JP2010050941A - 音叉型屈曲水晶振動素子及び水晶振動子並びに水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、ＣＩ値を従来以下に抑え、且つリフトオフ法による電極膜の剥離性の向上した音叉型屈曲水晶振動素子、及び、その音叉型屈曲水晶振動素子を搭載した水晶振動子や水晶発振器を提供することにある。
【解決手段】振動腕部の表主面と裏主面のどちらか一方の主面又は両面に少なくとも１つ第１の凹部が形成されており、更に第１の凹部内部の底面に少なくとも１つ第２の凹部が形成されている音叉型屈曲水晶振動素子、及びその音叉型水晶振動素子を搭載した水晶振動子並びに水晶発振器。
【選択図】図１

Description

本発明は電子機器に用いられる音叉型屈曲水晶振動素子、及び水晶振動子並びに水晶発振器に関する。

音叉型屈曲水晶振動素子を搭載した水晶振動子又は水晶発振器は、電子部品の一つとしてコンピュータ、携帯電話、小型情報機器などの電子機器内部に、基準信号源やクロック信号源として搭載され使用されている。この水晶振動子や水晶発振器は小型化、薄型化、及び低価格化の要求が依然強いものがある。以下に従来の音叉型屈曲水晶振動素子について図面を用いて説明する。

図１０（ａ）は従来の音叉型屈曲水晶振動素子を表主面側から見た平面図であり、図１０（ｂ）は同じ音叉型屈曲水晶振動素子を裏主面側から見た平面図である。又、図１１は、図１０（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）、及び図１１において、音叉型屈曲水晶振動素子２００は、音叉型の外形形状となる水晶片２３０の表面に、収納する容器体と電気的に接続を取るために用いる外部接続用配線部が形成されている。音叉型屈曲水晶振動素子２００は、厚み寸法が例えば約１００μｍであり、基部２０１と、前記基部２０１の一辺から同一方向に延出して形成された第１の振動腕部２０２及び第２の振動腕部２０３と配線部とにより構成されている。このような音叉型屈曲水晶振動素子２００を構成する水晶片２３０の外形は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により作られるのが一般的である。

又、第１の振動腕部２０２には、表主面側において、長さ方向に沿って２分割に形成された凹部２１０ａ及び凹部２１０ｂと、裏主面側において、長さ方向に沿って２分割に形成された凹部２１１ａ及び凹部２１１ｂが設けられている。

更に、第２の振動腕部２０３には、表主面側において、長さ方向に沿って２分割に形成された凹部２１２ａ及び凹部２１２ｂと、裏主面側において、長さ方向に沿って２分割に形成された凹部２１３ａ及び凹部２１３ｂが設けられている（例えば特許文献１を参照）。

又、凹部２１０ａ、２１０ｂ、２１１ａ、２１１ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、２１３ａ、及び２１３ｂの深さは例えばそれぞれ約２０〜４５μｍである。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）において、第１の振動腕部２０２の表主面に設けられた凹部２１０ａ及び凹部２１０ｂ内には電極部２２０が設けられ、第１の振動腕部２０２の裏主面設けられた凹部２１１ａ及び凹部２１１ｂ内には電極部２２１が設けられており、且つ両電極部はバンド部２２８ａによって電気的に接続されている。更に、電極部２２０及び電極部２２１は、第２の振動腕部２０３の両側面に設けられた側面電極部（不図示）に電気的に結線される。又、電極部２２０及び電極部２２１は引回部２２４より、一方の外部接続用電極部２２７に導出され配線部の一部を形成している。

一方、第２の振動腕部２０３の表主面に設けられた凹部２１２ａ及び凹部２１２ｂ内には電極部２２２が設けられ、第２の振動腕部２０３の裏主面に設けられた凹部２１３ａ及び凹部２１３ｂ内には電極部２２３が設けられており、且つ両電極部はバンド部２２８ｂによって電気的に接続されている。更に、電極部２２２と電極部２２３は、第１の振動腕部２０２の両側面に設けられた側面電極部（不図示）に電気的に結線される。又、電極部２２２及び電極部２２３は引回部２２５により、一方の外部接続用電極部２２６に導出され配線部の一部を形成し、音叉型屈曲水晶振動素子２００内で配線部は異極となる２つの配線部の一部により構成される。

この配線部に交番電圧を印加してその状態を瞬時にとらえると、第１の振動腕部２０２の両側面電極部は例えば＋電位となり、電極２２０及び電極部２２１は−電位となり、＋から−に電界が生じる。一方、第２の振動腕部２０３では、各電極部の極性は第１の振動腕部２０２に設けられた各電極部と反対になる。これらの電界により水晶により構成された各振動腕部に伸縮現象が生まれ、屈曲振動が得られる。このように各振動腕部に凹部を設けることにより、音叉型屈曲水晶振動素子としてのクリスタルインピーダンス（以下、「ＣＩ」という）値を１００ｋΩ以下と小さくすることが可能となる（例えば特許文献２及び特許文献３を参照）。

