(57)【要約】【課題】  水晶振動子（２０）の電極パターンの幅の狭い回路が静電気の放電反応により損傷されることを回避するために、静電気の放電反応により放電突起を介して空気中に静電荷を放電する放電保護機能（２３１、２５１）を有する水晶振動子を提供する。【解決手段】  水晶基板（１０）と、この水晶基板の表面の所定の領域に配置された第一および第二の金属層（２３、２５）と、第一の金属層に形成されこの第一の金属層から第二の金属層へと形成された複数の放電突起（２３１，２５１）と、を有する。【選択図】図１
2008085743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶基板と、
この水晶基板の表面の所定の領域に配置された第一および第二の金属層と、
前記第一の金属層に形成され、この第一の金属層から前記第二の金属層へと形成された複数の放電突起と
を有する水晶振動片。
【請求項２】
前記水晶基板は、腕部と基部とからなる音叉形状であり、前記放電突起は前記基部に設けられている請求項１に記載の水晶振動片。
【請求項３】
前記金属層は、下層の第１金属膜に上層の第２金属膜が形成された二層膜、または第３金属膜が形成された一層膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水晶振動片。
【請求項４】
前記金属層は、２５０オングストロームから１００００オングストロームの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の水晶振動片。
【請求項５】
複数の放電突起は、鋸歯状であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の水晶振動片。
【請求項６】
複数の放電突起は、渦巻状の金属膜に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の水晶振動片。
【請求項７】
前記第一の金属層の複数の放電突起と第二の金属層との間隔は、互いに異なることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の水晶振動片。
【請求項８】
前記第一の金属層の複数の放電突起と第二の金属層との一番広い間隔は、この放電突起以外の前記第一の金属層と前記第二の金属層の一番狭い間隔より狭いことを特徴とする請求項７に記載の水晶振動片。
【請求項９】
前記複数の放電突起は、フォトリソグラフィおよびエッチングにより形成することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の水晶振動片。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の水晶振動片と、
前記水晶振動片を真空封止するパッケージと、
を有する振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電気放電（ＥＳＤ, Electrostatic Discharge）の保護機能を有する振動子に関し、より詳細には放電突起を通して空気中に静電気を放電する水晶振動片および振動デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動片またはその水晶振動片を使った圧電デバイスが、電子時計やコンピュータ、携帯電話などの電子機器のクロック源、または角速度測定用として広く採用されている。近年、電子部品の集積度が上がり、それに伴い水晶振動片または圧電デバイスの小型化が一段と要求されてきている。水晶振動片または圧電デバイスの小型化は、静電気耐性を弱めることにもなってきている。
【０００３】
水晶振動片または圧電デバイスは、人体に蓄えられた静電気によってデバイスが破壊しないようにしなければならない。このため、ＥＳＤ試験は、ＨＢＭ( ヒューマン・ボディ・モデル )試験が行われる。また、圧電デバイスの組み立て装置などに溜まった静電気によって圧電デバイスが破壊しないように、
ＭＭ( マシーン・モデル )試験が行われている。最近は、さらなる水晶振動片または圧電デバイスの小型化から、デバイス固有の容量に帯電した電荷が電位ポテンシャルの異なる導体に接近もしくは接触する時に急速な電荷移動が起こることが問題となっており、ＣＤＭ( チャージド・デバイス・モデル ) 試験も行われている。
【０００４】
水晶振動片または圧電デバイスのＥＳＤ耐圧は５００Ｖ程度であり、他の電子部品と比べて低い値を示している。このため、水晶振動片または圧電デバイスのＥＳＤ耐圧を向上させることが要求されている。特に水晶振動片または圧電デバイスの小型化に伴い、細い電極パターンにおいて、静電気放電でパターンが破壊されることが多い。
