JP5071623B2 - 音叉型圧電振動片集合体及び音叉型圧電振動片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、音叉型圧電振動片及びその集合体並びに音叉型圧電振動片の製造方法に関する。

水晶ウエハをエッチングして音叉型水晶振動片を製造することが知られている。詳しくは、１つの水晶ウエハを、多数（数百）の音叉型水晶振動片が連結部によって枠と連結された形状にエッチングし、各音叉型水晶振動片を連結部で折り取っていた。この折り取りのプロセスで、適切な折り取りがなされずに製品に突起が残るのを防止するため、連結部に薄肉部を形成することも知られている（特許文献１）。

従来、各音叉型水晶振動片について、折り取り前に周波数・ＣＩ値などを測定していた。測定のためのパッドは、振動腕が接続される基部が比較的大きければ基部に配置することが可能であったが、近年、音叉型水晶振動片の小型化に伴って基部が小さくなっており、基部にはパッドを配置できなくなってきている。
特開２００３−１９８３０３号公報

本発明の目的は、音叉型圧電振動片の折り取りを適正に行い、かつ、折り取り前に音叉型圧電振動片の特性測定を行うことができる構造を提供することにある。

（１）本発明に係る音叉型圧電振動片集合体は、
相互に反対を向く第１及び第２の面の間隔を厚みとし、枠体と、前記枠体に連結された基部及び前記基部から延びる一対の振動腕をそれぞれが有する複数の音叉型圧電振動片と、が一体的に形成されてなる圧電体と、
それぞれの前記音叉型圧電振動片上に形成された電極と、
前記電極に電気的に接続するように前記圧電体上に形成された配線と、
を有し、
前記枠体と前記基部との連結部には、前記第１及び第２の面に括れた形状が表れるように対向方向に一対の切り込みが形成され、
前記連結部は、前記第１の面において平坦であり、
前記第２の面には、前記一対の切り込み間で前記一対の切り込みに連続する溝が形成され、
前記配線は、前記第１の面で、前記連結部上に形成された部分と、前記枠体上に形成された部分と、が連続するように形成されてなる。本発明によれば、電極に電気的に接続された配線が枠体まで延長されているので、基部が小さくても枠体上で音叉型圧電振動片の特性の測定を行うことができる。また、配線を枠体まで延長するので、実際の製品の配線抵抗に近づけることができる。さらに、枠体と基部との連結部に切り込みが形成され、かつ、第２の面に溝が形成されているので、切り込み及び溝に沿って、音叉型圧電振動片の折り取りを適正に行うことができる。
（２）この音叉型圧電振動片集合体において、
前記溝はＶ溝であってもよい。
（３）この音叉型圧電振動片集合体において、
それぞれの前記切り込みは、前記第１又は第２の面にＶ字状に表れるように形成されていてもよい。
（４）この音叉型圧電振動片集合体において、
前記第１及び第２の面において、前記一対の振動腕にはそれぞれ長手方向に長溝が形成されていてもよい。
（５）この音叉型圧電振動片集合体において、
前記基部には、前記第１及び第２の面に凹状に表れる凹みが形成され、前記凹部の内側に前記枠体との前記連結部が位置してもよい。
（６）この音叉型圧電振動片集合体において、
それぞれの前記音叉型圧電振動片は、一対の支持腕をさらに含み、
前記一対の支持腕は、前記基部から前記一対の振動腕の延びる方向とは交差方向であってそれぞれ相互に反対方向に延び、前記一対の振動腕の延びる方向に屈曲してさらに延びてもよい。
（７）この音叉型圧電振動片集合体において、
前記枠体と前記基部との前記連結部に形成されている前記一対の切り込みを一対の第１の切り込みとして、
前記基部には、前記第１及び第２の面に括れた形状が表れるように、相互に対向方向に一対の第２の切り込みが形成され、
一方の前記第１の切り込みと一方の前記第２の切り込みの間に、一方の前記支持腕が配置されていてもよい。
（８）本発明に係る音叉型圧電振動片の製造方法は、
（ａ）相互に反対を向く第１及び第２の面の間隔を厚みとし、枠体と、前記枠体に連結された基部及び前記基部から延びる一対の振動腕をそれぞれが有する複数の音叉型圧電振動片と、が一体的に形成されてなる圧電体を用意し、
