JP4241022B2 - 水晶振動片とその製造方法及び水晶振動片を利用した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話装置および水晶デバイスを利用した電子機器 - Google Patents
水晶振動片とその製造方法及び水晶振動片を利用した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話装置および水晶デバイスを利用した電子機器 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動片とその製造方法及び、この水晶振動片をパッケージに収容した水晶デバイス、ならびに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１３は、このような水晶デバイスに使用される水晶振動片の公知の構成例を示す概略斜視図であり、図１４は、図１３のＡ−Ａ線切断端面図である（特許文献１参照）。
【０００３】
これらの図において、水晶振動片３は、例えば水晶の単結晶から切り出され音叉型に加工されて形成されている。このとき、図１３に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光軸となるように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Ｘ軸、Ｙ軸及び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平面を反時計方向に約１度乃至５度傾けて形成される。
このような水晶材料でなる基板（後述）をエッチングすることにより図示の形状が形成されている。この場合、水晶振動片３は、基部５と、この基部５から平行に延びる一対の振動腕６，７を備える音叉型水晶片で構成されている。
【０００４】
水晶振動片３の基部５は、図示しないパッケージ側の電極部に対して固定されている。振動腕６，７には、長さ方向に延びる溝９，１０がそれぞれ形成されており、さらにこの振動腕６，７の表面には、励振電極１１，１２が形成されている。この励振電極１１，１２に対して外部から駆動電圧を印加することにより、振動腕６，７はその先端側６ａ，７ａを互いに接近、離間するように振動する。このような振動に基づく振動周波数を取り出すことにより、制御用のクロック信号等の各種信号に利用されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−７６８０６号公報
【０００６】
【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３は、図１４に示されているように、各振動腕６，７の上面及び下面に、それぞれ溝９，９，１０，１０を形成して、各溝９，９，１０，１０内にも励振電極１１，１２を設けることで、電界効率を向上させて、優れた振動性能を得るようにしている。
そして、このような形状を有する水晶振動片３を形成するためには、その外形を水晶のエッチングにより形成し、さらに、各振動腕６，７の溝９，９，１０，１０をハーフエッチングにより形成する工程が採用されている。
【０００７】
図１５ないし図１７は、水晶振動片３の製造方法を示す工程図である。各工程は、上述した図１４の振動腕６，７の切断面のうち、一方の振動腕６に対応した領域についてだけ工程順に示されているが、振動腕６，７を含む全体について同様に進行するものである。
【０００８】
図１５（ａ）に示すように、水晶材料でなる基板１３を用意し、図１５（ｂ）に示すように、基板１３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１４を形成する。耐蝕膜１４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被覆層で構成される。
尚、以下の工程では、基板１３の図１５において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。
【０００９】
次いで、図１５（ｃ）に示すように、全面にレジスト１５を塗布する。そして、水晶振動片（図１３の水晶振動片３参照）の外形に対応して、図１５（ｄ）に示すように、例えばマスク１６を配置し、水晶振動片の形状の外側となる部分のレジスト１５を感光させて、除去する。続けて、図１５（ｅ）に示すように、露出した耐蝕膜１４を、図１６（ｆ）に示すように、除去し、さらに、図１６（ｇ）に示すように、レジスト１５を剥離する。
次いで、図１６（ｈ）に示すように、表裏面に溝形成に利用するためのレジスト１６を塗布し、図１６（ｉ）に示すように、溝を形成する際にエッチングにより残される部分に対応したマスク１７，１７をレジスト１６の表面に配置する。
【００１０】
次に、図１６（ｊ）に示すように、溝を形成する際にエッチングにより残される部分に対応した箇所を残して、レジスト１６を除去する。この状態で水晶材料でなる基板１３を所定のエッチング液によりエッチングすると、図１７（ｋ）に示すように、水晶の異方性により、側方に突出した異形形状が形成された状態で、水晶振動片の外形がエッチングにより形成される。この外形エッチング工程に１４０分程度要する。
【００１１】
次いで、図１７（ｌ）に示すように、溝を形成する箇所の耐蝕膜１４をエッチングにより除去し、図１７（ｍ）に示すように、溝を形成するために、水晶材料でなる基板１３をハーフエッチングする。これにより、溝１２が形成される。このハーフエッチング工程は、例えば、３２．５分（±５分）程度要する。
続いて、図１７（ｎ）に示すように、レジスト１６及び耐蝕膜１４を除去して、水晶振動片としての外形を備えた水晶片を得る。最後に図１７（ｏ）に示すように、表面に所定の励振電極９，１１を設けることにより、溝つきの水晶振動片が形成される。
【００１２】
以上述べたように、従来の水晶振動片３に、溝９，１２を形成するためのプロセスは、その外形エッチングと溝形成のためのハーフエッチングを別々に行う必要があり、複雑で多数の工程数を必要とするものであった。
【００１３】
本発明は、水晶振動片を製造するにあたり、その外形エッチングと溝のエッチングを同時に行い、製造工程を減らして、製造を容易にすることができる水晶振動片と、その製造方法、及びこの水晶振動片を利用した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と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、第１の発明によれば、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片を、水晶材料でなる基板をエッチングすることにより形成する製造方法であって、前記基板の表裏面に耐蝕膜を形成する耐食膜形成工程と、
前記耐蝕膜にレジストを塗布し、外形および前記溝のパターンを前記レジストから除去するパターニング工程と、前記外形および前記溝のパターンで、前記耐蝕膜を除去する耐蝕膜パターニング工程と、前記耐蝕膜パターニング工程で前記基板が露出した箇所をエッチングして、水晶振動片の外形および溝を同時に形成するエッチング工程と、を有し、前記エッチングは、前記溝の溝幅Ｗが、前記エッチングの際に水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状の突出量ｈ以下になる時間で行うことを特徴とする、水晶振動片の製造方法により、達成される。
【００１５】
第１の発明の構成によれば、エッチングにより基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片を製造するにあたって、水晶振動片の外形と溝をエッチングにより形成する際に、この溝幅Ｗを、水晶の異方性に基づいてエッチングされないで残る異形形状の突出量ｈを越えない大きさに選定する。これにより、形成された溝の内側底部には、水晶材料が完全に除去されないエッチングの残存部分が残る。すなわち、水晶の異方性を積極的に利用して、溝形成の際の溝底部を前記エッチングの残存部分により形成するようにしたものである。これにより、溝形成のための面倒なハーフエッチング工程を設けなくても、水晶振動片の外形を形成するエッチングの際に、前記溝幅を水晶の異方性に基づいてエッチングされないで残る異形形状の突出量ｈを越えない大きさに選定するようにしてエッチングすることで、水晶振動片の外形形成と、振動腕の溝形成を同時に行うことができるので、製造工程を大幅に簡略化することができる。
これにより、本発明の効果として、水晶振動片を製造するにあたり、その外形エッチングと溝のエッチングを同時に行い、製造工程を減らして、製造を容易にすることができる製造方法を実現することができる。
【００１６】
