JP4960060B2 - Quartz diaphragm and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は電子部品の一つである水晶振動子や水晶発振器内に搭載される水晶振動板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a crystal resonator which is one of electronic components, a crystal diaphragm mounted in a crystal oscillator, and a manufacturing method thereof.
現在、携帯電話やデジタル家電等の電子機器には、基準信号発生源やタイミングデバイスとして、水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスが広く利用されている。これら水晶デバイスの内部には、図7のような、外周形状を矩形状又は円形状に加工された平板状の水晶片701の表裏両主面に、励振用電極702や、この励振用電極702を水晶デバイスの容器体に形成した水晶振動体接続用電極パッドと電気的に接続するための外部接続用電極703や、この励振用電極702と外部接続用電極703とを電気的接続した引出電極704を形成した水晶振動板700が搭載されている。水晶デバイスは、この水晶振動板700を構成する励振用電極702を介して水晶片701に、外部から変動電圧を印加することにより、水晶片701が圧電効果により所定の振動モード及び周波数で励振を起こす現象を利用している。
At present, crystal devices such as crystal resonators and crystal oscillators are widely used in electronic devices such as mobile phones and digital home appliances as reference signal generation sources and timing devices. Inside these crystal devices, as shown in FIG. 7,
従来、このような水晶振動板700を製造する方法としては、水熱合成法により育成した人工水晶体を、所定のカットアングルでウエハ状に切断し、このウエハ状の水晶体を更に切断研磨及びエッチング等の外形加工を繰り返し施すことで、所望の厚みであり且つ概略平板状で主面の外周形状が円形或いは四角形の水晶片701を得、その水晶片701の表面に、蒸着法やスパッタリング法等を用いて、Cr及びAu等の金属からなる上述した形態の励振用電極702、外部接続用電極703及び引出電極704を形成する方法が用いられている。
Conventionally, as a method of manufacturing such a
上述したような水晶振動板及びその製造方法については、以下のような先行技術文献に開示されている。
尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。 In addition, the applicant did not find any prior art documents related to the present invention by the time of filing of the present application other than the prior art documents specified by the prior art document information described above.
しかし、従来の平板矩形状の水晶振動板では、例えば、水晶振動板を容器体内に搭載した形態の水晶デバイスにおいて、この水晶デバイスに落下など外部から突発的な衝撃力が加わった場合、水晶デバイス内部の水晶振動板がその外力により瞬間的に変形してしまう。特に、容器内に水晶振動板を搭載する形態として、水晶振動板の一方の短辺縁部のみに外部接続用電極が形成され、その外部接続用電極と容器体内に形成した電極パッドとを固着導通した形態(所謂、片持ち型)の場合、固着された水晶振動板の一方の短辺縁部が支点となり、水晶振動板が長辺方向に曲がり、固着されていない水晶振動板の他方の短辺端部位置が大きく変位する。この現象により水晶振動板が容器体や蓋体等に接触してしまい、最悪の場合、その接触の衝撃により水晶振動板が折れてしまう場合がある。この不具合は、水晶振動板の高周波化(薄型化)が進むほどに顕著となる虞がある。 However, in a conventional flat plate-shaped rectangular crystal plate, for example, in a crystal device in which the crystal plate is mounted in a container body, when sudden impact force is applied to the crystal device from the outside, such as dropping, the crystal device The internal crystal diaphragm is momentarily deformed by the external force. In particular, as a form in which a crystal diaphragm is mounted in a container, an external connection electrode is formed only on one short side edge of the crystal diaphragm, and the external connection electrode and an electrode pad formed in the container are fixed. conducting morphology (so-called cantilever type), the short side edge of one of the anchored quartz plate becomes a fulcrum, bending the quartz plate is a long side direction, not fixed quartz plate other of The short side end position is greatly displaced. Due to this phenomenon, the quartz diaphragm comes into contact with the container body, the lid, etc., and in the worst case, the quartz diaphragm may be broken by the impact of the contact. This defect may become more prominent as the frequency of the quartz diaphragm increases (thinner).
