JP6774311B2 - 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関する。

従来、一対の振動腕部と、一対の腕部の振動腕部の基端同士を接続する基部と、基部に連結され且つ一対の振動腕部の幅方向の外方の外方に配置された一対の支持腕部と、を備えたいわゆるサイドアーム型の振動片が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
近年、電子機器の小型化に伴い、圧電振動子および圧電振動片の小型化への要求が益々高まりつつある。例えば、小型の圧電振動片を得る方法としては、水晶等の圧電材料からなるウエハの両面に圧電振動片の外形形状に対応する形状のマスクを形成し、ウエハをウェットエッチング加工する方法が知られている。

特開２００４−３５７１７８号公報 特開２００５−１０２１３８号公報

しかしながら、水晶等の圧電材料からなるウエハをウェットエッチング加工すると、一対の振動腕部の叉部、又は支持腕部と基部との叉部に、エッチング残りとして、圧電材料の自然結晶面からなる異形部が形成される場合がある。この場合、前記叉部の断面形状が圧電振動片の厚み方向でアンバランスな形状となってしまうため、振動漏れが発生したり耐衝撃性が低下したりする可能性がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制することができる圧電振動片及び圧電振動子を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る圧電振動片は、一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の基端同士を接続する基部と、を備えた圧電振動片であって、前記振動腕部の長手方向と平行かつ前記一対の振動腕部の幅方向と直交する断面視で、前記一対の振動腕部の叉部には、前記振動腕部の先端側に突出する突出部が形成され、前記断面視で、前記突出部と反対側の部分には、段部が形成され、前記断面視で、前記段部は、前記基部の厚み方向の内側ほど前記突出部の側に位置するように前記基部の一面に対して傾斜する第１傾斜部と、前記基部の厚み方向の内側ほど前記突出部と反対側に位置するように前記基部の他面に対して傾斜する第２傾斜部と、前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とを連結する連結部と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、前記断面視で、突出部と反対側の部分には段部が形成されていることで、一対の振動腕部の叉部の断面形状を、圧電振動片の厚み方向でバランスの良い形状とすることができる。したがって、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制することができる。
ところで、水晶等の圧電材料からなるウエハをウェットエッチング加工すると、前記断面視で突出部と反対側の部分に、エッチング残りとして、圧電材料の自然結晶面からなる異形部が形成される場合がある。異形部の表面は、ウエハの主面に対して傾斜した面となる。したがって、この構成によれば、圧電材料の性質（エッチング異方性）を利用して第１傾斜部及び第２傾斜部（すなわち、段部の傾斜）を形成することができるため、製造効率を向上する上で好適である。

上記の圧電振動片において、前記断面視で、前記第１傾斜部と前記連結部との交点を第１変曲点とし、前記第２傾斜部と前記連結部との交点を第２変曲点としたとき、前記第１変曲点及び前記第２変曲点は、前記基部の厚み方向で前記突出部と重なっていてもよい。

この構成によれば、前記断面視で、第１変曲点及び第２変曲点が基部の厚み方向で突出部とずれている場合と比較して、一対の振動腕部の叉部の断面形状を、圧電振動片の厚み方向でより一層バランスの良い形状とすることができる。したがって、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下をより確実に抑制することができる。

上記の圧電振動片において、前記基部に連結され且つ前記一対の振動腕部の幅方向の外方に配置された一対の支持腕部を更に備え、前記断面視で、前記支持腕部と前記基部との第２叉部には、前記振動腕部の先端側に突出する第２突出部が形成され、前記断面視で、前記第２突出部と反対側の部分には、第２段部が形成されていてもよい。

この構成によれば、前記断面視で、第２突出部と反対側の部分には第２段部が形成されていることで、第２叉部の断面形状を、圧電振動片の厚み方向でバランスの良い形状とすることができる。したがって、サイドアーム型の圧電振動片において、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制することができる。特に、サイドアーム型の圧電振動片は、支持腕部を備えていない振動片よりも叉部の箇所が多いため、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制する上で好適である。

本発明の一態様に係る圧電振動片は、一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の基端同士を接続する基部と、前記基部に連結され且つ前記一対の振動腕部の幅方向の外方に配置された一対の支持腕部と、を備えた圧電振動片であって、前記振動腕部の長手方向と平行かつ前記一対の振動腕部の幅方向と直交する断面視で、前記一対の振動腕部の第１叉部と、前記支持腕部と前記基部との第２叉部との少なくとも一方には、前記振動腕部の先端側に突出する突出部が形成され、前記断面視で、前記突出部と反対側の部分には、段部が形成され、前記断面視で、前記段部は、前記基部の厚み方向の内側ほど前記突出部の側に位置するように前記基部の一面に対して傾斜する第１傾斜部と、前記基部の厚み方向の内側ほど前記突出部と反対側に位置するように前記基部の他面に対して傾斜する第２傾斜部と、前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とを連結する連結部と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、前記断面視で、突出部と反対側の部分には段部が形成されていることで、第１叉部及び第２叉部の少なくとも一方の断面形状を、圧電振動片の厚み方向でバランスの良い形状とすることができる。したがって、サイドアーム型の圧電振動片において、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制することができる。
ところで、水晶等の圧電材料からなるウエハをウェットエッチング加工すると、前記断面視で突出部と反対側の部分に、エッチング残りとして、圧電材料の自然結晶面からなる異形部が形成される場合がある。異形部の表面は、ウエハの主面に対して傾斜した面となる。したがって、この構成によれば、圧電材料の性質（エッチング異方性）を利用して第１傾斜部及び第２傾斜部（すなわち、段部の傾斜）を形成することができるため、製造効率を向上する上で好適である。

