JP2008131527A - 音叉型圧電振動片および圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＩ値の上昇およびばらつきを抑えながら振動腕の長さを短くした音叉型圧電振動片または圧電デバイスを提供する。
【解決手段】 音叉型圧電振動片（２０）は、圧電材料により形成された基部（２９）と、基部の一端側から所定方向に伸びる振動腕（２１−１）と、振動腕の表面部と裏面部に形成された溝部（２７−１）と、振動腕に形成された電極（２３，２５）と、を備える。そして、溝部（２７−１）は所定方向に伸びる非直線的な部分（のこぎり歯）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、音叉型圧電振動片と、パッケージ内に音叉型圧電振動片を収容した圧電デバイスとの改良に関する。特に小型化に伴うＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の上昇を抑える音叉型圧電振動片に関する。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話などのクロック源等において、音叉型圧電振動片や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。

特許文献１に示される音叉型圧電振動片は、水晶単結晶ウエハなどの圧電材料をウェットエッチングすることにより、音叉型の外形形状を形成する。音叉型圧電振動片はパッケージに実装する矩形の基部と、基部から延長された一対の振動腕を備えている。これら振動腕の主面（表裏面）に長溝を形成するとともに、必要な駆動用の電極を形成している。このような音叉型圧電振動片においては、駆動用の電極を介して駆動電圧が印加されると、各振動腕の先端部を近接・離間するようにして、屈曲振動することにより、所定の周波数の信号が取り出されるようになっている。音叉型圧電振動片の矩形の基部には、引出し電極が２箇所形成される。引出し電極に導電接着剤を塗布して、音叉型圧電振動片がセラミックなどのパッケージに実装される。

特開２００２−２６１５７５

しかし、振動腕の長さをより短くして、音叉型圧電振動片の小型化を図りたい要望は大きい。特に、振動腕は長いのでこの振動腕の長さをできるだけ短くすれば、それだけ小型化できることになる。一方で、振動腕の長さを短くすればＣＩ値（クリスタルインピーダンス）が大きくなってしまい、また圧電振動片ごとのＣＩ値のばらつきも大きくなる問題が生じている。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、小型化を進める上で、ＣＩ値の上昇およびばらつきを抑えながら振動腕の長さを短くした音叉型圧電振動片または圧電デバイスを提供することを目的とする。

第１の観点の音叉型圧電振動片は、圧電材料により形成された基部と、基部の一端側から所定方向に伸びる振動腕と、振動腕に形成された電極と、を備える。そして、振動腕は所定方向に伸びる非直線的な部分を有する。
第１の観点の構成によれば、振動腕には電極が形成され、その振動腕が所定方向に伸びる非直線的な部分を有しているため、振動腕の長さを短くしてもＣＩ値が大きくなることを抑制することができる。または第１の観点の構成は、圧電振動片ごとのＣＩ値のばらつきも小さくすることができる。

第２の観点による音叉型圧電振動片は、圧電材料により形成された基部と、基部の一端側から所定方向に伸びる振動腕と、振動腕の表面部と裏面部に形成された溝部と、溝部に形成された電極と、を備える。そして、溝部は所定方向に伸びる非直線的な部分を有する。
第２の観点の構成によれば、溝部には電極が形成され、その溝部が所定方向に伸びる非直線的な部分を有しているため、振動腕の長さを短くしてもＣＩ値が大きくなることを抑制することができる。または第２の観点の構成は、圧電振動片ごとのＣＩ値のばらつきも小さくすることができる。

第３の観点による音叉型圧電振動片の非直線的な部分は、のこぎり歯形状、波形状または凹凸形状を含む。
ＣＩ値を小さくしたり、圧電振動片ごとのＣＩ値のばらつきを小さくしたりするためには、振動腕の電極面積を大きくする必要がある。この第３の観点の構成によれば、のこぎり歯形状、波形状または凹凸形状により、所定方向の長さを短くしても電極面積は維持または長くできる。このため、音叉型水晶振動片の振動腕の長さを短くすることができる。

第４の観点による音叉型圧電振動片の非直線的な部分は、基部の一端の近傍に形成されている。
基部の近傍の振動腕または溝部には、電極を形成することが必要である。第４の観点による音叉型圧電振動片の構成によれば、その近傍が非直線的な形状であるため、音叉型圧電振動片のＣＩ値を小さくしたり、圧電振動片ごとのＣＩ値のばらつきを小さくしたりすることができる。

