特許 5912557 音叉型圧電振動片及び圧電デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5912557

(24)【登録日】2016年4月8日

(45)【発行日】2016年4月27日

(54)【発明の名称】音叉型圧電振動片及び圧電デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/19 20060101AFI20160414BHJP

   H03H 9/215 20060101ALI20160414BHJP

   H01L 41/09 20060101ALI20160414BHJP

   H01L 41/18 20060101ALI20160414BHJP

   H01L 41/22 20130101ALI20160414BHJP

【ＦＩ】

   H03H9/19 L

   H03H9/215

   H01L41/08 C

   H01L41/08 L

   H01L41/18 101A

   H01L41/22

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-5434(P2012-5434)

(22)【出願日】2012年1月13日

(65)【公開番号】特開2012-217140(P2012-217140A)

(43)【公開日】2012年11月8日

【審査請求日】2014年12月17日

(31)【優先権主張番号】特願2011-72755(P2011-72755)

(32)【優先日】2011年3月29日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106541

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 信和

(72)【発明者】

【氏名】川西 信吾

【審査官】 新井 寛

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第００／０４４０９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１４７９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１９０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２３８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４３４３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２８０８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３３０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−０２４４８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０３Ｈ ９／１９

Ｈ０３Ｈ ９／２１５

Ｈ０１Ｌ ４１／０９

Ｈ０１Ｌ ４１／１８

Ｈ０１Ｌ ４１／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基部の一端側から所定方向に伸び、その先端に錘部が形成される一対の振動腕と、
前記一対の振動腕の第１面に該第１面から凹んで前記所定方向に伸びるように形成される第１溝部と、
前記一対の振動腕の前記第１面の反対側の第２面に該第２面から凹んで前記所定方向に伸びるように形成される第２溝部と、を備え、
前記第１溝部と前記第２溝部とは、側面、底面、前記基部側である後端面及び前記錘部側の先端面を有し、
前記第１溝部には、前記後端面から前記先端面に至る途中まで伸び、前記後端面、前記側面、及び前記底面に第１励振電極が形成され、
前記第２溝部には、前記後端面から前記先端面まで伸び、前記後端面、前記側面、前記底面及び前記先端面に第２励振電極が形成され、
前記第１励振電極の長さが前記第２励振電極の長さよりも短い音叉型圧電振動片。

【請求項2】

前記第１面では、前記錘部に第１厚さの金属膜が形成され、
前記第２面では、前記錘部に前記第１厚さよりも薄い第２厚さの金属膜が形成され、
前記第１励振電極及び前記第２励振電極は、前記第２厚さで形成される請求項１に記載の音叉型圧電振動片。

【請求項3】

前記第１励振電極の長さは前記第１溝部の長さの６０％から９０％である請求項１又は請求項２に記載の音叉型圧電振動片。

【請求項4】

前記錘部は、前記溝部が形成された前記振動腕の領域の幅よりも幅が広く形成されている請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片。

【請求項5】

前記第１溝部と前記第２溝部とは、前記後端面から前記先端面に至る途中に、前記所定方向と交差する方向に伸び、前記溝部の幅を狭くしたくびれ部を有している請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片。

【請求項6】

前記基部の前記一端側から且つ前記振動腕の両外側において前記所定方向に伸びる一対の支持腕を備え、前記支持腕は導電性接着剤が塗布される接合部を有する請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片。

【請求項7】

前記基部の前記一端側から且つ前記振動腕の両外側において前記所定方向に伸びる一対の支持腕を備え、
前記支持腕に接続されるとともに前記基部及び前記振動腕を囲む外枠部を備える請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片。

【請求項8】

請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片と、
前記音叉型圧電振動片の前記第２面側に配置され前記音叉型圧電振動片が配置されるベース板と、
前記音叉型圧電振動片の前記第１面側に配置される蓋部と、
を備えることを特徴とする圧電デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水晶等からなる圧電基板で形成され一対の振動腕を有する音叉型圧電振動片及びその音叉型圧電振動片を使った圧電デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

特に最近、これら圧電デバイスは、それを搭載する電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されている。また、低いＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を確保して、高品質で安定性に優れた圧電デバイスが要求されている。音叉型圧電振動片は、小型化により電極間距離が短くなり、直列共振容量が大きくなることによって周波数可変感度が高くなる。周波数可変感度が高くなると目的の周波数、例えば３２．７６８ｋＨｚに合わせることが難しくなる。また、小型化・薄型化に伴い周波数調整用に振動腕部の先端に設けた錘部の金属膜と励振電極とが近くなり、周波数調整工程において飛散した金が錘部の金属膜と励振電極とを短絡させる可能性がある。

【0003】

特許文献１によれば、振動腕部の長手方向における溝部の一部に形成される電極部の長さが振動腕部の長さに対して５５％以下にすることで周波数可変感度を低減する技術が開示されている。

