JP2019129351A - 圧電振動片及び圧電振動子、及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動片において、厚み方向のアンバランスをより少なくする。
【解決手段】圧電振動片６における長手方向の両側に存在する各端部の端面に、第１傾斜部４３、第２傾斜部４４、連結部４５を有する段部４６を形成する。この段部４６は、ウェットエッチングで圧電振動片６の外形を形成する際に、水晶のカット角を加味して、第１主面４１と第２主面４２におけるマスクの形成位置を長手方向にずらすことで形成する。段部４６を形成することにより、厚さ方向におけるアンバランスが抑制される。その結果、バランスの良い振動腕部７を形成することができ、振動漏れ特性や耐衝撃性に優れた振動片を製造することができる。段部４６は、少なくとも振動腕部７の先端側端面（開放端側端面）に形成するが、振動腕部７の反対側の端面（基部８の端面）や、支持腕部９の両端面に形成することで、全体のアンバランスがより抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶を使用したいわゆる音叉型の圧電振動片及び圧電振動子、及び製造方法に関する。

例えば、携帯電話や携帯情報端末機器等の電子機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等に用いるデバイスとして、音叉型に形成した圧電振動片を使用した圧電振動子が用いられる。
この音叉型の圧電振動片は、基部と、この基部から延出する一対の振動腕部と、基部から振動腕部の両外側に延出する一対の振動腕部を備えた、いわゆるサイドアーム型の圧電振動片が知られている（特許文献１、２参照）。

ところで、近年における電子機器の小型化に伴い、圧電振動子や圧電振動片に対しても小型化への要求が益々高まっている。
そして、小型の圧電振動片を得る方法として、ウエハをウェットエッチング加工する方法が知られている。

図１０は、サイドアーム型の圧電振動片６００について表したものである。図１０（ａ）は平面形状を表し、（ｂ）〜（ｅ）は、叉部と支持腕部の製造過程の断面を表したものである。
水晶等の圧電材料からなるウエハの両面に、圧電振動片の外形形状に対応した形状のマスク５０１、５０２（図１０（ｂ）、（ｄ））を形成し、これをエッチング液に浸漬することで、エッチング液と接触するウエハ部分（マスク５０１、５０２以外の部分）が、両面側から徐々に貫通するまで除去されることで外形形状が形成される。すなわち、マスク５０１、５０２以外の部分が貫通除去されて圧電振動片の外形形状が形成される。

しかし、ウェットエッチングにより圧電振動片を形成すると、図１０（ａ）（ｃ）に示すように、一対の振動腕部７００と振動腕部７００との叉部や、支持腕部９００と基部８００（振動腕部７００）との叉部に異形部７７０が形成されてしまう。この異形部７７０は、水晶のエッチング異方性によるエッチング残渣として形成されてしまうもので、傾斜した形状に形成される。
この傾斜形状の異形部７７０は、左右の振動腕部７００、７００の剛性に差を生じさせ、振動特性が悪化するため、できるだけ小さいことが望ましい。
そこで、従来では、マスク５０１、５０２以外の部分がエッチング液で除去され貫通した後も、しばらくの間はエッチング液に浸漬しておくことで、異形部７７０を小さくしている。

特開２００４−３５７１７８号公報 特開２００５−１０２１３８号公報

しかし、異形部７７０を小さくするために、貫通後もエッチング液に浸けておくことで、異形部７７０が存在しない長さ方向の端面（叉部になっていない部分）に、厚さ方向に傾斜した傾斜面４３１が形成されてしまう。
すなわち、図１０（ｃ）、（ｅ）の図面左側に示す基部８００の端面（異形部７７０と反対側の端面）や、同図右側に示す支持腕部９００や振動腕部７００の開放端側端面に、これも水晶のエッチング異方性によって、厚さ方向に傾斜した傾斜面４３１が形成される。

この場合、振動腕部７００や、支持腕部９００における断面形状が厚み方向でアンバランスな形状となってしまうため、振動漏れが発生したり耐衝撃性が低下する一因となっている。
特に、水晶による音叉型の圧電振動片を、より小型化した場合、温度特性（Ｔ．Ｐ）を調整するために、水晶をカットする際の結晶軸に対する角度（カット角）を大きくすることが一般的である。ところが形成される傾斜面４３１の傾斜は、カット角により変化するため、カット角を大きくすると、より大きな傾斜の傾斜面４３１が形成され、よりアンバランスな形状となってしまう。

また、図１０（ｃ）に示すように、複数の叉部では、異形部７７０の反対側の面が斜めに形成されることで、主面の一方側の幅がＬ１と狭くなり、振動に対する強度が低下してしまうという問題がある。叉部の狭くなった側の幅Ｌ１を、振動に十分耐え得る長さにすることも可能であるが、そうすると反対側の主面（図面上側）の幅が大きくなり、圧電振動片全体の長さが長くなってしまう。

本発明は、圧電振動片における、長さ方向の断面形状において、厚み方向のアンバランスがより少なく、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制することを目的とする。

