JP2009105509A - 輪郭水晶振動片の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ラーメモード又は輪郭すべりモードで振動する輪郭水晶振動片を外形加工する工程において、エッチング残渣を小さくして振動特性の劣化を解消又は低減する。
【解決手段】ＩＥＥＥ表示の（ＹＸｌｔ）φ／θで表されるカット角θ＝０°又は４５°で切り出した水晶基板の上下各面に同じパターンの上側マスク２６と下側マスク２７とを互いに＋Ｚ´軸方向にずらして配置する。マスクのずらし量δは、上側及び下側マスクを同じ上下位置に配置してウエットエッチングしたときに振動部の側面に形成されるばりのＺ´軸方向の大きさをｙとして、０＜δ＜２ｙとなるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラーメモードや輪郭すべり振動モードで振動する輪郭圧電振動子の製造方法に関し、特に水晶基板からウエットエッチングにより輪郭水晶振動片の外形を加工する輪郭水晶振動片の製造方法に関する。

最近、従来の音叉型と厚みすべり振動モードの圧電振動子の中間範囲にある数ＭＨｚの周波数で振動するラーメモードや輪郭すべり振動モードの輪郭圧電振動子が注目されている。ラーメモードの輪郭圧電振動子は、正方形又は複数の正方形を連ねた方形平板の圧電基板からなる振動部と支持部とそれらを振動の節点で接続する接続部とを一体に備える（例えば、非特許文献１、特許文献１を参照）。輪郭すべり振動モードの輪郭圧電振動子は、正方形平板の圧電基板からなる振動部と支持部とを一体に備える（例えば、特許文献２を参照）。

図７（Ａ）は、ラーメモードの輪郭圧電振動子に使用する水晶振動片の典型例を示している。同図において、水晶振動片１は、正方形の振動部２を有し、その表裏主面には、互いに異極となる１対の励振電極３，４が形成されている。水晶振動片１は、前記振動部の対角位置にある２つの角部に結合した接続部５，５と、それらの先端に結合した支持部６とを備える。前記励振電極に所定の電流を印加して励振すると、振動部２は、図７（Ａ）に破線及び二点鎖線で示すように、正方形の４つの角部と中心とを節点として面内で、対向する一方の２辺と他方の２辺とが交互に外向き又は内向きに伸縮するラーメモードの輪郭振動を行う。

水晶振動片１は、図８に示すように、ＩＥＥＥ表示の（ＹＸｌｔ）φ／θで表されるカット角で切り出した水晶基板から形成することができる。水晶の直交する３つの結晶軸、即ち電気軸、機械軸、光学軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸で表したとき、Ｙ軸に垂直な面のＹカット水晶板７をＸ軸周りに時計方向を正として角度φ1 で回転させると、座標軸（Ｘ，Ｙ´，Ｚ´）に沿うＹ´カット水晶板８が得られる。更にこの水晶板８をＹ´軸周りに時計方向を正として角度θ1 で面内回転させた新たな座標軸（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ''）に沿って切り出すと、水晶基板９が得られる。

一般にラーメモードの水晶振動子は、フォトリソグラフィ技術を利用して水晶基板をウエットエッチングすることにより、振動部、接続部及び支持部を一体にした水晶振動片の外形を加工する（例えば、非特許文献１、特許文献１を参照）。しかしながら、水晶基板のウエットエッチングによる水晶振動片の外形加工は、水晶の結晶方位によるエッチング異方性のために、精密な形状加工が困難とされている。

また、輪郭すべり振動モードの輪郭水晶振動子も、ラーメモードと同様に、振動部と支持部とそれらを接続する接続部とを備える（例えば、特許文献３を参照）。振動子の外形形状は、水晶基板をウエット又はドライエッチングで加工することにより、振動部、支持部及び接続部が一体に形成される。

ラーメモードの水晶振動子に使用されるＬＱ１Ｔカット、ＬＱ２Ｔカット水晶基板は、ウェットエッチングによる加工に不向きな結晶方位を有するため、エッチング残渣即ちばりを残し易い。特に、振動部と支持部との接続部には、その引き出し方向によって大きなエッチング残渣が残り、電気的特性の劣化や設計上と実際の製品とで振動特性に大きい差異が生じる。そこで、ＬＱ１Ｔカット又はＬＱ２Ｔカットの水晶板からなる矩形状の振動部を、該振動部に対して＋Ｘ軸方向から時計方向に、９０°±５°又は２７０°±５°の角度で支持することによって、異方性によるエッチング残渣の影響を改善するラーメモード水晶振動子が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。

