JP5533349B2 - 屈曲振動片、屈曲振動子、発振器、および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、屈曲する腕部を有する屈曲振動片、この屈曲振動片を有する屈曲振動子、発振器、および電子機器に関する。

従来、屈曲振動片は、例えば特許文献１に開示されているように、腕部に圧電膜および電極を備え、電極へ駆動電流を印加して、圧電膜を変形させることにより、腕部を所定方向へ屈曲させている。この場合、屈曲振動片は、２つの電極で圧電膜を挟みこんだ構成のものであり、一方の電極は、腕部の表面に形成され、他方の電極は、圧電膜を挟み一方の電極と対向するような配置で圧電膜表面に形成されている。これら２つの電極に対して駆動電流を印加すると、圧電膜を変形させることが可能である。このように、屈曲振動片は、圧電体素子を変形させて腕部を屈曲させているため、腕部が圧電材以外の基材であっても、腕部の基材特性を活かした屈曲振動を行える。さらに、圧電体素子を備えた屈曲振動片は、腕部の材種のみならず、腕部の形状および寸法精度等に対する制約も少なくすることが可能である。

特開２００９−５０２２号公報

しかし、従来の技術では、基材に設けられた２つの電極パッドから、圧電膜を挟み込んだ各電極へ駆動電流を印加するための接続部がそれぞれ設けられていて、それら接続部の一方は、腕部を含む基材の同一平面に形成されているが、他方は、基材から圧電膜表面にかけて形成されている。つまり、他方の接続部は、圧電膜端部の側面において、段差をなす形状となっている。そのため、他方の接続部は、圧電膜表面に加え、該段差を生じさせている圧電膜の側面にまで、蒸着等で形成される必要がある。この場合、接続部の段差部分が生じている圧電膜の側面は、ほぼ一方向を向いている面であり、接続部を形成する蒸着等の方向によっては、側面に接続部の形成が確実に行えない、という課題があった。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る屈曲振動片は、基部と、前記基部から延長し、屈曲振動をする腕部と、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に配置された圧電体層と、を含み、前記第１電極を前記腕部と前記圧電体層との間に配置した積層構造体と、前記第１電極に接続され、且つ、前記基部に配置された第１端子と、前記第２電極に接続され、且つ、前記基部に配置された第２端子と、を有し、前記圧電体層は、少なくとも前記第２端子の領域にまで設けられ、平面視で前記第２端子と重なり合うことを特徴とする。

この屈曲振動片によれば、腕部に形成された第１電極と、基部に形成された第１端子（背景技術の電極パッド）とは、腕部と基部とを構成する基材の一面に共に配置されており、相互に延伸して接続された状態である。また、第１電極との間に圧電体層（背景技術の圧電膜）を挟んで形成された第２電極と、基部との間に圧電体層を挟んで形成された第２端子（背景技術の電極パッド）とは、圧電体層の一面に共に配置されている。つまり、圧電体層は、第１電極および第２電極の間に形成され、さらに、少なくとも第２端子が形成される基部領域にまで延長して形成されている。このような形態で圧電体層が形成されていれば、屈曲振動片では、第２電極および第２端子が、例えば蒸着等の手段により、圧電体層の同一面に形成されることになる。従って、第２電極および第２端子は、従来のように段差部分が生じている圧電体層の側面へ不連続に形成されるような事態を回避でき、相互の確実な接続がなされる形態となっている。なお、第１電極および第１端子は、腕部と基部とを構成する基材における段差のない同一面に形成されており、相互の確実な接続がなされる。これにより、屈曲振動片は、第１端子と第１電極との確実な接続に加え、特に、第２端子と第２電極とを段差部分を介して確実に接続でき、第２端子から第２電極へ駆動電流を印加して確実な振動をすることが可能である。

［適用例２］上記適用例に係る屈曲振動片は、前記圧電体層は、貫通孔を有し、前記貫通孔を介して、前記第２電極と前記第２端子とを接続したことを特徴とする。

この構成によれば、第２電極と第２端子とを、簡便に且つ確実に、接続するために、屈曲振動片は、圧電体層に貫通孔を有している。この貫通孔を介して、第２端子と第２電極とを接続すれば、接続が複雑にならず容易に行える。この場合、貫通孔には、その孔壁に電気的な導通性を付与する処理が蒸着等でなされている。貫通孔は、蒸着方向等の偏りがあっても、孔壁のいずれかの面には蒸着処理がなされるため、貫通孔を介して、第２端子と第２電極とを確実に接続することが可能である。

［適用例３］本適用例に係る屈曲振動片は、基部と、屈曲振動し、且つ、前記基部から延長し並列に配列された複数本の腕部と、前記腕部の各々に設けられ、且つ、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に配置された圧電体層と、を含み、前記第１電極を前記腕部と前記圧電体層との間に配置した積層構造体と、前記腕部のうち、端から数えて奇数番目の前記腕部の前記第１電極と偶数番目の前記腕部の前記第２電極とに接続され、且つ、前記基部に設けられた第１端子と、前記偶数番目の前記腕部の前記第１電極と前記奇数番目の前記腕部の前記第２電極とに接続され、且つ、前記基部に設けられた第２端子と、を有し、前記圧電体層は、少なくとも前記第２端子の領域にまで設けられ、平面視で前記第２端子と重なり合うことを特徴とする。

