JP6647911B2 - 圧電振動片、及び圧電振動子 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動片、及び圧電振動子に係り、詳細には、振動腕部を励振させる励振電極に関する。

例えば、携帯電話や携帯情報端末機器等の電子機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等に用いられるデバイスとして、水晶等を利用した圧電振動子が用いられる。
この種の圧電振動子として、特許文献１に示すように、パッケージと蓋体で形成されるキャビティ内に圧電振動片を気密封止したものが知られている。

図７は、従来の一般的な圧電振動片６００の構造についての、斜視図（ａ）とＰ−Ｐ断面からの斜視図（ｂ）を表したものである。
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電振動片６００は、圧電材料により形成された所定長さの基部８００と、基部８００から並んで延びる一対の振動腕７００ａ、ｂを備えている。
両振動腕７００ａ、ｂには、その主面（表裏面）に振動腕の長手方向に延びる溝７２０ａ、ｂが形成されると共に、その主面と側面に駆動用の電圧が印加される２系統の電極９１０、９２０が形成されている。
電極９１０、９２０の形成は、溝７２０ａ、ｂ内を含めた圧電振動片６００の全体に対して電極材料を蒸着やスパッタリングによって成膜する。そして図７の斜線が存在しない部分（白地の部分）をフォトリソグラフにより取り除くことで、電極９１０と電極９２０とを分割している。
このようにして形成した圧電振動片６００は、電極９１０と電極９２０とに異なる系統の電圧を掛けることで、両振動腕７００ａ、ｂが互いに振動する。

図７の白地部分（斜線や塗りつぶしをしていない部分）で示すように、電極９１０と電極９２０との分割で取り除く部分は、振動腕７００の主面（裏表面）上で、溝７２０ａ、ｂと振動腕７００ａ、ｂの両側面との間（溝の両側）の他、引回し用の配線部分以外の部分、及び両振動腕７００ａ、ｂの股部分（基部８００の振動腕７００側の端面）である。
ところで、圧電振動片６はウェットエッチング法によりその外形が形成されるため、図８に示すように、振動腕７００ａ、ｂの両内側側面から股部分にかけて傾斜した残渣部７７０ｐ、７７０ｇが、水晶のエッチング異方性によるエッチング残渣として必ず形成されてしまう。
そして従来はこの残渣部７７０ｐ、７７０ｇの外面も両振動腕７００ａ、ｂの股部分のため、分割による取り除き対称（分割対称領域）となっている。

しかし、残渣部７７０ｐ、ｇの全領域を分割対称領域としているため、振動腕７００ａ、ｂの内側側面に形成される電極９１０、９２０は、振動腕７００ａ、ｂの内側の側面と残渣部７７０ａ、ｂとが重なる領域分だけ面積が少なくなっている。
図８では、振動腕７００ａの内側側面に形成される電極９２０の面積が、残渣部７７０ｐによる領域７７１の分だけ少なくなっている。また、図８には現れていないが、振動腕７００ｂの内側側面に形成される電極９１０の面積も、残渣部７７０ｇによる領域分だけ少なくなっている。
また、残渣部７７０ｐ、ｇがテーパ形状となっているため、露光の際に残渣部７７０ｐ、ｇに当てた光が反射し、振動腕７００ａ、ｂの振動腕側面が感光されてしまい、更に電極面積が低下する場合があった。
このように、股部分の露光によって振動腕７００ａ、ｂの内側側面に形成されるべき、振動に寄与する（圧電効果が良くなる）電極９１０、９２０の面積が小さくなっていた。その結果、圧電効果の電界効率が低下するため、ＣＩ値の上昇を引き起こすという問題がある。
特に、近年における圧電振動片の小型化に対し、電極９１０、９２０の面積の減少による影響は大きくなる。

特開２０１４−１０７７１２号公報

本発明は、圧電振動片の振動に寄与する電極部分の面積をより大きく確保することを目的とする。

（１）請求項１に記載の発明では、水晶からなる音叉型の圧電振動片であって、基部と、前記基部から並んで延設された１対の振動腕部と、一方の前記振動腕部の外周面に配設された第１励振電極と、他方の前記振動腕部の外周面に配設された第２励振電極と、前記振動腕部の外側に並んで前記基部から延設された、実装用の１対の支持腕部と、を備え、前記第１励振電極は、前記一方の振動腕部と、当該一方の振動腕部の外側に延設された前記支持腕部との間に形成されたエッチングの残渣部にも形成され、前記第２励振電極は、前記他方の振動腕部と、当該他方の振動腕部の外側に延設された前記支持腕部との間に形成されたエッチングの残渣部にも形成され、前記１対の振動腕部の間に形成されたエッチングの残渣部における、前記第１励振電極と前記第２励振電極は、両者の間隔ｈが、前記１対の振動腕部の間の距離Ｈの５０％以下、又は、両者の合計面積ｎが前記残渣部の総表面積Ｎの５０％以上８０％以下である、ことを特徴とする圧電振動片を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記間隔ｈが前記距離Ｈの３０％以下、又は、前記合計面積ｎが前記総表面積Ｎの７０％以上８０％以下である、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記振動腕部のそれぞれは、前記振動腕部の先端側の途中から前記基部側にむけて前記振動腕部の主面の幅が漸次拡幅するように、前記振動腕部の両側面が傾斜して形成されている、ことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の圧電振動片を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記傾斜した両側面のうち、他の振動腕部と対向する内側側面は、前記基部まで漸次拡幅し、前記傾斜した両側面のうち、外側に位置する外側側面は、前記基部に至る途中まで漸次拡幅し、前記途中から前記基部までは前記基部の側面と同一平面に形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載の圧電振動片を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、実装部を備えたパッケージと、前記実装部に接合材を介して実装された、請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の圧電振動片と、を具備したことを特徴とする圧電振動子を提供する。