更に、前記した音叉型屈曲水晶振動素子２００は、容器体に搭載される。この容器体は、絶縁性材料で形成され、一方の主面にキャビティ部を設けている。このキャビティ部に音叉型屈曲水晶振動素子２００が搭載される。搭載された音叉型屈曲水晶振動素子は容器体の外側底部に形成された複数個の外部接続用電極部の内の所定の外部接続用電極部と電気的に接続されている。又、音叉型屈曲水晶振動素子が搭載されたキャビティ部内を、蓋体で塞いで気密封止することで、電子部品としての水晶振動子を構成する（例えば特許文献４を参照）。

図１２は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ′断面図で示した電極形成方法の一例である。図１２を用いて、音叉型屈曲水晶振動素子２００の形成方法を説明する。

図１２（ａ）に示すように、工程Ｚ１において、水晶基板２４０に耐食性膜２４１を設け、その上にフォトレジスト２４２を設けて、フォトエッチング技術により音叉形状と凹部のパターンを表裏に形成する。耐食性膜２４１の材料は一例としてＣｒを用いている。

図１２（ｂ）に示すように、工程Ｚ２において、水晶基板２４０の露出した部分をフッ化水素酸系のエッチング液に浸してエッチングを行い、音叉形状２４３と凹部２４４を形成する。本工程においては、耐食性膜２４１をマスクにしている。尚、音叉形状２４３と凹部２４４を同時に形成しようとすると、凹部２４４が貫通してしまう場合がある。この場合には工程Ｚ１及び工程Ｚ２において、音叉形状２４３のフォトレジストパターンを形成し、音叉形状２４３をエッチングで形成した後に、凹部２４４のフォトレジストパターンを形成し、凹部２４４をエッチングで形成する。又、図１２は便宜上エッチング方向が水晶基板表面に対して垂直方向に描かれているが、実際は結晶軸方位によるエッチング特性の差異により、凹部の形状は逆台形又は略Ｖ字状となる。

図１２（ｃ）に示すように、工程Ｚ３において、水晶をエッチングすることにより露出した水晶面とフォトレジスト２４２上に電極膜２４５を真空薄膜形成する。電極膜２４５の一例として、ＴｉとＰｄやＴｉとＡｕの２層膜を用いる。

図１２（ｄ）に示すように、工程Ｚ４において、溶液にてフォトレジスト２４２を除去する。このため、フォトレジスト２４２上の電極膜２４５が同時に除去され、水晶面に形成した電極膜２４５はそのまま残る。又、フォトレジスト２４２の下部に存在する耐食性膜２４１は露出する。このようなパターン形成方法を通常リフトオフ法と呼ぶ。次に、耐食性膜２４１をエッチングする。このため、耐食性膜２４１に接していた水晶基板２４０のみ露出し、その他の水晶基板２４０上には電極膜２４５が形成された状態となる。（例えば特許文献５を参照）。

又、図１２（ｄ）に示されている、工程Ｚ４の別な方法として、耐食性膜２４１をエッチングすることで、耐食性膜２４１上のフォトレジスト２４２と電極膜２４５が同時に除去され、耐食性膜２４１に接していた水晶基板２４０は露出し、その他の水晶基板２４０上には電極膜２４５が形成された状態となる。

特開２００６−２４６４４９号公報 特開昭５３−９３７９２号公報 特開昭５６−６５５１７号公報 特開２００４−２９７３４３号公報（図４） 特許第４０６０６９９号公報

尚、前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、従来の音叉型屈曲水晶振動素子は、高い特性を得るために凹部と側面電極との距離が近くなっているため、振動腕部の厚みが薄くなり強度が低下することが考えられる。

又、図１２（ｄ）に示すように、工程Ｚ４の溶液にてフォトレジスト２４２を除去し、フォトレジスト２４２上の電極膜２４５が同時に除去される工程において、フォトレジスト２４２の両側面と上面に電極膜２４５が形成されている関係上、電極膜２４５がフォトレジスト２４２への溶液の侵入を防ぎ、フォトレジスト２４２を除去することができず、フォトレジスト２４２上の電極膜２４５も除去することができないためショートの原因となってしまう。このため、フォトレジスト２４２が露出している部分を形成しなければならない。

更に、図１２（ｄ）に示すように、工程Ｚ４のエッチング液を用いて耐食性膜２４１をエッチングすることで、耐食性膜２４１上のフォトレジスト２４２と電極膜２４５が同時に除去されることにおいても、耐食性膜２４１の両側面に電極膜２４５が形成されている関係上、電極膜２４５が耐食性膜２４１へのエッチング液の侵入を防ぎ、耐食性膜を除去することができず、耐食性膜２４１上のフォトレジスト２４２と電極膜２４５も除去することができないためショートの原因となってしまう。このため、耐食性膜２４１が露出している部分を形成しなければならない。

本発明の目的は、ＣＩ値を従来以下に抑え、且つリフトオフ法による電極膜の剥離性の向上した音叉型屈曲水晶振動素子、及び、その音叉型屈曲水晶振動素子を搭載した水晶振動子や水晶発振器を提供することにある。

