JP2009147590A - 水晶振動子片 - Google Patents

Abstract

【課題】低いＣＩ値の水晶振動子片を提供する。
【解決手段】
振動する脚の根元にエッチングにより残渣が形成される複数の振動脚と、複数の振動脚が接続された基部とを備え、複数の振動脚と基部とがエッチングによって一体的に形成される水晶振動子片において、水晶振動子片の厚み方向から見て、残渣のうちで、残渣の面積が最も小さく形成される第１群振動脚を除いた第２群振動脚に、第２群振動脚の共振周波数を調整するためのバランス調整部を形成し、このバランス調整部は、基部と反対側の先端であり、第２群振動脚の一体物として形成されることを特徴とする。これにより、振動する複数の振動脚の共振周波数を合わせることができ、振動損失が少ない低いＣＩ値を有する水晶振動子片を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶エッチングで製造される水晶振動子片に関し、特に振動損失が抑制され低いＣＩ値を有する水晶振動子片に関する。

近年、電子デバイスの小型化と高性能化が進み、水晶振動子にも小型化と低消費電力化、すなわち低いＣＩ値（クリスタルインピーダンス）化が求められるようになってきた。水晶振動子において低いＣＩ値を実現するには、目的とする振動以外への振動損失を抑制する必要がある。

時計や携帯電話などに利用されている音叉型の水晶振動子は、水晶ウェハから所望の形状の水晶振動子片を切り出す工程、水晶振動子片を発振させるための電極を形成する工程、電極が形成された水晶振動子片を容器に実装する工程などによって製造される。特に、水晶振動子片の形状は振動を決定する大きな要素であるため、水晶ウェハから水晶振動子片を切り出す工程が適切でないと、振動損失は増大し、結果として高いＣＩ値を有する水晶振動子片となってしまう。

図８に示すように、音叉型水晶振動子片１０は、水晶のＺ軸に垂直な面でカットされたＺ板や、Ｚ板からＸ軸回りに数度回転させた水晶ウェハ１００などから加工される。回転角は大抵の場合、０〜１０度程度である。Ｘ軸周りに回転させた後の結晶軸はＸ、Ｙ’、Ｚ’となる。すなわち水晶ウェハ１００の主面はＸ−Ｙ’面ということになる。

図１０は図９に示す水晶ウェハ１００から切り出した後の２脚音叉型水晶振動子片１０を振動子片の厚み方向から見た概略図である。水晶振動子片１０は、支持部１１、基部１２、−Ｘ側の振動脚である第１群振動脚１３ａ、＋Ｘ側の振動脚である第２群振動脚１３ｂ、および基部１２から突出した肩部１４ａ、１４ｂから構成されている。振動する部分は振動脚１３ａ、１３ｂであり、Ｘ軸を幅方向に、Ｙ’軸を長手方向に、Ｚ’軸を厚み方向に持つ。

水晶ウェハ１００からこの水晶振動子片１０を切り出す工程には、小型の水晶振動子片を精度よく安価に大量生産できる、フォトリソグラフィとウェットエッチングを利用した方法が用いられている。

このウェットエッチングによる水晶振動子片の製造方法は、図９に示すように水晶ウェハ１００の表裏両面に水晶振動子形状の金属耐食膜でできたエッチングマスク２００を形成し、フッ酸系のエッチング液に浸すことによって行われる。エッチングマスク２００に覆われていない部分はエッチング液に溶解し、結果として水晶振動子片１０が得られる。

水晶には異方性があるため、その結晶方位によってエッチングされる速度が異なる。よって、エッチング後の水晶振動子片１０の振動脚１３ａ、１３ｂの根元付近には、図１０に示すように残渣３０〜３３が形成される。他の部分にも残渣は形成されるが、ここでは問題となる残渣のみ示した。

これらの振動脚の根元付近に形成される残渣３０〜３３は、前述した水晶の異方性から振動脚１３ａ、１３ｂの中心線（Ｙ’軸方向）に対してそれぞれ左右対称にはならず非対称に形成される。

第１群振動脚１３ａと第２群振動脚１３ｂとの間には、基部１２への根元でもある又部１６を備える。いずれの振動脚もそれぞれの−Ｘ側に大きな角度を持った残渣３０、３３が形成されるが、その周囲の構造が違うため、第２群振動脚１３ｂに形成された残渣３３は振動脚の厚み方向からみて、その面積が大きく、第１群振動脚１３ａに形成された残渣３０は第1肩部１４ａの幅に制約されるため振動脚の厚み方向からみて、その面積が小さく形成される。

