JP5867170B2

JP5867170B2 - 音叉型水晶振動子の製造方法

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Publication number: JP5867170B2
Application number: JP2012047959A
Authority: JP
Inventors: 和靖阪本; 藤井　智; 智藤井; 悟石野
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2032-03-05
Also published as: JP2013183416A

Description

本発明は各種電子機器のクロック源として用いられる音叉型水晶振動子の製造方法に関する。

音叉型水晶振動子等の水晶振動デバイスは、実装される各種機器の小型化および薄型化に伴い、超小型で薄型のものが求められるようになっている（例えば平面視の外形寸法が２．０ｍｍ×１．２ｍｍ）。表面実装型の音叉型水晶振動子として、例えば直方体状の容器内に音叉型水晶振動片の一端側を片持ち接合し、平板状の蓋を前記容器に接合することによって音叉型水晶振動片を気密に封止した構成のものが普及している。

従来の音叉型水晶振動片の一例を、図１０乃至１３を参照して説明する。図１０において音叉型水晶振動片９は、基部９０と基部９０の一端側から一方向に突出した一対の振動腕９１，９１を備えている。基部９０や一対の振動腕９１，９１には所定形状の電極（図示省略。振動腕の先端領域のみ符号Ｍで表示）が形成される。そして図１１に示すように一対の振動腕９１，９１は対向する一組の主面９１Ａ，９１Ｂと対向する一組の側面９１Ｃ，９１Ｄの計４つの面で構成されており、振動腕９１の先端領域では振動腕の全周に腕先電極Ｍが形成されている。そして腕先電極Ｍの上層には音叉型水晶振動片の周波数を調整するための調整用金属膜Ｗが周状に形成されている。

音叉型水晶振動片の周波数調整は、調整用金属膜Ｗに対して、例えばレーザー光（図１０に示すＬ）を照射して調整用金属膜Ｗの質量を削減して周波数を上昇させることによって行われる（レーザートリミング）。調整用金属膜Ｗの質量を削減したときの周波数の上昇量（周波数調整感度）は振動腕９１の先端に近づくにつれて大きくなり、振動腕の先端が最大となる。このことからレーザー光の照射は最も周波数上昇量（周波数調整量）の大きい振動腕の先端側から開始され、振動腕の幅方向に横断するようにレーザー光が走査される。そして当該レーザー光の走査は、振動腕の先端側から振動腕の根元方向へ順次移動させながら所望の周波数範囲に到達するまで行われる。このような方法で周波数の調整を行う音叉型水晶振動子は例えば特許文献１乃至３に開示されている。

特開昭５５−１５４８１３号特開２００３−３３２８７１号特開２００３−３３２８７２号

音叉型水晶振動片が超小型になってくると、振動腕へのレーザー光の照射位置のずれによる周波数上昇量の変動の影響が大きくなってくる。特に振動腕の伸長方向へのレーザー光の照射位置のずれは、周波数上昇量が異なる部位にレーザーが照射されることになるため周波数上昇量が大きく変動してしまうことになる。また、音叉型水晶振動片の超小型化に伴って、最初にレーザー光が照射される振動腕の先端において一度に大量の調整用金属膜の質量が削減されてしまい、所望の周波数範囲よりも高い周波数域に到達して規格外となってしまうことがある。かかる不具合を防止するためにレーザー光の照射径を絞り込もうとしても照射径には限界があり、１回のレーザー光の走査による周波数上昇量は従来サイズの音叉型水晶振動片の場合よりも過多となってしまう。

これに対し、予め振動腕の先端から離間した外方からレーザー光を照射し始め、振動腕の先端に近づく方向に所定のピッチ（間隔）で移動させる方法がある。本方法の場合、レーザー光の照射位置のずれが発生したとしても必ず振動腕の先端にレーザー光が照射されるとともに、前記ピッチを可変させることによって振動腕の先端における周波数調整量をコントロールすることができる。しかし、上記方法では振動腕の先端部分の調整用金属膜Ｗおよびその下層の腕先電極Ｍはレーザー光によって除去され、振動腕の先端部分の水晶素地が露出した状態となってしまう。これを防止するためにレーザー光の焦点深度や出力等を調整しても、振動腕の先端部分の水晶素地が露出しないように調整用金属膜Ｗおよび腕先電極Ｍだけを除去することは困難である。

