JP2013255051A - 振動素子、振動子、電子デバイス、電子機器及び振動素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高周波（２００ＭＨｚ以上）において、振動部の平行度の改善を図り、ＣＩや容量比γの劣化を抑え、等価直列インダクタンスＬ１や等価直列容量Ｃ１のばらつきが小さく、且つ共振周波数近傍のスプリアスを抑制した小型の振動素子を提供する。
【解決手段】厚み滑り振動を励振する振動部と、前記振動部の表裏の主面に励振電極と、を含む基板を備え、前記振動部の複数の領域の各々の板厚値より求められた平均板厚値をＨとし、前記振動部の複数の領域の各々の板厚値のうちの最大値と最小値との差である板厚差を△Ｈとしたとき、前記Ｈと前記△Ｈとの関係が０％＜△Ｈ／Ｈ≦０．０８５％の範囲にある振動素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、厚み滑り振動モードを励振する振動素子、振動子、電子デバイス、電子機器及び振動素子の製造方法に関する。

主振動が厚み滑り振動モードで励振するＡＴカット水晶振動素子が用いられている水晶振動子は、小型化、高周波数化に適し、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、圧電発振器、電子機器等の多方面で使用されている。特に、近年では伝送通信機器やＯＡ機器の処理速度の高速化、或いは通信データや処理量の大容量化が進むのに伴い、それに用いられる基準周波数信号源としての水晶振動子に対し高周波化の要求が強まっている。厚み滑り振動で励振するＡＴカット水晶振動素子は、周波数と振動部の板厚は反比例の関係があるため、高周波化を図るためには、振動部の板厚を薄くすることが一般的である。そのため、水晶基板の中央部に片面又は両面から、ドライエッチング又はウェットエッチングによって形成した凹陥部の底部に薄い振動部を設け、振動部の表裏の主面に振動部を励振するための主電極と外周方向へ延出されて設けられたリード電極とを水晶基板の両面に形成することで、高周波化を図っている。

しかしながら、水晶振動素子の振動部の平行度が劣化すると等価回路定数の等価直列インダクタンスＬ１が大きくなるという関係があり、共振周波数１００ＭＨｚ以上の高周波の水晶振動素子になると、凹陥部の底部に位置する振動部の板厚が１６．７μｍ以下と非常に薄くなり、振動部の板厚に対する平行度の劣化の度合いが大きくなるので、それに伴い等価直列インダクタンスＬ１への影響も非常に大きくなる。そのため、低周波の水晶振動素子では問題とならなかった程度の振動部の平行度であっても、高周波の水晶振動素子になると等価直列インダクタンスＬ１が設計値よりも大きくなり、そのばらつきも増大するので、水晶振動素子の歩留まりを著しく低下させるという問題があった。
特許文献１には、凹陥部に形成された振動部を３つの領域に分割し、各々の領域の板厚を測定後、レジストを保護膜として局部エッチングを施し、平行度を改善する製造方法が開示されている。

特開２００５−７２７１０号公報

しかし、特許文献１に開示されている製造方法では、大型の水晶基板に形成された複数個の振動部を同時に局部エッチングする場合、保護膜を形成するために個々の振動部の板厚に対応したフォトマスクが必要となり、量産時には大型の水晶基板ごとに振動部の板厚に対応したフォトマスクを準備する必要があるので、フォトマスク作成費用等による製造コストが増大し、低コスト化が課題となっていた。また、共振周波数２００ＭＨｚ以上の高周波の水晶振動素子の場合、振動部の薄板化に伴い電極も小型となるため、振動部を３つの領域に分割しただけでは、電極が形成された部分の平行度を改善することができないので、等価直列インダクタンスＬ１や等価直列容量Ｃ１のばらつきが大きく、且つ不要なスプリアスを生じることが課題となっていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る振動素子は、厚み滑り振動を励振する振動部と、前記振動部の表裏の主面に励振電極と、を含む基板を備え、前記振動部の複数の領域の各々の板厚値より求められた平均板厚値をＨとし、前記振動部の複数の領域の各々の板厚値のうちの最大値と最小値との差である板厚差を△Ｈとしたとき、前記Ｈと前記△Ｈとの関係が０％＜△Ｈ／Ｈ≦０．０８５％の範囲にあることを特徴とする。

本適用例によれば、基本波の厚み滑り振動モードで励振する高周波の振動素子において、振動部の平均板厚値Ｈと板厚差を△Ｈとの関係を０％＜△Ｈ／Ｈ≦０．０８５％にすることで、励振電極を分割し振動部の平行度を補正する必要がなく、また、振動部の平行度、つまり板厚差△Ｈに比例する等価直列インダクタンスＬ１を小さくすることができるので、ＣＩや容量比γの劣化を抑え、等価直列インダクタンスＬ１や等価直列容量Ｃ１のばらつきが小さく、且つ共振周波数近傍のスプリアスを抑制した振動素子が得られるという効果がある。

