(57)【要約】【課題】水晶振動片の振動腕が屈曲振動する際のＺ’方向の変位を小さくして、ＣＩ値の上昇を抑制することができる水晶振動片とその製造方法及び、この水晶振動片をパッケージに収容した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供すること。【解決手段】全体が水晶により形成され、基部５１と、この基部から平行に延びる一対の振動腕３４，３５とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部５６，５６，５７，５７を有する水晶振動片であって、前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている。【選択図】    図４
2004350015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、
前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている
ことを特徴とする、水晶振動片。
【請求項２】
前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の厚み方向の断面において、中心から表面側の断面積と、前記中心から裏面側の断面積とが、ほぼ同じとなるように構成されてい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３】
前記裏面側の溝部は、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部が長くなるように形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水晶振動片。
【請求項４】
前記裏面側の溝部は、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部の幅が大きく形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水晶振動片。
【請求項５】
ケースまたはパッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスであって、
前記水晶振動片は、
全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、
前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている
ことを特徴とする、水晶デバイス。
【請求項６】
水晶材料でなる基板の表面に、耐蝕膜を形成する工程と、
前記耐蝕膜に重ねてレジストを塗布する工程と、
前記レジスト及び前記耐蝕膜をウエットエッチングして、外形形成用マスクを作り、水晶材料をウエットエッチングすることにより、前記水晶振動片の外形形状を形成する外形形成工程と、
さらに、振動腕に形成される溝部に対応した形状に適合するように溝形成用マスクを形成して、水晶材料をハーフエッチングすることにより溝部を形成する溝形成工程と、
前記水晶振動片の外形と各振動腕の表面および裏面に前記溝部を形成した後に、必要な電極膜を形成する工程と
を含んでおり、
前記溝形成工程において、各振動腕の表面および裏面に設ける前記溝部の前記基部側の端部の剛性が、前記振動腕の表面と裏面とでほぼ一致する構造となるように形成する
ことを特徴とする、水晶振動片の製造方法。
【請求項７】
前記裏面側の溝部が、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部が長くなるように形成されることを特徴とする請求項６に記載の水晶振動片の製造方法。
【請求項８】
前記裏面側の溝部が、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部の幅が大きく形成されることを特徴とする請求項６に記載の水晶振動片の製造方法。
【請求項９】
パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した携帯電話装置であって、
前記水晶振動片が、
全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、
前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、携帯電話装置。
【請求項１０】
パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した電子機器であって、
前記水晶振動片が、
全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、
前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにしたことを特徴とする、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動片とその製造方法及び、この水晶振動片をパッケージに収容した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器において、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶振動子や水晶発振器等の水晶デバイスが広く使用されている。
