JP5185787B2

JP5185787B2 - 圧電振動子及びその製造方法

Info

Publication number: JP5185787B2
Application number: JP2008299367A
Authority: JP
Inventors: 光男岩舘; 良文西野
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2028-11-25
Also published as: CN101465627B; TW200945640A; CN101465627A; JP2009171553A

Description

本発明は、音叉型圧電振動片をパッケージ内に封止した圧電振動子及びその製造方法に関し、圧電振動子上に付着した薄膜を除去して発振周波数を調整する技術に関する。

音叉型水晶振動子などの圧電振動子を製造する場合の発振周波数調整方法として、素子上にトリミング領域を設け、そこに重り材料として付着している薄膜をレーザー光でトリミングする方法がある。この種の技術として、例えば、特許文献１に示される"圧電振動子及び圧電デバイスの製造方法"が知られている。この特許文献１に示される圧電振動子は、図９に示すように、音叉型水晶振動片１の振動腕１Ａに、質量を増減して発振周波数を調整するための質量調整膜２を有する重り部３が設けられている。この質量調整膜２は、粗調整用の重りとなるＡｕなどを蒸着した蒸着膜４（粗調部）と、微調整用の重りとなるＣｒなどをスパッタリングしたスパッタ膜５（微調部）とからなるものであって、重り部３の下方に位置する音叉型水晶振動片１の上面には、フォトリソグラフィ技術により所定の電極６がパターニングされている。そして、上記のような圧電振動子では、図１０に示すように重り部３の蒸着膜４及びスパッタ膜５に、レーザー光によりトリミングを行い、レーザーのスポット径に対応した複数の皮膜除去スポットを部分的に形成し、これら複数の皮膜除去スポットからなるスポット列７・８によって該音叉型水晶振動片１の周波数が目標周波数となるように調整するものである。
特開２００３−１３３８７９号公報

ところで、近年の部品小型化の流れから振動子も小さく傾向にあり、トリミングに用いられる重りの単位質量あたりの周波数変化が大きくなっている。高精度で周波数を調整するには重りのトリミング量を細かく調整する必要があるが、トリミングを行うレーザー光のスポット径をより小さくすることは難しく小型振動子発振精度確保の課題になってきている。これに対応するために次のような方式（１）（２）が示されている。

（１）レーザースポット径をより小径にすることができるレーザーを使い、まだ加工量が必要な場合は、粗調整用の重りとなる蒸着膜４と、微調整用の重りとなるスパッタ膜５でのトリミングとともに、図１１に示すように、スパッタ膜５でのトリミングを、まず、大きめのスポット径で加工した後（符号８Ａで示す）、精度の必要な微調では小さなスポットで加工する（符号８Ｂで示す）。

（２）図１２に示すように、レーザースポットのピッチをスポットの直径である"ｐ１"以下の"ｐ２"に縮小し、単位パルスあたりのトリミング量を小さくする（特許文献１参照）。調整精度を確保するため、重りの単位質量あたりの変化量が一定となる横方向にトリミングを行い、列が終了したときには、レーザースポットをスポット径と同じ一定量(ｄ１)、行方向に移動させて（この図では縦方向）、次の列を加工する。

上述したレーザーのスポット位置を変化させることでトリミングを行う方式では以下に示すような問題が発生する。すなわち、（１）の方式では、調整効率を確保しつつ精度向上を実現することができるが、標準的なレーザートリミング装置ではスポット径を小さくしても２０μｍ程度が一般的であり、それ以下のスポット径のレーザートリミング装置は非常に高価であり、このような装置の導入によって製品コストが上昇するという問題が生じる。また、（２）の方式では、"ｐ１＞ｐ２"で示すようにピッチを小さく取れば横方向の周波数調整の分解能を上げることができる。しかし、小型化した振動子では、音叉型水晶振動片１及びその端部の重り部３の幅が小さく、このため、そのトリミングの長さを大きくとることができない。そのため行方向へ照射位置をずらすことになる。通常設定される送り量ｄ１はレーザースポット径程度であるために、この送り量に基づいたトリミングでは高精度の周波数調整を実施することができない。

本発明は、従来の有していた問題を解決しようとするものであって、特にスポット径の小さい高価なレーザートリミング装置を使用することなく、微細なトリミングの調整を行うことができ、高精度で周波数を調整することが可能な圧電振動子及びその製造方法の提供を目的とする。

そして、上記目的を達成するために、本発明の圧電振動子は、音叉型水晶振動片の振動腕に周波数調整用の質量調整膜が積層された重り部を具備し、この重り部に、レーザー照射により前記質量調整膜がスポット径に対応して部分的に除去された複数の皮膜除去スポットを形成することによって、該音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数となるように調整されている圧電振動子において、前記質量調整膜には、前記皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列が複数列設けられ、前記複数のスポット列の列間隔は、前記皮膜除去スポットの直径よりも小さい間隔で配置され、かつ前記音叉型水晶振動片の目標周波数に応じて調整されていることを特徴とする。

本発明によれば、質量調整膜に、皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列を複数列設け、さらにこれら複数のスポット列の列間隔を、皮膜除去スポットの直径よりも小さい間隔で、かつ音叉型水晶振動片の目標周波数に対応して設定するようにした。そして、このような複数のスポット列の間隔設定によって、微細で高い分解能を有するトリミングの調整がなされた圧電振動子を得ることができる。すなわち、従来のようにスポット径の小さい高価なレーザートリミング装置を使用することなく、音叉型水晶振動片の目標周波数に近似した圧電振動子を得ることが可能となる。

