JP5154977B2 - 圧電振動片、圧電デバイス及び音叉型圧電振動子の周波数調整方法 - Google Patents

Description

本発明は例えば水晶からなる圧電基板を用いて、周波数調整を行うことのできる圧電デバイスを製造する技術に関する。

移動体通信機器やＯＡ機器等の小型軽量化及び高周波数化に伴って、それらに用いられる圧電デバイスも、より一層の小型化及び高周波数化への対応が求められている。また、回路基板に表面実装（ＳＭＤ：Surface Mount Device）が可能な圧電デバイスが要求されている。この小型化した圧電デバイスの製造では製造過程で生じる発振周波数のばらつきを個々に調整することで所望の周波数に合わせ込みをする工程を必要としている。

従来、発振周波数の調整は音叉型の音叉型圧電振動片の振動腕の先端に形成した金属皮膜をレーザ光で蒸散させることで、周波数の調整を行っていた。
特許文献１によれば、図１１に示すような構成により周波数の調整を行っていた。図１１（ａ）は音叉型圧電振動片の振動腕２１０の先端部分を拡大した上面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の構成側面図である。

特許文献１によれば、所定の周波数より低い音叉型圧電振動片に対しての発振周波数の調整は、図１１に示すように振動腕２１０の先端に形成した周波数の粗調整用の金属皮膜２０１を蒸散させ、微調整用の金属皮膜２０２を蒸散させることで振動椀２１０を軽くし、周波数を上昇させて、音叉型圧電振動片の周波数を調整していた。また、所定の周波数より高い音叉型圧電振動片に対しての発振周波数の調整は、振動腕の先端付近の錘用金属皮膜２０３を蒸散させ、振動腕２１０に付着させることで重くし、周波数を低下させて音叉型圧電振動片の周波数を調整していた。
特開２００３−０６０４７０

しかしながら、周波数を低下させるために、振動腕の錘金属皮膜を蒸散させた場合は、その蒸散して飛び散った金属の一部が励振電極に付着し、発振周波数の調整後のＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が上昇する場合や、不要な周波数成分であるスプリアス（spurious）が発生したりする場合があった。ＣＩ値の上昇やスプリアスの発生は音叉型圧電振動片の特性を劣化させ、製品の歩留まりを悪化させていた。また、所望の発振周波数に合わせる作業工程は時間がかかり、さらに、蒸散金属が振動腕に再付着するために所望の周波数の±１ｐｐｍ以下に合わせることが困難であった。

本発明の目的は、所望の発振周波数に微調整する複数のコンデンサーを音叉型圧電振動片に内蔵させることで周波数調整を行う。

第１の観点の音叉型圧電振動片は、基部と、その基部から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕と、振動腕に設けられた励振電極と、基部に設けられた周波数調整部と、を備える。
第１の観点の構成によれば、基部に周波数調整部を有しているため、これまでのように振動腕の先端部の錘金属層で調整する必要がなくなる。

第２の観点の音叉型圧電振動片の周波数調整部は、励振電極に接続されたコンデンサーである。
この構成によれば、基部に設けられたコンデンサーの静電容量によって周波数を調整することができる。

第３の観点の音叉型圧電振動片は、振動腕の先端部に設けられた錘金属層を備える。
この構成によれば、粗調用に錘金属層を使って周波数調整することができる。特に、錘金属層を使った周波数調整幅は振動周波数を高い方へ調整することができる。

第４の観点の音叉型圧電振動片は、第２の観点において、コンデンサーが第１静電容量を有する第１コンデンサーとこの第１静電容量とは異なる第２静電容量を有する第２コンデンサーとを含む。
静電容量の異なるコンデンサーを基部に設けることにより、周波数をより精密に調整することができる。

第５の観点の音叉型圧電振動片は、第２の観点において、コンデンサーが前記基部に所定の深さ及び面積を有する溝部を有し、この溝部に励振電極が接続される。
コンデンサーは、基部に形成された溝部によって圧電材料の比誘電率に応じた静電容量をもつ。このコンデンサーの静電容量を下げることで圧電振動片の振動周波数を低くすることができる。

第６の観点の圧電デバイスは、第１ないし第５のいずれかの観点の音叉型圧電振動片と、音叉型圧電振動片を収納するとともに基部を支持するパッケージと、パッケージを封止する蓋部と、を備える。
この周波数が精密に調整された圧電デバイスを提供することができる。ここで、圧電デバイスとは、圧電振動子や圧電発振器等のパッケージ内に圧電振動片を収容した圧電素子を広く含むものである。