音叉型水晶振動片の基部側を容器内に片持ち支持した音叉型水晶振動子が落下等によって外部衝撃を受けると、自由端である振動腕の先端側が撓んで、振動腕先端の露出した水晶素地部分が容器や蓋と接触することがある。このとき、前述のように振動腕の先端部分の水晶素地が露出した状態であると、前記接触によって外部衝撃を緩和する部材が存在しないため、振動腕の先端部分が欠損することがあり、発振停止等の不具合に至ってしまう。特に音叉型水晶振動子が超小型になってくると、容器内に収容された水晶振動片と容器との隙間あるいは水晶振動片と蓋との隙間が微小となるため前記接触の可能性が増大する。

そこで、レーザー光の照射による振動腕の先端部分の水晶素地の露出を防止するために、例えば図１２に示すように振動腕の主面の先端部分に近接する領域に平面視矩形状の調整用金属膜Ｗ’を形成しておき、当該金属膜の振動腕の先端部分から根元方向にずらした領域（図１２において点線枠で示す領域）にレーザー光を照射する方法がある。当該方法によれば、調整用金属膜Ｗ’のうち先端側の領域は図１３に示すようにレーザー光の照射後にも残存するため、外部衝撃を受けて振動腕の先端側が容器や蓋と接触したとしても前記残存した金属膜が緩衝材として機能し、音叉型水晶振動片の欠損を防止することができる。しかしながら、調整用金属膜の先端部分を避け、根元方向にずらした領域にレーザー光を照射する場合であっても、前記領域は振動腕の先端に近接しているため依然として１回のレーザー光の走査による周波数上昇量は大きくなってしまう。また、振動腕の先端から離間した外方からレーザー光を照射し始める方法と異なり、振動腕の先端から根元方向に離間した領域からレーザー光が照射されるため、振動腕の伸長方向へのレーザー光の照射位置のずれによって周波数上昇量が変動してしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、外部衝撃による音叉型水晶振動片の欠損を防止しつつ、安定した周波数調整を行うことができる音叉型水晶振動子の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明は、基部と、当該基部の一端側から突出した一対の振動腕とを備えた音叉型水晶振動片を、容器の内部に収容し、当該容器に蓋を接合することにより前記音叉型水晶振動片を気密に封止した音叉型水晶振動子の製造方法であって、前記基部および前記一対の振動腕の主面と側面に電極を形成する電極形成工程と、前記振動腕の少なくとも一主面において、振動腕の先端側に、周波数調整に寄与しない金属膜のみで構成された腕先保護領域、または周波数調整に寄与しない金属膜あるいは導電性部材と前記一主面の水晶素地が露出した露出部とで構成された腕先保護領域、を設ける保護領域形成工程と、前記腕先保護領域から振動腕の根元側に、前記一主面の水晶素地が露出した無電極領域を隔てて、周波数調整用の金属膜を形成する調整膜形成工程と、前記無電極領域に対して、振動腕の幅方向にビームの照射を開始し、振動腕の根元方向にビームを移動させながら、前記周波数調整用の金属膜の質量を削減することによって周波数調整を行う周波数調整工程と、を有する音叉型水晶振動子の製造方法となっている。

上記発明によれば、腕先保護領域と周波数調整用の金属膜との間に、振動腕の主面の水晶素地が露出した無電極領域が設けられている。そして周波数調整工程では無電極領域に対して、振動腕の幅方向にビームの照射を開始し、振動腕の根元方向にビームを移動させながら周波数調整用の金属膜の質量を削減することによって周波数調整が行われる。前記無電極領域が存在することにより、ビームの照射位置のずれが発生したとしても、当該ずれによる周波数上昇量を抑制することができる。すなわち、ビームの照射位置のずれが発生したとしても無電極領域内にとどめることができる。あるいは無電極領域外へずれた場合であっても周波数上昇量を抑制することができる。さらにビームの照射ピッチを適宜変化させることによって周波数調整量をコントロールすることができる。

また上記発明によれば、保護領域形成工程において、周波数調整に寄与しない金属膜のみで構成された腕先保護領域、または周波数調整に寄与しない金属膜あるいは導電性部材と振動腕の一主面の水晶素地が露出した露出部とで構成された腕先保護領域、が振動腕の先端側に設けられている。前記金属として例えば断面視凸状の金属膜を形成しておけば、本発明の製造方法によって得られた音叉型水晶振動子が、外部衝撃を受けて振動腕の先端側が容器や蓋と接触したとしても前記金属膜が緩衝材として機能し、音叉型水晶振動片の欠損を防止することができる。

さらに前記腕先保護領域の金属は膜に限定されるものではなく、金属バンプのような導電性部材であってもよい。この場合、微小領域へのバンプ形成の点から、めっきバンプが好適である。そして金属膜または金属バンプの腕先保護領域での配置は、例えば平面視で振動腕の先端近傍の角部または稜部を含む領域が好ましい。これは次の理由による。

