JP6970391B2 - 圧電振動素子の製造方法及び圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動素子の製造方法及び圧電振動子の製造方法に関し、特に、圧電基板の励振電極を形成する方法に関するものである。

クロック基準信号の信号源を生成するため電子部品として水晶振動子などの圧電振動子が広く知られている。このような圧電振動子では、振動エネルギーの漏れが少なく、振動の閉じ込め性を向上させることが要求される。

そこで、特許文献１では、振動エネルギーの漏れが発生する問題を解決するために、圧電基板に設けられる励振電極を成膜する際に、特殊な成膜用のマスクパターンを介して圧電基板に励振電極となる電極材料を堆積し、これにより励振電極の中央から周縁にかけて厚さが薄くなるよう凸状に成膜する方法が開示されている。

特開２００５−１５９７１７号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、成膜プロセスが特殊であり、成膜レートが低く、加工コストが高い場合があった。また、励振電極の成膜前には最終製品の周波数が高精度に測定できないため、凸状の励振電極の形状を製品ごとに均一にすることが難しく、最終製品の品質にばらつきが生じる可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、品質の安定化を図ることができる、圧電振動素子の製造方法及び圧電振動子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る圧電振動素子の製造方法は、第１主面と当該第１主面に対向する第２主面とを有する圧電基板を準備すること、圧電基板の第１主面に第１電極層を設けること、圧電基板の第１主面の側にマスクを配置すること、圧電基板の第１主面の側からマスクを通して放射ビームを照射することを含み、マスクは、中央領域と、中央領域の周辺に位置する周辺領域とを有し、周辺領域は、中央領域よりも通過する放射ビーム量が大きくなるように構成され、第１主面の側から放射ビームを照射することは、マスクの中央領域及び周辺領域を通して放射ビームを照射して第１電極層の一部を除去することによって、圧電基板の第１主面に、マスクの中央領域から周辺領域にかけて厚さが薄い第１励振電極を形成することを含む。

本発明によれば、簡易な構成で、品質の安定化を図ることができる、圧電振動素子の製造方法及び圧電振動子の製造方法を提供することを目的とする。

図１は、本実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、本実施形態に係る水晶振動子の製造方法を示すフローチャートである。 図４は、図３のステップＳ１１及びＳ１２の詳細を説明する図である。 図５は、図３のステップＳ１１及びＳ１２の詳細を説明する図である。 図６は、図３のステップＳ１１及びＳ１２の詳細を説明する図である。 図７は、図３のステップＳ１１及びＳ１２の詳細を説明する図である。 図８は、図６において使用するマスクの平面図である。 図９は、本実施形態の変形例に係るマスクの平面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。

図１及び図２を参照しつつ、本発明の実施形態に係る水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）について説明する。以下では、圧電振動子の一例として水晶振動子について説明する。

ここで、図１は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。なお、図１では各種電極の厚さを省略して描いている。

図１に示すように、本実施形態に係る水晶振動子１は、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）１０と、蓋部材２０と、ベース部材３０とを備える。水晶振動素子は、圧電振動素子の一例である。蓋部材２０及びベース部材３０は、水晶振動素子１０を収容するための保持器である。蓋部材２０及びベース部材３０の構成は限定されるものではないが、図１に示す例では、蓋部材２０は凹状をなしており、ベース部材３０は平板な板状をなしている。

水晶振動素子１０は、ＡＴカット型の水晶片（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｂｌａｎｋ）１１を有する。ＡＴカット型の水晶片１１は、人工水晶（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ）の結晶軸（Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｘｅｓ）であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸をそれぞれＹ´軸及びＺ´軸とした場合、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面と平行な面（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）を主面として切り出されたものである。水晶片１１は、互いに対向するＸＺ´面である第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂを有する。水晶片１１は、圧電基板の一例である。

ＡＴカット水晶片である水晶片１１は、Ｘ軸方向に平行な長辺と、Ｚ´軸方向に平行な短辺と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向の辺を有する。また、水晶片１１は、ＸＺ´面において矩形状をなしている。

ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れている上、簡易な構成かつ低コストで製造することが可能である。また、ＡＴカット水晶振動素子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ）を主振動として用いられる。

本実施形態では、水晶片１１は、第１主面１２ａを法線方向から平面視したとき、第１主面１２ａの中央側に位置する中央部１１ａと、第１主面１２ａの周縁側に位置する周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃとを有する。中央部１１ａは、周縁部１１ｂと周縁部１１ｃとの間に配置され、周縁部１１ｂと周縁部１１ｃにそれぞれ接続されている。中央部１１ａは、第１主面１２ａの法線方向から平面視したときに、Ｘ軸方向に平行な長辺及びＺ´軸方向に平行な短辺を有する。また、周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃのうち、一方の周縁部１１ｂは、中央部１１ａに対してＸ軸方向の一方側に位置し、他方の周縁部１１ｃは、中央部１１ａに対してＸ軸方向の他方側に位置している。周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃは、第１主面１２ａを法線方向から平面視したとき、水晶片１１の周縁部に相当する。このような、中央部１１ａと、周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃとの配置及び形状等の説明は、第２主面１２ｂを法線方向から平面視したときも同様に当てはまる。

