(57)【要約】【目的】原価低減、特性改善及び製造プロセスの簡易化に適した音叉型振動子を提供する。【構成】  結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を幅、Ｙ軸を長さ及びＺ軸を厚み方向として、一対の音叉腕１が音叉基部から延出し、音叉主面及び音叉側面に電極を形成してなる音叉型水晶振動子において、前記音叉主面と前記音叉側面との電極を異物質で構成する。また、前記音叉の各側面は結晶軸（ＸＹＺ）のＸ面であり、その少なくとも一面には角速度に起因して生ずる電荷を検出するセンサ電極を備える。【選択図】図１
2005244883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を幅、Ｙ軸を長さ及びＺ軸を厚み方向として、一対の音叉腕１が音叉基部から延出し、音叉主面及び音叉側面に電極を形成してなる音叉型水晶振動子において、前記音叉主面と前記音叉側面との電極を異物質で構成してあることを特徴とする音叉型水晶振動子。
【請求項２】
請求項１に記載の音叉型水晶振動子において、前記音叉主面の電極は金膜を含む積層膜で構成され、前記音叉側面の電極は銀膜又は銀膜を含む積層膜で構成された音叉型水晶振動子。
【請求項３】
請求項１に記載の音叉型水晶振動子において、前記音叉主面の積層膜は下地をクロム膜とした金膜からなり、前記音叉側面の積層膜は下地をクロム膜とした銀膜からなる音叉型水晶振動子。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の音叉型水晶振動子において、前記音叉型水晶振動子は単板水晶ウエハからフォトエッチング技術によって形成された音叉型水晶振動子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の音叉型水晶振動子において、前記音叉の各側面は結晶軸（ＸＹＺ）のＸ面であり、その少なくとも一面には角速度に起因して生ずる電荷を検出するセンサ電極を備えた角速度センサ用の音叉型水晶振動子。
【請求項６】
請求項５に記載の音叉型水晶振動子において、前記センサ電極は前記音叉側面のうちの＋Ｘ面に形成され、互いに電気的に分割された第１及び第２の分割センサ電極を備える音叉型水晶振動子。
【請求項７】
請求項６に記載の音叉型水晶振動子において、前記第１及び第２の分割センサ電極とする分割線は、音叉腕の長手方向に沿って設けてありかつ前記＋Ｘ面に起因して側面に生じる突起状稜線部に設けてある音叉型水晶振動子。
【請求項８】
請求項４に記載の音叉型水晶振動子において、前記音叉型水晶振動子は結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を幅、Ｙ軸を長手及びＺ軸を厚み方向とした２枚の音叉状水晶片を前記Ｘ軸の±方向を逆向きとして直接接合された音叉型水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音叉型水晶振動子（以下、音叉型振動子とする）を技術分野とし、特にコリオリの力を利用して角速度を検出する角速度センサ用の音叉型振動子（所謂角速度センサ素子）に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）音叉型振動子は時計用のクロック源として一般に知られ、角速度センサ素子は車等の誘導装置やカメラ等の振れ装置に組み込まれ、音叉振動時にコリオリの力による電荷を検出して回転角を検出する素子として知られる。
【０００３】
（従来技術の一例）第３図は音叉型振動子（音叉状水晶片）の図である。
音叉型振動子は一対の音叉腕１（ａｂ）が音叉基部２から延出した音叉状水晶片３からなる。音叉状水晶片３は結晶軸（ＸＹＺ）のＺ軸に主面（ＸＹ面）が直交したＺカット板からなり、Ｘ軸を幅とし、Ｙ軸方向を長さ、Ｚ軸を厚み方向とする。なお、Ｘ軸を中心としてＹ及びＺ軸を数度回転することもあるが、ここではこれらを含めてＺカット板とする。
【０００４】
時計用とする通常の音叉型振動子の場合は、第４図（ａ）の結線図（上面図）に示したように、一対の音叉腕１（ａｂ）の各４面に励振電極４（ａｂｃｄ）、５（ａｂｃｄ）を形成する。そして、各音叉腕１（ａｂ）の両主面「４（ａｂ）、５（ａｂ）」及び両側面「４（ｃｄ）、５（ｃｄ）」を同電位とし、両主面と両側面との間では逆電位とする。そして、各音叉腕１（ａｂ）間での両主面と両側面は同電位としてこれらを共通接続する。
