JPH10308645A - Ａｔカット水晶振動子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＴカット水晶素板をコンベックス形状に研
磨加工した上で個々の水晶素板に対して電極を形成する
という従来技術における不具合である生産性の低下、コ
ストアップを招くことなく、平板状の水晶素板を用いた
簡単な製造方法によりバッチ処理により製造することが
でき、しかも従来のコンベックス形状の水晶素板を用い
た水晶振動子と同等のエネルギーの閉じ込め効果を発揮
することができるＡＴカット水晶振動子を提供する。 【解決手段】 平板状のＡＴカット水晶素板２の２つの
主表面に夫々励振用の電極を形成して成るＡＴカット水
晶振動子において、各電極３を、頂部に向かうほど面積
が同心円状かつ階段状に狭くなる山型の電極構造とし、
水晶振動子の全体形状をコンベックス状に構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＡＴカット水晶素板
をコンベックス形状に研磨加工することなく、平板状の
水晶素板を用いて従来のコンベックス形状の水晶素板を
用いた水晶振動子と同等のエネルギーの閉じ込め効果を
発揮することができるＡＴカット水晶振動子に関する。

【０００２】

【従来の技術】水晶発振器は従来から産業用、民生用電
子機器の基準周波数源として広く用いられており、水晶
発振器の発振周波数は、発振器を構成する水晶振動子の
共振周波数により決定される。水晶は物理的に安定した
圧電結晶体であり、その共振周波数も極めて高い安定性
を有する。特に、ＡＴカット水晶振動子は温度−周波数
特性が優れていることから、種々の分野で多用されてい
る。ＡＴカット水晶振動子は、周知のとおり人工水晶の
原石のＸ、Ｚ軸に平行な面を持つＹ板をＸ軸を中心とし
て約３５°回転させたアングルで切り出すことにより得
た水晶素板の表裏両面に夫々励振用の電極パターンを相
対向する様に形成したものである。また、その共振周波
数は、水晶素板の板厚によって決定される。この水晶振
動子は、所要の支持構造を備えたパッケージ内に配置し
て封止することにより一つの圧電デバイスとして構成さ
れる。またプリント基板上にチップ部品等を用いて作成
した発振回路ループ中に水晶振動子を挿入することによ
り水晶発振器が構成される。水晶素板に励振電極を形成
することにより形成される水晶振動子にあっては、質量
の大きい部分に振動エネルギーが集中することを利用
し、水晶素板の中心部に電極を形成することにより電極
の質量分だけ中心部の質量を増大させて、エネルギーを
集中させている（閉じ込めている）。この結果、水晶振
動子をパッケージ内に支持する際に、特性に影響を与え
ることなく、その端縁をサポータ等によって支持するこ
とが可能になる。

