ＡＴカット水晶振動子およびその製造方法
【課題】
逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の支持による振動エネルギ漏洩を回避し、支持によるＱ値の劣化を防止する
【解決手段】
支持端部における高調波厚み滑り振動の周波数と励振部の厚み滑り振動の周波数を一致させない条件下で、励振部の厚み寸法ｈと支持端部の厚み寸法Ｈを選定すれば、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が、抑制されるのでＱ値の劣化が防止できる。
逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の支持による振動エネルギ漏洩を回避し、支持によるＱ値の劣化を防止する
【解決手段】
支持端部における高調波厚み滑り振動の周波数と励振部の厚み滑り振動の周波数を一致させない条件下で、励振部の厚み寸法ｈと支持端部の厚み寸法Ｈを選定すれば、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が、抑制されるのでＱ値の劣化が防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話などに使用されるＡＴカット水晶振動子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等に代表される無線携帯機器や、パーソナルコンピュータ、時計等の電子機器の小型化と高精度化の要求が高まっている中で、このような電子機器には、小型でしかも安定な高周波信号源が必要不可欠である。この要求を満足させるための代表的な高周波信号源がＡＴカット水晶振動子である。
ＡＴカット水晶振動子は、良好な結晶の安定性から、発振素子としての品質の指標である共振先鋭度すなわちＱ値が極めて大きく、さらにその共振周波数の温度安定度すなわち周波数温度特性も非常に良好である。これが、無線携帯機器、パーソナルコンピュータ等の安定な高周波信号源として、広くＡＴカット水晶振動子が利用されている理由である。しかししかし、特許文献１にて開示されているように、このＡＴカット水晶振動子は、近年の強い高周波及び小型化対応の要求に関しては、十分に満足させることができないことも明らかになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９７０４６
【発明の概要】
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５は矩形状ＡＴカット水晶振動子の角度方位と形状概要を説明する概念図である。図５記載の三本の座標軸、すなわちＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は水晶単結晶の基本対称軸である。またＡＴカット水晶振動子５０１は、Ｘ軸を回転軸として反時計回りにカット角θだけ回転させた回転座標系すなわち、ＸＹ’Ｚ’座標系において定義された水晶薄板であある。前記水晶薄板の厚み方向はＹ’軸方向、長辺方向はＸ軸、短辺方向はＺ’軸方向である。前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面中心部には一対の励振電極５０２が配置されており、この一対の励振電極５０２により、厚み方向に励振電界が印加される構成となっている。通常、図５記載のカット角θは、３５度から３６度の範囲に設定されており、このθの範囲内で、誘発する厚みすべり振動の共振周波数の周波数温度特性は、非常に良好である事が知られている。
図６は、図５記載のＡＴカット水晶振動子の厚みすべり振動の共振変位を説明する概念図であり、図５記載のＡＴカット水晶振動子５０１のＸＹ’側面図である。図中のｘ軸、ｙ軸は、ＡＴカット水晶振動子５０１の重心点を座標原点６０１とした座標軸である。さらにこのＡＴカット水晶振動子５０１の厚み方向寸法はｔである。このｘ軸、ｙ軸はそれぞれ、図５記載のＹ’軸、Ｘ軸と平行な座標軸である。本発明に係る厚みすべり振動の共振変位が本図記載の共振変位６０２である。この共振変位６０２は、ｙ軸方向で正弦波的な変位分布をもっており、ＡＴカット水晶振動子の表面で最大変位を持つ。この共振変位６０２はＺ’軸方向では変位量の変化はない。この共振変位６０２の変位式Ｕは、近似的に次式で与えられる。
【０００６】
【数１】
【０００７】
ここで、Ａは図６記載の励振電極５０２に印加される電圧振幅とＡＴカット水晶振動子５０１の持つ圧電性によって決定される振動振幅である。また、ｎは正の奇数整数であって、
【０００８】
【数２】
【０００９】
で与えられている。この数字は高調波次数であって、この数字の値によって、振動モードの次数が決定される。図６記載の共振変位は、ｎ＝１に対応しており、基本波振動である。ｎ＝３においては、その共振変位は三次高調波振動となり、その共振変位は図７記載の共振変位７０１となる。さらにｎ＝５においては、その共振変位は五次高調波振動となり、その共振変位は図８記載の共振変位８０１となる。また、このＡＴカット水晶振動子の共振周波数Ｆは、ほぼ厚みｔに反比例し、次式で与えられている。
【００１０】
【数３】
【００１１】
ここで、ｎは数１及び数２記載の正の奇数整数で与えられるオーバートーン次数である。
近年、高周波及び小型化対応が強く要求されているＡＴカット水晶振動子においては、従来の機械加工法にかわって、音叉型水晶振動子と同じ、一枚の大型ウェハからフォトリソ加工を用いて振動子形状を加工する、フォトエッチング型のＡＴカット水晶振動子が注目されている。フォトリソ加工は、従来の機械加工に比較して、微細かつ複雑な形状の高精度加工が実現でき、さらに一枚のウェハから大量に生産できるという大きな特徴をもっており、小型電子デバイスの製造には非常に有効な加工方法である。ところが本発明に係る高周波領域のＡＴカット水晶振動子においては、数３にて示したように、その周波数が厚みによって決定されるという特徴があるので、振動部の厚みが非常に薄くなってしまい、大型ウェハとしてバッチ処理を行う場合、そのハンドリングに大きな問題が生じていた。この問題を解決する方策として、近年注目されているＡＴカット形状として、逆メサ型構造が提案されている。
【００１２】
図９はこの逆メサ型ＡＴカット水晶振動子のＡＴカット水晶振動子９０１の構造を示した斜視図である。ＡＴカット水晶振動子９０１の表面には、凹状形状をした逆メサ振動部９０２が形成されている。この逆メサ振動部９０２の表面と図示しないがＡＴカット水晶振動子９０１の裏面には一対の励振電極９０３が形成されている。さらに凹状形状をした逆メサ振動部９０２の外周部にはマウント電極９０４とマウント電極９０５が前記の励振電極９０３と一体同時形成されている。
図１０は図９記載のＡＴカット水晶振動子９０１のＸ１−Ｘ２断面図である。厚みｈなる逆メサ振動部９０２において、励振電極９０３によって励振される厚み滑り振動の共振変位が、図記載の共振変位１００１であって、この共振変位は、数３におけるｎ＝１に対応しており、基本波振動である。さらに、その共振周波数Ｆは、逆メサ振動部９０２の厚みｈと数３を用いて、
【００１３】
【数４】
【００１４】
とかける。さらにその変位式Ｕは、座標原点１００４を逆メサ振動部９０２の重心位置とし、座標軸ｘ及びｙを図６と同じ定義とし、数２と同様に、
