WO2018116651A1 - 音叉型振動片、音叉型振動子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

ウェハ状態で、音叉型振動片の厚い周波数調整用金属膜に、ビームを照射して行われる周波数の粗調整の際に生じる、周波数調整用金属膜の端部のささくれ立った状態で突出する突起部分を、加圧して押し潰すことによって、前記突起部分が、衝撃によって欠損するのを防止し、周波数変動を抑制する。

Description

音叉型振動片、音叉型振動子及びその製造方法

　本発明は、各種電子機器のクロック源として用いられる音叉型振動子、その製造方法及び音叉型振動子を構成する音叉型振動片に関する。

　音叉型振動子を構成する音叉型振動片は、例えば、特許文献１に開示されているように、水晶等のウェハに、多数の音叉型振動片の外形をフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程にて形成し、その表面に電極膜と音叉腕部の先端側に周波数調整用の重り部となる金属膜を形成し、レーザ光を、ウェハ状態の各音叉型振動片の金属膜に照射してトリミングすることによって、周波数をそれぞれ粗調整している。

特開２００３－１３３８７９号公報

　音叉型振動子は、特にクロック源として時計を含む各種電子機器に発振回路と共に内蔵される。近年では、各種電子機器の小型化に伴い、音叉型振動子には、平面視の外形寸法が、例えば１．６ｍｍ×１．０ｍｍ以下の超小型のものが求められるようになっており、これに伴なって、音叉型振動片も超小型のものが要求されている。

　超小型の音叉型振動片の製造には、高度な加工精度が求められるが、加工精度には、限界があるために、超小型になる程、ウェハ状態の多数の音叉型振動片の周波数のばらつきは大きくなる。この大きな周波数のばらつきを、所要の周波数範囲内に収めるには、粗調整におけるレーザ光の照射による周波数調整量を大きくせざるを得ない。

　前述した超小型の音叉型振動片の限られた領域に形成される周波数調整用金属膜のレーザ光の照射による周波数調整量を大きくするためには、周波数調整用金属膜の形成領域の制約の点から、周波数調整用金属膜を厚くする必要があり、めっきなどによって、周波数調整用金属膜を、例えば、３μｍ以上の厚さで形成する必要がある。

　このように厚い周波数調整用金属膜にレーザ光を照射して周波数調整がされた多数の音叉型振動片は、ウェハから折り取られて個片とされ、パッケージ内に収納されて音叉型振動子となる。

　上記のような厚い周波数調整用金属膜にレーザ光を照射して周波数調整を行った超小型の音叉型振動子では、外部衝撃等によって、周波数の変動を生じる場合がある。これは次の理由による。ビームを照射して周波数調整用金属膜の一部を除去した際に、周波数調整用金属膜の除去した側の端部に、ささくれ立ったような状態で突出する突起部分が生じる場合がある。この突起部分が、外部衝撃等によって欠損すると、周波数調整用金属膜の質量が減少して周波数の変動が生じることになる。

　本発明は、上記のような点に鑑みて為されたものであって、周波数変動を抑制した良好な耐衝撃性を有する音叉型振動子を提供することを目的とする。

　本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

　すなわち、本発明の音叉型振動子の製造方法は、基部と、該基部から延出する複数の腕部とを備える音叉型振動片を、収納部を有するパッケージに接合して実装する音叉型振動子の製造方法であって、前記音叉型振動片の前記腕部の先端領域に、周波数調整用金属膜を形成する第１工程と、前記音叉型振動片にビームを照射して、前記周波数調整用金属膜の一部を除去して周波数を調整する第２工程と、前記一部が除去された前記周波数調整用金属膜に荷重を加えて加圧する第３工程とを含む。

　前記第２工程では、音叉型振動片にビームを照射して、周波数調整用金属膜の一部を除去して周波数を調整するが、ビームを照射して、周波数調整用金属膜の一部を除去した際に、周波数調整用金属膜の除去した側の端部に、ささくれ立ったような状態で突出する突起部分（以下、「突起部分」と略す）が生じる場合がある。この突起部分が、衝撃等によって欠損すると、周波数変動を引き起こす。

　本発明の音叉型振動子の製造方法によれば、第２工程で、ビームを照射して、周波数調整用金属膜の一部を除去した後に、第３工程では、周波数調整用金属膜に荷重を加えて加圧するので、ビームの照射によって生じた、前記突起部分を、周波数調整用金属膜側へ押し潰して、当該突起部分を無くすことができる。これによって、衝撃等によって前記突起部分が欠損することがなく、周波数変動を抑制することができる。

　前記第２工程では、前記周波数調整用金属膜の除去を、前記腕部の先端側から開始し、前記基部側へ向かって前記一部を除去し、前記第３工程では、前記周波数調整用金属膜の内、少なくとも、前記一部が除去された側の端部に荷重を加えて加圧するのが好ましい。

　この構成によれば、前記突起部分は、音叉型振動片にビームを照射して、周波数調整用金属膜の一部を除去した際に、周波数調整用金属膜の除去した側の端部に生じるので、少なくとも、前記一部が除去された側の端部に、荷重を加えて加圧することによって、当該突起部分を効果的に押し潰すことができる。

　前記第１工程では、前記音叉型振動片の前記腕部の表裏主面の一方の主面の前記先端領域に、前記周波数調整用金属膜を形成し、前記第２工程では、前記音叉型振動片の前記腕部の他方の主面側から、前記ビームを照射して前記周波数調整用金属膜の前記一部を除去するのが好ましい。