第５の観点による音叉型圧電振動片は、非直線的な部分と、前記電極が形成されている部分とが一致する。
不要に非直線的な部分を増やしても、振動腕または溝部の強度（剛性）が弱くなるだけである。第５の観点の構成によれば、非直線的な部分と電極が形成されている部分とがほぼ一致するため、強度とＣＩ値の低減とを両立することができる。

第６の観点による音叉型圧電振動片は、非直線部の所定方向と直交する方向の最大長さと最小長さとの比率は、１．０５から１．３０である。
ＣＩ値の低減の低減およびＣＩ値のばらつきを押さえるためには、電極の面積を増やすことが必要であるが、あまりに非直線部分、たとえば波形状の振幅が大きくなると、振動腕または溝部の強度が弱くなる。第６の観点の構成によれば、第６の観点において、非直線部の所定方向と直交する方向の最大長さと最小長さとの比率は、１．０５から１．３０であるので、強度とＣＩ値の低減とを両立することができる。

また、第７の観点による音叉型圧電振動片にあっては、非直線部的な部分は、基部の一端から振動腕の先端側へ離れるに従い比率が徐々に小さくなる。
第７の観点の構成によれば、基部の近傍では振動しやすくなるように、且つ電極面積を多く取るように比率が大きい。先端側では強度などを考慮して比率が小さくなっている。

第８の観点による音叉型圧電振動片の非直線部的な部分は、ウェットエッチング工程により形成される。
第８の観点の構成によれば、ウェットエッチング工程を行えば、ＸＹ平面の伸びる、のこぎり歯形状、波形状または凹凸形状を容易に形成することができる。

第９の観点による圧電デバイスは、第１ないし第８の観点の音叉型圧電振動片と、音叉型圧電振動片を収容するパッケージと、パッケージを封止する封止蓋と、を備える。
第９の観点の構成によれば、小型の音叉型圧電振動片、特に振動腕の長さを短くした音叉型圧電振動片をパッケージして圧電デバイスを形成できるため、小型の圧電デバイスを提供することができる。

本発明の音叉型圧電振動片または圧電デバイスは、振動腕または溝部に非直線部分を有し、その非直線部分に電極が形成されているため、小型化してもＣＩ値が大きくならず、またＣＩ値のばらつきも小さいという利点がある。

＜第１圧電振動片の構成＞
図１は、本発明の音叉型水晶振動片２０の実施形態を示した平面図である。
音叉型水晶振動片２０は、たとえば水晶Ｚ板１０となるように水晶単結晶ウエハを切り出して形成されている。水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。また、図１に示す音叉型水晶振動片２０は３２．７６８ｋＨｚで信号を発振する振動片であるため、極めて小型の振動片となっている。
この音叉型水晶振動片２０は、基部２９を有している。そして、この基部２９からＹ方向に突出するように振動腕部である振動腕２１が２本形成されている。また、この振動腕２１の表面には、溝部２７−１が図１に示すように各振動腕２１に２箇所ずつ形成されている。この溝部２７−１は、振動腕２１の裏面側にも同様に形成されているため、振動腕２１の溝部２７−１の断面図は、図２（ｂ）に示すようにほぼＨ型になっている。溝部２７−１は、ＣＩ（クリスタル・インピーダンス）値の上昇を抑えるために設けられている。

音叉型水晶振動片２０の基部２９は、その全体がほぼ板状に形成されている。そして、図において縦方向の長さＬ２が、たとえば０．５８ｍｍないし０．６４ｍｍに形成されている。一方、この基部２９から突出して配置されている振動腕２１の図において縦方向の長さＬ１は約１．４５ｍｍないし１．６５ｍｍに形成されている。したがって、この振動腕２１に対する基部２９の長さは、約４０パーセントとなっている。

基部２９は、各振動腕２１側の第１基部２９−１と接着領域３３側の第２基部２９−２とを形成している。第１基部２９−１はＸ方向の長さ（幅）がＷ１であり、第２基部２９−２はＸ方向の長さ（幅）が、第１基部２９−１の幅Ｗ１よりも広い幅Ｗ２である。幅Ｗ１は幅Ｗ２の約７５パーセントから９０パーセントである。たとえば、幅Ｗ１は０．４２ｍｍに幅Ｗ２は０．５０ｍｍに形成されている。このため、振動腕２１の振動により、溝部２７−１から漏れてきた漏れ振動は、第２基部２９−２に伝わり難くなる。
また、第２基部２９−２には、２箇所の連結部２８が形成されている。２箇所の連結部２８は、この水晶単結晶ウエハから音叉型水晶振動片２０を切り取る際に残る部材であり、一枚の水晶単結晶ウエハには、数千個の音叉型水晶振動片２０が連結されている。

