JP3258078B2 - 水晶振動子 - Google Patents

水晶振動子

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JP3258078B2 JP21466092A JP21466092A JP3258078B2 JP 3258078 B2 JP3258078 B2 JP 3258078B2 JP 21466092 A JP21466092 A JP 21466092A JP 21466092 A JP21466092 A JP 21466092A JP 3258078 B2 JP3258078 B2 JP 3258078B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、厚みすべり水晶振動子
に関するもので、とくに超小型化を可能とする水晶基板
と水晶片の電極構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来技術における水晶基板と、厚みすべ
り水晶振動子とを、図5と図6とを用いて説明する。ま
ず水晶基板を、図5を用いて説明する。
【0003】図5に示すように、水晶基板51は一辺が
X軸であり、水晶基板51の他辺であるZ´軸はX軸を
中心にZ軸より角度θを30゜〜40゜傾斜させた、X
Z´平面からなるATカット水晶基板である。この水晶
基板51から水晶片53を切り出す。水晶片53は、長
手方向がX軸、幅方向がZ´軸とする場合と、その逆の
長手方向がZ´軸、幅方向がX軸とがあり、厚さはY´
軸となる。
【0004】この図5に示す水晶片63を、図6の斜視
図を用いて説明する。図6に示す水晶片61は、振動周
波数が数MHzの水晶振動子である。水晶片61をベベ
ル形状やシリンドリカル形状にし、上下面に電極膜63
を形成することでにより、水晶片61の板面中央へのエ
ネルギー閉じ込めを行い、さらに主振動と副振動との結
合を減らしている。
【0005】図6に示すような構造にすることで、等価
直列抵抗の低下を図り、さらに広範囲の温度下における
振動周波数や等価直列抵抗のジャンプ現象を回避するこ
とができる。
【0006】なお前述の水晶片61のベベル形状やシリ
ンドリカル形状の加工方法は、パイピング法が用いられ
る。このパイピング加工方法は、円筒形状の容器内に砥
粒と水晶片とを入れて、容器を回転させて、水晶片61
端部を加工するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】近年、水晶振動子を使
用する電子製品は、携帯機器化の傾向が強まり、ますま
す小型化、薄型化、高機能化が図られている。それに応
じて、水晶振動子も小型化、薄型化は勿論のこと、水晶
振動子特性の高安定化や、高精度化、さらに振動周波数
の高周波化、さらにそのうえ表面実装化(SMD)が求
められている。
【0008】しかし、これらの上記要求に対応する水晶
振動子は、容器の小型化は勿論であるが、水晶片の作成
は容易でない。たとえば、振動周波数が数MHz帯の水
晶振動子では、図6に示すように、水晶片61の端面に
曲面を備えるベベル形状にする。しかし、長さや幅が小
さくなると水晶片61の重量が低下し、円筒形状の容器
に砥粒と水晶片とを入れて容器を回転させるパイピング
法では、水晶片を砥粒で削れなくなり、曲面が形成しに
くくなる。したがって、等価直列抵抗の低下や副振動の
抑制を図れなくなる。
【0009】とくに水晶片61の幅寸法wが小さくなる
と、Z軸より所定の方位で切り出したZ´軸に平行なX
Z´面が傾き、水晶振動子の温度特性のバラツキが増大
する問題点がある。さらに、水晶片61の表面粗さが水
晶振動子の経時変化に関与するため、粗い砥粒で加工速
度を速くすると、水晶振動子の高安定化を図ることがで
きない。
【0010】厚みすべり水晶振動子の振動周波数は厚さ
tで決定されるため、振動周波数が15MHz以上の高
周波振動子においては、図6に示す水晶片61の厚さは
百ミクロン以下となる。このため、図5に示す水晶基板
