JP2017201772A - 圧電片、圧電振動素子、圧電振動デバイス及び圧電片の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クリスタルインピーダンスを低下させることができる圧電片を提供する。
【解決手段】水晶片１５は、基部２１と、基部２１から延びる振動腕２３と、を有している。振動腕２３は、１対の振動腕２３の延びる方向（Ｄ２軸方向）及び１対の振動腕２３の並び方向（Ｄ１軸方向）に平行な面である上面及び下面の少なくとも一方において、Ｄ１軸方向において２つの凹部５１（溝４１）が設けられていることにより、２つの凹部５１の両側に位置する１対の外壁４５と、２つの凹部５１の間に位置する中壁４７とを有している。中壁４７は、その頂部が１対の外壁４５それぞれの頂部よりも低い位置にあり、かつ同一高さにおいて１対の外壁４５それぞれよりも薄い。
【選択図】図５

Description

本発明は、圧電片、圧電振動素子、圧電振動デバイス及び圧電片の製造方法に関する。

発振信号の生成等に利用される圧電振動デバイス（例えば振動子又は発振器）として、例えば、音叉型のものが知られている（例えば特許文献１）。音叉型の圧電振動デバイスでは、基部と、基部から並列に延びる１対の腕部とを有する圧電片（例えば水晶片）において、１対の腕部に電圧を印加することによって１対の腕部に生じる振動を利用して、発振信号を生成する。

特許文献１では、腕部の上面及び下面（１対の腕部の延びる方向及び１対の腕部の並び方向に平行な面）に腕部に沿って延びる１本の溝を形成した圧電片を開示している。また、特許文献１では、この１本の溝をエッチングによって形成する方法として、まず、エッチングによって細い溝を２本形成し、その後、その２本の細い溝の間の突条部をエッチングして太い１本の溝とする方法を提案している。

特許文献１では、上記の突条部を完全に除去せずに、僅かに残す方法も提案している。特許文献１では、突条部を太い１本の溝内に残すことによって、太い１本の溝内の表面積を大きくし、ひいては、励振電極の面積を大きくすることができ、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）を低下させることができるとしている。また、特許文献１では、太い１本の溝の最深部を深くしてＣＩを低下させつつ、突条部によって腕部の剛性を確保できるとしている。

特開２００４−８８７０６号公報

ＣＩの低下は常に要求されている。また、ＣＩを低下させる方法は、種々提案されることが設計の自由度及び／又は製造方法選択の自由度を向上させる観点から好ましい。従って、新たな構成又は手順でＣＩを低下させることができる圧電片、圧電振動素子、圧電振動デバイス及び圧電片の製造方法が提供されることが望まれる。

本発明の一態様に係る圧電片は、分極方向に対して交差する方向に延びる腕部を有しており、前記腕部は、当該腕部が延びる方向に平行で前記分極方向に沿う長尺の所定面を有しているとともに、当該所定面の幅方向において２以上の凹部が設けられていることにより、前記２以上の凹部の両側に位置する１対の外壁と、前記２以上の凹部の間に位置する１以上の中壁とを有しており、前記中壁は、その頂部が前記１対の外壁それぞれの頂部よりも低い位置にあり、かつ同一高さにおいて前記１対の外壁それぞれよりも薄い。

好適には、前記１対の外壁は、その頂部が互いに同等の高さにあり、かつ同一高さにおいて同等の厚さである。

好適には、前記腕部は、前記２以上の凹部が前記延びる方向に複数組設けられていることにより、複数組の前記２以上の凹部の間に位置する１以上の横断壁を有しており、前記横断壁の頂部は、前記中壁の頂部よりも高い位置にある。

本発明の一態様に係る圧電振動素子は、上記の圧電片と、前記所定面において、前記２以上の凹部に亘って配置されている第１電極と、前記腕部の、前記所定面に対して前記幅方向両側に位置して前記所定面と交差する１対の側面それぞれに配置されている第２電極と、を有している。

本発明の一態様に係る圧電振動デバイスは、上記の圧電振動素子と、前記圧電振動素子が実装されている実装基体と、を有している。

本発明の一態様に係る圧電片の製造方法は、圧電ウェハのその分極方向に沿う主面にマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスクを介して前記圧電ウェハをエッチングするエッチング工程と、を有しており、前記マスクは、長尺状の腕部対応部を有しており、前記腕部対応部は、当該腕部対応部の幅方向において２以上の開口が設けられていることにより、前記２以上の開口の両側に位置する１対の外壁対応部と、前記２以上の開口の間に位置する１以上の中壁対応部とを有しており、前記中壁対応部は、前記１対の外壁対応部よりも細く、前記エッチング工程では、前記腕部対応部の外側のエッチングと前記２以上の開口におけるエッチングとを共に開始し、かつ前記圧電ウェハの前記主面のうち前記中壁対応部に接していた領域が前記中壁対応部の一方の縁部から他方の縁部に亘ってエッチングされるまでエッチングが継続される。

上記の構成又は手順によれば、クリスタルインピーダンスを低下させることができる。

本発明の実施形態に係る水晶振動子の概略構成を示す分解斜視図。 図２（ａ）は図１の水晶振動子の内部を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）のIIｃ−IIｃ線における断面図。 図１の水晶振動素子の配線の一例を示す模式的な斜視図。 図４（ａ）は図１の水晶片のうち図２（ａ）の領域IVａに相当する部分を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の領域IVｂにおける拡大図。 図５（ａ）は図４（ｂ）のＶａ−Ｖａ線における断面図、図５（ｂ）は図４（ｂ）のＶｂ−Ｖｂ線における断面図。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は図１の水晶片の製造方法を示す模式的な断面図。 図７（ａ）〜図７（ｃ）は図６（ｂ）の続きを示す模式的な断面図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

水晶片の形状についてその詳細を説明する際には、エッチングに対する水晶の異方性によって生じるような一定の傾向を示す誤差（系統誤差のようなもの）について考慮することがある。その一方で、再現性のない誤差（偶然誤差のようなもの）については、基本的に無視するものとする。

図面には、便宜上、Ｄ１軸、Ｄ２軸及びＤ３軸からなる直交座標系を付すことがある。また、以下で説明する水晶振動子等は、いずれの方向が上下方向又は水平方向とされてもよいが、便宜上、Ｄ３軸方向正側を上方として、上面又は下面等の用語を用いることがある。また、単に平面視という場合は、Ｄ３軸方向に見ることをいうものとする。

互いに同一又は類似する構成については、「第１振動腕２３Ａ」及び「第２振動腕２３Ｂ」のように、互いに共通する名称（振動腕）に互いに異なる番号（第１、第２）を付すとともに、符号に互いに異なる大文字のアルファベット（Ａ、Ｂ）を用いることがある。また、この場合において、単に「振動腕２３」というなど、番号と大文字のアルファベットとを省略して、両者を区別しないことがある。

＜水晶振動子の概略構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る水晶振動子１（以下、「水晶」は省略することがある。）の概略構成を示す分解斜視図である。図２（ａ）は、振動子１の内部を示す平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のIIｃ−IIｃ線における断面図である。

振動子１は、例えば、図１に特に示すように、主として３つの部材からなる。すなわち、振動子１は、電圧が印加されて振動する水晶振動素子３（以下、「水晶」は省略することがある。）と、振動素子３をパッケージングするための素子搭載部材５及び蓋部材７とを有している。

箱状の素子搭載部材５に振動素子３が収容され、素子搭載部材５に蓋部材７が被せられると、振動子１は、例えば、全体として、概略、薄型の直方体状となる。素子搭載部材５の内部は、例えば、蓋部材７により封止される。また、当該内部は、例えば、真空とされ、又は適宜なガス（例えば窒素）が封入されている。

振動子１の寸法は適宜に設定されてよい。例えば、比較的小さいものでは、幅（Ｄ１軸方向）は、０．４０ｍｍ以上３．２０ｍｍ以下、長さ（Ｄ２軸方向）は０．６５ｍｍ以上５．００ｍｍ以下、厚さ（Ｄ３軸方向）は０．２ｍｍ以上１．２ｍｍ以下である。

振動子１は、例えば、不図示の回路基板等の実装面に対して下面（Ｄ３軸方向の負側の面）を対向させて配置され、半田等からなるバンプによって実装面に表面実装される。そして、振動子１は、その回路基板に設けられている発振回路によって電圧が印加され、発振信号の生成に寄与する。

以下では、概して、振動の生成に係る基本的な構成、及び振動素子３の素子搭載部材５に対する実装構造について順に述べ、その後、振動素子３（より具体的には後述する振動腕２３）の細部の形状について述べる。

＜振動の生成に係る基本的な構成＞
（振動素子の概略構成）
振動素子３は、例えば、水晶片１５と、水晶片１５に電圧を印加するための第１励振電極１７Ｖ及び第２励振電極１７Ｈ（図１）と、振動素子３を素子搭載部材５に実装するための第１素子端子１９Ａ及び第２素子端子１９Ｂ（図２（ｂ））とを有している。

