(57)【要約】      （修正有）【課題】音叉型圧電振動片を小型化して錘部を大きくしなければならない場合であっても、励振時に振動腕の先端の錘部が互いに衝突しない音叉型圧電振動片もしくは圧電デバイスを提供する。【解決手段】音叉型圧電振動片２０は、圧電材からなる基部２３と、基部から所定厚さＤ３で且つ所定の腕幅Ｗ３で平行に伸びる一対の振動腕２１と、振動腕２１の先端の手前から先端側に向けて振動腕２１の腕幅が一定幅Ｗ４に拡大されている一対の錘部２８と、を備える。そして、一対の錘部２８は、所定厚さＤ３より薄い厚さＤ４の裾部を有する。このため、振動腕が励振しても錘部が衝突しない。【選択図】図１
2010213262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材からなる基部と、
前記基部から所定厚さで且つ所定の腕幅で平行に伸びる一対の振動腕と、
前記振動腕の先端の手前から先端側に向けて前記振動腕の腕幅が拡大されている一対の錘部と、を備え、
前記一対の錘部は、前記所定厚さより薄い厚さを有する裾部を含むことを特徴とする音叉型圧電振動片。
【請求項２】
前記一対の錘部の内側に前記裾部が形成され、前記一対の振動腕が励振する際に、前記一対の裾部は前記錘部の厚さ方向に空間を隔てていることを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項３】
前記裾部の厚さが前記振動腕の所定厚さの半分より薄いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項４】
前記裾部の腕幅は、前記錘部の先端から前記基部方向に変化することを特徴とする請求項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】
前記裾部は、前記錘部の中で腕幅が一番広くなっていることを特徴とする請求項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６】
前記錘部のすべてが、前記裾部として同じ厚さになっていることを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項７】
圧電材からなる基部と、
前記基部から所定厚さで且つ所定の腕幅で平行に伸びる一対の振動腕と、
前記振動腕の先端の手前から先端側に向けて前記振動腕の腕幅が拡大されている一対の錘部と、
前記一対の振動腕の両外側において前記基部の一端側から平行に伸びる一対の支持腕と、
前記支持腕と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と、を備え、
前記一対の錘部は、前記所定厚さより薄い厚さを有する裾部を含むことを特徴とする圧電フレーム。
【請求項８】
前記支持腕の一部は、前記所定厚さより薄く厚く形成されることを特徴とする請求項７に記載の圧電フレーム。
【請求項９】
前記錘部の両外側に前記裾部が形成され、前記一対の振動腕が励振する際に、前記裾部は前記支持腕の薄く形成された一部と厚さ方向に空間を隔てていることを特徴とする請求項８に記載の圧電フレーム。
【請求項１０】
前記裾部の腕幅は、前記錘部の先端から前記基部方向に変化することを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載の圧電フレーム。
【請求項１１】
前記錘部の両外側の前記裾部の厚さが前記振動腕の所定厚さの半分より薄いことを特徴とする請求項７ないし請求項９に記載の圧電フレーム。
【請求項１２】
前記錘部のすべてが、前記裾部として同じ厚さになっていることを特徴とする請求項７に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項１３】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片と、
前記圧電振動片を覆う蓋部と、
前記圧電振動片を支えるベースと、を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項１４】
請求項７から請求項１２のいずれか一項に記載の圧電フレームと、
前記圧電フレームの前記外枠部の一方の面に接合され、前記基部及び前記振動腕を覆う蓋部と、
前記外枠部の他方の面に接合されるベースと、を備えることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項１５】
基部から所定厚さで平行に伸びる一対の振動腕とこの振動腕の先端に形成された錘部とを有する音叉型圧電振動片を製造する音叉型圧電振動片の製造方法において、
前記音叉型圧電振動片の外形を、前記音叉型圧電振動片の外形に対応する第一マスクを使って、前記所定厚さの圧電ウエハを露光する第一露光工程と、
前記錘部が前記圧電ウエハより薄くなるように、前記圧電ウエハを露光する第二露光工程と、
前記振動腕の根元部に形成される溝部を形成するように、前記圧電ウエハを露光する第三露光工程と、
前記第一露光工程による圧電ウエハをエッチングする第一エッチング工程と、
前記第二露光工程による圧電ウエハをエッチングする第二エッチング工程と、
前記第三露光工程による圧電ウエハをエッチングする第三エッチング工程と、
を備えることを特徴とする音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項１６】
前記第二露光工程は前記所定厚さよりも薄い厚さの裾部に対応した第二マスクを使って露光し、前記第三露光工程は前記溝部に対応した第三マスクを使って露光し、
前記第二エッチング工程及び前記第三エッチング工程が別々に行われることを特徴とする請求項１５に記載の圧電フレームの製造方法。
【請求項１７】
前記第二露光工程及び前記第三露光工程は前記所定厚さよりも薄い厚さの裾部及び前記溝部に対応した第四マスクを使って一度に露光し、
前記第二エッチング工程及び前記第三エッチング工程が同時に行われることを特徴とする請求項１５に記載の圧電フレームの製造方法。
【請求項１８】
基部から所定厚さで平行に伸びる一対の振動腕及びこの振動腕の先端に形成された錘部を有する音叉型圧電振動片と、前記音叉型水晶振動片を囲む外枠と、前記基部から前記振動腕の外側で伸びて前記外枠に接続する支持腕と有する圧電フレームを製造する圧電フレームの製造方法において、
前記音叉型圧電振動片、前記外枠及び前記支持腕の外形を、前記音叉型圧電振動片、前記外枠及び前記支持腕の外形に対応する第一マスクを使って、前記所定厚さの圧電ウエハを露光する第一露光工程と、
前記錘部が前記圧電ウエハより薄くなるように、且つ前記支持腕の一部が前記支持腕の残りの他の部分より薄くなるように、前記圧電ウエハを露光する第二露光工程と、
前記振動腕の根元部に形成される溝部を形成するように、前記圧電ウエハを露光する第三露光工程と、
前記第一露光工程による圧電ウエハをエッチングする第一エッチング工程と、
前記第二露光工程による圧電ウエハをエッチングする第二エッチング工程と、
前記第三露光工程による圧電ウエハをエッチングする第三エッチング工程と、
を備えることを特徴とする圧電フレームの製造方法。
【請求項１９】
前記第二露光工程は前記所定厚さよりも薄い裾部及び前記支持腕の一部に対応した第二マスクを使って露光し、前記第三露光工程は前記溝部に対応した第三マスクを使って露光し、
前記第二エッチング工程及び前記第三エッチング工程が別々に行われることを特徴とする請求項１８に記載の圧電フレームの製造方法。
【請求項２０】
前記第二露光工程及び前記第三露光工程は、前記所定厚さよりも薄い裾部、前記支持腕の一部及び前記溝部に対応した第四マスクを使って一度に露光し、
前記第二エッチング工程及び前記第三エッチング工程が同時に行われることを特徴とする請求項１８に記載の圧電フレームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば水晶などからなる圧電基板を用いて、所定の周波数で振動する小型の音叉型圧電振動片もしくは圧電フレームの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、時計や家電製品、各種情報・通信機器やＯＡ機器等の民生・産業用電子機器には、その電子回路のクロック源として圧電振動子、圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。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。