［適用例２］上記適用例に記載の振動素子において、前記基板は、前記振動部の外縁と一体化され、前記振動部の板厚よりも厚い厚肉部と、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、振動部が非常に薄い高周波の振動素子であっても、振動部と一体化された厚肉部でマウントができるので、耐衝撃性や耐振動性に優れた高信頼性の振動素子が得られるという効果がある。

［適用例３］上記適用例に記載の振動素子において、共振周波数が２００ＭＨｚ以上であることを特徴とする。

本適用例によれば、基本波で２００ＭＨｚ以上の高周波になると板厚が非常に薄くなり、凹陥部状を加工する前の基板の平行度の影響が非常に大きくなるので、振動部の平均板厚値Ｈと板厚差を△Ｈとの関係を上述した範囲に収めることは、等価直列インダクタンスＬ１や等価直列容量Ｃ１のばらつきが小さく、共振周波数近傍のスプリアスを抑制した振動素子が得られるという効果がある。

［適用例４］本適用例に係る振動子は、上記適用例に記載の振動素子と、該振動素子を収容するパッケージと、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動素子をパッケージに収容することで、温度変化や湿度変化等の外乱の影響や汚染による影響を防ぐことができるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、等価直列インダクタンスＬ１や等価直列容量Ｃ１のばらつきが小さく、共振周波数近傍のスプリアスを抑制した振動子が得られるという効果がある。

［適用例５］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例に記載の振動素子と、該振動素子を励振する発振回路と、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、等価直列インダクタンスＬ１や等価直列容量Ｃ１のばらつきが小さく、共振周波数近傍のスプリアスを抑制した振動素子を用いているので、スプリアスの影響がなく、安定した発振特性を有する小型の電子デバイスが得られるという効果がある。

［適用例６］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、等価直列インダクタンスＬ１や等価直列容量Ｃ１のばらつきが小さく、共振周波数近傍のスプリアスを抑制した振動素子をＣＯＢ（Chip On Board）技術により、直接実装基板へ実装できるので、実装面積が小さくなり、安定な発振特性を有する良好な基準周波数源を備えた小型の電子機器が構成できるという効果がある。

［適用例７］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の振動子、又は上記適用例に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、等価直列インダクタンスＬ１や等価直列容量Ｃ１のばらつきが小さく、共振周波数近傍のスプリアスを抑制した振動素子を有する振動子や電子デバイスを電子機器に用いることにより、周波数安定度に優れ、良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。

［適用例８］本適用例に係る振動素子の製造方法は、開口部を有するマスクが形成されている基板を準備する工程と、前記基板を界面活性剤が含まれている温水に浸漬する工程と、前記基板の前記マスクの開口部から露出している領域をエッチングする工程と、を含み、前記エッチングする工程は、エッチングの途中において、前記基板を上下反転させて、前記温水に浸漬する工程を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、凹陥部をエッチングする工程において、振動部の平行度を劣化させるエッチングレートのばらつきを回避できるため、等価直列インダクタンスＬ１や等価直列容量Ｃ１のばらつきが小さく、共振周波数近傍のスプリアスを抑制した振動素子を製造できるという効果がある。

本発明の一実施形態に係る圧電振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面図。 本発明の一実施形態に係るＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明するための図。 従来の振動素子の凹陥部を形成する製造方法を示す工程断面図。 本発明の一実施形態に係る共振周波数４９１ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶振動子の板厚の△Ｈ／ＨとインダクタンスＬ１の△Ｌ１／Ｌ１との関係を示す図。 本発明の一実施形態に係る板厚差△Ｈを説明するための模式図。 本発明の一実施形態に係る共振周波数４９１ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶振動子の共振特性を説明するための図であり、（ａ）は板厚差が大きい場合の共振特性を示す図、（ｂ）は板厚差がほとんど無い場合の共振特性を示す図。 本発明の一実施形態に係る振動素子の凹陥部を形成する製造方法の一例を示す工程断面図。 本発明の一実施形態に係る製造方法により試作した共振周波数２４５ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶振動子の板厚の△Ｈ／ＨとインダクタンスＬ１の△Ｌ１／Ｌ１との関係を示す図。 本発明の一実施形態に係る製造方法により試作した共振周波数３６８ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶振動子の板厚の△Ｈ／ＨとインダクタンスＬ１の△Ｌ１／Ｌ１との関係を示す図。 本発明の一実施形態に係る製造方法により試作した共振周波数４９１ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶振動子の板厚の△Ｈ／ＨとインダクタンスＬ１の△Ｌ１／Ｌ１との関係を示す図。 本発明の一実施形態に係る圧電振動子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図。 本発明の一実施形態に係る電子デバイスの構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図。 本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としてのモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る振動素子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る振動素子の一例である圧電振動素子の構成を示す概略図であり、図１（ａ）は圧電振動素子の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＰ−Ｐ断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＱ−Ｑ断面図である。

