JP2009152988A - 圧電振動片、圧電デバイス及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基部電極から形成される接続電極を少なくして配線を簡易化するとともに、配線自体を太くできるようにした圧電振動片を提供する。
【解決手段】 圧電振動片（２０）は、第１及び第２基部電極（２３ａ、２５ａ）が形成されている基部（２９）と、基部から突出する第１振動腕部（２１）及び第２振動腕部（２２）と、第１及び第２振動腕部の表面に形成されている第１及び第２表面電極（２３ｄ、２５ｄ）と、第１及び第２振動腕部の側面に形成されている第１及び第２側面電極（２３ｅ，２５ｅ）と、第１基部電極と第１表面電極とを接続し第１振動腕部と第２振動腕部との間の第１側面電極に接続する第１接続電極部（２５ｂ）と、表面のみに形成され、第２基部電極と第２表面電極とを接続する第２接続電極部（２３ｂ）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動片と、パッケージ内に圧電振動片を収容した圧電デバイスとの改良に関する。また、それらの製造方法に関する。

ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話などのクロック源等において、圧電振動片や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。

特許文献１に示される圧電振動片は、水晶ウエハなどの圧電材料をウェットエッチングすることにより、音叉型の外形形状を形成する。音叉型圧電振動片はパッケージに実装する矩形の基部と、基部から延長された一対の振動腕を備えている。これら振動腕の主面（表裏面）に長溝を形成するとともに、必要な駆動用の電極を形成している。このような音叉型圧電振動片においては、駆動用の電極を介して駆動電圧が印加されると、各振動腕の先端部を近接・離間するようにして、屈曲振動することにより、所定の周波数の信号が取り出されるようになっている。音叉型圧電振動片の矩形の基部には、引出し電極が２箇所形成される。引出し電極に導電接着剤を塗布して、音叉型圧電振動片がセラミックなどのパッケージに実装される。

図１０は、このような音叉型圧電振動片１２０の一例であり、音叉型水晶振動片１２０は、例えば共振周波数が３２．７６８ｋＨの小型の振動子等があり、最終的には、例えば時計等の精密機器に組み込まれて使用されることになる。
この音叉型水晶振動片１２０は、外部より電流が印加されると左右の腕部１２１、１２２が振動するようになっている。具体的には、図１０に示す腕部１２１、１２２の表面１２１ｆ、１２２ｆの溝１３１、１３２に溝電極１２３ｄ及び溝電極１２５ｄが形成される。一方、これら溝１３１、１３２が設けられていない両側面１２１ｓ，１２２ｓに側面電極１２３ｅ及び側面電極１２５ｅが形成される。そして、電流が印加されると溝電極１２３ｄ及び溝電極１２５ｄと側面電極１２３ｅ及び側面電極１２５ｅとの間に電界が生じ、腕部１２１、１２２が振動するようになっている。

音叉型圧電振動片１２０の基部１２９には、基部電極１２３ａ、１２５ａが形成されており、外部から基部電極１２３ａ、１２５ａに電流が供給される。基部電極１２３ａ、１２５ａから、溝電極１２３ｄ及び溝電極１２５ｄと側面電極１２３ｅ及び側面電極１２５ｅへ電流を供給するため、接続電極１２３ｂ，１２５ｂが形成される。
基部電極１２５ａは、二方向に分かれる２つの接続電極１２５ｂ，１２５ｂを介して、溝電極１２５ｄ及び側面電極１２５ｅへ電流を供給する。片面の側面電極１２５ｅから反対面１２１ｓの側面電極１２５ｅへは、連絡電極１２５ｃを介して電流が供給される。
基部電極１２３ａは、接続電極１２３ｂを介して側面電極１２３ｅへ電流を供給し、片面の側面電極１２３ｅから連絡電極１２３ｃを介して反対面１２２ｓの側面電極１２３ｅへ電流が供給される。表面１２１ｆの溝電極１２３ｄと側面１２２ｓの側面電極１２３ｅとは、接続電極１２３ｂで接続されている。
特開２００２−２６１５７５

表面１２１ｆの溝電極１２３ｄと側面１２２ｓの側面電極１２３ｅとを接続する接続電極１２３ｂは、接続電極１２５ｂのパターンに大きく影響される。音叉型圧電振動片１２０の小型化により、接続電極１２３ｂ又は接続電極１２５ｂの幅を狭くせねばならず、断線や短絡の問題が生じていた。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、基部電極から形成される接続電極を少なくして配線を簡易化するとともに、配線自体を太くできるようにして、断線や短絡を生じさせない圧電振動片又は圧電デバイスを提供することを目的とする。また、これらの圧電振動片又は圧電デバイスの製造方法を提供する。

第１の観点の圧電振動片は、第１及び第２基部電極が形成されている基部と、基部から突出する第１振動腕部及び第２振動腕部と、第１及び第２振動腕部の表面に形成されている第１及び第２表面電極と、第１及び第２振動腕部の側面に形成されている第１及び第２側面電極と、第１基部電極と第１表面電極とを接続し、第１振動腕部と第２振動腕部との間の第１側面電極に接続する第１接続電極部と、表面のみに形成され、第２基部電極と第２表面電極とを接続する第２接続電極部と、を備える。
第１の観点の構成によれば、第１接続電極部は第１基部電極と第１表面電極とを接続し、且つ第１振動腕部と第２振動腕部との間の第１側面電極に接続する。また、第２接続電極部は表面のみに形成され、第２基部電極と第２表面電極とを接続する。従来は、図１０（ａ）に示すように、第２接続電極部は第２表面電極と第２側面電極とを結ぶ電極１２３ｂが必要であった。しかし、本発明は、このような電極１２３ｂが不要となり、第１接続電極部及び第２接続電極部の電極の幅を広げることができ、また、第１接続電極部と第２接続電極部との間隔を広げることができた。つまり、本発明は、断線や短絡が生じることを少なくすることができる。