【０００３】しかし、均一な厚みを有した平板状の水晶
素板を用いた水晶振動子の中心部に閉じ込めることがで
きるエネルギー量はたかが知れており、この為従来から
水晶素板自体の肉厚を中心部に向かうほど大きくなる様
にした所謂コンベックス形状、或はベベル形状の水晶振
動子が用いられている。このような形状を有した水晶素
板を用いた水晶振動子にあっては、水晶素板の面積を小
さくしながら所望の励振モードでの励振を確保できるの
で、各種部品類の小型化の要請に対応することが可能に
なる。このように中心部の肉厚が外周縁の肉厚よりも漸
増する形状の水晶素板を製造する方法としては、実公昭
５８−２２３３３号公報や、特公平１−４２１６４号公
報に開示された技術が知られているが、いずれも研磨剤
を封入したドラム等の内部に水晶片を入れてからドラム
を回転させることにより研磨を行う方法が一般である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の公
報に記載された水晶素板の製造方法にあっては、一旦円
板状に切り出した水晶素板を研磨加工し、コンベックス
形状に研磨したあとで個々の素板の両面に励振電極を蒸
着等により形成するため、大型ウェハー（水晶素板）を
用いたバッチ処理による大量生産は不可能であった。ま
た、コンベックス形状に加工する作業自体が、設備費の
増大、生産性の低下を招く原因となっており、この点の
改善も求められていた。特に、水晶素板が小型化する
と、研磨剤を用いた上記従来の研磨方法では加工精度の
維持に限界があった。本発明は上記のようにＡＴカット
水晶素板をコンベックス形状に研磨加工した上で個々の
水晶素板に対して電極を形成するという従来技術におけ
る不具合である生産性の低下、コストアップを招くこと
なく、平板状の水晶素板を用いた簡単な製造方法により
バッチ処理により製造することができ、しかも従来のコ
ンベックス形状の水晶素板を用いた水晶振動子と同等の
エネルギーの閉じ込め効果を発揮することができるＡＴ
カット水晶振動子を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為、
請求項１の発明は、平板状のＡＴカット水晶素板の２つ
の主表面に夫々励振用の電極を形成して成るＡＴカット
水晶振動子において、上記各電極を、頂部に向かうほど
面積が同心円状に狭くなる山型の電極構造とし、水晶振
動子の全体形状をコンベックス状に構成したことを特徴
とする。請求項２の発明は、平板状のＡＴカット水晶素
板の２つの主表面に夫々励振用の電極を形成して成るＡ
Ｔカット水晶振動子において、上記各電極を、頂部に向
かうほど面積がらせん状に狭くなる山型の電極構造と
し、水晶振動子の全体形状をコンベックス状に構成した
ことを特徴とする。請求項３の発明は、平板状の水晶素
板の面上に開口径の異なる開口を備えた複数のマスクを
順次使用して蒸着を行うことにより、頂部に向かうほど
面積が同心円状に狭くなる山型の電極を積層形成したこ
とを特徴とする。請求項４の発明は、平板状の水晶素板
の面上に肉厚の大なる電極を形成してから、この電極を
レーザトリミングにより削ることにより、頂部に向かう
ほど面積が同心円状、或はらせん状に狭くなる山型の電
極を形成したことを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した形態
例により詳細に説明する。図１(a) は本発明の一形態例
の水晶振動子の断面図であり、(b) はその平面図であ
る。この水晶振動子１は、円板かつ平板状のＡＴカット
水晶素板２の両主表面上に夫々複数段から成る励振電極
３を順次積層形成して各電極３全体の形状を山型にする
ことによって、水晶振動子全体の正面形状がコンベック
ス状、或はベベル状となるように構成した点が特徴的で
ある。即ち、電極３を構成する個々の電極層３−１、３
−２、・・・３−ｎは、円形の水晶素板２と同心円状の
円形に構成されており、水晶素板２上に直接形成された
第１の電極層３−１の面積を最大とし、積層階数が進む
につれて順次面積が狭くなるように構成しているので、
電極３は階段状の山型となっている。山型の形状を有し
た各電極３は水晶素板２を挟んで対称形状となっている
ので、水晶振動子１は全体としてコンベックス形状とな
り、エネルギーを質量の大きい中心部分に閉じ込めるこ
とが可能な構造となっている。

【０００７】次に図２は本発明の他の形態例の水晶振動
子の平面図であり、この形態例の電極３は図１の電極の
ように階段状の山型になるのではなく、頂部に向かうほ
どらせん状に面積が漸減する山型となっている点が特徴
的である。次に、図３は図１の水晶振動子を製造する蒸
着工程例を示す図であり、水晶素板の母材（大型ウェハ
ー）１１の表裏両面上に開口径の異なるマスクを順次使
用して面積の異なる電極層３−１、３−１、・・・３−
ｎ（例えば、アルミニウム）を順次積層して蒸着形成す
る工程を示している。まず、図３(a) (b) に示す工程で
は、最大の開口径の開口１３を有したマスク１２を用い
て、水晶素板の母材１１の両面に最大径を有した第１の
電極層３−１を直接蒸着形成する。(c) の工程では開口
径が次に大きいマスク１４を用いて面積が次に大きい第
２の電極層３−２を、第１の電極層３−１の上に同心円
状に形成する。この様にして、電極層の数に相当する枚
数のマスクを用いて各電極層を順次積層形成し、その後
母材を個々の水晶素板に切断することにより、図１に示
した如きコンベックス形状、或はベベル形状の水晶振動
子を得ることができる。この工程によれば、平板状の水
晶母材上にバッチ処理によって個々の電極を形成するこ
とができるので、水晶素板自体をコンベックス状に加工
する必要のある従来のコンベックス状の水晶振動子とは
異なり、生産効率の良い大量生産が可能になる。なお、
各電極層の肉厚は同等に設定する一方で、各電極層の径
は、下側の電極層から上に向かうにつれて漸減するよう
に設定する。また、電極層の層数は、図示のものに限定
されない。

