JP2005191866A - 水晶片の選定方法と、水晶振動片および水晶デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 所謂ダブルローテーションカット水晶片を製造する上で、容易に良品を判別して選定できる水晶片の選定方法と、この選定方法を利用した水晶振動片の製造方法、ならびに水晶デバイスの製造方法を提供すること。
【解決手段】 水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸として、前記Ｘ軸とＺ軸との回りにそれぞれ回転させたカット角でなる所謂ダブルローテーションカット水晶片を複数個形成し、前記複数のダブルローテーションカット水晶片から特定の温度特性を備えるものを選定する方法であって、前記複数のダブルローテーションカット水晶片について、駆動電極３４を形成する前に、それぞれＢモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）を測定し、前記ｆｃとｆｂとの比を求めて、比の値ｆｂ／ｆｃが所定範囲にある前記ダブルローテーションカット水晶片を選定する。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、圧電効果を利用した振動片に係り、特に水晶原石を特殊なカット角でカットした水晶片（ブランク）の選定方法と、この選定方法を利用した水晶振動片の製造方法、ならびに水晶デバイスの製造方法に関する。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
従来の圧電デバイスは、パッケージ内に、例えば、圧電材料、特に水晶材料を利用した水晶振動片を収容している。
水晶振動片のうち、例えば水晶ウエハを矩形にエッチングして駆動用の電極を設けることにより形成された、所謂、ＡＴカット振動片は、比較的周波数が高いタイプの圧電振動子を形成するため等に広く使用されている（特許文献１の「従来の技術欄」参照）。

このようなＡＴカット振動片は、ひとつの辺がＸ軸に平行であって、Ｙ軸を回転させないようにして、ＸＺ面をＸ軸回りに、たとえば３５．２５度時計回りに回転させたカット角θを有するものである。

特許第３２１８５３７号

図１３は、従来のＡＴカット振動片の周波数―温度特性を示すものであり、横軸に温度、縦軸に周波数変動を記録したグラフである。
図１３では、カット角θについて、３５．２度から３５．３５度まで変化させた場合のそれぞれの温度特性が示されている。
図示されているように、従来のＡＴカット振動片は、２５度（摂氏、以下、温度表示は全て「摂氏」）の際の周波数に対して、ほぼ３次の関数を示すように変化し、１００度前後の温度域で急激に周波数変化している。
すなわち、マイナス２５度から１２０度までの範囲を見ると、周波数の変動幅として３０ｐｐｍにおさまるようなカット角はなく、自動車部品のような比較的広範囲な温度域において使用される機器に、従来のＡＴカット振動片を搭載すると、高精度な制御が困難となる。

これに対して、本出願人は、最近、このような点を改善するＡＴカット振動片として、Ｘ軸とＺ軸との回りにそれぞれ回転させたカット角でなる所謂ダブルローテーションカット水晶片に駆動電極を形成した水晶振動片を提案している。
このような振動片は、温度特性として、上述の温度範囲における周波数変動が比較的少ない利点を有しているが、以下のような別の問題がある。

すなわち、近年、圧電振動片を収容する圧電デバイスが搭載される機器が急激な小型化の進展を示すなかで、圧電振動片自体の大きさのさらなる小型化が要求されており、矩形の圧電振動片を構成するための水晶片（ブランク）の大きさは、例えば、長さ２ｍｍ程度、幅１．３ｍｍ程度まで小さくなっている。
そして、このようなきわめて小さな水晶片に関して、ダブルローテーションカット水晶片としてのカットアングルが正しく形成されたか否かを判定することは困難である。

すなわち、精密な製造工程を経て、ダブルローテーションカット水晶片を形成するのであるが、例えば、途中の研磨工程などにおいて、ラップ量が多いと、ブランクの平行度が損なわれ、カットアングルがばらつくことがある。

図１４は、ダブルローテーションカット水晶片を製造後、形成された水晶片の良否を判別することなく水晶電振動片を形成した場合の周波数―温度特性を示したものである。図１３と比較すると、全体として改善されているものの、例えば、１００度付近においては、なお１０ｐｐｍを超える周波数のばらつきが認められる。この周波数のばらつきは、製造されたダブルローテーションカット水晶片に関してそのカットアングルがばらつくことに起因している。

