(57)【要約】【課題】屈曲振動子、その製造方法、屈曲振動デバイスを提供する。【解決手段】基部２８と、前記基部２８から延出した振動腕３０と、前記振動腕３０に設けられた励振電極４６と、を備えた屈曲振動片１２と、前記基部２８の一面と接着して前記屈曲振動片１２が実装される実装基板１４と、前記振動腕３０の実装基板１４側の面に設けられた第１の溝４２と、前記振動腕３０の実装基板１４側とは反対の面に設けられた第２の溝４４と、を有し、前記第１の溝４２は、前記第２の溝４４より前記基部２８側に設けてなる。【選択図】図１
2010130124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、前記基部から延出した振動腕と、前記振動腕に設けられた励振電極と、を備えた屈曲振動片と、
前記基部の一面と接着して前記屈曲振動片が実装される実装基板と、
前記振動腕の実装基板側の面に設けられた第１の溝と、
前記振動腕の実装基板側とは反対の面に設けられた第２の溝と、を有し、
前記第１の溝は、前記第２の溝より前記基部側に設けられていることを特徴とする屈曲振動子。
【請求項２】
前記第１の溝の前記振動腕の先端側の第１の内面、及び前記第２の溝の前記基部側の第２の内面は、それぞれ各溝の開口部側に向けて傾斜して形成され、前記第１の内面及び前記第２の内面が表裏一体となる配置で前記第１の溝及び前記第２の溝を前記振動腕に設けることにより、前記第１の溝および前記第２の溝は平面視して互いに重なり合う部分を有することを特徴とする請求項１に記載の屈曲振動子。
【請求項３】
前記第１の溝、及び前記第２の溝は、平面視して互いに離間していることを特徴とする請求項１に記載の屈曲振動子。
【請求項４】
前記振動腕の前記第２の溝が設けられた面の前記第１の溝と対向する位置に振動補強部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の屈曲振動子。
【請求項５】
前記振動補強部は、前記振動腕の長手方向に対して平行に複数設けたことを特徴とする請求項４に記載の屈曲振動子。
【請求項６】
前記第１の溝は、前記振動腕と前記基部とに跨って設けられたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載された屈曲振動子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の屈曲振動子に、前記屈曲振動子を駆動する回路を接続して構成したことを特徴とする屈曲振動デバイス。
【請求項８】
基部と、前記基部から延出した振動腕を有する屈曲振動素板を形成し、
前記振動腕の一面に第１の溝を形成し、
前記一面の反対面において、前記第１の溝より前記振動腕の先端側に第２の溝を形成し、
前記屈曲振動素板に前記振動腕を駆動する励振電極を形成し、
前記第１の溝を実装基板側に向けた状態で前記基部を前記実装基板に接着するとともに、
前記振動腕の先端側の質量調整を行った後、前記振動腕の基部側の質量調整を行うことを特徴とする屈曲振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈曲振動子に関し、特に、屈曲振動子の周波数調整の高精度化と振動損失の低減を両立する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、屈曲振動片の振動腕に溝を形成し、振動腕の側面と溝に励振電極を形成することにより電界効率を向上させ、振動損失を低く抑えた屈曲振動片が知られている（特許文献１参照）。一方、前記励振電極にレーザ光を照射して、励振電極の一部を剥ぎ取る等の質量調整を行うことにより屈曲振動片の共振周波数を調整することが行われてきた（特許文献２参照）。このため、最近の屈曲振動子の小型化に伴い、振動腕の溝のない部分のみならず溝の部分に形成された励振電極も質量調整の対象となり得る。
【特許文献１】特開２００８−２５２８００号公報
【特許文献２】特開２００８−６６９２１号公報
【特許文献３】実開平２−３２２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、溝内部に設けられた励振電極を剥ぎ取ると、これに起因して励振効率の低下に伴うクリスタルインピーダンスの上昇、あるいは特に基部側の溝内部にて、振動による変形の影響により屈曲振動片に付着している電極材が剥離するなどの虞があり、特に振動腕のドライブレベルを上げるとその影響が顕著となるという問題がある。
【０００４】
さらに上述の小型化に伴い、振動腕の共振周波数が、振動腕の側面領域の圧縮・伸長によって発生する熱勾配が緩和する時間を周波数に変換した緩和周波数に近づくためＱ値が低下する（熱弾性損失）といった問題もある（特許文献３参照）。
【０００５】
