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CN110401429A - 晶体振子及其制造方法 - Google Patents

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CN110401429A
CN110401429A CN201910327438.3A CN201910327438A CN110401429A CN 110401429 A CN110401429 A CN 110401429A CN 201910327438 A CN201910327438 A CN 201910327438A CN 110401429 A CN110401429 A CN 110401429A
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thick
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CN201910327438.3A
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利川兴司
吉田忍
岩田浩一
渡邉彻也
广田和博
手岛芳朗
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Nippon Powell Corp
Original Assignee
Nippon Powell Corp
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Abstract

本发明提供一种晶体振子及其制造方法，具有新的结构，且可谋求晶体阻抗的改善。晶体振子包括AT切割晶体片。所述晶体片的平面形状为长方形状且一部分成为厚壁部。所述晶体片中，当观察在晶体片的短边的中央附近沿长边方向切割的截面时，从一方的短边侧起，依次包括第一端部、凹部、厚壁部及第二端部。凹部是：从厚壁部朝向第一端部的一侧而设置的凹部，凹部的表面以规定角度θa凹陷，然后凸出，而与第一端部连接。从厚壁部的第一端部的一侧的上端至第一端部的前端为止的尺寸L，成为：L＝λ(n/4±0.25)。n为奇数，λ为在所述晶体振子的X轴方向上传播的弯曲振动的波长。

Description

晶体振子及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种使用AT切割晶体片的晶体振子及其制造方法。
背景技术
随着AT切割晶体振子的小型化发展，在利用机械式加工的制造方法中，晶体振子用的晶体片的制造变得困难。因此，已开发出利用光刻(photolithography)技术及湿式蚀刻(wet etching)技术来制造的AT切割晶体片。
例如，在专利文献1中，公开了一种晶体振子，使用了通过所述技术而制造的AT切割晶体片。具体来说，在专利文献1的段落0053及图6(a)与图6(b)中，公开了一种晶体振子，在与晶体的X轴交叉的侧面(X面)中，+X侧的侧面由六个面构成，-X侧的侧面由两个面构成，且使所述晶体振子的一部分为厚壁部(台面(mesa)状)。根据所述晶体振子，可以实现晶体阻抗(crystal impedance，CI)值低，频率温度特性经改善的晶体振子(专利文献1的段落0008)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2014-27505号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
专利文献1的晶体振子具有台面结构，包括：厚壁部、与所述厚壁部两侧连接的倾斜部、以及与这些倾斜部连接的薄壁部。倾斜部有+X侧的倾斜部(专利文献1的图6(b)的结晶面133)及-X侧的倾斜部(所述图6(b)的倾斜面23)两个。
而且，+X侧的倾斜部的倾斜面与厚壁部的主面的法线所成的角度记载为约27°(专利文献1的段落57第4行～第5行)。因此，+X侧的倾斜部朝向薄壁部以约63°的角度倾斜。并且，-X侧的倾斜部的结晶面与厚壁部的主面的法线所成的角度记载为约55°(专利文献1的段落55第2行～第3行)。因此，-X侧的倾斜部朝向薄壁部以约35°的角度倾斜。并且，在专利文献1的情况下，如专利文献1的图8中所记载般，使用形成厚壁部的专用的耐蚀刻性掩模。
针对所述现有技术，期望出现厚壁部与薄壁部的连接部分的其它优选结构。并且，期望出现能够省略形成厚壁部的专用的耐蚀刻性掩模的制作方法。