（ｂ）それぞれの前記音叉型圧電振動片の特性を測定し、その後、
（ｃ）それぞれの前記音叉型圧電振動片を前記枠体から折り取る、
ことを含み、
それぞれの前記音叉型圧電振動片上には電極が形成され、
前記電極に電気的に接続するように前記圧電体上に配線が形成され、
前記枠体と前記基部との連結部には、前記第１及び第２の面に括れた形状が表れるように対向方向に一対の切り込みが形成され、
前記連結部は、前記第１の面において平坦であり、
前記第２の面には、前記一対の切り込み間で前記一対の切り込みに連続する溝が形成され、
前記配線は、前記第１の面で、前記連結部上に形成された部分と、前記枠体上に形成された部分と、が連続するように形成され、
前記（ｂ）工程で、前記第１の面上であって前記枠体上で、前記配線にプローブを接触させて前記特性の測定を行う。本発明によれば、電極に電気的に接続された配線が枠体まで延長されているので、基部が小さくても枠体上で音叉型圧電振動片の特性の測定を行うことができる。また、配線を枠体まで延長するので、実際の製品の配線抵抗に近づけることができる。さらに、枠体と基部との連結部に切り込みが形成され、かつ、第２の面に溝が形成されているので、切り込み及び溝に沿って、音叉型圧電振動片の折り取りを適正に行うことができる。
（９）この音叉型圧電振動片の製造方法において、
前記（ｂ）工程後で前記（ｃ）工程前に、前記振動腕に錘となる薄膜を形成することをさらに含んでもよい。
（１０）この音叉型圧電振動片の製造方法において、
前記（ａ）工程で、エッチングによって、前記一対の切り込み及び前記溝を同時又は連続的に形成してもよい。
（１１）この音叉型圧電振動片の製造方法において、
前記（ａ）工程で、前記第１及び第２の面において、前記一対の振動腕のそれぞれに長手方向に長溝を、エッチングによって、前記一対の切り込み及び前記溝と同時又は連続的に形成してもよい。
（１２）この音叉型圧電振動片の製造方法において、
前記溝としてＶ溝を形成してもよい。
（１３）この音叉型圧電振動片の製造方法において、
それぞれの前記切り込みを、前記第１又は第２の面にＶ字状に表れるように形成してもよい。
（１４）本発明に係る音叉型圧電振動片は、
音叉型圧電振動片集合体から折り取られてなる音叉型圧電振動片であって、
前記音叉型圧電振動片集合体は、
相互に反対を向く第１及び第２の面の間隔を厚みとし、枠体と、前記枠体に連結された基部及び前記基部から延びる一対の振動腕をそれぞれが有する複数の前記音叉型圧電振動片と、が一体的に形成されてなる圧電体と、
それぞれの前記音叉型圧電振動片上に形成された電極と、
前記電極に電気的に接続するように前記圧電体上に形成された配線と、
を有し、
前記枠体と前記基部との連結部には、前記第１及び第２の面に括れた形状が表れるように対向方向に一対の切り込みが形成され、
前記連結部は、前記第１の面において平坦であり、
前記第２の面には、前記一対の切り込み間で前記一対の切り込みに連続する溝が形成され、
前記配線は、前記第１の面で、前記連結部上に形成された部分と、前記枠体上に形成された部分と、が連続するように形成されてなり、
前記連結部で、前記一対の切り込み及び前記溝に沿って、前記枠体から折り取られてなる。本発明によれば、電極に電気的に接続された配線が枠体まで延長されているので、基部が小さくても枠体上で音叉型圧電振動片の特性の測定を行うことができる。また、配線を枠体まで延長するので、実際の製品の配線抵抗に近づけることができる。さらに、枠体と基部との連結部に切り込みが形成され、かつ、第２の面に溝が形成されているので、切り込み及び溝に沿って、音叉型圧電振動片の折り取りを適正に行うことができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る音叉型圧電振動片集合体の一部を示す図である。音叉型圧電振動片集合体は、相互に反対を向く第１及び第２の面１２，１４の間隔を厚みとして、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料からなる圧電体である。音叉型圧電振動片集合体は、枠体１６及び複数の音叉型圧電振動片２０が一体的に形成されてなる。

