JP5823802B2 - 圧電振動片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動片の製造方法、圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計に関するものである。

携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等に用いられるデバイスとして、水晶等の圧電材料からなる圧電振動片を具備する圧電振動子が知られている。
上記圧電振動片としては、様々なもの知られているが、その１つとして、図２７に示すように、平行に配設された一対の振動腕部１１０と、これら振動腕部１１０の基端部を片持ち支持する基部１２０と、を有する音叉型の圧電振動片１００が知られている。この圧電振動片１００の場合には、一対の振動腕部１１０の表面に形成された図示しない励振電極に電圧を印加することで、一対の振動腕部１１０を互いに接近又は離間する方向（図中の矢印方向）に所定の共振周波数で振動させることが可能とされている。

ところで、上記圧電振動片１００は、一般的に水晶等のウエハ基板をエッチング加工することで、外形形成がなされている。この点、簡単に説明すると、ウエハ基板の表面にエッチング保護膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を利用して、図２８に示すようにウエハ基板２００上におけるエッチング保護膜２１０を圧電振動片１００の外形にパターニングする。その後、パターニングしたエッチング保護膜２１０をマスクとして、図２９に示すようにウエハ基板２００をウェットエッチングによりエッチング加工することで、一対の振動腕部１１０が基部１２０に片持ち支持された、図２７に示す圧電振動片１００を得ることができる。

しかしながら、ウェットエッチングでエッチング加工を行う場合、ウエハ基板２００には水晶等の結晶軸方向によってエッチング速度が異なる所謂エッチング異方性が現れる。具体的には、水晶の各結晶軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）において、エッチング速度は、Ｚ軸、＋Ｘ軸、−Ｘ軸、Ｙ軸の順に遅くなる。従って、外形形成時、このエッチング異方性の影響を受けることでエッチング残りが発生し易く、圧電振動片１００の外形がいびつな形状になり易かった。特に、図２７及び図３０に示すように、一対の振動腕部１１０の基端部（付け根部分）における股部１１５にエッチング残り１１６が発生し易かった。

この点について説明する。
通常、音叉型の圧電振動片１００を形成する場合、エッチング加工によって所望の外形形状を得ることができるように、図２７に示すように、水晶結晶軸のＺ軸が圧電振動片１００の厚み方向（Ｌ１方向）にほぼ一致し、Ｙ軸が圧電振動片１００の長さ方向（Ｌ２方向）に一致し、Ｘ軸が圧電振動片１００の幅方向（Ｌ３方向）に一致するように、ウエハ基板２００を水晶原石からカットしている。しかしながら、どうしても上記したエッチング速度の違いがあるので、図３１に示すように、一対の振動腕部１１０間の股部１１５にエッチング残り１１６が発生し易かった。
特に、エッチング加工が進行して上記股部１１５の部分に近づくにつれて、エッチング保護膜２１０によってエッチング液の流れが阻害され、エッチング反応が鈍くなってしまう。そのため、エッチング速度が最も遅いＹ軸方向へのエッチング加工の進行がさらに助長されて遅くなり、上記エッチング残り１１６が発生し易かった。

上記股部１１５にエッチング残り１１６が発生してしまうと、一対の振動腕部１１０の振動バランスの不均衡を招いてしまい、振動特性の変化や振動漏れによるＣＩ値の増加等を招いてしまうものであった。
そこで、エッチング速度の違いを予め考慮して、股部に対応したエッチング保護膜の形状を工夫することで、一対の振動腕部の振動バランスを調整する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００５−１６７９９２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術を採用したとしても、エッチング残り自体は依然として多く残ってしまう。そのため、例えば振動時に、エッチング残りの部分と振動腕部との連結部分に応力が集中し易く、その応力集中部の強度低下を招いてしまう。これにより、外部衝撃等により、その部分が破損の起点となり易く、振動腕部にクラック等が発生させ易かった。
また、エッチング残りが、一対の振動腕部の長さを変化させてしまうような働きをしてしまい、共振周波数がシフトする等の振動特性の変化を依然として招き易かった。

なお、ウェットエッチングを長時間行うことで、エッチング残りを減少させることが可能であると考えられるが、エッチング加工に費やす時間が増大し、生産性の低下を招いてしまう。更には、薬液であるエッチング液に浸漬する時間も増大するので、エッチング保護膜が腐食して良好なエッチング加工を行えず、振動特性を悪化させる等の不都合を招いてしまうものであった。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、一対の振動腕部間に位置する股部へのエッチング残りを小さくすることができ、安定した振動特性を有すると共に、外部衝撃による振動腕部の破損が生じ難い高品質な圧電振動片、及び該圧電振動片の製造方法を提供することである。
また、この圧電振動片を具備する圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器、電波時計を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
（１）本発明に係る圧電振動片の製造方法は、中心軸を挟んで互いに平行に配設された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の長さ方向における基端部を一体的に片持ち支持する基部と、を備えた圧電振動片の製造方法であって、圧電ウエハをエッチング加工して、該圧電ウエハから前記圧電振動片の外形形状を形成する外形形成工程を備え、前記外形形成工程は、圧電ウエハの両主面上にエッチング保護膜を形成し、フォトリソグラフィ技術により該エッチング保護膜から前記圧電振動片の外形形状に対応したマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、前記マスクパターンをマスクとして、前記圧電ウエハを両主面側からウェットエッチングによるエッチング加工を行うエッチング工程と、を備え、前記マスクパターン形成工程の際、前記マスクパターンのうち、前記一対の振動腕部の基端部間に位置する股部を形成するための股部対応部分に、前記一対の振動腕部の長さ方向に沿って前記基部側に向けて延びるスリット状の切欠き部を形成することを特徴とする。

