JP4636170B2 - 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

Description

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。

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）。

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。

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１１，１
２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，７
ａ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。

特開２００２−７６８０６号公報

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。

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。

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。

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。

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１８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。この外形形成エッチング工程に１４０分程度要する。

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。

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、
その外形形成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。

本発明は、水晶振動片を製造するにあたり、その外形形成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。

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部を有する水晶振
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
記水晶振動片の外形をエッチングする際に、この外形形成エッチングと同時に、前記各振
動腕の前記溝部について、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って
複数個並列した状態で連続するようにエッチングする、水晶振動片の製造方法により、達
成される。

第１の発明の構成によれば、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部を有する水晶振動片をエッチングにより製造するにあ
たって、水晶振動片の外形と溝部をエッチングにより形成する際に、前記外形形成エッチ
ングと同時に、前記各振動腕の前記溝部について、幅方向に区分された小溝が、前記各振
動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するようにエッチングする。この場合
、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を利用して、幅方向に区分
されることで、ひとつひとつの小溝としては幅の狭い溝を形成することになる。このため
小溝の底部には、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、小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、従来のように長溝状の溝形成のため
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、水晶振動片の外形形成と、振動腕の溝部の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、その外形形成エッ
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。

第２の発明は第１の発明の構成において、前記各振動腕の厚みｔを８０μｍないし１３
０μｍとした場合に、前記小溝の幅Ａをほぼ１５μｍ以下とすることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、実用的な振動腕（水晶振動片）の厚みとして、厚みｔを８
０μｍないし１３０μｍとした場合に、発明者が種々試みた結果、前記小溝の幅Ａをほぼ
１５μｍ以下とすると、小溝の長さＢの値にかかわらず、貫通しない小溝を形成する必要
的条件を満たすことができる。

第３の発明は第２の発明の構成において、前記小溝の幅Ａが１５μｍを超える場合、前
記小溝の長さＢを２５０μｍ以下とすることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、特に、前記小溝の幅Ａが１５μｍを超える場合、前記小溝
の長さＢを２５０μｍ以下とすると、貫通しない小溝を形成することができる。

上述の目的は、第４の発明によれば、水晶材料でなる基板の表面に、耐蝕膜を形成する
工程と、前記耐蝕膜に重ねてレジストを塗布する工程と、前記レジスト及び前記耐蝕膜を
エッチングして、振動腕に形成される溝部に対応した形状及び前記水晶振動片の外形形状
に適合するようにマスクを作成し、外形形成エッチングをする外形形成エッチング工程と
、前記水晶振動片の外形と各振動腕の前記溝部を形成した後に、必要な電極膜を形成する
工程とを含んでおり、前記外形形成エッチング工程において、前記水晶振動片の外形形状
に適合するマスキングと、前記各振動腕の前記溝部について、幅方向に区分された小溝が
、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続する形態のマスキングとを
同時に行って、前記エッチングを行う、水晶振動片の製造方法により、達成される。

第４の発明の構成によれば、水晶材料でなる基板表面に耐蝕膜を形成してレジストを塗
布した後で、水晶振動片の外形と溝部をエッチングにより形成する際の外形形成エッチン
グ工程において、前記外形形成エッチングと同時に、前記各振動腕の前記溝部について、
幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続
するように、外形と溝部とをそれぞれに同時にマスキングする。特に、溝部のマスキング
は、ひとつひとつの小溝を形成するため、振動腕の幅方向に区分された幅の狭い溝を形成
するのに適合する形態とする。これにより、小溝の底部には、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、外形が
完全にエッチングされる一方で、同時に小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。これにより、従来のように長溝状の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、水晶振動片
の外形形成と、振動腕の溝部の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。

上述の目的は、第５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部を有する水晶振
動片であって、前記各振動腕の前記溝部には、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕
の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するように形成されている、水晶振動片に
より、達成される。
第５の発明の構成によれば、前記振動腕の前記溝部において、複数または多数の小溝を
仕切る格子状の構造が得られる。このため、材料の厚みの薄くなった溝部において、格子
構造は、振動腕の剛性を向上させる役割を果たす。これにより、振動腕に溝部を備えてい
ても、破損しにくい丈夫な水晶振動片を得ることができる。