本発明によれば、１対の振動腕部の間に形成されたエッチングの残渣部における第１励振電極と第２励振電極により、圧電振動片の振動に寄与する電極部分の面積をより大きく確保することができる。

圧電振動子の外観斜視図である。 圧電振動子の分解斜視図である。 圧電振動片の構成と圧電振動子の断面を表した図である。 圧電振動片の側断面を表した説明図である。 圧電振動片における残渣部の状態を表した斜視図である。 残渣部に対する露光範囲を表した説明図である。 従来の圧電振動片の構造について表した説明図である。 従来の圧電振動片に形成される残渣部と露光状態を表した斜視図である。

以下、本発明の圧電振動片、及び圧電振動子における好適な実施形態について、図１から図６を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
本実施形態の圧電振動片６は、水晶を材料として形成される音叉形の圧電振動片であり、基部８から１対の振動腕部７が延設されると共に、基部８から振動腕部７の両外側に並列して延設された支持腕部９を備える。１対の振動腕部７の長手方向には、その主面（裏表面）に一定幅の溝部７２が形成されている。
振動腕部７の外周面を構成する側面と主面、溝部７２内には、第１励振電極、第２励振電極として機能する、異なる２系統の励振電極９１、９２が形成されている。

圧電振動片６は、その全体に対して電極材料を蒸着やスパッタリングによって成膜し、所定の電極材料を露光により取り除くことで励振電極９１、９２を形成する。
振動腕部７ａ、７ｂの股部分（振動腕部７の付け根部分と基部８）に形成されてしまう残渣部７７（７７ｐ、７７ｇ：図５参照）も同様に露光対象とし、励振電極９１と励振電極９２間の電極材料を取り除く（分割する）。
本実施形態では、残渣部７７に対する露光領域Ｒ１を電極の分割に必要十分な領域に限定することで、残渣部７７の表面積の５０％以上、好ましくは７０％以上が励振電極９１、９２として形成される。

このように、本実施形態では、圧電振動片６の股部分の露光範囲Ｒ１（図６（ｂ）参照）を所定値よも狭くすることで、励振電極９１、９２を分割すると共に、振動に寄与する励振電極９１、９２の面積を大きくすることができる。そして、圧電振動片６の振動に寄与する電極部分の面積を大きく確保することで、圧電効果の電界効率が低下してＣＩ値が上昇することを回避できる。
また、股部分に形成された残渣部７７ｐ、ｇへの露光領域を限定することで、当該残渣部７７ｐ、７７ｇの傾斜面で反射され、その結果、振動腕部７ａ、７ｂの内側側面の感光（電極形成不良）を防ぐことができる。

なお、本実施形態では、圧電振動片６を収容するパッケージの実装部に支持腕部９を接合させるが、支持腕部を形成せずに基部８を実装部に接合する圧電振動子や、両振動腕部７の間に基部８から延設する１本の支持単腕部を形成しこの支持単腕部を実装部に契合させる形状の圧電振動片にも適用可能である。
また、本実施形態では、振動腕部７の主面（裏表面）に溝部７２が形成されるが、振動腕部に溝部が形成されない従来の音叉型の圧電振動片に適用することもできる。

（２）実施形態の詳細
図１は、第１実施形態に係る、圧電振動片を備えた圧電振動子の外観斜視図である。図２は、第１実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。
図１、２に示すように、本実施形態の圧電振動子１は、内部に気密封止されたキャビティＣを有するパッケージ２と、キャビティＣ内に収容された圧電振動片６と、を備えたセラミックパッケージタイプの表面実装型振動子とされている。
なお、本実施形態の圧電振動子１は左右対称な構造となっているため、振動腕部７ａと振動腕部７ｂというように、対称配置された両部分を同一の数字で表すと共に、両部分を区別するため、一方に区別符合ａ、Ａ、他方に区別符合ｂ、Ｂを付して説明する。ただし、区別符号を適宜省略して説明するが、この場合にはおのおのの部分を指しているものとする。
また、圧電振動片６の振動腕部７ａ、７ｂ間に形成される残渣部７７ｐ、７７ｇについて、その詳細は後述するものとし、図１、２では図面の複雑化を避けるために表示を省略している。

圧電振動片６は、水晶や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形成された、いわゆる音叉形の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。本実施形態では、圧電材料として水晶を使用して形成した圧電振動片を例に説明する。
圧電振動片６は、基部８から平行に延びる振動腕部７ａ、７ｂと、この振動腕部７ａ、７ｂの外側に同方向に基部８から延びる支持腕部９ａ、９ｂを備え、この支持腕部９ａ、９ｂによりキャビティＣ内に保持される。圧電振動片６の詳細については後述する。

パッケージ２は、概略直方体状に形成されている。パッケージ２は、パッケージ本体３と、パッケージ本体３に対して接合されるとともに、パッケージ本体３との間にキャビティＣを形成する封口板４と、を備えている。
パッケージ本体３は、互いに重ね合わされた状態で接合された第１ベース基板１０および第２ベース基板１１と、第２ベース基板１１上に接合されたシールリング１２と、を備えている。

第１ベース基板１０および第２ベース基板１１の四隅には、平面視１／４円弧状の切欠部１５が、両ベース基板１０、１１の厚み方向の全体に亘って形成されている。これら第１ベース基板１０および第２ベース基板１１は、例えばウエハ状のセラミック基板を２枚重ねて接合した後、両セラミック基板を貫通する複数のスルーホールを行列状に形成し、その後、各スルーホールを基準としながら両セラミック基板を格子状に切断することで作製される。その際、スルーホールが４分割されることで、切欠部１５となる。

なお、第１ベース基板１０および第２ベース基板１１はセラミックス製としたが、その具体的なセラミック材料としては、例えばアルミナ製のＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）や、ガラスセラミック製のＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）等が挙げられる。