（振動素子の構造）
圧電振動素子１は、薄肉の振動部１２、及び振動部１２に連設され、振動部１２の厚みよりも厚い厚肉部１３を有する圧電基板１０と、振動部１２の両主面（±Ｙ’方向の表裏面）に夫々対向するようにして形成された励振電極２５ａ、２５ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂから厚肉部に設けられたパッド電極２９ａ、２９ｂに向けて、夫々延出されて形成されたリード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。

圧電基板１０は、矩形状をなし、且つ薄肉でＹ’軸に直交し厚みが一定である振動部１２と、振動部１２の一辺を除いた三辺に沿って一体化された厚肉の第１の厚肉部１４、第２の厚肉部１５、及び第３の厚肉部１６（第１、第２及び第３の厚肉部１４、１５、１６とも称する）からなる厚肉部１３と、支持固定した際に生じる応力が振動部１２に伝わるのを防止するためのスリット１７と、を備えている。
尚、第１の厚肉部本体１４ａ、第２の厚肉部本体１５ａ、及び第３の厚肉部本体１６ａ（第１、第２及び第３の厚肉部本体１４ａ、１５ａ、１６ａとも称する）とは、Ｙ’軸に平行な厚みが一定である領域をいう。
また、第１の傾斜部１４ｂ、第２の傾斜部１５ｂ、及び第３の傾斜部１６ｂ（第１、第２及び第３の傾斜部１４ｂ、１５ｂ、１６ｂとも称する）とは、第１、第２及び第３の厚肉部本体１４ａ、１５ａ、１６ａと、振動部１２と、の間に生じる傾斜面をいう。
振動部１２の一方の主面と、第１、第２及び第３の厚肉部１４、１５、１６の夫々の一方の面とは、同一平面上、即ち図１に示す座標軸のＸ−Ｚ’平面上にあり、この面（図１（ｂ）の−Ｙ’方向にある下面側）をフラット面（平坦面）といい、凹陥部１１を有する反対側の面（図１（ｂ）の＋Ｙ’方向にある上面側）を凹陥面という。

圧電基板１０を駆動する励振電極２５ａ、２５ｂは、振動部１２のほぼ中央部の主面に夫々対向して形成されている。
凹陥面側に形成した励振電極２５ａから延出したリード電極２７ａは、振動部１２上から第３の傾斜部１６ｂと、第３の厚肉部本体１６ａとを経由して、第２の厚肉部本体１５ａの凹陥面に形成されたパッド電極２９ａに導通接続されている。
また、フラット面側に形成された励振電極２５ｂから延出したリード電極２７ｂは、圧電基板１０のフラット面の端縁部を経由して、第２の厚肉部本体１５ａのフラット面に形成されたパッド電極２９ｂに導通接続されている。

図１（ａ）に示した実施形態は、励振電極２５ａ、２５ｂの面積が異なる矩形の例を示したが、これに限定する必要はなく、励振電極２５ａ、２５ｂの面積が同一で、形状も円形や楕円形であってもよい。
また、リード電極２７ａ、２７ｂの引出し構造の一例であり、リード電極２７ａは他の厚肉部を経由してもよい。ただ、リード電極２７ａ、２７ｂの長さは最短であることが望ましく、リード電極２７ａ、２７ｂ同士が圧電基板１０を挟んで交差しないように配慮することにより静電容量の増加を抑えることが望ましい。
更に、励振電極２５ａ、２５ｂ、リード電極２７ａ、２７ｂ、パッド電極２９ａ、２９ｂは、蒸着装置、或いはスパッタ装置等を用いて、例えば、下地にニッケル（Ｎｉ）を成膜し、その上に金（Ａｕ）を重ねて成膜してある。尚、電極材料として、下地のニッケル（Ｎｉ）の代わりにクロム（Ｃｒ）、また、金（Ａｕ）の代わりに銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）を用いても構わない。

圧電振動素子１は、パッド電極２９ａおよびパッド電極２９ｂから入力された励振電流によって、励振電極２５ａ、２５ｂとの間の振動部１２に電界が生じ、圧電効果により振動部１２が振動する。圧電基板１０を、三方晶系の圧電材料に属する水晶を用いて形成する場合、図２に示すように、互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸は電気軸、Ｙ軸は機械軸、Ｚ軸は光学軸と、それぞれ呼称され、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、切り出された平板が圧電基板１０として用いられる。

