JP2018006939A - 水晶振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】平面形状が四角形状の２回回転水晶片では、水晶片の端面からの反射波や屈曲モード等に起因する特性劣化が生じ易い。これを解決できる構造を提供する。【解決手段】 水晶振動子は、２回回転水晶片１１と、この水晶片の表裏面にそれぞれ設けられた励振用電極１３ａ、１３ｂと、この励振用電極から引き出されている引出電極１５ａ，１５ｂと、を具える。さらに、この水晶振動子は、水晶片の表裏の縁部のうち引出電極が引き出されている箇所を除く縁部に沿って設けた帯状金属膜１７ａ、１７ｂを具える。この帯状金属膜１７ａ、１７ｂは、この金属膜を水晶片の外周から水晶片の中心に向かう線分で切った断面が水晶片の中心側では厚さが薄くなっている傾斜部１７ｃとなり、外周側では壁状に落ちている壁状部１７ｄとなっている。【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＣカット、ＩＴカット等に代表される２回回転水晶振動子に関する。

水晶の結晶軸であるＺ軸を中心にして水晶の結晶軸であるＸ軸を１５度から２５度の範囲で回転したＸ′軸、及びこのＸ′軸を中心にしてＺ軸を３３度から３５度の範囲で回転したＺ’軸に平行な面（Ｘ′Ｚ′面）を主面とする水晶振動子は、ＳＣカット水晶振動子と称され、特に恒温槽を用いた高安定水晶発振器用の水晶振動子として知られている。

この２回回転の水晶片は、平面形状が円形状のものが主流である。円形状であると、不要モードである屈曲振動や水晶片端面からの反射波の抑制に有効なベベル形状等の水晶片への加工が、容易なためである。一方、平面形状が四角形状の水晶片は、外形加工がし易い等の利点があり、水晶振動子のコスト低減が期待できる。しかし、２回回転水晶片の場合、２回回転であるがゆえに水晶のＸ軸が水晶面に平行に存在せずに水晶面に対し斜め方向に存在するため、主振動である厚みすべり振動は上記斜め方向に生じる。このため、四角形状２回回転水晶片の場合、円形状のものを用いる場合に比べ、上記の屈曲振動等の影響が顕在化し易い。

特開２００１−２８５０１７号公報

平面形状が四角形状の２回回転水晶片での端面反射波や屈曲モードの影響を軽減するため、この出願に係る発明者は鋭意研究を重ねた。その結果、例えば特許文献１に開示のように、水晶片の縁部に所定の金属膜を設けることを検討した。
特許文献１に開示の技術とは、ウエハから多数形成されるＡＴカット水晶片に関するものである。具体的には、ウエハから各水晶片を個片化するダイシング時に各水晶片に生じるチッピングが不要反射の原因になる。そして、これを防止するために、水晶片の縁部に不要反射の抑圧電極を設けるというものである。
しかしながら、この構造は２回回転水晶片に適用するには不十分であり、さらなる適正化が必要と考えられる。
この出願の目的は上記問題点を解決することにある。

この目的の達成を図るため、この発明によれば、平面形状が四角形状の２回回転水晶片と、該水晶片の表裏面にそれぞれ設けられた励振用電極と、該励振用電極から引き出されている引出電極と、を具える水晶振動子において、
水晶片の表裏の縁部のうち前記引出電極が引き出されている箇所を除く縁部に沿って設けた帯状金属膜であって、該金属膜を水晶片の外周から水晶片の中心に向かう線分で切った断面が水晶片の中心側では厚さが薄くなっている傾斜部となり、外周側では壁状に落ちている壁状部又は厚さが薄くなっている傾斜部となっている、帯状金属膜を具えたことを特徴とする。

この発明を実施するに当たり、前記水晶片の表裏の励振用電極各々は、その縁部が水晶片の外周に向かって薄くなっている傾斜部を具えたものとするのが好ましい。
さらに、この発明を実施するに当たり、前記帯状金属膜はアースに接続されるものであるのが好ましい。