本発明の一態様に係る圧電振動子は、上記の圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するパッケージと、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、上記の圧電振動片を備えた圧電振動子において、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制することができる。

本発明によれば、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制することが可能な圧電振動片及び圧電振動子を提供することができる。

実施形態に係る圧電振動子の外観斜視図である。 実施形態に係る圧電振動子の内部構成図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。 実施形態に係る圧電振動片の平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 実施形態に係る圧電振動片の製造方法の一工程の説明図である。 実施形態の第１変形例に係る圧電振動片の平面図である。 実施形態の第２変形例に係る圧電振動片の平面図である。 実施形態の第３変形例に係る圧電振動片の平面図である。 実施形態の第４変形例に係る圧電振動片の平面図である。 実施形態の第５変形例に係る圧電振動片の平面図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、圧電振動子の一例として、セラミックパッケージタイプの表面実装型振動子を挙げて説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

以下の説明においては、ＸＹＺ座標系を設定し、このＸＹＺ座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、圧電振動片の主面と垂直な方向（すなわち、圧電振動片の厚み方向）を「Ｚ軸方向」、振動腕部の長手方向（すなわち、圧電振動片の長手方向）を「Ｙ軸方向」、Ｙ軸方向及びＺ軸方向と直交する方向（すなわち、圧電振動片の幅方向）を「Ｘ軸方向」とする。

［圧電振動子］
図１に示すように、圧電振動子１は、内部に気密封止されたキャビティＣ（図２参照）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３（図２参照）と、を備えている。

図２に示すように、圧電振動子１は、平面視で直方形状をなしている。本実施形態では、圧電振動子１の長手方向、幅方向及び厚み方向は、圧電振動片３の長手方向（Ｙ軸方向）、幅方向（Ｘ軸方向）及び厚み方向（Ｚ軸方向）と一致している。

［パッケージ］
図３に示すように、パッケージ２は、パッケージ本体５と、パッケージ本体５に接合されるとともに、パッケージ本体５との間にキャビティＣを形成する封口板６と、を備えている。
パッケージ本体５は、プレート状の第１ベース基板１０と、第１ベース基板１０に接合された枠状の第２ベース基板１１と、第２ベース基板１１に接合された枠状の第３ベース基板１２と、第３ベース基板１２に接合された枠状のシールリング１３と、を備えている。

図４に示すように、第１ベース基板１０、第２ベース基板１１及び第３ベース基板１２の四隅には、平面視で１／４円弧状の切欠部１５が形成されている。切欠部１５は、第１ベース基板１０、第２ベース基板１１及び第３ベース基板１２の厚み方向の全体に亘って形成されている。例えば、第１ベース基板１０、第２ベース基板１１及び第３ベース基板１２は、ウエハ状のセラミック基板を３枚重ねて接合した後、各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各セラミック基板を格子状に切断することで作製される。切欠部１５は、スルーホールが４分割されることで形成される。

例えば、セラミックス基板の形成材料としては、アルミナ製のＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）、ガラスセラミックス製のＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）等が挙げられる。

図３に示すように、第１ベース基板１０の外形は、パッケージ本体５の最外形と実質的に同じである。第１ベース基板１０の上面１０ａ（＋Ｚ軸方向側の面）は、キャビティＣの底部を区画している。

図４に示すように、第２ベース基板１１の外形は、第１ベース基板１０の外形と実質的に同じである。第２ベース基板１１は、厚み方向に開口する枠状をなしている。第２ベース基板１１の内周面１１ａは、平面視で四隅が丸みを帯びた形状をなしている。第２ベース基板１１の内周面１１ａは、キャビティＣ（図３参照）の側部の一部（下部）を区画している。

図３に示すように、第２ベース基板１１は、第１ベース基板１０の上面１０ａに配置されている。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。例えば、第２ベース基板１１は、第１ベース基板１０に焼結などで結合されている。

図４に示すように、第２ベース基板１１には、幅方向の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、第２ベース基板１１の長手方向の中央に位置している。

第３ベース基板１２の外形は、第２ベース基板１１の外形と実質的に同じである。第３ベース基板１２は、厚み方向に開口する枠状をなしている。第３ベース基板１２の内周面１２ａは、キャビティＣ（図３参照）の側部の一部（上下中央部）を区画している。

図３に示すように、第３ベース基板１２は、第２ベース基板１１の上面に配置されている。第３ベース基板１２は、第２ベース基板１１と一体化されている。例えば、第３ベース基板１２は、第２ベース基板１１に焼結などで結合されている。

図４に示すように、シールリング１３は、導電性を有する。シールリング１３の外形は、第３ベース基板１２の外形よりも小さい。シールリング１３は、厚み方向に開口する枠状をなしている。シールリング１３の内周面１３ａは、キャビティＣ（図３参照）の側部の一部（上部）を区画している。