このため、製造された複数または多数のブランクについてそのカットアングルの良否を判別して、製品を形成する必要があるが、ダブルローテーションカットの製造工程で形成されたブランクは、きわめて小さいので、その外見からカットアングルの正しさを把握することが困難である。
一方、このような判別を行わない場合には、製造される製品には、不良なブランクを用いたものが混入することになり、不良なブランクを用いて振動片を形成すると、所期の温度特性を発揮し得ない水晶デバイスを形成してしまい、これを完成後の検査で廃棄するとなると、その分工程上の手間やパッケージ材料などにも無駄が多くなってしまう。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、所謂ダブルローテーションカット水晶片を製造する上で、容易に良品を判別して選定できる水晶片の選定方法と、この選定方法を利用した水晶振動片の製造方法、ならびに水晶デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的は、第１の発明にあっては、水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸として、前記Ｘ軸とＺ軸との回りにそれぞれ回転させたカット角でなる所謂ダブルローテーションカット水晶片を複数個形成し、前記複数のダブルローテーションカット水晶片から特定の温度特性を備えるものを選定する方法であって、前記複数のダブルローテーションカット水晶片について、駆動電極を形成する前に、それぞれＢモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）を測定し、前記ｆｃとｆｂとの比を求めて、比の値ｆｂ／ｆｃが所定範囲にある前記ダブルローテーションカット水晶片を選定する、水晶片の選定方法により達成される。

第１の発明の構成によれば、前記ダブルローテーションカット水晶片は、正しいカットアングルで製造された場合に、優れた周波数―温度特性を備えている。ところが、その製造工程中において、種々の原因により、カットアングルがばらつくことがあり、不良なカットアングルで形成されるとそのような水晶片は、所期の温度特性を示すことができない。
本発明者は、形成された水晶片のＢモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）の測定をし、その比を求めると、比の値ｆｂ／ｆｃが、カット角度と相関があることを見いだした。すなわち、形成された水晶片そのものから、当該水晶片のカットアングルを判別できない場合でも、これに駆動電圧を印加して、Ｂモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）の測定をし、その比を求めることで、得られた比の値ｆｂ／ｆｃを判定することにより、当該水晶片のカット角度を判定することができる。これにより、製造された複数の水晶片の前記比の値ｆｂ／ｆｃを求め、これが所定範囲にある時、当該水晶片は良品であると判断することができる。
かくして、本発明によれば、所謂ダブルローテーションカット水晶片を製造する上で、容易に良品を判別して選定できる水晶片の選定方法を提供することができる。

また、上述の目的は、第２の発明にあっては、水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸として、これらの各軸を基準として所定のカット角で水晶原石をカットするカット工程と、前記カット工程で得られた水晶ウエハに必要な処理を施して水晶片（ブランク）を得るブランク形成工程と、前記ブランク形成工程で得た水晶片に必要な駆動電極を形成して水晶振動片を得る工程とを含んでおり、前記カット工程においては、前記Ｘ軸とＺ軸との回りにそれぞれ回転させたカット角により前記水晶原石をカットした後で、前記ブランク形成工程を経ることにより、所謂ダブルローテーションカット水晶片を形成し、前記ブランク形成工程でできる複数のダブルローテーションカット水晶片について、それぞれＢモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）を測定し、前記ｆｃとｆｂとの比を求めて、比の値ｆｂ／ｆｃが所定範囲にある前記ダブルローテーションカット水晶片を選定する選定工程を行い、前記選定工程で選定されたダブルローテーションカット水晶片のみについて、前記駆動電極の形成を行うようにした、水晶振動片の製造方法により、達成される。

第２の発明の構成によれば、前記ダブルローテーションカット水晶片を製造したのち、第１の発明で説明したのと同様にして、複数の水晶片から良品の水晶片を選んで、前記駆動電極を形成するようにしたので、無駄な水晶振動片を形成することがなく、無駄となる工数を費やさないで、効率良く水晶振動片を製造することができる。