【０００３】
ところで、近年の電子機器の小型化に伴って、この電子機器に用いられる圧電デバイスに小型化した音叉型圧電振動片が求められている。小型化した音叉型圧電振動片は一対の振動腕を有するが、その一対の振動腕の腕長さが短くなり、振動腕の幅が細くなっている。ところが、音叉型圧電振動片の周波数は音叉型圧電振動片の振動腕の長さの２乗に反比例するため、振動腕の長さを短くしてしまうと周波数が高くなってしまう。特許文献１によれば、振動腕の一定位置よりも先端側を腕幅に拡大した錘部を開示している。錘部を設けて振動腕の先端を重くすることによって、音叉型圧電振動片の周波数を下げている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５４６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、音叉型圧電振動片の振動腕の先端の錘部を大きくするため振動腕の先端の錘部の幅をあまりに広くすると、励振時に互いに中央側に曲がって振動した際に衝突しやすくなる。このため最大の励振時であっても振動腕の先端の錘部が互いに衝突しないように錘部の幅を設計しなければならなかった。
【０００６】
本発明の目的は、音叉型圧電振動片を小型化して錘部を大きくしなければならない場合であっても、励振時に振動腕の先端の錘部が互いに衝突しない音叉型圧電振動片もしくは圧電デバイスを提供する。また、水晶単結晶ウエハに多数の小型の音叉型圧電振動片を製造する製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の観点の音叉型圧電振動片は、圧電材からなる基部と、基部から所定厚さで且つ所定の腕幅で平行に伸びる一対の振動腕と、振動腕の先端の手前から先端側に向けて振動腕の腕幅が拡大されている一対の錘部と、を備える。そして、一対の錘部は、所定厚さより薄い厚さの裾部を有する。
上記構成によれば、一対の錘部は所定厚さより薄い厚さの裾部を有しているため、振動腕が励振しても衝突しない。
【０００８】
第２の観点の音叉型圧電振動片は、一対の錘部の内側に前記裾部が形成され、一対の振動腕が励振する際に、裾部は錘部の厚さ方向に空間を隔てている。
第３の観点の音叉型圧電振動片は、裾部の厚さが振動腕の所定厚さの半分より薄い。
第４の観点の音叉型圧電振動片の裾部の腕幅は錘部の先端から基部方向に変化する。
第５の観点の音叉型圧電振動片の裾部は、先端から基部に向けて腕幅が徐々に小さくなっている。
【０００９】
第６の観点の圧電フレームは、圧電材からなる基部と、基部から所定厚さで且つ所定の腕幅で平行に伸びる一対の振動腕と、振動腕の先端の手前から先端側に向けて振動腕の腕幅が拡大されている一対の錘部と、一対の振動腕の両外側において基部の一端側から平行に伸びる一対の支持腕と、支持腕と接続されるとともに基部及び振動腕を囲む外枠部と、を備える。そして、一対の錘部は、所定厚さより薄い厚さの裾部を有する。
上記構成によれば、一対の錘部は所定厚さより薄い厚さの裾部を有しているため、振動腕が励振しても衝突しない。
【００１０】
第７の観点の圧電フレームの支持腕の一部は、所定厚さより薄い厚く形成される。
支持腕の一部は、所定厚さより薄い厚いため、振動腕が励振しても支持腕に衝突しない。
【００１１】
第８の観点の圧電フレームは、第７の観点において、錘部の両外側に裾部が形成され、一対の振動腕が励振する際に、裾部は支持腕の一部と厚さ方向に空間を隔てている。
第９の観点の圧電フレームは、第６から第８の観点において、裾部の腕幅が錘部の先端から基部方向に変化する。
第１０の観点の圧電フレームは、第６から第８の観点において、錘部の両外側の裾部の厚さが振動腕の所定厚さの半分より薄い。
【００１２】
第１１の観点の圧電デバイスは、第１の観点から第５の観点の音叉型圧電振動片と、圧電振動片を覆う蓋部と、圧電振動片を支えるベースと、を備える。
第１２の観点の圧電デバイスは、第６の観点から第７の観点の圧電フレームと、圧電フレームの外枠部の一方の面に接合され、基部及び振動腕を覆う蓋部と、外枠部の他方の面に接合されるベースと、を備える。
【００１３】
第１３の観点の音叉型圧電振動片の製造方法は、基部から所定厚さで平行に伸びる一対の振動腕とこの振動腕の先端に形成された錘部とを有する音叉型圧電振動片を製造する音叉型圧電振動片の製造方法において、音叉型圧電振動片の外形を、音叉型圧電振動片の外形に対応する第一マスクを使って、所定厚さの圧電ウエハを露光する第一露光工程と、錘部が前記圧電ウエハより薄くなるように、圧電ウエハを露光する第二露光工程と、振動腕の根元部に形成される溝部を形成するように、圧電ウエハを露光する第三露光工程と、第一露光工程による圧電ウエハをエッチングする第一エッチング工程と、第二露光工程による圧電ウエハをエッチングする第二エッチング工程と、第三露光工程による圧電ウエハをエッチングする第三エッチング工程と、を備える。
一対の錘部は圧電ウエハより薄く形成されるため、振動腕が励振しても錘部が衝突しない。
【００１４】
第１４の観点の音叉型圧電振動片の製造方法は、第二露光工程は薄く形成された裾部に対応した第二マスクを使って露光し、第三露光工程は溝部に対応した第三マスクを使って露光し、第二エッチング工程及び第三エッチング工程が別々に行われる。
上記構成によれば、第二エッチング工程による溝部の深さと第三エッチング工程による錘部の深さ（裾部の厚さ）とを別々に調整することができる。
【００１５】
第１５の観点の音叉型圧電振動片の製造方法は、第二露光工程及び第三露光工程が薄く形成された裾部及び溝部に対応した第四マスクを使って一度に露光し、第二エッチング工程及び第三エッチング工程が同時に行われる。
上記構成によれば、溝部を形成する際に振動腕に形成される錘部と錘部に形成される裾部とを同時にエッチングするため工程を省くことができる。
【００１６】
第１６の観点の音叉型圧電振動片の製造方法は、基部から所定厚さで平行に伸びる一対の振動腕及びこの振動腕の先端に形成された錘部を有する音叉型圧電振動片と、音叉型水晶振動片を囲む外枠と、基部から振動腕の外側で伸びて外枠に接続する支持腕と有する圧電フレームを製造する圧電フレームの製造方法において、音叉型圧電振動片、外枠及び支持腕の外形を、音叉型圧電振動片、外枠及び支持腕の外形に対応する第一マスクを使って、所定厚さの圧電ウエハを露光する第一露光工程と、錘部が薄くなるように且つと支持腕の一部が薄くなるように、圧電ウエハを露光する第二露光工程と、振動腕の根元部に形成される溝部を形成するように、圧電ウエハを露光する第三露光工程と、第一露光工程による圧電ウエハをエッチングする第一エッチング工程と、第二露光工程による圧電ウエハをエッチングする第二エッチング工程と、第三露光工程による圧電ウエハをエッチングする第三エッチング工程と、を備える。
【００１７】
第１７の観点の音叉型圧電振動片の製造方法は、第二露光工程は所定厚さよりも薄い裾部及び支持腕の一部に対応した第二マスクを使って露光し、第三露光工程は溝部に対応した第三マスクを使って露光し、第二エッチング工程及び第三エッチング工程が別々に行われる。
【００１８】
第１８の観点の音叉型圧電振動片の製造方法は、第二露光工程及び第三露光工程が、所定厚さよりも薄い裾部、支持腕の一部及び溝部に対応した第四マスクを使って一度に露光し、第二エッチング工程及び第三エッチング工程が同時に行われる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の圧電振動片は、小型化しても周波数の調整が容易で周波数を低く抑えることができる。この圧電振動片を使った圧電デバイスは、電子機器の小型化の要望に応えることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は第１実施形態の第１音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した上面図である。  （ｂ）は（ａ）の斜視図である。  （ｃ）は第１音叉型水晶振動片２０の一対の錘部２８のＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）は第１水晶デバイス１００の全体斜視図である。  （ｂ）は第１リッド５を取り外した第１水晶デバイス１００の上面図である。  （ｃ）は第１水晶デバイス１００の断面図である。