音叉型水晶振動片２０の振動腕２１および基部２９には、第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とが形成されている。第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とはともに、５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に４００オングストローム〜３０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成になっている。クロム（Ｃｒ）層の代わりに、タングステン（Ｗ）層またはチタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また、金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。また、一層からなる場合もあり、一層の場合には、たとえばＡｌ（アルミ）層などが用いられる。音叉型水晶振動片２０の基部２９−２には、第１基部電極２３ａと第２基部電極２５ａとが形成され、パッケージ側電極に接続される。

＜振動腕２１の外形形状および溝部２７の形状＞
＜＜第１実施形態＞＞
図２（ａ）は図１に示した音叉型水晶振動片２０の振動腕２１−１と第１基部２９−１の拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
片方の振動腕２１−１の表面には二つの溝部２７−１が形成され、裏面にも二つの溝部２７−１が形成されている。溝部２７−１自体はＹ方向に伸びており、その側面は、のこぎり歯形状になっている。

一つの溝部２７−１の長さＬ３は、０．２５ｍｍから０．５ｍｍ程度であり、二つの溝部２７−１の間隔Ｌ４は、０．０１ｍｍから０．１ｍｍ程度である。また、溝部２７−１の深さは、振動腕２１−１の厚さの３０パーセントから４５パーセントであり、０．０３ｍｍから０．４５ｍｍとなる。一対の振動腕２１−１の溝部２７−１には、第１溝電極２３ｄおよび第２溝電極２５ｄがそれぞれ形成され、溝部２７−１の周囲にも形成されている。また、（ｂ）に示すように、一対の振動腕２１−１の両側面には、第２側面電極２５ｂおよび第１溝電極２３ｂが形成されている。

振動腕２１−１の幅Ｗ３は、０．１ｍｍ程度であり、溝部２７−１の幅Ｗ４は約８０パーセントで０．０８ｍｍ程度である。ただし、溝部２７−１の側面はのこぎり歯形状であるので、幅Ｗ４は幅方向（Ｘ方向の）平均である。振動腕２１−１の溝部２７−１はウェットエッチングで形成するが、溝部が貫通しないように途中でエッチングを終了するハーフエッチングで形成する。なお、ウェットエッチングにより、水晶の方向性の関係で図のように必ずしも垂直にエッチングできない場合がある。
溝部２７−１が凹んでいること、且つ溝部２７−１の側面がのこぎり形状になっていることにより、第１溝電極２３ｄおよび第２溝電極２５ｄの面積が広くなり、ＣＩ値が小さくなるとともにＣＩ値のばらつきが少なくなる。このため、振動腕２１−１の長さＬ１を短くしても、ＣＩ値を小さく抑えられるとともにＣＩ値が安定する。

＜＜第２実施形態＞＞
図３（ａ）は、第２実施形態の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１−２と第１基部２９−１の拡大図である。
振動腕２１−２は側面が波形状であり、その幅Ｗ３は、０．１ｍｍ程度である。ただし、振動腕２１−２の側面は波形状であるので、幅Ｗ３は幅方向（Ｘ方向の）平均である。溝部２７−２の幅Ｗ４は約８０パーセントで０．０８ｍｍ程度である。第１実施形態と異なり、片方の振動腕２１−２の表面には一つの溝部２７−２が形成され、裏面にも一つの溝部２７−２が形成されている。一つの溝部２７−２の長さＬ５は、０．５ｍｍから１．１ｍｍ程度である。

振動腕２１−２は、側面が波形状になっていることにより、第１溝電極２３ｂおよび第２溝電極２５ｂの面積が広くなり、ＣＩ値が小さくなるとともにＣＩ値のばらつきが少なくなる。このため、振動腕２１−２の長さＬ１を短くしても、ＣＩ値を小さく抑えられるとともにＣＩ値が安定する。

