JP7079607B2 - 圧電振動片、圧電振動子、及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動片、圧電振動子、及び製造方法に係り、詳細には、音叉型水晶を用いた技術に関する。

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音叉型に形成した圧電振動片を使用した圧電振動子が用いられる。
このような音叉型の圧電振動片では、振動腕部の先端部分に金属の重り膜を形成し、この膜をトリミングすることで周波数調整を行っている（例えば、特許文献１）。すなわち、パッケージにマウントした圧電振動片を発振させ、周波数を測定しながら、パルス幅がナノ～ピコ秒でレーザを照射して重り膜を溶融除去することで、その質量を減らすようにトリミングすることで、周波数調整を行っている（特許文献１）。
このレーザによりトリミングを行う場合、溶融させる重り膜の面を下向きにし、圧電振動片の上面側（重り膜と反対側）からレーザを当てることで溶融除去した重り膜をパッケージ底面に設けた凹み部分で受けるようにしている。

図７は、従来のレーザにより重り膜を溶融除去した後の振動腕部先端の状態を表したものである。
従来のレーザによる周波数調整では、レーザＬｎを照射した領域の重り膜７５０全体が溶融除去されるため、さらなる周波数調整精度を向上させることはできなかった。
特に、３ｍｍ×２ｍｍ以下といった小型の圧電振動片の場合には、トリミング対象となる重り膜の面積が小さくなるため、より細かく精度が高いトリミングが周波数調整に必要とされている。

また、従来の周波数調整では、図７に示すように、レーザＬｎにより重り膜７５０を溶融除去させているため、溶融除去後に残った重り膜７５０の周囲には、主面や側面にデブリ７５１、７５２が発生していた。
そして、例えば図７（ａ）に示すように、残った重り膜７５０の端面にデブリが発生する。このデブリの発生幅ｗ１は、例えばレーザＬｎのスポット径が２０μｍであれば、ほぼ同程度のばらつき幅ｗ１＝２０μｍと大きいため、長手方向の中心線Ｐに対する左右のバランスが崩れる原因となっていた。図７（ａ）に示した例では、長手方向の中心線Ｐに対して、左側に発生したデブリ量が右側よりも多くなっている。
デブリ７５１、７５２は、振動腕部の中心線Ｐの左右だけでなく、両振動腕部での発生量が異なることで、振動腕のバランスが崩れてしまい、振動漏れによる悪影響を及ぼしてしまうという課題がある。

更に、重り膜７５０が下向きの状態で溶融するため、図７（ａ）に示すように、主面に形成されたデブリ７５１はめくれた状態となり、振動により・がれ落ちる可能性があった。デブリが振動によって落ちると、振動腕部の左右のバランスが崩れると共に、重さの変化で周波数に影響する可能性がある。
一般に、圧電振動片が小型化するほど、重量を確保するために重り膜７５０を厚くする必要があるため、レーザＬｎで重り膜７５０を溶融除去した際によりデブリ７５１が発生し易くなる。このため小型の圧電振動片ほど、デブリによる左右バランスの崩れや振動漏れといった課題も大きかった。