上記の他、振動素子３は、適宜な配線（後述）を有している。また、特に図示しないが、振動素子３は、周波数調整用（後述する振動腕２３の重量調整用）の金属膜を有していてもよい。

（水晶片の基本的な形状：基部及び振動腕）
水晶片１５は、全体として概ね一定の厚さ（Ｄ３軸方向）に形成されており、また、適宜な平面形状を有している。具体的には、水晶片１５は、いわゆる音叉型のものであり、基本的な構成として、基部２１と、基部２１から並列に延びる第１振動腕２３Ａ及び第２振動腕２３Ｂとを有している。１対の振動腕２３は、励振電極１７によって電圧が印加されて振動する部分であり、基部２１は、その振動腕２３を支持する部分である。

基部２１は、適宜な形状とされてよく、例えば、概略、薄型の直方体状である。なお、上面、下面又は側面が湾曲するなどしていてもよい。基部２１は、中心を通るＤ２−Ｄ３平面に対して概ね面対称、かつ中心を通るＤ１−Ｄ２平面に対して概ね面対称の形状であることが好ましい。また、基部２１のＤ１軸方向、Ｄ２軸方向及びＤ３軸方向の相対的な大きさも適宜に設定されてよい。図示の例では、基部２１は、Ｄ３軸方向を厚み方向とする板状であるが、Ｄ３軸方向の大きさがＤ１軸方向及び／又はＤ２軸方向の大きさよりも大きくされてもよい。

１対の振動腕２３は、平面視において、基部２１から互いに並列（例えば平行）に直線状に延びている。１対の振動腕２３の根元は、例えば、基部２１に対してＤ１軸方向の両側端部付近に位置している。１対の振動腕２３の形状（寸法含む）は、例えば、概ね互いに同一である。エッチングに対する水晶の異方性に起因する形状（後述）を除いて、１対の振動腕２３は線対称の形状とされてもよい。振動腕２３の横断面（Ｄ２軸に直交する断面）の形状は、後述する細部の形状を除いて、例えば、概略矩形であり、また、当該横断面の形状及び面積は、振動腕２３の長手方向において概ね一定である。ただし、振動腕２３の先端部において、横断面の面積をＤ１軸方向に大きくすることなどにより、振動腕２３は、いわゆるハンマ形状とされてもよい。

振動腕２３の長さ（Ｄ２軸方向）及び幅（Ｄ１軸方向）の寸法は、公知のように、振動素子３に要求される周波数等に応じて設定される。振動腕２３の厚み（Ｄ３軸方向）は、強度確保及びスプリアス抑制等の観点から適宜に設定されてよい。

水晶片１５は、例えば、Ｙ軸（機械軸）及びＺ軸（光軸）をＸ軸（電気軸）回りに約−５°〜５°の範囲で回転させ、これらをＹ′軸及びＺ′軸としたときに、Ｘ軸が１対の振動腕２３の並び方向（Ｄ１軸方向）となり、Ｙ′軸が振動腕２３の延在方向（Ｄ２軸方向）となり、Ｚ′軸が振動腕２３の厚み方向（Ｄ３軸方向）となるように切り出されている。

（励振電極の構成）
励振電極１７は、例えば、振動腕２３の表面に設けられた導電層により構成されている。具体的には、第１励振電極１７Ｖは、各振動腕２３において、上下面（Ｄ３軸方向の正側の面及びＤ３軸方向の負側の面）に設けられている。また、第２励振電極１７Ｈは、各振動腕２３において、両側の側面（Ｄ１軸方向の正側の面及びＤ１軸方向の負側の面）に設けられている。すなわち、各振動腕２３においては、上下面及び両側の側面の合計４面に、合計４つの励振電極１７が設けられている。

励振電極１７の平面形状は、例えば、振動腕２３が延びる方向を長手方向とする概ね長方形である。各励振電極１７の幅は、例えば、概ね、各励振電極１７が設けられた振動腕２３の各面（上下面又は側面）の幅に亘る広さとされている。ただし、第１励振電極１７Ｖと第２励振電極１７Ｈとが互いに短絡しないように、これらの少なくとも一方の励振電極１７（本実施形態では第１励振電極１７Ｖ）の幅は、その励振電極１７が設けられた面の幅よりも若干小さくされている。励振電極１７の長さ（Ｄ２軸方向）は、例えば、振動腕２３の長さよりも短い範囲で、できるだけ長くなるように適宜に設定されている。励振電極１７の基部２１側の位置は、例えば、振動腕２３の根元に一致している。

なお、励振電極１７を構成する導電層、又は、後述する他の導電層（パッド１１、外部端子１３及び素子端子１９等）は、例えば、金属層である。導電層は、１層（１種類の材料）からなるものであってもよいし、複数層からなるものであってもよい。

（励振電極の電位）
各振動腕２３においては、例えば、２つの第１励振電極１７Ｖが互いに同電位とされ、２つの第２励振電極１７Ｈが互いに同電位とされ、かつ第１励振電極１７Ｖと第２励振電極１７Ｈとの間に交流電圧が印加される。これにより、各振動腕２３は、Ｄ１軸方向に振動する。

また、１対の振動腕２３においては、例えば、第１振動腕２３Ａの第１励振電極１７Ｖと第２振動腕２３Ｂの第２励振電極１７Ｈとが同電位とされ、かつ第１振動腕２３Ａの第２励振電極１７Ｈと第２振動腕２３Ｂの第１励振電極１７Ｖとが同電位とされる。これにより、１対の振動腕２３は、平面視において互いに線対称に振動する。

（振動素子の配線構造）
上記のような励振電極１７同士の電位の関係及び励振電極１７に対する電圧の印加は、例えば、水晶片１５の表面に設けられた導電層からなる配線によって、励振電極１７同士の接続、及び、励振電極１７と素子端子１９との接続がなされることにより実現されている。例えば、以下のとおりである。

図３は、振動素子３の配線３３の一例を示す、模式的な斜視図である。なお、図示の例はあくまで一例であり、この他にも種々の配線が可能である。

図示の例では、各振動腕２３の２つの第２励振電極１７Ｈは、振動腕２３の先端側に設けられた先端側配線３３ａによって互いに接続されている。各振動腕２３の２つの第１励振電極１７Ｖは、基部２１のＤ１軸方向両側の側面を経由する外側配線３３ｂによって互いに接続されている。各振動腕２３の内側の側面（１対の振動腕２３間）に位置する第２励振電極１７Ｈと、他方の振動腕２３の上面又は下面の第１励振電極１７Ｖとは、基部２１の振動腕２３側（Ｄ２軸方向正側）の面を経由する内側配線３３ｃによって互いに接続されている。内側配線３３ｃ又は外側配線３３ｂは、基部２１の下面（Ｄ３軸方向の負側）を延びる端子用配線３３ｄによって素子端子１９に接続されている。１対の素子端子１９には、素子搭載部材５を介して交流電圧が印加される。

＜振動素子の実装に係る構成＞
振動素子３の実装に係る構成は、例えば、以下のとおりである。ただし、振動素子３の実装に係る構成には、公知の種々の構成が適用されてよく、以下で説明する構成は一例に過ぎない。

（水晶片における実装のための形状：支持腕及び突出部）
図１〜図３に示すように、水晶片１５は、上記の基部２１及び振動腕２３に加えて、支持腕２５及び突出部２７を有している。この支持腕２５及び突出部２７は、例えば、素子端子１９が設けられることなどにより、水晶片１５の素子搭載部材５に対する実装に寄与する部分である。

支持腕２５は、例えば、基部２１から側方（Ｄ１軸方向の負側）へ延びてから曲がり、１対の振動腕２３に対して並列（例えば平行）に延びている。支持腕２５の形状及び寸法等は、適宜に設定されてよい。なお、支持腕２５の根元は、できるだけ振動腕２３の根元から離れていることが好ましく、図示の例では、支持腕２５は、基部２１の側面（Ｄ１軸方向に面する面）のうち、振動腕２３とは反対側（Ｄ２軸方向負側）の端部から延び出ている。

突出部２７は、例えば、基部２１から支持腕２５（の根元部分）が延び出る側とは反対側へ基部２１から突出している。突出部２７の形状及び寸法等は適宜に設定されてよい。なお、突出部２７は、支持腕２５の根元と同様に、できるだけ振動腕２３の根元から離れていることが好ましく、図示の例では、突出部２７は、基部２１の、支持腕２５が延び出る側面とは反対側の側面のうち、振動腕２３とは反対側の端部から突出している。

