JP4319845B2

JP4319845B2 - 水晶振動子及びその製造方法

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Publication number: JP4319845B2
Application number: JP2003032329A
Authority: JP
Inventors: 勝也水本
Original assignee: River Eletec Corp
Current assignee: River Eletec Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP2004242254A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高次のラーメモード振動を伴う水晶振動子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ラーメモード振動を発生させる水晶振動子は、特許文献１に示すように、水晶原石から所定のカット角でスライスされた四角形状の水晶基板の表裏両面に励振電極を形成した振動本体部と、この振動本体部の端部を細い接続部を介して支持するフレーム部によって一体形成されている。前記フレーム部には、一対の端子電極が形成されており、外部から供給される電圧を端子電極間に印加することで、振動本体部の表面及び裏面に逆位相の電界を発生させて、前記振動本体部にラーメモード振動を発生させている。
【０００３】
図７及び図８は、前記ラーメモード振動を得るための一般的な水晶振動子の形態を示したものである。ここで、図７（ｂ）は図７（ａ）をＡ−Ａ線で切断した断面図、図７（ｃ）はＢ−Ｂ線で切断した断面図、図７（ｄ）はＣ−Ｃ線で切断した断面図である。この水晶振動子１０は、振動本体部１１の表面に３面の小励振電極（１５ａ，１６ｂ，１７ａ）、同じく裏面に３面の小励振電極（１５ｂ，１６ａ，１７ｂ）が形成された（３，１）次のラーメモード水晶振動子であり、前記振動本体部１１が接続部１３ａ〜１３ｄを介してフレーム部１４に支持され一体化されたものである。前記フレーム部１４には一対の端子電極１４ａ，１４ｂが形成され、一方の端子電極１４ａからは接続部１３ｃを介して小励振電極（１５ａ−１６ａ−１７ａ）へ、他方の端子電極１４ｂからは接続部１３ｂを介して小励振電極（１５ｂ−１６ｂ−１７ｂ）へ逆位相の電界が与えられる。前記小励振電極（１５ａ−１６ａ）及び小励振電極（１６ａ−１７ａ）への導通は、振動本体部１１の側面に形成される回し込み電極１８によって行われる。なお、小励振電極（１５ｂ−１６ｂ−１７ｂ）の場合の接続形態も同様である。このように、各小励振電極の表裏面及び同一平面上で隣接する小励振電極面の電界が逆位相となることによって、振動本体部１１に高次のラーメモード振動が発生する。
【０００４】
前記構造の水晶振動子１０は、従来、図９で示す水晶基板を振動本体部とフレーム部とに分離して成形する打ち抜き工程の後に、図１０で示す励振電極を形成する電極形成工程を経て製造されていた。ここで、前記図９及び図１０は、前記図７に示した水晶振動子１０をＡ−Ａ線で切断した断面形態を示す。図９に示した打ち抜き工程では、水晶原石から所定のカット角で水晶基板１を切り出し（工程ａ）、この水晶基板１の表面にドライフィルムレジスト２を貼着する（工程ｂ）。そして、打ち抜きパターンが形成されたマスク３を装着し、露光及び現像して打ち抜き部分を露出させる（工程ｃ）。次に、前記水晶基板１の表面にパウダービーム８を噴射してドライフィルムレジスト２が露出された部分を打ち抜き（工程ｄ）、最後にドライフィルムレジスト２を剥離する。
【０００５】
続く電極形成工程は、図１０に示したように、前記所定形状に打ち抜き形成された水晶基板１の表面全体にクロム（Ｃｒ）を成膜し、その上に金（Ａｕ）による導電膜４を形成する（工程ｆ）。そして、前記導電膜４にレジスト膜５を形成し（工程ｇ）、電極パターンが形成されたマスクを介して露光及び現像する（工程ｈ）。次に、金属エッチングを施してレジスト膜５でマスクされていない導電膜４とクロムを剥離して絶縁部６を形成する（工程ｉ）。最後に不要なレジスト膜５を取り除く（工程ｊ）。
【０００６】
