JP6841892B2 - Crystal elements and crystal devices - Google Patents
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Description
本発明は、水晶素子であって、特に、メサ型の水晶素子と、この水晶素子が実装されている水晶デバイスに関する。 The present invention relates to a crystal element, particularly a mesa-type crystal element and a crystal device on which the crystal element is mounted.
水晶素子は、振動部および周辺部からなるメサ型の水晶片と、励振電極部、引出部および配線部からなる金属パターンと、から構成されている。水晶片は、振動部および周辺部とからなり、略直方体形状の振動部の縁部に沿って、振動部より上下方向の厚みが薄い周辺部が一体的に設けられ、メサ型となっている。このような水晶片は、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した水晶部材をフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、形成されている。金属パターンは、水晶片の表面に設けられており、励振電極部、配線部および引出部からなる。励振電極部は、一対となっており、励振電極部に挟まれている水晶片の一部を振動させるためのものである。引出部は、水晶素子を平面視すると、略矩形形状の水晶片の所定の一辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。配線部は、一端が励振電極部に接続され、他端が引出部に接続されている（例えば、特許文献１参照）。 The crystal element is composed of a mesa-shaped crystal piece composed of a vibrating portion and a peripheral portion, and a metal pattern composed of an exciting electrode portion, a drawer portion and a wiring portion. The crystal piece is composed of a vibrating part and a peripheral part, and a peripheral part having a thickness thinner in the vertical direction than the vibrating part is integrally provided along the edge of the vibrating part having a substantially rectangular parallelepiped shape, and has a mesa shape. .. Such a crystal piece is formed by using a photolithography technique and an etching technique to form a crystal member having a crystal axis including an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis that are orthogonal to each other. The metal pattern is provided on the surface of the crystal piece and includes an excitation electrode portion, a wiring portion, and a drawer portion. The excitation electrode portions are paired and are for vibrating a part of the crystal piece sandwiched between the excitation electrode portions. When the crystal element is viewed in a plan view, two drawer portions are provided side by side along a predetermined one-sided edge portion of a substantially rectangular crystal piece. One end of the wiring portion is connected to the excitation electrode portion, and the other end is connected to the extraction portion (see, for example, Patent Document 1).
また、メサ型の水晶素子の別の一例として、振動部と周辺部とからなるメサ型の水晶片であって、水晶片を平面視したときに略矩形形状の振動部の四隅が丸みを帯びているものがある。このような水晶素子を実装した水晶デバイスは、例えば、水晶素子、素子搭載部材および蓋体からなり、この素子搭載部材と蓋体とが接合され、接合により素子搭載部材と蓋体とで形成される空間内に素子搭載部材に実装されている水晶素子が気密封止された構造となっている。このとき、水晶素子の引出部と素子搭載部材の搭載パッドとが導電性接着材によって接着されることで、水晶素子が素子搭載部材に実装されている（例えば、特許文献２参照）。 Further, as another example of the mesa-shaped crystal element, it is a mesa-shaped crystal piece composed of a vibrating part and a peripheral part, and when the crystal piece is viewed in a plane, the four corners of the vibrating part having a substantially rectangular shape are rounded. There is something that is. A crystal device on which such a crystal element is mounted is composed of, for example, a crystal element, an element mounting member, and a lid, and the element mounting member and the lid are joined to each other, and the element mounting member and the lid are formed by joining. The crystal element mounted on the element mounting member is airtightly sealed in the space. At this time, the crystal element is mounted on the element mounting member by adhering the drawer portion of the crystal element and the mounting pad of the element mounting member with a conductive adhesive (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、従来の水晶素子の水晶片は、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した水晶部材から、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、振動部および周辺部が一体となるように形成されている。従って、結晶軸との位置関係によってエッチングされる速度が異なるために、エッチング残差が生じ、所望の形状にすることができない。このため、期待していたエネルギー閉じ込めができず、むしろ、不要振動が多く生じてしまい、等価直列抵抗値が大きくなってしまう虞がある。 However, the crystal piece of the conventional crystal element has a vibrating part and a peripheral part from a crystal member having a crystal axis consisting of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis which are orthogonal to each other by photolithography technology and etching technology. It is formed to be one. Therefore, since the etching rate differs depending on the positional relationship with the crystal axis, an etching residual is generated and a desired shape cannot be obtained. For this reason, the expected energy confinement cannot be achieved, but rather, a large amount of unnecessary vibration is generated, and the equivalent series resistance value may increase.
本発明では、平板状の水晶片を用いて励振電極部の構成を変えることで、エネルギー閉じ込めができ、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させた水晶素子および水晶デバイスを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a crystal element and a crystal device capable of confining energy and reducing an increase in equivalent series resistance value by changing the configuration of an excitation electrode portion using a flat crystal piece. And.
前述した課題を解決するために、本発明に係る水晶素子は、平板状の水晶片と、水晶片の両主面に設けられている一対の励振電極部と、励振電極部から水晶片の縁部まで延設され、励振電極部より上下方向の厚みが薄い配線部と、配線部に接続され水晶片の縁部に設けられている引出部と、からなり、励振電極部が水晶片の音速および密度と略同一の材料から構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the crystal element according to the present invention includes a flat crystal piece, a pair of excitation electrode portions provided on both main surfaces of the crystal piece, and an edge of the crystal piece from the excitation electrode portion. It consists of a wiring part that extends to the part and is thinner in the vertical direction than the excitation electrode part, and a drawer part that is connected to the wiring part and is provided at the edge of the crystal piece. The excitation electrode part is the sound velocity of the crystal piece. It is characterized in that it is composed of a material that is substantially the same as the density.
本発明に係る水晶素子は、平板状の水晶片と、水晶片の両主面に設けられている一対の励振電極部と、励振電極部から水晶片の縁部まで延設され、励振電極部より上下方向の厚みが薄い配線部と、配線部に接続され水晶片の縁部に設けられている引出部と、からなり、励振電極部が水晶片の音速および密度と略同一の材料から構成されている。このように励振電極部にアルミニウム薄膜を用いることで、励振電極部内においても振動をするようにすることができ、メサ形状の水晶片と同様の効果を得ることが可能となる。また、励振電極部にアルミニウム薄膜を用いることで、励振電極部の形状を所望の形状にすることができる。このため、より振動エネルギーを閉じ込めることができ、さらには、不要振動の発生を低減させることができる。この結果、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。 The crystal element according to the present invention includes a flat crystal piece, a pair of excitation electrode portions provided on both main surfaces of the crystal piece, and an excitation electrode portion extending from the excitation electrode portion to the edge portion of the crystal piece. It consists of a wiring part that is thinner in the vertical direction and a drawer part that is connected to the wiring part and is provided at the edge of the crystal piece, and the excitation electrode part is made of a material that is substantially the same as the sound velocity and density of the crystal piece. Has been done. By using the aluminum thin film for the excitation electrode portion in this way, it is possible to vibrate even inside the excitation electrode portion, and it is possible to obtain the same effect as the mesa-shaped crystal piece. Further, by using an aluminum thin film for the excitation electrode portion, the shape of the excitation electrode portion can be made into a desired shape. Therefore, the vibration energy can be more confined, and the occurrence of unnecessary vibration can be reduced. As a result, it is possible to reduce the increase in the equivalent series resistance value.
（第一実施形態）
図１は、第一実施形態に係る水晶デバイスの斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面における断面図である。図３は、第一実施形態に係る水晶素子１２０の平面図であり、図４は、Ｂ−Ｂ断面における断面図である。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of the crystal device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 3 is a plan view of the crystal element 120 according to the first embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB.
（水晶デバイスの概略構成）
水晶デバイスは、例えば、全体として略直方体形状となっている電子部品である。水晶デバイスは、例えば、長辺または短辺の長さが０．６ｍｍ〜２．０ｍｍであり、上下方向の厚さが０．２ｍｍ〜１．５ｍｍとなっている。
(Outline configuration of crystal device)
A crystal device is, for example, an electronic component having a substantially rectangular parallelepiped shape as a whole. The crystal device has, for example, a length of a long side or a short side of 0.6 mm to 2.0 mm and a thickness of 0.2 mm to 1.5 mm in the vertical direction.
水晶デバイスは、例えば、凹部が形成される素子搭載部材１１０と、凹部に収容された水晶素子１２０と、凹部を塞ぐ蓋体１３０と、素子搭載部材１１０に水晶素子１２０を接着実装するための導電性接着剤１４０と、から構成される。 The crystal device includes, for example, an element mounting member 110 in which a recess is formed, a crystal element 120 housed in the recess, a lid 130 for closing the recess, and a conductivity for adhesively mounting the crystal element 120 on the element mounting member 110. It is composed of a sex adhesive 140 and.
素子搭載部材１１０の凹部は、蓋体１３０によって封止され、その内部は、例えば、真空とされ、または適当なガス（例えば、窒素）が封入されている。 The recess of the element mounting member 110 is sealed by the lid 130, and the inside thereof is, for example, evacuated or filled with an appropriate gas (for example, nitrogen).
素子搭載部材１１０は、例えば、素子搭載部材１１０の主体となる基体１１０ａと、基体１１０ａの上面の縁部に沿って設けられている枠体１１０ｂと、水晶素子１２０を実装するための搭載パッド１１１と、水晶デバイスを不図示の回路基板等に実装するための外部端子１１２とからなる。素子搭載部材１１０には、基体１１０ａの上面の縁部に沿って枠状の枠体１１０ｂが設けられ、凹部が形成されている。 The element mounting member 110 includes, for example, a base 110a which is a main body of the element mounting member 110, a frame body 110b provided along the edge of the upper surface of the base 110a, and a mounting pad 111 for mounting the crystal element 120. And an external terminal 112 for mounting the crystal device on a circuit board or the like (not shown). The element mounting member 110 is provided with a frame-shaped frame 110b along the edge of the upper surface of the substrate 110a, and a recess is formed.
基体１１０ａおよび枠体１１０ｂは、セラミック等の絶縁材料からなる。搭載パッド１１１および外部端子１１２は、例えば、金属等からなる導電層により構成されており、基体１１０ａ内に配置された導体（図示せず）によって互いに電気的に接続されている。蓋体１３０は、例えば、金属から構成され、素子搭載部材１１０、具体的には、枠体１１０ｂの上面シーム溶接等により接合されている。 The substrate 110a and the frame 110b are made of an insulating material such as ceramic. The mounting pad 111 and the external terminal 112 are formed of, for example, a conductive layer made of metal or the like, and are electrically connected to each other by a conductor (not shown) arranged in the substrate 110a. The lid 130 is made of metal, for example, and is joined by seam welding on the upper surface of the element mounting member 110, specifically, the frame 110b.