本発明は前記課題を解決するために成されたものであり、その一発明は、基部と、この基部の側面より同一方向に延びる、２本１対の振動腕部と、この振動腕部の表主面と裏主面のどちらか一方の主面又は両面に少なくとも１つ、振動腕部の長さ方向に沿って厚み方向に形成された第１の凹部と、この第１の凹部内部の底面に少なくとも１つ、振動腕部の長さ方向に沿って厚み方向に形成された第２の凹部と、基部及び振動腕部の表面、第１の凹部内部、及び第２の凹部内部に所望のパターンで形成された、複数個の電極部及び電極部間を電気的に接続する配線部により構成されることを特徴とする音叉型屈曲水晶振動子である。

又、前記第１の凹部の深さ寸法が、振動腕部の厚さ寸法に対して１／１０００〜１／１０の比率となり、前記第２の凹部の深さ寸法が、振動腕部の厚さ寸法に対して２０／１００〜４５／１００の比率となり、前記第２の凹部の表主面と裏主面の凹部の底面が振動腕部内で対向することを特徴とする音叉型屈曲水晶振動子でもある。

更に他の発明として、前記第１の凹部の深さ寸法が、振動腕部の厚さ寸法に対して１／１０００〜１／１０の比率となり、前記第２の凹部の深さ寸法が、振動腕部の厚さ寸法に対して５／１０〜９／１０の比率となり、前記第２の凹部の表主面と裏主面の凹部の底面が振動腕部内で対向しないことを特徴とする音叉型屈曲水晶振動子でもある。

更に又、他の発明として、前記各段落に記載の音叉型屈曲水晶振動素子と、一方の主面にキャビティ部を有し、音叉型屈曲水晶振動素子を搭載するパッド及びこの搭載パッドと接続する外部接続用電極部を備えた容器体と、キャビティ部に被せて気密封止するための蓋体とで構成されることを特徴とする水晶振動子である。

又、他の発明として、全段落に記載の水晶振動子と電気的に接続した発振回路を備えて構成されていることを特徴とする水晶発振器である。

更に、他の発明として、水晶基板の両面に耐食性膜を薄膜形成する工程と、この耐食性膜上にフォトレジスト外形パターンを形成する工程と、露出している耐食性膜をエッチングする工程と、フォトレジストを剥離する工程と、耐食性膜上にフォトレジスト電極パターンを形成する工程と、音叉型屈曲水晶振動素子の外形と第２の凹部を一度に又は別々にエッチングする工程と、露出している耐食性膜をエッチングする工程と、この耐食性膜エッチングで露出した水晶面をエッチングすることにより第１の凹部を形成する工程と、露出している音叉型屈曲水晶振動素子外形に電極膜を形成する工程と、リフトオフ法を用いてフォトレジストを除去すると同時にフォトレジスト上の電極膜を除去する工程と、耐食性膜を除去する工程を有することを特徴とする音叉型屈曲水晶振動素子の製造方法である。

更に又、他の発明として、水晶基板の両面に耐食性膜を薄膜形成する工程と、この耐食性膜上にフォトレジスト外形パターンを形成する工程と、露出している耐食性膜をエッチングする工程と、フォトレジストを剥離する工程と、耐食性膜上にフォトレジスト電極パターンを形成する工程と、音叉型屈曲水晶振動素子の外形と第２の凹部を一度に又は別々にエッチングする工程と、露出している耐食性膜をエッチングする工程と、この耐食性膜エッチングで露出した水晶面をエッチングすることにより第１の凹部を形成する工程と、露出している水晶振動素子外形に電極膜を形成する工程と、リフトオフ法を用いた耐食性膜を除去すると同時に耐食性膜上のフォトレジストと電極膜を除去する工程を有することを特徴とする音叉型屈曲水晶振動素子の製造方法である。

本発明の音叉型屈曲水晶振動素子は、従来の第２の凹部のみの構造と比べ第１の凹部が形成されており、第１の凹部と側面電極との距離が近くなっているため、ＣＩ値を従来以下に小さく抑えることが可能である。

又、本発明の音叉型屈曲水晶振動素子は、第１の凹部の深さ寸法が、振動腕部の厚さ寸法に対して１／１０００〜１／１０の比率であるため、振動腕部の強度の低下を防ぐことが可能である。

更に又、本発明の水晶振動子及び水晶発振器は、前記各段落に記載の音叉型屈曲水晶振動素子を搭載しており、同等の効果を得ることが可能である。

又、本発明の音叉型屈曲水晶振動子の製造方法は、振動腕部の主面に第１の凹部を設けることにより、フォトレジスト及び耐食性膜の一部が露出するため、リフトオフ工程における剥離性が向上し、歩留りを向上させることができる。

