At切割水晶片、水晶振子及水晶振荡器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种AT切割水晶片、水晶振子及水晶振荡器。在所述AT切割水晶片中，与水晶的晶轴的Z′轴相交的两个侧面，是由第1面～第3面三个面所构成。而且，第1面是相当于使所述AT切割水晶片的主面以水晶的X轴为旋转轴而旋转4°±3°的面的面，第2面是相当于使主面以水晶的X轴为旋转轴而旋转?57°±3°的面的面，第3面是相当于使主面以水晶的X轴为旋转轴而旋转?42°±3°的面的面。所述AT切割水晶片与现有技术相比，可抑制AT切割水晶振子本来的振动以外的多余振动，从而，与现有技术相比可改善振子的阻抗。
【专利说明】
AT切割水晶片、水晶振子及水晶振荡器
技术领域
[0001] 本发明设及一种AT切割水晶片、及使用所述AT切割水晶片的水晶振子（crystal resonator)。
【背景技术】
[0002] 随着AT切割水晶振子的小型化发展，通过利用机械式加工的制造方法，难W制造 水晶振子用的水晶片。因此，已开发出利用光刻(photolithogra地y)技术及湿式蚀刻技术 而制造的AT切割水晶片。
[0003] 例如在专利文献1、专利文献2中，分别掲示有利用所述技术而制造的AT切割水晶 片及水晶振子。具体而言，在专利文献1中，掲示有与水晶的X轴相交的侧面(X面)至少包含 四个面的AT切割水晶片、W及利用所述AT切割水晶片的水晶振子。此外，在专利文献2中，掲 示有与水晶的Z/轴相交的侧面(Z/面)至少包含四个面的AT切割水晶片、W及利用所述AT切 割水晶片的水晶振子。
[0004] 在所有情况下，均是在水晶基板上形成外形形成用的耐蚀刻性掩模，利用湿式蚀 刻使所述水晶基板的未经掩模覆盖的部分溶解，而形成水晶片的粗略外形。其次，从所述水 晶基板去除掩模之后，对所述水晶基板进行湿式蚀刻，W在所述侧面(所述X面或Z/面)上至 少形成四个面。通过如上所述而形成的水晶片，可实现振动泄漏少、并且特性优异的AT切割 水晶振子。
[0005] [现有技术文献]
[0006] [专利文献]
[0007] [专利文献1]日本专利特开2014-27505号公报 [000引[专利文献2]日本专利特开2014-27506号公报
【发明内容】
[0009] [发明所要解决的问题]
[0010] 但是，本申请的发明人经潜屯、研究的结果发现，尚有使AT切割水晶振子的特性改 善的余地。
[0011] 本申请是鉴于如上所述的方面而完成，本申请的目的在于，提供一种与现有技术 相比，可改善特性的新颖的AT切割水晶片及水晶振子。
[001^ [解决问题的技术手段]
[0013] 为了达成所述目的，本发明的AT切割水晶片的特征在于：与水晶的晶轴 (CTystallographic axis)的轴相交的两个侧面（即面）中的至少一个，是由第1面~第 3面Ξ个面所构成。
[0014] 当实施本发明时，优选的是，将所述第1面设为相当于使所述AT切割水晶片的主面 W水晶的X轴为旋转轴而旋转4° ±3.5°的面的面。再者，在运里，W上所谓的主面，是指:所 述AT切割水晶片的W水晶的晶轴表示的X-Z/面下相同）。
[0015] 此外，当实施本发明时，优选的是，所述第1面、所述第2面及所述第3面是依此顺序 相交，而且，所述第1面是相当于使所述主面W水晶的X轴为旋转轴而旋转4° ±3.5°的面的 面，W上所述的第2面是相当于使所述主面W水晶的X轴为旋转轴而旋转-57° ±5°的面的 面，所述第3面是相当于使所述主面W水晶的X轴为旋转轴而旋转-42° ±5°的面的面。在运 里，-57°或-42°的负号，是指:使所述主面WX轴为旋转轴沿顺时针方向旋转（W下相同）。