第２の発明は、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片を、水晶材料でなる基板をエッチングすることにより形成する製造方法であって、前記基板の表裏面に耐蝕膜を形成する耐食膜形成工程と、前記耐蝕膜にレジストを塗布し、外形および前記溝のパターンを前記レジストから除去するパターニング工程と、前記外形および前記溝のパターンで、前記耐蝕膜を除去する耐蝕膜パターニング工程と、前記耐蝕膜パターニング工程で前記基板が露出した箇所をエッチングして、水晶振動片の外形および溝を同時に形成するエッチング工程と、を有し、前記溝のパターンはｎ個の小さい溝のパターンから形成されており、前記エッチングは、前記溝の溝幅ＮＷが、前記エッチングの際に水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状の突出量のｎ倍、すなわち、ｎ・ｈ以下になる時間で行うことを特徴とする、水晶振動片の製造方法により達成される。
【００１７】
第３の発明は、第２の発明の構成において、前記溝には、前記溝幅ＮＷを幅方向に分割する凸条もしくは壁部を形成することを特徴とする。
【００１８】
第３の発明の構成によれば、前記溝内に前記凸条もしくは前記壁部を形成することで、溝が形成される振動腕の剛性を強化することができる。
【００１９】
上述の目的は、第４の発明によれば、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有する、水晶振動片により、達成される。
第４の発明の構成によれば、前記振動腕の前記溝の内側底部に、長さ方向に延びるひとつもしくは複数の凸条が設けられている。このため、材料の厚みの薄くなった溝部において、長さ方向の凸条は、振動腕の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、破損しにくい丈夫な水晶振動片を得ることができる。
【００２０】
第５の発明は、第４の発明の構成において、前記凸条が、前記溝を幅方向に分割して複数の小さな溝を形成する壁部とされていることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、壁部を形成する場合には、前記凸条を設ける場合よりもさらに振動腕の剛性を向上させることができる。
【００２１】
また、上述の目的は、第６の発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスであって、前記水晶振動片は、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有する、水晶デバイスにより、達成される。
第６の発明の構成によれば、前記水晶振動片が、前記振動腕の前記溝の内側底部に、長さ方向に延びるひとつもしくは複数の凸条が設けられており、その剛性が高められている。このため、パッケージ内部に収容された精密な水晶振動片が破損しにくいため、丈夫な水晶デバイスを得ることができる。
【００２２】
また、上述の目的は、第７の発明によれば、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、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有す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。
【００２３】
また、上述の目的は、第８の発明によれば、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、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有す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。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１及び図２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はその概略平面図、図２は図１のＢ−Ｂ線概略断面図である。
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おり、この水晶デバイス３０は、パッケージ３６内に水晶振動片３２を収容している。パッケージ３６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を成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓ２を形成するようにされている。
この内部空間Ｓ２が水晶振動片を収容するための収容空間である。
すなわち、図２に示されているように、この実施形態では、パッケージ３６は、例えば、下から第１の積層基板６１、第２の積層基板６４、第３の積層基板６８を重ねて形成されている。
【００２５】
パッケージ３６の内部空間Ｓ２内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第２の積層基板６４には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部３１，３１が設けられている。
この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に水晶振動片３２の基部５１が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。尚、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２６】
水晶振動片３２は、後述する製造工程により水晶をエッチングして形成されており、本実施形態の場合、水晶振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図３の概略斜視図で示す形状とされている。
すなわち、水晶振動片３２は、パッケージ３６側と後述するようにして固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において左方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３４，３５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型水晶振動片が利用されている。
【００２７】
水晶振動片３２の各振動腕３４，３５には、それぞれ長さ方向に延びる溝５６，５７が形成されている。この各溝５６，５７は、図３のＣ−Ｃ線切断端面図である図４に示されているように、各振動腕３４，３５の表裏両面に形成されている。
さらに、図１において、水晶振動片３２の基部５１の端部（図３では右端部）の幅方向両端付近には、引き出し電極５２，５３が形成されている。各引き出し電極５２，５３は、水晶振動片３２の基部５１の図示しない裏面にも同様に形成されている。
これらの各引き出し電極５２，５３は、上述したように図１に示されているパッケージ側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３により接続される部分である。そして、各引き出し電極５２，５３は、図示されているように、各振動腕３４，３５の溝５６，５７内に設けた励振電極５４，５５と接続されている。また、各励振電極５４，５５は、図４に示されているように各振動腕３４，３５の両側面にも形成されており、一方の振動腕、例えば、振動腕３４に関しては、溝５７内の励振電極５４と、その側面部の励振電極５５は互いに異極となるようにされている。
【００２８】
さらに、本実施形態の水晶振動片３２においては、その製造工程中で、各振動腕３４，３５に異形形状６５，６５が形成され、図４では、断面形状において先端がやや細くなった突起もしくは突条として示されている。このような異形形状６５，６５は、後述するように、水晶のエッチングの過程で水晶の異方性により形成される。この場合、各振動腕３４，３５のそれぞれ同じ側の側面（図４において右側の側面）において、厚み方向の中間付近で、各振動腕３４，３５の長さ方向に延びる突起もしくは突条として現れている。
図５は、振動腕３５を溝５６の途中で切断し、切断箇所よりも先端側を示した概略斜視図である。溝５６の内側底部（溝の底部）には、それぞれ凸条が形成されており、この場合、各溝５６，５６内に二本の凸条６６，６６が形成されている。各凸条６６，６６は、溝５６の全長にわたって長さ方向に延びるように形成されている。
このため、材料の厚みの薄くなった溝５６の箇所において、長さ方向の凸条６６，６６は、振動腕の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、破損しにくい丈夫な水晶振動片３２を得ることができる。
【００２９】
図６は、振動腕３５−１に、溝５６，５６を形成する場合に、その溝幅Ｗを極めて小さく形成する場合の概略断面図を示している。