【特許文献1】特開２０１０−０５０９６０号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、周波数可変感度が例えば１５ｐｐｍ／ｐＦ以下に下げられた圧電デバイスは周波数可変感度が低減されるが、一方でＣＩ値が高くなってしまう。このためには、ＣＩ値を下げたままで、周波数可変感度を低減する技術が求められている。

【0005】

本発明の目的は、ＣＩ値を上げることなく周波数調整が容易になる音叉型の圧電振動片又は圧電デバイスを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の観点の音叉型圧電振動片は、基部の一端側から所定方向に伸びその先端に錘部が形成される一対の振動腕と、一対の振動腕の第１面に該第１面から凹んで所定方向に伸びるように形成される第１溝部と、第１面の反対側の第２面に該第２面から凹んで所定方向に伸びるように形成される形成され第２溝部と、を備える。そして第１溝部と第２溝部とは、側面、底面、基部側である後端面及び錘部側の先端面を有する。その第１溝部には、後端面から先端面に至る途中まで伸び、後端面、側面、及び底面に第１励振電極が形成される。また、第２溝部には、後端から先端面まで伸び、後端面、側面、底面及び先端面に第２励振電極が形成されている。

【0007】

第２の観点の音叉型圧電振動片は、第１面では錘部に第１厚さの金属膜が形成され、第２面では錘部に第１厚さよりも薄い第２厚さの金属膜が形成されている。そして第１励振電極及び第２励振電極は薄い第２厚さで形成される。
また、第１励振電極の長さは第１溝部の長さの６０％から８０％である。
さらに錘部は、溝部が形成された振動腕の領域の幅よりも幅が広く形成されている。

【0008】

第３の観点の音叉型圧電振動片は、基部の一端側から且つ振動腕の両外側において所定方向に伸びる一対の支持腕を備える。その支持腕は導電性接着剤が塗布される接合部を有する。
また、基部の一端側から且つ振動腕の両外側において所定方向に伸びる一対の支持腕を備え、支持腕に接続されるとともに基部及び振動腕を囲む外枠部を備える。
また、第１溝部と第２溝部とは、後端面から先端面に至る途中に、所定方向と交差する方向に伸び、溝部の幅を狭くしたくびれ部を有している。
さらに第４の観点の圧電デバイスは、上記音叉型圧電振動片と、音叉型圧電振動片の第２面側に配置され音叉型圧電振動片が配置されるベースと、音叉型圧電振動片の第１面側に配置される蓋部と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明の音叉型圧電振動片は、小型化しても第１面の励振電極の長さを短くし第２面の励振電極の長さを長くして、市場要求に合った製品を提供できる。またその圧電振動片を使った圧電デバイスは小型化の要望に応えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（ａ）は、リッド５３を取り除いた状態の第１水晶デバイス１００の平面図である。 （ｂ）は、（ａ）に示した第１水晶デバイス１００のＡ−Ａ’断面図である。

【図2】（ａ）は、第１音叉型水晶振動片２０の第１主面の平面図である。 （ｂ）は、第１音叉型水晶振動片２０の第２主面の平面図である。

【図3】（ａ）は、第１音叉型水晶振動片２０のＢ−Ｂ’断面図である。 （ｂ）は、第１音叉型水晶振動片２０のＣ−Ｃ’断面図である。

【図4】第１音叉型水晶振動片２０の電極形成と周波数調整との工程を示したフローチャートである。

【図5】溝部の電極カット率と直列共振容量との関係を示すグラフである。

【図6】溝部の電極カット率とＣＩ値との関係を示すグラフである。

【図7】直列共振容量Ｃ１と周波数可変感度Ｓとの関係を示すグラフである。

【図8】（ａ）は、第２音叉型水晶振動片２０Ａの平面図である。 （ｂ）は、第２音叉型水晶振動片２０ＡのＤ−Ｄ’断面図である。

【図9】（ａ）は、分解した状態の第２水晶デバイス１１０を、リッド１０のリッド部側からみた斜視図である。 （ｂ）は、（ａ）に示した第２水晶デバイス１１０のＥ−Ｅ’断面構成図である。

【図10】（ａ）は、第３音叉型水晶振動片３０の平面図である。 （ｂ）は、（ａ）に示した第３音叉型水晶振動片３０のＦ−Ｆ’断面図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0011】

以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の各実施形態において、振動腕が伸びる方向をＹ軸方向とし、振動腕の腕幅方向をＸ軸方向とし、そのＹ軸およびＸ軸方向と直交する方向をＺ軸方向とする。本実施形態の音叉型水晶振動片は、例えば３２．７６８ｋＨｚで発振する振動片でＹ軸方向の長さが１．４５ｍｍ程度、Ｘ方向の長さが０．５ｍｍ程度、Ｚ方向の厚さが０．１２ｍｍ前後の小型な形状となっている。