第７の観点の圧電デバイスは、蓋部がレーザ光を透過する透明材料である。
パッケージに蓋体を封止した後においても、振動周波数を低い方へ調整することが可能となる。

第８の観点の音叉型圧電振動片の製造方法は、音叉型圧電振動片の外形を形成する外形形成工程と、基部に溝部を形成する溝部形成工程と、振動腕に励振電極を形成する電極形成工程と、溝部に励振電極と接続される金属層を形成する金属層形成工程と、を備える。
基部に溝部が形成され、溝部に励振電極と接続される金属層が形成されることで周波数の調整を行うことができる。

第９の観点の音叉型圧電振動片の製造方法は、第８の観点において、音叉型圧電振動片の周波数を測定する測定工程と、測定工程の結果に基づいて金属層と励振電極との接続を切断する切断工程と、を備える。
測定された圧電振動片の周波数を所望の周波数にするため、金属層と励振電極との接続を切断すると周波数が下げることができる。

第１０の観点の音叉型圧電振動片の製造方法は、第９の観点において、振動腕の先端部に錘金属層を形成する錘金属層形成工程と、測定工程の結果に基づいて、錘金属層の質量を低減する質量低減工程と、を備える。
これにより、測定された圧電振動片の周波数を所望の周波数にするため、錘金属層の質量を低減することで周波数を上げることができる。

第１１の観点の音叉型圧電振動片の製造方法は、第８ないし第９の観点において、溝部形成工程で振動腕用の溝部を同時に形成する。
周波数調整用に基部に形成される溝部は、振動腕に形成される溝部と同時に形成されるため、特に工程を追加する必要がなく製造効率が良い。

第１２の観点の圧電デバイスの製造方法は、基部とその基部から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕とを有する音叉型圧電振動片の外形を形成する外形形成工程と、基部に溝部を形成する溝部形成工程と、振動腕に励振電極を形成する電極形成工程と、溝部に励振電極と接続される金属層を形成する金属層形成工程と、音叉型圧電振動片をパッケージに配置する工程と、パッケージに蓋部で封止する封止工程と、を備える。
この構成により、基部の溝部に励振電極と接続される金属層を形成することで、周波数調整を行うことができる。

第１３の観点の圧電デバイスの製造方法は、第１２の観点において、音叉型圧電振動片がパッケージに配置された状態で、音叉型圧電振動片の周波数を測定する測定工程と、測定工程で測定された周波数が所望の周波数より高い場合に、金属層と励振電極との接続を切断する切断工程と、を備える。
測定された周波数が所望の周波数より高い場合に、金属層と励振電極との接続を切断することで励振電極の静電容量を下げて周波数を下げることができる。

第１４の観点の圧電デバイスの製造方法は、第１３の観点において、振動腕の先端部に錘金属層を形成する錘金属層形成工程と、測定工程で測定された周波数が所望の周波数より低い場合に、錘金属層の質量を低減する質量低減工程と、を備える。
測定された周波数が所望の周波数より低い場合に、錘金属層の質量を低減することで周波数を上げることができる。

第１５の観点の圧電デバイスの製造方法は、第１３の観点において、蓋部がレーザ光を透過する透明材料であり、この透明材料の蓋部でパッケージが封止された状態で、切断工程が金属層と励振電極との接続をレーザ光で切断する。
封止した後に周波数を上げる調整ができるため、圧電デバイスとして正確な周波数を振動させることができる。

第１６の観点では、質量低減工程が、第１５の観点においてレーザ光で錘金属層の質量を低減する。
封止した後に周波数を下げる調整ができるため、圧電デバイスとして正確な周波数を振動させることができる。

本発明の音叉型圧電振動片は、その基部に周波数調整部である複数のコンデンサーを有することで、発振周波数の微調整を簡便且つ短時間で調整することが可能なため、高精度な音叉型圧電振動片を安価に提供することができる。

＜＜実施形態１＞＞
＜圧電振動デバイス５０の構成＞
図１（ａ）は、本実施形態に係るＳＭＤ（Surface Mount Device）タイプの圧電振動デバイス５０を示す概略斜視図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の構成を示した概略側面図である。図１（ｃ）は図１（ａ）の蓋体５９を外した概略上面図である。

表面実装型の圧電振動デバイス５０は、絶縁性のセラミックパッケージ５１と圧電振動デバイス５０のパッケージを覆う蓋体５９とからなる。蓋体５９は、コバール（鉄Ｆｅ、ニッケルＮｉ、コバルトＣｏ合金）製である。

