JP6080449B2 - 圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計 - Google Patents

Description

この発明は、圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計に関するものである。

携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号のタイミング源、リファレンス信号源等として、水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが提供されているが、その一つとして、いわゆる音叉型の圧電振動片を有する圧電振動子が知られている。

図１６は、従来の圧電振動片を示す断面図である。
図１６に示すように、音叉型の圧電振動片２００は、平行に配設された一対の振動腕部２１０，２１１と、一対の振動腕部２１０，２１１の基端部を支持する基部（不図示）とによって構成されている。そして、圧電振動片２００の外表面には電極膜が形成され、この電極膜に電圧が印加されることで、一対の振動腕部２１０，２１１を、互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させることが可能となっている。

ところで、近年、圧電振動子が搭載される機器の小型化に伴い、圧電振動片２００の小型化が望まれている。しかし、例えば振動腕部２１０，２１１の幅を狭くすると、振動腕部２１０，２１１上に形成される電極膜の形成幅も狭くなり、その等価直列抵抗値（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ：ＣＩ値）が上昇して出力信号の精度が悪化する。

これに対して図１６に示すように、振動腕部２１０，２１１の両主面上にエッチング加工により溝部２１２を形成する構成が知られている。この構成によれば、溝部２１２の側面で、対となる励振電極（不図示）同士が対向するので、その対向方向に電界を効率良く 作用させることができる。これにより、振動腕部２１０，２１１の幅を狭くしても、電界効率を高めることができ、共振周波数Ｆを維持しながら小型化を図ることが可能になる。

特開２００９−８１５２０号公報

しかしながら、圧電振動片２００の振動腕部２１０，２１１に溝部２１２を形成すると、振動腕部２１０，２１１の剛性が低下する。特に、振動腕部２１０，２１１の基端部と基部との接続部近傍に溝部を形成した場合には、振動腕部２１０，２１１の十分な強度が得られず、さらにこの部分に応力集中が発生しやすい。そのため、圧電振動片２００に外部衝撃等が作用すると、振動腕部２１０，２１１の基端部と基部との接続部近傍が起点となって破断等が生じる虞がある。即ち、振動腕部２１０、２１１に溝部２１２を設ける場合は、振動腕の剛性が低下するといった課題がある。

さらに振動腕部２１０、２１１に溝部２１２を形成する場合、上述の「振動腕の剛性が低下する課題」の他に、次の課題もある。即ち、溝部２１２は、水晶等のウエハにマスクパターンを使用してウェットエッチングを施すことにより形成されるが、水晶等の材質は所定の結晶軸を有しており、結晶軸方向によってエッチング速度が異なるといった性質がある。このような性質は「エッチング異方性」とも呼ばれる。具体的には、水晶の各結晶軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）において、Ｚ軸、＋Ｘ軸、−Ｘ軸、Ｙ軸の順でエッチング速度が遅くなることが知られている。そしてこの「エッチング異方性」を有することによって、エッチング後の溝部２１２の断面形状が単純な矩形状にならず、図１６のような傾斜面を有した形状になることが知られている。

ここで図１６に示すような溝部２１２内の傾斜面の部分を「エッチング残り２１３」と称する。通常、音叉型の圧電振動片２００を形成する場合、エッチング加工によって所望の外形形状を得ることができるように、結晶軸のＺ軸が圧電振動片２００の厚み方向にほぼ一致し、Ｙ軸が圧電振動片２００の長さ方向にほぼ一致し、Ｘ軸が圧電振動片２００の幅方向にほぼ一致するように、ウエハを水晶原石からカットするが、溝部２１２の形成時、上述したエッチング異方性の影響を受けることで、溝部２１２の側面にエッチング残り２１３が発生する。具体的には、＋Ｘ軸側から−Ｘ軸側に向かうにつれてエッチング速度に遅れが生じるので、溝部２１２におけるＸ軸方向で対向する側面のうち、−Ｘ軸側に位置する−Ｘ軸側側面２１２ａについては、溝部２１２の底部に向かうに従い漸次＋Ｘ軸方向に向けて傾斜する傾斜面になる。そして、この傾斜した部分が上述したエッチング残り２１３となる。なお、＋Ｘ軸側に位置する＋Ｘ軸側側面２１２ｂについては、Ｚ軸方向に平行な側面（エッチング残り２１３のない側面）となる。なお、エッチング残りは溝部２１２のみならず、振動腕２１０、２１１の側面にも形成される。図１６には、振動腕２１０、２１１の両側面のうち、＋Ｘ軸側の側面に傾斜（エッチング残り）が形成されている点が図示されている。

そして、溝部２１２にエッチング残り２１３が発生してしまうと、各振動腕部２１０，２１１をＸ軸方向で二等分する中心線Ｏ’を中心とした両側で形状が異なり、重量バランスが不均衡になる。その結果、振動腕部２１０，２１１のドライブレベル特性（圧電振動片２００に印加する電圧に対する共振周波数Ｆの挙動）の変化や、振動漏れによるＣＩ値の増加等を招くという問題がある。つまり、振動腕２１０、２１１に溝部２１２を設ける場合は、「振動腕の剛性が低下する課題」に加え、エッチング残り２１３に起因する「振動バランスの不均衡の課題」もある。

