(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で発振特性が良好な音叉型水晶振動子を提供する。【解決手段】音叉型水晶振動子１は、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の結晶軸を有する。音叉型水晶振動子１は、基部２と、基部２から延び、Ｘ軸方向で極性が逆の第１水晶片３Ａと第２水晶片３ＢとをＺ軸方向に直接接合した第１腕部４Ａ、第２腕部４Ｂと、Ｙ軸とＺ軸とがなす第１腕部４Ａ、第２腕部４Ｂそれぞれの主面に配置された励振電極５とを備える。基部２は、第１腕部４Ａの少なくとも一部と一体の第１部分２Ａと、第２腕部４Ｂの少なくとも一部と一体の第２部分２Ｂとを含み、第１部分２Ａと第２部分２Ｂとが、Ｚ軸方向に直接接合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の結晶軸を有する音叉型水晶振動子であって、
基部と、
前記基部から延び、Ｘ軸方向で極性が逆の第１水晶片と第２水晶片とをＺ軸方向に直接
接合した第１、第２腕部と、
前記Ｙ軸と前記Ｚ軸とがなす前記第１、第２腕部それぞれの主面に配置された励振電極
とを備え、
前記基部は、前記第１腕部の少なくとも一部と一体の第１部分と、前記第２腕部の少な
くとも一部と一体の第２部分とを含み、
前記第１部分と前記第２部分とが、Ｚ軸方向に直接接合されている音叉型水晶振動子。
【請求項２】
前記第１部分は、前記第１腕部の前記第１水晶片と一体で、
前記第２部分は、前記第２腕部の前記第１水晶片と一体である請求項１記載の音叉型水
晶振動子。
【請求項３】
前記基部は、前記第１腕部の前記第２水晶片と一体の第３部分と、前記第２腕部の前記
第２水晶片と一体の第４部分とを含む請求項２記載の音叉型水晶振動子。
【請求項４】
Ｘ軸方向に関して、前記第１、第２腕部は、前記基部より小さく、前記基部のほぼ中央
に配置される請求項１〜３のいずれか一項記載の音叉型水晶振動子。
【請求項５】
Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の結晶軸を有し、基部と、前記基部から延びる第１、第２腕部と
を含む音叉型水晶振動子の製造方法であって、
Ｘ軸方向で極性が逆になるように２枚の水晶基板を接合する第１工程と、
前記接合された一方の水晶基板を所定厚みに加工する第２工程と、
前記所定厚みに加工された前記一方の水晶基板の一部をエッチングする第３工程と、
前記接合された他方の水晶基板の一部をエッチングして第１部材を形成する第４工程と
、
前記第１部材をさらにエッチングして、前記第１腕部及び該第１腕部と一体の前記基部
の一部を成形する第５工程と、
前記第１〜第４工程と同様の工程で形成された第２部材をさらにエッチングして、前記
第２腕部及び前記第２腕部と一体の前記基部の一部を成形する第６工程と、
前記第５、６工程で成形された部材を接合する第７工程と、を含む製造方法。
【請求項６】
前記第７工程の前に、前記第１腕部及び前記第２腕部のそれぞれに電極を形成する工程
を含む請求項５記載の製造方法。
【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、及び音叉型水晶振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
音叉型水晶振動子は、水晶発振回路を構成し、電子時計の基準クロックを発生するため
の電子部品である。音叉型水晶振動子は、印加された電圧に応じて、逆圧電現象により振
動する。音叉型水晶振動子の振動数は、その音叉型水晶振動子の形状等に応じて変化する
。下記特許文献には、音叉型水晶振動子に関する技術の一例が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１５９０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
小型でｋＨｚ帯（例えば３２ｋＨｚ）の音叉型水晶振動子を製造しようとする場合、例
えば音叉腕部を非常に薄くする必要が生じる。従来技術の場合、電界の向きを直線的にす
ることができ、クリスタルインピーダンス（CI：Crystal Impedance）を低減できる可能
性がある。しかし、従来技術の構造の音叉型水晶振動子を製造しようとすると、例えば非
常に薄い基板を用意する必要が生じたり、高精度な加工をする必要が生じたりする等、製
造上の問題が生じる。その結果、音叉型水晶振動子の小型化を図ることが困難となる可能
性がある。
【０００４】
