圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計並びに圧電振動片の製造方法
【課題】 一定のＲ１値を確保しながら更なる小型化を図ることができる音叉型の圧電振動片、該圧電振動片を製造する圧電振動片の製造方法を提供する。
【解決手段】 平行に配された一対の振動腕部８、９と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部１０と、一対の振動腕部の両主面上に、振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さＬ形成された溝部１７と、を有する圧電板１１と、圧電板の外表面上に積層された下地金属層及び仕上金属層によって形成され、所定の電圧が印加されたときに一対の振動腕部を振動させる電極膜と、を備え、該電極膜は、少なくとも振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、仕上金属層の一部或いは全部が除去されていること、を特徴とする圧電振動片２を提供すること。
【解決手段】 平行に配された一対の振動腕部８、９と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部１０と、一対の振動腕部の両主面上に、振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さＬ形成された溝部１７と、を有する圧電板１１と、圧電板の外表面上に積層された下地金属層及び仕上金属層によって形成され、所定の電圧が印加されたときに一対の振動腕部を振動させる電極膜と、を備え、該電極膜は、少なくとも振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、仕上金属層の一部或いは全部が除去されていること、を特徴とする圧電振動片２を提供すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉型の圧電振動片、該圧電振動片を有する圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計並びに圧電振動片の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、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として水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られており、その１つとして、音叉型の圧電振動片を有するものがある。
【０００３】
音叉型の圧電振動片は、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、一対の振動腕部の外表面上に形成され、該一対の振動腕部を振動させる一対の励振電極と、該一対の励振電極にそれぞれ電気的に接続されたマウント電極と、を備えている。一対の励振電極は、マウント電極を介して所定の電圧が印加されたときに、一対の振動腕部を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極である。なお、一対の励振電極及びマウント電極は、下地金属層と仕上金属層とが積層されることで形成された電極膜である。
【０００４】
ところで、近年、携帯電話機等に代表されるように、圧電振動子を内蔵する各種の電子機器の小型化が進んでいる。そのため、圧電振動子に関しても、更なる小型化が求められている。よって、圧電振動子を構成する圧電振動片に関しても、より一層の小型化が要求されている。ところで、圧電振動片を小型化した場合には、一般的に振動腕部の長さが短くなってしまうものであった。
ここで、音叉型の圧電振動片は、振動腕部が短くなると振動特性が悪化してしまう特徴がある。そのため、圧電振動片の小型化に伴って、Ｒ１値（直列共振抵抗値）が高くなってしまう不都合が生じてしまう。特に、このＲ１値は、実効抵抗値Ｒｅと比例関係にあるため、Ｒ１値が高くなってしまうと、圧電振動片を低電力で作動させることが難しいという不都合が生じてしまう。
【０００５】
そこで、音叉型の圧電振動片を小型化するにあたって、Ｒ１値を低減させるために、一対の振動腕部の両主面上に、振動腕部の長手方向に沿って溝部を形成することが知られている（例えば、特許文献１）。ここで、溝部が形成された圧電振動片の断面図を図２６に示す。図２６に示すように、圧電振動片２００は、両主面上にそれぞれ溝部２０１が形成された一対の振動腕部２０２を有している。この溝部２０１によって、一対の振動腕部２０２は、それぞれ断面Ｈ型になるように形成されている。そして、一対の振動腕部２０２の外表面には、極性の異なる一対の励振電極２０３、２０４が下地金属層２０５と仕上金属層２０６との積層によって形成されている。
【０００６】
この圧電振動片２００によれば、特に、振動腕部２０２に溝部２０１が形成されていることにより、一対の励振電極２０３、２０４が極力対向した位置関係となるため、溝部２０１が形成されていない場合と比較して、より効率良く電界が作用し易い。そのため、振動損失が低くなることで振動特性が改善され、Ｒ１値を極力低く抑えることができる。
このように、Ｒ１値の上昇を抑えながら圧電振動片の小型化を図るには、溝部を形成することが有効な手段である。
【０００７】
なお、一対の励振電極２０３、２０４等の電極膜は、上述したように下地金属層２０５と仕上金属層２０６との２層で構成されるのが一般的である。通常、下地金属層２０５は、圧電振動片２００の保護を図るため、クロムなどの硬度の高い金属で形成されている。また、仕上金属層２０６は、リード端子とのマウント性や導電性を高めるため、金などの軟らかく、電気抵抗値の低い金属で形成されている。このように、目的に応じて材料の異なる２種類の金属を下地金属層２０５及び仕上金属層２０６に用いるのが一般的である。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ００／４４０９２パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記した圧電振動片には、以下の課題が残されている。
即ち、上述したように、圧電振動片の小型化に伴って上昇するＲ１値を抑えるためには、溝部を形成することが効果的ではあるが、小型化した振動腕部に溝部を形成するには加工上、どうしても限界がある。つまり、小型化を目指すほど、振動腕部自体も小さくなるので、溝部を形成することが非常に困難となってしまう。そのため、所望するＲ１値を確保できない場合があった。
このため、一定のＲ１値を確保するためには、圧電振動片のサイズをある程度の大きさにせざるを得なかった。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、一定のＲ１値を確保しながら更なる小型化を図ることができる音叉型の圧電振動片、該圧電振動片を製造する圧電振動片の製造方法を提供することである。
更に上記圧電振動片を有する圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る圧電振動片は、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両主面上に、前記振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さ形成された溝部と、を有する圧電板と、前記圧電板の外表面上に積層された下地金属層及び仕上金属層によって形成され、所定の電圧が印加されたときに前記一対の振動腕部を振動させる電極膜と、を備え、該電極膜が、少なくとも前記振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、前記仕上金属層の一部或いは全部が除去されていること、を特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、圧電材料からなるウエハを利用して圧電振動片を一度に複数製造する方法であって、前記ウエハをフォトリソ技術によってエッチングして、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、を有する圧電板を、前記ウエハに複数形成するように外形形状をパターニングする外形形成工程と、複数の前記圧電板の前記一対の振動腕部の両主面上に、前記振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さ溝部を形成する溝部形成工程と、複数の前記圧電板の外表面上に下地金属層及び仕上金属層を積層して、所定の電圧が印加されたときに前記一対の振動腕部を振動させる電極膜を形成する電極形成工程と、複数の前記圧電板を前記ウエハから切り離して小片化する切断工程と、を備え、前記電極形成工程の際に、少なくとも前記振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、前記仕上金属層の一部或いは全部を除去すること、を特徴とするものである。
【００１２】
この発明に係る圧電振動片及び圧電振動片の製造方法においては、まず、水晶等の圧電材料からなるウエハをフォトリソ技術によりエッチングして、ウエハに複数の圧電板の外形状をパターニングする外形形成工程を行う。この際、圧電板が、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、を有するように形成する。次いで、複数の圧電板の一対の振動腕部の両主面上に溝部を形成する溝部形成工程を行う。この際、振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さ溝部を形成する。次いで、複数の圧電板の外表面上に、所定の電圧が印加されたときに一対の振動腕部を振動させる電極膜を形成する電極形成工程を行う。この際、下地金属層及び仕上金属層を積層して電極膜を形成する。続いて、複数の圧電板をウエハから切り離して小片化する切断工程を行う。これにより、１枚のウエハから、圧電板の外表面上に電極膜が形成された圧電振動片を一度に複数製造することができる。
【００１３】
特に、電極形成工程を行う際に、圧電板の外表面全体に亘って下地金属層及び仕上金属層を積層するのではなく、少なくとも振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、仕上金属層の一部或いは全部を除去するように電極膜を形成する。これにより、振動腕部に形成される電極膜は、部分的或いは全面的に下地金属層だけの単層膜になる。よって、振動腕部に被膜する電極膜の膜厚を薄くすることができる。
【００１４】
ところで、電極膜を形成する際、圧電板に膜応力が作用してしまう。すると圧電板は、この膜応力の影響により、歪みがたまって振動特性が変化してしまい、Ｒ１値が高くなる傾向があった。特に、膜厚が厚いほど、Ｒ１値も高くなる傾向があった。
しかしながら、上述したように、振動腕部に被膜される電極膜の膜厚を薄くすることができるので、Ｒ１値を従来のものに比べて低減させることができる。従って、溝部の加工とは別の方法でＲ１値の低減化を図ることができる。
【００１５】
よって、一定のＲ１値を確保するために溝部加工の限界によって決められた圧電振動片のサイズを更に小型化したとしても、電極膜の膜厚調整でＲ１値の上昇を抑えることができる。その結果、一定のＲ１値を確保しながら更に小型化された圧電振動片を製造することができる。
【００１６】
しかも、単に電極膜を部分的或いは全面的に下地金属層だけの単層にするだけであるので、複雑な形状や特別な手法によることなく簡単に行える。よって、コストをかけることもなく、効率よく製造することができる。
なお、振動腕部側を単層にするので、基部側の電極膜は、従来と同様に仕上金属層が残っている。そのため、マウント性や導電性は何ら変わりない。
【００１７】
また、本発明に係る圧電振動片は、前記電極膜が、前記基端部から前記一定長さ以上離間した位置まで、前記仕上金属層の一部或いは全部除去されていること、を特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、前記電極形成工程の際に、前記基端部から前記一定長さ以上離間した位置まで、前記仕上金属層の一部或いは全部を除去すること、を特徴とするものである。
【００１９】
この発明に係る圧電振動片及び圧電振動片の製造方法においては、電極形成工程の際に、基端部から一定長さ以上離間した位置まで、仕上金属層の一部或いは全部を除去する。即ち、振動腕部の溝部が形成されている領域に被膜される電極膜を部分的或いは全面的に下地金属層だけの単層にして膜厚を薄くする。
特に、溝部が形成されている領域は、形状が複雑であるので、単なる平面に電極膜を形成する場合に比べて膜厚が均一にならず、ムラが生じやすい。そのため、膜応力がかかりやすく、歪みがたまりやすい。
しかしながら、溝部が形成されている領域に亘って部分的或いは全面的に電極膜を単層にするので、圧電板に作用する膜応力及び歪みの負荷を減らすことができる。よってＲ１値をより効果的に低減することができ、より一層の小型化を図ることができる。
【００２０】
また、本発明に係る圧電振動片は、前記電極膜が、前記圧電板の両主面及び前記溝部内において、前記仕上金属層を除去されていること、を特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、前記電極形成工程の際に、前記圧電板の両主面及び前記溝部内において、前記仕上金属層を除去すること、を特徴とするものである。
【００２２】
この発明に係る圧電振動片及び圧電振動片の製造方法においては、電極形成工程の際に、圧電板の両主面及び溝部内において、仕上金属層を除去する。即ち、溝部内が全て下地金属層だけの単層となると共に、少なくとも溝部が形成されている領域に亘って、振動腕部の両面上が全て下地金属層だけの単層となるように電極膜を形成する。
特に、膜厚が不均一になりやすい溝部内を下地金属層だけの単層にするので、より効果的にＲ１値を低減することができる。
【００２３】
また、本発明に係る圧電振動片は、前記下地金属層が、クロムで形成され、前記仕上金属層が、金で形成されること、を特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、前記電極形成工程の際、前記下地金属層を、クロムを用いて形成し、前記仕上金属層を、金を用いて形成すること、を特徴とするものである。
【００２５】
この発明に係る圧電振動片及び圧電振動片の製造方法においては、電極形成工程の際、下地金属層を、クロムを用いて形成し、仕上金属層を、金を用いて形成する。
クロムは、硬度が高いため、下地金属層として用いることで圧電振動片自体を保護することができる。また、金は、軟らかい上に電気抵抗値が低いため、仕上金属層として用いることで、圧電振動片をマウントする際のマウント性や導電性を高めることができる。
即ち、下地金属層及び仕上金属層にそれぞれクロム及び金を用いることにより、圧電振動片を保護すると共に、電気導通性を安定に確保することができる。これにより、圧電振動片の高品質化を図ることができる。
【００２６】
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明の圧電振動片を有することを特徴とするものである。
【００２７】
この発明に係る圧電振動子においては、上述した圧電振動片を備えているので、圧電振動子を小型化しながらも、一定のＲ１値を確保することが可能であり、高品質化を図ることができる。
【００２８】
また、本発明に係る発振器は、上記本発明の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されているものである。
【００２９】
