(57)【要約】【解決手段】音叉型水晶振動片１４は、振動腕１６ａ、１６ｂの長手方向、幅方向及び厚み方向を水晶結晶軸のＹ軸、Ｘ軸及びＺ軸に対応して配向させた水晶ウエハをウエットエッチングして、長手方向溝１８ａ、１８ｂを振動腕主面に中心線Ｃ１を振動腕の中心線Ｃ２に関して−Ｘ方向にずらして設け、振動腕幅方向の左右スチフネスをバランスさせ、振動腕の屈曲運動を安定させる。音叉型圧電振動片の製造工程でフォトマスクの位置ずれ等で生じた振動腕上下主面１７ａ、１７ｂの幅方向の位置ずれは、振動腕の幅方向の断面を厚み方向に２等分した上側及び下側部分の重心Ｍ１、Ｍ２が主面に垂直な同一直線Ｌ上に整合するべく、溝１８ａ、１８ｂの相対位置を幅方向にずらして調整し、励振時に振動腕の厚み方向変位を解消・抑制して、振動漏れによる歪みエネルギの損失を防止する。【効果】ＣＩ値の抑制による高性能化、及び高い性能安定性の実現。【選択図】　図２
2004007428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の向きにエッチング異方性を有する圧電材料で形成され、
基部から延出する１対の振動腕と、
前記各振動腕の表裏主面に設けられる第１電極及びその側面に設けられる第２電極からなる駆動電極とを有し、
前記振動腕の少なくとも一方の前記主面には、該振動腕の長手方向に沿って延長する溝が、幅方向にその中心線を前記振動腕の中心線に関して前記エッチング異方性の所定の向きとは反対側にずらして設けられ、かつ、
前記少なくとも一方の前記主面に設けられる前記第１電極が、前記溝の側面に形成される電極膜からなることを特徴とする音叉型圧電振動片。
【請求項２】
前記圧電材料が水晶であることを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項３】
前記振動腕の長手方向、幅方向及び厚み方向がそれぞれ前記水晶のＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対応し、前記溝が、前記振動腕の中心線に関してその幅方向へ前記水晶の−Ｘ方向にずらして設けられていることを特徴とする請求項２に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項４】
前記振動腕の中心線に関する前記溝の中心線のずれ量が前記振動腕の幅の１〜５％であることを特徴とする請求項３に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項５】
前記振動腕の中心線に関する前記溝の中心線のずれ量が前記振動腕の幅の２〜４％であることを特徴とする請求項４に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項６】
基部から延出する１対の振動腕と、
前記振動腕の上下主面にそれぞれその長手方向に沿って延長する溝と、
前記各溝の側面に設けられる第１電極及び前記各振動腕の側面に設けられる第２電極からなる駆動電極とを有し、
一方の前記溝が、他方の前記溝に関して前記振動腕の幅方向に、前記他方の溝を設けた前記主面に関する前記一方の溝を設けた前記主面のずれと同じ向きにずらして、かつ、前記振動腕の幅方向の断面において、その厚み方向に２等分される上側及び下側部分の各重心を前記主面に垂直な同一の直線上に整合させて配置されていることを特徴とする音叉型圧電振動片。
【請求項７】
水晶で形成されていることを特徴とする請求項６に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項８】
前記振動腕の長手方向、幅方向及び厚み方向がそれぞれ前記水晶のＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対応して配向されていることを特徴とする請求項７に記載の音叉型圧電振動片。
【請求項９】
前記基部から前記１対の振動片とは逆向きに延出する別の１対の振動腕を更に有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の音叉型圧電振動片。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の音叉型圧電振動片と、前記音叉型圧電振動片を前記基部において固定支持してその内部に封止するパッケージとを備えることを特徴とする圧電デバイス。
【請求項１１】
前記パッケージに搭載されるＩＣ素子を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の圧電デバイス。
【請求項１２】
所定の向きにエッチング異方性を有する圧電材料のウエハに、基部及び該基部から延出する１対の振動腕を有する音叉型圧電素子片の外形を加工し、
前記振動腕の表裏主面の少なくとも一方をウエットエッチングすることにより、該振動腕の長手方向に沿って延長する溝を、幅方向にその中心線を前記振動腕の中心線に関して前記エッチング異方性の所定の向きとは反対側にずらして形成し、
前記振動腕の前記主面及び側面、前記溝の内面に電極膜を形成しかつパターニングして、駆動電極を形成する過程を含むことを特徴とする音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項１３】
前記圧電材料が水晶であることを特徴とする請求項１２に記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項１４】
前記振動腕の長手方向、幅方向及び厚み方向をそれぞれ前記水晶のＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対応させて配向し、前記溝を前記振動腕の中心線に関して幅方向へ前記水晶の−Ｘ方向にずらして設けることを特徴とする請求項１３に記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項１５】
前記振動腕の中心線に関する前記溝の中心線のずれ量を前記振動腕の幅の１〜５％にすることを特徴とする請求項１４に記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項１６】
前記振動腕の中心線に関する前記溝の中心線のずれ量を前記振動腕の幅の２〜４％にすることを特徴とする請求項１５に記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項１７】
圧電材料のウエハに基部及び該基部から延出する１対の振動腕を有する音叉型圧電素子片の外形を加工し、
前記振動腕の上下主面にその長手方向に沿って延長する溝をフォトエッチングにより形成し、
前記素子片の主面及び側面、前記溝の内面に電極膜を形成しかつパターニングする過程を含み、