[0016] 更优选的是，所述第1面、所述第2面及所述第3面是依此顺序相交，而且，所述第1 面是相当于使所述主面W水晶的X轴为旋转轴而旋转4° ±3°的面的面，W上所述的第2面是 相当于使所述主面W水晶的X轴为旋转轴而旋转-57° ±3°的面的面，所述第3面是相当于使 所述主面W水晶的X轴为旋转轴而旋转-42° ±3°的面的面。
[0017] 此外，当实施本发明时，优选的是，所述AT切割水晶片的与水晶的晶轴的Z/轴相交 的两个侧面两个，是由所述第1面~第3面Ξ个面所构成。更优选的是，将所述两个侧面设 为：W所述AT切割水晶片的中屯、点为中屯、成点对称的关系（图1B)。
[0018] 并且，本发明的水晶振子的特征在于包括:所述本发明的AT切割水晶片；W及激振 电极，用于对所述水晶片进行激振。更具体而言，所述水晶振子是在所述水晶片的表面及背 面的主面(所述X-Z/面)上分别包含激振电极，并且包含从所述激振电极引出的引出电极。 当然，还包括:对包含运些电极的水晶振子进行收纳的容器的形态的水晶振荡器，也属于本 发明中所谓的水晶振子。
[0019] 再者，在本发明中所谓的AT切割水晶片中，也包括如下水晶片下也称作带框水 晶片），其包括:所述本发明的水晶片;框部，与所述水晶片形成为一体而隔着贯通部包围所 述水晶片的全部或一部分；W及一个或两个W上的连结部，同样地与所述水晶片形成为一 体而将所述水晶片与框部加 W连结（图11A及图11B)。并且，在本发明中所谓的水晶振子中， 也包括:具有所述带框水晶片、激振电极及引出电极的水晶振子，及还包含对所述水晶振子 进行收纳的容器的水晶振荡器。
[0020] [发明的效果]
[0021] 根据本发明的AT切割水晶片，其ZM则面包含规定的Ξ个面，因此，可实现在所述水 晶片的Z/方向上的端部当进行剖视时，具有独特的嘴状的构造部的水晶片。因此，可W利用 所述独特的构造部，使AT切割本来的振动W外的多余振动衰减，所W，可W使AT切割水晶振 子本来的振动优先产生。因此，可实现与现有技术相比，特性得到改善的AT切割水晶振子。
【附图说明】
[0022] 图1A、图1B及图1C是实施方式的AT切割水晶片11的说明图。
[0023] 图2A及图2B是说明实施方式的水晶片11及使用所述水晶片11的水晶振子的一个 制法例的图。
[0024] 图3A及图3B是继图2A及图2B之后的制法例的说明图。
[0025] 图4A及图4B是继图3A及图3B之后的制法例的说明图。
[0026] 图5A、图5B及图5C是继图4A及图4B之后的制法例的说明图。
[0027] 图6是继图5A、图5B及图5C之后的制法例的说明图。
[002引图7A、图7B及图7C是继图6之后的制法例的说明图。
[0029]图8A、图8B、图8C、图8D及图8E是安装水晶片11而制造的水晶振子的一例的说明 图。
[0030] 图9是本发明的实验结果的说明图。
[0031] 图10是本发明的实验结果的继图9之后的说明图。
[0032] 图11A及图11B是本发明的水晶振子的另一实施方式的说明图。
[0033] 附图标记：
[0034] 11:实施方式的水晶片
[0035] 11a:第1面
[0036] 1化:第2面
[0037] 11c:第3面
[003引 11 d: AT切割水晶片的主面(X-Z/面）
[0039 ] llw:水晶晶片
[0040] 1 lx:连结部
[oow lly:贯通部
[0042] llz:框部
[0043] 13:耐蚀刻性掩模
[0044] 15:电极图案
[0045] 15a:激振电极
[0046] 15b:引出电极
[0047] 17:水晶振子
[004引 21:容器(例如陶瓷封装体）
[0049] 21a:凹部
[(K)加]2化：凸块
[0化1] 21c:安装端子
[0化2] 23:导电性粘接材料
[0化3] 25:盖
[0化4] D:长度
[0055] 0:中屯、点
[0056] P:水晶晶片的一部分
[0057] t、T:厚度
[0化引Θ1~Θ3:使AT切割的主面W水晶的X轴为旋转轴而旋转的角度
【具体实施方式】