また、本発明に係る電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明に係る電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上述した圧電振動子を備えているので、圧電振動子と同様に小型化及び高品質化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る圧電振動片によれば、一定のＲ１値を確保しながら更に小型化された音叉型の圧電振動片とすることができる。
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法によれば、上述した圧電振動片を効率良く製造することができ、低コスト化を図ることができる。
また、本発明に係る圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動子を備えているので、高品質化及び小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る一実施形態を、図１から図２１を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子１として、シリンダパッケージタイプの圧電振動子を例に挙げて説明する。
本実施形態の圧電振動子１は、図１から図６に示すように、圧電振動片２と、該圧電振動片２を内部に収納するケース３と、圧電振動片２をケース３内に密閉させる気密端子であるプラグ４と、を備えている。
【００３４】
圧電振動片２は、図２から図６に示すように、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。なお、図５において、後述する電極膜１８及び重り金属膜２１の図示は省略している。
この圧電振動片２は、図２及び図３に示すように、平行に配置された一対の振動腕部８、９と、該一対の振動腕部８、９の基端側を一体的に固定する基部１０と、を有する圧電板１１と、一対の振動腕部８、９の外表面上に形成されて一対の振動腕部８、９を振動させる第１の励振電極１２と第２の励振電極１３とからなる励振電極１４と、第１の励振電極１２及び第２の励振電極１３に電気的に接続されたマウント電極１５、１６とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片２は、一対の振動腕部８、９の両主面上に、振動腕部８、９の基端部から先端部に向かって一定長さＬ形成された溝部１７を備えている。この溝部１７は、振動腕部８、９の基端部から略中間付近まで形成されている。なお、一対の振動腕部８、９の腕幅は共通であり、それぞれＷとする。また、基部１０において一対の振動腕部８、９の基端部と連結されている部分を股部１０ａとする。
【００３５】
第１の励振電極１２と第２の励振電極１３とからなる励振電極１４は、一対の振動腕部８、９を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、一対の振動腕部８、９の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、図２に示すように、第１の励振電極１２が、一方の振動腕部８の溝部１７上と、他方の振動腕部９の両側面上とに主に形成され、第２の励振電極１３が、一方の振動腕部８の両側面上と他方の振動腕部９の溝部１７上とに主に形成されている。
【００３６】
また、第１の励振電極１２及び第２の励振電極１３は、図２及び図３に示すように、基部１０の両主面上において、それぞれ引き出し電極１９、２０を介してマウント電極１５、１６に電気的に接続されている。そして圧電振動片２は、このマウント電極１５、１６を介して電圧が印加されるようになっている。
即ち、励振電極１４、マウント電極１５、１６及び引き出し電極１９、２０は、所定の電圧が印加されたときに一対の振動腕部８、９を振動させる電極膜１８として機能している。
【００３７】
電極膜１８は、図４に示すように、下地金属層１８ａと仕上金属層１８ｂとで２層に積層された状態で形成されている。本実施形態では、下地金属層１８ａにクロム、仕上金属層１８ｂに金を用いるが、これに限られるものでない。例えば、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の他の導電性膜の被膜により形成されても構わない。
【００３８】
また、電極膜１８は、図５に示すように、少なくとも振動腕部８、９の基端部から先端部に至る領域で、仕上金属層１８ｂの一部或いは全部が除去されている。より詳しくは、振動腕部８、９の基端部より先端部側では、基端部から一定長さＬ以上離間した位置まで（図５に示す領域ＲＡ）、図６に示すように、仕上金属層１８ｂの全部が除去されている。更に、振動腕部８、９の基端部より基部１０側には、基端部から基部１０に向かって振動腕部８、９の腕幅Ｗの２倍離間した位置に至るまで（図５に示す領域ＲＢ）、仕上金属層１８ｂの全部が除去されている。
即ち、電極膜１８は、振動腕部８、９の溝部１７が形成されている領域を含む領域ＲＡ及び領域ＲＢで、溝部１７内を含めて全面的に下地金属層１８ａだけの単層膜になる。なお、以下では、領域ＲＡ及び領域ＲＢを合わせた領域を単層領域Ｒとして説明する。
【００３９】
また、一対の振動腕部８、９の先端には、図２及び図３に示すように、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための重り金属膜２１が被膜されている。なお、この重り金属膜２１は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜２１ａと、微小に調整する際に使用される微調膜２１ｂとに分かれている。これら粗調膜２１ａ及び微調膜２１ｂを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部８、９の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。
【００４０】
ケース３は、図１に示すように、有底円筒状に形成されており、圧電振動片２を内部に収納した状態でプラグ４の後述するステム３０の外周に対して圧入されて、嵌合固定されている。なお、このケース３の圧入は、真空雰囲気下で行われており、ケース３内の圧電振動片２を囲む空間が真空に保たれた状態となっている。
【００４１】
プラグ４は、ケース３を密閉させるステム３０と、該ステム３０を貫通するように平行配置され、ステム３０を間に挟んで一端側が圧電振動片２をマウント（機械的に接合及び電気的に接続）するインナーリード３１ａとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリード３１ｂとされた２本のリード端子３１と、ステム３０の内側に充填されてステム３０とリード端子３１とを固定させる絶縁性の充填材３２とを有している。
ステム３０は、金属材料で環状に形成されたものである。また、充填材３２の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスである。また、リード端子３１の表面及びステム３０の外周には、それぞれ同材料の図示しないメッキが施されている。
【００４２】
２本のリード端子３１は、ケース３内に突出している部分がインナーリード３１ａとなり、ケース３外に突出している部分がアウターリード３１ｂとなっている。そして、インナーリード３１ａとマウント電極１５、１６とが、導電性のバンプＥを介してマウントされている。即ち、バンプＥを介してインナーリード３１ａとマウント電極１５、１６とが機械的に接合されていると同時に、電気的に接続されている。その結果、圧電振動片２は、２本のリード端子３１にマウントされた状態となっている。
【００４３】
なお、上述した２本のリード端子３１は、一端側（アウターリード３１ｂ側）が外部に電気的に接続され、他端側（インナーリード３１ａ側）が圧電振動片２に対してマウントされる外部接続端子として機能する。
【００４４】
ここで、プラグ４を構成する主要部品の寸法及び材質の一例について述べる。
リード端子３１の直径は例えば約０．１２ｍｍであり、リード端子３１の母材の材質としては、コバール（ＦｅＮｉＣｏ合金）が慣用されている。また、リード端子３１の外表面及びステム３０の外周に被膜させるメッキの材質としては、下地膜としてはＣｕが用いられ、仕上膜としては、耐熱ハンダメッキ（錫と鉛の合金で、その重量比が１：９）や、銀（Ａｇ）や錫銅合金（ＳｎＣｕ）や金錫合金（ＡｕＳｎ）等が用いられる。
また、ステム３０の外周に被膜された金属膜（メッキ層）を介在させながらケース３の内周に真空中で冷間圧接させることにより、ケース３の内部を真空状態で気密封止できるようになっている。
【００４５】
このように構成された圧電振動子１を作動させる場合には、２本のリード端子３１のアウターリード３１ｂに対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、インナーリード３１ａ、バンプＥ、マウント電極１５、１６及び引き出し電極１９、２０を介して、第１の励振電極１２及び第２の励振電極１３からなる励振電極１４に電流を流すことができ、一対の振動腕部８、９を接近・離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部８、９の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。
【００４６】
次に、上述した圧電振動子１を一度に複数製造する製造方法について、図７及び図８に示すフローチャートを参照して説明する。
具体的には、まず水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウエハＳとする。続いて、このウエハをラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウエハＳとする（Ｓ１０）。
【００４７】
次に、研磨後のウエハＳをフォトリソ技術によりエッチングして、複数の圧電振動片２の外形形状をパターニングする外形形成工程を行う（Ｓ２０）。この工程について、具体的に説明する。
始めに、ポリッシングが終了したウエハＳを準備した後、図９に示すようにウエハＳの両面にエッチング保護膜４０をそれぞれ成膜する（Ｓ２１）。このエッチング保護膜４０としては、例えば、クロム（Ｃｒ）を数μｍ成膜する。次いで、エッチング保護膜４０上に図示しないフォトレジスト膜を、フォトリソ技術によってパターニングする。この際、圧電振動片２の周囲を囲むようにパターニングする。そして、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチング加工を行い、マスクされていないエッチング保護膜４０を選択的に除去する。そして、エッチング加工後にフォトレジスト膜を除去する。これにより、図１０及び図１１に示すように、エッチング保護膜４０を上述した形状にパターニングすることができる（Ｓ２２）。つまり、圧電振動片２の外形形状、即ち、一対の振動腕部８、９及び基部１０の外形形状に沿ってパターニングすることができる。またこの際、複数の圧電振動片２の数だけパターニングを行う。なお、図１１から図１６は、図１０に示す切断線Ｃ−Ｃ線に沿った断面を示す図である。
【００４８】
次いで、パターニングされたエッチング保護膜４０をマスクとして、ウエハＳの両面をそれぞれエッチング加工する（Ｓ２３）。これにより、図１２に示すように、エッチング保護膜４０でマスクされていない領域を選択的に除去して、圧電振動片２の外形形状を形作ることができる。この時点で、外形形成工程が終了する。なお、圧電振動片２は、後に行う切断工程を行うまで、図示しない連結部を介してウエハＳに連結された状態となっている。
【００４９】
次に、本実施形態では、電極形成工程を行う前に一対の振動腕部８、９に溝部１７を形成する溝部形成工程を行う（Ｓ３０）。この工程について、具体的に説明する。
まず、図１３に示すように、エッチング保護膜４０上にフォトレジスト膜４１をスプレー塗布等により成膜する（Ｓ３１）。そして、このフォトレジスト膜４１を、フォトリソ技術によってパターニングする。この際、図１４に示すように、溝部１７の領域を空けた状態で圧電振動片２の外形形状に沿ってパターニングする（Ｓ３２）。そして、パターニングされたフォトレジスト膜４１をマスクとしてエッチング加工を行い、マスクされていないエッチング保護膜４０を選択的に除去する。そして、エッチング加工後にフォトレジスト膜４１を除去する。これにより、図１５に示すように、既にパターニングされたエッチング保護膜４０を、溝部１７の領域を空けた状態でさらにパターニングすることができる（Ｓ３３）。
【００５０】
次いで、この再度パターニングされたエッチング保護膜４０をマスクとして、ウエハＳをエッチング加工（Ｓ３４）した後、マスクとしていたエッチング保護膜４０を除去する（Ｓ３５）。これにより、図１６に示すように、一対の振動腕部８、９に溝部１７を形成することができる。この時点で、溝部形成工程が終了する。
【００５１】
次に、複数の圧電板１１の外表面上に下地金属層１８ａ及び仕上金属層１８ｂを積層して、所定の電圧が印加されたときに一対の振動腕部８、９を振動させる電極膜１８（励振電極１４、引き出し電極１９、２０及びマウント電極１５、１６）を形成する電極形成工程を行う（Ｓ４０）。
【００５２】
始めに、図１７に示すように、電極膜１８を形成する位置に下地金属層１８ａ及び仕上金属層１８ｂを、蒸着やスパッタリング等により成膜する（Ｓ４１）。なお、図１７〜図２１は、圧電板１１の一方の振動腕部８のみを示している。
【００５３】
次に、図１８に示すように、スプレーコート等によりフォトレジスト膜４１を成膜した後、フォトリソ技術でパターニングする（Ｓ４２）。この際、電極膜１８を残しておきたい部分が、フォトレジスト膜４１によって被膜されるようにパターニングする。そして、残ったフォトレジスト膜４１をマスクとして、図１９に示すように、電極膜１８をエッチング加工するエッチング工程を行う（Ｓ４３）。これにより、下地金属層１８ａ及び仕上金属層１８ｂが積層された電極膜１８が形成される。
【００５４】
ここで続いて、単層領域Ｒに存在する電極膜１８の仕上金属層１８ｂの除去を行う。具体的には、仕上金属層１８ｂを除去するために、図２０に示すように、フォトリソ技術を用いて、フォトレジスト膜４１をパターニングする（Ｓ４４）。この際、仕上金属層１８ｂを残しておきたい部分及び圧電板１１が露出している部分をパターニングする。そして、図２１に示すように、そのフォトレジスト膜４１をマスクとしてエッチングする（Ｓ４５）。これにより、単層領域Ｒに存在する電極膜１８において、仕上金属層１８ｂを除去することができる。
以上の工程を実施することで、電極形成工程が終了する。
【００５５】
また、上記電極形成工程が終了した後、一対の振動腕部８、９の先端に周波数調整用の粗調膜２１ａ及び微調膜２１ｂからなる重り金属膜２１（例えば、銀や金等）を被膜させる（Ｓ５１）。そして、水晶ウエハに形成された全ての振動腕部に対して、共振周波数を粗く調整する粗調工程を行う。これは、重り金属膜２１の粗調膜２１ａにレーザー光を照射して、一対の振動腕部８、９の先端にかかる重量を軽減させることで、周波数を粗く調整する工程である。
【００５６】
次いで、ウエハＳと圧電振動片２とを連結していた連結部を切断して、複数の圧電振動片２をウエハＳから切り離して小片化する切断工程を行う（Ｓ５２）。これにより、ウエハＳから、電極膜１８（励振電極１４、引き出し電極１９、２０及びマウント電極１５、１６）が形成された圧電振動片２を一度に複数製造することができる。
【００５７】
次いで、圧電振動片２をマウントする前に、共振周波数の粗調を行う（Ｓ５３）。これは、重り金属膜２１の粗調膜２１ａにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、重量を変化させることで行う。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調に関しては後に行う。これについては、後に説明する。
【００５８】