前記溝のフォトエッチングにおいて、前記素子片の外形加工により前記振動腕の幅方向にその一方の前記主面に関してその他方の前記主面に生じるずれに対応して、前記一方の主面に形成しようとする一方の前記溝に関して他方の前記溝を、前記ずれと同じ向きにずらし、かつ、前記振動腕の幅方向の断面において、その厚み方向に２等分される上側及び下側部分の各重心を前記主面に垂直な同一の直線上に整合させることを特徴とする音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項１８】
前記溝のフォトエッチングにおいて、前記他方の溝をそれを形成しようとする前記主面の幅方向中央位置に整合させ、かつそれに合わせて前記一方の溝を位置決めすることを特徴とする請求項７に記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項１９】
前記圧電材料が水晶であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項２０】
前記振動腕の長手方向、幅方向及び厚み方向をそれぞれ前記水晶のＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対応させて配向することを特徴とする請求項１９に記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
【請求項２１】
前記音叉型圧電素子片が前記基部から前記１対の振動片とは逆向きに延出する別の１対の振動腕を更に有するように、その外形を加工することを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれかに記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、様々な電子機器に使用される圧電振動子や圧電発振器、角速度センサとして用いられる圧電振動ジャイロ等の圧電デバイスに関し、より詳細に言えば、それらについて使用する音叉型圧電振動片及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般に時計や家電製品、各種情報・通信機器やＯＡ機器等の民生・産業用電子機器には、その電子回路のクロック源として圧電振動子、圧電振動片とＩＣチップとを同一パッケージ内に封止した発振器やリアルタイムクロックモジュール等の圧電デバイスが広く使用されている。また、船舶・航空機・自動車等の姿勢制御や航行制御、ビデオカメラ等の手振れ防止・検出等における回転角速度センサとして、圧電振動ジャイロが広く利用され、３次元立体マウス等の回転方向センサにも応用されている。このような圧電振動ジャイロは、例えば特許文献１又は特許文献２に記載されたものが知られている。
【０００３】
特に最近、これら圧電デバイスは、それを搭載する電子機器の小型化・薄型化に伴い、より一層の小型化・薄型化が要求されている。また、低いＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を確保して、高品質で安定性に優れた圧電デバイスが要求されている。ＣＩ値を低く保持するために、例えば特許文献３、特許文献４に記載されるような溝付き振動腕構造を有する音叉型圧電振動片が開発されている。
【０００４】
この溝付き振動腕構造の音叉型圧電振動片は、図８に例示するように、基部１から平行に延長する１対の振動腕２ａ、２ｂの上下主面３ａ、３ｂに、その長手方向に沿って直線状に延長する溝４ａ、４ｂがそれぞれ形成されている。図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、各溝４ａ、４ｂの側面及び底面には第１電極５ａ、５ｂが成膜され、かつ振動腕２ａ、２ｂの各側面には第２電極６ａ、６ｂが成膜されている。一方の振動腕の第１電極５ａ（５ｂ）と他方の振動腕の第２電極６ｂ（６ａ）とが互いに電気的に接続されて、前記音叉型水晶振動片を振動させる駆動電極を構成している。この駆動電極に接続端子７、７から交流電圧を印加すると、隣接する第１電極５ａ、５ｂと第２電極６ａ、６ｂとの間で前記各主面に平行な電界Ｅ１、Ｅ２が発生し、その結果電界効率が大幅に向上してＣＩ値を低く抑制することができる。
【０００５】
この音叉型圧電振動片は、例えば水晶のような圧電単結晶材料からなるウエハを、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することにより、所望の振動片の外形及び溝４ａ、４ｂを加工し、かつその表面に電極膜をパターニングして形成するのが通例である。より具体的には、水晶ウエハの両面に耐蝕膜を形成しかつその上にフォトレジストを塗布・乾燥させてレジスト膜を形成し、その上に所望の振動片外形に対応する同一のエッチングパターンを有する上下１対の第１フォトマスクを配置し、露光・現像して耐蝕膜表面を露出させ、これをエッチング液で除去して水晶ウエハ表面を露出させる。残存するレジスト膜を剥離した後、残存する耐蝕膜の上にフォトレジストを再度塗布・乾燥させて新たにレジスト膜を形成し、その上に振動腕の溝形状に対応するエッチングパターンを有する上下１対の第２フォトマスクを配置し、露光・現像して耐蝕膜表面を露出させる。
【０００６】
次に、水晶ウエハの露出表面を水晶用エッチング液でエッチングし、振動腕を含む振動片の外形形状を加工する。更に、耐蝕膜の露出表面をエッチング液で除去して水晶ウエハ表面を露出させ、これを水晶用エッチング液で所定の深さまでハーフエッチングして、振動腕の上下主面にそれぞれ溝を形成する。このようにして形成した水晶素子片の、前記振動片の溝内面を含む全面に電極材料を蒸着、スパッタリング等により成膜して電極膜を形成し、これをフォトエッチングすることにより分極して、所望の駆動電極、引出電極及び配線を形成する。
【０００７】
水晶ウエハは、例えば水晶をそのＸ軸周りにＺ軸から所定の角度θ例えば約３０′〜２°のカットアングルで切り出したものを使用する。音叉型圧電振動片は、図８に示すように振動腕２ａ、２ｂの長手方向、幅方向及び厚み方向を水晶の結晶構造の機械軸と呼ばれるＹ軸、電気軸と呼ばれるＸ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸にそれぞれ対応させて配向される。従って、振動腕２ａ、２ｂの幅方向はＸ軸方向に一致するが、長手方向はＹ軸方向に関して角度θの傾きをなすＹ´方向、厚み方向はＺ軸方向に関して角度θの傾きをなすＺ´方向となる。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−５５４７９号公報
【特許文献２】特開平１０−１７０２７２号公報
【特許文献３】特開昭５６−６５５１７号公報
