【手続補正書】
【提出日】平成22年12月21日(2010.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の目的は、封止時や実装時に周波数変動の少ない水晶フレーム及び圧電デバイスを提供することである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
第３の観点の圧電フレームは、基部の一端側から第１方向に伸びる第１幅の一対の振動腕を有し、この一対の振動腕に励振電極を有する音叉型圧電振動部と、基部の一端側から且つ振動腕の両外側において第１方向に伸びる第２幅の一対の第１支持腕と、一対の支持腕から第１方向と交差する第２方向に伸びる第２支持腕と、音叉型圧電振動子を囲み、第１方向に伸びる第３幅の辺と第２方向に伸びる第４幅の辺とを有する外枠部と、を備え、外枠部の第１方向に伸びる辺の第３幅は第２方向に伸びる第４幅の１．１倍より大きい。
外枠部の第１方向に伸びる辺の第３幅は第２方向に伸びる辺の第４幅の１．１倍より大きくすることで、周波数変動率Δｆ／ｆが小さくて安定した振動を得ることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第６の観点の圧電デバイスは、第１の観点から第５の観点のいずれかの圧電フレームと、この圧電フレームを覆う蓋部と、圧電フレームを支えるとベースと、を備える。
これにより、周波数変動率Δｆ／ｆが少なく安定した振動を得ることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
フレーム部２２はリッド１０とベース３０との外周部で挟まれ、封止されることができるため、例えば音叉型圧電振動部２１の基部２３を接着剤でベース３０と固定しなくてよい。これにより音叉型圧電振動部２１を固定する際の周波数変動Δｆが小さくなる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
＜水晶フレーム２０の構成＞
水晶フレーム２０は、図２に示すように音叉型圧電振動部２１とフレーム部２２と支持腕２５とから構成され、同じ厚さで一体に形成されている水晶基板である。音叉型圧電振動部２１は基部２３及び振動腕２４からなり、振動腕２４には溝部２７が形成されている。フレーム部２２は長辺（Ｙ軸方向）のＹ軸フレーム２２Ｙと、短辺（Ｘ軸方向）のＸ軸フレーム２２Ｘから構成されている。支持腕２５は音叉型圧電振動部２１の基部２３からＹ軸方向に伸びている。音叉型圧電振動部２１は支持腕２５の端部でＸ軸方向に伸びる接続部２６とで接続されている。なお、図２の水晶フレーム２０には、図面を理解しやすいように励振電極及び基部電極を図示していない。電極については後述する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
水晶フレーム２０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発信し、水晶フレーム２０のＸ軸方向の長さは０．７ｍｍから２ｍｍで設計され、Ｙ軸方向の長さは１．５ｍｍから４ｍｍで設計される極めて小型の振動片となっている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
振動腕２４は、先端付近で幅広に形成されており、ハンマー型の形状をしている。振動腕２４のハンマー型の部分では金属膜も形成して錘の役目をさせている。錘は振動腕２４に電圧をかけた際に振動しやすくさせ、また安定した振動をするために形成されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
次に水晶フレーム２０を設計するために、主要構成部の幅Ｗについて以下に説明する。図３は振動腕２４の幅Ｗ１と支持腕２５の幅Ｗ２との比である支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１の変化により、設計周波数ｆと周波数変動Δｆとの比である周波数変動率Δｆ／ｆがどのように変化するかのシミュレーション結果を示した図である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
図５は、図２で示されたＹ軸フレーム部２２Ｙの幅Ｗ３とＸ軸フレーム部２２Ｘの幅Ｗ４との比であるフレーム幅比Ｗ３／Ｗ４の変化により、設計周波数ｆと周波数変動Δｆとの比である周波数変動率Δｆ／ｆがどのように変化するかのシミュレーション結果を示した図である。図３で示した支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１ごとにシミュレーションしてある。線Ｌ３は支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１が１．１８であるときの各フレーム幅比Ｗ３／Ｗ４の周波数変動率Δｆ／ｆをシミュレーションし、同様に線Ｌ４は支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１が１．３７、線Ｌ５は支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１が１．７８においての各フレーム幅比Ｗ３／Ｗ４における周波数変動率Δｆ／ｆをシミュレーションしている。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
なお、Ｘ軸フレーム部２２Ｘの幅Ｗ４は水晶フレーム２０を封入する際に十分な接続面を確保するため、振動腕２４の幅Ｗ１以上に形成する必要があるため数式０３に示す関係が成り立つ。Ｘ軸フレーム部２２Ｘの幅Ｗ４を振動腕２４の幅Ｗ１以上にすることで、経時変化に伴う劣化に強い圧電デバイスを製造することができる。
Ｗ４≧１．０×Ｗ１      ・・・数式０３
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