【特許文献１】特開２００１−２３５４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、水晶振動片の電極パターン幅の狭い回路が静電気の放電反応により損傷されることを回避するために、静電気の放電反応により放電突起を介して空気中に静電荷を放電する放電保護機能を有する水晶振動片を提供することにより、上記要求を満足する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点の水晶振動片は、水晶基板と、この水晶基板の表面の所定の領域に配置された第一および第二の金属層と、第一の金属層に形成されこの第一の金属層から第二の金属層へと形成された複数の放電突起と、を有する。
上記構成によれば、複数の放電突起に集まった静電荷と空気中の誘導電荷との間で電荷を打ち消し合う。つまり、水晶振動片の静電荷は、放電突起を通して雰囲気中の粒子を介して静電気放電反応を起こす。このため、ＨＢＭ試験、ＭＭ試験またはＣＤＭ試験においても、十分に試験をパスできる水晶振動片となる。また、実際に水晶振動片が使用されている装置においても、静電気耐性を備える水晶振動片となる。
【０００７】
第２の観点の水晶振動片は、腕部と基部とからなる音叉形状であり、放電突起は基部に設けられている。
上記構成によれば、水晶振動片は音叉型水晶振動片であり、この水晶振動片には基部が形成されている。この基部にはスペース的な余裕があるため、この部分に放電突起を形成すればスペースの有効活用になる。
【０００８】
第３の観点の水晶振動片は、金属層は、下層の第１金属膜に上層の第２金属膜が形成された二層膜、または第３金属膜が形成された一層膜である。
上記構成によれば、水晶振動片の振動電極と同じ材料で放電突起を形成することができるため、金属膜のスパッタリング回数を増やす必要がなく、電極形成時のマスクに放電突起を描くようにするだけで足りる。
【０００９】
第４の観点の感光剤塗布方法は、金属層が約２５０オングストロームから１００００オングストロームの厚さを有する。
静電気放電反応では、放電突起の電荷と空気中の誘導電荷で電気エネルギーを放出し、エレクトロマイグレーション現象が生じて放電突起の温度を上昇させる。この際に、金属層の厚さが２５０〜１００００オングストロームであるので、放電突起が焼ける（昇華）することになる。
【００１０】
第５の観点の水晶振動片は、複数の放電突起は鋸歯状である。
鋸歯状であれば、複数の放電突起を簡易に形成することができる。
【００１１】
第６の観点の水晶振動片によれば、渦巻状の金属膜に形成されている。
上記構成によれば、複数の箇所に複数の放電突起を形成することができる。
【００１２】
第７の観点の水晶振動片は、第一の金属層の複数の放電突起と第二の金属層との間隔は、互いに異なる。
上記構成によれば、通常、エレクトロマイグレーション現象が生じやすい一番間隔が狭い放電突起において静電気放電が最初に生じる。図７に人体の帯電電圧による放電エネルギーを示す。水晶振動片を破壊するには、十分な放電エネルギーであり、何度もサージが発生する。１つの放電突起で複数回のサージに耐えることができるが、複数回のサージにより、放電突起の先端の間隔が広がる方向に放電突起の先端が変形する。このため、放電突起の先端が変形した後には、次の放電突起でエレクトロマイグレーション現象が生じる。この次の放電突起でも複数回のサージに耐えることができる。このように、第一の金属層の複数の放電突起と第二の金属層との間隔が狭い箇所から、複数回のサージに対応できるので、万全なＥＳＤの保護機能を達成できる。
【００１３】
また第８の観点の水晶振動片は、第一の金属層の複数の放電突起と第二の金属層との一番広い間隔は、この放電突起以外の第一の金属層と第二の金属層の一番狭い間隔より狭い。
上記構成によれば、エレクトロマイグレーション現象が生じやすい一番間隔が狭い放電突起において静電気放電が最初に生じる。電極パターンの一番狭い部分であっても放電突起が形成された箇所の間隔よりも広い。このため、複数回のサージが発生しても放電突起において静電気放電が生じ、電極パターンなどに影響を及ぼさない。
【００１４】
また第９の観点の水晶振動片は、複数の放電突起は、フォトリソグラフィおよびエッチングにより形成する。
水晶振動片自体も数ｍｍであり、電極パターンの狭い間隔も０．０２ｍｍ程度である。このため、第一の金属膜の複数の放電突起と第二の金属膜との間隔は、０．０１５ｍｍ以下となる。このような微細な加工であってもフォトリソグラフィおよびエッチングであれば可能である。
【００１５】
また第１０の観点の振動デバイスは、請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の水晶振動片と、水晶振動片を真空封止するパッケージと、を有する。
