JP2013191927A - 圧電振動片、圧電振動片の製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＩ値を抑制することができる圧電振動片を提供する。
【解決手段】圧電振動片４は、並んで配置された一対の振動腕部１０，１１と、一対の振動腕部１０，１１が接続された基部と、互いに電気的に独立して振動腕部１０，１１に形成され、振動腕部１０，１１を振動させる一対の励振電極１３，１４と、を備え、一対の励振電極１３，１４のうち、一方の励振電極１３，１４は、振動腕部１０，１１の主面４ａに形成され、他方の励振電極１３，１４は、振動腕部１０，１１の側面４ｂに、一方の励振電極１３，１４と、振動腕部１０，１１の長手幅方向の位置が重複するように形成され、振動腕部１０，１１のうち、振動腕部１０，１１の厚み方向Ｚに沿った少なくとも一部は、主面４ａよりも振動腕部１０，１１の短手幅方向に狭幅になっている。
【選択図】図２

Description

この発明は、圧電振動片、圧電振動片の製造方法、圧電振動子、発振器、電子機器および電波時計に関する。

携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として、水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが提供されているが、その１つとして、いわゆる音叉型の圧電振動片をパッケージに封入した圧電振動子が知られている。前記圧電振動片は、並んで配置された一対の振動腕部と、一対の振動腕部が接続された基部と、互いに電気的に独立して振動腕部に形成され、振動腕部を振動させる一対の励振電極と、を備えている。

ところで近年、搭載される機器の小型化に伴って、圧電振動片のＣＩ値（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を低く抑えつつ、圧電振動片の更なる小型化を図ることが望まれている。そこで圧電振動片として、例えば下記特許文献１に示されるような、振動腕部の主面に溝部を設ける構成などが考えられる。

特開２００８−２９０３０号公報

ここで前記圧電振動片では、ＣＩ値を抑制することについて改善の余地があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ＣＩ値を抑制することができる圧電振動片を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る圧電振動片は、並んで配置された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部が接続された基部と、互いに電気的に独立して前記振動腕部に形成され、前記振動腕部を振動させる一対の励振電極と、を備え、前記一対の励振電極のうち、一方の励振電極は、前記振動腕部の主面に形成され、他方の励振電極は、前記振動腕部の側面に、前記一方の励振電極と、前記振動腕部の長手幅方向の位置が重複するように形成された圧電振動片において、前記振動腕部のうち、前記振動腕部の厚み方向に沿った少なくとも一部は、前記主面よりも前記振動腕部の短手幅方向に狭幅になっていることを特徴とする。

この発明によれば、振動腕部のうち、前記厚み方向に沿った少なくとも一部（以下、狭幅部分という）が、振動腕部の主面よりも前記短手幅方向に狭幅になっているので、例えば振動腕部が前記厚み方向に沿った全長にわたって前記短手幅方向に同幅である場合などに比べて、狭幅部分において側面を主面に接近させることができる。これにより、これらの主面および側面に前記長手幅方向に位置が重複するように形成された両励振電極間の間隔を狭めることが可能になり、ＣＩ値を低下させることができる。

また、前記振動腕部は、前記厚み方向に沿って外側から内側に向かうに従い漸次、前記短手幅方向に縮幅していてもよい。

この場合、振動腕部が、前記厚み方向に沿って外側から内側に向かうに従い漸次、前記短手幅方向に縮幅しているので、例えば振動腕部が前記短手幅方向および前記厚み方向の両方向に沿う断面視において矩形状とされ、かつ振動腕部の前記厚み方向に沿った少なくとも一部を局所的に狭幅にすることで狭幅部分を形成する場合などに比べて、振動腕部の強度を良好に確保することも可能になり、圧電振動片に一層良好な振動特性を発揮させ易くすることができる。

また、前記一方の励振電極は、前記振動腕部の主面に設けられた溝部の側壁面に、前記他方の励振電極との間に前記振動腕部を挟むように形成され、前記溝部の側壁面は、前記振動腕部の側面に沿って延在していてもよい。

