晶体振子的制作方法

本发明涉及一种使用了AT切割晶体片(AT-cut crystal chip)的晶体振子。

背景技术：

随着AT切割晶体振子的小型化的推进，在利用机械式加工的制造方法中，晶体振子用的晶体片的制造变得困难。因此，开发出一种使用光刻(photolithography)技术及湿式蚀刻(wet etching)技术而制造的AT切割晶体片。

这种AT切割晶体片例如利用导电性粘着剂等，而固定安装在陶瓷封装体(ceramic package)等的容器内，从而能够构成晶体振子。而且，这种晶体振子中，为了满足晶体阻抗(crystal impedance，简称：CI)的规格，而进行了各种研究。

例如，如专利文献1的例如图10、图11所公开的那样，有如下结构：在晶体片的端部设置晶体片的厚度变薄的倾斜部，在所述倾斜部利用导电性粘着剂，将晶体片固定于容器。所述结构中，因能够将晶体片的激振部中的振动能量在激振部与倾斜部之间隔开，所以能够期待抑制振子的特性降低。

而且，例如专利文献2中记载了如下内容：将从设置于晶体片的两主面的激振电极引出到安装部的引出电极，向成为晶体片的侧面的晶体的m面引绕。所述结构中，因引出电极并非直接存在于振动的传输方向上，所以能够减少激振部的能量经由引出电极而泄漏的情况，从而可以说实现了CI的改善。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2014-27505号公报

[专利文献2]日本专利特开2014-11650号公报

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

然而，所述现有结构中，并没有对于引出电极的配线方向的优选条件、或晶体片的侧面的优选形状进行记载。根据本申请的发明人的研究而判明，通过着眼于所述条件或形状，能够改善振子的特性。

本申请鉴于所述方面而完成，且本申请的目的在于：提供一种在AT切割晶体振子中，能够使CI比以前有所改善的结构。

[解决问题的技术手段]

为了达成所述目的，根据本发明的晶体振子，包括：AT切割晶体片，平面形状为大致矩形；激振电极，设置于所述晶体片的主面(由晶体的结晶轴表示的X-Z′面)的表背；以及引出电极，从所述激振电极经由所述晶体片的侧面向所述晶体片的一个边侧引绕，所述晶体振子中：在将所述引出电极的从所述主面向所述侧面的引出角度定义为相对于晶体的结晶轴的X轴的角度θ时，将所述θ设为59°≤θ≤87°。宜更优选将所述θ设为62°≤θ≤75°。宜进而优选将所述θ设为64°≤θ≤74°。其原因在于，如果将引出角度θ设为所述规定值，则比起不设为所述规定值的情况，能够减少依存于引出电极的引出角度的振动能量的泄漏量，因而实现CI的改善。其详细情况将于后述的“4.实验结果的说明”项中进行说明。

而且，实施本发明时，宜为所述侧面为以沿着晶体的结晶轴的Z′轴朝向所述晶体片的端部而晶体片的厚度变薄的方式倾斜的倾斜部，且具有第一面～第三面这三个面，所述第一面设为成为如下面的倾斜部，所述面相当于使所述晶体片的由晶体的结晶轴表示的X-Z′面(主面)以晶体的X轴为旋转轴旋转4±3.5°而成的面，且宜为所述引出电极经由所述第一面而引出。

如果设为这种倾斜部，则比起不设为这种倾斜部的情况，能够减少依存于与晶体片的Z′轴交叉的侧面的形状的振动能量的泄漏量，因而实现了CI改善。

另外，所述优选例中，典型来说，宜为第一面～第三面依次相交，所述第二面为相当于如下面的面，所述面是使所述主面以晶体的X轴为旋转轴旋转-57±5°而成，所述第三面为相当于如下面的面，所述面是使所述主面以晶体的X轴为旋转轴旋转-42±5°而成。

[发明的效果]

根据本发明的晶体振子，因使引出电极的引出角度适当化，所以能够使CI比以前有所改善。而且，根据优选例，因使晶体片的侧面形状适当化，所以就侧面形状而言，也能够使CI比以前有所改善，因而与引出电极的引出角度相辅相成，而使CI比以前有所改善。