水晶フレーム２０を小型化する需要に応えるため、エッチング技術で形成可能なかぎり間隙Ｇ２３、間隙Ｇ１４及び間隙Ｇ２４を狭く形成する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
＜電極の構成＞
図６は水晶フレーム２０の電極の構成図である。水晶フレーム２０はフレーム部２２と基部２３と支持腕２５と接続部２６との表面に第１基部電極４１と第２基部電極４２とが形成され、裏面にも同様に第１基部電極４１と第２基部電極４２とが形成されている。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
一対の振動腕２４は、表面、裏面及び側面に第１励振電極４３と第２励振電極４４とが形成されている。それぞれの振動腕２４の表面及び裏面と、側面には互いに異なる電極が形成されている。第１励振電極４３は第１基部電極４１につながっており、第２励振電極４４は第２基部電極４２につながっている。水晶フレーム２０は第１基部電極４１及び第２基部電極４２に電圧をかけることで、第１励振電極４３及び第２励振電極４４に囲まれた振動腕２４を振動させる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
第１リッド１１および第１ベース３１はガラスで形成され、図７（ａ）に示すように第１リッド１１は、リッド凹部１２を水晶フレーム側の片面に有している。
図７（ｂ）は水晶フレーム２０であり、フレーム部２２の表面及び裏面に接続金属膜４５を備える。接続金属膜４５は、スパッタリング若しくは真空蒸着などの手法により形成される。接続金属膜４５はアルミニュウム（Ａｌ）層から構成され、アルミニュウム層の厚みは１０００Å〜１５００Å程度とする。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
図７（ｄ）の概略断面図で示すように、第１圧電デバイス１００は図７（ａ）と図７（ｂ）と図７（ｃ）とを重ね合わせ、陽極接合を行う。例えば、第１リッド１１及び第１ベース３１は、パイレックス（登録商標）ガラス、ホウ珪酸ガラス及びソーダガラスなどを材料としており、これらはナトリウムイオンなどの金属イオンを含有するガラスである。フレーム部２２は、表面及び裏面に接続金属膜４５を備え、接続金属膜４５はアルミニュウムで形成されている。音叉型圧電振動部２１を有する水晶フレーム２０を中心として、リッド用凹部１２を備えた第１リッド１１及びベース凹部３２を備えた第１ベース３１を重ねる。なお、接続金属膜４５はアルミニュウム以外に、下地のクロム層に金層を重ねた金属膜であってもよい。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
第１圧電デバイス１００は圧電デバイスの製造途中に、周波数調整をする。まず真空中あるいは不活性ガス中で、第１ベース３１とフレーム部２２とを陽極接合技術により接合し、周波数の調整をする。その後周波数調整を終了した第１ベース３１と水晶フレーム２０とを真空中あるいは不活性ガス中で第１リッド１１とフレーム部２２とを陽極接合技術により接合し、第１スルーホール３３と第２スルーホール３４とを金属材料で封止することで第１圧電デバイス１００を完成させる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
本発明の第２圧電デバイス１１０も圧電デバイスの製造途中に、周波数調整をする。周波数調整は真空中あるいは不活性ガス中で、まず第２ベース１３１とフレーム部２２とをシロキサン結合技術により接合し、周波数を調整する。周波数調整を終了した第２ベース１３１と接続部付きの水晶フレーム２０とを真空中あるいは不活性ガス中で第２リッド１１１とフレーム部２２とをシロキサン結合技術により接合し、第１スルーホール３３と第２スルーホール３４とを金属材料で封止することで第２圧電デバイス１１０を完成させる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
シロキサン結合は、フレーム部２２と、第２ベース１３１及び第２リッド１１１との接面を清浄な状態にして重ね合わせ、１００°Ｃから４５０°Ｃに保持された高温槽で加圧しながら加熱することにより結合する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
シロキサン結合の接合面は鏡面状態にしておく必要があるため、電極の厚み（３０００Åから４０００Å）でさえ接合不良の原因となる。このため、フレーム部２２の裏面に形成した第１基部電極４１及び第２基部電極４２と対向する面はその配線電極の厚み以上の窪みを形成する必要がある。また、第２ベース１３１の表面に形成した第１接続電極４６及び第２接続電極４７と対向する面はその接続電極の厚み分だけの深さで窪みを形成する必要がある。つまり、接合面はシロキサン結合を阻害しないように、各電極の窪みに対応する対向面を形成する。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
【図１】圧電デバイス９０の構成を示す図である。
【図２】水晶フレーム２０の主要な構成を示す図である。
【図３】支持腕振動腕幅比Ｗ２／Ｗ１の変化により変動する周波数変動率Δｆ／ｆを示したグラフである。
【図４】支持腕２５を有した音叉型圧電振動部２１を支持腕２５の先端部分でベース３０に接着剤３５で固定した場合の圧電振動デバイスを示した図である。
【図５】フレーム幅比Ｗ３／Ｗ４の変化により変動する周波数変動率Δｆ／ｆを示したグラフである。
【図６】水晶フレーム２０の電極の構成図である
【図７】（ａ）は、第１圧電デバイス１００の第１リッド１１の内面図である。  （ｂ）は、第１圧電デバイス１００の水晶フレーム２０の上面図である。  （ｃ）は、第１圧電デバイス１００の第１ベース３１の内面図である。  （ｄ）は、第１圧電デバイス１００の断面構成図である。
【図８】（ａ）は、第２圧電デバイス１１０の第２リッド１１１の内面図である。  （ｂ）は、第２圧電デバイス１１０の水晶フレーム２０の上面図である。  （ｃ）は、第２圧電デバイス１１０の第２ベース１３１の内面図である。  （ｄ）は、第２圧電デバイス１１０の断面構成図である。