図１６は、このような水晶デバイスに使用される水晶振動片の公知の構成例を示す概略図であり、（ａ）はその平面（表面）図、（ｂ）はその底面（裏面）図である（特許文献１参照）。
【０００３】
これらの図において、水晶振動片３は、例えば水晶の単結晶から切り出され音叉型に加工されて形成されている。このとき、図１６に示すＸ軸が電気軸、Ｙ’軸が機械軸及びＺ’軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出されることになる。
また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のＸ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸からなる直交座標系において、Ｘ軸回りに、Ｘ軸とＹ’軸とからなるＸＹ’平面を反時計方向に約１度乃至５度傾けて形成される。
このような水晶材料でなるウエハをエッチングすることにより図示の形状が形成されている。この場合、水晶振動片３は、基部５と、この基部５から平行に延びる一対の振動腕６，７を備える音叉型水晶片で構成されている。
【０００４】
水晶振動片３の基部５は、図示しないパッケージ側の電極部に対して固定されている。振動腕６，７には、図１６のＡ−Ａ線切断端面図である図１７に示すように、長さ方向に延びる溝部９，１０がそれぞれ形成されており、さらにこの振動腕６，７の表面には、励振電極が形成されている（図示せず）。この励振電極に対して外部から駆動電圧を印加することにより、振動腕６，７はその先端側６ａ，７ａを互いに接近、離間するように振動する。このような振動に基づく振動周波数を取り出すことにより、制御用のクロック信号等の各種信号に利用されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７５
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構造の水晶振動片３は、図１７に示されているように、各振動腕６，７の上面及び下面に、それぞれ溝部９，９，１０，１０を形成して、各溝部９，９，１０，１０内にも励振電極（図示せず）を設けることで、電界効率を向上させて、優れた振動性能を得るようにしている。
そして、このような形状を有する水晶振動片３を形成するためには、その外形を水晶のウエットエッチングにより形成し、さらに、各振動腕６，７の溝部９，９，１０，１０をエッチング液を用いてハーフエッチングにより形成する製造工程が採用されている。
【０００７】
図１８は図１６のＢ−Ｂ線切断端面図であり、ウエットエッチングにより形成された溝部９にあっては、基部５側の端部における表面側（＋Ｚ’側）と、裏面側（−Ｚ’側）との構造を比較すると、水晶のエッチング異方性に基づいて、裏面側（−Ｚ’側）に傾斜角度の大きな傾斜面９ａが形成される。
【０００８】
このため、傾斜面９ａが形成された箇所の垂直断面においては、表面側の領域ＯＣよりも裏面側の領域ＵＣの断面積が大きくなることから、図１８のＺ’方向に関して、表側（＋Ｚ’側）と裏面側（−Ｚ’側）とで剛性が異なり、振動腕６，７が屈曲振動する際に、Ｚ’方向の変位が大きくなってしまい、その結果、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）値が大きくなるという問題がある。
特に、小型の水晶振動片の場合には、もともとＣＩ値が大きくなる傾向があることから、できるだけＣＩ値を抑制する必要がある。
【０００９】
本発明は、水晶振動片の振動腕が屈曲振動する際のＺ’方向の変位を小さくして、ＣＩ値の上昇を抑制することができる水晶振動片とその製造方法及び、この水晶振動片をパッケージに収容した水晶デバイス、ならびに水晶デバイスを利用した携帯電話と電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、第１の発明によれば、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている、水晶振動片により、達成される。
第１の発明の構成によれば、水晶振動片の振動腕には、その表面と裏面とに溝部が形成されており、この溝部の前記基部側の端部の構成について、前記表面と裏面とで、剛性がほぼ一致する構造とされている。このため、複数の振動腕が水平方向に変位して屈曲振動する場合に、この水平方向と直交するＺ’方向への変位が生じにくくなる。
かくして、本発明の水晶振動片は、振動腕が屈曲振動する際のＺ’方向の変位を小さくして、ＣＩ値の上昇を抑制することができるという効果を発揮する。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の厚み方向の断面において、中心から表面側の断面積と、前記中心から裏面側の断面積とが、ほぼ同じとなるように構成されていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、その前記基部側の端部において、厚み方向の変位に関して、前記中心から表面側と、前記中心から裏面側の断面二次モーメントをほぼ一致させることができる。これにより、前記表面と裏面とで、剛性をほぼ一致させることができる。
【００１２】