そこで本発明は、振動腕に溝部が設けられている圧電振動片において、剛性低下を抑制しつつ、振動バランスの不均衡を解消することが可能な圧電振動片、およびそれを備える圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく本発明にあっては、互いに平行に配設された一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の長さ方向における基端部を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部における主面に形成され、前記長さ方向に沿って延在する溝部と、を備え、前記振動腕部の厚さ方向が結晶軸のＺ方向であり、前記振動腕部の長さ方向が結晶軸のＹ軸方向であり、かつ前記長さ方向及び前記振動腕部の厚み方向に直交する幅方向が結晶軸のＸ軸方向である音叉型の圧電振動片において、前記溝部は、前記振動腕部の先端部側に形成された第１溝部と、前記第１溝部よりも前記振動腕部の基端部側に形成される第２溝部と、を有し、前記第２溝部は、前記Ｘ軸方向において前記第１溝部よりも−Ｘ軸方向にオフセットし、かつ前記第１溝部に対してＹ軸方向に間隔をあけて配設され、前記間隔は、前記基部と前記基端部との接続部分に形成される傾斜面よりも前記先端側にあることを特徴とする圧電振動片。

この構成によれば、振動腕部の基端側において溝部が第１溝部と第２溝部とに分かれているので、１本の連通する溝部が振動腕部に形成されている場合と比較すると、振動腕部の基端部に応力が集中するのを抑えることができ、振動腕部の剛性を高めることが可能になる。さらに、第２溝部が、第１溝部に対して−Ｘ軸方向にオフセットして配設されているため、第１溝部形成時に生じたエッチング残りによって生じる、振動腕部のＸ軸方向の両側部分での重量バランスのばらつきを抑えることができる。つまり、第１溝部を形成すると第１溝部の−Ｘ方向側にエッチング残りが生じ、これにより、第１溝部をＸ軸方向に分断する中心線に対して−Ｘ方向側の重量が増加してしまうが、第２溝部を−Ｘ方向側にオフセットさせることで、第２溝部では、−Ｘ軸方向の重量が＋Ｘ軸方向よりも軽減するので、第１溝部で生じた重量バランスのばらつきを軽減することが可能になる。その結果、振動腕全体で見たときに、振動中心となる振動腕の長手方向中心線に対して左右の重量バランスのばらつきを小さくすることができる。

また、前記第２溝部の溝幅が前記第１溝部の溝幅よりも狭いことを特徴とする。
この構成により、振動腕部の基端側で第２溝部の溝幅を狭くできるので、振動腕部の基端部に応力が集中するのをより効果的に抑えることができ、振動腕部の剛性をより高めることが可能になる。

また、本発明に係る圧電振動子は、上記圧電振動片と、互いに接合されたベース基板とリッド基板とを有し、両基板の間に形成されたキャビティ内に上記圧電振動片を収容するパッケージと、を備えていることを特徴とする。これによれば、耐衝撃性に優れ、さらにドライブレベル特性に優れた圧電振動子を提供することが可能になる。

また、本発明に係る発振器は、上記圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする。さらに本発明に係る電子機器は、上記圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴としている。さらに本発明に係る電波時計は、上記圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴としている。

本発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上記圧電振動子を備えているので、信頼性及び耐久性に優れた高品質な製品を提供することができる。

本発明によれば、振動腕に溝部が設けられている圧電振動片において、剛性低下を抑制しつつ、振動バランスの不均衡を解消することが可能な圧電振動片、およびそれを備える圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計を提供することが可能となる。

本発明の実施形態における圧電振動片の平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 圧電振動片の製造方法を示すフローチャートである。 圧電振動片の製造方法を示す工程図であって、水晶ウエハの平面図である。 圧電振動片の製造方法を示す工程図であって、図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 圧電振動片の製造方法を示す工程図であって、図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 圧電振動片の製造方法を示す工程図であって、図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 圧電振動片の製造方法を示す工程図であって、図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 圧電振動子を示す外観斜視図である。 図９に示す圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態の平面図である。 図１０のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図９に示す圧電振動子の分解斜視図である。 本発明の一実施形態を示す図であって、発振器の構成図である。 本発明の一実施形態を示す図であって、電子機器の構成図である。 本発明の一実施形態を示す図であって、電波時計の構成図である。 従来の圧電振動片を示す断面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（圧電振動片）
図１は本実施形態に係る圧電振動片の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図１、図２に示すように、本実施形態の圧電振動片１は、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料からなる音叉型の振動片であって、一対の振動腕部１０，１１、及び一対の振動腕部１０，１１の基端部を一体的に固定する基部１２を有する圧電板１３と、圧電板１３上に形成された電極膜１４と、を備えている。なお、本実施形態の圧電板１３は、後述するように水晶のランバート原石を、水晶結晶軸として互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対して所定の角度でスライスして水晶ウエハ４０（図４参照）とし、この水晶ウエハ４０に対してウェットエッチングを施すことで形成されている。そして、本実施形態の圧電板１３では、水晶結晶軸のＺ軸が圧電板１３の厚み方向にほぼ一致し、Ｙ軸が圧電板１３（振動腕部１０，１１）の長さ方向に一致し、Ｘ軸が圧電板１３の幅方向（振動腕部１０，１１の配列方向）に一致している。

