JP2001038607A - 高周波用水晶振動子の加工方法 - Google Patents

高周波用水晶振動子の加工方法

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JP2001038607A
JP2001038607A JP21430799A JP21430799A JP2001038607A JP 2001038607 A JP2001038607 A JP 2001038607A JP 21430799 A JP21430799 A JP 21430799A JP 21430799 A JP21430799 A JP 21430799A JP 2001038607 A JP2001038607 A JP 2001038607A
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polishing
recessed
quartz
quartz plate
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JP21430799A
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Seiichi Yokomizo
精一 横溝
Yoshiaki Nagaura
善昭 長浦
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Okayama Prefectural Government
Original Assignee
Okayama Prefectural Government
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の製造限界の厚さよりも薄く、かつ凸レ
ンズ形状に水晶振動子を加工するための加工方法を提供
する。 【解決手段】 予めケミカルエッチングやドライエッチ
ングで、一面に凹部3を有した厚さ30〜100μm程度の水
晶板2を作製し、これを加工素材1とする。この結果、
両面研磨加工機の研磨において、厚い加工補助具を使用
することが可能になり、加工補助具は変形破壊せず、研
磨加工が安定して実施できる。このことで従来の製造限
界を超えた薄い水晶振動子が加工できる。また、同時に
凸レンズ形状の形成も行われ、高性能な水晶振動子が加
工できる加工方法となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータなど
のデジタル電子機器に不可欠の電子素子である、高周波
用水晶振動子の加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータ、OA情報機器、家電製品
等に用いられる水晶振動子の情報の処理・伝達能力の高
性能化のため、水晶振動子の厚さを薄くし、その固有振
動数を上昇させることが求められている。従来、両面研
磨加工機を用いた機械的な研磨加工や、ケミカルエッチ
ングにより薄い水晶振動子を製造していた(例えば、特
開平05-145362号、特開平09-162668号)。また、高品質
の水晶振動子を得る目的で、凸レンズ形状に仕上げるこ
とが提案され、比較的低い周波数領域では実績を上げて
いる(例えば、特開平10-173462号)。
【0003】しかしながら、これらの方法では水晶振動
子の厚さを薄くする場合の問題として、現在30μm(=5
5.7MHz)以下にできない製造上の限界がある。また、水
晶振動子を凸レンズ形状に仕上げることや、また薄片上
における曲面を形成することは非常に困難であり、ごく
薄い凸レンズ形状の水晶振動子が製作された例は見当た
らない。
【0004】水晶振動子は、通信機器やコンピュータな
どのデジタル機器には欠かすことのできない電子デバイ
スである。情報の処理・伝達能力の高性能化のため、水
晶振動子の厚さを薄くし、その固有振動周波数を上昇さ
せることが求められている。しかも移動体通信機器にお
いては小型化、省電力化のため基本周波数での高周波数
化が求められている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】両面研磨加工機で薄片
化できなかった原因は、両面研磨加工機で必要となる、
薄い水晶振動子のための薄い加工補助具の強度不足によ
って加工補助具の変形破壊にある。本発明は、この問題
を解決し、より薄く加工する、すなわち、より高い固有
振動数の水晶振動子の加工方法を提供することを目的に
検討を加えたものである。
【0006】また、他の目的は、水晶振動子の高性能化
のために薄片上に凸レンズ形状の形成について、特殊な
工作機械を使用することなく、多量、安価に製造できる
加工方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の加工方法は、工作機械として一般に広く普
及している両面研磨機が使用でき、多量に加工できる方
法である。両面研磨機の加工補助具は強度が確保される
程度の厚さのあるものを使用する。そのため、加工補助
具の破壊・変形は生じないが、加工される水晶板も厚く
なる。そこで、ケミカルエッチングやドライエッチング
等により、加工される水晶板の中央部分に、予め凹面形