本申请是鉴于如上所述的方面而成，因此，本申请的目的在于提供一种晶体振子及适合于所述晶体振子的制造的方法，所述晶体振子具有新的台面结构，且可谋求晶体阻抗(CI)的改善。
[解决问题的技术手段]
为了谋求所述目的的达成，根据本申请的晶体振子的发明，是如下的晶体振子，包括：平面形状为长方形状且一部分成为厚壁部的AT切割晶体片，其中，
所述AT切割晶体片中，当观察在所述AT切割晶体片的短边的中央附近沿长边方向切割的截面时，从一方的短边侧起，依次包括第一端部、凹部、厚壁部及第二端部，
所述凹部是：从所述厚壁部朝向第一端部的一侧而设置的凹部，所述凹部的表面以规定角度θa凹陷，然后凸出，而与所述第一端部连接。
并且，根据本申请的晶体振子的制造方法的发明，其中，所述晶体振子包括：平面形状为长方形状且一部分成为厚壁部的AT切割晶体片，所述AT切割晶体片中，当观察在所述AT切割晶体片的短边的中央附近沿长边方向切割的截面时，从一方的短边侧起，依次包括第一端部、凹部、厚壁部及第二端部，所述凹部是：从所述厚壁部朝向第一端部的一侧而设置的凹部，所述凹部的表面以规定角度θa凹陷，然后凸出，而与所述第一端部连接，当制造所述晶体振子时，所述晶体振子的制造方法包括：
准备用于制造多个所述AT切割晶体片的晶体晶片的步骤；
在所述晶体晶片的表面与背面上形成耐湿式蚀刻性掩模的步骤，所述耐湿式蚀刻性掩模用于形成所述AT切割晶体片的外形，且在与所述凹部相对应的区域内的一部分上具有开口，所述开口不贯通所述晶体晶片，但是可以使湿式蚀刻液渗入至能够对所述晶体晶片进行所需量蚀刻的程度；以及
将形成有所述耐湿式蚀刻性掩模的晶体晶片浸渍于湿式蚀刻液中规定时间的步骤。
另外，本申请中所述的晶体振子也包括：一般的晶体振子、与振荡电路一同封装在封装体内而构成晶体振荡器的晶体振子、及带有热敏电阻(thermistor)或PN二极管等各种温度传感器的晶体振子等。
并且，本申请中所述的平面形状为长方形状也包括：长方形的角部变成R状等，无损本发明的目的的范围内的大致长方形状。
[发明的效果]
根据本发明的晶体振子，可获得在厚壁部与第一端部之间具有规定的凹部的晶体振子。由于是凹部，所以，可获得晶体片的厚度从厚壁部朝第一端部一下变薄然后变厚的新的台面结构。可认为这种台面结构与单纯的台面结构相比，可以更好地将振动封入至厚壁部。因此，可认为能够谋求晶体振子的特性改善。
并且，根据本发明的晶体振子的制造方法，通过在晶体片的外形加工用的掩模上设置规定的开口，可以在晶体片的外形加工时同时进行凹部的加工。因此，可以不使用厚壁部形成用的专用的掩模，而形成具有所需要的厚壁部的晶体振子。
附图说明
图1A至图1C是实施方式的晶体振子所具有的AT切割晶体片10的说明图。
图2A及图2B是晶体片10的特别是与Z'轴交叉的侧面的说明图。
图3是表示将晶体片10封装在陶瓷封装体内的状态的俯视图。
图4是比较例的晶体片20的说明图。
图5是由式(1)中的n/4来表示本发明的尺寸L的优选的范围的图。
图6A及图6B是说明将实施例及比较例的各晶体片粘接在容器上的前后的CI变动的差异的图。
图7A至图7C是晶体片10的制作方法例的说明图。
图8A至图8C是接在晶体片10的制作方法例的图7A至图7C之后的说明图。
图9A至图9C是接在晶体片10的制作方法例的图8A至图8C之后的说明图。
图10是另一实施方式的说明图，且为在晶体晶轴的-X侧保持晶体片时的说明图。
图11A至图11C是说明激励用电极的优选的配置位置的图。
图12A及图12B是说明激励用电极的优选的配置位置的模拟结果的图。
图13是说明改变了激励电极的配置位置时的试制品的特性的图。
图14是说明可应用激励电极的优选的配置的晶体片的大小的图。
符号的说明
10：实施方式的晶体片
10a：第一端部
10b：凹部
10c：厚壁部
10d：第二端部
10f：第一面
10g：第二面
10h：第三面
10i：主面
10w：晶体晶片
11：激励用电极
13：引出电极
15：陶瓷封装体
15a：连接垫
17：导电性粘接剂
20：比较例的晶体片
40：耐湿式蚀刻性掩模
40a：开口
50：变形例的晶体片
Cx：晶体片的沿长边方向的中心点
Ce：激励用电极的沿长边方向的中心点
ΔX：偏心量
Lx：晶体片的长边尺寸
Lz：晶体片的短边尺寸
ta：晶体片的厚壁部的厚度
L：尺寸
L1、L2：距离
M：晶体晶片的一部分
N：部分
IB-IB、IC-IC、VIIC-VIIC、VIIIC-VIIIC、IXC-IXC、XIB-XIB：线
