(57)【要約】【課題】  従来の圧電振動子では、圧電振動子の小型化により、電極が小さくなり、電界が小さくなるため、等価直列抵抗Ｒが大きくなるという問題があった。【解決手段】  本発明の圧電振動子１は、振動腕部２、３と、基部４とから構成されている。振動腕部２、３には、貫通孔５、６が形成され、貫通孔５、６の内壁には電極が形成されている。そして、貫通孔５、６には埋め込み部材２７、２８が形成されている。この構造により、圧電振動子１の小型化により振動腕部２、３の幅Ｗ１が狭くなった場合でも、振動腕部２、３の厚みを利用して電極形成領域を確実に確保することができる。また、振動腕部２、３における機械的強度を維持することができる。その結果、圧電振動子１の小型化を実現しつつ、等価直列抵抗Ｒも小さくすることができる。【選択図】  図１
2007006375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲モードで振動し、上面、下面及び側面を有する一対の振動腕部と、
前記振動腕部の一端側と一体に形成されている基部とを有し、
前記振動腕部には前記上下面の間を貫通する貫通孔が形成され、前記振動腕部の側面と対向する前記貫通孔の内壁には電極が形成され、且つ前記貫通孔には埋め込み部材が形成されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
屈曲モードで振動し、上面、下面及び側面を有する一対の振動腕部と、
前記振動腕部の一端側と一体に形成されている基部とを有し、
前記振動腕部の延在方向には前記上下面の間を貫通する複数の貫通孔が形成され、前記振動腕部の側面と対向する前記貫通孔の内壁には電極が形成され、且つ前記貫通孔には埋め込み部材が形成されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項３】
前記埋め込み部材は、Ｎｉ、Ｓｎ−Ａｕ合金、ガラスまたはケイ素であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動子。
【請求項４】
前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面には、前記貫通孔の電極と極性が異なる電極が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電振動子。
【請求項５】
前記振動腕部は前記一端側から一定幅で延在し、前記振動腕部の他端側近傍に前記一定幅よりも広い幅となる段差部を有していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電振動子。
【請求項６】
前記基部と一体に形成され、前記振動腕部の側面に沿って延在する一対のサイド基部とを有し、前記サイド基部の幅は、前記振動腕部の一定幅よりも狭いことを特徴とする請求項５に記載の圧電振動子。
【請求項７】
水晶ウエハをエッチングし、振動腕部及び基部とからなる圧電振動子を形成する圧電振動子の製造方法において、
前記水晶ウエハを準備し、前記水晶ウエハの両面に第１の金属層を形成した後、前記第１の金属層を選択的に除去し、前記第１の金属層をエッチングマスクとして前記水晶ウエハの両面からエッチングし、前記圧電振動子の外形及び前記振動腕部の貫通孔を形成する工程と、
前記第１の金属層を除去した後、前記水晶ウエハに第２の金属層を形成し、前記第２の金属層を選択的に除去し、前記振動腕部の延在方向の側面と対向する前記貫通孔の内壁に電極を形成し、且つ前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面に前記貫通孔の電極と極性が異なる電極を形成する工程と、
前記貫通孔を埋設する埋め込み部材を形成する工程とを有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項８】
水晶ウエハをエッチングし、振動腕部及び基部とからなる圧電振動子を形成する圧電振動子の製造方法において、
前記水晶ウエハを準備し、前記水晶ウエハの両面に第１の金属層を形成した後、前記第１の金属層を選択的に除去し、前記第１の金属層をエッチングマスクとして前記水晶ウエハの両面からエッチングし、前記圧電振動子の外形及び前記振動腕部の貫通孔を形成する工程と、
前記第１の金属層を除去した後、前記水晶ウエハに第２の金属層を形成し、前記第２の金属層を選択的に除去し、前記振動腕部の延在方向の側面と対向する前記貫通孔の内壁に電極を形成した後、前記貫通孔を埋設する埋め込み部材を形成する工程と、
前記水晶ウエハに第３の金属層を形成し、前記第３の金属層を選択的に除去し、前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面に前記貫通孔の電極と極性が異なる電極を形成する工程とを有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【請求項９】
水晶ウエハをエッチングし、振動腕部及び基部とからなる圧電振動子を形成する圧電振動子の製造方法において、
前記水晶ウエハを準備し、前記水晶ウエハの両面に第１の金属層を形成した後、前記第１の金属層を選択的に除去し、前記第１の金属層をエッチングマスクとして前記水晶ウエハの両面からエッチングし、前記振動腕部の貫通孔を形成する工程と、
前記第１の金属層を除去した後、前記水晶ウエハに第２の金属層を形成し、前記第２の金属層を選択的に除去し、前記振動腕部の延在方向の側面と対向する前記貫通孔の内壁に電極を形成した後、前記貫通孔を埋設する埋め込み部材を形成する工程と、
前記水晶ウエハに第３の金属層を形成し、前記第３の金属層を選択的に除去し、前記第３の金属層をエッチングマスクとして前記水晶ウエハの両面からエッチングし、前記圧電振動子の外形を形成する工程と、