図３に示すように、シールリング１３は、第３ベース基板１２の上面に接合されている。例えば、シールリング１３は、銀ロウ等のロウ材又は半田材等による焼付けによって、第３ベース基板１２に接合されている。なお、シールリング１３は、第３ベース基板１２の上面に形成された金属接合層に溶着等によって接合されていてもよい。例えば、金属接合層の形成方法は、電解メッキ、無電解メッキ、蒸着及びスパッタリング等が挙げられる。

例えば、シールリング１３の形成材料としては、ニッケル基合金等が挙げられる。具体的に、シールリング１３の形成材料は、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１３の形成材料は、第１ベース基板１０及び第２ベース基板１１の形成材料の熱膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。例えば、第１ベース基板１０及び第２ベース基板１１の形成材料を熱膨張係数６．８×１０^−６／℃のアルミナとした場合には、シールリング１３の形成材料は、熱膨張係数５．２×１０^−６／℃のコバール、又は熱膨張係数４．５〜６．５×１０^−６／℃の４２−アロイとすることが好ましい。

封口板６は、導電性を有する。封口板６の外形は、シールリング１３の外形と実質的に同じである。封口板６の下面６ａ（−Ｚ軸方向側の面）は、キャビティＣの上部を区画している。

封口板６は、シールリング１３の上端に接合されている。例えば、封口板６の接合方法としては、ローラ電極を接触させることによるシーム溶接、レーザー溶接、超音波溶接等が挙げられる。なお、封口板６とシールリング１３とをより確実に接合する観点からは、互いになじみの良いニッケル及び金等の接合層を、封口板６の下面６ａの外周部（すなわち、シールリング１３との接合面）と、シールリング１３の上端（すなわち、封口板６との接合面）とのそれぞれに形成することが好ましい。

キャビティＣは、第１ベース基板１０の上面１０ａ、第２ベース基板１１の内周面１１ａ、第３ベース基板１２の内周面１２ａ、シールリング１３の内周面１３ａ及び封口板６の下面６ａによって区画されている。すなわち、圧電振動子１の内部は、第１ベース基板１０の上面、第２ベース基板１１の内周面１１ａ、第３ベース基板１２の内周面１２ａ、シールリング１３の内周面１３ａ及び封口板６の下面６ａによって気密に封止されている。

図４に示すように、第２ベース基板１１の実装部１４Ａ，１４Ｂの上面には、圧電振動片３との接続電極である一対の電極パッド２０Ａ，２０Ｂがそれぞれ形成されている。一方、第１ベース基板１０の下面には、長手方向に離反した一対の外部電極２１Ａ，２１Ｂが形成されている。例えば、電極パッド２０Ａ，２０Ｂ及び外部電極２１Ａ，２１Ｂは、蒸着、スパッタリング等で形成された単一金属による単層膜、又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及び外部電極２１Ａ，２１Ｂは、不図示の配線を介して互いにそれぞれ導通している。

［圧電振動片］
図５に示すように、圧電振動片３は、圧電板３０と、圧電板３０に形成された不図示の電極と、を備えている。

圧電板３０は、圧電材料で形成されている。本実施形態において、圧電板３０は、水晶で形成されている。なお、圧電板３０は、タンタル酸リチウム及びニオブ酸リチウム等の圧電材料で形成されていてもよい。

圧電板３０は、一対の振動腕部３１，３２（第１振動腕部３１及び第２振動腕部３２）と、一対の振動腕部３１，３２の基端同士を接続する基部３５と、基部３５に連結され且つ一対の振動腕部３１，３２の幅方向の外方に配置された一対の支持腕部３３，３４（第１支持腕部３３及び第２支持腕部３４）と、を備えている。Ｚ軸方向から見て、圧電板３０は、Ｙ軸方向に沿う中心軸Ｏを対称軸として、エッチング残りを除き、実質的に線対称形状をなしている。

［振動腕部］
振動腕部３１，３２は、Ｙ軸方向に長手を有する。振動腕部３１，３２は、基部３５から＋Ｙ軸方向に向けて延出している。振動腕部３１，３２は、Ｘ軸方向に並んで平行に配置されている。振動腕部３１，３２は、基部３５を固定端とし、先端を自由端として振動する。振動腕部３１，３２は、基部３５の側に位置する本体部３１Ａ，３２Ａと、振動腕部３１，３２の先端側に位置する錘部３１Ｂ，３２Ｂと、を備えている。

本体部３１Ａ，３２Ａには、溝部３７が形成されている。溝部３７は、本体部３１Ａ，３２Ａの両主面（厚み方向の両面）において、厚み方向内側に凹んでいる。溝部３７は、本体部３１Ａ，３２Ａの長手方向に亘って延在している。

なお、本体部３１Ａ，３２Ａには、所定の駆動電圧が印加されたときに、振動腕部３１，３２を幅方向に振動させる不図示の励振電極が設けられている。

Ｚ軸方向から見て、錘部３１Ｂ，３２Ｂは、Ｙ軸方向に長手を有する長方形形状をなしている。振動腕部３１，３２の厚み方向から見て、錘部３１Ｂ，３２Ｂの幅は、振動腕部３１，３２の長手方向で一定である。

Ｘ軸方向において、錘部３１Ｂ，３２Ｂの幅は、本体部３１Ａ，３２Ａの幅よりも広い。これにより、振動腕部３１，３２の先端の質量を増加させるとともに、振動時の慣性モーメントを増大させることができる。そのため、錘部３１Ｂ，３２Ｂを有しない圧電振動片と比較して、振動腕部３１，３２を短縮することができる。

