輪郭圧電振動片及びその製造方法
【課題】輪郭圧電振動片の周波数を簡単に効率良くかつ高精度に調整する。
【解決手段】正方形の水晶平板からなる振動部２と支持部４とそれらを結合する接続部３ａ，３ｂとを一体に備える輪郭水晶振動片１において、振動部の両面にそれより小さい同心正方形状の励振電極５，６を形成し、その外側に該振動部の周辺との間に矩形枠状の水晶素面領域７，８を設ける。水晶素面領域には、振動部の各辺２ａ〜２ｄに沿って延長する複数の細い直線状の溝１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄが振動部の対向する各２辺の中点を通る２つの対称軸に関してそれぞれ線対称に形成されている。基本的に振動部の輪郭寸法により設定される輪郭水晶振動片の周波数は、溝の本数、それらの幅、長さ、深さや位置を適当に選択することにより、低くなる向きに調整される。
【解決手段】正方形の水晶平板からなる振動部２と支持部４とそれらを結合する接続部３ａ，３ｂとを一体に備える輪郭水晶振動片１において、振動部の両面にそれより小さい同心正方形状の励振電極５，６を形成し、その外側に該振動部の周辺との間に矩形枠状の水晶素面領域７，８を設ける。水晶素面領域には、振動部の各辺２ａ〜２ｄに沿って延長する複数の細い直線状の溝１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄが振動部の対向する各２辺の中点を通る２つの対称軸に関してそれぞれ線対称に形成されている。基本的に振動部の輪郭寸法により設定される輪郭水晶振動片の周波数は、溝の本数、それらの幅、長さ、深さや位置を適当に選択することにより、低くなる向きに調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輪郭振動モードで励振する圧電振動片に関し、更にその周波数を調整する工程を含む圧電振動片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水晶振動子は、１００ｋＨｚレベルまでの低周波数で振動する音叉型水晶振動子や、１０ＭＨｚ以上の比較的高周波数で振動する厚みすべり振動モードのＡＴカット水晶振動子が広く使用されている。最近は、これらの中間範囲にある数ＭＨｚの周波数で振動する輪郭振動モードの圧電振動子が注目されている。輪郭振動には、例えばラーメモード、長さ縦振動モード、幅縦振動モード、幅・長さ結合振動モード、輪郭すべり振動モード等の振動モードがある（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００３】
ラーメモードの輪郭振動子は、単一の正方形からなる又は複数の正方形を連ねた矩形圧電基板の振動部と、支持フレームと、それらを振動の節点で接続する接続部とを一体に備える（例えば、非特許文献２、特許文献１を参照）。振動部は、その表裏各面に形成された励振電極に所定の電流を印加して励振すると、前記正方形の４つの角部を節点として面内で、対向する一方の２辺と他方の２辺が交互に外向き又は内向きに伸縮するラーメモードの輪郭振動を行う。非特許文献１に記載される周波数方程式から分かるように、ラーメモード輪郭振動子の共振周波数は、振動部の幅及び長さ、即ち輪郭寸法によって決定される。
【０００４】
長さ縦振動モード及び幅縦振動モードの輪郭振動子は、それぞれ矩形の圧電振動板の長手方向及び幅方向に伸縮して振動する。幅・長さ結合振動モードでは、これら両振動モードがそれぞれ主振動又は副振動として同時に励振される。これら輪郭振動子の共振周波数は、長さ縦振動モードの場合には振動部の長さ寸法に、幅縦振動モードの場合には振動部の幅寸法にそれぞれ反比例し、幅・長さ結合振動モードでは各振動モードの共振周波数がそれぞれ幅及び長さに反比例し、他の寸法には殆ど依存しないことが知られている（例えば、特許文献２，３を参照）。
【０００５】
特許文献２，３に記載の輪郭振動子は、粒子エッチング法、スパッタリング法、レーザビーム法又は電子ビーム法等により振動部の金属膜を飛散させたり、蒸着法等により振動部に金属膜を付着させることにより、周波数調整を行う。更に、周波数調整は、多数の輪郭水晶振動子を水晶ウエハに形成した状態で、輪郭水晶振動子をケース又は蓋の固定部に固定した状態で、又は輪郭水晶振動子を収納したケースと蓋とを接合した状態で行なわれる。
【０００６】
別の輪郭振動子として、正方形の圧電基板からなる機械振動部がその正方形状を維持したまま面方向に拡大・収縮して振動する輪郭拡がり振動モードの圧電振動子が知られている（例えば、特許文献４を参照）。特許文献４記載の圧電振動子は、恒弾性金属板からなる機械振動部の一面に圧電薄膜を形成しかつその上に電極膜を設け、対向する一方の２辺で結合部によりフレーム部と結合し、対向する他方の２辺方向に振動部全体が伸縮するように振動する。
【０００７】
特許文献４に記載の圧電振動子は、機械振動部の電極膜を設けていない面に、その中心又はその近傍に複数の溝を振動方向と交差する向きに延長するように設けることにより、周波数調整を行う。この溝により、主たる振動変位方向の実効上の長さが長くなり、振動変位量が大きくなって、振動周波数が低くなる方向に調整される。また、同文献には、複数の溝は、中央の溝の両側に対称的に設けるのがバランスの点で好ましいことが記載されている。
【０００８】
【非特許文献１】川島宏文、外１名、「エッチング法によって形成されたラーメモード水晶振動子」、第２４回ＥＭシンポジウム予稿集、電気学会、平成７年５月、ｐ．１１−１６
【非特許文献２】超音波便覧編集委員会編、「超音波便覧」、丸善株式会社、１９９９年８月、ｐ．５８０−５８５
【特許文献１】特開２００３−１１５７４７号公報
【特許文献２】特開２００５−９４７３３号公報
【特許文献３】特開２００４−１３５３５７号公報
【特許文献４】特開平４−１４８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した特許文献２，３に記載される輪郭水晶振動子の周波数調整方法は、厚みすべり振動モードのＡＴカット水晶振動子と同様に、励振電極の厚さを調整することによるものである。しかしながら、輪郭水晶振動子の周波数は輪郭寸法によって決定されるから、励振電極の厚さ変化は周波数の変動に直接作用するものではない。そのため、輪郭振動子の周波数を効率良くかつ高精度に調整することが困難である。また、輪郭振動子の場合、周波数の調整量を大きくするために励振電極の膜厚を大きく変化させると、温度特性まで変化する虞がある。
【００１０】
上記特許文献４には、振動板の電極膜と反対側の面に溝を形成することによる周波数調整は、圧電板に電極を設ける構造の圧電振動子にも適用できることが記載されている。しかしながら、同文献の溝形成による周波数調整は、圧電板からなる振動部の両面に励振電極を設けた構造の圧電振動子には適用することができない。
【００１１】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、矩形圧電基板からなる振動部の両面に励振電極を設けた構造を有する輪郭圧電振動子の周波数を比較的容易に、効率良くかつ高精度に調整可能な輪郭圧電振動片、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、上記目的を達成するために、矩形平板の振動部と支持部と振動部を支持部に結合する接続部とを圧電基板から一体に形成した輪郭圧電振動片において、振動部が、その表裏両面に所望の輪郭振動を励振するための励振電極と、その少なくとも一方の面に励振電極を形成していない圧電基板の素面領域とを有し、該素面領域には、周波数を調整するための溝が、輪郭振動の方向に対向する振動部の２辺に沿って延長し、かつ振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称をなすように形成されている輪郭圧電振動片が提供される。
【００１３】
