JP7026444B2 - 圧電振動片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動片の製造方法に関するものである。

例えば、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、キャビティが形成されたパッケージ内に圧電振動片を気密封止したものが知られている。
圧電振動子は年々小型化され、発振および周波数の安定化を図った、さらに小型のものが求められている。小型の圧電振動子に用いられる圧電振動片として、振動腕部と平行に延びた支持腕部を有し、振動腕部の先端部に錘部（ハンマーヘッド）が形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この圧電振動片の振動腕部は、例えば、ウエットエッチングで加工されている。

特許０５８８５８２５公報

しかし上記従来技術には以下の課題がある。
振動腕部の主面に溝部が形成されている場合、溝部をウエットエッチングで加工すると、水晶の異方性エッチング特有のＶ字溝形状に溝部が形成される。このため、溝部の電極と、振動腕部の側面の電極との間に発生する電界は、Ｖ字溝の形状に従い、それぞれが微妙に異なっていた。よって、安定した振動を得ることが非常に難しい。特に、溝部のアスペクト比が高くなるとＶ字溝形状が顕著になる。
この対策として、溝部をドライエッチングで加工する方法が挙げられるが、ドライエッチングでは溝部の溝深さ寸法の管理が困難になる。

本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、溝部の溝深さ寸法管理が容易で、さらに、発振および周波数の安定した圧電振動片および圧電振動片の製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するために本発明の一態様にかかる圧電振動片は、基部から延出する一対の振動腕部を有し、前記振動腕部の主面に沿って開口する溝部が形成された圧電振動片において、前記溝部は、アスペクト比が０．７以上に設定され、前記主面の幅方向に所定の溝幅寸法に形成された溝底部と、前記溝底部の側辺から前記開口側に向けて前記溝部の側壁部まで傾斜状に延びる傾斜部と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、アスペクト比が０．７以上の溝部に溝底部と傾斜部とを形成した。溝底部は、振動腕部の主面の幅方向に所定の溝幅寸法に形成されている。溝底部を所定の溝幅寸法に形成することにより、主面から傾斜部までの側壁部を振動腕部の側面に沿って平行に延ばすことができる。以下、溝部の開口から傾斜部までの側壁部を平行部という。
平行部を主面から傾斜部まで振動腕部の側面に沿って平行に延ばすことにより、平行部から傾斜面までの肉厚は均等な厚さ寸法に形成されている。よって、側面に設けられた励振電極と、溝部に設けられた励振電極との間にかかる電界が一定になり、振動腕部は安定した振動が得られる。これにより、圧電振動片の発振および周波数を安定させることができる。
また、傾斜部を溝底部の側辺から側壁部まで傾斜状に延ばした。よって、平行部を溝底部に直接連結する場合と比べて、平行部の端部に応力が集中することを抑えることができる。これにより、振動腕部（すなわち、圧電振動片）の耐衝撃性を高めることができる。

上記態様において、前記振動腕部の幅寸法が６０μｍ以下であってもよい。
この構成によれば、振動腕部の幅寸法を６０μｍ以下とすることにより、小型の圧電振動片を得ることができる。

上記態様において、前記振動腕部は、前記主面に沿って前記溝部が少なくとも２本形成されていてもよい。
この構成によれば、振動腕部の主面に溝部を２本に形成することにより、Ｑ値の低下を抑制しながら、ＣＩ値の低い圧電振動片を提供できる。

上記態様において、前記傾斜部は、前記溝底部の一方の側辺に形成される第一傾斜部と、前記溝底部の他方の側辺に形成される第二傾斜部と、を含み、前記第一傾斜部および前記第二傾斜部の溝幅方向の幅寸法が同一であってもよい。

この構成によれば、第一傾斜部と第二傾斜部との幅寸法を同一にすることにより、第一傾斜部と第二傾斜部との形状を近似させることができる。第一傾斜部側の側壁部は、肉厚が均等な厚さ寸法に形成されている。第二傾斜部側の側壁部は、肉厚が均等な厚さ寸法に形成されている。
よって、第一傾斜部側の側壁部に設けられた励振電極と、振動腕部の一方側の側面に設けられた励振電極との間にかかる電界が一定になる。また、第二傾斜部側の側壁部に設けられた励振電極と、振動腕部の他方側の側面に設けられた励振電極との間にかかる電界が一定になる。これにより、振動腕部は安定した振動が得られ、圧電振動片の発振および周波数を安定させることができる。

