JP4106540B2 - 水晶デバイス、水晶振動片、水晶振動片の製造方法、水晶デバイスを利用した携帯電話装置ならびに水晶デバイスを利用した電子機器 - Google Patents

水晶デバイス、水晶振動片、水晶振動片の製造方法、水晶デバイスを利用した携帯電話装置ならびに水晶デバイスを利用した電子機器 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動片をパッケージに収容した水晶デバイスと、その製造方法ならびに、このような水晶デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
HDD(ハード・ディスク・ドライブ)、モバイルコンピュータ、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において、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスが広く使用されている。
図19ないし図21は、このような水晶デバイスに利用される水晶振動片の形成工程を示す概略工程図である。
【0003】
図19ないし図21の各図は、左側に、概略斜視図を、右側に左側の図のA−A線で切断した切断端面だけを示す切断端面図を配置して示している。
図19(a)において、水晶のウエハから、例えば、ひとつの振動片を形成するための水晶片1を形成する。この場合、水晶片1は、矩形状の水晶片を形成した場合を示している。
【0004】
図19(b)において、水晶片1の表面全体には、金属蒸着や、スパッタリングの手法により、例えば、下地層としてのニッケル膜の上に、金を被覆した電極膜2が形成される。
この電極膜2は、水晶振動片を適切に駆動するために、駆動電圧を印加した際、水晶振動片を適切に振動させるような電界を生じる形状に分離させる必要がある。
【0005】
そこで、フォトエッチングにより、水晶振動片の駆動に適した電極形態を形成する。つまり、図19(c)に示すように、電極膜2を設けた水晶片1の表面全体にレジスト3を塗布する。
次に、図20(d)に示すように、形成すべき電極形態に対応して、部分4a,4b,4cのように区分されたマスク部材を配置し、矢印で示すように、上面及び下面から光を照射して、マスク部材から露出したレジスト3a,3aを感光させる。
次いで、図20(e)に示すように、感光したレジスト3a,3aを除去する。これにより、レジスト3a,3aを除去した部分には、電極膜2a,2aが露出する。
【0006】
次に、図20(f)に示すように、露出した電極膜2a,2aの部分をエッチングして、水晶材料1a,1aを露出する。続いて、レジスト3,3,3を除去すると、図21(g)に示すように、水晶片1の上面と下面(図示せず)には、電極膜2が、部分2a,2b,2cに分離された状態で形成される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構造の水晶振動片5では、電極膜2の区分された部分2a,2b,2cについて、正と負の異なる極に分けて利用しようとしても、水晶振動片5の電極膜2は、側面部では、部分2d及び部分2eによって、上記した部分2a,2b,2cが互いに接続されてしまう。
【0008】
つまり、上述のようなフォトエッチング工程では、水晶片1の側面部を露光することができないので、水晶片1の側面部に形成された電極膜2は、分離できないことから、さらに、次のような工程の工夫を必要とする。
【0009】
例えば、図22の第1の工程例では、水晶片1に対して、電極膜を形成する前に、水晶片1の側面部の電極膜を分離したい箇所に、マスク部材6,6,6を配置し、この状態で電極膜を形成する。これにより、予め側面部において、電極膜が形成されない部分を設け、図21の水晶振動片5を形成した際に、電極膜2の部分2a,2b,2cを互いに分離した形態とすることができる。
【0010】
また、図23の第2の工程例では、側面部に突起もしくは凸部8,8,8を形成した水晶片7を用意している。
このような水晶片7を用いて、図19ないし図21と同じフォトエッチング工程により、電極膜を形成する。そして、最後に、各突起もしくは凸部8,8,8の折り取り線8a,8b,8cに沿って、これらの突起もしくは凸部8,8,8を折り取ると、図21の水晶振動片5を形成した際に、電極膜2の部分2a,2b,2cを互いに分離した形態とすることができる。
【0011】
ところが、図22の第1の工程例によると、電極膜2の形成前に、各マスク部材6,6,6を配置しなければならないため、工程が煩雑になると共に、電極の分離箇所毎に、個別のマスク部材を配置するために、微細な形態の電極膜を形成しようとする場合には、不向きできある。
【0012】
また、図23の第2の工程例によると、各突起もしくは凸部8,8,8の折り取り線8a,8b,8cに沿って、これらの突起もしくは凸部8,8,8を折り取る作業が増えて、煩雑であると共に、折り取り面が不揃いとなることから、水晶振動片の特性に悪影響を与えるおそれがある。
【0013】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、製造工程を煩雑にすることなく、また、水晶振動片の特性に影響を与えずに、微細な形態の電極を形成することができる水晶デバイスと、その製造方法、および水晶デバイスを利用した携帯電話装置ならびに電子機器を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスであって、前記水晶振動片が、枠付きの音叉型振動片であって、枠体と、該枠体の内側に形成されている基部と、該基部から延びており、第1、第2の励振電極に印加される駆動電圧によって振動する振動腕と、前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面とを有し、前記振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体で形成されており、 前記第1、第2の励振電極はそれぞれ、前記水晶振動片の表面部および側面部に形成された電極膜からなり、前記傾斜面に前記電極膜を分離する電極分離領域が形成されている、水晶デバイスにより、達成される。
