水晶振動子および水晶振動子の製造方法
【課題】不要な振動モードの励起を防ぐ水晶振動子を提供することを課題とする。
【解決手段】平板状に形成された平面視略長方形の水晶片と、前記水晶片の上面および下面の中央部に配置された導電性材料からなる駆動電極と、前記水晶片の上面および下面に設けられ、前期駆動電極に電気的に接続された実装電極と、前記駆動電極と前記水晶片の長手方向外周部との間に対向配置されるとともに、エッチングに対して安定な面で形成された断面略Ｖ字状の凹部と、を備えたことを特徴とする水晶振動子とする。
【解決手段】平板状に形成された平面視略長方形の水晶片と、前記水晶片の上面および下面の中央部に配置された導電性材料からなる駆動電極と、前記水晶片の上面および下面に設けられ、前期駆動電極に電気的に接続された実装電極と、前記駆動電極と前記水晶片の長手方向外周部との間に対向配置されるとともに、エッチングに対して安定な面で形成された断面略Ｖ字状の凹部と、を備えたことを特徴とする水晶振動子とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子および水晶振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル機器のクロックパルス発生や無線機器などにおいては、周波数の温度依存性が小さい水晶振動子が利用されている。
【０００３】
水晶振動子の設計に当たって重要となるのが、所望の振動モード以外の不要な振動モードの抑制である。例えば、ＡＴカット水晶振動子は、水晶片上に形成された駆動電極に、水晶片の固有振動と略一致する周波数を持つ交流電気信号を入力し、共振現象を発生させている。ここで、駆動電極に入力された交流電気信号による振動エネルギーは、駆動電極が形成された領域から水晶片の外周部に向かって漏れ出し、水晶片の輪郭振動などの種々の不要な振動モードを励起する。そこで、通常は水晶片の輪郭をバレル研磨して面取りするベベル加工を行うことで、輪郭振動を抑制している。
【０００４】
しかしながら、ベベル加工を行うと水晶片の外形寸法にばらつきが生じ、良好な振動特性の水晶振動子を得ることが難しいという問題があった。また、ベベル加工のためのバレル研磨は、水晶振動子を小型化すると、研磨速度が小さくなり、適切な面取り形状を得るための加工時間が長くなったり、面取り形状にばらつきが生じたりするなどの問題を生じる。
【０００５】
そこで、これらの問題を解決するために種々の方法が提案されている。例えば特許文献１によれば、水晶振動子の駆動電極から漏れ出した振動エネルギーが輪郭に伝播するのを防ぐ構造を持った水晶振動子が提供されている。
【０００６】
このように構成された水晶振動子について、図１３および図１４を参照して説明する。図１３は水晶振動子１０１の平面図を、図１４は図１３中ＡＡ線における水晶振動子１０１の断面のうち一部を拡大した図を示している。
【０００７】
水晶振動子１０１は、平面視略長方形の水晶片１０２と、水晶片１０２の上面および下面に互いに対向するように設けられた駆動電極１０３と、駆動電極１０３に電気的に接続された実装電極１０４と、水晶片１０２の短辺と駆動電極１０３の間に配置され、水晶片１０２の表面を所定の深さだけ掘り下げて形成された略Ｖ字状の断面を持つ凹部１０５とを備えている。
【０００８】
これにより、水晶振動子１０１は、駆動電極１０３に入力された交流電気信号による振動エネルギーが水晶片１０２の短辺の方向に漏れ出しても、凹部１０５によって振動エネルギーの伝播を遮断する。そのため、振動エネルギーが水晶片１０２の短辺まで到達せず、不要な振動モードの励起を防ぐことができる。
【０００９】
また、水晶振動子１０１は、水晶平板（図示しない）の上面および下面に凹部１０５を形成したのち、多数の水晶片１０２に分割し、これらの水晶片１０２に駆動電極１０３および実装電極１０４を形成して製造される。
【００１０】
その際、凹部１０５は、水晶平板の表面の所定の位置をフッ酸やフッ化アンモニウム水溶液などを用いて除去して形成する。水晶はその結晶面によってエッチング速度に違いがあり、エッチングが進行するにつれ、凹部１０５の側壁にはエッチング速度の遅い面が現れる。この遅い面同士が出会うと、そこでエッチングが停止し、図１４に示すように凹部１０５の断面は略Ｖ字状となる。凹部１０５の側壁と水晶平板の表面とがなす角は常に略一定なので、凹部１０５の開口部の幅を適切に設定すると、凹部１０５を所定の深さにすることができる。
【００１１】
このようにして水晶平板上に凹部１０５を形成したのち、ワイヤーソーなどを用いて水晶平板を切断し、多数の水晶片１０２に分割する。その後、これらの水晶片１０２の上面および下面に駆動電極１０３および実装電極１０４を形成すると、水晶振動子１０１を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−４６３６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述の水晶振動子１０１は、凹部１０５が水晶片１０２の短辺と駆動電極１０３との間にのみ設けられているため、駆動電極１０３から漏れ出した振動エネルギーの水晶片１０２の長辺方向への漏れ出しを防ぐことはできない。そのため、漏れ出した振動エネルギーが水晶片１０２の長辺に到達して不要な振動モードを励起するという問題があった。
【００１４】
また、上述の水晶振動子１０１の製造方法は、水晶片１０２の分割と凹部１０５の形成を別の工程で行う必要がある。そのため、水晶片１０２に対して凹部１０５の位置を精度よく配置することが難しく、水晶振動子１０１の振動特性が劣化するという問題があった。また、工数が増加し、コスト増大につながるという問題があった。
【００１５】
本発明の目的は上記のような事情に考慮してなされたもので、不要な振動モードの励起を防ぐ水晶振動子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
【００１７】
本発明の水晶振動子は、平板状に形成された平面視略長方形の水晶片と、前記水晶片の上面および下面の中央部に配置された導電性材料からなる駆動電極と、前記水晶片の上面および下面に設けられ、前期駆動電極に電気的に接続された実装電極と、前記駆動電極と前記水晶片の長手方向外周部との間に対向配置されるとともに、エッチングに対して安定な面で形成された断面略Ｖ字状の凹部と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の水晶振動子は、前記凹部が前記水晶片の上面および下面に配置されることを特徴とする。
【００１９】
本発明にかかる水晶振動子は、駆動電極を所定の間隔をあけて挟むように凹部が配置されているので、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの伝播を凹部によって抑制することができ、不要な振動モードの励起を抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の水晶振動子は、凹部は前記水晶片の長手方向と略平行に配置され、凹部は水晶片の外周部と駆動電極との間に配置されたことを特徴とする。
【００２１】
本発明にかかる水晶振動子は、水晶片の外周部と駆動電極との間に、水晶片の長手方向と略平行に凹部が配置されているため、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの水晶片の長手の輪郭への伝播を凹部によって抑制することができ、不要な振動モードの励起を抑制することができる。
【００２２】
さらに、本発明の水晶振動子は、凹部は水晶片の短手方向と略平行にも配置され、凹部は前記水晶片の外周部と前記駆動電極との間に配置されたことを特徴とする。
【００２３】
本発明にかかる水晶振動子は、水晶片の外周部と駆動電極との間に、水晶片の長手方向および短手方向と略平行に凹部が配置されているため、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの水晶片の輪郭への伝播を凹部によって抑制することができ、不要な振動モードの励起を抑制することができる。
【００２４】
また、本発明の水晶振動子は、凹部は駆動電極と水晶片の外周部の間に複数配置され、複数の凹部は互いに平行に配置されたことを特徴とする。
【００２５】
本発明にかかる水晶振動子は、水晶片の外周部と駆動電極の間に複数の凹部が配置されているため、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの水晶片の輪郭への伝播を複数の凹部によって順次抑制することができ、不要な振動モードの励起を抑制することができる。
【００２６】
また、本発明の水晶振動子は、複数の凹部は駆動電極に近いほど浅く、水晶片の外周部に近いほど深くなるように形成されたことを特徴とする。
【００２７】
本発明にかかる水晶振動子は、複数の凹部が駆動電極の近いほど浅く、水晶片の外周部に近いほど深くなるように形成されているので、駆動電極から漏れ出し、凹部によって伝播を妨げられた振動エネルギーが凹部によって反射され、再び駆動電極が形成された領域に戻って不要な振動モードを励起するのをさらに抑制することができる。
【００２８】
