JP2018125655A - 音叉型振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】音叉型振動子の周波数変動を抑制する。
【解決手段】外部からの衝撃によって、腕部１１，１２の先端が、ベース４の底面に当接して破損するのを防止するために、ベース４には、腕部１１，１２の先端以外の当接部１１ｂ，１２ｂに当接する枕部９が突設され、腕部１１の前記枕部９に当接する当接部１１ｂ，１２ｂは、電極が形成されていない無電極領域２１，２１とされ、枕部９との当接によって、電極が削れて周波数の変動が生じるのを防止している。
【選択図】図６

Description

本発明は、各種電子機器のクロック源などに用いられる音叉型振動子に関する。

音叉型振動子は、特にクロック源として時計を含む各種電子機器に発振回路と共に内蔵される。

かかる音叉型振動子では、パッケージ内に片持ち支持された音叉型振動片が、外部からの衝撃によって厚さ方向に撓んだときに、音叉型振動片の腕部の、損傷によって最も周波数が変動する先端が、パッケージの底面に当接して大きな衝撃が加わって損傷する虞がある。

このため、例えば、特許文献１では、パッケージの底面に枕部を設け、衝撃で音叉型振動片が撓んだ際に、前記枕部に、腕部の先端に至る途中の部分が当接することによって、腕部の先端がパッケージの底面に当たって損傷するのを防止するようにしている。

特許第５１７５１２８号公報

近年では、各種電子機器の小型化に伴い、内蔵される音叉型振動子には、平面視矩形の外形寸法が、例えば１．２ｍｍ×１．０ｍｍ以下、厚さが０．３５ｍｍ以下といった超小型、薄型のものが求められるようになっている。

このような超小型、薄型の音叉型振動子では、上記のようにパッケージの底面に枕部を設けたものであっても、外部衝撃等によって、周波数変動を生じる場合がある。

本発明は、上記のような点に鑑みて為されたものであって、周波数変動を抑制した良好な耐衝撃性を有する音叉型振動子を提供することを目的とする。

本件発明者らは、周波数変動を抑制するために、鋭意研究した結果、従来、腕部の先端部の全周に亘って形成されている腕先電極が、外部からの衝撃によって、パッケージ底面の枕部に当接することによって、部分的に削れ、これによって、周波数の変動が生じるとの知見を得て、本発明を完成した。

すなわち、本発明の音叉型振動子は、基部と該基部から延出する複数の腕部とを有する音叉型振動片と、前記音叉型振動片が収納されるパッケージとを備え、前記音叉型振動片は、前記基部が前記パッケージの収納部の電極に接合され、前記パッケージの収納部の底面には、前記音叉型振動片の自由端側である前記腕部が、前記底面側へ撓んだときに、前記腕部の先端以外の部分である当接部に当接して前記先端が、前記底面に当接するのを阻止する枕部が突設されている音叉型振動子であって、前記腕部の前記枕部に当接する前記当接部は、電極が形成されていない、振動片の素地が露出した無電極領域である。

前記無電極領域は、前記腕部の少なくとも前記当接部を含んで前記腕部の先端まで延びていてもよい。

本発明によると、外部からの衝撃によって、音叉型振動片が、厚さ方向に撓んだときに、自由端である腕部の先端は、腕部の前記先端に至る途中の当接部が、パッケージの底面に突設された枕部に当接することによって、パッケージの底面に当接するのが阻止されるので、損傷によって最も周波数変動が大きい腕部の前記先端が損傷するのを防止することができる。

更に、腕部の、パッケージの底面の枕部に当接する当接部は、電極が形成されていない無電極領域であるので、枕部との当接によって、電極が削れたりすることがなく、これによって、外部からの衝撃による周波数の変動を抑制することができる。

また、本発明の音叉型振動子は、基部と該基部から延出する複数の腕部とを有する音叉型振動片と、前記音叉型振動片が収納されるパッケージとを備え、前記音叉型振動片は、前記基部が前記パッケージの収納部の電極に接合され、前記パッケージの収納部の底面には、前記音叉型振動片の自由端側である前記腕部が、前記底面側へ撓んだときに、前記腕部の先端以外の部分である当接部に当接して前記先端が、前記底面に当接するのを阻止する枕部が突設されている音叉型振動子であって、前記腕部の前記枕部に当接する前記当接部には、前記枕部との当接による衝撃を緩衝する緩衝部が設けられる。

本発明によると、外部からの衝撃によって、音叉型振動片が、厚さ方向に撓んだときに、自由端である腕部の先端は、腕部の前記先端に至る途中の当接部がパッケージの底面に突設された枕部に当接することによって、パッケージの底面に当接するのが阻止されるので、損傷によって最も周波数変動が大きい腕部の前記先端が損傷するのを防止することができる。

更に、腕部の、パッケージの底面の枕部に当接する当接部には、衝撃を緩衝する緩衝部が設けられるので、枕部と緩衝部とが当接してその衝撃が緩衝され、電極が削れたりすることがなく、これによって、外部からの衝撃による周波数の変動を抑制することができる。

前記緩衝部は、金属膜からなるのが好ましく、金属膜の厚みは、１μｍ以上であるのが好ましい。

この構成によれば、緩衝部は１μｍ以上の厚みの金属膜からなるので、枕部との当接による衝撃を十分に緩衝することができる。

前記基部には、前記音叉型振動片を、前記パッケージの収納部の前記電極に接合するための金属バンプが形成されており、前記金属膜と前記金属バンプが同じ材質からなるのが好ましい。

