(57)【要約】【課題】温度係数が逆符号のＸカット水晶板とＹカット水晶板とを直接接合して零温度係数をもつ水晶振動子を構成し、温度依存性が小さく、かつ、電気機械結合係数が大な、さらに周波数温度特性の良い水晶振動子を得る。【解決手段】プラスの温度係数を有するＸカット水晶板１０とマイナスの温度係数を有するＹカット水晶板１１の対向する主面を適宜の接合方法により直接接合するとともに、他の対向する露出した主面に電極１２をそれぞれ形成して零温度係数を有する水晶振動子を構成する。【選択図】図２
2013115512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスの温度係数を有するＹカット水晶板とマイナスの温度係数を有するＸカット水晶板の対向する主面を適宜の接合方法により直接接合するとともに、他の対向する主面に電極をそれぞれ形成して零温度係数を有する水晶振動子を構成したことを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
請求項１に記載の水晶振動子において、前記Ｘカット水晶板を平板状に形成し、他方前記Ｙカット水晶板の中央部をくり貫いて形成し、対向する前記両水晶板の主面を適宜の接合方法により直接接合し、前記Ｘカット水晶板の露出した両主面に電極をそれぞれ形成して前記Ｘカット水晶板の振動を主に使用するようにしたことを特徴とする水晶振動子。
【請求項３】
請求項１に記載の水晶振動子において、前記Ｙカット水晶板を平板状に形成し、他方前記Ｘカット水晶板の中央部をくり貫いて形成し、対向する前記両水晶板の主面を適宜の接合方法により直接接合し、前記Ｙカット水晶板の露出した両主面に電極をそれぞれ形成して前記Ｙカット水晶板の振動を主に使用するようにしたことを特徴とする水晶振動子。
【請求項４】
請求項１から４のいずれか一項に記載の水晶振動子を用いた水晶発振器。
【請求項５】
プラスの温度係数を有するＹカット水晶板とマイナスの温度係数を有するＸカット水晶板を準備する工程と、
前記Ｙカット水晶板と前記Ｘカット水晶板の対向する主面同志を適宜の接合方法により直接接合する工程と、
直接接合した前記Ｙカット水晶板と前記Ｘカット水晶板の他の対向する露出した主面に電極をそれぞれ形成する工程と、
からなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の水晶振動子の製造方法において、
平板状に形成した前記Ｘカット水晶板と中央部をくり貫いて形成した前記Ｙカット水晶板とを準備する工程と、
平板状の前記Ｘカット水晶板と中央部をくり貫いた前記Ｙカット水晶板の対向する主面同志を適宜の接合方法により直接接合する工程と、
直接接合した前記Ｘカット水晶板の他の対向する露出した主面に電極をそれぞれ形成する工程と、
からなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の水晶振動子の製造方法において、
平板状に形成した前記Ｙカット水晶板と中央部をくり貫いて形成した前記Ｘカット水晶板とを準備する工程と、
平板状の前記Ｙカット水晶板と中央部をくり貫いた前記Ｘカット水晶板の対向する主面同志を適宜の接合方法により直接接合する工程と、
直接接合した前記Ｙカット水晶板の他の対向する露出した主面に電極をそれぞれ形成する工程と、
からなることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項８】
請求項５から７に記載の水晶振動子の製造方法において、
前記Ｘカット水晶板及び前記Ｙカット水晶板にそれぞれ複数の水晶振動子を形成可能な集合水晶基板を用い、
両前記集合水晶基板を直接接合し、かつ、前記集合水晶基板の主面に各個片の水晶振動子に対応する電極をそれぞれ形成した後、前記直接接合した集合水晶基板を個片の水晶振動子に分割することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項９】
請求項５から７に記載の水晶振動子の製造方法において、
前記接合方法が、導電性接着剤によることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１０】
請求項５から７に記載の水晶振動子の製造方法において、
前記接合方法が、シロキサン接合によることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子に係り、とくに温度係数（熱膨張係数）が逆符号のＸカット水晶板とＹカット水晶板とを直接接合した、温度依存性が小さく、かつ、電気機械結合係数が大な、さらに、周波数温度特性の良い水晶振動子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子は、小型かつ軽量であることから、周波数及び時間の基準源として、広く携帯電話等に使用されている。
