JP2015008353A - 振動素子、振動デバイス、電子機器、移動体、および振動素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から加わる衝撃などによる破壊を抑制することが可能な振動素子を提供する。【解決手段】振動素子１は、基部１２と、互いに表裏の関係にある第１主面１７および第２主面１８を有し、基部１２から延在されている振動腕２１，２２と、振動腕２１，２２の先端において、第１主面１７および第２主面１８に接続されている側面と、を備え、側面は、第１主面１７または第２主面１８の垂線に対し傾きを有し、第１主面１７から第２主面１８に亘って設けられている傾斜面１５であり、結晶面であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、振動素子、その振動素子を用いた振動デバイス、電子機器、移動体、および振動素子の製造方法に関する。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピューター、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器等において、薄型の振動子や発振器等の電子デバイスが広く使用されている。例えば、特許文献１に開示されている電子デバイスとしての圧電振動子では、薄い箱型のベース部分と薄板の蓋部分とを含むパッケージ内に、振動素子としての音叉型水晶振動片が振動腕を浮かせてマウント（接続）されている。このような構成の圧電振動子では、外部から衝撃などが加わった場合、この衝撃により音叉型水晶振動片の振動腕が撓み、振動腕の先端とパッケージの内底面が接触し、振動腕が破損する虞がある。

このような、振動腕の破損を抑制するため、例えば、特許文献２に開示されている圧電振動子では、音叉型水晶振動片の振動腕の先端部に切り欠け部を設けることにより耐衝撃性を改善している。特許文献２に開示されている圧電振動子は、外部からの衝撃などにより音叉型水晶振動片の振動腕が撓み、振動腕の先端とパッケージの内底面が接触しても、切り欠け部（Ｃ面取り、Ｒ面取り、段差部）により衝撃が分散され、音叉型水晶振動片の破壊を防止することが期待できる。

特開２００８−２２４１３号公報 特開２００９−２５３６２２号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている圧電振動子の振動腕先端に設けられているＣ面取りやＲ面取りは、機械加工による研磨あるいは研削が必要であり、量産的に大量に製造した場合に、傾斜角度や形状に大きな個体間バラツキが生じ、安定してバラツキが小さい所定の面取り加工を行うことが極めて困難であった。さらに、一対の振動腕において、互いの面取り形状にも大きな差が生じてしまう虞もあった。また、圧電振動子の振動腕先端に設けられている段差部、あるいは２段の段差部は、フォトリソ・エッチング工程を新たに追加する必要があり、コスト高となってしまう問題があった。

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、以下の形態また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、基部と、互いに表裏の関係にある第１主面および第２主面を有し、前記基部から延在されている振動腕と、前記振動腕の先端において、前記第１主面および前記第２主面に接続されている側面と、を備え、前記側面は、前記第１主面または前記第２主面の垂線に対し傾きを有し、前記第１主面から前記第２主面に亘って設けられている傾斜面であり、結晶面であることを特徴とする。

本適用例によれば、振動腕の先端部の側面を、互いに表裏関係にある第１主面と第２主面とを連結する傾斜面としている。この傾斜面は、振動素子の外形加工時に容易に形成することができる結晶面であるため、傾斜面の形状や角度のバラツキが減少する。これにより、傾斜面の個体間バラツキを容易に減少させることが可能となる。また、外部からの衝撃などにより振動腕が撓み、振動腕の先端と被接続体とが接触しても、接触する側面が傾斜面となっているため、接触する角部が鈍角となり、衝撃が分散されて振動素子の破壊を防止することが可能となる。

［適用例２］上記適用例に記載の振動素子において、前記側面は、エッチングのオーバーエッチングによって形成されていることが好ましい。

本適用例によれば、振動腕の先端の傾斜面を、エッチングによる振動素子の外形加工時にオーバーエッチング（エッチング時間を長くする）することにより容易に形成することができる。傾斜面は、結晶面であるため形状や角度にバラツキが生じにくく、個体間バラツキを低減することが可能となる。これにより、個体間バラツキの小さい傾斜面を有する振動素子を安定して提供することが可能となる。

［適用例３］上記適用例に記載の振動素子において、前記側面の傾きは、前記傾斜面の延長線と、前記第１主面または前記第２主面とが交差する角度をθとしたとき、８４度≦θ≦８８度の範囲内にあることが好ましい。

本適用例によれば、第１主面と第２主面の形状が異なることによる振動素子の特性劣化を低減し、電気的特性を維持しつつ小型の振動素子を提供することが可能となる。

［適用例４］上記適用例に記載の振動素子において、前記振動腕の先端部には、幅広部が設けられており、前記側面は、前記幅広部の先端に設けられていることが好ましい。

本適用例によれば、幅広部の錘効果を極端に減らすことなく、振動腕と被接続体とが接触することによる振動素子の破壊を防止できる。換言すれば、錘効果による振動素子の小型化を維持しつつ、耐衝撃性を確保することが可能となる。

［適用例５］上記適用例に係る振動素子において、前記側面の傾きは、前記傾斜面の延長線と、前記第１主面または前記第２主面とが交差する角度をθとしたとき、８４度≦θ≦８８度の範囲内にあることが好ましい。