又、従来の人工水晶体に切断や研磨等の外形加工を施すことで水晶片を製造する方法では、人工水晶体の重量の半分以上を切断屑や研磨屑として廃棄しなければ成らず、1つの人工水晶体から形成される水晶片の取得効率が非常に低くなってしまう。特に本発明のように平板状ではない比較的複雑な形状の水晶片を従来の方法で形成する場合には、更に多くの切断屑や研磨屑が生じてしまい取得効率が更に低下してしまう虞がある。又、近年では水晶デバイスの小型化高周波化が進むにつれ、水晶デバイス内部に搭載する水晶振動板を構成する水晶片も小型化及び薄型化が求められている。本発明のような形状の水晶片の小型化及び薄型化が進むと、従来の製造手段では、その製造手段の高精度化が必須となり、又切断や研磨等の加工工程も増やさなければ成らず、そのための機械設備が多数必要となるため、製造時間及びコストが多大にかかってしまう課題がある。 In addition, in the conventional method of manufacturing a crystal piece by performing external processing such as cutting or polishing on an artificial lens, it is necessary to discard more than half of the weight of the artificial lens as cutting waste or polishing waste. The acquisition efficiency of the crystal piece formed from the crystalline lens becomes very low. In particular, when a crystal piece having a relatively complicated shape that is not flat like the present invention is formed by a conventional method, more cutting waste and polishing waste may be generated, and the acquisition efficiency may be further reduced. There is. Further, in recent years, with the progress of miniaturization and higher frequency of quartz devices, there is a demand for miniaturization and thinning of the quartz pieces constituting the quartz diaphragm mounted in the quartz device. As the crystal pieces of the present invention are made smaller and thinner, the conventional manufacturing means must be highly accurate and the number of processing steps such as cutting and polishing must be increased. Since a large number of mechanical equipments are required for this purpose, there is a problem that manufacturing time and cost are greatly increased.
本発明の目的は、外力が加わった場合でも、外力による構造体の変形量を著しく小さくする構造の水晶振動板と、その水晶振動板を構成する水晶片の製造時に、水晶片に従来のような機械的な外形加工手段を施すことが無く、更に水晶片の小型化薄型化にも簡便に対応できる製造方法を用いることより、対衝撃性が良好な水晶振動板を、更にその水晶振動板を低コストで簡易に製造できる方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a quartz crystal plate having a structure that significantly reduces the amount of deformation of the structure caused by the external force even when an external force is applied, and a quartz crystal piece that forms the quartz crystal plate in the conventional manner. By using a manufacturing method that can easily cope with downsizing and thinning of a crystal piece without applying any mechanical external processing means, a crystal diaphragm having a good impact resistance is further obtained. An object of the present invention is to provide a method that can be easily manufactured at low cost.
本発明における水晶振動板は上述したような課題を解決するために成されたものであり、主面外形が概略矩形の薄板状水晶片の表裏両主面には、それぞれ励振用電極が形成されており、この水晶片の短辺縁部には各励振用電極と各々電気的に接続した外部接続用電極が形成された水晶振動板において、この水晶振動板を構成する水晶片における長辺方向の2辺縁部のみに、これら辺全長にわたって一方の厚み方向のみに曲折した形態の段差部が形成されており、且つ段差部を含む水晶片全体がつなぎ目のない一体構造で形成されていることを特徴とする水晶振動板である。 The quartz crystal plate according to the present invention is made to solve the above-described problems, and excitation electrodes are formed on both the front and back main surfaces of a thin plate-like crystal piece having a substantially rectangular main surface outline. In the quartz crystal plate in which the external connection electrodes electrically connected to the respective excitation electrodes are formed on the short side edge portion of the quartz crystal piece, the long side direction in the quartz piece constituting the quartz crystal plate The step part of the form bent only in one thickness direction is formed only in the two side edge parts of these sides, and the whole crystal piece including the step part is formed with a seamless integrated structure. It is a crystal diaphragm characterized by.
