JP6315115B2 - 振動素子、振動子、電子デバイス、電子機器、および移動体 - Google Patents

Description

本発明は、厚み滑り振動を励振する振動素子、振動子、電子デバイス、電子機器、移動体および振動素子の製造方法に関する。

主振動が厚み滑り振動で励振する水晶振動素子が用いられている水晶振動子は、小型化、高周波数化に適し、且つ、周波数温度特性が優れているので、発振器、電子機器等の多方面で使用されている。特に、近年では携帯電話やコンピューター等の様々な電子機器の小型化、薄型化に伴い、それに用いられる水晶振動子に対してもより一層の小型化、薄型化の要求が強まっている。
特許文献１には、水晶振動素子の外形形状と励振電極の形成をフォトリソグラフィー技法とエッチング技法を用いて、大型の水晶基板から複数個の水晶振動素子をバッチ処理方式で製造する方法が開示されている。

ところが、水晶振動子の小型化を図ろうとすると、振動領域と保持部との間隔が近くなるため振動エネルギーが漏洩しＣＩ（クリスタル・インピーダンス＝水晶振動子の等価抵抗）が低減することや主振動である厚み滑り振動の共振周波数近傍に、振動部の輪郭寸法に依存した厚み屈曲振動等の不要なスプリアスが発生し、温度変化に対する周波数およびＣＩの非連続的な変動、所謂、特異現象（Anomalous Activity Dip）等が生じるという問題があった。そこで、特許文献２には、水晶振動素子をメサ構造とすることにより、小型化に伴うＣＩ低減や特異現象を回避することが提案され、且つ、量産化や低コスト化を図るために、水晶振動素子の外形形状と励振電極の形成をフォトリソグラフィー技法とエッチング技法を用いて、大型の水晶基板から複数個の水晶振動素子をバッチ処理方式で製造する方法が開示されている。

特開２０１１−１９２０６号公報 特開２０１０−６２７２３号公報

上述の特許文献１や２に開示されている製造方法で水晶振動素子を製造すると、外形形状が均一で、所定の位置に高精度で配置された励振電極を有するので、ＣＩや温度特性等の仕様規格を十分満足する水晶振動素子を得ることができる。しかしながら、水晶振動素子が搭載される発振器の起動に影響を与える水晶振動素子のＤＬＤ（Drive Level Dependence）特性が非常に悪く、製造歩留りを著しく低下させるという課題があった。
そこで、フォトリソグラフィー技法とエッチング技法により大型の基板から複数個の振動素子を製造する方法において、ＤＬＤ特性検査の歩留りを向上することを可能とする、小型の振動素子および振動素子の製造方法を提供する。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る振動素子は、基板と、前記基板の表面と直交する方向から視た場合に、前記表面に設けられている下層の導電層、前記下層の導電層の表面に設けられ、且つ下層の導電層の外縁内に収まる形状である上層の導電層からなる電極と、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、厚み滑り振動で励振する振動素子において、ＤＬＤ特性の劣化要因となる電極の上層の導電層と下層の導電層との間に密着していない空隙部がないので、ＤＬＤ特性の劣化を防止でき、ＤＬＤ特性検査の歩留りを向上した、振動素子が得られるという効果がある。

［適用例２］上記適用例に記載の振動素子において、前記基板の表面と直交する方向から視た場合に、前記上層の導電層の外形は、前記下層の導電層の外形よりも小さいことを特徴とする。

本適用例によれば、電極の上層の導電層と下層の導電層とが全て密着しているので、ＤＬＤ特性の劣化を防止でき、ＤＬＤ特性検査の歩留りを向上した、振動素子が得られるという効果がある。

［適用例３］上記適用例に記載の振動素子において、前記電極は励振電極であることを特徴とする。

本適用例によれば、上層の導電層と下層の導電層とが全て密着した電極を励振電極とし用いているので、ＤＬＤ特性の劣化を防止でき、安定した共振特性を有する振動素子が得られるという効果がある。

［適用例４］上記適用例に記載の振動素子において、前記基板は、厚み滑り振動で振動する基板であることを特徴とする。

本適用例によれば、厚み滑り振動は小型化、高周波数化に適し、且つ優れた三次曲線を有する周波数温度特性が得られるので、小型、高周波で周波数温度特性に優れた振動素子が得られるという効果がある。

［適用例５］上記適用例に記載の振動素子において、厚み滑り振動で振動する振動部と、前記振動部の外縁と一体化され、前記振動部の厚みよりも薄い外縁部と、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、振動部がメサ構造であるため、輪郭系スプリアスとの結合を回避し、主振動のみの振動エネルギーを閉じ込めることができるため、ＣＩが小さく、共振周波数近傍のスプリアスを抑制した振動素子が得られるという効果がある。

［適用例６］上記適用例に記載の振動素子において、厚み滑り振動で振動する振動部と、前記振動部の外縁と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚い外縁部と、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、振動部が非常に薄い高周波の振動素子であっても、振動部と一体化された厚い外縁部でマウントができるので、耐衝撃性や耐振動性に優れた高信頼性を有する振動素子が得られるという効果がある。