セラミックパッケージ５１は、アルミナを主原料とするセラミック粉末およびバインダ等を含むスラリーを用いたグリーンシートよりプレス抜きされた底面用セラミック層５１ａ、壁用セラミック層５１ｂおよび台座底面用セラミック層５１ｃからなる。これら複数のセラミック層５１ａ〜５１ｃより構成されたパッケージは、キャビティ５８を形成し、このキャビティ５８内に、音叉型水晶振動片２０を実装する。セラミックパッケージ５１はこれらの複数の基板を積層し、焼結して形成されている。

音叉型水晶振動片２０の基部２９の配線は、導電性接着剤３１と導通接続する接着領域を有している。音叉型水晶振動片２０は、底面用セラミック層５１ａと水平になるように導電性接着剤３１で接着されて、所定の振動を発生する。台座用セラミック層５１ｃの上面の一部には、音叉型水晶振動片２０の接着領域と導通を取る配線層４２が形成されている。セラミックパッケージ５１の下面に形成された少なくとも２つの外部端子電極４３は、不図示のプリント基板に表面実装する際の外部端子である。また、内部配線４４は配線層４２、外部端子電極４３を接続する電気的導通部である。壁用セラミック層５１ｂの上端にはメタライズ層があり、蓋体５９の接合のために、メタライズ層上に形成された低温金属ろう材からなる封止材５７が形成されている。壁用セラミック層５１ｂと蓋体５９とは、封止材５７を介して溶着されている。なお、蓋体５９はガラスで形成することもでき、低融点ガラスの封止材５７で封止される。

＜音叉型水晶振動片２０の構成＞
図２は、音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した上面図である。図３（ａ）は、図２の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１のＡ−Ａ断面図である。図３（ｂ）は、図２の音叉型水晶振動片２０の基部２９のＢ−Ｂ断面図である。

音叉型水晶振動片２０の母材は、Ｚ板に加工された水晶ウエハ１０で形成されている。小型で必要な性能を得るために、図２に示すように、音叉型水晶振動片２０は、基部２９と、この基部２９の一端部から長さ方向（Ｙ方向）に向けて二股に別れて平行に延びる一対の振動腕２１を備えている。一対の振動腕２１の根元２６は、テーパー部を設けることによって、周囲温度の変化に起因する共振周波数の変動やバラツキを抑えている。根元２６のテーパー部の形状はＵ字形状でもＶ字形状などでもよい。以下、本実施形態では一対の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片２０で説明するが、３本または４本の振動腕２１を備えた音叉型水晶振動片２０であってもよい。

音叉型水晶振動片２０は、たとえば３２．７６８ｋＨｚで発振する振動片で、極めて小型の振動片となっており、全体の長さが１．７ｍｍ程度、幅０．５ｍｍ程度である。

音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の表裏両面には第１溝部２７が形成されている。一本の振動腕２１の表面には２つの第１溝部２７が形成されており、振動腕２１の裏面側にも同様に２つの第１溝部２７が形成されている。つまり、一対の振動腕２１には４箇所の第１溝部２７が形成される。第１溝部２７の深さは、水晶ウエハ１０の厚さ、つまり音叉型水晶振動片２０の厚さの約３５〜４５％であり、表裏両面に第１溝部２７があるため、図３（ａ）に示すように、第１溝部２７の断面は、略Ｈ型に形成されている。第１溝部２７は、ＣＩ値の上昇を抑えるために設けられている。本実施形態では、たとえば水晶ウエハ１０の厚さが１００μｍから１２０μｍ程度であり、第１溝部２７の深さが表裏で８０μｍから１００μｍ程度となる。

音叉型水晶振動片２０の基部２９は、その全体が略板状に形成されている。音叉型水晶振動片２０に対する基部２９の長さは３６％程度となっている。音叉型水晶振動片２０の基部２９の一端には連結部２８が２箇所設けられている。連結部２８は、水晶ウエハ１０から、図２に示す音叉形状をフォトリソグラフィおよびウェットエッチングで形成する際に、水晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを連結する部分である。

基部２９の中央部には第２溝部４７が複数形成されている。第２溝部４７は図３（ｂ）に示すように第２溝部同士が上下で対向するように配置され、並列に並べることで、全体で櫛型の形状をしている。

音叉型水晶振動片２０の振動腕２１および基部２９には、第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とが形成されている。第１電極パターン２３と第２電極パターン２５とはともに、１５０オングストローム〜５０００オングストロームのクロム（Ｃｒ）層の上に１００オングストローム〜５０００オングストロームの金（Ａｕ）層が形成された構成になっている。すなわち、第１層と第２層とを合わせると、２５０オングストローム〜１００００オングストロームの電極パターンの厚さになる。また、クロム（Ｃｒ）層の代わりに、タングステン（Ｗ）層、ニッケル（Ｎｉ）層、ニッケルタングステン層またはチタン（Ｔｉ）層を使用してもよく、また金（Ａｕ）層の代わりに、銀（Ａｇ）層を使用してもよい。また、一層からなる場合もあり、このときは、たとえばアルミ（Ａｌ）層、銅（Ｃｕ）層またはケイ素（Ｓｉ）層が用いられる。