この場合、溝部の側壁面が、振動腕部の側面に沿って延在しているので、両励振電極間の間隔を確実に狭めることが可能になり、ＣＩ値を一層低下させることができる。
またこのように、溝部の側壁面を、振動腕部の側面に沿って延在させることにより、ＣＩ値を低下させることができるので、溝部の開口部を前記短手幅方向に拡幅するのを抑えつつ、ＣＩ値を低下させることが可能になり、良好な振動特性を発揮させ易くすることができる。すなわち、溝部の開口部を前記短手幅方向に拡幅させた場合、振動腕部の主面において、溝部の開口縁と当該主面の側端縁との間に位置する領域（以下、間領域という）の前記短手幅方向に沿った大きさも小さくなる。その結果、例えば両励振電極を、間領域上に一定の間隔をあけて形成することが困難になり、両励振電極が接近しすぎてショートしたり、圧電振動片の等価回路における並列容量Ｃ０が不安定になったり等により、圧電振動片の振動特性に影響が生じるおそれがある。

また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、前記圧電振動片を、ウエハから形成する圧電振動片の製造方法であって、前記ウエハに前記振動腕部を形成する腕部形成工程を有し、前記腕部形成工程は、前記ウエハに保護膜を形成した後、ドライエッチングにより前記ウエハをエッチングするドライエッチング工程を有し、前記ドライエッチング工程は、前記ウエハをエッチングするエッチングガスの供給量を異ならせて複数回実施することを特徴とする。

この発明によれば、ドライエッチング工程を、エッチングガスの供給量を異ならせて複数回実施するので、ドライエッチング工程ごとに、ウエハの前記短手幅方向へのエッチング量を精度良く異ならせ、振動腕部の前記短手幅方向の幅を調整し易くすることが可能になり、振動腕部を高精度に形成することができる。

また、前記腕部形成工程は、前記ドライエッチング工程の前に、ウエットエッチングにより前記ウエハをエッチングするウエットエッチング工程を有していてもよい。

この場合、腕部形成工程が、前記ウエットエッチング工程を有しているので、エッチングに要する時間を短縮することが可能になり、生産性を向上させることができる。
またウエットエッチング工程を、ドライエッチング工程の前に実施するので、振動腕部を確実に高精度に形成することができる。すなわち、ウエットエッチング工程を、ドライエッチング工程の後に実施する場合、振動腕部のうち、ドライエッチング工程により形成された部分も、ウエットエッチング工程によりエッチングされてしまい、振動腕部を高精度に形成することが困難になるおそれがある。

また、本発明に係る圧電振動子は、前記圧電振動片を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ＣＩ値が抑制され、良好な振動特性を発揮させ易くすることができる圧電振動片を備えているので、高効率で消費電力の少ない圧電振動子を提供できる。

また、本発明の発振器は、上述した圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の電子機器は、上述した圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の電波時計は、上述した圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、高効率で消費電力の少ない高性能な発振器、電子機器および電波時計を提供できる。

本発明によれば、ＣＩ値を抑制することができる。

圧電振動片の平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 圧電振動片の製造方法を示すフローチャートである。 外形形状形成工程を説明する断面図である。 外形形状形成工程を説明する断面図である。 外形形状形成工程を説明する断面図である。 外形形状形成工程を説明する断面図である。 圧電振動子の外観斜視図である。 圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態の平面図である。 図９のＣ−Ｃ線における断面図である。 図８に示す圧電振動子の分解斜視図である。 発振器の一実施形態を示す構成図である。 電子機器の一実施形態を示す構成図である。 電波時計の一実施形態を示す構成図である。 圧電振動片の変形例を示す断面図である。 圧電振動片の変形例を示す断面図である。 圧電振動片の変形例を示す断面図である。

（圧電振動片）
以下に、実施形態の圧電振動片について図面を参照して説明する。
図１は圧電振動片４の平面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った溝部５の断面図である。
なお、以下では、振動腕部１０，１１が並んでいる幅方向をＸ方向（短手幅方向）とし、Ｘ方向における中心軸をＯとし、圧電振動片４の内側を−Ｘ側とし、外側を＋Ｘ側として説明している。また、圧電振動片４の長手方向をＹ方向（長手幅方向）とし、基端側を−Ｙ側とし、先端側を＋Ｙ側として説明している。また、圧電振動片４の厚み方向をＺ方向として説明している。

図１に示すように、圧電振動片４は、水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型である。圧電振動片４は、平行に配置された一対の振動腕部１０，１１（第１の振動腕部１０および第２の振動腕部１１）と、一対の振動腕部１０，１１の−Ｙ側を一体的に固定する基部１２と、を有する圧電板１５を備えている。圧電振動片４は、所定の電圧が印加されたときに、振動腕部１０，１１が近接および離間するように、Ｘ方向に振動する。

