(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
この基部から一方向に延設された第一及び第二の振動腕部と、
前記基部における前記第一及び第二の振動腕部の根本において前記第一及び第二の振動腕部の互いの内側の両方及び前記第一及び第二の振動腕部の互いの外側の両方に設けられた切れ込みと、
を備えた水晶振動素子であって、
前記基部及び振動腕部は一つの水晶片から成り、
その水晶片の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸において、Ｘ軸を中心として±５度の範囲で回転させたときの回転後のＹ軸及びＺ軸をそれぞれＹ’軸及びＺ’軸とし、
前記Ｘ軸と直交する面のうち＋Ｘ軸方向を向く面を＋Ｘ面、前記Ｘ軸と直交する面のうち−Ｘ軸方向を向く面を−Ｘ面、前記Ｙ’軸と直交する面をＹ’面としたとき、
前記振動腕部の延設方向は前記Ｙ’軸方向であり、前記第一及び第二の振動腕部の互いの内側は前記第一の振動腕部の内側が前記−Ｘ面かつ前記第二の振動腕部の内側が前記＋Ｘ面であり、前記第一及び第二の振動腕部の互いの外側は前記第一の振動腕部の外側が前記＋Ｘ面かつ前記第二の振動腕部の外側が前記−Ｘ面であり、前記第一及び第二の振動腕部の互いの内側及び外側に接する前記基部の面は前記Ｙ’面であり、
前記第一の振動腕部の内側の前記切れ込みは前記第一の振動腕部の内側の前記−Ｘ面と同一面に設けられ、
前記第二の振動腕部の内側の前記切れ込みは前記第二の振動腕部の内側の前記＋Ｘ面と同一面に設けられ、
前記第一の振動腕部の外側の前記切れ込みは前記第一の振動腕部の外側の前記＋Ｘ面と同一面に設けられ、
前記第二の振動腕部の外側の前記切れ込みは前記第二の振動腕部の外側の前記−Ｘ面と同一面に設けられ、
前記切り込みに生じたエッチング残渣は前記切り込み内に隠れている、
ことを特徴とする水晶振動素子。
【請求項２】
前記切れ込みの前記Ｙ’軸方向に沿った長さは、前記切れ込みを設けなかった場合に前記振動腕部の前記−Ｘ面に生じたエッチング残渣の前記Ｙ’軸方向に沿った長さよりも長い、
請求項１記載の水晶振動素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器などに用いられる水晶振動素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ、携帯電話又は小型情報機器等の電子機器には、電子部品の一つとして水晶振動子又は水晶発振器が搭載されている。この水晶振動子又は水晶発振器は、基準信号源やクロック信号源として用いられる。そして、水晶振動子や水晶発振器の内部には、水晶振動素子が含まれている。その水晶振動素子の一例として、音叉型屈曲水晶振動素子（以下「振動素子」と略称する。）を採り上げる。
【０００３】
図５は、関連技術１の振動素子の全体を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００４】
本関連技術１の振動素子８０は、基部８１と、基部８１から一方向（延設方向８０１）に延設された二本の振動腕部８２ａ，８２ｂと、を備えている。振動腕部８２ａ，８２ｂには、それぞれ溝部８５ａ，８５ｂが設けられている。基部８１及び振動腕部８２ａ，８２ｂは水晶片８６からなる。振動素子８０は、水晶片８６の他に、パッド電極９１ａ，９１ｂ、励振電極９２ａ，９２ｂ、周波数調整用金属膜９３ａ，９３ｂ、配線パターン９４ａ，９４ｂなども備えている。
【０００５】
次に、振動素子８０の製造方法の一例を簡単に説明する。
【０００６】
