JP2003023339A - 水晶振動子 - Google Patents
水晶振動子Info
- Publication number
- JP2003023339A JP2003023339A JP2001205579A JP2001205579A JP2003023339A JP 2003023339 A JP2003023339 A JP 2003023339A JP 2001205579 A JP2001205579 A JP 2001205579A JP 2001205579 A JP2001205579 A JP 2001205579A JP 2003023339 A JP2003023339 A JP 2003023339A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal
- cut
- temperature
- etching
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 周波数温度特性が安定化した温度計測用の振
動子を得る。 【解決手段】 ＡＴカット水晶基板の両主面の中央部を
自然面であるＲ面が析出するまでエッチングし、該面の
両面に電極を施して水晶振動子を構成する。
動子を得る。 【解決手段】 ＡＴカット水晶基板の両主面の中央部を
自然面であるＲ面が析出するまでエッチングし、該面の
両面に電極を施して水晶振動子を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子に関し、
特にエッチングにより形成した自然面（Ｒ面）を振動部
として用いた温度計測用の水晶振動子に関する。
特にエッチングにより形成した自然面（Ｒ面）を振動部
として用いた温度計測用の水晶振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】水晶は常温常圧では種々の溶媒に溶解せ
ず、物理的、化学的、電気的に安定な材料であるのみな
らず、圧電振動子として用いるとその振動損失は極めて
小さく、また、切断方位に応じて１次、２次、３次の周
波数温度特性が得られるために、多様な分野で利用され
てきた。現在では各種の用途に応じて大きな結晶が人工
的に大量生産できるため、その用途は増大している。特
に、携帯電話機器には小型であると共に安定性な周波数
温度特性を有することから、ＡＴカット水晶振動子が広
く用いられている。一方、１次の周波数温度特性を有す
る切断方位の水晶振動子が温度計測用の感温素子として
利用されている。例えば、３次オーバートーンモードを
用いたＬＣカット水晶振動子と、＋５度Ｙカット水晶振
動子とがよく知られている。
ず、物理的、化学的、電気的に安定な材料であるのみな
らず、圧電振動子として用いるとその振動損失は極めて
小さく、また、切断方位に応じて１次、２次、３次の周
波数温度特性が得られるために、多様な分野で利用され
てきた。現在では各種の用途に応じて大きな結晶が人工
的に大量生産できるため、その用途は増大している。特
に、携帯電話機器には小型であると共に安定性な周波数
温度特性を有することから、ＡＴカット水晶振動子が広
く用いられている。一方、１次の周波数温度特性を有す
る切断方位の水晶振動子が温度計測用の感温素子として
利用されている。例えば、３次オーバートーンモードを
用いたＬＣカット水晶振動子と、＋５度Ｙカット水晶振
動子とがよく知られている。
【０００３】ＬＣカット水晶振動子は広い温度範囲にわ
たり、温度に対する周波数の直線性が最も優れていると
言われているが、水晶の結晶軸を基準とする２つの回転
軸に対してそれぞれ所定の角度だけ回転した切断角度を
有する、所謂２回回転水晶振動子（θ＝１３度、ψ＝
８．４４度）であるため、精度のよい切断角度を得るこ
とが難しく、歩留まりも悪いので高価になるという問題
がある。一方、＋５度Ｙカット水晶振動子は切断角度が
１回の１回回転水晶振動子であるために、製作が容易で
あるという利点があるものの、２次、３次の温度係数が
零でないため、周波数温度特性が完全な直線とはならず
偏差を生じるという欠点がある。
たり、温度に対する周波数の直線性が最も優れていると
言われているが、水晶の結晶軸を基準とする２つの回転
軸に対してそれぞれ所定の角度だけ回転した切断角度を
有する、所謂２回回転水晶振動子（θ＝１３度、ψ＝
８．４４度）であるため、精度のよい切断角度を得るこ
とが難しく、歩留まりも悪いので高価になるという問題
がある。一方、＋５度Ｙカット水晶振動子は切断角度が
１回の１回回転水晶振動子であるために、製作が容易で
あるという利点があるものの、２次、３次の温度係数が
零でないため、周波数温度特性が完全な直線とはならず
偏差を生じるという欠点がある。
【０００４】Ｙカット系厚みすべり水晶振動子（１回回
転Ｙカット水晶振動子）の周波数温度特性は、周知のよ
うに次式で近似される。 ｆｔ＝ｆ０｛１＋α（ｔ−ｔ０）＋β（ｔ−ｔ０）２＋γ（ｔ−ｔ０）３｝・ ・（１） ここで、ｆｔは温度ｔ℃における共振周波数、ｆ０は基
準温度（通常２０℃〜２５℃のいずれかに設定する）に