［適用例７］本適用例に係る振動子は、上記適用例に記載の振動素子と、該振動素子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。

本適用例によれば、振動素子をパッケージに収容することで、温度変化や湿度変化等の外乱の影響や汚染による影響を防ぐことができるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性および周波数エージング特性に優れ、ＤＬＤ特性の良好な小型の振動子が得られるという効果がある。

［適用例８］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例に記載の振動素子と、電子素子と、前記振動素子および前記電子素子を搭載するパッケージと、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、ＤＬＤ特性の良好な振動素子を各種の電子素子を用いて構成した発振回路に搭載することにより、起動特性に優れた発振器等の電子デバイスが得られるという効果がある。

［適用例９］上記適用例に記載の電子デバイスにおいて、前記電子素子が、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、および半導体素子の少なくともいずれかであることを特徴とする。

本適用例によれば、周波数温度特性に優れ、ＤＬＤ特性の良好な振動素子を各種の電子素子を用いて構成した温度補償回路や電圧制御回路を含む発振回路に搭載することにより、起動特性に優れた小型の温度補償型発振器や電圧制御型発振器等の電子デバイスが得られるという効果がある。

［適用例１０］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、ＤＬＤ特性の良好な振動素子をＣＯＢ（Chip On Board）技術により、直接実装基板へ実装できるので、実装面積が小さくなり、発振の起動特性に優れ、良好な基準周波数源を備えた小型の電子機器が構成できるという効果がある。

［適用例１１］上記適用例に記載の電子機器において、上記適用例に記載の振動子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、ＣＩや温度特性等の仕様規格を十分満足し、且つＤＬＤ特性の良好な振動素子を有する振動子を用い、発振の起動特性に優れ、良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。

［適用例１２］上記適用例に記載の電子機器において、上記適用例に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、ＣＩや温度特性等の仕様規格を十分満足し、且つＤＬＤ特性の良好な振動素子を有する電子デバイスを電子機器に用いることにより、発振の起動特性に優れ、良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。

［適用例１３］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、周波数温度特性の良好な振動素子を用いることで、安定な基準周波数源が構成でき、安定で正確な電子制御ユニットを備えた移動体が構成できるという効果がある。

［適用例１４］本適用例に係る振動素子の製造方法は、材料の異なる二層以上の導電層が積層されている基板を準備する工程と、積層されている前記導電層の内の上層の導電層をエッチング加工する工程と、前記上層の導電層より前記基板側に設けられている下層の導電層をエッチング加工する工程と、前記エッチング加工されている前記上層の導電層を前記下層の導電層よりも前記上層の導電層に対してエッチン速度が大きいエッチング溶液でエッチング加工する工程と、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、励振電極の下層の導電層をエッチングする際に生じた上層の導電層のアンダーエッチング部分を、再度上層の導電層の側面をエッチングする工程を行うことで除去することができるので、上層の導電層と下層の導電層との密着性を高め、ＤＬＤ特性の良好な振動素子を製造できるという効果がある。

［適用例１５］上記適用例に記載の振動素子の製造方法において、前記上層の導電層をエッチング加工する工程にて使用されるエッチング液に対し、前記下層の導電層のエッチング速度は、前記上層の導電層のエッチング速度よりも遅く、前記下層の導電層をエッチング加工する工程にて使用されるエッチング液に対し、前記上層の導電層のエッチング速度は、前記下層の導電層のエッチング速度よりも遅いことを特徴とする。

本適用例によれば、上層の導電層と下層の導電層とを選択的にエッチングできるため、夫々の導電層の外形寸法精度の高い励振電極が形成でき、諸特性のばらつきが小さく、ＤＬＤ特性の良好な小型の振動素子を製造できるという効果がある。

［適用例１６］上記適用例に記載の振動素子の製造方法において、前記上層の導電層と前記下層の導電層は材料が異なることを特徴とする。

本適用例によれば、上層の導電層と下層の導電層の材料が異なることで、夫々の導電層に対応したエッチング液を用いることができるので、夫々の導電層を選択的にエッチングし、外形寸法精度の高い励振電極が形成でき、諸特性のばらつきが小さく、ＤＬＤ特性の良好な小型の振動素子を製造できるという効果がある。

［適用例１７］上記適用例に記載の振動素子の製造方法において、前記上層の導電層の材料が、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔのいずれかであり、前記下層の導電層の材料が、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、ＮｉＣｒ合金のいずれかであることを特徴とする。

本適用例によれば、上層の導電層と下層の導電層との材料を使用目的に適した周波数温度特性やＣＩを有するように組み合わせることができるので、優れた周波数温度特性を有し、ＣＩの小さい小型の振動素子を製造できるという効果がある。