【００１５】
【数５】
【００１６】
と書ける。また図９記載のマウント電極９０４とマウント電極９０５が形成されている端部が支持端部１００２であり、この支持端部１００２に対向する端部が対向端部１００３である。この支持端部１００２及び対向端部１００３の厚み寸法は、両者同じくＨである。通常、この支持端部１００２でＡＴカット水晶振動子９０１が支持固定される。
この逆メサ型ＡＴカット水晶振動子は、励振部が逆メサ部に形成されており、この励振部の周囲は、逆メサ部よりも厚くなるので、大型ウェハとしてバッチ処理を行う場合、そのハンドリングに対する問題がなく、高周波帯及び超小型のＡＴカット水晶振動子として、非常に注目されている。しかし、ＡＴカット水晶振動子９０１を支持端部１００２にて支持固定すると、その等価抵抗値Ｒｍが大きく増加してしまい、その結果として、ＡＴカット水晶振動子の大きな特徴である高い共振先鋭度すなわち高Ｑ値が、実現できないという不具合が生じている。この現象は支持による振動エネルギの漏洩現象である。それゆえ逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の小型化が実現できていない。すなわち、本発明の解決すべき課題は、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子において、支持による振動エネルギ漏洩が回避する事である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
図１１は図１０記載の支持端部１００２近傍のＸ１−Ｘ２断面図であって、支持による振動エネルギ漏洩を説明するための図である。本発明に係る逆メサ型ＡＴカット振動子の支持端部１００２の厚み寸法Ｈは、逆メサ振動部９０２の厚み寸法ｈに比較して、大きな値となっている。それゆえ、励振モードが基本波振動の場合、その共振周波数は支持端部１００２の持つ共振周波数よりも高い周波数である。それゆえ、逆メサ励振部９０２にて励起された基本波振動は、支持端部と共鳴せず減衰する。ところが、図１１記載のように支持端部１００２の厚み寸法Ｈと、逆メサ励振部９０２の厚み寸法ｈが
【００１８】
【数６】
【００１９】
なる関係にあると、数１から数６で説明できるように、支持端部１００２のもつ厚みすべり振動の三次高調波振動と逆メサ励振部９０２の基本波振動の周波数が一致してしまい、逆メサ励振部９０２の基本振動によって、支持端部１００２が共鳴振動を起こしてしまう。この共鳴現象を説明する図が図１１であって、逆メサ励振部９０２にて励起された共振変位が共振変位１００１であり、この共振変位１００１にて支持端部１００２にて発生した三次高調波の共鳴共振変位が共鳴共振変位１１０１である。本図の如く支持端部１００２が共鳴振動を生じると、支持固定による振動エネルギ漏洩が非常に大きくなり、前述の如くＱ値の劣化を招いてしまうのである。本図は支持端部の三次高調波振動との共鳴の場合を図示したものであるが、一般に支持端部１００２の厚み寸法Ｈと、逆メサ励振部９０２の厚み寸法ｈが
【００２０】
【数７】
【００２１】
なる関係がある場合、支持端部１００２のｍ次高調波との共鳴が生じる事は自明である。ここで、ｍは数２と同様に、正の奇数であって、
【００２２】
【数８】
【００２３】
となる。以上が、本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における振動エネルギ漏洩現象の説明である。
この、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象を抑制する為には、逆メサ励振部の厚み滑り振動の周波数が支持端部における高調波厚み滑り振動の周波数と一致しない範囲にある事が必要である。すなわち、ｐを１以上の任意の正整数として、以下の不等式が成立するように逆メサ励振部の厚み寸法ｈと支持端部の厚み寸法Ｈを選定すればよい。
【００２４】
【数９】
【００２５】
実際の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子おける、逆メサ励振部の厚み滑り振動の周波数は、形成されるべき励振電極の形状、厚み、材質等で変化する事が知られている。また、同様に支持端部における高調波厚み滑り振動の周波数も、形成されるべきマウント電極の形状、厚み、材質等で変化する。それゆえ、より一般的にはｐを１以上の任意の正整数として、逆メサ励振部の厚み滑り振動の実測周波数をＦ０、支持端部における第２ｐ−１次高調波の実測周波数をＦ２ｐ−１、第２ｐ＋１次高調波の実測周波数をＦ２ｐ＋１とすれば、
【００２６】
【数１０】
【００２７】
なる条件で、逆メサ励振部の厚み寸法ｈと支持端部の厚み寸法Ｈを選定すればよいのである。
【００２８】
図１２は、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の支持固定後のＱ値とＨ／ｈとの関係を図示した特性図である。横軸は逆メサ励振部の厚み寸法ｈと支持端部の厚み寸法Ｈの比Ｈ／ｈであり、縦軸は支持固定後のＱ値である。Ｑ値のＨ／ｈ依存性を示す特性曲線が特性曲線１２０１である。この特性曲線１２０１から、Ｈ／ｈが奇数近傍においてＱ値は極小値、Ｈ／ｈが偶数近傍においてＱ値は極大値とる事が判明する。この現象は、先に説明した逆メサ励振部の厚み滑り振動と支持端部における高調波厚み滑り振動の周期的な共鳴共振現象で説明できる。また、Ｈ／ｈが増加するに従って、Ｑ値の極小値と極大値の差は小さくなり、Ｑ値の変化量は小さくなっている事も判明する。この現象は、支持端部における高調波厚み滑り振動が持っているＱ値が、高調波次数が高くなるにつれて減少し、逆メサ励振部の厚み滑り振動と共鳴共振を起こし難くなる事で説明できる。しかし、大きなＨ／ｈの値を設定する事は、図１０記載の逆メサ振動部９０２を深く加工する必要があり、プロセス上好ましくない。現実的プロセス上、Ｈ／ｈは１０以下が望ましい。Ｈ／ｈは１０以下の領域でも、その値が偶数値近傍では、Ｑ値は極めて安定している。この安定な領域が、本図記載の安定領域１２０２であり、この安定領域１２０２は、Ｈ／ｈが任意の偶数値を中心値として、ほぼ±０．５の範囲と規定できる。すなわち、本図記載の特性曲線１２０１より、ｐを１以上、１０以下の任意正整数として、
【００２９】
【数１１】
【００３０】
の範囲内にＨ／ｈを設定すれば、現実的なプロセスにおいても支持による振動エネルギ漏洩が回避できるのである。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から、支持端部における高調波厚み滑り振動の周波数と逆メサ励振部の厚み滑り振動の周波数を一致させない条件下で、逆メサ励振部の厚み寸法ｈと支持端部の厚み寸法Ｈを選定すれば、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が抑制されるのでＱ値の劣化が防止でき、その結果、超小型及び高周波の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子が実現できるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】：本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例１を示すためのＸ１−Ｘ２断面図