前記第３の金属層を除去した後、前記水晶ウエハに第４の金属層を形成し、前記第４の金属層を選択的に除去し、前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面に前記貫通孔の電極と極性が異なる電極を形成する工程とを有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に組み込まれる小型化した圧電振動子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の屈曲振動モードを備えた圧電振動子は、水晶片を加工して形成されている。そして、圧電振動子は、マウント電極が形成された実装基板上に平面実装されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１１に示す如く、圧電振動子１０１は、一対の振動腕部１０２と、振動腕部１０２を繋ぐ基部１０３と、基部１０３から所定方向に延びる支持腕部１０４とで一体に形成されている。振動腕部１０２は、厚みを５０〜２００（μｍ）有し、振動周波数に応じて長さ及び幅が設定されている。例えば、振動周波数を３２．７６８（ＫＨｚ）で設計した場合には、振動腕部１０２の幅Ｗ１０が１００（μｍ）となり、長さＬ６が１６５０（μｍ）となる。尚、振動腕部１０２の幅Ｗ１０及び長さＬ６は、振動周波数に応じて設計変更される。
【０００４】
支持腕部１０４は、基部１０３の左右方向に突出したＬ字状の屈曲部１０５から振動腕部１０２の外側面に沿って平行に形成されている。支持腕部１０４のサイズは、長さが振動腕部１０２の略半分となり、幅が振動腕部１０２と同じかそれ以上となる。そして、支持腕部１０４の先端部には端子電極１０６が形成され、端子電極１０６が実装基板（図示せず）上のマウント電極（図示せず）と導電性接着剤により固着されている。
【０００５】
従来の屈曲振動モードを備えた圧電振動子は、振動腕と基部とを備えて構成されている。振動腕の上下面には溝が形成され、溝の側面を利用して電極が形成されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
図１２（Ａ）に示す如く、圧電振動子は水晶振動子１１１であり、水晶振動子１１１は、一対の振動腕部１１２と基部１１３とから成り、振動腕部１１２の一端部は基部１１３に接続されている。振動腕部１１２は上面、下面及び側面を有し、上下面には中立線１１４を挟むように溝１１５が形成されている。そして、振動腕部１１２の幅Ｗ１２と溝１１５の幅Ｗ１３との関係（Ｗ１３／Ｗ１２）が、０．３５〜０．９５の範囲内になるように、溝１１５の幅Ｗ１３が設計されている。また、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＣ−Ｃ‘線方向の断面図を示している。図示したように、振動腕部１１２の厚みＴ１と溝１１５の厚みＴ２との関係（Ｔ２／Ｔ１）が、０．０１〜０．７９の範囲内になるように、溝１１５の厚みＴ２が設計されている。溝１１５には、電極１１６、１１７が形成されている。この構造により、電気機械変換効率が向上し、等価直列抵抗Ｒが小さく、品質係数値Ｑが高く、更に、容量比の小さい水晶振動子が構成されている。
【特許文献１】特開２００４−３５７１７８号公報（第４−５頁、第１−２図）
【特許文献２】特開２００５−３９７６７号公報（第５−８頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、圧電振動子は、圧電振動子の端子電極と実装基板上のマウント電極との固着により、実装基板上に支持されている。実装基板上に支持された圧電振動子は、パッケージ内へと収納される。そして、近年における携帯電話機等の電子機器の小型化に伴い、圧電振動子が収納されたパッケージが小型化し、圧電振動子の小型化も求められている。
【０００８】
圧電振動子１０１は、支持腕部１０４の先端部に形成された端子電極１０６を介して実装基板上に支持されている。そして、振動腕部１０２の幅Ｗ１０は一定であり、振動腕部１０２の上下面及び側面の４面を利用して電極が配置されている。この構造により、振動腕部１０２を振動させる電界が、振動方向（振動腕部の幅方向）に対して直線的に働かない。そのため、等価直列抵抗Ｒを小さくするためには振動腕部１０２の幅を広げ、電極を大きく形成することで電界を大きくする必要がある。その結果、圧電振動子１０１の幅方向における小型化が実現し難く、パッケージの小型化も図り難いという問題がある。また、圧電振動子１０１の幅方向における小型化を図るためには、振動腕部１０２の幅を狭める必要がある。この場合には、電極が小さくなり、電界が小さくなるため、等価直列抵抗Ｒが大きくなってしまうという問題がある。
【０００９】
また、圧電振動子１１１では、振動腕部１１２は上面、下面及び側面を有し、上下面には溝１１５が形成されている。そして、所望の等価直列抵抗Ｒ、品質係数値Ｑを得るために、溝１１５は振動腕部の幅、厚みに対し、所望の幅及び厚みの範囲に設計されている。しかしながら、振動腕部１１２に溝１１５を形成する際のエッチング時間、エッチング液量等のエッチング条件のばらつきにより、精度良く溝１１５を形成することが困難である。その結果、溝１１５の形状等のばらつきにより、電気的特性がばらつき、所望の振動周波数が得難いという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の圧電振動子では、屈曲モードで振動し、上面、下面及び側面を有する一対の振動腕部と、前記振動腕部の一端側と一体に形成されている基部とを有し、前記振動腕部には前記上下面の間を貫通する貫通孔が形成され、前記振動腕部の側面と対向する前記貫通孔の内壁には電極が形成され、且つ前記貫通孔には埋め込み部材が形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、振動腕部に貫通孔が形成され、該貫通孔を利用して電極が形成されている。そして、貫通孔には埋め込み部材が形成されている。この構造により、振動腕部の機械的強度を維持しつつ、圧電振動子の小型化を実現し、更に等価直列抵抗Ｒも小さくすることができる。
