圧電デバイスの周波数調整方法
【課題】振動腕を加工することなく周波数調整を行うことができる音叉型圧電振動片を備える圧電フレームを提供する。
【解決手段】圧電フレーム２１は、基部の一端側から第１方向に伸びる少なくとも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片と、振動腕の両外側において第１方向に伸びる一対の支持腕と、音叉型圧電振動片を囲む外枠部２２と、一対の支持腕と外枠部とを接続する所定幅を有する接続部２６と、を備える。
【解決手段】圧電フレーム２１は、基部の一端側から第１方向に伸びる少なくとも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片と、振動腕の両外側において第１方向に伸びる一対の支持腕と、音叉型圧電振動片を囲む外枠部２２と、一対の支持腕と外枠部とを接続する所定幅を有する接続部２６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば水晶からなる圧電基板を用いて、周波数調整を行うことのできる支持腕を持つ圧電デバイスの周波数調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電振動素子も、より一層の小型化及び高周波数化への対応が求められている。また、回路基板に表面実装（ＳＭＤ：Surface Mount Device）が可能な圧電振動素子が要求されている。この小型化した圧電振動素子の製造では製造過程で生じる発振周波数のばらつきを個々に調整することで所望の周波数に合わせ込みする工程を必要としている。
【０００３】
従来、発振周波数の調整は音叉型の圧電振動素子（以下「音叉型圧電振動片」とする）の振動腕の先端に形成した金属皮膜をレーザー光で蒸散させることで、周波数の調整を行っていた。
特許文献１によれば、図８に示すような構成により周波数の調整を行っていた。図８（ａ）は音叉型圧電振動片の振動腕２１０の先端部分を拡大した上面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の構成側面図である。
【０００４】
特許文献１によれば、所定の周波数より低い音叉型圧電振動片に対しての発振周波数の調整は、図８に示すように振動腕２１０の先端に形成した周波数の粗調整用の金属皮膜２０１を蒸散させ、微調整用の金属皮膜２０２を蒸散させることで振動椀２１０を軽くし、周波数を上昇させて、音叉型圧電振動片の周波数を調整していた。また、所定の周波数より高い音叉型圧電振動片に対しての発振周波数の調整は、振動腕の先端付近の重り付け用金属皮膜２０３を蒸散させ、振動腕２１０に付着させることで重くし、周波数を下降させて音叉型圧電振動片の周波数を調整していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０６０４７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、振動腕の重り付け用金属皮膜が蒸散させた際に、その蒸散して飛び散った金属の一部が励振電極に付着したりすることがあり、発振周波数の調整後のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が上昇する場合や、不要な周波数成分であるスプリアス（spurious）が発生したりする場合がある。ＣＩ値の上昇やスプリアスの発生は音叉型圧電振動片の特性を劣化させ、製品の歩留まりを悪化させていた。さらに、周波数調整を行うために粗調整用の金属皮膜と微調整用の金属皮膜とを形成するなど余分な作業工程が必要となっていた。
【０００７】
本発明の目的は、音叉型圧電振動片の特性を左右する振動腕を加工することなく周波数調整を行うことができる圧電デバイスの周波数調整方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の観点の圧電デバイスの周波数調整方法は、基部の一端側から第１方向に伸びる少なくとも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片と、振動腕の両外側において第１方向に伸びる一対の支持腕と、音叉型圧電振動子を囲む外枠部と、一対の支持腕と外枠部とを接続する所定幅を有する接続部とを有する圧電フレームを形成する圧電フレーム形成工程と、励振電極への導通を取り、発振周波数を測定する測定工程と、測定工程で得られた測定結果に基づいて、接続部の所定幅を加工させる加工工程と、を備える。
この構成により、圧電フレームを形成した後に発振周波数を測定しながら、接続部の幅を加工することで金属膜が飛散することもない。このため、ＣＩ値を上昇させることなくまた不要なスプリアスを生じさせることない圧電デバイスを製造することができる。
【０００９】
第２の観点の圧電デバイスの周波数調整方法は、外枠部に形成され励振電極に導通する接続電極が形成されており、測定工程は接続電極にプローブを当てて発振周波数を測定する。
直接励振電極にプローブを当てず接続電極にプローブを当てることで完成品の圧電デバイスに近い発振状態で周波数調整を行うことができる。
【００１０】
第３の観点の圧電デバイスの周波数調整方法は、第１又は第２の観点において、圧電フレームを支えるとベースを圧電フレームに接合する第１接合工程を備え、この第１接合工程の後に、測定工程と加工工程とを行う。
この構成により、完成品の圧電デバイスに近い状態にしてから周波数調整を行うことができる。
【００１１】
第４の観点の圧電デバイスの周波数調整方法は、加工工程後に、真空状態で圧電フレームを覆う蓋部を接合する第２接合工程を備える。
真空中で蓋部を接合することで、長期間の使用にも耐えうる圧電デバイスとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の音叉型圧電振動片は支持腕を持ち、支持腕と外枠部との接合領域に周波数の接続部を設けることで、音叉型圧電振動片の特性を保ちながら周波数調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】圧電デバイス９０の構成を示す図である。
【図２Ａ】接続部付きの水晶フレーム２０の構成を示す上面図である。
【図２Ｂ】別の接続部付きの水晶フレーム２０の構成を示す上面図である。
【図３】（ａ）は、第１圧電デバイス１００の第１リッド１１ａの内面図である。 （ｂ）は、第１圧電デバイス１００の接続部付きの水晶フレーム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３１ａ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４】（ａ）は、第２圧電デバイス１１０の第２リッド１１ｂの内面図である。 （ｂ）は、第２圧電デバイス１１０の接続部付きの水晶フレーム２０の上面図である。 （ｃ）は、第２圧電デバイス１１０の第１ベース３１ｂ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。
【図５Ａ】（ａ）は、水晶フレーム２０のフォトム秒レーザーＦＲの照射位置を示す図である。 （ｂ）は、基部方向の接続部２６を切削する場合を示した拡大図である。 （ｃ）は、振動腕２４の先端方向の接続部２６を切削する場合を示した拡大図である。 （ｄ）は、基部方向と振動腕２４の先端方向との両側を切削する場合を示した拡大図である。