図２は、音叉型圧電振動片集合体の第１の面１２の一部を示す拡大図であり、図３は、音叉型圧電振動片集合体の第２の面１４の一部を示す拡大図である。音叉型圧電振動片２０は、枠体１６に連結される基部２２と、基部２２から延びる一対の振動腕２４を有する。基部２２と一対の振動腕２４が音叉の形状になっている。基部２２には、第１及び第２の面１２，１４に凹状に表れる凹部２６が形成されている。凹部２６の内側に、枠体１６と基部２２の連結部２８が位置している。こうすることで、連結部２８を折り取るときに、その断片が基部２２に多少残っても、それが凹部２６の引っ込んだ位置にあるので外形サイズに影響を与えない。

振動腕２４は、基部２２に接続される根本部において、基部２２側に向けて幅を拡げてあり、広い幅で基部２２に接続するので剛性が高くなっている。また、振動腕２４は、根本部に接続される中間部において、根本部から先端方向に向けて徐々に幅を狭くしてあり、これにより、振動しやすくなっている。さらに、振動腕２４の先端部は、先端方向に向けて徐々に幅を拡げてあり、錘の機能を果たし、振動周波数を低くすることができる。

図４は、図２に示す音叉型圧電振動片２０のIV−IV線断面の一部（振動腕２４及び基部２２）を示す図である。振動腕２４には、第１及び第２の面１２，１４のそれぞれに長手方向に長溝３０が形成されている。長溝３０によって振動腕２４が動きやすくなって効率的に振動するのでＣＩ値を下げることができる。長溝３０は、振動腕２４の長さの５０〜７０％の長さを有する。また、長溝３０は、振動腕２４の幅の６０〜９０％の幅を有する。

音叉型圧電振動片２０は、一対の支持腕３２をさらに含む。一対の支持腕３２は、基部２２から一対の振動腕２４の延びる方向とは交差方向（例えば垂直方向）であってそれぞれ相互に反対方向に延び、一対の振動腕２４の延びる方向に屈曲してさらに延びる。屈曲することで、支持腕３２は小型化される。支持腕３２は、図示しないパッケージなどに取り付けられる部分であり、支持腕３２での取り付けによって、振動腕２４及び基部２２は浮いた状態になる。

枠体１６と基部２２との連結部２８には、第１及び第２の面１２，１４に括れた形状が表れるように対向方向に一対の第１の切り込み３４が形成されている。図５に示すように、第１又は第２の面１２，１４にＶ字状に表れる第１の切り込み１３４を形成してもよい。連結部２８は、第１の面１２において平坦であり、第２の面１４には、一対の第１の切り込み３４間で一対の第１の切り込み３４に連続する溝３６が形成されている。図６に示すように、Ｖ溝となる溝１３６を形成してもよい。Ｖ溝の溝１３６を形成すれば溝１３６に沿って一直線に連結部２８を折ることができ、Ｖ字状の第１の切り込み１３４を形成すればさらに効果的である。

基部２２には、第１及び第２の面１２，１４に括れた形状が表れるように、相互に対向方向に一対の第２の切り込み３８が形成されている。一対の第２の切り込み３８は、基部２２の、支持腕３２が接続する部分よりも振動腕２４に近い位置に形成されている。一方の第１の切り込み３４と一方の第２の切り込み３８の間に、一方の支持腕３２が配置されている。第２の切り込み３８によって、振動腕２４の振動の伝達が遮断されるので、振動が基部２２や支持腕３２を介して外部に伝わること（振動漏れ）を抑制し、ＣＩ値の上昇を防止することができる。第２の切り込み３８の長さ（深さ）は、基部２２の強度を確保できる範囲で長い（深い）ほど、振動漏れ抑制効果は大きい。一対の第２の切り込み３８の間の幅（一対の第２の切り込み３８に挟まれた部分の幅）は、一対の振動腕２４の対向面の間隔よりも小さくしてもよいし大きくしてもよいし、一対の振動腕２４の相互に反対を向く外面の距離よりも小さくしてもよいし大きくしてもよい。