そこで本発明は上記問題に着目し、溝内部の励振電極を質量調整の対象とすることなく、周波数調整を高精度に行うとともに、振動損失、および熱弾性損失を低減する屈曲振動子、その製造方法、および前記屈曲振動子を実装した屈曲振動デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］基部と、前記基部から延出した振動腕と、前記振動腕に設けられた励振電極と、を備えた屈曲振動片と、前記基部の一面と接着して前記屈曲振動片が実装される実装基板と、前記振動腕の実装基板側の面に設けられた第１の溝と、前記振動腕の実装基板側とは反対の面に設けられた第２の溝と、を有し、前記第１の溝は、前記第２の溝より前記基部側に設けられていることを特徴とする屈曲振動子。
【０００７】
屈曲振動子は、振動腕の先端側で質量調整を行うことにより共振周波数の粗調整を行い、振動腕の基部側で質量調整を行うことにより共振周波数の微調整を行うことが可能であるが、基部側に寄って形成された第１の溝は実装基板側に向けられているため、第１の溝にある励振電極が質量調整されることはなく、振動損失の低減と周波数調整の高精度化を両立した屈曲振動子となる。さらに屈曲振動片と実装基板とを接着剤で接着する場合、接着面が毛細管現象で広がり振動腕にまで及ぶ虞がある。しかし、第１の溝が実装基板側に向けて設けられ、毛細管現象は第１の溝の基部側の端部で終端するため、振動腕そのものが接着されることを防止して、屈曲振動子の歩留まりを高めることができる。
【０００８】
［適用例２］前記第１の溝の前記振動腕の先端側の第１の内面、及び前記第２の溝の前記基部側の第２の内面は、それぞれ各溝の開口部側に向けて傾斜して形成され、前記第１の内面及び前記第２の内面が表裏一体となる配置で前記第１の溝及び前記第２の溝を前記振動腕に設けることにより、前記第１の溝および前記第２の溝は平面視して互いに重なり合う部分を有することを特徴とする請求項１に記載の屈曲振動子。
【０００９】
これにより、第１の溝及び第２の溝は平面視して互いに重ならない部分において、深く形成することができるので振動効率を高めることができる。また第１の溝及び第２の溝が平面視して互いに重なる部分を有するので、各溝をそれぞれ振動腕の長手方向に長く形成することができる。
【００１０】
［適用例３］前記第１の溝、及び前記第２の溝は、平面視して互いに離間していることを特徴とする適用例１に記載の屈曲振動子。
これにより、各溝は互いに干渉することなく、振動腕の厚みに対応して深く設計することができるので、振動腕の振動によって生じる振動腕の側面方向の熱緩和の経路を長くすることができるとともに、振動腕の一方の側面から他方の側面に向かう部分の断面積を小さくできるので、熱の移動を妨げて緩和時間を延ばすことができる。これにより緩和周波数を振動腕の共振周波数から遠ざけ、熱弾性損失を低減させることができる。
【００１１】
［適用例４］前記振動腕の前記第２の溝が設けられた面の前記第１の溝と対向する位置に振動補強部を設けたことを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１例に記載の屈曲振動子。
第１の溝は基部側に位置するため、第１の溝に形成された励振電極は強い曲げ応力を受け、剥離する虞がある。よって上記振動補強部を設けることにより、第１の溝に形成された励振電極に掛かる曲げ応力を緩和して、前記励振電極の剥離を防止できる。
【００１２】
［適用例５］前記振動補強部は、前記振動腕の長手方向に対して平行に複数設けたことを特徴とする適用例４に記載の屈曲振動子。
これにより、振動補強部が上述の熱緩和のバイパスになることを防止して、熱弾性損失を低減させることができる。
【００１３】
［適用例６］前記第１の溝は、前記振動腕と前記基部とに跨って設けられたことを特徴とする適用例１乃至５のいずれか１例に記載された屈曲振動子。
振動腕が振動する場合、その曲げ応力は振動腕のみならず、基部の振動腕と接続する領域にも及び、この領域に発生する熱緩和によってもＱ値が低下する。よって上記構成とすることにより、適用例３と同様のしくみで前記領域の熱緩和に起因する熱弾性損失を低減することができる。
【００１４】
［適用例７］適用例１乃至６のいずれか１例に記載の屈曲振動子に、前記屈曲振動子を駆動する回路を接続して構成したことを特徴とする屈曲振動デバイス。
これにより、周波数調整を高精度に行うとともに、振動損失、および熱弾性損失を低減する屈曲振動デバイスとなる。
【００１５】
［適用例８］基部と、前記基部から延出した振動腕を有する屈曲振動素板を形成し、前記振動腕の一面に第１の溝を形成し、前記一面の反対面において、前記第１の溝より前記振動腕の先端側に第２の溝を形成し、前記屈曲振動素板に前記振動腕を駆動する励振電極を形成し、前記第１の溝を実装基板側に向けた状態で前記基部を前記実装基板に接着するとともに、前記振動腕の先端側の質量調整を行った後、前記振動腕の基部側の質量調整を行うことを特徴とする屈曲振動子の製造方法。
