JP5831353B2 - 音叉型圧電振動片、および音叉型圧電振動子 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器等に用いられる音叉型圧電振動片、およびそれを用いた音叉型水晶振動子に関する。

圧電振動子に代表される圧電振動デバイスは、携帯電話など移動体通信機等に広く用いられている。圧電振動子に用いられる圧電振動片の一つとして音叉型圧電振動片がある。音叉型圧電振動片は、基部と、基部から一方向に伸びる一対の振動脚（以下、脚部と称する）とからなる音叉形状の圧電振動片であり、音叉型圧電振動片を使用した音叉型圧電振動子は、時計のクロック源として広く使用されている。

例えば、特許文献１に記載の音叉型圧電振動片では、さらに、外部に接合する接合部が、基部の２つの脚部を形成した一端面と対向する他端面から突出形成されている。これら基部の他端面から突出形成された接合部は、基部の他端面から両側面に沿ってＴ字状に２股に分かれて延出して成形され、それぞれ先端部は、２つの脚部の先端と同じ方向に向いている。

この音叉型圧電振動子では、その本体筐体がベースと蓋とから構成され、本体筐体の内部には、ベース上に導電性材料により音叉型圧電振動片の接合部の先端部が電気機械的に接合され、この接合された音叉型圧電振動片が本体筐体の内部に気密封止されている。この音叉型圧電振動子によれば、振動漏れ（音響リーク）を防ぐことが可能となる。

特開２００４−３５７１７８号公報

上記したように、特許文献１に記載の音叉型圧電振動子によれば、ベース上に導電性材料により音叉型水晶振動片の接合部の先端部が電気機械的に接合されているので、振動部である脚部から、ベースの接合位置までの引回し電極が長くなり、脚部で生じる振動が伝わり難くなる。しかしながら、その反面、ベースヘの接合位置が接合部の先端部であり、振動部が脚部であり、その基部を介した実質長さが長くなるので、振動の応力や、当該音叉型圧電振動子を外部から衝撃を加えた時の外力に対して耐え難く、基部や接合部で応力や外力を受けて、圧電振動片が割れ易くなる。また、接合部の平面視全長が長くなるので、平面視全長が長い接合部を搭載するためのベースの搭載領域を確保する必要があり、その結果、圧電振動子の本体筐体の小型化の妨げとなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、音響リークを防ぐとともに、応力や外力に強い小型化に適した音叉型圧電振動片、および音叉型圧電振動子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、音叉型圧電振動片において、圧電振動素板が、水晶からなり振動部である一対の脚部と、前記脚部を突出して設けた基部とから構成され、前記一対の脚部は、前記基部の一端面から突出して並設され、前記一対の脚部の間であって、前記基部の一端面の幅方向における中間位置に叉部が形成され、前記基部には、前記基部の一端面に沿って一対の貫通孔が形成され、前記基部の一端面に対向する他端面側に外部に接合する接合領域を有し、前記一対の貫通孔は、前記一対の脚部の基端部より基部の幅方向の中心線に近接する位置に、互い（相互）の貫通孔が接しない状態で形成され、
前記貫通孔では、前記圧電振動素板の表裏両主面における前記貫通孔の両端部から前記圧電振動素板の内部に向かって前記貫通孔の平面積が次第に小さくなり、かつ、前記貫通孔の壁面が螺旋状に形成され、前記貫通孔の平面視形状を５つ以上の円弧状の稜辺により構成された略正多角形状に形成したことを特徴とする。

本発明によれば、音叉型圧電振動片の小型化を妨げることなく音響リークをより効率的に防ぐことができ、応力や外力に強く、音叉型圧電振動片が割れるなどの不具合が生じるのを防ぐことができる。

つまり、前記叉部は、前記基部の一端面の幅方向における中間位置に形成され、前記基部には、前記基部の一端面に沿って前記一対の貫通孔が形成され、前記基部の一端面に対向する他端面側に前記接合領域を有し、前記一対の貫通孔は、前記一対の脚部の基端部より基部の幅方向の中心線に近接する位置で、かつ、互い（相互）の貫通孔が接しない状態で形成されているので、当該音叉型圧電振動片を励振させる際に発生した振動のアンバランスから生じる振動漏れ（音響リーク）を抑えることが可能となる。前記接合領域では一対の脚部で生じた一部の振動エネルギの伝播も前記基部に形成された前記貫通孔で断つことができる。

特に、前記貫通孔は、砂時計のように前記圧電振動素板の表裏両主面における前記貫通孔の両端部から前記圧電振動素板の内部に向かって次第に前記貫通孔の平面積が小さく形成され、しかも前記貫通孔の壁面も螺旋状に形成されているので、外部からの応力も貫通孔の螺旋状の壁面に沿って徐々に弱めながら分散させることができ、前記一対の脚部で生じた一部の振動エネルギの伝播も前記貫通孔の螺旋状の壁面に沿って徐々に弱めながら逃がすことができる。