音叉型水晶振動片が製造ばらつきによって容器内に僅かに傾いて搭載された場合、音叉型水晶振動子が外部衝撃を受けた際には、振動腕の先端部分の主面よりも先に、振動腕の先端近傍の角部または稜部を含む領域が容器や蓋と接触することがある。これに対し、平面視で振動腕の先端近傍の角部または稜部を含む領域に金属膜または金属バンプを配することによって振動腕の先端部分をより確実に保護することができる。

上記目的を達成するために、前記調整領域工程において、前記周波数調整用の金属膜が固定調整領域と可変調整領域からなり、前記固定調整領域は、前記無電極領域に隣接する側に設けられ、１回のビームの走査に対する周波数の上昇量が略一定の領域であり、前記可変調整領域は、前記固定調整領域に対して振動腕の根元側に設けられ、１回のビームの走査に対する周波数の上昇量が振動腕の根元側に近づくにつれて減少する領域であってもよい。

上記発明によれば、効率的で安定した周波数調整を行うことができる。これは次の理由による。一般的な音叉型水晶振動片の周波数調整工程においては通常、周波数調整量（周波数上昇量）が大きい“粗調整”と、周波数調整量が小さい“微調整”が順次行われる。本発明では前記固定調整領域を粗調整に、前記可変調整領域を微調整にそれぞれ用いることができる。この場合、前記粗調整において、固定調整領域は１回のビームの走査に対する周波数上昇量が略一定であるとともに、周波数調整用の金属膜内で振動腕の先端に近い側（周波数調整感度が高くなる側）に設けられているため、安定した周波数調整を行うことができる。

一方、前記微調整では、可変調整領域は固定調整領域に対して振動腕の根元側に設けられており、１回のビームの走査に対する周波数上昇量は固定調整領域よりも減少する。さらに、可変調整領域は１回のビームの走査に対する周波数の上昇量が振動腕の根元側に近づくにつれて減少する領域となっているため、所定の周波数規格までの必要調整量に応じてビームの照射位置等を可変させることで効率的に周波数調整を行うことができる。

前述した固定調整領域は、周波数調整用の金属膜の先端側に、単位面積あたりの質量が他の周波数調整領域の単位面積あたりの質量よりも小さい領域を設けるとともに、当該領域の形状をコントロールすることによって形成することができる。音叉型水晶振動片は振動腕の幅方向への１回のビーム走査に対する周波数の上昇量が振動腕の先端から根元側に離間するにつれて漸次減少する特性を有している。そして振動腕の先端に近い側よから根元側に離間するにつれて単位面積あたりの質量が漸次増大するように周波数調整用の金属膜の形状を設定する。このように設定することによって、音叉型水晶振動片の上記特性による周波数上昇量の減少と、周波数調整用の金属膜の単位面積あたりの質量の増大とが相殺され、１回のビーム走査に対する周波数の上昇量を一定に近づけることができる。

一方、可変調整領域については、単位面積あたりの質量を略一定とする。例えば平面視矩形状で，金属膜の厚みを一定とすることで、金属膜の質量削減による周波数上昇量が振動腕の先端から根元側に離間するにつれて漸次減少する音叉型水晶振動片の特性によって、振動腕の根元に近づくにつれて１回のビームの走査による周波数の上昇量が減少する領域とすることができる。

以上のように本発明によれば、外部衝撃による音叉型水晶振動片の欠損を防止しつつ、安定した周波数調整を行うことができる音叉型水晶振動子の製造方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態を示す音叉型水晶振動子の断面模式図本発明の第１の実施形態を示す音叉型水晶振動片の平面図図２のＡ部拡大図図３のＢ−Ｂ線における断面拡大図本発明の第１の実施形態を示す音叉型水晶振動片の部分拡大図本発明の第１の実施形態の変形例を示す音叉型水晶振動片の部分拡大図本発明の第２の実施形態を示す音叉型水晶振動片の部分拡大図本発明の第３の実施形態を示す音叉型水晶振動片の部分拡大図本発明の第３の実施形態の変形例を示す音叉型水晶振動片の部分拡大図従来の音叉型水晶振動片の平面図図１０のＣ−Ｃ線における断面拡大図従来の周波数調整前の音叉型水晶振動片の部分拡大図従来の周波数調整後の音叉型水晶振動片の部分拡大図