また、本発明の圧電振動子は、音叉型水晶振動片の振動腕に周波数調整用の質量調整膜が積層された重り部を具備し、この重り部に、レーザー照射により前記質量調整膜がスポット径に対応して部分的に除去された複数の皮膜除去スポットを形成することによって、該音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数となるように調整されている圧電振動子において、前記質量調整膜には、前記皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列が複数列配置され、前記複数列のスポット列の中で第１列目のスポット列の皮膜除去スポットは、前記質量調整膜の先端部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の先端部領域から外方へはみ出すことで切欠き状に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、質量調整膜に、皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列を複数列設け、これら複数列のスポット列の中で第１列目のスポット列を、前記質量調整膜の先端部領域に位置する切欠き状にの皮膜除去スポットにより形成した。そして、このような切欠き状の皮膜除去スポットのスポット列の配置によって、微細で高い分解能を有するトリミングの調整がなされた圧電振動子を得ることができる。すなわち、従来のようにスポット径の小さい高価なレーザートリミング装置を使用することなく、音叉型水晶振動片の目標周波数に近似した圧電振動子を得ることが可能となる。

また、本発明の圧電振動子において、前記重り部の質量調整膜は、粗調整用の重りとなる粗調膜と、この粗調膜に対して間隔をおいて配置された微調整用の重りとなる微調膜とから構成されており、これら粗調膜と微調膜の少なくとも一方にて、前記皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列が複数列配置され、前記複数列のスポット列の中で、第１列目のスポット列の皮膜除去スポットは、前記粗調膜と微調膜の少なくとも一方の先端部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記粗調膜と微調膜の少なくとも一方の先端部領域から外方へはみ出すことで切欠き状に形成されていることが好ましい。

この場合、上述した切欠き状の皮膜除去スポットのスポット列を、重り部の質量調整膜を構成している粗調膜と微調膜の少なくとも一方に設けることで、より微細なトリミングの調整がなされた圧電振動子を得ることができる。

また、本発明の圧電振動子は、音叉型水晶振動片の振動腕に周波数調整用の質量調整膜が積層された重り部を具備し、この重り部に、レーザー照射により前記質量調整膜がスポット径に対応して部分的に除去された複数の皮膜除去スポットを形成することによって、該音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数となるように調整されている圧電振動子において、前記質量調整膜には、前記皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列が複数列配置され、前記複数列のスポット列の中で、その側端部に位置する皮膜除去スポットは、前記質量調整膜の側縁部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の側縁部領域から外方へはみ出すことで切欠き状に形成されていることを特徴とする。

この場合、質量調整膜に、前記皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列を複数列設け、これら複数列のスポット列の中で、その側端部に位置する皮膜除去スポットを、質量調整膜の側縁部領域に位置させることによって切欠き状に形成した。そして、このような質量調整膜の側縁部領域に、切欠き状の皮膜除去スポットを配置することで、微細で高い分解能を有するトリミングの調整がなされた圧電振動子を得ることができる。すなわち、従来のようにスポット径の小さい高価なレーザートリミング装置を使用することなく、音叉型水晶振動片の目標周波数に近似した圧電振動子を得ることが可能となる。

また、本発明の圧電振動子において、前記各列のスポット列は、前記質量調整膜にて左右に分割して配置されてなり、この左右に分割された複数列のスポット列の中で、それぞれの側端部に位置する皮膜去スポットは、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の左右の各側縁部領域から外方へはみ出すことで切欠き状に形成されていることが好ましい。

この場合、左右に分割された複数列のスポット列の中で、それぞれの側端部に位置する皮膜除去スポットを、質量調整膜の左右の各側縁部領域に位置させて切欠き状に形成することで、より微細なトリミングの調整がなされた圧電振動子を得ることができる。

また、本発明の圧電振動子の製造方法は、音叉型水晶振動片の振動腕に設けられた重り部上の質量調整膜に、レーザーを照射するにより、該レーザーのスポット径に対応した複数の皮膜除去スポットを部分的に形成し、これによって該音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数となるように調整する圧電振動子の製造方法において、前記質量調整膜に、前記レーザーのスポット径に対応した皮膜除去スポットの直径よりも小さいピッチで第１のスポット列を形成する第１の工程と、前記音叉型水晶振動片の目標周波数に応じて、前後の列間隔を調整することにより、第２列目以降のスポット列を形成する第２の工程と、からなることを特徴とする。

本発明によれば、質量調整膜にレーザーのスポット径に対応した皮膜除去スポットの直径よりも小さいピッチで第１のスポット列を形成する第１の工程と、音叉型水晶振動片の目標周波数に応じて第１のスポット列との列間隔を調整することにより第２列目以降のスポット列を形成する第２の工程と、を経ることにより、特にスポット径の小さい高価なレーザートリミング装置を使用することなく、微細なトリミングの調整を行うことができ、高い精度で周波数が調整された圧電振動子を得ることができる。

また、本発明の圧電振動子の製造方法において、前記第２の工程では、前記皮膜除去スポットの直径よりも小さい間隔となるように、前後の列間隔を調整することにより、第２列目以降のスポット列を形成することが好ましい。

この場合、第２工程にて、皮膜除去スポットの直径よりも小さい間隔となるように、第１のスポット列との列間隔を調整するから、より微細なトリミングの調整を行うことが可能となる。

また、本発明の圧電振動子の製造方法において、前記第１の工程では、第１列目のスポット列の皮膜除去スポットが、前記質量調整膜の先端部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の先端部領域から外方へはみ出すことで切欠き状となるようにレーザーを照射することが好ましい。

この場合、第１の工程にて、第１列目のスポット列の皮膜除去スポットが、質量調整膜の先端部領域に位置して切欠き形状となるようにレーザー照射するから、より微細なトリミングの調整を行うことが可能となる。