次に、プラグ４を作製する気密端子作製工程を行う（Ｓ６０）。具体的には、まず、ステム作製工程によりステム３０を作製する（Ｓ６１）。即ち、鉄ニッケルコバルト合金や鉄ニッケル合金等の導電性を有する板部材をランス加工した後、複数回の深絞り加工を行って有底の筒部材を形成する。そして、筒部材の底面に開口を形成すると共に、外形抜きを行って筒部材を板部材から切り離すことで、ステム３０を作製する。
次いで、ステム３０内に、リード端子３１及び充填材３２をそれぞれセットするセット工程を行う（Ｓ６２）。まず、作製したステム３０を、図示しない専用の治具にセットした後、予めリング状に焼結された充填材３２をステム３０の内部にセットすると共に、充填材３２を貫通するようにリード端子３１をセットする。
【００５９】
上記セット工程により、ステム３０とリード端子３１と充填材３２とを組み合わせた後、治具を加熱炉内に入れて１０００℃前後の温度雰囲気で充填材３２の焼成を行う（Ｓ６３）。これにより、充填材３２とリード端子３１との間、充填材３２とステム３０との間が完全に封着されて、気密に耐えられる構造となる。そして、治具から取り出すことで、プラグ４を得ることができる。この時点で、気密端子作製工程が終了する。
【００６０】
次に、リード端子３１の外表面及びステム３０の外周に同一材料の金属膜を湿式メッキ法で被膜させるメッキ工程を行う（Ｓ７１）。そのための前処理として、リード端子３１の外表面及びステム３０の外周を洗浄すると共に、アルカリ溶液で脱脂した後、塩酸及び硫酸の溶液にて酸洗浄を行う。この前処理が終了した後、リード端子３１の外表面及びステム３０の外周面に下地膜を形成する。例えば、Ｃｕメッキ或いはＮｉメッキを略２μｍμｍ〜５μｍの膜厚で被膜させる。続いて、下地膜上に仕上膜を形成する。例えば錫や銀等の単一材料の他、耐熱メッキや、錫銅合金、錫ビス膜合金、錫アンチモン合金等を、略８μｍ〜１５μｍの膜厚で被膜させる。
このように、下地膜及び仕上膜からなる金属膜を被膜させることで、インナーリード３１ａと圧電振動片２との接続を可能にすることができる。また、圧電振動片２の接続だけでなく、ステム３０の外周に被膜された金属膜が柔らかく弾性変形する特性を有しているので、ステム３０とケース３との冷間圧接を可能にすることができ、気密接合を行うことができる。
【００６１】
続いて、金属膜の安定化を図るため、真空雰囲気の炉中でアニーリングを行う（Ｓ７２）。例えば、１７０℃の温度で１時間の加熱を行う。これにより、下地膜の材料と仕上膜の材料との界面に形成される金属間化合物の組成を調整して、ウイスカの発生を抑制することができる。このアニーリングが終了した時点でマウント工程を行うことができる。なお、金属膜を被膜する際に、湿式メッキ法で行った場合を例にしたが、この場合に限られず、例えば、蒸着法や化学気相法等で行っても構わない。
【００６２】
なお、本実施形態では、アニーリングが終了した後、次に行うマウント工程のためにインナーリード３１ａの先端に、金等の導電性のバンプＥを形成する（Ｓ７３）。そして、圧電振動片２のマウント電極１５、１６をインナーリード３１ａに接合するマウント工程を行う（Ｓ７４）。具体的には、バンプＥを加熱しながら、該バンプＥを間に挟んだ状態でインナーリード３１ａと圧電振動片２とを所定の圧力で重ね合わせる。これにより、バンプＥを介してインナーリード３１ａとマウント電極１５、１６とを接続することができる。その結果、圧電振動片２をマウントすることができる。即ち、圧電振動片２は、リード端子３１に機械的に支持されると共に、電気的に接続された状態となる。
なお、バンプ接続する際に、加熱・加圧を行ってマウントしたが、超音波を利用してバンプ接続を行っても構わない。
【００６３】
次に、封止工程を行う前に、上述したマウントによる歪みをなくすために、所定の温度でベーキングを行う（Ｓ７５）。続いて、圧電振動片２の周波数調整（微調）を行う（Ｓ７６）。この周波数調整について、具体的に説明すると、全体を真空チャンバーに入れた状態で、アウターリード３１ｂ間に電圧を印加して圧電振動片２を振動させる。そして、周波数を計測しながら、レーザにより重り金属膜２１の微調膜２１ｂを蒸発させることで、周波数の調整を行う。なお、周波数計測を行うには、アウターリード３１ｂに図示しないプローブの先端を押し付けることで、計測を正確に行うことができる。この周波数調整を行うことで、予め決められた周波数の範囲内に圧電振動片２の周波数を調整することができる。
【００６４】
なお、上記微調及び先に行った粗調の際に、レーザの照射により重り金属膜２１を蒸発させることで、周波数調整を行ったが、レーザではなくアルゴンイオンを利用しても構わない。この場合には、アルゴンイオンの照射によりスパッタリングを行い、重り金属膜２１を除去することで周波数調整を行う。
【００６５】
最後に、マウントされた圧電振動片２を内部に収納するようにケース３をステム３０に圧入し、圧電振動片２を気密封止するケース圧入工程を行う（Ｓ７７）。具体的に説明すると、真空中で所定の荷重を加えながらケース３をプラグ４のステム３０の外周に圧入する。すると、ステム３０の外周に形成された金属膜が弾性変形するので、冷間圧接により気密封止することができる。これにより、ケース３内に圧電振動片２を密閉して真空封止することができる。
なお、この工程を行う前に、圧電振動片２、ケース３及びプラグ４を十分に加熱して、表面吸着水分等を脱離させておくことが好ましい。
【００６６】
そして、ケース３の固定が終了した後、スクリーニングを行う（Ｓ７８）。このスクリーニングは、周波数や共振抵抗値の安定化を図ると共に、ケース３を圧入した嵌合部に圧縮応力に起因する金属ウイスカが発生してしまうことを抑制するために行うものである。
スクリーニング終了後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ７９）。即ち、圧電振動片２の共振周波数、共振抵抗値、ドライブレベル特性（共振周波数及び共振抵抗値の励振電力依存性）等を測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性等を併せてチェックする。そして、最後に圧電振動子１の外観検査を行って、寸法や品質等を最終的にチェックする。この結果、図１に示す圧電振動子１を製造することができる。
【００６７】
特に、電極形成工程を行う際に、圧電板１１の外表面全体に亘って下地金属層１８ａ及び仕上金属層１８ｂを積層するのではなく、少なくとも振動腕部８、９の基端部から先端部に至る領域で、仕上金属層１８ｂの全部を除去するように電極膜１８を形成する。これにより、振動腕部８、９に形成される電極膜１８は、部分的に下地金属層１８ａだけの単層膜になる。よって、振動腕部８、９に被膜する電極膜１８の膜厚を薄くすることができる。
【００６８】
ところで、電極膜１８を形成する際、圧電板１１に膜応力が作用してしまう。すると圧電板１１は、この膜応力の影響により、歪みがたまって振動特性が変化してしまい、Ｒ１値が高くなる傾向があった。特に、膜厚が厚いほど、Ｒ１値も高くなる傾向があった。
しかしながら、上述したように、振動腕部８、９に被膜される電極膜１８の膜厚を薄くすることができるので、Ｒ１値を従来のものに比べて低減させることができる。従って、溝部１７の加工とは別の方法でＲ１値の低減化を図ることができる。
【００６９】
よって、一定のＲ１値を確保するために溝部加工の限界によって決められた圧電振動片２のサイズを更に小型化したとしても、電極膜１８の膜厚調整でＲ１値の上昇を抑えることができる。その結果、一定のＲ１値を確保しながら更に小型化された圧電振動片２を製造することができる。
【００７０】
加えて、電極形成工程の際に、基端部から一定長さＬ以上離間した位置まで、仕上金属層１８ｂの全部を除去する。即ち、振動腕部８、９の溝部１７が形成されている領域に被膜される電極膜１８を全面的に下地金属層１８ａだけの単層にして膜厚を薄くする。
特に、溝部１７が形成されている領域は、形状が複雑であるので、単なる平面に電極膜１８を形成する場合に比べて膜厚が均一にならず、ムラが生じやすい。そのため、膜応力がかかりやすく、歪みがたまりやすい。
しかしながら、溝部１７が形成されている領域に亘って全面的に電極膜１８を単層にするので、圧電板１１に作用する膜応力及び歪みの負荷を減らすことができる。よってＲ１値をより効果的に低減することができ、より一層の小型化を図ることができる。
【００７１】
加えて、電極形成工程の際に、圧電板１１の両主面及び溝部１７内において、仕上金属層１８ｂを除去する。即ち、溝部１７内が全て下地金属層１８ａだけの単層となると共に、少なくとも溝部１７が形成されている領域に亘って、振動腕部８、９の両面上が全て下地金属層１８ａだけの単層となるように電極膜１８を形成する。
特に、膜厚が不均一になりやすい溝部１７内を下地金属層１８ａだけの単層にするので、より効果的にＲ１値を低減することができる。
【００７２】
加えて、電極形成工程の際に、基端部から基部１０に向かって振動腕部８、９の腕幅Ｗの２倍離間した位置に至る領域で、仕上金属層１８ｂを全部除去する。即ち、少なくとも股部１０ａが下地金属層１８ａだけの単層になるように電極膜１８を形成する。
特に、股部１０ａは、溝部１７と同様に形状が複雑であるので、単なる平面に電極膜１８を形成する場合に比べて膜厚が均一にならず、ムラが生じやすい。そのため、膜応力がかかりやすく、歪みがたまりやすい。
しかしながら、少なくとも股部の電極膜１８を全面的に単層にするので、圧電板１１に作用する膜応力及び歪みの負荷を減らすことができる。よってＲ１値をより効果的に低減することができ、より一層の小型化を図ることができる。
【００７３】
また、単に電極膜１８を部分的に下地金属層１８ａだけの単層にするだけであるので、複雑な形状や特別な手法によることなく簡単に行える。よって、コストをかけることもなく、効率よく製造することができる。
なお、振動腕部８、９側及び股部１０ａ近傍を単層にするので、マウント電極１５、１６は、従来と同様に仕上金属層１８ｂが残っている。そのため、マウント性や導電性は何ら変わりない。
【００７４】
また、電極形成工程の際、下地金属層１８ａを、クロムを用いて形成し、仕上金属層１８ｂを、金を用いて形成する。
クロムは、硬度が高いため、下地金属層１８ａとして用いることで圧電振動片２自体を保護することができる。また、金は、軟らかい上に電気抵抗値が低いため、仕上金属層１８ｂとして用いることで、圧電振動片２をリード端子３１とのマウント性や導電性を高めることができる。
即ち、下地金属層１８ａ及び仕上金属層１８ｂにそれぞれクロム及び金を用いることにより、圧電振動片２を保護すると共に、電気導通性を安定に確保することができる。これにより、圧電振動片２の高品質化を図ることが可能になる。
【００７５】
また、本実施形態の圧電振動子１においては、上述した圧電振動片２を備えているので、圧電振動子１を小型化しながらも、一定のＲ１値を確保することが可能であり、高品質化を図ることができる。
【００７６】
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図２２を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図２２に示すように、圧電振動子１を、集積回路１０１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器１００は、コンデンサ等の電子部品１０２が実装された基板１０３を備えている。基板１０３には、発振器用の上記集積回路１０１が実装されており、この集積回路１０１の近傍に、圧電振動子１が実装されている。これら電子部品１０２、集積回路１０１及び圧電振動子１は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
【００７７】
このように構成された発振器１００において、圧電振動子１に電圧を印加すると、該圧電振動子１内の圧電振動片２が振動する。この振動は、圧電振動片２が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１０１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１０１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子１が発振子として機能する。
また、集積回路１０１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
【００７８】
上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、小型化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、発振器１００自体も同様に小型化及び高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。
【００７９】
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図２３を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子１を有する携帯情報機器１１０を例にして説明する。始めに本実施形態の携帯情報機器１１０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
【００８０】
次に、本実施形態の携帯情報機器１１０の構成について説明する。この携帯情報機器１１０は、図２３に示すように、圧電振動子１と、電力を供給するための電源部１１１とを備えている。電源部１１１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１１１には、各種制御を行う制御部１１２と、時刻等のカウントを行う計時部１１３と、外部との通信を行う通信部１１４と、各種情報を表示する表示部１１５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１１６とが並列に接続されている。そして、電源部１１１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。
【００８１】
制御部１１２は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１１２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、該ＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。
【００８２】
計時部１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子１とを備えている。圧電振動子１に電圧を印加すると圧電振動片２が振動し、該振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部１１２と信号の送受信が行われ、表示部１１５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。
【００８３】
通信部１１４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９、増幅部１２０、音声入出力部１２１、電話番号入力部１２２、着信音発生部１２３及び呼制御メモリ部１２４を備えている。
無線部１１７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１２５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１１８は、無線部１１７又は増幅部１２０から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部１２０は、音声処理部１１８又は音声入出力部１２１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１２１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