この屈曲振動片によれば、複数の腕部を有していて、各腕部に形成された第１電極と、基部に形成された第１端子とは、腕部と基部とを構成する基材の一面に共に配置されている。また、各腕部の第１電極との間に圧電体層を挟んでそれぞれ形成された第２電極と、基部との間に圧電体層を挟んで形成された第２端子とは、圧電体層の一面に共に配置されている。つまり、圧電体層は、第１電極および第２電極の間にそれぞれ形成され、さらに、少なくとも第２端子が形成される基部領域にまで延長して形成されている。そして、第１端子および第２端子は、駆動電流が印加されると、隣り合う腕部が異なる方向へ屈曲するように、各腕部の第１電極または第２電極のいずれかと接続されている。ここで、屈曲振動片においては、圧電体層が少なくとも第２端子が形成される基部領域にまで延長して形成されているため、第２電極および第２端子が、例えば蒸着等の手段により、圧電体層の同一面に形成されることになる。従って、第２端子と、第２端子に接続する第２電極と、は、従来のように段差部分が生じている圧電体層の側面へ不連続に形成されるような事態を回避でき、相互の確実な接続がなされる形態となっている。なお、第１電極および第１端子は、腕部と基部とを構成する基材における段差のない同一面に形成されており、相互の確実な接続がなされる。これにより、屈曲振動片は、第１端子と第１電極との確実な接続に加え、特に、第２端子と第２電極とを段差部分を介して確実に接続でき、第２端子から第２電極へ駆動電流を印加して確実な振動をすることが可能である。

［適用例４］上記適用例に係る屈曲振動片において、前記圧電体層は、複数の貫通孔を有し、前記貫通孔を介して、前記奇数番目の前記腕部の前記第１電極と前記偶数番目の前記腕部の前記第２電極との接続、および、前記偶数番目の前記腕部の前記第１電極と前記奇数番目の前記腕部の前記第２電極との接続をすることが好ましい。

この構成によれば、屈曲振動片は、隣り合う腕部が異なる方向へ屈曲するように、隣り合う腕部の第１電極と第２電極とが接続されている。そこで、圧電体層を挟む第１電極と第２電極とを、簡便に且つ確実に、接続するために、屈曲振動片は、圧電体層に貫通孔を有している。この貫通孔を介して、第１電極と第２電極とを接続すれば、接続が複雑にならず容易に行える。この場合、貫通孔には、その孔壁に電気的な導通性を付与する処理が蒸着等でなされている。貫通孔は、蒸着方向等の偏りがあっても、孔壁のいずれかの面には蒸着処理がなされるため、貫通孔を介して、第１電極と第２電極とを確実に接続することが可能である。

［適用例５］上記適用例に係る屈曲振動片は、前記第１電極と前記第２電極との間に絶縁膜をさらに有していることが好ましい。

この構成によれば、腕部における積層構造体は、第１電極、圧電体層および第２電極に加え、圧電体層と第２電極との間に絶縁層を有している。この絶縁層は、圧電体層を保護すると共に、圧電体層を薄く形成した場合においても、第１電極と第２電極との短絡を防止する機能を果たす。これにより、屈曲振動片は、第１電極と第２電極とに確実に駆動電流を印加でき、安定した振動を確実に行うことが可能である。また、圧電体層を薄化して屈曲振動片の小型化も図れる。

［適用例６］本適用例に係る屈曲振動子は、前記屈曲振動片と、前記屈曲振動片を収容したパッケージと、を備えたことを特徴とする。

この屈曲振動子によれば、第１端子および第２端子と、第１電極および第２電極と、が確実に接続された状態で形成されている屈曲振動片を、パッケージ内に備えている。この屈曲振動片を備えた屈曲振動子は、精度の高い振動を安定して維持することが可能である。

［適用例７］本適用例に係る発振器は、前記屈曲振動片と、前記屈曲振動片に接続された発振回路と、を備えたことを特徴とする。

この発振器によれば、第１端子および第２端子と、第１電極および第２電極と、が確実に接続された状態で形成されている屈曲振動片を、発振器に備えている。この屈曲振動片を備えた発振器は、精度の高い振動を安定して維持することが可能である。

［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記屈曲振動片を備えたこと特徴とする。

この電子機器によれば、精度の高い振動を安定して維持することが可能な屈曲振動片をタイミングデバイス等として備え、屈曲振動片を搭載した電子機器は、確実で安定した動作を保障することが可能である。電子機器としては、携帯電話、モバイルコンピューター、電子時計、ビデオレコーダー、テレビ等が挙げられる。

本実施形態に係る水晶振動片の表面側から見た外観を示す斜視図。 （ａ）基部および腕部への電極形成を示す斜視図、（ｂ）圧電体層の形成を示す斜視図。 （ｃ）圧電体層への電極形成を示す斜視図。 （ａ）水晶振動片の構成を示す断面図、（ｂ）水晶振動片の屈曲原理を示す模式図。 （ａ）屈曲振動子の蓋体を開けた状態を示す平面図、（ｂ）屈曲振動子を示す断面図。 屈曲振動子の製造工程を示すフローチャート。 （ａ）および（ｂ）水晶振動片の変形例を示す斜視図。 絶縁層を有する水晶振動片を示す斜視図。 （ａ）携帯電話を示す斜視図、（ｂ）モバイルコンピューターを示す斜視図。