本発明は、小型で発振特性が良好な音叉型水晶振動子を提供することを目的とする。ま
た本発明は、小型で発振特性が良好な音叉型水晶振動子を円滑に製造できる製造方法を提
供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様に従えば、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の結晶軸を有する音叉型水晶振動
子であって、基部と、基部から延び、Ｘ軸方向で極性が逆の第１水晶片と第２水晶片とを
Ｚ軸方向に直接接合した第１、第２腕部と、Ｙ軸とＺ軸とがなす第１、第２腕部それぞれ
の主面に配置された励振電極とを備え、基部は、第１腕部の少なくとも一部と一体の第１
部分と、第２腕部の少なくとも一部と一体の第２部分とを含み、第１部分と第２部分とが
、Ｚ軸方向に直接接合されている音叉型水晶振動子が提供される。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、小型で発振特性が良好な音叉型水晶振動子を提供できる
。
【０００７】
本発明の第１の態様において、第１部分を、第１腕部の第１水晶片と一体で、第２部分
を、第２腕部の第１水晶片と一体とすることができる。これにより、小型で良好な発振特
性を得ることができる。
【０００８】
本発明の第１の態様において、基部は、第１腕部の第２水晶片と一体の第３部分と、第
２腕部の第２水晶片と一体の第４部分とを含む。これにより、所望の幅を得ることができ
る。
【０００９】
本発明の第１の態様において、Ｘ軸方向に関して、第１、第２腕部を、基部より小さく
、基部のほぼ中央に配置することができる。これにより、小型で良好な発振特性を得るこ
とができる。
【００１０】
本発明の第２の態様に従えば、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の結晶軸を有し、基部と、基部か
ら延びる第１、第２腕部とを含む音叉型水晶振動子の製造方法であって、Ｘ軸方向で極性
が逆になるように２枚の水晶基板を接合する第１工程と、接合された一方の水晶基板を所
定厚みに加工する第２工程と、所定厚みに加工された一方の水晶基板の一部をエッチング
する第３工程と、接合された他方の水晶基板の一部をエッチングして第１部材を形成する
第４工程と、第１部材をさらにエッチングして、第１腕部及びその第１腕部と一体の基部
の一部を成形する第５工程と、第１〜第４工程と同様の工程で形成された第２部材をさら
にエッチングして、第２腕部及び第２腕部と一体の基部の一部を成形する第６工程と、第
５、６工程で成形された部材を接合する第７工程と、を含む製造方法が提供される。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、小型で発振特性が良好な音叉型水晶振動子を円滑に製造
できる。
【００１２】
本発明の第２の態様において、前記第７工程の前に、前記第１腕部及び前記第２腕部の
それぞれに電極を形成する工程が設けられる。これにより、電極を良好に形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明においては
、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係につ
いて説明する。Ｘ軸方向を音叉型水晶振動子の厚み方向とし、Ｙ軸方向を音叉型水晶振動
子の長さ方向とし、Ｚ軸方向を音叉型水晶振動子の幅方向とする。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸
は、水晶の結晶軸（基本軸）である。
【００１４】
＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る音叉型水晶振動子１の一
例を示す概略斜視図、図２は、上方から見た平面図である。本実施形態において、音叉型
水晶振動子１は、結晶軸のＸ軸に主面が直交したＺカット板を４枚組み合わせたものであ
る。すなわち、本実施形態において、音叉型水晶振動子１は、第１のＺカット板１Ａ、第
２のＺカット板１Ｂ、第３のＺカット板１Ｃ、及び第４のＺカット板１Ｄを含む。以下の
説明においては、第１のＺカット板１Ａを、第１板１Ａと、第２のＺカット板１Ｂを、第
２板１Ｂと、第３のＺカット板１Ｃを、第３板１Ｃと、第４のＺカット板１Ｄを、第４板
１Ｄと適宜称する。
【００１５】
図１及び図２において、音叉型水晶振動子１は、基部２と、基部２から延び、Ｘ軸方向
で極性が逆の第１水晶片３Ａと第２水晶片３ＢとをＺ軸方向に直接接合した第１腕部４Ａ
