JP2008236439A - 水晶振動片 - Google Patents

Abstract

【課題】メサ構造のＡＴカット水晶振動片において、ウエットエッチングにより形成した厚肉中央部の段差によって励振電極からのリードが断線したり電気的特性を劣化させる虞を解消する。
【解決手段】水晶振動片１１は、ＡＴカット水晶板のウエットエッチングにより厚肉中央部２及び薄肉周辺部を形成したメサ構造を有し、厚肉中央部上の励振電極１３，１４と薄肉周辺部の対応する接続電極１５，１６と接続するリード１７，１８が、ＡＴカット水晶板の＋Ｙ´面において厚肉中央部の−Ｚ´軸方向の端縁１２ａから引き出され、反対側の−Ｙ´面において厚肉中央部の＋Ｚ´軸方向の端縁１２ｂから引き出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、厚みすべり振動モードを主振動とするＡＴカット水晶振動片に関し、特にメサ構造のＡＴカット水晶振動片に関する。

一般に、厚みすべり振動モードの圧電振動子は、パッケージ内に矩形薄板の圧電振動片をその基端部で片持ちに支持する構造が多く採用されている。圧電振動片は、中央部をその端部より厚くしたメサ構造、コンベックス構造、ベベル構造等に形成すると、端部における振動変位の減衰量が大きくなる。そのため、振動片の中央部に振動エネルギを閉じ込める効果が高くなり、ＣＩ値、Ｑ値等の周波数特性が向上することが知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。

メサ構造の圧電振動片は、フォトリソグラフィ技術を用いて圧電素子片の主面をウエットエッチングすることにより形成される（例えば、特許文献２，３を参照）。また、圧電素子片の主面を複数回ウエットエッチングすることにより複数段の階段形状に加工し、コンベックス形状に近似させる方法が知られている（例えば、特許文献４を参照）。

また、厚みすべり振動を主振動とする多くの水晶振動子には、ＡＴカット板のように水晶結晶軸の１軸のみを回転した面で切断した水晶板が使用されている。特にＡＴカット板は、常温付近での温度変化に対する周波数変化が少ないことから、最も広く採用されている（例えば、特許文献５を参照）。ＡＴカット板は、水晶結晶軸のＸ軸とＺ軸とを含む平面即ちＹ面をＸ軸の回りにＺ軸から反時計方向に約３５度１５分の角度で回転させた面が主面となるように切り出される。

図３（Ａ）（Ｂ）は、ＡＴカット水晶板を用いた従来のメサ構造の水晶振動片を例示している。この水晶振動片１は矩形薄板状のＡＴカット水晶板からなり、その表裏両主面をウエットエッチングすることにより、厚肉中央部２とその周囲に薄肉周辺部とが形成されている。厚肉中央部２の表裏両面には、１対の励振電極３，４が形成されている。水晶振動片１の一方の長手方向の端部には、１対の接続電極５，６が形成されている。前記各励振電極は、それぞれリード７，８を介して対応する前記接続電極と電気的に接続されている。

このような従来のメサ構造の水晶振動片では、小型化によって励振電極と接続電極との距離Ｌが短くなり過ぎて、導電性接着剤により短絡することを防止するとともに、リードの電気抵抗が振動片の電気的特性を劣化させないように、厚肉中央部の接続電極側の端縁からリードが引き出される（例えば、特許文献２を参照）。また、これら励振電極、リード及び接続電極は、一般に電極材料のスパッタリング又は蒸着により前記水晶板の表面に形成した電極膜を、フォトリソグラフィ技術及びメタルマスク等によるマスキング技術を用いてパターニングすることにより形成される。

特開平１１−３５５０９４号公報 特開２００５−９４４１０号公報 特開２００４−２００７７７号公報 特開２００１−２８５０００号公報 特開平５−２３５６７８号公報

しかしながら、水晶板のウエットエッチングによる外形加工は、水晶の結晶方位によるエッチング異方性のために、形成される段差の断面形状が水晶結晶軸の向きによって異なるという問題がある。図３に示す従来のメサ構造の水晶振動片では、リード７，８を引き出した厚肉中央部２の端縁２ａが＋Ｘ軸方向を向いている。図３（Ｃ）は、ウエットエッチングにより加工された＋Ｘ軸方向の端縁２ａの断面形状を示している。同図に示すように、端縁２ａの側面９は、その上端に厚肉中央部２上面に対して鋭角をなす逆テーパ状の角部９ａが形成される。