振動デバイスとしても、ＨＢＭ試験、ＭＭ試験またはＣＤＭ試験においても、十分に試験をパスできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、水晶振動片または圧電デバイス内の放電突起で、静電荷と雰囲気中の粒子を介して誘導電荷との間で静電気放電反応を生じさせる。このため水晶振動片または圧電デバイスのＥＳＤ耐圧を向上させることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜音叉型水晶振動片２０の構成＞
図１（ａ）は、音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した図であり、(ｂ)は、音叉型水晶振動片２０の一本の振動腕２１のＢ−Ｂ断面図である。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１０で形成されている。小型で必要な性能を得るために、図１（ａ）に示すように、音叉型水晶振動片２０は、基部２９と、この基部２９から図１において上方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕２１を備えている。以下、本実施形態では一対の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片２０で説明するが、３本または４本の振動腕２１を備えた水晶振動片２０であってもよい。
【００１８】
音叉型水晶振動片２０は、たとえば３２．７６８ＫＨｚで信号を発信する振動片で、極めて小型の振動片となっており、全体の長さが２．０ｍｍ程度、幅０．５ｍｍ程度である。音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の表裏面には、溝部２１１が形成されている。一本の振動腕２１の表面に２つの溝部２１１が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に２つの溝部２１１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２１１が形成される。溝部２１１の深さは、水晶単結晶ウエハ１０の厚さの約３５〜４５％であり、表裏面に溝部２１１があるため、図１（ｂ）に示すように、溝部２１１の断面は、略Ｈ型に形成されている。溝部２１１は、ＣＩ値の上昇を抑えるために設けられている。
【００１９】
音叉型水晶振動片２０の基部２９は、その全体が略板状に形成されている。振動腕２１に対する基部２９の長さは、約３６％となっている。音叉型水晶振動片２０の基部２９には、連結部２８が２箇所設けられている。連結部２８は、水晶単結晶ウエハ１０から、図１に示す音叉形状をフォトリソグラフィおよびウェットエッチングで形成する際に、水晶単結晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを連結する部分である。
【００２０】
音叉型水晶振動片２０の振動腕２１および基部２９には、第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とが形成されている。第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とはともに、１５０オングストローム〜５０００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に１００オングストローム〜５０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成になっている。すなわち、第一層と第ニ層とを合わせると、２５０オングストローム〜１００００オングストロームの電極パターンの厚さになる。また、クロム（Ｃｒ）層の代わりに、タングステン（Ｗ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、ニッケルタングステン層またはチタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。また、１層からなる場合もあり、このときは、たとえばアルミ（Ａｌ）層、銅（Ｃｕ）層またはケイ素（Ｓｉ）層が用いられる。
【００２１】
音叉型水晶振動片２０の基部２９には、図１（ａ）に示すように、第１基部電極２３ａと第２基部電極２５ａとが形成され、腕部２１の溝部２１１には、第１溝電極２３ｄ，第２溝電極２５ｄがそれぞれ形成される。また、図１（ｂ）に示すように、（ａ）の左側の腕部２１の両側面には、第２側面電極２５ｃが形成されている。図示しない右側の腕部２１の両側面には、第１側面電極２３ｃが形成されている。
【００２２】