以上示した製造工程によって、図７及び図８に示したような振動本体部１１の表裏面に複数の励振電極が形成され、側面には前記表面と裏面とを接続するための接続電極が形成されたラーメモード振動の水晶振動子が形成される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１５８５５９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の水晶振動子にあっては、振動本体部の側面に小励振電極同士を接続するための回し込み電極パターンを形成しなければならないため、表面に複数の小励振電極部同士を隔絶する絶縁領域を形成する必要があった。したがって、前記振動本体部の表面積に対する励振電極形成領域が制限されてしまうことから、等価直列抵抗値が高くなり、十分なラーメモードの振動特性が得られないといった問題があった。
【０００９】
また、非常に薄い水晶基板の側面に回し込むように、小励振電極同士を繋ぐ接続電極パターンを形成しなければならないため、製造工程が複雑となり製造工数やコストの低減化が図られないといった問題もあった。さらに、前記電極パターンは水晶振動子が小型化するほど微細化され、特に水晶基板の側面にあっては、接続不良や断線といった問題を引き起こす原因となっていた。
【００１０】
そこで、本発明の第１の目的は、ラーメモード振動を発生させる励振電極が振動本体部の表裏面に所定の絶縁領域を除いて可能な限り広く設けることで、等価直列抵抗値の減少等の電気的特性を改善することができる水晶振動子を提供することである。
【００１１】
また、本発明の第２の目的は、振動部の表面に形成された励振電極と裏面に形成された励振電極とを接続する電極パターンを振動部の側面に形成することなく、すべての配線パターンを平面形成することで、製造工数の低減を図ることのできる水晶振動子の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る水晶振動子は、四角形状の水晶基板の表面及び裏面に形成される第１励振電極部及び第２励振電極部が連続して延びる一本の絶縁ラインのみによって分離され、分離された第１励振電極部及び第２励振電極部がそれぞれ複数の小振動部領域に仕切られている振動本体部と、この振動本体部の端部を支持すると共に、前記第１励振電極部及び第２励振電極部に導通する接続電極が形成された接続部と、この接続部を介して前記第１励振電極部及び第２励振電極部に導通する一対の端子電極を有するフレーム部とを備え、前記一対の端子電極間に電圧を印加することによって、前記振動本体部の表面上又は裏面上でそれぞれ隣接する小振動部領域間に逆位相の電界を生じさせてラーメモード振動を得ることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、振動本体部の側面が絶縁され、表裏の略全面に励振電極を形成することが可能であるので、振動範囲を広く確保すると共に、等価直列抵抗値の小さなラーメモード振動を得ることができる。また、複数の小振動部からなる高次のラーメモード振動部については、前記励振電極の表面を絶縁ラインで最小範囲に仕切られているため、振動本体部の側面に表面と裏面の励振電極同士を接続する接続電極パターンが不要となる。
【００１４】
また、本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶基板の表裏全面に平面電極を形成し、この平面電極の略中央部に設けられる四角形状の振動本体部に連続して延びる一本の絶縁ラインのみによって分離される第１励振電極部及び第２励振電極部を形成し、前記振動本体部の外周をこの振動本体部の端部から延びる接続部を残して切り離し前記振動本体部の外周部に一対の端子電極を有するフレーム部を形成することによって、ラーメモード振動を得るようにしたことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、振動本体部の側面に電極パターンを形成する必要がないので、最初に振動本体部の表面に電極面を形成し、その上から必要な箇所をエッチングして励振電極パターンを形成し、最後に振動本体部の外周を打ち抜くだけで所定の形状の水晶振動子に加工することができる。このように、電極パターンの形成を全て水晶基板の平面上だけで行うため、導電成膜、露光、エッチングといった処理を容易且つ精度よく行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の水晶振動子及びその製造方法について詳細に説明する。
【００１７】
水晶振動子はその振動モードに応じて、水晶原石のＸ軸（電気軸），Ｙ軸（機械軸），Ｚ軸（光軸）の各結晶軸から所定の傾きで切断された水晶基板を様々な形状に打ち抜き、特定の振動モードを持った水晶振動子を形成する。
【００１８】
