專利名稱：壓電基板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及壓電基板及其制造方法，特別涉及提高小型壓電振子的Q值、且適合于批量生產的壓電基板及其制造方法。
背景技術：
壓電振子因其小型、時效變化小、能夠容易地獲得高精度且高穩定的頻率等，被廣泛應用在從通信設備到電子設備中。特別是，以厚度切變模式(thickness-shear mode)作為主振動的石英振子多用于幾MHz到幾百MHz頻帶。作為以厚度切變模式作為主振動的石英振子的石英基板，公知有AT切、BT切、FC切、IT切、SC切、NY切等(例如，參照專利文獻1)。其中，頻率—溫度特性呈三次曲線的AT切石英振子多用于移動電話等。
AT切石英振子的振動模式如眾所周知的那樣，是厚度切變振動，振子的頻率與厚度成反比。即，隨著石英振子的頻率變高，石英基板的厚度變薄，石英振子的各特性很大程度上取決于電極的大小和由電極引起的頻率下降量。相對于此，若石英振子的頻率下降，則相對于石英基板厚度的輪廓尺寸(稱為邊比)成為重要因素，如何適當地設定邊比來避免高次的輪廓振動成為設計的要點。
圖3是表示圓板狀的石英基板的結構的圖，(a)是剖面圖，(b)是俯視圖。當石英振子的頻率低時，石英基板11的直徑D相對于厚度t之比、邊比D/t的值變小，作為主振動的厚度切變模式的振動能量分布不能充分地集中于中央部，而達至端部。到達端部的振動能量激起輪廓振動、例如高次的彎曲振動、高次面切變振動等，其結果是，導致主振動的Q值劣化，成為寄生(spurious)多的石英振子。因此，如圖3(a)所示，通過對石英基板的兩端部進行研磨、附加倒角12，能夠將主振動的振動能量集中在中央部。石英振子的設計在于如何設計石英基板11的邊比D/t、倒角12的寬度W、端厚d，來實現Q值高、寄生少的振子。
圖4是表示平凸(plano convex)型石英基板的剖面圖，其是將一個主面研磨成透鏡狀(球面狀)來使主振動的振動能量集中于基板中央部的石英基板，主要用于高穩定用石英振子。通過將另一個主面設為平面，能夠保持基板的切斷角度，因此使用平凸型石英基板來構成的石英振子的特征在于Q值大且具有良好的頻率溫度特性。
此外，圖5是表示雙凸(Double convex)型石英基板的剖面圖，雖能夠獲得具有高Q值的石英振子，但由于球面加工的精度，有時在頻率溫度特性上產生一些偏差。
最近，要求石英振子的進一步小型化且低價位，作為滿足此要求的方法，有將石英基板的主面加工成臺面狀的臺面型石英基板。圖6(a)、(b)是表示臺面型石英基板的剖面圖，通過對平板的石英基板20使用光刻技術和蝕刻方法，對該圖(a)的斜線部進行蝕刻，形成如該圖(b)的臺面型石英基板。這樣的石英基板因能夠利用光刻技術和蝕刻方法而能夠大量且廉價地制造小型石英基板。該小型石英基板的特征在于，能夠將主振動的振動能量集中于臺面部，所以能夠構成Q值高的石英振子。
專利文獻1日本特開平10-284978號公報非專利文獻1滝貞夫著“人工水晶とその電気的応用”、日刊工業出版，49年5月發行非專利文獻2V.E.Bottom著，“Introduction to Quartz Crystal UnitDesign”，Van Nostrand出版，1982年1月發行但是，即使適當地設定如圖6(b)所示的臺面型石英基板的輪廓尺寸D、振動部的尺寸d、振動部的厚度t、端厚t3、蝕刻部的厚度t4，也由于所形成的石英基板的尺寸的偏差，仍存在石英振子的Q值出現偏差、且發生寄生的問題。
發明內容
本發明的第一發明的壓電基板的特征在于，構成為在平板狀的壓電基板的中央一體地形成上下對置的預定大小的突起部，并且，該突起部的上表面和平板的周緣部的面形成為同一球面狀。
第二發明的壓電基板的特征在于，在第一發明所述的壓電基板中，所述壓電基板的形狀為圓形。
第三發明的壓電基板的特征在于，在第一發明所述的壓電基板中，所述壓電基板的形狀為矩形。
第四發明的壓電基板的制造方法的特征在于，使用光刻技術和蝕刻方法，保留預定厚度的壓電基板的中央部，對周邊部進行預定厚度的蝕刻，形成在平板部的中央一體地形成了在基板上下對置的突起部的臺面型壓電基板，將該臺面型壓電基板與研磨劑一起放入圓筒容器中，使容器按照預定的旋轉速度旋轉，由此將平板的周緣部和所述突起部的上表面研磨成同一球面狀。
本發明的壓電基板的優點在于，由于將中央的臺面型結構與基板的周緣部加工成了球面狀，因此能夠將主振動的振動能量封閉在中央部，避免與高次的輪廓振動之間的結合，使用本壓電基板構成的壓電振子的Q值大，且能夠實現寄生少的壓電振子。
圖1(a)、(b)、(c)、(d)表示本發明的石英基板(臺面—倒角型石英基板)的結構，(a)是俯視圖，(b)是剖面圖。
圖2(a)、(b)、(c)是表示制造本發明的石英基板(臺面—倒角型石英基板)的過程的剖面圖。
圖3是表示現有的倒角加工石英基板的圖，(a)是剖面圖，(b)是俯視圖。
圖4是表示平凸石英基板的結構的剖面圖。
圖5是表示雙凸石英基板的結構的剖面圖。