【０００５】
これにより、各音叉腕１（ａｂ）間では、両主面と両側面に生じる電界方向が逆向きとなる。したがって、各音叉腕１（ａｂ）における長手方向での屈曲振動（ＹＺ面、両側面）も逆方向となり、結果的に音叉振動を生じる。
【０００６】
角速度センサ素子の場合は、同図（ｂ）に示したように、一方の音叉腕１ａの両主面「４（ａｂ）」を同電位とし、両側面「５（ｃｄ）」を基準電位例えばアース電位とする。これにより、一対の音叉腕１（ａｂ）に音叉振動を励起する。
【０００７】
他方の音叉腕１（ａｂ）の両側面には対をなすセンサ電極５（ｅｆ）を形成する。例えば内側面を基準電位用のセンサ電極５ｅとして、外側面を第１及び第２の分割センサ電極５ｆ1、５ｆ2とする。そして、コリオリの力によって主面に対して垂直方向に変位する屈曲振動によって生ずる電荷を検出する。
【０００８】
また、他方の音叉腕１ｂの両主面には対となるモニタ電極５（ｇｈ）が形成される。そして、一方の音叉腕１ａによって励起された音叉振動による電荷を検出する。これに基づき、音叉振動の振幅を制御する。
【０００９】
そして、これらの角速度センサ素子を含む音叉型振動子では、Ｚカット板とした水晶ウェハ（単板）を写真印刷によるエッチング技術を用いて、外形加工や電極形成が行われる。無論、機械加工でも加工できるが、エッチング技術は小型化及び量産化の場合に適する。
【特許文献１】特開２００１−２０３５６０号公報
【特許文献２】特開２００１−３３０４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の角速度センサ素子を含む音叉型振動子では、一元管理等の長所から主面と側面の電極材料を共通化して同一材料（同一物質）を使用する。一般的には下地をクロム（Ｃr）とした金（Ａu）を使用する。このため、コスト低減、特性改善及び製造プロセスの簡易化等を阻害する問題があった。
【００１１】
例えば金は銀（Ａg）等に比較して質量が大きい。このため、音叉型振動子の特性に与える影響が強く、例えばクリスタルインピーダンス（ＣＩ）を悪化させる。
【００１２】
また、一般には、第５図に示したように、例えば音叉腕１ａの側面（音叉側面）に設けられる励振電極４（ｃｄ）は、音叉主面にまたがって形成される。これは、音叉腕１ａの全面（全周）に形成された電極をリフトオフによって分割するためである。リフトオフ法は側面電極形成予定部は露出し、それ以外は覆ったレジストパタンをウェハに形成し、このウェハ全面に電極を形成した後、このレジストパタンを化学的に剥離してレジストパタン表面の電極を除去し、側面電極を得る方法である。
【００１３】
しかし、電極が金の場合は、金の展性によって剥離境界部に例えば図示しないひげ状の金屑が残留して境界を不明瞭にする。したがって、電極の大きさを不均一にするとともに、音叉主面の励振電極６（ａｃ）との間隙を不均一にして両者間にする浮遊容量にもバラツキを生じる。また、電極間ショ−トという不良に至ることもある。このことから、設計通りの振動特性を損う、特性改善を阻害する、製造歩留りを上げるにも限界がある等の問題があった。
【００１４】
なお、金が一般的に使用される理由は化学的に安定であり、例えば導電性接着剤やワイヤボンディングを用いて主面電極との電気的接続をする場合、接続部の信頼性向上に有利だからである。
【００１５】
（発明の目的）本発明は原価低減、特性改善及び製造プロセスの簡易化に適した音叉型振動子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、一対の音叉腕が音叉基部から延出してなり、音叉主面及び音叉側面に電極を形成してなる音叉型振動子において、前記音叉主面と前記音叉側面との電極を異物質で構成する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明（請求項１）では、音叉主面と音叉側面との電極は異物質で構成されるので、音叉主面の電極が高価であっても、音叉側面の電極を必要に応じた安価な電極を選択できる。したがって、コスト低減を促進できる。
【００１８】
また、音叉主面の電極が高質量であっても、音叉側面の電極を必要に応じた低質量の電極を選択できる。