＜＜第３実施形態＞＞
図３（ｂ）は、第３実施形態の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１−２の拡大図である。
振動腕２１−２は第２実施形態と同じであるが、溝部２７−３は第一基部２９−１の近傍の側面が波形状になっており、溝部２７−３の先端側の側面は直線状になっている。直線部分の側面は、波形状の側面より振動腕の強度（剛性）が強くなる。そのため直線部分の長さＬ６は、ＣＩ値と強度との関係で適宜決定することができる。このように、振動腕２１−２の側面が波形状になっており、溝部２７−３の一部が波形状になっていることにより、第１溝電極２３ｂおよび第２溝電極２５ｂの面積、または第１溝電極２３ｄおよび第２溝電極２５ｄの面積が広くなる。したがって、振動腕２１−２の長さＬ１を短くしても、ＣＩ値を小さく抑えられるとともにＣＩ値が安定する。

＜＜第４実施形態＞＞
図４（ａ）は、第４実施形態の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１−３の拡大図である。
溝部２７−３は第３実施形態と同じであるが、振動腕２１−３は第一基部２９−１の近傍が波形状になっており、振動腕２１−２の先端側の側面は直線状になっている。このため、溝部２７−３と振動腕２１−２とが相似または同一の形状になっている。直線部分の側面は、波形状の側面より振動腕の強度（剛性）が強くなる。そのため直線部分の長さＬ６は、ＣＩ値と強度との関係で適宜決定することができる。このように、振動腕２１−３の一部の側面が波形状になっており、溝部２７−３の一部が波形状になっていることにより、第１溝電極２３ｂおよび第２溝電極２５ｂの面積、または第１溝電極２３ｄおよび第２溝電極２５ｄの面積が広くなる。したがって、振動腕２１−３の長さＬ１を短くしても、ＣＩ値を小さく抑えられるとともにＣＩ値が安定する。

＜＜第５実施形態＞＞
図４（ｂ）は、第５実施形態の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１−４の拡大図である。
振動腕２１−４の側面は第一基部２９−１の近傍が直線状になっており、振動腕２１−２の先端側の側面は波形状になっている。溝部２７−４の側面は全体が波形状になっている。直線部分の側面は、波形状の側面より振動腕の強度（剛性）が強くなる。特に音叉型水晶振動片を小型化したために振動腕の強度または耐久性に不安があるときには好ましい。このように、振動腕２１−４の一部の側面が波形状になっており、溝部２７−４の全体が波形状になっていることにより、第１溝電極２３ｂおよび第２溝電極２５ｂの面積、または第１溝電極２３ｄおよび第２溝電極２５ｄの面積が広くなる。したがって、振動腕２１−４の長さＬ１を短くしても、ＣＩ値を小さく抑えられるとともにＣＩ値が安定する。

＜＜第６実施形態＞＞
図５（ａ）は、第６実施形態の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１−５の拡大図である。
振動腕２１−５の側面は第一基部２９−１の近傍が大きなうねりの波形状になっており、振動腕２１−２の先端側の側面は小さなうねりの波形状になっている。溝部２７−４も同様に第一基部２９−１の近傍が大きなうねりの波形状になっており、溝部２７−４の先端側の側面は小さなうねりの波形状になっている。うねりの小さな波形状の側面は、うねりの大きな波形状の側面より振動腕の強度（剛性）が強くなる。このように、振動腕２１−５の全体の側面が波形状になっており、溝部２７−４の全体が波形状になっていることにより、第１溝電極２３ｂおよび第２溝電極２５ｂの面積、または第１溝電極２３ｄおよび第２溝電極２５ｄの面積が広くなる。したがって、振動腕２１−４の長さＬ１を短くしても、ＣＩ値を小さく抑えられるとともにＣＩ値が安定する。

＜＜第７実施形態＞＞
図５（ｂ）は、第７実施形態の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１−６の拡大図である。
振動腕２１−６の側面はのこぎり歯形状になっている。溝部２７−１は第１実施形態で説明したものと同じく、一つの振動腕２１の表面に二つの溝部２７−１、裏面に二つの溝部２７−１を有している。第１実施形態と比べると強度が弱いが、振動腕２１−６の根元から振動しやすい。

＜＜第８実施形態＞＞
図６（ａ）は、第８実施形態の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１−７の拡大図である。
振動腕２１−７の側面は凹凸形状になっている。溝部２７−６の側面も振動腕２１−７の側面に合わせて凹凸形状になっている。この形状は、振動腕２１のＹ方向の所定長さに対して表面積が一番大きく確保できる。このため、振動腕２１−７の長さを一番短くしても、ＣＩ値を小さく抑えられるとともにＣＩ値が安定する。