及び第２腕部４Ｂと、Ｙ軸とＺ軸とがなす第１腕部４Ａ及び第２腕部４Ｂそれぞれの主面
に配置された励振電極５とを備えている。
【００１６】
基部２は、第１腕部４Ａの第１水晶片３Ａと一体の第１部分２Ａと、第２腕部４Ｂの第
１水晶片３Ａと一体の第２部分２Ｂとを含む。第１部分２Ａと第２部分２Ｂとは、Ｚ軸方
向に直接接合されている。また、基部２は、第１腕部４Ａの第２水晶片３Ｂと一体の第３
部分２Ｃと、第２腕部４Ｂの第２水晶片３Ｂと一体の第４部分２Ｄとを含む。
【００１７】
ここで、本実施形態において、一体とは、同一のカット板からなることを意味する。本
実施形態において、第１板１Ａが、第１腕部４Ａの第２水晶片３Ｂと、基部２の第３部分
２Ｃとを含む。第２板１Ｂが、第１腕部４Ａの第１水晶片３Ａと、基部２の第１部分２Ａ
とを含む。第３板１Ｃが、第２腕部４Ｂの第１水晶片３Ａと、基部２の第２部分２Ｂとを
含む。第４板１Ｄが、第２腕部４Ｂの第２水晶片３Ｂと、基部２の第４部分２Ｄとを含む
。
【００１８】
本実施形態においては、第１板１Ａと第２板１Ｂとが、Ｚ軸方向に直接接合され、第１
板１Ａが第２板１Ｂの−Ｚ側に配置される。また、第２板１Ｂと第３板１Ｃとが、Ｚ軸方
向に直接接合され、第２板１Ｂが第３板１Ｃの−Ｚ側に配置される。また、第３板１Ｃと
第４板１Ｄとが、Ｚ軸方向に直接接合され、第３板１Ｃが第４板１Ｄの−Ｚ側に配置され
る。
【００１９】
また、本実施形態においては、Ｘ軸方向に関して、第１腕部４Ａ及び第２腕部４Ｂは、
基部２より小さい。
【００２０】
本実施形態において、第１水晶片３Ａと第２水晶片３Ｂとは、Ｘ軸方向に関して極性が
逆である。図２に示すように、第１水晶片３Ａは、一方の主面が第１極性（−Ｘ）であり
、他方の主面が第１極性と逆の第２極性（＋Ｘ）である。第２水晶片３Ｂは、他方の主面
が第２極性（−Ｘ）であり、一方の主面が第１極性（−Ｘ）である。本実施形態において
、一方の主面は、図中、−Ｘ方向を向く面であり、他方の主面は、図中、＋Ｘ方向を向く
面である。このように、第１、第２腕部４Ａ、４Ｂのそれぞれにおける第１水晶片３Ａと
第２水晶片３Ｂとは、厚み方向での極性が逆向きである。
【００２１】
そして、第１腕部４Ａの一方の主面及び他方の主面のそれぞれに励振電極５が配置され
る。また、第２腕部４Ｂの一方の主面及び他方の主面のそれぞれに励振電極５が配置され
る。第１腕部４Ａの一方の主面に配置される励振電極５の電位と、第２腕部４Ｂの一方の
主面に配置される励振電極５の電位とは、同じである。本実施形態において、第１腕部４
Ａの一方の主面に配置される励振電極５の電位、及び第２腕部４Ｂの一方の主面に配置さ
れる励振電極５の電位は、プラス（＋）である。また、第１腕部４Ａの他方の主面に配置
される励振電極５の電位と、第２腕部４Ｂの他方の主面に配置される励振電極５の電位と
は、同じである。本実施形態において、第１腕部４Ａの他方の主面に配置される励振電極
５の電位、及び第２腕部４Ｂの他方の主面に配置される励振電極５の電位は、マイナス（
−）である。したがって、第１腕部４Ａにおける電界の向きと、第２腕部４Ｂにおける電
界の向きとは同じである。
【００２２】
次に、上述の構成を有する音叉型水晶振動子１の動作の一例について説明する。第１、
第２腕部４Ａ、４Ｂの一方の主面に配置された励振電極５の電位をプラス（＋）とし、他
方の主面に配置された励振電極５の電位をマイナス（−）として、電界を印加すると、第
１、第２腕部４Ａ、４Ｂそれぞれの第１水晶片３Ａにおいては、−Ｘ側から＋Ｘ側へ向か
う電界が発生する。この場合、電界の向きと、第１水晶片３Ａの極性の方向とが逆なので
、第１水晶片３Ａは、Ｙ軸方向に伸張する。一方、第１、第２腕部４Ａ、４Ｂそれぞれの
第２水晶片３Ｂにおいては、＋Ｘ側から−Ｘ側へ向かう電界が発生する。この場合、電界
の向きと、第２水晶片３Ｂの極性の方向とが同じなので、第２水晶片３Ｂは、Ｙ軸方向に
縮小する。
【００２３】
本実施形態においては、第１腕部４Ａの第１水晶片３Ａと、第２腕部４Ｂの第１水晶片
３Ａとは、対向するように配置される。換言すれば、第１水晶片３Ａは、第１、第２腕部
４Ａ、４Ｂで構成される音叉腕部の内側に配置される。一方、第２水晶片３Ｂは、音叉腕
部の外側に配置される。したがって、第１、第２腕部４Ａ、４Ｂの一方の主面に配置され
た励振電極５の電位をプラス（＋）とし、他方の主面に配置された励振電極５の電位をマ
イナス（−）として、電界を印加すると、第１、第２腕部４Ａ、４Ｂは、いずれも外方向
に傾斜する。一方、電界の向きを逆にすることによって、第１、第２腕部４Ａ、４Ｂは、
