TWI664813B - At切割晶片、晶體共振器及晶體振子 - Google Patents

Abstract

本發明提供特性優異的新穎的AT切割晶片、晶體共振器及晶體振子。使與晶體的Z'軸交叉的兩個側面包含第一面～第三面這三個面。第一面為相當於使晶片的主面以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉了4°±3°所得的面的面，第二面為相當於使主面以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉了-57°±3°所得的面的面，第三面為相當於使主面以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉了-42°±3°所得的面的面。在將第一面的角度表示為θ1，第一面的晶體的Z'方向上的長度表示為D，晶片的主面的厚度表示為t，且表示為M＝D/t，晶片的從厚度扭轉振動向面滑動振動的轉換率表示為fn（M，（θ1））時，θ1及M以fn（M，（θ1））為規定值Th以下的方式設定。

Description

AT切割晶片、晶體共振器及晶體振子

本發明是有關於一種AT切割晶片(AT-cut crystal element)、及使用所述AT切割晶片的晶體振子(crystal unit)。

隨著AT切割晶體振子的小型化的發展，在利用機械式加工的製造方法中，難以製造出晶體振子用的晶片。因此，開發一種使用光刻（photolithography）技術及濕式蝕刻（wet etching）技術而製造的AT切割晶片。 例如，專利文獻1中，揭示了一種利用上述技術製造的AT切割晶片，與晶體的X軸交叉的側面（X面）至少包含四個面。而且，專利文獻2中，揭示了一種利用上述技術製造的AT切割晶片，與晶體的Z'軸交叉的側面（Z'面）至少包含四個面。

而且，本申請案的申請人還在日本專利特願2015-75927號、日本專利特願2015-173454號、日本專利特願2015-173455號中，提出了如下晶片及具備所述晶片的晶體振子，所述晶片作為使用光刻技術及濕式蝕刻技術而製造的AT切割晶片，且與晶體的Z'軸交叉的側面的至少一個，包含第一面～第三面這三個面。

[背景技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1] 日本專利特開2014-27505號公報 [專利文獻2] 日本專利特開2014-27506號公報

[發明所要解決的問題] 根據與晶體的結晶軸的Z'軸交叉的側面的至少一個包含第一面～第三面這三個面的所述AT切割晶片，能夠實現振動洩漏少、且特性優異的AT切割晶體振子。因此，期望所述AT切割晶片的形狀的進一步適當化。 本申請案有鑑於所述方面而完成，因此，本申請案的目的在於提供：使與晶體的結晶軸的Z'軸交叉的側面的至少一個包含第一面～第三面這三個面的AT切割晶片的更適當的形狀。

[解決問題的技術手段] 為了達成所述目的，本發明的AT切割晶片的特徵在於包括：晶片，具有：與所述晶片的晶體的結晶軸的Z'軸交叉的兩個側面、即Z'面，其中，所述兩個側面的至少一個包含：滿足下述條件（a）～條件（e）的第一面、第二面與第三面這三個面， （a）所述第一面、所述第二面、所第三面依次相交； （b）所述第一面為相當於：使所述晶片的由晶體的結晶軸表示的X-Z'面、即所述晶片的主面，以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉4°±3.5°所得的面； （c）所述第二面為相當於：使所述主面以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉了-57.5°±3.5°所得的面； （d）所述第三面為相當於：使所述主面以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉了-42°±3.5°所得的面； （e）在將所述第一面的角度、即所述4°左右的角度表示為θ1，所述第一面的沿著晶體的Z'方向的長度表示為D，所述晶片的具有主面的部分的厚度表示為t，且表示為M＝D/t，所述晶片的從厚度扭轉振動向面滑動振動的轉換率表示為fn（M，（θ1））時，其中n＝1、2，所述θ1及M以所述轉換率fn（M，（θ1））為規定值Th以下的方式設定。

另外，所述-57°或-42°的負號意味著，在以晶體的-X面剖面（從-X側觀察到的剖面）觀察本發明的晶片（參照圖1B、圖1C）的情況下，以晶體的X軸為旋轉軸而順時針地旋轉（以下相同）。在本發明的晶片的以+X面剖面（圖1B、圖1C中以紙面的向內面）觀察的情況下，所述旋轉方向相反。 當實施本發明時，所述θ1及M優選以滿足下述式（1）或式（2）的方式設定。而且，閾值Th可為0.104，優選為0.07，更優選為0.05，進而優選為0.033。。

當實施本發明時，更優選為，所述第一面為相當於使所述主面以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉了4°±3°所得的面的面，所述第二面為相當於使所述主面以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉了-57°±3°所得的面的面，所述第三面為相當於使所述主面以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉了-42°±3°所得的面的面。