また、ウエットエッチングによるエッチング形状は、コンピュータによる３次元シミュレーションが可能である。水晶異方性エッチングのコンピュータシミュレーションも、様々な手法やプログラムが提案されている（例えば、非特許文献２を参照）。

川島宏文、外１名、「エッチング法によって形成されたラーメモード水晶振動子」、第２４回ＥＭシンポジウム予稿集、電気学会、平成７年５月、ｐ．１１−１６ カルロ・エイチ・セクィン（Carlo H. Sequin）、「COMPUTER SIMULATION OF ANISOTROPIC CRYSTAL ETCHING」、Solid-State Sensors and Actuators, 1991. Digest of Technical Papers, TRANSDUCERS '91、１９９１ＩＥＥＥ、１９９１年６月２４−２７日、ｐ．８０１−８０６ 特開２００３−１１５７４７号公報 特公平８−３１７５８号公報 特開２００５−９４７３３号公報 特開２００７−３６８９７号公報

しかしながら、上述した従来技術のラーメモード水晶振動子は、矩形状圧電素板の４つの角部を全て同じ方向に支持する支持構造であるので、全体としてバランスが悪く、振動漏れを生じたり振動の安定性を損なう虞がある。また、上記特許文献４によれば、現状の問題として、エッチング残渣を少なくするためにプロテクト膜の改善やマスクパターンの改良又は補正という手法では、設計通りの形状が得られない。更に上記特許文献４は、振動部のエッチング残渣即ちばりについて何ら言及していない。

輪郭水晶振動子において、振動部の端面に水晶のエッチング異方性によるばりが形成されると、振動部の平面寸法即ち輪郭寸法が厚さ方向に一定でなくなり、その厚さ位置によって面内における電荷分布が不規則に変化し、振動部の正方形中心の節点の位置が複雑にシフトする。そのため、輪郭水晶振動子の安定した振動が阻害され、ＣＩ値が劣化する虞があり、その影響は振動部の厚さが大きくなるほど、大きくなる。他方、振動部を薄くし過ぎると、強度が大きく低下し、折れ易くなるので、製造上の支障が生じる。

そこで本願発明者は、水晶のエッチング異方性によるばりが、振動部の端面にどのように形成されるかを解析した。ＩＥＥＥ表示の（ＹＸｌｔ）φ／θでθ＝０°、４５°、厚さ５０μｍとして切り出した２種類のＬＱ２Ｔカット水晶板を用い、図７（Ａ）の水晶振動片１を形成した。θ＝０°の水晶板を、図７（Ｂ）に示すように、振動部２の各辺がＸ軸又はＺ´軸と平行に配向されるように用いると、輪郭すべり振動の水晶振動片が形成される。θ＝４５°の水晶板を、図７（Ｃ）に示すように、振動部２の各辺がＸ´軸又はＺ''軸と平行に配向され、接続部５がＺ´軸方向に延長するように配向されるように用いると、ラーメモードの水晶振動片が得られる。

前記２種類のＬＱ２Ｔカット水晶板をウエットエッチングした場合に振動部２の端面に生じる断面形状のシミュレーションを行った。図９（Ａ）（Ｂ）は、θ＝０°の水晶板を用い、水晶基板１０の上下両面に同じパターンの上側及び下側マスク１１，１２を上下位置を一致させて配置し、エッチング加工した図７（Ａ）の振動部２のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を示している。振動部２のＸ軸方向の両端面には、図９（Ａ）に示すように、略同じ形状、寸法のばり１３，１４が形成される。振動部２のＺ´軸方向の両端面には、図９（Ｂ）に示すように、ばりが形成されない。周知のように、水晶基板１０はサイドエッチングされるので、Ｘ軸方向の両端面も、実際の寸法は上側及び下側マスクの寸法よりも小さくなる。そのため、この寸法差をエッチングしろとして、上側及び下側マスクの寸法は振動部２の所望の寸法よりも大きく設定するのが通例である。