[0059] W下，参照附图对本发明的AT切割水晶片、及使用所述AT切割水晶片的水晶振子 的实施方式进行说明。再者，用于说明的各图只是W能够理解本发明的程度概略性地进行 表示。并且，在用于说明的各图中，对相同的构成成分标注相同的编号来表示，有时还省略 对其说明。并且，W下说明中所述的形状、尺寸、材质等只是本发明的范围内的优选例。因 此，本发明并不只限于W下的实施方式。
[0060] [1.AT切割水晶片的构造]
[0061] 图1A~图1C是实施方式的AT切割水晶片11的说明图。特别是，图1A是水晶片11的 平面图，图1B是沿图ΙΑ中的IB-IB线的水晶片11的剖视图，图1C是放大地表示图1B中的N部 分的剖视图。
[0062] 在运里，图1A、图1C中所示的座标轴Χ、Υ/、Ζ/分别表示AT切割水晶片中的水晶的晶 轴。再者，AT切割水晶片自身的详细情况已记载于例如文献《水晶装置的解说及应用》，日本 水晶装置工业会2002年3月第4版第7页等中，因此，在运里省略其说明。
[0063] 本发明的AT切割水晶片11的特征在于：与水晶的Z/轴相交的侧面(Z/面)的形状。 即，特别是如图1B及图1C所示，所述AT切割水晶片11是利用第1面11a、第2面11b及第3面11c Ξ个面，来构成与水晶的Z/轴相交的两个侧面(Z/面)的每一个。而且，第1面11a是与所述水 晶片11的主面lid相交的面，而且，第1面11a是相当于使主面lldW水晶的X轴为旋转轴而旋 转91的面的面。
[0064] 此外，在所述水晶片11中，第1面11a、第2面1化及第3面11c是依此顺序相交。而且， 第2面Ub是相当于使主面lldW水晶的X轴为旋转轴而旋转Θ2的面的面，第3面11c是相当于 使主面lid W水晶的X轴为旋转轴而旋转Θ3的面的面。所述角度Θ1、角度Θ2、角度Θ3的详细情 况，将在下述"3.实验结果的说明"的项目中说明，已获知优选如下。Θ1 = 4° ±3.5°，Θ2 = - 57° ±5°，目3 = -42° ±5° ;更优选的是，目 1=4° ±3°，目2 = -57° ±3°，目3 = -42° ±3°。
[0065] 并且，在所述实施方式的水晶片11中，与水晶的Z/轴相交的两个侧面(Z/面）的各 个，是处于W水晶片11的中屯、点〇(参照图1(B))为中屯、成点对称的关系。再者，在运里所谓 的点对称，也包括:即使存在若干的形状差，实质上也可W视为相同的点对称状态。
[0066] 并且，所述实施方式的水晶片11的平面形状是设为:将沿水晶的X轴的方向设为长 边，将沿水晶的Z/轴的方向设为短边的矩形的形状。
[0067] [ 2. AT切割水晶片11的制法例]
[006引其次，参照图2A及图2B~图8A至图8E，对实施方式的AT切割水晶片11的制法例进 行说明。所述水晶片11可通过光刻技术及湿式蚀刻技术由水晶晶片制造多个。因此，在图2A 及图2B~图8A至图8E中，表示有水晶晶片llw的平面图，W及将其一部分P加 W放大的平面 图。此外，在图2A及图2B~图8A至图8E中的一部分附图中，还并用了水晶晶片1 Iw的一部分P 的沿IIB-IIB线、IIIB-IIIB线、IVB-IVB线、VB-VB线与VIIB-VIIB线的剖视图及R部分(参照 图5B)的放大图。
[0069] 在所述制法例中，首先，准备水晶晶片llw(图2A及图2B)"AT切割水晶片11的振荡 频率如众所周知，大致取决于水晶片11的主面(X-Z/面)的厚度，水晶晶片llw是设为比最终 的水晶片11的厚度t(图5B)更厚的厚度T的晶片（图2B)。
[0070] 其次，在所述水晶晶片llw的表面及背面两面上，利用众所周知的光刻技术，形成 用于形成水晶片的外形的耐蚀刻性掩模13。在所述实施方式的情况下的耐蚀刻性掩模13是 设为包括：与水晶片的外形相对应的部分、保持各水晶片的框架(打ame)部分、W及将水晶 片与框架部分加 W连结的部分(图2A中Wllx表示的部分）。并且，耐蚀刻性掩模13是在水晶 晶片的表面及背面上，W相对向的方式而形成。
