特開 2016-208066 ＡＴカット水晶片及び水晶振動子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-208066(P2016-208066A)

(43)【公開日】2016年12月8日

(54)【発明の名称】ＡＴカット水晶片及び水晶振動子

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/19 20060101AFI20161111BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/19 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-82946(P2015-82946)

(22)【出願日】2015年4月15日

(71)【出願人】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】山内 裕之

(72)【発明者】

【氏名】大沢 和彦

(72)【発明者】

【氏名】武田 翔平

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108AA01

5J108BB02

5J108CC04

5J108CC08

5J108DD03

5J108EE03

5J108EE07

5J108EE18

5J108GG03

5J108GG16

5J108KK01

5J108KK07

(57)【要約】

【課題】ＡＴカット水晶振動子本来の振動以外の不要振動を従来より抑制でき、振動子のインピダンスを従来より改善できる新規なＡＴカット水晶片を提供する。
【解決手段】水晶の結晶軸のＺ′軸と交差する２つの側面を、水晶結晶のｍ面である第１の面１１ａと、この第１の面に交わりｍ面以外の第２の面１１ｂと、この第２の面１１ｂと交わりｍ面以外の第３の面との３つの面で構成してある。しかも、第２の面１１ｂは、当該ＡＴカット水晶片の主面１１ｄを水晶のＸ軸を回転軸として−７４±３°回転させた面に相当する面であり、第３の面１１ｂｃは、主面１１ｄを水晶のＸ軸を回転軸として−５６±３°回転させた面に相当する面である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水晶の結晶軸のＺ′軸と交差する側面の少なくとも一方を、水晶結晶のｍ面である第１の面と、前記第１の面と交わる前記ｍ面以外の第２の面と、前記第２の面と交わる前記ｍ面以外の第３の面との３つの面で構成してあることを特徴とするＡＴカット水晶片。

【請求項2】

前記第２の面は、当該ＡＴカット水晶片の、水晶の結晶軸で表わされるＸ−Ｚ′面（主面）を、水晶のＸ軸を回転軸として−７４±５°回転させた面に相当する面であり、
前記第３の面は、前記主面を、水晶のＸ軸を回転軸として−５６±５°回転させた面に相当する面であることを特徴とする請求項１に記載のＡＴカット水晶片。

【請求項3】

前記第２の面は、当該ＡＴカット水晶片の、水晶の結晶軸で表わされるＸ−Ｚ′面（主面）を、水晶のＸ軸を回転軸として−７４±３°回転させた面に相当する面であり、
前記第３の面は、前記主面を、水晶のＸ軸を回転軸として−５６±３°回転させた面に相当する面であることを特徴とする請求項１に記載のＡＴカット水晶片。

【請求項4】

前記ＡＴカット水晶片は、平面形状が矩形状であり、その一辺が前記Ｚ′軸に沿っていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＡＴカット水晶片。

【請求項5】

前記側面の双方それぞれが、前記第１〜第３の３つの面で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＡＴカット水晶片。

【請求項6】

前記双方の側面は互いが当該ＡＴカット水晶片の中心点を中心に点対称の関係にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＡＴカット水晶片。

【請求項7】

前記ＡＴカット水晶片は、第１の厚さを持つ第１の領域と、前記第１の厚さより薄い第２の厚さを持ち前記第１の領域の外側に該第１の領域と連続している第２の領域とを含む水晶片であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＡＴカット水晶片。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１項に記載の水晶片と、該水晶片の表裏に設けた励振電極と、該励振電極から引き出された引出電極とを具えたことを特徴とする水晶振動子。

【請求項9】

請求項８に記載の水晶振動子とこれを収納する容器とを具えたことを特徴とする水晶振動子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＡＴカット水晶片及びこれを用いた水晶振動子に関する。

【背景技術】

【0002】

ＡＴカット水晶振動子の小型化が進むに従い、機械式加工による製造方法では、水晶振動子用の水晶片の製造が困難になっている。そのため、フォトリソグラフィ技術及びウエットエッチング技術を用いて製造されるＡＴカット水晶片が開発されている。

