(57)【要約】【課題】幅すべりモードの影響を抑制しつつ、エネルギ閉じ込め効果を改善したＡＴカット水晶振動片を製造する。【解決手段】ＡＴカット水晶振動片３０は、水晶の結晶のＸ軸方向に長辺を有する矩形をなしかつその長辺方向の側面３２が水晶の自然面のｍ面である第１の結晶面３３とｍ面以外の自然面である第３の結晶面３４との２面で形成されたＡＴカット水晶板からなる水晶素子片３１と、その表裏主面に設けられた１対の励振電極３５ａ，３５ｂとを備える。水晶素子片の外形加工は、その外形に対応するマスク２２ａ，２２ｂをＡＴカット水晶板２１の表裏各面に互いに水晶の結晶のＺ´軸方向に位置をずらして形成し、表裏両面からウエットエッチングすることにより行う。水晶素子片は、励振部である厚肉中央部６３と薄肉周辺部６４とからなるメサ形状にすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶結晶のＸ軸方向を長辺とする矩形のＡＴカット水晶板からなる励振部を有する水晶素子片と、前記励振部の表裏主面に設けられた励振電極とを備え、前記励振部の長辺方向の両側面がそれぞれ水晶結晶のｍ面とｍ面以外の結晶面との２面で形成されていることを特徴とするＡＴカット水晶振動片。
【請求項２】
前記ｍ面以外の結晶面が前記励振部の主面の法線方向に対して３°±３０’の角度をもって傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のＡＴカット水晶振動片。
【請求項３】
前記水晶素子片が、前記励振電極を形成する厚肉中央部と薄肉周辺部とを有し、前記厚肉中央部と前記薄肉周辺部との段差の前記長辺方向の各側面が、水晶結晶のｍ面又はｍ面以外の結晶面で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＡＴカット水晶振動片。
【請求項４】
前記厚肉中央部に対する前記薄肉周辺部の厚さの差が前記厚肉中央部の厚さの１０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＡＴカット水晶振動片。
【請求項５】
ＡＴカット水晶板をウエットエッチングすることにより、水晶結晶のＸ軸方向を長辺とする矩形をなしかつその長辺方向の両側面がそれぞれ水晶結晶のｍ面とｍ面以外の結晶面との２面からなる励振部を有する水晶素子片の外形を加工する工程と、前記励振部の表裏主面に励振電極を形成する工程とからなることを特徴とするＡＴカット水晶振動片の製造方法。
【請求項６】
前記水晶素子片の外形加工工程が、前記ＡＴカット水晶板の表裏各面に前記励振部の外形に対応するマスクを形成し、前記マスクを用いて前記ＡＴカット水晶板を表裏両面からウエットエッチングする工程からなり、前記ＡＴカット水晶板の表面側の前記マスクと裏面側の前記マスクとを互いに水晶結晶のＺ´軸方向にずらして配置することを特徴とする請求項５に記載のＡＴカット水晶振動片の製造方法。
【請求項７】
前記ＡＴカット水晶板の厚さをＴ（μｍ）としたとき、前記マスクのずらし量Δｚ（μｍ）をΔｚ＝０．７５×Ｔ±２０％の範囲内で設定することを特徴とする請求項６に記載のＡＴカット水晶振動片の製造方法。
【請求項８】
外形加工した前記水晶素子片の表裏各面をウエットエッチングすることにより、前記励振電極を設ける厚肉中央部と薄肉周辺部とを、前記厚肉中央部と前記薄肉周辺部との段差の前記長辺方向の各側面が水晶結晶のｍ面又はｍ面以外の結晶面からなるように形成する工程を更に有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のＡＴカット水晶振動片の製造方法。
【請求項９】
前記厚肉中央部に対する前記薄肉周辺部の厚さの差を前記厚肉中央部の厚さの１０％以下とするように、前記水晶素子片の表裏各面をウエットエッチングすることを特徴とする請求項８に記載のＡＴカット水晶振動片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚みすべり振動モードを主振動とするＡＴカット水晶振動片及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に振動子、発振器、フィルタまたはセンサなどの圧電デバイスには、高い周波数が得られかつ安定した周波数特性を有する水晶が、圧電材料として広く採用されている。特に厚みすべり振動モードを主振動とする水晶振動子には、ＡＴカット水晶板が、常温付近での温度変化に対する周波数変化が少ないことから、最も広く使用されている。ＡＴカット水晶板は、水晶結晶のＸ軸とＺ軸とを含む平面をＸ軸の回りにＺ軸から反時計方向に約３５度１５分の角度で回転させた面が主面となるように切り出される。
