晶體振子的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種晶體振子。
【背景技術】
[0002]被用作頻率或時間的基準源的晶體振子，依據將構成晶體振子的振動板即晶體板從晶體的單晶切出時的結晶學上的方位，而被分為幾種“切割(cut) ”。關于所述切割，以前，例如AT切割、SC切割等已廣為人知。其中，GT切割的晶體板具有優良的頻率溫度特性，周圍溫度變化時的共振頻率的變化非常小，因而期待被應用于高精度高穩定的晶體振蕩器等中。長方形狀的GT切割的晶體振子在低頻帶(例如，2MHz?1MHz)下可實現小型化，且具有常溫(25°C左右)下的一次溫度系數為O的頻率溫度特性。
[0003]在晶體中，眾所周知結晶學上規定有X軸、Y軸及Z軸這3個結晶軸。包含如下晶體板的切割為GT切割(例如參照專利文獻I)，該晶體板通過將沿與Y軸正交的面(即，與X軸及Z軸平行的面)切出所得的晶體板稱作Y板，將Y板繞X軸旋轉+51.5° (即Θ =+51.5° )、且使板在該板的面內進一步旋轉+45° (即β =+45° )而形成。Θ及β —般是為了確定晶體的切割方位而使用的參數。為了指定GT切割的晶體板內的方位，將使X軸、Y軸及Z軸繞X軸旋轉所述+51.5°所得的軸分別設為)T軸、Y'軸及t軸。因繞X軸旋轉，所以當然t軸與X軸一致。而且，將使t軸及t軸繞^軸而向從t軸朝向V軸的方向旋轉45°所得的軸分別設為X"軸及Z"軸。
[0004]此處，對GT切割的晶體板的振動模式進行說明。如圖1所示，GT切割的晶體板11的振動模式為X"軸方向的縱向振動(伸縮振動)模式與Z"軸方向的縱向振動模式結合而成的振動模式(也稱作寬度.長度縱向耦合振動模式)。圖1中，伸縮振動的方向由箭頭來表示，利用振動而位移的輪廓由虛線來表示。其中，為了說明，位移的輪廓以遠大于晶體板11的實際位移量的位移來進行描述。因為是2個縱向振動模式結合而成的振動模式，所以，以前GT切割的晶體板形成為一對邊與X"軸平行而另一對邊與Z"軸平行的長方形或方型的形狀，且被用作晶體振子中的振動板即晶體片。用以激振作為振動板的晶體板的激振電極分別設置于晶體板的兩個主面上。因將縱向振動模式用作主振動，所以GT切割的晶體板即便在共振頻率處于低頻帶時也可形成為小型。另外，GT切割的振子在使各邊的長度相等而形成正方形的振動板時，以與寬度.長度縱向耦合振動模式不同的被稱作拉梅(Lame)振動模式的振動模式來進行振動，因而原則上GT切割的振子的平面形狀并非為正方形。
[0005]晶體板的振動模式因切割而異。例如，在為以前所廣泛使用的AT切割的晶體板的情況下，振動模式為厚度剪切(thickness shear)振動模式，僅根據該厚度來決定共振頻率。因此，AT切割的晶體板中，可將平面形狀設定為任意形狀，由此，可設為在成為厚度剪切振動下的固定點的位置對晶體片進行支撐的構成。然而，在為GT切割的晶體片的情況下，振動模式為寬度.長度縱向耦合振動模式，且共振頻率根據寬度或長度等的平面形狀或尺寸而變化，并且需要確實地引起相互結合的2個振動模式的振動雙方，因而無法將平面形狀設定為任意，或無法在任意的位置配置支撐部。尤其在長方形狀的GT切割的晶體板的外周部，一般來說并不存在振動位移的固定點。
[0006]在使用GT切割的晶體板來作為構成晶體振子的振動板即晶體片時，需要以不與晶體振子的容器的壁面等接觸的方式將晶體板保持于容器內，但由于長方形狀的GT切割的晶體板的外周部并不存在振動位移的固定點，所以需要盡可能地以不會妨礙振動的位置與形狀來設置對晶體片的支撐部。因此，如專利文獻2所示，提出通過使用光刻(photolithography)技術，而由晶體的板狀構件來一體地形成振動板的本體部分(振動部)及相對于該本體部分的支撐部。該情況下，如圖2所示，將支撐部12連接于如下位置，即，作為振動板的晶體板11中的長方形狀本體部分中相向的一對邊的各自的中點。此時，設置曲柄狀的彎折部等而使支撐部12不對晶體板11的振動造成影響。另外，通過使用有限元素法(finite-element approach)等方法，以振動部單獨的共振頻率與包含支撐部12在內的共振系統整體的共振頻率大致相同的方式，來設計支撐部12的形狀。