　この構成によれば、音叉型振動片の周波数調整用金属膜が形成された一方の主面側を下方とし、他方の主面側である上方からビームを照射することによって、周波数調整用金属膜の金属屑が、下方へ飛散し、音叉型水晶振動片へ再付着するのを防止することができる。

　前記第３工程では、前記音叉型振動片を、前記パッケージに接合して実装する際に、前記音叉型振動片を保持するツールによって、前記周波数調整用金属膜に荷重を加えて加圧するのが好ましい。

　この構成によれば、音叉型振動片を、ツールを用いてパッケージへ実装するのと同時に、ビームの照射によって生じた、周波数調整用金属膜の端部の前記突起部分を押し潰すことができる。

　前記音叉型振動片を保持するツールによって、前記周波数調整用金属膜に荷重を加えて加圧するときには、前記ツールの保持面を、前記音叉型振動片の長手方向の一端部と、前記長手方向の他端部の前記周波数調整用金属膜とに圧接するのが好ましい。

　この構成によれば、加圧時には、ツールの保持面には、音叉型振動片の長手方向の一端部と、他端部の、厚みのある周波数調整用金属膜とが圧接され、その間の部分の腕部は、ツールの保持面から離間することになり、腕部に形成されている電極が、ツールとの当接によって損傷するのを防止することができる。

　前記第３工程は、前記周波数調整用金属膜に荷重を加えて加圧すると共に、熱及び超音波の少なくともいずれか一方を印加するのが好ましい。

　この構成によれば、加圧と共に、熱及び超音波の少なくともいずれか一方を印加するので、ビームの照射によって生じた、周波数調整用金属膜の端部の前記突起部分を、効率的に押し潰すことができる。

　前記周波数調整用金属膜の厚みが、３μｍ以上であるのが好ましい。

　この構成によれば、周波数調整用金属膜の厚みが、３μｍ以上と厚いので、超小型の音叉型振動片であっても周波数調整量を多く確保することができる。一方、ビームの照射によって生じる、周波数調整用金属膜の端部の前記突起部分の突出高さも高くなって、衝撃等によって一層欠損し易いものとなる。これに対して、前記突起部分を押し潰すことにより、音叉型振動子の周波数変動の抑制効果が一層顕著となる。

　本発明の音叉型振動片は、基部と、該基部から延出する複数の腕部とを備え、前記腕部の先端領域に、周波数調整用金属膜が形成され、前記周波数調整用金属膜の一部が除去されている音叉型振動片であって、前記腕部に形成された前記周波数調整用金属膜の前記一部が除去された側の端部における、振動片の素地から前記周波数調整用金属膜の表面までの厚さが、前記端部以外の部分における、振動片の素地から前記周波数調整用金属膜の表面までの厚さよりも厚く、かつ、前記端部における前記厚さと前記端部以外の部分における前記厚さとの差が、前記端部以外の部分における前記厚さの０．５倍以内である。

　音叉型振動片にビームを照射して、周波数調整用金属膜の一部を除去した際に、周波数調整用金属膜の前記一部を除去した側の端部に、ささくれだったような状態で突出する突起部分が生じる場合があり、この突起部分は、欠損し易く、周波数変動を引き起こす。前記突起部分は、周波数調整用金属膜の前記一部が除去された側の端部以外の部分、すなわち、ビームが照射されない部分における、振動片の素地から周波数調整用金属膜の表面までの厚さの０．５倍を超えて突出しており、欠損し易くなっている。

　本発明の音叉型振動片によれば、前記突起部分が生じる周波数調整用金属膜の前記一部が除去された側の端部における、振動片の素地から周波数調整用金属膜の表面までの厚さと、周波数調整用金属膜の前記一部が除去された側の端部以外の部分における、振動片の素地から周波数調整用金属膜の表面までの厚さとの差、すなわち、突起部分の突出高さに相当する前記差が、前記端部以外の部分であるビームが照射されない部分における、振動片の素地から周波数調整用金属膜の表面までの厚さの０．５倍以内である。

　つまり、本発明の音叉型振動片では、周波数調整用金属膜の前記一部が除去された側の端部以外の部分における、振動片の素地から周波数調整用金属膜の表面までの厚さの０．５倍を超えて突出する突起部分は存在せず、したがって、衝撃等によって前記突起部分が欠損することがなく、周波数変動を抑制することができる。

　本発明の音叉型振動子は、本発明の音叉型振動片と、該音叉型振動片が収納される収納部を有するパッケージ本体と、前記音叉型振動片が収納された前記パッケージ本体の開口部を封止する蓋体とを備え、前記音叉型振動片は、前記パッケージ本体の前記収納部の電極に接合されて支持される。

　本発明の音叉型振動子によれば、前記突起部分を有しない音叉型振動片を内蔵しているので、衝撃等によって前記突起部分が欠損することがなく、周波数変動を抑制することができる。

　本発明によれば、ビームを照射して、周波数調整用金属膜の一部を除去した際に生じる、ささくれ立ったような状態で突出する突起部分が無く、これによって、衝撃等によって前記突起部分が欠損することがなく、周波数変動を防止し、良好な耐衝撃性を有する音叉型振動子を得ることができる。