附图说明

图1A～图1E是实施方式的晶体振子所具备的AT切割晶体片10的说明图。

图2A、图2B是晶体片10的尤其第三倾斜部、第四倾斜部的说明图。

图3A～图3E是实施方式的晶体振子的激振电极、引出电极的说明图。

图4A～图4C是对晶体振子的结构进行说明的图。

图5A、图5B、图5C是晶体片10的制法例的说明图。

图6A、图6B、图6C是晶体片10的制法例的继图5A、图5B、图5C后的说明图。

图7A、图7B、图7C是晶体片10的制法例的继图6A、图6B、图6C后的说明图。

图8A、图8B是晶体片10的制法例的继图7A、图7B、图7C后的说明图。

图9是晶体片10的制法例的继图8A、图8B后的说明图。

图10A～图10C是对晶体片10的制法例的尤其蚀刻状态进行说明的图。

图11A、图11B是晶体片10的第一面～第三面的说明图。

图12A、图12B是对实施方式的晶体振子的引出电极的引出角度的效果进行说明的图。

附图标记说明

10：实施方式的AT切割晶体片

10a：第一边

10b：第二边

10c：第三边

10d：主面

10g、24a：第一面

10h、24b：第二面

10i、24c：第三面

10j：第四面

10w：晶体晶片

10x：连结部

10z：突起

12：第一倾斜部

14：第二倾斜部

16：第三倾斜部

18：第四倾斜部

20：第五倾斜部

22a：第一被固定部

22b：第二被固定部

22x：凸部

26：激振电极

28：引出电极

30：容器(陶瓷封装体)

30a：凹部

30b：连接垫

30c：安装端子

32：固定构件(导电性粘着剂)

40：耐蚀刻性掩模

θ：引出角度θ1～θ3：第一面～第三面的相对于AT主面的角度

F：外力

M：晶体晶片10w的俯视图的一部分

O：中心点

t、t1、t2、T：厚度

X、Y′、Z′：坐标轴

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的晶体振子的实施方式进行说明。另外，说明中使用的各图，只不过是以能够理解本发明的程度而概略地表示。而且，说明中使用的各图中，对相同的构成成分附上相同的编号而表示，有时也省略其说明。而且，以下的说明中叙述的形状、尺寸、材质等，只不过是本发明的范围内的优选例。因此，本发明并不仅限定于以下的实施方式。

1.关于AT切割晶体片的结构

首先，主要参照图1A～图1E、图2A、图2B，对本发明的晶体振子具备的AT切割晶体片10进行说明。图1A～图1E是所述晶体片10的说明图，尤其，图1A是晶体片10的俯视图，图1B～图1E分别是沿着图1A中的P-P线、Q-Q线、R-R线、S-S线的晶体片10的剖视图。而且，图2A、图2B是进一步详细表示图1D所示的部分的图。尤其，图2B是将图2A中的N部分(即第三倾斜部)放大表示的图。

此处，图1A、图1D中所示的坐标轴X、坐标轴Y′、坐标轴Z′，分别表示AT切割晶体片10中的晶体的结晶轴。另外，AT切割晶体片自身的详细情况，例如记载于文献：“晶体装置的解说与应用”。日本晶体装置工业会2002年3月第四版第7页等中，因而此处省略其说明。

本实施方式的晶体片10是平面形状为大致矩形的AT切割晶体片，在作为其一个边的第一边10a侧，利用固定构件(参照图4A～图4C中的32)而固定于容器(参照图4A～图4C中的30)。而且，所述晶体片10包括：第一倾斜部12，从第一边10a的附近朝向所述第一边10a，以晶体片10的厚度变薄的方式倾斜；第二倾斜部14，分别设置于第一边10a的两端部，与第一倾斜部12一体形成，具有比第一倾斜部12还缓和的倾斜；以及第一被固定部22a及第二被固定部22b，与所述第二倾斜部14一体形成，从第一边10a朝向晶体片10的外侧分别突出，且用于固定构件的固定。

而且，本实施方式的晶体片10为如下的大致矩形状的晶体片，即：第一边10a与晶体的Z′轴平行，与第一边10a交叉的第二边10b及第三边10c与晶体的X轴平行，且X轴方向上为长尺寸。