おける共振周波数、α、β、γはそれぞれ１次、２次及
び３次の温度係数である。なお、温度係数α、β、γは
水晶基板の切断方位、弾性定数、圧電定数、誘電率等の
よって決定される。図４は切断角度θを変化させたとき
のそれぞれの温度係数α、β、γを求めたもので、切断
角度θに応じて大きく変化する。
転Ｙカット水晶振動子）の周波数温度特性は、周知のよ
うに次式で近似される。 ｆｔ＝ｆ０｛１＋α（ｔ−ｔ０）＋β（ｔ−ｔ０）２＋γ（ｔ−ｔ０）３｝・ ・（１） ここで、ｆｔは温度ｔ℃における共振周波数、ｆ０は基
準温度（通常２０℃〜２５℃のいずれかに設定する）に
おける共振周波数、α、β、γはそれぞれ１次、２次及
び３次の温度係数である。なお、温度係数α、β、γは
水晶基板の切断方位、弾性定数、圧電定数、誘電率等の
よって決定される。図４は切断角度θを変化させたとき
のそれぞれの温度係数α、β、γを求めたもので、切断
角度θに応じて大きく変化する。
【０００５】温度計測用水晶振動子としての条件は１次
温度係数αが大きく、２次及び３次の温度係数β、γが
できるだけ小さい方が望ましい。図４より１次温度係数
αの絶対値が極大となるのは切断角度が５度および７０
度近傍である。＋５度Ｙカット水晶振動子は２次及び３
次の温度係数β、γが零でないため、直線性はＬＣカッ
ト水晶振動子よりも劣るものの、１次温度係数αが大き
く、安価であるという理由から温度計測用の水晶振動子
として広く用いられている。
温度係数αが大きく、２次及び３次の温度係数β、γが
できるだけ小さい方が望ましい。図４より１次温度係数
αの絶対値が極大となるのは切断角度が５度および７０
度近傍である。＋５度Ｙカット水晶振動子は２次及び３
次の温度係数β、γが零でないため、直線性はＬＣカッ
ト水晶振動子よりも劣るものの、１次温度係数αが大き
く、安価であるという理由から温度計測用の水晶振動子
として広く用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、＋５度
Ｙカット水晶振動子においても切断角度が切断装置の加
工誤差により±１’程度バラツクことになる。そのため
温度−周波数の直線性（１次温度係数α）が２％程度ば
らついて、精度の高い測定分野については歩留まりが劣
化するという問題があった。本発明は上記問題を解決す
るためになされたものであって、切断方位を一定とし、
高精度な温度計測に適した小型水晶振動子を提供するこ
とを目的とする。
Ｙカット水晶振動子においても切断角度が切断装置の加
工誤差により±１’程度バラツクことになる。そのため
温度−周波数の直線性（１次温度係数α）が２％程度ば
らついて、精度の高い測定分野については歩留まりが劣
化するという問題があった。本発明は上記問題を解決す
るためになされたものであって、切断方位を一定とし、
高精度な温度計測に適した小型水晶振動子を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る水晶振動子の請求項１記載の発明は、Ａ
Ｔカット水晶基板の両主面のほぼ中央部を自然面である
Ｒ面が析出するまでエッチングすることにより薄肉の振
動部と該振動部の周囲を包囲する厚肉の環状囲繞部とを
一体的に構成し、前記振動部の両面に電極を形成するこ
とを特徴とする水晶振動子である。請求項２記載の発明
は、請求項１に記載の水晶振動子の環状囲繞部の両面に
切断方位がほぼ同一となるようなＡＴカット水晶基板を
接着し、振動部を密封したことを特徴とする水晶振動子
である。
に本発明に係る水晶振動子の請求項１記載の発明は、Ａ
Ｔカット水晶基板の両主面のほぼ中央部を自然面である
Ｒ面が析出するまでエッチングすることにより薄肉の振
動部と該振動部の周囲を包囲する厚肉の環状囲繞部とを
一体的に構成し、前記振動部の両面に電極を形成するこ
とを特徴とする水晶振動子である。請求項２記載の発明
は、請求項１に記載の水晶振動子の環状囲繞部の両面に
切断方位がほぼ同一となるようなＡＴカット水晶基板を
接着し、振動部を密封したことを特徴とする水晶振動子
である。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に
係る温度計測用水晶振動子の構成を示す平面図であっ
て、ＡＴカット水晶基板１の両主表面の一部を水晶の結
晶面の一つである自然面Ｒ（ミラー指数で「１０-１
１」、-１はバー１を表すものとする）がエッチング面
のほぼ全面に析出するまでエッチング加工して、薄肉の
励振部２を形成すると同時に、該振動部２の周囲を包囲
する厚肉の環状囲繞部を一体的に形成する。ＡＴカット
面は概略３５度１５分であるため、水晶基板１のエッチ
ング加工する前の主表面とＲ面となす角度は２度５８分
程度となる。そして、Ｒ面を主表面とする振動部２のほ
ぼ中央の両面に対向して電極３ａ、３ｂを付着すると共
に、該電極３ａ、３ｂからリード電極４ａ、４ｂを延在
し、環状囲繞部に設けた電極パッド５ａ、５ｂと接続し
て水晶振動子を構成する。更に、図２に示すように、エ
ッチングした水晶基板１と切断方位がほぼ同一となるよ