本実施形態では、水晶片１１はメサ型構造をなしている。具体的には、中央部１１ａのＹ´軸方向の厚さは、周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃの少なくとも一方のＹ´軸方向の厚さよりも厚い。言い換えれば、中央部１１ａは、第１主面１２ａ側において、中央部１１ａが周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃよりも突起する凸状をなしている。この構成は第２主面１２ｂ側においても同様に当てはまる。そして、水晶片１１には、中央部１１ａと周縁部１１ｂとの境界、及び、中央部１１ａと周縁部１１ｃとの境界にそれぞれ側面１３が設けられている。このような側面１３は水晶片１１の短辺に沿って延在している。図１に示す例では、側面１３とＸＺ´面とのなす角度は直角であるが、この角度は特に限定されるものではない。例えば、側面１３とＸＺ´面とのなす角度は、水晶の結晶方位に依存する所定の角度に傾斜してもよい。このような傾斜角は例えばウェットエッチングによって形成することができる。なお、周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃのそれぞれのＹ´軸方向の厚さは同一である。

水晶振動素子１０は、一対の電極を構成する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂを有する。第１励振電極１４ａは、中央部１１ａの第１主面１２ａに設けられている。また、第２励振電極１４ｂは、中央部１１ａの第２主面１２ｂに設けられている。第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂは、水晶片１１（具体的には中央部１１ａを含む部分）を挟んで互いに対向している。言い換えれば、第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂは、ＸＺ´面において実質的に全体が重なり合うように配置されている。

第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、それぞれ、Ｘ軸方向に平行な長辺と、Ｚ´軸方向に平行な短辺と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向の辺とを有している。図１に示す例では、ＸＺ´面において、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの長辺は、水晶片１１の長辺（又は中央部１１ａの長辺）と平行であり、同様に、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの短辺は、水晶片１１の短辺（又は中央部１１ａの短辺）と平行である。

図１に示す例では、第１励振電極１４ａが、中央部１１ａのそれぞれの長辺から隙間をおいて配置されている。また、第１励振電極１４ａは、中央部１１ａの短辺を超えて側面１３を通して周縁部１１ｂ又は周縁部１１ｃの第１主面１２ａに至るまで延在している。このような構成は、第２励振電極１４ｂについても同様に当てはまる。

図２に示すように、第１励振電極１４ａは、中央部１１ａの第１主面１２ａ側において、中央部１１ａの中央から周縁にかけて厚さが薄い。第２励振電極１４ｂも同様に、中央部１１ａの第２主面１２ｂ側において、中央部１１ａの中央から周縁にかけて厚さが薄い。このような厚さの関係は、少なくとも、水晶片１１（又は中央部１１ａ）の長辺に沿った方向（図２参照）などの一方向において成り立つ。この場合、例えば、全周囲の方向において第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂが、中央部１１ａの中央から周縁にかけて厚さが薄くなっていてもよい。なお、中央部１１ａの中央から周縁にかけて厚さが薄いとは、中央から周縁にかけて厳密にすべての部分で厚さが薄くなっている状態に限るものではなく、中央から周縁にかけて概ね厚さが薄くなっている状態を含み、例えば、中央部１１ａの中央が部分的にＸＺ´面に平行な面となって厚さの変化がない状態や、微視的に見たときに中央よりも周縁が若干厚い部分が一部に含まれる状態を含むものとする。

このように、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂが、中央から周縁にかけて厚さが薄くなるように凸状に形成されることによって、水晶振動素子１０の振動閉じ込め性の向上を図ることができる。特に、このような構成を、メサ型構造の水晶片１１に適用することによりさらなる振動閉じ込め性の向上を図ることができる。

水晶振動素子１０は、引出電極１５ａ，１５ｂと、電極パッド１６ａ，１６ｂとを有する。電極パッド１６ａは、引出電極１５ａを通して第１励振電極１４ａと電気的に接続されている。また、電極パッド１６ｂは、引出電極１５ｂを通して第２励振電極１４ｂと電気的に接続されている。電極パッド１６ａ及び電極パッド１６ｂは、ベース部材３０に電気的に接続するための端子である。電極パッド１６ａ及び電極パッド１６ｂは、水晶片１１の一方の周縁部１１ｂの第２主面１２ｂにおいて、第２主面１２ｂの短辺に沿って配列されている。

引出電極１５ａは、第１励振電極１４ａと電極パッド１６ａとを電気的に接続している。具体的には、引出電極１５ａは、第１主面１２ａ上において、中央部１１ａから側面１３を通って周縁部１１ｂに延在する第１励振電極１４ａと接続され、周縁部１１ｂにおいて第１主面１２ａから水晶片１１の側面を通って第２主面１２ｂに延在し、第２主面１２ｂ上において周縁部１１ｂの電極パッド１６ａに接続されている。

引出電極１５ｂは、第２励振電極１４ｂと電極パッド１６ｂとを電気的に接続している。具体的には、引出電極１５ｂは、第２主面１２ｂ上において、中央部１１ａから側面１３を通って周縁部１１ｂに延在する第２励振電極１４ｂと接続され、第２主面１２ｂ上において周縁部１１ｂの電極パッド１６ｂに電気的に接続されている。

このように引出電極１５ａ，１５ｂを延在させることによって、２つの異なる主面に設けられた第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂを、電極パッド１６ａ，１６ｂによって１つの主面である第２主面１２ｂ上に配置させることができる。

電極パッド１６ａは、導電性保持部材３６ａを介してベース部材３０の電極に電気的に接続される。また、電極パッド１６ｂは、導電性保持部材３６ｂを介してベース部材３０の電極に電気的に接続される。導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、導電性接着剤が熱硬化して形成されたものである。

