WO2018180861A1 - 音叉型圧電振動片および当該音叉型圧電振動片を用いた音叉型圧電振動子 - Google Patents

音叉型圧電振動片および当該音叉型圧電振動片を用いた音叉型圧電振動子 Download PDF

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main surface
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vibrating
electrodes
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弘晃 山下
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株式会社大真空
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    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/08—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a mechanical oscillator other than a pendulum or balance, e.g. by a tuning fork, e.g. electrostatically
    • G04C3/12—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means wherein movement is regulated by a mechanical oscillator other than a pendulum or balance, e.g. by a tuning fork, e.g. electrostatically driven by piezoelectric means; driven by magneto-strictive means

Definitions

  • the present invention relates to a tuning fork type piezoelectric vibrator that is widely used as a clock source for a timepiece or the like.
  • the tuning fork type crystal resonator includes, for example, a tuning fork type crystal vibrating piece 7 (hereinafter abbreviated as the vibrating piece 7) shown in FIG. 9, and a bonding material in a box-shaped container (not shown) having an open top.
  • the opening portion of the container is hermetically sealed with a flat lid (not shown).
  • FIG. 9 will be described as the main surface on the front side of the two main surfaces of the resonator element 7.
  • the resonator element 7 includes a base 8, a pair of vibrating arms 91 and 92 extending in the same direction from one end of the base 8, and a width direction of the base 8 from one side of the other end of the base 8. And a projecting portion 9 projecting toward one of crystal axes X, Y, and Z orthogonal to each other in FIG. 9.
  • Wide portions 93, 93 that are wider than the arm width of the vibrating arms 91, 92 are formed on the distal ends of the pair of vibrating arms 91, 92.
  • a metal film W is formed as a frequency adjusting weight.
  • the resonator element 7 includes a first excitation electrode 11 and a second excitation electrode 12 having different polarities, and a first electrode 11 and a second excitation electrode 12 from each of the first and second excitation electrodes 11 and 12 via a routing electrode described later. Extracted extraction electrodes 13 and 14 are formed. Long grooves G are respectively formed on the front and back main surfaces of both vibrating arms 91 and 92 in order to reduce the equivalent series resistance value (crystal impedance value: CI value).
  • the first excitation electrode 11 formed on the main surface on the surface side of one vibrating arm 91 is drawn around the through hole H 3 of the base 8 by the extraction electrode 13.
  • the second excitation electrode 12 formed on the main surface on the surface side of the other vibrating arm 92 is drawn out to the periphery of the through hole H4 of the base portion 8 by the extraction electrode 14, and at the same time, the through hole H4. Is connected to the second excitation electrode 12 formed on the outer surface of one of the vibrating arms 91 via the extraction electrode 14.
  • each of the vibrating arms 91 and 92 the entire circumference including the main surface and the side surfaces constituting the wide portions 93 and 93 is formed on the outer side surface and the inner side surface of the vibrating arm connected to the wide portions 93 and 93.
  • Lead electrodes (reference numerals omitted) are formed to electrically connect the excitation electrodes having the same polarity.
  • the second excitation electrode 12 formed on the outer side surface of the one vibrating arm 91 is formed on the inner side surface of the one vibrating arm 91 via the second excitation electrode 12 all around the wide portion 93. Also connected to the second excitation electrode 12.
  • the first excitation electrode 11 formed on the outer surface of the other vibrating arm 92 is formed on the inner surface of the other vibrating arm 92 via the first excitation electrode 11 on the entire circumference of the wide portion 93. The first excitation electrode 11 is connected.
  • the first excitation electrode 11 formed on the main surface on the surface side of one vibrating arm 91 is drawn only up to the periphery of the through hole H3, whereas the surface of the other vibrating arm 92 is drawn.
  • the second excitation electrode 12 formed on the main surface on the side is led out to the periphery of the through hole H ⁇ b> 4 and further drawn to the second excitation electrode 12 on the outer side surface of one vibrating arm 91.
  • the first excitation electrode 11 formed on the main surface on the back surface side of one vibrating arm 91 has through holes H3.
  • the first excitation electrode 11 on the outer side surface of the other vibrating arm 92 whereas it is formed on the main surface on the back side of the other vibrating arm 92.
  • the second excitation electrode 12 is drawn only to the periphery of the through hole H4.
  • the first excitation electrode 11 formed on the main surface on the surface side of one vibrating arm 91 is drawn only to the periphery of the through hole on the surface side where the through hole H3 is formed.
  • the second excitation electrode 12 formed on the main surface on the back surface side of the other vibrating arm 92 is drawn only to the periphery of the through hole H4.
  • the through holes H3 and H4 are through electrodes in which a metal film is deposited on the inner wall surface of the through hole that penetrates the base 8 in the thickness direction.
  • the first excitation electrode 11 formed on the main surface on the front surface side of one vibrating arm 91 is connected to the first excitation electrode 11 formed on the main surface on the rear surface side through the through hole H3. At the same time, it is connected to the first excitation electrode 11 on the outer surface and inner surface of the other vibrating arm 92.
  • the second excitation electrode 12 formed on the main surface on the back surface side of the other vibrating arm 92 is connected to the second excitation electrode 12 formed on the main surface on the front surface side through the through hole H4. And connected to the second excitation electrode 12 on the outer side surface and the inner side surface of one vibrating arm 91.
  • a tuning-fork type piezoelectric vibrating piece having a structure in which a through hole is provided in the base is disclosed in, for example, Patent Documents 1 to 3.
  • JP 2004-200914 A Japanese Patent No. 5333668 Patent No. 5831353
  • the through-hole constituting the through-hole is formed as a protective mask during etching by forming a metal film on a quartz wafer and opening only a predetermined region of the metal film by making full use of photolithography technology.
  • the quartz wafer on which the protective mask is formed in this manner is immersed in a solution (etching solution) corrosive to quartz such as acid ammonium fluoride, so that the opening region not covered with the protective mask is chemically treated. Dissolves (wet etching). By controlling the immersion time, a through hole is drilled.
  • etching solution corrosive to quartz such as acid ammonium fluoride
  • the anisotropy of the crystal of the quartz wafer (Z plate) made of artificial quartz causes erosion to proceed in the thickness direction of the quartz wafer at an inclination angle unique to the Z plate crystal, As shown in FIG. 9, a through hole having an inclined surface 16 as an inner wall is formed.
  • the opening diameter inside the through hole to be drilled tends to be small, and the planar view shape of the opening 15 inside the through hole is a polygonal shape, for example, As shown in FIG. 9, it becomes a substantially triangular shape.
  • the opening diameter in the through hole is smaller than the opening diameter in the front and back main surfaces of the through hole of the crystal wafer.
  • the vibrating piece enclosed in the piezoelectric device has also become ultra-compact.
  • the external dimension of the tuning fork type crystal resonator in a plan view is 1.6 mm ⁇ 1.0 mm or less.
  • wet etching it becomes difficult to secure a sufficient opening diameter of the through holes constituting the through holes.
  • the reduction in the diameter of the through hole is reduced as compared with the case where wet etching is performed only from one main surface side of the quartz wafer. Although it is possible, it becomes difficult to secure a sufficient opening diameter.
  • the through hole depends on the size of the opening area of the through hole and the state of adhesion of the metal film to the inclined surface of the through hole.
  • the conductive state becomes unstable at the inner edge, and the metal film in the through hole may be disconnected during reflow of the final product or insulation inspection at the time of product shipment. As a result, a defective product such as an out-of-frequency standard may occur.
  • the present invention has been made in view of the above points, and has a tuning fork type piezoelectric vibrating piece having stable characteristics that prevents conduction failure even in an ultra-small size, and a tuning fork type piezoelectric piece using the tuning fork type piezoelectric vibrating piece.
  • the object is to provide a vibrator.
  • the tuning fork type piezoelectric vibrating piece according to the present invention is a tuning fork type piezoelectric vibrating piece having a base and a pair of first and second vibrating arms extending in the same direction from one end side of the base.
  • One main surface electrode of both main surface electrodes respectively formed on the front and back main surfaces of the first vibrating arm is penetrating one of the pair of through electrodes provided in the thickness direction of the base portion.
  • An electrode is connected to the other main surface electrode of the two main surface electrodes of the first vibrating arm, and the one main surface electrode of the first vibrating arm extends from the base portion.
  • each of the outer surface and the inner surface of the second vibrating arm via a lead wiring formed so as to pass through a crest between both root portions of the first and second vibrating arms.
  • a lead wiring formed so as to pass through a crest between both root portions of the first and second vibrating arms.