よって第１群振動脚１３ａと第２群振動脚１３ｂには互いに異なった残渣が形成される。なお、便宜上、又部に形成された残渣３２、３３も肩部に形成された残渣３０、３１もともに残渣と呼ぶことにする。

音叉型振動子の振動脚の共振周波数は脚幅に比例して決まる。大きな残渣３３が形成される第２群振動脚１３ｂは等価的に脚幅が増えたものとみなすことができ、小さな残渣３０および３２しか形成されない第１群振動脚１３ａよりも共振周波数が高くなる。

このように、左右脚の共振周波数が異なると、音叉の屈曲振動は対称に振動することができず、バランスを崩して横揺れを発現する。すると、バランスが保たれた理想状態では動くことのない支持部１１に振動が漏れ、振動損失の原因となる。その結果、音叉型水晶振動子片のＣＩ値を上昇させることになる。

この左右アンバランスの問題を解決するために従来技術では、振動脚の厚み方向からみて、その面積が大きな残渣が形成された振動脚とは反対側の第１群振動脚の脚幅を第２群振動脚の脚幅よりも太くして共振周波数を高くし、左右脚の周波数を合わせる手法が提案されている（例えば、特許文献１。）。また、捩り振動子においては、振動脚先端の錘の量をかえる手法が提案されている（例えば、特許文献２。）。

また一般に、水晶振動子の共振周波数を調整する方法としては、水晶片形成後に振動脚に金属膜を設け、これを必要量だけ除去する方法が用いられている（例えば、特許文献３。）。さらに、複数脚の周波数のバランス調整をする方法としても、金属膜を除去する方法が用いられている（例えば、特許文献４。）。
実公平１−１９４５９（第３頁、第１図） 特開昭６４−５８１０８（第６頁、第１図） 特開２００３−３１８６８５号（第５頁、第１図） 特開２００４−７７４５３（第８頁、第１図）

図１０に示したように通常の形状をした音叉型水晶振動子片を水晶エッチングによって製造すると、上述したような左右のアンバランスによるＣＩ値の上昇が問題になり、特に小型化を進めた場合には、Ｘ−Ｙ’平面形状に対するＺ’軸方向の厚みが相対的に厚くなることで残渣も相対的に大きく形成され、その結果、左右のアンバランスの影響は大きくなるという問題があった。

また、特許文献１のように脚幅を異ならせる場合、少しの幅寸法の変更が共振周波数を急激に変化させるため、製造上二つの脚のバランスをとることは非常に難易度が高い。

また、特許文献２では、捩り振動子の振動脚の先端に付けられた錘の量を左右脚で異ならせ、バランスを調節するという方法をとっているが、屈曲振動子について、どの場所の錘を、どのように異ならせればよいかという残渣と錘の位置関係については開示されていない。

また、特許文献３、４のように振動脚先端に形成した金属膜を除去することによっても左右振動脚の周波数の調整はでき、残渣によるアンバランスを解消することはできるが、振動脚に周波数調整用の金属膜をわざわざ付加しなければならず、作業性が悪い。また、片方の振動脚の金属膜のみ除去するのは、非常に手間がかかる上に、うまく適量に調節するのは難しい。

本発明は、残渣によって生じた振動脚同士の共振周波数のずれを解消し、振動損失が少なく低いＣＩ値を有する水晶振動子片を容易かつ確実に提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の水晶振動子片は、
振動する脚の根元にエッチングにより残渣が形成される複数の振動脚と、前記複数の振動脚が接続された基部とを備え、前記複数の振動脚と前記基部とが前記エッチングによって一体的に形成される水晶振動子片において、
前記水晶振動子片の厚み方向から見て、前記残渣のうちで、前記残渣の面積が最も小さく形成される第１群振動脚を除いた第２群振動脚に、この第２群振動脚の共振周波数を調整するためのバランス調整部を形成し、
このバランス調整部は、前記基部と反対側の先端であり、前記第２群振動脚の一体物として形成されることを特徴とする。