本発明に係る圧電振動片の製造方法によれば、圧電ウエハのうち、マスクパターンでマスクされていない領域にエッチング液が接触するので、化学反応によりエッチング加工が進行する。これにより、圧電ウエハをマスクパターンの形状に倣ってエッチング加工することができ、圧電振動片の外形形状を形成することができる。
ところで、流動しているエッチング液が次々と圧電ウエハに触れることで、上記エッチング加工がスムーズに行われ、圧電振動片の外形形成が徐々に進行するが、一対の振動腕部は狭い隙間を開けて平行配置されているので、これら一対の振動腕部間にはエッチング液が流動し難い。特に、エッチング加工の進行が股部に近づくにつれて、マスクパターンのうち、振動腕部に対応した腕部対応部分と、股部に対応した股部対応部分と、によって三方が囲まれた領域をエッチング加工することになるので、エッチング液が流動し難くなると考えられる。

しかしながら、マスクパターンにおける上記股部対応部分には切欠き部が形成されているので、該切欠き部に沿って一対の振動腕部の長手方向にエッチング液を流動させ易い。従って、長手方向に沿い、且つ股部対応部分に接近する方向へのエッチング加工の進行を速めることができる。そのため、圧電ウエハの結晶軸方向によるエッチング速度の違いでエッチング加工が進んでしまうことを防止でき、積極的に股部対応部分に向けてエッチング加工を進行させることができる。

その結果、エッチング加工時間が従来と同じであったとしても、従来に比べて、一対の振動腕部の基端部間に位置する股部へのエッチング残りを小さくすることができる。そのため、エッチング残りに起因する応力集中の発生を抑制することができ、外部衝撃等による振動腕部の破損が生じ難い高品質な圧電振動片を得ることができる。また、エッチング残りによって、振動腕部の長さが変化したかのような不都合も生じ難いので、安定した振動特性を発揮させることができる。

（２）上記本発明に係る圧電振動片の製造方法において、前記切欠き部は、切欠き長さの全体に亘って一定の切欠き幅とされていることが好ましい。

この場合には、切欠き部に沿って一対の振動腕部の長手方向にエッチング液をより安定且つスムーズに流動させ易い。従って、より積極的に股部対応部分に向けてエッチング加工を進行させることができ、股部へのエッチング残りをさらに小さくすることができる。

（３）上記本発明に係る圧電振動片の製造方法において、前記切欠き部は、前記中心軸に沿って形成されていることが好ましい。

この場合には、一対の振動腕部の間に位置する中心軸（即ち、圧電振動片の幅方向における中心軸）に沿って切欠き部が形成されているので、股部へのエッチング残りを小さくすることができることに加え、いずれか一方の振動腕部側に片寄ってしまうことを防止し易い。

（４）本発明に係る圧電振動片は、上記本発明に係る圧電振動片の製造方法により製造されたことを特徴とする。

本発明に係る圧電振動片によれば、従来に比べて、一対の振動腕部間に位置する股部へのエッチング残りを小さいので、安定した振動特性を有すると共に、外部衝撃等による振動腕部の破損が生じ難い高品質な圧電振動片とすることができる。

（５）本発明に係る圧電振動子は、上記本発明に係る圧電振動片と、互いに接合されたベース基板とリッド基板とを有し、両基板の間に形成されたキャビティ内に前記圧電振動片を収容するパッケージと、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る圧電振動子によれば、安定した振動特性を有すると共に外部衝撃による振動腕部の破損が生じ難い高品質な圧電振動片を備えているので、作動の信頼性及び耐久性が向上した高品質な圧電振動子とすることができる。

（６）本発明に係る発振器は、上記本発明に係る圧電振動子が、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。
（７）本発明に係る電子機器は、上記本発明に係る圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする。
（８本発明に係る電波時計は、上記本発明に係る圧電振動子が、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。

本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計によれば、上記圧電振動子を備えているので、同様に作動の信頼性及び耐久性が向上することができる。

本発明によれば、一対の振動腕部間に位置する股部へのエッチング残りを小さくすることができ、安定した振動特性を有すると共に、外部衝撃による振動腕部の破損が生じ難い高品質な圧電振動片を得ることができる。