このように圧電基板の素面領域を設けかつ溝を形成することによって、輪郭圧電振動片を輪郭振動させたとき、その振動変位が、振動部の振動方向の長さを実際よりも長くしたように大きくなる。従って、輪郭圧電振動片にその振動特性を劣化させるような影響を及ぼすことなく、その周波数を低くなる向きに調整することができる。別言すれば、前記溝の形成によって、振動部の寸法を大きくすることなく、圧電振動片の低周波化を図ることができる。このような溝は、レーザビームやイオンエッチング等のドライエッチングやウエットエッチングにより、溝の大きさ及び位置を制御して容易に形成することができる。従って、形成する溝の本数、その幅、長さ、深さ及び加工位置を適当に選択することによって、輪郭圧電振動片の共振周波数を容易にかつ高精度に調整することができる。
【００１４】
本願発明者は、前記溝の大きさが同じであっても、その振動部への加工位置によって周波数の変動量に差があり、溝を振動部の内側即ち中心に近付けるほど周波数の変動量が大きく、振動部の外側即ち周辺に近付けるほど小さいことを見出した。従って、或る実施例では、振動部に圧電基板の素面領域が励振電極の外側に振動部の周辺との間に設けられることにより、溝の形成による周波数変動量を小さくし、周波数微調整を高精度に行うことができる。別の実施例では、圧電基板の素面領域が振動部の中央に設けられ、該素面領域の外側に励振電極が形成されることにより、溝の形成による周波数変動量を大きくし、周波数粗調整を効率良く行うことができる。更に別の実施例では、これらを組み合わせることにより、輪郭圧電振動片の周波数の粗調整と微調整とを容易に行うことができる。
【００１５】
また、或る実施例では、ラーメモードの輪郭振動を行うように、振動部が単一の正方形又は複数の正方形を連ねた長方形をなし、該正方形の両面にそれと同心に励振電極が形成され、圧電基板の素面領域に溝が振動部の正方形の対向する一方又は他方の２辺に沿って延長するように形成される。このように溝を対称に配置することにより、ラーメモードの輪郭振動をその特性を劣化させないようにバランス良く行うことができる。
【００１６】
別の実施例では、幅縦振動モードの輪郭振動を行うように、振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関して対称に励振電極が形成され、圧電基板の素面領域に溝が振動部の対向する長手方向の２辺に沿って延長するように形成される。このように溝を対称に配置することにより、幅縦振動モードの輪郭振動をその特性を劣化させないようにバランス良く行うことができる。
【００１７】
また、或る実施例では、圧電基板の素面領域が振動部の表裏各面に設けられ、その表面と裏面とで溝が対称に設けられることにより、輪郭圧電振動片をバランス良く励振させかつその周波数をより効率的に調整することができる。
【００１８】
本発明の別の側面によれば、矩形平板の振動部と支持部とそれらを接続する接続部とを一体に備える輪郭圧電振動片の外形を圧電基板から加工する工程と、振動部の表裏両面に所望の輪郭振動を励振するための励振電極を、振動部の少なくとも一方の面に励振電極を形成していない圧電基板の素面領域を設けるように形成する工程と、該素面領域に輪郭振動の方向に対向する振動部の２辺に沿って延長する溝を振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称をなすように形成することにより、輪郭圧電振動片の周波数を調整する工程とを有する輪郭圧電振動片の製造方法が提供される。
【００１９】
このように溝を形成することにより、輪郭圧電振動片の振動変位が、振動部の振動方向の長さを実際よりも長くしたように大きくなるので、その周波数を低くする向きに調整することができる。しかも、圧電基板の素面領域に溝を形成することは、従来のレーザビームやイオンエッチング等のドライエッチングやウエットエッチングを用いて、溝の大きさ及び位置を制御して容易に形成することができる。
【００２０】
或る実施例によれば、圧電基板の素面領域を励振電極の外側に振動部の周辺との間に設け、該素面領域に溝を形成することにより、溝の形成による周波数変動量を小さくして、輪郭圧電振動片の周波数を高精度に微調整することができる。
【００２１】
別の実施例によれば、圧電基板の素面領域をその外側に励振電極が配置されるように振動部の中央に設け、該素面領域に溝を形成することにより、溝の形成による周波数変動量を大きくして、輪郭圧電振動片の周波数を効率良く粗調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の好適実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明を適用した輪郭振動片の第１実施例を示している。本実施例の輪郭振動片はラーメモードの輪郭水晶振動片１であり、単一の正方形からなる水晶平板の振動部２を有する。振動部２の一方の対角位置の角部には、対角線の方向に延長するように接続部３ａ，３ｂが設けられている。振動部２の外側には、一定の隙間をもってＬ字状の支持部４が配置され、その各端部で前記接続部を介して振動部２と一体に結合されている。
【００２３】
振動部２の表裏各面には、それぞれ励振電極５，６が形成されている。励振電極５，６は、辺の長さが振動部２より短い正方形をなし、該振動部の中心Ｏと同心に配置されている。これにより、振動部２の表裏両面には、その周辺と励振電極５，６との間に一定幅の矩形枠状の水晶素面領域７，８が設けられる。各励振電極５，６は、それぞれ一方の前記接続部に形成した配線により引き出されて、支持部４の表面又は裏面に形成した接続電極９，１０に接続されている。
【００２４】
水晶素面領域７，８には、振動部２の各辺２ａ〜２ｄに沿って延長する複数の細い直線状の溝１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄが形成されている。本実施例では、前記振動部の各辺２ａ〜２ｄと励振電極５，６との間にそれぞれ前記溝が２本ずつ配置されている。溝１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄは、対向する２辺２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄの中点を通る正方形の２つの対称軸に関してそれぞれ線対称に、即ち振動部２の中心Ｏに関して対称に設けられる。
【００２５】
前記接続電極に所定の電流を印加して励振すると、振動部２は、正方形の角部を節点として面内で長さ及び幅方向に交互に伸縮するラーメモードの輪郭振動を行う。この輪郭振動の周波数は、基本的に振動部２の縦横寸法によって設定される。
【００２６】
本発明によれば、前記溝の形成によって、振動部２の縦横寸法で決定された周波数を低くなる向きに調整することができる。前記溝の本数、それらの幅、長さ、深さや位置は、周波数の調整量によって適当に設定する。前記溝は、その大きさが同じであっても、振動部２への加工位置によって周波数への影響が異なり、その変動量に差があることが分かった。周波数の変動量は、前記溝を振動部２の内側即ち中心Ｏに近付けるほど大きく、振動部２の外側即ち周辺に近付けるほど小さい。従って、周波数調整量の大きい粗調整の場合は、前記溝を振動部２の内側に励振電極５，６に近付けて配置し、周波数調整量の僅かな微調整の場合は、前記溝を振動部２の外側に各辺２ａ〜２ｄに近付けて配置すると有利である。
【００２７】
前記溝は、上述したように振動部２の正方形の対称軸に関して対称に配置されるので、ラーメモードの輪郭振動のバランスが損なわれて振動特性が劣化する虞は無い。逆に、例えば振動部２の外形加工の誤差等で輪郭振動の節点が正方形の角部からずれているような場合には、前記溝の配置、寸法等のバランスを適当に設定することによって、ラーメモードの節点のずれを解消することも可能である。
【００２８】
前記溝は、例えばレーザビームやイオンビーム等を用いたドライエッチングにより形成することができる。また、周波数の調整量が大きい場合には、適当なエッチング液を用いたウエットエッチングにより前記溝を形成することができる。本実施例では、前記溝を一定幅及び一定深さの断面一様な連続する溝形状に形成したが、多数のドット状の小穴を連続させて形成することもできる。また、前記溝は、振動部２を貫通する溝の形態で形成することもできる。このような溝の形状及び形成方法は、以下に説明する本発明の他の実施例にも同様に適用される。
【００２９】