基部１２は、振動腕部１０，１１が接続される第１基部２１と、第１基部２１の基端部に連設され、第１基部２１に比べて幅広とされた第２基部２２と、を有している（いわゆる、二段基部タイプ）。また、第１基部２１と振動腕部１０，１１の基端部との接続部分、及び各基部２１，２２の接続部分は、Ｙ軸方向に沿う先端側から基端側に向かうに従い幅が漸次拡大する傾斜面２１ａ，２２ａとなっている。なお、本実施形態では基部１２の形状を二段基部タイプとしているが、基部１２の形状はこれに限られるものではなく、基部１２の側面に段差のないストレートタイプであったり、又は基部１２にＸ軸方向に切欠き（ノッチ）のあるノッチタイプであってもよい。ノッチタイプの場合は、振動腕部１０、１１の振動が基部１２を介してパッケージ側に漏れる「振動漏れ」を低減できるといった効果が得られる。

一対の振動腕部１０，１１は、Ｙ軸方向に沿って延在するとともに、Ｘ軸方向に平行に並んで形成されている。また、各振動腕部１０，１１におけるＸ軸方向で対向する両側面のうち、−Ｘ軸方向に位置する−Ｘ軸側側面１０ａ，１１ａは、両主面１０ｂ，１１ｂに対してほぼ垂直に形成され、＋Ｘ軸方向に位置する＋Ｘ軸側側面１０ｃ，１１ｃは、Ｚ軸方向に沿う外側（主面１０ｂ，１１ｂ側）から中央部に向かうに従い＋Ｘ軸方向に向けて傾斜する傾斜面となっている。すなわち、振動腕部１０，１１における両主面１０ｂ，１１ｂの＋Ｘ軸側端縁からＺ軸方向に延びる第１仮想線Ｌ１に対して＋Ｘ軸方向に膨出する部分が、後述する外形形成工程（Ｓ２０）時のエッチング異方性の影響によるエッチング残り２３になっている。

各振動腕部１０，１１の両主面１０ｂ，１１ｂには、Ｚ軸方向の内側に向けて窪み、かつＹ軸方向に沿って延在する溝部２５が形成されている。さらに、溝部２５は、各振動腕部１０，１１のＹ軸方向に沿う先端部側に形成された第１溝部２６と、第１溝部２６に対して振動腕部１０，１１の基端部側に形成された第２溝部２７と、を有している。すなわち、本実施形態では、各振動腕部１０，１１の両主面１０ｂ，１１ｂ上において、第１溝部２６及び第２溝部２７がそれぞれＹ軸方向に並んで形成されている。なお、溝部２５は振動腕部１０、１１の表面、裏面の少なくとも一方に形成されていればよい。

第１溝部２６は、振動腕部１０，１１の基端部から中間部付近まで延在し、Ｙ軸方向の全体に亘って形成されている。また、各第１溝部２６は、振動腕部１０、１１をＺ軸方向から見た場合に、各振動腕部１０，１１における主面１０ｂ，１１ｂのＸ軸方向の中心（幅方向の中央位置）を通る中心線Ｏに対して線対称になるように形成されている。つまり、第１溝部２６は、第１溝部２６の開口幅をＸ軸方向に２等分する中心線と、振動腕部の中心線Ｏとが略一致するように振動腕部１０、１１に形成されているといえる。

第２溝部２７は、振動腕部１０，１１と基部１２との接続部分から第１溝部２６の基端部付近まで延在し、第１溝部２６に対してＹ軸方向に間隔をあけて配置されている。さらに第２溝部２７は、Ｙ軸方向に沿う長さＴＬ２が第１溝部２６の長さＴＬ１に対して短く、かつＸ軸方向に沿う幅ＴＷ２が第１溝部２６の幅ＴＷ１に対して狭くなっている（図１参照）。

また、図２に示すように、第２溝部２７におけるＸ軸方向で対向する両側面のうち、＋Ｘ軸方向に位置する＋Ｘ軸側側面２７ａは、両主面１０ｂ，１１ｂに対してほぼ垂直に形成され、−Ｘ軸方向に位置する−Ｘ軸側側面２７ｂは、Ｚ軸方向に沿う外側から内側に向かうに従い＋Ｘ軸方向に向けて傾斜する傾斜面となっている。すなわち、第２溝部２７における−Ｘ軸側側面２７ｂは、Ｚ軸方向内側に向かうに従い第２溝部２７におけるＸ軸方向の幅ＴＷ２が漸次狭くなるように傾斜している。
この場合、第２溝部２７における開口縁の−Ｘ軸側端縁からＺ軸方向に延びる第２仮想線Ｌ２に対して＋Ｘ軸方向に膨出する部分が、後述する溝部形成工程（Ｓ３０）時のエッチング異方性の影響によるエッチング残り２４となる。なお、第２溝部２７の底面２７ｃは、両主面１０ｂ，１１ｂとほぼ平行に形成されている。

