JP2010088054A - 音叉型圧電振動片および圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 音叉型圧電振動片（２０）をさらに小型化するために、一対の振動腕の根元部にスリット部(切り込み部)を設け低い周波数を得ることができる音叉型圧電振動片を提供する。
【解決手段】 第１の観点の音叉型圧電振動片は、基部（２９）の一端側から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕（２１）と、この一対の振動腕の根元（２６）において振動腕の幅より１／３以下の幅で所定方向に伸びるように切削加工又はドライエッチング加工で形成されたスリット部（４０）と、一対の振動腕に形成された励振電極（２３，２５）と、を備える。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、圧電材料よりなる音叉型の圧電振動片及びこの圧電振動片を有する圧電デバイスを製造する技術に関する。

従来、時計や家電製品、各種情報・通信機器やＯＡ機器等の民生・産業用電子機器には、その電子回路のクロック源として圧電振動子、圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。また、船舶・航空機・自動車等の姿勢制御や航行制御、ビデオカメラ等の手振れ防止・検出等における回転角速度センサとして、圧電振動ジャイロが広く利用され、３次元立体マウス等の回転方向センサにも応用されている。特に最近、これら圧電デバイスは、それを搭載する電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されている。

たとえば、特許文献１に開示されるような溝部付の音叉型圧電振動片が提案されている。溝部付の音叉型圧電振動片は、振動片の大きさを小型化しても、振動腕の振動損失が低くＣＩ値（クリスタルインピーダンスまたは等価直列抵抗）も低く抑えることができるという特性を有する。このため、溝部付の音叉型圧電振動片は、たとえば特に小型でも高精度な性能が求められる振動子に適用されている。溝部付の音叉型圧電振動片の大きさとしては、振動腕の長さが１．６４４ｍｍ、振動腕の幅が０．１ｍｍとなっており、この振動腕に幅０．０７ｍｍの幅で溝が形成されている。さらに、基部は縦方向の長さが０．５６ｍｍとなり、全体として小型化された音叉型圧電振動片である。
特開２００１−２６１５７５号公報 特開平０１−２３６８０８号公報

しかしながら、さらに小型化する需要に対して、基部の長さをさらに短くしようとすると、従来の形状だけでは十分に振動漏れを吸収することができずにＣＩ値が劣化する。また、音叉型圧電振動片の外形を形成する際のエッチングにおいて、水晶の異方性により音叉型圧電振動片は異形部が発生する。このエッチングによる異形部は小型化するに従い、音叉型圧電振動片の特性に与える影響が大きくなる。エッチングの異形部は音叉型圧電振動片に歪みを発生させ、わずかな寸法の違いで左右の振動腕のバランスが不均一になり振動漏れが起きる。

また、特許文献２に開示されるように、特に一対の振動腕の根元部などは小型になるにつれてエッチング液が流れにくくなり、さらに水晶の異方性により加工が難しくなっている。腐食残部が残った状態で電極を形成すると、電極パターンがショート（短絡）してしまい不良品となることも多い。

本発明の目的は、音叉型圧電振動片をさらに小型化するために、一対の振動腕の根元部にスリット部(切り込み部)を設け低い周波数を得ることができる音叉型圧電振動片を提供する。また腐食残部の一部にスリット部を形成することで電極パターンのショートを防ぐ音叉型圧電振動片の製造方法を提供することである。

第１の観点の音叉型圧電振動片は、基部の一端側から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕と、この一対の振動腕の根元において振動腕の幅より１／３以下の幅で所定方向に伸びるように切削加工又はドライエッチング加工で形成されたスリット部と、一対の振動腕に形成された励振電極と、を備える。
この構成により、小型化された音叉型圧電振動片で周波数が高くなりがちであっても、所定の周波数まで下げることができる。

第２の観点の音叉型圧電振動片は、基部電極に設けられ励振電極と接続する基部電極を備え、スリット部は基部電極が形成される領域までは伸びない。
音叉型圧電振動片はパッケージなどに固定されるため、基部電極付近までスリット部を形成しない。

第３の観点の音叉型圧電振動片のスリット部の長さは、基部の長さの３０パーセントから７５パーセントである。
特にスリット部の長さが基部の長さの３０パーセント以上であると、周波数を特に下げ易くなる。逆に７５パーセント以上であると基部の強度が弱くなってしまい耐衝撃性がわるくなる。