第１ベース基板１０の上面は、キャビティＣの底面に相当する。
第２ベース基板１１は、第１ベース基板１０に重ねられており、第１ベース基板１０に対して焼結などにより結合されている。すなわち、第２ベース基板１１は、第１ベース基板１０と一体化されている。
なお、後述するように第１ベース基板１０と第２ベース基板１１の間には、両ベース基板１０、１１に挟まれた状態で接続電極２４Ａ、２４Ｂ（図示せず）が形成されている。

第２ベース基板１１には、貫通部１１ａが形成されている。貫通部１１ａは、四隅が丸みを帯びた平面視長方形状に形成されている。貫通部１１ａの内側面は、キャビティＣの側壁の一部を構成している。貫通部１１ａの短手方向で対向する両側の内側面には、内方に突出する実装部１４Ａ、１４Ｂが設けられている。実装部１４Ａ、１４Ｂは、貫通部１１ａの長手方向略中央に形成されている。実装部１４Ａ、１４Ｂは、貫通部１１ａの長手方向の長さの１／３以上の長さに形成されている。

シールリング１２は、第１ベース基板１０および第２ベース基板１１の外形よりも一回り小さい導電性の枠状部材であり、第２ベース基板１１の上面に接合されている。具体的には、シールリング１２は、銀ロウ等のロウ材や半田材等による焼付けによって第２ベース基板１１上に接合、あるいは、第２ベース基板１１上に形成（例えば、電解メッキや無電解メッキの他、蒸着やスパッタ等により）された金属接合層に対する溶着等によって接合されている。

シールリング１２の材料としては、例えばニッケル基合金等が挙げられ、具体的にはコバール、エリンバー、インバー、４２−アロイ等から選択すれば良い。特に、シールリング１２の材料としては、セラミック製とされている第１ベース基板１０および第２ベース基板１１に対して熱膨張係数が近いものを選択することが好ましい。例えば、第１ベース基板１０および第２ベース基板１１として、熱膨張係数６．８×１０−６／℃のアルミナを用いる場合には、シールリング１２としては、熱膨張係数５．２×１０−６／℃のコバールや、熱膨張係数４．５〜６．５×１０−６／℃の４２−アロイを用いることが好ましい。

封口板４は、シールリング１２上に重ねられた導電性基板であり、シールリング１２に対する接合によってパッケージ本体３に対して気密に接合されている。そして、封口板４、シールリング１２、第２ベース基板１１の貫通部１１ａ、および第１ベース基板１０の上面により画成された空間が、気密に封止されたキャビティＣとして機能する。

封口板４の溶接方法としては、例えばローラ電極を接触させることによるシーム溶接や、レーザ溶接、超音波溶接等が挙げられる。また、封口板４とシールリング１２との溶接をより確実なものとするため、互いになじみの良いニッケルや金等の接合層を、少なくとも封口板４の下面と、シールリング１２の上面とにそれぞれ形成することが好ましい。

ところで、第２ベース基板１１の実装部１４Ａ、１４Ｂの上面には、圧電振動片６との接続電極である一対の電極パッド２０Ａ、２０Ｂが形成されている。また、第１ベース基板１０の下面には、一対の外部電極２１Ａ、２１Ｂがパッケージ２の長手方向に間隔をあけて形成されている。電極パッド２０Ａ、２０Ｂおよび外部電極２１Ａ、２１Ｂは、例えば蒸着やスパッタ等で形成された単一金属による単層膜、または異なる金属が積層された積層膜である。
電極パッド２０Ａ、２０Ｂと外部電極２１Ａ、２１Ｂとは、第２ベース基板１１の実装部１４Ａ、１４Ｂに形成された第２貫通電極２２Ａ、２２Ｂ、第１ベース基板１０と第２ベース基板１１の間に形成された接続電極２４Ａ、２４Ｂ（図示せず）、及び、第１ベース基板１０に形成された第１貫通電極２３Ａ、２３Ｂ（図示せず）を介して互いにそれぞれ導通している。
一方、詳細は後述するが、電極パッド２０Ａ、２０Ｂ上には、第１方向Ｄ１に互いに隔離して第１接合材５１ａ、５１ｂと、第２接合材５２ａ、５２ｂが配設され、支持腕部９ａ、９ｂのそれぞれを長さ方向の隔離した２点で接合している。

図３は、第１実施形態に係る圧電振動片６の構成と圧電振動子の断面を表した図である。
以下、図３に示すように、第１ベース基板１０と平行な面上で圧電振動子１の長手方向を第１方向Ｄ１、同面上で第１方向Ｄ１に直交する方向（圧電振動子１の短手方向）を第２方向Ｄ２、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２に直交する方向（圧電振動子１の厚さ方向）を第３方向Ｄ３として説明する（図１も参照）。
図３（ａ）に示すように、圧電振動片６は、一対の振動腕部７ａ、７ｂと、基部８と、一対の支持腕部９ａ、９ｂを備えている。
基部８は、一対の振動腕部７ａ、７ｂのうち第１方向Ｄ１における一方の端部同士を連結している。
基部８には、第２方向Ｄ２を向く両端面から第２方向Ｄ２に沿って外側に延びる連結部８１ａ、８１ｂが連結され、この連結部８１ａ、８１ｂには、第１方向Ｄ１に沿ってそれぞれ延びる支持腕部９ａ、９ｂが連結されている。一対の支持腕部９ａ、９ｂは、第２方向Ｄ２において、振動腕部７ａ、７ｂの両外側に配置されている。
支持腕部９ａ、９ｂにおいて、基部８側の端部から先端部までの長さが、圧電振動片６の全長ａ０（後述）の２／３以上に形成されている。この長さは、後述するように、第１接合材５１ａ、５１ｂと第２接合材５２ａ、５２ｂとの間隔を確保するためである。