リフトオフ法で側面電極を形成する場合で、音叉側面の電極材料として展性に乏しい材料を選択することによって、リフトオフが用意になるので電極面積を均一にできる。したがって、ＣＩ等を含めた振動特性を有利にして特性改善を促進する。
【００１９】
また、側面電極形成に当たりリフトオフ法を用いる場合で音叉側面の電極材料として展性に乏しい材料を選択するとリフトオフが容易になるので、金属ひげ等が軽減でき、よって製造プロセスの簡易化、ショ−ト不良低減、歩留り向上が図れる。
【００２０】
本発明の請求項２で示すように、請求項１における前記音叉主面の電極は金膜を含む積層膜で構成され、前記音叉側面の電極は銀膜又は銀膜を含む積層膜で構成する。また、同請求項３では、前記音叉主面の積層膜は下地をクロム膜とした金膜から、前記音叉側面の積層膜は下地をクロム膜とした銀膜からなる。
【００２１】
これらにより、請求項１の発明をさらに具現化できて効果も明確になる。なお、下地としてのクロム膜は水晶との密着性に優れて金膜及び銀膜との馴染みもよいので適用される。
【００２２】
本発明の請求項４では、請求項１〜３の音叉型水晶振動子は単板水晶ウエハからフォトエッチング技術によって形成されるので、量産化に適して好ましい製造手段になる。
【００２３】
同請求項５では、請求項１〜４の前記音叉の各側面は結晶軸（ＸＹＺ）のＸ面り、その少なくとも一面には角速度に起因して生ずる電荷を検出するセンサ電極を備える。これにより、角速度センサ素子への適用が明確になり、具現化できる。
【００２４】
同請求項６では、請求項５の前記センサ電極は前記音叉側面のうちの＋Ｘ面に形成され、互いに電気的に分割された第１及び第２の分割センサ電極を備える。これにより、第１及び第２の分割センサ電極の形成される＋Ｘ面とした音叉側面には、水晶のエッチング異方性に起因して長手方向に沿った突起状稜線が形成される。この突起は、第１および第２の分割センサ電極を形成する際に製造を容易にする効果を与えるので、請求項６の発明はセンサ製造上好ましい。
【００２５】
同請求項７では、請求項６の前記第１及び第２の分割センサ電極とする分割線は、音叉腕の長手方向に沿って設けてありかつ前記＋Ｘ面に起因して側面に生じる突起状稜線部に設ける。これにより、第１及び第２分割センサ電極は突起状稜線部である分割線の両側に配置されるので、電気的分割を容易にする。
【００２６】
同請求項８では、請求項４の前記音叉型振動子は結晶軸（ＸＹＺ）のＸ軸を幅、Ｙ軸を長手及びＺ軸を厚み方向とした２枚の音叉状水晶片を前記Ｘ軸の±方向を逆向きとして直接接合される。これにより、接合型での角速度センサ素子への適用を明確にする。なお、接合型では±Ｘ軸を逆にして接合するので、センサ電極を分割する必要がなくて電極形成を容易にする。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の一実施例を第１図の上面図に示した角速度センサ素子を例として、第２図に示した製造工程図を用いて説明する。
【００２８】
角速度センサ素子はＺカットした単板からなる図示しない水晶ウェハを写真印刷を用いたエッチング技術によって一体的に形成される。ここでは、先ず、第２図ａに示すように水晶ウェハ１０の両主面に下地をクロム膜（Ｃr、図示せず）とした金膜（Ａu）の積層膜を形成し、さらにフォトエッチング技術によりこの膜を音叉状マスクに加工する。次にこのウェハを水晶エッチャントに浸漬しレジスト膜を設けた後のエッチングによって、一対の音叉腕１（ａｂ）が音叉基部２から延出した多数の音叉状水晶片３を一体的に形成（外形加工）する（第２図ｂ）。さらにウェハ主面上に主面部の電極を形成する（第１図）。
【００２９】
この場合、水晶のエッチング異方性によって、各音叉状水晶片３の＋Ｘ面となる音叉側面には長手方向に沿った突起状稜線Ｐが生じる。ここでも、音叉状水晶片３の幅方向はＸ軸、長手方向はＹ軸及び厚み方向はＺ軸である。そして、エッチングによって音叉主面（両主面）の金膜（積層膜）を所定の形状にし、これを音叉主面の電極とする。
【００３０】
次に第２図ｃに示すように、各音叉状水晶片３の両主面にレジスト膜１２を設けて、音叉側面「各音叉腕１（ａｂ）の両側面」を含めた全面にクロム、銀の順に金属膜１４を蒸着する。そして、両主面のレジスト膜１２を化学的に剥離する（所謂リフトオフ）。これにより、第２図ｄに示すように音叉側面には下地をクロム膜とした銀膜（Ａg）の積層膜すなわち側面電極４ｃ等が形成される。したがって、音叉主面には金膜が、音叉側面には銀膜とした電極が形成される。