【００８４】
また、着信音発生部１２３は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部１１９は、着信時に限って、音声処理部１１８に接続されている増幅部１２０を着信音発生部１２３に切り替えることによって、着信音発生部１２３において生成された着信音が増幅部１２０を介して音声入出力部１２１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１２４は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部１２２は、例えば、０から９の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
【００８５】
電圧検出部１１６は、電源部１１１によって制御部１１２等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部１１２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１１４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部１１６から電圧降下の通知を受けた制御部１１２は、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９及び着信音発生部１２３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１１７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１１５に、通信部１１４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。
【００８６】
即ち、電圧検出部１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１１５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
なお、通信部１１４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部１２６を備えることで、通信部１１４の機能をより確実に停止することができる。
【００８７】
上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、小型化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器自体も同様に小型化及び高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。
【００８８】
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図２４を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図２４に示すように、フィルタ部１３１に電気的に接続された圧電振動子１を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）とに、標準の電波を送信する送信所（送信局）があり、それぞれ標準電波を送信している。４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。
【００８９】
以下、電波時計１３０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１３２は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ１３３によって増幅され、複数の圧電振動子１を有するフィルタ部１３１によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子１は、上記搬送周波数と同一の４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの共振周波数を有する水晶振動子部１３８、１３９をそれぞれ備えている。
【００９０】
更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１３４により検波復調される。続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。ＣＰＵ１３６では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１３７に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚであるから、水晶振動子部１３８、１３９は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
【００９１】
なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計１３０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子１を必要とする。
【００９２】
上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、小型化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、電波時計自体も同様に小型化及び高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。
【００９３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記実施形態では、圧電振動子の一例として、シリンダパッケージタイプの圧電振動子１を例に挙げて説明したが、この圧電振動子１に限定されるものではない。例えば、セラミックパッケージタイプの圧電振動子や、シリンダパッケージタイプの圧電振動子１を、さらにモールド樹脂部で固めて表面実装型振動子としても構わない。
【００９４】
また、上記実施形態では、単層領域Ｒで、仕上金属層１８ｂの全部が除去され、下地金属層１８ａが単層で電極膜１８を形成していたが、これに限らない。つまり、電極膜１８は、少なくとも振動腕部８、９の基端部から先端部に至る領域で、仕上金属層１８ｂの一部或いは全部が除去されていれば構わない。例えば、領域ＲＡのみで、仕上金属層１８ｂの全部が除去されていても構わない。また、領域ＲＡで、仕上金属層１８ｂの一部のみが除去されていても構わない。
【００９５】
また、上記実施形態では、電極形成工程の際に、単層領域Ｒで仕上金属層１８ｂが除去されているように電極膜１８を形成するために、電極膜１８全体に仕上金属層１８ｂを成膜した後に、単層領域Ｒで該金属層１８ｂを除去したが、これに限らない。つまり、単層領域Ｒで仕上金属層１８ｂが結果的に除去されていれば構わない。例えば、下地金属層１８ａを成膜した後、単層領域Ｒをマスキングして仕上金属層１８ｂを成膜することで、単層領域Ｒで仕上金属層１８ｂが除去されているように形成しても構わない。
【実施例】
【００９６】
次に、本発明に係る圧電振動片及び従来の圧電振動片にそれぞれ所定の電圧を印加して振動させ、Ｒ１値を得た結果を以下に示す。
【００９７】
本発明に係る圧電振動片としては、以下に示す条件を満たすものを用いた。即ち、振動腕部の溝部が形成されている領域の両主面及び溝部内において、仕上金属層が除去されているように形成された圧電振動片を用いた。
そして、上記した電極膜の構成以外の点において条件を合わせた状態で、従来の圧電振動片と本発明に係る圧電振動片とを用いた。具体的に、電極膜の材料及び厚さについては、両者とも、下地金属層は、材料がクロムで、厚みが６００Åのものを用いた。そして、仕上金属層は、材料が金で、厚みが１５００Åのものを用いた。
上記条件を満たす従来の圧電振動片と本発明に係る圧電振動片とを、それぞれ振動腕部の腕幅の異なる４種類（９０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１３０μｍ）ずつ用意した。そして、それぞれに所定の電圧を印加し、Ｒ１値の比較を行った。
【００９８】
比較の結果を図２５のグラフに示す。図２５のグラフは、横軸が振動腕部の腕幅（μｍ）、縦軸がＲ１値（ｋΩ）を意味し、各腕幅の振動腕部を有した従来の圧電振動片のＲ１値（凡例：Ｃｒ＋Ａｕ）及び本発明に係る圧電振動片（凡例：Ｃｒ）のＲ１値をそれぞれプロットしたグラフである。
この結果によれば、いずれの腕幅の圧電振動片を比較した場合であっても、本発明に係る圧電振動片のＲ１値は、従来の圧電振動片のＲ１値より１０％程度低いことが確認できた。従って、膜厚の調整だけでＲ１値が低くなるということが確認できた。つまり、溝部加工とは別の手段でＲ１値を低減させられることが実際に確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明に係る一実施形態の圧電振動子のケースの中身を見た図であって、圧電振動片を平面視した状態の図である。
【図２】図１に示す圧電振動片を上面から見た図である。
【図３】図１に示す圧電振動片を下面から見た図である。
【図４】図２に示す圧電振動片の断面矢視Ａ−Ａ図である。
【図５】図１に示す圧電振動片の斜視図である。
【図６】図５に示す圧電振動片の断面矢視Ｂ−Ｂ図である。
【図７】図１に示す圧電振動子を製造する際のフローチャートである。
【図８】図７に示すフローチャートの続きである。
【図９】図１に示す圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、ウエハの両面にエッチング保護膜を形成した状態を示す図である。
【図１０】図９に示す状態から、エッチング保護膜を圧電振動片の圧電板の外形形状にパターニングした状態を示す図である。
【図１１】図１０に示す断面矢視Ｃ−Ｃ図である。
【図１２】図１１に示す状態から、エッチング保護膜をマスクとしてウエハをエッチング加工した状態を示す図である。
【図１３】図１２に示す状態から、フォトレジスト膜をパターニングした状態を示す図である。
【図１４】図１３に示す状態から、フォトリソ技術を用いてフォトレジスト膜の一部を除去した状態を示す図である。
【図１５】図１４に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてウエハをエッチング加工した状態を示す図である。
【図１６】図１５に示す状態から、エッチング保護膜をマスクとしてウエハをエッチング加工した状態を示す図である。
【図１７】図１６に示す振動腕部の一つを拡大した図であって、図１６に示す状態から、下地金属層及び仕上金属層を被膜した状態を示す図である。
【図１８】図１７に示す状態から、フォトレジスト膜をパターニングした後、フォトリソ技術を用いてフォトレジスト膜の一部を除去した状態を示す図である。
【図１９】図１８に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてウエハをエッチング加工した状態を示す図である。
【図２０】図１９に示す状態から、フォトレジスト膜をパターニングした後、フォトリソ技術を用いてフォトレジスト膜の一部を除去した状態を示す図である。
【図２１】図２０に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとして仕上金属層をエッチング加工して除去した状態を示す図である。
【図２２】本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。
【図２３】本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。
【図２４】本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。
【図２５】本発明に係る圧電振動片を用いた実施例の結果を示す図である。
【図２６】従来の圧電振動片における、一対の振動腕部の断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 圧電振動子
２ 圧電振動片
８ 振動腕部
９ 振動腕部
１０ 基部
１１ 圧電板
１７ 溝部
１８ 電極膜
１８ａ 下地金属層
１８ｂ 仕上金属層
１００ 発振器
１０１ 発振器の集積回路
１１０ 携帯情報機器（電子機器）
１１３ 電子機器の計時部
１３０ 電波時計
１３１ 電波時計のフィルタ部
Ｓ ウエハ
Ｌ 一定長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音叉型の圧電振動片、該圧電振動片を有する圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計並びに圧電振動片の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や携帯情報端末機器には、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として水晶等を利用した圧電振動子が用いられている。この種の圧電振動子は、様々なものが知られており、その１つとして、音叉型の圧電振動片を有するものがある。
【０００３】
音叉型の圧電振動片は、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、一対の振動腕部の外表面上に形成され、該一対の振動腕部を振動させる一対の励振電極と、該一対の励振電極にそれぞれ電気的に接続されたマウント電極と、を備えている。一対の励振電極は、マウント電極を介して所定の電圧が印加されたときに、一対の振動腕部を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極である。なお、一対の励振電極及びマウント電極は、下地金属層と仕上金属層とが積層されることで形成された電極膜である。
【０００４】
ところで、近年、携帯電話機等に代表されるように、圧電振動子を内蔵する各種の電子機器の小型化が進んでいる。そのため、圧電振動子に関しても、更なる小型化が求められている。よって、圧電振動子を構成する圧電振動片に関しても、より一層の小型化が要求されている。ところで、圧電振動片を小型化した場合には、一般的に振動腕部の長さが短くなってしまうものであった。
ここで、音叉型の圧電振動片は、振動腕部が短くなると振動特性が悪化してしまう特徴がある。そのため、圧電振動片の小型化に伴って、Ｒ１値（直列共振抵抗値）が高くなってしまう不都合が生じてしまう。特に、このＲ１値は、実効抵抗値Ｒｅと比例関係にあるため、Ｒ１値が高くなってしまうと、圧電振動片を低電力で作動させることが難しいという不都合が生じてしまう。
【０００５】
そこで、音叉型の圧電振動片を小型化するにあたって、Ｒ１値を低減させるために、一対の振動腕部の両主面上に、振動腕部の長手方向に沿って溝部を形成することが知られている（例えば、特許文献１）。ここで、溝部が形成された圧電振動片の断面図を図２６に示す。図２６に示すように、圧電振動片２００は、両主面上にそれぞれ溝部２０１が形成された一対の振動腕部２０２を有している。この溝部２０１によって、一対の振動腕部２０２は、それぞれ断面Ｈ型になるように形成されている。そして、一対の振動腕部２０２の外表面には、極性の異なる一対の励振電極２０３、２０４が下地金属層２０５と仕上金属層２０６との積層によって形成されている。
【０００６】
この圧電振動片２００によれば、特に、振動腕部２０２に溝部２０１が形成されていることにより、一対の励振電極２０３、２０４が極力対向した位置関係となるため、溝部２０１が形成されていない場合と比較して、より効率良く電界が作用し易い。そのため、振動損失が低くなることで振動特性が改善され、Ｒ１値を極力低く抑えることができる。
このように、Ｒ１値の上昇を抑えながら圧電振動片の小型化を図るには、溝部を形成することが有効な手段である。