（素子端子の構成）
図２（ｂ）〜図３に示すように、素子端子１９は、例えば、支持腕２５又は突出部２７の表面に設けられた導電層により構成されている。具体的には、例えば、第１素子端子１９Ａは、支持腕２５の屈曲部の下面（Ｄ３軸方向の負側の面）に設けられている。第２素子端子１９Ｂは、突出部２７の下面（Ｄ３軸方向の負側の面）に設けられている。素子端子１９の平面形状及び面積は適宜に設定されよい。

（パッケージの構成）
図１及び図２に示すように、素子搭載部材５は、例えば、素子搭載部材５の主体となる基体９と、振動素子３を実装するためのパッド１１（図２（ａ）〜図２（ｃ））と、振動子１を不図示の回路基板等に実装するための外部端子１３とを有している。

基体９は、絶縁材料からなり、振動素子３を収容する凹部５ａを有している。基体９を構成する絶縁材料は、例えば、セラミック又は樹脂である。なお、基体９は、複数部材から構成されていてもよい。振動素子３の実装面となる凹部５ａの底面は、例えば、平面状である。

パッド１１は、例えば、凹部５ａの底面に設けられた導電層により構成されている。パッド１１は、例えば、２つ（１対）設けられている。２つのパッド１１は、例えば、互いに同一の厚さで、同一平面上（凹部５ａの底面）に位置している。パッド１１の平面形状及び面積は適宜に設定されてよい。

１対のパッド１１の位置は、振動素子３の構成に応じて適宜に設定される。本実施形態では、１対のパッド１１は、凹部５ａの概ね矩形の底面のうち、一の短辺側（Ｄ２軸方向負側）の２つの隅部に位置している。

外部端子１３は、例えば、基体９の下面（Ｄ３軸負側の面）に設けられた導電層により構成されている。外部端子１３の数、位置、平面形状及び面積は、適宜に設定されてよい。例えば、外部端子１３は、基体９の下面の４隅に設けられている。なお、本実施形態では、パッド１１が２つであることに対応して、外部端子１３は、少なくとも２つ（１対）設けられればよい。

特に図示しないが、１対のパッド１１と、４つの外部端子１３のうちの２つとは、基体９に設けられた配線導体によって互いに接続されている。配線導体は、例えば、基体９の内部に設けられた層状導体及び／又はビア導体によって構成されている。

蓋部材７は、例えば、金属から構成され、素子搭載部材５の上面にシーム溶接等により接合されている。

（振動素子のパッケージに対する実装）
図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、振動素子３は、例えば、素子搭載部材５の凹部５ａの底面に対向配置され、１対の素子端子１９と１対のパッド１１とが接合されることによって、素子搭載部材５に電気的に接続されるとともに固定される（すなわち実装される）。接合は、例えば、素子端子１９とパッド１１との間に介在する接合用バンプ２９によってなされる。接合用バンプ２９は、例えば、導電性接着剤からなる。導電性接着剤は、例えば、導電性フィラーが混入された樹脂からなる。

また、振動素子３は、支持腕２５の屈曲部よりも先端側において、凹部５ａの底面に支持される。具体的には、例えば、凹部５ａの底面には、支持用バンプ３１が設けられており、支持腕２５の先端部の下面が支持用バンプ３１に当接して支持されている。支持用バンプ３１は、例えば、導電性接着剤又は絶縁性樹脂によって構成されてよく、接合用バンプ２９と同一材料とされてよい。また、支持用バンプ３１は、支持腕２５に当接するだけでなく、支持腕２５と凹部５ａの底面とを接合していてもよい。

なお、図示の例とは異なり、１対の素子端子１９を支持腕２５の先端と屈曲部とに設け、その位置に対応して接合用バンプ２９及びパッド１１を設けてもよい。この場合において、支持用バンプ３１によって突出部２７を支持してもよいし、突出部２７を設けずに支持用バンプ３１によって基部２１の角部を指示してもよい。

＜振動腕の細部形状＞
（溝及び壁の概略）
図４（ａ）は、水晶片１５のうち図２（ａ）の領域IVａに相当する部分を示す平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の領域IVｂにおける拡大図である。図５（ａ）は、図４（ｂ）のＶａ−Ｖａ線における断面図である。図５（ｂ）は、図４（ｂ）のＶｂ−Ｖｂ線における断面図である。なお、これらの図では、第１振動腕２３Ａを図示するが、第２振動腕２３Ｂの形状も同様である。

各振動腕２３は、上面及び下面それぞれに、振動腕２３が延びる方向（Ｄ２軸方向）へ延びる２本の溝４１を有している。各溝４１は、例えば、Ｄ２軸方向において第１励振電極１７Ｖと同等の長さを有している。

なお、以下の説明では、振動腕２３の上面及び下面のいずれであるかに関わらず、溝４１の底側を下方とし、溝４１の開口側を上方として、高い又は低い等の用語を用いることがある。

また、振動腕２３の上面の形状と下面の形状とは、互いに同様の思想に基づいて同様の手法（エッチング）で形成されるものであることから、以下の説明では、基本的に、上面及び下面の一方（いずれであってもよい）のみについて説明する。

２本の溝４１が形成されていることによって、各振動腕２３は、２本の溝４１の両側に位置する１対の外壁４５と、２本の溝４１の間に位置する中壁４７とを有している。１対の外壁４５及び中壁４７は、振動腕２３の上下方向（Ｄ３軸方向）中央に位置する中間層４３（図５（ａ）及び図５（ｂ））に対して立ち上がり、振動腕２３の延びる方向（Ｄ２軸方向）に延びている。

また、振動腕２３は、各溝４１において、各溝４１を横切る１以上（本実施形態では複数）の横断壁４９（図４（ａ）、図４（ｂ）及び図５（ｂ））を有している。別の観点では、溝４１は、振動腕２３の長手方向に配列された複数の凹部５１（符号は図４（ａ）及び図４（ｂ））によって構成されている。

溝４１を形成することにより、例えば、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）が低下する。具体的には、例えば、以下のとおりである。第１励振電極１７Ｖは、２本の溝４１の内面にも設けられる。例えば、第１励振電極１７Ｖは、１対の外壁４５の頂面の一部、溝４１の内面及び中壁４７に亘って設けられる。従って、第１励振電極１７Ｖは、Ｄ１軸方向において外壁４５を挟んで第２励振電極１７Ｈと対向する。その結果、例えば、第１励振電極１７Ｖ及び第２励振電極１７Ｈに対する電圧印加によって形成される電界のベクトルにおいては、溝４１が形成されない場合に比較して、Ｄ１軸方向に沿う成分が大きくなり、振動腕２３が効率的に振動し、ＣＩが低下する。

各振動腕２３の上面又は下面において、１本の溝を形成するのではなく、２本の溝４１を形成したり、横断壁４９を設けたりすることによって、例えば、水晶片１５の製造方法が容易化される。具体的には、マスクを介して水晶片１５をエッチングする場合において、溝４１に対応するマスクの開口を小さくすることによって、溝４１が貫通してスリットになってしまうことを抑制できる。これについては後述する。

本実施形態では、中壁４７が外壁４５に比較して、低く、かつ薄いことを特徴の一つとしている。振動腕２３における各部の具体的な形状は、例えば、以下のとおりである。

（外壁の構成）
各外壁４５の横断面（図５（ａ）に示す、Ｄ２軸に直交する断面）の形状（寸法含む）は、例えば、その長手方向（Ｄ２軸方向）に亘って概ね一定である。ただし、横断壁４９が外壁４５のエッチングに及ぼす影響によってはこの限りでない。以下の外壁４５の説明では、特に断りがない限りは、横断壁４９の影響を無視する。

外壁４５の頂部（頂面）の高さ（Ｄ３軸方向における位置）は、１対の外壁４５同士で互いに同一である。以下では、この外壁４５の頂部の位置を基準として、中壁４７に係る寸法を説明することがある。なお、外壁４５の頂面は、基本的にＤ３軸に直交する平面状であり、また、結晶面とは限らない。外壁４５の頂面の幅（Ｄ１軸方向）が小さく、及び／又はアンダーエッチングが大きい場合等においては、外壁４５の最も高い位置を外壁４５の頂部としてよい。

外壁４５の横断面の形状（寸法含む）は、１対の外壁４５同士で概ね同一である。ここでいう同一は、水晶のエッチングに対する異方性に起因して生じる一定の傾向を示す誤差（系統誤差のようなもの）を基本的には考慮に入れたものである。また、ここでいう形状が同一は、振動腕２３の中心を通るＤ２−Ｄ３平面に対して面対称の形状ではなく、平行移動によって重なる形状である。すなわち、１対の外壁４５間においては、Ｄ１軸の負側の壁面同士の形状が互いに同一であり、Ｄ１軸の正側の壁面同士の形状が互いに同一である。

具体的には、例えば、１対の外壁４５は、その壁面として同一の結晶面が現れているとともに、同一高さ（Ｄ３軸方向の同一位置）における厚さｔ１（Ｄ１軸方向、図５（ａ））が概ね互いに同一である。