51を薄板状に形成するための加工は極めて困難にな
り、水晶振動子の振動周波数の高周波化は実現がきわめ
て難しい。
【0011】さらに、厚さが薄い点を利用して、水晶振
動子の形状加工にフォトリソグラフィー技術とエッチン
グ技術とを採用する加工方法が考えられるが、化学エッ
チングにおいては、水晶基板51の厚さ方向がY´軸な
ため、エッチング速度が極めて遅く、実用化は難しい。
さらに、水晶の持つ結晶軸、すなわちX軸、Y軸、Z軸
のそれぞれでエッチング速度が異なるため、そのエッチ
ング断面形状は複雑となり、超小型化すると特性の劣化
や、断面形状が複雑なことにより、衝撃が加わったとき
水晶振動子の特性劣化が発生する。
【0012】またさらに、水晶片を小型化すると次に記
す問題も発生する。
【0013】図6に示す水晶片61には電極膜63を形
成し、X軸方向の両端部を容器の支持部材に導電性接着
剤にて支持固定する。しかし水晶片61を小型化する
と、接合部が微小面積になり、導電性接着剤による接着
形状の不均一が発生し、充分な接着強度が得られないと
いう問題が生じ、等価直列抵抗の低下や衝撃による特性
劣化が生じる。
【0014】上記の説明のように水晶振動子は、ますま
す小型化、高周波化、高精度化、高安定化が求められる
が、水晶振動子構造とそれを実現するための加工技術と
に良い手段が見あたらない。
【0015】本発明の目的は、上記課題を解決して、高
周波の水晶振動子をフォトリソグラフィー技術とエッチ
ング技術とが適用することができる、新しい水晶振動子
構造を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明においては、下記記載の構成を採用する。
【0017】本発明の水晶振動子は、水晶原石より切り
出す水晶基板の一辺をX軸とし、さらにX軸を中心にY
軸をZ軸に向けて角度θを30゜〜40゜傾斜させたY
´軸からなるXY´平面の水晶基板からなり、XY´平
面基板から作成する水晶片はXY´面を主面とする支持
枠と一体構造とし、水晶片の振動周波数はY´軸方向の
幅寸法で決定し、励振用の電極膜はXZ´面とXY´面
の両端部とに設けることを特徴とする。
【0018】
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図1は本発明の水晶振動子の水晶基板を示す斜視図
である。
【0019】本発明は、図5に示す従来例のY´軸を法
線とするXZ´面の水晶基板51とは、直角のZ´軸を
法線とするXY´面の水晶基板を採用したことを特徴と
している。
【0020】図1に示すように、水晶片13は同一の水
晶基板からなる支持枠11と一体構造とする。水晶基板
はX軸を中心にY軸をZ軸に向けて角度θを30゜〜4
0゜傾斜させたXY´平面を有する水晶基板を用いる。
水晶片13を励振するための電極膜15、17、19
は、XY´面と、対向するXZ´面とに設ける。
【0021】水晶片13の加工は、支持枠11を持たな
ければ、機械加工でも不可能ではないが、フォトリソグ
ラフィー技術とエッチング技術とによる加工が最適であ
る。つまり、水晶片13の振動周波数はY´軸方向の幅
wで決定するから、所望する振動周波数から幅寸法と形
状とが決まると、フォトレジストを形成し、所定のフォ
トマスクを用いて露光現像処理するフォトリソグラフィ
ー技術により、容易にパターニングが可能である。さら
に水晶片13の厚さとなるZ´軸方向は、エッチング速
度が速いという利点を備えている。
【0022】図1のA−A線での断面における本発明の
水晶振動子の電極構造を、図2、図3、図4を用いて説
明する。図2は、図1に示す構造の断面図であり、図2
と図3とは、図1に示す構造とは異なる電極構造を示
す。
【0023】図2に示す水晶振動子の電極構造は、水晶
片21のXZ´面である両側面に電極膜23、27と、
XY´面の表裏面の端部に電極膜25、29を互い違い
に形成する。
【0024】ここで、電界はY軸方向に作用するが、Y
´軸は角度θが30゜〜40゜傾斜しているため、XY