【0012】

＜第１実施形態＞
（第１水晶デバイス１００の構成）
図１（ａ）はリッド５３を取り除いた状態の第１水晶デバイス１００の概略上面図であり、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。

【0013】

図１（ｂ）に示されるように、第１水晶デバイス１００は、リッド５３とパッケージＰＫＧと第１音叉型水晶振動片２０とから構成される。真空チャンバ内で窪みを持つパッケージＰＫＧに第１音叉型水晶振動片２０を入れ、真空状態でリッド５３とパッケージＰＫＧとを封止材５４により接合する。リッド５３は硼珪酸ガラスなどで形成することで水晶デバイスを接合した後でも周波数の調整をすることができる。

【0014】

パッケージＰＫＧは、例えばセラミックからなるセラミックパッケージであり、複数枚のセラミックシートを積層して箱状に形成してある。パッケージＰＫＧの底部には外部電極５１が形成され表面実装（ＳＭＤ：Surface Mount Device）できるタイプとなる。

【0015】

図１（ａ）に示されるように、第１音叉型水晶振動片２０は、一対の振動腕２１と支持腕２２と基部２３とからなる。基部２３には基部電極３１、３２が形成されている。一対の振動腕２１の表裏両面には、上面から凹んだ溝部２４が形成されている。一対の振動腕２１は、その上面及び下面の溝部２４に且つ側面に励振電極３３、３４が形成されている。振動腕２１の先端は、錘部となり錘用の金属膜２８（以下、錘金属膜２８）を有している。支持腕２２の接合部２５がパッケージＰＫＧに導電性接着剤５０を介して接合する。

【0016】

第１水晶デバイス１００は、質量の増減による周波数の調整が行われる。振動腕２１の先端の錘金属膜２８に金属膜を付加したり又は錘金属膜２８にイオンミリング又はレーザー光を照射したりして、錘部２８の金属被膜の一部が蒸散・昇華される。その後、第１水晶デバイス１００は、駆動特性などの検査が行われ、完成する。

【0017】

（第１音叉型水晶振動片２０の構成）
図２（ａ）は、第１実施形態の第１音叉型水晶振動片２０の第１主面（上面）の平面図であり、（ｂ）は、第１音叉型水晶振動片２０の第２主面（下面）の平面図である。第１音叉型水晶振動片２０は、振動腕２１の溝部２４に励振電極３３（３３ａ，３３ｂ），３４（３４ａ，３４ｂ）を有している。また振動腕２１の先端に錘金属膜２８を有している。

【0018】

一対の振動腕２１は、基部２３よりＹ軸方向に平行に伸びている。一本の振動腕２１の上面には上面から凹んだ１本の溝部２４が形成されており、振動腕２１の下面側にも同様に下面から凹んだ１本の溝部２４が形成されている。振動腕２１の先端付近は、一定幅で幅広となりハンマー形の形状となっている。ハンマー形の形状部分は金属膜を備えた錘金属膜２８を形成している。錘金属膜２８は振動腕２１が小型になって高くなりがちな周波数を所定の周波数まで下げるため、また水晶デバイスとして搭載した第１音叉型水晶振動片２０の周波数調整をしやすくするために形成される。

【0019】

基部２３と一対の振動腕２１とで成す振動根元部２６の形状は、直線的なＵ字形状をしている。また、基部２３と振動腕２１と支持腕２２とで成す２箇所の支持根元部２７の形状も、同一の直線的なＵ字形状をしている。振動根元部２６と支持根元部２７との形状とが直線的なＵ字形状をしているが、曲線的なＵ字形状をしていても良い。

【0020】

第１音叉型水晶振動片２０の基部２３は、その全体が矩形状に形成されている。基部２３の長さは第１音叉型水晶振動片２０の全長を短くするために、できるだけ短いほうが望ましい。しかし、基部の長さを短くすると、振動腕２１の振動がパッケージ外部へ振動漏れとして伝わるおそれがあり、またパッケージ外部の温度変化、又は衝撃の影響を受けやすくなる。このため、第１音叉型水晶振動片２０に支持腕２２を形成している。

【0021】

支持腕２２は、図２（ａ）及び（ｂ）で示されるように、第１音叉型水晶振動片２０の基部２３の両端から伸びている。支持腕２２の長さは振動腕２１の長さより短く形成されている。第１音叉型水晶振動片２０とパッケージＰＫＧとは、導電性接着剤５０を介して接合部２５で接合する。接合部２５は、基部より離れた支持腕２２の端部に設置される。接合部２５が基部２３から離れることで振動漏れや外部変化の影響を少なくしている。