此外，當實施本發明時，優選使所述AT切割晶片的與晶體的結晶軸的Z'軸交叉的兩個側面雙方包含所述第一面～第三面這三個面。更優選使所述兩個側面以所述AT切割晶片的中心點為中心而成為點對稱的關係（參照圖1B）。

而且，本發明的晶體振子的特徵在於具備所述本發明的AT切割晶片、及用以使所述晶片激振的激振電極。更具體來說，本發明的晶體振子為在所述晶片的表背主面（所述X-Z'面）分別具備激振電極，且具備從所述激振電極引出的引出電極的晶體振子。當然，還包括收納具備所述電極的晶體振子的容器的形態的晶體振子，也包含在本發明提及的晶體振子中，如所述那樣收納於容器的形態為本晶體振子的典型例。

另外，本發明提及的AT切割晶片中還包含如下晶片（以下稱作附框的晶片），即，所述晶片具備：所述本發明的晶片，與所述晶片形成為一體且隔著貫通部而全部或部分包圍所述晶片的框部，以及同樣地形成為一體且將所述晶片與框部連結的一個或兩個以上的連結部（參照圖18A與圖18B）。而且，本發明提及的晶體振子中，還包含具備所述附框的晶片、激振電極、引出電極的晶體振子，或進而具備收納所述晶體振子的容器的晶體振子。

[發明的效果] 根據本發明的AT切割晶片，獲得Z'側面為規定的三個面的AT切割晶片的更適合的形狀。

以下，參照附圖，對本發明的AT切割晶片及使用所述AT切割晶片的晶體振子的實施方式進行說明。另外，說明中使用的各圖只不過以能夠理解的程度而概略地表示本發明。而且，說明中使用的各圖中，對相同的構成成分附上相同的符號而表示，有時也省略其說明。而且，以下的說明中敘述的形狀、尺寸、材質等，不過為本發明的範圍內的優選例。因此，本發明不僅限定於以下的實施方式。

1. AT切割晶片的構造 圖1A～圖1C是實施方式的AT切割晶片11的說明圖。尤其，圖1A是晶片11 (crystal element)的俯視圖，圖1B是沿著圖1A中的M-M線的晶片11的剖視圖，圖1C是將圖1B中的N部分放大表示的剖視圖。

此處，圖1A、圖1C中表示的座標軸X、座標軸Y'、座標軸Z'分別表示AT切割晶片中的晶體的結晶軸。另外，AT切割晶片自身的詳細情況，例如已記載於文獻《晶體裝置的解說與應用》，日本晶體裝置工業會2002年3月第4版第7頁等中，因而此處省略其說明。

本發明的AT切割晶片11的特徵是：與晶體的Z'軸交叉的側面（Z'面）的形狀。即，尤其如圖1B及圖1C所示，所述AT切割晶片11中，使與晶體的Z'軸交叉的兩個側面（Z'面）分別包含第一面11a、第二面11b及第三面11c這三個面。並且，第一面11a為與所述晶片11的主面11d相交的面，並且，為相當於使主面11d以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉了θ1所得的面的面。

此外，所述晶片11中，第一面11a、第二面11b及第三面11c依次相交。並且，第二面11b為相當於使主面11d以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉了θ2所得的面的面，第三面11c為相當於使主面11d以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉了θ3所得的面的面。這些角度θ1、角度θ2、角度θ3的詳細情況，將在後述的“3. 實驗結果的說明”欄中進行說明，但可知下述為優選。θ1＝4°±3.5°，θ2＝-57°±5°，θ3＝-42°±5°，更優選為θ1＝4°±3°，θ2＝-57°±3°，θ3＝-42°±3°。

此外，所述晶片11中，在將第一面11a的沿著晶體的Z'方向的長度表示為D，晶片11的具有主面11d的部分的厚度表示為t，這些D、t的比率表示為M＝D/t，晶片11的從厚度扭轉振動向面滑動振動的轉換率表示為fn（M，（θ1））時（其中n＝1，2），這些θ1及M以所述轉換率為規定值以下的方式進行設定。另外，這些θ1及M的設定方法的詳細情況，將在後述的“4. 有限元素分析(Finite Element Method Analysis)與實驗結果”欄中進行說明。 而且，本實施方式的晶片11中，與晶體的Z'軸交叉的兩個側面（Z'面）分別以晶片11的中心點O（參照圖1B）為中心，而成為點對稱的關係。另外，此處提及的點對稱還包含：即便有一些形狀差，也可視作實質相同的點對稱的狀態。 而且，本實施方式的晶片11的平面形狀設為：以沿著晶體的X軸的方向作為長邊、沿著晶體的Z'軸的方向作為短邊的矩形形狀。