【図２】：本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例２を示すためのＸ１−Ｘ２断面図
【図３】：本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例３を示すためのＸ１−Ｘ２断面図
【図４】：本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例４を示すためのＸ１−Ｘ２断面図
【図５】：矩形状ＡＴカット水晶振動子の角度方位と形状概要を説明する概念図
【図６】：図５記載のＡＴカット水晶振動子の厚みすべり振動の共振変位を 説明する概念図
【図７】：三次高調波振動に対応する共振変位の概念図
【図８】：五次高調波振動に対応する共振変位の概念図
【図９】：逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の構造を示した斜視図
【図１０】：図９記載の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子のＸ１−Ｘ２断面図である
【図１１】：図１０記載の支持端部近傍のＸ１−Ｘ２断面図
【図１２】：逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の支持固定後のＱ値とＨ／ｈとの関係を図示した特性図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
発明を実施するための形態として、以下の4つの実施例を元にして説明を行なう。
【実施例１】
【００３４】
図１は、本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例１を示すためのＡＴカット水晶振動子１０１のＸ１−Ｘ２断面図であって、逆メサ振動部１０２の厚み寸法はｈである。また、カット方位は、その座標原点１０７を逆メサ振動部１０２の重心位置とし、座標軸ｘ及び座標軸ｙを図６と同じ定義としている。この逆メサ振動部１０２は、ＡＴカット水晶振動子１０１の片側表面のみから、エッチング加工などによって形成されている。この逆メサ面には、励振電極１０３、さらにこの励振電極１０３と対向するＡＴカット水晶振動子１０１の裏面位置に励振電極１０４が形成されている。このＡＴカット水晶振動子１０１の支持端部１０５及び対向端部１０６の厚み寸法は１である。これら支持端部１０５及び対向端部１０６の厚み寸法Ｈは、一枚の水晶ウェハからウェットエッチング等の加工を用いて、ＡＴカット水晶振動子１０１をバッチ処理にて形成する場合は、この水晶ウェハの厚み寸法に等しい。この支持端部１０５の厚み寸法Ｈは、逆メサ振動部１０２の厚み寸法ｈ、逆メサ振動部１０２の加工深さ寸法Ｈ−ｈ及びｐを１以上、１０以下の任意正整数として、数１１を用いて、以下の数式を満足する範囲内に設定されている。
【００３５】
【数１２】
【００３６】
この数１２を満足するように、支持端部１０５の厚み寸法、言い換えれば、逆メサ加工前の水晶ウェハの厚みを選定する事で、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が抑制されるのでＱ値の劣化が防止でき、その結果、超小型及び高周波の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子が実現できるのである。
【実施例２】
【００３７】
図２は、本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例２を示すためのＡＴカット水晶振動子２０１のＸ１−Ｘ２断面図であって、ＡＴカット水晶振動子２０１の片面より、エッチング加工等の方法によって、厚み寸法ｈなる逆メサ振動部２０３を形成したＡＴカット水晶振動子である。本図において、ＡＴカット水晶振動子２０１の片面より逆メサ加工を施した加工部が片面逆メサ加工部片面逆メサ加工部２０２である。さらに、逆メサ振動部２０３と支持端部２０４及び対向端部２０５を連結するための連結部２０６が、逆メサ加工が施された後、新たにエッチング加工等によって形成されている。この連結部２０６の厚み寸法は、逆メサ振動部２０３の厚み寸法ｈよりも小さい値である事は自明である。また、カット方位は、その座標原点２０７を逆メサ振動部２０３の重心位置とし、座標軸ｘ及び座標軸ｙを図６と同じ定義としている。＋ｙ軸側の逆メサ振動部２０３の表面には励振電極２０８が、−軸側の逆メサ振動部２０３の表面には励振電極２０９が形成されている。このＡＴカット水晶振動子２０１の支持端部２０４及び対向端部２０５の厚み寸法はＨである。これら支持端部２０４及び対向端部２０５の厚み寸法Ｈは、一枚の水晶ウェハからウェットエッチング等の加工にて、ＡＴカット水晶振動子２０１をバッチ処理して形成する場合は、この水晶ウェハの厚み寸法に等しい。
この支持端部２０５の厚み寸法Ｈは、逆メサ振動部２０３の厚み寸法ｈ、片面逆メサ加工部２０２の加工深さ寸法Ｈ―ｈ及びｐを１以上、１０以下の任意正整数として、図１記載のＡＴカット水晶振動子１０１と同様、数１２を満足する範囲内に設定されている。支持端部２０４の厚み寸法、言い換えれば、逆メサ加工前の水晶ウェハの厚みを選定する事で、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が抑制されるのでＱ値の劣化が防止でき、その結果、超小型及び高周波の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子が実現できるのである。
【実施例３】
【００３８】
図３は、本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例３を示すためのＡＴカット水晶振動子３０１のＸ１−Ｘ２断面図であって、ＡＴカット水晶振動子３０１の表裏面より、エッチング加工等の方法によって、逆メサ加工を施して逆メサ振動部３０４を形成した逆メサ型ＡＴカット水晶振動子である。本図において、ＡＴカット水晶振動子３０１の表面より逆メサ加工を施した加工部が表面逆メサ加工部３０２であり、その加工深さ寸法はΔ１、裏面より逆メサ加工を施した加工部が、裏面逆メサ加工部３０３であって、その加工深さ寸法はΔ２である。また、逆メサ振動部３０４の厚み寸法はｈである。また、カット方位は、その座標原点３０９を逆メサ振動部３０４の重心位置とし、座標軸ｘ及び座標軸ｙを図６と同じ定義としている。逆メサ振動部３０４の表裏面には、励振電極３０５と励振電極３０６が形成されている。
このＡＴカット水晶振動子３０１の支持端部３０７及び対向端部３０８の厚み寸法はＨである。これら支持端部３０７及び対向端部３０８の厚み寸法Ｈは、一枚の水晶ウェハからウェットエッチング等の加工にて、ＡＴカット水晶振動子３０１をバッチ処理して形成する場合は、この水晶ウェハの厚み寸法に等しい。
この支持端部３０７の厚み寸法Ｈは、逆メサ振動部３０４の厚み寸法ｈ、表面逆メサ加工部３０２の加工深さ寸法Δ１、裏面逆メサ加工部３０３の加工深さ寸法Δ２及びｐを１以上、１０以下の任意正整数として、数１１を用いて、以下の数式を満足する範囲内に設定されている。
【００３９】
【数１３】
【００４０】