また、振動する脚の根元にエッチングにより残渣が形成される２本の振動脚と、これら２本の振動脚が接続された基部と、この基部に接続され前記２本の振動脚の間に設けられた中央脚とを備え、前記２本の振動脚と前記基部と前記中央脚とがエッチングによって一体的に形成される水晶振動子片において、
前記水晶振動子片の厚み方向から見て、前記残渣のうちで、前記残渣の面積が最も小さく形成される第１群振動脚を除いた第２群振動脚に、この第２群振動脚の共振周波数を調整するためのバランス調整部を形成し、
このバランス調整部は、前記基部と反対側の先端であり、前記第２群振動脚の一体物として形成されることを特徴とする。

この構成によれば、残渣が大きく形成される第２群振動脚の先端にバランス調整部を形成して、残渣によって上昇した第２群振動脚の共振周波数を調整して下げるので、第２群振動脚の共振周波数は残渣が最も小さく形成される第１群振動脚の共振周波数と略同じになる。その結果、振動する振動脚同士の共振周波数がそろいバランスがとれ、振動損失が少なくなり、水晶振動子片は低いＣＩ値が得られる。バランス調整部は、第２群振動脚と一体物として水晶で形成されるので、水晶片の製造時に確実にバランスを調整することができる。

また、前記バランス調整部は、前記第２群振動脚における幅方向の側面において、少なくとも一方の側面に形成してもよい。
この構成によれば、振動脚内側、または外側の幅寸法に制限がある場合にも、必要量のバランス調整部を形成することができ、小型を維持しながらＣＩ値を低下させることができる。また、バランス調整部を第２群振動脚の両側面に形成した場合には、振動脚の対称性が良く振動が安定し、さらに水晶振動子片のＣＩ値を低下させることができる。

また、前記バランス調整部は、前記第２群振動脚における長手方向の端面に形成してもよい。
この場合には、振動脚の幅方向の寸法に制限があり、バランス調整部を第２群振動脚の側面に形成するだけでは周波数調整できないときに、更に長手方向の端面にもバランス調
整部を形成することで、水晶振動子片の全体サイズを大きくせずに第２群振動脚の周波数を効果的に調整できる。

また、前記バランス調整部は、前記第２群振動脚の幅方向における側面のみに形成してもよい。これにより、水晶振動子片の長さ寸法は変わらないため、小型化に適している。

また、前記複数の振動脚は、それらの先端に前記基部側の脚幅よりも幅広い錘部を備え、前記第２群振動脚の錘部に前記バランス調整部を形成してもよい。
この構成によれば、もともと錘を付加してあるので、長さ方向の寸法を短くすることができ、小型化に適している構成であり、振動脚の共振周波数のバランスも取れているので小型でＣＩ値の低い水晶振動子片が得られる。

本発明によれば、又部に形成される残渣の大きさの違いによって生じる振動脚同士の共振周波数のずれを解消してバランスを調整することができ、振動漏れが少なくＣＩ値が低い水晶振動子片を提供することができる。

以下、本発明の実施形態における水晶振動子片について図１〜図９を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の水晶振動子片の正面図である。水晶振動子片１１０には支持部１１１、支持部１１１に接続された基部１１２、基部１１２に接続された２本の振動脚１１３ａ、１１３ｂを備える。ここでは、水晶結晶軸の−Ｘ軸側の振動脚を振動脚１１３ａ、＋Ｘ軸側の振動脚を振動脚１１３ｂとする。

ここで、振動脚１１３ａと振動脚１１３ｂとの間に、基部１１２への根元である又部１１６を備え、この又部１１６は間隙幅ｂとして設けられている。また、基部１１２はその一端側に基部１１２から水晶結晶軸の−Ｘ軸側へ突出幅ａだけ突出した第１肩部１１４ａと、基部１１２の他端側に基部１１２から水晶結晶軸の＋Ｘ軸側へ突出幅ｃだけ突出した第２肩部１１４ｂが形成されている。

水晶には異方性があるため、その結晶方位によってエッチングされる速度が異なる。よって、エッチング後の水晶振動子片１１０には、図１に示すように残渣１３０〜１３３が形成される。他の部分にも残渣は形成されるが、ここでは問題となる基部１１２と振動脚１１３ａ、１１３ｂの根元付近にできる残渣１３０〜１３３に注目して示した。