[0071] 将耐蚀刻性掩模13形成完毕的水晶晶片llw，在W氨氣酸化ydrofluoric acid)为 主的蚀刻液中浸溃规定的时间。通过所述处理，使水晶晶片llw的未经耐蚀刻性掩模13覆盖 的部分溶解，而获得水晶片11的粗略外形(图3A及图3B)。
[0072] 其次，从水晶晶片llw去除耐蚀刻掩模13。此时，在所述制法例中，只去除耐蚀刻性 掩模13的相当于水晶片11的部分，而残留相当于框架部及连结部的部分（图4A及图4B)。其 目的是维持框架部及连结部的强度。当然，根据设计，也可W去除框架部及连结部各自的全 部或一部分上的耐蚀刻掩模。
[0073] 其次，将所述水晶晶片llw再次在W氨氣酸为主的蚀刻液中浸溃规定的时间。在运 里，所谓规定的时间，是指W下的时间：水晶片11的形成预定区域的厚度t(图5B)可满足所 述水晶片11所要求的振荡频率的规格，并且所述水晶片11的ZM则面可包含本发明中所谓的 第1面11a~第3面11c。运些时间可W通过事前的实验来确定。根据发明人的实验获知，水晶 片11的Z/面随着蚀刻推进，而如图9所示，依此顺序，即，突起残留的状态、包含第1面~第4 面四个面的状态(产生第4面的状态）、接着包含本发明中所谓的第1面~第3面Ξ个面的状 态(本发明的状态)进行变化。而且获知，为了获得包含本发明中所谓的第1面~第3面Ξ个 面的侧面，需要在规定蚀刻液及蚀刻溫度等的情况下，对水晶晶片llw的初始厚度T进行蚀 刻直至55%~25%的范围的厚度为止。因此，W可获得振荡频率的规格及第1面~第3面Ξ 个面的方式，来确定初始厚度T及所述蚀刻时间等。
[0074] 其次，从所述蚀刻已结束的水晶晶片去除耐蚀刻掩模，露出水晶面(图6)。其后，在 所述水晶晶片整个面上，利用众所周知的成膜方法，形成水晶振子的激振电极及引出电极 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技术，将所述金属膜 图案化成电极形状，而形成包含激振电极15a及引出电极15b的电极图案15 (图7A、图7B及图 7C)。由此，可获得包括水晶片11、激振电极15a及引出电极15b的水晶振子17(图7A、图7B及 图 7C)。
[0075] 再者，一般多数情况下，是将使水晶振子17安装至适当的容器中的构造物称作水 晶振荡器。W下利用图8A至图8E对其典型例进行说明。再者，图8A至图8E是通过平面图W及 沿其VIIIC-VIIIC线、VIIIE-VIIIE线的剖视图，来表示将水晶振子17安装至容器21中的顺 序。
[0076] 在图7A、图7B及图7C所示的状态下，水晶振子17是经由连结部llx与水晶晶片llw 结合的状态。因此，首先，对连结部1 lx施加适当的外力，将水晶振子17从水晶晶片1 Iw分离， 而加 W单片化（图8A)。另一方面，例如，准备众所周知的陶瓷封装体(ceramic package)21， 作为容器。此时的陶瓷封装体21包括收纳水晶振子17的凹部21a(图8B、图8C)、设置于所述 凹部21a的底面上的水晶振子固定用的凸块(bump)2化、W及设置于封装体21的背面上的安 装端子21c。凸块2化与安装端子21c通过通路配线(via wiringK未图示)而电性连接。
[0077] 在所述封装体21的凹部21a内，安装水晶振子17。详细而言，在凸块2化上涂布导电 性粘接材料23(图8E)，通过所述导电性粘接材料23,在凸块2化上将水晶振子17固定在引出 电极15b的部位。然后，利用众所周知的方法将水晶片11的振荡频率调整成规定值，其次，将 封装体21的凹部21a内设为适度的真空或惰性气体环境等之后，利用盖25通过众所周知的 方法对凹部21a进行密封。W如上所述的方式而获得在封装体21内收纳有水晶振子的构造 的水晶振子。