うに２枚のＡＴカット水晶基板６ａ、６ｂを水晶基板１
の環状囲繞部の両面に接着して振動部２を密封し、所謂
ＡＱＰ（オールクオーツパッケージ）化してもよい。
形態に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に
係る温度計測用水晶振動子の構成を示す平面図であっ
て、ＡＴカット水晶基板１の両主表面の一部を水晶の結
晶面の一つである自然面Ｒ（ミラー指数で「１０-１
１」、-１はバー１を表すものとする）がエッチング面
のほぼ全面に析出するまでエッチング加工して、薄肉の
励振部２を形成すると同時に、該振動部２の周囲を包囲
する厚肉の環状囲繞部を一体的に形成する。ＡＴカット
面は概略３５度１５分であるため、水晶基板１のエッチ
ング加工する前の主表面とＲ面となす角度は２度５８分
程度となる。そして、Ｒ面を主表面とする振動部２のほ
ぼ中央の両面に対向して電極３ａ、３ｂを付着すると共
に、該電極３ａ、３ｂからリード電極４ａ、４ｂを延在
し、環状囲繞部に設けた電極パッド５ａ、５ｂと接続し
て水晶振動子を構成する。更に、図２に示すように、エ
ッチングした水晶基板１と切断方位がほぼ同一となるよ
うに２枚のＡＴカット水晶基板６ａ、６ｂを水晶基板１
の環状囲繞部の両面に接着して振動部２を密封し、所謂
ＡＱＰ（オールクオーツパッケージ）化してもよい。
【０００９】ここで、Ｒ面とほぼ同等の切断角度を有す
る３８．２度Ｙカット水晶基板を用いて、１次、２次、
３次温度係数α、β、γを求めると、それぞれ−１４．
２７×１０−６／℃、−１６．４８×１０−９／℃２、
８．０５６×１０−１１／℃ ３が得られる。１次温度係
数αの絶対値は＋５度Ｙカット水晶振動子と比べるとや
や小さいものの、２次、３次温度係数も十分に小さい値
となるので実用に耐えうる特性であることが確認でき
た。
る３８．２度Ｙカット水晶基板を用いて、１次、２次、
３次温度係数α、β、γを求めると、それぞれ−１４．
２７×１０−６／℃、−１６．４８×１０−９／℃２、
８．０５６×１０−１１／℃ ３が得られる。１次温度係
数αの絶対値は＋５度Ｙカット水晶振動子と比べるとや
や小さいものの、２次、３次温度係数も十分に小さい値
となるので実用に耐えうる特性であることが確認でき
た。
【００１０】次に、本発明に係る水晶振動子の基板が形
成される様子を、大きなＡＴカット水晶基板にマトリク
ス状に形成した各振動基板の一断面図を用いて説明す
る。図３（ａ）〜（ｆ）はＡＴカット水晶基板１のエッ
チングの工程を、時間の経過と共に示した断面図であっ
て、はじめにフォトリソグラフィ手法を用いて水晶基板
１の両面に、フッ化アンモニウム液を主体としたエッチ
ング液に耐える膜７、７・・、例えば金の薄膜等を、同
図（ａ）に示すように形成する。これをエッチング液に
浸漬し、エッチングを行うと図３（ｂ）に示すように、
ＡＴカット面８のエッチング速度が大きいために、この
面が早くエッチングされるが、わずかに結晶面Ｒ（自然
面「１０-１１」）が現れる。さらに、エッチングを進
めると図３（ｃ）に示すように、ＡＴカット面８が深く
エッチングされると共に、Ｒ面が次第に大きくなる。さ
らにエッチングを進めると、図３（ｄ）に示すようにＡ
Ｔカット面８は小さくなり、Ｒ面が大きく形成されるこ
とになる。そして、エッチングをさらに行うとＡＴカッ
ト面は消滅し、エッチング速度の遅いＲ面のみが図３
（ｅ）に示すように残ることになる。そして、エッチン
グ耐性膜７を剥離すると、図３（ｆ）に示すように、両
面が自然面Ｒからなり、その周囲を環状囲繞部が支持す
る薄肉の振動部が形成されることになる。なお、この振
動子の振動モードは厚みすべり振動モードであるため、
その共振周波数はＲ面の厚みの逆数に比例する。
成される様子を、大きなＡＴカット水晶基板にマトリク
ス状に形成した各振動基板の一断面図を用いて説明す
る。図３（ａ）〜（ｆ）はＡＴカット水晶基板１のエッ
チングの工程を、時間の経過と共に示した断面図であっ
て、はじめにフォトリソグラフィ手法を用いて水晶基板
１の両面に、フッ化アンモニウム液を主体としたエッチ
ング液に耐える膜７、７・・、例えば金の薄膜等を、同
図（ａ）に示すように形成する。これをエッチング液に
浸漬し、エッチングを行うと図３（ｂ）に示すように、
ＡＴカット面８のエッチング速度が大きいために、この
面が早くエッチングされるが、わずかに結晶面Ｒ（自然
面「１０-１１」）が現れる。さらに、エッチングを進
めると図３（ｃ）に示すように、ＡＴカット面８が深く
エッチングされると共に、Ｒ面が次第に大きくなる。さ
らにエッチングを進めると、図３（ｄ）に示すようにＡ
Ｔカット面８は小さくなり、Ｒ面が大きく形成されるこ
とになる。そして、エッチングをさらに行うとＡＴカッ
ト面は消滅し、エッチング速度の遅いＲ面のみが図３
（ｅ）に示すように残ることになる。そして、エッチン
グ耐性膜７を剥離すると、図３（ｆ）に示すように、両
面が自然面Ｒからなり、その周囲を環状囲繞部が支持す
る薄肉の振動部が形成されることになる。なお、この振
動子の振動モードは厚みすべり振動モードであるため、
