(57)【要約】【課題】圧電振動片２０を容器２５に片持ち保持で固定する際に、圧電振動片がおじぎ状態で固定されてもそれによる不具合を軽減する。【解決手段】圧電振動片２０は、平面形状が四角形状である。圧電振動片の第１の辺２０ａ側が容器等への固定部として使用される。第１の辺と対向する第２の辺２０ａの、この第２の辺に沿う両端付近それぞれに、第２の辺から外側に張り出した凸部２０ｘを具える。凸部の少なくとも先端部分の厚みｔ１は、この凸部以外の第２の辺付近の部分の厚みｔ２より厚くなっている。凸部の第２の辺に沿う方向の寸法ｗは、第２の辺の寸法の４分の１以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面形状が四角形状で、第１の辺側で容器に固定されている圧電振動片と、当該容器と、を具える圧電デバイスにおいて、
圧電振動片の前記第１の辺と対向する第２の辺の、該第２の辺に沿う両端付近の少なくとも一方に、前記第２の辺から外側に張り出した凸部を具えることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記凸部の少なくとも先端部分の厚みは、この凸部以外の前記第２の辺付近の部分の厚みより厚くなっていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記凸部の前記第２の辺に沿う方向の寸法は、前記第２の辺の寸法の４分の１以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
平面形状が四角形状で、第１の辺側が容器等への固定部として使用され、前記第１の辺と対向する第２の辺の、該第２の辺に沿う両端付近の少なくとも一方に、前記第２の辺から外側に張り出した凸部を具えることを特徴とする圧電振動片。
【請求項５】
前記凸部の少なくとも先端部分の厚みは、この凸部以外の前記第２の辺付近の部分の厚みより厚くなっていることを特徴とする請求項４に記載の圧電振動片。
【請求項６】
前記凸部の前記第２の辺に沿う方向の寸法は、前記第２の辺の寸法の４分の１以下であることを特徴とする請求項４又は５に記載の圧電振動片。
【請求項７】
平面形状が四角形状で、第１の辺側が容器への固定領域とされ、前記第１の辺と対向する第２の辺の、該第２の辺に沿う両端付近の少なくとも一方に、前記第２の辺から外側に張り出した凸部を具える圧電振動片を製造するに当たり、
圧電ウエハに、前記圧電振動片の形成予定領域をマトリクス状に確定する工程と、
前記第１の辺および第２の辺と直交する方向を第１の方向Ｘと定義したとき、
前記第１の方向Ｘに配置されている圧電振動片の形成予定領域各々は、
自身の第２の辺と、この第２の辺側で隣接する他の圧電振動片の形成予定領域の第１の辺とが、前記凸部の形成予定領域にて接続されるようフォトリソグラフィ用パターンを形成する工程と、
前記圧電ウエハの前記圧電振動片の形成予定領域および前記凸部の形成予定領域以外の部分をエッチングする工程と
を含むことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項８】
前記凸部の形成予定領域は前記第２の辺に沿う両端にそれぞれ形成するものとし、かつ、これら２つの凸部形成予定領域の間に当該圧電ウエハを貫通するスリットから成る中間領域、又は厚みが前記両端より薄くされた部分から成る中間領域を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の圧電振動片の製造方法。
【請求項９】
前記凸部の形成予定領域に対応する領域を含む領域に外力を加えて各圧電振動片を個片化する工程を含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の圧電振動片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子、水晶振動子を含む水晶発振器、サーミスタやＰＮダイオード等の温度センサ付き水晶振動子等の圧電デバイスと、それに用いて好適な圧電振動片と、この圧電振動片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電デバイスの１種である水晶振動子の一層の小型化を図るため、フォトリソグラフィ技術及びウエットエッチング技術が用いられている。