【0003】

例えば特許文献１、２各々には、上述の技術により製造されたＡＴカット水晶片及び水晶振動子が開示されている。具体的には、特許文献１には、水晶のＺ’ と交差する側面（Ｚ’面）が水晶結晶のｍ面と、ｍ面以外の結晶面との２面で構成されたＡＴカット水晶片及びそれを用いた水晶振動子が開示されている。また、特許文献２には、水晶のＺ′軸と交差する側面（Ｚ′面）が少なくとも４つの面で構成されたＡＴカット水晶片及びそれを用いた水晶振動子が開示されている。

【0004】

特許文献１、２いずれの場合も、水晶基板に外形形成用の耐エッチング性マスクが形成され、この水晶基板のマスクで覆われていない部分がウエットエッチングにより溶解される。具体的には、特許文献１の場合は、水晶基板に対し、該当する側面にｍ面を含む２つの面が形成されるようにウエットエッチングが行われる。特許文献２の場合は、耐エッチング性マスクを形成した水晶基板に対し外形形成のエッチングが先ずされる。その後、耐エッチング性マスクが除去されて水晶基板が露出された後、その水晶基板に対し、該当する側面に少なくとも４つの面が形成されるように、ウエットエッチングが行われる。特許文献１，２いずれの場合も、耐エッチング性マスクは、水晶基板の表裏でＺ′方向に所定量（マスクズラシ量Δｚ）ずらして水晶基板に形成され使用される。マスクズラシ量Δｚは、ＡＴカット水晶基板の厚さをＴ（μｍ）と表したとき、Δｚ＝０．７５×Ｔ±２０％が良いとされている。このように形成された各水晶片によれば、振動漏れが少なく、特性が優れたＡＴカット水晶振動子が実現されるという。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−６７３４５号公報

【特許文献2】特開２０１４−２７５０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、この出願に係る発明者は、鋭意研究の結果、ＡＴカット水晶振動子の特性改善を図る余地がまだあることを見出した。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、この出願の目的は従来に比べ特性改善が可能な新規なＡＴカット水晶片及び水晶振動子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この目的の達成を図るため、この発明のＡＴカット水晶片は、水晶の結晶軸のＺ′軸と交差する側面の少なくとも一方を、水晶結晶のｍ面である第１の面と、前記第１の面と交わる前記ｍ面以外の第２の面と、前記第２の面と交わる前記ｍ面以外の第３の面との３つの面で構成してあることを特徴とする。
この発明の実施に当たり、前記第２の面は、当該ＡＴカット水晶片の、水晶の結晶軸で表わされるＸ−Ｚ′面（この面を本明細書では主面という。）を、水晶のＸ軸を回転軸として−７４±５°回転させた面に相当する面とし、前記第３の面は、前記主面を、水晶のＸ軸を回転軸として−５６±５°回転させた面に相当する面とするのが好適である。より好ましくは、前記第２の面は、前記主面を、水晶のＸ軸を回転軸として−７４±３°回転させた面に相当する面とし、前記第３の面は、前記主面を、水晶のＸ軸を回転軸として−５６±３°回転させた面に相当する面とするのが良い。ここで、−７４や−５６のマイナスとは、前述の主面を、Ｘ軸を回転軸として時計周りに回転させる意味である（以下、同様）。

【0008】

さらにこの発明の実施に当たり、当該ＡＴカット水晶片の、水晶の結晶軸のＺ′軸と交差する２つの側面双方を、前述の第１〜第３の３つの面で構成するのが好適である。より好ましくは、これら２つの側面を、当該ＡＴカット水晶片の中心点を中心に点対称の関係にするのが好適である（図１（Ｂ））。

【0009】

また、この発明の水晶振動子は、上述したこの発明に係るＡＴカット水晶片と、この水晶片を励振するための励振電極とを具えることを特徴とする。より具体的には、この水晶片の表裏の主面（上記Ｘ−Ｚ′面）各々に励振電極を具え、この励振電極から引き出された引出し電極を具えた水晶振動子である。もちろん、これら電極を具えた水晶振動子を収納する容器をさらに具えた形態の水晶振動子も、本発明でいう水晶振動子に含まれる。