さらに、上述の目的は、第３の発明にあっては、水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸として、これらの各軸を基準として所定のカット角で水晶原石をカットするカット工程と、前記カット工程で得られた水晶ウエハに必要な処理を施して水晶片（ブランク）を得るブランク形成工程と、前記ブランク形成工程で得た水晶片に必要な駆動電極を形成して水晶振動片を得る工程と、前記水晶振動片を給電用の電極に接合するマウント工程と、前記水晶振動片を収容体に気密に封止する封止工程とを含んでおり、前記カット工程においては、前記Ｘ軸とＺ軸との回りにそれぞれ回転させたカット角により前記水晶原石をカットした後で、前記ブランク形成工程を経ることにより、所謂ダブルローテーションカット水晶片を形成し、前記ブランク形成工程でできる複数のダブルローテーションカット水晶片について、それぞれＢモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）を測定し、前記ｆｃとｆｂとの比を求めて、比の値ｆｂ／ｆｃが所定範囲にある前記ダブルローテーションカット水晶片を選定する選定工程を行い、前記選定工程で選定されたダブルローテーションカット水晶片のみについて、前記駆動電極の形成工程以後の工程を行うようにした、水晶デバイスの製造方法により、達成される。

第３の発明の構成によれば、前記ダブルローテーションカット水晶片を製造したのち、第１の発明で説明したのと同様にして、複数の水晶片から良品の水晶片を選んで、前記駆動電極を形成し、さらに封止工程などを実行するようにすれば、製品単位で無駄となる不良品を製造する危険を避けることができ、無駄となる工数を費やすことなく、効率良く水晶デバイスを製造することができる。

第４の発明は、第３の発明の構成において、前記カット角が、前記Ｚ軸の回りに前記Ｘ軸を時計回りにφだけ回転させたＸ’軸を設定し、前記Ｘ’軸の回りに前記Ｚ軸をθだけ回転させるようにし、この時、前記φがマイナス２３度から０度未満、または０度を超え、２３度未満（−２３度＜φ＜０度、０度＜φ＜２３度）、とされ、かつ、前記θが３３度以上で、３５．１度以下（３３度≦θ≦３５．１度）とすることを特徴とする。

第４の発明の構成によれば、前記のようにカット角を決定することにより、特に、周波数―温度特性に優れたダブルローテーションカット水晶片を得ることができる。これに加えて、前記のようにカット角を決定して製造した水晶片は、形成された水晶片のＢモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）の測定をして、その比を求めた場合に、比の値ｆｂ／ｆｃが、カット角度と確実に相関することが確認されている。したがって、このような比の値を求めることで、良品を水晶片を確実かつ容易に選別することができる。

第５の発明は、第３または４の発明のいずれかの構成において、前記比の値ｆｂ／ｆｃが、１．１２６０ないし１．１２６５であることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、このような条件のもとに製造された水晶デバイスは、実用的な範囲で周波数―温度特性の良好な製品となる。

第６の発明は、第５の発明の構成において、前記比の値ｆｂ／ｆｃが、１．１２６２ないし１．１２６４であることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、このような条件のもとに製造された水晶デバイスは、より一層優れた周波数―温度特性を備えた製品となる。

図１および図２は、本発明の水晶デバイスの実施形態を示しており、図１は水晶デバイスの蓋体を透過させて示した概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線概略断面図、図３は図１の水晶デバイスに用いる水晶振動片の概略斜視図である。
図において、水晶デバイス３０は、水晶振動子を構成した例を示しており、水晶デバイス３０は、収容体としてのパッケージ３６内に水晶振動片３２をおさめている。
具体的には、水晶デバイス３０は、図２に示すように、第１の基板４４と、この第１の基板４４に積層された第２の基板４５を含む薄い箱状のパッケージ３６内に水晶振動片３２を収容している。

パッケージ３６を構成する第１の基板４４は絶縁基体であり、その上に給電用の電極部３１が形成されている。図１において、電極部は符号３１，３１に示されているように、パッケージ３６の端部において、第１の基板４４の幅方向の両端部に一対設けられている。
第１の基板４４と第２の基板４５は絶縁材料で形成され、セラミックが適している。この実施形態では、パッケージ３６は、例えば、セラミックのグリーンシートが利用されている。グリーンシートは、例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得られるものである。