本発明の一実施形態に係る振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図。 ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明するための図。 本発明の一実施形態に係る振動素子の製造方法の一例を示すフローチャートの概略断面図。 本発明の一実施形態に係る振動素子の電極の構成を説明する拡大断面図であり、（ａ）は本実施形態に係る製造方法により製造した振動素子の断面図、（ｂ）は従来の製造方法により製造した振動素子の断面図。 本発明の一実施形態に係る製造方法により製造した振動素子のＤＬＤ特性であり、（ａ）は周波数変化量を示す図、（ｂ）はＣＩ変化量を示す図。 従来の製造方法により製造した振動素子のＤＬＤ特性であり、（ａ）は周波数変化量を示す図、（ｂ）はＣＩ変化量を示す図。 本発明の一実施形態に係る振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図。 本発明の一実施形態に係る振動素子の別の構造を示した概略図であり、（ａ）は変形例１の平面図、（ｂ）は変形例２の平面図、（ｂ）は変形例３の平面図。 本発明の一実施形態に係る振動素子の変形例４の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図。 本発明の一実施形態に係る振動子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図。 本発明の一実施形態に係る電子デバイスの構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図。 本発明の一実施形態に係る電子デバイスの変形例の構造を示した概略図であり、（ａ）は変形例１の縦断面図、（ｂ）は変形例２の縦断面図。 本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る振動素子を備える振動子や電子デバイスを適用した移動体としての自動車の構成を示す斜視図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る振動素子の構成を示す概略図であり、図１（ａ）は振動素子の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＰ−Ｐ断面図である。

（振動素子の構成）
振動素子１は、振動部１２を有する基板１０と、基板１０の両主面（±Ｙ’方向の表裏面）に夫々対向するように積層された下位層の導電層としての下地電極層２９と、最上位層の導電層としての電極層２８と、を有している。なお、本実施形態では、二層の導電層が積層された構成で説明する。
振動素子１は、下地電極層２９と電極層２８とを含む励振電極２０と、リード電極２３と、パッド電極２４と、接続電極２６と、を備えている。
励振電極２０は、振動部１２を駆動する電極であり、振動部１２の両主面（±Ｙ’方向の表裏面）のほぼ中央部に夫々対向して形成されている。励振電極２０は電極層２８の一部である主電極２１と下地電極層２９の一部である主電極下地部２２を含み、主電極２１の外縁が主電極下地部２２の外縁内に収まるように形成されている。
リード電極２３は、励振電極２０から延出されて基板１０の端部に形成されたパッド電極２４に導通接続されている。
パッド電極２４は、基板１０の両主面の端部に夫々対向して形成されている。両主面のパッド電極２４は、基板１０の側面部１３に形成された接続電極２６により導通接続されている。

図１（ａ）に示した実施形態では、振動部１２のほぼ中央部の主面に夫々対向して形成された励振電極２０の形状が矩形の例を示したが、これに限定する必要はなく、励振電極の形状は円形や楕円形であってもよい。
また、励振電極２０、リード電極２３、パッド電極２４および接続電極２６は、蒸着装置、或いはスパッタ装置等を用いて、例えば、下位層にクロム（Ｃｒ）を成膜し、最上位層に金（Ａｕ）を重ねて成膜してある。なお、電極材料として、下位層にクロム（Ｃｒ）の代わりにニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）、また、最上位層に金（Ａｕ）の代わりに銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）を用いても構わない。
更に、二層の導電層が積層された構成で説明したが、これに限らない。三層以上が積層された構成であってもよい。

基板１０が圧電材料である場合、振動素子１は、パッド電極２４から入力された励振電流によって、励振電極２０との間の振動部１２に電界が生じ、圧電効果により振動部１２が振動する。基板１０を、三方晶系の圧電材料に属する水晶を用いて形成する場合、図２に示すように、互いに直交する結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚを有する。Ｘ軸は電気軸、Ｙ軸は機械軸、Ｚ軸は光学軸と、夫々呼称され、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って切り出された、所謂回転Ｙカット水晶基板からなる平板が基板１０として用いられる。

例えば、回転Ｙカット水晶基板がＡＴカット水晶基板の場合、角度θは３５．２５°（３５°１５′）である。ここで、Ｙ軸とＺ軸とをＸ軸の回りに角度θ回転させ、Ｙ’軸およびＺ’軸とすると、ＡＴカット水晶基板は、直交する結晶軸Ｘ，Ｙ’，Ｚ’を有する。従ってＡＴカット水晶基板は、厚み方向がＹ’軸であり、Ｙ’軸に直交するＸ軸とＺ’軸を含む面が主面であり、主面に厚み滑り振動が主振動として励振される。このように形成されるＡＴカット水晶基板から基板１０が形成される。なお、本実施形態に係る基板１０は、図２に示す角度θが３５．２５°のＡＴカットに限定されず、例えば、厚み滑り振動を励振するＢＴカット等の基板１０であってもよい。