第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂ、引出電極１５ａ，１５ｂ、並びに、電極パッド１６ａ，１６ｂの各電極の材料は特に限定されるものではないが、例えば、下地としてクロム（Ｃｒ）層を有し、クロム層の表面にさらに金（Ａｕ）層を有していてもよい。

蓋部材２０は、ベース部材３０に接合され、これによって水晶振動素子１０を内部空間２６に収容する。蓋部材２０は、内面２４及び外面２５を有し、ベース部材３０の第１主面３２ａに向かって開口した凹状をなしている。

蓋部材２０は、ベース部材３０の第１主面３２ａに対向する天面部２１と、天面部２１の外縁に接続されておりかつ天面部２１の主面に対して法線方向に延在する側壁部２２とを有する。蓋部材２０は、天面部２１の主面の法線方向から平面視したときに矩形状をなしている。蓋部材２０の天面部２１は、例えば、Ｘ軸方向に平行な長辺と、Ｚ´軸方向に平行な短辺と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向の辺とを有する。また、蓋部材２０は、凹状の開口縁においてベース部材３０の第１主面３２ａに対向する対向面２３を有し、この対向面２３は、水晶振動素子１０の周囲を囲むように枠状に延在している。

蓋部材２０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電材料で構成される。これによれば、蓋部材２０によってシールド機能を有することができる。この場合、導電材料である蓋部材２０を接地することによってシールド機能のさらなる向上を図ることができる。蓋部材２０は、例えば、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金（例えば４２アロイ）を含む。また、蓋部材２０の最表面に酸化防止等を目的とした金（Ａｕ）層などが設けられてもよい。あるいは、蓋部材２０は、絶縁材料又は導電材料・絶縁材料の複合構造であってもよい。

ベース部材３０は水晶振動素子１０を励振可能に支持するものである。具体的には、水晶振動素子１０は導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介してベース部材３０の第１主面３２ａに励振可能に保持されている。

ベース部材３０は平板な板状をなしている。ベース部材３０は、Ｘ軸方向に平行な長辺と、Ｚ´軸方向に平行な短辺と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向の辺とを有する。

ベース部材３０は基体３１を有する。基体３１は、互いに対向するＸＺ´面である第１主面３２ａ及び第２主面３２ｂを有する。基体３１は、例えば絶縁性セラミック（アルミナ）などの焼結材である。この場合。複数の絶縁性セラミックシートを積層して焼結してもよい。あるいは、基体３１は、ガラス材料（例えばケイ酸塩ガラス、又はケイ酸塩以外を主成分とする材料であって、昇温によりガラス転移現象を有する材料）、水晶材料（例えばＡＴカット水晶）又はガラスエポキシ樹脂などで形成してもよい。基体３１は耐熱性材料から構成されることが好ましい。基体３１は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第１主面３２ａを有する最表層として形成される絶縁層を含む。

ベース部材３０は、第１主面３２ａに設けられた接続電極３３ａ，３３ｂと、第２主面に設けられた外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄとを有する。接続電極３３ａ，３３ｂは、水晶振動素子１０と電気的に接続するための端子である。また、外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、図示しない実装基板と電気的に接続するための端子である。接続電極３３ａは、Ｙ´軸方向に延在するビア電極３４ａを介して外部電極３５ａに電気的に接続され、接続電極３３ｂは、Ｙ´軸方向に延在するビア電極３４ｂを介して外部電極３５ｂに電気的に接続されている。ビア電極３４ａ，３４ｂは基体３１をＹ´軸方向に貫通するビアホール内に形成される。

ベース部材３０の接続電極３３ａ，３３ｂは、第１主面３２ａ上においてベース部材３０のＸ軸負方向側の短辺付近に設けられ、ベース部材３０の短辺から離れてかつ当該短辺方向に沿って配列されている。接続電極３３ａは、導電性保持部材３６ａを介して水晶振動素子１０の電極パッド１６ａが接続され、他方、接続電極３３ｂは、導電性保持部材３６ｂを介して水晶振動素子１０の電極パッド１６ｂが接続される。

複数の外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、第２主面３２ｂのそれぞれの角部に設けられている。図１に示す例では、外部電極３５ａが、接続電極３３ａの直下に配置され、外部電極３５ｂが、接続電極３３ｂの直下に配置されている。これによってＹ´軸方向に延在するビア電極３４ａによって、外部電極３５ａを接続電極３３ａに電気的に接続することができる。また、Ｙ´軸方向に延在するビア電極３４ｂによって、外部電極３５ｂを接続電極３３ｂに電気的に接続することができる。図１に示す例では、４つの外部電極３５ａ〜ｄのうち、ベース部材３０のＸ軸負方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ａ，３５ｂは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給される入出力電極である。また、ベース部材３０のＸ軸正方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ｃ，３５ｄは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給されない電極となっている。外部電極３５ｃ，３５ｄには、水晶振動子１が実装される図示しない実装基板上の他の電子素子の入出力信号も供給されない。あるいは、外部電極３５ｃ，３５ｄの少なくともいずれか一方は、接地電位が供給される接地用電極であってもよい。接地用電極である外部電極に蓋部材２０を接続することによって、蓋部材２０のシールド効果向上を図ることができる。