ここで、本実施形態の第２溝部２７は、第１溝部２６に対して−Ｘ軸方向にオフセットされて形成されている。具体的には、第２溝部２７のＹ軸方向に延びる中心線が振動腕部１０，１１の中心線Ｏよりも−Ｘ軸方向にオフセットするように第２溝部２７が設けられている。さらに言い換えると、図２において、各第２溝部２７の＋Ｘ軸側開口縁から振動腕部１０，１１の両主面１０ｂ，１１ｂの＋Ｘ軸側端縁までの幅ＷＢは、各第２溝部２７の−Ｘ軸側開口縁から振動腕部１０，１１の両主面１０ｂ，１１ｂの−Ｘ軸側端縁までの幅ＷＡに比べて広くなっている（ＷＢ＞ＷＡ）。
これにより、第１溝部２６ではエッチング残りによって振動腕部１０、１１の中心線Ｏに対して−Ｘ軸方向側の重量が増加し、振動腕部１０、１１の中心線Ｏに対するＸ軸方向両側の重量バランスがばらついていたが、第２溝部２７を−Ｘ軸方向にオフセットすることにより、第２溝部２７が形成されている領域においては、振動腕部１０、１１の中心線Ｏに対してＸ軸方向両側の重量バランスがほぼ同等、もしくは＋Ｘ軸方向の重量が増加するようになる。よって、振動腕部１０、１１全体でみた場合には、第１溝部２６で生じた重量バランスのばらつき（−Ｘ軸方向側の重量が増加するばらつき）が、第２溝部２７での重量バランスによって低減されることになり、中心線Ｏに対してＸ軸方向両側での重量バランスをほぼ均等にすることが可能になる。なお、振動腕部１０、１１の振動に対しては、振動腕部１０、１１の先端側の重量バランスと比較すると、根元（基端側）の重量バランスの方がより大きく影響する。よって、第２溝部２７をオフセットさせても振動腕部１０、１１全体の重量バランスがＸ軸方向両側において均等にならない場合も（依然として−Ｘ軸方向側の重量が＋Ｘ軸方向側の重量よりも大きい場合も）、第２溝部２７において中心線Ｏに対するＸ軸方向両側の重量バランスが均等であれば、振動腕部１０、１１のドライブレベル特性を大幅に向上させることができ、精度の高い安定した共振周波数を得ることが可能になる。

また、振動腕部１０、１１には、これらの振動腕を屈曲振動させるための電極膜１４が設けられている。電極膜１４は、一対の振動腕部１０，１１に形成されて一対の振動腕部１０，１１を振動させる第１励振電極３１及び第２励振電極３２と、第１励振電極３１及び第２励振電極３２にそれぞれに電気的に接続された第１マウント電極３３及び第２マウント電極３４と、励振電極３１，３２とマウント電極３３，３４とをそれぞれ電気的に接続する引き出し電極３５，３６と、を有している。なお、電極膜１４は、例えば、クロム（Ｃｒ）と金の積層膜等により形成される。

励振電極３１，３２は、一対の振動腕部１０，１１の外表面上に形成されている。励振電極３１，３２は、電圧が印加されたときに、一対の振動腕部１０，１１を互いに接近又は離間するように、Ｘ軸方向に所定の共振周波数Ｆで振動させる。

一対の励振電極３１，３２は、一対の振動腕部１０，１１の外表面にそれぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。
具体的に、第１励振電極３１は、主に振動腕部１０の溝部２５の内面と、振動腕部１１の−Ｘ軸側側面１１ｃ及び＋Ｘ軸側側面１１ａと、に形成されている。また、第２励振電極３２は、主に振動腕部１１の溝部２５の内面と、振動腕部１０の−Ｘ軸側側面１０ｃ及び＋Ｘ軸側側面１０ａと、に形成されている。

マウント電極３３，３４は、基部１２の主面上における基端部にＸ軸方向に並んで形成されている。
引き出し電極３５，３６のうち、第１引き出し電極３５は、第１励振電極３１と第１マウント電極３３とを接続しており、第２引き出し電極３６は、第２励振電極３２と第２マウント電極３４とを接続している。なお、マウント電極３３，３４及び引き出し電極３５，３６は、圧電板１３の両主面のうち、少なくとも一方の主面に形成されていれば構わない。

なお、振動腕部１０，１１の先端部には、所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための粗調膜３７ａ及び微調膜３７ｂからなる重り金属膜３７が形成されている。この重り金属膜３７を利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部１０，１１の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができるようになっている。

（圧電振動子の製造方法）
次に、上述した圧電振動片１の製造方法について説明する。
図３は、圧電振動片の製造方法を示すフローチャートである。図４から図８は、圧電振動片の製造方法を説明するための工程図であって、図４のＡ−Ａ線に相当する断面図である。
まず、図３、図４に示すように、水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みの水晶ウエハ４０とする（Ｓ１０）。このとき、Ｚ軸が圧電振動片１の厚み方向にほぼ一致し、Ｙ軸が圧電振動片１（振動腕部１０，１１）の長さ方向にほぼ一致し、Ｘ軸が圧電振動片１の幅方向（振動腕部１０，１１の配列方向）にほぼ一致するように、水晶ウエハをスライスする。次に、水晶ウエハ４０をラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、この後、ポリッシュ等の鏡面加工を行なって所定の厚みとする。

