JP2020174393A - 圧電振動デバイスの周波数調整方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】超小型化に対応し、周波数調整精度を低下させることなく周波数調整を行うことができる圧電振動デバイスの周波数調整方法を提供することを目的とする。【解決手段】音叉型水晶振動片１の振動腕３１，３２に形成された調整用金属膜Ｗの質量を減じることによって周波数調整を行うものであり、調整用金属膜Ｗの一部を薄肉化または除去することによって周波数の粗調整を行う粗調整工程と、粗調整工程で発生した前記調整用金属膜Ｗからの生成物Ｗ１，Ｗ２の少なくとも一部を薄肉化または除去することによって周波数の微調整を行う微調整工程とを有し、音叉型圧電振動片１が収容される圧電振動デバイスが平面視略矩形であり、その平面視の外形寸法が、長辺が１．６ｍｍ以下で、短辺が１．０ｍｍ以下であり、粗調整工程前において調整用金属膜Ｗの厚みが０．００３ｍｍ〜０.０２０ｍｍである。【選択図】図５

Description

本発明は、電子機器等に用いられる圧電振動デバイスの周波数調整方法に関する。
時計等のクロック源として広く用いられている音叉型水晶振動子は、例えば図８に示す音叉形状の音叉型水晶振動片７（以下、「振動片７」と略記）が、上部が開口した箱状の容器（図示省略）の内部に接合材を介して接合され、前記開口部分を平板状の蓋（図示省略）で気密封止した構造となっている。
前記振動片７は、基部８と、当該基部の一端側から同一方向に伸長する一対の振動腕９，９を備えており、一対の振動腕９，９の各先端側の一主面には周波数調整に用いられる調整用金属膜１０が形成されている。具体的には、一対の振動腕９，９の各先端側の一主面には、１本の振動腕９の外側面と内側面とに形成された励振電極を電気的に接続するための引回し電極１１（振動腕の先端部分の全周に及ぶ）が形成されており、当該引回し電極１１の上に調整用金属膜１０が形成される。なお、図８では引回し電極１１は一部分のみを表示している。
前記音叉型水晶振動子の製造工程には周波数調整工程が存在する。この周波数調整工程について、図８、図９を参照しながら述べる。周波数調整工程は、所定の目標周波数範囲内に振動片の周波数を移行させるために、振動腕９，９の一主面の先端領域に形成された調整用金属膜１０，１０に対してレーザービーム等を照射して、調整用金属膜１０，１０の質量を削減することで周波数を調整する工程である。具体的には、前記周波数調整工程には、周波数の粗調整を行う粗調整工程と、周波数の微調整を行う微調整工程とが存在する。なお、図９では便宜上、振動腕９等を９０度回転させた状態を図示している。
振動片７の発振周波数は調整用金属膜１０の質量を削減することで上昇するが、調整用金属膜１０の領域内においても振動腕９の先端側と、先端側に対して振動腕９の根元方向に離間した部分とでは、質量削減に対する周波数変化量（周波数調整感度）が異なる。つまり、振動腕９の先端側の方が、振動腕９の根元側よりも前記感度が高くなっている（同一の質量では、先端部分の方が、先端部分から離間した部分よりも周波数変化量が大きい）。そのため、図８、図９に示すように、調整用金属膜１０の形成領域を、粗調整領域１０ａと微調整領域１０ｂとに区分し、振動腕９の先端側に位置する粗調整領域１０ａを用いて周波数の粗調整を行った後、振動腕９の根元側に位置する微調整領域１０ｂを用いて周波数の微調整を行う、２段階の調整方法が用いられている。このような調整用金属膜の構成は、例えば特許文献１に開示されている。
特開平１１−１９５９５２号公報
前記調整用金属膜１０をレーザービームを用いて削減（レーザートリミング）する従来例を図９を参照して説明する。まず、粗調整領域１０ａに対して振動腕の一主面の上方からレーザービームを照射するとともに、振動腕９の腕幅と平行な一方向（振動腕９の伸長方向と直交する方向であり、図８では矢印で示す方向）にレーザービームを走査させる。そして、レーザービームを調整用金属膜１０の領域内で、振動腕９の先端側から根元側に向う方向に移動させていく。このとき、粗調整工程における目標周波数範囲に到達するまでレーザービームが走査されるが、粗調整の完了後であっても粗調整領域１０ａの金属膜が全て削減されるとは限らず、一部領域だけが削減されて他の領域は残存した状態となることがある。同様に、微調整領域１０ｂについても、微調整の完了後であっても微調整領域１０ｂの一部領域が残存した状態となることがある。
近年では、音叉型水晶振動子の超小型化によって調整用金属膜１０を形成可能な領域も狭小化しているため、前述した従来の周波数調整方法では、充分な調整領域（調整量）を確保することが困難になってきている。そのため、調整用金属膜１０を厚膜化して金属膜の質量を増大させることによって調整量を確保することが必要になってくる。しかしながら、調整用金属膜１０が厚膜化すると次のような問題が生じてくる。