特開２００３－１３３８７９号公報

本発明は、音叉型の圧電振動片において、より高い周波数精度を実現することを目的とする。

（１）請求項１に記載の発明では、内側に実装部を備えたパッケージ内に実装される、水晶で音叉型に形成された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、前記１対の振動腕部に形成された２系統の電極と、前記振動腕部における先端部に金属で形成された周波数調整用の重り膜と、を備え、前記重り膜は、前記振動腕部における主面と直交する先端面に形成され、隣接する２つの領域の厚さが異なることで段差が形成されている、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、前記重り膜は、前記振動腕部における先端部の少なくとも一方の主面に形成され、長さ方向で隣接する２つの領域の厚さが異なることで段差が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記重り膜は、前記振動腕部の先端部側ほど薄く形成されている、ことを特徴とする請求項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、前記基部から前記振動腕部の外側に延出して形成された支持腕部で前記実装部に実装されるサイドアーム型、前記基部から前記振動腕部の間に延出して形成された支持単腕部で前記実装部に実装されるセンターアーム型、又は、前記基部が前記実装部に実装される片持ち型、であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１の請求項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、内側に実装部を備えたパッケージと、前記実装部に実装された、請求項１から請求項４のうちの何れか１の請求項に記載の圧電振動片と、前記実装部から前記パッケージの外部まで形成された外部電極部と、を有することを特徴とする圧電振動子を提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、少なくとも基部と前記基部から並んで延設された１対の振動腕部を有する音叉型の圧電振動片の外形を形成する外形形成工程と、前記振動腕部に２系統の電極を形成する電極形成工程と、前記振動腕部の先端側の主面と、前記主面と直行する先端面に周波数調整用の重り膜を形成する重り膜形成工程と、前記重り膜を除去することで周波数を調整する周波数調整工程と、を備え、前記周波数調整工程は、前記重り膜の厚さ方向の一部を除去することにより、長さ方向に３つ以上の領域を形成し、それぞれ異なる厚さにすることで前記主面に段差を形成し、隣接する２つの領域の厚さが異なる段差を前記先端面に形成する、ことを特徴とする圧電振動片の製造方法を提供する。
（７）請求項７に記載の発明では、前記周波数調整工程は、フェムト秒レーザを直接照射することで、前記重り膜の厚さ方向の一部を除去する、ことを特徴とする請求項６に記載の圧電振動片の製造方法を提供する。
（８）請求項８に記載の発明では、前記周波数調整工程は、前記振動腕部の先端側の第１領域に対して粗調整を行い、その後、前記第１領域よりも前記基部側の第２領域で微調整を行う、ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の圧電振動片の製造方法を提供する。
（９）請求項９に記載の発明では、請求項６、請求項７、又は請求項８の各工程により圧電振動片を製造する工程と、前記圧電振動片を、パッケージ内に形成された実装部に実装する実装工程と、前記パッケージを封止する封止工程と、を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法を提供する。
（１０）請求項１０に記載の発明では、前記実装工程と封止工程の間に、前記実装した圧電振動片の前記重り膜に対してイオンリミングを行う最終周波数調整工程、を有することを特徴とする請求項９に記載の圧電振動子の製造方法を提供する。

本発明によれば、圧電振動片の両振動腕部の先端部に形成した重り膜に、長さ方向の隣接する２つの領域の厚さが異なることで段差が形成されているので、より高い周波数精度を得ることができる。

振動腕部先端に形成した重り膜の段差を表した説明図である。 フェムト秒レーザＬｆによる重り膜の削除方法についての説明図である。 フェムト秒レーザＬｆにより重り膜の一部を除去した状態を表した説明図である。 フェムト秒レーザＬｆによる重り膜除去の変形例について表したものである。 圧電振動片を収容した圧電振動子の分解斜視図である。 圧電振動片の他の形状についての説明図である。 従来のレーザにより重り膜を溶融除去した後の振動腕部先端の状態を表した説明図である。

以下、本発明の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は、振動腕部７（７ａ、７ｂ）の先端部に設けた重り膜７５の所定領域全体（全厚さ分）を溶融除去するのではなく、その長手方向に沿って段差が生じるように、重り膜７５の表面側から厚さ方向の一部を薄く除去することにより、段差を設けるようにしたものである。
重り膜７５の除去は、レーザによるが、従来のようにパルス幅がナノ～ピコ秒のレーザＬｎではなく、パルス幅がピコ～フェムト秒のフェムト秒レーザＬｆを、直接重り膜７５に照射することで、非熱的加工を行う。このフェムト秒レーザＬｆにより、重り膜７５の厚さＮμｍに対して、厚さｎμｍ（ｎ＜Ｎ）を除去することで、重り膜７５に段差が形成され、精度の高い周波数調整が可能になる。
振動腕部７の主面に形成した重り膜７５に対し、長手方向にｎ箇所の領域（例えば、先端側からＡ、Ｂ、Ｃの３領域）に分け、各領域の面積や、加工厚（削る厚さ）を周波数の調整量に応じて調整することで、段差を設ける。この際、先端側の領域ほど薄くなるように段差を形成することで、より精度の高い圧電振動片６を得ることができる。
除去する厚さは、当該領域をフェムト秒レーザＬｆでスキャンする回数及び／又はパルス幅により調整する。

このように、フェムト秒レーザＬｆを用いて非熱的加工により、周波数調整用の重り膜７５の一部の厚さを薄くする加工をして段差を設けることで、圧電振動片６の周波数精度を高くすることができる。
また、非熱的加工をフェムト秒レーザＬｆにより行うので、溶融除去によるデブリの発生をなくすことができる。これにより、振動腕部７毎のバランスだけで無く、両振動腕部７ａ、７ｂ間のバランスもとれた周波数調整を行うことができ、振動漏れを押さえることができる。
また、周波数調整後の重り膜７５にデブリが存在しないため、振動によってデブリが取れて周波数が変化してしまう、ということが防止される。

