晶体振子的制作方法

本发明涉及一种使用了经双旋转切割的晶体片的晶体振子。

背景技术：

已知使用经双旋转切割的晶体片的双旋转晶体振子(doublyrotatedcrystalresonator)，所述经双旋转切割的晶体片是与x′轴及z′轴平行地将晶体切断而形成，所述x′轴是以作为结晶轴的z轴为中心而使作为晶体的结晶轴的x轴旋转φ度所得，所述z′轴是以x′轴为中心而使z轴旋转θ度所得。例如，专利文献1中，例如示出φ约为22度、θ约为34度的sc切割的晶体振子。此种双旋转晶体振子比起at切割晶体振子而热冲击特性良好，且在80℃左右的相对高的温度下显示出零温度系数，因此，例如作为收纳在加热到80℃左右的一定温度的恒温槽内而稳定度高的晶体振荡器使用。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开平5-243890号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

然而，如专利文献1所示的双旋转晶体振子中，存在如下问题，即，轮廓系、弯曲系的副振动与主振动耦合，而容易产生由温度变化引起的急剧的频率变化及晶体阻抗(crystalimpedance，ci)的变化。而且，双旋转晶体振子与at切割的晶体振子彼此的振动模式不同，因而，也难以直接将at切割的晶体振子的技术用于双旋转晶体振子来抑制副振动。

因此，本发明的目的在于，提供抑制副振动与主振动的耦合而ci值被抑制得低的晶体振子。

[解决问题的技术手段]

第一方面的晶体振子包括：平板状的晶体片，具有与x′轴及z′轴平行的主面，所述x′轴是以作为晶体的结晶轴的z轴为中心而使作为晶体的结晶轴的x轴在15度至25度的范围内旋转所得，所述z′轴是以x′轴为中心而使z轴在33度至35度的范围内旋转所得；以及激振电极，形成于晶体片的各主面。而且，各激振电极形成为椭圆形形状，椭圆形形状的长轴相对于x′轴延伸的方向而在-5度至+15度的范围的方向上延伸。

第二方面的晶体振子包括：平板状的晶体片，具有与x′轴及z′轴平行的主面，所述x′轴是以作为晶体的结晶轴的z轴为中心而使作为晶体的结晶轴的x轴在15度至25度的范围内旋转所得，所述z′轴是以x′轴为中心而使z轴在33度至35度的范围内旋转所得；以及激振电极，形成于晶体片的各主面。而且，各激振电极形成为椭圆形形状，椭圆形形状的长轴相对于z′轴延伸的方向而在±5度的范围的方向上延伸。

第三方面的晶体振子如第一方面及第二方面，晶体片形成为一根对角线相对于z′轴处于±10°的范围的正方形或长方形、或者一条边相对于所述z′轴处于±10°的范围的正方形或长方形(其中，正方形、长方形也包括晶体片的角部为r状等的大致正方形、大致长方形)。另外，此处叙述为±10°的理由在于，如果处于该范围，则在将本发明中提及的激振电极配置于特定的位置后，进而能够减小支撑晶体片时的影响且能够选择晶体片的加工容易的晶体片。

第四方面的晶体振子如第一方面至第三方面，长轴与椭圆形形状的短轴之比为1.1∶1至2.0∶1的范围。

第五方面的晶体振子包括：平板状的晶体片，具有与x′轴及z′轴平行的主面，所述x′轴是以作为晶体的结晶轴的z轴为中心而使作为晶体的结晶轴的x轴在15度至25度的范围内旋转所得，所述z′轴是以x′轴为中心而使z轴在33度至35度的范围内旋转所得；以及激振电极，形成于晶体片的各主面。各激振电极形成为第一椭圆形形状与第二椭圆形形状合成所得的形状，所述第一椭圆形形状是长轴相对于x′轴延伸的方向而在-5度至+15度的范围的方向上延伸的形状，所述第二椭圆形形状是长轴相对于z′轴延伸的方向而在±5度的范围的方向上延伸的形状。