第１の基板４４と第２の基板４５は、図示する形状に成形したグリーンシートを積層し、焼結して形成することができる。この場合、第１の基板４４は、パッケージ３６の底部を構成する基板で、これに重ねられる第２の基板４５は、上述したグリーンシートを板状として、内部の材料を除去して、枠状として、図２の内部空間Ｓ２を形成したもので、この内部空間Ｓ２を利用して、水晶振動片３２を収容するようにしている。
このパッケージ３６には、コバールなどの金属で形成された蓋体３９が封止材３５を介して接合されることにより、パッケージ３６は気密に封止されている。尚、蓋体３９は金属に限定されるわけではなく、ガラスやセラミックにより形成してもよい。
なお、絶縁基体としての平板な第１の基板４４上に、水晶振動片３２を接合するとともに、これに浅い箱状の蓋体（図示せず）を接合して、気密に封止するタイプのパッケージを用いてもよい。
あるいは、収容体として、一端が塞がれた金属製の円筒体（図示せず）を用いて、圧電振動片３２を図示しないプラグに設けた給電用の電極に接合し、上記円筒体に封入するようにしてもよい。

第１の基板４４上には、例えば、銀・パラジウムなどの導電ペーストもしくはタングステンメタライズなどの導電ペーストなどを用いて、必要とされる導電パターンを形成後に、第１及び第２の基板の焼結をした後で、ニッケルおよび金もしくは銀などを順次メッキして、上述した電極部３１，３１が形成されている。図２に示すように、電極部３１は、パッケージ３６の底面に露出した実装端子４１，４１と導電パターン３２ａにより接続されている。この電極部３１と実装端子４１とを接続するための導電パターンは、パッケージ３６の形成時に利用されるキャスタレーションの表面に形成して、パッケージ３６の外面を引き回してもよいし、あるいは図２に符号３１ｂで示すように、第１の基板４４を貫通する導電スルーホールなどにより接続してもよい。また、実装端子４１，４１はパッケージ３６底面各四隅に合計４個形成し、そのうち２つを給電用とするとともに、一部は導電スルーホールなどにより蓋体３９と電気的に接続するようにしてもよい。これにより不要な電気容量を抑制することができる。

水晶振動片３２は、図３に示すように、例えば圧電材料により形成されたウエハを厚みの薄い矩形に加工した、所謂、ＡＴカット振動片により形成されている。さらに、水晶振動片３２は、この実施形態では特に、図４に示すように、水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸として、これらの各軸を基準として所定のカット角で水晶原石をカットして形成された、所謂ダブルローテーションカット水晶片に駆動用の電極を成膜することにより形成されている。

具体的には、水晶振動片３２を形成するための水晶片（ブランク）（水晶個片）３７は、図４に示すように、水晶原石１０から水晶ウエハ（図示せず）を形成するに際して、カット角として、Ｚ軸の回りに図示されたＸ軸を時計回りにφだけ回転させたＸ’軸を設定し、前記Ｘ’軸の回りに前記Ｚ軸をθだけ回転させたＺ’軸を設けるようにし、このＸ’軸と平行な辺と、Ｚ’軸に平行な辺を有している。
この場合の具体的なカット角度は、後述する製造工程で詳しく説明する。

このような水晶片３７を用いて形成した図３に示す水晶振動片３２は、矩形の振動片であり、きわめて小型に形成されており、例えば、その全長Ｌは２ｍｍ程度、幅Ｗは１．３ｍｍ程度である。なお、水晶振動片の形態は、矩形の振動片に限らず、コンベックスタイプや、逆メサ型の振動片を用いることができる。
図３において、水晶振動片３２の表面には、駆動用の電極として、励振電極３４が形成されている。励振電極３４は、水晶片（ブランク）の積極的に振動させようとする領域に形成され、圧電材料に駆動電圧を印加することで、材料内に効率よく電界を生じさせ、励振するためのものである。励振電極３４は、図示しない水晶振動片３２の裏面にも同様の形態で形成され、それぞれ水晶振動片３２の長さ方向の端部において、その幅方向の両端にそれぞれ形成された接続電極である引出し電極３３，３３に対して、各別に接続されている。