図１乃至図４に示す水晶振動子は、前記水晶原石のＸ軸を中心にＹ軸をＺ軸に向けて３６°〜４２°の範囲で傾斜させたＹ’軸からなるＸＹ’平面で切り出された水晶基板を所定形状に打ち抜いて、振動本体部とこの振動本体部を支持するフレーム部とに分離して形成される。図１及び図２は第１実施形態の水晶振動子２０を表面及び裏面から見たものであり、四隅に振動の節点２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄを有する長方形状の振動本体部２１と、前記４個所の節点２２ａ〜２２ｄから外方向に延設されるアーム状の接続部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと、振動本体部２１の外周上にあって、前記接続部２３ａ〜２３ｄを介して支持されるフレーム部２４とで構成されている。ここで、図１（ｂ）は図１（ａ）をＡ−Ａ線で切断した断面図、図１（ｃ）はＢ−Ｂ線で切断した断面図である。
【００１９】
前記振動本体部２１は、表裏両面に励振電極が形成され、それぞれ逆位相の電界をフレーム部２４から印加することで、節点２２ａ〜２２ｄを支点として各辺が撓み変形してラーメモード振動を発生させる。本実施形態の水晶振動子２０は、振動本体部２１の表裏両面にラーメモード振動を発生させる小振動部を３面縦列形成したものである。
【００２０】
前記３面の小振動部は、導電膜による電極面が形成された振動本体部２１の表裏両面に形成される細い線状の絶縁ライン２５によって仕切られている。この絶縁ライン２５は、前記振動本体部２１の表面及び裏面に形成されている電極面を第１励振電極部２７と第２励振電極部２８に電気的に二分するために設けられるもので、表面に形成される絶縁ライン２５は図１（ａ）に示されるように、節点２２ａから振動本体部２１の長手方向の略１／３のところまで縁部に沿って走り、反対側の縁部に向けてコ字状に大きく迂回した後、略２／３の地点から再び反対側の縁部に沿って延び、節点２２ｂに繋がる。これによって、前記振動本体部２１の表面は、前記絶縁ライン２５を境に３つの小振動部（小励振電極部２７ａ，２８ａ，２８ｂ）に仕切られる。また、前記第１振動電極部２７は、小励振電極部２７ａと接続部２３ａ，２３ｂ及びフレーム部２４の一方に形成される端子電極２４ａとで一つの平面電極を構成し、第２振動電極部２８は、小励振電極部２８ａ，２８ｂと接続部２３ｃ，２３ｄ及びフレーム部２４の他方の端子電極２４ｂとで別の平面電極を構成する。
【００２１】
また、前記水晶振動子２０の裏面については、図２に示したように、振動本体部２１の裏面を仕切る絶縁ライン２５が節点２２ｄと２２ｃとの間に前記表面と同様なパターンで形成され、この絶縁ライン２５を境に３つの小励振電極部２７ｂ，２７ｃ，２８ｃに仕切られる。これによって、第１励振電極部２７は、小励振電極部２７ｂ，２７ｃと接続部２３ａ，２３ｂ及び端子電極２４ａとで一つの平面電極を構成し、第２振動電極部２８は、小励振電極部２８ｃと接続部２３ｃ，２３ｄ及び端子電極２４ｂとで別の平面電極を構成することになる。
【００２２】
前記接続部２３ａ〜２３ｄは、振動本体部２１の４個所の節点２２ａ〜２２ｄを支持すると同時に、フレーム部２４上の各端子電極２４ａ，２４ｂに供給される電圧を各小励振電極部（２７ａ〜２７ｃ，２８ａ〜２８ｃ）と導通させるためのアーチ状の導通路であり、前記振動本体部２１とフレーム部２４とで一体形成される。なお、この接続部２３ａ〜２３ｄと節点２２ａ〜２２ｄの接点が小さいほど振動を阻害しないため、良質な振動特性を得ることができる。
【００２３】
前記フレーム部２４は、四角形のリング状に水晶基板を打ち抜いて形成され、表裏両面に導電膜を形成し、その対向する辺の一部をエッチングして絶縁部２９とすることで、一対の端子電極２４ａ，２４ｂを形成している。このフレーム部２４は、前記接続部２３ａ〜２３ｄを介して振動本体部２１を支持した状態でパッケージ内に固定される。そして、前記端子電極２４ａ，２４ｂ間に電圧を印加することによって、前記それぞれの端子電極２４ａ，２４ｂから延びる接続部を介して絶縁ライン２５で仕切られたそれぞれの振動領域に電界が印加される。
【００２４】
上記構造の水晶振動子２０にあっては、端子電極２４ａ，２４ｂ間に印加される逆位相の電圧によって、各振動領域の表面と裏面及び同一面上で隣接する面の電界が逆位相となる。これによって、振動本体部２１全体にラーメモード振動を連続的に発生させることができる。
【００２５】