一対の振動腕部７ａ、７ｂは、互いに平行となるように配置されており、基部８側の端部を固定端として、先端が自由端として振動する。
一対の振動腕部７ａ、７ｂは、その全長のほぼ中央部分の幅を基準幅とした場合、この基準幅よりも両側に広くなるように形成された幅広部７１ａ、７１ｂを備えている。この幅広部７１ａ、７１ｂは、振動腕部７ａ、７ｂの重量及び振動時の慣性モーメントを増大する機能を有している。これにより、振動腕部７ａ、７ｂは振動し易くなり、振動腕部７ａ、７ｂの長さを短くすることができ、小型化が図られている。
なお、本実施形態の圧電振動片６は、振動腕部７ａ、７ｂに拡幅部７１ａ、７１ｂが形成されているが、拡幅部のない圧電振動片を使用してもよい。
また、本実施形態の圧電振動子１では、図示しないが、振動腕部７ａ、７ｂの先端部（拡幅部７１ａ、７１ｂ）に、振動状態を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）を行うための重り金属膜（粗調膜及び微調膜からなる）が形成されている。この重り金属膜を、例えばレーザ光を照射して適量だけ取り除くことで、周波数調整を行い、一対の振動腕部７ａ、７ｂ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。この重り金属膜についても、拡幅部と同様に形成しないことも可能である。

振動腕部７ａ、７ｂの基部８側には、拡幅部７４ａ、７４ｂが形成されている。
この拡幅部７４ａ、７４ｂにおける、振動腕部７ａ、７ｂの内側（対向する側）は、拡幅始点７３ａ、７３ｂから基部８の先端側の端部８３にかけて、漸次広がるように形成されている。
一方、拡幅部７４ａ、７４ｂにおける、振動腕部７ａ、７ｂの外側は、拡幅始点７３ａ、７３ｂから、端部８３よりも拡幅始点７３ａ、７３ｂよりに位置する途中点７５ａ、７５ｂにかけて、内側と同様に（対称となるように）、漸次広がるように形成されている。
拡幅部７４ａ、７４ｂの外側の側面は、途中点７５ａ、７５ｂから基部８まで第１方向Ｄ１と平行に形成され、基部８の端面と連続する平面を形成している。

ここで、振動腕部３ａ、３ｂの基部８の端部８３から拡幅始点７３ａ、７３ｂまでの長さを、端部８３から先端までの長さ（振動腕７ａ、７ｂの全長）の、０．２５倍以上かつ０．５倍以下の長さに設定されている。
このように設定することで、ＣＩ値８０ｋΩ以下を実現し、発振周波数４０ｋΩ以下が実現される。

このように本実施形態では、振動腕部７ａ、７ｂの基部８側に拡幅部７４ａ、７４ｂが形成されることで、振動腕部７ａ、７ｂの強度を向上させることが可能である。
また、振動腕部７ａ、７ｂの外側の拡幅を途中点７５ａ、７５ｂまでとすることで、基部８の幅を狭くすることが可能になり、強度を向上させると共に、圧電振動片６の小型化を実現している。
更に、後述する溝部７２ｂの内壁面から、振動腕部７ａ、７ｂの外側側面までの幅が、途中点７５ａ、７５ｂ以降も拡幅する場合に比べて狭くなるので、途中点７５ａ、７５ｂ近傍における電界効率が向上する。

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＶ１−Ｖ１線に沿った断面を矢印の方向に見た断面図である。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、一対の振動腕部７ａ、７ｂには、全長に渡って一定幅の溝部７２ａ、７２ｂが形成されている。溝部７２ａ、７２ｂは、一対の振動腕部７ａ、７ｂの両主面（表裏面）上において、第３方向Ｄ３に凹むとともに、基部８側から第１方向Ｄ１に沿って延在している。溝部７２ａ、７２ｂは、振動腕部７ａ、７ｂの基端（基部８の先端側の端部８３）から、幅広部７１ａ、７１ｂの手前までに形成されている。
溝部７２ａ、７２ｂにより、一対の振動腕部７ａ、７ｂは、それぞれ図３（ｂ）に示すように断面Ｈ型となっている。

図３（ｂ）に示すように、一対の振動腕部７ａ、７ｂの外表面上（外周面）には、一対の（２系統の）励振電極９１、９２（第１励振電極、第２励振電極）が形成されている。このうち、励振電極９１、９２は、電圧が印加されたときに一対の振動腕部７ａ、７ｂ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電極であり、電気的に切り離された状態で振動腕部７ａ、７ｂ上にパターニングされて形成されている。
具体的には、一方の励振電極９１が、主に一方の振動腕部７ａの溝部７２ａ内と、他方の振動腕部７ｂの側面上とに互いに電気的に接続された状態で形成されている。
また、他方の励振電極９２が、主に他方の振動腕部７ｂの溝部７２ｂ内と、一方の振動腕部７ａの側面上とに互いに電気的に接続された状態で形成されている。
すなわち、基部８と振動腕部７ａ、７ｂの励振電極９１、９２については、後述する残渣部７７ｐ、７７ｇを除いて、図７（ａ）と同様に形成される。

圧電振動片６の第１ベース基板１０と対向する側の面には、図示しないが、圧電振動片６をパッケージ２に実装する際のマウント部として支持腕部９ａ、９ｂに２系統のマウント電極が形成され、この両マウント電極と電気的に接続した２系統の引回し電極が連結部８１ａ、８１ｂと基部８に形成されている。
そして、支持腕部９ａに形成された第１系統のマウント電極が引回し電極を介して励振電極９２（図３（ｂ）参照）と接続され、支持腕部９ｂに形成された第２系統のマウント電極が引回し電極を介して励振電極９１と接続されている。
２系統の励振電極９１、９２は、一対のマウント電極を介して電圧が印加されるようになっている。