第２の観点による圧電振動片は、第１基部電極が一方の側面に形成され、第２基部電極が他方の側面に形成されている基部と、基部から突出する第１振動腕部及び第２振動腕部と、を備える。そして、圧電振動片は、基部の一方の側面から第２振動腕部の側面に渡って第１基部電極と第２側面電極とが形成され、第１基部電極と第２側面電極との間に非電極部が形成されている。
第２の観点の構成によれば、第１基部電極と第２側面電極との間に非電極部を形成した。従来は、図１０（ｂ）に示すように、圧電振動片の側面は一方の電極しか形成できなかったが、非電極部を形成することで第１基部電極と第２側面電極とを配置することができるようになった。このことは、第１接続電極部及び第２接続電極部の電極の幅を広げることができ、また、第１接続電極部と第２接続電極部との間隔を広げることができることにつながる。

第３の観点による圧電振動片は、第１及び第２振動腕部の表面に溝部が形成されている。
第３の観点の構成によれば、溝部が形成されているため、ＣＩ（クリスタル・インピーダンス）値を下げることができる。

第４の観点による非電極部は、エッチングによって電極がなくなっている領域である。
第４の観点による圧電振動片は、エッチングによって非電極部を形成する。

第５の観点による非電極部は、基部の一部が切断されて電極がなくなっている領域である。
第５の観点の圧電電極片は、基部の一部を切断することで非電極部を形成する。

第６の観点による圧電デバイスは、第１の観点ないし第５の観点のいずれかの圧電振動片と、圧電振動片を収容するパッケージと、パッケージを封止する封止部と、を備える。
第６の観点の構成によれば、断線や短絡が生じることが少ない圧電振動片を使って、圧電デバイスを構成することができる。

また、第７の観点による圧電ウエハから圧電振動片を製造する製造方法は、基部と、その基部から突出する第１振動腕部及び第２振動腕部と、基部から突出する先端が細い突起とを形成する外形形成工程と、この外形形成工程後に、金属膜を形成する工程と、その金属膜の上にレジストを塗布する工程と、電極パターンを露光する露光工程と、露光工程によりレジストが除去された箇所と、先端が細い突起においてレジストが塗布されなかった箇所とをエッチングする工程とを有する。
第７の観点の構成によれば、外形形成工程において基部から突出する先端が細い突起を形成する。すると、電極パターンを形成するためにレジストを塗布する際に、先端が細い突起にはレジストが塗布されない。このためエッチングの際に、先端が細い突起の金属膜がエッチングされることになる。このようにして、この製造方法は、圧電振動片の側面に非電極部を形成することができる。つまり、本発明は、断線や短絡が生じることを少なくすることができる。この製造方法は、外形形成工程において基部から突出する先端が細い突起を設けること以外、ほとんど従来の製造方法と同じ製造工程であることから、新規に設備投資する必要も無い。

第８の観点による圧電振動片の製造方法は、先端が細い突起は、先端が鋭角な突起と先端が０．０３ｍｍ以下の幅の突起とを含む。
第８の観点の構成によれば、先端が細い突起が先端が鋭角な突起であったり、先端が０．０３ｍｍ以下の幅の突起であったりすると、レジストが塗布されない。

第９の観点による圧電振動片の製造方法は、先端が細い突起は、基部に三以上設けられている。
第９の観点の構成によれば、例えば、非電極部を確実に形成するため、先端が細い突起が、基部に三以上設けることが可能となる。

第１０の観点による圧電振動片の製造方法は、基部と、その基部から突出する第１振動腕部及び第２振動腕部と、圧電ウエハと圧電振動片とを連結する連結部と、連結部と第１振動腕部及び第２振動腕部基部との間に設けられた切断棒とを形成する外形形成工程と、この外形形成工程後に、金属膜を形成する工程と、その金属膜の上にレジストを塗布する工程と、電極パターンを露光する露光工程と、この露光工程によりレジストが除去された金属膜をエッチングする工程と、切断棒を切断する工程とを有する。
第１０の観点の構成によれば、連結部と第１振動腕部及び第２振動腕部基部との間に切断棒を形成する。電極パターンを形成した後、その切断棒を切断することで電極パターンが切り取られる。このようにして、この製造方法は、圧電振動片の側面に非電極部を形成することができる。この製造方法は、従来の製造方法と比べ、切断部を切断する工程が増えるだけほとんど同じ製造工程であることから、導入しやすい製造方法である。

第１１の観点による圧電振動片の製造方法は、切断棒は切断しやすいように凹み部が形成されている。
この構成により、凹み部の位置で切断棒を切断することができる。

第１２の観点による圧電振動片の製造方法は、切断棒が、圧電振動片と圧電ウエハとを接続されている。
この構成により、切断棒は、非電極部を形成するだけでなく、圧電ウエハから圧電振動片が振動又は衝撃によって取れてしまうことが少なくなり、製造方法における圧電ウエハの取り扱いが容易になる。