前記第１実施形態の水晶振動子２０は、長方形状の振動本体部２１に３つの小励振電極部を縦列形成したものであるが、さらに多くの小励振電極部を形成した高次のラーメモード振動を伴う水晶振動子を構成することができる。図３はこのような高次のラーメモード振動を伴う第２実施形態の水晶振動子３０を示したものである。ここで、図３（ｂ）は図３（ａ）をＡ−Ａ線で切断した断面図、図３（ｃ）はＢ−Ｂ線で切断した断面図である。この水晶振動子３０は、正方形状の振動本体部３１の内部が一条の絶縁ラインによって第１励振電極部３７と第２励振電極部３８の二極に電気的に分離されると共に、前記第１励振電極部３７で構成される４面の小励振電極部３７ａ〜３７ｄと、前記第２励振電極部３８で構成される５面の小励振電極部３８ａ〜３８ｅが組み合わされて９面（３列×３行）の小励振電極部が形成されている。これら９面からなる振動本体部３１は、第１励振電極部３７に属する小励振電極部と第２励振電極部３８に属する小励振電極部とが互いに隣接するような市松模様状に形成される。これによって、振動本体部３１は、（３，３）次のラーメモード振動を生成する。この振動本体部３１は、前記水晶振動子２０と同様に、四隅の振動の節点３２ａ〜３２ｄが接続部３３ａ〜３３ｄを介してフレーム部３４に一体化され、前記第１励振電極部３７は端子電極３４ａに、第２励振電極部３８は端子電極３４ｂに平面的に導通されている。
【００２６】
前記振動本体部３１の表面及び裏面に形成されている各小励振電極部には、それぞれの端子電極３４ａ，３４ｂから接続部３３ａ〜３３ｄを介して所定の電圧が印加され、同一平面上で隣接する小励振電極部間には互いに逆位相の電界が発生するように設定される。例えば、図３及び図４に示したような３×３配列の振動本体部３１において、端子電極３４ａから供給される電界は、図３に示されるように、接続部３３ａ，３３ｂを通して表側の小励振電極部（３７ａ〜３７ｄ）と、図４に示す裏側の小励振電極部（３７ｅ〜３７ｉ）に供給される。一方、端子電極３４ｂから供給される電界は、図３に示したように、接続部３３ｃ，３３ｄを介して小励振電極部（３８ａ〜３８ｄ）と、図４に示される裏側の小励振電極部（３８ｆ〜３８ｉ）に供給される。
【００２７】
前記第１実施形態及び第２実施形態で示した水晶振動子２０，３０のように、隣接する小励振電極部相互間に生じさせる電界が常に逆位相になるように振動本体部２１，３１がパターン形成されているため、前記各小励振電極部の四隅の節点を基点として小励振電極部間の境界辺が交互に膨らんだり、凹んだりするといった歪みが生じることになる。これにより、所望の振動周波数を得る。特に、振動本体部２１，３１内を仕切る絶縁ライン２５を各小励振電極部の境界線上に可能な限り細く形成することで、限られた平面スペースを備えた振動本体部に励振電極を最大限広く形成することができる。また、励振電極が全て振動本体部の表裏面に平面形成され、側面に前記表裏面の励振電極同士を接続する回し込み用の電極を形成する必要がない。このため、等価直列抵抗値が減少し、安定したラーメモードの振動を生成することができる。
【００２８】
次に、上記水晶振動子２０，３０の製造方法を図５及び図６に基づいて説明する。製法は大きく分けて励振電極形成工程と振動本体部とフレーム部とに分離する打ち抜き形成工程とに分けられる。図５に示す励振電極形成工程では、最初に水晶原石から所定の角度で水晶基板１をカットし、一定の厚みに加工する（工程ａ）。次に、前記水晶基板１の表裏両面にクロム（Ｃｒ）による下地層を形成し、この下地層の上に金（Ａｕ）の導電膜４を形成し（工程ｂ）、この導電膜４の上に露光用のレジスト膜５を塗布形成する（工程ｃ）。次に前記形成されたレジスト膜５の上に振動本体部に形成する絶縁パターンが描かれたマスク３を装着し、露光及び現像する（工程ｄ）。そして、露光によって露出された部分の導電膜４とクロムをエッチング（工程ｅ）して絶縁部６を形成した後、前記露光・現像処理で使用したレジスト膜５を取り除く（工程ｆ）。
【００２９】
図６に示した打ち抜き形成工程では、前記励振電極形成工程によって励振電極が形成された水晶基板１の表面にドライフィルムレジスト２を貼着し（工程ｇ）、振動本体部とフレーム部とに分離する打ち抜きパターンが形成されたマスク７を装着し、露光及び現像処理を施す（工程ｈ）。次に打ち抜きパターンが形成されたドライフィルムレジスト２の上からパウダービーム８を噴射させて打ち抜き加工を行う（工程ｉ）。最後に不要なドライフィルムレジスト２を取り除く（工程ｊ）。
【００３０】