以下、屈曲振動片について、具体的な実施形態を図面に従って説明する。本実施形態の屈曲振動片は、圧電体層および電極の構成に特徴を有するものであり、その具体的な一例として、これら特徴ある構成を適用し３本の腕部を有する水晶振動片の場合について説明する。なお、図面において、描かれている屈曲振動片の各部の縮尺は、部分的に異ならせてあり、分かりやすいように一部を強調してある。
（実施形態）

図１は、本実施形態に係る水晶振動片の表面側から見た外観を示す斜視図である。この水晶振動片（屈曲振動片）１においては、図１に示すように、同一平面である側を表面側とし、段差をなしている側を裏面側とする。また、図２（ａ）は、基部および腕部への電極形成を示す斜視図、図２（ｂ）は、圧電体層の形成を示す斜視図であり、図３（ｃ）は、圧電体層への電極形成を示す斜視図である。これら図２および図３は、電極および圧電膜の形成を順に示している。

最初に、水晶振動片１を形成する水晶について、簡単に説明する。水晶振動片１は、六角柱の水晶柱から切り出され、水晶柱は、柱の長手方向に光軸であるｚ軸と、ｚ軸に垂直な六角形面のｘ−ｙ平面において六角形の辺に平行な電気軸であるｘ軸と、ｘ軸に垂直な機械軸であるｙ軸とを有している。また、六角形の辺に平行なｘ軸は、それぞれ１２０度の等角度で３本あって、これらのｘ軸によりｘ−ｙ平面に形成される３つの面は、エッチング方向によるエッチング進行速度の違い等がそれぞれの面で同一である、という三方晶の性質を有している。このような水晶柱において、水晶振動片１は、ｘ−ｙ平面を、ｘ軸とｙ軸との交点（座標原点）からみてｘ軸回りに角度５度傾けた平面に沿う水晶ｚ板から切り出されたものである。この水晶ｚ板は、ｘ軸と、ｙ’軸およびｚ’軸と、により表される。

水晶振動片１は、図１に示すように、ｘ軸方向を幅方向とし本体部２ａと支持部２ｂとからなる基部２と、基部２の支持部２ｂからｙ’軸方向へそれぞれ延長している３本の腕部３（３ａ，３ｂ，３ｃ）と、を有している。腕部３は、腕部３ｂを中央にして、３本がｘ軸に沿って順に並んでいて、この場合、腕部３ａおよび腕部３ｃが奇数番目に該当し、腕部３ｂが偶数番目に該当する。また、基部２の支持部２ｂは、ｚ’軸方向の厚さが腕部３と同じであり、支持部２ｂに対し腕部３と反対側に位置する本体部２ａは、支持部２ｂより厚く設定されている。

次に、図２も参照して、駆動電流を印加し腕部３を屈曲させるための電極および圧電体層について説明する。ここでいう電極とは、腕部３に形成された第１電極および第２電極と、基部２に形成された第１端子および第２端子と、を含めたものである。まず、水晶振動片１の腕部３の表面側に形成された第１電極、および基部２の表面側に形成された第１端子について説明する。図１および図２（ａ）に示すように、腕部３ａには、第１電極としての励振電極１２ａが形成され、腕部３ｂには、第１電極としての励振電極１２ｂが形成され、腕部３ｃには、第１電極としての励振電極１２ｃが形成されている。なお、腕部３に設けられたこれら励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、腕部３の各先端部分には形成されていない。また、基部２の本体部２ａには、腕部３ａ寄りの端部に第１端子としての電極端子１０が形成されている。

そして、電極端子１０と励振電極１２ａとを電気的に接続するための電極配線１１ａが、本体部２ａから支持部２ｂにかけて形成され、電極配線１１ａから分岐し電極配線１１ａと励振電極１２ａとを電気的に接続するための電極配線１１ｂが、支持部２ｂに形成されている。電極配線１１ａおよび電極配線１１ｂは、励振電極１２ａと励振電極１２ｃとを接続するように、Ｕ字状をなしている。さらに、支持部２ｂには、腕部３ｂの励振電極１２ｂから延伸した電極配線１１ｃが形成されている。この電極配線１１ｃは、電極配線１１ａ，１１ｂとは接続されておらず、支持部２ｂに単独で存している。これら電極端子１０、電極配線１１ａ，１１ｂ，１１ｃ、および励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、Ｃｒ膜とＡｕ膜との２層からなる金属膜であって、スパッタリング等の蒸着により形成されている。

また、水晶振動片１において、図１および図２（ｂ）に示すように、本体部２ａの電極端子１０の領域とその近辺および腕部３の先端を除いた表面側には、励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、支持部２ｂの電極配線１１ａおよび電極配線１１ｂ，１１ｃと、を覆って、圧電体層６が形成されている。圧電体層６は、この場合、圧電性を有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）で形成されていて、２つの貫通孔４，５を有している。貫通孔４は、電極端子１０と、腕部３ａの励振電極１２ａと、腕部３ｃの励振電極１２ｃと、にそれぞれ電気的に接続している、電極配線１１ａに対向して設けられ、貫通孔５は、腕部３ｂの励振電極１２ｂと導通している、電極配線１１ｃに対向して設けられている。