第４の観点の圧電デバイスは、第１ないし第４のいずれかの観点の音叉型圧電振動片と、この音叉型圧電振動片を覆う蓋部と、音叉型圧電振動片を支えるとベースと、を備え、スリット部に接着剤が入らないようにしてベースに音叉型圧電振動片が固定される。
この構成により、小型化された圧電デバイスであっても、安定した所定の周波数を確保するができる。

第５の観点の音叉型圧電振動方法は、圧電ウエハから音叉型圧電振動片を製造する製造方法において、基部と、その基部から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕とをウェットエッチングで形成する外形形成工程と、この外形形成工程後に、一対の振動腕の根元において基部に対して振動腕の幅より１／３以下の幅で所定方向にスリット部を切削又はドライエッチングで加工する加工工程と、加工工程の後に、圧電ウエハに金属膜を形成する金属膜形成工程と、金属膜から電極パターンを形成する電極パターン形成工程と、を備える。
基部に対して振動腕の幅より１／３以下の幅で所定方向にスリット部を加工することで、ウェットエッッチングの際に一対の振動腕の間に形成される腐食残部の一部を削り取ることができるため、その後電極パターンを正確に形成することができる。

第６の観点の音叉型圧電振動方法の切削加工は、レーザー加工、ダイシングソー加工、又はブラスト加工を含む。
これらの加工方法は、例えば０．０４ｍｍのスリットを形成することができる。

第７の観点の音叉型圧電振動方法の外形形成工程は、所定方向に伸びる溝部を一対の振動腕の表裏面に形成する。
この構成により、ＣＩ値を下げることができる。

本発明の音叉型圧電振動片は、周波数を低く抑えて優れた振動特性を備えることができ、また。この圧電振動片を使った圧電デバイスは、小型化の要望に応えることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

＜音叉型水晶振動片２０の構成＞
図１Ａ（ａ）は音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した平面図であり、（ｂ）はその側面図である。（ｃ）は音叉型水晶振動片２０の一対の振動腕２１のＣ−Ｃ断面図である。音叉型水晶振動片２０の母材は、ＡＴカットに加工された水晶単結晶ウエハ１０で形成されている。図１Ａ（ａ）に示すように、音叉型水晶振動片２０は、第１基部２９−１と第２基部２９−２とから構成される基部２９と、この第１基部２９−１から図１Ａにおいて上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕２１を備えている。以下、本実施形態では一対の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片で説明するが、３本または４本の振動腕２１を備えた水晶振動片であってもよい。

音叉型水晶振動片２０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで発振する振動片で、極めて小型の振動片となっている。図１Ａ（ａ）において、振動腕２１の長さＬ１は、１．２０ｍｍから１．５０ｍｍであり、基部２９の長さＬ２は０．３０ｍｍから０．５０ｍｍ程度であり、第１の音叉型水晶振動片２０の全体の長さが１．５０ｍｍから２．００ｍｍ程度である。第１基部２９−１の幅Ｗ１は０．３４ｍｍから０．５０ｍｍ、第２基部２９−２の幅Ｗ２は０．４０ｍｍから０．６０ｍｍ程度である。振動腕２１の幅Ｗ３は０．０８ｍｍから０．１２ｍｍ程度である。一対の振動腕２１の間隔Ｗ５は０．０８ｍｍから０．１２ｍｍ程度である。

図１Ａ（ｂ）に示すように、振動腕２１の厚さＤ１は、０．０８ｍｍから０．１２ｍｍであり、基部２９の厚さＤ２は０．０８５ｍｍから０．５０ｍｍ程度である。基部２９の厚さＤ２の方が少なくとも振動腕２１の厚さＤ１より５μｍ以上厚い。つまり約５パーセント程度厚くなっており、振動腕２１が振動する際に垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕２１の振動が基部へ漏れる振動を緩和することができる。また基部２９の厚さＤ２は、０．５ｍｍよりも薄く、振動腕２１の厚さＤ１の５倍以内としている。振動腕２１との厚さの違いが大きくなるとウェットエッチングなどの工程で時間がかかり、また無駄になる水晶の量が多くなる。このため、製造コストを考えて０．５ｍｍよりも小さくしている。