第３の発明は、第１または２のいずれかの発明の構成において、前記裏面側の溝部は、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部が長くなるように形成されていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、水晶振動片の各振動腕の溝部に関して、振動腕の表面側の溝部の基端側の端部を長くしている。このため、ウエットエッチングにより溝部を設けた場合に、エッチング異方性に基づいて裏面側の溝部に形成される大きな傾斜角の傾斜面は、長さ方向に沿って基部側に移動することから、表面側の溝部の基部側の端部付近の位置では、振動腕の裏面側では、前記傾斜面が存在しなくなる。このため、振動腕の垂直断面においては、表面側の領域と裏面側の領域の断面積が、表面側の溝部の基部側の端部付近ではほぼ等しくなることから、表面側と裏面側とで、Ｚ’方向の剛性をほぼ一致させることができる。
【００１３】
第４の発明は、第１または２のいずれかの発明の構成において、前記裏面側の溝部は、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部の幅が大きく形成されていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、振動腕の表面側の溝部の基部側の端部付近において、裏面側では、溝部の幅が大きくなった分だけ、断面積が減少されている。この断面積の減少により、ウエットエッチングにより溝部を設けた場合に、エッチング異方性に基づいて裏面側の溝部に形成される大きな傾斜角の傾斜面が存在することによる断面積の増加分が相殺されて、振動腕の垂直断面においては、表面側の領域と裏面側の領域の断面積が、表面側の溝部の基部側の端部付近ではほぼ等しくなることから、表面側と裏面側とで、Ｚ’方向の剛性をほぼ一致させることができる。
【００１４】
上述の目的は、第５の発明によれば、ケースまたはパッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスであって、前記水晶振動片は、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている、水晶デバイスにより、達成される。
【００１５】
第５の発明の構成によれば、ケースまたはパッケージに収容される水晶振動片を小型に形成した場合にも、水晶振動片の振動腕には、その表面と裏面とに溝部が形成されており、この溝部に電極を形成することで電界効率を高めるようにされている。この場合、水晶振動片の各振動腕の溝部の前記基部側の端部の構成について、前記表面と裏面とで、剛性がほぼ一致する構造とされている。このため、複数の振動腕が水平方向に変位して屈曲振動する場合に、この水平方向と直交するＺ’方向への変位が生じにくくなる。
これにより、小型でＣＩ値が低い水晶振動片を利用しているので、これを収容するためのパッケージやケースを小型にすることができ、小型で高性能な水晶デバイスを得ることができる。
【００１６】
上述の目的は、第６の発明によれば、水晶材料でなる基板の表面に、耐蝕膜を形成する工程と、前記耐蝕膜に重ねてレジストを塗布する工程と、前記レジスト及び前記耐蝕膜をウエットエッチングして、外形形成用マスクを作り、水晶材料をウエットエッチングすることにより、前記水晶振動片の外形形状を形成する外形形成工程と、さらに、振動腕に形成される溝部に対応した形状に適合するように溝形成用マスクを形成して、水晶材料をハーフエッチングすることにより溝部を形成する溝形成工程と、前記水晶振動片の外形と各振動腕の表面および裏面に前記溝部を形成した後に、必要な電極膜を形成する工程とを含んでおり、前記溝形成工程において、各振動腕の表面および裏面に設ける前記溝部の前記基部側の端部の剛性が、前記振動腕の表面と裏面とでほぼ一致する構造となるように形成する、水晶振動片の製造方法により、達成される。
【００１７】
第６の発明の構成によれば、ウエットエッチングの手法を用いて、水晶振動片の外形と振動腕の溝部の外形とを形成する際のマスクを、前記耐蝕膜により設ける工程では、各振動腕の表面および裏面に設ける前記溝部の前記基部側の端部の剛性が、前記振動腕の表面と裏面とでほぼ一致する構造となるようにマスク形成する。これにより、形成された前記溝部の前記基部側の端部の構成について、前記表面と裏面とで、剛性がほぼ一致する構造とされることから、複数の振動腕が水平方向に変位して屈曲振動する場合に、この水平方向と直交するＺ’方向への変位が生じにくくなる。
【００１８】
第７の発明は、第６の発明の構成において、前記裏面側の溝部が、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部が長くなるように形成されることを特徴とする。
第７の発明の構成によれば、前記マスクの前記溝部に対応した箇所に関して、前記振動腕の前記裏面側の溝部が、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部が長くなるようにする。これにより振動腕の表面側と裏面側に形成される溝部に関して、エッチング異方性に基づいて裏面側の溝部に形成される大きな傾斜角の傾斜面を、長さ方向に沿って基部側に移動させることができる。このため、表面側の溝部の基部側の端部付近において、振動腕の裏面側では、前記傾斜面が存在しなくなる。これにより、振動腕の垂直断面においては、図１８で説明した表面側の領域と裏面側の領域の断面積が、表面側の溝部の基部側の端部付近ではほぼ等しくなることから、表面側と裏面側とで、Ｚ’方向の剛性をほぼ一致させることができる。
