[发明专利]AT切割水晶振动片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及以厚度切变振动模式为主振动的AT切割水晶振动片及其制造方法。

背景技术

通常，在振子、振荡器、滤波器或传感器等压电设备中，广泛采用可获得高频率且具有稳定的频率特性的水晶来作为压电材料。特别是在以厚度切变振动模式为主振动的水晶振子中，AT切割水晶板由于在常温附近相对于温度变化的频率变化小，所以使用最为广泛。AT切割水晶板被以如下方式切出：使包含水晶结晶的X轴和Z轴的平面绕X轴从Z轴向逆时针方向转动大约35度15分的角度而形成的面为主面。

已知的是，厚度切变振动模式的压电振动片在使其厚度形成为从中央部向端部逐渐变薄时，在端部的振动位移的衰减量变大，所以在振动片的中央部捕获振动能量的效果升高，CI值、Q值等频率特性升高(例如，参照专利文献1)。其结果为具有以下优点：即使为了低频化而使压电振动片增厚，也能以很少的能量来高效地使其振荡，相反，即使是较高的频率，也能够使振动片尺寸比通常小而可实现小型化。作为该可发挥振动能量捕获效果的振动片的形状，有以下形状：使其主面为凸形曲面的凸面形状；使平坦的较厚中央部和端缘之间为斜面的伞形形状；以及使平坦的较厚中央部的周边部分减薄的台型等。

为了加工凸面形状的压电振动片，已知有用滚筒研磨装置等的机械研磨加工来研磨长方形的压电元件片的方法(例如，参照专利文献2、专利文献3)。此外，还提出了这样的加工方法：对压电元件片的主面逐步地进行湿法刻蚀，加工成近似于凸面形状的台阶形状，然后通过喷砂和研磨机等的机械加工将该台阶形状修整为凸面形状(例如，参照专利文献4)。

作为伞形形状的形成方法，已知有同样对水晶片用滚筒装置进行机械研磨加工，或通过使用刻蚀液的湿法刻蚀进行化学加工的方法(例如，参照专利文献5)。此外，存在使伞形形状的振动片的端部与框状的支撑部一体化、而且机械强度优良、安装容易的压电振子(例如，参照专利文献1)。

台型的压电振动片通常通过对水晶等的压电基板在其主面中央用形成图案的电极膜为掩模进行湿法刻蚀，来形成作为振动部的较厚中央部和较薄周边部(例如，参照专利文献6)。此外，已经确认台型水晶振子中在基板的长方向上产生的弯曲振动是乱真(suprious)增大的一个原因。为了抑制作为该无用波的弯曲振动，提出了将较薄周边部相对于较厚中央部的厚度差设定为10％～30％的结构(例如，参照专利文献7)。再有，已知有通过使激励电极从较厚中央部的阶梯差扩大到外侧，由此防止容量比的下降、实现激励电极的良好位置精度、而且防止引线(lead)在阶梯差处断线的压电振子(例如，参照专利文献8)。

此外，在厚度切变振动模式的压电振动片中，由于为实现高频化而需要使激励部的厚度变薄，所以公知有将较薄的激励部在其周围与较厚的加强框一体化以提高机械强度的倒台型的结构。另外，提出了在较薄的激励部和加强框之间形成狭缝或槽，使外力难以从加强框传递到激励部，从而提高了可靠性的水晶振子(例如，参照专利文献9、专利文献10)。

另一方面，厚度切变振动模式的共振频率及其频率温度特性受到在频率上接近的高次的宽度切变振动模式的较大影响是一直以来广为知晓的。另外提出了这样的水晶振子：使压电基板的主面的法线方向和长方向的侧面所构成的角度倾斜大致3度，削弱厚度切变振动和高次的宽度切变模式的结合，从而改善了频率温度特性(参照专利文献11)。

根据专利文献11，如图7所示，使用光刻和刻蚀加工，从AT切割水晶晶片，将以水晶的X轴方向为长边、以Z′轴方向为短边的长方形的水晶基板，加工成其主面的法线方向和长方向的侧面所构成的角度为大约3°，更具体地讲，考虑到加工误差等而加工成3°±30′的角度。首先，在具有希望厚度的AT切割水晶基板1的两主面上形成由例如Cr/Au构成的掩模2a、2b(图7(A))。接着，对基板1从其两面进行湿法刻蚀，如图7(B)所示，出现作为水晶特有的自然面的m面3、r面4以及与它们不同的结晶面5。在继续进行刻蚀、没有被遮蔽的水晶部分贯穿时，由于水晶的刻蚀异向性，m面3及结晶面5变大，在基板1的侧面形成了凸起6(图7(C))。然后进一步进行刻蚀，当过刻蚀到凸起6完全消失时，形成了长方向的侧面7，该侧面7由相对于基板1的主面的法线方向构成大约3。的倾斜角度的上述结晶面构成(图7(D))。