この数１３を満足するように、支持端部３０７の厚み寸法、言い換えれば、逆メサ加工前の水晶ウェハの厚みを選定する事で、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が抑制されるのでＱ値の劣化が防止でき、その結果、超小型及び高周波の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子が実現できるのである。
【実施例４】
【００４１】
図４は、本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例４を示すためのＡＴカット水晶振動子４０１のＸ１−Ｘ２断面図であって、ＡＴカット水晶振動子４０１の表裏面より、エッチング加工等の方法によって、逆メサ振動部４０４を形成した逆メサ型ＡＴカット水晶振動子である。本図において、ＡＴカット水晶振動子４０１の表面より逆メサ加工を施した加工部が表面逆メサ加工部４０２であり、その加工深さ寸法はΔ１、裏面より逆メサ加工を施した加工部が、裏面逆メサ加工部４０３であって、その加工深さ寸法はΔ２である。この表裏面の逆メサ加工によって、形成されて逆メサ振動部４０４の厚み寸法はｈである。さらに、逆メサ振動部４０４と支持端部４０５及び対向端部４０６を連結するための連結部４０７が、加工深さ寸法Δ１と加工工深さ寸法Δ２なる逆メサ加工が施された後、新たにエッチング加工等によって形成されている。この連結部４０７の厚み寸法は、逆メサ振動部４０４の厚み寸法ｈよりも小さい値である事は自明である。また、カット方位は、その座標原点４０８を逆メサ振動部４０４の重心位置とし、座標軸ｘ及び座標軸ｙを図６と同じ定義としている。逆メサ振動部４０４の表裏面には、励振電極４０９（＋ｙ軸側）と励振電極４１０（−ｙ軸側）が形成されている。このＡＴカット水晶振動子４０１の支持端部４０５及び対向端部４０６の厚み寸法はＨである。これら支持端部４０５及び対向端部４０６の厚み寸法Ｈは、一枚の水晶ウェハからウェットエッチング等の加工にて、ＡＴカット水晶振動子４０１をバッチ処理して形成する場合は、この水晶ウェハの厚み寸法に等しい。
この支持端部４０５の厚み寸法Ｈは、逆メサ振動部４０４の厚み寸法ｈ、表面逆メサ加工部４０２の加工深さ寸法Δ１、裏面逆メサ加工部４０３の加工深さ寸法Δ２及びｐを１以上、１０以下の任意正整数として、図３記載のＡＴカット水晶振動子３０１と同様、数１３を満足する範囲内に設定されている。支持端部４０５の厚み寸法、言い換えれば、逆メサ加工前の水晶ウェハの厚みを選定する事で、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が抑制されるのでＱ値の劣化が防止でき、その結果、超小型及び高周波の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子が実現できるのである。
【符号の説明】
【００４２】
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，９０１：ＡＴカット水晶振動子
１０２，２０３，３０４，４０４，９０２：逆メサ振動部
１０３，１０４，２０７，２０８，３０５，３０６，４０９，４１０，５０２，９０３：励振電極
１０５，２０４，３０７，４０５，１００２：支持端部
１０６，２０５，３０８，４０６，１００３：対向端部
１０７，２０７，３０９，６０１，１００４：座標原点
２０２：片面逆メサ加工部
２０３：振動部
２０６，４０７：連結部
３０２，４０２：表面逆メサ加工部
３０３，４０３：裏面逆メサ加工部
６０２，７０１，８０１，１００１：共振変位
９０４，９０５：マウント電極
１１０１：共鳴共振変位
１２０１：特性曲線
１２０２：安定領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話などに使用されるＡＴカット水晶振動子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等に代表される無線携帯機器や、パーソナルコンピュータ、時計等の電子機器の小型化と高精度化の要求が高まっている中で、このような電子機器には、小型でしかも安定な高周波信号源が必要不可欠である。この要求を満足させるための代表的な高周波信号源がＡＴカット水晶振動子である。
ＡＴカット水晶振動子は、良好な結晶の安定性から、発振素子としての品質の指標である共振先鋭度すなわちＱ値が極めて大きく、さらにその共振周波数の温度安定度すなわち周波数温度特性も非常に良好である。これが、無線携帯機器、パーソナルコンピュータ等の安定な高周波信号源として、広くＡＴカット水晶振動子が利用されている理由である。しかししかし、特許文献１にて開示されているように、このＡＴカット水晶振動子は、近年の強い高周波及び小型化対応の要求に関しては、十分に満足させることができないことも明らかになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９７０４６
【発明の概要】
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５は矩形状ＡＴカット水晶振動子の角度方位と形状概要を説明する概念図である。図５記載の三本の座標軸、すなわちＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は水晶単結晶の基本対称軸である。またＡＴカット水晶振動子５０１は、Ｘ軸を回転軸として反時計回りにカット角θだけ回転させた回転座標系すなわち、ＸＹ’Ｚ’座標系において定義された水晶薄板であある。前記水晶薄板の厚み方向はＹ’軸方向、長辺方向はＸ軸、短辺方向はＺ’軸方向である。前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面中心部には一対の励振電極５０２が配置されており、この一対の励振電極５０２により、厚み方向に励振電界が印加される構成となっている。通常、図５記載のカット角θは、３５度から３６度の範囲に設定されており、このθの範囲内で、誘発する厚みすべり振動の共振周波数の周波数温度特性は、非常に良好である事が知られている。
図６は、図５記載のＡＴカット水晶振動子の厚みすべり振動の共振変位を説明する概念図であり、図５記載のＡＴカット水晶振動子５０１のＸＹ’側面図である。図中のｘ軸、ｙ軸は、ＡＴカット水晶振動子５０１の重心点を座標原点６０１とした座標軸である。さらにこのＡＴカット水晶振動子５０１の厚み方向寸法はｔである。このｘ軸、ｙ軸はそれぞれ、図５記載のＹ’軸、Ｘ軸と平行な座標軸である。本発明に係る厚みすべり振動の共振変位が本図記載の共振変位６０２である。この共振変位６０２は、ｙ軸方向で正弦波的な変位分布をもっており、ＡＴカット水晶振動子の表面で最大変位を持つ。この共振変位６０２はＺ’軸方向では変位量の変化はない。この共振変位６０２の変位式Ｕは、近似的に次式で与えられる。
【０００６】
【数１】
【０００７】
ここで、Ａは図６記載の励振電極５０２に印加される電圧振幅とＡＴカット水晶振動子５０１の持つ圧電性によって決定される振動振幅である。また、ｎは正の奇数整数であって、
【０００８】
【数２】
【０００９】