例えば、ＡＴカット水晶基板の場合、角度θは３５．２５°（３５°１５′）である。ここで、Ｙ軸とＺ軸とをＸ軸の回りに角度θ回転させ、Ｙ’軸およびＺ’軸とすると、ＡＴカット水晶基板は、直交する結晶軸Ｘ，Ｙ’，Ｚ’を有する。従ってＡＴカット水晶基板は、厚み方向がＹ’軸であり、Ｙ’軸に直交するＸ軸とＺ’軸を含む面が主面であり、主面に厚み滑り振動が主振動として励振される。このように形成されるＡＴカット水晶基板から圧電基板１０が形成される。尚、本実施形態に係る圧電基板１０は、図２に示す角度θが３５．２５°のＡＴカット水晶基板に限定されず、例えば、厚み滑り振動を励振するＢＴカットなどの水晶基板であってもよい。

（凹陥部の従来の製造方法）
次に、本発明の一実施形態に係る振動素子の凹陥部の製造方法について、図３に示す振動素子の凹陥部加工の工程断面図で説明する。
先ず、圧電基板１０を純水で洗浄し（ＳＴ１１）、続いて、圧電基板１０の表裏の主面に、下地膜３２が設けられる。これは耐食膜３４となる金（Ａｕ）が圧電基板１０への付着性が弱いことを補うために設けられ、下地膜３２としては、例えば、蒸着装置、或いはスパッタ装置等を用いてクロム（Ｃｒ）が成膜されている。その上には、耐食膜３４として金（Ａｕ）を蒸着装置、或いはスパッタ装置等を用いて成膜する（ＳＴ１２）。
次に、耐食膜３４の表面全体にレジスト３６を塗布し（ＳＴ１３）、露光・現像することで、振動素子の凹陥部形成マスクを形成する（ＳＴ１４）。
続いて、マスク開口から露出した耐食膜３４である金（Ａｕ）を、例えば、よう化カリウム溶液を用いて、エッチングし、次いで、硝酸２セリウムアンモニウム溶液により、下地膜３２であるクロム（Ｃｒ）をエッチングする（ＳＴ１５）。
次に、マスク開口から露出した圧電基板１０を、例えば水晶基板の場合には、フッ化アンモニウム溶液等を用いてエッチングする（ＳＴ１６）。これにより、圧電基板１０に凹陥部１１が形成される。
続いて、レジスト３６を剥離し、２種類の前記溶液を用いて耐食膜３４および下地膜３２を全て除去する（ＳＴ１７）。その後、外形形成工程と電極形成工程とを行うことで、圧電振動素子１が完成する。

図４は、図１の実施形態に係る共振周波数が４９１ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶振動子を従来の製造方法で試作したものであって、当該ＡＴカット水晶振動子の振動部１２における板厚の△Ｈ／Ｈと等価直列インダクタンスＬ１の△Ｌ１／Ｌ１との関係を示した図である。
ここで、平均板厚値Ｈと板厚差△Ｈとについて、ＱＩＡＪ（日本水晶デバイス工業会）技術基準 ＱＩＡＪ−Ｂ−００７「弾性表面波デバイス用単結晶−規格と利用ガイダンス−」 ３．７．５ Total Thickness Variation（ＴＴＶ）に記載のＴＴＶ測定（図５）を参照して定義する。平均板厚値Ｈと板厚差△Ｈは、振動部１２に形成された励振電極２５ ａの外縁に位置する４隅の４ヶ所と、励振電極２５ ａの外縁に沿った４隅の中間点の４ヶ所と、励振電極２５ ａの中心位置の１ヶ所との合計９ヶ所の板厚を測定し、その９ヶ所の板厚より平均板厚値Ｈを算出し、その９個の板厚の内の最大値と最小値との板厚差を△Ｈと定義する。また、等価直列インダクタンスの△Ｌ１は△Ｈ／Ｈが０．０１％以下のサンプル５個の平均値をＬ１とし、その差を示している。
図４では、振動部１２の平行度つまり板厚差△Ｈが大きくなるのに伴い、等価直列インダクタンスＬ１が大きくなり、そのばらつきが大きくなる傾向を示している。尚、容量比γ（＝Ｃ０／Ｃ１）に関連する等価直列容量Ｃ１は等価直列インダクタンスＬ１に反比例するため小さくなり、等価並列容量Ｃ０は表裏の励振電極２５ａ、２５ｂの対向する面積に相応した静電容量のため一定のままなので、容量比γは増大することになる。容量比γの増大した水晶振動子を電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）に用いた場合、周波数可変特性の周波数可変範囲が狭くなり、また、容量比γのばらつきが大きいと周波数可変範囲のばらつきも大きくなり、特性上の欠点となる。
そのため、製造歩留まりを考慮し、電圧制御型水晶発振器の周波数可変範囲のばらつきを２０％以下に抑えようとするには、水晶振動子の等価直列インダクタンスＬ１のばらつき（△Ｌ１／Ｌ１）を２０％以下にする必要があり、図４より、振動部１２における△Ｈ／Ｈを０％＜△Ｈ／Ｈ≦０．０８５％に抑えることが望ましいと言える。