【0015】
請求項1の構成によれば、水晶振動片の側面部には、この水晶振動片に形成される電極が、電気的に分離されるべき領域に傾斜面が形成されている。このため、水晶材料を個々の振動片の形態に加工して、必要な電極を形成するに際して、その表面の全面に電極膜を形成し、フォトリソグラフィを利用して、エッチングにより電極形状を形成する場合において、水晶片の側面部となる部分の前記傾斜面とした箇所にも、露光の際の光を当てることができる。このため、例えば、前記傾斜面の表面のレジストを感光させて除去できることから、当該傾斜面の電極膜をエッチングで取り去ることが可能となる。これにより、電極の形成工程におけるエッチング作業において、電気的に分離されるべき領域に電極膜を残してしまうことがなく、電極の形状の形成と同時に、電気的に分離されるべき領域の電極膜を同時に除去できる。このため特別な工程を必要としないので、工程が煩雑になることがなく、また、当該領域に部分的なマスク部材等を配置する必要もないので、電極の形状を形成するのと同じ精度で、必要に応じて、微細な分離領域を形成することができる。
ここで、前記傾斜面により分離される電極には、水晶振動片を駆動するための電極や、水晶振動片の振動または変位に基づいて生じる信号を取り出すための電極等の振動片の表面に形成される全ての電極を含むものである。
【0016】
本発明はさらに、前記側面部の延びる方向をTDRとし、このTDRが、前記水晶振動片の電気軸(+X軸)と一致する方向に沿った領域に、前記切欠き窓部が形成されていることを特徴とする。
【0017】
請求項2の構成によれば、前記水晶振動片を構成する水晶材料の厚み方向に沿って露光用の光が照射され、電極膜をエッチングできるように適切に傾斜面を形成することができる。
【0018】
本発明はさらに、前記側面部の延びる方向をTDRとし、前記水晶振動片の前記側面部における厚みをtとし、前記TDRが前記水晶振動片の反時計回り方向最寄りの電気軸(+X軸)となす角度をθとし、前記傾斜面が設けられる領域の奥行きをD1とした場合、次の関係式
D1・cosθ>t/√3
を満たす領域に、前記切欠き窓部が形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる水晶振動片は、 枠付きの音叉型の水晶振動片であって、枠体と、該枠体の内側に形成されている基部と、該基部から延びており、第1、第2の励振電極に印加される駆動電圧によって振動する振動腕と、前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面と、を有し、前記振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体で形成されており、前記第1、第2の励振電極はそれぞれ、前記水晶振動片の表面部および側面部に形成された電極膜からなり、前記傾斜面に前記電極膜を分離する電極分離領域が形成されていることを特徴とする。
【0019】
請求項3の構成によれば、前記水晶振動片の前記側面部に、部分的に感光されない箇所を残すことがなく、このため、電気的に分離されるべき電極を確実に分けることができる。
【0020】
また、本発明の水晶振動片の製造方法は、枠体と、該枠体の内側に形成されている基部と、該基部から延びており、第1、第2の励振電極に印加される駆動電圧によって振動する振動腕と、前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面と、を有する枠付きの音叉型の水晶振動片の製造方法であって、前記振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体でなるように、枠付き振動片の外形をエッチングにより得る外形形成工程と、その後、前記水晶振動片の表面部および側面部に、第1、第2の励振電極を形成する電極形成工程とを有し、前記外形形成工程は、前記枠付き振動片の表面および裏面である厚み方向両側から、それぞれマスク部材を配置して、挟むとともに、これら各マスク部材のうち、一方のマスク部材を、切欠き窓部が形成されたマスク部材として、電極分離領域となる前記枠付き振動片の側面部に対応した領域に配置して、エッチングすることを特徴とする。
【0021】
請求項4の構成によれば、水晶片を、その厚み方向両側から、それぞれマスク部材を配置して、挟むようにしてエッチングすることで、水晶振動片を形成するための個片を得るようにしている。この場合、厚み方向両側から配置されるマスク部材のうち一方のマスク部材に切欠き窓部を設ける。特に、この切欠き窓部は、前記水晶片によって形成される個片の側面部に対応した領域に位置するようにする。これにより、エッチングを行うと、結晶の異方性により、切欠き窓部の基端部から、開放端に向かって、外向きに下がる傾斜面が形成される。続いて、エッチングにより形成した個片の表面の全面に電極膜を形成し、さらに、フォトリソグラフィを利用して、エッチングにより電極形状を形成する工程では、水晶振動片の側面部となる部分の前記傾斜面とした箇所にも、露光の際の光を当てることができる。このため、例えば、前記傾斜面の表面のレジストを感光させて除去できることから、当該傾斜面の電極膜をエッチングで取り去ることが可能となる。これにより、電極の形成工程におけるエッチング作業において、電気的に分離されるべき領域に電極膜を残してしまうことがなく、電極の形状の形成と同時に、電気的に分離されるべき領域の電極膜を同時に除去できる。
【0022】