【図５Ｂ】長さＬの接続部２６の一部を切削する場合を示した拡大図である。
【図６】両側調整腕幅Ｗと周波数ｆとの関係を示したグラフである。
【図７】周波数調整工程のフローチャートである。
【図８】従来の音叉型圧電振動片の振動腕２１０を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の圧電デバイス９０は図１に示すようにリッド１０と、水晶フレーム２０と、ベース３０との３層で形成され、これら３層が水晶基板で形成されている。図１は表面実装（ＳＭＤ）タイプの圧電デバイス９０をベース３０のベース部側からみた図である。水晶フレーム２０の音叉型圧電振動片は枠部と支持腕とを接続する部分に周波数調整するための接続部２６を形成している。なお、リッド１０とベース３０とはガラスで形成してもよい。
【００１５】
以下は第１実施形態として、水晶基板である圧電フレームは音叉型水晶振動片とその周囲に形成した枠部と、この枠部と音叉型水晶振動片とを接続する支持腕及び接続部を有する。その圧電フレーム（以下「接続部付きの水晶フレーム２０」とする）の構成を示す。
【００１６】
第２実施形態は水晶フレーム２０に第１実施形態の接続部付きの水晶フレーム２０を用い、リッド１０とベース３０とをガラスで形成した場合を示す。第１圧電デバイス１００はこの接続部付きの水晶フレーム２０と、ガラス製のリッド１０及びベース３０と、を接合した圧電デバイスである。
【００１７】
また第３実施形態は第１実施形態の接続部付きの水晶フレーム２０を用い、リッド１０とベース３０とを水晶基板で形成した場合を示す。第２圧電デバイス１１０は接続部付きの水晶フレーム２０と、水晶製のリッド１０及びベース３０と、を接合した圧電デバイスである。
また第４実施形態は接続部付きの水晶フレーム２０の周波数調整方法を示す。
【００１８】
＜第１実施形態：接続部付きの水晶フレーム２０の構成＞
接続部付きの水晶フレーム２０は図２Ａに示すように基部２３及び振動腕２４からなる音叉型水晶振動片２１と、水晶外枠部２２と、支持腕２５と、接続部２６とから構成され、同じ厚さで一体に水晶基板で形成されている。音叉型水晶振動片２１は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発振する振動片で、極めて小型の振動片となっている。
【００１９】
一対の振動腕２４は基部２３の一端からＹ方向に延びており、振動腕２４の表裏両面には溝部２７が形成されている。例えば、一本の振動腕２４の表面には２箇所の溝部２７が形成されており、振動腕２４の裏面側にも同様に２箇所の溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２４には４箇所の溝部２７が形成されている。溝部２７の断面は略Ｈ型に形成され、音叉型水晶振動片２１のＣＩ値を低下させる効果がある。なお音叉型水晶振動片２１は一本の振動腕２４に２箇所の溝部２７を形成しているが、１箇所又は複数箇所の溝部２７を形成してもよく、また溝部２７を形成しない場合においても周波数調整効果を持つことができる。
【００２０】
振動腕２４の先端付近は一定幅で幅広となりハンマー型の形状となっている。ハンマー型の形状部分は金属膜も形成することで錘の役目をしている。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。
【００２１】
水晶外枠部２２、基部２３、支持腕２５及び接続部２６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。表裏面の第１基部電極４１と第２基部電極４２とは、それぞれ水晶フレーム用のスルーホールＴＨで導通されている。
【００２２】
表面側の第１基部電極４１と第２基部電極４２とは、周波数調整の際に直接プローブ針が接触するためキズがつくおそれがあるが、裏面側の第１基部電極４１と第２基部電極４２とにはプローブ針が接触することがないので、電気的導通が確保される。
【００２３】
一対の振動腕２４は、表面、裏面及び側面に第１励振電極４３及び第２励振電極４４が形成されており、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。
【００２４】
一対の支持腕２５は基部２３の一端から振動腕２４が伸びる方向（Ｙ方向）に延びている。一対の支持腕２５は振動腕２４振動を圧電デバイス９０の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化、または衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。
【００２５】
水晶外枠部２２はリッド１０とベース３０とを接合するために形成している。また水晶外枠部２２は接続部２６で支持腕２５と接続している。接続部２６は周波数を調整するために幅広（Ｙ方向）でＸ方向に伸びた設計する。幅広に設計した接続部２６は最終工程でフェトム秒レーザー等の切削技術を用いて接続部２６の一部を削り、所定の周波数になるように幅狭に加工することで、音叉型圧電振動片の特性を維持した圧電デバイス９０を製造することができる。
【００２６】
接続部付きの水晶フレーム２０は公知のフォトレジスト・エッチング技術を用いてその外形と溝部２７とが形成される。また外形を形成した接続部付きの水晶フレーム２０に対して公知のフォトレジスト・エッチング技術を用いて電極が形成される。これらの処理を経て図２Ａに示す接続部付きの水晶フレーム２０が完成する。
【００２７】
図２Ｂは、別の接続部付きの水晶フレーム２０を示したものであり、支持腕２５が基部２３とつながる根元の位置が図２Ａと異なる。図２Ｂに示す一対の支持腕２５は基部２３から基部２３の幅方向（Ｘ方向）に延びる部分２５ａを有し、その幅方向に延びた部分２５ａから振動腕２４が伸びる方向（Ｙ方向）に延びている。
【００２８】
このような支持腕２５は、より基部２３から接続部２６までの距離を長くすることができるため、振動腕２４振動を圧電デバイス９０の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化、または衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。
【００２９】
＜第２実施形態：第１圧電デバイス１００の構成＞
リッド１０とベース３０とがガラスで形成された第１圧電デバイス１００について、図面を参照して説明する。図３は、本発明の第２実施形態にかかる第１圧電デバイス１００の概略図を示している。
図３（ａ）は、第１圧電デバイス１００のリッド１０であるガラス製の第１リッド１１ａの内面図であり、図３（ｂ）は音叉型水晶振動片２１を有する水晶フレーム２０の上面図であり、図３（ｃ）はベース３０であるガラス製の第１ベース３１ａの上面図である。図３（ｄ）は、図３（ｂ）のＡ−Ａ断面で第１圧電デバイス１００を示した概略断面図である。
【００３０】
第１圧電デバイス１００は、水晶フレーム２０の水晶外枠部２２を挟み込むように、その水晶外枠部２２の下に第１ベース３１ａが接合され、水晶外枠部２２の上に第１リッド１１ａが接合されている。
【００３１】
第１リッド１１ａおよび第１ベース３１ａはガラスで形成され、図３（ａ）に示すように第１リッド１１ａは、リッド用凹部１２を水晶外枠部側の片面に有している。