【0022】

次に第１音叉型水晶振動片２０の寸法について説明する。一対の振動腕２１の長さＬは、例えば１．２５ｍｍ程度の長さである。溝部２４の長さｍは、振動腕２１の長さＬに対して約７０％に形成されている。溝部２４の長さｍは、溝部の一方の端面２４Ｅ（基部２３の近傍）を起点として他方の端面２４Ｅ（錘部の近傍（＋Ｙ方向））までの長さである。以下、基部２３の近傍の端面２４Ｅを後端面、錘部の近傍の端面２４Ｅを先端面という。上面側の励振電極３３ａ，３４ａは後端面２４ＥからＹ軸方向の途中まで伸びており先端面２４Ｅまで届かない。上面側の励振電極３３ａ，３４ａの長さｎは、図２（ａ）に示されるように、溝部２４の長さｍに対して６０％〜８０％に形成されている。

【0023】

図２（ｂ）に示されるように、下面の溝部２４の長さｍ（後端面２４Ｅから先端面２４Ｅ）も、振動腕２１の長さＬに対して約７０％に形成されている。一方、下面側の励振電極３３ｂ，３４ｂの長さｎは、溝部２４の長さｍに対して１００％に形成されている。即ち、励振電極３３ｂ，３４ｂは、溝部２４の長さと同じ長さで形成される。基部２３の長さは０．２０ｍｍ程度である。

【0024】

図３（ａ）は、図２（ａ）及び（ｂ）に示された第１音叉型水晶振動片２０のＢ−Ｂ’断面図である。図３（ｂ）は、図２（ａ）及び（ｂ）に示された第１音叉型水晶振動片２０のＣ−Ｃ’断面図である。

【0025】

図３（ａ）に示されるように、振動腕２１の上面（＋Ｚ）には、基部電極３１と励振電極３４ａと錘金属膜２８とが形成され、振動腕２１の下面（−Ｚ）には、基部電極３１と励振電極３４ｂと錘金属膜２８とが形成されている。振動腕２１の上下面の錘金属膜２８は、基部電極３１と励振電極３４を形成する工程で同時に形成され、上下面とも同じ厚さＴ１である。さらに、振動腕２１の上面の錘金属膜２８ａの上面に錘金属膜２８ｂが形成され新たに厚さＴ２で積層される。錘金属膜２８ｂは小型化に伴い周波数が高くなりがちなため周波数を下げるために形成される。

【0026】

振動腕２１の下面の励振電極３４ｂは、溝部２４の長さと同じ長さに形成される。励振電極３３，３４は、振動腕２１の側面及び溝部の側面２４Ｓ並びに溝部の底面２４Ｂにも形成されている。基部電極３１、３２と励振電極３３、３４は例えばＣｒ膜からなる下地にＡｕ膜を設けた２層構造で形成されている。

【0027】

図３（ｂ）で示されるように、第１音叉型水晶振動片２０の振動腕２１と振動腕２１との距離である第２幅Ｗ２は振動腕２１の幅である第１幅Ｗ１と同じであり、また振動腕２１と支持腕２２との距離である第３幅Ｗ３も第１幅Ｗ１と同じ長さで形成されている。つまり第１音叉型水晶振動片２０は第１幅Ｗ１と、第２幅Ｗ２と、第３幅Ｗ３とを同一幅で設計する。

【0028】

また、溝部２４の断面は略Ｈ型に形成される。振動腕２１の溝部２４の幅Ｗ５（溝部の側面２４Ｓと２４Ｓとの距離）は、振動腕２１の幅Ｗ１の４０％から８０％の幅に形成される。振動腕２１の厚さＴ４は、振動腕２１の幅Ｗ１の２倍以上である。これらの第１音叉型水晶振動片２０の外形と溝部２４との形成は公知のフォトリソ・エッチング技術で形成されている。

【0029】

図３（ｂ）の第１音叉型水晶振動片２０のＣ−Ｃ’断面で示されるように、振動腕２１の上面（＋Ｚ）の溝部２４は、励振電極３３，３４が形成されていない。振動腕２１の下面（-Ｚ）の溝部２４は、励振電極３３ｂ，３４ｂが形成されている。励振電極３３ｂ，３４ｂは、振動腕２１の側面、溝部の側面２４Ｓ及び溝部の底面２４Ｂにも形成されている。

【0030】

（第１音叉型水晶振動片２０の製造方法）
図４は，第１音叉型水晶振動片２０の電極形成工程と周波数調整工程とのフローチャートである。電極の形成は、フォトリソグラフィの手法によって形成される。

【0031】

ステップＳ１１において、金属膜は、第１音叉型水晶振動片２０の外形と溝部とが形成された水晶ウエハ全体に真空蒸着もしくはスパッタリングによって形成される。次いで、フォトレジストが金属膜の上に塗布される。そして、基部電極３１、３２と励振電極３３、３４を含む電極パターンが形成された電極用マスクが、水晶ウエハに形成された第１音叉型水晶振動片２０に重ねられる。不図示の露光装置は電極パターンを第１音叉型水晶振動片２０に露光する。