【図３】（ａ）は第１変形例の第２音叉型水晶振動片２０Ａの上面図である。  （ｂ）は（ａ）の斜視図である。  （ｃ）は第２音叉型水晶振動片２０Ａの一対の錘部２８のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】（ａ）は第２変形例の第３音叉型水晶振動片２０Ｂの上面図である。  （ｂ）は（ａ）の斜視図である。  （ｃ）は第３音叉型水晶振動片２０Ｂの一対の錘部２８のＤ−Ｄ断面図である。
【図５】（ａ）は第３変形例の第４音叉型水晶振動片２０Ｃの上面図である。  （ｂ）は（ａ）の斜視図である。  （ｃ）は第４音叉型水晶振動片２０Ｃの一対の錘部２８のＥ−Ｅ側面図である。
【図６】（ａ）は第４変形例の第５音叉型水晶振動片２０Ｄの上面図である。  （ｂ）は（ａ）の斜視図である。  （ｃ）は第５音叉型水晶振動片２０Ｄの一対の錘部２８のＦ−Ｆ側面図である。
【図７】第１音叉型水晶振動片２０の外形形成と溝部及び錘部とを形成する工程のフローチャートである。
【図８】電極形成およびパッケージングの工程のフローチャートである。
【図９】第１水晶フレーム２０の外形形成用の第１フォトマスク９１を示す上面図である。
【図１０】（ａ）は溝部２４及び錘部２８形成用の第４フォトマスク９６−１を示す上面図である。  （ｂ）は溝部２４及び錘部２８形成用の第４フォトマスク９６−２を示す上面図である。
【図１１】第１音叉型水晶振動片２０の溝部と錘部とを別々に形成する工程のフローチャートである。
【図１２】（ａ）は溝部２４形成用の第２フォトマスク１９６−１を示す上面図である。  （ｂ）は錘部２８の一方を形成するための第３フォトマスク１９６−２を示す上面図である。  （ｃ）は錘部２８の他方を形成するための第３フォトマスク１９６−３を示す上面図である。
【図１３】（ａ）は第２実施形態である第６音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０の全体構成を示した上面図である。  （ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。  （ｃ）は（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。
【図１４】（ａ）は水晶単結晶ウエハで形成した第２リッド１０の上面図である。  （ｂ）は第６音叉型水晶振動片３０を有する水晶フレーム５０の上面図である。  （ｃ）は水晶単結晶ウエハで形成したベース４０の上面図である。  （ｄ）は（ａ）から（ｃ）のＪ−Ｊ断面で第２水晶デバイス１１０が重ね合わせられる前の状態を示した概略断面図である。
【図１５】（ａ）は第２実施形態である第７音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０の全体構成を示した上面図である。  （ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜実施形態１＞
＜＜第１音叉型水晶振動片２０の構成＞＞
図１（ａ）は、第１実施形態の第１音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した上面図であり、（ｂ）は（ａ）の斜視図である。（ｃ）は（ａ）に示された第１音叉型水晶振動片２０の一対の錘部２８のＡ−Ａ断面図である。
【００２２】
第１音叉型水晶振動片２０の母材は、Ｚカットに加工された水晶単結晶ウエハである。図１（ａ）に示すように、第１音叉型水晶振動片２０は、第１基部２３−１及び第２基部２３−２から構成される基部２３と、この第１基部２３−１から図１において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる所定幅（Ｗ３）の一対の振動腕２１を備えている。振動腕２１の先端には錘部２８を備える。基部２３は水晶単結晶ウエハに第１音叉型水晶振動片２０が一時的に連結した状態を維持するための連結部２７が設けられている。
【００２３】
第１音叉型水晶振動片２０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで発振する振動片で、極めて小型の振動片となっている。図１（ａ）において、振動腕２１の先端の錘部２８は、一定幅（Ｗ４）で幅広となりハンマー型の形状となっている。ハンマー型の形状部分は幅を大きくすると体積が増えて先端の重量が増えるため、振動腕の長さが短くてもより周波数を下げることができる。また錘部２８の面積が増えることにより、レーザによって周波数調整をすることができる面積も広くなる。そのため周波数の微調整が容易になる。
【００２４】
第１音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の表裏面には、溝部２４が形成されている。一本の振動腕２１の表面に１つの溝部２４が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に１つの溝部２４が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の溝部２４が形成される。溝部２４の深さは、振動腕２１の厚さの約３５〜４５％である。溝部２４の幅は、振動腕２１の幅（Ｗ３）の約６５〜８５％である。溝部２４の長さは、振動腕２１の先端までの長さの７０％から７７％である。小型化が進むとＣＩ値が上昇するので、溝部２４はＣＩ値を下げるために設けられている。
【００２５】
第１音叉型水晶振動片２０の基部２３は、その全体が板状に形成されている。また、第１基部（Ｗ２）２３−１と第２基部（Ｗ１）２３−２との間に段差を形成している。この段差部を設けて、振動腕２１が振動する際に垂直方向成分を有した振動が生じても、振動腕２１の振動が第２基部（Ｗ２）２３−１へ漏れる振動を緩和することができる。第１音叉型水晶振動片２０の基部２３には、連結部２７が２箇所設けられている。連結部２７は、水晶単結晶ウエハと第１音叉型水晶振動片２０とを連結する部分である。
【００２６】
図１（ｂ）に示されるように、振動腕２１の先端の錘部２８は、一対の振動腕２１の中心となる中心軸ＡＡを基準に点対称に形成される。また錘部２８は、振動腕２１の厚さより薄い厚さに加工されている。この加工された錘部２８は中心軸ＡＡを基準に上半分と下半分の位置に形成されている。
【００２７】
図１（ｂ）に示されるように、第１音叉型水晶振動片２０の基部２３及び振動腕２１には、第１基部電極３１と第２基部電極３２と第１励振電極３３及び第２励振電極３４とが形成されている。振動腕２１の先端の錘部２８には、金属膜１８を備える。第１基部電極３１、第２基部電極３２、第１励振電極３３、第２励振電極３４及び錘部２８の金属膜１８は、同一厚さで形成されている。錘部２８の金属膜１８は第１音叉型水晶振動片２０の周波数調整のために設けられる。振動腕２１の表面、裏面及び側面には第１励振電極３３及び第２励振電極３４が形成される。
【００２８】
図１（ｃ）は、第１音叉型水晶振動片２０の一対の錘部２８のＡ−Ａ断面図である。一対の振動腕２１が励振時にともに中央側に曲がった状態を点線で示している。振動腕２１の先端の錘部２８がＺ方向から見て重なり合っている。錘部２８の厚さＤ４は、振動腕２１の厚さＤ３の半分より薄くして、一対の錘部２８の厚さ方向に空間を隔てている。一対の振動腕２１はともに中央側に曲がって重なり合っても、錘部２８は厚さ方向に空間を隔てるように加工されているため衝突を避けることができる。つまり錘部２８の厚さは振動腕２１の厚さの約３５〜４５％である。錘部２８の中央と周端部とは同じ厚さであり図１（ｃ）に示されるように、その断面が均一の厚さになっている。錘部２８は、錘部２８の幅を広くして振動腕２１の先端を重くすると小型化した第１音叉型水晶振動片２０の発振する周波数を下げることができる。そして、一対の薄肉厚の錘部２８が励振時にともに中央側に曲がっても衝突しない。
【００２９】
＜第１水晶デバイス１００の構成＞