【０００３】
しかしながら、従来の水晶振動子のように、例えば、Ｘカット水晶板あるいはＹカット水晶板の単一材料からなる水晶板を用いただけでは、温度依存性（温度特性）が大きく、かつ電気機械結合係数が小さい水晶振動子しか得られないとする問題点があった。
【０００４】
そのため、このような従来の水晶振動子のもつ問題点を解決するために、ＡＴカットからなる振動子用水晶板とＺカットからなる貫通孔が形成された補強板とを直接接合したもの、または、圧電特性の異なる複数の異種単結晶圧電基板または単結晶圧電基板と誘電体基板とを重ね合わせて熱処理して直接接合し温度依存性を小さくしたもの、等があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７４号公報
【特許文献２】特開平７−２５４８３６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】尾上守夫、高周波水晶振動子の始まりと発展、ＲＦワールド  No.12, 2010.11, pp.129-143
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この種の従来の水晶振動子では、依然として温度依存性が小さく、かつ、電気機械結合係数を大とした水晶振動子が得られないとする問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、上記した課題を解決するため、本発明の水晶振動子では、温度係数（熱膨張係数）がマイナスのＸカット水晶板と温度係数がプラスのＹカット水晶板とを直接接合して、両者の温度係数を打ち消し、零温度係数をもたせ、温度依存性を小さくし、かつ、電気機械結合係数が大な、さらに周波数温度特性の良い水晶振動子が得られるようにする。
【０００９】
そのため、本発明の水晶振動子では、プラスの温度係数を有するＹカット水晶板とマイナスの温度係数を有するＸカット水晶板の対向する主面を適宜の接合方法により直接接合するとともに、他の対向する主面に電極をそれぞれ形成して零温度係数を有する水晶振動子を構成する。
【００１０】
また、前記Ｘカット水晶板を平板状に形成し、他方前記Ｙカット水晶板の中央部をくり貫いて形成し、対向する前記両水晶板の主面を適宜の接合方法により接合し、前記Ｘカット水晶板の対向、かつ、露出した両主面に電極をそれぞれ形成して前記Ｘカット水晶板の振動を主に使用するようにする。
【００１１】
さらに、前記Ｙカット水晶板を平板状に形成し、他方前記Ｘカット水晶板の中央部をくり貫いて形成し、対向する前記両水晶板の主面を適宜の接合方法により接合し、前記Ｙカット水晶板の対向、かつ、露出した両主面に電極をそれぞれ形成して前記Ｙカット水晶板の振動を主に使用するようにする。
【００１２】
また、本発明の水晶振動子は水晶発振器に用いることができる。
【００１３】
本発明の水晶振動子の製造方法は、プラスの温度係数を有するＹカット水晶板とマイナスの温度係数を有するＸカット水晶板を準備する工程と、前記Ｙカット水晶板と前記Ｘカット水晶板の対向する主面同志を適宜の接合方法により直接接合する工程と、直接接合した前記Ｙカット水晶板と前記Ｘカット水晶板の他の対向する主面に電極をそれぞれ形成する工程と、からなる。
【００１４】
また、本発明の水晶振動子の製造方法は、平板状に形成した前記Ｘカット水晶板と中央部をくり貫いて形成した前記Ｙカット水晶板とを準備する工程と、平板状の前記Ｘカット水晶板と中央部をくり貫いた前記Ｙカット水晶板の対向する主面同志を適宜の接合方法により直接接合する工程と、直接接合した前記Ｘカット水晶板の対向、かつ、露出する主面に電極をそれぞれ形成する工程と、からなる。
【００１５】
本発明の水晶振動子の製造方法は、平板状に形成した前記Ｙカット水晶板と中央部をくり貫いて形成した前記Ｘカット水晶板とを準備する工程と、平板状の前記Ｙカット水晶板と中央部をくり貫いた前記Ｘカット水晶板の対向する主面同志を適宜の接合方法により直接接合する工程と、直接接合した前記Ｙカット水晶板の対向、かつ、露出する主面に電極をそれぞれ形成する工程と、からなる。
【００１６】
さらに、本発明の水晶振動子の製造方法は、前記Ｘカット水晶板及び前記Ｙカット水晶板にそれぞれ複数の水晶振動子を形成できる集合水晶基板を用い、両前記水晶基板を直接接合し、かつ、前記主面に各個片の水晶振動子に対応する電極をそれぞれ形成した後、個片の水晶振動子に分割することからなる。
【００１７】
またさらに、本発明の水晶振動子の製造方法では、前記接合方法が導電性接着剤によることを特徴とする。
【００１８】