図３（ｂ）に示すように、第１実施形態で示した接続部付きの水晶フレーム２０を使用する。本実施形態では水晶外枠部２２の表面及び裏面に金属膜４５を備える。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する。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。
【００３２】
図３（ｃ）に示すように、第１ベース３１ａは、ベース用凹部３２を水晶外枠部側の片面に有している。第１ベース３１ａはガラスからなり、エッチングによりベース用凹部３２を設ける際、同時に第１スルーホール３３と第２スルーホール３４とを形成する。第１ベース３１ａの表面には、第１接続電極４６及び第２接続電極４７を備えている。
【００３３】
第１スルーホール３３及び第２スルーホール３４は、その内面に金属膜が形成され、その内面の金属膜は、第１接続電極４６及び第２接続電極４７と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。内面の金属膜は金（Ａｕ）層又は銀（Ａｇ）層が形成される。第１ベース３１ａは、底面にメタライジングされた第１外部電極４８及び第２外部電極４９を備える。第１接続電極４６は、第１スルーホール３３を通じて第１ベース３１ａの底面に設けた第１外部電極４８に接続する。第２接続電極４７は、第２スルーホール３４を通じて第１ベース３１ａの底面に設けた第２外部電極４９に接続する。
【００３４】
水晶外枠部２２の裏面に形成された第１基部電極４１と第２基部電極４２とは、それぞれ第１ベース３１ａの表面の第１接続電極４６及び第２接続電極４７に接続する。つまり、第１基部電極４１は第１外部電極４８と電気的に接続し、第２基部電極４２は第２外部電極４９と電気的に接続している。
【００３５】
図３（ｄ）の概略断面図で示すように、圧電デバイスは図３（ａ）と図３（ｂ）と図３（ｃ）とを重ね合わせ、陽極接合を行う。例えば、第１リッド１１ａ及び第１ベース３１ａ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。水晶外枠部２２は、表面及び裏面に金属膜４５を備え、金属膜４５はアルミニュウムで形成されている。音叉型水晶振動子２１を有する水晶外枠部２２を中心として、リッド用凹部１２を備えた第１リッド１１ａ及びベース用凹部３２を備えた第１ベース３１ａを重ねる。なお、本実施形態では金属膜４５にアルミニュウム（Ａｌ）を用いたが、陽極接合できる金属であればよく、チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），カドミウム（Ｃｄ）、スズ（Ｓｎ）などの陽極酸化可能な金属を用いることができる。
【００３６】
本発明の第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。周波数調整は真空中あるいは不活性ガス中で、第１ベース３１ａと水晶外枠部２２とを陽極接合技術により接合し、周波数の調整をする。周波数調整は実施形態４で詳細を後述する。周波数調整を終了した第１ベース３１ａと水晶フレーム２０とは真空中あるいは不活性ガス中で第１リッド１１ａと水晶外枠部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。
【００３７】
陽極接合は、接合界面にある金属が酸化されるという化学反応により成立する。例えば、水晶外枠部２２と第１リッド１１ａ及び第１ベース３１ａとの陽極接合では、水晶外枠部２２の両面にスパッタなどにより形成した金属膜をガラス部材の接合面に当接させ、陽極接合を行う。
【００３８】
陽極接合させるときには、金属膜を陽極としガラス部材の接合面に対向する面に陰極を配置し、これらの間に電界を印加する。これにより、ガラスに含まれているナトリウムなどの金属イオンが陰極側に移動し、この結果接合界面においてガラス部材に接触している金属膜が酸化され、両者が接続した状態が得られる。なお、本実施形態では、アルミニュウムなどの所定の金属と所定の誘電体を接触させて加熱（２００°Ｃ〜４００°Ｃ程度）し、５００Ｖ〜１ｋＶ程度の電圧を印加することで、金属とガラスとを接合している。
【００３９】
なお、図３では１つの水晶外枠部２２と１つの第１リッド１１ａ及び１つの第１ベース３１ａとを接合した図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千の水晶フレーム２０と、１枚のガラスウエハに数百から数千の第１リッド１１ａと、１枚のガラスウエハに数百から数千の第１ベース３１ａとを用意し、それらウエハ単位で接合して一度に数百から数千の圧電デバイスを製造する。
【００４０】
＜第３実施形態：第２圧電デバイス１１０の構成＞
リッド１０と第２層とベース３０とが水晶基板で形成された第２圧電デバイス１１０について、図面を参照して説明する。図４は、本発明の第３実施形態にかかる第２圧電デバイス１１０の概略図を示している。
【００４１】
図４（ａ）は、第２圧電デバイス１１０のリッド１０である水晶基板で形成した第２リッド１１ｂの内面図であり、図４（ｂ）は水晶フレーム２０の上面図であり、図４（ｃ）はベース３０である水晶基板で形成した第２ベース３１ｂの上面図である。図４（ｄ）は、図４（ｂ）のＢ−Ｂ断面で第２圧電デバイス１１０を示した概略断面図である。
【００４２】
第２圧電デバイス１１０の構成は３層とも水晶基板で形成されていて、電極及びスルーホール及び形状等は第１圧電デバイス１００と同様なため、以下に相違点のみを説明する。なお同一構造部分は同じ符号を使用している。
【００４３】
図４（ｂ）に示すように、第１実施形態で示した接続部付きの水晶フレーム２０を使用する。本実施形態では第１圧電デバイス１００で形成した金属膜４５が不要となるため金属膜４５を形成しない。金属膜４５を使用しない理由は第２リッド１１ｂ及び水晶外枠部２２並びに第２ベース３１ｂはシロキサン接合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）技術により接合するためである。
【００４４】
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、第２ベース３１ｂと水晶外枠部２２とをシロキサン接合技術により接合し、周波数を調整する。周波数調整は実施形態４で詳細を後述する。周波数調整を終了した第２ベース３１ｂと接続部付きの水晶フレーム２０とは真空中あるいは不活性ガス中で第２リッド１１ｂと水晶外枠部２２とをシロキサン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２圧電デバイス１１０を完成させる。
【００４５】
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、水晶外枠部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３１ｂ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、各電極の窪み及びその対向する面を形成する。
【００４６】
なお、図３では１つの水晶外枠部２２と１つの第２リッド１１ｂ及び１つの第２ベース３１ｂとを接合した図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千の水晶フレーム２０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第２リッド１１ｂと、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第２ベース３１ｂとを用意し、それらウエハ単位で接合して一度に数百から数千の圧電デバイスを製造する。