図１は本発明の一実施形態に係る音叉型水晶振動子の概略断面図である。 図２は図１の音叉型水晶振動子の蓋体を外した状態の平面図である。 図３は図１の音叉型水晶振動片の一方の主面側を拡大して示す図である。 図４は図１の音叉型水晶振動片の他方の主面側を拡大して示す図である。 図５は音叉型水晶振動片に対するレーザービームの照射による周波数の粗調整を説明するための図である。 図６はレーザービームの照射後の状態を示す図５に対応する図である。 図７は吸引ツールによって音叉型水晶振動片をベースに実装する状態を示す図である。 図８は図７の一部を拡大して示す図である。 図９は吸引ツールによって実装された後の音叉型水晶振動片の周波数調整用金属膜付近を示す図である。 図１０は実施形態に係る音叉型水晶振動子の落下試験の結果を示す図である。 図１１は比較例の音叉型水晶振動子の落下試験の結果を示す図である。 図１２は折り取りツールと実装用の吸引ツールとの間に、音叉型水晶振動片を挟んで加圧する状態を示す図である。 図１３は本発明の他の実施形態の音叉型水晶振動片の外形図である。 図１４は本発明の更に他の実施形態の音叉型水晶振動片の外形図である。 図１５は本発明の他の実施形態の音叉型水晶振動片の外形図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

　図１は、本発明の一実施形態に係る音叉型水晶振動子の概略断面図であり、図２は、図１の蓋体５を外した状態の平面図であり、図３は、音叉型水晶振動片３の一方の主面側を拡大して示す平面図であり、図４は、音叉型水晶振動片３の他方の主面側を拡大して示す平面図である。

　この実施形態の音叉型水晶振動子１は、セラミック等からなるパッケージ２内に、音叉型水晶振動片３が収納されている。パッケージ２は、パッケージ本体としてのベース４と蓋体５とが、封止部材６を介して接合されている。具体的には、上部が開口したベース４の一対の電極パッド７，７上に、音叉型水晶振動片３が接合材としての一対の金属バンプ８，８を介して接合され、ベース４の開口を封止するように、板状の蓋体５を接合した構成となっている。接合材としては、金属バンプ８に限らず、導電性樹脂接着剤、ろう材などを用いてもよい。

　この実施形態の音叉型水晶振動子１の公称周波数は３２．７６８ｋＨｚとなっている。なお、公称周波数は一例であり、他の周波数にも適用可能である。

　パッケージ２のベース４は、セラミック材料やガラス材料からなる絶縁性の容器体である。本実施形態では、ベース４は、セラミック材料からなり、焼成によって形成されている。ベース４は、周囲に周壁部４ａを有し、上部が開口した断面視で凹形状である。ベース４の内部（収納部）には、音叉型水晶振動片３を搭載するための段部４ｂが形成されている。この段部４ｂの上面には、一対の上記電極パッド７，７が形成されている。一対の電極パッド７，７は、ベース４の内部に形成された図示しない配線パターンを介してベース４の外底面（裏面）に形成されている２つの端子電極９，９に電気的に接続されている。

　蓋体５は、例えば金属材料やセラミック材料、ガラス材料などからなり、平面視矩形状の一枚板に成形されている。

　この実施形態の音叉型水晶振動子１では、平面視矩形のパッケージ２の外形寸法は、例えば１．６ｍｍ×１．０ｍｍであり、蓋体５を含む高さは、例えば、０．４５ｍｍであり、超小型の音叉型水晶振動子である。

　なお、本発明は、当該外形寸法に限定されるものではない。音叉型水晶振動子の平面視矩形のパッケージの外形寸法が、上記寸法より大きい、例えば２．０ｍｍ×１．２ｍｍ、あるいは、上記寸法より小さい、例えば１．２ｍｍ×１．０ｍｍなどであってもよい。

　音叉型水晶振動子１のパッケージ２内に収納される音叉型水晶振動片３は、図示しない１枚の水晶ウェハから成形され、音叉型水晶振動片３の外形は、フォトリソグラフィ技術（フォトリソ工法）を用いて、レジストまたは金属膜をマスクとして例えばウェットエッチングによって一括して多数成形される。

　音叉型水晶振動片３は、図３、図４に示すように、基部１０と、基部１０の一方の端面側から平行に延出された振動部である一対の第１，第２腕部１１，１２と、基部１０の他端側に設けられてベース４に接合するための接合部１３とを備える。

　一対の第１，第２腕部１１，１２は、その先端部１１ａ，１２ａが、他の部分に比べて、各腕部１１，１２の延出方向に直交する方向、すなわち、幅方向（図３，図４の左右方向）に広く形成されている。

　また、第１，第２腕部１１，１２には、図３及び図４に示される両主面に、各腕部１１，１２の延出方向に沿って延びる各溝部１４，１４が、それぞれ形成されている。

　音叉型水晶振動片３には、２つの第１励振電極１５及び第２励振電極１６と、これら各励振電極１５，１６を、ベース４の電極パッド７，７にそれぞれ電気的に接続させるために、各励振電極１５，１６からそれぞれ引き出された引出電極１７，１８とが設けられている。２つの第１，第２励振電極１５，１６の一部は、両主面の溝部１４，１４の内部に形成されている。

　第１励振電極１５は、第１腕部１１の溝部１４を含む両主面と第２腕部１２の両側面に形成されており、上記引出電極１７に共通接続されている。同様に、第２励振電極１６は、第２腕部１２の溝部１４を含む両主面と第１腕部１１の両側面に形成されており、上記引出電極１８に共通接続されている。

　なお、基部１０の各励振電極１５，１６の形成領域には、一対のスルーホール２１，２２が形成されており、各スルーホール２１，２２を介して両主面の各励振電極１５，１６がそれぞれ接続されている。ここで、前記スルーホールとは、基部に形成された貫通孔の内壁面に金属膜が被着した貫通電極のことである。なお、スルーホール以外に、基部の側面や、各腕部と基部との接続部分の間の領域（二又状の部分）を介して音叉型水晶振動片の両主面の各励振電極をそれぞれ接続してもよい。