音叉型圧電振動片２０上には電極４０が形成されている。電極４０は、第１及び第２の電極４２，４４を含む。第１及び第２の電極４２，４４は、異なる電位に接続するために、電気的に分離されている。電極４０は、圧電体との密着性の高い下地層（例えばＣｒ層）と、その上の電気抵抗が低く酸化しにくい層（例えばＡｕ層）の２層で形成してもよい。

１つの振動腕２４の長溝３０内（内側面及び底面）には第１の励振電極４６が形成されている。詳しくは、１つの振動腕２４の第１及び第２の面１２，１４に形成された長溝３０に、それぞれ、一対の第１の励振電極４６が背中合わせに形成されている。第１の面１２の長溝３０に形成された第１の励振電極４６は第１の面１２上に至るように形成されてもよい。第２の面１４の長溝３０に形成された第１の励振電極４６は第２の面１４上に至るように形成されてもよい。一対の第１の励振電極４６は電気的に接続されている。一方の振動腕２４に形成された一対の第１の励振電極４６の電気的接続は、他方の振動腕２４の第２の励振電極４８によって図られる。

１つの振動腕２４の側面には第２の励振電極４８が形成されている。詳しくは、振動腕２４の、第１及び第２の面１２，１４に接続される厚み方向の面であって反対方向を向く両側面に、それぞれ、一対の第２の励振電極４８が背中合わせに形成されている。それぞれの第２の励振電極４８は、第１及び第２の面１２，１４の少なくとも一方（あるいは両方）上に至るように形成されてもよい。一対の第２の励振電極４８は、振動腕２４の長溝３０が形成されていない部分（例えば先端部）において、第１及び第２の面１２，１４の少なくとも一方（あるいは両方）上に形成された接続電極５０によって電気的に接続されている。

一方の振動腕２４に形成された第１の励振電極４６と、他方の振動腕２４に形成された第２の励振電極４８と、は基部２２上の引き出し電極５２で電気的に接続されている。引き出し電極５２は、第２の励振電極４８が形成される振動腕２４の隣に並ぶ支持腕３２上に至るまで形成されている。引き出し電極５２は、支持腕３２の第１及び第２の面１２，１４（あるいはさらに側面）に形成してもよい。支持腕３２上で、引き出し電極５２を外部との電気的接続部にすることができる。電気的に接続された第１の励振電極４６、第２の励振電極４８、接続電極５０及び引き出し電極５２によって、第１及び第２の電極４２，４４のそれぞれが構成される。１つの振動腕２４において、第１及び第２の励振電極４８間に電圧を印加して、振動腕２４の側面を伸縮させることで振動腕２４を振動させる。なお、第１及び第２の励振電極４６，４８は、振動腕２４の７０％までは、長いほどＣＩ値が下がることが分かっている。

圧電体には、電極４０に電気的に接続するように配線５４が形成されている。第１及び第２の電極４２，４４のそれぞれに配線５４が電気的に接続されている。配線５４は、第１の面１２で、連結部２８上に形成されて電極４０（詳しくは引き出し電極５２）に接続される部分と、枠体１６上に形成された部分と、が連続するように形成されている。枠体１６上の部分は、テストプローブを接触させることができるように比較的大きく形成してある。これに対して、第２の面１４では、配線５４は形成されていない。すなわち、第２の面１４上では、連結部２８上に配線５４がなく、枠体１６上にも配線５４がない。

本実施の形態によれば、電極４０に電気的に接続された配線５４が枠体１６まで延長されているので、基部２２が小さくても枠体１６上で音叉型圧電振動片２０の特性の測定を行うことができる。また、配線５４を枠体１６まで延長するので、実際の製品の配線５４抵抗に近づけることができる。さらに、枠体１６と基部２２との連結部２８に第１の切り込み３４が形成され、かつ、第２の面１４に溝３６が形成されているので、第１の切り込み３４及び溝３６に沿って、音叉型圧電振動片２０の折り取りを適正に行うことができる。