この構成によれば、前記金属膜と前記金属バンプとを同一の工程で形成することができる。

前記腕部の表裏主面の一方の主面の先端側の領域には、周波数調整用金属膜が形成されており、前記当接部は、前記腕部の表裏主面の他方の主面にあるのが好ましい。

前記周波数調整用金属膜が形成されている前記先端側の領域の腕部の幅は、前記先端側の領域以外の腕部の幅より広いのが好ましい。

この構成によれば、周波数調整用金属膜の形成領域を幅方向に広くできるので、超小型の音叉型振動片であっても周波数調整量を多く確保することができる。

前記底面の前記枕部は、片持ち支持された前記音叉型振動片の前記腕部の幅広の前記先端側の領域に対向するように、前記腕部の延出方向に直交する方向に延びているのが好ましい。

この構成によれば、音叉型振動片の基部を、パッケージの収納部の電極に接合させてパッケージに搭載する際に、基部の幅方向で搭載にばらつきが生じても、腕部の幅広の領域に対向するように延びている枕部を、音叉型振動片が撓んだときに、当接させることができる。

本発明によれば、外部からの衝撃によって、音叉型振動片が、厚さ方向に撓んだときに、自由端である腕部の先端は、腕部の前記先端に至る途中の当接部がパッケージの底面に突設された枕部に当接することによって、パッケージの底面に当接するのが阻止されるので、最も周波数変動が大きい腕部の前記先端が損傷するのを防止することができる。

更に、腕部の、パッケージの底面の枕部に当接する当接部は、電極が形成されていない無電極領域とされ、あるいは、前記当接部には、当接による衝撃を緩衝する緩衝部が設けられるので、枕部との当接によって、電極が削れたりすることがなく、これによって、外部からの衝撃による周波数の変動を抑制し、良好な耐衝撃性を有する音叉型振動子を得ることができる。

図１は本発明の一実施形態に係る音叉型水晶振動子の概略断面図である。 図２は図１の音叉型水晶振動子の蓋体を外した状態の平面図である。 図３は音叉型水晶振動片の一方の主面側を示す図である。 図４は音叉型水晶振動片の他方の主面側を示す図である。 図５は音叉型水晶振動片に対するレーザービームの照射による周波数の粗調整を説明するための図である。 図６はパッケージ内に収納された音叉型水晶振動片の先端部付近を示す概略断面図である。 図７は電極形成工程、錘付け工程、及び、レーザー加工工程の目標周波数を説明するための図である。 図８は従来例の図７に対応する図である。 図９は本発明の他の実施形態の図４に対応する図である。 図１０は図９の実施形態の図６に対応する概略断面図である。 図１１は本発明の更に他の実施形態を示す図である。 図１２は本発明の他の実施形態の音叉型水晶振動片の外形図である。 図１３は本発明の更に他の実施形態の音叉型水晶振動片の外形図である。 図１４は本発明の他の実施形態の音叉型水晶振動片の外形図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の一実施形態に係る音叉型水晶振動子の概略断面図であり、図２は、図１の蓋体５を外した状態の平面図であり、図３は、音叉型水晶振動片３の一方の主面側を示す図であり、図４は、音叉型水晶振動片３の他方の主面側を示す図である。図３では、説明の便宜上、音叉型水晶振動片３は、レーザービームの照射によって周波数調整用金属膜１９，２０の一部が除去される前の状態を示している。また、図２では、レーザービームの照射によって周波数調整用金属膜１９，２０の一部が除去されて水晶２６の素地が露出している状態が示されている。

この実施形態の音叉型水晶振動子１は、セラミック等からなるパッケージ２内に、音叉型水晶振動片３が収納されている。パッケージ２は、パッケージ本体としてのベース４と蓋体５とが、封止部材６を介して接合されている。具体的には、上部が開口したベース４の一対の電極パッド７，７上に、音叉型水晶振動片３が接合材としての一対の金属バンプ８，８を介して接合され、ベース４の開口を封止するように、板状の蓋体５を接合した構成となっている。接合材としては、金属バンプ８に限らず、導電性樹脂接着剤、ろう材などを用いてもよい。

この実施形態の音叉型水晶振動子１の公称周波数は３２．７６８ｋＨｚとなっている。なお、公称周波数は一例であり、他の周波数にも適用可能である。

パッケージ２のベース４は、セラミック材料やガラス材料からなる絶縁性の容器体である。本実施形態では、ベース４は、セラミック材料からなり、焼成によって形成されている。ベース４は、周囲に周壁部４ａを有し、上部が開口した断面視凹形状で、ベース４の内部は、音叉型水晶振動片３の収納部となっている。ベース４の長手方向（図１，図２の左右方向）の一端側の底面には、一対の上記電極パッド７，７が形成されており、配線パターン（図示せず）を介してベース４の裏面の図示しない端子電極に電気的に接続されている。ベース４の長手方向の他端側の底面には、外部からの衝撃によって、片持ち支持された音叉型水晶振動片３が、ベース４の底面側に撓んだ際に、自由端側である音叉型水晶振動片３の先端が、ベース４の底面に当接して損傷するのを防止するための枕部９が、ベース４の長手方向に直交する方向（図２の上下方向）に延びるように設けられている。

蓋体５は、例えば金属材料やセラミック材料、ガラス材料などからなり、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この実施形態では、蓋体５は、金属材料からなる。

この実施形態の音叉型水晶振動子１は、超小型、薄型の音叉型水晶振動子であり、そのパッケージ２の平面視矩形の外形寸法は、例えば１．２ｍｍ×１．０ｍｍであり、蓋体５を含む厚さ（高さ）は、例えば、０．３５ｍｍである。