水晶素子１２０は、例えば、水晶片１２１に電圧を印加するための、一対の励振電極部１２３と、水晶素子１２０を搭載パッド１１１に実装するための一対の配線部１２４とを有している。 The crystal element 120 has, for example, a pair of excitation electrode portions 123 for applying a voltage to the crystal piece 121 and a pair of wiring portions 124 for mounting the crystal element 120 on the mounting pad 111.
水晶片１２１は、いわゆるＡＴカット水晶片である。すなわち、水晶において、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる直交座標系ＸＹＺを、Ｘ軸回りに３０°〜５０°回転させて直交座標系ＸＹ´Ｚ´を定義したときに、ＸＺ´平面に平行に切り出された板状である。 The crystal piece 121 is a so-called AT-cut crystal piece. That is, in the crystal, when the Cartesian coordinate system XYZ consisting of the X-axis, the Y-axis and the Z-axis is rotated by 30 ° to 50 ° around the X-axis to define the Cartesian coordinate system XY'Z', the plane becomes the XZ'plane. It has a plate shape cut out in parallel.
一対の励振電極部１２３および一対の配線部１２４は、金属等からなる導電層により構成されている。一対の励振電極部１２３は、例えば、水晶片１２１の両主面の中央側に設けられている。一対の配線部１２４は、例えば、一対の励振電極部１２３からＸ軸方向の一方側（例えば、−Ｘ側）に延びており、水晶片１２１の所定の一辺の端部に沿って、一対の引出部１２５を有している。 The pair of excitation electrode portions 123 and the pair of wiring portions 124 are formed of a conductive layer made of metal or the like. The pair of excitation electrode portions 123 are provided, for example, on the central side of both main surfaces of the crystal piece 121. The pair of wiring portions 124 extend from, for example, the pair of excitation electrode portions 123 to one side (for example, -X side) in the X-axis direction, and are paired along the end portions of a predetermined side of the crystal piece 121. It has a drawer 125.
水晶素子１２０は、主面を素子搭載部材１１０の基体１１０ａの上面に対向させて、素子搭載部材１１０の凹部内に収容される。水晶素子１２０は、引出部１２５は、素子搭載部材１１０の基体１１０ａの搭載パッド１１１に導電性接着剤１４０により接着される。これにより、水晶素子１２０は、素子搭載部材１１０に片持ち梁のように支持されている。また、一対の励振電極部１２３は、素子搭載部材１１０の一対の搭載パッド１１１と電気的に接続され、ひいては、素子搭載部材１１０の複数の外部端子１１２のいずれか二つと電気的に接続される。 The crystal element 120 is housed in a recess of the element mounting member 110 with its main surface facing the upper surface of the substrate 110a of the element mounting member 110. In the crystal element 120, the drawer portion 125 is adhered to the mounting pad 111 of the base 110a of the element mounting member 110 by the conductive adhesive 140. As a result, the crystal element 120 is supported by the element mounting member 110 like a cantilever. Further, the pair of excitation electrode portions 123 are electrically connected to the pair of mounting pads 111 of the element mounting member 110, and by extension, are electrically connected to any two of the plurality of external terminals 112 of the element mounting member 110. ..
このようにして構成された水晶デバイスは、例えば、不図示の回路基板の実装面に素子搭載部材１１０の下面を対向させて配置され、外部端子１１２が半田などにより回路基板のパッドに接合されることによって回路基板に実装される。回路基板には、例えば、発振回路が構成されている。発振回路は、外部端子１１２および搭載パッド１１１を介して一対の励振電極部１２５に交番電圧を印加して発振信号を生成する。このとき、発振回路は、例えば、水晶片１２１の厚みすべり振動うち基本波振動を利用する。 The crystal device configured in this way is arranged, for example, with the lower surface of the element mounting member 110 facing the mounting surface of a circuit board (not shown), and the external terminal 112 is joined to the pad of the circuit board by solder or the like. It is mounted on the circuit board. An oscillation circuit is configured on the circuit board, for example. The oscillation circuit applies an alternating voltage to the pair of excitation electrode units 125 via the external terminal 112 and the mounting pad 111 to generate an oscillation signal. At this time, the oscillation circuit utilizes, for example, the fundamental wave vibration of the thickness slip vibration of the crystal piece 121.
（水晶素子の形状）
水晶素子１２０は、直方体形状の水晶片１２１と、励振電極部１２３、配線部１２４および引出部１２５からなる金属パターン１２２と、から構成されている。
(Shape of crystal element)
The crystal element 120 is composed of a rectangular parallelepiped crystal piece 121 and a metal pattern 122 including an excitation electrode portion 123, a wiring portion 124, and a drawer portion 125.
水晶片１２１は、略直方体形状のＡＴカット水晶板が用いられている。このとき、水晶片１２１の上下方向の厚みは、例えば、２０μｍ〜５０μｍとなっている。また、水晶片１２１の密度は、約２．６５×１０３ｋｇ／ｍ３となっている。また、一対の励振電極部１２３に交番電圧が印加され水晶片１２１の一部が振動しているときの、厚みすべり振動の基本波の音速（横波）は、３７６４ｍ／ｓとなっている。 As the crystal piece 121, an AT-cut crystal plate having a substantially rectangular parallelepiped shape is used. At this time, the thickness of the crystal piece 121 in the vertical direction is, for example, 20 μm to 50 μm. The density of the crystal piece 121 is about 2.65 × 10 3 kg / m 3 . Further, the sound velocity (transverse wave) of the fundamental wave of the thickness slip vibration when an alternating voltage is applied to the pair of excitation electrode portions 123 and a part of the crystal piece 121 is vibrating is 3764 m / s.
金属パターン１２２は、水晶片１２１の表面に設けられており、水晶素子１２０の外部から交番電圧を印加するためのものである。金属パターン１２２は、一対の励振電極部１２３、一対の配線部１２４、一対の引出部１２５からなる。 The metal pattern 122 is provided on the surface of the crystal piece 121, and is for applying an alternating voltage from the outside of the crystal element 120. The metal pattern 122 includes a pair of excitation electrode portions 123, a pair of wiring portions 124, and a pair of drawer portions 125.
一対の励振電極部１２３は、水晶片１２１の両主面に設けられている。励振電極部１２３の上下方向の厚みは、配線部１２４の上下方向の厚みより厚くなっている。励振電極部１２３の上下方向の厚みは、水晶素子１２０の所望の周波数と水晶片１２１の板厚によって決定され、例えば、５μｍ〜３０μｍとなっている。具体的には、励振電極部１２３の上下方向の厚みは、周波数定数と呼ばれる１６７０を所望の周波数で割った商から水晶片１２１の上下方向の厚みを引き、２で割った商となる。 The pair of excitation electrode portions 123 are provided on both main surfaces of the crystal piece 121. The vertical thickness of the excitation electrode portion 123 is thicker than the vertical thickness of the wiring portion 124. The vertical thickness of the excitation electrode portion 123 is determined by the desired frequency of the crystal element 120 and the plate thickness of the crystal piece 121, and is, for example, 5 μm to 30 μm. Specifically, the vertical thickness of the excitation electrode portion 123 is a quotient obtained by subtracting the vertical thickness of the crystal piece 121 from the quotient of 1670, which is called a frequency constant, divided by a desired frequency, and dividing by 2.
一対の励振電極部１２３は、アルミニウム薄膜からなり、密度が、約２．６５×１０３ｋｇ／ｍ３となっている。また、厚みすべり振動の基本波と振動が進む速度、音速（横波）は、３０４０ｍ／ｓとなっている。従って、一対の励振電極部１２３の密度は、水晶片１２１と同じ密度であり、また、音速も水晶片１２１と近似した値となっている。 The pair of excitation electrode portions 123 are made of an aluminum thin film and have a density of about 2.65 × 10 3 kg / m 3 . Further, the fundamental wave of the thickness slip vibration, the speed at which the vibration advances, and the speed of sound (transverse wave) are 3040 m / s. Therefore, the density of the pair of excitation electrode portions 123 is the same as that of the crystal piece 121, and the sound velocity is also a value close to that of the crystal piece 121.
配線部１２４は、一端が励振電極部１２３に接続され、他端が水晶片１２１の所定の一辺の縁部にまで延設されている。また、引出部１２５は、導電層により構成されており、例えば、金、金を主成分とする金属、銀、銀を主性分とする金属が用いられている。 One end of the wiring portion 124 is connected to the excitation electrode portion 123, and the other end extends to the edge of a predetermined side of the crystal piece 121. Further, the drawer portion 125 is composed of a conductive layer, and for example, gold, a metal containing gold as a main component, silver, and a metal containing silver as a main component are used.
引出部１２５は、配線部１２４の他端に接続されており、水晶片１２１の所定の一辺に沿って二つ並んで設けられている。また、引出部１２５は、配線部１２４とともに一体的に形成されている。 The drawer portion 125 is connected to the other end of the wiring portion 124, and is provided side by side along a predetermined side of the crystal piece 121. Further, the drawer portion 125 is integrally formed with the wiring portion 124.
水晶素子１２０は、引出部１２５に交番電圧が印加されると、配線部１２４を介して、励振電極部１２３に交番電圧が印加されることなり、逆圧電効果および圧電効果により励振電極部１２３に挟まれている水晶片１２１の一部が厚みすべり振動のうち基本波振動する。このとき、励振電極部１２３の密度が水晶片１２１の密度と同じとなっており、かつ、励振電極部１２３の音速が水晶片１２１の音速と近い値となっているため、励振電極部１２３と水晶片１２１との境界付近において、水晶片１２１の厚みすべり振動のうち基本波振動が励振電極部１２３に反射される量を低減させることができ、励振電極部１２３も水晶片１２１と一体的に振動させることが可能となる。この結果、励振電極部１２３を水晶片１２１と同様にみなすことができ、水晶素子１２０をメサ型の水晶片を用いた場合と同様にエネルギー閉じ込めが可能となる。換言すれば励振電極部１２３は、励振電極としての役割と、水晶片１２１と同様に振動する役割をもつことになる。 つまり平板状水晶片に励振電極部を設ければメサ型水晶片の特性を得ることができ、メサ型水晶片のメサ部の上に設ければメサ部の厚さ変更の効果を得ることができる。 When an alternating voltage is applied to the extraction portion 125, the crystal element 120 applies an alternating voltage to the excitation electrode portion 123 via the wiring portion 124, and the excitation electrode portion 123 is affected by the inverse piezoelectric effect and the piezoelectric effect. A part of the sandwiched crystal piece 121 vibrates as a fundamental wave among the thickness slip vibrations. At this time, since the density of the excitation electrode unit 123 is the same as the density of the crystal piece 121 and the sound velocity of the excitation electrode unit 123 is close to the sound velocity of the crystal piece 121, the excitation electrode unit 123 and In the vicinity of the boundary with the crystal piece 121, the amount of the fundamental wave vibration reflected by the excitation electrode portion 123 in the thickness sliding vibration of the crystal piece 121 can be reduced, and the excitation electrode portion 123 is also integrated with the crystal piece 121. It becomes possible to vibrate. As a result, the excitation electrode portion 123 can be regarded as the same as the crystal piece 121, and energy can be confined as in the case where the crystal element 120 uses a mesa-shaped crystal piece. In other words, the excitation electrode unit 123 has a role as an excitation electrode and a role of vibrating in the same manner as the crystal piece 121. That is, if the excitation electrode portion is provided on the flat quartz piece, the characteristics of the mesa-shaped quartz piece can be obtained, and if it is provided on the mesa portion of the mesa-shaped quartz piece, the effect of changing the thickness of the mesa-shaped quartz piece can be obtained. it can.