この場合には、溝幅Ｗを異形形状６５の突出高さｈと同じかこれを越えない幅に選定している。このようにすることで、溝幅Ｗは後述する製造方法におけるエッチング工程で、貫通することなく、底部６６ａ，６６ａを形成することができる。尚、この場合には、底部６６ａは図５の場合の突起もしくは突条６６とは異なる形態であり、図８にて概略的に示すように、異形形状６５が形成される側に向かって、徐々に厚みが薄くなるように、断面がほぼテーパ状でなる底部６６ａ，６６ａが形成される。これにより、従来の振動腕の溝内に形成される底部と異なり、断面がほぼ同一の厚みの底部ではないことから、図５の場合と同様に、底部６６ａ，６６ａは振動腕３５−１の剛性を向上させる役割を果たす。
【００３０】
図７は、図６の場合と比較して、振動腕３５に形成する溝５６の溝幅ＮＷを大きく形成する必要がある場合の構成を示す図であり、その形態は基本的には図５に示した形態と同じである。このように、溝幅ＮＷを大きく形成する必要がある場合には、図５で説明した溝５６，５６に形成される突起または突状６６が、溝幅の選定と後述するエッチング工程の条件により、ひとつひとつが図５の場合よりも高く形成され、溝５６を幅方向に沿って、複数の小さな溝５６ａ，５６ｂ，５６ｃに分割する壁部６６−１，６６−２として起立して形成されることがある。 このような構成は、後述する製造工程で詳しく説明するように、溝５６を異形形状６５の突出高さｈよりも大きくする必要がある場合に形成される。この場合には、溝５６に形成される小さな溝５６ａ，５６ｂ，５６ｃの数をｎ（図示の場合ｎは３）として、溝５６の全体の溝幅ＮＷを異形形状６５の突出高さｈの整数倍と同じか、ｎ・ｈを越えない幅に設定する必要がある。
そして、図７の場合においても、溝５６の箇所において、壁部６６−１，６６−２は、振動腕３５の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、破損しにくい丈夫な水晶振動片を得ることができる。
尚、理解の便宜のため、図５ないし図７においては振動腕に設ける励振電極は省略されている。
【００３１】
また、パッケージ３６の底面のほぼ中央付近には、パッケージ３６を構成する２枚の積層基板に連続する貫通孔３７ａ，３７ｂを形成することにより、外部に開口した貫通孔３７が設けられている。この貫通孔３７を構成する２つの貫通孔のうち、パッケージ内部に開口する第１の孔３７ｂに対して、第２の孔である外側の貫通孔３７ａは、より大きな内径を備えるようにされている。これにより、貫通孔３７は、図２において下向きの段部６２を備える段つき開口とされている。この段部６２の表面には、金属被覆部が設けられていることが好ましい。
【００３２】
ここで、貫通孔３７に充填される金属製封止材３８としては、例えば、鉛を含有しない封止材が選択されることが好ましく、例えば、銀ロウ、Ａｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｇｅ合金等から選択される。これに対応して、段部６２の表面の金属被覆部には、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキを形成することが好ましい。
パッケージ３６の開放された上端には、蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、好ましくは、パッケージ３６に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光Ｌ２を水晶振動片３２の後述する金属被覆部に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００３３】
次に、図８及び図９は、本実施形態の水晶振動片３２の製造方法の一例を説明するための工程図であり、各工程は、図４に対応した部分の切断端面図にて、上述した図４の振動腕３４，３５の切断面のうち、一方の振動腕３５に対応した領域についてだけ工程順に示されているが、振動腕３４，３５を含む水晶振動片３２の全体について同様に進行するものである。
【００３４】
これらの図を参照して、水晶振動片３２の好ましい製造方法を説明する。
図８（ａ）において、水晶振動片３２を複数もしくは多数分離することができる大きさの水晶材料でなる基板７１を用意する。例えば水晶の単結晶から切り出され音叉型に加工されて形成されている。このとき基板７１は、図３に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光軸となるように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Ｘ軸、Ｙ軸及び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平面を時計方向に約マイナス５度乃至プラス５度傾けて形成される。
【００３５】
（耐蝕膜の形成工程）
次に、図８（ｂ）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被覆層で構成される。
尚、以下の工程では、基板７１の図８において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。
【００３６】
（パターニング工程）
次いで、図８（ｃ）に示すように、全面にレジスト７３を塗布する（レジストの塗布工程）。そして、図８（ｄ）に示すように、外形パターニングのためにレジスト７３の上にマスク７４を配置する。レジスト７３としては、例えば、ＯＦＰＲ−８００ＬＢ ３４ｃｐが好適に使用できる。
ここで、マスク７４と、水晶振動片に形成される溝との関係を説明する。
マスク７４のパターン幅ＰＷは、図５に示すようにして決定される。
図５において、溝５６の溝幅ＮＷは、振動腕３５に形成される異形形状６５の突出量ｈに基づいて決定される。ここで、この製造方法で利用される原理を説明すると、水晶材料をエッチングする場合に、水晶の異方性により、異形形状６５が形成される。この異形形状は、図５ほど整った形状ではないが、図示されているように、振動腕３５の一方の側面において、材料の厚み方向（図５の上下の方向）のほぼ中央付近にて、エッチング方向Ｅと直交する方向に突出するように水晶材料が残存するものである。
【００３７】
この実施形態の製造方法では、このような現象を積極的に利用して、この異形形状を溝の底部を形成するために役立てるようにしている。
具体的には、図５に示されているように、振動腕３５の一方の側面３５ａには、突出量ｈの異形形状６５が形成されることから、振動腕３５に溝５６を形成するに当たり、溝幅ＮＷを、例えば、突出量ｈに基づいて、以下に説明するように設定し、この溝幅ＮＷに適合するようにパターニングを行えば、溝５６は貫通しないと考えられる。
つまり、図８（ｄ）のマスク７４の開口幅を突出量ｈを越えない幅のパターン幅ＰＷとして、エッチングを行うと、水晶振動片の外形はエッチングされるが、振動腕３５の一方の側面に異形形状６５が形成されるのと同様の原理により、振動腕３５の溝５６内には、同一の形状が形成される。
【００３８】
このことから、水晶振動片の溝幅ＮＷを、突出量ｈを越えないパターン幅ＰＷのほぼ整数倍の幅ＮＷとする。そして、マスク７４の開口を突出量ｈを越えない幅のパターン幅ＰＷの開口が、複数個幅方向に並ぶ形状とすれば、図５に示すように、振動腕３５には、幅ＮＷの溝５６が形成されると共に、溝５６の内側底部には、Ｎ個の凸条６６，６６が形成されることになる。図５では、水晶振動片の溝幅ＮＷのＮが３であり、幅方向に、異形形状６５の突出量ｈを越えない幅ＰＷの開口が３つ並んだマスク７４を利用する場合を示している。勿論、フォトリソグラフィの手法に基づき、ネガとポジの両方の手法を選択する場合には、マスク７４の開口部とその周囲との関係は反対となる。
【００３９】
（エッチング工程）
かくして、図８（ｄ）に示すように、外形パターニングのためにレジスト７３の上に上述のようにしてパターン幅ＰＷを設定したマスク７４を配置し、露光後、図８（ｅ）に示すように、感光したレジスト７３を除去する。
次に、図９（ｆ）に示すように、除去したレジスト部分に対応してＡｕ，Ｃｒの順に耐蝕膜である金属被覆層を除去する。そして、図９（ｇ）に示すように、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、水晶振動片の外形のエッチングと溝のエッチングを同時に行う（エッチング工程）。このエッチング工程は、１００分ないし２００分で、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、１４０分程度でエッチング工程が完了する。
【００４０】
ここで、図１０を参照して、マスク７４のパターン幅（Ｎ）ＰＷと溝幅ＮＷについて多少のずれが生じることを説明する。図１０は図９（ｇ）の工程をより詳しく示した拡大図である。