図示はしないが、錘部３１Ｂ，３２Ｂには、励振電極と一体に形成された重り金属膜が形成されている。重り金属膜は、振動腕部３１，３２の先端の質量を増加させる。重り金属膜は、振動腕部３１，３２を短縮したときに、共振周波数の上昇を抑制する。

［支持腕部］
Ｚ軸方向から見て、支持腕部３３，３４は、Ｌ字状をなしている。支持腕部３３，３４は、基部３５及び振動腕部３１，３２（本体部３１Ａ，３２Ａ）の幅方向の外方に配置されている。具体的に、支持腕部３３，３４は、基部３５における幅方向の両側面から幅方向の外方に向けて突出した後、＋Ｙ軸方向に向けて突出し、Ｙ軸方向に沿って振動腕部３１，３２と平行に延在している。

支持腕部３３，３４には、圧電振動片３をパッケージ本体５（図２参照）に実装する際のマウント部３３ａ，３４ａがそれぞれ設けられている。マウント部３３ａ，３４ａは、支持腕部３３，３４の先端寄りに配置されている。

図５（図２）では便宜上、マウント部３３ａ，３４ａの領域を仮想線（二点鎖線）で区画している。図示はしないが、マウント部３３ａ，３４ａには、２系統のマウント電極がそれぞれ設けられている。２系統のマウント電極は、２系統の引き回し電極によって２系統の励振電極にそれぞれ導通している。

［エッチング残り］
圧電振動片３の外周面には、水晶のエッチング異方性により、エッチング残りが形成されている。図５（図２）では便宜上、一対の振動腕部３１，３２の叉部４０（第１叉部）に形成されたエッチング残り４０Ｅ、及び支持腕部３３，３４と基部３５との叉部４１，４２（第２叉部）に形成されたエッチング残り４１Ｅ，４２Ｅを誇張して図示している。Ｚ軸方向から見て、エッチング残り４０Ｅ，４１Ｅ，４２Ｅの外形は、−Ｘ軸方向側ほど＋Ｙ軸方向側に位置するように傾斜している。

振動腕部３１，３２の長手方向と平行かつ一対の振動腕部３１，３２の幅方向と直交する断面視（以下、単に「断面視」ということがある。）で、第１叉部４０及び第２叉部４１，４２には、振動腕部３１，３２の先端側に突出する突出部４５（図６参照）が形成されている。以下、第２叉部４１（具体的には、第１支持腕部３３と基部３５との叉部）の断面視について説明する。なお、第１叉部４０及び第２叉部４２の断面視については、第２叉部４１の断面視と同様の形状を有するため、その説明を省略する。

＜突出部（第２突出部）＞
図６は、第２叉部４１の断面視を示す図である。
図６に示すように、第２叉部４１の断面視で、突出部４５（第２突出部）は、＋Ｙ軸方向側に頂角を有する三角形状をなしている。突出部４５は、第２叉部４１の厚み方向（基部３５の厚み方向）の内側ほど＋Ｙ軸方向側に位置するように第２叉部４１の厚み方向の一面に対して傾斜する傾斜面４５ａを有している。突出部４５は、斜辺として実質的に同じ長さの傾斜面４５ａを有する二等辺三角形状をなしている。

突出部４５は、第２叉部４１の＋Ｙ軸方向側の面に配置されている。第２叉部４１の厚み方向（Ｚ軸方向）の中央に配置されている。第２叉部４１の断面視で、突出部４５は、第２叉部４１の厚み方向の中心線Ｊ１を対称軸として線対称形状をなしている。

＜段部＞
第２叉部４１の断面視で、突出部４５と反対側の部分（すなわち、第２叉部４１の−Ｙ軸方向側の部分）には、段部４６（第２段部）が形成されている。第２叉部４１の断面視において、段部４６の側の傾斜に段差をつけることで、突出部４５と反対側の部分のバランスを取ることができるため、断面全体のバランスを取ることができる。第２叉部４１の断面視で、段部４６は、第２叉部４１の厚み方向の内側ほど突出部４５の側に位置するように第２叉部４１の一面４１ａに対して傾斜する第１傾斜部４６ａと、第２叉部４１の厚み方向の内側ほど突出部４５と反対側に位置するように第２叉部４１の他面４１ｂに対して傾斜する第２傾斜部４６ｂと、第１傾斜部４６ａと第２傾斜部４６ｂとを連結する連結部４６ｃと、を備えている。

具体的に、第１傾斜部４６ａは、第２叉部４１の一面４１ａの−Ｙ軸方向端から−Ｚ軸方向側ほど＋Ｙ軸方向側に位置するように傾斜する直線状をなしている。第１傾斜部４６ａの−Ｚ軸方向端は、中心軸Ｊ１よりも＋Ｚ軸方向側に位置している。

第２傾斜部４６ｂは、第２叉部４１の他面４１ｂの−Ｙ軸方向端から＋Ｚ軸方向側ほど−Ｙ軸方向側に位置するように傾斜する直線状をなしている。第２傾斜部４６ｂの＋Ｚ軸方向端は、中心軸Ｊ１よりも−Ｚ軸方向側に位置している。なお、Ｙ軸方向において、第２叉部４１の他面４１ｂの−Ｙ軸方向端は、第２叉部４１の一面４１ａの−Ｙ軸方向端と実質的に同じ位置に配置されている。