[0007]然而，具備圖2所示的支撐部的GT切割的晶體振子結構復雜而制造困難，并且支撐部自身的大小與振動板的本體部分相比無法忽視，因而具有如下課題:支撐部的尺寸不均會對晶體板的振動特性造成大的影響，并且妨礙晶體振子的小型化。
[0008]因此，本發明人等人提出了作為GT切割的晶體振子而將橢圓形狀的晶體板用作振動板(專利文獻3)。在形成為橢圓形的晶體板中，該橢圓形是將GT切割中的正交的2個縱向振動模式的振動方向分別設為長軸與短軸，當2個縱向振動模式結合時，存在4個在晶體板的外周處振動位移極小的位置點，因而設為由所述點來支撐晶體板的構成，由此即便在使用結構簡單的支撐部的情況下，也可不對作為晶體振子的振動特性造成不良影響地支撐晶體板。
[0009][現有技術文獻]
[0010][專利文獻]
[0011][專利文獻I]日本專利特開平8-213872號公報
[0012][專利文獻2]日本專利特開昭58-159014號公報
[0013][專利文獻3]日本專利特開2012-175520號公報
【發明內容】
[0014][發明所要解決的問題]
[0015]GT切割的晶體振子中，根據其形狀來決定頻率、振動特性及頻率溫度特性。在使用如專利文獻3所示的橢圓形狀的GT切割的晶體板的情況下，根據橢圓的形狀(尤其長軸與短軸的長度之比)來決定頻率溫度特性，因而在想要獲得具有所需各特性的晶體振子的情況下，存在設計的自由度受到限制的課題。
[0016]本發明的目的在于提供如下的晶體振子，S卩，可不對振動特性造成不良影響地小型設置且結構簡單的支撐部，并且，包含頻率、振動特性及頻率溫度特性在內的各種特性的設計自由度高。
[0017][解決問題的技術手段]
[0018]本發明的晶體振子將使晶體的結晶學上的X軸、Y軸及Z軸繞X軸以+37°以上且+51.5°以下的角度旋轉所得的軸分別設為t軸、Y'軸及t軸，將使t軸及t軸繞V軸向從Z'軸朝向X'軸的方向旋轉45°所得的軸分別設為X"軸及Z"軸，所述晶體振子包含:與包含X"軸及Z"軸的面平行地從晶體切出所得的晶體板；以及對晶體板進行支撐的支撐部，晶體板將具有分別與X"軸及Z"軸平行的邊的長方形作為基準長方形，具有使基準長方形的至少一對相向的邊向基準長方形的外方凸出而成的形狀，且具有將X"軸方向及Z"軸方向分別設為振動方向的正交的2個縱向振動模式，支撐部在基準長方形的頂點附近的位置且2個縱向振動模式結合時X"軸方向或Z"軸方向的振動位移極小的位置，與所述晶體板的外周連接。
[0019]本發明的晶體振子與GT切割的晶體振子同樣地，將使所謂的Y板繞晶體的X軸旋轉且在面內進一步旋轉45°所得的晶體板用作振動板。本發明的晶體振子與GT切割的晶體振子不同之處在于，將使晶體的Y板繞X軸旋轉時的旋轉角Θ規定在+37° ( Θ ^ +51.5°的范圍。如果設為Θ =+51.5°則成為普通的GT切割的晶體板。在長方形狀的GT切割的晶體板中，通過設為Θ =+51.5°而頻率溫度特性下的一次溫度系數為常溫左右且為零，但本發明中并非將晶體板的形狀如以下所述那樣設為單純的長方形，因而為了獲得優選的特性而可將Θ的值設為比+51.5°小。如果Θ的值減小則壓電常數增大，因而容易獲得良好的振子的特性。
[0020]另外，本發明中，晶體板的形狀并非設為具有分別與X"軸及Z"軸平行的邊的長方形(將其稱作基準長方形)，而是設為使該基準長方形的至少一對相向的邊向基準長方形的外方凸出而成的形狀。優選為將晶體板的形狀設為使基準長方形的4條邊的各邊向該基準長方形的外方凸出而成的形狀。基準長方形自身是為了對晶體板的形狀加以定義而導入的假想的形狀，實際的晶體板中，性狀等不會因是基準長方形的內部還是外部而具有很大的差異。而且，基準長方形的形狀也可為正方形，但為了防止激發拉梅振動模式，而需要使晶體板的X"軸方向的最大尺寸與Z"軸方向的最大尺寸不同，或者凸出的形狀不同。
[0021][發明的效果]
[0022]根據本發明，通過使用如下的晶體板，而可將振動特性或頻率溫度特性設為所需特性，且晶體振子的設計自由度增高，所述晶體板是在使Y板繞X軸旋轉后在面內旋轉45°所得，且為由具有分別與X"軸及Z"軸平行的邊的長方形(基準長方形)進一步使基準長方形的