上記の課題を解決するために本発明の一態様にかかる圧電振動片の製造方法は、圧電材料からなる基板から、振動腕部を有する圧電振動片を分離形成する圧電振動片の製造方法であって、前記圧電振動片の外形をドライエッチングにより加工して、前記基板から前記圧電振動片を分離する分離加工工程と、前記振動腕部の主面に開口する溝部をドライエッチングにより途中の深さまで加工する第一溝加工工程と、前記途中の深さまで加工した溝部を、ウエットエッチングにより加工して前記溝部を形成する第二溝加工工程と、を備え、前記溝部は、前記主面の幅方向に所定の溝幅寸法に形成された溝底部と、前記溝底部の側辺から前記開口側に向けて前記溝部の側壁部まで傾斜状に延びる傾斜部と、を有することを特徴とする。

ここで、小型の圧電振動片は、振動腕部も小型に形成されている。このため、振動腕部に形成する溝部の幅寸法が小さく抑えられる。さらに、溝部のアスペクト比が高い場合、溝幅寸法に対して溝深さ寸法が大きくなる。アスペクト比とは溝幅寸法に対する溝深さ寸法の比をいう。
溝部のアスペクト比が高い場合、ウエットエッチングでは、溝部の側壁部を振動腕部の側面に沿って平行に形成することが難しくなる。

そこで、この構成によれば、第一溝加工工程において、溝部をドライエッチングにより途中の深さまで加工するようした。よって、溝部の側壁部を振動腕部の側面に沿って平行に形成することができる。
さらに、第二溝加工工程において、途中の深さまで加工した溝部をウエットエッチングにより加工して溝部を形成するようにした。よって、溝部の溝深さ寸法の管理がドライエッチングに比べて容易になる。
また、溝部の側壁部（以下、平行部という）を振動腕部の側面に沿って平行に形成することができる。よって、振動腕部の側面に設けられた励振電極と、溝部に設けられた励振電極との間にかかる電界が一定になり、振動腕部は安定した振動が得られる。これにより、圧電振動片の発振および周波数を安定させることができる。

加えて、第二溝加工工程において、ウエットエッチングで溝部を加工するようにした。よって、溝部に傾斜部を形成できる。これにより、平行部を溝底部に直接連結する場合と比べて、平行部の端部に応力が集中することを抑えることができる。すなわち、振動腕部（すなわち、圧電振動片）の耐衝撃性を高めることができる。

上記態様において、前記溝部はアスペクト比が０．７以上に設定されていてもよい。

この構成によれば、溝部のアスペクト比が０．７以上の高アスペクト比の場合においても、ドライエッチングと、ウエットエッチングとを組み合わせることにより、溝部の溝深さ寸法の管理が容易で、かつ、溝部に溝底部と傾斜部とを形成できる。
溝部に溝底部を形成することにより平行部を形成できる。これにより、振動腕部に高アスペクト比の溝部が形成されている場合でも、振動腕部は安定した振動が得られる。
また、溝部に傾斜部を形成することにより、平行部の端部に応力が集中することを抑えることができる。これにより、振動腕部（すなわち、圧電振動片）の耐衝撃性を高めることができる。

この発明の圧電振動片の一態様によれば、アスペクト比が０．７以上の溝部に溝底部と傾斜部とを形成した。これにより、圧電振動片の発振および周波数を安定させることができる。
また、この発明の圧電振動片の製造方法の一態様によれば、ドライエッチングの後にウエットエッチングで溝部を形成するようにした。これにより、溝部の溝深さ寸法を容易に管理でき、さらに、圧電振動片の発振および周波数を安定させることができる。

本発明に係る圧電振動子を分解した状態を示す斜視図である。 本発明に係るパッケージ本体の凹部に圧電振動片を取り付けた状態を示す平面図である。 本発明に係る振動腕部を示す図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿わせた断面図である。 本発明に係る振動腕部に第１励振電極および第２励振電極が設けられた状態を示す断面図である。 本発明に係る一対の振動腕部の外形をドライエッチング加工する外形加工工程を説明する断面図である。 本発明に係る一対の振動腕部に第一溝部および第二溝部を形成する第一溝加工工程および第二溝加工工程を説明する断面図である。

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。
［圧電振動子］
図１は本発明に係る圧電振動子１を分解した状態を示す斜視図である。
図１に示すように、圧電振動子１は、いわゆるセラミックパッケージタイプの表面実装型振動子である。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３と、を備えている。
なお、圧電振動子１は、外形が概略直方体状に形成されている。以下、圧電振動子１の長手方向を長手方向Ｌといい、短手方向を幅方向Ｗという。さらに、長手方向Ｌおよび幅方向Ｗに対して直交する方向を厚み方向Ｔという。