一対の振動腕部１０，１１は、中心軸Ｏに沿ってＹ方向に延在し、Ｘ方向に略平行に並んで形成されている。図２に示すように、振動腕部１０，１１のうち、Ｚ方向に沿った少なくとも一部は、振動腕部１０，１１の主面４ａよりもＸ方向に狭幅になっている。振動腕部１０，１１は、Ｚ方向に沿って外側から内側に向かうに従い漸次、Ｘ方向に縮幅している。振動腕部１０，１１は、＋Ｘ側および−Ｘ側の両側から狭まっている。振動腕部１０，１１の断面形状はＸ方向に対称である。断面視において、振動腕部１０，１１の側面４ｂは、Ｚ方向の外側から内側に向かうに従い漸次、＋Ｘ側または−Ｘ側に向かって直線状に延在し、Ｘ方向およびＺ方向の両方向に傾斜している。振動腕部１０，１１の側面４ｂにおけるＺ方向の中央は、＋Ｘ側または−Ｘ側に向けて屈曲されている。

振動腕部１０，１１の両主面４ａには、振動腕部１０，１１のＹ方向に沿って伸びる溝部５が設けられている。溝部５はいずれも同一形状となっている。
溝部５の側壁面５ｂは、振動腕部４の側面４ｂに沿って延在している。溝部５の側壁面５ｂは、振動腕部１０，１１をＸ方向に挟んで反対側に位置する側面４ｂに平行に延在している。溝部５は、開口部５ｃ側から底壁面５ａ側に向かうに従い漸次、Ｘ方向に縮幅している。溝部５は、＋Ｘ側および−Ｘ側の両側から狭まっている。断面視において、溝部５の側壁面５ｂは、開口部５ｃ側から底壁面５ａ側に向かうに従い漸次、＋Ｘ側または−Ｘ側に向かって直線状に延在し、Ｘ方向およびＺ方向の両方向に傾斜している。溝部５の断面形状は、Ｘ方向に対称とされ、図示の例では等脚台形状となっている。なお溝部５は、Ｙ方向の全長にわたって同形状となっている。

ここで図１に示すように、圧電振動片４は、一対の振動腕部１０，１１に形成されて一対の振動腕部１０，１１を振動させる第１の励振電極１３および第２の励振電極１４（一対の励振電極）と、第１の励振電極１３および第２の励振電極１４にそれぞれに電気的に接続された第１のマウント電極１６および第２のマウント電極１７と、励振電極１３，１４とマウント電極１６，１７とをそれぞれ電気的に接続する引き出し電極１９，２０と、を有している。

マウント電極１６，１７および引き出し電極１９，２０は、基部１２に形成されている。マウント電極１６，１７は、中心軸Ｏを挟むように形成されている。
励振電極１３，１４は、電圧が印加されたときに、一対の振動腕部１０，１１を互いに接近又は離間させるように、Ｘ方向に所定の共振周波数で振動させる。一対の励振電極１３，１４は、一対の振動腕部１０，１１の表面にそれぞれ電気的に切り離され、独立した状態でパターニングされて形成されている。

図１および図２に示すように、第１の励振電極１３は、第２の振動腕部１１の側面４ｂに形成されている。第１の励振電極１３は、第２の振動腕部１１の両側面４ｂに形成されている。第１の励振電極１３は、第２の振動腕部１１の側面４ｂにおいて、Ｙ方向の位置が前記溝部５に重複する領域に形成されている。第１の励振電極１３は、第２の振動腕部１１の側面４ｂから、第２の振動腕部１１の主面４ａにおいて、溝部５の開口縁と当該主面４ａの側端縁との間に位置する領域（以下、間領域という）８に回り込んでいる。

また第１の励振電極１３は、第１の振動腕部１０の主面４ａにも形成されている。第１の励振電極１３は、第１の振動腕部１０の両主面４ａに形成されている。第１の励振電極１３は、第１の振動腕部１０の主面４ａにおいて、前記溝部５を含む領域に形成されている。第１の励振電極１３は、溝部５の側壁面５ｂおよび底壁面５ａそれぞれの全面にわたって形成されている。第１の励振電極１３は、溝部５の側壁面５ｂから、第１の振動腕部１０の主面４ａにおける間領域８に回り込んでいる。

第２の励振電極１４は、第１の振動腕部１０の側面４ｂに形成されている。第２の励振電極１４は、第１の振動腕部１０の両側面４ｂに形成されている。第２の励振電極１４は、第１の振動腕部１０の側面４ｂにおいて、Ｙ方向の位置が前記溝部５に重複する領域に形成されている。第２の励振電極１４は、第１の振動腕部１０の側面４ｂから、第１の振動腕部１０の主面４ａにおける間領域８に回り込んでいる。

