圧電振動片の製造方法、圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器及び電波時計
【課題】CI値が低く、高品質化及び高性能化された圧電振動片を低コストで効率良く大量生産すること。
【解決手段】圧電板20の両面に第1の保護膜20を成膜する工程と、第1の保護膜を、溝部5の領域を空けた状態で圧電振動片の外形形状にパターニングする工程と、第1の保護膜をマスクとしてドライエッチングにより圧電板をエッチング加工して、溝部を形成すると共に第1の保護膜でマスクされていない領域を表面から溝部の深さh1だけエッチングする工程と、溝部を第2の保護膜の成膜により保護する工程と、第1の保護膜及び第2の保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより圧電板をエッチング加工して、表面から溝部の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、一対の振動腕部及び基部を形成する工程と、第1の保護膜及び第2の保護膜を除去する工程とを行う圧電振動片の製造方法を提供する。
【解決手段】圧電板20の両面に第1の保護膜20を成膜する工程と、第1の保護膜を、溝部5の領域を空けた状態で圧電振動片の外形形状にパターニングする工程と、第1の保護膜をマスクとしてドライエッチングにより圧電板をエッチング加工して、溝部を形成すると共に第1の保護膜でマスクされていない領域を表面から溝部の深さh1だけエッチングする工程と、溝部を第2の保護膜の成膜により保護する工程と、第1の保護膜及び第2の保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより圧電板をエッチング加工して、表面から溝部の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、一対の振動腕部及び基部を形成する工程と、第1の保護膜及び第2の保護膜を除去する工程とを行う圧電振動片の製造方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、振動腕部に溝部が形成された圧電振動片、該圧電振動片の製造方法、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片を有する圧電振動子が用いられている。
この圧電振動子は、搭載される機器の小型化に伴って、今後さらなる小型化が望まれている。小型化を図る方法としては、いくつかの方法が考えられているが、その1つとして振動腕部の両面に溝部を形成した音叉型の圧電振動片を利用する方法がある。
通常、この音叉型の圧電振動片は、互いに平行に配置され、基端側が基部に一体的に固定された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の外表面上(溝部を含む)に形成されて一対の振動腕部を振動させる励振電極と、を有している。
【0003】
励振電極は、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り、引き出し電極を介して基部の外表面上に形成されたマウント電極に電気的に接続されている。そして圧電振動片は、このマウント電極を介して電圧が印加されるようになっている。
【0004】
ここで、一対の振動腕部に溝部が形成されている場合には、図42に示すように、振動腕部90、91の側面及び溝部92の側面上に極性の異なる2つの励振電極93、94が形成される。この際、2つの励振電極93、94は、対向した位置関係となるので、溝部92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、圧電振動片95のサイズを小型化したとしても、振動損失が低くCI値(等価抵抗値)を極力低く抑えることができる。従って、小型化に適しているという利点を有している。
【0005】
ところでこの圧電振動片95は、一般的に水晶等のウエハ基板を複数回繰り返しエッチング加工することで製造されている(例えば、特許文献1参照)。この製造方法について、図43に示すフローチャートを参照しながら簡単に説明する。
まず、ウエハ基板を準備(S100)した後、ウエハ基板の表面にエッチング保護膜を成膜する(S101)。次いで、このエッチング保護膜にフォトリソ技術を利用して圧電振動片95の外形パターンをパターニングする(S102)。次いで、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとしてウエハ基板をウェットエッチングによりエッチング加工する(S103)。これにより、圧電振動片95を形作ることができる。即ち、基部及び一対の振動腕部90、91を形成することができる。
【0006】
次いで、マスクとして利用したエッチング保護膜を除去する(S104)。次に、一対の振動腕部90、91に溝部92を形成する工程を行う。そのため、圧電振動片95の表面に再度溝部92用のエッチング保護膜を成膜する(S105)。次いで、この溝部92用のエッチング保護膜にフォトリソ技術を利用して溝部92の外形パターンをパターニングする(S106)。次いで、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとして、一対の振動腕部90、91をウェットエッチングによりエッチング加工する(S107)。これにより、一対の振動腕部90、91の両面に溝部92を形成することができる。次いで、マスクとして利用した溝部92用のエッチング保護膜を除去する(S108)。そして、最後に圧電振動片95の外表面に励振電極93、94、引き出し電極及びマウント電極をそれぞれ形成する。これにより、一対の振動腕部90、91に溝部92が形成された圧電振動片95を製造することができる。
【0007】
上述したように、一般的に溝部92を有する圧電振動片95を製造する場合には、最初のエッチング加工で圧電振動片95の外形形状を形作った後、次のエッチング加工で溝部92を形成している。また、通常いずれのエッチング加工を行う場合であっても、フッ化水素酸等の薬液を利用したウェットエッチングにより加工を行っているが、溝部92のエッチング加工を行うときだけ、ウェットエッチングではなくプラズマを利用したドライエッチングで加工を行う方法も容易に考えられる。
【特許文献1】特許第3729249号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上記従来の方法では、以下の課題が残されている。
始めに、ウェットエッチングによるエッチング加工は、ウエハ基板の結晶の面方位の影響を受けてしまう特性を有している。そのため、外形形状の加工と溝部92の加工とをウェットエッチングにより加工する従来の方法では、エッチングされた溝部92の側面や底面が平坦面にならず、図44に示すようにいびつな形状になってしまい、面内ばらつきが大きかった。また、外形形状もウェットエッチングで加工しているので、溝部92だけでなく振動腕部90、91や基部の側面も平坦面にならず、いびつな形状になってしまっていた。そのため、圧電振動片95を精度良く形成することができなかった。また、面内ばらつきの程度によっては、追加エッチングが必要な場合もあった。
【0009】
また、溝部92の側面や振動腕部90、91の側面に形成した2つの励振電極93、94が、確実に対向した位置関係とならず、結果的にCI値を設計通りの値にすることができなかった。また、各電極がショートしてしまう可能性もあった。これらのことから、高品質化、高性能化を図ることが難しかった。
【0010】
ところで、上述した2回のエッチング加工をウェットエッチングではなく全てドライエッチングで行った場合には、結晶の面方位の影響を受けないので、上述した問題が生じない。しかしながら、生産性の点でドライエッチングを採用することは難しく、現実的なものではなかった。
つまり、実際に圧電振動片95を製造する場合には、一度に効率良く大量生産することが望まれる。ここで、ウェットエッチングを行う場合には、数百枚のウエハ基板を一度に薬液に入れるので、加工時間がかかったとしても一度に大量の圧電振動片95を扱うことができ、生産性に優れている。
【0011】
これに対して、ドライエッチングを行う場合には、ウェットエッチングに比べて加工時間が短時間で済むという利点はあるものの、通常専用の装置内に数十枚のウエハ基板しか入れることができないという欠点がある。そのため、一度に少量の圧電振動片95しか扱うことができず、生産性が悪いものであった。よって、ドライエッチングは、大量生産には不向きなものであった。
そのため、現状の生産ラインでは、ウェットエッチングによる方法が一般的に採用されている。従って、上述した問題が生じてしまっていた。
【0012】
一方、溝部92のエッチング加工だけをドライエッチングで行う方法によれば、溝部92に関しては側面及び底面とも平坦面にすることができるが、圧電振動片95の側面については、いびつな形状になってしまう。そのため、上述した方法ほどではないにしろ、やはり同じ問題が生じるものであった。しかも、溝部92のエッチング加工だけのためにドライエッチングを行うので、生産性が悪く、大量生産には不向きなものであった。
【0013】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、CI値が低く、高品質化及び高性能化された圧電振動片、該圧電振動片を低コストで効率良く大量生産する圧電振動片の製造方法、圧電振動片を有する圧電振動子、更には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】
【0014】
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の製造方法は、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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、前記圧電板の両面に第1の保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、前記第1の保護膜を、前記溝部の領域を空けた状態で前記圧電振動片の外形形状にパターニングするパターニング工程と、パターニングされた前記第1の保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に、第1の保護膜でマスクされていない領域を表面から溝部の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、露出している前記溝部を第2の保護膜の成膜により保護する保護工程と、パターニングされた前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、表面から溝部の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜を除去する除去工程と、を行うことを特徴とするものである。
【0015】
この発明に係る圧電振動片の製造方法においては、まず、水晶ウエハ等の圧電板の両面に、エッチング加工時に圧電板を保護する第1の保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程を行う。次いで、第1の保護膜を、例えばフォトリソグラフィ技術によりパターニングするパターニング工程を行う。この際、溝部の領域を空けた状態で圧電振動片の外形形状、即ち、一対の振動腕部及び基部の外形形状に沿ってパターニングする。次いで、このパターニングされた第1の保護膜をマスクとして、ドライエッチングにより圧電板の両面をそれぞれエッチング加工する第1のエッチング工程を行う。これにより、圧電板の両面に溝部を形成することができると共に、第1の保護膜でマスクされていない領域を表面から溝部の深さだけ除去して、圧電振動片の外形形状を溝部の深さ分だけ形作ることができる。
【0016】
なお、上記エッチング加工を行った部分は、第1の保護膜でマスクされずに露出している。そこで、この露出している部分のうち、エッチング加工時に圧電板を保護する第2の保護膜を溝部だけに成膜する保護工程を行う。次いで、第1の保護膜及び第2の保護膜をマスクとして、ウェットエッチングにより圧電板をエッチング加工する第2のエッチング加工を行う。この際、第1のエッチング工程で表面から溝部の深さ分だけエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板の両面を貫通させる。これにより、一対の振動腕部及び基部を完全に形成することができ、基部に一対の振動腕部が一体的に固定された圧電振動片を得ることができる。そして最後に、第1の保護膜及び第2の保護膜をそれぞれ除去する除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部の両面にそれぞれ溝部が形成された圧電振動片を製造することができる。
【0017】
特に、溝部の加工をドライエッチングにより行っているので、精度良く加工でき、溝部の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。しかも、圧電振動片の外形加工の途中までもドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部の側面に関しても、従来に比べて面内ばらつきを小さくして精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。従って、圧電振動片の外表面に励振電極を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
【0018】
また、従来の方法では圧電振動片の外形加工が終了した後に、溝部の加工を行っているが、本発明に係る製造方法では、第1のエッチング工程時に、溝部の加工と同時に圧電振動片の外形加工を途中まで行っている。そのため、第2のエッチング工程で加工する圧電板のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
なお、一度に数十枚の圧電板しか取り扱えないドライエッチングを採用する欠点よりも、大量の圧電板を一度に取り扱うことができ、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を削減できる利点の方が、遥かに効果が高い。そのため、生産性を高めることができる。
【0019】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、前記圧電板の両面に保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、前記保護膜を、前記圧電振動片の外形形状でパターニングする第1のパターニング工程と、パターニングされた前記保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、パターニングされた前記保護膜をさらにパターニングして、前記溝部の領域を空けた状態にする第2のパターニング工程と、再度パターニングされた前記保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に、表面から所定の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、前記保護膜を除去する除去工程と、を行うことを特徴とするものである。
【0020】
この発明に係る圧電振動片の製造方法においては、まず、水晶ウエハ等の圧電板の両面に、エッチング加工時に圧電板を保護する保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程を行う。次いで、保護膜を、例えばフォトリソグラフィ技術によりパターニングするパターニング工程を行う。この際、圧電振動片の外形形状、即ち、一対の振動腕部及び基部の外形形状に沿ってパターニングする。次いで、このパターニングされた保護膜をマスクとして、ウェットエッチングにより圧電板の両面をそれぞれエッチング加工する第1のエッチング工程を行う。これにより、圧電板の両面において、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけ除去して、圧電振動片の外形形状を所定の深さ分だけ形作ることができる。
【0021】
次いで、既にパターニングされている保護膜を、フォトリソグラフィ技術等を利用してさらにパターニングして、溝部の領域を空けた状態にする第2のパターニング工程を行う。これにより、溝部の形状で圧電板が露出した状態となる。次いで、この再度パターニングされた保護膜をマスクとして、ドライエッチングにより圧電板をエッチング加工する第2のエッチング加工を行う。これにより、溝部を形成することができる。またこの際、第1のエッチング工程で表面から所定の深さ分だけエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板の両面を貫通させる。これにより、一対の振動腕部及び基部を完全に形成することができ、基部に一対の振動腕部が一体的に固定された圧電振動片を得ることができる。そして最後に、保護膜を除去する除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部の両面にそれぞれ溝部が形成された圧電振動片を製造することができる。
【0022】
特に、溝部の加工をドライエッチングにより行っているので、従来に比べて面内ばらつきを小さくして精度良く加工でき、溝部の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。しかも、圧電振動片の外形加工を途中からドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部の側面に関しても、従来に比べて精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。従って、圧電振動片の外表面に励振電極を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
【0023】
また、従来の方法では圧電振動片の外形加工が終了した後に、溝部の加工を行っているが、本発明に係る製造方法では、第2のエッチング工程時に、溝部の加工と同時に圧電振動片の外形加工を行っている。そのため、第1のエッチング工程で加工する圧電板のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
なお、一度に数十枚の圧電板しか取り扱えないドライエッチングを採用する欠点よりも、大量の圧電板を一度に取り扱うことができ、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を削減できる利点の方が、遥かに効果が高い。そのため、生産性を高めることができる。
【0024】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、前記圧電板の両面に保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、前記保護膜を、前記圧電振動片の外形形状でパターニングするパターニング工程と、パターニングされた前記保護膜上に、前記溝部の領域を空けた状態でパターニングされたレジスト膜を重ねて形成するレジスト膜形成工程と、パターニングされた前記保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、前記レジスト膜をマスクとしてパターニングされた前記保護膜の一部を除去して、該保護膜を前記溝部の領域を空けた状態にする第1の除去工程と、前記溝部の領域が空いた前記保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に表面から所定の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、前記保護膜及び前記レジスト膜を除去する第2の除去工程と、を行う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の製造方法においては、まず、水晶ウエハ等の圧電板の両面に、エッチング加工時に圧電板を保護する保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程を行う。次に、この保護膜を、例えばフォトリソグラフィ技術によりパターニングするパターニング工程を行う。この際、圧電振動片の外形形状、即ち、一対の振動腕部及び基部の外形形状に沿ってパターニングする。次いで、このパターニングされた第1の保護膜上に、溝部の領域を空けた状態でパターニングされたレジスト膜を重ねて形成するレジスト膜形成工程を行う。この工程を行った時点で、パターニングされた保護膜は、溝部の領域が露出した状態となっている。