【００４７】
＜第４実施形態：周波数調整方法＞
周波数調整は第２実施形態及び第３実施形態で説明したように、圧電デバイスの製造工程の途中に行う。図５Ａ（ａ）は、例えばフェトム秒レーザーＦＬを用いて接続部付きの水晶フレーム２０を周波数調整する箇所を示した図である。周波数調整は接続部２６のＹ方向の一部を削ることで調整が可能である。周波数調整は幅広（Ｙ方向）の接続部２６の一方の幅Ｗ１と他方の幅Ｗ２とを同じ幅に加工するため、両側の接続部幅Ｗについて説明する。また、図５Ａ（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は図５Ａ（ａ）の破線範囲ＫＡを拡大した図である。
【００４８】
図５Ａ（ｂ）は基部方向の接続部２６の一部ＤＥを切削することで周波数調整をし、図５Ａ（ｃ）は音叉先端方向の接続部２６の一部ＤＥを切削することで周波数調整をし、図５Ａ（ｄ）は基部側と音叉先端方向との２方向の接続部２６の一部ＤＥを切削することで周波数調整をする場合を示している。両側の接続部幅Ｗは図５Ａ（ｂ）、図５Ａ（ｃ）、または図５Ａ（ｄ）のいずれかの方法を用いてフェトム秒レーザーＦＬを用いて切削幅ｄで切削し、所望する幅にしている。なお、本実施形態では切削方法としてフェトム秒レーザーＦＬを用いたが、他の切削技術を用いても良い。
【００４９】
図５Ｂは接続部２６がＸ方向に距離Ｌと長い場合に、２方向の接続部２６の一部ＤＥを切削した場合を示している。図５Ａ（ｄ）と比較してわかるように、切削した一部ＤＥは接続部２６のＸ方向のすべての領域を切削したのではなく半分程度削除したのみである。このような場合でも周波数調整を行うことができる。切削する一部ＤＥの幅を細くすることでレーザーにより削る量が少なくなるため、同じ量周波数調整する場合でも調整時間を短くする効果がある。
【００５０】
図６は両側の接続部幅Ｗと周波数ｆとの関係を示した実験データである。実験は両側の接続部幅Ｗを３００μｍから１５０μｍへ変化させた場合に周波数が３６００ｐｐｍ程度上昇している様子を示している。つまり圧電デバイスを低めの周波数に設計し、両側の接続部幅Ｗを幅広から幅狭にすることで、例えば３２．７６８ｋＨｚに合わせることができる。以上のように、本発明の周波数調整方法は音叉型水晶振動子２１の振動腕２４を加工しないために、音叉型水晶振動子２１の特性を変化させることなく周波数調整することができる。
【００５１】
図７は周波数調整工程のフローチャートを示す。ここでは代表して第１圧電デバイス１００においての周波数調整を説明するが、第２圧電デバイス１１０についても同様に周波数調整できる。
【００５２】
ステップＳ１１では、陽極接合された水晶外枠部２２と第１ベース３１ａとを周波数調整工程に配置する。
【００５３】
ステップＳ１２において、周波数調整工程では周波数の測定のために水晶外枠部２２の第１基部電極４１と第２基部電極４２とにプローブ（不図示）を当てる。そして第１基部電極４１と第２基部電極４２とを介して音叉型水晶振動子２１を振動させ、その発振周波数を測定する。なお、プローブはプローブ針で直接に電極と接するため、電極に傷がつきやすい。このため、プローブ針は仮に傷が付いて電気的に導通が阻害されない箇所、例えば水晶フレーム２０の上面側の第１基部電極４１と第２基部電極４２との末端部で接続する。
【００５４】
ステップＳ１３において、不図示の測定装置によって音叉型水晶振動子２１の周波数をモニタリングする。
ステップＳ１４において、フェトム秒レーザーＦＬを用いて、所定の発振周波数になるように所望の切削幅ｄだけ切削され、両側の接続部の幅Ｗを幅狭にする。
【００５５】
ステップＳ１５において、測定装置は所望の周波数になったかを判断し、所望の周波数に達してない場合はステップＳ１３に戻りさらに接続部の幅Ｗを幅狭にし、所望の周波数になった場合は周波数調整処理を終了し、ステップＳ１６に移る。
【００５６】
ステップＳ１６において、音叉型水晶振動子２１は周波数の調整済みになったため、陽極接合工程に移り、真空雰囲気で水晶フレーム２０の水晶外枠部２２と第１リッド１１ａとを陽極接合する。
第１ベース３１ａが陽極接合された状態で周波数調整を行うことができるため、第１リッド１１ａを接合した後であっても周波数はほとんど変動しない。また、このフローチャートでは水晶外枠部２２と第１ベース３１ａとを最初に陽極接合しておいたが、冶具に水晶外枠部２２を載せて水晶外枠部２２のみで周波数調整してから、第１リッド１１ａと第１ベース３１ａとを陽極接合してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の音叉型圧電振動片２１を有する水晶フレーム２０は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０ … リッド
１１ａ … 第１リッド
１１ｂ … 第２リッド
１２ … リッド用凹部
２０ … 水晶フレーム
２１ … 接続部付の音叉型振動片
２２ … 水晶外枠部
２３ … 基部
２４ … 振動腕
２５ … 支持腕
２６ … 接続部
２７ … 溝部
３０ … ベース
３１ａ … 第１ベース
３１ｂ … 第２ベース
３２ … ベース用凹部
３３ … 第１スルーホール
３４ … 第２スルーホール
４１ … 第１基部電極
４２ … 第２基部電極
４３ … 第１励振電極
４４ … 第２励振電極
４５ … 金属膜
４６ … 第１接続電極
４７ … 第２接続電極
４８ … 第１外部電極
４９ … 第２外部電極
９０ … 圧電デバイス
１００ … 第１圧電デバイス
１１０ … 第２圧電デバイス
ｄ … 切削幅
ＦＬ … フェトム秒レーザー
Ｗ … 両側調整腕幅（Ｗ１ … 一方の幅、Ｗ２ … 他方の幅）
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば水晶からなる圧電基板を用いて、周波数調整を行うことのできる支持腕を持つ圧電デバイスの周波数調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電振動素子も、より一層の小型化及び高周波数化への対応が求められている。また、回路基板に表面実装（ＳＭＤ：Surface Mount Device）が可能な圧電振動素子が要求されている。この小型化した圧電振動素子の製造では製造過程で生じる発振周波数のばらつきを個々に調整することで所望の周波数に合わせ込みする工程を必要としている。
【０００３】
従来、発振周波数の調整は音叉型の圧電振動素子（以下「音叉型圧電振動片」とする）の振動腕の先端に形成した金属皮膜をレーザー光で蒸散させることで、周波数の調整を行っていた。
特許文献１によれば、図８に示すような構成により周波数の調整を行っていた。図８（ａ）は音叉型圧電振動片の振動腕２１０の先端部分を拡大した上面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の構成側面図である。
【０００４】