第六方面的晶体振子如第五方面，第一椭圆形形状的长轴与短轴之比为1.1∶1至2.0∶1的范围，第二椭圆形形状的长轴与短轴之比为11∶1至2.0∶1的范围。

第七方面的晶体振子如第一方面至第六方面，晶体片以规定的频率振动，激振电极包括厚度为固定的中央部、及形成于中央部的周围且从内周侧到外周侧而厚度变薄的倾斜部，倾斜部的内周侧与外周侧的宽度比晶体片的不必要振动的波长的1/2长。

第八方面的晶体振子如第一方面至第七方面，激振电极的厚度为晶体片的厚度的0.03％至0.18％之间。

[发明的效果]

根据本发明的晶体振子，能够抑制副振动与主振动的耦合，且ci值被抑制得低。

附图说明

图1是双旋转切割的晶体片110的说明图。

图2a是晶体振子100的平面图。

图2b是图2a的iib-iib剖视图。

图3a是晶体振子200a的平面图。

图3b是晶体振子200b的平面图。

图4a是晶体振子100a的概略平面图。

图4b是晶体振子100b的概略平面图。

图5a是激振电极320的平面图。

图5b是晶体振子300a的平面图。

图5c是晶体振子300b的平面图。

图6a是晶体振子400的平面图。

图6b是图6a的vib-vib剖视图。

图6c是表示不必要振动的波长与频率的关系的曲线图。

图7a是表示倾斜长度为0μm的情况下的ci值的温度变化的曲线图。

图7b是表示倾斜长度为50μm的情况下的ci值的温度变化的曲线图。

图7c是表示倾斜长度为55μm的情况下的ci值的温度变化的曲线图。

图7d是表示倾斜长度为400μm的情况下的ci值的温度变化的曲线图。

[符号的说明]

100、100a、100b、200a、200b、300a、300b、400：晶体振子

110、110a、210、310a、310b、110b：晶体片

120、120a、120b、320、420：激振电极

121、221a、221b、321a、321b：引出电极

211：对角线

420a：中央部

420b：倾斜部

x、x′、y、y′、z、z′：轴

xa：激振电极120的短轴的长度

xb：激振电极120a的短轴的长度

xc：激振电极120b的长轴的长度

ya：晶体片110的厚度

yb：激振电极120的厚度

za：激振电极120的长轴的长度

zb：激振电极120a的长轴的长度

zc：激振电极120b的短轴的长度

zd：激振电极420的从内周侧到外周侧的长度

φ、θ、β1、β2：角度

α1：逆时针方向上的旋转的角度

α2：顺时针方向上的旋转的角度

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，本发明的范围在以下的说明中只要没有旨在特别限定本发明的记载，则不限于这些形态。

(第一实施方式)

<晶体振子100的构成>

图1是双旋转切割的晶体片110的说明图。图1中，晶体的结晶轴表示为x轴、y轴、z轴。双旋转切割的晶体片110是通过与x′轴及z′轴平行地将晶体切断而形成，所述x′轴是以作为晶体的结晶轴的z轴为中心而使作为晶体的结晶轴的x轴旋转φ度所得，所述z′轴是以x′轴为中心而使z轴旋转θ度所得。因此，双旋转切割的晶体片110以x′z′面为主面的方式形成。而且，图1中，示出与x′轴及z′轴垂直的y′轴。

关于图1所示的双旋转切割的晶体片，已知有φ约为22度且θ约为34度的sc切割的晶体片，φ约为19度且θ约为34度的it切割的晶体片，及φ约为15度且θ为34.33度的fc切割的晶体片等。这些晶体片的φ为15度至25度之间且θ为33度至35度之间，以下的说明中，使用φ为15度至25度之间且θ为33度至35度之间的双旋转切割的晶体片而进行说明。

图2a是晶体振子100的平面图。晶体振子100具有晶体片110及激振电极120。晶体片110形成为长边在z′轴方向上延伸且短边在x′轴方向上延伸的长方形的平板状。方形板状的晶体振子容易调整形状，且能够将制造成本抑制得低，因而优选。