なお、励振電極９１、９２、マウント電極、及び引回し電極は、例えば、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロム膜を下地として成膜した後に、表面に金の薄膜を施したものである。但し、この場合に限られず、例えば、クロムとニクロム（ＮｉＣｒ）の積層膜の表面にさらに金の薄膜を積層しても構わないし、クロム、ニッケル、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の単層膜でも構わない。

これら励振電極９１、９２、マウント電極、及び、引回し電極の形成は従来と同様にして行われる。すなわち、各電極を形成する前の圧電振動片６の、溝部７２０ａ、７２０ｂ内を含めた全体に電極材料を成膜する。この成膜は、電極材料の蒸着やスパッタリングによる。
そして、励振電極９１、９２、マウント電極、引回し電極を形成する部分を残し、それ以外の部分をフォトリソグラフにより取り除くことで、２系統の電極ラインが形成される。

本実施形態の振動腕部７ａ、７ｂの主面における、励振電極９１と励振電極９２との間隔（電極分割幅Ｗ１）は、従来に比べて狭く形成されている。
いま、振動腕部７の側面と溝部７２の側面とで形成される一方の土手部の幅（両側面に形成された励振電極９１、９２の厚さを含む）をＷ０とする。
本実施形態では、土手部上（振動腕部７の主面上）に形成される励振電極９１と励振電極９２との電極分割幅Ｗ１を、１μｍ＜Ｗ１＜３μｍの範囲、Ｗ０＜Ｗ１に形成されている。
土手部７９の幅Ｗ０を共に１０μｍとした場合、従来の電極分割幅は６〜７μｍであるのに対し、本実施形態の電極分割幅Ｗ１は３μｍである。そのため本実施形態では、土手部（主面上）に形成される励振電極９１、９２の幅を従来よりも大きくすることができる。
その結果、残渣部７７ｐ、７７ｇに形成した励振電極９１、９２の面積を大きく確保することによる電界密度の向上に加え、更に、土手部上における励振電極９１、９２の面積も大きく確保することで、一方から他方に向かう電界の密度を高くすることができる。

図４は、図１に示すパッケージ２に圧電振動片６を実装した圧電振動子１の、第１方向Ｄ１に沿った断面図で、図３（ａ）のＶ２−Ｖ２線に沿った断面を矢印の方向に見た断面図である。但し、第２貫通電極２３Ｂを表すため、当該部分での断面位置をずらしている。
第２ベース基板１１の実装部１４Ａ、１４Ｂの実装面（封口板４に対向する側の面）には、ほぼ全面にわたって電極パッド２０Ａ、２０Ｂが形成されている。
一方、第１ベース基板１０の外側底面には、長手方向（第１方向Ｄ１）の両端側に、短手方向（第２方向Ｄ２）に延びる外部電極２１Ａ、２１Ｂが形成されている。
これら電極パッド２０Ａ、２０Ｂ、及び外部電極２１Ａ、２１Ｂは、例えば蒸着やスパッタ等で形成された単一金属による単層膜、または異なる金属が積層された積層膜であり、電極パッド２０Ａと外部電極２１Ａが互いに導通し、電極パッド２０Ｂと外部電極２１Ｂが互いに導通している。

すなわち、図４に示すように、第１ベース基板１０には、外部電極２１Ｂに導通し、第１ベース基板１０を厚さ方向に貫通する第１貫通電極２３Ｂが形成されている。さらに、第２ベース基板１１の実装部１４Ｂの略中央（図２参照）には、電極パッド２０Ｂに導通し、実装部１４Ｂを厚さ方向に貫通する第２貫通電極２２Ｂが形成されている。そして、第１ベース基板１０と第２ベース基板１１（実装部１４Ｂ）との間には、第１貫通電極２３Ｂと第２貫通電極２２Ｂとを接続する接続電極２４Ｂが形成されている。
このように、電極パッド２０Ｂと外部電極２１Ｂとは、第２貫通電極２２Ｂ、接続電極２４Ｂ、及び第１貫通電極２３Ｂを介して互いに導通している。

一方、図４に点線で示すように、第１ベース基板１０には外部電極２１Ａに導通し、第１ベース基板１０を厚さ方向に貫通する第１貫通電極２３Ａが形成され、第２ベース基板１１の実装部１４Ａの略中央（図２参照）には、電極パッド２０Ａに導通し、実装部１４Ａを厚さ方向に貫通する第２貫通電極２２Ａが形成されている。そして、第１ベース基板１０と第２ベース基板１１（実装部１４Ａ）との間には、第１貫通電極２３Ａと第２貫通電極２２Ａとを接続する接続電極２４Ａが形成されている。
このように、電極パッド２０Ａと外部電極２１Ａとは、第２貫通電極２２Ａ、接続電極２４Ａ、及び第１貫通電極２３Ａを介して互いに導通している。

なお、両接続電極２４Ａ、２４Ｂは、第１貫通電極２３Ａ、２３Ｂと、第２貫通電極２２Ａ、２２Ｂを直線的に接続させる形状ではなく、キャビティＣ内での露出を避けるため、第２ベース基板１１と第１ベース基板１０とが当接する領域に沿って形成されている。

圧電振動片６は、一対の支持腕部９ａ、９ｂにより実装部１４Ａ、１４Ｂ上に実装された状態で、気密封止されたパッケージ２のキャビティＣ内に収容されている。
すなわち、図３（ａ）、図４に示すように、圧電振動片６は、支持腕部９ａ、９ｂに設けられた各マウント電極が、実装部１４Ａ、１４Ｂ上の電極パッド２０Ａ、２０Ｂ（上面にメタライズ層が形成されている場合は該メタライズ層）にそれぞれ第１接合材５１ａ、５１ｂ、第２接合材５２ａ、５２ｂを介して電気的および機械的に接合されている。
このように、本実施形態の圧電振動片６は、支持腕部９ａ、９ｂのそれぞれが、その長さ方向（第１方向Ｄ１）の２箇所で実装部１４Ａ、１４Ｂ上に接合保持（２点支持）される。