状に薄い箇所を形成しておく。これを加工素材として両
面研磨加工機を用いて研磨加工を行い、ごく薄い水晶振
動子を研磨加工することを特徴としている。
【0008】すなわち、本発明の第一の解決手段は、一
面をエッチングにより凹面形状に加工した水晶板を、両
面研磨加工機を使用して上と下から同時に研磨加工し、
極く薄い水晶振動子に加工する水晶振動子の加工方法で
ある。
【0009】第二の解決手段は、上記と同時に一面を凹
面形状に加工した水晶板を、両面研磨加工機を使用して
上と下から同時に研磨加工し、研磨後の研磨圧力により
凸レンズ形状の水晶振動子に加工する水晶振動子の加工
方法である。
【0010】一般に研磨加工などの機械加工方法におい
ては、容易に変形しない加工物を対象として行われる。
それを両面研磨加工機などの工作機械で加工を行うと平
面しか加工できないことになる。そこで、上記第二の解
決手段では曲面を形成させる方法として、加工時に生じ
る研磨圧力に応じた撓みを曲面の形成に利用するもので
ある。そのために、加工される水晶板の中央部分には、
予め凹面形状に薄い箇所を形成しておく。これを加工素
材として両面研磨加工機を用いて研磨加工を行うと、薄
い部分は研磨圧力により内側に撓み、あまり加工されな
いことになる。この薄い部分は加工終了後、研磨圧力を
解放すると、今度は外側に飛び出した形状となる。その
形状は加工時の撓みに対応した滑らかな曲線をもった凸
レンズ形状となる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明の高周
波用水晶振動子の加工方法を具体的に説明する。図1及
び図2は加工素材の水晶板の例を示す拡大断面図であ
る。図3は本発明の加工時の水晶板の状態を示す拡大断
面図、図4は加工製品の拡大断面図である。
【0012】水晶振動子の製作法として機械的ポリッシ
ングとケミカルエッチングがあることは先に述べたとお
りである。しかし、前者は加工表面性状に優れるが30μ
m以下の厚さにすることができない。後者は原理的には
加工変質層のない薄片化に適する方法であるが、エッチ
ピットの発生などでこの方法も薄片化に限界がある。
【0013】そこで、本発明では、高周波用水晶振動子
の加工方法として機械的ポリッシング、ケミカルエッチ
ングなどの長所を有効に利用しながら、水晶振動子の高
周波化、高性能化が図れる加工方法とした。しかも、量
産可能な方法とした。
【0014】研磨加工方法では、30μm以下の厚さにで
きない製造上の限界があった。しかし、逆メサ形状と呼
ばれる、水晶板の中央部分が薄くなった凹面形状の水晶
板を加工素材とすれば、周辺の厚い部分が30μmまで加
工可能となる。しかし、振動部分の薄肉部が破損するの
ではないかという理由からこのような素材を研磨した例
がない。
【0015】そこで、水晶板の上下二面が平面でなく、
片面に図1に示すような凹部を、ケミカルエッチングや
ドライエッチングなどで、形成した水晶板を用いる。こ
のとき周辺の厚い部分は、30〜100μm程度の厚さがある
素材であるが凹部の深さは5〜30μmあるいは5〜20μm
までにすることが可能である。図2のように、この凹部
は複数個形成されたものでもよい。こうすることによ
り、両面研磨加工機の加工補助具は丈夫な厚いものを使
用することができる。これを両面研磨加工機にセット
し、酸化セリウムなどの研磨材で研磨する。研磨圧力は
50〜800g/cm2の範囲が好ましいが、50g/cm2より小さく
ても問題にはならない。このような条件で研磨を行う
と、凹面をもつ水晶板は、破損することなく研磨が実施
できる。これにより、薄い高周波用水晶振動子の加工が
可能になる。
【0016】このとき、研磨パッドと接し、研磨される
部分は研磨圧力が作用する。平面側に作用する研磨圧力
は反対側が凹面でない部分は通常の研磨が行われる。し
かし、反対側が凹面の部分は研磨圧力により凹面側に撓
みを生じる。この撓みが原因となって通常の研磨が行わ
れず、大きく撓んだ部分は研磨量が少なくなるといっ
た、撓み量に対応した研磨が行われる。従って凹面の中
心に向かって研磨量が連続的に少なくなる。この結果、
研磨終了後、研磨圧力が開放されると、凹面の反対側の
もと平面であった部分に、凸レンズ形状が形成される。
これにより、高性能の水晶振動子の加工が可能になる。
【0017】このような凹面をもった逆メサ形状の水晶
板を研磨することにより、研磨加工、エッチングの長所
を有効に利用した高性能な高周波用水晶振動子の加工が
可能となる。
【0018】
【実施例】この加工方法による実施例を述べる。図1に
示した加工素材1は、厚み80μm、2.7mm角の水晶板2の
片面中央に1.7mm角で深さ18μmの凹部3をケミカルエッ
チングにより形成した。このような逆メサ形状の水晶板
2を加工素材1とする。または、図2のように、厚さ10
0μm、50mm角程度の水晶板2上に多数の凹部3を形成し
たものであってもよい。この場合は、凹部の深さは20μ
mである。
【0019】これを図3のように、図1の凹部3を形成
した水晶板2からなる加工素材1の複数枚を両面研磨加
工機の上定盤11と下定盤12の間に研磨パッド13及び加工
補助具14を介してセットし、研磨を行う。このとき研磨
パッド13は硬めの変形の比較的少ないものがよい。研磨
圧力は50〜800g/cm2である。研磨液として、酸化セリウ