前述したように周波数調整工程は、まず粗調整工程から始まる。図９に示すように、最初に振動腕９の先端側に向かって照射されたレーザービームは、振動腕９の内部を透過して粗調整領域１０ａの先端側（振動腕９の先端側）へ到達し、溶融・昇華した金属は振動腕９の調整用金属膜１０が形成されている側の主面の下方へ放射状に拡がる。これによって、調整用金属膜１０からの生成物１２（以下、「生成物」と略記）が発生し、当該生成物１２が振動腕９の調整用金属膜１０が形成されていた側の主面の、レーザービームが通過した領域の周辺に付着することになる。
そして次に、走査位置を振動腕９の根元側へ所定ピッチだけ移動させた状態でレーザービームが照射される。このとき、前記所定ピッチは微小であるため、最初のレーザービームの照射によって付着した生成物１２に対して、次の照射によって発生した新たな生成物１２が再付着しやすくなる。以後、走査位置を振動腕９の根元側へ所定ピッチだけ移動させながら、粗調整での目標周波数範囲に到達するまでレーザービームが繰り返し照射される。これにより、図１０に示すように、粗調整領域１０ａの振動腕９の先端側については生成物１２が堆積した状態となる。一方、粗調整領域１０ａの振動腕９の根元側については、レーザービームの照射によって先に付着した生成物１２の一部は除去されていくものの、最終照射位置の周辺においては除去しきれずに残存した生成物１２が付着した状態となる。
このようにして付着した生成物１２は、周波数調整工程後の超音波を用いた洗浄工程によって振動片から脱落することがあり、これにより周波数が大きく変化してしまうことになる。また、厚膜化した調整用金属膜１０に対してレーザービームを照射すると、削減される金属の質量も増大するため、微調整（少量削減）を行うのが困難になってくる。これらにより、周波数調整精度が低下してしまうという問題が生じる。
なお、最初から調整用金属膜１０を厚膜化せずに、通常の厚みの調整用金属膜１０に対してレーザートリミングした後に、再度に金属膜を成膜（厚膜化）し、厚膜化された金属膜に対してレーザービームを照射して質量削減を行うという方法があるが、この場合は再成膜の作業を繰り返し行う必要があり、生産効率の悪化につながってしまう。また、厚膜化した金属膜に対してレーザービームを照射すると、削減される金属の質量も増大するため、微調整（少量削減）を行うのが困難になってくる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、超小型化に対応し、周波数調整精度を低下させることなく周波数調整を行うことができる圧電振動デバイスの周波数調整方法を提供することを目的とするものである。
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、音叉型圧電振動片の振動腕に形成された調整用金属膜の質量を減じることによって周波数調整を行う圧電振動デバイスの周波数調整方法であって、前記調整用金属膜の一部を薄肉化または除去することによって周波数の粗調整を行う粗調整工程と、前記粗調整工程で薄肉化または除去された調整用金属膜からの生成物の少なくとも一部を薄肉化または除去することによって周波数の微調整を行う微調整工程とを有し、前記音叉型圧電振動片が収容される圧電振動デバイスが平面視略矩形であり、その平面視の外形寸法が、長辺が１．６ｍｍ以下で、短辺が１．０ｍｍ以下であり（「１．６ｍｍ×１．０ｍｍサイズの圧電振動デバイス」とする）、前記粗調整工程前において前記調整用金属膜の厚みが０．００３ｍｍ〜０.０２０ｍｍであることを特徴とする。
また、本発明は、音叉型圧電振動片の振動腕に形成された調整用金属膜の質量を減じることによって周波数調整を行う圧電振動デバイスの周波数調整方法であって、前記調整用金属膜の一部を薄肉化または除去することによって周波数の粗調整を行う粗調整工程と、前記粗調整工程で薄肉化または除去された調整用金属膜からの生成物の少なくとも一部を薄肉化または除去することによって周波数の微調整を行う微調整工程と、を有し、前記音叉型圧電振動片が収容される圧電振動デバイスが平面視略矩形であり、その平面視の外形寸法が、長辺が１．２ｍｍ以下で、短辺が１．０ｍｍ以下であり（「１．２ｍｍ×１．０ｍｍサイズの圧電振動デバイス」とする）、前記粗調整工程前において前記調整用金属膜の厚みが０．０１０ｍｍ〜０.０２０ｍｍであることを特徴とする。
上記本発明によれば、超小型の音叉型圧電振動片における周波数調整精度を向上させることができる。これは粗調整工程で薄肉化または除去された調整用金属膜からの生成物の少なくとも一部が、微調整工程において薄肉化または除去されるからである。すなわち、粗調整工程で薄肉化または除去された調整用金属膜からの生成物が微調整工程で薄肉化または除去されるため、周波数調整工程後の洗浄工程で前記生成物の音叉型圧電振動片からの脱落量を減少させることができるからである。なお、「調整用金属膜からの生成物」とは、調整用金属膜から溶融・昇華した金属粒子が堆積したものである。