次に、図３〜図５に示すように、水晶ウエハ４０に複数の圧電板１３の外形形状を形成する外形形成工程（Ｓ２０）を行う。外形形成工程（Ｓ２０）は、水晶ウエハ４０の両主面上にエッチング保護膜４１を形成し、フォトリソグラフィ技術によりエッチング保護膜４１から圧電振動片１の外形形状に対応したマスクパターン４２を形成するマスクパターン形成工程（Ｓ２１）と、マスクパターン４２をマスクとして、水晶ウエハ４０の両主面側からウェットエッチングによるエッチング加工を行うエッチング工程（Ｓ２２）と、を備えている。

マスクパターン形成工程（Ｓ２１）では、まず水晶ウエハ４０の両主面上の全体に亘ってエッチング保護膜４１を形成する。このエッチング保護膜４１としては、例えばクロムからなる下地膜と、金からなる仕上げ膜とが積層した金属膜が挙げられ、スパッタリング法や蒸着法等による成膜によって形成される。

そして、エッチング保護膜４１をパターニングして、圧電振動片１の外形形状に対応したマスクパターン４２を形成する。具体的には、エッチング保護膜４１上に図示しないフォトレジスト膜を形成した後、通常のフォトレジスト技術によって、例えば圧電振動片１の外形形状となるようにパターニングする。そして、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチング加工を行い、マスクされていないエッチング保護膜４１を選択的に除去する。そして、エッチング加工後に、マスクとして用いたフォトレジスト膜を除去する。

次に、パターニングされたマスクパターン４２をマスクとしてエッチング加工（ウェットエッチング）を行う（Ｓ２２）。具体的には、マスクパターン４２が形成された水晶ウエハ４０を図示しないエッチング液（例えば、フッ素系）に所定時間、浸漬することで、水晶ウエハ４０のうち、マスクパターン４２でマスクされていない部分を選択的に除去する。これにより、マスクパターン４２の形状に倣って水晶ウエハ４０をエッチング加工することができ、圧電板１３の外形形状を形成することができる。なお、複数の圧電板１３は、後に行う切断工程（Ｓ７０）を行うまで、図示しない連結部を介して水晶ウエハ４０に連結された状態となっている。

次に、図７に示すように、圧電板１３のうち、振動腕部１０，１１の両主面１０ｂ，１１ｂに溝部２５（図１参照）を形成する溝部形成工程（Ｓ３０）を行う。具体的には、上述したマスクパターン４２のうち、溝部２５の形成領域が開口するようにマスクパターン４２を再度パターニングする。この場合、マスクパターン４２の開口部分のうち、第１溝部２６の形成領域は中心線Ｏに対して線対称に形成し、第２溝部２７の形成領域４２ａは中心線Ｏに対して−Ｘ軸方向にオフセットさせて形成する。そして、上述した外形形成工程（Ｓ２０）と同様に、パターニングされたマスクパターン４２をマスクとしてエッチング加工（ウェットエッチング）を行う。これにより、図８に示すように、水晶ウエハ４０のうち、マスクパターン４２でマスクされていない領域が選択的に除去されることで、一対の振動腕部１０，１１の両主面１０ｂ，１１ｂ上に溝部２５がそれぞれ形成される。その後、マスクパターン４２を除去する。

なお、外形形成工程（Ｓ２０）、及び溝部形成工程（Ｓ３０）では、エッチング異方性の影響を受けることで上述したエッチング残り２３，２４が発生する。この場合、溝部形成工程（Ｓ３０）は、外形形成工程（Ｓ２０）に比べてエッチング時間が短く設定されているため、溝部形成工程（Ｓ３０）で発生するエッチング残り２４は、外形形成工程（Ｓ２０）で発生するエッチング残り２３に比べて大きくなる。

次に、複数の圧電板１３上に、例えばスパッタリング等により電極膜１４をパターニングして、励振電極３１，３２と、マウント電極３３，３４と、引き出し電極３５，３６とをそれぞれ形成する電極形成工程（Ｓ４０）を行う。また、一対の振動腕部１０，１１の先端に重り金属膜３７を形成する重り金属膜形成工程（Ｓ５０）を行う。
なお、電極形成工程（Ｓ４０）と重り金属膜形成工程（Ｓ５０）とは、別工程で行っても、同一工程で一括して行っても構わない。

次に、水晶ウエハ４０に形成された全ての振動腕部１０，１１に対して、周波数を粗く調整する粗調工程（Ｓ６０）を行う。このとき、例えば水晶ウエハ４０に形成された全ての振動腕部１０，１１の周波数をまとめて測定し、測定された周波数と予め定められた目標周波数との差に応じて、トリミング量を算出する。そして、重り金属膜３７の粗調膜３７ａにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、トリミング量に応じて粗調膜３７ａを除去（トリミング）する。なお、共振周波数Ｆをより高精度に調整する微調は、例えば圧電振動片１の実装後に行う。