また、本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶平板の上面および下面に備えられた環状の開口部である水晶片分離開口部と、水晶片分離開口部の内周内部に配置された開口部である凹部形成開口部とを有する保護膜を形成する保護膜形成工程と、水晶平板をフッ酸またはフッ化アンモニウムの少なくとも一方を含む水溶液に浸漬して、水晶平板の開口部から露出した領域を除去して水晶片および凹部を形成する水晶片および凹部形成工程と、凹部に対して水晶片の上面および下面の中央部に導電性薄膜からなる駆動電極を形成する電極形成工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２９】
本発明にかかる水晶振動子の製造方法は、保護膜形成工程において水晶片分離開口部と凹部形成開口部とを備えた保護膜を形成する。また、水晶片および凹部形成工程において凹部の側壁にはエッチング速度の遅い面が現れ、これらの面同士が出会うとエッチングが停止して所定の深さの凹部を得ることができるため、同一の工程で水晶片および凹部を形成することができる。そのため、水晶片に対して凹部の位置を精度よく配置し、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの伝播を凹部によって効率よく抑制することができる。
【００３０】
また、本発明の水晶振動子の製造方法は、保護膜形成工程は水晶片分離開口部と凹部形成開口部とを同時に一括して形成することを特徴とする水晶振動子の製造方法である。
【００３１】
本発明にかかる水晶振動子の製造方法は、水晶片分離開口部と凹部形成開口部とを同時に一括して形成するので、別工程で形成する場合と比べて水晶片に対して凹部の位置を精度よく配置することができ、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの伝播を凹部によって効率よく抑制することができる。
【００３２】
また、本発明の水晶振動子の製造方法は、保護膜形成工程は、水晶片の長手方向と略平行に配置された第一の開口部と、水晶片の短手方向と略平行に配置された第二の開口部とを備えた保護膜を形成することを特徴とする。
【００３３】
本発明にかかる水晶振動子の製造方法は、水晶片の外周部と駆動電極との間に、水晶片の長手方向と略平行に第一の凹部が配置され、水晶片の短手方向と略平行に第二の凹部が配置されているため、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの水晶片の輪郭への伝播を凹部によって抑制することができ、不要な振動モードの励起を抑制することができる。
【００３４】
また、本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶片および凹部形成工程において略Ｖ字状の断面を有する凹部を形成することを特徴とする。
【００３５】
本発明にかかる水晶振動子の製造方法は、水晶片および凹部形成工程においてエッチング速度の遅い面が第一の凹部および第二の凹部の側壁として現れ、側壁同士が出会うとエッチングが停止するので、第一の凹部および第二の凹部の開口幅を適切に設定すれば所望の深さの第一の凹部および第二の凹部を同一の工程で形成することができる。
【００３６】
また、本発明の水晶振動子は、水晶片と凹部とが平行な側壁を形成することを特徴とする。
【００３７】
本発明にかかる水晶振動子は、水晶片および凹部を同一の工程でおこなうことができる。さらに、水晶片分離開口部と凹部形成開口部を略平行に配置しているため、水晶片と凹部の側壁を平行に形成することができる。これにより、精度のよい水晶振動子を得られ、さらに製造工程の効率化が図れる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明にかかる水晶振動子および水晶振動子の製造方法は、不要な振動モードの励起を防ぎ、良好な振動特性を持つ水晶振動子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第一実施形態の水晶振動子１を示す平面図である。
【図２】図１に示す第一実施形態の水晶振動子１のＡＡ線における断面図である。
【図３】図１に示す第一実施形態の水晶振動子１のＢＢ線における断面図である。
【図４】図２に示す第一実施形態の水晶振動子１の第一の凹部５を拡大した断面図である。
【図５】図３に示す第一実施形態の水晶振動子１の第二の凹部６を拡大した断面図である。
【図６】図１に示す第一実施形態の水晶振動子１の製造方法を示す断面図であって、図１のＡＡ線における断面図である。
【図７】図１に示す第一実施形態の水晶振動子の製造方法を示す断面図であって、図１のＢＢ線における断面図である。
【図８】図１に示す第一実施形態の水晶振動子１の製造方法を示す断面図であって、図１のＡＡ線における断面図である。
【図９】第二実施形態の水晶振動子１を示す平面図である。
【図１０】図８に示す第二実施形態の水晶振動子１のＡＡ線における断面図である。
【図１１】図８に示す第二実施形態の水晶振動子１のＢＢ線における断面図である。
【図１２】図９に示す第二実施形態の水晶振動子１の第一の凹部５を拡大した断面図である。
【図１３】図１０に示す第二実施形態の水晶振動子１の第二の凹部６を拡大した断面図である。
【図１４】従来の水晶振動子１０１を示す平面図である。
【図１５】図１３に示す従来の水晶振動子１０１のＡＡ線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
(第１実施形態)
以下、本発明にかかる第１実施形態を、図１から図５を参照して説明する。図１は、第１実施形態にかかる水晶振動子１を示す平面図であり、図２は図１のＡＡ線における断面図、図３は図１のＢＢ線における断面図を示している。また、図４は図２の第一の開口部５を拡大した断面図、図５は図３の第二の開口部５を拡大した断面図を示している。
【００４１】
水晶振動子１は、平板形状に形成された平面視略長方形の形状を持つ水晶片２と、水晶片２の上面および下面に設けられ、水晶片２を挟んで対向するように設けられた導電性材料からなる駆動電極３と、駆動電極に接続された導電性材料からなる実装電極４と、水晶片２の上面および下面にエッチングに対して安定な面が形成されるまで掘り下げて設けられるとともに、駆動電極３を挟んで水晶片２の長手方向に沿って対向配置された第一の凹部５と、水晶片２の上面および下面にエッチングに対して安定な面が形成されるまで掘り下げて設けられるとともに、駆動電極３を挟んで水晶片２の短手方向に沿って対向配置され、第一の凹部５と接続された第二の凹部６とを備えている。
【００４２】
第一の凹部５は、図４に示すように、水晶片２の上面または下面に対して特定の角θ１をなす第一の側壁７および特定の角θ２をなす第二の側壁８とから形成されている。また、第二の凹部６は、水晶片２の上面または下面に対して特定の角θ３をなす第三の側壁９および特定の角θ４をなす第四の側壁１０とから形成されている。ここで、第一の凹部５の開口幅をw１、第一の凹部５の深さをd１、第二の凹部６の開口幅をw２、第二の凹部６の深さをd２とすると、これらの間には次のような関係が成立する。凹部の深さと開口幅との関係式を数１に示す。
【００４３】
【数１】
【００４４】
そのため、第一の凹部５の開口幅w１および第二の凹部６の開口幅w２を適切に設定すると、第一の凹部５および第二の凹部６をそれぞれ所定の深さd１およびd２となるように形成することができる。
【００４５】
水晶片２がATカット水晶からなる場合、上記特定の角度は、角θ１が８５度から９５度の間の角度となり、角θ２が５０度から６０度の間の角度となる。また、角θ３が１０度から３０度の間の角度となり、角θ４が１０度から３０度の間の角度となる。
【００４６】
このように構成された水晶振動子１において、実装電極４に交流電気信号を印加すると駆動電極３に挟まれた水晶片２が振動する。水晶片２の共振周波数と実装電極４に印加された交流電気信号の周波数とが一致すると共振現象を生じ、駆動電極３の間のインピーダンスが低くなる。このようにして、水晶振動子１を振動子デバイスとして利用することができる。
【００４７】
このとき、水晶片２を振動させるエネルギーは、水晶片の上面および下面の駆動電極３に挟まれた領域から水晶片２の外周部に向かって漏れ出す。しかし、駆動電極３が第一の凹部５および第二の凹部６に挟まれているため、振動エネルギーは第一の凹部５および第二の凹部６を越えて水晶片２の外周部へ漏れ出すことなく、上面および下面の凹部に挟まれた領域に閉じ込められる。上面および下面の凹部並びに上面および下面の駆動電極3によって挟まれた領域に閉じ込められる。このようにして実現されたエネルギー閉じ込め現象によって、水晶片２を効率的に振動させることができ、精度のよい水晶振動子を得ることができる。
【００４８】
次に、このように構成された水晶振動子１の製造方法について、図６および図７を参照しながら説明する。
【００４９】
図６は図１のＡＡ線における断面図を示し、図７は図１のＢＢ線における断面図を示している。また、水晶振動子１は個々に製造することもできるが、本実施例においては水晶平板１１に一括して複数の水晶振動子を形成する方法について説明する。
【００５０】
まず、保護膜形成工程を行う。図６（ａ）および図７（ａ）にその工程を示す。水晶平板１１の上面および下面に、水晶片分離開口部１３と、第一の開口部１４および第二の開口部１５とからなる凹部形成開口部と、を備えた保護膜１２を形成する。