【０００３】
厚みすべり振動モードの圧電振動片は、その厚さを中央部から端部に向けて徐々に薄く形成すると、端部での振動変位の減衰量が大きくなるので、振動片の中央部に振動エネルギを閉じ込める効果が高くなり、ＣＩ値、Ｑ値等の周波数特性が向上することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。その結果、圧電振動片を低周波化のために厚くしても、少ないエネルギで効率的に発振させることができ、逆に比較的高い周波数でも、振動片寸法を通常のものより小さくして小型化できる利点がある。この振動エネルギ閉込め効果を発揮し得る振動片の形状として、その主面を凸形曲面にしたコンベックス形状、平坦な厚肉中央部と端縁との間を斜面にしたベベル形状、平坦な厚肉中央部の周辺部分を薄肉化したメサ型等がある。
【０００４】
コンベックス形状の圧電振動片を加工するために、バレル研磨装置等の機械的な研磨加工で短冊状の圧電素子片を研磨する方法が知られている（例えば、特許文献２、３を参照）。また、圧電素子片の主面を段階的にウエットエッチングして、コンベックス形状に近似する階段形状に加工したり、更にこの階段形状をサンドブラストや研磨機などの機械加工でコンベックス形状に整える加工方法（例えば、特許文献４を参照）が提案されている。
【０００５】
ベベル形状は、同様に水晶片をバレル装置で機械的に研磨加工したり、エッチング液を用いたウエットエッチングにより化学的に加工する方法が知られている（例えば、特許文献５を参照）。また、ベベル形状の振動片の端部を枠状の支持部と一体化し、機械的強度に優れ、実装を容易にした圧電振動子がある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
メサ型の圧電振動片は、一般に水晶等の圧電基板をその主面中央にパターニングした電極膜をマスクとしてウエットエッチングすることにより、振動部である厚肉中央部と薄肉周辺部とを形成する（例えば、特許文献６を参照）。また、メサ型水晶振動子は、基板の長手方向に生じる屈曲振動がスプリアス増大の１つの原因であることが確認された。この不要波である屈曲振動を抑制するために、厚肉中央部に対する薄肉周辺部の厚みの差を１０％〜３０％に設定する構成が提案されている（例えば、特許文献７を参照）。更に、励振電極を厚肉中央部の段差より外側まで拡大することにより、容量比の低下防止、励振電極の良好な位置精度、及び段差におけるリードの断線防止を図った圧電振動子が知られている（例えば、特許文献８を参照）。
【０００７】
また、厚みすべり振動モードの圧電振動片において、高周波化を図るためには励振部の厚さを薄くする必要があることから、薄肉の励振部とその周囲に厚肉の補強枠とを一体化して機械的強度を向上させた逆メサ型の構造が良く知られている。更に、薄肉の励振部と補強枠との間にスリットまたは溝を形成して、補強枠から励振部に外力が伝わり難くし、信頼性を高めた水晶振動子が提案されている（例えば、特許文献９，１０を参照）。
【０００８】
他方、厚みすべりモードの共振周波数及びその周波数温度特性が周波数的に近接した高次の幅すべりモードに大きな影響を受けることは、従来からよく知られている。そして、圧電基板の主面の法線方向と長手方向の側面とがなす角度をほぼ３度傾斜させて、厚みすべり振動と高次の幅すべりモードとの結合を弱めて、周波数温度特性を改善した水晶振動子が提案されている（特許文献１１を参照）。
【０００９】