X、Y'、Z'：晶体的晶轴
θa：规定角度
θ1、θ2、θ3：角度
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的晶体振子及晶体振子的制造方法的实施方式进行说明。另外，用于说明的各附图只是以能够理解这些发明的程度而概略性地表示。并且，在用于说明的各附图中，对同样的构成成分标注相同的编号来表示，也存在省略其说明的情况。并且，在以下的说明中所述的形状、尺寸、材质等只是本发明的范围内的适宜例。因此，本发明并不只限定于以下的实施方式。
1.晶体振子的说明
1-1.结构
首先，参照图1A至图1C、图2A及图2B，对实施方式的晶体振子所具有的AT切割晶体片10进行说明。另外，图1A是晶体片10的俯视图，图1B是沿图1A中的IB-IB线的晶体片10的截面图，图1C是沿图1A中的IC-IC线的晶体片10的截面图。另外，在图1B中，为了使作为本发明的特征的第一端部10a、凹部10b及第二端部10d易于理解，将这些部分加以放大表示，并且由于图纸的关系，对厚壁部10c省略沿晶体片10的长边方向的区域的一部分来表示。并且，图2A是图1C的放大图，图2B是放大表示图2A中的N部分的图。
并且，图1A中所示的坐标轴X、Y'、Z'分别表示AT切割晶体片10中的晶体的晶轴。另外，关于AT切割晶体片自身的详细情况，例如已记载在文献《晶体装置的解说及应用》日本晶体装置工业会2002年3月第4版第7页等之中，所以此处省略其说明。
本实施方式的晶体片10是平面形状为长方形状，使一部分为厚壁部10c，由规定的方向角的晶体片形成；晶体片10是：其长边与晶体的X轴平行，其短边与晶体的Z'轴平行的AT切割的晶体片。
而且，所述晶体片10中，当观察在晶体片10的短边的中央附近沿长边方向切割的截面(即沿IB-IB线切割的截面)时，从方的短边侧(在图1A至图1C的示例的情况下，从+X侧短边)起，依次包括第一端部10a、凹部10b、厚壁部10c及第二端部10d。
而且，特别是如图1B所示，凹部10b是以下的凹部：从厚壁部10c朝向第一端部10a的一侧而设置，所述凹部的表面以规定角度θa凹陷，然后凸出，而与第一端部10a连接。另外，凹部10b也可以在其区域内，存在些许的凸区域。
此处，角度θa是厚壁部10c的主面与凹部10b的厚壁部10c侧的斜面所成的角度，具体来说是4°～8°，典型的是约6°。所述角度θa显示出稍许偏差，根据本申请的发明人的迄今为止的实验得知，如上所述，角度θa表示6°±2°。
并且，如图1B所示，第一端部10a由四个面构成，形成为朝向+X方向具有凸状的形状的结构，并且，第二端部10d由四个面构成，形成为朝向-X方向具有凸状的形状的结构。另外，也可以存在第二端部10d由五个以上的面，例如五个面或六个面构成的情况。
并且，在所述晶体片10中，当将从厚壁部10c的第一端部10a的一侧的上端至第一端部10a的前端为止的尺寸定义为L(参照图1A、图1B)时，L设为满足下述式(1)的尺寸。
其中，在式(1)中，n为奇数，λ为沿所述晶体振子中的晶体的X轴传播的弯曲振动即多余振动的波长。并且，n理论上可采用如1、3般的小的值，但若考虑实际的晶体片的长边尺寸，则n为比较大的整数，且为二位数以上的奇数，但并不限定于此。并且，弯曲振动的波长是对应于晶体片10的原本的振动频率即厚度剪切振动(thickness shear vibration)的频率而产生的固有的值，例如，当将厚度剪切振动的频率定义为F0时，弯曲振动的波长是由例如下述的式(2)等所求出的值。并且，式(1)妥当的理由在其后的试制结果及模拟结果的说明栏中进行详述。
L＝λ(n/4±0.25)···(1)
λ＝1943/F0－12.8···(2)
通过具有凹部10b，且将所述尺寸L设为由式(1)所求出的尺寸，如后述般，可周期性地获得晶体阻抗(CI)变小的范围。而且，可抑制如后述般，例如，利用导电性粘接剂将晶体片10的第一端部10a固定在所述晶体振子用的容器上的前后的晶体阻抗(CI)的变动。
并且，在所述晶体片10的情况下，与晶体片10的Z'轴交叉的侧面(Z'面)分别特别地如图2B所示，设为：由第一面10f、第二面10g及第三面10h这三个面构成的侧面。而且，第一面10f是与所述晶体片10的主面10i相交的面，而且，是相当于使主面10i以晶体的X轴为旋转轴旋转θ1而成的面的面。