さらに、各腕部３には、図１および図３（ｃ）に示すように、腕部３ａの励振電極１２ａに対し圧電体層６を挟んで対向する位置に、第２電極として形成された励振電極２２ａと、腕部３ｂの励振電極１２ｂに対し圧電体層６を挟んで対向する位置に、第２電極として形成された励振電極２２ｂと、腕部３ｃの励振電極１２ｃに対し圧電体層６を挟んで対向する位置に、第２電極として形成された励振電極２２ｃと、がそれぞれ配置されている。ここで、図４（ａ）の水晶振動片の構成を示す断面図に示すように、腕部３ｃにおける、励振電極１２ｃと、圧電体層６と、励振電極２２ｃとは、積層構造体９を構成している。この積層構造体９は、腕部３ａにおいては、励振電極１２ａと、圧電体層６と、励振電極２２ａとで構成され、腕部３ｂにおいては、励振電極１２ｂと、圧電体層６と、励振電極２２ｂとで構成されている。即ち、積層構造体９は、第１電極（励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を腕部３の側にした構成となっている。

また、基部２において、電極端子１０とその近辺を除いた領域に形成されている圧電体層６には、第２端子としての電極端子２０が形成され、電極端子２０と励振電極２２ｃとを電気的に接続するために、電極配線２１ａが形成されている。そして、電極配線２１ａから分岐し電極配線２１ａと励振電極２２ａとを電気的に接続するための電極配線２１ｂが、圧電体層６に形成されている。電極配線２１ａおよび電極配線２１ｂは、励振電極２２ａと励振電極２２ｃとを接続するように、Ｕ字状をなしている。さらに、圧電体層６には、腕部３ｂの励振電極２２ｂから延伸した電極配線２１ｃが形成されている。この電極配線２１ｃは、電極配線２１ａ，２１ｂとは接続されておらず、圧電体層６に単独で存している。このことから、圧電体層６は、基部２の電極配線１１ａ、電極配線１１ｂ、電極配線１１ｃを覆い、少なくとも第２端子である電極端子２０が形成される領域にまで延長して形成されている状態であるといえる。ここで言う領域とは、平面視で見たときに、圧電体層６と電極端子２０とが重なり合っている領域とも言える。なお、電極端子２０、電極配線２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、および励振電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、Ｃｒ膜とＡｕ膜との２層からなり、蒸着により形成された金属膜である。

この金属膜は、励振電極２２ｂおよび電極配線２１ｃを形成する際に、貫通孔４の孔壁にまで形成されていて、この貫通孔４を介して、電極配線２１ｃと電極配線１１ａとが接続されている。これにより、電極端子１０と、腕部３ａの励振電極１２ａ、腕部３ｂの励振電極２２ｂ、および腕部３ｃの励振電極１２ｃと、が接続される。同様に、金属膜は、励振電極２２ｃおよび電極配線２１ａを形成する際に、貫通孔５の孔壁にまで形成されていて、この貫通孔５を介して、電極配線２１ａと電極配線１１ｃとが接続されている。これにより、電極端子２０と、腕部３ａの励振電極２２ａ、腕部３ｂの励振電極１２ｂ、および腕部３ｃの励振電極２２ｃと、が接続される。

貫通孔４，５は、この場合、平面視すると四角形の形状であり、孔壁が４方向を向いている。そのため、金属膜を蒸着させる時に、蒸着方向が偏っていたとしても、いずれかの孔壁には、金属膜が形成でき、電気的な接続の役目を果たすことができる。また、圧電体層６が、電極端子２０および電極配線２１ａ，２１ｂ，２１ｃの形成されるべき領域にまで延長して形成されているため、これら電極端子２０および電極配線２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、圧電体層６の同じ平面に金属膜で形成されれば良く、段差部分にまで金属膜を形成しなければならない従来の方法と比べ、より確実に相互の電気的接続を確保することができる。

そして、金属膜により基部２および腕部３に形成された電極端子１０、電極配線１１ａ，１１ｂ、１１ｃ、および励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、金属膜により圧電体層６に形成された電極端子２０、電極配線２１ａ，２１ｂ、２１ｃ、および励振電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、は、水晶振動片１を平面視した場合、腕部３ｂを中心線とした線対称の形状をなしている。即ち、第１電極および第１端子と、第２電極および第２端子とは、平面視して対称な形状となるように配置されている、状態である。また、水晶振動片１では、電極配線１１も含め、対称な形状をなしていて、水晶振動片１は、全体のバランスが良くとれ、安定して振動することができる。

以上説明したような構成を有する水晶振動片１が、屈曲して振動する原理について説明する。図４（ｂ）は、水晶振動片の屈曲原理を示す模式図である。水晶振動片１には、電極端子１０または電極端子２０から駆動電流が印加される。例えば、電極端子１０から電極端子２０へ駆動電流が印加されると、腕部３ａにおける駆動電流は、励振電極１２ａから励振電極２２ａを経て電極端子２０へ至る方向となる。同様に、腕部３ｃにおける駆動電流は、励振電極１２ｃから励振電極２２ｃを経て電極端子２０へ至る方向となる。つまり、腕部３ａおよび腕部３ｃでは、腕部３ａ，３ｂの裏面側から表面側の方向へ駆動電流が印加されるため、共に、同一方向へ向いた電界が生じる。一方、腕部３ｂにおける駆動電流は、励振電極２２ｂから励振電極１２ｂを経て電極端子２０へ至る方向となる。つまり、腕部３ｂでは、腕部３ｂの表面側から裏面側の方向へ駆動電流が印加されるため、腕部３ａおよび腕部３ｃとは異なる方向の電界が生じる。