図１０（Ａ）（Ｂ）は、θ＝４５°の水晶板を用い、水晶板１０の上下両面に同じパターンの上側及び下側マスク１１，１２を上下位置を一致させて配置し、エッチング加工した図７（Ａ）の振動部２のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面をそれぞれ示している。振動部２のＺ´´軸方向の両端面には、図１０（Ａ）に示すように、異なる形状、寸法のばり１５，１６が形成される。振動部２のＸ´軸方向の両端面には、図１０（Ｂ）に示すように、図１０（Ａ）の−Ｚ''軸方向端面のばり１５と略同じ形状、寸法のばり１７と、＋Ｚ''軸方向端面のばり１６と略同じ形状、寸法のばり１８とが形成される。

各ばり１３〜１８の大きさが、各水晶板１０のカット角φを変化させた場合に、どのように変化するかを解析した。θ＝０°の水晶板における振動部２Ａ−Ａ断面のばり１３，１４の大きさをＺ´軸方向の上下ずれ量ｙ0 とすると、これは次式：
ｙ0 ＝−8.771×10^−６φ^６ −3.317×10^−３φ^５ −5.200×10^−１φ^４ −4.327×10φ^３ −2.015×10^３φ^２ −4.977×10^４φ−5.097×10^５
で近似的に表される。θ＝４５°の水晶板における振動部２Ａ−Ａ断面のばり１５，１６の大きさを、それぞれＺ''軸方向の上下ずれ量ｙ45a、ｙ45bとすると、これらを合成したＺ´軸方向の上下ずれ量ｙ45は次式：
ｙ45＝−2.845×10^−３φ^５ −7.962×10^−１φ^４ −8.890×10φ^３ −4.951×10^３φ^２ −1.375×10^５φ−1.524×10^６
で近似的に表される。これらの計算結果を図１１に示す。

この計算結果によれば、θ＝０°の場合に、カット角φ＝−５０°における上下ずれ量ｙ0 は約４４μｍであった。また、θ＝４５°の場合に、カット角φ＝−５０°における上下ずれ量ｙ45a、ｙ45bはそれぞれ約２２μｍ、約２６μｍであり、従ってｙ45は約３４μｍであった。

これらのばりは、水晶板をオーバエッチングすることにより無くすこともできるが、エッチング時間が長くなり、エッチング液の寿命が短くなるだけでなく、微細加工が困難になるという問題が生じる。これは、輪郭振動子の寸法精度を劣化させ、小型化を必要以上に制限することになる。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、その目的は、ウエットエッチングにより外形を加工する輪郭水晶振動片の製造において、オーバエッチングをすることなく、エッチング残渣を解消し又はできる限り小さくし、エッチング残渣による振動特性の劣化を解消又は低減することにある。

本発明によれば、上記目的を達成するために、水晶の結晶軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をＸ軸周りに角度φで回転させて得られた座標軸を（Ｘ，Ｙ´，Ｚ´）とし、該座標軸（Ｘ，Ｙ´，Ｚ´）をＹ´軸周りに角度θで回転させて得られた座標軸を（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ''）とし、ＩＥＥＥ表示の（ＹＸｌｔ）φ／θで表されるカット角で切り出した水晶基板をウエットエッチングすることにより、ラーメモード又は輪郭すべりモードで振動する方形平板の振動部と支持部と振動部を振動の節点で支持部に結合する接続部とを一体に備える輪郭水晶振動片の外形を加工する工程を有し、該外形加工工程が、水晶基板の上下各面にそれぞれ同じパターンの上側マスクと下側マスクとを形成し、その水晶基板を上下両面から同時にウエットエッチングする工程からなり、上側マスクを下側マスクに対して＋Ｚ´軸方向にずらして配置し、かつそのずらし量δを、上側マスクと下側マスクとを互いに同じ上下位置に一致させて同じ水晶基板をウエットエッチングしたときに振動部の側面に形成されるばりのＺ´軸方向の大きさをｙとして、０＜δ＜２ｙとなるように設定する輪郭水晶振動片の製造方法が提供される。

これにより、オーバエッチングを行うことなく、振動部のＺ´軸方向を向いた側面に形成されるばりが略完全に無くなり又は従来よりも小さくなる。従って、振動部を厚さ方向に見ると、その平面寸法即ち輪郭寸法がより一定になり、面内の電荷分布がより一定となり、正方形中心の節点の位置がより一定の傾斜角度でシフトさせることができる。その結果、輪郭水晶振動片は、振動を安定させ、ＣＩ値を良好に維持し又はその劣化を有効に阻止することができる。