本適用例によれば、錘効果による振動素子の小型化を維持しつつ、第１主面と第２主面の形状が異なることによる振動素子の特性劣化を低減し、電気的特性を維持することが可能な振動素子を提供することが可能となる。

［適用例６］上記適用例に記載の振動素子において、平面視で、前記傾斜面の前記第１主面との接続部と、前記傾斜面の前記第２主面との接続部との距離Ｌは、０＜Ｌ≦１００（μｍ）の関係を満たしていることが好ましい。

本適用例によれば、第１主面側と第２主面側の異形状による振動素子の特性劣化を低減することにより電気的特性を維持し、且つ耐衝撃性の優れた小型の振動素子を提供することが可能となる。

［適用例７］上記適用例に記載の振動素子において、前記距離Ｌは、３＜Ｌ≦１０（μｍ）の関係を満たしていることが好ましい。

本適用例によれば、さらに小型化を図りつつ、耐衝撃性の優れた振動素子を提供することが可能となる。

［適用例８］本適用例に記載の振動デバイスは、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子と、蓋体とベースとを含む容器とを備え、前記容器に前記振動素子が搭載されていることを特徴とする。

本適用例によれば、第１主面および第２主面と接続されている傾斜面によって、いずれかの主面と側面との接続角度を大きくすることができる振動素子が容器に搭載されているため、外部からの衝撃などにより振動腕が撓み、振動腕の先端と被接続体とが接触しても衝撃が分散され、振動素子の破壊を防止することができ、耐衝撃性の優れた振動デバイスを提供することが可能となる。

［適用例９］上記適用例に記載の振動デバイスにおいて、前記振動素子の傾斜面は、前記振動素子と前記蓋体との間隔、および前記振動素子と前記ベースとの間隔のうち、間隔の狭い方に傾斜していることが好ましい。

本適用例によれば、耐衝撃性を維持しつつ、低背化を実現した電子デバイスを提供することが可能となる。

［適用例１０］本適用例に係る振動デバイスは、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子と、回路部と、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、耐衝撃性が優れるとともに、振動素子と振動素子を駆動する回路部とが備えられていることから小型化に優位な振動デバイスを提供することができる。

［適用例１１］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子が備えられていることを特徴とする。

本適用例によれば、外部からの衝撃などによる破壊が低減された振動素子を用いているため、外部衝撃に対する耐久性が向上した電子機器を提供することが可能となる。

［適用例１２］本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子が備えられていることを特徴とする。

本適用例によれば、外部からの衝撃などによる破壊が低減された振動素子を用いているため、外部衝撃に対する耐久性が向上した移動体を提供することが可能となる。

［適用例１３］本適用例に係る振動素子の製造方法は、基板を準備する工程と、前記基板に振動素子の外形に対応したマスクを形成する工程と、前記マスクから露出している領域の前記基板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、エッチングすることにより前記基板を貫通させる時間よりも長い時間のエッチングを行うことを特徴とする。

本適用例によれば、エッチングすることにより前記基板を貫通させる時間よりも長い時間のエッチングを行う、所謂オーバーエッチングによって、結晶面である傾斜面を形成することができるため、工程を増やすなどの加工工数の増加を防ぐことが可能となる。

実施形態に係る振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は傾斜面の変形例を示す側面図。 実施形態に係る振動素子の概略を示す平面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図（透視図）。 実施形態に係る振動素子の概略を示し、図２（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図。 振動素子が衝撃を受けた場合の動作を説明する正面図。 実施形態に係る振動素子を製造する工程フロー図。 実施形態に係る振動素子を製造する工程フロー図。 本発明に係る振動子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＧ−Ｇ断面図。 本発明に係る発振器の概略構造を示した正断面図。 電子機器の一例としてのモバイル型のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。 電子機器の一例としての携帯電話機の構成を示す斜視図。 電子機器の一例としてのデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図。 移動体の一例としての自動車の構成を示す斜視図。

以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

＜振動素子＞
図１〜図６を用いて本発明の実施形態に係る振動素子について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る振動素子の構造を示した概略図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は傾斜面の変形例を示す側面図である。図２は、本発明の実施形態に係る振動素子の平面図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は下面図（透視図）である。図３は、図２（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。図４は、振動素子が衝撃を受けた場合の動作を説明する正断面図である。図５および図６は、実施形態に係る振動素子の製造する工程フロー図である。なお、各図では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示している。また、以下の説明では、説明の便宜上、Ｚ軸方向から見たときの平面視を単に「平面視」とも言う。さらに、説明の便宜上、Ｚ軸方向から見たときの平面視において、＋Ｚ軸方向の面を上面、−Ｚ軸方向の面を下面として説明する。

図１に示す振動素子１は、基部１２と、振動腕２１，２２と、と、を備えた基板１０と、この基板１０上に設けられた駆動用の電極３０とを有している。なお、振動腕２１，２２は、基部に接続されている腕部と、該腕部の先端側に設けられ、該腕部の幅よりも幅が広いハンマーヘッド（幅広部、錘部ともいう）２４，２５とから構成されている。