【００１６】
屈曲振動子は、振動腕の先端側で質量調整を行うことにより共振周波数の粗調整を行い、振動腕の基部側で質量調整を行うことにより共振周波数の微調整を行うことが可能であるが、基部側に寄って形成された第１の溝は実装基板側に向けられているため、第１の溝にある励振電極が質量調整されることはなく、振動損失の低減と周波数調整の高精度化を両立させることができる。さらに屈曲振動片と実装基板とを接着剤で接着する場合、接着面が毛細管現象で広がり振動腕にまで及ぶ虞がある。しかし、第１の溝が実装基板側に向けて設けられ、毛細管現象は第１の溝の基部側の端部で終端するため、振動腕そのものが接着されることを防止して、屈曲振動子の歩留まりを高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１８】
図１に本実施形態に係る屈曲振動子を示す。図２に屈曲振動子を構成する屈曲振動片（図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は底面図）を示す。図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図、図５は図２のＣ−Ｃ線断面図、図５は図２のＤ−Ｄ線断面図を示す。
【００１９】
屈曲振動子１０は、屈曲振動片１２、パッケージ（実装基板１４、パッケージ枠１６、リッド１８）から構成され、屈曲振動片１２はマウント電極２０を介して、または固相接合（不図示）により実装基板１４に片持ち支持状態で接着して固定され、実装基板１４上にパッケージ枠１６、リッド１８の順に積層してパッケージ内部を真空封止したものである。実装基板１４及びパッケージ枠１６はセラミック等の絶縁材料で形成されている。実装基板１４の上面には固定電極２２が、下面には固定電極２２と貫通電極２４を介して電気的に接続された外部電極２６が配設され、固定電極２２は後述の屈曲振動片１２の接続電極４８と電気的に接続されている。よって屈曲振動片１２は接続電極４８、固定電極２２、及び外部電極２６を介して外部と電気的に接続される。またリッド１８は、ガラス等の後述の周波数調整を行うためのレーザ光を透過する材料で形成されている。ただし、後述の周波数調整を行わない場合は、リッド１８にレーザ光７２を透過しない材料を用いることが可能である。
【００２０】
本実施形態において屈曲振動片１２は、図２に示すにように、例えば音叉型屈曲振動片が挙げられる。本実施形態において屈曲振動片１２の材料は、水晶を前提とするが、これに限らずＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、チタン酸ジルコン酸鉛、ＺｎＯ、ＡｌＮなどの圧電体、またはシリコンなどの半導体であっても良い。屈曲振動片１２は、基部２８と基部２８から別々に互いに平行に延出した一対の振動腕３０を有する。一対の振動腕３０は、第１の表面３２及び第２の表面３４を両側で接続する側面３６を有する。一対の振動腕３０は、側面３６同士が対向するように並列している。なお、基部２８には振動腕３０の他に支持腕（不図示）を設けても良い。支持腕（不図示）は、一方の振動腕３０と他方の振動腕３０の間に設けても良いし、全ての振動腕３０の一方の外側または両外側に設けても良い。また支持腕（不図示）は、必ずしも振動腕３０と同じ長さにする必要はない。
【００２１】
基部２８には、第１の表面３２及び第２の表面３４に括れた形状が表れるように、一対の切り込み３８が、相互に対向方向（一対の振動腕３０が並列する方向）に形成されている。基部は、一対の切り込み３８の間に括れ部４０を有する。括れ部４０の幅は一対の切り込み３８の間の長さであって、一対の振動腕３０が並列する方向と平行な方向の長さである。括れ部４０の幅は基部の幅の５０％以下であってもよく、振動腕３０の幅の２倍以下であってもよい。なお、切り込み３８によって振動腕３０の振動の伝達が遮断されるので、振動が基部２８を介して外部に伝わること（振動漏れ）を抑制し、ＣＩ（Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）値の上昇を防止することができる。
【００２２】
振動腕３０には、第１の表面３２及び第２の表面３４にそれぞれ振動腕３０の延出方向（長手方向）に延びる第１の溝４２及び第２の溝４４が形成されている。第１の溝４２及び第２の溝４４によって振動腕３０の共振周波数（屈曲振動の共振周波数）から後述の緩和周波数を遠ざけ、これにより熱弾性損失が低減し、ＣＩ値を抑制することができる。第１の溝４２及び第２の溝４４は、互いに振動腕３０の長手方向にずれて位置している。第１の表面３２に形成された第１の溝４２は、基部２８側（固定端側）に形成され、第２の表面３４に形成された第２の溝４４は、振動腕３０の長手方向の先端側（自由端側）に形成されている。