なお、本発明は、当該外形寸法に限定されるものではなく、例えば、音叉型水晶振動子のパッケージの平面視矩形の外形寸法が、例えば２．０ｍｍ×１．６ｍｍや、１．６ｍｍ×１．０ｍｍであってもよく、蓋体５を含む厚さが、例えば、０．４５ｍｍであってもよい。

この実施形態では、図１に示されるベース４の底部の厚みｔ１は、例えば０．０９ｍｍであって、ベース４の周壁部４ａの厚み（高さ）ｔ２は、例えば０．１５ｍｍであって、かかるベース４の凹部内に、厚みが、例えば０．０８ｍｍ程度の音叉型水晶振動片３が収納されるので、パッケージ２内の音叉型水晶振動片３の上下のクリアランスは、例えば０．０３５ｍｍ程度となる。

音叉型水晶振動片３は、図示しない１枚の水晶ウェハから成形され、音叉型水晶振動片３の外形は、フォトリソグラフィ技術（フォトリソ工法）を用いて、レジストまたは金属膜をマスクとして例えばウェットエッチングによって一括して多数成形される。

音叉型水晶振動片３は、図３、図４に示すように、基部１０と、基部１０の一方の端面側から平行に延出された振動部である一対の第１，第２腕部１１，１２とを備える。基部１０は、第１，第２腕部１１，１２の延出方向とは逆方向に延びて、ベース４に接合される接合部１３を含んでいる。この実施形態の接合部１３は、第１，第２腕部１１，１２の延出方向とは逆方向に延びて、更に、前記延出方向に直交する方向の一方（図３では右方）へ延びている。

一対の第１，第２腕部１１，１２は、その先端部１１ａ，１２ａが、他の部分に比べて、各腕部１１，１２の延出方向に直交する方向、すなわち、幅方向（図３，図４の左右方向）に広く形成されており、図３に示すように、その幅はＷ１である。ベース４の底面の枕部９は、図２に示されるように、第１，第２腕部１１，１２の先端部１１ａ，１２ａの幅Ｗ１の幅広領域に対向するように突設されている。この枕部９の突出高さ、すなわち、厚みは、例えば０．０１ｍｍである。

また、第１，第２腕部１１，１２には、図３及び図４に示される両主面に、各腕部１１，１２の延出方向に沿って延びる各溝部１４，１４が、それぞれ形成されている。

音叉型水晶振動片３には、２つの第１励振電極１５及び第２励振電極１６と、これら各励振電極１５，１６を、ベース４の電極パッド７，７にそれぞれ電気的に接続させるために、各励振電極１５，１６からそれぞれ引き出された引出電極１７，１８とが設けられている。２つの第１，第２励振電極１５，１６の一部は、両主面の溝部１４，１４の内部に形成されている。

第１励振電極１５は、第１腕部１１の溝部１４を含む両主面と第２腕部１２の両側面に形成されており、上記引出電極１７に共通接続されている。同様に、第２励振電極１６は、第２腕部１２の溝部１４を含む両主面と第１腕部１１の両側面に形成されており、上記引出電極１８に共通接続されている。

また、図３に示される一方の主面側の第１腕部１１及び第２腕部１２の先端部１１ａ，１２ａの幅広領域には、腕先電極２５，２４がそれぞれ形成されている。先端部１１ａに形成された腕先電極２５は、第１腕部１１の両側面に形成された第２励振電極１６に接続されており、先端部１２ａに形成された腕先電極２４は、第２腕部１２の両側面に形成された第１励振電極１５に接続されている。

この実施形態では、後述のように、外部からの衝撃による周波数の変動を抑制するために、図４に示されるように、ベース４の底面に対向する他方の主面側における、第１腕部１１及び第２腕部１２の先端部１１ａ，１２ａの幅広領域には、基部１０側の一部を除いて腕先電極２４，２５は、形成されておらず、水晶の素地が露出した無電極領域２１，２１としている。

図３に示される一方の主面側の幅広の各先端部１１ａ，１２ａの腕先電極２５，２４上には、レーザービームなどのビーム照射によって金属膜の質量削減を行うことで音叉型水晶振動片３の周波数を粗調整するための周波数調整用金属膜１９，２０が、各腕先電極２５，２４に比べて若干小さな面積で形成されている。周波数調整用金属膜１９，２０は、各腕部１１，１２の先端、すなわち、幅広の各先端部１１ａ，１２ａの先端までそれぞれ延びている。

音叉型水晶振動片３の第１，第２励振電極１５，１６、引出電極１７，１８及び腕先電極２４，２５は、金属蒸着によって各腕部１１，１２上にクロム層が形成され、このクロム層上に金属、例えば金が形成されて構成される薄膜である。この薄膜は、真空蒸着法やスパッタリング法等の手法により基板全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成される。なお、第１，第２励振電極１５，１６、引出電極１７，１８及び腕先電極２４，２５は、クロム、金に限らず、クロム、銀などであってもよい。

各腕部１１，１２の各先端部１１ａ，１２ａにそれぞれ形成された周波数調整用金属膜１９，２０は、例えば、電解めっき法などの手法によりめっき形成され、これらの金属膜１９，２０をめっき形成する際には、後述の金属バンプ８と同じ工程で同時に形成するのが好ましい。本実施形態では、周波数調整用金属膜１９，２０として金（Ａｕ）が使用されている。