これらの残渣は、前述した水晶の異方性から振動脚１１３ａ、１１３ｂの中心線（Ｙ’軸方向）に対してそれぞれ左右対称にはならず非対称に形成される。

いずれの振動脚もそれぞれの−Ｘ側に大きな角度を持った残渣１３０、１３３が形成されるが、その周囲の構造が違うため、振動脚１１３ｂに形成された残渣１３３は振動脚の厚み方向から見て、その面積が大きく、振動脚１１３ａに形成された残渣１３０は第1肩部１１４ａの幅に制約されるため振動脚の厚み方向から見て、その面積が小さく形成される。よって振動脚１１３ａと振動脚１１３ｂには互いに異なった残渣が形成される。ここで、振動脚の厚み方向から見て、その面積が小さく形成される振動脚１１３ａを第１群振動脚、振動脚の厚み方向から見て、その面積が大きく形成される振動脚１１３ｂを第２群振動脚とする。

なお、便宜上、又部に形成された残渣１３２、１３３も肩部に形成された残渣１３０、
１３１もともに残渣と呼ぶことにする。

音叉型振動子の振動脚の共振周波数は脚幅に比例して決まる。大きな残渣１３３が形成される第２群振動脚１１３ｂは等価的に脚幅が増えたものとみなすことができ、小さな残渣１３０、１３２が形成された第１群振動脚１１３ａよりも共振周波数が高くなる方向に働く。

しかしながら本実施形態の水晶振動子片では、第２群振動脚１１３ｂの基部と反対側の先端に、振動脚と一体物として水晶で第２群振動脚１１３ｂの共振周波数を調整するためのバランス調整部ｄが形成される。このバランス調整部ｄは、第１群振動脚１１３ａには形成されない。

バランス調整部ｄの追加は振動脚が長くなったことと等価であり、第２群振動脚１１３ｂの共振周波数を調整して下げる働きをする。バランス調整部ｄの量は、第２群振動脚１１３ｂの共振周波数が、第１群振動脚１１３ａの共振周波数とほぼ同じになるように設定する。

この設定は、共振周波数を同じにするには、例えば次のようにする。第１群振動脚を振動しないように固定した状態で第２群振動脚の共振周波数を測定する。同じようにして第１群振動脚の共振周波数を測定し、両方の振動脚の共振周波数が同じになるバランス調整部の突出量を見つける。この手法では、水晶振動子片が超小型になった場合には作業性が悪いので、次の手法とする。

バランス調整部ｄの突出量を変えて水晶振動子片を数種類作製し、両方の振動脚が振動できる状態で振動させ、各々ＣＩ値を測定する。バランス調整部ｄの突出量によってＣＩ値は連続的に変化し、ある量で極小値を迎える。このときには振動のバランスがとれており、両方の振動脚の共振周波数が一致しているものとみなすことができる。

このバランス調整部ｄの量は第１群振動脚に形成される残渣１３３、１３１と第２群振動脚に形成される残渣１３０、１３２の割合によって異なるため、上述のように最適な量をあらかじめ実験によって求めて設定した。バランス調整部ｄが追加され、第１群振動脚１１３ａ、第２群振動脚１１３ｂの共振周波数が揃っている本発明の水晶振動子片は、左右対称に屈曲振動をすることができる。その結果、支持部の揺れがほとんどないため振動による損失の少ない低ＣＩ値を示すことができる。

なお、バランス調整部ｄは、図２に示すように第２群振動脚先端の長手方向に形成されてもよいし、図１に示すように第２群振動脚先端の側面のみに形成されてもよいし、長手方向と側面両方に形成されてもよい。

また、バランス調整部ｄは、第２群振動脚先端における一方の側面のみに形成されていても、両側面のみに形成されていてもよい。この場合、バランス調整部ｄは第２群振動脚の幅方向に突出するように形成される。このように形成することで、水晶振動子片の長さ寸法は変わらないため、小型化に適した構成である。

幅寸法に制限がない場合には、両側面に形成することによって振動脚の左右対称性が向上するため振動が安定し、特にＣＩ値が低下する。

振動脚の内側または外側の幅寸法に制限がある場合には、一方の側面のみに形成することで必要量のバランス調整部ｄを形成することが可能となる。幅方向の寸法にかなり制限があり、バランス調整部ｄを第２群振動脚の側面に形成するだけでは周波数調整できない
場合には、更に長手方向の端面にもバランス調整部ｄを形成することで、水晶振動子片の全体サイズを大きくせずに第２群振動脚の周波数を効果的に調整できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図３を用いて説明する。本実施形態の水晶振動子片１２２では、図３に示したように、第１群振動脚１１３ａ、第２群振動脚１１３ｂが隣り合わず、第１群振動脚１１３ａと第２群振動脚１１３ｂとの間に中央脚１１５がある構成となっている。