まず、例えば１００μｍ程度の厚みの水晶ウェハの表裏に、耐食膜をスパッタリングにて成膜する。続いて、水晶ウェハ表裏の耐食膜上に感光性レジストを形成し、表裏の両面に音叉形状の耐食膜が残るようにその感光性レジストをパターン化（露光、現像、乾燥）し、音叉形状以外の耐食膜をエッチングで除去する。続いて、感光性レジストを除去した後に、表裏の耐食膜上に、電極の形状を決定するために再び感光性レジストをパターン化する。
【０００７】
続いて、露出している水晶部分をウェットエッチングで除去する。このとき、水晶片８６の外形と溝部８５ａ，８５ｂとが、同時に形成される。つまり、この感光性レジストを残した状態で、基部８１と振動腕部８２ａ，８２ｂと溝部８５ａ，８５ｂとが形成される。続いて、水晶片８６の表裏面に露出した耐食膜を、エッチングで除去する。これにより、水晶表面を得る。
【０００８】
続いて、感光性レジストを残した状態の水晶片８６の全面に、電極膜をスパッタリングにより形成する。続いて、水晶片８６の表裏に形成した感光性レジストを剥離することにより、その上に形成された電極膜も剥離する。これは、感光性レジストを溶解する液に、これらを浸すことにより実現される。最後に、感光性レジストの下で残っていた耐食膜を、エッチングにより除去する。このようにして、水晶片８６にリフトオフ法によって電極が形成される。
【０００９】
なお、図５中のＸ，Ｙ’，Ｚ’は水晶片８６の結晶軸である。水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸において、Ｘ軸を中心として±５度の範囲で回転させたときの回転後のＹ軸及びＺ軸をそれぞれＹ’軸及びＺ’軸としている。このとき、振動腕部８２ａ，８２ｂの長手方向すなわち延設方向８０１がＹ’軸方向であり、水晶片８６の厚み方向がＺ’軸方向であり、振動腕部８２ａ，８２ｂの並ぶ方向（短手方向）がＸ軸方向である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−１５１５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、関連技術１の振動素子８０には次のような問題があった。図６は、関連技術１における振動腕部の根元付近を拡大して示す平面図である。以下、図５及び図６に基づき説明する。
【００１２】
ウェットエッチングで水晶片８６を形成する工程では、エッチング速度の結晶軸異方性に起因するエッチング残渣が発生する（例えば特許文献１参照）。特に、図６に示すように、振動腕部８２ａの根元付近において、振動腕部８２ａの内側の−Ｘ面８２-xと基部８１のＹ’面８１ｙとの接点を中心に大きな三角形状の残渣８７１が発生し、振動腕部８２ａの外側の＋Ｘ面８２+xと基部８１のＹ’面８１ｙとの接点を中心に残渣８７１よりも小さな三角形状の残渣８７２が発生する。同様に、振動腕部８２ｂの根元付近において、振動腕部８２ｂの外側の−Ｘ面８２-xと基部８１のＹ’面８１ｙとの接点を中心に大きな三角形状の残渣８７１が発生し、振動腕部８２ｂの内側の＋Ｘ面８２+xと基部８１のＹ’面８１ｙとの接点を中心に残渣８７１よりも小さな三角形状の残渣８７２が発生する。
【００１３】
そのため、振動腕部８２ａ，８２ｂの根本の残渣８７１，８７２の存在によって、振動腕部８２ａ，８２ｂの実際の寸法が設計値に対して短くかつ太くなるとともに、振動腕部８２ａ，８２ｂのそれぞれの対称性が低下する。これにより、振動素子８０の周波数特性及びＣＩ（Crystal Impedance）値の悪化を招いていた。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、振動腕部の根元においてエッチング残渣の発生を抑制することにより、周波数特性及びＣＩ値を向上し得る振動素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る振動素子は、
基部と、
この基部から一方向に延設された第一及び第二の振動腕部と、
