説明

水晶振動板

【課題】 水晶片の4定数のバラツキを抑えると共に、生産性を向上させた水晶振動板を提供することにある。
【解決手段】 所望する周波数を励振する矩形状の水晶片と、該水晶片の表裏主面上に励振用電極と、該励振用電極から引き出した引出電極とを具備する水晶振動板において、該水晶振動板の端面をエッチングにより、テーパが設けられることを特徴とするものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水晶振動子に使用される基本波厚みすべり振動する水晶振動板に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、携帯用通信機器等の電子機器には基準信号発生源等として水晶振動子が用いられており、その水晶振動子の容器体の中には水晶素板の主面上に各種電極を形成した水晶振動板が収容されている。
【0003】
圧電振動板、例えばATカット水晶振動板は小型であること、高精度、高安定な周波数が容易に得られるため、通信機から電子機器まで広く使用されている。短冊状に切り出されたATカット水晶振動板は長手方向をX軸に、幅方向をZ’軸に、厚さ方向をY’軸に設定し相対軸表現するのが一般的である。水晶振動板の各部の寸法が適切でないと、Z’−Y’面に生ずる屈曲振動等が厚み滑り振動と結合して、周波数及びクリスタルインピーダンス(CI)に変動を生じることになる。
【0004】
水晶振動板を容器体に収容し、水晶振動板の励振電極を容器体内部に設けた搭載電極に、導電性接着剤を用いて導通固定する。さらに、真空装置に入れて、蒸着等の手段を用いて所望の周波数に微調整した後、蓋体を抵抗溶接して水晶振動子を構成する。このように、従来のATカット水晶振動子にあっては、水晶振動板の外縁部を中央部より薄くする形状とすることで、厚み滑り振動の振動エネルギーを基板中央部に集中させると共に、輪郭系振動との結合を弱めるように構成したものが多く用いられていた。
【0005】
【特許文献1】特開2004―40693号公報
【特許文献2】特開2001−257560号公報
【0006】
なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら従来の水晶振動板によれば、水晶片を超小型するに従いベベル加工を行うと、水晶片自身の自重が軽い為、なかなか削れないので、時間がかかるという欠点があった。
【0008】
また、ベベル加工する際に使用するパイプ状の治具の半径Rを小さくする必要があるので、加工量が少なくなる為、水晶片にバラツキが大きくなり、生産性が低下してしまうという欠点があった。
【0009】
また従来の水晶振動板では、小型である為、水晶板表面に形成する電極寸法が小さくなるため、クリスタルインピーダンス(CI)値が高くなってしまうという欠点があった。
更にベベル加工がかかっている水晶板が平行状態で無い部分にも電極がかかってしまう為、4定数(CI(クリスタルインピーダンス)、C1(直列容量)、C0(並列容量)、L(誘導値))がばらついてしまうという欠点があった。
更にZ’方向のスプリアスは、メイン振動とスプリアスの移動スピードが異なる為、Z’方向寸法を正確に設計しておかないと、メイン振動を阻害してしまうという欠点があった。
【0010】
そこで本発明は、このような決点を鑑み案出されたもので、その目的は、水晶振動板の4定数のバラツキを抑えると共に、生産性を向上させた水晶振動板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の水晶振動板は、所望する周波数を励振する矩形状の水晶片と、該水晶片の表裏主面上に励振電極と、該励振電極から引き出した引出電極とを具備する水晶振動板において、該水晶振動板の端面をエッチングにより、テーパが設けられたことを特徴とするものである。
【0012】
また本発明の水晶振動板は、Z’軸方向に形成されているテーパが、X軸方向に形成されているテーパよりも角度が大きいことを特徴とするものである。
【0013】
更に本発明の水晶振動板は、前記水晶振動板がATカットであり、Z’軸方向のテーパの角度が25°〜60°であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0014】
本発明の水晶振動板によれば、所望する周波数を励振する矩形状の水晶振動領域部と、該水晶振動領域部の表裏主面上に励振電極と、該励振電極から引き出した引出電極とを具備する水晶振動板において、該水晶振動板の端面をエッチングによりテーパが設けられることによって、ベベル加工水晶に比べて、電極が平行面に形成することができるので、水晶振動板の特性である4定数を安定させることが可能となる。また、水晶振動板の振動電極の閉じ込め精度の効果を向上することができると共に、不要振動を抑制することが可能となる。