ムなどをわずかづつ滴下しながら研磨を行う。
【0020】こうして、3時間研磨を行い、図4に示す
凸レンズ形状の、すなわち凸レンズ面4を有する水晶振
動子の製品5が得られた。周縁は65μmであるが、中央
凸部の厚みは16μmにまで安定して研磨できた。この凸
レンズ形状に形成された部分の干渉縞を図5に示す。ま
た、その反対側の凹面部を図6に示す。これらからわか
るように凹部底面は研磨されず、研磨前の状態である平
面を維持している。しかし、その反対側は図5のよう
に、高低差が約5μmの最大厚み16μmの凸レンズ形状が
形成されている。つまり、本来、平面に加工するための
両面研磨加工機により、逆メサ形状の水晶板を加工素材
とし、研磨することにより、凸レンズ形状をもつ、Plan
o-convex型水晶振動子が加工できる。
【0021】ケミカルエッチングで作製した加工素材の
リアクタンス周波数特性を図7に示す。また、これを加
工素材として研磨加工を実施し、凸レンズ形状を形成し
たときのリアクタンス周波数特性を図8に示す。これら
から明らかなように、水晶振動子としての電気的特性に
優れており、高性能化が図られた。また、高周波数化が
同時に図られているのである。加工変質層が残留する
が、薄片化が可能なドライエッチングで加工素材の平面
側を除去し、薄くした上で研磨を実施すれば、より高周
波数化を図ることができる。
【0022】
【発明の効果】本発明による高周波用水晶振動子の加工
方法を使用すれば、次の効果を生じる。第一に、従来加
工できなかった薄い高周波用水晶振動子が容易に製作で
きる。その上、水晶振動子としての機能を果たす部分の
周辺が厚いフレーム形状に形成されているので、耐衝撃
性の向上、取り扱いを容易とするなどの利点がある。第
二に、水晶振動子の高性能化のための凸レンズ形状が容
易に加工できる。特に、研磨圧力に応じて曲面の曲率半
径が調節できる利点がある。第三に、高周波用水晶振動
子の加工が、特殊な工作機械等の設備投資をすることな
く、一般に広く普及している両面研磨加工機で多量に加
工できることにある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の加工方法における加工素材とする水晶
板の拡大断面図である。
【図2】本発明の加工方法における加工素材とする他の
水晶板の拡大断面図である。
【図3】本発明による加工時の水晶板の状態を示す拡大
断面図である。
【図4】本発明の加工製品例を示す拡大断面図である。
【図5】本発明の加工方法により形成された研磨面の凸
レンズ形状を示す干渉顕微鏡写真である。
【図6】本発明の加工方法で得られた製品(図4)凹部
底面の干渉顕微鏡写真である。
【図7】ケミカルエッチングで作製された、加工素材と
した逆メサ形状の水晶板(図1)のリアクタンス周波数
特性図である。
【図8】本発明の加工方法で得られた製品(図4)のリ
アクタンス周波数特性図である。
【符号の説明】
1 加工素材 2 水晶板 3 凹部 4 凸レンズ面 5 製品 11 上定盤 12 下定盤 13 研磨パッド 14 加工補助具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長浦 善昭 福岡県筑紫野市大字上古賀246−1 コン フォート天拝104 Fターム(参考) 3C049 AA07 AA09 AB04 AB08 BA02 BA05 BA07 CA01 CB01 CB03 CB05 3C058 AA07 AA09 AB04 AB08 BA02 BA05 BA07 CA01 CB01 CB03 CB05 5J108 MM11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一面をエッチングにより凹面形状に加工
    した水晶板を、両面研磨加工機を使用して上と下から同
    時に研磨加工し、極く薄い水晶振動子に加工する水晶振
    動子の加工方法。
  2. 【請求項2】 一面を凹面形状に加工した水晶板を、両
    面研磨加工機を使用して上と下から同時に研磨加工し、
    研磨圧力により凸レンズ形状の水晶振動子に加工する水
    晶振動子の加工方法。
JP21430799A 1999-07-28 1999-07-28 高周波用水晶振動子の加工方法 Pending JP2001038607A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002290198A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Citizen Watch Co Ltd 圧電デバイス素子とその製造方法
WO2004025274A1 (ja) * 2002-09-12 2004-03-25 Furukawa Technoreseach Ltd. マイクロ質量センサとその発振子の保持機構
JP2015186089A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 エスアイアイ・クリスタルテクノロジー株式会社 圧電振動片の製造方法、圧電振動片及び圧電振動子

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