前記基部における前記第一及び第二の振動腕部の根本において前記第一及び第二の振動腕部の互いの内側の両方及び前記第一及び第二の振動腕部の互いの外側の両方に設けられた切れ込みと、
を備えた水晶振動素子であって、
前記基部及び振動腕部は一つの水晶片から成り、
その水晶片の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸において、Ｘ軸を中心として±５度の範囲で回転させたときの回転後のＹ軸及びＺ軸をそれぞれＹ’軸及びＺ’軸とし、
前記Ｘ軸と直交する面のうち＋Ｘ軸方向を向く面を＋Ｘ面、前記Ｘ軸と直交する面のうち−Ｘ軸方向を向く面を−Ｘ面、前記Ｙ’軸と直交する面をＹ’面としたとき、
前記振動腕部の延設方向は前記Ｙ’軸方向であり、前記第一及び第二の振動腕部の互いの内側は前記第一の振動腕部の内側が前記−Ｘ面かつ前記第二の振動腕部の内側が前記＋Ｘ面であり、前記第一及び第二の振動腕部の互いの外側は前記第一の振動腕部の外側が前記＋Ｘ面かつ前記第二の振動腕部の外側が前記−Ｘ面であり、前記第一及び第二の振動腕部の互いの内側及び外側に接する前記基部の面は前記Ｙ’面であり、
前記第一の振動腕部の内側の前記切れ込みは前記第一の振動腕部の内側の前記−Ｘ面と同一面に設けられ、
前記第二の振動腕部の内側の前記切れ込みは前記第二の振動腕部の内側の前記＋Ｘ面と同一面に設けられ、
前記第一の振動腕部の外側の前記切れ込みは前記第一の振動腕部の外側の前記＋Ｘ面と同一面に設けられ、
前記第二の振動腕部の外側の前記切れ込みは前記第二の振動腕部の外側の前記−Ｘ面と同一面に設けられ、
前記切り込みに生じたエッチング残渣は前記切り込み内に隠れている、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基部における振動腕部の根本に切れ込みを設けたことにより、振動腕部の根本においてエッチング残渣の発生を抑制できるので、振動素子の周波数特性及びＣＩ値を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１の振動素子の全体を示す平面図である。
【図２】図２［Ａ］は図１におけるII−II線断面図である。図２［Ｂ］は、実施形態１の振動素子を素子搭載部材に実装し、素子搭載部材を蓋部材で真空封止した状態を示す概略断面図である。
【図３】実施形態１における振動腕部の根本付近を拡大して示す平面図であり、図３［Ａ］は切り込みを設けない場合、図３［Ｂ］は短い切り込みを設けた場合、図３［Ｃ］は長い切り込みを設けた場合である。
【図４】実施形態２の振動素子の全体を示す平面図である。
【図５】関連技術１の振動素子の全体を示す平面図である。
【図６】関連技術１における振動腕部の根本付近を拡大して示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。
【００１９】
図１は、実施形態１の振動素子の全体を示す平面図である。図２［Ａ］は、図１におけるII−II線断面図である。図２［Ｂ］は、実施形態１の振動素子を素子搭載部材に実装し、素子搭載部材を蓋部材で真空封止した状態を示す概略断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００２０】
本実施形態１の振動素子１０は、基部１１と、基部１１から一方向（延設方向１０１）に延設された二本の振動腕部１２ａ，１２ｂと、基部１１における振動腕部１２ａ，１２ｂの根本に設けられた切れ込み１３ａ，１３ｂと、を備えている。切れ込み１３ａ，１３ｂは、振動腕部１２ａ，１２ｂの根本において、振動腕部１２ａ，１２ｂの互いの内側の少なくとも一方（本実施形態１では両方）に設けられている。なお、振動腕部１２ａ，１２ｂの内側とは互いに対向する側をいい、振動腕部１２ａ，１２ｂの外側とは内側の反対側をいう。