【0010】

なお、この発明でいうＡＴカット水晶片には、上述したこの発明に係る水晶片と、この水晶片と一体に形成されていてこの水晶片を貫通部を隔てて全部又は一部で囲う枠部と、同じく一体に形成されていてこれら水晶片と枠部とを連結する１又は２以上の連結部と、を具えた水晶片（以下、枠付き水晶片ともいう）も含まれる(図１１)。また、この発明でいう水晶振動子には、上述の枠付き水晶片と、励振電極と、引出電極とを具えた水晶振動子や、さらにこの水晶振動子を収納する容器を具えた水晶振動子も含まれる。

【0011】

また、この発明のＡＴカット水晶片を製造する際は、以下の（ａ）、（ｂ）の工程を含む製法で行うのが良い。
（ａ）ＡＴカット水晶ウエハ表裏の当該水晶片形成予定部分に耐エッチングマスクを形成し、このマスクから露出する部分をフッ酸系エッチャントでエッチングする工程。ただし、表裏の耐エッチング性マスク同士は、水晶のＺ′軸方向に沿ってΔｚずらしておく。マスクズラシ量Δｚは、水晶ウエハの厚みをＴ１としたとき、Ｔ１≦Δｚ≦１．５・Ｔ１の範囲から選ばれる値にする。すなわち、マスクズラシ量ΔｚをＴ１〜１．５・Ｔ１の範囲から選ばれる値にする。また、エッチング時間は、水晶ウエハの厚さＴ１を水晶ウエハの片面からエッチングできる時間の７０〜１２５％の範囲から選ばれる時間とする。
（ｂ）上記（ａ）工程が済んだ後に、水晶ウエハの耐エッチングマスクで覆っていた部分の、当該水晶片の振動領域となる第１の領域のみに、第２の耐エッチングマスクを残し、又は新たに形成し、この第２の耐エッチングマスクから露出する部分を所定厚みｈだけエッチングして、第１の領域に連続する第１の領域より厚さが薄い第２の厚さＴ２を持つ第２の領域を形成する工程。この好適な製法によれば、第１〜第３の３つの面から成る側面を持つこの発明に係るＡＴカット水晶片を容易に得ることができる。

【発明の効果】

【0012】

この発明のＡＴカット水晶片によれば、そのＺ′側面が所定の３つの面で構成されるため、この水晶片のＺ′方向の端部に断面視で独特の嘴状の構造部を持つ水晶片を実現できる。そのため、ＡＴカット本来の振動以外の不要な振動を上述の独特の構造部で減衰できるので、ＡＴカット水晶振動子本来の振動を優位に生じさせることができる。従って、従来に比べて特性の改善されたＡＴカット水晶振動子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施形態のＡＴカット水晶片１１の説明図である。

【図2】（Ａ）、（Ｂ）は、実施形態の水晶片１１及びそれを用いた水晶振動子の一製法例を説明する図である。

【図3】（Ａ），（Ｂ）は、図２に続く製法例の説明図である。

【図4】（Ａ），（Ｂ）は、図３に続く製法例の説明図である。

【図5】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図４に続く製法例の説明図である。

【図6】は、図５に続く製法例の説明図である。

【図7】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ、（Ｄ）、（Ｅ）は、水晶片１１を実装して製造した水晶振動子の一例の説明図である。

【図8】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ、（Ｄ）は、本発明に係る実験結果の説明図である。

【図9】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明に係る実験結果の図８に続く説明図である。

【図10】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ、（Ｄ）は、本発明に係る実験結果の図９に続く説明図である。

【図11】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の水晶振動子の他の実施形態の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照してこの発明のＡＴカット水晶片及びこれを用いた水晶振動子の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。

【0015】

１． ＡＴカット水晶片の構造
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態のＡＴカット水晶片１１の説明図である。特に、図１（Ａ）は水晶片１１の平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＭ−Ｍ線に沿った水晶片１１の断面図、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）中のＮ部分を拡大して示した断面図である。