【０００７】
なお、一対の励振電極２０３、２０４等の電極膜は、上述したように下地金属層２０５と仕上金属層２０６との２層で構成されるのが一般的である。通常、下地金属層２０５は、圧電振動片２００の保護を図るため、クロムなどの硬度の高い金属で形成されている。また、仕上金属層２０６は、リード端子とのマウント性や導電性を高めるため、金などの軟らかく、電気抵抗値の低い金属で形成されている。このように、目的に応じて材料の異なる２種類の金属を下地金属層２０５及び仕上金属層２０６に用いるのが一般的である。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ００／４４０９２パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記した圧電振動片には、以下の課題が残されている。
即ち、上述したように、圧電振動片の小型化に伴って上昇するＲ１値を抑えるためには、溝部を形成することが効果的ではあるが、小型化した振動腕部に溝部を形成するには加工上、どうしても限界がある。つまり、小型化を目指すほど、振動腕部自体も小さくなるので、溝部を形成することが非常に困難となってしまう。そのため、所望するＲ１値を確保できない場合があった。
このため、一定のＲ１値を確保するためには、圧電振動片のサイズをある程度の大きさにせざるを得なかった。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、一定のＲ１値を確保しながら更なる小型化を図ることができる音叉型の圧電振動片、該圧電振動片を製造する圧電振動片の製造方法を提供することである。
更に上記圧電振動片を有する圧電振動子、該圧電振動子を有する発振器、電子機器及び電波時計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る圧電振動片は、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両主面上に、前記振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さ形成された溝部と、を有する圧電板と、前記圧電板の外表面上に積層された下地金属層及び仕上金属層によって形成され、所定の電圧が印加されたときに前記一対の振動腕部を振動させる電極膜と、を備え、該電極膜が、少なくとも前記振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、前記仕上金属層の一部或いは全部が除去されていること、を特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、圧電材料からなるウエハを利用して圧電振動片を一度に複数製造する方法であって、前記ウエハをフォトリソ技術によってエッチングして、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、を有する圧電板を、前記ウエハに複数形成するように外形形状をパターニングする外形形成工程と、複数の前記圧電板の前記一対の振動腕部の両主面上に、前記振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さ溝部を形成する溝部形成工程と、複数の前記圧電板の外表面上に下地金属層及び仕上金属層を積層して、所定の電圧が印加されたときに前記一対の振動腕部を振動させる電極膜を形成する電極形成工程と、複数の前記圧電板を前記ウエハから切り離して小片化する切断工程と、を備え、前記電極形成工程の際に、少なくとも前記振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、前記仕上金属層の一部或いは全部を除去すること、を特徴とするものである。
【００１２】
この発明に係る圧電振動片及び圧電振動片の製造方法においては、まず、水晶等の圧電材料からなるウエハをフォトリソ技術によりエッチングして、ウエハに複数の圧電板の外形状をパターニングする外形形成工程を行う。この際、圧電板が、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、を有するように形成する。次いで、複数の圧電板の一対の振動腕部の両主面上に溝部を形成する溝部形成工程を行う。この際、振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さ溝部を形成する。次いで、複数の圧電板の外表面上に、所定の電圧が印加されたときに一対の振動腕部を振動させる電極膜を形成する電極形成工程を行う。この際、下地金属層及び仕上金属層を積層して電極膜を形成する。続いて、複数の圧電板をウエハから切り離して小片化する切断工程を行う。これにより、１枚のウエハから、圧電板の外表面上に電極膜が形成された圧電振動片を一度に複数製造することができる。
【００１３】
特に、電極形成工程を行う際に、圧電板の外表面全体に亘って下地金属層及び仕上金属層を積層するのではなく、少なくとも振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、仕上金属層の一部或いは全部を除去するように電極膜を形成する。これにより、振動腕部に形成される電極膜は、部分的或いは全面的に下地金属層だけの単層膜になる。よって、振動腕部に被膜する電極膜の膜厚を薄くすることができる。
【００１４】
ところで、電極膜を形成する際、圧電板に膜応力が作用してしまう。すると圧電板は、この膜応力の影響により、歪みがたまって振動特性が変化してしまい、Ｒ１値が高くなる傾向があった。特に、膜厚が厚いほど、Ｒ１値も高くなる傾向があった。
しかしながら、上述したように、振動腕部に被膜される電極膜の膜厚を薄くすることができるので、Ｒ１値を従来のものに比べて低減させることができる。従って、溝部の加工とは別の方法でＲ１値の低減化を図ることができる。
【００１５】
よって、一定のＲ１値を確保するために溝部加工の限界によって決められた圧電振動片のサイズを更に小型化したとしても、電極膜の膜厚調整でＲ１値の上昇を抑えることができる。その結果、一定のＲ１値を確保しながら更に小型化された圧電振動片を製造することができる。
【００１６】
しかも、単に電極膜を部分的或いは全面的に下地金属層だけの単層にするだけであるので、複雑な形状や特別な手法によることなく簡単に行える。よって、コストをかけることもなく、効率よく製造することができる。
なお、振動腕部側を単層にするので、基部側の電極膜は、従来と同様に仕上金属層が残っている。そのため、マウント性や導電性は何ら変わりない。
【００１７】
また、本発明に係る圧電振動片は、前記電極膜が、前記基端部から前記一定長さ以上離間した位置まで、前記仕上金属層の一部或いは全部除去されていること、を特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、前記電極形成工程の際に、前記基端部から前記一定長さ以上離間した位置まで、前記仕上金属層の一部或いは全部を除去すること、を特徴とするものである。
【００１９】
この発明に係る圧電振動片及び圧電振動片の製造方法においては、電極形成工程の際に、基端部から一定長さ以上離間した位置まで、仕上金属層の一部或いは全部を除去する。即ち、振動腕部の溝部が形成されている領域に被膜される電極膜を部分的或いは全面的に下地金属層だけの単層にして膜厚を薄くする。
特に、溝部が形成されている領域は、形状が複雑であるので、単なる平面に電極膜を形成する場合に比べて膜厚が均一にならず、ムラが生じやすい。そのため、膜応力がかかりやすく、歪みがたまりやすい。
しかしながら、溝部が形成されている領域に亘って部分的或いは全面的に電極膜を単層にするので、圧電板に作用する膜応力及び歪みの負荷を減らすことができる。よってＲ１値をより効果的に低減することができ、より一層の小型化を図ることができる。
【００２０】
また、本発明に係る圧電振動片は、前記電極膜が、前記圧電板の両主面及び前記溝部内において、前記仕上金属層を除去されていること、を特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、前記電極形成工程の際に、前記圧電板の両主面及び前記溝部内において、前記仕上金属層を除去すること、を特徴とするものである。
【００２２】
この発明に係る圧電振動片及び圧電振動片の製造方法においては、電極形成工程の際に、圧電板の両主面及び溝部内において、仕上金属層を除去する。即ち、溝部内が全て下地金属層だけの単層となると共に、少なくとも溝部が形成されている領域に亘って、振動腕部の両面上が全て下地金属層だけの単層となるように電極膜を形成する。
特に、膜厚が不均一になりやすい溝部内を下地金属層だけの単層にするので、より効果的にＲ１値を低減することができる。
【００２３】
また、本発明に係る圧電振動片は、前記下地金属層が、クロムで形成され、前記仕上金属層が、金で形成されること、を特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、前記電極形成工程の際、前記下地金属層を、クロムを用いて形成し、前記仕上金属層を、金を用いて形成すること、を特徴とするものである。
【００２５】
この発明に係る圧電振動片及び圧電振動片の製造方法においては、電極形成工程の際、下地金属層を、クロムを用いて形成し、仕上金属層を、金を用いて形成する。
クロムは、硬度が高いため、下地金属層として用いることで圧電振動片自体を保護することができる。また、金は、軟らかい上に電気抵抗値が低いため、仕上金属層として用いることで、圧電振動片をマウントする際のマウント性や導電性を高めることができる。
即ち、下地金属層及び仕上金属層にそれぞれクロム及び金を用いることにより、圧電振動片を保護すると共に、電気導通性を安定に確保することができる。これにより、圧電振動片の高品質化を図ることができる。
【００２６】
また、本発明に係る圧電振動子は、上記本発明の圧電振動片を有することを特徴とするものである。
【００２７】
この発明に係る圧電振動子においては、上述した圧電振動片を備えているので、圧電振動子を小型化しながらも、一定のＲ１値を確保することが可能であり、高品質化を図ることができる。
【００２８】
また、本発明に係る発振器は、上記本発明の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されているものである。
【００２９】
また、本発明に係る電子機器は、上記本発明の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明に係る電波時計は、上記本発明の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明に係る発振器、電子機器及び電波時計においては、上述した圧電振動子を備えているので、圧電振動子と同様に小型化及び高品質化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る圧電振動片によれば、一定のＲ１値を確保しながら更に小型化された音叉型の圧電振動片とすることができる。
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法によれば、上述した圧電振動片を効率良く製造することができ、低コスト化を図ることができる。
また、本発明に係る圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計によれば、上述した圧電振動子を備えているので、高品質化及び小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る一実施形態を、図１から図２１を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子１として、シリンダパッケージタイプの圧電振動子を例に挙げて説明する。
本実施形態の圧電振動子１は、図１から図６に示すように、圧電振動片２と、該圧電振動片２を内部に収納するケース３と、圧電振動片２をケース３内に密閉させる気密端子であるプラグ４と、を備えている。
【００３４】
圧電振動片２は、図２から図６に示すように、水晶、タンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。なお、図５において、後述する電極膜１８及び重り金属膜２１の図示は省略している。
この圧電振動片２は、図２及び図３に示すように、平行に配置された一対の振動腕部８、９と、該一対の振動腕部８、９の基端側を一体的に固定する基部１０と、を有する圧電板１１と、一対の振動腕部８、９の外表面上に形成されて一対の振動腕部８、９を振動させる第１の励振電極１２と第２の励振電極１３とからなる励振電極１４と、第１の励振電極１２及び第２の励振電極１３に電気的に接続されたマウント電極１５、１６とを有している。
また、本実施形態の圧電振動片２は、一対の振動腕部８、９の両主面上に、振動腕部８、９の基端部から先端部に向かって一定長さＬ形成された溝部１７を備えている。この溝部１７は、振動腕部８、９の基端部から略中間付近まで形成されている。なお、一対の振動腕部８、９の腕幅は共通であり、それぞれＷとする。また、基部１０において一対の振動腕部８、９の基端部と連結されている部分を股部１０ａとする。
【００３５】
第１の励振電極１２と第２の励振電極１３とからなる励振電極１４は、一対の振動腕部８、９を互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、一対の振動腕部８、９の外表面に、それぞれ電気的に切り離された状態でパターニングされて形成されている。具体的には、図２に示すように、第１の励振電極１２が、一方の振動腕部８の溝部１７上と、他方の振動腕部９の両側面上とに主に形成され、第２の励振電極１３が、一方の振動腕部８の両側面上と他方の振動腕部９の溝部１７上とに主に形成されている。
【００３６】
また、第１の励振電極１２及び第２の励振電極１３は、図２及び図３に示すように、基部１０の両主面上において、それぞれ引き出し電極１９、２０を介してマウント電極１５、１６に電気的に接続されている。そして圧電振動片２は、このマウント電極１５、１６を介して電圧が印加されるようになっている。
即ち、励振電極１４、マウント電極１５、１６及び引き出し電極１９、２０は、所定の電圧が印加されたときに一対の振動腕部８、９を振動させる電極膜１８として機能している。
【００３７】
電極膜１８は、図４に示すように、下地金属層１８ａと仕上金属層１８ｂとで２層に積層された状態で形成されている。本実施形態では、下地金属層１８ａにクロム、仕上金属層１８ｂに金を用いるが、これに限られるものでない。例えば、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の他の導電性膜の被膜により形成されても構わない。
【００３８】
また、電極膜１８は、図５に示すように、少なくとも振動腕部８、９の基端部から先端部に至る領域で、仕上金属層１８ｂの一部或いは全部が除去されている。より詳しくは、振動腕部８、９の基端部より先端部側では、基端部から一定長さＬ以上離間した位置まで（図５に示す領域ＲＡ）、図６に示すように、仕上金属層１８ｂの全部が除去されている。更に、振動腕部８、９の基端部より基部１０側には、基端部から基部１０に向かって振動腕部８、９の腕幅Ｗの２倍離間した位置に至るまで（図５に示す領域ＲＢ）、仕上金属層１８ｂの全部が除去されている。
即ち、電極膜１８は、振動腕部８、９の溝部１７が形成されている領域を含む領域ＲＡ及び領域ＲＢで、溝部１７内を含めて全面的に下地金属層１８ａだけの単層膜になる。なお、以下では、領域ＲＡ及び領域ＲＢを合わせた領域を単層領域Ｒとして説明する。
【００３９】
