JP2003087087A - 水晶振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高周波水晶振動子でスプリアス振動を抑制する
ために、振動面に斜面が存在しない水晶素板を搭載した
高周波基本波の水晶振動子を提供する。 【解決手段】 エッチングで水晶素板上の振動面にスリ
ットを形成し、水晶の結晶方位で形成される傾斜部で発
生するスプリアスを排除し、水晶素板上の振動面に平坦
な平面度を得ると同時に水晶素板の裏面と良好な平行度
を得、必要な主振動の高周波基本波の周波数を得る。同
時にスリットは水晶素板の凹部薄板状の圧電素板振動部
にフォトリソ技術を使用して形成する為、歩留まりの改
善ができる。本発明による水晶振動子を用い水晶発振器
を構成する時、主振動以外の不要な振動やスプリアスの
発生による周波数ジャンプ等の無い高安定の高周波基本
波周波数を得、総合的な歩留まりを改善できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶デバイスに属
し、特に通信分野の伝送系装置に用いられる水晶発振器
に取り付けられる水晶振動子内部の水晶素板の構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高い周波数の水晶振動子が必要と
されている。そういったなかで、ＡＴカットの厚みすべ
りモードを主振動とする水晶振動子では、周波数と水晶
素板の厚みは反比例の関係をもつ。そのため、高い周波
数を得る為に水晶振動子内部の水晶素板の薄型化が急速
に進んでいる。しかし、平板状の一様な薄型化は、水晶
素板への加工以後の工程で、強度面において割れやすい
などの破損等の作業性上における問題を生じ、その結
果、水晶振動子の歩留まりの低下を招く事実があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、水晶素板のあ
る一部分のみをエッチング等の化学的処理を用いて薄く
するという方法をとることにより、強度的にも十分なあ
る厚みのある水晶素板で、一部分のみを薄くすることに
より、高周波基本波を得、その結果、強度面において割
れやすいなどの破損等の作業性上において問題の無い取
扱作業性が良好な高周波水晶振動子が得られると考えら
れる。

【０００４】その製造工程として、まず、水晶基板全面
にAu等の金属の保護膜を蒸着やスパッタリング等の方法
で形成し、その後、フォトリソ技術の方法により、エッ
チングする部分の金属保護膜を除去する。そして、フッ
酸等のエッチング液に浸し、凹部を形成する。その後、
凹部が所望の厚みに達するまで、再びエッチング処理を
行う。これらの製造方法により薄板状の振動部とその周
縁を包囲した厚板状の補強部とが一体となった水晶素板
を形成することができる。エッチングにより形成された
薄板状の凹部には、金属を蒸着やスパッタリング等の方
法により付着させ、励振用電極として用いる。そして、
金属封止タイプや表面実装タイプのセラミックパッケー
ジ等で封止し、水晶振動子として用いることが出来る。

【０００５】しかしエッチングで水晶素板上に凹部を形
成した場合、水晶の結晶方位の性質上、結晶軸の方向に
よって、エッチング速度が異なる。その為、凹部の縁の
部分においては、主面に対し、直角にエッチングされ
ず、傾斜や丸みを帯びてしまう個所が存在し、振動面の
厚みが不均一になり、良好な水晶素板の平面度、もしく
は、水晶素板の表面でその水晶素板の裏面との良好な平
行度が得られないといった現象が生じる。その結果、多
数の不要なスプリアス振動が、必要とする主振動以外に
存在してしまい、例をあげるならば、電圧制御水晶発振
器(VCXO)に搭載した際には、周波数ジャンプ等の不具合
が発生し、安定した周波数が得られなくなるという不具
合を生じる。そこで、高周波水晶振動子において、主振
動以外のスプリアス振動が抑制された水晶振動子を得る
ことが望まれていた。また、振動部が薄板状であること
から、支持部分から機械的な歪みの影響を受けやすいと
いう事実があり、その為、支持部分から薄板振動部との
距離を、少なくとも1mm以上の間隔を持たせる必要があ
り、水晶振動子の素板の小型化を制限することになって
いた。

【０００６】

【問題を解決する手段】 薄板状の水晶素板振動部とそ
の周縁を包囲した厚板状の補強部とが一体となった水晶
素板において、前記薄板状の水晶素板振動部の縁に水晶
の結晶方位軸X軸方向と平行で、かつ水晶の結晶方位軸Z
´軸方向に垂直な方向のスリット、または水晶方位軸Z
´軸方向と平行で、かつ水晶の結晶方位軸X軸方向に垂
直な方向のスリットを設ける。ここで、水晶振動子結晶
軸（ＸＹＺ）のＸ軸を中心とし、主面がＹ軸からＺ軸方
向に約３５°１５´回転したＡＴカットの板状の水晶片
から成り、回転した新たな軸をＹ´軸およびＺ´軸と称
する。