第１３の観点による圧電デバイスを製造する製造方法は、第７の観点ないし第１２の観点の製造方法によって製造された圧電振動片をパッケージ内に接着する接着工程と、パッケージを封止する封止工程と、を備える。
この構成により、断線や短絡が生じることが少ない圧電振動片を簡易な方法で製造し、その方法に引き続いて、圧電デバイスを構成することができる。

＜水晶振動片の構成＞
図１（ａ）は、本発明の音叉型水晶振動片２０の実施形態を示した斜視図である。
音叉型水晶振動片２０は、例えば水晶Ｚ板１０となるように切り出された水晶単結晶ウエハから構成される。このとき、図１に示すＸ軸が電気軸、Ｙ軸が機械軸及びＺ軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出されることになる。水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。

このような音叉型水晶振動片２０は、振動腕２１、振動腕２２及び基部２９を有している。そして、この基部２９からＹ方向に突出するように振動腕部である振動腕２１及び振動腕２２が延びている。また、図１に示す音叉型水晶振動片２０は、例えば３２．７６８ＫＨｚで信号を発振する振動片であるため、極めて小型の振動片となっている。

音叉型水晶振動片２０の振動腕２１、振動腕２２及び基部２９には、第１電極パターン２３及び第２電極パターン２５が形成されている。第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とはともに、５０オングストローム〜７００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に２００オングストローム〜３０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成になっている。クロム（Ｃｒ）層の代わりに、タングステン（Ｗ）層又はチタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。また、金属膜一層からなる場合もあり、このときは、例えばＡｌ（アルミ）層が用いられる。電極パターンは、水晶エッチングの耐蝕膜としても使用される。

第１電極パターン２３は、基部２９の右側表面に形成された基部電極２３ａを有しており、振動腕２１及び振動腕２２に形成された表面電極２３ｄ及び側面電極２３ｅを有している。第２電極パターン２５は、基部２９の左側表面に形成された基部電極２５ａを有しており、振動腕２１及び振動腕２２に形成された表面電極２５ｄ及び側面電極２５ｅを有している。

図１（ａ）に示すように、基部２９の右側面には、基部電極２３ａが反対面の表面の基部電極２３ａへ回り込むように、基部電極２３ａが形成されている。振動腕２２の側面電極２５ｅと基部２９の基部電極２３ａとの間には、電極パターンが形成されていない非電極領域２４が設けられている。図面では示されないが、同様に基部２９の左側面には、基部電極２５ａが形成されており、振動腕２１の側面電極２３ｅと基部２９の基部電極２５ａとの間には、電極パターンが形成されていない非電極領域２４が設けられている。

図１（ｂ）に図１（ａ）のｂ−ｂ断面図を示す。
振動腕２１の表面２１ｆには、一対の第２電極の表面電極２５ｄが形成され、振動腕２１の側面２１ｓには、一対の第１電極の側面電極２３ｅが形成される。また、振動腕２２の表面２２ｆには、一対の第１電極の表面電極２３ｄが形成され、振動腕２２の側面２２ｓには、一対の第２電極の側面電極２５ｅが形成される。第１電極の表面電極２３ｄ及び側面電極２３ｅならびに第２電極の表面電極２５ｄ及び側面電極２５ｅに電流を流すと、電界が生じ、振動腕２１及び振動腕２２が振動する。

図２（ａ）は溝部３１を備えた音叉型水晶振動片２０の平面図であり、（ｂ）はその側面図である。
この音叉型水晶振動片２０の振動腕２１及び振動腕２２の表面には、溝部３１が振動腕２１に２箇所、振動腕２２に２箇所形ずつ形成されている。この溝部３１は、振動腕２１及び振動腕２２の反対面側にも同様に形成されているため、振動腕２１の溝部３１の断面図は、ほぼＨ型になっている。溝部３１は、ＣＩ（クリスタル・インピーダンス）値の上昇を抑えるために設けられている。溝部３１には、表面電極２３ｄ及び表面電極２５ｄが形成されている。

音叉型水晶振動片２０の大きさは次のとおりである。
音叉型水晶振動片２０の基部２９の縦方向の長さＬ２は、例えば０．５８ｍｍないし０．６４ｍｍに形成されている。一方、この基部２９から突出して配置されている振動腕２１、振動腕２２の縦方向の長さＬ１は約１．４５ｍｍないし１．６５ｍｍに形成されている。従って、この振動腕２１又は振動腕２２に対する基部２９の長さは、約４０パーセントとなっている。振動腕２１又は振動腕２２の腕幅Ｗ３は、０．０８ないし０．１２ｍｍ程度である。また、溝部３１の幅は、振動腕２１又は振動腕２２の腕幅Ｗ３の約８０パーセントで０．０７ｍｍから０．１ｍｍ程度である。音叉型水晶振動片２０の厚さｄ１は、０．０８ｍｍないし０．１２ｍｍ程度である。これは水晶単結晶ウエハの厚さと同等である。溝部３１の深さは、振動腕２１又は振動腕２２の厚さの３０パーセントから４５パーセントであり、０．０３ｍｍから０．４５ｍｍとなる。