【0026】
次いで、パターニングされた保護膜をマスクとして、ウェットエッチングにより圧電板の両面をそれぞれエッチング加工する第1のエッチング工程を行う。これにより、圧電板の両面において、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけ除去して、圧電振動片の外形形状を所定の深さ分だけ形作ることができる。次いで、保護膜に重ねて形成されたレジスト膜をマスクとしてパターニングされた保護膜の一部を除去して、溝部の領域を空けた状態にする第1の除去工程を行う。これにより、溝部の形状で圧電板が露出した状態となる。
【0027】
次いで、溝部の領域が空いた保護膜をマスクとして、ドライエッチングにより圧電板をエッチング加工する第2のエッチング加工を行う。これにより、溝部を形成することができる。またこの際、第1のエッチング工程で表面から所定の深さ分だけエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板の両面を貫通させる。これにより、一対の振動腕部及び基部を完全に形成することができ、基部に一対の振動腕部が一体的に固定された圧電振動片を得ることができる。そして最後に、保護膜及びレジスト膜を除去する第2の除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部の両面にそれぞれ溝部が形成された圧電振動片を製造することができる。
【0028】
特に、溝部の加工をドライエッチングにより行っているので、従来に比べて面内ばらつきを小さくして精度良く加工でき、溝部の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。しかも、圧電振動片の外形加工を途中からドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部の側面に関しても、従来に比べて精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。従って、圧電振動片の外表面に励振電極を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
【0029】
また、従来の方法では圧電振動片の外形加工が終了した後に、溝部の加工を行っているが、本発明に係る製造方法では、第2のエッチング工程時に、溝部の加工と同時に圧電振動片の外形加工を行っている。そのため、第1のエッチング工程で加工する圧電板のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
なお、一度に数十枚の圧電板しか取り扱えないドライエッチングを採用する欠点よりも、大量の圧電板を一度に取り扱うことができ、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を削減できる利点の方が、遥かに効果が高い。そのため、生産性を高めることができる。
【0030】
また、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面に、該振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極と、を備え、前記溝部が、圧電材料からなる圧電板から、ドライエッチングによりエッチング加工されており、前記一対の振動腕部及び前記基部が、前記圧電板から、ドライエッチング及びウェットエッチングの異なる2つのエッチング加工をそれぞれ順番に行って形成されていることを特徴とするものである。
【0031】
この発明に係る圧電振動片においては、溝部がドライエッチングによりエッチング加工されているので、精度良く加工されて、側面及び底面がいびつな形状ではなく、ともに平坦面となっている。また、一対の振動腕部及び基部は、ドライエッチング及びウェットエッチングの異なる2つのエッチング加工をそれぞれ順番に行って形成されているので、従来のウェットエッチングだけによる方法に比べて精度良く加工されて平坦面が占める割合がより多くなっている。なお、一対の振動腕部及び基部は、ドライエッチングの後にウェットエッチングの順番、或いは、ウェットエッチングの後にドライエッチングの順番のいずれかの順番で形成されている。
【0032】
上述したように、溝部及び一対の振動腕部のいずれもが、面内ばらつきが小さく精度良く形成されているので、高品質化を図ることができる。また、圧電振動片の外表面(溝部を含む外表面)に形成された励振電極に関しても高精度に形成されている。そのため、従来のものに比べてCI値をより低くすることができ、高性能化を図ることができる。
【0033】
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備えることを特徴とするものである。
【0034】
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有しているので、同様に高品質化、高性能化を図ることができる。このような圧電振動子としては、例えば、シリンダパッケージタイプの圧電振動子や箱型のセラミックパッケージタイプの圧電振動子である。
【0035】
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ことを特徴とするものである。
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。
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。
【0036】
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有しているので、同様に高品質化、高性能化を図ることができる。
【発明の効果】
【0037】
本発明に係る圧電振動片の製造方法によれば、CI値が低く、高品質化及び高性能化された圧電振動片を、効率良く生産することができ、低コストで大量生産を実現することができる。
また、本発明に係る圧電振動片によれば、従来のものに比べてCI値を低くすることができ、高品質化及び高性能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、同様に高品質化、高性能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】
【0038】
(第1実施形態)
以下、本発明に係る圧電振動片及び該圧電振動片の製造方法の第1実施形態を、図1から図15を参照して説明する。
本実施形態の圧電振動片1は、図1から図3に示すように、平行に配置された一対の振動腕部2、3と、一対の振動腕部2、3の基端側を一体的に固定する基部4と、一対の振動腕部2、3の両面にそれぞれ形成された溝部5と、溝部5を含む一対の振動腕部2、3の外表面上に形成され、一対の振動腕部2、3を振動させる第1の励振電極6と第2の励振電極7とからなる励振電極8と、両励振電極6、7に電気的に接続されたマウント電極9、10とを備えている。
【0039】
上記溝部5は、図4に示すように、一対の振動腕部2、3の長手方向Xに沿ってそれぞれ形成されており、振動腕部2、3の基端側から略中間付近まで形成されている。なお、図4においては、各電極を省略して図示している。
【0040】
第1の励振電極6と第2の励振電極7とからなる励振電極8は、一対の振動腕部2、3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2、3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3に示すように、第1の励振電極6が、一方の振動腕部2の溝部5上と、他方の振動腕部3の両側面上とに主に形成され、第2の励振電極7が、一方の振動腕部2の両側面上と他方の振動腕部3の溝部5上とに主に形成されている。
【0041】
また、第1の励振電極6及び第2の励振電極7は、図1及び図2に示すように、基部4の両面において、それぞれ引き出し電極11、12を介してマウント電極9、10に電気的に接続されている。そして圧電振動片1は、このマウント電極9、10を介して電圧が印加されるようになっている。
なお、励振電極8、マウント電極9、10及び引き出し電極11、12は、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)やチタン(Ti)等の導電性膜の被膜により形成されたものである。
【0042】
また、一対の振動腕部2、3の先端には、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13が被膜されている。なお、この重り金属膜13は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜13aと、微小に調整する際に使用される微調膜13bとに分かれている。これら粗調膜13a及び微調膜13bを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部2、3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。
【0043】
このように構成された圧電振動片1は、図4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なる圧電板20から製造されている。この際、溝部5は、圧電板20をドライエッチングによるエッチング加工によって製造されたものである。また、一対の振動腕部2、3及び基部4は、圧電板20をドライエッチング及びウェットエッチングの異なる2つのエッチング加工をそれぞれ順番に行って製造されたものである。この製造方法については、後に詳細に説明する。
【0044】
また、圧電振動片1の寸法例としては、図4に示すように、幅Wが約0.5mm〜0.6mm、全長Lが約2.0mm〜3.2mm、厚みTが約0.10mmである。また、励振電極8等の各電極は、例えば、圧電板20が水晶である場合には、クロム(Cr)と金(Au)との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロム膜を下地として成膜した後に、表面に金の薄膜を施したものである。なお、この場合に限られず、例えば、クロムとニクロム(NiCr)の積層膜の表面にさらに金の薄膜を積層しても構わない。
【0045】
上述した圧電振動片1を作動させる場合には、マウント電極9、10に所定の駆動電圧を印加する。これにより、引き出し電極11、12を介して、第1の励振電極6と第2の励振電極7とからなる励振電極8に電流を流すことができ、一対の振動腕部2、3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2、3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、上述した圧電振動片1の製造方法について、図5に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
本実施形態の製造方法は、成膜工程と、パターニング工程と、第1のエッチング工程と、保護工程と、第2のエッチング工程と、除去工程とを順番に行って、圧電板20から一度に複数の圧電振動片1を製造する方法である。これら各工程について、以下に詳細に説明する。
【0047】
まず、水晶ウエハ等の圧電板20を準備する(S1)。次いで、圧電板20の両面に、図6に示すように、エッチング加工時に圧電板20を保護するエッチング保護膜(第1の保護膜)21をそれぞれ成膜する(S2)成膜工程を行う。このエッチング保護膜21としては、例えば、クロム(Cr)を数μm成膜する。
【0048】
次いで、エッチング保護膜21を、溝部5の領域を空けた状態で圧電振動片1の外形形状にパターニングする(S3)パターニング工程を行う。詳細には、まずエッチング保護膜21上に図示しないフォトレジスト膜を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、溝部5及び圧電振動片1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(例えば、ウェットエッチング)を行い、マスクされていないエッチング保護膜21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7及び図8に示すように、エッチング保護膜21を上述した形状にパターニングすることができる。つまり、溝部5の領域を空けた状態で圧電振動片1の外形形状、即ち、一対の振動腕部2、3及び基部4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1の数だけパターニングしておく。
【0049】
次いで、パターニングされたエッチング保護膜21をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチングにより圧電板20の両面をそれぞれエッチング加工する(S4)第1のエッチング工程を行う。この際、圧電板20を溝部5の深さh1だけエッチング加工を行う。これにより、図9に示すように、圧電板20の両面に溝部5を形成することができると共に、エッチング保護膜21でマスクされていない領域を表面から溝部5の深さh1だけ除去して、圧電振動片1の外形形状を溝部5の深さh1分だけ形作ることができる。
【0050】
なお、第1のエッチング工程でエッチング加工が行われた部分は、図9に示すように、エッチング保護膜21でマスクされずに露出した状態となっている。そこで、この露出している部分のうち溝部5だけに、エッチング加工時に圧電板20を保護するエッチング保護膜(第2の保護膜)22を成膜する(S5)成膜工程を行う。詳細には、図10に示すように、まず圧電板20の両面にそれぞれエッチング保護膜22を成膜する。このエッチング保護膜22は、例えば、樹脂系のフォトレジスト膜であり、スプレーコートや、スプレーコートとスピンコートとを組み合わせて実施することで成膜を行う。この際、本実施形態では、圧電板20だけでなく、先に成膜したエッチング保護膜21が完全に隠れるまでエッチング保護膜22の成膜を行う。
【0051】
次いで、成膜したエッチング保護膜22を、エッチング保護膜21のパターニング時と同様に、図示しないフォトレジスト膜を利用したフォトリソグラフィ技術によってパターニングして(S6)、図11に示すように溝部5の部分だけに残った状態にする。これにより、圧電板20は、圧電振動片1の周囲を囲む領域だけが露出した状態となる。
なお、本実施形態では、一旦圧電板20の全面にエッチング保護膜22を成膜した後、パターニングすることでエッチング保護膜22を溝部5だけに成膜したが、この場合に限られず、例えば溝部5の部分だけ開口した図示しないマスクを圧電板20に重ねた後、該マスクを介してエッチング保護膜22を成膜しても構わない。この場合であっても、溝部5だけにエッチング保護膜22を成膜することができる。いずれにしても、溝部5だけにエッチング保護膜22を成膜できれば、その方法は何でも構わない。
【0052】
次いで、先に成膜したエッチング保護膜21と後に成膜したエッチング保護膜22とをマスクとして、フッ酸等によるウェットエッチングにより圧電板20をエッチング加工する(S7)第2のエッチング加工を行う。この際、第1のエッチング工程で表面から溝部5の深さh1分だけエッチングされた圧電板20の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板20の両面を貫通させる。これにより、図12に示すように、一対の振動腕部2、3及び基部4を完全に形成することができ、基部4に一対の振動腕部2、3が一体的に固定された圧電振動片1を得ることができる。
【0053】
そして、図13に示すように、最後にエッチング保護膜21、22をそれぞれ除去する(S8)除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部2、3の両面にそれぞれ溝部5が形成された、図4に示す圧電振動片1を製造することができる。
【0054】
次に、励振電極8、引き出し電極11、12及びマウント電極9、10をそれぞれ形成する(S9)電極形成工程を行う。詳細には、圧電振動片1の外表面上に、図14に示すように、後に励振電極8、引き出し電極11、12及びマウント電極9、10となる導電性膜23を成膜すると共に、該導電性膜23上にポジ型のフォトレジスト膜24を成膜する。次いで、所定の大きさの開口部25aが形成されたフォトマスク25を、フォトレジスト膜24上に位置させる。この際、開口部25aが溝部5を挟んだ振動腕部2、3上にそれぞれ位置するように、フォトマスク25を正確に位置決めする。次いで、フォトマスク25の上方から平行光Lを照射し、開口部25aを通じてフォトレジスト膜24を露光する。この際、フォトレジスト膜24は、開口部25aが形成された領域のみ露光された状態となる。
【0055】
次いで、フォトマスク25aを取り除いた後、フォトレジスト膜24の現像を行う。これにより、図15に示すように、フォトレジスト膜24は、露光された領域のみが除去された状態となる。そして、このフォトレジスト膜24をマスクとして導電性膜23をエッチング加工した後、フォトレジスト膜24を除去する。これにより、図3に示すように、極性の異なる2つの励振電極8を、溝部5を含む振動腕部2、3の外表面上に形成することができる。また、同じタイミングで引き出し電極11、12、マウント電極9、10及び重り金属膜13に関しても、導電性膜23からそれぞれ形成することができる。その結果、図1から図3に示す圧電振動片1を製造することができる。
【0056】
特に、本実施形態の製造方法によれば、溝部5の加工をドライエッチングにより行っているので、精度良く加工でき、溝部5の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。しかも、圧電振動片1の外形加工の途中までに関してもドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部2、3の側面に関しても従来に比べて面内ばらつきを小さくして精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。従って、圧電振動片1の外表面に励振電極8を設計通りに形成することができる。
即ち、図3に示すように、溝部5の側面に形成された一方の励振電極6(7)と、振動腕部2、3の側面に形成された他方の励振電極7(6)とを、従来のものに比べてより正確に対向させた位置関係にすることができる。そのため、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
また、従来よりも高精度に溝部5及び圧電振動片1の外形を加工できるので、追加エッチングを行う必要がない。特に、従来の方法では、一対の振動腕部2、3の付け根の部分(股部)に、ヒレ状の突起部がエッチング加工後に残ってしまうことがあったが、本実施形態の製造方法によれば、そのようなことがない。そのため、電極を形成した後、股部におけるショートをなくすことができる。
【0057】
また、従来方法では、圧電振動片1の外形加工が終了した後に、溝部5の加工を行っていたが、上述したように本実施形態の製造方法では、第1のエッチング工程時に溝部5の加工と同時に圧電振動片1の外形加工を途中まで行っている。そのため、第2のエッチング工程で加工する圧電板20のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