また第２の励振電極１４は、第２の振動腕部１１の主面４ａにも形成されている。第２の励振電極１４は、第２の振動腕部１１の両主面４ａに形成されている。第２の励振電極１４は、第２の振動腕部１１の主面４ａにおいて、前記溝部５を含む領域に形成されている。第２の励振電極１４は、溝部５の側壁面５ｂおよび底壁面５ａそれぞれの全面にわたって形成されている。第２の励振電極１４は、溝部５の側壁面５ｂから、第２の振動腕部１１の主面４ａにおける間領域８に回り込んでいる。

以上により、第１の振動腕部１０において、一対の励振電極１３，１４のうち、第１の励振電極１３は、振動腕部１０の主面４ａのうちの溝部５の側壁面５ｂに形成され、第２の励振電極１４は、振動腕部１０の側面４ｂに、第１の励振電極１３とＹ方向の位置が重複するように形成され、図示の例では、第１の励振電極１３との間に振動腕部１０を挟むように形成されることとなる。
また第２の振動腕部１１において、一対の励振電極１３，１４のうち、第２の励振電極１４は、振動腕部１１の主面４ａのうちの溝部５の側壁面５ｂに形成され、第１の励振電極１３は、振動腕部１１の側面４ｂに、第２の励振電極１４とＹ方向の位置が重複するように形成され、図示の例では、第２の励振電極１４との間に振動腕部１１を挟むように形成されることとなる。
両振動腕部１０，１１において、一対の励振電極１３，１４は、前記間領域８上で電極分割されており、これらの励振電極１３，１４の間隔が安定して一定の大きさに確保されている。

なお、上述した各電極は膜状に形成されている。ここで各電極は単層構造、または下地層と仕上げ層を有する積層構造であってもよい。例えば、各電極を、クロムと金との積層膜として、水晶と密着性の良いクロム膜を下地層として成膜した後に、表面に金の薄膜を仕上げ層として成膜することにより形成してもよい。また、クロムとニクロムを下地層として成膜した後に、表面にさらに金の薄膜を仕上げ層として成膜してもよい。さらに、マウント電極１６，１７が積層構造である一方で、引き出し電極１９，２０および励振電極１３，１４が、マウント電極１６，１７の下地層と同じ材料のクロムにより、単層膜で形成されていてもよい。さらにまた各電極を、例えば、ニッケルやアルミニウム、チタン等により成膜してもよい。

振動腕部１０，１１の先端部には、所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための粗調膜２１ａおよび微調膜２１ｂからなる重り金属膜２１が形成されている。この重り金属膜２１を利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部１０，１１の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。

（圧電振動片の製造方法）
図３は、圧電振動片の製造方法を示すフローチャートである。
図４から図７は、外形形状形成工程（腕部形成工程）を説明する断面図である。
次に、上述した圧電振動片の製造方法について説明する。以下では、圧電振動片４をウエハ４０から形成する場合を説明する。
まず、水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウエハ４０とする。次に、ウエハ４０をラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、この後、ポリッシュなどの鏡面加工を行なって所定の厚みとする（Ｓ１１０）。

次に、ウエハ４０に複数の圧電板１５の外形形状を形成する外形形状形成工程（Ｓ１２０）を実行する。
外形形状形成工程では、まず図４に示すように、ウエハ４０上における圧電板１５の形成予定領域にレジストＲを形成するレジスト形成工程を実行する。

そして図５および図６に示すように、ウエハ４０に保護膜Ｍを形成した後、ドライエッチングによりウエハ４０をエッチングするドライエッチング工程を実行する。このとき、ウエハ４０をエッチング室Ｓ内に配置した状態で、例えばエッチング室Ｓ内に保護膜形成用のガスを導入する等して前記形成予定領域を回避した回避領域に保護膜Ｍを形成し、その後、エッチング室Ｓ内に、ウエハ４０をエッチングするエッチングガスを導入して前記回避領域をエッチングする。

ここで本実施形態では、図７に示すように、ドライエッチング工程を、エッチングガスの供給量を異ならせて複数回実施する。エッチングガスの供給量は、例えば、エッチング室Ｓ内への単位時間当たりのエッチングガスの導入量、またはエッチング室Ｓ内へのエッチングガスの導入時間を変更すること等により、調整することができる。
ドライエッチング工程においては、エッチングガスの供給量に応じてウエハ４０のＸ方向へのエッチング量を調整できることから、本実施形態では、ドライエッチング工程を繰り返す度に、エッチングガスの供給量を増加させる。これにより、振動腕部１０，１１を有する圧電板１５が形成されることとなる。