基部２９は、振動腕２１及び振動腕２２側の基部２９は、Ｘ方向の長さ（幅）がＷ１であり、振動腕２１及び振動腕２２の反対側の基部は、Ｘ方向の長さ（幅）が、幅Ｗ１よりも広い幅Ｗ２である。幅Ｗ１は幅Ｗ２の約７５パーセントから９０パーセントである。例えば、幅Ｗ１は０．４２ｍｍに幅Ｗ２は０．５０ｍｍに形成されている。このため、振動腕２１及び振動腕２２の振動により、溝部３１から漏れてきた漏れ振動は、基部２９の連結部２８側に伝わり難くなる。
また、基部２９には、２箇所の連結部２８が形成されている。２箇所の連結部２８は、この水晶単結晶ウエハから音叉型水晶振動片２０を切り取る際に残る部材であり、露光工程及び水晶エッチング工程後には、一枚の水晶単結晶ウエハに数千個の音叉型水晶振動片２０が連結されている。

パッケージ（図９参照）の外部電極から供給される電流は、音叉型水晶振動片２０の第１電極の基部電極２３ａ及び第２電極の基部電極２５ａに供給される。そして、第１電極の基部電極２３ａに届いた電流が、第１電極の表面電極２３ｄ及び側面電極２３ｅに流れるように、第１電極の接続電極２３ｂが形成されている。また、第２電極の基部電極２５ａに届いた電流が、第２電極の表面電極２５ｄ及び側面電極２５ｅに流れるように、第１電極の接続電極２５ｂが形成されている。図２（ａ）に示される表面では、第１電極の接続電極２３ｂが一系統あり表面電極２３ｄに接続し、第２電極の接続電極２５ｂが二系統ありそれぞれが表面電極２５ｄ及び側面電極２５ｅに接続している。図に示さない反対面では、逆に、第２電極の接続電極２５ｂが一系統あり表面電極２５ｄに接続し、第１電極の接続電極２３ｂが二系統ありそれぞれが表面電極２３ｄ及び側面電極２３ｅに接続している。

図１０に示したように、従来の電極パターンは、第１電極の表面電極２３ｄと側面電極２３ｅとを接続する接続電極が基部２９の表面に必要であったり、第２電極の表面電極２５ｄと側面電極２５ｅとを接続する接続電極が基部２９の表面に必要であったりした。しかし、今実施形態では、そのような接続電極が不要になり、第１電極の接続電極２３ｂと第２電極の接続電極２５ｂとの間隔を広く取ったり、第２電極の接続電極２３ｂ自体又は第２電極の接続電極２５ｂ自体の幅を広く取ったりすることができる。

このような構成ができる理由は、図２（ｂ）に示すように、音叉型水晶振動片２０の側面に、非電極領域２４が設けられているからである。すなわち、振動腕２２の側面２２ｓに形成された第２電極の側面電極２５ｅと、基部２９の側面に形成された第１電極の基部電極２３ａとが絶縁されているからである。これまで、音叉型水晶振動片２０の側面に非電極領域２４を形成するようなことはなかった。電極パターンは、一般に露光（フォトリソグラフィ）工程によってパターン形成される。この露光工程では、露光光は、音叉型水晶振動片２０の表面にZ方向から照射される。つまり、音叉型水晶振動片２０の側面に露光光が照射されないため、非電極領域２４を形成することができなかった。

＜非電極領域の形成方法＞
図２を使って簡単に、非電極領域２４を形成するための製造方法を説明する。音叉型水晶振動片２０の外形形状を形成する際に、例えば、突起４１−１を形成する。フォトレジストＲＥＳが塗布されない形状に突起４１−１に形成したり、第１電極パターン２３及び第２電極パターン２５ができた後に切断棒４５を折ったりして、非電極領域２４を形成する。以下、図３から図８までを使って非電極領域２４を形成について詳述する。

＜第１の非電極領域の製造方法＞
第１の製造方法として、フォトレジストＲＥＳが塗布されない突起４１を形成する方法を説明する。図３ないし図４は、水晶単結晶ウエハから音叉型振動子５０を製造する工程を示している。

＜＜水晶振動片の外形形成の工程＞＞
図３（ａ）は、音叉型水晶振動片の外形形成の工程のフローチャートであり、図３（ｂ）は、音叉型水晶振動片２０の外形形成に使用される第１外形フォトマスク９１の一部を示した図である。
ステップＳ１１２では、水晶単結晶ウエハの全面に、耐蝕膜がスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成される。すなわち、圧電材料としての水晶単結晶ウエハを使用する場合に、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）等を直接成膜することは困難なため、下地としてクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）等が使用される。つまり、この実施形態では、耐蝕膜としてクロム層の上に金層を重ねた金属膜が使用される。

ステップＳ１１４では、クロム層及び金層が形成された水晶単結晶ウエハに、フォトレジスト層ＲＥＳが全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布される。フォトレジスト層ＲＥＳは、例えば、ノボラック樹脂によるポジフォトレジストを使用できる。

次に、ステップＳ１１６では、不図示の露光装置が、図３（ｂ）に示す第１外形フォトマスク９１のパターン９１−２をフォトレジスト層ＲＥＳが塗布された水晶単結晶ウエハに露光する。露光装置は、水晶単結晶ウエハの両面からウェットエッチングができるように水晶単結晶ウエハの両面に露光する。パターン９１−２には、突起４１−１に対応する突起パターン９３が形成されている。突起パターン９３は、先端が細くて鋭角になっている。

