JP2018042121A - 水晶振動素子及びその製造方法並びに水晶振動子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気的信頼性の向上及び周波数特性の安定化を図ることである。
【解決手段】主面１２ａの法線方向から平面視したときに当該主面の中央を含む振動部１７と振動部１７に隣接する周縁部１８，１９とを有する水晶片１１と、互いに対向するように振動部１７に設けられた一対の励振電極７４ａ、１４ｂと、周縁部１８に設けられた電極パッド１６ａ，１６ｂと、励振電極７４ａ、１４ｂと電極パッド１６ａ，１６ｂとを電気的に接続するように振動部１７と周縁部１８，１９とに設けられた引出電極７５ａ，１５ｂとを備える水晶振動素子７０を準備する工程と、振動部１７及び周縁部１８，１９に対して行う第１トリミング工程と、振動部１７における励振電極７４ａ´の一部に対して行う第２トリミング工程とを含む。
【選択図】図５
【解決手段】主面１２ａの法線方向から平面視したときに当該主面の中央を含む振動部１７と振動部１７に隣接する周縁部１８，１９とを有する水晶片１１と、互いに対向するように振動部１７に設けられた一対の励振電極７４ａ、１４ｂと、周縁部１８に設けられた電極パッド１６ａ，１６ｂと、励振電極７４ａ、１４ｂと電極パッド１６ａ，１６ｂとを電気的に接続するように振動部１７と周縁部１８，１９とに設けられた引出電極７５ａ，１５ｂとを備える水晶振動素子７０を準備する工程と、振動部１７及び周縁部１８，１９に対して行う第１トリミング工程と、振動部１７における励振電極７４ａ´の一部に対して行う第２トリミング工程とを含む。
【選択図】図５
Description
本発明は、水晶振動素子及びその製造方法並びに水晶振動子及びその製造方法に関する。
発振装置や帯域フィルタなどに用いられる基準信号の信号源に水晶振動子が広く用いられている。このような水晶振動子では、所望の周波数特性を得るために、ベース部材上に搭載された水晶振動素子の励振電極を削ることによって水晶振動素子の周波数調整が行われる。例えば特許文献１には、凹型の水晶振動素子における平坦側の面の略全体をドライエッチングして電極全体を均一に加工する方法が開示されている。また、特許文献２には、特許文献１の断線問題を抑制するため、励振電極が設けられる振動部と、振動部の表面に段差を有し、電極パッドが設けられる周縁部と、振動部と周縁部とに設けられた引出電極とを備えた水晶振動素子の製造方法であって、励振電極の一部のみを除去して、励振周波数を調整するエッチング工程を行うことが開示されている。
しかしながら、特許文献１の構成では引出電極がトリミングによって削られ、例えば引出電極が段差を通過するような構成においては引出電極が断線する可能性がある。また、特許文献２の構成では、段差部に設けられた引出電極の厚み減少に起因する断線が抑制されるが、水晶振動素子に付着した微細粒子（パーティクル）の離脱、移動又は再付着により、周波数が変動する可能性がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、電気的信頼性の向上及び周波数特性の安定化を図ることができる水晶振動素子及びその製造方法並びに水晶振動子を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る水晶振動素子の製造方法は、主面の法線方向から平面視したときに主面の中央を含む振動部と振動部に隣接する周縁部とを有する水晶片と、互いに対向するように振動部に設けられた一対の励振電極と、周縁部に設けられた電極パッドと、励振電極と電極パッドとを電気的に接続するように振動部と周縁部とに設けられた引出電極とを備える水晶振動素子を準備する工程と、振動部及び周縁部に対して行う第１トリミング工程と、振動部における励振電極の一部に対して行う第２トリミング工程とを含む。
上記構成によれば、振動部及び周縁部に対して行う第１トリミング工程と、振動部における励振電極の一部に対して行う第２トリミング工程とを行うため、第１トリミング工程によって本来除去不要である引出電極などの除去加工を最小限に抑えるとともに水晶振動素子を清浄化させつつ、第２トリミング工程によって励振電極の除去加工による周波数調整を必要なだけ行うことができる。したがって、水晶振動素子に異物を除去して清浄化が図れるとともに、異物の付着又は剥離に伴う励振周波数の変動量を小さくすることができ、また、引出電極の除去加工量を小さくして断線の発生を防止又は抑制することができる。
本発明の他の一側面に係る水晶振動素子は、主面の法線方向から平面視したときに主面の中央を含む振動部と振動部に隣接する周縁部とを有する水晶片と、互いに対向するように振動部に設けられた一対の励振電極と、周縁部に設けられた電極パッドと、励振電極と電極パッドとを電気的に接続するように振動部と周縁部とに設けられた引出電極とを備え、一対の励振電極における第１励振電極は、厚さＴ１を有する第１領域と、厚さＴ１より厚さが大きい厚さＴ２を有する第２領域とを有し、一対の励振電極における第２励振電極は、厚さＴ２より厚さが大きい厚さＴ３を有する第３領域を有する。
上記構成によれば、電気的信頼性の向上及び周波数特性の安定化を図ることができる。