因此，本实施方式的第一被固定部22a及第二被固定部22b分别向与晶体的X轴平行的方向突出。并且，本实施方式的第一被固定部22a及第二被固定部22b分别成为：具有两个向与晶体的X轴平行的方向呈凸状突出的凸部22x的凸状形状。而且，由于第二倾斜部14的倾斜比第一倾斜部12还要缓和，所以，第二倾斜部14的与晶体的Y′轴方向平行的方向上的厚度t2(图1C)要比第一倾斜部12的同方向上的所述厚度t1(图1B)还厚。所述第二倾斜部14为与第一被固定部22a及第二被固定部22b相连的部分，因而，第二倾斜部14的厚度厚，会有助于将晶体片10固定于容器后的晶体振子的耐冲击性的提高。

另外，本实施方式中，是在晶体片10的+X侧的端部将晶体片10固定于容器，但也可在晶体片10的-X侧进行固定。然而，由于第一倾斜部12的X方向上的尺寸比第五倾斜部20长，所以，将第一被固定部22a及第二被固定部22b设置于晶体片10的+X侧的端部，更容易使激振电极26与第一被固定部22a、第二被固定部22b之间变大，因而，对于晶体阻抗(crystal impedance，简称：CI)改善而言，为优选。而且，本发明的特点在于后述的引出电极28的引出角度θ或晶体片10的侧面形状，因而，第一被固定部22a、第二被固定部22b并非必需，也可不设置，而在第一倾斜部12将晶体片10固定于容器。

而且，本实施方式的第一倾斜部12、第二倾斜部14分别设为沿着晶体的X轴方向呈2段倾斜的结构(参照图1B、图1C)。然而，倾斜部的段数不限于此，只要构成相对于晶体片10的主面10d为倾斜连接的倾斜部即可。另外，所谓晶体片10的主面是：晶体片10的除了第一倾斜部12～第五倾斜部20以外的区域，且是相当于晶体的X-Z′平面的区域。

而且，本实施方式的晶体片10包括第三倾斜部16及第四倾斜部18，所述第三倾斜部16及第四倾斜部18是从与所述第一边10a交叉的两个边、即第二边10b及第三边10c各自的附近朝向这些边10b、边10c，以晶体片10的厚度变薄的方式倾斜。

这些第三倾斜部16及第四倾斜部18在本实施方式的情况下是，分别具有第一面24a～第三面24c这三个面的构件(图1D)。而且，第一面24a是与所述晶体片10的主面10d相交的面，并且，第一面24a是相当于如下所述的面，所述面是使主面10d以晶体的X轴为旋转轴旋转θ1(参照图2B)而成。此外，在本实施方式的情况下，第一面24a、第二面24b及第三面24c依次相交。并且，第二面24b是相当于如下所述的面，所述面是使主面10d以晶体的X轴为旋转轴旋转θ2(参照图2B)而成，第三面24c是相当于如下所述的面，所述面是使主面10d以晶体的X轴为旋转轴旋转θ3(参照图2B)而成。这些角度θ1、角度θ2、角度θ3的详细情况，将在后述的“4.实验结果的说明”项目中进行说明，可知下述情况为优选。θ1＝4°±3.5°，θ2＝-57°±5°，θ3＝-42°±5°，更优选为θ1＝4°±3°，θ2＝-57°±3°，θ3＝-42°±3°。

而且，本实施方式的晶体片10中，与晶体的Z′轴交叉的两个侧面(Z′面)(即第三倾斜部16与第四倾斜部18)，分别以晶体片10的中心点O(参照图2A)为中心，而成为点对称的关系。另外，所谓此处提及的点对称，包含即便有一些形状差也可视作实质相同的点对称的状态。如果是这种点对称，则比起非这样的点对称的情况，振子的特性会变得良好，因而优选。

而且，本实施方式的晶体片10在与第一边10a对向的边的一侧，具有第五倾斜部20。所述第五倾斜部20为随着朝向所述边而晶体片的厚度变薄的倾斜部(参照图1B、图1C)。