基板１０は、結晶材料であり、例えば、圧電基板として、水晶、特に、Ｚカット水晶板で構成されている。これにより、振動素子１は、優れた振動特性を発揮することができる。Ｚカット水晶板とは、水晶の結晶Ｚ軸（光学軸）を厚さ方向とする水晶基板である。Ｚ軸は、基板１０の厚さ方向と一致しているのが好ましいが、常温近傍における周波数温度変化を小さくする観点からは、厚さ方向に対してＺ軸を若干（例えば、１５°未満程度）傾けることになる。基板１０は、基部１２と、基部１２から−Ｙ軸方向へ突出し、且つ、Ｘ軸方向に並んで設けられた２つの振動腕２１，２２と、基部１２から−Ｙ軸方向へ突出するとともに、２つの振動腕２１，２２の間に位置する支持腕２３と、を有している。

基部１２は、ＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ軸方向に厚さを有する略板状をなしている。本実施形態の基部１２は、振動腕２１，２２や支持腕２３と反対側に、＋Ｙ軸方向に向かうにしたがって幅が連続的或いは断続的に漸減する縮幅部１６を有している。このような縮幅部１６を有することにより、振動漏れを抑制することができる。なお、縮幅部１６は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。

振動腕２１，２２は、Ｘ軸方向に並んで設けられており、それぞれ、基部１２から−Ｙ軸方向に延出（突出）している。また、振動腕２１，２２の先端部分には、ハンマーヘッド２４，２５が設けられている。このようなハンマーヘッド２４，２５を設けることによって、振動素子１の小型化を図ることができたり、振動腕２１，２２の屈曲振動の周波数を低めたりすることができる。なお、ハンマーヘッド２４，２５は、必要に応じて複数の幅を有していてもよい。

ハンマーヘッド２４，２５の先端、即ち振動腕２１，２２の先端には、表側の第１主面１７と裏側の第２主面１８とを接続する側面が設けられている。この側面は、第１主面１７または第２主面１８の垂線Ｑに対し傾きを有している結晶面である傾斜面１５を含んでいる。なお、本形態では、傾斜面１５が第１主面１７と第２主面１８とに亘り設けられている。即ち、傾斜面１５は、第１主面１７と第２主面１８とに接続されている。ウェットエッチングなどの基板を腐食させるエッチング製法を用いることにより、このような傾斜面１５を形成することが可能となり、容易に傾斜面１５を形成することができる。

なお、本実施形態の振動素子１では、上述のように振動腕２１，２２の先端部にハンマーヘッド２４，２５が設けられている構成で説明したが、ハンマーヘッド２４，２５が設けられていない構成の振動素子であってもよい。

なお、傾斜面１５の傾きは、第２主面１８と傾斜面１５の延長線とのなす角度θ、換言すれば、傾斜面１５が傾斜する側に位置する第２主面１８と傾斜面１５の延長線とのなす角度θが、下記の範囲内にあることが好ましい。
８４度≦θ≦８８度
このように、傾斜面１５の傾きを前述の範囲の内とすることで、ハンマーヘッド２４，２５の錘効果を極端に減らすことなく、ハンマーヘッド２４，２５（振動腕２１，２２）と、例えばパッケージの内面などの被接続体とが接触することによる振動素子１の破壊を防止できる。換言すれば、錘効果による振動腕２１，２２の短寸化による小型化を維持しつつ、耐衝撃性を確保できる振動素子１を提供することが可能となる。

また、本実施形態の水晶からなる基板１０のように、基部１２から−Ｙ軸方向へ突出した２つの振動腕２１，２２を有する構成であれば、水晶が有しているエッチング異方性により、基板１０の切り出し角度によって、ウェットエッチングの際のオーバーエッチングで振動腕２１，２２の先端（ハンマーヘッド２４，２５の先端）に、上記角度の結晶面である傾斜面１５を容易に形成することができる。また、傾斜面１５は、振動素子１の外形加工時に容易に形成することができる結晶面であるため、傾斜面１５の形状や角度のバラツキが減少する。これにより、傾斜面１５の個体間バラツキを減少させることが可能となる。

また、第１主面１７側から見た平面視で、傾斜面１５の第１主面１７との接続部と、傾斜面１５の第２主面１８との接続部との距離Ｌが、０＜Ｌ≦１００（μｍ）の関係を満たしていることが好ましい。距離Ｌを上記の範囲とすることで、第１主面１７側と第２主面１８側の異形状による振動素子１の電気的特性の劣化を抑制することが可能となり、電気的特性を維持し、且つ耐衝撃性の優れた小型の振動素子１を提供することが可能となる。

さらに、距離Ｌが、３＜Ｌ≦１０（μｍ）の関係を満たしていることが好ましい。このような距離Ｌとすることにより、上述の効果に加え、ハンマーヘッド２４，２５の錘効果を減少させることなく、換言すれば小型化を図りつつ耐衝撃性の優れた振動素子１を提供することが可能となる。

また、振動腕２１，２２には、表側の第１主面１７または裏側の第２主面１８のそれぞれに開放する有底の溝２８，２９が設けられている。これら溝２８，２９は、Ｙ軸方向に沿って延在して設けられており、互いに同じ形状をなしている。そのため、振動腕２１，２２は、略「Ｈ」状の横断面形状をなしている。このような溝２８，２９を形成することによって、屈曲振動によって発する熱が拡散（熱伝導）し難くなり、屈曲振動周波数（機械的屈曲振動周波数）ｆが熱緩和周波数ｆ０より大きな領域（ｆ＞ｆ０）である断熱的領域では、熱弾性損失を抑制することができる。なお、溝２８，２９は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。