レジスト７３及び耐蝕膜７２の形成された隙間はマスク７４のパターン幅ＰＷに対応しており、図示の場合には、同一の３つのパターン幅ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３に対して、それぞれ、符号ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｉで示すように、余剰にエッチングされる部分が生じる。このため、例えば、小さな溝５６ａの溝幅ＳＷはパターン幅ＰＷ１よりも大きくなる。したがって、マスク７４のパターン幅全体、すなわちパターンを設ける領域の大きさＮＰＷは、小さな溝５６ａ，５６ｂ，５６ｃの全ての溝幅を合計した全体の溝幅ＮＷよりも小さくなる（図１０参照）。
【００４１】
このように、水晶振動片の振動腕に設ける溝の溝幅ＮＷは、原理説明で述べたように、異形形状６５の突出量ｈを越えないパターン幅ＰＷのほぼ整数倍の幅ＮＷに設定すればよいが、この時、実際のパターン幅ＰＷは、上述した余剰エッチング量を考慮して、これよりもやや小さな幅に設定する。これは、エッチング条件の相違により変化するので、実行するエッチング条件に適合させて、幅調整する必要がある。この実施形態では、上述した条件に基づくと、ＰＷ１／ＳＷが ほぼ１／３程度となる。
そして、エッチング工程を行った後で、次に図９（ｈ）に示すように、レジスト７３と耐蝕膜７２を順番に全て除去することで音叉型の水晶片が得られる。
【００４２】
（電極膜の形成工程）
続いて、水晶振動片３２の電極を形成する。
すなわち、電極が形成されていない水晶片の全外面に、スパッタリング等によって、電極となる金属で電極膜を被覆する（図示せず）。電極膜は、例えば、Ｃｒを下地層として、Ａｕを被覆する。
次に、その外側に例えば、スプレー方式により、レジストを塗布し、パターニングを行い、露光により感光していないレジストを除去する。
そして、レジストが除去されることにより露出した電極膜についてＡｕ、Ｃｒの順にエッチングにより除去する。
これにより、図９（ｉ）に示すように、水晶振動片が完成する。なお、図９（ｉ）では、振動腕３５の断面だけが示されている。
【００４３】
このように、本実施形態の製造方法によれば、水晶振動片３２の外形を形成するエッチングと、従来、外形エッチングとは別に行っていた溝形成のためのハーフエッチングとが同時に行われるので、工程が著しく簡単になるとともに、製造工程に要する時間が短縮される。
また、この実施形態の製造方法においては、水晶振動片３２の振動腕３４，３５の各溝５６，５７の内側底部に、長さ方向に延びるひとつもしくは複数の凸条６６，６６が設けられることになる（図５参照）。このため、材料の厚みの薄くなった溝部５６において、長さ方向の凸条６６，６６は、振動腕３５の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、破損しにくい丈夫な水晶振動片３２を得ることができる。
【００４４】
図１１は、図９（ｇ）ないし図９（ｉ）で説明した工程に対応した工程を順番に示したものであり、特に、図９（ｇ）で、エッチングが進む過程で、壁部６６−１，６６−２が消失して、突状６６，６６だけが残される場合、すなわち、図５で説明した形態が形成される場合について示している。それ以外の点では、図９の製造工程と同じである。
【００４５】
図１２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、圧電デバイス３０または圧電デバイス９０や圧電デバイス１００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に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電デバイス３０等単体でなくても、圧電デバイス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。
【００４６】
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が、環境温度が変化した場合に変動しても、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。
【００４７】
このように、デジタル式携帯電話装置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、パッケージに収容されている水晶振動片３２が振動により破損しにくく、しかも製造工程が簡略されていることで低コストで製造できることにより、信頼性の高い品質を備えた低コストで製造できるデジタル式携帯電話装置３００を得ることができる。
【００４８】
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、この発明は、パッケージ内に水晶振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶発振器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。
また、上述の実施形態では、パッケージに水晶材料を使用した箱状のものを利用しているが、このような形態に限らず、シリンダー状のパッケージやその他のケースに水晶振動片を収容するものであれば、いかなるパッケージやケースを伴うものについても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の水晶デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。
【図２】 図１のＢ−Ｂ線概略断面図。
【図３】 図１の水晶デバイスのパッケージに収容される水晶振動片の概略斜視図。
【図４】 図３のＣ−Ｃ線切断端面図。
【図５】 図３の水晶振動片の一方の振動腕を切断した状態を示す概略斜視図。
【図６】 図３の水晶振動片の振動腕に小さな溝幅の溝を形成した場合の構造を示す概略断面図。
【図７】 図３の水晶振動片の振動腕に異形形状の高さよりも大きな溝幅の溝を形成した場合の構造を示す概略断面図。
【図８】 図１の水晶デバイスに収容された水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図９】 図１の水晶デバイスに収容された水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図１０】 図９の工程の一部を拡大して示す概略断面図。
【図１１】 図９の製造工程の変形例を示す概略断面図。
【図１２】 本発明の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１３】 従来の水晶振動片の構成例を示す概略斜視図。
【図１４】 図１３のＡ−Ａ線概略断面図。
【図１５】 図１３の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図１６】 図１３の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図１７】 図１３の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【符号の説明】
３０・・・水晶デバイス、３２・・・水晶振動片 、３４，３５・・・振動腕、５６，５７・・・溝、６５・・・異形形状（部）、６６，６６・・・突起もしくは突条。
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動片とその製造方法及び、この水晶振動片をパッケージに収容した水晶デバイス、ならびに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１３は、このような水晶デバイスに使用される水晶振動片の公知の構成例を示す概略斜視図であり、図１４は、図１３のＡ−Ａ線切断端面図である（特許文献１参照）。
【０００３】
これらの図において、水晶振動片３は、例えば水晶の単結晶から切り出され音叉型に加工されて形成されている。このとき、図１３に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光軸となるように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Ｘ軸、Ｙ軸及び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平面を反時計方向に約１度乃至５度傾けて形成される。
このような水晶材料でなる基板（後述）をエッチングすることにより図示の形状が形成されている。この場合、水晶振動片３は、基部５と、この基部５から平行に延びる一対の振動腕６，７を備える音叉型水晶片で構成されている。
【０００４】
水晶振動片３の基部５は、図示しないパッケージ側の電極部に対して固定されている。振動腕６，７には、長さ方向に延びる溝９，１０がそれぞれ形成されており、さらにこの振動腕６，７の表面には、励振電極１１，１２が形成されている。この励振電極１１，１２に対して外部から駆動電圧を印加することにより、振動腕６，７はその先端側６ａ，７ａを互いに接近、離間するように振動する。このような振動に基づく振動周波数を取り出すことにより、制御用のクロック信号等の各種信号に利用されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−７６８０６号公報