本発明の水晶振動子の製造方法では、前記接合方法がシロキサン接合によることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
温度係数が逆符号のＸカット水晶板とＹカット水晶板とを直接接合することにより零温度係数をもつ水晶振動子を構成したので、温度依存性が小さく、かつ、電気機械結合係数が大な、さらに周波数温度特性の良い水晶振動子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は、ＡＴカット水晶板のθをパラメータとした周波数温度特性を、また、（ｂ）は、Ｘカット水晶板の周波数温度特性を示すグラフである。
【図２】Ｘカット水晶板とＹカット水晶板とを直接接合する水晶振動子の実施例１を示し、（ａ）は、本発明の水晶振動子の個片ごとの製造方法の準備工程を示し、直接接合するＸカット水晶板の平面図及び断面図を示す。（ｂ）は、同じく本発明の水晶振動子の製造方法の準備工程を示し、Ｘカット水晶板と直接接合されるＹカット水晶板の平面図及び断面図を示す。（ｃ）は、前工程で準備したＸカット水晶板とＹカット水晶板とを直接接合する接合工程で接合されたＸカット水晶板とＹカット水晶板（接合体）の平面図及び断面図を示す。（ｄ）は、前工程で直接接合された接合体の両主面に電極を形成する工程を示し、左側は、その平面図、右側は平面図のＩ−Ｉ矢視断面図を示す。
【図３】図２に示した本発明の水晶振動子の製造方法において、Ｘカット水晶板あるいはＹカット水晶板の何れかの中央部をくり貫いて両者を直接接合する水晶振動子の製造方法の実施例２を示し、（ａ）は、本発明の水晶振動子の個片ごとの製造方法の準備工程を示し、直接接合するＸカット水晶板の平面図及び断面図を示す。（ｂ）は、同じく本発明の水晶振動子の製造方法の準備工程を示し、Ｘカット水晶板に直接接合される中央部をくり貫いたＹカット水晶板の平面図及び断面図を示す。（ｃ）は、前工程で準備したＸカット水晶板と中央部をくり貫いたＹカット水晶板とを直接接合する接合工程で接合されたＸカット水晶板とＹカット水晶板（接合体）の平面図及び断面図を示す。（ｄ）は、前工程で直接接合された接合体のＸカット水晶板の両主面に電極を形成する工程を示し、左側は、その平面図、右側は平面図のII−II矢視断面図を示す。
【図４】図２に示した本発明の水晶振動子の製造方法において、個片の水晶振動子を多数個形成可能な円形または矩形状をしたＸカットとＹカットの集合水晶基板同志を直接接合した後、各個片の水晶振動子に相当する電極をそれらの両主面に形成し、ダイシングラインに沿って各個片の水晶振動子に分割して製造する実施例３を示す。
【図５】図２に示した本発明の水晶振動子の製造方法において、個片の水晶振動子を多数個形成可能な円形または矩形状のＸカットまたはＹカットの集合水晶基板にＹカットまたはＸカットの集合水晶基板の各個片の水晶振動子に相当する部分の中心部をくり貫いた集合水晶基板をＸカットまたはＹカットの集合水晶基板と直接接合した後、各個片の水晶振動子に相当する電極を露出したＸカットまたはＹカットの集合水晶基板の主面に形成し、ダイシングラインに沿って各個片の水晶振動子に分割して製造する実施例４を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の水晶振動子及びその製造方法の実施例を添付した図１から図５に基いて説明する。
【００２２】
水晶振動子の周波数温度特性は、水晶片の密度と寸法及び弾性率の温度特性で近似的に決まり、これらの３つの性質が合成して零になる時、水晶振動子の周波数温度特性が最良となる。
【００２３】
ここで、Ｘカット水晶板の温度係数（熱膨張係数）とＡＴカット等を含む回転Ｙカット群からなる水晶板（以下、“Ｙカット水晶板”という）の温度係数は、逆符号、すなわち、Ｘカット水晶板の温度係数はマイナスであるのに対して、Ｙカット水晶板の温度係数はプラスであるので、Ｘカットの水晶振動子は温度を上げると周波数がマイナス方向に動くのに対して、Ｙカットの水晶振動子は周波数がプラス方向に動く。そこで、Ｘカット水晶板と、Ｙカット水晶板とを直接貼り合せることにより、Ｘカット水晶板の厚み縦振動とＹカット水晶板の厚み滑り振動とは同じ厚み振動でも系列が異なるものの、両Ｘ，Ｙ水晶板の温度係数が互に打消し合って、零温度係数をもち、かつ、周波数温度特性の良い水晶振動子が得られることになる（図１（ａ），（ｂ）参照）。
【００２４】
すなわち、本発明の水晶振動子とその製造方法は、Ｘカット水晶板とＹカット水晶板とを直接貼り合せて直接接合することにより生じる両温度係数の打消し効果を利用して、零温度係数をもつ、温度変化による周波数変動を極力少なくした水晶振動子を製造するものである。
【００２５】