また、一対の振動腕部８、９の先端には、図２及び図３に示すように、自身の振動状態を所定の周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）を行うための重り金属膜２１が被膜されている。なお、この重り金属膜２１は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜２１ａと、微小に調整する際に使用される微調膜２１ｂとに分かれている。これら粗調膜２１ａ及び微調膜２１ｂを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部８、９の周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができる。
【００４０】
ケース３は、図１に示すように、有底円筒状に形成されており、圧電振動片２を内部に収納した状態でプラグ４の後述するステム３０の外周に対して圧入されて、嵌合固定されている。なお、このケース３の圧入は、真空雰囲気下で行われており、ケース３内の圧電振動片２を囲む空間が真空に保たれた状態となっている。
【００４１】
プラグ４は、ケース３を密閉させるステム３０と、該ステム３０を貫通するように平行配置され、ステム３０を間に挟んで一端側が圧電振動片２をマウント（機械的に接合及び電気的に接続）するインナーリード３１ａとされ、他端側が外部に電気的に接続されるアウターリード３１ｂとされた２本のリード端子３１と、ステム３０の内側に充填されてステム３０とリード端子３１とを固定させる絶縁性の充填材３２とを有している。
ステム３０は、金属材料で環状に形成されたものである。また、充填材３２の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスである。また、リード端子３１の表面及びステム３０の外周には、それぞれ同材料の図示しないメッキが施されている。
【００４２】
２本のリード端子３１は、ケース３内に突出している部分がインナーリード３１ａとなり、ケース３外に突出している部分がアウターリード３１ｂとなっている。そして、インナーリード３１ａとマウント電極１５、１６とが、導電性のバンプＥを介してマウントされている。即ち、バンプＥを介してインナーリード３１ａとマウント電極１５、１６とが機械的に接合されていると同時に、電気的に接続されている。その結果、圧電振動片２は、２本のリード端子３１にマウントされた状態となっている。
【００４３】
なお、上述した２本のリード端子３１は、一端側（アウターリード３１ｂ側）が外部に電気的に接続され、他端側（インナーリード３１ａ側）が圧電振動片２に対してマウントされる外部接続端子として機能する。
【００４４】
ここで、プラグ４を構成する主要部品の寸法及び材質の一例について述べる。
リード端子３１の直径は例えば約０．１２ｍｍであり、リード端子３１の母材の材質としては、コバール（ＦｅＮｉＣｏ合金）が慣用されている。また、リード端子３１の外表面及びステム３０の外周に被膜させるメッキの材質としては、下地膜としてはＣｕが用いられ、仕上膜としては、耐熱ハンダメッキ（錫と鉛の合金で、その重量比が１：９）や、銀（Ａｇ）や錫銅合金（ＳｎＣｕ）や金錫合金（ＡｕＳｎ）等が用いられる。
また、ステム３０の外周に被膜された金属膜（メッキ層）を介在させながらケース３の内周に真空中で冷間圧接させることにより、ケース３の内部を真空状態で気密封止できるようになっている。
【００４５】
このように構成された圧電振動子１を作動させる場合には、２本のリード端子３１のアウターリード３１ｂに対して、所定の駆動電圧を印加する。これにより、インナーリード３１ａ、バンプＥ、マウント電極１５、１６及び引き出し電極１９、２０を介して、第１の励振電極１２及び第２の励振電極１３からなる励振電極１４に電流を流すことができ、一対の振動腕部８、９を接近・離間させる方向に所定の周波数で振動させることができる。そして、この一対の振動腕部８、９の振動を利用して、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源等として利用することができる。
【００４６】
次に、上述した圧電振動子１を一度に複数製造する製造方法について、図７及び図８に示すフローチャートを参照して説明する。
具体的には、まず水晶のランバート原石を所定の角度でスライスして一定の厚みのウエハＳとする。続いて、このウエハをラッピングして粗加工した後、加工変質層をエッチングで取り除き、その後ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行って、所定の厚みのウエハＳとする（Ｓ１０）。
【００４７】
次に、研磨後のウエハＳをフォトリソ技術によりエッチングして、複数の圧電振動片２の外形形状をパターニングする外形形成工程を行う（Ｓ２０）。この工程について、具体的に説明する。
始めに、ポリッシングが終了したウエハＳを準備した後、図９に示すようにウエハＳの両面にエッチング保護膜４０をそれぞれ成膜する（Ｓ２１）。このエッチング保護膜４０としては、例えば、クロム（Ｃｒ）を数μｍ成膜する。次いで、エッチング保護膜４０上に図示しないフォトレジスト膜を、フォトリソ技術によってパターニングする。この際、圧電振動片２の周囲を囲むようにパターニングする。そして、このフォトレジスト膜をマスクとしてエッチング加工を行い、マスクされていないエッチング保護膜４０を選択的に除去する。そして、エッチング加工後にフォトレジスト膜を除去する。これにより、図１０及び図１１に示すように、エッチング保護膜４０を上述した形状にパターニングすることができる（Ｓ２２）。つまり、圧電振動片２の外形形状、即ち、一対の振動腕部８、９及び基部１０の外形形状に沿ってパターニングすることができる。またこの際、複数の圧電振動片２の数だけパターニングを行う。なお、図１１から図１６は、図１０に示す切断線Ｃ−Ｃ線に沿った断面を示す図である。
【００４８】
次いで、パターニングされたエッチング保護膜４０をマスクとして、ウエハＳの両面をそれぞれエッチング加工する（Ｓ２３）。これにより、図１２に示すように、エッチング保護膜４０でマスクされていない領域を選択的に除去して、圧電振動片２の外形形状を形作ることができる。この時点で、外形形成工程が終了する。なお、圧電振動片２は、後に行う切断工程を行うまで、図示しない連結部を介してウエハＳに連結された状態となっている。
【００４９】
次に、本実施形態では、電極形成工程を行う前に一対の振動腕部８、９に溝部１７を形成する溝部形成工程を行う（Ｓ３０）。この工程について、具体的に説明する。
まず、図１３に示すように、エッチング保護膜４０上にフォトレジスト膜４１をスプレー塗布等により成膜する（Ｓ３１）。そして、このフォトレジスト膜４１を、フォトリソ技術によってパターニングする。この際、図１４に示すように、溝部１７の領域を空けた状態で圧電振動片２の外形形状に沿ってパターニングする（Ｓ３２）。そして、パターニングされたフォトレジスト膜４１をマスクとしてエッチング加工を行い、マスクされていないエッチング保護膜４０を選択的に除去する。そして、エッチング加工後にフォトレジスト膜４１を除去する。これにより、図１５に示すように、既にパターニングされたエッチング保護膜４０を、溝部１７の領域を空けた状態でさらにパターニングすることができる（Ｓ３３）。
【００５０】
次いで、この再度パターニングされたエッチング保護膜４０をマスクとして、ウエハＳをエッチング加工（Ｓ３４）した後、マスクとしていたエッチング保護膜４０を除去する（Ｓ３５）。これにより、図１６に示すように、一対の振動腕部８、９に溝部１７を形成することができる。この時点で、溝部形成工程が終了する。
【００５１】
次に、複数の圧電板１１の外表面上に下地金属層１８ａ及び仕上金属層１８ｂを積層して、所定の電圧が印加されたときに一対の振動腕部８、９を振動させる電極膜１８（励振電極１４、引き出し電極１９、２０及びマウント電極１５、１６）を形成する電極形成工程を行う（Ｓ４０）。
【００５２】
始めに、図１７に示すように、電極膜１８を形成する位置に下地金属層１８ａ及び仕上金属層１８ｂを、蒸着やスパッタリング等により成膜する（Ｓ４１）。なお、図１７〜図２１は、圧電板１１の一方の振動腕部８のみを示している。
【００５３】
次に、図１８に示すように、スプレーコート等によりフォトレジスト膜４１を成膜した後、フォトリソ技術でパターニングする（Ｓ４２）。この際、電極膜１８を残しておきたい部分が、フォトレジスト膜４１によって被膜されるようにパターニングする。そして、残ったフォトレジスト膜４１をマスクとして、図１９に示すように、電極膜１８をエッチング加工するエッチング工程を行う（Ｓ４３）。これにより、下地金属層１８ａ及び仕上金属層１８ｂが積層された電極膜１８が形成される。
【００５４】
ここで続いて、単層領域Ｒに存在する電極膜１８の仕上金属層１８ｂの除去を行う。具体的には、仕上金属層１８ｂを除去するために、図２０に示すように、フォトリソ技術を用いて、フォトレジスト膜４１をパターニングする（Ｓ４４）。この際、仕上金属層１８ｂを残しておきたい部分及び圧電板１１が露出している部分をパターニングする。そして、図２１に示すように、そのフォトレジスト膜４１をマスクとしてエッチングする（Ｓ４５）。これにより、単層領域Ｒに存在する電極膜１８において、仕上金属層１８ｂを除去することができる。
以上の工程を実施することで、電極形成工程が終了する。
【００５５】
また、上記電極形成工程が終了した後、一対の振動腕部８、９の先端に周波数調整用の粗調膜２１ａ及び微調膜２１ｂからなる重り金属膜２１（例えば、銀や金等）を被膜させる（Ｓ５１）。そして、水晶ウエハに形成された全ての振動腕部に対して、共振周波数を粗く調整する粗調工程を行う。これは、重り金属膜２１の粗調膜２１ａにレーザー光を照射して、一対の振動腕部８、９の先端にかかる重量を軽減させることで、周波数を粗く調整する工程である。
【００５６】
次いで、ウエハＳと圧電振動片２とを連結していた連結部を切断して、複数の圧電振動片２をウエハＳから切り離して小片化する切断工程を行う（Ｓ５２）。これにより、ウエハＳから、電極膜１８（励振電極１４、引き出し電極１９、２０及びマウント電極１５、１６）が形成された圧電振動片２を一度に複数製造することができる。
【００５７】
次いで、圧電振動片２をマウントする前に、共振周波数の粗調を行う（Ｓ５３）。これは、重り金属膜２１の粗調膜２１ａにレーザ光を照射して一部を蒸発させ、重量を変化させることで行う。なお、共振周波数をより高精度に調整する微調に関しては後に行う。これについては、後に説明する。
【００５８】
次に、プラグ４を作製する気密端子作製工程を行う（Ｓ６０）。具体的には、まず、ステム作製工程によりステム３０を作製する（Ｓ６１）。即ち、鉄ニッケルコバルト合金や鉄ニッケル合金等の導電性を有する板部材をランス加工した後、複数回の深絞り加工を行って有底の筒部材を形成する。そして、筒部材の底面に開口を形成すると共に、外形抜きを行って筒部材を板部材から切り離すことで、ステム３０を作製する。
次いで、ステム３０内に、リード端子３１及び充填材３２をそれぞれセットするセット工程を行う（Ｓ６２）。まず、作製したステム３０を、図示しない専用の治具にセットした後、予めリング状に焼結された充填材３２をステム３０の内部にセットすると共に、充填材３２を貫通するようにリード端子３１をセットする。
【００５９】
上記セット工程により、ステム３０とリード端子３１と充填材３２とを組み合わせた後、治具を加熱炉内に入れて１０００℃前後の温度雰囲気で充填材３２の焼成を行う（Ｓ６３）。これにより、充填材３２とリード端子３１との間、充填材３２とステム３０との間が完全に封着されて、気密に耐えられる構造となる。そして、治具から取り出すことで、プラグ４を得ることができる。この時点で、気密端子作製工程が終了する。
【００６０】
次に、リード端子３１の外表面及びステム３０の外周に同一材料の金属膜を湿式メッキ法で被膜させるメッキ工程を行う（Ｓ７１）。そのための前処理として、リード端子３１の外表面及びステム３０の外周を洗浄すると共に、アルカリ溶液で脱脂した後、塩酸及び硫酸の溶液にて酸洗浄を行う。この前処理が終了した後、リード端子３１の外表面及びステム３０の外周面に下地膜を形成する。例えば、Ｃｕメッキ或いはＮｉメッキを略２μｍμｍ〜５μｍの膜厚で被膜させる。続いて、下地膜上に仕上膜を形成する。例えば錫や銀等の単一材料の他、耐熱メッキや、錫銅合金、錫ビス膜合金、錫アンチモン合金等を、略８μｍ〜１５μｍの膜厚で被膜させる。
このように、下地膜及び仕上膜からなる金属膜を被膜させることで、インナーリード３１ａと圧電振動片２との接続を可能にすることができる。また、圧電振動片２の接続だけでなく、ステム３０の外周に被膜された金属膜が柔らかく弾性変形する特性を有しているので、ステム３０とケース３との冷間圧接を可能にすることができ、気密接合を行うことができる。
【００６１】
続いて、金属膜の安定化を図るため、真空雰囲気の炉中でアニーリングを行う（Ｓ７２）。例えば、１７０℃の温度で１時間の加熱を行う。これにより、下地膜の材料と仕上膜の材料との界面に形成される金属間化合物の組成を調整して、ウイスカの発生を抑制することができる。このアニーリングが終了した時点でマウント工程を行うことができる。なお、金属膜を被膜する際に、湿式メッキ法で行った場合を例にしたが、この場合に限られず、例えば、蒸着法や化学気相法等で行っても構わない。
【００６２】
なお、本実施形態では、アニーリングが終了した後、次に行うマウント工程のためにインナーリード３１ａの先端に、金等の導電性のバンプＥを形成する（Ｓ７３）。そして、圧電振動片２のマウント電極１５、１６をインナーリード３１ａに接合するマウント工程を行う（Ｓ７４）。具体的には、バンプＥを加熱しながら、該バンプＥを間に挟んだ状態でインナーリード３１ａと圧電振動片２とを所定の圧力で重ね合わせる。これにより、バンプＥを介してインナーリード３１ａとマウント電極１５、１６とを接続することができる。その結果、圧電振動片２をマウントすることができる。即ち、圧電振動片２は、リード端子３１に機械的に支持されると共に、電気的に接続された状態となる。
なお、バンプ接続する際に、加熱・加圧を行ってマウントしたが、超音波を利用してバンプ接続を行っても構わない。
【００６３】
次に、封止工程を行う前に、上述したマウントによる歪みをなくすために、所定の温度でベーキングを行う（Ｓ７５）。続いて、圧電振動片２の周波数調整（微調）を行う（Ｓ７６）。この周波数調整について、具体的に説明すると、全体を真空チャンバーに入れた状態で、アウターリード３１ｂ間に電圧を印加して圧電振動片２を振動させる。そして、周波数を計測しながら、レーザにより重り金属膜２１の微調膜２１ｂを蒸発させることで、周波数の調整を行う。なお、周波数計測を行うには、アウターリード３１ｂに図示しないプローブの先端を押し付けることで、計測を正確に行うことができる。この周波数調整を行うことで、予め決められた周波数の範囲内に圧電振動片２の周波数を調整することができる。
【００６４】
なお、上記微調及び先に行った粗調の際に、レーザの照射により重り金属膜２１を蒸発させることで、周波数調整を行ったが、レーザではなくアルゴンイオンを利用しても構わない。この場合には、アルゴンイオンの照射によりスパッタリングを行い、重り金属膜２１を除去することで周波数調整を行う。
【００６５】
最後に、マウントされた圧電振動片２を内部に収納するようにケース３をステム３０に圧入し、圧電振動片２を気密封止するケース圧入工程を行う（Ｓ７７）。具体的に説明すると、真空中で所定の荷重を加えながらケース３をプラグ４のステム３０の外周に圧入する。すると、ステム３０の外周に形成された金属膜が弾性変形するので、冷間圧接により気密封止することができる。これにより、ケース３内に圧電振動片２を密閉して真空封止することができる。
なお、この工程を行う前に、圧電振動片２、ケース３及びプラグ４を十分に加熱して、表面吸着水分等を脱離させておくことが好ましい。
【００６６】
そして、ケース３の固定が終了した後、スクリーニングを行う（Ｓ７８）。このスクリーニングは、周波数や共振抵抗値の安定化を図ると共に、ケース３を圧入した嵌合部に圧縮応力に起因する金属ウイスカが発生してしまうことを抑制するために行うものである。