【００２１】
基部１１及び振動腕部１２ａ，１２ｂは一つの水晶片１６から成る。水晶片１６の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸において、Ｘ軸を中心として±５度の範囲で回転させたときの回転後のＹ軸及びＺ軸をそれぞれＹ’軸及びＺ’軸とする。このとき、延設方向１０１はＹ’軸方向である。切れ込み１３ａは、振動腕部１２ａの−Ｘ面１２-xに接する基部１１のＹ’面１１ｙに設けられている。切れ込み１３ｂは、振動腕部１２ｂの＋Ｘ面１２+xに接する基部１１のＹ’面１１ｙに設けられている。
【００２２】
振動腕部１２ａ，１２ｂには、それぞれ溝部１５ａ，１５ｂが設けられている。振動素子１０は、水晶片１６の他に、パッド電極２１ａ，２１ｂ、励振電極２２ａ，２２ｂ、周波数調整用金属膜２３ａ，２３ｂ、配線パターン２４ａ，２４ｂなども備えている。また、振動素子１０の製造方法は、耐食膜形成用のフォトマスクに切れ込み１３ａ，１３ｂとなる部分を加えた点を除き、関連技術１の振動素子の製造方法と同様である。振動素子１０の裏面も、図１と同様の構成である。
【００２３】
次に、振動素子１０の構成について更に詳しく説明する。
【００２４】
基部１１は、平面視略四角形の平板となっている。水晶片１６は、基部１１と振動腕部１２ａ，１２ｂとが一体となって音叉形状をなしており、成膜技術、フォトリソグラフィ技術、ウェットエッチング技術により製造される。
【００２５】
振動腕部１２ａ，１２ｂの長さ方向には、それぞれ溝部１５ａ，１５ｂを設けてもよい。それらの溝部１５ａ，１５ｂは、例えば振動腕部１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に二本ずつ、基部１１との境界部分から振動腕部１２ａ，１２ｂの先端に向って、振動腕部１２ａ，１２ｂの長さ方向と平行に所定の長さで設けられる。なお、溝部１５ａ，１５ｂは、本実施形態１では振動腕部１２ａの表裏面に二本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に二本ずつ設けられているが、それらの本数に制限はなく、例えば振動腕部１２ａの表裏面に一本ずつ及び振動腕部１２ｂの表裏面に一本ずつ設けてもよく、また、表裏のどちらか片面にのみ設けてもよい。
【００２６】
振動腕部１２ａには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極２２ａが設けられ、表裏面の溝部１５ａの内側及び当該二つの溝部１５ａの間に励振電極２２ｂが設けられる。同様に、振動腕部１２ｂには、水晶を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極２２ｂが設けられ、表裏面の溝部１５ｂの内側及び当該二つの溝部１５ｂの間に励振電極２２ａが設けられる。したがって、振動腕部１２ａにおいては両側面に設けられた励振電極２２ａと溝部１５ａ内に設けられた励振電極２２ｂとが異極同士となり、振動腕部１２ｂにおいては両側面に設けられた励振電極２２ｂと溝部１５ｂ内に設けられた励振電極２２ａとが異極同士となる。
【００２７】
基部１１には、パッド電極２１ａ，２１ｂと、パッド電極２１ａ，２１ｂと励振電極２２ａ，２２ｂとを電気的に接続する配線パターン２４ａ，２４ｂとが設けられる。パッド電極２１ａ、励振電極２２ａ、周波数調整用金属膜２３ａ及び配線パターン２４ａは、互いに電気的に導通している。パッド電極２１ｂ、励振電極２２ｂ、周波数調整用金属膜２３ｂ及び配線パターン２４ｂも、互いに電気的に導通している。
【００２８】
これらパッド電極２１ａ，２１ｂ、励振電極２２ａ，２２ｂ、周波数調整用金属膜２３ａ，２３ｂ及び配線パターン２４ａ，２４ｂは、同じ金属膜から例えばリフトオフ法によって形成され、例えばＴｉ層の上にＰｄ又はＡｕ層が設けられた積層構造となっている。