＜パッケージ＞
パッケージ２は、圧電振動片３を収容する凹部１７を有する。パッケージ２は、パッケージ本体５と、パッケージ本体５に対して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（リッド）６と、を備えている。
パッケージ本体５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、第２ベース基板１１および第３ベース基板１２と、第３ベース基板１２上に接合されたシールリング１３と、を備えている。

第１ベース基板１０、第２ベース基板１１および第３ベース基板１２は、上方（すなわち、厚さ方向Ｔの一方）に向けて開口する箱型に形成されている。第１ベース基板１０、第２ベース基板１１および第３ベース基板１２は、セラミックス材料からなり、厚さ方向Ｔに一体に積層されている。なお、各基板１０～１２に用いられるセラミックス材料としては、例えばアルミナ製のＨＴＣＣや、ガラスセラミックス製のＬＴＣＣ等を用いることが可能である。
ＨＴＣＣは、Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃの略記である。また、ＬＴＣＣは、Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃの略記である。

第１ベース基板１０の上面１０ａは凹部１７の底面を形成している。
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の幅方向Ｗ両側の内側面には、内方に突出するマウント部１４Ａ，１４Ｂが設けられている。マウント部１４Ａ，１４Ｂは、貫通部１１ａの長手方向Ｌの略中央に形成されている。

マウント部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が形成されている。一対の電極パッド２０Ａ，２０Ｂを「///」（斜線部）で示す。第１ベース基板１０の下面には、一対の外部電極２１Ａ，２１Ｂが長手方向Ｌ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り、不図示の配線を介して互いにそれぞれ導通している。

第３ベース基板１２には、第２ベース基板１１と同様に、貫通部１２ａが形成されている。第１ベース基板１０の上面１０ａ、第２ベース基板１１の貫通部１１ａおよび第３ベース基板１２の貫通部１２ａで凹部１７が形成されている。

シールリング１３は、第１ベース基板１０、第２ベース基板１１および第３ベース基板１２の外形よりも一回り小さい導電性の枠状部材である。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。
具体的には、シールリング１３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３ベース基板１２上に接合されている。あるいは、シールリング１３は、第３ベース基板１２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。

封口板６は、シールリング１３上に重ねられ、シールリング１３に対する接合によってパッケージ本体５に対して気密に接合されている。そして、封口板６、シールリング１３および凹部１７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。

＜圧電振動片＞
図２は本発明に係るパッケージ本体５の凹部１７に圧電振動片３を取り付けた状態を示す平面図である。
図２に示すように、圧電振動片３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。なお、以下の説明では、圧電材料として水晶を例に挙げて説明する。また、圧電振動子１の長手方向Ｌ、幅方向Ｗおよび厚み方向Ｔは、圧電振動片３の長手方向、幅方向および厚み方向と一致している。したがって、以下の説明では、圧電振動片３の長手方向、幅方向および厚み方向の各方向について、圧電振動子１の長手方向Ｌ、幅方向Ｗおよび厚み方向Ｔの各方向と同一の符号を付して説明する。

圧電振動片３は、いわゆるサイドアーム型の振動片である。具体的には、圧電振動片３は、一対の振動腕部３１，３２と、一対の振動腕部３１，３２を接続する基部３５と、基部３５に接続されている一対の支持腕部３３，３４と、を有している。

一対の振動腕部３１，３２は、長手方向Ｌに沿って延在するとともに互いに平行となるように並んで配置されている。一対の振動腕部３１，３２は、基端３１ｂ，３２ｂを固定端として、先端３１ａ，３２ａが自由端として振動する。一対の振動腕部３１，３２は、例えば、先端３１ａ，３２ａの幅寸法が拡大された、いわゆるハンマーヘッドタイプである。一対の振動腕部３１，３２の先端３１ａ，３２ａは、重量および振動時の慣性モーメントが増大させられている。これによって、一対の振動腕部３１，３２は振動し易くなり、一対の振動腕部３１，３２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、本実施形態では、ハンマーヘッドタイプの一対の振動腕部３１，３２を例に説明するが、一対の振動腕部３１，３２は、ハンマーヘッドタイプに限定されるものではない。