第１外形フォトマスク９１は、フォトレジスト層ＲＥＳがポジフォトレジストの場合には、マスク枠９１−１と音叉型振動片パターン９１−２とは、石英ガラスの上にクロムで描かれている。斜線部９１−３は透過領域で透明な石英ガラスのままである。フォトレジスト層ＲＥＳがポジフォトレジストの場合には、逆に、斜線部９１−３がクロムで遮光された状態になっている。本実施形態では以下、ポジフォトレジストを前提として説明する。音叉型振動片パターン９１−２は、図２で示した音叉型水晶振動片２０の振動腕２１、振動腕２２及び基部２９の外形と一致する。また、基部２９には突起４１−１が形成されている。但し、図２と異なり、基部２９に形成された左右の突起４１−１のY方向の位置が異なっている。これは、隣り合う突起４１−１が近すぎると、ステップS１２４でフォトレジストＲＥＳが、隣り合う突起４１−１の先端と突起４１−１の先端との間に付着してしまうことを防ぐためである。隣り合う突起４１−１の先端と突起４１−１の先端との間がある程度の距離がある場合には、図２（ａ）で示したように、同じ位置に突起４１−１を設けても良い。

ステップＳ１１８では、水晶単結晶ウエハのフォトレジスト層ＲＥＳを現像して、感光したフォトレジスト層ＲＥＳを除去する。さらに、フォトレジスト層ＲＥＳから露出した金層を例えば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液を用いて、金層をエッチングする。次いで、金層が除去されて露出したクロム層を、例えば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。水溶液の濃度、温度及び水溶液に浸している時間を調整して余分な箇所が侵食されないようにする。これで金属膜（耐蝕膜）を除去することができる。次に、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト層ＲＥＳ及び金属膜（耐蝕膜）から露出した水晶材料を、音叉型水晶振動片２０の外形になるようにウェットエッチングを行う。このウェットエッチングは、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により時間が変化するが、約６時間ないし約１５時間かかる。

ステップＳ１２０では、不要となったフォトレジスト層ＲＥＳと耐蝕膜を除去することによりに、図２に示した音叉型水晶振動片２０が形成される。但し、水晶単結晶ウエハと音叉型水晶振動片２０とは、連結部２８で連結された状態であり、音叉型水晶振動片２０は個々に切り取られていない。以下の工程で、一度に多くの音叉型水晶振動片２０を一括処理するためである。

＜＜電極の形成の工程＞＞
図４（ａ）は、電極パターン及びパッケージングの工程のフローチャートであり、図４（ｂ）は、フォトレジストＲＥＳが塗布された音叉型水晶振動片２０の拡大図である。
ステップＳ１２２では、音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片２０の全面に駆動電極としての励振電極などを形成するための金属膜を蒸着又はスパッタリング等の手法により形成する。

ステップＳ１２４では、全面にフォトレジストＲＥＳをスプレーにより塗布する。スピンコートによるフォトレジストＲＥＳの塗布では、細かなところまでフォトレジストＲＥＳが塗布されないためスプレーによる塗布を行う。しかし、スプレーによるフォトレジストＲＥＳの塗布であっても、振動腕２１、振動腕２２及び基部２９の９０度の角部などに対してフォトレジスト層ＲＥＳを形成し難い。図４（ｂ）に示すように、９０度より狭い鋭角な突起、又は０．０３ｍｍ以下の細い突起に関しては、液体であるフォトレジストＲＥＳは、ほとんど塗布されることはない。このため、スプレーによるフォトレジストＲＥＳの塗布であっても、基部２９に形成された左右の突起４１−１の先端部分には、フォトレジストＲＥＳが塗布されていない状態となっている。
ステップＳ１２６では、電極パターンと対応した不図示の電極用フォトマスクを用意して、電極パターンをフォトレジスト層ＲＥＳが塗布された水晶単結晶ウエハを露光する。この電極パターンは音叉型水晶振動片２０の両面に形成する必要があるため、音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。

ステップＳ１２８では、フォトレジスト層ＲＥＳを現像後、感光したフォトレジストＲＥＳを除去する。残るフォトレジストＲＥＳは電極パターンと対応したフォトレジスト層ＲＥＳになる。すなわち、電極パターンと対応したフォトレジスト層ＲＥＳ以外の領域では、金属膜が現われている。また、ステップＳ１２４で説明したように、突起４１−１の先端部分には、フォトレジスト層ＲＥＳが形成されていないため、突起４１−１の先端部分の金属膜も現われている。
次いで、電極となる金属膜のエッチングを行う。露出した金層を、例えば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層を例えば硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。突起４１−１の先端部分の金属膜もエッチングされて、非電極領域２４が形成される。
続いて、ステップＳ１３０ですべてのフォトレジストＲＥＳを除去する。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０に電極パターン２３及び電極パターン２５が正確な位置及び幅で形成される。
ステップＳ１３２では、音叉型水晶振動片２０の連結部２８を折り、水晶単結晶ウエハから音叉型水晶振動片２０を切り取る。

＜＜周波数調整及びパッケージングの工程＞＞
これまでの工程により、電極が形成された音叉型水晶振動片２０が得られたため、ステップＳ１３４では、セラミック製のパッケージ（図９（ａ）参照）に音叉型水晶振動片２０を導電接着剤で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２９の電極部２３ａ、２５ａをセラミック製のパッケージに塗布した導電性接着剤の上に載置して、導電性接着剤を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤を本硬化する。さらに、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１及び振動腕２２にレーザ光を照射して、振動腕２１及び振動腕２２の錘金属を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数調整を行う。