【００２９】
振動素子１０は、パッド電極２１ａ，２１ｂを介して、図２［Ｂ］に示すように、導電性接着剤４１によって素子搭載部材４２側のパッド電極４３に固定されると同時に電気的に接続される。そして、蓋部材４４で素子搭載部材４２を真空封止したものが水晶振動子４０である。素子搭載部材４２には、図示しないが、パッド電極４３に導通する外部接続端子が設けられている。
【００３０】
次に、振動素子１０の動作について説明する。
【００３１】
音叉型の振動素子１０を振動させる場合、パッド電極２１ａ，２１ｂに交番電圧を印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的に捉えると、振動腕部１２ａの表裏の溝部１５ａに設けられた励振電極２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１２ａの両側面に設けられた励振電極２２ａはマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このとき、振動腕部１２ｂの表裏の溝部１５ｂに設けられた励振電極２２ａはマイナス電位となり、振動腕部１２ｂの両側面に設けられた励振電極２２ｂはプラス電位となり、振動腕部１２ａに生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交番電圧で生じた電界によって、振動腕部１２ａ，１２ｂに伸縮現象が生じ、所定の共振周波数の屈曲振動モードが得られる。
【００３２】
次に、本実施形態１の振動素子１０について、関連技術１と比較した場合の作用及び効果を説明する。図３は、実施形態１における振動腕部の根本付近を拡大して示す平面図であり、図３［Ａ］は切り込みを設けない場合、図３［Ｂ］は短い切り込みを設けた場合、図３［Ｃ］は長い切り込みを設けた場合である。以下、図１乃至図３に基づき説明する。
【００３３】
図３では、振動腕部１２ａの内側の根本付近を拡大して示している。図３［Ａ］は、切れ込み１３ａを設けない場合である。この場合は、振動腕部１２ａの−Ｘ面１２-xと基部１１のＹ’面１１ｙとの接点を中心に、三角形状のエッチングの残渣１７１が発生している。このときの残渣１７１のＹ’軸方向の長さをＬとする。
【００３４】
図３［Ｂ］は、長さＬ／２の切れ込み１３ａを設けた場合である。この場合は、長さＬ／２の残渣１７１が発生する。図３［Ｃ］は、長さＬの切れ込み１３ａを設けた場合である。この場合は、切れ込み１３ａ内に残渣１７１が隠れることになる。したがって、残渣１７１の発生を抑制するためには、切れ込み１３ａのＹ’軸方向の長さを、切れ込み１３ａを設けなかった場合に振動腕部１２ａの−Ｘ面１２-xに生じた残渣１７１のＹ’軸方向の長さＬよりも、長くすることが好ましい。
【００３５】
一例を述べれば、切れ込み１３ａの長さＬは１０〜６０μｍ、幅Ｗは５〜３０μｍ程度である。また、切れ込み１３ａは、エッチング残渣を抑制できればよいので、厚み方向に貫通させる必要はない。ここでは振動腕部１２ａの内側の根本付近について説明したが、振動腕部１２ｂの内側の根本付近についても同様のことが言える。
【００３６】
以上のように、本実施形態１によれば、基部１１における振動腕部１２ａ，１２ｂの根本に切れ込み１３ａ，１３ｂを設けたことにより、振動腕部１２ａ，１２ｂの根本においてエッチング残渣の発生を抑制できるので、振動素子１０の周波数特性及びＣＩ値を改善できる。
【００３７】