結晶面は、結晶格子の幾何学的規則性に起因してＸ軸〜Ｚ軸に対して水晶に固有の角度で形成される面である。なお、本実施形態の説明で用いる図面においては、図示の都合上、結晶面の数及び角度を正確には図示していない。結晶面の数及び角度は、Ｘ軸〜Ｚ軸とＤ１軸〜Ｄ３軸との相対関係及びエッチングの向き等によって規定される。

上述のようにＸ軸をＤ１軸、Ｙ′軸をＤ２軸、Ｚ′軸をＤ３軸とし、Ｄ３軸方向に直交するマスクを介してウェットエッチングを行った場合においては、外壁４５は、全体として、概略、頂部における厚さｔ１に対して根元における厚さｔ１がＤ１軸方向の一方側（図示の例ではＤ１軸方向の負側）へ広がる非対称の形状となる。また、外壁４５は、概略、厚さｔ１のＤ３軸方向の位置に対する変化が比較的小さい外壁上部４５ａ（図５（ａ））と、厚さｔ１のＤ３軸方向の位置に対する変化が外壁上部４５ａよりも大きい外壁下部４５ｂ（図５（ｂ））とを有する。外壁上部４５ａ及び外壁下部４５ｂのいずれも、概ね頂部側に対して根元側がＤ１軸方向の前記一方側に広がる非対称の形状である。

ただし、図５（ａ）に例示した断面では、１対の外壁４５同士は、Ｄ１軸方向正側の壁面の形状が根元側において互いに異なっている。これは、Ｄ１軸方向負側の外壁４５においては、横断壁４９が外壁４５のＤ１軸方向正側の壁面を形成するエッチングに影響を及ぼす一方で、Ｄ１軸方向正側の外側４５においては、横断壁４９が外壁４５のＤ１軸方向正側の壁面を形成するエッチングに影響を及ぼさないことからである。具体的には、例えば、１対の外壁４５のうちＤ１軸方向負側の外壁４５においてのみ、横断壁４９を構成する結晶面の一部が根元に現れている。なお、この結晶面は、横断壁４９を構成する結晶面であって、外壁４５を構成するものではないとして捉えてもよい。このように捉えた場合においては、図５（ａ）に例示した断面においても、１対の外壁４５同士は互いに同一の形状であるといえる。

１対の外壁４５は、溝４１に対してＤ１軸方向の正負のいずれ側に隣接するかが互いに異なる。その結果、１対の外壁４５は、溝４１の底付近においては、エッチング液との接触態様が異なることなどにより、上記のような同一とはならない場合がある。また、溝４１の底付近においては、再現性のない誤差（偶然誤差のようなもの）が比較的生じやすい。また、上記のように横断壁４９の影響が外壁４５の根元側に現れた場合において、横断壁４９の影響による部分と外壁４５とを明確に区別することは必ずしも容易ではない。従って、１対の外壁４５の形状（同一高さにおける厚さｔ１）が同一か否かの判断においては、根元側の形状を無視してよい。例えば、外壁下部４５ｂの中腹付近から上方における形状に基づいて、１対の外壁４５の形状が互いに同一であるか否かが判断されてよい。又は、例えば、外壁４５の頂部から溝４１の最深部までの深さをＤｐ０としたときに、外壁４５の頂部からＤｐ０の３／４程度までの範囲における形状に基づいて、１対の外壁４５の形状が互いに同一であるか否かが判断されてよい。

上記のような外壁４５のどの範囲を比較するかの問題は、頂部からどの位置までを外壁４５として捉えるかの定義の問題として考えてもよい。すなわち、外壁４５の頂部から外壁下部４５ｂの中腹付近まで、又は外壁４５の頂部からＤｐ０の３／４程度までを外壁として定義してもよい。溝４１の底部の形状（若しくは残渣）によっては、溝４１の底面が外壁４５の裾野のように見え、外壁４５の範囲を特定することが困難な場合があり、このような場合に、上記のような定義は有効である。

また、ここでいう外壁４５の形状（同一高さにおける厚さｔ１）が同一は、再現性のない誤差（偶然誤差のようなもの）を無視したものである。当該誤差の大きさは、外壁４５の寸法、及びエッチングの具体的な条件等によって異なる。一例として、外壁４５の根元付近の位置（例えば外壁下部４５ｂの中腹付近）の厚さｔ１が８μｍ以上１１μｍ以下の場合においては、当該位置における１対の外壁４５間では、最大で２μｍ程度の差が生じ得る（設計値に対して＋１μｍ及び−１μｍの誤差が生じる場合など）。もちろん、より高精度なエッチングを行えば、この誤差は小さくすることができる。

（中壁の構成）
各中壁４７の横断面（図５（ａ）に示す、Ｄ２軸に直交する断面）の形状（寸法含む）は、例えば、その長手方向（Ｄ２軸方向）に亘って概ね一定である。ただし、横断壁４９が中壁４７のエッチングに及ぼす影響によってはこの限りでない。以下の中壁４７の説明では、特に断りがない限りは、横断壁４９の影響を無視する。

中壁４７は、その頂部の位置が外壁４５の頂部の位置よりも低い（Ｄ３軸方向において溝４１の底側に位置している。）。なお、中壁４７の頂部は、外壁４５の頂部とは異なり、Ｄ３軸に直交する平面状とは限らず、例えば、エッチングによって現れる１以上の結晶面によって構成されている。中壁４７の頂部は、中壁４７の最も高い位置とされてよい。

また、中壁４７は、外壁４５に比較して薄い。ここで、外壁４５の厚さｔ１及び中壁４７の厚さｔ２（図５（ａ））は、根元から頂部まで一定とは限らない。従って、ここでいう中壁４７が外壁４５に比較して薄いとは、同一高さ（Ｄ３軸方向における同一位置）における厚さを比較したときに、中壁４７の根元から頂部までの概ね全体乃至は大部分に亘って、中壁４７の厚さｔ２が外壁４５の厚さｔ１よりも薄いということである。

ただし、これらの壁の根元付近においては、例えば、１対の外壁４５同士の形状について述べたように、溝４１の底面の一部が中壁４７又は外壁４５の裾野のように見え、中壁４７又は外壁４５の境界を特定することが困難であったり、再現性のない誤差の影響が大きかったりする。また、中壁４７のＤ１軸方向正側の根元には横断壁４９の影響が現れる一方で、１対の外壁４５のうちＤ１軸方向正側の外壁４５においてはＤ１軸方向正側の根元に横断壁４９の影響が現れない。

従って、そのような根元付近における厚さは無視してよい。例えば、外壁下部４５ｂの中腹付近から上方における厚さに基づいて、中壁４７が外壁４５よりも薄いか否かが判断されてよい。又は、例えば、中壁４７の頂部から溝４１の最深部までの深さをＤｐ２としたときに、中壁４７の頂部からＤｐ２の３／４程度までの範囲における厚さに基づいて、中壁４７が外壁４５よりも薄いか否かが判断されてよい。

上記のような中壁４７及び外壁４５のどの範囲を比較するかの問題は、外壁４５同士の比較と同様に、頂部からどの位置までを中壁４７（又は外壁４５）として捉えるかの定義の問題として考えてもよい。例えば、外壁下部４５ｂの中腹付近から上方、又は中壁４７の頂部からＤｐ２の３／４程度までの範囲を中壁として定義してもよい。

また、横断壁４９の影響に関しては、外壁４５同士の比較と同様に、横断壁４９の影響によって生じる部分（例えば横断壁４９を構成する結晶面）は、中壁４７及び外壁４５を構成するものではないと捉えてもよい。

中壁４７の横断面の形状は、頂部付近を除いて、例えば、外壁４５のＤ１軸方向の両側の壁面同士を近づけた形状である。すなわち、中壁４７のＤ１軸方向正側の壁面は、Ｄ１軸方向に平行移動させると、外壁４５のＤ１軸方向正側の壁面の一部に概ね一致するとともに、Ｄ１軸方向の負側の壁面についても同様のことが成り立つ。また、別の観点では、中壁４７は、壁面として、外壁４５の壁面（ただし、中壁４７の頂部の高さ以下の範囲の壁面）として現れた結晶面と同一の結晶面を有している。そして、そのような同一形状の壁面を有した上で、同一高さにおける壁面間の距離（厚さ）は、中壁４７の方が外壁４５よりも短くなっている。

ただし、溝４１の底付近においては、中壁４７及び外壁４５の厚さの比較の説明でも述べたように、例えば、横断壁４９の影響が現れやすかったり、再現性のない誤差（偶然誤差のようなもの）が比較的生じやすかったりする。従って、厚さの比較と同様に、横断壁４９の影響を除外して中壁４７と外壁４５との間で壁面形状が同一であるか否かが判断されたり、外壁下部４５ｂの中腹付近から上方における壁面形状、又は、中壁４７の頂部からＤｐ２の３／４程度までの範囲における壁面形状に基づいて、中壁４７と外壁４５との間で壁面形状が同一であるか否かが判断されたり、そのような範囲の部分を中壁及び外壁として定義して、両者が比較されたりしてよい。