音叉型水晶振動片２０の振動腕２１の先端部には、第１電極パターン２３と第２電極パターン２５ともに、それぞれ粗調用の錘金属層２２が形成される。この錘金属層２２は、音叉型水晶振動片２０の周波数を高くする際にレーザ光によって削り取られる。

音叉型水晶振動片２０の基部２９の上面には、図２に示すように、第１基部電極２３ａと第２基部電極２５ａとが形成され、振動腕２１の第1溝部２７には、第１溝電極２３ｄ，第２溝電極２５ｄがそれぞれ形成される。また、図３（ａ）に示すように、振動腕２１の両側面には、第２側面電極２５ｃが形成されている。図示しない右側の振動腕２１の両側面には、第１側面電極２３ｃが形成されている。音叉型水晶振動片２０の下面は図示していないが、上面と対称関係になるように各電極が形成されている。これらの溝電極及び側面電極が励振電極として振動腕２１を振動させる。

図３（ｂ）に示すように第２溝部４７の下面には第１櫛部電極２３ｅが形成され、第１基部電極２３ａと接続している。同様に、第２溝部４７の上面には第２櫛部電極２５ｅが形成され、第２基部電極２５ａと接続している。第１櫛部電極２３ｅと第２櫛部電極２５とは間隔ｄで離れているため、水晶の誘電率でコンデンサー４０が形成されている。

第２溝部４７の形成は第１溝部２７の形成と同時に行うことができるため、従来の外形形成の工程内で形成することができる。同様に、第１櫛部電極２３ｅの形成、及び第２櫛部電極２５ｅの形成は音叉型水晶振動片２０の電極形成時に同時に行うことができる。第２溝部４７の形成方法及び櫛部電極の形成方法は後述する。

基部２９にはスルーホール４１が２箇所形成されており、各振動腕２１の根元部の近傍に位置している。スルーホール４１は基部２９に第２溝部４７を形成する場所を広げ、より多く第２溝部４７を形成することができる。

図４（ａ）は図３（ｂ）に示す対向する一対の第２溝部４７（１個のコンデンサー４０）を拡大した断面図である。第２溝部４７は底部幅Ｗ１で対向している。対向する第２溝部４７は間隔ｄで離れている。図４（ｂ）は図２の基部２９の第２溝部４７を拡大した上面図である。第２溝部４７の底部面積Ｓ１は長さ方向（Ｙ方向）の長さＬ１と幅方向（Ｘ方向）の長さＷ１とで形成される破線領域である。

１個のコンデンサー４０の静電容量Ｃは間隔（極板間距離）ｄ、間隔ｄの電極で挟まれた誘電体、底部面積Ｓ１との関係で求まり、（数式０１）を用いる。なおε_０は真空の誘電率、ε_{（ＳｉＯ２）}は水晶の比誘電率である。
・・・（数式０１）

本実施例で形成する１個のコンデンサー４０の静電容量Ｃは約０．０１ｐＦであり約２ｐｐｍ（０．０６６Ｈｚ）の発振周波数の微調整が可能となる。図４（ｂ）に示した複数のコンデンサー４０は振動腕２１に形成された励振電極（溝電極及び側面電極）に並列に接続されている。このため図２の基部２９のコンデンサー４０を５個から２０個を音叉型水晶振動片２０の基部２９に形成することで、１０ｐｐｍ（０．６６Ｈｚ）から４０ｐｐｍ（２．６４Ｈｚ）の範囲で発振周波数の微調整が可能となる。なお、コンデンサー４０の静電容量Ｃを大きくするために、第２溝部４７の溝深さを深くして間隔ｄを小さくしてもよく、逆にコンデンサー４０の静電容量Ｃを小さくするために、第２溝部４７をなくしてもよい。周波数調節方法は後述する。

＜水晶ウエハの構成＞
図５は、音叉型水晶振動片の外形を形成した単結晶の水晶ウエハを示す平面図である。

図５（ａ）は、円形の水晶ウエハ１０である。この円形の水晶ウエハ１０は、たとえば厚さ１２０μｍの人工水晶からなり、円形の水晶ウエハ１０の直径は３インチまたは４インチである。さらに、円形の水晶ウエハ１０の軸方向が特定できるように、水晶ウエハ１０の周縁部の一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１０ｃが形成されている。