内方向に傾斜する。そして、交番電圧を印加することによって、音叉型水晶振動子１は、
振動する。
【００２４】
本実施形態においては、第１、第２腕部４Ａ、４Ｂには、Ｘ軸方向の電界が直線的に印
加されるので、電界効率を高めることができる。また、凹所等を設けることがないので、
耐衝撃性も良好とする。したがって、クリスタルインピーダンス（ＣＩ値）を小さくでき
、良好な発振特性を得ることができる。
【００２５】
次に、上述の音叉型水晶振動子１の製造方法の一例について説明する。まず、図３（Ａ
）に示すような水晶基板１０を用意する。水晶基板１０の厚みは、例えば８０〜１００μ
ｍである。本実施形態においては、水晶基板１０の厚みは、１００μｍである。図３（Ａ
）中、複数のエリア１１のそれぞれが、音叉型水晶振動素子１になる部分である。
【００２６】
本実施形態においては、図３（Ａ）に示すような水晶基板１０が２枚用意される。そし
て、図３（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向で極性が逆向きになるように、２枚の水晶基板１
０をＺ軸方向に直接接合する。以下の説明においては、２枚の水晶基板１０のうち、＋Ｚ
側に配置される水晶基板１０を適宜、第１水晶基板１０Ａ、と称し、−Ｚ側に配置される
水晶基板１０を適宜、第２水晶基板１０Ｂ、と称する。
【００２７】
本実施形態においては、表面活性化接合を用いて、２枚の水晶基板１０が接合される。
例えば、一対の水晶基板１０の接合面を鏡面研磨して親水化（ＯＨ基化）して仮接合（オ
プティカルコンタクト）し、これを加熱してシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）によって
原子間レベルで接合する。
【００２８】
図４は、図３に示した１つのエリア１１に対応する部分を抜き出し、ブロック１１Ｂと
して示した図である。以下、説明の簡単のため、ブロック１１Ｂに対する処理について説
明する。したがって、図３（Ｂ）に示す第１水晶基板１０Ａの非接合面（＋Ｚ側の面）１
０Ｓは、図４中、＋Ｚ側を向く面１０Ｓに相当する。
【００２９】
図５に示すように、第２水晶基板１０Ｂが所定厚みに加工される。加工は、研磨加工を
含む。なお、エッチング処理で第２水晶基板１０Ｂを所定厚みにしてもよい。また、第１
水晶基板１０Ａの一部がエッチングされる。また、所定厚みに加工された第２水晶基板１
０Ｂの一部がエッチングされる。これにより、図６に示すような部材１３が形成される。
【００３０】
次に、部材１３をさらにエッチングして、図７に示すように、第２腕部４Ｂ、及びその
第２腕部４Ｂと一体の基部２の第２、第４部分２Ｂ、２Ｄが形成される。その後、図８に
示すように、第２腕部４Ｂに励振電極５が形成される。励振電極５は、例えばＣｒ膜、Ａ
ｕ膜をスパッタで形成した後、露光処理、現像処理、及びエッチング処理を含むフォトリ
ソグラフィの手法を用いてパターニングすることで形成される。
【００３１】
また、別のエリア１１（ブロック１１Ｂ）において、上述の同様の手順で、第１腕部４
Ａ、及びその第１腕部４Ａと一体の基部２の第１、第３部分２Ａ、２Ｃが形成される。そ
の後、第１腕部４Ａに励振電極５が形成される。
【００３２】
そして、図９に示すように、励振電極５を有する第１腕部４Ａ及び基部２の第１、第３
部分２Ａ、２Ｃと、励振電極５を有する第２腕部４Ｂ及び基部２の第２、第４部分２Ｂ、
２Ｄとが接合される。以上により、本実施形態に係る音叉型水晶振動子１が製造される。
【００３３】
本実施形態においては、音叉型水晶振動子１の基部２のＺ軸方向のサイズＷ１は、約２
１５μｍである。音叉型水晶振動子１のＹ軸方向のサイズＨ１は、８００〜８５０μｍ程
度である。第１、第２腕部４Ａ、４ＢのＹ軸方向のサイズＨ２は、約６００μｍである。
第１腕部２Ａと第２腕部２Ｂとの間隔Ｄは、約３０μｍである。第１、第２腕部４Ａ、４
ＢのＸ軸方向のサイズＬは、約２０μｍである。第１、第２腕部２Ａ、２ＢのＺ軸方向の
サイズＷ２は、約１５μｍである。したがって、第１、第２水晶片３Ａ、３ＢのＺ軸方向
のサイズＷ３は、約７．５μｍである。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、小型で発振特性が良好な音叉型水晶振動子
１を製造することができる。
【００３５】
図１０は、３２ｋＨｚの音叉型水晶振動子を製造しようとした場合の、腕部の幅Ｗ２と
長さＨ２との関係を示す図である。横軸は、腕部の長さＨ２、縦軸は、腕部の幅Ｗ２であ