振動腕２１の厚さＤ１から基部２９の厚さＤ２へ厚くなるため、振動腕２１が振動する際に垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕２１の振動が第２基部２９−２へ漏れる振動を緩和することができる。さらに、基部の厚さＤ２が厚いため、製造途中において破損することが少なくなり、また、衝撃や振動にも強くなる。

音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の表裏面には、溝部２７が形成されている。一本の振動腕２１の表面に２つの溝部２７が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に２つの溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の溝部２７が形成される。溝部２７の深さは、振動腕２１の厚さの約３５〜４５％である。溝部２７の幅Ｗ４は、振動腕２１の幅Ｗ３の約６５〜８５％である。表裏面に溝部２７があるため、図１Ａ（ｃ）に示すように、溝部２７の断面は、Ｈ型に形成されている。溝部２７は、小型化が進むとＣＩ値が上昇するので、ＣＩ値を下げ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、その全体が板状に形成されている。第１基部２９−１の幅Ｗ１と第２基部２９−２の幅Ｗ２との差異があるため、振動腕２１が振動する際に垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕２１の振動が第２基部２９−２へ漏れる振動を緩和することができる。音叉型水晶振動片２０の基部２９には、連結部２８が２箇所設けられている。連結部２８は、水晶単結晶ウエハ１０から、図１Ａに示す音叉形状をフォトリソグラフィおよびウェットエッチングで形成する際に、水晶単結晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを連結する部分である。

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、１５０オングストローム〜７００オングストロームのニッケル（Ｎｉ）層の上に４００オングストローム〜２０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成である。ニッケル（Ｎｉ）層の代わりに、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。

音叉型水晶振動片２０の基部２９には、図１Ａ（ａ）に示すように、第１基部電極２３ａと第２基部電極２５ａとが形成され、振動腕部２１の溝部２７には、第１溝電極２３ｄ，第２溝電極２５ｄがそれぞれ形成される。また、図１Ａ（ｃ）に示すように、（ａ）の左側の腕部２１の両側面には、第２側面電極２５ｃが形成されている。右側の腕部２１の両側面には、第１側面電極２３ｃが形成されている。

一対の振動腕２１の根元部２６の基部２９にスリット部４０が形成されている。スリット部４０の長さＳＬは、基部２９の長さＬ２の３０％から７５％である。スリット部４０の幅は、振動腕２１の幅Ｗ３の１／３以下、例えば０．０４ｍｍである。スリット部４０を設けることにより、小型化により目標周波数より高い周波数になりがちな音叉型水晶振動片２０の周波数を下げることができる。

振動腕２１の幅Ｗ３の１／３より幅広いと、ドライブレベル特性の劣化（剛性が弱くなる）という問題がある。

図１Ｂは、音叉型水晶振動片２０の根元部２６の拡大図であり、（ａ）はＹ方向から根元部２６を観察した図であり、（ｂ）はその平面図である。
図１Ｂに示すように、一対の振動腕２１の根元部は小型になるにつれてエッチング液が流れにくくなり、さらに水晶のエッチング異方性により腐食残部２６１が残っている。この状態で第１電極パターン２３と第２電極パターン２５を形成するためにフォトレジストを塗布すると、腐食残部２６１にフォトレジストが残ってしまい、電極パターンがうまく形成できず第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とがショートしてしまうことがある。

しかし、音叉型水晶振動片２０の外形を形成した後に、レーザーなどでスリット部４０を形成すると、腐食残部２６１の一部が削除される。腐食残部２６１が削除されることにより電極パターンのショートの問題も解決することができる。

図２は、音叉型水晶振動片２０において、基部２９の長さＬ２に対するスリット部４０の長さＳＬの比率％と周波数の変化率との関係を示す図である。基部２９の長さＬ２に対するスリット部４０の長さＳＬの比率が５５％で周波数は９００Ｈｚ以上下がることを示している。一対の振動腕２１の根元部２６の基部２９にスリット部４０を形成することにより、周波数の上昇を抑えることができる。特に基部２９の長さＬ２に対するスリット部４０の長さＳＬの比率が３０％以上であると、スリット部４０の長さＳＬに対して、周波数を２次曲線的に大きく下げることができる。