　また、第１腕部１１及び第２腕部１２の先端部１１ａ，１２ａの幅広領域には、その全周に亘って腕先電極２５，２４がそれぞれ形成されている。この腕先電極２５，２４の厚みは、例えば、０．１～０．４μｍ程度である。先端部１１ａの全周に形成された腕先電極２５は、第１腕部１１の両側面に形成された第２励振電極１６に接続されており、先端部１２ａの全周に形成された腕先電極２４は、第２腕部１２の両側面に形成された第１励振電極１５に接続されている。

　図３に示される一方の主面側の各腕先電極２５，２４上には、レーザービームなどのビーム照射によって金属膜の質量削減を行うことで音叉型水晶振動片３の周波数を粗調整するための周波数調整用金属膜１９，２０が、各腕先電極２５，２４に比べて若干小さな面積で形成されている。

　音叉型水晶振動片３の第１，第２励振電極１５，１６、引出電極１７，１８及び腕先電極２４，２５は、金属蒸着によって各腕部１１，１２上にクロム層が形成され、このクロム層上に金属、例えば金が形成されて構成される薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法やスパッタリング法等の手法により基板全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成される。なお、第１，第２励振電極１５，１６、引出電極１７，１８及び腕先電極２４，２５は、クロム、金に限らず、クロム、銀などであってもよい。

　各腕部１１，１２の各先端部１１ａ，１２ａにそれぞれ形成された周波数調整用金属膜１９，２０は、例えば、電解めっき法などの手法によりめっき形成され、これらの金属膜１９，２０をめっき形成する際には、後述の金属バンプ８と同じ工程で同時に形成するのが好ましい。本実施形態では、周波数調整用金属膜１９，２０として金（Ａｕ）が使用されている。

　接合部１３の一端側の第１接合部１３ｂには、第１励振電極１５から引き出された引出電極１７が延長形成され、他端側の第２接合部１３ａには、第２励振電極１６から引き出された引出電極１８が延長形成されている。

　図４に示される他方の主面側の接合部１３には、ベース４の各電極パッド７，７との接合部位となる２つの金属バンプ８，８が形成される。具体的に、一方の金属バンプ８は、第１接合部１３ｂの引出電極１７上に形成され、他方の金属バンプ８は、第２接合部１３ａの引出電極１８上に形成される。金属バンプ８，８の平面視形状は、楕円形であるが、円形状、あるいは、長方形や正方形を含む多角形状のものなどであってもよい。この金属バンプ８，８は、電解めっき法などの手法によりめっき形成する。

　この実施形態の音叉型水晶振動子の製造方法は、水晶ウェハの状態において、各々の音叉型水晶振動片３の各腕部１１，１２の一方の主面側に、電解めっき法等によって周波数調整用金属膜１９，２０を形成する第１工程と、この周波数調整用金属膜１９，２０の一部を、レーザービームの照射によって除去して質量を減少させて周波数の粗調整を行う第２工程とを含んでいる。

　図５は、レーザービーム照射による周波数の粗調整を説明するための図である。この図５では、両腕部１１，１２の内、第１腕部１１の先端部１１ａの周波数調整用金属膜１９に対するレーザービームの照射の状態を代表的に示しているが、第２腕部１２の先端部１２ａの周波数調整用金属膜２０に対するレーザービーム照射による周波数の粗調整も同様である。

　このレーザービームの照射は、水晶ウェハ状態の各々の音叉型水晶振動片３の他方の主面側にレーザービーム照射源（図示せず）を対向させて、一方の主面側の周波数調整用金属膜１９を除去するようにしている。

　このレーザービームの照射は、質量の減少による周波数の上昇が最も大きい先端側（図５の右側）から、第１腕部１１の幅方向（図５の紙面に垂直方向）に沿って走査が開始され、第１腕部１１の基部１０側（図５の左側）へ向かって順次移動させて走査される。

　照射されたレーザービームは、水晶ウェハ状態の音叉型水晶振動片３の他方の主面側から音叉型水晶振動片３の内部の水晶２６を透過して、反対側の一方の主面側に形成された周波数調整用金属膜１９に至り、両主面の腕先電極２５及び周波数調整用金属膜１９が除去される。

　このように周波数調整用金属膜１９に対して、レーザービームを、上方から音叉型水晶振動片３の内部の水晶２６を通り抜けるように照射するので、周波数調整用金属膜１９の金属屑が、周波数調整用金属膜１９から遠ざかるように下方へ飛散し、音叉型水晶振動片３へ再付着するのを防止することができる。なお、周波数調整用金属膜に対して、レーザービームを、下方から音叉型水晶振動片の内部の水晶を通り抜けるように照射してもよい。また、周波数調整用金属膜を音叉型水晶振動片の両主面の各々に形成してもよい。

　この実施形態では、レーザーとしてグリーンレーザーを用いているが、ＹＡＧレーザーや他の波長を有するレーザーを使用してもよい。

　超小型の音叉型水晶振動子１では、上記のように、水晶ウェハの状態の多数の音叉型振動片の周波数のばらつきが大きくなるので、所要の周波数範囲内に収めるには、粗調整におけるレーザービーム照射による周波数調整用金属膜１９，２０の周波数調整量を大きくせざるを得ず、周波数調整用金属膜１９，２０の厚みを厚くする必要がある。本実施形態のように、パッケージ２の外形寸法が、例えば１．６ｍｍ×１．０ｍｍ程度の超小型の音叉型水晶振動子１では、周波数調整用金属膜１９，２０の厚みの下限値を、例えば、３μｍ以上とし、上限値を、例えば、９μｍ以下とするのが好ましい。この実施形態の周波数調整用金属膜１９，２０は、上記のようにめっきによって形成され、その膜厚は、例えば、５μｍである。