【００１９】
第８の発明は、第６の発明の構成において、前記裏面側の溝部が、前記表面側の溝部よりも、前記基部側の端部の幅が大きく形成されることを特徴とする。
第８の発明の構成によれば、前記マスクの前記溝部の前記基部側の端部に対応した箇所に関して、表面側と裏面側で、幅を変えて、裏面側の溝部を幅広にする。これにより、振動腕の表面側の溝部の基部側の端部付近において、裏面側では、溝部の幅が大きくなった分だけ、断面積が減少され、この断面積の減少により、エッチング異方性に基づいて裏面側の溝部に形成される大きな傾斜角の傾斜面が存在することによる断面積の増加分が相殺される。このため、振動腕の垂直断面においては、図１８で説明した表面側の領域と裏面側の領域の断面積が、表面側の溝部の基部側の端部付近ではほぼ等しくなることから、表面側と裏面側とで、Ｚ’方向の剛性をほぼ一致させることができる。
【００２０】
また、上述の目的は、第９の発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した携帯電話装置であって、前記水晶振動片が、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした携帯電話装置により、達成される。
【００２１】
また、上述の目的は、第１０の発明によれば、パッケージ内に水晶振動片を収容した水晶デバイスを利用した電子機器であって、前記水晶振動片が、全体が水晶により形成され、基部と、この基部から平行に延びる複数の振動腕とを備え、各振動腕の表面と裏面に長さ方向に延びるようにエッチングにより形成された溝部を有する水晶振動片であって、前記振動腕の表面と裏面にそれぞれ形成されている前記溝部は、その前記基部側の端部の剛性が表面と裏面とでほぼ一致する構造とされている水晶デバイスにより、制御用のクロック信号を得るようにした電子機器により、達成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明の水晶デバイスの実施の形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＤ−Ｄ線概略断面図である。
図において、水晶デバイス２０は、水晶振動子を構成した例を示しており、この水晶デバイス２０は、パッケージ３６内に水晶振動片３２を収容している。パッケージ３６は、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質の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た後、焼結して形成されている。複数の各基板は、その内側に所定の孔を形成することで、積層した場合に内側に所定の内部空間Ｓ２を形成するようにされている。
この内部空間Ｓ２が水晶振動片を収容するための収容空間である。
すなわち、図２に示されているように、この実施形態では、パッケージ３６は、例えば、下から第１の積層基板５２、第２の積層基板５３を重ねて形成されている。
【００２３】
パッケージ３６の内部空間Ｓ２内の図において左端部付近において、内部空間Ｓ２に露出して内側底部を構成する第１の積層基板５２には、例えば、タングステンメタライズ上にニッケルメッキ及び金メッキで形成した電極部３１，３１が設けられている。
この電極部３１，３１は、外部と接続されて、駆動電圧を供給するものである。この各電極部３１，３１の上に導電性接着剤４３，４３が塗布され、この導電性接着剤４３，４３の上に水晶振動片３２の基部５１が載置されて、導電性接着剤４３，４３が硬化されるようになっている。尚、導電性接着剤４３，４３としては、接合力を発揮する接着剤成分としての合成樹脂剤に、銀製の細粒等の導電性の粒子を含有させたものが使用でき、シリコーン系、エポキシ系またはポリイミド系導電性接着剤等を利用することができる。
【００２４】
パッケージ３６の開放された上端には、ロウ材３３を用いて蓋体３９が接合されることにより、封止されている。蓋体３９は、好ましくは、パッケージ３６に封止固定した後で、図２に示すように、外部からレーザ光Ｌ２を水晶振動片３２の後述する金属被覆部に照射して、質量削減方式により周波数調整を行うために、光を透過する材料，特に、薄板ガラスにより形成されている。
蓋体３９として適するガラス材料としては、例えば、ダウンドロー法により製造される薄板ガラスとして、例えば、硼珪酸ガラスが使用される。
【００２５】
水晶振動片３２は、後述する製造工程により水晶をエッチングして形成されており、本実施形態の場合、水晶振動片３２は、小型に形成して、必要な性能を得るために、特に図１で示す形状とされている。
すなわち、水晶振動片３２は、図１に示すＸ軸が電気軸、Ｙ’軸が機械軸及びＺ’軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出された水晶ウエハをウエットエッチングして形成されている。水晶振動片３２は、パッケージ３６側と後述するようにして固定される基部５１と、この基部５１を基端として、図において右方に向けて、二股に別れて平行に延びる複数の振動腕、特に一対の振動腕３４，３５を備えており、全体が音叉のような形状とされた、所謂、音叉型水晶振動片が利用されている。