で与えられている。この数字は高調波次数であって、この数字の値によって、振動モードの次数が決定される。図６記載の共振変位は、ｎ＝１に対応しており、基本波振動である。ｎ＝３においては、その共振変位は三次高調波振動となり、その共振変位は図７記載の共振変位７０１となる。さらにｎ＝５においては、その共振変位は五次高調波振動となり、その共振変位は図８記載の共振変位８０１となる。また、このＡＴカット水晶振動子の共振周波数Ｆは、ほぼ厚みｔに反比例し、次式で与えられている。
【００１０】
【数３】
【００１１】
ここで、ｎは数１及び数２記載の正の奇数整数で与えられるオーバートーン次数である。
近年、高周波及び小型化対応が強く要求されているＡＴカット水晶振動子においては、従来の機械加工法にかわって、音叉型水晶振動子と同じ、一枚の大型ウェハからフォトリソ加工を用いて振動子形状を加工する、フォトエッチング型のＡＴカット水晶振動子が注目されている。フォトリソ加工は、従来の機械加工に比較して、微細かつ複雑な形状の高精度加工が実現でき、さらに一枚のウェハから大量に生産できるという大きな特徴をもっており、小型電子デバイスの製造には非常に有効な加工方法である。ところが本発明に係る高周波領域のＡＴカット水晶振動子においては、数３にて示したように、その周波数が厚みによって決定されるという特徴があるので、振動部の厚みが非常に薄くなってしまい、大型ウェハとしてバッチ処理を行う場合、そのハンドリングに大きな問題が生じていた。この問題を解決する方策として、近年注目されているＡＴカット形状として、逆メサ型構造が提案されている。
【００１２】
図９はこの逆メサ型ＡＴカット水晶振動子のＡＴカット水晶振動子９０１の構造を示した斜視図である。ＡＴカット水晶振動子９０１の表面には、凹状形状をした逆メサ振動部９０２が形成されている。この逆メサ振動部９０２の表面と図示しないがＡＴカット水晶振動子９０１の裏面には一対の励振電極９０３が形成されている。さらに凹状形状をした逆メサ振動部９０２の外周部にはマウント電極９０４とマウント電極９０５が前記の励振電極９０３と一体同時形成されている。
図１０は図９記載のＡＴカット水晶振動子９０１のＸ１−Ｘ２断面図である。厚みｈなる逆メサ振動部９０２において、励振電極９０３によって励振される厚み滑り振動の共振変位が、図記載の共振変位１００１であって、この共振変位は、数３におけるｎ＝１に対応しており、基本波振動である。さらに、その共振周波数Ｆは、逆メサ振動部９０２の厚みｈと数３を用いて、
【００１３】
【数４】
【００１４】
とかける。さらにその変位式Ｕは、座標原点１００４を逆メサ振動部９０２の重心位置とし、座標軸ｘ及びｙを図６と同じ定義とし、数２と同様に、
【００１５】
【数５】
【００１６】
と書ける。また図９記載のマウント電極９０４とマウント電極９０５が形成されている端部が支持端部１００２であり、この支持端部１００２に対向する端部が対向端部１００３である。この支持端部１００２及び対向端部１００３の厚み寸法は、両者同じくＨである。通常、この支持端部１００２でＡＴカット水晶振動子９０１が支持固定される。
この逆メサ型ＡＴカット水晶振動子は、励振部が逆メサ部に形成されており、この励振部の周囲は、逆メサ部よりも厚くなるので、大型ウェハとしてバッチ処理を行う場合、そのハンドリングに対する問題がなく、高周波帯及び超小型のＡＴカット水晶振動子として、非常に注目されている。しかし、ＡＴカット水晶振動子９０１を支持端部１００２にて支持固定すると、その等価抵抗値Ｒｍが大きく増加してしまい、その結果として、ＡＴカット水晶振動子の大きな特徴である高い共振先鋭度すなわち高Ｑ値が、実現できないという不具合が生じている。この現象は支持による振動エネルギの漏洩現象である。それゆえ逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の小型化が実現できていない。すなわち、本発明の解決すべき課題は、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子において、支持による振動エネルギ漏洩が回避する事である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
図１１は図１０記載の支持端部１００２近傍のＸ１−Ｘ２断面図であって、支持による振動エネルギ漏洩を説明するための図である。本発明に係る逆メサ型ＡＴカット振動子の支持端部１００２の厚み寸法Ｈは、逆メサ振動部９０２の厚み寸法ｈに比較して、大きな値となっている。それゆえ、励振モードが基本波振動の場合、その共振周波数は支持端部１００２の持つ共振周波数よりも高い周波数である。それゆえ、逆メサ励振部９０２にて励起された基本波振動は、支持端部と共鳴せず減衰する。ところが、図１１記載のように支持端部１００２の厚み寸法Ｈと、逆メサ励振部９０２の厚み寸法ｈが
【００１８】
【数６】
【００１９】
なる関係にあると、数１から数６で説明できるように、支持端部１００２のもつ厚みすべり振動の三次高調波振動と逆メサ励振部９０２の基本波振動の周波数が一致してしまい、逆メサ励振部９０２の基本振動によって、支持端部１００２が共鳴振動を起こしてしまう。この共鳴現象を説明する図が図１１であって、逆メサ励振部９０２にて励起された共振変位が共振変位１００１であり、この共振変位１００１にて支持端部１００２にて発生した三次高調波の共鳴共振変位が共鳴共振変位１１０１である。本図の如く支持端部１００２が共鳴振動を生じると、支持固定による振動エネルギ漏洩が非常に大きくなり、前述の如くＱ値の劣化を招いてしまうのである。本図は支持端部の三次高調波振動との共鳴の場合を図示したものであるが、一般に支持端部１００２の厚み寸法Ｈと、逆メサ励振部９０２の厚み寸法ｈが
【００２０】
【数７】
【００２１】
なる関係がある場合、支持端部１００２のｍ次高調波との共鳴が生じる事は自明である。ここで、ｍは数２と同様に、正の奇数であって、
【００２２】
【数８】
【００２３】
となる。以上が、本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における振動エネルギ漏洩現象の説明である。
この、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象を抑制する為には、逆メサ励振部の厚み滑り振動の周波数が支持端部における高調波厚み滑り振動の周波数と一致しない範囲にある事が必要である。すなわち、ｐを１以上の任意の正整数として、以下の不等式が成立するように逆メサ励振部の厚み寸法ｈと支持端部の厚み寸法Ｈを選定すればよい。
【００２４】
【数９】
【００２５】
実際の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子おける、逆メサ励振部の厚み滑り振動の周波数は、形成されるべき励振電極の形状、厚み、材質等で変化する事が知られている。また、同様に支持端部における高調波厚み滑り振動の周波数も、形成されるべきマウント電極の形状、厚み、材質等で変化する。それゆえ、より一般的にはｐを１以上の任意の正整数として、逆メサ励振部の厚み滑り振動の実測周波数をＦ０、支持端部における第２ｐ−１次高調波の実測周波数をＦ２ｐ−１、第２ｐ＋１次高調波の実測周波数をＦ２ｐ＋１とすれば、
【００２６】
【数１０】
【００２７】
なる条件で、逆メサ励振部の厚み寸法ｈと支持端部の厚み寸法Ｈを選定すればよいのである。
【００２８】
