigen AT-Schnitt-Quarzele­ ments begrenzenden Kanten im Bereich von 75 µm bis 340 µm liegen.
8. Quarzschwingereinheit nach Anspruch 7, bei dem die Zwischenräume in dem Bereich von 75 µm bis 200 µm liegen.
9. Quarzschwingereinheit mit einem rechteckigen AT-Schnitt-Quarzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und mit auf gegenüberliegenden Oberflächen des AT-Schnitt-Quarzele­ ments aufgebrachten Elektroden, wobei die gegenüberliegenden Oberflächen, durch die Dicke t getrennt sind, und die aufgebrachten Elektroden eine Dicke in einem Bereich aufweisen, der einer Änderung in dem Bereich von 7000 ppm bis 30000 ppm der Schwingungsfrequenz des mit den Elektroden versehenen AT-Schnitt-Quarzelements, bezogen auf die Frequenz des AT-Schnitt- Quarzelements ohne Elektroden, entspricht.
10. Quarzschwingereinheit mit einem rechteckigen AT-Schnitt-Quarzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und mit auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen des AT-Schnitt- Quarzelements aufgebrachten Elektroden, wobei die gegenüberliegenden Oberflächen durch die Dicke t getrennt sind, sowie mit einem Tragmechanismus zum Tragen eines Endes der Länge längs der X-Achse des AT-Schnitt-Quarzelements, wobei der Tragmechanismus Leitungen enthält, die über ein Lötmittel oder einen leitenden Klebstoff mit den Elektroden verbunden sind.
11. Quarzschwingereinheit mit einem rechteckigen AT-Schnitt-Quarzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und mit einem Quarzhalter zum Schutz des AT-Schnitt-Quarzele­ ments, wobei der Quarzhalter einen Durchmesser in dem Bereich von 2,0 mm ± 0,2 mm und eine Länge in dem Bereich von 6,0 mm ± 0,5 mm aufweist.
12. Quarzschwingereinheit nach Anspruch 11, bei dem die Breite w des AT-Schnitt- Quarzelements im Bereich von 800 µm bis 1500 µm liegt und die Länge l in der Richtung längs der X-Achse in dem Bereich von 4000 µm bis 4700 µm liegt.
13. Quarzschwingereinheit nach Anspruch 11 oder 12, bei dem der Quarzhalter mit einem Formmaterial vergossen ist.
14. Quarzoszillator mit einem Quarzhalter zur Aufnahme und zum Schutz eines recht­ eckigen AT-Schnitt-Quarzelements nach einem der Ansprüche 1 bis 4, und einer integrierten Schaltung mit einer Oszillatorschaltung, die das AT-Schnitt-Quarzelement in Schwingungen wobei der Quarzhalter und die integrierte Schaltung mit einem Formmaterial vergossen versetzt, sind.
15. Quarzoszillator nach Anspruch 14, bei dem der Quarzhalter einen Durchmesser im Bereich von 2,0 mm ± 0,2 mm und eine Länge im Bereich von 6,0 mm ± 0,5 mm aufweist.
16. Quarzoszillator nach Anspruch 14, bei dem die Breite w des AT-Schnitt-Quarzele­ ments im Bereich von 800 µm bis 1500 µm liegt und die Länge l in der Richtung längs der X- Achse im Bereich von 4000 µm bis 4700 µm liegt.
17. Verfahren zur Herstellung eines AT-Schnitt-Quarzelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Oberfläche eines aus einem Quarzkristall geschnittenen Wafers unter Verwendung eines Schleifmittels derart geläppt wird, daß die maximale Höhe Rmax der Oberflächenrauhigkeit der Oberfläche in dem Bereich von mehr als 0,2 µm bis 0,7 µm liegt, und diese Oberfläche unmittelbar nachfolgend einem Ätzprozeß unterzogen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Abtragungstiefe jeder Oberfläche in dem Ätzprozeß in dem Bereich von 0,5 µm bis 2,5 µm liegt.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, bei dem der Endbehandlungsläpprozeß, der unmittelbar vor dem Ätzprozeß ausgeführt wird, unter Verwendung eines Schleifmittels auf Aluminiumoxidbasis, das eine mittlere Korngröße im Bereich von 2,5 µm bis 3 µm aufweist, ausgeführt wird.
20. Verfahren zur Herstellung eines Quarzelements nach Anspruch 17, 18 oder 19, bei dem der Ätzprozeß unter Verwendung eines 10-30%igen Flußsäureätzmittels ausgeführt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, das einen Filmabscheidungsprozeß zur Ausbildung von Elektroden durch Abscheidung eines Metallelektrodenmaterials auf den beiden durch die Dicke des AT-Schnitt-Quarzelements getrennten gegenüberliegenden Ober­ flächen beinhaltet, wobei die Änderung der Schwingungsfrequenz des Quarzelements, die bei dem Filmabscheidungsprozeß auftritt, in dem Bereich von 7000 ppm bis 30 000 ppm liegt.
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