（２）実施形態の詳細
本実施形態は、水晶を使用した音叉型の圧電振動片６であり、その詳細は図５で後述するが、基部８から１対の振動腕部７（７ａ、７ｂ）が延設されると共に、圧電振動片６をパッケージ２内で支持するための支持腕部９（９ａ、９ｂ）が形成されている。
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。
そして、振動腕部７の長手方向の先端部（溝部７２よりも先端側）には、周波数調整用の重り膜７５が形成されている。

図１は、本実施形態の圧電振動片における、振動腕部７の先端形状を表したものである。なお、図１～３では、１対の振動腕部７のうちの一方の先端部について表している。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、振動腕部７の先端部には、周波数調整用の重り膜７５が主面全体に形成されている。この重り膜７５は、Ａｕ等の金属材料が使用され、真空蒸着等の各種方法により形成される。なお、本実施形態では一方の主面だけに重り膜７５が形成されているが、重り膜７５に直接フェムト秒レーザＬｆを照射するので、両面や側面に形成することも可能である。
本実施形態による振動腕部７の先端の重り膜７５は、図１（ａ）に示すように、長手方向に先端からＡ、Ｂ、Ｃの領域が形成されている。図１（ａ）では、Ａ～Ｃの各領域は長さ方向に三等分されているが、実際には、周波数の調整量に対応して削除する体積（重量）により異なる。また、調整する周波数の状況に応じて、３以上の領域としてもよく、また２領域としてもよい。

圧電振動子は各種サイズに形成されるが、特に、圧電振動片を収容する圧電振動子が、２．０ｍｍ×１．２ｍｍ、１．６ｍｍ×１０ｍｍ、１．２ｍｍ×１．０ｍｍ、といった小型の圧電振動子ほど、本実施形態の効果が得られる。
そして、圧電振動片は圧電振動子のサイズに応じて形成されるが、例えば、１．６ｍｍ×１０ｍｍサイズの圧電振動子の場合、圧電振動片は、概略長さ１ｍｍ×幅０．５ｍｍ、厚さ０．１ｍに形成される。
一方、振動腕部７先端部には、フェムト秒レーザＬｆによる周波数調整前の状態では、重り膜７５の厚さＮ＝３μｍに形成され、各領域に対する必要な調整量に応じて、削り取る重り膜７５の面積と厚さが決められる。削り取る厚さについては、同一領域に対するスキャンの回数で調整される。

音叉型の圧電振動片は、振動腕部７の根元側から先端側にいくにつれて周波数感度が大きくなる。
従って、周波数調整では、領域Ａ、Ｂを対象として粗調整が、領域Ｂ、Ｃを対象として微調整が行われる。領域Ｂは、調整量に応じて粗調整、微調整の対象となる。
本実施形態では、各領域Ａ～Ｃにおける重り膜７５の厚さは、図１（ｂ）に示すように、先端側の領域Ａが最も薄く、一番手前側（基部８側）の領域Ｃが最も厚く、中間の領域Ｂはその間の厚さになっている。これにより、領域Ａと領域Ｂの境界面と、領域Ｂと領域Ｃの境界面で段差が形成されている。具体的には、図１（ｂ）に示した振動腕部７では、最先端の領域Ａで粗調整量を多くし、中央の領域Ｂで微調整を少し行った状態で調整が完了した状態であり、領域Ｃは元の厚さのままの状態になっている。

但し、各領域Ａ～Ｃの領域内での削除量は各圧電振動片毎に、必要な周波数調整量に応じた削除面積と厚さが決められる。
このため、各領域Ａ～Ｃは粗調整～微調整の目安範囲であり、同一領域内であっても、同一の粗、中、微調整内に収まった境界部分で段差が形成される場合もある。
従って、例えば図（ｃ）～（ｅ）に示すように、先端側よりも根元側の方が薄くなる場合もある。
例えば、図１（ｃ）に示した振動腕部７では、比較的調整幅が小さかった場合で、最先端の領域Ａは元の厚さのままで、領域Ｂに対して粗調整が行われ、Ｃ領域で微調整が行われた状態である。
図１（ｄ）に示した振動腕部７も、比較的調整幅が小さかった場合で、Ａ領域とＢ領域で粗調整を行い、更にＢ領域で微調整を行った状態で、領域Ｃは元の厚さのままである。
図１（ｅ）に示した振動腕部７は、領域Ａに対して粗調整を行い、Ｃ領域に対して微調整を行った状態で、領域Ｂは元の厚さのままである。