従って、腕部３ａおよび腕部３ｃは、ｚ’軸に沿って表面側の方向へ屈曲する際、腕部３ｂは、ｚ’軸に沿って裏面側の方向へ屈曲することになる。そして、電極端子１０および電極端子２０へ印加する駆動電流の方向を変えると、各腕部３は、それぞれ逆方向へ屈曲する。つまり、腕部３へ印加する駆動電流の方向を交互に変えることにより、腕部３は、屈曲を繰り返して振動し、その振動は、隣り合って位置する腕部３が互いに逆の位相で屈曲する、いわゆる面外振動である。

次に、上記した水晶振動片１を用いた水晶振動子について説明する。図５（ａ）は、屈曲振動子の蓋体を開けた状態を示す平面図である。図５（ｂ）は、屈曲振動子を示す断面図であり、図５（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図である。

図５において、水晶振動子（屈曲振動子）１００は、水晶振動片１と、水晶振動片１を収容したパッケージ７０を備えている。パッケージ７０は、一方に開口を有する箱状のパッケージベース７１と、パッケージベース７１の開口を閉鎖するための蓋体７３と、パッケージベース７１と蓋体７３とを接合するためのシームリング７２と、により構成されている。また、パッケージベース７１は、その箱状内部に形成され水晶振動片１を載置するための段部７７と、段部７７に設けられ水晶振動片１の電極端子１０，２０と接続するための２つの振動片接続端子７６と、パッケージベース７１の外周部に設けられ振動片接続端子７６から配線により電気的に接続されている外部接続端子７５と、を有している。この場合、パッケージベース７１および蓋体７３は、セラミックにより形成され、シームリング７２は、コパール合金で形成されている。なお、形成材は、これらに限定されるものではない。

そして、段部７７には、水晶振動片１の基部２の本体部２ａが、接着剤７９を介して、接着固定され、腕部３ａ，３ｂ，３ｃが自由端として片持ち支持されている。また、水晶振動片１の電極端子１０，２０は、ボンディングワイヤー７８によって、振動片接続端子７６にそれぞれ接続されている。そして、水晶振動子１００は、パッケージベース７１と蓋体７３とを、減圧状態下において、シームリング７２で接合することにより、水晶振動片１を収容した空間を減圧雰囲気にしている。なお、水晶振動片１を収容した空間は、減圧雰囲気ではなく、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスを封入した雰囲気等でも良い。

このような構成の水晶振動子１００は、外部接続端子７５を介して外部から駆動電流が印加されることにより、水晶振動片１が励振され、所定の周波数で振動して発振することができる。また、水晶振動子１００は、水晶振動片１の電極端子２０、電極配線２１ａ，２１ｂ，２１ｃが、圧電体層６の同じ平面に形成されており、段差部分等により不連続な形成となるようなことを回避して、相互の接続が確実に補償されている。これにより、水晶振動子１００は、長期にわたり安定した振動特性を維持することができる。

次に、水晶振動片１の製造工程を含む水晶振動子１００の製造工程について説明する。図６は、屈曲振動子の製造工程を示すフローチャートである。本製造工程では、ウエハー状の基材をベースにして、水晶振動片１を製造するため、ウエハー状の基材として水晶ウエハーを用意する。水晶ウエハーは、既述した水晶ｚ板の表面を研磨して平坦な平板形状としたものである。

まず、ステップＳ１において、基部２および腕部３のエッチングを行う。水晶振動片１においては、基部２の支持部２ｂおよび腕部３となるべき部位の裏面側が、本体部２ａより薄くなっている。そのため、まず、水晶ウエハーにレジスト膜を塗布し、基部２の支持部２ｂおよび腕部３の裏面を、エッチングで除去できるように、レジスト膜のパターニングを行う。こうして露出した水晶面は、本体部２ａより厚さの薄くなる支持部２ｂおよび腕部３の裏面側に対応していて、他面には、レジスト膜が残っている。この状態で、水晶ウエハーの露出した部分をフッ酸で所定時間だけエッチングし、支持部２ｂおよび腕部３を所定厚になるまで薄く形成する。そして、レジスト膜を除去してステップＳ２へ進む。

ステップＳ２において、腕部３の形状を含む外形のエッチングを行う。まず、水晶ウエハーにレジスト膜を塗布してから、フォトリソグラフィーにより、レジスト膜を、水晶振動片１の腕部３形状を含む外形形状、および外形形状同士を接続する連結部形状となるように、パターニングする。この状態で、水晶ウエハーの露出した部分をフッ酸でエッチングして、水晶振動片１の外形および連結部を形成する。これにより、水晶ウエハーに対し、それぞれ細い連結部で接続された、水晶振動片１となるべき多数の外形完成状態のものが得られる。エッチング後、レジスト膜を剥離してステップＳ３へ進む。

