JP2001007677A - 水晶振動子 - Google Patents

水晶振動子

Info

Publication number
JP2001007677A
JP2001007677A JP17765399A JP17765399A JP2001007677A JP 2001007677 A JP2001007677 A JP 2001007677A JP 17765399 A JP17765399 A JP 17765399A JP 17765399 A JP17765399 A JP 17765399A JP 2001007677 A JP2001007677 A JP 2001007677A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
width
cut
thickness
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP17765399A
Other languages
English (en)
Inventor
Matsutaro Naito
松太郎 内藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyo Communication Equipment Co Ltd
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyo Communication Equipment Co Ltd filed Critical Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority to JP17765399A priority Critical patent/JP2001007677A/ja
Publication of JP2001007677A publication Critical patent/JP2001007677A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 幅すべり振動モードとの結合が小さく、周波
数温度特性の良好な小型のATカット短冊形水晶振動子
を得る。 【解決手段】 ATカットウエハー基板の両主面に対向
した金属マスクを形成し、該ウエハーをエッチング加工
して得られたX軸方向に長い短冊形水晶基板の両主面に
電極を付着して構成した水晶振動子であり、主面の垂直
方向と基板の側面とのなす角度が約3度となる水晶振動
子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水晶振動子に関し、
特に圧電基板の輪郭をエッチングで形成し、基板主面の
法線方向と基板側面のなす角度をほぼ3度傾斜させるこ
とにより、厚みすべり振動と高次の輪郭振動との結合を
弱めて、周波数温度特性を改善した水晶振動子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話等の小型化に伴い、これ
に使用される圧電デバイスも年々小型化が図られ、実用
に供されている。図5は従来の短冊形ATカット水晶振
動子の構成を示す斜視図であって、左隅に示す結晶の座
標軸に沿ってX軸方向の長さをL、Z'軸方向の幅をW、Y'
軸方向の厚さをtとして短冊状に切り出されたATカッ
ト水晶基板21の主面に電極22a(対向する面の電極を22b
とする)を付着すると共に、該電極からリード電極23a
(23b)を水晶基板21の端部に向けて引き出す。このリ
ード電極23a、23bに高周波電圧を印加すると、Y'方向
(厚さ方向)とZ'方向(幅方向)に定在波が励起され
る。厚さ方向に生じる定在波は所謂厚みすべり振動モー
ドであり、その共振周波数は周知のように、厚さtの逆
数に比例する。一方、幅方向に生じる定在波は幅すべり
振動モードであり、その共振周波数は幅Wの逆数に比例
する。
【0003】周知のように、厚みすべり振動モードの周
波数温度特性は変曲点が約27度にある3次曲線であり、
3次曲線のそれぞれの係数は切断角度に依存する。従っ
て、切断角度を適切に選ぶことにより、広温度範囲にわ
たり極めて安定な周波数が得られる。一方、幅すべり振
動モードの周波数温度特性は上に凸の2次曲線を呈し、
その変化量も大きい。そのため一般に厚みすべり振動モ
ードを基準周波数源として使用することが多く、このと
きは幅すべり振動モードは抑圧すべきスプリアスモード
となる。
【0004】厚みすべりモードと高次の幅すべりモード
との結合、即ち厚みすべりモードの共振周波数及びその
周波数温度特性が周波数的に近接した高次の幅すべりモ
ードによって大きく影響を受ける現象は、古くより多く
の人々によって研究されてきた。近年は計算機を用いた
有限要素法解析により、厚みすべりモードと高次の幅す
べりモードとの結合の様子は詳細にシミュレーションで
きるようになっている。図6(a)はその一例であり、
長さLを2mm、厚さtを0.0847mmとし、幅Wをパラメータと
した場合の厚みすべり振動の共振周波数を計算した結果