また、前段落記載の水晶振動板において、この水晶振動板の2短辺のうち一方の短辺縁部のみに外部接続用電極が設けられていることを特徴とする水晶振動板でもある。 Further, in the crystal diaphragm described in the preceding paragraph, an external connection electrode is provided only on one short side edge portion of two short sides of the crystal diaphragm.
更に、段落番号(0009)記載の段差部において、この段差部が曲折した方向に向かって90°未満の角度で傾斜している形態であることを特徴とする水晶振動板でもある。 Further, in the step portion described in paragraph (0009), the step portion is inclined at an angle of less than 90 ° toward the bent direction.
更にまた、段落番号(0009)記載の水晶振動板において、この水晶振動板の高さ寸法tが、水晶片の厚み寸法t1を2倍した数値より小さいことを特徴とする水晶振動板でもある。 Furthermore, in the quartz diaphragm described in paragraph (0009), the quartz diaphragm is characterized in that the height dimension t of the quartz diaphragm is smaller than the value obtained by doubling the thickness dimension t1 of the quartz piece.
本発明における水晶振動板の製造方法は、上述したような課題を解決するために成されたものであり、主面外形が概略矩形の薄板状水晶片の表裏両主面にそれぞれ励振用電極を形成し、この水晶片の短辺縁部に各励振用電極と各々電気的に接続した外部接続用電極を形成した水晶振動板の製造方法において、気相結晶成長装置を用い、この気相結晶成長装置を構成する結晶成長室内の所定の位置に、所望する長辺方向の2辺縁部のみに、これら辺全長にわたって一方の厚み方向のみに曲折した形態の段差部付き薄板状の水晶片の主面形状と同形状の段差付き面が頂面に形成された複数個の凸部が、一方の主面上にマトリックス状に各々一定の間隔を空けて形成されている水晶成膜用基板を、各凸部の頂部面を上方又は結晶原料ガス流入口に向けた形態で配置する工程と、この水晶成膜用基板の表面上に水晶片を、気相結晶成長法により、水晶片の励振領域が所望の周波数で励振する厚みまで所定の結晶配向でエピタキシャル成長させる工程と、 水晶片が表面上に成長した水晶成膜用基板を結晶成長室内より取り出し、各凸部頂部面上に形成した水晶片を、各凸部頂部面から分離する工程と、 分離した各水晶片の表面に励振用電極、外部接続用電極、及び励振用電極と外部接続用電極とを電気的に接続する引出電極を形成する工程とを備えたことを特徴とする水晶振動板の製造方法である。 The method of manufacturing a quartz crystal plate according to the present invention is made in order to solve the above-described problems. Excitation electrodes are respectively provided on both the front and back main surfaces of a thin plate-like crystal piece having a substantially rectangular main surface outline. In the manufacturing method of the quartz crystal plate in which the external connection electrodes electrically connected to the respective excitation electrodes are formed on the short edge of the quartz piece, the vapor phase crystal growth apparatus is used to produce the vapor phase crystal. A thin plate-like crystal piece with a stepped portion is formed at a predetermined position in the crystal growth chamber constituting the growth apparatus, only at two edge portions in the desired long side direction, and bent in only one thickness direction over the entire length of these sides. A quartz film forming substrate in which a plurality of convex portions each having a stepped surface having the same shape as the main surface shape formed on the top surface is formed on one main surface in a matrix at a predetermined interval. The top surface of each convex part is directed upward or toward the crystal source gas inlet. Placing in a form and a crystal element on the surface of the quartz deposition substrate by vapor phase crystal growth method, the excitation region of the crystal blank is epitaxially grown at a predetermined crystal orientation to a thickness of excited at the desired frequency Removing the quartz film forming substrate on which the crystal piece has grown on the surface from the crystal growth chamber and separating the crystal piece formed on the top surface of each convex portion from the top surface of each convex portion; And a step of forming an excitation electrode, an external connection electrode, and an extraction electrode for electrically connecting the excitation electrode and the external connection electrode on the surface of the crystal piece. Is the method.