特許文献１１によれば、図７に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング加工を用いて、ＡＴカット水晶ウエハから水晶のＸ軸方向を長辺、Ｚ´軸方向を短辺とする短冊状の水晶基板をその主面の法線方向と長手方向の側面とのなす角度が約３°、より具体的には加工誤差等を考慮して３°±３０’の角度となるように加工する。先ず、所望の厚さを有するＡＴカット水晶基板１の両主面に例えばＣｒ／Ａｕからなるマスク２ａ，２ｂを形成する（図７（Ａ））。次に、基板１をその両面からウエットエッチングすると、図７（Ｂ）に示すように、水晶特有の自然面であるｍ面３、ｒ面４及びそれらと異なる結晶面５が現れる。エッチングを進めて、マスクされていない水晶部分が貫通すると、水晶のエッチング異方性からｍ面３及び結晶面５が大きくなり、基板１の側面に突起６が形成される（図７（Ｃ））。更にエッチングを進めて、突起６が完全に消滅するまでオーバエッチングすると、基板１の主面の法線方向に関して約３°の傾斜角度をなす前記結晶面からなる長手方向の側面７が形成される（図７（Ｄ））。
【００１０】
このように加工された短冊状の水晶基板を用いたＡＴカット水晶振動片を図８（Ａ）、（Ｂ）に示す。このＡＴカット水晶振動片１０は、図７（Ｄ）の基板１からマスク２ａ，２ｂを除去した水晶素子片１１の両主面に１対の励振電極１２ａ，１２ｂが形成されている。水晶素子片１１は、水晶結晶のＸ軸方向を長辺、Ｚ´軸方向を短辺とし、長手方向の側面１３は主面の法線方向に対して約３°の角度をもって傾斜している。これにより、幅すべり振動モードと厚みすべり振動モードとの結合が、側面の傾斜角度が０°の場合に比べて小さくなり、周波数温度特性を大幅に改善することができる。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−３５５０９４号公報
【特許文献２】特開２００３−２０５４４９号公報
【特許文献３】特開平８−２１６０１４号公報
【特許文献４】特開２００３−１６８９４１号公報
【特許文献５】特開２００１−２８５０００号公報
【特許文献６】特開２００６−１４０８０３号公報
【特許文献７】特開２００６−３４００２３号公報
【特許文献８】特開２００５−９４４１０号公報
【特許文献９】特開昭６１−１８９７１５号公報
【特許文献１０】特開平１０−３２４５６号公報
【特許文献１１】特開２００１−７６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献８のＡＴカット水晶振動子は、Ｚ´軸方向即ち振動片の幅方向に十分なエネルギ閉じ込め効果を得られないという問題がある。図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）に示すＡＴカット水晶振動片１０の幅方向における振動変位を示している。同図に示すように、振動変位は幅方向の両端において十分に減衰していないことが分かる。そのため、ＣＩ値、Ｑ値等の周波数特性を向上させることが困難になる。その影響は、特に水晶振動片の小型化を進めた場合に、外形の加工精度にばらつきが生じ易くなるので、大きくなる。更に、水晶基板をオーバエッチングするために、通常よりも長いエッチング時間を必要とし、水晶基板自体を損傷する虞がある。
【００１３】
上述したように、コンベックス形状の圧電振動片は高いエネルギ閉じ込め効果を得られるが、所望の外形加工が困難であるという問題がある。例えば、バレル研磨による機械加工は、加工精度の制御が困難で形状及び寸法のばらつきが大きく、しかも加工時間が長いので生産性の低下及びコストの増加を招き、研磨加工で荒れた水晶の表面層を励振電極の形成前にウエットエッチングで除去する必要がある。更にバレル研磨では、基板の長辺側が加工され易く、基板の幅方向をコンベックス形状を加工することは困難である。また、バレル研磨は、圧電振動片が小型化するほど軽量になるので、加工がより困難になる。
【００１４】
また、ウエットエッチングによる化学的加工方法は、上向き凸のコンベックス形状を加工できない問題がある。特にコンベックス形状に近似した階段形状の加工は、工程が複雑で工数が多くかつ工程管理が困難で、却って生産性の低下及びコストの増加を招く虞がある。
【００１５】
他方、メサ形状は、フォトリソグラフィ技術を利用したウエットエッチングにより簡単に加工され、形状のばらつきが小さいので量産に適しており、上述したコンベックス形状やベベル形状より有利である。しかしながら、厚肉中央部と薄肉周辺部との段差が存在するために、厚みすべりモードの主振動に重畳する幅すべりモード等の不要波が発生するという問題がある。