本発明に係る圧電振動片の実施形態を示す平面図である。 図１に示す圧電振動片における股部の拡大図である。 図１に示す圧電振動片を製造する際の流れを示すフローチャートである。 図１に示す圧電振動片を製造する際の流れを示すフローチャートである。 圧電振動片を製造する際の一工程を示す図であって、水晶ウエハの両主面上にエッチング保護膜を形成した状態を示す図である。 図５に示すエッチング保護膜をパターニングして、マスクパターンを形成した状態を示す図である。 図６に示す断面矢視Ａ−Ａ図である。 図６に示すマスクパターンをマスクとして水晶ウエハをエッチング加工した状態を示す図である。 マスクパターンにおける股部対応部分の拡大図であって、エッチングの進行具合を示した図である。 マスクパターンにおける股部対応部分の拡大図であって、切欠き部の変形例を示した図である。 マスクパターンにおける股部対応部分の拡大図であって、切欠き部の別の変形例を示した図である。 本発明に係る圧電振動片の変形例であって、ノッチタイプの圧電振動片の平面図である。 本発明に係る圧電振動片の変形例であって、ハンマーヘッドタイプの圧電振動片の平面図である。 本発明に係る圧電振動片の変形例であって、溝部付きタイプの圧電振動片の平面図である。 本発明に係る圧電振動片の変形例であって、サイドアームタイプの圧電振動片の平面図である。 本発明に係る圧電振動子の一実施形態を示す外観斜視図である。 図１６に示す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で圧電振動片を上方から見た図である。 図１７に示すＢ−Ｂ線に沿った圧電振動子の断面図である。 図１６に示す圧電振動子の分解斜視図である。 本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る圧電振動片の実施例に対応した試験結果を示す図である。 本発明に係る圧電振動片の実施例に対応した試験結果を示す図である。 本発明に係る圧電振動片の実施例に対応した試験結果を示す図である。 本発明に係る圧電振動片の実施例に対応した試験結果を示す図である。 従来の圧電振動片の一例を示す平面図である。 図２７に示す圧電振動片を製造する際の一工程を示す図であって、水晶ウエハの両主面上にエッチング保護膜を形成した後、該エッチング保護膜をパターニングした状態を示す図である。 図２８に示すエッチング保護膜をマスクとして水晶ウエハをエッチング加工した状態を示す図である。 図２７に示す圧電振動片の股部付近の拡大斜視図である。 図２８に示すエッチング保護膜における股部対応部分の拡大図であって、エッチングの進行具合を示した図である。

（圧電振動片）
以下、本発明に係る圧電振動片の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の圧電振動片１は、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。
この圧電振動片１は、互いに平行に配設され、先端部１０ａ、１１ａが自由端とされた一対の振動腕部１０、１１と、該一対の振動腕部１０、１１の基端部１０ｂ、１１ｂ側（付け根側）を一体的に片持ち支持する基部１２と、を備えている。

一対の振動腕部１０、１１は、中心軸Ｏを挟んで線対称に配置され、幅方向に一定幅を有し、且つ中心軸Ｏに沿って延在している。基部１２は、上記したように一対の振動腕部１０、１１の基端部１０ｂ、１１ｂ側を片持ち支持する部材であると共に、圧電振動片１を実装する際のマウント部材として機能する。
一対の振動腕部１０、１１の基端部１０ｂ、１１ｂ間に位置する部分は股部１５とされている。図示の例では、一対の振動腕部１０、１１の基端部１０ｂ、１１ｂと基部１２との連結部分は曲率Ｒで湾曲しているので、股部１５は厚み方向の平面視でＵ字状に形成されている。

また、一対の振動腕部１０、１１には、その外表面に上に、これら一対の振動腕部１０、１１を振動させる図示しない励振電極が形成されている。また、基部１２の外表面上には、図示しないマウント電極が励振電極に導通した状態で形成されている。そして、マウント電極を介して励振電極に所定の電圧が印加されると、双方の相互作用により一対の振動腕部１０、１１が互いに接近又は離間する方向（図１に示す矢印方向）に所定の共振周波数で振動する。

ところで、本実施形態の圧電振動片１は、後述する圧電ウエハをウェットエッチングによるエッチング加工することで外形形成がなされて製造されるものであるが、図１及び図２に示すように、その際のエッチング残り１６が上記した股部１５に若干現れる。しかしながら、これらエッチング残り１６は、点線で示した従来のエッチング残り１６Ａの部分に比べて遥かに少ないうえ、一対の振動腕部１０、１１の基端部１０ｂ、１１ｂ間を繋ぐように股部１５の全体に亘って形成されるのではなく、中心軸Ｏ近傍で分断された状態とされている。

（圧電振動片の製造方法）
次に、上述した圧電振動片１の製造方法について、図３及び図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、本実施形態では、圧電ウエハとして水晶ウエハを採用した場合を例に挙げて説明する。

本実施形態の圧電振動片１の製造方法は、水晶ウエハ２０（図５参照）を準備（Ｓ１０）した後、この水晶ウエハ２０をウェットエッチングによるエッチング加工して、水晶ウエハ２０から複数の圧電振動片１の外形形状を形成する外形形成工程（Ｓ２０）と、外形形成した各圧電振動片１に各電極を形成する電極形成工程（Ｓ３０）と、各圧電振動片１の共振周波数を調整する周波数調整工程（Ｓ４０）と、水晶ウエハ２０から各圧電振動片１を切り離す小片化工程（Ｓ５０）と、を備えている。
これら各工程について、以下に詳細に説明する。