また、前記貫通孔の平面視形状を５つ以上の円弧状の稜辺により構成された略正多角形状に形成しているので、貫通孔の開口端部である稜辺と稜辺の接続点である各角部に均一性を持たせることができ、一つの角部が９０°以上の鈍角となることで、各角部での応力集中が起こりにくくなり、各角部でのクラックの発生を抑制する。さらに、円弧状の稜辺により構成された略正多角形状であるため、各稜辺に伝わる応力も均等に分散される。結果として貫通孔の開口端部での強度が向上するだけでなく、これら貫通孔の開口端部の構成は壁面に沿って螺旋状に形成された構成と組み合わせることで、相乗的に応力の集中をなくしてさらなるクラックの発生を抑制することができ、振動エネルギの伝播を逃がすのもより一層好ましい。

以上により、振動漏れ（音響リーク）をより効率的に抑えることが可能となり、外部との前記接合領域として応力や外力に強い構成とすることができる。例えば、当該音叉型圧電振動片を外部に搭載するなど当該音叉型圧電振動片を他の部材に接合したり、当該音叉型圧電振動片に外力がかかったりすることで発振周波数のズレなどが生じる場合があるが、本発明によれば、このような不具合を大きく減じることができる。また、前記接合領域において物理的および電気的な破断が発生するのを抑えることが可能となるので、耐衝撃性などの耐久性を向上させる。

また、前記貫通孔の平面視形状が偶数の稜辺の略正多角形状であり、この略正多角形の対向する２つの稜辺が前記脚部の突出方向と直交する方向に配置して形成してもよい。

この場合、上述の作用効果に加え、落下衝撃などにより、音叉型圧電振動片の脚部に対して撓み変動が生じても、この撓み変動の応力は対向する２つの稜辺のうち、脚部に近接した方の稜辺で支えられることで、応力の集中が生じにくく、この部位でのクラックの発生がさらに抑制される。

また、上記の目的を達成するため、本発明にかかる音叉型圧電振動子は、本発明にかかる音叉型圧電振動片が、当該音叉型圧電振動子の筺体内部に設けられ気密封止されたことを特徴とする。本発明によれば、上述のように構成された、例えば音叉型圧電振動片の第１の接合領域が筐体内部の保持部に接合された音叉型圧電振動子にも適用でき、上述の音叉型圧電振動片が筐体内部で保持部に接合され気密封止された音叉型圧電振動子として同様の作用効果を有する。

以上のように、本発明によれば、音響リークを防ぐとともに、応力や外力に強い小型化に適した音叉型圧電振動片、および音叉型圧電振動子を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態を示す音叉型水晶振動子の構成を示した模式的な断面図である。 図２は、本発明の実施形態を示す音叉型水晶振動片の一主面側の平面図である。 図３は、本発明の実施形態を示す音叉型水晶振動片の他主面側の平面図である。 図４は、図４（ａ）と図４（ｂ）とからなり、図４（ａ）は、本発明の実施形態を示す音叉型水晶振動片に形成された貫通孔の模式的な平面図であり、図４（ｂ）は、その模式的な断面図である。

以下、音叉型水晶振動子を例に挙げて図面とともに説明する。本実施形態で使用される音叉型水晶振動子１は、ベース３と図示しない蓋とが封止部材Ｈを介して接合されて筐体が構成される。具体的には、上部が開口したベース３の電極パッド３２上に音叉型水晶振動片２がメッキバンプなどの金属膜Ｍ１を介して接合され、封止部材Ｈを介してベース３に蓋を接合し、収納部を気密封止した構成となっている（下記参照）。ここで、本実施形態では音叉型水晶振動子１の公称周波数は３２．７６８ｋＨｚとなっている。なお、この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。

ベース３は、例えばセラミック材料やガラス材料、樹脂材料などからなる絶縁体の容器体で構成されている。ベース３は、周囲に堤部３０を有し、かつ、上部が開口した断面視凹形状で成形され、ベース３の内部（収納部）には音叉型水晶振動片２を搭載するための段差部３１が形成されている。そして、段差部３１の上面には、音叉型水晶振動片２を搭載する一対の電極パッド３２（図１では一方のみを示す）が形成されている。一対の電極パッド３２はベース３の内部に形成された図示しない配線パターンを介してベース３の底面（裏面）に形成されている２つ以上の端子電極３３に電気的に接続されている。ベース３の堤部３０の天面（周囲）には金属膜層３４（封止部材Ｈの一部を構成）が、天面に沿って周状に形成されている。例えば、ベース３にセラミック材料を用いた場合には、電極パッド３２や端子電極３３、金属膜層３４は、例えば３層の積層体で構成されており、下からタングステン、ニッケル、金の順で積層されている。タングステンはメタライズ技術により、セラミック焼成時に一体的に形成され、ニッケル、金の各層はメッキ技術により形成される。なお、タングステンの層にモリブデンを使用してもよい。