次に、水晶ウエハ４０と圧電板１３とを連結している連結部を切断して、複数の圧電板１３を水晶ウエハ４０から切り離して個片化する切断工程（Ｓ７０）を実行する。
以上より、１枚の水晶ウエハ４０から、音叉型の圧電振動片１が一度に複数製造される。

このように、本実施形態では、Ｙ軸に沿う振動腕部１０，１１の先端部側に形成された第１溝部２６と、第１溝部２６に対してＹ軸に沿う振動腕部１０，１１の基端部側に形成されるとともに、Ｘ軸に沿う幅が第１溝部２６よりも狭い第２溝部２７と、を有する構成とした。
この構成によれば、第２溝部２７の幅ＴＷ２を第１溝部２６の幅ＴＷ１に比べて狭くすることで、振動腕部１０，１１における基端部の剛性を高めることができるので、振動腕部１０，１１の基端部に応力が集中するのを抑えることができる。これにより、圧電振動片１に外部衝撃等が作用しても、圧電振動片１の破断等が生じるのを防ぐことができる。

特に、本実施形態では、第２溝部２７が、振動腕部１０，１１の中心線Ｏに対して−Ｘ軸方向にオフセットされている構成とした。
この構成によれば、溝部形成時に生じるエッチング残り２４によって振動腕部１０，１１の重量バランスがばらつくことを抑えることができる。これにより、振動腕部１０，１１の重量バランスの均衡を保つことができるので、ドライブレベル特性の向上や、振動漏れ抑制によるＣＩ値の低下等を図ることができる。
その結果、剛性低下を抑制しながら小型化を図ることができるとともに、振動特性に優れた圧電振動片１を提供することができる。

また、本実施形態では第１溝部２６は振動腕部１０、１１に対してオフセットさせておらず、即ち、第１溝部２６の中心線と振動腕部１０、１１の中心線Ｏとが略一致するように第１溝部２６を形成している。しかしながら第１溝部２６の形態はこれに限られるものではなく、第１溝部２６を−Ｘ軸方向側にオフセットさせてもよい。この構成によれば、第１溝部２６のエッチング残りに起因する重量バランスのばらつきを、第１溝部２６のＸ軸方向のアライメントで低減させることができる。これに加えてさらに第２溝部２７を第１溝部２６に対してオフセットさせれば、より効果的に振動腕部１０、１１の重量バランスのばらつきを低減することが可能になる。
また、本実施形態では、第１溝部２６の溝幅を第２溝部２７の溝幅よりも大きくしたが、これらの溝幅の大小関係はこれに限られるものではない。即ち、第２溝部２７の溝幅を狭くしなくとも振動腕の剛性を十分に確保できるのであれば、第１溝部２６と第２溝部２７の溝幅は同じであってもよい。

次に、上述した圧電振動片１を具備する圧電振動子５０について説明する。図９は圧電振動子を示す外観斜視図であり、図１０は、図９に示す圧電振動子の内部構成図であって、リッド基板を取り外した状態の平面図である。また、図１１は図１０のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、図１２は図９に示す圧電振動子の分解斜視図である。なお、以下の説明では、上述した構成と共通する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、本実施形態では、エッチング残り２３，２４や電極膜１４、重り金属膜３７等の図示を省略している。
図９〜図１２に示すように、本実施形態の圧電振動子５０は、ベース基板５１とリッド基板５２とが例えば陽極接合や、不図示の接合膜、半田、ろう材等を介して接合されたパッケージ５３と、パッケージ５３の内部に形成されたキャビティＣ内に収納された圧電振動片１と、を備えた表面実装型とされている。なお、以下ではパッケージの材料としてガラス材料を用いた場合について説明するが、本発明に係る圧電振動片を収容可能なパッケージはこれに限られるものではなく、ベース基板としてセラミック材を用い、リッド基板としてセラミックまたは金属リッドを用いるセラミックパッケージであってもよい。

ベース基板５１及びリッド基板５２は、ガラス材料、例えばソーダ石灰ガラスからなる透明の絶縁基板であり、略板状に形成されている。リッド基板５２には、ベース基板５１が接合される接合面側に、圧電振動片１が収まる矩形状の凹部５２ａが形成されている。この凹部５２ａは、ベース基板５１及びリッド基板５２が重ね合わされたときに、圧電振動片１を収容するキャビティＣを構成する。

ベース基板５１には、ベース基板５１を厚さ方向に貫通する一対の貫通孔５４，５５が形成されている。この貫通孔５４，５５は、キャビティＣ内に収まる位置に形成されている。より詳しく説明すると、本実施形態の貫通孔５４，５５は、マウントされた圧電振動片１の基部１２側に対応した位置に一方の貫通孔５４が形成され、振動腕部１１の先端部側に対応した位置に他方の貫通孔５５が形成されている。

そして、これら一対の貫通孔５４，５５には、これら貫通孔５４，５５を埋めるように形成された一対の貫通電極５６，５７が形成されている。これら貫通電極５６，５７は、例えば貫通孔５４，５５に対して一体的に固定された導電性の芯材であり、両端が平坦で、且つベース基板５１の厚みと略同じ厚さとなるように形成されている。これにより、キャビティＣ内の気密を維持しつつ、ベース基板５１の両面で電気導通性を確保している。