スクリーニング終了後、内部の電気特性検査を行う（Ｓ７９）。即ち、圧電振動片２の共振周波数、共振抵抗値、ドライブレベル特性（共振周波数及び共振抵抗値の励振電力依存性）等を測定してチェックする。また、絶縁抵抗特性等を併せてチェックする。そして、最後に圧電振動子１の外観検査を行って、寸法や品質等を最終的にチェックする。この結果、図１に示す圧電振動子１を製造することができる。
【００６７】
特に、電極形成工程を行う際に、圧電板１１の外表面全体に亘って下地金属層１８ａ及び仕上金属層１８ｂを積層するのではなく、少なくとも振動腕部８、９の基端部から先端部に至る領域で、仕上金属層１８ｂの全部を除去するように電極膜１８を形成する。これにより、振動腕部８、９に形成される電極膜１８は、部分的に下地金属層１８ａだけの単層膜になる。よって、振動腕部８、９に被膜する電極膜１８の膜厚を薄くすることができる。
【００６８】
ところで、電極膜１８を形成する際、圧電板１１に膜応力が作用してしまう。すると圧電板１１は、この膜応力の影響により、歪みがたまって振動特性が変化してしまい、Ｒ１値が高くなる傾向があった。特に、膜厚が厚いほど、Ｒ１値も高くなる傾向があった。
しかしながら、上述したように、振動腕部８、９に被膜される電極膜１８の膜厚を薄くすることができるので、Ｒ１値を従来のものに比べて低減させることができる。従って、溝部１７の加工とは別の方法でＲ１値の低減化を図ることができる。
【００６９】
よって、一定のＲ１値を確保するために溝部加工の限界によって決められた圧電振動片２のサイズを更に小型化したとしても、電極膜１８の膜厚調整でＲ１値の上昇を抑えることができる。その結果、一定のＲ１値を確保しながら更に小型化された圧電振動片２を製造することができる。
【００７０】
加えて、電極形成工程の際に、基端部から一定長さＬ以上離間した位置まで、仕上金属層１８ｂの全部を除去する。即ち、振動腕部８、９の溝部１７が形成されている領域に被膜される電極膜１８を全面的に下地金属層１８ａだけの単層にして膜厚を薄くする。
特に、溝部１７が形成されている領域は、形状が複雑であるので、単なる平面に電極膜１８を形成する場合に比べて膜厚が均一にならず、ムラが生じやすい。そのため、膜応力がかかりやすく、歪みがたまりやすい。
しかしながら、溝部１７が形成されている領域に亘って全面的に電極膜１８を単層にするので、圧電板１１に作用する膜応力及び歪みの負荷を減らすことができる。よってＲ１値をより効果的に低減することができ、より一層の小型化を図ることができる。
【００７１】
加えて、電極形成工程の際に、圧電板１１の両主面及び溝部１７内において、仕上金属層１８ｂを除去する。即ち、溝部１７内が全て下地金属層１８ａだけの単層となると共に、少なくとも溝部１７が形成されている領域に亘って、振動腕部８、９の両面上が全て下地金属層１８ａだけの単層となるように電極膜１８を形成する。
特に、膜厚が不均一になりやすい溝部１７内を下地金属層１８ａだけの単層にするので、より効果的にＲ１値を低減することができる。
【００７２】
加えて、電極形成工程の際に、基端部から基部１０に向かって振動腕部８、９の腕幅Ｗの２倍離間した位置に至る領域で、仕上金属層１８ｂを全部除去する。即ち、少なくとも股部１０ａが下地金属層１８ａだけの単層になるように電極膜１８を形成する。
特に、股部１０ａは、溝部１７と同様に形状が複雑であるので、単なる平面に電極膜１８を形成する場合に比べて膜厚が均一にならず、ムラが生じやすい。そのため、膜応力がかかりやすく、歪みがたまりやすい。
しかしながら、少なくとも股部の電極膜１８を全面的に単層にするので、圧電板１１に作用する膜応力及び歪みの負荷を減らすことができる。よってＲ１値をより効果的に低減することができ、より一層の小型化を図ることができる。
【００７３】
また、単に電極膜１８を部分的に下地金属層１８ａだけの単層にするだけであるので、複雑な形状や特別な手法によることなく簡単に行える。よって、コストをかけることもなく、効率よく製造することができる。
なお、振動腕部８、９側及び股部１０ａ近傍を単層にするので、マウント電極１５、１６は、従来と同様に仕上金属層１８ｂが残っている。そのため、マウント性や導電性は何ら変わりない。
【００７４】
また、電極形成工程の際、下地金属層１８ａを、クロムを用いて形成し、仕上金属層１８ｂを、金を用いて形成する。
クロムは、硬度が高いため、下地金属層１８ａとして用いることで圧電振動片２自体を保護することができる。また、金は、軟らかい上に電気抵抗値が低いため、仕上金属層１８ｂとして用いることで、圧電振動片２をリード端子３１とのマウント性や導電性を高めることができる。
即ち、下地金属層１８ａ及び仕上金属層１８ｂにそれぞれクロム及び金を用いることにより、圧電振動片２を保護すると共に、電気導通性を安定に確保することができる。これにより、圧電振動片２の高品質化を図ることが可能になる。
【００７５】
また、本実施形態の圧電振動子１においては、上述した圧電振動片２を備えているので、圧電振動子１を小型化しながらも、一定のＲ１値を確保することが可能であり、高品質化を図ることができる。
【００７６】
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図２２を参照しながら説明する。
本実施形態の発振器１００は、図２２に示すように、圧電振動子１を、集積回路１０１に電気的に接続された発振子として構成したものである。この発振器１００は、コンデンサ等の電子部品１０２が実装された基板１０３を備えている。基板１０３には、発振器用の上記集積回路１０１が実装されており、この集積回路１０１の近傍に、圧電振動子１が実装されている。これら電子部品１０２、集積回路１０１及び圧電振動子１は、図示しない配線パターンによってそれぞれ電気的に接続されている。なお、各構成部品は、図示しない樹脂によりモールドされている。
【００７７】
このように構成された発振器１００において、圧電振動子１に電圧を印加すると、該圧電振動子１内の圧電振動片２が振動する。この振動は、圧電振動片２が有する圧電特性により電気信号に変換されて、集積回路１０１に電気信号として入力される。入力された電気信号は、集積回路１０１によって各種処理がなされ、周波数信号として出力される。これにより、圧電振動子１が発振子として機能する。
また、集積回路１０１の構成を、例えば、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュール等を要求に応じて選択的に設定することで、時計用単機能発振器等の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、時刻やカレンダー等を提供したりする機能を付加することができる。
【００７８】
上述したように、本実施形態の発振器１００によれば、小型化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、発振器１００自体も同様に小型化及び高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な周波数信号を得ることができる。
【００７９】
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図２３を参照して説明する。なお電子機器として、上述した圧電振動子１を有する携帯情報機器１１０を例にして説明する。始めに本実施形態の携帯情報機器１１０は、例えば、携帯電話に代表されるものであり、従来技術における腕時計を発展、改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在の時刻等を表示させることができるものである。また、通信機として利用する場合には、手首から外し、バンドの内側部分に内蔵されたスピーカ及びマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信を行うことが可能である。しかしながら、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化及び軽量化されている。
【００８０】
次に、本実施形態の携帯情報機器１１０の構成について説明する。この携帯情報機器１１０は、図２３に示すように、圧電振動子１と、電力を供給するための電源部１１１とを備えている。電源部１１１は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部１１１には、各種制御を行う制御部１１２と、時刻等のカウントを行う計時部１１３と、外部との通信を行う通信部１１４と、各種情報を表示する表示部１１５と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部１１６とが並列に接続されている。そして、電源部１１１によって、各機能部に電力が供給されるようになっている。
【００８１】
制御部１１２は、各機能部を制御して音声データの送信及び受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御を行う。また、制御部１１２は、予めプログラムが書き込まれたＲＯＭと、該ＲＯＭに書き込まれたプログラムを読み出して実行するＣＰＵと、該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等とを備えている。
【００８２】
計時部１１３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路及びインターフェース回路等を内蔵する集積回路と、圧電振動子１とを備えている。圧電振動子１に電圧を印加すると圧電振動片２が振動し、該振動が水晶の有する圧電特性により電気信号に変換されて、発振回路に電気信号として入力される。発振回路の出力は二値化され、レジスタ回路とカウンタ回路とにより計数される。そして、インターフェース回路を介して、制御部１１２と信号の送受信が行われ、表示部１１５に、現在時刻や現在日付或いはカレンダー情報等が表示される。
【００８３】
通信部１１４は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９、増幅部１２０、音声入出力部１２１、電話番号入力部１２２、着信音発生部１２３及び呼制御メモリ部１２４を備えている。
無線部１１７は、音声データ等の各種データを、アンテナ１２５を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部１１８は、無線部１１７又は増幅部１２０から入力された音声信号を符号化及び複号化する。増幅部１２０は、音声処理部１１８又は音声入出力部１２１から入力された信号を、所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１２１は、スピーカやマイクロフォン等からなり、着信音や受話音声を拡声したり、音声を集音したりする。
【００８４】
また、着信音発生部１２３は、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部１１９は、着信時に限って、音声処理部１１８に接続されている増幅部１２０を着信音発生部１２３に切り替えることによって、着信音発生部１２３において生成された着信音が増幅部１２０を介して音声入出力部１２１に出力される。
なお、呼制御メモリ部１２４は、通信の発着呼制御に係るプログラムを格納する。また、電話番号入力部１２２は、例えば、０から９の番号キー及びその他のキーを備えており、これら番号キー等を押下することにより、通話先の電話番号等が入力される。
【００８５】
電圧検出部１１６は、電源部１１１によって制御部１１２等の各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に、その電圧降下を検出して制御部１１２に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部１１４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧として予め設定されている値であり、例えば、３Ｖ程度となる。電圧検出部１１６から電圧降下の通知を受けた制御部１１２は、無線部１１７、音声処理部１１８、切替部１１９及び着信音発生部１２３の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１１７の動作停止は、必須となる。更に、表示部１１５に、通信部１１４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。
【００８６】
即ち、電圧検出部１１６と制御部１１２とによって、通信部１１４の動作を禁止し、その旨を表示部１１５に表示することができる。この表示は、文字メッセージであっても良いが、より直感的な表示として、表示部１１５の表示面の上部に表示された電話アイコンに、×（バツ）印を付けるようにしても良い。
なお、通信部１１４の機能に係る部分の電源を、選択的に遮断することができる電源遮断部１２６を備えることで、通信部１１４の機能をより確実に停止することができる。
【００８７】
上述したように、本実施形態の携帯情報機器１１０によれば、小型化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、携帯情報機器自体も同様に小型化及び高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定した高精度な時計情報を表示することができる。
【００８８】
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図２４を参照して説明する。
本実施形態の電波時計１３０は、図２４に示すように、フィルタ部１３１に電気的に接続された圧電振動子１を備えたものであり、時計情報を含む標準の電波を受信して、正確な時刻に自動修正して表示する機能を備えた時計である。
日本国内には、福島県（４０ｋＨｚ）と佐賀県（６０ｋＨｚ）とに、標準の電波を送信する送信所（送信局）があり、それぞれ標準電波を送信している。４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚのような長波は、地表を伝播する性質と、電離層と地表とを反射しながら伝播する性質とを併せもつため、伝播範囲が広く、上述した２つの送信所で日本国内を全て網羅している。
【００８９】
以下、電波時計１３０の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ１３２は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの長波の標準電波を受信する。長波の標準電波は、タイムコードと呼ばれる時刻情報を、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚの搬送波にＡＭ変調をかけたものである。受信された長波の標準電波は、アンプ１３３によって増幅され、複数の圧電振動子１を有するフィルタ部１３１によって濾波、同調される。
本実施形態における圧電振動子１は、上記搬送周波数と同一の４０ｋＨｚ及び６０ｋＨｚの共振周波数を有する水晶振動子部１３８、１３９をそれぞれ備えている。
【００９０】
更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路１３４により検波復調される。続いて、波形整形回路１３５を介してタイムコードが取り出され、ＣＰＵ１３６でカウントされる。ＣＰＵ１３６では、現在の年、積算日、曜日、時刻等の情報を読み取る。読み取られた情報は、ＲＴＣ１３７に反映され、正確な時刻情報が表示される。
搬送波は、４０ｋＨｚ若しくは６０ｋＨｚであるから、水晶振動子部１３８、１３９は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
【００９１】