引出部１２５および配線部１２４に用いられる金を励振電極部１２３に用いた場合について説明する。金の密度は、１８．９〜１９．３×１０３ｋｇ／ｍ３となっており、金の音速は１２００ｍ／ｓとなっている。従って、励振電極部１２３が金から構成されている場合には、水晶片１２１と励振電極部１２３との密度および音速が大きく異なっている。このため、水晶片１２１が厚みすべり振動うち基本波振動で振動する場合、水晶片１２１と金との音速が大きくことなるため、水晶片１２１と励振電極部１２３との境界において水晶片１２１で生じた厚みすべり振動のうち基本波振動が反射される量が多くなり、反射された厚みすべり振動のうち基本波振動が水晶片１２１の振動へ影響（例えば、反射された振動が水晶片１２１の厚みすべり振動のうち基本波振動と結合され周波数が変動しやすくなる場合や、反射された振動が水晶片１２１の振動を阻害し等価直列抵抗値が大きくなる場合）が生じてしまう。また、密度が大きくことなることから、水晶片１２１と励振電極部１２３とで振動の仕方が大きくことなるため、一体的に振動させることができない。このため、水晶片１２１が厚みすべり振動うち基本波振動で振動する場合、水晶片１２１と銀との音速が大きくことなるため、水晶片１２１で生じた厚みすべり振動のうち基本波振動が水晶片１２１と励振電極部１２３との境界で反射される量が多くなり、反射された厚みすべり振動のうち基本波振動が水晶片１２１の振動へ影響（例えば、反射された振動が水晶片１２１の振動と結合され周波数が変動しやすくなる場合や、反射された振動が厚みすべり振動のうち基本波振動を阻害し等価直列抵抗値が大きくなる場合）が生じてしまう。また、密度が大きくことなることから、水晶片１２１と励振電極部１２３とで振動の仕方が大きくことなるため、一体的に振動させることができない。つまり、第一実施形態では、水晶片１２１の音速および密度と略同一の材料を、励振電極部１２３に用いることで、水晶片１２１と励振電極部１２３とを一体的に振動させることができ期待した効果を得ることができる。 A case where the gold used for the drawer portion 125 and the wiring portion 124 is used for the excitation electrode portion 123 will be described. The density of gold is 18.9 to 19.3 × 10 3 kg / m 3, and the speed of sound of gold is 1200 m / s. Therefore, when the excitation electrode portion 123 is made of gold, the density and sound velocity of the crystal piece 121 and the excitation electrode portion 123 are significantly different. Therefore, when the crystal piece 121 vibrates due to the fundamental wave vibration of the thickness sliding vibration, the sound velocity between the crystal piece 121 and the gold becomes large, so that the crystal piece 121 occurs at the boundary between the crystal piece 121 and the excitation electrode portion 123. Of the thickness slip vibration, the amount of fundamental wave vibration reflected increases, and of the reflected thickness slip vibration, the fundamental wave vibration affects the vibration of the crystal piece 121 (for example, the reflected vibration affects the thickness of the crystal piece 121). Of the sliding vibrations, there may be cases where the frequency is likely to fluctuate due to coupling with fundamental wave vibrations, or where the reflected vibrations hinder the vibrations of the crystal piece 121 and the equivalent series resistance value increases). Further, since the density is large, the crystal piece 121 and the excitation electrode portion 123 are vibrated in a large manner, so that they cannot be vibrated integrally. Therefore, when the crystal piece 121 vibrates due to the fundamental wave vibration among the thickness slip vibrations, the sound velocity between the crystal piece 121 and silver becomes large, so that the fundamental wave vibration among the thickness slip vibrations generated by the crystal piece 121 is the crystal piece. The amount reflected at the boundary between the excitation electrode portion 123 and the excitation electrode portion 123 increases, and among the reflected thickness slip vibrations, the fundamental wave vibration affects the vibration of the crystal piece 121 (for example, the reflected vibration affects the vibration of the crystal piece 121). When the frequency is easily fluctuated due to the combination with, or when the reflected vibration hinders the fundamental wave vibration of the thickness slip vibration and the equivalent series resistance value becomes large) occurs. Further, since the density is large, the crystal piece 121 and the excitation electrode portion 123 are vibrated in a large manner, so that they cannot be vibrated integrally. That is, in the first embodiment, by using a material substantially the same as the sound velocity and density of the crystal piece 121 for the excitation electrode portion 123, it is expected that the crystal piece 121 and the excitation electrode portion 123 can be integrally vibrated. You can get the desired effect.
このような水晶素子１２０の製造方法について説明する。水晶素子１２０は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ウエハ状態で一部が連結されている水晶片１２１を形成する。次に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術、スパッタリング技術または蒸着技術を用いて、配線部１２４および引出部１２５を形成する。最後に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術、スパッタリング技術または蒸着技術を用いて、引出部１２４の一端に接続するように励振電極部１２３を形成する。このように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術、スパッタリング技術または蒸着技術を用いて、形成する配線部、引出部、励振電極部など薄膜という。なお、本実施形態では、水晶素子１２０をウエハ状態で製造する場合について説明しているが、例えば、個片化されている水晶片を用いて製造してもよい。 A method of manufacturing such a crystal element 120 will be described. The crystal element 120 forms a crystal piece 121 which is partially connected in a wafer state by using, for example, a photolithography technique and an etching technique. Next, the wiring section 124 and the drawing section 125 are formed by using a photolithography technique and an etching technique, a sputtering technique, or a vapor deposition technique. Finally, the excitation electrode portion 123 is formed so as to be connected to one end of the extraction portion 124 by using a photolithography technique and an etching technique, a sputtering technique or a vapor deposition technique. As described above, it is referred to as a thin film such as a wiring portion, a drawing portion, and an excitation electrode portion formed by using a photolithography technique, an etching technique, a sputtering technique, or a vapor deposition technique. In this embodiment, the case where the crystal element 120 is manufactured in a wafer state is described, but for example, a crystal piece that has been individualized may be used for manufacturing.
以上のとおり、第一実施形態に係る水晶素子１２０は、平板状の水晶片１２１と、水晶片１２１の両主面に設けられている一対の励振電極部１２３と、励振電極部１２３から水晶片１２１の縁部まで延設され、励振電極部１２３より上下方向の厚みが薄い配線部１２４と、配線部１２４に接続され水晶片１２１の縁部に設けられている引出部１２５と、からなり、励振電極部１２３がアルミニウム薄膜からなる。 As described above, the crystal element 120 according to the first embodiment includes a flat crystal piece 121, a pair of excitation electrode portions 123 provided on both main surfaces of the crystal piece 121, and a crystal piece from the excitation electrode portion 123. It is composed of a wiring portion 124 extending to the edge portion of 121 and thinner in the vertical direction than the excitation electrode portion 123, and a drawer portion 125 connected to the wiring portion 124 and provided at the edge portion of the crystal piece 121. The excitation electrode portion 123 is made of an aluminum thin film .
このように、水晶片１２１の密度が同じで、かつ、厚みすべり振動のうちの基本波振動の音速と近い音速であるアルミニウム薄膜を励振電極部１２３に用いることで、水晶片１２１と励振電極部１２３との境界部分での厚みすべり振動のうちの基本波振動の反射を低減させることができ、励振電極部１２３に電圧を印加したときに、水晶片１２１と励振電極部１２３とを一体的に振動させることが可能となる。また、励振電極部１２３の上下方向の厚みを配線部１２４および引出部１２５の上下方向の厚みより厚くし、疑似的にメサ型の水晶片と同様の効果を得ることができる。換言すれば励振電極部１２３は、励振電極としての役割と、水晶片１２１と同様に振動する役割をもつことになる。 つまり平板状水晶片に励振電極部を設ければメサ型水晶片の特性を得ることができ、メサ型水晶片のメサ部の上に設ければメサ部の厚さ変更の効果を得ることができる。また、励振電極部１２３にアルミニウム薄膜を用いることで、励振電極部１２３の形状を所望の形状にすることができる。このため、より振動エネルギーを閉じ込めることができ、さらには、不要振動の発生を低減させることができる。この結果、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。 In this way, by using an aluminum thin film having the same density of the crystal piece 121 and having a sound velocity close to the sound velocity of the fundamental wave vibration of the thickness sliding vibration for the excitation electrode portion 123, the crystal piece 121 and the excitation electrode portion It is possible to reduce the reflection of the fundamental wave vibration of the thickness sliding vibration at the boundary portion with 123, and when a voltage is applied to the excitation electrode portion 123, the crystal piece 121 and the excitation electrode portion 123 are integrally integrated. It becomes possible to vibrate. Further, the vertical thickness of the excitation electrode portion 123 can be made thicker than the vertical thickness of the wiring portion 124 and the drawer portion 125, and an effect similar to that of a pseudo-mesa-shaped crystal piece can be obtained. In other words, the excitation electrode unit 123 has a role as an excitation electrode and a role of vibrating in the same manner as the crystal piece 121. That is, if the excitation electrode portion is provided on the flat quartz piece, the characteristics of the mesa-shaped quartz piece can be obtained, and if it is provided on the mesa portion of the mesa-shaped quartz piece, the effect of changing the thickness of the mesa-shaped quartz piece can be obtained. it can. Further, by using an aluminum thin film for the excitation electrode portion 123, the shape of the excitation electrode portion 123 can be made into a desired shape. Therefore, the vibration energy can be more confined, and the occurrence of unnecessary vibration can be reduced. As a result, it is possible to reduce the increase in the equivalent series resistance value.