2. AT切割晶片11的製法例 接下來，參照圖2A、圖2B～圖8A～圖8E，對實施方式的AT切割晶片11的製法例進行說明。所述晶片11能夠利用光刻技術及濕式蝕刻技術，而由晶體晶圓片(quartz-crystal wafer)製造多個。因此，圖2A、圖2B～圖8A～圖8E中，表示晶體晶圓片11w的俯視圖、及將晶體晶圓片11w的一部分P予以放大的俯視圖。此外，圖2A、圖2B～圖8A～圖8E中的一部分附圖中，也並用著晶體晶圓片11w的一部分P的沿著Q-Q線的剖視圖、或R部分（參照圖5B）的放大圖。

所述製法例中，首先，準備晶體晶圓片11w（參照圖2A）。AT切割晶片11的振盪頻率如周知那樣，大致由晶片11的主面（X-Z'面）的厚度決定，晶體晶圓片11w設為：比最終的晶片11的厚度t（參照圖5B）厚的厚度T的晶圓片（參照圖2B）。

接下來，在所述晶體晶圓片11w的表面與背面兩面，利用周知的成膜技術及光刻技術，形成用以形成晶片的外形的耐蝕刻性遮罩13。本實施方式的情況下的耐蝕刻性遮罩13包含：與晶片的外形對應的部分、保持各晶片的框架部分、及將晶片與框架部分予以連結的部分（圖2A中，由11x表示的部分）。而且，耐蝕刻性遮罩13是以在晶體晶圓片的表面與背面相向的方式而形成。

將耐蝕刻性遮罩13的形成已完成的晶體晶圓片11w，以規定時間浸漬在以氟酸為主的蝕刻液中。利用所述處理，晶體晶圓片11w的未由耐蝕刻性遮罩13覆蓋的部分溶解，而獲得晶片11的大致外形（參照圖3A、圖3B）。

接下來，從晶體晶圓片11w去除耐蝕刻性遮罩13。此時，所述製法例中，僅將耐蝕刻性遮罩13的相當於晶片11的部分去除，保留相當於框架部或連結部的部分（參照圖4A、圖4B）。這樣是為了維持框架部或連結部的強度。當然，也可根據設計，去除框架部及連結部各自的全部或一部分上的耐蝕刻性遮罩。

接下來，將所述晶體晶圓片11w以規定時間再次浸漬於以氟酸為主的蝕刻液中。此處，規定的時間為如下時間，即，晶片11的形成預定區域的厚度t（參照圖5B）能夠滿足對所述晶片11所要求的振盪頻率的規格，且，所述晶片11的Z'側面能夠包含本發明提及的第一面11a～第三面11c的時間。所述時間能夠利用事先的實驗而決定。根據發明人的實驗可知，晶片11的Z'面上，隨著蝕刻的進行，如圖9所示，依次變為：突起保留的狀態、包含第一面～第四面這四個面的狀態（第4面產生狀態）、及本發明提及的包含第一面～第三面這三個面的狀態（本發明狀態）。並且可知，為了獲得本發明提及的包含第一面～第三面這三個面的側面，在規定蝕刻液及蝕刻溫度等的情況下，需要對晶體晶圓片11w的初始厚度T進行蝕刻，直至達到55%～25%的範圍的厚度為止。因此，以獲得振盪頻率的規格及第一面～第三面這三個面的方式，來決定初始厚度T或所述蝕刻時間等。而且，第一面11a與主面11d所成的角度θ1如後述實驗結果中所說明的那樣，位於滿足θ1＝4°±3.5°的範圍內。並且，能夠利用所使用的蝕刻劑的組成，在所述θ1的角度的範圍內進行變更且加以控制。而且，關於第一面11a的沿著晶體的Z'方向的尺寸D，在將形成晶片的外形時所使用的耐蝕刻性遮罩13（參照圖2A、圖2B）形成於晶體晶圓片11w（參照圖2A、圖2B）的表面與背面時，能夠通過在晶圓片的表面與背面向Z'方向錯開(displacing)規定量而進行變更且加以控制。

接下來，從所述蝕刻已結束的晶體晶圓片中，去除耐蝕刻性遮罩（框部等保留），而露出晶體面（參照圖6）。然後，在所述晶體晶圓片的整個面，利用周知的成膜方法，形成晶體振子的激振電極及引出電極形成用的金屬膜（未圖示）。接下來，利用周知的光刻技術及金屬蝕刻技術，將所述金屬膜圖案化為電極形狀，而形成電極圖案15，所述電極圖案15具備：激振電極15a及引出電極15b（參照圖7A、圖7B、圖7C）。由此，能夠獲得具備晶片11、激振電極15a及引出電極15b的晶體振子17（參照圖7A、圖7B、圖7C）。