また、上記本発明によれば、前記外形寸法のような超小型の圧電振動デバイスにおいて、厚膜状態の調整用金属膜を有する音叉型圧電振動片の周波数調整精度を向上させることができる。なお、本発明において、前記１．６ｍｍ×１．０ｍｍサイズの圧電振動デバイスでは、調整用金属膜の厚みが０．００３ｍｍ〜０.０２０ｍｍ（前記１．２ｍｍ×１．０ｍｍサイズの圧電振動デバイスでは、調整用金属膜の厚みが０．０１０ｍｍ〜０.０２０ｍｍ）の場合を厚膜状態と表現し、従来の厚みと区別している。
前記１．６ｍｍ×１．０ｍｍサイズの圧電振動デバイスにおいて、調整用金属膜の厚みが０．００３ｍｍ以下の場合、前記生成物の発生量は、調整用金属膜の厚みが０．００３ｍｍ以上のときに比べて少なくなるため、付着した生成物が洗浄工程で振動片から脱落して周波数が大きく変化してしまうことがない。しかし、調整用金属膜の厚みが０．００３ｍｍ以下の場合は、粗調整工程後の微調整の量（微調整量）を確保できなくなる虞がある。この場合、厚膜状態で残存している調整用金属膜にレーザービームを照射して、不足する調整量を補う必要が生じてくる。
これに対して前記調整用金属膜の厚みが０．００３ｍｍ〜０.０２０ｍｍの場合、生成物の量が微調整に利用することができる程度に発生するため、微調整の量を確保できる。さらに、生成物を微調整に利用することによって、粗調整工程で使用されなかった厚膜状態の調整用金属膜にレーザービームを照射する必要が無くなる。これにより、周波数調整精度が低下してしまうのを防止することができる。
同様に、前記１．２ｍｍ×１．０ｍｍサイズの圧電振動デバイスにおいても、調整用金属膜の厚みが０．０１０ｍｍ以下の場合、前記生成物の発生量は、調整用金属膜の厚みが０．０１０ｍｍ以上のときに比べて少なくなるため、付着した生成物が洗浄工程で振動片から脱落して周波数が大きく変化してしまうことがない。しかし、調整用金属膜の厚みが０．０１０ｍｍ以下の場合は、粗調整工程後の微調整の量（微調整量）を確保できなくなる虞がある。この場合、厚膜状態で残存している調整用金属膜にレーザービームを照射して、不足する調整量を補う必要が生じてくる。
これに対して前記調整用金属膜の厚みが０．０１０ｍｍ〜０.０２０ｍｍ以上の場合、生成物の量が微調整に利用することができる程度に発生するため、微調整の量を確保できる。さらに、生成物を微調整に利用することによって、粗調整工程で使用されなかった厚膜状態の調整用金属膜にレーザービームを照射する必要が無くなる。これにより、周波数調整精度が低下してしまうのを防止することができる。
また、上記本発明において、前記微調整工程では、前記調整用金属膜からの生成物の振動腕の先端側の端縁から振動腕の根元側に向かって、前記生成物が薄肉化または除去されることを特徴とする。
上記本発明によれば、効率的な周波数の微調整を行うことができる。これは調整用金属膜からの生成物の領域のうち、最大の調整量が得られる位置から微調整が開始されるからである。つまり、前記生成物が付着した領域のうち、最も周波数調整感度が高い位置である振動腕の先端側の端縁が、確実に薄肉化または除去されるからである。当該方法は、特に微調整工程における目標周波数範囲までの調整量が比較的多い場合に好適である。
また、上記本発明において、前記微調整工程では、前記調整用金属膜からの生成物の振動腕の先端側の端縁に対して振動腕の根元方向に離間した位置から、振動腕の根元側に向かって、前記生成物が薄肉化または除去されることを特徴とする。
上記本発明によれば、効率的な周波数の微調整を行うことができる。これは前記生成物が付着した領域のうち、周波数調整感度が振動腕の先端側よりも相対的に低い位置である振動腕の先端側の端縁から離間した位置から、生成物の薄肉化または除去が開始されるからである。すなわち、前記生成物の領域の端縁ではなく、途中の位置から微調整が開始されるため、微調整工程における目標周波数範囲までの調整量が比較的少ない場合に効率的な周波数の調整を行うことができる。
以上のように、本発明によれば、超小型化に対応し、周波数調整精度を低下させることなく周波数調整を行うことができる圧電振動デバイスの周波数調整方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係る音叉型水晶振動片の集合体の平面模式図である。 本発明の実施形態に係る音叉型水晶振動片の一主面側の平面模式図である。 本発明の実施形態に係る音叉型水晶振動片の他主面側の平面模式図である。 本発明の実施形態に係る粗調整工程前の音叉型水晶振動片の部分拡大図である。 本発明の実施形態に係る粗調整工程後の音叉型水晶振動片の部分拡大図である。 本発明の実施形態に係る微調整工程後の音叉型水晶振動片の部分拡大図である。 本発明の実施形態の変形例を示す微調整工程後の音叉型水晶振動片の部分拡大図である。 従来の音叉型水晶振動片の周波数調整を表す音叉型水晶振動片の平面模式図である。 図８のＡ−Ａ線における断面模式図である。 従来の音叉型水晶振動片の粗調整工程後の状態を表す断面模式図である。