＜＜第９実施形態＞＞
図６（ｂ）は、第９実施形態の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１−２の拡大図である。
振動腕２１−２は、図３で示した第２実施形態または第３実施形態と同じである。溝部２７−７は、一つの振動腕２１−２の表面に二つの溝部２７−７、裏面に二つの溝部２７−７を有している。図では示していないが、二つの溝部２７−７が一つになった溝部２７よりも、溝部の無い箇所があるため強度が強くなる。

以上、第１実施形態から第９実施形態までいろいろな側面を有した振動腕２１と溝部２７とを示してきた。図で示していない組み合わせおよび図で示していない形状などがあるが、本発明の開示は適宜変更可能である。すなわち、振動腕２１の所定の長さの範囲で、第１溝電極２３ｂおよび第２溝電極２５ｂの面積を大きくする、または第１溝電極２３ｄおよび第２溝電極２５ｄの面積を大きくするようにすればよい。その一方で振動腕２１の強度および耐久性を維持するようにすればよい。この条件の組み合わせで音叉型水晶振動片２０の長さをさらに小さくすることができる。なお、振動腕２１の先端は、周波数調整のために錘部を形成しているため、振動腕２１の最先端まで波形状、のこぎり歯形状または凹凸形状を形成する必要は無い。

本実施形態では、ウェットエッチングによる製造の容易性を考慮して、Ｘ方向に伸びる波形状、のこぎり歯形状または凹凸形状を形成した。しかし、レーザー加工などを考慮すれば、Ｚ方向に伸びる波形状、のこぎり歯形状または凹凸形状を形成してもよい。

＜第１実施形態ないし第９実施形態の水晶振動片のパッケージ＞
＜＜音叉型水晶振動子の構成＞＞
図７（ａ）は、本実施形態に係るセラミック製のパッケージ音叉型水晶振動子５０を示す断面図である。このセラミック製のパッケージ音叉型振動子５０は、上述の複数の実施形態の音叉型水晶振動片２０を使用している。音叉型水晶振動片２０はパッケージ５１に導電接着剤３１によって実装される。その後、蓋体５６と封止材５８とがシーム溶接などで固定されることで、音叉型水晶振動片２０がパッケージ５１内に封止される。

＜＜音叉水晶発振器の構成＞＞
図７（ｂ）は、音叉水晶発振器６０を示す図である。この音叉水晶発振器６０は、上述のセラミック製のパッケージ音叉型振動子５０と多くの部分で構成が共通している。したがって、セラミック製のパッケージ音叉型振動子５０と音叉型水晶振動片２０の構成、作用等については、同一符号を付する等して、その説明を省略する。

図７（ｂ）に示す音叉型水晶発振器６０は、図７（ａ）に示すセラミック製のパッケージ音叉振動子５０の音叉型水晶振動片２０の下方で、ベース部５１ａの上に集積回路６１を配置したものである。すなわち、音叉水晶発振器６０では、その内部に配置された、音叉型水晶振動片２０が振動すると、その振動は、集積回路６１に入力され、その後、所定の周波数信号を取り出すことで、発振器として機能することになる。このような集積回路６１がパッケージ５１に実装され、引き続き音叉型水晶振動片２０がパッケージ５１に導電接着剤３１によって実装される。

＜＜シリンダータイプ音叉水晶発振器の構成＞＞
図７（ｃ）は、シリンダータイプ音叉振動子７０を示す概略図である。このシリンダータイプ音叉振動子７０は、上述の音叉型水晶振動片２０を使用している。シリンダータイプ音叉振動子７０は、その内部に音叉型水晶振動片２０を収容するための金属製のキャップ７５を有している。このキャップ７５は、ステム７３に対して圧入され、その内部が真空状態に保持されるようになっている。また、キャップ７５に収容された音叉型水晶振動片２０を保持するためのリード７１が２本配置されている。リード７１と音叉型水晶振動片２０とは導電接着剤３１で導電接合される。この音叉型水晶振動片２０は、電極部から一定の電流が与えられると振動するようになっている。

＜圧電振動デバイスの製造工程＞
図８は、本実施形態のパッケージ音叉型振動子５０の製造の全工程を示したフローチャートである。
＜＜圧電振動片の外形形成および振動腕の溝部形成の工程＞＞