特許文献１によれば、所定の周波数より低い音叉型圧電振動片に対しての発振周波数の調整は、図８に示すように振動腕２１０の先端に形成した周波数の粗調整用の金属皮膜２０１を蒸散させ、微調整用の金属皮膜２０２を蒸散させることで振動椀２１０を軽くし、周波数を上昇させて、音叉型圧電振動片の周波数を調整していた。また、所定の周波数より高い音叉型圧電振動片に対しての発振周波数の調整は、振動腕の先端付近の重り付け用金属皮膜２０３を蒸散させ、振動腕２１０に付着させることで重くし、周波数を下降させて音叉型圧電振動片の周波数を調整していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０６０４７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、振動腕の重り付け用金属皮膜が蒸散させた際に、その蒸散して飛び散った金属の一部が励振電極に付着したりすることがあり、発振周波数の調整後のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が上昇する場合や、不要な周波数成分であるスプリアス（spurious）が発生したりする場合がある。ＣＩ値の上昇やスプリアスの発生は音叉型圧電振動片の特性を劣化させ、製品の歩留まりを悪化させていた。さらに、周波数調整を行うために粗調整用の金属皮膜と微調整用の金属皮膜とを形成するなど余分な作業工程が必要となっていた。
【０００７】
本発明の目的は、音叉型圧電振動片の特性を左右する振動腕を加工することなく周波数調整を行うことができる圧電デバイスの周波数調整方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の観点の圧電デバイスの周波数調整方法は、基部の一端側から第１方向に伸びる少なくとも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片と、振動腕の両外側において第１方向に伸びる一対の支持腕と、音叉型圧電振動子を囲む外枠部と、一対の支持腕と外枠部とを接続する所定幅を有する接続部とを有する圧電フレームを形成する圧電フレーム形成工程と、励振電極への導通を取り、発振周波数を測定する測定工程と、測定工程で得られた測定結果に基づいて、接続部の所定幅を加工させる加工工程と、を備える。
この構成により、圧電フレームを形成した後に発振周波数を測定しながら、接続部の幅を加工することで金属膜が飛散することもない。このため、ＣＩ値を上昇させることなくまた不要なスプリアスを生じさせることない圧電デバイスを製造することができる。
【０００９】
第２の観点の圧電デバイスの周波数調整方法は、外枠部に形成され励振電極に導通する接続電極が形成されており、測定工程は接続電極にプローブを当てて発振周波数を測定する。
直接励振電極にプローブを当てず接続電極にプローブを当てることで完成品の圧電デバイスに近い発振状態で周波数調整を行うことができる。
【００１０】
第３の観点の圧電デバイスの周波数調整方法は、第１又は第２の観点において、圧電フレームを支えるとベースを圧電フレームに接合する第１接合工程を備え、この第１接合工程の後に、測定工程と加工工程とを行う。
この構成により、完成品の圧電デバイスに近い状態にしてから周波数調整を行うことができる。
【００１１】
第４の観点の圧電デバイスの周波数調整方法は、加工工程後に、真空状態で圧電フレームを覆う蓋部を接合する第２接合工程を備える。
真空中で蓋部を接合することで、長期間の使用にも耐えうる圧電デバイスとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の音叉型圧電振動片は支持腕を持ち、支持腕と外枠部との接合領域に周波数の接続部を設けることで、音叉型圧電振動片の特性を保ちながら周波数調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】圧電デバイス９０の構成を示す図である。
【図２Ａ】接続部付きの水晶フレーム２０の構成を示す上面図である。
【図２Ｂ】別の接続部付きの水晶フレーム２０の構成を示す上面図である。
【図３】（ａ）は、第１圧電デバイス１００の第１リッド１１ａの内面図である。 （ｂ）は、第１圧電デバイス１００の接続部付きの水晶フレーム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３１ａ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４】（ａ）は、第２圧電デバイス１１０の第２リッド１１ｂの内面図である。 （ｂ）は、第２圧電デバイス１１０の接続部付きの水晶フレーム２０の上面図である。 （ｃ）は、第２圧電デバイス１１０の第１ベース３１ｂ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。
【図５Ａ】（ａ）は、水晶フレーム２０のフォトム秒レーザーＦＲの照射位置を示す図である。 （ｂ）は、基部方向の接続部２６を切削する場合を示した拡大図である。 （ｃ）は、振動腕２４の先端方向の接続部２６を切削する場合を示した拡大図である。 （ｄ）は、基部方向と振動腕２４の先端方向との両側を切削する場合を示した拡大図である。
【図５Ｂ】長さＬの接続部２６の一部を切削する場合を示した拡大図である。
【図６】両側調整腕幅Ｗと周波数ｆとの関係を示したグラフである。
【図７】周波数調整工程のフローチャートである。
【図８】従来の音叉型圧電振動片の振動腕２１０を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の圧電デバイス９０は図１に示すようにリッド１０と、水晶フレーム２０と、ベース３０との３層で形成され、これら３層が水晶基板で形成されている。図１は表面実装（ＳＭＤ）タイプの圧電デバイス９０をベース３０のベース部側からみた図である。水晶フレーム２０の音叉型圧電振動片は枠部と支持腕とを接続する部分に周波数調整するための接続部２６を形成している。なお、リッド１０とベース３０とはガラスで形成してもよい。
【００１５】
以下は第１実施形態として、水晶基板である圧電フレームは音叉型水晶振動片とその周囲に形成した枠部と、この枠部と音叉型水晶振動片とを接続する支持腕及び接続部を有する。その圧電フレーム（以下「接続部付きの水晶フレーム２０」とする）の構成を示す。
【００１６】
第２実施形態は水晶フレーム２０に第１実施形態の接続部付きの水晶フレーム２０を用い、リッド１０とベース３０とをガラスで形成した場合を示す。第１圧電デバイス１００はこの接続部付きの水晶フレーム２０と、ガラス製のリッド１０及びベース３０と、を接合した圧電デバイスである。
【００１７】
また第３実施形態は第１実施形態の接続部付きの水晶フレーム２０を用い、リッド１０とベース３０とを水晶基板で形成した場合を示す。第２圧電デバイス１１０は接続部付きの水晶フレーム２０と、水晶製のリッド１０及びベース３０と、を接合した圧電デバイスである。
また第４実施形態は接続部付きの水晶フレーム２０の周波数調整方法を示す。
【００１８】
＜第１実施形態：接続部付きの水晶フレーム２０の構成＞
接続部付きの水晶フレーム２０は図２Ａに示すように基部２３及び振動腕２４からなる音叉型水晶振動片２１と、水晶外枠部２２と、支持腕２５と、接続部２６とから構成され、同じ厚さで一体に水晶基板で形成されている。音叉型水晶振動片２１は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで信号を発振する振動片で、極めて小型の振動片となっている。
【００１９】