  • the main surface electrode is formed on the main surface opposite to the one main surface electrode of the first vibrating arm.
  • the other main surface electrode is connected to one main surface electrode of the two main surface electrodes of the second vibrating arm via the other through electrode of the pair of through electrodes, and
  • the other main surface electrode of the second vibrating arm is provided on each of the outer side surface and the inner side surface of the first vibrating arm via a lead wiring formed so as to pass through the brim portion.
  • Connected to a pair of side electrodes The other main surface electrode of the two main surface electrodes of the first vibrating arm is connected to the side electrode provided on a side surface of the second vibrating arm, Of the two main surface electrodes of the second vibrating arm, the one main surface electrode is connected to the side electrode provided on the side surface of the first vibrating arm.
  • tuning-fork type piezoelectric vibrating piece According to the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece according to the present invention, it is possible to ensure reliable conduction between the principal surface electrodes of the principal surfaces on the front and back of each vibrating arm even in an ultra-small tuning-fork type quartz vibrating piece. it can.
  • main surface electrodes on the front and back of each vibrating arm are electrically connected via a pair of through electrodes penetrating the base, and one of the two main surface electrodes on the front and back of each vibrating arm.
  • the main surface electrode is provided on each of the outer side surface and the inner side surface of the vibrating arm opposite to the vibrating arm on which the one main surface electrode is formed via a lead wiring formed in the portion. This is because the pair of side surface electrodes are electrically connected to the pair of side surface electrodes, respectively, and the pair of side surface electrodes are electrically connected to the other main surface electrode of the front and back main surface electrodes.
  • the routing wiring caused by the positional deviation at the time of exposure in the photolithography technique. Even when the conductive state becomes unstable due to pattern deviation or the like, or when disconnection occurs, the electrical connection between the main surface electrodes on the front and back of each vibrating piece can be maintained by the pair of through electrodes. .
  • a shape of the through electrode in plan view on each main surface on the front and back of the base is substantially circular.
  • wet etching which is wet etching using an etching solution, is performed in order to form the outer shape of the tuning fork type piezoelectric vibrating piece from a piezoelectric wafer
  • the shape of the through hole constituting the through electrode becomes a polygon.
  • wet etching is further required to form a long groove on the main surface of the vibrating arm in order to reduce the equivalent series resistance value.
  • patterning is performed on the metal film opened to a size substantially circumscribing each vertex of the through hole having a polygonal shape in plan view.
  • the planar view shape of the opening of the metal film changes from a polygon to a substantially circular or substantially triangular shape.
  • planar view shape of the through electrode on each main surface on the front and back of the base portion is substantially circular
  • planar view shape of the opening of the metal film is set to each vertex of the through hole having a polygonal shape in plan view. It can be a circumscribed circle.
  • the metal film is patterned as a circle substantially circumscribing each vertex of the through hole having a polygonal shape in plan view, so that a long groove is formed in the main surface of the vibrating arm.
  • the opening diameter of the through hole having a polygonal shape in plan view is prevented from undesirably increasing, and the area occupied by the through hole at the base of the ultra-compact tuning fork type piezoelectric vibrating piece is reduced. Minimization can be achieved.
  • a tuning fork type piezoelectric vibrator comprises the tuning fork type piezoelectric vibrating piece according to the present invention and a package in which the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is housed.
  • the tuning-fork type piezoelectric vibrating piece has a connection electrode drawn from an excitation electrode constituted by the main surface electrode and the side surface electrode of the first and second vibrating arms, and the connection electrode attaches the package to the package.
  • the tuning fork type piezoelectric vibrating piece is hermetically sealed in the package by being conductively bonded to a mounting electrode provided inside the base to be configured.
  • the tuning fork type piezoelectric vibrator According to the tuning fork type piezoelectric vibrator according to the present invention, it is possible to obtain a tuning fork type piezoelectric vibrator that ensures reliable conduction between the electrodes on the front and back main surfaces, even with an ultra-small tuning fork type piezoelectric vibrating piece. .
  • a tuning fork type piezoelectric vibrating piece having stable characteristics, which prevents conduction failure even in an ultra small size, and a tuning fork type piezoelectric vibrator using the tuning fork type piezoelectric vibrating piece. can do.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of an assembly of tuning fork type crystal vibrating pieces according to an embodiment of the present invention. Schematic cross-sectional view of a tuning-fork type crystal resonator according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic plan view of one main surface side of the tuning-fork type crystal vibrating piece of FIG.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the other main surface of the tuning-fork type crystal vibrating piece of FIG.
  • Fig. 3 is an enlarged schematic plan view of a part of Fig. 3
  • FIG. 3 is a schematic plan view corresponding to FIG. 3 of a tuning-fork type crystal vibrating piece according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an assembly of tuning fork type crystal vibrating pieces (hereinafter abbreviated as vibrating pieces) according to an embodiment of the present invention.
  • the vibrating piece 1 includes a base 2, a pair of vibrating arms 31 and 32, and a protrusion 4.
  • a large number of vibrating pieces 1 are formed simultaneously from a single quartz wafer 10 (hereinafter abbreviated as a wafer) having a rectangular shape in plan view.
  • a wafer quartz wafer 10
  • FIG. 1 through-holes drilled in the base 2 of each vibrating piece 1, grooves formed on the front and back main surfaces of the vibrating arms 31 and 32, and various electrodes formed on the vibrating arms 31 and 32 and the base 2. Is omitted, and only the outer shape of the resonator element 1 is displayed.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a tuning fork type crystal resonator in which the resonator element 1 is housed in a package.
  • the tuning fork type crystal resonator (hereinafter abbreviated as “crystal resonator”) in the present embodiment is a surface-mount type crystal resonator 70 having a substantially rectangular parallelepiped package structure.
  • the external dimensions in plan view are 1.6 mm in the vertical direction (long side) and 1.0 mm in the horizontal direction (short side).
  • the external dimensions of the crystal unit 70 in plan view are not limited to the dimensions. Even external dimensions smaller than this are applicable.
  • the external dimensions of the crystal resonator in plan view may be 1.2 mm for the long side and 1.0 mm for the short side.
  • the crystal resonator 70 of this embodiment includes a container 72 made of an insulating material having a recess 71, the resonator element 1, and a flat lid 73 that seals the recess 71.
  • the container 72 and the lid 73 constitute a package for housing the vibrating piece 1. After the vibrating piece 1 is housed inside the recess 71 of the container 72, the opening of the container 72 is covered so that the lid 73 covers the recess 71. It is hermetically sealed by being joined to the end.
  • the container 72 and the lid 73 are joined via a sealing material (not shown). In FIG. 2, description of various electrodes formed on the resonator element 1 is omitted.
  • the container 72 is a two-layered box-shaped body made of an insulating material mainly composed of ceramic such as alumina, and is formed by laminating two ceramic green sheets and firing them integrally.
  • Two electrode pads 74 (only one is shown in FIG. 2) that are conductively bonded to the resonator element 1 are spaced apart from each other on the short side of the inner bottom surface of the concave portion 71 that is rectangular in plan view. They are formed in parallel in a vacant state.
  • the two electrode pads 74 are connected to two of the four external connection terminals 75 (only two are shown in FIG. 2) provided at the four corners of the outer bottom surface of the container 72 through internal wiring and vias (not shown). It is electrically connected to the terminal. These two electrode pads 74 have different polarities.
  • the two electrode pads 74 are formed, for example, by laminating gold on the upper surface of the tungsten metallized layer using a technique such as plating.
  • a technique such as plating.
  • molybdenum may be used instead of tungsten.
  • the lid 73 is a metallic lid body having a rectangular shape in a plan view using Kovar as a base, and nickel plating layers are formed on the front and back surfaces of the lid.
  • the nominal frequency of the crystal unit 70 is 32.768 kHz.
  • FIG. 3 is a schematic plan view of one main surface side of the resonator element 1
  • FIG. 4 is a schematic plan view of the other main surface side of the resonator element 1.
  • the main surface on the side facing the electrode pad 74 provided in the container 72 when mounted on the container 72 among the two main surfaces on the front and back of the resonator element 1 is defined as the back surface and is opposed to the back surface.
  • the opposite main surface will be described as the surface. That is, FIG. 3 showing one main surface side will be described as the front surface side, and FIG. 4 showing the other main surface side will be described as the back surface side.
  • the resonator element 1 includes a base 2, a pair of vibrating arms 31 and 32 as first and second vibrating arms extending in the same direction from one end 21 of the base 2, and the other end of the base 2.