を示すグラフであるが、3次と4次の幅すべり振動モー
ドが厚みすべり振動モードに結合し、幅Wによって周波
数が大きく変動していることがわかる。周知のように、
幅すべり振動モードとの結合がなければ、本来厚みすべ
り振動モードの周波数は横軸に平行な直線となるはずで
ある。そして、厚みすべり振動モードと奇数次の幅すべ
り振動モードとの結合は強いが、偶数次のそれとの結合
は比較的弱いことはよく知られている。また、図6
(b)は幅方向の寸法Wをパラメータとして434μmから5
32μmまで変化させた場合の短冊形水晶振動子の周波数
温度特性を示す図で、幅すべり振動モードの結合によ
り、厚みすべり振動モードの周波数温度特性が大きく影
響されている様子を示している。
【0005】図7は、上述したような厚みすべり振動モ
ードと高次の幅すべり振動モードとの結合を避けること
を目的として提案された短冊形振動子の斜視図であり、
その特徴は基板24の長手方向の側面を基板24のY'軸より
5°傾斜させたことである。図8は側面の傾斜角αによ
り厚みすべり振動モードと高次の幅すべり振動モードと
の結合がどのように変化するかを示した図で、縦軸は周
波数変化量(f−f0)/f0(ppm)、横軸は辺比(W/t)を
表している。傾斜角αとして0°、2.5°、5°の場合を
示している。この図から明らかのように、辺比(W/t)
をパラメータとしたとき、傾斜角αが0°(実線の曲
線)の場合が結合が最も大きく、次に、傾斜角αを2.5
°とした場合が破線の曲線であり、0°の場合の結合よ
りかなり小さくなっている。さらに、傾斜角αを5°と
した場合は、厚みすべり振動モードと幅すべり振動モー
ドとは結合しなくなり(縮退するという)、辺比(W/
t)を変化させると、厚みすべり振動モードの周波数は
横軸に平行なftで示す実線のように変化し、幅すべり振
動モードの周波数は斜め縦方向に破線fwで示す直線のよ
うに変化する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように基板側面に傾斜角を形成するには、短冊状の素板
複数個を樹脂で張り合わせ、ラッピング装置にかけて側
面が5°傾斜するように削り落とさなければならず、工
数がかかり、高価なものとなるという問題があった。本
発明は上記問題を解決するためになされたものであっ
て、傾斜角度を容易に、且つ多量に形成できると共に、
品質の安定した短冊形振動子を安価に提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る水晶振動子の請求項1記載の発明は、X
軸方向を長辺、Z’軸方向を短辺とするATカット水晶
を用いた短冊形水晶振動子であって、長辺側の側面と主
表面の法線とのなす角度を3度としたことを特徴とする
水晶振動子である。請求項2記載の発明は、X軸方向を
長辺、Z’軸方向を短辺とするATカット水晶を用いた
短冊形水晶振動子であって、少なくとも長辺側の側面が
エッチング加工におけるオーバーエッチングにより得ら
れた平面であることを特徴とする水晶振動子である。請
求項3記載の発明は、X軸方向を長辺、Z’軸方向を短
辺とするATカット水晶を用いた短冊形水晶振動子であ
って、少なくとも長辺側の側面がエッチング加工により
オーバーエッチングされていると共に、長辺側の側面と
主表面の法線とのなす角度を3度としたことを特徴とす
る水晶振動子である。
【0008】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係る短
冊形水晶振動子の構成を示す斜視図であって、X軸方向
の長さをL、Z’軸方向の幅をW、Y’軸方向の厚さをt
として短冊状に切り出されたATカット水晶基板1の主
面に電極2a(対向する電極を2bとする)を付着すると共
に、該電極からリード電極3a(3b)を水晶基板1の端部
に向けて延在する。本発明の特徴は、フォトリソグラフ
ィ及びエッチング技法を用いて、大きなATカット基板
(ウエハー)から小さな短冊状の基板を多量に加工した
際に、所謂オーバーエッチングを施すことにより、基板
1の主面の法線方向と長手方向の側面とのなす角、即ち
角∠Y'OY''が約3°となることを利用したことである。
【0009】Y'軸と側面の傾斜面を約3°に形成するた
めの過程について説明する。研磨等により厚さtに仕上
げた大きなATカット基板10(ウェハ)の両主面に、ク
ロム(Cr)20Åと金(Au)500Åを蒸着等の手段を用い
て付着し、フォトリソグラフィ技法を用いて図2(a)
に示すように、基板10の両主面に対向する複数の帯状の
金属マスク11、11・・を形成する。次に、エッチャント
として弗化アンモニウム飽和溶液を用いて基板10の両面
からエッチングすると、図2(b)に示すように水晶特
有の自然面であるr面、m面と、12で示す面とがATカッ
トの面に対して一定の角度で形成される。例えば、基板
10の厚さとして84.7μmのものを用いた場合、エッチン
グ開始から約50分経過するとこのような状態となる。さ