圖6(a)、(b)是表示臺面型石英基板的結構的剖面圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發明的石英基板的實施方式的圖，該圖(a)是俯視圖，該圖(b)是剖面圖。其構成為，在平板狀的AT切石英基板1的中央部一體地形成上下對置的預定大小的突起部(臺面部)3，并且，該突起部3的上表面和與突起部3連接的平板的周緣部(倒角部)4的面形成為同一球面狀。
使用圖2所示的剖面圖，對本發明的石英基板(以下，稱為臺面—倒角型石英基板)的制造方法進行說明。首先，如圖2(a)所示，使用光刻技術和蝕刻方法，保留預定厚度的AT切平板1的中央部3，對周邊部5進行預定厚度的蝕刻，形成如該圖2(b)所示的在平板部2的中央一體地形成了在基板上下對置的突起部3的石英基板(臺面型石英基板)。接著，將該臺面型石英基板與研磨劑一起放入圓筒狀的容器中，使容器按照預定的旋轉速度旋轉，使與容器的內側側壁抵接的平板的周緣部4研磨而成為楔狀。進一步進行周緣部4的研磨時，在石英基板1的中央形成的突起部3的上表面與圓筒容器的側壁接觸，通過摩擦被研磨掉。即，突起部3的上表面和平板的周緣部4的面被復制成圓筒容器的內側形狀，形成為球面狀。
使用上述的臺面—倒角型石英基板構成的石英振子的特征在于，其Q值比使用臺面型石英基板或倒角型石英基板構成的石英振子的Q值高，且比使用臺面型、倒角型石英基板的石英振子寄生少。其原因是，臺面—倒角型石英基板不僅其臺面部的上表面被加工成球面狀，且還對基板的周緣部實施了球面狀的倒角加工，因此，能使主振動的振動能量更集中于中央部，使在端部激起高次輪廓振動的振動能量小。
石英基板的周緣部被研磨的量大體由石英基板的自重和圓筒容器的旋轉速度所確定。因此，若通過石英振子的小型化而使石英基板變小、自重減輕，則導致倒角加工時間的增加。并且，若進行長時間的倒角加工，則由于石英基板在圓筒容器內自由地移動，因此，經常出現特別是形成石英基板的角被過多地研磨的現象、成為與圓筒容器的曲率不同的形狀的現象等。本發明的臺面—倒角型石英基板因通過加工成球面狀的突起部(臺面部)使主振動的振動能量充分封閉于臺面部中而能夠減少周緣部的倒角加工量。例如，如圖5所示的石英基板時，相對于在圖1(c)中斜線所示那樣倒角加工中的研磨量多的情況，對預先加工成臺面型的石英基板的研磨量如在圖1(d)中斜線所示那樣，大幅減少。由于倒角加工時間的減少，可得到形狀更接近設計形狀的石英基板，還可得到各特性也良好的石英基板。而且，由于能夠縮短倒角加工時間，因此，能夠獲得不論是倒角的偏差還是石英振子的各特性的偏差都小的石英基板。
以上說明了使用圓形的平板形成臺面型石英基板后、在圓筒容器內進行倒角加工、形成臺面—倒角型石英基板的步驟，但是，當然使用矩形的平板也能夠同樣地構成臺面—倒角型石英基板。另外，在大量地制造小型的臺面—倒角型石英基板時，如下方式的工藝適合于批量生產使用光刻技術和蝕刻方法，在預定厚度的大的AT切基板上矩陣狀地形成多個臺面結構，利用切割機進行切斷，形成個體，然后，使用圓筒容器對臺面部和平板周緣部實施球面加工。
本發明不限于上述的實施方式，在其技術范圍內可對上述的實施方式加以各種變更/變形而實施。例如，本發明不僅可以應用于AT切石英基板，還可以應用于主振動為厚度切變模式的石英基板(例如，BT切、FC切、IT切、SC切、NY切等的石英基板)。并且，如果主振動為厚度切變模式，則也可以應用于石英基板以外的壓電基板(例如，鈮酸鋰基板、鉭酸鋰基板、四硼酸鋰基板、蘭克塞(langasite)基板、壓電陶瓷基板等的壓電基板)。
權利要求
1.一種壓電基板，其特征在于，構成為在平板狀的壓電基板的中央一體地形成上下對置的預定大小的突起部，并且，該突起部的上表面和平板的周緣部的面形成為同一球面狀。
2.根據權利要求1所述的壓電基板，其特征在于，所述壓電基板的形狀為圓形。
3.根據權利要求1所述的壓電基板，其特征在于，所述壓電基板的形狀為矩形。
4.一種壓電基板的制造方法，其特征在于，使用光刻技術和蝕刻方法，保留預定厚度的壓電基板的中央部，對周邊部進行預定厚度的蝕刻，形成在平板部的中央一體地形成了在基板上下對置的突起部的臺面型壓電基板，將該臺面型壓電基板與研磨劑一起放入圓筒容器中，使容器按照預定的旋轉速度旋轉，由此將平板的周緣部和所述突起部的上表面研磨成同一球面狀。
全文摘要
壓電基板及其制造方法。本發明的課題是獲得Q值高、寄生少的厚度切變振子及其批量生產手段。作為解決手段，將壓電基板構成為，在圓形或矩形的平板狀的壓電基板的中央一體地形成在基板的上下對置的預定大小的突起部(臺面部)，并且，該突起部的上表面和基板的周緣部(倒角部)的面形成為同一球面狀。其制造方法是，使用光刻技術和蝕刻方法在平板狀的壓電基板上形成臺面形壓電基板，將該壓電基板與研磨劑一起放入圓筒容器中，按照預定的旋轉速度旋轉，制造臺面一倒角型石英基板。
文檔編號H03H9/00GK1866736SQ20061008029
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月16日 優先權日2005年5月16日
發明者佐藤健二 申請人:愛普生拓優科夢株式會社