另外，一般來說，多數情況下，將安裝晶體振子17於適合的容器的構造物，稱作晶體振子。以下使用圖8A～圖8E對晶體振子的典型例進行說明。另外，圖8A～圖8E是利用俯視圖及沿著其S-S線的剖視圖，表示將晶體振子17安裝於陶瓷封裝體21的順序。

在圖7A所示的狀態下，晶體振子17為經由連結部11x而結合於晶體晶圓片11w的狀態。對此，首先，對連結部11x施加適當的外力，使晶體振子17從晶體晶圓片11w分離，而單片化（參照圖8A）。另一方面，例如準備周知的陶瓷封裝體21來作為容器。所述情況下的陶瓷封裝體21具備：收納晶體振子17的凹部21a（參照圖8B、圖8C），設置於所述凹部21a的底面的晶體振子固定用的凸塊21b，以及設置於陶瓷封裝體21的背面的安裝端子21c。凸塊21b與安裝端子21c利用通孔配線(via-wiring)（未圖示）而電氣連接。

在所述封裝體21的凹部21a內，安裝晶體振子17。詳細來說，在凸塊21b上塗布導電性的黏著材23（參照圖8E），利用所述黏著材23，以引出電極15b的部位將晶體振子17固定於凸塊21b。然後，將晶片11的振盪頻率利用周知的方法調整為規定值，接下來，在使封裝體21的凹部21a內成為適當的真空或惰性氣體等之後，利用蓋25將凹部21a由周知的方法而加以密封。這樣，獲得陶瓷封裝體21中收納著晶體共振器的構造的晶體振子。

3. 實驗結果的說明 接下來，參照圖9、圖10說明實驗結果。圖9是說明因晶片的Z'面的形狀的不同，而使用所述晶片構成的晶體振子17的阻抗有何不同的圖。橫軸表示實驗中使用的晶片的試樣編號、與各試樣的Z'面的形狀的特徵，縱軸表示阻抗。另外，實驗試樣的振盪頻率為38 MHz左右。頻率、阻抗的詳細情況表示於表1。 [表1]

如根據圖9可知，晶片的Z'面保留突起的試樣中的阻抗約為150 Ω～400 Ω左右。而且，晶片的Z'面包含第一面～第四面這四個面的試樣的阻抗約為200 Ω～600 Ω左右。相對於這些，晶片的Z'面包含第一面～第三面這三個面、且各面相對於AT切割主面的角度θ1～θ3（參照圖1C）為規定角度的本發明領域的試樣的阻抗約為80 Ω左右，從而可理解與前兩者相比，減小到一半以下的值。

而且，圖10是表示本發明的第一面11a、第二面11b、第三面11c的說明圖。具體來說，是表示本申請案的發明人等的實驗結果、且晶體的各自的結晶面對於氟酸系蝕刻劑的蝕刻速度的不同的圖。更詳細來說，橫軸表示以AT切割的主面為基準而使所述面以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉的角度，縱軸表示如所述那樣使AT切割板旋轉而獲得的各晶體面的蝕刻速度。另外，各面的蝕刻速度由以AT切割面的蝕刻速度為基準的相對值來表示。

如根據所述圖10可理解，晶體中，相當於使AT切割的主面旋轉了θ1所得的面的面、相當於使AT切割的主面旋轉了θ2所得的面的面、相當於使AT切割的主面旋轉了θ3所得的面，各自的蝕刻速度最大(maximum etching speed)。而且，θ1為4°左右，θ2為-57°左右，θ3為-42°左右，並且，根據發明人的實驗可知，使用圖9說明的阻抗變得良好的區域為θ1＝4°±3.5°，θ2＝-57°±5°，θ3＝-42°±5°，更優選為θ1＝4°±3°，θ2＝-57°±3°，θ3＝-42°±3°。由這些θ1～θ3規定的各個面，相當於本發明的第一面～第三面。而且，如所述那樣，關於角度θ1，可通過變更形成晶片的外形時所使用的蝕刻液的組成，而在所述角度的範圍內進行變更且加以控制。角度θ2、角度θ3也相同。