本発明はさらに、前記マスク部材の前記切欠き窓部の奥部から開口部を見た場合の該マスク部材の垂直な端面の方向をMDRとし、このMDRが、前記水晶片の電気軸(+X軸)に沿って配置されることを特徴とする。
【0023】
請求項5の構成によれば、前記水晶片の厚み方向に沿って露光用の光が照射され、エッチングできるように適切な傾斜面を形成することができる。
【0024】
本発明はさらに、前記マスク部材の前記切欠き窓部の奥部から開口部を見た場合の該マスク部材の垂直な端面の方向をMDRとし、前記水晶片の前記側面部における厚みをtとし、前記MDRが前記水晶片の反時計回り方向最寄りの電気軸(+X軸)となす角度をθとし、前記切欠き窓部の奥行きをD2とした場合、次の関係式
D2・cosθ>t/√3
を満たすことを特徴とする。
【0025】
請求項6の構成によれば、水晶片の個片の前記側面部に、部分的に感光されない箇所を残すことがなく、このため、電気的に分離されるべき電極を確実に分けることができる。
【0026】
また、上述の目的は、本発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記水晶振動片が、枠付きの音叉型振動片であって、枠体と、該枠体の内側に形成されている基部と、該基部から延びており、第1、第2の励振電極に印加される駆動電圧によって振動する振動腕と、前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面とを有し、前記振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体で形成されており、前記第1、第2の励振電極はそれぞれ、前記水晶振動片の表面部および側面部に形成された電極膜からなり、前記傾斜面に前記電極膜を分離する電極分離領域が形成されている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、携帯電話装置により、達成される。
【0027】
また、上述の目的は、本発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した電子機器であって、前記水晶振動片が、枠付きの音叉型振動片であって、枠体と、該枠体の内側に形成されている基部と、該基部から延びており、第1、第2の励振電極に印加される駆動電圧によって振動する振動腕と、前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面とを有し、前記振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体で形成されており、前記第1、第2の励振電極はそれぞれ、前記水晶振動片の表面部および側面部に形成された電極膜からなり、前記傾斜面に前記電極膜を分離する電極分離領域が形成されている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした、電子機器により、達成される。
【0028】
【発明の実施の形態】
図1ないし図3は、本発明の水晶デバイスの実施の形態を示しており、図1はその平面図であり、ケースの一部を透明にして、内部の様子を示した図、図2は図1のB−B線概略断面図、図3は、図1の水晶デバイスの概略斜視図である。これらの図において、水晶デバイス30は、水晶振動子を構成した例を示している。この水晶デバイス30は、上ケース31と、下ケース35と、この上ケース31と下ケース35により挟まれた水晶振動片40を有している。
【0029】
上ケース31と下ケース35は、水晶振動片40を収容するためのパッケージを構成する。上ケース31と下ケース35と水晶振動片40とは、それぞれ外形の大きさが同じ大きさである。また、上ケース31と下ケース35は、それぞれ板状体である。
これら上ケース31と下ケース35は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシート等の圧電材料を焼結して形成した平板状の形態である。
そして、これら上ケース31と下ケース35は、図1ないし図3に示すように、これらの間に水晶振動片40を挟み、これらの間に後述する封止材を適用することでできる隙間を利用して、水晶振動片40を収容するための内部空間Sを形成するようになっている。
【0030】
水晶振動片40は、後述する工程によって、形成されている。上ケース31及び下ケース35を形成するための材料としては、水晶と熱による線膨張係数が近いものが、好ましい。
本実施形態では、水晶振動片40は、例えば、一枚の個片(後述)の大きさにした水晶薄板をエッチングして、図3に示すような枠体45と、この枠体45に囲まれた水晶片本体48とを有している。
【0031】
この水晶片本体48は、矩形状の枠体45の内側で、この枠体45のひとつの短辺と、くびれ部42で一体に接続された基部41と、この基部41から、図1において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕43,44を備えており、全体が音叉のような形状とされている。すなわち、水晶振動片40は、枠付きの音叉型水晶振動片である。
【0032】
また、水晶片本体48には、後述する工程によって、駆動電圧を印加するための第1の励振電極46と第2の励振電極47が形成されている。この第1の励振電極46と第2の励振電極47は、電気的に分離できるように、互いに短絡することなく形成されている。そして、図3に示されているように、水晶振動片40の枠体45の一方の短辺の上面には、第1の励振電極46と接続された第1の引出し電極46aが、枠体45の他方の短辺の上面には、第2の励振電極47と接続された第2の引出し電極47aが設けられている。これらの電極は、後述する工程において、例えば、クロムスパッタ膜上に金スパッタ膜等を施した金属膜で形成される。