一対の振動腕部３１，３２のうち、一方の振動腕部３１には、第一溝部３６および第二溝部３７（図３も参照）が形成されている。第一溝部３６および第二溝部３７は、一方の振動腕部３１の両主面４１，４２（図３参照）上において、厚み方向Ｔに凹むとともに、長手方向Ｌに沿って延在されている。第一溝部３６および第二溝部３７は、一方の振動腕部３１の基端３１ｂから、先端３１ａ側の幅が拡大される部分に至る間に形成されている。
また、他方の振動腕部３２には、第一溝部３８および第二溝部３９が形成されている。第一溝部３８および第二溝部３９は、他方の振動腕部３２の両主面上において、厚み方向Ｔに凹むとともに、長手方向Ｌに沿って延在されている。第一溝部３８および第二溝部３９は、他方の振動腕部３２の基端３２ｂから、先端３２ａ側の幅が拡大される部分に至る間に形成されている。

一対の振動腕部３１，３２には、一対の振動腕部３１，３２を幅方向Ｗに振動させる２系統の第１励振電極５７および第２励振電極５８（図４参照）が設けられている。各励振電極５７，５８は、互いに電気的に絶縁された状態でパターニングされ、一対の振動腕部３１，３２を所定の周波数で振動させることができるように配設されている。

一対の振動腕部３１，３２の基端３１ｂ，３２ｂ同士が基部３５に接続されている。基部３５は、一対の振動腕部３１，３２よりも外側まで幅方向Ｗに延在している。基部３５には、一対の振動腕部３１，３２の基端３１ｂ，３２ｂが一体に接続固定されている。一対の支持腕部３３，３４は、一対の振動腕部３１，３２の両外側において、基部３５の幅方向Ｗ両端部にそれぞれ接続されている。

一対の支持腕部３３，３４は、基部３５から一対の振動腕部３１，３２の延出方向と同じ長手方向Ｌに沿って互いに平行に延在している。支持腕部３３は、電極パッド２０Ａに導電性接着剤２２で固定されている。支持腕部３４は、電極パッド２０Ｂに導電性接着剤２２で固定されている。これにより、圧電振動片３がパッケージ本体５の電極パッド２０Ａおよび電極パッド２０Ｂに実装されている。

一対の振動腕部３１，３２は、圧電振動片３のＷ方向の中心線を軸にして対称に形成されている。よって、一対の振動腕部３１，３２のうち、一方の振動腕部３１を振動腕部３１として説明し、他方の振動腕部３２の詳しい説明を省略する。

図３は本発明に係る振動腕部３１を示す図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿わせた断面図である。
図３に示すように、振動腕部３１は、第一主面４１と、第一主面４１と反対側に設けられた第二主面４２と、第一主面４１と第二主面４２とを接続する第一側面４３および第二側面４４と、を備えている。第一主面４１には、第一溝部３６が形成されている。第二主面４２には、第二溝部３７が形成されている。よって、振動腕部３１は断面Ｈ型に形成されている。

第一溝部３６は、第一平行部５１と、第二平行部５２と、第一傾斜部５３と、第二傾斜部５４と、溝底部５５と、を有する。
第一溝部３６は、アスペクト比が０．７以上に設定された高アスペクト比の溝である。アスペクト比とは（溝深さ寸法Ｄ１／開口３６ａの溝幅寸法）である。第一溝部３６は、第一主面４１から溝底部５５までの溝深さ寸法がＤ１に形成されている。
第一溝部３６のアスペクト比を、０．７以上の高アスペクト比に設定した理由について後で詳しく説明する。

溝底部５５は、第一主面４１の溝幅寸法Ｗ１が幅方向Ｗへ所定幅に形成されている。溝底部５５の一方の側辺５５ａに第一傾斜部５３が形成されている。第一傾斜部５３は、一方の側辺５５ａから第一溝部３６の開口３６ａ側に向けて第一側壁部５１の基端５１ａまで傾斜状に延びている。
第一溝部３６に溝幅寸法Ｗ１の溝底部５５が形成されることにより、第一側壁部５１が第一側面４３に沿って平行に延ばされる。以下、第一側壁部５１を第一平行部５１という。

溝底部５５の他方の側辺５５ｂに第二傾斜部５４が形成されている。第二傾斜部５４は、他方の側辺５５ｂから第一溝部３６の開口３６ａ側に向けて第二側壁部５２の基端５２ａまで傾斜状に延びている。
第一溝部３６に溝幅寸法Ｗ１の溝底部５５が形成されることにより、第二側壁部５２が第二側面４４に沿って平行に延ばされる。以下、第二側壁部５２を第二平行部５２という。

