(57)【要約】【課題】周波数粗調整用と周波数微調整用の電極膜を形成した音叉型水晶振動板では、小型化が進むにつれ、周波数調整用金属膜の面積が更に小さくなってしまい、充分な周波数調整量を確保することが難しくなる虞がある。【解決手段】水晶基板に水晶振動片を形成する工程と、各水晶振動片に各電極膜を形成し音叉型水晶振動板を形成する工程と、第２主面側の水晶基板主面上に貫通孔が形成されているマスクを配置し、金属を第２の主面に蒸着し周波数粗調整を施す工程と、各音叉型水晶振動板を水晶基板から分離する工程と、凹部空間を形成した容器体を用意し、音叉型水晶振動板を凹部空間内底面に形成された振動体接続用電極パッド上に配置固着し、周波数微調整用金属膜をレーザー又はイオンエッチングして音叉型水晶振動板の共振周波数値が所望の周波数値になるように調整する工程とを具備すること音叉型水晶振動板の周波数調整方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面が四角形であり平板状の基部と、前記基部の一辺より同一方向に延設された複数本の振動腕部とが一体で形成された水晶振動片と、
前記振動腕部表面に形成された励振用電極膜及び周波数調整用金属膜と、
前記基部表面に形成された容器体接続用電極膜と、
前記励振用電極膜間、及び前記励振用電極膜と前記容器体接続用電極膜との間を電気的に接続した導配線とにより構成される音叉型水晶振動板の周波数調整方法において、
水晶基板にフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を施し、複数個の音叉型の外形を有する水晶振動片を形成する工程Ａと、
前記水晶基板に形成された個々の前記水晶振動片の表面に、少なくとも前記水晶振動片の前記振動腕部の先端部近傍の第１主面のみに周波数微調整用金属膜を有する、所望のパターンの前記各電極膜及び金属膜を形成し音叉型水晶振動板を形成する工程Ｂと、
少なくとも前記第１主面と対向する第２主面側の前記水晶基板主面上に、個々の音叉型水晶振動板における振動腕部先端部近傍にあたる部分に貫通孔が形成されているマスクを配置し、前記マスク上から金属を前記水晶基板内の前記各音叉型水晶振動板の振動腕部の第２の主面に蒸着し、このときの各音叉型水晶振動板の共振周波数値が、所望する共振周波数値に対して、所望の周波数値より一定量低い周波数値から所望する共振周波数値までの範囲内にする周波数粗調整を施す工程Ｃと、
周波数粗調整が施された各音叉型水晶振動板を、前記水晶基板から各個分離する工程Ｄと、
一方の主面に開口部を有する凹部空間を形成した容器体を用意し、前工程で分離した音叉型水晶振動板を個々に、前記凹部空間内底面に形成された振動体接続用電極パッド上に前記第１主面が前記開口部を向く形態で配置し、前記振動体接続用電極パッドと前記容器体接続用電極膜とを電気的且つ機械的に接続すると同時に、前記第１主面上の前記周波数微調整用金属膜をレーザー又はイオンエッチングして音叉型水晶振動板の共振周波数値が所望の周波数値になるように調整する工程Ｅと
を具備することを特徴とする音叉型水晶振動板の周波数調整方法。
【請求項２】
音叉型水晶振動板の周波数粗調整工程において調整される周波数値の範囲を、所望する共振周波数値より−２００ｐｐｍ低い周波数値から所望する周波数値までの範囲内とする、請求項１記載の音叉型水晶振動板の周波数調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィ技術と化学エッチング技術により作られる音叉型水晶振動板の周波数調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子は安定な周波数の発生源として、家電製品、コンピュータ、ＯＡ機器、自動車、携帯電話等に用いられている。特に、音叉型の外形形状を有し、表面に電極膜を形成した水晶振動板を内部に搭載した水晶振動子は、腕時計を始め各種電子機器の時間基準源として大量に用いられている。このような音叉型水晶振動板における従来の周波数調整方法について説明する。
【０００３】