図６は、共振周波数４９１ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶振動子の共振特性を示した図であって、図６（ａ）は△Ｈ／Ｈ＝０．１３％の場合の共振特性を示し、図６（ｂ）は△Ｈ／Ｈ＝０．０１％の場合の共振特性を示したものである。ここで、ＡＴカット水晶振動子の共振周波数は約４９１ＭＨｚであり、振動部１２の寸法は、長辺方向（Ｘ軸方向）が０．３ｍｍ、短辺方向（Ｚ軸方向）が０．２３ｍｍ、表裏の励振電極２５ａ、２５ｂの膜厚は、夫々ニッケル（Ｎｉ）７ｎｍを下地にして、その上に金（Ａｕ）９０ｎｍである。
図６（ａ）より、△Ｈ／Ｈが大きい場合は、主振動の振動分布が中心より板厚の厚い方へシフトするので、電荷の発生位置が励振電極２５ａ下から無電極部へシフトし、電荷をロスすることとなり主振動のＣＩが劣化している。そのため、不要なスプリアスのＣＩが主振動より小さくなり、発振回路に実装した場合、スプリアスの共振周波数で発振してしまい問題となる。また、振動変位分布が非対称となることにより、通常は電荷が相殺されて励起されない斜対称モードのインハーモニックスプリアスも発生し易くなる。しかし、図６（ｂ）の△Ｈ／Ｈが小さい場合は、主振動に対してスプリアスが十分抑制されており、スプリアスで発振する恐れがない。従って、振動部１２の△Ｈ／Ｈを小さくすることは不要なスプリアスを抑制する上でも非常に効果がある。

凹陥部１１を有するＡＴカット水晶基板は、量産性や製造コストを考慮し、大型の水晶基板からバッチ処理方式で製造されるのが一般的である。そのため、大型の水晶基板における平行度が重要であり、現在のポリッシュ加工技術では、板厚７０μｍで、４０ｍｍ×４０ｍｍ程度の水晶基板において、水晶基板内の平行度が０．２μｍ程度に加工されている。もし、４９１ＭＨｚの板厚３．４μｍまで平行度の状態を維持しながらエッチングされたと仮定すると、０．３ｍｍ×０．３ｍｍ程度の振動部１２の領域内では△Ｈ／Ｈが０．０４４％で形成されていることとなる。よって、水晶振動子の等価直列インダクタンスＬ１のばらつきは図４より約１２％以下となると考えられる。しかし、現状では等価直列インダクタンスＬ１のばらつき（△Ｌ１／Ｌ１）が約４０％近くまで劣化しているので、その要因を調査した。

その結果、凹陥部１１を形成する水晶エッチングプロセスに問題があることが明らかとなった。第１の要因は、凹陥部１１をエッチングする際、水晶の露出した凹陥部１１に気泡が付着することで、エッチングレートのばらつきを生じていたことであり、第２の要因は、エッチング槽内の液温を均一化するために水晶基板保持治具を上下搖動しているがエッチング槽内の上下方向で温度差を生じ、エッチングレートが変化していることであった。
そこで、気泡の付着は水晶表面の疎水性に起因するものと考察し、水晶表面の親水性を高めるために、水晶エッチング槽へ入れる直前に、界面活性剤を含む温水に浸漬するプロセスを追加した。また、エッチング槽内の上下方向でエッチングレートを均一にするのは装置の改造も含め非常に困難なため、水晶エッチングの中間時点でエッチング槽内に設置された水晶基板を上下反転するプロセスを追加した。その結果、気泡の付着が防止され、且つエッチング槽内の上下方向におけるエッチングレートの変化を抑え、凹陥部１１でのエッチングレートの均一が図られ、平行度の劣化を防止することができた。