进而，在所述晶体片10中，第一面10f、第二面10g及第三面10h依此顺序相交。而且，第二面10g是相当于使主面10i以晶体的X轴为旋转轴旋转θ2而成的面的面，第三面10h是相当于使主面10i以晶体的X轴为旋转轴旋转θ3而成的面的面。从本申请人的实验得知，这些角度θ1、角度θ2、角度θ3优选如下。θ1＝4°±3.5°，θ2＝-57°±5°，θ3＝-42°±5°，更优选的是θ1＝4°±3°，θ2＝-57°±3°，θ3＝-42°±3°。另外，关于θ1～θ3，已记载于本申请人的日本专利特开2016-197778号公报之中，所以此处省略其说明。
若如上所述由规定的三个面构成与Z'轴交叉的侧面(Z'面)，则可谋求抑制晶体片10的短边方向上的多余振动，从而优选。
并且，所述晶体片10在厚壁部10c的表面与背面上，或者在包含所述厚壁部10c的表面与背面的更宽的规定区域内，包括激励用电极11，进而包括：从所述激励用电极11引出至晶体片10的一个短边侧，具体而言为引出至第一端部10a侧的引出电极13(参照图1A～图1C等)。激励用电极11及引出电极13分别典型的是可包含铬及金的层叠膜。
通过将如所述般形成的晶体片10，如图3所示，例如在众所周知的陶瓷封装体15内，例如利用硅酮系的导电性粘接剂17而粘接固定在引出电极13的位置，进而，利用规定的盖构件(未图示)对所述陶瓷封装体以真空密封或惰性气体环境等的密封状态进行密封，而可以构成实施方式的晶体振子。另外，若对晶体片10的固定位置进行详述，则如图3所示，晶体片10在其第一端部10a侧的晶体片10的短边的两端附近，分别通过导电性粘接剂17而固定在陶瓷封装体15的连接垫15a上。
1-2.模拟结果及试制结果
分别制作多个作为将振荡频率设为规定的频率的试制晶体片10的、将尺寸L变成各种尺寸的多种试制晶体片。而且，使用这些试制晶体片，制作由所述封装结构及密封结构所构成的多种实施例的晶体振子。
并且，作为利用有限单元法(finite element method)的模拟模型，准备作为所述晶体片10的将尺寸L变成各种尺寸的模拟模型，并调查了尺寸L与第一端部10a中的位移量的关系。
并且，作为比较例的晶体片20，制作多个如图4中以与图1B同样的截面图所示，未设置实施例中所设置的凹部10b的结构的晶体片20。而且，使用这些晶体片20来制作由所述封装结构及密封结构所构成的比较例的晶体振子。
以下对所述模拟结果及试制结果进行说明。
图5是在横轴上设为式(1)中的n/4，在左纵轴上设为第一端部10a的前端点处的位移量，在右纵轴上设为已试制的多种晶体振子各自的CI值的平均值，表示相对于n/4的位移量及CI值的关系的图。因此，图5是表示相对于由将波长λ作为规定值来考虑的式(1)所求出的尺寸L的位移量及CI值的关系的图。
其中，所谓位移量，是指：晶体片10的第一端部10a的前端点处的位移量，且为以如下的定义所求出的位移量。即，所谓正的位移量，是指：第一端部10a的前端点已朝晶体片10的Y'轴的正侧移位；所谓负的位移量，是指：第一端部10a的前端点已朝晶体片10的Y'轴的负侧移位。因此，位移量的绝对值越小，越是优选的晶体片。
并且，右纵轴的CI值是利用对所述晶体振子所要求的规格值，来将各水准的晶体振子各自的CI值的平均值标准化所得的值。因此，经标准化的CI值越小于1，越是优选的晶体片。
另外，在图5中表示n为9～19的范围，因此L为2.25～4.75的范围内的研究结果。但是，即便是n为图5中所示的范围外的情况，满足所述式(1)的范围也周期性地出现，可在各个区域中获得本发明的效果。
另外，所述试制及模拟在将晶体片10的X方向的尺寸设为约740μm，将共振频率设为40MHz的条件下进行。当然，这些尺寸或频率为一例，本发明并不限定于这些尺寸或频率。
根据图5可知，在n/4约为2.85～3.5的范围内，位移量以绝对值而言成为0.02以下的极小的范围。并且，关于CI值，也可知在L约为2.85～3.5的范围内，CI值为1以下的值，即满足规格值。此处，当n为13时，n/4为3.25。因此，所谓n/4为2.85～3.5的范围，在以n为13时的n/4＝3.25为基准来考虑的情况下，是指：负0.4～正0.25的范围。可知若为所述范围，则位移量及CI值均表示所期望的值。更优选的是n/4＝3.25±0.25的范围，进而更优选的是使位移量及CI值均变小的n/4＝3.25±0.15的范围，因此可知以n/4＝3.25±0.15的范围为宜。并且，晶体片10的优选的实际的尺寸L如式(1)般，可通过使(n/4±0.25)乘以波长λ来算出。例如，若为所述例，则波长λ约为62μm，因此L的中心值由L＝3.25×62求出，约为200μm。另外，第一端部10a的沿晶体的X轴的尺寸并不限定于此，例如以设为50μm左右为宜。