そして、第1の励振電極46と第2の励振電極47との電気的分離を確実にするために、水晶振動片40の側面部には、傾斜面61や62が形成されている。この傾斜面については、後で詳しく説明する。
【0033】
このような構成において、図3に示されているように、下ケース35には、水晶振動片40が重ねられ、水晶振動片40の上には、上ケース31が重ねられて、これらが真空中で固定されることにより封止される。
この場合、図2に示されているように、下ケース35と水晶振動片40との間には、封止材51が適用される。
また、水晶振動片40の上面の第1の引出し電極46aと、第2の引出し電極47aの上には、それぞれ封止材52が適用される。水晶振動片40の上に、電極端子53,53を形成した上ケース31が重ねられ、真空中で固定される。 さらに、上ケース31の長手方向の両端部には、導電性の金属材料、例えば、ニッケルとクロム及び金等をスパッタリング等により成膜して、電極端子53,53をそれぞれ形成し、電極端子53,53は、それぞれ、水晶振動片40の上記した第1の引出し電極46aと、第2の引出し電極47aの各外側端面と電気的に接続されている。
【0034】
なお、図3には、この電極端子53,53と封止材51,52は、図示を省略している。
この封止材51,52としては、低融点ガラス等の絶縁性の封止材を使用することができる。
また、図4は、理解の便宜のため、水晶振動片40を図3とは異なる向きにして示す概略斜視図である。
【0035】
本実施形態の水晶デバイス30は、以上のように構成されており、次に、水晶デバイス30に利用される水晶振動片40の形成方法の特徴を説明する。
図5(a)と図5(b)は、水晶振動片40を形成するのに利用される水晶材料をそれぞれ異なる角度から見た概略斜視図であり、水晶材料を個々の水晶振動片40と同じ大きさと形状にしたもので、水晶振動片40の個片71と呼ぶ。個片71は、水晶振動片40の電極膜を形成する前のものである。
【0036】
図5において、個片71は、図1ないし図3で説明した形状に加工されており、既に説明した箇所には、図1ないし図3と同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、図示のX方向は水晶の電気軸、Y方向は水晶の機械軸、Z方向は水晶の光軸(成長軸)を示している。
個片71の厚みが露出した箇所である側面部には傾斜面が設けられている。このような傾斜面を設けるべき個片71の側面部としては、枠体45の外周を除く全ての側面部が対象となり、上述した第1の励振電極46と第2の励振電極47とを分離することが必要とされる領域が選定される。図5の場合には、例えば、枠体45の内側で、水晶片本体と対向する面である側面部73に傾斜面61が形成されており、また、振動腕43と振動腕44の間の側面部72に、傾斜面62が設けられている。
【0037】
次に、図6を参照して、個片の一部である枠体45の内側で、水晶片本体と対向する枠体の一面である側面部73に傾斜面61を形成する場合を例にして、個片71の側面部に傾斜面を形成する方法を説明する。
例えば、水晶の薄板をエッチング加工して、個片71の形状を形成する場合、個片71の外形に対応した形状のマスク部材を用意する。このマスク部材は、加工対象である水晶材料の薄板(図6で符号77にて示す)の厚み方向両側からそれぞれ図6(a)に示すように配置される第1のマスク部材81と第2のマスク部材82とを備えている。
【0038】
そして、図6(a)の第1のマスク部材81と第2のマスク部材82のうち、第1のマスク部材81の側縁には、傾斜面を設けるべき個片71の側面部73に対応する位置に、切欠き窓部83が設けられている。この切欠き窓部83は、好ましくは、切欠きの開口端面84から垂直に切りかかれた、矩形状の形態でなっている。
【0039】
次いで、第1のマスク部材81と第2のマスク部材82を、図6(b)に示すように、加工対象である水晶の薄板である水晶材料77に密着させて配置し、水晶をエッチングするためのエッチング液、例えば、フッ酸溶液に浸漬する。また、ここで使用する第1のマスク部材81と第2のマスク部材82は、水晶材料77上に形成した金(Au)スパッタ膜をフォトエッチングすることにより形成してもよい。
このエッチングの過程では、結晶の異方性により、傾斜面61が現れる。したがって、図5のような個片71の外形がエッチングにより形成されると、図6(c)に示すように、側面部73には図示するような傾斜面61が形成される。
【0040】
続いて、図7ないし図9の工程により、個片71に電極が形成されて、水晶振動片40が形成されるが、その工程を個片71の側面部73の領域を参照しながら説明する。なお、図7ないし図9の各図は、左側に、概略斜視図を、右側に左側の図のC−C線で切断した切断端面だけを示す切断端面図を配置して示している。
図7(a)に示すように、個片71の表面の全体に、金属蒸着や、スパッタリングの手法により、例えば、下地層としてのニッケル膜の上に、金を被覆した電極膜21を形成する。次に、図7(b)に示すように、電極膜21を全面に被覆した個片71の表面の全体に、さらに、フォトレジスト22を塗布する。
【0041】
次いで、図8(c)に示すように、フォトレジスト22を塗布した個片71の上面に、マスク部材23を配置する。マスク部材23は、水晶振動片40の電極形状に対応した形態であり、その形態の一部として切欠き窓部23aを備えている。この切欠き窓部23aは、傾斜面61について、電極が形成されないように、マスク部材がこの部分を遮蔽しないように設けられている。このため、マスク部材23の切欠き窓部23aは、図6で説明した第1のマスク部材81の切欠き窓部83と、少なくとも一致するか、切欠き窓部83よりも大きく形成されている。
ここで、傾斜面61が形成される箇所の電極は、図3で示した第2の引出し電極47aは、側面部の端面から離れた位置に形成されているので、本来、電極パターンどおりのマスク形態でよいが、電極が、側面部の端面にまで達している領域では、電極パターンとは別に、切欠き窓部を形成しなければならない。