  • a projecting portion 4 projecting in one direction from one side surface 22 in the width direction of the base portion 2 (the X-axis direction of crystal axes X, Y, and Z orthogonal to each other in FIGS. 3 and 4). I have.
  • the arm width of the vibrating arms 31, 32 On the tip side of each of the pair of vibrating arms 31, 32, the arm width of the vibrating arms 31, 32, that is, the direction orthogonal to the extending direction of the vibrating arms (the X-axis direction in FIGS. 3 and 4).
  • Wide portions 33 and 33 are formed which are wider than the dimensions of the arms in FIG.
  • the wide portions 33 and 33 are formed integrally with the distal end portions of the vibrating arms 31 and 32 through widened portions (reference numerals omitted) that gradually widen in the extending direction of the vibrating arms.
  • the vibrating arms 31, 32, the widened portion, and the wide portions 33, 33 have a pair of side surfaces (reference numerals omitted) that face a pair of opposed main surfaces.
  • each of the pair of vibrating arms 31 and 32 are formed so that the long grooves G face each other for the purpose of further reducing the equivalent series resistance value, that is, Crystal Impedance (hereinafter abbreviated as CI value). Has been.
  • a reduced width portion 79 is formed in which the other end side 22 has a base width narrower than the one end side 21.
  • the protruding portion 4 described above is formed on one side surface of the reduced width portion 79.
  • the protruding portion 4 and the base portion 2 form an alphabetic “L” -shaped portion bent at a right angle in plan view.
  • bonding materials 61 and 62 for bonding to an electrode pad 74 as a mounting electrode of the container 72 are formed on the back surface side of the base portion 2 as described later.
  • the resonator element is not limited to the shape in the present embodiment.
  • the protrusion 4 protrudes not only from one side of the base 2 but also from the other side of the base 2 (the side facing the one side), that is, the protrusion 4 is the base.
  • the shape which protruded on the both outer sides of 2 may be sufficient.
  • the protruding portion 4 protrudes from the base portion 2 to both outer sides, and then changes its direction in the extending direction of the vibrating arms 31 and 32 to extend in parallel with each other. It may be a shape.
  • 5 and 6 are schematic plan views on the back side of the resonator element, and also show the outer shapes of through-holes H1 and H2, which will be described later.
  • the outer shape and grooves of the vibrating piece 1 described above are simultaneously formed from a single quartz wafer using photolithography technology and wet etching, that is, wet etching using an etching solution that chemically dissolves quartz.
  • the resonator element 1 includes a first excitation electrode 51 and a second excitation electrode 52 having different polarities, and a routing electrode described later from each of the first excitation electrode 51 and the second excitation electrode 52. Extracted extraction electrodes 53 and 54 are formed.
  • the first and second excitation electrodes 51 and 52 are formed over the entire inside of the long grooves G and G of the pair of vibrating arms 31 and 32. By forming the long grooves G and G, vibration leakage of the pair of vibrating arms 31 and 32 is suppressed even when the size of the vibrating piece 1 is reduced, and a good CI value can be obtained.
  • the first excitation electrode 51 is formed on the front and back main surfaces of one vibrating arm 31 as the first vibrating arm, and the outer surface and inner surface of the other vibrating arm 32 as the second vibrating arm.
  • the second excitation electrode 52 is formed on the front and back main surfaces of the other vibrating arm 32 as the second vibrating arm, and on the outer side surface and the inner side surface of the one vibrating arm 31 as the first vibrating arm.
  • the pair of excitation electrodes provided on each of the front and back main surfaces of the vibrating arm is the main surface electrode
  • the pair of excitation electrodes provided on each of the outer side surface and the inner side surface of the vibrating arm is the side surface. It will be called an electrode.
  • Lead electrodes are formed on all of the pair of main surfaces and the pair of side surfaces constituting the wide portions 33, 33, respectively.
  • the routing electrode is formed over the entire circumference of the wide portion 33 and the entire circumference of a part of the widened portion, that is, the pair of main surfaces and the pair of side surfaces.
  • the outer side surface and the inner side surface electrodes 52, 52 of one vibrating arm 31 are electrically connected via the routing electrode formed on the entire circumference of the wide portion 33.
  • the outer side surface of the other vibrating arm 32 and the side surface electrodes 51, 51 on the inner side surface are electrically connected via routing electrodes formed on the entire circumference of the wide portion 33.
  • a chromium (Cr) layer is formed on a quartz base material, and a gold layer is formed on the chromium layer. It has a layer structure in which (Au) layers are stacked.
  • the layer configuration of the various electrodes is not limited to a layer configuration in which a gold layer is formed on a chromium layer, but may be other layer configurations.
  • the first and second excitation electrodes 51 and 52, the extraction electrodes 53 and 54, and the routing electrode are formed on the entire main surface of the crystal wafer by vacuum deposition or sputtering, and then are applied by photolithography and metal etching. The desired pattern is simultaneously formed.
  • the adjustment metal film W is formed by electrolytic plating as a frequency adjustment weight only on one main surface, that is, the surface of the surfaces constituting the wide portion 33.
  • the frequency of the resonator element 1 is adjusted by reducing the mass of the adjustment metal film W by irradiating a beam such as a laser beam or an ion beam.
  • the adjustment metal film is formed on only one main surface among the surfaces constituting the wide portion 33, but the adjustment metal film is the surface of the surface constituting the wide portion 33. Among these, it may be formed on both one main surface and the other main surface facing the main surface.
  • the extraction electrodes 53 and 54 are formed on a part of the front surface side of the base portion 2, the entire back surface side of the base portion 2, and the protruding portion 4 on the back surface side.
  • the main surface electrode 51 on the surface side of one vibrating arm 31 shown in FIG. 3 is drawn out by the lead electrode 53 around the through hole H1 of the base 2.
  • the main surface electrode 52 on the back surface side of the other vibrating arm 32 shown in FIG. 4 is drawn around the through hole H2 of the base portion 2 by the lead electrode 54.
  • Each through hole H1, H2 is a through electrode in which a metal film is deposited on the inner wall surface of a through hole that penetrates the base 2 in the thickness direction.
  • the through holes H1 and H2 each have a substantially circular shape in plan view on the front and back main surfaces of the base 2, that is, in plan view at the open end.
  • the diameters D of the substantially circular through holes H1 and H2, that is, the opening diameters D are equal. 0.065 mm.
  • the opening diameter D is preferably 0.05 mm to 0.08 mm in order to ensure miniaturization as the resonator element 1 and ensure conduction as the through electrode. That is, when the opening diameter D is less than 0.05 mm, the through hole does not penetrate and cannot serve as a conduction path.
  • the opening diameter D exceeds 0.08 mm, the occupied area of the through hole with respect to the base portion 2 becomes too large, and cracks and cracks occur.
  • the thickness t of the base portion 2 is 80 ⁇ m.
  • the aspect ratio (t / D), which is the ratio of the thickness t of the base 2 to the opening diameter D of the through hole, is preferably in the following range.
  • the distance L1 between the virtual line extending along the end surface of the portion 34 and the virtual line passing through the upper ends of the through holes H1 and H2 and parallel to the virtual line is, for example, 0.03 to 0.04 mm. .
  • the inclined surface generated from the main surface of the base portion 2 in the vicinity of the opening end of the through hole to the inside of the through hole becomes multistage. Therefore, since the angle of the edge of the inclined surface which continues from the main surface of the base 2 to the inside of the through hole becomes gradually smaller, the disconnection (electrode breakage) of the metal film on the inner wall surface near the opening end of the through hole is prevented. Can be prevented.
  • the main surface electrode 51 on the surface side of one vibrating arm 31 shown in FIG. 3 is drawn around the through hole H1 of the base portion 2 by the lead electrode 53, and the figure is shown through the through hole H1. 4 is electrically connected to a main surface electrode 51 on the back side of one vibrating arm 31 shown in FIG.
  • the main surface electrode 51 on the surface side of one vibrating arm 31 shown in FIG. 3 passes from the periphery of the through hole H1 of the base portion 2 through the bridging portion 34 between the root portions of the vibrating arms 31 and 32.
  • the lead wire 531 is led out to the side electrode 51 on the inner side surface of the other vibrating arm 32 and electrically connected thereto.
  • the route of the routing wiring 531 is inclined from the lead electrode 53 around the through hole H1 toward the electrode of the portion 34 so that the route becomes the shortest route. Has been withdrawn.
  • the length and width of the routing wiring 531 are as follows: an imaginary line extending along the end face of the section 34 shown in FIG. 7 and an imaginary line parallel to the imaginary line through the upper ends of the through holes H1 and H2. Depends on the distance L1 between.