【００２６】
図１に示されているように、基部５１の振動腕３４，３５側端部には、幅方向に凹状とされた切欠き部５１ａ，５１ａが形成されている。各振動腕３４，３５の基端部は僅かに外方に突出している。
これにより、各振動腕３４，３５からの基部５１側への振動の漏れ込みを防止するようにされている。
【００２７】
図１および、この図１のＥ−Ｅ線切断端面図である図３に示すように、水晶振動片３２の各振動腕３４，３５の表面および裏面には、それぞれ長さ方向に延びる溝部が形成されている。この各溝部は表面側である＋Ｚ’側が溝部５６，５６、裏面側である−Ｚ’側が溝部５７，５７とされており、これら溝部５６と溝部５７の深さは同じである。
また、後述するウエットエッチングにより、溝部５６と溝部５７を形成することにより、図３に示すように、各振動腕３４，３５の右側面には、水晶のエッチングによる異方性に基づいて、突起もしくはヒレ状の異形形状部６５，６５が形成されている。
【００２８】
さらに、図１において、水晶振動片３２の基部５１の幅方向両端付近には、引出し電極５８，５９が形成されている。各引出し電極５８，５９は、水晶振動片３２の基部５１の裏面にも同様に形成されている。
これらの各引出し電極５８，５９は、上述したように図１に示されているパッケージ側の電極部３１，３１と導電性接着剤４３，４３により接続される部分である。そして、各引出し電極５８，５９は、各振動腕３４，３５の溝部５６，５７内に設けた励振電極と接続されている。
【００２９】
すなわち、図１及び図３に示すように、各振動腕３４，３５の溝部５６，５７内には、電極が形成されている。具体的には、振動腕３４の溝部５６および５７内には、励振電極６３，６３が、振動腕３４の両側面には、これと対となる励振電極６４，６４とが形成されている。一方、振動腕３５の溝部５６および５７内には、励振電極６４，６４が、振動腕３５の両側面には、これと対となる励振電極６３，６３とが形成されている。
これら励振電極６３と励振電極６４は、それぞれ対応する図１の引出し電極５８，５９に接続されている。そして励振電極６３と励振電極６４は、各溝部５６，５７の各壁部を構成する水晶材料を挟んで対向するように形成されることにより、引出し電極５８，５９を介して印加された駆動電圧の作用で励振電極６３と励振電極６４に挟まれた水晶材料に電界を生じることができ、これにより、効率的に振動腕３５の屈曲振動を生じるようにされている。
【００３０】
図４は水晶振動片３２を示しており、（ａ）は水晶振動片３２の表面側を示す概略平面図、（ｂ）は水晶振動片３２の裏面側を示す概略底面図である。これらの図では引出し電極と励振電極の図示を省略している。
図示されているように、裏面側の溝部５７，５７は、表面側の溝部５６，５６よりも長く、特に、裏面側の溝部５７，５７の基部５１側の端部が、基部５１の外縁端部５１ｂの方向に向けて、長さ方向に沿って、ＡＬの分だけ延長されている。
【００３１】
この結果、図５に示すように、後述するウエットエッチングにより溝部を設けると、裏面側に形成される溝部５７内の大きな傾斜角の傾斜面５７ａは、長さ方向に沿って基部側に移動することから、表面側の溝部５６の基部側の端部付近（図５の溝部５６の左端付近）の位置では、振動腕の裏面側の溝部５７内には、傾斜面５７ａが存在しなくなる。このため、図５の溝部５６の左端付近における振動腕の垂直断面（厚み方向の断面）においては、厚み方向の中心線ＮＣに関して、表面側の領域ＯＮＣと裏面側の領域ＵＮＣの断面積が、ほぼ等しくなる。このため、厚み方向の変位に関して、中心線ＮＣから表面側と、中心線ＮＣから裏面側の断面二次モーメントをほぼ一致させることができる。
したがって、図２の矢印Ｇで示すような振動腕のＺ’方向の変位において問題となるＺ’方向の剛性を、表面側と裏面側とでほぼ一致させることができる。
【００３２】
このため、図１の水晶振動片３２においては、振動腕３４，３５が水平方向に変位して屈曲振動する場合に、この水平方向と直交するＺ’方向への変位が生じにくくなり、屈曲振動する際のＺ’方向の変位を小さくして、ＣＩ値の上昇を抑制することができる。
【００３３】
次に、図６ないし図８は、本実施形態の水晶振動片３２の製造方法の一例を説明するための工程図であり、各工程は、上述した図３の振動腕３４，３５の切断面のうち、一方の振動腕３５に対応した領域についてだけ工程順に示されているが、振動腕３４，３５を含む水晶振動片３２の全体について同様に進行するものである。
【００３４】
これらの図を参照して、水晶振動片３２の好ましい製造方法を説明する。
図６（ａ）において、水晶振動片３２を複数もしくは多数分離することができる大きさの水晶材料でなる基板７１を用意する。基板７１は、例えば水晶の単結晶から切り出され、以下で説明するようにして音叉型に加工されて形成される。先ず、基板７１は、図１に示すＸ軸が電気軸、Ｙ’軸が機械軸及びＺ’軸が光軸となるように水晶の単結晶から切り出される水晶ウエハが使用される。また、水晶の単結晶から切り出す際、上述のＸ軸、Ｙ’軸及びＺ’軸からなる直交座標系において、Ｘ軸回りに、Ｘ軸とＹ’軸とからなるＸＹ’平面を時計方向に約マイナス５度乃至プラス５度傾けて形成される。
【００３５】
（耐蝕膜の形成工程）