本発明によれば、電気的信頼性の向上及び周波数特性の安定化を図ることができる水晶振動素子及びその製造方法並びに水晶振動子を提供することを目的とする。
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
＜第１実施形態＞
図１及び図２を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）について説明する。ここで、図１は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
図１及び図２を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）について説明する。ここで、図１は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る水晶振動子１は、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）１０と、蓋部材２０と、ベース部材３０とを備える。蓋部材２０及びベース部材３０は、水晶振動素子１０を収容するための保持器である。図１に示す例では、蓋部材２０は凹状をなしており、ベース部材３０は平板な板状をなしている。
水晶振動素子１０は、ＡＴカット型の水晶片（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｂｌａｎｋ）１１を有する。ＡＴカット型の水晶片１１は、人工水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸をそれぞれＹ´軸及びＺ´軸とした場合、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面と平行な面（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）を主面として切り出されたものである。水晶片１１は、互いに対向するＸＺ´面である第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂを有する。
ＡＴカット水晶片である水晶片１１は、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ´軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さが延在する厚さ方向を有する。また、水晶片１１は、ＸＺ´面において矩形状をなしている。
ＡＴカット水晶片を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れている上、低コストで製造することが可能である。また、ＡＴカット水晶振動素子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｍｏｄｅ）を主振動として用いられる。
水晶片１１は、第１主面１２ａの法線方向から平面視したときに、各主面１２ａ，１２ｂの中央を含む振動部１７と、振動部１７に隣接する周縁部１８，１９を有する。振動部１７は、第１主面１２ａの法線方向から平面視したときに、Ｘ軸方向に平行な長辺及びＺ´軸方向に平行な短辺を有する。また、周縁部１８，１９は、振動部１７に対して水晶片１１の長辺方向の両側に設けられている。周縁部１８，１９は、水晶片１１の周縁部に相当する。
本実施形態では、水晶振動素子１０はメサ型構造をなしている。具体的には、振動部１７は、周縁部１８，１９とは異なる厚さを有する。図１に示す例では、振動部１７のＹ´軸方向の厚さは、周縁部１８，１９のＹ´軸方向の厚さよりも大きい。また、水晶片１１には、水晶片１１の長辺方向において、振動部１７と周縁部１８との境界、及び、振動部と周縁部１９との境界に段差１３が設けられている。このような段差１３は水晶片１１の短辺方向に沿って延在している。段差１３は、水晶の結晶方位に依存する所定の傾斜角をもって形成されている。なお、周縁部１８及び周縁部１９のそれぞれのＹ´軸方向の厚さは同一である。
水晶振動素子１０は、一対の電極を構成する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂを有する。第１励振電極１４ａは、振動部１７の第１主面１２ａに設けられている。また、第２励振電極１４ｂは、振動部１７の第２主面１２ｂに設けられている。第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂは、振動部１７を挟んで互いに対向して設けられている。第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂは、ＸＺ´面において略全体が重なり合うように配置されている。