【0016】

ここで、図１（Ａ）、（Ｃ）中に示した座標軸Ｘ，Ｙ′、Ｚ′は、それぞれＡＴカット水晶片での水晶の結晶軸を示す。なお、ＡＴカット水晶片自体の詳細は、例えば、文献：「水晶デバイスの解説と応用」。日本水晶デバイス工業会２００２年３月第４版第７頁等に記載されているので、ここではその説明を省略する。

【0017】

この発明に係るＡＴカット水晶片１１の特徴は、水晶のＺ′軸に交差する側面（Ｚ′面）の形状にある。すなわち、特に図１（Ｂ）及び（Ｃ）に示したように、このＡＴカット水晶片１１は、水晶のＺ′軸に交差する２つの側面（Ｚ′面）各々を、第１の面１１ａ，第２の面１１ｂおよび第３の面１１ｃの、３つの面で構成してある。しかも、第１の面１１ａは、水晶結晶のｍ面である。第２の面１１ｂは、第１の面１１ａと交わっていて、ｍ面以外の面から成る面であり、具体的には、この水晶片１１の主面１１ｄを水晶のｘ軸を回転軸としてθ２だけ回転させた面に相当する面である。第３の面１１ｃは、第２の面１１ｂと交わっていて、ｍ面以外の面から成る面であり、具体的には、この水晶片１１の主面１１ｄを水晶のｘ軸を回転軸としてθ３だけ回転させた面に相当する面である。なお、第１の面は主面１１ｄと交わっている。また、この第１の面１１ａは、ｍ面であるので、主面１１ｄとはθ１の関係をもった面に相当する。このθ１はＡＴカット水晶片の設計に応じて決められる角度であり、３６°近傍（典型的には３５°１５′±１°程度）である。

【0018】

また、上記の角度θ２、θ３は、詳細は後述の「３．実験結果の説明」の項で説明するが、発明者の実験によれば、下記が好ましいことが分かっている。θ２＝−−７４°±５°、θ３＝−５６°±５°、より好ましくは、θ２＝−７４°±３°、θ３＝−５６°±３°である。

【0019】

また、この実施の形態の水晶片１１では、水晶のＺ′軸に交差する２つの側面（Ｚ′面）各々が、水晶片１１の中心点Ｏ（図１（Ｂ）参照）を中心に、点対称の関係になっている。なお、ここでいう点対称とは、若干の形状差があったとしても実質的に同一とみなせる点対称の状態も含む。
また、この実施の形態の水晶片１１の平面形状は、水晶のＸ軸に沿う方向を長辺とし、水晶のＺ′軸に沿う方向を短辺とする矩形の形状としてある。
また、この実施の形態の水晶片１１は、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とを有する構造としてある。第１の領域Ｒ１は、水晶片１１の振動領域を構成する領域であり、厚さがＴ１を持つ領域である。第２の領域Ｒ２は、第１の領域Ｒ１の外側に第１の領域Ｒ１と連続していて第１の領域Ｒ１の厚さより薄い第２の厚さＴ２を持つ領域である。第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２とは、段差ｈで連続している。段差ｈの寸法は、第１の領域Ｒ１に振動エネルギーを効果的に閉じ込めることができる値とする。具体的には、段差ｈは、Ｔ１に対し３〜２０％の範囲から選ばれる値であり、典型的には数μｍである。

【0020】

２． ＡＴカット水晶片１１の製法例
次に、図２〜図７を参照して、実施形態のＡＴカット水晶片１１の製法例について説明する。この水晶片１１は、フォトリソグラフィ技術およびウエットエッチング技術により水晶ウエハから多数製造できる。そのため、図２〜図７では、水晶ウエハ１１ｗの平面図と、その一部分Ｐを拡大した平面図を示してある。さらに、図２〜図７中の一部の図面では、水晶ウエハ１１ｗの一部分ＰのＱ−Ｑ線に沿う断面図や、Ｒ部分(図５（Ｂ）参照)の拡大図も併用している。

【0021】

この製法例では、先ず、水晶ウエハ１１ｗを用意する(図２)。ＡＴカット水晶片１１の発振周波数は、周知の通り、水晶片１１の主面（Ｘ−Ｚ′面）の厚みでほぼ決まる。この場合の水晶ウエハ１１ｗは、第１の厚さとしての厚みＴ１を持つウエハとする(図２（Ｂ）)。