図２（Ａ）（Ｂ）は、上記第１実施例の変形例によるラーメモードの輪郭水晶振動片を示している。この変形例において、図１の第１実施例と類似の部分にはそれと同じ参照符号を付して説明する。本実施例の輪郭水晶振動片２１は、単一の正方形からなる水晶平板の振動部２の表裏各面に、該振動部の中心Ｏと同心に正方形枠状の励振電極２２，２３が形成されている。これにより、振動部２の表裏両面には、該振動部より辺の長さが短くかつその中心Ｏと同心をなす正方形の水晶素面領域２４，２５が設けられる。各励振電極２２，２３は、同様にそれぞれ一方の前記接続部に形成した配線により引き出されて、支持部４の表面又は裏面に形成した接続電極９，１０に接続されている。
【００３０】
水晶素面領域２４，２５には、振動部２の各辺２ａ〜２ｄと平行に複数の細い直線状の溝２６，２７が形成されている。本実施例では、前記振動部の中心Ｏと励振電極２２，２３との間にそれぞれ前記溝が１本ずつ配置されている。溝２６，２７は、対向する２辺２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄの中点をそれぞれ通る正方形の２つの対称軸に関して線対称に、即ち振動部２の中心Ｏに関して対称に設けられる。
【００３１】
本実施例においても、前記溝の形成により、振動部２の縦横寸法により決定された周波数を低くなる向きに調整することができる。溝２６，２７の本数、それらの幅、長さ、深さ及び位置は、周波数の調整量によって適当に設定する。上述したように振動部の内側に溝を配置するほど、周波数への影響が大きいので、水晶素面領域２４，２５を比較的小さくしても、周波数調整量を大きくとることができる。
【００３２】
また、前記溝は、上述したように振動部２の正方形の対称軸に関して対称に配置されるので、ラーメモードの振動のバランスが損なわれて振動特性が劣化する虞は無い。特にラーメモードの輪郭振動は、振動部２の正方形の中心Ｏも振動の節点となるので、これと同心に設けた水晶素面領域２４，２５が輪郭水晶振動片２１の振動に及ぼす影響は非常に少ない。また、本実施例においても、前記溝の配置、寸法等のバランスを適当に設定することによって、ラーメモードの節点のずれを解消することが可能である。
【００３３】
別の実施例では、図１及び図２の実施例を組み合わせることができる。この場合、図１の振動部２には、図２の実施例と同様に、各励振電極５，６の中央にその正方形よりも小さい同心正方形状の水晶素面領域を設け、該振動部の各辺と平行に延長する細い溝を追加して、振動部の中心Ｏに関して対称に形成する。この追加の溝は、特に輪郭水晶振動片の周波数を粗調整する場合に適している。その場合、各励振電極５，６の外側の水晶素面領域７，８には、周波数微調整のために前記溝を形成することができる。
【００３４】
図３（Ａ）（Ｂ）は、本発明を適用した輪郭振動片の第２実施例を示している。本実施例の輪郭振動片は幅縦振動モードの輪郭水晶振動片３１であり、長方形の水晶平板からなる振動部３２を有する。振動部３２の対向する両短辺には、その中央位置から長手方向に延長する接続部３３ａ，３３ｂが設けられている。振動部３２の外側には、一定の隙間をもって矩形枠状の支持部３４が配置され、前記接続部を介して振動部３２と一体に結合されている。
【００３５】
振動部３２の表裏各面には、それぞれ中央に長方形の励振電極３５，３６が形成されている。励振電極３５，３６の周囲には、振動部３２の周辺との間に水晶素面領域３７，３８が設けられている。各励振電極３５，３６は、それぞれ一方の前記接続部に形成した配線により引き出されて、支持部３４の表面又は裏面に形成した接続電極３９，４０に接続されている。
【００３６】
水晶素面領域３７，３８には、振動部３２の長手方向に沿って複数の細い直線状の溝４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂが形成されている。本実施例では、励振電極３５，３６の両側にそれぞれ前記溝が３本ずつ配置されている。溝４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂは、振動部３２の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称に設けられる。
【００３７】
前記接続電極に所定の電流を印加して励振すると、振動部３２は、面内で長手方向の２辺の向き即ち幅方向に拡大収縮する幅縦振動モードの輪郭振動を行う。この輪郭振動の周波数は、基本的に振動部３２の幅寸法によって設定される。
【００３８】
本発明によれば、前記溝の形成によって、振動部３２の縦横寸法で決定された周波数を低くなる向きに調整することができる。前記溝は、上述したように振動部３２の長手方向及び幅方向の中心軸に関して対称に配置されるので、幅縦振動モードのバランスが損なわれて振動特性が劣化する虞は無い。
【００３９】
第１実施例のラーメモードの場合と同様に、前記溝は、幅、長さ、深さの大きさが同じであっても、振動部３２への加工位置によって周波数への影響即ちその変動量に差が生じる。周波数の変動量は、前記溝を振動部３２の内側に近付けるほど大きく、振動部３２の外側に近付けるほど小さい。従って、周波数を大きく調整したい粗調整では、前記溝を振動部３２の内側に励振電極３５，３６に近付けて配置し、周波数を僅かな大きさだけ調整したい微調整では、前記溝を振動部３２の外側に長手方向の各辺３２ａ，３２ｂに近付けて配置すると有利である。
【００４０】
図４（Ａ）（Ｂ）は、上記第２実施例の変形例による幅縦振動モードの輪郭水晶振動片を示している。この変形例において、図３の第２実施例と類似の部分にはそれと同じ参照符号を付して説明する。本実施例の輪郭水晶振動片５１は、長方形の水晶平板からなる振動部３２の表裏各面に、該振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称をなす矩形枠状の励振電極５２，５３が形成されている。これにより、振動部３２の表裏両面には、それぞれ中央に長方形の水晶素面領域５４，５５が設けられる。各励振電極５２，５３は、同様にそれぞれ一方の前記接続部に形成した配線により引き出されて、支持部３４の表面又は裏面に形成した接続電極３９，４０に接続されている。
【００４１】
水晶素面領域５４，５５には、振動部３２の長手方向に延長する複数の細い直線状の溝５６，５７が形成されている。本実施例では、前記振動部の長手方向の中心軸の両側にそれぞれ前記溝が２本ずつ配置されている。溝５６，５７は、同様に前記振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称に設けられる。そのため、輪郭水晶振動片５１は、前記溝の形成により幅縦振動モードのバランスが損なわれて振動特性が劣化する虞は無い。
【００４２】
本実施例においても、前記溝の形成により、振動部３２の幅寸法により決定された周波数を低くなる向きに調整することができる。溝５６，５７の本数、それらの幅、長さ、深さ及び位置は、周波数の調整量によって適当に設定する。上述したように振動部の内側に溝を配置するほど、周波数への影響が大きいので、水晶素面領域５４，５５を比較的小さくしても、周波数調整量を大きくとることができる。
【００４３】
別の実施例では、図３及び図４の実施例を組み合わせることができる。この場合、図３の振動部３２には、図４の実施例と同様に、各励振電極３５，３６の中央にそれよりも小さい矩形の水晶素面領域を、該振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称に設ける。この水晶素面領域には、振動部３２の長手方向に延長する細い溝を、該振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関して対称に追加して形成する。この追加の溝は、同様に輪郭水晶振動片の周波数を粗調整する場合に適している。その場合、各励振電極３５，３６の外側の水晶素面領域３７，３８には、周波数微調整のために前記溝を形成することができる。
【００４４】
更に本発明は、上述したラーメモード及び幅縦振動モード以外の輪郭水晶振動片にも、同様に適用することができる。その場合、矩形平板の振動部には、その両面に励振電極を形成しない水晶素面領域を設け、かつ該水晶素面領域には、振動部の振動方向に対向する２辺に沿って延長する溝を、該振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称に形成する。この溝の本数、その幅、長さ、深さ及び位置を上述したように適当に選択することによって、基本的に振動部の輪郭寸法で決定される振動片の共振周波数を、所望の値又は範囲に調整することができる。