【００１１】
また、本発明では、屈曲モードで振動し、上面、下面及び側面を有する一対の振動腕部と、前記振動腕部の一端側と一体に形成されている基部とを有し、前記振動腕部の延在方向には前記上下面の間を貫通する複数の貫通孔が形成され、前記振動腕部の側面と対向する前記貫通孔の内壁には電極が形成され、且つ前記貫通孔には埋め込み部材が形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、貫通孔により梯子形状に形成された振動腕部においても、貫通孔内に埋め込み部材が形成されている。この構造により、振動腕部の機械的強度を向上させつつ、等価直列抵抗Ｒを小さくすることができる。
【００１２】
また、本発明の圧電振動子では、前記埋め込み部材は、Ｎｉ、Ｓｎ−Ａｕ合金、ガラスまたはケイ素であることを特徴とする。従って、本発明では、埋め込み部材として圧電振動子の原材料である水晶と剛性が同等あるいは高い材料を用いることで、振動腕部での電気機械変換効率の低下を防ぎ、等価直列抵抗Ｒが大きくなることを防止できる。
【００１３】
また、本発明の圧電振動子では、前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面には、前記貫通孔の電極と極性が異なる電極が形成されていることを特徴とする。従って、本発明では、振動腕部の側面に電極が効率的に配置されている。この構造により、等価直列抵抗Ｒの小さい圧電振動子が実現できる。
【００１４】
また、本発明の圧電振動子では、前記振動腕部は前記一端側から一定幅で延在し、前記振動腕部の他端側近傍に前記一定幅よりも広い幅となる段差部を有していることを特徴とする。従って、本発明では、振動腕部の他端部側の幅が広くなるように、振動腕部が形成されている。この構造により、実装基板上に支持された際、圧電振動子の重心が振動腕部の中央部近傍に位置し、圧電振動子は安定状態で支持される。
【００１５】
また、本発明の圧電振動子では、前記基部と一体に形成され、前記振動腕部の側面に沿って延在する一対のサイド基部とを有し、前記サイド基部の幅は、前記振動腕部の一定幅よりも狭いことを特徴とする。従って、本発明では、圧電振動子の重心が振動腕部の中央部近傍に位置することで、サイド基部における機械的強度の負担を低減させ、サイド基部の幅を狭めることができる。
【００１６】
また、本発明の圧電振動子の製造方法では、水晶ウエハをエッチングし、振動腕部及び基部とからなる圧電振動子を形成する圧電振動子の製造方法において、前記水晶ウエハを準備し、前記水晶ウエハの両面に第１の金属層を形成した後、前記第１の金属層を選択的に除去し、前記第１の金属層をエッチングマスクとして前記水晶ウエハの両面からエッチングし、前記圧電振動子の外形及び前記振動腕部の貫通孔を形成する工程と、前記第１の金属層を除去した後、前記水晶ウエハに第２の金属層を形成し、前記第２の金属層を選択的に除去し、前記振動腕部の延在方向の側面と対向する前記貫通孔の内壁に電極を形成し、且つ前記貫通孔の内壁と対向する前記振動腕部の側面に前記貫通孔の電極と極性が異なる電極を形成する工程と、前記貫通孔を埋設する埋め込み部材を形成する工程とを有することを特徴とする。従って、本発明では、振動腕部に形状のばらつきの少ない貫通孔を形成し、該貫通孔内に埋め込み部材を形成することができる。この製造方法により、振動腕部の機械的強度を維持しつつ、等価直列抵抗Ｒの小さい圧電振動子を形成できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、振動腕部に貫通孔が形成され、貫通孔には埋め込み部材が形成されている。この構造により、振動腕部の機械的強度を維持しつつ、振動腕部での電気機械変換効率の低下を防止している。
【００１８】
また、本発明では、振動腕部に貫通孔が形成され、貫通孔の内壁に電極が形成されている。貫通孔内の電極と振動腕部の側面の電極とが対向するように形成されている。この構造により、振動腕部に効率的に電極が形成され、圧電振動子の小型化を実現しつつ、等価直列抵抗Ｒも小さくすることができる。
【００１９】
また、本発明では、振動腕部に貫通孔が形成され、貫通孔の内壁には電極が形成されている。この構造により、電極の形成位置のばらつきを防止でき、電気的特性のばらつきを防止することができる。
【００２０】
また、本発明では、振動腕部は、少なくとも２つの幅を有するように形成されている。振動腕部の一端側は基部と一体に形成され、他端側には幅広く形成されている領域がある。この構造により、実装基板上に支持された圧電振動子の重心が中心部へと位置し、圧電振動子は安定状態で支持される。
【００２１】
また、本発明では、圧電振動子が、実装基板上に安定状態で支持されることで、支持部への機械的強度が低減され、支持部の幅を狭めることができる。この構造により、圧電振動子の幅方向における小型化を実現できる。
【００２２】
また、本発明では、振動腕部の上下面からエッチングにより貫通孔を形成する。この製造方法により、上下面での貫通孔の開口部の大きさや形状のばらつきを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態である圧電振動子について、図１〜図５を参照し、詳細に説明する。図１（Ａ）は、本実施の形態である圧電振動子を説明するための平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す圧電振動子のＡ−Ａ‘線方向の断面図であり、圧電振動子の電極構造を説明するための図である。図２は、本実施の形態である圧電振動子の等価直列抵抗値Ｒと埋め込み部材を構成する材料のヤング率との関係を説明するための図である。図３は、本実施の形態である圧電振動子を説明するための平面図である。図４（Ａ）は、本実施の形態の圧電振動子を説明するための平面図である。図４（Ｂ）は、本実施の形態の圧電振動子を説明するための平面図である。図５は、本実施の形態である圧電振動子において、周波数依存性の少ないサイド基部幅と基部長さとの関係を説明するための図である。