[0078] [3.实验结果的说明]
[0079] 其次，参照图9、图10说明实验结果。图9是通过水晶片的Z/面的形状的不同，来说 明使用所述水晶片而构成的水晶振子17的阻抗（impedance)如何不同的图。横轴表示用于 实验的水晶片的试料编号及各试料的Z/面的形状的特征，纵轴选取阻抗来表示。再者，实验 试料的振荡频率为38MHz左右。频率、阻抗的详细情况示于表1。
[0080] [表U
[0081]
[0082] 如由图9所知，在水晶片的Z/面上残留有突起的试料中的阻抗约为150 Ω~400 Ω 左右。并且，水晶片的Z/面包含第1面~第4面四个面的试料的阻抗约为200 Ω~600 Ω左右。 与运些相对，水晶片的Z/面包含第1面~第3面Ξ个面，并且各面相对于AT切割主面的角度Θ 1~角度Θ3(参照图1A、图1B及图1C)为规定角度的本发明范围的试料的阻抗约为80 Ω左右， 从而，可知与前两者相比降低至一半W下的值。
[0083] 并且，图10是本发明的第1面1 la、第2面1化、第3面11c的说明图。具体而旨，是表不 本申请的发明人等的实验结果，即水晶的各种结晶面的对于氨氣酸系蚀刻剂(etchant)的 蚀刻速度的不同的图。更详细而言，横轴选取WAT切割的主面为基准使所述面W水晶的X轴 为旋转轴而旋转的角度，纵轴选取如上所述使AT切割板旋转而获得的各水晶面的蚀刻速度 来表示。再者，各面的蚀刻速度是利用WAT切割面的蚀刻速度为基准的相对值来表示。
[0084] 如从所述图10可知，可知在水晶中，在相当于使AT切割的主面旋转Θ1的面的面、相 当于使AT切割的主面旋转Θ2的面的面、相当于使AT切割的主面旋转Θ3的面的各个面上，蚀 刻速度极大。并且，Θ1为4°左右，Θ2为-57°左右，Θ3为-42°左右，而且，根据发明人的实验获 知，在利用图9而说明的阻抗为良好的区域内，目1 = 4° ±3.5°，θ2 = -57° ±5°，θ3 = -42° ± 5°，更优选的是目1=4° ±3°，θ2 = -57° ±3°，θ3 = -42° ±3°。从所述Θ1~Θ3规定的各个面相 当于本发明的第1面~第3面。
[0085] [4.其它实施方式]
[0086] 上述中，是对本发明的AT切割水晶片及使用所述AT切割水晶片的水晶振子的实施 方式进行说明，但本发明并不限于所述实施方式。例如，在所述示例中，是说明Z/方向上的 两端的侧面包含本发明的第1面~第3面Ξ个面的示例，但是根据情况，也可W存在只有一 侧侧面包含第1面~第3面Ξ个面的情况。但是，两侧面包含第1面~第3面Ξ个面的情况下， 水晶振子的特性更优异。并且，在所述示例中是W38M监左右的频率的水晶振子的示例来进 行说明，但是也可w将本发明应用于其它频率的水晶振子。
[0087] 并且，在所述制法例中，耐蚀刻性掩模13(参照图2A及图2B)的与水晶片的外形相 对应的部分，是在水晶晶片的表面及背面上W相对向的方式而形成。但是，耐蚀刻性掩模的 与水晶片的外形相对应的部分，也可W在水晶晶片的表面及背面上沿Z/方向挪动ΔΖ。挪动 方向是使设置于水晶片的+γ/面侧的耐蚀刻性掩模，相对于设置于-γ/面侧的所述掩模 沿+Ζ/方向偏移Δ Ζ的方式，使表面及背面的掩模相对地错开。当如上所述进行了掩模挪动 时，与不进行掩模挪动的情况相比，可在短的蚀刻时间内，将水晶片的Ζ/面形成为包含第1 面~第3面Ξ个面的形状。并且，还存在如下优点：可W通过所述挪动量来控制第1面11a的 Z/方向上的长度D(参照图5C)。