フォトリソグラフィ及びエッチング技術により水晶基板内に複数個作られた各音叉型水晶振動片の表面には、ＡｕやＡｇ等を主とする金属膜により成る励振用電極膜、容器体接続用電極膜、及びこの励振用電極膜と容器体接続用電極膜を電気的に接続する導配線の他に、音叉型水晶振動片を構成する各振動腕部先端部表面には周波数調整用金属膜が形成されている。この周波数調整用金属膜を用いた周波数調整方法は、まず、水晶基板内に作られた各音叉型水晶振動板の共振周波数を所望する周波数値近傍まで合わせる粗調整が行われる。これは、個々の音叉型水晶振動板を振動させつつ、レーザーを用いて周波数調整用電極のうちの粗調整用金属膜をドット状に除去する。このとき金属膜の重量が減少するため、音叉型水晶振動板としての周波数が高くなり調整が行われる。そして、所定した粗調整周波数値で除去を停止する。この調整を順次、水晶基板内の各音叉型水晶振動板に実施する。粗調整後の粗調整用金属膜には、ドット状の凹部が形成される。
【０００４】
つぎに、水晶基板の支持枠部から取り外された音叉型水晶振動板は、セラミックス等で構成された容器体内に形成された振動板接続用電極パッド上に、基部の先端部がマウントされた後、所望する共振周波数値となるよう周波数微調整が行われる。これは、レーザーを用いて上記した粗調整方法と同様に行われる。微調整後の微調整用金属膜には、ドット状の凹部が形成される。その後、周波数調整が終了した音叉型水晶振動板が搭載された容器体の搭載空間開口部を平板状の蓋体により覆い、蓋体と容器体とを気密封止することにより、水晶振動子が得られる。
【０００５】
又、他の周波数調整方法としては、フォトリソグラフィ及びエッチング技術により水晶基板内に作られた複数個の音叉型水晶振動板の周波数粗調整、及び容器体内に搭載された各個の音叉型水晶振動板の周波数微調整を、イオンエッチングにより行うものが開示されている。
【０００６】
上述したような音叉型水晶振動板の周波数調整方法については、下記のような先行技術文献に開示がある。
【特許文献１】特許第３４６０６９４号公報
【特許文献２】特開２００３−１３３８７９号公報
【特許文献３】特開２００３−３１８６８５号公報  尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、電子部品である水晶振動子の著しい小型化が求められるようになり、同時に水晶振動子内に搭載される音叉型水晶振動板の小型化も必要となったが、音叉型水晶振動板の小型化が進むにつれ、音叉型水晶振動板表面に形成していた周波数調整用金属膜の面積も小さくしなくてはならなくなった。特に水晶振動片の一方の主面に周波数粗調整用と周波数微調整用の金属膜を形成した音叉型水晶振動板では、それぞれの周波数調整用金属膜の面積が更に小さくなってしまい、充分な周波数調整量を確保することが難しくなる虞がある。
【０００８】
又、上述したような周波数調整方法では、周波数粗調整用金属膜をレーザーにて金属膜の一部を除去することにより行われるが、レーザーではドット状に金属膜を除去するために１回のレーザー照射で調整できる周波数値に限界があり、調整量が多い場合に複数回のレーザー照射が必要となり、周波数調整工程に長時間かかる場合がある。従来の方法では、１個の音叉型水晶振動板の周波数調整工程に１０秒以上費やしてしまい、１つの周波数調整工程につき３６０個／時以上となる。この程度の工数では音叉型水晶振動板の量産に対応できず、又対応させようとした場合には多額の設備投資が必要となる問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、
主面が四角形であり平板状の基部と、この基部の一辺より同一方向に延設された複数本の振動腕部とが一体で形成された水晶振動片と、この振動腕部表面に形成された励振用電極膜及び周波数調整用金属膜と、基部表面に形成された容器体接続用電極膜と、励振用電極膜間及び励振用電極膜と容器体接続用電極膜との間を電気的に接続した導配線とにより構成される音叉型水晶振動板の周波数調整方法において、
水晶基板にフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を施し、複数個の音叉型の外形を有する水晶振動片を形成する工程Ａと、
水晶基板に形成された個々の水晶振動片の表面に、少なくとも水晶振動片の振動腕部の先端部近傍の第１主面のみに周波数微調整用金属膜を有する、所望のパターンの各電極膜を形成し音叉型水晶振動板を形成する工程Ｂと、