次に、本実施形態による振動腕部７先端部の加工方法について説明する。
図２は、フェムト秒レーザＬｆによる重り膜の削除方法についての説明図である。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、振動腕部７の先端部には、所定厚さＮ（＝３μｍ）の重り膜７５が形成される。なお、図２で示した本実施形態の重り膜７５は、振動腕部７における一方の主面に形成されるが、両面に形成する場合や、側面を含めた全周囲に形成するようにしてもよい。
この重り膜７５を上側に向け、図２（ｃ）に示すように、フェムト秒レーザＬｆを重り膜７５に直接（振動腕部７を透過させることなく）照射することで、非熱的加工により所定厚さ分の重り膜７５を削り取る。
このトリミング加工では、各領域において、フェムト秒レーザＬｆをスキャンすることで、重り膜７５の厚さＮμｍに対して、厚さｎμｍ（ｎ＜Ｎ）だけ削り取ることで、周波数調整を行い、スキャンした領域の端部に段差が形成される。

本実施形態で使用するフェムト秒レーザＬｆは、例えば、波長５１５ｎｍ、スポット径ｐ１＝１０μｍ、パルス幅１００ｆｓである。
このフェムト秒レーザＬｆを、幅方向に往復方向及び長さ方向に、移動ピッチｐ２（例えば、ｐ２＝ｐ１／２＝５μｍ）でスキャンすることで、所定面積の重り膜７５を除去する。
上述したように音叉型の圧電振動片は、振動腕部７の根元側から先端側にいくほど周波数感度が大きくなるので、先に先端側の領域から粗調整を行い、その後に根元側の領域で微調整を行う。すなわち、所望周波数（狙い周波数）からのズレ量が大きい場合には、先端側の領域（領域Ａ、Ｂ）を削って粗調整を行う。粗調整によって狙い周波数に近づいた後は、根元に近い領域（領域Ｂ、Ｃ）を除去することで微調整を行い、これにより効果的かつ最終追い込みを精度良く調整することができる。

粗調整、微調整は、周波数の調整幅に応じて、除去する領域や、除去する厚さを変更する。除去する厚さは、当該領域をフェムト秒レーザＬｆでスキャンする回数及び／又はパルス幅により調整する。
具体的には、圧電振動片の周波数を測定し、所望の周波数からのズレ量に応じて、フェムト秒レーザＬｆを重り膜７５に照射することで、所定周波数内に合わせ込む。
フェムト秒レーザＬｆは、図２（ｃ）に示すように、ｐ１のスポットの一部が重なるように、移動ピッチｐ２で幅方向に往復移動しながら、長手方向に移動することで所定領域の重り膜７５を除去する。

図３は、フェムト秒レーザＬｆにより重り膜７５の一部を除去した状態について、（ａ）は側断面を（ｂ）は上面を表したものである。
従来のナノ～ピコ秒のパルス幅のレーザＬｎでは、照射領域の重り膜全体を熱により溶融除去しているため、図７に示すように、照射領域の境界面にデブリが発生し、より小型化した圧電振動片の周波数調整が困難であると共に、デブリによった振動腕間のバランスが崩れて振動漏れの可能性がある。
これに対して本実施形態によるフェムト秒レーザＬｆは、フェムト秒単位のパルスレーザを重り膜７５表面に照射することで、固体構成物質が原子、分子、プラズマ状態となって爆発的に放出され（アブレーション）、非熱的加工により除去している。
これにより、図３（ａ）に示すように、フェムト秒レーザＬｆの照射領域において重り膜７５の厚さ方向の一部を除去し、段差ｄを形成することが可能になる。その結果、より小型化した圧電振動片に対しても、精度の高い周波数調整が可能である。