  • the length of the routing wiring 531 is preferably shorter as described above.
  • the length L2 of the routing wiring 531 extending obliquely shown in FIG. 7 is set to 0.03 mm or less.
  • the width of the routing wiring 531 is thick from the viewpoint of preventing disconnection.
  • the width of the lead wiring 531 is narrow. Therefore, in this embodiment, the width of the lead wiring 531 is set to 0.02 mm to 0.04 mm from the viewpoint of preventing disconnection and short circuit.
  • the side electrode 51 on the inner surface of the other vibrating arm 32 connected to the main surface electrode 51 on the surface side of the one vibrating arm 31 via the routing wiring 531 is connected to the other vibrating arm 32. It is drawn around and electrically connected to the side electrode 51 on the outer side. As shown in FIG. 4, the first side surface electrode 51 on the outer side surface of the other vibrating arm 32 is electrically connected to the main surface electrode 51 on the back surface side of the one vibrating arm 31 via the extraction electrode 53 on the back surface side. It is connected to the.
  • the main surface electrode 51 on the front surface side of one vibration arm 31 is electrically connected to the main surface electrode 51 on the rear surface side of one vibration arm 31 through the through-hole H1, and one vibration is vibrated.
  • the main surface electrode 51 on the front surface side of the arm 31 is also connected to the main surface electrode on the back surface side of one vibrating arm 31 via the lead wiring 531 formed so as to pass through the portion 34 and the side electrode 51 of the other vibrating arm 32.
  • the surface electrode 51 is electrically connected.
  • the main surface electrode 51 on the front surface side of one vibrating arm 31 is electrically connected to the main surface electrode 51 on the back surface side of the one vibrating arm 31 through a through hole H1.
  • the main surface electrode 51 on the surface side of one vibrating arm 31 is a path that passes through the routing wiring 531 formed in the vicinity of the portion 34, and one side electrode 51 passes through the side electrode 51 of the other vibrating arm 32.
  • the vibration arm 31 is electrically connected to the main surface electrode 51 on the back surface side.
  • the main surface electrode 52 on the back surface side of the other vibrating arm 32 is placed around the through hole H2 by the extraction electrode 54 as shown in FIG. It is drawn out and is electrically connected to the main surface electrode 52 on the surface side of the other vibrating arm 32 through the through hole H2.
  • the main surface electrode 52 on the back surface side of the other vibrating arm 32 shown in FIG. 4 is a lead wiring formed obliquely so as to pass through the crest 34 between the root portions of the vibrating arms 31 and 32. Via the 541, it is drawn out and electrically connected to the side electrode 52 on the inner side surface of one vibrating arm 31.
  • the length, width, and the like of the routing wiring 541 are the same as those of the routing wiring 531.
  • the side electrode 52 on the inner side surface of one vibrating arm 31 is drawn around and electrically connected to the side electrode 52 on the outer side surface of one vibrating arm 31.
  • the side electrode 52 on the outer surface of the one vibrating arm 31 is electrically connected to the main surface electrode 52 on the surface side of the other vibrating arm 32 through the surface-side extraction electrode 54. ing.
  • the main surface electrode 52 on the back surface side of the other vibrating arm 32 is electrically connected to the main surface electrode 52 on the front surface side of the other vibrating arm 32 through the through hole H2, and the other vibration arm 32 is vibrated.
  • the main surface electrode 52 on the back surface side of the arm 32 is connected to the main surface electrode on the surface side of the other vibrating arm 32 via the lead wiring 541 formed so as to pass through the portion 34 and the side electrode 52 of the one vibrating arm 31.
  • the surface electrode 52 is electrically connected.
  • the main surface electrode 52 on the back surface side of the other vibrating arm 32 is electrically connected to the main surface electrode 52 on the front surface side of the other vibrating arm 32 through a through hole H2.
  • the main surface electrode 52 on the back surface side of the other vibrating arm 32 is a path passing through the routing wiring 541 formed in the vicinity of the portion 34, and the other electrode via the side electrode 52 of the one vibrating arm 31.