【0058】
なお、一度に数十枚の圧電板20しか取り扱えないドライエッチングを採用する欠点よりも、大量の圧電板20を一度に取り扱うことができ、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を削減できる利点の方が遥かに効果が高い、そのため、生産性を高めることができる。
【0059】
また、エッチング保護膜22をパターニングする際に、先に成膜したエッチング保護膜21をそのままの状態にしている。つまり、溝部5の形状及び圧電振動片1の外形形状に正確に一致しているエッチング保護膜21をそのままの状態にしている。よって、位置合わせに余裕をもたせながらエッチング保護膜22をパターニングすることができる。仮に、先に成膜したエッチング保護膜21を除去してしまった場合には、2回目のエッチング保護膜22を圧電振動片1上に正確に位置合わせしながらパターニングする必要がある。しかしながら、先に成膜したエッチング保護膜21を残しているので、エッチング保護膜22をパターニングする際には、圧電振動片1の外形形状に正確に位置合わせする必要が無い。この点においても、製造し易く、生産性を高めることができる。特に、圧電振動片1のサイズが小型になるほど位置合わせがより困難になるので、位置合わせに若干の余裕を与える本実施形態の製造方法の効果はより顕著となる。
【0060】
上述したように、本実施形態の製造方法によれば、CI値が低く、高品質化及び高性能化された圧電振動片1を効率良く生産することができ、低コストで大量生産を実現することができる。
【0061】
(第2実施形態)
次に、本発明に係る圧電振動片の第2実施形態を、図16から図25を参照して説明する。なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、圧電板20をエッチング加工する際に、先にドライエッチングを行った後、ウェットエッチングを行う順番であったが、第2実施形態では、先にウェットエッチングを行った後に、ドライエッチングを行う順番で製造する点である。
【0062】
本実施形態の圧電振動片1の製造方法は、成膜工程と、第1のパターニング工程と、第1のエッチング工程と、第2のパターニング工程と、第2のエッチング工程と、除去工程とを順番に行って、圧電板20から一度に複数の圧電振動片1を製造する方法である。これら各工程について、図16に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
【0063】
まず、第1実施形態と同様に、圧電板20を準備する(S1)と共に、圧電板20の両面に、図17に示すようにエッチング保護膜(保護膜)30をそれぞれ成膜する(S11)成膜工程を行う。次いで、エッチング保護膜30を、圧電振動片1の外形形状でパターニングする(S12)第1のパターニング工程を行う。詳細には、まずエッチング保護膜30上に図示しないフォトレジスト膜を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、圧電振動片1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(例えば、ウェットエッチング)を行い、マスクされていないエッチング保護膜30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18及び図19に示すように、エッチング保護膜30を上述した形状にパターニングすることができる。つまり、圧電振動片1の外形形状、即ち、一対の振動腕部2、3及び基部4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1の数だけパターニングを行う。
【0064】
次いで、パターニングされたエッチング保護膜30をマスクとして、フッ酸等によるウェットエッチングにより圧電板20の両面をそれぞれエッチング加工する(S13)第1のエッチング工程を行う。この際、圧電板20を所定の深さh2だけエッチング加工を行う。これにより、図20に示すように、圧電板20の両面において、エッチング保護膜30でマスクされていない領域を表面から所定の深さh2だけ除去して、圧電振動片1の外形形状を所定の深さh2分だけ形作ることができる。
【0065】
次いで、既にパターニングされているエッチング保護膜30をさらにパターニング(S14)して、溝部5の領域を空けた状態にする第2のパターニング工程を行う。詳細には、まず図21に示すように、エッチング保護膜30上にフォトレジスト膜31をスプレー塗布等により成膜する。そして、このフォトレジスト膜31を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、図22に示すように、溝部5の領域を空けた状態で圧電振動片1の外形形状に沿ってパターニングする。そして、パターニングされたフォトレジスト膜31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30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31を除去する。これにより、図23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30を、溝部5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。
【0066】
次いで、この再度パターニングされたエッチング保護膜30をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチングにより圧電板20をエッチング加工する(S15)第2のエッチング加工を行う。これにより、図24に示すように、溝部5を形成することができる。またこの際、第1のエッチング工程で表面から所定の深さh2分だけエッチングされた圧電板20の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板20の両面を貫通させる。これにより、一対の振動腕部2、3及び基部4を完全に形成することができ、基部4に一対の振動腕部2、3が一体的に固定された圧電振動片1を得ることができる。
【0067】
そして、図25に示すように、最後にエッチング保護膜30を除去する(S16)除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部2、3の両面にそれぞれ溝部5が形成された、図4に示す圧電振動片1を製造することができる。その後、第1実施形態と同様に電極形成工程を行って(S9)、励振電極8、引き出し電極11、12、マウント電極9、10及び重り金属膜13をそれぞれ形成する。その結果、図1から図3に示す圧電振動片1を製造することができる。
【0068】
上述したように、ウェットエッチングを先に行い、その後ドライエッチングを行う順番であっても、圧電振動片1を製造することができる。しかも、本実施形態の方法であっても、溝部5の加工はドライエッチングで行っている。そのため、第1実施形態と同様に、精度良く加工でき、溝部5の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。また、圧電振動片1の外形加工を途中からドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部2、3の側面に関しても従来に比べて精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。
従って、第1実施形態と同様に、圧電振動片1の外表面に励振電極8を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
【0069】
また、本実施形態の製造方法では、第2のエッチング工程時に、溝部5の加工と同時に圧電振動片1の外形加工を行っている。そのため、第1のエッチング工程で加工する圧電板20のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、第1実施形態と同様に、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
【0070】
(第3実施形態)
次に、本発明に係る圧電振動片の第3実施形態を、図26から図35を参照して説明する。なお、この第3実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第3実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、圧電板20をエッチング加工する際に、先にドライエッチングを行った後、ウェットエッチングを行う順番であったが、第3実施形態では、先にウェットエッチングを行った後に、ドライエッチングを行う順番で製造する点である。
【0071】
本実施形態の圧電振動片1の製造方法は、成膜工程と、パターニング工程と、レジスト膜形成工程と、第1のエッチング工程と、第1の除去工程と、第2のエッチング工程と、第2の除去工程とを順番に行って、圧電板20から一度に複数の圧電振動片1を製造する方法である。これら各工程について、図26に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
【0072】
まず、第1実施形態と同様に、圧電板20を準備する(S1)と共に、圧電板20の両面に、図27に示すように、エッチング加工時に圧電板20を保護するエッチング保護膜(保護膜)35をそれぞれ成膜する(S20)成膜工程を行う。次いで、このエッチング保護膜35を、圧電振動片1の外形形状でパターニングする(S21)パターニング工程を行う。詳細には、まずエッチング保護膜35上に図示しないフォトレジスト膜を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、圧電振動片1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(例えば、ウェットエッチング)を行い、マスクされていないエッチング保護膜35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28及び図29に示すように、エッチング保護膜35を上述した形状にパターニングすることができる。つまり、圧電振動片1の外形形状、即ち、一対の振動腕部2、3及び基部4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1の数だけパターニングを行う。
【0073】
次いで、パターニングされたエッチング保護膜35上に、溝部5の領域を空けた状態でパターニングされたフォトレジスト膜(レジスト膜)36を重ねて形成する(S22)レジスト膜形成工程を行う。
詳細には、図30に示すように、まず圧電板20の両面にそれぞれフォトレジスト膜36をスプレー塗布等により成膜する。これにより、圧電板20及びエッチング保護膜36上に均等にフォトレジスト膜36が成膜される。そして、このフォトレジスト膜36を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、図31に示すように、溝部5の領域が空いた状態で、エッチング保護膜35上だけに残るようにパターニングする。この工程により、パターニングされたエッチング保護膜35は、溝部5の領域が空いた状態となる。
【0074】
次いで、パターニングされたエッチング保護膜35をマスクとして、フッ酸等によるウェットエッチングにより圧電板20の両面をそれぞれエッチング加工する(S23)第1のエッチング工程を行う。この際、圧電板20を所定の深さh3だけエッチング加工を行う。これにより、図32に示すように、圧電板20の両面において、エッチング保護膜35でマスクされていない領域を表面から所定の深さh3だけ除去して、圧電振動片1の外形形状を所定の深さh3分だけ形作ることができる。
【0075】
次いで、エッチング保護膜35に重ねて形成されたフォトレジスト膜36をマスクとしてエッチング保護膜35の一部を選択的に除去する(S24)第1の除去工程を行う。これにより、図33に示すように、パターニングされたエッチング保護膜35は、溝部5の領域が空いた状態となる。そのため、圧電板2についても同様に溝部5の領域が露出した状態となる。
次いで、溝部5の領域が空いたエッチング保護膜35をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチングにより圧電板20をエッチング加工する(S25)第2のエッチング加工を行う。これにより、図34に示すように、溝部5を形成することができる。またこの際、第1のエッチング工程で表面から所定の深さh3分だけエッチングされた圧電板20の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板20の両面を貫通させる。これにより、一対の振動腕部2、3及び基部4を完全に形成することができ、基部4に一対の振動腕部2、3が一体的に固定された圧電振動片1を得ることができる。
【0076】
そして、図35に示すように、最後にエッチング保護膜35及びフォトレジスト膜36を除去する(S26)除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部2、3の両面にそれぞれ溝部5が形成された、図4に示す圧電振動片1を製造することができる。その後、第1実施形態と同様に電極形成工程を行って(S9)、励振電極8、引き出し電極11、12、マウント電極9、10及び重り金属膜13をそれぞれ形成する。その結果、図1から図3に示す圧電振動片1を製造することができる。
【0077】
上述したように、ウェットエッチングを先に行い、その後ドライエッチングを行う順番であっても、圧電振動片1を製造することができる。しかも、本実施形態の方法であっても、溝部5の加工はドライエッチングで行っている。そのため、第1実施形態と同様に、精度良く加工でき、溝部5の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。また、圧電振動片1の外形加工を途中からドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部2、3の側面に関しても従来に比べて精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。
従って、第1実施形態と同様に、圧電振動片1の外表面に励振電極8を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
【0078】
また、本実施形態の製造方法では、第2のエッチング工程時に、溝部5の加工と同時に圧電振動片1の外形加工を行っている。そのため、第1のエッチング工程で加工する圧電板20のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、第1実施形態と同様に、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
【0079】
次に、本発明に係る圧電振動片を有する圧電振動子の一実施形態について、図36を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子として、シリンダパッケージタイプの圧電振動子を例にして説明する。
本実施形態の圧電振動子40は、図36に示すように、圧電振動片1と、気密端子41と、圧電振動片1を内部に封止した状態で気密端子41に接合されたケース42とを備えている。
【0080】
気密端子41は、環状のステム43と、該ステム43を貫くように配され、圧電振動片1の両マウント電極9、10に電気的及び物理的にそれぞれ接続された2本のリード44と、該リード44とステム43とを絶縁状態で一体的に固定すると共にケース42内を密封させる充填材45とで構成されている。
上記ステム43は、金属材料(例えば、低炭素鋼(Fe)、鉄ニッケル合金(Fe−Ni)、鉄ニッケルコバルト合金(Fe−Ni−Co))で環状に形成されたものである。なお、ステム43の外周には、耐熱ハンダメッキや、錫銅合金や金錫合金等の図示しない金属膜が被膜されている。また、上記充填材45の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスである。また、2本のリード44は、ケース42内に突出している部分がインナーリード44aとなり、ケース42外に突出している部分がアウターリード44bとなっている。そして、このアウターリード44bが、外部接続端子として機能するようになっている。
【0081】
上記ケース42は、ステム43の外周に対して圧入されて、嵌合固定されている。具体的には、ステム43の外周に被膜された金属膜を介在させて、ケース42とステム43とが冷間圧接により固定されている。このケース42の圧入は、真空雰囲気下で行われているため、ケース42内の圧電振動片1を囲む空間は、真空に保たれた状態で密閉されている。
【0082】
このように構成されたシリンダパッケージタイプの圧電振動子40によれば、より高品質化及び高性能化された圧電振動片1を有しているので、圧電振動子40自体についても高品質化及び高性能化を図ることができる。特に、ケース42内を真空状態にすることができるので、一対の振動腕部2、3の振動効率を向上することができる。
【0083】
次に、本発明に係る圧電振動片1を有する圧電振動子の他の例について、図37及び図38を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子として、圧電振動片1を蓋付きの箱の中に固定したセラミックパッケージタイプの圧電振動子50を例にして説明する。
【0084】
本実施形態の圧電振動子50は、図37及び図38に示すように、圧電振動片1、ベース51及び金属或いはガラスからなるリッド52によって構成されている。圧電振動片1の基部4は、ベース51の接合部51aに導電性接着剤53で固着されて固定されている。また、ベース51は、蓋となるリッド52により、真空中で電子ビーム溶接や真空シーム溶接、或いは、低融点ガラスや共晶金属による接合等の各種手段を用いて真空気密封止されている。また、圧電振動片1の基部4上に形成されたマウント電極9、10は、接合部51aを通して図示しない内部接続によりベース51の外側の外部電極54と電気的に接続されている。
【0085】
このように構成されたセラミックパッケージタイプの圧電振動子50においても、より高品質化及び高性能化された圧電振動片1を有しているので、圧電振動子50自体についても高品質化及び高性能化を図ることができる。また、ベース51とリッド52とで囲まれた空間を真空状態にすることができるので、同様に一対の振動腕部2、3の振動効率を向上することができる。
【0086】
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図39を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、圧電振動片1を有する圧電振動子40を備えた発振器60を例に挙げて説明する。
本実施形態の発振器60は、図39に示すように、圧電振動子40を、集積回路61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60は、コンデンサ等の電子部品62が実装された基板63を備えている。基板63には、発振器60用の上記集積回路61が実装されており、この集積回路61の近傍に、圧電振動子40の圧電振動片1が実装されている。これら電子部品62、集積回路61及び圧電振動子40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。
【0087】
このように構成された発振器60において、圧電振動子40に電圧を印加すると、該圧電振動子40内の圧電振動片1が振動する。この振動は、圧電振動片1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61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61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40が発振子として機能する。