図５は、図４の水晶片３７について、その複数の振動モードのうち、ＢモードとＣモードの振動を計測する様子を示している。すなわち、駆動電極を形成する前の水晶片３７においても、水晶振動子とほぼ同様の電気的特性を示し、これに駆動電圧を印加することにより、複数の振動モードで励振させることができる。
図４の２つの各ピークは、それぞれＢモードとＣモードの周波数を示している。
さらに、このＢモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）を測定し、周波数ｆｃとｆｂとの比を求めて、比の値ｆｂ／ｆｃを求める。

ここで、Ｂモードの周波数をＦｂ（＝ｆｂ）、Ｃモードの周波数をＦｃ（＝ｆｃ）、Ｂモードの周波数定数をＮｂ、Ｃモードの周波数定数をＮｃ、水晶片３７の厚みをｔ（図３の水晶振動片３２の厚みｔと同じ）、図４のＺ軸回転角度をφ、Ｘ軸回転角度をθとすると、
Ｆｃ×ｔ＝Ｎｃ（φ、θ）・・・・・式１
Ｆｂ×ｔ＝Ｎｂ（φ、θ）・・・・・式２
式１および式２より、
Ｎｂ／Ｎｃ（φ，θ）＝Ｆｂ／Ｆｃ＝ｆｂ／ｆｃ・・・・・式３
となる。

すなわち、図６に示すように、φを一定とした場合には、周波数ｆｃとｆｂとの比の値ｆｂ／ｆｃは、カット角のうちのＸ軸回転角度θと相関することがわかる。つまり、当該比の値を知れば、カット角がどの程度であったか否か、さらには、当該水晶片３７の製造におけるカット角が適切であったか否かを知ることができる。
本発明者の以上のような知見に基づいて、水晶デバイス３０は以下の実施形態で示す製造方法により製造することができる。

（水晶デバイスの製造方法）
次に、上述した水晶デバイス３０の製造方法の一例を説明する。
図７は水晶デバイス３０の製造方法の一例について示すフローチャートである。
図１ないし図３で説明した水晶デバイス３０のパッケージ３６と、水晶振動片３２と、蓋体３９とは別々の工程でそれぞれ形成される。
パッケージ３６は、既に詳しく説明したように、グリーンシートを利用して形成することができる。また、蓋体３９は、これをコバールなどの金属板により形成することができる。例えば、コバール製のウエハを所定形状に切断して形成することができる。

（パッケージの形成工程）
図１および図２で説明したパッケージ３６は、次のように形成される。例えば、所定の溶液中にセラミックパウダを分散させ、バインダを添加して生成される混練物をシート状の長いテープ形状に成形し、これを所定の長さにカットして得た、所謂グリーンシートを用意する。
グリーンシートは、上述した第１の基板４４と、第２の基板４５をそれぞれ形成するために共通して使用することができる。

これら第１の基板４４と、第２の基板４５は、上述した各構造に適合するように成形され、各電極部や導電パターンを形成する。すなわち、第１の基板４４となるグリーンシートには、裏側に実装端子４１，４１に対応して、導電ペースト、例えばタングステンメタライズを塗布する。第２の基板４５の表側には電極部３１，３１に対応して、タングステンメタライズを塗布する。さらに必要に応じてスルーホールを穿設し、導電ペーストを塗布することで、導電スルーホールを形成する。
成形後に第１および第２の基板を積層し、焼成後、タングステンメタライズ上に、ニッケルおよび金メッキを施す。なお、パッケージ３６の上端部には、例えば、シームリングとして使用する枠状のコバールリングなどをロウ材を用いて固定することで、封止材３５を設けておく。