【０００６】
【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３は、図１４に示されているように、各振動腕６，７の上面及び下面に、それぞれ溝９，９，１０，１０を形成して、各溝９，９，１０，１０内にも励振電極１１，１２を設けることで、電界効率を向上させて、優れた振動性能を得るようにしている。
そして、このような形状を有する水晶振動片３を形成するためには、その外形を水晶のエッチングにより形成し、さらに、各振動腕６，７の溝９，９，１０，１０をハーフエッチングにより形成する工程が採用されている。
【０００７】
図１５ないし図１７は、水晶振動片３の製造方法を示す工程図である。各工程は、上述した図１４の振動腕６，７の切断面のうち、一方の振動腕６に対応した領域についてだけ工程順に示されているが、振動腕６，７を含む全体について同様に進行するものである。
【０００８】
図１５（ａ）に示すように、水晶材料でなる基板１３を用意し、図１５（ｂ）に示すように、基板１３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１４を形成する。耐蝕膜１４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被覆層で構成される。
尚、以下の工程では、基板１３の図１５において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。
【０００９】
次いで、図１５（ｃ）に示すように、全面にレジスト１５を塗布する。そして、水晶振動片（図１３の水晶振動片３参照）の外形に対応して、図１５（ｄ）に示すように、例えばマスク１６を配置し、水晶振動片の形状の外側となる部分のレジスト１５を感光させて、除去する。続けて、図１５（ｅ）に示すように、露出した耐蝕膜１４を、図１６（ｆ）に示すように、除去し、さらに、図１６（ｇ）に示すように、レジスト１５を剥離する。
次いで、図１６（ｈ）に示すように、表裏面に溝形成に利用するためのレジスト１６を塗布し、図１６（ｉ）に示すように、溝を形成する際にエッチングにより残される部分に対応したマスク１７，１７をレジスト１６の表面に配置する。
【００１０】
次に、図１６（ｊ）に示すように、溝を形成する際にエッチングにより残される部分に対応した箇所を残して、レジスト１６を除去する。この状態で水晶材料でなる基板１３を所定のエッチング液によりエッチングすると、図１７（ｋ）に示すように、水晶の異方性により、側方に突出した異形形状が形成された状態で、水晶振動片の外形がエッチングにより形成される。この外形エッチング工程に１４０分程度要する。
【００１１】
次いで、図１７（ｌ）に示すように、溝を形成する箇所の耐蝕膜１４をエッチングにより除去し、図１７（ｍ）に示すように、溝を形成するために、水晶材料でなる基板１３をハーフエッチングする。これにより、溝１２が形成される。このハーフエッチング工程は、例えば、３２．５分（±５分）程度要する。
続いて、図１７（ｎ）に示すように、レジスト１６及び耐蝕膜１４を除去して、水晶振動片としての外形を備えた水晶片を得る。最後に図１７（ｏ）に示すように、表面に所定の励振電極９，１１を設けることにより、溝つきの水晶振動片が形成される。
【００１２】
以上述べたように、従来の水晶振動片３に、溝９，１２を形成するためのプロセスは、その外形エッチングと溝形成のためのハーフエッチングを別々に行う必要があり、複雑で多数の工程数を必要とするものであった。
【００１３】
本発明は、水晶振動片を製造するにあたり、その外形エッチングと溝のエッチングを同時に行い、製造工程を減らして、製造を容易にすることができる水晶振動片と、その製造方法、及びこの水晶振動片を利用した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と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、第１の発明によれば、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片を、水晶材料でなる基板をエッチングすることにより形成する製造方法であって、前記基板の表裏面に耐蝕膜を形成する耐食膜形成工程と、
前記耐蝕膜にレジストを塗布し、外形および前記溝のパターンを前記レジストから除去するパターニング工程と、前記外形および前記溝のパターンで、前記耐蝕膜を除去する耐蝕膜パターニング工程と、前記耐蝕膜パターニング工程で前記基板が露出した箇所をエッチングして、水晶振動片の外形および溝を同時に形成するエッチング工程と、を有し、前記エッチングは、前記溝の溝幅Ｗが、前記エッチングの際に水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状の突出量ｈ以下になる時間で行うことを特徴とする、水晶振動片の製造方法により、達成される。
【００１５】
第１の発明の構成によれば、エッチングにより基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片を製造するにあたって、水晶振動片の外形と溝をエッチングにより形成する際に、この溝幅Ｗを、水晶の異方性に基づいてエッチングされないで残る異形形状の突出量ｈを越えない大きさに選定する。これにより、形成された溝の内側底部には、水晶材料が完全に除去されないエッチングの残存部分が残る。すなわち、水晶の異方性を積極的に利用して、溝形成の際の溝底部を前記エッチングの残存部分により形成するようにしたものである。これにより、溝形成のための面倒なハーフエッチング工程を設けなくても、水晶振動片の外形を形成するエッチングの際に、前記溝幅を水晶の異方性に基づいてエッチングされないで残る異形形状の突出量ｈを越えない大きさに選定するようにしてエッチングすることで、水晶振動片の外形形成と、振動腕の溝形成を同時に行うことができるので、製造工程を大幅に簡略化することができる。
これにより、本発明の効果として、水晶振動片を製造するにあたり、その外形エッチングと溝のエッチングを同時に行い、製造工程を減らして、製造を容易にすることができる製造方法を実現することができる。
【００１６】
第２の発明は、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片を、水晶材料でなる基板をエッチングすることにより形成する製造方法であって、前記基板の表裏面に耐蝕膜を形成する耐食膜形成工程と、前記耐蝕膜にレジストを塗布し、外形および前記溝のパターンを前記レジストから除去するパターニング工程と、前記外形および前記溝のパターンで、前記耐蝕膜を除去する耐蝕膜パターニング工程と、前記耐蝕膜パターニング工程で前記基板が露出した箇所をエッチングして、水晶振動片の外形および溝を同時に形成するエッチング工程と、を有し、前記溝のパターンはｎ個の小さい溝のパターンから形成されており、前記エッチングは、前記溝の溝幅ＮＷが、前記エッチングの際に水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状の突出量のｎ倍、すなわち、ｎ・ｈ以下になる時間で行うことを特徴とする、水晶振動片の製造方法により達成される。
【００１７】
第３の発明は、第２の発明の構成において、前記溝には、前記溝幅ＮＷを幅方向に分割する凸条もしくは壁部を形成することを特徴とする。
【００１８】
第３の発明の構成によれば、前記溝内に前記凸条もしくは前記壁部を形成することで、溝が形成される振動腕の剛性を強化することができる。
【００１９】
上述の目的は、第４の発明によれば、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有する、水晶振動片により、達成される。
第４の発明の構成によれば、前記振動腕の前記溝の内側底部に、長さ方向に延びるひとつもしくは複数の凸条が設けられている。このため、材料の厚みの薄くなった溝部において、長さ方向の凸条は、振動腕の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、破損しにくい丈夫な水晶振動片を得ることができる。
【００２０】
第５の発明は、第４の発明の構成において、前記凸条が、前記溝を幅方向に分割して複数の小さな溝を形成する壁部とされていることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、壁部を形成する場合には、前記凸条を設ける場合よりもさらに振動腕の剛性を向上させることができる。
【００２１】