并且，针对已试制的实施例及比较例的各晶体片，通过一对一来追踪确认粘接在容器上之前的CI值与粘接在容器上之后的CI值，并调查了粘接前后的CI值的变化。图6A、图6B是表示其结果的图，且为在横轴上设为粘接前、粘接后，在纵轴上设为粘接前后的CI值的比来表示的图。图6A表示实施例的晶体片10中的结果，图6B表示比较例的晶体片20中的结果。在任何情况下，样品数均为七个。另外，所谓粘接前的晶体片的CI值，是指：后述的制作方法说明中所示的与晶片中的框架连结的状态的晶体片中的测定值。
根据图6A、图6B，在实施例的晶体片中CI变动比最大也仅为1.5，相对于此，在比较例的晶体片中CI变动比最大超过2，而且，超过1.5的个数也有四个。因此，可知实施例的晶体片10的朝振动部中的能量封入优于比较例。
2.制造方法的说明
其次，参照图7A～图9C，对晶体振子的制造方法的实施方式进行说明。
实施方式的晶体片10可以利用光刻技术及湿式蚀刻技术，从晶体晶片(crystalwafer)中制造多个。因此，在以下的制作方法例的说明中所使用的图的一部分图中，表示了晶体晶片10w的俯视图及将其一部分M加以放大的俯视图。进而，在制作方法例的说明中所使用的图的一部分图中，也同时使用了晶体片10的截面图。所有截面图都表示了相对应的俯视图中的沿VIIC-VIIC线、VIIIC-VIIIC线、IXC-IXC线、XIB-XIB线、或XIC-XIC线的截面。
首先，准备晶体晶片10w(图7A)。AT切割晶体片10的振荡频率为众所周知，大致取决于晶体片10的主面(X-Z'面)部分的厚度，所准备的晶体晶片10w设为比最终的晶体片10的厚度还厚的晶片。
其次，在所述晶体晶片10w的表面与背面两面上，利用众所周知的成膜技术及光刻技术，形成用于形成晶体片的外形的耐湿式蚀刻性掩模40。本实施方式的情况的耐湿式蚀刻性掩模40是设为包括：与晶体片的外形相对应的部分、保持各晶体片的框架部分、及将晶体片与框架部分加以连结的连结部。但是，在本发明中，在与所述凹部10b(参照图1)相对应的一部分区域内，形成了具有开口40a的耐湿式蚀刻性掩模，所述开口40a不贯通晶体晶片10w，但是可以使湿式蚀刻液渗入至可对晶体晶片10w进行所需量蚀刻的程度。具体来说，例如形成了包含铬膜与金膜的层叠膜的耐湿式蚀刻性掩模40，即，形成对规定部分去除所述金属膜而设为开口40a的耐湿式蚀刻性掩模40。
所述开口40a的沿晶体片10的厚度方向的尺寸如上所述，是不贯通晶体晶片10w，但可使湿式蚀刻液渗入至可对晶体晶片10w进行所需量蚀刻的程度的尺寸，典型的是数μm，例如2μm。但是，所述值可以根据晶体晶片10w的厚度、或凹部10b的深度及宽度等而变更。并且，所述开口40a的沿晶体片10的短边方向的尺寸以设为与晶体片的宽度尺寸相同程度的尺寸为宜。但是，所述尺寸也可以根据晶体晶片10w的厚度、或凹部10b的宽度而变宽或变窄。并且，在图7A至图7C的示例中，将开口40a的数量设为一个，但并不限定于此，也可以在与凹部10b对应的区域中使彼此接近等来设置多个。并且，在图7A至图7C的示例中，将开口40a的平面形状设为极细长的长方形状，但是也可以变更所述形状。
其次，将形成有耐湿式蚀刻性掩模40的晶体晶片10w，浸渍于湿式蚀刻液中规定时间。作为蚀刻液，使用氢氟酸系蚀刻剂(etchant)。所谓规定时间，是指：蚀刻液能够贯通晶体晶片10w以获得晶体片10的外形轮廓的时间+α的时间。
在所述蚀刻中，在晶体晶片10w的晶体片10的形成预定区域的周围的开口，蚀刻液良好地渗入扩散，因此蚀刻推进而充分贯通晶体晶片10w自身。另一方面，开口40a的部分的开口尺寸狭窄，所以湿式蚀刻液是一点点地渗入至开口40a下的晶体晶片10w部分，所以对开口40a的区域及其周围的掩模下的晶体晶片10w部分进行蚀刻，而不会到贯通晶体晶片10w的程度。
图8A至图8C是表示已结束所述外形蚀刻的试样的样子的图，且为表示已去除耐湿式蚀刻性掩模40之中的框架部分以外的部分的状态的图。获得了具有第一端部10a、凹部10b、厚壁部10c、第二端部10d各自的完成前的中间体的状态的晶体晶片10w。
其次，将所述中间体状态的晶体晶片10w，再次浸渍于以氢氟酸为主的蚀刻液中规定的时间。此处，所谓规定的时间，是指晶体片10的厚壁部10c形成预定区域的厚度能够满足对所述晶体片10所要求的振荡频率的规格，并且，可以在与晶体片10的Z'轴交叉的侧面上形成第一面10f～第三面10h的时间。若所述蚀刻完成，则如图9A至图9C所示，完成包括第一端部10a、凹部10b、厚壁部10c及第二端部10d的晶体片10的主要部分。