在晶体片110的主面的表面与背面(+y′轴侧及-y′轴侧的各面)分别形成着激振电极120。各激振电极120为相同形状且以在y′轴方向上彼此重叠的方式形成。激振电极120形成为长轴在z′轴方向上延伸且短轴在x′轴方向上延伸的长方形形状，从激振电极120分别将引出电极121引出到晶体片110的+z′轴侧的边的两端。

以前，伴随晶体振子的小型化而晶体片的方形板化推进，但为了电常数(electricconstant)的优化，要使激振电极的形状形成为方型以使激振电极的面积变大。然而，方型激振电极中，弯曲系的副振动与来自晶体片的端面的反射波容易耦合，也成为ci值的变动及增加的原因。与此相对，在激振电极形成为圆形的情况下，能够抑制来自晶体片的端面的反射波，能够防止耦合，因而能够防止ci值的变动及增加。进而，在激振电极形成为椭圆形形状的情况下，能够扩大激振电极的面积而实现电常数的优化，并且与圆形形状的激振电极同样地防止ci值的变动及增加，因而优选。

而且，在长轴的长度za为短轴的长度xa的1.1倍至2.0倍的范围的情况下，存在抑制ci值的变动及增加的倾向，因而优选。认为在长轴的长度za小于短轴的长度xa的1.1倍的情况下，因近似于圆形形状，所以无法使激振电极的面积变大，在长轴的长度za大于短轴的长度xa的2.0倍的情况下，能够防止如圆形形状的激振电极所表现出的ci值的变动及增加的效果减弱。

图2b是图2a的iib-iib剖视图。将晶体片110的厚度设为ya，各激振电极120的厚度设为yb。晶体振子的振荡频率与晶体片的厚度成反比，因而厚度ya可根据晶体振子100的振荡频率而决定。而且，厚度yb优选形成于至之间，尤其优选形成为至之间的厚度。如果激振电极过薄，则无法作为电极而发挥功能且无法封闭主振动，而如果过厚，则电极的质量增加，由此导致ci值的增大及ci值的变动，因此要考虑到这些情况来调整为最佳范围。而且，厚度ya与厚度yb之间存在优选关系，在厚度yb取厚度ya的0.03％到0.18％之间的值的情况下，ci值的变动少，从而优选。

<晶体振子200a及晶体振子200b的构成>

图3a是晶体振子200a的平面图。晶体振子200a包括：具有正方形形状的平面的晶体片210，形成于晶体片210的两主面的激振电极120，及从各激振电极120引出的引出电极221a。晶体片110(参照图2a)形成为长方形形状，即便形成为短边及长边的长度相等的正方形形状也容易调整形状，从而能够将制造成本抑制得低，因此也优选。晶体片210具有与z′轴平行的一根对角线211，且以激振电极120的长轴沿着对角线211的方式形成。激振电极的面积越大则电常数越稳定，因而越优选，而通过将激振电极120沿着对角线211形成，能够在大小已定的晶体片210上以激振电极120的面积的大小增大的方式形成，因而优选。而且，晶体振子200a中，引出电极221a分别被引出到晶体片210的+x′轴侧及-x′轴侧的晶体片210的对角线上的角。

图3b是晶体振子200b的平面图。晶体振子200b包括：具有正方形形状的平面的晶体片210，形成于晶体片210的两主面的激振电极120，及从各激振电极120引出的引出电极221b。引出电极221b被引出到激振电极120的+z′轴侧及-z′轴侧的晶体片210的角。

在图3a、图3b任一情况下，均在晶体片的对角线的角部保持晶体片，因而能够稳定地保持晶体片。然而，保持位置不限于此。而且，图3a、图3b的例中，示出晶体片的对角线与z′轴平行，因此，晶体片的角部位于z′轴或x′轴上的例，但考虑到支撑的影响等，也存在晶体片的对角线相对于z′轴非平行且为±10度的范围的优选的位置关系，也就是，也存在晶体片的角部位于偏离z′轴或x′轴规定角度的线上的情况。