次に、振動腕部（ウエハ）１０，１１の両主面４ａに溝部５を形成する溝部形成工程（Ｓ１４０）を実行する。このとき、例えばドライエッチングやウエットエッチングにより溝部５を形成する。

次に、複数の圧電板１５上に、例えばスパッタリング等により電極膜をパターニングして、励振電極１３，１４と、マウント電極１６，１７と、引き出し電極１９，２０とをそれぞれ形成する電極形成工程（Ｓ１５０）を実行する。また、一対の振動腕部１０，１１の先端に重り金属膜２１を形成する重り金属膜形成工程（Ｓ１６０）を実行する。
なお本実施形態では、励振電極１３，１４と、引き出し電極１９，２０と、マウント電極１６，１７の電極部と、重り金属膜２１とを、それぞれ別工程で形成するとしたが、これに限定されず、同一工程で一括して形成してもよい。

次に、ウエハ４０に形成された全ての振動腕部１０，１１に対して、周波数を粗く調整する粗調工程（Ｓ１７０）を実行する。このとき、例えばウエハ４０に形成された全ての振動腕部１０，１１の周波数をまとめて測定し、測定された周波数と予め定められた目標周波数との差に応じて、トリミング量を算出する。そして、重り金属膜２１の粗調膜２１ａにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、トリミング量に応じて粗調膜２１ａを除去（トリミング）する。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調は、例えば圧電振動片４の実装後に行なう。

次に、ウエハ４０と圧電板１５とを連結している連結部を切断して、複数の圧電板１５をウエハ４０から切り離して個片化する切断工程（Ｓ１８０）を実行する。
以上より、１枚のウエハ４０から、音叉型の圧電振動片４が一度に複数製造される。

以上説明したように、本実施形態に係る圧電振動片４によれば、振動腕部１０，１１のうち、Ｚ方向に沿った少なくとも一部（以下、狭幅部分という）が、振動腕部１０，１１の主面４ａよりもＸ方向に狭幅になっているので、例えば振動腕部１０，１１がＺ方向に沿った全長にわたってＸ方向に同幅である場合などに比べて、狭幅部分において側面４ｂを主面４ａに接近させることができる。これにより、これらの主面４ａおよび側面４ｂにＹ方向に位置が重複するように形成された両励振電極１３，１４間の間隔を狭めることが可能になり、ＣＩ値を低下させることができる。

また、振動腕部１０，１１が、Ｚ方向に沿って外側から内側に向かうに従い漸次、Ｘ方向に縮幅しているので、例えば振動腕部１０，１１がＸ方向およびＺ方向の両方向に沿う断面視において矩形状とされ、かつ振動腕部１０，１１のＺ方向に沿った少なくとも一部を局所的に狭幅にすることで狭幅部分を形成する場合などに比べて、振動腕部１０，１１の強度を良好に確保することも可能になり、圧電振動片４に一層良好な振動特性を発揮させ易くすることができる。

さらに、溝部５の側壁面５ｂが、振動腕部１０，１１の側面４ｂに沿って延在しているので、両励振電極１３，１４間の間隔を確実に狭めることが可能になり、ＣＩ値を一層低下させることができる。
またこのように、溝部５の側壁面５ｂを、振動腕部１０，１１の側面４ｂに沿って延在させることにより、ＣＩ値を低下させることができるので、溝部５の開口部５ｃをＸ方向に拡幅するのを抑えつつ、ＣＩ値を低下させることが可能になり、良好な振動特性を発揮させ易くすることができる。すなわち、溝部５の開口部５ｃをＸ方向に拡幅させた場合、振動腕部１０，１１の主面４ａにおける前記間領域８のＸ方向に沿った大きさも小さくなる。その結果、例えば両励振電極１３，１４を、間領域８上に一定の間隔をあけて形成することが困難になり、両励振電極１３，１４が接近しすぎてショートしたり、圧電振動片４の等価回路における並列容量Ｃ０が不安定になったり等により、圧電振動片４の振動特性に影響が生じるおそれがある。

また、本実施形態に係る圧電振動片４の製造方法によれば、ドライエッチング工程を、エッチングガスの供給量を異ならせて複数回実施するので、ドライエッチング工程ごとに、ウエハ４０のＸ方向へのエッチング量を精度良く異ならせ、振動腕部１０，１１のＸ方向の幅を調整し易くすることが可能になり、振動腕部１０，１１を高精度に形成することができる。