第一平行部５１は、第一主面４１から溝底部５５側の基端５１ａまでの深さ寸法がＤ２に形成されている。さらに、第二平行部５２は、第一主面４１から溝底部５５側の基端５２ａまでの深さ寸法がＤ３に形成されている。
第一平行部５１の深さ寸法Ｄ２は、例えば、第一溝部３６の溝深さ寸法Ｄ１の７５％以上に設定されている。また、第二平行部５２の深さ寸法Ｄ３は、例えば、第一溝部３６の溝深さ寸法Ｄ１の７５％以上に設定されている。

なお、前記実施形態では、第一平行部５１の深さ寸法Ｄ２や、第二平行部５２の深さ寸法Ｄ３を、第一溝部３６の溝深さ寸法Ｄ１の７５％以上に設定した例について説明するが、これに限定するものではなく、その他の深さ寸法に形成することも可能である。

第一平行部５１は、前述したように第一側面４３と平行に形成されている。よって、第一平行部５１と第一側面４３との間の第一肉厚は均等な厚さ寸法Ｔ１に形成されている。第二平行部５２は、前述したように第二側面４４と平行に形成されている。よって、第二平行部５２と第二側面４４との間の第二肉厚は均等な厚さ寸法Ｔ２に形成されている。
また、第一肉厚の厚さ寸法Ｔ１と、第二肉厚の厚さ寸法Ｔ２とは、同じ寸法に形成されている。

第二溝部３７は、第一主面４１と第二主面４２との間の中央部５６を中心にして第一溝部３６と対称に形成されている。よって、第二溝部３７の各構成部位に第一溝部３６の各構成部位と同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

図４は本発明に係る一対の振動腕部３１，３２に第１励振電極５７および第２励振電極５８が設けられた状態を示す断面図である。
振動腕部３１の第１励振電極５７と第２励振電極５８とは互いに電気的に絶縁された状態でパターニングされている。第１励振電極５７と第２励振電極５８に電位をかけることにより、第一溝部３６の第一平行部５１から第一側面４３に電界が生じ、第一溝部３６の第二平行部５２から第二側面４４に電界が生じる。
振動腕部３１は、一定の方向に電界が生じると一定の方向に伸縮する特性（電歪特性と称する。）を有する。これにより、電歪特性により振動腕部３１を歪ませて振動を発生させて、一対の振動腕部３１，３２を幅方向Ｗに振動させることができる。

ここで、振動腕部３１は、第一平行部５１が第一側面４３と平行に形成され、第一肉厚は均等な厚さ寸法Ｔ１に形成されている。また、第二平行部５２が第二側面４４と平行に形成され、第二肉厚は均等な厚さ寸法Ｔ２に形成されている。さらに、第一肉厚の厚さ寸法Ｔ１と、第二肉厚の厚さ寸法Ｔ２とは、同じ寸法に形成されている。
これにより、第１励振電極５７と第２励振電極５８との間にかかる電界は一定になり、振動腕部３１は安定した振動が得られる。

他方の振動腕部３２は、振動腕部３１と圧電振動片３のＷ方向の中心線を軸にして対称に形成されている。よって、他方の振動腕部３２の第１励振電極と第２励振電極とに、振動腕部３１の第１励振電極５７と第２励振電極５８と同じ符号を付して詳しい説明を省略する。他方の振動腕部３２においても、第１励振電極５７と第２励振電極５８との間にかかる電界は一定になり、他方の振動腕部３２は安定した振動が得られる。
これにより、圧電振動片３の発振および周波数を安定させることができる。

図３に戻って、第一平行部５１の基端５１ａと溝底部５５の一方の側辺５５ａとが第一傾斜部５３で傾斜状に連結されている。第二平行部５２の基端５２ａと溝底部５５の他方の側辺５５ｂとが第二傾斜部５４で傾斜状に連結されている。
よって、第一平行部５１および第二平行部５２を溝底部５５に直接連結する場合と比べて、第一平行部５１の基端５１ａと、第二平行部５２の基端５２ａとに応力が集中することを抑えることができる。
これにより、振動腕部３１（すなわち、圧電振動片３）の耐衝撃性を高めることができる。

つぎに、本発明に係る一対の振動腕部３１，３２を形成する圧電振動片３の製造方法を図５、図６に基づいて説明する。
なお、図５、図６の圧電振動片３の製造方法において、一対の振動腕部３１，３２は同様に製造される。よって、圧電振動片３の製造方法の理解を容易にするために、一対の振動腕部３１，３２のうち一方の振動腕部３１について詳しく説明して、他方の振動腕部３２の詳しい説明を省略する。