【0015】
また、本発明の水晶振動板によれば、Z’軸方向に形成されているテーパが、X軸方向に形成されているテーパよりも角度が大きいことによって、水晶振動板表面に形成する励振電極の電極寸法を大きくすることができるので、クリスタルインピーダンス(CI)値を低く抑えることが可能となる。
【0016】
また、メイン振動とスプリアスの移動スピードが異なり、温度特性においてメイン振動を阻害するZ’軸寸法設計が、テーパが設けられる事によって、スプリアス振動(高次の輪郭系の振動)を抑制する効果があるため、容易に行う事が出来る。
【0017】
更に本発明の水晶振動板によれば、テーパの角度が25°以下であると、スプリアス振動(高次の輪郭系振動)を抑制しなくて、クリスタルインピーダンス(CI)値が大きくなってしまう。また、テーパの角度が60°以上であると、温度特性が3次ではなくなり、機械電気特性が得られなく共振特性が弱くなるなど、不具合が発生してしまう
更に水晶振動板の特性である4定数の変動が大きくなってしまうので、Z’軸方向のテーパの角度が25°〜60°であることによって、閉じ込め効果を維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。
図1は、本発明の水晶振動板5を用いた水晶振動子の分解斜視図である。図2は、図1描画の水晶振動子の断面図である。図3は、本発明における水晶振動板5の外観斜視図である。図4は、本発明における水晶振動板5をXY’方向並びにY’Z’方向からみた断面図である。ここで、+X軸は紙面の表から裏方向に向かった方向に向いたものである。なお、各図において、本説明に必ずしも必要としない部品又は構造体は図示していない。又、各図を明確にするために一部部品又は構造体を誇張して図示しており、部品及び構造体の厚み寸法については特に誇張してある。
【0019】
図1及び図2に示す水晶振動板5は大略的に言って、所望の周波数で励振する矩形状の圧電振動領域部が形成されている。前記水晶振動板5は水晶結晶体より所謂ATカットで切り出され平板加工されたものであり、圧電振動領域部の振動モードは厚みすべり振動である。その周波数は圧電振動領域部の厚みに反比例する。
【0020】
このような形状に加工した水晶片に、圧電振動領域部の表裏主面上に円形状の励振電極6と、この励振電極6から引き出した引出電極と電気的に接続した接続電極7とを形成することで水晶振動板5を形成している。
【0021】
また、前記水晶片の両主面に保護膜によりマスクパターンを形成する。このマスクパターン形成においては、切り出そうとする水晶片が矩形であり、その長手方向をX軸に、短手方向をZ’軸に合わせている。
【0022】
マスクパターン形成する方法は、水晶片にレジスト(感光性樹脂)を塗布し、前記レジストに光(紫外線)を照射して所定パターンを露光転写し、これを現像し、洗浄することでマスクパターンを形成する。
【0023】
次に、エッチング方法は、例えば、フッ酸や硫酸等から形成されているエッチング溶液を入れたエッチング槽に、前記水晶片を支持部材により支持して浸し、露出している水晶部分を融解することで水晶振動板5を形成する。この場合、一般的にエッチング溶液における濃度と温度、そしてエッチング溶液に漬ける時間の兼ね合いを考慮して制御がなされることになる。
このようにして、エッチングにて水晶振動板5の端面にテーパを設けることができる。
また、小型品にベベリング加工を実施する場合、使用するパイプ状の治具の半径Rを小さくする必要があるので、加工量が少なくなる為、水晶片にバラツキが大きくなり、生産性が低下させていたが、エッチングによりテーパを設けることは、時間的にも削減でき、生産性を向上させることが可能となる。
【0024】
このようにして図3及び図4に示すように、水晶振動板5の端面をエッチングによりテーパが設けられている。また、テーパを設けることにより、励振電極6が平行面に形成することができるので、水晶振動板5の4定数であるCI(クリスタルインピーダンス)、C1(直列容量)、C0(並列容量)、L(誘導値)を安定させることが可能となる。また、水晶振動板5の振動電極の閉じ込め精度の効果を向上することができると共に、不要振動を抑制することが可能となる。
【0025】
図4に示すように、Z’軸方向のテーパがX軸方向のテーパよりも大きく形成されていることによって、水晶振動板5表面に形成する励振電極6の電極寸法を大きくすることができるので、クリスタルインピーダンス(CI)値を低く抑えることが可能となる。またテーパが水晶振動板5のX軸方向には微少のテーパが形成されるだけなので、X軸方向寸法を正確に設計することができるので、メイン振動が常に安定して発振させることが可能となる。
【0026】