或る実施例では、水晶基板がカット角θ＝０°、φ＝−４９．５°〜−７４°で切り出した厚さｔの水晶基板であり、振動部の対向する２組の辺をそれぞれＸ軸方向及びＺ´軸方向に合わせて上側及び下側マスクを配置してウエットエッチングを行い、この水晶基板の厚さｔが５０μｍのときに振動部に形成されるばりの大きさｙ0 が、次式
ｙ0 ＝−8.771×10^−６φ^６ −3.317×10^−３φ^５ −5.200×10^−１φ^４ −4.327×10φ^３ −2.015×10^３φ^２ −4.977×10^４φ−5.097×10^５ （但し、φ：ラジアン）
で表され、マスクのずらし量δ0 を、０＜δ０≦ｙ０×ｔ／５０となるように設定する。

これにより、理論的に良好な特性を得られることが確認されているカット角の水晶基板を用いて、その厚さに拘わらず、振動部の側面に従来形成されていたばりを解消し又は小さくすることができ、輪郭水晶振動片の安定した振動及び良好なＣＩ値を確保することができる。

別の実施例では、水晶基板がカット角θ＝４５°、φ＝−５０°〜−６１°で切り出した厚さｔの水晶基板であり、振動部の対向する２組の辺をそれぞれＸ´軸方向及びＺ''軸方向に合わせて上側及び下側マスクを配置してウエットエッチングを行い、水晶基板の厚さｔが５０μｍのときに振動部に形成される前記ばりの大きさｙ45が、次式
ｙ45＝−2.845×10^−３φ^５ −7.962×10^−１φ^４ −8.890×10φ^３ −4.951×10^３φ^２ −1.375×10^５φ−1.524×10^６ （但し、φ：ラジアン）
で表され、マスクのずらし量δ45を、０＜δ45≦ｙ45×ｔ／５０となるように設定する。

これにより、理論的に良好な特性を得られることが確認されている別のカット角の水晶基板を用いて、その厚さに拘わらず、振動部の側面に従来形成されていたばりを解消し又は小さくすることができ、輪郭水晶振動片の安定した振動及び良好なＣＩ値を確保することができる。

以下に、本発明の好適な実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明を適用して形成されるラーメモードの輪郭水晶振動片を示している。輪郭水晶振動片２１は、単一の正方形からなる振動部２２と、その一方の対角位置の角部から対角線の方向に延長する接続部２３，２３と、その先端に結合されたＬ字状の支持部２４とを一体に備える。本実施例では、図８に関連して上述したＩＥＥＥ表示の（ＹＸｌｔ）φ／θでθ＝０°、φ＝−４９．５°〜−７４°のカット角で切り出した水晶基板を用いて、ウエットエッチングにより輪郭水晶振動片２１の外形を加工する。振動部２２は、対向する一方の２辺２２ａ，２２ａがＸ軸方向に沿って配向され、対向する他方の２辺２２ｂ，２２ｂがＺ´方向に沿って配向されるように形成する。

輪郭水晶振動片２１の外形加工は、次のようにして行う。＋Ｙ´軸方向を上方として、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、水晶基板２５の上下各面に同じパターンの上側マスク２６及び下側マスク２７をそれぞれ設ける。前記両マスクは、水晶基板２５の上下各面の全面に電極膜を形成し、これらを従来のフォトエッチングによりパターニングして形成する。上側及び下側マスク２６，２７の寸法は、輪郭水晶振動片２１の実際の即ち目的とする平面寸法よりも僅かにエッチングしろの分だけ大きく決定する。

下側マスク２７は、振動部のパターンを、エッチングしろを考慮しながら、形成しようとする振動部の位置に合わせて配置する。これに対し、上側マスク２６は、振動部のパターンを下側マスク２７に対して＋Ｚ´軸方向にある大きさδ0 だけずらして配置する。