【特許文献４】特願２０００−５９５４２４号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図９（Ａ）に示すように、通例振動腕２ａ（２ｂ）の溝４ａ（４ｂ）は、幅方向にその中心線Ｃ１を前記各振動腕の中心線Ｃ２と一致させるように配置する。ところが、多くの圧電振動片はエッチング異方性を有する水晶等の圧電単結晶材料で形成されるため、ウエットエッチングした前記振動腕及び溝の断面形状がその結晶配向によって中心線Ｃ１、Ｃ２に関して非対称になることが多い。特に水晶はそのエッチング速度が結晶軸依存性を有し、図８の実施例において振動腕の幅方向には＋Ｘ方向にエッチングされ易いため、図９（Ｂ）に示すように溝４ａ（４ｂ）の断面が図中想像線８で示す理想的な矩形ではなく、その左側面が図中右方向に傾斜し、また振動腕２ａ（２ｂ）の右側面に突起９が形成される非対称な断面形状になる。
【００１０】
このため、振動腕のスチフネスは中心線Ｃ２に関して左右で無視し得ない程度の差が生じ、励振時に振動腕の撓みが左右で即ち音叉の内側と外側とでアンバランスになり、振動が振動腕に閉じ込められずに圧電振動片のマウント部からパッケージ側に漏れて、歪みエネルギの損失を生じる虞がある。そして、この振動腕の左右における撓みのアンバランスが大きくなって圧電振動片の歪みエネルギの損失が大きくなると、その固有振動数即ち発振周波数が低下し、かつ固有振動数のばらつきが大きくなるという問題がある。
【００１１】
また、上述した圧電振動片の外形加工において、水晶ウエハの上下各面にそれぞれ第１フォトマスクを位置合わせする際にずれがあると、それによって振動腕２ａ（２ｂ）の上側主面３ａと下側主面３ｂとが、図１０において中心線Ｃ１、Ｃ２で示すように、幅方向にずれを生じ、振動腕の断面が厚み方向に上下で非対称になる虞がある。特に圧電振動片がより小型化されると、それだけフォトマスクの位置合わせが難しく、位置精度が低下するので、非対称になり易い。
【００１２】
このような非対称断面を有する弾性体において、前記主面に垂直な幅方向即ちＸ方向の断面を厚み方向（Ｚ´方向）に考えると、図１０に示すように電界Ｅ１、Ｅ２の圧電逆効果による引張力及び圧縮力が上下にアンバランスに作用する。このため、振動腕２ａ、２ｂは、励振時に全体としてこれを厚み方向にねじるモーメントを受け、厚み方向に変位を生じながら幅方向に屈曲振動することになる。この結果、振動が漏れて歪みエネルギの損失を生じたり、振動特性が不安定になる虞がある。また、この歪みエネルギの損失が大きくなると、圧電振動片の固有振動数即ち発振周波数が低下し、かつ固有振動数のばらつきが大きくなるという問題がある。
【００１３】
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、その第１の目的は、エッチング異方性を有する圧電材料から形成されかつ溝付き振動腕構造を有する音叉型圧電振動片において、振動腕の幅方向における左右のスチフネスを良好にバランスさせ又はそのバランスを改善して、安定した屈曲運動を確保し、ＣＩ値の抑制による高性能化と同時に高安定性を実現することにある。
【００１４】
本発明の第２の目的は、溝付き振動腕構造を有する音叉型圧電振動片において、ＣＩ値の抑制による高性能化に加えて、振動腕の上下主面に生じる幅方向のずれに対してそれにより振動腕の屈曲振動に生じる厚み方向の変位を有効に解消又は抑制し、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を解消又は抑制しかつ安定した振動特性を確保することにある。
【００１５】
また本発明の目的は、かかる音叉型圧電振動片を製造する方法を提供することにある。
更に本発明の目的は、このような音叉型圧電振動片を利用した高品質かつ高安定性の圧電デバイスを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によれば、上記目的を達成するために、所定の向きにエッチング異方性を有する圧電材料で形成され、基部から延出する１対の振動腕と、各振動腕の表裏主面に設けられる第１電極及びその側面に設けられる第２電極からなる駆動電極とを有し、振動腕の少なくとも一方の主面には、該振動腕の長手方向に沿って延長する溝が、幅方向にその中心線を振動腕の中心線に関して前記エッチング異方性の所定の向きとは反対側にずらして設けられ、かつ、前記少なくとも一方の主面に設けられる第１電極が、前記溝の側面に形成される電極膜からなることを特徴とする音叉型圧電振動片が提供される。
【００１７】
上述したようにエッチング異方性を有する圧電材料から音叉型圧電振動片の外形及び振動腕の溝を、従来から一般に用いられているウエットエッチングで加工すると、その幅方向に断面形状は非対称となり、振動腕の中心線に関してエッチング異方性の所定の向きとは反対側において振動腕のスチフネスが大きくなる虞があるが、本発明のように振動腕の溝を配置することによって、かかる断面形状の非対称によるスチフネスのアンバランスを解消又は改善することができる。従って、振動腕は左右の撓みが安定し、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止して、安定した屈曲運動を繰り返すことが可能になる。
【００１８】
圧電材料としては、従来から一般に採用されている水晶が好ましい。その場合、振動腕の長手方向、幅方向及び厚み方向がそれぞれ水晶のＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対応し、前記溝が、振動腕の中心線に関してその幅方向へ水晶の−Ｘ方向にずらして設けられると、水晶は＋Ｘ方向のエッチングレートが高いので、振動腕の非対称な断面形状に拘わらず、その左右におけるスチフネスのバランスを良好に確保することができる。
【００１９】
或る実施例では、振動腕の中心線に関する溝の中心線のずれ量が振動腕の幅の１〜５％、より好ましくは２〜４％の範囲内にあると、音叉型水晶振動片の発振周波数を高くでき、しかも製造上の誤差程度の範囲内で溝の位置が振動腕の幅方向にずれても、周波数の変動が少ないことが確認された。
【００２０】
本発明の第２の側面によれば、基部から延出する１対の振動腕と、前記振動腕の上下主面にそれぞれその長手方向に沿って延長する溝と、前記各溝の側面に設けられる第１電極及び前記各振動腕の側面に設けられる第２電極からなる駆動電極とを有し、一方の前記溝が、他方の前記溝に関して前記振動腕の幅方向に、前記他方の溝を設けた前記主面に関する前記一方の溝を設けた前記主面のずれと同じ向きにずらして、かつ、前記振動腕の幅方向の断面において、その厚み方向に２等分される上側及び下側部分の各重心を前記主面に垂直な同一の直線上に整合させて配置されていることを特徴とする音叉型圧電振動片が提供される。この場合にも、圧電材料としては、従来から一般に採用されている水晶が好ましく、更に振動腕の長手方向、幅方向及び厚み方向がそれぞれ水晶のＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対応して配向するのが好ましい。