以下に、本発明における音叉型屈曲水晶振動素子、及びその音叉型屈曲水晶振動素子を搭載した水晶振動子並びに水晶発振器の実施形態を、図面を参照しながら説明する。尚、各図では、説明を明瞭にするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各部分の厚み寸法は誇張して図示している。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子の一例を示したものであり、図１（ａ）は音叉型屈曲水晶振動素子の表主面側を示した図であり、図１（ｂ）は裏主面を示した図である。図２は、図１（ａ）のＣ−Ｃ′断面図である。又、図３は、図１（ａ）のＤ−Ｄ′断面図で示した電極形成方法の一例である。図４は、図１に記載の音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、図４（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、図４（ｂ）は裏主面を示した図である。

図１に示すように本発明の第一の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子１０は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す音叉型の水晶片５０の表面に、後述するような各電極部及び配線部を形成することにより構成されている。この音叉型屈曲水晶振動素子を構成する水晶片５０の結晶軸方向は、水晶片５０の幅方向をＸ軸方向、長さ方向をＹ′軸方向、及び厚み方向をＺ′軸方向となっている。この水晶片５０は、平面視が概略矩形状の平板形状である基部１１と、この基部１１の一辺の側面から同一方向に一体で延出して設けられた第１の振動腕部１２と第２の振動腕部１３から構成されている。

又、第１の振動腕部１２には、表主面に長さ方向に沿って第１の凹部２０が設けられており、裏主面に長さ方向に沿って第１の凹部２１が設けられている。第２の振動腕部１３には、表主面に長さ方向に沿って第１の凹部２２が設けられており、裏主面に長さ方向に沿って第１の凹部２３が設けられている。

更に、第１の凹部２０、２１、２２、及び２３において、各第１の凹部内部の底面と各第１の凹部内部の基部側の側壁面とがなす角度、及び各第１の凹部の底面と各第１の凹部内部の振動腕部先端側の側壁面とがなす角度はそれぞれ鈍角であり、第１の凹部の形状は逆台形又は略Ｖ字状である。これは、各第１の凹部を形成する際に化学エッチング法により加工を施しているため、音叉型屈曲水晶振動素子１０を構成する水晶片５０の結晶軸方位によるエッチング特性の差異により生じるものである。

更に又、第１の凹部２０、２１、２２、及び２３には、長さ方向に沿って２分割して形成される第２の凹部２４ａ及び２４ｂ、２５ａ及び２５ｂ、２６ａ及び２６ｂ、２７ａ及び２７ｂがそれぞれ設けられている。

又、第２の凹部２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、及び２７ｂにおいて、各第２の凹部内部の底面と各第２の凹部内部の基部側の側壁面とがなす角度、及び各第２の凹部の底面と各第２の凹部内部の振動腕部先端側の側壁面とがなす角度はそれぞれ鈍角であり、第２の凹部の形状は逆台形又は略Ｖ字状である。これも、各第２の凹部を形成する際に化学エッチング法により加工を施しているため、音叉型屈曲水晶振動素子１０を構成する水晶片５０の結晶軸方位によるエッチング特性の差異により生じるものである。

更に、各振動腕部の表主面に設けられる第１の凹部２０及び２２内部の第２の凹部以外の底面と、裏主面に設けられる第１の凹部２１及び２３内部の第２の凹部以外の底面とが、各振動腕部内で対向する位置に設けられている。

更に又、各振動腕部の表主面に設けられる第２の凹部２４ａ、２４ｂ、２６ａ、及び２６ｂ内部の底面と、裏主面に設けられる第２の凹部２５ａ、２５ｂ、２７ａ、及び２７ｂ内部の底面とが、各振動腕部内で対向する位置に設けられている。

図１（ａ）及び図１（ｂ）において、第１の振動腕部１２の第１の凹部２０内及び第２の凹部２４ａ、２４ｂ内の表面を含む表主面上に形成された電極部３０と、第１の振動腕部１２の第１の凹部２１内及び第２の凹部２５ａ、２５ｂ内の表面を含む表主面上に形成された電極部３１と、第２の振動腕部１３の両側面に形成された側面電極部（不図示）とは、表主面に形成された引回部３４等を用い、電気的に結線されて一方の外部接続用電極部３７に接続されて配線部の一部を形成する。

一方、第２の振動腕部１３の第１の凹部２２内及び第２の凹部２６ａ、２６ｂ内の表面を含む表主面上に形成された電極部３２と、第２の振動腕部１３の第１の凹部２３内及び第２の凹部２７ａ、２７ｂ内の表面を含む表主面上に形成された電極部３３と、第１の振動腕部１２の両側面に形成された側面電極部（不図示）とは、裏主面に形成された引回部３５等を使用し、電気的に配線されて一方の外部接続用電極部３６に接続され配線部の一部を形成する。又、第１の振動腕部１２に形成された電極部３０と電極部３１との間、及び第２の振動腕部１３に形成された電極部３２と電極部３３との間は、第１の振動腕部１２と第２の振動腕部１３との間の股部近傍に形成されたバンド部３８ａ、３８ｂにより各々の振動腕部側面の一部を通じて電気的に接続されている。更に、各振動腕部の先端部（先端面から長さ比で３０％の範囲）には周波数調整用の金属膜３９が形成してあり、材料はＡｕ、Ａｇ、又はＰｄのうち一つが用いられる。