以下、本発明の実施形態を音叉型水晶振動子を例として挙げ、周波数調整工程を中心に説明する。本実施形態における音叉型水晶振動子（以下、「水晶振動子」と略記）は、略直方体状のパッケージからなる表面実装型の水晶振動子である。本実施形態では、その平面視の外形寸法は長辺が１．６ｍｍ、短辺が１．０ｍｍとなっている。水晶振動子の平面視の外形寸法は前記寸法に限定されるものではなく、これよりも小さな外形寸法であっても適用可能である。例えば、水晶振動子の平面視の外形寸法が長辺が１．２ｍｍ、短辺が１．０ｍｍであってもよい。
水晶振動子１００（図２参照）は、凹部を備えた絶縁材料から成る容器１０１（図２参照）の内部に、音叉型水晶振動片（以下、「振動片」と略記）が金属バンプ等の接合材を介して接合され、前記凹部の周縁部に封止材を介して蓋体が接合されることによって振動片が気密封止される構成となっている。本実施形態では水晶振動子の公称周波数は３２．７６８ｋＨｚとなっている。
図１に示すように、振動片１は、基部２と一対の振動腕３１，３２と突出部４とから構成されている。この振動片１は、平面視矩形状の１枚の水晶ウエハ１０（以下、ウエハと略）から、多数個が一括同時に成形される。なお、図１では各振動片１の基部２に穿孔される貫通孔や、振動腕３１，３２の表裏主面に形成される溝や、振動腕３１，３２および基部２に形成される各種電極の記載は省略し、振動片１の外形のみを表示している。
図２は振動片１の表面（１ａ）側から見た平面模式図を、図３は振動片の裏面（１ｂ）側から見た平面模式図をそれぞれ表している。なお、説明の便宜上、振動片１の対向する２つの主面（１ａ，１ｂ）のうち、容器１０１に搭載される際に容器１０１内に設けられた電極パッドと対面する側の主面を裏面１ｂとし、当該裏面に対向する反対側の主面を表面１ａとして説明する。
図２、図３に示すように、振動片１は、基部２と、基部２の一端側２１から同一方向に伸長する一対の振動腕３１，３２と、基部２の他端側２２の一側面から基部２の幅方向（図２、図３で符号Ｘで示す軸方向）の一方に向かって突出した突出部４とから成っている。
前記一対の振動腕３１，３２の各々の先端側には、振動腕３１，３２の腕幅（振動腕３１，３２の伸長方向に対して直交する方向における腕の寸法）よりも幅広となる幅広部３３，３３が形成されている。幅広部３３，３３は、振動腕３１，３２の伸長方向に向かって漸次拡幅する拡幅部（符号省略）を介して、振動腕３１，３２の先端部分と一体で成形されている。振動腕３１，３２と拡幅部と幅広部３３，３３は、対向する一対の主面１ａ，１ｂと対向する一対の側面（符号省略）を有している。
一対の振動腕３１，３２の各々の表裏主面には、等価直列抵抗値（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ；以下、「ＣＩ値」と略記）をより低下させる目的で、長溝Ｇが互いに対向するように形成されている。
基部２には、他端側２２側が一端側２１側よりも基部２の幅が狭くなる縮幅部２３が形成されている。この縮幅部２３の一側面には前述した突出部４が形成されている。この突出部４と基部２とによって、平面視では直角に折れ曲がったアルファベットの「Ｌ」字状の部位が形成されている。なお、振動片１は本実施形態における形状に限定されるものではない。例えば前記突出部４が、基部２の一側面だけでなく基部２の他側面（前記一側面と対向する側面）から突出した形状、つまり、突出部４が基部２の両外側に各々突出した形状であってもよい。あるいは、前記突出部４が、基部２から両外側に突出した後、振動腕３１，３２の伸長方向に向きを変えて、互いに平行に伸長する左右対称の形状であってもよい。また、基部２に突出部４が形成されていない形状であってもよい。
前述した水晶振動片の外形や溝は、１枚の水晶ウエハからフォトリソグラフィ技術とウェットエッチング（水晶を化学的に溶解させるエッチング液を用いた湿式エッチング）を用いて一括同時に成形される。
振動片１には、異電位で構成された第１の励振電極５１および第２の励振電極５２と、第１の励振電極５１と第２の励振電極５２の各々から引回し電極（後述）を経由して引き出された引出電極５３，５４とが形成されている。
また、第１および第２の励振電極５１，５２は、一対の振動腕３１，３２の長溝Ｇ，Ｇの内部の全体に及んで形成されている。前記長溝Ｇを形成することにより、振動片１を小型化しても一対の振動腕３１，３２の振動漏れが抑制され、良好なＣＩ値を得ることができる。
第１の励振電極５１は、一方の振動腕３１の表裏主面と、スルーホールＨ１（貫通孔の内壁面に金属膜が被着されたもの）を介して、他方の振動腕３２の外側面と内側面とに形成されている。同様に、第２の励振電極５２は、他方の振動腕３２の表裏主面と、スルーホールＨ２を介して、一方の振動腕３１の外側面と内側面とに形成されている。なお、本実施形態では、スルーホールを介して基部２の表裏の引出電極の間の電気的接続を行っているが、スルーホールを形成せずに、一対の振動腕３１，３２の基部２との各付け根の間の領域を経由して基部２の表裏の引出電極の間の電気的接続を行ってもよい。