また、本発明の圧電振動子の製造方法において、前記重り部の質量調整膜は、粗調整用の重りとなる粗調膜と、この粗調膜に対して間隔をおいて配置された微調整用の重りとなる微調膜とから構成されており、これら粗調膜と微調膜の少なくとも一方において、前記第１の工程及び第２の工程により、前記皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列を複数列配置するとともに、前記第１の工程では、第１列目のスポット列の皮膜除去スポットが、前記粗調膜または微調膜の少なくとも一方の先端部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記粗調膜または微調膜の先端部領域から外方へはみ出すことで切欠き状となるようにレーザーを照射することが好ましい。

この場合、第１の工程にて、第１列目のスポット列の皮膜除去スポットが、質量調整膜を構成する粗調膜と微調膜の各先端部領域に位置して切欠き形状となるようにレーザーを照射するから、より微細なトリミングの調整を行うことが可能となる。

また、本発明の圧電振動子の製造方法において、前記第１及び第２の工程にて、複数列のスポット列の中で、その側端部に位置する皮膜除去スポットが、前記質量調整膜の側縁部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の各側縁部領域から外方へはみ出すことで切欠き状となるようにレーザーを照射することを特徴とする。

この場合、第１及び第２の工程にて、複数列のスポット列の中でその側端部に位置する皮膜除去スポットが、質量調整膜の側縁部領域に位置して切欠き形状となるようにレーザーを照射するから、より微細なトリミングの調整を行うことが可能となる。

また、本発明の圧電振動子の製造方法において、前記第１及び第２の工程にて、前記質量調整膜の左右両側にて皮膜除去スポットのスポット列を形成することで、各列のスポット列を左右に分割するとともに、この左右に分割された複数列のスポット列の中で、それぞれの側端部に位置する皮膜除去スポットが、前記質量調整膜の各側縁部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の左右の各側縁部領域から外方へはみ出すことで切欠き状となるようにレーザーを照射することを特徴とする。

この場合、第１及び第２の工程にて、質量調整膜の各列のスポット列を左右に分割するとともに、この左右に分割された複数列のスポット列の中でそれぞれの側端部に位置する皮膜除去スポットが、質量調整膜の左右の各側縁部領域に位置して切欠き形状となるようにレーザーを照射するから、より微細なトリミングの調整を行うことが可能となる。

また、前記複数のスポット列のうち少なくとも一部のスポット列は、前記質量調整膜の中心軸に対して左右非対称となるように形成されていることを特徴とする。
また前記第２工程では、前記質量調整膜の中心軸に対して左右非対称となるように、最終列の前記スポット列を形成することを特徴とする。
この場合、質量調整膜の中心軸に対して常に左右対称となるようにスポット列を形成する場合と比べて、音叉型水晶振動片の周波数調整の自由度を増加させることができる。これにより、音叉型水晶振動片の周波数を細かく調整することが可能になり、音叉型水晶振動片の周波数を目標周波数に対して正確に一致させることができる。

また、前記音叉型水晶振動片の左右の振動腕に、それぞれ前記質量調整膜が形成され、左右の前記質量調整膜に形成された前記複数のスポット列は、前記音叉型水晶振動片の中心軸に対して左右対称となるように形成されていることを特徴とする。
また、前記音叉型水晶振動片の左右の振動腕に、それぞれ前記質量調整膜が形成され、前記第２工程では、前記音叉型水晶振動片の中心軸に対して左右対称となるように、左右の前記質量調整膜に前記複数のスポット列を形成することを特徴とする。
これにより、スポット列が質量調整膜の中心軸に対して左右非対称となる場合でも、音叉型水晶振動片の左右の振動腕で固有振動数を一致させることが可能になり、振動安定性を確保することができる。

また前記第２工程では、前記第１列目のスポット列から前記音叉型水晶振動片の基端側に向けて順に前記複数のスポット列を形成することを特徴とする。
一般に、音叉型水晶振動片の振動腕の先端側にスポット列を形成するほど、音叉型水晶振動片の周波数が大きく変化する。そこで、第１列目のスポット列から音叉型水晶振動片の基端側に向けて順に複数のスポット列を形成する。これにより、先端側のスポット列の形成時には周波数を大幅に変化させることが可能になり、音叉型水晶振動片の周波数を目標周波数まで迅速に近づけることができる。また音叉型水晶振動片の基端側のスポット列の形成時には周波数を少しずつ変化させることが可能になり、音叉型水晶振動片の周波数を目標周波数に対して正確に一致させることができる。

本発明の圧電振動子では、複数のスポット列の列間隔を、皮膜除去スポットの直径よりも小さい間隔で、かつ音叉型水晶振動片の目標周波数に対応して設定するようにしたから、微細で高い分解能を有するトリミングの調整がなされた圧電振動子を得ることができる。すなわち、従来のようにスポット径の小さい高価なレーザートリミング装置を使用することなく、音叉型水晶振動片の目標周波数に近似した圧電振動子を得ることが可能となる。

（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。なお、トリミング処理を施す圧電振動子は図９に示すものと同じ構成であり、同一構成に同じ符号を付すことで重複した説明は省略する。

まず、図２に符号１０で示すものは圧電振動子のトリミング装置であって、調整対象の圧電振動子１００は１個から数十以上の複数個まで同時に処理される。それらは同時に周波数測定器１１により周波数が測定された後、トリミング量計算器１２にて、周波数測定器１１で測定された周波数と、予め定められた目標周波数との差分に基づき、質量調整膜２のトリミング量及びトリミング位置を求める。その際、トリミング量計算器１２は求めた値に従ってレーザーコントロール装置１３にトリミングの指令を与え、レーザーコントロール装置１３はレーザー発信器１４とレーザースキャン装置１５をコントロールしてレーザー光を対象となる圧電振動子に照射する。スキャン方法はＸ−Ｙテーブルを用いてレーザー光の入射角を変えずに位置を移動させる物や、ガルバノスキャナを用いてスキャンするものなどがあるが、これらについては周知であるため詳細な説明は省略する。なお、上記トリミング装置１０によって質量調整膜２をトリミングした後、周波数測定器１１にて周波数を再測定することで、トリミング結果はトリミング計算器１２にフィードバックされ、補正を繰り返しながら、予め定められた目標周波数に近づくようにトリミング処理が実施される。なお、トリミング装置１０は、質量調整膜２を構成する蒸着膜４及びスパッタ膜５をそれぞれトリミングする。