图4a是晶体振子100a的概略平面图。晶体振子100a具有晶体片110a及激振电极120a。晶体振子100a中，还另外形成着引出电极等，但图4a中仅示出晶体片110a与激振电极120a。激振电极120a形成为长轴在z′轴方向上延伸的椭圆形形状，晶体片110a形成为长边在z′轴方向上延伸的长方形形状。

激振电极的形状优选为椭圆形形状，而在激振电极的长轴在z′轴方向上延伸的情况下，能够抑制传递到z′轴方向的副振动即弯曲振动，由此，能够抑制ci值的上升，因而优选。而且，关于激振电极120a的长轴的延伸的方向，如果将从z′轴起逆时针方向上的旋转的角度设为α1，从z′轴起顺时针方向上的旋转的角度设为α2，则只要α1及α2为5度的范围内的方向，便容易获得能够抑制弯曲振动的效果。也就是，如果将逆时针方向设为正方向、顺时针方向设为负方向，则优选为激振电极的长轴相对于z′轴延伸的方向而在±5度的范围的方向上延伸的情况。

图4b是晶体振子100b的概略平面图。晶体振子100b具有晶体片110b及激振电极120b。晶体振子100b上，还另外形成着引出电极等，但图4b中仅示出晶体片110b及激振电极120b。激振电极120b形成为长轴在x′轴方向上延伸的椭圆形形状，晶体片110b形成为长边在x′轴方向上延伸的长方形形状。

在如激振电极120b那样激振电极的长轴在x′轴方向上延伸的情况下，能够抑制晶体振子100b的副振动的端面反射，因而能够抑制ci值的上升。而且，在相对于晶体片的x′轴，激振电极的长轴在-5度到+15度的范围，也就是图4b中β1为-5度、β2为+15度的范围内延伸的情况下，能够抑制ci值的上升。

另外，图4a、图4b的例中示出晶体片的一条边与z′轴或者x′轴平行的例，具体来说，图4a的例中示出长方形形状的晶体片的一条长边与z′轴平行的例，图4b的例中示出长方形形状的晶体片的一条短边与z′轴平行的例。然而，考虑到支撑的影响等，也存在晶体片的一条边相对于z′轴非平行且为±10度的范围的优选的位置关系，也就是，也存在晶体片的角部位于偏离z′轴或x′轴规定角度的线上的情况。

图5a是激振电极320的平面图。激振电极320形成为使图4a所示的激振电极120a与图4b所示的激振电极120b对准彼此的中心而重合的形状。如果将激振电极120a的长轴的长度设为zb、短轴的长度设为xb，将激振电极120b的长轴的长度设为xc、短轴的长度设为zc，则与图2a所示的激振电极120同样地，以激振电极120a的长轴的长度zb为短轴的长度xb的1.1倍至2.0倍的范围，激振电极120b的长轴的长度xc为短轴的长度zc的1.1倍至2.0倍的范围的方式，形成激振电极320。激振电极120a与激振电极120b的短轴彼此及长轴彼此的长度可相同也可不同。

在如激振电极120a那样长轴与z′轴平行的情况下，能够抑制传递到z′轴方向的副振动即弯曲振动，在如激振电极120b那样长轴与x′轴平行的情况下，能够抑制副振动的端面反射。激振电极320形成为长轴在z′轴方向上延伸的椭圆形形状与长轴在x′轴方向上延伸的椭圆形形状所合成的形状，由此可同时具有激振电极120a与激振电极120b的特征。

图5b是晶体振子300a的平面图。晶体振子300a具有晶体片310a、形成于晶体片310a的两主面的激振电极320、及分别从各激振电极320引出的引出电极321a。图5b中，示出长度zb与长度xc具有相同的长度，晶体片310a具有正方形的平面，晶体片310a的各边以与z′轴或者x′轴平行的方式形成的情况下的例。而且，引出电极321a分别从激振电极320引出到晶体片310a的对角线上即晶体片310a的+x′轴侧的-z′轴侧的角及-x′轴侧的+z′轴侧的角。