また、図示を省略しているが、個片71の下面には、切欠き窓部を備えないマスク部材が配置される。
この状態で図8(c)の右側に矢印で示すように、光が照射されて露光がされることで、マスク部材23から露出したフォトレジスト22が感光される。特に、この場合、個片71の傾斜面61は、上方を向いた傾斜面であり、従来のように個片71の側面部のこの領域は、垂直ではない。このため、傾斜面61上のフォトレジスト22も感光される。
【0042】
続いて、図8(d)に示すように、マスク部材を取り去り、感光したレジストを除去する。この際、上述したように、個片71の傾斜面61上のフォトレジストも感光されていたので、除去されている。この状態で、電極膜21のエッチングを行う。
これにより、図9(e)に示すように、少なくとも個片71の傾斜面61上で露出していた電極膜21はエッチングにより除去される。
次いで、図9(f)に示すように、フォトレジストを全て除去することにより、個片71に電極形状を形成して、図1ないし図3で説明した水晶振動片40が形成される。
【0043】
本実施形態は以上のように構成されており、水晶振動片40の側面部には、この水晶振動片40に形成される電極としての第1の励振電極46と第2の励振電極47に対応して、電気的に分離されるべき領域に、傾斜面61等が形成されている。このため、水晶材料を個片71の形態に加工して、図1ないし図3のような電極形状を形成するに際して、個片71の表面の全面に電極膜21を形成し、フォトリソグラフィを利用して、エッチングにより電極形状を形成する場合において、水晶振動片40の側面部となる部分の傾斜面61等とした箇所にも、露光の際の光を当てることができる。
【0044】
このため、例えば、傾斜面61の表面のフォトレジストを、上述のように感光させて除去できることから、傾斜面61の電極膜21をエッチングで取り去ることが可能となる。これにより、電極の形成工程におけるエッチング作業において、電気的に分離されるべき領域に電極膜21を残してしまうことがなく、電極の形状の形成と同時に、電気的に分離されるべき領域の電極膜21を同時に除去できる。このため特別な工程を必要としないので、工程が煩雑になることがなく、また、当該領域に部分的なマスク部材等を配置する必要もないので、電極の形状を形成するのと同じ精度で、必要に応じて、微細な分離領域を形成することができる。
【0045】
図10は、個片71の平面図であり、この個片71とその側面部73、74、75、76に、それぞれ、傾斜面61、63、64、65、66、67を形成する場合を示している。つまり、このような傾斜面を設けるべき個片71の側面部は、上述した第1の励振電極46と第2の励振電極47とを分離することが必要とされる領域であるから、枠体45の外周を除く全ての側面部が対象となる。したがって、図10に示した箇所に限られるわけではない。
しかしながら、図10の各側面部は、図示されている結晶軸方位に対する傾斜角度が相違することから、エッチング工程によって形成される傾斜面の形態が相違する。次に、この点について説明する。
【0046】
図11は、図6で説明した個片71の側面部73の周辺形状をエッチングする工程の説明図である。
第1のマスク部材81の切欠き窓部83の奥部から開口部を見た場合に端面84の左側方向をMDRとし、個片71を作るための水晶材料77の水晶片側(内側)から水晶片端面を見た場合に、側面部73の左側方向をTDRとする。この場合、第1のマスク部材81はその開口端面84を水晶材料77の側面部73に沿わせるので、MDRとTDRは平行である。
そして、TDRが反時計回りの方向で最寄りとなる水晶振動片の電気軸(+X軸)とのなす角度をθとした場合に、このθは、MDRが反時計回りの方向で最寄りとなる水晶振動片の電気軸(+X軸)とのなす角度と一致している。
【0047】
ここで、図10で説明したように、傾斜面を形成するべき個片71の側面部が、側面部73、74、75、76のいずれかにより、上記θの値が変化する。
次に、この角度θを変化させて、傾斜面を形成する実験に基づいて、形成された傾斜面の形態の変化を説明する。
【0048】
図12は、図10で説明した傾斜面61を拡大して示した部分拡大斜視図である。図において、傾斜面を形成するべき側面部73の方向TDRと、水晶振動片の電気軸(+X軸)とが一致しており、角度θはゼロである。この場合には、図示されているように、傾斜面が形成される領域61aの幅全体に、均一な傾斜となった傾斜面61が形成される。
尚、図10に示されているように、水晶は、Z軸回りに、120度回転させた結晶構造が互いに同一で、Z軸回りに、120度ずつの対称性をもつ。このため、図10で説明した傾斜面64と傾斜面65も、傾斜面を形成するべき各側面部75,75の方向TDRが反時計回り方向に関して最寄りの電気軸(+X軸)との角度が0度である。そしてこの場合に、傾斜面64と傾斜面65も、図12に示す傾斜面61と同じ形態で形成されることが確認された。
【0049】
図13は、図10で説明した傾斜面63を拡大して示した部分拡大斜視図である。図において、傾斜面を形成するべき側面部74の方向TDRと反時計回りの方向に関して最寄りの電気軸(+X軸)とがなす角度θは、30度である。この場合には、図示されているように、傾斜面が形成される領域63aの幅方向に対してやや斜めとなった角度を有する傾斜面63が形成される。
【0050】
図14は、図10で説明した傾斜面66または67を拡大して示した部分拡大斜視図である。図において、傾斜面を形成するべき側面部76の方向TDRと反時計回りの方向に関して最寄りの電気軸(+X軸)とがなす角度θは、60度である。この場合には、図示されているように、傾斜面が形成される領域66a内で、複数の角度の傾斜面が結合した形態の傾斜面66または67が形成される。この場合にも、領域66a内においては、全体として、図において、上から下へかけて、外側に向かう傾斜面となっている。