そして、以上のようなトリミング装置１０によって、調整対象の圧電振動子１００の質量調整膜２を高い分解能で微細にトリミングできる圧電振動子の製造方法について、図１を参照しながら説明する。このトリミング装置１０では、音叉型水晶振動片１の振動腕１Ａに設けられた質量調整膜２に、レーザーを照射するにより、該レーザーのスポット径に対応した複数の皮膜除去スポット（符号２０で示す）を部分形成し、これによって該音叉型水晶振動片１の周波数が目標周波数となるように調整するものである。その際、まず、質量調整膜２に、レーザーのスポット径に対応した皮膜除去スポット２０の直径よりも小さいピッチで第１のスポット列（符号２１で示す）を形成する（第１の工程）。その後、トリミング計算器１２にて再計算を行い、音叉型水晶振動片１の目標周波数に一致するように、前後の列間隔（ｄ）を決定する。そして、決定した列間隔（ｄ）に基づき、第２列目以降のスポット列２２〜２４を形成する（第２の工程）。

すなわち、上述した第２の工程においては、皮膜除去スポット２０の直径（ｄ１）よりも小さい間隔となるように、前後の列間隔（ｄ２〜ｄ４）を調整することにより、第２列目以降のスポット列２２〜２４を形成するようにする。その際、目標周波数との差分が縮小するのに従いスポット列２１〜２４の列間隔（ｄ２〜ｄ４）を段階的に減少させるようにする。具体的には、皮膜除去スポット２０の直径をｄ１とした場合、第１のスポット列２１と第２のスポット２２との間隔（ｄ２）は、皮膜除去スポット２０の直径（ｄ１）よりも小さくし、また、次の第２のスポット列２２と第３のスポット２３との間隔（ｄ３）は、スポット列２１・２２との間隔（ｄ２）よりも小さくし、また、次の第３のスポット列２３と第４のスポット２４との間隔（ｄ４）は、スポット列２２・２３との間隔（ｄ３）よりも小さくする。すなわち、"ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４"となる関係とし、これにより、質量調整膜２の除去を段階的に微細に行うようにし、トリミングの分解能を徐々にアップさせるようにする。

以上詳細に説明したように第１実施形態に示す圧電振動子の製造方法では、質量調整膜２にレーザーのスポット径に対応した皮膜除去スポット２０の直径よりも小さいピッチで第１のスポット列２１を形成する第１の工程と、音叉型水晶振動片１の目標周波数に応じて第１のスポット列２１との列間隔を調整することにより第２列目以降のスポット列２２〜２４を形成する第２の工程と、を順次経ることにより、微細なトリミングの調整を行うことができ、特にスポット径の小さい高価なレーザートリミング装置を使用することなく、高い精度で周波数が調整された圧電振動子を得ることが可能となる。そして、以上のように製造された圧電振動子では、質量調整膜２に、皮膜除去スポット２０がその直径（ｐ１）よりも小さいピッチ（ｐ２）で配列されてなるスポット列２１〜２４が複数列設けられ、さらにこれら複数のスポット列２〜２４の列間隔（ｄ２〜ｄ４）が、皮膜除去スポット２０の直径よりも小さい間隔で、かつ音叉型水晶振動片１の目標周波数に対応して設定されるので、これらスポット列２１〜２４の間隔設定によって、高精度のトリミングの調整が可能となる。

なお、上述したスポット列２１〜２４の列間隔を順次縮小させる方式のトリミングは、重り部３の質量調整膜２を構成する蒸着膜４とスパッタ膜５の双方にそれぞれ行っても良いし、蒸着膜４とスパッタ膜５のいずれか一方に行っても良く、任意に選択できるものとする。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図３及び図４を参照して説明する。図３に示すように、この第２実施形態で示されるトリミングが、第１実施形態で示されるトリミングと異なるのは、第１の工程で形成される第１列目のスポット列２１が、質量調整膜２の先端部領域（符号４Ａ・５Ａで示す）に位置するとともに、ぞれぞれの皮膜除去スポット２０の一部を質量調整膜２０の先端部領域から外方へはみ出させることで、それら皮膜除去スポット２０が切欠き状となるように、該先端部領域４Ａ・５に対して部分的にレーザー照射する点である。すなわち、トリミング量計算器１２からのレーザーコントロール装置１３に対するトリミングの指令に基づき、質量調整膜２の先端部領域４Ａ・５Ａに、皮膜除去スポット２０がおよそ半分となるようにレーザーを照射し、これによって半月状の皮膜除去スポット２０からなる第１列目のスポット列２１を形成する。

なお、質量調整膜２の先端部領域４Ａ・５Ａに対して、皮膜除去スポット２０をどの程度の割合で形成するか（つまり半月状の大きさの割合）は、トリミングをどの程度微細に行うかによって任意に定めることができるものとする。また、皮膜除去スポット２０が切欠き状となるようにレーザー照射は、質量調整膜２の上部に位置する粗調整用の蒸着膜４の先端部４Ａで行うだけでなく、微調整用の重りとなるスパッタ膜５の先端部５Ａで行っても良い。この場合、図４に示すように、重り部３の質量調整膜２を形成している蒸着膜４とスパッタ膜５との間に間隙を形成し（符号２５で示す）、この間隙２５を利用して、スパッタ膜５先端部５Ａに対して皮膜除去スポット２０が切欠き状となるようにレーザー照射を行う。