【００５１】
保護膜の材料は、例えばフォトレジストや金、モリブデンなどフッ酸に対する耐食性を備えたものを用いる。
【００５２】
水晶片分離開口部１３によって囲まれた保護膜１２は水晶片２と略一致する平面視形状を備える。また、第一の開口部１４は第一の凹部５と略一致する平面視形状を備え、第二の開口部１５は第二の凹部６と略一致する平面視形状を備えている。
【００５３】
保護膜１２の詳細な形成工程の一例を以下に記す。
【００５４】
保護膜１２が金やモリブデンなどの薄膜からなる場合、水晶平板１１の表面に保護膜１２の材料となる金やモリブデンなどからなる薄膜をスパッタリングや蒸着などにより成膜する。金などは水晶表面に対する密着力が弱く剥離しやすいので、水晶平板１１の表面にあらかじめクロムなどの密着性を向上する薄膜を成膜したのち、保護膜１２の材料となる薄膜を成膜してもよい。
【００５５】
次に、成膜した薄膜の上にフォトレジスト（図示しない）からなるエッチングマスクを成膜する。このエッチングマスクの所定の部分をリソグラフィ技術を用いて除去し、除去により露出した保護膜１２の材料となる薄膜の部分を所定のエッチャントを用いてエッチングし、所定の形状の保護膜１２を得る。保護膜１２が金からなる場合には、エッチャントとして、例えばヨウ素ヨウ化カリウム水溶液や王水などを選択することができる。
【００５６】
なお、保護膜はフォトレジストのみ、金またはモリブデンのみで形成することも可能である。保護膜を、例えば金またはモリブデンのみで形成する場合は、シャドーマスクを用いてスパッタリング法などの成膜を行って、任意の領域に薄膜を成膜する方法を利用できる。
【００５７】
また、より高精度なパターニングが必要な場合は、フォトリソグラフィの代わりにステンシルマスクなどのEPL（Electron projection lithography）マスクを用いた電子ビーム露光も利用できる。
【００５８】
次に、水晶片および凹部形成工程を行う。図６（ｂ）および図７（ｂ）にその工程を示す。保護膜１２を形成した水晶平板１１を、フッ酸やフッ化アンモニウムなどを含む水溶液に浸漬すると、水晶片分離開口部１３、第一の開口部１４ならびに第二の開口部１５の底部に露出した水晶平板１１がエッチングされる。
【００５９】
エッチングの過程において、第一の開口部１４においては第一の凹部５が、第二の開口部１５においては第二の凹部６が形成される。前述したように、第一の凹部５は水晶平板１１の上面および下面に対して特定の角をなす第一の側壁７と第二の側壁８とから形成され、第二の凹部６は水晶平板１１の上面および下面に対して特定の角をなす第三の側壁９と第四の側壁１０とから形成される。
【００６０】
第一の側壁７、第二の側壁８、第三の側壁９および第四の側壁１０が水晶片２の上面または下面と特定の角をなして形成される理由を以下に説明する。
【００６１】
水晶はフッ酸やフッ化アンモニウムを含む水溶液によってエッチングされるが、そのエッチング速度は結晶面ごとに異なる。特に、安定な面においては、ほとんどエッチングが進行しない。ATカット水晶は、第一の側壁７から第４の側壁１０はフッ酸やフッ化アンモニウムを含む水溶液に対して安定な面であるため、前述したような水晶片２の上面または下面と特定の角をなして形成されながらエッチングが進行する。そして、第一の側壁７と第二の側壁８、第三の側壁９と第四の側壁１０が互いに出会うと、エッチングに対して安定な面のみが露出されるため、これ以上はエッチングが停止し、図４および図５に示すような断面を持つ第一の凹部５および第二の凹部６が形成される。前述したように、第一の開口部１４および第二の開口部１５の幅を適切に設定すると、第一の凹部５および第二の凹部６が所定の深さに達したところでエッチングを停止させることができる。
【００６２】
その後、エッチングを継続して行うと、図６（ｃ）および図７（ｃ）に示すように、水晶平板１１の水晶片分離開口部１３から露出した領域は完全に除去され、水晶片２が形成される。水晶片２の側壁は前述したような結晶面のエッチング速度の違いを反映した形状となる。例えば図６（ｃ）においては第二の側壁８と平行な面が水晶片２の側壁として現れ、図７（ｃ）においては第三の側壁９および第四の側壁１０と平行な面が水晶片２の側壁を形成する。なお、本実施例で示した水晶片２の側壁の形状は一例に過ぎない。例えば、図１のＡＡ線における断面において、水晶平板１１の両面に図８に示すように保護膜１２を配置すると、水晶片２の側壁は第一の側壁７と平行な面から形成される。図１のＢＢ線における断面についても同様に、保護膜１２の配置を変更することにより、水晶片２の側壁について第三の側壁９と第四の側壁１０のいずれか一方の側壁と平行になるように形成することができる。
【００６３】
次に、保護膜除去工程を行う。図６（ｄ）および図７（ｄ）に示すように、保護膜１２を除去する。保護膜１２がフォトレジストからなる場合には例えば有機溶剤や硝酸、硫酸などの酸性水溶液などを用いることができる。保護膜１２が金からなる場合には例えばヨウ素ヨウ化カリウム水溶液や王水などを選択することができる。
【００６４】
次に、電極形成工程を行う。図６（ｅ）および図７（ｅ）にその工程を示す。水晶片２の上面および下面に、所定の形状の導電性薄膜を成膜し、駆動電極３および実装電極４を形成する。
【００６５】
駆動電極３および実装電極４を形成する方法としては、例えば水晶片２の全面に導電性薄膜を成膜したのち、リソグラフィおよびエッチングを用いて所定の形状を得る方法が利用できる。また、リソグラフィであらかじめ駆動電極３および実装電極４を形成する領域以外を保護する保護膜（図示しない）を形成したのちに導電性薄膜を成膜し、保護膜を除去して所定の形状を得る方法も利用できる。また、所定の形状のシャドーマスクを通して導電性薄膜を成膜し、所定の形状を得る方法なども選択することができる。
【００６６】
駆動電極３および実装電極４を形成する導電性薄膜は、さまざまな材料を選択することができるが、例えば金を選択すると、大気中の酸素などと反応しにくいため、得られる水晶振動子１の振動特性を安定したものにすることができる。また、金は他の材料に比べて密度が大きいため、水晶振動子１に対しては錘となってその共振周波数を低下させる。したがって、駆動電極３および実装電極４を形成したのちに、イオンビームやレーザーなどの照射によって駆動電極３を所定の量だけ蒸発させ、水晶振動子１の周波数調整を行うことができる。
【００６７】
なお、保護膜形成工程において、保護膜を金で形成した場合、保護膜を除去せず、そのまま駆動電極３および実装電極４として利用することができる。その際、駆動電極３および実装電極４の部分以外の保護膜を除去することが望ましい。
【００６８】
また、水晶平板から多数の水晶片を形成する場合、保護膜形成工程において、隣接する水晶片をつなぐように水晶片分離開口部の一部を保護膜で覆ってもよい。これにより、多数の水晶片は水晶平板に保持される。そして、水晶平板上で駆動電極および実装電極を一括して形成し、その後、水晶片を一括して分離することができる。以上により、各工程を一括して精度よく行うことができ、製造工程の簡略化が図れる。
【００６９】
以上に説明したように、本実施例に従えば、平板形状に形成された水晶片２と、水晶片２の上面および下面に設けられ、水晶片２を挟んで対向するように設けられた導電性材料からなる駆動電極３と、駆動電極に接続された導電性材料からなる実装電極４と、水晶片２の上面および下面に所定の深さだけ掘り込んで設けられ、駆動電極３を挟んで水晶片２の長手方向に沿って配置された第一の凹部５と、水晶片２の上面および下面に所定の深さだけ掘り込んで設けられ、駆動電極３を挟んで水晶片２の短手方向に沿って配置され、第一の凹部５と接続された第二の凹部６とを備えた水晶振動子１を得ることができる。
【００７０】
このように構成された水晶振動子１においては、駆動電極３は第一の凹部５および第二の凹部６とに挟まれているため、駆動電極３に入力された振動エネルギーは第一の凹部５および第二の凹部６を越えて水晶片２の外周部へ漏れ出すことなく、駆動電極３に挟まれた領域の周辺に閉じ込められる。このようにして実現されたエネルギー閉じ込め現象によって、水晶片２を効率的に振動させることができ、精度のよい水晶振動子を得ることができる。
【００７１】
また、本実施例の製造方法に従えば、第一の凹部５および第二の凹部６はその開口幅を適切に設定することによって、所定の深さでエッチングが停止するため、水晶片２を形成する工程と同一の工程で第一の凹部５および第二の凹部６を形成することができる。そのため、工数を削減することができるとともに、水晶片２の形状と第一の凹部５および第二の凹部６とを同一のフォトマスク上に配置して形成することができるので、水晶片２に対して第一の凹部５および第二の凹部６を位置精度よく配置することができ、理想的にエネルギー閉じ込め現象を実現できる。その結果、効率のよい水晶振動子を得ることができる。
【００７２】
なお、本実施例では駆動電極３を取り囲むように第一の凹部５および第二の凹部６を設けた例を説明したが、例えば第一の凹部５のみ、または第二の凹部６のみを備えた水晶振動子としてもよい。この場合、本実施例と比較してややエネルギー閉じ込め現象の効率は劣るが、第一の凹部５および第二の凹部６を設けない場合と比較すると効率よく駆動電極３によって挟まれた領域にエネルギーを閉じ込めることができる。さらに、水晶振動子の小型化を図ることができる。