（振動素子の製造方法）
次に、本発明の一実施形態に係る振動素子の製造方法について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。振動素子１は量産性や製造コストを考慮し、大型基板から複数個の振動素子１をバッチ処理方式で製造されるのが一般的である。ここでは、一個の振動素子１の概略断面図で説明する。製造工程は、振動素子１の外形形状を形成する外形形成工程と、振動素子１の基板１０の両主面に電極パターンを形成する電極形成工程と、で構成されている。
外形形成工程は、先ず、基板１０を純水で洗浄し（ＳＴ１１）、続いて、基板１０の表裏面に、下地膜３４が設けられる。これは耐食膜３６となる金（Ａｕ）が基板１０への付着性が弱いことを補うために設けられ、下地膜３４としては、例えば、スパッタリングや蒸着等によりクロム（Ｃｒ）が成膜されている。その上には、耐食膜３６として金（Ａｕ）をスパッタリング又は蒸着等により成膜する（ＳＴ１２）。
次に、耐食膜３６の表面全体にレジスト３２を塗布し（ＳＴ１３）、露光・現像することで、振動素子外形マスクを形成する（ＳＴ１４）。

続いて、マスク開口から露出した耐食膜３６である金（Ａｕ）を、例えば、よう化カリウム溶液を用いて、エッチングし、次いで、硝酸２セリウムアンモニウム溶液により、下地膜３４であるクロム（Ｃｒ）をエッチングする（ＳＴ１５）。
ここで、耐食膜３６である金（Ａｕ）のエッチング液であるよう化カリウム溶液は、金（Ａｕ）を選択的にエッチングし、下地膜３４であるクロム（Ｃｒ）をエッチングしない、または、エッチングしたとしてもエッチング速度は金（Ａｕ）の１／１０以下である。
また、下地膜３４であるクロム（Ｃｒ）のエッチング液である硝酸２セリウムアンモニウム溶液についても、クロム（Ｃｒ）を選択的にエッチングし、耐食膜３６である金（Ａｕ）をエッチングしない、または、エッチングしたとしてもエッチング速度はクロム（Ｃｒ）の１／１０以下である。
従って、上層の耐食膜３６と下層の下地膜３４とを選択的にエッチングできるため、高い寸法精度の外形マスクが形成でき、高精度の外形寸法を有する振動素子１を得ることが可能となる。
次に、マスク開口から露出した基板１０を、例えば水晶基板の場合には、フッ化アンモニウム溶液等を用いてエッチングする（ＳＴ１６）。これにより、図１（ａ）に示すように、振動素子１の外形が形成される。
続いて、レジスト３２を剥離し、２種類の前記溶液を用いて耐食膜３６および下地膜３４を全て除去する（ＳＴ１７）。

次に、電極形成工程を説明する。電極形成についても外形形成と同様に、基板１０の表裏面に、最上位層の導電層としての電極層２８である金（Ａｕ）と基板１０の付着性を高めるためのクロム（Ｃｒ）を下位層の導電層としての下地電極層２９とを、クロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）の順番でスパッタリング又は蒸着等により成膜する（ＳＴ１８）。
次に、電極層２８の表面全体にレジスト３２を塗布し（ＳＴ１９）、露光・現像することで、励振電極マスクを形成する（ＳＴ２０）。
続いて、励振電極２０用の金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）のエッチングも外形形成工程で用いた溶液でエッチングする。先ず、電極層２８となる金（Ａｕ）をエッチングし（ＳＴ２１）、その後、下地電極層２９のクロム（Ｃｒ）をエッチングする（ＳＴ２２）。この時に、電極層２８と基板１０との間に空隙部７０が生じてしまうので、次に、この空隙部７０を除去するために、再び電極層２８となる金（Ａｕ）をエッチングする（ＳＴ２３）。
ここで、電極層２８と下地電極層２９とを選択的にエッチングできるエッチング液を用いているため、高精度の外形寸法を有する振動素子が得られるのと同様に、高精度の外形寸法を有する励振電極２０を得ることが可能である。
その後、レジスト３２を剥離し（ＳＴ２４）、振動素子１を完成させている。

従来の製造方法では、下地電極層２９のクロム（Ｃｒ）をエッチングした後、レジスト３２を剥離し（ＳＴ２４に相当する）、振動素子１を完成させていた。そのため、電極層２８と基板１０との間に空隙部７０を有した振動素子１であった。
上述した実施形態の製造方法では、下地電極層２９のクロム（Ｃｒ）のエッチング（ＳＴ２２）後に、再び電極層２８となる金（Ａｕ）をエッチングする（ＳＴ２３）。
これにより、下地電極層２９のクロム（Ｃｒ）をエッチングした後に、電極層２８と基板１０との間に生じる空隙部７０をなくすことができる。この空隙部７０がなくなることについて次に説明する。