【００２４】
図１〜図３を参照し、第１の本実施の形態の圧電振動子を説明する。圧電振動子１は、主に、一対の振動腕部２、３と、基部４とから構成されている。圧電振動子１は、例えば、電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光軸をＺ軸とした水晶原石の直交座標系において、Ｚ軸平面から１°Ｘ軸方向に回転させたカット角で板状に薄くスライスした水晶ウエハを加工し、形成されている。そのため、圧電振動子１は、例えば、１００〜１５０（μｍ）程度の一定の厚みで形成されている。
【００２５】
振動腕部２、３は、その一端側が基部４と一体に形成され、音叉形状となっている。振動腕部２、３は、幅Ｗ１及び長さＬ１で設計されている。具体的には、振動腕部２の幅及び長さは、下記の関係式に基づいて、所望の振動周波数に応じて決定される。
【００２６】
【数１】
2007006375.tif 000003
ここで、Ｆは振動周波数（Ｈｚ）、Ｌは振動腕部の長さ（ｍ）、Ｗは振動腕部の幅（ｍ）、Ｃ‘２２は弾性スチフネス定数（Ｎ／ｍ２）、ρは水晶の密度（ｋｇ／ｍ３）を示している。
【００２７】
また、振動腕部２、３には、幅Ｗ２有する貫通孔５、６が形成されている。貫通孔５、６は振動腕部２に点線で示した中立線を中心として対称となるように形成されている。
【００２８】
基部４は、長さＬ２、幅Ｗ３の領域を有し、振動腕部２、３とその一部が一体に形成されている。基部４では、振動腕部２で発生した機械的振動エネルギーを減衰させ、パッケージへの振動漏れを防ぐ領域を有するように設計されている。
【００２９】
図１（Ｂ）に示す如く、Ａ−Ａ‘線方向の断面では、振動腕部２、３は貫通孔５、６により幅方向（Ｘ軸方向）に分離している。
【００３０】
振動腕部２では、貫通孔５により形成された内壁７、８を覆うように同極の電極９、１０が形成されている。尚、電極９、１０は、その一部が振動腕部２の上下面１１、１２まで形成されている。そして、内壁７、８に対向する振動腕部２の側面１３、１４には、電極９、１０と極性の異なる電極１５、１６が形成されている。
【００３１】
同様に、振動腕部３では、貫通孔６により形成された内壁１７、１８を覆うように同極の電極１９、２０が形成されている。尚、電極１９、２０は、その一部が振動腕部３の上下面２１、２２まで形成されている。そして、内壁１７、１８に対向する振動腕部３の側面２３、２４には、電極１９、２０と極性の異なる電極２５、２６が形成されている。
【００３２】
尚、各電極は振動腕部２、３及び基部４に形成された配線を介して、それぞれ同極同士が接続されている。そして、電極及び配線は、例えば、水晶ウエハに対し、クロム（Ｃｒ）をスパッタリングした後に、金（Ａｕ）をスパッタリングし、所望の形状に形成されている。
【００３３】
具体的には、電極９、１０、２５、２６を正極とし、電極１５、１６、１９、２０を負極とし、各電極間に直流電圧を印加すると、図示した矢印方向（Ｘ幅方向）に電界ＥＸが発生する。そして、振動腕部２、３には、電界ＥＸにより中立線（図１（Ａ）参照）を挟んで伸縮応力が働き、振動腕部２、３は屈曲モードで振動する。上述したように、貫通孔５、６を形成することで、振動腕部２、３の厚み方向（Ｘ軸方向に垂直面）全面に電極９、１０、１９、２０が形成されている。この構造により、振動腕部２、３での電極形成領域を溝構造と比較して増大させ、振動腕部２、３には、振動腕部２、３が屈曲動作する方向（Ｘ幅方向）に大きな電界ＥＸが発生する。つまり、圧電振動子１の小型化により、振動腕部２、３の幅Ｗ１が狭くなった場合でも、貫通孔を形成し振動腕部２、３の厚みを有効利用することで、電界ＥＸの効率良く発生させる。そして、電気機械変換効率を劣化することを防ぎ、等価直列抵抗Ｒの小さい圧電振動子１を形成することができる。
【００３４】
図示の如く、貫通孔５、６では、貫通孔５、６に形成された電極間には、Ｎｉ、Ｓｎ−Ａｕ合金、低融点ガラス、ケイ素等から成る埋め込み部材２７、２８が形成されている。この構造により、振動腕部２、３の貫通孔５、６には埋め込み部材２７、２８が形成されることで、振動腕部２、３の屈曲モードの振動が乱れ、等価直列抵抗Ｒが大きくなることを防止できる。具体的には、埋め込み部材２７、２８として水晶よりも剛性が高いＮｉやＳｎ−Ａｕ合金を用いる場合には、水晶による埋め込み部材が形成された場合よりも等価直列抵抗Ｒが小さくなる。一方、埋め込み部材２７、２８として水晶よりも剛性が低い低融点ガラスやケイ素を用いる場合には、水晶による埋め込み部材が形成された場合よりも等価直列抵抗Ｒが大きくなる。例えば、同一構造の振動腕部で比較すると、等価直列抵抗Ｒは、Ｎｉの場合は２１．４（ｋΩ）、Ｓｎ−Ａｕ合金の場合は３３．８（ｋΩ）、水晶の場合は４７．５（ｋΩ）、ケイ素の場合は７９．３（ｋΩ）である。つまり、埋め込み部材２７、２８の剛性が、水晶とほぼ同等か、高いものを用いることで、等価直列抵抗Ｒを小さくすることができる。しかしながら、埋め込み部材２７、２８として、貫通孔５、６への充填時における液体状態での取り扱い性、貫通孔５、６内での硬化形状等、種々の要素を考慮し、埋め込み部材２７、２８を選択することができる。
【００３５】
図２に示す如く、圧電振動子の等価直列抵抗Ｒは、貫通孔５、６に形成された埋め込み部材２７、２８を構成する材料のヤング率Ｅ（１０１０Ｐａ）からも対比することができる。上述したように、埋め込み部材２７、２８がＮｉから構成される場合には、等価直列抵抗Ｒは２１．４（ｋΩ）であり、ヤング率Ｅは２１．９２（１０１０Ｐａ）となる。つまり、図の曲線が示すように、埋め込み部材２７、２８を構成する材料のヤング率Ｅ大きい方が、振動腕部２、３の屈曲モードの振動を妨げとならず、等価直列抵抗Ｒが小さくすることができる。
【００３６】
