JP3792975B2

JP3792975B2 - 水晶振動子及びその製造方法

Info

Publication number: JP3792975B2
Application number: JP2000011886A
Authority: JP
Inventors: 秀亮松戸
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: JP2001203559A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水晶片の両主面に溝を設けた水晶振動子を産業上の技術分野とし、特に振動特性を良好にした水晶振動子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）水晶振動子は周波数安定度に優れることから、各種の通信機器を含む電子機器に周波数及び時間の基準源として広く使用されている。これらの中でも、典型的なものとしていわゆるＡＴカットの水晶振動子が知られている。近年では、ＡＴカットとした水晶片（水晶振動子）の中央部に溝を設けて振動部を薄くし、高周波数化（例えば１００ＭＨｚ以上）に対応したものが考えられている（参照：特開昭６１−３５１４号公報）。
【０００３】
（従来技術の説明）第５図乃至第７図はこのような技術を説明する図で、第５図は切断方位を示す図、第６図はエッチングによる水晶片の断面図、第７図は電極を設けた水晶片の断面図である。
水晶振動子は結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を中心として、主面に対する法線がＹ軸からＺ軸方向に約３５゜１５’傾斜したＡＴカットの水晶片１からなる。なお、回転した新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸と称している。水晶片１は平面形状を例えばＺ’軸方向に長い矩形状とし、一方の主面に第１の溝２ａが、他方の主面に第２の溝２ｂがエッチングによりそれぞれ中央部に設けられる。
【０００４】
エッチングは水晶片１の外周部を両主面間で対象なマスク３によって遮蔽し、水晶片１を例えばフッ酸液中に投入して行われる。溝２（ａｂ）は例えば水晶片１の外形と同様にＺ’方向に長い矩形状とする。そして、溝２（ａｂ）における底面の一部にそれぞれ励振電極４を形成し、Ｚ’軸方向となる外周枠壁の上面に引出電極５を延出する。励振電極４及び引出電極５は蒸着により同時に形成される。
【０００５】
そして、水晶片１の外周枠壁の両端部を例えばセラミック容器の底面に導電性接着剤により固着して構成する（未図示）。このようなものでは、外周枠壁を保持部とするので、溝２（ａｂ）による振動領域部を極力薄くでき、例えば１００ＭHz以上の高周波数化に適する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）ところで、水晶は、周知のごとく、結晶軸ごとにエッチングされる速度が異なる特性をもつ。エッチングのされ易さは、Ｚ≧＋Ｘ＞−Ｘ＞Ｙである。したがって、上記構成の水晶振動子では、概ねＹ’軸方向には一定な速度としてＺ’軸方向に進行する。すなわち、Ｚ軸（Ｚ’軸からθ度ずれた軸）方向に優位にエッチングされ、Ｚ軸に直交するＺ面を露出して進行する。
【０００７】
したがって、この場合は、前第６図に示したように、Ｚ’軸に交差する両壁面がＹ’軸からθ度（３５度１５分）傾斜した面となる。これらから、一方の壁面と水晶片の主面とが成す角が鈍角αとなり、他方の壁面と同主面とが成す角が鋭角βとなる。そして、鈍角及び鋭角は両主面間で斜対称の位置関係になる。
【０００８】
このようなエッチング異方性及び第６図で説明したようにマスク３を両主面で対称に配置してエッチングを実施していたことから、両主面側からエッチングが進行すると、溝底面のＺ’軸方向の両辺は両主面間で到達位置が異なり、結果として両主面間の溝底面がＺ’方向で位置ズレを生ずる。したがって、溝底面の対向面積が減少して実質的な振動領域（厚みが一定な部分）Ｓも小さくなる。
【０００９】
一方、水晶振動子は振動領域Ｓ（板面面積）が大きいほど、例えばクリスタルインピーダンス（ＣＩとする）を小さくできて振動特性を良好にする。しかし、上述の従来例の場合には、振動領域Ｓが小さくなるので、振動特性が低下する。また、振動領域Ｓが小さくなるとこれに比例する等価回路の直列容量Ｃ1も小さくなる。したがって、容量比γ（C0/C1）が大きくなって周波数可変幅が少なくなり、発振回路の設計幅を狭くする。なお、Ｃ0は一対の励振電極４の電極間容量である。
【００１０】
また、水晶片１の両主面における溝底面の縁の位置が両主面で異なった場合、水晶片の両主面での振動に関する境界条件が異なることになるため、不要な副振動を生じさせる虞もある。上述した各不具合は、水晶振動子が小型になればなるほど顕著になるので、解決策が望まれる。
【００１１】
（発明の目的）本発明は、振動特性を良好にした両主面に溝を有する水晶振動子及びその製造方法を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水晶片の一方の主面に設けた第１の溝底面の輪郭のうちＺ’軸上で両端に位置する輪郭点が水晶片の他方の主面に設けた第２の溝底面の輪郭のうちＺ’軸上で両端に位置する輪郭点に一致する方向に、第１及び第２の溝開口面の中心が互いに反対方向のＺ’軸方向にずれて異なることを第１の解決手段とする（請求項１）。また、水晶片の両主面に設けたマスクによる非遮蔽部の中心を互いに反対方向のＺ’軸方向にずらしてエッチングした製造方法を第２の解決手段とする（請求項２）。