図９に関連して上述したように、水晶基板２５の厚さを５０μｍとすると、上側及び下側マスク２６，２７の上下位置を合わせてウエットエッチングしたときに振動部２２の側面２２ａに形成されるばりの大きさｙ0 は、次の（１）式で表される。
ｙ0 ＝−8.771×10^−６φ^６ −3.317×10^−３φ^５ −5.200×10^−１φ^４ −4.327×10φ^３ −2.015×10^３φ^２ −4.977×10^４φ−5.097×10^５ （但し、φ：ラジアン） …（１）
これに対し、振動部２２の側面２２ｂには実質的にばりが形成されない。

従って、本実施例では、マスクのずらし量δ0 をδ0 ＝ｙ0 に設定する。また、水晶基板２５の厚さｔが５０μｍでない場合には、エッチング量が水晶基板の厚さに比例するから、マスクのずらし量δ0 を０＜δ0 ＜ｙ0 ×ｔ／５０となるように設定すればよい。

このように上側及び下側マスク２６，２７を配置して、弗化アンモニウム溶液等の適当なエッチング液で水晶基板２５の両面から同時にウエットエッチングを行う。ウエットエッチングは、水晶基板２５を完全に貫通するまで行うが、オーバエッチングは行わない。それにも拘わらず、振動部２２のＺ´軸方向を向いた辺の側面２２ａは、図２（Ａ）に示すように、従来形成されていたばり１３，１４が略完全に無くなり、略一定に傾斜する断面に加工される。振動部２２のＸ軸方向を向いた辺の側面２２ｂは、図２（Ｂ）に示すように、従来と同じ略垂直な断面に加工される。

これにより、振動部２２は、厚さ方向に見てその平面寸法即ち輪郭寸法が略一定で、面内の電荷分布が厚さ方向において略一定となり、その正方形中心の節点の位置が側面２２ａの傾斜と同様にＺ´軸方向に略一定の角度でシフトしている。従って、振動部２２の厚さによらず、輪郭水晶振動片２１の振動が安定し、良好なＣＩ値が維持される。

別の実施例では、マスクのずらし量δ0 を０＜δ0 ＜２ｙ0 となるように設定することができる。この場合、０＜δ0 ＜ｙ0 の範囲では、振動部２２の側面２２ａに形成されるばり１３，１４が、ずらし量δ0 の大きさに応じて従来よりも小さくなる。ｙ0 ＜δ0 ＜２ｙ0 の範囲では、側面２２ａに、従来のばり１３，１４とは反対側の部分にサイドエッチングが進んで、ずらし量δ0 の大きさに応じた段差を生じるが、その大きさは従来のばり１３，１４よりも小さい。従って、マスクのずらし量δ0 を０＜δ0 ＜２ｙ0 とすることにより、少なくとも従来よりも、輪郭水晶振動片２１の振動を安定させ、ＣＩ値の劣化を有効に阻止することができる。

図３は、本発明を適用した別のラーメモードの輪郭水晶振動片を示している。輪郭水晶振動片３１は図１と同じ外形を有し、単一の正方形からなる振動部３２と、その一方の対角位置の角部から対角線の方向に延長する接続部３３，３３と、その先端に結合されたＬ字状の支持部３４とを一体に備える。本実施例では、図８に関連して上述したＩＥＥＥ表示の（ＹＸｌｔ）φ／θでθ＝４５°、φ＝−５０°〜−６１°のカット角で切り出した水晶基板を用いて、ウエットエッチングにより輪郭水晶振動片３１の外形を加工する。振動部３２は、対向する一方の２辺３２ａ，３２ａがＸ´軸方向に沿って配向され、対向する他方の２辺３２ｂ，３２ｂがＺ''方向に沿って配向されるように形成する。

輪郭水晶振動片３１の外形加工は、次のようにして行う。＋Ｙ´軸方向を上方として、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、水晶基板３５の上下各面に同じパターンの上側マスク３６及び下側マスク３７をそれぞれ設ける。前記両マスクは、水晶基板３５の上下各面の全面に電極膜を形成し、これらを従来のフォトエッチングによりパターニングして形成する。上側及び下側マスク３６，３７の寸法は、輪郭水晶振動片３１の実際の即ち目的とする平面寸法よりも僅かにエッチングしろの分だけ大きく決定する。

下側マスク３７は、振動部のパターンを、エッチングしろを考慮しながら、形成しようとする振動部の位置に合わせて配置する。これに対し、上側マスク３６は、振動部のパターンを下側マスク３７に対して＋Ｚ´軸方向にある大きさδ45だけずらして配置する。