  • the vibration arm 32 is electrically connected to the principal surface electrode 52 on the surface side.
  • the extraction electrodes 53 and 54 are on the surface side of the resonator element 1.
  • the base 2 is drawn from one end side 21 to the reduced width portion 79.
  • the region on the other end side 22 of the base portion 2 and the region on the distal end side of the protruding portion 4 on the back surface of the resonator element 1 are a pair of electrode pads 74 provided inside the container 72.
  • the connection electrodes 532 and 542 are electrically connected to each other.
  • Conductive bonding materials 62 and 61 are formed on the upper surfaces of the two connection electrodes 532 and 542, respectively.
  • the bonding materials 61 and 62 are plating bumps formed by an electrolytic plating method.
  • the conductive bonding between the resonator element 1 and the pair of electrode pads 74 is performed by the FCB method (Flip Chip Bonding).
  • FIG. 8 is a schematic plan view of the surface side corresponding to FIG. 3 of another embodiment of the present invention.
  • the width of the routing wiring 531a formed so as to pass through the portion 34 is made wider than the width of the routing wiring 531 of the above-described embodiment to prevent disconnection.
  • the corner of the lead electrode 54 adjacent to the lead wiring 531 is a right angle
  • the corner of the lead electrode 54a adjacent to the lead wiring 531a is a right corner.
  • a chamfer 76 is applied to the surface. The chamfer 76 extends parallel to the lead wiring 531a extending obliquely.
  • the distance between the lead wire 531a and the lead electrode 54a adjacent to the lead wire 541a is the same as that of the above embodiment.
  • the distance between the wiring 531 and the corner of the adjacent extraction electrode 54 is wider. Thereby, it is possible to further prevent a short circuit between the lead wiring and the adjacent lead electrode.
  • the width of the routing wiring formed so as to pass through the portion 34 is made wider than the width of the routing wiring 541 of the above embodiment, and at the same time, routing is performed.
  • Chamfering is performed on a right-angled corner of the extraction electrode 53 adjacent to the wiring 541.

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Abstract

各振動腕の表裏の両主面電極が、基部の表裏面を貫通する各貫通電極を介して電気的にそれぞれ接続されていると共に、各振動腕の表裏の両主面電極の一方の主面電極が、両振動腕の間の又部を経由するように形成された引回し配線を介して側面電極に電気的に接続され、この側面電極を介して両主面電極の他方の主面電極に電気的に接続されている。

Description

音叉型圧電振動片および当該音叉型圧電振動片を用いた音叉型圧電振動子
　本発明は、時計等のクロック源として広く用いられている音叉型圧電振動子に関する。
　音叉型水晶振動子は、例えば図９に示す音叉形状の音叉型水晶振動片７（以下、振動片７と略記する）が、上部が開口した箱状の容器（図示省略）の内部に接合材を介して接合され、前記容器の開口部分を平板状の蓋（図示省略）で気密封止した構造となっている。なお、説明の便宜上、図９は、振動片７の表裏二つの主面の内、表面側の主面として説明する。
　図９に示すように振動片７は、基部８と、基部８の一端側から同一方向に伸長する一対の振動腕９１，９２と、基部８の他端側の一側面から基部８の幅方向（図９において水晶の互いに直交する結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚの内のＸ軸方向）の一方に向かって突出した突出部９とを備えている。一対の振動腕９１，９２の各々の先端側には、振動腕９１，９２の腕幅よりも幅広となる幅広部９３，９３が形成されている。この幅広部９３，９３には、周波数調整用錘としての金属膜Ｗが形成されている。
　振動片７には、異極からなる第１の励振電極１１および第２の励振電極１２と、第１の励振電極１１と第２の励振電極１２の各々から後述の引回し電極を経由して引き出された引出し電極１３，１４とが形成されている。両振動腕９１，９２の各々の表裏主面には、等価直列抵抗値（クリスタルインピーダンス値：ＣＩ値）を低下させるために長溝Ｇがそれぞれ形成されている。
　この図９では、一方の振動腕９１の表面側の主面に形成された第１の励振電極１１は、引出し電極１３によって、基部８のスルーホールＨ３の周囲に引出されている。これに対して、他方の振動腕９２の表面側の主面に形成された第２の励振電極１２は、引出し電極１４によって、基部８のスルーホールＨ４の周囲に引出されると共に、スルーホールＨ４の周囲から引出し電極１４を介して一方の振動腕９１の外側面に形成された第２の励振電極１２に接続されている。
　各振動腕９１，９２において、幅広部９３，９３を構成する主面と側面を含む全周には、当該幅広部９３，９３と接続された振動腕の外側面と内側面とに形成された同極の励振電極同士を電気的に接続するための引回し電極（符号省略）が形成されている。
　したがって、一方の振動腕９１の外側面に形成された第２の励振電極１２は、幅広部９３の全周の第２の励振電極１２を介して、一方の振動腕９１の内側面に形成された第２の励振電極１２に接続されている。同様に、他方の振動腕９２の外側面に形成された第１の励振電極１１は、幅広部９３の全周の第１の励振電極１１を介して、他方の振動腕９２の内側面に形成された第１の励振電極１１に接続されている。
　図９では、一方の振動腕９１の表面側の主面に形成された第１の励振電極１１は、スルーホールＨ３の周囲までしか引出されていないのに対して、他方の振動腕９２の表面側の主面に形成された第２の励振電極１２は、スルーホールＨ４の周囲に引出されると共に、更に、一方の振動腕９１の外側面の第２の励振電極１２まで引出されている。
　この表面側の主面を示す図９とは逆に、図示しない裏面側の主面では、一方の振動腕９１の裏面側の主面に形成された第１の励振電極１１は、スルーホールＨ３の周囲に引出されると共に、更に、他方の振動腕９２の外側面の第１の励振電極１１まで引出されているのに対して、他方の振動腕９２の裏面側の主面に形成された第２の励振電極１２は、スルーホールＨ４の周囲までしか引出されていない。
　このように、一方の振動腕９１の表面側の主面に形成された第１の励振電極１１は、スルーホールＨ３が形成された表面側のスルーホールの周囲までしか引出されていない。同様に、他方の振動腕９２の裏面側の主面に形成された第２の励振電極１２は、スルーホールＨ４の周囲までしか引出されていない。
　各スルーホールＨ３，Ｈ４は、基部８を厚さ方向に貫く貫通孔の内壁面に金属膜が被着された貫通電極である。
　したがって、一方の振動腕９１の表面側の主面に形成された第１の励振電極１１は、スルーホールＨ３を介して裏面側の主面に形成された第１の励振電極１１に接続されると共に、他方の振動腕９２の外側面及び内側面の第１の励振電極１１に接続されている。
　同様に、他方の振動腕９２の裏面側の主面に形成された第２の励振電極１２は、スルーホールＨ４を介して表面側の主面に形成された第２の励振電極１２に接続されると共に、一方の振動腕９１の外側面及び内側面の第２の励振電極１２に接続されている。