【0022】

次に、この水晶ウエハ１１ｗの表裏両面に、水晶片の外形を形成するための耐エッチング性マスク１３を周知のフォトリソグラフィ技術により形成する。この実施形態の場合の耐エッチング性マスク１３は、水晶片の外形に対応する部分、各水晶片を保持するフレーム部分、および、水晶片とフレーム部分とを連結する連結部（図２（Ａ）中に１１ｘで示した部分）で構成してある。しかも、耐エッチング性マスク１３のうちの、水晶片１１を形成する部分は、その表裏のマスク同士がＺ′軸に沿って所定寸法Δｚ（図２（Ｂ）参照）ずれた形状としてある。具体的には、水晶片の＋Ｙ′面側に設ける耐エッチング性マスクを−Ｙ′面側に設ける同マスクに対して＋Ｚ′方向に、Δｚずれるように、表裏のマスクを相対的にずらす。このマスクズラシ量Δｚは、水晶ウエハ１１ｗの厚さＴ１に対し、Ｔ１≦Δｚ≦１．５・Ｔ１で与えられる範囲の、当該水晶振動子の特性に応じた適正な値とする。なお、この外形形成時のエッチング時間及びマスクズラシ量Δｚの詳細については、後の「３．実験結果の説明」の項にて説明する。

【0023】

耐エッチング性マスク１３の形成が済んだ水晶ウエハ１１ｗを、フッ酸を主とするエッチング液中に所定の時間浸漬する。この処理により、水晶ウエハ１１ｗの耐エッチング性マスク１３で覆われていない部分が溶解されて、水晶片１１の大まかな外形が得られる。このウエットエッチングでは、水晶結晶のＺ軸方向のエッチングが優位に進むので、水晶結晶のｍ面に相当する第１の面１１ａが現れる（図３（Ｂ））

【0024】

次に、水晶片１１に第１の領域と第２の領域とを形成するために、水晶ウエハ１１ｗの水晶片１１の部分の、第１の領域を形成する予定領域上に、第２の耐エッチング性マスク１３ｘを公知のフォトリソグラフィ技術により形成する（図４）。この第２の耐エッチング性マスク１３ｘは、例えば、耐エッチング性マスク１３を形成する際に、このマスク１３の第２の耐エッチング性マスク形成予定領域上にフォトレジストを残存させておき（図示せず）、このフォトレジストをマスクとして耐エッチング性マスク１３を選択的に除去する方法、または、新規に第２の耐エッチング性マスクを形成する方法で得ることができる。

【0025】

次に、第２の耐エッチング性マスク１３ｘの形成が済んだ水晶ウエハ１１ｗを、フッ酸を主とするエッチング液中に、再度、所定の時間浸漬する。ここで、所定の時間とは、特に図１（Ｂ）や図５（Ｃ）に示したように、水晶片１１に、上述した第１の領域Ｒ１と、この第１の領域に段差ｈで連続する第２の領域Ｒ２と、が生じるように、水晶ウエハ１１ｗの第２の耐エッチング性マスク１３ｘから露出する部分をエッチングする。

【0026】

ここまでの処理により、水晶片１１のＺ′側面が所定の第１〜第３の面１１ａ、１１ｂ、１１ｃで構成された、この発明に係るＡＴカット水晶片１１を多数有する水晶ウエハが得られる(図５)。続いて、上記の水晶ウエハから、耐エッチング性マスク１３，１３ｘを除去して、水晶面を露出する(図示せず）。その後、この水晶ウエハ全面に、周知の成膜方法により、水晶振動子の励振電極および引出電極形成用の金属膜(図示せず)を形成する。次に、この金属膜を、周知のフォトリソグラフィ技術およびメタルエッチング技術により、電極形状にパターニングして、励振電極１５ａおよび引出電極１５ｂから成る電極１５を形成する。これにより、水晶片１１、励振電極１５ａおよび引出電極１５ｂを具える水晶振動子１７を得ることができる（図６）。なお、励振電極１５ａは、設計に応じ、水晶片１１の第１の領域Ｒ１全域に又は第１の領域Ｒ１の一部の領域に設ける。