第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、それぞれ、Ｘ軸方向に平行な長辺と、Ｚ´軸方向に平行な短辺と、Ｙ´軸方向に平行な厚さとを有している。図１に示す例では、ＸＺ´面において、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの長辺は、水晶片１１の長辺（又は振動部１７の長辺）と平行であり、同様に、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの短辺は、水晶片１１の短辺（又は振動部１７の短辺）と平行である。また、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの長辺は振動部１７の長辺から離れており、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂの短辺は振動部１７の短辺と一致している。
図１及び図２に示す例では、ベース部材３０とは反対側を向いている第１励振電極１４ａは、厚さＴ１を有する領域Ｒ１と、厚さＴ２を有する領域Ｒ２とを有する。例えば、領域Ｒ１は、領域Ｒ２によって囲まれた領域の内側に配置されている。また、ベース部材３０の側を向いている第２励振電極１４ｂは、厚さＴ３を有する領域Ｒ３を有する。本実施形態では、これらの励振電極の各領域の厚さは、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係を有する。励振電極の厚さＴ１〜Ｔ３及び領域Ｒ１〜Ｒ３の内容は、後述の製造方法においても詳述する。
水晶振動素子１０は、引出電極１５ａ，１５ｂと、電極パッド１６ａ，１６ｂとを有する。電極パッド１６ａは、引出電極１５ａを介して第１励振電極１４ａと電気的に接続されている。また、電極パッド１６ｂは、引出電極１５ｂを介して第２励振電極１４ｂと電気的に接続されている。電極パッド１６ａ及び電極パッド１６ｂは、ベース部材３０に電気的に接続するための端子である。電極パッド１６ａ及び電極パッド１６ｂは、水晶片１１の一方の周縁部１８の第２主面１２ｂにおいて、第２主面１２ｂの短辺方向に沿って配列されている。
引出電極１５ａは、第１励振電極１４ａと電極パッド１６ａとを電気的に接続している。具体的には、引出電極１５ａは、第１主面１２ａ上において振動部１７の第１励振電極１４ａから段差１３を通って周縁部１８にかけて延在し、周縁部１８において第１主面１２ａから水晶片１１の側面を通って第２主面１２ｂに延在し、第２主面１２ｂ上において周縁部１８の電極パッド１６ａに電気的に接続されている。また、引出電極１５ｂは、第２励振電極１４ｂと電極パッド１６ｂとを電気的に接続する。具体的には、引出電極１５ｂは、第２主面１２ａ上において振動部１７の第２励振電極１４ｂから段差１３を通って周縁部１８にかけて延在し、第２主面１２ｂ上において周縁部１８の電極パッド１６ｂに電気的に接続されている。このように引出電極１５ａ，１５ｂを延在させることによって、両主面に設けられた第１励振電極１４ａ，１４ｂと電気的に接続された電極パッド１６ａ，１６ｂを片方の第２主面１２ｂ上に配置させることができる。
電極パッド１６ａ，１６ｂは、導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介してベース部材３０の電極に電気的に接続される。導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、導電性接着剤が熱硬化して形成されたものである。
第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂ、引出電極１５ａ，１５ｂ、並びに、電極パッド１６ａ，１６ｂの各電極の材料は特に限定されるものではないが、例えば、下地としてクロム（Ｃｒ）層を有し、クロム層の表面にさらに金（Ａｕ）層を有していてもよい。
蓋部材２０は、ベース部材３０に接合され、これによって水晶振動素子１０を内部空間２６に収容する。蓋部材２０は、内面２４及び外面２５を有し、ベース部材３０の第１主面３２ａに向かって開口した凹状をなしている。
蓋部材２０は、ベース部材３０の第１主面３２ａに対向する底面部２１と、底面部２１の外縁に接続されておりかつ底面部２１の主面に対して法線方向に延在する側壁部２２とを有する。蓋部材２０は、底面部２１の主面の法線方向から平面視したときに矩形状をなしている。蓋部材２０は、例えば、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ´軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ´軸方向に平行な高さ方向とを有する。また、蓋部材２０は、凹状の開口縁においてベース部材３０の第１主面３２ａに対向する対向面２３を有し、この対向面２３は、水晶振動素子１０の周囲を囲むように枠状に延在している。
蓋部材２０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電材料で構成される。これによれば、蓋部材２０を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。例えば、蓋部材２０は、鉄（Ｆｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金（例えば４２アロイ）からなる。また、蓋部材２０の最表面に酸化防止等を目的とした金（Ａｕ）層などが設けられてもよい。あるいは、蓋部材２０は、絶縁材料又は導電材料・絶縁材料の複合構造であってもよい。
