JP2004056601A

JP2004056601A - 圧電振動子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004056601A
Application number: JP2002213185A
Authority: JP
Inventors: Koichi Iwata; 岩田　浩一
Original assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Current assignee: Toyo Communication Equipment Co Ltd
Priority date: 2002-07-22
Filing date: 2002-07-22
Publication date: 2004-02-19
Also published as: US20040130241A1; US7012353B2; US7038359B2; US20050134151A1

Abstract

【課題】振動子の諸定数を精度良く測定できるようにした高周波圧電振動子の製造方法。
【解決手段】ＡＴカット水晶基板の中央部に凹陥部を形成すると共に該凹陥部を中心として左右に所定の距離をおいてそれぞれ２条の溝と、該２条の溝の両外側にそれぞれ所定の距離をおいて２条の溝を形成し、前記凹陥部を挟んで上下に前記溝と直交する２条の溝を形成する。そして、この水晶基板のほぼ中央に一対の主電極と、該主電極を包囲する一対の副電極を設け、該副電極を短絡接地し、前記主電極の一方と前記副電極とを入力とし、前記主電極の他方と前記副電極とを出力とした２端子対で周波数を測定し、調整するようにした高周波圧電振動子の製造方法。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電振動子に関し、特に高周波圧電振動子の周波数及び諸定数の測定精度を向上するように改善した基本波圧電振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電振動子は小型、軽量であると共にその周波数安定度、経年変化等が他の電子部品に比べて優れていることから、電子回路に多く用いられている。圧電振動子の中で、特にＶＨＦ、ＵＨＦ帯に用いられる圧電振動子として、水晶基板の一部を凹陥させ、その凹陥部を振動体として利用した高周波水晶振動子が実用に供されている。
図３（ａ）は従来の高周波水晶振動子３０の構成を示す平面図、同図（ｂ）はＱ−Ｑにおける断面図である。フォトリソグラフィ技法とエッチング手法とを用いて、ＡＴカット水晶基板３１の一方の主面の中央部に凹陥部３２を形成して、該凹陥部３２を振動体とすると共に、該水晶基板３１の平坦側に電極３３ａを形成し、該電極３３ａからリード電極３４ａを水晶基板３１の端部まで延在し、パッド電極３５ａと接続する。そして、凹陥部３２側に電極３３ａと対向して電極３３ｂを形成し、該電極３３ｂから水晶基板３１の端部に向けてリード電極３４ｂを延在し、パッド電極３５ｂと接続して、高周波水晶振動子を完成する。なお、高周波水晶振動子の共振周波数は凹陥部３２の厚さに逆比例し、凹陥部３２の平行度、平面度は高周波水晶振動子の諸特性、例えば振動子のＱ値、共振周波数近傍のスプリアス等に大きく影響することも知られている。
また、高周波水晶振動子を電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）に用いる場合には、周波数可変範囲を広くするために基本波モードで駆動すると共に、水晶振動子の容量比を劣化させないことが望ましい。
【０００３】
図４は、図３に示した高周波水晶振動子の共振周波数近傍に生じるスプリアスを抑圧すべく改善された高周波水晶振動子３０’であって、一対の主電極３３ａ、３３ｂを包囲するように間隙を置いて一対の副電極３６ａ、３６ｂを形成した振動子である。副電極３６ａ、３６ｂは互いに短絡し、接地して用いる場合もあり、接地することで副電極３６ａ、３６ｂによる入出力端子間のシールド効果を奏する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高周波振動子においては主電極から延びる一対のリード電極を介していわゆるπ回路測定法にて諸定数を測定するので、浮遊容量等の影響を受けやすく、周波数が高くなるほど諸定数の測定精度を確保することは極めて難しいという問題があった。例えばＩＥＣ規格のπ回路測定法には１２５ＭＨｚが上限であると明示されており、これより高い周波数のものについては正確に周波数を測定できなかった。