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。まず音叉型水晶振動子の完成品について説明した後、本発明の音叉型水晶振動子の製造方法について説明する。
本実施形態における音叉型水晶振動子の断面模式図を図１に示す。音叉型水晶振動子１は、容器２の段部８上面に形成された金属膜からなる搭載パッド７の上に、音叉型水晶振動片４が接合部材６を介して接合されている。そして、蓋３がロウ材５を介して容器２に接合されることにより、音叉型水晶振動片４が容器２の内部に気密に封止された構造となっている。音叉型水晶振動子１は略直方体状であり、平面視の外形寸法は２．０ｍｍ×１．２ｍｍとなっている。なお、図１では容器底面に形成される外部接続端子や容器の内部配線や音叉型水晶振動片の表裏側面に形成される各種電極の記載を省略している。

図１において容器２はセラミック材料からなる平面視略矩形状の箱状体であり、蓋３は金属からなる平面視略矩形状の平板となっている。ロウ材５にはＡｕＳｎ合金が使用されており、蓋３と容器２との接合は雰囲気加熱によるロウ材の溶融（金属溶融）によってなされる。なお蓋３と容器２との接合方法は金属ロウ材の溶融に限定されるものではなく、その他の接合方法も適用可能である。例えばレーザー光や電子ビームなどのビームを用いた局所加熱溶融による封止方法等も適用可能である。また本発明の実施形態において、音叉型水晶振動子の構成部材の材料として蓋３に金属が、容器２にセラミックがそれぞれ用いられているが、本発明の適用は前記組合せに限定されるものではなく、その他の材料を蓋または容器に使用してもよい。一例としてガラスや水晶を蓋あるいは容器の材料として使用することも可能である。

本実施形態では接合部材７にＡｕからなるメッキバンプが使用されており、ＦＣＢ（ＦｌｉｐＣｈｉｐＢｏｎｄｉｎｇ）法によって音叉型水晶振動片４と搭載パッド７とが接合されている。なお接合部材７としてメッキバンプの他に、スタッドバンプや導電性樹脂接合材あるいは合金を用いることも可能である。

図１において音叉型水晶振動片４は、基部４０と、基部４０の一端側から突出した一対の振動腕４１，４１と、基部の一部であり，基部の他端側に近接する側面から突出した突出部４００とからなっている（図２参照）。さらに一対の振動腕４１，４１は直線状に伸長する直線部４１０と、直線部４１０よりも幅広に形成された幅広部４２０と、直線部４１０と幅広部４２０との間のテーパー状の拡幅部Ｔとで構成されている。一対の振動腕４１，４１は、対向する一組の主面と対向する一組の側面とをそれぞれ有しており、前記対向する一組の主面には平面視方形の溝が所定の深さで形成されている。なお、図２においては基部および振動腕に形成された電極パターンや金属膜の記載は省略している。

本発明の適用は本実施形態における音叉型水晶振動片の形状に限定されるものではない。例えば直線部は振動腕の先端に近づくにつれてテーパー状に縮幅する形状や、直線部の途中に曲線部分が形成された形状等にも適用可能である。また、先端部分まで一定幅の振動腕を備えた音叉型水晶振動片にも本発明は適用可能である。さらに本実施形態では図２に示すように突出部４００は振動腕と略直交する方向にのみ突出した形状となっているが、突出部の形状は本形状に限定されるものではない。例えば基部から一方向に突出した後、先端が振動腕の伸長方向と略平行となるように屈曲した平面視形状（アルファベットの「Ｌ」字状）の突出部であっても本発明は適用可能である。また前述した構成に加え、基部と接続し、基部と一対の振動腕を包囲する枠体が一体で成形された水晶振動片にも本発明は適用可能である。
以上が本発明の音叉型水晶振動子の完成品についての説明である。次に本発明の音叉型水晶振動子の製造方法の主要工程を中心に図面を参照しながら説明する。

（電極形成工程）
電極形成工程では音叉型水晶振動片４の基部４０および突出部４００と振動腕４１の主面と側面に、所定形状の電極パターン（図示省略）がフォトリソグラフィ技術によって形成される。幅広部４２０については、表裏主面に設けられる無電極領域４４を除いた領域の全周に腕先電極Ｍが形成される（図２参照）。つまり、幅広部４２０の外側面および内側面については全体に腕先電極Ｍが形成される。そして前記外側面と内側面の全体に形成された腕先電極Ｍを介して、振動腕の主面上に無電極領域４４を挟んで振動腕の伸長方向に分離して形成された腕先電極Ｍとが電気的に接続されることになる。これは後述する保護領域形成工程および調整膜形成工程において、電解メッキ法によって金属膜を形成する際の導通確保のための引き回しとなっている。保護領域形成工程および調整膜形成工程において、電解メッキ法以外の成膜手段を用いる場合は導通確保のための引き回しは必ずしも必要ではない。この場合、幅広部４２０の外側面および内側面について全体に腕先電極を形成しなくてもよい。