図示しない蓋は、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。この蓋の下面には封止材（封止部材Ｈの一部を構成）が形成されている。この蓋はシーム溶接やビーム溶接、加熱溶融接合などの手法により封止材Ｈを介してベース３に接合されて、蓋とベース３とによる音叉型水晶振動子１の筐体が構成される。

音叉型水晶振動片２は、圧電振動素板であり、異方性材料の水晶Ｚ板からなる１枚の水晶ウェハ（図示省略）から多数個の音叉型水晶振動片２が一括成形される。この音叉型水晶振動片２の外形成形に関して、フォトリソグラフィ技術を用いてレジストまたは金属膜を水晶ウェハに形成し、水晶ウェハに形成したレジストまたは金属膜をマスクとして用いて例えばウェットエッチングによって音叉型水晶振動片２が外形成形されている。

音叉型水晶振動片２は、図２、図３に示すように、振動部である一対の第１脚部２１および第２脚部２２と、外部（本実施形態ではベース３の電極パッド３２）と接合する接合部２３と、これら第１脚部２１，第２脚部２２，接合部２３を突出して設けた基部２５とから構成されている。また、一対の第１脚部２１および第２脚部２２の間であって、基部２５の一端面２５１の幅方向における中間位置に叉部２５３が形成されている。音叉型水晶振動片２の表裏両主面（一主面２６１と他主面２６２）には、少なくとも一対の励振電極２９１，２９２と、一対の励振電極２９１，２９２からそれぞれ引き出された引出電極２９３，２９４とが形成されている。また、音叉型水晶振動片２の一主面２６１には、引出電極２９３，２９４の導出端部であり、外部に接合される接合部２３に形成された接続電極２９５，２９６が形成されている。また、引出電極２９３，２９４の一部（他端部２９７，２９８）は、叉部２５３（叉部２５３の近傍を含む）に引き出されている。特に本実施形態では、貫通孔２４１，２４２が形成され、貫通孔２４１，２４２を用いて引出電極２９３，２９４の引き回しを行っている。そのため、叉部２５３において引出電極２９３，２９４の引き回しを行わなくてもよく、引出電極２９３，２９４の他端部２９７，２９８を、叉部２５３（叉部２５３の近傍を含む）に位置することができる。そのため、本実施形態では、叉部２５３と貫通孔２４１，２４２との間に引出電極２９３，２９４の引き回しパターンを設計する必要がなく、引出電極２９３，２９４の他端部２９７，２９８は、叉部２５３（叉部２５３の近傍を含む）に接した状態で第１の脚部２１の基端部２１２と第２の脚部２２の基端部２２２との間に引き出されない。そのため、引出電極２９３，２９４の他端部２９７，２９８が叉部２５３（叉部２５３の近傍を含む）に接し、引出電極２９３，２９４の形成ズレが生じたとしても断線が発生しない。また、叉部２５３（叉部２５３の近傍を含む）に、引出電極２９３，２９４の引き回しパターンを設計しないことから、励振電極２９１，２９２をより幅広にして大きく形成することができる。その結果、直列共振抵抗値（ＣＩ値）を低減させることができる。また、引出電極２９３，２９４の引き回しパターンの設計領域を、音叉型水晶振動片２の叉部２５３（叉部２５３の近傍を含む）付近に確保する必要がないことから、引出電極２９３，２９４の導通を目的として、叉部２５３と第１の脚部２１の基端部２１２と第２の脚部２２の基端部２２２との素板形状を、テーパ形状やＲが大きい円弧形状にする必要がなく、音叉型水晶振動片２の小型化に対応しやすい。このため、音叉型圧電振動片２の基部２５の表裏両主面（一主面２６１と他主面２６２）に形成される引出電極２９３，２９４について断線などが生じ難い、より簡略化された配線パターン設計が容易となり、音叉型圧電振動片２の基部２５の小型化が同時に実現できる。