図４は本発明の一実施形態に係る振動素子の電極の構成を説明する拡大断面図であり、図４（ａ）は本実施形態に係る製造方法により製造した振動素子の断面図、図４（ｂ）は従来の製造方法により製造した振動素子の断面図である。
図４（ｂ）に示す従来の如き製造方法により製造された振動素子２００では、主電極２２１と基板２１０との間に空隙部２７０があるのに対し、図４（ａ）の本実施形態に係る製造方法における振動素子１では、図３（ＳＴ２２）に示す空隙部７０が生じていない。従来の製造方法で主電極２２１と基板２１０との間に空隙部２７０が生じる要因は、成膜した金属材料が等方性であり、エッチングの際に基板面に垂直な方向だけでなく、基板に平行な方向にもエッチングが進行することにより主電極下地部２２２の側壁面もエッチングが進行してしまうという現象であるサイドエッチングやエッチング液がマスクの下に回り込んだ腐食現象であるアンダーカットが起こるためである。従って、下地電極層２９の一部である主電極下地部２２２はクロム（Ｃｒ）エッチングにおいて、マスクとなる主電極２２１よりも外形形状（外縁）が小さくなり空隙部２７０を生じる。この空隙部２７０がＤＬＤ特性を非常に悪くし、製造歩留りを著しく低下させていることが本願発明者らの研究や実験と解析により判明した。

そのため、本実施形態に係る製造方法では、主電極下地部２２のクロム（Ｃｒ）エッチング（図３に示すＳＴ２２）後に、空隙部７０により主電極下地部２２の外形よりも外側へ突出した領域の主電極２１である金（Ａｕ）を再度エッチングする（図３に示すＳＴ２３）工程を追加した。この再度エッチング（ＳＴ２３）により、少なくとも前記突出した領域の金（Ａｕ）が除去されることによって、空隙部７０がなくなる。これにより、主電極２１の外縁が主電極下地部２２の外縁よりも内側に収まるようになり、主電極２１と主電極下地部２２との界面の全域において、主電極２１が主電極下地部２２に密着した励振電極２０を形成することを実現した。
なお、ここでは図１に示す励振電極２０を例に説明したが他の電極（リード電極２３、パッド電極２４、接続電極２６）においても同様な電極構成とすることが好ましい。

図５は本発明の一実施形態に係る製造方法により製造した振動素子のＤＬＤ特性であり、図５（ａ）は周波数変化量、図５（ｂ）はＣＩ変化量である。
また、図６は従来の製造方法により製造した振動素子のＤＬＤ特性であり、図６（ａ）は周波数変化量、図６（ｂ）はＣＩ変化量である。
図５と図６より、本実施形態に係る製造方法による振動素子１のＤＬＤ特性は、従来の製造方法のものに比べ、周波数とＣＩ共にばらつきが小さく、安定している。
これまで、ＤＬＤ特性の劣化は、振動素子１の加工時に起こる基板への残留応力や汚染等の発生が原因と言われていた。残留応力については、フォトリソ技術による外形加工を施しているためその影響は極力小さいものと考えられ、汚染についてもクリーンルーム内での作業や組み立て時にオーバードライブ（強励振駆動）により金属膜片や基板片を除去する工程を行っていることから影響は小さいものと考えられる。
しかし、従来の如き製造方法により製造された振動素子２００のＤＬＤ特性が大きくばらつく要因は、主電極２２１と基板２１０との間に生じた空隙部２７０による影響が大きいことが本願発明者らの研究によって明らかとなってきた。つまり、主電極下地部２２２が除去されてしまった空隙部２７０周辺の主電極２２１の一部があたかも金属片、金属粉などの異物が付着した状態と同様な状態となり、励振時に振動エネルギーを漏洩し、周波数変化やＣＩ変化を生じさせたものと考えられる。
従って、主電極下地部２２のクロム（Ｃｒ）をエッチング（ＳＴ２２）後に、再び主電極２１となる金（Ａｕ）をエッチングする（ＳＴ２３）工程を追加した本実施形態に係る製造方法は、ＤＬＤ特性を劣化すると予想される主電極下地部２２と密着しない主電極２１を生じさせないので、振動素子１のＤＬＤ特性検査の歩留りを向上させ、ＤＬＤ特性の非常に優れた振動素子を製造できるという非常に大きな効果を発揮する。

図７は、本発明の一実施形態に係る振動素子の構成を示す概略図であり、図７（ａ）は振動素子の平面図、図７（ｂ）は図１（ａ）のＰ−Ｐ断面図である。
振動素子２は、振動部１２を有する基板１０と、基板１０の両主面（±Ｙ’方向の表裏面）に夫々対向するように積層された下位層の導電層としての下地電極層２９と、最上位層の導電層としての電極層２８と、を有している。
振動素子２は、基板１０と、下地電極層２９と電極層２８とを含む励振電極２０と、リード電極２３と、パッド電極２４と、接続電極２６と、を備えている。
基板１０は、振動部１２と、振動部１２より板厚の薄い薄肉部１４と、を備えている。
励振電極２０は、振動部１２を駆動する電極であり、振動部１２の両主面（±Ｙ’方向の表裏面）のほぼ中央部に夫々対向して形成されている。励振電極２０は電極層２８の一部である主電極２１と下地電極層２９の一部である主電極下地部２２を含み、主電極２１の外縁が主電極下地部２２の外縁内に収まるように形成されている。
リード電極２３は、励振電極２０から延出されて基板１０の端部に形成されたパッド電極２４に導通接続されている。
パッド電極２４は、基板１０の薄肉部１４の両主面の端部に夫々対向して形成されている。両主面のパッド電極２４は、基板１０の側面部１３に形成された接続電極２６により導通接続されている。