ステップＳ１１２では、水晶単結晶ウエハ１０の全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。すなわち、圧電材料としての水晶単結晶ウエハ１０を使用する場合に、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）等を使用する。つまり、この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層の上に金層を重ねた金属膜を使用する。たとえば、クロム層の厚みは５００オングストローム、金層の厚みも５００オングストローム程度とする。

ステップＳ１１４では、クロム層および金層が形成された水晶単結晶ウエハ１０に、フォトレジスト層を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層としては、たとえば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。

次に、ステップＳ１１６では、露光装置を用いて、図９に示す第１フォトマスク９１に描かれた音叉型水晶振動片２０のパターンをフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。第１フォトマスク９１は、図５（ｂ）で示した音叉型水晶振動片２０用のマスクである。ステップＳ１１６では、両面露光装置を使って３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて水晶単結晶ウエハ１０の両面に第１フォトマスク９１に描かれた音叉型水晶振動片２０のパターンを露光する。

ステップＳ１１８では、水晶単結晶ウエハ１０のフォトレジスト層を現像して、感光したフォトレジスト層を除去する。さらに、フォトレジスト層から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、たとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度および水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで耐蝕膜を除去することができる。

ステップＳ１２０では、溝部２７を形成するためのフォトレジスト層を全面にスピンコートまたはスプレー塗布などの手法で均一に塗布する。
ステップＳ１２２では、溝部２７に対応した第２フォトマスク９６（図９）を用意して、溝部２７をフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。溝部２７は音叉型水晶振動片２０の両面に形成する必要があるため、露光光を用いて音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。両面露光装置を使って音叉型水晶振動片２０の両面を一度に露光することもでき、また、片面露光装置を使って音叉型水晶振動片２０の片面を露光し、音叉型水晶振動片２０を裏返して他方の片面を露光することもできる。
ステップＳ１２４では、フォトレジスト層を現像後、感光したフォトレジストを除去する。残るフォトレジストは溝部２７と対応したフォトレジストになる。フォトレジスト層から露出した金層はここではエッチングせず、ステップＳ１２８でエッチングする。

ステップＳ１２６では、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト層および耐蝕膜から露出した水晶材料を、音叉型水晶振動片２０の外形になるようにウェットエッチングを行う。このウェットエッチングは、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により時間が変化するが、約６時間ないし約１５時間かかる。
次いで、ステップＳ１２８では、溝部２７のエッチングを行う。すなわち、溝部２７と対応した露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングする。

続いて、ステップＳ１３０で、フッ酸溶液をエッチング液として、耐蝕膜から露出した水晶材料を、溝部２７の外形になるようにウェットエッチングを行う。溝部２７が貫通孔にならないように途中でエッチングを終了するハーフエッチングを行う。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０に溝部２７が正確な位置に形成される。

ステップＳ１３２では、不要となったフォトレジスト層と耐蝕膜を除去することによりに、図５（ｂ）で示した第７実施形態の振動腕２１−６、溝部２７−１および基部２９を有する音叉型水晶振動片２０が形成される。

＜＜電極の形成の工程＞＞
ステップＳ１３４では、音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片２０の全面に駆動電極としての励振電極などを形成するための金属膜を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。
ステップＳ１３６では、スプレーを使って全面にフォトレジストを塗布する。溝部２７などが形成されているため、溝部２７にも均一にフォトレジストを塗布する。

ステップＳ１３８では、電極パターンと対応した第３フォトマスク（不図示）を用意して、電極パターンをフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。電極パターンは音叉型水晶振動片２０の両面に形成する必要がある。

ステップＳ１４０では、フォトレジスト層を現像後、感光したフォトレジストを除去する。残るフォトレジストは電極パターンと対応したフォトレジストになる。次いで、電極となる金属膜のエッチングを行う。すなわち、電極パターンと対応したフォトレジスト層から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層をたとえば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。
続いて、ステップＳ１４２でフォトレジストを除去する。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０に励振電極などが正確な位置および電極幅で形成される。

＜＜周波数調整およびパッケージングの工程＞＞
これまでの工程により、電極および溝部２７が形成された音叉型水晶振動片２０が得られたため、ステップＳ１４４では、セラミック製のパッケージ５１に音叉型水晶振動片２０を導電性接着剤３１で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２９を、電極部５２に塗布した導電性接着剤３１の上に載置して、導電性接着剤３１を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤３１を本硬化することにより音叉型水晶振動片２０を引出電極に対して接合する。