本実施形態では腕先電極ＭにＡｕが使用されており、下地層としてＣｒが使用されている。この腕先電極Ｍと前述した電極パターンとは同一の膜構成となっており、真空蒸着法によって同時に形成される。さらに振動腕の先端側の対向する二つの主面には、前述の腕先電極Ｍと同一の膜構成からなる金属膜が電解メッキ法によって、前記腕先電極および電極パターンと同時に形成される。なお、前述した下地層および腕先電極ＭはそれぞれＣｒおよびＡｕに限定されるものではなく、これら以外の金属を使用してもよい。また腕先電極Ｍおよび電極パターンは真空蒸着法以外にスパッタリングによって成膜してもよい。

（保護領域形成工程）
前述した腕先電極Ｍの上に電解メッキ法によってＡｕ膜からなる腕先金属膜４３を形成する。腕先金属膜４３は図３に示すように、振動腕の先端部の全幅に及んで形成され、振動腕４１の先端の外側の角部Ｃｏと当該角部に近接する稜部と、内側の角部Ｃｉと当該角部に近接する稜部とをそれぞれ覆うように形成される。本発明の第１の実施形態では図３に示す腕先金属膜４３が形成された領域全体が腕先保護領域４３０となっている。腕先保護領域４３０は後述する周波数調整工程において周波数調整に寄与しない領域となっている。なお、前述した無電極領域４４は幅広部４２０の対向する二つの主面の水晶素地が露出した領域となっている。

（調整膜形成工程）
無電極領域４４に対して振動腕の根元側に隣接した腕先電極Ｍの上に、電解メッキ法によってＡｕ膜からなる調整用金属膜４５を形成する（図３）。調整用金属膜４５は図４に示すように振動腕の対向する一組の主面上の腕先電極Ｍの上に対向して形成され、一対の振動腕全体では４つの調整用金属膜が形成される。調整用金属膜４５は腕先保護領域４３０から振動腕の根元側に、無電極領域４４を隔てて離間した、周波数を調整するための金属膜となっている。本発明の第１の実施形態では調整用金属膜４５と腕先保護領域４３の各金属膜は一体で電解メッキ法によって同時に形成される。調整用金属膜４５は振動腕４１の一組の対向する主面の両方あるいはいずれか一方の主面に形成すればよく、前記主面のみならず振動腕の一組の対向する側面にも形成してもよい。なお、調整用金属膜４５と腕先金属膜４３の各金属膜の材料はＡｕに限定されるものではなく、これら以外の金属も使用可能である。また腕先金属膜４３は電解メッキ法以外に無電解メッキ法も使用可能である。

本実施形態において調整用金属膜４５は、幅広部４２０および拡幅部Ｔの主面の幅方向全体に形成されておらず、幅広部４２０および拡幅部Ｔの外側および内側の各稜部から内側に僅かに離間して形成される（図３乃至４参照）。このような位置に調整用金属膜４５を形成することにより、ビーム照射によって完全に除去されないで残存した金属膜が剥離することによる各種不具合を防止することができる。これを以下に具体的に説明する。

従来の周波数調整用の金属膜の場合、振動腕の先端部分に周状に形成されることがある。このような形態の金属膜に対して、例えばレーザー光を振動腕の幅方向に照射すると、レーザー光の焦点深度の関係から振動腕の側面部分の金属膜が完全に除去されず、部分的に剥がれたような不安定な状態で残存してしまうことがある。このような状態で残存した金属膜は後に剥離して脱落するおそれがあり、各種不具合の原因となる。

これに対して本実施形態における調整用金属膜４５は、振動腕４１の側面に形成されていないため、レーザー光の焦点深度の関係から完全に除去されない金属膜の発生を防止することができる。これにより、残存金属膜の剥離に起因する各種不具合を防止することができる。なお、振動腕の主面だけでなく振動腕の側面にも周波数調整用の金属膜を形成する場合は、側面にはレーザー光を照射せず、主面上の調整用の金属膜のうち振動腕の稜部から内側に僅かに離間した領域にのみレーザー光を照射することによって上記残存金属膜の発生を抑制することができる。