（横断壁の構成）
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、横断壁４９は、例えば、平面視において、外壁４５及び中壁４７の一方から他方に向かって延びており、その先端は前記他方に到達していない。従って、振動腕２３（Ｄ２軸）に沿って配列されて溝４１を構成する複数の凹部５１は、互いに繋がっている。

このようにすることにより、例えば、第１励振電極１７Ｖにおいて、凹部５１内に配置された部分同士の導通が確保されやすくなる。ただし、横断壁４９は、外壁４５及び中壁４７の一方から他方に到達するまで延びているものであってもよい。

また、横断壁４９は、例えば、水晶のエッチングに対する異方性（残渣の方向）等を考慮して、平面視において振動腕２３に直交する方向（Ｄ１軸方向）に対して傾斜するように設けられている。ただし、横断壁４９は、振動腕２３に対して直交していてもよい。

また、横断壁４９の平面視における先端（凹部５１同士がつながる部分）は、溝４１の幅方向（Ｄ１軸方向）に対して、２つの溝４１同士において同一側（図示の例ではＤ１軸方向の正側）に位置している。すなわち、図示の例では、２つの溝４１のうちＤ１軸方向負側の溝４１においては、横断壁４９は外壁４５から中壁４７に向かって延びており、２つの溝４１のうちＤ１軸方向正側の溝４１においては、横断壁４９は中壁４７から外壁４５に向かって延びている。

このようにすることにより、例えば、図５（ｂ）に示すように、横断壁４９付近においても、溝４１の内壁において水晶のエッチングに対する異方性によって生じる形状を２つの溝４１同士で概ね同一とすることができる。ただし、横断壁４９は、互いにＤ１軸方向の反対側を先端としてもよい。

横断壁４９の頂部（最も高い位置）の高さ（Ｄ３軸方向における位置）は、例えば、中壁４７の頂部の高さよりも高い。また、横断壁４９の頂部の高さは、例えば、外壁４５の頂部の高さと同等、又はこれよりも低い。なお、横断壁４９の頂部の高さが外壁４５の頂部の高さと同等の場合、頂面は、基本的にＤ３軸に直交する平面状である。ただし、外壁４５の頂面と同様に、その面積が小さい場合等においてはこの限りではない。

横断壁４９の壁面又は先端面（中壁４７の壁面と対向する面）は、外壁４５及び中壁４７の壁面と同様に、基本的に結晶面によって構成される。なお、横断壁４９の先端面は、外壁４５及び中壁４７の壁面とは異なり、Ｄ２軸方向からのエッチングの作用を受けることから、必ずしも外壁４５及び中壁４７の壁面に現れる結晶面と同じ結晶面が現れるわけではない。すなわち、横断壁４９の先端面の形状は、外壁４５及び中壁４７の壁面の形状と同一になるとは限らない。図５（ｂ）では、便宜上、横断壁４９の先端面の実際の形状及び寸法を無視して、垂直壁で先端面を図示している。

横断壁４９の厚さｔ３（図４（ｂ））は、その高さ（Ｄ３軸方向の位置）によって異なるだけでなく、平面視における位置（概ねＤ１軸方向の位置）によっても異なり、また、外壁４５又は中壁４７となす角部に残渣が生じることから、単純に外壁４５又は中壁４７と比較することは難しい。なお、エッチングのためのマスクの開口の径が壁の厚さに反映されると仮定すれば（系統誤差も偶然誤差も無視すれば）、横断壁４９の厚さｔ３は、例えば、中壁４７の厚さｔ２よりも厚く、外壁４５の厚さｔ１と同等又は厚さｔ１よりも薄い。

（溝の構成）
各種の壁の構成についての説明から理解されるように、各溝４１の横断面（図５（ａ）に示す、Ｄ２軸に直交する断面）の形状（寸法含む）は、横断壁４９の配置位置を除いては、例えば、その長手方向（Ｄ２軸方向）に亘って概ね一定である。以下の説明では、横断壁４９の配置位置を除いて溝４１の形状を説明することがある。

なお、図５（ｂ）では、横断壁４９の配置位置においても、溝４１の横断壁４９の非配置位置における最深部の深さＤｐ０（図５（ａ））が維持されている場合を例示している。ただし、横断壁４９が外壁４５と中壁４７とに亘って延びてよいこと（溝４１が途切れてよいこと）は既に述べたとおりである。また、横断壁４９が中壁４７及び外壁４５の一方から延びて他方に到達しておらず、横断壁４９の配置位置において溝４１が形成される場合（横断壁４９の配置位置において中壁４７よりも低い部分が形成される場合）であっても、横断壁４９の非配置位置における最深部の深さは横断壁４９の配置位置において維持されていなくてもよい。

１対の外壁４５及び中壁４７の形状についての説明から理解されるように、各溝４１（中壁４７上を除く）は、基本的に結晶面によって構成されている。また、２本の溝４１の形状（寸法含む）は、水晶のエッチングに対する異方性を考慮しても基本的に互いに同一である。２本の溝４１の形状が同一か否かの判断においては、外壁４５及び中壁４７と同様に、再現性の無い誤差は無視されてよい。また、同一か否かの判断は、外壁４５及び中壁４７と同様に、外壁４５の頂部から深さＤｐ０の３／４程度の範囲、中壁４７の頂部から深さＤｐ２の３／４程度の範囲、又は外壁下部４５ｂの中腹から上方の範囲においてなされてよい。また、同一か否かの判断は、横断壁４９の影響を除外してなされてもよい。なお、本実施形態では、図５（ｂ）に示されるように、横断壁４９の影響を考慮に入れても、２本の溝４１の形状は同一である。

（中間層の構成）
中間層４３は、例えば、振動腕２３のうち、上面の溝４１（最深部）と下面の溝４１（最深部）との間の領域であり、平板状に定義されてよい。又、中間層４３は、例えば、Ｄ１軸方向の前記一方側（図示の例では、Ｄ１軸方向の負側）の端部において、Ｄ１軸の前記一方側に向かうに従い中間層４３の厚み（上面側の外壁４５が設けられている中間層４３の面から下面側の外壁４５が設けられている中間層４５の面までの距離）が薄くなっている。ただし、上面の溝４１（その最深部付近）及び下面の溝４１（その最深部付近）のＤ１軸方向における位置を互いにずらし、両者のＤ３軸方向における位置を互いに重複させる（Ｄ１軸方向に見て両者の底側が互いに重なる）ようにし、上記のように定義される中間層４３が形成されないようにしてもよい。

（１対の振動腕同士の形状の関係）
振動腕２３の水晶のエッチングに対する異方性を考慮しない概略形状は、既に述べたとおり、１対の振動腕２３同士で同一でよく、また、面対称とされてよい。一方、外壁４５及び中壁４７の壁面の形状の説明から理解されるように、水晶のエッチングに対する異方性によって生じる形状（壁面を構成する結晶面の種類（角度）及び数）は、１対の振動腕２３同士で面対称の形状ではなく、平行移動させたときに一致する形状となる。

（上下面の形状）
振動腕２３において、上面の形状及び下面の形状は、互いに同様の思想に基づいて同様の手法（エッチング）で形成されるものであるが、結晶方位に対する向きが互いに異なるから、エッチングによって現れる結晶面、又はそのＤ１軸〜Ｄ３軸に対する結晶面の向きは必ずしも一致しない。しかし、Ｘ軸をＤ１軸、Ｙ′軸をＤ２軸、Ｚ′軸をＤ３軸とし、Ｄ３軸の両面からウェットエッチングを行った場合においては、上面側の形状と下面側の形状とは、概ね、Ｄ３軸に直交する平面に対して面対称の形状となる。

（各部の寸法の例）
上述した振動腕２３の各部の寸法は、所望の固有振動数若しくは必要な強度を得る観点、及び／又はエッチングによって溝４１が貫通孔にならないようにする観点から、適宜に設定されてよい。以下では、その一例を示す。以下に示す寸法の例は、水晶片１５を比較的小型とした場合のものであり、具体的には、振動腕２３の厚さ（上面側の外壁４５の頂部から下面側の外壁４５の頂部までの距離）を７０μｍ以上１２０μｍ以下としたときのものである。

溝４１の最深部の深さＤｐ０は、４０μｍ以上６０μｍ以下である。なお、この寸法は、上面の溝４１及び下面の溝４１のＤ１軸方向の位置を互いにずらしつつ、両者のＤ３軸方向の位置を互いに重複させる態様におけるものを含んでいる。また、溝４１の幅（Ｄ１軸方向）は、例えば、１２μｍ以上１８μｍ以下である。