【００１６】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、水晶結晶のＸ軸方向を長辺とするＡＴカット水晶振動片において、幅すべりモードの影響を抑制して周波数温度特性を改善しつつ、特にＺ´軸方向においてエネルギ閉じ込め効果を向上させることにある。
更に本発明は、かかるＡＴカット水晶振動片が厚肉中央部と薄肉周辺部とを有するメサ形状の場合に、主振動に重畳する虞のある不要波の影響を有効に排除することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、上記目的を達成するために、水晶結晶のＸ軸方向を長辺とする矩形のＡＴカット水晶板からなる励振部を有する水晶素子片と、励振部の表裏主面に設けられた励振電極とを備え、励振部の長辺方向の両側面がそれぞれ水晶結晶のｍ面とｍ面以外の結晶面との２面で形成されたＡＴカット水晶振動片が提供される。
【００１８】
このように励振部の表裏主面即ちＡＴカット面に対して異なる角度で傾斜する２つの傾斜面からなる長辺方向の側面を有するＡＴカット水晶振動片は、幅方向の両端における振動エネルギの閉じ込め効果が大幅に改善されることが分かった。従って、振動片の主面をコンベックス形状に加工することなく、ＣＩ値、Ｑ値等の周波数特性を向上させることができる。しかも、振動片の長辺方向の側面は、その一部が主面の法線方向に関して約３°の角度をなす水晶の結晶面から構成されるので、幅すべりモードの影響をも抑制することができ、それに起因する周波数温度特性の劣化を改善することができる。
【００１９】
このｍ面以外の水晶結晶面は、上記特許文献８に記載されるように、加工誤差等を考慮したとき、励振部の主面の法線方向に対して３°±３０’の角度をもって傾斜するように設定することが、実際の製造上好ましい。
【００２０】
或る実施例では、水晶素子片が励振電極を形成する厚肉中央部と薄肉周辺部とからなるメサ形状を有し、これら厚肉中央部と薄肉周辺部との段差の前記長辺方向の各側面が、水晶結晶のｍ面又はｍ面以外の結晶面で形成される。これにより、メサ形状の振動エネルギ閉込め効果に加えて、主振動に重畳する幅すべりモード等の不要波を抑制でき、スプリアスを低下させることができる。
【００２１】
更に、或る実施例では、水晶素子片の厚肉中央部に対する薄肉周辺部の厚さの差を厚肉中央部の厚さの１０％又はそれ以下に小さくすることにより、振動エネルギ閉込め効果が幾分低下する反面、不要波の影響を抑制できる点では変わりなく、しかも薄肉周辺部をより厚くして、その機械的強度を高めることができる。
【００２２】
本発明の別の側面によれば、ＡＴカット水晶板をウエットエッチングすることにより、水晶結晶のＸ軸方向を長辺とする矩形をなしかつその長辺方向の両側面がそれぞれ水晶結晶のｍ面とｍ面以外の結晶面との２面からなる励振部を有する水晶素子片の外形を加工する工程と、励振部の表裏主面に励振電極を形成する工程とからなるＡＴカット水晶振動片の製造方法が提供される。
【００２３】
このように本発明のＡＴカット水晶振動片は、水晶のエッチング速度がその結晶方位別に異なるというエッチング異方性を利用することによって、水晶結晶のｍ面と励振部の主面の法線方向に関して約３°の角度をなす水晶のｍ面以外の結晶面とが現れるように長辺方向の側面を加工することができる。従来のような機械加工と異なり、ウエットエッチングは加工の制御が容易で形状及び寸法のばらつきが少なく、生産性の向上及びコストの低減を図ることができる。
【００２４】
或る実施例では、水晶素子片の外形加工工程が、ＡＴカット水晶板の表裏各面に励振部の外形に対応するマスクを形成し、該マスクを用いてＡＴカット水晶板を表裏両面からウエットエッチングする工程からなり、水晶板の表面側のマスクと裏面側のマスクとを互いに水晶結晶のＺ´軸方向にずらして配置することにより、長辺方向の側面を加工することができる。従来技術のようなオーバエッチングする必要がないので、水晶板を損傷する虞がない。
【００２５】
ここで、マスクをＺ´軸方向にずらして配置するとは、水晶基板の両主面にそれぞれマスクを、そのウエットエッチングによりｍ面が現れる側の端部において他方のマスクと重なるが、前記ｍ面以外の結晶面が現れる側の端部において他方のマスクと重ならないように、ずらして配置することをいうものとする。