2.电极及晶体振子的构成

接下来，主要参照图3A～图3E、图4A～图4C，对激振电极26及引出电极28的构成、与晶体振子的整体构成进行说明。此处，图3A～图3E是表示：在图1A～图1E所示的晶体片10设置激振电极26、引出电极28的状态的图。尤其，图3A是设置着这些电极的晶体片10的俯视图，图3B～图3E分别是沿着图3A中P-P线、Q-Q线、R-R线、S-S线的晶体片10的剖视图。而且，图4A～图4C是表示：将设置着电极26、电极28的晶体片10安装于容器30的状态的图。尤其，图4A是其俯视图，图4B、图4C分别是沿着图4A中的P-P线、Q-Q线的剖视图。

本实施方式中，将激振电极26分别设置于晶体片10的主面10d的表面与背面。而且，引出电极28设置成如下：从激振电极26经由第三倾斜部16及第四倾斜部18的对应的倾斜部，而到达第一被固定部22a及第二被固定部22b的对应的被固定部。并且，引出电极28经由第三倾斜部16及第四倾斜部18的对应的倾斜部的第一面24a而引出。具体来说，图3A的主面10d的表面侧的激振电极26经由第三倾斜部16的第一面24a而到达第一被固定部22a。而且，图3A的主面10d的背面侧的激振电极26经由第四倾斜部18的第一面24a而到达第二被固定部22b。因此，根据所述引出结构，能够防止引出电极28直接经由第一倾斜部12、第二倾斜部14上而到达第一被固定部22a、第二被固定部22b。

此处，根据发明人的实验可知，在将引出电极28的、从主面10d向第三倾斜部16或第四倾斜部18的引出角度定义为相对于晶体的结晶轴的X轴的角度θ时(参照图3A)，优选将所述引出角度θ设为59°≤θ≤87°，更优选设为62°≤θ≤75°，进而优选设为64°≤θ≤74°。这样是为了能够实现晶体振子的CI(晶体阻抗)的改善。其详细情况将在后述的“4.实验结果的说明”项目中进行说明。

将设置着激振电极26及引出电极28的晶体片10如图4A～图4C所示那样，安装于作为容器的例如陶瓷封装体30的凹部30a内，实施频率调整等，且利用未图示的盖构件进行密封，由此能够构成晶体振子。具体来说，将晶体片10的第一被固定部22a、第二被固定部22b以及第一倾斜部12及第二倾斜部14的一部分、与容器30的连接垫30b，利用固定构件(例如导电性粘着剂)32进行固定。而且，通过进行频率调整或密封而能够构成晶体振子。如图4B所示，晶体振子具有安装端子30c。

3.AT切割晶体片10的制法例

接下来，参照图5A、图5B、图5C～图8A、图8B，对实施方式的晶体振子具备的AT切割晶体片10的制法例进行说明。所述晶体片10能够利用光刻技术及湿式蚀刻技术而由晶体晶片(crystal wafer)制造多个。因此，制法例的说明中使用的图的一部分图中，表示：晶体晶片10w的俯视图、及将其一部分M放大的俯视图。此外，制法例的说明中使用的图的一部分图中，也并用剖视图。图5A、图5B、图5C～图8A、图8B中使用了剖视图的任一图中，均是：图5B～图8B的图表示图5A～图8A的图中的P-P线的剖视图，图5C～图7C的图表示图5A～图7A的图中的Q-Q线的剖视图。

所述制法例中，首先，准备晶体晶片10w(图5A、图5B、图5C)。AT切割晶体片10的振荡频率如周知那样，大致由晶体片10的主面(X-Z′面)部分的厚度决定，晶体晶片10w设为比最终的晶体片10的厚度t(参照图7B)厚的厚度T的晶片(参照图5B)。

接下来，在所述晶体晶片10w的表面背面两面，利用周知的光刻技术形成用以形成晶体片的外形的耐蚀刻性掩模40。本实施方式的情况下的耐蚀刻性掩模40包含：与晶体片的外形对应的部分、保持各晶体片的框架部分、及将晶体片与框架部分予以连结的连结部(图5A中由10x表示的部分)。而且，耐蚀刻性掩模40以在晶体晶片10w的表面背面相向的方式形成。