【００３１】
次に、他方の音叉腕１（ａｂ）における突起状稜線Ｐが形成された各音叉側面の＋Ｘ面ここでは外側面に形成された電極を分割する。例えばフォトエッチングやレーザ照射によって突起状稜線Ｐ部の電極を剥離して水晶生地が露出した分割線を設ける。これにより、内側面のセンサ電極５ｅと対をなす分割センサ電極５f1、５f2を形成する（第１図）。
【００３２】
このようにして、一方の音叉腕１（ａｂ）には音叉振動を励起する励振電極４（ａｂｃｄ）が形成される。また、他方の音叉腕１（ａｂ）には内側面には基準電位用の、外側面には第１及び第２の分割センサ電極５f1、５f2とした対をなすセンサ電極５（ｅｆ）が、両主面には対をなすモニタ電極５（ｇｈ）が形成される。
【００３３】
なお、図では省略してあるが、各音叉腕１（ａｂ）のみならず、音叉基部２にも導出用の電極（引出電極）が一体的に形成される。
【００３４】
このような構成であれば、何れも下地をクロム膜として、音叉主面は金膜から、音叉側面は銀膜からなる異種物質の電極とする。したがって、金に対して銀は安価なことから製造コストを基本的に低減する。
【００３５】
また、銀は金に対して質量が小さい。したがって、音叉状水晶片３（音叉型振動子）に対する質量負荷が軽減する。これにより、質量によるＣＩの悪化を抑止して振動周波数の変化幅を小さくし、例えば銀膜の厚みにばらつきがあっても振動周波数及びＣＩを一定に維持する。
【００３６】
また、リフトオフ時には、展性が金よりも小さい例えば銀を用いた場合、ひげ状の金属屑の発生を抑止する。したがって、実質的な電極面積及び電極間隙ｄを一定にするので、特に主面電極との間での浮遊容量にばらつきがない。これらのことからも、例えば角速度センサでは角速度検出精度バラツキの軽減が図れる。そして、製造プロセスを簡易化できる。また、ショ−ト不良の低減が図れる。
【００３７】
また、リフトオフが容易な分、分割センサ電極５f1、５f2を形成するに当たり、突起状稜線Ｐ部にレーザを照射して分割する方法が考えられる。この際、電極材料としてＡｇを用いるとレ−ザ加工が容易になる。
【００３８】
（他の事項）上記実施例ではエッチング技術による角速度センサ素子として説明したが、機械加工で形成される通常の音叉型振動子とした場合でも同様に適用できる。
【００３９】
また、音叉主面の電極は金としたが、例えば銀、銅（Ｃu）、ニッケル（Ｎi）、チタン（Ｔi）の適用が考えられる。そして、側面の電極は銀としたが、アルミ（ＡL）等が考えられる。要は、音叉主面の電極は導通性の点から、音叉側面の電極は経済性、振動特性及び製造性の点から決定すればよい。
【００４０】
また、金膜及び銀膜の下地はクロムとしたが、例えばニッケル（Ｎi）やニッケルクロム（ＮiＣr）でもよく水晶素地と密着性（馴染み）が良好のものであればよい。そして、銀はある程度の密着性があるので下地を使用せず直接であってもよい。
【００４１】
また、請求項８に示したように、２枚の音叉状水晶片の±Ｘ軸を逆向きとして直接接合によって貼りあわせた場合でも同様に適用できる。但し、この場合は、発生する電荷が同符号なので、外側面の分割センサ電極５f1、５f2は内側面と同様に連続していてよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施例を説明する角速度センサ素子の上面図である。
【図２】本発明の一実施例を説明する製造工程図である。
【図３】従来例を説明する音叉型振動子（音叉状水晶片）の外観図である。
【図４】従来例を説明する音叉型振動子及び角速度センサ素子の結線図である。
【図５】従来例の問題点を説明する一方の音叉腕の上面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  音叉腕、２  音叉基部、３  音叉状水晶片、４、５  電極。
【図１】
2005244883.tif 000003
【図２】
2005244883.tif 000004
【図３】
2005244883.tif 000005
【図４】
2005244883.tif 000006
【図５】
2005244883.tif 000007