尚、水晶片５０の各寸法は、その一例として、基部１１との接続境界線から各振動腕部先端部までの長さとなる基部１１の長さ方向の寸法は約５２０μｍであり、両振動腕部の長さが約１７７０μｍであり、音叉型屈曲水晶振動素子１０としての全長は約２２９０μｍ、各振動腕部の幅はそれぞれ約１２２μｍ、第１の振動腕部１２と第２の振動腕部１３との間隔幅は約８３μｍであり、水晶片５０としての厚み寸法は後述する第１の凹部と第２の凹部を除き約１００μｍである。

又、第１の凹部２０、２１、２２、及び２３の長さ方向の基部側端部は、基部１１と各振動腕部との接続境界線上よりも基部側に位置する。一例として、各第１の凹部の幅は約１００μｍ、長さは約１２００μｍである。各振動腕部の主面から各第１の凹部の底面までの深さは、各振動腕部の厚さ寸法に対して１／１０００〜１／１０の比率の寸法範囲で形成される。即ち、振動腕部の厚みが１００μｍの場合は、各振動腕部の主面から各第１の凹部の底面までの深さ寸法は０．１〜１０μｍの範囲で形成される。ここで、第１の凹部の底面までの深さが、各振動腕部の厚さ寸法に対して１／１０００未満であった場合、フォトレジスト及び耐食性膜を除去するための溶液が第１の凹部内部に入るため、第１の凹部内部の体積が極端に小さくなり、フォトレジスト及び耐食性膜を除去することが難しい。一方、第１の凹部の底面までの深さが、各振動腕部の厚さ寸法に対して１／１０以上であった場合、振動腕部の外形側面と第１の凹部の側面との距離が近く、水晶の厚みが薄いため、強度が低下してしまう。そのため、各振動腕部の主面から各第１の凹部の底面までの深さは、各振動腕部の厚さ寸法に対して１／１０００〜１／１０の比率の寸法範囲で形成することで、強度を維持することができ、且つフォトレジスト及び耐食性膜を除去することができる。

第２の凹部２４ａ、２５ａ、２６ａ、及び２７ａの長さ方向の基部側端部は、基部１１と各振動腕部との接続境界線上にある。一例として、各第２の凹部の幅は約８０μｍ、長さは約５００μｍである。各振動腕部の主面から各第２の凹部の底面までの深さは、各振動腕部の厚みに対して２０／１００〜４５／１００の比率の寸法範囲で形成される。即ち、振動腕部の厚みが１００μｍの場合は、各振動腕部の主面から各第２の凹部の底面までの深さ寸法は２０〜４５μｍの範囲で形成される。

次に本発明の音叉型屈曲水晶振動素子の製造方法について説明する。図３（ａ）に示すように工程Ａは、水晶基板４０の両面に耐食性膜４１を形成する工程と、耐食性膜４１上にフォトレジストの外形パターンを形成する工程と、露出している耐食性膜４１をエッチングする工程と、フォトレジスト４２を剥離する工程と、耐食性膜４１上にフォトレジスト４２電極パターンを形成する工程を経たものである。耐食性膜４１の材料は一例としてＣｒを用いる。

図３（ｂ）に示すように工程Ｂは、音叉型屈曲水晶振動素子の外形形状４３と第２の凹部４４を一度に又は別々にエッチングする工程である。尚、外形形状４３と第２の凹部４４を同時に形成しようとすると、第２の凹部４４が貫通する場合がある。この場合には、工程Ａ及び工程Ｂにおいて、外形形状４３のフォトレジストパターンを形成し、外形形状４３を水晶エッチングで形成した後に、第２の凹部４４のフォトレジストパターンを形成し、凹部４４を水晶エッチングで形成することを必要とする。又、図３は便宜上エッチング方向が水晶基板表面に対して垂直方向に描かれているが、実際は結晶軸方位によるエッチングの特異性により、第２の凹部の形状は逆台形又は略Ｖ字状となる。

図３（ｃ）に示すように工程Ｃは、露出している耐食性膜をエッチングする工程である。ここで、エッチング後の耐食性膜４１の幅はエッチング前の耐食性膜４１の幅の５０〜９０％が望ましい。エッチング後の耐食性膜４１の幅はエッチング前の耐食性膜４１の幅が５０％未満であった場合、耐食性膜４１のエッチングされた部分が下地になっていたフォトレジスト４２部分の強度が弱くなり、フォトレジスト４２が剥がれる。一方、エッチング前の耐食性膜４１の幅に対してエッチング後の耐食性膜４１が９０％より大きい場合、耐食性膜４１のエッチング部分が少ないため露出する水晶基板４０の表面積が小さくなり、水晶がエッチングされにくくなる。そのため、エッチング後の耐食性膜４１の幅はエッチング前の耐食性膜４１の幅の５０〜９０％にすることで、耐食性膜４１の一部をエッチングし、フォトレジスト４２を残すことが可能である。