（凹陥部の製造方法）
図７は本発明の一実施形態に係る振動素子の凹陥部の製造方法を示す工程断面図である。
図３に示した従来の製造方法とは、圧電基板１０の洗浄（ＳＴ１１）から振動素子の凹陥部形成マスクを形成（ＳＴ１４）後、耐食膜３４の金（Ａｕ）と下地膜３２のクロム（Ｃｒ）をエッチングする（ＳＴ１５）工程までは、同じである。
その後、圧電基板１０のＸ軸方向またはＺ’軸方向を上下方向とし基板保持治具に取り付け、基板保持治具と供に純水で洗浄し、次工程であるエッチング槽内の液温とほぼ同一温度である界面活性剤を含む温水に浸漬する（ＳＴ１５−１）。これは、基板保持治具と圧電基板１０を暖めることでエッチング槽内の液温を一定に保ち、エッチングレートの変化を防止するためである。
次に、マスク開口から露出した圧電基板１０をエッチング槽に入れエッチングする（ＳＴ１６）。
その後、振動部１２が所望の板厚になるまでのエッチング加工時間の中間時点で、エッチング槽から基板保持治具と圧電基板１０を引き上げ、圧電基板１０のＸ軸方向またはＺ’軸方向の上下方向を反転させてから、前記基板保持治具に取り付けて前記温水に浸漬させ、振動部１２が所望の板厚になるまでエッチングする（ＳＴ１６−１）。これにより、圧電基板１０に凹陥部１１が形成される。
その後は、従来の製造方法と同様に、レジスト３６を剥離し、２種類の前記溶液を用いて耐食膜３４および下地膜３２を全て除去する（ＳＴ１７）。その後、外形形成工程と電極形成工程とを行うことで、圧電振動素子１が完成する。
なお、振動部１２の平行度の劣化を防止するために、図７に示す製造方法ではエッチングの途中で圧電基板１０の上下反転を一回のみ実施する方法を示したが、エッチングの途中における圧電基板１０の上下反転は一回のみに限定されず、複数回実施してもよい。

図８〜図１０は、図７に示す実施形態に係る製造方法により、図１の実施形態に係る共振周波数が２４５ＭＨｚ帯、３６８ＭＨｚ帯、４９１ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶振動子をそれぞれ試作したものであって、これらのＡＴカット水晶振動子の振動部１２の板厚に関し、△Ｈ／Ｈと等価直列インダクタンスＬ１の△Ｌ１／Ｌ１との関係を示した図である。
図８と図９から、共振周波数が２４５ＭＨｚ帯と３６８ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶振動子では、図７に示す製造方法で試作することにより、振動部１２における△Ｈ／Ｈを０％＜△Ｈ／Ｈ≦０．０８５％の範囲に抑えることができるので、等価直列インダクタンスＬ１のばらつき（△Ｌ１／Ｌ１）を２０％以下に抑えることが可能である。
しかし、図１０に示す４９１ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶振動子では、全数を振動部１２における△Ｈ／Ｈが０％＜△Ｈ／Ｈ≦０．０８５％の範囲に抑えることができなかった。しかし、０％＜△Ｈ／Ｈ≦０．０８５％の範囲に納まるものを良品とした場合、歩留まりは９４％（良品９４個／総数１００個）と、図４に示す従来の製造方法による歩留まりの８０％（良品８０個／総数１００個）を大幅に改善しており、図７に示す製造方法は歩留まり改善に非常に効果があると言える。
圧電基板１０のポリッシュ加工後の平行度向上や製造工程における凹陥部１１のエッチング時に圧電基板１０のＸ軸方向またはＺ’軸方向の上下反転を複数回行うことで、エッチング槽内の上下方向における液温の変化によるエッチングレートの変化をより抑えることができるので、凹陥部１１内の振動部１２における△Ｈ／Ｈを０％＜△Ｈ／Ｈ≦０．０８５％の範囲内に抑えることが実現可能と考えられる。

基本波の厚み滑り振動モードにおいて１００ＭＨｚ程度では影響の小さかった、水晶基板の平行度規格やエッチングプロセスによる平行度の劣化は、２００ＭＨｚ以上の高周波になると、板厚が非常に薄くなるため、定数のばらつきに非常に大きな影響を及ぼす。従って、２００ＭＨｚ以上の高周波において、振動部１２の平行度の劣化を防止することは定数のばらつきを小さく抑える上で非常に効果がある。尚、現状の設備で製造可能な周波数の上限は８００ＭＨｚ程度と予想され、製造歩留まりを考慮すると定数ばらつきは約２０％が限界と予想される。