将已形成耐蚀刻性掩模40的晶体晶片10w在以氟酸为主的蚀刻液中浸渍规定的时间。利用所述处理，晶体晶片10w的未由耐蚀刻性掩模40覆盖的部分溶解，而获得晶体片10的大致外形。

接下来，从晶体晶片10w中去除耐蚀刻性掩模40。此时，所述制法例中，仅将耐蚀刻性掩模40的相当于晶体片10的部分及连结部10x去除，而保留相当于框架部的部分(图6A、图6B、图6C)。

接下来，将所述晶体晶片10w在以氟酸为主的蚀刻液中再次浸渍规定的时间。此处，所谓规定的时间是指如下时间：晶体片10的形成预定区域的厚度t(图7B)能够满足所述晶体片10所要求的振荡频率的规格，且所述晶体片10的Z′侧面能够包含本发明中提及的第一面24a～第三面24c。这些时间能够由事先的实验来决定。根据发明人的实验可知，晶体片10的Z′面伴随着蚀刻的进行，而形状发生变化。图10A～图10C是其说明图，且是表示与晶体晶片10w的一部分且相当于晶体片的第三倾斜部的部分的蚀刻量相应的形状变化的剖视图。随着蚀刻的进行，可知依次变为如图10A所示残留突起10z的状态，如图10B所示包含第一面10g、第二面10h、第三面10i与第四面10j这四个面的状态(产生第四面的状态)，以及如图10C所示包含本发明提及的第一面24a～第三面24c这三个面的状态(本发明的状态)。并且可知，为了获得包含本发明提及的第一面～第三面这三个面的侧面，在为规定蚀刻液及蚀刻温度等的情况下，需要蚀刻到相对于晶体晶片10w的初始厚度T为55％～25％的范围的厚度为止。因此，以获得振荡频率的规格及第一面～第三面这三个面的方式，来决定初始厚度T或所述蚀刻时间等。

接下来，从结束了所述蚀刻的晶体晶片中去除耐蚀刻掩模，而露出晶体面(未图示)。然后，在所述晶体晶片的整个面，利用周知的成膜方法形成晶体振子的激振电极及引出电极形成用的金属膜(未图示)。接下来，将所述金属膜利用周知的光刻技术及金属蚀刻技术，图案化为电极形状，而形成激振电极26及引出电极28(图8A、图8B)。由此，能够获得具备晶体片10、激振电极26及引出电极28的晶体振子。

在图8A、图8B所示的状态下，晶体片10为经由连结部10x结合于晶体晶片10w的状态。因此，首先，对连结部10x施加适当外力F(图9)，使晶体片10在连结部10x的例如中央部与晶体晶片10w分离而单片化(图9)。本发明中，因连结部10x在其中央具有开口部，所以，将所述单片化处理后残留于连结部10x的晶体片10侧的部分作为第一被固定部22a、第二被固定部22b而积极使用。而且，通过研究出连结部10x的设计，而能够获得第二倾斜部。

通过将如此形成的晶体片如图4A～图4C所示那样安装于容器30，而能够获得实施方式的晶体振子。

4.实验结果的说明

4-1.关于第一面～第三面

参照图11A、图11B，对第一面24a～第三面24c进行说明。

图11A是关于因晶体片的Z′面的形状的不同，即第三倾斜部、第四倾斜部的形状的不同，对使用所述晶体片所构成的晶体振子的CI(晶体阻抗)有何不同而进行说明的图。横轴表示实验中使用的晶体片的样品编号、各样品的Z′面的形状的特征(与图10A～图10C对应的特征)，纵轴表示CI(相对值)。另外，实验样品的振荡频率为38MHz左右。

如根据图11A可知，在晶体片的Z′面上残留突起的样品、晶体片的Z′面包含第一面～第四面这四个面的样品、晶体片的Z′面包含第一面～第三面这三个面的本发明的样品中，本发明的样品的阻抗减小。因此，可知图1A～图1E所示的第三倾斜部16、第四倾斜部18宜为包含第一面24a～第三面24c的倾斜部。