上述したように、本発明の水晶振動子の製造方法によれば、水晶基板１の側面に導電膜４を形成する必要がないので、最初に水晶基板１の表裏面に励振電極用の導電膜４や絶縁部６を形成しておき、続く打ち抜き工程において所定形状に打ち抜くだけで図１及び図２に示したような水晶振動子２０を形成することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る水晶振動子によれば、振動本体部の表面及び裏面が複数の小励振電極部に仕切る絶縁ラインを除いて全て励振用の電極面となっているので、振動本体部の限られた平面スペースを有効にラーメモード振動を取り出す励振電極面とすることができる。このように、振動本体部の平面部に励振電極部を広く確保できると共に、側面部には接続用の電極パターンを形成する必要がないので、振動特性に悪影響を与える等価直列抵抗値の増加を抑えることができる。
【００３２】
また、本発明に係る水晶振動子の製造方法によれば、振動本体部の表面及び裏面に形成されている励振電極同士を繋ぐ電極パターンを側面に形成する必要がないので、電極形成が容易となって工数及びコストの低減化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の水晶振動子を表面から見た平面図と、その断面図である。
【図２】上記第１実施形態の水晶振動子を裏面から見た平面図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の水晶振動子を表面から見た平面図と、その断面図である。
【図４】上記第２実施形態の水晶振動子を裏面から見た平面図である。
【図５】本発明の水晶振動子の電極形成工程図である。
【図６】上記水晶振動子の打ち抜き工程図である。
【図７】従来の水晶振動子を表面から見た平面図である。
【図８】上記従来の水晶振動子を裏面から見た平面図である。
【図９】従来の水晶振動子の打ち抜き工程図である。
【図１０】従来の水晶振動子の電極形成工程図である。
【符号の説明】
２０，３０水晶振動子
２１，３１振動本体部
２２ａ〜２２ｄ節点
２３ａ〜２３ｄ接続部
２４フレーム部
２４ａ，２４ｂ端子電極
２５絶縁ライン
２７，３７第１励振電極部
２８，３８第２励振電極部
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ小励振電極部
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ小励振電極部

Claims

四角形状の水晶基板の表面及び裏面に形成される第１励振電極部及び第２励振電極部が連続して延びる一本の絶縁ラインのみによって分離され、分離された第１励振電極部及び第２励振電極部がそれぞれ複数の小振動部領域に仕切られている振動本体部と、
この振動本体部の端部を支持すると共に、前記第１励振電極部及び第２励振電極部に導通する接続電極が形成された接続部と、
この接続部を介して前記第１励振電極部及び第２励振電極部に導通する一対の端子電極を有するフレーム部とを備え、
前記一対の端子電極間に電圧を印加することによって、前記振動本体部の表面上又は裏面上でそれぞれ隣接する小振動部領域間に逆位相の電界を生じさせてラーメモード振動を得ることを特徴とする水晶振動子。
前記一本の絶縁ラインは、前記第１励振電極部と第２励振電極部とを仕切る各励振電極部の外形線として振動本体部の表面と裏面にそれぞれ延びている請求項１記載の水晶振動子。
前記一本の絶縁ラインによって、第１励振電極部の小振動部領域と第２励振電極部の小振動部領域とが市松模様配列に形成されている請求項１記載の水晶振動子。
前記振動本体部がこの振動本体部の外周に設けられたフレーム部に前記接続部を介して一体形成されている請求項１記載の水晶振動子。
前記振動本体部が前記第１励振電極部及び第２励振電極部からそれぞれ少なくとも一以上の接続部を介して前記フレーム部に支持されている請求項１記載の水晶振動子。
水晶基板の表裏全面に平面電極を形成し、
この平面電極の略中央部に設けられる四角形状の振動本体部に連続して延びる一本の絶縁ラインのみによって分離される第１励振電極部及び第２励振電極部を形成し、
前記振動本体部の外周をこの振動本体部の端部から延びる接続部を残して切り離し前記振動本体部の外周部に一対の端子電極を有するフレーム部を形成することによって、ラーメモード振動を得るようにした水晶振動子の製造方法。
一枚の水晶基板の表裏両面全体に平面電極を形成する導電成膜工程と、
前記形成された平面電極の振動本体部に相当する領域を第１励振電極部と第２励振電極部とのニ極に分離するため連続して延びる一本の絶縁ラインをエッチングして剥離する工程と、
前記振動本体部の周囲を振動本体部の端部から延設される接続部を除いて水晶基板を打ち抜き、端子電極となるフレーム部とに分離する打ち抜き工程とを備えることで、ラーメモード振動を得るようにした水晶振動子の製造方法。