また、集積回路61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60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。
【0088】
本実施形態の発振器60によれば、高品質化及び高性能化が図られた圧電振動子40を備えているので、発振器60自体の高品質化及び高性能化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。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。
【0089】
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図40を参照して説明する。なお電子機器として、圧電振動片1を有する圧電振動子40を備えた携帯情報機器70を例に挙げて説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器70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。
【0090】
次に、本実施形態の携帯情報機器70の構成について説明する。この携帯情報機器70は、図40に示すように、圧電振動子40と、電力を供給するための電源部71とを備えている。電源部71は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部71には、各種制御を行う制御部72と、時刻等のカウントを行う計時部73と、外部との通信を行う通信部74と、各種情報を表示する表示部75と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部76とが並列に接続されている。そして、電源部71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。
【0091】
制御部72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72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。
【0092】
計時部73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40とを備えている。圧電振動子40に電圧を印加すると圧電振動片1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72と信号の送受信が行われ、表示部75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。
【0093】
通信部74は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部77、音声処理部78、切替部79、増幅部80、音声入出力部81、電話番号入力部82、着信音発生部83及び呼制御メモリ部84を備えている。
無線部77は、音声データ等の各種データを、アンテナ85を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部78は、無線部77又は増幅部80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80は、音声処理部78又は音声入出力部81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81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。
【0094】
また、着信音発生部83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79は、着信時に限って、音声処理部78に接続されている増幅部80を着信音発生部83に切り替えることによって、着信音発生部83において生成された着信音が増幅部80を介して音声入出力部81に出力される。
なお、呼制御メモリ部84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82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。
【0095】
電圧検出部76は、電源部71によって制御部72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72に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部74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76から電圧降下の通知を受けた制御部72は、無線部77、音声処理部78、切替部79及び着信音発生部83の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部77の動作停止は、必須となる。更に、表示部75に、通信部74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。
【0096】
即ち、電圧検出部76と制御部72とによって、通信部74の動作を禁止し、その旨を表示部75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75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74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86を備えることで、通信部74の機能をより確実に停止することができる。
【0097】
本実施形態の携帯情報機器70によれば、高品質化及び高性能化が図られた圧電振動子40を備えているので、携帯情報機器70自体の高品質化及び高性能化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。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。
【0098】
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図41を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動片1を有する圧電振動子40を備えた電波時計を例に挙げて説明する。
本実施形態の電波時計80は、図41に示すように、フィルタ部81に電気的に接続された圧電振動子40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。
【0099】
以下、電波時計80の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ82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83によって増幅され、複数の圧電振動子40を有するフィルタ部81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40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84、85をそれぞれ備えている。
【0100】
更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路86により検波復調される。続いて、波形整形回路87を介してタイムコードが取り出され、CPU88でカウントされる。CPU88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、RTC89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84、85は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
【0101】
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80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40を必要とする。
【0102】
本実施形態の電波時計80によれば、高品質化及び高性能化が図られた圧電振動子40を備えているので、電波時計80自体の高品質化及び高性能化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。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。
【0103】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0104】
【図1】本発明に係る圧電振動片の第1実施形態を示す図であって、圧電振動片を上面から見た図である。
【図2】図1に示す圧電振動片を下面から見た図である。
【図3】図1に示す切断線A−Aでの断面図である。
【図4】図1に示す圧電振動片から電極部分を取り除いた状態の斜視図である。
【図5】図1に示す圧電振動片の製造方法のフローチャートである。
【図6】図5に示すフローチャートの一工程図であって、圧電板の両面にエッチング保護膜を成膜した状態を示す図である。
【図7】図6に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図であって、圧電板を上方から見た図である。
【図8】図6に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図である。
【図9】図8に示す状態から、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとして、圧電板をドライエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。
【図10】図9に示す状態から、圧電板の両面に別のエッチング保護膜を成膜した状態を示す図である。
【図11】図10に示す状態から、後に成膜したエッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図である。
【図12】図11に示す状態から、2つのエッチング保護膜をマスクとして、圧電板をウェットエッチングにより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、2つのエッチング保護膜を除去して、溝部が形成された一対の振動腕部を製造した状態を示す図である。
【図14】図13に示す状態から、一対の振動腕部の外表面に導電性膜及びフォトレジスト膜を成膜した後、該フォトレジスト膜の所定位置を露光している状態を示す図である。
【図15】図14に示す状態から、露光したフォトレジスト膜を現像した状態を示す図である。
【図16】図1に示す圧電振動片を別の製造方法で製造する場合のフローチャートである。
【図17】図16に示すフローチャートの一工程図であって、圧電板の両面にエッチング保護膜を成膜した状態を示す図である。
【図18】図17に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図であって、圧電板を上方から見た図である。
【図19】図17に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図である。
【図20】図19に示す状態から、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとして、圧電板をウェットエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。
【図21】図20に示す状態から、圧電板の両面にフォトレジスト膜を成膜した状態を示す図である。
【図22】図21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の状態を示す図である。
【図23】図22に示す状態から、パターニングしたフォトレジスト膜をマスクとして、エッチング保護膜をエッチング加工してさらにパターニングした後の状態を示す図である。
【図24】図23に示す状態から、さらにパターニングしたエッチング保護膜をマスクとして、圧電板をドライエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。
【図25】図24に示す状態から、エッチング保護膜を除去して、溝部が形成された一対の振動腕部を製造した状態を示す図である。
【図26】図1に示す圧電振動片をさらに別の製造方法で製造する場合のフローチャートである。
【図27】図26に示すフローチャートの一工程図であって、圧電板の両面にエッチング保護膜を成膜した状態を示す図である。
【図28】図27に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図であって、圧電板を上方から見た図である。
【図29】図27に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図である。
【図30】図29に示す状態から、圧電板の両面にフォトレジスト膜を成膜した状態を示す図である。
【図31】図30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の状態を示す図である。
【図32】図31に示す状態から、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとして、圧電板をウェットエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。
【図33】図32に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとして、エッチング保護膜の一部を選択的に除去した状態を示す図である。
【図34】図33に示す状態から、エッチング保護膜をマスクとして、圧電板をドライエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。
【図35】図34に示す状態から、エッチング保護膜及びフォトレジスト膜を除去して、溝部が形成された一対の振動腕部を製造した状態を示す図である。
【図36】本発明に係る圧電振動片を有するシリンダ型パッケージタイプの圧電振動子の一実施形態を示す図である。
【図37】本発明に係る圧電振動片を有するセラミックパッケージタイプの圧電振動子の一実施形態を示す断面図である。
【図38】図37に示す切断線B−Bでの断面図である。
【図39】本発明に係る圧電振動子を有する発振器の一実施形態を示す構成図である。
【図40】本発明に係る圧電振動子を有する電子機器の一実施形態を示す構成図である。
【図41】本発明に係る圧電振動子を有する電波時計の一実施形態を示す構成図である。
【図42】従来の溝部を有する一対の振動腕部の断面図である。
【図43】図42に示す一対の振動腕部を有する圧電振動片を製造する場合の、従来のフローチャートである。
【図44】図43のフローチャートにそって製造された結果、溝部がいびつな形状となった従来の圧電振動片の断面図である。
【符号の説明】
【0105】
1 圧電振動片
2、3 振動腕部
4 基部
5 溝部
8 励振電極
20 圧電板
21 エッチング保護膜(第1の保護膜)
22 エッチング保護膜(第2の保護膜)
30、35 エッチング保護膜(保護膜)
36 フォトレジスト膜(レジスト膜)
40、50 圧電振動子
60 発振器
61 集積回路
70 電子機器(携帯情報機器)
73 計時部
80 電波時計
81 フィルタ部
【技術分野】
【0001】
本発明は、振動腕部に溝部が形成された圧電振動片、該圧電振動片の製造方法、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片を有する圧電振動子が用いられている。
この圧電振動子は、搭載される機器の小型化に伴って、今後さらなる小型化が望まれている。小型化を図る方法としては、いくつかの方法が考えられているが、その1つとして振動腕部の両面に溝部を形成した音叉型の圧電振動片を利用する方法がある。
通常、この音叉型の圧電振動片は、互いに平行に配置され、基端側が基部に一体的に固定された一対の振動腕部と、該一対の振動腕部の外表面上(溝部を含む)に形成されて一対の振動腕部を振動させる励振電極と、を有している。
【0003】
励振電極は、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り、引き出し電極を介して基部の外表面上に形成されたマウント電極に電気的に接続されている。そして圧電振動片は、このマウント電極を介して電圧が印加されるようになっている。
【0004】
ここで、一対の振動腕部に溝部が形成されている場合には、図42に示すように、振動腕部90、91の側面及び溝部92の側面上に極性の異なる2つの励振電極93、94が形成される。この際、2つの励振電極93、94は、対向した位置関係となるので、溝部92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、圧電振動片95のサイズを小型化したとしても、振動損失が低くCI値(等価抵抗値)を極力低く抑えることができる。従って、小型化に適しているという利点を有している。
【0005】
ところでこの圧電振動片95は、一般的に水晶等のウエハ基板を複数回繰り返しエッチング加工することで製造されている(例えば、特許文献1参照)。この製造方法について、図43に示すフローチャートを参照しながら簡単に説明する。
まず、ウエハ基板を準備(S100)した後、ウエハ基板の表面にエッチング保護膜を成膜する(S101)。次いで、このエッチング保護膜にフォトリソ技術を利用して圧電振動片95の外形パターンをパターニングする(S102)。次いで、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとしてウエハ基板をウェットエッチングによりエッチング加工する(S103)。これにより、圧電振動片95を形作ることができる。即ち、基部及び一対の振動腕部90、91を形成することができる。
【0006】
次いで、マスクとして利用したエッチング保護膜を除去する(S104)。次に、一対の振動腕部90、91に溝部92を形成する工程を行う。そのため、圧電振動片95の表面に再度溝部92用のエッチング保護膜を成膜する(S105)。次いで、この溝部92用のエッチング保護膜にフォトリソ技術を利用して溝部92の外形パターンをパターニングする(S106)。次いで、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとして、一対の振動腕部90、91をウェットエッチングによりエッチング加工する(S107)。これにより、一対の振動腕部90、91の両面に溝部92を形成することができる。次いで、マスクとして利用した溝部92用のエッチング保護膜を除去する(S108)。そして、最後に圧電振動片95の外表面に励振電極93、94、引き出し電極及びマウント電極をそれぞれ形成する。これにより、一対の振動腕部90、91に溝部92が形成された圧電振動片95を製造することができる。
【0007】
上述したように、一般的に溝部92を有する圧電振動片95を製造する場合には、最初のエッチング加工で圧電振動片95の外形形状を形作った後、次のエッチング加工で溝部92を形成している。また、通常いずれのエッチング加工を行う場合であっても、フッ化水素酸等の薬液を利用したウェットエッチングにより加工を行っているが、溝部92のエッチング加工を行うときだけ、ウェットエッチングではなくプラズマを利用したドライエッチングで加工を行う方法も容易に考えられる。