以下、本発明の各実施形態にかかる第１水晶デバイス１００について、図面を参照して説明する。図２は、本発明の第一実施形態にかかる第１水晶デバイス１００の概略図を示している。図２（ａ）は全体斜視図であり、（ｂ）はガラス製の第１リッド５を取り外した上面図であり、（ｃ）は第１水晶デバイス１００のＢ−Ｂ断面図である。説明の都合上、図１と重複する電極は、省略する。
【００３０】
表面実装型の第１水晶デバイス１００は、絶縁性のセラミックパッケージ６０と第１音叉型水晶振動片２０のパッケージを覆うガラス製の第１リッド５とからなる。第１リッド５は、ホウ珪酸ガラス又はソーダガラスなどから形成される。セラミックパッケージ６０は、底面用セラミック層６０ａ、枠用セラミック層６０ｂ及び台座６０ｃから成る。セラミックパッケージ６０は、酸化アルミニウム質の混練物からなるセラミックグリーンシートを成形して形成される複数の基板を積層し、焼結して形成されている。図２（ｃ）に示されるように、これら複数のセラミック層６０ａ〜６０ｃから構成されたパッケージは、キャビティ５４を形成し、このキャビティ５４内に第１音叉型水晶片２０を実装する。
【００３１】
第１音叉型水晶振動片２０は、振動腕２１および基部２３に電極パターンを形成している。基部２３の配線パターンは、導電性接着剤５９と導通接続する接着領域３１ａ、３２ａを有している。第１音叉型水晶振動片２０は、底面用セラミック層６０ａと水平になるように導電性接着剤５９で接着される。
【００３２】
台座６０ｃの上面の一部には、第１音叉型水晶振動片２０の接着領域３１ａ、３２ａと導通を取る導通配線８１が形成されている。セラミックパッケージ６０の下面に形成された少なくとも２つの外部電極８２は、不図示のプリント基板に表面実装された際の外部端子である。また、内部配線８３は導通配線８１、外部電極８２を接続する電気的導通部である。枠セラミック層６０ｂの上端には、接着剤５８が設けられている。
【００３３】
セラミックパッケージ６０は、第１音叉型水晶振動片２０を収容した後に接着剤５８を介して、透明なガラス製の第１リッド５に接合されている。セラミックパッケージ６０は、透明なガラス製の第１リッド５を用いているので、真空中で外部から錘部２８の金属膜１８（図１参照）にレーザービームを照射して錘部２８の金属膜１８の一部をトリミングされることで、質量削減方式により周波数の微調整が行われる。周波数の微調整と検査とを行い第１水晶デバイス１００が完成する。
【００３４】
水晶単結晶ウエハ上に配置された個々の第１音叉型水晶振動片２０は、錘部２８の幅を大きくすること、すなわち周波数調整用の金属膜１８の幅を大きくすることで体積が増えて先端の重量が増えるため、より周波数を下げることができる。また、取り除くことができる金属膜の総重量が増加するため周波数調整可能範囲が大きくなり、所定の周波数に調整することが容易にできる。
【００３５】
図３ないし図６は、振動腕２１の錘部２８の形状を変えた変形例である。第１音叉型水晶振動片２０と機能が同じ部分には同じ符号を付している。
＜変形例１＞
＜＜第２音叉型水晶振動片２０Ａの構成＞＞
図３（ａ）は、第１変形例の第２音叉型水晶振動片２０Ａの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）の斜視図である。（ｃ）は、第２音叉型水晶振動片２０Ａの一対の錘部２８のＣ−Ｃ断面図である。
【００３６】
図３（ａ）に示されるように、第２音叉型水晶振動片２０Ａの振動腕２１の錘部２８は、振動腕２１の幅（Ｗ３）より幅広（Ｗ４，Ｗ５）となったハンマー型の形状である。錘部２８は、錘部２８の厚さ方向において内側端面に裾部分２８ａが形成されており、また一対の錘部２８の外側端面も裾部分２８ａが形成される。両側端面に裾部分２８ａが形成された錘部２８は、中心軸ＡＡを基準に幅（Ｗ５）と一段幅広になった裾部分２８ａ（幅Ｗ４）とに形成されている。裾部分２８ａが錘部２８の中で一番広い幅である。
【００３７】
図３（ｂ）に示されるように、錘部２８の幅を振動腕２１の幅から一段と広く形成できる。錘部２８の幅が広くなって、錘部２８は体積が増えて先端の重量が増加するため、第２音叉型水晶振動片２０Ａの周波数を下げることができる。また、周波数調整部分の面積が大きくなることによって、レーザによる周波数調整することができる面積も広くなる。一対の振動腕２１は、表面、裏面及び側面に第１励振電極３３、第２励振電極３４が形成されており、先端に錘部２８の金属膜１８が形成されている。第１励振電極３３は第１基部電極３１につながっており、第２励振電極３４は第２基部電極３２につながっている。
【００３８】
図３（ｃ）に示されるように、錘部２８は断面形状が凸形状でその裾部分２８ａの厚さＤ５は、振動腕２１の厚さＤ３の半分より薄くして、一対の錘部２８の厚さ方向に空間を隔てている。一対の振動腕２１はともに中央側に曲がって重なり合っても、錘部２８は厚さ方向に空間を隔てるように加工されているため衝突を避けることができる。
【００３９】
＜変形例２＞
＜＜第３音叉型水晶振動片２０Ｂの構成＞＞
図４（ａ）は、第２変形例の第３音叉型水晶振動片２０Ｂの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）の斜視図である。（ｃ）は、第３音叉型水晶振動片２０Ｂの一対の錘部２８のＤ−Ｄ断面図である。
【００４０】
図４（ａ）に示されるように、第３音叉型水晶振動片２０Ｂの振動腕２１の錘部２８は、振動腕２１の幅（Ｗ３）より幅広（Ｗ４，Ｗ６）となったハンマー型の形状である。錘部２８は、錘部２８の厚さ方向において内側端面に加工が施されている。内側端面のみが裾部分２８ｂが形成された錘部２８は、中心軸ＡＡを基準に幅（Ｗ６）と一段と幅広くなった部分（幅Ｗ４）とに形成されている。
【００４１】
図４（ｂ）に示されるように、錘部２８の幅を振動腕２１の幅から一段と広く形成できる。錘部２８の幅が広くなって、錘部２８は体積が増えて先端の重量が増加するため、第３音叉型水晶振動片２０Ｂの周波数を下げることができる。また、周波数調整部分の面積が大きくなることによって、レーザによる周波数調整をすることができる面積も広くなる。一対の振動腕２１は、表面、裏面及び側面に第１励振電極３３、第２励振電極３４が形成されており、先端に錘部２８の金属膜１８が形成されている。第１励振電極３３は第１基部電極３１につながっており、第２励振電極３４は第２基部電極３２につながっている。
【００４２】
図４（ｃ）に示されるように、錘部２８の段付形状の裾部分２８ｂの厚さＤ６は、振動腕２１の厚さＤ３の半分より薄くして、一対の錘部２８の厚さ方向に空間を隔てている。裾部分２８ｂが錘部２８の中で一番広い幅である。一対の振動腕２１はともに中央側に曲がって重なり合っても、錘部２８は厚さ方向に空間を隔てるように加工されているため衝突を避けることができる。
【００４３】
＜変形例３＞
＜＜第４音叉型水晶振動片２０Ｃの構成＞＞
図５（ａ）は、第３変形例の第４音叉型水晶振動片２０Ｃの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）の斜視図である。（ｃ）は、第４音叉型水晶振動片２０Ｃの一対の錘部２８のＥ−Ｅ側から見た側面図である。
【００４４】
図５（ａ）に示されるように基部２３から延びる振動腕２１は根元部２６からくびれ部の変更点Ｐに向かい徐々に幅狭になっている。振動腕２１はくびれ部の変更点Ｐを過ぎると振動腕同士が互いに衝突しない幅で徐々に幅広になり扇形の錘部２８を形成する。
【００４５】
錘部２８は、振動腕２１の幅広な根元部分からくびれ部の変更点Ｐにかけて細くなり先端にかけ広くなるため、振動腕２１と錘部２８との面積比率が大きくなりより周波数を調整することができる面積を広げることができる。振動腕２１にくびれ部を設けることは、振動腕２１の幅をより狭くすることになり、錘部２８の周波数調整面積との相乗効果が得られる。また、根元部分に集中していた応力が振動腕２１の先端方向に移動するので、基部２３への振動漏れが減少する。またくびれ部の変更点Ｐの幅を調節することでＣＩ値を抑制しつつ、２次の高調波における発振の防止をすることができ、安定した基本波を発振することができる。
【００４６】
