JP6021495B2 - Crystal oscillator - Google Patents
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Description
本発明は、電子機器に用いられる水晶振動素子に関する。 The present invention relates to a crystal resonator element used in electronic equipment.
従来より、電子機器には圧電デバイスが用いられている。この圧電デバイスは、例えば、水晶振動子や水晶発振器などが含まれる。
これら水晶振動子や水晶発振器は、内部に気密封止されたＡＴカットの水晶板に励振電極が設けられた水晶振動素子が用いられている。
この水晶振動素子は、例えば、四角形状で平板状に形成された水晶板が用いられている。この水晶板は、両主面に凸部が設けられ、その凸部の表面に励振電極が設けられている。
この励振電極は、水晶板の両主面に設けられ、水晶板を挟んで対向させて設けられる。
ここで、一般的な水晶振動素子は、水晶板の主面の平面中心と、凸部の平面中心と、対向する励振電極の平面中心とが同一直線上に位置し、かつ、その直線が、水晶の結晶軸と並行となるように設計される。
なお、励振電極は、例えば、水晶板を保持具に整列させて、励振電極のパターンが設けられたメタルマスクで固定して、金属材料を水晶板に付着させることで形成することができる。
また、例えば、励振電極は、水晶板にフォトレジストを設けて励振電極のパターンとなるようにフォトレジストを感光させて不要部分を除去し、金属材料を付着させた後にウェットエッチングでフォトレジストを除去することにより形成することができる。
Conventionally, piezoelectric devices have been used in electronic equipment. This piezoelectric device includes, for example, a crystal resonator and a crystal oscillator.
These crystal resonators and crystal oscillators use a crystal resonator element in which an excitation electrode is provided on an AT-cut crystal plate hermetically sealed inside.
For example, a quartz plate formed in a square shape and a flat plate shape is used as the quartz crystal resonator element. This quartz plate is provided with convex portions on both main surfaces, and excitation electrodes are provided on the surfaces of the convex portions.
The excitation electrodes are provided on both main surfaces of the quartz plate and are opposed to each other with the quartz plate interposed therebetween.
Here, in the general crystal resonator element, the plane center of the main surface of the crystal plate, the plane center of the convex portion, and the plane center of the opposing excitation electrode are located on the same straight line, and the straight line is It is designed to be parallel to the crystal axis of quartz.
The excitation electrode can be formed, for example, by aligning a quartz plate with a holder, fixing it with a metal mask provided with a pattern of excitation electrodes, and attaching a metal material to the quartz plate.
For example, for the excitation electrode, a photoresist is provided on the quartz plate to expose the photoresist so that it becomes the pattern of the excitation electrode, and unnecessary portions are removed. After the metal material is attached, the photoresist is removed by wet etching. Can be formed.
しかしながら、従来の水晶振動素子は、励振電極の形成の際に、位置ずれを起こす場合があった。そのため、励振電極が対向しない部分が生じて水晶板内で生じる電界を起こす領域が小さくなってしまい、図３及び図４に示すように、必要なＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）が得られないという課題があった。
また、励振電極が、水晶板の中心からズレてしまう場合があり、振動漏れが生じる恐れもあった。
However, the conventional crystal resonator element may cause a positional shift when the excitation electrode is formed. For this reason, a portion where the excitation electrodes do not face each other is generated, and a region where an electric field is generated in the quartz plate is reduced, and a necessary CI value (crystal impedance value) cannot be obtained as shown in FIGS. There was a problem.
In addition, the excitation electrode may be displaced from the center of the quartz plate, and vibration leakage may occur.
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、ＣＩ値が高くなる現象を軽減し、振動漏れの発生を軽減する水晶振動素子を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a crystal resonator element that solves the above-described problems, reduces the phenomenon of increasing the CI value, and reduces the occurrence of vibration leakage.