ベース部材３０は水晶振動素子１０を励振可能に支持するものである。具体的には、水晶振動素子１０は導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介してベース部材３０の第１主面３２ａに励振可能に保持されている。
ベース部材３０は平板な板状をなしている。ベース部材３０は、Ｘ軸方向に平行な長辺が延在する長辺方向と、Ｚ´軸方向に平行な短辺が延在する短辺方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さが延在する厚さ方向とを有する。
ベース部材３０は基体３１を有する。基体３１は、互いに対向するＸＺ´面である第１主面３２ａ及び第２主面３２ｂを有する。基体３１は、例えば絶縁性セラミック（アルミナ）などの焼結材である。この場合。複数の絶縁性セラミックシートを積層して焼結してもよい。あるいは、基体３１は、ガラス材料（例えばケイ酸塩ガラス、又はケイ酸塩以外を主成分とする材料であって、昇温によりガラス転移現象を有する材料）、水晶材料（例えばＡＴカット水晶）又はガラスエポキシ樹脂などで形成してもよい。基体３１は耐熱性材料から構成されることが好ましい。基体３１は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、第１主面３２ａの最表層に形成された絶縁層を含む。
ベース部材３０は、第１主面３２ａに設けられた接続電極３３ａ，３３ｂと、第２主面に設けられた外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄとを有する。接続電極３３ａ，３３ｂは、水晶振動素子１０と電気的に接続するための端子である。また、外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、図示しない実装基板と電気的に接続するための端子である。接続電極３３ａは、Ｙ´軸方向に延在するビア電極３４ａを介して外部電極３５ａに電気的に接続され、接続電極３３ｂは、Ｙ´軸方向に延在するビア電極３４ｂを介して外部電極３５ｂに電気的に接続されている。ビア電極３４ａ，３４ｂは基体３１をＹ´軸方向に貫通するビアホール内に形成される。
ベース部材３０の接続電極３３ａ，３３ｂは、第１主面３２ａ上においてベース部材３０のＸ軸負方向側の短辺付近に設けられ、ベース部材３０の短辺から離れてかつ当該短辺方向に沿って配列されている。接続電極３３ａは、導電性保持部材３６ａを介して水晶振動素子１０の電極パッド１６ａが接続され、他方、接続電極３３ｂは、導電性保持部材３６ｂを介して水晶振動素子１０の電極パッド１６ｂが接続される。
複数の外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄは、第２主面３２ｂのそれぞれの角付近に設けられている。図１に示す例では、外部電極３５ａ，３５ｂが、接続電極３３ａ，３３ｂの直下に配置されている。これによってＹ´軸方向に延在するビア電極３４ａ，３４ｂによって、外部電極３５ａ，３５ｂを接続電極３３ａ，３３ｂに電気的に接続することができる。図１に示す例では、４つの外部電極３５ａ〜ｄのうち、ベース部材３０のＸ軸負方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ａ，３５ｂは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給される入出力電極である。また、ベース部材３０のＸ軸正方向側の短辺付近に配置された外部電極３５ｃ，３５ｄは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給されないダミー電極となっている。このようなダミー電極には、水晶振動子１が実装される図示しない実装基板上の他の電子素子の入出力信号も供給されない。あるいは、外部電極３５ｃ，３５ｄは、接地電位が供給される接地用電極であってもよい。蓋部材２０が導電性材料からなる場合、蓋部材２０を接地用電極である外部電極３５ｃ，３５ｄに接続することによって、蓋部材２０にシールド機能を付加することができる。
基体３１の第１主面３２ａには、封止枠３７が設けられている。封止枠３７は、第１主面３２ａの法線方向から平面視したときに矩形の枠状をなしている。接続電極３３ａ，３３ｂは、封止枠３７の内側に配置されている。封止枠３７は、導電材料により構成されている。封止枠３７上には後述する接合部材４０が設けられ、これによって蓋部材２０が接合部材４０及び封止枠３７を介してベース部材３０に接合される。
ベース部材３０の接続電極３３ａ，３３ｂ、外部電極３５ａ〜ｄ及び封止枠３７はいずれも金属膜から構成されている。例えば、接続電極３３ａ，３３ｂ及び外部電極３５ａ〜ｄは、下層から上層にかけて、モリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層が積層されて構成されている。また、封止枠３７は、モリブデン（Ｍｏ）層によって構成されていてもよく、あるいは、接続電極及び外部電極と同様にモリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層及び金（Ａｕ）層が積層されても構わない。また、ビア電極３４ａ，３４ｂは、基体３１のビアホールにモリブデンなどの金属材料を充填して形成することができる。