図３に示す如く、圧電振動子２９の振動腕部３０、３１には、それぞれ３個ずつ貫通孔３２〜３７が形成されている。貫通孔３２〜３７の幅はＷ２であり、振動腕部３０、３１に点線で示した中立線を中心として対称となるように形成されている。そして、図１（Ａ）の場合と同様に、貫通孔３２〜３７の内壁には電極が形成され、貫通孔３２〜３７には埋め込み部材が形成されている。埋め込み部材としては、Ｎｉ、Ｓｎ−Ａｕ合金、低融点ガラス、ケイ素等である。振動腕部３０、３１に複数の貫通孔３２〜３７を形成する構造では、個々の貫通孔３２〜３７は、図１（Ａ）に示す貫通孔５、６よりも、その延在方向の長さは短くなる。そして、振動腕部３０、３１の貫通孔３２〜３７が形成される領域では、貫通孔３２〜３７間に水晶の一体領域３８〜４１を有し、振動腕部３０、３１は梯子形状となる。つまり、振動腕部３０、３１では、一体領域３８〜４１が一定間隔で配置され、埋め込み部材が一定間隔で形成されている。この構造により、振動腕部３０、３１での電極形成領域を溝構造と比較して増大させる一方で、振動腕部３０、３１での機械的強度を図１（Ａ）の構造と比較して更に向上させることができる。
【００３７】
尚、図３に示す圧電振動子２９の構造は、振動腕部３０、３１に形成される貫通孔３２〜３７の数以外は、図１（Ａ）に示す圧電振動子１の構造と同様であるので、その他の構造の説明は図１（Ａ）の説明を参照し、ここではその説明を割愛する。
【００３８】
図４及び図５を参照し、第２の本実施の形態の圧電振動子を説明する。
【００３９】
図４（Ａ）に示す如く、圧電振動子５１は、主に、一対の振動腕部５２、５３と、基部５４と、一対のサイド基部５５、５６とから構成されている。圧電振動子５１は、例えば、電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光軸をＺ軸とした水晶原石の直交座標系において、Ｚ軸平面から１°Ｘ軸方向に回転させたカット角で板状に薄くスライスした水晶ウエハを加工し、形成されている。そのため、圧電振動子５１は、例えば、１００〜１５０（μｍ）程度の一定の厚みにより形成されている。
【００４０】
振動腕部５２、５３は、その一端側が基部５４と一体に形成され、音叉形状となっている。振動腕部５２、５３の構造は同一構造となるので、以下では振動腕部５２を用いて説明する。
【００４１】
振動腕部５２は、基部５４と一体となる一端側から振動腕部５３と平行に延在している。振動腕部５２は、段差部５７を有し、振動腕部５２の一端側から段差部５７までは幅Ｗ４で形成され、段差部５７から他端側までは幅Ｗ５で形成されている。段差部５７は、振動腕部５２に点線で示した中立線を中心として対称となるように形成されている。つまり、振動腕部５２は、２種類の幅Ｗ４、Ｗ５から形成され、Ｗ４＜Ｗ５の関係を満たすように設計されている。尚、振動腕部５２に形成される段差部５７の位置は、所望の振動周波数に応じて、振動腕部５２の長さＬ３、幅Ｗ４、Ｗ５等の種々の設計条件に応じて、任意の設計変更が可能である。
【００４２】
具体的には、振動腕部５２は、上記の関係式に基づいて、所望の振動周波数に応じた振動腕部５２の長さＬ３、幅Ｗ４、Ｗ５が決定される。
【００４３】
圧電振動子５１の振動周波数Ｆは、振動腕部の幅Ｗに比例し、振動腕部の長さＬの二乗に反比例する関係にある。上述したように、圧電振動子５１の振動腕部５２は、その段差部５７から他端部の幅をＷ５としており、上記の関係式での振動腕部の幅Ｗが広くなる。そのため、所望の振動周波数Ｆを得るためには、振動腕部の長さＬを短くする必要がある。その結果、振動腕部５２の長さが短くなり、圧電振動子５１の長さ方向での小型化が実現される。
【００４４】
振動腕部５２には、貫通孔５８が形成されている。貫通孔５８は振動腕部５２に点線で示した中立線を中心として対称となるように形成されている。尚、図４（Ａ）に示すＢ−Ｂ‘線方向に示す振動腕部５２、５３の電極構造及びその効果は、図１（Ｂ）を用いて説明した電極構造及びその効果と同様であるので、図１（Ｂ）の説明を参照し、ここではその説明を割愛する。
【００４５】
基部５４は、長さＬ４、幅Ｗ６の領域を有し、振動腕部５２、５３及びサイド基部５５、５６とその一部が一体に形成されている。基部５４では、振動腕部５２で発生した機械的振動エネルギーを減衰させ、サイド基部５５、５６を介しての振動漏れを防ぐ領域が必要である。
【００４６】
サイド基部５５、５６は、その一端側の側面の一部が基部５４と一体に形成されている。サイド基部５５、５６は、その間に振動腕部５２、５３を挟むように、振動腕部５２、５３と平行となるように形成されている。サイド基部５５、５６の他端側には、丸印で示した領域に端子電極（図示せず）が形成されており、端子電極が導電性接着剤、例えば、銀ペーストを介して実装基板上の電極と接続している。圧電振動子５１は、丸印で示したサイド基部５５、５６の下方でのみ実装基板と固着した状態で、実装基板上に支持されている。
【００４７】
上述したように、振動腕部５２、５３の一端側は基部５４と一体に形成され、振動腕部５２、５３の他端側には幅Ｗ５の領域が形成されている。この構造により、振動腕部５２、５３の両端における重みのバランスが調整され、圧電振動子５１が実装基板上に支持された際には、圧電振動子５１の重心が振動腕部５２、５３の中央部近傍へと位置する。その結果、圧電振動子５１が実装基板上に安定状態で支持される。そして、サイド基部５５、５６に対し、圧電振動子５１自体の重み、振動等による機械的強度による影響が低減する。つまり、Ｗ７＜Ｗ４の関係を満たすようにサイド基部５５、５６の幅Ｗ７を設計することが可能となり、圧電振動子５１の幅方向での小型化が実現される。
【００４８】
図示したように、基部５４とサイド基部５５とは、幅Ｗ８だけ離間している。振動腕部５２とサイド基部５５とは、幅（Ｗ８＋Ｗ９）だけ離間している。つまり、幅Ｗ８は、水晶ウエハを貫通エッチングできる最小幅であり、基部５４とサイド基部５５との離間幅を小さくしている。そして、圧電振動子５１の幅方向を広げることなく、所望の幅Ｗ６を有する基部５４が形成されている。この構造により、基部５４からの振動漏れを防ぐことができる。