第１接合材５１ａ、５１ｂ、第２接合材５２ａ、５２ｂは、導電性を有し、かつ接合初期の段階において流動性を持ち、接合後期の段階において固化して接合強度を発現する性質を有するものが使用され、例えば、銀ペースト等の導電性接着剤や、金属バンプ等の使用が好適である。
第１接合材５１ａ、５１ｂ、第２接合材５２ａ、５２ｂが導電性接着剤により構成されている場合、塗布装置の移動ヘッドに支持されたディスペンサノズルにより塗布される。
本実施形態では、各接合材のサイズは圧電振動子１のサイズによるが、例えば、１．２ｍｍ×１．０ｍｍサイズの圧電振動子１の場合、半径０．１ｍｍ程度に塗布される。

次に、圧電振動片６の振動腕部７ａ、７ｂ間に形成される残渣部における励振電極の形成について説明する。
図５は、圧電振動片６における残渣部の状態を表した圧電振動片６の斜視図である。
図５に示すように、圧電振動片６は、その外形を異方性エッチングにより形成する際に、振動腕部７ａと振動腕部７ｂの対向する両側面から股部にかけて傾斜した凸状の残渣部７７が常に形成されてしまう。また、振動腕部７ａと支持腕部９ａの対向する両側面から股部にかけて、及び、振動腕部７ｂと支持腕部９ｂの対向する両側面から股部にかけてもそれぞれ傾斜した残渣部７８、７９が形成されてしまう。
なお、図５では、残渣部７７、７８、７９を他の部分と区別するために灰色で塗りつぶしている。

各残渣部７７は、一方の振動腕部７ａの側面から股部（基部８の側面）に向かって傾斜した残渣部７７ｐと、他方の振動腕部７ｂの側面から股部に向かって傾斜した残渣部７７ｇが形成され、主面側から平面視した場合にＶ字上に凹んで形成される。残渣部７７ｐは残渣部７７ｇよりも大きく形成されることで、最も凹んだ点は、両振動腕部７ａ、７ｂの中間よりも振動腕部７ｂ側となる。
両残渣部７７ｐ、７７ｇは、振動腕部７ａ、７ｂと基部８との交差部分が最も厚く、振動腕部７ａ、７ｂの先端側になるほど薄くなり、また、振動腕部７ａ、７ｂの側面からＶ字上の底部（最も凹んだ部分）になるほど薄くなるように形成される。
残渣部７８、７９も、残渣部７７と同様に、大きな残渣部７８ｐ、７９ｐと、小さな残渣部７８ｇ、７９ｇが形成される。

図６は、残渣部７７に対する露光範囲を表したものである。なお、残渣部７８、７９については省略している。
図６（ａ）は、図１〜図５で説明した圧電振動片６に対して、従来と同様に残渣部７７の露光を行った場合の露光範囲Ｒｘを示している。
従来の方法では、残渣部７７のほぼ全面を露光範囲Ｒｘとしている。このため、図８で説明したように、振動腕部７ａ、７ｂにおける、互いに対向する内側側面の励振電極９２、９１の形成領域が小さくなってしまう。
また、残渣部７７の傾斜面で露光が反射され（図中の矢印方向）、振動腕部７ａ、７ｂの内側側面が感光される（電極形成不良）可能性がある。

図６（ｂ）は、本実施形態による残渣部７７の露光範囲を表したものである。
本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、残渣部７７に対する露光領域をＲ１とし、励振電極９１と励振電極９２の分割に必要十分な領域に限定することで、残渣部７７上の励振電極９１、９２の面積を大きくしている。
図６（ｂ）に示した露光領域Ｒのうち、露光領域Ｒ１は、本実施形態における、残渣部７７の励振電極９１と９２を分割するための領域である。
一方、露光領域Ｒ２は、基部８の主面と残渣部７７が形成される側面とが交差する領域を露光するための領域である。本実施形態では、露光領域Ｒ２も露光対象としているが、励振電極９１、９２の分割は露光領域Ｒ１でなされているため露光対象外とすることも可能である。
なお、図６に示した主面に対して、反対側の主面に対しても、同一の露光領域Ｒ１、Ｒ２が露光対象となる。

具体的には、残渣部７７ｐ、７７ｇの全表面積をＮとし、露光後に残る残渣部７７の励振電極９１と励振電極９２の合計面積をｎとした場合、０．５≦（ｎ／Ｎ）≦０．８となるように、股部分の露光を行う。好ましくは、０．７≦（ｎ／Ｎ）≦０．８である。

本実施形態の露光範囲Ｒ１は、残渣部７７ｐと残渣部７７ｇとの接合箇所（主面側から平面視した場合にＶ字上に最も凹んだ箇所）を含む範囲である。好ましくは、残渣部７７ｐと残渣部７７ｇとの接合箇所が、露光範囲Ｒ１の短手方向（振動腕部７ａ、７ｂが並んでいる方向）の中央となる範囲である。
具体的には、露光範囲Ｒ１の短手方向の幅をｈとし、振動腕部７ａ、７ｂ間の幅をＨとした場合、０．２≦（ｈ／Ｈ）≦０．５とする。好ましくは、０．２≦（ｈ／Ｈ）≦０．３とする。なお、振動腕部７ａ、７ｂ間の幅Ｈは、図３で説明した拡幅部７４ａ、７４ｂよりも先端側の幅（間隔の最大値）である。
露光範囲Ｒ１の長手方向は、一方が基部８にかかり、他方が残渣部７７を超える領域となる長さである。