図５は本発明に係る一対の振動腕部３１，３２の外形をドライエッチング加工する外形加工工程を説明する断面図である。
図５（ａ）のマスキング工程において、圧電材料からなる基板６１の表面６１ａと裏面６１ｂとにＣｒ（クロム）でマスキング処理を施してエッチング保護膜６３を成膜する。以下、Ｃｒでマスキング処理が施されたエッチング保護膜６３をＣｒマスク６３という。
Ｃｒマスク６３、およびＣｒマスク６３とＣｒマスク６３との間の基板６１にＡｕ（金）のマスキング処理を施してエッチング保護膜６４を成膜する。以下、Ａｕでマスキング処理が施されたエッチング保護膜６４をＡｕマスク６４という。

図５（ｂ）の分離加工工程において、一対の振動腕部３１，３２の外形をドライエッチングにより加工して、基板６１から一対の振動腕部３１，３２を分離する。
例えば、一対の振動腕部３１，３２を四フッ化炭素などのフッ素系ガスを用いてドライエッチングをおこなう。

図５（ｃ）のＡｕマスク６４の除去工程において、基板６１（図５（ａ）参照）から分離した一対の振動腕部３１，３２からＡｕマスク６４を除去する。一対の振動腕部３１，３２にＣｒマスク６３のみを残す。

図６は本発明に係る一方の振動腕部３１に第一溝部３６および第二溝部３７を形成し、他方の振動腕部３２に第一溝部３８および第二溝部３９を形成する第一溝加工工程および第二溝加工工程を説明する断面図である。

図６（ａ）の第一溝加工工程において、一方の振動腕部３１の第一主面４１に第一溝部３６をドライエッチングにより途中の深さまで加工する。第一溝部３６の第一平行部５１および第二平行部５２が、一方の振動腕部３１の第一主面４１から第一溝部３６の溝底部５５（図６（ｂ）参照）の途中までドライエッチングにより加工される。
これにより、第一平行部５１は途中まで、一方の振動腕部３１の第一側面４３に沿って平行に加工される。また、第二平行部５２は途中まで、一方の振動腕部３１の第二側面４４に沿って平行に加工される。

一方の振動腕部３１の第二主面４２に第二溝部３７をドライエッチングにより途中の深さまで加工する。第二溝部３７の第一平行部５１および第二平行部５２が、一対の振動腕部３１，３２の第二主面４２から第二溝部３７の溝底部５５（図６（ｂ）参照）の途中までドライエッチングにより加工される。
これにより、第一平行部５１は途中まで、一方の振動腕部３１の第一側面４３に沿って平行に加工される。また、第二平行部５２は途中まで、一方の振動腕部３１の第二側面４４に沿って平行に加工される。

特に、小型の圧電振動片は、振動腕部も小型に形成される。一例として、小型の振動腕部の幅寸法は６０μｍ以下に形成される。よって、第一溝部３６および第二溝部３７のアスペクト比が高くなる。すなわち、溝幅寸法に対して溝深さ寸法が大きくなる。よって、ウエットエッチングでは、水晶の異方性エッチング特有のＶ字溝形状に溝部が形成される。このため、第一平行部５１および第二平行部５２を第一側面４３および第二側面４４に沿って平行に形成することが難しくなる。

そこで、第一溝部３６および第二溝部３７をドライエッチングにより途中の深さまで加工するようした。よって、第一平行部５１および第二平行部５２を第一側面４３および第二側面４４に沿って平行に形成できる。
第一溝部３６および第二溝部３７は、一例として、ドライエッチングにより、溝深さ寸法Ｄ１（図３参照）の７０％の深さまで加工される。

図６（ｂ）の第二溝加工工程において、一方の振動腕部３１において、一例として、途中の深さまで加工した第一溝部３６の残り３０％を、ウエットエッチングにより加工して第一溝部３６を最後まで形成する。例えば、一対の振動腕部３１，３２を薬液（ヨウ素）に浸漬してウエットエッチングをおこなう。
ウエットエッチングにより、第一溝部３６の第一平行部５１および第二平行部５２のうち残りの部位を形成する。さらに、ウエットエッチングにより、第一傾斜部５３と、第二傾斜部５４と、溝底部５５とを加工して第一溝部３６を形成する。

ここで、第一溝部３６をドライエッチングで途中の深さまで加工した後、ウエットエッチングで第一溝部３６を最後まで加工することにより、溝底部５５を溝幅寸法Ｗ１（図３参照）の所定幅に形成できる。
これにより、第一平行部５１のうち残りの部位を、ウエットエッチングにより、第一側面４３に沿って平行に形成できる。また、第二平行部５２のうち残りの部位を、ウエットエッチングにより、第二側面４４に沿って平行に形成できる。