一対の振動腕２４は基部２３の一端からＹ方向に延びており、振動腕２４の表裏両面には溝部２７が形成されている。例えば、一本の振動腕２４の表面には２箇所の溝部２７が形成されており、振動腕２４の裏面側にも同様に２箇所の溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２４には４箇所の溝部２７が形成されている。溝部２７の断面は略Ｈ型に形成され、音叉型水晶振動片２１のＣＩ値を低下させる効果がある。なお音叉型水晶振動片２１は一本の振動腕２４に２箇所の溝部２７を形成しているが、１箇所又は複数箇所の溝部２７を形成してもよく、また溝部２７を形成しない場合においても周波数調整効果を持つことができる。
【００２０】
振動腕２４の先端付近は一定幅で幅広となりハンマー型の形状となっている。ハンマー型の形状部分は金属膜も形成することで錘の役目をしている。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。
【００２１】
水晶外枠部２２、基部２３、支持腕２５及び接続部２６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。表裏面の第１基部電極４１と第２基部電極４２とは、それぞれ水晶フレーム用のスルーホールＴＨで導通されている。
【００２２】
表面側の第１基部電極４１と第２基部電極４２とは、周波数調整の際に直接プローブ針が接触するためキズがつくおそれがあるが、裏面側の第１基部電極４１と第２基部電極４２とにはプローブ針が接触することがないので、電気的導通が確保される。
【００２３】
一対の振動腕２４は、表面、裏面及び側面に第１励振電極４３及び第２励振電極４４が形成されており、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。
【００２４】
一対の支持腕２５は基部２３の一端から振動腕２４が伸びる方向（Ｙ方向）に延びている。一対の支持腕２５は振動腕２４振動を圧電デバイス９０の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化、または衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。
【００２５】
水晶外枠部２２はリッド１０とベース３０とを接合するために形成している。また水晶外枠部２２は接続部２６で支持腕２５と接続している。接続部２６は周波数を調整するために幅広（Ｙ方向）でＸ方向に伸びた設計する。幅広に設計した接続部２６は最終工程でフェトム秒レーザー等の切削技術を用いて接続部２６の一部を削り、所定の周波数になるように幅狭に加工することで、音叉型圧電振動片の特性を維持した圧電デバイス９０を製造することができる。
【００２６】
接続部付きの水晶フレーム２０は公知のフォトレジスト・エッチング技術を用いてその外形と溝部２７とが形成される。また外形を形成した接続部付きの水晶フレーム２０に対して公知のフォトレジスト・エッチング技術を用いて電極が形成される。これらの処理を経て図２Ａに示す接続部付きの水晶フレーム２０が完成する。
【００２７】
図２Ｂは、別の接続部付きの水晶フレーム２０を示したものであり、支持腕２５が基部２３とつながる根元の位置が図２Ａと異なる。図２Ｂに示す一対の支持腕２５は基部２３から基部２３の幅方向（Ｘ方向）に延びる部分２５ａを有し、その幅方向に延びた部分２５ａから振動腕２４が伸びる方向（Ｙ方向）に延びている。
【００２８】
このような支持腕２５は、より基部２３から接続部２６までの距離を長くすることができるため、振動腕２４振動を圧電デバイス９０の外部へ振動漏れとして伝えづらくさせ、またパッケージ外部の温度変化、または衝撃の影響を受けづらくさせる効果を持つ。
【００２９】
＜第２実施形態：第１圧電デバイス１００の構成＞
リッド１０とベース３０とがガラスで形成された第１圧電デバイス１００について、図面を参照して説明する。図３は、本発明の第２実施形態にかかる第１圧電デバイス１００の概略図を示している。
図３（ａ）は、第１圧電デバイス１００のリッド１０であるガラス製の第１リッド１１ａの内面図であり、図３（ｂ）は音叉型水晶振動片２１を有する水晶フレーム２０の上面図であり、図３（ｃ）はベース３０であるガラス製の第１ベース３１ａの上面図である。図３（ｄ）は、図３（ｂ）のＡ−Ａ断面で第１圧電デバイス１００を示した概略断面図である。
【００３０】
第１圧電デバイス１００は、水晶フレーム２０の水晶外枠部２２を挟み込むように、その水晶外枠部２２の下に第１ベース３１ａが接合され、水晶外枠部２２の上に第１リッド１１ａが接合されている。
【００３１】
第１リッド１１ａおよび第１ベース３１ａはガラスで形成され、図３（ａ）に示すように第１リッド１１ａは、リッド用凹部１２を水晶外枠部側の片面に有している。
図３（ｂ）に示すように、第１実施形態で示した接続部付きの水晶フレーム２０を使用する。本実施形態では水晶外枠部２２の表面及び裏面に金属膜４５を備える。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する。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。
【００３２】
図３（ｃ）に示すように、第１ベース３１ａは、ベース用凹部３２を水晶外枠部側の片面に有している。第１ベース３１ａはガラスからなり、エッチングによりベース用凹部３２を設ける際、同時に第１スルーホール３３と第２スルーホール３４とを形成する。第１ベース３１ａの表面には、第１接続電極４６及び第２接続電極４７を備えている。
【００３３】
第１スルーホール３３及び第２スルーホール３４は、その内面に金属膜が形成され、その内面の金属膜は、第１接続電極４６及び第２接続電極４７と同時にフォトリソグラフィ工程で作成される。内面の金属膜は金（Ａｕ）層又は銀（Ａｇ）層が形成される。第１ベース３１ａは、底面にメタライジングされた第１外部電極４８及び第２外部電極４９を備える。第１接続電極４６は、第１スルーホール３３を通じて第１ベース３１ａの底面に設けた第１外部電極４８に接続する。第２接続電極４７は、第２スルーホール３４を通じて第１ベース３１ａの底面に設けた第２外部電極４９に接続する。
【００３４】
水晶外枠部２２の裏面に形成された第１基部電極４１と第２基部電極４２とは、それぞれ第１ベース３１ａの表面の第１接続電極４６及び第２接続電極４７に接続する。つまり、第１基部電極４１は第１外部電極４８と電気的に接続し、第２基部電極４２は第２外部電極４９と電気的に接続している。
【００３５】
図３（ｄ）の概略断面図で示すように、圧電デバイスは図３（ａ）と図３（ｂ）と図３（ｃ）とを重ね合わせ、陽極接合を行う。例えば、第１リッド１１ａ及び第１ベース３１ａ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。水晶外枠部２２は、表面及び裏面に金属膜４５を備え、金属膜４５はアルミニュウムで形成されている。音叉型水晶振動子２１を有する水晶外枠部２２を中心として、リッド用凹部１２を備えた第１リッド１１ａ及びベース用凹部３２を備えた第１ベース３１ａを重ねる。なお、本実施形態では金属膜４５にアルミニュウム（Ａｌ）を用いたが、陽極接合できる金属であればよく、チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），カドミウム（Ｃｄ）、スズ（Ｓｎ）などの陽極酸化可能な金属を用いることができる。