また、このような水晶素子１２０を用いた水晶デバイスに用いることによって、水晶素子１２０においてより振動エネルギーを閉じ込めることができ、さらには、不要振動の発生を低減させることができる。この結果、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。 Further, by using it in a crystal device using such a crystal element 120, it is possible to confine more vibration energy in the crystal element 120, and further, it is possible to reduce the occurrence of unnecessary vibration. As a result, it is possible to reduce the increase in the equivalent series resistance value.
（第二実施形態）
図５は、第二実施形態に係る水晶素子２２０の平面図であり、図６は、図５のＣ−Ｃ断面における断面図である。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a plan view of the crystal element 220 according to the second embodiment, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
第二実施形態に係る水晶素子２２０は、励振電極部２２３が、第一金属層２２３ａおよび第二金属層２２３ｂから構成されている点で、第一実施形態と異なる。 The crystal element 220 according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the excitation electrode portion 223 is composed of the first metal layer 223a and the second metal layer 223b.
（水晶素子の形状）
水晶素子２２０は、直方体形状の水晶片２２１と、励振電極部２２３、配線部２２４および引出部２２５からなる金属パターン２２２と、から構成されている。
(Shape of crystal element)
The crystal element 220 is composed of a rectangular parallelepiped crystal piece 221 and a metal pattern 222 including an excitation electrode portion 223, a wiring portion 224, and a drawer portion 225.
水晶片２２１は、略直方体形状のＡＴカット水晶板が用いられている。このとき、水晶片２２１の上下方向の厚みは、例えば、２０μｍ〜５０μｍとなっている。また、水晶片２２１の密度は、約２．６５×１０３ｋｇ／ｍ３となっている。また、一対の励振電極部２２３に交番電圧が印加され水晶片２２１の一部が振動しているときの、厚みすべり振動の基本波の音速（横波）は、３７６４ｍ／ｓとなっている。 As the crystal piece 221, an AT-cut crystal plate having a substantially rectangular parallelepiped shape is used. At this time, the thickness of the crystal piece 221 in the vertical direction is, for example, 20 μm to 50 μm. The density of the crystal piece 221 is about 2.65 × 10 3 kg / m 3 . Further, when an alternating voltage is applied to the pair of excitation electrode portions 223 and a part of the crystal piece 221 is vibrating, the sound velocity (transverse wave) of the fundamental wave of the thickness slip vibration is 3764 m / s.
金属パターン２２２は、水晶片２２１の表面に設けられており、水晶素子２２０の外部から交番電圧を印加するためのものである。金属パターン２２２は、一対の励振電極部２２３、一対の配線部２２４および一対の引出部２２５からなる。 The metal pattern 222 is provided on the surface of the crystal piece 221 and is for applying an alternating voltage from the outside of the crystal element 220. The metal pattern 222 includes a pair of excitation electrode portions 223, a pair of wiring portions 224, and a pair of drawer portions 225.
励振電極部２２３は、第一金属層２２３ａと第一金属層２２３ａ上に積層される第二金属層２２３ｂとからなる。第一金属層２２３ａの上下方向の厚みは、第二金属層２２３ｂの上下方向の厚みと比較して厚くなっている。 The excitation electrode portion 223 includes a first metal layer 223a and a second metal layer 223b laminated on the first metal layer 223a. The vertical thickness of the first metal layer 223a is thicker than the vertical thickness of the second metal layer 223b.
第一金属層２２３ａは、アルミニウム薄膜からなり、密度が、約２．６５×１０３ｋｇ／ｍ３となっている。また、厚みすべり振動の基本波と振動が進む速度、音速（横波）は、３０４０ｍ／ｓとなっている。従って、第一金属層２２３ａの密度は、水晶片２２１と同じ密度であり、また、音速も水晶片２２１と近似した値となっている。第一金属層２２３ａは、配線部２２４および引出部２２５の上下方向の厚みより厚くなっており、例えば、５μｍ〜３０μｍとなっている。第一金属層２２３ａの上下方向の厚みは、水晶素子２２０の所望の周波数、水晶片２２１の板厚および第二金属層２２３ｂの上下方向の厚みによって決定される。具体的には、第一金属層２２３ａの上下方向の厚みは、周波数定数とよばれる１６７０を、第二金属層２２３ｂの分を設けた場合の周波数変化量を水晶素子２２０の所望の周波数から引いた周波数値で割った商から、水晶片２２１の上下方向の厚みを引き、２で割った商となる。 The first metal layer 223a is made of an aluminum thin film and has a density of about 2.65 × 10 3 kg / m 3 . Further, the fundamental wave of the thickness slip vibration, the speed at which the vibration advances, and the speed of sound (transverse wave) are 3040 m / s. Therefore, the density of the first metal layer 223a is the same as that of the crystal piece 221 and the sound velocity is also a value close to that of the crystal piece 221. The first metal layer 223a is thicker than the vertical thickness of the wiring portion 224 and the drawer portion 225, and is, for example, 5 μm to 30 μm. The vertical thickness of the first metal layer 223a is determined by the desired frequency of the crystal element 220, the plate thickness of the crystal piece 221 and the vertical thickness of the second metal layer 223b. Specifically, for the vertical thickness of the first metal layer 223a, the amount of frequency change when 1670, which is called a frequency constant, is provided for the second metal layer 223b is subtracted from the desired frequency of the crystal element 220. The thickness of the crystal piece 221 in the vertical direction is subtracted from the quotient divided by the frequency value, and the quotient is divided by 2.
第二金属層２２３ｂは、例えば、金、金を主成分とする金属、銀、銀を主成分とする金属のいずれか一つから構成されている。第二金属層２２３ｂは、その上下方向の厚みが、第一金属層２２３ａの上下方向の厚みより薄く、例えば、０．０５μｍ〜１．０μｍの厚みとなっている。 The second metal layer 223b is composed of, for example, gold, a metal containing gold as a main component, silver, or a metal containing silver as a main component. The thickness of the second metal layer 223b in the vertical direction is thinner than the thickness of the first metal layer 223a in the vertical direction, for example, the thickness is 0.05 μm to 1.0 μm.
配線部２２４は、一端が励振電極部２２３に接続され、他端が水晶片２２１の所定の一辺の縁部にまで延設されている。また、引出部２２４は、導電層により構成されている。配線部２２４は、例えば、励振電極部２２３の第二金属層２２３ｂと同じ金属材料からなる。 One end of the wiring portion 224 is connected to the excitation electrode portion 223, and the other end extends to the edge of a predetermined side of the crystal piece 221. Further, the drawer portion 224 is composed of a conductive layer. The wiring portion 224 is made of, for example, the same metal material as the second metal layer 223b of the excitation electrode portion 223.
引出部２２５は、配線部２２４の他端に接続されており、水晶片２２１の所定の一辺に沿って二つ並んで設けられている。また、引出部２２５は、配線部２２４とともに一体的に形成されている。 The drawer portion 225 is connected to the other end of the wiring portion 224, and is provided side by side along a predetermined side of the crystal piece 221. Further, the drawer portion 225 is integrally formed with the wiring portion 224.
水晶素子２２０は、引出部２２５に交番電圧が印加されると、配線部２２４を介して、励振電極部２２３に交番電圧が印加されることとなり、逆圧電効果および圧電効果により励振電極部２２３に挟まれている水晶片２２１の一部が厚みすべり振動のうち基本波振動する。このとき、励振電極部２２３の第一金属層２２３ａの密度が水晶片２２１の密度と同じとなっており、かつ、励振電極部２２３の第一金属層２２３ａの音速が水晶片２２１の音速と近い値となっているため、励振電極部２２５の第一金属層２２３ａと水晶片２２１との境界付近において、水晶片２２１の厚みすべり振動うち基本波振動が励振電極部２２３の第一金属層２２３ａに反射される量を低減させることができ、励振電極部２２３の第一金属層２２３ａも水晶片２２１と一体的に振動させることが可能となる。この結果、励振電極部２２３の第一金属層２２３ａを水晶片２２１と同様にみなすことができ、水晶素子２２０をメサ型の水晶片を用いた場合と同様にエネルギー閉じ込めが可能となる。換言すれば励振電極部２２３の第一金属層２２３ａは、励振電極としての役割と、水晶片２２１と同様に振動する役割をもつことになる。 つまり平板状水晶片に励振電極部の第一金属層を設ければメサ型水晶片の特性を得ることができ、メサ型水晶片のメサ部の上に設ければメサ部の厚さ変更の効果を得ることができる。 When an alternating voltage is applied to the extraction portion 225 of the crystal element 220, an alternating voltage is applied to the excitation electrode portion 223 via the wiring portion 224, and the excitation electrode portion 223 is affected by the inverse piezoelectric effect and the piezoelectric effect. A part of the sandwiched crystal piece 221 vibrates as a fundamental wave among the thickness slip vibrations. At this time, the density of the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 is the same as the density of the crystal piece 221 and the sound velocity of the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 is close to the sound velocity of the crystal piece 221. Since it is a value, in the vicinity of the boundary between the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 225 and the crystal piece 221 the fundamental wave vibration of the thickness slip vibration of the crystal piece 221 is transferred to the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223. The amount of reflection can be reduced, and the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 can also be integrally vibrated with the crystal piece 221. As a result, the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 can be regarded as the same as the crystal piece 221 and energy can be confined as in the case where the crystal element 220 uses a mesa-shaped crystal piece. In other words, the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 has a role as an excitation electrode and a role of vibrating in the same manner as the crystal piece 221. In other words, if the first metal layer of the excitation electrode is provided on the flat quartz piece, the characteristics of the mesa-shaped quartz piece can be obtained, and if it is provided on the mesa-shaped quartz piece, the thickness of the mesa-shaped quartz piece can be changed. The effect can be obtained.