引出電極５３，５４は基部２および突出部４（裏面１ｂのみ）に形成されている。基部２に形成された引出電極５３により、他方の振動腕３２の外側面と内側面の各々に形成された第１の励振電極５１と、スルーホールＨ１を経由して、一方の振動腕３１の表裏主面に形成された第１の励振電極５１と接続されている。同様に、基部２に形成された引出電極５４により、一方の振動腕３１の外側面と内側面の各々に形成された第２の励振電極５２と、スルーホールＨ２を経由して、他方の振動腕３２の表裏主面に形成された第２の励振電極５２と接続されている。
引出電極５３，５４は、振動片１の表面１ａにおいては基部２の一端側２１から縮幅部２３まで引き出されている。一方、引出電極５３，５４は、振動片１の裏面１ｂにおいては他端側２２および突出部４の先端側まで引き出されている。そして、図３に示すように、振動片１の裏面１ｂにおける基部２の他端側２２の領域と突出部４の先端側の各領域とは、水晶振動子１００の容器１０１の内部に設けられた一対の電極パッドと各々電気機械的に接続される接続電極５３１，５４１となっている。
図３に示すように、２つの接続電極５３１，５４１の各々の上面には、導電性の接合材６１，６２が各々形成されている。本実施形態では接合材６１，６２は、電解めっき法によって形成された、めっきバンプとなっている。そして、振動片１と一対の電極パッドとの導電接合は、ＦＣＢ法（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）によって行われている。
幅広部３３，３３を構成する一対の主面と一対の側面の全ての面には、引回し電極（符号省略）が各々形成されている。この引回し電極は、幅広部３３の全周と、拡幅部の一部の全周（一対の主面と一対の側面）とに形成されている。
前述した第１および第２の励振電極５１，５２や引出電極５３，５４、引回し電極（符号省略）は、水晶基材上にクロム（Ｃｒ）層が形成され、このクロム層の上に金（Ａｕ）層が積層された層構成となっている。なお、前記各種電極の層構成は、クロム層の上に金層が形成された層構成に限らず、他の層構成であってもよい。
第１および第２の励振電極５１，５２と引出電極５３，５４や引回し電極は、真空蒸着法やスパッタリング等によって水晶ウエハの主面全体に成膜された後、フォトリソグラフィ技術とメタルエッチングによって所望のパターンに一括同時に成形されている。
図２に示すように、本発明の実施形態では幅広部３３を構成する面のうち、一主面のみ（表面１ａ）に調整用金属膜Ｗ（周波数調整用錘）が電解めっき法によって形成されている。この調整用金属膜Ｗの質量を、レーザービームやイオンビーム等のビーム照射によって削減することによって振動片１の周波数が調整される。なお、本実施形態では調整用金属膜Ｗは幅広部３３を構成する面のうち、一主面のみに形成されている例を示しているが、調整用金属膜Ｗが幅広部３３を構成する面のうち、一主面と当該主面に対向する他主面の両方に形成されていてもよい。
本実施形態では調整用金属膜Ｗは、幅広部３３，３３の主面の引回し電極よりも平面視における面積が一回り小さく形成されている。なお、調整用金属膜Ｗを幅広部３３，３３の主面の引回し電極と平面視で略同一の面積で形成してもよい。本実施形態における振動片１は超小型であるため、これより大きなサイズの振動片１で形成される調整用金属膜Ｗに比べて厚膜状態（０．００３ｍｍ以上）で形成されている。具体的には、本実施形態では調整用金属膜Ｗの厚みは０．００５ｍｍとなっている。本実施形態では、厚膜状態の調整用金属膜Ｗを電解めっき法によって形成しているが、スパッタリングや蒸着法によって形成してもよい。
ウエハ１０内の多数個の振動片１，１，・・・，１の発振周波数は、各振動片１に励振電極等の各種電極が付加されることによって、各種電極を付加する前の周波数よりも低下する。そして、調整用金属膜Ｗが幅広部３３の一主面側に成膜されることによって、さらに周波数が低下する。なお、本発明の実施形態では、調整用金属膜Ｗは周波数調整前の段階において従来のように粗調整領域と微調整領域とに明確に区画化されていない。
次に、本発明の実施形態に係る振動片１の周波数調整工程について説明する。
−粗調整工程−
粗調整工程は、調整用金属膜Ｗの一部を薄肉化または除去することによって周波数の粗調整を行う工程である。本実施形態における粗調整工程は、図４に示すように、幅広部３３の先端部よりも外側（図４において幅広部３３の上方）からレーザービームＬの照射を開始し始めている。具体的には、幅広部３３の先端部から振動腕３１，３２の伸長方向に離間した外方を起点として、レーザービームＬを振動腕の腕幅方向（図４における右向き矢印）に走査させながら、振動腕３１，３２の根元側（図４における下向き矢印）に向かって所定ピッチで移動させている。このようにレーザービームＬの照射位置を移動させていくことによって、調整用金属膜Ｗを薄肉化または除去する。図４では、粗調整が行われた領域を「ＲＡ」で表示している。なお、「除去」は、調整用金属膜Ｗの厚み方向において、電極または水晶素地が露出するように調整用金属膜Ｗの質量を削減することを意味する。また、「薄肉化」は、調整用金属膜Ｗの厚み方向において、電極または水晶素地が露出せずに調整用金属膜Ｗの一部が残存するように調整用金属膜Ｗの質量を削減することを意味する。