この第１側面電極２３ｃ、第２側面電極２５ｃは、第１接続電極２３ｂ、第２接続電極２５ｂを介して第１基部電極２３ａ、第２基部電極２５ａに接続されている。なお、音叉型水晶振動片２０の裏面も、鏡面対象の第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とが形成されている。音叉型水晶振動片２０は小型であるため、図１（ｂ）に示すように、側面電極２５ｃと溝電極２３ｄとの隙間ＷＡは０．０２ｍｍ前後である。このため、側面電極２５ｃと溝電極２３ｄとが短絡したり、ＥＳＤ試験で不良品が出たりしやすい。このうち何度ものＥＳＤ試験に耐えることができ、また製品において、静電気で故障しにくいように、音叉型水晶振動片２０の基部２９には、第１放電用電極２３ｓおよび第２放電用電極２５ｓが形成されている。
【００２３】
＜静電気放電の電極パターン＞
図２は、音叉型水晶振動片２０の基部２９を拡大した図であり、実施形態１の静電気放電の電極パターンを示している。
図３（ａ）は実施形態２の静電気放電の電極パターンを示し、（ｂ）は実施形態３の静電気放電の電極パターンを示している。
図４（ａ）は実施形態４の静電気放電の電極パターンを示し、（ｂ）は実施形態５の静電気放電の電極パターンを示している。
【００２４】
＜＜実施形態１＞＞
第１基部電極２３ａから渦巻き状の第１放電用電極２３ｓと第２基部電極２５ａから渦巻き状の第２放電用電極２５ｓとが形成されている。第１放電用電極２３ｓは徐々に細い電極になり第１突起２３１−Ｎを形成する。第２放電用電極２５ｓも徐々に細い電極になり第２突起２５１−Ｍを形成する。第１突起２３１−Ｎと第２突起２５１−Ｍとの間は、第１電極パターン２３と第２電極パターン２５との一番狭い間隔となっており、たとえば０．００８ｍｍに設定されている。
【００２５】
第１放電用電極２３ｓの根元から第１突起２３１−Ｎまでの途中には、第２放電用電極２５ｓ側に伸びる複数の放電突起２３１−ｉが形成されている。また、第２放電用電極２５ｓの根元から第２突起２５１−Ｍまでの途中には、第２放電用電極２３ｓ側に伸びる複数の第２突起２５１−ｉが形成されている。突起はそれぞれＮ個、Ｍ個形成されている。複数の第１突起２３１−ｉは、第２放電用電極２５ｓとの間が一番広い幅ＷＣから、第１突起２３１−Ｎと第２突起２５１−Ｍとの一番狭い間隔まで、間隔が変化している。また、複数の第２突起２５１−ｉは、第１放電用電極２３ｓとの間が一番広い幅ＷＣから、第１突起２３１−Ｎと第２突起２５１−Ｍとの一番狭い間隔まで、間隔が変化している。
【００２６】
第１突起２３１−ｉと第２放電用電極２５ｓとの間で一番広い間隔ＷＣは、図１（ｂ）で示した、側面電極２５ｃと溝電極２３ｄとの隙間ＷＡよりも狭く設定されている。たとえば０．０１５ｍｍである。同様に、第２突起２５１−ｉと第１放電用電極２３ｓとのとの間で一番広い間隔ＷＣも、側面電極２５ｃと溝電極２３ｄとの隙間ＷＡよりも狭く設定されている。また、第１接続電極２３ｂと第２接続電極２５ｂとの間隔ＷＢも狭くなっており、たとえば０．０２ｍｍ前後である。間隔ＷＣは第１接続電極２３ｂと第２接続電極２５ｂとの間隔ＷＢよりも狭い。すなわち、すべての第１突起２３１−ｉと第２放電用電極２５ｓとの間隔は、隙間ＷＡまたは隙間ＷＢの狭い方よりも狭い。また、すべての第２突起２５１−ｉと第１放電用電極２３ｓとの間隔は、隙間ＷＡまたは隙間ＷＢの狭い方よりも狭い。
【００２７】
このため、音叉型水晶振動片２０が人体または他の装置と接触した場合、静電荷は第１突起２３１−ｉおよび第２突起２５１−ｉに誘起される。静電荷は電界を形成するために第１突起２３１−ｉおよび第２突起２５１−ｉに集中する。特に一番狭い間隔が狭い突起に集中する。静電荷がある程度、第１突起２３１−ｉおよび第２突起２５１−ｉに集積される故に、空気中の粒子の反対電荷は誘導される。この時点で、静電気放電反応が第１突起２３１−ｉおよび第２突起２５１−ｉの静電荷と空気中の誘導電荷との間で生じ、両者の担持している電荷を打ち消し合う。換言すると、音叉型水晶振動片２０の静電荷は、第１突起２３１−ｉおよび第２突起２５１−ｉを通して空気中の粒子と静電気放電反応をなす。
【００２８】
静電気放電反応で、間隔の一番狭い第１突起２３１−Nおよび第２突起２５１−Ｍの電荷と空気中の誘導電荷は電気エネルギーを放出し、エレクトロマイグレーション（electro migration）現象が生じる。放出された電気エネルギーは第１突起２３１−Ｎおよび第２突起２５１−Ｍの温度を上昇させる。下層のクロム層および上層の金層合わせて、厚さ２５０〜１００００オングストローム程度である。第１突起２３１−Ｎおよび第２突起２５１−Ｍで生じた静電気放電反応の高熱で、第１突起２３１−Ｎおよび第２突起２５１−Ｍの先端が互いに間隔が広がる方向に変形する。複数回のエレクトロマイグレーションにより、第１突起２３１−Ｎおよび第２突起２５１−Ｍの間隔が、次に狭い第１突起２３１−ｉおよび第２突起２５１−ｉの間隔より広がってしまう。しかし、次に狭い第１突起２３１−ｉおよび第２突起２５１−ｉでエレクトロマイグレーション現象が生じるだけで、Ｎ個＋Ｍ個−１の放電突起がまだ存在している。このため、数百回の静電気放電反応に対処できる。また、すべての第１突起２３１−ｉと第２放電用電極２５ｓとの間隔は、隙間ＷＡまたは隙間ＷＢの狭い方よりも狭い。また、すべての第２突起２５１−ｉと第１放電用電極２３ｓとの間隔は、隙間ＷＡまたは隙間ＷＢの狭い方よりも狭い。そのため、本来の必須な電極が焼けるようなことはない。