また、スポット列２１〜２４との前後の列間隔（ｄ５）は、皮膜除去スポット２０の直径（ｄ１）よりも小さい間隔となるように設定する。その際、第１実施形態と同様に、スポット列２１〜２４の列間隔を符号ｄ２〜ｄ４となるように、段階的に減少させると良い。

以上詳細に説明したように第２実施形態に示す圧電振動子の製造方法では、第１の工程にて、第１列目のスポット列２１を、重り部３の質量調整膜２を構成する蒸着膜４とスパッタ膜５の各先端部領域（４Ａ・５Ａ）に位置させ、かつそれぞれ皮膜除去スポット２０の一部を前記質量調整膜の先端部領域から外方へはみ出させることで、皮膜除去スポット２０が切欠き状となるようにレーザー照射することにより形成したので、微細なトリミングの調整を行うことができ、特にスポット径の小さい高価なレーザートリミング装置を使用することなく、高い精度で周波数が調整された圧電振動子を得ることが可能となる。そして、以上のように製造された圧電振動子では、質量調整膜２に、皮膜除去スポット２０がその直径（ｐ１）よりも小さいピッチ（ｐ２）で配列されてなるスポット列２１〜２４を複数列設け、かつこれら複数列のスポット列２１〜２４の中で第１列目のスポット列２１の皮膜除去スポット２０を、重り部３の縁部領域に位置させて切欠き状に形成したので、この第１列目のスポット列２１における皮膜除去スポット２０の切欠きの割合を適宜定めることで、高精度のトリミングの調整が可能となる。

なお、上述したスポット列２１の皮膜除去スポット２０を切欠く方式のトリミングは、重り部３の質量調整膜２を構成する蒸着膜４とスパッタ膜５の双方にそれぞれ行っても良いし、図３及び図４に示すように、蒸着膜４とスパッタ膜５のいずれか一方に行っても良く、任意に選択できるものとする。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図５により説明する。この第３実施形態で示されるトリミングは、第２実施形態のように第１列目のスポット列２１を構成している皮膜除去スポット２０を切欠くのでは無く、複数あるスポット列２１〜２４の側端部に位置している皮膜除去スポット２０を切欠くようにした点である。すなわち、第３実施形態のトリミングでは、図５に示すように、先の第１及び第２の工程にて、重り部３の質量調整膜２の左右両側にて、皮膜除去スポット２０のスポット列３０〜３２を分割配置するとともに、この左右に分割された複数列のスポット列３０〜３２の中で、それぞれの側端部に位置する皮膜除去スポット２０（符合２０Ａで示す）の一部が質量調整膜２の側縁部領域から外方へはみ出すことで、これら皮膜除去スポット２０が質量調整膜２の各側縁部領域（符号４Ｂ・４Ｃ・５Ｂ・５Ｃ）にて切欠き形状となるように、これら各側縁部領域（符号４Ｂ・４Ｃ・５Ｂ・５Ｃ）に対してレーザーを部分的に照射する。

以上詳細に説明したように第３実施形態に示す圧電振動子の製造方法では、第１及び第２の工程にて、質量調整膜２にて皮膜除去スポット２０のスポット列３０〜３２を左右に分割配置するとともに、この左右に分割された複数列のスポット列３０〜３２の中で、それぞれの側端部に位置する皮膜除去スポット２０（符合２０Ａで示す）が、質量調整膜２の左右の各側縁部領域（符号４Ｂ・４Ｃ・５Ｂ・５Ｃ）にて切欠き状となるようにレーザー照射するようにしたので、第２実施形態と同様、微細なトリミングの調整を行うことができ、特にスポット径の小さい高価なレーザートリミング装置を使用することなく、高い精度で周波数が調整された圧電振動子を得ることが可能となる。そして、以上のように製造された圧電振動子では、質量調整膜２に、皮膜除去スポット２０がその直径（ｐ１）よりも小さいピッチ（ｐ２）で配列されてなるスポット列３０〜３２を複数列設け、これら複数列のスポット列３０〜３２の中で、その側端部に位置する皮膜除去スポット２０（２０Ａ）を、皮膜除去スポット２０の側縁部領域（符号４Ｂ・４Ｃ・５Ｂ・５Ｃ）に位置させて切欠き状に形成したので、この切欠きの割合を適宜定めることで、高精度のトリミングの調整が可能となる。

なお、上述したスポット列３０〜３２の側端部に位置する皮膜除去スポット２０（２０Ａ）を切欠く方式のトリミングは、重り部３の質量調整膜２を構成する蒸着膜４とスパッタ膜５の双方にそれぞれ行っても良いし、蒸着膜４とスパッタ膜５のいずれか一方に行っても良く、任意に選択できるものとする。

また、上述したように皮膜除去スポット２０のスポット列３０〜３２を左右に分割配置し、かつ質量調整膜２の両側にバランス良く均等に配置することで、圧電振動子の振動性能を良好にするものであるが、上述したような、スポット列の側端部に位置する皮膜除去スポット２０（２０Ａ）を切欠くトリミングは、図１、図３、図４に示されるスポット列２１〜２４に対して同時に行っても良く、任意に選択できるものとする。

また、上記第１〜第３実施形態にて示したトリミングの対象となる圧電振動子１００は、図６に示す個片化される前のウエハの状態、図７に示すシリンダタイプ、図８に示すセラミックケースなどに実装された表面実装タイプのものがある。そして、図６に示すような圧電振動子１００では、ウエハのまま周波数の粗調整が行われる。その際、単品から多数個の圧電振動子１００の発振周波数を測定しながらＡｕなどを蒸着した粗調部の蒸着膜４にレーザー光を照射して重り部３をトリミングすることにより周波数を調整する。また、粗調整を行った圧電振動子は、図７に示すようなプラグに実装されたシリンダタイプ、図８に示すような、ウエハから圧電振動子の基部で分離して、表面実装型のケースに入れられ真空状態でレーザー光を透過する窓を持つセラミックや水晶、ガラスなどで封止された形態となる。そして、このような図７、図８にように加工された状態で、微調部であるスパッタ膜５をトリミングする。そして、これら粗調部の蒸着膜４、微調部のスパッタ膜５をトリミングするに際して、上述した第１〜第３実施形態にて示した方式が用いられる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を図１３により説明する。図３に示す第２実施形態では、全てのスポット列２１〜２４の長さが順に短くなるように形成されていたが、図１３に示す第４実施形態では、音叉型水晶振動片の先端側のスポット列２１〜２４の長さが同一に形成されている点で異なっている。なお、上記各実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