連結部４６ｃは、第１傾斜部４６ａの−Ｚ軸方向端と第２傾斜部４６ｂの＋Ｚ軸方向端とを連結している。連結部４６ｃは、第１傾斜部４６ａの−Ｚ軸方向端から−Ｚ軸方向側ほど−Ｙ軸方向側に位置するように傾斜する直線状をなして延びて第２傾斜部４６ａの＋Ｚ軸方向端に至っている。

第２叉部４１の断面視で、第２叉部４１の他面４１ｂの−Ｙ軸方向端と第２叉部４１の一面４１ａの−Ｙ軸方向端とを通る仮想線をＪ２とする。第２叉部４１の断面視で、段部４６の外形は、中心軸Ｊ１と仮想線Ｊ２の交点Ｐｃを中心として、回転対称（２回対称）の形状をなしている。

第２叉部４１の断面視で、第１傾斜部４６ａと連結部４６ｃとの交点を第１変曲点Ｐ１とし、第２傾斜部４６ｂと連結部４６ｃとの交点を第２変曲点Ｐ２とする。第１変曲点Ｐ１及び第２変曲点Ｐ２は、第２叉部４１の厚み方向で突出部４５と重なっている。具体的に、第１変曲点Ｐ１は、Ｚ軸方向において、突出部４５の傾斜面４５ａの＋Ｚ軸方向端Ｑ１と中心軸Ｊ１との間に位置している。一方、第２変曲点Ｐ２は、突出部の傾斜面４５ａの−Ｚ軸方向端Ｑ２と中心軸Ｊ１との間に位置している。

［圧電振動片の接続状態］
図２に示すように、圧電振動片３は、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。支持腕部３３，３４は、実装部１４Ａ，１４Ｂに設けられた２つの電極パッド２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ導電性接着剤を介して電気的及び機械的に接合されている。振動腕部３１，３２は、基部３５を介して支持されている。図示はしないが、２系統のマウント電極は、それぞれ電極パッド２０Ａ，２０Ｂに電気的に接続されている。

なお、支持腕部３３，３４と電極パッド２０Ａ，２０Ｂとを接合する導電性接合材としては、金属バンプを用いてもよい。金属バンプは、接合初期の段階では流動性を有し、かつ、接合後期の段階では固化して接合強度を発現する性質を有する。上記の導電性接着剤も、金属バンプと共通の性質を有する。

図示はしないが、外部電極２１Ａ，２１Ｂ（図３参照）に所定の電圧が印加されると、本体部３１Ａ，３２Ａにそれぞれ形成された２系統の励振電極に電流が流れ、２系統の励振電極間に電界が発生する。例えば、振動腕部３１，３２は、２系統の励振電極間に発生する電界による逆圧電効果によって、互いに近接又は離反する方向（Ｘ軸方向）に所定の共振周波数で振動する。例えば、振動腕部３１，３２の振動は、時刻源、制御信号のタイミング源、又はリファレンス信号源等に用いることができる。

［圧電振動片の製造方法］
次に、本実施形態の圧電振動片３の製造方法の一例について説明する。
先ず、ウエハを準備する。例えば、水晶のランバート原石をスライスして一定の厚みのウエハとする。
次に、フォトリソグラフィ技術によってウエハの厚み方向の両面に、圧電板３０（図５参照）及びフレーム部（不図示）の外形形状に対応する形状のマスク（以下「外形マスク」という。）を形成する。次に、ウエハをウェットエッチング加工する。これにより、外形マスクにマスクされていない領域を選択的に除去して、圧電板３０（図５参照）及びフレーム部（不図示）の外形形状を形成する（外形形成工程）。

図７は、外形形成工程において、ウエハ５０の厚み方向の両面に形成する外形マスク５１，５２の配置の一例を示す、図６に相当する断面図である。すなわち、図７は、ウエハ５０のうち、第２叉部４１（図６参照）の形成前の部分を示す断面図である。なお、図７では便宜上、ウエハ５０の断面ハッチを省略している。

図７に示すように、Ｙ軸方向において、ウエハ５０の一面５０ａに形成する外形マスク５１（以下「第１マスク５１」という。）の＋Ｙ軸方向端は、ウエハ５０の他面５０ｂに形成する外形マスク（以下「第２マスク５２」という。）の＋Ｙ軸方向端と実質的に同じ位置とする。一方、Ｙ軸方向において、第１マスク５１の−Ｙ軸方向端は、第２マスク５２の−Ｙ軸方向端よりも＋Ｙ軸方向側の位置とする。

図７の断面視で、第１マスク５１の−Ｙ軸方向端と第２マスク５２の−Ｙ軸方向端とのＹ軸方向のずれをＬ、ウエハ５０の厚みをｔ、カット角をＫとする。ここで、カット角Ｋは、ウエハ５０から圧電板３０を切り出すときの結晶軸に対する角度を意味する。ずれＬ、ウエハ５０の厚み、カット角Ｋは、
０＜Ｌ＜２×ｔ×ｔａｎＫ
を満たしている。