【０００３】
例えば特許文献１には、上記技術を用いた水晶振動子およびその製造方法が記載されている。具体的には、特許文献の図１に示されているように、複数の桟と、各桟に連結部を介して連結された多数の水晶片とを具えた水晶ウエハが、上述の技術によって製造される。そして、この水晶ウエハから各水晶片が連結部の付近で折り取られ、折り取られた水晶片が容器に実装されて封止される。これにより、目的の水晶振動子を得ている。この方法では、小型の水晶振動子を、ウエハプロセスによって多量に製造できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６２７９５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、特許文献１では、水晶片の連結部側の端を容器に導電接着剤により固定しているが、水晶片の連結部側とは反対側すなわち先端は、特別の形状ではなく、直線状の辺になっている（特許文献１の例えば図９）。従って、水晶片の先端が万一おじぎをした状態で容器に実装されてしまい、然もおじぎの程度が悪い場合、水晶片の先端が容器の底面に接触してしまう。このような接触が生じると、水晶振動子の特性悪化を招く。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は上記問題点を軽減できる圧電デバイスと、これに用いる圧電振動片と、この圧電振動片の製造方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的の達成を図るため、この出願の圧電デバイスの発明によれば、平面形状が四角形状で、第１の辺側で容器に固定されている圧電振動片と、当該容器と、を具える圧電デバイスにおいて、
圧電振動片の前記第１の辺と対向する第２の辺の、この第２の辺に沿う両端付近の少なくとも一方に、前記第２の辺から外側に張り出した凸部を具えることを特徴とする。
また、この出願の圧電振動片の発明によれば、平面形状が四角形状で、第１の辺側が容器等への固定部として使用され、前記第１の辺と対向する第２の辺の、この第２の辺に沿う両端付近の少なくとも一方に、前記第２の辺から外側に張り出した凸部を具えることを特徴とする。
【０００７】
また、この出願の製造方法の発明によれば、平面形状が四角形状で、第１の辺側が容器への固定領域とされ、前記第１の辺と対向する第２の辺の、この第２の辺に沿う両端付近の少なくとも一方に、前記第２の辺から外側に張り出した凸部を具える圧電振動片を製造するに当たり、
圧電ウエハに、前記圧電振動片形成予定領域をマトリクス状に確定する工程と、
前記第１の辺および第２の辺と直交する方向を第１の方向と定義したとき、
前記第１の方向に配置されている圧電振動片の形成予定領域各々は、
自身の第２の辺と、この第２の辺側で隣接する他の圧電振動片の形成予定領域の第１の辺とが、前記凸部の形成予定領域にて接続されるようフォトリソグラフィ用パターンを形成する工程と、
前記圧電ウエハの前記圧電振動片の形成予定領域および前記凸部の形成予定領域以外の部分をエッチングする工程と
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の圧電デバイスおよび圧電振動片によれば、圧電振動片の容器に固定される側とは反対側に所定の凸部を具えるので、圧電振動片がおじぎをした状態で容器に固定されて圧電振動片の先端が容器底面に接触した場合でも、接触は凸部で生じるのみで済み、圧電振動片の振動変位が大きい部分は容器底面に接触しないから、圧電振動片の先端が容器に接触した場合でも、その影響を従来に比べ軽減できる。