´面に電極膜25、29を形成すれば、より有効に電界
を水晶片21に印加することができ、水晶振動子特性で
ある等価直列抵抗を低下させることができる。
【0025】図3に示す水晶片31の電極構造は、図2
と同様にXY´平面に電極膜を形成するが、水晶片31
両端部に電極膜33、35を形成する。この図3に示す
電極構造においても、水晶振動子の等価直列抵抗の低下
が得られる。
【0026】またさらに、図4に示す水晶片41の電極
構造では、XY´平面にのみ電極膜43、45を設け
る。この図4に示す電極構造では、等価直列抵抗は、図
2と図3とに示す電極構造より比較すると高くなる。し
かしながら、側面電極を形成していないため、製造は極
めて容易で、製造工程が簡素化されるという利点を有す
る。
【0027】上記の説明のように本発明の水晶基板と水
晶振動子構造、およびその電極構造を用いることによ
り、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術とを高
周波振動の厚みすべり水晶振動子に適用できる。このこ
とは以下に記載する利点を含んでいる。
【0028】振動周波数はXY´平面に形成したパター
ン寸法で決定するから、水晶基板の厚さ精度は厳しい厚
さ精度は要求されず、水晶基板の加工が容易となる。ま
たさらに、エネルギー閉じこめに必要なベベル形状や、
シリンドリカル形状は、フォトリソグラフィー技術によ
り平面部に精度良く、かつ形状も自由に形成することが
できる。
【0029】また、基本波による振動周波数の高周波化
は、水晶振動子の幅を小さくすれば良い。たとえば、振
動周波数が30MHz以上では、図1に示す幅寸法wは
80ミクロン以下になるが、上記のフォトリソグラフィ
ー技術とエッチング技術とを利用すれば、水晶振動子の
幅寸法を高精度に加工することができる。しかもそのう
え、支持部と振動部との一体構造が可能となるため、容
器への支持が安定し、特性のバラツキをきわめて小さく
することができる。
【0030】水晶振動子の基本特性である等価直列抵抗
は、本発明の電極構造を採用することによって、100
Ω以下と低くすることができる。
【0031】以上図1から図4を用いて説明した実施例
では、振動部の長手方向をX軸としたときの実施例を記
載したが、長手方向をZ´軸とした場合の実施例を、図
7を用いて説明する。
【0032】水晶原石より切り出す水晶基板の一辺をX
軸とし、さらにX軸を中心にY軸をZ軸に向けて角度θ
を30゜〜40゜傾斜させたY´軸からなるY´Z´平
面の水晶基板からなる。水晶片71と支持枠73とは一
体構造とする。
【0033】Y´Z´平面を有する水晶基板から作成す
る水晶片71の振動周波数は、Y´軸方向の幅寸法で決
定し、励振用の電極膜75、77は対向する2カ所のX
Z´面に形成し、この電極膜75、77はZ´軸方向
で、長さlだけずらすように設ける。
【0034】図7に示すように、水晶基板はY´Z´面
の基板とし、図1と同様に所定の水晶振動子パターンを
作成する。この場合、水晶振動子の長手方向がZ´軸
で、振動周波数はY´軸方向の幅寸法で決定する。水晶
振動子の加工は、X方向が水晶基板の厚さとなるため、
エッチングはX軸方向に行なわれる。このX軸方向のエ
ッチング速度は、Y´軸のエッチング速度より速い。
【0035】電極膜75、77は水晶片71の側面に形
成する。Y軸方向に電界は作用するため、水晶片71の
左右の側面に形成した電極膜75、77は、図7に示す
ように電極膜75と電極膜77とは、角度θに対応する
長さlだけ、Z´軸方向でお互いにずらすことで、より
有効な電界を水晶片71に印加することができる。これ
により等価直列抵抗が低下する。
【0036】なお上述した、本発明の水晶振動子の製造
方法としては、湿式エッチング法を中心として説明した
が、湿式エッチングだけでなく、乾式エッチングでも水
晶基板の加工は可能である。とくに、低温効果を利用し
た反応性スパッタエッチング法は、厚い板厚の水晶基板
の加工が可能である。
【0037】さらに、炭化珪素などの微細粒子を高圧の