【００４５】
次に、本発明により輪郭水晶振動片を製造する工程を、複数の図１に示す輪郭水晶振動片を１枚の水晶ウエハから同時に形成する場合について説明する。先ず、従来と同様にフォトエッチング技術を用いて、水晶ウエハに複数の輪郭水晶振動片１の外形を加工する。前記水晶ウエハの表裏両面に電極材料を成膜し、これをウエットエッチングによりパターニングして、前記各輪郭水晶振動片の励振電極５，６、接続電極９，１０、及びそれらを接続する前記配線を形成する。これにより、前記水晶ウエハには、複数の輪郭水晶振動片１が形成される。
【００４６】
次に、前記水晶ウエハの各輪郭水晶振動片１の共振周波数を個別に粗調整する。そのために、前記各輪郭水晶振動片の周波数を個別に測定し、必要な周波数調整量を決定する。本発明によれば、前記各輪郭水晶振動片の水晶素面領域７，８に溝１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄを形成することにより、周波数粗調整を行う。前記溝は、上述した第１実施例と同様に、ドライエッチング又はウエットエッチングで形成することができる。前記溝の大きさ、本数、加工位置等は、周波数調整量によって適当に選択する。上述したように、周波数粗調整のための溝は、振動部２の内側に配置すると調整量を大きくとれるので、効率的である。
【００４７】
別の実施例では、前記水晶ウエハの全ての輪郭水晶振動片を一括して一様に周波数調整することができる。この場合には、前記水晶ウエハの表面にレジストマスクをパターニングし、これをウエットエッチングすることにより、前記溝を形成する。また、水晶素面領域への前記溝のウエットエッチングは、フォトリソグラフィ技術を用いることにより、その大きさや位置を精度良く制御することができる。更に、水晶ウエハに前記溝を正確に形成しておくと、それを目印として、その後の工程で溝の大きさや深さをレーザ加工等により変えることができる。
【００４８】
この後、各輪郭水晶振動片１を前記水晶ウエハから切断して個片化する。個片化した輪郭水晶振動片１は、例えば水晶振動子のパッケージにマウントする前に又はマウントした後に、再び周波数を測定し、その測定結果に応じて周波数の微調整を行う。本発明によれば、周波数の微調整は、周波数の粗調整と同様に、前記各輪郭水晶振動片の水晶素面領域７，８に溝１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄを形成することにより行う。周波数調整量によって、前記溝の大きさ、本数、加工位置等を適当に選択する。上述したように、周波数微調整のための溝は、振動部２の外側に配置すると調整量を小さくできるので、高精度な調整が可能となる。
【００４９】
このように周波数の微調整を行った輪郭水晶振動片は、水晶振動子のパッケージにマウントしかつ封止し、またパッケージへのマウント後に調整した場合は、パッケージを封止する。これにより、所望の周波数を有する水晶振動子が完成する。また、水晶振動子をマウントしたパッケージを、光透過性を有するガラス材料のリッドで封止すると、その後に外部からレーザ光の照射等により周波数調整を行うことができる。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。例えば、ラーメモードの輪郭水晶振動片の振動部は、１つの正方形からなる基本波モードであっても、複数以上の正方形を連ねた方形平板からなる高次モードのものであってもよい。また、本発明の輪郭水晶振動片は、１枚の水晶ウエハから複数個を同時に製造する場合だけでなく、個々の水晶基板に１つの輪郭水晶振動片を製造する場合にも同様に適用される。更に本発明は、水晶以外の圧電材料からなる輪郭振動片についても、同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（Ａ）図は本発明による輪郭水晶振動片の第１実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのＩ−Ｉ線における断面図。
【図２】（Ａ）図は第１実施例の変形例を示す平面図、（Ｂ）図はそのII−II線における断面図。
【図３】（Ａ）図は本発明による輪郭水晶振動片の第２実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのIII−III線における断面図。
【図４】（Ａ）図は第２実施例の変形例を示す平面図、（Ｂ）図はそのIV−IV線における断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１，２１，３１，５１…輪郭水晶振動片、２，３２…振動部、２ａ〜２ｄ，３２ａ，３２ｂ…辺、３ａ，３ｂ，３３ａ，３３ｂ…接続部、４、３４…支持部、５，６，２２，２３，３５，３６，５２，５３…励振電極、７，８，２４，２５，３７，３８，５４，５５…水晶素面領域、９，１０，３９，４０…接続電極、１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄ，２６，２７，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，５６，５７…溝。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輪郭振動モードで励振する圧電振動片に関し、更にその周波数を調整する工程を含む圧電振動片の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水晶振動子は、１００ｋＨｚレベルまでの低周波数で振動する音叉型水晶振動子や、１０ＭＨｚ以上の比較的高周波数で振動する厚みすべり振動モードのＡＴカット水晶振動子が広く使用されている。最近は、これらの中間範囲にある数ＭＨｚの周波数で振動する輪郭振動モードの圧電振動子が注目されている。輪郭振動には、例えばラーメモード、長さ縦振動モード、幅縦振動モード、幅・長さ結合振動モード、輪郭すべり振動モード等の振動モードがある（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００３】
ラーメモードの輪郭振動子は、単一の正方形からなる又は複数の正方形を連ねた矩形圧電基板の振動部と、支持フレームと、それらを振動の節点で接続する接続部とを一体に備える（例えば、非特許文献２、特許文献１を参照）。振動部は、その表裏各面に形成された励振電極に所定の電流を印加して励振すると、前記正方形の４つの角部を節点として面内で、対向する一方の２辺と他方の２辺が交互に外向き又は内向きに伸縮するラーメモードの輪郭振動を行う。非特許文献１に記載される周波数方程式から分かるように、ラーメモード輪郭振動子の共振周波数は、振動部の幅及び長さ、即ち輪郭寸法によって決定される。
【０００４】
長さ縦振動モード及び幅縦振動モードの輪郭振動子は、それぞれ矩形の圧電振動板の長手方向及び幅方向に伸縮して振動する。幅・長さ結合振動モードでは、これら両振動モードがそれぞれ主振動又は副振動として同時に励振される。これら輪郭振動子の共振周波数は、長さ縦振動モードの場合には振動部の長さ寸法に、幅縦振動モードの場合には振動部の幅寸法にそれぞれ反比例し、幅・長さ結合振動モードでは各振動モードの共振周波数がそれぞれ幅及び長さに反比例し、他の寸法には殆ど依存しないことが知られている（例えば、特許文献２，３を参照）。
【０００５】
特許文献２，３に記載の輪郭振動子は、粒子エッチング法、スパッタリング法、レーザビーム法又は電子ビーム法等により振動部の金属膜を飛散させたり、蒸着法等により振動部に金属膜を付着させることにより、周波数調整を行う。更に、周波数調整は、多数の輪郭水晶振動子を水晶ウエハに形成した状態で、輪郭水晶振動子をケース又は蓋の固定部に固定した状態で、又は輪郭水晶振動子を収納したケースと蓋とを接合した状態で行なわれる。
【０００６】