（第二実施形態）
次に、本発明にかかる第二の実施形態を、図９から図１３を参照して説明する。第２実施形態においては、第１実施形態と同一箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７３】
図９は第二実施形態にかかる水晶振動子１を示す平面図であり、図１０は図９中ＡＡ線における断面図を、図１１は図９中ＢＢ線における断面図を示している。また、図１２は図１０中の第一の開口部５の部分を拡大した断面図を、図１３は図１１中の第二の開口部６の部分を拡大した断面図を示している。
【００７４】
本実施形態にかかる水晶振動子１は、図９に示すように、水晶片２の上面および下面に複数の第一の凹部５と複数の第二の凹部６とが設けられている。第一の凹部５および第二の凹部６は水晶片２の外周部と駆動電極３の間に複数設けられている。本実施例は第一の凹部５および第二の凹部６がそれぞれ三本ずつ設けられている。ただし、各凹部は三本に限定されるものではなく、少なくとも二本以上設けられていればよい。
【００７５】
図１２および図１３に示すように、第一の凹部５および第二の凹部６は駆動電極３に近いほど浅く、水晶片２の外周部に近づくにつれて深くなるように配置されている。
【００７６】
このように構成された水晶振動子１において、駆動電極３に入力された振動エネルギーは水晶片２の外周部に向かって漏れ出す。しかし、駆動電極３は第一の凹部５および第二の凹部６に挟まれているため、振動エネルギーは第一の凹部５および第二の凹部６を越えて水晶片２の外周部へ漏れ出すことなく、駆動電極３に挟まれた領域の周辺に閉じ込められる。このようにして実現されたエネルギー閉じ込め現象によって、水晶片２を効率的に振動させることができ、精度のよい水晶振動子を得ることができる。また、複数設けられた第一の凹部５および第二の凹部６によって順次振動エネルギーが遮断されるため、第一の凹部５および第二の凹部６が一本ずつの場合に比べて、より効率的にエネルギー閉じ込めを図ることができる。さらに、複数設けられた第一の凹部５および第二の凹部６は、駆動電極３に近いほうから水晶片２の外周部に向かうにつれて順次深くなるように設けられている。そのため、第一の凹部５および第二の凹部６によって漏れ出しを妨げられた振動エネルギーが反射して再度水晶片２の駆動電極３によって挟まれた領域に戻り、不要な振動モードを励起することを防ぐことができる。
【００７７】
また、図１２および図１３に示すように、複数設けられた第一の凹部５および第二の凹部６は、駆動電極３に近いほうから水晶片２の外周部に向かうにつれて順次開口幅が広くなるように形成されている。第一の凹部５のうち駆動電極３に近いほうから順に開口幅をw１、w２、w３、深さをd１、d２、d３とする。また、第二の凹部６のうち駆動電極３に近いほうから順に開口幅をw４、w５、w６、深さをd４、d５、d６とする。第一の凹部は第一実施形態で説明したように、フッ酸やフッ化アンモニウムを含む水溶液を用いて水晶片２の表面を除去して形成するため、結晶面のエッチング速度の違いにより、第一の凹部５の側壁はエッチング速度の遅い面が現れ、側壁と水晶片２の上面のなす角θ２は全て略等しくなる。第二の凹部６についても同様に、エッチング速度の遅い面が側壁として現れ、側壁と水晶片２の上面のなす角θ３およびθ４はそれぞれ略等しくなる。
【００７８】
第一の凹部５および第二の凹部６を形成する際、エッチング速度の遅い側壁同士が出会うとそこでエッチングが停止するため、開口幅と深さの間には次のような関係があり、適切に第一の凹部５および第二の凹部６の開口幅を設定すれば、所定の深さでエッチングを停止させることができる。それぞれの凹部の開口幅と深さとの関係式を数２に示す。
【００７９】
【数２】
【００８０】
本実施形態では、ｗ１≦ｗ２≦ｗ３としているため、ｄ１≦ｄ２≦ｄ３の深さの凹部を形成することができる。同様に、ｗ４≦ｗ５≦ｗ６としているため、ｄ４≦ｄ５≦ｄ６の深さの凹部を形成することができる。
【００８１】
このように構成された水晶振動子１においては、第一の凹部５および第二の凹部６は、その開口幅を適切に設定することによって、所定の深さでエッチングが停止するため、水晶片２を形成する工程と同一の工程で深さの異なる複数の第一の凹部５および第二の凹部６を形成することができる。そのため、工数を削減することができるとともに、水晶片２の形状と第一の凹部５および第二の凹部６とを同一のフォトマスク上に配置して形成することができるので、水晶片２に対して第一の凹部５および第二の凹部６を位置精度よく配置することができる。その結果、理想的にエネルギー閉じ込め現象を実現できるため、効率のよい水晶振動子を得ることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ 水晶振動子
２ 水晶片
３ 駆動電極
４ 実装電極
５ 第一の凹部
６ 第二の凹部
１１ 水晶平板
１２ 保護膜
１３ 水晶片分離開口部
１４ 第一の開口部
１５ 第二の開口部
１０１ 従来の水晶振動子
１０２ 水晶片
１０３ 駆動電極
１０４ 実装電極
１０５ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子および水晶振動子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル機器のクロックパルス発生や無線機器などにおいては、周波数の温度依存性が小さい水晶振動子が利用されている。
【０００３】
水晶振動子の設計に当たって重要となるのが、所望の振動モード以外の不要な振動モードの抑制である。例えば、ＡＴカット水晶振動子は、水晶片上に形成された駆動電極に、水晶片の固有振動と略一致する周波数を持つ交流電気信号を入力し、共振現象を発生させている。ここで、駆動電極に入力された交流電気信号による振動エネルギーは、駆動電極が形成された領域から水晶片の外周部に向かって漏れ出し、水晶片の輪郭振動などの種々の不要な振動モードを励起する。そこで、通常は水晶片の輪郭をバレル研磨して面取りするベベル加工を行うことで、輪郭振動を抑制している。
【０００４】
しかしながら、ベベル加工を行うと水晶片の外形寸法にばらつきが生じ、良好な振動特性の水晶振動子を得ることが難しいという問題があった。また、ベベル加工のためのバレル研磨は、水晶振動子を小型化すると、研磨速度が小さくなり、適切な面取り形状を得るための加工時間が長くなったり、面取り形状にばらつきが生じたりするなどの問題を生じる。
【０００５】
そこで、これらの問題を解決するために種々の方法が提案されている。例えば特許文献１によれば、水晶振動子の駆動電極から漏れ出した振動エネルギーが輪郭に伝播するのを防ぐ構造を持った水晶振動子が提供されている。
【０００６】
このように構成された水晶振動子について、図１３および図１４を参照して説明する。図１３は水晶振動子１０１の平面図を、図１４は図１３中ＡＡ線における水晶振動子１０１の断面のうち一部を拡大した図を示している。
【０００７】
水晶振動子１０１は、平面視略長方形の水晶片１０２と、水晶片１０２の上面および下面に互いに対向するように設けられた駆動電極１０３と、駆動電極１０３に電気的に接続された実装電極１０４と、水晶片１０２の短辺と駆動電極１０３の間に配置され、水晶片１０２の表面を所定の深さだけ掘り下げて形成された略Ｖ字状の断面を持つ凹部１０５とを備えている。
【０００８】
これにより、水晶振動子１０１は、駆動電極１０３に入力された交流電気信号による振動エネルギーが水晶片１０２の短辺の方向に漏れ出しても、凹部１０５によって振動エネルギーの伝播を遮断する。そのため、振動エネルギーが水晶片１０２の短辺まで到達せず、不要な振動モードの励起を防ぐことができる。
【０００９】
また、水晶振動子１０１は、水晶平板（図示しない）の上面および下面に凹部１０５を形成したのち、多数の水晶片１０２に分割し、これらの水晶片１０２に駆動電極１０３および実装電極１０４を形成して製造される。
【００１０】
その際、凹部１０５は、水晶平板の表面の所定の位置をフッ酸やフッ化アンモニウム水溶液などを用いて除去して形成する。水晶はその結晶面によってエッチング速度に違いがあり、エッチングが進行するにつれ、凹部１０５の側壁にはエッチング速度の遅い面が現れる。この遅い面同士が出会うと、そこでエッチングが停止し、図１４に示すように凹部１０５の断面は略Ｖ字状となる。凹部１０５の側壁と水晶平板の表面とがなす角は常に略一定なので、凹部１０５の開口部の幅を適切に設定すると、凹部１０５を所定の深さにすることができる。
【００１１】
このようにして水晶平板上に凹部１０５を形成したのち、ワイヤーソーなどを用いて水晶平板を切断し、多数の水晶片１０２に分割する。その後、これらの水晶片１０２の上面および下面に駆動電極１０３および実装電極１０４を形成すると、水晶振動子１０１を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−４６３６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述の水晶振動子１０１は、凹部１０５が水晶片１０２の短辺と駆動電極１０３との間にのみ設けられているため、駆動電極１０３から漏れ出した振動エネルギーの水晶片１０２の長辺方向への漏れ出しを防ぐことはできない。そのため、漏れ出した振動エネルギーが水晶片１０２の長辺に到達して不要な振動モードを励起するという問題があった。