引出部２２５、配線部２２４および励振電極部２２３の第二金属層２２３ｂに用いられる金を励振電極部２２３の第一金属層２２３ａに用いた場合について説明する。金の密度は、１８．９〜１９．３×１０３ｋｇ／ｍ３となっており、金の音速は１２００ｍ／ｓとなっている。従って、励振電極部２２３の第一金属層２２３ａが金から構成されている場合には、水晶片２２１と励振電極部２２３の第一金属層２２３ａとの密度および音速が大きく異なっている。このため、水晶片２２１が厚みすべり振動うち基本波振動で振動する場合、水晶片２２１と金との音速が大きくことなるため、水晶片２２１で生じた厚みすべり振動のうち基本波振動が水晶片２２１と励振電極部２２３の第一金属層２２３ａとの境界で反射される量が多くなり、反射された厚みすべり振動のうち基本波振動が水晶片２２１の振動へ影響（例えば、反射された振動が水晶片２２１の厚みすべり振動のうち基本波振動と結合され周波数が変動しやすくなる場合や、反射された振動が水晶片２２１の振動を阻害し等価直列抵抗値が大きくなる場合）が生じてしまう。また、密度が大きくことなることから、水晶片２２１と励振電極部２２３の第一金属層２２３ａとで振動の仕方が大きくことなるため、一体的に振動させることができない。このため、水晶片２２１が厚みすべり振動うち基本波振動で振動する場合、水晶片２２１と銀との音速が大きくことなるため、水晶片２２１で生じた厚みすべり振動のうち基本波振動が水晶片２２１と励振電極部２２３の第一金属層２２３ａとの境界で反射される量が多くなり、反射された厚みすべり振動のうち基本波振動が水晶片２２１の振動へ影響（例えば、反射された振動が水晶片２２１の振動と結合され周波数が変動しやすくなる場合や、反射された振動が厚みすべり振動のうち基本波振動を阻害し等価直列抵抗値が大きくなる場合）が生じてしまう。また、密度が大きくことなることから、水晶片２２１と励振電極部２２３の第一金属層２２３ａとで振動の仕方が大きくことなるため、一体的に振動させることができない。つまり、第二実施形態では、水晶片２２１の音速および密度と略同一の材料を励振電極部２２３の第一金属層２２３ａに用いることで、水晶片２２１と第一金属層２２３ａとを一体的に振動させることがき、期待した効果を得ることができる。このとき、第一金属層２２３ａと第二金属層２２３ｂとの境界において、厚みすべり振動の基本波振動が反射してしまうので、第二金属層２２３ｂの上下方向の厚みを十分に薄くすることが望ましい。 The case where the gold used for the second metal layer 223b of the extraction portion 225, the wiring portion 224 and the excitation electrode portion 223 is used for the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 will be described. The density of gold is 18.9 to 19.3 × 10 3 kg / m 3, and the speed of sound of gold is 1200 m / s. Therefore, when the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 is made of gold, the density and sound velocity of the crystal piece 221 and the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 are significantly different. Therefore, when the crystal piece 221 vibrates due to the fundamental wave vibration among the thickness slip vibrations, the sound velocity between the crystal piece 221 and the gold becomes large, so that the fundamental wave vibration among the thickness slip vibrations generated by the crystal piece 221 is the crystal piece. The amount reflected at the boundary between the 221 and the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 increases, and the fundamental wave vibration of the reflected thickness slip vibration affects the vibration of the crystal piece 221 (for example, the reflected vibration). Of the thickness slip vibration of the crystal piece 221, the frequency is likely to fluctuate due to being combined with the fundamental wave vibration, or the reflected vibration hinders the vibration of the crystal piece 221 and the equivalent series resistance value becomes large). It ends up. Further, since the density is large, the crystal piece 221 and the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 are vibrated in a large manner, so that they cannot be vibrated integrally. Therefore, when the crystal piece 221 vibrates due to the fundamental wave vibration among the thickness slip vibrations, the sound velocity between the crystal piece 221 and silver becomes large, so that the fundamental wave vibration among the thickness slip vibrations generated by the crystal piece 221 is the crystal piece. The amount reflected at the boundary between the 221 and the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 increases, and the fundamental wave vibration of the reflected thickness slip vibration affects the vibration of the crystal piece 221 (for example, the reflected vibration). Is combined with the vibration of the crystal piece 221 and the frequency is liable to fluctuate, or the reflected vibration hinders the fundamental wave vibration of the thickness slip vibration and the equivalent series resistance value becomes large). Further, since the density is large, the crystal piece 221 and the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 are vibrated in a large manner, so that they cannot be vibrated integrally. That is, in the second embodiment, the crystal piece 221 and the first metal layer 223a are integrally formed by using a material substantially the same as the sound velocity and density of the crystal piece 221 for the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223. It can be vibrated and the expected effect can be obtained. At this time, since the fundamental wave vibration of the thickness slip vibration is reflected at the boundary between the first metal layer 223a and the second metal layer 223b, it is possible to sufficiently reduce the thickness of the second metal layer 223b in the vertical direction. desirable.
このような水晶素子２２０は、次のように製造される。まず、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ウエハ状態で一部が連結されている水晶片１２１を形成する。次に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いる。まず、水晶片１２１が連結されている水晶ウエハに、第一金属層と同じ金属（アルミニウム）からなる第一金属膜を設け、この第一金属層と同じ第一金属膜上に第二金属層と同じ金属からなる第二金属膜を設ける。次に、フォトリソグラフィー技術とエッチング技術を用いて、励振電極部２２３、配線部２２４および引出部２２５となる部分を形成する。このようにフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、第一金属膜上に第二金属膜を設けた後に励振電極部２２３、配線部２２４および引出部２２５を形成することで、第一金属層２２３ａが外部の空気と酸化または窒化し変質することを低減させることができる。 Such a crystal element 220 is manufactured as follows. First, a photolithography technique and an etching technique are used to form a crystal piece 121 which is partially connected in a wafer state. Next, photolithography technology and etching technology are used. First, a first metal film made of the same metal (aluminum) as the first metal layer is provided on the crystal wafer to which the crystal pieces 121 are connected, and a second metal layer is provided on the same first metal film as the first metal layer. A second metal film made of the same metal as above is provided. Next, the portion to be the excitation electrode portion 223, the wiring portion 224, and the extraction portion 225 is formed by using the photolithography technique and the etching technique. By using the photolithography technique and the etching technique in this way to form the excitation electrode portion 223, the wiring portion 224, and the extraction portion 225 after providing the second metal film on the first metal film, the first metal layer 223a Can be reduced from being oxidized or nitrided with the outside air and altered.
以上の通り、第二実施形態に係る水晶素子２２０は、平板状の水晶片２２１と、水晶片２２１の両主面に設けられている一対の励振電極部２２３と、励振電極部２２３から水晶片２２１の縁部まで延設され、励振電極部２２３より上下方向の厚みが薄い配線部２２４と、配線部２２４に接続され水晶片２２１の縁部に設けられている引出部２２５と、からなり、励振電極部２２３が第一金属層２２３ａと第一金属層２２３ａ上に設けられている第二金属層２２３ｂとからなり、第一金属層２２３ａがアルミニウム薄膜からなり、第二金属層２２３ｂが金、金を主成分とする金属、銀、銀を主成分とする金属のいずれか一つからなる。 As described above, the crystal element 220 according to the second embodiment includes a flat plate-shaped crystal piece 221 and a pair of excitation electrode portions 223 provided on both main surfaces of the crystal piece 221 and a crystal piece from the excitation electrode portion 223. It is composed of a wiring portion 224 extending to the edge portion of 221 and thinner in the vertical direction than the excitation electrode portion 223, and a drawer portion 225 connected to the wiring portion 224 and provided at the edge portion of the crystal piece 221. The excitation electrode portion 223 is composed of a first metal layer 223a and a second metal layer 223b provided on the first metal layer 223a, the first metal layer 223a is made of an aluminum thin film , and the second metal layer 223b is gold. It consists of a metal containing gold as a main component, silver, or a metal containing silver as a main component.
このような構成にすることで、励振電極部２２３の第一金属層２２３ａと水晶片２２１との境界付近におおいて、水晶片２２１の厚みすべり振動うち基本波振動が励振電極部２２３の第一金属層２２３ａに反射される量を低減させることができ、励振電極部２２３の第一金属層２２３ａも水晶片２２１と一体的に振動させることが可能となる。この結果、励振電極部２２３の第一金属層２２３ａを水晶片２２１と同様にみなすことができ、水晶素子２２０をメサ型の水晶片を用いた場合と同様にエネルギー閉じ込めが可能となる。つまり、このように励振電極部２２３にアルミニウム薄膜を用いることで、励振電極部２２３内においても振動をするようにすることができ、メサ形状の水晶片と同様の効果を得ることが可能となる。換言すれば励振電極部２２３の第一金属層２２３ａは、励振電極としての役割と、水晶片２２１と同様に振動する役割をもつことになる。 つまり平板状水晶片に励振電極部の第一金属層を設ければメサ型水晶片の特性を得ることができ、メサ型水晶片のメサ部の上に設ければメサ部の厚さ変更の効果を得ることができる。また、励振電極部２２３にアルミニウム薄膜を用いることで、励振電極部２２３の形状を所望の形状にすることができる。このため、より振動エネルギーを閉じ込めることができ、さらには、不要振動の発生を低減させることができる。この結果、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。 With such a configuration, the fundamental wave vibration of the thickness sliding vibration of the crystal piece 221 is the first of the excitation electrode parts 223 in the vicinity of the boundary between the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 and the crystal piece 221. The amount reflected by the metal layer 223a can be reduced, and the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 can also be vibrated integrally with the crystal piece 221. As a result, the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 can be regarded as the same as the crystal piece 221 and energy can be confined as in the case where the crystal element 220 uses a mesa-shaped crystal piece. That is, by using the aluminum thin film for the excitation electrode portion 223 in this way, it is possible to vibrate even inside the excitation electrode portion 223, and it is possible to obtain the same effect as the mesa-shaped crystal piece. .. In other words, the first metal layer 223a of the excitation electrode portion 223 has a role as an excitation electrode and a role of vibrating in the same manner as the crystal piece 221. In other words, if the first metal layer of the excitation electrode is provided on the flat quartz piece, the characteristics of the mesa-shaped quartz piece can be obtained, and if it is provided on the mesa-shaped quartz piece, the thickness of the mesa-shaped quartz piece can be changed. The effect can be obtained. Further, by using an aluminum thin film for the excitation electrode portion 223, the shape of the excitation electrode portion 223 can be made into a desired shape. Therefore, the vibration energy can be more confined, and the occurrence of unnecessary vibration can be reduced. As a result, it is possible to reduce the increase in the equivalent series resistance value.
また、励振電極部２２３を第一金属層２２３ａと第二金属層２２３ｂとから構成することで、酸素と反応し酸化しやすいアルミニウム薄膜を第一金属層２２３ａに用いても、酸素と反応しにくい金、金を主成分とする金属、銀、銀を主成分とする金属を第二金属層に用いているので、励振電極部２２３が大気中の酸素と反応し水晶素子２２０の周波数が変動することを低減させることができる。 Further, since the excitation electrode portion 223 is composed of the first metal layer 223a and the second metal layer 223b, even if an aluminum thin film that easily reacts with oxygen and is easily oxidized is used for the first metal layer 223a, it is difficult to react with oxygen. Since gold, a metal containing gold as a main component, silver, and a metal containing silver as a main component are used for the second metal layer, the excitation electrode portion 223 reacts with oxygen in the atmosphere and the frequency of the crystal element 220 fluctuates. That can be reduced.