本発明における水晶振動板により、この水晶振動板を構成する水晶片における長辺方向の2辺縁部のみに、これら辺全長にわたって一方の厚み方向のみに曲折した形態の段差部が形成されているため、この段差部が水晶振動板の長さ方向における梁の作用を奏し、水晶振動板に落下などで突発的な衝撃力などの外力が加わっても、この段差部の梁作用により、水晶振動板が長辺方向で曲がる等の変形を抑止することができる。因って、水晶振動板が外力によって変形することにより、水晶振動板が搭載されている容器体や蓋体等に接触し、水晶振動板が折れてしまうような不具合の発生が防止できる。特に、水晶振動板が高周波化(薄型化)するほどに、この段差部の作用は顕著となる。 With the quartz crystal plate according to the present invention, only two edge portions in the long side direction of the crystal piece constituting the quartz crystal plate are formed with a stepped portion that is bent in only one thickness direction over the entire length of these sides. Therefore, even if this step part acts as a beam in the length direction of the quartz diaphragm, and external force such as sudden impact force due to dropping etc. is applied to the quartz diaphragm, the crystal vibration is caused by the beam action of this step part. it is possible to suppress deformation such as a plate bends in the long side direction. Therefore, when the crystal diaphragm is deformed by an external force, it is possible to prevent a problem that the crystal diaphragm is broken due to contact with a container body or a lid body on which the crystal diaphragm is mounted. In particular, the effect of the stepped portion becomes more prominent as the quartz diaphragm becomes higher in frequency (thinner).
又、本発明における段差付き水晶振動板は上述したような製造方法により形成されるので、水晶振動板へ段差部を形成するための特別な工程は無く、水晶振動板を構成する水晶片の製造工程中で且つ水晶片形成と同時に一体構造で段差部を形成できる。従って、水晶振動板に段差部を形成しても、製造時間の増加もなく、又製造コストが増加することもない。又、本発明の水晶振動板の製造方法では、水晶振動板を構成する水晶片を、段差部を含む水晶片全体をつなぎ目がない一体構造として簡易に製造できるので、水晶振動板全体として強度的に弱い構造部分が無く、耐衝撃性に優れたものとなっている。 In addition, since the stepped crystal diaphragm according to the present invention is formed by the manufacturing method as described above, there is no special process for forming the step portion on the crystal diaphragm, and the manufacturing of the crystal piece constituting the crystal diaphragm is performed. The step portion can be formed in an integrated structure during the process and simultaneously with the formation of the crystal piece. Therefore, even if the step portion is formed on the quartz diaphragm, the manufacturing time does not increase and the manufacturing cost does not increase. Further, in the method of manufacturing a quartz crystal plate according to the present invention, the quartz crystal plate constituting the quartz crystal plate can be easily manufactured as an integrated structure with no joint between the whole quartz piece including the stepped portion. There is no weak structural part, and it has excellent impact resistance.
更に、気相結晶成長法を用いて単結晶基板上に直接水晶片を製造する方法であるために、従来の切断研磨等を用いて水晶片を製造する方法に比べ、水晶片を製造するための切断加工手段を施すことが無いので、水晶片の小型化薄型化が進んだ場合でも簡易に段差部付き水晶振動板を構成する水晶片を製造することが可能となる。又、この水晶片製造時に、切断などの機械的な加工を水晶片に加えることがないので、水晶片の製造手段に起因する外周エッジ部分のチッピングやカケの発生はほとんど無くなり、水晶片の振動特性やドライブ特性にチッピングやカケによる悪影響を与えることは無く、更に、不定形不確定なチッピングやカケが各々の水晶片に生じてしまうことがないので、個々の水晶片で諸特性が一定となる。 Furthermore, since it is a method of manufacturing a crystal piece directly on a single crystal substrate by using a vapor phase crystal growth method, in order to manufacture a crystal piece as compared with a method of manufacturing a crystal piece by using a conventional cutting polishing or the like. Therefore, it is possible to easily manufacture a crystal piece constituting a crystal diaphragm with a stepped portion even when the crystal piece is downsized and thinned. In addition, since no mechanical processing such as cutting is applied to the crystal piece during the manufacture of the crystal piece, chipping and chipping of the outer peripheral edge due to the crystal piece manufacturing means are almost eliminated, and the crystal piece is vibrated. The characteristics and drive characteristics are not adversely affected by chipping or chipping. Furthermore, chipping and chipping that are indeterminate and indefinite do not occur in each crystal piece. Become.