　音叉型水晶振動子が超小型になると、これに収納される音叉型水晶振動片も更に小型になるため、周波数調整用金属膜を形成できる面積も狭くなる。周波数調整量を確保するために周波数調整用金属膜の面積を拡大し過ぎると、音叉型水晶振動子の特性が悪化してしまう。したがって、周波数調整用金属膜の面積のみを拡大するだけでは周波数調整量の確保が困難になるため、周波数調整用金属膜の厚みを増大させる必要が生じてくる。

　例えば、音叉型水晶振動子の平面視矩形のパッケージの外形寸法が、本実施形態のように、１．６ｍｍ×１．０ｍｍの場合、周波数調整量を確保するために、周波数調整用金属膜の厚みは、上記のように３μｍ以上にする必要がある。

　更に超小型化が進み、平面視矩形のパッケージの外形寸法が、例えば１．２ｍｍ×１．０ｍｍになると、周波数調整量を確保するために、周波数調整用金属膜の下限値を、７μｍ以上の厚さにする必要がある。この場合の周波数調整用金属膜の膜厚の上限値は、周波数調整精度やレーザービームでの加工精度の観点から、１３μｍ以下であるのが好ましい。

　図６は、かかる膜厚の厚い周波数調整用金属膜１９にレーザービームを照射した後の状態を示す図５に対応する図である。

　この図６に示されるように、レーザービームの照射によって一部が除去された周波数調整用金属膜１９の、前記一部が除去された側の端部には、レーザービームの照射方向（図６の下方）へ向かって、ささくれ立ったような状態で突出した突起部分２７（以下、「突起部分」と略す）が生じる。図６は、図５と同様に、一方の腕部１１の先端部１１ａの周波数調整用金属膜１９の部分を代表的に示すものであり、前記突起部分２７は、レーザービームが照射される第２腕部１２の周波数調整用金属膜２０の端部にも同様に生じる。

　前記突起部分２７の、周波数調整用金属膜１９の前記一部が除去された側の端部以外の部分である、レーザービームが照射されていない部分における周波数調整用金属膜１９の表面からの高さをｈ１とし、レーザービームが照射されていない部分における水晶２６の素地から周波数調整用金属膜１９の表面までの高さ（厚さ）をｈとし、前記ｈ１及び前記ｈを、レーザー顕微鏡を使用して測定した。

　測定結果から、前記突起部分２７の高さｈ１は、レーザービームが照射されていない部分における水晶２６の素地から周波数調整用金属膜１９の表面までの高さ（厚さ）ｈを用いて、下記の式（１）で表すことができる。

　０．５ｈ＜ｈ１≦１．２ｈ　　　　・・・（１）
　ここで、前記ｈは、本実施形態のパッケージ２の外形寸法、例えば、１．６ｍｍ×１．０ｍｍの場合は、３μｍ≦ｈ≦９μｍである。

　また、パッケージの外形寸法が、本実施形態よりも更に小型である、上記１．２ｍｍ×１．０ｍｍの場合は、７μｍ≦ｈ≦１３μｍである。

　なお、腕先電極２５の厚みは、図６及び後述の図９では、説明の便宜上、厚めに表示しているが、この腕先電極２５の厚みは、前記ｈに対して充分に薄いので、腕先電極２５の厚みを含めて周波数調整用金属膜１９の厚みと見なすことができる。

　前記突起部分２７は、衝撃等によって欠損し易く、周波数変動を引き起こす。

　このため、本実施形態では、レーザービームの照射によって生じる周波数調整用金属膜１９，２０の端部の前記突起部分２７を、無くすようにしている。

　すなわち、水晶ウェハの状態で、レーザービームの照射によって周波数の粗調整がされた多数の音叉型水晶振動片３は、水晶ウェハから折り取られて個々の音叉型水晶振動片３に分離され、パッケージ２のベース４の電極パッド７に接合されて実装されるのであるが、この実施形態の音叉型水晶振動子の製造方法は、ベース４への実装の際に、音叉型水晶振動片３を吸着してベース４に実装する吸引ツールによって、周波数調整用金属膜１９，２０の部分にも荷重をかけて加圧する第３工程を含んでいる。この第３工程において、周波数調整用金属膜１９，２０の部分にも荷重をかけて加圧することによって、ささくれ立ったような状態で突出する突起部分２７を押し潰すようにしている。

　前記突起部分２７を、実装の際に押し潰す方法について、詳細に説明する。

　水晶ウェハの状態で、レーザービームの照射によって周波数の粗調整がされた多数の音叉型水晶振動片３は、折り取りツールによって、水晶ウェハから個片の音叉型水晶振動片３として取り出され、実装用の吸引ツールに受け渡される。

　図７は、この吸引ツール２３による音叉型水晶振動片３のベース４への実装を説明するための概略断面図であり、図８は、吸引ツール２３と音叉型水晶振動片３との接触状態を拡大して示す図である。この図７，図８では、両腕部１１，１２の内、第１腕部１１の周波数調整用金属膜１９を代表的に示しているが、第２腕部１２の周波数調整用金属膜２０も同様である。

　音叉型水晶振動片３は、他方の主面側の引出電極１７，１８の金属バンプ８，８を、ベース４の電極パッド７，７に対してＦＣＢ（Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）法により超音波接合してベース４に実装される。このため、音叉型水晶振動片３は、金属バンプ８，８が形成されていない一方の主面側、すなわち、周波数調整用金属膜１９が形成された主面側が上方となり、図５、図６に示された状態とは、逆向きとなっている。