（１）請求項１に記載の発明では、基部と、前記基部から並行して延設された一対の振動腕部と、前記振動腕部の少なくとも開放端側の端面に形成された段部と、を備え、前記段部は、前記振動腕部の長手方向と平行かつ前記一対の振動腕部の幅方向と直交する断面視で、前記振動腕部の厚み方向の内側ほど、長手方向内側に位置するように一方の主面から傾斜する第１傾斜部と、前記振動腕部の厚み方向の内側ほど、長手方向外側に位置するように他方の主面から傾斜する第２傾斜部と、前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とを連結する連結部と、を備えることを特徴とする圧電振動片を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記基部における、前記振動腕部が延設される側と反対側の端面に前記段部が形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記基部から前記一対の振動腕部と並行して延設された支持腕部を備え、前記支持腕部の開放端側の端面に前記段部が形成されている、ことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の圧電振動片を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記支持腕部は、前記一対の振動腕部の両外側に形成された一対の支持腕部、又は、前記一対の振動腕部の間に形成された１つの支持単腕部である、ことを特徴とする請求項３に記載の圧電振動片を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、請求項１から請求項４のうちの何れか１の請求項に記載の圧電振動片と、前記圧電振動片を収容するパッケージと、を備えることを特徴とする圧電振動子を提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、少なくとも基部と前記基部から並行して延設された一対の振動腕部を有する音叉型の圧電振動片の形成方法であって、水晶を所定のカット角θで切り出されたウエハの両主面に、前記圧電振動片の外形形状に対応する形状のマスクを形成するマスク工程と、前記マスクを形成したウエハをエッチング液に浸漬して圧電振動片の外形形状を形成する外形形成工程と、前記振動腕部に２系統の電極を形成する電極形成工程と、を備え、前記マスク工程は、水晶の光学軸との角度が鈍角となる主面側の前記振動腕部に対応する部分のマスクを、鋭角となる主面側よりも距離Ｍだけ長く形成する、ことを特徴とする圧電振動片の製造方法を提供する。
（７）請求項７に記載の発明では、前記距離Ｍは、前記ウエハの厚さをｔとした場合、０＜Ｍ＜２×ｔ×ｔａｎθの範囲である、ことを特徴とする請求項６に記載の圧電振動片の製造方法を提供する。
（８）請求項８に記載の発明では、前記マスク工程は、水晶の光学軸との角度が鈍角となる主面側の前記基部に対応する部分のマスクを、鋭角となる主面側よりも前記振動腕部が形成される側と反対側に、距離Ｍだけ長く形成する、ことを特徴とする請求項６、又は請求項７に記載の圧電振動片の製造方法を提供する。
（９）請求項９に記載の発明では、前記マスク工程は、前記基部から前記一対の振動腕部と並行して延設された支持腕部を備えた圧電振動片の外形形状に対応する形状のマスクを形成する、ことを特徴とする請求項６、請求項７、又は請求項８に記載の圧電振動片の製造方法を提供する。
（１０）請求項１０に記載の発明では、請求項６から請求項９のうちの何れか１の請求項の各工程により圧電振動片を製造する工程と、前記圧電振動片を、パッケージ内に形成された実装部に実装する実装工程と、前記パッケージを封止する封止工程と、を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法を提供する。

本発明によれば、振動腕部の長手方向と平行かつ振動腕部の幅方向と直交する断面視で、振動腕部の少なくとも開放端側の端面に、第１傾斜部、第２傾斜部、連結部を有する段部が形成されているので、厚み方向のアンバランスがより少なく、振動漏れの発生及び耐衝撃性の低下を抑制することが可能な、圧電振動片、圧電振動子、及びその製造方法を提供することができる。

実施形態に係る圧電振動片の外形を表した平面図と断面図である。 圧電振動片の断面における本実施形態と従来の比較図である。 両主面における両マスクの配置関係を表した説明図である。 実施形態におけるエッチングの状態説明図である。 叉部における両主面のマスク配置と、形成される端部形状の断面図である。 振動腕部と支持腕部における両主面のマスク配置と、形成される端部形状の、第１変形例の断面図である。 振動腕部と支持腕部における両主面のマスク配置と、形成される端部形状の、第２変形例の断面図である。 圧電振動片の他の形状について表した平面図である。 本実施形態の圧電振動片が実装された圧電振動子の分解斜視図である。 従来の圧電振動片の平面形状と、叉部、支持腕部の製造過程の断面を表した説明図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図１から図９を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
本実施形態は、基部８から平行して同一方向に一対の振動腕部７が延出した音叉型の圧電振動片６を対象とする。
圧電振動片６における長手方向の両側に存在する各端部（叉部の端部を除く）の端面は、第１主面４１から第２主面４２に向けて、水晶のカット角（例えば、＋２°）分の傾斜が形成される。本実施形態の圧電振動片６は、この第１主面４１から第２主面４２に向けて形成される各傾斜面に、第１傾斜部４３、第２傾斜部４４、連結部４５を有する段部４６を形成する。
この段部４６は、ウェットエッチングで圧電振動片６の外形を形成する際に、水晶のカット角を加味して、第１主面４１と第２主面４２におけるマスクの形成位置を長手方向にずらすことで形成する。
この段部４６を形成することにより、厚さ方向におけるアンバランスが抑制される。その結果、バランスの良い振動腕部７を形成することができ、振動漏れ特性や耐衝撃性に優れた振動片を製造することができる。
段部４６は、少なくとも振動腕部７の先端側端面（開放端側端面）に形成するが、振動腕部７の反対側の端面（基部８の端面）や、圧電振動片６の実装用に形成される支持腕部（一対の支持腕部９や支持単腕部９ｃ）の両端面に形成することで、全体のアンバランスがより抑制される。