（圧電振動子）
次に、上述した製造方法により製造された圧電振動片４を備えたパッケージ９として、圧電振動子１について説明する。
図８は、圧電振動子１の外観斜視図である。
図９は、圧電振動子１の内部構成図であって、リッド基板３を取り外した状態の平面図である。
図１０は、図９のＣ−Ｃ線における断面図である。
図１１は、図８に示す圧電振動子１の分解斜視図である。
なお図１１においては、図面を見易くするために後述する励振電極１３，１４、引き出し電極１９，２０、マウント電極１６，１７および重り金属膜２１の図示を省略している。

図８に示すように、本実施形態の圧電振動子１は、ベース基板２およびリッド基板３が接合膜３５を介して陽極接合されたパッケージ９と、パッケージ９のキャビティ３ａに収納された圧電振動片４と、を備えた表面実装型である。

図１０に示すように、ベース基板２およびリッド基板３は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる陽極接合可能な基板であり、略板状に形成されている。リッド基板３におけるベース基板２との接合面側には、圧電振動片４を収容するキャビティ３ａが形成されている。

リッド基板３におけるベース基板２との接合面側の全体に、陽極接合用の接合膜３５（接合材）が形成されている。接合膜３５は、キャビティ３ａの内面全体に加えて、キャビティ３ａの周囲の額縁領域に形成されている。本実施形態の接合膜３５は、シリコンにより形成されているが、クロムやアルミニウム等で接合膜３５を形成することも可能である。この接合膜３５とベース基板２とが陽極接合され、キャビティ３ａが真空封止されている。

圧電振動子１は、ベース基板２を厚さ方向に貫通し、キャビティ３ａの内側と圧電振動子１の外側とを導通する貫通電極３２，３３を備えている。そして、貫通電極３２，３３は、ベース基板２を貫通する貫通孔３０，３１内に配置され、圧電振動片４と外部とを電気的に接続する金属ピン７と、貫通孔３０，３１と金属ピン７との間に充填される筒体６と、により形成されている。

貫通孔３０は、ベース基板２の上面Ｕ側から下面Ｌ側にかけて、内径が次第に大きくなるように形成されており、貫通孔３０の中心軸Ｐを含む断面形状がテーパ状となるように形成されている。
金属ピン７は、銀やニッケル合金、アルミニウム等の金属材料により形成された導電性の棒状部材であり、鍛造やプレス加工により成型される。金属ピン７は、線膨張係数がベース基板２のガラス材料と近い金属、例えば、鉄を５８重量パーセント、ニッケルを４２重量パーセント含有する合金（４２アロイ）で形成することが望ましい。
筒体６は、ペースト状のガラスフリットが焼成されたものである。筒体６の中心には、金属ピン７が筒体６を貫通するように配されており、筒体６は、金属ピン７および貫通孔３０に対して強固に固着している。

図１１に示すように、ベース基板２の上面Ｕ側には、一対の引き回し電極３６，３７がパターニングされている。また、これら一対の引き回し電極３６，３７上にそれぞれ金等からなるバンプＢが形成されており、バンプＢを利用して圧電振動片４の一対のマウント電極が実装されている。これにより、圧電振動片４の一方のマウント電極１７が、一方の引き回し電極３６を介して一方の貫通電極３２に導通し、他方のマウント電極１６が、他方の引き回し電極３７を介して他方の貫通電極３３に導通するようになっている。

ベース基板２の下面Ｌには、一対の外部電極３８，３９が形成されている。一対の外部電極３８，３９は、ベース基板２の長手方向の両端部に形成され、一対の貫通電極３２，３３に対してそれぞれ電気的に接続されている。

このように構成された圧電振動子１を作動させる場合には、ベース基板２に形成された外部電極３８，３９に対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、圧電振動片４の第１の励振電極１３および第２の励振電極１４に電圧を印加できるので、一対の振動腕部１０，１１を接近および離間させるように、Ｘ方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部１０，１１の振動を利用して、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として利用できる。