【0027】

なお、一般には、水晶振動子１７を好適な容器に実装した構造物を水晶振動子と称することが多い。その典型的な例を、図７を用いて説明する。なお、図７は、水晶振動子１７を容器２１に実装する手順を平面図およびそのＳ−Ｓ線に沿う断面図によって示したものである。

【0028】

図６に示した状態では、水晶振動子１７は、水晶ウエハ１１ｗに連結部１１ｘを介して結合している状態である。そこで、先ず、連結部１１ｘに適当な外力を加えて、水晶振動子１７を水晶ウエハ１１ｗから分離し、個片化する（図７（Ａ））。一方、容器として、例えば、周知のセラミックパッケージ２１を用意する。この場合のセラミックパッケージ２１は、水晶振動子１７を収納する凹部２１ａ（図７（Ｂ），（Ｃ））と、その凹部２１ａの底面に設けた水晶振動子固定用のバンプ２１ｂと、パッケージ２１の裏面に設けた実装端子２１ｃとを具えている。バンプ２１ｂと実装端子２１ｃとはビヤ配線（図示せず）により電気的に接続してある。

【0029】

このパッケージ２１の凹部２１ａ内に、水晶振動子１７を実装する。詳細には、バンプ２１ｂ上に導電性接着材２３(図７（Ｅ）)を塗布し、この接着材２３により、バンプ２１ｂに水晶振動子１７を引出電極１５ｂの箇所で固定する。その後、水晶片１１の発振周波数調整を周知の方法により所定値に調整し、次に、パッケージ２１の凹部２１ａ内を適度な真空又は不活性ガス雰囲気等にした後、蓋２５により凹部２１ａを周知の方法により封止する。このようにしてパッケージ２１に水晶振動子が収納された構造の水晶振動子が得られる。

【0030】

３． 実験結果の説明
次に、図８、図９、図１０を参照して実験結果を説明する。なお、ここでは主に発振周波数が３８．４ＭＨｚの水晶振動子での実験結果を示す。また、実験結果の一部では発振周波数が４８ＭＨｚの水晶振動子での実験結果も併せて示す。

【0031】

３−１．マスクズラシ量Δｚと水晶片のＺ′面の形状
先ず、マスクズラシ量Δｚが水晶片１１のｚ′面の形状にどう影響するかを説明する。ここでは、発振周波数が３８．４ＭＨｚの水晶振動子での実験結果を示す。従って、この場合の第１の領域Ｒ１の厚さＴ１は約４０．４μｍである。
図８（Ａ）〜（Ｄ）は、マスクズラシ量Δｚを異ならせた状態で上述した製法でかつ下記のエッチング条件で試作した各実験試料（水晶振動子）の、図１（Ｃ）に示したＮ部分に相当する断面図である。具体的には、図８（Ａ）に示したものは、マスクズラシ量Δｚ＝０の場合に形成される試料での断面図、図８（Ｂ）に示したものは、マスクズラシ量Δｚ＝２７μｍの場合に形成される試料での断面図、図８（Ｃ）に示したものは、マスクズラシ量Δｚ＝３９μｍ場合に形成される試料での断面図、図８（Ｄ）に示したものは、マスクズラシ量Δｚ＝５１μｍの場合に形成される試料での断面図である。
これらの試料のマスクズラシ量Δｚ＝２７μｍ、３９μｍ、５１μｍ各々を、水晶ウエハの第１の領域Ｒ１の厚さＴ１（この例では４０．４μｍ）で正規化して求まる比率は、２７／４０．４≒６６．８％、３９／４０．４≒９６．５％、５１／４０．４≒１２６．２％である。