ステップＳ１４６では、さらに、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の先端にレーザー光を照射して、振動腕２１の錘金属の一部を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数調整を行う。
次に、ステップＳ１４８で、真空チャンバ内などに音叉型水晶振動片２０を収容したパッケージ５１を移し、蓋体５６を封止材５８により接合する。
続いてステップＳ１５０で、最後に圧電振動デバイス５０の駆動特性などの検査を行い、圧電振動デバイス５０を完成させる。

＜露光マスクの構成＞
図９は、図５（ｂ）で示した音叉型水晶振動片２０用の第１フォトマスク９１の一部と第２フォトマスク９６の一部とを示した図である。
図９の第１フォトマスク９１は、フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、マスク枠９２と音叉型振動片パターン９３とは、石英ガラスの上にクロムで描かれている。斜線部９４は透過領域で透明な石英ガラスのままである。フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、逆に、斜線部９４がクロムで遮光された状態になっている。本実施形態では以下、ポジフォトレジストを前提として説明する。
音叉型振動片パターン９３は、図５（ｂ）で示した音叉型水晶振動片２０の一対の振動腕２１−６および基部２９の外形と一致する。また、溝パターン９８は、図５（ｂ）で示した溝部２７−１の外形と一致する。このようにフォトリソグラフィ工程を用いれば、図３ないし図６に示した音叉型水晶振動片２０の振動腕２１および溝部２７の形状を、第１フォトマスク９１、第２フォトマスク９６で形成すれば、簡単に製造することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたりしてもよい。また、音叉型水晶振動片２０または第２音叉型水晶振動片１２０では、一対の振動腕２１を形成しているが、これに限らず、振動腕２１は３本でも、４本以上でもよい。

本発明の音叉型水晶振動片２０の第１実施形態を示した全体平面図である。 （ａ）は図１に示した音叉型水晶振動片２０の振動腕２１−１と第１基部２９−１の拡大図で、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 第２実施形態および第３実施形態における、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の拡大図である。 第４実施形態および第５実施形態における、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の拡大図である。 第６実施形態および第７実施形態における、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の拡大図である。 第８実施形態および第９実施形態における、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の拡大図である。 パッケージされた圧電デバイスの態様を示す図である。 本実施形態のパッケージ音叉型振動子５０の製造の全工程を示したフローチャートである。 図５（ｂ）で示した音叉型水晶振動片２０用の第１フォトマスク９１の一部と第２フォトマスク９６の一部とを示した図である。

符号の説明

１０ … 水晶単結晶ウエハ
２０ … 音叉型水晶振動片
２１ … 振動腕
２３，２５ … 電極
２７ … 溝部
２９ … 基部、２９−１ … 第１基部、２９−２ … 第２基部
５０ … パッケージ音叉型振動子
５１ … パッケージ
６０ … 音叉型水晶振動子
７０ … シリンダータイプ音叉振動子
９１、９６ … 第１フォトマスク、第２フォトマスク

Claims (9)

1. 圧電材料により形成された基部と、
   前記基部の一端側から所定方向に伸びる振動腕と、
   前記振動腕に形成された電極と、を備え、
   前記振動腕は、前記所定方向に伸びる非直線的な部分を有することを特徴とする音叉型圧電振動片。
2. 圧電材料により形成された基部と、
   前記基部の一端側から所定方向に伸びる振動腕と、
   前記振動腕の表面部と裏面部に形成された溝部と、
   前記溝部に形成された電極と、を備え、
   前記溝部は、前記所定方向に伸びる非直線的な部分を有することを特徴とする音叉型圧電振動片。
3. 前記非直線的な部分は、のこぎり歯形状、波形状または凹凸形状を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音叉型圧電振動片。
4. 前記非直線的な部分は、前記基部の一端の近傍に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片。
5. 前記非直線的な部分と、前記電極が形成されている部分とが一致することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片。
6. 前記非直線部の前記所定方向と直交する方向の最大長さと最小長さとの比率は、１．０５から１．３０であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片。
7. 前記非直線部的な部分は、前記基部の一端から前記振動腕の先端側へ離れるに従い前記比率が徐々に小さくなることを特徴とする請求項６に記載の音叉型圧電振動片。
8. 前記非直線部的な部分は、ウェットエッチング工程により形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片と、
   前記音叉型圧電振動片を収容するパッケージと、
   前記パッケージを封止する封止蓋と
   を備える圧電デバイス。