【0051】
図15は、図10で示していない傾斜面の拡大図である。この場合、個片71の傾斜面を形成すべき側面部を85で示しており、側面部85の方向TDRと反時計回りの方向に関して最寄りの電気軸(+X軸)とがなす角度θは、15度である。この例では、図示されているように、傾斜面が形成される領域86aの幅方向に対してやや斜めとなった角度を有する傾斜面86が形成されている。
【0052】
図16も、図10で示していない傾斜面の拡大図である。この場合、個片の傾斜面を形成すべき側面部を88で示しており、側面部88の方向TDRと反時計回りの方向に関して最寄りの電気軸(+X軸)とがなす角度θは、45度である。この例では、図示されているように、傾斜面が形成される領域87a内で、複数の角度の傾斜面が結合した形態の傾斜面87が形成される。この場合にも、領域87a内においては、全体として、図において、上から下へかけて、外側に向かう傾斜面となっている。
このように、個片71の傾斜面を形成すべき側面部の方向TDRと、水晶振動片の電気軸(+X軸)とがなす角度θが、いずれの角度においても、その表面をエッチングできる傾斜面が形成されることが上記の結果から容易に考察できる。
【0053】
図17は、第1のマスク部材81の切欠き窓部83の奥行きD2により、エッチング加工で形成される傾斜面Tの形態が変化する様子を示しており、切欠き窓部83の奥行きD2は、傾斜面Tが形成される領域の奥行きD1と一致する。
【0054】
図17(a)では、切欠き窓部83の奥行きD2が十分大きく、このため傾斜面Tが形成される領域の奥行きD1も大きい。この場合には、傾斜面Tは適切に形成される。
これに対して、図17(b)では、切欠き窓部83の奥行きD2が小さく、このため傾斜面Tが形成される領域の奥行きD1は浅い。この場合には、傾斜面Tは適切に形成されないで、側面部に垂直な部分Taを形成してしまう。この部分は、電極膜がエッチングされないことから、水晶振動片40の電極を適切に分離できないおそれがある。
以上のことから、個片71に形成される傾斜面Tの形態と性能は、TDR及びMDRと反時計回りの方向に関して最寄りの電気軸(+X軸)との角度θと、側面部の厚みt、D1,D2の値により変化することがわかる。
【0055】
そして、本発明者等の実験によれば、上述の各値が、
D2・cosθ>t/√3・・・・・・(1)式
及び
D1・cosθ>t/√3・・・・・・(2)式
の関係式を満たす場合に、水晶振動片40の電極を、電気的に分離することができることが判明した。
なお、上述の実施形態では、水晶振動片40が、水晶片本体48と枠体45で構成されている場合について説明しているが、これに限らず、水晶振動片が、この場合の水晶片本体に電極を形成してできていて、枠体を備えない構成とし、このような水晶振動片を、ケースもしくはパッケージに収容する構成としてもよい。
【0056】
図18は、本発明の上述した実施形態に係る水晶デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン308及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ309を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるコントローラ301を備えている。
コントローラ301は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのLCDや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部302や、RAM,ROM等でなる情報記憶手段303の制御を行うようになっている。このため、コントローラ301には、水晶デバイス30が取り付けられて、その出力周波数をコントローラ301に内蔵された所定の分周回路(図示せず)等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このコントローラ301に取付けられる水晶デバイス30は、水晶デバイス30等単体でなくても、水晶デバイス30等と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【0057】
コントローラ301は、さらに、温度補償水晶発振器(TCXO)305と接続され、温度補償水晶発振器305は、送信部307と受信部306に接続されている。これにより、コントローラ301からの基本クロックの周波数が、環境温度により変化し変動しても、温度補償水晶発振器305により修正されて、送信部307及び受信部306に与えられるようになっている。
【0058】
このように、制御部を備えた携帯電話装置300のような電子機器に、上述した実施形態に係る水晶デバイス30を利用することにより、比較的簡単な製造工程を用いて、水晶振動片の特性に影響を与えずに、微細な形態の電極を形成した水晶振動片を用いた性能のよい水晶デバイスが使用でき、正確なクロック信号を生成することができる。
【0059】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明が適用される水晶振動片は、上述した枠体を備えた音叉型の振動片に限らず、パッケージ内にマウントされる音叉型の振動片、あるいは、矩形や音叉型以外の異形の振動片等、表面に駆動用もしくは検出用の電極が形成される全ての水晶振動片に適用することができる。
さらに、また、この発明は、水晶振動片をケースまたはパッケージに収容するものであれば、ケースもしくはパッケージ内に、実施形態では説明しなかった集積回路その他の構成を含むものでも適用でき、水晶振動子、水晶発振器、水晶(圧電)ジャイロ等の名称にかかわらず、全ての水晶デバイスに適用することができる。