水晶振動子片１２２の第１群振動脚１１３ａ、第２群振動脚１１３ｂ、中央脚１１５は基部１１２で連結されている。支持部１１１は、水晶振動子片１２２を外部に固定するための支持部である。

基部１１２の一端側に、基部１１２から水晶結晶軸の−Ｘ軸側に突出幅ａで突出した第１肩部１１４ａが形成されている。基部１１２の他端側に、基部１１２から水晶結晶軸の＋Ｘ軸側に突出幅ｃで突出した第２肩部１１４ｂが形成されている。ここでいう突出幅ａ、突出幅ｃの意味は、第１の実施形態で述べたものと同じである。また、各振動脚１３３ａおよび１１３ｂと中央脚１１５との間は間隙幅ｂに設定された又部１１６がそれぞれ形成されている。

間隙幅ｂが第１肩部１１４ａ側の突出幅ａよりも広いため、又部１１６に形成される残渣１３３は第１肩部１１４ａに形成される残渣１３０よりも大きい。本発明を利用していない場合、振動脚の厚み方向から見て面積の大きな残渣が形成される第２群振動脚１１３ｂの共振周波数は、振動脚の厚み方向から見て面積の小さな残渣が形成される第１群振動脚１１３ａの共振周波数よりも高くなる。

これは、振動脚の共振周波数はその振動脚の幅に比例して決まり、大きな残渣が形成されることによって等価的に脚幅が太くなったものとみなせるためである。そのため、２本の振動脚同士の共振周波数がずれており、振動のバランスもくずれ、水晶振動子片のＣＩ値が高くなる。

しかしながら、本実施形態の水晶振動子片１２２には、第１の実施形態で説明した場合と同様に第２群振動脚１１３ｂの先端にバランス調整部ｄが振動脚と一体物として水晶で形成されている。残渣１３３の影響で上昇した第２群振動脚１１３ｂの共振周波数を、バランス調整部ｄの作用によって下げることができる。

第２群振動脚１１３ｂの共振周波数が、第１群振動脚１１３ａの共振周波数とほぼ同じになるように、バランス調整部ｄの量は設定されている。このバランス調整部ｄの量は残渣１３３と残渣１３０の割合によって異なるため、最適な量をあらかじめ実験によって求めておき、それを採用した。バランス調整部ｄの量を設定する手法は、第１の実施形態の場合と同様である。

バランス調整部ｄが追加され、第１群振動脚１１３ａ、第２群振動脚１１３ｂの共振周波数が揃っている本発明の振動子は、左右対称に屈曲振動をすることができ、支持部の揺れが少なく振動損失が少ないため、低いＣＩ値を示すことができる。

なお、バランス調整部ｄは、図２と同様に第２群振動脚先端の長手方向に形成されてもよいし、図３に示すように第２群振動脚先端の側面のみに形成されていてもよいし、長手方向と側面両方に形成されてもよい。

また、バランス調整部ｄは、水晶振動子片先端の一方の側面のみに形成されていても、両側面のみに形成されていてもよい。この場合、バランス調整部ｄは第２群振動脚の幅方向に突出するように形成される。このように形成することで、水晶振動子片の長さ寸法は変わらないため、小型化に適した構成である。

幅寸法に制限がない場合には、両側面に形成することによって振動脚の左右対称性が向上するため振動が安定し、特にＣＩ値が低下する。

振動脚の内側または外側の幅寸法に制限がある場合には、一方の側面のみに形成することで必要量のバランス調整部を形成することが可能となる。幅方向の寸法にかなり制限があり、バランス調整部ｄを第２群振動脚の側面に形成するだけでは周波数調整できない場合には、更に長手方向の端面にもバランス調整部ｄを形成することで、水晶振動子片の全体サイズを大きくせずに第２群振動脚の周波数を効果的に調整できる。