また、図３（ｂ）に示すように、フェムト秒レーザＬｆの照射領域の境界におけるデブリの発生がないため、段差ｄを形成している幅方向の境界面の粗さ（中心線Ｐと直交する幅方向の仮想直線に対する、フェムト秒レーザＬｆの照射による加工端のばらつき幅）は、ほぼフェムト秒レーザＬｆのスポット径の１／２程度に抑制されている。
本実施形態では、上述したようにスポット径が１０μｍのフェムト秒レーザＬｆを使用しているため、実際の段差ｄでのばらつき幅ｗ２＝５μｍ程度に抑制され、図７で示した従来の幅ｗ１＝２０μｍに比べて大きく抑制されている。
このように、本実施形態によれば、デブリの発生をなくすと共に、振動腕部７の中心線Ｐに対する左右のバランスや、両振動腕部７のバランスを取ることができる。
この圧電振動片を使用することで、より振動漏れが小さい圧電振動子を形成することができる。
なお、境界面のばらつき幅は、フェムト秒レーザＬｆのスポット径や移動ピッチｐ２によるが、振動腕部７のバランス精度の向上や振動漏れの抑制の観点から、腹付き幅ｗ２は１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下とする。

なお、本実施形態では、重り膜７５を厚さ方向の一部を除去する（薄くする）が、フェムト秒レーザＬｆによるスキャンを複数回行うことで、厚さ方向の全体を除去し振動腕部７を露出させるようにしてもよい。
この場合、振動腕部７を露出させるので、異なる厚さを残すことで段差を形成することによる微細な除去量を調整することはできない。
しかし、隣接する領域間に重り膜７５同士の段差は形成されないが、振動腕部７が露出した側の重り膜７５の端面は、図３（ｂ）に示すように、ほぼ直線状態であり、共感面の粗さはフェムト秒レーザＬｆのスポット径の１／２程度（＝５μｍ程度）に抑制されている。従って、重り膜７５を振動腕部７が露出するまで削除する場合であっても、デブリの発生をなくすと共に、振動腕部７の中心線Ｐに対する左右のバランスや、両振動腕部７のバランスを取ることができる。また、この圧電振動片を使用することで、より振動漏れが小さい圧電振動子を形成することができる。

次に本実施形態の重り膜７５の変形例について説明する。
図４は、フェムト秒レーザＬｆによる重り膜７５を除去する変形例について表したものである。
図１～３で説明した実施形態では、振動腕部７の先端部の主面に形成した所定厚さの重り膜７５の形成面に対し、直交する方向（上方）からフェムト秒レーザＬｆを照射することで異なる厚さに形成されている。
これに対してこの変形例では、図４（ａ）に示すように、振動腕部７の先端部に形成した重り膜７５と連続して主面と直交する先端面にも重り膜７６を形成したものである。
そして図４（ｂ）に示すように、実施形態と同様に主面と直交する方向（上方）からフェムト秒レーザＬｆを照射するが、重り膜７６は主面と直交する端面に形成されているため、フェムト秒レーザＬｆは圧電振動片６に対して平行に照射される。
これにより、圧電振動片６には、振動腕部７の厚さ方向の溝７７と、この溝７７による段差が形成される。
この図４（ｃ）に示す例では、溝７７が２本形成されているが、粗調整の必要量に応じて１本又は３本以上形成するようにしてもよい。但し、振動腕部７における長手方向にのびる中心線に対して左右対称になる位置に形成する。
この変形例においても、必要に応じ、主面に形成した重り膜７５に実施形態で説明した段差を形成することで、更なる粗調整、微調整を行うようにしてもよい。

以上、本実施形態、変形例における圧電振動片の先端に形成した重り膜７５、７６の形状とその形成について説明した。
次に、このように形成された圧電振動片、及び、圧電振動片を収容した圧電振動子について説明する。
図５は、圧電振動片を収容した圧電振動子の分解斜視図である。
図５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。

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、いわゆる音叉型の振動片であり、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のうちの、いわゆるサイドアーム型の圧電振動片６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。

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、先端が自由端として振動する。
一対の振動腕部７ａ、７ｂの先端側には、全長のほぼ中央部分よりも両側に広くなるように形成された拡幅部７１ａ、７１ｂを備えている。この振動腕部７ａ、７ｂに形成した拡幅部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。
そして、この拡幅部７１ａ、７１ｂ主面には、図１で説明した、厚さが異なる重り膜７５が形成されている。
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を形成し、この拡幅部７１ａ、７１ｂに段差付きの重り膜７５が形成されるが、振動腕部７の先端部の幅を略中央部分と同じ幅に形成した、拡幅部７１ａ、７１ｂがない圧電振動片を使用することも可能である。