図７（ａ）に示した実施形態では、振動部１２のほぼ中央部の主面に夫々対向して形成された励振電極２０の形状が矩形の例を示したが、これに限定する必要はなく、励振電極２０の形状は円形や楕円形であってもよい。
また、基板１０の表裏両主面に段差が１段のメサ部１６の例を示したが、これに限定する必要はなく、基板１０の表裏両主面に多段のメサ形状や基板１０の表または裏の主面のどちらか一方に１段から多段のメサ形状を有していてもよい。更に、メサ部１６の形状が矩形の例を示したが、これに限定する必要はなく、メサ部１６の形状も円形や楕円形であってもよい。
図７に示すように、振動部１２にメサ部１６を有するメサ構造の基板１０とすると、輪郭系スプリアスとの結合を回避し、主振動のみの振動エネルギーを閉じ込めることができるため、ＣＩが小さく、共振周波数近傍のスプリアスを抑制した小型の振動素子２が得られるという効果がある。

図８は、本発明の一実施形態に係る振動素子の別の構造を示す概略図であり、図８（ａ）は変形例１の平面図、図８（ｂ）は変形例２の平面図、図８（ｃ）は変形例３の平面図である。
図８（ａ）は図７に示す本実施の形態の第１の変形例を示したものであり、基板１０の表裏両主面に形成された励振電極２０とメサ部１６のＸ軸方向とＺ’軸方向の長さがともにメサ部１６に比べ励振電極２０の方が長い場合である。図８（ｂ）は第２の変形例であり、励振電極２０とメサ部１６のＺ’軸方向の長さがほぼ同等で、Ｘ軸方向の長さは励振電極２０が長い場合である。図８（ｃ）は第３の変形例であり、励振電極２０とメサ部１６のＸ軸方向の長さがほぼ同等で、Ｚ’軸方向の長さは励振電極２０が長い場合である。
図８（ａ）〜図８（ｃ）は図７に比べ、励振電極２０の面積が大きくすることができるため、振動子の容量比を小さくすることができる。そのため、発振器に用いた場合、周波数調整量や周波数可変量を拡大することができるという効果がある。

図９は、本発明の一実施形態に係る振動素子の変形例４の構造を示す概略図であり、図９（ａ）は振動素子の平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＰ−Ｐ断面図である。
振動素子３は、振動部１２を有する基板１０と、基板１０の両主面（±Ｙ’方向の表裏面）に夫々対向するように積層された下位層の導電層としての下地電極層２９と、最上位層の導電層としての電極層２８と、を有している。
振動素子３は、基板１０と、下地電極層２９と電極層２８とを含む励振電極２０と、リード電極２３と、パッド電極２４と、接続電極２６と、を備えている。
基板１０は、振動部１２と、振動部１２より板厚の厚い厚肉部１５と、を備えている。
励振電極２０は、振動部１２を駆動する電極であり、振動部１２の両主面（±Ｙ’方向の表裏面）のほぼ中央部に夫々対向して形成されている。励振電極２０は電極層２８の一部である主電極２１と下地電極層２９の一部である主電極下地部２２を含み、主電極２１の外縁が主電極下地部２２の外縁内に収まるように形成されている。
リード電極２３は、励振電極２０から延出されて基板１０の端部に形成されたパッド電極２４に導通接続されている。
パッド電極２４は、基板１０の厚肉部１５の両主面の端部に夫々対向して形成されている。両主面のパッド電極２４は、基板１０の側面部１３に形成された接続電極２６により導通接続されている。

図９（ａ）に示した実施形態では、振動部１２のほぼ中央部の主面に夫々対向して形成された励振電極２０の形状と面積が同一の矩形の例を示したが、これに限定する必要はなく、励振電極２０の形状と面積が上下で異なり、形状も円形や楕円形であってもよい。
また、基板１０のほぼ中央に形成された凹陥部１７は、基板１０の片面からエッチングにより形成されているが、基板１０の両面からエッチングを施し、夫々対向して凹陥部１７を形成してもよい。
図９に示すように、凹陥部１７を振動部１２とする逆メサ構造の基板１０とすることで、振動部１２を非常に薄くできるため共振周波数の高周波化が可能となり、また、振動部１２と一体化された厚肉部１５でマウントすることができるので、耐衝撃性や耐振動性に優れた高信頼性で高周波の振動素子３が得られるという効果がある。