【特許文献1】特許第3729249号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上記従来の方法では、以下の課題が残されている。
始めに、ウェットエッチングによるエッチング加工は、ウエハ基板の結晶の面方位の影響を受けてしまう特性を有している。そのため、外形形状の加工と溝部92の加工とをウェットエッチングにより加工する従来の方法では、エッチングされた溝部92の側面や底面が平坦面にならず、図44に示すようにいびつな形状になってしまい、面内ばらつきが大きかった。また、外形形状もウェットエッチングで加工しているので、溝部92だけでなく振動腕部90、91や基部の側面も平坦面にならず、いびつな形状になってしまっていた。そのため、圧電振動片95を精度良く形成することができなかった。また、面内ばらつきの程度によっては、追加エッチングが必要な場合もあった。
【0009】
また、溝部92の側面や振動腕部90、91の側面に形成した2つの励振電極93、94が、確実に対向した位置関係とならず、結果的にCI値を設計通りの値にすることができなかった。また、各電極がショートしてしまう可能性もあった。これらのことから、高品質化、高性能化を図ることが難しかった。
【0010】
ところで、上述した2回のエッチング加工をウェットエッチングではなく全てドライエッチングで行った場合には、結晶の面方位の影響を受けないので、上述した問題が生じない。しかしながら、生産性の点でドライエッチングを採用することは難しく、現実的なものではなかった。
つまり、実際に圧電振動片95を製造する場合には、一度に効率良く大量生産することが望まれる。ここで、ウェットエッチングを行う場合には、数百枚のウエハ基板を一度に薬液に入れるので、加工時間がかかったとしても一度に大量の圧電振動片95を扱うことができ、生産性に優れている。
【0011】
これに対して、ドライエッチングを行う場合には、ウェットエッチングに比べて加工時間が短時間で済むという利点はあるものの、通常専用の装置内に数十枚のウエハ基板しか入れることができないという欠点がある。そのため、一度に少量の圧電振動片95しか扱うことができず、生産性が悪いものであった。よって、ドライエッチングは、大量生産には不向きなものであった。
そのため、現状の生産ラインでは、ウェットエッチングによる方法が一般的に採用されている。従って、上述した問題が生じてしまっていた。
【0012】
一方、溝部92のエッチング加工だけをドライエッチングで行う方法によれば、溝部92に関しては側面及び底面とも平坦面にすることができるが、圧電振動片95の側面については、いびつな形状になってしまう。そのため、上述した方法ほどではないにしろ、やはり同じ問題が生じるものであった。しかも、溝部92のエッチング加工だけのためにドライエッチングを行うので、生産性が悪く、大量生産には不向きなものであった。
【0013】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、CI値が低く、高品質化及び高性能化された圧電振動片、該圧電振動片を低コストで効率良く大量生産する圧電振動片の製造方法、圧電振動片を有する圧電振動子、更には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】
【0014】
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の製造方法は、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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、前記圧電板の両面に第1の保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、前記第1の保護膜を、前記溝部の領域を空けた状態で前記圧電振動片の外形形状にパターニングするパターニング工程と、パターニングされた前記第1の保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に、第1の保護膜でマスクされていない領域を表面から溝部の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、露出している前記溝部を第2の保護膜の成膜により保護する保護工程と、パターニングされた前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、表面から溝部の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜を除去する除去工程と、を行うことを特徴とするものである。
【0015】
この発明に係る圧電振動片の製造方法においては、まず、水晶ウエハ等の圧電板の両面に、エッチング加工時に圧電板を保護する第1の保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程を行う。次いで、第1の保護膜を、例えばフォトリソグラフィ技術によりパターニングするパターニング工程を行う。この際、溝部の領域を空けた状態で圧電振動片の外形形状、即ち、一対の振動腕部及び基部の外形形状に沿ってパターニングする。次いで、このパターニングされた第1の保護膜をマスクとして、ドライエッチングにより圧電板の両面をそれぞれエッチング加工する第1のエッチング工程を行う。これにより、圧電板の両面に溝部を形成することができると共に、第1の保護膜でマスクされていない領域を表面から溝部の深さだけ除去して、圧電振動片の外形形状を溝部の深さ分だけ形作ることができる。
【0016】
なお、上記エッチング加工を行った部分は、第1の保護膜でマスクされずに露出している。そこで、この露出している部分のうち、エッチング加工時に圧電板を保護する第2の保護膜を溝部だけに成膜する保護工程を行う。次いで、第1の保護膜及び第2の保護膜をマスクとして、ウェットエッチングにより圧電板をエッチング加工する第2のエッチング加工を行う。この際、第1のエッチング工程で表面から溝部の深さ分だけエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板の両面を貫通させる。これにより、一対の振動腕部及び基部を完全に形成することができ、基部に一対の振動腕部が一体的に固定された圧電振動片を得ることができる。そして最後に、第1の保護膜及び第2の保護膜をそれぞれ除去する除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部の両面にそれぞれ溝部が形成された圧電振動片を製造することができる。
【0017】
特に、溝部の加工をドライエッチングにより行っているので、精度良く加工でき、溝部の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。しかも、圧電振動片の外形加工の途中までもドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部の側面に関しても、従来に比べて面内ばらつきを小さくして精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。従って、圧電振動片の外表面に励振電極を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
【0018】
また、従来の方法では圧電振動片の外形加工が終了した後に、溝部の加工を行っているが、本発明に係る製造方法では、第1のエッチング工程時に、溝部の加工と同時に圧電振動片の外形加工を途中まで行っている。そのため、第2のエッチング工程で加工する圧電板のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
なお、一度に数十枚の圧電板しか取り扱えないドライエッチングを採用する欠点よりも、大量の圧電板を一度に取り扱うことができ、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を削減できる利点の方が、遥かに効果が高い。そのため、生産性を高めることができる。
【0019】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、前記圧電板の両面に保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、前記保護膜を、前記圧電振動片の外形形状でパターニングする第1のパターニング工程と、パターニングされた前記保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、パターニングされた前記保護膜をさらにパターニングして、前記溝部の領域を空けた状態にする第2のパターニング工程と、再度パターニングされた前記保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に、表面から所定の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、前記保護膜を除去する除去工程と、を行うことを特徴とするものである。
【0020】
この発明に係る圧電振動片の製造方法においては、まず、水晶ウエハ等の圧電板の両面に、エッチング加工時に圧電板を保護する保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程を行う。次いで、保護膜を、例えばフォトリソグラフィ技術によりパターニングするパターニング工程を行う。この際、圧電振動片の外形形状、即ち、一対の振動腕部及び基部の外形形状に沿ってパターニングする。次いで、このパターニングされた保護膜をマスクとして、ウェットエッチングにより圧電板の両面をそれぞれエッチング加工する第1のエッチング工程を行う。これにより、圧電板の両面において、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけ除去して、圧電振動片の外形形状を所定の深さ分だけ形作ることができる。
【0021】
次いで、既にパターニングされている保護膜を、フォトリソグラフィ技術等を利用してさらにパターニングして、溝部の領域を空けた状態にする第2のパターニング工程を行う。これにより、溝部の形状で圧電板が露出した状態となる。次いで、この再度パターニングされた保護膜をマスクとして、ドライエッチングにより圧電板をエッチング加工する第2のエッチング加工を行う。これにより、溝部を形成することができる。またこの際、第1のエッチング工程で表面から所定の深さ分だけエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板の両面を貫通させる。これにより、一対の振動腕部及び基部を完全に形成することができ、基部に一対の振動腕部が一体的に固定された圧電振動片を得ることができる。そして最後に、保護膜を除去する除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部の両面にそれぞれ溝部が形成された圧電振動片を製造することができる。
【0022】
特に、溝部の加工をドライエッチングにより行っているので、従来に比べて面内ばらつきを小さくして精度良く加工でき、溝部の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。しかも、圧電振動片の外形加工を途中からドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部の側面に関しても、従来に比べて精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。従って、圧電振動片の外表面に励振電極を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
【0023】
また、従来の方法では圧電振動片の外形加工が終了した後に、溝部の加工を行っているが、本発明に係る製造方法では、第2のエッチング工程時に、溝部の加工と同時に圧電振動片の外形加工を行っている。そのため、第1のエッチング工程で加工する圧電板のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
なお、一度に数十枚の圧電板しか取り扱えないドライエッチングを採用する欠点よりも、大量の圧電板を一度に取り扱うことができ、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を削減できる利点の方が、遥かに効果が高い。そのため、生産性を高めることができる。
【0024】
また、本発明に係る圧電振動片の製造方法は、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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、前記圧電板の両面に保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、前記保護膜を、前記圧電振動片の外形形状でパターニングするパターニング工程と、パターニングされた前記保護膜上に、前記溝部の領域を空けた状態でパターニングされたレジスト膜を重ねて形成するレジスト膜形成工程と、パターニングされた前記保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、前記レジスト膜をマスクとしてパターニングされた前記保護膜の一部を除去して、該保護膜を前記溝部の領域を空けた状態にする第1の除去工程と、前記溝部の領域が空いた前記保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に表面から所定の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、前記保護膜及び前記レジスト膜を除去する第2の除去工程と、を行う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の製造方法においては、まず、水晶ウエハ等の圧電板の両面に、エッチング加工時に圧電板を保護する保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程を行う。次に、この保護膜を、例えばフォトリソグラフィ技術によりパターニングするパターニング工程を行う。この際、圧電振動片の外形形状、即ち、一対の振動腕部及び基部の外形形状に沿ってパターニングする。次いで、このパターニングされた第1の保護膜上に、溝部の領域を空けた状態でパターニングされたレジスト膜を重ねて形成するレジスト膜形成工程を行う。この工程を行った時点で、パターニングされた保護膜は、溝部の領域が露出した状態となっている。
【0026】
次いで、パターニングされた保護膜をマスクとして、ウェットエッチングにより圧電板の両面をそれぞれエッチング加工する第1のエッチング工程を行う。これにより、圧電板の両面において、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけ除去して、圧電振動片の外形形状を所定の深さ分だけ形作ることができる。次いで、保護膜に重ねて形成されたレジスト膜をマスクとしてパターニングされた保護膜の一部を除去して、溝部の領域を空けた状態にする第1の除去工程を行う。これにより、溝部の形状で圧電板が露出した状態となる。
【0027】
次いで、溝部の領域が空いた保護膜をマスクとして、ドライエッチングにより圧電板をエッチング加工する第2のエッチング加工を行う。これにより、溝部を形成することができる。またこの際、第1のエッチング工程で表面から所定の深さ分だけエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板の両面を貫通させる。これにより、一対の振動腕部及び基部を完全に形成することができ、基部に一対の振動腕部が一体的に固定された圧電振動片を得ることができる。そして最後に、保護膜及びレジスト膜を除去する第2の除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部の両面にそれぞれ溝部が形成された圧電振動片を製造することができる。
【0028】
特に、溝部の加工をドライエッチングにより行っているので、従来に比べて面内ばらつきを小さくして精度良く加工でき、溝部の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。しかも、圧電振動片の外形加工を途中からドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部の側面に関しても、従来に比べて精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。従って、圧電振動片の外表面に励振電極を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
【0029】
また、従来の方法では圧電振動片の外形加工が終了した後に、溝部の加工を行っているが、本発明に係る製造方法では、第2のエッチング工程時に、溝部の加工と同時に圧電振動片の外形加工を行っている。そのため、第1のエッチング工程で加工する圧電板のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
なお、一度に数十枚の圧電板しか取り扱えないドライエッチングを採用する欠点よりも、大量の圧電板を一度に取り扱うことができ、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を削減できる利点の方が、遥かに効果が高い。そのため、生産性を高めることができる。
【0030】
また、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面に、該振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極と、を備え、前記溝部が、圧電材料からなる圧電板から、ドライエッチングによりエッチング加工されており、前記一対の振動腕部及び前記基部が、前記圧電板から、ドライエッチング及びウェットエッチングの異なる2つのエッチング加工をそれぞれ順番に行って形成されていることを特徴とするものである。
【0031】
この発明に係る圧電振動片においては、溝部がドライエッチングによりエッチング加工されているので、精度良く加工されて、側面及び底面がいびつな形状ではなく、ともに平坦面となっている。また、一対の振動腕部及び基部は、ドライエッチング及びウェットエッチングの異なる2つのエッチング加工をそれぞれ順番に行って形成されているので、従来のウェットエッチングだけによる方法に比べて精度良く加工されて平坦面が占める割合がより多くなっている。なお、一対の振動腕部及び基部は、ドライエッチングの後にウェットエッチングの順番、或いは、ウェットエッチングの後にドライエッチングの順番のいずれかの順番で形成されている。
【0032】
上述したように、溝部及び一対の振動腕部のいずれもが、面内ばらつきが小さく精度良く形成されているので、高品質化を図ることができる。また、圧電振動片の外表面(溝部を含む外表面)に形成された励振電極に関しても高精度に形成されている。そのため、従来のものに比べてCI値をより低くすることができ、高性能化を図ることができる。
【0033】
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備えることを特徴とするものである。
【0034】
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有しているので、同様に高品質化、高性能化を図ることができる。このような圧電振動子としては、例えば、シリンダパッケージタイプの圧電振動子や箱型のセラミックパッケージタイプの圧電振動子である。
【0035】
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ことを特徴とするものである。
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。