図４に示される他方の主面側の接合部１３には、ベース４の各電極パッド７，７との接合部位となる、例えば金からなる２つの金属バンプ８，８が形成される。具体的には、一方の金属バンプ８は、第１接合部１３ｂの、第１励振電極１５から引き出された引出電極１７上に形成され、他方の金属バンプ８は、第２接合部１３ａの、第２励振電極１６から引き出された引出電極１８上に形成される。基部１０の一部を構成する接合部１３は、ベース４の各電極パッド７，７に接合されて、音叉型水晶振動片３を支持する支持部として機能する。金属バンプ８，８の平面視形状は、楕円形であるが、円形状、あるいは、長方形や正方形を含む多角形状のものなどであってもよい。この金属バンプ８，８は、電解めっき法などの手法によりめっき形成する。

上記のように、周波数調整用金属膜１９，２０が形成された第１，第２腕部１１，１２の先端部１１ａ，１２ａの幅Ｗ１は、他の部分の幅Ｗ２に比べて幅方向に広く形成されており、この実施形態では、他の部分の幅の、例えば３倍以上となっている。

このように周波数調整用金属膜１９，２０が形成された第１，第２腕部１１，１２の先端部１１ａ，１２ａが、幅広であるのは次の理由による。

音叉型水晶振動子の周波数は、音叉型水晶振動片の腕部の長さの二乗に反比例し、腕部の幅に比例する。したがって、音叉型水晶振動子の超小型化を図るために、音叉型振動片の腕部の長さを短くしようとすると、周波数が大きくなるので、それを抑制するためには、腕部の先端側の周波数調整用の錘部となる金属膜の形成領域を大きくしなればならない。なお、腕部の幅を狭くして、周波数が大きくなるのを抑制することも考えられるが、腕部の幅を狭くすると、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が非常に悪くなる。

このため、ＣＩ値を悪化させずに、音叉型水晶振動子の超小型化を図ろうとすると、片持ち支持された音叉型水晶振動片の錘部となる周波数調整用金属膜が形成される先端部が大きくなり、腕部の長さを短くしようとすると、上記のように幅広となる。

このように音叉型水晶振動片の腕部の先端部が大きくなると、外部からの衝撃によって撓み易くなる。

更に、音叉型水晶振動子の薄型化を図ろうとすると、パッケージ内の音叉型水晶振動片の上下のクリアランスが小さくなる。

したがって、従来の超小型で薄型の音叉型水晶振動子では、ベースの底面に、枕部を突設し、外部からの衝撃によって、片持ち支持された音叉型水晶振動片が撓んだときに、自由端である振動腕の先端に至る途中の当接部が、枕部に当接することによって、振動腕の、損傷によって最も周波数が変動する先端が、ベースの底面に当接しないようにしているが、耐衝撃試験を行うと、周波数がプラス側へ変動する場合があり、耐衝撃性が十分でない。

本件発明者らは、耐衝撃試験によって、周波数のプラス側の変動が認められた音叉型水晶振動子のパッケージを開封し、音叉型水晶振動片を外して観察したところ、音叉型水晶振動片が撓んだときに、枕部に当接する、腕部の先端部の腕先電極が部分的に削れていることを確認した。

そこで、この実施形態では、上記のように、ベース４の底面に対向する他方の主面側において、図４に示されるように、第１腕部１１及び第２腕部１２の先端部１１ａ，１２ａの幅広領域には、基部１０側の一部を除いて腕先電極２４，２５は、形成されておらず、水晶の素地が露出した無電極領域２１，２１としている。

上記のように、音叉型水晶振動片３の一方の主面側に形成された周波数調整用金属膜１９，２０は、レーザービームなどのビーム照射によってその一部が除去されて周波数の粗調整が行われる。

図５は、レーザービーム照射による周波数の粗調整を説明するための図である。この図５では、両腕部１１，１２の内、第１腕部１１の先端部１１ａの周波数調整用金属膜１９に対するレーザービームの照射の状態を代表的に示しているが、第２腕部１２の先端部１２ａの周波数調整用金属膜２０に対するレーザービームの照射も同様である。

このレーザービームの照射は、水晶ウェハ状態の各々の音叉型水晶振動片３の他方の主面側にレーザービーム照射源（図示せず）を対向させて、一方の主面側の周波数調整用金属膜１９を除去するようにしている。

このレーザービームの照射は、質量の減少による周波数の上昇が最も大きい先端側（図５の右側）から、第１腕部１１の幅方向（図５の紙面に垂直方向）に沿って走査が開始され、第１腕部１１の基部１０側（図５の左側）へ向かって順次移動させて走査される。

照射されたレーザービームは、水晶ウェハ状態の各々の音叉型水晶振動片３の他方の主面側から音叉型水晶振動片３の内部の水晶２６を透過して、反対側の一方の主面側に形成された周波数調整用金属膜１９に至り、一方の主面側の腕先電極２５及び周波数調整用金属膜１９が除去される。

このように周波数調整用金属膜１９に対して、レーザービームを、上方から音叉型水晶振動片３の内部の水晶２６を通り抜けるように照射して、一方の主面側のみに形成された周波数調整用金属膜１９を除去するので、周波数調整用金属膜１９の金属屑が、周波数調整用金属膜１９から遠ざかるように下方へ飛散し、音叉型水晶振動片３へ再付着するのを防止することができる。なお、周波数調整用金属膜に対して、レーザービームを、下方から音叉型水晶振動片の内部の水晶を通り抜けるように照射してもよい。この実施形態では、レーザービームとしてグリーンレーザーを用いているが、ＹＡＧレーザーや他の波長を有するレーザーを使用してもよい。
水晶ウェハの状態で、レーザービームの照射によって周波数の粗調整がされた多数の音叉型水晶振動片３は、水晶ウェハから個片の音叉型水晶振動片３としてそれぞれ分離され、パッケージ２のベース４の電極パッド７に接合されて実装される。なお、音叉型水晶振動片３を、パッケージ２のベース４の電極パッド７に接合させた状態で、最終の周波数微調整が行われるが、周波数調整用金属膜１９，２０は、周波数微調整が行われる一方の主面側のみに形成されているので、効率的であると共に、金属の使用量を低減することができる。