【００２６】
この場合、マスクのずらし量Δｚ（μｍ）は、ＡＴカット水晶板の厚さをＴ（μｍ）として、Δｚ＝０．７５×Ｔ±２０％の範囲内で設定すると、マスクをずらし過ぎたり足りなくなる虞が無く、長辺方向の側面をより短いエッチング時間で効率良くかつ確実に加工することができる。
【００２７】
別の実施例では、外形加工した水晶素子片の表裏各面をウエットエッチングすることにより、励振電極を設ける厚肉中央部と薄肉周辺部とを、それら厚肉中央部と薄肉周辺部との段差の前記長辺方向の各側面が水晶結晶のｍ面又はｍ面以外の結晶面からなるように形成する工程を更に有する。これにより、振動エネルギ閉込め効果を発揮するメサ形状を形成するだけでなく、主振動に重畳する幅すべりモード等の不要波を抑制して、スプリアスを低下させ得るＡＴカット水晶振動片が得られる。
【００２８】
更に、厚肉中央部と薄肉周辺部とを形成する際に、厚肉中央部に対する薄肉周辺部の厚さの差を厚肉中央部の厚さの１０％又はそれ以下とするように、水晶素子片の表裏各面をウエットエッチングすると、振動エネルギ閉込め効果及び不要波の抑制効果を維持しつつ、薄肉周辺部をより厚くしてその機械的強度を高めると共に、エッチング量を少なくして水晶板への悪影響を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明の好適な実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の方法によりＡＴカット水晶素子片の外形を加工する過程を工程順に示している。本実施例では、図示するように右水晶を使用しているので、そのＸ軸方向を長辺、Ｚ´方向を短辺、Ｙ´方向を厚さとするように、水晶素子片を外形加工する。先ず、ＡＴカット水晶板をラッピング加工などして、所望の平面及び厚さを有するＡＴカット水晶基板２１を準備する。水晶基板２１の上下両主面に、例えば所定膜厚のＣｒ膜及びＡｕ膜を蒸着しかつフォトエッチングして、マスク２２ａ，２２ｂを形成する（図１（Ａ））。このとき、基板表面側のマスク２２ａを裏面側のマスク２２ｂに対して、水晶結晶のＺ´軸方向に或る量Δｚ（μｍ）だけずらして配置する。
【００３０】
次に、水晶基板２１をその両面から弗化アンモニウム溶液等の適当なエッチング液でウエットエッチングする。水晶のエッチング異方性によって、水晶基板２１の露出面には、ＡＴカット面からそれぞれ異なる角度で傾斜した水晶の第１〜第３の結晶面２３〜２５が現れる（図１（Ｂ））。図１（Ｂ）において、水晶基板２１の上面側には、Ｚ´軸方向の−側に水晶特有の自然面のｍ面である第１の結晶面２３とｒ面である第２の結晶面２４とが互いに境界を接するように形成され、Ｚ´軸方向の＋側にｍ面以外の水晶の自然面である第３の結晶面２５が形成される。水晶基板２１の下面側には、これとは点対称に、Ｚ´軸方向の＋側に水晶結晶のｍ面である第１の結晶面２３とｒ面である第２の結晶面２４とが互いに境界を接するように形成され、Ｚ´軸方向の−側にそれら以外の水晶の自然面である第３の結晶面２５が形成される。同図に矢印で示すように、水晶基板２１の露出面にエッチングを進めると、マスクされていない水晶部分が完全に貫通し、長手方向の側面２６が形成される（図１（Ｃ））。
【００３１】
このように各マスク２２ａ，２２ｂを、それぞれ第１の結晶面２３即ちｍ面が現れる側の端部において他方のマスクと重なるが、第３の結晶面２５が現れる側の端部において他方のマスクと重ならないように配置することによって、前記各結晶面のエッチング速度の違いから、従来技術のような突起が現れることなく、第１の結晶面２３と第３の結晶面２５との２面からなる側面２６を形成することができる。本明細書では、このようにマスクを水晶基板の両主面に配置することを、マスクをＺ´軸方向にずらして配置するということとする。その結果、本発明によれば、オーバエッチングする必要がないので、水晶基板を損傷する虞がない。
【００３２】
マスクのずらし量Δｚ（μｍ）は、水晶基板２１の厚さをＴ（μｍ）としたとき、Δｚ＝０．７５×Ｔ±２０％の範囲内で設定する。この計算式は、水晶の前記各結晶面のエッチング速度から経験的に導出したものである。側面２６を構成する第１の結晶面２３と第３の結晶面２５との割合は、マスクのずらし量Δｚに或る程度の幅があるので、その値を適当に選択することによって変えることができる。