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、高周波水晶振動子、例えば６００ＭＨｚの水晶振動子の共振周波数を精度よく測定できるようにした圧電振動子を提供することを目的とする。
【０００５】
【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圧電振動子およびその製造方法の請求項１記載の発明は、ＡＴカット水晶基板と、そのほぼ中央に配置した一対の電極と、該主電極を包囲する形状であり且つ電気的に短絡した一対の副電極とを備えた水晶振動子の製造方法であって、前記副電極を接地すると共に、主電極の一方と副電極とを入力端子とし、主電極の他方と副電極とを出力とした構成の２端子対回路について周波数を測定する工程と、測定した周波数と所望の周波数との間に差違がある場合に周波数調整を施す工程と、を含むことを特徴とする水晶振動子の製造方法である。
請求項２記載の発明は、一方の主面に凹陥部を有するＡＴカット水晶基板と、前記凹陥部のほぼ中央に配置した一対の主電極と、該主電極を包囲する形状であり電気的に短絡した一対の副電極とを備えた水晶振動子の製造方法であって、
ＡＴカット水晶基板の一方の主面に、凹陥部と、該凹陥部の右側及び左側に配置した第１及び第２の溝と、前記第１及び第２の溝の両外側に配置した第３及び第４の溝と、前記凹陥部の上側及び下側に第５及び第６の溝をそれぞれ形成し、前記副電極を接地すると共に、前記第１及び第３の溝の間に相当する位置に配置した２つのパッド電極と一方の主電極及び副電極をそれぞれ接続して入力端子とし、前記第２及び第４の溝の間に相当する位置に配置した２つのパッド電極と他方の主電極及び副電極をそれぞれ接続して出力端子とした構成の２端子対回路について周波数を測定し、測定した周波数と所望の周波数との間に差違がある場合には周波数調整を施すことを特徴とする水晶振動子の製造方法である。
請求項３記載の発明は、前記第１、第２、第５及び第６の溝に沿って分割することにより個片の水晶振動子を得ることを特徴とする請求項２に記載の水晶振動子の製造方法である。
【０００６】
【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（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明に係る高周波水晶振動子１の構成を示す図であって、同図（ａ）はＡＴカット水晶ウエハ２上に高周波水晶振動子１をマトリクス状に多数形成した平面図、同図（ｂ）は水晶ウエハ２から個片に切り分けた高周波水晶振動子１βの平面図（表面図）、同図（ｃ）はその裏面図、同図（ｄ）はＱ−Ｑにおける断面図である。
水晶ウエハ２上に本発明の高周波水晶振動子１をマトリクス状に形成するが、説明を簡単にするために、最小単位である１個の高周波水晶振動子１について説明する。はじめに、フォトリソグラフィ技法とエッチング手法とを用いて、所定の厚さのＡＴカット水晶ウエハ２の一方の面のほぼ中央部に凹陥部３を形成すると共に該凹陥部３を中心として図中左右に所定の距離をおいてそれぞれ第１及び第２の溝４ａ、４ｂと、該第１及び第２の溝４ａ、４ｂの図中両外側にそれぞれ所定の距離をおいて第３及び第４の溝４ｃ、４ｄを形成する。そして、凹陥部３を中心として図中上下に第１及び第２の溝４ａ、４ｂとはぼ直交する第５及び第６の溝４ｅ、４ｆを形成して高周波水晶振動子１用の水晶基板２’を形成する。即ち、水晶基板２’は、図１（ａ）に示すようにα、β、γの部分より構成され、α、β、γの両側および上下にはそれぞれ切断用の溝４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆがエッチングにより形成されている。そして、β（水晶基板２’βと称す）の裏面中央部分にはエッチング手法により凹陥部３が形成されている。
【０００７】
上述のように形成した水晶基板２’βの平坦側に電極５ａを、凹陥部側に電極５ａと対向して５ｂを付着すると共に、該電極５ａ、５ｂから水晶基板２’βの端部に向けてリード電極６ａ、６ｂを延在する。さらに、リード電極６ａは水晶基板２’γの端部を延在し、測定用のパッド電極７と接続する。一方、裏面のリード電極６ｂは基板２’βの端部に設けた端部電極６ｂ’と、該電極６ｂ’に対向する表面の端部電極６ｂ’’とに設けた貫通孔ｈ１に施された金属膜にて導通され、水晶基板２’βの表面を延在し、隣接する水晶基板２’αの表面を延在し、端部に形成された測定用パッド電極８と接続する。