【００１３】
【作用】
本発明では第１及び第２の溝開口面の中心を互いに反対方向のＺ’軸方向にずらして溝底面におけるＺ’軸方向の両端での輪郭点を一致させるので、振動領域を損うことを防止する。また、水晶片の両主面に設けたマスクによる非遮蔽部の中心を互いに反対方向のＺ’軸方向にずらしたので、両主面間におけるＺ’軸方向の溝の輪郭点を一致させられる。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１４】
【実施例】
第１図乃至第３図は本発明の一実施例を説明する図であり、第１図はマスクをかけた水晶片の断面図、第２図は同平面図、第３図はエッチング後の同断面図である。なお、前従来例図と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
水晶振動子は、前述したように水晶片１を例えばＺ’軸方向に長い矩形状に形成し、エッチングにより両主面側から中央部に第１及び第２の溝２（ａｂ）を設けて形成される。そして、この例では、水晶片１の両主面間でマスクをずらして形成する。すなわち、水晶片の両主面に設けたマスクによる非遮蔽部の中心Ｐを互いに反対方向のＺ’軸方向にずらして形成する。換言すると、各主面における鈍角面を形成する一端部での端部からのマスクの長さａは、鋭角面を形成する他端部での端部からのマスクの長さｂより小さくし、両主面間で斜対称とする。
【００１５】
また、フォトリソグラフィ技術を用いて１枚のウェハに多数の振動領域を作り込む場合は、上側のマスクと下側のマスクとでの非遮蔽部同士の座標が所定量ずれるようにマスクを設計すればよい。具体的には、上述した両主面間でのずらし量Δｄは次式（１）で示される。但し、Ｔは水晶片１の全体の厚み、ｔは振動領域の厚み、θはＡＴカットとすると前述の傾斜角で３５度１５分である。すなわち、ずらし量Δｄは、第４図に示したように、傾斜角θによって生ずる水晶片１の両主面間の差ｄ1から、振動領域の両主面間の差ｄ2を減じて得られる。なお、厚みｔは振動周波数に反比例して決定される。
Δｄ＝Ｔ・ｔanθ−ｔ・ｔanθ＝（Ｔ−ｔ）ｔanθ・・・（１）
【００１６】
このようなものでは、Ｙ’軸からθ度傾斜して、水晶片１の両主面側からＺ面を露出してエッチングが進む。そして、ここでは、両主面のマスク３は式（１）で設定されるずらし量Δｄをもって形成されるので、エッチングの終了時にはＺ’軸方向における溝両端の輪郭点は両主面間で一致する。すなわち、エッチング後に生ずる溝開口面の中心（非遮蔽部の中心Ｐ）を互いに反対方向のＺ’軸方向にずらして異ならせたので、両主面間における溝両端の輪郭点は両主面間で一致する。
【００１７】
したがって、水晶片１における両主面の溝底面は従来のようにずれることなく両端部も一致するので、振動領域Ｓを大きくする。これにより、ＣＩを小さくして振動特性を良好にする。また、等価回路の直列容量Ｃ1も小さくなって、周波数可変幅が少なくなり、発振回路の設計幅を広くする。さらには、両主面間で境界条件を同じにして副振動の発生を防止する。これらの効果は水晶片が小さくなるほど顕著になる。そして、水晶片における保持部（溝を形成してない外周部分）の厚みが大きいほど、また保持部と振動領域との厚みが大きいほど、本発明の効果は顕著になる。
【００１８】
【他の事項】
上記実施例では水晶片１の溝２（ａｂ）は矩形状としたが、例えば円や楕円状であってもよい。これらの場合であっても、両主面の溝開口面の中心ＰをＺ’方向にずらして異ならせ、結果として溝底面におけるＺ’軸方向の両端となる輪郭点が両主面間で一致するようにすればよい。また、水晶片１はＺ’軸方向に長くしたが、Ｘ軸方向に長くてもよく、この場合でもＺ’軸方向に溝開口面の中心をずらせばよい。
【００１９】
また、水晶片１は主面に対する法線がＹ軸からＺ’軸方向（反時計回り）に３５度１５分傾斜したＡＴカットとしたが、これに限らず例えば同法線がＹ軸からＡＴカットとは逆の時計回りに４９度傾斜したＢＴカットでも適用できる。但し、この場合には溝２の壁面はＡＴカットとは逆向きになり、Ｙ’軸から４９度の傾斜角θになる。要するに、いずれの切断角度であっても、壁面となるＺ面がＹ’軸に対して切断角度であるθ度傾斜してエッチングされる水晶振動子に適用できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、水晶片の一方の主面に設けた第１の溝底面の輪郭のうちＺ’軸上で両端に位置する輪郭点が水晶片の他方の主面に設けた第２の溝底面の輪郭のうちＺ’軸上で両端に位置する輪郭点に一致する方向に、第１及び第２の溝開口面の中心が互いに反対方向のＺ’軸方向にずれて異なるので、振動領域の損失を防止して振動特性を良好にした水晶振動子を提供できる。また、水晶片の両主面に設けたマスクによる非遮蔽部の中心を互いに反対方向のＺ’軸方向にずらしてエッチングしたので、Ｚ’軸方向における溝底面の両端の輪郭点を一致できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明するマスクをかけた水晶片の断面図である。
【図２】本発明の一実施例を説明するマスクをかけた水晶片の平面図である。
【図３】本発明の一実施例を説明するエッチング後における水晶片の断図図である。
【図４】本発明の一実施例を説明する水晶片の一部断面図である。
【図５】従来例を説明する水晶振動子の切断方位図である。
【図６】従来例を説明するエッチングによる水晶片の断面図。
【図７】従来例を説明する電極を設けた水晶片の断面図である。
【符号の説明】
１水晶片、２溝、３マスク、４励振電極、５引出電極．