【００１４】
また、上述の水晶振動子１０１の製造方法は、水晶片１０２の分割と凹部１０５の形成を別の工程で行う必要がある。そのため、水晶片１０２に対して凹部１０５の位置を精度よく配置することが難しく、水晶振動子１０１の振動特性が劣化するという問題があった。また、工数が増加し、コスト増大につながるという問題があった。
【００１５】
本発明の目的は上記のような事情に考慮してなされたもので、不要な振動モードの励起を防ぐ水晶振動子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を提供する。
【００１７】
本発明の水晶振動子は、平板状に形成された平面視略長方形の水晶片と、前記水晶片の上面および下面の中央部に配置された導電性材料からなる駆動電極と、前記水晶片の上面および下面に設けられ、前期駆動電極に電気的に接続された実装電極と、前記駆動電極と前記水晶片の長手方向外周部との間に対向配置されるとともに、エッチングに対して安定な面で形成された断面略Ｖ字状の凹部と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の水晶振動子は、前記凹部が前記水晶片の上面および下面に配置されることを特徴とする。
【００１９】
本発明にかかる水晶振動子は、駆動電極を所定の間隔をあけて挟むように凹部が配置されているので、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの伝播を凹部によって抑制することができ、不要な振動モードの励起を抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の水晶振動子は、凹部は前記水晶片の長手方向と略平行に配置され、凹部は水晶片の外周部と駆動電極との間に配置されたことを特徴とする。
【００２１】
本発明にかかる水晶振動子は、水晶片の外周部と駆動電極との間に、水晶片の長手方向と略平行に凹部が配置されているため、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの水晶片の長手の輪郭への伝播を凹部によって抑制することができ、不要な振動モードの励起を抑制することができる。
【００２２】
さらに、本発明の水晶振動子は、凹部は水晶片の短手方向と略平行にも配置され、凹部は前記水晶片の外周部と前記駆動電極との間に配置されたことを特徴とする。
【００２３】
本発明にかかる水晶振動子は、水晶片の外周部と駆動電極との間に、水晶片の長手方向および短手方向と略平行に凹部が配置されているため、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの水晶片の輪郭への伝播を凹部によって抑制することができ、不要な振動モードの励起を抑制することができる。
【００２４】
また、本発明の水晶振動子は、凹部は駆動電極と水晶片の外周部の間に複数配置され、複数の凹部は互いに平行に配置されたことを特徴とする。
【００２５】
本発明にかかる水晶振動子は、水晶片の外周部と駆動電極の間に複数の凹部が配置されているため、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの水晶片の輪郭への伝播を複数の凹部によって順次抑制することができ、不要な振動モードの励起を抑制することができる。
【００２６】
また、本発明の水晶振動子は、複数の凹部は駆動電極に近いほど浅く、水晶片の外周部に近いほど深くなるように形成されたことを特徴とする。
【００２７】
本発明にかかる水晶振動子は、複数の凹部が駆動電極の近いほど浅く、水晶片の外周部に近いほど深くなるように形成されているので、駆動電極から漏れ出し、凹部によって伝播を妨げられた振動エネルギーが凹部によって反射され、再び駆動電極が形成された領域に戻って不要な振動モードを励起するのをさらに抑制することができる。
【００２８】
また、本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶平板の上面および下面に備えられた環状の開口部である水晶片分離開口部と、水晶片分離開口部の内周内部に配置された開口部である凹部形成開口部とを有する保護膜を形成する保護膜形成工程と、水晶平板をフッ酸またはフッ化アンモニウムの少なくとも一方を含む水溶液に浸漬して、水晶平板の開口部から露出した領域を除去して水晶片および凹部を形成する水晶片および凹部形成工程と、凹部に対して水晶片の上面および下面の中央部に導電性薄膜からなる駆動電極を形成する電極形成工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２９】
本発明にかかる水晶振動子の製造方法は、保護膜形成工程において水晶片分離開口部と凹部形成開口部とを備えた保護膜を形成する。また、水晶片および凹部形成工程において凹部の側壁にはエッチング速度の遅い面が現れ、これらの面同士が出会うとエッチングが停止して所定の深さの凹部を得ることができるため、同一の工程で水晶片および凹部を形成することができる。そのため、水晶片に対して凹部の位置を精度よく配置し、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの伝播を凹部によって効率よく抑制することができる。
【００３０】
また、本発明の水晶振動子の製造方法は、保護膜形成工程は水晶片分離開口部と凹部形成開口部とを同時に一括して形成することを特徴とする水晶振動子の製造方法である。
【００３１】
本発明にかかる水晶振動子の製造方法は、水晶片分離開口部と凹部形成開口部とを同時に一括して形成するので、別工程で形成する場合と比べて水晶片に対して凹部の位置を精度よく配置することができ、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの伝播を凹部によって効率よく抑制することができる。
【００３２】
また、本発明の水晶振動子の製造方法は、保護膜形成工程は、水晶片の長手方向と略平行に配置された第一の開口部と、水晶片の短手方向と略平行に配置された第二の開口部とを備えた保護膜を形成することを特徴とする。
【００３３】
本発明にかかる水晶振動子の製造方法は、水晶片の外周部と駆動電極との間に、水晶片の長手方向と略平行に第一の凹部が配置され、水晶片の短手方向と略平行に第二の凹部が配置されているため、駆動電極から漏れ出した振動エネルギーの水晶片の輪郭への伝播を凹部によって抑制することができ、不要な振動モードの励起を抑制することができる。
【００３４】
また、本発明の水晶振動子の製造方法は、水晶片および凹部形成工程において略Ｖ字状の断面を有する凹部を形成することを特徴とする。
【００３５】
本発明にかかる水晶振動子の製造方法は、水晶片および凹部形成工程においてエッチング速度の遅い面が第一の凹部および第二の凹部の側壁として現れ、側壁同士が出会うとエッチングが停止するので、第一の凹部および第二の凹部の開口幅を適切に設定すれば所望の深さの第一の凹部および第二の凹部を同一の工程で形成することができる。
【００３６】
また、本発明の水晶振動子は、水晶片と凹部とが平行な側壁を形成することを特徴とする。
【００３７】
本発明にかかる水晶振動子は、水晶片および凹部を同一の工程でおこなうことができる。さらに、水晶片分離開口部と凹部形成開口部を略平行に配置しているため、水晶片と凹部の側壁を平行に形成することができる。これにより、精度のよい水晶振動子を得られ、さらに製造工程の効率化が図れる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明にかかる水晶振動子および水晶振動子の製造方法は、不要な振動モードの励起を防ぎ、良好な振動特性を持つ水晶振動子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第一実施形態の水晶振動子１を示す平面図である。
【図２】図１に示す第一実施形態の水晶振動子１のＡＡ線における断面図である。
【図３】図１に示す第一実施形態の水晶振動子１のＢＢ線における断面図である。
【図４】図２に示す第一実施形態の水晶振動子１の第一の凹部５を拡大した断面図である。
【図５】図３に示す第一実施形態の水晶振動子１の第二の凹部６を拡大した断面図である。
【図６】図１に示す第一実施形態の水晶振動子１の製造方法を示す断面図であって、図１のＡＡ線における断面図である。
【図７】図１に示す第一実施形態の水晶振動子の製造方法を示す断面図であって、図１のＢＢ線における断面図である。
【図８】図１に示す第一実施形態の水晶振動子１の製造方法を示す断面図であって、図１のＡＡ線における断面図である。
【図９】第二実施形態の水晶振動子１を示す平面図である。
【図１０】図８に示す第二実施形態の水晶振動子１のＡＡ線における断面図である。
【図１１】図８に示す第二実施形態の水晶振動子１のＢＢ線における断面図である。
【図１２】図９に示す第二実施形態の水晶振動子１の第一の凹部５を拡大した断面図である。
【図１３】図１０に示す第二実施形態の水晶振動子１の第二の凹部６を拡大した断面図である。
【図１４】従来の水晶振動子１０１を示す平面図である。