（周波数調整工程）
周波数調整工程は、調整用金属膜４５の質量をビームで削減することによって周波数調整を行う工程である。本実施形態ではビームとしてレーザー光（グリーンレーザー：波長５３２ｎｍ）が用いられ、振動腕４１の幅方向に横断するように走査される。そしてレーザー光は無電極領域４４の上方から照射が開始される。つまり無電極領域４４に対して、振動腕４１の幅方向に横断するようにレーザー光の照射を開始する（図５において符号Ｌで表記）。そして振動腕４１の根元方向にレーザー光を移動させながら、調整用金属膜４５の質量を削減することによって周波数調整を行う。なおビームとしてレーザー光を用いる場合、グリーンレーザー以外の波長のレーザーを使用することも可能である。例えばＹＡＧレーザーや炭酸ガスレーザーも使用可能である。

このようにして周波数調整された後の振動腕の部分拡大図を図５に示す。図５では調整用金属膜４５のうち、先端側（腕先金属膜に近い側）の一部がレーザー光によって除去され、水晶素地が露出した状態となっている。そして周波数調整に寄与しない腕先保護領域４３０は、周波数調整後においても周波数調整前の腕先保護領域を維持したまま残存している。

また上記発明によれば、保護領域形成工程において、周波数調整に寄与しない金属からなる腕先保護領域が振動腕の先端側に設けられている。前記金属として例えば断面視凸状の金属膜を形成しておけば、本発明の製造方法によって得られた音叉型水晶振動子が、外部衝撃を受けて振動腕の先端側が容器や蓋と接触したとしても前記金属膜が緩衝材として機能し、音叉型水晶振動片の欠損を防止することができる。なお、腕先保護領域は、当該領域全体が金属膜で覆われている構成や、当該領域の一部分だけが金属膜で覆われている構成のいずれの構成であってもよい。

（第１の実施形態の変形例）
本発明の第１の実施形態では、腕先金属膜４３の形成領域全体が腕先保護領域４３０となっているが、腕先保護領域はこのような形状に限定されるものではない。例えば本発明の第１の実施形態の変形例として図６に示すような構成であってもよい。腕先保護領域４６０は、振動腕先端の外側の角部Ｃｏと当該角部に近接する稜部を含む領域と、振動腕先端の内側の角部Ｃｉと当該角部に近接する稜部を含む領域とに形成された一対の腕先金属膜４６１，４６１と、これら一対の腕先金属膜４６１，４６１の間の水晶素地が露出した露出部４６２とで構成されている。この場合、露出部４６２と無電極領域４７とはいずれも水晶素地が露出した同一平面上の領域であり、つながった状態となっている。なお、露出部と無電極領域と表現が異なっているのは、周波数調整領域においてビームが最初に照射される領域が腕先保護領域よりも根元側に位置する領域であることによる便宜上の区別である。

音叉型水晶振動片が製造ばらつきによって容器内に僅かに傾いて搭載された場合、音叉型水晶振動子が外部衝撃を受けた際には、振動腕の先端部分の主面よりも先に、振動腕の先端近傍の角部または稜部を含む領域が容器や蓋と接触することがある。これに対して上記構成であれば、平面視で振動腕の先端近傍の角部と稜部を含む領域に金属膜が配されているため、振動腕の先端部分をより確実に保護することができる。

また上記構成によれば露出部４６２の領域への金属膜の形成が不要となるため、使用金属量を削減することができる。なお本発明の第１の実施形態の変形例では振動腕先端の外側と内側の両方の角部と、両方の角部に近接する稜部を含む領域に２箇所、腕先金属膜が配されているが、いずれか一方の角部および当該角部に近接する稜部を含む領域であってもよい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図７に示す。本発明の第２の実施形態において第１の実施形態と同様の構成については同番号を付して説明の一部を割愛するとともに、第１の実施形態と同一の作用効果を有する。以下、本発明の第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図７に示すように本発明の第２の実施形態では、腕先保護領域４９０は一対のメッキバンプ４９１，４９１と水晶素地が露出した露出部４９２とで構成されている。メッキバンプ４９１は、平面視では幅広部４２０の先端外側の角部Ｃｏと幅広部４２０の先端内側の角部Ｃｉに近接する領域に独立して設けられている。本実施形態ではメッキバンプ４９１はＡｕからなる導電性部材であり、電解メッキ法によって形成されている。なお、前記メッキバンプの金属材料はＡｕに限定されるものではなく、Ａｕ以外の金属を用いてもよい。またメッキバンプだけでなく、スタッドバンプや導電性樹脂接着材も使用可能である。衝撃吸収効果の点からはＡｕのような延性・展性に富んだ軟質の金属を用いることが望ましい。また前記メッキバンプは必ずしも一対で形成する必要はなく、一対の振動腕の先端側の主面中央部分に各々１個ずつ設けてもよい。