本実施形態によれば、ＣＩ値の上昇や振動漏れを抑制できる圧電振動片４を備えているので、高性能な圧電振動子１を提供できる。

なお本実施形態では、ベース基板２およびリッド基板３がガラス材料からなる、表面実装型のガラスパッケージを用いる構成を例示したが、ベース基板２をセラミックからなるものとし、リッド基板３を金属またはガラス材料等からなるものとしたセラミックパッケージとすることも可能である。
さらに本実施形態では、引き回し電極３６，３７上にＡｕ等からなるバンプＢが形成され、このバンプＢを利用して圧電振動片４が実装された構成を例示したが、Ａｕ等からなるバンプＢに代えて、導電性接着剤により、引き回し電極３６，３７に圧電振動片４を実装する構成としても良い。
また本実施形態では、表面実装型の圧電振動子１に本発明の圧電振動片４を採用しているが、これに限らず、例えばシリンダーパッケージタイプの圧電振動子に本発明の圧電振動片４を採用しても構わない。

（発振器）
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図１２を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１１０は、図１２に示すように、圧電振動子１を、集積回路１１１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器１１０は、コンデンサ等の電子素子部品１１２が実装された基板１１３を備えている。基板１１３には、発振器用の集積回路１１１が実装されており、この集積回路１１１の近傍に、圧電振動子１が実装されている。これら電子素子部品１１２、集積回路１１１および圧電振動子１は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。

このように構成された発振器１１０において、圧電振動子１に電圧を印加すると、圧電振動子１内の圧電振動片が振動する。この振動は、圧電振動片が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１１１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１１１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子１が発振子として機能する。
また、集積回路１１１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加できる。

本実施形態によれば、高性能な発振器１１０を提供できる。

（電子機器）
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図１３を参照して説明する。なお電子機器として、前述した圧電振動子１を有する携帯情報機器１２０を例にして説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器１２０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカおよびマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化および軽量化されている。

次に、本実施形態の携帯情報機器１２０の構成について説明する。この携帯情報機器１２０は、図１３に示すように、圧電振動子１と、電力を供給するための電源部１２１とを備えている。電源部１２１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１２１には、各種制御を行う制御部１２２と、時刻等のカウントを行う計時部１２３と、外部との通信を行う通信部１２４と、各種情報を表示する表示部１２５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１２６とが並列に接続されている。そして、電源部１２１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。

制御部１２２は、各機能部を制御して音声データの送信や受信、現在時刻の計測、表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１２２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、該ＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。

計時部１２３は、発振回路やレジスタ回路、カウンタ回路、インターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子１とを備えている。圧電振動子１に電圧を印加すると圧電振動片が振動し、該振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部１２２と信号の送受信が行われ、表示部１２５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。

通信部１２４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１２７、音声処理部１２８、切替部１２９、増幅部１３０、音声入出力部１３１、電話番号入力部１３２、着信音発生部１３３および呼制御メモリ部１３４を備えている。
無線部１２７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１３５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１２８は、無線部１２７又は増幅部１３０から入力された音声信号を符号化および複号化する。増幅部１３０は、音声処理部１２８又は音声入出力部１３１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１３１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。

また、着信音発生部１３３は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部１２９は、着信時に限って、音声処理部１２８に接続されている増幅部１３０を着信音発生部１３３に切り替えることによって、着信音発生部１３３において生成された着信音が増幅部１３０を介して音声入出力部１３１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１３４は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部１３２は、例えば、０から９の番号キーおよびその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。

電圧検出部１２６は、電源部１２１によって制御部１２２等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部１２２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１２４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部１２６から電圧降下の通知を受けた制御部１２２は、無線部１２７、音声処理部１２８、切替部１２９および着信音発生部１３３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１２７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１２５に、通信部１２４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。

すなわち、電圧検出部１２６と制御部１２２とによって、通信部１２４の動作を禁止し、その旨を表示部１２５に表示できる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１２５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
なお、通信部１２４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断できる電源遮断部１３６を備えることで、通信部１２４の機能をより確実に停止できる。

本実施形態によれば、高性能な携帯情報機器１２０を提供できる。

（電波時計）
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図１４を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１４０は、図１４に示すように、フィルタ部１４１に電気的に接続された圧電振動子１を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）とに、標準の電波を送信する送信所（送信局）があり、それぞれ標準電波を送信している。４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、前述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。

以下、電波時計１４０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１４２は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ１４３によって増幅され、複数の圧電振動子１を有するフィルタ部１４１によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子１は、前記搬送周波数と同一の４０ｋＨｚおよび６０ｋＨｚの共振周波数を有する水晶振動子部１４８、１４９をそれぞれ備えている。

更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１４４により検波復調される。
続いて、波形整形回路１４５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１４６でカウントされる。ＣＰＵ１４６では、現在の年や積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１４７に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚであるから、水晶振動子部１４８、１４９は、前述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。

なお、前述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計１４０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子１を必要とする。