る。このように、音叉型水晶振動子の振動数は、腕部の長さＨ２及び幅Ｗ２に応じて変化
する。
【００３６】
例えば、１ｍｍの長さのパッケージに音叉型水晶振動子を収めようとすると、音叉型水
晶振動子の長さＨ１を、例えば８００μｍ程度に抑える必要がある。その場合、腕部の長
さＨ２は、６００μｍ程度にする必要がある。この場合、３２ｋＨｚの振動数を実現する
ためには、幅Ｗ２を１５μｍ程度にする必要がある。したがって、１枚の水晶片の幅Ｗ３
は、７．５μｍ程度にする必要がある。
【００３７】
本実施形態によれば、このような仕様が求められる音叉型水晶振動子１を良好に製造す
ることができる。したがって、本実施形態によれば、小型で発振特性が良好な音叉型水晶
振動子１を提供することができる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等
の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００３９】
図１１〜図１３は、第２実施形態に係る音叉型水晶振動子１Ｂの一例を示す図である。
図１１は、第２腕部４Ｂ及び基部２の第２、第４部分２Ｂ、２Ｄを示す斜視図である。
図１２は、励振電極５を有する第１腕部４Ａ及び基部２の第１、第３部分２Ａ、２Ｃと、
励振電極５を有する第２腕部４Ｂ及び基部２の第２、第４部分２Ｂ、２Ｄとが接合された
状態を示す−Ｘ側から見た斜視図、図１３は、＋Ｘ側から見た斜視図である。
【００４０】
本実施形態においては、Ｘ軸方向に関して、第１、第２腕部４Ａ、４Ｂが、基部２より
小さく、基部２のほぼ中央に配置される。本実施形態においても、小型で発振特性が良好
な音叉型水晶振動子１Ｂを提供することができる。
【００４１】
また、図１１〜図１３に示すように、励振電極５が、所定のパターンを有してもよいし
、基部２の表面の一部に形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１実施形態に係る音叉型水晶振動子の一例を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る音叉型水晶振動子の一例を上方から見た平面図である。
【図３】第１実施形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図４】第１実施形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図５】第１実施形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図６】第１実施形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図７】第１実施形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図８】第１実施形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図９】第１実施形態に係る音叉型水晶振動子の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１０】音叉型水晶振動子の振動数と腕部の長さと腕部の幅との関係の一例を説明するための図である。
【図１１】第２実施形態に係る音叉型水晶振動子の一部を示す斜視図である。
【図１２】第２実施形態に係る音叉型水晶振動子の一例を−Ｘ側から見た斜視図である。
【図１３】第２実施形態に係る音叉型水晶振動子の一例を＋Ｘ側から見た斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…音叉型水晶振動子、２…基部、２Ａ…第１部分、２Ｂ…第２部分、２Ｃ…第３部分
、２Ｄ…第４部分、３Ａ…第１水晶片、３Ｂ…第２水晶片、４Ａ…第１腕部、４Ｂ…第２
腕部、５…励振電極
【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】
2009253325.tif 000008
【図７】
2009253325.tif 000009
【図８】
2009253325.tif 000010
【図９】
2009253325.tif 000011
【図１０】
2009253325.tif 000012
【図１１】
2009253325.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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