基体３１の第１主面３２ａには、封止枠３７が設けられている。封止枠３７は、第１主面３２ａの法線方向から平面視したときに矩形の枠状をなしている。接続電極３３ａ，３３ｂは、封止枠３７の内側に配置されている。封止枠３７は、導電材料により構成されている。封止枠３７上には後述する接合部材４０が設けられ、これによって蓋部材２０が接合部材４０及び封止枠３７を通してベース部材３０に接合される。

ベース部材３０の接続電極３３ａ，３３ｂ、外部電極３５ａ〜ｄ及び封止枠３７はいずれも金属膜で構成されている。例えば、接続電極３３ａ，３３ｂ及び外部電極３５ａ〜ｄは、下層から上層にかけて、モリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層が積層されて構成されている。また、封止枠３７は、モリブデン（Ｍｏ）層によって構成されていてもよく、あるいは、接続電極及び外部電極と同様にモリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層が積層されても構わない。また、ビア電極３４ａ，３４ｂは、基体３１のビアホールにモリブデンなどの金属材料を充填して形成することができる。

なお、接続電極３３ａ，３３ｂや外部電極３５ａ〜３５ｄの配置関係は上記例に限定されるものではない。例えば、接続電極３３ａがベース部材３０の一方の短辺付近に配置され、接続電極３３ｂがベース部材３０の他方の短辺付近に配置されてもよい。このような構成においては、水晶振動素子１０が、水晶片１１の長辺の両端部においてベース部材３０に保持されることになる。

また、外部電極の配置は上記例に限るものではなく、例えば、入出力電極である２つが第２主面３２ｂの対角上に設けられていてもよい。あるいは、４つの外部電極は、第２主面３２ｂの角部ではなく各辺の中央付近に配置されていてもよい。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば入出力電極である２つのみであってもよい。また、接続電極と外部電極との電気的な接続の態様はビア電極によるものに限らず、第１主面３２ａ又は第２主面３２ｂ上に引出電極を引き出すことによってそれらの電気的な導通を達成してもよい。あるいは、ベース部材３０の基体３１を複数層で形成し、ビア電極を中間層に至るまで延在させ、中間層において内部電極を引き出すことによって接続電極と外部電極との電気的な接続を図ってもよい。

図２に示すように、蓋部材２０及びベース部材３０の両者が封止枠３７及び接合部材４０を介して接合されることによって、水晶振動素子１０が、蓋部材２０とベース部材３０とによって囲まれた内部空間（キャビティ）２６に封止される。

接合部材４０は、蓋部材２０及びベース部材３０の各全周に亘って設けられている。具体的には、接合部材４０は封止枠３７上に設けられている。封止枠３７及び接合部材４０が、蓋部材２０の側壁部２２の対向面２３とベース部材３０の第１主面３２ａとの間に介在することによって、水晶振動素子１０が蓋部材２０及びベース部材３０によって封止される。

接合部材４０は、例えばろう部材である。具体的には、接合部材４０は、金（Ａｕ）‐錫（Ｓｎ）共晶合金からなる。こうして、蓋部材２０とベース部材３０とを金属接合とする。金属接合によれば封止性を向上させることができる。なお、接合部材４０は、導電材料に限らず、例えば低融点ガラス（例えば鉛ホウ酸系や錫リン酸系等）などのガラス接着材料又は樹脂接着剤などの絶縁性材料であってもよい。これによれば、金属接合に比べて低コストであり、また加熱温度を抑えることができ、製造プロセスの簡易化を図ることができる。

本実施形態に係る水晶振動素子１０は、水晶片１１の長辺の一方端（導電性保持部材３６ａ，３６ｂが配置される側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっている。また、水晶振動素子１０、蓋部材２０及びベース部材３０は、ＸＺ´面において、それぞれ矩形状をなしており、互いに長辺及び短辺の向きが一致している。

なお、水晶振動素子１０の固定端の位置は特に限定されるものではなく、変形例として、水晶振動素子１０は、水晶片１１の長辺の両端においてベース部材３０に固定されていてもよい。この場合、水晶振動素子１０を水晶片１１の長辺の両端において固定する態様で、水晶振動素子１０及びベース部材３０の各電極を形成すればよい。

本実施形態に係る水晶振動子１においては、ベース部材３０の外部電極３５ａ，３５ｂを介して、水晶振動素子１０における一対の第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂの間に交番電界を印加する。これにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードによって水晶片１１の中央部１１ａが振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。

次に、図３〜図８を参照しつつ、本発明の実施形態に係る水晶振動子の製造方法について説明する。本実施形態では、一例として、水晶振動子１の製造方法を説明する。図３はフローチャートであり、図４〜図７はそれぞれ図３のステップＳ１１及びＳ１２の詳細を説明する図である。図８は、図６において使用するマスクの平面図である。

本実施形態では、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂをそれぞれ水晶片１１の中央部１１ａの中央から周縁にかけて厚さが薄くなるように形成することを含む。以下具体的に説明する。

まず、水晶片１１を準備する（Ｓ１０）。本実施形態では、水晶片１１は、中央部１１ａと、中央部１１ａよりも厚さが薄い周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃを有するように形成する。水晶片１１は、ウェットエッチング又はドライエッチングなどを用いて形成することができる。

次に、水晶片１１の第１主面１２ａに第１励振電極１４ａを形成し（Ｓ１１）、水晶片１１の第２主面１２ｂに第２励振電極１４ｂを形成する（Ｓ１２）。本実施形態では、第１励振電極１４ａの製造工程と、第２励振電極１４ｂの製造工程を共に行う。第２励振電極１４ｂの製造工程は、第１励振電極１４ａの製造工程と同様である。そこで、以下の説明では、図４〜図７を参照しつつ、主に、第１励振電極１４ａの製造工程について説明する。