【0032】

ステップＳ１２において、電極パターンは、現像後のレジストを除去したのち、金属膜をエッチングして形成される。これにより第１音叉型水晶振動片２０は、励振電極３３，３４が形成される。第１主面（上面）側の溝部２４には、後端面２４Ｅ（図２、図３を参照。）から溝部２４の長さｍに対して６０％から８０％伸びて形成されている。第２主面（下面）側の溝部２４の全体に励振電極３３ｂ，３４ｂが形成される。この電極パターンの形成時に、錘金属膜２８ａ（図３（ａ）を参照。）も形成される。錘金属膜２８ａは表裏ともに基部電極３１，３２及び励振電極３３，３４と同じ厚さＴ１の金属膜が形成される。

【0033】

ステップＳ１３において、第１音叉型水晶振動片２０の第１主面（上面）に錘金属膜２８ｂ（図３（ａ）を参照。）が形成される。錘金属膜２８ｂは、錘部のみに開口がある錘部用マスクが、水晶ウエハの第１主面に被せられ、その状態で蒸着あるいはスパッタリングされることで形成される。錘部用マスクは、錘部以外にスパッタリングで飛散する金属粒子が付くことを防止している。錘部用マスクが水晶ウエハに被せられるが、水晶ウエハと錘部用マスクとの間には多少の隙間が生じることがある。このため、水晶ウエハと錘部用マスクとの隙間から飛散している金属粒子が溝部２４まで入り込むことがある。仮に、第１主面の溝部２４の励振電極３３ａ、３４ａが、溝部２４の先端面２４Ｅまで形成されており、金属粒子が励振電極３３ａ、３４ａに付着すると、励振電極がショート（短絡）することがある。しかし、第１音叉型水晶振動片２０の第１主面の励振電極３３ａ，３４ａは、先端面２４Ｅまで形成されていないため、励振電極のショートのおそれはない。

【0034】

錘金属膜２８ｂが形成された第１音叉型水晶振動片２０は、周波数調整装置（図示せず）により発振周波数が測定される。そして第１音叉型水晶振動片２０の第１主面の錘金属膜２８ｂの所定の箇所は、イオンミリングされる。イオンミリングは錘金属膜２８ｂに加速したイオンを当てることにより錘金属膜２８ｂの金属粒子を飛散させ、第１音叉型水晶振動片２０の発振周波数を上昇させる。このようにして、第１音叉型水晶振動片２０は目標周波数の許容範囲内（目標周波数よりも低い周波数）に入れるように粗調整される。その後、第１音叉型水晶振動片２０は水晶ウエハから切り取られる。

【0035】

ステップＳ１４において、第１音叉型水晶振動片２０は、パッケージＰＫＧに導電性接着剤５０で固定される。パッケージＰＫＧに固定された第１音叉型水晶振動片２０は、周波数調整装置（不図示）により発振周波数が測定される。

【0036】

ステップＳ１５において、周波数調整装置は、取得した第１音叉型水晶振動片２０の発振周波数が目標周波数の許容範囲内にあるかを判断する。第１音叉型水晶振動片２０の周波数が目標周波数の許容範囲内であれば、ステップＳ１７に進む。第１音叉型水晶振動片２０の発振周波数が目標周波数の許容範囲の下限値を下回っていれば、ステップＳ１６に進む。

【0037】

ステップＳ１６において、第１音叉型水晶振動片２０の第１主面の錘金属膜２８ｂがイオンミリングにより削られる。イオンミリングの際に、錘金属膜２８ｂから金属粒子が飛散する。しかし、第１音叉型水晶振動片２０の第１主面の励振電極３３ａ，３４ａは、先端面２４Ｅまで形成されていないため、飛散した金属粒子が励振電極に付着してショートする可能性が低い。

【0038】

ステップＳ１７において、発振周波数の調整が必要な第１音叉型水晶振動片２０の発振周波数がすべて調整されたか判断される。周波数が未調整の第１音叉型水晶振動片２０があればステップＳ１５に戻り、未調整の第１音叉型水晶振動片２０がなければ周波数の調整が終了する。

【0039】

（上面側の励振電極の長さ）
図５は、電極カット率と直列共振容量Ｃ１との関係を示すグラフである。
このグラフは縦軸に直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）を、横軸に電極カット率（％）を表示している。電極カット率（％）とは、溝部２４の長さｍに対して励振電極３３，３４の長さｎが形成されない長さ（ｍ−ｎ）を溝部２４の長さｍで割った百分率である。すなわち、溝部２４に励振電極３３，３４が形成されない割合を示している。

【0040】

図５のグラフには、片面カットの折れ線と両面カットの折れ線とが示されている。片面カットは、第１主面（上面）だけ溝部２４に対して励振電極３３、３４がカットしてあり、第２主面（下面）は溝部２４の長さと同じ長さの励振電極３３，３４が形成されている第１音叉型水晶振動片２０を示している。両面カットは、上下面とも同じ長さの励振電極が形成されている音叉型水晶振動片を示している。