基部２５は、平面視左右対称形状とされ、図２、図３に示すように、振動部（第１脚部２１（特に基端部２１２），第２脚部２２（特に基端部２２２）参照）より幅広に形成されている。また、基部２５の他端面２５２付近が、一端面２５１から他端面２５２にかけて幅狭になるように漸次段差形成されている。このため、振動部である第１脚部２１および第２脚部２２の振動により発生した漏れ振動を他端面２５２により減衰させることができ、接合部２３へ漏れ振動が伝わるのを抑制することができ、音響リーク（振動漏れ）をさらに低減するのに好ましい。なおここでいう漸次幅狭になる構成としては、基部２５の平面視全体形状を基準として、基部２５の幅寸法が大きい一端面２５１付近に対して、基部２５の幅が狭い、および狭くなる部分のことをいい（以下、この部分を、括れ部２５５とする）、なお、この括れ部２５５において基部２５の幅が一番狭くなる部分が一端となり、この括れ部２５５の一端は、基部２５の他端面２５２と接合部２３との境界（境界点）であり、図５に示すＰ３となる。また、括れ部２５５は、図２，３に示す段差形状に限らずテーパ状や、曲面状としてもよく、またこれらの形状の組み合わせであってもよい。
また、基部２５の一端面２５１において、一端面２５１に沿って（平行に）一対の貫通孔２４１，２４２が並んで形成されている。一対の貫通孔２４１，２４２は、後述する一対の脚部２１，２２の基端部２１２，２２２より基部２５の幅方向の中心線Ｐ（図２参照）に近接する位置で、かつ、互い（相互）の貫通孔２４１，２４２が接しない状態で基部２５の幅方向の中心線Ｐに線対称に形成されている。

また、一対の貫通孔２４１，２４２に関して、後述する第１の接合領域２３５と脚部２１の基端部２１２の中心とを結ぶ線分をＱ１とし、第１の接合領域２３５と脚部２２の基端部２２２の中心とを結ぶ線分をＱ２とした時に、線分Ｑ１，Ｑ２上の位置に、一対の貫通孔２４１，２４２が形成されている。このため振動エネルギの伝播もより効率的に断つことができ、振動漏れ（音響リーク）をさらにより一層効率的に抑えることが可能となる。

また、貫通孔２４１，２４２は、引出電極２９３，２９４の形成領域に形成され、貫通孔２４１，２４２の内部には、図示しない導通電極が形成されている。貫通孔２４１，２４２の内部に形成された導通電極は、貫通孔２４１，２４２の壁面Ｓ１のみに形成してもよく、または貫通孔２４１，２４２に導通電極を充填した状態で形成してもよい。このような貫通孔２４１，２４２の構成により、一主面２６１に形成された引出電極２９３，２９４から他主面２６２の同極の引出電極２９３，２９４へとそれぞれ引き回される。

また、貫通孔２４１，２４２の内部の壁面は、図４（ａ）の平面図に示すように、複数の壁面Ｓ１からなり、これら複数の壁面Ｓ１により、貫通孔２４１，２４２の内部の壁面が螺旋状に形成されている。また、貫通孔２４１，２４２では、図４（ｂ）の断面図に示すように、砂時計のように音叉型水晶振動片２の表裏両主面（一主面２６１と他主面２６２）における貫通孔２４１，２４２の両端部Ｔ１，Ｔ２から音叉型水晶振動片２の内部Ｔ３に向かって次第に（漸次）、貫通孔２４１，２４２の平面積（貫通孔２４１，２４２の開口径や開口幅に関係する開口面積）が小さくなる。

また、貫通孔２４１，２４２の両端部Ｔ１，Ｔ２（開口端部）の平面視形状は、図４（ａ）の平面図に示すように、５つ以上の円弧状の稜辺により構成され、かつ偶数の稜辺である略正多角形状に形成している。具体的には、６つの円弧状の稜辺により構成された略正６角形からなり、６つの稜辺のうち対向する２つの稜辺２４１１と２４１２、および２つの稜辺２４２１と２４２２が第１脚部２１および第２脚部２２の突出方向と直交する方向に配置して形成されている。このような貫通孔２４１，２４２の構成は、水晶などの異方性のある結晶材料に対して貫通孔２４１，２４２をウェットエッチングで形成する際、オーバーエッチングしないようにエッチング液の温度や濃度などを最適に設定するとともに、エッチング時間を最適に管理することで構成することができる。なお、本形態では平面視形状として略正６角形として構成したが、これに限らず略正５角形以上であればよく、略正８角形、略正１０角形などであってもよい。

また、図４に示すような貫通孔２４１，２４２の形状とすることで、外部からの応力も螺旋状に配された（形成された）複数の壁面Ｓ１に沿って徐々に弱めながら分散させることができ、振動部である第１脚部２１および第２脚部２２の振動により生じた一部の振動エネルギの伝播も貫通孔２４１，２４２の螺旋状の壁面Ｓ１に沿って徐々に弱めながら逃がすことができる。

また、貫通孔２４１，２４２の両端部Ｔ１，Ｔ２から貫通孔２４１，２４２の内部Ｔ３に向かって漸次、貫通孔２４１，２４２の平面積を小さくすることができるので、貫通孔２４１，２４２の表面積を増大させることができ、導通電極の導通状態を安定させることができる。