図１０は本発明の一実施形態に係る振動子の構成を示す概略図であり、図１０（ａ）は蓋部材を省略した平面図であり、図１０（ｂ）は縦断面図である。振動子５は、振動素子１と、振動素子１を収容するために矩形の箱状に形成されているパッケージ本体４０と、金属、セラミック、ガラス等から成る蓋部材４９と、等で構成されている。
パッケージ本体４０は、図１０に示すように、第１の基板４１と、第２の基板４２と、第３の基板４３と、シールリング４４と、実装端子４５と、を積層して形成されている。実装端子４５は、第１の基板４１の外部底面に複数形成されている。第３の基板４３は中央部が除去された環状体であり、第３の基板４３の上部周縁に例えばコバール等のシールリング４４が形成されている。
第３の基板４３と第２の基板４２とにより、振動素子１を収容するキャビティー８４が形成される。第２の基板４２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。素子搭載パッド４７は、振動素子１を載置した際に基板１０の端部に形成したパッド電極２４に対応するように配置されている。

振動素子１を支持固定する際には、先ず、振動素子１のパッド電極２４を導電性接着剤３０が塗布された素子搭載パッド４７に載置して荷重をかける。
次に、導電性接着剤３０を硬化させるために、所定の温度の高温炉に所定の時間入れる。導電性接着剤３０を硬化させた後、アニール処理を施し、励振電極２０に質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。その後、パッケージ本体４０の第３の基板４３の上面に形成したシールリング４４上に、蓋部材４９を載置し、真空中、又は窒素ガスの雰囲気中で蓋部材４９をシーム溶接して密封し、振動子５が完成する。
又は、パッケージ本体４０の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材４９を載置し、溶融して密着する方法もある。この場合もパッケージのキャビティ内は真空にするか、又は窒素ガス等の不活性ガスで充填して、振動子５が完成する。
以上の振動子５の実施形態では、パッケージ本体４０に積層板を用いた例を説明したが、パッケージ本体４０に単層セラミック板を用い、蓋体に絞り加工を施したキャップを用いて振動子５を構成してもよい。

図１１は本発明の一実施形態に係る電子デバイスの構成を示す概略図であって、図１１（ａ）は蓋部材を省略した平面図であり、図１１（ｂ）は縦断面図である。
電子デバイス７は、パッケージ本体５０と、蓋部材４９と、振動素子１と、振動素子１を励振する発振回路を搭載したＩＣ部品５１と、電圧により容量が変化する可変容量素子、温度により抵抗が変化するサーミスター、インダクター等の電子部品５２の少なくとも１つと、を備えている。
パッケージ本体５０は、図１１に示すように、第１の基板６１と、第２の基板６２と、第３の基板６３と、を積層して形成されている。実装端子４５は、第１の基板６１の外部底面に複数形成されている。第２の基板６２と第３の基板６３とは中央部が除去された環状体で形成されている。
第１の基板６１と、第２の基板６２と、第３の基板６３と、により、振動素子１、ＩＣ部品５１、および電子部品５２等を収容するキャビティー８４が形成される。第２の基板６２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。素子搭載パッド４７の位置は、振動素子１を載置した際に基板１０の端部に形成したパッド電極２４に対応するように配置されている。

振動素子１のパッド電極２４を、導電性接着剤３０を塗布したパッケージ本体５０の素子搭載パッド４７に載置し、所定の温度で導電性接着剤３０を硬化させることで、パッド電極２４と素子搭載パッド４７との導通を図る。ＩＣ部品５１をパッケージ本体５０の所定の位置に固定し、ＩＣ部品５１の端子と、パッケージ本体５０の電極端子５５とをボンディングワイヤーＢＷにて接続する。また、電子部品５２は、パッケージ本体５０の所定の位置に載置し、金属バンプ等を用いて導体４６に接続する。パッケージ本体５０を真空、或いは窒素等の不活性気体で満たし、パッケージ本体５０を蓋部材４９で密封して電子デバイス７を完成する。
図１１に示すように、ＤＬＤ特性の良好な振動素子１を用いているので、起動特性に優れた小型の電子デバイス７が得られる。
また、電子デバイス７として、小型の発振器、温度補償型発振器、電圧制御型発振器等を構成することができる。

次に、本実施形態に係る別の電子デバイスについて、図面を参照しながら説明する。
図１２（ａ）は、図１１の変形例の電子デバイス８の断面図である。電子デバイス８は、本発明の振動素子１と、感温素子であるサーミスター５３と、振動素子１およびサーミスター５３を収容するパッケージ８２と、を概略備えている。パッケージ８２は、パッケージ本体８０と、蓋部材４９とを備えている。パッケージ本体８０は、上面側に振動素子１を収容するキャビティー８４が形成され、下面側にサーミスター５３を収容する凹部８６が形成されている。キャビティー８４の内底面の端部に複数の素子搭載パッド４７が設けられ、各素子搭載パッド４７は導体４６で複数の実装端子４５と導通接続されている。素子搭載パッド４７に導電性接着剤３０を塗布し、この導電性接着剤３０の上に振動素子１を載置して、パッド電極２４と、各素子搭載パッド４７とを導電性接着剤３０を介して電気的に接続し、固定する。パッケージ本体８０の上部には、シールリング４４が焼成されており、このシールリング４４に蓋部材４９を載置し、抵抗溶接機を用いて溶接し、キャビティー８４を気密封止する。キャビティー８４内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。
一方、パッケージ本体８０の下面側略中央には凹部８６が形成され、凹部８６の上面には電子部品搭載パッド４８が焼成されている。電子部品搭載パッド４８にサーミスター５３を搭載し、半田等を用いて導通接続して電子デバイス８を構成する。なお、電子部品搭載パッド４８は、導体４６で複数の実装端子４５と導通接続されている。