但し、基部２９の長さＬ２に対するスリット部４０の長さＳＬの比率が７５％以下にすることが望ましい。スリット部４０が長くなりすぎると耐衝撃性が弱くなってしまうからであり、また第１基部電極２３ａと第２基部電極２５ａの領域が小さくなってしまうからである。

＜セラミックパッケージ音叉型振動子の構成＞
図３は、本実施形態に係るセラミックパッケージ音叉型振動子５０の構成を示す概略断面図である。
このセラミックパケージ音叉型振動子５０は、上述の音叉型水晶振動片２０を使用している。セラミックパケージ音叉型振動子５０は、その内側に空間を有する箱状のパッケージ５２を有している。このパッケージ５２には、その底部にベース部５４を備えている。このベース部５４を備えたパッケージ５２は、酸化アルミニウム質の混練物からなるセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層し、焼結して形成されている。

パッケージ５２の上端には、封止材５８が設けられており、この封止材５８は、蓋体５６と同様の材料から形成されている。蓋体５６は、ホウ珪酸ガラス及びソーダガラスなどから成る。また、この封止材５８の上には蓋体５６が載置され、これらパッケージ５２、封止材５８および蓋体５６で、中空の箱体を形成することになる。蓋体５６がコバール合金等の金属材料で形成される場合には、蓋体５６はシーム溶接等の手法により、パッケージ５２に対して固定される。

このように形成されているパッケージ５２のベース部５４上にはパッケージ側電極が設けられている。このパッケージ側電極の上には導電性接着剤５９を介して音叉型水晶振動片２０の基部電極２３ａ、２５ａ（図１Ａを参照）が電気的に接続される。基部電極２３ａ、２５ａが導電性接着剤５９で固定される領域までスリット部４０は伸びていない。スリット部４０に導電性接着剤５９が入ってしまうと、音叉型水晶振動片２０の周波数が大きく変化してしまうからである。パッケージ側電極は、パーケージの外側に形成されたタングステンメタライズ上にニッケルメッキおよび金メッキが施された電極部に接続される。

この音叉型水晶振動片２０は、電極部から通電されると振動するようになっている。このとき、基部２９が振動腕よりも厚いため、音叉型水晶振動片が衝撃や振動に対して強くなる。

＜セラミックパケージ音叉型振動子５０の製造工程＞
図４ないし図７は、図１Ａで示した音叉型水晶振動片２０を使って図３に示したセラミックパケージ音叉型振動子５０を製造する工程を示したフローチャートである。各図フローチャートの右側に、音叉型水晶振動片２０の断面図又は平面図を示す。
＜＜水晶振動片の外形形成の工程＞＞
図４は、音叉型水晶振動片の外形形成の工程のフローチャートである。
ステップＳ１０２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、下地としてニッケル（Ｎｉ）やチタン（Ｔｉ）等を使用する。つまり、この実施形態では、耐蝕膜としてニッケル層の上に金層を重ねた金属膜３０を使用する。図４（ａ）は、この状態の水晶単結晶ウエハ１０を示した断面図である。

ステップＳ１０４では、ニッケル層および金層が形成された水晶単結晶ウエハ１０に、フォトレジスト膜３６を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト膜３６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。図４（ｂ）は、この状態の水晶単結晶ウエハ１０を示した断面図である。

次に、ステップＳ１０６では、不図示の露光装置を用いて、外形フォトマスクのパターンをフォトレジスト膜３６が塗布された水晶単結晶ウエハ１０に露光する。水晶単結晶ウエハ１０の両面からウェットエッチングができるように水晶単結晶ウエハ１０の両面に露光する。図４（ｃ）は、露光されたフォトレジスト膜４２を有する水晶単結晶ウエハ１０を示した断面図である。

ステップＳ１０８では、水晶単結晶ウエハ１０のフォトレジスト膜３６を現像して、感光したフォトレジスト膜４２を除去する。さらに、フォトレジスト膜３６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ニッケル層を、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。これで金属膜３０を除去することができる。図４（ｄ）に示すように、音叉型水晶振動片２０の外形パターンの水晶単結晶ウエハ１０が現れる。

ステップＳ１１０では、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト膜３６および金属膜３０から露出した水晶単結晶ウエハ１０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。図４（ｅ）は、エッチングされた水晶単結晶ウエハ１０で、金属膜３０及びフォトレジスト膜３６に覆われた音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の断面図を示す。図４（ｇ）に示すように開口領域１２が形成された状態である。