また、第二実施形態に係る水晶素子２２０は、引出部２２５および配線部２２４が、第二金属層２２３ｂと同一材料からなる。このようにすることで、励振電極部２２３の第二金属層２２３ｂと配線部２２４との境界での電気的特性の変化（例えば、周波数変動）を低減させることができる。別の観点では、第二金属層２２３ｂ、引出部２２５および配線部２２４を同時に形成することができるともいえる。このため、水晶素子２２０を形成時に、第一金属層２２３ａ（第一金属膜）が空気中の酸素と反応し酸化することを第二金属層２２３ｂ（第二金属膜）によって低減させることができる。また、第二金属層２２３ｂは、配線部２２４および引出部２２５を同時に形成することができるので、製造工程を簡略化することができる Further, in the crystal element 220 according to the second embodiment, the drawer portion 225 and the wiring portion 224 are made of the same material as the second metal layer 223b. By doing so, it is possible to reduce a change in electrical characteristics (for example, frequency fluctuation) at the boundary between the second metal layer 223b of the excitation electrode portion 223 and the wiring portion 224. From another point of view, it can be said that the second metal layer 223b, the drawer portion 225 and the wiring portion 224 can be formed at the same time. Therefore, when the crystal element 220 is formed, the second metal layer 223b (second metal film) can reduce the reaction of the first metal layer 223a (first metal film) with oxygen in the air to oxidize. .. Further, since the second metal layer 223b can simultaneously form the wiring portion 224 and the drawer portion 225, the manufacturing process can be simplified.
また、このような水晶素子２２０を用いた水晶デバイスに用いることによって、水晶素子２２０においてより振動エネルギーを閉じ込めることができ、さらには、不要振動の発生を低減させることができる。この結果、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。 Further, by using it in a crystal device using such a crystal element 220, it is possible to confine more vibration energy in the crystal element 220, and further, it is possible to reduce the occurrence of unnecessary vibration. As a result, it is possible to reduce the increase in the equivalent series resistance value.
（第三実施形態）
図７は、第三実施形態に係る水晶素子３２０の平面図であり、図８は、図７のＤ−ｄ断面における断面図である。
(Third Embodiment)
FIG. 7 is a plan view of the crystal element 320 according to the third embodiment, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
第三実施形態に係る水晶素子３２０は、励振電極部３２３が、第一金属層３２３ａおよび第二金属層３２３ｂから構成されている点で、第一実施形態と異なり、第二金属層３２３ｂがアルミニウム薄膜からなる点で第二実施形態と異なる。 The crystal element 320 according to the third embodiment is different from the first embodiment in that the excitation electrode portion 323 is composed of the first metal layer 323a and the second metal layer 323b, and the second metal layer 323b is made of aluminum. It differs from the second embodiment in that it is composed of a thin film.
（水晶素子の形状）
水晶素子３２０は、直方体形状の水晶片３２１と、励振電極部３２３、配線部３２４および引出部３２５からなる金属パターン３２２と、から構成されている。
(Shape of crystal element)
The crystal element 320 is composed of a rectangular parallelepiped crystal piece 321 and a metal pattern 322 including an excitation electrode portion 323, a wiring portion 324, and a drawer portion 325.
水晶片３２１は、直方体形状のＡＴカット水晶板が用いられている。このとき、水晶片３２１の上下方向の厚みは、例えば、２０μｍ〜５０μｍとなっている。また、水晶片３２１の密度は、約２．６５×１０３ｋｇ／ｍ３となっている。また、一対の励振電極部３２３に交番電圧が印加され水晶片３２１の一部が振動しているときの、厚みすべり振動の基本波の音速（横波）は、３７６４ｍ／ｓとなっている。 As the crystal piece 321, a rectangular parallelepiped AT-cut crystal plate is used. At this time, the thickness of the crystal piece 321 in the vertical direction is, for example, 20 μm to 50 μm. The density of the crystal piece 321 is about 2.65 × 10 3 kg / m 3 . Further, when an alternating voltage is applied to the pair of excitation electrode portions 323 and a part of the crystal piece 321 is vibrating, the sound velocity (transverse wave) of the fundamental wave of the thickness slip vibration is 3764 m / s.
金属パターン３２２は、水晶片３２１の表面に設けられており、水晶素子３２０の外部から交番電圧を印加するためのものである。金属パターン３２２は、一対の励振電極部３２３、一対の配線部３２４および一対の引出部３２５からなる。 The metal pattern 322 is provided on the surface of the crystal piece 321 and is for applying an alternating voltage from the outside of the crystal element 320. The metal pattern 322 includes a pair of excitation electrode portions 323, a pair of wiring portions 324, and a pair of drawer portions 325.
励振電極部３２３は、第一金属層３２３ａと第一金属層３２３ａ上に積層される第二金属層３２３ｂとからなる。第一金属層２２３ａの上下方向の厚みは、第二金属層３２３ｂの上下方向の厚みと比較して薄くなっている。 The excitation electrode portion 323 includes a first metal layer 323a and a second metal layer 323b laminated on the first metal layer 323a. The vertical thickness of the first metal layer 223a is thinner than the vertical thickness of the second metal layer 323b.
第一金属層３２３ａは、第二金属層３２３ｂと水晶片３２１との密着強度を上げるためのものである。第一金属層３２３ａは、例えば、ニッケル、チタン、ニクロム、クロムのいずれか一つの金属が選択されて用いられる。第一金属層３２３ａは、例えば、その上下方向の厚みが５０ｎｍ〜１００ｎｍとなっている。このように第一金属層３２３ａの上下方向の厚みを５０ｎｍ〜１００ｎｍにすることで、水晶片３２１で生じる厚みすべり振動のうちの基本波振動が第一金属層３２３ａと水晶片３２１との境界で反射することを低減させることができる。このため、第一金属層３２３ａが設けられていても、疑似的に、励振電極部３２３を第二金属層３２３ｂから構成されているようにみなすことができる。 The first metal layer 323a is for increasing the adhesion strength between the second metal layer 323b and the crystal piece 321. For the first metal layer 323a, for example, any one metal of nickel, titanium, nichrome, and chromium is selected and used. The thickness of the first metal layer 323a in the vertical direction is, for example, 50 nm to 100 nm. By setting the vertical thickness of the first metal layer 323a to 50 nm to 100 nm in this way, the fundamental wave vibration of the thickness slip vibration generated in the crystal piece 321 is at the boundary between the first metal layer 323a and the crystal piece 321. Reflection can be reduced. Therefore, even if the first metal layer 323a is provided, the excitation electrode portion 323 can be regarded as being composed of the second metal layer 323b in a pseudo manner.
第二金属層３２３ｂは、アルミニウム薄膜からなり、密度が約２．６５×１０３ｋｇ／ｍ３となっている。また、厚みすべり振動の基本波と振動が進む速度、音速（横波）は、３０４０ｍ／ｓとなっている。従って、第二金属層３２３ｂの密度は、水晶片３２１と同じ密度であり、また、音速も水晶片３２１と近似した値となっている。第二金属層３２３ｂは、配線部３２４および引出部３２５の上下方向の厚みより厚くなっており、例えば、５μｍ〜３０μｍとなっている。第二金属層３２３ｂの上下方向の厚みは、水晶素子の３２０の所望の周波数、水晶片３２１の板厚および第一金属層３２３ａの上下方向の厚みによって決定される。具体的には、第二金属層３２３ｂの上下方向の厚みは、周波数定数と呼ばれる１６７０を第一金属層３２３ａが設けられた場合の周波数変化量を水晶素子３２０の所望の周波数から引いた周波数値で割った商から、水晶片３２１の上下方向の厚みを引き、２で割った商となる。 The second metal layer 323b is made of an aluminum thin film and has a density of about 2.65 × 10 3 kg / m 3 . Further, the fundamental wave of the thickness slip vibration, the speed at which the vibration advances, and the speed of sound (transverse wave) are 3040 m / s. Therefore, the density of the second metal layer 323b is the same as that of the crystal piece 321 and the sound velocity is also a value close to that of the crystal piece 321. The second metal layer 323b is thicker than the vertical thickness of the wiring portion 324 and the drawer portion 325, and is, for example, 5 μm to 30 μm. The vertical thickness of the second metal layer 323b is determined by the desired frequency of 320 of the crystal element, the plate thickness of the crystal piece 321 and the vertical thickness of the first metal layer 323a. Specifically, the vertical thickness of the second metal layer 323b is a frequency value obtained by subtracting 1670, which is called a frequency constant, from the desired frequency of the crystal element 320 by subtracting the amount of frequency change when the first metal layer 323a is provided. The thickness of the crystal piece 321 in the vertical direction is subtracted from the quotient divided by 2, and the quotient is divided by 2.
配線部３２４は、一端が励振電極部３２３に接続され、他端が水晶片３２１の所定の一辺の縁部にまで延設されている。また、引出部３２４は、導電層により構成されている。配線部３２４は、例えば、励振電極部３２３の第一金属層３２３ａと同じ金属材料から設けられていてもよいし、金、金を主成分とする金属、銀、銀を主成分とする金属のいずれか一つから選択されて用いられていてもよい。 One end of the wiring portion 324 is connected to the excitation electrode portion 323, and the other end extends to the edge of a predetermined side of the crystal piece 321. Further, the drawer portion 324 is composed of a conductive layer. The wiring portion 324 may be provided from the same metal material as the first metal layer 323a of the excitation electrode portion 323, or may be made of gold, a metal containing gold as a main component, silver, or a metal containing silver as a main component. It may be selected from any one and used.
引出部３２５は、配線部３２４の他端に接続されており、水晶片３２１の所定の一辺に沿って二つ並んで設けられている。また、引出部３２５は、配線部３２４とともに一体的に形成されている。 The drawer portion 325 is connected to the other end of the wiring portion 324, and is provided side by side along a predetermined side of the crystal piece 321. Further, the drawer portion 325 is integrally formed with the wiring portion 324.