また、図５（ｂ）は、矩形の水晶ウエハ１５である。この矩形の水晶ウエハ１５も、たとえば厚さ１２０μｍの人工水晶からなり、その矩形の水晶ウエハ１５の一辺は２インチである。そして、矩形の水晶ウエハ１５の軸方向が特定できるように、矩形の水晶ウエハ１５の周縁部の一部には、水晶の結晶方向を特定するオリエンテーションフラット１５ｃが形成されている。

図５（ａ）の円形の水晶ウエハ１０および図５（ｂ）の矩形の水晶ウエハ１５は、工程管理およびウエハ強度との関係で、複数の窓部１８が設けられ、その窓部に複数の音叉型水晶振動片２０が形成されている。各窓部１８において、水晶ウエハ１０と音叉型水晶振動片２０とを接続するため連結部２８が形成されている。

＜音叉型水晶振動デバイスの製造工程＞
図６は音叉型圧電振動片２０の外形、また第1溝部２７及び第２溝部４７を形成するための代表的な製造工程のフローチャートである。なお、図６の右図は図２のＡ−Ａ断面部分についての水晶ウエハ１０を示している。

図６のステップＳ１１では、研磨洗浄された水晶ウエハ１０にスパッタ法で図６（ａ）に示すように金属膜３２を形成する。この金属膜３２は例えばクロム（Ｃｒ）の下地膜に金（Ａｕ）を積層したものが用いられる。

ステップＳ１２では、金属膜３２の上にフォトレジストを例えばスプレー法で全体を均一に塗布しレジスト膜３６を形成する（図６（ｂ））。ステップＳ１３において音叉型水晶振動片２０の外形パターンを露光及び現像して、音叉型水晶振動片２０の外形をしたレジスト膜３６を形成する（図６（ｃ））。

ステップＳ１４では、エッチングによりレジスト膜３６で覆われていない金属膜３２の部分を除去する。この工程は第１金属膜エッチング工程とする。次に、水晶ウエハ１０に残るレジスト膜３６を全て剥離する（図６（ｄ））。

ステップＳ１５では、水晶ウエハ１０の全面に再度フォトレジストを例えばスプレー法で塗布し、振動腕２１に第1溝部２７を形成し且つ基部２９に第２溝部４７を形成するためのパターンを露光する。フォトレジスト３９は露光されたレジスト膜である。図６（ｅ）は基部２９に第２溝部４７を形成するためのパターンを露光した断面図である。

ステップＳ１６において、音叉形状の外形と第1溝部２７及び第２溝部４７との露光したレジスト膜３９を剥離する。（図６（ｆ））

ステップＳ１７では、図６（ｇ）で示すように水晶ウエハ１０をエッチング液であるフッ酸を用いウェットエッチングすることで音叉型圧電振動片２０の外形を形成する。この工程は第１圧電エッチング工程とする。図６（ｇ）の破線部分はエッチングで除去した水晶部分を示す。

ステップＳ１８では、ウェットエッチングを行うことで第1溝部２７及び第２溝部４７の金属膜３２を除去する（図６（ｈ））。この工程は第２金属膜エッチング工程とする。

ステップＳ１９では、図６（ｉ）で示すように水晶ウエハ１０をウェットエッチングすることで第1溝部２７及び第２溝部４７を形成する。この工程は第２圧電エッチング工程とする。

ステップＳ２０では、レジスト膜と金属膜３２を除去することにより、第1溝部２７及び第２溝部４７を形成した音叉型圧電振動片２０を製造することができる（図６（ｊ））。

以上のように、第1溝部２７及び第２溝部４７を持つ音叉型圧電振動片２０は第１圧電エッチング工程と第２圧電エッチング工程とで形成することができる。なお、スルーホール４１は音叉型圧電振動片２０の外形の形成と同様に形成することができる。

＜電極の形成及びパッケージングの工程＞
外形及び溝部を形成した音叉型水晶振動片２０は次に電極を形成し、周波数調整を行いパッケージングする。図７はその工程のフローチャートを示す。ただし水晶振動片は代表して音叉型水晶振動片２０を用いて説明する。

ステップＳ４１では、音叉型水晶振動片２０を純水で洗浄し、音叉型水晶振動片２０の全面に駆動電極としての励振電極などを形成するための金属膜を蒸着またはスパッタリング等の手法により形成する。
ステップＳ４２では、スプレー法などを用いて全面にフォトレジストを塗布する。音叉型水晶振動片２０にはスルーホール４１、また第1溝部２７及び第２溝部４７などが形成されているためスルーホール４１、また第1溝部２７及び第２溝部４７にも均一にフォトレジストを塗布する。