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。
【0036】
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有しているので、同様に高品質化、高性能化を図ることができる。
【発明の効果】
【0037】
本発明に係る圧電振動片の製造方法によれば、CI値が低く、高品質化及び高性能化された圧電振動片を、効率良く生産することができ、低コストで大量生産を実現することができる。
また、本発明に係る圧電振動片によれば、従来のものに比べてCI値を低くすることができ、高品質化及び高性能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、同様に高品質化、高性能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】
【0038】
(第1実施形態)
以下、本発明に係る圧電振動片及び該圧電振動片の製造方法の第1実施形態を、図1から図15を参照して説明する。
本実施形態の圧電振動片1は、図1から図3に示すように、平行に配置された一対の振動腕部2、3と、一対の振動腕部2、3の基端側を一体的に固定する基部4と、一対の振動腕部2、3の両面にそれぞれ形成された溝部5と、溝部5を含む一対の振動腕部2、3の外表面上に形成され、一対の振動腕部2、3を振動させる第1の励振電極6と第2の励振電極7とからなる励振電極8と、両励振電極6、7に電気的に接続されたマウント電極9、10とを備えている。
【0039】
上記溝部5は、図4に示すように、一対の振動腕部2、3の長手方向Xに沿ってそれぞれ形成されており、振動腕部2、3の基端側から略中間付近まで形成されている。なお、図4においては、各電極を省略して図示している。
【0040】
第1の励振電極6と第2の励振電極7とからなる励振電極8は、一対の振動腕部2、3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2、3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3に示すように、第1の励振電極6が、一方の振動腕部2の溝部5上と、他方の振動腕部3の両側面上とに主に形成され、第2の励振電極7が、一方の振動腕部2の両側面上と他方の振動腕部3の溝部5上とに主に形成されている。
【0041】
また、第1の励振電極6及び第2の励振電極7は、図1及び図2に示すように、基部4の両面において、それぞれ引き出し電極11、12を介してマウント電極9、10に電気的に接続されている。そして圧電振動片1は、このマウント電極9、10を介して電圧が印加されるようになっている。
なお、励振電極8、マウント電極9、10及び引き出し電極11、12は、例えば、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)やチタン(Ti)等の導電性膜の被膜により形成されたものである。
【0042】
また、一対の振動腕部2、3の先端には、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13が被膜されている。なお、この重り金属膜13は、周波数を粗く調整する際に使用される粗調膜13aと、微小に調整する際に使用される微調膜13bとに分かれている。これら粗調膜13a及び微調膜13bを利用して周波数調整を行うことで、一対の振動腕部2、3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。
【0043】
このように構成された圧電振動片1は、図4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なる圧電板20から製造されている。この際、溝部5は、圧電板20をドライエッチングによるエッチング加工によって製造されたものである。また、一対の振動腕部2、3及び基部4は、圧電板20をドライエッチング及びウェットエッチングの異なる2つのエッチング加工をそれぞれ順番に行って製造されたものである。この製造方法については、後に詳細に説明する。
【0044】
また、圧電振動片1の寸法例としては、図4に示すように、幅Wが約0.5mm〜0.6mm、全長Lが約2.0mm〜3.2mm、厚みTが約0.10mmである。また、励振電極8等の各電極は、例えば、圧電板20が水晶である場合には、クロム(Cr)と金(Au)との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロム膜を下地として成膜した後に、表面に金の薄膜を施したものである。なお、この場合に限られず、例えば、クロムとニクロム(NiCr)の積層膜の表面にさらに金の薄膜を積層しても構わない。
【0045】
上述した圧電振動片1を作動させる場合には、マウント電極9、10に所定の駆動電圧を印加する。これにより、引き出し電極11、12を介して、第1の励振電極6と第2の励振電極7とからなる励振電極8に電流を流すことができ、一対の振動腕部2、3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2、3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、上述した圧電振動片1の製造方法について、図5に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
本実施形態の製造方法は、成膜工程と、パターニング工程と、第1のエッチング工程と、保護工程と、第2のエッチング工程と、除去工程とを順番に行って、圧電板20から一度に複数の圧電振動片1を製造する方法である。これら各工程について、以下に詳細に説明する。
【0047】
まず、水晶ウエハ等の圧電板20を準備する(S1)。次いで、圧電板20の両面に、図6に示すように、エッチング加工時に圧電板20を保護するエッチング保護膜(第1の保護膜)21をそれぞれ成膜する(S2)成膜工程を行う。このエッチング保護膜21としては、例えば、クロム(Cr)を数μm成膜する。
【0048】
次いで、エッチング保護膜21を、溝部5の領域を空けた状態で圧電振動片1の外形形状にパターニングする(S3)パターニング工程を行う。詳細には、まずエッチング保護膜21上に図示しないフォトレジスト膜を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、溝部5及び圧電振動片1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(例えば、ウェットエッチング)を行い、マスクされていないエッチング保護膜21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7及び図8に示すように、エッチング保護膜21を上述した形状にパターニングすることができる。つまり、溝部5の領域を空けた状態で圧電振動片1の外形形状、即ち、一対の振動腕部2、3及び基部4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1の数だけパターニングしておく。
【0049】
次いで、パターニングされたエッチング保護膜21をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチングにより圧電板20の両面をそれぞれエッチング加工する(S4)第1のエッチング工程を行う。この際、圧電板20を溝部5の深さh1だけエッチング加工を行う。これにより、図9に示すように、圧電板20の両面に溝部5を形成することができると共に、エッチング保護膜21でマスクされていない領域を表面から溝部5の深さh1だけ除去して、圧電振動片1の外形形状を溝部5の深さh1分だけ形作ることができる。
【0050】
なお、第1のエッチング工程でエッチング加工が行われた部分は、図9に示すように、エッチング保護膜21でマスクされずに露出した状態となっている。そこで、この露出している部分のうち溝部5だけに、エッチング加工時に圧電板20を保護するエッチング保護膜(第2の保護膜)22を成膜する(S5)成膜工程を行う。詳細には、図10に示すように、まず圧電板20の両面にそれぞれエッチング保護膜22を成膜する。このエッチング保護膜22は、例えば、樹脂系のフォトレジスト膜であり、スプレーコートや、スプレーコートとスピンコートとを組み合わせて実施することで成膜を行う。この際、本実施形態では、圧電板20だけでなく、先に成膜したエッチング保護膜21が完全に隠れるまでエッチング保護膜22の成膜を行う。
【0051】
次いで、成膜したエッチング保護膜22を、エッチング保護膜21のパターニング時と同様に、図示しないフォトレジスト膜を利用したフォトリソグラフィ技術によってパターニングして(S6)、図11に示すように溝部5の部分だけに残った状態にする。これにより、圧電板20は、圧電振動片1の周囲を囲む領域だけが露出した状態となる。
なお、本実施形態では、一旦圧電板20の全面にエッチング保護膜22を成膜した後、パターニングすることでエッチング保護膜22を溝部5だけに成膜したが、この場合に限られず、例えば溝部5の部分だけ開口した図示しないマスクを圧電板20に重ねた後、該マスクを介してエッチング保護膜22を成膜しても構わない。この場合であっても、溝部5だけにエッチング保護膜22を成膜することができる。いずれにしても、溝部5だけにエッチング保護膜22を成膜できれば、その方法は何でも構わない。
【0052】
次いで、先に成膜したエッチング保護膜21と後に成膜したエッチング保護膜22とをマスクとして、フッ酸等によるウェットエッチングにより圧電板20をエッチング加工する(S7)第2のエッチング加工を行う。この際、第1のエッチング工程で表面から溝部5の深さh1分だけエッチングされた圧電板20の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板20の両面を貫通させる。これにより、図12に示すように、一対の振動腕部2、3及び基部4を完全に形成することができ、基部4に一対の振動腕部2、3が一体的に固定された圧電振動片1を得ることができる。
【0053】
そして、図13に示すように、最後にエッチング保護膜21、22をそれぞれ除去する(S8)除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部2、3の両面にそれぞれ溝部5が形成された、図4に示す圧電振動片1を製造することができる。
【0054】
次に、励振電極8、引き出し電極11、12及びマウント電極9、10をそれぞれ形成する(S9)電極形成工程を行う。詳細には、圧電振動片1の外表面上に、図14に示すように、後に励振電極8、引き出し電極11、12及びマウント電極9、10となる導電性膜23を成膜すると共に、該導電性膜23上にポジ型のフォトレジスト膜24を成膜する。次いで、所定の大きさの開口部25aが形成されたフォトマスク25を、フォトレジスト膜24上に位置させる。この際、開口部25aが溝部5を挟んだ振動腕部2、3上にそれぞれ位置するように、フォトマスク25を正確に位置決めする。次いで、フォトマスク25の上方から平行光Lを照射し、開口部25aを通じてフォトレジスト膜24を露光する。この際、フォトレジスト膜24は、開口部25aが形成された領域のみ露光された状態となる。
【0055】
次いで、フォトマスク25aを取り除いた後、フォトレジスト膜24の現像を行う。これにより、図15に示すように、フォトレジスト膜24は、露光された領域のみが除去された状態となる。そして、このフォトレジスト膜24をマスクとして導電性膜23をエッチング加工した後、フォトレジスト膜24を除去する。これにより、図3に示すように、極性の異なる2つの励振電極8を、溝部5を含む振動腕部2、3の外表面上に形成することができる。また、同じタイミングで引き出し電極11、12、マウント電極9、10及び重り金属膜13に関しても、導電性膜23からそれぞれ形成することができる。その結果、図1から図3に示す圧電振動片1を製造することができる。
【0056】
特に、本実施形態の製造方法によれば、溝部5の加工をドライエッチングにより行っているので、精度良く加工でき、溝部5の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。しかも、圧電振動片1の外形加工の途中までに関してもドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部2、3の側面に関しても従来に比べて面内ばらつきを小さくして精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。従って、圧電振動片1の外表面に励振電極8を設計通りに形成することができる。
即ち、図3に示すように、溝部5の側面に形成された一方の励振電極6(7)と、振動腕部2、3の側面に形成された他方の励振電極7(6)とを、従来のものに比べてより正確に対向させた位置関係にすることができる。そのため、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
また、従来よりも高精度に溝部5及び圧電振動片1の外形を加工できるので、追加エッチングを行う必要がない。特に、従来の方法では、一対の振動腕部2、3の付け根の部分(股部)に、ヒレ状の突起部がエッチング加工後に残ってしまうことがあったが、本実施形態の製造方法によれば、そのようなことがない。そのため、電極を形成した後、股部におけるショートをなくすことができる。
【0057】
また、従来方法では、圧電振動片1の外形加工が終了した後に、溝部5の加工を行っていたが、上述したように本実施形態の製造方法では、第1のエッチング工程時に溝部5の加工と同時に圧電振動片1の外形加工を途中まで行っている。そのため、第2のエッチング工程で加工する圧電板20のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
【0058】
なお、一度に数十枚の圧電板20しか取り扱えないドライエッチングを採用する欠点よりも、大量の圧電板20を一度に取り扱うことができ、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を削減できる利点の方が遥かに効果が高い、そのため、生産性を高めることができる。
【0059】
また、エッチング保護膜22をパターニングする際に、先に成膜したエッチング保護膜21をそのままの状態にしている。つまり、溝部5の形状及び圧電振動片1の外形形状に正確に一致しているエッチング保護膜21をそのままの状態にしている。よって、位置合わせに余裕をもたせながらエッチング保護膜22をパターニングすることができる。仮に、先に成膜したエッチング保護膜21を除去してしまった場合には、2回目のエッチング保護膜22を圧電振動片1上に正確に位置合わせしながらパターニングする必要がある。しかしながら、先に成膜したエッチング保護膜21を残しているので、エッチング保護膜22をパターニングする際には、圧電振動片1の外形形状に正確に位置合わせする必要が無い。この点においても、製造し易く、生産性を高めることができる。特に、圧電振動片1のサイズが小型になるほど位置合わせがより困難になるので、位置合わせに若干の余裕を与える本実施形態の製造方法の効果はより顕著となる。
【0060】
上述したように、本実施形態の製造方法によれば、CI値が低く、高品質化及び高性能化された圧電振動片1を効率良く生産することができ、低コストで大量生産を実現することができる。
【0061】
(第2実施形態)
次に、本発明に係る圧電振動片の第2実施形態を、図16から図25を参照して説明する。なお、この第2実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、圧電板20をエッチング加工する際に、先にドライエッチングを行った後、ウェットエッチングを行う順番であったが、第2実施形態では、先にウェットエッチングを行った後に、ドライエッチングを行う順番で製造する点である。
【0062】
本実施形態の圧電振動片1の製造方法は、成膜工程と、第1のパターニング工程と、第1のエッチング工程と、第2のパターニング工程と、第2のエッチング工程と、除去工程とを順番に行って、圧電板20から一度に複数の圧電振動片1を製造する方法である。これら各工程について、図16に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
【0063】
まず、第1実施形態と同様に、圧電板20を準備する(S1)と共に、圧電板20の両面に、図17に示すようにエッチング保護膜(保護膜)30をそれぞれ成膜する(S11)成膜工程を行う。次いで、エッチング保護膜30を、圧電振動片1の外形形状でパターニングする(S12)第1のパターニング工程を行う。詳細には、まずエッチング保護膜30上に図示しないフォトレジスト膜を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、圧電振動片1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(例えば、ウェットエッチング)を行い、マスクされていないエッチング保護膜30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18及び図19に示すように、エッチング保護膜30を上述した形状にパターニングすることができる。つまり、圧電振動片1の外形形状、即ち、一対の振動腕部2、3及び基部4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1の数だけパターニングを行う。
【0064】
次いで、パターニングされたエッチング保護膜30をマスクとして、フッ酸等によるウェットエッチングにより圧電板20の両面をそれぞれエッチング加工する(S13)第1のエッチング工程を行う。この際、圧電板20を所定の深さh2だけエッチング加工を行う。これにより、図20に示すように、圧電板20の両面において、エッチング保護膜30でマスクされていない領域を表面から所定の深さh2だけ除去して、圧電振動片1の外形形状を所定の深さh2分だけ形作ることができる。
【0065】
次いで、既にパターニングされているエッチング保護膜30をさらにパターニング(S14)して、溝部5の領域を空けた状態にする第2のパターニング工程を行う。詳細には、まず図21に示すように、エッチング保護膜30上にフォトレジスト膜31をスプレー塗布等により成膜する。そして、このフォトレジスト膜31を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、図22に示すように、溝部5の領域を空けた状態で圧電振動片1の外形形状に沿ってパターニングする。そして、パターニングされたフォトレジスト膜31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30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31を除去する。これにより、図23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30を、溝部5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。
【0066】
次いで、この再度パターニングされたエッチング保護膜30をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチングにより圧電板20をエッチング加工する(S15)第2のエッチング加工を行う。これにより、図24に示すように、溝部5を形成することができる。またこの際、第1のエッチング工程で表面から所定の深さh2分だけエッチングされた圧電板20の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板20の両面を貫通させる。これにより、一対の振動腕部2、3及び基部4を完全に形成することができ、基部4に一対の振動腕部2、3が一体的に固定された圧電振動片1を得ることができる。
【0067】