少なくとも第１主面と対向する第２主面側の水晶基板主面上に、個々の音叉型水晶振動板における振動腕部先端部近傍にあたる部分に貫通孔が形成されているマスクを配置し、このマスク上から金属を水晶基板内の各音叉型水晶振動板の振動腕部の第２の主面に蒸着し、このときの各音叉型水晶振動板の共振周波数値が、所望する共振周波数値に対して、所望の周波数値より一定量低い周波数値から所望する共振周波数値までの範囲内にする周波数粗調整を施す工程Ｃと、
周波数粗調整が施された各音叉型水晶振動板を、水晶基板から各個分離する工程Ｄと、
一方の主面に開口部を有する凹部空間を形成した容器体を用意し、前工程で分離した音叉型水晶振動板を個々に、凹部空間内底面に形成された振動体接続用電極パッド上に第１主面が開口部を向く形態で配置し、振動体接続用電極パッドと容器体接続用電極膜とを電気的且つ機械的に接続すると同時に、第１主面上の周波数微調整用金属膜をレーザー又はイオンエッチングして音叉型水晶振動板の共振周波数値が所望の周波数値になるように調整する工程Ｅと
を具備することを特徴とする音叉型水晶振動板の周波数調整方法である。
【００１０】
又、上述した工程Ｃにおいて、音叉型水晶振動板の周波数粗調整工程において調整される周波数値の範囲を、所望する共振周波数値より−２００ｐｐｍ低い周波数値から所望する周波数値までの範囲内とする、前記記載の音叉型水晶振動板の周波数調整方法でもある。
【発明の効果】
【００１１】
上述した音叉型水晶振動板の周波数調整方法において、周波数粗調整を、水晶基板内に形成された複数個の音叉型水晶振動板における個々の振動腕部先端部近傍の第２主面（音叉型水晶振動板を容器体の凹部空間内に搭載した際に、凹部空間内底面に対向する主面）に、金属を蒸着法により同時に付加する方法で行うことにより、従来の周波数粗調整方法に比べて調整時間を著しく短縮することができ、周波数調整工程全体としての工程時間を短縮することが可能となった。
【００１２】
又、周波数粗調整を各音叉型水晶振動板へ金属を蒸着法により同時に付加する方法を用いているため、音叉型水晶振動板の小型化が進み、音叉型水晶振動板表面における周波数調整用領域の面積も小さく成った場合でも、従来の周波数調整用金属膜を除去する周波数調整方法に比べ、充分な周波数調整量を確保することが可能となる。
【００１３】
因って、本発明により、周波数調整工程時間が短く、且つ小型化にも対応できる音叉型水晶振動板の製造方法を提供できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明における音叉型水晶振動板の周波数調整方法の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明における周波数調整方法を施した音叉型水晶振動板を搭載した水晶振動子を示す分解斜視図である。図２は、本発明における音叉型水晶振動板の周波数調整方法の工程のうち前半の工程を、水晶基板の平面図を用いて示した工程説明図である。図３は、図２に示した工程に続く音叉型水晶振動板の周波数調整方法の工程のうち後半の工程を、水晶基板及び水晶振動子の平面図を用いて示した工程説明図である。尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各部分の厚み寸法は誇張して図示している。
【実施例】
【００１５】
即ち、図１に示すように、セラミックスや樹脂材などの絶縁性の素材により形成された、主面形状が矩形状の直方体の容器体１０１には、その一方の主面に開口部を有する凹部空間１０２が形成されている。又、凹部空間１０２内底面の一方の短辺近傍には、その一方の短辺に沿う形態で１対の振動板接続用電極パッド１０３が形成されており、更に振動板接続用電極パッド１０３は、容器体１０１の内部又は表面に形成された導配線やビアホールにより、容器体１０１の他方の主面に形成された複数個の外部接続用電極端子１０４のうちの所定の電極端子と電気的に接続されている。
【００１６】