【００２１】
このように構成することにより、振動腕の上下主面間に幅方向の位置ずれがあっても、振動腕の断面全体として見れば、その厚み方向に２等分した上側及び下側部分における引張力及び圧縮力のアンバランスによるモーメントが相殺され、励振時における厚み方向の変位を解消又は改善することができる。従って振動腕は、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止し、安定して屈曲振動を繰り返すことが可能になる。
【００２２】
別の実施例では、前記音叉型圧電振動片が、基部から前記１対の振動片とは逆向きに延出する別の１対の振動腕を更に有し、上記特許文献１又は特許文献２に記載される圧電振動ジャイロに使用することができる。
【００２３】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の音叉型圧電振動片と、該音叉型圧電振動片をその基部において固定支持して内部に封止するパッケージとを備える圧電デバイスが提供される。更に、本発明によれば、前記パッケージに搭載されるＩＣ素子を更に備えた圧電デバイスが提供される。
【００２４】
また、本発明の或る側面によれば、所定の向きにエッチング異方性を有する圧電材料のウエハに、基部及び該基部から延出する１対の振動腕を有する音叉型圧電素子片の外形を加工し、振動腕の表裏主面の少なくとも一方をウエットエッチングすることにより、該振動腕の長手方向に沿って延長する溝を、幅方向にその中心線を振動腕の中心線に関して前記エッチング異方性の所定の向きとは反対側にずらして形成し、振動腕の主面及び側面、前記溝の内面に電極膜を形成しかつパターニングして、駆動電極を形成する過程を含むことを特徴とする音叉型圧電振動片の製造方法が提供される。
【００２５】
これにより、溝付き振動腕の非対称な断面形状によるスチフネスのアンバランスを解消又は改善し、振動腕の左右の撓みを安定させかつ振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止して、安定した屈曲運動を繰り返すことが可能な音叉型圧電振動片を、従来の工程に従って製造することができる。
【００２６】
或る実施例では、圧電材料として従来から一般に採用されている水晶を使用することができる。その場合、振動腕の長手方向、幅方向及び厚み方向をそれぞれ水晶のＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対応させて配向し、前記溝を振動腕の中心線に関して幅方向へ水晶の−Ｘ方向にずらして設けると、水晶は＋Ｘ方向のエッチングレートが高いので、振動腕の非対称な断面形状において、左右のスチフネスのバランスを良好に確保することができる。
【００２７】
別の実施例では、振動腕の中心線に関する前記溝の中心線のずれ量を振動腕の幅の１〜５％、より好ましくは２〜４％の範囲内にすると、音叉型水晶振動片の発振周波数を高くでき、しかも製造上の誤差程度の範囲内で溝の位置が振動腕の幅方向にずれても、周波数の変動が少ないので好ましい。
【００２８】
本発明の更に別の側面によれば、圧電材料のウエハに基部及び該基部から延出する１対の振動腕を有する音叉型圧電素子片の外形を加工し、前記振動腕の上下主面にその長手方向に沿って延長する溝をフォトエッチングにより形成し、前記素子片の主面及び側面、前記溝の内面に電極膜を形成しかつパターニングする過程を含み、前記溝のフォトエッチングにおいて、前記素子片の外形加工により前記振動腕の幅方向にその一方の前記主面に関してその他方の前記主面に生じるずれに対応して、前記一方の主面に形成しようとする一方の前記溝に関して他方の前記溝を、前記ずれと同じ向きにずらし、かつ、前記振動腕の幅方向の断面において、その厚み方向に２等分される上側及び下側部分の各重心を前記主面に垂直な同一の直線上に整合させることを特徴とする音叉型圧電振動片の製造方法が提供される。この場合にも、圧電材料として従来から一般に採用されている水晶を使用することができ、更に振動腕の長手方向、幅方向及び厚み方向をそれぞれ水晶のＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対応させて配向するのが好ましい。
【００２９】
このように音叉型圧電振動片の製造過程において、振動腕の一方の主面に形成する溝の位置を調整する工程を追加することにより、振動片の外形加工時に起こり得る振動腕の上下主面間の幅方向の位置ずれに即座に対応して、これに起因する厚み方向の変位を解消又は抑制することができる。このため、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止し、かつ安定した振動特性を発揮する音叉型圧電振動片を、従来の工程に従って製造することができる。
【００３０】
或る実施例では、前記溝のフォトエッチングにおいて、他方の溝をそれを形成しようとする主面の幅方向中央位置に整合させ、かつそれに合わせて一方の溝を位置決めすることにより、比較的簡単に溝位置の調整を行うことができる。
【００３１】
また、本発明の音叉型圧電振動片の製造方法において、音叉型圧電素子片が基部から前記１対の振動片とは逆向きに延出する別の１対の振動腕を更に有するように、その外形を加工することにより、上記特許文献１又は特許文献２に記載される圧電振動ジャイロに使用するのに適した音叉型圧電振動片が得られる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適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は、本発明を適用した水晶振動子の好適な実施例を概略的に示している。この水晶振動子１０は、絶縁材料からなるベース１１と蓋１２とを有するパッケージ１３を備え、その内部に音叉型水晶振動片１４が気密に封止されている。ベース１１は、複数のセラミックス薄板を積層した概ね矩形の箱状に構成され、その内部に画定される空所底部に音叉型水晶振動片１４がマウントされている。蓋１２は、ガラス又はセラミックス等の絶縁材料からなる矩形薄板で形成され、ベース１１の上端面に低融点ガラスで気密に接合されている。周波数調整のためにパッケージの外側からレーザビームを照射できるように、蓋１２は透明なガラス製が好ましい。
【００３３】