まず、図４に示すように、水晶片１１の第１主面１２ａ側にマスク５０ａを配置する。マスク５０ａは、第１主面１２ａに電極材料を成膜するための開口５２ａを有する。図４に示す例では、開口５２ａの開口領域は、中央部１１ａの領域よりもわずかに大きくなっている。これにより、中央部１１ａの第１主面１２ａを含み、側面１３を通して周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃの第１主面１２ａに至る領域に、第１電極層を設けることができる。

同様に、水晶片１１の第２主面１２ｂ側にマスク５０ｂを配置する。マスク５０ｂは開口５２ｂを有し、これらの構成はマスク５０ａで説明した内容を適用することができる。

次に、マスク５０ａを通して電極材料を成膜することによって第１電極層６０ａを設ける。第１電極層６０ａは、中央部１１ａの第１主面１２ａを含み、側面１３を通して周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃの第１主面１２ａに至るように設けられる。第１電極層６０ａは、中央部１１ａの第１主面１２ａ上で、均一な厚さを有している。ここで、均一な厚さという表現は、厳密に厚さが完全同一である状態のみならず、実質的に厚さが同一な状態を含むことを意味する。図５に示す例では、第１電極層６０ａは、中央部１１ａの第１主面１２ａの領域よりもわずかに小さい領域において均一な厚さを有している。第１電極層６０ａは、マスク５０ａの開口５２ａの外縁、すなわち中央部１１ａと周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃとの間の側面１３付近において、マスク５０ａの開口の中心から離れる方向に徐々に厚さが小さくなっている。

同様に、マスク５０ｂを通して電極材料を成膜することによって第２電極層６０ｂを設ける。なお、第１電極層６０ａと第２電極層６０ｂは同時に成膜してもよいし、あるいは、一方の電極層を成膜した後に他方の電極層を成膜してもよい。

こうして、水晶片１１と、水晶片１１の第１主面１２ａに設けられた第１電極層６０ａと、水晶片１１の第２主面１２ｂに設けられた第２電極層６０ｂとを含む水晶振動素子６２を製造することができる。第１電極層６０ａ及び第２電極層６０ｂはそれぞれ均一な厚さを有している。

次に、図６に示すように、水晶片１１の第１主面１２ａ側にマスク７０ａを配置し、第１主面１２ａ側からマスク７０ａを通してイオンビーム９０ａを照射する。こうして、第１電極層６０ａに照射されるイオンビーム９０ａのイオンビーム量に依存して、第１電極層６０ａの電極材料を部分的に除去し、第１電極層６０ａを所定形状に形成する。

本実施形態に係るマスク７０ａは、中央領域７２ａと、中央領域７２ａの周辺に位置する周辺領域７４ａと、周辺領域７４ａの周辺に位置する遮蔽領域７６ａとを有している（図８参照）。遮蔽領域７６ａはイオンビーム９０ａを実質的に遮蔽する。周辺領域７４ａは、中央領域７２ａよりも通過するイオンビーム９０ａのイオンビーム量が大きくなるように構成されている。一例として、周辺領域７４ａは、イオンビーム９０ａが通過する開口である。図８のマスクの例では、中央領域７２ａは、遮蔽領域７６ａと同様にイオンビーム９０ａを遮蔽する。中央領域７２ａは、支持領域７３ａによって遮蔽領域７６ａに接続されている。一例として、矩形状の中央領域７２ａのそれぞれの角部が、支持領域７３ａによって遮蔽領域７６ａに接続されている。

図６に示す例では、マスク７０ａが水晶片１１の第１主面１２ａ側に配置されたとき、中央領域７２ａは、中央部１１ａの中央を含む部分に配置され、周辺領域７４ａの外縁は、中央部１１ａの領域よりもわずかに外側に位置している。また、中央領域７２ａは、遮蔽領域７６ａよりも水晶片１１の第１主面１２ａから離れる方向に位置している。中央領域７２ａの平面視における形状は、図８に示す例では正方形状であるが、これに限定されるものではなく、円状、楕円状又は長方形状であってもよいし、それらに類似の形状であってもよい。

同様に、水晶片１１の第２主面１２ｂ側にマスク７０ｂを配置し、第２主面１２ｂ側からマスク７０ｂを通してイオンビーム９０ｂを照射する。こうして、第２電極層６０ｂに照射されるイオンビーム９０ｂのイオンビーム量に依存して、第２電極層６０ｂの電極材料を部分的に除去し、第２電極層６０ｂを所定形状に形成する。なお、マスク７０ｂは、マスク７０ａと同様に、中央領域７２ｂと、中央領域７２ｂの周辺に位置する周辺領域７４ｂと、周辺領域７４ｂの周辺に位置する遮蔽領域７６ｂとを有している。マスク７０ｂの構成はマスク７０ａで説明した内容を適用することができる。

水晶片１１の第２主面１２ｂ側からイオンビーム９０ｂを照射する工程は、水晶片１１の第１主面１２ａ側からイオンビーム９０ａを照射する工程と、少なくとも部分的に同時に行うことができる。