【００４９】
一方、振動腕部５２とサイド基部５５との離間幅は、貫通エッチングできる最小幅Ｗ８に幅Ｗ９だけ更に広げ、振動腕部５２とサイド基部５５との間に適切な離間幅を確保している。貫通エッチングできる最小幅により振動腕部５２を形成することは、マスクずれ、エッチング条件等により困難である。つまり、振動腕部５２とサイド基部５５との間に適切な離間幅（Ｗ８＋Ｗ９）を有することで、振動腕部５２を形成する際に、その外形寸法にばらつきが生じ難い構造となる。その結果、振動腕部５２、５３の振動周波数Ｆは振動腕部５２、５３の幅Ｗに影響されるが、振動周波数Ｆに狂いが生じ難い、品質係数Ｑ値の高い圧電振動子５１が形成される。
【００５０】
尚、水晶ウエハを貫通エッチングできる最小幅Ｗ８とは、公知のフォトリソグラフィ技術を用い、例えば、フッ酸を用いてウエットエッチングにより貫通できる幅である。そして、幅Ｗ８は２５（μｍ）程度であり、幅Ｗ９は５０（μｍ）程度である。
【００５１】
図４（Ｂ）に示す如く、圧電振動子５９の振動腕部６０、６１には、それぞれ３個ずつ貫通孔６２〜６７が形成されている。貫通孔６２〜６７は、振動腕部６０、６１に点線で示した中立線を中心として対称となるように形成されている。そして、図４（Ａ）の場合と同様に、貫通孔６２〜６７の内壁には電極が形成され、貫通孔６２〜６７には埋め込み部材が形成されている。埋め込み部材としては、Ｎｉ、Ｓｎ−Ａｕ合金、低融点ガラス、ケイ素等である。振動腕部６０、６１に複数の貫通孔６２〜６７を形成する構造では、個々の貫通孔６２〜６７は、図４（Ａ）に示す貫通孔５８よりも、その延在方向の長さは短くなる。そして、振動腕部６０、６１の貫通孔６２〜６７が形成される領域では、貫通孔６２〜６７間に水晶の一体領域６８〜７１を有し、振動腕部６０、６１は梯子形状となる。つまり、振動腕部６０、６１では、一体領域６８〜７１が一定間隔で配置され、埋め込み部材が一定間隔で形成されている。この構造により、振動腕部６０、６１での電極形成領域を溝構造と比較して増大させる一方で、振動腕部６０、６１での機械的強度を図１（Ａ）の構造と比較して更に向上させることができる。
【００５２】
尚、図４（Ｂ）に示す圧電振動子５９の構造は、振動腕部６０、６１に形成される貫通孔６２〜６７の数以外は、図４（Ａ）に示す圧電振動子５１の構造と同様であるので、その他の構造の説明は図４（Ａ）の説明を参照し、ここではその説明を割愛する。
【００５３】
図５では、横軸は、基部の長さＬ４（μｍ）を示している。縦軸は、圧電振動子が空中に完全に浮いている状態での周波数と、圧電振動子がパッケージに収納されるために実装基板上に固着された状態での周波数との周波数偏差（ｐｐｍ）を示している。そして、実線は基部５４とサイド基部５５、５６とが一体となる長さＬ５が２４０（μｍ）の場合を示している。一方、点線は、長さＬ５が１９０（μｍ）の場合を示している。
【００５４】
図示したように、実線の場合も、点線の場合も下に凸の曲線となり、下限値において周波数偏差が最も小さくなっている。具体的には、実線が示すように、長さＬ５が２４０（μｍ）の場合には、基部の長さＬ４が３２０〜３５０（μｍ）程度必要である。一方、長さＬ５が１９０（μｍ）の場合には、基部の長さＬ４が２５０〜３００（μｍ）程度必要である。つまり、長さＬ５が大きくなれば長さＬ４が大きくなり、長さＬ５が小さくなれば長さＬ４が小さくなる。
【００５５】
ここで、上述したように、圧電振動子５１は、丸印（図４（Ａ）参照）で示したサイド基部５５、５６の他端側の端子電極（図示せず）により実装基板上に支持されている。長さＬ５の最低値は、圧電振動子５１を中空部に支持し続けるために必要な長さ、つまり、機械的強度を確保する長さを考慮しつつ、周波数偏差との関係で決定される。一方、長さＬ５の最大値は、圧電振動子が収納されるパッケージサイズとの関係で決定される。つまり、本実施の形態では、パッケージサイズの縮小化を考慮しつつ、例えば、基部５４の長さＬ４が２５０〜３５０（μｍ）の範囲で設計されることで、サイド基部５５、５６は振動漏れ等の周波数依存性の少ない幅Ｗ７で形成されることが可能となる。
【００５６】
尚、本実施の形態では、振動腕部が２つの幅を有する構造について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、振動腕部が基部から離間するにつれて階段状に幅広く形成されている等、振動腕部が複数の幅を有するように形成されていてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００５７】
次に、本発明の実施の形態である圧電振動子の製造方法について、図６〜図１０を参照し、詳細に説明する。図６（Ａ）は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための断面図である。図６（Ｂ）は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための平面図である。図７（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための断面図である。図８（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための断面図である。図９（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための断面図である。図１０（Ａ）は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための平面図である。図１０（Ｂ）は、本実施の形態である圧電振動子の製造方法を説明するための断面図である。尚、圧電振動子の製造方法を説明するための断面図は、振動腕部の貫通孔が形成されている領域の断面図である。
【００５８】
先ず、図６及び図７を参照し、圧電振動子の製造方法における第１の実施の形態について説明する。