【００２３】
第１の溝４２及び第２の溝４４は、平面視して（第１の表面または第２の表面の法線方向から見て）互いに重ならない部分（オーバーラップしない部分）と、互いに重なる部分（オーバーラップする部分）とを有する。即ち、第１の溝４４の振動腕３０の自由端側の第１の内面４２ａ、及び第２の溝４４の固体端側の第２の内面４４ａは、それぞれ各溝の開口部側に向けて傾斜して形成され、第１の内面４２ａ及び前記第２の内面４４ａが表裏一体となる配置で第１の溝４２及び第２の溝４４を振動腕３０に設けることにより、第１の内面４２ａおよび第２の内面４４ａは平面視して（第１の表面３２または第２の表面３４の法線方向から見て）互いに重なり合う。一方、第１の溝の底面４２ｂ及び第２の溝の底面４４ｂにおいては、平面視して互いに重なってはいない。各溝の底面４２ｂ、４４ｂの開口部からの深さは、振動腕３０の厚みの１／２以上であることが好ましい。
【００２４】
なお、第１の内面４２ａ及び第２の内面４４ａは表裏一体となる関係であるため、第１の溝４２と第２の溝４４が互いに貫通することはない。また、第１の内面４２ａ及び第２の内面４４ａは、それぞれ平坦な傾斜面であるが、変形例として、荒れた傾斜面、凸曲面、凹曲面または階段形状のいずれであっても良い。
【００２５】
このように各溝を形成することにより、第１の溝４２及び第２の溝４４は平面視して互いに重ならない部分において、深く形成することができるので、正負励振電極間を接近させることのできる箇所が多くなり、励振効率を高めることができる。また第１の溝４２及び第２の溝４４が平面視して互いに重なる部分を有するので、各溝をそれぞれ振動腕３０の長手方向に長く形成することができる。第１の溝４２及び第２の溝４４はある程度の範囲（振動腕の長さの７０％程度まで）においては、長いほど振動効率が良いとされている。
【００２６】
一対の振動腕３０及び基部２８には、励振電極４６が形成されている。励振電極４６は、振動腕３０の側面３６並びに第１の溝４２及び第２の溝４４の内面にそれぞれ分離されて形成されている。１つの振動腕３０の、相互に反対を向く側面３６に形成された励振電極４６は、振動腕３０の先端部上で電気的に接続され、第１の溝４２及び第２の溝４４の内面に形成された励振電極４６は基部２８の側面３６上で電気的に接続されている。一方の振動腕３０の、側面３６にある励振電極４６と他方の振動腕３０の第１の溝４２及び第２の溝４４の内面にある励振電極４６とは基部２８上で電気的に接続されて第１のパターンを構成し、一方の振動腕３０の第１の溝４２及び第２の溝４４の内面にある励振電極４６と他方の振動腕３０の側面にある励振電極４６とは基部２８上で電気的に接続されて第２のパターンを構成している。
【００２７】
屈曲振動片１２には、接続電極４８が形成されている。接続電極４８は励振電極４６と電気的に接続されている。基部２８に形成されている接続電極４８は、少なくとも基部２８の第１の表面３２及び第２の表面３４に形成され、基部２８の側面３６にも形成されている。振動腕３０の第１の溝４２及び第２の溝４４より先端部上で、振動腕３０の側面３６に形成された励振電極４６に電気的に接続する接続電極４８は、振動腕３０の錘の役割を果たしており、その一部を除去することで錘の重さを調整することができる。振動腕３０の先端部の重さが重いほど振動腕３０の共振周波数が低くなり、軽いほど高くなる。これを利用して共振周波数の調整を行うことができる。
【００２８】
接続電極４８の第１の溝４２の裏面、すなわち振動腕３０の第２の表面３４の基部２８側の位置には振動補強部５０が設けられている。第１の溝４２は基部２８側に位置するため、第１の溝４２に形成された励振電極４６は強い曲げ応力を受け、剥離する虞がある。よって振動補強部５０を設けることにより、第１の溝４２に形成された励振電極４６に掛かる曲げ応力を緩和して、励振電極４６の剥離を防止できる。振動補強部５０は後述の製造工程の後、接続電極４８の所定の位置にマスクを配置し、スパッタ等で形成可能である。
【００２９】
屈曲振動片１２においては、第１の溝４２及び第２の溝４４の内面に形成された励振電極３８と側面３６に形成された励振電極４６との間に電圧を印加する。印加電圧によって図４に矢印に示すように電界が発生する。励振電極４６は、クロス配線によって交流電源に接続され、駆動電圧としての交番電圧が印加されるようになっている。基本波モードの固有共振周波数で駆動すると、振動腕３０は互いに逆相振動となるように、すなわち振動腕３０の先端側が互いに接近・離間するように励振されて屈曲振動する。
【００３０】
