JP2016208066A - Atカット水晶片及び水晶振動子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水晶の結晶軸のZ′軸と交差する2つの側面を、水晶結晶のm面である第1の面11aと、この第1の面に交わりm面以外の第2の面11bと、この第2の面11bと交わりm面以外の第3の面との3つの面で構成してある。しかも、第2の面11bは、当該ATカット水晶片の主面11dを水晶のX軸を回転軸として−74±3°回転させた面に相当する面であり、第3の面11bcは、主面11dを水晶のX軸を回転軸として−56±3°回転させた面に相当する面である。
【選択図】図1
Description
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、この出願の目的は従来に比べ特性改善が可能な新規なATカット水晶片及び水晶振動子を提供することにある。
この発明の実施に当たり、前記第2の面は、当該ATカット水晶片の、水晶の結晶軸で表わされるX−Z′面(この面を本明細書では主面という。)を、水晶のX軸を回転軸として−74±5°回転させた面に相当する面とし、前記第3の面は、前記主面を、水晶のX軸を回転軸として−56±5°回転させた面に相当する面とするのが好適である。より好ましくは、前記第2の面は、前記主面を、水晶のX軸を回転軸として−74±3°回転させた面に相当する面とし、前記第3の面は、前記主面を、水晶のX軸を回転軸として−56±3°回転させた面に相当する面とするのが良い。ここで、−74や−56のマイナスとは、前述の主面を、X軸を回転軸として時計周りに回転させる意味である(以下、同様)。
(a)ATカット水晶ウエハ表裏の当該水晶片形成予定部分に耐エッチングマスクを形成し、このマスクから露出する部分をフッ酸系エッチャントでエッチングする工程。ただし、表裏の耐エッチング性マスク同士は、水晶のZ′軸方向に沿ってΔzずらしておく。マスクズラシ量Δzは、水晶ウエハの厚みをT1としたとき、T1≦Δz≦1.5・T1の範囲から選ばれる値にする。すなわち、マスクズラシ量ΔzをT1〜1.5・T1の範囲から選ばれる値にする。また、エッチング時間は、水晶ウエハの厚さT1を水晶ウエハの片面からエッチングできる時間の70〜125%の範囲から選ばれる時間とする。
(b)上記(a)工程が済んだ後に、水晶ウエハの耐エッチングマスクで覆っていた部分の、当該水晶片の振動領域となる第1の領域のみに、第2の耐エッチングマスクを残し、又は新たに形成し、この第2の耐エッチングマスクから露出する部分を所定厚みhだけエッチングして、第1の領域に連続する第1の領域より厚さが薄い第2の厚さT2を持つ第2の領域を形成する工程。この好適な製法によれば、第1〜第3の3つの面から成る側面を持つこの発明に係るATカット水晶片を容易に得ることができる。
図1(A)〜(C)は、実施の形態のATカット水晶片11の説明図である。特に、図1(A)は水晶片11の平面図、図1(B)は図1(A)中のM−M線に沿った水晶片11の断面図、図1(C)は図1(B)中のN部分を拡大して示した断面図である。
また、この実施の形態の水晶片11の平面形状は、水晶のX軸に沿う方向を長辺とし、水晶のZ′軸に沿う方向を短辺とする矩形の形状としてある。
また、この実施の形態の水晶片11は、第1の領域R1と第2の領域R2とを有する構造としてある。第1の領域R1は、水晶片11の振動領域を構成する領域であり、厚さがT1を持つ領域である。第2の領域R2は、第1の領域R1の外側に第1の領域R1と連続していて第1の領域R1の厚さより薄い第2の厚さT2を持つ領域である。第1の領域R1と第2の領域R2とは、段差hで連続している。段差hの寸法は、第1の領域R1に振動エネルギーを効果的に閉じ込めることができる値とする。具体的には、段差hは、T1に対し3〜20%の範囲から選ばれる値であり、典型的には数μmである。