本実施形態によれば、高性能な電波時計１４０を提供できる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

図１５から図１７は、圧電振動片４１、４２、４３の変形例を示す断面図である。
例えば、溝部５の形状は前記実施形態に示すものに限られず、図１５に示す圧電振動片４１のように、溝部５の側壁面５ｂが、振動腕部４の側面４ｂに沿って延在していなくてもよい。さらに溝部５はなくてもよい。

さらに、振動腕部１０，１１の形状は、前記実施形態に示すものに限られず、振動腕部１０，１１のうち、Ｚ方向に沿った少なくとも一部が、主面４ａよりもＸ方向に狭幅になっている図１６および図１７に示すような形状であってもよい。
図１６に示す圧電振動片４２では、振動腕部１０，１１は、Ｚ方向に沿って外側から内側に向けて同幅に形成された後、漸次縮幅している。
図１７に示す圧電振動片４３では、振動腕部１０，１１は、Ｚ方向に沿って外側から内側に向かうに従い漸次、拡幅した後、縮幅している。
これらのいずれの圧電振動片４２，４３においても、振動腕部１０，１１のうち、Ｚ方向に沿った中央部が、振動腕部１０，１１の主面４ａよりもＸ方向に狭幅になっている。

また外形形状形成工程が、前記ドライエッチング工程の前に、ウエットエッチングによりウエハをエッチングするウエットエッチング工程を有していてもよい。ウエットエッチング工程は、例えばウエハをエッチング液に浸漬することで実施することができる。
この場合、外形形状形成工程が、前記ウエットエッチング工程を有しているので、エッチングに要する時間を短縮することが可能になり、生産性を向上させることができる。
またウエットエッチング工程を、ドライエッチング工程の前に実施するので、振動腕部を確実に高精度に形成することができる。すなわち、ウエットエッチング工程を、ドライエッチング工程の後に実施する場合、振動腕部のうち、ドライエッチング工程により形成された部分も、ウエットエッチング工程によりエッチングされてしまい、振動腕部を高精度に形成することが困難になるおそれがある。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 圧電振動子
４，４１，４２，４３ 圧電振動片
４ａ 主面
４ｂ 側面
５ 溝部
５ｂ 側壁面
１０，１１ 振動腕部
１２ 基部
１３，１４ 励振電極
４０ ウエハ
１１０ 発振器
１２０ 携帯情報機器（電子機器）
１４０ 電波時計
Ｍ 保護膜

Claims (9)

1. 並んで配置された一対の振動腕部と、
   前記一対の振動腕部が接続された基部と、
   互いに電気的に独立して前記振動腕部に形成され、前記振動腕部を振動させる一対の励振電極と、を備え、
   前記一対の励振電極のうち、一方の励振電極は、前記振動腕部の主面に形成され、他方の励振電極は、前記振動腕部の側面に、前記一方の励振電極と、前記振動腕部の長手幅方向の位置が重複するように形成された圧電振動片において、
   前記振動腕部のうち、前記振動腕部の厚み方向に沿った少なくとも一部は、前記主面よりも前記振動腕部の短手幅方向に狭幅になっていることを特徴とする圧電振動片。
2. 請求項１記載の圧電振動片であって、
   前記振動腕部は、前記厚み方向に沿って外側から内側に向かうに従い漸次、前記短手幅方向に縮幅していることを特徴とする圧電振動片。
3. 請求項１または２に記載の圧電振動片であって、
   前記一方の励振電極は、前記振動腕部の主面に設けられた溝部の側壁面に、前記他方の励振電極との間に前記振動腕部を挟むように形成され、
   前記溝部の側壁面は、前記振動腕部の側面に沿って延在していることを特徴とする圧電振動片。
4. 請求項１記載の圧電振動片を、ウエハから形成する圧電振動片の製造方法であって、
   前記ウエハに前記振動腕部を形成する腕部形成工程を有し、
   前記腕部形成工程は、前記ウエハに保護膜を形成した後、ドライエッチングにより前記ウエハをエッチングするドライエッチング工程を有し、
   前記ドライエッチング工程は、前記ウエハをエッチングするエッチングガスの供給量を異ならせて複数回実施することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
5. 請求項４記載の圧電振動片の製造方法であって、
   前記腕部形成工程は、前記ドライエッチング工程の前に、ウエットエッチングにより前記ウエハをエッチングするウエットエッチング工程を有していることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
6. 請求項１に記載の圧電振動片を備えたことを特徴とする圧電振動子。
7. 請求項６に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
8. 請求項６に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
9. 請求項６に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。

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