因って、本発明は、外力が加わった場合でも変形量を著しく小さくした水晶振動板と、その水晶振動板を構成する水晶片の製造時に、水晶片に従来のような機械的な外形加工手段を施すことが無く、更に水晶片の小型化薄型化にも簡便に対応できる製造方法を用いることより、対衝撃性が良好な水晶振動板を、更にその水晶振動板を低コストで簡易に製造できる方法を提供する効果を奏するものである。 Therefore, according to the present invention, when a quartz crystal plate whose deformation is remarkably reduced even when an external force is applied and the quartz piece constituting the quartz plate are manufactured, a mechanical outer shape processing is conventionally performed on the quartz piece. By using a manufacturing method that can easily cope with the miniaturization and thinning of the quartz piece without applying any means, it is possible to produce a quartz plate with good impact resistance and to make the quartz plate easily and inexpensively. This provides an effect of providing a method that can be manufactured.
以下に、本発明における水晶振動板及びその製造方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明における水晶振動板の外観を示し、(a)は水晶振動板を段差部の曲折方向にあたる一方の主面上方からみた平面図であり、(b)は図1(a)に記載の仮想切断線A−A′で切断した場合の概略断面図である。図2は図1(b)に記載の点線円A部分を拡大して図示した部分拡大断面図である。図3は、図1及び図2に記載の水晶振動板を示した外観斜視図である。
Embodiments of a quartz crystal plate and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
1A and 1B show the appearance of a quartz crystal diaphragm according to the present invention. FIG. 1A is a plan view of the quartz diaphragm as viewed from above one main surface corresponding to the bending direction of a stepped portion, and FIG. It is a schematic sectional drawing at the time of cut | disconnecting by the virtual cutting line AA 'of description. FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view showing an enlarged portion of the dotted circle A shown in FIG. FIG. 3 is an external perspective view showing the crystal diaphragm shown in FIGS. 1 and 2.
更に、図4は、本発明における水晶振動板の製造方法に使用する気相結晶成長装置を示した説明図である。図5は、図4に記載の気相結晶成長装置を構成する結晶成長室内の支持台上に配置される水晶成膜用基板の一実施形態の一部分を、結晶成長室内露出側主面上方より示した部分外観斜視図である。図6は、本発明における水晶振動板の製造方法を、水晶成膜用基板の部分断面図を用いて主な各工程の形態を説明した工程図である。 Further, FIG. 4 is an explanatory view showing a vapor phase crystal growth apparatus used in the method of manufacturing a quartz crystal plate according to the present invention. FIG. 5 shows a part of one embodiment of a crystal film forming substrate disposed on a support in the crystal growth chamber constituting the vapor phase crystal growth apparatus shown in FIG. 4 from above the main surface on the exposed side of the crystal growth chamber. It is the partial external appearance perspective view shown. FIG. 6 is a process diagram for explaining the form of each main process of the method for manufacturing a crystal diaphragm according to the present invention, using partial sectional views of the crystal film forming substrate.
尚、各図では、同じ符号は同じ部品を示し、又説明を明りょうにするため構造体の一部は図示していない。更に図示したものの寸法も一部誇張しており、特に水晶振動板の厚み寸法は著しく誇張して図示している。 In each drawing, the same reference numerals indicate the same parts, and a part of the structure is not shown for clarity. Further, some of the dimensions shown in the figure are also exaggerated, and in particular, the thickness dimension of the crystal diaphragm is remarkably exaggerated.