また、上述の目的は、第６の発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスであって、前記水晶振動片は、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有する、水晶デバイスにより、達成される。
第６の発明の構成によれば、前記水晶振動片が、前記振動腕の前記溝の内側底部に、長さ方向に延びるひとつもしくは複数の凸条が設けられており、その剛性が高められている。このため、パッケージ内部に収容された精密な水晶振動片が破損しにくいため、丈夫な水晶デバイスを得ることができる。
【００２２】
また、上述の目的は、第７の発明によれば、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、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有す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。
【００２３】
また、上述の目的は、第８の発明によれば、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、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有す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。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１及び図２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はその概略平面図、図２は図１のＢ−Ｂ線概略断面図である。
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おり、この水晶デバイス３０は、パッケージ３６内に水晶振動片３２を収容している。パッケージ３６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を成形して形成される複数の基板を積層した後、焼結して形成されている。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓ２を形成するようにされている。
この内部空間Ｓ２が水晶振動片を収容するための収容空間である。
すなわち、図２に示されているように、この実施形態では、パッケージ３６は、例えば、下から第１の積層基板６１、第２の積層基板６４、第３の積層基板６８を重ねて形成されている。
【００２５】
パッケージ３６の内部空間Ｓ２内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第２の積層基板６４には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部３１，３１が設けられている。
この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に水晶振動片３２の基部５１が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。尚、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２６】
水晶振動片３２は、後述する製造工程により水晶をエッチングして形成されており、本実施形態の場合、水晶振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図３の概略斜視図で示す形状とされている。
すなわち、水晶振動片３２は、パッケージ３６側と後述するようにして固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において左方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３４，３５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型水晶振動片が利用されている。
【００２７】
水晶振動片３２の各振動腕３４，３５には、それぞれ長さ方向に延びる溝５６，５７が形成されている。この各溝５６，５７は、図３のＣ−Ｃ線切断端面図である図４に示されているように、各振動腕３４，３５の表裏両面に形成されている。
さらに、図１において、水晶振動片３２の基部５１の端部（図３では右端部）の幅方向両端付近には、引き出し電極５２，５３が形成されている。各引き出し電極５２，５３は、水晶振動片３２の基部５１の図示しない裏面にも同様に形成されている。
これらの各引き出し電極５２，５３は、上述したように図１に示されているパッケージ側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３により接続される部分である。そして、各引き出し電極５２，５３は、図示されているように、各振動腕３４，３５の溝５６，５７内に設けた励振電極５４，５５と接続されている。また、各励振電極５４，５５は、図４に示されているように各振動腕３４，３５の両側面にも形成されており、一方の振動腕、例えば、振動腕３４に関しては、溝５７内の励振電極５４と、その側面部の励振電極５５は互いに異極となるようにされている。
【００２８】
さらに、本実施形態の水晶振動片３２においては、その製造工程中で、各振動腕３４，３５に異形形状６５，６５が形成され、図４では、断面形状において先端がやや細くなった突起もしくは突条として示されている。このような異形形状６５，６５は、後述するように、水晶のエッチングの過程で水晶の異方性により形成される。この場合、各振動腕３４，３５のそれぞれ同じ側の側面（図４において右側の側面）において、厚み方向の中間付近で、各振動腕３４，３５の長さ方向に延びる突起もしくは突条として現れている。
図５は、振動腕３５を溝５６の途中で切断し、切断箇所よりも先端側を示した概略斜視図である。溝５６の内側底部（溝の底部）には、それぞれ凸条が形成されており、この場合、各溝５６，５６内に二本の凸条６６，６６が形成されている。各凸条６６，６６は、溝５６の全長にわたって長さ方向に延びるように形成されている。
このため、材料の厚みの薄くなった溝５６の箇所において、長さ方向の凸条６６，６６は、振動腕の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、破損しにくい丈夫な水晶振動片３２を得ることができる。
【００２９】
図６は、振動腕３５−１に、溝５６，５６を形成する場合に、その溝幅Ｗを極めて小さく形成する場合の概略断面図を示している。
この場合には、溝幅Ｗを異形形状６５の突出高さｈと同じかこれを越えない幅に選定している。このようにすることで、溝幅Ｗは後述する製造方法におけるエッチング工程で、貫通することなく、底部６６ａ，６６ａを形成することができる。尚、この場合には、底部６６ａは図５の場合の突起もしくは突条６６とは異なる形態であり、図８にて概略的に示すように、異形形状６５が形成される側に向かって、徐々に厚みが薄くなるように、断面がほぼテーパ状でなる底部６６ａ，６６ａが形成される。これにより、従来の振動腕の溝内に形成される底部と異なり、断面がほぼ同一の厚みの底部ではないことから、図５の場合と同様に、底部６６ａ，６６ａは振動腕３５−１の剛性を向上させる役割を果たす。
【００３０】
図７は、図６の場合と比較して、振動腕３５に形成する溝５６の溝幅ＮＷを大きく形成する必要がある場合の構成を示す図であり、その形態は基本的には図５に示した形態と同じである。このように、溝幅ＮＷを大きく形成する必要がある場合には、図５で説明した溝５６，５６に形成される突起または突状６６が、溝幅の選定と後述するエッチング工程の条件により、ひとつひとつが図５の場合よりも高く形成され、溝５６を幅方向に沿って、複数の小さな溝５６ａ，５６ｂ，５６ｃに分割する壁部６６−１，６６−２として起立して形成されることがある。 このような構成は、後述する製造工程で詳しく説明するように、溝５６を異形形状６５の突出高さｈよりも大きくする必要がある場合に形成される。この場合には、溝５６に形成される小さな溝５６ａ，５６ｂ，５６ｃの数をｎ（図示の場合ｎは３）として、溝５６の全体の溝幅ＮＷを異形形状６５の突出高さｈの整数倍と同じか、ｎ・ｈを越えない幅に設定する必要がある。
そして、図７の場合においても、溝５６の箇所において、壁部６６−１，６６−２は、振動腕３５の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、破損しにくい丈夫な水晶振動片を得ることができる。
尚、理解の便宜のため、図５ないし図７においては振動腕に設ける励振電極は省略されている。
【００３１】