【００２９】
図７に示したように、人体からの放電電流波形図には２つのサージピークがあり、最初のピークは手や腕の部分からの放電で、次のピークが胴体からの放電である。複数の第１突起２３１−ｉと複数の第２突起２５１−ｉとの間隔は、一番狭い間隔から徐々に広くなっているので、このような複数のサージピークを有する静電気の放電であっても対処できる。
【００３０】
＜＜実施形態２＞＞
図３（ａ）は、第１基部電極２３ａから形成された櫛歯状の第１放電用電極２３ｓと第２基部電極２５ａから形成された櫛歯状の第２放電用電極２５ｓとを示している。第１放電用電極２３ｓは複数の第１突起２３３−ｉを形成する。第２放電用電極２５ｓも複数の第２突起２５３−ｉを形成する。第１突起２３３−ｉと第２突起２５３−ｉとの間隔は、広い間隔ＷＣから狭い間隔へと形成されている。第１突起２３３−Ｎと第２突起２５３−Ｍとの間は、第１電極パターン２３と第２電極パターン２５との一番狭い間隔となっており、たとえば０．００８ｍｍに設定されている。
【００３１】
第１突起２３３−ｉと第２突起２５３−ｉとの間で一番広い間隔ＷＣは、図１（ｂ）で示した、側面電極２５ｃと溝電極２３ｄとの隙間ＷＡよりも狭く設定されている。また、間隔ＷＣは、第１接続電極２３ｂと第２接続電極２５ｂとの間隔ＷＢよりも狭くなっていおり、たとえば０．０２ｍｍ前後である。このため、音叉型水晶振動片２０が人体または他の装置と接触した場合、静電荷は第１突起２３３−ｉおよび第２突起２５３−ｉに誘起される。
【００３２】
静電気放電反応で、第１突起２３３−ｉおよび第２突起２５３−ｉの電荷と空気中の誘導電荷は電気エネルギーを放出し、より安定な状態に達する。第１突起２３３−ｉおよび第２突起２５３−ｉで生じた静電気放電反応の高熱で、第１突起２３３−ｉおよび第２突起２５３−ｉは焼ける。しかし、一つの放電突起が焼けるだけで、Ｎ個＋Ｍ個−１の放電突起がまだ存在しているので、数十回の静電気放電反応に対処できる。また、すべての第１突起２３３−ｉと第２突起２５３−ｉとの間隔は、隙間ＷＡまたは隙間ＷＢの狭い方よりも狭いので、本来の必須な電極パターンが焼けるようなことはない。
【００３３】
＜＜実施形態３＞＞
図３（ｂ）に示した基部２９は、第１基部電極２３ａから形成された櫛歯状の第１放電用電極２３ｓと第２基部電極２５ａとから構成される。第１放電用電極２３ｓは複数の第１突起２３３−ｉを形成するが、第２基部電極２５ａには放電用電極としての放電突起が形成されていない。第１突起２３３−ｉと第２基部電極２５ａとの間隔は、広い間隔ＷＣから狭い間隔へと形成されている。第１突起２３３−Ｎと第２基部電極２５ａとの間は、第１電極パターン２３と第２電極パターン２５との一番狭い間隔となっており、たとえば０．００８ｍｍに設定される。
【００３４】
第１突起２３３−ｉと第２基部電極２５ａとの間で一番広い間隔ＷＣは、図１（ｂ）で示した、側面電極２５ｃと溝電極２３ｄとの隙間ＷＡよりも狭く設定されている。また、間隔ＷＣは、第１接続電極２３ｂと第２接続電極２５ｂとの間隔ＷＢよりも狭くなっていおり、たとえば０．０２ｍｍ前後である。このため、音叉型水晶振動片２０が人体または他の装置と接触した場合、静電荷は第１突起２３３−ｉに誘起される。
【００３５】
静電気放電反応で、第１突起２３３−ｉの電荷と空気中の誘導電荷は電気エネルギーを放出し、より安定な状態に達する。第１突起２３３−ｉで生じた静電気放電反応の高熱で、第１突起２３３−ｉおよび第２突起２５３−ｉは焼ける。しかし、一つの放電突起が焼けるだけで、Ｎ個−１の放電突起がまだ存在しているので、数十回の静電気放電反応に対処できる。また、すべての第１突起２３３−ｉと第２突起２５３−ｉとの間隔は、隙間ＷＡまたは隙間ＷＢの狭い方よりも狭いので、本来の必須な電極パターンが焼けるようなことはない。
【００３６】
＜＜実施形態４＞＞
図４（ａ）に示した基部２９は、第１基部電極２３ａから形成された櫛歯状の第１放電用電極２３ｓと第２基部電極２５ａから形成された櫛歯状の第２放電用電極２５ｓとから構成される。実施形態２では放電突起がＹ方向であったものが、実施形態４ではＸ方向になっている。第１突起２３５−ｉと第２突起２５５−ｉとの間隔は、広い間隔ＷＣから狭い間隔へと形成されている。第１突起２３５−Ｎと第２突起２５５−Ｍとの間は、第１電極パターン２３と第２電極パターン２５との一番狭い間隔となっており、たとえば０．００８ｍｍに設定されている。
【００３７】
図３、図４には示さないが、放電突起がＹ方向から４５度傾いた方向であってもよい。このように、小さな音叉型水晶振動片２０であっても基部２９には、他の部分と比べて大きなスペースがあるため、櫛歯状の第１突起２３５−Ｎと第２突起２５５−Ｍとを自由な方向に形成することができる。