この発明の水晶振動子によれば、平面形状が四角形状の２回回転水晶片に、所定の帯状金属膜を設けたため、そうしない場合に比べ、水晶片端面からの反射波の発生及び屈曲振動の発生を抑制し易い。そのため、２回回転の水晶振動子において、反射波や不要モードに起因する水晶振動子の特性劣化を抑制できると考えられる。

（Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態の水晶振動子の特に水晶片及び電極に着目した説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態の水晶振動子の実製品の状態を示した図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、他の実施形態の説明図である。

以下、図面を参照してこの発明の水晶振動子の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれら発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の実施形態中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明が以下の実施形態のみに限定されるものではない。

１．第１の実施形態
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施形態の圧電振動子の、特に水晶片１１、励振用電極１３ａ，１３ｂ、引出電極１５ａ、１５ｂ及び帯状金属膜１７ａ、１７ｂに着目した説明図である。具体的には、図１（Ａ）は、水晶片１１等をその第１の面から見た平面図、図１（Ｂ）は水晶片１１等を第１の面とは反対の第２の面から見た平面図、図１（Ｃ）は水晶片１１等を図１（Ａ）のＰ−Ｐ線に沿って切った部分的な断面図である。
この第１実施形態の水晶振動子は、平面形状が四角形状の２回回転水晶片１１と、この水晶片の表裏に設けた励振用電極１３ａ、１３ｂと、この励振用電極から水晶片１１の縁の一部に引きだされている引出電極１５ａ、１５ｂと、この発明に係る帯状金属膜１７ａ、１７ｂと、を具える。

水晶片１１は、平面形状が長方形状のＳＣカット水晶片である。また、励振用電極１３ａ、１３ｂは、平面形状が円形状のものであり、水晶片１１を挟んで対向している。これら励振用電極の大きさは、当該水晶振動子に要求される電気的特性を考慮して決める。さらに、この励振用電極１３ａ、１３ｂは、その縁部が水晶片の外周に向かって薄くなっている傾斜部１３ｃを具えている。傾斜部１３ｃを設けると、水晶片の端面で反射された反射波や屈曲モード起因の波を、この傾斜部で減衰させることが出来る。この傾斜部の長さＬ１（図１（Ｃ）参照）は、水晶振動子の仕様及び反射波の抑制、屈曲モードの抑制に好ましい寸法にする。例えば、予定される不要振動の波長の１．５倍以上が好ましい。なお、励振用電極１３ａ、１３ｂの傾斜部１３ｃを除く領域の厚さは、実質的に均一になっている。

また、引出電極１５ａ、１５ｂは、励振用電極１３ａ、１３ｂから、互いは反対方向に水晶片１１の角部に至るように引き出してある。この引出電極の水晶片の角部に当たる部分に図示しない導電性接着剤が塗布されていて、これにより、水晶片１１は水晶振動子用の容器（図示せず）に電気的・機械的に接続・固定される（図２参照）。上記の励振用電極１３ａ、１３ｂ及び引出電極１５ａ、１５ｂは、例えば、クロムと金との積層膜で構成できる。

また、帯状金属膜１７ａ、１７ｂは、水晶片１１の表裏の縁部のうち前記引出電極が引き出されている箇所を除く縁部に沿って、設けてある。さらにこの帯状金属膜１７ａ、１７ｂは、この金属膜を水晶片１１の外周から水晶片の中心に向かう線分で切った断面（図１（Ｃ）参照）が、水晶片の中心側では厚さが薄くなっている傾斜部１７ｃとなり、外周側では壁状に落ちている壁状部１７ｄとなっているものである。傾斜部１７ｃを設けると、水晶片の端面で反射された反射波や屈曲モード起因の波を、この傾斜部で減衰させることが出来る。これら帯状金属膜１７ａ、１７ｂの幅Ｗ（図１（Ａ））、厚さ、傾斜部の長さＬ２（図１（Ｃ））及び励振用電極からの距離は、水晶振動子の仕様及び反射波の抑制、屈曲モードの抑制に好ましい寸法にする。例えば、傾斜部１７ｃの長さＬ２は、予定される不要振動の波長の１．５倍以上が好ましい。この帯状金属膜は、例えば、励振用電極材料と同様な材料で構成できる。また、その膜厚は、励振用電極と同じとする場合もあるし、または、反射波の抑制、屈曲モードの抑制等を考慮して、異なる場合もある。