次に、ステップＳ１３６で、真空チャンバ内などに音叉型水晶振動片２０を収容したパッケージを移し、封止材により蓋体を封止する。
続いてステップＳ１３８で、最後に音叉型振動子５０の駆動特性などの検査を行い、音叉型振動子５０を完成させる。

＜突起４１の形状＞
図５（ａ）から（ｃ）は、各種の突起４１の形状を有する音叉型水晶振動片２０の拡大図である。図２（ａ）又は図４（ｂ）で示した突起４１−１は、直線状に伸びた鋭角を有していた。
一方、図５（ａ）に示す突起４１−２は、切り欠け部４３を備えている。突起４１−２の先端は、鋭角であるためフォトレジスト層ＲＥＳが形成されない。しかし、フォトレジストＲＥＳが温度・材質変化などの原因で仮に先端にもフォトレジスト層ＲＥＳが形成されたときを想定して、突起４１−２が容易に切断可能な形状にする。電極パターン２３及び電極パターン２５がを形成後に、切り欠け部４３から突起４１−２が折れてなくなれば、折れた箇所に非電極領域２４が形成されることとなる。

図５（ｂ）に示す突起４１−３は、基部の片側に複数の突起で形成されている。つまり基部２９の左右に少なくとも一対は必要であるから、基部２９には三以上の複数の突起が形成されていることになる。突起４１−３の先端は、鋭角であるためフォトレジスト層ＲＥＳが形成されない。しかし、フォトレジストＲＥＳが温度・材質変化などの原因で仮に１つの突起４１−３の先端にフォトレジスト層ＲＥＳが形成された場合であっても、残りの突起４１−３にはフォトレジスト層ＲＥＳが形成されなければ、非電極領域２４が確実に形成されることとなる。

図５（ｃ）に示す突起４１−４は、先端が矩形の突起で形成されている。突起４１−４の先端の幅ΔＬは、０．０３ｍｍ以下である。細い突起４１−４の先端は、鋭角な突起の先端と同様にフォトレジスト層ＲＥＳが形成されない。このため、非電極領域２４が形成される。
なお、突起４１−４に切り欠け部４３を設けてもよいし、複数の突起４１−４を設けるなど、それらを適宜組み合わせてもよい。

＜第２の非電極領域の製造方法＞
第１の製造方法は、フォトレジスト層ＲＥＳが形成されない突起４１を、基部２９に形成することで、非電極領域２４を形成した。第２の製造方法は、基部２９に切断棒４５（図７（ｂ）参照）を形成し、その切断棒４５を切り取ることで非電極領域２４を形成する。

図６（ａ）は、第２外形フォトマスク９５の一部であり、図６（ｂ）は、そのパターン９５−２の拡大図である。
図３のステップＳ１１６において、第１外形フォトマスク９１を使用する代わりに、第２の非電極領域の製造方法は第２外形フォトマスク９５を使用する。つまり、不図示の露光装置が、図６（ｂ）に示す第２外形フォトマスク９５のパターン９５−２をフォトレジスト層ＲＥＳが塗布された水晶単結晶ウエハに露光する。露光装置は、水晶単結晶ウエハの両面からウェットエッチングができるように水晶単結晶ウエハの両面に露光する。パターン９５−２には、切断棒４５に対応する連結パターン９９が形成されている。

第２外形フォトマスク９５のパターン９５−２を水晶単結晶ウエハに露光した後は、図３のステップＳ１１８から図４のステップＳ１３０までの処理を行う。これらの処理により、音叉型水晶振動片２０に電極パターン２３及び電極パターン２５が正確な位置及び幅で形成される。この状態では、音叉型水晶振動片２０の切断棒４５の側面にも、電極パターン２３及び電極パターン２５が形成されている。

図３のステップＳ１３２において、音叉型水晶振動片２０の連結部２８を折り、水晶単結晶ウエハから音叉型水晶振動片２０を切り取る。この際に、切断棒４５も切り取る。切断棒４５を切り取った基部２９の断面には、非電極領域２４が形成される。
図６（ｂ）に示すように、第２外形フォトマスク９５の連結パターン９９に凹み部９９−１が形成されていると、水晶材料をウェットエッチングした後には、音叉型水晶振動片２０の切断棒４５にも、凹部が形成される。このため、基部２９から切断棒４５を簡単に切り取ることができる。

図７（ａ）は、第３外形フォトマスク９６の一部であり、図７（ｂ）は、音叉型水晶振動片２０の基部２９の拡大図である。
不図示の露光装置が、図７（ａ）に示す第３外形フォトマスク９６のパターン９６−２をフォトレジスト層ＲＥＳが塗布された水晶単結晶ウエハに露光する。露光装置は、水晶単結晶ウエハの両面からウェットエッチングができるように水晶単結晶ウエハの両面に露光する。パターン９６−２には、切断棒４５に対応する連結パターン９９が形成されている。図６とは、連結部が一本又は二本であるかの違いである。切断棒４５を形成しているため、一本の連結部２８−１は、一本でも十分に強い強度を有している。

第２外形フォトマスク９５のパターン９５−２を水晶単結晶ウエハに露光した後は、図３のステップＳ１１８から図４のステップＳ１３０までの処理を行う。これらの処理により、音叉型水晶振動片２０に電極パターン２３及び電極パターン２５が正確な位置及び幅で形成される。この状態では、音叉型水晶振動片２０の切断棒４５の側面にも、電極パターン２３及び電極パターン２５が形成されている。