　このように基部に貫通孔が設けられた構成の音叉型圧電振動片は、例えば特許文献１乃至３に開示されている。
特開２００４－２００９１４号 特許第５３３３６６８号 特許第５８３１３５３号
　前記スルーホールを構成する貫通孔は、水晶ウエハに金属膜を成膜した後、フォトリソグラフィ技術を駆使することによって前記金属膜の所定の領域のみを開口させ、これをエッチング時の保護マスクとして使用する。このように保護マスクが形成された水晶ウエハは、酸性フッ化アンモニウム等の水晶に対して腐食性を有する溶液（エッチング溶液）に浸漬されることによって、保護マスクで覆われていない開口領域が化学的に溶解する（ウエットエッチング）。前記浸漬時間を管理することによって貫通孔が穿孔される。
　前記エッチング溶液へ水晶ウエハを浸漬すると、人工水晶からなる水晶ウエハ（Ｚ板）の結晶の異方性によって、水晶ウエハの厚さ方向にＺ板水晶固有の傾斜角で浸食が進行していき、図９に示すように傾斜面１６を内壁とする貫通孔が形成される。このため、貫通させる水晶ウエハの厚みが厚くなるほど、穿孔される貫通孔の内部における開口径が小さくなる傾向にあり、また、貫通孔の内部における開口１５の平面視形状は、多角形状、例えば、図９に示すように、略三角形となる。
　このように水晶ウエハの貫通孔の表裏主面における開口径よりも、貫通孔内部における開口径の方が小さくなる。
　近年では圧電デバイスの超小型化によって、これに封入される振動片も超小型となり、例えば音叉型水晶振動子の平面視における外形寸法が１．６ｍｍ×１．０ｍｍ以下の大きさになってくると、前記ウエットエッチングのばらつきによっては、前記スルーホールを構成する貫通孔の充分な開口径を確保することが困難になってくる。なお、水晶ウエハの表裏主面の双方から同時にウエットエッチングを行った場合であっても、水晶ウエハの一方の主面側からのみウエットエッチングを行う場合に比べて貫通孔の径の縮小を軽減させることができるものの、充分な開口径を確保することは困難になってくる。
　このように微小な領域のみが開口した貫通孔を用いて前記スルーホールを形成する場合、貫通孔の開口面積の大小や、貫通孔の傾斜面への金属膜の付着状態の如何によっては貫通孔内のエッジとなる部分で導通状態が不安定となり、最終製品のリフロー時や製品出荷時の絶縁検査で貫通孔内の金属膜の断線が生じたりすることがあった。その結果、周波数規格外れ等の特性不良品が発生することがあった。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、超小型であっても導通不良を防止し、安定した特性を有する音叉型圧電振動片と当該音叉型圧電振動片を用いた音叉型圧電振動子を提供することを目的とするものである。
　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、本発明に係る音叉型圧電振動片は、基部と、当該基部の一端側から同方向に伸長する一対の第１，第２の振動腕を有する音叉型圧電振動片であって、
　前記第１の振動腕の表裏両主面にそれぞれ形成された両主面電極のうちの一方の主面電極が、前記基部の厚さ方向に設けられた一対の貫通電極のうちの一方の貫通電極を介して前記第１の振動腕の前記両主面電極のうちの他方の主面電極に接続され、かつ、前記第１の振動腕の前記一方の主面電極が、前記基部から伸長する前記第１,第２の振動腕の両根元部の間の又部を経由するように形成された引回し配線を介して、前記第２の振動腕の外側面と内側面の各々に設けられた一対からなる側面電極に接続されており、
　前記第２の振動腕の表裏両主面にそれぞれ形成された両主面電極のうちの、前記第１の振動腕の前記一方の主面電極とは表裏が反対側となる主面に形成された他方の主面電極が、前記一対の貫通電極のうちの他方の貫通電極を介して前記第２の振動腕の前記両主面電極のうちの一方の主面電極に接続され、かつ、前記第２の振動腕の前記他方の主面電極が、前記又部を経由するように形成された引回し配線を介して、前記第１の振動腕の外側面と内側面の各々に設けられた一対からなる側面電極に接続されており、
　前記第１の振動腕の前記両主面電極のうちの前記他方の主面電極が、前記第２の振動腕の側面に設けられた前記側面電極に接続されており、
　前記第２の振動腕の前記両主面電極のうちの前記一方の主面電極が、前記第１の振動腕の側面に設けられた前記側面電極に接続されている。
　本発明に係る音叉型圧電振動片によれば、超小型の音叉型水晶振動片であっても、各振動腕の表裏の各主面の各主面電極同士の確実な導通を確保することができる。
　これは、各振動腕の表裏の主面電極が、基部を貫通する一対の各貫通電極を介して電気的にそれぞれ接続されていること、及び、各振動腕の表裏の両主面電極の一方の主面電極が、又部に形成された引回し配線を介して、前記一方の主面電極が形成された振動腕とは反対側の振動腕の外側面及び内側面の各々に設けられた一対の側面電極に電気的にそれぞれ接続され、この一対の側面電極が、表裏の両主面電極の他方の主面電極に電気的にそれぞれ接続されていることによる。
　つまり、仮に一対の貫通電極のいずれか一方または両方において製造ばらつき等によって導通状態が不安定になったり、断線が発生した場合であっても、又部を経由するように形成された導通経路である引回し配線を介して、各振動腕の表裏の各主面電極間の電気的接続を維持することができるからである。
　また逆に、又部を経由するように表裏の両主面にそれぞれ形成された一対の引回し配線のいずれか一方または両方において、フォトリソグラフィ技術における露光時の位置ずれに起因する当該引回し配線のパターンずれ等によって導通状態が不安定になったり、断線が発生した場合であっても、一対の貫通電極によって各振動片の表裏の各主面電極間の電気的接続を維持することができる。
　前記基部の表裏の各主面における前記貫通電極の平面視形状が、略円形であるのが好ましい。
　圧電ウエハから音叉型圧電振動片の外形を成形するために、エッチング液を用いた湿式エッチングであるウエットエッチングを行うと、貫通電極を構成する貫通孔の平面視形状は多角形となる。音叉型圧電振動片の超小型化に伴い、等価直列抵抗値を低下させるためには、振動腕の主面へ長溝を形成するためにウエットエッチングが更に必要となる。この追加のウエットエッチングを行うことによって、平面視多角形状の貫通孔の開口径が更に拡大することになる。
　前記追加のウエットエッチングでは、平面視多角形状の貫通孔の各頂点に略外接する大きさに開口した金属膜のパターニングが行われる。この金属膜の開口部の平面視形状に応じて、貫通孔の開口端における平面視形状は、多角形から略円形や略三角形に変化することになる。
　上記構成では、前記基部の表裏の各主面における貫通電極の平面視形状が、略円形であるので、前記金属膜の開口部の平面視形状を、平面視多角形状の貫通孔の各頂点に略外接する円とすることができる。
　このように前記金属膜の開口部の平面視形状を、平面視多角形状の貫通孔の各頂点に略外接する円として金属膜のパターニングを行うので、振動腕の主面へ長溝を形成するための追加のウエットエッチングを行った際に、平面視多角形状の貫通孔の開口径が不所望に拡大するのを抑制して、超小型の音叉型圧電振動片の基部における貫通孔の占有面積の最小化を図ることができる。
　本発明に係る音叉型圧電振動子は、本発明に係る前記音叉型圧電振動片と、該音叉型圧電振動片が収容されるパッケージとを備え、
　前記音叉型圧電振動片は、前記第１，第２の振動腕の前記主面電極及び前記側面電極によって構成される励振電極から引出された接続電極を有し、前記接続電極が、前記パッケージを構成するベースの内部に設けられた搭載電極に導電接合され、前記音叉型圧電振動片が前記パッケージ内に気密封止されている。
　本発明に係る音叉型圧電振動子によれば、超小型の音叉型圧電振動片であっても、その表裏主面の電極間の確実な導通を確保した音叉型圧電振動子を得ることができる。
　以上のように、本発明によれば、超小型であっても導通不良を防止し、安定した特性を有する音叉型圧電振動片と当該音叉型圧電振動片を用いた音叉型圧電振動子を提供することができる。
本発明の実施形態に係る音叉型水晶振動片の集合体の平面模式図 本発明の実施形態に係る音叉型水晶振動子の断面模式図 図２の音叉型水晶振動片の一主面側の平面模式図 図２の音叉型水晶振動片の他主面側の平面模式図 接合部の変形例を示す音叉型水晶振動片の外形図 接合部の他の変形例を示す音叉型水晶振動片の外形図 図３の一部を拡大した平面模式図 本発明の他の実施形態に係る音叉型水晶振動片の図３に対応する平面模式図 従来の音叉型水晶振動片の一主面側の平面模式図
　以下、本発明の実施形態を、音叉型水晶振動子を例として挙げて説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る音叉型水晶振動片（以下、振動片と略記する）の集合体の平面模式図である。
　振動片１は、基部２と一対の振動腕３１，３２と突出部４とを備えている。この振動片１は、平面視矩形状の１枚の水晶ウエハ１０（以下、ウエハと略記する）から、多数個が一括同時に成形される。なお、図１では各振動片１の基部２に穿孔される貫通孔や、振動腕３１，３２の表裏主面に形成される溝や、振動腕３１，３２および基部２に形成される各種電極の記載は省略し、振動片１の外形のみを表示している。
　図２は、振動片１がパッケージに収納された音叉型水晶振動子の断面模式図である。
　本実施形態における音叉型水晶振動子（以下、水晶振動子と略記する）は、略直方体状のパッケージ構造からなる表面実装型の水晶振動子７０である。本実施形態では、その平面視の外形寸法は、縦（長辺）１．６ｍｍ、横（短辺）１．０ｍｍとなっている。なお、水晶振動子７０の平面視の外形寸法は、当該寸法に限定されるものではない。これよりも小さな外形寸法であっても適用可能である。例えば、水晶振動子の平面視の外形寸法は、長辺が１．２ｍｍ、短辺が１．０ｍｍであってもよい。
　この実施形態の水晶振動子７０は、凹部７１を有する絶縁材料からなる容器７２と、振動片１と、凹部７１を封止する平板状の蓋７３とを備えている。容器７２と蓋７３とによって、振動片１を収容するパッケージが構成され、振動片１は、容器７２の凹部７１の内部に収容された後、蓋７３が凹部７１を覆うように容器７２の開口端に接合されることによって気密に封止される。容器７２と蓋７３とは図示しない封止材を介して接合される。なお、図２では、振動片１に形成される各種電極の記載は省略している。