【0060】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、製造工程を煩雑にすることなく、また、水晶振動片の特性に影響を与えずに、微細な形態の電極を形成することができる水晶デバイスと、その製造方法、および水晶デバイスを利用した携帯電話装置ならびに電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の水晶デバイスの実施形態のケースの一部を透明にして、内部の様子を示した概略平面図。
【図2】 図1のB−B線概略断面図。
【図3】 図1の水晶デバイスの概略分解斜視図。
【図4】 図1の水晶デバイスの水晶振動片の図3とは異なる向きに示した概略斜視図。
【図5】 図1の水晶デバイスの水晶振動片を形成する振動片の個片を示す図であり、(a)はその概略斜視図、(b)は(a)とは異なる向きに示した個片の概略斜視図。
【図6】 図1の水晶デバイスの水晶振動片を形成するための個片の側面部に傾斜面を形成する構成を示す部分拡大斜視図であり、(a)はそのためのマスク部材の構成を示す図、(b)は、個片にマスク部材を配置する様子を示す図(c)は、エッチングにより傾斜面を形成した様子を示す図。
【図7】 個片に電極膜を形成する工程の一部を示す図であり、(a)は、電極膜を形成した図、(b)は、レジストを塗布した状態を示す図。
【図8】 個片に電極膜を形成する工程の一部を示す図であり、(c)は、マスク部材を配置した状態を示す図、(d)は、感光したレジストを除去した状態を示す図。
【図9】 個片に電極膜を形成する工程の一部を示す図であり、(e)は、不要な電極膜をエッチングで除去した状態の図、(f)は、レジストを除去した状態を示す図。
【図10】 図1の水晶デバイスの水晶振動片を形成するための個片について、傾斜面を形成することができる側面部の例として、複数の位置を示した概略平面図。
【図11】 図1の水晶デバイスの水晶振動片を形成するための個片の側面部の方向TDR及びマスク部材の開口端面の方向MDRと、水晶振動片の電気軸(+X軸)との角度θ等の関係を示す説明図。
【図12】 図10の傾斜面61の具体的形態を示す概略斜視図。
【図13】 図10の傾斜面63の具体的形態を示す概略斜視図。
【図14】 図10の傾斜面66もしくは傾斜面67の具体的形態を示す概略斜視図。
【図15】 図10に示した傾斜面以外の形成例に関して、傾斜面86の具体的形態を示す概略斜視図。
【図16】 図10に示した傾斜面以外の形成例に関して、傾斜面87の具体的形態を示す概略斜視図。
【図17】 個片に傾斜面を形成するためのマスク部材の切欠き窓部の深さに対応して傾斜面の形態が異なることを説明するための図であり、(a)は切欠き窓部が十分深い場合を示す説明図、(b)は切欠き窓部が浅く形成されている場合を示す説明図。
【図18】 本発明の各実施形態に係る水晶デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図19】 従来の水晶デバイスの水晶振動片の形成工程を示す概略工程図であり、(a)は、ひとつの振動片を形成するための水晶片を形成する図、(b)は、水晶片の全面に電極膜を形成する図、(c)は、水晶片の電極膜の表面全体にレジストを塗布する図。
【図20】 従来の水晶デバイスの水晶振動片の形成工程を示す概略工程図であり、(d)は、レジストの表面にマスク部材を配置した図、(e)は、感光したレジストを除去した図、(f)は、エッチングにより不要な電極膜をエッチングで除去した図。
【図21】 従来の水晶デバイスの水晶振動片の形成工程を示す概略工程図であり、(g)は、レジストを除去した図。
【図22】 従来の水晶デバイスの水晶振動片の形成において、電極の形成に先立って水晶片に複数のマスク部材を配置する様子を示し、(a)はその概略斜視図、(b)は、(a)のA−A線概略断面図。
【図23】 従来の水晶デバイスの水晶振動片の形成において、電極の形成に先立って側面部に突起もしくは凸部を形成した様子を示す図。
【符号の説明】
30・・・水晶デバイス、31・・・上ケース、35・・・下ケース、40・・・水晶振動片、41・・・基部、43,44・・・振動腕、46・・・第1の励振電極、47・・・第2の励振電極、48・・・水晶片本体、61,62,63,64,65,66,67,86,87・・・傾斜面、71・・・個片、72,73,74,75,76,85,88・・・側面部。

Claims (9)

  1. パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスであって、
    前記水晶振動片が、枠付きの音叉型振動片であって、
    枠体と、
    該枠体の内側に形成されている基部と、
    該基部から延びており、第1、第2の励振電極に印加される駆動電圧によって振動する振動腕と、
    前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、
    前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面と
    を有し、
    前記振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体で形成されており、
    前記第1、第2の励振電極はそれぞれ、前記水晶振動片の表面部および側面部に形成された電極膜からなり、
    前記傾斜面に前記電極膜を分離する電極分離領域が形成されている
    ことを特徴とする、水晶デバイス。
  2. 前記側面部の延びる方向をTDRとし、このTDRが、前記水晶振動片の電気軸(+X軸)と一致する方向に沿った領域に、前記切欠き窓部が形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の水晶デバイス。