図３（ｄ）に示すように工程Ｄは、工程Ｃにおける耐食性膜エッチングで露出した水晶面をエッチングすることにより第１の凹部を形成する工程である。尚、図３は便宜上エッチング方向が水晶基板に対して垂直方向に描かれているが、実際は結晶軸方位によるエッチング特性の特異により、第１の凹部４５の形状も逆台形又は略Ｖ字状となる。

図３（ｅ）に示すように工程Ｅは、露出している音叉型屈曲水晶振動素子外形に電極膜を形成する工程である。一例として、電極膜はＴｉとＰｄやＴｉとＡｕの２層膜を用いて真空薄膜形成する。この際、耐食性膜４１の幅がフォトレジスト４２の幅よりも短いため、電極膜４６が耐食性膜を全て覆うことなく切断される形となる。このため、耐食性膜４１の側面の一部又は全部と、フォトレジスト４２の一部が露出する形となる。

図３（ｆ）に示すように工程Ｆは、リフトオフ法を用いてフォトレジスト４２を除去すると同時にフォトレジスト４２上の電極膜４６を除去する工程と、耐食性膜４１を除去する工程である。

又、図３（ｆ）に示す工程Ｆの別な工程方法として、リフトオフ法を用いて耐食性膜４１を除去すると同時に耐食性膜４１上のフォトレジスト４２と電極膜４６を除去する工程である。

更に、工程Ｂと工程Ｃの間、又は工程Ｃと工程Ｄの間のどちらか一方もしくは両方に、フォトレジストの強度を強くするためのベークを行ってもよい。これは、フォトレジスト４２の下地にある耐食性膜４１が一部無くなってしまうため、フォトレジスト４２自体の強度をあらかじめ強くする目的で行うものである。

（第二の実施形態）
図５は、本発明の第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、図５（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、図５（ｂ）は裏主面を示した図である。

図５に示すように、第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子は、第２の凹部が各振動腕部の幅方向に対し２分割されている点で第一の実施形態と異なる。

又、第１の振動腕部１２の表主面に設けられる第２の凹部２４ｃ及び２４ｄの底面と、裏主面に設けられる第２の凹部２５ｃ及び２５ｄの底面とが、第１の振動腕部１２内部で対向せず、且つ第２の凹部２４ｃ及び２４ｄの振動腕部先端側の側壁面と、第２の凹部２５ｃと２５ｄの基部側の側壁面とが、第１の振動腕部内で対向するように設けられている点でも第一の実施形態と異なる。

同様に、第２の振動腕部１３の表主面に設けられる第２の凹部２６ｃ及び２６ｄの底面と、裏主面に設けられる第２の凹部２７ｃ及び２７ｄの底面とが、第２の振動腕部１３内部で対向せず、且つ第２の凹部２６ｃ及び２６ｄの振動腕部先端側の側壁面と、第２の凹部２７ｃ及び２７ｄの基部側の側壁面とが、第２の振動腕部内で対向するように設けられている点でも第一の実施形態と異なる。

更に、各振動腕部の主面から各第２の凹部の底面までの深さは、各振動腕部の厚みに対して５／１０〜９／１０の比率の寸法範囲で形成される点でも第一の実施形態と異なる。

図５に記載の水晶片６０に、図１に記載の電極部及び引回部等と同様な形態の配線部を形成することで音叉型屈曲水晶振動素子が形成される。図５記載の水晶片６０から構成される音叉型屈曲水晶振動素子は、第一の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子１０と同様の効果を奏する。

（第三の実施形態）
図６は、本発明の第三の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、図６（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、図６（ｂ）は裏主面を示した図である。

図６に示すように、本発明の第三の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子は、各振動腕部の表主面に設けられる第１の凹部内部の第２の凹部を除く底面と、裏主面に設けられる第１の凹部内部の第２の凹部を除く底面とが、各振動腕部内で一部対向する構造位置に設けられている点で第二の実施形態と異なる。

図６に記載の水晶片７０に、第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子の電極部及び引回部等と同様な形態の配線部を形成することで音叉型屈曲水晶振動素子が形成される。図６記載の水晶片７０から構成される音叉型屈曲水晶振動素子は、第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子と同様の効果を奏する。

尚、第二の実施形態及び第三の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動子の別の形態として、各振動腕部の表主面に設けられる第１の凹部内部の第２の凹部を除く底面と、裏主面に設けられる第１の凹部内部の第２の凹部を除く底面とが、各振動腕部内で全く対向しない構造位置に設けられている形態でも、第二の実施形態及び第三の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子と同様の効果を奏する。

（第四の実施形態）
図７は、本発明の第四の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、図７（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、図７（ｂ）は裏主面を示した図である。

図７に示すように、第四の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子は、第１の凹部が各振動腕部の幅方向に対し２分割されている点で第二の実施形態と異なる。

図７に記載の水晶片８０に、第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子の電極部及び引回部等と同様な形態の配線部を形成することで音叉型屈曲水晶振動素子が形成される。図７記載の水晶片８０から構成される音叉型屈曲水晶振動素子は、第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子と同様の効果を奏する。