図６（ｃ）は、本実施形態による限定的範囲の露光により形成される、残渣部７７ｐ、７７ｇにおける励振電極９２、９１を表した斜視図である。なお、支持腕部９ａ、９ｂについては省略することで、図８に対応させて表示している。
図６（ｃ）に示すように、本実施形態の露光範囲Ｒ１により、残渣部７７ｐの励振電極９２、及び、残渣部７７ｇの励振電極９１を広く形成することができる。

このように、本実施形態では、圧電振動片６の股部分の露光範囲Ｒ１をできるだけ狭くすることで、励振電極９１、９２を分割すると共に、振動に寄与する励振電極９１、９２の面積を大きくすることができる。そして、圧電振動片６の振動に寄与する電極部分の面積を大きく確保することで、圧電効果の電界効率が低下してＣＩ値が上昇することを回避することができる。
また、股部分へ残渣部７７ｐ、ｇへの露光領域Ｒ１を狭く限定（特に露光幅ｈを限定）している。これにより、当該残渣部７７ｐ、７７ｇの傾斜面で露光が反射されて振動腕部７ａ、７ｂの内側側面が感光し、その結果、電極形成不良になることを防ぐことができる。

なお、残渣部７８、７９の露光については、分割対象ではないので残す様にしてもよい。
特に、形状が大きい残渣部７８ｐを露光する際に、その反射光によって振動腕部７ａの外側（支持腕部９ａ側）の側面が露光されることを防止するためには、残すことが好ましい。

以上説明したように、ＣＩ値の上昇を回避するため、残渣部７７における励振電極９１、９２の面積を大きく確保することについて説明したが、本実施形態では更に次のように構成している。
すなわち、本実施形態の振動腕部７ａ、７ｂの主面における、励振電極９１と励振電極９２との間隔（電極分割幅Ｗ１：図３（ｂ）参照）は、従来よりも狭く形成されている。
いま、振動腕部７の側面と溝部７２の側面とで形成される一方の土手部の幅（両側面に形成された励振電極９１、９２の厚さを含む）をＷ０とする。
本実施形態では、土手部上（振動腕部７の主面上）に形成される励振電極９１と励振電極９２との電極分割幅Ｗ１を、１μｍ＜Ｗ１＜３μｍの範囲、Ｗ０＜Ｗ１に形成している。
土手部７９の幅Ｗ０を共に１０μｍとした場合、従来の電極分割幅は６〜７μｍであるのに対し、本実施形態の電極分割幅Ｗ１は３μｍである。そのため本実施形態では、土手部（主面上）に形成される励振電極９１、９２の幅を従来よりも大きくすることができる。
その結果、土手部上に形成した励振電極９１、９２の面積も大きく確保することで、一方から他方に向かう電界の密度を高くすることができ、残渣部７７ｐ、７７ｇに形成した励振電極９１、９２の面積を大きく確保することに加えて、更にＣＩ値の上昇を回避することができる。

このように形成された圧電振動片６の固定について説明する。すなわち、支持腕部９を実装部１４上に固定保持する、第１接合材５１と第２接合材５２の配設関係について説明する。
なお、以下の説明では、支持腕部９を接合している、第１接合材５１と第２接合材５２の中心をそれぞれ接合箇所５１、５２として説明する。
両支持腕部９は、上述したように圧電振動片６の全長の２／３以上に形成され、その長手方向の２箇所以上、好ましくは２箇所、すなわち、基部８側の接合箇所５１と、先端側の接合箇所５２で接続されている。
そして、支持腕部９に対し、その長手方向の先端部に第２接合材５２が配設される。一方、第１接合材５１は、その接合箇所５１が圧電振動片６の重心Ｇよりも基部８側となるように配設される。これにより、重心Ｇが両接合箇所５１、５２の間に存在することになる。
このように、基部８側の接合箇所５１を重心Ｇよりも基部８側とすることで、当該接合箇所５１から基部８を通り振動腕部７の先端に至るまでの全長を短くすることができ、その結果、外部からの衝撃に対して振動腕部７先端での変位量を少なくすることができる。
その一方で振動腕部７からの振動漏れを抑制するために、その長手方向において、基部８側の接合箇所５１を、基部８と支持腕部９の連結部８１よりも重心Ｇ側にしている。

また、接合箇所を２箇所以上とすることで、１箇所の場合に比べ、圧電振動片６の接合強度（接着強度）が増すと共に、固化前の導電性接着剤上に圧電振動片６を載置した際の傾きを大幅に軽減することができる。また、導電性接着材を支持腕部９全体に使用する場合にくらべて、接着剤の使用量が減り、キャビティ内でのガス発生をより抑えることが可能になる。
なお、圧電振動片６を載置した際のバランスを向上させると共に、ガスの発生をより少なくするため、接合箇所は２箇所であることが好ましい。
また、接合箇所は必ずしも２箇所である必要はなく、１箇所であっても、３箇所以上であってもよい。例えば、少なくとも一方の支持腕部９は、短手方向の重心Ｇを通る線上の接合箇所で接続されてもよい。また、支持腕部９が重心Ｇに対して基部側より先端側が長い場合、例えば、支持腕部９は重心Ｇよりも先端側に２箇所以上の接合箇所で接合されてもよい。