なお、壁状部１７ｄを設けたのは、壁状の方が不要な波を水晶片の外周側に通過し易いと期待できるからである。この壁状部１７ｄは、傾斜部１７ｃに比較して壁状に立っている趣旨であり、完全な垂直な壁である必要はなく、水晶振動子の一般的な電極の断面程度でも良い。

一方、傾斜部１７ｃは明確な傾斜が必要である。ただし、直線状の傾斜に限らず、曲率が多少生じたものでも許容される。上で述べた帯状金属膜の傾斜部１７ｃ及び励振用電極の傾斜部１３ｃは、例えば、金属板からフォトリソグラフィ技術及びウエットエッチング技術により形成される金属製マスクを用いる方法により形成することができる。具体的には、金属板の厚み方向のエッチングと共にサイドエッチングが進む性質を利用して得られるオーバーハング形状のマスク、又は開口寸法が少しずつ小さくなる多数の薄いマスクを積層しこれらをスポット溶接して１枚のマスクとして形成されるマスクを用いることで形成できる。

なお、この実施形態では帯状金属膜は内周側が傾斜部、外周側が壁状部の例を示したが、壁状部１７ｄの部分を、金属膜１７ａ、１７ｂの厚みが水晶片の外側に向かって薄くなっている傾斜部とする場合があっても良い。このようにすると、帯状金属膜の外周部側でも不要な波を減衰させることが期待できるからである。

次に、上述の水晶片１１等を内蔵した第１の実施形態の水晶振動子２０について説明する。図２（Ａ）〜（Ｃ）はこの水晶振動子２０の説明図である。具体的には、図２（Ａ）は、水晶振動子２０の平面図、図２（Ｂ）は図１（Ａ）のＱ−Ｑ線に沿って切った断面図、図２（Ｃ）は底面図である。
この実施形態の水晶振動子２０は、水晶片１１等を収納する凹部２１ａを有した容器２１と、この容器に収納された上記水晶片１１等と、容器２１を封止している蓋部材２３(図２（Ｂ）のみで図示)と、を具える。

容器２１は例えばセラミックスで構成してある。この実施形態の容器２１は、その内底面の四隅に、水晶片固定用の接続パッド２３を具える。また、この容器２１の外側底面の四隅に実装端子２５ａ〜２５ｄを具える。接続パッド２３と、これに対応する実装端子２５ａ〜２５ｄとは、図示しないビア配線によって接続してある。なお、実装端子２５ａ〜２５ｄのうちの２つは水晶片の引出電極１５ａ、１５ｂと接続され、残りの２つは帯状金属膜１７ａ、１７ｂと接続される。帯状金属膜と接続される実装端子は、水晶振動子が実装される電子機器等(図示せず)のアース端子と接続される。
この容器２１の凹部２１ａ内に水晶片１１は実装されている。詳細には、水晶片１１は、その引出電極１５ａ、１５ｂや帯状金属膜の一部の位置で、導電性接着剤２７によって、接続バンプ２３ａ〜２３ｄに接続固定してある。そして、容器２１は、蓋部材２９によって封止されている。

この第１の実施形態の水晶振動子２０によれば、ＳＣカット水晶振動子であって所定の帯状金属膜１７ａ，１ｂを具えたものであるので、金属膜１７ａ、１７ｂを具えない場合に比べ、不要振動や端面反射波の影響を軽減できると期待でき、それらに起因する水晶振動子の特性低下の抑制効果が期待できる。しかも、帯状金属膜をアース電位にできる構成であるので、上記の効果がより期待できる。