このような逆テーパ状角部の表面に蒸着等により十分な膜厚の電極膜を形成することは非常に困難である。そのため、端縁２ａから引き出したリード７は、角部９ａにおける膜厚が他の部分の膜厚の約１／３以下にまで薄くなり、容易に断線する虞がある。更に、リードの膜厚が薄くなると、その部分の電気抵抗が増大し過ぎて、水晶振動片の電気的特性を劣化させたり溶断する虞がある。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＡＴカット水晶板のウエットエッチングにより厚肉中央部を形成したメサ構造の水晶振動片において、励振電極から引き出されるリードが、厚肉中央部の段差によって十分な膜厚に成膜されないために断線したり水晶振動片の電気的特性を劣化させる虞を確実に解消し、その結果、水晶振動片の品質及び製造歩留まりの向上を図ることにある。

本発明によれば、上記目的を達成するために、水晶の結晶軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸としてＹ軸及びＺ軸をＸ軸の回りに反時計方向に所定の角度回転させてＹ´軸及びＺ´軸とし、Ｚ´軸とＸ軸とを含む±Ｙ´面を表裏主面として切り出したＡＴカット水晶板に、ウエットエッチングにより厚肉中央部及び薄肉周辺部を形成した水晶素子片と、厚肉中央部の表裏両面に形成された１対の励振電極と、薄肉周辺部に形成された１対の接続電極と、各励振電極からそれぞれ引き出されて対応する接続電極に接続するリードとを有し、水晶素子片の＋Ｙ´面において、厚肉中央部と薄肉周辺部間にウエットエッチングによる段差が有る場合に、リードを厚肉中央部の−Ｚ´軸方向の端縁から引き出し、水晶素子片の−Ｙ´面において、厚肉中央部と薄肉周辺部間にウエットエッチングによる段差が有る場合に、リードを厚肉中央部の＋Ｚ´軸方向の端縁から引き出した水晶振動片が提供される。

ＡＴカット水晶板の場合、水晶の結晶方位によるエッチング異方性のため、＋Ｙ´面に形成される厚肉中央部の−Ｚ´軸方向の端縁は、その段差が厚肉中央部上面に対して鈍角をなす順テーパ状の断面形状となる。同様に、−Ｙ´面に形成される厚肉中央部の＋Ｚ´軸方向の端縁も、その段差が厚肉中央部上面に対して鈍角をなす順テーパ状の断面形状となる。従って、これら−Ｚ´軸方向及び＋Ｚ´軸方向の端縁から引き出されるリードは、電極材料の成膜が容易になるために、厚肉中央部の角部においても十分な膜厚を有するように形成されるので、断線したり水晶振動片の電気的特性を劣化させる虞が無い。

或る実施例では、水晶素子片の＋Ｙ´面において、リードが厚肉中央部の−Ｚ´軸方向の端縁及び＋Ｘ軸方向の端縁から１つの配線パターンとして引き出され、かつ／又は、水晶素子片の−Ｙ´面において、リードが厚肉中央部の＋Ｚ´軸方向の端縁及び＋Ｘ軸方向の端縁から１つの配線パターンとして引き出される。これにより、水晶振動片の小型化に対しても、リードの線幅を拡大して電気抵抗の増大を抑制し、その電気的特性を良好に維持確保することができる。

別の実施例では、厚肉中央部と薄肉周辺部との段差が複数段の階段状に形成されることにより、各段の段差を小さくして、レジストパターンの形成及び電極材料の十分な厚さでの成膜を容易にすると共に、厚膜中央部をコンベックス形状に近付けて、エネルギ閉じ込め効果を高めることができる。