次に、図2〜図7を参照して、実施形態のATカット水晶片11の製法例について説明する。この水晶片11は、フォトリソグラフィ技術およびウエットエッチング技術により水晶ウエハから多数製造できる。そのため、図2〜図7では、水晶ウエハ11wの平面図と、その一部分Pを拡大した平面図を示してある。さらに、図2〜図7中の一部の図面では、水晶ウエハ11wの一部分PのQ−Q線に沿う断面図や、R部分(図5(B)参照)の拡大図も併用している。
次に、図8、図9、図10を参照して実験結果を説明する。なお、ここでは主に発振周波数が38.4MHzの水晶振動子での実験結果を示す。また、実験結果の一部では発振周波数が48MHzの水晶振動子での実験結果も併せて示す。
先ず、マスクズラシ量Δzが水晶片11のz′面の形状にどう影響するかを説明する。ここでは、発振周波数が38.4MHzの水晶振動子での実験結果を示す。従って、この場合の第1の領域R1の厚さT1は約40.4μmである。
図8(A)〜(D)は、マスクズラシ量Δzを異ならせた状態で上述した製法でかつ下記のエッチング条件で試作した各実験試料(水晶振動子)の、図1(C)に示したN部分に相当する断面図である。具体的には、図8(A)に示したものは、マスクズラシ量Δz=0の場合に形成される試料での断面図、図8(B)に示したものは、マスクズラシ量Δz=27μmの場合に形成される試料での断面図、図8(C)に示したものは、マスクズラシ量Δz=39μm場合に形成される試料での断面図、図8(D)に示したものは、マスクズラシ量Δz=51μmの場合に形成される試料での断面図である。
これらの試料のマスクズラシ量Δz=27μm、39μm、51μm各々を、水晶ウエハの第1の領域R1の厚さT1(この例では40.4μm)で正規化して求まる比率は、27/40.4≒66.8%、39/40.4≒96.5%、51/40.4≒126.2%である。
マスクズラシ量Δz=0の場合は、図8(A)に示したように、水晶片のZ′面は、一部に顕著な突起31が残る形状になる。また、マスクズラシ量Δz=27μmの場合は、図8(B)に示したように、Z′面は、Z′方向に凸状の多面(4面以上の)構造33を有した形状になる。また、マスクズラシ量Δz=39μmの場合は、図8(C)に示したように、Z′面は、水晶結晶のm面35を含む4面の構造を有した形状になる。また、マスクズラシ量Δz=51μmの場合は、図8(D)に示したように、Z′面は、第1〜第3の面11a〜11cからなる3つの面を有したこの発明に係る形状になる。
この図9(A)中の近似直線上に位置する条件及びその近傍条件が、Z′側面が第1〜第3の面で構成されるこの発明の水晶片が得られる条件である。従って、この図9(A)から、外形エッチング量を70〜125%の範囲とし、かつマスクズラシ量を100〜150%の範囲(図9(A)中のVで示す四角の範囲)とするのが良いことが分かる。
次に、水晶片のZ′面が図8(A)〜(D)を用いて説明した形状を持つ各試料(水晶振動子)と、それらが示す特性、具体的には、常温でのクリスタルインピーダンス(CI)との関係を、図9(B)及び図10(A)〜(D)を参照して説明する。
先ず、図10(A)はマスクズラシ量=0の水晶振動子のCI分布、図10(B)はマスクズラシ量=27μmの水晶振動子のCI分布、図10(C)はマスクズラシ量=39μmの水晶振動子のCI分布、図10(D)はマスクズラシ量=51μmの水晶振動子のCI分布である。いずれの試料も容器サイズが1.6×1.2mmの水晶振動子での実験結果である。また、図9(B)は、これら4種類の水晶振動子群のCIの平均値(Avg)、最大値(Max)、最小値(Min)をまとめた特性図である。
図9(B)及び図10(A)〜(D)から分かるように、水晶片のZ′面を、m面とそれとは異なる2つの結晶面との合計3つの面で構成したこの発明に係る水晶振動子の場合、図8(A)、(B)の比較例のものよりCI値が半分程度に改善できることが分かる。また、図8(C)に示した比較例のものと平均値は同等であるが、CI値の平均値が15Ω付近まで低減でき、この比較例より5Ω程度改善できることが分かる。