其次，从所述蚀刻已结束的晶体晶片10w中，还去除耐湿式蚀刻性掩模40的残留部分，而露出整个晶体面(未图示)。然后，在所述晶体晶片10w的整个面上，利用众所周知的成膜方法，形成晶体振子的激励用电极及引出电极形成用的金属膜(未图示)。其次，利用众所周知的光刻技术及金属蚀刻(metal etching)技术，对所述金属膜进行加工，从而完成具有多个图1A至图1C中所示的晶体片10的晶体晶片10w。
其次，对晶体晶片10w的各晶体片10的连结部施加适当的外力，使晶体片10从晶体晶片10w分离，而单片化。通过将这样形成的晶体片10如上所述封装至容器中，并进行密封，可以获得如图3所示的实施方式的晶体振子。
在所述制造方法中，在耐湿式蚀刻性掩模40上设置规定的开口40a而进行外形蚀刻，所以在外形蚀刻时也可以同时形成凹部10b的前驱体。因此，可简易地进行凹部及厚壁部的形成。
3.将支撑部设在晶体的晶轴的-X侧的示例(变形例)
在所述实施方式中，将支撑晶体片10的支撑部设在晶体的晶轴的+X侧，但也可以在晶体的晶轴的-X轴侧支撑晶体片。以下，对此变形例进行说明。
图10是此变形例的说明图，且为以与图1B相同的截面图表示的图。此变形例的晶体片50的与图1B的晶体片10的不同点是：从晶体的晶轴的-X侧，定义第一端部10a、凹部10b、厚壁部10c、第二端部10d这一点。但是，由于晶体的晶轴的对于湿式蚀刻液的各向异性，因此，此变形例的晶体片50中的规定角度θa变成与图1A至图1C中所示的晶体片10的情况不同的值。具体而言，变形例的晶体片50中的规定角度θa为14°～18°，典型的是约16°。所述角度θa显示出稍许偏差，根据本申请的发明人的迄今为止的实验得知，如上所述，角度θa表示16°±2°。
即便在此变形例的情况下，在支撑部与厚壁部之间也具有凹部，而且将尺寸L设为由式(1)所求出的规定尺寸，因此可期待与图1A至图1C中所示的晶体片10相同的效果。
4.与激励用电极相关的实施方式
在所述说明中未提及激励用电极的位置。但是，根据本申请的发明人的研究，已判明若将在具有第一端部10a、凹部10b、厚壁部10c及第二端部10d的晶体片10上设置激励用电极11的位置设为规定范围，则晶体振子的特性优化。以下，参照图11A～图14对此点进行说明。
图11A至图11C是说明相对于晶体片10的激励用电极的优选的配置位置的平面图。所述晶体振子在晶体片10的表面与背面且厚壁部10c上，分别具有激励用电极11。而且，当将沿晶体片10的长边的方向，即沿晶体的X轴的方向的晶体片10的中心点表示成Cx，并且，将沿晶体的X轴的方向的激励用电极11的中心点表示成Ce时，以如下方式将激励用电极11设置在晶体片10上：激励用电极的中心点Ce相对于晶体片的中心点Cx，以偏心量ΔX朝第二端部10d侧，即晶体片10的与由导电性粘接剂固定之侧相反侧偏心。
其次，对偏心量ΔX的适当范围与效果进行说明。首先，作为研究之一，发明人使用图11A至图11C中所示的具有第一端部10a、凹部10b、厚壁部10c及第二端部10d，长边尺寸Lx为778μm，短边尺寸为570μm，第一端部10a的长度为71μm，第二端部10d的尺寸为60μm，图11A至图11C中由L所示的尺寸为满足所述式(1)的尺寸，而且，从厚壁部10c的第一端部10a侧的上端至凹部10b的最深的部位为止的尺寸为74μm的晶体片10的模型，并通过有限单元法来模拟将激励用电极的偏心量ΔX变成各种偏心量时的晶体阻抗(CI)的变化情况。
图12A、图12B是表示其模拟结果的图，且为在横轴上设为偏心量ΔX，在纵轴上设为晶体阻抗(CI。相对值)，表示偏心量ΔX与CI的关系的图。图12A是将偏心量ΔX设为大范围的图，图12B是放大表示图12A中的W部分的图。另外，在图12A、图12B中，在图表的上部也表示作为新的横轴的后述的L1/t'、L2/t'。
根据图12A及图12B，可理解通过将偏心量ΔX设为规定范围，CI值变小。而且，可理解CI值变小范围周期性地出现。更详细而言，可理解能够满足由所述晶体片所制造的晶体振子的规格(图12A及图12B中所示的虚线)的偏心量ΔX为52±4μm的范围(尤其参照图12B)。并且，将实际试制了晶体振子时的CI的实测值示于图13中。根据图13，也可以理解在偏心量ΔX为52μm附近，CI变成极小范围，若偏心量ΔX超过56μm，则不再满足CI的规格。根据此试制结果，也可以理解偏心量ΔX以52±4μm的范围为宜。另外，在试制的情况下，偏心量ΔX比52μm小的水准因某种理由而未实施，但可推断即便是偏心量ΔX比52μm小4μm左右的情况，CI也与模拟同样地变小。