以下に、本発明の好適な実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明によるメサ構造のＡＴカット水晶振動片の実施例を示している。本実施例の水晶振動片１１は、水晶結晶軸のＸ軸とＺ軸とを含む平面即ちＹ面をＸ軸の回りにＺ軸から反時計方向に約３５度１５分の角度で回転させた面が主面となるように切り出したＡＴカット板からなる矩形薄板状の水晶素子片で形成されている。水晶振動片１１の表裏両主面には、前記水晶素子片をウエットエッチングすることにより、厚肉中央部１２とその周囲に薄肉周辺部とが形成されている。

厚肉中央部１２の表裏両面には、１対の励振電極１３，１４が形成されている。水晶振動片１１の一方の長手方向の端部には、１対の接続電極１５，１６が形成されている。前記各励振電極は、それぞれ厚肉中央部１２から引き出されたリード１７，１８を介して、対応する前記接続電極と電気的に接続されている。

前記ＡＴカット板の＋Ｙ´面に形成されるリード１７は、厚肉中央部１２の−Ｚ´軸方向の端縁１２ａから引き出されている。図１（Ｃ）に示すように、厚肉中央部１２の端縁１２ａは、その側面１９が、段差の全高に亘って厚肉中央部上面に対して鈍角をなす順テーパ状の断面形状に形成される。そのため、リード１７は、蒸着等による電極材料の成膜が容易であり、上端の厚肉中央部との角部においても十分な膜厚を有するように形成することができる。これに対し、厚肉中央部１２の反対側の＋Ｚ´軸方向の端縁は、図１（Ｄ）に示すように、その側面２０が、段差の全高に亘って厚肉中央部１２上面に対して鋭角をなす逆テーパ状の断面形状となる。

反対側の−Ｙ´面に形成されるリード１８は、厚肉中央部１２の＋Ｚ´軸方向の端縁１２ｂから引き出されている。−Ｙ´面は、図１（Ｂ）に示す水晶振動片11の断面においてその中心に関して回転対称に現れる。従って、厚肉中央部１２の端縁１２ｂは、＋Ｙ´面の端縁１２ａと同様に、その側面が段差の全高に亘って厚肉中央部上面に対して鈍角をなす順テーパ状の断面形状に形成される。従って、リード１８も、蒸着等による電極材料の成膜が容易であり、上端の厚肉中央部との角部においても十分な膜厚を有するように形成することができる。このように、本発明によれば、各リード１７，１８が前記厚肉中央部から引き出される際にも、十分な膜厚で形成されるので、断線したり、電気抵抗の増大により水晶振動片の電気的特性を劣化させる虞が無い。

図２（Ａ）（Ｂ）は、図１に示すメサ構造のＡＴカット水晶振動片の変形例を示している。本実施例の水晶振動片２１は、図１の実施例と同様に、ＡＴカット板からなる矩形薄板状の水晶素子片で形成され、その表裏両主面には、ウエットエッチングにより厚肉中央部２２とその周囲に薄肉周辺部とが形成されている。厚肉中央部２２の表裏両面には、１対の励振電極２３，２４が形成され、水晶振動片２１の一方の長手方向の端部には、１対の接続電極２５，２６が設けられている。前記各励振電極は、それぞれ厚肉中央部１２から引き出されたリード２７，２８を介して、対応する前記接続電極と電気的に接続されている。

本実施例では、前記ＡＴカット板の＋Ｙ´面に形成されるリード２７が、厚肉中央部２２の−Ｚ´軸方向の端縁２２ａと＋Ｘ軸方向の端縁２２ｂとから、連続する１つの配線パターンとして引き出されている。従来技術に関連して図３（Ｃ）で説明したように、＋Ｘ軸方向の端縁２２ｂの側面は、その上端に厚肉中央部２２上面に対して鋭角をなす逆テーパ状の角部が形成される。そのため、端縁２２ｂから引き出されるリード２７の部分は、厚肉中央部２２との角部に成膜される膜厚が十分でなくなるが、リード全体としてその線幅を拡大することができる。