上述においては、この発明のATカット水晶片およびこれを用いた水晶振動子の実施形態を説明したが、この発明は上述の実施形態に限られない。例えば、上述の例では、Z′方向の両端の側面がこの発明にかかる第1〜第3の面の3つの面で構成された例を説明したが、場合によっては、片側側面のみが第1〜第3の面の3つの面で構成される場合があっても良い。ただし、両側面が第1〜第3の面の3つの面で構成された方が、水晶振動子の特性は優れる。また、上述の例では38.4MHz、48MHzの周波数の水晶振動子の例で説明したが、他の周波数の水晶振動子にも本発明は適用できる。
11a;第1の面(水晶結晶のm面)
11b:第2の面
11c:第3の面
11d:ATカット水晶片の主面(X−Z′面)
11w:水晶ウエハ
11x:連結部
11y:貫通部
11z:枠部
θ1〜θ3:ATカットの主面を水晶のX軸を回転軸として回転させる角度
13:耐エッチング性マスク
13x:第2の耐エッチング性マスク
15:電極
15a:励振電極
15b:引出電極
17:水晶振動子
21:容器(例えばセラミックパッケージ)
21a:凹部
21b:バンプ
21c:実装端子
23:導電性接着材
25:蓋
31:突起
33:凸状の多面(4面以上の)構造
35:m面
O:ATカット水晶片の中心点
R1:第1の領域
R2:第2の領域
T1:第1の厚さ
T2:第2の厚さ
h:段差
Claims (9)
- 水晶の結晶軸のZ′軸と交差する側面の少なくとも一方を、水晶結晶のm面である第1の面と、前記第1の面と交わる前記m面以外の第2の面と、前記第2の面と交わる前記m面以外の第3の面との3つの面で構成してあることを特徴とするATカット水晶片。
- 前記第2の面は、当該ATカット水晶片の、水晶の結晶軸で表わされるX−Z′面(主面)を、水晶のX軸を回転軸として−74±5°回転させた面に相当する面であり、
前記第3の面は、前記主面を、水晶のX軸を回転軸として−56±5°回転させた面に相当する面であることを特徴とする請求項1に記載のATカット水晶片。 - 前記第2の面は、当該ATカット水晶片の、水晶の結晶軸で表わされるX−Z′面(主面)を、水晶のX軸を回転軸として−74±3°回転させた面に相当する面であり、
前記第3の面は、前記主面を、水晶のX軸を回転軸として−56±3°回転させた面に相当する面であることを特徴とする請求項1に記載のATカット水晶片。 - 前記ATカット水晶片は、平面形状が矩形状であり、その一辺が前記Z′軸に沿っていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のATカット水晶片。
- 前記側面の双方それぞれが、前記第1〜第3の3つの面で構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のATカット水晶片。
- 前記双方の側面は互いが当該ATカット水晶片の中心点を中心に点対称の関係にあることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のATカット水晶片。
- 前記ATカット水晶片は、第1の厚さを持つ第1の領域と、前記第1の厚さより薄い第2の厚さを持ち前記第1の領域の外側に該第1の領域と連続している第2の領域とを含む水晶片であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のATカット水晶片。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の水晶片と、該水晶片の表裏に設けた励振電極と、該励振電極から引き出された引出電極とを具えたことを特徴とする水晶振動子。
- 請求項8に記載の水晶振動子とこれを収納する容器とを具えたことを特徴とする水晶振動子。
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