第１実施例の音叉型水晶振動片１４は、図２（Ａ）に示すように、例えば上記特開昭５６−６５５１７号公報に記載されているような構造を有し、基部１５から平行に延長する１対の振動腕１６ａ、１６ｂの表裏各主面１７ａ、１７ｂに、その長手方向に沿って直線状に溝１８ａ、１８ｂがそれぞれ形成されている。各溝１８ａ、１８ｂには、その側面及び底面に成膜した電極膜からなる第１電極１９ａ、１９ｂが設けられ、かつ各振動腕１６ａ、１６ｂの側面には第２電極２０ａ、２０ｂが設けられ、これらは互いに一方の振動腕の第１電極１９ａ（１９ｂ）が他方の振動腕の第２電極２０ｂ（２０ａ）に電気的に接続されて、音叉型水晶振動片１４を振動させる駆動電極を構成している。基部１５には前記駆動電極からの引出電極２１、２１が設けられ、かつそれぞれベース１１底面の対応する接続端子２２、２２に導電性接着剤２３、２３で固着され、音叉型水晶振動片１４を片持ちにかつ略水平に支持している。
【００３４】
音叉型水晶振動片１４は、従来と同様にフォトリソグラフィ技術を利用して水晶ウエハをウエットエッチングすることにより、所望の外形及び各振動腕の溝１８ａ、１８ｂを加工し、かつその表面にスパッタリング等で被着させた電極膜をパターニングして、前記駆動電極、引出電極及びそれらを接続する配線を形成する。接続端子２２、２２から前記駆動電極に所定の交流電圧を印加すると、隣接する第１電極１９ａ、１９ｂと第２電極２０ａ、２０ｂとの間で電界Ｅ１、Ｅ２が交互に発生し、振動腕１６ａ、１６ｂが互いに逆向きに屈曲運動を繰り返し行う。電界Ｅ１、Ｅ２は、図２（Ｃ）に示すように前記各主面に平行なため、電界効率が大幅に向上し、ＣＩ値を低く抑制することができる。
【００３５】
前記水晶ウエハから音叉型水晶振動片１４を製造する際、振動腕１６ａ、１６ｂの長手方向、幅方向及び厚み方向は、それぞれ水晶結晶軸のＹ軸、Ｘ軸及びＺ軸に対応させて配向する。本実施例では、図８乃至図１０の従来技術に関連して上述したように、水晶をそのＸ軸周りにＺ軸から所定の角度θ例えば約３０′〜２°のカットアングルで切り出した水晶ウエハを使用する。従って、本実施例の各振動腕１６ａ、１６ｂは、幅方向が水晶のＸ軸方向に一致し、長手方向はＹ軸方向に関して前記角度θの傾きをなすＹ´方向、厚み方向はＺ軸方向に関して前記角度θの傾きをなすＺ´方向となる。
【００３６】
水晶のエッチング速度は結晶軸依存性を有し、本実施例では振動腕１６ａ、１６ｂの幅方向において＋Ｘ方向にエッチングされ易いので、前記振動腕及び溝の断面形状は振動腕の中心線Ｃ２に関して非対称に、図２（Ｃ）に示すように溝１８ａ、１８ｂはその側面が＋Ｘ方向に傾斜し、振動腕１６ａ（１６ｂ）の＋Ｘ方向側面には突起２４が形成される。本実施例では、溝１８ａ、１８ｂがその中心線Ｃ１を振動腕１６ａ（１６ｂ）の中心線Ｃ２に対して−Ｘ方向にずらして配置される。
【００３７】
このずれ量Δｘは、フォトリソグラフィ技術を利用して振動腕の主面に前記溝を加工する際に通常起こり得る誤差の範囲より十分に大きく、振動腕１６ａ（１６ｂ）のスチフネスが中心線Ｃ２に関して左右で実質的にバランスするように決定する。これにより、励振時に各振動腕１６ａ、１６ｂの撓みが左右で即ち音叉の内側外側で均等になり、振動が振動腕に有効に閉じ込められるので、歪みエネルギの損失を生じる虞がなく、固有振動数即ち発振周波数の低下やそのばらつきを防止又は抑制することができる。
【００３８】
図２の音叉型水晶振動片１４について、各振動腕１６ａ、１６ｂの幅を１０４μｍ、厚さを１００μｍとし、各溝１８ａ、１８ｂの幅を７０μｍ、深さを４２μｍとし、＋／−Ｘ方向に溝のずれ量Δｘを様々に変化させたものを製造した。これらの固有振動数を公知のＦＥＭ解析により計算したところ、溝位置のずれ量に関する固有振動数の変化を示す図３の結果が得られた。
【００３９】
同図において、ずれ量Δｘが約−３μｍのときに固有振動数は最も高く、そこから中心位置が＋又は−Ｘ方向に多少、例えば溝の加工時に通常起こる誤差程度ずれても、固有振動数の変化は緩やかなことが確認された。更に同図から分かるように、ずれ量Δｘは、固有振動数の変化が比較的緩やかである約−１〜−５μｍ程度に、即ち−Ｘ方向に振動腕の幅の１〜５％の範囲に設定すると、特に約−２〜−４μｍ程度に、即ち−Ｘ方向に振動腕の幅の２〜４％の範囲に設定すると、実質的に固有振動数の低下及びそのばらつきを防止又は抑制するという点で好ましく、音叉型水晶振動片１４を量産する場合にも固有振動数の調整が簡単になる。
【００４０】
図４は、本発明による圧電振動ジャイロに使用するための音叉型水晶振動片を示している。この音叉型水晶振動片２５は、例えば上記特許文献２に記載される従来のものと同様に、内部に空腔を有する中央の基部２６と、該基部から一方の側に延出する１対の振動腕２７ａ、２７ｂと、それとは反対側に延出する１対の検出腕２８ａ、２８ｂとを有する。更に基部２６には、振動腕２７ａ、２７ｂ及び検出腕２８ａ、２８ｂの間にそれぞれ突出する支持部２９ａ、２９ｂが設けられ、この部分を接着固定することにより、音叉型水晶振動片２５は所定のパッケージ（図示せず）内にマウントされて圧電振動ジャイロを構成する。
【００４１】
振動腕２７ａ、２７ｂには、図２の音叉型水晶振動片１４と同様に、その表裏主面３０ａ、３０ｂに溝３１ａ、３１ｂが長手方向に沿って直線状にそれぞれ形成されている。各溝３１ａ、３１ｂには、その側面及び底面に成膜した電極膜からなる駆動用第１電極３２ａ、３２ｂが設けられ、かつ各振動腕２７ａ、２７ｂの側面には駆動用第２電極３３ａ、３３ｂが設けられ、これらは互いに一方の振動腕の駆動用第１電極３２ａ（３２ｂ）が他方の振動腕の駆動用第２電極３３ｂ（３３ａ）に電気的に接続されて、音叉型水晶振動片２５を振動させる駆動電極を構成している。一方の支持部２９ａには駆動用の電極パッド３４が設けられ、配線パターンを介して前記駆動電極と電気的に接続されている。他方、検出腕２８ａ、２８ｂには、その側面に２対の検出用電極３５ａ、３５ｂが設けられ、同様に配線パターンを介して他方の支持部２９ｂに設けられた検出用の電極パッド３６と電気的に接続されている。
【００４２】
音叉型水晶振動片２５は、音叉型水晶振動片１４と同様に、フォトリソグラフィ技術を利用して水晶ウエハをウエットエッチングすることにより、所望の外形及び各振動腕の溝３１ａ、３１ｂを加工し、かつその表面にスパッタリング等で被着させた電極膜をパターニングして前記各電極、電極パッド及びそれらを接続する配線パターンを形成する。本実施例において、水晶ウエハは、水晶をそのＸ軸及びＹ軸がなす面に沿って切り出したものを使用し、振動腕２７ａ、２７ｂの長手方向、幅方向及び厚み方向を、それぞれ水晶結晶軸のＹ軸、Ｘ軸及びＺ軸に一致させて配向する。
【００４３】