はじめに、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水晶ウエハ２０とする。この際、水晶結晶軸のＺ軸が図１に示す圧電振動片１の厚み方向（Ｌ１方向）にほぼ一致し、Ｙ軸が圧電振動片１の長さ方向（Ｌ２方向）に一致し、Ｘ軸が圧電振動片１の幅方向（Ｌ３方向）に一致するように上記スライスを行って、水晶ウエハ２０を形成する。
そして、この水晶ウエハ２０をラッピング及びポリッシングして、所定の厚みに高精度に仕上げられた水晶ウエハ２０を準備する（Ｓ１０）。

次いで、上記外形形成工程（Ｓ２０）を行う。
この外形形成工程（Ｓ２０）は、水晶ウエハ２０の両主面上にエッチング保護膜２１（図５参照）を形成し、フォトリソグラフィ技術によりエッチング保護膜２１から圧電振動片１の外形形状に対応したマスクパターン２２（図６参照）を形成するマスクパターン形成工程（Ｓ２１）と、マスクパターン２２をマスクとして、水晶ウエハ２０の両主面側からウェットエッチングによるエッチング加工を行うエッチング工程（Ｓ２２）と、を備えている。

上記マスクパターン形成工程（Ｓ２１）では、図５に示すように、まず水晶ウエハ２０の両主面上にエッチング保護膜２１を形成する（Ｓ２１ａ）。このエッチング保護膜２１としては、例えばクロムからなる下地膜と、金からなる仕上げ膜とが積層した金属膜が挙げられ、スパッタリング法や蒸着法等による成膜によって形成される。

そして、上記エッチング保護膜２１をパターニングして、圧電振動片１の外形形状に対応したマスクパターン２２を形成する（Ｓ２１ｂ）。
詳細には、エッチング保護膜２１上に図示しないフォトレジスト膜を形成した後、通常のフォトレジスト技術によって、例えば圧電振動片１の外形形状となるようにパターニングする。そして、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチング加工を行い、マスクされていないエッチング保護膜２１を選択的に除去する。そして、エッチング加工後に、マスクとして用いたフォトレジスト膜を除去する。

これにより、図６及び図７に示すように、上述した圧電振動片１の外形形状にパターニングされたマスクパターン２２を形成することができる。
ところで、本実施形態では、このマスクパターン２２を形成するにあたって、図６に示すように、圧電振動片１の股部１５を形成するための股部対応部分２２ａに切欠き部２３を形成する。この切欠き部２３は、一対の振動腕部１０、１１の長さ方向（Ｌ２方向）に沿って基部１２側に向けて延びるスリット状の切欠きであり、中心軸Ｏに沿って配置されているうえ、切欠き長さの全体に亘って一定の切欠き幅とされている。
なお、図示の例では、切欠き部２３の切欠き幅Ｔ１は、股幅Ｔ２の略１／３程度とされている。
そして、この時点でマスクパターン形成工程（Ｓ２１）が終了する。

次いで、上記エッチング工程（Ｓ２２）を行う。
詳細には、エッチング保護膜２１がパターニングされた水晶ウエハ２０を、図示しないエッチング液（例えばフッ素系）に所定時間、浸漬する。すると、水晶ウエハ２０のうち、マスクパターン２２でマスクされていない領域にエッチング液が触れるので、化学反応によりエッチング加工が進行する。これにより、図８に示すように、水晶ウエハ２０をマスクパターン２２の形状に倣ってエッチング加工することができ、圧電振動片１の外形形状を形成することができる。

特に、流動しているエッチング液が次々と水晶ウエハ２０に触れることで、上記エッチング加工がスムーズに行われ、圧電振動片１の外形形成が徐々に進行するが、上記したように、水晶結晶軸のＺ軸が圧電振動片１の厚み方向（Ｌ１方向）にほぼ一致し、Ｙ軸が圧電振動片１の長さ方向（Ｌ２方向）に一致し、Ｘ軸が圧電振動片１の幅方向（Ｌ３方向）に一致するように水晶ウエハ２０が形成されているので、精度良く圧電振動片１を外形形成し易い。
この時点で、外形形成工程（Ｓ２０）が終了する。
なお、複数の圧電振動片１は後に行う小片化工程（Ｓ５０）まで、図示しない連結部を介して水晶ウエハ２０に連結された状態とされている。

次いで、外形形成された各圧電振動片１に対して、図示しない金属膜を成膜した後、通常のフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることで、励振電極等の電極を形成する上記電極形成工程（Ｓ３０）を行う。
なお、この工程の際、電極形成と同時に一対の振動腕部１０、１１の先端部１０ａ、１１ａに周波数調整用の図示しない重り金属膜を形成する。この重り金属膜は、粗調膜と微調膜とから構成される。

次いで、重り金属膜の粗調膜を利用して、共振周波数を粗く調整する上記周波数調整工程（Ｓ４０）を行う。具体的には、粗調膜にレーザ光を照射してその一部を蒸発させ、粗調膜の重量を変化させることで行う。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調に関しては、圧電振動子としてパッケージに組み込まれた段階で行う。

最後に、連結部を切断して、水晶ウエハ２０から各圧電振動片１を切り離して小片化する上記小片化工程（Ｓ５０）を行う。これにより、１枚の水晶ウエハ２０から、図１に示す音叉型の圧電振動片１を一度に複数製造することができる。