4. 有限元素分析與實驗結果 4-1. 利用有限元素分析的解析 接下來，對第一面11a及主面11d所成的角度θ1、與第一面11a的長度D及晶片11的主面11d的部分的厚度t的比率M＝D/t的適當化(optimization)，進行說明。 作為適當化的參數，著眼於晶片11的從厚度扭轉振動（為主振動，且相當於AT切割晶體振子的主振動即厚度滑動振動的Z'方向的傳播模式的振動）向面滑動振動（無用振動）的轉換率fn（M，（θ1）），並依據後述的“轉換率的導出法”的考慮，利用有限元素分析而求出轉換率fn（M，（θ1））如何因θ1與M而變化。將其結果表示於表2。如果θ1、M的雙方或一方改變，則能夠理解為轉換率fn（M，（θ1））發生變化。這意味著所述轉換率fn（M，（θ1））越小，面滑動振動對厚度扭轉振動的影響越小，且意味著晶體振子的特性改善變得良好。而且，根據本申請案的發明人的研究可知，如果轉換率fn（M，（θ1））為0.104以下，更優選為0.07以下，則獲得實用上無問題的晶體振子，並且即便晶片11的Z'方向上的尺寸（Z'尺寸）發生一些變化，也不易引起晶體振子的特性變化，即晶片11的Z'尺寸的設計自由度提高。而且可知，轉換率fn（M，（θ1））更優選為0.05以下，進而優選為0.033以下（參照使用了圖12、圖15A、圖15B、圖17A、圖17B等的後述的說明）。

[表2] 轉換率分佈表根據所述觀點可知，在表2的轉換率分佈中，將相當於僅區分轉換率為0.03以下的部分的欄由框包圍並且由粗字記載所述框內的文字，則在表2的左上半部分的區域與右下半部分的區域的各自一部分區域出現表示轉換率為0.03以下的區域。而且，基於所述考慮而將轉換率分佈利用類似等高線的線加以區分而圖示，則獲得圖11的分佈圖。而且，將所述分佈圖以轉換率fn（M，（θ1））的式子加以區分，則如圖11中所示，能夠分為f1（M，（θ1））、f2（M，（θ1））的區域。繼而，為了對所述轉換率分佈按照所需的轉換率進行區分，根據發明人的研究可知，以所述式（1）或式（2）（解決問題的技術手段一欄中記載的各式）進行即可。此處，式（1）、式（2）中的Th為相對於轉換率的閾值。而且，這些式（1）或式（2）的結果以閾值Th例如為0.104以下、優選為0.07以下、更優選為0.05以下、進而優選為0.033以下的方式，來選擇θ1及或M，由此能夠實現設計自由度大的晶體振子。其中，晶片11的具有主面11d的部分的厚度t為決定晶片的標稱頻率的值，因而受到標稱頻率的制約。因此，比率M能夠主要通過改變第一面11a的沿著晶體的Z'軸的尺寸D而變更。所述尺寸D如所述那樣，可通過如下進行控制，即，將用以獲得晶片的晶體蝕刻工序（參照圖2A～圖3B的工序）中所使用的耐蝕刻性遮罩13，在晶圓片表面與背面間向Z'方向錯開。另一方面，角度θ1能夠通過改變晶體蝕刻時所使用的蝕刻劑的組成而加以控制。通過對這些製造條件加以設計，而能夠將θ1、M以轉換率為規定值以下的方式進行設計。

圖12為所述解析結果的具體例。即，是將標稱頻率固定為38 MHz（因此，厚度t為與所述頻率對應的值）、且固定為角度θ1＝4.5度、角度θ2＝-57.0度、角度θ3＝-41.8度，而使尺寸D發生變化並利用有限元素分析（下述導出法）算出轉換率，對尺寸D與轉換率的關係作圖而成。圖12中橫軸為尺寸D，縱軸為轉換率。根據所述圖12可知，在尺寸D為70 μm～110 μm左右，轉換率為低至0.07以下的值，尤其在尺寸D為85 μm左右，轉換率約為0.05而具有極值。 而且，圖13A～圖13C表示在使用圖12說明的條件下將第一面的尺寸D設為44 μm、85 μm、117 μm這三個水準（圖12的黑圓點附近），各水準的晶體振子中的利用有限元素分析的模式圖。圖13A～圖13C中，橫軸為晶片11的Z'尺寸，縱軸為晶片的振動頻率的變化量（單位：MHz）。此處，將第一面的尺寸D＝85 μm且晶片的Z'尺寸＝550 μm的晶體振子中的主振動頻率設為基準頻率，振動頻率的變化量是尺寸D與Z'尺寸不同時的各個振子中的頻率與所述基準頻率之差。而且，圖13A～圖13C中，m表示的曲線為厚度扭轉振動模式（主振動模式），SP1表示的曲線為面滑動振動模式（無用模式），SP2表示的曲線為彎曲振動模式或縱振動模式等無用模式。 通過將圖13A～圖13C進行比較而可知，將尺寸D設定於適當範圍的值的水準（D＝85 μm的水準）中，即便在使Z'尺寸在550 μm～650 μm的範圍內不同的情況下，比起其他水準也不易產生無用模式的振動，從而能夠增大Z'尺寸的設計自由度。