（水晶振動片の製造方法）
（カット工程）
水晶振動片３２を形成するための水晶片（ブランク）（水晶個片）３７は、図４に示すように、水晶原石１０から切り出した水晶ウエハを形成し、これにさらに必要な処理をした後で、切断することにより形成される（ＳＴ１１）。
水晶原石１０から水晶ウエハを形成するに際してのカット角は、図４に示すように、Ｚ軸の回りに図示されたＸ軸を時計回りにφだけ回転させたＸ’軸を設定し、前記Ｘ’軸の回りに前記Ｚ軸をθだけ回転させたＺ’軸を設けるようにする。水晶片３７は、このＸ’軸と平行な辺と、Ｚ’軸に平行な辺を有している。
この時、前記φがマイナス２３度から０度未満、または０度を超え、２３度未満（−２３度＜φ＜０度、０度＜φ＜２３度）、とされ、かつ、前記θが３３度以上で、３５．１度以下（３３度≦θ≦３５．１度）としてそのカット角を定める。

（ブランク形成工程およびカット工程）
次に、カット工程で得た水晶ウエハについて、その主面を研磨（ラッピング）し、厚み調整を行う（ＳＴ１２）。
続いて、ラッピング後の水晶ウエハについて、縦横の切断線に沿ってカットすることにより、図３で示したような外形を備える水晶片３７を形成する（ＳＴ１３）。この過程で水晶片３７の長辺および短辺の端面を研磨して寸法を調整する。
次に、ＨＦ溶液（フッ酸溶液）に水晶片３７を浸漬し、周波数調整を行う。あるいはこれに代え、これに加えて、水晶片３７の選定を行う（ＳＴ１４）。

（選定工程）
形成された複数もしくは多数の水晶片（ブランク）３７について、上述したように、駆動電圧を印加して、複数の振動モードで励振させ、図４で説明したようなＢモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）を測定する。図８は、Ｂモードの周波数（ｆｂ）を測定した結果を表し、図９は、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）を測定した結果をそれぞれ示している。各図において、縦軸は計測された周波数を表し、横軸は対応する水晶片３７の個数を示す。

次に、測定結果として得たＢモードの周波数ｆｂとＣモードの周波数ｆｃの比の値ｆｂ／ｆｃを求める。この結果をまとめたのが、図１０のグラフである。このような結果に基づいて、例えば、図１０のＲ１の範囲にある水晶片３７を選定する。あるいは、さらに厳しい基準として、Ｒ２の範囲にある水晶片３７だけを選び出す。
この場合、Ｒ１の範囲は、比の値ｆｂ／ｆｃが、例えば、１．１２６０ないし１．１２６５である水晶片３７を選ぶことになる。また、Ｒ２の範囲は、比の値ｆｂ／ｆｃが、例えば、１．１２６２ないし１．１２６４である水晶片３７を選ぶことになる。

比の値を基準として設定するＲ１，Ｒ２の各範囲は、例えば、水晶振動片や水晶デバイスが搭載される各種電子機器において要求される制御の精度等に対応して設定される。したがって、各範囲は２つだけでなく、より多く定めることができるし、ひとつだけ定めてもよい。そして、上述のＲ２の範囲にある水晶片３７を選んで以降の工程を進めることにより、水晶デバイス３０を形成した場合には、各種の電子機器で要求される制御精度をほぼ満足させることができる。また、Ｒ２の範囲で選択される水晶片３７を使用して水晶デバイス３０を形成した場合には、製造した水晶片をより多く廃棄することにはなるが、きわめて高い精度が要求される電子機器に適切に対応することができる。
因みに、図１１は、Ｒ２の範囲で選定した水晶片３７を使用して水晶デバイス３０を形成した場合における周波数―温度特性を示す図である。図示されているように、温度１００度付近で、数ｐｐｍ程度の周波数のずれしかない優れた温度特性を示している。

（電極形成工程）
次いで、選定した水晶片３７についてのみ、所定の治具（図示せず）にセットし、この治具のもつマスクから露出した領域について、駆動電極として、例えば、クロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）の電極膜を図３で説明した形態となるように、スパッタリングなどの手法を用いて形成する（ＳＴ１５）。