図３のステップＳ１３２において、音叉型水晶振動片２０の連結部２８−１を折り、水晶単結晶ウエハから音叉型水晶振動片２０を切り取る。この際に、切断棒４５も切り取る。切断棒４５を切り取った基部２９の断面には、非電極領域２４が形成される。

図６及び図７で示した第２外形フォトマスク９５又は第３外形フォトマスク９６を使用した水晶単結晶ウエハは、図４（ａ）のステップＳ１２２からステップＳ１３０の工程で、振動又は衝撃に強くなるというメリットがある。水晶単結晶ウエハの厚さは約０．１ｍｍであり、連結部２８だけで音叉型水晶振動片２０が水晶単結晶ウエハに連結されていると、ステップＳ１２２からステップＳ１３０の途中で音叉型水晶振動片２０が振動で折れてしまうことがある。切断棒４５が、連結部２８の長手方向と直交する方向に基部２９に形成されているため、水晶単結晶ウエハは、きわめて振動又は衝撃に強くなる。

図８（ａ）は、第４外形フォトマスク９７の一部であり、図８（ｂ）は、音叉型水晶振動片２０の基部２９の拡大図である。
不図示の露光装置が、図８（ａ）に示す第４外形フォトマスク９７のパターン９７−２をフォトレジスト層ＲＥＳが塗布された水晶単結晶ウエハに露光する。露光装置は、水晶単結晶ウエハの両面からウェットエッチングができるように水晶単結晶ウエハの両面に露光する。パターン９７−２には、切断棒４５に対応する連結パターン９９が、基部２９に形成されている。

図８（ｂ）に示すように、切断棒４５が切り取られる前は基部２９の左側の状態であり、切断棒４５が切り取られた後は基部２９の右側の状態であり、非電極部２４が形成される。非電極部２４の周辺形状から理解されるように、振動腕２１及び振動腕２２の振動により溝部３１から漏れてきた漏れ振動は、非電極部２４が形成された切り込み形状が遮断する。これにより、漏れ振動が基部２９の連結部２８側に伝わり難くなるという効果がある。

＜パッケージング＞
＜＜音叉型水晶振動子の構成＞＞
図９（ａ）は、本実施形態に係るセラミック製のパッケージ音叉型水晶振動子５０を示す断面図である。このセラミック製のパッケージ音叉型振動子５０は、上述の複数の実施形態の音叉型水晶振動片２０を使用している。音叉型水晶振動片２０はパッケージ５１に導電接着剤３１によって実装される。その後、蓋体５６と封止材５８とがシーム溶接などで固定されることで、音叉型水晶振動片２０がパッケージ５１内に封止される。

＜＜音叉水晶発振器の構成＞＞
図９（ｂ）は、音叉水晶発振器６０を示す図である。この音叉水晶発振器６０は、上述のセラミック製のパッケージ音叉型振動子５０と多くの部分で構成が共通している。従って、セラミック製のパッケージ音叉型振動子５０と音叉型水晶振動片２０の構成、作用等については、同一符号を付する等して、その説明を省略する。

図９（ｂ）に示す音叉型水晶発振器６０は、図９（ａ）に示すセラミック製のパッケージ音叉振動子５０の音叉型水晶振動片２０の下方で、ベース部５１ａの上に集積回路６１を配置したものである。すなわち、音叉水晶発振器６０では、その内部に配置された、音叉型水晶振動片２０が振動すると、その振動は、集積回路６１に入力され、その後、所定の周波数信号を取り出すことで、発振器として機能することになる。このような集積回路６１がパッケージ５１に実装され、引き続き音叉型水晶振動片２０がパッケージ５１に導電接着剤３１によって実装される。

＜＜シリンダータイプ音叉水晶発振器の構成＞＞
図９（ｃ）は、シリンダータイプ音叉振動子７０を示す概略図である。このシリンダータイプ音叉振動子７０は、上述の音叉型水晶振動片２０を使用している。シリンダータイプ音叉振動子７０は、その内部に音叉型水晶振動片２０を収容するための金属製のキャップ７５を有している。このキャップ７５は、ステム７３に対して圧入され、その内部が真空状態に保持されるようになっている。また、キャップ７５に収容された音叉型水晶振動片２０を保持するためのリード７１が２本配置されている。リード７１と音叉型水晶振動片２０とは導電接着剤３１で導電接合される。この音叉型水晶振動片２０は、電極部から一定の電流が与えられると振動するようになっている。

各実施形態において、音叉型水晶振動片２０は、振動腕２１及び振動腕２２を形成しているが、これに限らず、振動腕は３本でも、４本以上でもよい。
また、非電極領域２４に、突起４１又は切断棒４５を折って残った棒が基部２９に残るが、それらは、振動腕２１及び振動腕２２の振動周波数に影響を与えるものでない。従って、突起４１又は切断棒４５を折って残った棒を残したままにしてもよい。仮にパッケージに当接するなどの問題、又は見栄えが悪いなどの問題があれば、手作業又は不図示の切断装置などで削除してもよい。
さらに、本実施形態は、突起４１又は切断棒４５を折ることで、非電極領域２４を形成する方法を示した。しかし、音叉型水晶振動片２０の側面に露光光が当たるようにして、突起４１又は切断棒４５を設けることなく、露光工程及び金属膜のエッチングなどによって非電極領域２４を形成するようにしてもよい。