水晶素子３２０は、引出部３２５に交番電圧が印加されると、配線部３２４を介して、励振電極部３２３に交番電圧が印加されることとなり、逆圧電効果および圧電効果により励振電極部３２３に挟まれている水晶片３２１の一部が厚みすべり振動のうち基本波振動をする。このとき、励振電極部３２３の第一金属層３２３ａの上下方向の厚みが５０ｎｍ〜１００ｎｍとなっているので、励振電極部３２３の第一金属層３２３ａと水晶片３２１との境界において水晶片３２１の厚みすべり振動のうち基本波振動が第一金属層３２３ａで反射される量を低減させることができる。つまり、第一金属層３２３ａがないものとしてみなすことができる。また、励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂの密度が水晶片３２１の密度と同じで、かつ、励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂの音速が水晶片３２１の音速と近い値とすることで、第一金属層３２３ａと第二金属層３２３ｂとの境界において、第一金属層３２３ａを伝搬してきた水晶片３２１の厚みすべり振動のうち基本波振動が、第二金属層３２３ｂに反射する量を低減させることができ、第二金属層３２３ｂも水晶片３２１と一体的に振動させることが可能となる。この結果、励振電極部３２３も水晶片３２１と同様にみなすことができ、水晶素子３２０をメサ型の水晶片を用いた場合と同様にエネルギー閉じ込めすが可能となる。換言すれば励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂは、励振電極としての役割と、水晶片３２１と同様に振動する役割をもつことになる。 つまり平板状水晶片に励振電極部の第二金属層を設ければメサ型水晶片の特性を得ることができ、メサ型水晶片のメサ部の上に設ければメサ部の厚さ変更の効果を得ることができる。 When an alternating voltage is applied to the extraction portion 325 of the crystal element 320, the alternating voltage is applied to the excitation electrode portion 323 via the wiring portion 324, and the excitation electrode portion 323 is affected by the inverse piezoelectric effect and the piezoelectric effect. A part of the sandwiched crystal piece 321 undergoes fundamental wave vibration among the thickness slip vibrations. At this time, since the thickness of the first metal layer 323a of the excitation electrode portion 323 in the vertical direction is 50 nm to 100 nm, the crystal piece 321 is formed at the boundary between the first metal layer 323a of the excitation electrode portion 323 and the crystal piece 321. The amount of fundamental wave vibration reflected by the first metal layer 323a among the thickness slip vibrations can be reduced. That is, it can be regarded as having no first metal layer 323a. Further, the density of the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 is the same as the density of the crystal piece 321 and the sound velocity of the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 is close to the sound velocity of the crystal piece 321. Then, at the boundary between the first metal layer 323a and the second metal layer 323b, the amount of the fundamental wave vibration reflected on the second metal layer 323b among the thickness sliding vibrations of the crystal piece 321 propagating through the first metal layer 323a. The second metal layer 323b can also be vibrated integrally with the crystal piece 321. As a result, the excitation electrode portion 323 can be regarded as the same as the crystal piece 321 and the energy of the crystal element 320 can be confined as in the case of using the mesa type crystal piece. In other words, the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 has a role as an excitation electrode and a role of vibrating in the same manner as the crystal piece 321. In other words, if the second metal layer of the excitation electrode is provided on the flat quartz piece, the characteristics of the mesa-shaped quartz piece can be obtained, and if it is provided on the mesa-shaped quartz piece, the thickness of the mesa-shaped quartz piece can be changed. The effect can be obtained.
引出部３２５および配線部３２４に用いられる金を励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂに仮に用いた場合について説明する。金の密度は、１８．９〜１９．３×１０３ｋｇ／ｍ３となっており、金の音速は１２００ｍ／ｓとなっている。従って、励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂが金から構成されている場合には、水晶片３２１と励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂとの密度および音速が大きく異なっている。このため、水晶片３２１が厚みすべり振動うち基本波振動で振動する場合、水晶片３２１と金との音速が大きくことなるため、水晶片３２１で生じた厚みすべり振動のうち基本波振動が水晶片３２１と励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂとの境界で反射される量が多くなり、反射された厚みすべり振動のうち基本波振動が水晶片３２１の振動へ影響（例えば、反射された振動が水晶片３２１の厚みすべり振動のうち基本波振動と結合され周波数が変動しやすくなる場合や、反射された振動が水晶片３２１の振動を阻害し等価直列抵抗値が大きくなる場合）が生じてしまう。また、密度が大きくことなることから、水晶片３２１と励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂとで振動の仕方が大きくことなるため、一体的に振動させることができない。このため、水晶片３２１が厚みすべり振動うち基本波振動で振動する場合、水晶片３２１と銀との音速が大きくことなるため、水晶片３２１で生じた厚みすべり振動のうち基本波振動が水晶片３２１と励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂとの境界で反射される量が多くなり、反射された厚みすべり振動のうち基本波振動が水晶片３２１の振動へ影響（例えば、反射された振動が水晶片３２１の振動と結合され周波数が変動しやすくなる場合や、反射された振動が厚みすべり振動のうち基本波振動を阻害し等価直列抵抗値が大きくなる場合）が生じてしまう。また、密度が大きくことなることから、水晶片３２１と励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂとで振動の仕方が大きくことなるため、一体的に振動させることができない。つまり、第三実施形態では、水晶片３２１の音速および密度と近似した値の材料を、励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂに用いることで、期待した効果を得ることができる。 A case where the gold used for the drawer portion 325 and the wiring portion 324 is tentatively used for the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 will be described. The density of gold is 18.9 to 19.3 × 10 3 kg / m 3, and the speed of sound of gold is 1200 m / s. Therefore, when the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 is made of gold, the density and sound velocity of the crystal piece 321 and the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 are significantly different. Therefore, when the crystal piece 321 vibrates due to the fundamental wave vibration among the thickness slip vibrations, the sound velocity between the crystal piece 321 and the gold becomes large, so that the fundamental wave vibration among the thickness slip vibrations generated by the crystal piece 321 is the crystal piece. The amount reflected at the boundary between the 321 and the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 increases, and the fundamental wave vibration of the reflected thickness slip vibration affects the vibration of the crystal piece 321 (for example, the reflected vibration). Of the thickness slip vibration of the crystal piece 321, the frequency is likely to fluctuate due to being combined with the fundamental wave vibration, or the reflected vibration hinders the vibration of the crystal piece 321 and the equivalent series resistance value increases). It ends up. Further, since the density is large, the crystal piece 321 and the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 are vibrated in a large manner, so that they cannot be vibrated integrally. Therefore, when the crystal piece 321 vibrates due to the fundamental wave vibration among the thickness slip vibrations, the sound velocity between the crystal piece 321 and silver becomes large, so that the fundamental wave vibration among the thickness slip vibrations generated by the crystal piece 321 is the crystal piece. The amount reflected at the boundary between the 321 and the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 increases, and the fundamental wave vibration of the reflected thickness slip vibration affects the vibration of the crystal piece 321 (for example, the reflected vibration). Is combined with the vibration of the crystal piece 321 and the frequency is liable to fluctuate, or the reflected vibration hinders the fundamental wave vibration of the thickness slip vibration and the equivalent series resistance value becomes large). Further, since the density is large, the crystal piece 321 and the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 are vibrated in a large manner, so that they cannot be vibrated integrally. That is, in the third embodiment, the expected effect can be obtained by using a material having a value close to the sound velocity and density of the crystal piece 321 for the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323.
また、励振電極部３２３を覆うように、絶縁層３２３ｃが設けられている。絶縁層３２３ｃは、例えば、酸化ケイ素が用いられる。絶縁層３２３ｃを設けることで、励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂが、酸素と反応し酸化することを低減させることができる。この結果、水晶素子３２０の電気的特性の変化（例えば、酸化することによる周波数変動）を低減させることが可能となる。また、絶縁層３２３ｃの上下方向の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍとなっており、厚みすべり振動のうち基本振動へ影響を与えることが少ない膜厚となっている。 Further, an insulating layer 323c is provided so as to cover the excitation electrode portion 323. For the insulating layer 323c, for example, silicon oxide is used. By providing the insulating layer 323c, it is possible to reduce the fact that the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 reacts with oxygen and is oxidized. As a result, it is possible to reduce changes in the electrical characteristics of the crystal element 320 (for example, frequency fluctuations due to oxidation). Further, the thickness of the insulating layer 323c in the vertical direction is, for example, 50 nm to 100 nm, which is a film thickness that has less influence on the basic vibration among the thickness slip vibrations.
このような水晶素子３２０は、次のように製造される。また、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、ウエハ状態で一部が連結されている水晶片３２１を形成する。次に、水晶片３２１が連結されている水晶ウエハに、第一金属層３２３ａと同じ金属からなる第一金属膜を設け、この第一金属膜上に第二金属層３２３ｂと同じ金属（アルミニウム）からなる第二金属膜を設け、さらに第二金属膜上に絶縁層と同じ材料からなる絶縁膜を設ける。フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、絶縁層３２３ｃが設けられている励振電極部３２３、配線部３２４および引出部３２５となる部分を形成する。このようにフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いることで、第二金属層３２３ｂが外部の空気と酸化または窒化し変質することを低減させることができる。 Such a crystal element 320 is manufactured as follows. In addition, a photolithography technique and an etching technique are used to form a crystal piece 321 which is partially connected in a wafer state. Next, a first metal film made of the same metal as the first metal layer 323a is provided on the crystal wafer to which the crystal piece 321 is connected, and the same metal (aluminum) as the second metal layer 323b is provided on the first metal film. A second metal film made of the same material as the insulating layer is provided on the second metal film. Using a photolithography technique and an etching technique, a portion to be an excitation electrode portion 323 provided with an insulating layer 323c, a wiring portion 324, and a lead-out portion 325 is formed. By using the photolithography technique and the etching technique in this way, it is possible to reduce the deterioration of the second metal layer 323b due to oxidation or nitriding with the outside air.
以上の通り、第三実施形態に係る水晶素子３２０は、平板状の水晶片３２１と、水晶片３２１の両主面に設けられている一対の励振電極部３２３と、励振電極部３２３から水晶片３２１の縁部まで延設され、励振電極部３２３より上下方向の厚みが薄い配線部３２４と、配線部３２４に接続され水晶片３２１の縁部に設けられている引出部３２５と、からなり、励振電極部３２３が第一金属層３２３ａと第一金属層上３２３ａに設けられている第二金属層３２３ｂとからなり、第二金属層３２３ｂがアルミニウム薄膜からなる。 As described above, the crystal element 320 according to the third embodiment includes a flat crystal piece 321 and a pair of excitation electrode portions 323 provided on both main surfaces of the crystal piece 321 and a crystal piece from the excitation electrode portion 323. It consists of a wiring portion 324 that extends to the edge of 321 and is thinner in the vertical direction than the excitation electrode portion 323, and a drawer portion 325 that is connected to the wiring portion 324 and is provided at the edge of the crystal piece 321. The excitation electrode portion 323 is composed of a first metal layer 323a and a second metal layer 323b provided on the first metal layer 323a, and the second metal layer 323b is made of an aluminum thin film .