ところで、上述したエッチング工程（Ｓ２２）の際、一対の振動腕部１０、１１は狭い間隔（股幅）を開けて平行配置されているので、これら一対の振動腕部１０、１１間にはエッチング液が流動し難い。特に、エッチング加工の進行が股部１５に近づくにつれて、図６及び図９に示すように、マスクパターン２２のうち、振動腕部１０、１１に対応した腕部対応部分２２ｂと、股部１５に対応した股部対応部分２２ａと、によって三方が囲まれた領域をエッチング加工することになるので、エッチング液が流動し難くなると考えられる。

しかしながら、本実施形態のマスクパターン２２における股部対応部分２２ａには、上述した切欠き部２３が形成されているので、該切欠き部２３に沿って一対の振動腕部１０、１１の長さ方向（Ｌ２方向）にエッチング液を流動させ易い。
従って、図９に示すように、長さ方向（Ｌ２方向）に沿い、且つ股部対応部分２２ａに接近する方向へのエッチング加工の進行を切欠き部２３の分だけ速めることができる。そのため、水晶ウエハ２０の結晶軸方向によるエッチング速度の違いでエッチング加工が進んでしまうことを防止でき、積極的に股部対応部分２２ａに向けてエッチング加工を進行させることができる。従って、股部対応部分２２ａにエッチング残り１６が生じ難い。

その結果、エッチング加工時間が従来と同じであったとしても、図１に示すように、従来に比べて、一対の振動腕部１０、１１の基端部１０ｂ、１１ｂ間に位置する股部１５へのエッチング残り１６を小さくすることができる。
そのため、エッチング残り１６に起因する応力集中の発生を抑制することができ、外部衝撃等による振動腕部１０、１１の破損が生じ難い高品質な圧電振動片１を得ることができる。また、エッチング残り１６によって、振動腕部１０、１１の長さが変化したかのような不都合も生じ難いので、安定した振動特性を発揮させることができる。

以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、一対の振動腕部１０、１１の基端部１０ｂ、１１ｂ間に位置する股部１５へのエッチング残り１６を小さくすることができ、安定した振動特性を有すると共に、外部衝撃等による振動腕部１０、１１の破損が生じ難い高品質な圧電振動片１を得ることができる。

特に、上記実施形態では、切欠き部２３が切欠き長さの全体に亘って一定の切欠き幅とされているので、切欠き部２３に沿って長さ方向（Ｌ２方向）にエッチング液をより安定且つスムーズに流動させ易い。従って、より積極的に股部対応部分２２ａに向けてエッチング加工を進行させることができ、股部１５へのエッチング残り１６を小さくし易い。
加えて、中心軸Ｏに沿って切欠き部２３を形成しているので、エッチング残り１６がいずれか一方の振動腕部１０（又は１１）側に片寄ってしまうことを防止し易い。そのため、上記した作用効果をより顕著に奏効することができる。

なお、上記実施形態において、切欠き部２３の切欠き長さや切欠き幅は、上述した場合に限定されるものではなく、自由に設定して構わない。
これらは、股幅Ｔ２や、振動腕部１０、１１と基部１２との連結部分における曲率Ｒ等に基づいて設定することが好ましい。

例えば、図１０（ａ）に示すように、股幅Ｔ２が狭くなると、幅方向（Ｌ３方向）に一致した水晶結晶軸のＸ軸と、長さ方向（Ｌ２方向）に一致した推奨結晶軸のＹ軸と、のエッチング速度の違いに支配され易くなるので、切欠き部２３を形成したとしても、従来同様のエッチング残り１６が股部１５に発生し易い。そのため、この場合には、図１０（ｂ）に示すように切欠き部２３の切欠き長さを長くして、Ｙ軸へのエッチング液の流動をよりスムーズにさせることで、その方向へのエッチング加工の進行を促すことができるので、エッチング残り１６が生じ難くなる。

また、例えば、図１１（ａ）に示すように、振動腕部１０、１１と基部１２との連結部分の曲率Ｒが小さくなると、切欠き部２３を形成したとしても、エッチング残り１６が大きく残り易い。そのため、この場合には、図１１（ｂ）に示すように切欠き部２３の切欠き幅を大きくすると共に、切欠き長さを短くすることで、エッチング残り１６をできるだけ小さくすることができる。

また、圧電振動片１の形状は、上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、図１２に示すように、基部１２において、振動腕部１０、１１の基端部１０ｂ、１１ｂとの接続部の近傍に、幅方向（Ｌ３方向）の両側面からそれぞれ幅方向（Ｌ３方向）の中心に向かって切り欠かれた切欠き部３１（ノッチ）を形成した、いわゆるノッチタイプの圧電振動片３０としても構わない。
上記切欠き部３１は、それぞれ幅方向（Ｌ３方向）の外側に向けて開口するとともに、基部１２の厚さ方向に貫通している。したがって、基部１２において、振動腕部１０、１１の基端部１０ｂ、１１ｂとの接続部の近傍は、他の部分に比べて幅が狭い幅狭部とされた、くびれ形状をなしている。