別の輪郭振動子として、正方形の圧電基板からなる機械振動部がその正方形状を維持したまま面方向に拡大・収縮して振動する輪郭拡がり振動モードの圧電振動子が知られている（例えば、特許文献４を参照）。特許文献４記載の圧電振動子は、恒弾性金属板からなる機械振動部の一面に圧電薄膜を形成しかつその上に電極膜を設け、対向する一方の２辺で結合部によりフレーム部と結合し、対向する他方の２辺方向に振動部全体が伸縮するように振動する。
【０００７】
特許文献４に記載の圧電振動子は、機械振動部の電極膜を設けていない面に、その中心又はその近傍に複数の溝を振動方向と交差する向きに延長するように設けることにより、周波数調整を行う。この溝により、主たる振動変位方向の実効上の長さが長くなり、振動変位量が大きくなって、振動周波数が低くなる方向に調整される。また、同文献には、複数の溝は、中央の溝の両側に対称的に設けるのがバランスの点で好ましいことが記載されている。
【０００８】
【非特許文献１】川島宏文、外１名、「エッチング法によって形成されたラーメモード水晶振動子」、第２４回ＥＭシンポジウム予稿集、電気学会、平成７年５月、ｐ．１１−１６
【非特許文献２】超音波便覧編集委員会編、「超音波便覧」、丸善株式会社、１９９９年８月、ｐ．５８０−５８５
【特許文献１】特開２００３−１１５７４７号公報
【特許文献２】特開２００５−９４７３３号公報
【特許文献３】特開２００４−１３５３５７号公報
【特許文献４】特開平４−１４８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した特許文献２，３に記載される輪郭水晶振動子の周波数調整方法は、厚みすべり振動モードのＡＴカット水晶振動子と同様に、励振電極の厚さを調整することによるものである。しかしながら、輪郭水晶振動子の周波数は輪郭寸法によって決定されるから、励振電極の厚さ変化は周波数の変動に直接作用するものではない。そのため、輪郭振動子の周波数を効率良くかつ高精度に調整することが困難である。また、輪郭振動子の場合、周波数の調整量を大きくするために励振電極の膜厚を大きく変化させると、温度特性まで変化する虞がある。
【００１０】
上記特許文献４には、振動板の電極膜と反対側の面に溝を形成することによる周波数調整は、圧電板に電極を設ける構造の圧電振動子にも適用できることが記載されている。しかしながら、同文献の溝形成による周波数調整は、圧電板からなる振動部の両面に励振電極を設けた構造の圧電振動子には適用することができない。
【００１１】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、矩形圧電基板からなる振動部の両面に励振電極を設けた構造を有する輪郭圧電振動子の周波数を比較的容易に、効率良くかつ高精度に調整可能な輪郭圧電振動片、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、上記目的を達成するために、矩形平板の振動部と支持部と振動部を支持部に結合する接続部とを圧電基板から一体に形成した輪郭圧電振動片において、振動部が、その表裏両面に所望の輪郭振動を励振するための励振電極と、その少なくとも一方の面に励振電極を形成していない圧電基板の素面領域とを有し、該素面領域には、周波数を調整するための溝が、輪郭振動の方向に対向する振動部の２辺に沿って延長し、かつ振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称をなすように形成されている輪郭圧電振動片が提供される。
【００１３】
このように圧電基板の素面領域を設けかつ溝を形成することによって、輪郭圧電振動片を輪郭振動させたとき、その振動変位が、振動部の振動方向の長さを実際よりも長くしたように大きくなる。従って、輪郭圧電振動片にその振動特性を劣化させるような影響を及ぼすことなく、その周波数を低くなる向きに調整することができる。別言すれば、前記溝の形成によって、振動部の寸法を大きくすることなく、圧電振動片の低周波化を図ることができる。このような溝は、レーザビームやイオンエッチング等のドライエッチングやウエットエッチングにより、溝の大きさ及び位置を制御して容易に形成することができる。従って、形成する溝の本数、その幅、長さ、深さ及び加工位置を適当に選択することによって、輪郭圧電振動片の共振周波数を容易にかつ高精度に調整することができる。
【００１４】
本願発明者は、前記溝の大きさが同じであっても、その振動部への加工位置によって周波数の変動量に差があり、溝を振動部の内側即ち中心に近付けるほど周波数の変動量が大きく、振動部の外側即ち周辺に近付けるほど小さいことを見出した。従って、或る実施例では、振動部に圧電基板の素面領域が励振電極の外側に振動部の周辺との間に設けられることにより、溝の形成による周波数変動量を小さくし、周波数微調整を高精度に行うことができる。別の実施例では、圧電基板の素面領域が振動部の中央に設けられ、該素面領域の外側に励振電極が形成されることにより、溝の形成による周波数変動量を大きくし、周波数粗調整を効率良く行うことができる。更に別の実施例では、これらを組み合わせることにより、輪郭圧電振動片の周波数の粗調整と微調整とを容易に行うことができる。
【００１５】
また、或る実施例では、ラーメモードの輪郭振動を行うように、振動部が単一の正方形又は複数の正方形を連ねた長方形をなし、該正方形の両面にそれと同心に励振電極が形成され、圧電基板の素面領域に溝が振動部の正方形の対向する一方又は他方の２辺に沿って延長するように形成される。このように溝を対称に配置することにより、ラーメモードの輪郭振動をその特性を劣化させないようにバランス良く行うことができる。
【００１６】
別の実施例では、幅縦振動モードの輪郭振動を行うように、振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関して対称に励振電極が形成され、圧電基板の素面領域に溝が振動部の対向する長手方向の２辺に沿って延長するように形成される。このように溝を対称に配置することにより、幅縦振動モードの輪郭振動をその特性を劣化させないようにバランス良く行うことができる。
【００１７】
また、或る実施例では、圧電基板の素面領域が振動部の表裏各面に設けられ、その表面と裏面とで溝が対称に設けられることにより、輪郭圧電振動片をバランス良く励振させかつその周波数をより効率的に調整することができる。
【００１８】
本発明の別の側面によれば、矩形平板の振動部と支持部とそれらを接続する接続部とを一体に備える輪郭圧電振動片の外形を圧電基板から加工する工程と、振動部の表裏両面に所望の輪郭振動を励振するための励振電極を、振動部の少なくとも一方の面に励振電極を形成していない圧電基板の素面領域を設けるように形成する工程と、該素面領域に輪郭振動の方向に対向する振動部の２辺に沿って延長する溝を振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称をなすように形成することにより、輪郭圧電振動片の周波数を調整する工程とを有する輪郭圧電振動片の製造方法が提供される。
【００１９】
このように溝を形成することにより、輪郭圧電振動片の振動変位が、振動部の振動方向の長さを実際よりも長くしたように大きくなるので、その周波数を低くする向きに調整することができる。しかも、圧電基板の素面領域に溝を形成することは、従来のレーザビームやイオンエッチング等のドライエッチングやウエットエッチングを用いて、溝の大きさ及び位置を制御して容易に形成することができる。
【００２０】
或る実施例によれば、圧電基板の素面領域を励振電極の外側に振動部の周辺との間に設け、該素面領域に溝を形成することにより、溝の形成による周波数変動量を小さくして、輪郭圧電振動片の周波数を高精度に微調整することができる。
【００２１】
別の実施例によれば、圧電基板の素面領域をその外側に励振電極が配置されるように振動部の中央に設け、該素面領域に溝を形成することにより、溝の形成による周波数変動量を大きくして、輪郭圧電振動片の周波数を効率良く粗調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の好適実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）は、本発明を適用した輪郭振動片の第１実施例を示している。本実施例の輪郭振動片はラーメモードの輪郭水晶振動片１であり、単一の正方形からなる水晶平板の振動部２を有する。振動部２の一方の対角位置の角部には、対角線の方向に延長するように接続部３ａ，３ｂが設けられている。振動部２の外側には、一定の隙間をもってＬ字状の支持部４が配置され、その各端部で前記接続部を介して振動部２と一体に結合されている。