　この実施形態の吸引ツール２３は、音叉型水晶振動片３の長手方向（図７、図８の左右方向）の一端側の金属バンプ８が形成された接合部１３から、他端側の周波数調整用金属膜１９，２０が形成された先端部までを覆うサイズとなっている。

　この実装用の吸引ツール２３は、パッケージ２のサイズ、したがって、音叉型水晶振動片３のサイズに応じたものが選択されて使用され、各吸引ツール２３は、各音叉型水晶振動片３の一端側から他端側までをそれぞれ覆うサイズとなっている。

　音叉型水晶振動片３のベース４への実装時には、この吸引ツール２３によって、音叉型水晶振動片３を吸着保持し、ベース４の水晶振動片実装位置に位置合せして載置する。次に、吸引ツール２３によって音叉型水晶振動片３に荷重を加えて加圧し、加熱しながら超音波を印加して、音叉型水晶振動片３の金属バンプ８とベース４の電極パッド７とを超音波接合する。

　このとき、熱及び超音波が印加される吸引ツール２３は、音叉型水晶振動片３の先端部の周波数調整用金属膜１９，２０が形成された部分にも荷重を加えて加圧するので、音叉型水晶振動片３のベース４への実装後には、図９に示すように、周波数調整用金属膜１９のレーザービームが照射された側の端部のささくれ立ったような状態で突出した突起部分２７が、押し潰された状態の低い突起部分２７ａとなる。

　また、吸引ツール２３によって音叉型水晶振動片３に荷重を加えたときには、吸引ツール２３は、図８の拡大図に示すように、その保持面２３ａが、音叉型水晶振動片３の一端側の金属バンプ８が形成された接合部１３と、他端側の周波数調整用金属膜１９とに圧接される一方、その間の中間部分、すなわち、各腕部１１及び溝部１４の縁の電極の部分は、吸引ツール２３の保持面２３ａから僅かに離間している。

　これによって、各腕部１１，１２及び溝部１４の縁の電極が、吸引ツール２３の保持面２３ａに当接して損傷することがなく、特性に悪影響を与えることがない。

　なお、本実施形態では周波数調整用金属膜１９，２０として、展性に富んだ軟質金属である金（Ａｕ）が使用されているため、吸引ツール２３による加圧によって前記突起部分２７が押し潰されて、周波数調整用金属膜に馴染みやすくなり、より安定した状態を維持することができる。

　図９に示すように、押し潰された状態の低い突起部分２７ａの、周波数調整用金属膜１９の一部が除去された側の端部以外の部分である、レーザービームが照射されていない部分における周波数調整用金属膜１９の表面からの高さをｈ２とし、レーザービームが照射されていない部分における水晶２６の素地から周波数調整用金属膜１９の表面までの高さ（厚さ）をｈとし、前記ｈ２及び前記ｈを、レーザー顕微鏡を使用して測定した。

　この測定は、上記式（１）における上記ｈ１及び上記ｈの測定と同様に行った。

　測定結果から、押し潰された状態の低い突起部分２７ａの前記高さｈ２は、レーザービームが照射されていない部分における水晶２６の素地から周波数調整用金属膜１９の表面までの高さ（厚さ）ｈを用いて、下記の式（２）で表すことができる。

　ｈ２≦０．５ｈ　　　　　　・・・（２）
　換言すれば、周波数調整用金属膜１９の一部が除去された側の端部における、水晶２６の素地から周波数調整用金属膜１９の表面までの厚さｈ３が、前記端部以外の部分における、水晶２６の素地から周波数調整用金属膜１９の表面までの厚さｈよりも厚く、かつ、前記端部における前記厚さｈ３と前記端部以外の部分における前記厚さｈとの差ｈ２が、前記端部以外の部分における前記厚さｈの０．５倍以内である。

　ここで、式（２）における前記ｈは、上記式（１）の場合と同様に、パッケージ２の外形寸法が、例えば、１．６ｍｍ×１．０ｍｍの場合は、３μｍ≦ｈ≦９μｍであり、パッケージの外形寸法が、１．２ｍｍ×１．０ｍｍの場合は、７μｍ≦ｈ≦１３μｍである。

　なお、式（２）は、パッケージの外形寸法が、１．６ｍｍ×１．０ｍｍ、１．２ｍｍ×１．０ｍｍの場合に限らず、例えば、２．０ｍｍ×１．２ｍｍの場合にも成立する。

　パッケージの外形寸法が、２．０ｍｍ×１．２ｍｍの場合の周波数調整用金属膜の厚さは、２μｍ以上５μｍ以下であるのが好ましい。

　このように音叉型水晶振動片３を、ベース４に実装する際に、レーザ―ビームの照射によって一部が除去された周波数調整用金属膜１９，２０の前記一部が除去された側の端部における、突起部分２７を、吸引ツール２３によって荷重をかけて加圧して押し潰すので、レーザービームが照射されていない部分における水晶２６の素地から周波数調整用金属膜１９，２０の表面までの高さ（厚さ）をｈとしたときに、０．５ｈを超えて突出する突起部分２７は無くなり、押し潰された低い突起部分２７ａとなる。これによって、衝撃等によって、突起部分２７が欠損することがなく、周波数変動を抑制することができる。

　上記のようにしてベース４に片持ち状態で実装された音叉型水晶振動片３に対して、イオンビーム等により周波数の最終の微調整が行われた後、音叉型水晶振動片３が実装されたベース４に対して、蓋体５を加熱溶融接合などの手法により封止部材６を介して接合し、音叉型水晶振動片３をベース４と蓋体５とで構成されたパッケージの内部に気密封止して音叉型水晶振動子１とする。なお、気密封止の手法として、シーム溶接、ビーム溶接、雰囲気加熱などの手法をあげることができる。