なお、接続電極３３ａ，３３ｂや外部電極３５ａ〜３５ｄの配置関係は上記例に限定されるものではない。例えば、接続電極３３ａがベース部材３０の一方の短辺付近に配置され、接続電極３３ｂがベース部材３０の他方の短辺付近に配置されてもよい。このような構成においては、水晶振動素子１０が、水晶片１１の長手方向の両端部においてベース部材３０に保持されることになる。
また、外部電極の配置は上記例に限るものではなく、例えば、入出力電極である２つが第２主面３２ｂの対角上に設けられていてもよい。あるいは、４つの外部電極は、第２主面３２ｂの角ではなく各辺の中央付近に配置されていてもよい。また、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば入出力電極である２つのみであってもよい。また、接続電極と外部電極との電気的な接続の態様はビア電極によるものに限らず、第１主面３２ａ又は第２主面３２ｂ上に引出電極を引き出すことによってそれらの電気的な導通を達成してもよい。あるいは、ベース部材３０の基体３１を複数層で形成し、ビア電極を中間層に至るまで延在させ、中間層において引出電極を引き出すことによって接続電極と外部電極との電気的な接続を図ってもよい。
図２に示すように、蓋部材２０及びベース部材３０の両者が封止枠３７及び接合部材４０を介して接合されることによって、水晶振動素子１０が、蓋部材２０とベース部材３０とによって囲まれた内部空間（キャビティ）２３に封止される。この場合、内部空間の圧力は大気圧力よりも低圧な真空状態であることが好ましく、これにより第１励振電極１４ａ，第２励振電極１４ｂの酸化による経時変化などが低減できるため好ましい。
接合部材４０は、蓋部材２０及びベース部材３０の各全周に亘って設けられている。具体的には、接合部材４０は封止枠３７上に設けられている。封止枠３７及び接合部材４０が、蓋部材２０の側壁部２２の対向面２３とベース部材３０の第１主面３２ａとの間に介在することによって、水晶振動素子１０が蓋部材２０及びベース部材３０によって封止される。
接合部材４０は、例えばろう部材である。具体的には、接合部材４０は、金（Ａｕ）‐錫（Ｓｎ）共晶合金からなる。こうして、蓋部材２０とベース部材３０とを金属接合とする。金属接合によれば封止性を向上させることができる。なお、接合部材４０は、導電材料に限らず、例えば低融点ガラス（例えば鉛ホウ酸系や錫リン酸系等）などのガラス接着材料又は樹脂接着剤などの絶縁性材料であってもよい。これによれば、金属接合に比べて低コストであり、また加熱温度を抑えることができ、製造プロセスの簡易化を図ることができる。
本実施形態に係る水晶振動素子１０は、水晶片１１の長辺方向の一方端（導電性保持部材３６ａ，３６ｂが配置される側の端部）が固定端であり、その他方端が自由端となっている。また、水晶振動素子１０、蓋部材２０及びベース部材３０は、ＸＺ´面において、それぞれ矩形状をなしており、互いに長辺方向及び短辺方向が同一である。
なお、水晶振動素子１０の固定端の位置は特に限定されるものではなく、変形例として、水晶振動素子１０は、水晶片１１の長辺方向の両端においてベース部材３０に固定されていてもよい。この場合、水晶振動素子１０を水晶片１１の長辺方向の両端において固定する態様で、水晶振動素子１０及びベース部材３０の各電極を形成すればよい。
本実施形態に係る水晶振動子１においては、ベース部材３０の外部電極３５ａ，３５ｂを介して、水晶振動素子１０における一対の第１及び第２励振電極１４ａ，１４ｂの間に交番電界を印加する。これにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードによって水晶片１１の振動部１７が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。
次に、図３〜図５を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子の製造方法について説明する。本実施形態では、一例として、水晶振動子１の製造方法を説明する。なお、図３はフローチャートであり、図４及び図５は各トリミング工程を説明するための図である。
本実施形態では、ベース部材３０に搭載した後の水晶振動素子７０に対して第１トリミング工程（図４）及び第２トリミング工程（図５）を実施し、これによって周波数調整を行った所定の厚さを有する第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂを有する水晶振動素子１０を製造する。以下具体的に説明する。
まず、水晶振動素子７０を準備する（Ｓ１０）。水晶片の加工工程及び各種電極の形成工程は一般的であるためその説明を省略する。水晶振動素子７０は、第１主面１２ａ上の第１励振電極７４ａ及び引出電極７５ａが、厚さ方向に上部が除去されていない点を除いて、図１に示す水晶振動素子１０の構成と同一である。なお、第１励振電極７４ａは、第２励振電極１４ｂと同様の厚さＴ３を有している。