このように、幅広部３３の先端部よりも外側からレーザービームＬの照射を開始することによって、レーザービームＬをより確実に調整用金属膜Ｗの振動腕３１，３２の先端側の端縁に照射することができる。これにより、効率的な粗調整を行うことができる。
本実施形態における粗調整工程ではレーザービームＬの照射の起点を、幅広部３３の先端部よりも外側としたが、粗調整工程におけるレーザービームＬの照射の起点は当該位置に限定されるものではない。例えば、振動腕３１，３２の先端部分または調整用金属膜Ｗの振動腕３１，３２の先端側の端縁をレーザービームＬの照射の起点としてもよい。
本実施形態ではレーザーとしてグリーンレーザー（波長５３２ｎｍ）が使用されている。グリーンレーザーは本実施形態で使用されている電極材料（金）に対して吸収率が高く、ビーム径を小さく絞ることができるため微細加工に適している、また、グリーンレーザーは水晶のような透明体の内部を透過するため、振動片１に形成された電極のレーザートリミングに好適である。
粗調整工程が終了した後の状態を図５に示す。粗調整工程においてレーザートリミングされた領域の調整用金属膜Ｗは、レーザービームＬの熱によって溶融・昇華し、この溶融・昇華した金属粒子が堆積した、調整用金属膜Ｗからの生成物（以下、「生成物」と略記）であるＷ１，Ｗ２が発生している。この生成物Ｗ１，Ｗ２は粗調整工程前の調整用金属膜Ｗの形成領域に対して、粗調整工程後には前記調整用金属膜Ｗの形成領域外にまで、その一部が及んだ状態となっている。具体的には元の調整用金属膜Ｗの形成領域に対して、振動腕３１，３２の先端側に外れた領域まで及んでいる。
生成物Ｗ２は生成物Ｗ１よりもその厚みが薄い領域となっている。このように、振動腕３１，３２の先端側に厚肉領域である生成物Ｗ１が生じ、生成物Ｗ１に対して振動腕３１，３２の根元側に薄肉領域である生成物Ｗ２が生じているのは、レーザービームＬを振動腕３１，３２の先端側を起点として振動腕３１，３２の腕幅方向に走査させ、これを振動腕３１，３２の根元方向に移動させながらトリミングを行っていることによるものである。なお、本実施形態では調整用金属膜Ｗからの生成物をＷ１とＷ２の２つの領域で表しているが、これは一例であり、必ずしも前記生成物Ｗ１，Ｗ２が厚肉の領域と薄肉の領域に明確に分類できる状態のものでなくてもよい。なお、図５において白抜き表示している領域は、レーザートリミングによって水晶素地が露出した領域を表している。
本発明に係る周波数調整方法によれば、効率的な周波数の微調整を行うことができる。これは調整用金属膜Ｗの振動腕３１，３２の先端側を起点としてレーザービームＬを照射するため、質量削減に対する周波数変化量の多い振動腕３１，３２の先端側へ、より多くの生成物Ｗ１，Ｗ２を付着させることができるからである。つまり、前記生成物Ｗ１，Ｗ２が付着した領域のうち、振動腕３１，３２の先端側に近い領域を利用することで効率的な微調整を行うことができる。当該方法は特に微調整工程における目標周波数範囲までの調整量が多い場合に好適である。
−微調整工程−
微調整工程は、粗調整工程で発生した生成物Ｗ１，Ｗ２の少なくとも一部を薄肉化または除去することによって周波数の微調整を行う工程である。本実施形態における微調整工程では、図５に示すように、生成物Ｗ１の振動腕３１，３２の先端側の端縁から振動腕３１，３２の伸長方向に離間した位置からレーザービームＬを振動腕３１，３２の腕幅方向（図５における右向き矢印）に走査させながら、振動腕３１，３２の根元側（図５における下向き矢印）に向かって所定ピッチで移動させている。このようにレーザービームＬの照射位置を移動させていくことによって、生成物Ｗ１の少なくとも一部を薄肉化または除去していく。なお、「除去」は、生成物Ｗ１，Ｗ２の厚み方向において、電極または水晶素地が露出するように生成物Ｗ１，Ｗ２の質量を削減することを意味する。「薄肉化」は、生成物Ｗ１，Ｗ２の厚み方向において、電極または水晶素地が露出せずに生成物Ｗ１，Ｗ２の一部が残存するように生成物Ｗ１，Ｗ２の質量を削減することを意味する。
このように、生成物Ｗ１の振動腕３１，３２の先端側の端縁から、振動腕３１，３２の先端側に離間した位置からレーザービームＬの照射を開始することによって、レーザービームＬをより確実に生成物Ｗ１の振動腕３１，３２の先端側の端縁に照射することができる。
本実施形態では、図５に示すように、微調整は、粗調整工程で発生した調整用金属膜Ｗからの生成物Ｗ１，Ｗ２が付着した領域内（ＦＡ）のみにおいて行われる。そして、レーザービームＬは調整用金属膜Ｗの粗調整工程で薄肉化または除去されずに残存した領域に対しては照射されない。具体的には、微調整は、図５において「ＦＡ」で示す、生成物Ｗ１，Ｗ２が付着した領域内（生成物Ｗ１，Ｗ２が付着した領域の、振動腕３１，３２の伸長方向における最も腕先側の位置から、最も振動腕３１，３２の根元側の位置までの範囲）のみにおいて微調整が行われている。微調整工程が終了した後の状態は図６に示す。図６は微調整工程を経ることによって、生成物Ｗ１の一部（振動腕３１，３２の先端側）が除去された状態になっていることを表している。