　次に、水晶ウェハの状態で行う周波数の粗調整の際に生じる周波数調整用金属膜１９，２０の端部の突起部分２７が、耐衝撃性に与える影響を評価した試験結果について説明する。

　図１０は、上記実施形態の製造方法によって製造された実施形態の音叉型水晶振動子１の落下試験の結果を示す図である。

　図１１は、周波数の粗調整の際に生じる周波数調整用金属膜１９，２０の端部のささくれ立った状態で突出する突起部分２７を押し潰していない比較例の音叉型水晶振動子の落下試験の結果を示す図である。

　この比較例の音叉型水晶振動子は、上記実施形態で用いた実装用の吸引ツール２３に比べて、音叉型水晶振動片３の第１，第２腕部１１，１２の延出方向（図７、図８の左右方向）の長さが短く、周波数調整用金属膜１９，２０の部分に荷重を加えることができない吸引ツールを使用したものである。

　したがって、比較例の音叉型水晶振動子では、音叉型水晶振動片３の周波数調整用金属膜１９，２０の端部のささくれ立った状態で突出する突起部分２７は、押し潰されておらず、突起部分２７は、ささくれ立った状態で突出したままである。

　実施形態の音叉型水晶振動子１及び比較例の音叉型水晶振動子のいずれも５個の各サンプルについて、１５０ｃｍの高さから１０回落したとき、更に、１５０ｃｍの高さから１０回落したとき、更に１８０ｃｍの高さから１０回落したとき、更に１８０ｃｍの高さから１０回落したときの各時点におけるそれぞれの周波数の変化を測定したものであって、その結果が、上記図１０及び図１１である。各図において、横軸は音叉型振動子の落下高さ、落下回数であり、縦軸は周波数偏差ΔＦ（ｐｐｍ）である。

　レーザービームの照射によって生じた周波数調整用金属膜１９，２０の突起部分２７を、実装の際に吸引ツール２３で押し潰した実施形態の音叉型水晶振動子１では、図１０に示されるように、５個のいずれのサンプルも周波数の変動が認められなかった。これに対して、レーザービームの照射によって生じた周波数調整用金属膜１９，２０の突起部分２７を、実装の際に吸引ツールで押し潰していない比較例の音叉型水晶振動子では、図１１に示すように、５個のサンプルの周波数の変動が大きく、特にプラスの変動が大きい。

　このプラスの周波数変動の大きな比較例の音叉型水晶振動子のサンプルについて、蓋体５を外してベース４内を観察したところ、周波数調整用金属膜１９，２０の突起部分２７が欠損した欠片が認められた。

　以上のように本実施形態によれば、音叉型水晶振動片３にビームを照射して、周波数調整用金属膜１９，２０の一部を除去した際に生じる突起部分２７を、音叉型水晶振動片３のベース４への実装時に、吸引ツール２３によって、荷重をかけて加圧することによって押し潰すので、衝撃等によって、前記突起部分２７が欠損することがなく、周波数変動を抑制することができる。

　［その他の実施形態］
　（１）周波数調整用金属膜１９，２０の突起部分２７に荷重を加えて押し潰す工程は、上記実施形態のように、音叉型水晶振動片３を、ベース４へ実装する工程に限らず、他の工程で行ってもよい。

　例えば、水晶ウェハの状態から個片の音叉型水晶振動片３として取り出す折り取りツールから吸引ツール２３への音叉型水晶振動片３の受け渡しの際に、両ツール間で音叉型水晶振動片３を挟んで、周波数調整用金属膜１９，２０の突起部分２７を押し潰すようにしていもよい。

　すなわち、図１２に示すように、折り取りツール２８と実装用の吸引ツール２３との間に、音叉型水晶振動片３の周波数調整用金属膜１９，２０の部分を挟めるようにする。音叉型水晶振動片３の受け渡しの際には、折り取りツール２８と吸引ツール２３との間に、音叉型水晶振動片３を挟んで、荷重をかけて加圧し、周波数調整用金属膜１９，２０の突起部分２７を押し潰す。この場合、折り取りツール２８には、その保持面が、金属バンプ８に当接しないように、該金属バンプ８に対応する位置に凹部２８ａを設けておく。

　あるいは、折り取りツールによって、水晶ウェハから個片の音叉型水晶振動片３を折り取る際に、音叉型水晶振動片３の周波数調整用金属膜１９，２０の突起部分２７を押圧して折り取るようにしてもよい。これによって、水晶ウェハから個片の音叉型水晶振動片３を折り取る際に、音叉型水晶振動片３の周波数調整用金属膜１９，２０の突起部分２７を押圧することができる。

　あるいは、各音叉型水晶振動片を分離する前の水晶ウェハの状態で、適当な治具を用いて、水晶ウェハの状態の多数の音叉型水晶振動片３の周波数調整用金属膜１９，２０に一括して荷重を加えて突起部分２７を押し潰すようにしてもよい。

　なお、周波数調整用金属膜１９，２０の突起部分２７に荷重を加えて押し潰す工程は、一つの工程で突起部分２７を十分に押し潰すことができない場合には、複数の工程、例えば、上記折り取りツールによって、水晶ウェハから個片の音叉型水晶振動片３として折り取る工程と、上記折り取りツールから吸引ツール２３への音叉型水晶振動片３の受け渡しの工程とを組合せて突起部分２７を押圧してもよい。

　（２）上記各実施形態では、基部１０の一部を構成する接合部１３は、第１，第２腕部１１，１２の延出方向とは逆方向に延びて、前記延出方向に直交する方向の一方（図３では右方）へ延びていたが、接合部１３は、図１３の音叉型水晶振動片３の外形図に示すように、前記直交する方向の両方（図１３の左方及び右方）へ延びる左右対称な形状であってもよい。