本実施形態のような構成の水晶振動子片では、中央脚１１５があることによって幅方向寸法が大きくなる。そのため、第１肩部１１４ａの幅を十分に確保することができず又部にできる残渣１３３と第１肩部にできる残渣１３０の比が大きく異なり、特に振動脚の周波数バランスが崩れやすいため、本発明を適用することの意味は大きい。

（第３の実施形態）
図４は本発明の水晶振動子片１２０の正面図である。図１で示した第１の実施形態とは振動脚１１３ａ、１１３ｂの先端のみ異なり、その他の構成は同様であるため説明は省略する。図４の水晶振動子片１２０の第１群振動脚１１３ａ、第２群振動脚１１３ｂの先端にはそれぞれ第１群錘部１１７ａと第２群錘部１１７ｂが設けてある。第２群錘部１１７ｂは、第１群錘部１１７ａよりもバランス調整部ｄだけ大きく形成されている。

バランス調整部ｄは第２群錘部と一体物として水晶で形成されている。第２群振動脚１１３ｂの共振周波数が、第１群振動脚１１３ａの共振周波数とほぼ同じになるように、バランス調整部ｄの量は設定されている。このバランス調整部ｄの量は残渣１３３と残渣１３０の割合によって異なるため、最適な量をあらかじめ実験によって求めておき、それを採用した。バランス調整部ｄの量を設定する手法は、第１の実施形態の場合と同様である。

両振動脚１１３ａ、１１３ｂに錘部１１７ａ、１１７ｂが形成されていることによって、目的の共振周波数を得るための脚の長さ寸法を縮小でき、小型化が可能。また、バランス調整部ｄの作用で振動脚同士の共振周波数が揃うため、左右対称に屈曲振動をすることができ、支持部の揺れが少なく支持部からの振動損失が少なくて済み、低いＣＩ値を示すことができる。

なお、バランス調整部ｄは、図２と同様に長手方向に形成されてもよいし、図４に示すように第２群振動脚先端の側面のみに形成されてもよいし、長手方向と側面両方に形成されてもよい。

また、バランス調整部ｄは、図４の水晶振動子片１２０のように第２群錘部１１７ｂの一方の側面のみに形成されていても、図５に示す水晶振動子片１２１のように両側面のみに形成されてもよい。この場合、バランス調整部ｄは第２群振動脚の幅方向に突出するように形成される。このように形成することで、水晶振動子片の長さ寸法は変わらないため、小型化に適した構成である。

幅寸法に制限がない場合には、両側面に形成することによって振動脚の左右対称性が向
上するため振動が安定し、特にＣＩ値が低くなる。

振動脚の内側または外側の幅寸法に制限がある場合は、一方の側面のみに形成することで必要量のバランス調整部を形成することが可能となる。幅方向の寸法にかなり制限があり、バランス調整部ｄを第２群振動脚の側面に形成するだけでは周波数調整できない場合には、更に長手方向の端面にもバランス調整部ｄを形成することで、水晶振動子片の全体サイズを大きくせずに第２群振動脚の周波数を効果的に調整できる。

（第４の実施形態）
図６は本発明の第４の実施形態における水晶振動子片１２３の正面図である。図３で示した第２の実施形態とは振動脚１１３ａ、１１３ｂの先端のみ異なり、その他の構成は同様であるため説明は省略する。図６の水晶振動子片の第１群振動脚１１３ａ、第２群振動脚１１３ｂの基部１１２と反対側の先端にはそれぞれ第１群錘部１１７ａと第２群錘部１１７ｂが設けてある。

第２群錘部１１７ｂは、第１群錘部１１７ａよりもバランス調整部ｄだけ大きく形成されている。バランス調整部ｄは第２群振動脚１１３ｂの共振周波数を調整するためのものであり、第２群錘部と一体物として水晶で形成されている。第２群振動脚１１３ｂの共振周波数が、第１群振動脚１１３ａの共振周波数とほぼ同じになるように、バランス調整部ｄの量は設定されている。

このバランス調整部ｄの量は残渣１３３と残渣１３０の割合によって異なるため、最適な量をあらかじめ実験によって求めておき、それを採用した。バランス調整部ｄの量を設定する手法は、第１の実施形態の場合と同様である。

両振動脚１１３ａ、１１３ｂに錘部１１７ａ、１１７ｂが形成されていることによって、目的の共振周波数を得るための脚の長さ寸法を縮小でき、小型化が可能。また、バランス調整部ｄの作用で振動脚同士の共振周波数が揃うため、左右対称に屈曲振動をすることができ、支持部の揺れが少なく支持部からの振動損失が少なくて済み、低いＣＩ値を示すことができる。