外壁４５の厚さｔ１は、例えば、外壁下部４５ｂの中腹付近において７μｍ以上１１μｍ以下であり、外壁上部４５ａの中腹付近において、２μｍ以上５μｍ以下、又は外壁下部４５ｂの中腹付近の厚さの１／４以上１／２以下である。

中壁４７の厚さｔ２は、例えば、外壁下部４５ｂに相当する範囲の中腹付近において、４μｍ以上７μｍ以下（ただし、同一高さにおいてｔ２＜ｔ１）であり、又は外壁４５の同一高さの厚さｔ１の１／４以上３／４以下である。外壁４５の頂部から中壁４７の頂部までの深さＤｐ１（図５（ａ））は、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下（ただしＤｐ１＜Ｄｐ０）である。又は、中壁４７の頂部までの深さＤｐ１は、溝４１の最深部の深さＤｐ０の１／１１以上１０／１１以下である。

横断壁４９は、横断壁４９が設けられている溝４１の内壁から横断壁４９の先端部までの距離が、例えば、３μｍ以上５μｍ以下となっている。

中間層４３のＤ１軸方向の前記一方側（図示の例ではＤ１軸方向の負側）の端部から、Ｄ１軸方向の前記一方側に位置している外壁４５の、Ｄ１軸方向の前記一方側の端部までの距離は、例えば、９μｍ以上１３μｍ以下である。又、外壁上部４５ａの幅（Ｄ１軸方向の外壁上部４５ａの長さ）は、２μｍ以上７μｍ以下である。

＜振動子の製造方法＞
（製造方法の概略）
振動子１の製造方法は、水晶片１５の形成方法の細部を除けば、公知の振動子の製造方法と同様とされてよい。例えば、概して言えば、振動子１は、振動素子３、素子搭載部材５及び蓋部材７を並行して作製し、素子搭載部材５に振動素子３を実装し、その後、蓋部材７を素子搭載部材５に接合することによって作製される。

振動素子３は、例えば、以下のように作製される。まず、振動素子３が多数個取りされるウェハが水晶から切り出される。次に、そのウェハの上下面（Ｄ３軸に直交する面）に対してエッチング用のマスクを介してエッチングを行うことによって、基部２１、振動腕２３、支持腕２５及び突出部２７を有する水晶片１５が形成される。その後、水晶片１５に対してパターニング用のマスクを介してスパッタリング等によって導電層を成膜することによって、励振電極１７、素子端子１９及び配線３３が形成される。なお、導電層の成膜は、ウェハ状態でなされてもよいし、個片化の後であってもよい。

素子搭載部材５は、例えば、以下のように作製される。まず、基体９を構成する複数のセラミックグリーンシートに、打ち抜き加工を施すとともに導電層（例えばパッド１１及び外部端子１３）又はビア導体となる導電ペーストを塗布する。次に、複数のセラミックグリーンシートを積層して焼成する。これにより、概ね箱型の絶縁体に導電体が配置された素子搭載部材５が作製される。

上記のように振動素子３及び素子搭載部材５が作製されると、例えば、ディスペンサ等により、溶融状態の導電性樹脂からなる接合用バンプ２９が素子搭載部材５のパッド１１に供給される。その上に、振動素子３が載置される。そして、接合用バンプ２９が加熱硬化されて、パッド１１と素子端子１９とが接合用バンプ２９によって接合される。

支持用バンプ３１は、例えば、素子搭載部材５の焼成後、振動素子３を素子搭載部材５に実装する前までに、ディスペンサ等によって導電性接着剤又は絶縁性樹脂を供給することによって形成される。なお、支持用バンプ３１は、接合用バンプ２９と同時に供給され、かつ加熱硬化されてもよい。

蓋部材７は、例えば、板金に対する打ち抜き加工等によって形成される。そして、振動素子３の素子搭載部材５に対する実装後、蓋部材７は、シーム溶接等により素子搭載部材５に接合される。

（水晶片のエッチング）
図６（ａ）〜図７（ｃ）は、水晶片１５のエッチングを説明するための模式図である。これらの図は、図５（ａ）に示した断面図と同様に、１本の振動腕２３に対応する断面を示している。ただし、便宜上、結晶面等は図５（ａ）よりも模式的に示されている。

図６（ａ）に示すように、まず、水晶からなるウェハ１０１の表裏（上下面）にエッチング用のマスク１０３が形成される。マスク１０３の形成方法は、公知の方法と同様とされてよい。例えば、マスク１０３は、ウェハ１０１の表裏の全面に金属膜を形成し、その上にフォトリソグラフィーによってレジストからなるマスクを形成し、当該マスクを介して金属膜をエッチングすることによって形成されており、金属膜とレジストの層とから構成されている。ただし、マスク１０３は、レジストを除去して金属膜のみから構成されてもよい。また、金属膜は、１層からなるものであってもよいし、多層からなるものであってもよい。

Ｄ１軸〜Ｄ３軸から理解されるように、ウェハ１０１の上下面は、水晶片１５の上下面となる面である。そして、マスク１０３は、水晶片１５の上下面に貫通孔乃至は凹部が形成される位置に、すなわち、ウェハ１０１がエッチングされるべき位置に、開口を有している。

従って、マスク１０３は、概略、水晶片１５の上下面（溝４１を除く）と同様の形状を有している。すなわち、マスク１０３は、基部２１となるべき領域に重なる基部対応部１０５（図４（ａ）にて２点鎖線で示す）と、振動腕２３となるべき領域に重なる振動腕対応部１０７と、支持腕２５となるべき領域に重なる支持腕対応部（不図示）と、突出部２７となるべき領域に重なる突出部対応部（不図示）とを有している。

別の観点では、マスク１０３は、水晶片１５の外周の空所となるべき領域（エッチングされるべき領域）に重なる外縁用開口１０９（符号は図４（ａ））を有しており、この外縁用開口１０９は、例えば、振動腕２３の側方の空所となるべき領域に重なる側方開口１０９ａを含んでいる。

また、振動腕対応部１０７は、溝４１となるべき領域に重なる溝用開口１１１を有している。別の観点では、振動腕対応部１０７は、外壁４５となるべき領域に重なる外壁対応部１１３と、中壁４７となるべき領域に重なる中壁対応部１１５と、横断壁４９となるべき領域に重なる横断壁対応部１１７（図４（ｂ）にて２点鎖線で示す）を有している。

上述のように、マスク１０３は、概略、水晶片１５の上下面の形状と同様であるから、例えば、基部２１及び振動腕２３等の平面視における概略形状に関しての既述の説明は、概ね基部対応部１０５及び振動腕対応部１０７等の形状に当てはまり、ここでは繰り返さない。

ここで、水晶片１５の製造方法においては、中壁対応部１１５の幅（Ｄ１軸方向）が外壁対応部１１３の幅及び横断壁対応部１１７の幅に対して、比較的小さくなっていることを特徴の一つとしている。

図６（ｂ）に示すように、マスク１０３の形成後、マスク１０３を介してウェハ１０１のエッチング（例えばウェットエッチング）を行う。エッチングが進むと、水晶のエッチングに対する異方性によって、例えば、第１結晶面１２１Ａ及び第２結晶面１２１Ｂが現れる。なお、便宜上、単純な形状で説明しているが、実際には、適宜な方向に面する３以上の結晶面が現われてよい。

この図に示すように、エッチングの初期においては、例えば、断面視において、結晶面１２１を脚とする台形のような形状に凹部が形成される。これにより、水晶片１５の外周の空所の上下面側部分、及び溝４１の開口側部分が形成されていく。すなわち、結晶面１２１を壁面として、外壁４５、中壁４７及び横断壁４９等の頂面側部分が形成されていく。エッチング速度は、結晶軸の軸方向によってエッチング速度が異なっており、外縁用開口１０９（側方開口１０９ａ）のエッチング速度と溝用開口１１１のエッチング速度を比較すると、外縁用開口１０９（側方開口１０９ａ）のエッチング速度の方が早い。

図７（ａ）に示すように、エッチングが更に進むと、外縁用開口１０９（側方開口１０９ａ）のエッチング速度が溝用開口１１１のエッチング速度より早いので、外縁用開口１０９の直下に貫通孔が形成されたとき、溝用開口１１１の直下に凹部が形成される。これにより、基部２１、振動腕２３、支持腕２５及び突出部２７の外縁、並びに溝４１の概略形状が形成される。

図７（ｂ）に示すように、エッチングが更に進むと、マスク１０３の開口の周囲においてもエッチングが進む。例えば、外壁４５及び中壁４７の壁面を構成する結晶面１２１は、外壁対応部１１３及び中壁対応部１１５に対してその縁部よりも内側へ移動する。また、いわゆるアンダーエッチングが生じることもある。そして、外壁４５及び中壁４７となるべき部分の頂面は、徐々に面積が小さくなっていく。なお、このような頂面の面積が小さくなるエッチングは、図６（ａ）から図７（ａ）までの過程においても若干生じることがある。