図７において一対のメッキバンプ４９１，４９１から幅広部４２０の幅方向に導出されている一対の接続部Ｓ，Ｓは、メッキバンプ４９１を電解メッキ法によって析出させるためのシード層であり、腕先電極Ｍの一部となっている。接続部Ｓは幅広部４２０の幅方向に導出された後、幅広部４２０の外側面（内側面）の腕先電極Ｍを経由して幅広部４２０の主面の腕先電極Ｍと電気的に接続されている。この接続部Ｓとメッキバンプ４９１は、いずれも周波数調整に寄与しない導電性部材および金属膜となっている。なお、接続部Ｓは本実施形態では幅広部４２０の幅方向に導出されているが、導出方向は当該方向に限定されるものではない。例えば振動腕の伸張方向に導出されていてもよい。

本実施形態における周波数調整工程は第１の実施形態と同様であり、レーザー光（グリーンレーザー）は無電極領域５０の上方から照射が開始される。そしてレーザー光が振動腕４１の幅方向に横断するように走査されるとともに、振動腕の根元方向に向かって移動しながら調整用金属膜４５の質量が削減される。

上記構成であれば、音叉型水晶振動子が外部衝撃を受けて、振動腕の先端側が容器や蓋と接触したとしてもメッキバンプ４９１が潰れることによって衝撃を緩和することができる。これにより音叉型水晶振動片の欠損を防止することができる。なお、図７においてメッキバンプの平面視形状は円形となっているが円形に限定されない。例えば平面視楕円状であってもよい。また本実施形態ではメッキバンプ４９１は単層で形成されているが、積層構成のメッキバンプであってもよい。

また上記構成であれば、腕先保護領域４９０と周波数調整用の金属膜５１との間に、振動腕の主面の水晶素地が露出した無電極領域５０が設けられている。そして周波数調整工程では無電極領域５０に対して、振動腕の幅方向にビームの照射を開始し、振動腕４１の根元方向にビームを移動させながら周波数調整用の金属膜５１の質量を削減することによって周波数調整が行われる。無電極領域５０が存在することにより、ビームの照射位置のずれが発生したとしても、当該ずれによる周波数上昇量を抑制することができる。すなわち、ビームの照射位置のずれが発生したとしても無電極領域内にとどめることができる。あるいは無電極領域外へずれた場合であっても周波数上昇量を抑制することができる。さらにビームの照射ピッチを適宜変化させることによって周波数調整量をコントロールすることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図８を用いて説明する。なお第１の実施形態と同様の構成については同番号を付して説明の一部を割愛するとともに、第１の実施形態と同一の作用効果を有する。

図８において腕先保護領域５２０は本発明の第２の実施形態と同様に、腕先金属膜（５２１）と露出部（５２２）とで構成されている。そして腕先保護領域５２０から振動腕４１の根元側に、幅広部４２０の主面の水晶素地が露出した無電極領域５３を隔てて離間した周波数調整用の金属膜（調整用金属膜５４）が形成されている。

図８に示すように、調整用金属膜５４は固定調整領域５４ａと可変調整領域５４ｂの２つの領域からなっている。固定調整領域５４ａは無電極領域５３に隣接する側に設けられており、平面視の形状が櫛の“歯”に相当する形状となっている。つまり所定間隔で断続的に切り欠かれ、前記“歯”に相当する部分が振動腕の伸長方向と略平行で、かつ振動腕の先端方向に突出した形状とすることによって、単位面積あたりの質量が可変調整領域５４ｂよりも小さくなっている。前記“歯”の本数あるいは間隔を増減させることによって調整用金属膜５４の削減量、つまり周波数上昇量をコントロールすることができる。本実施形態では固定調整領域５４ａの前記“歯”の形状をコントロールすることによって１回のビームの走査に対する周波数の上昇量が略一定となっている。調整用金属膜５４の質量を削減したときの周波数の上昇量は振動腕の先端に近づくにつれて大きくなる。これより本発明は１回のビームの走査に対する周波数の上昇量が大きい振動腕の先端に近い側に固定調整領域５４ａ（粗調整領域）を設け、固定調整領域５４ａよりも振動腕の根元寄りに可変調整領域５４ｂ（微調整領域）を設けている。

一方、図８において可変調整領域５４ｂは、固定調整領域５４ａに対して振動腕の根元側に設けられている。可変調整領域５４ｂは拡幅部Ｔの部分を除けば平面視矩形状（全体では六角形）となっており、金属膜の単位面積あたりの質量は略一定となっている。そしてこの可変調整領域５４ｂは１回のビームの走査に対する周波数の上昇量が振動腕の根元側に近づくにつれて漸次減少する領域となっている。これは次の構成によるものである。