支持部としての支持腕２３は、基部１２から−Ｙ軸方向に延出しており、且つ、振動腕２１，２２の間に位置している。また、支持腕２３は、長手形状をなしており、長手方向の全域に亘って幅（Ｘ軸方向の長さ）がほぼ一定となっている。さらに、支持腕２３は、支持腕２３の下面（裏側の第２主面１８）に、第１、第２導電パッド３７，３８が設けられている。支持腕２３の形状（特に平面視形状）としては、特に限定されず、長手方向の途中に、幅が変化する部分を有していてもよい。

以上、振動素子１の構成について簡単に説明した。次に、この基板１０上に設けられた電極３０について説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る振動素子の電極構成を示した平面図であり、図２（ａ）は上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の下面図（透視図）である。また、図３は、図２（ａ）中のＢ−Ｂ線断面図である。
図２および図３に示すように、電極３０は、複数の第１駆動用電極３１と、第１導電パッド３７と、これら複数の第１駆動用電極３１と第１導電パッド３７とを接続する配線３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ，３５ｆと、複数の第２駆動用電極３２と、第２導電パッド３８と、これら複数の第２駆動用電極３２と第２導電パッド３８とを接続する配線３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆと、を有している。

第１駆動用電極３１は、振動腕２１の各溝２８ａ，２８ｂの内面と、振動腕２２の各側面３４ａ，３４ｂとに設けられている。溝２８ａの第１駆動用電極３１は、基部１２の上面（第１主面１７）と側面とに跨って設けられた配線３５ｃを介して側面３４ｂの第１駆動用電極３１に接続され、溝２８ｂの第１駆動用電極３１は、基部１２の下面（第２主面１８）と側面とに跨って設けられた配線３５ｅを介して側面３４ｂの第１駆動用電極３１に接続されている。なお、配線３５ｃ，３５ｅは、基部１２の側面にて接続されている。次に、側面３４ｂの第１駆動用電極３１は、ハンマーヘッド２５に設けられた配線３５ｆを介して側面３４ａの第１駆動用電極３１に接続されている。また、側面３４ａの第１駆動用電極３１は、基部１２の上面と下面に設けられた配線３５ｂと配線３５ｄを介して支持腕２３の側面に設けられた配線３５ａに接続されている。さらに、配線３５ａは支持腕２３の下面に設けられた第１導電パッド３７と電気的に接続されている。

一方、第２駆動用電極３２は、振動腕２２の各溝２９ａ，２９ｂの内面と、振動腕２１の各側面３３ａ，３３ｂとに設けられている。溝２９ａの第２駆動用電極３２は、基部１２の上面に設けられた配線３６ｂを介して側面３３ｂの第２駆動用電極３２に接続され、溝２９ｂの第２駆動用電極３２は、基部１２の下面に設けられた配線３６ｃを介して側面３３ｂの第２駆動用電極３２に接続されている。次に、側面３３ｂに設けられた第２駆動用電極３２は、ハンマーヘッド２４に設けられた配線３６ｄを介して側面３３ａに設けられた第２駆動用電極３２に接続されている。また、基部１２の上面の配線３６ｂは、基部１２の上面に設けられた配線３６ｅを介して、基部１２の下面の配線３６ｃは、基部１２の下面に設けられた配線３６ｆを介して、それぞれ支持腕２３の側面に設けられた配線３６ａに接続されている。さらに、配線３６ａは支持腕２３の下面に設けられた第２導電パッド３８と電気的に接続されている。

これにより、第１、第２導電パッド３７，３８から、各配線を通じて、第１、第２駆動用電極３１，３２に駆動電圧が印加されることで、振動素子の振動腕内で電界が適切に発生し、２つの振動腕２１，２２が互いに接近、離間を繰り返すように略面内方向（ＸＹ平面方向）に所定の周波数で振動する。電極３０の構成材料としては、特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の導電材料を用いることができる。

（傾斜面の変形例）
ここで、傾斜面の変形例について、図１（ｃ）を参照しながら説明する。図１（ｃ）は傾斜面の変形例を示す側面図である。図１（ｃ）に示すように、変形例の振動素子１ａは、前述した実施形態の振動素子１と比し、第１主面１７および第２主面１８が逆方向に位置している。換言すれば、傾斜面１５ｂが、第１主面１７側に傾斜して設けられている。

変形例の傾斜面１５ｂは、表側の第１主面１７と裏側の第２主面１８とを接続しており、第１主面１７または第２主面１８の垂線Ｑに対し傾きを有している。そして、傾斜面１５ｂは、第１主面１７と第２主面１８とに亘り設けられている。即ち、傾斜面１５ｂは、第１主面１７と第２主面１８とに接続されている。このような傾斜面１５ｂとしても、ウェットエッチングなどの製法を用いることが可能となり、容易に傾斜面１５ｂを形成することができる。