此处，在AT切割晶体振子的情况下，晶体振子的各种设计思想并不限定于单一的频率的晶体片，例如可广泛应用于利用晶体片的厚壁部的厚度ta来将晶体片的长边尺寸Lx、短边尺寸Lz标准化所得的值为相同的值的晶体片，因此可推断能够应用所述偏心量ΔX的晶体片并不限定于振荡频率为37.4MHz的晶体片。
并且，若已决定晶体片的长边尺寸Lx，则激励用电极的偏心量也可以由电极的长边方向的端部的位置表示。如在图1A至图1C、图10中表示般，当将从激励用电极的第一端部侧的端部至晶体片第一端部的前端为止的距离设为L1，将激励用电极的第二端部侧的端部至晶体片第二端部的前端为止的距离设为L2时，若Lx为778μm，则L1＝221±4μm、L2＝116±4μm。若利用所述厚壁部的厚度与所述表面及背面的激励用电极的有效的厚度的和t'＝1670/F来将其标准化，则L1/t'＝4.949±0.090、L2/t'＝2.598±0.090。
并且，在图12A及图12B中，若在大范围内观察偏心量ΔX，则预测大概在λ/2的周期中CI变得良好。此时，若使用整数n1、整数n2，则可在L1/t'＝4.949±0.101+0.745×n1、L2/t'＝2.598±0.101+0.745×n2中表示电极端部的位置。
其中，n1及n2为整数，且为满足n1≧-6、n2≧-3的值。当n1、n2不满足所述条件时，激励用电极朝晶体片的区域外扩展。即，激励用电极变得比晶体片大。而且，n1与n2的关系是满足n2－n1≦3的关系。设为此种关系的理由是为了满足激励用电极朝晶体片的第二端部侧偏心这一本发明的必要条件，n1与n2必须满足n2－n1≦3的关系。另外，优选的是n1＝n2＝0。
另一方面，在AT切割晶体振子的情况下，存在若晶体片的长边尺寸及短边尺寸为某一范围，则例如CI值可满足规格，但若超过所述范围，则CI恶化的倾向。发明人利用有限单元法对此点进行了研究。图14是表示其结果的图。
图14是表示将晶体片10的长边尺寸Lx在765μm～785μm的范围内设定多个水准，且将短边尺寸Lz在560μm～600μm的范围内设定多个水准的各种晶体片的CI的差异的图。
若根据图14对满足CI的规格的Lx/ta、Lz/ta进行研究，则在频率为37.4MHz的示例中，晶体片的厚壁部的厚度ta为39.748μm，而且，在图14中被视为满足CI的规格值的Lx为775μm～785μm，Lz为560μm～576μm，因此可理解若19.50≦Lx/ta≦19.75，且14.08≦Lz/ta≦14.49，则满足CI规格。
并且，CI满足规格且变成比规格小的值，因此根据图14可知，由于Lx为780μm～785μm，Lz为568μm～576μm，因此以19.62≦Lx/ta≦19.75，且14.29≦Lz/ta≦14.49为宜。
因此，应用激励用电极的偏心量ΔX而适宜的晶体片的长边、短边、厚度(包含激励用电极的厚度)的关系以19.50≦Lx/ta≦19.75、且14.08≦Lz/ta≦14.49为宜，更优选的是以19.62≦Lx/ta≦19.75、且14.29≦Lz/ta≦14.49为宜。
另外，在所述说明中，以将激励用电极设置在晶体片的厚壁部上的示例进行了说明，但即便在将激励用电极设置在包含晶体片的厚壁部的比其大的范围内的情况下，也可以应用激励用电极的偏心量ΔX的思想。

Claims (15)

1.一种晶体振子，其特征在于，包括：
平面形状为长方形状且一部分成为厚壁部的AT切割晶体片，
其中，
所述AT切割晶体片中，当观察在所述AT切割晶体片的短边的中央附近沿长边的方向切割的截面时，从一方的短边侧起，依次包括第一端部、凹部、所述厚壁部及第二端部，
所述凹部是：从所述厚壁部朝向第一端部的一侧而设置的凹部，所述凹部的表面以规定角度θa凹陷，然后凸出，而与所述第一端部连接。
2.根据权利要求1所述的晶体振子，其特征在于，
所述AT切割晶体片是长边与所述晶体振子中的晶体的X轴平行，短边与所述晶体的Z'轴平行，
所述第一端部位于+X侧。
3.根据权利要求1所述的晶体振子，其特征在于，
所述AT切割晶体片是长边与所述晶体振子中的晶体的X轴平行，短边与所述晶体的Z'轴平行，
所述第一端部位于+X侧，
所述规定角度θa为6°±2°。
4.根据权利要求1所述的晶体振子，其特征在于，
所述AT切割晶体片是长边与所述晶体振子中的晶体的X轴平行，短边与所述晶体的Z'轴平行，
所述第一端部位于-X侧。