ここで、励振電極４６の材料は金（Ａｕ）やクロム（Ｃｒ）が用いられる。振動腕３０の側面３６の基部２８側は屈曲振動により最も屈曲する領域であるが、この領域の励振電極４６に主に金を用いる場合は、金の重さで共振周波数が低くなる。一方、主にクロムを用いる場合は、クロムのヤング率は高く、硬い材料であるため、共振周波数は高くなる。
【００３１】
次に上述の屈曲振動片１２の製造工程について説明する。図７、図８、図９は、第１実施形態に係る屈曲振動片の製造工程を示す模式断面図であり、図１（ａ）における振動腕のＣ−Ｃ線に沿う断面について示している。
【００３２】
まず図７（ａ）に示すような、水晶Ｚ板である水晶ウェハ５２を板状に加工する。この水晶Ｚ板は水晶結晶軸のＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）において、Ｘ軸回りにＸ軸とＹ軸とからなるＸＹ平面を反時計方向に約１〜５度傾けて水晶原石から切り出され、鏡面研磨されたものである。つまりＸＹ′平面を有し、Ｚ′方向に厚さを有するウェハである。次に図７（ｂ）に示すように、水晶ウェハ５２の第１の表面３２、及び第２の表面３４にスパッタ装置などで下地がクロム（Ｃｒ）膜、その上に金（Ａｕ）膜を形成した金属膜５４を形成する（工程Ａ）。
【００３３】
そして、図７（ｃ）に示すように、金属膜５４の上にフォトレジスト膜５６を形成し（工程Ｂ）、その後第１の表面３２及び第２の表面３４の両側から、屈曲振動片１２の外形、振動腕３０の第１の溝４２及び第２の溝４４の形状に対応したフォトマスク６２を用いてフォトレジスト膜５６に露光する。
【００３４】
続いて、図７（ｄ）に示すように、フォトレジスト膜５６を現像して、屈曲振動片１２の外形、振動腕３０の第１の溝４２及び第２の溝４４に対応してエッチングをする部分のフォトレジスト膜５６を除去するようにパターニングする（工程Ｃ）。
【００３５】
次に図８（ａ）に示すように、フォトレジスト膜５６が形成されていない部分の金属膜５４をエッチングにより除去する（工程Ｄ）。この金属膜５４を除去することで、この部分に水晶の表面が露出することになる。
【００３６】
そして図８（ｂ）に示すように、表面が露出した水晶の部分をエッチングし、屈曲振動片１２の外形、振動腕３０の第１の溝４２及び第２の溝４４を形成する（工程Ｅ）。このように、屈曲振動片１２の外形、振動腕３０の第１の溝４２及び第２の溝４４が、一度のエッチング工程にて行われる。なお、水晶のエッチングは、フッ酸またはフッ酸とフッ化アンモニウムなどの混合液等を用いて行われる。
【００３７】
ここで、上記のように屈曲振動片１２の外形、振動腕３０の第１の溝４２及び第２の溝４４が、一度のエッチング工程で形成可能なのは以下の理由による。第１実施形態では、第１の溝４２及び第２の溝４４の溝幅寸法Ｗ１、Ｗ２を小さくすることで、第１の溝４２及び第２の溝４４を形成するためのエッチング速度が屈曲振動片１２の外形をエッチングする速度よりも遅くなるので、第１の溝４２及び第２の溝４４が貫通する前に屈曲振動片１２の外形を形成することができる。溝幅が小さいとエッチング速度が遅くなる理由は、溝幅が大きい溝に比べて溝幅が小さい溝は、その溝内部へのエッチング液の循環が悪くなり、溝内部のフッ酸濃度が低下するためであると考えられる。
【００３８】
さらに、第１の溝４２及び第２の溝４４の内部において、Ｚ′方向のエッチングのみならずＹ′方向のエッチングも進行するため、第１の溝４２において第１の内面４２ａ、第２の溝４４において第２の内面４４ａがそれぞれ形成される（図３参照）。第１の内面４２ａ及び第２の内面４４ａが表裏一体となる配置で第１の溝４２及び第２の溝４４の位置を決めることにより、第１の溝４２及び第２の溝４４が互いに貫通することなく、平面視（第１の表面３２または第２の表面３４の法線方向から見て）して互いに重なるような形状が可能となる。
【００３９】
次に、図８（ｃ）に示すように、水晶ウェハ５２に残っているフォトレジスト膜５６及び金属膜５４を除去する（工程Ｆ）。このようにして、音叉型の形状で振動腕３０に第１の溝４２及び第２の溝４４が形成された屈曲振動素板６４が出来上がる。
【００４０】
そして、図８（ｄ）に示すように、工程Ｆで形成された屈曲振動素板６４の全面にスパッタ装置などで、下地がクロム（Ｃｒ）膜で、その上に金（Ａｕ）膜を形成した金属膜６６を形成する（工程Ｇ）。
【００４１】
続いて、図９（ａ）に示すように、工程Ｇで形成した金属膜６６の上にフォトレジスト膜６８を形成し（工程Ｈ）、その後、第１の表面３２及び第２の表面３４の両側から励振電極４６及び接続電極４８の外形に対応したフォトマスク７０を用いて、フォトレジスト膜６８に露光する。そして図９（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜６８を現像して、励振電極４６及び接続電極４８を形成しない部分の相当する部分のフォトレジスト膜６８を除去する（工程Ｉ）。