（ａ）は、本発明の音叉型水晶振動片２０の実施形態を示した斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ断面である。 （ａ）は溝部３１を備えた音叉型水晶振動片２０の平面図であり、（ｂ）はその側面図である。 （ａ）は、音叉型水晶振動片の外形形成の工程のフローチャートであり、（ｂ）は、音叉型水晶振動片２０の外形形成に使用される第１外形フォトマスク９１の一部を示した図である。 （ａ）は、電極パターン及びパッケージングの工程のフローチャートであり、（ｂ）は、フォトレジストＲＥＳが塗布された音叉型水晶振動片２０の拡大図である。 （ａ）から（ｃ）は、各種の突起４１の形状を有する音叉型水晶振動片２０の拡大図である。 （ａ）は、第２外形フォトマスク９５の一部であり、（ｂ）は、そのパターン９５−２の拡大図である。 （ａ）は、第３外形フォトマスク９６の一部であり、（ｂ）は、音叉型水晶振動片２０の基部２９の拡大図である。 （ａ）は、第４外形フォトマスク９７の一部であり、（ｂ）は、音叉型水晶振動片２０の基部２９の拡大図である。 パッケージされた圧電デバイスの態様を示す図である。 従来の音叉型水晶振動片１２０を示す、正面図及び側面図である。

符号の説明

２０ … 音叉型水晶振動片
２１，２２ … 振動腕
２３，２５ … 電極、 ２３a，２５ａ … 基部電極、 ２３ｂ，２５ｂ … 接続電極、 ２３ｃ，２５ｃ … 連絡電極、 ２３ｄ，２５ｄ … 表面電極、 ２３ｅ，２５ｅ … 側面電極
２４ … 非電極領域
２８ … 連結部
２９ … 基部
４１ … 突起
４５ … 切断棒
５０ … パッケージ音叉型振動子
５１ … パッケージ
６０ … 音叉型水晶振動子
７０ … シリンダータイプ音叉振動子
９１，９５，９６ … 外形フォトマスク
１２０ … 従来の音叉型水晶振動片

Claims (13)

1. 第１及び第２基部電極が形成されている基部と、
   前記基部から突出する第１振動腕部及び第２振動腕部と、
   前記第１及び第２振動腕部の表面に形成されている第１及び第２表面電極と、
   前記第１及び第２振動腕部の側面に形成されている第１及び第２側面電極と、
   前記第１基部電極と前記第１表面電極とを接続し、前記第１振動腕部と前記第２振動腕部との間の前記第１側面電極に接続する第１接続電極部と、
   前記表面のみに形成され、前記第２基部電極と前記第２表面電極とを接続する第２接続電極部と、
   を備えることを特徴とする圧電振動片。
2. 第１基部電極が一方の側面に形成され、第２基部電極が他方の側面に形成されている基部と、
   前記基部から突出する第１振動腕部及び第２振動腕部と、
   前記第１及び第２振動腕部の側面に形成されている第１及び第２側面電極と、を備え、
   前記基部の一方の側面から前記第２振動腕部の側面に渡って前記第１基部電極と前記第２側面電極とが形成され、前記第１基部電極と前記第２側面電極との間に非電極部が形成されたことを特徴とする圧電振動片。
3. 前記第１及び第２振動腕部の表面に溝部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電振動片。
4. 前記非電極部は、エッチングによって電極がなくなっている領域であることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片。
5. 前記非電極部は、前記基部の一部が切断されて電極がなくなっている領域であることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧電振動片と、
   前記圧電振動片を収容するパッケージと、
   前記パッケージを封止する封止部と
   を備える圧電デバイス。
7. 圧電ウエハから圧電振動片を製造する製造方法において、
   基部と、その基部から突出する第１振動腕部及び第２振動腕部と、前記基部から突出する先端が細い突起とを形成する外形形成工程と、
   この外形形成工程後に、金属膜を形成する工程と、
   その金属膜の上にレジストを塗布する工程と、
   電極パターンを露光する露光工程と、
   前記露光工程によりレジストが除去された箇所と、前記先端が細い突起において前記レジストが塗布されなかった箇所とをエッチングする工程と
   を有する圧電振動片を製造する製造方法。
8. 前記先端が細い突起は、先端が鋭角な突起と先端が０．０３ｍｍ以下の幅の突起とを含むことを特徴とする請求項７に記載の圧電振動片。
9. 前記先端が細い突起は、前記基部に三以上設けられていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の圧電振動片を製造する製造方法。
10. 圧電ウエハから圧電振動片を製造する製造方法において、
    基部と、その基部から突出する第１振動腕部及び第２振動腕部と、前記圧電ウエハと前記圧電振動片とを連結する連結部と、前記連結部と前記第１振動腕部及び第２振動腕部基部との間に設けられた切断棒とを形成する外形形成工程と、
    この外形形成工程後に、金属膜を形成する工程と、
    その金属膜の上にレジストを塗布する工程と、
    電極パターンを露光する露光工程と、
    この露光工程によりレジストが除去された金属膜をエッチングする工程と、
    前記切断棒を切断する工程と
    を有する圧電振動片を製造する製造方法。
11. 前記切断棒は切断しやすいように凹み部が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の圧電振動片を製造する製造方法。
12. 前記切断棒が、前記圧電振動片と前記圧電ウエハとを接続されていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の圧電振動片を製造する製造方法。
13. 圧電デバイスを製造する製造方法において、
    請求項７ないし請求項１１のいずれか一項に記載の製造方法によって製造された圧電振動片をパッケージ内に接着する接着工程と、
    前記パッケージを封止する封止工程と、
    を備えることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。