図５（ｂ）に示されるように、扇形の形状部分は幅を大きくすると体積が増えて先端の重量が増えるため、振動腕の長さが短くてもより周波数を下げることができる。また、周波数調整部分の面積が大きくなることによって、レーザによる周波数調整をすることができる面積も広くなる。また錘部２８は、振動腕２１の厚さより薄い厚さに加工されている。
【００４７】
図５（ｃ）に示されるように、扇形の錘部２８の厚さＤ７は、振動腕２１の厚さＤ３の半分より薄くして、一対の錘部２８の厚さ方向に空間を隔てている。励振時に一対の振動腕２１が中央側に曲がって重なり合っても、錘部２８は厚さ方向に空間を隔てるように加工されているため衝突を避けることができる。錘部２８の中央と周端部とは同じ厚さであり図５（ｃ）に示されるように、その断面が均一の厚さになっている。
【００４８】
＜変形例４＞
＜＜第５音叉型水晶振動片２０Ｄの構成＞＞
図６（ａ）は、第４変形例の第５音叉型水晶振動片２０Ｄの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）の斜視図である。（ｃ）は、第５音叉型水晶振動片２０Ｄの一対の錘部２８のＦ−Ｆ側から見た側面図である。第３変形例と第４変形例とが異なる点は、第４変形例では扇形の錘部２８が振動腕２１と同じ厚さ部分を有する扇形が形成されている点である。
【００４９】
図６（ａ）に示されるように、基部２３から延びる振動腕２１は根元部２６から徐々に幅狭になり、くびれ部の変更点Ｐに向かい徐々に幅狭になっている。振動腕２１はくびれ部の変更点Ｐで幅Ｗ３になる。変更点Ｐを過ぎると徐々に幅広になる扇形の錘部２８を形成する。凸部の上部の幅は、くびれ部の変更点Ｐの幅Ｗ３で錘部２８の先端まで延びている。
【００５０】
図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、錘部２８は、振動腕２１の幅広な根元部分からくびれ部の変更点Ｐにかけて細くなり変更点Ｐから先端に向けて広くなる。錘部２８は、厚さ方向に空間を隔て錘部２８の両側端面に裾部分２８ｄが形成されている。裾部分２８ｄが錘部２８の中で一番広い幅である。錘部２８の一部は振動腕２１と同じ厚さに形成されている。一対の錘部２８は、中心軸ＡＡを基準に幅広部分がＺ方向に上下分かれてそれぞれに形成されている。図６に示された錘部２８は図５に示された錘部２８よりも厚みがある部分があり体積が増えている。したがって振動腕２１の先端の重量が増加するため、周波数を下げることができる。また錘部の先端部分の幅を広く形成できるため、周波数を調整することができる面積を広げることができる。
【００５１】
図６（ｃ）に示されるように、錘部２８の扇形の裾部分２８ｄの厚さＤ８は、振動腕２１の厚さＤ３の半分より薄くして、一対の錘部２８の厚さ方向に空間を隔てている。一対の振動腕２１はともに中央側に曲がって重なり合っても、錘部２８は厚さ方向に空間を隔てるように加工されているため衝突を避けることができる。このため錘部２８の幅を広く形成できる。
【００５２】
＜第１水晶デバイス１００の製造工程＞
図７及び図８は、図１で示された第１音叉型水晶振動片２０を使って図２に示されたセラミックパッケージ型の第１水晶デバイス１００を製造する工程を示したフローチャートである。図７は、第１音叉型水晶振動片２０の外形形成と溝部及び錘部とを形成する工程のフローチャートである。
【００５３】
（水晶振動片の外形形成の工程）
ステップＳ１０２では、水晶単結晶ウエハの全面に、耐蝕膜をスパッタリングもしくは蒸着などの手法により形成する。すなわち、水晶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）等を使用する。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を使用する。
【００５４】
ステップＳ１０４では、クロム層および金層が形成された水晶単結晶ウエハに、フォトレジスト膜を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト膜としては、たとえば、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。
【００５５】
次に、ステップＳ１０６は、不図示の露光装置を用いて露光工程を行う。露光工程は第１フォトマスク９１（図９参照）を使ってフォトレジスト膜が塗布された水晶単結晶ウエハ（不図示）に外形パターンを露光する。露光工程は、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。
【００５６】
ステップＳ１０８では、水晶単結晶ウエハのフォトレジスト膜を現像して、感光したフォトレジスト膜を除去する。さらに、フォトレジスト膜から露出した金層をたとえば、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、たとえば硝酸第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。これで金属膜を除去することができる。
【００５７】
ステップＳ１１０では、エッチング工程でフッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト膜および金属膜から露出した水晶単結晶ウエハを、第１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。
【００５８】
不要となったフォトレジスト膜と金属膜を除去することによりに、第１音叉型水晶振動片２０が形成される。ただし、水晶単結晶ウエハと第１音叉型水晶振動片２０とは、連結部２７（図１参照）で連結された状態であり、第１音叉型水晶振動片２０は個々に切り取られていない。第１音叉型水晶振動片２０の基部２３には連結部２７が形成されている。連結部２７は、水晶単結晶ウエハと第１音叉型水晶振動片２０とを連結して、複数の第１音叉型水晶振動片２０を水晶単結晶ウエハ単位で同時に扱うことができるようにしている。
【００５９】
（溝部及び錘部形成の工程：第１例）
ステップＳ１１２では、露光工程を行う。残っているフォトレジスト膜又は再度塗布したフォトレジストに対して溝部２４及び錘部２８に対応した第４フォトマスク９６−１（図１０（ａ）参照）を第１面に使い、第４フォトマスク９６−２（図１０（ｂ）参照）を第２面に使い水晶単結晶ウエハに露光する。
【００６０】
ステップＳ１１４では、フォトレジスト膜を現像後、感光したフォトレジスト膜を除去する。さらに、フォトレジスト膜から露出した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エッチングする。水溶液の濃度、温度およ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。これで金属膜を除去することができる。
【００６１】
ステップＳ１１６では、エッチング工程で溝部２４及び錘部２８のエッチングを行う。すなわち、溝部２４及び錘部２８と対応したフォトレジスト膜から露出した水晶材料を、溝部２４及び錘部２８の外形になるようにウェットエッチングを行う。溝部２４が貫通孔にならないように途中でエッチングを終了するハーフエッチングを行う。一般にフッ酸溶液などのエッチング液は溝部２４に入り込みにくく、錘部２８のような平面にはエッチング液が循環し易い。このため錘部２８の方が多くエッチングされる。例えば溝部２４が振動腕２１の厚さ４５パーセント分エッチングされた際に、錘部２８は振動腕２１の厚さ５５パーセント分エッチングされる。錘部２８の厚さは、振動腕２１の所定厚さの半分より薄くして、錘部２８の厚さ方向に空間を隔てている。
【００６２】
ステップＳ１１８では、不要となったフォトレジスト膜と金属膜とを除去する。溝部２４及び錘部２８は、エッチング工程で同時に形成されている。
【００６３】
（電極の形成及びパッケージングの工程）
図８は、電極の形成及びパッケージングの工程のフローチャートである。
ステップＳ１２０では、第１音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、第１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またはスパッタリング等の手法により形成する。
【００６４】
ステップＳ１２２では、全面にフォトレジストをスプレーにより塗布する。