第４実施形態において、質量調整膜２には、皮膜除去スポット２０がその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列２１〜２７が複数列（例えば７列）配置されている。これら複数のスポット列２１〜２７の列間隔は、皮膜除去スポット２０の直径よりも小さい間隔で配置され、かつ音叉型水晶振動片の目標周波数に応じて調整されている。
複数列のスポット列２１〜２７の中で、第１の工程で形成される第１列目のスポット列２１の皮膜除去スポット２０は、質量調整膜２の先端部領域（符号４Ａ・５Ａで示す）に位置するとともに、その皮膜除去スポット２０の一部を質量調整膜２０の先端部領域から外方へはみ出させることで、切欠き状に形成されている。

複数のスポット列２１〜２７のうち、音叉型水晶振動片の先端側のスポット列２１〜２４は、長さが同一となるように形成されている。本実施形態では、第１列目から第４列目までのスポット列２１〜２４の長さが同一に形成されている。これらのスポット列２１〜２４の長さは、例えば質量調整膜２の幅と同等に形成されている。これらのスポット列２１〜２４により、質量調整膜２が、平面視において略四角形状にトリミングされている。

一方で、複数のスポット列２１〜２７のうち、音叉型水晶振動片の基端側のスポット列２５〜２７は、長さが順に短くなるように形成されている。本実施形態では、第４列目から第７列目までのスポット列２５〜２７の長さが順に短くなるように形成されている。最終列（最も基端側）のスポット列２７は、例えば１個の皮膜除去スポット２０で構成されている。これらのスポット列２５〜２７により、質量調整膜２が、平面視において略三角形状にトリミングされている。なおスポット列２５〜２７は、略三角形状以外の様々な形状とすることが可能である。

本実施形態において音叉型水晶振動片の周波数を調整する場合には、まず音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数に近づくように、先端側のスポット列２１〜２４を形成する。ここで、先端側のスポット列２１〜２４を同一の長さに形成することにより、質量調整膜２を大幅にトリミングすることが可能になり、音叉型水晶振動片の周波数を目標周波数まで迅速に近づけることができる。

次に、音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数に一致するように、基端側のスポット列２５〜２７を形成する。ここで、基端側のスポット列２５〜２７を長さが順に短くなるように形成することにより、質量調整膜２を少しずつトリミングすることが可能になり、音叉型水晶振動片の周波数を目標周波数に対して正確に一致させることができる。
以上により、音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数から離れている場合でも、その周波数を目標周波数に対して迅速かつ正確に一致させることができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態を図１４により説明する。図１３に示す第４実施形態では、基端側のスポット列２５〜２７の長さが順に短くなるように形成されていたが、図１４に示す第５実施形態では、最終列（最も基端側）のスポット列２５のみが他のスポット列２１〜２４より短く形成されている点で異なっている。なお、上記各実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

複数のスポット列２１〜２５のうち、最終列以外のスポット列２１〜２４は、長さが同一となるように形成されている。本実施形態では、第１列目から第４列目までのスポット列２１〜２４の長さが同一に形成されている。これらのスポット列２１〜２４の長さは、例えば質量調整膜２の幅と同等に形成されている。これらのスポット列２１〜２４により、質量調整膜２が、平面視において略四角形状にトリミングされている。

一方で、最終列のスポット列２５の長さは、他のスポット列２１〜２４より短く形成されている。例えば、第１列目から第４列目までのスポット列２１〜２４が６個の皮膜除去スポット２０で形成されているのに対して、最終列のスポット列２５は２個の皮膜除去スポット２０で形成されている。

本実施形態において音叉型水晶振動片の周波数を調整する場合には、まず音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数に最も近づくように、複数のスポット列２１〜２４を形成する。ここで、複数のスポット列２１〜２４を同一の長さに形成することにより、質量調整膜２を大幅にトリミングすることが可能になり、音叉型水晶振動片の周波数を目標周波数まで迅速に近づけることができる。

次に、音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数に一致するように、最終列のスポット列２５を形成する。ここで、最終列のスポット列２５を他のスポット列２１〜２４より短く形成することにより、質量調整膜２を少しだけトリミングすることが可能になり、音叉型水晶振動片の周波数を目標周波数に対して正確に一致させることができる。
以上により、音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数から離れている場合でも、その周波数を目標周波数に対して迅速かつ正確に一致させることができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態を図１５により説明する。なお図１５では、平面視において圧電振動片の右側の振動腕に設けられた質量調整膜２Ｒと、左側の振動腕に設けられた質量調整膜２Ｌとを並べて示している。図３に示す第２実施形態では、全てのスポット列２１〜２４が質量調整膜２の中心軸に対して左右対称に形成されていたが、図１５に示す第６実施形態では、最終列のスポット列２３が質量調整膜２の中心軸ＣＡに対して左右非対称に形成されている点で異なっている。なお、上記各実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

第６実施形態では、最終列以外のスポット列２１，２２が質量調整膜２の中心軸ＣＡに対して左右対称に形成されている一方で、最終列のスポット列２３が中心軸ＣＡに対して左右非対称に形成されている。例えば、６個の皮膜除去スポット２０からなる第１列目のスポット列２１と、５個の皮膜除去スポット２０からなる第２列目のスポット列２２とが、質量調整膜２の中心軸ＣＡに対して左右対称に形成されている。ところが、２個の皮膜除去スポット２０からなる最終列のスポット列２３は、左右の一方に偏って形成されている。