ステップＳ３において、水晶面に電極形成を行う。まず、水晶ウエハーの表面全体に、この場合、Ｃｒ膜とＡｕ膜との金属膜からなる電極を形成する。そして、電極にレジスト膜を形成し、このレジスト膜には、電極端子１０と、電極端子１０と接続する電極配線１１ａ，１１ｃおよび励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、励振電極１２ｂと接続する電極配線１１ｃと、に対応したパターニングがなされる。レジスト膜の形成後、レジスト膜のない電極の部分をエッチングして電極端子１０、電極配線１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃを形成する。この場合、腕部３の先端に錘金属膜（不図示）として金属膜を残しておく。電極の形成後、レジスト膜を剥離してステップＳ４へ進む。

ステップＳ４において、圧電体層６を形成する。圧電体層６は、スパッタリングにより、腕部３の励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃを覆って、基部２および腕部３に形成される。この圧電体層６は、電極端子２０および電極配線２１ａ，２１ｂ，２１ｃの形成されるべき領域にまで延長して形成されていて、既述した貫通孔４，５を有している。この場合、圧電体層６は、圧電性を有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）である。圧電体層６の形成後、レジスト膜を剥離してステップＳ５へ進む。

ステップＳ５において、圧電体層６に電極を形成する。ここで形成される電極は、電極端子２０と、電極端子２０と電気的に接続し、腕部３ａの励振電極１２ａと圧電体層６を挟んで対向する励振電極２２ａと、および腕部３ｃの励振電極１２ｃと圧電体層６を挟んで対向する励振電極２２ｃと、腕部３ｂの励振電極１２ｂと圧電体層６を挟んで対向し電極端子２０と導通せず単独で設けられる励振電極２２ｂと、である。これら電極は、ステップＳ３における、金属膜による電極形成と同様の方法で形成される。なお、電極は、貫通孔４の孔壁にも形成され、電極端子１０と接続している電極配線１１ａと、圧電体層６に形成されている電極配線２１ｃと、を接続している。これにより、電極端子１０と、励振電極１２ａ、励振電極２２ｂおよび励振電極１２ｃと、が接続される。また、電極は、貫通孔５の孔壁にも形成され、圧電体層６に形成されている電極端子２０と導通している電極配線２１ａと、支持部２ｂに形成されている電極配線１１ｃと、を接続している。これにより、電極端子２０と、励振電極２２ａ、励振電極１２ｂおよび励振電極２２ｃと、が接続される。これら電極端子２０、電極配線２１ａ，２１ｂ，２１ｃおよび励振電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、圧電体層６の平面状をなす同一面に設けられるため、蒸着方向の偏り等の影響を受けることを抑制でき、電気的な接続が確実にとれた状態に形成される。また、貫通孔４，５は、金属膜が偏った方向で蒸着されても、四角形の孔壁を構成するいずれかの面に、金属膜が確実に形成される。圧電体層６へ電極を形成後、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６において、水晶振動片の個片化を行う。即ち、水晶ウエハーにおける細い連結部を折り取り、連結状態であった水晶振動片１を個片にする。ここまでが、水晶振動片１の製造工程である。個片化の後、水晶振動子１００を製造するためには、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ７において、パッケージに装着を行う。つまり、水晶振動片１をパッケージベース７１へ装着する。装着は、図５（ａ）に示すように、水晶振動片１をパッケージベース７１の段部７７へ接着剤７９で固定する。水晶振動片１の装着後、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８において、周波数の調整を行う。この調整は、水晶振動片１に駆動電流を印加して、その周波数を見ながら、イオンビーム、レーザー光等を各腕部３の先端の錘金属膜へ照射し、腕部３の質量をそれぞれ調整する。これにより、水晶振動片１の腕部３は、所定の周波数で正確に振動するように調整される。調整の後、ステップＳ９へ進む。

ステップＳ９において、パッケージを封止する。図５（ｂ）に示すように、パッケージベース７１へ蓋体７３を接合して、水晶振動片１をパッケージ７０内へ封止する。以上で、水晶振動片１を備えた水晶振動子１００が完成する。

以上述べたように、水晶振動片１は、電極が確実に形成されていて、安定した精度の高い振動を維持することができ、搭載される発振器、電子機器等の精度向上を図ることができる。例えば、図９（ａ）は、携帯電話２００を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、モバイルコンピューター３００を示す斜視図である。一例である携帯電話２００およびモバイルコンピューター３００に、水晶振動片１を搭載することにより、これら電子機器の確実で安定した動作を保障することが可能である。

以上、水晶振動片１の一実施形態について説明した。この水晶振動片１の主要な効果についてまとめて述べる。水晶振動片１が有する励振電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、電極端子２０、および電極配線２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、圧電体層６の同一面に金属膜で形成されており、基部２および腕部３の同一面に形成されている励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、電極端子１０、および電極配線１１ａ，１１ｂ，１１ｃと同様に、段差等のない平面へ金属膜を形成すれば良いため、確実に電気的接続を確保することができる。即ち、従来のように、段差部分に金属膜が形成されず電気的接続が不十分になることを、確実に回避できる。

そして、圧電体層６に貫通孔４，５を設けることにより、電極端子１０，２０と励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃとは、それぞれの接続が複雑な形態にならず、且つ、平面視で対称な形状となるように配置でき、全体のバランスが良くとれた配置とすることができる。また、四角形をなす貫通孔４，５の孔壁には、金属膜が偏った方向から蒸着されても、いずれかの面には金属膜が形成され、圧電体層６を挟んでの相互接続も確保される。従って、水晶振動片１は、安定した確実な振動をすることができる。