【００４２】
次に、図９（ｃ）に示すように、工程Ｉでフォトレジスト膜６８が剥離された部分の金属膜６６をエッチングして除去する（工程Ｊ）。このようにして、金属膜６６が分離され、励振電極４６、及び接続電極４８が形成される。
【００４３】
そして図９（ｄ）に示すように、工程Ｊの後で残ったフォトレジスト膜６８を全て剥離する（工程Ｋ）。このようにして、図９（ｄ）に示した屈曲振動片１２が製造される。
【００４４】
このような構成を持つ屈曲振動片１２は、図１に示すように、第１の表面３２を実装基板１４側に向け、即ち第１の溝４２を実装基板側に向け、第１の表面３２側にある接続電極４８と、実装基板１４上の固定電極２２とをマウント電極２０を介して、または固相接合（不図示）により電気的・機械的に実装基板１４に接合される。よって振動腕３０は実装基板１４から浮いた状態となり、実装基板１４、パッケージ枠１６、リッド１８と干渉しない状態でパッケージ内部に配置される。マウント電極２０は導電性樹脂材料やハンダ等の金属材料であってもよい。屈曲振動片１２と実装基板１４とを接着剤で接着する場合、接着面が毛細管現象で広がり振動腕にまで及ぶ虞がある。しかし、第１の溝４２が実装基板１４側に向けて設けられ、毛細管現象は第１の溝４２の基部２８側の端部で終端するため、振動腕３０そのものが接着されることを防止して、屈曲振動子１０の歩留まりを高めることができる。
【００４５】
本実施形態において、屈曲振動片１２の実装基板１４への接着は、上述のマウント電極２０のみならず固相接合（不図示）も可能である。固相接合（不図示）は、金属膜（接続電極４８、固定電極２２）の表面をプラズマ照射により活性化させ、活性化された金属膜表面同士を当接させ、加熱加圧して活性化された金属原子が当接面から互いに拡散して当接した膜同士が一体化することにより接合させるものであるため、接着によって生じる厚みはほとんどない。よって、接続電極４８と固定電極２０とを固相接合（不図示）を行う場合は、実装基板１４と振動腕３０が当接しないように、実装基板１４の振動腕３０と対向する領域に凹部（不図示）を形成すればよい。
【００４６】
屈曲振動子１０の周波数調整は、リッド１８を透過するレーザ光７２を用いて、接続電極４８の一部を剥ぎ取ること（質量調整）により行われる（図１参照）。ここで振動腕３０の先端側（自由端側）は、振動腕３０の基部２８側（固定端側）に与える曲げモーメントが大きい部分であり、振動腕３０の共振周波数に最も寄与する部分であるため、この領域にある接続電極４８の一部を剥ぎ取ることにより共振周波数は大きく変化する。一方、振動腕３０の基部２８側は上記曲げモーメントが小さく、この領域にある接続電極４８を上述の先端側と同程度に剥ぎ取っても共振周波数の変動は小さい。
【００４７】
よって、共振周波数の調整はまず、振動腕３０の先端側にある接続電極４８の質量調整を行って周波数調整の粗調整を行い、その後、振動腕３０の基部２８側にある接続電極４８の質量調整を行って周波数調整の微調整を行うことができる。この微調整の段階においてレーザ光７２は第２の表面３４上にある接続電極４８の質量調整を行うため、その裏面、すなわち、実装基板１４側に向いた第１の溝４２の内面に形成された励振電極４６に対して質量調整を行うことはない。この励振電極４６を質量調整により一部剥離すると、その後の通常の振動中に励振電極４６が次第に剥離して劣化する虞があり、特に屈曲振動片１２のドライブレベルを上げるとその虞が顕著となる。したがって第１実施形態のように振動腕３０の基部２８側に位置した第１の溝４２を実装基板１４側に向けたことにより、第１の溝４２に形成された励振電極４６の劣化を回避しつつ共振周波数の微調整を行うことができ、振動損失の低減と周波数調整の高精度化を両立した屈曲振動子１０となる。
【００４８】
上述した屈曲振動子１０を使用して、屈曲振動デバイス（発振器、センサ）を構成することができる。屈曲振動子１０をＩＣ等で形成された発振回路（不図示）と接続して発振器を構成すると、周波数精度の高い交流信号を得ることができる。また、屈曲振動子１０を使用したセンサ（不図示）は、物理量に応じて屈曲振動片１２の周波数が変動することを利用してその物理量を検出するセンサである。例えば、温度、加速度によって発生する応力、角速度によって発生するコリオリ力など検出するセンサが例に挙げられる。
【００４９】
第２実施形態に係る屈曲振動片８０を図１０、図１１に示す。図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は底面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＦ−Ｆ線断面の模式図、図１１（ｃ）は図１０（ａ）のＧ−Ｇ線断面の模式図、図１１（ｄ）は図１０（ａ）のＨ−Ｈ線断面の模式図である。なお、これを用いた屈曲振動子、屈曲振動片に形成される励振電極、及び接続電極、屈曲振動子の製造方法、屈曲振動デバイスは、第１実施形態と同様であるので説明および図示を省略する。