さらに、励振用電極５ａ、５ｂを包囲するように間隙を置いて一対の副電極９ａ、９ｂを対向して形成し、副電極９ａの図中左右の端から水晶基板２’βの端部に向けてリード電極リード１０ａ、１０ｂを延在する。さらに、リード電極１０ａ、１０ｂは水晶基板２’α、２’γ上をそれぞれ延在し、測定用のパッド電極１０ａ’、１０ｂ’と接続する。さらに、副電極９ａ、９ｂから水晶基板２’βの端部に向けてリード電極リード１０ｃ、１０ｄが延在され、端部に形成された端部電極１０ｃ’、１０ｄ’に接続する。端部電極１０ｃ’、１０ｄ’には貫通孔ｈ２が形成され、該貫通孔ｈ２に施された金属膜により導通されている。
【０００８】
図１（ａ）に示したように大きなウエハ２上に最小単位の高周波水晶振動子１を多数構成し、端子１０ｃ’を接地することにより、パッド電極８、１０ａ’を入力端子、パッド電極７、１０ｂ’を出力端子とし、最小単位の水晶振動子１を高周波の測定に適したＳパラメータ法を用いて諸定数を測定することが可能となり、測定精度の向上も図られる。同時に測定用のプローブにて接触するパッド電極８、１０ａ’及び７、１０ｂ’を振動部が形成されている水晶基板２’βより離すと共に、溝４ａ、４ｂにて隔てられているために、プローブの接触による応力は緩和され、振動部への影響は低減されて、測定時の応力歪みによる周波数変化は極めて小さく抑えられる。なお、入力用パッド電極８、１０ａ’と、出力用パッド電極７、１０ｂ’が対角に形成したのはＳパラメータ用のプローブに対応させたためである。
諸定数を測定し、必要な場合には周波数調整を施した後、水晶基板２’α、２’γのそれぞれの両端の溝４ａ〜４ｄ及び水晶基板２’βの上下の溝４ｅ、４ｆにて切り離し、個片の高周波振動子１βを得ることができる。この高周波水晶振動子１βをセラミックパッケージの凹陥底部に収容し、副電極の端子１０ｃ’を接地端子に接続した上で、金属蓋にて気密封止することにより高周波水晶振動子を完成する。
【０００９】
本実施例の高周波水晶振動子では副電極９ａ、９ｂが接地されているため、パッケージの接地電極と同電位となるために浮遊容量を最小限にした振動子が得られる。このようにして構成された高周波水晶振動子、例えば６００ＭＨｚの振動子を用いてＶＣＸＯを作れば周波数可変範囲が広がり、周波数安定度も向上する。
【００１０】
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は高周波水晶振動子１１の他の実施例であって、同図（ａ）はフォトリソグラフィ技法とエッチング手法を用いて、ＡＴカット水晶ウエハ１２上に高周波水晶振動子１１をマトリクス状に多数形成した平面図、同図（ｂ）はウエハ１２から個片に分離した高周波振動子１１の平面図（表面図）、同図（ｃ）はその裏面の平面図、同図（ｄ）はＱ−Ｑにおける断面図である。フォトリソグラフィ技法とエッチング手法とを用いて、凹陥部３と該凹陥部３の周辺を取り囲む切断用の溝４とを、所定の厚さのＡＴカット水晶ウエハ２上にマトリクス状に多数形成する。説明を簡単にするために、ＡＴカット水晶ウエハ１２上の１個の高周波水晶振動子１１について説明する。ウエハ１２上に形成された個片の水晶基板１２’の裏面には中央部に凹陥部３が形成されていると共に、その周辺には個片に切断するための溝４が形成されている。水晶基板１２’の平坦側の中央には励振用の電極１５ａが形成されると共に、該電極１５ａから水晶基板１２’の端部に向けてリード電極１６ａが形成され、パッド電極１６ａ’に接続されている。そして、裏面の凹陥側には電極１５ａと対向して電極１５ｂが形成されると共に、該電極１５ｂから水晶基板１２’の端部に向けてリード電極１６ｂが形成され、裏面の端部に設けられたパッド電極１６ｂ’に接続する。該端部電極１６ｂ’と対向して表面側にはパッド電極１６ｂ’’を形成し、これら２つの電極１６ｂ’、１６ｂ’’には貫通孔ｈ１を介して導通が図られている。
【００１１】