即ち、図1、図2及び図3において、主面上方より見た外形形状が概略矩形の薄板状水晶片101の表裏両主面には、それぞれ励振用電極102が形成されており、水晶片101の2短辺のうちの一方の短辺縁の各角部近傍には、各々の励振用電極102と各々電気的に接続した一対の外部接続用電極103が形成され、水晶振動板100を構成している。
That is, in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3,
この水晶振動板100を構成する水晶片101における長辺方向の2辺縁部のみに、これら辺全長にわたって一方の厚み方向(図1では、図1(a)における主面図示方向)のみに曲折した形態の段差部104が形成されており、且つ段差部104を含む水晶片101全体がつなぎ目のない一体構造で形成されている。
Only the two side edges in the long side direction of the
又、図2に記載のように、この水晶振動板100の高さ寸法tは、水晶片101の厚み寸法t1を2倍した数値より小さいくなるように形成されている。このような構造とすることにより、水晶振動板100において、段差部104を形成しつつその形成領域を最小限に止め、且つ水晶振動板構造体としての強度を保つことが可能となる。
As shown in FIG. 2, the height dimension t of the
更に、水晶片101の表裏両主面に、この水晶片101を間に挟んで対向する形態で形成したそれぞれの励振用電極102は、表裏両主面で異なる水晶片101の一方の短辺縁の各角部近傍にそれぞれ形成した一対の外部接続用電極103と電気的に接続を取るために、水晶片101の表裏主面上にはそれぞれ、励振用電極103と外部接続用電極とを導通する引出電極105が形成されている。尚、外部接続用電極103は段差部104の表面にも形成しなくてはならないので、その形成を容易なものとするため、段差部104は曲折した方向に向かって90°未満の角度で傾斜した形態である(段差部104の表面が水晶片101の段差部以外の主面に対して垂直ではない。)。これは上述した理由の他に、後述する水晶振動板の製造方法において、水晶片101のエピタキシャル成長を容易なものとするためでもある。
Further, each
次に、上述したような形態の水晶振動板100を製造する方法について説明する。
即ち、本発明では水晶振動板100を構成する水晶片101を形成する為に、図4記載のような気相結晶成長装置400を用いる。この気相結晶成長装置400は、大略的に、内部に水晶成膜用基板401とその水晶成膜用基板401を室内の所定の位置で支持する支持台402とを設けた結晶育成室403と、その結晶育成室403内を加熱するためのヒータ404と、結晶育成室403内に各種結晶原料ガスを流入させる結晶原料ガス供給手段と、不用な結晶育成室403内のガスを排気する排気手段から構成されており、結晶育成室403内に水晶成膜用基板401を所定の位置に配置した後、各結晶原料ガス供給手段から、図4に記載のような結晶原料ガスを結晶育成室内に所定の流量で供給しつつヒータ404にて結晶育成室403内を加熱することで、水晶成膜用基板401の結晶育成室内露出側主面上に水晶結晶を所望の厚さまで成長させる。
Next, a method for manufacturing the
That is, in the present invention, a vapor phase
その際に使用される水晶成膜用基板401の一実施形態を図5に示す。この水晶成膜用基板401は、素材として単結晶サファイヤを使用した一体構造であり、その結晶育成室露出側の主面には、育成を所望する段差部104付き水晶片101の主面形状と同形状の段差付き面が頂面に形成された、水晶成膜用基板401外に向かって突出した複数個の凸部502が、マトリックス状に各々一定の間隔を空けて形成されている。尚、水晶成膜用基板401の素材としては、サファイヤの他に、シリコン、またはガリウム砒素(GaAs)等の単結晶素材を使用することが可能である。又、水晶成膜用基板401の凸部502の頂部平坦部上にはバッファ層(不図示)が形成されている。このバッファ層は、製造工程において凸部頂面上に成長させた各水晶片を水晶成膜用基板401から容易に剥離させるために形成している。
One embodiment of the quartz
次に、各製造工程の形態を、水晶成膜用基板の断面図などを用いて図示した図6の工程図を参照して説明する。尚、図6において図示する水晶成膜用基板は、図5に図示した形態の水晶成膜用基板401とする。
Next, the form of each manufacturing process will be described with reference to the process diagram of FIG. 6 illustrated using a cross-sectional view of the quartz film forming substrate. 6 is the quartz
図6(a)において、まず、素材として単結晶サファイヤを使用した一体構造であり、その結晶育成室露出側の主面には、育成を所望する段差部104付き水晶片101の主面形状と同形状の段差付き面が頂面に形成された、水晶成膜用基板401外に向かって突出した複数個の凸部502が、マトリックス状に各々一定の間隔を空けて形成されている水晶成膜用基板401を用意する。
In FIG. 6 (a), first, a monolithic sapphire is used as a raw material, and the main surface of the crystal growth chamber exposed side has a main surface shape of the