  3. 前記側面部の延びる方向をTDRとし、前記水晶振動片の前記側面部における厚みをtとし、前記TDRが前記水晶振動片の反時計回り方向最寄りの電気軸(+X軸)となす角度をθとし、前記傾斜面が設けられる領域の奥行きをD1とした場合、次の関係式
    D1・cosθ>t/√3
    を満たす領域に、前記切欠き窓部が形成されていることを特徴とする、請求項1または2のいずれかに記載の水晶デバイス。
  4. 枠付きの音叉型の水晶振動片であって、
    枠体と、
    該枠体の内側に形成されている基部と、
    該基部から延びており、第1、第2の励振電極に印加される駆動電圧によって振動する振動腕と、
    前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、
    前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面と
    を有し、
    前記振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体で形成されており、
    前記第1、第2の励振電極はそれぞれ、前記水晶振動片の表面部および側面部に形成された電極膜からなり、
    前記傾斜面に前記電極膜を分離する電極分離領域が形成されている
    ことを特徴とする、水晶振動片。
  5. 枠体と、
    該枠体の内側に形成されている基部と、
    該基部から延びており、第1、第2の励振電極に印加される駆動電圧によって振動する振動腕と、
    前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、
    前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面と、
    を有する枠付きの音叉型の水晶振動片の製造方法であって、
    前記振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体でなるように、枠付き振動片の外形をエッチングにより得る外形形成工程と、
    その後、前記水晶振動片の表面部および側面部に、第1、第2の励振電極を形成する電極形成工程と
    を有し、
    前記外形形成工程は、
    前記枠付き振動片の表面および裏面である厚み方向両側から、それぞれマスク部材を配置して、挟むとともに、これら各マスク部材のうち、一方のマスク部材を、切欠き窓部が形成されたマスク部材として、電極分離領域となる前記枠付き振動片の側面部に対応した領域に配置して、エッチングする
    ことを特徴とする水晶振動片の製造方法。
  6. 前記マスク部材の前記切欠き窓部の奥部から開口部を見た場合の該マスク部材の垂直な端面の方向をMDRとし、このMDRが、前記水晶片の電気軸(+X軸)に沿って配置されることを特徴とする、請求項5に記載の水晶振動片の製造方法。
  7. 前記マスク部材の前記切欠き窓部の奥部から開口部を見た場合の該マスク部材の垂直な端面の方向をMDRとし、前記水晶片の前記側面部における厚みをtとし、前記MDRが前記水晶片の反時計回り方向最寄りの電気軸(+X軸)となす角度をθとし、前記切欠き窓部の奥行きをD2とした場合、次の関係式
    D2・cosθ>t/√3
    を満たすことを特徴とする、請求項5または6のいずれかに記載の水晶振動片の製造方法。
  8. パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した携帯電話装置であって、
    前記水晶振動片が、枠付きの音叉型振動片であって、
    枠体と、
    該枠体の内側に形成されている基部と、
    該基部から延びており、第1、第2の励振電極に印加される駆動電圧によって振動する振動腕と、
    前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、
    前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面と
    を有し、
    前記振動腕と、前記基部と、前記枠体とは一体で形成されており、
    前記第1、第2の励振電極はそれぞれ、前記水晶振動片の表面部および側面部に形成された電極膜からなり、
    前記傾斜面に前記電極膜を分離する電極分離領域が形成されている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした
    ことを特徴とする、携帯電話装置。
  9. パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した電子機器であって、
    前記水晶振動片が、枠付きの音叉型振動片であって、
    枠体と、
    該枠体の内側に形成されている基部と、
    該基部から延びており、第1、第2の励振電極に印加される駆動電圧によって振動する振動腕と、
    前記枠体および前記基部の少なくとも一方の表面に形成された切欠き窓部と、
    前記切欠き窓部の基端部から開放端に向かって、厚さ方向に傾斜した傾斜面と
    を有し、
    前記振動部と、前記基部と、前記枠体とは一体で形成されており、
    前記第1、第2の励振電極はそれぞれ、前記水晶振動片の表面部および側面部に形成された電極膜からなり、
    前記傾斜面に前記電極膜を分離する電極分離領域が形成されている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした
    ことを特徴とする、電子機器。
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