あるいは、両者の照射工程のタイミングはこれに限定されるものではなく、一方の照射工程後に他方の照射工程を行ってもよい。例えば、イオンビームを一方向のみから照射し、水晶片１１を表裏反転させて第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂを順番に加工してもよい。この場合、イオンビームを重力とは反対方向から照射して加工することにより、イオンビームの照射によって削り取られた電極材料が重力に従って落下するので、電極材料のパーティクルが水晶片１１に付着するのを抑制することができる。

水晶片１１の第１主面１２ａ側からイオンビーム９０ａを照射する工程と、水晶片１１の第２主面１２ｂ側からイオンビーム９０ｂを照射する工程とのうち、少なくとも一方は、周波数を調整することを含む。例えば、イオンビーム９０ａ，９０ｂを照射する前の第１電極層６０ａ及び第２電極層６０ｂが設けられた状態での水晶振動素子６２の周波数を測定し、かかる測定値に基づいて、イオンビーム９０ａ，９０ｂの照射条件を制御し、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂを形成する。この場合、周波数を測定しながらイオンビーム９０ａ，９０ｂを照射して、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの厚さを制御することができる。

その後、既に説明した各種電極を水晶片１１に形成し、図７に示すように、水晶片１１と、第１励振電極１４ａと、第２励振電極１４ｂとを有する水晶振動素子１０を製造することができる。既に説明したとおり、第１励振電極１４ａは、第１主面１２ａ側において、水晶片１１の中央部１１ａの中央から周縁にかけて厚さが薄くなるように形成され、第２励振電極１４ｂは、第２主面１２ｂ側において、水晶片１１の中央部１１ａの中央から周縁にかけて厚さが薄くなるように形成される。

図３に戻り、次に、水晶振動素子１０をベース部材３０に搭載する（Ｓ１３）。具体的には、基体３１の第１主面３２ａ上の接続電極３３ａ，３３ｂ上に導電性接着剤を塗布し、水晶振動素子１０を搭載した状態で導電性接着剤を熱硬化させる。こうして、導電性接着剤が熱硬化した導電性保持部材３６ａによって、水晶振動素子１０の電極パッド１６ａと、ベース部材３０の接続電極３３ａを電気的に接続するとともに、導電性接着剤が熱硬化した導電性保持部材３６ｂによって、水晶振動素子１０の電極パッド１６ｂと、ベース部材３０の接続電極３３ｂを電気的に接続する。また、導電性保持部材３６ａ，３６ｂによって水晶振動素子１０を励振可能に保持することができる。なお、水晶振動素子１０は、第２励振電極１４ｂがベース部材３０側を向くように第１主面３２ａに搭載される。

その後、必要に応じて、水晶振動素子１０に対して周波数を調整する（Ｓ１４）。例えば、減圧状態下でイオンビームを照射して、第１励振電極１４ａの一部を除去することにより第１励振電極１４ａの厚さを薄くして所望の周波数に調整する。

周波数調整のためのイオンビームは、水晶片１１の第１主面１２ａ側から水晶振動素子１０の全体にかけて照射することができる。これによって、水晶振動素子１０の表面に付着した水晶、電極又は樹脂レジストからなる加工残留物及び大気中の粉塵などのパーティクルを除去することができる。なお、周波数調整のためのイオンビームは、水晶振動素子１０の全体である必要はなく、例えば、第１主面１２ａ側から第１励振電極１４ａの少なくとも一部の領域に照射してもよい。このように周波数調整に必要な第１励振電極１４ａの少なくとも一部の領域にイオンビームを照射することによって、効率良く周波数調整を行うことができる。

最後に、ベース部材３０に蓋部材２０を接合する（Ｓ１５）。具体的には、ベース部材３０の封止枠３７上に接合部材４０を設け、封止枠３７及び接合部材４０を蓋部材２０の側壁部２２の対向面２３とベース部材３０の第１主面３２ａとの間に介在させる。こうして、蓋部材２０及びベース部材３０によって水晶振動素子１０が内部空間２６に収容された水晶振動子１を製造することができる。

以上のとおり、本実施形態によれば、マスク７０ａを用いてイオンビーム９０ａの照射を行い、マスク７０ａの中央領域７２ａから周辺領域７４ａにかけて厚さが薄い第１励振電極１４ａを形成する。したがって、特殊な成膜プロセスによって凸状の励振電極を形成する場合に比べて、簡易かつ低コストであって、品質のばらつきを抑制した製造プロセスを実現することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。

図９は、本実施形態の変形例に係るマスクの平面図であり、イオンビームを照射するときに用いるマスクの他の態様を示すものである。

図９に示すマスク８０は、中央領域８２と、中央領域８２の周辺に位置する周辺領域８４と、周辺領域８４の周辺に位置する遮蔽領域８６とを有する。中央領域８２及び周辺領域８４には、それぞれ、イオンビームが通過する１つ以上の開口が形成されている。図９に示す例では、中央領域８２には、複数の開口８３ａが設けられ、周辺領域８４には、中央領域８２のいずれの開口８３ａよりも開口サイズが大きい複数の開口８５ａ，開口８５ｂが設けられている。周辺領域８４において、複数の開口８５ａは、複数の開口８５ｂよりも中央領域８２から離れた位置に設けられており、開口８５ａは、開口８５ｂよりも開口サイズが大きい。このように、マスク８０においては、中央領域８２から周辺領域８４にかけて、開口サイズが徐々に大きくなっている。

なお、図９に示す例では、中央領域８２に１つ以上の開口８３ａが設けられているが、更なる変形例として、中央領域８２は開口が設けられずに領域全体が遮蔽領域となっていてもよい。