【００２３】
振動部２の表裏各面には、それぞれ励振電極５，６が形成されている。励振電極５，６は、辺の長さが振動部２より短い正方形をなし、該振動部の中心Ｏと同心に配置されている。これにより、振動部２の表裏両面には、その周辺と励振電極５，６との間に一定幅の矩形枠状の水晶素面領域７，８が設けられる。各励振電極５，６は、それぞれ一方の前記接続部に形成した配線により引き出されて、支持部４の表面又は裏面に形成した接続電極９，１０に接続されている。
【００２４】
水晶素面領域７，８には、振動部２の各辺２ａ〜２ｄに沿って延長する複数の細い直線状の溝１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄが形成されている。本実施例では、前記振動部の各辺２ａ〜２ｄと励振電極５，６との間にそれぞれ前記溝が２本ずつ配置されている。溝１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄは、対向する２辺２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄの中点を通る正方形の２つの対称軸に関してそれぞれ線対称に、即ち振動部２の中心Ｏに関して対称に設けられる。
【００２５】
前記接続電極に所定の電流を印加して励振すると、振動部２は、正方形の角部を節点として面内で長さ及び幅方向に交互に伸縮するラーメモードの輪郭振動を行う。この輪郭振動の周波数は、基本的に振動部２の縦横寸法によって設定される。
【００２６】
本発明によれば、前記溝の形成によって、振動部２の縦横寸法で決定された周波数を低くなる向きに調整することができる。前記溝の本数、それらの幅、長さ、深さや位置は、周波数の調整量によって適当に設定する。前記溝は、その大きさが同じであっても、振動部２への加工位置によって周波数への影響が異なり、その変動量に差があることが分かった。周波数の変動量は、前記溝を振動部２の内側即ち中心Ｏに近付けるほど大きく、振動部２の外側即ち周辺に近付けるほど小さい。従って、周波数調整量の大きい粗調整の場合は、前記溝を振動部２の内側に励振電極５，６に近付けて配置し、周波数調整量の僅かな微調整の場合は、前記溝を振動部２の外側に各辺２ａ〜２ｄに近付けて配置すると有利である。
【００２７】
前記溝は、上述したように振動部２の正方形の対称軸に関して対称に配置されるので、ラーメモードの輪郭振動のバランスが損なわれて振動特性が劣化する虞は無い。逆に、例えば振動部２の外形加工の誤差等で輪郭振動の節点が正方形の角部からずれているような場合には、前記溝の配置、寸法等のバランスを適当に設定することによって、ラーメモードの節点のずれを解消することも可能である。
【００２８】
前記溝は、例えばレーザビームやイオンビーム等を用いたドライエッチングにより形成することができる。また、周波数の調整量が大きい場合には、適当なエッチング液を用いたウエットエッチングにより前記溝を形成することができる。本実施例では、前記溝を一定幅及び一定深さの断面一様な連続する溝形状に形成したが、多数のドット状の小穴を連続させて形成することもできる。また、前記溝は、振動部２を貫通する溝の形態で形成することもできる。このような溝の形状及び形成方法は、以下に説明する本発明の他の実施例にも同様に適用される。
【００２９】
図２（Ａ）（Ｂ）は、上記第１実施例の変形例によるラーメモードの輪郭水晶振動片を示している。この変形例において、図１の第１実施例と類似の部分にはそれと同じ参照符号を付して説明する。本実施例の輪郭水晶振動片２１は、単一の正方形からなる水晶平板の振動部２の表裏各面に、該振動部の中心Ｏと同心に正方形枠状の励振電極２２，２３が形成されている。これにより、振動部２の表裏両面には、該振動部より辺の長さが短くかつその中心Ｏと同心をなす正方形の水晶素面領域２４，２５が設けられる。各励振電極２２，２３は、同様にそれぞれ一方の前記接続部に形成した配線により引き出されて、支持部４の表面又は裏面に形成した接続電極９，１０に接続されている。
【００３０】
水晶素面領域２４，２５には、振動部２の各辺２ａ〜２ｄと平行に複数の細い直線状の溝２６，２７が形成されている。本実施例では、前記振動部の中心Ｏと励振電極２２，２３との間にそれぞれ前記溝が１本ずつ配置されている。溝２６，２７は、対向する２辺２ａ，２ｂ及び２ｃ，２ｄの中点をそれぞれ通る正方形の２つの対称軸に関して線対称に、即ち振動部２の中心Ｏに関して対称に設けられる。
【００３１】
本実施例においても、前記溝の形成により、振動部２の縦横寸法により決定された周波数を低くなる向きに調整することができる。溝２６，２７の本数、それらの幅、長さ、深さ及び位置は、周波数の調整量によって適当に設定する。上述したように振動部の内側に溝を配置するほど、周波数への影響が大きいので、水晶素面領域２４，２５を比較的小さくしても、周波数調整量を大きくとることができる。
【００３２】
また、前記溝は、上述したように振動部２の正方形の対称軸に関して対称に配置されるので、ラーメモードの振動のバランスが損なわれて振動特性が劣化する虞は無い。特にラーメモードの輪郭振動は、振動部２の正方形の中心Ｏも振動の節点となるので、これと同心に設けた水晶素面領域２４，２５が輪郭水晶振動片２１の振動に及ぼす影響は非常に少ない。また、本実施例においても、前記溝の配置、寸法等のバランスを適当に設定することによって、ラーメモードの節点のずれを解消することが可能である。
【００３３】
別の実施例では、図１及び図２の実施例を組み合わせることができる。この場合、図１の振動部２には、図２の実施例と同様に、各励振電極５，６の中央にその正方形よりも小さい同心正方形状の水晶素面領域を設け、該振動部の各辺と平行に延長する細い溝を追加して、振動部の中心Ｏに関して対称に形成する。この追加の溝は、特に輪郭水晶振動片の周波数を粗調整する場合に適している。その場合、各励振電極５，６の外側の水晶素面領域７，８には、周波数微調整のために前記溝を形成することができる。
【００３４】
図３（Ａ）（Ｂ）は、本発明を適用した輪郭振動片の第２実施例を示している。本実施例の輪郭振動片は幅縦振動モードの輪郭水晶振動片３１であり、長方形の水晶平板からなる振動部３２を有する。振動部３２の対向する両短辺には、その中央位置から長手方向に延長する接続部３３ａ，３３ｂが設けられている。振動部３２の外側には、一定の隙間をもって矩形枠状の支持部３４が配置され、前記接続部を介して振動部３２と一体に結合されている。
【００３５】
振動部３２の表裏各面には、それぞれ中央に長方形の励振電極３５，３６が形成されている。励振電極３５，３６の周囲には、振動部３２の周辺との間に水晶素面領域３７，３８が設けられている。各励振電極３５，３６は、それぞれ一方の前記接続部に形成した配線により引き出されて、支持部３４の表面又は裏面に形成した接続電極３９，４０に接続されている。
【００３６】
水晶素面領域３７，３８には、振動部３２の長手方向に沿って複数の細い直線状の溝４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂが形成されている。本実施例では、励振電極３５，３６の両側にそれぞれ前記溝が３本ずつ配置されている。溝４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂは、振動部３２の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称に設けられる。
【００３７】
前記接続電極に所定の電流を印加して励振すると、振動部３２は、面内で長手方向の２辺の向き即ち幅方向に拡大収縮する幅縦振動モードの輪郭振動を行う。この輪郭振動の周波数は、基本的に振動部３２の幅寸法によって設定される。
【００３８】
本発明によれば、前記溝の形成によって、振動部３２の縦横寸法で決定された周波数を低くなる向きに調整することができる。前記溝は、上述したように振動部３２の長手方向及び幅方向の中心軸に関して対称に配置されるので、幅縦振動モードのバランスが損なわれて振動特性が劣化する虞は無い。