ステップＳ４３では、電極パターンと対応したフォトマスクを用意して、電極パターンをフォトレジスト層が塗布された水晶ウエハ１０に露光する。電極パターンは音叉型水晶振動片２０の両面に形成する必要があるため、音叉型水晶振動片２０の両面を露光する。

ステップＳ４４では、フォトレジスト層を現像後、感光したフォトレジスト層を除去する。残るフォトレジストは電極パターンと対応したフォトレジスト層になる。さらに電極となる金属膜３２のエッチングを行う。例えば、電極パターンと対応したフォトレジスト層から露出した金層をヨウ素とヨウ化カリウムの水溶液でエッチングし、次にクロム層を硝酸第２セリウムアンモニウムと酢酸との水溶液でエッチングする。
続いて、ステップＳ４５で、残ったフォトレジストを除去する。これらの工程を経て、音叉型水晶振動片２０には励振電極などが正確な位置および電極幅で形成することができる。

これまでの工程により、電極パターン２３及び電極パターン２５を形成した音叉型水晶振動片２０が得られ、数百から数千の音叉型水晶振動片２０を得ることができる。これらの音叉型水晶振動片２０の発振周波数は、所望の周波数より若干高い周波数になるように形成する。その後の周波数の微調整が容易にできるようにするためである。

ステップＳ４６では、図１（ｂ）で示すセラミック製のパッケージ５１に１個の音叉型水晶振動片２０を導電性接着剤３１で接着する。具体的には、音叉型水晶振動片２０の基部２９を、配線層４２に塗布した導電性接着剤３１の上に載置して、導電性接着剤３１を仮硬化させる。次に、硬化炉で導電性接着剤３１を本硬化することにより音叉型水晶振動片２０を外部端子電極４３に対して接合する。

ステップＳ４７では、音叉型水晶振動片２０を周波数調整する。周波数調整方法は後述する。
ステップＳ４８で、真空チャンバ内などに図５（ｂ）で示す音叉型水晶振動片２０を収容したパッケージ５１を移し、蓋体５９を封止材５７により接合する。
ステップＳ４９で、最後に圧電振動デバイス５０の駆動特性などの検査を行い、圧電振動デバイス５０を完成させる。

蓋体５９をガラスで形成した圧電振動デバイス５０はステップＳ４８で蓋体５９を封止材５７により接合した後でも周波数調整をすることができる。
なお、蓋体５９が透過性のガラスなどであれば、ステップＳ４７の周波数調整とステップＳ４８の蓋体の封止との順番を入れ替えてもよい。

＜周波数調整方法＞
音叉型水晶振動片２０の周波数測定は、セラミックパッケージ５１の外部端子電極４３にプローブを接触させて測定する。図８は周波数調整方法のフローチャートである。

ステップＳ６１では、蓋体５９を取り付けられる前の圧電振動デバイス５０をテーブルなどに載置して、発振周波数の測定をする。

ステップＳ６２では、発振周波数の測定値が所望の周波数の誤差が例えば２ｐｐｍ以下でないかを判断する。誤差範囲にない場合はステップＳ６３に進む。誤差範囲に入っている場合は、完成品として周波数調整を終了し図７のステップＳ４８へ進む。

ステップＳ６３では、発振周波数の測定値が所望の周波数より低いかを判断して、低い場合はステップＳ６４に進み、高い場合はステップＳ６５へ進む。

ステップＳ６４では、音叉型水晶振動片２０の発振周波数を上昇させるために、振動腕２１の先端の錘金属層２２にレーザ光を照射して、錘金属層２２の一部を蒸散・昇華させる。振動腕２１の質量が削減されることにより発振周波数が所望の周波数に近づける。レーザ光で周波数調整をした音叉型水晶振動片２０はステップＳ６１にもどり再び周波数を測定する。レーザ光による質量削減方式の周波数調整は微調整が難しいため、所望の周波数より少し高めに周波数調整する。

ステップＳ６５では、所望の周波数より高い音叉型水晶振動片２０が対象となり、周波数を微調整するだけのコンデンサー４０の残りがあるかを判断する。周波数調整用のコンデンサー４０がある場合はステップＳ６６に進み、ない場合はステップＳ６７に進む。