【００５９】
図６（Ａ）に示す如く、電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光軸をＺ軸とした水晶原石の直交座標系において、Ｚ軸平面から１°Ｘ軸方向に回転させたカット角で板状に薄くスライスした水晶ウエハ７１を準備する。そして、水晶ウエハ７１の両面にクロム（Ｃｒ）７２をスパッタリングした後に、金（Ａｕ）７３をスパッタリングし、エッチングマスクとして用いる金属層７４を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、圧電振動子の外形に沿った開口部及び貫通孔が形成される領域に開口部が設けられるように、金属層７４を選択的に除去する。
【００６０】
図６（Ｂ）に示す如く、金属層７４をエッチングマスクとして用い、例えば、フッ酸を用いてウエットエッチングにより、水晶ウエハ７１の両面から圧電振動子７５の外形及び貫通孔７６を形成する。その後、金属層７４を除去する。このエッチング工程により、水晶ウエハ７１には支持バー７７が形成され、複数の圧電振動子７５が支持バー７７と一体となることで、圧電振動子７５は水晶ウエハ７１に支持されている。
【００６１】
また、本実施の形態では、貫通孔７６とすることで、水晶ウエハ７１の上下面から溝を形成する場合と比較すると、エッチング時間、エッチング液量等のエッチング条件のばらつきによる溝形状のずれ（溝幅、溝深さ）を考慮する必要がない。また、水晶ウエハ７１の両面からエッチングすることで、貫通孔７６の開口大きさを等しくすることができる。その結果、圧電振動子７５は、貫通孔形状のずれによる電気的特性のばらつきが生じ難い構造となる。そして、容易な製造方法により、所望の振動周波数を有する圧電振動子７５を形成でき、歩留まりも向上させることができる。
【００６２】
図７（Ａ）に示す如く、水晶ウエハ７１の両面、貫通孔７６内及び圧電振動子７５の側面にクロム（Ｃｒ）７８をスパッタリングした後に、金（Ａｕ）７９をスパッタリングし、金属層８０を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、金属層８０を選択的に除去し、電極、配線（図示せず）、端子電極（図示せず）を形成する。
【００６３】
図７（Ｂ）に示す如く、貫通孔７６に埋め込み部材８１を形成する。埋め込み部材８１は、例えば、Ｎｉ、Ｓｎ−Ａｕ合金、低融点ガラスまたはケイ素から形成される。ここで、低融点ガラスから成る埋め込み部材８１を形成する場合、液体状態の低融点ガラスは、液体の表面張力が利用され、貫通孔７６間に充填される。そして、低融点ガラスが貫通孔７６間で固化した後、熱処理を行うことで、低融点ガラスは貫通孔７６内に、ほぼ一定形状で硬化する。尚、ケイ素も低融点ガラスと同様な方法により貫通孔７６を埋設する。また、ＮｉやＳｎ−Ａｕ合金の場合には、貫通孔７６内壁の電極を利用し、メッキ処理により貫通孔７６を埋設する。
【００６４】
最後に、水晶ウエハ７１から圧電振動子７５を離脱させ、圧電振動子７５が完成する。このとき、図６（Ｂ）に示したように、圧電振動子７５は、基部８２に形成された凹部８３内から延在する部分が支持バー７７と接続し、水晶ウエハ７１に支持されている。この構造により、圧電振動子７５が水晶ウエハ７１から離脱する際に、切り欠き部分が凹部８３内に収まり、基部８２から突出することを防止できる。その結果、パッケージサイズが小型化された場合でも、切り欠き部分がパッケージに引っ掛かることのない圧電振動子７５を形成できる。
【００６５】
尚、上述した第１の実施の形態では、圧電振動子７５の外形及び貫通孔７６を１回のエッチング工程で形成する場合について説明したがこの場合に限定するものではない。例えば、２回のエッチング工程により、貫通孔７６を形成した後、エッチングマスクを換えて圧電振動子７５の外形を形成する場合でもよい。また、同様に、圧電振動子７５の外形を形成した後に、貫通孔を形成する場合でもよい。
【００６６】
次に、図８を参照し、圧電振動子の製造方法における第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、水晶ウエハに圧電振動子及び貫通孔を形成する工程及び水晶ウエハから圧電振動子を離脱する工程は、第１の実施の形態と同様である。そのため、第１の実施の形態と同様の工程に関しては、第１の実施の形態の説明を参照し、ここではその説明を割愛する。
【００６７】
図８（Ａ）に示す如く、水晶ウエハ８４に圧電振動子８５の外形及び貫通孔８６を形成した後、水晶ウエハ８４の両面、貫通孔８６内及び圧電振動子８５の側面にクロム（Ｃｒ）８７をスパッタリングした後に、金（Ａｕ）８８をスパッタリングし、金属層８９を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、金属層８９を選択的に除去し、貫通孔８６内に電極を形成する。
【００６８】
図８（Ｂ）に示す如く、貫通孔８６に埋め込み部材９０を形成する。埋め込み部材９０は、例えば、Ｎｉ、Ｓｎ−Ａｕ合金、低融点ガラスまたはケイ素から形成される。埋め込み部材９０の形成方法は、図７（Ｂ）を用いて説明した方法と同様である。その後、水晶ウエハ８４の両面にクロム（Ｃｒ）９１をスパッタリングした後に、金（Ａｕ）９２をスパッタリングし、金属層９３を形成する。そして、公知のフォトリソグラフィ技術により、金属層９３を選択的に除去し、電極及び配線等を形成する。最後に、水晶ウエハ８４から圧電振動子８５を離脱させ、圧電振動子８５が完成する。
【００６９】
尚、上述した第２の実施の形態においても、圧電振動子８５の外形及び貫通孔８６の形成工程は、第１の実施の形態のように、１回のエッチング工程の場合でも、２回のエッチング工程の場合でもよい。
【００７０】
次に、図９及び図１０を参照し、圧電振動子の製造方法における第３の実施の形態について説明する。
【００７１】