晶体振子300a中，晶体片310a的各边以沿着激振电极120a及激振电极120b的长轴的方式且以在x′轴及z′轴上延伸的方式形成，由此能够使激振电极320的面积形成得大，因而优选。

图5c是晶体振子300b的平面图。晶体振子300b具有晶体片310b、形成于晶体片310b的两主面的激振电极320、及分别从各激振电极320引出的引出电极321b。图5c中，长度zb与长度xc为相同长度，晶体片310b具有正方形的平面，晶体片310b的对角线以与z′轴及x′轴平行的方式形成。而且，引出电极321b分别从激振电极320引出到晶体片310b的+z′轴侧的角及-z′轴侧的角。

另外，该图5b的例中示出晶体片的一条边与z′轴平行的例，图5c的例中示出晶体片的对角线与z′轴平行的例，但考虑到支撑的影响等，也存在晶体片的一条边或对角线位于相对于z′轴非平行且为±10度的范围的优选的位置的情况。

晶体振子300b中，晶体片310b的对角线与z′轴或者x′轴平行地形成。由此，能够使激振电极的面积形成得大，因而优选。

(第二实施方式)

在激振电极的周围形成着表面倾斜的倾斜部，由此也能够抑制弯曲振动或反射波。以下，对形成着倾斜部的晶体振子进行说明。

<晶体振子400的构成>

图6a是晶体振子400的平面图。晶体振子400具有晶体片110、激振电极420、及引出电极121。激振电极420形成为与图2a所示的激振电极120相同的椭圆形形状，具有厚度为固定的中央部420a及形成于中央部420a的周围且从内周侧到外周侧而厚度变薄的倾斜部420b。图6a中，激振电极420的虚线的内侧作为中央部420a、虚线的外侧作为倾斜部420b而表示。

图6b是图6a的vib-vib剖视图。激振电极420中，中央部420a的厚度形成为yb，倾斜部420b中以从内周侧到外周侧的长度(倾斜长度)在长度zd的范围内厚度变薄的方式形成。激振电极420中，在倾斜部420b的长度zd大于不必要振动的波长的1/2的情况下，能够抑制不必要振动的发生而降低ci值。认为其理由可能在于来自晶体片的端面的反射波等不必要振动在倾斜部中衰减。

图6c是表示不必要振动的波长与频率的关系的曲线图。图6c中，横轴表示晶体振子的频率(mhz)，纵轴表示不必要振动的波长(μm)。而且，纵轴的刻度以50μm间隔而赋予。伴随主振动发生的不必要振动中有弯曲振动、轮廓剪切振动(contourshearvibrating)、伸长振动等各种振动。图6c中由单点划线表示弯曲振动，由实线表示轮廓剪切振动，由虚线表示伸长振动。

双旋转晶体振子中，不必要振动中的弯曲振动最会影响到ci值，因而为了降低ci值，重要的是抑制弯曲振动。例如，在晶体振子的振荡频率为20mhz的情况下，如果弯曲振动具有162.0μm的波长，则如果将长度zd设为弯曲振动的波长的一半即81.0μm以上，便能够大幅抑制弯曲振动的发生。而且，轮廓剪切振动及伸长振动等其他不必要振动的波长接近弯曲振动的波长，所以也能够利用用于弯曲振动的所述倾斜部而加以抑制。

<关于倾斜长度>

在amm见方的晶体片上形成厚度为且直径为0.6amm的激振电极，并使该激振电极以20mhz振荡的情况下，改变倾斜长度而测定ci值与温度的关系，将所求出的结果示于以下。

图7a是表示倾斜长度为0μm的情况下的ci值的温度变化的曲线图。横轴表示晶体振子的温度，纵轴表示ci值。其中，图7a～图7d的各图中将各实验中作为目标的共同基准的ci值表述为r，图7a中对r赋予100ω单位的刻度来说明ci。图7a中示出9个晶体振子的ci值的温度变化。图7a的各晶体振子中形成着激振电极，倾斜长度形成为0μm。也就是，图7a中为未形成倾斜部的状态。