5.根据权利要求1所述的晶体振子，其特征在于，
所述AT切割晶体片是长边与所述晶体振子中的晶体的X轴平行，短边与所述晶体的Z'轴平行，
所述第一端部位于-X侧，
所述规定角度θa为16°±2°。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的晶体振子，其特征在于，
当将从所述厚壁部的所述第一端部的一侧的上端至所述第一端部的前端为止的尺寸定义为L时，L满足下述式(1)，
其中，在式(1)中，n为奇数，λ为沿所述晶体振子中的晶体的X轴传播的弯曲振动的波长，
L＝λ(n/4±0.25)···(1)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的晶体振子，其特征在于，
当将从所述厚壁部的所述第一端部的一侧的上端至所述第一端部的前端为止的尺寸定义为L时，L满足下述式(1)，
其中，在式(1)中，n为奇数，λ为沿所述晶体振子中的晶体的X轴传播的弯曲振动的波长，
L＝λ(n/4±0.15)···(1)。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的晶体振子，其特征在于，
所述AT切割晶体片在所述第一端部的一侧，通过固定构件而固定在所述晶体振子的容器上。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的晶体振子，其特征在于，
在所述AT切割晶体片的表面与背面且所述厚壁部上、或者在包含所述厚壁部的更宽的区域上，分别具有激励用电极，
当将所述AT切割晶体片的沿所述长边的方向的中心点表示成Cx，将所述激励用电极的沿所述长边的方向的中心点表示成Ce时，
以所述中心点Ce相对于所述中心点Cx以偏心量ΔX朝所述第二端部的一侧偏心的方式，将所述激励用电极设置在所述AT切割晶体片上。
10.根据权利要求9所述的晶体振子，其特征在于，
所述偏心量ΔX为52±4μm。
11.根据权利要求9所述的晶体振子，其特征在于，
当将从所述激励用电极的所述第一端部的一侧的端部至所述第一端部的前端为止的距离表示成L1，
将从所述激励用电极的所述第二端部的一侧的端部至所述第二端部的前端为止的距离表示成L2，
将所述厚壁部的厚度与所述表面及所述背面的激励用电极的厚度的有效的和表示成t'＝1670/F时，
L1/t'＝4.949±0.090+0.745×n1，
L2/t'＝2.598±0.090+0.745×n2，
其中，n1及n2为整数，且为满足n1≧-6、n2≧-3、n2－n1≦3的值，并且，F是所述晶体振子的振荡频率。
12.根据权利要求9所述的晶体振子，其特征在于，
当将所述厚壁部的厚度表示成ta，将所述AT切割晶体片的长边尺寸表示成Lx及将短边尺寸表示成Lz时，
19.50≦Lx/ta≦19.75，且
14.08≦Lz/ta≦14.49。
13.根据权利要求9所述的晶体振子，其特征在于，
当将所述厚壁部的厚度表示成ta，将所述AT切割晶体片的长边尺寸表示成Lx及将短边尺寸表示成Lz时，
19.62≦Lx/ta≦19.75，且
14.29≦Lz/ta≦14.49。
14.一种晶体振子的制造方法，其特征在于，
所述晶体振子包括：平面形状为长方形状且一部分成为厚壁部的AT切割晶体片，
所述AT切割晶体片中，当观察在所述AT切割晶体片的短边的中央附近沿长边方向切割的截面时，从一方的短边侧起，依次包括第一端部、凹部、厚壁部及第二端部，所述凹部是：从所述厚壁部朝向所述第一端部的一侧而设置的凹部，所述凹部的表面以规定角度θa凹陷，然后凸出，而与所述第一端部连接，
当制造所述晶体振子时，所述晶体振子的制造方法包括：
准备用于制造多个所述AT切割晶体片的晶体晶片的步骤；
在所述晶体晶片的表面与背面上形成耐湿式蚀刻性掩模的步骤，所述耐湿式蚀刻性掩模用于形成所述AT切割晶体片的外形，并且在与所述凹部相对应的区域内的一部分上具有开口，所述开口不贯通所述晶体晶片，但能够使湿式蚀刻液渗入至能够对所述晶体晶片进行所需量蚀刻的程度；以及
将形成有所述耐湿式蚀刻性掩模的晶体晶片，浸渍于湿式蚀刻液中规定时间的步骤。
15.根据权利要求14所述的晶体振子的制造方法，其特征在于，还包括：
在浸渍于所述湿式蚀刻液中规定时间的步骤后，将所述耐湿式蚀刻性掩模去除的步骤；以及
将去除了所述耐湿式蚀刻性掩模后的晶体晶片，浸渍于湿式蚀刻液中规定时间的步骤。
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