次に、図６（ｂ）に示すように、基板７１の表面（表裏面）に、スパッタリングもしくは蒸着等の手法により、耐蝕膜７２を形成する。図示されているように、水晶基板７１の表裏両面に耐蝕膜７２が形成され、耐蝕膜７２は、例えば、下地層としてのクロム層７２ａと、その上に被覆される金被覆層７２ｂで構成される。
尚、以下の工程では、基板７１の図６において上下両面に同一の加工が行われるので、煩雑さを避けるため、上面についてだけ説明する。
【００３６】
（外形形成エッチング工程）
図６（ｃ）に示すように、全面にレジスト７３を塗布する（レジストの塗布工程）。そして、図６（ｄ）に示すように、外形パターニングのためにレジスト７３の上にマスク７４を配置する。
マスク７４は、図示された外側の縁部が、振動腕の外形に対応している。
かくして、図６（ｄ）に示すように、外形パターニングのためにレジスト７３の上にマスク７４を配置し、露光後、図６（ｅ）に示すように、感光したレジスト７３を除去する。勿論、フォトリソグラフィの手法に基づき、ネガとポジの両方の手法を選択する場合には、マスク７４の開口部とその周囲との関係は反対となる。
【００３７】
次に、図７（ｆ）に示すように、除去したレジスト部分に対応してＡｕ，Ｃｒの順に耐蝕膜である金属被覆層を除去する。そして、図７（ｇ）に示すように、レジストを除去して露出した耐蝕膜７２，７２の幅方向の外縁（図において左右の外縁）が外形形成用マスクとして残す。
次いで、外形形成エッチングを行う前に、耐蝕膜７２，７２をさらに加工して、溝形成用のマスクを作る。
すなわち、図７（ｈ）に示すように、レジスト７５を表面に塗布し、図７（ｉ）に示すように、溝幅Ｗ１を設けたマスク７６，７６を配置する。
続いて、図７（ｊ）に示すように、マスク７６，７６から露出したレジスト７５を除去して、マスク７６，７６を除去する。
【００３８】
次いで、図８（ｋ）に示すように、基板７１の露出した水晶材料をウエットエッチングにより除去する。つまり、例えば、フッ酸溶液をエッチング液として、水晶振動片の外形のエッチングを行う。この外形形成エッチング工程は、１００分ないし２００分程度である。この所要時間はフッ酸溶液の濃度や種類、温度等により変化する。この実施形態では、エッチング液として、フッ酸、フッ化アンモニウムを用いて、その濃度として容量比１：１、温度６５度±１度（摂氏）の条件により、外形形成エッチング工程が完了する。
なお、この工程で、水晶のエッチング異方性により振動腕の側面にヒレ状の異形形状部６５が形成される。
【００３９】
（溝形成工程）
次に、図８（ｌ）に示すように、露出した耐蝕膜７２をエッチングにより除去して、図７（ｉ）で説明した溝幅Ｗ１を有するようにされた耐蝕膜７２でなる溝形成用マスクを作る。
次いで、図８（ｍ）に示すように、フッ酸溶液をエッチング液として、水晶振動片の溝部のハーフエッチングを行う。このハーフエッチング工程は、外形エッチングにおけるエッチング液や温度の条件と同一にして、例えば、３２．５分（±５分）程度要する。
したがって、この図８（ｌ）の工程で作られる耐蝕膜７２でなる溝形成用マスクを、図４で説明したように、振動腕の表面側と裏面側とで長さを異ならせれば、図５で説明したような長さの異なる溝部５６と溝部５７とを形成することができる。
【００４０】
（電極膜の形成工程）
続いて、水晶振動片３２の電極を形成する。
すなわち、図８（ｎ）に示す電極が形成されていない振動腕（水晶片）の全外面に、スパッタリング等によって、電極となる金属で電極膜を形成する（図示せず）。電極膜は、例えば、Ｃｒを下地層として、Ａｕを被覆する。
次に、その外側に例えば、スプレー方式により、レジストを塗布し、パターニングを行い、露光により感光していないレジストを除去する。
そして、レジストが除去されることにより露出した電極膜についてＡｕ、Ｃｒの順にエッチングにより除去する。
これにより、図３で説明したような励振電極６３と励振電極６４が形成された水晶振動片が完成する。なお、図６ないし図８では、振動腕３５の断面だけが示されている。
【００４１】
図９は、上述の製造工程により形成した水晶振動片３２と、従来の水晶振動片について、屈曲振動の際におけるＺ’方向の変位量を比較したグラフである。図示されているように、本実施形態では、従来と比べてＺ’方向の変位量が著しく小さくなることから、ＣＩ値を抑制することができる。
【００４２】
図１０は、本発明の水晶振動片の第２の実施形態を示しており、（ａ）は水晶振動片２２の表面側を示す概略平面図、（ｂ）は水晶振動片２２の裏面側を示す概略底面図である。これらの図では引出し電極と励振電極の図示を省略している。
また、図１１は図１０（ａ）のＨ−Ｈ線切断端面図である。
これらの図において、水晶振動片２２にあっては、第１の実施形態の水晶振動片３２と共通する符号を付した箇所は同一の構成であるから重複する説明を省略し、相違点を中心に説明する。
【００４３】
図１０に示されているように、水晶振動片２２においては、各振動腕３４，３５の表面側の溝部５６，５６の幅ＧＷ１，ＧＷ１よりも、裏面側の溝部２１，２１は、基部５１側の端部付近の部分２３，２３の幅ＧＷ２，ＧＷ２が大きく形成されている。
このため、裏面側において、溝部２１の部分２３において幅が大きくなった分だけ、他の領域と比べて厚み方向の切断断面積が減少されている。この断面積の減少により、ウエットエッチングにて溝部５６，５６，２１，２１を設けた場合に、エッチング異方性に基づいて裏面側の溝部に形成される大きな傾斜角の傾斜面２１ａ（図１１参照）が存在することによる断面積の増加分が相殺される。