【００３３】
図２（Ａ）、（Ｂ）は、本発明によるＡＴカット水晶振動片の好適な実施例を示している。このＡＴカット水晶振動片３０は、図１の工程に従って外形加工され、水晶結晶のＸ軸方向を長辺、Ｚ´軸方向を短辺とする矩形の水晶素子片３１を有する。該水晶素子片の長手方向の側面３２は、図１における第１及び第３の結晶面２３，２５とそれぞれ同じ水晶の第１の結晶面３３及び第３の結晶面３４の２面で形成されている。水晶振動片３０の長手方向の両側縁は、結晶面３３、３４の傾斜角度が異なり、それらが交差する位置及びそれらが水晶素子片３１の表裏主面と交差する位置が異なるので、それにより生じる光の屈折によって、図２（Ａ）のように平面視したとき、容易に視認することができる。従って、水晶振動片３０が小型化しても、個々の視認性が良く、組立及び取り扱い作業性が向上する。水晶素子片３１の表裏主面には、１対の励振電極３５ａ，３５ｂが形成されている。
【００３４】
図２（Ｃ）は、ＡＴカット水晶振動片３０の幅方向即ちＺ´軸方向における振動変位を示している。同図に示すように、本発明の水晶振動片は、幅方向の両端において振動変位が大きく減衰していることが分かる。従って、十分に大きいエネルギ閉じ込め効果が発揮され、ＣＩ値、Ｑ値等の周波数特性を大幅に向上させることができる。
【００３５】
更に、ＡＴカット水晶振動片３０は、長手方向の側面３２が、主面の法線方向に対して約３°、より具体的には上記特許文献８に記載されるように加工誤差等を考慮して３°±３０’の角度をもって傾斜する第３の結晶面３４を有するので、幅すべり振動モードと厚みすべり振動モードとの結合が、側面の傾斜角度が０°の場合に比べて小さくなる。従って、エネルギ閉じ込め効果に加えて、周波数温度特性の改善を図ることができる。
【００３６】
図３（Ａ）、（Ｂ）は、本発明によるＡＴカット水晶振動片の別の実施例を示している。本実施例のＡＴカット水晶振動片４１は逆メサ型の水晶素子片４２を有する。即ち、水晶素子片４２は、中央に比較的薄肉の矩形励振部４３と、その周囲に配置された厚肉の矩形補強枠部４４とを有する。励振部４３は、それよりも薄肉の連結部４５で全周に亘って補強枠部４４と一体に結合されている。
【００３７】
水晶素子片４２は、図１と同様の加工工程に従って、励振部４３の長辺が水晶のＸ軸方向となるように形成する。従って、励振部４３の長手方向の側面は、図１における第１及び第３の結晶面２３，２５とそれぞれ同じ水晶の第１の結晶面４６及び第３の結晶面４７の２面で形成される。励振部４３の表裏主面には、１対の励振電極４８ａ，４８ｂが形成される。これにより、図２のＡＴカット水晶振動片と同様に、エネルギ閉じ込め効果を改善して周波数特性の向上を図り、幅すべり振動モードの影響を抑制して周波数特性を改善することができる。
【００３８】
図４（Ａ）、（Ｂ）は、図３のＡＴカット水晶振動片の変形例を示している。本実施例のＡＴカット水晶振動片５１は、図３と同様に逆メサ型の水晶素子片５２を有するが、中央の比較的薄肉の矩形励振部５３と、その周囲に配置された厚肉の矩形補強枠部５４との間に貫通溝５５が設けられ、かつそれらが連結部５６で一体に結合されている。
【００３９】
水晶素子片５２は、図１と同様の加工工程に従って、励振部５３の長辺が水晶のＸ軸方向となるように形成する。従って、励振部５３の長手方向の側面は、図１における第１及び第３の結晶面２３，２５とそれぞれ同じ水晶の第１の結晶面５７及び第３の結晶面５８の２面で形成される。励振部５３の表裏主面には、１対の励振電極５９ａ，５９ｂが形成される。これにより、図２のＡＴカット水晶振動片と同様に、エネルギ閉じ込め効果を改善して周波数特性の向上を図り、幅すべり振動モードの影響を抑制して周波数特性を改善することができる。
【００４０】