前記振動腕及び溝の断面形状は、水晶のエッチング速度の結晶軸依存性により、振動腕の中心線Ｃ２に関して非対称であり、溝３１ａ、３１ｂの側面が＋Ｘ方向に傾斜し、振動腕２７ａ（２７ｂ）の＋Ｘ方向側面には突起３７が形成される。本実施例においても、溝３１ａ、３１ｂは、図４（Ｃ）に示すように、その中心線Ｃ１を振動腕２７ａ（２７ｂ）の中心線Ｃ２に対して−Ｘ方向にずらして配置される。このずれ量Δｘを適当に、フォトリソグラフィ技術を利用した溝３１ａ、３１ｂの加工に通常起こり得る誤差の範囲より十分に大きく設定することにより、中心線Ｃ２に関して各振動腕２７ａ、２７ｂの撓みが左右均等になりかつそのスチフネスが左右で実質的にバランスする。
【００４４】
駆動用の電極パッド３４を介して前記駆動電極に所定の交流電圧を印加すると、図２の実施例と同様に、隣接する第１電極３２ａ、３２ｂと第２電極３３ａ、３３ｂとの間で電界Ｅ１、Ｅ２が交互に発生し、振動腕２７ａ、２７ｂはその共振振動数で屈曲振動する。電界Ｅ１、Ｅ２は、図４（Ｃ）に示すように前記各主面に平行なため、電界効率が大幅に向上し、ＣＩ値を低く抑制することができる。
【００４５】
この状態で圧電振動ジャイロ即ち音叉型水晶振動片２５が図４（Ａ）のＹ軸３８を中心に回転すると、その回転角速度ωに対して、その振動方向と直交する向きに働くコリオリ力により、振動腕２７ａ、２７ｂはＺ軸方向に応力を受けて、Ｚ方向に振動する。この振動が基部２６を介して伝達されて、検出腕２８ａ、２８ｂをその共振振動数で振動させるので、これを電気信号として検出用の電極パッド３６から検出することにより、音叉型水晶振動片２５の回転角速度及びその回転方向等を求められる。本実施例では、上述したように各振動腕２７ａ、２７ｂの撓みが左右均等で、固有振動数の低下やそのばらつきを防止又は抑制できるので、より高精度で高信頼性の圧電振動ジャイロをより低価格で提供することができる。
【００４６】
図５は、図１に示す本発明の水晶振動子に使用する第２実施例の音叉型水晶振動片１４を概略的に示している。図５（Ａ）に示すように、音叉型水晶振動片１４は、図２の第１実施例と基本的に同じ構造を有し、振動腕１６ａ、１６ｂの上下各主面１７ａ、１７ｂにその長手方向に沿って直線状に溝１８ａ、１８ｂがそれぞれ形成されて、各溝１８ａ、１８ｂの側面及び底面には第１電極１９ａ、１９ｂが設けられ、かつ各振動腕１６ａ、１６ｂの側面には第２電極２０ａ、２０ｂが設けられて、音叉型水晶振動片１４を振動させる駆動電極を構成している。
【００４７】
本実施例の音叉型水晶振動片１４は、図５（Ｂ）によく示すように、振動腕１６ａ、１６ｂの上下主面１７ａ、１７ｂ間に幅方向の位置ずれｘ１が＋Ｘ方向に生じている。一方の溝１８ａは、その中心線Ｃ１が対応する上側主面１７ａの幅方向中央に整合させて配置されている。他方の溝１８ｂは、その中心線Ｃ２が対応する下側主面１７ｂの幅方向中央から＋Ｘ方向にｘ２だけずらして配置されている。溝１８ｂのずれ量ｘ２は、図５（Ｂ）に示す振動腕１６ａ（１６ｂ）の幅方向の断面において、これを厚み方向（Ｚ´方向）に水平線Ｈで２等分したとき、その上側部分及び下側部分の各重心Ｍ１、Ｍ２が前記主面に垂直な同一の直線Ｌ上に整合するように、主面位置のずれ量ｘ１に対応して決定される。
【００４８】
このように振動腕の上下主面１７ａ、１７ｂ間に幅方向の位置ずれがあると、その厚み方向に上側と下側とで引張力及び圧縮力にアンバランスが生じる。本実施例によれば、振動腕の断面を全体として見たとき、前記主面に垂直な直線Ｌ上に重心位置Ｍ１、Ｍ２を合わせることによって、そのような引張力及び圧縮力のアンバランスによるモーメントが相殺されるので、励振時における前記振動腕の厚み方向の変位を解消又は抑制することができる。従って振動腕は、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止して、固有振動数即ち発振周波数の低下やそのばらつきを防止又は抑制でき、かつ安定した屈曲振動を確保することができる。
【００４９】
本実施例の音叉型水晶振動片１４も、図２の第１実施例と同様に、水晶をそのＸ軸周りにＺ軸から例えば約３０′〜２°のカットアングルθで切り出した水晶ウエハを使用するので、各振動腕１６ａ、１６ｂの幅方向が水晶のＸ軸方向に、長手方向がＹ軸方向に関して角度θで傾くＹ´方向に、厚み方向がＺ軸方向に関して角度θで傾くＺ´方向になる。水晶のエッチング速度の結晶軸依存性により、振動腕１６ａ、１６ｂの幅方向において＋Ｘ方向にエッチングされ易いので、前記振動腕及び溝の断面は、図５（Ｂ）に示すように溝１８ａ、１８ｂの側面が＋Ｘ方向に傾斜し、振動腕１６ａ（１６ｂ）の＋Ｘ方向側面に突起２４が形成された幅方向に非対称な形状になる。
【００５０】
この音叉型水晶振動片１４について、接続端子２２、２２から前記駆動電極に所定の交流電圧を印加すると、隣接する第１電極１９ａ、１９ｂと第２電極２０ａ、２０ｂとの間で電界Ｅ１、Ｅ２が交互に発生し、振動腕１６ａ、１６ｂが互いに逆向きに屈曲運動を繰り返し行う。電界Ｅ１、Ｅ２は、図５（Ｂ）に示すように前記各主面に平行なため、電界効率が大幅に向上し、ＣＩ値を低く抑制することができる。
【００５１】
音叉型水晶振動片１４は、従来と同様にフォトリソグラフィ技術を利用して水晶ウエハをウエットエッチングすることによりその外形及び振動腕の溝１８ａ、１８ｂを加工し、更にその表面に成膜した電極膜をパターニングして前記駆動電極等を形成する。先ず、前記水晶ウエハの両面に例えばＡｕ膜及びＣｒ膜からなる耐蝕膜を形成し、かつその上にフォトレジストを塗布・乾燥させてレジスト膜を形成し、その上に水晶振動片１４の外形に対応する同一のエッチングパターンを有する上下１対の第１フォトマスクを配置し、露光・現像して前記耐蝕膜表面を露出させ、これをエッチング液で除去して水晶ウエハ表面を露出させる。残存するレジスト膜を剥離した後、残存する耐蝕膜の上にフォトレジストを再度塗布・乾燥させて新たにレジスト膜を形成し、その上に溝１８ａ、１８ｂの形状に対応するエッチングパターンを有する上下１対の第２フォトマスクを配置し、露光・現像して前記耐蝕膜の表面を露出させる。
【００５２】
次に、露出している前記水晶ウエハの表面をフッ酸等の適当な水晶用エッチング液でエッチングし、振動腕１６ａ、１６ｂを含む水晶振動片１４の外形形状を加工する。更に、前記耐蝕膜の露出表面をエッチング液で除去して水晶ウエハ表面を露出させ、これを水晶用エッチング液で所定の深さまでハーフエッチングして、振動腕の上下主面１７ａ、１７ｂにそれぞれ溝１８ａ、１８ｂを形成する。
【００５３】