[0088] 并且，本发明中所谓的AT切割水晶片及水晶振子也可W是图11A及图11B所示的构 造。首先，如图11A所示，所述水晶片及水晶振子包括:本发明的水晶片11;框部llz，与所述 水晶片形成为一体而隔着贯通部lly包围所述水晶片11的全部；W及一个连结部llx，同样 地与所述水晶片形成为一体而将所述水晶片与框部加 W连结。并且，如图11B所示，所述水 晶片及水晶振荡器包括:本发明的水晶片11;框部llz，与所述水晶片形成为一体而隔着贯 通部lly包围所述水晶片11的一部分；W及一个连结部llx，同样地与所述水晶片形成为一 体而将所述水晶片与框部加 W连结。再者，连结部也可W为两个W上。但是，连结部为一个 的情况更容易减轻从水晶片11向框部的振动泄漏、W及框部对水晶片的应力的影响。并且， 设置连结部llx的位置并不限于图11A及图11B的示例，可根据设计而变更。
[0089] 并且，在所述示例中是掲示将水晶的沿X轴的边设为长边，将沿Z/轴的边设为短边 的水晶片的示例，但是也可W将本发明应用于将水晶的沿X轴的边设为短边，将沿Z/轴的边 设为长边的水晶片。并且，在所述示例中是说明平面形状为矩形的水晶片的示例，但是也可 W将本发明应用于角部经R加工或C加工的水晶片。
【主权项】
1. 一种AT切割水晶片，其特征在于： 与水晶的晶轴的Z'轴相交的侧面中的至少一个，是由第1面、第2面与第3面三个面所构 成。2. 根据权利要求1所述的AT切割水晶片，其特征在于： 所述第1面是相当于，使所述AT切割水晶片的以所述水晶的所述晶轴表示的X-Z'面，以 所述水晶的X轴为旋转轴而旋转4° ±3.5°的面的面，所述X-Z'面为主面。3. 根据权利要求1所述的AT切割水晶片，其特征在于： 所述第1面、所述第2面及所述第3面是依此顺序相交，并且， 所述第1面是相当于，使主面以所述水晶的X轴为旋转轴而旋转4° ±3.5°的面的面，所 述主面是:使所述AT切割水晶片的以所述水晶的所述晶轴表示的Χ-f面， 所述第2面是相当于，使所述主面以所述水晶的X轴为旋转轴而旋转-57° ±5°的面的 面， 所述第3面是相当于，使所述主面以所述水晶的X轴为旋转轴而旋转-42° ±5°的面的 面。4. 根据权利要求1所述的AT切割水晶片，其特征在于： 所述第1面、所述第2面及所述第3面是依此顺序相交，并且， 所述第1面是相当于，使主面以所述水晶的X轴为旋转轴而旋转4° ±3°的面的面，所述 主面是:使所述AT切割水晶片的以所述水晶的所述晶轴表示的Χ-f面， 所述第2面是相当于，使所述主面以所述水晶的X轴为旋转轴而旋转-57° ±3°的面的 面， 所述第3面是相当于，使所述主面以所述水晶的X轴为旋转轴而旋转-42° ±3°的面的 面。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的AT切割水晶片，其特征在于： 所述AT切割水晶片的平面形状为矩形状，并且所述平面形状的一边沿着所述Z'轴。6. 根据权利要求1至4中任一项所述的AT切割水晶片，其特征在于： 所述侧面的两个分别包含:所述第1面、所述第2面与所述第3面三个面。7. 根据权利要求1至4中任一项所述的AT切割水晶片，其特征在于： 所述两个侧面彼此处于：以所述AT切割水晶片的中心点为中心成点对称的关系。8. -种水晶振子，其特征在于包括： 根据权利要求1至7中任一项所述的AT切割水晶片； 激振电极，设置于所述AT切割水晶片的表面及背面；以及 引出电极，从所述激振电极引出。9. 一种水晶振荡器，其特征在于包括： 根据权利要求8所述的水晶振子；以及 容器，收纳所述水晶振子。
【文档编号】H03H3/02GK106059527SQ201610196266
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年3月31日 公开号201610196266.7, CN 106059527 A, CN 106059527A, CN 201610196266, CN-A-106059527, CN106059527 A, CN106059527A, CN201610196266, CN201610196266.7
【发明人】桑原贵之, 岛尾宪治, 岩田浩一
【申请人】日本电波工业株式会社