(57)【要約】【課題】ＣＩ値を低減し得る水晶素子を提供する。【解決手段】水晶板１２は、主面１３ｅ，１３ｆと、側面１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、凸部１５ｅ，１５ｆと、を有する。励振電極１４ｅ，１４ｆは、凸部１５ｅ，１５ｆ上にそれぞれ位置する。主面１３ｅは側面１３ａの斜面部１６ａと側面１３ｂの側面部１７ｂとに接し、主面１３ｆは側面１３ａの側面部１７ａと側面１３ｂの斜面部１６ｂとに接する。主面１３ｅの長辺１１ａ，１１ｂに沿った中心線である主面中心１８ｅと、凸部１５ｅの長辺１１ａ，１１ｂに沿った中心線である凸部中心１９ｅとは、一致する。主面１３ｆの長辺１１ａ，１１ｂに沿った中心線である主面中心１８ｆと、凸部１５ｆの長辺１１ａ，１１ｂに沿った中心線である凸部中心１９ｆとは、一致する。【選択図】図１
2020174304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視して、二つの長辺及び二つの短辺に囲まれた対向する第一及び第二主面と、前記第一及び第二主面に挟まれた前記長辺側の第一及び第二側面及び前記短辺側の第三及び第四側面と、を有する略矩形の水晶板と、
前記第一及び第二主面上にそれぞれ位置する励振電極と、を備え、
前記水晶板は、前記第一主面の一部が前記水晶板の厚み方向に突き出た第一凸部と、前記第二主面の一部が前記水晶板の厚み方向に突き出た第二凸部と、を更に有し
前記励振電極は、前記第一及び第二凸部上のそれぞれに位置し、
前記第一及び第二側面は、それぞれ、前記水晶板の厚み方向に斜めとなる斜面部と、前記水晶板の厚み方向に略平行となる側面部と、を有し、
前記第一主面は前記第一側面の前記斜面部と前記第二側面の前記側面部とに接し、前記第二主面は前記第一側面の前記側面部と前記第二側面の前記斜面部とに接し、
平面視して、前記第一主面の前記長辺に沿った中心線である第一主面中心と前記第一凸部の前記長辺に沿った中心線である第一凸部中心とは一致し、前記第二主面の前記長辺に沿った中心線である第二主面中心と前記第二凸部の前記長辺に沿った中心線である第二凸部中心とは一致する、
水晶素子。
【請求項２】
前記第一主面に接する前記二つの長辺のうち、一方の前記長辺から前記第一凸部までの距離と、他方の前記長辺から前記第一凸部までの距離とが等しく、
前記第二主面に接する前記二つの長辺のうち、一方の前記長辺から前記第二凸部までの距離と、他方の前記長辺から前記第二凸部までの距離とが等しい、
請求項1記載の水晶素子。
【請求項３】
前記第一及び第二凸部は、それぞれ一段目凸部と前記一段目凸部上の二段目凸部とからなる、
請求項１又は２記載の水晶素子。
【請求項４】
前記一段目凸部の厚みをｄ１、前記二段目凸部の厚みをｄ２としたとき、
１≦ｄ１／ｄ２≦７／３が成り立つ、
請求項３記載の水晶素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の水晶素子と、
前記水晶素子が位置する基体と、
前記水晶素子を前記基体とともに気密封止する蓋体と、
を備えた水晶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、水晶素子、及び、この水晶素子を備えた水晶デバイスに関する。水晶デバイスとしては、例えば水晶振動子又は水晶発振器などが挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