次に、図6(b)において、用意した水晶成膜用基板401を、気相結晶成長装置を構成する結晶成長室(図4には不図示)内の支持台402上に配置し、気相結晶成長装置を稼働させ、気相結晶成長装置を構成する各種結晶原料ガス供給手段より、結晶原料ガスを結晶育成室内に所定の流量で供給しつつ、ヒータ(図4には不図示)にて結晶育成室内を加熱することで、少なくとも各凸部502上に、各凸部502頂部の段差付き形状と同形状の主面形状を有する水晶片101を、所望の厚さ及び結晶配向で成長させる。例えば、結晶配向は通常ATカットと呼称されるカットアングルで人工水晶体から切り出された水晶片と同等であり、所望する励振周波数が基本波で100MHzの場合は約16.8μmの厚みまで成長させる。尚、水晶片101の形成前に、水晶成膜用基板401の少なくとも各凸部502頂部上にバッファ層を形成しても構わない。このバッファ層としては、水晶片101結晶成長時とは異なる加熱温度で成長させることで水晶片101結晶とは異なる性質又は非晶質の水晶層を形成使用し、その厚みは数十nm〜数百nmで形成する。
Next, in FIG. 6B, the prepared quartz
次に図6(c)において、所望する厚みにまで成長させた水晶片101を各凸部502の頂部平坦部上に形成した水晶成膜用基板401を、結晶成長室内から取り出す。その後、水晶片101と凸部502頂部表面との間の接合部を加熱又は冷却することで、この接合部で接合している素材の熱膨張率の違いや膨張方向の違い等の熱特性の違いにより接合部分に熱ストレスが生じさせ、水晶片101と凸部502頂部表面との間の接合部分を分離させることで、複数個の段差部104付き水晶片101を同時に得ることができる。尚、バッファ層を形成した場合は、バッファ層を付着させた形態で水晶片を形成する。このバッファ層が付着した形態の水晶片でも、バッファ層の厚みが水晶片の厚みと比べ非常に薄いので、そのままの形態で水晶振動板の主構造材として使用することが可能である。
Next, in FIG. 6C, the crystal
次に図6(d)において、各個分離した水晶片101を、整列治具などを用いて所定の個数をまとめ、既存の蒸着法又はスパッタリング法を用いて、各水晶片101表面にCrを下地とするAuとの積層構造の所望のパターンの励振用電極102、外部接続用電極103及び引出電極105を形成し、水晶振動板100を製造する。
Next, in FIG. 6D, a predetermined number of the separated
このように、上述した本発明における水晶振動板の製造方法では、水晶片101を製造するために、切断などの機械的な加工を水晶片101に加えることがないので、水晶片101の製造手段に起因する外周エッジ部分のチッピングやカケの発生はほとんど無くなり、それらが起因となる水晶片101の振動特性やドライブ特性の不良の発生がほとんど無い。更に、このような不定形不確定なチッピングやカケが各々の水晶片に生じてしまうことがないので、個々の水晶片101における諸特性が一定となる。
As described above, in the above-described method for manufacturing a crystal diaphragm according to the present invention, since the
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、本発明の水晶振動板の製造方法に使用する水晶成膜用基板401の各凸部502頂部表面に形成した段差部の曲折向きが、凸部502頂面の外側に向かって凸となる形状としたが、逆に段差部の曲折向きを凸部502頂面の内側に向かって凹となる形状としても構わない。
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the bending direction of the stepped portion formed on the top surface of each
100・・・水晶振動板
101・・・水晶片
102・・・励振用電極
103・・・外部接続用電極
104・・・段差部
105・・・引出電極
400・・・気相結晶成長装置
401・・・水晶成膜用基板
402・・・支持台
403・・・結晶成長室
404・・・ヒータ
502・・・凸部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記水晶振動板を構成する前記水晶片における長辺方向の2辺縁部のみに、前記辺全長にわたって一方の厚み方向のみに曲折した形態の段差部が形成されており、且つ前記段差部を含む前記水晶片全体がつなぎ目のない一体構造で形成されていることを特徴とする水晶振動板。 Excitation electrodes are formed on both the front and back main surfaces of the thin plate-shaped crystal piece having a substantially rectangular main surface outline, and each of the excitation electrodes is electrically connected to the short edge of the crystal piece. In the crystal diaphragm on which the external connection electrode is formed,