　あるいは、図１４に示すように、前記直交する方向の両方（図１４の左方及び右方）へ延びて、更に、第１，第２腕部１１，１２の延出方向にそれぞれ平行に延びる左右対称な形状であってもよい。

　あるいは、図１５に示すように、第１，第２腕部１１，１２の間から、第１，第２腕部１１，１２の延出方向と同方向に延びる形状であってもよい。これら各形状の音叉型水晶振動片３では、ベース４の各電極パッド７，７に接合される接合部位である２つの金属バンプ８，８は、図１３～図１５に示すように、接合部１３の上記のように延びた終端付近とすることができる。なお、接合部１３は、前記延出方向に直交する方向へ延びる部分や前記延出方向と同方向へ延びる部分が形成されていなくてもよい。

　（３）上記実施形態では、音叉型水晶振動片３とベース４との接合材として金属バンプ８を用いたが、バンプ以外の導電性接着剤等を用いてもよく、この場合は、接合の際に超音波を音叉型水晶振動片３に加える必要はなく、実装の際には、音叉型水晶振動片３を単に吸着保持する吸引ツールを用いればよい。

　（４）上記実施形態では、レーザービームを照射して周波数を調整したが、レーザービーム以外のイオンビームなどの他のエネルギービームを使用してもよい。

　（５）上記各実施形態では、音叉型水晶振動片に適用して説明したが、これに限るものではなく、水晶以外の他の圧電材料を用いてもよい。

　１　　　　　　　音叉型水晶振動子
　２　　　　　　　パッケージ
　３　　　　　　　音叉型水晶振動片
　４　　　　　　　ベース
　５　　　　　　　蓋体
　７　　　　　　　電極パッド
　８　　　　　　　金属バンプ
　１０　　　　　　基部
　１１　　　　　　第１腕部
　１２　　　　　　第２腕部
　１３　　　　　　接合部
　１５　　　　　　第１励振電極
　１６　　　　　　第２励振電極
　１７，１８　　　引出電極
　１９，２０　　　周波数調整用金属膜
　２３　　　　　　吸引ツール
　２４，２５　　　腕先電極
　２６　　　　　　水晶
　２７　　　　　　ささくれ立った状態の突起部分
　２７ａ　　　　　押し潰された状態の突起部分

Claims (9)

1. 　基部と、該基部から延出する複数の腕部とを備える音叉型振動片を、収納部を有するパッケージに接合して実装する音叉型振動子の製造方法であって、
   　前記音叉型振動片の前記腕部の先端領域に、周波数調整用金属膜を形成する第１工程と、
   　前記音叉型振動片にビームを照射して、前記周波数調整用金属膜の一部を除去して周波数を調整する第２工程と、
   　前記一部が除去された前記周波数調整用金属膜に荷重を加えて加圧する第３工程と、
   　を含む音叉型振動子の製造方法。
2. 　前記第２工程では、前記周波数調整用金属膜の除去を、前記腕部の先端側から開始し、前記基部側へ向かって前記一部を除去し、
   　前記第３工程では、前記周波数調整用金属膜の内、少なくとも、前記一部が除去された側の端部に荷重を加えて加圧する、
   　請求項１に記載の音叉型振動子の製造方法。
3. 　前記第１工程では、前記音叉型振動片の前記腕部の表裏主面の一方の主面の前記先端領域に、前記周波数調整用金属膜を形成し、
   　前記第２工程では、前記音叉型振動片の前記腕部の他方の主面側から、前記ビームを照射して前記周波数調整用金属膜の前記一部を除去する、
   　請求項１または２に記載の音叉型振動子の製造方法。
4. 　前記第３工程では、前記音叉型振動片を、前記パッケージに接合して実装する際に、前記音叉型振動片を保持するツールによって、前記周波数調整用金属膜に荷重を加えて加圧する、
   　請求項１または２に記載の音叉型振動子の製造方法。
5. 　前記加圧するときには、前記ツールの保持面を、前記音叉型振動片の長手方向の一端部と、前記長手方向の他端部の前記周波数調整用金属膜とに圧接する、
   　請求項４に記載の音叉型振動子の製造方法。
6. 　前記第３工程は、前記周波数調整用金属膜に荷重を加えて加圧すると共に、熱及び超音波の少なくともいずれか一方を印加する、
   　請求項１または２に記載の音叉型振動子の製造方法。
7. 　前記周波数調整用金属膜の厚みが、３μｍ以上である、
   　請求項１または２に記載の音叉型振動子の製造方法。
8. 　基部と、該基部から延出する複数の腕部とを備え、前記腕部の先端領域に、周波数調整用金属膜が形成され、前記周波数調整用金属膜の一部が除去されている音叉型振動片であって、
   　前記腕部に形成された前記周波数調整用金属膜の前記一部が除去された側の端部における、振動片の素地から前記周波数調整用金属膜の表面までの厚さが、前記端部以外の部分における、振動片の素地から前記周波数調整用金属膜の表面までの厚さよりも厚く、かつ、前記端部における前記厚さと前記端部以外の部分における前記厚さとの差が、前記端部以外の部分における前記厚さの０．５倍以内である、
   　音叉型振動片。
9. 　前記請求項８に記載の音叉型振動片と、該音叉型振動片が収納される収納部を有するパッケージ本体と、前記音叉型振動片が収納された前記パッケージ本体の開口部を封止する蓋体とを備え、
   　前記音叉型振動片は、前記パッケージ本体の前記収納部の電極に接合されて支持される、
   　音叉型振動子。

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