【００３９】
第１実施例のラーメモードの場合と同様に、前記溝は、幅、長さ、深さの大きさが同じであっても、振動部３２への加工位置によって周波数への影響即ちその変動量に差が生じる。周波数の変動量は、前記溝を振動部３２の内側に近付けるほど大きく、振動部３２の外側に近付けるほど小さい。従って、周波数を大きく調整したい粗調整では、前記溝を振動部３２の内側に励振電極３５，３６に近付けて配置し、周波数を僅かな大きさだけ調整したい微調整では、前記溝を振動部３２の外側に長手方向の各辺３２ａ，３２ｂに近付けて配置すると有利である。
【００４０】
図４（Ａ）（Ｂ）は、上記第２実施例の変形例による幅縦振動モードの輪郭水晶振動片を示している。この変形例において、図３の第２実施例と類似の部分にはそれと同じ参照符号を付して説明する。本実施例の輪郭水晶振動片５１は、長方形の水晶平板からなる振動部３２の表裏各面に、該振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称をなす矩形枠状の励振電極５２，５３が形成されている。これにより、振動部３２の表裏両面には、それぞれ中央に長方形の水晶素面領域５４，５５が設けられる。各励振電極５２，５３は、同様にそれぞれ一方の前記接続部に形成した配線により引き出されて、支持部３４の表面又は裏面に形成した接続電極３９，４０に接続されている。
【００４１】
水晶素面領域５４，５５には、振動部３２の長手方向に延長する複数の細い直線状の溝５６，５７が形成されている。本実施例では、前記振動部の長手方向の中心軸の両側にそれぞれ前記溝が２本ずつ配置されている。溝５６，５７は、同様に前記振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称に設けられる。そのため、輪郭水晶振動片５１は、前記溝の形成により幅縦振動モードのバランスが損なわれて振動特性が劣化する虞は無い。
【００４２】
本実施例においても、前記溝の形成により、振動部３２の幅寸法により決定された周波数を低くなる向きに調整することができる。溝５６，５７の本数、それらの幅、長さ、深さ及び位置は、周波数の調整量によって適当に設定する。上述したように振動部の内側に溝を配置するほど、周波数への影響が大きいので、水晶素面領域５４，５５を比較的小さくしても、周波数調整量を大きくとることができる。
【００４３】
別の実施例では、図３及び図４の実施例を組み合わせることができる。この場合、図３の振動部３２には、図４の実施例と同様に、各励振電極３５，３６の中央にそれよりも小さい矩形の水晶素面領域を、該振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称に設ける。この水晶素面領域には、振動部３２の長手方向に延長する細い溝を、該振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関して対称に追加して形成する。この追加の溝は、同様に輪郭水晶振動片の周波数を粗調整する場合に適している。その場合、各励振電極３５，３６の外側の水晶素面領域３７，３８には、周波数微調整のために前記溝を形成することができる。
【００４４】
更に本発明は、上述したラーメモード及び幅縦振動モード以外の輪郭水晶振動片にも、同様に適用することができる。その場合、矩形平板の振動部には、その両面に励振電極を形成しない水晶素面領域を設け、かつ該水晶素面領域には、振動部の振動方向に対向する２辺に沿って延長する溝を、該振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称に形成する。この溝の本数、その幅、長さ、深さ及び位置を上述したように適当に選択することによって、基本的に振動部の輪郭寸法で決定される振動片の共振周波数を、所望の値又は範囲に調整することができる。
【００４５】
次に、本発明により輪郭水晶振動片を製造する工程を、複数の図１に示す輪郭水晶振動片を１枚の水晶ウエハから同時に形成する場合について説明する。先ず、従来と同様にフォトエッチング技術を用いて、水晶ウエハに複数の輪郭水晶振動片１の外形を加工する。前記水晶ウエハの表裏両面に電極材料を成膜し、これをウエットエッチングによりパターニングして、前記各輪郭水晶振動片の励振電極５，６、接続電極９，１０、及びそれらを接続する前記配線を形成する。これにより、前記水晶ウエハには、複数の輪郭水晶振動片１が形成される。
【００４６】
次に、前記水晶ウエハの各輪郭水晶振動片１の共振周波数を個別に粗調整する。そのために、前記各輪郭水晶振動片の周波数を個別に測定し、必要な周波数調整量を決定する。本発明によれば、前記各輪郭水晶振動片の水晶素面領域７，８に溝１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄを形成することにより、周波数粗調整を行う。前記溝は、上述した第１実施例と同様に、ドライエッチング又はウエットエッチングで形成することができる。前記溝の大きさ、本数、加工位置等は、周波数調整量によって適当に選択する。上述したように、周波数粗調整のための溝は、振動部２の内側に配置すると調整量を大きくとれるので、効率的である。
【００４７】
別の実施例では、前記水晶ウエハの全ての輪郭水晶振動片を一括して一様に周波数調整することができる。この場合には、前記水晶ウエハの表面にレジストマスクをパターニングし、これをウエットエッチングすることにより、前記溝を形成する。また、水晶素面領域への前記溝のウエットエッチングは、フォトリソグラフィ技術を用いることにより、その大きさや位置を精度良く制御することができる。更に、水晶ウエハに前記溝を正確に形成しておくと、それを目印として、その後の工程で溝の大きさや深さをレーザ加工等により変えることができる。
【００４８】
この後、各輪郭水晶振動片１を前記水晶ウエハから切断して個片化する。個片化した輪郭水晶振動片１は、例えば水晶振動子のパッケージにマウントする前に又はマウントした後に、再び周波数を測定し、その測定結果に応じて周波数の微調整を行う。本発明によれば、周波数の微調整は、周波数の粗調整と同様に、前記各輪郭水晶振動片の水晶素面領域７，８に溝１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄを形成することにより行う。周波数調整量によって、前記溝の大きさ、本数、加工位置等を適当に選択する。上述したように、周波数微調整のための溝は、振動部２の外側に配置すると調整量を小さくできるので、高精度な調整が可能となる。
【００４９】
このように周波数の微調整を行った輪郭水晶振動片は、水晶振動子のパッケージにマウントしかつ封止し、またパッケージへのマウント後に調整した場合は、パッケージを封止する。これにより、所望の周波数を有する水晶振動子が完成する。また、水晶振動子をマウントしたパッケージを、光透過性を有するガラス材料のリッドで封止すると、その後に外部からレーザ光の照射等により周波数調整を行うことができる。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。例えば、ラーメモードの輪郭水晶振動片の振動部は、１つの正方形からなる基本波モードであっても、複数以上の正方形を連ねた方形平板からなる高次モードのものであってもよい。また、本発明の輪郭水晶振動片は、１枚の水晶ウエハから複数個を同時に製造する場合だけでなく、個々の水晶基板に１つの輪郭水晶振動片を製造する場合にも同様に適用される。更に本発明は、水晶以外の圧電材料からなる輪郭振動片についても、同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（Ａ）図は本発明による輪郭水晶振動片の第１実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのＩ−Ｉ線における断面図。
【図２】（Ａ）図は第１実施例の変形例を示す平面図、（Ｂ）図はそのII−II線における断面図。
【図３】（Ａ）図は本発明による輪郭水晶振動片の第２実施例を示す平面図、（Ｂ）図はそのIII−III線における断面図。