（２）実施形態の詳細
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態では、圧電振動片の一例として、いわゆるサイドアーム型の圧電振動子を例に説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

以下の説明においては、ＸＹＺ座標系を設定し、このＸＹＺ座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。この際、圧電振動片の主面と垂直な方向（すなわち、圧電振動片の厚み方向）を「Ｚ軸方向」、振動腕部の長手方向（すなわち、圧電振動片の長手方向）を「Ｙ軸方向」、Ｙ軸方向及びＺ軸方向と直交する方向（すなわち、圧電振動片の幅方向）を「Ｘ軸方向」とする。
なお図示したＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を、水晶における電気軸、機械軸、光学軸に対応させると、Ｘ軸が電気軸で、Ｘ軸を回転軸としてカット角θだけ回転させた、Ｙ’軸が機械軸、Ｚ’軸が光学軸である。

図１は、本実施形態における圧電振動片６の外形形状を表した平面（ａ）と、長手方向に沿った断面（ｂ）を表したものである。
なお、本実施形態の圧電振動片６は左右対称な構造となっているため、振動腕部７ａと振動腕部７ｂというように、対称配置された両部分を同一の数字で表すと共に、両者を区別する区別符合ａｂ、ＡＢを付して説明する。そして区別符号を適宜省略する場合には各々の部分を指しているものとする。但し、段部４６ａ、４６ｂについてのａ、ｂの区別を除く。
また、以下の各図面では、各部材の形状や状態を認識可能にするため、縮尺を適宜変更している。なお、各断面図では便宜上、断面ハッチを適宜省略している。

本実施形態では、圧電材料として水晶を使用する圧電振動片のうちの、図１（ａ）に示すように、いわゆるサイドアーム型の圧電振動片６を例に説明する。
圧電振動片６は、基部８から平行に延びる振動腕部７（７ａ、７ｂ）と、この両振動腕部７の外側に同方向に基部８から延びる支持腕部９（９ａ、９ｂ）を備えている。

一対の振動腕部７は、互いに平行となるように配置されており、基部８側の端部を固定端とし、先端が自由端として振動する。
一対の振動腕部７の先端側には、全長のほぼ中央部分よりも両側に広くなるように形成された拡幅部７１（７１ａ、７１ｂ）を備えている。この振動腕部７に形成された拡幅部７１は、振動腕部７の重量及び振動時の慣性モーメントを増大する機能を有している。これにより、振動腕部７は振動し易くなり、振動腕部７の長さを短くすることができ、小型化が図られている。
そして、この拡幅部７１の主面には、周波数調整用の重り膜が形成され、この重り膜にレーザトリミングを行うことで、周波数のずれ量に応じて重り膜の一部分を取り除いて周波数調整がなされている。
なお、本実施形態の圧電振動片６は、振動腕部７に拡幅部７１を形成しているが、振動腕部７の先端部の幅を略中央部分と同じ幅に形成した、拡幅部７１がない圧電振動片（例えば、後述する図８（ａ）参照）を使用することも可能である。

振動腕部７の両主面には、基部８側から拡幅部７１の手前まで伸びる溝部７２（７２ａ、７２ｂ）が形成されている。その結果、振動腕部７のＸＺ平面での断面形状はＨ型となっている。
一対の振動腕部７の外表面上（外周面）には、振動腕部７ａの外側の両側面と、振動腕部７ｂの溝部７２ｂに形成された第１系統と、振動腕部７ｂの外側の両側面と、振動腕部７ａの溝部７２ａに形成された第２系統からなる、一対の（２系統の）励振電極が形成されている（図示しない）。
また図示しないが、第１系統の励振電極に接続する第１マウント電極が、基部８から支持腕部９ａの外表面上（外周面）まで形成され、第２系統の励振電極に接続する第２マウント電極が、基部８から支持腕部９ｂの外表面上（外周面）まで形成されている。
なお、励振電極とマウント電極は、１層目のクロム（Ｃｒ）層と２層目の金（Ａｕ）層からなる積層膜で、電極スパッタ等で形成される。