図６はパッケージ２内に収納された状態の音叉型水晶振動片３の先端部付近を示す概略断面図である。この図６では、両腕部１１，１２の内、第１腕部１１の先端部１１ａを代表的に示しているが、第２腕部１２の先端部１２ａも同様である。

音叉型水晶振動片３は、パッケージ２内に収納された状態では、一方の主面側に形成された周波数調整用金属膜１９が、蓋体５の内面に対向し、他方の主面側が、ベース４の底面に対向する。

外部からの衝撃によって、片持ち支持された音叉型水晶振動片３がベース４の底面側に撓んだときには、ベース４の底面の枕部９に、第１腕部１１の先端以外の部分である当接部１１ｂが当接することによって、第１腕部１１の幅広の先端部１１ａの先端が、ベース４の底面に当接して損傷するのを防止している。同様に、第２腕部１２の当接部１２ｂ（図示せず）も、音叉型水晶振動片３がベース４の底面側に撓んだときに、枕部９に当接することによって、第２腕部１２の幅広の先端部１２ａの先端が、ベース４の底面に当接して損傷するのを防止している。

更に、図６に示すように第１腕部１１の先端部１１ａの他方の主面側に設けられる無電極領域２１は、外部からの衝撃によって、片持ち支持された音叉型水晶振動片３がベース４の底面側に撓んだときに、枕部９に当接する第１腕部１１の当接部１１ｂを少なくとも含むと共に、第１腕部１１の幅広の先端部１１ａの先端まで延びている。同様に、第２腕部１２の先端部１２ａの無電極領域２１も、音叉型水晶振動片３が撓んだときに、枕部９に当接する第２腕部１２の当接部１２ｂを少なくとも含むと共に、第２腕部１２の幅広の先端部１２ａの先端まで延びている。

このようにベース４の底面の枕部９に当接する第１，第２腕部１１，１２の当接部１１ｂ，１２ｂは、腕先電極が形成されていない無電極領域２１，２１であるので、枕部９との当接によって、腕先電極が削れることがなく、これによって、外部からの衝撃による周波数が、プラス側へ変動するのを抑制することができる。

なお、無電極領域２１は、枕部９に当接する第１，第２腕部１１，１２の当接部１１ｂ，１２ｂのみならず、第１，第２腕部１１，１２の先端まで延びて形成されたが、当接部１１ｂ，１２ｂのみ無電極領域としてもよい。

この実施形態では、外部からの衝撃によって、音叉型水晶振動片３が、ベース４の底面側に撓んだときに、ベース４の底面の枕部９に、各腕部１１，１２の当接部１１ｂ，１２ｂが当接することによって、各腕部１１，１２の先端が、ベース４の底面に当接して損傷するのを防止するのに加えて、音叉型水晶振動片３が、蓋体５側へ撓んだときに、各腕部１１，１２の幅広の先端部１１ａ，１２ａの先端が、蓋体５の内面に当接して損傷するのを防止している。

すなわち、この実施形態では、レーザービームの照射によって、その一部が除去された周波数調整用金属膜１９，２０は、蓋体５の内面に対向し、外部からの衝撃によって、音叉型水晶振動片３の各腕部１１，１２が、蓋体５側へ撓んだときに、蓋体５の内面に当接し、これによって、各腕部１１，１２の幅広の先端部１１ａ，１２ａの先端が、蓋体５の内面に当接するのを阻止している。

このため、周波数調整用金属膜１９，２０の厚みを厚くし、例えば９μｍ以上の厚さとしている。この実施形態では、周波数調整用金属膜１９，２０は、上記のようにめっきによって形成され、その膜厚は、例えば１０μｍ程度としている。

水晶ウェハ状態の各音叉型水晶振動片３の周波数を、所要の周波数範囲内に収めるために行われるレーザービームの照射による周波数の粗調整では、周波数調整用金属膜１９，２０の除去量は、各音叉型水晶振動片３で異なることになるが、この実施形態では、レーザービームの照射による粗調整が行われた後に、周波数調整用金属膜１９，２０が、腕部１１，１２の長手方向（図６の左右方向）に沿って、周波数調整用金属膜の形成領域の長手方向の半分を超えて残存するようにしている。

すなわち、粗調整が行われた後の図６に示される周波数調整用金属膜１９，２０の長手方向の長さＬ２は、粗調整が行われる前の図５に示される周波数調整用金属膜１９，２０の長手方向の長さをＬ１とすると、
Ｌ２＞０．５Ｌ１
としている。

この実施形態では、上記Ｌ１は、例えば０．２ｍｍであり、したがって、上記Ｌ２は、例えば０．１ｍｍを超える長さとなる。

このようにレーザービームの照射によって、除去される周波数調整用金属膜１９，２０は、その長手方向に沿う長さＬ１の半分以下である、すなわち、周波数調整用金属膜１９，２０は、その長手方向に沿う長さＬ１の半分を超えて残存するので、音叉型水晶振動片３の各腕部１１，１２が、蓋体５側へ撓んだときに、残存する周波数調整用金属膜１９，２０が、蓋体５の内面に当接し、これによって、各腕部１１，１２の幅広の先端部１１ａ，１２ａの先端が、蓋体５の内面に当接するのが阻止され、各腕部１１，１２の先端が損傷しないようにしている。