また、一方の振動腕部３１において、途中の深さまで加工した第二溝部３７をウエットエッチングにより加工して第二溝部３７を形成する。ウエットエッチングにより、第二溝部３７の第一平行部５１および第二平行部５２のうち残りの部位を形成する。さらに、ウエットエッチングにより、第一傾斜部５３と、第二傾斜部５４と、溝底部５５とを加工して第二溝部３７を形成する。

さらに、第二溝部３７をドライエッチングで途中の深さまで加工した後、ウエットエッチングで第二溝部３７を最後まで加工することにより、溝底部５５を溝幅寸法Ｗ１（図３参照）の所定幅に形成できる。
これにより、第一平行部５１のうち残りの部位を、ウエットエッチングにより、第一側面４３に沿って平行に形成できる。また、第二平行部５２のうち残りの部位を、ウエットエッチングにより、第二側面４４に沿って平行に形成できる。
このように、途中の深さまで加工した第一溝部３６および第二溝部３７をウエットエッチングにより加工することにより、第一溝部３６および第二溝部３７の溝深さ寸法Ｄ１の管理がドライエッチングに比べて容易になる。

なお、実施形態において、第一溝部３６および第二溝部３７をドライエッチングで溝深さ寸法Ｄ１の７０％の深さまで加工し、残り３０％をウエットエッチングで加工する例について説明したがこれに限定するものではない。ドライエッチングで加工する溝深さ寸法と、ウエットエッチングで加工する溝深さ寸法とは、適宜選択が可能である。

例えば、ドライエッチングを９０％以上の深さまで加工して、残りをウエットエッチングで加工してもよい。ウエットエッチングの加工を短くした場合は水晶の異方性が出にくく、第一傾斜部５３と第二傾斜部５４との幅寸法が同一になる。
第一傾斜部５３と第二傾斜部５４との幅寸法について説明する。

図３に示すように、第一傾斜部５３の幅寸法とは、第一傾斜部５３の上端（すなわち、第一側壁部５１の基端５１ａ）から第一傾斜部５３の下端（すなわち、溝底部５５の一方の側辺５５ａ）間において溝底部５５に沿った溝幅方向の寸法である。
第二傾斜部５４の幅寸法とは、第二傾斜部５４の上端（すなわち、第二側壁部５２の基端５２ａ）から第二傾斜部５４の下端（すなわち、溝底部５５の他方の側辺５５ｂ）間において溝底部５５に沿った溝幅方向の寸法である。
第一傾斜部５３と第二傾斜部５４との幅寸法を同一にすることにより、第一傾斜部５３と第二傾斜部５４との形状も近似する。第一平行部５１は、第一傾斜部５３までの肉厚が均等な厚さ寸法Ｔ１に形成されている。第二平行部５２は、第二傾斜部５４までの肉厚が均等な厚さ寸法Ｔ２に形成されている。

第一肉厚の厚さ寸法Ｔ１と、第二肉厚の厚さ寸法Ｔ２とは、同じ寸法に形成されている。よって、第一側面４３に設けられた励振電極５７と、第一溝部３６に設けられた励振電極５８との間にかかる電界が一定になる。また、第二側面４４に設けられた励振電極５７と、第一溝部３６に設けられた励振電極５８との間にかかる電界が一定になる。これにより、振動腕部３１は安定した振動が得られ、圧電振動片３の発振および周波数を安定させることができる。

図６（ｃ）のＣｒマスク６３の除去工程において、第一溝部３６および第二溝部３７が形成された一方の振動腕部３１からＣｒマスク６３（図６（ｂ）参照）を除去する。
これにより、圧電振動片３の製造方法により、圧電振動片３の一方の振動腕部３１に第一溝部３６および第二溝部３７を形成できる。
同様に、圧電振動片３の他方の振動腕部３２に第一溝部３８および第二溝部３９を形成できる。

このように、ドライエッチングの後にウエットエッチングで第一溝部３６、第二溝部３７などを加工することにより、アスペクト比が０．７以上の高アスペクト比の溝部を加工することが可能になる。
アスペクト比が０．７以上の高アスペクト比の第一溝部３６、第二溝部３７などを、ドライエッチングとウエットエッチングとを組み合わせて加工する理由を図３も参照にして説明する。