一対の第１脚部２１および第２脚部２２は、図２，３に示すように、基部２５の一端面２５１から突出して叉部２５３を介して並設されている。なお、ここでいう叉部２５３は、一端面２５１の幅方向の中間位置（中央領域）に設けられ、２つの境界点Ｐ１（図５参照）の間の領域のことをいう。これら第１脚部２１および第２脚部２２の先端部２１１，２２１および基端部２１２，２２２は、第１脚部２１および第２脚部２２の他の部位と比べて突出方向に対して直交する方向に幅広に成形されている。このうち、第１脚部２１および第２脚部２２の先端部２１１，２２１の幅広領域を、第１脚部２１および第２脚部２２の幅広領域という。また、第１脚部２１および第２脚部２２の先端部２１１，２２１それぞれの隅部は曲面形成されている。このように先端部２１１，２２１を幅広に成形することで、先端部２１１，２２１（先端領域）を有効に利用することができ、音叉型水晶振動片２の小型化に有用であり、低周波数化にも有用である。また、それぞれ先端部２１１，２２１の隅部を曲面形成することで、外力を受けた時などに堤部などに接触するのを防止することができる。なお、ここでいう先端部２１１，２２１の隅部は、曲面に限らずテーパ状でもよく、曲面とテーパ状の隅部を組み合わせた形状であってもよい。

また、一対の第１脚部２１および第２脚部２２の一主面２６１と他主面２６２には、音叉型水晶振動片２の小型化により劣化する直列共振抵抗値（本実施形態ではＣＩ値、以下同様）を改善させるために、溝部２７がそれぞれ形成されている。また、音叉型水晶振動片２の外形のうち側面２８の一部は一主面２６１と他主面２６２に対して傾斜して成形されている。これは、音叉型水晶振動片２を湿式でエッチング成形する際に基板材料の結晶方向（Ｘ，Ｙ方向）へのエッチングスピードが異なることに起因している。

接合部２３は、図２，３に示すように、下記する引出電極２９３，２９４を外部電極（本発明でいう外部であり、本実施形態ではベース３の電極パッド３２，３２）と電気機械的に接合するためのものである。具体的に、接合部２３は、一対の第１脚部２１および第２脚部２２が突出した基部２５の一端面２５１と対向する他端面２５２の幅方向の中間位置（中央領域）から突出形成されている。すなわち、一対の第１脚部２１と第２脚部２２との間に配された叉部２５３と正対向する位置に、接合部２３が突出形成されている。

特に、本実施形態では、接合部２３は、基部２５の他端面２５２に対して平面視垂直方向に突出した他端面２５２よりも幅狭な短辺部２３１と、短辺部２３１の先端部と連なり短辺部２３１の先端部において平面視直角に折曲されて基部２５の幅方向に延出する長辺部２３２とから構成され、接合部２３の先端部２３３は基部２５の幅方向に向いている。すなわち、接合部２３は、平面視Ｌ字状に成形され、平面視Ｌ字状に成形された折曲箇所である折曲部２３４が短辺部２３１の先端部に対応する。このように基部２５の他端面２５２よりも短辺部２３１が幅狭な状態で形成されているので、振動漏れのさらなる抑制の効果が高まる。

また、接合部２３の一主面２６１には、外部に接合する第１の接合領域２３５と第２の接合領域２３６とを有しており、第１の接合領域２３５は基部２５の幅方向の中心線Ｐに延長線上（接合部２３の短辺部２３１の幅方向における中間位置）で平面視Ｌ字状に成形された接合部２３の折曲部２３４の一領域に形成され、第２の接合領域２３６が平面視Ｌ字状に成形された接合部２３の先端部２３３にあたる長辺部２３２の先端部の一領域に形成されている。そして第１の接合領域２３５には、後述する第２励振電極２９２から引出電極２９４を介して短辺部２３１の端部（一端部へ）引き出された接続電極２９６（引出電極２９４の導出端部）が形成され、第２の接合領域２３６には、後述する第１励振電極２９１から引出電極２９３を介して長辺部２３２の端部（先端部２３３）へ引き出された接続電極２９５（引出電極２９３の導出端部）が形成されている。

このように構成することで、接合部２３の長さを拡大することなく振動漏れ（音響リーク）をより効率的に抑えることが可能となる。特に、接合部２３における外部に接合する第１の接合領域２３５は、音響リークをより効率的に押さえられた折曲部２３４で一方の極として電気的機械的に接合することができ、接合部２３における外部に接合する第２の接合領域２３６は、音響リークの影響や応力や外力の影響を受けない先端部２３３で他方の異極として電気的機械的に接合することができる。