図５（Ａ）、（Ｂ）は、本発明によるＡＴカット水晶振動片の更に別の実施例を示している。本実施例のＡＴカット水晶振動片６１はメサ型の水晶素子片６２を有する。即ち、水晶素子片６２は、励振部としての厚肉中央部６３とその周囲に薄肉周辺部６４とを有する。このメサ形状によって、本実施例は、更にエネルギ閉じ込め効果を改善して周波数特性を向上させ、幅すべり振動モードの影響をより一層抑制して周波数特性を改善することができる。厚肉中央部６３の表裏主面には、１対の励振電極６５ａ，６５ｂが形成されている。前記各励振電極は、それぞれ厚肉中央部６３から引き出されたリード６６ａ，６６ｂを介して、水晶素子片６２の長手方向の一方の端部に設けられた接続電極（図示せず）と電気的に接続されている。
【００４１】
水晶素子片６２は、上記各実施例と同様に、図１の加工工程に従って、水晶結晶のＸ軸方向を長辺、Ｚ´軸方向を短辺とする矩形に外形加工する。水晶素子片６２の長手方向の側面は、図１における第１及び第３の結晶面２３，２５とそれぞれ同じ水晶の第１の結晶面６７及び第３の結晶面６８の２面で形成される。
【００４２】
次に、水晶素子片６２に厚肉中央部６３と薄肉周辺部６４とをウエットエッチングにより形成する。図６（Ａ）に示すように、外形加工した水晶素子片６２の表裏各面に、例えば所定膜厚のＣｒ膜及びＡｕ膜を蒸着しかつフォトエッチングして、マスク６９ａ，６９ｂを形成する。水晶素子片６２の表裏各面を弗化アンモニウム溶液等の適当なエッチング液でウエットエッチングする。水晶素子片６２は、その露出面が薄肉化されると同時に、前記マスクで被覆した部分との境目にそれぞれ段差が形成される（図６（Ｂ））。
【００４３】
水晶素子片６２の長手方向に延びる段差７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂの側面には、水晶のエッチング異方性によって、図１（Ｂ）に関連して上述したと同様に、ＡＴカット面からそれぞれ異なる角度で傾斜した水晶の第１〜第３の結晶面が現れる。水晶素子片６２の上面側において、Ｚ´軸方向の−側の段差７０ａには、水晶結晶のｍ面である第１の結晶面とｒ面である第２の結晶面とが互いに境界を接するように形成され、Ｚ´軸方向の＋側の段差７０ｂには、ｍ面以外の水晶の自然面である第３の結晶面が形成される。水晶素子片６２の下面側には、これとは点対称に、Ｚ´軸方向の＋側の段差７１ａに水晶結晶のｍ面である第１の結晶面とｒ面である第２の結晶面とが互いに境界を接するように形成され、Ｚ´軸方向の−側の段差７１ｂにそれら以外の水晶の自然面である第３の結晶面が形成される。このように段差７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂの側面には決まった水晶結晶面が現れるので、厚肉中央部６３の形状は製造ばらつきを解消又は少なくすることができる。
【００４４】
厚肉中央部６３と薄肉周辺部６４との前記段差は、振動エネルギの閉込め効果が低減するとしても、厚みすべりモードの主振動に重畳する幅すべりモード等の不要波を抑制できればよく、僅かな大きさで十分である。本実施例では、図６（Ｂ）に示すように厚肉中央部６３及び薄肉周辺部６４の厚さをｔ0，ｔ1とした場合に、その差ｔ0−ｔ1が前記厚肉中央部の厚さｔ0の１０％又はそれ以下となるように設定する。これにより、薄肉周辺部６４をより厚く形成できるので、その機械的強度が増加する。水晶振動片６１は、通例長手方向の一方の端部即ち薄肉周辺部６４で片持ちにマウントされるから、より堅固にかつ確実に固定することができる。また、メサ形状を形成するためのエッチング量を少なくできるので、ウエットエッチングが水晶材料に及ぼし得る悪影響、例えばエッチピットの発生等を少なくすることができる。
【００４５】
本実施例においても、マスク６９ａ，６９ｂの上下位置を一致させて薄肉周辺部６４をウエットエッチングすると、水晶素子片６２の表面と裏面とにおいて、水晶結晶のＺ´軸方向に厚肉中央部６３の端縁位置が僅かにずれる虞がある。しかしながら、本実施例のようにエッチング量が少ない場合、厚肉中央部６３端縁の上下位置のずれは無視し得る程度に小さい。エッチング量が大きい場合には、それに対応してマスク６９ａ，６９ｂの上下位置をＺ´軸方向にずらすことができる。
【００４６】