本実施の形態に係る音叉型圧電振動片集合体は、上述したように構成されている。以下、本実施の形態に係る音叉型圧電振動片２０の製造方法を説明する。

本実施の形態では、相互に反対を向く第１及び第２の面１２，１４の間隔を厚みとし、枠体１６と、上述した複数の音叉型圧電振動片２０と、が一体的に形成されてなる圧電体を用意する。この形状の圧電体は、圧電体材料からなるウエハをエッチングして得ることができる。エッチングによって、一対の第１の切り込み３４及び溝３６を同時又は連続的に形成してもよい。さらに、上述した長溝３０を、エッチングによって、一対の第１の切り込み３４及び溝３６と同時又は連続的に形成してもよい。その他、本実施の形態に係る製造方法は、上述した構成から自明の製造プロセス及び周知のプロセスを含む。

そして、それぞれの音叉型圧電振動片２０の特性を測定する。特性として、振動周波数、ＣＩ値、Ｑ値などが挙げられる。測定値に従って、必要に応じて、振動腕２４に錘となる薄膜を形成することをさらに含んでもよい。あるいは、振動腕２４に形成された薄膜を逆スパッタリングなどによって削ってもよい。こうすることで、振動周波数、ＣＩ値、Ｑ値を調整することができる。必要であればその後再び特性を測定し同じプロセスを繰り返す。

そして、それぞれの音叉型圧電振動片２０を枠体１６から折り取る。例えば、枠体１６を保持し、各音叉型圧電振動片２０が浮いた状態で支持し、各音叉型圧電振動片２０を吸着器で吸着しながら押さえつけて、枠体１６から折り取る。折り取りは、第１の面１２から押さえつけて行ってもよいし、第２の面１４から押さえつけてもよい。押さえつける位置は、基部２２の、第２の切り込み３８よりも連結部２８に近い位置（支持腕３２の根本に接続する部分）であってもよい。この位置は、振動腕２４や支持腕３２にストレスを生じさせずに折り取るので好ましい。

本実施の形態によれば、連結部２８に溝３６が形成されているので、溝３６に沿って連結部２８を折ることができる。こうして、図７に示す音叉型圧電振動片２０を得ることができる。音叉型圧電振動片２０の構成は、上述した音叉型圧電振動片集合体で説明した内容が該当する。

図８は、本実施の形態に係る音叉型圧電振動片の動作を説明する図である。図８に示すように、一方の振動腕１１２の第１及び第２の励振電極１６０，１６２に電圧が印加され、他方の振動腕２１２の第１及び第２の励振電極２６０，２６２に電圧が印加される。ここで、一方の振動腕１１２の第１の励振電極１６０と他方の振動腕２１２の第２の励振電極２６２が同じ電位（図８の例では＋電位）となり、一方の振動腕１１２の第２の励振電極１６２と他方の振動腕２１２の第１の励振電極２６０が同じ電位（図８の例では−電位）となるように、第１の励振電極１６０，２６０及び第２の励振電極１６２，２６２は、クロス配線によって交流電源に接続され、駆動電圧としての交番電圧が印加されるようになっている。印加電圧によって、図８に矢印で示すように電界が発生し、これにより、振動腕１１２，２１２は、互いに逆相振動となるように（振動腕１１２，２１２の先端側が互いに接近・離間するように）励振されて屈曲振動する。また、基本モードで振動するように交番電圧が調整されている。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

本発明の実施の形態に係る音叉型圧電振動片集合体の一部を示す図である。 音叉型圧電振動片集合体の第１の面の一部を示す拡大図である。 音叉型圧電振動片集合体の第２の面の一部を示す拡大図である。 図２に示す音叉型圧電振動片のIV−IV線断面の一部（振動腕及び基部）を示す図である。 切り込みの変形例を示す図である。 溝の変形例を示す図である。 音叉型圧電振動片を示す図である。 本実施の形態に係る音叉型圧電振動片の動作を説明する図である。