Claims

結晶軸（ＸＹ’Ｚ’）のＹ’軸を深さとした第１及び第２の溝を水晶片の両主面に備え前記第１及び第２の溝底面間を振動領域とし、前記第１及び第２の溝の少なくともＺ面に相当する壁面が前記Ｙ’軸からθ度傾斜した水晶振動子において、前記第１の溝底面の輪郭のうちＺ’軸上の両端に位置する輪郭点が前記第２の溝底面の輪郭のうちＺ’軸上の両端に位置する輪郭点に一致する方向に、前記第１及び第２の溝開口面の中心が互いに反対方向のＺ’軸方向にずれて異なることを特徴とする水晶振動子。
水晶片の両主面にマスクを設けて結晶軸（ＸＹ’Ｚ’）のＹ’軸を深さとした第１の溝を一方の主面に第２の溝を他方の主面にエッチングによって形成して前記第１及び第２の溝底面間を振動領域とし、前記第１及び第２の溝の少なくともＺ面に相当する壁面が前記Ｙ’軸からθ度傾斜した水晶振動子の製造方法において、前記第１の溝底面の輪郭のうちＺ’軸上の両端に位置する輪郭点が前記第２の溝底面の輪郭のうちＺ’軸上の両端に位置する輪郭点に一致する方向に、前記両主面のマスクによる非遮蔽部の中心を互いに反対方向のＺ’軸方向にずらしたことを特徴とする水晶振動子の製造方法。