図１１は、本発明に係る実施形態の振動子の一例である圧電振動子の構成を示す概略図であり、図１１（ａ）は蓋部材を省略した平面図であり、図１１（ｂ）は縦断面図である。
圧電振動子２は、圧電振動素子１と、圧電振動素子１を収容するために矩形の箱状に形成されているパッケージ本体４０と、金属、セラミック、ガラス等から成る蓋部材４９と、で構成されている。
パッケージ本体４０は、図１１に示すように、第１の基板４１と、第２の基板４２と、第３の基板４３と、シールリング４４と、実装端子４５と、を積層して形成されている。実装端子４５は、第１の基板４１の外部底面に複数形成されている。第３の基板４３は中央部が除去された環状体であり、第３の基板４３の上部周縁に例えばコバール等のシールリング４４が形成されている。
第３の基板４３と第２の基板４２とにより、圧電振動素子１を収容する凹部（キャビティ）が形成される。第２の基板４２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。素子搭載パッド４７は、圧電振動素子１を載置した際に第２の厚肉部本体１５ａに形成したパッド電極２９ａに対応するように配置されている。

圧電振動素子１を支持固定する際には、先ず、圧電振動素子１を反転（裏返し）してパッド電極２９ａを導電性接着剤３０が塗布された素子搭載パッド４７に載置して荷重をかける。導電性接着剤３０は経年変化を考慮して脱ガスの少ないポリイミド系接着剤を用いることにした。

次に、導電性接着剤３０を硬化させるために、所定の温度の高温炉に所定の時間入れる。導電性接着剤３０を硬化させた後、反転して上面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体４０の電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで導通接続する。図１１（ｂ）に示すように、圧電振動素子１をパッケージ本体４０に支持固定する部分は、一カ所（１点）であるため、支持固定により生じる応力の大きさを小さくすることが可能となる。
アニール処理を施した後、励振電極２５ｂに質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。その後、パッケージ本体４０の第３の基板４３の上面に形成したシールリング４４上に、蓋部材４９を載置し、真空中、又は窒素ガスの雰囲気中で蓋部材４９をシーム溶接して密封し、圧電振動子２が完成する。又は、パッケージ本体４０の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材４９を載置し、溶融して密着する方法もある。この場合もパッケージのキャビティ内は真空にするか、又は窒素ガス等の不活性ガスを充填して、圧電振動子２が完成する。

パッド電極２９ａ、２９ｂの間隔をＺ’軸方向に離して形成した圧電振動素子１を構成してもよい。この場合も図１１で説明した圧電振動子２と同様に圧電振動子２を構成することができる。また、パッド電極２９ａ、２９ｂを同一面上に間隔を離して形成した圧電振動素子１を構成してもよい。この場合、圧電振動素子１は、２カ所（２点）に導電性接着剤３０を塗布して、導通と支持固定を図るようにした構造である。低背化に適した構造であるが、導電性接着剤３０に起因する応力が少し大きくなる虞がある。
以上の圧電振動子２の実施形態では、パッケージ本体４０に積層板を用いた例を説明したが、パッケージ本体４０に単層セラミック板を用い、蓋体に絞り加工を施したキャップを用いて圧電振動子２を構成してもよい。

図１２は、本発明の実施形態に係る電子デバイスの構成を示す概略図であって、図１２（ａ）は蓋部材を省略した平面図であり、図１２（ｂ）は縦断面図である。
電子デバイス３は、パッケージ本体５０と、蓋部材４９と、圧電振動素子１と、圧電振動素子１を励振する発振回路を搭載したＩＣ部品５１と、電圧により容量が変化する可変容量素子、温度より抵抗が変化するサーミスター、インダクター等の電子部品５２の少なくとも１つと、を備えている。

パッケージ本体５０は、図１２に示すように、第１の基板６１と、第２の基板６２と、第３の基板６３と、を積層して形成されている。実装端子４５は、第１の基板６１の外部底面に複数形成されている。第２の基板６２と第３の基板６３とは中央部が除去された環状体で形成されている。
第１の基板６１と、第２の基板６２と、第３の基板６３と、により、圧電振動素子１、ＩＣ部品５１、および電子部品５２などを収容する凹部（キャビティ）が形成される。第２の基板６２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。素子搭載パッド４７は、圧電振動素子１を載置した際に第２の厚肉部本体１５ａに形成したパッド電極２９ａに対応するように配置されている。

反転した圧電振動素子１のパッド電極２９ａを、導電性接着剤（ポリイミド系）３０を塗布したパッケージ本体５０の素子搭載パッド４７に載置し、パッド電極２９ａと素子搭載パッド４７との導通を図る。反転して上面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体５０の電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷにて接続し、パッケージ本体５０の基板間に形成された導体を通じて、ＩＣ部品５１の１つの電極端子５５との導通を図る。ＩＣ部品５１をパッケージ本体５０の所定の位置に固定し、ＩＣ部品５１の端子と、パッケージ本体５０の電極端子５５とをボンディングワイヤーＢＷにて接続されている。また、電子部品５２は、パッケージ本体５０の所定の位置に載置し、金属バンプ等を用いて導体４６に接続する。パッケージ本体５０を真空、或いは窒素等の不活性気体で満たし、パッケージ本体５０を蓋部材４９で密封して電子デバイス３を完成する。
パッド電極２９ｂとパッケージ本体５０の電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで接続する工法は、圧電振動素子１を支持する部位が一カ所（１点）になり、導電性接着剤３０に起因して生じる応力を小さくする。また、パッケージ本体５０に収容するに当たり、圧電振動素子１を反転して、より大きな励振電極２５ｂを上面にしたので、電子デバイス３の周波数調整が容易となる。