次に、水晶振動素子７０をベース部材３０に搭載する（Ｓ１１）。具体的には、基体３１の第１主面３２ａ上の接続電極３３ａ，３３ｂ上に導電性接着剤を塗布し、水晶振動素子７０を搭載した状態で導電性接着剤を熱硬化させる。こうして導電性接着剤が熱硬化した導電性保持部材３６ａ，３６ｂによって、水晶振動素子７０の電極パッド１６ａ，１６ｂと、ベース部材３０の接続電極３３ａ，３３ｂを電気的に接続する。また、導電性保持部材３６ａ，３６ｂによって水晶振動素子７０を励振可能に保持することができる。なお、水晶振動素子７０は、第２励振電極１４ｂがベース部材３０の側を向くように第１主面３２ａに搭載される。
次に、水晶振動素子７０における振動部１７及び周縁部１８，１９に対して第１トリミング工程を行う（Ｓ１２及び図４）。第１トリミング工程は、例えば、減圧状態下でイオンビーム５０を照射するイオンミリング工程である。イオンビーム５０は、水晶振動素子７０の第１主面１２ａの上方から照射する。こうして、少なくとも、水晶振動素子７０の表面に付着した水晶、電極又は樹脂レジストからなる加工残留物及び大気中の粉じんなどの異物（パーティクル）を除去する。
また、図４に示す例では、第１トリミング工程において、水晶片１１の第１主面１２ａ、第１励振電極７４ａ及び引出電極７５ａの少なくとも１つについて、厚さ方向の上部を僅かに除去する。図４に示す例では、第１トリミング工程によって、厚さ方向の上部が僅かに除去された第１励振電極７４ａ´及び引出電極１５ａを形成する。しかしながら、後述するように第１トリミング工程は、第２トリミング工程よりも除去加工量又は加工時間が小さいため、引出電極のトリミングによる断線の発生を防止又は抑制することができる。
このように第１トリミング工程を行うことによって、少なくとも水晶振動素子７０の第１主面１２ａ側に付着した異物を除去加工することができる。したがって、水晶振動素子７０を清浄化することができる。また、減圧雰囲気下でイオンビーム５０を照射することによって、イオンと異物を反応させて異物を減圧雰囲気中に放出させることができる。こうして、水晶振動素子７０への異物の再付着を防止することができる。
図４に示す例では、水晶振動素子７０における振動部１７及び周縁部１８，１９の全体に対して第１トリミング工程を実施する。この場合、図４に示すように、ベース部材３０における基体３１の第１主面３２ａに対してもトリミング工程を行うことによって、水晶振動素子７０のみならずベース部材３０も清浄化することができる。
なお、第１トリミング工程は、後述する第２トリミング工程を行う範囲を含む範囲であればよく、必ずしも振動部１７及び周縁部１８，１９の全体である必要はない。
次に、第１トリミング工程を終えた水晶振動素子７１において、振動部１７の第１励振電極７４ａの一部に対して第２トリミング工程を行う（Ｓ１３及び図５）。第２トリミング工程は、例えば、減圧状態下でイオンビーム５２を照射するイオンミリング工程である。
図５に示す例では、開口部を有する金属板からなるマスク６０を水晶振動素子７１の上方に配置し、マスク６０を介してイオンビーム５２を上方から照射する。マスク６０は、第１励振電極７４ａの中央の一部に向かってイオンビーム５２を通過させる開口部６２と、イオンビーム５２を遮蔽する遮蔽部６４とを有する。こうして、所定の励振周波数に到達するまで、第１励振電極７４ａ´の中央部の上面を除去加工する。そして、第２トリミング工程後に、水晶振動素子７１の周波数を測定する。また、第２トリミング工程は、水晶振動素子７１の周波数を測定しながら行うこともできる。
このように第１トリミング工程の後に第２トリミング工程を行うことによって、異物を除去して水晶振動素子を清浄化した状態で、水晶振動素子の周波数調整を行うことができる。したがって、安定した励振周波数調整工程を行うことができる。なお、第２トリミング工程は所望の励振周波数が得られるまで必要に応じて複数回行ってもよい。
また、第２トリミング工程は、第１トリミング工程よりも除去加工量又は加工時間が大きい。これによって、第１トリミング工程によって本来除去不要である引出電極７５ａなどの除去加工を最小限に抑えるとともに水晶振動素子を清浄化させつつ、第２トリミング工程によって周波数調整に必要な励振電極の除去加工を行うことができる。
また、第２トリミング工程は、引出電極７５ａを避けて実施することが好ましい。これによって、引出電極７５ａを第１励振電極７４ａ´と同様に除去加工することを防ぐことができる。特に、本実施形態では、引出電極７５ａは、厚肉の振動部１７から薄肉の周縁部１８にかけて段差１３を通るように設けられており、断線しやすい箇所に設けられていることから、このように引出電極７５ａを避けて第２トリミング工程を実施することは、電気的接続信頼性のさらなる向上の観点で好ましい。
最後に、ベース部材３０に蓋部材２０を接合する（Ｓ１４）。具体的には、ベース部材３０の封止枠３７上に接合部材４０を設け、封止枠３７及び接合部材４０を蓋部材２０の側壁部２２の対向面２３とベース部材３０の第１主面３２ａとの間に介在させる。こうして、蓋部材２０及びベース部材３０によって水晶振動素子１０が内部空間２６に収容された水晶振動子１を製造することができる。