ここで、中壁対応部１１５は、外壁対応部１１３に比較して幅が狭い。従って、頂面の面積が小さくなるようなエッチングが進んでいくと、外壁対応部１１３の直下においてはマスク１０３に接する頂面が残った状態で、中壁対応部１１５の直下においてはマスク１０３に接していた頂面が無くなる。すなわち、外壁４５となる部分の頂部に対して、中壁４７となる部分の頂部の位置は低くなる。また、このようにして中壁４７となる部分と、中壁対応部１１５との間に隙間が生じると、この隙間にエッチング液が進入し、中壁４７となる部分を低くするエッチングが進みやすくなる。

図７（ｃ）に示すように、更にエッチングが進むと、外壁４５と、外壁４５よりも低い中壁４７とを有する振動腕２３が形成される。

なお、中壁４７のマスク１０３に接する頂面が無くなる一方で、外壁４５のマスク１０３に接する頂面が残ることについて述べたが、横断壁４９も、横断壁対応部１１７の幅が中壁対応部１１５の幅よりも広いことによって、マスク１０３に接する頂面が残りやすい。

溝用開口１１１の径が小さいほど、溝４１が貫通孔になってしまうおそれを低減できる。別の観点では、溝用開口１１１の径が小さいほど、エッチング時間を長くすることができる。従って、１本の振動腕２３の上面又は下面に、１本の太い溝を形成するのではなく、２本以上の細い溝４１を形成することによって、溝全体としての幅は１本の太い溝の幅と同等としつつ（外壁４５の厚さｔ１を薄く維持しつつ）、エッチング時間を長くすることができる。外壁４５の厚さｔ１を薄く維持することによって、例えば、ＣＩを低く維持できる。エッチング時間を長くすることによって、例えば、振動腕２３の側面等におけるエッチングを十分に行って残渣を低減することができる。

外壁対応部１１３の幅に対して中壁対応部１１５の幅が小さい限り、エッチングの過程において、中壁４７のマスク１０３に接する頂面が無くなる一方で、外壁４５のマスク１０３に接する頂面が残る時期が存在する。また、外壁対応部１１３の幅と、中壁対応部１１５の幅との差が大きいほど、そのような時期は長くなる。従って、外壁４５よりも低い中壁４７を形成するためのマスク１０３の寸法及びエッチング時間は、実験等を通じて容易に見つけることができ、また、適宜に調整されてよい。

マスク１０３の寸法の一例を示す。外壁対応部１１３の幅は７μｍ以上９μｍ以下である。中壁対応部１１５の幅は、４μｍ以上６μｍ以下、又は外壁対応部１１３の幅の１／４以上３／４以下である。横断壁対応部１１７の幅は６μｍ以上８μｍ以下である。溝用開口１１１の幅は８μｍ以上１１μｍ以下である。このような寸法では、例えば、水晶ウェハのウェットエッチングに用いられる薬液及び設備として一般的なものを用いる場合において、概ね５〜１０時間程度のエッチングによって、外壁４５と、外壁４５よりも低い中壁４７と、中壁４７よりも高く、外壁４５以下の高さの横断壁４９とが形成される。

以上のとおり、本実施形態では、水晶片１５は、分極方向（Ｘ軸方向、Ｄ１軸方向）に対して交差する方向（Ｄ２軸方向）に延びる振動腕２３を有している。振動腕２３は、Ｄ２軸方向に平行でＸ軸方向に沿う長尺の所定面（上面又は下面）を有しているとともに、所定面の幅方向（Ｄ１軸方向）において２以上（本実施形態では２つ）の凹部５１（溝４１）が設けられていることにより、２以上の凹部５１の両側に位置する１対の外壁４５と、２以上の凹部５１の間に位置する１以上（本実施形態では１つ）の中壁４７とを有している。中壁４７は、その頂部が１対の外壁４５それぞれの頂部よりも低い位置にあり、かつ同一高さにおいて１対の外壁４５それぞれよりも薄い。

従って、例えば、ＣＩを低下させることができる。なお、上記のような構成によって（中壁４７を外壁４５よりも低く、かつ薄くすることによって）ＣＩが低下することは、本願発明者らの実験によって確認されている。ＣＩが低下する理由としては、以下の２つが挙げられる。

第１に、中壁４７が低く、かつ薄くなると、振動腕２３の中央側に位置する骨となる部分が小さくなる。その結果、振動腕２３は振動しやすくなる。別の観点では、振動腕２３の振動に関して、外壁４５に生じる応力乃至は変形が寄与する割合が大きくなる。一方、外壁４５においては、その両壁面に第１励振電極１７Ｖと第２励振電極１７Ｈとが形成されてＤ１軸方向においてこれら励振電極１７が対向している。すなわち、外壁４５は、振動腕２３をＤ１軸方向に励振させる電界に寄与する割合が大きく、また振動腕２３のＤ１軸方向における振動によって生じる電荷の取り出しに寄与する割合が大きい。このようなことから、効率的に励振及び電荷の取り出しを行うことができ、ＣＩが低下する。

第２に、中壁４７が低く、かつ薄くなると、溝４１の開口側が広くなる。その結果、第１励振電極１７Ｖを形成すべくスパッタリング等によって導電材料を振動腕２３の上下面に配置したときに、導電材料が溝４１に入り込みやすくなる。すなわち、第１励振電極１７Ｖは、溝４１の深い位置まで形成されることになる。ひいては、外壁４５を挟んだ第１励振電極１７Ｖと第２励振電極１７Ｈとの対向面積も大きくなる。従って、これら励振電極１７によって形成される電界のベクトルは、Ｄ１軸に平行な成分が大きくなり、振動腕２３の振動が大きくなる。また、外壁４５から取り出される電荷の量も増加する。このようなことから、ＣＩが低下する。

また、本実施形態では、１対の外壁４５は、その頂部が互いに同等の高さにあり、かつ同一高さにおいて同等の厚さである。

従って、１対の外壁４５のＤ１軸方向における剛性、圧電効果及び逆圧電効果が同等となりやすい。ひいては、意図しない振動の偏り乃至はスプリアスが生じるおそれが低減され、振動子１の特性が向上する。

また、本実施形態では、振動腕２３は、２以上（本実施形態では２つ）の凹部５１が振動腕２３が延びる方向（Ｄ２軸方向）に複数組設けられていることにより、複数組の前記２以上の凹部５１の間に位置する１以上の横断壁４９を有している。横断壁４９の頂部は、中壁４７の頂部よりも高い位置にある。

ここで、例えば、製造過程に着目すると、中壁対応部１１５が細いことによって中壁４７となる部分の頂部側がエッチングされると、溝４１となる部分のエッチングが進み過ぎ、溝４１が貫通孔になってしまうおそれがある。しかし、横断壁対応部１１７が中壁対応部１１５よりも太く、横断壁４９となる部分の頂部側が中壁４７となる部分の頂部側よりも残りやすいことから、溝４１が貫通孔になってしまうおそれが低減される。横断壁４９は、振動腕２３の延びる方向に対して交差する壁であるから、振動腕２３の延びる方向に延びる中壁４７に比較して、振動腕２３の曲げ剛性に及ぼす影響が極めて低い。従って、横断壁４９を設けることによるＣＩの上昇のおそれは低い。

また、本実施形態では、振動素子３は、上記のような水晶片１５と、振動腕２３の上面又は下面において、２以上（本実施形態では２つ）の凹部５１（溝４１）に亘って配置されている第１励振電極１７Ｖと、振動腕２３の、上面又は下面に対してその幅方向（Ｄ１軸方向）両側に位置して上面又は下面に交差する１対の側面それぞれに配置されている第２励振電極１７Ｈと、を有している。従って、上述した第１励振電極１７Ｖが溝４１の底まで配置されてＣＩが低下する効果が奏される。

また、本実施形態では、圧電デバイス（水晶デバイス、水晶振動子１）は、上記のような振動素子３が実装されている実装基体（素子搭載部材５）を有しているので、ＣＩが低下する効果が奏される。