振動腕１６ａ、１６ｂの上下主面１７ａ、１７ｂ間に幅方向の＋Ｘ方向に生じた位置ずれ及びそのずれ量ｘ１は、前記第１フォトマスクを用いてエッチングすることにより水晶振動片１４の外形に対応して水晶ウエハ両面に残存する前記耐蝕膜から確認することができる。この結果に応じて、前記第２フォトマスクは、一方の溝１８ａについてその中心線Ｃ１が対応する上側主面１７ａの幅方向中央に整合し、かつ他方の溝１８ｂについてその中心線Ｃ２が対応する下側主面１７ｂの幅方向中央から＋Ｘ方向にｘ２だけずれるように位置合わせする。このずれ量ｘ２は、振動腕１６ａ、１６ｂの幅及び厚み、溝１８ａ、１８ｂの幅及び深さ等の断面寸法、並びに断面形状が予め分かっているので、予想される主面位置のずれ量ｘ１に対して適正な溝１８ｂ位置のずれ量ｘ２を事前に計算しておくことができる。
【００５４】
このようにして形成した水晶素子片の、前記振動片の溝内面を含む全面に電極材料を蒸着、スパッタリング等により成膜して電極膜を形成する。この上にフォトレジストを塗布・乾燥させてレジスト膜を形成し、その上に所望の電極及び配線パターンに対応するエッチングパターンを有する上下１対の第３フォトマスクを配置し、露光・現像して前記電極膜の表面を露出させる。この電極膜露出面をエッチングして水晶ウエハ表面を露出させることにより分極して、所望の駆動電極、引出電極及び配線を形成する。
【００５５】
図５の音叉型水晶振動片１４について、各振動腕１６ａ、１６ｂの幅を１０４μｍ、厚さを１００μｍとし、各溝１８ａ、１８ｂの幅を７０μｍ、深さを４２μｍとし、突起２４の幅方向（Ｘ方向）及び厚み方向（Ｚ´方向）寸法を１４μｍ、６０μｍとした場合に、＋Ｘ方向に主面位置のずれ量ｘ１を様々に変化させ、かつそれに対応して本発明に従って下側主面１７ｂの溝１８ｂ位置を調整したものを製造した。更に比較のため、主面位置のずれ量ｘ１を様々に変化させ、かつ従来と同様に溝１８ｂの位置を調整せずに下側主面１７ｂの幅方向中央に配置したものを製造した。そして、これら双方の振動片の各振動腕における励振時の厚み方向変位を公知のＦＥＭ解析法により計算したところ、図６の結果が得られた。
【００５６】
同図から、本発明の音叉型水晶振動片は、主面位置のずれ量ｘ１が増加しても、全くずれがない場合と略同じ厚み方向変位を維持していることが分かる。これに対し、従来構造の比較例では、主面位置のずれによって前記厚み方向変位が大幅に増加していることが分かる。従って、本発明によれば、励振時における振動腕の厚み方向変位を防止又は抑制でき、安定した振動特性を得られることが確認された。
【００５７】
図７は、本発明の第２実施例を適用した圧電振動ジャイロ用の音叉型水晶振動片を示している。この音叉型水晶振動片２５は、基本的に図４の実施例と同様の構成を有し、中央の基部２６から延出する１対の振動腕２７ａ、２７ｂと、それとは反対側に延出する１対の検出腕２８ａ、２８ｂとを有する。振動腕２７ａ、２７ｂには、図５の音叉型水晶振動片１４と同様に、上下主面３０ａ、３０ｂに長手方向の溝３１ａ、３１ｂが形成され、その側面及び底面には駆動用第１電極３２ａ、３２ｂが設けられ、かつ各振動腕２７ａ、２７ｂの側面には駆動用第２電極３３ａ、３３ｂが設けられて、音叉型水晶振動片２５を振動させる駆動電極を構成している。
【００５８】
音叉型水晶振動片２５は、図５の第２実施例と同様に、振動腕２７ａ、２７ｂの上下主面３０ａ、３０ｂの位置が幅方向即ち＋Ｘ方向にずれｘ１を生じている。一方の溝３１ａは、その中心線Ｃ１が対応する上側主面３０ａの幅方向中央に整合させて配置され、他方の溝３１ｂは、その中心線Ｃ２が対応する下側主面３０ｂの幅方向中央から＋Ｘ方向にｘ２だけずらして配置されている。溝３１ｂのずれ量ｘ２は、図７（Ｂ）に示す振動腕２７ａ（２７ｂ）の幅方向の断面において、これを厚み方向（Ｚ´方向）に水平線Ｈで２等分したとき、その上側部分及び下側部分の各重心Ｍ１、Ｍ２が前記主面に垂直な同一の直線Ｌ上に整合するように、主面位置のずれ量ｘ１に対応して決定される。
【００５９】
振動腕２７ａ、２７ｂの主面位置に幅方向の位置ずれがあっても、このように重心位置Ｍ１、Ｍ２を整合させることによって、その断面を全体として見たとき、その厚み方向に上側と下側とで生じる引張力及び圧縮力のアンバランスによるモーメントが相殺されるので、励振時における前記振動腕の厚み方向の変位が解消又は抑制される。従って振動腕２７ａ、２７ｂは、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止して、固有振動数即ち発振周波数の低下やそのばらつきを防止又は抑制し、かつ安定した屈曲振動を確保できる。
【００６０】
一方の支持部２９ａに設けた駆動用の電極パッド３４を介して前記駆動電極に所定の交流電圧を印加すると、図５の実施例と同様に、隣接する第１電極３２ａ、３２ｂと第２電極３３ａ、３３ｂとの間で電界Ｅ１、Ｅ２が交互に発生し、振動腕２６ａ、２６ｂはその共振振動数で屈曲振動する。電界Ｅ１、Ｅ２は、図７（Ｂ）に示すように前記各主面に平行なため、電界効率が大幅に向上し、ＣＩ値を低く抑制することができる。
【００６１】
この状態で圧電振動ジャイロ即ち音叉型水晶振動片２５が図７（Ａ）のＹ軸３８を中心に回転すると、その回転角速度ωに対して、その振動方向と直交する向きに働くコリオリ力により、振動腕２７ａ、２７ｂはＺ軸方向に応力を受けてＺ方向に振動する。この振動が検出腕２８ａ、２８ｂをその共振振動数で振動させ、これを電気信号として検出用の電極パッド３６から検出して、音叉型水晶振動片２５の回転角速度及びその回転方向等を求める。上述したように各振動腕２７ａ、２７ｂの撓みが厚み方向に変位しないので、固有振動数の低下やそのばらつきを防止又は抑制でき、振動特性が安定したより高精度で高い信頼性の圧電振動ジャイロをより低価格で提供できる。
【００６２】
音叉型水晶振動片２５は、音叉型水晶振動片１４と同様に、フォトリソグラフィ技術を利用して水晶ウエハをウエットエッチングすることにより、所望の外形及び各振動腕の溝３１ａ、３１ｂを加工して水晶素子片を形成する。水晶のＸ軸及びＹ軸がなす面に沿って切り出した水晶ウエハを使用し、振動腕２７ａ、２７ｂの長手方向、幅方向及び厚み方向を、それぞれ水晶結晶軸のＹ軸、Ｘ軸及びＺ軸に一致させて配向する。先ず、前記水晶ウエハの両面に耐蝕膜を形成しかつその上にレジスト膜を形成し、その上に配置する上下１対の第１フォトマスクを用いて、前記耐蝕膜に水晶振動片２５の外形を転写し、水晶ウエハ表面を露出させる。この水晶ウエハ両面に残存する耐蝕膜から、振動腕２７ａ、２７ｂの上下主面３０ａ、３０ｂ間に幅方向に生じた＋Ｘ方向の位置ずれ及びそのずれ量ｘ１を確認する。残存する前記耐蝕膜の上に新たにレジスト膜を形成し、その上に配置する上下１対の第２フォトマスクを用いて溝３１ａ、３１ｂの形状を転写し、前記耐蝕膜の表面を露出させる。このとき、前記第２フォトマスクは、一方の溝３１ａについてその中心線Ｃ１が対応する上側主面３０ａの幅方向中央に整合し、かつ他方の溝３１ｂについてその中心線Ｃ２が対応する下側主面３０ｂの幅方向中央から＋Ｘ方向に、主面位置のずれ量ｘ１によって決定されるｘ２だけずれるように位置合わせする。
【００６３】