同様に、前記ＡＴカット板の−Ｙ´面においても、リード２８が、厚肉中央部２２の＋Ｚ´軸方向の端縁２２ｃと＋Ｘ軸方向の端縁とから、連続する１つの配線パターンとして引き出されている。リード２８も、＋Ｘ軸方向の端縁から引き出される部分の膜厚が、厚肉中央部２２との角部において十分でなくなるが、リード全体としてその線幅を拡大することができる。従って、水晶振動片２１が小型化されても、リード２７，２８の電気抵抗の増大を抑制し、その電気的特性を良好に維持確保することができる。

また、浮遊容量の低減という観点から、＋Ｙ´ 面においてリード２７は、厚肉中央部２２の−Ｘ軸方向及び＋Ｚ´軸方向、並びに−Ｙ´面のリード２８と対向する領域には設けないことが望ましい。同様に、−Ｙ´面においてリード２７は、厚肉中央部２２の−Ｘ軸方向及び−Ｚ軸方向、並びに＋Ｙ´面のリード２７と対向する領域には設けないことが望ましい。

別の実施例では、厚肉中央部と薄肉周辺部との段差を複数段の階段状に形成することができる。これにより、各段の段差を小さくし、レジストパターンの形成及び電極材料の十分な厚さでの成膜が容易になる。更に、厚膜中央部がコンベックス形状に近付くので、エネルギ閉じ込め効果を高めることができる。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、上記各実施例では、厚膜中央部を水晶振動片の表裏両面から突出させたが、いずれか一方の面のみから突出するように設けることができる。その場合、他方の面は、厚膜中央部と薄肉周辺部との間に段差が無いから、リードは厚膜中央部から自由な方向に引き出すことができる。

（Ａ）図は本発明によるＡＴカット水晶振動片の実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのＩＢ−ＩＢ線における断面図、（Ｃ）図はそのＩＣ−ＩＣ線における部分拡大断面図、（Ｄ）図はそのＩＤ−ＩＤ線における部分拡大断面図。 （Ａ）図は図１の実施例の変形例を示す平面図、（Ｂ）図はそのIIＢ−IIＢ線における断面図。 （Ａ）図は従来のＡＴカット水晶振動片の典型例を示す平面図、（Ｂ）図はそのIIIＢ−IIIＢ線における断面図、（Ｃ）図はそのIIIＣ−IIIＣ線における部分拡大断面図。

符号の説明

１，１１，２１…水晶振動片、２，１２，２２…厚肉中央部、２ａ，１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…端縁、３，４，１３，１４，２３，２４…励振電極、５，６，１５，１６，２５，２６…接続電極、７，８，１７，１８，２７，２８…リード、９，１９，２０…側面、９ａ…角部。

Claims (3)

1. 水晶の結晶軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の回りに反時計方向に所定の角度回転させてＹ´軸及びＺ´軸とし、Ｚ´軸とＸ軸とを含む±Ｙ´面を表裏主面として切り出したＡＴカット水晶板に、ウエットエッチングにより厚肉中央部及び薄肉周辺部を形成した水晶素子片と、前記厚肉中央部の表裏両面に形成された１対の励振電極と、前記薄肉周辺部に形成された１対の接続電極と、前記各励振電極からそれぞれ引き出されて対応する前記接続電極に接続するリードとを有し、
   前記水晶素子片の＋Ｙ´面において、前記厚肉中央部と前記薄肉周辺部間に前記ウエットエッチングによる段差が有る場合に、前記リードが前記厚肉中央部の−Ｚ´軸方向の端縁から引き出され、かつ、前記水晶素子片の−Ｙ´面において、前記厚肉中央部と前記薄肉周辺部間に前記ウエットエッチングによる段差が有る場合に、前記リードが前記厚肉中央部の＋Ｚ´軸方向の端縁から引き出されていることを特徴とする水晶振動片。
2. 前記水晶素子片の＋Ｙ´面において、前記リードが前記厚肉中央部の−Ｚ´軸方向の端縁及び＋Ｘ軸方向の端縁から１つの配線パターンとして引き出され、かつ／又は、前記水晶素子片の−Ｙ´面において、前記リードが前記厚肉中央部の＋Ｚ´軸方向の端縁及び＋Ｘ軸方向の端縁から１つの配線パターンとして引き出されていることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動片。
3. 前記厚肉中央部と前記薄肉周辺部との前記段差が複数段の階段状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水晶振動片。

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