前記課題を解決するため、本発明は水晶振動素子であって、平面積が他の面と比べて大きな２つの面を主面としたとき、平面視の主面形状が矩形であり、結晶軸のＸ軸方向に沿った辺を長辺とし、結晶軸のＺ′軸方向に沿った辺を短辺としてなる平板状の水晶板と、水晶板の両主面に設けられる平面視形状が楕円の励振電極とを備え、水晶板の一方の主面の励振電極が設けられる位置、又は両方の主面の励振電極が設けられる位置には凸部が設けられており、凸部の平面形状は楕円であり、凸部の平面中心と水晶板の平面中心は同一であり、凸部の平面の楕円短径側の縁が水晶板の平行する２つの長辺に接しており、凸部の平面中心に対して、励振電極の平面中心が、１５μｍ以下の範囲で水晶板の２つの長辺のどちらか側にズレて位置していることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a crystal resonator element, and when two main surfaces having a larger plane area than the other surfaces are main surfaces, the main surface shape in plan view is rectangular, and the crystal axis A flat crystal plate having a long side along the X-axis direction and a short side along the Z′-axis direction of the crystal axis, and a planar shape provided on both main surfaces of the crystal plate are elliptical and a excitation electrodes, while the position of the excitation electrodes are provided on the main surface of the quartz plate, or in a position excitation electrodes of both main surfaces are provided and the convex portion is provided, the planar shape of the convex portion It is an ellipse, the plane center of the convex part and the plane center of the quartz plate are the same, the edge of the plane of the convex part on the ellipse minor axis side is in contact with two parallel long sides of the quartz plate, and the plane of the convex part with respect to the center, the planar center of the excitation electrodes, positioned offset on either side of the two long sides of the quartz plate in the range of 15μm And wherein the Rukoto.
このような水晶振動素子によれば、凸部の平面中心に対して、励振電極の平面中心を１５μｍ以下の範囲で前記水晶片の長辺側にズレて位置させたことによりＣＩ値が高くなることが軽減され、ＣＩ値を所定の温度範囲で安定した値とすることができた。 According to such a crystal resonator element, the CI value is increased by shifting the plane center of the excitation electrode to the long side of the crystal piece within a range of 15 μm or less with respect to the plane center of the convex portion. As a result, the CI value could be stabilized within a predetermined temperature range.
次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。ここで、平面積が他の面と比べて大きな２つの面を主面とする。 Next, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. Note that each component is exaggerated for easy understanding of the state. Here, two surfaces having a larger plane area than the other surfaces are defined as main surfaces.
本発明の実施形態に係る水晶振動素子は、図１（ａ）に示すように、水晶板１と励振電極３とから主に構成されている。
水晶板１は、例えば、ＡＴカットの水晶片で平板状に形成されており、一方の主面に凸部２が設けられている。
この凸部２は、平面形状が例えば、楕円形状となっており、楕円の短径側の縁が水晶板１の平行する２つの長辺に接した状態となっている。
また、凸部２は、その平面中心が水晶板１の平面中心Ｃ１と一致した状態で形成されている。
A crystal resonator element according to an embodiment of the present invention is mainly composed of a crystal plate 1 and an
The quartz plate 1 is, for example, formed in a flat plate shape with an AT-cut quartz piece, and a
The
Further, the
この水晶板１の両主面に後述する励振電極３が対向して設けられ、凸部２の平面中心を基準にして、水晶片１の一方の長辺側にズレて位置させて設けられている。
ここで、水晶板１の一方の主面の励振電極３が設けられる位置に凸部２が設けられる。
つまり、水晶板１の一方の主面に楕円形状の凸部２が設けられ、他方の主面が平面状態となって形成されている。この楕円形状の凸部２の平面内に励振電極３が形成される。
Here, the
That is, an
励振電極３は、前記のとおり、水晶板１の凸部２の平面に形成されている。
この励振電極３は、その平面中心Ｃ２が、凸部２の平面中心Ｃ１に対して、水晶片１の長辺側に１５μｍ以下の範囲内にズレた位置に設けられている。
言い換えると、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、励振電極３は、凸部２の平面中心を起点として、水晶片１の短辺と並行する軸方向とその反対方向のどちらかに１５μｍ以下の範囲内に位置して設けられている。
また、励振電極３は、水晶板１の他方の主面にも設けられており、凸部２に設けられた励振電極３と対向した状態となっている。
As described above, the
The
In other words, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the
Further, the
このような水晶振動素子は、以下のようにして概略、形成される。
ＡＴカットの水晶ウェハ（図示せず）に耐食膜（図示せず）を設けた上にフォトレジスト（図示せず）を設ける。
凸部２とする部分と形成後に水晶板１を保持する部分（図示せず）以外の部分のフォトレジストを感光させ、感光させた部分を除去する。
露出した耐食膜を除去して水晶ウェハの表面を露出させ、ウェットエッチングにより露出した水晶ウェハに凹み部分を形成する。
凹み部分にフォトレジストを設けて、水晶板（図示せず）となる部分以外の部分を感光させ、感光させた部分を除去する。
Such a crystal resonator element is schematically formed as follows.