らに、エッチングを進めた状態が図2(c)であり、非
マスク部分の水晶が貫通すると共に、面12が大きくな
り、m面とr面で形成する突起が基板10に対し点対称に残
る。この状態はエッチング開始後、約1.5時間である。
さらに、エッチングを進め、所謂オーバーエッチングを
施すと基板の左右にあった突起も図2(d)に示すよう
に消滅し、基板10の側面は面12のみから形成される。こ
の状態はエッチング開始後、約2時間である。エッチン
グ時間は基板の厚さ、エッチング溶液の温度、濃度等に
依存するので、実験等で確認する必要があるが、本実験
の例ではエッチング速度は単位時間当たり約42μmであ
った。このエッチング速度に基づき所望の幅Wをうるた
めの必要なマスクの幅W'を決定することと成る。次に、
基板10の両面に残った金属マスク11、11・・を溶解して
取り去ると、図2(e)に示す短冊状の基板10が多数得
られ、このとき面12は基板10のY'軸に対して約3°傾斜
していることが確認された。
【0010】結晶をエッチングした際に現れる結晶面の
解析方法としてはJaccodineの方法がよく知られてい
る。この方法を水晶に応用して詳しく検討した文献とし
て、「水晶のエッチング形状の予測法とそのデバイス設
計への応用」(植田敏嗣他、計測自動制御学会論文集、V
ol.23,野.23、昭和62年12月)が開示されいる。この手
法をATカット水晶振動子に適用すると約−20°、即ち
反時計回りに20°となるはずであり、これまで当該技術
分野においては、2つの振動モードが結合しない条件と
して知られる5°という値とは著しく相違する値になる
ものと考えられていた。ところが、本出願者はATカッ
トウエハーのエッチング加工実験を繰り返し行い、実際
には短冊状の基板10の側面に形成される面12はY'軸と約
3°傾斜することを見出したのである。
【0011】図3は、短冊状基板の側面の傾斜角を3°
とし、X軸方向の長さLを2mm、Y'軸方向の厚さtを0.0847
mmとし、Z'軸方向の幅Wをパラメータとした場合の厚み
すべり振動の共振周波数(実線)を有限要素法でシミュ
レーションにより求めた図である。比較のため、側面が
Y'軸と平行な場合、即ち傾斜角が0°の計算結果も破線
で重ね書きしてある。3次の幅すべり振動モードとの結
合は、傾斜角が0°の基板を用いた場合に比べて小さく
なっていることが判明した。
【0012】図4は短冊状基板の側面の傾斜を3°と
し、長さLを2mm、厚さtを0.0847mm、幅Wをパラメータと
して434μm〜532μmと変化させた場合の周波数温度特性
であり、側面の傾斜角が0°の場合に比べて改善されて
いることが分かる。
【0013】本発明は以上説明したように、基板側面を
機械的に加工して傾斜角を形成することなく、短冊状の
水晶基板をエッチング加工で形成する際に、オーバーエ
ッチングを施すだけで形成できるため、傾斜角形成の工
数が不要であるばかりでなく傾斜角が常に一定に形成さ
れ、該水晶基板を用いて水晶振動子を構成すると、幅W
の寸法にバラツキが生じたとしても周波数及び周波数温
度特性のバラツキを抑圧することができるという特徴が
ある。尚、上記実施例において、側面の傾斜が3°のも
のを例示したが、加工誤差等を考慮すれば、本発明にお
いて3°とは3°±30’程度の範囲を含むものであるこ
とは云うまでもない。
【0014】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、短冊形ATカット基板の側面の傾斜角が約3°と
なり、該基板を用いて水晶振動子を構成すると幅すべり
振動モードと厚みすべり振動モードとの結合が、傾斜角
0°の場合に比べて小さくなり、周波数温度特性が大幅
に改善できるという優れた効果を奏す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る短冊形水晶振動子の構成を示す斜
視図である。
【図2】(a)〜(e)はATカット基板(ウエハー)
をエッチングするとき、側面がどのように形成されるか
を示した図である。
【図3】基板側面を3°傾斜させた場合、厚みすべり振
動モードの周波数が、厚みすべり振動モードと幅すべり
振動モードとの結合によりどのように影響を受けるかを
幅Wをパラメータとして示した図である。
【図4】基板側面を3°傾斜させた場合の水晶振動子の
周波数温度特性を示した図である。
【図5】従来の側面の傾斜角が0°の短冊形水晶振動子
の構成を示す斜視図である。
【図6】(a)、(b)はそれぞれ側面の傾斜角が0°
の短冊形水晶振動子の幅寸法Wと周波数及び周波数温度
特性との関係を示す図である。
【図7】側面の傾斜角が5°の短冊形水晶振動子の構成
を示す斜視図である。
【図8】傾斜角αにより厚みすべり振動モードftと幅す
べり振動モードfWとの結合の様子を示す図である。
【符号の説明】
1・・圧電基板 2a,2b・・電極 3a、3b・・リード電極 L・・X軸方向の長さ W・・Z’軸方向の幅 t・・Y’軸方向の厚さ 10・・ウエハー 11・・金属マスク 12・・エッチング面