【００３６】
本発明の第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。周波数調整は真空中あるいは不活性ガス中で、第１ベース３１ａと水晶外枠部２２とを陽極接合技術により接合し、周波数の調整をする。周波数調整は実施形態４で詳細を後述する。周波数調整を終了した第１ベース３１ａと水晶フレーム２０とは真空中あるいは不活性ガス中で第１リッド１１ａと水晶外枠部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。
【００３７】
陽極接合は、接合界面にある金属が酸化されるという化学反応により成立する。例えば、水晶外枠部２２と第１リッド１１ａ及び第１ベース３１ａとの陽極接合では、水晶外枠部２２の両面にスパッタなどにより形成した金属膜をガラス部材の接合面に当接させ、陽極接合を行う。
【００３８】
陽極接合させるときには、金属膜を陽極としガラス部材の接合面に対向する面に陰極を配置し、これらの間に電界を印加する。これにより、ガラスに含まれているナトリウムなどの金属イオンが陰極側に移動し、この結果接合界面においてガラス部材に接触している金属膜が酸化され、両者が接続した状態が得られる。なお、本実施形態では、アルミニュウムなどの所定の金属と所定の誘電体を接触させて加熱（２００°Ｃ〜４００°Ｃ程度）し、５００Ｖ〜１ｋＶ程度の電圧を印加することで、金属とガラスとを接合している。
【００３９】
なお、図３では１つの水晶外枠部２２と１つの第１リッド１１ａ及び１つの第１ベース３１ａとを接合した図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千の水晶フレーム２０と、１枚のガラスウエハに数百から数千の第１リッド１１ａと、１枚のガラスウエハに数百から数千の第１ベース３１ａとを用意し、それらウエハ単位で接合して一度に数百から数千の圧電デバイスを製造する。
【００４０】
＜第３実施形態：第２圧電デバイス１１０の構成＞
リッド１０と第２層とベース３０とが水晶基板で形成された第２圧電デバイス１１０について、図面を参照して説明する。図４は、本発明の第３実施形態にかかる第２圧電デバイス１１０の概略図を示している。
【００４１】
図４（ａ）は、第２圧電デバイス１１０のリッド１０である水晶基板で形成した第２リッド１１ｂの内面図であり、図４（ｂ）は水晶フレーム２０の上面図であり、図４（ｃ）はベース３０である水晶基板で形成した第２ベース３１ｂの上面図である。図４（ｄ）は、図４（ｂ）のＢ−Ｂ断面で第２圧電デバイス１１０を示した概略断面図である。
【００４２】
第２圧電デバイス１１０の構成は３層とも水晶基板で形成されていて、電極及びスルーホール及び形状等は第１圧電デバイス１００と同様なため、以下に相違点のみを説明する。なお同一構造部分は同じ符号を使用している。
【００４３】
図４（ｂ）に示すように、第１実施形態で示した接続部付きの水晶フレーム２０を使用する。本実施形態では第１圧電デバイス１００で形成した金属膜４５が不要となるため金属膜４５を形成しない。金属膜４５を使用しない理由は第２リッド１１ｂ及び水晶外枠部２２並びに第２ベース３１ｂはシロキサン接合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）技術により接合するためである。
【００４４】
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、第２ベース３１ｂと水晶外枠部２２とをシロキサン接合技術により接合し、周波数を調整する。周波数調整は実施形態４で詳細を後述する。周波数調整を終了した第２ベース３１ｂと接続部付きの水晶フレーム２０とは真空中あるいは不活性ガス中で第２リッド１１ｂと水晶外枠部２２とをシロキサン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２圧電デバイス１１０を完成させる。
【００４５】
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、水晶外枠部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３１ｂ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、各電極の窪み及びその対向する面を形成する。
【００４６】
なお、図３では１つの水晶外枠部２２と１つの第２リッド１１ｂ及び１つの第２ベース３１ｂとを接合した図を示している。しかし実際の製造においては、１枚の水晶ウエハに数百から数千の水晶フレーム２０と、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第２リッド１１ｂと、１枚の水晶ウエハに数百から数千の第２ベース３１ｂとを用意し、それらウエハ単位で接合して一度に数百から数千の圧電デバイスを製造する。
【００４７】
＜第４実施形態：周波数調整方法＞
周波数調整は第２実施形態及び第３実施形態で説明したように、圧電デバイスの製造工程の途中に行う。図５Ａ（ａ）は、例えばフェトム秒レーザーＦＬを用いて接続部付きの水晶フレーム２０を周波数調整する箇所を示した図である。周波数調整は接続部２６のＹ方向の一部を削ることで調整が可能である。周波数調整は幅広（Ｙ方向）の接続部２６の一方の幅Ｗ１と他方の幅Ｗ２とを同じ幅に加工するため、両側の接続部幅Ｗについて説明する。また、図５Ａ（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は図５Ａ（ａ）の破線範囲ＫＡを拡大した図である。
【００４８】
図５Ａ（ｂ）は基部方向の接続部２６の一部ＤＥを切削することで周波数調整をし、図５Ａ（ｃ）は音叉先端方向の接続部２６の一部ＤＥを切削することで周波数調整をし、図５Ａ（ｄ）は基部側と音叉先端方向との２方向の接続部２６の一部ＤＥを切削することで周波数調整をする場合を示している。両側の接続部幅Ｗは図５Ａ（ｂ）、図５Ａ（ｃ）、または図５Ａ（ｄ）のいずれかの方法を用いてフェトム秒レーザーＦＬを用いて切削幅ｄで切削し、所望する幅にしている。なお、本実施形態では切削方法としてフェトム秒レーザーＦＬを用いたが、他の切削技術を用いても良い。
【００４９】
図５Ｂは接続部２６がＸ方向に距離Ｌと長い場合に、２方向の接続部２６の一部ＤＥを切削した場合を示している。図５Ａ（ｄ）と比較してわかるように、切削した一部ＤＥは接続部２６のＸ方向のすべての領域を切削したのではなく半分程度削除したのみである。このような場合でも周波数調整を行うことができる。切削する一部ＤＥの幅を細くすることでレーザーにより削る量が少なくなるため、同じ量周波数調整する場合でも調整時間を短くする効果がある。
【００５０】
図６は両側の接続部幅Ｗと周波数ｆとの関係を示した実験データである。実験は両側の接続部幅Ｗを３００μｍから１５０μｍへ変化させた場合に周波数が３６００ｐｐｍ程度上昇している様子を示している。つまり圧電デバイスを低めの周波数に設計し、両側の接続部幅Ｗを幅広から幅狭にすることで、例えば３２．７６８ｋＨｚに合わせることができる。以上のように、本発明の周波数調整方法は音叉型水晶振動子２１の振動腕２４を加工しないために、音叉型水晶振動子２１の特性を変化させることなく周波数調整することができる。
【００５１】