上記実施形態では、水晶片１１の両方の主面において中央部１１ａが周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃよりも突起する凸状の構成を説明したが、このような凸状の構成は、第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂのいずれか一方のみであってもよい。例えば、中央部１１ａは、第１主面１２ａ側のみにおいて周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃよりも突起する凸状に形成され、第２主面１２ｂは中央部１１ａと周縁部１１ｂ及び周縁部１１ｃとが面一となっていてもよい。この場合、少なくとも、第１主面１２ａ側の第１励振電極１４ａが中央部１１ａの中央から周縁にかけて厚さが薄くてもよい。このような構成においても、振動閉じ込め性の向上を図ることができる。

上記実施形態ではメサ型構造の水晶片１１の態様を説明したが、平面型構造の水晶片を用いてもよい。この場合、少なくとも、第１主面１２ａ側の第１励振電極１４ａが中央部１１ａの中央から周縁にかけて厚さが薄くてもよい。このような構成においても、振動閉じ込め性の向上を図ることができる。

上記実施形態では、水晶振動素子１０をベース部材３０に搭載した後に周波数を調整する工程（Ｓ１４）を行う例を示したが、かかる工程（Ｓ１４）を省略してもよい。すなわち、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの形成工程（Ｓ１１及びＳ１２）において周波数の調整を終えてもよい。

上記実施形態では、放射ビームの一例としてイオンビームを用いたイオンミリングの態様を説明したが、上記したイオンミリングに限らず電極材料を削るための他の放射ビームを用いてもよい。例えば、イオンミリングの代わりにプラズマＣＶＭ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）などを適用してもよい。

上記実施形態では、ベース部材が平板であり、蓋部材が凹状であったが、本発明においては、ベース部材及び蓋部材の形状は水晶振動素子を内部空間に収容することができれば特に限定されるものではなく、例えば、ベース部材が凹状であり、蓋部材が平板状であってもよい。

また、水晶片はＡＴカット以外の異なるカット（例えばＢＴカットなど）を適用してもよい。さらには、水晶以外のその他の圧電体からなる圧電基板を用いた圧電振動素子に本発明の構成を適用してもよい。

以上のとおり、本発明の実施形態に係る圧電振動子の製造方法は、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る圧電振動素子の製造方法は、第１主面と当該第１主面に対向する第２主面とを有する圧電基板を準備すること、圧電基板の第１主面に第１電極層を設けること、圧電基板の第１主面の側にマスクを配置すること、圧電基板の第１主面の側からマスクを通して放射ビームを照射することを含み、マスクは、中央領域と、中央領域の周辺に位置する周辺領域とを有し、周辺領域は、中央領域よりも通過する放射ビーム量が大きくなるように構成され、第１主面の側から放射ビームを照射することは、マスクの中央領域及び周辺領域を通して放射ビームを照射して第１電極層の一部を除去することによって、圧電基板の第１主面に、マスクの中央領域から周辺領域にかけて厚さが薄い第１励振電極を形成することを含む。

上記構成において、圧電基板は、第１主面の平面視において中央部と周縁部を有し、かつ、第１主面の側において、中央部が周縁部よりも突起する凸状をなしており、第１主面の側から放射ビームを照射することは、第１の主面において圧電基板の中央部に第１励振電極を形成することを含み、第１励振電極は、中央部の中央から周縁にかけて厚さが薄くてもよい。

上記構成において、圧電基板の第２主面に第２電極層を設けること、圧電基板の第２主面の側にマスクを配置すること、圧電基板の第２主面の側からマスクを通して放射ビームを照射することをさらに含み、第２主面の側から放射ビームを照射することは、マスクの中央領域及び周辺領域を通して放射ビームを照射して第２電極層の一部を除去することによって、圧電基板の第２主面に、マスクの中央領域から周辺領域にかけて厚さが薄い第２励振電極を形成することを含んでもよい。

上記構成において、圧電基板は、第２主面の平面視において中央部と周縁部を有し、かつ、第２主面の側において、中央部が周縁部よりも突起する凸状をなしており、第２主面の側から放射ビームを照射することは、第２の主面において圧電基板の中央部に第２励振電極を形成することを含み、第２励振電極は、中央部の中央から周縁にかけて厚さが薄くてもよい。

上記構成において、第２主面の側から放射ビームを照射することは、第１主面の側から放射ビームを照射することの後に行ってもよい。

上記構成において、第２主面の側から放射ビームを照射することは、第１主面の側から放射ビームを照射することと、少なくとも部分的に同時に行ってもよい。

上記構成において、第１主面の側から放射ビームを照射すること、及び、第２主面の側から放射ビームを照射することのうち、少なくとも一方は、周波数を調整することを含んでもよい。

上記構成において、マスクの中央領域及び周辺領域には、それぞれ、放射ビームが通過する１つ以上の開口が形成され、周辺領域の開口のサイズは、中央領域の開口のサイズよりも大きくてもよい。

上記構成において、マスクの中央領域は、放射ビームを遮蔽する領域であり、マスクの周辺領域は、放射ビームが通過する開口を有する領域であってもよい。

上記構成において、圧電基板は水晶片であってもよい。

上記構成において、放射ビームは、イオンビームであってもよい。

上記構成において、上記圧電振動素子の製造方法を含み、圧電振動素子をベース部材に搭載すること、圧電振動素子を収容するように蓋部材を接合部材によってベース部材に接合することをさらに含んでもよい。