【０００７】上記の目的を達成するために、本発明に係
る水晶振動子は、水晶振動子内部の薄板状の水晶素板振
動部とその周縁を包囲した厚板状の補強部とが一体とな
った水晶素板において、前記薄板状の水晶素板振動部の
縁部分に長手方向にX軸方向と平行なスリット、または
薄板状の水晶素板振動部の縁部で水晶素板の長手方向に
垂直なZ´方向に平行なスリットを設けることを特徴と
する。

【０００８】まず、水晶素板全面に蒸着もしくはスパッ
タリングにより、後工程のエッチングに対する金属保護
膜を成膜する。その後、フォトリソ技術により、水晶素
板上に凹部を形成すると同時に凹部の縁の傾斜を帯びる
と想定される個所にスリットを設ける。 スリットは、
水晶素板振動部の縁部分に長手方向に直線状のものが1
本だけであっても十分なスプリアス抑制の効果がある
が、それ以外にも直線、Ｌ字、コの字、もしくは、それ
らを複数組み合わせても構わない。一実施例として、逆
の凹部縁側にもう1本スリットを追加しても、更にスプ
リアス抑制の効果が期待できる。

【０００９】水晶素板の励振用電極の引き回しは、前述
のスリットを避けるように配置し、水晶素板を取り付け
る基板と接合する部分まで引き伸ばす。 水晶素板の励
振用電極パターンは、蒸着ないしはスパッタ等の方法に
より、水晶素板上に金属を付着させ形成する。

【００１０】

【本発明の実施の形態】 以下、添付図面に従がってこ
の発明の実施例を説明する。なお各図において同一の符
号は、同様の対象を示すものとする。図４と図５に従来
の水晶素板の上面図とその断面図をそれぞれ示す。いず
れの場合でも、エッチングにより形成された水晶素板薄
板部８及び薄板部１２周縁部には水晶の結晶方位によ
り、斜面部９や斜面部１３のような縁や水晶素板の平面
に対して傾斜した部分すなわち斜面部９及び斜面部１３
の傾斜部が厚板部７、及び厚板部１１に形成される。以
上の傾斜部以外にも、同じように水晶の結晶方位により
図４の丸み部１０や図５の丸み部１４のような丸みをお
びた縁が形成される。

【００１１】図２及び図３は、それぞれ本発明の１実施
例の上面図とその断面図で、薄板状の圧電素板振動部と
その周縁を包囲した厚板状の補強部とが一体となった水
晶素板を示す。スリット３が薄板状の水晶素板振動部の
縁に水晶の結晶方位軸Ｘ軸方向と平行で、かつ水晶の結
晶方位軸Ｚ´方向に垂直な方向で水晶素板の長手方向に
ひとつ形成されたスリットの実施例であり、スリット６
が、更にスプリアス抑制の効果を高めるように、同様に
薄板状の水晶素板振動部の縁に水晶方位軸Ｘ軸方向と平
行で、かつ水晶方位軸Ｚ´方向に垂直な方向で水晶素板
の長手方向にふたつ形成されたスリットの実施例であ
る。別の実施例として、図８は、水晶素板の長手方向に
垂直な水晶方位軸Z´方向に平行なスリットを薄板状の
水晶素板振動部の縁部にふたつ設けた実施例である。図
６のように、水晶素板振動部の励振用電極の引き回し
は、前記のスリットを避けるように配置され、水晶素板
を取り付ける基板との接合部分まで引き伸ばされる。図
７は、本発明の水晶素板の形成工程を示したものであ
る。本図７では、凹部を持つ水晶素板に形成されるスリ
ットはひとつであるが、スリットがふたつの場合におい
ても、その形成の工程には、なんら変わりはない。図７
の説明を以下に示す。圧電素板１６上の全面にＡｕ等の
金属膜１７を蒸着やスパッタ等の方法で成膜し、その上
に更にレジスト膜１８を塗布する。その後、フォトリソ
技術の方法を用いて、エッチングする部分の金属膜１７
を除去する。そして、フッ酸等のエッチング液に浸し、
凹部を形成する。凹部が必要な厚みに達するまで、エッ
チング処理を続ける。こういった製造方法により、薄板
状の振動部と、その周縁を囲む厚板状の補強部とが一体
となった凹部をもつ圧電基板１９と、この凹部を持つ水
晶素板１９を貫通するスリット２０がエッチングにより
同時に形成される。図８において２１は振動子素板の支
持部端から支持部側のスリットまでの距離を示し、２２
は薄板状の振動部に水晶方位軸Z´方向に平行にスリッ
ト２３をふたつ形成した場合のスリットの断面図であ
る。図８において、水晶素板は厚板状の補強部２４と薄
板状の水晶素板振動部２５より構成される。この場合ス
リットはひとつでも十分効果があるが、図８の様に、ふ
たつ形成した場合の方が主振動以外の不要なスプリアス
抑制の効果は大きい。