図１２は、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の支持固定後のＱ値とＨ／ｈとの関係を図示した特性図である。横軸は逆メサ励振部の厚み寸法ｈと支持端部の厚み寸法Ｈの比Ｈ／ｈであり、縦軸は支持固定後のＱ値である。Ｑ値のＨ／ｈ依存性を示す特性曲線が特性曲線１２０１である。この特性曲線１２０１から、Ｈ／ｈが奇数近傍においてＱ値は極小値、Ｈ／ｈが偶数近傍においてＱ値は極大値とる事が判明する。この現象は、先に説明した逆メサ励振部の厚み滑り振動と支持端部における高調波厚み滑り振動の周期的な共鳴共振現象で説明できる。また、Ｈ／ｈが増加するに従って、Ｑ値の極小値と極大値の差は小さくなり、Ｑ値の変化量は小さくなっている事も判明する。この現象は、支持端部における高調波厚み滑り振動が持っているＱ値が、高調波次数が高くなるにつれて減少し、逆メサ励振部の厚み滑り振動と共鳴共振を起こし難くなる事で説明できる。しかし、大きなＨ／ｈの値を設定する事は、図１０記載の逆メサ振動部９０２を深く加工する必要があり、プロセス上好ましくない。現実的プロセス上、Ｈ／ｈは１０以下が望ましい。Ｈ／ｈは１０以下の領域でも、その値が偶数値近傍では、Ｑ値は極めて安定している。この安定な領域が、本図記載の安定領域１２０２であり、この安定領域１２０２は、Ｈ／ｈが任意の偶数値を中心値として、ほぼ±０．５の範囲と規定できる。すなわち、本図記載の特性曲線１２０１より、ｐを１以上、１０以下の任意正整数として、
【００２９】
【数１１】
【００３０】
の範囲内にＨ／ｈを設定すれば、現実的なプロセスにおいても支持による振動エネルギ漏洩が回避できるのである。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から、支持端部における高調波厚み滑り振動の周波数と逆メサ励振部の厚み滑り振動の周波数を一致させない条件下で、逆メサ励振部の厚み寸法ｈと支持端部の厚み寸法Ｈを選定すれば、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が抑制されるのでＱ値の劣化が防止でき、その結果、超小型及び高周波の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子が実現できるのである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】：本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例１を示すためのＸ１−Ｘ２断面図
【図２】：本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例２を示すためのＸ１−Ｘ２断面図
【図３】：本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例３を示すためのＸ１−Ｘ２断面図
【図４】：本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例４を示すためのＸ１−Ｘ２断面図
【図５】：矩形状ＡＴカット水晶振動子の角度方位と形状概要を説明する概念図
【図６】：図５記載のＡＴカット水晶振動子の厚みすべり振動の共振変位を 説明する概念図
【図７】：三次高調波振動に対応する共振変位の概念図
【図８】：五次高調波振動に対応する共振変位の概念図
【図９】：逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の構造を示した斜視図
【図１０】：図９記載の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子のＸ１−Ｘ２断面図である
【図１１】：図１０記載の支持端部近傍のＸ１−Ｘ２断面図
【図１２】：逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の支持固定後のＱ値とＨ／ｈとの関係を図示した特性図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
発明を実施するための形態として、以下の4つの実施例を元にして説明を行なう。
【実施例１】
【００３４】
図１は、本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例１を示すためのＡＴカット水晶振動子１０１のＸ１−Ｘ２断面図であって、逆メサ振動部１０２の厚み寸法はｈである。また、カット方位は、その座標原点１０７を逆メサ振動部１０２の重心位置とし、座標軸ｘ及び座標軸ｙを図６と同じ定義としている。この逆メサ振動部１０２は、ＡＴカット水晶振動子１０１の片側表面のみから、エッチング加工などによって形成されている。この逆メサ面には、励振電極１０３、さらにこの励振電極１０３と対向するＡＴカット水晶振動子１０１の裏面位置に励振電極１０４が形成されている。このＡＴカット水晶振動子１０１の支持端部１０５及び対向端部１０６の厚み寸法は１である。これら支持端部１０５及び対向端部１０６の厚み寸法Ｈは、一枚の水晶ウェハからウェットエッチング等の加工を用いて、ＡＴカット水晶振動子１０１をバッチ処理にて形成する場合は、この水晶ウェハの厚み寸法に等しい。この支持端部１０５の厚み寸法Ｈは、逆メサ振動部１０２の厚み寸法ｈ、逆メサ振動部１０２の加工深さ寸法Ｈ−ｈ及びｐを１以上、１０以下の任意正整数として、数１１を用いて、以下の数式を満足する範囲内に設定されている。
【００３５】
【数１２】
【００３６】
この数１２を満足するように、支持端部１０５の厚み寸法、言い換えれば、逆メサ加工前の水晶ウェハの厚みを選定する事で、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が抑制されるのでＱ値の劣化が防止でき、その結果、超小型及び高周波の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子が実現できるのである。
【実施例２】
【００３７】
図２は、本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例２を示すためのＡＴカット水晶振動子２０１のＸ１−Ｘ２断面図であって、ＡＴカット水晶振動子２０１の片面より、エッチング加工等の方法によって、厚み寸法ｈなる逆メサ振動部２０３を形成したＡＴカット水晶振動子である。本図において、ＡＴカット水晶振動子２０１の片面より逆メサ加工を施した加工部が片面逆メサ加工部片面逆メサ加工部２０２である。さらに、逆メサ振動部２０３と支持端部２０４及び対向端部２０５を連結するための連結部２０６が、逆メサ加工が施された後、新たにエッチング加工等によって形成されている。この連結部２０６の厚み寸法は、逆メサ振動部２０３の厚み寸法ｈよりも小さい値である事は自明である。また、カット方位は、その座標原点２０７を逆メサ振動部２０３の重心位置とし、座標軸ｘ及び座標軸ｙを図６と同じ定義としている。＋ｙ軸側の逆メサ振動部２０３の表面には励振電極２０８が、−軸側の逆メサ振動部２０３の表面には励振電極２０９が形成されている。このＡＴカット水晶振動子２０１の支持端部２０４及び対向端部２０５の厚み寸法はＨである。これら支持端部２０４及び対向端部２０５の厚み寸法Ｈは、一枚の水晶ウェハからウェットエッチング等の加工にて、ＡＴカット水晶振動子２０１をバッチ処理して形成する場合は、この水晶ウェハの厚み寸法に等しい。