なお、バランス調整部ｄは、図２と同様に長手方向に形成されてもよいし、図６に示すように第２群振動脚先端の側面のみに形成されていてもよいし、長手方向と側面両方に形成されてもよい。

なお、バランス調整部ｄは、図６の水晶振動子片１２３のように第２群錘部１１７ｂの一方の側面のみに形成されていても、図７の水晶振動子片１２４のように両側面のみに形成されていてもよい。この場合、バランス調整部ｄは第２群振動脚の幅方向に突出するように形成される。このように形成することで、水晶振動子片の長さ寸法は変わらないため、小型化に適した構成である。

幅寸法に制限がない場合には、図７に示すように両側面に形成することによって振動脚の左右対称性が向上するため振動が安定し、特にＣＩ値が低くなる。

振動脚の内側または外側の幅寸法に制限がある場合は、図６のように一方の側面のみに形成することで必要量のバランス調整部を形成することが可能となる。幅方向の寸法にかなり制限があり、バランス調整部ｄを第２群振動脚の側面に形成するだけでは周波数調整できない場合には、更に長手方向の端面にもバランス調整部ｄを形成することで、水晶振動子片の全体サイズを大きくせずに第２群振動脚の周波数を効果的に調整できる。

両振動脚に錘部が形成されることによって、長さ寸法を縮小でき、なおかつバランス調整部ｄの作用で振動脚同士の共振周波数が揃うため、左右対称に屈曲振動をすることができる。その結果、支持部での揺れが少なく支持部からの振動損失が少ないため、低いＣＩ値を示すことができる。

第１から第４の実施形態で説明した水晶振動子片１１０、１２０、１２１、１２２、１２３、１２４の製造方法は、従来技術と同じで次のようにする。

図８に示すように、音叉型水晶振動子片は、水晶のＺ軸に垂直な面でカットされたＺ板や、Ｚ板からＸ軸回りに数度回転させた水晶ウェハ１００などから加工される。回転角は大抵の場合、０〜１０度程度である。Ｘ軸周りに回転させた後の結晶軸はＸ、Ｙ’、Ｚ’となる。すなわち水晶ウェハ１００の主面はＸ−Ｙ’面ということになる。

水晶ウェハ１００から水晶振動子片を切り出す工程には、小型の水晶振動子片を精度よく安価に大量生産できる、フォトリソグラフィとウェットエッチングを利用した方法が用いられている。

このウェットエッチングによる水晶振動子片の製造方法は、図９に示すように水晶ウェハ１００の表裏両面に水晶振動子形状の金属耐食膜でできたエッチングマスク２００を形成し、フッ酸系のエッチング液に浸すことによって行われる。エッチングマスク２００に覆われていない部分はエッチング液に溶解し、結果として水晶振動子片が得られる。

以上、第１から４の実施形態に示したように、本発明によれば、振動脚の厚み方向から見て面積の大きな残渣が根元に形成され周波数の上がった第２群振動脚に、バランス調整部を一体物として設けることで第２群振動脚の共振周波数を下げ、面積の小さな残渣のみしか形成されない第１群振動脚の共振周波数と第２群振動脚の共振周波数をほぼ同じ程度にそろえることができる。その結果、振動脚同士のバランスがとれるために振動損失を低減でき、水晶振動子片のＣＩ値が低下する。

バランス調整部を第２群振動脚の側面に形成すれば、水晶振動子片の長さ寸法を大きくする必要がないため、小型化に有効である。また、バランス調整部は、振動脚の水晶と一体物として形成されているので、水晶片製造時にフォトリソグラフィ工程によって一度に形成することができ、面倒な調整工程を必要としない。また、常に一定のものを形成することができるため、確実にバランスを調整し、ＣＩ値が低くなる。

本発明は、又部や肩部、すなわち残渣の形成される場所の形状が直線で形成されていても、曲線で形成されていてもよい。

また、本発明は２本の振動子振動脚を持った水晶振動子片に限られたものではなく、３本以上の振動脚をもった水晶振動子片にも適応できる。その場合、振動脚の厚み方向から見て、根元に形成された残渣の面積が最も小さく形成された振動脚を第１群振動脚、その他の振動脚を第２群振動脚として、第２群振動脚の先端にはそれぞれ必要量のバランス調整部を形成する。