第６の発明は第５の発明の構成において、前記小溝は、その断面形状において、前記小
溝を形成する壁部が、前記小溝のほぼ中心に向かって徐々に溝深さを増すような傾斜を備
えていることを特徴とする。
第６の発明の構成によれば、格子状の構造を形成する前記壁部は、前記傾斜を備えるこ
とで、断面において末広がりのような形態を備える。これにより各壁部の基端付近も丈夫
な構造となる。

上述の目的は、第７の発明によれば、ケースまた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部を有し、
かつ前記各振動腕の前記溝部には、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向
に沿って複数個並列した状態で連続するように形成されている、水晶デバイスにより、達
成される。
第７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部において、複数
または多数の小溝を縦横に仕切る格子状もしくは枠状の構造が得られるこのため、材料の
厚みの薄くなった溝部において、格子構造は、振動腕の剛性を向上させる役割を果たす。
これにより、ケースまたは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。

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
部を有し、かつ前記各振動腕の前記溝部には、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕
の長さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するように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。

上述の目的は、第９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部を
有し、かつ前記各振動腕の前記溝部には、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長
さ方向に沿って複数個並列した状態で連続するように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。

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Ｃ−Ｃ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５２、第２の積層基板５３、第３の積層基板５４を重ねて形成さ
れている。

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５３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４３，４
３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。

また、図２に示されているように、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３７ａに対して、第２の孔である外側の貫
通孔３７ｂ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６５を備える段つき開口とされている。この段部６５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。

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６５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、ロウ材３３を用いて蓋体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。

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の概略平面図で示す形状とされている。
すなわち、水晶振動片３２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ている。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、図において上
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。

図３に示されているように、基部５１の振動腕３４，３５側端部には、幅方向に凹状と
された切欠き部５１ａ，５１ｂが形成されている。各振動腕３４，３５の基端部は僅かに
外方に突出している。
これにより、各振動腕３４，３５からの基部５１側への振動の漏れ込みを防止するよう
にされている。
尚、図示による複雑さを避けて理解の便宜をはかるため、図１ないし図３では、水晶振
動片３２に形成される励振電極その他の電極は省略されている。

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部５６，５７
が形成されている。この各溝部５６，５７は、各振動腕３４，３５の表裏両面に形成され
ている。各溝部５６，５７は、格子状の枠部７５に仕切られた小溝６１と小溝６２とが並
列的に並んで、長さ方向に複数もしくは多数の対となって形成されている。図３の右側に
は、小溝６１と小溝６２が拡大して示されている。そして、各溝部５６，５７は、同じ構
造であり、これらを構成する小溝６１と小溝６２も同じ構造である。図４はひとつの小溝
６１についての図３のＤ−Ｄ線切断端面図、図５は並列に並んだ小溝６１と小溝６２につ
いての図３のＥ−Ｅ線切断端面図である。

また、図３において、水晶振動片３２の基部５１の端部（図３では下端部）の幅方向両
端付近には、引き出し電極５８，５９が形成されている。各引き出し電極５８，５９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５８，５９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５８，５９は、各振動腕３４，３５の溝部５６，５７内に設けた励振電極
（後述）と接続されている。

図３ないし図５に示されているように、溝部５６は、小溝６１，６２を、溝部５７も小
溝６１，６２を有している。これらは同じ構造を備えているので、煩雑さを避ける振動腕
３５の溝部５７についてだけ説明する。小溝６１，６２は、図５に示すように、振動腕３
５の幅方向に区分された小溝６１，６２となっている。さらに、小溝６１，６２は、図３
に示されているように、振動腕３５の長さ方向、すなわちＹ方向に所定の間隔で、複数対
もしくは多数対連続するように形成されている。これらの小溝６１，６２は、それぞれ平
面視において、幅Ａ、長さＢで示すようなほぼ長方形である。
小溝６１は、図４及び図５に示すように、有底の溝であり、小溝６１を形成する枠部７
５が有する壁部６１ａ，６１ａや６１ｂ，６１ｂが、小溝のほぼ中心に向かって徐々に溝
深さを増すような傾斜を備えている。すなわち、これらの壁部６１ａ，６１ａや６１ｂ，
６１ｂは平面視において、図３に示すように格子状の構造を形成しており、図４，図５に
示すような傾斜を備えることで、断面において末広がりのような形態を備える。これによ
り各壁部の基端付近が丈夫な構造となるから、溝部５６，５７が構造的に丈夫になり、形
態の保持性が高い。