尚、第四の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動子の別の形態として、各振動腕部の表主面に設けられる第１の凹部内部の第２の凹部を除く底面と、裏主面に設けられる第１の凹部内部の第２の凹部を除く底面とが、各振動腕部内で一部対向する又は全く対向しない構造位置に設けられている形態でも、第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子と同様の効果を奏する。

（第五の実施形態）
図８は、本発明の第五の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、図８（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、図８（ｂ）は裏主面を示した図である。

図８に示すように、第五の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子は、第２の凹部が各振動腕部の長さ方向に対し２分割されている点で第二の実施形態と異なる。

又、第１の振動腕部１２の表主面に設けられる第２の凹部２４ｅ及び２４ｆの底面と、裏主面に設けられる第２の凹部２５ｅ及び２５ｆの底面とが、第１の振動腕部１２内部で対向せず、且つ第２の凹部２４ｅの振動腕部先端側の側壁面と第２の凹部２５ｅの基部側の側壁面、第２の凹部２５ｅの振動腕部先端側の側壁面と第２の凹部２４ｆの基部側の側壁面、第２の凹部２４ｆの振動腕部先端側の側壁面と第２の凹部２５ｆの基部側の側壁面とが、第１の振動腕部内で対向するように設けられている点でも第二の実施形態と異なる。

同様に、第２の振動腕部１３の表主面に設けられる第２の凹部２６ｅ及び２６ｆの底面と、裏主面に設けられる第２の凹部２７ｅ及び２７ｆの底面とが、第２の振動腕部１２内部で対向せず、且つ第２の凹部２６ｅの振動腕部先端側の側壁面と第２の凹部２７ｅの基部側の側壁面、第２の凹部２７ｅの振動腕部先端側の側壁面と第２の凹部２６ｆの基部側の側壁面、第２の凹部２６ｆの振動腕部先端側の側壁面と第２の凹部２７ｆの基部側の側壁面とが、第２の振動腕部内で対向するように設けられている点でも第二の実施形態と異なる。

図８に記載の水晶片９０に、第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子の電極部及び引回部等と同様な形態の配線部を形成することで音叉型屈曲水晶振動素子が形成される。図８記載の水晶片９０から構成される音叉型屈曲水晶振動素子は、第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子と同様の効果を奏する。

（第六の実施形態）
図９は、本発明の第六の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、図９（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、図９（ｂ）は裏主面を示した図である。

図９に示すように、第六の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子は、第１の凹部が各振動腕部の長さ方向に対し２分割されている点で第五の実施形態と異なる。

又、第１の振動腕部１２の表主面に設けられる第１の凹部２０ｃ及び２０ｄの底面と、裏主面に設けられる第１の凹部２１ｃ及び２１ｄの底面とが、第１の振動腕部１２内部で一部対向する位置に設けられている点でも第五の実施形態と異なる。

又、第２の振動腕部１３の表主面に設けられる第１の凹部２２ｃ及び２２ｄの底面と、裏主面に設けられる第１の凹部２３ｃ及び２３ｄの底面とが、第２の振動腕部１３内部で一部対向する位置に設けられている点でも第五の実施形態と異なる。

図９に記載の水晶片１００に、第五の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子の電極部及び引回部等と同様な形態の配線部を形成することで音叉型屈曲水晶振動素子が形成される。図９記載の水晶片１００から構成される音叉型屈曲水晶振動素子は、第五の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子と同様の効果を奏する。

尚、第五の実施形態及び第六の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動子の別の形態として、各振動腕部の表主面に設けられる第１の凹部内部の第２の凹部を除く底面と、裏主面に設けられる第１の凹部内部の第２の凹部を除く底面とが、各振動腕部内で全く対向しない構造位置に設けられている形態でも、第五の実施形態及び第六の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子と同様の効果を奏する。

前記水晶片５０、６０、７０、８０、９０、及び１００により構成される本発明の音叉型屈曲水晶振動素子、及びその音叉型屈曲水晶振動素子を搭載した水晶振動子や水晶発振器のＣＩ値を従来以下に抑え、且つリフトオフ法による電極膜の剥離性の向上することができる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、一振動腕部の表裏主面にそれぞれ第２の凹部を２本ずつ形成し、一振動腕部の表裏主面にそれぞれ第１の凹部を１本又は２本ずつ形成した形態を例示したが、本発明と同様な効果を奏するのであれば、第１の凹部及び第２の凹部の本数を本実施形態に例示したものに限定するものではない。

本発明の第一の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子の一例を示したものであり、（ａ）は音叉型屈曲水晶振動素子の表主面側を示した図であり、（ｂ）は裏主面を示した図である。 図１（ａ）のＣ−Ｃ′断面図である。 図１（ａ）のＤ−Ｄ′断面図で示した電極形成方法の一例である。 図１に記載の音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、（ｂ）は裏主面を示した図である。 本発明の第二の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、（ｂ）は裏主面を示した図である。 本発明の第三の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、（ｂ）は裏主面を示した図である。 本発明の第四の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、（ｂ）は裏主面を示した図である。 本発明の第五の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、（ｂ）は裏主面を示した図である。 本発明の第六の実施形態に係る音叉型屈曲水晶振動素子に用いられる水晶片を示した図であり、（ａ）は水晶片の表主面を示した図であり、（ｂ）は裏主面を示した図である。 従来の音叉型屈曲水晶振動素子を示したものであり、（ａ）は音叉型屈曲水晶振動素子の表主面側を示した図であり、（ｂ）は裏主面を示した図である。 図１０（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。 図１０（ａ）のＢ−Ｂ′断面図で示した電極形成方法の一例である。