さらに、主電極１５ａ、１５ｂを包囲するように一対の副電極１７ａ、１７ｂが対向して形成すると共に、該副電極１７ａ、１７ｂからは水晶基板１２’の端部に向けてそれぞれリード電極１８ａ、１８ｂを延在し、端部に形成された端部電極１８ａ’、１８ｂ’と接続する。電極１８ａ’、１８ｂ’には貫通孔ｈ２が形成され、金属膜等により導通している。そして、表面に形成されたリード電極１８ａの中間にはパッド電極１９が設けられ、パッド電極１６ｂ’’と１９とを結ぶ線とＸ軸のなす角度、およびパッド電極１６ａ’と１９とを結ぶ線とＸ軸のなす角度はほぼ６０度に設定されている。また、上記の角度は１２０度に設定してもよい。これは高周波水晶振動子１１の諸定数を測定するために、測定器のプローブをパッド電極１６ａ’、１６ｂ’’、１９に接触させる際に生じる応力による周波数変化を少なくするために、応力−周波数感度が最小である角度に設定したためである。また、この高周波水晶振動子１１をセラミックパッケージの収容して保持する際に上記パッド電極１６ｂ’’、１６ａ’にて保持することにより、保持応力による周波数変化を最小にすることができる。
また、副電極を接地したことにより浮遊容量による容量比の劣化を防ぐと共に、スプリアスの抑圧にも効果がある。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成したので、請求項１に記載の発明は高周波水晶振動子の諸定数を精度よく測定できるという優れた効果を表す。請求項２に記載の発明は浮遊容量を小さくできるために、容量比を小さく維持できるので高周波電圧制御型水晶発振器に適した水晶振動子が得られるという優れた効果を表す。請求項３に記載の発明は保持の影響を極力少なくした周波数安定度の高い水晶振動子が得られると共に、容量比の劣化を防止するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例であって、（ａ）はＡＴカット水晶基板上にマトリクス状に多数形成された高周波水晶振動子の平面図、（ｂ）は個片に分離した高周波水晶振動子の平面図（表面）、（ｃ）はその裏面図、（ｄ）は断面図である。
【図２】第２の実施例であって、（ａ）はＡＴカット水晶基板上にマトリクス状に多数形成された高周波水晶振動子の平面図、（ｂ）は個片に分離した高周波水晶振動子の平面図（表面）、（ｃ）はその裏面図、（ｄ）は断面図である。
【図３】従来の高周波水晶振動子の（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図４】他の従来例の高周波水晶振動子の（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
１、１１・・高周波水晶振動子
２、１２・・ＡＴカット水晶基板（ウエハ）
２’α、２’β、２’γ・・水晶基板
３・・凹陥部
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ・・溝
５ａ、５ｂ、１５ａ、１５ｂ・・主電極
６ａ、６ｂ、１０ａ、１０ｂ、１８ａ、１８ｂ・・リード電極
６ｂ’、１０ｃ’、１０ｄ’、１６ｂ’、１８ａ’、１８ｂ’・・端部電極
７、８、１６ａ’、１６ｂ’’、１９・・パッド電極
９ａ、９ｂ、１７ａ、１７ｂ・・副電極

Claims

ＡＴカット水晶基板と、そのほぼ中央に配置した一対の電極と、該主電極を包囲する形状であり且つ電気的に短絡した一対の副電極とを備えた水晶振動子の製造方法であって、
前記副電極を接地すると共に、主電極の一方と副電極とを入力端子とし、主電極の他方と副電極とを出力端子とした構成の２端子対回路について周波数を測定する工程と、
測定した周波数と所望の周波数との間に差違がある場合に周波数調整を施す工程と、
を含むことを特徴とする水晶振動子の製造方法。
一方の主面に凹陥部を有するＡＴカット水晶基板と、前記凹陥部のほぼ中央に配置した一対の主電極と、該主電極を包囲する形状であり電気的に短絡した一対の副電極とを備えた水晶振動子の製造方法であって、
ＡＴカット水晶基板の一方の主面に、凹陥部と、該凹陥部の右側及び左側に配置した第１及び第２の溝と、前記第１及び第２の溝の両外側に配置した第３及び第４の溝と、前記凹陥部の上側及び下側に第５及び第６の溝をそれぞれ形成し、
前記副電極を接地すると共に、
前記第１及び第３の溝の間に相当する位置に配置した２つのパッド電極と一方の主電極及び副電極をそれぞれ接続して入力端子とし、前記第２及び第４の溝の間に相当する位置に配置した２つのパッド電極と他方の主電極及び副電極をそれぞれ接続して出力端子とした構成の２端子対回路について周波数を測定し、測定した周波数と所望の周波数との間に差違がある場合には周波数調整を施すことを特徴とする水晶振動子の製造方法。
前記第１、第２、第５及び第６の溝に沿って分割することにより個片の水晶振動子を得ることを特徴とする請求項２に記載の水晶振動子の製造方法。