また、この発明の製造方法によれば、上記の凸部を有した圧電振動片を容易に製造できる。しかも、第１方向で隣接する圧電振動片同士を極めて隣接させた状態でウエハ内に配列できるから、ウエハに対する第１方向での圧電振動片の充填数を高めることができ、従って、圧電デバイスおよび圧電振動片の製造コスト低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施形態の圧電振動子に具わる圧電振動片１０の説明図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、圧電振動子の説明図および効果の説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は、圧電振動片１０の特にＺ′軸に交差する側面の説明図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、製造方法の要部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照してこの発明の圧電振動子及びその製造方法の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこれらの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１１】
１． 圧電振動子の説明
先ず、実施形態の圧電デバイス１０（図２（Ａ））に具わる圧電振動片２０について説明する。図１（Ａ）は圧電振動片２０の平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＰ−Ｐ線に沿った圧電振動片２０の断面図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）中のＱ−Ｑ線に沿った圧電振動片２０の断面図である。また、図２（Ａ）は圧電デバイス１０の平面図であり、圧電振動片２０を容器２５に実装した状態を示した平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のＲ−Ｒ線に沿った圧電デバイス１０の断面図、図２（Ｃ）はこの発明の圧電デバイス１０および圧電振動片２０の効果を説明する図である。
【００１２】
この実施形態では、圧電振動片２０としてＡＴカット水晶片を用いている。図１（Ａ）中に示した座標軸Ｘ，Ｙ′、Ｚ′は、それぞれＡＴカット水晶片２０での水晶の結晶軸を示す。なお、ＡＴカット水晶片自体の詳細は、例えば、文献：「水晶デバイスの解説と応用」。日本水晶デバイス工業会２００２年３月第４版第７頁等に記載されているので、ここではその説明を省略する。また、以下の説明では、圧電振動片２０を水晶片２０とも称する。
【００１３】
この実施形態の水晶片２０は、平面形状が長方形状で、かつ、その長辺が水晶のＸ軸に平行で、その短辺が水晶のＺ′軸に平行なＡＴカットの水晶片である。
この水晶片２０は、その両主面に励振用電極２１と引出電極２３とを具える。引出電極２３は、励振用電極２１から、水晶片２０の１つの辺である第１の短辺２０ａの両端付近に、引き出してある。
この水晶片２０は、図２（Ａ）に示したように、容器２５の凹部２５ａ内に実装してある。具体的には、この水晶片２０は、その第１の辺２０ａ側のかつ第１の辺２０ａに沿う両端付近で、容器２５の支持パッド２５ｂに、例えば導電性接着剤２７によって固定してある。すなわち、水晶片２０は、第１の辺２０ａ側で容器２５に片持ち保持されている。
容器２５としては、例えばセラミックパッケージを用いることができる。この容器２５の外部側の底面には、この圧電デバイス１０を他の電子装置に接続するための、外部実装端子２５ｃを設けてある。
また、容器２５の凹部２５ａを囲む土手部に、好適な蓋部材２９を接合して、水晶片２０は容器２５内に封止されている。
【００１４】
さらに、この水晶片２０は、この発明の特徴として、第１の辺２０ａと対向する第２の辺２０ｂの、この第２の辺２０ｂに沿う両端付近の少なくとも一方に、第２の辺２０ｂから外側に張り出した凸部２０ｘを具える。この実施形態の場合は、凸部２０ｘは、水晶片２０の第２の辺２０ｂに沿う両端領域各々に、かつ、水晶片２０の長辺に沿う方向に張り出して設けてある。
また、この例の場合の凸部２０ｘは、その先端部分の厚みｔ１（図２（Ｂ）参照）が、この凸部以外の第２の辺２０ｂ付近の部分の厚みｔ２（図２（Ｂ）参照）より厚くなっている。
また、この凸部２０ｘの第２の辺２０ｂに沿う方向の寸法ｗは、水晶片２０の第２の辺の寸法に対し、４分の１以下、より好ましくは５分の１以下が良い。