その共振周波数はＲ面の厚みの逆数に比例する。
【００１１】本発明の特徴はエッチング加工にて得られ
るＲ面を主表面とする薄肉の振動部を利用することによ
り、切断やラッピングといった機械加工による基板面の
角度偏差が生じることはなく、基板面の方位精度は極め
て高く、１次、２次、３次温度係数α、β、γ等は常に
一定の水晶振動子が得られるというところにある。その
ため水晶振動子の周波数温度特性のばらつきは極めて小
さくなるという特徴を有する。
るＲ面を主表面とする薄肉の振動部を利用することによ
り、切断やラッピングといった機械加工による基板面の
角度偏差が生じることはなく、基板面の方位精度は極め
て高く、１次、２次、３次温度係数α、β、γ等は常に
一定の水晶振動子が得られるというところにある。その
ため水晶振動子の周波数温度特性のばらつきは極めて小
さくなるという特徴を有する。
【００１２】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、請求項１に記載の発明は、水晶振動子の１次、２
次、３次の温度係数α、β、γが個体間でほぼ均一とな
るため、周波数温度特性のバラツキの少ない水晶振動子
が得られるという優れた効果を表す。請求項２に記載の
発明は封止面に水晶基板と同じ膨張係数を有するものを
用いたために、周波数温度特性がさらに改善されるとい
う優れた効果を表す。
ので、請求項１に記載の発明は、水晶振動子の１次、２
次、３次の温度係数α、β、γが個体間でほぼ均一とな
るため、周波数温度特性のバラツキの少ない水晶振動子
が得られるという優れた効果を表す。請求項２に記載の
発明は封止面に水晶基板と同じ膨張係数を有するものを
用いたために、周波数温度特性がさらに改善されるとい
う優れた効果を表す。
【図１】（ａ）は本発明に係る水晶振動子の構成を示す
平面図、（ｂ）はその断面図である。
平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図２】図１の水晶振動子をほぼ同じ方位を有する水晶
基板で密封した水晶振動子の構成を示す断面図である。
基板で密封した水晶振動子の構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）から（ｆ）は本発明に係る水晶基板の形
成をエッチング時間の経過と共に示す断面図である。
成をエッチング時間の経過と共に示す断面図である。
【図４】１回回転Ｙカット基板の１次、２次、３次温度
係数と、切断角度との関係を示す曲線図である。
係数と、切断角度との関係を示す曲線図である。
１・・水晶基板
２・・Ｒ面
３ａ、３ｂ・・電極
４ａ、４ｂ・・リード電極
５ａ、５ｂ・・電極パッド
６ａ、６ｂ・・封止面
７・・耐性膜
８・・ＡＴカット面
Ｒ・・自然面
Claims (2)
- 【請求項１】 ＡＴカット水晶基板の両主面のほぼ中央
部を自然面であるＲ面が析出するまでエッチングするこ
とにより薄肉の振動部と該振動部の周囲を包囲する厚肉
の環状囲繞部とを一体的に構成し、前記振動部の両面に
電極を形成することを特徴とする水晶振動子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の水晶振動子の環状囲繞
部の両面に切断方位がほぼ同一となるようなＡＴカット
水晶基板を接着し、振動部を密封したことを特徴とする
水晶振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001205579A JP2003023339A (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | 水晶振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001205579A JP2003023339A (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | 水晶振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003023339A true JP2003023339A (ja) | 2003-01-24 |
Family
ID=19041865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001205579A Pending JP2003023339A (ja) | 2001-07-06 | 2001-07-06 | 水晶振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003023339A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2880985A1 (fr) * | 2005-05-26 | 2006-07-21 | Sagem | Procede de percement par gravure d'une galette en matiere cristalline |