また、水晶振動片１および水晶振動子１００は、上記の実施形態に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、実施形態と同様な効果が得られる。

（変形例１）実施形態では、３本の腕部３および貫通孔４，５により接続された電極配線１１，２１を有する水晶振動片１について説明したが、水晶振動片１の腕部３は、３本に限定されるものではなく、貫通孔４，５も必須の構成ではない。例えば、図７（ａ）および（ｂ）に表されている、水晶振動片の変形例を示す斜視図を参照して説明する。まず、図７（ａ）に示すように、基部２から延長する１本の腕部３を有し貫通孔を有しない水晶振動片（屈曲振動片）３０の場合について説明する。水晶振動片３０は、腕部３に積層構造体９が蒸着で形成されていて、積層構造体９は、腕部３の側に位置する励振電極１２ｄと、励振電極２２ｄと、励振電極１２ｄと励振電極２２ｄとの間に配置された圧電体層６と、を有している。そして、基部２には、励振電極１２ｄから延伸して電極端子１０が形成され、この電極端子１０を除く領域に圧電体層６が延長して形成されている。また、基部２の圧電体層６には、励振電極２２ｄから延伸して電極端子２０が形成されている。このような構成の水晶振動片３０は、電極端子２０および励振電極２２ｄが圧電体層６の同一面に設けられているため、蒸着方向の偏り等の影響を受けることを抑制でき、電気的な接続が確実にとれる状態に形成されている。また、貫通孔を用いていないため、簡便な構成となっている。この水晶振動片３０を複数並べて水晶振動片１のような形態にすることも可能であり、即ち、腕部３のそれぞれに駆動電流を印加するための電極端子１０，２０を配置した水晶振動片を構成することも可能である。

（変形例２）さらに、図７（ｂ）に示すように、貫通孔４５を有する水晶振動片４０も考えられる。水晶振動片（屈曲振動片）４０は、腕部３に積層構造体９が形成されていて、積層構造体９は、腕部３の側に位置する励振電極１２ｅと、励振電極２２eと、励振電極１２ｅと励振電極２２eとの間に配置された圧電体層６と、を有している。そして、基部２には、単独で存し電極端子１０とほぼ同形状の補助端子２０ａと、励振電極１２ｅから延伸した電極端子１０と、が形成されている。そして、補助端子２０ａの一部および電極端子１０を除いた領域には、圧電体層６が延長して形成されており、補助端子２０ａの一部にかかっている圧電体層６には、励振電極２２eから延伸して電極端子２０が形成されている。圧電体層６において、補助端子２０ａと補助端子２０ａとに挟まれた領域には、孔壁に金属膜が形成された貫通孔４５が形成されている。これにより、補助端子２０ａと、電極端子２０および励振電極２２eと、が接続され、補助端子２０ａが電極端子２０の機能を有することになる。この構成の水晶振動片４０は、基部２の表面側同一面に設けられた電極端子１０と補助端子２０ａとから駆動電流を印加でき、図５に示すパッケージ７０の段部７７に基部２の表面側を固定する場合、圧電体層６の段差を回避して固定できるため、安定した装着ができる。この水晶振動片４０においても、水晶振動片４０を複数並べて水晶振動片１のような形態にして、腕部３のそれぞれに駆動電流を印加するための電極端子１０および電極端子２０の機能を有する補助端子２０ａを配置した構成も可能である。

（変形例３）水晶振動片１の積層構造体９は、励振電極１２と、圧電体層６と、励振電極２２と、の積層構造であるが、これに限定されるものではない。例えば、図８は、絶縁層を有する水晶振動片を示す斜視図である。この水晶振動片（屈曲振動片）５０は、積層構造体９０が絶縁層６０を有している。この場合、腕部３ａにおける積層構造体９０は、励振電極１２ａと圧電体層６と絶縁層６０と励振電極２２ａとで構成されている。つまり、腕部３ａにおいて、腕部３ａに形成された励振電極１２ａと圧電体層６とを覆って絶縁層６０が形成され、圧電体層６および絶縁層６０を挟んで、励振電極１２ａと対向する位置に励振電極２２ａが形成されている。同様に、腕部３ｂにおける積層構造体９０は、励振電極１２ｂと圧電体層６と絶縁層６０と励振電極２２ｂとで構成され、腕部３ｃにおける積層構造体９０は、励振電極１２ｃと圧電体層６と絶縁層６０と励振電極２２ｃとで構成されている。この絶縁層６０は、圧電体層６を保護すると共に、水晶振動片５０の小型化等のために圧電体層６を薄く形成した場合においては、励振電極１２と励振電極２２との短絡を防止する機能を果たしている。そのため、水晶振動片５０は、励振電極１２と励振電極２２とに確実に駆動電流を印加でき、安定した振動を確実に行うことができる。

（変形例４）貫通孔４，５は、四角形状であるが、四角以外の矩形状や円形、楕円形等の形状をなしていても良い。

（変形例５）水晶振動片１は、積層構造体９が基部２および腕部３の表面側に設けられている構成を一例として示すものであって、基部２および腕部３の裏面側にも積層構造体９が設けられた構成であっても良い。これにより、水晶振動片は、より安定して振動することができる。