図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の変形例の電子デバイス９であって、電子デバイス８と異なる点は、パッケージ本体８０のキャビティー８４の底面に凹部８６が形成されており、この凹部８６の底面に焼成された電子部品搭載パッド４８に、金属バンプ等を介してサーミスター５３が接続されている所である。電子部品搭載パッド４８は実装端子４５と導通されている。つまり、振動素子１と感温素子のサーミスター５３とが、キャビティー８４内に収容され、気密封止されている。
以上では、振動素子１とサーミスター５３とをパッケージ８２に収容した例を説明したが、パッケージ８２に収容する電子部品としては、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つを収容した電子デバイス９を構成することが望ましい。
上記のように振動素子を製作できるので電子デバイスの納期を大幅に短縮することが可能となる。また、上記の振動素子と、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子等を組み合わせることにより、多様な仕様の要求に素早く対応できるという効果がある。

次いで、本発明の一実施形態に係る振動素子を適用した電子機器（本発明の電子機器）について、図１３〜図１５に基づき、詳細に説明する。
図１３は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等の少なくとも一つとして機能する振動素子１が内蔵されている。

図１４は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器等として機能する振動素子１が内蔵されている。

図１５は、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、夫々必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなデジタルカメラ１３００には、フィルター、共振器等として機能する振動素子１が内蔵されている。

なお、本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器は、図１３のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１４の携帯電話機、図１５のデジタルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等に適用することができる。

図１６は移動体の一具体例としての自動車１０６を概略的に示す。自動車１０６には本発明に係る振動素子を有する振動子や電子デバイスが搭載されている。
例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Antilock Brake System）、エアバック、タイヤプレッシャーモニタリングシステム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）１０８に広く適用できる。

１，２，３，１０１，１０２，１０３，２００…振動素子、５…振動子、７，８，９…電子デバイス、１０，２１０…基板、１２，２１２…振動部、１３…側面部、１４…薄肉部、１５…厚肉部、１６…メサ部、１７…凹陥部、２０…励振電極、２１，２２１…主電極、２２，２２２…主電極下地部、２３…リード電極、２４…パッド電極、２６…接続電極、２８…電極層、２９…下地電極層、３０…導電性接着剤、３２…レジスト、３４…下地膜、３６…耐食膜、４０，５０，８０…パッケージ本体、４１…第１の基板、４２…第２の基板、４３…第３の基板、４４…シールリング、４５…実装端子、４６…導体、４７…素子搭載パッド、４８…電子部品搭載パッド、４９…蓋部材、５０…パッケージ本体、５１…ＩＣ部品、５２…電子部品、５３…サーミスター、５５…電極端子、６１…第１の基板、６２…第２の基板、６３…第３の基板、７０，２７０…空隙部、８２…パッケージ、８４…キャビティー、８６…凹部、１００…表示部、１０６…自動車、１０７…車体、１０８…電子制御ユニット、１０９…タイヤ、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター。

Claims (10)

1. 厚み滑り振動する振動部、および前記振動部の周囲に配置され前記振動部の厚さよりも薄い外縁部を有する基板と、
   前記基板の表面と直交する方向から視た場合に、前記表面に設けられている下層の導電層、および前記下層の導電層の表面に設けられ、且つ前記下層の導電層の外縁内に収まる形状である上層の導電層を有する励振電極と、
   を含み、
   前記励振電極の面積は、前記振動部の面積よりも大きく、
   前記方向から視た場合に、前記上層の導電層の外縁は、前記振動部の外縁よりも前記外縁部側にあることを特徴とする振動素子。
2. 請求項１において、
   前記方向から視た場合に、
   前記上層の導電層の外形は、前記下層の導電層の外形よりも小さいことを特徴とする振動素子。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記上層の導電層の材料が、Ａｕ、Ａｇ、およびＰｔのいずれかであり、
   前記下層の導電層の材料が、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびＮｉＣｒ合金のいずれかであることを特徴とする振動素子。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の振動素子と、
   前記振動素子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振動子。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の振動素子と、
   電子素子と、
   前記振動素子および前記電子素子を搭載する容器と、
   を備えていることを特徴とする電子デバイス。
6. 請求項５において、
   前記電子素子が、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子、および半導体素子の少なくともいずれかであることを特徴とする電子デバイス。
7. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする電子機器。
8. 請求項４に記載の振動子を備えていることを特徴とする電子機器。
9. 請求項５又は６に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。
10. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする移動体。

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