なお、貫通電極５６，５７としては、上述した構成に限定されるものではなく、例えば貫通孔５４，５５に図示しない金属ピンを挿入した後、貫通孔５４，５５と金属ピンとの間にガラスフリットを充填して焼成することで形成しても構わない。さらに、貫通孔５４，５５内に埋設された導電性接着剤であっても構わない。

ベース基板５１の上面（リッド基板５２が接合される接合面側）には、一対の引き回し電極６１，６２がパターニングされている。また、これら一対の引き回し電極６１，６２上にそれぞれ金等からなるバンプＢが形成されており、バンプＢを利用して圧電振動片１の一対のマウント電極３３，３４が実装されている。これにより、圧電振動片１の一方のマウント電極３３が、一方の引き回し電極６１を介して一方の貫通電極５６に導通し、他方のマウント電極３４が、他方の引き回し電極６２を介して他方の貫通電極５７に導通するようになっている。

ベース基板５１の下面には、一対の外部電極６４，６５が形成されている。一対の外部電極６４，６５は、ベース基板５１の長手方向の両端部に形成され、一対の貫通電極５６，５７に対してそれぞれ電気的に接続されている。

このように構成された圧電振動子５０を作動させる場合には、ベース基板５１に形成された外部電極６４，６５に対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、圧電振動片１の励振電極に電流を流すことができ、一対の振動腕部１０，１１を、互いに接近または離間する方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部１０，１１の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として圧電振動子５０を利用することができる。

本実施形態の圧電振動子５０によれば、安定した振動特性を有するとともに外部衝撃による振動腕部１０，１１の破損が生じ難い高品質で小型の圧電振動片１を備えているので、作動の信頼性及び耐久性が向上した高品質な圧電振動子５０とすることができる。

（発振器）
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図１３を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図１３に示すように、圧電振動子５０を、集積回路１０１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器１００は、コンデンサ等の電子部品１０２が実装された基板１０３を備えている。基板１０３には、発振器用の上述した集積回路１０１が実装されており、この集積回路１０１の近傍に、圧電振動子５０が実装されている。これら電子部品１０２、集積回路１０１及び圧電振動子５０は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。

このように構成された発振器１００において、圧電振動子５０に電圧を印加すると、この圧電振動子５０内の圧電振動片１が振動する。この振動は、圧電振動片１が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１０１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１０１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。
これにより、圧電振動子５０が発振子として機能する。
また、集積回路１０１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。

上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、作動の信頼性及び耐久性が向上した高品質な圧電振動子５０を備えているので、信頼性及び耐久性に優れた高品質、かつ長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる発振器１００を提供できる。

（電子機器）
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図１４を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子５０を有する携帯情報機器１１０を例にして説明する。始めに本実施形態の携帯情報機器１１０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。

次に、本実施形態の携帯情報機器１１０の構成について説明する。この携帯情報機器１１０は、図１４に示すように、圧電振動子５０と、電力を供給するための電源部１１１とを備えている。電源部１１１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１１１には、各種制御を行う制御部１１２と、時刻等のカウントを行う計時部１１３と、外部との通信を行う通信部１１４と、各種情報を表示する表示部１１５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１１６とが並列に接続されている。そして、電源部１１１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。

制御部１１２は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１１２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、このＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、このＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。

計時部１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子５０とを備えている。圧電振動子５０に電圧を印加すると圧電振動片１が振動し、この振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部１１２と信号の送受信が行われ、表示部１１５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。

通信部１１４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９、増幅部１２０、音声入出力部１２１、電話番号入力部１２２、着信音発生部１２３及び呼制御メモリ部１２４を備えている。
無線部１１７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１２５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１１８は、無線部１１７又は増幅部１２０から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部１２０は、音声処理部１１８又は音声入出力部１２１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１２１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。

また、着信音発生部１２３は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部１１９は、着信時に限って、音声処理部１１８に接続されている増幅部１２０を着信音発生部１２３に切り替えることによって、着信音発生部１２３において生成された着信音が増幅部１２０を介して音声入出力部１２１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１２４は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部１２２は、例えば、０から９の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。

電圧検出部１１６は、電源部１１１によって制御部１１２等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部１１２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１１４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部１１６から電圧降下の通知を受けた制御部１１２は、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９及び着信音発生部１２３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１１７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１１５に、通信部１１４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。

即ち、電圧検出部１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１１５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
なお、通信部１１４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部１２６を備えることで、通信部１１４の機能をより確実に停止することができる。

上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、作動の信頼性及び耐久性が向上した高品質な圧電振動子５０を備えているので、信頼性及び耐久性に優れた高品質、かつ長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示できる携帯情報機器１１０を提供できる。

（電波時計）
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図１５を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図１５に示すように、フィルタ部１３１に電気的に接続された圧電振動子５０を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）とに、標準の電波を送信する送信所（送信局）があり、それぞれ標準電波を送信している。４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。

以下、電波時計１３０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１３２は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ１３３によって増幅され、複数の圧電振動子５０を有するフィルタ部１３１によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子５０は、上述した搬送周波数と同一の４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの共振周波数を有する水晶振動子部１３８、１３９をそれぞれ備えている。