ただし、右側の質量調整膜２Ｒにおける最終列のスポット列２３と、左側の質量調整膜２Ｌにおける最終列のスポット列２３とは、音叉型水晶振動片の中心軸ＣＢに対して左右対称に形成されている。例えば、右側の質量調整膜２Ｒにおける最終列のスポット列２３が質量調整膜２Ｒの右側に偏って形成されているのに対して、左側の質量調整膜２Ｌにおける最終列のスポット列２３は質量調整膜２Ｌの左側に偏って形成されている。

本実施形態において音叉型水晶振動片の周波数を調整する場合には、まず音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数に近づくように複数のスポット列２１〜２３を形成する。一般に、音叉型水晶振動片の振動腕の先端側に皮膜除去スポット２０を形成するほど、音叉型水晶振動片の周波数が大きく変化する。そこで、先端側（第１列目のスポット列２１）から基端側（最終列のスポット列２３）に向けて順に、スポット列を形成することが望ましい。これにより、先端側のスポット列の形成時には周波数を大幅に変化させることが可能になり、音叉型水晶振動片の周波数を目標周波数まで迅速に近づけることができる。また基端側のスポット列の形成時には周波数を少しずつ変化させることが可能になり、音叉型水晶振動片の周波数を目標周波数に対して正確に一致させることができる。

そして、音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数に一致した時点で、皮膜除去スポット２０の形成を中止する。その際、最終列のスポット列２３が質量調整膜２の中心軸ＣＡに対して左右対称となるまで皮膜除去スポット２０の形成を続ける必要はなく、中心軸ＣＡに対して左右非対称の状態で皮膜除去スポット２０の形成を中止すればよい。この場合、質量調整膜２の中心軸ＣＡに対して常に左右対称となるようにスポット列を形成する場合と比べて、音叉型水晶振動片の周波数調整の自由度を増加させることができる。これにより、音叉型水晶振動片の周波数を細かく調整することが可能になり、音叉型水晶振動片の周波数を目標周波数に対して正確に一致させることができる。

ここで、最終列のスポット列２３が質量調整膜２の中心軸ＣＡに対して左右非対称となる場合には、振動腕内のバランスが崩れることになる。バランスが崩れると、音叉型水晶振動片の左右の振動腕で固有振動数が異なることになり、振動安定性を低下させる。また、異なる固有振動数を持つ振動腕の影響で、振動子発振の共振点がそれぞれの間で変動するような現象が起こると考えられる。さらに、通常は音叉型水晶振動片の左右の振動腕で打ち消しあう振動によるモーメントが、音叉型水晶振動片の全体を振動させるエネルギーとして逃げてしまうため、振動特性に影響を与えて僅かながら振動しにくくなる。

そこで、右側の質量調整膜２Ｒのスポット列２１〜２３および左側の質量調整膜２Ｌのスポット列２１〜２３を、音叉型水晶振動片の中心軸ＣＢに対して左右対称となるように形成することが望ましい。具体的には、左右の質量調整膜２Ｒ，２Ｌに対してまず第１の皮膜除去スポット１２１Ｒ，１２１Ｌを形成し、次に第２の皮膜除去スポット１２２Ｒ，１２２Ｌを形成するというように、音叉型水晶振動片の中心軸ＣＢに対して常に左右対称となるように複数の皮膜除去スポット２０を形成する。

これにより、音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数に一致して皮膜除去スポット２０の形成を中止したときに、最終列のスポット列２３が質量調整膜２の中心軸ＣＡに対して左右非対称となる場合でも、左右の質量調整膜２Ｒ，２Ｌにおける最終列のスポット列２３が音叉型水晶振動片の中心軸ＣＢに対して左右対称となる。そのため、音叉型水晶振動片の左右の振動腕で固有振動数を一致させることが可能になり、振動安定性を確保することができる。

本発明の第１実施形態で示した圧電振動子の製造方法を示す平面図圧電振動子のトリミング装置を示す概略構成図本発明の第２実施形態で示した圧電振動子の製造方法を示す平面図図２の変形例を示す平面図本発明の第３実施形態で示した圧電振動子の製造方法を示す平面図ウエハの状態の圧電振動子を示す平面図シリンダタイプの圧電素子を示す斜視図表面実装タイプの圧電素子を示す斜視図従来の音叉型水晶振動片の全体構成を説明するための平面図従来の音叉型水晶振動片における蒸着膜とスパッタ膜にトリミング処理をした場合の平面図従来の音叉型水晶振動片における質量調整膜にトリミングするレーザーのスポットを示す平面図従来の音叉型水晶振動片におけるレーザースポットのピッチを示す平面図本発明の第４実施形態で示した圧電振動子の製造方法を示す平面図本発明の第５実施形態で示した圧電振動子の製造方法を示す平面図本発明の第６実施形態で示した圧電振動子の製造方法を示す平面図

符号の説明

１音叉型水晶振動片２質量調整膜３重り部４蒸着膜４Ａ先端部領域４Ｂ側縁部領域４Ｃ側縁部領域５スパッタ膜５Ａ先端部領域４Ｂ側縁部領域４Ｃ側縁部領域６電極１０トリミング装置２０皮膜除去スポット２１スポット列２２スポット列２３スポット列２４スポット列３０スポット列３１スポット列３２スポット列１００圧電振動子