また、周波数調整用金属膜１９，２０は、その厚さｔが、例えば９μｍ以上と厚いので、周波数調整用金属膜１９，２０が、蓋体５の内面に当接したときの衝撃を緩和することができる。

また、上記のように、粗調整が行われた後の周波数調整用金属膜１９，２０の長手方向の長さＬ２が、例えば０．１ｍｍを超えるので、周波数調整用金属膜１９，２０の除去された部分の先端からの長さｄは、例えば０．１ｍｍ以下となる。なお、周波数調整用金属膜１９，２０のレーザービームの照射によって除去された部分の長さｄは、上記のように、音叉型水晶振動片毎に異なり、ｄ＝０の場合もある。

ここで、図３に示す音叉型水晶振動片３の長さをＬとすると、この実施形態では、Ｌは、例えば０．９ｍｍである。

したがって、音叉型水晶振動片３の長さＬに対する、周波数調整用金属膜１９，２０のレーザービームの照射によって除去された部分の長さｄの比は、ｄが０．１ｍｍ以下であるので、
ｄ／Ｌ≦０．１／０．９＝０．１１
すなわち、
ｄ／Ｌ≦０．１１
となる。

また、周波数調整用金属膜１９，２０の厚さをｔ、蓋体５の内面から腕部１１の周波数調整用金属膜１９，２０が形成されていない部分までの間隔をＨとすると、この実施形態では、間隔Ｈは、例えば３５μｍであり、周波数調整用金属膜１９，２０の厚さｔは、例えば９μｍ以上、１５μｍ以下であるのが好ましい。

したがって、前記間隔Ｈに対する、周波数調整用金属膜１９，２０の厚さｔの比ｔ／Ｈは、
９／３５＝０．２５７
１５／３５＝０．４２９
となり、
好ましい範囲は、
０．２５≦ｔ／Ｈ≦０．４３
となる。

すなわち、前記間隔Ｈに対する、周波数調整用金属膜１９，２０の厚さｔの比は、０．２５以上、０．４３以下であるのが好ましい。

なお、周波数調整用金属膜１９，２０の厚さｔが、９μｍ未満になると、外部からの衝撃によって、音叉型水晶振動片３の各腕部１１，１２が、蓋体５側へ撓んだときに、残存する周波数調整用金属膜１９，２０が、蓋体５の内面に当接する前に、各腕部１１，１２の幅広の先端部１１ａ，１２ａの先端が、蓋体５の内面に当接して前記先端が損傷することがある。また、周波数調整用金属膜１９，２０が、蓋体５の内面に当接したときの衝撃を十分に緩衝することができない。

また、周波数調整用金属膜１９，２０の厚さｔが、１５μｍを超えると、外部から僅かな衝撃が加わっただけで、残存する周波数調整用金属膜１９，２０が金属製の蓋体５に接触してしまう虞がある。

上記のように、レーザービームの照射によって、除去される周波数調整用金属膜１９，２０の長手方向に沿う長さを、半分以下にするために、この実施形態では、水晶ウェハの状態、すなわち、水晶ウェハに複数の音叉型振動片が一体的に連結された状態で、音叉型振動片の基部及び該基部から延出する複数の腕部に電極を形成する電極形成工程における第１目標周波数を、従来の第１目標周波数よりも高くしている。

図７は、この実施形態における電極形成工程、周波数調整用金属膜１９，２０を形成する錘付け工程、及び、レーザービームの照射による周波数の粗調整（レーザー加工）工程の目標周波数を説明するための図であり、図８は、従来例の図７に対応する図であり、横軸は周波数を、縦軸は度数を示している。

この実施形態では、水晶ウェハに複数の音叉型振動片が一体的に連結された状態で、音叉型振動片の基部及び該基部から延出する複数の腕部に電極を形成する電極形成工程における図７に示される第１目標周波数ｆｏ１を、図８に示される従来例の電極形成工程における図８に示される第１目標周波数ｆｏ１´よりも高い周波数としている。

音叉型水晶振動片３の各腕部１１，１２の先端部１１ａ，１２ａに周波数調整用金属膜１９，２０を形成する錘付け工程における図７に示される第２目標周波数ｆｏ２は、従来例の錘付け工程における図８に示される第２目標周波数ｆｏ２と同じである。

したがって、音叉型水晶振動片３の各腕部１１，１２の先端部１１ａ，１２ａに周波数調整用金属膜１９，２０を形成する錘付け工程における周波数調整用金属膜１９，２０の形成量（錘付け量）は、従来例に比べて多い。

錘付け工程後のレーザービームの照射による周波数の粗調整工程における第３目標周波数ｆｏ３は、上記公称周波数３２．７６８ｋＨｚであり、従来例のレーザービームの照射による周波数の粗調整工程における図８に示される第３目標周波数ｆｏ３と同じである。

したがって、レーザービームの照射による周波数の粗調整工程における周波数調整用金属膜１９，２０の除去量は、従来例と略同じである。

レーザービームの照射によって周波数の粗調整がされた水晶ウェハ状態の多数の音叉型水晶振動片３は、水晶ウェハから折り取られて個々の音叉型水晶振動片３に分離され、パッケージ２のベース４の電極パッド７に、音叉型水晶振動片３の金属バンプ８が接合されてベース２内に収容され、蓋体５で封止される。