ここで、ＡＴカット水晶板は、振動モードが厚みすべりであり、これと同様の厚みすべり振動モードをもつ回転Ｙカット板の同一の群に属し、図１（ａ）に示すように、ＡＴカット水晶板のθをパラメータとした周波数温度特性を有している。これに対して、Ｘカット板等の周波数温度特性は、図１（ｂ）に示すように、人工水晶と天然水晶の間に有意差はなく、かつ、例えば、ＡＴカット水晶板、Ｅカット水晶板の周波数温度特性は、図１（ａ）に示すように、変曲点２０℃以上でプラスとなる。これに対して、図１（ｂ）に示すように、Ｘカット板では、０°Ｘは、頂点２０℃以上において、プラスとなり、その傾きは、ＡＴカット水晶板、Ｅカット水晶板の周波数温度特性と、丁度同じとなり、互いに打ち消すようになる。
【００２６】
そこで、まず、図２に示すように、Ｘカット水晶板１０とＹカット水晶１１とを準備し（工程（ａ），（ｂ））、Ｘカット水晶板１０及びＹカット水晶板１１の一方の主面を直接適宜の接合方法により接合する（工程（ｃ））。
【００２７】
この接合方法は、公知の何れかの接合方法、例えば、導電性接着剤、分子間結合（例えば、シロキサン結合）等による。
【００２８】
ここで、前述したシロキサン結合による直接接合の場合には、Ｘカット水晶板１０とＹカット水晶板１１の主面を鏡面研磨して親水化（ＯＨ基化）し、両主面同志を当接して加熱処理し、Ｈ2Ｏを主面から除去することによって、両水晶板１０，１１をＳｉ−Ｏ−Ｓｉ（シロキサン）結合する。
【００２９】
次いで、直接接合したＸカット水晶板１０及びＹカット水晶板１１の露出した他の主面に蒸着、メッキ等により電極１２をそれぞれ形成する（工程（ｄ））。
【００３０】
Ｘカット水晶板１０とＹカット水晶板１１とを直接接合して構成した水晶振動子により、直接依存性の小さく（すなわち零温度係数をもつ）、かつ、Ｘカット水晶板とＹカット水晶板とも伸縮振動で電気機械結合係数が大きいので、当該結合係数が大きい水晶カットのメリットが生かされて、電気機械結合係数が大な水晶振動子が得られる。
【００３１】
また、図２に示した個片の水晶振動子を多数個まとめて製造する場合には、図４に示すように、個片の水晶振動子を多数個（例えば、１００個）形成可能な平面視円形（例えば４インチ）または矩形状のＸカットとＹカットの集合水晶基板（ウエハ）を準備し、両集合水晶基板同志の一方の対向する主面を前述した接合方法により直接接合した後、各個片の水晶振動子に対応する電極（例えば、励振電極、引出電極等）を蒸着、メッキ等により対向する他の両主面に形成する。その後、ダイシングラインに沿ってダイシングソー等により水晶基板を断裁して分割し、個片の水晶振動子を得る。
【００３２】
また、図３に示すように、Ｘカット水晶板の厚み縦振動を主に利用する場合には、Ｘカット水晶板を平面状にし、Ｙカット水晶板が平板状の周辺部に配置されるように、Ｙカット水晶板の中央部をくり貫いてからＸカット水晶板の外縁部に貼り付けるか、あるいは貼り付けた後、Ｙカット水晶板の中央部をくり貫いてから両水晶板を直接接合する。その後、両Ｘカット水晶板とＹカット水晶板の他の主面に電極をそれぞれ形成する。
【００３３】
これにより、Ｘカット水晶板の周辺部に設けたＹカット水晶板の熱膨張係数（プラス）が、Ｘカット水晶板の熱膨張係数（マイナス）で打ち消され、結局、零温度係数をもつ水晶振動子が得られる。
【００３４】
また、Ｙカット水晶板の厚み滑り振動を主に利用する場合には、Ｙカット水晶板を平板状にし、Ｘカット水晶板が平板状の周辺部に配置されるように、その中央部をくり貫いてからＹカット水晶板に貼り付けるか、あるいはＸカット水晶板の中央部をくり貫いてから貼り付けた後、両水晶板を直接接合する。その後、Ｘカット水晶板とＹカット水晶板の他の主面に電極をそれぞれ形成する。
【００３５】
これにより、Ｙカット水晶板の熱膨張係数（プラス）がその周辺部に設けたＸカット水晶板の熱膨張係数（マイナス）で打ち消され、結局、零温度係数をもつ水晶振動子が得られる。
【００３６】
また、図２に示した個片の水晶振動子を多数個（例えば、１００個）まとめて製造する場合には、図５に示すように、個片の水晶振動子を多数個形成可能な円形（または例えば４インチ）または矩形状のＸカットとＹカットのいずれか一方の水晶板に形成される個片の水晶振動子の中央部に相当する部分をくり貫いた集合水晶基板同志の一方の主面を前述した接合方法により直接接合する。その後、各個片の水晶振動子に対応する電極（例えば、励振電極、引出電極等）を蒸着、メッキ等により対向する他の両主面に形成する。最後に、ダイシングラインに沿ってダイシングソー等により断裁して分割し、個片の水晶振動子を得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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