また、パッケージ３６の底面のほぼ中央付近には、パッケージ３６を構成する２枚の積層基板に連続する貫通孔３７ａ，３７ｂを形成することにより、外部に開口した貫通孔３７が設けられている。この貫通孔３７を構成する２つの貫通孔のうち、パッケージ内部に開口する第１の孔３７ｂに対して、第２の孔である外側の貫通孔３７ａは、より大きな内径を備えるようにされている。これにより、貫通孔３７は、図２において下向きの段部６２を備える段つき開口とされている。この段部６２の表面には、金属被覆部が設けられていることが好ましい。
【００３２】
ここで、貫通孔３７に充填される金属製封止材３８としては、例えば、鉛を含有しない封止材が選択されることが好ましく、例えば、銀ロウ、Ａｕ／Ｓｎ合金、Ａｕ／Ｇｅ合金等から選択される。これに対応して、段部６２の表面の金属被覆部には、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキを形成することが好ましい。
パッケージ３６の開放された上端には、蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、好ましくは、パッケージ３６に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光Ｌ２を水晶振動片３２の後述する金属被覆部に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００３３】
次に、図８及び図９は、本実施形態の水晶振動片３２の製造方法の一例を説明するための工程図であり、各工程は、図４に対応した部分の切断端面図にて、上述した図４の振動腕３４，３５の切断面のうち、一方の振動腕３５に対応した領域についてだけ工程順に示されているが、振動腕３４，３５を含む水晶振動片３２の全体について同様に進行するものである。
【００３４】
これらの図を参照して、水晶振動片３２の好ましい製造方法を説明する。
図８（ａ）において、水晶振動片３２を複数もしくは多数分離することができる大きさの水晶材料でなる基板７１を用意する。例えば水晶の単結晶から切り出され音叉型に加工されて形成されている。このとき基板７１は、図３に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光軸となるように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Ｘ軸、Ｙ軸及び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平面を時計方向に約マイナス５度乃至プラス５度傾けて形成される。
【００３５】
（耐蝕膜の形成工程）
次に、図８（ｂ）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被覆層で構成される。
尚、以下の工程では、基板７１の図８において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。
【００３６】
（パターニング工程）
次いで、図８（ｃ）に示すように、全面にレジスト７３を塗布する（レジストの塗布工程）。そして、図８（ｄ）に示すように、外形パターニングのためにレジスト７３の上にマスク７４を配置する。レジスト７３としては、例えば、ＯＦＰＲ−８００ＬＢ ３４ｃｐが好適に使用できる。
ここで、マスク７４と、水晶振動片に形成される溝との関係を説明する。
マスク７４のパターン幅ＰＷは、図５に示すようにして決定される。
図５において、溝５６の溝幅ＮＷは、振動腕３５に形成される異形形状６５の突出量ｈに基づいて決定される。ここで、この製造方法で利用される原理を説明すると、水晶材料をエッチングする場合に、水晶の異方性により、異形形状６５が形成される。この異形形状は、図５ほど整った形状ではないが、図示されているように、振動腕３５の一方の側面において、材料の厚み方向（図５の上下の方向）のほぼ中央付近にて、エッチング方向Ｅと直交する方向に突出するように水晶材料が残存するものである。
【００３７】
この実施形態の製造方法では、このような現象を積極的に利用して、この異形形状を溝の底部を形成するために役立てるようにしている。
具体的には、図５に示されているように、振動腕３５の一方の側面３５ａには、突出量ｈの異形形状６５が形成されることから、振動腕３５に溝５６を形成するに当たり、溝幅ＮＷを、例えば、突出量ｈに基づいて、以下に説明するように設定し、この溝幅ＮＷに適合するようにパターニングを行えば、溝５６は貫通しないと考えられる。
つまり、図８（ｄ）のマスク７４の開口幅を突出量ｈを越えない幅のパターン幅ＰＷとして、エッチングを行うと、水晶振動片の外形はエッチングされるが、振動腕３５の一方の側面に異形形状６５が形成されるのと同様の原理により、振動腕３５の溝５６内には、同一の形状が形成される。
【００３８】
このことから、水晶振動片の溝幅ＮＷを、突出量ｈを越えないパターン幅ＰＷのほぼ整数倍の幅ＮＷとする。そして、マスク７４の開口を突出量ｈを越えない幅のパターン幅ＰＷの開口が、複数個幅方向に並ぶ形状とすれば、図５に示すように、振動腕３５には、幅ＮＷの溝５６が形成されると共に、溝５６の内側底部には、Ｎ個の凸条６６，６６が形成されることになる。図５では、水晶振動片の溝幅ＮＷのＮが３であり、幅方向に、異形形状６５の突出量ｈを越えない幅ＰＷの開口が３つ並んだマスク７４を利用する場合を示している。勿論、フォトリソグラフィの手法に基づき、ネガとポジの両方の手法を選択する場合には、マスク７４の開口部とその周囲との関係は反対となる。
【００３９】
（エッチング工程）
かくして、図８（ｄ）に示すように、外形パターニングのためにレジスト７３の上に上述のようにしてパターン幅ＰＷを設定したマスク７４を配置し、露光後、図８（ｅ）に示すように、感光したレジスト７３を除去する。
次に、図９（ｆ）に示すように、除去したレジスト部分に対応してＡｕ，Ｃｒの順に耐蝕膜である金属被覆層を除去する。そして、図９（ｇ）に示すように、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、水晶振動片の外形のエッチングと溝のエッチングを同時に行う（エッチング工程）。このエッチング工程は、１００分ないし２００分で、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、１４０分程度でエッチング工程が完了する。
【００４０】
ここで、図１０を参照して、マスク７４のパターン幅（Ｎ）ＰＷと溝幅ＮＷについて多少のずれが生じることを説明する。図１０は図９（ｇ）の工程をより詳しく示した拡大図である。
レジスト７３及び耐蝕膜７２の形成された隙間はマスク７４のパターン幅ＰＷに対応しており、図示の場合には、同一の３つのパターン幅ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３に対して、それぞれ、符号ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｉで示すように、余剰にエッチングされる部分が生じる。このため、例えば、小さな溝５６ａの溝幅ＳＷはパターン幅ＰＷ１よりも大きくなる。したがって、マスク７４のパターン幅全体、すなわちパターンを設ける領域の大きさＮＰＷは、小さな溝５６ａ，５６ｂ，５６ｃの全ての溝幅を合計した全体の溝幅ＮＷよりも小さくなる（図１０参照）。
【００４１】
このように、水晶振動片の振動腕に設ける溝の溝幅ＮＷは、原理説明で述べたように、異形形状６５の突出量ｈを越えないパターン幅ＰＷのほぼ整数倍の幅ＮＷに設定すればよいが、この時、実際のパターン幅ＰＷは、上述した余剰エッチング量を考慮して、これよりもやや小さな幅に設定する。これは、エッチング条件の相違により変化するので、実行するエッチング条件に適合させて、幅調整する必要がある。この実施形態では、上述した条件に基づくと、ＰＷ１／ＳＷが ほぼ１／３程度となる。
そして、エッチング工程を行った後で、次に図９（ｈ）に示すように、レジスト７３と耐蝕膜７２を順番に全て除去することで音叉型の水晶片が得られる。
【００４２】
（電極膜の形成工程）
続いて、水晶振動片３２の電極を形成する。
すなわち、電極が形成されていない水晶片の全外面に、スパッタリング等によって、電極となる金属で電極膜を被覆する（図示せず）。電極膜は、例えば、Ｃｒを下地層として、Ａｕを被覆する。
次に、その外側に例えば、スプレー方式により、レジストを塗布し、パターニングを行い、露光により感光していないレジストを除去する。
そして、レジストが除去されることにより露出した電極膜についてＡｕ、Ｃｒの順にエッチングにより除去する。
これにより、図９（ｉ）に示すように、水晶振動片が完成する。なお、図９（ｉ）では、振動腕３５の断面だけが示されている。
【００４３】
このように、本実施形態の製造方法によれば、水晶振動片３２の外形を形成するエッチングと、従来、外形エッチングとは別に行っていた溝形成のためのハーフエッチングとが同時に行われるので、工程が著しく簡単になるとともに、製造工程に要する時間が短縮される。