仮に、Ｌ＝０の場合、既存設計と同じとなる。一方、Ｌ≧２×ｔ×ｔａｎＫの場合、第２叉部の断面形状が第２叉部の厚み方向でアンバランスな形状となる可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、０＜Ｌ＜２×ｔ×ｔａｎＫを満たすことで、第２叉部４１（図６参照）の断面形状を、第２叉部４１の厚み方向でバランスの良い形状とすることができる。

例えば、ウェットエッチング加工は、外形マスク５１，５２が形成されたウエハ５０を薬液に浸漬して行う。これにより、ウェットエッチング加工を、ウエハ５０の両面５０ａ，５０ｂから同時に進行させることができる。

図７の断面視で、Ｙ軸方向において、第１マスク５１の＋Ｙ軸方向端は、第２マスク５２の＋Ｙ軸方向端と実質的に同じ位置である。そのため、図６に示すように、エッチング後の断面（第２叉部４１の＋Ｙ軸方向側の部分、突出部４５）は、中心線Ｊ１を対称軸として線対称形状となる。

一方、図７の断面視で、Ｙ軸方向において、第１マスク５１の−Ｙ軸方向端は、第２マスク５２の−Ｙ軸方向端よりも＋Ｙ軸方向側の位置である。ここで、ウエハ５０は、水晶のエッチング異方性により、−Ｙ軸方向側においては、−Ｚ軸方向側の方が＋Ｚ軸方向側よりもエッチングされやすい性質を有している。

本実施形態では、エッチングがされやすい側の第２マスク５２を、エッチングがされにくい側の第１マスク５１よりも−Ｙ軸方向側に延出させている。これにより、ウエハ５０の−Ｙ軸方向側において、＋Ｚ軸方向側の部分と−Ｚ軸方向側の部分とのエッチング速度がバランスよくなるよう調整している。

ウエハ５０の−Ｙ軸方向側において、＋Ｚ軸方向側の部分は、カット角Ｋをなす仮想線Ｖに沿うように傾斜する第１傾斜部４６ａ（図６参照）となる。一方、ウエハ５０の−Ｙ軸方向側において、−Ｚ軸方向側の部分は、カット角Ｋをなす仮想線Ｖに沿うように傾斜する第２傾斜部４６ｂ（図６参照）となる。図６に示すように、ウェットエッチング加工は、連結部４６ｃ（すなわち、段部４６の変曲点Ｐ１，Ｐ２）を残した状態で終了する。

これにより、エッチング後の断面（第２叉部４１の−Ｙ軸方向側の部分）は、交点Ｐｃを中心とした２回対称の形状をなす段部４６となる。なお、エッチング時間を調整することにより、第１変曲点Ｐ１を、Ｚ軸方向において、突出部４５の傾斜面４５ａの＋Ｚ軸方向端Ｑ１と中心軸Ｊ１との間に位置させる。一方、第２変曲点Ｐ２を、突出部の傾斜面４５ａの−Ｚ軸方向端Ｑ２と中心軸Ｊ１との間に位置させる。

そして、外形形成工程の後、電極形成工程、重り金属膜形成工程、周波数調整工程、個片化工程を順に行う。これにより、ウエハ５０から圧電振動片３を製造することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る圧電振動片３及び圧電振動子１は、一対の振動腕部３１，３２と、一対の振動腕部３１，３２の基端同士を接続する基部３５と、を備え、振動腕部３１，３２の長手方向と平行かつ一対の振動腕部３１，３２の幅方向と直交する断面視で、一対の振動腕部３１，３２の叉部４０には、振動腕部３１，３２の先端側に突出する突出部４５が形成され、前記断面視で、突出部４５と反対側の部分には、段部４６が形成され、前記断面視で、段部４６は、基部３５の厚み方向の内側ほど突出部４５の側に位置するように基部３５の一面に対して傾斜する第１傾斜部４６ａと、基部３５の厚み方向の内側ほど突出部４５と反対側に位置するように基部３５の他面に対して傾斜する第２傾斜部４６ｂと、第１傾斜部４６ａと第２傾斜部４６ｂとを連結する連結部４６ｃと、を備えている。

本実施形態によれば、前記断面視で、突出部４５と反対側の部分には段部４６が形成されていることで、一対の振動腕部３１，３２の叉部４０の断面形状を、圧電振動片３の厚み方向でバランスの良い形状とすることができる。したがって、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制することができる。
ところで、水晶等の圧電材料からなるウエハ５０をウェットエッチング加工すると、前記断面視で突出部４５と反対側の部分に、エッチング残りとして、圧電材料の自然結晶面からなる異形部が形成される場合がある。異形部の表面は、ウエハ５０の主面５０ａ，５ｂに対して傾斜した面となる。したがって、本実施形態によれば、圧電材料の性質（エッチング異方性）を利用して第１傾斜部４６ａ及び第２傾斜部４６ｂ（すなわち、段部４６の傾斜）を形成することができるため、製造効率を向上する上で好適である。

また、本実施形態では、前記断面視で、第１傾斜部４６ａと連結部４６ｃとの交点を第１変曲点Ｐ１とし、第２傾斜部４６ｂと連結部４６ｃとの交点を第２変曲点Ｐ２としたとき、第１変曲点Ｐ１及び第２変曲点Ｐ２は、基部３５の厚み方向で突出部４５と重なっている。