振動腕部７ａ、７ｂの両主面には、基部８側から拡幅部７１ａ、７１ｂの手前まで伸びる溝部７２ａ、７２ｂが形成されている。その結果、振動腕部７ａ、７ｂの断面形状やＨ型となっている。
一対の振動腕部７ａ、７ｂの外表面上（外周面）には、振動腕部７ａの外側の両側面と、振動腕部７ｂの溝部７２ｂに形成された第１系統と、振動腕部７ｂの外側の両側面と、振動腕部７ａの溝部７２ａに形成された第２系統からなる、一対の（２系統の）励振電極（図示しない）が形成されている。
また図示しないが、第１系統の励振電極に接続する第１マウント電極が、基部８から支持腕部９ａの外表面上（外周面）まで形成され、第２系統の励振電極に接続する第２マウント電極が、基部８から支持腕部９ｂの外表面上（外周面）まで形成されている。
なお、励振電極とマウント電極は、１層目のクロム（Ｃｒ）層と２層目の金（Ａｕ）層からなる積層膜で、電極スパッタ等で形成されている。

パッケージ２は、概略直方体状に形成され、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、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（図示せず）が形成されている。

第２ベース基板１１には、キャビティＣの側壁の一部を構成する貫通部１１ａが形成されている。
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。
この実装部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（電極部）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（図示せず）、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（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（図示せず）を介して互いにそれぞれ導通している。
一方、電極パッド２０Ａ、２０Ｂ上には、導電性接着剤５１が塗布され、支持腕部９ａ、９ｂのマウント電極と接合している。

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。

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。

図１に示した圧電振動子１は次の各工程で形成される。
（１）圧電振動片６の製造
（ａ）外形形成工程では、水晶を使用して振動腕部を有する音叉型の圧電振動片の外形を形成する。
（ｂ）電極形成工程では、２系統の励振電極とマウント電極を形成する。
（ｃ）重り形成工程では、振動腕部７の先端側の主面に重り膜７５を形成する。この重り形成工程は、電極形成工程の前後いずれでも、同時にでもよい。
（ｄ）周波数調整工程では、フェムト秒レーザＬｆを重り膜７５に直接照射し、周波数の調整幅に応じた領域と厚さ分を除去することで、段差を形成する。周波数調整工程では、先端側を除去する粗調整と、基部８側を除去する微調整を行う。

（２）圧電振動子１の製造
（ｅ）圧電振動片製造工程では、（１）の各工程により圧電振動片６を製造する。
（ｆ）実装工程では、製造した圧電振動片６を、パッケージ本体３に形成された実装部１４の電極パッド２０に導電性接着剤５１で支持腕部９を接着することで実装する。
（ｇ）封止工程では、圧電振動片６を実装したパッケージ本体３に封口板４により封止する。

なお、圧電振動子１を製造する場合、実装工程と封止工程の間に、最終周波数調整工程を行うようにしてもよい。
（ｆ２）最終周波数調整では、実装した圧電振動片６の重り膜７５に対してイオンリミングを行う。
すなわち、実装後の圧電振動片６の周波数を計測し、所望周波数となるように、段差が形成された重り膜７５全体の表面をイオンリミングすることで周波数の最終調整を行う。
なお、イオンリミングでは、重り膜７５以外の部分をマスクし、数ＫＶに加速した収束させないアルゴンイオンを照射し、スパッタリング現象を利用して重り膜７５の表面を研磨（薄く削除）する。

本実施形態では、主面に形成した重り膜７５を、厚さ方向の全体を溶融除去するのではなく、フェムト秒レーザＬｆを照射して厚さ方向の一部を薄く削除することで段差部を形成している。即ち、（ｃ）重り形成工程で主面に形成した重り膜７５は、その領域に応じて厚さが薄くなっているが、主面上における面積は同じである。
このため、イオンリミングにより研磨する対象面積が大きい（当所の形成面積のままである）ため、短い時間のイオンミリングにより、所定重量分の重り膜７５を削除することが可能になる。

以上、サイドアーム型の圧電振動片６と、この圧電振動片６を使用した圧電振動子１の構成について説明したが、音叉型であれば他の形式の圧電振動片に段差付きの重り膜７５を形成することも可能である。
図６は他の型の圧電振動片について、（ａ）が片持ち型の圧電振動片６１、（ｂ）がセンターアーム型の圧電振動片６２を表した説明図である。
図６（ａ）に示す圧電振動片６１は、基部８から長手方向に平行に延出する振動腕部７ａ、７ｂが形成され、支持腕部は存在しない。一方、図６（ｂ）に示す圧電振動片６２は、基部８から長手方向に平行に延出する振動腕部７ａ、７ｂの間に、支持単腕部９ｃが形成されている。