すなわち、溝部のアスペクト比が０．７以上の高アスペクト比の場合、溝部をウエットエッチングにみで加工すると、水晶の異方性エッチング特有のＶ字溝形状に溝部が形成される。このため、実施形態の第一溝部３６や第二溝部３７のように、溝幅寸法Ｗ１の溝底部５５を形成できない。よって、第一側面４３や第二側面４４に対して平行な第一平行部５１や第二平行部５２を形成できない。このため、圧電振動片の発振および周波数を安定させることが難しい。

一方、アスペクト比が０．７以上の高アスペクト比の溝部をドライエッチングのみで加工する場合、実施形態の第一傾斜部５３や第二傾斜部５４を除去した状態に溝部が形成される。すなわち、ドライエッチングのみで溝部を加工する場合、実施形態の第一平行部５１や第二平行部５２が溝底部５５に直接連結される。
このため、第一平行部５１と溝底部５５との連結部や、第二平行部５２と溝底部５５との連結部に応力が集中し、耐衝撃性を確保する工夫が要求される。
さらに、溝部をドライエッチングのみで加工する場合、溝部の深さ寸法の管理が難しい。

そこで、第一溝部３６や第二溝部３７などをドライエッチングで途中まで加工し、途中からウエットエッチングで最後まで加工するようにした。
これにより、アスペクト比が０．７以上の高アスペクト比の溝部に、第一平行部５１や第二平行部５２を形成でき、圧電振動片３の発振および周波数を安定させることができる。これにより、例えば、振動腕部の幅寸法を６０μｍ以下とすることが可能となり、小型の圧電振動片を得ることができる。
また、第一傾斜部５３や第二傾斜部５４を形成でき、振動腕部３１（すなわち、圧電振動片３）の耐衝撃性を高めることができる。さらに、第一溝部３６および第二溝部３７の溝深さ寸法Ｄ１の管理がドライエッチングに比べて容易になる。

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態では、いわゆるサイドアーム型の圧電振動片３について説明したが、これに限らない。その他の例として、いわゆるセンタアーム型の圧電振動片に本発明を適用することも可能である。さらに、圧電振動片の基部をパッケージに接合する型の圧電振動片に本発明を適用することも可能である。

また、前記実施形態では、振動腕部３１の第一主面４１に第一溝部３６を１本形成した例について説明したが、これに限定しない。その他の例として、振動腕部３１の第一主面４１に溝部を２本並列に形成することも可能である。
この場合、溝部の幅寸法はさらに小さくなり、溝部のアスペクト比は一層高くなる。一例として、各溝部のアスペクト比は４以上と高くなる。アスペクト比が４以上の溝部でも、ドライエッチングの後にウエットエッチングで加工することが可能になり、実施形態の製造方法をより効果的に用いることができる。
振動腕部３１の第一主面４１に溝部を２本に形成することにより、Ｑ値の低下を抑制しながら、ＣＩ値の低い圧電振動片を提供できる。

１………圧電振動子
２………パッケージ
３………圧電振動片
３１，３２…一対の振動腕部
３３，３４…一対の支持腕部
３５……基部
３６，３８……第一溝部（溝部）
３７，３９……第二溝部（溝部）
４１……第一主面（主面）
４２……第二主面（主面）
４３……第一側面（側面）
４４……第二側面（側面）
５１……第一平行部（平行部）
５２……第二平行部（平行部）
５１ａ，５２ａ…端部（平行部の端部）
５３……第一傾斜部（傾斜部）
５４……第二傾斜部（傾斜部）
５５……溝底部
５５ａ…溝底部の一方の側辺
５５ｂ…溝底部の他方の側辺
６１……基板
Ｄ１……溝深さ寸法
Ｗ１……溝深さ寸法

Claims (2)

1. 圧電材料からなる基板から、振動腕部を有する圧電振動片を分離する圧電振動片の製造方法であって、
   前記圧電振動片の外形をドライエッチングにより加工して、前記基板から前記振動腕部を分離する分離加工工程と、
   前記振動腕部の主面に開口する溝部をドライエッチングにより途中の深さまで加工する第一溝加工工程と、
   前記途中の深さまで加工した溝部を、ウエットエッチングにより加工して前記溝部を形成する第二溝加工工程と、を備え、
   前記溝部は、
   前記主面の幅方向に所定の溝幅寸法に形成された溝底部と、
   前記溝底部の側辺から開口側に向けて前記溝部の側壁部まで傾斜状に延びる傾斜部と、を有することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
2. 前記溝部は前記主面の幅方向における開口幅寸法に対する溝深さ寸法のアスペクト比が０．７以上に設定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の製造方法。

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