ステップＳ１２４では、電極パターンと対応した不図示の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膜が塗布された水晶単結晶ウエハに露光する。この電極パターンは第１音叉型水晶振動片２０の両面に形成する必要があるため、第１音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。
【００６５】
ステップＳ１２６では、フォトレジスト膜を現像後、感光したフォトレジスト膜を除去する。残るフォトレジスト膜は電極パターンと対応したフォトレジスト膜になる。
次いで、電極となる金属膜のエッチングを行う。すなわち、電極パターンと対応したフォトレジスト膜から露出した金層をたとえば、ヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層をたとえば硝酸第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。
【００６６】
続いて、ステップＳ１２８でフォトレジスト膜を除去する。これらの工程を経て、第１音叉型水晶振動片２０に基部電極３１、３２及び励振電極３３，３４並びに錘部２８の金属膜１８などが正確な位置および電極幅で形成される。
【００６７】
ステップＳ１３０では、水晶単結晶ウエハ上に形成された個々の第１音叉型水晶振動片２０の周波数を測定する。そして、第１音叉型水晶振動片２０の周波数が目標周波数になるように錘部２８の金属膜１８にレーザービームを照射する。金属膜１８の一部がトリミングされて質量削減方式により周波数調整が行われる。錘部２８の幅を大きくした錘部２８は周波数を調整することができる範囲を広げている。水晶単結晶ウエハに多数の小型の音叉型水晶振動片が製造され、個々の音叉型水晶振動片の周波数のバラツキが大きくなっても、それら音叉型水晶振動片の周波数を目標周波数に近づけることができる。
ステップＳ１３２では、音叉型水晶振動片２０の連結部２７を折り、水晶単結晶ウエハから第１音叉型水晶振動片２０を切り取る。
【００６８】
（パッケージングの工程）
これまでの工程により、電極が形成された第１音叉型水晶振動片２０が得られたため、ステップＳ１３４では、図２に示したセラミックパッケージ６０の台座６０ｃには、導電性接着剤５９で第１音叉型水晶振動片２０を実装する。具体的には、第１音叉型水晶振動片２０の基部２３の接着領域３１ａ、３２ａを、塗布した導電性接着剤５９の上に載置して、導電性接着剤５９を仮硬化させる。導電性接着剤５９と導通接続する
【００６９】
ステップＳ１３６では、真空チャンバー内などに第１音叉型水晶振動片２０を実装したセラミックパッケージ６０を移し、接着剤５８の上に第１リッド５が載置され、第１リッド５とセラミックパッケージ６０とを接合する。真空チャンバー内などで導電性接着剤５９を本硬化させて第１水晶デバイス１００を形成する。
【００７０】
続いてステップＳ１３８で、第１水晶デバイス１００は、第１音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の錘部２８にレーザービームを照射して、錘部２８の金属膜１８を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数の微調整を行うことができる。最後に第１水晶デバイス１００の駆動特性などの検査を行い、第１水晶デバイス１００を完成させる。
【００７１】
＜露光マスクの構成＞
図９及び図１０は、第１音叉型水晶振動片２０用の第１フォトマスク及び第４フォトマスクの一部を示した上面図である。第１フォトマスク及び第４フォトマスクは、４個の第１音叉型水晶振動片２０が描かれているが実際は多数の第１音叉型水晶振動片２０のパターンが描かれている。以下、第１フォトマスク及び第４フォトマスクの同じ部材には同じ符号を付し、第１フォトマスク及び第４フォトマスクの異なる点を説明する。
【００７２】
フォトレジスト層がポジフォトレジストの場合には、マスク枠９２及びマスク枠９７と音叉型振動片パターン９３とが遮光領域になる。石英ガラス上にクロムで描かれている遮光領域が斜線部９４で示されており、それ以外は石英ガラスのままの透過領域である。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。
【００７３】
図９は、第１水晶フレーム２０の外形形成用の第１フォトマスク９１を示す上面図である。第１フォトマスク９１は、理解を助けるため４個の第１音叉型水晶振動片２０に対応するマスク枠９２の外形部分を仮想線（一点鎖線）で示している。第１フォトマスク９１は、図１で示された第１音叉型水晶振動片２０用のマスクである。第１フォトマスク９１には複数の第１音叉型水晶振動片２０が描かれており、また水晶単結晶ウエハとフォトマスクとの正確な位置合わせができるように不図示のアライメントマークが描かれている。
【００７４】
図７で示されたステップＳ１０６において、水晶単結晶ウエハの第１、第２主面の両面に第１フォトマスク９１を使って露光する。そしてステップＳ１１０において、水晶単結晶ウエハに対してエッチング工程でウェットエッチングが行われると、水晶単結晶ウエハに複数の第１音叉型水晶振動片２０の外形が形成される。
【００７５】
図１０は、第１音叉型水晶振動片２０の溝部２４及び錘部２８形成用の第４フォトマスク９６−１及び９６−２を示す上面図である。第４フォトマスク９６−１及び９６−２は、理解を助けるため１つの第１音叉型水晶振動片２０に対応するマスク枠９７の外形部分を仮想線（一点鎖線）で示している。
【００７６】
図１０（ａ）に示される第４フォトマスク９６−１には、振動腕２１の溝パターン９８と一対のうちの片方の錘部パターン９５が描かれている。図１０（ｂ）に示される第４フォトマスク９６−２には、振動腕２１の溝パターン９８と一対のうちの他方の錘部パターン９５が描かれている。
【００７７】
図７で示されたステップＳ１１２で、第１主面に第４フォトマスク９６−１を、第２主面に第４フォトマスク９６−２を使って露光する。そしてステップＳ１１６において、水晶単結晶ウエハに対してエッチング工程でハーフエッチングが行われると、図１で説明したように溝部２４と錘部２８とが形成される。一般にフッ酸溶液などのエッチング液は溝部２４に入り込みにくく、錘部２８のような平面にはエッチング液が循環し易い。このため錘部２８は、中心軸ＡＡを基準に幅広部分がＺ方向に分かれて形成されている。
【００７８】
（溝部及び錘部形成の工程：第２例）
溝部及び錘部形成に際しては、次のような工程でもよい。上述したようにエッチング液が溝部２４に入り込みにくく錘部２８にエッチング液が循環し易い。このように、箇所によりエッチング量を調整することは困難な場合がある。そこで、溝部２４のエッチング量と錘部２８のエッチング量とを確実に調整するための工程を以下に説明する。
【００７９】
図７で説明したフローチャートのステップＳ１１２からステップＳ１１８を、図以下のステップＳ２１２からステップＳ２２８までと置き換えることにより、溝部２４のエッチング量と錘部２８のエッチング量とが確実に調整できる。
【００８０】
ステップＳ２１２では、溝部２４に対応した第２フォトマスク１９６−１（図１２（ａ）参照）を第１面及び第２面に使う。この第２フォトマスク１９６−１で水晶単結晶ウエハ上の残っているフォトレジスト膜又は再度塗布したフォトレジストに対して露光を行う。
【００８１】
ステップＳ２１４では、フォトレジスト膜を現像後、感光したフォトレジスト膜を除去する。さらに、フォトレジスト膜から露出した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エッチングする。
【００８２】
ステップＳ２１６では、エッチング工程で溝部２４のエッチングを行う。すなわち、溝部２４に対応したフォトレジスト膜から露出した水晶材料を、溝部２４が形成できるようにハーフエッチングを行う。溝部２４に対してだけのハーフエッチングであるので溝部２４が振動腕２１の厚さ３５〜４５パーセント程度にエッチングの深さを調整することは容易である。
【００８３】
ステップＳ２１８では、不要となったフォトレジスト膜と金属膜とを除去する。
ステップＳ２２０では、再び、水晶ウエハ全体に耐蝕膜(Ｃｒ層とＡｕ層)を真空蒸着／スパッタにより形成する。そして耐食膜にフォトレジストが形成される。