图7a中，可知因晶体振子而ci值的温度变化的倾向大幅不同，ci值不稳定。例如，在考虑使用双旋转晶体振子的温度即80℃下，最低ci值约为(r+50)ω，最高ci值约为(r+850)ω。也就是，图7a的晶体振子中，80℃下产生约800ω的变动。

图7b是表示倾斜长度为50μm的情况下的ci值的温度变化的曲线图。图7b中示出关于3个晶体振子的ci值的温度变化，纵轴以50ω间隔而赋予刻度。各晶体振子的激振电极的倾斜长度为50μm。图7b中，ci值约被限制在(r-100)ω到rω的范围内。尤其在考虑用于双旋转晶体振子的80℃的温度下，最低ci值为(r-77.94)ω，最高ci值为(r-58.89)ω。也就是，图7b的晶体振子中，80℃下产生18.05ω的变动。这些结果表示，比起图7a所示的晶体振子的情况，通过形成倾斜部而ci值大幅降低并且稳定。

图7c是表示倾斜长度为55μm的情况下的ci值的温度变化的曲线图。图7c中，示出关于7个晶体振子的ci值的温度变化，对纵轴以50ω间隔赋予刻度。图7c所示的各晶体振子的激振电极的倾斜长度为55μm。也就是，与图7b的晶体振子相比，倾斜长度不同。图7c中，ci值约被限制在(r-150)ω至(r-100)ω的范围内。尤其在考虑用于双旋转晶体振子的80℃的温度下，最低ci值为(r-140.11)ω，最高ci值为(r-120.23)ω。也就是，图7c的晶体振子中，80℃下产生19.88ω的变动。

关于图7c的晶体振子，与图7b的晶体振子同样地表示出，相比于图7a的晶体振子，通过形成倾斜部而ci值大幅降低并且稳定。而且，图7c的晶体振子表现为与图7b的晶体振子相比ci值整体降低了50ω左右。认为该结果起因于图7c的晶体振子的倾斜长度比图7b的晶体振子长。进而，认为倾斜长度仅相差5μm而ci值便降低了近50ω左右是因为在图7b及图7c中，倾斜长度比20mhz下弯曲振动的波长的1/2即81.0μm短，因而弯曲振动未被充分抑制，由于微小的倾斜长度的差异而被抑制的弯曲振动大幅不同。

图7d是表示倾斜长度为400μm的情况下的ci值的温度变化的曲线图。图7d中，示出关于6个晶体振子的ci值的温度变化，对纵轴以50ω间隔赋予刻度。图7d所示的各晶体振子中，倾斜长度为400μm。图7d中，ci值约被限制在(r-200)ω至(r-150)ω的范围内。尤其在考虑用于双旋转晶体振子的80℃的温度下，最低ci值为(r-201.3)ω，最高ci值为(r-189.4)ω。也就是，图7d的晶体振子中，80℃下产生了11.9ω的变动。

图7d的晶体振子与图7a至图7c的晶体振子相比ci值低且ci值的变动也小。认为这些结果是起因于倾斜长度形成得长。而且，图7d的晶体振子中，认为因倾斜长度比20mhz下弯曲振动的波长的1/2即81.0μm长，弯曲振动得到充分抑制。

图7d所示的晶体振子例如能够通过如下方法而形成，该方法中使用了由金属板利用光刻(photolithography)技术及湿式蚀刻(wetetching)技术而形成的金属制掩模。具体来说为如下掩模，即，利用侧面蚀刻与金属板的厚度方向的蚀刻同时进行的性质而获得的悬突形状(overhangshape)的掩模、或者层叠开口尺寸一点点变小的多个薄掩模并对这些掩模进行点焊而以1块掩模的形式形成的掩模。通过使用这些悬突形状的掩模或者层叠多个薄掩模而成的掩模，能够形成图7d的晶体振子。

以上，已对本发明的最佳实施方式进行了详细说明，但如本领域技术人员所知那样，本发明能够在其技术范围内对实施方式添加各种变更、变形而实施。而且，所述实施方式也可进行各种组合而实施。