テーパの角度が25°以下であると、クリスタルインピーダンス(CI)値が大きくなってしまい、テーパの角度が60°以上であると、水晶振動板5の特性である4定数の変動が大きくなってしまうので、前記水晶振動板5がATカットであり、Z’軸方向のテーパの角度が25°〜60°であることによって、閉じ込め効果を維持することが可能となる。
【0027】
このような形状の水晶振動板5は、図1乃至図2のように水晶振動子を構成する容器体1の内部に搭載される。即ち、水晶振動板5は、容器体1の内部底面に向けた形態で、容器体1の内部底面上に水晶振動板5に形成した接続電極7に対応した位置に形成した搭載パッド8に、導電性接着剤9を介して固着導通している。この際に導電性接着剤9は、水晶振動板5の容器側主面に形成した接続電極7と搭載パッド8との間を固着導通できる量のみ塗布されている。
【0028】
なお、前記容器体1は、その内部、具体的には、基板の上面と側壁の内面とで囲まれる凹部に水晶振動板5を収容して気密封止するためのものであり、前記容器体1の上面には水晶振動板5の容器側主面に形成した接続電極7と接続される一対の搭載パッド8が、容器体1の下面には、入力端子及び出力端子、グランド端子等の外部端子10が形成されている。これらの端子等は基板表面の配線導体や基板内部に埋設されているビアホール導体等を介して、対応するもの同士、相互に電気的に接続されている。
【0029】
なお、前記容器体1は、ガラス−セラミック等のセラミック材料から成る場合、例えば、セラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加・混合して得たセラミックグリーンシートの表面等に配線導体となる導体ペーストを従来周知のスクリーン印刷等によって塗布するとともに、これを複数枚積層してプレス成形した後、高温で焼成することによって製作される。
【0030】
前記容器体1の開口面には、導体層3が形成されており、その構成は、タングステン(W)または、モリブデン(Mo)等から成るメタライズ層を形成し、その厚みは、10μm〜20μmであり、前記メタライズ層の上面にニッケル(Ni)層を形成し、その厚みは、8μm〜20μmである。また、前記ニッケル(Ni)層の上面には、金(Au)層が形成されており、その厚みは、0.3μm〜1.0μmである。
【0031】
また蓋体2は従来周知の金属加工法を採用し、42アロイ等の金属を所定形状に成形することによって製作され、前記蓋体2の上面には、ニッケル(Ni)層が形成され、更にニッケル(Ni)層の上面の導体層3に対応する箇所に封止材4である金錫(Au−Sn)層が形成される。金錫(Au−Sn)層の厚みは、10μm〜40μmである。例えば、成分比率が、金が80%、錫が20%のものが使用されている。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の一実施形態に係る水晶振動板を用いた水晶振動子の分解斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る水晶振動板を用いた水晶振動子の断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る水晶振動板の外観斜視図である。
【図4】本発明の一実施形態におけるXY’方向及びY’Z’方向より見た水晶振動板の断面図である
【符号の説明】
【0033】
1・・・容器体
2・・・蓋体
3・・・導体層
4・・・封止材
5・・・水晶振動板
6・・・励振電極
7・・・接続電極
8・・・搭載パッド
9・・・導電性接着剤
10・・・外部端子

【特許請求の範囲】
【請求項1】
所望する周波数を励振する水晶片と、該水晶片の表裏主面上に励振電極と、該励振電極から引き出した引出電極とを具備する水晶振動板において、該水晶振動板の端面をエッチングにより、テーパが設けられたことを特徴とする水晶振動板。
【請求項2】
Z’軸方向に形成されているテーパが、X軸方向に形成されているテーパよりも角度が大きいことを特徴とする請求項1記載の水晶振動板。
【請求項3】
前記水晶振動板がATカットであり、Z’軸方向のテーパの角度が25°〜60°であることを特徴とする請求項1乃至請求項2記載の水晶振動板。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2007−97042(P2007−97042A)
【公開日】平成19年4月12日(2007.4.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−286324(P2005−286324)
【出願日】平成17年9月30日(2005.9.30)
【出願人】(000104722)京セラキンセキ株式会社 (870)
【Fターム(参考)】