切欠き部３１によって形成された上記幅狭部により、振動腕部１０、１１によって励起された振動が基部１２側に伝わってしまうルートを狭くできるので、該振動を振動腕部１０、１１側に閉じ込めて、基部１２側に漏れてしまうことを抑制しやすい。これにより、振動漏れを効果的に抑制でき、ＣＩ値が上昇するのを抑え、出力信号の品質が低下するのを抑えることができる圧電振動片３０とすることができる。

また、図１３に示すように、振動腕部１０、１１の先端部１０ａ、１１ａに、振動腕部１０、１１の他の部分よりも幅を拡大したハンマー部３６を形成した、いわゆるハンマーヘッドタイプの圧電振動片３５としても構わない。
この場合には、ハンマー部３６により、振動腕部１０、１１の先端部１０ａ、１１ａをより重くすることができ、振動時における慣性モーメントを増大できる。そのため、振動腕部１０、１１を振動し易くすることができ、その分、振動腕部１０、１１の長さを短くすることができ、さらなる小型化を図り易い圧電振動片３５とすることができる。

また、図１４に示すように、一対の振動腕部１０、１１の両主面に溝部４１を形成した溝部付きタイプの圧電振動片４０としても構わない。
上記溝部４１は、振動腕部１０、１１の長さ方向（Ｌ２方向）に沿って、該振動腕部１０、１１の略中間部付近に形成されている。これにより、振動腕部１０、１１は断面Ｈ形状に形成されている。
この場合には、溝部４１の両側で励振電極同士を対向させることができるので、振動腕部１０、１１が互いに接近又は離間する方向に電界をより効率良く作用させることができる。従って、振動腕部１０、１１の横幅を狭くしても電界効率を高めることができ、小型化に適した圧電振動片１とすることができる。

更には、図１５に示すように、基部１２の幅方向（Ｌ３方向）両側に、長さ方向（Ｌ２方向）に沿って延在する一対のサイドアーム４６を基部１２に一体的に形成した、いわゆるサイドアームタイプの圧電振動片４５としても構わない。
具体的に、各サイドアーム４６は、基部１２から幅方向（Ｌ３方向）の両側に向けてそれぞれ延在すると共に、その外側端部から長さ方向（Ｌ２方向）に沿う振動腕部１０、１１側に向けて延在している。つまり、各サイドアーム４６は、基部１２、及び振動腕部１０、１１の基端部１０ｂ、１１ｂの幅方向（Ｌ３方向）両側に位置している。
この場合、サイドアーム４６の先端部４６ａをマウント部として機能させることができ、このマウント部を介して例えばパッケージに実装することが可能となる。

このように構成した場合には、基部１２において、振動腕部１０、１１との接続部と、マウント部（サイドアーム４６の先端部４６ａ）との距離を長く確保することができる。その結果、圧電振動片４５の全長を増大させることなく、振動漏れを抑制してＣＩ値が上昇するのを抑え、出力信号の品質が低下するのを抑えることが可能となる。

なお、図１２〜図１５に示したように、圧電振動片の形状は音叉型であれば自由に設計して構わない。また、図１２に示すノッチタイプ、図１３に示すハンマーヘッドタイプ、図１４に示す溝部付きタイプ、図１５に示すサイドアームタイプのそれぞれを適宜組み合わせた圧電振動片としても構わない。

（圧電振動子）
次に、圧電振動片を具備する圧電振動子について説明する。
ここでは、圧電振動片として、上記したノッチタイプと、ハンマーヘッドタイプと、サイドアームタイプと、を組み合わせたタイプの圧電振動片を用いた場合を例に挙げて説明する。但し、この場合の圧電振動片に限定されるものではなく、その他の形態の圧電振動片を用いることも可能である。
なお、本実施形態においては、上記説明した部分と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略する。また、本実施形態では、股部１５におけるエッチング残り１６の図示を省略している。

図１６〜図１９に示すように、本実施形態の圧電振動子５０は、ベース基板５１とリッド基板５２とが例えば陽極接合や、図示しない接合膜等を介して接合されたパッケージ５３と、パッケージ５３の内部に形成されたキャビティＣ内に収納された圧電振動片６０と、を備えた表面実装型とされている。

ベース基板５１及びリッド基板５２は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明の絶縁基板であり、略板状に形成されている。リッド基板５２には、ベース基板５１が接合される接合面側に、圧電振動片６０が収まる矩形状の凹部５２ａが形成されている。この凹部５２ａは、ベース基板５１及びリッド基板５２が重ね合わされたときに、圧電振動片６０を収容するキャビティＣとなる。

ベース基板５１には、ベース基板５１を厚さ方向に貫通する一対の貫通孔６５、６６が形成されている。この貫通孔６５、６６は、キャビティＣ内に収まる位置に形成されている。より詳しく説明すると、本実施形態の貫通孔６５、６６は、マウントされた圧電振動片６０の基部１２側に対応した位置に一方の貫通孔６５が形成され、振動腕部１１の先端部１１ａ側に対応した位置に他方の貫通孔６６が形成されている。