なお、傾斜面１５ｂの傾きは、前述の実施形態と同様に、第１主面１７と傾斜面１５ｂの延長線とのなす角度θ、換言すれば、傾斜面１５ｂが傾斜する側に位置する第１主面１７と傾斜面１５ｂの延長線とのなす角度θが、下記の範囲内にあることが好ましい。
８４度≦θ≦８８度
このように、傾斜面１５ｂの傾きを前述の範囲の内とすることで、実施形態と同様な効果を得ることができる。
また、傾斜面１５ｂの第１主面１７との接続部と、傾斜面１５の第２主面１８との接続部との距離Ｌは、前述の実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。

（振動素子の製造方法）
以上、振動素子１の構成について説明した。このような振動素子１は、次のようにして製造することができる。以下に、図５（ａ）〜（ｅ）および図６（ｆ）〜（ｊ）に示す工程フロー図に沿って振動素子１の製造方法を説明する。なお、図５および図６は、外形エッチング工程を示している。また、以下に説明する製造方法は、１つの例であって、他の製造方法によって振動素子１を製造してもよい。

図５および図６は、振動素子１の製造方法の一例を説明するための工程図であり、図５および図６の各工程は、図２（ａ）のＢ−Ｂ切断線における振動腕２１，２２の切断面に対応した領域について工程順に示されている。また、同図では、支持腕２３については省略している。

（基板の準備工程）
図５（ａ）において、振動素子１を複数もしくは多数分離することができる大きさの圧電材料でなる基板７１を用意する。このとき基板７１は、工程の進行により音叉型の振動素子１とした際には、図１に示す結晶Ｘ軸が電気軸、結晶Ｙ軸が機械軸、および結晶Ｚ軸が光学軸となるように、圧電材料、例えば水晶の単結晶から切り出されることになる。また、水晶の単結晶から切り出す際、上述の結晶Ｘ軸、結晶Ｙ軸、および結晶Ｚ軸からなる直交座標系において、Ｘ軸回りに、Ｘ軸とＹ軸とからなるＸＹ平面を約マイナス６度ないしプラス６度傾けて形成される。

（耐蝕膜の形成工程）
図５（ａ）に示すように、基板７１の表面（表裏面）に、スパッタリングもしくは蒸着等の手法により、耐蝕膜７２を形成する。図示されているように、水晶でなる基板７１の表裏両面に耐蝕膜７２が形成され、耐蝕膜７２は、例えば、下地層としてのクロム層と、その上に被覆される金の被覆層で構成される。
なお、以下の工程では、基板７１の上下両面に同一の加工が行われるので、煩雑さを避けるため、上面についてだけ説明する。

（外形のパターニング工程）
次いで、図５（ｂ）に示すように、外形パターニングのために、基板７１の表裏の耐蝕膜７２の全面にレジスト７３を塗布する（レジストの塗布工程）。レジスト７３としては、例えば、ＥＣＡ系、ＰＧＭＥＡ系のポジ型レジストが好適に使用できる。なお、上述の耐蝕膜の形成工程と外形のパターニング工程とが、マスクを形成する工程に相当する。

（ウェットエッチング工程）
そして、図５（ｃ）に示すように、外形パターニングのために所定のパターン幅のマスク（図示せず）を配置し、露光後、感光したレジスト７３を除去して、除去したレジスト部分に対応して、Ａｕ，Ｃｒの順に耐蝕膜７２も除去する。
次に、図５（ｄ）に示すように、耐蝕膜７２上のレジスト７３を除去し、耐蝕膜７２覆われている領域以外である振動素子１の外形から外側の部分を露出させて、図５（ｅ）に示すように、全面にレジスト７４を塗布する。

次いで、図６（ｆ）に示すように、振動素子１の外形から外側の部分と、各振動腕の溝部の部分のレジスト７４を除去する。
そして、図７（ｇ）に示すように、振動素子１の外形から外側の部分として露出した基板７１に関して、例えば、フッ酸溶液をエッチング液として、圧電振動片の外形のエッチングを行う（以下、エッチング工程ともいう）。このエッチング工程は、２時間ないし３時間で終了するが、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により変化する。この実施形態では、エッチング液として、フッ酸、フッ化アンモニウムを用いて、その濃度として容量比１：１、温度６５度±１度（摂氏）の条件によりエッチングを行う。この条件でエッチングを行うことにより、３０分程度で基板７１が貫通し、引き続き２時間程度のオーバーエッチングを行うことにより、＋Ｘ軸方向に生じるエッチング残りの縮小と、−Ｙ軸方向に伸びる振動腕２１，２２先端の傾斜面１５の結晶面の露出を行うことができる。つまり、２時間半程度でエッチング工程が完了する。

（ハーフエッチング工程）
次に図７（ｈ）に示すように、振動腕の溝部の耐蝕膜７２を除去する。
耐蝕膜７２を除去して露出した基板７１について、さらに、図７（ｉ）に示すように、フッ酸溶液等を用いて、振動腕２１，２２の溝部のハーフエッチングを行う。
この実施形態では、エッチング液として、フッ酸、フッ化アンモニウムを用いて、その濃度として容量比１：１、温度６５度±１度（摂氏）の条件により、３０分ないし６０分程度でエッチング工程が完了する。
これにより、振動腕２１，２２の第１溝部２８Ａ，２９Ａと第２溝部２８Ｂ，２９Ｂが形成される。