（接合工程）
次いで、完成したパッケージ３６の電極部３１，３１に水晶振動片３２を接合する（ＳＴ１６）（マウント工程）。
すなわち、図１２（ａ）に示すように、パッケージ３６側の各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３を塗布し、その上に水晶振動片３２の図３で説明した各引出し電極３３，３３を位置させて、矢印方向に移動させ、載置後、例えば軽く荷重を加える。
次に、この状態で、ベルト炉などの加熱炉などに通し、これら導電性接着剤４３，４３を硬化させる（ＳＴ１７）。この加熱中には、図１２（ｂ）に示す状態で、導電性接着剤４３，４３の揮発成分がガスとなって排出されるとともに、パッケージ３６内面や水晶振動片３２の表面などに付着した水分などが気化したガス成分を外部に排出させる（ＳＴ１８）。

次いで、図１２（ｂ）の水晶振動片３２の励振電極３４の一部にレーザ光やハロゲンランプなどによる加熱用光ビーム、あるいは電子ビームなどを照射して、電極膜をトリミングすることで、質量削減方式による周波数調整を行う。あるいは、この場合、スパッタリング等の手段により、電極膜を追加することで、質量増加方式による周波数調整を行う（ＳＴ１９）。

続いて、図１２（ｃ）に示すように、パッケージ３６の封止剤３５の上に蓋体３９を載置し、シーム溶接などの手段により、パッケージ３６に蓋体を接合して、パッケージ３６を気密に封止する（ＳＴ２０）（封止工程）。
その後、必要な気密性試験によるリーク検査をし、水晶デバイス３０を駆動して所定の特性検査を行い、必要なマーキングを施す（ＳＴ２１，ＳＴ２２）、その後、水晶デバイス３０をテープ部品として使用できるようにテーピングし、梱包後（ＳＴ２３）、製品として出荷される（ＳＴ２４）。

このように、水晶デバイスの製造工程において、形成された水晶片そのものから、当該水晶片のカットアングルを判別できない場合でも、これに駆動電圧を印加して、Ｂモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）の測定をし、その比を求めることで、得られた比の値ｆｂ／ｆｃを判定することにより、当該水晶片のカット角度を判定することができる。これにより、製造された複数の水晶片の前記比の値ｆｂ／ｆｃを求め、これが所定範囲にあるかいなかにより、当該水晶片の良否を容易に判別することができる。
また、ダブルローテーションカット水晶片を製造したのち、複数の水晶片から良品の水晶片を選んで、駆動電極を形成するようにしたので、無駄な水晶振動片を形成することがなく、無駄となる工数を費やさないで、効率良く水晶振動片を製造することができる。
同様にして、良品の水晶片を選んで、駆動電極を形成し、さらに封止工程などを実行するようにすれば、製品単位で無駄となる不良品を製造する危険を避けることができ、無駄となる工数を費やすことなく、効率良く水晶デバイスを製造することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージなどの収容体に被われるようにして、内部に水晶振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶発振器等の名称にかかわらず、全ての水晶デバイスに適用することができる。

本発明の実施形態に係る水晶デバイスの蓋体を透過するようにして内部構造を示した概略平面図。 図１のＡ−Ａ線概略断面図。 図１の水晶デバイスに収容されている水晶振動片の実施形態を示す概略斜視図。 図３の水晶振動片の製造工程における水晶原石のカット角度を説明する説明図。 ＡＴカット振動片（ダブルローテーションカット水晶片）の複数の振動モードのうち、ＢモードとＣモードを表す図。 図４におけるカット角度のうち、φを一定とした際に、ＢモードとＣモードの各周波数の比の値とθとの相関を示す図。 図１の水晶デバイスの製造方法の実施形態の一例を示すフローチャート。 図１の水晶デバイスの製造方法における選定工程の手順の一部を示す図。 図１の水晶デバイスの製造方法における選定工程の手順の一部を示す図。 図１の水晶デバイスの製造方法における選定工程の手順の一部を示す図。 本発明の実施形態に係る水晶デバイスの周波数―温度特性を示す図。 本発明の実施形態に係る水晶デバイスの製造工程の一部を工程順に示す図。 従来のＡＴカット振動片の周波数―温度特性を示す図。 ダブルローテーションカット水晶片について、本発明の実施形態の手法を適用しない場合に水晶振動片の周波数―温度特性を示す図。