ステップＳ６６では、周波数調整が可能なコンデンサー４０が残存するため、所望の周波数になるようコンデンサー４０の電極の根元部を切断する。図４（ｂ）で示すように例えばｎ個のコンデンサー４０が形成された状態は、電気回路図で表現すると図９に示すように音叉型水晶振動片２０の振動腕２１に設けられた励振電極（溝電極（２３ｄ，２５ｄ）及び側面電極（２３ｃ，２５ｃ））に並列に接続されている状態である。１つのコンデンサー４０の容量が０．０１ｐＦであれば、１つのコンデンサー４０を切断すれば０．０６６Ｈｚだけ周波数が下がる。本実施形態の発振周波数の微調整はコンデンサー４０を切断することで所望の周波数になるように所望の数のコンデンサー４０を切断する。

コンデンサー４０の切断はレーザ光などを用いて図４（ｂ）の一点鎖線（ＣＵＴ）で示すように第２櫛部電極２５ｅの一部を切断して導電しないようにする。切断部分は第２櫛部電極２５ｅの根元部を切断したが、第１櫛部電極２３ｅの根元部を切断してもよく、また両方を切断してもよい。コンデンサー４０が切断された後、再びステップＳ６１にもどり周波数を測定する。

ステップＳ６７の工程に移った音叉型水晶振動片２０は周波数調整が不可能であり、これを不良品として取り扱う。
このようにして、音叉型水晶振動片２０の周波数を厳密に調整することが可能となる。なお、音叉型水晶振動片２０の周波数測定はセラミックパッケージ５１に取り付けてから行ったが、セラミックパッケージ５１に取り付ける前に音叉型水晶振動片２０に対して周波数調整を行うことも可能である。

＜＜第２実施形態＞＞
第１実施形態のコンデンサー４０は図２で示したように、第２溝部４７の長さＬ１が同一長になるように形成していた。本実施形態では第２溝部４７の長さＬ１を変えた第３溝部４８を形成することで、発振周波数を調整することのできる音叉型振動片２１を製造することができる。

例えば、図１０に示すように第３溝部４８の長さＬ２は第２溝部の長さＬ１の１／２で設計すると、第３溝部の底部面積Ｓ２が第２溝部４７の底部面積Ｓ１の１／２となる。底部面積は（数式０１）で示したように静電容量Ｃと比例するため、第３溝部４８の静電容量Ｃも１／２となる。すなわち、第３溝部４８の静電容量は約０．００５ｐＦになり約１ｐｐｍ（０．０３３Ｈｚ）の発振周波数の微調整が可能となる。なお図１０は図２の基部２９を拡大した図である。

なお、第１実施形態及び第２実施形態で形成した第２溝部４７、及び第３溝部４８は長さ方向（Ｙ方向）と平行に形成しているが、幅方向（Ｘ方向）と平行に形成することもできる。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。たとえば、本発明の音叉型圧電振動片２１を有する水晶フレーム２０は、水晶以外にニオブ酸リチウム等の様々な圧電単結晶材料を用いることができる。

（ａ）は、ＳＭＤタイプの圧電振動デバイス５０の概略斜視図である。 （ｂ）は、（ａ）の構成を示した概略側面図である。 （ｃ）は、（ａ）の蓋体５９を外した概略上面図である。 音叉型水晶振動片２０の全体構成を示した上面図である。 （ａ）は、図２の音叉型水晶振動片２０の振動腕２１のＡ−Ａ断面図である。 （ｂ）は、図２の音叉型水晶振動片２０の基部２９のＢ−Ｂ断面図である。 （ａ）は、１個のコンデンサー４０を拡大した断面図である。 （ｂ）は、第２溝部４７を拡大した上面図である。 （ａ）は、円形の水晶ウエハ１０の上面図である。 （ｂ）は、矩形の水晶ウエハ１５の上面図である。 音叉型圧電振動片２０の代表的な製造工程のフローチャートである。 音叉型水晶振動片２０の電極の形成及びパッケージングの工程のフローチャートである。 周波数調整方法のフローチャートである。 音叉型水晶振動片２０とコンデンサー４０との配線図である。 基部２９に短いコンデンサー４０を形成した図である。 （ａ）は、従来の周波数調整部分を拡大した上面図である。 （ｂ）は、（ａ）の概略側面図である。