両圧電振動片６１、６２における、一対の振動腕部７ａ、７ｂの両主面には、図５で説明した圧電振動片６と同様に、溝部７２ａ、７２ｂが形成されている。
また振動腕部７ａの外側の両側面と、振動腕部７ｂの溝部７２ｂに形成された第１系統の励振電極９２と、振動腕部７ｂの外側の両側面と、振動腕部７ａの溝部７２ａに形成された第２系統の励振電極９１が形成されている。

そして、圧電振動片６１は、図６（ａ）に示すように、第１系統の励振電極９２に接続する第１マウント電極９２ｍと、第２系統の励振電極９１に接続する第２マウント電極９１ｍが、基部８に形成されている。そして、この基部８に形成されたマウント電極９２ｍ、９１ｍが形成されている。
一方、圧電振動片６２は、図６（ｂ）に示すように、第１系統の励振電極９２に接続する第１マウント電極９２ｍが基部８から支持単腕部９ｃの先端部まで形成され、第２系統の励振電極９１に接続する第２マウント電極９１ｍが基部８から支持単腕部９ｃの中央部まで形成されている。

圧電振動片６１、６２は、共に、図３で説明した圧電振動片６と同様に、パッケージ２内に収容されることで、圧電振動子が構成される。
なお、この場合のパッケージ２には、圧電振動片６１の場合には基部８の位置に、圧電振動片６２の場合には支持単腕部９ｃの位置に、図３で説明した実装部１４Ａ、１４Ｂに対応する実装部が形成され、この実装部に形成されている２系統の電極パットに導電性接着剤で接着、固定されている。

そして、図６（ａ）の片持ち型の圧電振動片６１では、振動腕部７の先端に拡幅部７１が存在せず、（ｂ）のセンターアーム方の圧電振動片６２は、振動腕部７１先端に振動腕部７１が形成されている。いずれの圧電振動片６１、６２においても、振動腕部７の先端部には重り膜７５が形成され、その長手方向に沿った断面は、図１で説明したように、フェムト秒レーザＬｆの照射により周波数帳性が行われる。これによって重り膜７５は、領域によって異なる厚さに形成され、その結果段差が形成されている。

以上説明した実施形態及び変形例から、以下の各構成を得ることもできる。
（１）構成２０１
少なくとも基部と前記基部から並んで延設された１対の振動腕部を有する音叉型の圧電振動片の外形を形成する外形形成工程と、
前記振動腕部に２系統の電極を形成する電極形成工程と、
前記振動腕部の先端側の主面に周波数調整用の重り膜を形成する重り膜形成工程と、
前記重り膜を除去することで周波数を調整する周波数調整工程と、を備え、
前記周波数調整工程は、前記重り膜の一部を非熱加工により除去する、
ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
（２）構成２０２
前記周波数調整工程は、フェムト秒レーザを直接照射することで前記重り膜の一部を除去する、
ことを特徴とする構成２０１に記載の圧電振動片の製造方法。
（３）構成２０３
前記周波数調整工程は、前記振動腕部の先端側の第１領域に対して粗調整を行い、その後、前記第１領域よりも前記基部側の第２領域で微調整を行う、
ことを特徴とする構成２０１又は構成２０２に記載の圧電振動片の製造方法。
（４）構成２０４
前記外形形成工程は、
前記基部から前記振動腕部の外側に延出して形成された支持腕部で前記実装部に実装されるサイドアーム型、
前記基部から前記振動腕部の間に延出して形成された支持単腕部で前記実装部に実装されるセンターアーム型、又は、
前記基部が前記実装部に実装される片持ち型、
の圧電振動片の外形を形成する、
ことを特徴とする構成２０１から構成２０３のうちのいずれか１の構成に記載の圧電振動片の製造方法。
（５）構成２０５
構成２０１、構成２０２、構成２０３、又は構成２０４の各工程により圧電振動片を製造する工程と、
前記圧電振動片を、パッケージ内に形成された実装部に実装する実装工程と、
前記パッケージを封止する封止工程と、
を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
（６）構成２０６
内側に実装部を備えたパッケージ内に実装される、水晶で音叉型に形成された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、
前記１対の振動腕部に形成された２系統の電極と、
前記振動腕部における先端部に金属で形成された周波数調整用の重り膜と、を備え、
前記重り膜は、前記周波数調整による加工端には溶融によるデブリが存在しない、
ことを特徴とする圧電振動片。
（７）構成２０７
内側に実装部を備えたパッケージ内に実装される、水晶で音叉型に形成された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、
前記１対の振動腕部に形成された２系統の電極と、
前記振動腕部における先端部に金属で形成された周波数調整用の重り膜と、を備え、
前記重り膜は、前記振動腕の長手方向と直交する方向の仮想直線に対する、周波数調整による幅方向の加工端のばらつき幅が１０μｍ以下である、
ことを特徴とする圧電振動片。
（８）構成２０８
前記幅方向の加工端のばらつき幅が５μｍ以下である、
ことを特徴とする構成２０７に記載の圧電振動片。
（９）構成２０９
内側に実装部を備えたパッケージと、
前記実装部に実装された、構成２０６、構成２０７、又は、構成２０８に記載の圧電振動片と、
前記実装部から前記パッケージの外部まで形成された外部電極部と、
を有することを特徴とする圧電振動子。