【０００８】次に、図４(a) (b) 及び(c) は本発明の他
の形態例の水晶振動子を製造する工程例を示す図であ
り、この形態例では母材１１上に予め厚めに電極２０を
蒸着形成しておき、この肉厚の大きい電極２０をレーザ
加工（レーザトリミング）によって削り取ることにより
図１或は図２の如き電極形状を得る様にしている。即
ち、図４(a) の工程では平板状の水晶母材１１上に図示
しないマスクを用いて厚めの電極２０を蒸着形成してか
ら、図示しないレーザ装置を用いてレーザ光を電極の上
面と直交する方向から照射し、電極の外周縁側から同心
円状（或はらせん状）に削り取ることにより、頂部に向
かうほど各電極層の面積が狭くなる様にしている。この
形態例によれば、マスクを用いた蒸着工程を一回で済ま
せることができるため、製造工程をより簡略化すること
ができる。なお、上記形態例に示したコンベックス形状
の水晶振動子は、水晶素板を挟んで配置された両電極が
対称形状の山型をなしているバイコンベックスタイプで
あるが、本発明の電極構造は水晶素板の一面だけに形成
してもよく、このようなプラノコンベックスタイプにも
適用することができる。

【０００９】

【発明の効果】従来のように、個片に切断したＡＴカッ
ト水晶素板を、研磨剤を封入したドラム等の内部に入れ
てコンベックス形状に研磨加工した上で、個々の水晶素
板に対して電極を形成すると、生産性の低下、コストア
ップを招いていたが、本発明によれば、平板状の水晶素
板の母材の表裏両面上にバッチ処理によって山型の電極
を形成してから個片単位に切断するようにしたので、生
産性の低下とコストアップを招くことなく、個々の水晶
個片をコンベックス形状、或はベベル形状に形成し、し
かも振動変位を中央部に集中させるとともに、端部にお
ける支持損失を小さくすることができる。本発明の一つ
の製造方法では、水晶母材の表裏両面に開口径の異なる
マスクを順次使用して複数層の電極層から成る山型電極
を形成するので、バッチ処理が可能となり、量産性を高
めることができる。また、本発明の他の製造方法では、
一回の蒸着により形成した厚めの電極をレーザ光による
加工によって削ることにより、階段状かつ同心円状の電
極、或はらせん状の電極を形成するようにしたので、極
めて簡単な工程によりコンベックス形状の電極構造を備
えた水晶振動子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a) 及び(b) は本発明の一形態例の水晶振動子
の断面図及びその平面図。

【図２】本発明の他の形態例の水晶振動子の平面図。

【図３】(a) 乃至(c) は図１の水晶振動子の製造方法の
一例を示す工程図。

【図４】(a) 乃至(c) は図１或は図２の水晶振動子の製
造方法の例を示す工程図。

【符号の説明】

１ 水晶振動子、２ ＡＴカット水晶素板、３ 電極、
３−１、３−２、・・・３−ｎ 電極層、１１ 水晶素
板の母材（大型ウェハー）、１２ マスク、１３開口、
１４ マスク、２０ 電極。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状のＡＴカット水晶素板の２つの主
   表面に夫々励振用の電極を形成して成るＡＴカット水晶
   振動子において、 上記各電極を、頂部に向かうほど面積が同心円状かつ階
   段状に狭くなる山型の電極構造とし、水晶振動子の全体
   形状をコンベックス状に構成したことを特徴とするＡＴ
   カット水晶振動子。
2. 【請求項２】 平板状のＡＴカット水晶素板の２つの主
   表面に夫々励振用の電極を形成して成るＡＴカット水晶
   振動子において、 上記各電極を、頂部に向かうほど面積がらせん状に狭く
   なる山型の電極構造とし、水晶振動子の全体形状をコン
   ベックス状に構成したことを特徴とするＡＴカット水晶
   振動子。
3. 【請求項３】 平板状の水晶素板の面上に開口径の異な
   る開口を備えた複数のマスクを順次使用して蒸着を行う
   ことにより、頂部に向かうほど面積が同心円状かつ階段
   状に狭くなる山型の電極を積層形成したことを特徴とす
   るＡＴカット水晶振動子の製造方法。
4. 【請求項４】 平板状の水晶素板の面上に肉厚の大なる
   電極を形成してから、この電極をレーザトリミングによ
   り削ることにより、頂部に向かうほど面積が同心円状、
   或はらせん状に狭くなる階段状かつ山型の電極を形成し
   たことを特徴とするＡＴカット水晶振動子の製造方法。