　容器７２は、アルミナ等のセラミックを主体とした絶縁材料から成る２層構成の箱状体であり、２枚のセラミックグリーンシートを積層して一体焼成することによって成形されている。平面視矩形状の凹部７１の内底面の一短辺側には、振動片１と導電接合される、搭載電極としての２つの電極パッド７４（図２では１つのみ図示）が、互いに間隔を空けた状態で並列して形成されている。２つの電極パッド７４は、図示しない内部配線およびビアを介して容器７２の外底面の４隅に設けられた４つの外部接続端子７５（図２では２つのみ図示）のうちの２つの外部接続端子と電気的に接続されている。これら２つの電極パッド７４は互いに異極となっている。
　この実施形態では、２つの電極パッド７４は、例えば、タングステンメタライズ層の上面に金をメッキ等の手法を用いて積層することによって形成されている。なお前記メタライズ層として、タングステンの代わりにモリブデンを用いてもよい。
　蓋７３は、コバールを基体とする平面視矩形状の金属性の蓋体であり、当該蓋の表裏面にはニッケルメッキ層が形成されている。
　本実施形態では水晶振動子７０の公称周波数は３２．７６８ｋＨｚとなっている。
　図３は振動片１の一方の主面側の平面模式図であり、図４は、振動片１の他方の主面側の平面模式図である。なお説明の便宜上、振動片１の表裏の両主面のうち、容器７２に搭載される際に容器７２内に設けられた電極パッド７４と対面する側の主面を裏面とし、当該裏面に対向する反対側の主面を表面として説明する。すなわち、一方の主面側を示す図３を表面側、他方の主面側を示す図４を裏面側として説明する。
　この実施形態の振動片１は、基部２と、基部２の一端側２１から同一方向に伸長する一対の第１，第２の振動腕としての振動腕３１，３２と、基部２の他端側２２の一側面から基部２の幅方向（図３及び図４において、水晶の互いに直交する結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚの内のＸ軸方向）の一方向に向かって突出した突出部４とを備えている。
　前記一対の振動腕３１，３２の各々の先端側には、振動腕３１，３２の腕幅、すなわち、振動腕の伸長方向に対して直交する方向（図３及び図４の前記Ｘ軸方向）における腕の寸法よりも幅広となる幅広部３３，３３が形成されている。幅広部３３，３３は、振動腕の伸長方向に向かって漸次拡幅する拡幅部（符号省略）を介して、振動腕３１，３２の先端部分と一体で成形されている。振動腕３１，３２と拡幅部と幅広部３３，３３は、対向する一対の主面と対向する一対の側面（符号省略）を有している。
　一対の振動腕３１，３２の各々の表裏主面には、等価直列抵抗値、すなわち、Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ（以下、ＣＩ値と略記する）をより低下させる目的で、長溝Ｇが互いに対向するように形成されている。
　基部２には、他端側２２が一端側２１よりも基部の幅が狭くなる縮幅部７９が形成されている。この縮幅部７９の一側面には前述した突出部４が形成されている。この突出部４と基部２とによって平面視では直角に折れ曲がったアルファベットの「Ｌ」字状の部位が形成されている。基部２の裏面側には、図４に示すように、上記容器７２の搭載電極としての電極パッド７４に接合するための接合材６１，６２が、後述のように形成されている。
　なお、振動片は本実施形態における形状に限定されるものではない。例えば前記突出部４が、図５の外形図に示すように、基部２の一側面だけでなく基部２の他側面（前記一側面と対向する側面）から突出した形状，つまり突出部４が基部２の両外側に各々突出した形状であってもよい。あるいは、前記突出部４が、図６の外形図に示すように、基部２から両外側に突出した後、振動腕３１，３２の伸長方向に向きを変えて、互いに平行に伸長する左右対称の形状であってもよい。なお、図５及び図６は、振動片の裏面側の平面模式図であって、後述のスルーホールＨ１，Ｈ２の外形を併せて示している。
　前述した振動片１の外形や溝は、１枚の水晶ウエハからフォトリソグラフィ技術とウェットエッチング、すなわち、水晶を化学的に溶解させるエッチング液を用いた湿式エッチングを用いて一括同時に成形される。
　振動片１には、異極からなる第１の励振電極５１および第２の励振電極５２と、第１の励振電極５１と第２の励振電極５２の各々から後述の引回し電極を経由して引き出された引出し電極５３，５４とが形成されている。
　また第１および第２の励振電極５１，５２は、一対の振動腕３１，３２の長溝Ｇ，Ｇの内部の全体に及んで形成されている。前記長溝Ｇ，Ｇを形成することにより、振動片１を小型化しても一対の振動腕３１，３２の振動漏れが抑制され、良好なＣＩ値を得ることができる。
　第１の励振電極５１は、第１の振動腕としての一方の振動腕３１の表裏主面と、第２の振動腕としての他方の振動腕３２の外側面と内側面とに形成されている。同様に第２の励振電極５２は、第２の振動腕としての他方の振動腕３２の表裏主面と、第１の振動腕としての一方の振動腕３１の外側面と内側面とに形成されている。なお、振動腕の表裏主面の各々に設けられた一対からなる各励振電極のことを主面電極と、振動腕の外側面と内側面の各々に設けられた一対からなる各励振電極を側面電極と呼ぶこととする。
　幅広部３３，３３を構成する一対の主面と一対の側面の全ての面には、引回し電極（符号省略）が各々形成されている。この引回し電極は、幅広部３３の全周と、拡幅部の一部の全周、すなわち、一対の主面と一対の側面とに亘って形成されている。
　したがって、一方の振動腕３１の外側面と内側面の側面電極５２，５２は、幅広部３３の全周に形成された引回し電極を介して電気的に接続されている。同様に、他方の振動腕３２の外側面と内側面の側面電極５１，５１は、幅広部３３の全周に形成された引回し電極を介して電気的に接続されている。
　前述した第１および第２の励振電極５１，５２や引出し電極５３，５４、引回し電極（符号省略）は、水晶基材上にクロム（Ｃｒ）層が形成され、このクロム層の上に金（Ａｕ）層が積層された層構成となっている。なお前記各種電極の層構成は、クロム層の上に金層が形成された層構成に限らず、他の層構成であってもよい。
　第１および第２の励振電極５１，５２と引出し電極５３，５４や引回し電極は、真空蒸着法やスパッタリング等によって水晶ウエハの主面全体に成膜された後、フォトリソグラフィ技術とメタルエッチングによって所望のパターンに一括同時に成形されている。
　図３に示すように、本実施形態では幅広部３３を構成する面のうち、一主面、すなわち、表面のみに周波数調整用錘として調整用金属膜Ｗが電解めっき法によって形成されている。この調整用金属膜Ｗの質量を、レーザービームやイオンビーム等のビームを照射して削減することによって振動片１の周波数が調整される。なお、本実施形態では調整用金属膜は幅広部３３を構成する面のうち、一主面のみに形成されている例を示しているが、調整用金属膜が幅広部３３を構成する面のうち、一主面と当該主面に対向する他主面の両方に形成されていてもよい。
　引出し電極５３，５４は、基部２の表面側の一部および基部２の裏面側の全体と裏面側の突出部４に形成されている。
　図３に示される一方の振動腕３１の表面側の主面電極５１は、引出し電極５３によって、基部２のスルーホールＨ１の周囲に引出されている。
　同様に、図４に示される他方の振動腕３２の裏面側の主面電極５２は、引出し電極５４によって、基部２のスルーホールＨ２の周囲に引出されている。
　各スルーホールＨ１，Ｈ２は、基部２を厚さ方向に貫く貫通孔の内壁面に金属膜が被着された貫通電極である。
　各スルーホールＨ１，Ｈ２は、基部２の表裏の主面における平面視形状、すなわち、開口端における平面視形状が略円形である。この実施形態では、図３の基部２付近を拡大した平面模式図である図７に示すように、略円形の各スルーホールＨ１，Ｈ２の直径Ｄ、すなわち、開口径Ｄは等しく、例えば、０．０６５ｍｍである。この開口径Ｄは、振動片１として超小型化を図りつつ、貫通電極として導通を確保するために、０．０５ｍｍ～０．０８ｍｍであるのが好ましい。すなわち、開口径Ｄが、０．０５ｍｍ未満ではスルーホールが貫通せず、導通経路としての役割を果たすことができない。一方、開口径Ｄが、０．０８ｍｍを超えると、基部２に対するスルーホールの占有面積が大きくなり過ぎて、クラックや割れ等が発生する。
　本実施形態では、基部２の厚みｔは、８０μｍである。スルーホールの開口径Ｄに対する基部２の厚みｔの比であるアスペクト比（ｔ／Ｄ）は、次の範囲であるのが好ましい。
　すなわち、好ましい開口径Ｄが、上記のように、０．０５ｍｍ（５０μｍ）～０．０８ｍｍ（８０μｍ）であるので、アスペクト比（ｔ／Ｄ）は、
　ｔ／Ｄ＝１．０～１．６
　であるのが好ましい。
　なお、開口径Ｄのセンター値である６５μｍでは、アスペクト比ｔ／Ｄ＝８０／６５＝１．２３となる。
　また、又部３４の端面に沿って延びる仮想線と各スルーホールＨ１，Ｈ２の上端を通って前記仮想線に平行な仮想線間の距離Ｌ１は、例えば、０．０３～０．０４ｍｍである。
　なお、ウエットエッチングの際に、水晶ウエハ（Ｚ板）の結晶異方性によって、水晶固有の傾斜角で浸食が進行するために、図７に示すように、スルーホールＨ１，Ｈ２は、その内壁が傾斜面７７となっている。また、内部における開口径が小さくなって、開口７８の平面視形状が、例えば、略三角形となっいる。
　また、長溝Ｇを形成するために、追加のウエットエッチングを行うことによって、貫通孔の開口端付近における基部２の主面から貫通孔の内部にかけて生じる傾斜面が多段状となる。これにより、基部２の主面から貫通孔の内部にかけて連続する傾斜面のエッジの角度が段階的に緩やかになるので、貫通孔の開口端付近の内壁面における金属膜の断線（電極切れ）を防止することができる。
　この実施形態では、図３に示される一方の振動腕３１の表面側の主面電極５１は、引出し電極５３によって基部２のスルーホールＨ１の周囲に引出され、このスルーホールＨ１を介して、図４に示される一方の振動腕３１の裏面側の主面電極５１に電気的に接続されている。
　更に、図３に示される一方の振動腕３１の表面側の主面電極５１は、基部２のスルーホールＨ１の周囲から両振動腕３１，３２の根元部分の間の又部３４を経由するように形成された引回し配線５３１を介して、他方の振動腕３２の内側面の側面電極５１に引出されて電気的に接続されている。