上記構成において、圧電振動素子をベース部材に搭載することの後に、第１励振電極及び第２励振電極のうち一方の電極の一部を除去して周波数を調整することをさらに含んでもよい。

なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１…水晶振動子、１０…水晶振動素子、１１…水晶片、１１ａ…中央部
１１ｂ…周縁部、１１ｃ…周縁部、１２ａ…第１主面、１２ｂ…第２主面
１３…側面、１４ａ…第１励振電極、１４ｂ…第２励振電極、２０…蓋部材
３０…ベース部材、６０ａ…第１電極層、６０ｂ…第２電極層、７０ａ…マスク
７０ｂ…マスク、７２ａ，７２ｂ…中央領域、７４ａ，７４ｂ…周辺領域
９０ａ，９０ｂ…イオンビーム

Claims (13)

1. 第１主面と当該第１主面に対向する第２主面とを有する圧電基板を準備すること、
   前記圧電基板の前記第１主面に第１電極層を設けること、
   前記圧電基板の前記第１主面の側にマスクを配置すること、
   前記圧電基板の前記第１主面の側から前記マスクを通して放射ビームを照射すること
   を含み、
   前記マスクは、中央領域と、前記中央領域の周辺に位置する周辺領域とを有し、前記周辺領域は、前記中央領域よりも通過する放射ビーム量が大きくなるように構成され、
   前記第１主面の側から放射ビームを照射することは、前記マスクの前記中央領域及び前記周辺領域を通して放射ビームを照射して前記第１電極層の一部を除去して、前記圧電基板の前記第１主面に、前記マスクの前記中央領域に対応する部分よりも前記周辺領域に対応する部分の方が厚さが薄い第１励振電極を形成することを含む、圧電振動素子の製造方法。
2. 前記圧電基板は、前記第１主面の平面視において中央部と周縁部を有し、かつ、前記第１主面の側において、前記中央部が前記周縁部よりも突起する凸状をなしており、
   前記第１主面の側から放射ビームを照射することは、前記第１主面において前記圧電基板の前記中央部に前記第１励振電極を形成することを含み、
   前記第１励振電極は、前記中央部に対応する部分よりも前記周縁部に対応する部分の方が厚さが薄い、請求項１記載の圧電振動素子の製造方法。
3. 前記圧電基板の前記第２主面に第２電極層を設けること、
   前記圧電基板の前記第２主面の側に前記マスクを配置すること、
   前記圧電基板の前記第２主面の側から前記マスクを通して放射ビームを照射すること
   をさらに含み、
   前記第２主面の側から放射ビームを照射することは、前記マスクの前記中央領域及び前記周辺領域を通して放射ビームを照射して前記第２電極層の一部を除去して、前記圧電基板の前記第２主面に、前記マスクの前記中央領域に対応する部分よりも前記周辺領域に対応する部分の方が厚さが薄い第２励振電極を形成することを含む、請求項２記載の圧電振動素子の製造方法。
4. 前記圧電基板は、前記第２主面の平面視において中央部と周縁部を有し、かつ、前記第２主面の側において、前記中央部が前記周縁部よりも突起する凸状をなしており、
   前記第２主面の側から放射ビームを照射することは、前記第２主面において前記圧電基板の前記中央部に前記第２励振電極を形成することを含み、
   前記第２励振電極は、前記中央部に対応する部分よりも前記周縁部に対応する部分の方が厚さが薄い、請求項３記載の圧電振動素子の製造方法。
5. 前記第２主面の側から放射ビームを照射することは、前記第１主面の側から放射ビームを照射することの後に行う、請求項３又は４に記載の圧電振動素子の製造方法。
6. 前記第２主面の側から放射ビームを照射することは、前記第１主面の側から放射ビームを照射することと、少なくとも部分的に同時に行う、請求項３又は４に記載の圧電振動素子の製造方法。
7. 前記第１主面の側から放射ビームを照射すること、及び、前記第２主面の側から放射ビームを照射することのうち、少なくとも一方は、周波数を調整することを含む、請求項３から６のいずれか１項に記載の圧電振動素子の製造方法。
8. 前記マスクの前記中央領域及び前記周辺領域には、それぞれ、放射ビームが通過する１つ以上の開口が形成され、
   前記周辺領域の開口のサイズは、前記中央領域の開口のサイズよりも大きい、請求項１から７のいずれか１項に記載の圧電振動素子の製造方法。
9. 前記マスクの前記中央領域は、放射ビームを遮蔽する領域であり、
   前記マスクの前記周辺領域は、放射ビームが通過する開口を有する領域である、請求項１から７のいずれか１項に記載の圧電振動素子の製造方法。
10. 前記圧電基板は水晶片である、請求項１から９のいずれか１項に記載の圧電振動素子の製造方法。
11. 前記放射ビームは、イオンビームである、請求項１から１０のいずれか１項に記載の圧電振動素子の製造方法。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の圧電振動素子の製造方法を含み、
    前記圧電振動素子をベース部材に搭載すること、
    前記圧電振動素子を収容するように蓋部材を接合部材によって前記ベース部材に接合すること
    をさらに含む、圧電振動子の製造方法。
13. 前記圧電振動素子を前記ベース部材に搭載することの後に、少なくとも前記第１励振電極の一部を除去して周波数を調整することをさらに含む、請求項１２記載の圧電振動子の製造方法。
    

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