【００５０】
音叉型振動片に代表される屈曲振動子の振動腕の側面において、圧縮応力を受けた場合は温度が上昇し、引っ張り応力を受けた場合は、温度が下降する。このため振動腕の内部には温度差が発生し、熱伝導を生じる。
【００５１】
一般に固体の内部摩擦の原因が温度による場合、歪みと応力の関係は次式に従うことが知られている。
【数１】
2010130124.tif 000003
ここで、ε：歪み、σ：応力、Ｅｔ：等温の弾性定数、α：線膨張率、ΔＴ：温度の平衡からのずれ、である。温度からの平衡のずれΔＴは次の緩和方程式に基づいて平衡状態に収束する。
【００５２】
【数２】
2010130124.tif 000004
ここで、τ：緩和時間である。このような屈曲振動子において、共振周波数を変化したとき、緩和周波数ｆｍ＝１／２πτで共振の鋭さＱが極小となる。このようなＱ値の低下は圧縮・引っ張りによる熱の発生とこれに伴う熱伝導により音波の吸収が生じるために発生するものであり熱弾性効果または熱弾性損失という。この熱弾性損失は、屈曲振動子の小型化により、共振周波数が上記の緩和周波数に接近したことによって生じるものである。
【００５３】
そこで、第２実施形態においては逆に緩和時間を長くする、すなわち緩和周波数を小さくして共振周波数との周波数差を広げ、熱弾性損失を低減することを目的としている。
上述のように、振動腕が、一方に屈曲した瞬間を見ると、圧縮応力を受けた側面の温度は上昇し、引っ張り応力を受けた側面３６の温度は低下することにより振動腕の側面３６間において熱勾配が発生することになる。図１１に振動腕の断面の模式図を示す。ここで図１１（ａ）に示すように振動腕に溝が形成されていない場合、熱緩和は図１１（ａ）に示す矢印８４のように直線的な経路に沿って行われるため、その経路長は振動腕８２の幅と同じとなる。次に図１１（ｂ）に示すように断面がＨ型となっている場合、即ち振動腕の両面に溝８６が形成され、各溝の底面が表裏一体となっている形状を有する場合は、経路長の最も短いものが矢印８８の場合であり、最も長いものが矢印９０の場合となり、経路長の平均値、緩和時間の平均値は図１１（ａ）の場合より長くなっている。
【００５４】
そして、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）に示すように、第２実施形態の屈曲振動片８０において、第１の溝９２、及び第２の溝９４は平面視して（第１の表面３２または第２の表面３４の法線方向からみて）離間している。これにより、各溝は互いに干渉することなく、振動腕８２の厚みに対応して深く設計することができる。このとき、この振動碗８２の断面は、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）に示すようにコの字型となる。この場合、熱緩和の経路は矢印９６が最も短く矢印９８が最も長い、この矢印９８が示す経路は図１１（ｂ）の矢印９０が示す経路よりも長くなるので、経路長の平均値、緩和時間の平均値は上述のＨ型の断面を有する振動腕８２よりも長くなることになる。このように、第１の溝９２および第２の溝９４を形成することにより、振動腕８２の振動によって生じる振動腕８２の側面３６方向の熱緩和の経路を長くすることができるとともに、振動腕８２の一方の側面３６から他方の側面３６に向かう部分の断面積を小さくできるので、熱の移動を妨げて緩和時間を延ばすことができる。これにより緩和周波数を振動腕８２の共振周波数から遠ざけ、熱弾性損失を低減させることができる。
【００５５】
ところで、振動腕８２が振動する場合、その曲げ応力は振動腕８２のみならず、基部１００の振動腕８２と接続する領域にも及び、この領域に発生する熱緩和によってもＱ値が低下する。よって第２実施形態においては、振動腕８２の基部１００側に形成されている第１の溝９２は、振動腕８２と基部１００とに跨って設けられている（図１０（ｂ）参照）。これにより、上述同様のしくみで前記領域の熱緩和に起因する熱弾性損失を低減することができる。
【００５６】
第２実施形態においても、第１の溝９２の内面に形成された励振電極に対する応力を緩和するための振動補強部１０２が設けることが望ましい。しかし振動補強部１０２は熱伝導の良い金属で形成されているため、これが熱緩和のバイパスとして機能することが考えられる。そこで第２実施形態においては、振動補強部１０２は図１０（ａ）、図１０（ｃ）、及び図１１（ｃ）に示すように、前記振動腕８２の長手方向に対して平行に複数設けている。振動補強部１０２も第１の溝９２と同様に基部１００側に跨るように配置する。図において振動補強部１０２は一つに第１の溝に対応して振動腕８２の長手方向に２本形成されているが、３本以上でもよい。これにより、振動補強部１０２間の熱の伝達が遮断されるので、振動補強部１０２が上述の熱緩和のバイパスになることを防止して、熱弾性損失を低減させることができる。