図７は周波数調整工程のフローチャートを示す。ここでは代表して第１圧電デバイス１００においての周波数調整を説明するが、第２圧電デバイス１１０についても同様に周波数調整できる。
【００５２】
ステップＳ１１では、陽極接合された水晶外枠部２２と第１ベース３１ａとを周波数調整工程に配置する。
【００５３】
ステップＳ１２において、周波数調整工程では周波数の測定のために水晶外枠部２２の第１基部電極４１と第２基部電極４２とにプローブ（不図示）を当てる。そして第１基部電極４１と第２基部電極４２とを介して音叉型水晶振動子２１を振動させ、その発振周波数を測定する。なお、プローブはプローブ針で直接に電極と接するため、電極に傷がつきやすい。このため、プローブ針は仮に傷が付いて電気的に導通が阻害されない箇所、例えば水晶フレーム２０の上面側の第１基部電極４１と第２基部電極４２との末端部で接続する。
【００５４】
ステップＳ１３において、不図示の測定装置によって音叉型水晶振動子２１の周波数をモニタリングする。
ステップＳ１４において、フェトム秒レーザーＦＬを用いて、所定の発振周波数になるように所望の切削幅ｄだけ切削され、両側の接続部の幅Ｗを幅狭にする。
【００５５】
ステップＳ１５において、測定装置は所望の周波数になったかを判断し、所望の周波数に達してない場合はステップＳ１３に戻りさらに接続部の幅Ｗを幅狭にし、所望の周波数になった場合は周波数調整処理を終了し、ステップＳ１６に移る。
【００５６】
ステップＳ１６において、音叉型水晶振動子２１は周波数の調整済みになったため、陽極接合工程に移り、真空雰囲気で水晶フレーム２０の水晶外枠部２２と第１リッド１１ａとを陽極接合する。
第１ベース３１ａが陽極接合された状態で周波数調整を行うことができるため、第１リッド１１ａを接合した後であっても周波数はほとんど変動しない。また、このフローチャートでは水晶外枠部２２と第１ベース３１ａとを最初に陽極接合しておいたが、冶具に水晶外枠部２２を載せて水晶外枠部２２のみで周波数調整してから、第１リッド１１ａと第１ベース３１ａとを陽極接合してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の音叉型圧電振動片２１を有する水晶フレーム２０は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０ … リッド
１１ａ … 第１リッド
１１ｂ … 第２リッド
１２ … リッド用凹部
２０ … 水晶フレーム
２１ … 接続部付の音叉型振動片
２２ … 水晶外枠部
２３ … 基部
２４ … 振動腕
２５ … 支持腕
２６ … 接続部
２７ … 溝部
３０ … ベース
３１ａ … 第１ベース
３１ｂ … 第２ベース
３２ … ベース用凹部
３３ … 第１スルーホール
３４ … 第２スルーホール
４１ … 第１基部電極
４２ … 第２基部電極
４３ … 第１励振電極
４４ … 第２励振電極
４５ … 金属膜
４６ … 第１接続電極
４７ … 第２接続電極
４８ … 第１外部電極
４９ … 第２外部電極
９０ … 圧電デバイス
１００ … 第１圧電デバイス
１１０ … 第２圧電デバイス
ｄ … 切削幅
ＦＬ … フェトム秒レーザー
Ｗ … 両側調整腕幅（Ｗ１ … 一方の幅、Ｗ２ … 他方の幅）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部の一端側から第１方向に伸びる少なくとも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片と、前記振動腕の両外側において前記第１方向に伸びる一対の支持腕と、前記音叉型圧電振動子を囲む外枠部と、前記一対の支持腕と前記外枠部とを接続する所定幅を有する接続部とを有する圧電フレームを形成する圧電フレーム形成工程と、
前記励振電極への導通を取り、発振周波数を測定する測定工程と、
前記測定工程で得られた測定結果に基づいて、前記接続部の所定幅を加工させる加工工程と、
を備えることを特徴とする圧電デバイスの周波数調整方法。
【請求項２】
前記外枠部に形成され前記励振電極に導通する接続電極が形成されており、
前記測定工程は前記接続電極にプローブを当てて発振周波数を測定することを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの周波数調整方法。
【請求項３】
前記圧電フレームを支えるとベースを前記圧電フレームに接合する第１接合工程を備え、
この第１接合工程の後に、前記測定工程と前記加工工程とを行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイスの周波数調整方法。
【請求項４】
前記加工工程後に、真空状態で前記圧電フレームを覆う蓋部を接合する第２接合工程を備えることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイスの周波数調整方法。
【請求項１】
基部の一端側から第１方向に伸びる少なくとも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片と、前記振動腕の両外側において前記第１方向に伸びる一対の支持腕と、前記音叉型圧電振動子を囲む外枠部と、前記一対の支持腕と前記外枠部とを接続する所定幅を有する接続部とを有する圧電フレームを形成する圧電フレーム形成工程と、
前記励振電極への導通を取り、発振周波数を測定する測定工程と、
前記測定工程で得られた測定結果に基づいて、前記接続部の所定幅を加工させる加工工程と、
を備えることを特徴とする圧電デバイスの周波数調整方法。
【請求項２】
前記外枠部に形成され前記励振電極に導通する接続電極が形成されており、
前記測定工程は前記接続電極にプローブを当てて発振周波数を測定することを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイスの周波数調整方法。
【請求項３】
前記圧電フレームを支えるとベースを前記圧電フレームに接合する第１接合工程を備え、
この第１接合工程の後に、前記測定工程と前記加工工程とを行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電デバイスの周波数調整方法。
【請求項４】
前記加工工程後に、真空状態で前記圧電フレームを覆う蓋部を接合する第２接合工程を備えることを特徴とする請求項３に記載の圧電デバイスの周波数調整方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２７３３５０（Ｐ２０１０−２７３３５０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８８２８（Ｐ２０１０−１３８８２８）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【分割の表示】特願２００８−２１７４（Ｐ２００８−２１７４）の分割
【原出願日】平成２０年１月９日（２００８．１．９）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【分割の表示】特願２００８−２１７４（Ｐ２００８−２１７４）の分割
【原出願日】平成２０年１月９日（２００８．１．９）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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