また、振動腕部１２ａ，１２ｂの根本において、振動腕部１２ａ，１２ｂの互いの内側の両方に切れ込み１３ａ，１３ｂを設けた場合は、振動腕部１２ａと振動腕部１２ｂとの対称性が向上するので、より効果的である。切れ込み１３ａ，１３ｂはどちらか一方でも効果が認められるが、振動腕部１２ａの−Ｘ面１２-xと基部１１のＹ’面１１ｙとの接点側の残渣の方が、振動腕部１２ｂの＋Ｘ面１２+xと基部１１のＹ’面１１ｙとの接点側の残渣よりも大きいため、切れ込み１３ａを振動腕部１２ａの−Ｘ面１２-xに接する基部１１のＹ’面１１ｙに設けることが好ましい。
【００３８】
次に、実施形態２の振動素子について説明する。図４は、実施形態２の振動素子の全体を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００３９】
本実施形態２の振動素子５０は、基部１１と、基部１１から一方向（延設方向１０１）に延設された二本の振動腕部１２ａ，１２ｂと、基部１１における振動腕部１２ａ，１２ｂの根本に設けられた切れ込み１３ａ，１３ｂ，５３ａ，５３ｂと、を備えている。切れ込み１３ａ，１３ｂは、振動腕部１２ａ，１２ｂの根本において、振動腕部１２ａ，１２ｂの互いの内側の少なくとも一方（本実施形態２では両方）に設けられている。切れ込み５３ａ，５３ｂは、振動腕部１２ａ，１２ｂの根本において、振動腕部１２ａ，１２ｂの互いの外側の少なくとも一方（本実施形態２では両方）に設けられている。このことにより、二本の振動腕部１２ａ，１２ｂの対称性が向上するので、振動素子５０の周波数特性及びＣＩ値をより改善できる。
【００４０】
本実施形態２によれば、基部１１における振動腕部１２ａ，１２ｂの根本に切れ込み１３ａ，１３ｂ，５３ａ，５３ｂを設けたことにより、振動腕部１２ａ，１２ｂの根本において振動腕部１２ａの内側及び外側並びに振動腕部１２ｂの内側及び外側のエッチング残渣の発生を抑制できる。したがって、振動腕部１２ａ，１２ｂそれぞれの対称性を向上できるので、振動素子５０の周波数特性及びＣＩ値をより改善できる。また、切れ込み５３ａ，５３ｂはどちらか一方でも効果が認められるが、振動腕部１２ｂの−Ｘ面１２-xと基部１１のＹ’面１１ｙとの接点側の残渣の方が、振動腕部１２ａの＋Ｘ面１２+xと基部１１のＹ’面１１ｙとの接点側の残渣よりも大きいため、切れ込み５３ｂの方を設けることが好ましい。
【００４１】
本実施形態２のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。
【００４２】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
＜実施形態１＞
１０  振動素子
１０１  延設方向（一方向）
１１  基部
１１ｙ  Ｙ’面
１２ａ，１２ｂ  振動腕部
１２+x  ＋Ｘ面
１２-x  −Ｘ面
１３ａ，１３ｂ  切れ込み
１５ａ，１５ｂ  溝部
１６  水晶片
１７１  残渣
２１ａ，２１ｂ  パッド電極
２２ａ，２２ｂ  励振電極
２３ａ，２３ｂ  周波数調整用金属膜
２４ａ，２４ｂ  配線パターン
４０  水晶振動子
４１  導電性接着剤
４２  素子搭載部材
４３  パッド電極
４４  蓋部材
＜実施形態２＞
５０  振動素子
５３ａ，５３ｂ  切れ込み
＜関連技術１＞
８０  振動素子
８０１  延設方向
８１  基部
８１ｙ  Ｙ’面
８２ａ，８２ｂ  振動腕部
８２+x  ＋Ｘ面
８２-x  −Ｘ面
８５ａ，８５ｂ  溝部
８６  水晶片
８７１，８７２  残渣
９１ａ，９１ｂ  パッド電極
９２ａ，９２ｂ  励振電極
９３ａ，９３ｂ  周波数調整用金属膜
９４ａ，９４ｂ  配線パターン
【図１】
0006590482.tif 000002
【図２】
0006590482.tif 000003
【図３】
0006590482.tif 000004
【図４】
0006590482.tif 000005
【図５】
0006590482.tif 000006
【図６】
0006590482.tif 000007