次に、図７（ｊ）に示すように、耐蝕膜７２からレジスト７４を除去し、耐蝕膜７２も除去する。この状態は図１に示す振動素子１の電極が形成されていない状態である。

続いて、図示しない電極形成工程では、全面に電極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。この金属膜は、励振電極であり、耐蝕膜と同じ下地層としてのクロム層と、その上に被覆される電極層（金被覆層）で構成する。

その後、電極形成におけるレジストの塗布工程を行い、電極が形成されるべき領域（図２参照）とそうでない領域とを分けるマスキング（図示せず）がなされて、露光され、不要なレジストを除去して、取り除くべき金属膜を露出させる。次いで、露出した金属膜を、例えば、ヨウ化カリウム等のエッチング液を用いて、ウェットエッチングにより除去する。これにより、取り除くべき金属膜がエッチングにより全て除去される。最後に、不要となったレジストを全て剥離する。
以上により、図１〜図３に示した構造の振動素子１が完成する。

上述の製造方法を用いれば、ウェットエッチングによって基板７１を貫通させる時間よりも長い時間のエッチングを行う、所謂オーバーエッチングを行うことによって、結晶面である傾斜面１５を形成することができる。したがって、工程を増やすことなく、容易に傾斜面１５を形成することができる。

前述したような振動素子１によれば、第１主面１７および第２主面１８と接続されている傾斜面１５によって、第２主面１８と側面とが接続する角度θを小さくすることができる。換言すれば、傾斜面１５と第２主面１８の接続する角部の接続角度である内角θ１を大きくすることができる。

図４の正面図を用いて説明すると、振動素子１を振動腕２１，２２が中空に位置するように、基部１２を含む支持部としての支持腕２３でパッケージなどの被接続体８に接続されている。このように片持ち接続された振動素子１に、矢印Ｆで示す外部からの衝撃が加わると、振動腕２１，２２が撓み、振動腕２１，２２（図中一点鎖線で示すハンマーヘッド２４ａ，２５ａ）の先端の角部と被接続体８とが接触することがある。このようにハンマーヘッド２４ａ，２５ａと被接続体８とが接触しても、傾斜面１５と第２主面１８の接続する角部の接続角度である内角θ１が大きくなり、鈍角となるために衝撃が分散され、振動素子１の破壊を防止することが可能となる。

また、傾斜面１５は、振動素子１の外形加工時に容易に形成することができる結晶面であるため、傾斜面１５の形状や角度のバラツキが減少する。これにより、傾斜面１５の個体間バラツキを減少させることが可能となる。これにより、第１主面１７側と第２主面１８側の異形状による振動素子１の特性劣化を抑制し、電気的特性を維持しつつ小型の振動素子１を提供することが可能となる。

前述した振動素子１では、圧電基板としてＺカット水晶板から構成された二つの振動腕２１，２２を備えた、所謂音叉型の振動素子を用いて説明したが、振動素子の構成はこれに限らない。例えば、シリコン基板上に圧電体が設けられた圧電振動素子、あるいは加速度、角速度、圧力などを測定可能なセンサー素子などにも適用することができる。

＜振動子＞
次に、本発明に係る前述した振動素子１を適用した電子デバイスの一例としての振動子について、図７を用いて説明する。図７は、本発明に係る振動子の構造を示した概略図であり、図７（ａ）は振動子の平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。なお、図７（ａ）において、振動子の内部の構成を説明する便宜上、蓋部材を取り外した状態を図示している。

振動子２は、振動素子１と、振動素子１を収容するための矩形の箱状のパッケージ本体５０と、ガラス、セラミック、金属などから成る蓋部材５６と、で構成されている。なお、振動素子１を収容するキャビティー７０内はほぼ真空の減圧空間となっている。ここで、パッケージ本体５０がベース部に相当し、キャビティー７０が容器に相当する。

パッケージ本体５０は、図７（ｂ）に示すように、第１の基板５１と、第２の基板５２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５１の外部低面に複数備えられている。また、第１の基板５１の上面の所定の位置には、図示しない貫通電極や層間配線を介して、実装端子４５と電気的に導通する複数の接続電極４７が設けられている。第２の基板５２は中央部が除去された環状体であり、振動素子１を収容するキャビティー７０が設けられている。

以上、説明したパッケージ本体５０の、第１の基板５１と第２の基板５２は、絶縁性を有する材料で構成されている。このような材料としては、特に限定されず、例えば、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックスを用いることができる。また、パッケージ本体５０に設けられた各電極、端子、あるいはそれらを電気的に接続する配線パターンや層内配線パターンなどは、一般的に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料を絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより設けられる。

蓋体としての蓋部材５６は、好ましくは、光を通過する材料、例えば、ホウケイ酸ガラスなどにより設けられており、封止材５８により接合されることで、パッケージ本体５０を気密封止している。これにより、パッケージ本体５０の蓋封止後において、外部からレーザー光が蓋部材５６を介して振動素子１の先端付近に照射され、ここに設けた電極を一部蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をすることができるようになっている。なお、このような周波数調整をしない場合には、蓋部材５６はコバール合金などの金属材料（リッド）で形成することができる。