【００４４】
つまり、図１１の溝部５６，２１の左端付近における振動腕の垂直断面においては、厚み方向の中心線ＮＣに関して、表面側の領域ＯＮＣと裏面側の領域ＵＮＣの断面積が、ほぼ等しくなる。したがって、図５の場合と同様に、図２の矢印Ｇで示すような振動腕のＺ’方向の変位において問題となるＺ’方向の剛性を、表面側と裏面側とでほぼ一致させることができる。
その他の作用効果は、第１の実施形態と同じである。
【００４５】
図１２は、本発明の水晶振動片の第３の実施形態を示しており、振動腕のＺ’方向の変位において問題となるＺ’方向の剛性を、表面側と裏面側とでほぼ一致させるための構成の要部を示す図である。
第３の実施形態では、図１２に示す構成以外は第１の実施形態と同じであるから、重複する説明は省略して、相違点だけを説明する。
【００４６】
図１２は、ひとつの振動腕の基部付近を長さ方向に切断して一部を示す図である。
振動腕の表面側の溝部５６−１の深さＤ１は、裏面側の溝部５７−１の深さＤ２よりも小さくなるようにされている。これにより、厚み方向の中心線ＮＣに関して、表面側の領域ＯＮＣと裏面側の領域ＵＮＣの厚み方向の断面積が、ほぼ等しくなる。したがって、図５の場合と同様に、図２の矢印Ｇで示すような振動腕のＺ’方向の変位において問題となるＺ’方向の剛性を、表面側と裏面側とでほぼ一致させることができる。
その他の作用効果は、第１の実施形態と同じである。
【００４７】
図１３は、本発明による第４の実施形態としての水晶振動片であるジャイロセンサの概略構成を示す概略平面図であり、図１４は図１３のＩ−Ｉ線切断端面図である。
図１３において、Ｘ方向は水晶の電気軸、Ｙ’方向は水晶の機械軸、Ｚ’方向は水晶の光軸（成長軸）を示している。
図１３において、ジャイロセンサ８０は、センサ本体８１が、パッケージ９８内に収容されており、このパッケージ９８内は、第１の実施形態で説明したのとほぼ同様に、センサ本体８１を収容できる形態の箱状に形成されており、センサ本体８１を励振する励振回路等の駆動手段と、センサ本体８１からの振動を検出する回路等を備えている（図示せず）。
【００４８】
センサ本体８１は、水晶をエッチングして第１の実施形態の水晶振動片と同じ工程により形成されている。つまり、センサ本体８１は、第１の実施形態の水晶振動片３２と形状は異なるが同じ製造工程により、後述する外形と溝部とを形成することができる。
図１３において、センサ本体８１の左右の方向に長い基部８２は、パッケージ９８に対して固定されている。
【００４９】
基部８２の左右の端部付近を起点として、基部８２の延びる方向と直交する方向で、かつ図１３の上方に向かって励振用振動腕８４，８４が平行に延びている。また、基部８２の左右の端部付近を起点として、基部８２の延びる方向と直交する方向で、かつ図１３の下方に向かって検出用振動腕８５，８５が平行に延びている。
【００５０】
そして、各励振用振動腕８４，８４の表面側には、それぞれ長さ方向に並んだ長い溝部５６，５６が設けられており、図１４に示されているように、裏面側には、溝部５７，５７が設けられている。これらの各溝部には、第１の実施形態と同様に励振電極が形成されている（図示せず）。
【００５１】
図１３において、ジャイロセンサ８０の励振用振動腕８４，８４は、駆動手段としての図示しない励振回路から、駆動用電圧が印加されることにより、矢印Ｅ，Ｅに示すように、その先端部どうしが接近したり離間したりするようにして振動する。この際に、図１３に示すように、Ｙ’軸回りに回転角速度ωが働くと、励振用振動腕８４，８４は、Ｘ軸方向の振動の方向と、回転角速度ωとのベクトル積の方向に働くコリオリの力Ｆｃを受けて、次式にしたがって、Ｙ’軸に沿って（プラスＹ方向とマイナスＹ方向に交互に）振動するようになっている（ウオーク振動）。この振動は基部８２を介して検出用振動腕８５，８５に伝えられる。
Ｆｃ＝２ｍＶ・ω（ｍは、励振用振動腕８４，８４の振動部分の質量、Ｖは励振用振動腕８４，８４の速度）・・・・・・（１）式
【００５２】
検出用振動腕８５の振動に基づく電界は、図示しない検出用電極により信号として取り出され、かくして回転角速度ωの検出を行うことができる。
したがって、本実施形態によれば、励振用振動腕８４，８４にそれぞれ溝部５６，５６，５７，５７を形成するに際して、例えば、第１の実施形態と同様に、溝部５７，５７だけを支持部側に向かって延長することができる。これにより、図５で説明したのと同様に、図１４に示すように、裏面側に形成される溝部５７内の大きな傾斜角の傾斜面５７ａは、長さ方向に沿って支持部８３側に移動する。このため、図１４の溝部５６の左端付近における振動腕の垂直断面（厚み方向の断面）においては、厚み方向の中心線ＮＣに関して、表面側の領域ＯＮＣと裏面側の領域ＵＮＣの断面積が、ほぼ等しくなる。このため、厚み方向の変位に関して、中心線ＮＣから表面側と、中心線ＮＣから裏面側の断面二次モーメントをほぼ一致させることができる。
したがって、図２の矢印Ｇで示すような振動腕のＺ’方向の変位において問題となるＺ’方向の剛性を、表面側と裏面側とでほぼ一致させることができるので、Ｚ’方向の変位を少なくし、検出信号のＳ／Ｎ比を改善することができるとともに、ＣＩ値を低減することができる。
【００５３】
図１５は、本発明の上述した実施形態に係る水晶デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図である。