また、図５に示すように、小溝６１，６２内には電極が形成され、この電極は小溝６１
，６２間で一体とされていることにより、励振電極６３とされている。
この励振電極６３の他に、振動腕３５の両側面にも励振電極６４が形成されており、励
振電極６３と励振電極６４は異極とされている。励振電極６３と励振電極６４は、それぞ
れ対応する図３の引き出し電極５８，５９に図示しない引回し部により接続されている。
そして励振電極６３と励振電極６４は、小溝６１，６２の各壁部を構成する水晶材料を挟
んで対向するように形成されることにより、引き出し電極５８，５９を介して印加された
駆動電圧の作用で励振電極６３と励振電極６４に挟まれた水晶材料に電界を生じることが
でき、これにより、効率的に振動腕３５の屈曲振動を生じるようにされている。
ここで、小溝の形態は、図３に示すものに限られない。例えば、各振動腕３４，３５の
長さ方向に並ぶ小溝６１，６１，６１，６１、小溝６２，６２，６２，６２について、図
３の例では、全てその長さＢが同じであるが、異なる長さＢを備える小溝が並ぶようにし
てもよい。例えば、各振動腕３４，３５の付け根付近では、小溝の長さＢを１００μｍ程
度とし、各振動腕３４，３５のより先端側に設けられる小溝の長さＢを９０μｍ程度とす
ることもできる。

次に、図６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、上述した図３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。

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６（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。基板７１は、例えば水晶の単結晶から切り出され
、以下で説明するようにして音叉型に加工されて形成される。
先ず、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。

（耐蝕膜の形成工程）
次に、図６（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６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。

（パターニング工程）
次いで、図６（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６（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 ３４ｃ
ｐが好適に使用できる。
マスク７４は、図示された外側の縁部が、振動腕の外形に対応しており、内側の開口も
しくは孔部は、溝部５７の並列に並んだ小溝６１，６２に対応している。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。

（外形形成エッチング工程）
かくして、図６（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を配置し、露光後、図６（ｅ）に示すように、感光したレジスト７３を除去する
。
次に、図６（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６（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（外形形成エッチング工程）。この外形形成エッチング工程
は、１００分ないし２００分で、従来の外形形成エッチング工程の所要時間と同じであり
、所要時間は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、外形形成エッチング工程が完了する。

この外形形成エッチング工程では、図６（ｆ）から図６（ｇ）にいたる過程で、上述の
条件により、図示されているように、振動腕の外形は完全にエッチングされるが、振動腕
の内側においては、小溝６１，６２が形成される。これは、マスク７４の各小溝６１，６
２の大きさとして、図３の寸法Ａ及びＢを後述するように設定することにより、この部分
が貫通しないでハーフエッチングされることによる。

つまり、この実施形態では、水晶のエッチングによる異方性に基づいて、突起もしくは
ヒレ状の異形形状もしくは異形形状部６５が形成されるが、同様の作用がマスク７４の内
側の開口である小溝６１，６２に対応した箇所でも進行することによる。このような水晶
のエッチングによる異方性により、外形形成エッチング工程では各小溝６１，６２が貫通
しないで、有底の溝になる。この過程で、各小溝６１，６２の壁面は、ほぼ図４や図５で
説明したような形態となる。
そして、外形形成エッチング工程を行った後で、次に図６（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。

（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形成する。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６（ｉ）に示すように、励振電極６３と励振電極６４が形成された水晶
振動片が完成する。なお、図６（ｉ）では、振動腕３５の断面だけが示されている。

このように、本実施形態の製造方法によれば、従来、外形形成エッチングとは別に行っ
ていた溝形成工程（ハーフエッチング）が水晶振動片３２の外形を形成するエッチングと
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。
さらに、従来の図１５ないし図１７の製造工程では、外形形成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ことから、振動腕６の外形に対して、溝９，１２が偏
った位置に形成されてしまうおそれがある。このように溝９，１２の形成位置がずれると
、水晶振動片３の振動性能に悪影響が生じることがあった。

これに対して、本実施形態の製造工程では、外形形成エッチングと溝部形成のためのハ
ーフエッチングの工程を一緒にパターニングして一工程で行っているので、振動腕に対し
て小溝の位置がずれることを防止でき、溝のエッチング工程を原因として水晶振動片３２
の振動性能に悪影響が出ることがない。
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
部５６，５７において、例えば溝部５７では、その小溝６１を形成する壁部６１ａ，６１
ａや６１ｂ，６１ｂが、小溝のほぼ中心に向かって徐々に溝深さを増すような傾斜が形成
される。これにより各壁部の基端付近が丈夫な構造となるから、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。