この実施形態では、電極形成工程における音叉型振動片の第１目標周波数ｆｏ１と錘付け工程における第２目標周波数ｆｏ２との周波数の差の絶対値｜ｆｏ１−ｆｏ２｜に対する、第２目標周波数ｆｏ２と粗調整工程における第３目標周波数ｆｏ３との周波数の差の絶対値｜ｆｏ２−ｆｏ３｜の比率（｜ｆｏ２−ｆｏ３｜／｜ｆｏ１−ｆｏ２｜）を、０．５以下としている、すなわち、
（｜ｆｏ２−ｆｏ３｜／｜ｆｏ１−ｆｏ２｜）≦０．５
この実施形態では、この比率（｜ｆｏ２−ｆｏ３｜／｜ｆｏ１−ｆｏ２｜）を、例えば、０．４程度としている。

このようにすることによって、錘付け工程で各腕部１１，１２の端部に形成する周波数調整用金属膜１９，２０の形成量に対する、粗調整工程で除去する周波数調整用金属膜１９，２０の除去量の割合を、従来例に比べて小さくすることができる。

これによって、粗調整工程後の周波数調整用金属膜１９，２０を、長手方向に沿って半分を超えて残存させることができる。

したがって、外部からの衝撃によって、音叉型水晶振動片３の各腕部１１，１２が、蓋体５側へ撓んだときに、残存する周波数調整用金属膜１９，２０が、蓋体５の内面に当接し、各腕部１１，１２の幅広の先端部１１ａ，１２ａの先端が、蓋体５の内面に当接して損傷するのを防止することができ、周波数変動を抑制することができる。

この実施形態によれば、外部からの衝撃によって、音叉型水晶振動片３の各腕部１１，１２が、ベース４側へ撓んで、各腕部１１，１２の各当接部１１ｂ，１２ｂが、ベース４の底面の枕部９に当接しても、従来のように腕先電極が削れて周波数が変動するといったことがない。

更に、外部からの衝撃によって、音叉型水晶振動片３の各腕部１１，１２が、枕部９が突設されたベース４とは反対側の蓋体５側へ撓んだときには、残存する周波数調整用金属膜１９，２０が、蓋体５の内面に当接し、各腕部１１，１２の先端が、蓋体５の内面に当接して損傷するのを防止して周波数変動を抑制することができる。

このように外部からの衝撃によって、音叉型水晶振動片３の各腕部１１，１２が、ベース４側に撓むことに起因する周波数変動、及び、蓋体５側に撓むことに起因する周波数変動のいずれの周波数変動も抑制することができ、良好な耐衝撃性を有する音叉型水晶振動子を得ることができる。

上記実施形態では、レーザービームを照射して周波数を調整したが、レーザービーム以外のイオンビームなどの他のエネルギービームを使用してもよい。

［実施形態２］
図９は、本発明の他の実施形態の図４に対応する図であり、上述の実施形態に対応する部分には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

上述の実施形態では、外部からの衝撃によって、第１，第２腕部１１，１２が、ベース４の底面側へ撓んだときに、枕部９に当接する当接部１１ｂ，１２ｂを少なくとも含む領域を、腕先電極が形成されていない無電極領域２１，２１としたが、この実施形態では、従来と同様に、第１，第２腕部１１，１２の先端部１１ａ，１２ａの全周に亘って腕先電極２５，２４が形成されている。

この実施形態では、図９及び図１０の概略断面図に示されるように、ベース４の底面に対向する他方の主面側には、外部からの衝撃によって、第１，第２腕部１１，１２が、ベース４の底面側へ撓んだときに、枕部９に当接する領域に、当接の際の衝撃を緩衝する緩衝部としての金属膜２２，２２がそれぞれ形成されている。

この金属膜２２は、緩衝効果が得られるように、厚さが１μｍ以上、この例では、例えば１０μｍであり、上記金属バンプ８と同様に、例えば金からなり、電解めっき法などの手法によりめっき形成する。したがって、この金属膜２２は、金属バンプ８と同時に形成することができる。

この金属膜２２は、外部からの衝撃によって、第１，第２腕部１１，１２が、ベース４の底面側へ撓んだときに、枕部９に当接する領域に設けられるものである。この実施形態では、金属膜２２は、第１，第２腕部１１，１２の幅広の先端部１１ａ，１２ａの幅方向の中央位置であって、基部１０側に設けられており、平面視略円形である。

このように第１，第２腕部１１，１２の、ベース４の底面の枕部９に当接する領域には、枕部９との当接による衝撃を緩衝する金属膜２２，２２が、１μｍ以上の厚さでそれぞれめっきによって形成されているので、外部からの衝撃によって、音叉型水晶振動片３が撓んで、各腕部１１，１２の金属膜２２，２２が、ベース４の底面の枕部９に当接しても、金属膜２２，２２が剥離しにくく、その当接の衝撃が、金属膜２２，２２によって充分に緩衝され、腕先電極２５が削れるといったことがなく、外部からの衝撃による周波数が、プラス側へ変動するのを抑制することができる。また、図１０の断面概略図に示されるように、音叉型水晶振動片３の他方の主面側の金属膜２２の形成位置は、腕部の先端以外の部分である当接部であるため、レーザービームの照射によって周波数調整用金属膜の腕部の先端側の部分が削られても、金属膜２２は削減されることがない。これにより、音叉型水晶振動片３と枕部との当接の衝撃を、金属膜２２によって緩衝できるとともに、残存した周波数調整用金属膜によって各腕部の先端部と蓋体の内面との接触も防止できる。

なお、緩衝部としての金属膜２２は、一箇所に限らず、複数個所、例えば、図１１（ａ）に示すように、二箇所設けてもよい。

また、金属膜２２は、平面視円形に限らず、他の形状でもよく、例えば、図１１（ｂ）に示すように、各腕部１１，１２の各先端部１１ａ，１２ａの幅方向に沿って平面視長方形に形成してもよい。