このような形態の容器体１０１の凹部空間１０２内には、主面が概略四角形であり平板状の基部１０５と、前記基部の一辺より同一方向に延設された２本の振動腕部１０６とが一体で形成された水晶振動片の振動腕部１０６表面に、励振用電極膜１０７、周波数微調整用金属膜１０８ａ及び周波数粗調整用金属膜１０８ｂ（図１において周波数粗調整用金属膜１０８ｂは不図示）が形成され、基部１０５表面に容器体接続用電極膜１０９が形成され、更に励振用電極膜１０７間、及び励振用電極膜１０７と容器体接続用電極膜１０９との間を電気的に接続した導配線１１０とにより構成される音叉型水晶振動板１１１が、周波数微調整用金属膜１０８ａが形成された一方の主面を凹部空間１０２開口部側に向け、且つ容器体接続用電極膜１０９をそれぞれ振動板接続用電極パッド１０３上に配する形態で載置されている。尚、容器体接続用電極膜１０９と振動板接続用電極パッド１０３とは導電性接着剤により電気的且つ機械的に接続され、凹部空間１０２内で音叉型水晶振動板の姿勢が保持されている。
【００１７】
このような音叉型水晶振動板１１１が載置されている容器体１０１の凹部空間１０２を囲繞する容器体１０１の側壁部に開口側頂面上には、凹部空間１０２開口部を覆う形態で金属製の平板状蓋体１１２が配置され、容器体１０１の側壁部の開口側頂面上全周にわたって形成されている封止用導体パターン１１３と蓋体１１２の容器体側主面に形成された封止材（不図示）とを接合することで凹部空間１０２内を気密封止することにより水晶振動子１００が構成されている。
【００１８】
このような水晶振動子１００に使用する音叉型水晶振動板１１１の周波数調整方法について、図２及び図３を用いて説明する。
まず、工程Ａとして図２（ａ）に示すように、人工水晶体から切り出し外形加工を施された水晶基板２０１にフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を施し、複数個の音叉型の外形を有する水晶振動片２０２を形成する。各水晶振動片２０２はそれぞれ、水晶基板２０１内に形成された梁部２０３に、水晶振動片２０２の基部１０５に形成された支持部２０４により各個支持されている。尚、この形成に使用するフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程における各加工方法については、従来一般的に用いられる方法を用いており、このときの水晶振動片２０２の共振周波数値は、最終的に音叉型水晶振動板として所望する共振周波数より高くなるように加工される。
【００１９】
次に、工程Ｂとして図２（ｂ）に示すように、水晶基板２０１に形成された個々の水晶振動片２０２の表面に、少なくとも水晶振動片２０２の振動腕部１０６の先端部近傍の第１主面２０５のみに周波数微調整用金属膜１０８ａを有する、所望のパターンの励振用電極膜１０７、容器体接続用電極膜１０９及び導配線１１０を蒸着法により形成し、水晶基板２０１内に音叉型水晶振動板１１１を複数個形成する。この工程Ｂにおける音叉型水晶振動板１１１の共振周波数値は、最終的に音叉型水晶振動板として所望する共振周波数より、まだ高くなるように形成される。
【００２０】
図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示した水晶基板２０１を反転させ、図２（ｂ）に図示したものの裏側から示したものであり、この図２（ｃ）に示すように、第１の主面２０５の裏側にあたる第２の主面２０６の振動腕部１０６先端部近傍には、図２（ｂ）において電極膜は形成されていない。
【００２１】
次に工程Ｃとして図３（ｄ）に示すように、少なくとも第１主面２０５と対向する第２主面２０６側の水晶基板２０１主面上に、個々の音叉型水晶振動板１１１における振動腕部１０６先端部近傍にあたる部分に貫通孔２０７が形成されているマスク２０８を配置し、このマスク２０８上から、Ａｕ＋Ｃｒ又はＡｕ＋Ｃｒの金属を水晶基板内の各音叉型水晶振動板の振動腕部の第２の主面に、Ｃｒを下地として積層構造になるよう蒸着付加し、このときの各音叉型水晶振動板１１１の共振周波数値が、所望する共振周波数値に対して−２００ｐｐｍ以上から所望する共振周波数値以下の範囲内となるように、水晶基板２０１内の少なくとも１つの音叉型水晶振動板の共振周波数値を計測しながら、共振周波数を下げる周波数粗調整を施す。例えば、所望する共振周波数値が３２．７６８ｋＨｚの場合、粗調整前の共振周波数値は３２．７６８ｋＨｚより高い周波数値であり、この周波数粗調整工程により、粗調整後の共振周波数値を３２．１１２６４〜３２．７６８ｋＨｚの範囲内となるよう周波数粗調整する。この周波数粗調整に費やす時間は、水晶基板２０１に形成されている音叉型水晶振動板一個に換算すると４〜６秒となる。