この支持端部２０５の厚み寸法Ｈは、逆メサ振動部２０３の厚み寸法ｈ、片面逆メサ加工部２０２の加工深さ寸法Ｈ―ｈ及びｐを１以上、１０以下の任意正整数として、図１記載のＡＴカット水晶振動子１０１と同様、数１２を満足する範囲内に設定されている。支持端部２０４の厚み寸法、言い換えれば、逆メサ加工前の水晶ウェハの厚みを選定する事で、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が抑制されるのでＱ値の劣化が防止でき、その結果、超小型及び高周波の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子が実現できるのである。
【実施例３】
【００３８】
図３は、本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例３を示すためのＡＴカット水晶振動子３０１のＸ１−Ｘ２断面図であって、ＡＴカット水晶振動子３０１の表裏面より、エッチング加工等の方法によって、逆メサ加工を施して逆メサ振動部３０４を形成した逆メサ型ＡＴカット水晶振動子である。本図において、ＡＴカット水晶振動子３０１の表面より逆メサ加工を施した加工部が表面逆メサ加工部３０２であり、その加工深さ寸法はΔ１、裏面より逆メサ加工を施した加工部が、裏面逆メサ加工部３０３であって、その加工深さ寸法はΔ２である。また、逆メサ振動部３０４の厚み寸法はｈである。また、カット方位は、その座標原点３０９を逆メサ振動部３０４の重心位置とし、座標軸ｘ及び座標軸ｙを図６と同じ定義としている。逆メサ振動部３０４の表裏面には、励振電極３０５と励振電極３０６が形成されている。
このＡＴカット水晶振動子３０１の支持端部３０７及び対向端部３０８の厚み寸法はＨである。これら支持端部３０７及び対向端部３０８の厚み寸法Ｈは、一枚の水晶ウェハからウェットエッチング等の加工にて、ＡＴカット水晶振動子３０１をバッチ処理して形成する場合は、この水晶ウェハの厚み寸法に等しい。
この支持端部３０７の厚み寸法Ｈは、逆メサ振動部３０４の厚み寸法ｈ、表面逆メサ加工部３０２の加工深さ寸法Δ１、裏面逆メサ加工部３０３の加工深さ寸法Δ２及びｐを１以上、１０以下の任意正整数として、数１１を用いて、以下の数式を満足する範囲内に設定されている。
【００３９】
【数１３】
【００４０】
この数１３を満足するように、支持端部３０７の厚み寸法、言い換えれば、逆メサ加工前の水晶ウェハの厚みを選定する事で、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が抑制されるのでＱ値の劣化が防止でき、その結果、超小型及び高周波の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子が実現できるのである。
【実施例４】
【００４１】
図４は、本発明に係る逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の実施例４を示すためのＡＴカット水晶振動子４０１のＸ１−Ｘ２断面図であって、ＡＴカット水晶振動子４０１の表裏面より、エッチング加工等の方法によって、逆メサ振動部４０４を形成した逆メサ型ＡＴカット水晶振動子である。本図において、ＡＴカット水晶振動子４０１の表面より逆メサ加工を施した加工部が表面逆メサ加工部４０２であり、その加工深さ寸法はΔ１、裏面より逆メサ加工を施した加工部が、裏面逆メサ加工部４０３であって、その加工深さ寸法はΔ２である。この表裏面の逆メサ加工によって、形成されて逆メサ振動部４０４の厚み寸法はｈである。さらに、逆メサ振動部４０４と支持端部４０５及び対向端部４０６を連結するための連結部４０７が、加工深さ寸法Δ１と加工工深さ寸法Δ２なる逆メサ加工が施された後、新たにエッチング加工等によって形成されている。この連結部４０７の厚み寸法は、逆メサ振動部４０４の厚み寸法ｈよりも小さい値である事は自明である。また、カット方位は、その座標原点４０８を逆メサ振動部４０４の重心位置とし、座標軸ｘ及び座標軸ｙを図６と同じ定義としている。逆メサ振動部４０４の表裏面には、励振電極４０９（＋ｙ軸側）と励振電極４１０（−ｙ軸側）が形成されている。このＡＴカット水晶振動子４０１の支持端部４０５及び対向端部４０６の厚み寸法はＨである。これら支持端部４０５及び対向端部４０６の厚み寸法Ｈは、一枚の水晶ウェハからウェットエッチング等の加工にて、ＡＴカット水晶振動子４０１をバッチ処理して形成する場合は、この水晶ウェハの厚み寸法に等しい。
この支持端部４０５の厚み寸法Ｈは、逆メサ振動部４０４の厚み寸法ｈ、表面逆メサ加工部４０２の加工深さ寸法Δ１、裏面逆メサ加工部４０３の加工深さ寸法Δ２及びｐを１以上、１０以下の任意正整数として、図３記載のＡＴカット水晶振動子３０１と同様、数１３を満足する範囲内に設定されている。支持端部４０５の厚み寸法、言い換えれば、逆メサ加工前の水晶ウェハの厚みを選定する事で、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子における支持端部と逆メサ励振部の共鳴現象が生じない。それゆえ支持固定による振動エネルギ漏洩が抑制されるのでＱ値の劣化が防止でき、その結果、超小型及び高周波の逆メサ型ＡＴカット水晶振動子が実現できるのである。
【符号の説明】
【００４２】
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，９０１：ＡＴカット水晶振動子
１０２，２０３，３０４，４０４，９０２：逆メサ振動部
１０３，１０４，２０７，２０８，３０５，３０６，４０９，４１０，５０２，９０３：励振電極
１０５，２０４，３０７，４０５，１００２：支持端部
１０６，２０５，３０８，４０６，１００３：対向端部
１０７，２０７，３０９，６０１，１００４：座標原点
２０２：片面逆メサ加工部
２０３：振動部
２０６，４０７：連結部
３０２，４０２：表面逆メサ加工部
３０３，４０３：裏面逆メサ加工部
６０２，７０１，８０１，１００１：共振変位
９０４，９０５：マウント電極
１１０１：共鳴共振変位
１２０１：特性曲線
１２０２：安定領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＴカット水晶振動子の表裏面の少なくとも一方の面に一個の凹部が形成され、かつ前記凹部に振動部が形成されているＡＴカット水晶振動子において、前記振動部の厚み滑り振動の共振周波数をＦ０、ｐを１以上の任意の正整数として、前記ＡＴカット水晶振動子の凹部が形成されていない部位である外周部における厚み滑り振動の第２ｐ−１次高調波の周波数をＦ２ｐ−１、前記外周部における厚み滑り振動の第２ｐ＋１次高調波の周波数をＦ２ｐ＋１として、数１０が成立していることを特徴としたＡＴカット水晶振動子。
【数１０】
【請求項２】
前記振動部の厚みをｈ、前記外周部の厚みをＨ、さらにｐを１以上の任意の正整数として、数１１が成立している事を特徴とした、請求項１記載のＡＴカット水晶振動子。
【数１１】
【請求項３】