パッケージ本体５０のキャビティー７０内に収納された振動素子１は、支持腕２３に設けられた第１、第２導電パッド３７，３８とパッケージ本体５０の第１の基板５１の上面に設けられた２つの接続電極４７とがそれぞれ対応するように位置合わせされ、接合部材４２を介して接合されている。接合部材４２は、例えば、金属あるいは半田などからなるバンプや導電性接着剤などの導電性の接合部材を用いることにより、電気的な接続を図るとともに機械的な接合を行うことができる。

振動素子１は、ハンマーヘッド２４，２５（図１参照）の先端の側面に含まれる傾斜面１５が、第１の基板５１の上面側に向くように配置され接続されることが好ましい。換言すれば、振動素子１と蓋部材５６との間の距離Ｈ２が、振動素子１と第１の基板５１の上面との間の距離Ｈ１よりも大きくなるように振動素子１を第１キャビティー８０内に配置することが好ましい。即ち間隔の狭い方に傾斜面が傾斜しているように振動素子１を配置する。このように振動素子１を配置することで、振動素子１と第１の基板５１の上面との間隔Ｈ１が狭く、外部からの衝撃によって撓みの生じた振動素子１が第１の基板５１の上面に接触しても、上記傾斜面１５と第１主面１７または第２主面１８とが接続する角部の内角θ１が鈍角となるために衝撃が分散され、振動素子１の破壊を防止することが可能となる。これにより、耐衝撃性が向上するとともに低背化を実現した電子デバイスとしての振動子２を提供することが可能となる。

＜発振器＞
次に、本発明に係る前述した振動素子１を適用した電子デバイスの一例としての発振器について、図８を用いて説明する。図８は、本発明に係る発振器の概略構造を示した正断面図である。

発振器３は、振動素子１と、振動素子１を収納するパッケージ本体６０と、振動素子１を駆動するためのＩＣチップ（チップ部品）６２と、ガラス、セラミック、金属などから成る蓋体としての蓋部材５６と、で構成されている。なお、振動素子１を収容する第１キャビティー８０内はほぼ真空の減圧空間となっている。ここで、パッケージ本体６０がベース部に相当し、キャビティー７０が容器に相当する。

パッケージ本体６０は、図８に示すように、第１の基板５１と、第２の基板５２と、第３の基板５３と、第４の基板５４と、実装端子４６と、を積層して形成されている。また、パッケージ本体６０は、上面に開放する第１キャビティー８０と、下面に開放する第２キャビティー８２とを有している。

パッケージ本体６０の第１キャビティー８０内に収納された振動素子１は、支持腕２３に設けられた第１、第２導電パッド３７，３８とパッケージ本体６０の第１の基板５１の上面に設けられた２つの接続電極とがそれぞれ対応するように位置合わせされ、接合部材４２を介して接合されている。接合部材４２は、例えば、金属あるいは半田などからなるバンプや導電性接着剤などの導電性の接合部材を用いることができる。このような接合部材４２を用いることにより、電気的な接続を図るとともに機械的な接合を行うことができる。

振動素子１は、ハンマーヘッド２４，２５（図１参照）の先端の側面に含まれる傾斜面１５が、第１の基板５１の上面側に向くように配置され接続されることが好ましい。換言すれば、振動素子１と蓋部材５６との間の距離Ｈ２が、振動素子１と第１の基板５１の上面との間の距離Ｈ１よりも大きくなるように振動素子１を第１キャビティー８０内に配置することが好ましい。即ち間隔の狭い方に傾斜面が傾斜しているように振動素子１を配置する。このように振動素子１を配置することで、振動素子１と第１の基板５１の上面との間隔Ｈ１が狭く、外部からの衝撃によって撓みの生じた振動素子１が第１の基板５１の上面に接触しても、上記傾斜面と第１主面１７または第２主面１８とが接続する角部の内角θ１が鈍角となるために衝撃が分散され、振動素子１の破壊を防止することが可能となる。これにより、耐衝撃性が向上するとともに低背化を実現した電子デバイスとしての発振器３を提供することが可能となる。

実装端子４６は、第４の基板５４の外部低面に複数設けられている。また、実装端子４６は、第１の基板５１の上面に設けられた接続電極４７や第３の基板５３の下面に設けられた接続電極４８と、図示しない貫通電極や層間配線を介して、電気的に導通されている。

振動素子１が収納されているパッケージ本体６０の第１キャビティー８０は、例えば、ホウケイ酸ガラスなどの封止材５８を介し、蓋部材５６と接合されることで、気密封止されている。

一方、パッケージ本体６０の第２キャビティー８２内には、ＩＣチップ６２が収容されており、このＩＣチップ６２は、ろう材あるいは接着剤などの接合部材４３を介して第１の基板５１の下面に固定されている。また、第２キャビティー８２内には、少なくとも２つの接続電極４８が設けられている。接続電極４８は、ボンディングワイヤー４４によってＩＣチップ６２と電気的に接続されている。また、第２キャビティー８２内には樹脂材料６４が充填されており、この樹脂材料６４によって、ＩＣチップ６２が封止されている。

ＩＣチップ６２は、振動素子１の駆動を制御するための駆動回路（発振回路）を有しており、このＩＣチップ６２によって振動素子１を駆動すると、所定の周波数の信号を取り出すことができる。