また、本実施形態では、水晶片１５の製造方法は、圧電ウェハ（水晶からなるウェハ１０１）のその分極方向（Ｘ軸方向、Ｄ１軸方向）に沿う主面（上面及び／又は下面）にマスク１０３を形成するマスク形成工程（図６（ａ））と、マスク１０３を介してウェハ１０１をエッチングするエッチング工程（図６（ｂ）〜図７（ｃ））と、を有している。マスク１０３は、長尺状の振動腕対応部１０７を有している。振動腕対応部１０７は、当該振動腕対応部１０７の幅方向（Ｄ１軸方向）において２以上（本実施形態では２つ）の開口（溝用開口１１１）が設けられていることにより、２以上の溝用開口１１１の両側に位置する１対の外壁対応部１１３と、２以上の溝用開口１１１の間に位置する１以上（本実施形態では１つ）の中壁対応部１１５とを有している。中壁対応部１１５は、１対の外壁対応部１１３よりも細い。エッチング工程では、振動腕対応部１０７の外側（側方開口１０９ａの直下）のエッチングと２以上の溝用開口１１１におけるエッチングとを共に開始し（図６（ｂ））、かつウェハ１０１の主面のうち中壁対応部１１５に接していた領域が中壁対応部１１５の一方の縁部から他方の縁部に亘ってエッチングされるまで（図７（ｃ））エッチングが継続される。

従って、例えば、中壁４７が外壁４５よりも低く、かつ薄いことによってＣＩを下げることができる水晶片１５を、水晶の結晶方位におけるエッチング異方性により、１回のエッチングで形成することができる。その結果、製造工程が簡素化され、コスト削減が期待される。また、例えば、溝用開口１１１を介したエッチングの時間と、外縁用開口１０９を介したエッチングの時間とが同一になるから、１対の外壁４５は、Ｄ１軸方向の同一側に向く壁面同士でエッチング時間が同一になる。その結果、１対の外壁４５同士は、形状（寸法含む）が同一になりやすい。そして、１対の外壁４５同士で形状が同一であることによる上述した好ましい効果が奏される。

なお、以上の実施形態において、水晶片１５は圧電片の一例であり、水晶振動素子３は圧電振動素子の一例であり、水晶振動子１は圧電振動デバイスの一例であり、Ｄ１軸方向は分極方向の一例であり、振動腕２３は腕部の一例であり、振動腕２３の上面及び下面はそれぞれ腕部の所定面の一例であり、第１励振電極１７Ｖは第１電極の一例であり、第２励振電極１７Ｈは第２電極の一例であり、素子搭載部材５は実装基体の一例であり、ウェハ１０１は圧電ウェハの一例であり、振動腕対応部１０７は腕部対応部の一例である。

本発明は、上述した実施形態又は変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

圧電片、圧電振動素子及び圧電振動デバイスは、水晶片、水晶振動素子及び水晶振動デバイスに限定されない。例えば、圧電片は、水晶ではなく、単結晶又は多結晶のセラミックからなるものであってもよい。

また、圧電片、圧電振動素子及び圧電振動デバイスは、発振信号を生成するためのものに限定されない。例えば、圧電振動デバイスは、圧電振動型のジャイロセンサであってもよい。また、発振信号を生成する圧電デバイスは、振動子に限定されない。例えば、圧電デバイスは、振動子となる部分と、発振回路とを備えた発振器であってもよい。また、振動子は、振動素子の他に、サーミスタなどの他の電子部品を備えていてもよい。

本願発明が適用される腕部は、励振電極によって励振される振動腕に限定されない。例えば、圧電振動デバイスが、励振電極によって励振される振動腕と、振動腕の振動に付随して振動し、電荷（信号）を取り出すことに利用される検出腕とを有するジャイロセンサである場合においては、検出腕に本願発明が適用されてもよい。別の観点では、腕部に設けられる第１電極及び第２電極は、励振電極に限定されず、電荷を取り出すために検出腕に設けられる検出電極であってもよい。

圧電片は、基部と、基部から互いに並列に延びる１対の腕部とを有する形状（例えば音叉型）に限定されない。例えば、圧電片は、１本の腕部のみを有していてもよいし、互いに並列に延びる３本以上の腕部を有していてもよいし、互いに逆方向へ延びる複数の腕部を有していてもよい。

また、圧電片において、支持腕及び突出部等は必須の要件ではない。例えば、基部が直接的に素子搭載部材等に固定されてもよい。圧電振動素子の実装構造及び圧電デバイスのパッケージ（素子搭載部材及び蓋部材）の構造等も公知の種々のものとされてよい。

上記のように圧電体が多結晶であってもよいことから明らかなように、分極方向は、電気軸（Ｘ軸）の方向に限定されず、例えば、多結晶体において適宜に分極された方向であってよい。

腕部は、分極方向に対して交差する方向に延びていればよく、必ずしも分極方向に直交していなくてもよい。腕部の幅方向への電圧印加によって腕部が幅方向に撓むように振動できればよい。例えば、実施形態において、腕部に直交するＤ１軸は、Ｘ軸（電気軸）に対してＹ軸回り又はＺ軸回りに若干の傾斜（例えば１５°未満）を有していてもよい。また、例えば、ジャイロセンサにおいて、光軸回りに１２０°間隔で互いに異なる方向に延びる３本の電気軸に対応して設けられた３本の腕部を有する水晶片が知られているが、この水晶片のように、腕部は、いずれの電気軸（分極方向）に対して交差してもよい。

上記から理解されるように、外壁及び中壁が形成される所定面（上面又は下面）は、分極方向（電気軸）に概ね沿っていればよく、必ずしも平行でなくてもよい。例えば、実施形態において、所定面に直交するＤ３軸は、Ｘ軸（電気軸）に対してＹ軸回りに若干の傾斜（例えば１５°未満）を有していてもよい。

また、圧電体が多結晶であってもよいことから明らかなように、分極方向以外の方向（例えば単結晶の機械軸及び光軸）と腕部の向きとの関係は適宜に設定されてよい。例えば、実施形態では、機械軸と腕部とが概ね沿う場合（５°以内の傾斜）を例示したが、両者は、それよりも大きい角度で互いに交差していてもよい。

各振動腕において、溝（中壁及び外壁）は、上面及び下面の双方に形成されなくてもよく、これらの一方の面にのみ設けられてもよい。また、１本の振動腕の上面又は下面において、溝（凹部）の本数は２つに限定されず、３本以上とされてよい。ウェハのエッチングは、両面から行うのではなく、一方の面から行われてもよい。

中壁が外壁よりも低く、かつ薄い圧電片は、１回のエッチングで圧電片の外縁と溝との双方を形成することを可能とし、ひいては、１対の外壁同士の形状を同一にすることを可能とする。ただし、当該圧電片は、特許文献１に開示されているように２回のエッチングによって形成されてもよい。

１…水晶振動子（圧電デバイス）、３…水晶振動素子（圧電振動素子）、１５…水晶片（圧電片）、２１…基部、２３…振動腕、４１…溝（凹部）、４５…外壁、４７…中壁、５１…凹部。

Claims (6)

1. 分極方向に対して交差する方向に延びる腕部を有しており、
   前記腕部は、当該腕部が延びる方向に平行で前記分極方向に沿う長尺の所定面を有しているとともに、当該所定面の幅方向において２以上の凹部が設けられていることにより、前記２以上の凹部の両側に位置する１対の外壁と、前記２以上の凹部の間に位置する１以上の中壁とを有しており、
   前記中壁は、その頂部が前記１対の外壁それぞれの頂部よりも低い位置にあり、かつ同一高さにおいて前記１対の外壁それぞれよりも薄い
   圧電片。
2. 前記１対の外壁は、その頂部が互いに同等の高さにあり、かつ同一高さにおいて同等の厚さである
   請求項１に記載の圧電片。
3. 前記腕部は、前記２以上の凹部が前記延びる方向に複数組設けられていることにより、複数組の前記２以上の凹部の間に位置する１以上の横断壁を有しており、
   前記横断壁の頂部は、前記中壁の頂部よりも高い位置にある
   請求項１又は２に記載の圧電片。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電片と、
   前記所定面において、前記２以上の凹部に亘って配置されている第１電極と、
   前記腕部の、前記所定面に対してその幅方向両側に位置して前記所定面と交差する１対の側面それぞれに配置されている第２電極と、
   を有している圧電振動素子。
5. 請求項４に記載の圧電振動素子と、
   前記圧電振動素子が実装されている実装基体と、
   を有している圧電振動デバイス。
6. 圧電ウェハのその分極方向に沿う主面にマスクを形成するマスク形成工程と、
   前記マスクを介して前記圧電ウェハをエッチングするエッチング工程と、
   を有しており、
   前記マスクは、長尺状の腕部対応部を有しており、
   前記腕部対応部は、当該腕部対応部の幅方向において２以上の開口が設けられていることにより、前記２以上の開口の両側に位置する１対の外壁対応部と、前記２以上の開口の間に位置する１以上の中壁対応部とを有しており、
   前記中壁対応部は、前記１対の外壁対応部よりも細く、
   前記エッチング工程では、前記腕部対応部の外側のエッチングと前記２以上の開口におけるエッチングとを共に開始し、かつ前記圧電ウェハの前記主面のうち前記中壁対応部に接していた領域が前記中壁対応部の一方の縁部から他方の縁部に亘ってエッチングされるまでエッチングが継続される
   圧電片の製造方法。

Images