基部８には、圧電振動片６の幅方向の両端面から外側に延びる延長部８１（８１ａ、８１ｂ）が連結され、この延長部８１の端部に支持腕部９が連結されている。一対の支持腕部９ａ、９ｂは、振動腕部７ａ、７ｂの両外側に配置されている。
本実施形態の支持腕部９の長さは、振動腕部７の拡幅部７１よりも手前までの長さに形成されているが、振動腕部７（各幅部７１を含む）と同じ場合、振動腕部７よりも長い場合、圧電振動片６の重心周辺（重心と同じ位置、僅かに短い、長い位置）までの長さの場合、圧電振動片６の全長の１／２の位置周辺までの長さ等に形成される。
この支持腕部９は、後述する圧電振動子１に形成された実装部１４に導電性接着剤５１で接着されることで、圧電振動片６全体が支持腕部９の接着位置で固定され支持される。なお、支持腕部９の固定箇所（接着箇所）は、支持腕部９の長さ方向の先端部や、中央部分の１箇所の場合、中央を挟んだ２箇所の場合、中央から端部に掛けた長い領域１箇所の場合など、種々の態様で固定される。

本実施形態の圧電振動片６も、ウェットエッチングにより外形が形成される。このため、図１０で説明した従来の圧電振動片と同様に、振動腕部７ａと支持腕部９ａとの間の叉部（延長部８１ａの部分）、振動腕部７ａと振動腕部７ｂの間の叉部、振動腕部７ｂと支持腕部９ｂとの間の叉部（延長部８１ｂの部分）の３箇所に、異形部７７が形成されている。この異形部７７は、従来と同様にエッチング時間を調整（マスク以外の部分が貫通するまでの時間よりも長く）することで、できるだけ小さくなるように形成されている。

次に本実施形態による、圧電振動片６各部の長手方向（Ｙ方向）における端部の形状について、図１（ｂ）を参照して説明する。
図１（ｂ）は、振動腕部７と支持腕部９における、長手方向の線に沿った断面（ＺＹ平面による断面）を表したもので、厚さの中心を通る長手方向の中心線をＪで表し、振動腕部７と支持腕部９を腕部４０で表している。
図１（ｂ）に示されるように、腕部４０の先端側（基部８と反対側）の端面と、基部８側の端面には、第１主面４１側から第２主面４２側にかけて段部４６が形成されている。
すなわち、段部４６は、振動腕部７の長手方向と平行で、一対の振動腕部７の幅方向と直交する断面（ＺＹ平面）視で、次の各部を備えている。
（ａ）一方の第１主面４１側から中心線Ｊ方向（−Ｚ方向）に向かって先端側方向（＋Ｙ方向）に傾斜する第１傾斜部４３。
（ｂ）他方の第２主面４２から中心線Ｊ方向（＋Ｚ方向）に向かって基部８側方向（−Ｙ方向）に傾斜する第２傾斜部４４。
（ｃ）第１傾斜部４３と第２傾斜部４４とを連結する連結部４５。
このように断面（ＺＹ平面）視で、第１傾斜部４３、第２傾斜部４４、連結部４５からなる段部４６が腕部４０の端面に形成されることで、当該端面周辺における中心線Ｊから第１主面４１側と第２主面４２側とのアンバランスが従来に比べて抑制される。

図２は、本実施形態における段部４６が形成された端面（ａ）と、従来の端面（ｂ）における断面（ＺＹ平面）形状を比較したものである。
図２に示した断面において、中心線Ｊ、端面において中心線Ｊと直行するＺ方向の基準線Ｑ、及び、端面で形成される各領域の面積をａ、ｂ、ｃとする。
この場合、図２（ｂ）に示すように、従来の圧電振動片では、中心線Ｊよりも第１主面４１側では基準線Ｑまでの断面積よりも面積ａだけ大きく、第２主面４２側では面積ａだけ小さくなっている。その結果、従来の圧電振動片では、第１主面４１側と第２主面４２側とで断面積２ａの差分が存在している。

一方、図２（ａ）に示すように、実施形態の圧電振動片６では、第１主面４１側では基準線Ｑまでの断面積よりも面積ｂだけ小さく、第２主面４２側では面積ｂだけ多くなっている。その結果、本実施形態の圧電振動片６では、第１主面４１側と第２主面４２側とで断面積２ｂの差分が存在する。
ここで、断面積ｂ＝ａ−ｃであるから、本実施形態における差分２ｂと従来の差分２ａとの差δは、δ＝２ａ−２ｂ＝２ａ−２（ａ−ｃ）＝２ｃとなる。
すなわち、本実施形態の圧電振動片６は、振動腕部７や支持腕部９の端面における、中心線Ｊより第１主面４１側と、第２主面４２側との（上下方向の）アンバランスが、断面積で２ｃ分だけ従来よりも小さくなっていることがわかる。