＜電子機器＞
次いで、本発明の一実施形態に係る電子デバイスとして、振動素子１を用いた振動子２、あるいは振動素子１を用いた発振器３のいずれかを適用した電子機器について、図９〜図１１に基づき、詳細に説明する。なお、説明では、振動子２を適用した例を示している。

図９は、本発明の一実施形態に係る電子デバイスとしての振動子２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の概略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、信号処理のタイミング源としての機能を備えた振動子２が内蔵されている。

図１０は、本発明の一実施形態に係る電子デバイスとしての振動子２を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成の概略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、信号処理のタイミング源としての機能を備えた振動子２が内蔵されている。

図１１は、本発明の一実施形態に係る電子デバイスとしての振動子２を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、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、従来のフィルムカメラは、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、デジタルスチールカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等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。

デジタルスチールカメラ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等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、このデジタルスチールカメラ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スチールカメラ１３００には、信号処理のタイミング源としての機能を備えた振動子２が内蔵されている。

なお、本発明の一実施形態に係る電子デバイスとしての振動子２は、図９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１０の携帯電話機、図１１のデジタルスチールカメラの他にも、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）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。

＜移動体＞
図１２は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車５０６には本発明に係る電子デバイスとしての振動子２が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車５０６には、振動子２を内蔵してタイヤ５０９などを制御する電子制御ユニット５０８が車体５０７に搭載されている。また、振動子２は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）に広く適用できる。

１，１ａ…振動素子、２…振動子、３…発振器、１０…基板、１２…基部、１５，１５ａ，１５ｂ…傾斜面、１６…縮幅部、１７…第１主面（おもて面）、１８…第２主面（裏面）、２１，２２…振動腕、２３…支持腕、２４，２５…ハンマーヘッド、２８，２８ａ，２８ｂ，２９，２９ａ，２９ｂ…溝、３０…電極、３１…第１駆動用電極、３２…第２駆動用電極、３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ…側面、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅ，３５ｆ，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅ，３６ｆ…配線、３７…第１導電パッド、３８…第２導電パッド、４２，４３…接合部材、４４…ボンディングワイヤー、４５，４６…実装端子、４７，４８…接続電極、５０，６０…パッケージ本体、５１…第１の基板、５２…第２の基板、５３…第３の基板、５４…第４の基板、５６…蓋部材、５８…封止材、６２…ＩＣチップ、６４…樹脂材料、７０…キャビティー、８０…第１キャビティー、８２…第２キャビティー、１００…表示部、５０６…移動体としての自動車、１１００…電子機器としてのモバイル型のパーソナルコンピューター、１２００…電子機器としての携帯電話機、１３００…電子機器としてのデジタルスチールカメラ。

Claims (13)

1. 基部と、
   互いに表裏の関係にある第１主面および第２主面を有し、前記基部から延在されている振動腕と、
   前記振動腕の先端において、前記第１主面および前記第２主面に接続されている側面と、を備え、
   前記側面は、前記第１主面または前記第２主面の垂線に対し傾きを有し、前記第１主面から前記第２主面に亘って設けられている傾斜面であり、結晶面であることを特徴とする振動素子。
2. 請求項１において、
   前記側面は、エッチングのオーバーエッチングによって形成されていることを特徴とする振動素子。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記側面の傾きは、
   前記傾斜面の延長線と、前記第１主面または前記第２主面とが交差する角度をθとしたとき、
   ８４度≦θ≦８８度の範囲内にあることを特徴とする振動素子。
4. 請求項１または請求項２において、
   前記振動腕の先端部には、幅広部が設けられており、
   前記側面は、前記幅広部の先端に設けられていることを特徴とする振動素子。
5. 請求項４において、
   前記側面の傾きは、
   前記傾斜面の延長線と、前記第１主面または前記第２主面とが交差する角度をθとしたとき、
   ８４度≦θ≦８８度の範囲内にあることを特徴とする振動素子。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
   平面視で、前記傾斜面の前記第１主面との接続部と、前記傾斜面の前記第２主面との接続部との距離Ｌは、
   ０＜Ｌ≦１００（μｍ）
   の関係を満たしていることを特徴とする振動素子。
7. 請求項６において、
   前記距離Ｌは、
   ３＜Ｌ≦１０（μｍ）
   の関係を満たしていることを特徴とする振動素子。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の振動素子と、
   蓋体とベースとを含む容器とを備え、
   前記容器に前記振動素子が搭載されていることを特徴とする振動デバイス。
9. 請求項８において、
   前記振動素子の傾斜面は、前記振動素子と前記蓋体との間隔、および前記振動素子と前記ベースとの間隔のうち、間隔の狭い方に傾斜していることを特徴とする振動デバイス。
10. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の振動素子と、
    回路と、
    を備えていることを特徴とする振動デバイス。
11. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の振動素子が備えていることを特徴とする電子機器。
12. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の振動素子が備えていることを特徴とする移動体。
13. 基板を準備する工程と、
    前記基板に振動素子の外形に対応したマスクを形成する工程と、
    前記マスクから露出している領域の前記基板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、
    エッチングすることにより前記基板を貫通させる時間よりも長い時間のエッチングを行うことを特徴とする振動素子の製造方法。

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