図９に関連して上述したように、水晶基板３５の厚さを５０μｍとすると、上側及び下側マスク３６，３７の上下位置を合わせてウエットエッチングしたときに振動部３２の側面に形成されるばりのＺ´軸方向の大きさｙ45は、次の（２）式で表される。
ｙ45＝−2.845×10^−３φ^５ −7.962×10^−１φ^４ −8.890×10φ^３ −4.951×10^３φ^２ −1.375×10^５φ−1.524×10^６ （但し、φ：ラジアン） …（２）
これは、図９におけるＺ''方向及びＸ´軸方向のばりの大きさｙ45aとｙ45bとの中間値をＺ´軸方向の大きさに変換したものである。

従って、本実施例では、マスクのずらし量δ45をδ45＝ｙ45に設定する。また、水晶基板３５の厚さｔが５０μｍでない場合には、エッチング量が水晶基板の厚さに比例するから、マスクのずらし量δ45を０＜δ45＜ｙ45×ｔ／５０となるように設定すればよい。

このように上側及び下側マスク３６，３７を配置して、弗化アンモニウム溶液等の適当なエッチング液で水晶基板３５の両面から同時にウエットエッチングを行う。ウエットエッチングは、水晶基板３５を完全に貫通するまで行うが、オーバエッチングは行わない。それにも拘わらず、振動部３２のＺ´軸方向を向いた辺の側面３２ａは、図４（Ａ）に示すように、従来形成されていたばり１５，１６がほとんど無くなり、概ね一定に傾斜する断面に加工される。同様に振動部３２のＸ軸方向を向いた辺の側面３２ｂは、図４（Ｂ）に示すように、従来形成されていたばり１７，１６がほとんど無くなり、概ね一定に傾斜する断面に加工される。

これにより、振動部３２は、厚さ方向に見てその平面寸法即ち輪郭寸法が略一定で、面内の電荷分布が厚さ方向において略一定となり、その正方形中心の節点の位置がＺ´軸方向に略一定の角度でシフトしている。従って、振動部２２の厚さによらず、輪郭水晶振動片３１の振動が安定し、良好なＣＩ値が維持される。

別の実施例では、マスクのずらし量δ45を０＜δ45＜２ｙ45となるように設定することができる。この場合、０＜δ45＜ｙ45の範囲では、振動部３２の側面３２ａ、３２ｂに形成されるばり１５〜１８が、ずらし量δ45の大きさに応じて従来よりも小さくなる。ｙ＜δ45＜２ｙ45の範囲では、各側面３２ａ，３２ｂに、従来のばり１５〜１８とは反対側の部分にサイドエッチングが進んで、ずらし量δ45の大きさに応じた段差を生じるが、その大きさは従来のばり１５〜１８よりも小さい。従って、マスクのずらし量δ45を０＜δ45＜２ｙ45とすることにより、少なくとも従来よりも、輪郭水晶振動片３１の振動を安定させ、ＣＩ値の劣化を有効に阻止することができる。

図５（Ａ）は、本発明を適用した別の高次のラーメモードの輪郭水晶振動片を示している。この輪郭水晶振動片４１は、３つの正方形を連ねた長方形の振動部４２と、その４つの角部から延長する接続部４３，４４と、その先端に結合された矩形枠状の支持部４５とを一体に備える。本実施例では、図３の実施例と同様に、ＩＥＥＥ表示の（ＹＸｌｔ）φ／θでθ＝４５°、φ＝−５０°〜−６１°のカット角で切り出した水晶基板を用いて、ウエットエッチングにより輪郭水晶振動片４１の外形を加工する。

振動部４２は、対向する一方の２辺がＸ´軸方向に沿って配向され、対向する他方の２辺がＺ''軸方向に沿って配向されるように形成する。接続部４３は、振動部４２を構成する前記正方形の一方の対角線の方向に即ちＸ軸方向に沿って配向され、接続部４４は、前記正方形の他方の対角線の方向に即ちＺ´軸方向に沿って配向される。