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X軸方向を長辺、Z’軸方向を短辺とす
    るATカット水晶を用いた短冊形水晶振動子であって、
    長辺側の側面と主表面の法線とのなす角度を3度とした
    ことを特徴とする水晶振動子。
  2. 【請求項2】 X軸方向を長辺、Z’軸方向を短辺とす
    るATカット水晶を用いた短冊形水晶振動子であって、
    少なくとも長辺側の側面がエッチング加工におけるオー
    バーエッチングにより得られた平面であることを特徴と
    する水晶振動子。
  3. 【請求項3】 X軸方向を長辺、Z’軸方向を短辺とす
    るATカット水晶を用いた短冊形水晶振動子であって、
    少なくとも長辺側の側面がエッチング加工によりオーバ
    ーエッチングされていると共に、長辺側の側面と主表面
    の法線とのなす角度を3度としたことを特徴とする水晶
    振動子。
JP17765399A 1999-06-24 1999-06-24 水晶振動子 Pending JP2001007677A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17765399A JP2001007677A (ja) 1999-06-24 1999-06-24 水晶振動子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17765399A JP2001007677A (ja) 1999-06-24 1999-06-24 水晶振動子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001007677A true JP2001007677A (ja) 2001-01-12

Family

ID=16034759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17765399A Pending JP2001007677A (ja) 1999-06-24 1999-06-24 水晶振動子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001007677A (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020067386A (ko) * 2001-02-16 2002-08-22 엘지전선 주식회사 온도 보상형 수정 발진기용 수정진동자의 베이스 전극형성 방법
JP2007097042A (ja) * 2005-09-30 2007-04-12 Kyocera Kinseki Corp 水晶振動板
JP2008113234A (ja) * 2006-10-30 2008-05-15 Kyocera Kinseki Corp 水晶発振器
US7608987B2 (en) 2006-08-09 2009-10-27 Epson Toyocom Corporation AT cut quartz crystal resonator element and method for manufacturing the same
JP2011193175A (ja) * 2010-03-12 2011-09-29 Seiko Instruments Inc 水晶振動板及びその製造方法
JP2012074859A (ja) * 2010-09-28 2012-04-12 Kyocera Kinseki Corp 水晶振動片の製造方法
JP2014049948A (ja) * 2012-08-31 2014-03-17 Kyocera Crystal Device Corp 水晶ウェハ及び水晶片の製造方法
US11038485B2 (en) 2015-10-08 2021-06-15 Murata Manufacturing Co., Ltd. Crystal vibration element, and crystal vibrator equipped with crystal vibration element