音叉型水晶振動片は周波数調整用の金属膜の質量を削減したときの周波数の上昇量（周波数調整感度）は振動腕の先端に近づくにつれて増大する特性を有している。つまり、調整用金属膜の単位面積あたりの質量を略一定とすることにより、振動腕の根元に近づくにつれて１回のビームの走査に対する周波数の上昇量が相対的に減少することによるものである。

本実施形態において固定調整領域は、同一幅または同一長で除去された形状に限定されるものではなく、異なる幅または長さで部分的に除去された形状であってもよい。また固定調整領域全体の金属膜の質量を削減するようにトリミングするだけでなく、固定調整領域の一部だけの質量を削減するようにトリミングすることによって周波数調整を行ってもよい。なお、固定調整領域の平面視形状で櫛の“歯”の形状に限定されるものではなく、例えば図９に示すように、振動腕の先端に近づくにつれて連続的に幅狭となる平面視テーパー状であってもよい。また、振動腕の先端に近づくにつれて断続的に幅狭となる平面視多段形状であってもよい。

本実施形態によれば、効率的で安定した周波数調整を行うことができる。これは次の理由による。一般的な音叉型水晶振動片の周波数調整工程においては通常、周波数調整量（周波数上昇量）が大きい“粗調整”と、周波数調整量が小さい“微調整”が順次行われる。本発明では固定調整領域５４ａを粗調整に、可変調整領域５４ｂを微調整にそれぞれ用いている。この場合、前記粗調整において、固定調整領域は１回のビームの走査に対する周波数上昇量が略一定であるとともに、周波数調整用の金属膜内で振動腕の先端に近い側（周波数調整感度が高くなる側）に設けられているため、安定した周波数調整を行うことができる。

一方、前記微調整では、可変調整領域５４ｂは固定調整領域５４ａに対して振動腕の根元側に設けられており、１回のビームの走査に対する周波数上昇量は固定調整領域５４ａよりも減少する。さらに、可変調整領域５４ｂは１回のビームの走査に対する周波数の上昇量が振動腕の根元側に近づくにつれて減少する領域となっているため、所定の周波数規格までの必要調整量に応じてビームの照射位置等を可変させることで効率的に周波数調整を行うことができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

音叉型水晶振動子の量産に適用できる。

１音叉型水晶振動子
２容器
３蓋
４音叉型水晶振動片
４０基部
４１振動腕
４００突出部
４１０直線部
４２０幅広部
４３、４６１、４９１、５２１、５５１腕先金属膜
４３０、４６０、４９０、５２０、５５０腕先保護領域
４６２、４９２、５２２、５５２露出部
４４、４７、５０、５３、５６無電極領域
４５、４８、５１、５４、５７調整用金属膜
５４ａ、５７ａ固定調整領域
５４ｂ、５７ｂ可変調整領域
Ｍ腕先電極
Ｔ拡幅部

Claims

基部と、当該基部の一端側から突出した一対の振動腕とを備えた音叉型水晶振動片を、容器の内部に収容し、当該容器に蓋を接合することにより前記音叉型水晶振動片を気密に封止した音叉型水晶振動子の製造方法であって、
前記基部および前記一対の振動腕の主面と側面に電極を形成する電極形成工程と、
前記振動腕の少なくとも一主面において、
振動腕の先端側に、周波数調整に寄与しない金属膜のみで構成された腕先保護領域、または周波数調整に寄与しない金属膜あるいは導電性部材と前記一主面の水晶素地が露出した露出部とで構成された腕先保護領域、を設ける保護領域形成工程と、
前記腕先保護領域から振動腕の根元側に、前記一主面の水晶素地が露出した無電極領域を隔てて、周波数調整用の金属膜を形成する調整膜形成工程と、
前記無電極領域に対して、振動腕の幅方向にビームの照射を開始し、
振動腕の根元方向にビームを移動させながら、前記周波数調整用の金属膜の質量を削減することによって周波数調整を行う周波数調整工程と、
を有する音叉型水晶振動子の製造方法。
前記調整膜形成工程において、前記周波数調整用の金属膜が固定調整領域と可変調整領域とからなり、
前記固定調整領域は、前記無電極領域に隣接する側に設けられ、１回のビームの振動腕の幅方向の走査に対する周波数の上昇量が略一定の領域であり、
前記可変調整領域は、前記固定調整領域に対して振動腕の根元側に設けられ、１回のビームの走査に対する周波数の上昇量が振動腕の根元側に近づくにつれて減少する領域であることを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶振動子の製造方法。