図において、送信者の音声を受信するマイクロフォン３０８及び受信内容を音声出力とするためのスピーカ３０９を備えており、さらに、送受信信号の変調及び復調部に接続された制御部としての集積回路等でなるコントローラ（ＣＰＵ）３０１を備えている。
コントローラ３０１は、送受信信号の変調及び復調の他に画像表示部としてのＬＣＤや情報入力のための操作キー等でなる情報の入出力部３０２や、ＲＡＭ，ＲＯＭ等でなる情報記憶手段であるメモリ３０３の制御を行うようになっている。このため、コントローラ３０１には、水晶デバイス２０が取り付けられて、その出力周波数をコントローラ３０１に内蔵された所定の分周回路（図示せず）等により、制御内容に適合したクロック信号として利用するようにされている。このコントローラ３０１に取付けられる水晶デバイス２０は、水晶デバイス２０単体でなくても、水晶デバイス２０と、所定の分周回路等とを組み合わせた発振器であってもよい。
【００５４】
コントローラ３０１は、さらに、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）３０５と接続され、温度補償水晶発振器３０５は、送信部３０７と受信部３０６に接続されている。これにより、コントローラ３０１からの基本クロックが、環境温度が変化した場合に変動しても、温度補償水晶発振器３０５により修正されて、送信部３０７及び受信部３０６に与えられるようになっている。
このように、デジタル式携帯電話装置３００のような電子機器に、上述した実施形態に係る水晶デバイス２０を利用することにより、ＣＩ値を抑制するができ信頼性の高いデジタル式携帯電話装置３００を得ることができる。
【００５５】
本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、パッケージ内に水晶振動片を収容するものであれば、水晶振動子、水晶発振器等の名称にかかわらず、全ての水晶デバイスに適用することができる。
さらに、上述の実施形態では、パッケージに水晶材料を使用した箱状のものを利用しているが、このような形態に限らず、金属やセラミックのシリンダー状のケースに水晶振動片を収容するもの等、いかなるパッケージやケースを伴うものについても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水晶デバイスの第１の実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＤ−Ｄ線概略断面図。
【図３】図１のＥ−Ｅ線切断端面図。
【図４】図１の水晶デバイスに収容される水晶振動片を示す図であり、（ａ）は水晶振動片の表面側を示す概略平面図、（ｂ）は水晶振動片の裏面側を示す概略底面図。
【図５】図４のＦ−Ｆ線切断端面図。
【図６】図１の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図７】図１の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図８】図１の水晶振動片の製造工程を順番に示す概略断面図。
【図９】図１の水晶振動片と従来の水晶振動片の屈曲振動の際のＺ’方向変位量を比較したグラフ。
【図１０】第２の実施形態に係る水晶振動片を示す図であり、（ａ）は水晶振動片の表面側を示す概略平面図、（ｂ）は水晶振動片の裏面側を示す概略底面図。
【図１１】図１０のＨ−Ｈ線切断端面図。
【図１２】第３の実施形態に係る水晶振動片の要部を示す部分切断端面図。
【図１３】本発明による第４の実施形態としての水晶振動片であるジャイロセンサの概略構成を示す概略平面図。
【図１４】図１３のＩ−Ｉ線切断端面図。
【図１５】本発明の実施形態に係る圧電デバイスを利用した電子機器の一例としてのデジタル式携帯電話装置の概略構成を示す図。
【図１６】従来の水晶振動片を示す図であり、（ａ）は水晶振動片の表面側を示す概略平面図、（ｂ）は水晶振動片の裏面側を示す概略底面図。
【図１７】図１６のＡ−Ａ線切断端面図。
【図１８】図１６のＢ−Ｂ線切断端面図。
【符号の説明】
３０・・・水晶デバイス、３２・・・水晶振動片  、３４，３５・・・振動腕、５６，５７・・・溝部、６５・・・異形形状。
【図１】
2004350015.tif 000003
【図２】
2004350015.tif 000004
【図３】
2004350015.tif 000005
【図４】
2004350015.tif 000006
【図５】
2004350015.tif 000007
【図６】
2004350015.tif 000008
【図７】
2004350015.tif 000009
【図８】
2004350015.tif 000010
【図９】
2004350015.tif 000011
【図１０】
2004350015.tif 000012
【図１１】
2004350015.tif 000013
【図１２】
2004350015.tif 000014
【図１３】
2004350015.tif 000015
【図１４】
2004350015.tif 000016
【図１５】
2004350015.tif 000017
【図１６】
2004350015.tif 000018
【図１７】
2004350015.tif 000019
【図１８】
2004350015.tif 000020