【００３８】
＜＜実施形態５＞＞
図４（ｂ）に示した基部２９は、第１基部電極２３ａから形成された櫛歯状の第１放電用電極２３ｓと第２基部電極２５ａとから構成される。第１放電用電極２３ｓは複数の第１突起２３７−ｉを形成し、第２放電用電極２５ｓも複数の第１突起２３７−ｉを形成する。第１突起２３７−ｉは第２基部電極２５ａ向かい合い、第１突起２３７−ｉと第２基部電極２５ａとの間隔は、広い間隔ＷＣから狭い間隔へと形成されている。同様に、第２突起２５７−ｉは第１基部電極２３ａ向かい合い、第２突起２５７−ｉと第１基部電極２３ａとの間隔は、広い間隔ＷＣから狭い間隔へと形成されている。第１突起２３７−Ｎと第２基部電極２５ａとの間は、第１電極パターン２３と第２電極パターン２５との一番狭い間隔となっており、たとえば０．００８ｍｍに設定される。
【００３９】
図４（ｂ）では、複数の第１突起２３７−ｉと複数の第２突起２５７−ｉとを２段配列に設けた。図４（ａ）のような放電突起同士を向かい合わせて、それらを２段配列に配置しても良い。
【００４０】
本発明では、音叉型水晶振動片２０内の静電荷を、放電突起などに集中し、それにより電極パターン領域が電気的に妨害されることを防ぐ。更に、空気中の電荷が放電突起の電界に引き寄せられる。放電突起のある強度の電界を生ずる静電荷がある程度集積されると、それらは空気中の粒子と静電気放電反応をなす。電極パターン領域を損傷せず、実質的にＥＳＤ耐圧を向上させる。
【００４１】
＜表面実装（ＳＭＤ）タイプの音叉型振動子の構成＞
図５（ａ）は、本実施形態に係るＳＭＤタイプの音叉型水晶振動子５０を示す概略断面図である。
このＳＭＤタイプの音叉型水晶振動子５０は、上述の音叉型水晶振動片２０を使用している。ＳＭＤタイプの音叉型振動子５０は、その内側に空間を有する箱状のパッケージ５２を有している。このパッケージ５２には、その底部にベース部５４を備えている。このベース部５４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。
【００４２】
セラミック製のベース部５４の上には、ニッケル上金メッキを施した封止材５８が設けられており、この封止材５８は、コバール等からなる蓋体５６と同様の材料から形成されている。また、この封止材５８の上には蓋体５６が載置され、蓋体５６はシーム溶接等の手法により封止材５８で固定される。これらベース部５４、封止材５８および蓋体５６で、中空の箱体を形成することになる。
【００４３】
このように形成されているパッケージ５２のベース部５４上にはパッケージ側電極５９が設けられている。このパッケージ側電極５９の上には導電性接着剤等を介して音叉型水晶振動片２０の基部電極２３ａ、２５ａが固定されている。パッケージ側電極５９は、パッケージの外側に形成されたタングステンメタライズ上にニッケルメッキおよび金メッキが施された電極部に接続される。
【００４４】
この音叉型水晶振動片２０は、電極部から一定の電流が与えられると振動するようになっている。このとき、静電気を帯電した人体がＳＭＤタイプの音叉型振動子５０に触ったり、静電気を帯電した装置がＳＭＤタイプの音叉型振動子５０に触れたりしても、音叉型水晶振動片２０には、図２ないし図４で説明した静電気放電の放電突起が形成されているので、一番狭い間隔の電極パターン間で短絡等が生じることがない。したがって、Ｈ型の音叉型水晶振動片２０の性能を十分に発揮できるＳＭＤタイプの音叉型振動子５０となる。また、製造コストを上昇させることなく、ＳＭＤタイプの音叉型振動子５０を製造することができる。
【００４５】
＜音叉水晶発振器の構成＞
図５（ｂ）は、音叉水晶発振器６０を示す図である。このデジタル音叉水晶発振器６０は、上述のＳＭＤタイプの音叉型振動子５０と多くの部分で構成が共通している。したがって、ＳＭＤタイプの音叉型振動子５０と音叉型水晶振動片２０の構成、作用等については、同一符号を付する等して、その説明を省略する。
【００４６】
図５（ｂ）に示す音叉型水晶発振器６０は、図５（ａ）に示すＳＭＤタイプの音叉振動子５０の音叉型水晶振動片２０の下方で、ベース部５４の上に集積回路６１を配置したものである。すなわち、音叉水晶発振器６０では、その内部に配置された、音叉型水晶振動片２０が振動すると、その振動は、集積回路６１に入力され、その後、所定の周波数信号を取り出すことで、発振器として機能することになる。
【００４７】
この音叉型水晶振動片２０は、電極部から一定の電流が与えられると振動するようになっている。このとき、静電気を帯電した人体が音叉型水晶発振器６０に触ったり、静電気を帯電した装置が音叉型水晶発振器６０に触れたりしても、音叉型水晶振動片２０には、図２ないし図４で説明した静電気放電の放電突起が形成されているので、一番狭い間隔の電極パターン間で短絡等が生じることがない。したがって、Ｈ型の音叉型水晶振動片２０の性能を十分に発揮できる音叉型水晶発振器６０となる。また、製造コストを上昇させることなく、音叉型水晶発振器６０を製造することができる。