符号の説明

１０ … 円形の水晶ウエハ、１５ … 矩形の水晶ウエハ
１８ … 窓部
２０ … 音叉型水晶振動片
２１ … 振動腕
２３ … 第１電極パターン、２３ａ … 第１基部電極、２３ｄ … 第１溝電極
２３ｅ … 第１櫛部電極
２５ … 第２電極パターン、２５ａ … 第２基部電極、２５ｄ … 第２溝電極
２５ｅ … 第２櫛部電極
２６ … 根元
２７ … 第1溝部
２８ … 連結部
２９ … 基部
３１ … 導電性接着剤
３２ … 金属膜
３６ … レジスト膜、３９ … 露光されたレジスト膜
４０ … コンデンサー
４１ … スルーホール
４２ … 配線層
４３ … 外部端子電極
４４ … 内部配線
４７ … 第２溝部、４８ … 第３溝部
５０ … 圧電振動デバイス
５１ … セラミックパッケージ、５１ａ … 底面用セラミック層、５１ｂ … 壁用セラミック層、５１ｃ … 台座用セラミック層
５７ … 封止材
５８ … キャビティ
５９ … 蓋体
ｄ … 間隔、Ｃ … 静電容量
Ｗ１ … 底部幅
Ｌ１ … 第２溝部の長さ、Ｓ１ … 第２溝部の底部面積
Ｌ２ … 第３溝部の長さ、Ｓ２ … 第３溝部の底部面積

Claims (14)

1. 圧電体で形成された音叉型圧電振動片であって、
   基部と、
   その基部から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕と、
   前記振動腕に設けられた励振電極と、
   前記基部に設けられた周波数調整部と、
   を備え、
   前記周波数調整部は、前記励振電極に接続されたコンデンサーであり、
   前記コンデンサーは前記基部に所定の深さ及び面積を有する溝部を有し、この溝部に前記励振電極が接続されることを特徴とする音叉型圧電振動片。
2. 前記振動腕の先端部に設けられた錘金属層を備えることを特徴とする請求項１に記載の音叉型圧電振動片。
3. 前記コンデンサーは第１静電容量を有する第１コンデンサーとこの第１静電容量とは異なる第２静電容量を有する第２コンデンサーとを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の音叉型圧電振動片。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片と、
   前記音叉型圧電振動片を収納するとともに前記基部を支持するパッケージと、
   前記パッケージを封止する蓋部と、
   を備えることを特徴とする圧電デバイス。
5. 前記蓋部がレーザ光を透過する透明材料であることを特徴とする請求項４に記載の圧電デバイス。
6. 基部とその基部から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕とを有する音叉型圧電振動片を圧電材料から製造する製造方法において、
   前記音叉型圧電振動片の外形を形成する外形形成工程と、
   前記基部に溝部を形成する溝部形成工程と、
   前記振動腕に励振電極を形成する電極形成工程と、
   前記溝部に前記励振電極と接続される金属層を形成する金属層形成工程と、
   を備える音叉型圧電振動片の製造方法。
7. 前記音叉型圧電振動片の周波数を測定する測定工程と、
   前記測定工程の結果に基づいて、前記金属層と前記励振電極との接続を切断する切断工程と、
   を備える請求項６に記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
8. 前記振動腕の先端部に錘金属層を形成する錘金属層形成工程と、
   前記測定工程の結果に基づいて、前記錘金属層の質量を低減する質量低減工程と、を備える請求項７に記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
9. 前記溝部形成工程は、前記振動腕用の溝部を同時に形成することを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の音叉型圧電振動片の製造方法。
10. 圧電デバイスを製造する製造方法において、
    基部とその基部から所定方向に伸びる少なくとも一対の振動腕とを有する音叉型圧電振動片の外形を形成する外形形成工程と、
    前記基部に溝部を形成する溝部形成工程と、
    前記振動腕に励振電極を形成する電極形成工程と、
    前記溝部に前記励振電極と接続される金属層を形成する金属層形成工程と、
    前記音叉型圧電振動片をパッケージに配置する工程と、
    前記パッケージに蓋部で封止する封止工程と、
    を備えることを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
11. 前記前記音叉型圧電振動片がパッケージに配置された状態で、前記音叉型圧電振動片の周波数を測定する測定工程と、
    前記測定工程で測定された周波数が所望の周波数より高い場合に、前記金属層と前記励振電極との接続を切断する切断工程と、
    を備えることを特徴とする請求項１０に記載の圧電デバイスの製造方法。
12. 前記振動腕の先端部に錘金属層を形成する錘金属層形成工程と、
    前記測定工程で測定された周波数が所望の周波数より低い場合に、前記錘金属層の質量を低減する質量低減工程と、
    を備えることを特徴とする請求項１１に記載の圧電デバイスの製造方法。
13. 前記蓋部はレーザ光を透過する透明材料であり、
    この透明材料の蓋部で前記パッケージが封止された状態で、前記切断工程が前記金属層と前記励振電極との接続をレーザ光で切断することを特徴とする請求項１１に記載の圧電デバイスの製造方法。
14. 前記質量低減工程が、前記レーザ光で前記錘金属層の質量を低減することを特徴とする
    請求項１３に記載の圧電デバイスの製造方法。