【００２２】
尚、上述したようなマスク２０８及び貫通孔２０７は、既存の加工方法で微細に形成することが可能であるため、音叉型水晶振動板１１１の外形形状が小型になっても、音叉型水晶振動板の振動腕部の所定の箇所に周波数粗調整用の金属を蒸着することが可能な貫通孔２０７を有するマスク２０８を形成することは可能である。又、本発明における周波数粗調整は金属を蒸着法により一様に付着させる方法であるため、音叉型水晶振動板１１１の外形形状が小型になり、振動腕部１０６先端部の形成領域が小さくなっても、比較的大きな調整量を確保でき、周波数調整量不足による不良品の発生を防ぐことが可能となる。
【００２３】
次に、工程Ｄとして図３（ｅ）に示すように、金属を振動椀部１０６先端部近傍の第２主面２０６へ蒸着法により付着させることで周波数粗調整が施された各音叉型水晶振動板１１１を、各支持部２０４を切断することにより水晶基板２０１から各個分離する。この際に、前もって支持部２０４の切断を所望する箇所に溝を形成しておくことにより、簡易に分離作業を行うことが可能となる。
【００２４】
次に、工程Ｅとして図３（ｆ）に示すように、一方の主面に開口部を有する凹部空間１０２を形成した容器体１０１を用意し、前工程で分離した音叉型水晶振動板１１１を個々に、凹部空間１０２内底面に形成された振動板接続用電極パッド１０３上に、周波数微調整用金属膜１０８ａが形成されている第１主面２０５が開口部を向く形態で配置し、振動板接続用電極パッド１０３と容器体接続用電極膜１０９とを電気的且つ機械的に接続すると同時に、第１主面２０５上の周波数微調整用金属膜１０８ａをレーザー又はイオンエッチングして、周波数微調整用金属膜１０８ａの一部を除去することにより、音叉型水晶振動板１１１の共振周波数値が所望の周波数値（上述した例によれば３２．７６８ｋＨｚ）になるように調整する。この周波数微調整に費やす時間は、音叉型水晶振動板一つに対して３秒以内であり、周波数粗調整と合計すると最長でも９秒以内で周波数調整工程を行うことができる。
【００２５】
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。例えば、上述した実施例では音叉型水晶振動板の周波数調整方法における工程Ｃにおいて、音叉型水晶振動板の共振周波数値が、所望する共振周波数値に対して−２００ｐｐｍ以上から所望する共振周波数値以下の範囲内となるように周波数粗調整を施している。これは、この共振周波数範囲内に周波数粗調整をする時間と、後工程における周波数微調整に費やす時間との割合から、周波数調整工程全体として最も工程時間を短縮できるように、周波数粗調整及び周波数微調整の周波数調整量を定めたものである。因って、本発明における効果を奏するのであれば、上述した周波数粗調整工程における調整後の共振周波数値の範囲に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明における周波数調整方法を施した音叉型水晶振動板を搭載した水晶振動子を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、本発明における音叉型水晶振動板の周波数調整方法の工程のうち前半の工程を、水晶基板の平面図を用いて示した工程説明図である。
【図３】図３は、図２に示した工程に続く音叉型水晶振動板の周波数調整方法の工程のうち後半の工程を、水晶基板及び水晶振動子の平面図を用いて示した工程説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０１・・・容器体
１０２・・・凹部空間
１０３・・・振動板接続用電極パッド
１０５・・・基部
１０６・・・振動腕部
１０７・・・励振用電極膜
１０８ａ・・・周波数微調整用金属膜
１０８ｂ・・・周波数粗調整用金属膜
１０９・・・容器体接続用電極膜
１１０・・・導配線
１１１・・・音叉型水晶振動板
２０１・・・水晶基板
２０２・・・水晶振動片
２０５・・・第１主面
２０６・・・第２主面
２０７・・・貫通孔
２０８・・・マスク
【図１】
2008092112.tif 000003
【図２】
2008092112.tif 000004
【図３】
2008092112.tif 000005