【００４８】
＜シリンダータイプ音叉水晶発振器の構成＞
図５（ｃ）は、シリンダータイプ音叉振動子７０を示す概略図である。このシリンダータイプ音叉振動子７０は、上述の音叉型水晶振動片２０を使用している。
図５（ｃ）に示すようにシリンダータイプ音叉振動子７０は、その内部に音叉型水晶振動片２０を収容するための金属製のキャップ７５を有している。このキャップ７５は、ステム７３に対して圧入され、その内部が真空状態に保持されるようになっている。
【００４９】
また、キャップ７５に収容された音叉型水晶振動片２０を保持するためのリード７１が２本配置されている。
この音叉型水晶振動片２０は、電極部から一定の電流が与えられると振動するようになっている。このとき、静電気を帯電した人体がシリンダータイプ音叉振動子７０に触ったり、静電気を帯電した装置がシリンダータイプ音叉振動子７０に触れたりしても、音叉型水晶振動片２０には、図２ないし図４で説明した静電気放電の放電突起が形成されているので、一番狭い間隔の電極パターン間で短絡等が生じることがない。したがって、Ｈ型の音叉型水晶振動片２０の性能を十分に発揮できるシリンダータイプ音叉振動子７０となる。また、製造コストを上昇させることなく、シリンダータイプ音叉振動子７０を製造することができる。
【００５０】
＜ＳＭＤタイプの音叉型振動子５０の製造工程＞
図６は、図５（ａ）で説明したＳＭＤタイプの音叉型振動子５０の製造の全工程を示したフローチャートである。音叉型水晶発振器６０またはシリンダータイプ音叉振動子７０の製造工程は、多少異なるが大筋は同じである。
＜＜水晶振動片の外形形成の工程＞＞
ステップＳ１１２では、水晶単結晶ウエハ１０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、圧電材料としての水晶単結晶ウエハ１０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。
【００５１】
ステップＳ１１４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１０に、フォトレジスト層を全面にスピンコートなどの手法で均一に塗布する。フォトレジスト層としては、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。
【００５２】
次に、ステップＳ１１６では、露光装置を用いて、第１フォトマスクに描かれたＨ型の音叉型水晶振動片２０のパターンをフォトレジスト層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。ステップＳ１１６では、両面露光装置を使って３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて両面を露光する。
【００５３】
ステップＳ１１８では、水晶単結晶ウエハ１０のフォトレジスト層を現像して、感光したフォトレジスト層を除去する。さらに、フォトレジスト層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。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。これで耐蝕膜を除去することができる。次に、フッ酸溶液をエッチング液として、フォトレジスト層および耐蝕膜から露出した水晶材料を、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。このウェットエッチングは、フッ酸溶液の濃度や種類、温度等により時間が変化するが、約６時間ないし約１５時間かかる。
【００５４】
ステップＳ１２０では、不要となったフォトレジスト層と耐蝕膜を除去することによりに、図２または図４で示した音叉型水晶振動片２０が形成される。
＜＜電極の形成の工程＞＞
ステップＳ１２２では、音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、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。この金属膜は、下地となるクロム層と、金層とで構成する。たとえば、クロム層の厚みは１５０〜５０００オングストロームに、金層の厚みは１００〜５０００オングストロームにする。
【００５５】