気体を用いて水晶基板に噴射し、水晶基板表面から削る
噴射加工法も水晶振動子の加工に適用できる。
【0038】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よる厚みすべり水晶振動子は加工する厚さ方向が化学エ
ッチングにおけるエッチング速度が大きい方向であり、
さらに水晶振動子の振動周波数や各種の形状が水晶基板
の平面部に構成できるため、高精度に加工でき、さらに
水晶基板の厚さが振動周波数に関与しないため、基板加
工が容易であることから、フォトリソグラフィーとエッ
チング加工や噴射加工に最適な水晶基板であり、水晶振
動子の小型化が可能である。
【0039】さらに加えて加工精度が良いことから、製
造工程におけるバラツキが小さくなり、温度特性などの
水晶振動子特性バラツキが小さくなって、水晶振動子特
性の高精度化が可能であり、本発明の電極構造により等
価直列抵抗も低くなる。さらには水晶片の加工面の面粗
さが小さく、水晶振動子特性の経時変化の少ない高安定
な水晶振動子が得られる。またさらに、水晶片は支持部
と一体構造のため、耐衝撃特性に優れているという効果
も備えている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における水晶振動子の構造を示
す斜視図である。
【図2】本発明の実施例における水晶振動子の電極構造
を示す斜視図である。
【図3】本発明の他の実施例における水晶振動子の電極
構造を示す斜視図である。
【図4】本発明の他の実施例における水晶振動子の電極
構造を示す斜視図である。
【図5】従来例における水晶基板を示す斜視図である。
【図6】従来例における水晶振動子構造を示す斜視図で
ある。
【図7】本発明の他の実施例における水晶振動子の電極
構造を示す平面図である。
【符号の説明】
11 支持枠 13 水晶片 15 電極膜 17 電極膜 19 電極膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−30736(JP,A) 特開 昭53−84592(JP,A) 特開 昭52−137991(JP,A) 特開 昭52−90289(JP,A) 特開 昭54−43489(JP,A) 特開 平4−123605(JP,A) 特開 昭53−47290(JP,A) 特開 昭52−53690(JP,A) 実開 平2−30635(JP,U) 実開 昭56−77129(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03H 9/00 - 9/215 H03H 9/54 - 9/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 厚みすべり振動を有する水晶振動子にお
    いて、 該水晶振動子の水晶基板は、 一辺をX軸とし、さらに
    X軸を中心にY軸をZ軸に向けて角度θを30゜〜40
    ゜傾斜させたY´軸からなるXY´平面の基板からな
    り、前記 XY´平面基板から作成する水晶片はXY´面を主
    面とする支持枠と一体構造とし、励振用 の電極膜はXZ´面とXY´面の両端部とに設
    前記Y´軸方向に電界を加え前記水晶振動子を振動させ
    ことを特徴とする水晶振動子。
  2. 【請求項2】 厚みすべり振動を有する水晶振動子にお
    いて、 該水晶振動子の水晶基板は、 一辺をX軸とし、さらに
    X軸を中心にY軸をZ軸に向けて角度θを30゜〜40
    ゜傾斜させたY´軸からなるY´Z´平面の基板からな
    り、前記 Y´Z´平面基板から作成する水晶片は、Y´Z´
    を主面とする支持枠と一体構造とし、励振用 の電極膜は対向するXZ´面に設け、電極膜は
    Z´軸方向でお互いにずらして設け 前記Y´軸方向に電界を加え前記水晶振動子を振動させ
    ことを特徴とする水晶振動子。
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