ステップＳ１１２では、不要となったフォトレジスト膜３６と金属膜３０を除去することによりに、図４（ｇ）に示した音叉型水晶振動片２０が形成される。ただし、水晶単結晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とは、連結部２８で連結された状態であり、音叉型水晶振動片２０は個々に切り取られていない。図４（ｆ）に、形成された音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の断面図を示す。

図４（ｇ）は、水晶単結晶ウエハ１０に形成された音叉型水晶振動片２０の一部を拡大した概略平面図である。音叉型水晶振動片２０は、水晶単結晶ウエハ１０から開口領域１２がエッチングされることにより所定の大きさに形成されている。音叉型水晶振動片２０の基部２９には連結部２８が形成されている。連結部２８は、水晶単結晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを連結して、複数の音叉型水晶振動片２０を水晶単結晶ウエハ１０単位で同時に扱うことができるようにしている。

＜＜振動腕の厚さを薄くする工程＞＞
図５は、振動腕２１の厚さを薄くする工程のフローチャートである。各図フローチャートの右側に、音叉型水晶振動片２０の断面図を示す。
ステップＳ１１４では、音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、水晶単結晶ウエハ１０の全面に、ニッケル層の上に金層を重ねた金属膜３０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。図５（ｈ）は、この状態の音叉型水晶振動片２０を示した断面図である。

ステップＳ１１６では、ニッケル層および金層が形成された水晶単結晶ウエハ１０に、フォトレジストをスピンコートまたはスプレーなどの手法で均一に塗布する。図５（ｉ）は、この状態の音叉型水晶振動片２０を示した断面図である。

ステップＳ１１８では、不図示の露光装置を用いて、段差用フォトマスクのパターンをフォトレジスト膜３６’が塗布された音叉型水晶振動片２０に合わせて露光する。水晶単結晶ウエハ１０の両面からウェットエッチングができるように水晶単結晶ウエハ１０の両面に露光する。図５（ｊ）は、露光されたフォトレジスト膜４２’を有する音叉型水晶振動片２０を示した断面図である。

ステップＳ１２０では、水晶単結晶ウエハ１０のフォトレジスト膜３６’を現像して、感光したフォトレジスト膜４２’を除去する。さらに、フォトレジスト膜３６’から露出した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ニッケル層をエッチングする。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。これで金属膜３０を除去することができる。図５（ｋ）に示すように、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の外形パターンが現れる。

ステップＳ１２２では、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト膜３６’および金属膜３０から露出した振動腕２１を、所定の厚さ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、振動腕２１の厚さを薄くするためのものであるので、途中までエッチングを行ういわゆるハーフエッチングを行う。フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により、エッチング時間は変化する。図５（ｌ）に、薄く形成された音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の断面図を示す。

ステップＳ１２４では、不要となったフォトレジスト膜３６’と金属膜３０とを除去する。図５（ｍ）に、振動腕２１の厚みが薄くなった音叉型水晶振動片２０の側面図を示す。

＜＜溝部及びスリット形成の工程＞＞
図６は、振動腕２１に溝部２７を形成する工程のフローチャートである。各図フローチャートの右側に、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の断面図及び平面図の一部を示す。
ステップＳ１２６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の全面に溝部２７を形成するための金属膜３０を形成する。図６（ｎ）は、この状態の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１を示した断面図である。

ステップＳ１２８では、スプレーを使って全面にフォトレジスト膜３６”を塗布する。音叉型水晶振動片２０の形状が形成されているため、スプレーを使って側面にもフォトレジスト膜３６”を塗布する。図６（ｏ）は、この状態の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１を示した断面図である。

ステップＳ１３０では、溝部２７に対応した溝部フォトマスクを用意して、溝部パターンをフォトレジスト膜３６”が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。溝部２７は振動腕２１の両面に形成する必要があるため、ステップＳ１３０では、３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。図６（ｐ）は、露光されたフォトレジスト膜４２”を有する音叉型水晶振動片２０の振動腕２１を示した断面図である。