図９（Ａ）に示す如く、電気軸をＸ軸、機械軸をＹ軸、光軸をＺ軸とした水晶原石の直交座標系において、Ｚ軸平面から１°Ｘ軸方向に回転させたカット角で板状に薄くスライスした水晶ウエハ９４を準備する。そして、水晶ウエハ９４の両面にクロム（Ｃｒ）９５をスパッタリングした後に、金（Ａｕ）９６をスパッタリングし、エッチングマスクとして用いる金属層９７を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、貫通孔９８が形成される領域に開口部が設けられるように、金属層９７を選択的に除去する。
【００７２】
図９（Ｂ）に示す如く、金属層９７をエッチングマスクとして用い、例えば、フッ酸を用いてウエットエッチングにより、水晶ウエハの両面から貫通孔９８を形成する。水晶ウエハ９４の両面及び貫通孔９８内にクロム（Ｃｒ）９９をスパッタリングした後に、金（Ａｕ）１００をスパッタリングし、金属層１０１を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、金属層１０１を選択的に除去し、貫通孔９８内に電極を形成する。そして、金属層１０１を除去した後、貫通孔９８に埋め込み部材１０２を形成する。埋め込み部材１０２は、例えば、Ｎｉ、Ｓｎ−Ａｕ合金、低融点ガラスまたはケイ素から形成される。埋め込み部材１０２の形成方法は、図７（Ｂ）を用いて説明した方法と同様である。
【００７３】
図９（Ｃ）に示す如く、水晶ウエハ９４の両面にクロム（Ｃｒ）１０３をスパッタリングした後に、金（Ａｕ）１０４をスパッタリングし、金属層１０５を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、圧電振動子の外形に沿った開口部が形成されるように、金属層１０５を選択的に除去する。
【００７４】
図１０（Ａ）に示す如く、金属層１０５をエッチングマスクとして用い、例えば、フッ酸を用いてウエットエッチングにより、水晶ウエハ９４の両面から圧電振動子１０６の外形を形成する。その後、金属層１０５を除去する。このエッチング工程により、水晶ウエハ９４には支持バー１０７が形成され、複数の圧電振動子１０６が支持バー１０７と一体となることで、圧電振動子１０６は水晶ウエハ９４に支持されている。
【００７５】
図１０（Ｂ）に示す如く、水晶ウエハ９４の両面にクロム（Ｃｒ）１０８をスパッタリングした後に、金（Ａｕ）１０９をスパッタリングし、金属層１１０を形成する。その後、公知のフォトリソグラフィ技術により、金属層１１０を選択的に除去し、電極及び配線等を形成する。最後に、水晶ウエハ９４から圧電振動子１０６を離脱させ、圧電振動子１０６が完成する。圧電振動子１０６を離脱する際の基部１１１の凹部１１２の形状は、上述した通りである。
【００７６】
尚、本実施の形態では、水晶ウエハをエッチングする際のエッチングマスクとして、電極を形成する金属層と同じ金属層を用いる場合について説明したが、この場合に限定する必要はない。例えば、エッチングマスクとして用いられるその他の金属層、フォトレジスト等を用いる場合でも良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態における（Ａ）圧電振動子を説明するための平面図であり、（Ｂ）（Ａ）に示す圧電振動子のＡ−Ａ‘線に沿った断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における圧電振動子の等価直列抵抗値Ｒと埋め込み部材を構成する材料のヤング率との関係を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態における圧電振動子を説明するための平面図である。
【図４】本発明の実施の形態における（Ａ）圧電振動子を説明するための平面図であり、（Ｂ）圧電振動子を説明するための平面図である。
【図５】本発明の実施の形態における圧電振動子において、周波数依存性の少ないサイド基部幅と基部長さとの関係を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態における圧電振動子の製造方法を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図である。
【図７】本発明の実施の形態における圧電振動子の製造方法を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。
【図８】本発明の実施の形態における圧電振動子の製造方法を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。
【図９】本発明の実施の形態における圧電振動子の製造方法を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態における圧電振動子の製造方法を説明するための（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図である。
【図１１】従来の圧電振動子を説明するための平面図である。
【図１２】従来の（Ａ）圧電振動子を説明するための平面図であり、（Ｂ）（Ａ）に示す圧電振動子のＣ−Ｃ‘線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  圧電振動子
２、３  振動腕部
４  基部
５、６  貫通孔
９、１０、１５、１６、１９、２０、２５、２６  電極
２７、２８  埋め込み部材
【図１】
2007006375.tif 000004
【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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【図１１】
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【図１２】
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