図７は水晶振動片３２の振動腕３４，３５の厚みとしての水晶厚みｔを、それぞれ１０
０μｍと１３０μｍとした場合において、縦軸に図３の小溝の長さＢを、横軸に小溝の幅
Ａをとり、上述の条件で外形形成エッチング工程を１４０分行い、小溝が貫通しないで有
底の溝となった場合の数値をプロットしたグラフである。各グラフの原点よりの領域が有
底の溝となった場合、すなわち、溝底部が貫通しないでハーフエッチングが行われた範囲
を示している。

図示されているように、ｔ＝１３０μｍにおいて小溝の幅Ａが１５μｍ以下であれば、
小溝の長さＢによらず貫通しない小溝を形成する必要的条件を満たすことができる。また
、ｔ＝１３０μｍにおいて小溝の幅Ａが１５μｍを超える場合は、小溝の長さＢを２５０
μｍ以下とすることにより、貫通しない小溝を形成する必要的条件を満たすことができる
。

図８ないし図１１は、水晶厚みｔを１００μｍに設定して、エッチング時間を１４０分
（図８）、１６０分（図９）、１８０分（図１０）、２００分（図１１）と変えた場合の
グラフである。
これらの図に示されているように、エッチング時間の相違に係わらず、ほぼ上述の条件
が満たされることで、有底の小溝を形成することができる。

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（ＣＰＵ）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
報記憶手段であるメモリ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３
０は、水晶デバイス３０単体でなくても、水晶デバイス３０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。

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。

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３
２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。

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、振動腕の溝部を構成する小溝は、幅方向に３つ以上並んでいてもよい。
また、長さ方向に、少なくとも複数対設ければ、かならずしも多数対設ける必要はない
。
さらに、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、金属やセラミックのシリンダー状のケースに水晶振動
片を収容するもの等、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。

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１のＣ−Ｃ線概略断面図。 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平面図。 図３のＤ−Ｄ線切断端面図。 図３のＥ−Ｅ線切断端面図。 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。 振動腕の厚みとしての水晶厚みｔを、それぞれ１００μｍと１３０μｍとした場合において、縦軸に小溝の長さＢを、横軸に小溝の幅Ａをとり、外形形成エッチング工程を１４０分行い、小溝が貫通しないで有底の溝となった場合の数値をプロットしたグラフ。 水晶厚みｔを１００μｍに設定して、エッチング時間を１４０分とした場合の図７と同様のグラフ。 水晶厚みｔを１００μｍに設定して、エッチング時間を１６０分とした場合の図７と同様のグラフ。 水晶厚みｔを１００μｍに設定して、エッチング時間を１８０分とした場合の図７と同様のグラフ。 水晶厚みｔを１００μｍに設定して、エッチング時間を２００分とした場合の図７と同様のグラフ。 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。 従来の水晶振動片の構成例を示す概略斜視図。 図１３のＡ−Ａ線概略端面図。 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１３の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。 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…溝部、６
１，６２…小溝、６５…異形形状。

Claims (3)

1. 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部を有する水晶振動片であって、
   前記各振動腕の前記溝部には、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で形成されており、
   前記小溝は、その断面形状において、前記小溝を形成する壁部が、前記小溝のほぼ中心に向かって徐々に溝深さを増すような傾斜を備えており、
   前記傾斜のうち前記振動腕の長さ方向に対向する傾斜どうしが接することによって前記小溝の底部を構成していることを特徴とする水晶振動片。
2. ケースまた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部を有し、かつ前記各振動腕の前記溝部には、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で形成されており、
   前記小溝は、その断面形状において、前記小溝を形成する壁部が、前記小溝のほぼ中心に向かって徐々に溝深さを増すような傾斜を備えており、
   前記傾斜のうち前記振動腕の長さ方向に対向する傾斜どうしが接することによって前記小溝の底部を構成していることを特徴とする水晶デバイス。
3. 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部を有し、かつ前記各振動腕の前記溝部には、幅方向に区分された小溝が、前記各振動腕の長さ方向に沿って複数個並列した状態で形成されており、
   前記小溝は、その断面形状において、前記小溝を形成する壁部が、前記小溝のほぼ中心に向かって徐々に溝深さを増すような傾斜を備えており、
   前記傾斜のうち前記振動腕の長さ方向に対向する傾斜どうしが接することによって前記小溝の底部を構成し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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