前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面の一方の面より一個の凹部が形成され、かつ前記凹部の底面には凸部が形成され、前記凸部の表面部と前記ＡＴカット水晶振動子の裏面に一対の励振電極が形成されることで、前記ＡＴカット水晶振動子の前記凸部を振動部とした事を特徴とする請求項１または２に記載のＡＴカット水晶振動子。
【請求項４】
前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面より二個の凹部が形成され、かつ前記二個の凹部の底面には、一対の励振電極が形成される事によって、振動部とする事を特徴とした請求項１また２に記載のＡＴカット水晶振動子。
【請求項５】
前記二個の凹部の底面において、前記底面にそれぞれ新たに凸部が形成され、該凸部の表裏面に一対の励振電極を形成することで、前記凹部に振動部を形成する事を特徴とした請求項４に記載のＡＴカット水晶振動子。
【請求項６】
ＡＴカット水晶振動子の表裏面の少なくとも一方の面に一個の凹部を形成し振動部を作り、
前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面に前記振動部を励振させるための励振電極及びマウント電極を形成し、
前記振動部の厚み滑り振動の共振周波数をＦ０、ｐを１以上の任意の正整数として、前記ＡＴカット水晶振動子の凹部が形成されていない部位である外周部における厚み滑り振動の第２ｐ−１次高調波の周波数をＦ２ｐ−１、前記外周部における厚み滑り振動の第２ｐ＋１次高調波の周波数をＦ２ｐ＋１とすると、数１０が成立することを特徴としたＡＴカット水晶振動子の製造方法。
【数１０】
【請求項７】
前記振動部の厚みをｈ、前記外周部の厚みをＨ、さらにｐを１以上の任意の正整数として、数１１が成立するように前記ＡＴカット水晶振動子を加工する事を特徴とした、請求項６記載のＡＴカット水晶振動子の製造方法。
【数１１】
【請求項８】
前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面の一方の面より一個の凹部を形成し、
前記凹部の底面の端部に溝を形成することで凸部を形成し、
前記凸部の表面と前記ＡＴカット水晶振動子の裏面に一対の励振電極を形成することで、前記ＡＴカット水晶振動子に振動部を形成する事を特徴とした請求項６または７に記載のＡＴカット水晶振動子の製造方法。
【請求項９】
前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面より二個の凹部を形成し、
前記二個の凹部の底面に一対の励振電極をそれぞれ形成することで、前記ＡＴカット水晶振動子の前記凹部の底面に振動部を形成する事を特徴とした請求項６または７に記載のＡＴカット水晶振動子の製造方法。
【請求項１０】
前記二個の凹部の底面において、前期底面の端部に溝を形成することで凸部をそれぞれ形成し、
前記凸部の表裏面に励振電極を形成することで、前記凸部に振動部を形成する事を特徴とする請求項９記載のＡＴカット水晶振動子の製造方法。
【請求項１】
ＡＴカット水晶振動子の表裏面の少なくとも一方の面に一個の凹部が形成され、かつ前記凹部に振動部が形成されているＡＴカット水晶振動子において、前記振動部の厚み滑り振動の共振周波数をＦ０、ｐを１以上の任意の正整数として、前記ＡＴカット水晶振動子の凹部が形成されていない部位である外周部における厚み滑り振動の第２ｐ−１次高調波の周波数をＦ２ｐ−１、前記外周部における厚み滑り振動の第２ｐ＋１次高調波の周波数をＦ２ｐ＋１として、数１０が成立していることを特徴としたＡＴカット水晶振動子。
【数１０】
【請求項２】
前記振動部の厚みをｈ、前記外周部の厚みをＨ、さらにｐを１以上の任意の正整数として、数１１が成立している事を特徴とした、請求項１記載のＡＴカット水晶振動子。
【数１１】
【請求項３】
前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面の一方の面より一個の凹部が形成され、かつ前記凹部の底面には凸部が形成され、前記凸部の表面部と前記ＡＴカット水晶振動子の裏面に一対の励振電極が形成されることで、前記ＡＴカット水晶振動子の前記凸部を振動部とした事を特徴とする請求項１または２に記載のＡＴカット水晶振動子。
【請求項４】
前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面より二個の凹部が形成され、かつ前記二個の凹部の底面には、一対の励振電極が形成される事によって、振動部とする事を特徴とした請求項１また２に記載のＡＴカット水晶振動子。
【請求項５】
前記二個の凹部の底面において、前記底面にそれぞれ新たに凸部が形成され、該凸部の表裏面に一対の励振電極を形成することで、前記凹部に振動部を形成する事を特徴とした請求項４に記載のＡＴカット水晶振動子。
【請求項６】
ＡＴカット水晶振動子の表裏面の少なくとも一方の面に一個の凹部を形成し振動部を作り、
前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面に前記振動部を励振させるための励振電極及びマウント電極を形成し、
前記振動部の厚み滑り振動の共振周波数をＦ０、ｐを１以上の任意の正整数として、前記ＡＴカット水晶振動子の凹部が形成されていない部位である外周部における厚み滑り振動の第２ｐ−１次高調波の周波数をＦ２ｐ−１、前記外周部における厚み滑り振動の第２ｐ＋１次高調波の周波数をＦ２ｐ＋１とすると、数１０が成立することを特徴としたＡＴカット水晶振動子の製造方法。
【数１０】
【請求項７】
前記振動部の厚みをｈ、前記外周部の厚みをＨ、さらにｐを１以上の任意の正整数として、数１１が成立するように前記ＡＴカット水晶振動子を加工する事を特徴とした、請求項６記載のＡＴカット水晶振動子の製造方法。
【数１１】
【請求項８】
前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面の一方の面より一個の凹部を形成し、
前記凹部の底面の端部に溝を形成することで凸部を形成し、
前記凸部の表面と前記ＡＴカット水晶振動子の裏面に一対の励振電極を形成することで、前記ＡＴカット水晶振動子に振動部を形成する事を特徴とした請求項６または７に記載のＡＴカット水晶振動子の製造方法。
【請求項９】
前記ＡＴカット水晶振動子の表裏面より二個の凹部を形成し、
前記二個の凹部の底面に一対の励振電極をそれぞれ形成することで、前記ＡＴカット水晶振動子の前記凹部の底面に振動部を形成する事を特徴とした請求項６または７に記載のＡＴカット水晶振動子の製造方法。
【請求項１０】
前記二個の凹部の底面において、前期底面の端部に溝を形成することで凸部をそれぞれ形成し、
前記凸部の表裏面に励振電極を形成することで、前記凸部に振動部を形成する事を特徴とする請求項９記載のＡＴカット水晶振動子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１８７３０７（Ｐ２０１０−１８７３０７Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３１３８２（Ｐ２００９−３１３８２）
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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