An anti-corrosion film (not shown) is provided on an AT-cut quartz wafer (not shown), and a photoresist (not shown) is provided.
Photoresist in portions other than the portion to be the
The exposed corrosion-resistant film is removed to expose the surface of the quartz wafer, and a recessed portion is formed in the quartz wafer exposed by wet etching.
A photoresist is provided in the recessed portion, and a portion other than a portion that becomes a quartz plate (not shown) is exposed, and the exposed portion is removed.
露出した水晶ウェハの表面を厚み方向に貫通するまでウェットエッチングを行う。
フォトレジストと耐食膜を除去して、水晶板１を形成する。
水晶板１が設けられた水晶ウェハに耐食膜を設けてフォトレジストを設ける。
水晶ウェハの一方の主面に設けられる凸部の平面部分とその反対側となる水晶ウェハの他方の主面とに励振電極３を設けるためのパターンをフォトレジストに感光させる。
Wet etching is performed until the surface of the exposed quartz wafer penetrates in the thickness direction.
The quartz plate 1 is formed by removing the photoresist and the corrosion resistant film.
A corrosion resistance film is provided on the quartz wafer on which the quartz plate 1 is provided, and a photoresist is provided.
The photoresist is exposed to a pattern for providing the
フォトレジストを感光させるパターンを例えばメタルマスクやガラスに遮光膜が設けられたマスクに形成して、水晶ウェハと重ねた状態で露光を行い、フォトレジストを感光させる。
このとき、水晶ウェハに設けた水晶板の形状と前記マスクとの重ね合わせにおいて、マスクに設けたパターンの平面形状の中心と凸部の平面中心とを用いる。
A pattern for exposing the photoresist is formed on, for example, a metal mask or a mask provided with a light-shielding film on glass, and exposure is performed in a state of being overlapped with the quartz wafer to expose the photoresist.
At this time, in the superposition of the shape of the quartz plate provided on the quartz wafer and the mask, the center of the planar shape of the pattern provided on the mask and the planar center of the convex portion are used.
ここで、励振電極３は、凸部２の平面中心を起点として、水晶板の短辺と並行する軸方向とその反対方向のどちらかに１５μｍ以下の範囲内にマスクに設けたパターンの平面形状の中心を位置させている。
この状態で露光を行い、フォトレジストを感光させれば、凸部の平面中心を起点として、水晶板１の短辺と並行する軸方向とその反対方向のどちらかに１５μｍ以下の範囲内に励振電極３の形成が可能となる。
例えば、１つ又は複数の水晶板の凸部の平面中心とマスクのパターンの平面中心とを観察して位置合わせを行うのが良い。
なお、この位置合わせは、素子の外形形状の向きと対応させて行われるのは言うまでもない。
Here, the
If exposure is performed in this state and the photoresist is exposed, excitation is performed within a range of 15 μm or less in the axial direction parallel to the short side of the crystal plate 1 or in the opposite direction starting from the plane center of the convex portion. The
For example, the alignment may be performed by observing the plane center of the convex portion of one or a plurality of quartz plates and the plane center of the mask pattern.
Needless to say, this alignment is performed in correspondence with the direction of the outer shape of the element.