また、これら接続電極２９５，２９６の上面には、接続電極２９５，２９６より表面粗さが粗く平面積が小さなメッキバンプとしての金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）が形成されている。金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）は、その厚みが例えば５〜２０μｍ程度、直径が５０μｍ程度で平面積が約１９６２．５μｍ²の平面視円形状で形成されている。なお、超音波接合後（ＦＣＢ後）には少なくとも金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）は面方向に拡がって潰れた状態となり、約半分程度の厚みになる。金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の厚みが５μｍより小さい場合、音叉型水晶振動片２の接続電極２９５，２９６とベース３の電極パッド３２，３２との隙間が小さくなり、音叉型水晶振動子１の電気的特性に悪影響を生じやすくなる。金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の厚みが２０μｍより大きい場合、音叉型水晶振動片２の傾きや位置ずれの影響が生じやすくなり、接合強度としてもばらつきが生じやすくなる。なお、メッキバンプとしての金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の平面視形状は、接続電極などの平面視形状に応じて円形や楕円形などの円形状のものや、長方形や正方形を含む多角形状のものなど自由に構成することができる。

接合部２３への金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の形成に関しては、接合部２３の第１の接合領域２３５と第２の接合領域２３６に図示しない金属膜の形成部（接続電極２９５，２９６より平面積の小さい窓部を有するマスク）をフォトリソグラフィ法により所望の形状（本実施形態では矩形状の窓部）に形成して、金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）の形成部に金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を電解メッキ法などの手法によりメッキ形成する。その後、アニール処理を行ってもよい。

また、本実施形態にかかる音叉型水晶振動片２には、異電位で構成された一対の第１励振電極２９１および第２励振電極２９２と、これら第１励振電極２９１および第２励振電極２９２を電極パッド３２，３２に電気的に接続させるためにこれら第１励振電極２９１および第２励振電極２９２から引き出された引出電極２９３，２９４と、その先端部に金属膜Ｍ１が形成される接続電極２９５，２９６とが一体的に同時形成されている。なお、本実施形態でいう引出電極２９３，２９４は、これら一対の第１励振電極２９１および第２励振電極２９２から引き出された電極パターンのことをいう。接続電極２９５，２９６は、引出電極２９３，２９４の先端部分（導出端部）のうち、ベース３との接合部位となる箇所に形成されたものを示している。

また、一対の第１励振電極２９１および第２励振電極２９２の一部は、溝部２７の内部に形成されている。このため、音叉型水晶振動片２を小型化しても第１脚部２１および第２脚部２２の振動損失が抑制され、ＣＩ値を低く抑えることができる。

第１励振電極２９１は、第１脚部２１の両主面（一主面２６１と他主面２６２）と第２脚部２２の両側面２８に形成されている。同様に、第２励振電極２９２は、第２脚部２２の両主面（一主面２６１と他主面２６２）と第１脚部２１の両側面２８に形成されている。

上記した音叉型水晶振動片２の第１励振電極２９１および第２励振電極２９２や引出電極２９３，２９４、接続電極２９５，２９６は、金属蒸着によって各第１脚部２１および第２脚部２２上にクロム（Ｃｒ）層が形成され、このクロム層上に金（Ａｕ）層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など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ことで、一体的に同時形成される。なお、第１励振電極２９１，第２励振電極２９２および引出電極２９３，２９４は、クロム（Ｃｒ），金（Ａｕ）の順に積層して形成されているが、例えば、クロム（Ｃｒ），銀（Ａｇ）の順や，クロム（Ｃｒ），金（Ａｕ），クロム（Ｃｒ）の順や，クロム（Ｃｒ），銀（Ａｇ），クロム（Ｃｒ）の順などであってもよい。

また、各第１脚部２１，第２脚部２２の先端部２１１，２２１の一主面２６１と他主面２６２とには、上記した第１脚部２１，第２脚部２２の幅広領域に対してほぼ全面に引出電極２９３，２９４がそれぞれ形成されている。これら一主面２６１の第１脚部２１，第２脚部２２の幅広領域に形成された引出電極２９３，２９４の上面には、レーザービームなどのビーム照射やイオンミーリングなどのイオンエッチング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２の周波数を調整してなる調整用金属膜（周波数調整用錘）Ｍ３が、引出電極２９３，２９４に対して若干小さな面積で一体形成されている。

上記の調整用金属膜Ｍ３は、例えば、各領域（幅広領域）の引出電極２９３，２９４に調整用金属膜Ｍ３の形成部をフォトリソグラフィ法により所望の形状に形成して、調整用金属膜Ｍ３の形成部に調整用金属膜Ｍ３を電解メッキ法などの手法によりメッキ形成する。その後、アニール処理を行ってもよい。これらの金属膜（調整用金属膜Ｍ３）をメッキ形成する際には、上記した金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）と同じ工程で同時に構成すると実用上より望ましい。