【図４】（Ａ）図は第２実施例の変形例を示す平面図、（Ｂ）図はそのIV−IV線における断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１，２１，３１，５１…輪郭水晶振動片、２，３２…振動部、２ａ〜２ｄ，３２ａ，３２ｂ…辺、３ａ，３ｂ，３３ａ，３３ｂ…接続部、４、３４…支持部、５，６，２２，２３，３５，３６，５２，５３…励振電極、７，８，２４，２５，３７，３８，５４，５５…水晶素面領域、９，１０，３９，４０…接続電極、１１ａ〜１１ｄ，１２ａ〜１２ｄ，２６，２７，４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，５６，５７…溝。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形平板の振動部と支持部と前記振動部を前記支持部に結合する接続部とを圧電基板から一体に形成した輪郭圧電振動片において、
前記振動部が、その表裏両面に所望の輪郭振動を励振するための励振電極と、その少なくとも一方の面に前記励振電極を形成していない前記圧電基板の素面領域とを有し、
前記素面領域には、周波数を調整するための溝が、前記輪郭振動の方向に対向する前記振動部の２辺に沿って延長し、かつ前記振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称をなすように形成されていることを特徴とする輪郭圧電振動片。
【請求項２】
前記素面領域が前記励振電極の外側に前記振動部の周辺との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の輪郭圧電振動片。
【請求項３】
前記素面領域が前記振動部の中央に設けられ、前記素面領域の外側に前記励振電極が形成されることを特徴とする請求項１に記載の輪郭圧電振動片。
【請求項４】
ラーメモードの輪郭振動を行うように、前記振動部が単一の正方形又は複数の正方形を連ねた長方形をなし、前記正方形の両面にそれと同心に前記励振電極が形成され、前記溝が前記正方形の対向する一方又は他方の２辺に沿って延長するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の輪郭圧電振動片。
【請求項５】
幅縦振動モードの輪郭振動を行うように、前記振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関して対称に前記励振電極が形成され、前記溝が前記振動部の対向する長手方向の２辺に沿って延長するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の輪郭圧電振動片。
【請求項６】
前記素面領域が前記振動部の表裏各面に設けられ、前記振動部表裏各面の前記溝が対称に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の輪郭圧電振動片。
【請求項７】
矩形平板の振動部と支持部とそれらを接続する接続部とを一体に備える輪郭圧電振動片の外形を圧電基板から加工する工程と、
前記振動部の表裏両面に所望の輪郭振動を励振するための励振電極を、前記振動部の少なくとも一方の面に前記励振電極を形成していない前記圧電基板の素面領域を設けるように形成する工程と、
前記素面領域に前記輪郭振動の方向に対向する前記振動部の２辺に沿って延長する溝を前記振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称をなすように形成することにより、前記輪郭水晶振動片の周波数を調整する工程とを有することを特徴とする輪郭圧電振動片の製造方法。
【請求項８】
前記素面領域を前記励振電極の外側に前記振動部の周辺との間に設け、前記素面領域に前記溝を形成することにより、前記輪郭水晶振動片の周波数を微調整することを特徴とする請求項７に記載の輪郭圧電振動片の製造方法。
【請求項９】
前記素面領域をその外側に前記励振電極が配置されるように前記振動部の中央に設け、前記素面領域に前記溝を形成することにより、前記輪郭水晶振動片の周波数を粗調整することを特徴とする請求項７又は８に記載の輪郭圧電振動片の製造方法。
【請求項１】
矩形平板の振動部と支持部と前記振動部を前記支持部に結合する接続部とを圧電基板から一体に形成した輪郭圧電振動片において、
前記振動部が、その表裏両面に所望の輪郭振動を励振するための励振電極と、その少なくとも一方の面に前記励振電極を形成していない前記圧電基板の素面領域とを有し、
前記素面領域には、周波数を調整するための溝が、前記輪郭振動の方向に対向する前記振動部の２辺に沿って延長し、かつ前記振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称をなすように形成されていることを特徴とする輪郭圧電振動片。
【請求項２】
前記素面領域が前記励振電極の外側に前記振動部の周辺との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の輪郭圧電振動片。
【請求項３】
前記素面領域が前記振動部の中央に設けられ、前記素面領域の外側に前記励振電極が形成されることを特徴とする請求項１に記載の輪郭圧電振動片。
【請求項４】
ラーメモードの輪郭振動を行うように、前記振動部が単一の正方形又は複数の正方形を連ねた長方形をなし、前記正方形の両面にそれと同心に前記励振電極が形成され、前記溝が前記正方形の対向する一方又は他方の２辺に沿って延長するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の輪郭圧電振動片。
【請求項５】
幅縦振動モードの輪郭振動を行うように、前記振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関して対称に前記励振電極が形成され、前記溝が前記振動部の対向する長手方向の２辺に沿って延長するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の輪郭圧電振動片。
【請求項６】
前記素面領域が前記振動部の表裏各面に設けられ、前記振動部表裏各面の前記溝が対称に設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の輪郭圧電振動片。
【請求項７】
矩形平板の振動部と支持部とそれらを接続する接続部とを一体に備える輪郭圧電振動片の外形を圧電基板から加工する工程と、
前記振動部の表裏両面に所望の輪郭振動を励振するための励振電極を、前記振動部の少なくとも一方の面に前記励振電極を形成していない前記圧電基板の素面領域を設けるように形成する工程と、
前記素面領域に前記輪郭振動の方向に対向する前記振動部の２辺に沿って延長する溝を前記振動部の長手方向及び幅方向の中心軸に関してそれぞれ線対称をなすように形成することにより、前記輪郭水晶振動片の周波数を調整する工程とを有することを特徴とする輪郭圧電振動片の製造方法。
【請求項８】
前記素面領域を前記励振電極の外側に前記振動部の周辺との間に設け、前記素面領域に前記溝を形成することにより、前記輪郭水晶振動片の周波数を微調整することを特徴とする請求項７に記載の輪郭圧電振動片の製造方法。
【請求項９】
前記素面領域をその外側に前記励振電極が配置されるように前記振動部の中央に設け、前記素面領域に前記溝を形成することにより、前記輪郭水晶振動片の周波数を粗調整することを特徴とする請求項７又は８に記載の輪郭圧電振動片の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２３６４４０（Ｐ２００８−２３６４４０Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−７３７６３（Ｐ２００７−７３７６３）
【出願日】平成１９年３月２１日（２００７．３．２１）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２日（２００８．１０．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２１日（２００７．３．２１）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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