ステップＳ１３２では、フォトレジスト膜３６”を現像後、感光したフォトレジスト膜４２”を除去する。さらに、フォトレジスト膜３６”から露出した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ニッケル層をエッチングする。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。これで金属膜３０を除去することができる。図６（ｑ）に示すように、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１が現れる。

ステップＳ１３４では、溝部２７のエッチングを行う。すなわち、溝部２７と対応したフォトレジスト膜３６”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。図６（ｒ）に、溝部２７が形成された音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の断面図を示す。

ステップＳ１３６では、不要となったフォトレジスト膜３６”と金属膜３０とを除去する。図６（ｓ）に、音叉型水晶振動片２０に溝部２７が正確な位置に形成された状態を示す。これまでのステップを経て得られた音叉型水晶振動片２０は、その根元部２６全体に図１Ｂで示したような腐食残部２６１が残っている。またこの音叉型水晶振動片２０は周波数が目標周波数より高めである。

ステップＳ１３８では、音叉型水晶振動片２０の根元部２６にスリット部４０を形成する。スリット部４０を形成することで腐食残部２６１の一部を削除することができるとともに、音叉型水晶振動片２０は目標周波数、例えば３２．７６８ｋＨｚまで下げることができる。

スリット部４０の形成には、レーザースクライブ・カッティングによる方法、ダイシング加工またはドライエッチングによる加工などが用いられる。ドライエッチングによる加工には、例えば、水晶ウエハ上に、音叉型水晶振動片２０の基部２９に相当する領域を、その都度メタルマスクを配置して覆う。この状態で、例えば、図示しないチャンバ内に収容し、所定の真空度でエッチングガスを供給して、エッチングプラズマを生成しドライエッチングすることができる。つまり、不図示の真空チャンバには、例えば、フレオンガスボンベと酸素ガスボンベとが接続され、さらに、真空チャンバには、排気管が設けられ、所定の真空度に真空引きされるようになっている。

真空チャンバ内が、所定の真空度に真空排気され、フレオンガスと、酸素ガスが送られ、その混合ガスが所定の気圧になるまで充填された状態にて、直流電圧が印加されると、プラズマが発生する。そして、イオン化された粒子を含む混合ガスは、メタルマスクから露出した圧電材料に当たる。この衝撃により、物理的に削り取られて飛散し、エッチングが進行する。図６（ｔ）は、音叉型水晶振動片２０の基部２９にスリット部４０が形成された水晶単結晶ウエハ１０の一部を拡大した概略平面図である。

＜＜電極の形成の工程＞＞
図７は、電極パターンおよびパッケージングの工程のフローチャートである。
ステップＳ１４０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Ｓ１４２では、全面にフォトレジストをスプレーにより塗布する。
ステップＳ１４４では、電極パターンと対応した不図示のフォトマスクを用意して、電極パターンをフォトレジスト膜が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。この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ため、音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。

ステップＳ１４６では、フォトレジスト膜を現像後、感光したフォトレジスト膜を除去する。残るフォトレジスト膜は電極パターンと対応したフォトレジスト膜になる。
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膜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、次にニッケル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Ｓ１４８でフォトレジスト膜を除去する。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０に電極２３、２５などが正確な位置および電極幅で形成される。
ステップＳ１５０では、音叉型水晶振動片２０の連結部２８を折り、水晶単結晶ウエハ１０から音叉型水晶振動片２０を切り取る。

＜＜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Ｓ１５２では、図３に示したセラミック製のパッケージ５２に音叉型水晶振動片２０を導電接着剤５９で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２９の電極部２３ａ、２５ａを塗布した導電性接着剤５９の上に載置して、導電性接着剤５９を仮硬化させる。この際に、スリット部４０に導電性接着剤５９が入らないようにして、パッケージ５２に音叉型水晶振動片２０を固定する。

ステップＳ１５４では、硬化炉で導電性接着剤５９を本硬化する。さらに、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１にレーザー光を照射して、振動腕２１の錘金属を蒸散・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Ｓ１５６で、真空チャンバ内などに水晶振動片２０を収容したパッケージ５２を移し、封止材５８により蓋体５６を封止する。
続いてステップＳ１５８で、最後に音叉型振動子５０の駆動特性などの検査を行い、音叉型振動子５０を完成させる。