そして、図25に示すように、最後にエッチング保護膜30を除去する(S16)除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部2、3の両面にそれぞれ溝部5が形成された、図4に示す圧電振動片1を製造することができる。その後、第1実施形態と同様に電極形成工程を行って(S9)、励振電極8、引き出し電極11、12、マウント電極9、10及び重り金属膜13をそれぞれ形成する。その結果、図1から図3に示す圧電振動片1を製造することができる。
【0068】
上述したように、ウェットエッチングを先に行い、その後ドライエッチングを行う順番であっても、圧電振動片1を製造することができる。しかも、本実施形態の方法であっても、溝部5の加工はドライエッチングで行っている。そのため、第1実施形態と同様に、精度良く加工でき、溝部5の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。また、圧電振動片1の外形加工を途中からドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部2、3の側面に関しても従来に比べて精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。
従って、第1実施形態と同様に、圧電振動片1の外表面に励振電極8を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
【0069】
また、本実施形態の製造方法では、第2のエッチング工程時に、溝部5の加工と同時に圧電振動片1の外形加工を行っている。そのため、第1のエッチング工程で加工する圧電板20のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、第1実施形態と同様に、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
【0070】
(第3実施形態)
次に、本発明に係る圧電振動片の第3実施形態を、図26から図35を参照して説明する。なお、この第3実施形態においては、第1実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第3実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、圧電板20をエッチング加工する際に、先にドライエッチングを行った後、ウェットエッチングを行う順番であったが、第3実施形態では、先にウェットエッチングを行った後に、ドライエッチングを行う順番で製造する点である。
【0071】
本実施形態の圧電振動片1の製造方法は、成膜工程と、パターニング工程と、レジスト膜形成工程と、第1のエッチング工程と、第1の除去工程と、第2のエッチング工程と、第2の除去工程とを順番に行って、圧電板20から一度に複数の圧電振動片1を製造する方法である。これら各工程について、図26に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。
【0072】
まず、第1実施形態と同様に、圧電板20を準備する(S1)と共に、圧電板20の両面に、図27に示すように、エッチング加工時に圧電板20を保護するエッチング保護膜(保護膜)35をそれぞれ成膜する(S20)成膜工程を行う。次いで、このエッチング保護膜35を、圧電振動片1の外形形状でパターニングする(S21)パターニング工程を行う。詳細には、まずエッチング保護膜35上に図示しないフォトレジスト膜を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、圧電振動片1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(例えば、ウェットエッチング)を行い、マスクされていないエッチング保護膜35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28及び図29に示すように、エッチング保護膜35を上述した形状にパターニングすることができる。つまり、圧電振動片1の外形形状、即ち、一対の振動腕部2、3及び基部4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1の数だけパターニングを行う。
【0073】
次いで、パターニングされたエッチング保護膜35上に、溝部5の領域を空けた状態でパターニングされたフォトレジスト膜(レジスト膜)36を重ねて形成する(S22)レジスト膜形成工程を行う。
詳細には、図30に示すように、まず圧電板20の両面にそれぞれフォトレジスト膜36をスプレー塗布等により成膜する。これにより、圧電板20及びエッチング保護膜36上に均等にフォトレジスト膜36が成膜される。そして、このフォトレジスト膜36を、フォトリソグラフィ技術によってパターニングする。この際、図31に示すように、溝部5の領域が空いた状態で、エッチング保護膜35上だけに残るようにパターニングする。この工程により、パターニングされたエッチング保護膜35は、溝部5の領域が空いた状態となる。
【0074】
次いで、パターニングされたエッチング保護膜35をマスクとして、フッ酸等によるウェットエッチングにより圧電板20の両面をそれぞれエッチング加工する(S23)第1のエッチング工程を行う。この際、圧電板20を所定の深さh3だけエッチング加工を行う。これにより、図32に示すように、圧電板20の両面において、エッチング保護膜35でマスクされていない領域を表面から所定の深さh3だけ除去して、圧電振動片1の外形形状を所定の深さh3分だけ形作ることができる。
【0075】
次いで、エッチング保護膜35に重ねて形成されたフォトレジスト膜36をマスクとしてエッチング保護膜35の一部を選択的に除去する(S24)第1の除去工程を行う。これにより、図33に示すように、パターニングされたエッチング保護膜35は、溝部5の領域が空いた状態となる。そのため、圧電板2についても同様に溝部5の領域が露出した状態となる。
次いで、溝部5の領域が空いたエッチング保護膜35をマスクとして、フッ素系のガスによるドライエッチングにより圧電板20をエッチング加工する(S25)第2のエッチング加工を行う。これにより、図34に示すように、溝部5を形成することができる。またこの際、第1のエッチング工程で表面から所定の深さh3分だけエッチングされた圧電板20の残りの部分を完全に取り除く。つまり、圧電板20の両面を貫通させる。これにより、一対の振動腕部2、3及び基部4を完全に形成することができ、基部4に一対の振動腕部2、3が一体的に固定された圧電振動片1を得ることができる。
【0076】
そして、図35に示すように、最後にエッチング保護膜35及びフォトレジスト膜36を除去する(S26)除去工程を行う。これにより、一対の振動腕部2、3の両面にそれぞれ溝部5が形成された、図4に示す圧電振動片1を製造することができる。その後、第1実施形態と同様に電極形成工程を行って(S9)、励振電極8、引き出し電極11、12、マウント電極9、10及び重り金属膜13をそれぞれ形成する。その結果、図1から図3に示す圧電振動片1を製造することができる。
【0077】
上述したように、ウェットエッチングを先に行い、その後ドライエッチングを行う順番であっても、圧電振動片1を製造することができる。しかも、本実施形態の方法であっても、溝部5の加工はドライエッチングで行っている。そのため、第1実施形態と同様に、精度良く加工でき、溝部5の側面及び底面をいびつな形状ではなく、ともに平坦面にすることができる。また、圧電振動片1の外形加工を途中からドライエッチングで行っているので、一対の振動腕部2、3の側面に関しても従来に比べて精度良く加工でき、平坦面が占める割合をより多くすることができる。
従って、第1実施形態と同様に、圧電振動片1の外表面に励振電極8を設計通りに形成することができ、従来の方法で製造されたものに比べてCI値をより低くすることができる。従って、高品質化、高性能化を図ることができる。
【0078】
また、本実施形態の製造方法では、第2のエッチング工程時に、溝部5の加工と同時に圧電振動片1の外形加工を行っている。そのため、第1のエッチング工程で加工する圧電板20のエッチング量をできるだけ少なくすることができる。よって、加工時間のかかるウェットエッチングに費やす時間を大幅に削減することができる。従って、第1実施形態と同様に、効率良く生産することができ、生産性を高めて大量生産を可能にすることができる。また、効率良く生産できるので、低コスト化を図ることができる。
【0079】
次に、本発明に係る圧電振動片を有する圧電振動子の一実施形態について、図36を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子として、シリンダパッケージタイプの圧電振動子を例にして説明する。
本実施形態の圧電振動子40は、図36に示すように、圧電振動片1と、気密端子41と、圧電振動片1を内部に封止した状態で気密端子41に接合されたケース42とを備えている。
【0080】
気密端子41は、環状のステム43と、該ステム43を貫くように配され、圧電振動片1の両マウント電極9、10に電気的及び物理的にそれぞれ接続された2本のリード44と、該リード44とステム43とを絶縁状態で一体的に固定すると共にケース42内を密封させる充填材45とで構成されている。
上記ステム43は、金属材料(例えば、低炭素鋼(Fe)、鉄ニッケル合金(Fe−Ni)、鉄ニッケルコバルト合金(Fe−Ni−Co))で環状に形成されたものである。なお、ステム43の外周には、耐熱ハンダメッキや、錫銅合金や金錫合金等の図示しない金属膜が被膜されている。また、上記充填材45の材料としては、例えば、ホウ珪酸ガラスである。また、2本のリード44は、ケース42内に突出している部分がインナーリード44aとなり、ケース42外に突出している部分がアウターリード44bとなっている。そして、このアウターリード44bが、外部接続端子として機能するようになっている。
【0081】
上記ケース42は、ステム43の外周に対して圧入されて、嵌合固定されている。具体的には、ステム43の外周に被膜された金属膜を介在させて、ケース42とステム43とが冷間圧接により固定されている。このケース42の圧入は、真空雰囲気下で行われているため、ケース42内の圧電振動片1を囲む空間は、真空に保たれた状態で密閉されている。
【0082】
このように構成されたシリンダパッケージタイプの圧電振動子40によれば、より高品質化及び高性能化された圧電振動片1を有しているので、圧電振動子40自体についても高品質化及び高性能化を図ることができる。特に、ケース42内を真空状態にすることができるので、一対の振動腕部2、3の振動効率を向上することができる。
【0083】
次に、本発明に係る圧電振動片1を有する圧電振動子の他の例について、図37及び図38を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動子として、圧電振動片1を蓋付きの箱の中に固定したセラミックパッケージタイプの圧電振動子50を例にして説明する。
【0084】
本実施形態の圧電振動子50は、図37及び図38に示すように、圧電振動片1、ベース51及び金属或いはガラスからなるリッド52によって構成されている。圧電振動片1の基部4は、ベース51の接合部51aに導電性接着剤53で固着されて固定されている。また、ベース51は、蓋となるリッド52により、真空中で電子ビーム溶接や真空シーム溶接、或いは、低融点ガラスや共晶金属による接合等の各種手段を用いて真空気密封止されている。また、圧電振動片1の基部4上に形成されたマウント電極9、10は、接合部51aを通して図示しない内部接続によりベース51の外側の外部電極54と電気的に接続されている。
【0085】
このように構成されたセラミックパッケージタイプの圧電振動子50においても、より高品質化及び高性能化された圧電振動片1を有しているので、圧電振動子50自体についても高品質化及び高性能化を図ることができる。また、ベース51とリッド52とで囲まれた空間を真空状態にすることができるので、同様に一対の振動腕部2、3の振動効率を向上することができる。
【0086】
次に、本発明に係る発振器の一実施形態について、図39を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、圧電振動片1を有する圧電振動子40を備えた発振器60を例に挙げて説明する。
本実施形態の発振器60は、図39に示すように、圧電振動子40を、集積回路61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60は、コンデンサ等の電子部品62が実装された基板63を備えている。基板63には、発振器60用の上記集積回路61が実装されており、この集積回路61の近傍に、圧電振動子40の圧電振動片1が実装されている。これら電子部品62、集積回路61及び圧電振動子40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。
【0087】
このように構成された発振器60において、圧電振動子40に電圧を印加すると、該圧電振動子40内の圧電振動片1が振動する。この振動は、圧電振動片1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61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61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40が発振子として機能する。
また、集積回路61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60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。
【0088】
本実施形態の発振器60によれば、高品質化及び高性能化が図られた圧電振動子40を備えているので、発振器60自体の高品質化及び高性能化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。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。
【0089】
次に、本発明に係る電子機器の一実施形態について、図40を参照して説明する。なお電子機器として、圧電振動片1を有する圧電振動子40を備えた携帯情報機器70を例に挙げて説明する。
始めに本実施形態の携帯情報機器70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。
【0090】
次に、本実施形態の携帯情報機器70の構成について説明する。この携帯情報機器70は、図40に示すように、圧電振動子40と、電力を供給するための電源部71とを備えている。電源部71は、例えば、リチウム二次電池からなっている。この電源部71には、各種制御を行う制御部72と、時刻等のカウントを行う計時部73と、外部との通信を行う通信部74と、各種情報を表示する表示部75と、それぞれの機能部の電圧を検出する電圧検出部76とが並列に接続されている。そして、電源部71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。
【0091】
制御部72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72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。
【0092】
計時部73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40とを備えている。圧電振動子40に電圧を印加すると圧電振動片1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72と信号の送受信が行われ、表示部75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。
【0093】
通信部74は、従来の携帯電話と同様の機能を有し、無線部77、音声処理部78、切替部79、増幅部80、音声入出力部81、電話番号入力部82、着信音発生部83及び呼制御メモリ部84を備えている。
無線部77は、音声データ等の各種データを、アンテナ85を介して基地局と送受信のやりとりを行う。音声処理部78は、無線部77又は増幅部80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80は、音声処理部78又は音声入出力部81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81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。
【0094】
また、着信音発生部83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79は、着信時に限って、音声処理部78に接続されている増幅部80を着信音発生部83に切り替えることによって、着信音発生部83において生成された着信音が増幅部80を介して音声入出力部81に出力される。
なお、呼制御メモリ部84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82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。
【0095】
電圧検出部76は、電源部71によって制御部72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72に通知する。このときの所定の電圧値は、通信部74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76から電圧降下の通知を受けた制御部72は、無線部77、音声処理部78、切替部79及び着信音発生部83の動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部77の動作停止は、必須となる。更に、表示部75に、通信部74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。
【0096】
即ち、電圧検出部76と制御部72とによって、通信部74の動作を禁止し、その旨を表示部75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75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74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86を備えることで、通信部74の機能をより確実に停止することができる。
【0097】
本実施形態の携帯情報機器70によれば、高品質化及び高性能化が図られた圧電振動子40を備えているので、携帯情報機器70自体の高品質化及び高性能化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。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。
【0098】
次に、本発明に係る電波時計の一実施形態について、図41を参照して説明する。なお、本実施形態では、圧電振動片1を有する圧電振動子40を備えた電波時計を例に挙げて説明する。
本実施形態の電波時計80は、図41に示すように、フィルタ部81に電気的に接続された圧電振動子40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。
【0099】
以下、電波時計80の機能的構成について詳細に説明する。
アンテナ82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83によって増幅され、複数の圧電振動子40を有するフィルタ部81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40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84、85をそれぞれ備えている。