＜轉換率的導出法＞ 以下對本申請案中敘述的轉換率的導出法進行說明。另外，以下的說明中使用的用語與各式中的符號的對應關係，如下述的表3所示。 如果將厚度扭轉振動、面滑動振動各自的入射波、反射波的能量設為表3中的符號，則入射波與反射波的關係能夠使用反射係數矩陣Γ並由以下的式（a）而定義。 因此，反射係數矩陣Γ能夠由以下的式（b）而求出。

此處，式（b）中的入射波1、入射波2、反射波1、反射波2（參照表3所示的符號）如以下方式求出。 即，在圖14所示的晶片的模型(model)中，使用有限元素分析進行計算，而獲得各自的振幅。 根據所獲得的振幅，將厚度扭轉、面滑動的各自的入射波、反射波分離。能夠根據所獲得的振幅，計算入射波1、反射波1。同樣地，利用改變了壓電激振部的長度的模型進行計算，根據其振幅獲得入射波2、反射波2。將這些代入到所述式（b）中，而獲得反射係數矩陣Γ。其中，反射係數矩陣的非對角成分1與反射係數矩陣的非對角成分2（參照表3的符號）為反射時轉換為其他模式的大小，即轉換率。因它們的絕對值相等，所以將反射係數矩陣的非對角成分1表示為轉換率F（M，（θ1））。 [表3]

4-2. 與解析結果對應的實驗結果 接下來，為了確認所述解析結果是否優良而進行下述實驗。 4-2-1. 標稱頻率52 MHz振子的試製 對標稱頻率為52 MHz且封裝體尺寸為所謂的1612尺寸的晶體振子，設為角度θ1＝2.5°、角度θ2＝-59.0°、角度θ3＝-40.7°，利用所述有限元素分析，預先調查尺寸D與轉換率的關係。將其結果表示於圖15A。另外，圖15A中橫軸為尺寸D，縱軸為轉換率。根據所述圖15A能夠理解，在尺寸D＝116 μm～121 μm附近，轉換率最小為0.01左右。

因此，以尺寸D為116 μm～121 μm的方式，實際試製晶體振子並調查其特性。試製數為30個。圖15B為所述調查結果的一例，且是將晶片的Z'尺寸與晶體振子的阻抗（所謂的晶體阻抗）的關係作圖所得。即，為著眼於阻抗的模式圖。橫軸為Z'尺寸（μm），縱軸為阻抗（Ω），圖中的“規格”為阻抗規格。通過以轉換率減小的方式選擇尺寸D，而根據圖15B可知，在Z'尺寸為641 μm～672 μm的30 μm的範圍內獲得平坦的模式圖。然後，對這些晶體振子的溫度特性進行了測定。將其結果表示於圖16A、圖16B。此處，圖16A是橫軸表示溫度（℃）且縱軸表示頻率變動量（ppm）的頻率溫度特性。其中，圖16A的頻率變動量，是根據針對各晶體振子而實測的頻率溫度特性數據求出其近似式，並根據所述近似式求出的每個測定溫度的頻率Fa、與所述測定溫度下的實測的頻率Fb之差（residual）。而且，圖16B是橫軸表示溫度（℃）且縱軸表示所述溫度下的實測的阻抗（Ω）的、阻抗的溫度特性。圖16A、圖16B中的虛線的方框分別為關於頻率變動量、阻抗的規格。根據這些圖可知，所試製的各晶體振子的頻率變動、阻抗變動均在規格內，並且，也沒有Dip（異常變動），為良好的特性。