図３は、外形形成工程において、断面（ＺＹ平面）視で図１（ｂ）の段部４６を両端部に形成する、マスク５１、５２の配置の一例を示す断面図である。
図３に示すように、腕部４０の第１主面４１に形成するマスク５１のＹ軸方向の両端は、第２主面４２に形成するマスク５２よりも＋Ｙ軸方向側に距離Ｍだけずらした位置となるように形成する。
すなわち、腕部４０に対応するマスクの長手方向の両端部（腕部４０の−Ｙ側端部と＋Ｙ側（開放端側）端部）が、水晶の光学軸との角度が鋭角となる主面側のマスクよりも、鈍角となる主面側のマスク（−Ｙ側では第２主面４２側のマスク５２、＋Ｙ側では第１主面４１側のマスク５１）のほうが長手方向の外側に位置するように形成する。
その結果、水晶の光学軸との角度が鈍角となる主面側の腕部４０に対応する部分のマスク（−Ｙ側では第２主面４２側のマスク５２、＋Ｙ側では第１主面４１側のマスク５１）が、鋭角となる主面側よりも距離Ｍだけ長く形成される。

図３に示すように、腕部４０を含むウエハの厚さをｔ、ウエハから圧電板を切り出すときの結晶軸（機械軸Ｙ’：図中Ｖで表す）に対する角度（以下、カット角）をθとすると、マスク５１とマスク５２とをずらす距離Ｍは、次の条件式（１）を満たしている。
０＜Ｍ＜２×ｔ×ｔａｎθ …（１）

なお、Ｍ＝０の場合、既存設計（従来）と同じとなる。
一方、Ｍ≧２×ｔ×ｔａｎθの場合、叉部に形成される異形部７７の断面形状が厚さ方向でアンバランスな形状となる可能性がある。これに対し、本実施形態によれば、条件式（１）を満たすことで、異形部７７（図１（ａ）参照）の厚さ方向の断面形状をバランスの良い形状とすることができる。

図４は、距離Ｍのずれを設けてマスク５１とマスク５２を形成したウエハ５０をウェットエッチング加工による進行状態を断面（ＺＹ面）について表したものである。この図４では、圧電振動片６の外形形状を形成するためのウエハ５０の腕部４０（振動腕部７、支持腕部９）に対応する箇所を表している。
なお、エッチングの進行状態を解り易くするための基準として、マスク５１、５２の−Ｙ側の両端面と、＋Ｙ側の両端面うち、中央側に位置している端面の位置に基準線Ｑ２、Ｑ３を表示している。この基準線Ｑ２、Ｑ３は、水晶の光学軸（主面からカット角θだけ傾斜）との角度が鋭角となる、主面に直交しマスクの長手方向の端面に引いた仮想線である。

図４（ａ）に示すように、両面にマスク５１、５２を形成したウエハ５０を、エッチング液に浸漬する。
これにより、ウエハ５０の第１主面４１と第２主面４２の両側からエッチング加工を同時に進行させることができる。すなわち、ウエハ５０の両面から、水晶のエッチング異方性により、カット角θ方向にエッチングが進行していく。すなわち、マスク５１の端部からは、ｓ１、ｓ２方向にエッチングが進行し、マスク５２の端部からはｓ３、ｓ４方向にエッチングが進行する。

図４（ｂ）は、エッチング液により水晶が両面側からエッチングされて貫通した直後の状態を表している。
この貫通した直後の状態では、カット角θのエッチング面がズレるため、主面に４１と略平行な連結面４５ｐが形成される。
なお、連結面４５ｐは、幅方向（Ｚ方向）の中心からズレた位置に形成される。この形成位置は、基準線Ｑ２、Ｑ３とマスクの端部が一致している側であり、−Ｙ（左）側の端部ではマスク５１側に、＋Ｙ（右）側の端部ではマスク５２側にズレて形成される。
このズレは、エッチングの進行方向が基準線Ｑ２、Ｑ３に対して鋭角となる方向（ｓ１、ｓ３）のエッチング速度が、鈍角となる方向（ｓ２、ｓ４）のエッチング速度よりも遅くなるためである。

図４（ｃ）は、貫通後に更にエッチングを所定時間だけ継続した後の状態を表している。
貫通直後に形成された連結面４５ｐに対して、傾斜角θ方向のエッチングが進行するが、長手方向外側ほど進行が早いため、連結面４５ｐは徐々に傾斜していく。この連結面４５ｐに対して傾斜しながら進行するエッチングの速度を進行速度をｖ１とする。
また、カット角θ方向（ｓ１〜ｓ４）の進行によって形成された２つの傾斜面に対しては、Ｙ方向にエッチングが進行し（この進行速度をｖ２とする）、傾斜面は長手方向の中心に向かって平行移動していく。この２方向のエッチングの速度はｖ２＞ｖ１である。
そして、貫通から所定時間経過してエッチング処理を終了した時点では、長手方向の両端面には、第１傾斜部４３ａ、第２傾斜部４４ａ、及び連結部４５ａからなる段部４６ａが基準線Ｑ２側に形成され、第１傾斜部４３ｂ、第２傾斜部４４ｂ、及び連結部４５ｂからなる段部４６ｂが基準線Ｑ３側に形成される。