上記実施形態では、音叉型水晶振動片で説明してきたがこれに限定されることはなく、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。
本実施形態では、振動腕の厚さを薄くする工程の後に、溝部を形成する工程を行った。しかし、溝部を形成する工程の後に振動腕の厚さを薄くする工程にしてもよい。また、溝部を形成する工程の後に振動腕の厚さを薄くする工程の際には、図４のステップＳ１１０で、音叉型水晶振動片２０の外形になるように水晶材料のウェットエッチングをしなくてもよい。残ったフォトレジスト層を除去し新たなフォトレジストを塗布した後、溝部のパターンを露光する。それから、音叉型水晶振動片２０の外形のウェットエッチングをしてもよい。

（ａ）は、音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した平面図であり、(ｂ)は、その側面図である。（ｃ）は、一対の振動腕２１のＣ−Ｃ断面図である。 音叉型水晶振動片２０の根元部２６の拡大図である。 スリット部３０の長さＳＬと周波数の低減との関係を示す図である。 セラミックパケージ音叉型振動子５０の構成を示す概略断面図である。 セラミックパケージ音叉型振動子５０の製造の工程のうちの音叉型水晶振動片の外形形状を形成する工程のフローチャートである。 セラミックパケージ音叉型振動子５０の製造の工程のうちの振動腕２１を薄くする工程のフローチャートである。 セラミックパケージ音叉型振動子５０の製造の工程のうちの振動腕の溝部２７を形成する工程のフローチャートである。 セラミックパケージ音叉型振動子５０の製造の工程のうちの導電パターン、パッケージングの工程を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｄ１ … 振動腕の厚さ
Ｄ２ … 基部の厚さ
Ｌ１ … 振動腕の長さ
Ｌ２ … 基部の長さ
ＳＬ … スリットの長さ
１０ … 水晶単結晶ウエハ
１２ … 開口領域
２０ … 音叉型水晶振動片
２１ … 振動腕
２３ … 第１電極パターン
２５ … 第２電極パターン
２６ … 根元部、 ２６１ … 腐食残部
２７ … 溝部
２８ … 連結部
２９ … 基部
３０ … 金属膜
３６，３６’、３６” … フォトレジスト膜
４０ … スリット部
４２，４２’，４２” … 感光したフォトレジスト膜
５０ … セラミックパケージ音叉型振動子
５２ … パッケージ
５４ … ベース部
５６ … 蓋体
５８ … 封止材
５９ … 導電性接着剤

Claims (7)

1. 基部の一端側から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕と、
   この一対の振動腕の根元において、前記振動腕の幅より１／３以下の幅で前記所定方向に伸びるように切削加工又はドライエッチング加工で形成されたスリット部と、
   前記一対の振動腕に形成された励振電極と、
   を備えることを特徴とする音叉型圧電振動片。
2. 前記基部電極に設けられ、前記励振電極と接続する基部電極を備え、
   前記スリット部は、前記基部電極が形成される領域までは伸びないことを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動片。
3. 前記スリット部の長さは、前記基部の長さの３０パーセントから７５パーセントであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の音叉型圧電振動片。
4. 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と、
   この音叉型圧電振動片を覆う蓋部と、
   前記音叉型圧電振動片を支えるとベースと、を備え、
   前記スリット部に接着剤が入らないようにして前記ベースに前記音叉型圧電振動片が固定されることを特徴とする圧電デバイス。
5. 圧電ウエハから音叉型圧電振動片を製造する製造方法において、
   基部と、その基部から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕とをウェットエッチングで形成する外形形成工程と、
   この外形形成工程後に、前記一対の振動腕の根元において前記基部に対して前記振動腕の幅より１／３以下の幅で前記所定方向にスリット部を切削又はドライエッチングで加工する加工工程と、
   前記加工工程の後に、前記圧電ウエハに金属膜を形成する金属膜形成工程と、
   前記金属膜から電極パターンを形成する電極パターン形成工程と、
   を備えることを特徴とする音叉型圧電振動片を製造する製造方法。
6. 前記切削加工は、レーザー加工、ダイシングソー加工、又はブラスト加工を含むことを特徴とする請求項５に記載の音叉型圧電振動片を製造する製造方法。
7. 前記外形形成工程は、前記所定方向に伸びる溝部を前記一対の振動腕の表裏面に形成することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の音叉型圧電振動片を製造する製造方法。