２．その他の実施形態
この発明は上述の実施形態に限られず、例えば次のような形態であっても良い。図３はその説明図である。
先ず、図３（Ａ）は第２の実施形態の水晶振動子の特に水晶片３１、励振用電極１３ａ、引出電極１５ａ、１５ｂ、帯状金属膜３３に着目した平面図である。この第２の実施形態の第１の実施形態との違いは、帯状金属膜３３を励振用電極の形状を考量して変更した点にある。具体的には、帯状金属膜３３の、水晶片４１の角部に当たる部分を、円形状の励振用電極の接線に平行となるようにテーパ状に変形させてテーパー部３３ａを設けた点である。このテーパー部３３ａの部分にも第１の実施形態の場合と同様に傾斜部を設ける。

次に、図３（Ｂ）は第３の実施形態の水晶振動子の特に水晶片４１、励振用電極４３、引出電極１５ａ、１５ｂ、帯状金属膜１７ａに着目した平面図である。この第３の実施形態の第１の実施形態との違いは、励振用電極を平面形状が四角形状の励振用電極４３に変更した点にある。平面形状が四角形状の励振用電極４３の場合も、その縁部は傾斜部とするのが良い。

これら第２、第３の実施形態の場合、帯状金属膜の形状と励振用電極の形状との類似性が高まると考えられ、反射波や不要振動の抑制に効果的と考えられる。
また、上述においては、平面形状が長方形状の水晶片を用いた例を説明したが、平面形状が正方形状の場合もこの発明を適用できる。また、この発明はＩＴカットの水晶片に対しても適用できる。また、上述の例では、接続パッドや実装端子を４つずつ設けた例を説明した。４つであると実装の安定度が良いからである。ただし、アース用は１つとし、端子の総数を３つずつとしても良い。また、上述の例では、引出電極を水晶片の角部に引き出していたが、帯状金属膜との配置等を考慮して水晶片の辺の途中の位置でも良い。

１１、３１、４１：２回回転の水晶片
１３ａ、１３ｂ、４３：励振用電極、 １３ｃ：励振用電極の傾斜部
１５ａ、１５ｂ：引出電極、 １７ａ、１７ｂ、３３：帯状金属膜
１７ｃ：帯状金属膜の傾斜部、 １７ｄ：帯状金属膜の壁状部
２０：第１の実施形態の水晶振動子、 ２１：容器、 ２１ａ：容器の凹部
２３：接続パッド、 ２５ａ〜２５ｄ：実装端子、
２７：導電性接着剤、 ２９蓋部材
３３ａ：帯状金属膜のテーパー部、 Ｗ：帯状金属膜の幅、
Ｌ１：励振用電極の傾斜部の長さ、 Ｌ２：帯状金属膜の傾斜部の長さ

Claims (3)

1. 平面形状が四角形状の２回回転水晶片と、該水晶片の表裏面にそれぞれ設けられた励振用電極と、該励振用電極から引き出されている引出電極と、を具える水晶振動子において、
   水晶片の表裏の縁部のうち引出電極が引き出されている箇所を除く縁部に沿って設けた帯状金属膜であって、該金属膜を水晶片の外周から水晶片の中心に向かう線分で切った断面が水晶片の中心側では厚さが薄くなっている傾斜部となり、外周側では壁状に落ちている壁状部又は厚さが薄くなっている傾斜部となっている、帯状金属膜を具えたことを特徴とする水晶振動子。
2. 請求項１に記載の水晶振動子において、
   前記水晶片の表裏の励振用電極各々は、その縁部が水晶片の外周に向かって薄くなっている傾斜部を具えたことを特徴とする水晶振動子。
3. 請求項１又は２に記載の水晶振動子において、
   前記帯状金属膜はアースに接続されるものであることを特徴とする水晶振動子。
   
   
   

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