【0100】
更に、濾波された所定周波数の信号は、検波、整流回路86により検波復調される。続いて、波形整形回路87を介してタイムコードが取り出され、CPU88でカウントされる。CPU88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、RTC89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84、85は、上述した音叉型の構造を持つ振動子が好適である。
【0101】
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80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40を必要とする。
【0102】
本実施形態の電波時計80によれば、高品質化及び高性能化が図られた圧電振動子40を備えているので、電波時計80自体の高品質化及び高性能化を図ることができ、製品の信頼性を向上することができる。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。
【0103】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0104】
【図1】本発明に係る圧電振動片の第1実施形態を示す図であって、圧電振動片を上面から見た図である。
【図2】図1に示す圧電振動片を下面から見た図である。
【図3】図1に示す切断線A−Aでの断面図である。
【図4】図1に示す圧電振動片から電極部分を取り除いた状態の斜視図である。
【図5】図1に示す圧電振動片の製造方法のフローチャートである。
【図6】図5に示すフローチャートの一工程図であって、圧電板の両面にエッチング保護膜を成膜した状態を示す図である。
【図7】図6に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図であって、圧電板を上方から見た図である。
【図8】図6に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図である。
【図9】図8に示す状態から、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとして、圧電板をドライエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。
【図10】図9に示す状態から、圧電板の両面に別のエッチング保護膜を成膜した状態を示す図である。
【図11】図10に示す状態から、後に成膜したエッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図である。
【図12】図11に示す状態から、2つのエッチング保護膜をマスクとして、圧電板をウェットエッチングにより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、2つのエッチング保護膜を除去して、溝部が形成された一対の振動腕部を製造した状態を示す図である。
【図14】図13に示す状態から、一対の振動腕部の外表面に導電性膜及びフォトレジスト膜を成膜した後、該フォトレジスト膜の所定位置を露光している状態を示す図である。
【図15】図14に示す状態から、露光したフォトレジスト膜を現像した状態を示す図である。
【図16】図1に示す圧電振動片を別の製造方法で製造する場合のフローチャートである。
【図17】図16に示すフローチャートの一工程図であって、圧電板の両面にエッチング保護膜を成膜した状態を示す図である。
【図18】図17に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図であって、圧電板を上方から見た図である。
【図19】図17に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図である。
【図20】図19に示す状態から、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとして、圧電板をウェットエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。
【図21】図20に示す状態から、圧電板の両面にフォトレジスト膜を成膜した状態を示す図である。
【図22】図21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の状態を示す図である。
【図23】図22に示す状態から、パターニングしたフォトレジスト膜をマスクとして、エッチング保護膜をエッチング加工してさらにパターニングした後の状態を示す図である。
【図24】図23に示す状態から、さらにパターニングしたエッチング保護膜をマスクとして、圧電板をドライエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。
【図25】図24に示す状態から、エッチング保護膜を除去して、溝部が形成された一対の振動腕部を製造した状態を示す図である。
【図26】図1に示す圧電振動片をさらに別の製造方法で製造する場合のフローチャートである。
【図27】図26に示すフローチャートの一工程図であって、圧電板の両面にエッチング保護膜を成膜した状態を示す図である。
【図28】図27に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図であって、圧電板を上方から見た図である。
【図29】図27に示す状態から、エッチング保護膜をパターニングした後の状態を示す図である。
【図30】図29に示す状態から、圧電板の両面にフォトレジスト膜を成膜した状態を示す図である。
【図31】図30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の状態を示す図である。
【図32】図31に示す状態から、パターニングしたエッチング保護膜をマスクとして、圧電板をウェットエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。
【図33】図32に示す状態から、フォトレジスト膜をマスクとして、エッチング保護膜の一部を選択的に除去した状態を示す図である。
【図34】図33に示す状態から、エッチング保護膜をマスクとして、圧電板をドライエッチングによりエッチング加工した状態を示す図である。
【図35】図34に示す状態から、エッチング保護膜及びフォトレジスト膜を除去して、溝部が形成された一対の振動腕部を製造した状態を示す図である。
【図36】本発明に係る圧電振動片を有するシリンダ型パッケージタイプの圧電振動子の一実施形態を示す図である。
【図37】本発明に係る圧電振動片を有するセラミックパッケージタイプの圧電振動子の一実施形態を示す断面図である。
【図38】図37に示す切断線B−Bでの断面図である。
【図39】本発明に係る圧電振動子を有する発振器の一実施形態を示す構成図である。
【図40】本発明に係る圧電振動子を有する電子機器の一実施形態を示す構成図である。
【図41】本発明に係る圧電振動子を有する電波時計の一実施形態を示す構成図である。
【図42】従来の溝部を有する一対の振動腕部の断面図である。
【図43】図42に示す一対の振動腕部を有する圧電振動片を製造する場合の、従来のフローチャートである。
【図44】図43のフローチャートにそって製造された結果、溝部がいびつな形状となった従来の圧電振動片の断面図である。
【符号の説明】
【0105】
1 圧電振動片
2、3 振動腕部
4 基部
5 溝部
8 励振電極
20 圧電板
21 エッチング保護膜(第1の保護膜)
22 エッチング保護膜(第2の保護膜)
30、35 エッチング保護膜(保護膜)
36 フォトレジスト膜(レジスト膜)
40、50 圧電振動子
60 発振器
61 集積回路
70 電子機器(携帯情報機器)
73 計時部
80 電波時計
81 フィルタ部
【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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、
前記圧電板の両面に第1の保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、
前記第1の保護膜を、前記溝部の領域を空けた状態で前記圧電振動片の外形形状にパターニングするパターニング工程と、
パターニングされた前記第1の保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に、第1の保護膜でマスクされていない領域を表面から溝部の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、
露出している前記溝部を第2の保護膜の成膜により保護する保護工程と、
パターニングされた前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、表面から溝部の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、
前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜を除去する除去工程と、を行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項2】
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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、
前記圧電板の両面に保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、
前記保護膜を、前記圧電振動片の外形形状でパターニングする第1のパターニング工程と、
パターニングされた前記保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、
パターニングされた前記保護膜をさらにパターニングして、前記溝部の領域を空けた状態にする第2のパターニング工程と、
再度パターニングされた前記保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に、表面から所定の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、
前記保護膜を除去する除去工程と、を行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項3】
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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、
前記圧電板の両面に保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、
前記保護膜を、前記圧電振動片の外形形状でパターニングするパターニング工程と、
パターニングされた前記保護膜上に、前記溝部の領域を空けた状態でパターニングされたレジスト膜を重ねて形成するレジスト膜形成工程と、
パターニングされた前記保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、
前記レジスト膜をマスクとしてパターニングされた前記保護膜の一部を除去して、該保護膜を前記溝部の領域を空けた状態にする第1の除去工程と、
前記溝部の領域が空いた前記保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に表面から所定の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、
前記保護膜及び前記レジスト膜を除去する第2の除去工程と、を行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項4】
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面に、該振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、
前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極と、を備え、
前記溝部は、圧電材料からなる圧電板から、ドライエッチングによりエッチング加工されており、
前記一対の振動腕部及び前記基部は、前記圧電板から、ドライエッチング及びウェットエッチングの異なる2つのエッチング加工をそれぞれ順番に行って形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項5】
請求項4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6】
請求項5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7】
請求項5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8】
請求項5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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、
前記圧電板の両面に第1の保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、
前記第1の保護膜を、前記溝部の領域を空けた状態で前記圧電振動片の外形形状にパターニングするパターニング工程と、
パターニングされた前記第1の保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に、第1の保護膜でマスクされていない領域を表面から溝部の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、
露出している前記溝部を第2の保護膜の成膜により保護する保護工程と、
パターニングされた前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、表面から溝部の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、
前記第1の保護膜及び前記第2の保護膜を除去する除去工程と、を行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項2】
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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、
前記圧電板の両面に保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、
前記保護膜を、前記圧電振動片の外形形状でパターニングする第1のパターニング工程と、
パターニングされた前記保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、
パターニングされた前記保護膜をさらにパターニングして、前記溝部の領域を空けた状態にする第2のパターニング工程と、
再度パターニングされた前記保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に、表面から所定の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、
前記保護膜を除去する除去工程と、を行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項3】
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面に振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極とを有する圧電振動片を、圧電材料からなる圧電板から製造する方法であって、
前記圧電板の両面に保護膜をそれぞれ成膜する成膜工程と、
前記保護膜を、前記圧電振動片の外形形状でパターニングするパターニング工程と、
パターニングされた前記保護膜上に、前記溝部の領域を空けた状態でパターニングされたレジスト膜を重ねて形成するレジスト膜形成工程と、
パターニングされた前記保護膜をマスクとしてウェットエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、保護膜でマスクされていない領域を表面から所定の深さだけエッチングする第1のエッチング工程と、
前記レジスト膜をマスクとしてパターニングされた前記保護膜の一部を除去して、該保護膜を前記溝部の領域を空けた状態にする第1の除去工程と、
前記溝部の領域が空いた前記保護膜をマスクとしてドライエッチングにより前記圧電板をエッチング加工して、前記溝部を形成すると共に表面から所定の深さまでエッチングされた圧電板の残りの部分を完全に取り除き、前記一対の振動腕部及び前記基部を形成する第2のエッチング工程と、
前記保護膜及び前記レジスト膜を除去する第2の除去工程と、を行うことを特徴とする圧電振動片の製造方法。
【請求項4】
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面に、該振動腕部の長手方向に沿ってそれぞれ形成された溝部と、
前記一対の振動腕部の外表面上に形成され、一対の振動腕部を振動させる励振電極と、を備え、
前記溝部は、圧電材料からなる圧電板から、ドライエッチングによりエッチング加工されており、
前記一対の振動腕部及び前記基部は、前記圧電板から、ドライエッチング及びウェットエッチングの異なる2つのエッチング加工をそれぞれ順番に行って形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項5】
請求項4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6】
請求項5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7】
請求項5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8】
請求項5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27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【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27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【公開番号】特開2008−205657(P2008−205657A)
【公開日】平成20年9月4日(2008.9.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−37218(P2007−37218)
【出願日】平成19年2月17日(2007.2.17)
【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20年9月4日(2008.9.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年2月17日(2007.2.17)
【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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