上記微調整工程によれば、効率的な周波数の微調整を行うことができる。これは調整用金属膜Ｗからの生成物の領域（Ｗ１，Ｗ２）のうち、最大の調整量が得られる位置（Ｗ１の腕先側）から微調整が開始されるからである。つまり、前記生成物が付着した領域（Ｗ１，Ｗ２）のうち、最も周波数調整感度が高い位置である振動腕３１，３２の先端側の端縁（Ｗ１の腕先側の端縁）が、確実に薄肉化または除去されるからである。当該方法は、特に微調整工程における目標周波数範囲までの調整量が比較的多い場合に好適である。
なお、前記微調整工程において、調整用金属膜Ｗからの生成物Ｗ１，Ｗ２の振動腕３１，３２の先端側の端縁に対して振動腕３１，３２の根元方向に離間した位置から、振動腕３１，３２の根元側に向かって、生成物Ｗ１，Ｗ２が薄肉化または除去されるようにしてもよい。この場合、効率的な周波数の微調整を行うことができる。これは前記生成物Ｗ１，Ｗ２が付着した領域のうち、周波数調整感度が振動腕３１，３２の先端側よりも相対的に低い位置である振動腕３１，３２の先端側の端縁から離間した位置（生成物Ｗ１，Ｗ２の途中の位置）から、生成物Ｗ１，Ｗ２の薄肉化または除去が開始されるため、微調整工程における目標周波数範囲までの調整量が比較的少ない場合に効率的な周波数の調整を行うことができる。
また、上記微調整工程によれば、調整用金属膜Ｗのうち粗調整工程で使用されなかった部分については、微調整工程でもレーザービームＬが照射されないため、周波数調整精度を低下させることなく周波数調整を行うことができる。これは、厚膜状態のままで残存している調整用金属膜Ｗ（粗調整工程で使用されなかった部分）にレーザービームＬを照射することで、周波数調整感度よりも厚みの影響の方が支配的となって周波数調整精度が低下してしまうのを防止することができるからである。
本発明の実施形態によれば、超小型の音叉型水晶振動子において、厚膜状態の調整用金属膜Ｗを有する振動片１の周波数調整精度を向上させることができる。これは超小型の音叉型水晶振動子において、調整用金属膜Ｗの厚みが０．００３ｍｍ以下の場合、生成物Ｗ１，Ｗ２の発生量は、調整用金属膜Ｗの厚みが０．００３ｍｍ以上のときに比べて少なくなるため、付着した生成物Ｗ１，Ｗ２が洗浄工程で振動片１から脱落して周波数が大きく変化してしまうことがない。しかし、調整用金属膜Ｗの厚みが０．００３ｍｍ以下の場合は、粗調整工程後の微調整の量を確保できなくなる虞がある。この場合、厚膜状態で残存している調整用金属膜ＷにレーザービームＬを照射して、不足する調整量を補う必要が生じてくる。
これに対して調整用金属膜Ｗの厚みが０．００３ｍｍ以上の場合、生成物Ｗ１，Ｗ２の量が微調整に利用することができる程度に発生するため、微調整の量を確保できる。さらに、生成物Ｗ１，Ｗ２を微調整に利用することによって、粗調整工程で使用されなかった厚膜状態の調整用金属膜ＷにレーザービームＬを照射する必要が無くなる。これにより、周波数調整精度が低下してしまうのを防止することができる。なお、調整用金属膜Ｗの厚みの上限値は、レーザービームＬのビーム径を考慮すると、０．０２０ｍｍであり、より好ましくは、０．０１５ｍｍである。したがって、調整用金属膜Ｗの厚みは、好ましくは、０．００３ｍｍ〜０.０２０ｍｍであり、より好ましくは、０．００３ｍｍ〜０.０１５ｍｍである。また、調整用金属膜Ｗが幅広部３３の一主面と他主面の両方に形成される場合、幅広部３３の一主面に形成された調整用金属膜Ｗの厚みと、幅広部３３の他主面に形成された調整用金属膜Ｗの厚みの合計が、０．００３ｍｍ以上であることが好ましい。
上述したように、水晶振動子１００の平面視の外形寸法が、長辺が１．６ｍｍ以下で、短辺が１．０ｍｍ以下である場合には（「１．６ｍｍ×１．０ｍｍサイズの水晶振動子」とする）、調整用金属膜Ｗの厚みが０．００３ｍｍ以上であることが好ましい。しかし、さらに小型化された水晶振動子１００の場合には、調整用金属膜Ｗの厚みを次のように設定することが好ましい。すなわち、水晶振動子１００の平面視の外形寸法が、長辺が１．２ｍｍ以下で、短辺が１．０ｍｍ以下である場合には（「１．２ｍｍ×１．０ｍｍサイズの水晶振動子」とする）、調整用金属膜Ｗの厚みが０．０１０ｍｍ以上であることが好ましい。
こうすれば、１．２ｍｍ×１．０ｍｍサイズの水晶振動子１００において、上述した１．６ｍｍ×１．０ｍｍサイズの水晶振動子１００の場合と同様、調整用金属膜Ｗを有する振動片１の周波数調整精度を向上させることができる。つまり、１．２ｍｍ×１．０ｍｍサイズの水晶振動子１００では、調整用金属膜Ｗの厚みが０．０１０ｍｍ以下の場合、生成物Ｗ１，Ｗ２の発生量は、調整用金属膜Ｗの厚みが０．０１０ｍｍ以上のときに比べて少なくなるため、付着した生成物Ｗ１，Ｗ２が洗浄工程で振動片１から脱落して周波数が大きく変化してしまうことがない。しかし、調整用金属膜Ｗの厚みが０．０１０ｍｍ以下の場合は、粗調整工程後の微調整の量を確保できなくなる虞がある。この場合、厚膜状態で残存している調整用金属膜ＷにレーザービームＬを照射して、不足する調整量を補う必要が生じてくる。