厚みすべり振動モードの水晶素子は、ＡＴカットの水晶板と、水晶板上の金属膜パターンからなる励振電極を備えたものである。この水晶板は、一枚のＡＴカットの水晶ウェハを、ウェットエッチングによって多数個に分割することにより得られる。水晶デバイスは、水晶素子の圧電効果及び逆圧電効果を利用して、特定の周波数を発生させる。一般的な水晶デバイスは、パッケージ内に水晶素子を収容し、これを蓋体によって気密封止した構造である（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１３９９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、水晶素子の小型化に伴い、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の増加など、電気特性への影響が問題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示に係る水晶素子は、平面視して、二つの長辺及び二つの短辺に囲まれた対向する第一及び第二主面と、前記第一及び第二主面に挟まれた前記長辺側の第一及び第二側面及び前記短辺側の第三及び第四側面と、を有する略矩形の水晶板と、前記第一及び第二主面上にそれぞれ位置する励振電極と、を備える。前記水晶板は、前記第一主面の一部が前記水晶板の厚み方向に突き出た第一凸部と、前記第二主面の一部が前記水晶板の厚み方向に突き出た第二凸部と、を更に有する。前記励振電極は、前記第一及び第二凸部上のそれぞれに位置する。前記第一及び第二側面は、それぞれ、前記水晶板の厚み方向に斜めとなる斜面部と、前記水晶板の厚み方向に略平行となる側面部と、を有する。前記第一主面は前記第一側面の前記斜面部と前記第二側面の前記側面部とに接し、前記第二主面は前記第一側面の前記側面部と前記第二側面の前記斜面部とに接する。平面視して、前記第一主面の前記長辺に沿った中心線である第一主面中心と前記第一凸部の前記長辺に沿った中心線である第一凸部中心とは一致し、前記第二主面の前記長辺に沿った中心線である第二主面中心と前記第二凸部の前記長辺に沿った中心線である第二凸部中心とは一致する。
【０００６】
本開示に係る水晶デバイスは本開示に係る水晶素子を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る水晶素子によれば、第一及び第二主面に対するそれぞれの第一及び第二凸部の占有面積を拡大できることにより、ＣＩ値を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１［Ａ］は実施形態１の水晶素子を示す斜視図であり、図１［Ｂ］は図１［Ａ］におけるＩｂ−Ｉｂ線拡大断面図である。
【図２】図２［Ａ］は実施形態１の水晶素子を示す平面図であり、図２［Ｂ］は図２［Ａ］の水晶素子を裏返して示す平面図である。
【図３】実施形態１の水晶素子の効果を説明する図であり、図３［Ａ］は実施形態１の水晶素子を示す概略断面図、図３［Ｂ］は比較例の水晶素子を示す概略断面図である。
【図４】実施形態１の水晶素子について凸部シフト量とＣＩ値との関係の一例を示すグラフである。
【図５】図５［Ａ］は実施形態２の水晶素子を示す斜視図であり、図５［Ｂ］は図５［Ａ］におけるＶｂ−Ｖｂ線拡大断面図である。
【図６】図６［Ａ］は実施形態２の水晶素子を示す平面図であり、図６［Ｂ］は図６［Ａ］の水晶素子を裏返して示す平面図である。
【図７】図７［Ａ］は実施形態２の水晶素子の寸法例を示す平面図であり、図７［Ｂ］は図７［Ａ］におけるVIIｂ−VIIｂ線拡大断面図である。
【図８】図８［Ａ］は実施形態２の水晶素子について凸部シフト量及び凸部厚み比とＣＩ値との関係の一例を示すグラフであり、図８［Ｂ］は実施形態２の水晶素子について凸部シフト量及び凸部厚み比とＰＡＤ変位との関係の一例を示すグラフである。