【００８４】
ステップＳ２２２では、フォトレジストが形成された水晶単結晶ウエハ上に対して錘部２８に対応した第３フォトマスク１９６−２（図１２（ｂ）参照）を第１面に使い、第３フォトマスク１９６−３（図１２（ｃ）参照）を第２面に使い水晶単結晶ウエハに露光する。
【００８５】
ステップＳ２２４では、フォトレジスト膜を現像後、感光したフォトレジスト膜を除去する。さらに、フォトレジスト膜から露出した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エッチングする。
【００８６】
ステップＳ２２６では、エッチング工程で錘部２８のエッチングを行う。すなわち、錘部２８と対応したフォトレジスト膜から露出した水晶材料を、錘部２８が薄くなるようにハーフエッチングを行う。錘部２８は振動腕２１の厚さ５１パーセント以上エッチングされる。錘部２８に対してのみエッチング時間を調整すればよいから、任意のエッチングの深さを調整することは容易である。
【００８７】
ステップＳ２２８では、不要となったフォトレジスト膜と金属膜とを除去する。溝部２４と錘部２８とは、それぞれのエッチング工程で必要な深さにエッチングされている。
その後、図８のステップＳ１２０へ進むことで電極パターンの形成などが行われる。
なお、図１１で示された溝部２４と錘部２８とが別々にエッチングされるフローチャートとは異なり、最初に錘部２８をハーフエッチングしその後に溝部２４をハーフエッチングする順番でも良い。
【００８８】
図１２（ａ）は、第１音叉型水晶振動片２０の溝部２４用の第２フォトマスク１９６−１を示す上面図である。図１２（ｂ）に示される第３フォトマスク１９６−２には、一対の錘部２８用の一方の錘部パターン９５が描かれている。図１２（ｃ）に示される第３フォトマスク１９６−３には、一対の錘部２８用の他方の錘部パターン９５が描かれている。第２フォトマスク１９６−１、第３フォトマスク１９６−２及び１９６−３は、理解を助けるためマスク枠９７の外形部分を仮想線（一点鎖線）で示している。
【００８９】
＜＜実施形態２＞＞
図１３は、第２実施形態である第６音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０である。同じ部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００９０】
図１３（ａ）は、水晶フレーム５０の全体構成を示した上面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＧ−Ｇ断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。第２実施形態である水晶フレーム５０が第１実施形態で示した第１音叉型水晶振動片２０と大きく異なるところは、第６音叉型水晶振動片３０が水晶外枠部２９で囲まれている点である。第６音叉型水晶振動片３０は基部２３から振動腕２１の外側で伸びる支持腕２２で支えられて、支持腕２２は水晶外枠部２９に接続されている。
【００９１】
一対の支持腕２２は、基部２３の一端から振動腕２１が伸びる方向（Ｙ方向）に伸びて水晶外枠部２９に接続している。一対の支持腕２２は、振動腕２１の振動を外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化、または衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持っている。そのため一対の支持腕２２は錘部２８を超えない範囲でＹ方向に伸びている。
【００９２】
図１３（ａ）に示されるように、水晶フレーム５０は、基部２３及び振動腕２１からなる第６音叉型水晶振動片３０と、水晶外枠部２９と、支持腕２２とから構成されている。第６音叉型水晶振動片３０の外側と水晶外枠部２９との間には空間部２５が形成されている。水晶フレーム５０は、支持腕２２を介して基部２３から水晶外枠部２９まで伸びる第１基部電極３１及び第２基部電極３２を備える。第６音叉型水晶振動片３０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで発振する振動片で、極めて小型の振動片となっている。
【００９３】
基部２３と一対の振動腕２１とで成す振動根元部及び基部２３と振動腕２１と支持腕２２とで成す２箇所の支持根元部の形状は、滑らかなＵ字形状をしている。第６音叉型水晶振動片５０は、振動腕２１及び支持腕２２の各幅並びに間隙を揃え、各根元部の形状を揃え、各基部の長さを揃えることで、エッチングを行っても左右対称に形成することができ、左右でバランスがとれた構造となる。
【００９４】
錘部２８は、一定幅で幅広となりハンマー型の形状となっている。ハンマー型の形状部分は幅を大きくすると体積が増えて先端の重量が増えるため、振動腕２１の長さが短くてもより周波数を下げることができる。また周波数を調整することができる範囲を広げることができる。
【００９５】
図１３（ａ）及び（ｃ）に示されるように、錘部２８は中心軸ＡＡを基準に幅広部分がＺ方向に上下分かれてそれぞれに形成されている。このため振動腕２１の励振時でも幅広い錘部２８が互いに衝突しない。図１３（ｃ）に示されるように、幅広い錘部２８は支持腕２２に衝突することがないように、支持腕２２は中心軸ＡＡを基準に幅広部分がＺ方向に上下分かれてそれぞれに形成されている。第６音叉型水晶振動片３０の錘部２８は、第１変形例から第４変形例で説明した錘部２８を形成してもよい。
【００９６】
一対の振動腕２１は、表面、裏面及び側面に第１励振電極３３及び第２励振電極３４が形成されており、第１励振電極３３は第１基部電極３１につながっており、第２励振電極３４は第２基部電極３２につながっている。
【００９７】
水晶フレーム５０の製造工程は、図７で示された外形形成工程と同様に行われる。図７のステップＳ１０６と同様に第１露光工程で、水晶単結晶ウエハの第１、第２主面の両面に、不図示の水晶フレーム５０の外形に対応する不図示の第１フォトマスクを使って露光する。第１フォトマスクには、第５音叉型水晶振動片３０と、水晶外枠部２９と、基部２３と、支持腕２２との外形が描かれている。そして、ステップＳ１１０において、水晶単結晶ウエハに対して第１ウェットエッチングが行われると、水晶単結晶ウエハに複数の水晶フレーム５０の外形が形成される。なお、水晶フレーム５０は水晶単結晶ウエハに多数同時に形成される。
【００９８】
図７で示されたステップＳ１１２で、不図示の第４フォトマスクを使って第２露光する。第４フォトマスクには、水晶フレーム５０の溝部、錘部パターン及び支持腕２２の一部が描かれている。そして、ステップＳ１１６の第２エッチング工程で溝部２４、錘部２８及び一部の支持腕２２のハーフウエットエッチングが行われる。錘部２８は、一対の振動腕２１の中心となる中心軸ＡＡを基準に点対称に形成される。支持腕２２の一部も一対の振動腕２１の中心となる中心軸ＡＡを基準に点対称に形成される。錘部２８及び支持腕２２の一部の厚さが振動腕２１の厚さの半分より薄くしているため、一対の振動腕２１はともに中央側に曲がって重なり合っても逆に外側に曲がっても、錘部２８同士が衝突したり錘部２８と支持腕２２とが衝突したりすることを避けることができる。
【００９９】
なお、図１１で示されたフローチャートに従って、溝部２４用の第２フォトマスクと、錘部２８及び一部の支持腕２２用の第３フォトマスクとをそれぞれ別に用意して、それぞれを深さが調整できるようにハーフエッチングを行ってもよい。
【０１００】
＜第２水晶デバイス１１０の構成＞
図１４は、第２実施形態にかかる第２水晶デバイス１１０の概略図である。第２水晶デバイス１１０は、水晶フレーム５０を用い、第２リッド１０とベース４０とで水晶フレーム５０の水晶外枠部２９を挟み込んで接合されている。
【０１０１】
図１４（ａ）は、水晶単結晶ウエハで形成した第２リッド１０の上面図であり、（ｂ）は第６音叉型水晶振動片３０を有する水晶フレーム５０の上面図であり、（ｃ）は、水晶単結晶ウエハで形成したベース４０の上面図であり、（ｄ）は、（ａ）から（ｃ）のＪ−Ｊ断面で第２水晶デバイス１１０重ね合わせる前の状態を示した概略断面図である。
【０１０２】
図１４（ａ）に示されるように第２リッド１０は、リッド用凹部１７を水晶フレーム５０側の片面に有している。図１４（ｂ）は図１３と同一であるので説明を省略する。