この状態で、励振電極３となる所定の金属膜を露出した凸部の表面に設ける。
これにより、本発明の実施形態に係る水晶振動素子を形成することができる。
In this state, a predetermined metal film to be the
Thereby, the crystal resonator element according to the embodiment of the present invention can be formed.
このように本発明の実施形態に係る水晶振動素子を構成したので、凸部２の平面中心に対して、励振電極３の平面中心を１５μｍ以下の範囲内で前記水晶片の長辺側にズレて位置させたことにより、図２及び図３に示すように、ＣＩ値が高くなることが軽減され、所定の温度範囲として−４０℃〜１００℃の範囲においてＣＩ値が４０Ω〜６０Ωの範囲内に収まり安定した値とすることができる。
As described above, since the crystal resonator element according to the embodiment of the present invention is configured, the plane center of the
（変形例）
次に本発明の実施形態に係る水晶振動素子の変形例について説明する。
例えば、本発明の実施形態に係る水晶振動素子の変形例は、水晶板の両主面に凸部（図示せず）が設けられて構成されている。
(Modification)
Next, a modified example of the crystal resonator element according to the embodiment of the invention will be described.
For example, a modification of the crystal resonator element according to the embodiment of the invention is configured by providing convex portions (not shown) on both main surfaces of the crystal plate.
励振電極は、この水晶板の両方の主面の前記励振電極が設けられる位置に凸部が設けられている。
つまり、水晶板の両主面に設けられた凸部の平面上に励振電極がそれぞれ設けられている。
この励振電極は、凸部の平面中心を起点として、短辺と並行する軸方向とその反対方向のどちらかに１５μｍ以下の範囲内に位置して設けられ、それぞれ対向している。
このように構成しても本発明の実施形態に係る水晶振動素子と同様の効果を奏する。
The excitation electrode is provided with a convex portion at a position where the excitation electrode is provided on both main surfaces of the quartz plate.
That is, the excitation electrodes are respectively provided on the flat surfaces of the convex portions provided on both main surfaces of the crystal plate.
The excitation electrode is provided in the axial direction parallel to the short side and the opposite direction from the center of the plane of the convex portion, and is provided in a range of 15 μm or less, and is opposed to each other.
Even if comprised in this way, there exists an effect similar to the crystal oscillation element which concerns on embodiment of this invention.
１ 水晶板
２ 凸部
３ 励振電極
1
Claims (1)
平面視の主面形状が矩形であり、結晶軸のＸ軸方向に沿った辺を長辺とし、結晶軸のＺ′軸方向に沿った辺を短辺としてなる平板状の水晶板と、
前記水晶板の両主面に設けられる平面視形状が楕円の励振電極とを備え、
前記水晶板の一方の主面の前記励振電極が設けられる位置、又は両方の主面の前記励振電極が設けられる位置には凸部が設けられており、
前記凸部の平面形状は楕円であり、
前記凸部の平面中心と前記水晶板の平面中心は同一であり、
前記凸部の平面の楕円短径側の縁が前記水晶板の平行する２つの長辺に接しており、
前記凸部の平面中心に対して、前記励振電極の平面中心が、１５μｍ以下の範囲で前記水晶板の２つの長辺のどちらか側にズレて位置している
ことを特徴とする水晶振動素子。 When two planes whose plane area is larger than the other planes are the main planes,
A plate-like crystal plate whose main surface shape in plan view is rectangular, whose side along the X-axis direction of the crystal axis is a long side, and whose side along the Z′-axis direction of the crystal axis is a short side ;
An excitation electrode having an elliptical shape in plan view provided on both main surfaces of the quartz plate ;
The excitation electrode is disposed position of the one main surface of the quartz plate, or in a position both major surfaces the excitation electrode of the provided is a convex portion is provided,
The planar shape of the convex portion is an ellipse,
The planar center of the convex portion and the planar center of the quartz plate are the same,
An edge on the ellipse minor axis side of the plane of the convex part is in contact with two parallel long sides of the quartz plate,
The quartz resonator element, wherein the plane center of the excitation electrode is located on either side of the two long sides of the quartz plate within a range of 15 μm or less with respect to the plane center of the convex portion. .
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