【図１５】図１３に示す従来の水晶振動子１０１のＡＡ線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
(第１実施形態)
以下、本発明にかかる第１実施形態を、図１から図５を参照して説明する。図１は、第１実施形態にかかる水晶振動子１を示す平面図であり、図２は図１のＡＡ線における断面図、図３は図１のＢＢ線における断面図を示している。また、図４は図２の第一の開口部５を拡大した断面図、図５は図３の第二の開口部５を拡大した断面図を示している。
【００４１】
水晶振動子１は、平板形状に形成された平面視略長方形の形状を持つ水晶片２と、水晶片２の上面および下面に設けられ、水晶片２を挟んで対向するように設けられた導電性材料からなる駆動電極３と、駆動電極に接続された導電性材料からなる実装電極４と、水晶片２の上面および下面にエッチングに対して安定な面が形成されるまで掘り下げて設けられるとともに、駆動電極３を挟んで水晶片２の長手方向に沿って対向配置された第一の凹部５と、水晶片２の上面および下面にエッチングに対して安定な面が形成されるまで掘り下げて設けられるとともに、駆動電極３を挟んで水晶片２の短手方向に沿って対向配置され、第一の凹部５と接続された第二の凹部６とを備えている。
【００４２】
第一の凹部５は、図４に示すように、水晶片２の上面または下面に対して特定の角θ１をなす第一の側壁７および特定の角θ２をなす第二の側壁８とから形成されている。また、第二の凹部６は、水晶片２の上面または下面に対して特定の角θ３をなす第三の側壁９および特定の角θ４をなす第四の側壁１０とから形成されている。ここで、第一の凹部５の開口幅をw１、第一の凹部５の深さをd１、第二の凹部６の開口幅をw２、第二の凹部６の深さをd２とすると、これらの間には次のような関係が成立する。凹部の深さと開口幅との関係式を数１に示す。
【００４３】
【数１】
【００４４】
そのため、第一の凹部５の開口幅w１および第二の凹部６の開口幅w２を適切に設定すると、第一の凹部５および第二の凹部６をそれぞれ所定の深さd１およびd２となるように形成することができる。
【００４５】
水晶片２がATカット水晶からなる場合、上記特定の角度は、角θ１が８５度から９５度の間の角度となり、角θ２が５０度から６０度の間の角度となる。また、角θ３が１０度から３０度の間の角度となり、角θ４が１０度から３０度の間の角度となる。
【００４６】
このように構成された水晶振動子１において、実装電極４に交流電気信号を印加すると駆動電極３に挟まれた水晶片２が振動する。水晶片２の共振周波数と実装電極４に印加された交流電気信号の周波数とが一致すると共振現象を生じ、駆動電極３の間のインピーダンスが低くなる。このようにして、水晶振動子１を振動子デバイスとして利用することができる。
【００４７】
このとき、水晶片２を振動させるエネルギーは、水晶片の上面および下面の駆動電極３に挟まれた領域から水晶片２の外周部に向かって漏れ出す。しかし、駆動電極３が第一の凹部５および第二の凹部６に挟まれているため、振動エネルギーは第一の凹部５および第二の凹部６を越えて水晶片２の外周部へ漏れ出すことなく、上面および下面の凹部に挟まれた領域に閉じ込められる。上面および下面の凹部並びに上面および下面の駆動電極3によって挟まれた領域に閉じ込められる。このようにして実現されたエネルギー閉じ込め現象によって、水晶片２を効率的に振動させることができ、精度のよい水晶振動子を得ることができる。
【００４８】
次に、このように構成された水晶振動子１の製造方法について、図６および図７を参照しながら説明する。
【００４９】
図６は図１のＡＡ線における断面図を示し、図７は図１のＢＢ線における断面図を示している。また、水晶振動子１は個々に製造することもできるが、本実施例においては水晶平板１１に一括して複数の水晶振動子を形成する方法について説明する。
【００５０】
まず、保護膜形成工程を行う。図６（ａ）および図７（ａ）にその工程を示す。水晶平板１１の上面および下面に、水晶片分離開口部１３と、第一の開口部１４および第二の開口部１５とからなる凹部形成開口部と、を備えた保護膜１２を形成する。
【００５１】
保護膜の材料は、例えばフォトレジストや金、モリブデンなどフッ酸に対する耐食性を備えたものを用いる。
【００５２】
水晶片分離開口部１３によって囲まれた保護膜１２は水晶片２と略一致する平面視形状を備える。また、第一の開口部１４は第一の凹部５と略一致する平面視形状を備え、第二の開口部１５は第二の凹部６と略一致する平面視形状を備えている。
【００５３】
保護膜１２の詳細な形成工程の一例を以下に記す。
【００５４】
保護膜１２が金やモリブデンなどの薄膜からなる場合、水晶平板１１の表面に保護膜１２の材料となる金やモリブデンなどからなる薄膜をスパッタリングや蒸着などにより成膜する。金などは水晶表面に対する密着力が弱く剥離しやすいので、水晶平板１１の表面にあらかじめクロムなどの密着性を向上する薄膜を成膜したのち、保護膜１２の材料となる薄膜を成膜してもよい。
【００５５】
次に、成膜した薄膜の上にフォトレジスト（図示しない）からなるエッチングマスクを成膜する。このエッチングマスクの所定の部分をリソグラフィ技術を用いて除去し、除去により露出した保護膜１２の材料となる薄膜の部分を所定のエッチャントを用いてエッチングし、所定の形状の保護膜１２を得る。保護膜１２が金からなる場合には、エッチャントとして、例えばヨウ素ヨウ化カリウム水溶液や王水などを選択することができる。
【００５６】
なお、保護膜はフォトレジストのみ、金またはモリブデンのみで形成することも可能である。保護膜を、例えば金またはモリブデンのみで形成する場合は、シャドーマスクを用いてスパッタリング法などの成膜を行って、任意の領域に薄膜を成膜する方法を利用できる。
【００５７】
また、より高精度なパターニングが必要な場合は、フォトリソグラフィの代わりにステンシルマスクなどのEPL（Electron projection lithography）マスクを用いた電子ビーム露光も利用できる。
【００５８】
次に、水晶片および凹部形成工程を行う。図６（ｂ）および図７（ｂ）にその工程を示す。保護膜１２を形成した水晶平板１１を、フッ酸やフッ化アンモニウムなどを含む水溶液に浸漬すると、水晶片分離開口部１３、第一の開口部１４ならびに第二の開口部１５の底部に露出した水晶平板１１がエッチングされる。
【００５９】
エッチングの過程において、第一の開口部１４においては第一の凹部５が、第二の開口部１５においては第二の凹部６が形成される。前述したように、第一の凹部５は水晶平板１１の上面および下面に対して特定の角をなす第一の側壁７と第二の側壁８とから形成され、第二の凹部６は水晶平板１１の上面および下面に対して特定の角をなす第三の側壁９と第四の側壁１０とから形成される。
【００６０】
第一の側壁７、第二の側壁８、第三の側壁９および第四の側壁１０が水晶片２の上面または下面と特定の角をなして形成される理由を以下に説明する。
【００６１】
水晶はフッ酸やフッ化アンモニウムを含む水溶液によってエッチングされるが、そのエッチング速度は結晶面ごとに異なる。特に、安定な面においては、ほとんどエッチングが進行しない。ATカット水晶は、第一の側壁７から第４の側壁１０はフッ酸やフッ化アンモニウムを含む水溶液に対して安定な面であるため、前述したような水晶片２の上面または下面と特定の角をなして形成されながらエッチングが進行する。そして、第一の側壁７と第二の側壁８、第三の側壁９と第四の側壁１０が互いに出会うと、エッチングに対して安定な面のみが露出されるため、これ以上はエッチングが停止し、図４および図５に示すような断面を持つ第一の凹部５および第二の凹部６が形成される。前述したように、第一の開口部１４および第二の開口部１５の幅を適切に設定すると、第一の凹部５および第二の凹部６が所定の深さに達したところでエッチングを停止させることができる。
【００６２】
その後、エッチングを継続して行うと、図６（ｃ）および図７（ｃ）に示すように、水晶平板１１の水晶片分離開口部１３から露出した領域は完全に除去され、水晶片２が形成される。水晶片２の側壁は前述したような結晶面のエッチング速度の違いを反映した形状となる。例えば図６（ｃ）においては第二の側壁８と平行な面が水晶片２の側壁として現れ、図７（ｃ）においては第三の側壁９および第四の側壁１０と平行な面が水晶片２の側壁を形成する。なお、本実施例で示した水晶片２の側壁の形状は一例に過ぎない。例えば、図１のＡＡ線における断面において、水晶平板１１の両面に図８に示すように保護膜１２を配置すると、水晶片２の側壁は第一の側壁７と平行な面から形成される。図１のＢＢ線における断面についても同様に、保護膜１２の配置を変更することにより、水晶片２の側壁について第三の側壁９と第四の側壁１０のいずれか一方の側壁と平行になるように形成することができる。
【００６３】
次に、保護膜除去工程を行う。図６（ｄ）および図７（ｄ）に示すように、保護膜１２を除去する。保護膜１２がフォトレジストからなる場合には例えば有機溶剤や硝酸、硫酸などの酸性水溶液などを用いることができる。保護膜１２が金からなる場合には例えばヨウ素ヨウ化カリウム水溶液や王水などを選択することができる。
【００６４】
次に、電極形成工程を行う。図６（ｅ）および図７（ｅ）にその工程を示す。水晶片２の上面および下面に、所定の形状の導電性薄膜を成膜し、駆動電極３および実装電極４を形成する。