そして、これら一対の貫通孔６５、６６には、これら貫通孔６５、６６を埋めるように形成された一対の貫通電極６７、６８が形成されている。これら貫通電極６７、６８は、例えば貫通孔６５、６６に対して一体的に固定された導電性の芯材であり、両端が平坦で、且つベース基板５１の厚みと略同じ厚さとなるように形成されている。これにより、キャビティＣ内の気密を維持しつつ、ベース基板５１の両面で電気導通性を確保している。

なお、貫通電極６７、６８としては、上記の場合に限定されるものではなく、例えば貫通孔６５、６６に図示しない金属ピンを挿入した後、貫通孔６５、６６と金属ピンとの間にガラスフリットを充填して焼成することで形成しても構わない。更には、貫通孔６５、６６内に埋設された導電性接着剤であっても構わない。

ベース基板５１の上面側（リッド基板５２が接合される接合面側）には、導電性材料により、一対の引き回し電極７０、７１がパターニングされている。一対の引き回し電極７０、７１のうち、一方の引き回し電極７０は、一端側で貫通電極６７を覆うと共に、他端側がベース基板５１の長さ方向（Ｌ２方向）の中心部に向けて延在している。また、他方の引き回し電極７１は、一端側で貫通電極６８を覆うと共に、他端側がベース基板５１の長さ方向（Ｌ２方向）の中心部に向けて延在している。従って、各引き回し電極７０、７１の他端側は、ベース基板５１における長さ方向（Ｌ２方向）の同じ位置、具体的には圧電振動片６０におけるサイドアーム４６の先端部４６ａに対応する位置に配置されている。

そして、これら一対の引き回し電極７０、７１の他端側にそれぞれ金等からなるバンプＢが形成されている。これらバンプＢに、基部１２のマウント電極が接触した状態で圧電振動片６０がマウントされている。これにより、圧電振動片６０は、ベース基板５１の上面から浮いた状態で支持されると共に、引き回し電極７０、７１にそれぞれ電気的に接続された状態となっている。
本実施形態では、サイドアーム４６の先端部４６ａにマウント電極が形成されており、このマウント電極が引き回し電極７０、７１にバンプＢを介して接続されている。

また、ベース基板５１の下面には、一対の貫通電極６７、６８に対してそれぞれ電気的に接続される外部電極７２、７３が形成されている。

このように構成された圧電振動子５０を作動させる場合には、ベース基板５１に形成された外部電極７２、７３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６０の励振電極に電流を流すことができ、一対の振動腕部１０、１１を、互いに接近・離間する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、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として圧電振動子５０を利用することができる。

本実施形態の圧電振動子５０によれば、安定した振動特性を有すると共に外部衝撃による振動腕部１０、１１の破損が生じ難い高品質な圧電振動片６０を備えているので、作動の信頼性及び耐久性が向上した高品質な圧電振動子５０とすることができる。

（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２０を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図２０に示すように、圧電振動子５０を、集積回路１０１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１００は、コンデンサ等の電子部品１０２が実装された基板１０３を備えている。基板１０３には、発振器用の上述した集積回路１０１が実装されており、この集積回路１０１の近傍に、圧電振動子５０が実装されている。これら電子部品１０２、集積回路１０１および圧電振動子５０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１００において、圧電振動子５０に電圧を印加すると、この圧電振動子５０内の圧電振動片６０が振動する。この振動は、圧電振動片６０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１０１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１０１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５０が発振子として機能する。
また、集積回路１０１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することができる。

上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、上述した圧電振動子５０を備えているので、同様に作動の信頼性及び耐久性が向上した発振器１００とすることができる。

（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２１を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子５０を有する携帯情報機器（電子機器）１１０を例にして説明する。
ここで、本実施形態の携帯情報機器１１０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１１０の構成について説明する。この携帯情報機器１１０は、図２１に示すように、圧電振動子５０と、電力を供給するための電源部１１１とを備えている。電源部１１１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１１１には、各種制御を行う制御部１１２と、時刻等のカウントを行う計時部１１３と、外部との通信を行う通信部１１４と、各種情報を表示する表示部１１５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１１６とが並列に接続されている。そして、電源部１１１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１１２は、各機能部を制御して音声データの送信および受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１１２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、この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、この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１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路および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５０とを備えている。圧電振動子５０に電圧を印加すると圧電振動片６０が振動し、この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１１２と信号の送受信が行われ、表示部１１５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１１４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９、増幅部１２０、音声入出力部１２１、電話番号入力部１２２、着信音発生部１２３および呼制御メモリ部１２４を備えている。
無線部１１７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１２５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１１８は、無線部１１７又は増幅部１２０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１２０は、音声処理部１１８又は音声入出力部１２１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１２１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１２３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１１９は、着信時に限って、音声処理部１１８に接続されている増幅部１２０を着信音発生部１２３に切り替えることによって、着信音発生部１２３において生成された着信音が増幅部１２０を介して音声入出力部１２１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１２４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１２２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１１６は、電源部１１１によって制御部１１２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１１２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１１４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１１６から電圧降下の通知を受けた制御部１１２は、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９および着信音発生部１２３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１１７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１１５に、通信部１１４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１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５に表示することができる。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１１５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１１４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部１２６を備えることで、通信部１１４の機能をより確実に停止することができる。