而且，图11B是本发明的第一面24a～第三面24c的说明图。具体来说，是表示本申请的发明人等人的实验结果，且晶体的各种结晶面相对于氟酸系蚀刻剂的蚀刻速度的不同的图。更详细来说，横轴表示以AT切割的主面为基准而使所述面以晶体的X轴为旋转轴旋转的角度，纵轴表示如所述那样使AT切割板旋转而获得的各晶体面的蚀刻速度。另外，各面的蚀刻速度由以AT切割面的蚀刻速度为基准的相对值表示。

如能够根据所述图11B而理解那样，可知在晶体中，相当于使AT切割的主面旋转θ1而成的面的面、相当于使AT切割的主面旋转θ2而成的面的面、相当于使AT切割的主面旋转θ3而成的面的面的各自的蚀刻速度变得极大。而且，θ1为4°左右，θ2为-57°左右，θ3为-42°左右，并且，根据发明人的实验可知，使用图11A说明的阻抗变得良好的区域为θ1＝4°±3.5°，θ2＝-57°±5°，θ3＝-42°±5°，更优选为θ1＝4°±3°，θ2＝-57°±3°，θ3＝-42°±3°。由这些θ1～θ3规定的各个面，相当于本发明的第一面～第三面。

4-2.关于引出电极

接下来，对与引出电极的引出方法有关的实验结果进行说明。此处，着眼于图3A～图3E所示的激振电极26的沿着晶体轴的X方向的尺寸、与引出电极28的长度，使用如下的两个水平的样品组，调查使引出电极的引出角度θ变化时的CI(晶体阻抗)的不同，所述水平为水平A：激振电极26的X尺寸长，且引出电极28的长度短的水平，水平B：相对于水平A，激振电极26的X尺寸短，且引出电极28的长度长的水平。

图12A是表示水平A的样品组中的引出角度θ与晶体振子的CI的关系的图，图12B是表示水平B的样品组中的引出角度θ与晶体振子的CI的关系图。任一图中均为横轴表示引出角度θ，纵轴表示CI(相对值)。

在水平A、水平B中的任一情况下，均在引出角度θ设为0°、45°、65°、90°这4个条件的样品中调查CI。而且，可知在水平A、水平B中的任一情况下，比起引出角度为0°的情况，即，引出电极不经由第三倾斜部、第四倾斜部的情况，引出角度θ为45°～90°的范围内的规定值且经由第三倾斜部、第四倾斜部时的CI更小。具体来说，可知在水平A的情况下，引出角度θ为69°时的CI比其他角度的情况下要小(图12A)，在水平B的情况下，引出角度θ为74°时的CI比其他角度的情况下要小(图12B)。

而且，在研究相对于这些优选的角度69°、74°的CI值，而CI变差了2％的引出角度的范围后，可知，水平A的情况下为59°≤θ≤87°，水平B的情况下为62°≤θ≤75°。此外，在研究相对于这些优选角度69°、74°的CI值，而CI变差了1％的引出角度的范围后，可知，在水平A的情况下为64°≤θ≤74°，在水平B的情况下为63°≤θ≤83°。优选能够将这些2％或1％的CI劣化量，考虑为晶体振子设计时的CI值的阈值的标准，因而将引出角度θ设为所述各范围。

因此，可知如果综合考察所述研究结果，则为了改善CI，宜将引出电极28的引出角度θ设为59°≤θ≤87°，宜更优选设为62°≤θ≤75°，宜进而优选设为64°≤θ≤74°。

5.其他实施方式

上述例中，如图3A～图3E所示，对如下结构进行了说明，所述结构为引出电极28在从激振电极26以引出角度θ仅经由第三倾斜部16或第四倾斜部18后到达第二倾斜部14或第一倾斜部12。然而，有时引出电极28也可为如下状态：以经由第三倾斜部16的其一部分也形成在第一倾斜部12上的状态而引绕。所谓所述一部分例如为：激振电极26的Z′方向的宽度的10％以下的程度。如果达到所述程度，则即便引出电极28向第一倾斜部12侧伸出且经由第三倾斜部16，激振电极26侧的振动能量经由第一倾斜部12而向第一被固定部22a侧泄漏的影响也小，从而CI实质并无劣化。