振動部４２の外形加工は、図３及び図４の実施例について上述したように行うので、説明は省略する。水晶のエッチング異方性によるばりはＺ´軸方向に形成されるので、Ｚ´軸方向に延長する接続部４４の外形加工は、上側及び下側マスクの上下位置をずらす必要がない。これに対し、Ｘ軸方向に延長する接続部４３は、上側及び下側マスクの上下位置を合わせると、Ｚ´軸方向を向いた両側面には、図９の従来例と同じ大きさのばりが形成される。

従って、接続部４３の外形加工は、図５（Ｂ）に示すように、図１の実施例と同様に上側マスク４６を下側マスク４７に対して＋Ｚ´軸方向にある大きさδだけずらして、ウエットエッチングを行う。このマスクのずらし量δは、上記（１）式で表されるばりの大きさｙ0 に関して、０＜δ＜２ｙ0 となるように設定する。この範囲において、δ＝ｙ0 では、接続部４３の側面のばりが略完全に解消され、０＜δ＜ｙ0 及びｙ0 ＜δ＜２ｙ0 では、少なくともばりの大きさが従来よりも小さくなる。これにより、各接続部４３，４４による振動部４２が従来よりもバランス良く支持されるので、輪郭水晶振動片４１の振動をより安定させることができる。

図６は、本発明を適用した輪郭すべりモードの輪郭水晶振動片を示している。この輪郭水晶振動片５１は、単一の正方形からなる振動部５２と、その一方の対向する２辺の中央に結合した接続部５３，５３と、その先端に結合された支持部５４とを一体に備える。本実施例では、上述したＩＥＥＥ表示の（ＹＸｌｔ）φ／θでθ＝０°、φ＝−４９．５°〜−７４°のカット角で切り出した水晶基板を用いて、ウエットエッチングにより輪郭水晶振動片５１の外形を加工する。振動部５２は、図１の振動部２２と同様に、対向する一方の２辺がＸ軸方向に沿って配向され、対向する他方の２辺がＺ´方向に沿って配向されるように形成する。接続部５３は、Ｚ´方向に沿って配向される。

従って、輪郭水晶振動片２１の外形加工は、図１及び図２の実施例と同様に行う。図６に示すように、上側マスク５５を下側マスク５６に対して＋Ｚ´軸方向にある大きさδだけずらして、ウエットエッチングを行う。このマスクのずらし量δは、上記（１）式で表されるばりの大きさｙ0 に関して、０＜δ＜２ｙ0 となるように設定する。この範囲において、δ＝ｙ0 では、振動部５２のＺ´軸方向を向いた側面のばりが略完全に解消され、０＜δ＜ｙ0 及びｙ0 ＜δ＜２ｙ0 では、少なくともばりの大きさが従来よりも小さくなる。これにより、輪郭水晶振動片５１の振動を従来よりも安定させることができる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。本発明は、上記実施例以外の形態を有する輪郭水晶振動片について同様に適用することができる。

カット角θ＝０°の水晶基板から加工されるラーメモードの輪郭水晶振動片及び上側マスクと下側マスクとの位置関係を示す平面図。 （Ａ）図及び（Ｂ）図は、ウエットエッチングにより形成した図１の輪郭水晶振動片の振動部を同図のａ−ａ線及びｂ−ｂ線に沿ってそれぞれ示す断面図。 カット角θ＝４５°の水晶基板から加工されるラーメモードの輪郭水晶振動片及び上側マスクと下側マスクとの位置関係を示す平面図。 （Ａ）図及び（Ｂ）図は、ウエットエッチングにより形成した図３の輪郭水晶振動片の振動部を同図のａ−ａ線及びｂ−ｂ線に沿ってそれぞれ示す断面図。 （Ａ）図は、カット角θ＝４５°の水晶基板から加工される別のラーメモードの輪郭水晶振動片を示す平面図、（Ｂ）図は、接続部における上側マスクと下側マスクとの位置関係を示す部分拡大平面図。 カット角θ＝４５°の水晶基板から加工される輪郭すべりモードの輪郭水晶振動片及び上側マスクと下側マスクとの位置関係を示す平面図。 （Ａ）図は従来のラーメモードの輪郭水晶振動片を示す平面図、（Ｂ）図及び（Ｃ）図はそれぞれカット角θ＝０°、４５°の水晶基板から輪郭水晶振動片を加工した場合の水晶の結晶方位を示す図。 図６の輪郭水晶振動片に使用する水晶基板のカット角を模式的に示す図。 （Ａ）図及び（Ｂ）図は、カット角θ＝０°の水晶基板をウエットエッチングして形成した図７（Ａ）の輪郭水晶振動片の振動部を図７（Ａ）のａ−ａ線及びｂ−ｂ線に沿ってそれぞれ示す断面図。 （Ａ）図及び（Ｂ）図は、カット角θ＝４５°の水晶基板をウエットエッチングして形成した図７（Ａ）の輪郭水晶振動片の振動部を図７（Ａ）のａ−ａ線及びｂ−ｂ線に沿ってそれぞれ示す断面図。 カット角θ＝０°、４５°の水晶基板を用いた場合に形成されるＺ´軸方向のばりの大きさｙのカット角φに関する変化を示す線図。