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020067386A (ko) * 2001-02-16 2002-08-22 엘지전선 주식회사 온도 보상형 수정 발진기용 수정진동자의 베이스 전극형성 방법
JP2007097042A (ja) * 2005-09-30 2007-04-12 Kyocera Kinseki Corp 水晶振動板
US8084926B2 (en) 2006-08-09 2011-12-27 Seiko Epson Corporation At cut quartz crystal resonator element and method for manufacturing the same
US7608987B2 (en) 2006-08-09 2009-10-27 Epson Toyocom Corporation AT cut quartz crystal resonator element and method for manufacturing the same
EP1887690A3 (en) * 2006-08-09 2010-05-05 Epson Toyocom Corporation At cut quartz crystal resonator element and method for manufacturing the same
US7861389B2 (en) 2006-08-09 2011-01-04 Epson Toyocom Corporation AT cut quartz crystal resonator element and method for manufacturing the same
EP2372908A1 (en) 2006-08-09 2011-10-05 Epson Toyocom Corporation At cut quartz crystal resonator element
JP2008113234A (ja) * 2006-10-30 2008-05-15 Kyocera Kinseki Corp 水晶発振器
JP2011193175A (ja) * 2010-03-12 2011-09-29 Seiko Instruments Inc 水晶振動板及びその製造方法
JP2012074859A (ja) * 2010-09-28 2012-04-12 Kyocera Kinseki Corp 水晶振動片の製造方法
JP2014049948A (ja) * 2012-08-31 2014-03-17 Kyocera Crystal Device Corp 水晶ウェハ及び水晶片の製造方法
US11038485B2 (en) 2015-10-08 2021-06-15 Murata Manufacturing Co., Ltd. Crystal vibration element, and crystal vibrator equipped with crystal vibration element
US11075615B2 (en) 2015-10-08 2021-07-27 Murata Manufacturing Co., Ltd. Crystal vibration element, and crystal vibrator equipped with crystal vibration element
US11139796B2 (en) 2015-10-08 2021-10-05 Murata Manufacturing Co., Ltd. Crystal vibration element, and crystal vibrator equipped with crystal vibration element
US11277115B2 (en) 2015-10-08 2022-03-15 Murata Manufacturing Co., Ltd. Crystal vibration element, and crystal vibrator equipped with crystal vibration element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8415858B2 (en) Piezoelectric vibrating pieces and devices, and methods for manufacturing same
US7423363B2 (en) Piezoelectric vibrating element and piezoelectric vibrator
EP2456069A1 (en) Piezoelectric resonator element and piezoelectric resonator
JP2001244778A (ja) 高周波圧電振動子
JP4665282B2 (ja) Atカット水晶振動子
US20050127781A1 (en) Surface acoustic wave element, method of manufacturing the same and surface acoustic wave device
JP2002100959A (ja) 弾性表面波デバイス
JP2001007677A (ja) 水晶振動子
US6492759B1 (en) Piezoelectric resonator and a filter
JP2006186623A (ja) 弾性表面波素子、その製造方法、及び弾性表面波デバイス
JP2006074136A (ja) 弾性表面波素子片および弾性表面波装置
JP3470691B2 (ja) 圧電共振子および圧電フィルタ
US20070024158A1 (en) Integrated resonators and time base incorporating said resonators
JP2009071640A (ja) 圧電振動素板のベベル加工方法、圧電振動片、及び圧電振動子
JP2000040938A (ja) 超高周波圧電デバイス
JPS6357967B2 (ja)
JP2003318697A (ja) Atカット水晶振動子
JP3176642B2 (ja) Ktカット水晶振動子
JPH1051262A (ja) 圧電振動子とその製造方法
JP3258078B2 (ja) 水晶振動子
JPH05243889A (ja) 厚みすべり圧電振動素子
JP3258070B2 (ja) 水晶振動子
JPH0993076A (ja) 厚味モード圧電振動子
JP2003023339A (ja) 水晶振動子
JP3135297B2 (ja) Ktカット水晶振動子

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060517

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20060517

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090406

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20090414

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090609

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Effective date: 20090609

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20090707

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091006