なお、図４（ｂ）に示した連結面４５ｐは、距離Ｍ＝０の従来の場合にも同様に形成される。しかし、マスク５１、マスク５２の両端面が共にＱ２、Ｑ３に形成されるため本実施形態よりも小さい。このため、エッチングによる貫通後も継続してエッチングを行うことで消失し、図１０（ｅ）に示すように、段差が形成されず１傾斜面だけになる。
以上のエッチング処理の後、マスク５１、５２を除去することで、長手方向の両端面に段部４６ａ、段部４６ｂが形成された圧電振動片６の外形形状が形成される。

以上説明したように、本実施形態によるエッチング処理では、カット角θとの関係で、エッチングがされやすい側のマスク端部（マスク５１は＋Ｙ側端部、マスク５２は−Ｙ側端部）を、エッチングがされにくい側のマスク端部（マスク５１は−Ｙ側端部、マスク５２は＋Ｙ側端部）よりも、軸方向外側まで延出させている。これにより、ウエハ５０のＹ方向の両端面部において、＋Ｚ軸方向側の部分と−Ｚ軸方向側の部分とのエッチング速度がバランスよくなるよう調整している。

また、両主面側からのエッチングによる貫通後におけるエッチングの継続は、連結部４５ａ、４５ｂを残した状態で終了する。
そして、図２で説明したように、中心線Ｊの第１主面４１側と第２主面４２側に形成される端面が、中心線Ｊと基準線Ｑとの交点を中心に点対称となる状態で終了するのが好ましい。

以上のエッチング処理による外形形成工程の後、電極形成工程、重り金属膜形成工程、周波数調整工程、個片化工程を順に行う。これにより、ウエハ５０から圧電振動片６を製造することができる。
但し、圧電振動片６の製造工程において周波数調整工程を行わず、完成した圧電振動片６を、圧電振動子１の実装部に実装した後に行うようにしてもよい。

図５は、上述したエッチング処理における、叉部での両主面のマスク配置と、形成される端部形状の断面図である。
叉部では、エッチングによって＋Ｙ方向の端部に異形部７７が形成される（図１（ａ）参照）。
このため、図５（ａ）に示すように、第１主面４１側のマスク５１と第２主面４２側のマスク５２は、＋Ｙ側の端部の位置を同じ位置にし、−Ｙ側の端部を、図４（ａ）と同様に、マスク５２側の端部を−Ｙ方向の外側に延出させる。
これにより、エッチング処理の後において、図５（ｂ）に示すように、叉部に形成される異形部７７は、従来と同様に上下方向のバランスがとれた形で小さく形成され、異形部７７の反対側には、図１（ｂ）で説明したように、第１傾斜部４３ａ、第２傾斜部４４ａ、連結部４５ａを有する段部４６ａが形成される。

そして、図４（ｂ）に示すように、第２傾斜部４４ａは、第１傾斜部４３ａよりも軸方向外側（−Ｙ側）に形成されるため、第２主面４２側の長さＬ２を、従来の長さＬ１（図１０（ｃ）参照）よりも長くすることができる。
これにより叉部における振動に対する強度が低下すること、または、圧電振動片６の長さが長くなることを抑制することができる。

次に、腕部４０（振動腕部７、支持腕部９）におけるＹ方向の両端面の形状の変形例について説明する。
説明した実施形態では、両端面に段部４６ａ、４６ｂを形成する場合について説明したが、この変形例では何れか一方の端部に段部を形成するものである。
図６は、腕部４０における両主面４１、４２のマスク配置と、形成される端部形状の、第１変形例の断面図である。
図６（ａ）に示すように、第１変形例では、第１主面４１側のマスク５１と第２主面４２側のマスク５２を、−Ｙ側の端部の位置を同じ位置にし、＋Ｙ側の端部では、図４（ａ）と同様に、マスク５１側の端部を＋Ｙ方向の外側に延出させる。
これにより、図６（ｂ）に示すように、腕部４０は、＋Ｙ側の端面に段部４６ｂが形成され、−Ｙ側の端面には従来と同じ１つの傾斜面４３１が形成される。この傾斜面４３１は、第１傾斜面４３ａが第２主面４２まで延長したものである。
この第１変形例によれば、叉部を含め基部８と延長部８１の−Ｙ側の端面全体が傾斜面４３１となる。
この第１変形例の対象となる腕部４０は、振動腕部７と支持腕部９の両方である。

図７は、第２変形例における、両主面４１，４２のマスク配置と、形成される端部形状を表したものである。
図７（ａ）に示すように、第２変形例では、第１変形例とは逆に、第１主面４１側のマスク５１と第２主面４２側のマスク５２を、＋Ｙ側の端部の位置を同じ位置にし、−Ｙ側の端部では、マスク５２側の端部を−Ｙ方向の外側に延出させる。
これにより、図７（ｂ）に示すように、腕部４０は、−Ｙ側の端面に段部４６ａが形成され、＋Ｙ側の端面には従来と同じ１つの傾斜面４３１が形成される。この傾斜面４３１は、第１傾斜面４３ｂが第１主面４１まで延長したものである。
この第２変形例によれば、実施形態と同様に、叉部を含め基部８と延長部８１の−Ｙ側の端面全体に段部４６ａが形成される。