（変形例６）屈曲振動片は、水晶を用いた水晶振動片１に限定されることなく、水晶以外のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、チタン酸ジルコン鉛（ＰＺＴ）等の圧電体を用いたものであっても良い。更に、屈曲振動片は、腕部３等が水晶のような圧電性材料を用いることに限定されるものではなく、シリコンやゲルマニウムなどの非圧電材料であっても良い。これにより、屈曲振動片において、要求特性や用途等に応じて、適切な材料を選ぶことができ選択肢が拡大する。

（変形例７）水晶振動片１の圧電体層６は、スパッタリングにより形成された酸化亜鉛（ＺｎＯ）であるが、これに限定されるものではなく、例えば、圧電性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン鉛（ＰＺＴ）等であっても良い。

（変形例８）励振電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃと励振電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃとは、圧電体層６を挟んでそれぞれ対向するように配置されているが、圧電体層６が屈曲可能であれば、直接対向せずに圧電体層６を挟むような構成であっても良い。

（変形例９）水晶振動子１００は、本体部２ａの裏面側がパッケージベース７１の段部７７に接着固定されているが、本体部２ａの表面側がパッケージベース７１の段部７７に接着固定されている構成であっても良い。この場合、段部７７の振動片接続端子７６が水晶振動片１の電極端子１０，２０と導電性接着剤で接続される。

（変形例１０）水晶振動子１００は、パッケージ７０内に、水晶振動片１に加え、発振回路等を備えたものであっても良い。

屈曲振動片としての水晶振動片１をパッケージ化した水晶振動子１００は、電極相互の接続が確実になされており、記述した携帯電話２００やモバイルコンピューター３００に限らず、電子時計、ビデオレコーダー、テレビ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯情報端末、ＧＰＳ（Global Positioning System）通信機器等の電子機器に広く用いることができ、これら電子機器のタイミングデバイスなどとして、確実で安定した動作を保障することが可能である。

１…屈曲振動片としての水晶振動片、２…基部、３…腕部、４，５…貫通孔、６…圧電体層、９…積層構造体、１０…第１端子としての電極端子、１１…電極配線、１２…第１電極としての励振電極、２０…第２端子としての電極端子、２１…電極配線、２２…第２電極としての励振電極、３０，４０…屈曲振動片としての水晶振動片、４５…貫通孔、５０…屈曲振動片としての水晶振動片、６０…絶縁層、９０…積層構造体、１００…屈曲振動子としての水晶振動子、２００…電子機器としての携帯電話、３００…電子機器としてのモバイルコンピューター。

Claims (8)

1. 基部と、
   前記基部から延長し、屈曲振動をする腕部と、
   第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記第２電極の間に配置された第1の圧
   電体層と、を含み、前記第１電極を前記腕部と前記第1の圧電体層との間に配置した積層
   構造体と、
   前記第１電極に接続され、且つ、前記基部に配置された第１端子と、
   前記第２電極に接続され、且つ、前記基部に配置された第２端子と、
   前記第1の圧電体層から延出し、且つ、少なくとも前記第２端子の領域にまで設けられ
   、平面視で前記第２端子と重なり合っている第２の圧電体層を有していることを特徴とす
   る屈曲振動片。
2. 請求項１に記載の屈曲振動片において、
   前記第２の圧電体層は、貫通孔を有し、
   前記貫通孔を介して、前記第２電極と前記第２端子とを接続したことを特徴とする屈曲
   振動片。
3. 基部と、
   屈曲振動し、且つ、前記基部から延長し並列に配列された複数本の腕部と、
   前記腕部の各々に設けられ、且つ、第１電極と、第２電極と、前記第１電極および前記
   第２電極の間に配置された第1の圧電体層と、を含み、前記第１電極を前記腕部と前記第1の圧電体層との間に配置した積層構造体と、
   前記腕部のうち、端から数えて奇数番目の前記腕部の前記第１電極と偶数番目の前記腕
   部の前記第２電極とに接続され、且つ、前記基部に配置された第１端子と、
   前記偶数番目の前記腕部の前記第１電極と前記奇数番目の前記腕部の前記第２電極とに
   接続され、且つ、前記基部に配置された第２端子と、
   前記第1の圧電体層から延出し、且つ、少なくとも前記第２端子の領域にまで設けられ
   、平面視で前記第２端子と重なり合っている第２の圧電体層を有していることを特徴とす
   る屈曲振動片。
4. 請求項３に記載の屈曲振動片において、
   前記第２の圧電体層は、複数の貫通孔を有し、
   前記貫通孔を介して、前記奇数番目の前記腕部の前記第１電極と前記偶数番目の前記腕
   部の前記第２電極との接続、および前記偶数番目の前記腕部の前記第１電極と前記奇数番
   目の前記腕部の前記第２電極との接続をしたことを特徴とする屈曲振動片。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の屈曲振動片において、
   前記第１電極と前記第２電極との間に絶縁膜をさらに有したことを特徴とする屈曲振動
   片。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の屈曲振動片と、
   前記屈曲振動片を収容したパッケージと、を備えたことを特徴とする屈曲振動子。
7. 請求項１から５のいずれか一項に記載の屈曲振動片と、
   前記屈曲振動片に接続された発振回路と、を備えたことを特徴とする発振器。
8. 請求項１から５のいずれか一項に記載の屈曲振動片を備えたこと特徴とする電子機器。

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