【００６５】
駆動電極３および実装電極４を形成する方法としては、例えば水晶片２の全面に導電性薄膜を成膜したのち、リソグラフィおよびエッチングを用いて所定の形状を得る方法が利用できる。また、リソグラフィであらかじめ駆動電極３および実装電極４を形成する領域以外を保護する保護膜（図示しない）を形成したのちに導電性薄膜を成膜し、保護膜を除去して所定の形状を得る方法も利用できる。また、所定の形状のシャドーマスクを通して導電性薄膜を成膜し、所定の形状を得る方法なども選択することができる。
【００６６】
駆動電極３および実装電極４を形成する導電性薄膜は、さまざまな材料を選択することができるが、例えば金を選択すると、大気中の酸素などと反応しにくいため、得られる水晶振動子１の振動特性を安定したものにすることができる。また、金は他の材料に比べて密度が大きいため、水晶振動子１に対しては錘となってその共振周波数を低下させる。したがって、駆動電極３および実装電極４を形成したのちに、イオンビームやレーザーなどの照射によって駆動電極３を所定の量だけ蒸発させ、水晶振動子１の周波数調整を行うことができる。
【００６７】
なお、保護膜形成工程において、保護膜を金で形成した場合、保護膜を除去せず、そのまま駆動電極３および実装電極４として利用することができる。その際、駆動電極３および実装電極４の部分以外の保護膜を除去することが望ましい。
【００６８】
また、水晶平板から多数の水晶片を形成する場合、保護膜形成工程において、隣接する水晶片をつなぐように水晶片分離開口部の一部を保護膜で覆ってもよい。これにより、多数の水晶片は水晶平板に保持される。そして、水晶平板上で駆動電極および実装電極を一括して形成し、その後、水晶片を一括して分離することができる。以上により、各工程を一括して精度よく行うことができ、製造工程の簡略化が図れる。
【００６９】
以上に説明したように、本実施例に従えば、平板形状に形成された水晶片２と、水晶片２の上面および下面に設けられ、水晶片２を挟んで対向するように設けられた導電性材料からなる駆動電極３と、駆動電極に接続された導電性材料からなる実装電極４と、水晶片２の上面および下面に所定の深さだけ掘り込んで設けられ、駆動電極３を挟んで水晶片２の長手方向に沿って配置された第一の凹部５と、水晶片２の上面および下面に所定の深さだけ掘り込んで設けられ、駆動電極３を挟んで水晶片２の短手方向に沿って配置され、第一の凹部５と接続された第二の凹部６とを備えた水晶振動子１を得ることができる。
【００７０】
このように構成された水晶振動子１においては、駆動電極３は第一の凹部５および第二の凹部６とに挟まれているため、駆動電極３に入力された振動エネルギーは第一の凹部５および第二の凹部６を越えて水晶片２の外周部へ漏れ出すことなく、駆動電極３に挟まれた領域の周辺に閉じ込められる。このようにして実現されたエネルギー閉じ込め現象によって、水晶片２を効率的に振動させることができ、精度のよい水晶振動子を得ることができる。
【００７１】
また、本実施例の製造方法に従えば、第一の凹部５および第二の凹部６はその開口幅を適切に設定することによって、所定の深さでエッチングが停止するため、水晶片２を形成する工程と同一の工程で第一の凹部５および第二の凹部６を形成することができる。そのため、工数を削減することができるとともに、水晶片２の形状と第一の凹部５および第二の凹部６とを同一のフォトマスク上に配置して形成することができるので、水晶片２に対して第一の凹部５および第二の凹部６を位置精度よく配置することができ、理想的にエネルギー閉じ込め現象を実現できる。その結果、効率のよい水晶振動子を得ることができる。
【００７２】
なお、本実施例では駆動電極３を取り囲むように第一の凹部５および第二の凹部６を設けた例を説明したが、例えば第一の凹部５のみ、または第二の凹部６のみを備えた水晶振動子としてもよい。この場合、本実施例と比較してややエネルギー閉じ込め現象の効率は劣るが、第一の凹部５および第二の凹部６を設けない場合と比較すると効率よく駆動電極３によって挟まれた領域にエネルギーを閉じ込めることができる。さらに、水晶振動子の小型化を図ることができる。
（第二実施形態）
次に、本発明にかかる第二の実施形態を、図９から図１３を参照して説明する。第２実施形態においては、第１実施形態と同一箇所については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７３】
図９は第二実施形態にかかる水晶振動子１を示す平面図であり、図１０は図９中ＡＡ線における断面図を、図１１は図９中ＢＢ線における断面図を示している。また、図１２は図１０中の第一の開口部５の部分を拡大した断面図を、図１３は図１１中の第二の開口部６の部分を拡大した断面図を示している。
【００７４】
本実施形態にかかる水晶振動子１は、図９に示すように、水晶片２の上面および下面に複数の第一の凹部５と複数の第二の凹部６とが設けられている。第一の凹部５および第二の凹部６は水晶片２の外周部と駆動電極３の間に複数設けられている。本実施例は第一の凹部５および第二の凹部６がそれぞれ三本ずつ設けられている。ただし、各凹部は三本に限定されるものではなく、少なくとも二本以上設けられていればよい。
【００７５】
図１２および図１３に示すように、第一の凹部５および第二の凹部６は駆動電極３に近いほど浅く、水晶片２の外周部に近づくにつれて深くなるように配置されている。
【００７６】
このように構成された水晶振動子１において、駆動電極３に入力された振動エネルギーは水晶片２の外周部に向かって漏れ出す。しかし、駆動電極３は第一の凹部５および第二の凹部６に挟まれているため、振動エネルギーは第一の凹部５および第二の凹部６を越えて水晶片２の外周部へ漏れ出すことなく、駆動電極３に挟まれた領域の周辺に閉じ込められる。このようにして実現されたエネルギー閉じ込め現象によって、水晶片２を効率的に振動させることができ、精度のよい水晶振動子を得ることができる。また、複数設けられた第一の凹部５および第二の凹部６によって順次振動エネルギーが遮断されるため、第一の凹部５および第二の凹部６が一本ずつの場合に比べて、より効率的にエネルギー閉じ込めを図ることができる。さらに、複数設けられた第一の凹部５および第二の凹部６は、駆動電極３に近いほうから水晶片２の外周部に向かうにつれて順次深くなるように設けられている。そのため、第一の凹部５および第二の凹部６によって漏れ出しを妨げられた振動エネルギーが反射して再度水晶片２の駆動電極３によって挟まれた領域に戻り、不要な振動モードを励起することを防ぐことができる。
【００７７】
また、図１２および図１３に示すように、複数設けられた第一の凹部５および第二の凹部６は、駆動電極３に近いほうから水晶片２の外周部に向かうにつれて順次開口幅が広くなるように形成されている。第一の凹部５のうち駆動電極３に近いほうから順に開口幅をw１、w２、w３、深さをd１、d２、d３とする。また、第二の凹部６のうち駆動電極３に近いほうから順に開口幅をw４、w５、w６、深さをd４、d５、d６とする。第一の凹部は第一実施形態で説明したように、フッ酸やフッ化アンモニウムを含む水溶液を用いて水晶片２の表面を除去して形成するため、結晶面のエッチング速度の違いにより、第一の凹部５の側壁はエッチング速度の遅い面が現れ、側壁と水晶片２の上面のなす角θ２は全て略等しくなる。第二の凹部６についても同様に、エッチング速度の遅い面が側壁として現れ、側壁と水晶片２の上面のなす角θ３およびθ４はそれぞれ略等しくなる。
【００７８】
第一の凹部５および第二の凹部６を形成する際、エッチング速度の遅い側壁同士が出会うとそこでエッチングが停止するため、開口幅と深さの間には次のような関係があり、適切に第一の凹部５および第二の凹部６の開口幅を設定すれば、所定の深さでエッチングを停止させることができる。それぞれの凹部の開口幅と深さとの関係式を数２に示す。
【００７９】
【数２】
【００８０】
本実施形態では、ｗ１≦ｗ２≦ｗ３としているため、ｄ１≦ｄ２≦ｄ３の深さの凹部を形成することができる。同様に、ｗ４≦ｗ５≦ｗ６としているため、ｄ４≦ｄ５≦ｄ６の深さの凹部を形成することができる。
【００８１】
このように構成された水晶振動子１においては、第一の凹部５および第二の凹部６は、その開口幅を適切に設定することによって、所定の深さでエッチングが停止するため、水晶片２を形成する工程と同一の工程で深さの異なる複数の第一の凹部５および第二の凹部６を形成することができる。そのため、工数を削減することができるとともに、水晶片２の形状と第一の凹部５および第二の凹部６とを同一のフォトマスク上に配置して形成することができるので、水晶片２に対して第一の凹部５および第二の凹部６を位置精度よく配置することができる。その結果、理想的にエネルギー閉じ込め現象を実現できるため、効率のよい水晶振動子を得ることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１ 水晶振動子
２ 水晶片
３ 駆動電極
４ 実装電極
５ 第一の凹部
６ 第二の凹部
１１ 水晶平板
１２ 保護膜
１３ 水晶片分離開口部
１４ 第一の開口部
１５ 第二の開口部
１０１ 従来の水晶振動子
１０２ 水晶片
１０３ 駆動電極
１０４ 実装電極
１０５ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状に形成された平面視略長方形の水晶片と、