| WO2006077303A1 (fr) * | 2005-01-18 | 2006-07-27 | Sagem Defense Securite | Procede de percement par gravure d'une galette en matiere cristalline et galette comportant un percement etroit |
| US9228906B2 (en) | 2012-09-21 | 2016-01-05 | Masato Tanabe | Quartz-temperature-measurement probe and quartz-temperature-measurement device |
-
2001
- 2001-07-06 JP JP2001205579A patent/JP2003023339A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006077303A1 (fr) * | 2005-01-18 | 2006-07-27 | Sagem Defense Securite | Procede de percement par gravure d'une galette en matiere cristalline et galette comportant un percement etroit |
| FR2880985A1 (fr) * | 2005-05-26 | 2006-07-21 | Sagem | Procede de percement par gravure d'une galette en matiere cristalline |
| US9228906B2 (en) | 2012-09-21 | 2016-01-05 | Masato Tanabe | Quartz-temperature-measurement probe and quartz-temperature-measurement device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7414349B2 (en) | Piezoelectric vibrator, filter using the same and its adjusting method | |
| JPS594310A (ja) | 弾性表面波装置 | |
| GB2176892A (en) | Quartz resonator thermometer | |
| US8810106B2 (en) | HBAR resonator with a high level of integration | |
| JP2002158559A (ja) | ラーメモード水晶振動子 | |
| JP2003023339A (ja) | 水晶振動子 | |
| JP2006074136A (ja) | 弾性表面波素子片および弾性表面波装置 | |
| JP2007189492A (ja) | 圧電基板の製造方法、圧電基板、圧電振動子、及び圧電発振器 | |
| US20070024158A1 (en) | Integrated resonators and time base incorporating said resonators | |
| JP4465464B2 (ja) | ラム波型弾性波素子 | |
| US4631437A (en) | Stress compensated piezoelectric crystal device | |
| JP2001007677A (ja) | 水晶振動子 | |
| JP3248630B2 (ja) | 水晶片の直接接合方法ならびにその方法を用いてなる水晶振動子，水晶発振器および水晶フィルタ | |
| JP2004007420A (ja) | 圧電振動片、圧電振動子および圧電デバイス | |
| JP2003324332A (ja) | ２回回転ｙカット水晶振動子とこれを用いた発振器 | |
| WO2010029762A1 (ja) | ラム波型弾性波素子 | |
| JP2002368573A (ja) | 超薄板圧電振動子及びその製造方法 | |
| JPH0434090B2 (ja) | ||
| US20220345104A1 (en) | Doubly Rotated Quartz Crystal Resonators With Reduced Sensitivity to Acceleration | |
| JP5864140B2 (ja) | 圧電振動子、およびその製造方法 | |
| JP3260403B2 (ja) | 捩り水晶振動子 | |
| JPS6127929B2 (ja) | ||
| JPS6173409A (ja) | 弾性表面波装置 | |
| JPS6121860Y2 (ja) | ||
| JPS59151517A (ja) | 弾性表面波素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20070402 |