符号の説明

３０・・・水晶デバイス、３２・・・水晶振動片、３４・・・励振電極、３６・・・パッケージ、３９・・・蓋体。

Claims (6)

1. 水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸として、前記Ｘ軸とＺ軸との回りにそれぞれ回転させたカット角でなる所謂ダブルローテーションカット水晶片を複数個形成し、
   前記複数のダブルローテーションカット水晶片から特定の温度特性を備えるものを選定する方法であって、
   前記複数のダブルローテーションカット水晶片について、駆動電極を形成する前に、それぞれＢモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）を測定し、
   前記ｆｃとｆｂとの比を求めて、比の値ｆｂ／ｆｃが所定範囲にある前記ダブルローテーションカット水晶片を選定する
   ことを特徴とする、水晶片の選定方法。
2. 水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸として、これらの各軸を基準として所定のカット角で水晶原石をカットするカット工程と、
   前記カット工程で得られた水晶ウエハに必要な処理を施して水晶片（ブランク）を得るブランク形成工程と、
   前記ブランク形成工程で得た水晶片に必要な駆動電極を形成して水晶振動片を得る工程とを含んでおり、
   前記カット工程においては、前記Ｘ軸とＺ軸との回りにそれぞれ回転させたカット角により前記水晶原石をカットした後で、前記ブランク形成工程を経ることにより、所謂ダブルローテーションカット水晶片を形成し、
   前記ブランク形成工程でできる複数のダブルローテーションカット水晶片について、
   それぞれＢモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）を測定し、
   前記ｆｃとｆｂとの比を求めて、比の値ｆｂ／ｆｃが所定範囲にある前記ダブルローテーションカット水晶片を選定する選定工程を行い、
   前記選定工程で選定されたダブルローテーションカット水晶片のみについて、前記駆動電極の形成を行うようにした
   ことを特徴とする、水晶振動片の製造方法。
3. 水晶の電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光学軸をＺ軸として、これらの各軸を基準として所定のカット角で水晶原石をカットするカット工程と、
   前記カット工程で得られた水晶ウエハに必要な処理を施して水晶片（ブランク）を得るブランク形成工程と、
   前記ブランク形成工程で得た水晶片に必要な駆動電極を形成して水晶振動片を得る工程と、
   前記水晶振動片を給電用の電極に接合するマウント工程と、
   前記水晶振動片を収容体に気密に封止する封止工程と
   を含んでおり、
   前記カット工程においては、前記Ｘ軸とＺ軸との回りにそれぞれ回転させたカット角により前記水晶原石をカットした後で、前記ブランク形成工程を経ることにより、所謂ダブルローテーションカット水晶片を形成し、
   前記ブランク形成工程でできる複数のダブルローテーションカット水晶片について、
   それぞれＢモードの周波数（ｆｂ）と、Ｃモードにおける周波数（ｆｃ）を測定し、
   前記ｆｃとｆｂとの比を求めて、比の値ｆｂ／ｆｃが所定範囲にある前記ダブルローテーションカット水晶片を選定する選定工程を行い、
   前記選定工程で選定されたダブルローテーションカット水晶片のみについて、前記駆動電極の形成工程以後の工程を行うようにした
   ことを特徴とする、水晶デバイスの製造方法。
4. 前記カット角が、前記Ｚ軸の回りに前記Ｘ軸を時計回りにφだけ回転させたＸ’軸を設定し、前記Ｘ’軸の回りに前記Ｚ軸をθだけ回転させるようにし、
   この時、
   前記φがマイナス２３度から０度未満、または０度を超え、２３度未満（−２３度＜φ＜０度、０度＜φ＜２３度）、
   とされ、
   かつ、前記θが３３度以上で、３５．１度以下（３３度≦θ≦３５．１度）
   とすることを特徴とする請求項３に記載の水晶デバイスの製造方法。
5. 前記比の値ｆｂ／ｆｃが、１．１２６０ないし１．１２６５であることを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の水晶デバイスの製造方法。
6. 前記比の値ｆｂ／ｆｃが、１．１２６２ないし１．１２６４であることを特徴とする請求項５に記載の水晶デバイスの製造方法。

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