ここで、水晶振動素子１０は、第１励振電極１４ａが、厚さＴ１を有する領域Ｒ１と、厚さＴ２を有する領域Ｒ２とを有している。領域Ｒ１，Ｒ２は、第２トリミング工程におけるマスク６０の開口部６２に応じてその範囲が定められる。例えば、図１に示すように、領域Ｒ２は、第１主面１２ａの法線方向から平面視したときに第１励振電極１４ａの外縁に沿った矩形の枠状に延在し、領域Ｒ１は、領域Ｒ２によって囲まれた、第１励振電極１４ａの内側の領域である。
また、上記方法では、水晶振動素子７０をベース部材３０に搭載した後、第１及び第２トリミング工程を行うため、ベース部材３０の側を向いている第２励振電極１４ｂは、各トリミング工程によって削られない。したがって、水晶片１１に同一厚さの第１励振電極７４ａ及び第２励振電極１４ｂを設けた場合においては、第２励振電極１４ｂの厚さＴ３は、第１励振電極１４ａにおける領域Ｒ１の厚さＴ１又は領域Ｒ２の厚さＴ２のいずれよりも厚さが大きい。
以上のとおり、本実施形態によれば、振動部及び周縁部に対して行う第１トリミング工程と、振動部における励振電極の一部に対して行う第２トリミング工程とを行うため、第１トリミング工程によって本来除去不要である引出電極などの除去加工を最小限に抑えるとともに水晶振動素子を清浄化させつつ、第２トリミング工程によって励振電極の除去加工による周波数調整を必要なだけ行うことができる。したがって、水晶振動素子に異物を除去して清浄化が図れるとともに、異物の付着又は剥離に伴う励振周波数の変動量を小さくすることができ、また、引出電極の除去加工量を小さくして断線の発生を防止又は抑制することができる。
また、本実施形態によれば、水晶振動素子をベース部材に搭載した後に、第１及び第２トリミング工程を行う。したがって、搭載工程を経て付着した異物も除去することができるとともに、さらに、周波数調整の精度を向上させることができる。
さらに、本実施形態によれば、振動部と周縁部との境界は段差になっており、段差付近の異物を除去することができるため、より効果的に励振周波数の調整精度を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、蓋部材２０側の第１励振電極をトリミングするため、蓋部材２０の底面部２１との距離が確保できるため、蓋部材２０の低背化を図るとともに水晶振動素子と蓋体との干渉の発生を低減した水晶振動子を提供できる。
本実施形態の変形例として、第１トリミング工程及び第２トリミング工程は、上記したイオンミリングに限らず他のドライエッチングを適用してもよい。例えば、イオンミリングの代わりにプラズマＣＶＭ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）などを適用してもよい。
また、図３に示す手順では、第１トリミング工程後に第２トリミング工程を行う態様を説明したが、トリミング工程の順番を入れ替えてもよい。すなわち、周波数調整のための第２トリミング工程を行った後に、異物を除去して清浄化するための第１トリミング工程を行ってもよい。これによれば、異物の付着状態を把握しながら周波数調整を行うことができ、製造プロセスに伴う加工変動を正確に把握することができる。
また、上記方法では、水晶振動素子７０をベース部材３０に搭載した後に、第１トリミング工程及び第２トリミング工程を行い、水晶振動素子１０を備える水晶振動子１を製造する態様を説明したが、変形例として、第１トリミング工程及び第２トリミング工程を行って水晶振動素子１０を製造した後、この水晶振動素子１０をベース部材３０に搭載してもよい。この場合、上記方法とは異なり、水晶振動素子１０における第１トリミング工程及び第２トリミング工程を行った側の励振電極をベース部材３０に対向させて搭載してもよい。あるいは、水晶振動素子の第１励振電極及び第２励振電極の両方について、第１及び第２トリミング工程を行ってもよい。
また、上記方法とは異なり、第１トリミング工程は、第２トリミング工程とは異なるトリミング手法を用いてもよい。
＜第２実施形態＞
次に、図６を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る水晶振動子について説明する。図６は、本実施形態に係る水晶振動子の断面図である。なお、第１実施形態と同一の構成について同一の符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点について説明する。
次に、図６を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る水晶振動子について説明する。図６は、本実施形態に係る水晶振動子の断面図である。なお、第１実施形態と同一の構成について同一の符号を付している。以下、第１実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態に係る水晶振動子２は水晶振動素子１１０を含み、この水晶振動素子１１０の構成が第１実施形態と異なっている。具体的には、図６に示すとおり、平板な板状をなす水晶片１１１を有する。水晶片１１１は、振動部１１７と、振動部１１７に隣接する周縁部１１８，１１９とを有し、振動部１１７と周縁部１１８，１１９はＹ´軸方向において同一の厚さを有している。