以上のように構成された音叉型水晶振動片２は、圧電振動素板を多数個形成するウェハの状態の際に、各々の音叉型水晶振動片２の周波数を計測した後、各々の音叉型水晶振動片２の調整用金属膜Ｍ３をビーム照射などで減少させたり、パーシャル蒸着により増加させたりすることで、周波数の粗調整している。

周波数粗調整が施されてウェハから取り出された個片の音叉型水晶振動片２（圧電振動素板）は、その一主面２６１側の接続電極２９５，２９６の上面に形成された金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）とベース３の電極パッド３２，３２とがＦＣＢ法により超音波接合され、ベース３に搭載される。

ベース３に搭載された音叉型水晶振動片２は、周波数を再計測した後、音叉型水晶振動片２の調整用金属膜Ｍ３をビーム照射やイオンエッチングなどで減少させることで、周波数の微調整する最終の周波数調整を行っている。

その後、最終の周波数調整が行われた音叉型水晶振動片２が搭載されたベース３に対して、図示しない蓋を加熱溶融接合などの手法により封止部材Ｈを介して接合し、音叉型水晶振動片２をベース３と図示しない蓋とで構成された筐体の内部に気密封止する。なお上述の気密封止の手法として、シーム溶接、ビーム溶接、雰囲気加熱などの手法をあげることができる。

以上のような構成により、音叉型水晶振動片２の小型化を妨げることなく音響リークをより効率的に防ぐことができ、応力や外力に強く、音叉型水晶振動片２が割れるなどの不具合が生じるのを防ぐことができる。特に、接合部２３の長さや面積を拡大することなく音叉型水晶振動片２を励振させる際に発生した振動のアンバランスから生じる振動漏れ（音響リーク）を抑えることが可能となる。音叉型水晶振動片２を励振させる際にも振動のアンバランスが発生しにくい。特に、接合部２３の第１の接合領域２３５では一対の第１脚部２１，第２脚部２２で生じた一部の振動エネルギの伝播も砂時計のようで、かつ、圧電振動素板内部（音叉型水晶振動片２の内部）の壁面も螺旋状に形成された貫通孔２４１，２４２と組み合わさられることでより効率的に断つことができるため、振動漏れ（音響リーク）をより一層効率的に抑えることが可能となり、外部との接合領域として応力や外力に強い構成とすることができる。

また、貫通孔２４１，２４２の両端部Ｔ１，Ｔ２（開口端部）の平面視形状を６つの円弧状の稜辺により構成された正６角形からなり、６つの稜辺のうち対向する２つの稜辺２４１１と２４１２、および２つの稜辺２４２１と２４２２が第１脚部２１および第２脚部２２の突出方向と直交する方向に配置して形成している。このため、貫通孔２４１，２４２の両端部Ｔ１，Ｔ２（開口端部）である稜辺と稜辺の接続点である各角部に均一性を持たせることができ、一つの角部が約１２０°であり９０°以上の鈍角となることで、各角部での応力集中が起こりにくくなり、各角部でのクラックの発生を抑制する。さらに、６つの円弧状の稜辺により構成された略正多角形状であるため、各稜辺に伝わる応力も均等に分散される。結果として貫通孔２４１，２４２の両端部Ｔ１，Ｔ２（開口端部）での強度が向上するだけでなく、これら貫通孔２４１，２４２の両端部Ｔ１，Ｔ２（開口端部）の構成は螺旋状の壁面Ｓ１と組み合わせることで、相乗的に応力の集中をなくしてさらなるクラックの発生を抑制することができ、振動エネルギの伝播を逃がすのもより一層好ましい。さらに、貫通孔２４１，２４２の６つの稜辺のうち対向する２つの稜辺２４１１と２４１２、および２つの稜辺２４２１と２４２２が第１脚部２１および第２脚部２２の突出方向と直交する方向に配置して形成されている。このため、音叉型水晶振動片２の第１脚部２１および第２脚部２２に対して撓み変動が生じても、この撓み変動の応力は対向する２つの稜辺のうち、脚部に近接した方の稜辺２４１１，２４２１で支えられることで、応力の集中が生じにくく、この部位でのクラックの発生がさらに抑制される。このクラックの発生は、音叉型水晶振動片２のベース３への搭載後の落下等の衝撃に対してだけでなく、ベース３に音叉型水晶振動片２を搭載する際の影響も減少させることができる。