【0032】

このようにマスクズラシ量Δｚを設定した水晶ウエハを、水晶ウエハの片面から水晶ウエハの厚さＴ１分をエッチングすることができる時間、フッ酸系のエッチャントに浸漬する。なお、このエッチングは、ここでは水晶ウエハの両面から行うので、エッチング時間が、原理的には、水晶ウエハの片面から水晶ウエハの厚さＴ１の半分をエッチングできる時間であれば、水晶ウエハを貫通できるが、サイドエッチング起因のエッチング残渣等を防ぐために、ここではその２倍、すなわち、板厚Ｔ１をエッチングできる時間としている。そこで、この明細書及び図９（Ａ）では、外形エッチング量を、次のように定義する。すなわち、上記のように、水晶ウエハの片面から水晶ウエハの厚さＴ１をエッチングできる外形エッチング量の場合は、外形エッチング量＝Ｔ１／Ｔ１＝１００％と表す。同様に、例えば、厚さＴ１の晶ウエハをその片面から７５％エッチングできる外形エッチング量を、０．７５Ｔ１／Ｔ１＝７５％と表し、同様に１２５％エッチングできる外形エッチング量を、１．２５Ｔ１／Ｔ１＝１２５％と表す。そして、発明者の実験によれば、この発明のＡＴカット水晶片を得るための外形エッチング量は、エッチング残渣を防止する等の観点から、７０〜１２５％の範囲から選ばれる値とするのが良いことが分かった。次に、第２の領域Ｒ２が得られるように、上述した製法でエッチングをする。

【0033】

このようにエッチングをした各試料の図８（Ａ）〜（Ｄ）に示した断面図を比較すると以下のことが分かる。
マスクズラシ量Δｚ＝０の場合は、図８（Ａ）に示したように、水晶片のＺ′面は、一部に顕著な突起３１が残る形状になる。また、マスクズラシ量Δｚ＝２７μｍの場合は、図８（Ｂ）に示したように、Ｚ′面は、Ｚ′方向に凸状の多面(４面以上の)構造３３を有した形状になる。また、マスクズラシ量Δｚ＝３９μｍの場合は、図８（Ｃ）に示したように、Ｚ′面は、水晶結晶のｍ面３５を含む４面の構造を有した形状になる。また、マスクズラシ量Δｚ＝５１μｍの場合は、図８（Ｄ）に示したように、Ｚ′面は、第１〜第３の面１１ａ〜１１ｃからなる３つの面を有したこの発明に係る形状になる。

【0034】

図９（Ａ）は、第１〜第３の３つの面からなるこの発明に係る水晶片を得ることができるマスクズラシ量Δｚと、外形エッチング量との関係を説明する図である。この図９（Ａ）において、横軸は外形エッチング量、横軸はマスクズラシ量である。なお、横軸のマスクズラシ量と縦軸の外形エッチング量はいずれも、上記したように、水晶片の第１の領域の厚さＴ１(μｍ)の比で示してある。また、この図９（Ａ）では、発振周波数が３８．４ＭＨｚと同４８ＭＨｚの２種類の水晶振動子での実験結果を示してある。
この図９（Ａ）中の近似直線上に位置する条件及びその近傍条件が、Ｚ′側面が第１〜第３の面で構成されるこの発明の水晶片が得られる条件である。従って、この図９（Ａ）から、外形エッチング量を７０〜１２５％の範囲とし、かつマスクズラシ量を１００〜１５０％の範囲（図９（Ａ）中のＶで示す四角の範囲）とするのが良いことが分かる。

【0035】

３−２．水晶片のＺ′面の形状と水晶振動子の特性
次に、水晶片のＺ′面が図８（Ａ）〜（Ｄ）を用いて説明した形状を持つ各試料（水晶振動子）と、それらが示す特性、具体的には、常温でのクリスタルインピーダンス（ＣＩ）との関係を、図９（Ｂ）及び図１０（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明する。
先ず、図１０（Ａ）はマスクズラシ量＝０の水晶振動子のＣＩ分布、図１０（Ｂ）はマスクズラシ量＝２７μｍの水晶振動子のＣＩ分布、図１０（Ｃ）はマスクズラシ量＝３９μｍの水晶振動子のＣＩ分布、図１０（Ｄ）はマスクズラシ量＝５１μｍの水晶振動子のＣＩ分布である。いずれの試料も容器サイズが１．６×１．２ｍｍの水晶振動子での実験結果である。また、図９（Ｂ）は、これら４種類の水晶振動子群のＣＩの平均値（Ａｖｇ）、最大値（Ｍａｘ）、最小値（Ｍｉｎ）をまとめた特性図である。
図９（Ｂ）及び図１０（Ａ）〜（Ｄ）から分かるように、水晶片のＺ′面を、ｍ面とそれとは異なる２つの結晶面との合計３つの面で構成したこの発明に係る水晶振動子の場合、図８（Ａ）、（Ｂ）の比較例のものよりＣＩ値が半分程度に改善できることが分かる。また、図８（Ｃ）に示した比較例のものと平均値は同等であるが、ＣＩ値の平均値が１５Ω付近まで低減でき、この比較例より５Ω程度改善できることが分かる。