本実施形態によれば、前記断面視で、第１変曲点Ｐ１及び第２変曲点Ｐ２が基部３５の厚み方向で突出部４５とずれている場合と比較して、一対の振動腕部３１，３２の叉部４０の断面形状を、圧電振動片３の厚み方向でより一層バランスの良い形状とすることができる。したがって、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下をより確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、基部３５に連結され且つ一対の振動腕部３１，３２の幅方向の外方に配置された一対の支持腕部３３，３４を更に備え、前記断面視で、支持腕部３３，３４と基部３５との第２叉部４１，４２には、振動腕部３１，３２の先端側に突出する第２突出部４５が形成され、前記断面視で、第２突出部４５と反対側の部分には、第２段部４６が形成されている。

本実施形態によれば、前記断面視で、第２突出部４５と反対側の部分には第２段部４６が形成されていることで、第２叉部４１，４２の断面形状を、圧電振動片３の厚み方向でバランスの良い形状とすることができる。したがって、サイドアーム型の圧電振動片３において、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制することができる。特に、サイドアーム型の圧電振動片３は、支持腕部３３，３４を備えていない振動片よりも叉部４０，４１，４２の箇所が多いため、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制する上で好適である。

なお、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、圧電振動片３は、支持腕部３３，３４が振動腕部３１，３２の外側に配置された、いわゆるサイドアーム型の振動片であった。しかしながらこれに限定されず、圧電振動片は、例えば１つの支持腕部が一対の振動腕部の間に配置された、いわゆるセンターアーム型の振動片であってもよいし、支持腕部を備えていない振動片であってもよい。また、振動腕部には、溝部が形成されていなくてもよい。

また、上記実施形態において、前記断面視で、第１叉部４０及び第２叉部４１，４２のそれぞれに突出部４５が形成されていた。しかしながらこれに限らず、前記断面視で、第１叉部４０又は第２叉部４１，４２の何れかに突出部４５が形成されていてもよい。すなわち、前記断面視で、第１叉部４０及び第２叉部４１，４２の少なくとも一方に突出部４５が形成されていればよい。

また、上記実施形態において、前記断面視で、第１変曲点Ｐ１及び第２変曲点Ｐ２は、基部３５の厚み方向で突出部４５と重なっていた。しかしながらこれに限定されず、前記断面視で、第１変曲点Ｐ１及び第２変曲点Ｐ２が基部３５の厚み方向で突出部４５とずれていてもよい。

また、上記実施形態において、第２叉部４１の断面視で、Ｙ軸方向において、第２叉部４１の他面４１ｂの−Ｙ軸方向端は、第２叉部４１の一面４１ａの−Ｙ軸方向端と実質的に同じ位置に配置されていた（図６参照）。しかしながらこれに限定されず、Ｙ軸方向において、第２叉部４１の他面４１ｂの−Ｙ軸方向端は、第２叉部４１の一面４１ａの−Ｙ軸方向端に対しずれていてもよい。
また、上記実施形態において、第２叉部４１の断面視で、連結部４６ｃは、−Ｚ軸方向側ほど−Ｙ軸方向側に位置するように傾斜する直線状をなしていた（図６参照）。しかしながらこれに限定されず、第２叉部の断面視で、連結部は、中心軸Ｊ１に沿う直線状をなしていてもよい。
以下の変形例において、上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。なお、図８〜図１２において、符号１４５，２４５，３４５，４４５，５４５は突出部、１４６ｃ，２４６ｃ，３４６ｃ，４４６ｃ，５４６ｃは連結部をそれぞれ示す。

［第１変形例］
例えば、図８に示すように、第２叉部１４１の断面視で、Ｙ軸方向において、第２叉部１４１の他面１４１ｂの−Ｙ軸方向端は、第２叉部１４１の一面１４１ａの−Ｙ軸方向端よりも−Ｙ軸方向側に位置していてもよい。本変形例では、仮想線Ｊ２は、−Ｚ軸方向側ほど−Ｙ軸方向側に位置するように傾斜している。例えば、本変形例では、外形形成工程において、第１マスク５１の−Ｙ軸方向端と第２マスク５２の−Ｙ軸方向端とのＹ軸方向のずれＬ（図７参照）を、上記実施形態の寸法よりも大きくすることにより、段部１４６の外形とすることができる。

［第２変形例］
例えば、図９に示すように、第２叉部２４１の断面視で、Ｙ軸方向において、第２叉部２４１の他面２４１ｂの−Ｙ軸方向端は、第２叉部２４１の一面２４１ａの−Ｙ軸方向端よりも＋Ｙ軸方向側に位置していてもよい。本変形例では、仮想線Ｊ２は、−Ｚ軸方向側ほど＋Ｙ軸方向側に位置するように傾斜している。例えば、本変形例では、外形形成工程において、第１マスク５１の−Ｙ軸方向端と第２マスク５２の−Ｙ軸方向端とのＹ軸方向のずれＬ（図７参照）を、上記実施形態の寸法よりも小さくすることにより、段部２４６の外形とすることができる。

［第３変形例］
例えば、図１０に示すように、第２叉部３４１の断面視で、連結部３４６ｃは、中心軸Ｊ１と重なる直線状をなしていてもよい。例えば、本変形例では、外形形成工程において、ウェットエッチング加工を、＋Ｚ軸方向側のエッチングと−Ｚ軸方向側のエッチングとが貫通した時点で終了することにより、段部３４６の外形とすることができる。