【００１２】

【発明の効果】本発明により、エッチングによって形成
された水晶素板上の振動面はスリットを形成することに
より、水晶の結晶方位によって形成されるスプリアスの
発生の原因となる水晶素板上の傾斜部から隔離される
か、もしくはエッチングにより水晶素板の長手方向にふ
たつ形成されるスリットによって、傾斜部は完全に除去
される。これにより、主振動以外の不要なスプリアスの
影響を排除することができる。また、水晶素板上の振動
面は、極めて平坦な平面度を得ると同時に、水晶素板の
裏面との良好な平行度を得ることが可能となり必要とす
る主振動である高周波基本波の周波数を得ることができ
る。同時に、本発明によれば、前述のスリットは、水晶
素板の凹部薄板状の水晶素板振動部がフォトリソ技術を
使用して一工程で同時に形成することが出来る為、作業
性を損なうことなく形成でき、総合的な歩留まりの向上
も実現できる。また同様に、本発明による実施例のひと
つである、水晶素板の両面エッチングによる薄板状の水
晶素板振動部の形成を行った場合においても、外形をエ
ッチングで形成する際に同時にふたつのスリットを形成
することができるため、作業性を損なうことなく、総合
的な歩留まりの向上が実現できる。また本発明による水
晶振動子を用いて水晶発振器を構成する時、主振動以外
の不要な振動やスプリアスの発生による周波数ジャンプ
等の不具合の無い、安定度の高い高周波基本波周波数を
得ることが実現でき、総合的な歩留まりを向上すること
ができる。

【００１３】加えて、水晶素板の長手方向に垂直なZ´
方向に平行なスリットを薄板状の水晶素板振動部の縁に
ふたつ設けた実施例の場合においては、支持部からの機
械的歪みの影響を無くすことが出来る為に、振動子の支
持部から振動薄板までの距離を、従来に比べその間隔を
短く、１ｍｍ以下とすることが出来、水晶素板を従来に
比べて小型化することが可能となる。この場合において
も、形成されたスリットによって主振動以外の不要な振
動やスプリアスの発生による周波数ジャンプ等の不具合
の無い、安定度の高い高周波基本波周波数を得ることが
実現でき、その結果総合的な歩留まりの向上を実現出来
ることが出来る。薄板状の水晶素板振動部の縁水晶素板
の長手方向に垂直なZ´方向に平行なスリットを薄板状
の水晶素板振薄板状の水晶素板振動部の縁動部の縁にふ
たつ設けた実施例の場合では、上記のように水晶素板を
従来に比べて小型化することが可能となるが、支持部の
側でない薄板状の水晶素板振動部の縁にスリットをひと
つ設けた場合においても、形成されたスリットによって
主振動以外の不要な振動やスプリアスの発生による周波
数ジャンプ等の不具合の無い、安定度の高い高周波基本
波周波数を得ることが実現でき、その結果総合的な歩留
まりの向上を実現出来ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ＡＴカット水晶振動子の切断方位図である。

【図２】本発明のひとつの実施例を示す上面図と断面図
である。（スリットがひとつ、振動部片面エッチングの
場合）

【図３】本発明の別の実施例を示す上面図と断面図であ
る。（スリットがふたつ、振動部両面エッチングの場
合）

【図４】従来技術による上面図と断面図である。（スリ
ットなし。振動部片面エッチングの場合）

【図５】従来技術による上面図と断面図である。（スリ
ットなし。振動部両面エッチングの場合）

【図６】本発明における水晶素板振動部の励振用電極パ
ターンの引き回し実施例を示す上面図である。（スリッ
トがひとつの場合）

【図７】水晶素板にスリットをつくる製造方法を示す図
である。

【図８】本発明の別の実施例をしめす上面図と断面図で
ある。（スリットがふたつの場合）

【符号の説明】

１、４、７、１１、２４ 水晶素板の厚板状の補強部 ２、５、８、１２、２５ 薄板状の水晶素板振動部 ３、６、２０、２３ スリット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶素板薄板の振動部と、その周囲を囲
   う水晶素板厚板の補強部とが一体になった水晶振動子に
   おいて、該水晶素板薄板の振動部と該水晶素板厚板の補
   強部との間にスリットを有することを特徴とする水晶振
   動子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の水晶振動子において、
   該スリットが該水晶素板薄板の振動部のＺ´軸寄りの縁
   部でＸ軸方向に沿ってもっていることを特徴する圧電振
   動子。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の該水晶振動子におい
   て、該スリットが該水晶素板薄板の振動部の縁部に水晶
   の結晶方位Ｘ軸方向に沿って両側にもつことを特徴とす
   る水晶振動子。
4. 【請求項４】 請求項1に記載の該水晶振動子におい
   て、該スリットが該水晶素板薄板の振動部の縁部に水晶
   の結晶方位Z´軸方向に沿ってもつことを特徴とする水
   晶振動子。