ステップＳ１２４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Ｓ１２６では、電極パターンと対応した第２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層が塗布された水晶単結晶ウエハ１０を露光する。第２フォトマスクには、図２ないし図４で説明した静電気放電の電極パターンが描かれている。この電極パターンは音叉型水晶振動片２０の両面に形成する必要があるため、ステップＳ１２６では、３６５ｎｍのｉ線の露光光を用いて音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。両面露光装置を使って水晶振動片２０の両面を一度に露光することもでき、また、片面露光装置を使って水晶振動片２０の片面を露光し、水晶振動片２０を裏返して他方の片面を露光することもできる。
【００５６】
ステップＳ１２８では、フォトレジスト層を現像後、感光したフォトレジストを除去する。残るフォトレジストは電極パターンと対応したフォトレジストになる。
次いで、ステップＳ１２８では、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層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。続いて、ステップＳ１３０でフォトレジストを除去する。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０に励振電極などが正確な位置および電極幅で形成される。
【００５７】
ステップＳ１３２では、水晶単結晶ウエハ１０から音叉型水晶振動片２０を切り取る。必要があれば、連結部２８が基部２９の端部より外側で切り取られていないかをチェックする。
＜＜周波数調整およびパッケージングの工程＞＞
これまでの工程により、電極が形成された音叉型水晶振動片２０が得られたため、ステップＳ１３４では、図５（ａ）に示したセラミック製のパッケージ５２に音叉型水晶振動片２０を接着する。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２９の電極部２３ａ、２５ａを塗布した導電性接着剤の上に載置して、導電性接着剤を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤を本硬化する。
【００５８】
ステップＳ１３６では、さらに、音叉型水晶振動片２０の振動腕２１にレーザ光を照射して、振動腕２１の水晶単結晶ウエハ１０の一部または錘金属を蒸散・昇華させ、質量削減方式による周波数調整を行う。
【００５９】
次に、ステップＳ１３８で、真空チャンバ内などに水晶振動片２０を収容したパッケージ５１を移し、封止材５８により蓋体５９を封止する。続いてステップＳ１３８で、最後にＳＭＤタイプの音叉型振動子５０の駆動特性などの検査を行い、ＳＭＤタイプの音叉型振動子５０を完成させる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
上記実施形態では、音叉型水晶振動子で説明してきたがこれに限定されることはなく、他の形状の水晶振動子であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】（ａ）は、音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した図であり、(ｂ)は、音叉型水晶振動片２０の一本の振動腕２１のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】音叉型水晶振動片２０の基部２９を拡大した、実施形態１の静電気放電の電極パターンの図である。
【図３】実施形態２、実施形態３の静電気放電の電極パターンの図である。
【図４】実施形態４、実施形態５の静電気放電の電極パターンの図である。
【図５】音叉型水晶振動片２０を使ったセラミック製のパッケージ音叉型振動子５０、音叉型水晶発振器６０およびシリンダータイプ音叉振動子７０を示した図である。
【図６】セラミック製のパッケージ音叉型振動子５０の製造の全工程を示したフローチャートである。
【図７】人体からの静電気の放電電流波形の一例を示した図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  …  水晶単結晶ウエハ
２０  …  音叉型水晶振動片、
２３  …  第一電極（パターン）
２５  …  第二電極（パターン）
２３１，２３３，２３５  …  第一電極の放電突起
２５１，２５３，２５５  …  第二電極の放電突起
５０  …  セラミック製のパッケージ音叉型振動子
６０  …  音叉型水晶発振器
７０  …  シリンダータイプ音叉振動子
ＷＡ  …  側面電極２５ｃと溝電極２３ｄとの一番狭い隙間
ＷＢ  …  第１接続電極２３ｂと第２接続電極２５ｂとの一番狭い間隔
ＷＣ  …  放電突起における一番広い間隔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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