4-2-2. 尺寸D與轉換率、阻抗的關係 對標稱頻率為40 MHz且封裝體尺寸為所謂的1210尺寸的晶體振子，設為角度θ1＝2.6°、角度θ2＝-59.0°、角度θ3＝-40.7°，設為Z'尺寸目標＝645 μm～690 μm、尺寸D的目標＝140 μm～165 μm，而試製晶體振子。樣本數為20個。然後，測定密封後的阻抗，並研究阻抗與Z'尺寸的關係。 圖17A是表示總結所述研究結果的圖，且是橫軸表示Z'尺寸、縱軸表示晶體振子的阻抗的圖。另外，圖17A中的“規格”為阻抗的規格。如根據圖17A可知，存在：與Z'尺寸的大小無關，而阻抗減小的晶體振子。因此，研究了尺寸D與阻抗的關係、及尺寸D與轉換率的關係。圖17B是表示總結所述研究結果的圖，且是橫軸為尺寸D、縱軸的左軸為轉換率、縱軸的右軸為阻抗而表示它們的關係的圖。根據圖17B可知，尺寸D對轉換率、阻抗均有影響。具體來說，可知在所述試製條件的情況下，在尺寸D為155 μm左右，轉換率及阻抗均最少。據此，能夠理解尺寸D對晶體振子的特性有影響。

5. 其他實施方式 以上，已對本發明的AT切割晶片及使用所述AT切割晶片的晶體振子的實施方式進行了說明，但本發明不限於所述實施方式。例如，所述例子中，說明瞭Z'方向的兩端的側面包含本發明的第一面～第三面這三個面的例子，但有時也可視情況，而僅單側側面包含第一面～第三面這三個面。其中，兩側面包含第一面～第三面這三個面的晶體振子的特性更優異。而且，所述例子中說明瞭38 MHz、40 MHz、52 MHz左右的頻率的晶體振子的例子，但本發明也可應用於其他頻率的晶體振子中。

而且，所述製法例中，耐蝕刻性遮罩13（參照圖2A、圖2B）的、與晶片的外形對應的部分是，以在晶體晶圓片的表面與背面相向的方式而形成。然而，耐蝕刻性遮罩的與晶片的外形對應的部分是，也可在晶體晶圓片的表面與背面沿著Z'方向而僅錯開ΔZ。關於錯開方向，是以將設置於晶片的+Y'面側的耐蝕刻性遮罩相對於設置於-Y'面側的所述遮罩而向+Z'方向錯開ΔZ的方式，使表面與背面的遮罩相對錯開。以所述方式錯開遮罩的情況比起不錯開的情況，能夠在更短的蝕刻時間內形成使晶片的Z'面包含第一面～第三面這三個面的形狀。而且，還具有能夠利用所述錯開量控制第一面11a的Z'方向的長度D（參照圖5C）的優點。

而且，本發明提及的AT切割晶片及晶體振子，也可為圖18A與圖18B所示的構造。首先，如圖18A所示，所述AT切割晶片及晶體振子具備：本發明的晶片11，與所述晶片11形成為一體且隔著貫通部11y而將所述晶片11的全部進行包圍的框部11z，以及同樣地形成為一體且將所述晶片11與框部11z進行連結的一個連結部11x。而且，如圖18B所示，所述AT切割晶片及晶體振子具備：本發明的晶片11，與所述晶片11形成為一體且隔著貫通部11y而將所述晶片11的一部分進行包圍的框部11z，以及同樣地形成為一體且將所述晶片11與框部11z進行連結的一個連結部11x。另外，連結部也可為兩個以上。其中，連結部為一個時，容易減輕從晶片11向框部11z的振動洩漏、或應力從框部11z對晶片11的影響。而且，設置連結部11x的位置不限於圖18A與圖18B的例子，能夠根據設計來變更。

而且，所述例子中表示了以沿著晶體的X軸的邊作為長邊、以沿著Z'軸的邊作為短邊的晶片的例子，但本發明也可應用於以沿著晶體的X軸的邊作為短邊、以沿著Z'軸的邊作為長邊的晶片中。而且，所述例子中對平面形狀為矩形的晶片的例子進行了說明，但角部進行了R加工或C加工的大致為矩形狀的晶片也包含在本發明中。