A stepped portion having a shape bent only in one thickness direction over the entire length of the side is formed only on the two side edges in the long side direction of the crystal piece constituting the crystal vibrating plate, and includes the stepped portion. The quartz crystal diaphragm is characterized in that the whole quartz piece is formed with a seamless integrated structure.
気相結晶成長装置を用い、前記気相結晶成長装置を構成する結晶成長室内の所定の位置に、所望する長辺方向の2辺縁部のみに、前記辺全長にわたって一方の厚み方向のみに曲折した形態の段差部付き薄板状の水晶片の主面形状と同形状の段差付き面が頂面に形成された複数個の凸部が、一方の主面上にマトリックス状に各々一定の間隔を空けて形成されている水晶成膜用基板を、前記各凸部の頂部面を上方又は結晶原料ガス流入口に向けた形態で配置する工程と、
前記水晶成膜用基板の表面上に水晶片を、気相結晶成長法により、前記水晶片の励振領域が所望の周波数で励振する厚みまで所定の結晶配向でエピタキシャル成長させる工程と、
水晶片が表面上に成長した前記水晶成膜用基板を前記結晶成長室内より取り出し、各前記凸部頂部面上に形成した前記水晶片を、各前記凸部頂部面から分離する工程と、
分離した前記各水晶片の表面に励振用電極、外部接続用電極及び前記励振用電極と前記外部接続用電極とを電気的に接続する引出電極を形成する工程と
を備えたことを特徴とする水晶振動板の製造方法。 External connection electrodes in which excitation electrodes are formed on both the front and back main surfaces of a thin plate-like crystal piece having a substantially rectangular main surface shape, and are electrically connected to the excitation electrodes on the short edge of the crystal piece. In the manufacturing method of the crystal diaphragm formed with
Using a vapor phase crystal growth apparatus, bend in only one thickness direction over the entire length of the side at a predetermined position in the crystal growth chamber constituting the vapor phase crystal growth apparatus, only at two side edges in the desired long side direction. A plurality of convex portions formed on the top surface of a stepped surface having the same shape as the main surface shape of the thin plate-like crystal piece with a stepped portion in the form of A step of disposing the quartz film forming substrate formed in a form in a form in which the top surface of each convex portion is directed upward or toward the crystal raw material gas inlet;
The crystal element on a surface of the quartz deposition substrate, the steps of the vapor-phase crystal growth method, the excitation region of the crystal blank is epitaxially grown at a predetermined crystal orientation to a thickness of excitation at a desired frequency,
Taking out the crystal film-forming substrate on which the crystal piece has grown on the surface from the crystal growth chamber, and separating the crystal piece formed on the top surface of each convex portion from the top surface of each convex portion;
Forming an excitation electrode, an external connection electrode, and an extraction electrode for electrically connecting the excitation electrode and the external connection electrode on the surface of each of the separated crystal pieces. A method for manufacturing a quartz diaphragm.
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