Claims

音叉型水晶振動片の振動腕に周波数調整用の質量調整膜が積層された重り部を具備し、この重り部に、レーザー照射により前記質量調整膜がスポット径に対応して部分的に除去された複数の皮膜除去スポットを形成することによって、該音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数となるように調整されている圧電振動子において、
前記質量調整膜には、前記皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列が複数列配置され、
前記第１列目のスポット列の皮膜除去スポットは、前記質量調整膜の先端部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の先端部領域から外方へはみ出すことで切欠き状に形成されていることを特徴とする圧電振動子。
前記重り部の質量調整膜は、粗調整用の重りとなる粗調膜と、この粗調膜に対して間隔をおいて配置された微調整用の重りとなる微調膜とから構成されており、
これら粗調膜と微調膜の少なくとも一方にて、前記皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列が複数列配置され、
前記複数列のスポット列の中で、第１列目のスポット列の皮膜除去スポットは、前記粗調膜と微調膜の少なくとも一方の先端部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記粗調膜と微調膜の少なくとも一方の先端部領域から外方へはみ出すことで切欠き状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
音叉型水晶振動片の振動腕に周波数調整用の質量調整膜が積層された重り部を具備し、この重り部に、レーザー照射により前記質量調整膜がスポット径に対応して部分的に除去された複数の皮膜除去スポットを形成することによって、該音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数となるように調整されている圧電振動子において、
前記質量調整膜には、前記皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列が複数列配置され、
前記複数列のスポット列の中で、その側端部に位置する皮膜除去スポットは、前記質量調整膜の側縁部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の側縁部領域から外方へはみ出すことで切欠き状に形成されていることを特徴とする圧電振動子。
前記各列のスポット列は、前記質量調整膜にて左右に分割して配置されてなり、
この左右に分割された複数列のスポット列の中で、それぞれの側端部に位置する皮膜去スポットは、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の左右の各側縁部領域から外方へはみ出すことで切欠き状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電振動子。
音叉型水晶振動片の振動腕に設けられた重り部上の質量調整膜に、レーザーを照射するにより、該レーザーのスポット径に対応した複数の皮膜除去スポットを部分的に形成し、これによって該音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数となるように調整する圧電振動子の製造方法において、
前記質量調整膜に、前記レーザーのスポット径に対応した皮膜除去スポットの直径よりも小さいピッチで第１のスポット列を形成する第１の工程と、
前記音叉型水晶振動片の目標周波数に応じて、前後の列間隔を調整することにより、第２列目以降のスポット列を形成する第２の工程と、からなり、
前記第１の工程では、第１列目のスポット列の皮膜除去スポットが、前記質量調整膜の先端部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の先端部領域から外方へはみ出すことで切欠き状となるようにレーザーを照射することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
音叉型水晶振動片の振動腕に設けられた重り部上の質量調整膜に、レーザーを照射するにより、該レーザーのスポット径に対応した複数の皮膜除去スポットを部分的に形成し、これによって該音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数となるように調整する圧電振動子の製造方法において、
前記質量調整膜に、前記レーザーのスポット径に対応した皮膜除去スポットの直径よりも小さいピッチで第１のスポット列を形成する第１の工程と、
前記音叉型水晶振動片の目標周波数に応じて、前後の列間隔を調整することにより、第２列目以降のスポット列を形成する第２の工程と、からなり、
前記重り部の質量調整膜は、粗調整用の重りとなる粗調膜と、この粗調膜に対して間隔をおいて配置された微調整用の重りとなる微調膜とから構成されており、
これら粗調膜と微調膜の少なくとも一方において、前記第１の工程及び第２の工程により、前記皮膜除去スポットがその直径よりも小さいピッチで配列されてなるスポット列を複数列配置するとともに、
前記第１の工程では、第１列目のスポット列の皮膜除去スポットが、前記粗調膜または微調膜の少なくとも一方の先端部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記粗調膜または微調膜の先端部領域から外方へはみ出すことで切欠き状となるようにレーザーを照射することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
音叉型水晶振動片の振動腕に設けられた重り部上の質量調整膜に、レーザーを照射するにより、該レーザーのスポット径に対応した複数の皮膜除去スポットを部分的に形成し、これによって該音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数となるように調整する圧電振動子の製造方法において、
前記質量調整膜に、前記レーザーのスポット径に対応した皮膜除去スポットの直径よりも小さいピッチで第１のスポット列を形成する第１の工程と、
前記音叉型水晶振動片の目標周波数に応じて、前後の列間隔を調整することにより、第２列目以降のスポット列を形成する第２の工程と、からなり、
前記重り部の質量調整膜は、粗調整用の重りとなる粗調膜と、この粗調膜に対して間隔をおいて配置された微調整用の重りとなる微調膜とから構成されており、
前記第１及び第２の工程にて、複数列のスポット列の中で、その側端部に位置する皮膜除去スポットが、前記質量調整膜の側縁部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の各側縁部領域から外方へはみ出すことで切欠き状となるようにレーザーを照射することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
音叉型水晶振動片の振動腕に設けられた重り部上の質量調整膜に、レーザーを照射するにより、該レーザーのスポット径に対応した複数の皮膜除去スポットを部分的に形成し、これによって該音叉型水晶振動片の周波数が目標周波数となるように調整する圧電振動子の製造方法において、
前記質量調整膜に、前記レーザーのスポット径に対応した皮膜除去スポットの直径よりも小さいピッチで第１のスポット列を形成する第１の工程と、
前記音叉型水晶振動片の目標周波数に応じて、前後の列間隔を調整することにより、第２列目以降のスポット列を形成する第２の工程と、からなり、
前記第１及び第２の工程にて、前記質量調整膜の左右両側にて皮膜除去スポットのスポット列を形成することで、各列のスポット列を左右に分割するとともに、この左右に分割された複数列のスポット列の中で、それぞれの側端部に位置する皮膜除去スポットが、前記質量調整膜の各側縁部領域に位置し、該皮膜除去スポットの一部が前記質量調整膜の左右の各側縁部領域から外方へはみ出すことで切欠き状となるようにレーザーを照射することを特徴とする圧電振動子の製造方法。