【0041】

直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）は、直列共振容量Ｃ１が小さくなれば周波数可変感度Ｓ（ｐｐｍ／ｐＦ）（図７参照。）が低くなる。第１音叉型水晶振動片２０は、例えば３２．７６８ｋＨｚで発振する振動片であるので、直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）は７ｆＦ以下が好ましい。このため、第１音叉型水晶振動片２０の片面カット率は、１０％以上が好ましい。つまり、第１音叉型水晶振動片２０の第１主面の励振電極長さｎは、溝部２４の長さｍの９０％以下が好ましい。

【0042】

図６は、電極カット率とＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）との関係を示すグラフである。縦軸にＣＩ値（ｋΩ）を、横軸に電極カット率（％）を表示している。ＣＩ値はできるだけ低い方が好ましく、例えば７０ｋΩ以下が好ましい。このため、第１音叉型水晶振動片２０の片面カット率は４０％以下が好ましい。つまり、第１音叉型水晶振動片２０の第１主面の励振電極長さｎは、溝部２４の長さｍの６０％以上が好ましい。

【0043】

図７は、直列共振容量Ｃ１と周波数可変感度Ｓとの関係を示すグラフである。直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）が小さくなれば周波数可変感度Ｓ（ｐｐｍ／ｐＦ）が低くなる。第１音叉型水晶振動片２０は、例えば３２．７６８ｋＨｚで発振する振動片であるので、直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）は７ｆＦ以下が好ましい。周波数可変感度Ｓは、直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）を７ｆＦ以下にすると１６ｐｐｍ／ｐＦ以下になり目的の周波数に調整し易くなる。

【0044】

さて、図５から図７のグラフから、周波数可変感度Ｓに関しては、第１音叉型水晶振動片２０の第１主面の励振電極長さｎは、溝部２４の長さｍの９０％以下が好ましい。一方ＣＩ値に関しては、第１音叉型水晶振動片２０の第１主面の励振電極長さｎは、溝部２４の長さｍの６０％以上が好ましい。したがって、第１音叉型水晶振動片２０の第１主面の励振電極長さｎは、溝部２４の長さｍの６０％以上で９０％以下が好ましいことになる。

【0045】

図５及び図６には、上下面とも同じ長さの励振電極が形成されている音叉型水晶振動片の折れ線（両面カット）が示されている。直列共振容量Ｃ１（ｆＦ）を７ｆＦ以下にするためには、両面カットの音叉型水晶振動片はその励振電極長さが溝部の長さｍの９０％以下にすればよい。その一方で、ＣＩ値を７０ｋΩ以下にするためには、両面カットの音叉型水晶振動片はその励振電極長さが溝部の長さｍの８０％以上にしなければならない。したがって、両面カットの音叉型水晶振動片の励振電極長さは、溝部の長さｍの８０％以上で９０％以下が好ましいことになる。

【0046】

片面カットの第１音叉型水晶振動片２０と両面カットの音叉型水晶振動片とを比較すると次のことがわかる。片面カットの第１音叉型水晶振動片２０の励振電極長さｎは、溝部２４の長さｍの６０％以上で９０％以下であり、３０％の調整幅を有している。一方、両面カットの音叉型水晶振動片の励振電極長さは、溝部２４の長さの８０％以上で９０％以下であり、１０％の調整幅しかない。調整幅に観点で両者を比較すると２倍以上の差がある。第１音叉型水晶振動片２０に励振電極３３，３４を形成する際には、水晶ウエハに対して電極用マスクの位置ズレが生じることもある。しかし、第１音叉型水晶振動片２０は両面カットの音叉型水晶振動片と比べて調整幅が２倍あるため、調整不良が生じにくい。

【0047】

また、第１音叉型水晶振動片２０に形成された励振電極３３ａ、３４ａは、製造の観点から上面を向くようにすることが好ましい。図４のステップＳ１３，Ｓ１７で説明したように、錘部に金属膜を形成する際に、スパッタリング等の金属粒子が励振電極３３ａ、３４ａに付着しにくくなるからである。また、図４のステップＳ１６で説明したようイオンミリングで金属を飛散させる際に、飛散した金属粒子が励振電極３３ａ、３４ａに付着しにくくなるからである。

【0048】

＜第２実施形態＞
（第２音叉型水晶振動片２０Ａの構成）
図８（ａ）は、第２音叉型水晶振動片２０Ａの平面図であり、（ｂ）は、第２音叉型水晶振動片２０ＡのＤ−Ｄ’断面図である。第２音叉型水晶振動片２０Ａと、第１音叉型水晶振動片２０とは支持腕２２’及び基部２３’の形状が異なり、振動腕２１’の溝部２４にくびれ部６０を備えている。その他の構成は、基本的に第１音叉型水晶振動片２０の構造と同じである。第１音叉型水晶振動片２０と同一機能には、同じ符号を付しその説明を省略する。