　この引回し配線５３１は、その経路長が長い程、断線の危険性が高まる。この実施形態では、断線の危険性を低減するために、引回し配線５３１の経路が、最短経路となるように、スルーホールＨ１の周囲の引出し電極５３から又部３４の電極へ向けて斜めに引出されている。
　この引回し配線５３１の長さ及び幅は、上記図７に示される又部３４の端面に沿って延びる仮想線と各スルーホールＨ１，Ｈ２の上端を通って前記仮想線に平行な仮想線との間の距離Ｌ１に依存する。
　引回し配線５３１の長さは、上記のように短い方が好ましく、この実施形態では、図７に示される斜めに延びる引回し配線５３１の長さＬ２は、０．０３ｍｍ以下としている。
　また、引回し配線５３１の幅は、断線防止の観点からは太い方が好ましい。
しかし、隣接する異極のスルーホールＨ２の周囲の引出し電極５４との短絡を防止するためには、引回し配線５３１の幅は細い方が好ましい。したがって、この実施形態では、断線防止および短絡防止の観点から、引回し配線５３１の幅は、０．０２ｍｍ～０．０４ｍｍとしている。
　この引回し配線５３１を介して一方の振動腕３１の表面側の主面電極５１に接続される他方の振動腕３２の内側面の側面電極５１は、上記のように、他方の振動腕３２の外側面の側面電極５１に引き回されて電気的に接続されている。この他方の振動腕３２の外側面の第１の側面電極５１は、図４に示すように、裏面側の引出し電極５３を介して一方の振動腕３１の裏面側の主面電極５１に電気的に接続されている。
　このように一方の振動腕３１の表面側の主面電極５１は、スルーホールＨ１を介して、一方の振動腕３１の裏面側の主面電極５１に電気的に接続され、かつ、一方の振動腕３１の表面側の主面電極５１は、又部３４を経由するように形成された引回し配線５３１及び他方の振動腕３２の側面電極５１を介して一方の振動腕３１の裏面側の主面電極５１に電気的に接続されている。
　すなわち、一方の振動腕３１の表面側の主面電極５１は、スルーホールＨ１を経由する経路で、一方の振動腕３１の裏面側の主面電極５１に電気的に接続されている。同時に、一方の振動腕３１の表面側の主面電極５１は、又部３４の近傍に形成された引回し配線５３１を経由する経路で、他方の振動腕３２の側面電極５１を介して一方の振動腕３１の裏面側の主面電極５１に電気的に接続されている。
　上記一方の振動腕３１の表面側の主面電極５１と同様に、他方の振動腕３２の裏面側の主面電極５２は、図４に示すように、引出し電極５４によってスルーホールＨ２の周囲に引出され、このスルーホールＨ２を介して、他方の振動腕３２の表面側の主面電極５２に電気的に接続されている。
　更に、図４に示される他方の振動腕３２の裏面側の主面電極５２は、両振動腕３１，３２の根元部分の間の又部３４を経由するように斜めに形成された引回し配線５４１を介して、一方の振動腕３１の内側面の側面電極５２に引出されて電気的に接続されている。この引回し配線５４１の長さや幅等は、上記引回し配線５３１と同様である。
　一方の振動腕３１の内側面の側面電極５２は、上記のように、一方の振動腕３１の外側面の側面電極５２に引き回されて電気的に接続されている。この一方の振動腕３１の外側面の側面電極５２は、図３に示すように、表面側の引出し電極５４を介して他方の振動腕３２の表面側の主面電極５２に電気的に接続されている。
　このように他方の振動腕３２の裏面側の主面電極５２は、スルーホールＨ２を介して、他方の振動腕３２の表面側の主面電極５２に電気的に接続され、かつ、他方の振動腕３２の裏面側の主面電極５２は、又部３４を経由するように形成された引回し配線５４１及び一方の振動腕３１の側面電極５２を介して他方の振動腕３２の表面側の主面電極５２に電気的に接続されている。
　すなわち、他方の振動腕３２の裏面側の主面電極５２は、スルーホールＨ２を経由する経路で、他方の振動腕３２の表面側の主面電極５２に電気的に接続されている。同時に、他方の振動腕３２の裏面側の主面電極５２は、又部３４の近傍に形成された引回し配線５４１を経由する経路で、一方の振動腕３１の側面電極５２を介して他方の振動腕３２の表面側の主面電極５２に電気的に接続されている。
　引出し電極５３，５４は、振動片１の表面側においては、図３に示すように、
基部２の一端側２１から縮幅部７９まで引き出されている。一方、振動片１の裏面側においては、図４に示すように、他端側２２および突出部４の先端側まで引き出されている。そして図４に示すように、振動片１の裏面における基部２の他端側２２の領域と突出部４の先端側の各領域とは、上記容器７２の内部に設けられた一対の電極パッド７４と各々電気機械的に接続される接続電極５３２，５４２となっている。
　２つの接続電極５３２，５４２の各々の上面には、導電性の接合材６２，６１が各々形成されている。本実施形態では接合材６１，６２は、電解めっき法によって形成された，めっきバンプとなっている。そして振動片１と一対の電極パッド７４との導電接合は、ＦＣＢ法（Ｆｌｉｐ　Ｃｈｉｐ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）によって行われている。
　上記構成によれば、超小型の音叉型水晶振動片であっても、各振動腕３１，３２の表裏の各主面の各主面電極同士５１，５１；５２，５２の確実な導通を確保することができる。これは、表裏の主面電極５１，５１；５２，５２が、基部２の表裏面を貫通する貫通電極であるスルーホールＨ１，Ｈ２を介して電気的に接続されていること、及び、表裏の両主面電極５１，５１；５２，５２の一方の主面電極５１，５２が、又部３４を経由するように形成された引回し配線５３１，５４１を介して側面電極５１，５２に電気的に接続され、この側面電極５１，５２が、表裏の両主面電極の他方の主面電極５１，５２に電気的に接続されていることによる。
　つまり、仮に一対のスルーホールＨ１，Ｈ２のいずれか一方または両方において製造ばらつき等によって導通状態が不安定になったり、断線が発生した場合であっても、又部３４を経由するように形成された導通経路である引回し配線５３１，５４１によって、振動片１の表裏の両主面電極５１，５１；５２，５２間の電気的接続を維持することができるからである。
　また逆に、又部３４を経由するように形成された引回し配線５３１，５４１のいずれか一方または両方において、フォトリソグラフィ技術における露光時の位置ずれに起因する当該引回し配線のパターンずれ等によって導通状態が不安定になったり、断線が発生した場合であっても、一対のスルーホールＨ１，Ｈ２によって振動片１の表裏の主面電極５１，５１；５２，５２間の電気的接続を維持することができる。
　図８は、本発明の他の実施形態の図３に対応する表面側の平面模式図である。
　この実施形態では、又部３４を経由するように形成された引回し配線５３１ａの幅を、上記実施形態の引回し配線５３１の幅よりも広くして断線の防止を図っている。
　同時に、上記実施形態では、引回し配線５３１に隣接する引出し電極５４の角部は直角であったのに対して、この実施形態では、引回し配線５３１ａに隣接する引出し電極５４ａの直角な角部に面取り７６を施している。この面取り７６は、斜めに延びる引回し配線５３１ａに平行に延びている。
　このように、引回し配線５３１ａに隣接する引出し電極５４ａの直角な角部に面取り７６を施しているので、引回し配線５３１ａと、隣接する引出し電極５４ａとの間隔が、上記実施形態の引回し配線５３１と、隣接する引出し電極５４の角部との間隔よりも広くなっている。これにより、引回し配線と、隣接する引出し電極との間の短絡をより防止することができる。
　なお、裏面側においても、表面側と同様に、又部３４を経由するように形成された引回し配線の幅を、上記実施形態の引回し配線５４１の幅よりも広くし、同時に、引回し配線５４１に隣接する引出し電極５３の直角な角部に面取りを施している。
　その他の構成は、上記実施形態と同様である。
　本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
　音叉型圧電振動子の量産に適用できる。
　１　　音叉型水晶振動片
　２　　基部
　３１，３２　　振動腕
　Ｈ１，Ｈ２　　スルーホール（貫通電極）
　３４　　又部
　５１　　第１励振電極
　５２　　第２励振電極
　５３１，５４１　　引回し配線

Claims (3)

  1. 　基部と、当該基部の一端側から同方向に伸長する一対の第１，第２の振動腕を有する音叉型圧電振動片であって、
    　前記第１の振動腕の表裏両主面にそれぞれ形成された両主面電極のうちの一方の主面電極が、前記基部の厚さ方向に設けられた一対の貫通電極のうちの一方の貫通電極を介して前記第１の振動腕の前記両主面電極のうちの他方の主面電極に接続され、かつ、前記第１の振動腕の前記一方の主面電極が、前記基部から伸長する前記第１,第２の振動腕の両根元部の間の又部を経由するように形成された引回し配線を介して、前記第２の振動腕の外側面と内側面の各々に設けられた一対からなる側面電極に接続されており、
    　前記第２の振動腕の表裏両主面にそれぞれ形成された両主面電極のうちの、前記第１の振動腕の前記一方の主面電極とは表裏が反対側となる主面に形成された他方の主面電極が、前記一対の貫通電極のうちの他方の貫通電極を介して前記第２の振動腕の前記両主面電極のうちの一方の主面電極に接続され、かつ、前記第２の振動腕の前記他方の主面電極が、前記又部を経由するように形成された引回し配線を介して、前記第１の振動腕の外側面と内側面の各々に設けられた一対からなる側面電極に接続されており、
    　前記第１の振動腕の前記両主面電極のうちの前記他方の主面電極が、前記第２の振動腕の側面に設けられた前記側面電極に接続されており、
    　前記第２の振動腕の前記両主面電極のうちの前記一方の主面電極が、前記第１の振動腕の側面に設けられた前記側面電極に接続されている、
    　音叉型圧電振動片。
  2. 　前記基部の表裏の各主面における前記貫通電極の平面視形状が、略円形である、
    　請求項１に記載の音叉型圧電振動片。
  3. 　請求項１または２に記載の前記音叉型圧電振動片と、該音叉型圧電振動片が収容されるパッケージとを備え、
    　前記音叉型圧電振動片は、前記第１，第２の振動腕の前記主面電極及び前記側面電極によって構成される励振電極から引出された接続電極を有し、前記接続電極が、前記パッケージを構成するベースの内部に設けられた搭載電極に導電接合され、前記音叉型圧電振動片が前記パッケージ内に気密封止されている、
    　音叉型圧電振動子。
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