さらに、本実施形態では、支持腕部９の両接合箇所５１、５２の間隔を広くしている。例えば、圧電振動片６の全長に対して、接合箇所５１、５２を基部８側から１／３付近と、２／３付近とし、両接合箇所５１、５２の間隔を全長の約１／３としている。そして、両接合箇所５１、５２の間隔を、圧電振動片６の全長に対して４５％〜３５％の範囲とし、全長の１／３よりもわずかに大きくすることが好ましい。
すなわち、圧電振動片６の基部８側の端部から接合箇所５１までの距離をａ１、接合箇所５１と接合箇所５２間の距離をａ２、接合箇所５２から振動腕部７の先端までの距離をａ３とし、圧電振動片６の全長をａ０（＝ａ１＋ａ２＋ａ３）とした場合、ａ２がａ０の４５％〜３５％の範囲とすることが好ましい。更に、ａ１＜ａ３＜ａ２とすることが好ましい。
このように、両接合箇所５１、５２の間隔ａ２を全長ａ０の１／３よりも広く（４５％〜３５％）することにより、外部からの衝撃や、振動腕部７の振動に対して、両接合箇所間の支持腕部９が僅かに撓むことで吸収、分散することで、外部からの影響や、外部への影響を抑えることが可能になる。またａ１＜ａ２とすることで、接合箇所５１から基部８を通り振動腕部７の先端に至るまでの全長をより短くし、外力に対する先端の変位量を小さくすることができる。
ここで、用語「付近」「約」は、第１接合材５１、第２接合剤５２の接合対象である、支持腕部９の幅ｚにより規定される範囲をいうものとする。
すなわち、「１／３付近」は、（１／３）−（ｚ／２）≦１／３付近≦（１／３）−（ｚ／２）の範囲をいう。また、「２／３付近」は、（２／３）−（ｚ／２）≦２／３付近≦（２／３）−（ｚ／２）の範囲をいう。
例えば、接合箇所５１（第１接合材５１の中心）が、（１／３）−（ｚ／２）〜（１／３）−（ｚ／２）の範囲にあればよい。
従って、「両接合箇所５１、５２の間隔」である、全長の約１／３は、（１／３）−ｚ≦約１／３≦（１／３）＋ｚの範囲である。

このように構成された圧電振動子１を作動させる場合には、外部電極２１Ａ、２１Ｂに所定の電圧を印加する。外部電極２１Ａ、２１Ｂに所定の電圧が印加されると、２系統の励振電極９１、９２に電流が流れ、２系統の励振電極９１、９２間に発生する電界による逆圧電効果によって、一対の振動腕部７ａ、７ｂは、例えば互いに接近、離間する方向（第２方向Ｄ２）に所定の共振周波数で振動する。一対の振動腕部７ａ、７ｂの振動は、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源などとして用いられる。

以上説明した圧電振動子１は、電波時計、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等として、また、ジャイロセンサなどの計測機器等として使用される。

本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、圧電振動片を用いた圧電振動子として、セラミックパッケージタイプの表面実装型振動子について説明したが、圧電振動片を、ガラス材によって形成されるベース基板およびリッド基板が陽極接合によって接合されるガラスパッケージタイプの圧電振動子に適用することも可能である。
また、説明した実施形態の電極パッド２０は、実装部１４のほぼ全面に形成されているが、第１接合材５１、第２接合材５２の少なくとも一方に対応する領域に形成されていればよい。この場合、第２貫通電極２３（図４参照）は、実装部１４の、電極パッド２０に対応した個所に形成される。

１…圧電振動子、２…パッケージ、３…パッケージ本体、４…封口板、６…圧電振動片、７…振動腕部、８…基部、９…支持腕部、１０…第１ベース基板、１１…第２ベース基板、１４…実装部、２０…電極パッド、２１…外部電極、２２…第２貫通電極、２３…第１貫通電極、２４…接続電極、５１…第１接合材、５２…第２接合材、７２…溝部、７３…拡幅始点、７４…拡幅部、７５…途中点、７７、７８、７９…残渣部、９１、９２…励振電極、Ｒ…露光領域

Claims (5)

1. 水晶からなる音叉型の圧電振動片であって、
   基部と、
   前記基部から並んで延設された１対の振動腕部と、
   一方の前記振動腕部の外周面に配設された第１励振電極と、
   他方の前記振動腕部の外周面に配設された第２励振電極と、
   前記振動腕部の外側に並んで前記基部から延設された、実装用の１対の支持腕部と、を備え、
   前記第１励振電極は、前記一方の振動腕部と、当該一方の振動腕部の外側に延設された前記支持腕部との間に形成されたエッチングの残渣部にも形成され、
   前記第２励振電極は、前記他方の振動腕部と、当該他方の振動腕部の外側に延設された前記支持腕部との間に形成されたエッチングの残渣部にも形成され、
   前記１対の振動腕部の間に形成されたエッチングの残渣部における、前記第１励振電極と前記第２励振電極は、両者の間隔ｈが、前記１対の振動腕部の間の距離Ｈの５０％以下、又は、両者の合計面積ｎが前記残渣部の総表面積Ｎの５０％以上８０％以下である、
   ことを特徴とする圧電振動片。
2. 前記間隔ｈが前記距離Ｈの３０％以下、又は、前記合計面積ｎが前記総表面積Ｎの７０％以上８０％以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記振動腕部のそれぞれは、
   前記振動腕部の先端側の途中から前記基部側にむけて前記振動腕部の主面の幅が漸次拡幅するように、前記振動腕部の両側面が傾斜して形成されている、
   ことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の圧電振動片。
4. 前記傾斜した両側面のうち、他の振動腕部と対向する内側側面は、前記基部まで漸次拡幅し、
   前記傾斜した両側面のうち、外側に位置する外側側面は、前記基部に至る途中まで漸次拡幅し、前記途中から前記基部までは前記基部の側面と同一平面に形成されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧電振動片。
5. 実装部を備えたパッケージと、
   前記実装部に接合材を介して実装された、請求項１から請求項４のうちのいずれか１の請求項に記載の圧電振動片と、
   を具備したことを特徴とする圧電振動子。

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