【００５７】
いずれの実施形態においても、振動腕３０、８２が２本ある音叉型屈曲振動片を前提として述べてきたが、これに限定されず、１本でも３本以上でもよい。またいずれの実施形態においても、振動腕３０、８２の主振動モードは、一対の振動腕の先端部が屈曲振動片１２、８０の面内（第１の表面３２、第２の表面３４の面内）において互いに接近・離間する振動を前提にしてきて述べてきたが、これに限定されず、屈曲振動片１２、８０の面（第１の表面３２、第２の表面３４）に垂直な方向の振動、またはそれを成分として含む振動（面外振動）にも適用できる。さらに第１の溝４２、９２および第２の溝４４、９４は一つの振動腕３０、８２にそれぞれ一つずつ形成された構成を前提としてきたが、これに限定されず、振動腕３０、８２の長手方向に延び、各溝を細長い状態で複数本並列に並べた構成にしてもよい。
【００５８】
図１２にジャイロ振動片の模式図を示す。図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＩ−Ｉ線断面の模式図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）のＪ−Ｊ線断面の模式図である。いずれの実施形態においても屈曲振動片１２は、音叉型のものを前提として述べてきたが、図１２に示すように、ＷＴ型のジャイロ振動片１０４にも適用でき、ジャイロ振動片１０４の振動腕１０６、及び検出腕１０８にも第１の溝１１０及び第２の溝１１２を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１実施形態に係る屈曲振動子の模式図である。
【図２】第１実施形態に係る屈曲振動片の模式図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面の模式図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面と回路の模式図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ線断面の模式図である。
【図６】図２のＤ−Ｄ線断面の模式図である。
【図７】第１実施形態に係る屈曲振動片の製造工程の模式図である。
【図８】第１実施形態に係る屈曲振動片の製造工程の模式図である。
【図９】第１実施形態に係る屈曲振動片の製造工程の模式図である。
【図１０】第２実施形態に係る屈曲振動片の模式図である。
【図１１】図１０のＧ−Ｇ線断面、及びＨ−Ｈ線断面等を示す模式図である。
【図１２】ジャイロ振動片の模式図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０………屈曲振動子、１２………屈曲振動片、１４………実装基板、１６………パッケージ枠、１８………リッド、２０………マウント電極、２２………固定電極、２４………貫通電極、２６………外部電極、２８………基部、３０………振動腕、３２………第１の表面、３４………第２の表面、３６………側面、３８………切り込み、４０………括れ部、４２………第１の溝、４４………第２の溝、４６………励振電極、４８………接続電極、５０………振動補強部、５２………水晶ウェハ、５４………金属膜、５６………フォトレジスト膜、６２………フォトマスク、６４………屈曲振動素板、６６………金属膜、６８………フォトレジスト膜、７０………フォトマスク、７２………レーザ光、８０………屈曲振動片、８２………振動腕、８４………矢印、８６………溝、８８………矢印、９０………矢印、９２………第１の溝、９４………第２の溝、９６………矢印、９８………矢印、１００………基部、１０２………振動補強部、１０４………ジャイロ振動片、１０６………振動腕、１０８………検出腕、１１０………第１の溝、１１２………第２の溝。
【図１】
2010130124.tif 000005
【図２】
2010130124.tif 000006
【図３】
2010130124.tif 000007
【図４】
2010130124.tif 000008
【図５】
2010130124.tif 000009
【図６】
2010130124.tif 000010
【図７】
2010130124.tif 000011
【図８】
2010130124.tif 000012
【図９】
2010130124.tif 000013
【図１０】
2010130124.tif 000014
【図１１】
2010130124.tif 000015
【図１２】
2010130124.tif 000016