図１２に示すように、基本波で励振する高周波の圧電振動素子１を用いているので、主振動に影響を及ぼす不要なスプリアスを抑制し、高周波で周波数温度特性やＣＩ温度特性に優れた小型の電子デバイス３が得られる。
また、電子デバイス３として、高周波で小型の圧電発振器、温度補償型圧電発振器、電圧制御型圧電発振器等を構成することができる。

次いで、本発明の一実施形態に係る振動素子の一例である圧電振動素子を適用した電子機器（本発明の電子機器）について、図１３〜図１５に基づき、詳細に説明する。
図１３は、本発明の一実施形態に係る振動素子の一例である圧電振動素子を備える電子機器としてのモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する圧電振動素子１が内蔵されている。

図１４は、本発明の一実施形態に係る振動素子の一例である圧電振動素子を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器等の少なくとも一つとして機能する圧電振動素子１が内蔵されている。

図１５は、本発明の一実施形態に係る振動素子の一例である圧電振動素子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図である。尚、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター（ＰＣ）１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなデジタルカメラ１３００には、フィルター、共振器等として機能する圧電振動素子１が内蔵されている。

尚、本発明の一実施形態に係る振動素子の一例である圧電振動素子を備える電子機器は、図１３のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１４の携帯電話機、図１５のデジタルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。

１…圧電振動素子、２…圧電振動子、３…電子デバイス、１０…圧電基板、１１…凹陥部、１２…振動部、１３…厚肉部、１４…第１の厚肉部、１４ａ…第１の厚肉部本体、１４ｂ…第１の傾斜部、１５…第２の厚肉部、１５ａ…第２の厚肉部本体、１５ｂ…第２の傾斜部、１６…第３の厚肉部、１６ａ…第３の厚肉部本体、１６ｂ…第３の傾斜部、１７…スリット、２５ａ，２５ｂ…励振電極、２７ａ，２７ｂ…リード電極、２９ａ，２９ｂ…パッド電極、３０…導電性接着剤、３２…下地膜、３４…耐食膜、３６…レジスト、４０…パッケージ本体、４１…第１の基板、４２…第２の基板、４３…第３の基板、４４…シールリング、４５…実装端子、４６…導体、４７…素子搭載パッド、４８…電極端子、４９…蓋部材、５０…パッケージ本体、５１…ＩＣ部品、５２…電子部品、５５…電極端子、６１…第１の基板、６２…第２の基板、６３…第３の基板、１００…表示部、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター。

Claims (8)

1. 厚み滑り振動を励振する振動部と、
   前記振動部の表裏の主面に励振電極と、
   を含む基板を備え、
   前記振動部の複数の領域の各々の板厚値より求められた平均板厚値をＨとし、
   前記振動部の複数の領域の各々の板厚値のうちの最大値と最小値との差である板厚差を△Ｈとしたとき、
   前記Ｈと前記△Ｈとの関係が０％＜△Ｈ／Ｈ≦０．０８５％の範囲にあることを特徴とする振動素子。
2. 請求項１において、
   前記基板は、
   前記振動部と、
   前記振動部の外縁と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚い厚肉部と、
   を備えていることを特徴とする振動素子。
3. 請求項１又は２において、
   共振周波数が２００ＭＨｚ以上であることを特徴とする振動素子。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動素子と、
   該振動素子を収容するパッケージと、
   を備えていることを特徴とする振動子。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動素子と、
   該振動素子を励振する発振回路と、
   を備えていることを特徴とする電子デバイス。
6. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする電子機器。
7. 請求項４に記載の振動子、又は請求項５に記載の電子デバイスを備えていることを特徴とする電子機器。
8. 開口部を有するマスクが形成されている基板を準備する工程と、
   前記基板を界面活性剤が含まれている温水に浸漬する工程と、
   前記基板の前記マスクの開口部から露出している領域をエッチングする工程と、
   を含み、
   前記エッチングする工程は、エッチングの途中において、前記基板を上下反転させて、前記温水に浸漬する工程を含むことを特徴とする振動素子の製造方法。

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