このような構成にし、さらに、励振電極部３２３の第一金属層３２３ａの上下方向の厚みが５０ｎｍ〜１００ｎｍとすることで、励振電極部３２３の第一金属層３２３ａと水晶片３２１との境界において水晶片３２１の厚みすべり振動のうち基本波振動が第一金属層３２３ａで反射される量を低減させることができる。つまり、第一金属層３２３ａがないものとしてみなすことができる。また、励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂの密度が水晶片３２１の密度と同じで、かつ、励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂの音速が水晶片３２１の音速と近い値とすることで、第一金属層３２３ａと第二金属層３２３ｂとの境界において、第一金属層３２３ａを伝搬してきた水晶片３２１の厚みすべり振動のうち基本波振動が、第二金属層３２３ｂに反射する量を低減させることができ、第二金属層３２３ｂも水晶片３２１と一体的に振動させることが可能となる。この結果、励振電極部３２３も水晶片３２１と同様にみなすことができ、水晶素子３２０をメサ型の水晶片を用いた場合と同様にエネルギー閉じ込めすが可能となる。換言すれば励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂは、励振電極としての役割と、水晶片３２１と同様に振動する役割をもつことになる。 つまり平板状水晶片に励振電極部の第二金属層を設ければメサ型水晶片の特性を得ることができ、メサ型水晶片のメサ部の上に設ければメサ部の厚さ変更の効果を得ることができる。 With such a configuration, and further, by setting the thickness of the first metal layer 323a of the excitation electrode portion 323 in the vertical direction to 50 nm to 100 nm, at the boundary between the first metal layer 323a of the excitation electrode portion 323 and the crystal piece 321. It is possible to reduce the amount of the fundamental wave vibration reflected by the first metal layer 323a among the thickness slip vibrations of the crystal piece 321. That is, it can be regarded as having no first metal layer 323a. Further, the density of the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 is the same as the density of the crystal piece 321 and the sound velocity of the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 is close to the sound velocity of the crystal piece 321. Then, at the boundary between the first metal layer 323a and the second metal layer 323b, the amount of the fundamental wave vibration reflected on the second metal layer 323b among the thickness sliding vibrations of the crystal piece 321 propagating through the first metal layer 323a. The second metal layer 323b can also be vibrated integrally with the crystal piece 321. As a result, the excitation electrode portion 323 can be regarded as the same as the crystal piece 321 and the energy of the crystal element 320 can be confined in the same manner as when the mesa type crystal piece is used. In other words, the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 has a role as an excitation electrode and a role of vibrating in the same manner as the crystal piece 321. In other words, if the second metal layer of the excitation electrode is provided on the flat quartz piece, the characteristics of the mesa-shaped quartz piece can be obtained, and if it is provided on the mesa-shaped quartz piece, the thickness of the mesa-shaped quartz piece can be changed. The effect can be obtained.
また、第三実施形態に係る水晶素子３２０は、励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂ上に絶縁膜３２３ｃが設けられている。励振電極部３２３の第二金属層３２３ｂが、酸素と反応し酸化することを低減させることができる。この結果、水晶素子３２０の電気的特性の変化（例えば、酸化することによる周波数変動）を低減させることが可能となる。 Further, in the crystal element 320 according to the third embodiment, an insulating film 323c is provided on the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323. It is possible to reduce the oxidation of the second metal layer 323b of the excitation electrode portion 323 by reacting with oxygen. As a result, it is possible to reduce changes in the electrical characteristics of the crystal element 320 (for example, frequency fluctuations due to oxidation).
また、このような水晶素子３２０を用いた水晶デバイスに用いることによって、水晶素子３２０においてより振動エネルギーを閉じ込めることができ、さらには、不要振動の発生を低減させることができる。この結果、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。 Further, by using it in a crystal device using such a crystal element 320, it is possible to confine more vibration energy in the crystal element 320, and further, it is possible to reduce the occurrence of unnecessary vibration. As a result, it is possible to reduce the increase in the equivalent series resistance value.
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の形態で実施されてよい。 The present invention is not limited to the above embodiments, and may be implemented in various forms.
水晶素子を有する水晶デバイスは、水晶振動子に限定されない。例えば、水晶素子に加えて。水晶素子に電圧を印加して発振信号を生成する集積回路素子（ＩＣ）を有する発振器であってもよい。また、例えば、水晶デバイスは、水晶素子の他に、サーミスタ等の他の電子素子を有するものであってもよい。また、水晶デバイスは、恒温槽付きのものであってもよい。水晶デバイスにおいて、水晶素子をパッケージングする素子搭載部材の構造は、適宜構成されてよい。例えば、パッケージは、上面および下面に凹部を有する断面Ｈ型のものであってもよい。 A crystal device having a crystal element is not limited to a crystal oscillator. For example, in addition to quartz elements. An oscillator having an integrated circuit element (IC) that applies a voltage to a crystal element to generate an oscillation signal may be used. Further, for example, the crystal device may have other electronic elements such as a thermistor in addition to the crystal element. Further, the crystal device may be equipped with a constant temperature bath. In the crystal device, the structure of the element mounting member for packaging the crystal element may be appropriately configured. For example, the package may have an H-shaped cross section having recesses on the upper surface and the lower surface.
水晶素子の形状および寸法は、実施形態において例示したものに限定されず、適宜設定されてもよい。水晶片の形状、励振電極部の形状は、平面視して略矩形に限定されず、例えば、楕円形状であってもよい。 The shape and dimensions of the crystal element are not limited to those exemplified in the embodiments, and may be appropriately set. The shape of the crystal piece and the shape of the excitation electrode portion are not limited to a substantially rectangular shape in a plan view, and may be, for example, an elliptical shape.
１１０・・・素子搭載部材
１１０ａ・・・基体
１１０ｂ・・・枠体
１１１・・・搭載パッド
１１２・・・外部端子
１２０、２２０、３２０・・・水晶素子
１２１、２２１、３２１・・・水晶片
１２２、２２２、３２２・・・金属パターン
１２３、２２３、３２３・・・励振電極部
２２３ａ、３２３ａ・・・第一金属層
２２３ｂ、３２３ｂ・・・第二金属層
３２３ｃ・・・絶縁層
１２４、２２４、３２４・・・配線部
１２５、２２５、３２５・・・引出部
１３０・・・蓋体
１４０・・・導電性接着材
110 ... Element mounting member 110a ... Base 110b ... Frame 111 ... Mounting pad 112 ... External terminals 120, 220, 320 ... Crystal element 121, 221, 321 ... Crystal piece 122, 222, 322 ... Metal pattern 123, 223, 323 ... Excitation electrode portions 223a, 323a ... First metal layer 223b, 323b ... Second metal layer 323c ... Insulation layer 124, 224 , 324 ... Wiring part 125, 225, 325 ... Drawer part 130 ... Lid 140 ... Conductive adhesive
Claims (5)
前記水晶片の両主面に設けられている一対の励振電極部と、
前記励振電極部から前記水晶片の縁部まで延設され、前記励振電極部より上下方向の厚みが薄い配線部と、
前記配線部に接続され前記水晶片の縁部に設けられている引出部と、からなり、
前記励振電極部が、第一金属層と前記第一金属層上に設けられている第二金属層とからなり、
前記第一金属層が、前記水晶片の音速および密度と略同一の材料であるアルミニウム薄膜からなり、
前記第二金属層が金、金を主成分とする金属、銀、銀を主成分とする金属のいずれか一つからなり、
前記第二金属層の上下方向の厚みは、前記第一金属層の上下方向の厚みより薄く、
前記第二金属層と前記配線部と前記引出部は同一材料で一体となっている水晶素子。 Crystal pieces and
A pair of excitation electrodes provided on both main surfaces of the crystal piece,
A wiring portion extending from the excitation electrode portion to the edge portion of the crystal piece and having a thickness thinner in the vertical direction than the excitation electrode portion.
It is composed of a drawer portion connected to the wiring portion and provided at the edge portion of the crystal piece.
The excitation electrode portion is composed of a first metal layer and a second metal layer provided on the first metal layer.
The first metal layer is made of an aluminum thin film which is a material substantially the same as the sound velocity and density of the quartz piece .
The second metal layer is composed of gold, a metal containing gold as a main component, silver, or a metal containing silver as a main component.
The vertical thickness of the second metal layer is thinner than the vertical thickness of the first metal layer.
A crystal element in which the second metal layer, the wiring portion, and the drawer portion are made of the same material and are integrated.
平面視した際に、前記励振電極部の前記第一金属層が前記第二金属層に覆われている水晶素子。 The crystal element according to claim 1.
In a plan view, crystal element in which the first metal layer of the excitation electrode portion is covered with the second metal layer.
前記水晶片の両主面に設けられている一対の励振電極部と、
前記励振電極部から前記水晶片の縁部まで延設され、前記励振電極部より上下方向の厚みが薄い配線部と、
前記配線部に接続され前記水晶片の縁部に設けられている引出部と、からなり、
前記励振電極部が第一金属層と前記第一金属層上に設けられている第二金属層とからなり、
前記第二金属層がアルミニウム薄膜からなり、
前記第一金属層の上下方向の厚みは、前記第二金属層の上下方向の厚みより薄くなっており、
前記第一金属層と前記配線部と前記引出部は同一材料で一体となっている水晶素子。 Crystal pieces and
A pair of excitation electrodes provided on both main surfaces of the crystal piece,
A wiring portion extending from the excitation electrode portion to the edge portion of the crystal piece and having a thickness thinner in the vertical direction than the excitation electrode portion.
It is composed of a drawer portion connected to the wiring portion and provided at the edge portion of the crystal piece.
The excitation electrode portion is composed of a first metal layer and a second metal layer provided on the first metal layer.
The second metal layer is made of an aluminum thin film.
The vertical thickness of the first metal layer is thinner than the vertical thickness of the second metal layer.
A crystal element in which the first metal layer, the wiring portion, and the drawer portion are made of the same material and are integrated.
前記第二金属層上に絶縁膜が設けられている水晶素子。 The crystal element according to claim 3.
A quartz element in which an insulating film is provided on the second metal layer.
前記水晶素子が上面に実装されている素子搭載部材と、
前記素子搭載部材と接合され前記水晶素子を気密封止する蓋体と、
からなる水晶デバイス。 The crystal element according to claim 1 to 4,
An element mounting member on which the crystal element is mounted on the upper surface and
A lid that is joined to the element mounting member and airtightly seals the crystal element.
A crystal device consisting of.
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