前記水晶片の上面および下面の中央部に配置された導電性材料からなる駆動電極と、
前記水晶片の上面および下面に設けられ、前記駆動電極に電気的に接続された実装電極と、
前記駆動電極と前記水晶片の長手方向外周部との間に対向配置されるとともに、エッチングに対して安定な面で形成された断面略Ｖ字状の凹部と、
を備えたことを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
前記凹部は、さらに前記水晶片の前記駆動電極と短手方向外周部との間にも対向配置されることを特徴とした請求項１に記載の水晶振動子。
【請求項３】
前記凹部は、さらに環状に配置されることを特徴とする請求項２に記載の水晶振動子。
【請求項４】
前記凹部は、前記水晶片の外周部と前記駆動電極との間に複数配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の水晶振動子。
【請求項５】
複数の前記凹部は、前記駆動電極に近いほど浅く、前記水晶片の外周部に近いほど深くなるように形成されたことを特徴とする請求項４に記載の水晶振動子。
【請求項６】
前記水晶片の側壁が前記凹部の側壁と平行であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の水晶振動子。
【請求項７】
前記凹部は、前記水晶片の上面および下面に配置されることを特徴とする請求項６に記載の水晶振動子。
【請求項８】
前記凹部は、前記水晶片の外周部に対して平行に配置されることを特徴とする請求項７に記載の水晶振動子。
【請求項９】
水晶平板の上面および下面に水晶片分離開口部および凹部形成開口部を備えた保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記開口部に位置する前記水晶平板を除去して水晶片および凹部を形成する工程と、
前記水晶片の上面および下面の中央部に導電性薄膜からなる駆動電極を形成する電極形成工程と、
を備えたことを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１０】
前記保護膜形成工程は前記水晶片分離開口部および前記凹部形成開口部を同時に形成することを特徴とする請求項９に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１１】
前記水晶片および前記凹部を形成する工程は、前記水晶平板をフッ酸またはフッ化アンモニウムの少なくとも一方を含む水溶液に浸漬して、前記水晶平板の前記開口部に水晶片及び凹部を形成することを特徴とする請求項１０に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１２】
前記凹部形成開口部は、前記水晶片の長手方向と略平行に配置された開口部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１３】
前記凹部形成開口部は、前記水晶片の長手方向と略平行に配置された第一の開口部と、
前記水晶片の短手方向と略平行に配置された第二の開口部とを備えることを特徴とする請求項１２に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１４】
前記水晶片および前記凹部を形成する工程は、断面略Ｖ字状の前記凹部を形成することを特徴とする請求項１３に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１５】
前記保護膜形成工程は、複数の前記凹部形成開口部を備えた保護膜を形成することを特徴とする請求項９から１４のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１６】
前記保護膜形成工程は、水晶片の外周部に近いほど広い幅の前記凹部形成開口部を形成することを特徴とする請求項１５に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１７】
前記水晶片および前記凹部を形成する工程は、前記水晶片と前記凹部とが平行な側壁を形成することを特徴とする請求項９から１６のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１】
平板状に形成された平面視略長方形の水晶片と、
前記水晶片の上面および下面の中央部に配置された導電性材料からなる駆動電極と、
前記水晶片の上面および下面に設けられ、前記駆動電極に電気的に接続された実装電極と、
前記駆動電極と前記水晶片の長手方向外周部との間に対向配置されるとともに、エッチングに対して安定な面で形成された断面略Ｖ字状の凹部と、
を備えたことを特徴とする水晶振動子。
【請求項２】
前記凹部は、さらに前記水晶片の前記駆動電極と短手方向外周部との間にも対向配置されることを特徴とした請求項１に記載の水晶振動子。
【請求項３】
前記凹部は、さらに環状に配置されることを特徴とする請求項２に記載の水晶振動子。
【請求項４】
前記凹部は、前記水晶片の外周部と前記駆動電極との間に複数配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の水晶振動子。
【請求項５】
複数の前記凹部は、前記駆動電極に近いほど浅く、前記水晶片の外周部に近いほど深くなるように形成されたことを特徴とする請求項４に記載の水晶振動子。
【請求項６】
前記水晶片の側壁が前記凹部の側壁と平行であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の水晶振動子。
【請求項７】
前記凹部は、前記水晶片の上面および下面に配置されることを特徴とする請求項６に記載の水晶振動子。
【請求項８】
前記凹部は、前記水晶片の外周部に対して平行に配置されることを特徴とする請求項７に記載の水晶振動子。
【請求項９】
水晶平板の上面および下面に水晶片分離開口部および凹部形成開口部を備えた保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記開口部に位置する前記水晶平板を除去して水晶片および凹部を形成する工程と、
前記水晶片の上面および下面の中央部に導電性薄膜からなる駆動電極を形成する電極形成工程と、
を備えたことを特徴とする水晶振動子の製造方法。
【請求項１０】
前記保護膜形成工程は前記水晶片分離開口部および前記凹部形成開口部を同時に形成することを特徴とする請求項９に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１１】
前記水晶片および前記凹部を形成する工程は、前記水晶平板をフッ酸またはフッ化アンモニウムの少なくとも一方を含む水溶液に浸漬して、前記水晶平板の前記開口部に水晶片及び凹部を形成することを特徴とする請求項１０に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１２】
前記凹部形成開口部は、前記水晶片の長手方向と略平行に配置された開口部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１３】
前記凹部形成開口部は、前記水晶片の長手方向と略平行に配置された第一の開口部と、
前記水晶片の短手方向と略平行に配置された第二の開口部とを備えることを特徴とする請求項１２に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１４】
前記水晶片および前記凹部を形成する工程は、断面略Ｖ字状の前記凹部を形成することを特徴とする請求項１３に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１５】
前記保護膜形成工程は、複数の前記凹部形成開口部を備えた保護膜を形成することを特徴とする請求項９から１４のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１６】
前記保護膜形成工程は、水晶片の外周部に近いほど広い幅の前記凹部形成開口部を形成することを特徴とする請求項１５に記載の水晶振動子の製造方法。
【請求項１７】
前記水晶片および前記凹部を形成する工程は、前記水晶片と前記凹部とが平行な側壁を形成することを特徴とする請求項９から１６のいずれか一項に記載の水晶振動子の製造方法。
【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】
【公開番号】特開２０１１−４１０７０（Ｐ２０１１−４１０７０Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８７４７７（Ｐ２００９−１８７４７７）
【出願日】平成２１年８月１２日（２００９．８．１２）
【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２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１２日（２００９．８．１２）
【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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