11‧‧‧實施方式的晶片

11a‧‧‧第一面

11b‧‧‧第二面

11c‧‧‧第三面

11d‧‧‧AT切割晶片的主面（X-Z'面）

11w‧‧‧晶體晶圓片

11x‧‧‧連結部

11y‧‧‧貫通部

11z‧‧‧框部

13‧‧‧耐蝕刻性遮罩

15‧‧‧電極

15a‧‧‧激振電極

15b‧‧‧引出電極

17‧‧‧晶體振子

21‧‧‧容器（例如陶瓷封裝體）

21a‧‧‧凹部

21b‧‧‧凸塊

21c‧‧‧安裝端子

23‧‧‧導電性黏著材

25‧‧‧蓋

D‧‧‧長度

f1、f2‧‧‧轉換率

m‧‧‧厚度扭轉振動模式（主振動模式）

O‧‧‧中心點

P‧‧‧晶體晶圓片的一部分

R‧‧‧部分

SP1‧‧‧面滑動振動模式（無用模式）

SP2‧‧‧彎曲振動模式或縱振動模式等無用模式

T‧‧‧初始厚度

t‧‧‧厚度

X、Y'、Z'‧‧‧座標軸

θ1～θ3‧‧‧使AT切割的主面以晶體的X軸為旋轉軸而旋轉的角度

Γ‧‧‧反射係數矩陣

圖1A、圖1B、圖1C是實施方式的AT切割晶片11的說明圖。 圖2A、圖2B是說明實施方式的晶片11及使用其的晶體振子的一製法例的圖。 圖3A、圖3B是繼圖2B後的製法例的說明圖。 圖4A、圖4B是繼圖3B後的製法例的說明圖。 圖5A、圖5B、圖5C是繼圖4B後的製法例的說明圖。 圖6是繼圖5C後的製法例的說明圖。 圖7A、圖7B、圖7C是繼圖6後的製法例的說明圖。 圖8A、圖8B、圖8C、圖8D、圖8E是安裝晶片11而製造的晶體振子的一例的說明圖。 圖9是本發明的實驗結果的說明圖。 圖10是本發明的實驗結果的繼圖9後的說明圖。 圖11是說明轉換率的圖。 圖12是說明尺寸D與轉換率的關係的圖。 圖13A～圖13C是尺寸D不同的振子模型各自的有限元素分析的模式圖。 圖14是說明導出轉換率的方法的圖。 圖15A是說明另一振子模型中的尺寸D與轉換率的關係的圖，圖15B是說明基於所述模型試製的振子的特性的圖。 圖16A是說明試製的振子的頻率溫度特性的圖，圖16B是說明所述振子的阻抗的溫度特性的圖。 圖17A與圖17B是說明又一振子模型中的尺寸D與轉換率及阻抗的關係的圖。 圖18A與圖18B是其他的實施方式的說明圖。

Claims (10)

1. 一種AT切割晶片，其特徵在於包括： 晶片，具有：與所述晶片的晶體的結晶軸的Z'軸交叉的兩個側面、即Z'面， 其中，所述兩個側面的至少一個包含：滿足下述條件（a）～條件（e）的第一面、第二面與第三面這三個面， （a）所述第一面、所述第二面、所述第三面依次相交； （b）所述第一面為相當於：使所述晶片的由所述晶體的所述結晶軸表示的X-Z'面、即所述晶片的主面，以所述晶體的X軸為旋轉軸而旋轉4°±3.5°所得的面； （c）所述第二面為相當於：使所述主面以所述晶體的所述X軸為旋轉軸而旋轉了-57.5°±3.5°所得的面； （d）所述第三面為相當於：使所述主面以所述晶體的所述X軸為旋轉軸而旋轉了-42°±3.5°所得的面； （e）在將所述第一面的角度、即所述4°左右的角度表示為θ1，所述第一面的沿著所述晶體的Z'方向的長度表示為D，所述晶片的具有主面的部分的厚度表示為t，且表示為M＝D/t，所述晶片的從厚度扭轉振動向面滑動振動的轉換率表示為fn（M，（θ1））時，其中n＝1、2，所述θ1及所述M是以所述轉換率fn（M，（θ1））為規定值Th以下的方式進行設定。
2. 如申請專利範圍第1項所述的AT切割晶片，其中，所述θ1及所述M以滿足下述式（1）或式（2）的方式設定，其中Th為規定值：。
3. 如申請專利範圍第2項所述的AT切割晶片，其中，所述規定值Th為0.104。
4. 如申請專利範圍第2項所述的AT切割晶片，其中，所述規定值Th為0.07。
5. 如申請專利範圍第2項所述的AT切割晶片，其中，所述規定值Th為0.05。
6. 如申請專利範圍第2項所述的AT切割晶片，其中，所述規定值Th為0.033。
7. 如申請專利範圍第1項至第6項任一項所述的AT切割晶片，其中，所述側面的雙方分別包含：所述第一面、所述第二面、所述第三面這三個面。
8. 如申請專利範圍第1項至第6項任一項所述的AT切割晶片，其中，所述兩個側面彼此以所述晶片的中心點為中心，而成為點對稱的關係。
9. 一種晶體共振器，其特徵在於包括： 根據申請專利範圍第1項至第8項任一項所述的AT切割晶片； 激振電極，設置於所述AT切割晶片的表面與背面；以及 引出電極，從所述激振電極引出。
10. 一種晶體振子，其特徵在於包括： 根據申請專利範圍第9項所述的晶體共振器；以及 收納所述晶體共振器的容器。