【0036】

４．他の実施形態
上述においては、この発明のＡＴカット水晶片およびこれを用いた水晶振動子の実施形態を説明したが、この発明は上述の実施形態に限られない。例えば、上述の例では、Ｚ′方向の両端の側面がこの発明にかかる第１〜第３の面の３つの面で構成された例を説明したが、場合によっては、片側側面のみが第１〜第３の面の３つの面で構成される場合があっても良い。ただし、両側面が第１〜第３の面の３つの面で構成された方が、水晶振動子の特性は優れる。また、上述の例では３８．４ＭＨｚ、４８ＭＨｚの周波数の水晶振動子の例で説明したが、他の周波数の水晶振動子にも本発明は適用できる。

【0037】

また、この発明でいうＡＴカット水晶片及び水晶振動子は、図１１に示した構造のものであっても良い。先ず、図１１（Ａ）に示したように、この発明に係る水晶片１１と、この水晶片と一体に形成されていてこの水晶片１１を貫通部１１ｙを隔てて全部で囲う枠部１１ｚと、同じく一体に形成されていてこれら水晶片と枠部とを連結する１つの連結部１１ｘと、を具えた水晶片及び水晶振動子である。また、図１１（Ｂ）に示したように、この発明に係る水晶片１１と、この水晶片と一体に形成されていてこの水晶片１１を貫通部１１ｙを隔てて一部で囲う枠部１１ｚと、同じく一体に形成されていてこれら水晶片と枠部とを連結する１つの連結部１１ｘと、を具えた水晶片及び水晶振動である。なお、連結部が２つ以上あっても良い。ただし、連結部が１つの方が、水晶片１１から枠部への振動漏れや、枠部から水晶片への応力の影響を軽減し易い。また、連結部１１ｘを設ける位置は図１１の例に限られず、設計に応じて変更できる。

【0038】

また、上述の例では水晶のＸ軸に沿う辺を長辺とし、Ｚ′に沿う辺を短辺とする水晶片の例を示したが、水晶のＸ軸に沿う辺を短辺とし、Ｚ′に沿う辺を長辺とする水晶片にも本発明は適用できる。また、上述の例では平面形状が矩形の水晶片の例を説明したが、角部がＲ加工やＣ加工されたような水晶片に対しても本発明は適用できる。また、第２の領域を水晶片１１のＺ′方向にのみ設けた例を示したが、Ｘ方向にも設ける場合があっても良い。

【符号の説明】

【0039】

１１:実施形態の水晶片
１１ａ；第１の面(水晶結晶のｍ面)
１１ｂ：第２の面
１１ｃ：第３の面
１１ｄ:ＡＴカット水晶片の主面（Ｘ−Ｚ′面）
１１ｗ：水晶ウエハ
１１ｘ：連結部
１１ｙ：貫通部
１１ｚ：枠部
θ１〜θ３：ＡＴカットの主面を水晶のＸ軸を回転軸として回転させる角度
１３：耐エッチング性マスク
１３ｘ：第２の耐エッチング性マスク
１５：電極
１５ａ：励振電極
１５ｂ：引出電極
１７：水晶振動子
２１：容器（例えばセラミックパッケージ）
２１ａ：凹部
２１ｂ：バンプ
２１ｃ：実装端子
２３：導電性接着材
２５：蓋
３１：突起
３３：凸状の多面(４面以上の)構造
３５：ｍ面
Ｏ：ＡＴカット水晶片の中心点
Ｒ１：第１の領域
Ｒ２：第２の領域
Ｔ１：第１の厚さ
Ｔ２：第２の厚さ
ｈ：段差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】