なお、上述の説明は、日本国内の例で示したが、長波の標準電波の周波数は、海外では異なっている。例えば、ドイツでは７７．５ＫＨｚの標準電波が用いられている。従って、海外でも対応可能な電波時計１３０を携帯機器に組み込む場合には、さらに日本の場合とは異なる周波数の圧電振動子１を必要とする。
【００９２】
上述したように、本実施形態の電波時計１３０によれば、小型化及び高品質化された圧電振動子１を備えているので、電波時計自体も同様に小型化及び高品質化を図ることができる。さらにこれに加え、長期にわたって安定して高精度に時刻をカウントすることができる。
【００９３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記実施形態では、圧電振動子の一例として、シリンダパッケージタイプの圧電振動子１を例に挙げて説明したが、この圧電振動子１に限定されるものではない。例えば、セラミックパッケージタイプの圧電振動子や、シリンダパッケージタイプの圧電振動子１を、さらにモールド樹脂部で固めて表面実装型振動子としても構わない。
【００９４】
また、上記実施形態では、単層領域Ｒで、仕上金属層１８ｂの全部が除去され、下地金属層１８ａが単層で電極膜１８を形成していたが、これに限らない。つまり、電極膜１８は、少なくとも振動腕部８、９の基端部から先端部に至る領域で、仕上金属層１８ｂの一部或いは全部が除去されていれば構わない。例えば、領域ＲＡのみで、仕上金属層１８ｂの全部が除去されていても構わない。また、領域ＲＡで、仕上金属層１８ｂの一部のみが除去されていても構わない。
【００９５】
また、上記実施形態では、電極形成工程の際に、単層領域Ｒで仕上金属層１８ｂが除去されているように電極膜１８を形成するために、電極膜１８全体に仕上金属層１８ｂを成膜した後に、単層領域Ｒで該金属層１８ｂを除去したが、これに限らない。つまり、単層領域Ｒで仕上金属層１８ｂが結果的に除去されていれば構わない。例えば、下地金属層１８ａを成膜した後、単層領域Ｒをマスキングして仕上金属層１８ｂを成膜することで、単層領域Ｒで仕上金属層１８ｂが除去されているように形成しても構わない。
【実施例】
【００９６】
次に、本発明に係る圧電振動片及び従来の圧電振動片にそれぞれ所定の電圧を印加して振動させ、Ｒ１値を得た結果を以下に示す。
【００９７】
本発明に係る圧電振動片としては、以下に示す条件を満たすものを用いた。即ち、振動腕部の溝部が形成されている領域の両主面及び溝部内において、仕上金属層が除去されているように形成された圧電振動片を用いた。
そして、上記した電極膜の構成以外の点において条件を合わせた状態で、従来の圧電振動片と本発明に係る圧電振動片とを用いた。具体的に、電極膜の材料及び厚さについては、両者とも、下地金属層は、材料がクロムで、厚みが６００Åのものを用いた。そして、仕上金属層は、材料が金で、厚みが１５００Åのものを用いた。
上記条件を満たす従来の圧電振動片と本発明に係る圧電振動片とを、それぞれ振動腕部の腕幅の異なる４種類（９０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１３０μｍ）ずつ用意した。そして、それぞれに所定の電圧を印加し、Ｒ１値の比較を行った。
【００９８】
比較の結果を図２５のグラフに示す。図２５のグラフは、横軸が振動腕部の腕幅（μｍ）、縦軸がＲ１値（ｋΩ）を意味し、各腕幅の振動腕部を有した従来の圧電振動片のＲ１値（凡例：Ｃｒ＋Ａｕ）及び本発明に係る圧電振動片（凡例：Ｃｒ）のＲ１値をそれぞれプロットしたグラフである。
この結果によれば、いずれの腕幅の圧電振動片を比較した場合であっても、本発明に係る圧電振動片のＲ１値は、従来の圧電振動片のＲ１値より１０％程度低いことが確認できた。従って、膜厚の調整だけでＲ１値が低くなるということが確認できた。つまり、溝部加工とは別の手段でＲ１値を低減させられることが実際に確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明に係る一実施形態の圧電振動子のケースの中身を見た図であって、圧電振動片を平面視した状態の図である。
【図２】図１に示す圧電振動片を上面から見た図である。
【図３】図１に示す圧電振動片を下面から見た図である。
【図４】図２に示す圧電振動片の断面矢視Ａ−Ａ図である。
【図５】図１に示す圧電振動片の斜視図である。
【図６】図５に示す圧電振動片の断面矢視Ｂ−Ｂ図である。
【図７】図１に示す圧電振動子を製造する際のフローチャートである。
【図８】図７に示すフローチャートの続きである。
【図９】図１に示す圧電振動子を製造する際の一工程を示す図であって、ウエハの両面にエッチング保護膜を形成した状態を示す図である。
【図１０】図９に示す状態から、エッチング保護膜を圧電振動片の圧電板の外形形状にパターニングした状態を示す図である。
【図１１】図１０に示す断面矢視Ｃ−Ｃ図である。
【図１２】図１１に示す状態から、エッチング保護膜をマスクとしてウエハをエッチング加工した状態を示す図である。
【図１３】図１２に示す状態から、フォトレジスト膜をパターニングした状態を示す図である。
【図１４】図１３に示す状態から、フォトリソ技術を用いてフォトレジスト膜の一部を除去した状態を示す図である。
【図１５】図１４に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてウエハをエッチング加工した状態を示す図である。
【図１６】図１５に示す状態から、エッチング保護膜をマスクとしてウエハをエッチング加工した状態を示す図である。
【図１７】図１６に示す振動腕部の一つを拡大した図であって、図１６に示す状態から、下地金属層及び仕上金属層を被膜した状態を示す図である。
【図１８】図１７に示す状態から、フォトレジスト膜をパターニングした後、フォトリソ技術を用いてフォトレジスト膜の一部を除去した状態を示す図である。
【図１９】図１８に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとしてウエハをエッチング加工した状態を示す図である。
【図２０】図１９に示す状態から、フォトレジスト膜をパターニングした後、フォトリソ技術を用いてフォトレジスト膜の一部を除去した状態を示す図である。
【図２１】図２０に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとして仕上金属層をエッチング加工して除去した状態を示す図である。
【図２２】本発明に係る発振器の一実施形態を示す構成図である。
【図２３】本発明に係る電子機器の一実施形態を示す構成図である。
【図２４】本発明に係る電波時計の一実施形態を示す構成図である。
【図２５】本発明に係る圧電振動片を用いた実施例の結果を示す図である。
【図２６】従来の圧電振動片における、一対の振動腕部の断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 圧電振動子
２ 圧電振動片
８ 振動腕部
９ 振動腕部
１０ 基部
１１ 圧電板
１７ 溝部
１８ 電極膜
１８ａ 下地金属層
１８ｂ 仕上金属層
１００ 発振器
１０１ 発振器の集積回路
１１０ 携帯情報機器（電子機器）
１１３ 電子機器の計時部
１３０ 電波時計
１３１ 電波時計のフィルタ部
Ｓ ウエハ
Ｌ 一定長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両主面上に、前記振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さ形成された溝部と、を有する圧電板と、
前記圧電板の外表面上に積層された下地金属層及び仕上金属層によって形成され、所定の電圧が印加されたときに前記一対の振動腕部を振動させる電極膜と、を備え、
該電極膜は、少なくとも前記振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、前記仕上金属層の一部或いは全部が除去されていること、
を特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片において、
前記電極膜は、前記基端部から前記一定長さ以上離間した位置まで、前記仕上金属層の一部或いは全部が除去されていること、
を特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電振動片において、
前記電極膜は、前記圧電板の両主面及び前記溝部内において、前記仕上金属層が除去されていること、
を特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電振動片において、
前記下地金属層は、クロムで形成され、
前記仕上金属層は、金で形成されること、
を特徴とする圧電振動片。
【請求項５】
圧電材料からなるウエハを利用して圧電振動片を一度に複数製造する方法であって、
前記ウエハをフォトリソ技術によってエッチングして、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、を有する圧電板を、前記ウエハに複数形成するように外形形状をパターニングする外形形成工程と、
複数の前記圧電板の前記一対の振動腕部の両主面上に、前記振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さ溝部を形成する溝部形成工程と、
複数の前記圧電板の外表面上に下地金属層及び仕上金属層を積層して、所定の電圧が印加されたときに前記一対の振動腕部を振動させる電極膜を形成する電極形成工程と、
複数の前記圧電板を前記ウエハから切り離して小片化する切断工程と、を備え、
前記電極形成工程の際に、少なくとも前記振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、前記仕上金属層の一部或いは全部を除去すること、
を特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記電極形成工程の際に、前記基端部から前記一定長さ以上離間した位置まで、前記仕上金属層の一部或いは全部を除去すること、
を特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記電極形成工程の際に、前記圧電板の両主面及び前記溝部内において、前記仕上金属層を除去すること、
を特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記電極形成工程の際、前記下地金属層を、クロムを用いて形成し、前記仕上金属層を、金を用いて形成すること、
を特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項９】
請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電振動片を有することを特徴とする圧電振動子。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
【請求項１１】
請求項９に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
請求項９に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。
【請求項１】
平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、前記一対の振動腕部の両主面上に、前記振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さ形成された溝部と、を有する圧電板と、
前記圧電板の外表面上に積層された下地金属層及び仕上金属層によって形成され、所定の電圧が印加されたときに前記一対の振動腕部を振動させる電極膜と、を備え、
該電極膜は、少なくとも前記振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、前記仕上金属層の一部或いは全部が除去されていること、
を特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片において、
前記電極膜は、前記基端部から前記一定長さ以上離間した位置まで、前記仕上金属層の一部或いは全部が除去されていること、
を特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電振動片において、
前記電極膜は、前記圧電板の両主面及び前記溝部内において、前記仕上金属層が除去されていること、
を特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電振動片において、
前記下地金属層は、クロムで形成され、
前記仕上金属層は、金で形成されること、
を特徴とする圧電振動片。
【請求項５】
圧電材料からなるウエハを利用して圧電振動片を一度に複数製造する方法であって、
前記ウエハをフォトリソ技術によってエッチングして、平行に配された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の基端側を一体的に固定する基部と、を有する圧電板を、前記ウエハに複数形成するように外形形状をパターニングする外形形成工程と、
複数の前記圧電板の前記一対の振動腕部の両主面上に、前記振動腕部の基端部から先端部に向かって一定長さ溝部を形成する溝部形成工程と、
複数の前記圧電板の外表面上に下地金属層及び仕上金属層を積層して、所定の電圧が印加されたときに前記一対の振動腕部を振動させる電極膜を形成する電極形成工程と、
複数の前記圧電板を前記ウエハから切り離して小片化する切断工程と、を備え、
前記電極形成工程の際に、少なくとも前記振動腕部の基端部から先端部に至る領域で、前記仕上金属層の一部或いは全部を除去すること、
を特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記電極形成工程の際に、前記基端部から前記一定長さ以上離間した位置まで、前記仕上金属層の一部或いは全部を除去すること、
を特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記電極形成工程の際に、前記圧電板の両主面及び前記溝部内において、前記仕上金属層を除去すること、
を特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項に記載の圧電振動片の製造方法において、
前記電極形成工程の際、前記下地金属層を、クロムを用いて形成し、前記仕上金属層を、金を用いて形成すること、
を特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項９】
請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電振動片を有することを特徴とする圧電振動子。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧電振動子が、発振子として集積回路に電気的に接続されていることを特徴とする発振器。
【請求項１１】
請求項９に記載の圧電振動子が、計時部に電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
請求項９に記載の圧電振動子が、フィルタ部に電気的に接続されていることを特徴とする電波時計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２００９−１８２５５５（Ｐ２００９−１８２５５５Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８５５５（Ｐ２００８−１８５５５）
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３０日（２００８．１．３０）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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