次に、露出している前記水晶ウエハの表面をフッ酸等の適当な水晶用エッチング液でエッチングし、振動腕２７ａ、２７ｂを含む水晶振動片２５の外形形状を加工する。更に、前記耐蝕膜の露出表面をエッチング液で除去して水晶ウエハ表面を露出させ、これを同様に水晶用エッチング液で所定の深さまでハーフエッチングして、前記振動腕の上下主面３０ａ、３０ｂにそれぞれ溝３１ａ、３１ｂを形成する。
【００６４】
このようにして形成した水晶素子片の、前記振動片の溝内面を含む全面に電極材料を蒸着、スパッタリング等により成膜して電極膜を形成する。この上にフォトレジストを塗布・乾燥させてレジスト膜を形成し、その上に所望の電極及び配線パターンに対応するエッチングパターンを有する上下１対の第３フォトマスクを配置し、露光・現像して前記電極膜の表面を露出させ、これをエッチングして水晶ウエハ表面を露出させることにより分極して、前記各電極、電極パッド及びそれらを接続する配線パターンを形成する。
【００６５】
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、本発明の音叉型圧電振動片は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。また、図１と同様のパッケージ内に音叉型水晶振動片１４に加えて、その駆動回路等を構成するＩＣを搭載することにより、圧電発振器やリアルタイムクロックのような圧電デバイスを構成することができる。
【００６６】
本発明の音叉型圧電振動片によれば、従来から一般に行われているように、エッチング異方性を有する圧電材料から音叉型圧電振動片の外形及び振動腕の溝をウエットエッチングで加工したとき、振動腕の少なくとも一方の主面にその長手方向に沿って延長する溝を、幅方向にその中心線を振動腕の中心線に関してエッチング異方性の向きとは反対側にずらして設けることにより、その幅方向に断面形状が非対称となって振動腕のスチフネスがその中心線に関して左右でアンバランスになる虞が解消されるため、振動腕の左右の撓みが安定し、振動の漏れによる歪みエネルギの損失が防止されて、その安定した屈曲運動を確保することができるので、ＣＩ値の抑制による高性能化に加えて、高い安定性を実現することができる。
【００６７】
また、本発明の音叉型圧電振動片によれば、振動腕の上下主面間に生じた幅方向の位置ずれに対して、振動腕の幅方向の断面においてその厚み方向に２等分した上側及び下側部分がその重心を前記主面に垂直な同一の直線上に整合させるように、溝の位置を調整することにより、励振時における厚み方向の変位を解消又は抑制できるため、振動の漏れによる歪みエネルギの損失が防止され、安定した屈曲振動を確保できるので、ＣＩ値の抑制による高性能化に加えて、非常に安定した振動特性を実現することができる。
【００６８】
更に、本発明の音叉型圧電振動片の製造方法によれば、エッチング異方性を有する圧電材料から外形を加工した音叉型圧電素子片の振動腕の少なくとも一方の主面をウエットエッチングして、該振動腕の長手方向に沿って延長する溝を、幅方向にその中心線を振動腕の中心線に関してエッチング異方性の向きとは反対側にずらして形成することにより、溝付き振動腕の非対称な断面形状によるスチフネスのアンバランスを解消又は改善し、振動腕の左右の撓みを安定させかつ振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止して、安定した屈曲運動を繰り返すことが可能な音叉型圧電振動片を、従来の工程に従って歩留まり良く製造でき、製造コストを低減することができる。
【００６９】
また、本発明の音叉型圧電振動片の製造方法によれば、従来の工程に振動腕の一方の主面に形成する溝の位置を調整する工程を追加することによって、振動片の外形加工により生じた振動腕の上下主面間の幅方向の位置ずれに対応して、これに起因する厚み方向の変位を解消又は抑制できるので、振動の漏れによる歪みエネルギの損失を防止し、かつ安定した振動特性を発揮する音叉型圧電振動片を歩留まり良く、低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）図は本発明による水晶振動子の好適な実施例を示す縦断面図、（Ｂ）図はその平面図。
【図２】（Ａ）図は図１の水晶振動子に使用する音叉型水晶振動片の第１実施例の平面図、（Ｂ）図はその振動腕の部分拡大平面図、（Ｃ）図はそのＩＩ−ＩＩ線における断面図。
【図３】図２の水晶振動片における振動腕の溝位置のずれ量に関する固有振動数（発振周波数）の変化を示す線図。
【図４】（Ａ）図は、図２の第１実施例を適用した本発明による圧電振動ジャイロ用音叉型水晶振動片の平面図、（Ｂ）図はその駆動用振動腕の部分拡大平面図、（Ｃ）図はそのＩＶ−ＩＶ線における断面図。
【図５】（Ａ）図は図１の水晶振動子に使用する音叉型水晶振動片の第２実施例の平面図、（Ｂ）図はそのＶ−Ｖ線における振動腕の断面図。
【図６】図５の水晶振動片について振動腕の上下主面間における幅方向の位置のずれ量に関する固有振動数（発振周波数）の変化を、本発明により溝の位置を調整した場合とそうでない場合とで比較して示す線図。
【図７】（Ａ）図は、図５の第２実施例を適用した本発明による圧電振動ジャイロ用音叉型水晶振動片の平面図、（Ｂ）図はそのＶＩＩ−ＶＩＩ線における駆動用振動腕の断面図。
【図８】従来の音叉型水晶振動片の平面図。
【図９】（Ａ）図は図８の振動腕の部分拡大平面図、（Ｂ）図はそのＩＸ−ＩＸ線における断面図。
【図１０】別の従来の音叉型水晶振動片における図９と同様の振動腕の断面図。
【符号の説明】
１、１５、２６　基部；２ａ、２ｂ、１６ａ、１６ｂ、２７ａ、２７ｂ　振動腕；３ａ、３ｂ、１７ａ、１７ｂ、３０ａ、３０ｂ　主面；４ａ、４ｂ、１８ａ、１８ｂ、３１ａ、３１ｂ　溝；５ａ、５ｂ、１９ａ、１９ｂ　第１電極；６ａ、６ｂ、２０ａ、２０ｂ　第２電極；７、２２　接続端子；８　想像線；９、２４、３７　突起；１０　水晶振動子；１１　ベース；１２　蓋；１３　パッケージ；１４、２５　音叉型水晶振動片；２１　引出電極；２３　導電性接着剤；２８ａ、２８ｂ　検出腕；２９ａ、２９ｂ　支持部；３２ａ、３２ｂ　駆動用第１電極；３３ａ、３３ｂ　駆動用第２電極；３４、３６　電極パッド；３５ａ、３５ｂ　検出用電極；３８　Ｙ軸
【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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【図９】
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【図１０】
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