上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、上述した圧電振動子５０を備えているので、同様に作動の信頼性及び耐久性が向上した携帯情報機器１１０とすることができる。

（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２２を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図２２に示すように、フィルタ部１３１に電気的に接続された圧電振動子５０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、上述した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１３０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１３２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１３３によって増幅され、複数の圧電振動子５０を有するフィルタ部１３１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５０は、上述した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１３８、１３９をそれぞれ備えている。

さらに、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１３４により検波復調される。続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。ＣＰＵ１３６では、現在の年、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、ＲＴＣ１３７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１３８、１３９は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。

なお、上述の説明は、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１３０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５０を必要とする。

上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、上述した圧電振動子５０を備えているので、同様に作動の信頼性及び耐久性が向上した電波時計１３０とすることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこれら実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

例えば、上述した実施形態では、表面実装型の圧電振動子５０に本発明の圧電振動片を採用しているが、これに限らず、シリンダパッケージタイプの圧電振動子に本発明の圧電振動片を採用しても良い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

（実施例）
ここで、図１に示す上記実施形態の圧電振動片１と、従来の圧電振動片と、を２００ｃｍの高さから落下させ、その前後で共振周波数Ｆがどの程度がシフトしたか、又は破損が発生したか否かを、を実際に確認した実施例について説明する。
なお、ここでいう破損とは、エッチング残り１６に起因した応力集中による振動腕部１０、１１のクラックや破断等を含む破損をいう。

なお、本発明に係る圧電振動片１と、従来の圧電振動片と、は共に水晶ウエハ２０から製造されたものであり、そのサイズ、形状ともに同一である。但し、本発明に係る圧電振動片１の場合には、切欠き部２３が形成されたマスクパターン２２を利用してウェットエッチングによるエッチング加工を行うことで外形形成されている点が、従来とは異なる。

本発明に係る圧電振動片１と、従来の圧電振動片と、について上記落下試験を同じ条件で行い、それぞれ２２個のサンプルで行った。この際、１個のサンプルについて、落下試験を３回繰り返した。

その結果、図２３〜図２６に示すように、本発明に係る圧電振動片１の場合には、破損が確認されず、破損率は０％であった。これに対して、従来の圧電振動片の場合には、２２個のサンプルのうち７個が破損し、その破損率は３１．８％であった。
また、共振周波数のシフト量（ｐｐｍ）については、本発明に係る圧電振動片１よりも従来の圧電振動片の方が、明らかにシフト量が大きいことが確認された。

これらのことから、本発明によれば、股部１５におけるエッチング残り１６が従来に比べて少なく、それにより安定した振動特性を有すると共に、外部衝撃による振動腕部１０、１１の破損が生じ難い圧電振動片１を得ることができるという作用効果を実際に確認することができた。

Ｏ…中心軸
１、３０、３５、４０、４５、６０…圧電振動片
１０、１１…振動腕部
１０ｂ、１１ｂ…振動腕部の基端部
１２…基部
２０…水晶ウエハ（圧電ウエハ）
２１…エッチング保護膜
２２…マスクパターン
２２ａ…マスクパターンの股部対応部分
２３…切欠き部
５０…圧電振動子
５１…ベース基板
５２…リッド基板
５３…パッケージ
１００…発振器
１０１…集積回路
１１０…携帯情報機器（電子機器）
１１３…計時部
１３０…電波時計
１３１…フィルタ部

Claims (3)

1. 中心軸を挟んで互いに平行に配設された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の長さ方向における基端部を一体的に片持ち支持する基部と、前記振動腕部の外表面上に形成された励振電極と、前記基部の外表面上に形成され、前記励振電極と導通するマウント電極と、を備えた圧電振動片の製造方法であって、
   圧電ウエハをエッチング加工して、該圧電ウエハから前記圧電振動片の外形形状を形成する外形形成工程と、
   前記励振電極及び前記マウント電極の各電極を形成する電極形成工程と、を備え、
   前記外形形成工程は、
   圧電ウエハの両主面上にエッチング保護膜を形成し、フォトリソグラフィ技術により該エッチング保護膜から前記圧電振動片の外形形状に対応したマスクパターンを形成するマスクパターン形成工程と、
   前記マスクパターンをマスクとして、前記圧電ウエハを両主面側からウェットエッチングによるエッチング加工を行うエッチング工程と、
   を備え、
   前記マスクパターン形成工程の際、前記マスクパターンのうち、前記一対の振動腕部の基端部間に位置する股部を形成するための股部対応部分のみに、前記一対の振動腕部の長さ方向に沿って前記基部側に向けて延びるスリット状の切欠き部を形成し、
   前記エッチング工程において、前記股部対応部分に向けてエッチング加工を行い、前記股部に形成されるエッチング残りを前記中心軸に対して分断させることを特徴とする圧電振動片の製造方法。
2. 請求項１に記載の圧電振動片の製造方法において、
   前記切欠き部は、切欠き長さの全体に亘って一定の切欠き幅とされていることを特徴
   とする圧電振動片の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の圧電振動片の製造方法において、
   前記切欠き部は、前記中心軸に沿って形成されていることを特徴とする圧電振動片の製造方法。

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