【0049】

第２音叉型水晶振動片２０Ａは、一対の振動腕２１’と支持腕２２’と基部２３’とからなる。一対の振動腕２１’は、基部２３’からほぼ平行にＹ方向に伸び、一対の振動腕２１’の表裏両面には溝部２４が形成されている。表裏の溝部２４には、溝部２４のＸ軸方向の幅を狭くしたくびれ部６０が形成されている。くびれ部６０は溝部の側面２４Ｓの−Ｘ方向に偏らせて形成されている。裏面にある一対の溝部２４にも、同じようにくびれ部６０が形成されている。

【0050】

くびれ部６０は、溝部２４の長さｍのほぼ中央部に形成されている。このくびれ部６０は、第２音叉型水晶振動片２０Ａの基部部分の剛性を向上し、二次の高調波のＣＩ値の低下を招くことがない。

【0051】

一対の振動腕２１’の根元部分は、Ｘ軸方向に幅広に形成されている。これは振動腕２１’の振動が根元部分に集中していた応力を移動させ、基部２３’への振動漏れを減少させることができる。

【0052】

一対の支持腕２２’は、図８（ａ）に示されたように、第２音叉型水晶振動片２０Ａの基部２３’の−Ｙ軸側の両端から夫々Ｘ軸方向に伸びてから直角に折れ曲がり、＋Ｙ軸方向に平行に伸びている。支持腕２２’の先端付近は一定幅で幅広となって接合部２５を備える。第２音叉型水晶振動片２０Ａとパッケージとの接合部２５は、支持腕２２’の先端付近の幅広部に設置される。接合部２５が基部２３’から離れることで、振動漏れや外部変化の影響を少なくしている。

【0053】

溝部２４の長さｍは、振動腕２１’の長さＬに対して約７０％に形成されている。溝部２４の長さｍは、溝部の基部側の端面２４Ｅ（後端面）を起点として他方の端面２４Ｅ（先端面）までの長さである。上面側の励振電極３３ａ，３４ａは後端面２４ＥからＹ軸方向の途中まで伸びており先端面２４Ｅまで届かない。上面側の励振電極３３ａ，３４ａの長さｎは、図８（ａ）に示されるように、溝部２４の長さｍに対して７０％〜９０％に形成されている。

【0054】

図８（ｂ）に示されるように、下面側の励振電極３３ｂ，３４ｂの長さｎは、溝部２４の長さｍに対して１００％に形成されている。即ち、励振電極３３ｂ，３４ｂは、溝部２４の長さと同じ長さで形成される。

【0055】

第２音叉型水晶振動片２０Ａの製造方法は、第１実施形態とほぼ同じである。第２音叉型水晶振動片２０Ａの溝部２４を形成するとき、くびれ部６０に対応する箇所をエッチングしないことで、くびれ部６０を形成している。

【0056】

＜第３実施形態＞
（第２水晶デバイス１１０の構成）
図９（ａ）は、分割した状態の第２水晶デバイス１１０を、リッド１０のリッド部側からみた斜視図であり、図９（ｂ）は、（ａ）に示した第２水晶デバイス１１０のＥ−Ｅ’断面構成図である。図１０（ａ）は、第３音叉型水晶振動片３０の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した第３音叉型水晶振動片３０のＦ−Ｆ’断面図である。

【0057】

第２水晶デバイス１１０は、第３音叉型水晶振動片３０を有している。第３音叉型水晶振動片３０と第１音叉型水晶振動片２０との違いは、第３音叉型水晶振動片３０が基部及び振動腕を囲む外枠部を備えている点である。第１実施形態と同じ構成要件には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

【0058】

図９(ａ)及び(ｂ)に示されるように、第２水晶デバイス１１０は、最上部のリッド１０、第３音叉型水晶振動片３０及びベース４０から構成される。リッド１０、第３音叉型水晶振動片３０及びベース４０は水晶材料から形成される。

【0059】

第２水晶デバイス１１０は、第３音叉型水晶振動片３０を中心に挟んで、その第３音叉型水晶振動片３０の上にリッド１０が接合され、第３音叉型水晶振動片３０の下にベース４０が接合されてパッケージ８０が形成されている。リッド１０は第３音叉型水晶振動片３０に、ベース４０は第３音叉型水晶振動片３０にシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）により封止する構成になっている。