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、７ａ、７ｂ 振動腕部
８ 基部
９、９ａ、９ｂ 支持腕部
９ｃ 支持単腕部
１０ 第１ベース基板
１１ 第２ベース基板
１４、１４Ａ、１４Ｂ 実装部
２０、２０Ａ、２０Ｂ 電極パッド
２１、２１Ａ、２１Ｂ 外部電極
５１ 導電性接着剤
６１、６２、 圧電振動片
７２ 溝部
７５ 重り膜
９１、９２ 励振電極
９１ｍ、９２ｍ マウント電極
Ｃ キャビティ

Claims (10)

1. 内側に実装部を備えたパッケージ内に実装される、水晶で音叉型に形成された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、
   前記１対の振動腕部に形成された２系統の電極と、
   前記振動腕部における先端部に金属で形成された周波数調整用の重り膜と、を備え、
   前記重り膜は、前記振動腕部における主面と直交する先端面に形成され、隣接する２つの領域の厚さが異なることで段差が形成されている、
   ことを特徴とする圧電振動片。
2. 前記重り膜は、前記振動腕部における先端部の少なくとも一方の主面に形成され、長さ方向で隣接する２つの領域の厚さが異なることで段差が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記重り膜は、前記振動腕部の先端部側ほど薄く形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片。
4. 前記基部から前記振動腕部の外側に延出して形成された支持腕部で前記実装部に実装されるサイドアーム型、
   前記基部から前記振動腕部の間に延出して形成された支持単腕部で前記実装部に実装されるセンターアーム型、又は、
   前記基部が前記実装部に実装される片持ち型、
   であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちの何れか１の請求項に記載の圧電振動片。
5. 内側に実装部を備えたパッケージと、
   前記実装部に実装された、請求項１から請求項４のうちの何れか１の請求項に記載の圧電振動片と、
   前記実装部から前記パッケージの外部まで形成された外部電極部と、
   を有することを特徴とする圧電振動子。
6. 少なくとも基部と前記基部から並んで延設された１対の振動腕部を有する音叉型の圧電振動片の外形を形成する外形形成工程と、
   前記振動腕部に２系統の電極を形成する電極形成工程と、
   前記振動腕部の先端側の主面と、前記主面と直行する先端面に周波数調整用の重り膜を形成する重り膜形成工程と、
   前記重り膜を除去することで周波数を調整する周波数調整工程と、を備え、
   前記周波数調整工程は、前記重り膜の厚さ方向の一部を除去することにより、長さ方向に３つ以上の領域を形成し、それぞれ異なる厚さにすることで前記主面に段差を形成し、隣接する２つの領域の厚さが異なる段差を前記先端面に形成する、
   ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
7. 前記周波数調整工程は、フェムト秒レーザを直接照射することで、前記重り膜の厚さ方向の一部を除去する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の圧電振動片の製造方法。
8. 前記周波数調整工程は、前記振動腕部の先端側の第１領域に対して粗調整を行い、その後、前記第１領域よりも前記基部側の第２領域で微調整を行う、
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の圧電振動片の製造方法。
9. 請求項６、請求項７、又は請求項８の各工程により圧電振動片を製造する工程と、
   前記圧電振動片を、パッケージ内に形成された実装部に実装する実装工程と、
   前記パッケージを封止する封止工程と、
   を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
10. 前記実装工程と封止工程の間に、前記実装した圧電振動片の前記重り膜に対してイオンリミングを行う最終周波数調整工程、
    を有することを特徴とする請求項９に記載の圧電振動子の製造方法。

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