さらに、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１３４により検波復調される。
続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。ＣＰＵ１３６では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１３７に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚであるから、水晶振動子部１３８、１３９は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。

なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計１３０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子５０を必要とする。

上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、作動の信頼性及び耐久性が向上した高品質な圧電振動子５０を備えているので、信頼性及び耐久性に優れた高品質、かつ、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントできる電波時計１３０を提供できる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した実施形態では、圧電振動子の一例として、表面実装型の圧電振動子５０を例に挙げて説明したが、この圧電振動子５０に限定されるものではない。例えば、シリンダパッケージタイプの圧電振動子、シリンダパッケージタイプの圧電振動子を、さらにモールド樹脂部で固めて表面実装型の圧電振動子としても構わない。

また、上述した実施形態では、金等のバンプを用いて圧電振動片１を実装する場合について説明したが、これに限らず、セラミック基板上に導電性接着剤を用いて実装しても構わない。

さらに、第２溝部２７のオフセット量は、エッチング残り２４に応じて適宜設計変更が可能である。また、第１溝部２６及び第２溝部２７の幅や長さ、形状等は、適宜設計変更が可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。

（参考例）
上記では、第１溝部２６、第２溝部２７を設けるタイプについて説明したが、振動腕部１０、１１のＸ軸方向の重量バランスのばらつきをおさえる点に主眼をおくのであれば、第２溝部２７を設けなくともよい。その場合は、振動腕部１０、１１に第１溝部２６のみを設け、さらに第１溝部２６を振動腕部１０、１１の中心線Ｏに対して−Ｘ軸方向にオフセットさせればよい。これによれば、第１溝部２６のエッチング残りに起因する振動腕部１０、１１の重量バランスのばらつきを低減させることができる。

即ち、
互いに平行に配設された一対の振動腕部と、
前記一対の振動腕部の長さ方向における基端部を一体的に固定する基部と、
前記一対の振動腕部における主面に形成され、前記長さ方向に沿って延在する溝部と、を備え、前記振動腕部の厚さ方向が結晶軸のＺ方向であり、前記振動腕部の長さ方向が結晶軸のＹ軸方向であり、かつ前記長さ方向及び前記振動腕部の厚み方向に直交する幅方向が結晶軸のＸ軸方向である音叉型の圧電振動片において、
前記溝部は、前記振動腕部の長さ方向に延びる中心線よりも−Ｘ軸方向にオフセットして配設されていることを特徴とする圧電振動片であればよい。
同様に、圧電振動子、発振器、電子機器、電波時計も、この圧電振動片を有していればドライブレベル特性に優れ、精度のよい出力信号を得ることが可能になる。

また、この場合は溝部の長さは特に限定されるものではなく、振動腕の基端部から振動腕の中間部付近まで延びていればよい。また、圧電振動子、発振器、電子機器、電波時計の構成は上述の通りである。

なお、オフセット量はエッチング残りの量に鑑みて決定すればよいが、オフセット量が大きいと、振動腕部の主面における−Ｘ軸方向側の主面に励振電極を形成しづらくなるので、オフセット量の上限は励振電極の形成しやすさを考慮する必要がある。

１…圧電振動片 １０，１１…振動腕部 １０ｂ，１１ｂ…主面 １２…基部 ２５…溝部 ２６…第１溝部 ２７…第２溝部 ５０…圧電振動子 ５１…ベース基板 ５２…リッド基板 ５３…パッケージ １００…発振器 １０１…集積回路 １１０…携帯情報機器（電子機器） １１３…電子機器の計時部 １３０…電波時計 １３１…フィルタ部 Ｃ…キャビティ

Claims (6)

1. 互いに平行に配設された一対の振動腕部と、
   前記一対の振動腕部の長さ方向における基端部を一体的に固定する基部と、
   前記一対の振動腕部における主面に形成され、前記長さ方向に沿って延在する溝部と、
   を備え、前記振動腕部の厚さ方向が結晶軸のＺ方向であり、前記振動腕部の長さ方向が結晶軸のＹ軸方向であり、かつ前記長さ方向及び前記振動腕部の厚み方向に直交する幅方向が結晶軸のＸ軸方向である音叉型の圧電振動片において、
   前記溝部は、前記振動腕部の先端部側に形成された第１溝部と、
   前記第１溝部よりも前記振動腕部の基端部側に形成される第２溝部と、を有し、
   前記第２溝部は、前記Ｘ軸方向において前記第１溝部よりも−Ｘ軸方向にオフセットし、かつ前記第１溝部に対してＹ軸方向に間隔をあけて配設され、
   前記間隔は、前記基部と前記基端部との接続部分に形成される傾斜面よりも前記先端側にあることを特徴とする圧電振動片。
2. 前記第２溝部の溝幅が前記第１溝部の溝幅よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
3. 請求項１または２に記載の圧電振動片と、
   互いに接合されたベース基板とリッド基板とを有し、両基板の間に形成されたキャビティ内に前記圧電振動片を収容するパッケージと、を備えていることを特徴とする圧電振動子。
4. 請求項３記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
5. 請求項３記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
6. 請求項３記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。

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