このようにメサ形状を形成した水晶素子片６２は、その表裏両面からマスク６９ａ，６９ｂを剥離した後、例えば所定膜厚のＣｒ膜及びＡｕ膜を蒸着等により成膜して、再び電極膜を形成する。この電極膜をフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングすることにより、励振電極６５ａ，６５ｂ、リード６６ａ，６６ｂ及び前記接続電極を形成する。本実施例では、リード６６ａ，６６ｂを厚肉中央部６３のＸ軸方向の端縁から引き出すように形成する。Ｘ軸方向の段差７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂは、上述したように水晶結晶のｍ面とｒ面、又はｍ面以外の結晶面が現れるので、Ｘ軸方向のいずれの端縁も、その角部は鈍角となる。従って、リード６６ａ，６６ｂは前記段差の角部で断線したり十分な膜厚に成膜できなくなる虞が解消され、電気的特性の確保及び信頼性の向上を図ることができる。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は、上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。例えば、上記実施例では、水晶基板の両面を同時にウエットエッチングしたが、片面ずつエッチングすることもできる。また、本発明は、右水晶だけなく、左水晶についても同様に適用することができる。その場合にも、水晶基板の表裏主面に配置するマスクをＺ´軸方向にずらすことにより、同様に水晶のＸ軸方向に前記第１及び第３の結晶面の２面からなる長手方向の側面を形成することができる。また、水晶素子片の表裏各面に形成するマスク及び電極膜には、上述したＣｒ膜及びＡｕ膜以外の公知の様々な金属及び電極材料を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）図は、本発明の方法によりＡＴカット水晶素子片の外形を加工する工程をその順に示す図。
【図２】（Ａ）図は本発明によるＡＴカット水晶振動片の実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのII−II線における断面図、（Ｃ）図はそのＺ´軸方向（幅方向）における振動変位分布を示す線図。
【図３】（Ａ）図は本発明のＡＴカット水晶振動片の別の実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのIII−III線における断面図。
【図４】（Ａ）図は図３のＡＴカット水晶振動片の変形例を示す平面図、（Ｂ）図はそのIV−IV線における断面図。
【図５】（Ａ）図は本発明によるＡＴカット水晶振動片の更に別の実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのＶ−Ｖ線における断面図。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）図は、図５のＡＴカット水晶素子片の厚肉中央部を加工する工程を順に示す図。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）図は、従来方法によりＡＴカット水晶素子片の外形を加工する工程をその順に示す図。
【図８】（Ａ）図は従来技術によるＡＴカット水晶振動片を示す平面図、（Ｂ）図はそのVIII−VIII線における断面図、（Ｃ）図はそのＺ´軸方向（幅方向）における振動変位分布を示す線図。
【符号の説明】
【００４９】
１，２１…ＡＴカット水晶基板、２ａ，２ｂ，２２ａ，２２ｂ，６９ａ，６９ｂ…マスク、３，２３，３３，４６，５７，６７…第１の結晶面、４，２４…第２の結晶面、５，２５，３４，４７，５８，６８…第３の結晶面、６…突起、７，１３，２６，３２…側面、１０，３０，４１，５１，６１…ＡＴカット水晶振動片、１１，３１，４２，５２，６２…水晶素子片、１２ａ，１２ｂ，３５ａ，３５ｂ，４８ａ，４８ｂ，５９ａ，５９ｂ，６５ａ，６５ｂ…励振電極、４３，５３…励振部、４４，５４…補強枠部、４５，５６…連結部、５５…貫通溝、６３…厚肉中央部、６４…薄肉周辺部、６６ａ，６６ｂ…リード、段差…７０ａ，７０ｂ，７１ａ，７１ｂ。
【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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【図８】
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