ｔ１＞ｔ２とする理由は、こうしておくと、図２（Ｃ）に示すように、水晶片２０の厚さ方向においても、凸部２０ｘの方が第２の辺２０ｂより外部側に出た構造になるため、水晶片２０の先端がおじぎをした状態で容器に固定された場合でも、凸部２０ｘが容器２０の底面に接触し、第２の辺２０ｂが容器２０に接触することを回避できるからである。
また、寸法ｗを水晶片２０の第２の辺の寸法に対し、４分の１以下とする理由は以下の通りである。
【００１５】
ＡＴカット水晶片の場合、主振動の波は主に水晶のＸ軸方向に沿って伝搬する。然も、水晶片の中心側を通ってＸ軸に沿って伝搬する波の方が縁に沿う波より強度が強い。従って、この例の場合、第２の辺２０ｂの中心付近程、波の強度が強いから、この中心付近が容器の底面に接することは避ける方が良い。それを実現するため、凸部２０ｘは第２の辺２０ｂに沿う両端であってなるべく第２の辺の中心に寄らない方が良い。この点を考慮すると、発明者の検討によれば、凸部２０ｘは第２の辺に沿う方向の両端であって、かつ、寸法ｗを水晶片２０の第２の辺の寸法に対し、４分の１以下、より好ましくは５分の１以下にするのが良い。また、凸部２１ｘの水晶片の長辺方向に沿う寸法は、例えば、長辺寸法の４０分の１〜２０分の１の範囲が好ましい。
【００１６】
なお、２つの凸部２０ｘの寸法ｗは同じでも異なっても良い。ただし、なるべく同じ方が好ましい、非対称であると、振動特性に悪影響するおそれがある。また、２つの凸部２０ｘの水晶片２０のい長辺方向に沿う張り出しも同じでも異なっても良い。ただし、なるべく同じ方が好ましい、非対称であると、振動特性に悪影響するおそれがある。
この発明の圧電振動子１０によれば、図２（Ｃ）に示したように、水晶片２０の先端が容器２５の底面に接してしまうようなおじぎをした状態で容器２５に水晶片２０が固定された場合でも、水晶片の第２の辺２０ｂに沿う領域が容器２５の底面に接することを、凸部２０ｘによって防止できる。
【００１７】
ところで、水晶片２０は、水晶のＺ′軸に交差する側面は、以下のような構造であっても良い。図３はその説明図であり、特に図３（Ａ）は、図１（Ｃ）の詳細図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＮ部分の拡大図である。
この図３を用いて説明する水晶片２０の場合、水晶のＺ′軸と交差する側面（Ｚ′面）各々は、第１の面２０ｆ，第２の面２０ｇおよび第３の面２０ｈの、３つの面で構成された側面としてある。しかも、第１の面２０ｆは、この水晶片１０の主面２０ｉと交わっている面であり、然も、主面２０ｉを水晶のＸ軸を回転軸としてθ１回転させた面に相当する面である。
【００１８】
さらに、この水晶片２０では、第１の面２０ｆ、第２の面２０ｇおよび第３の面２０ｈがこの順で交わっている。しかも、第２の面２０ｇは、主面２０ｉを水晶のＸ軸を回転軸としてθ２回転させた面に相当する面であり、第３の面２０ｈは、主面２０ｉを水晶のＸ軸を回転軸としてθ３回転させた面に相当する面である。然も２つの側面は水晶片の中心点Ｏに対し点対称の関係となっている。
そして、上記の角度θ１、θ２、θ３は、この出願人に係る実験から、下記が好ましいことが分かっている。θ１＝４°±３．５°、θ２＝−５７°±５°、θ３＝−４２°±５°、より好ましくは、θ１＝４°±３°、θ２＝−５７°±３°、θ３＝−４２°±３°である。
この図３を用いて説明した側面を持つ水晶片の場合、側面が独特な嘴状になっているため、Ｚ′方向に伝搬する不要な振動を減衰でき、この面において圧電デバイスの特性の改善に寄与できる。なお、この構造に関しては、この出願人に係る、特開２０１６−１９７７７８号公報に記載されているので、ここではその説明は省略する。
【００１９】
２． 製造方法の説明
次に、この出願の製造方法の発明の実施形態について、主に図４を参照して説明する。図４は水晶片１０を製造する工程の要部を説明する図であり、（Ａ）図は中間状態のウエハ３０を説明する平面図、図４（Ｂ）は、このウエハ３０の一部分Ｍを拡大して示した平面図である。
【００２０】
この出願の製造方法の発明では、平面形状が四角形状で、第１の辺側が容器への固定領域とされ、前記第１の辺と対向する第２の辺の、この第２の辺に沿う両端付近の少なくとも一方に、前記第２の辺から外側に張り出した凸部を具える上述した圧電振動片を製造するに当たり、以下の工夫をしている。
【００２１】