［第４変形例］
例えば、図１１に示すように、第２叉部４４１の断面視で、連結部４４６ｃの長さを、第３変形例に係る連結部３４６ｃの長さよりも長くしてもよい。例えば、本変形例では、外形形成工程において、第１マスク５１の−Ｙ軸方向端と第２マスク５２の−Ｙ軸方向端とのＹ軸方向のずれＬ（図７参照）を、上記実施形態の寸法よりも大きくするとともに、ウェットエッチング加工を、＋Ｚ軸方向側のエッチングと−Ｚ軸方向側のエッチングとが貫通した時点で終了することにより、段部４４６の外形とすることができる。

［第５変形例］
例えば、図１２に示すように、第２叉部５４１の断面視で、連結部５４６ｃの長さを、第３変形例に係る連結部３４６ｃの長さよりも短くしてもよい。例えば、本変形例では、外形形成工程において、第１マスク５１の−Ｙ軸方向端と第２マスク５２の−Ｙ軸方向端とのＹ軸方向のずれＬ（図７参照）を、第２変形例の寸法と同じとする。例えば、本変形例では、外形形成工程において、第１マスク５１の−Ｙ軸方向端と第２マスク５２の−Ｙ軸方向端とのＹ軸方向のずれＬ（図７参照）を、上記実施形態の寸法よりも小さくするとともに、ウェットエッチング加工を、＋Ｚ軸方向側のエッチングと−Ｚ軸方向側のエッチングとが貫通した時点で終了することにより、段部５４６の外形とすることができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記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る。

１…圧電振動子 ２…パッケージ ３…圧電振動片 ３１…第１振動腕部（振動腕部） ３２…第２振動腕部（振動腕部） ３３…第１支持腕部（支持腕部） ３４…第２支持腕部（支持腕部） ３５…基部 ４０…第１叉部（叉部） ４１，４２…叉部（第２叉部） ４５，１４５，２４５，３４５，４４５，５４５…突出部（第２突出部） ４６，１４６，２４６，３４６，４４６，５４６…段部（第２段部） ４６ａ，１４６ａ，２４６ａ，３４６ａ，４４６ａ，５４６ａ…第１傾斜部 ４６ｂ，１４６ｂ，２４６ｂ，３４６ｂ，４４６ｂ，５４６ｂ…第２傾斜部 ４６ｃ，１４６ｃ，２４６ｃ，３４６ｃ，４４６ｃ，５４６ｃ…連結部 Ｐ１…第１変曲点 Ｐ２…第２変曲点

Claims (4)

1. 一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の基端同士を接続する基部と、を備えた圧電振動片であって、
   前記振動腕部の長手方向と平行かつ前記一対の振動腕部の幅方向と直交する断面視で、前記一対の振動腕部の叉部には、前記振動腕部の先端側に突出する突出部が形成され、
   前記断面視で、前記突出部と反対側の部分には、段部が形成され、
   前記断面視で、前記段部は、
   前記基部の厚み方向の内側ほど前記突出部の側に位置するように前記基部の一面に対して傾斜する第１傾斜部と、
   前記基部の厚み方向の内側ほど前記突出部と反対側に位置するように前記基部の他面に対して傾斜する第２傾斜部と、
   前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とを連結する連結部と、
   を備え、
   前記断面視で、前記第１傾斜部と前記連結部との交点を第１変曲点とし、前記第２傾斜部と前記連結部との交点を第２変曲点としたとき、
   前記第１変曲点及び前記第２変曲点は、前記基部の厚み方向で前記突出部と重なることを特徴とする圧電振動片。
2. 前記基部に連結され且つ前記一対の振動腕部の幅方向の外方に配置された一対の支持腕部を更に備え、
   前記断面視で、前記支持腕部と前記基部との第２叉部には、前記振動腕部の先端側に突出する第２突出部が形成され、
   前記断面視で、前記第２突出部と反対側の部分には、第２段部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
3. 一対の振動腕部と、前記一対の振動腕部の基端同士を接続する基部と、前記基部に連結され且つ前記一対の振動腕部の幅方向の外方に配置された一対の支持腕部と、を備えた圧電振動片であって、
   前記振動腕部の長手方向と平行かつ前記一対の振動腕部の幅方向と直交する断面視で、前記一対の振動腕部の第１叉部と、前記支持腕部と前記基部との第２叉部との少なくとも一方には、前記振動腕部の先端側に突出する突出部が形成され、
   前記断面視で、前記突出部と反対側の部分には、段部が形成され、
   前記断面視で、前記段部は、
   前記基部の厚み方向の内側ほど前記突出部の側に位置するように前記基部の一面に対して傾斜する第１傾斜部と、
   前記基部の厚み方向の内側ほど前記突出部と反対側に位置するように前記基部の他面に対して傾斜する第２傾斜部と、
   前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とを連結する連結部と、
   を備え、
   前記断面視で、前記第１傾斜部と前記連結部との交点を第１変曲点とし、前記第２傾斜部と前記連結部との交点を第２変曲点としたとき、
   前記第１変曲点及び前記第２変曲点は、前記基部の厚み方向で前記突出部と重なることを特徴とする圧電振動片。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載された圧電振動片と、
   前記圧電振動片を収容するパッケージと、
   を備えることを特徴とする圧電振動子。

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