バランス調整部の量は、第２群振動脚が２本以上ありそれらに形成された残渣の量が等しい場合には等しい量に設定し、残渣の量が異なる場合にはそれぞれ異なる量のバランス調整部を形成することによって共振周波数を下げ、すべての第２群振動脚の共振周波数が第１群振動脚の共振周波数に揃うようにする。

振動脚が３本以上ある場合としては、第１群振動脚が１本で第２群振動脚が２本以上あ
る場合や、第１群振動脚が２本以上あり第２群振動脚が１本の場合や、第１群振動脚も第２群振動脚もともに２本以上ある場合があるが、いずれの場合も第２群振動脚の先端にそれぞれ適当量のバランス調整部を形成し、すべての振動脚の共振周波数が揃うようにする。このようにすることで振動のバランスが保たれ、振動損失が低減され、ＣＩ値が低下する。

本発明の第１の実施形態における水晶振動子片を示した図である。 本発明の第１の実施形態における水晶振動子片を示した図である。 本発明の第２の実施形態における水晶振動子片を示した図である。 本発明の第３の実施形態における水晶振動子片を示した図である。 本発明の第３の実施形態における水晶振動子片を示した図である。 本発明の第４の実施形態における水晶振動子片を示した図である。 本発明の第４の実施形態における水晶振動子片を示した図である。 水晶ウェハの結晶軸を表した図である。 水晶エッチング工程の一部を示した図である。 従来技術における水晶振動子片を示した図である。

符号の説明

１００ 水晶ウェハ
１０、１２０，１１０、１２１、１２２，１２３，１２４ 水晶振動子片
１１、１１１ 支持部
１２、１１２ 基部
１３ａ、１１３ａ 第１群振動脚
１３ｂ、１１３ｂ 第２群振動脚
１４ａ、１１４ａ 第１肩部
１４ｂ、１１４ｂ 第２肩部
１１５ 中央脚
１６、１１６ 又部
２００ エッチングマスク
ａ 第１肩部の突出幅
ｂ 又部の間隙幅
ｃ 第２肩部の突出幅
３０、３１、３２、３３、１３０、１３１、１３２、１３３ 残渣
ｄ バランス調整部
１１７ａ 第１群錘部
１１７ｂ 第２群錘部

Claims (6)

1. 振動する脚の根元にエッチングにより残渣が形成される複数の振動脚と、前記複数の振動脚が接続された基部とを備え、前記複数の振動脚と前記基部とが前記エッチングによって一体的に形成される水晶振動子片において、
   前記水晶振動子片の厚み方向から見て、前記残渣のうちで、前記残渣の面積が最も小さく形成される第１群振動脚を除いた第２群振動脚に、この第２群振動脚の共振周波数を調整するためのバランス調整部を形成し、
   このバランス調整部は、前記基部と反対側の先端であり、前記第２群振動脚の一体物として形成されることを特徴とする水晶振動子片。
2. 振動する脚の根元にエッチングにより残渣が形成される２本の振動脚と、これら２本の振動脚が接続された基部と、この基部に接続され前記２本の振動脚の間に設けられた中央脚とを備え、前記２本の振動脚と前記基部と前記中央脚とがエッチングによって一体的に形成される水晶振動子片において、
   前記水晶振動子片の厚み方向から見て、前記残渣のうちで、前記残渣の面積が最も小さく形成される第１群振動脚を除いた第２群振動脚に、この第２群振動脚の共振周波数を調整するためのバランス調整部を形成し、
   このバランス調整部は、前記基部と反対側の先端であり、前記第２群振動脚の一体物として形成されることを特徴とする水晶振動子片。
3. 前記バランス調整部は、前記第２群振動脚における幅方向の側面において、少なくとも一方の側面に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の水晶振動子片。
4. 前記バランス調整部は、前記第２群振動脚における長手方向の端面に形成されることを特徴とする請求項３に記載の水晶振動子片。
5. 前記バランス調整部は、前記第２群振動脚の幅方向における側面のみに形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の水晶振動子片。
6. 前記複数の振動脚は、それらの先端に前記基部側の脚幅よりも幅広い錘部を備え、前記第２群振動脚の錘部に前記バランス調整部が形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の水晶振動子片。
   

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