符号の説明

１２…第１の面、 １４…第２の面、 １６…枠体、 ２０…音叉型圧電振動片、 ２２…基部、 ２４…振動腕、 ２６…凹部、 ２８…連結部、 ３０…長溝、 ３２…支持腕、 ３４…（第１の）切り込み、 ３６…溝、 ３８…第２の切り込み、 ４０…電極、 ４２…第１の電極、 ４４…第２の電極、 ４６…第１の励振電極、 ４８…第２の励振電極、 ５０…接続電極、 ５２…引き出し電極、 ５４…配線、 １３４…第１の切り込み、 １３６…溝

Claims (7)

1. 相互に反対を向く第１及び第２の面の間隔を厚みとし、枠体と、前記枠体に連結された基部及び前記基部から延びる一対の振動腕をそれぞれが有する複数の音叉型圧電振動片と、が一体的に形成されてなる圧電体と、
   それぞれの前記音叉型圧電振動片上に形成された電極と、
   前記電極に電気的に接続するように前記圧電体上に形成された配線と、
   を有し、
   前記枠体と前記基部との連結部には、前記第１及び第２の面に括れた形状が表れるように対向方向に一対の切り込みが形成され、
   前記連結部は、前記第１の面において平坦であり、
   前記第２の面には、前記一対の切り込み間で前記一対の切り込みに連続する溝が形成され、
   前記配線は、前記第１の面で、前記連結部上に形成された部分と、前記枠体上に形成された部分と、が連続するように形成され、
   前記配線は、前記第２の面で、一方の端部が前記基部に位置し、前記溝、前記連結部及び前記枠体の上には形成されておらず、
   前記第２の面における前記配線は、前記溝から間隔をおいて形成されている、音叉型圧電振動片集合体。
2. （ａ）相互に反対を向く第１及び第２の面の間隔を厚みとし、枠体と、前記枠体に連結された基部及び前記基部から延びる一対の振動腕をそれぞれが有する複数の音叉型圧電振動片と、が一体的に形成されてなる圧電体を用意し、
   （ｂ）それぞれの前記音叉型圧電振動片の特性を測定し、その後、
   （ｃ）それぞれの前記音叉型圧電振動片を前記枠体から折り取る、
   ことを含み、
   それぞれの前記音叉型圧電振動片上には電極が形成され、
   前記電極に電気的に接続するように前記圧電体上に配線が形成され、
   前記枠体と前記基部との連結部には、前記第１及び第２の面に括れた形状が表れるように対向方向に一対の切り込みが形成され、
   前記連結部は、前記第１の面において平坦であり、
   前記第２の面には、前記一対の切り込み間で前記一対の切り込みに連続する溝が形成され、
   前記配線は、前記第１の面で、前記連結部上に形成された部分と、前記枠体上に形成された部分と、が連続するように形成され、
   前記配線は、前記第２の面で、一方の端部が前記基部に位置し、前記溝、前記連結部及び前記枠体の上には形成されておらず、
   前記（ｂ）工程で、前記第１の面上であって前記枠体上で、前記配線にプローブを接触させて前記特性の測定を行い、
   前記第２の面における前記配線は、前記溝から間隔をおいて形成される、音叉型圧電振動片の製造方法。
3. 請求項２に記載された音叉型圧電振動片の製造方法において、
   前記（ｂ）工程後で前記（ｃ）工程前に、前記振動腕に錘となる薄膜を形成することをさらに含む音叉型圧電振動片の製造方法。
4. 請求項２または３に記載された音叉型圧電振動片の製造方法において、
   前記（ａ）工程で、エッチングによって、前記一対の切り込み及び前記溝を同時又は連続的に形成する音叉型圧電振動片の製造方法。
5. 請求項４に記載された音叉型圧電振動片の製造方法において、
   前記（ａ）工程で、前記第１及び第２の面において、前記一対の振動腕のそれぞれに長手方向に長溝を、エッチングによって、前記一対の切り込み及び前記溝と同時又は連続的に形成する音叉型圧電振動片の製造方法。
6. 請求項２ないし５のいずれか１項に記載された音叉型圧電振動片の製造方法において、
   前記溝としてＶ溝を形成する音叉型圧電振動片の製造方法。
7. 請求項２ないし６のいずれか１項に記載された音叉型圧電振動片の製造方法において、
   それぞれの前記切り込みを、前記第１又は第２の面にＶ字状に表れるように形成する音叉型圧電振動片の製造方法。