本実施形態においても、振動部及び周縁部に対して行う第１トリミング工程と、振動部における励振電極の一部に対して行う第２トリミング工程とを行うことによって、引出電極などの除去加工を最小限に抑えるとともに水晶振動素子を清浄化させつつ、励振電極の除去加工による周波数調整を必要なだけ行うことができる。
＜変形例＞
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。
第１実施形態では、振動部が周縁部よりも厚いメサ型構造の態様を説明したが、本発明は、振動部が周縁部よりも薄い逆メサ構造に適用してもよい。また、振動部と周縁部の厚みの変化（段差）が連続的に変化するコンベックス形状又はべベル形状に本発明を適用してもよい。
第１実施形態では、ベース部材が平板であり、蓋部材が凹状であったが、本発明においては、ベース部材及び蓋部材の形状は水晶振動素子を内部空間に収容することができれば特に限定されるものではなく、例えば、ベース部材が凹状であり、蓋部材が平板であってもよい。
また、水晶片のカット角度は、ＡＴカット以外の異なるカット（例えばＢＴカットなど）を適用してもよい。
なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
１ 水晶振動子
２ 水晶振動子
１０ 水晶振動素子
１１ 水晶片
１２ａ，１２ｂ 主面
１３ 段差
１４ａ，１４ｂ 励振電極
１５ａ，１５ｂ 引出電極
１６ａ，１６ｂ 電極パッド
１７ 振動部
１８，１９ 周縁部
２０ 蓋部材
３０ ベース部材
２ 水晶振動子
１０ 水晶振動素子
１１ 水晶片
１２ａ，１２ｂ 主面
１３ 段差
１４ａ，１４ｂ 励振電極
１５ａ，１５ｂ 引出電極
１６ａ，１６ｂ 電極パッド
１７ 振動部
１８，１９ 周縁部
２０ 蓋部材
３０ ベース部材
Claims (11)
- 主面の法線方向から平面視したときに当該主面の中央を含む振動部と当該振動部に隣接する周縁部とを有する水晶片と、互いに対向するように前記振動部に設けられた一対の励振電極と、前記周縁部に設けられた電極パッドと、前記励振電極と前記電極パッドとを電気的に接続するように前記振動部と前記周縁部とに設けられた引出電極とを備える水晶振動素子を準備する工程と、
前記振動部及び周縁部に対して行う第１トリミング工程と、
前記振動部における前記励振電極の一部に対して行う第２トリミング工程と
を含む、水晶振動素子の製造方法。 - 前記第１トリミング工程及び前記第２トリミング工程が、減圧状態下でイオンを照射するイオンミリング工程である、請求項１に記載の水晶振動素子の製造方法。
- 前記第１トリミング工程の後に、前記第２トリミング工程を実施する、請求項１又は２に記載の水晶振動素子の製造方法。
- 前記第２トリミング工程の後に、前記第１トリミング工程を実施する、請求項１又は２に記載の水晶振動素子の製造方法。
- 前記第１トリミング工程が、前記第２トリミング工程より除去加工量又は加工時間が小さい、請求項１から４のいずれか１項に記載の水晶振動素子の製造方法。
- 前記水晶振動素子を準備する工程において、前記水晶片が前記振動部と前記周縁部との境界に段差を有しており、前記引出電極が前記段差を通るように設けられ、
前記第２トリミング工程を、前記段差に設けられた前記引出電極を避けて実施する、請求項１から５のいずれか１項に記載の水晶振動素子の製造方法。 - 請求項１から６のいずれか１項に記載の水晶振動素子の製造方法を含み、
前記水晶振動素子をベース部材に搭載する工程後に前記第２トリミング工程を実施する、水晶振動子の製造方法。 - 前記水晶振動素子を封止するように、前記ベース部材に蓋部材を接合する封止工程をさらに含む、請求項７に記載の水晶振動子の製造方法。
- 主面の法線方向から平面視したときに当該主面の中央を含む振動部と当該振動部に隣接する周縁部とを有する水晶片と、互いに対向するように前記振動部に設けられた一対の励振電極と、前記周縁部に設けられた電極パッドと、前記励振電極と前記電極パッドとを電気的に接続するように前記振動部と前記周縁部とに設けられた引出電極とを備え、
前記一対の励振電極における第１励振電極は、厚さＴ１を有する第１領域と、前記厚さＴ１より厚さが大きい厚さＴ２を有する第２領域とを有し、
前記一対の励振電極における第２励振電極は、前記厚さＴ２より厚さが大きい厚さＴ３を有する第３領域を有する、水晶振動素子。 - 請求項９記載の水晶振動素子と、
前記水晶振動素子が、前記第２励振電極が設けられた側が対向する向きに搭載されたベース部材と、
前記水晶振動素子を封止するように前記ベース部材に接合された蓋部材と
を備える、水晶振動子。 - 前記水晶片が前記振動部と前記周縁部との境界に段差を有しており、前記引出電極が前記段差を通るように設けられた、請求項９又は１０に記載の水晶振動子。
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