この第２変形例の対象となる腕部４０は、支持腕部９である。すなわち、第２変形例においても、振動腕部７は実施形態で説明したように、Ｙ方向の両端面に段部４６ａと段部４６ｂが形成される。
支持腕部９は、後述するように導電性接着剤２９でパッケージ２の実装部１４に固定されるため、支持腕部９の開放端（＋Ｙ側の端面）側が傾斜面４３１でも、圧電振動片６の振動に与える影響が小さいためである。
これに対して、振動腕部７の場合、その開放端（＋Ｙ側の端面）部分は励振により大きく振動する部分であり、バランス調整の効果が最も大きい箇所であるため段部４６ｂを必ず形成するようにしている。

以上説明した実施形態及び、変形例では、いわゆるサイドアーム型の圧電振動片６の構成について説明したが、音叉型であれば他の形式の圧電振動片の長手方向の端部に段部４６を形成することも可能である。
図８は、圧電振動片の他の形状について表した平面図で、（ａ）は片持ち型の圧電振動片６１、（ｂ）はセンターアーム型の圧電振動片６２を表している。
図８（ａ）に示す片持ち型の圧電振動片６１は、基部８から長手方向に平行に延出する振動腕部７ａ、７ｂが形成され、支持腕部は存在しない。
一方、図８（ｂ）に示す圧電振動片６２は、基部８から長手方向に平行に延出する振動腕部７ａ、７ｂの間に、支持単腕部９ｃが形成されている。
これら圧電振動片６１、６２においても、説明した実施形態、変形例と同様に、腕部（振動腕部７、支持単腕部９ｃ）のＹ方向の両端面の少なくとも一方に、段部４６ａ、段部４６ｂを形成することで、厚さ方向のバランスを良くした圧電振動片６１、６２を形成することができる。

以上、本実施形態、変形例における圧電振動片のＹ方向の端面に段部４６を形成した圧電振動片６、６１、６２について説明した。
次に、このように形成された圧電振動片６、６１、６２を収容した圧電振動子１について、圧電振動片６を収容する場合を例に説明する。
図９は、圧電振動片を収容した圧電振動子１の分解斜視図である。
図９に示すように、本実施形態の圧電振動子１は、内部に気密封止されたキャビティＣを有するパッケージ２と、キャビティＣ内に収容された圧電振動片６と、を備えたセラミックパッケージタイプの表面実装型振動子とされている。
パッケージ２は、概略直方体状に形成され、パッケージ本体３と、パッケージ本体３に接合されることでパッケージ本体３との間にキャビティＣを形成する封口板４と、を備えている。
パッケージ本体３は、互いに重ね合わされた状態で接合された第１ベース基板１０および第２ベース基板１１と、第２ベース基板１１上に接合されたシールリング１２と、を備えている。

第１ベース基板１０の上面は、キャビティＣの底面に相当する。
第２ベース基板１１は、第１ベース基板１０に重ねられており、第１ベース基板１０に対して焼結などにより結合されている。すなわち、第２ベース基板１１は、第１ベース基板１０と一体化されている。
なお、第１ベース基板１０と第２ベース基板１１の間には、両ベース基板１０、１１に挟まれた状態で接続電極（図示せず）が形成されている。

第２ベース基板１１には、キャビティＣの側壁の一部を構成する貫通部１１ａが形成されている。
貫通部１１ａの短手方向で対向する両側の内側面には、内方に突出する実装部１４Ａ、１４Ｂが設けられている。
この実装部１４Ａ、１４Ｂの上面には、圧電振動片６との接続電極である一対の電極パッド（電極部）２０Ａ、２０Ｂが形成されている。また、第１ベース基板１０の下面には、一対の外部電極２１Ａ、２１Ｂがパッケージ２の長手方向に間隔をあけて形成されている。電極パッド２０Ａ、２０Ｂおよび外部電極２１Ａ、２１Ｂは、例えば蒸着やスパッタ等で形成された単一金属による単層膜、または異なる金属が積層された積層膜である。
電極パッド２０Ａ、２０Ｂと外部電極２１Ａ、２１Ｂとは、第２ベース基板１１の実装部１４Ａ、１４Ｂに形成された第２貫通電極（図示せず）、第１ベース基板１０と第２ベース基板１１の間に形成された接続電極（図示せず）、及び、第１ベース基板１０に形成された第１貫通電極（図示せず）を介して互いにそれぞれ導通している。
一方、電極パッド２０Ａ、２０Ｂ上には、導電性接着剤２９が塗布され、支持腕部９ａ、９ｂのマウント電極と接合している。

シールリング１２は、第１ベース基板１０および第２ベース基板１１の外形よりも一回り小さい導電性の枠状部材であり、第２ベース基板１１の上面に接合されている。具体的には、シールリング１２は、銀ロウ等のロウ材や半田材等による焼付けによって第２ベース基板１１上に接合、あるいは、第２ベース基板１１上に形成（例えば、電解メッキや無電解メッキの他、蒸着やスパッタ等により）された金属接合層に対する溶着等によって接合されている。