すなわち、この製造方法は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示したように、圧電ウエハ３０に、圧電振動片の形成予定領域２０ｚをマトリクス状に確定する工程を含む。具体的には、例えば、水晶ウエハ３０の表裏に耐フッ酸性を持つ金属膜を形成し、次に、これら金属膜をフォトリソグラフィ技術およびメタルエッチング技術によりパターニングして、圧電振動片形成予定領域２０ｚをマトリクス状に形成する工程を含む。
ただし、その際に、圧電振動片の第１の辺２０ａおよび第２の辺２０ｂと直交する方向を第１の方向（図４（Ｂ）にＸで示す）と定義した時、第１の方向Ｘに配置されている圧電振動片の形成予定領域各々については、自身の第２の辺２０ｂ１（図４（Ａ）参照）と、この第２の辺側で隣接する他の圧電振動片の形成予定領域の第１の辺２０ａ１（図４（Ａ）参照）とが、凸部の形成予定領域２０ｘ１（図４（Ｂ）参照）にて接続されるようフォトリソグラフィ用パターンを形成する。ただし、第１の方向Ｘに並ぶ多数の圧電振動片の予定領域のうちの両端に当たる圧電振動片の形成予定領域は、圧電ウエハ３０の桟３０ｂと接続する。
【００２２】
また、上記のように準備した状態において、圧電ウエハ３０の、圧電振動片形成予定領域２０ｚおよび凸部形成予定領域２０ｘ１以外の部分を、エッチングする。このエッチングにおいて、図１に示した水晶片２０であって励振電極形成前の状態のものを得ることができる。この際に、水晶片２０の側面は図１や図３に示したようなテーパー形状になる。次に、公知の技術により励振用電極等を形成する。そして、凸部形成予定領域２０ｘ１に対応する領域を含む領域に外力を加えて各水晶片２０を個片化する。
なお、凸部形成予定領域２０ｘ１は第２の辺２０ｂに沿う両端の少なくとも１つに設けても良いが、好ましくは両端に設けるのが良い。そして、これら２つの凸部形成予定領域の間に当該圧電ウエハを貫通するスリットから成る中間領域３０ａ、又は厚みが前記両端より薄くされた部分から成る中間領域３０ａを形成するのが良い。こうすると、圧電振動片の個片化が容易になる。なお、このような中間領域３０ａは、例えば、圧電ウエハの中間領域の形成予定領域を開口するマスクを形成しこのマスクから露出する部分をエッチングする方法、又は、このマスク幅を微小幅としておきこのマスクから露出する部分がハーフエッチンで止まるようにする等の方法で、形成できる。
なお、上述の製造工程の実施形態の説明では励振用電極や引出電極の形成手順の説明を省略したが、これらは公知の方法で行える。
この製造方法によれば、第１の方向に配置する圧電振動子の数を従来の方法に比べ多くできるので、圧電振動片の製造コスト低減が図れる。
【００２３】
３． 他の実施形態
上述においては、圧電デバイス、圧電振動片、製造方法の各発明の実施形態について説明したが、圧電材料は水晶に限られず、他の圧電材料であっても良い。また、用いる容器を方部を有した容器とし、用いる蓋部材を平板上のものとしたが、容器が平板上で蓋部材がキャップ状であっても良い。
【符号の説明】
【００２４】
１０:圧電デバイス、                   ２０：圧電振動片（水晶片）
２０ａ、２０ａ１：第１の辺、          ２０ｂ、２０ｂ１：第２の辺
２０ｆ：第１の面、                    ２０ｇ：第２の面
２０ｈ：第３の面、                    ２０ｉ：主面
２０ｘ、：凸部、                       ２０ｘ１：凸部の形成予定領域
２０ｚ：圧電振動片の形成予定領域、    ２１：励振用電極
２３：引出電極、                      ２５：容器
２５ａ：凹部、                        ２５ｂ：支持パッド
２５ｃ：外部接続端子、                ２７：導電性接着剤
２９：蓋部材、                        ３０：圧電ウエハ
３０ａ：中間領域、                    ３０ｂ：桟
Ｘ：第１の方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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