【0060】

第３音叉型水晶振動片３０は、エッチングにより外形及び振動腕が形成される。第３音叉型水晶振動片３０は、その中央部にいわゆる振動腕２１の外側に外枠部２９を有しており、第３音叉型水晶振動片３０と外枠部２９との間には空間部３５が形成されている。その空間部３５は水晶エッチングにより形成される。基部２３から伸びる一対の支持腕２２は外枠部２９に接続されている。基部２３及び外枠部２９の第１主面に基部電極３１と基部電極３２とが形成され、第２主面にも同様に基部電極３１と基部電極３２とが形成されている。

【0061】

リッド１０は、第３音叉型水晶振動片３０側にリッド側凹部１７を備える。ベース４０は、第３音叉型水晶振動片３０側にベース側凹部４７を備える。ベース４０は第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３並びに段差部４９を形成する。段差部４９には、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３と接続する第１接続電極４２及び第２接続電極４４を形成する。ベース４０の底部には、第１外部電極４５及び第２外部電極４６が形成されている。

【0062】

第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３は、その内面に金属膜が形成される。内面の金属膜は、第１接続電極４２及び第２接続電極４４並びに第１外部電極４５及び第２外部電極４６と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。第１接続電極４２は、第１スルーホール４１を通じてベース４０に設けた第１外部電極４５に電気的に接続する。第２接続電極４４は、第２スルーホール４３を通じてベース４０に設けた第２外部電極４６に電気的に接続する。

【0063】

第２水晶デバイス１１０は、リッド１０、第３音叉型水晶振動片３０及びベース４０が接合されてパッケージ８０が形成される。つまり、第１基部電極３１はベース４０の第１外部電極４５と電気的に接合し、第２基部電極３２はベース４０の第２外部電極４６と電気的に接合する。

【0064】

（第３音叉型水晶振動片３０の構成）
第３音叉型水晶振動片３０は、外枠部２９を除き、基本的に第１音叉型水晶振動片２０と同じである。図１０（ａ）及び（ｂ）に示されるように、図１０（ａ）のＦ−Ｆ’断面において振動腕２１の溝部上面（＋Ｚ）は、励振電極３３，３４が形成されていない。振動腕２１の溝部下面（-Ｚ）は、励振電極３３ｂ，３４ｂが形成されている（図９（ｂ）参照）。所謂、振動腕２１の溝部下面は、溝部２４全域に励振電極３３ｂ，３４ｂが形成されている。励振電極３３ｂ，３４ｂは、振動腕２１の側面及び溝部の側面２４Ｓ並びに溝部の底面２４Ｂにも形成されている。

【0065】

第３音叉型水晶振動片３０の上面の励振電極長さｎも、第１音叉型水晶振動片２０と同様に、溝部２４の長さｍの６０％以上で９０％以下である。第３音叉型水晶振動片３０に励振電極３３，３４を形成する際には、水晶ウエハに対して電極用マスクの位置ズレが生じることもある。しかし、第３音叉型水晶振動片３０も両面カットの音叉型水晶振動片と比べて調整幅が２倍あるため、調整不良が生じにくい。

【0066】

また、第３音叉型水晶振動片３０に形成された励振電極３３ａ、３４ａは、製造の観点から上面を向くようにすることが好ましい。錘部に金属膜を形成する際に又はイオンミリングで金属粒子を飛散させる際に、飛散した金属粒子が励振電極３３ａ、３４ａに付着しにくいからである。

【産業上の利用可能性】

【0067】

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、水晶の代わりにニオブ酸リチウム等の様々な圧電材料を用いることができる。さらに水晶デバイスとして、発振回路を組み込んだＩＣなどをパッケージ内に配置させた水晶発振器にも本発明は適用できる。

【符号の説明】

【0068】

１０、５３ … リッド，１７ … リッド側凹部
２０ … 第１音叉型水晶振動片、２０Ａ … 第２音叉型水晶振動片
３０ … 第３音叉型水晶振動片
２１，２１’ … 振動腕，２２、２２’ … 支持腕
２３、２３’ … 基部，２４ … 溝部
２５ … 接合部
２６ … 振動根元部
２７ … 支持根元部
２８ … 錘金属膜
２９ … 外枠部、
３１，３２ … 基部電極
３３，３４ … 励振電極
３５ … 空間部
３６ … 接続部
４０ … ベース、
４１、４３ … スルーホール
４２、４４ … 接続電極
４５，４６、５１ … 外部電極
４７ … ベース側凹部
４９ … 段差部
５０ … 導電性接着剤
５４ … 封止材
６０ … くびれ部
８０ … パッケージ
１００ … 第１水晶デバイス
１１０ … 第２水晶デバイス
Ｌ … 振動腕の長さ
ｍ … 溝部の長さ
ｎ … 励振電極の長さ
ＰＫＧ … パッケージ
Ｔ１，Ｔ２ … 錘金属膜厚さ
Ｔ４ … 振動腕の厚さ
Ｗ１ … 第１幅，Ｗ２ … 第２幅，Ｗ３ … 第３幅，Ｗ５ … 溝部幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】