また、音叉型水晶振動片２の叉部２５３あたりの稜部や側端面、あるいは叉部２５３に近接する他の基部２５の稜部や側端面を経由して表裏両主面間（一主面２６１と他主面２６２）の引出電極２９３，２９４を延出する配線構造を必要としないため、断線などが生じにくい電気的な接続性が安定した構成とすることができる。また、引出電極２９３，２９４の一部は叉部２５３に接して一対の脚部（第１脚部２１，第２脚部２２）の基端部２１２と基端部２２２の間を引き出さないようにしているため、音叉型水晶振動片２の基部２５の主面に形成される引出電極２９３，２９４についても断線などが生じにくいより簡略化された配線パターン設計が容易となるため、音叉型水晶振動片２の基部２５の小型化も同時に実現できる。

また、接合部２３にメッキバンプとしての金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を用いることで、より小型化された電極パッド３２，３２や接続電極２９５，２９６に対しても位置ずれやはみ出しが生じることない。安定してベース３上に音叉型水晶振動片２を金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）により電気機械的に接合することができる。具体的に、メッキバンプとしての金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を用いることで、音叉型水晶振動片２を外部（ベース３）に搭載する前に、音叉型水晶振動片２にメッキバンプとしての金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を形成することができる。その結果、常に音叉型水晶振動片２の所望の形成位置にメッキバンプとしての金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を形成しているので、例えば、音叉型水晶振動片２の外部（ベース３）への搭載位置が所望位置からずれた場合であっても、音叉型水晶振動片２が外部（ベース３）にバンプがずれた状態で搭載されることを防止することができ、安定したベース３への音叉型水晶振動片２の搭載を行うことができる。また接続電極２９５，２９６より表面粗さが粗く平面積が小さな金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）を用いているので、電極パッド３２，３２に対して金属膜Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２）がより安定した状態で熱拡散接合され電気的機械的な接合が安定する。

なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、音叉型水晶振動子などの圧電振動デバイスに適用できる。

１ 音叉型水晶振動子
２ 音叉型水晶振動片
２１ 第１脚部
２１１ 先端部
２１２ 基端部
２２ 第２脚部
２２１ 先端部
２２２ 基端部
２３ 接合部
２３１ 短辺部
２３２ 長辺部
２３３ 先端部
２３４ 折曲部
２３５ 第１の接合領域
２３６ 第２の接合領域
２４１，２４２ 貫通孔
２５ 基部
２５１ 一端面
２５２ 他端面
２５３ 叉部
２５４ 側面
２５５ 括れ部
２６１ 一主面
２６２ 他主面
２７ 溝部
２８ 側面
２９１，２９２ 励振電極
２９３，２９４ 引出電極
２９５，２９６ 接続電極
２９７，２９８ 引出電極の他端部
３ ベース
３０ 堤部
３１ 段差部
３２ 電極パッド
３３ 端子電極
３４ 金属膜層
Ｄ１ 最短長
Ｄ２，Ｄ３ 長さ
Ｄ４ 合算最短長
Ｈ 封止部材
Ｍ１（Ｍ１１，Ｍ１２） 金属膜
Ｍ３ 調整用金属膜
Ｐ 基部の中心線
Ｐ１ 境界点
Ｐ２ 最短点
Ｑ１，Ｑ２ 線分
Ｓ１ 貫通孔の壁面
Ｔ１，Ｔ２ 貫通孔の両端部
Ｔ３ 音叉型水晶振動片の内部

Claims (3)

1. 音叉型圧電振動片において、
   圧電振動素板が、水晶からなり振動部である一対の脚部と、前記脚部を突出して設けた基部とから構成され、
   前記一対の脚部は、前記基部の一端面から突出して並設され、前記一対の脚部の間であって、前記基部の一端面の幅方向における中間位置に叉部が形成され、
   前記基部には、前記基部の一端面に沿って一対の貫通孔が形成され、前記基部の一端面に対向する他端面側に外部に接合する接合領域を有し、
   前記一対の貫通孔は、前記一対の脚部の基端部より基部の幅方向の中心線に近接する位置に、互い（相互）の貫通孔が接しない状態で形成され、
   前記貫通孔では、前記圧電振動素板の表裏両主面における前記貫通孔の両端部から前記圧電振動素板の内部に向かって前記貫通孔の平面積が次第に小さくなり、かつ、前記貫通孔の壁面が螺旋状に形成され、前記貫通孔の平面視形状を５つ以上の円弧状の稜辺により構成された略正多角形状に形成したことを特徴とする音叉型圧電振動片。
2. 特許請求項１記載の音叉型圧電振動片において、
   前記貫通孔の平面視形状が偶数の稜辺の略正多角形状であり、この略正多角形の対向する２つの稜辺が前記脚部の突出方向と直交する方向に配置して形成したことを特徴とする音叉型圧電振動片
3. 音叉型圧電振動子において、
   特許請求項１、または特許請求項２記載の音叉型圧電振動片が、当該音叉型圧電振動子の筺体内部に設けられ気密封止されたことを特徴とする音叉型圧電振動子。

Images