また、この実施形態の製造方法においては、水晶振動片３２の振動腕３４，３５の各溝５６，５７の内側底部に、長さ方向に延びるひとつもしくは複数の凸条６６，６６が設けられることになる（図５参照）。このため、材料の厚みの薄くなった溝部５６において、長さ方向の凸条６６，６６は、振動腕３５の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、破損しにくい丈夫な水晶振動片３２を得ることができる。
【００４４】
図１１は、図９（ｇ）ないし図９（ｉ）で説明した工程に対応した工程を順番に示したものであり、特に、図９（ｇ）で、エッチングが進む過程で、壁部６６−１，６６−２が消失して、突状６６，６６だけが残される場合、すなわち、図５で説明した形態が形成される場合について示している。それ以外の点では、図９の製造工程と同じである。
【００４５】
図１２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、圧電デバイス３０または圧電デバイス９０や圧電デバイス１００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に取付けられる圧電デバイス３０は、圧電デバイス３０等単体でなくても、圧電デバイス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。
【００４６】
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が、環境温度が変化した場合に変動しても、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。
【００４７】
このように、デジタル式携帯電話装置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、パッケージに収容されている水晶振動片３２が振動により破損しにくく、しかも製造工程が簡略されていることで低コストで製造できることにより、信頼性の高い品質を備えた低コストで製造できるデジタル式携帯電話装置３００を得ることができる。
【００４８】
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、この発明は、パッケージ内に水晶振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶発振器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。
また、上述の実施形態では、パッケージに水晶材料を使用した箱状のものを利用しているが、このような形態に限らず、シリンダー状のパッケージやその他のケースに水晶振動片を収容するものであれば、いかなるパッケージやケースを伴うものについても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の水晶デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。
【図２】 図１のＢ−Ｂ線概略断面図。
【図３】 図１の水晶デバイスのパッケージに収容される水晶振動片の概略斜視図。
【図４】 図３のＣ−Ｃ線切断端面図。
【図５】 図３の水晶振動片の一方の振動腕を切断した状態を示す概略斜視図。
【図６】 図３の水晶振動片の振動腕に小さな溝幅の溝を形成した場合の構造を示す概略断面図。
【図７】 図３の水晶振動片の振動腕に異形形状の高さよりも大きな溝幅の溝を形成した場合の構造を示す概略断面図。
【図８】 図１の水晶デバイスに収容された水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図９】 図１の水晶デバイスに収容された水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図１０】 図９の工程の一部を拡大して示す概略断面図。
【図１１】 図９の製造工程の変形例を示す概略断面図。
【図１２】 本発明の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１３】 従来の水晶振動片の構成例を示す概略斜視図。
【図１４】 図１３のＡ−Ａ線概略断面図。
【図１５】 図１３の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図１６】 図１３の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図１７】 図１３の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【符号の説明】
３０・・・水晶デバイス、３２・・・水晶振動片 、３４，３５・・・振動腕、５６，５７・・・溝、６５・・・異形形状（部）、６６，６６・・・突起もしくは突条。
Claims (8)
- 全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片を、水晶材料でなる基板をエッチングすることにより形成する製造方法であって、
前記基板の表裏面に耐蝕膜を形成する耐食膜形成工程と、
前記耐蝕膜にレジストを塗布し、外形および前記溝のパターンを前記レジストから除去するパターニング工程と、
前記外形および前記溝のパターンで、前記耐蝕膜を除去する耐蝕膜パターニング工程と、
前記耐蝕膜パターニング工程で前記基板が露出した箇所をエッチングして、水晶振動片の外形および溝を同時に形成するエッチング工程と、
を有し、
前記エッチングは、前記溝の溝幅Ｗが、前記エッチングの際に水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状の突出量ｈ以下になる時間で行う
ことを特徴とする、水晶振動片の製造方法。 - 全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片を、水晶材料でなる基板をエッチングすることにより形成する製造方法であって、
前記基板の表裏面に耐蝕膜を形成する耐食膜形成工程と、
前記耐蝕膜にレジストを塗布し、外形および前記溝のパターンを前記レジストから除去するパターニング工程と、
前記外形および前記溝のパターンで、前記耐蝕膜を除去する耐蝕膜パターニング工程と、
前記耐蝕膜パターニング工程で前記基板が露出した箇所をエッチングして、水晶振動片の外形および溝を同時に形成するエッチング工程と、
を有し、
前記溝のパターンはｎ個の小さい溝のパターンから形成されており、
前記エッチングは、前記溝の溝幅ＮＷが、前記エッチングの際に水晶の異方性によって、前記各振動腕に形成される異形形状の突出量ｈのｎ倍、すなわち、ｎ・ｈ以下になる時間で行う
ことを特徴とする、水晶振動片の製造方法。 - 前記溝には、前記溝幅ＮＷを幅方向に分割する凸条もしくは壁部を形成することを特徴とする請求項２に記載の水晶振動片の製造方法。
- 全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、
前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有する
ことを特徴とする、水晶振動片。 - 前記凸条が、前記溝を幅方向に分割して複数の小さな溝を形成する壁部とされていることを特徴とする請求項４に記載の水晶振動片。
- 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、
前記水晶振動片は、
全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、
前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有する
ことを特徴とする、水晶デバイス。 - 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、
全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、
前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有す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。 - 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、
全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる一対の振動腕とを備え、各振動腕に長さ方向に延びる溝を有する水晶振動片であって、
前記溝の内側底部に、長さ方向に延びる凸条を有す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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