これに対して、１．２ｍｍ×１．０ｍｍサイズの水晶振動子１００において、調整用金属膜Ｗの厚みが０．０１０ｍｍ以上の場合、生成物Ｗ１，Ｗ２の量が微調整に利用することができる程度に発生するため、微調整の量を確保できる。さらに、生成物Ｗ１，Ｗ２を微調整に利用することによって、粗調整工程で使用されなかった厚膜状態の調整用金属膜ＷにレーザービームＬを照射する必要が無くなる。これにより、周波数調整精度が低下してしまうのを防止することができる。なお、調整用金属膜Ｗの厚みの上限値は、レーザービームＬのビーム径を考慮すると、０．０２０ｍｍであり、より好ましくは、０．０１５ｍｍである。したがって、調整用金属膜Ｗの厚みは、好ましくは、０．０１０ｍｍ〜０.０２０ｍｍであり、より好ましくは、０．０１０ｍｍ〜０.０１５ｍｍである。また、上述した１．６ｍｍ×１．０ｍｍサイズの水晶振動子１００の場合と同様、調整用金属膜Ｗが幅広部３３の一主面と他主面の両方に形成される場合、幅広部３３の一主面に形成された調整用金属膜Ｗの厚みと、幅広部３３の他主面に形成された調整用金属膜Ｗの厚みの合計が、０．０１０ｍｍ以上であることが好ましい。
本発明の実施形態における微調整工程では、調整用金属膜Ｗからの生成物Ｗ１，Ｗ２のうち、生成物Ｗ１のみに対してレーザービームＬが照射されているが、図７に示す本発明の実施形態の変形例のように、生成物Ｗ１と生成物Ｗ２の両方をレーザービームＬの照射対象とし、生成物Ｗ１の全領域と生成物Ｗ２の一部（例示として図７では振動腕の先端側の領域）とが薄肉化または除去されていてもよい。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
上記実施形態では、圧電振動デバイスの一例として、音叉型水晶振動子を挙げたが、これに限らず、その他の圧電振動デバイス（例えば、音叉型水晶発振器等）に対しても、本発明を適用することは可能である。
この出願は、２０１６年１０月３１日に日本で出願された特願２０１６−２１３５５２号に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
圧電振動デバイスの量産に適用できる。
１ 音叉型水晶振動片
２ 基部
３１，３２ 振動腕
Ｗ 調整用金属膜
Ｗ１，Ｗ２ 調整用金属膜からの生成物

Claims (4)

  1. 音叉型圧電振動片の振動腕に形成された調整用金属膜の質量を減じることによって周波数調整を行う圧電振動デバイスの周波数調整方法であって、
    前記調整用金属膜の一部を薄肉化または除去することによって周波数の粗調整を行う粗調整工程と、
    前記粗調整工程で薄肉化または除去された調整用金属膜からの生成物の少なくとも一部を薄肉化または除去することによって周波数の微調整を行う微調整工程と、を有し、
    前記音叉型圧電振動片が収容される圧電振動デバイスが平面視略矩形であり、その平面視の外形寸法が、長辺が１．６ｍｍ以下で、短辺が１．０ｍｍ以下であり、
    前記粗調整工程前において前記調整用金属膜の厚みが０．００３ｍｍ〜０.０２０ｍｍであることを特徴とする圧電振動デバイスの周波数調整方法。
  2. 音叉型圧電振動片の振動腕に形成された調整用金属膜の質量を減じることによって周波数調整を行う圧電振動デバイスの周波数調整方法であって、
    前記調整用金属膜の一部を薄肉化または除去することによって周波数の粗調整を行う粗調整工程と、
    前記粗調整工程で薄肉化または除去された調整用金属膜からの生成物の少なくとも一部を薄肉化または除去することによって周波数の微調整を行う微調整工程と、を有し、
    前記音叉型圧電振動片が収容される圧電振動デバイスが平面視略矩形であり、その平面視の外形寸法が、長辺が１．２ｍｍ以下で、短辺が１．０ｍｍ以下であり、
    前記粗調整工程前において前記調整用金属膜の厚みが０．０１０ｍｍ〜０.０２０ｍｍであることを特徴とする圧電振動デバイスの周波数調整方法。
  3. 請求項１または２に記載の圧電振動デバイスの周波数調整方法において、
    前記微調整工程では、前記調整用金属膜からの生成物の振動腕の先端側の端縁から振動腕の根元側に向かって、前記生成物が薄肉化または除去されることを特徴とする圧電振動デバイスの周波数調整方法。
  4. 請求項１または２に記載の圧電振動デバイスの周波数調整方法において、
    前記微調整工程では、前記調整用金属膜からの生成物の振動腕の先端側の端縁に対して振動腕の根元方向に離間した位置から振動腕の根元側に向かって、前記生成物が薄肉化または除去されることを特徴とする圧電振動デバイスの周波数調整方法。
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