符号の説明

１，２１，３１，４１，５１…輪郭水晶振動片、２，２２，３２，４２，５２…振動部、３，４…励振電極、５，２３，３３，４３，４４，５３…接続部、６，２４，３４，４５，５４…支持部、７〜９…水晶板、１０，２５，３５…水晶基板、１１，２６，３６，４６，５６…上側マスク、１２，２７，３７，４７，５７…下側マスク、１３〜１８…ばり。

Claims (3)

1. 水晶の結晶軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をＸ軸周りに角度φで回転させて得られた座標軸を（Ｘ，Ｙ´，Ｚ´）とし、該座標軸（Ｘ，Ｙ´，Ｚ´）をＹ´軸周りに角度θで回転させて得られた座標軸を（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ''）とし、ＩＥＥＥ表示の（ＹＸｌｔ）φ／θで表されるカット角で切り出した水晶基板をウエットエッチングすることにより、ラーメモード又は輪郭すべりモードで振動する方形平板の振動部と支持部と前記振動部を前記振動の節点で前記支持部に結合する接続部とを一体に備える輪郭水晶振動片の外形を加工する工程を有し、
   前記外形加工工程が、前記水晶基板の上下各面にそれぞれ同じパターンの上側マスクと下側マスクとを形成し、前記水晶基板を上下両面から同時にウエットエッチングする工程からなり、前記上側マスクを前記下側マスクに対して＋Ｚ´軸方向にずらして配置し、かつそのずらし量δを、前記上側マスクと前記下側マスクとを互いに同じ上下位置に一致させて前記水晶基板をウエットエッチングしたときに前記振動部の側面に形成されるばりのＺ´軸方向の大きさをｙとして、０＜δ＜２ｙとなるように設定することを特徴とする輪郭水晶振動片の製造方法。
2. 前記水晶基板がカット角θ＝０°、φ＝−４９．５°〜−７４°で切り出した厚さｔの水晶基板であり、前記振動部の対向する２組の辺をそれぞれＸ軸方向及びＺ´軸方向に合わせて前記上側及び下側マスクを配置して前記ウエットエッチングを行い、前記水晶基板の厚さｔが５０μｍのときに前記振動部に形成される前記ばりの大きさｙ0 が、次式
   ｙ0 ＝−8.771×10^−６φ^６ −3.317×10^−３φ^５ −5.200×10^−１φ^４ −4.327×10φ^３ −2.015×10^３φ^２ −4.977×10^４φ−5.097×10^５ （但し、φ：ラジアン）
   で表され、前記マスクのずらし量δ0 を、０＜δ０≦ｙ０×ｔ／５０となるように設定することを特徴とする請求項１に記載の輪郭水晶振動片の製造方法。
3. 前記水晶基板がカット角θ＝４５°、φ＝−５０°〜−６１°で切り出した厚さｔの水晶基板であり、前記振動部の対向する２組の辺をそれぞれＸ´軸方向及びＺ''軸方向に合わせて前記上側及び下側マスクを配置して前記ウエットエッチングを行い、前記水晶基板の厚さｔが５０μｍのときに前記振動部に形成される前記ばりの大きさｙ0 が、次式
   ｙ45＝−2.845×10^−３φ^５ −7.962×10^−１φ^４ −8.890×10φ^３ −4.951×10^３φ^２ −1.375×10^５φ−1.524×10^６ （但し、φ：ラジアン）
   で表され、前記マスクのずらし量δ45を、０＜δ45≦ｙ45×ｔ／５０となるように設定することを特徴とする請求項１に記載の輪郭水晶振動片の製造方法。

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