封口板４は、シールリング１２上に重ねられた導電性基板であり、シールリング１２に対する接合によってパッケージ本体３に対して気密に接合されている。そして、封口板４、シールリング１２、第２ベース基板１１の貫通部１１ａ、および第１ベース基板１０の上面により画成された空間が、気密に封止されたキャビティＣとして機能する。

図１に示した圧電振動子１は次の各工程で形成される。
（ａ）圧電振動片製造工程では、説明した実施形態、変形例により（図４の説明参照）、Ｙ方向の端面に段部４６ａ、４６ｂの圧電振動片６を製造する。
（ｂ）実装工程では、製造した圧電振動片６を、パッケージ本体３に形成された実装部１４の電極パッド２０に導電性接着剤２９で支持腕部９を接着することで実装する。
（ｃ）封止工程では、圧電振動片６を実装したパッケージ本体３に封口板４により封止する。

以上説明したように、本実施形態の圧電振動片、圧電振動子によれば、振動腕部７、支持腕部９の長手方向の端面に段部４６ａ、４６ｂが形成されることで、厚さ方向における形状のアンバランスが抑制され、振動漏れや耐衝撃性の低下を抑制することができる。
また、叉部を含め基部８と延長部８１の−Ｙ側の端面全体に段部４６ａが形成され、幅Ｌ２＞Ｌ１とすることができるので、叉部における耐振動強度の低下を抑制することができる。

１ 圧電振動子
２ パッケージ
４０ 腕部（振動腕部、支持腕部）
４１ 第１主面
４２ 第２主面
４３ 第１傾斜部
４４ 第２傾斜部
４５ 連結部
４６ 段部
５１、５２ マスク
６、６１、６２ 圧電振動片
７ 振動腕部
８ 基部
８１ 延長部
９ 支持腕部
θ カット角

Claims (10)

1. 基部と、
   前記基部から並行して延設された一対の振動腕部と、
   前記振動腕部の少なくとも開放端側の端面に形成された段部と、を備え、
   前記段部は、前記振動腕部の長手方向と平行かつ前記一対の振動腕部の幅方向と直交する断面視で、前記振動腕部の厚み方向の内側ほど、長手方向内側に位置するように一方の主面から傾斜する第１傾斜部と、前記振動腕部の厚み方向の内側ほど、長手方向外側に位置するように他方の主面から傾斜する第２傾斜部と、前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とを連結する連結部と、
   を備えることを特徴とする圧電振動片。
2. 前記基部における、前記振動腕部が延設される側と反対側の端面に前記段部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記基部から前記一対の振動腕部と並行して延設された支持腕部を備え、
   前記支持腕部の開放端側の端面に前記段部が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の圧電振動片。
4. 前記支持腕部は、前記一対の振動腕部の両外側に形成された一対の支持腕部、又は、前記一対の振動腕部の間に形成された１つの支持単腕部である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧電振動片。
5. 請求項１から請求項４のうちの何れか１の請求項に記載の圧電振動片と、
   前記圧電振動片を収容するパッケージと、
   を備えることを特徴とする圧電振動子。
6. 少なくとも基部と前記基部から並行して延設された一対の振動腕部を有する音叉型の圧電振動片の形成方法であって、
   水晶を所定のカット角θで切り出されたウエハの両主面に、前記圧電振動片の外形形状に対応する形状のマスクを形成するマスク工程と、
   前記マスクを形成したウエハをエッチング液に浸漬して圧電振動片の外形形状を形成する外形形成工程と、
   前記振動腕部に２系統の電極を形成する電極形成工程と、を備え、
   前記マスク工程は、水晶の光学軸との角度が鈍角となる主面側の前記振動腕部に対応する部分のマスクを、鋭角となる主面側よりも距離Ｍだけ長く形成する、
   ことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
7. 前記距離Ｍは、前記ウエハの厚さをｔとした場合、０＜Ｍ＜２×ｔ×ｔａｎθの範囲である、
   ことを特徴とする請求項６に記載の圧電振動片の製造方法。
8. 前記マスク工程は、水晶の光学軸との角度が鈍角となる主面側の前記基部に対応する部分のマスクを、鋭角となる主面側よりも前記振動腕部が形成される側と反対側に、距離Ｍだけ長く形成する、
   ことを特徴とする請求項６、又は請求項７に記載の圧電振動片の製造方法。
9. 前記マスク工程は、前記基部から前記一対の振動腕部と並行して延設された支持腕部を備えた圧電振動片の外形形状に対応する形状のマスクを形成する、
   ことを特徴とする請求項６、請求項７、又は請求項８に記載の圧電振動片の製造方法。
10. 請求項６から請求項９のうちの何れか１の請求項の各工程により圧電振動片を製造する工程と、
    前記圧電振動片を、パッケージ内に形成された実装部に実装する実装工程と、
    前記パッケージを封止する封止工程と、
    を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。

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