この実施形態では、緩衝部である金属膜２２が形成された部分には、腕先電極２４，２５が形成されたが、本発明の他の実施形態として、緩衝部である金属膜２２の周囲の領域には腕先電極を形成することなく、水晶素地が露出した無電極領域としてもよい。

上記各実施形態では、基部１０の一部を構成する接合部１３は、第１，第２腕部１１，１２の延出方向とは逆方向に延びて、前記延出方向に直交する方向の一方（図３では右方）へ延びていたが、接合部１３は、図１２の音叉型水晶振動片３の外形図に示すように、前記直交する方向の両方（図１２の左方及び右方）へ延びる左右対称な形状であってもよく、あるいは、図１３に示すように、前記直交する方向の両方（図１３の左方及び右方）へ延びて、更に、第１，第２腕部１１，１２の延出方向にそれぞれ平行に延びる左右対称な形状であってもよく、あるいは、図１４に示すように、第１，第２腕部１１，１２の間から、第１，第２腕部１１，１２の延出方向と同方向に延びる形状であってもよい。これら各形状の音叉型水晶振動片３では、ベース４の各電極パッド７，７に接合される接合部位である２つの金属バンプ８，８は、図１２〜図１４に示すように、接合部１３の上記のように延びた終端付近とすることができる。なお、接合部１３は、前記延出方向に直交する方向へ延びる部分や前記延出方向と同方向へ延びる部分が形成されていなくてもよい。

上記各実施形態では、音叉型水晶振動片に適用して説明したが、これに限るものではなく、水晶以外の他の圧電材料を用いてもよい。

１ 音叉型水晶振動子
２ パッケージ
３ 音叉型水晶振動片
４ ベース
５ 蓋体
７ 電極パッド
８ 金属バンプ
９ 枕部
１０ 基部
１１ 第１腕部
１２ 第２腕部
１３ 接合部
１５ 第１励振電極
１６ 第２励振電極
１７，１８ 引出電極
１９，２０ 周波数調整用金属膜
２１ 無電極領域
２２ 金属膜（緩衝部）
２４，２５ 腕先電極
２６ 水晶

すなわち、本発明の音叉型振動子は、基部と該基部から延出する複数の腕部とを有する音叉型振動片と、前記音叉型振動片が収納されるパッケージとを備え、前記音叉型振動片は、前記基部が前記パッケージの収納部の電極に接合され、前記パッケージの収納部の底面には、前記音叉型振動片の自由端側である前記腕部が、前記底面側へ撓んだときに、前記腕部の先端以外の部分である当接部に当接して前記先端が、前記底面に当接するのを阻止する枕部が突設されている音叉型振動子であって、前記腕部の前記枕部に当接する前記当接部は、電極が形成されていない、振動片の素地が露出した無電極領域であり、前記無電極領域は、前記腕部の少なくとも前記当接部を含んで前記腕部の先端まで延びている。

Claims (9)

1. 基部と該基部から延出する複数の腕部とを有する音叉型振動片と、前記音叉型振動片が収納されるパッケージとを備え、前記音叉型振動片は、前記基部が前記パッケージの収納部の電極に接合され、前記パッケージの収納部の底面には、前記音叉型振動片の自由端側である前記腕部が、前記底面側へ撓んだときに、前記腕部の先端以外の部分である当接部に当接して前記先端が、前記底面に当接するのを阻止する枕部が突設されている音叉型振動子であって、
   前記腕部の前記枕部に当接する前記当接部は、電極が形成されていない、振動片の素地が露出した無電極領域である、
   ことを特徴とする音叉型振動子。
2. 基部と該基部から延出する複数の腕部とを有する音叉型振動片と、前記音叉型振動片が収納されるパッケージとを備え、前記音叉型振動片は、前記基部が前記パッケージの収納部の電極に接合され、前記パッケージの収納部の底面には、前記音叉型振動片の自由端側である前記腕部が、前記底面側へ撓んだときに、前記腕部の先端以外の部分である当接部に当接して前記先端が、前記底面に当接するのを阻止する枕部が突設されている音叉型振動子であって、
   前記腕部の前記枕部に当接する前記当接部には、前記枕部との当接による衝撃を緩衝する緩衝部が設けられる、
   ことを特徴とする音叉型振動子。
3. 前記無電極領域は、前記腕部の少なくとも前記当接部を含んで前記腕部の先端まで延びている、
   請求項１に記載の音叉型振動子。
4. 前記緩衝部が、金属膜からなる、
   請求項２に記載の音叉型振動子。
5. 前記金属膜の厚みが、１μｍ以上である、
   請求項４に記載の音叉型振動子。
6. 前記基部には、前記音叉型振動片を、前記パッケージの収納部の前記電極に接合するための金属バンプが形成されており、前記金属膜と前記金属バンプが同じ材質からなる、
   請求項４または５に記載の音叉型振動子。
7. 前記腕部の表裏主面の一方の主面の先端側の領域には、周波数調整用金属膜が形成されており、
   前記当接部は、前記腕部の表裏主面の他方の主面にある、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の音叉型振動子。
8. 前記周波数調整用金属膜が形成されている前記先端側の領域の腕部の幅は、前記先端側の領域以外の腕部の幅より広い、
   請求項７に記載の音叉型振動子。
9. 前記底面の前記枕部は、片持ち支持された前記音叉型振動片の前記腕部の幅広の前記先端側の領域に対向するように、前記腕部の延出方向に直交する方向に延びている、
   請求項８に記載の音叉型振動子。

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