符号の説明

１０・・・音叉型屈曲水晶振動素子
１１・・・基部
１２・・・第１の振動腕部
１３・・・第２の振動腕部
２０、２１、２２、２３、４５・・・第１の凹部
２４ａ、２４ｂ、２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ、４４・・・第２の凹部
３０、３１、３２、３３・・・電極部
３４、３５・・・配線部
３６、３７・・・外部接続用電極部
３８ａ、３８ｂ・・・バンド部
３９・・・金属膜
４０・・・水晶基板
４１・・・耐食性膜
４２・・・フォトレジスト
４３・・・外形形状
４６・・・電極膜
５０・・・水晶片

Claims (7)

1. 基部と、前記基部の側面より同一方向に延びる、２本１対の振動腕部と、前記振動腕部の表主面と裏主面のどちらか一方の主面又は両面に少なくとも１つ、前記振動腕部の長さ方向に沿って厚み方向に形成された第１の凹部と、前記第１の凹部内部の底面に少なくとも１つ、前記振動腕部の長さ方向に沿って厚み方向に形成された第２の凹部と、前記基部及び前記振動腕部の表面、第１の凹部内部、及び第２の凹部内部に所望のパターンで形成された、複数個の電極部及び前記電極部間を電気的に接続する配線部により構成されることを特徴とする音叉型屈曲水晶振動素子。
2. 前記第１の凹部の深さ寸法が、前記振動腕部の厚さ寸法に対して１／１０００〜１／１０の比率となり、前記第２の凹部の深さ寸法が、前記振動腕部の厚さ寸法に対して２０／１００〜４５／１００の比率となり、前記第２の凹部の表主面と裏主面の凹部の底面が前記振動腕部内で対向しないことを特徴とする請求項１に記載の音叉型屈曲水晶振動素子。
3. 前記第１の凹部の深さ寸法が、前記振動腕部の厚さ寸法に対して１／１０００〜１／１０の比率となり、前記第２の凹部の深さ寸法が、前記振動腕部の厚さ寸法に対して５／１０〜９／１０の比率となり、前記第２の凹部の表主面と裏主面の凹部の底面が前記振動腕部内で対向することを特徴とする請求項１に記載の音叉型屈曲水晶振動素子。
4. 請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の音叉型屈曲水晶振動素子と、一方の主面にキャビティ部を有し、前記音叉型屈曲水晶振動素子を搭載するパッド及びこの搭載パッドと接続する外部接続用電極部を備えた容器体と、前記キャビティ部に被せて気密封止するための蓋体とで構成されることを特徴とする水晶振動子。
5. 請求項４に記載の水晶振動子と電気的に接続した発振回路を備えて構成されていることを特徴とする水晶発振器。
6. 水晶基板の両面に耐食性膜を薄膜形成する工程と、前記耐食性膜上にフォトレジスト外形パターンを形成する工程と、露出している耐食性膜をエッチングする工程と、フォトレジストを剥離する工程と、前記耐食性膜上にフォトレジスト電極パターンを形成する工程と、音叉型屈曲水晶振動素子の外形と第２の凹部を一度に又は別々にエッチングする工程と、露出している耐食性膜をエッチングする工程と、前記耐食性膜エッチングで露出した水晶面をエッチングすることにより第１の凹部を形成する工程と、露出している前記音叉型屈曲水晶振動素子外形に電極膜を形成する工程と、リフトオフ法を用いてフォトレジストを除去すると同時にフォトレジスト上の電極膜を除去する工程と、耐食性膜を除去する工程を有することを特徴とする音叉型屈曲水晶振動素子の製造方法。
7. 水晶基板の両面に耐食性膜を薄膜形成する工程と、前記耐食性膜上にフォトレジスト外形パターンを形成する工程と、露出している耐食性膜をエッチングする工程と、フォトレジストを剥離する工程と、前記耐食性膜上にフォトレジスト電極パターンを形成する工程と、音叉型屈曲水晶振動素子の外形と第２の凹部を一度に又は別々にエッチングする工程と、露出している耐食性膜をエッチングする工程と、前記耐食性膜エッチングで露出した水晶面をエッチングすることにより第１の凹部を形成する工程と、露出している前記音叉型屈曲水晶振動素子外形に電極膜を形成する工程と、リフトオフ法を用いて耐食性膜を除去すると同時に耐食性膜上のフォトレジストと電極膜を除去する工程を有することを特徴とする音叉型屈曲水晶振動素子の製造方法。

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