【０１０３】
図１４（ｃ）に示されるように、ベース４０は、ベース用凹部４７を水晶フレーム５０側の片面に有している。ベース４０は、エッチングによりベース用凹部４７を設ける際、同時に第１スルーホール４１と第２スルーホール４３と段差部４９とを形成する。ベース４０の表面には、第１接続電極４２と第２接続電極４４を形成する。
【０１０４】
図１４（ｃ）、（ｄ）に示されるように、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１５が形成され、その内面の金属膜１５は、第１接続電極４２と第２接続電極４４とを同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。内面の金属膜１５はクロム（Ｃｒ）層の上に金（Ａｕ）層又は銀（Ａｇ）層が形成される。ベース４０は、底面にメタルライジングされた第１外部電極４５及び第２外部電極４６を備える。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の底面に設けた第１外部電極４５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の底面に設けた第２外部電極４６に接続する。
【０１０５】
水晶外枠部２９の裏面に形成された第１基部電極３１と第２基部電極３２とは、それぞれベース４０の表面の第１接続電極４２及び第２接続電極４４に接続する。つまり、第１基部電極３１は第１外部電極４５と電気的に接続し、第２基部電極３２は第２外部電極４６と電気的に接続している。
【０１０６】
図１４（ｄ）の概略断面図で示されるように、第２水晶デバイス１１０は，図１４（ａ）の第２リッド１０と（ｂ）の水晶フレーム５０と（ｃ）のベース４０とを重ね合わせ、１個の水晶デバイスをシロキサン結合する図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶単結晶ウエハに数百から数千の水晶フレーム５０と、１枚の水晶単結晶ウエハに数百から数千の第２リッド１０と、１枚の水晶単結晶ウエハに数百から数千のベース４０とを用意し、それらウエハ単位で接合して一度に数百から数千の第２水晶デバイス１１０を製造する。
【０１０７】
第２リッド１０及び水晶外枠部２９並びにベース４０は、シロキサン結合技術により接合するため接合面を鏡面状態にし、短波長の紫外線を照射して接合面を活性化させた状態で重ね合わせる。シロキサン結合は、電極の厚み（３０００Åから４０００Å）でさえ接合不良の原因となる。このため、水晶外枠部２９の裏面に形成した第１基部電極３１及び第２基部電極３２と対向する面はその配線電極の厚み以上の窪みを形成する必要がある。また、第２ベース４０Ａの表面に形成した第１接続電極４２と第２接続電極４４はその接続電極の厚み分だけの深さで段差部４９を形成する必要がある。つまり、接合面はシロキサン結合を阻害しないように、各電極の窪み及びその対向する面を形成する。
【０１０８】
第２水晶デバイス１１０は，シロキサン結合終了後、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３の封止を行う。例えば、第１スルーホール４１及び第２スルーホール４３に封止材５７の金・ゲルマニューム合金を載置し、３００°Ｃの真空中もしくは不活性ガス中のリフロー炉に保持し封止する。これにより、パッケージ内が真空になった又は不活性ガスで満たされた第２水晶デバイス１１０が形成される。
【０１０９】
本発明の第２水晶デバイス１１０は、水晶デバイスの製造途中で周波数調整をする。第２水晶デバイス１１０は、第６音叉型水晶振動片３０の周波数を測定した後、錘部２８の金属膜にレーザ光を照射して錘部２８の金属膜を蒸散・昇華させ、周波数の調整を行うことができる。最後に第２水晶デバイス１１０の駆動特性などの検査を行い、第２水晶デバイス１１０を完成させる。
【０１１０】
図１５は、第２実施形態である第７音叉型水晶振動片３０を備えた水晶フレーム５０’である。同じ部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【０１１１】
図１５（ａ）は、水晶フレーム５０’の全体構成を示した上面図であり、図１３に示された水晶フレーム５０の支持腕２２と水晶フレーム５０’の支持腕２２’との形状が異なっている。また、図１５（ｂ）は図１５（ａ）のＨ−Ｈ断面図である。図１５（ｂ）に示される錘部２８は、図４で示された第３音叉型水晶振動片２０Ｂの錘部２８と同様な形状に形成されている。
【０１１２】
一対の支持腕２２’は、基部２３の一端から振動腕２１が伸びる方向（Ｙ方向）に伸びて水晶外枠部２９に接続しているが、錘部２８と衝突しないように斜めにエッチングされている。
【０１１３】
図１５に示される錘部２８は、図１３で示された錘部２８よりも大きく且つ重く形成され先端の重量が増えるため、振動腕２１の長さが短くてもより周波数を下げることができる。また周波数を調整することができる範囲を広げることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
上記実施形態では、音叉型水晶振動片で説明してきたがこれに限定されることはなく、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電体単結晶材料を用いることができる。
【符号の説明】
【０１１５】
５  …  第１リッド、１０  …  第２リッド
１５  …  金属膜
１７  …  リッド用凹部
１８  …  錘部２８の金属膜
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、３０  …  音叉型水晶振動片
２１  …  振動腕
２２、２２’  …  支持腕
２３  …  基部
２４  …  溝部
２５  …  空間部
２７  …  連結部
２８  …  錘部
２９  …  水晶外枠部
３１，３２  …  基部電極
３１ａ、３２ａ  …接着領域  
３３，３４  …  励振電極
４０  …  ベース
４１，４３  …  スルーホール
４２，４４   …  接続電極
４５，４６  …  外部電極
４７  …  ベース用凹部
４９  …  段差部
５０、５０’  …  水晶フレーム
５４  …  キャビティ
５８  …  接着剤
５９  …  導電性接着剤
６０  …  セラミックパッケージ
６０ａ  …底面用セラミック層、６０ｂ  …枠用セラミック層  、６０ｃ  …台座
７０  …  封止材
８１  …  導通配線、８２  …  外部電極、８３  …  内部配線
９１  …  第１マスク、９６−１，９６−２  …  第４フォトマスク
１９６−１  …  第２フォトマスク，１９６−２、１９６−３  …  第３フォトマスク
９２、９７  …  マスク枠
９３  …  音叉型振動片パターン
９４  …  斜線部
９５  …  錘部パターン
９８  …  溝パターン
１００  …  第１水晶デバイス，１１０  …  第２水晶デバイス
Ｄ３…  振動腕の厚さ、
Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８  …  錘部自体又は錘部の裾部分の厚さ
Ｐ  …  くびれ部の変更点
Ｗ１、Ｗ２  …  基部の幅、Ｗ３  …  くびれ部の変更点の幅
【図１】
2010213262.tif 000003
【図２】
2010213262.tif 000004
【図３】
2010213262.tif 000005
【図４】
2010213262.tif 000006
【図５】
2010213262.tif 000007
【図６】
2010213262.tif 000008
【図７】
2010213262.tif 000009
【図８】
2010213262.tif 000010
【図９】
2010213262.tif 000011
【図１０】
2010213262.tif 000012
【図１１】
2010213262.tif 000013
【図１２】
2010213262.tif 000014
【図１３】
2010213262.tif 000015
【図１４】
2010213262.tif 000016
【図１５】
2010213262.tif 000017