【図９】図９［Ａ］は実施形態３の水晶デバイスを示す斜視図であり、図９［Ｂ］は図９［Ａ］におけるIXｂ−IXｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら、本開示を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いることにより適宜説明を省略する。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。
【００１０】
＜実施形態１＞
図１［Ａ］及び図１［Ｂ］に示すように、本実施形態１の水晶素子１０は、平面視して、長辺１１ａ，１１ｂ及び短辺１１ｃ，１１ｄに囲まれた対向する主面１３ｅ，１３ｆと、主面１３ｅ，１３ｆに挟まれた長辺１１ａ，１１ｂ側の側面１３ａ，１３ｂ及び短辺１１ｃ，１１ｄ側の側面１３ｃ，１３ｄと、を有する略矩形の水晶板１２と、主面１３ｅ，１３ｆ上にそれぞれ位置する励振電極１４ｅ，１４ｆと、を備える。水晶板１２は、主面１３ｅの一部が水晶板１２の厚み方向に突き出た凸部１５ｅと、主面１３ｆの一部が水晶板１２の厚み方向に突き出た凸部１５ｆと、を更に有する。励振電極１４ｅ，１４ｆは、凸部１５ｅ，１５ｆ上にそれぞれ位置する。側面１３ａ，１３ｂは、それぞれ、水晶板１２の厚み方向に斜めとなる斜面部１６ａ，１６ｂと、水晶板１２の厚み方向に略平行となる側面部１７ａ，１７ｂと、を有する。主面１３ｅは側面１３ａの斜面部１６ａと側面１３ｂの側面部１７ｂとに接し、主面１３ｆは側面１３ａの側面部１７ａと側面１３ｂの斜面部１６ｂとに接する。
【００１１】
主面１３ｅ，１３ｆ、側面１３ａ，１３ｂ、側面１３ｃ，１３ｄ及び凸部１５ｅ，１５ｆは、それぞれ特許請求の範囲における「第一及び第二主面」、「第一及び第二側面」、「第三及び第四側面」及び「第一及び第二凸部」の一例に相当する。主面１３ｅは、凸部１５ｅの上面、及び、凸部１５ｅ以外の平面の二つに分かれている。主面１３ｆは、凸部１５ｆの上面、及び、凸部１５ｆ以外の平面の二つに分かれている。長辺１１ａは、主面１３ｅに接する部分、及び、主面１３ｆに接する部分の二つに分かれている。長辺１１ｂは、主面１３ｅに接する部分、及び、主面１３ｆに接する部分の二つに分かれている。
【００１２】
そして、図２［Ａ］に示すように、平面視して、主面１３ｅの長辺１１ａ，１１ｂに沿った中心線である主面中心１８ｅと、凸部１５ｅの長辺１１ａ，１１ｂに沿った中心線である凸部中心１９ｅとは、一致する。図２［Ｂ］に示すように、平面視して、主面１３ｆの長辺１１ａ，１１ｂに沿った中心線である主面中心１８ｆと、凸部１５ｆの長辺１１ａ，１１ｂに沿った中心線である凸部中心１９ｆとは、一致する。ここで、主面中心１８ｅ，１８ｆ及び凸部中心１９ｅ，１９ｆは、それぞれ特許請求の範囲における「第一及び第二主面中心」及び「第一及び第二凸部中心」の一例に相当する。
【００１３】
また、図１［Ｂ］及び図２［Ａ］に示すように、主面１３ｅに接する長辺１１ａ，１１ｂのうち、長辺１１ａから凸部１５ｅまでの距離Ｗｅａと、長辺１１ｂから凸部１５ｅまでの距離Ｗｅｂとが等しい。図１［Ｂ］及び図２［Ｂ］に示すように、主面１３ｆに接する長辺１１ａ，１１ｂのうち、長辺１１ａから凸部１５ｆまでの距離Ｗｆａと、長辺１１ｂから凸部１５ｆまでの距離Ｗｆｂとが等しい。
【００１４】
図２［Ａ］及び図２［Ｂ］には、平面視して、長辺１１ａ，１１ｂに沿った水晶板１２の中心線である素子中心２１も書き入れている。素子中心２１は、主面１３ｅに接する長辺１１ｂと主面１３ｆに接する長辺１１ａとの間を二等分する中心線である。素子中心２１と凸部中心１９ｅ，１９ｆとは、凸部シフト量Ｗｓだけずれている。距離Ｗｅａ、距離Ｗｅｂ、距離Ｗｆａ及び距離Ｗｆｂは、全て等しいとしてもよい。
【００１５】
水晶素子１０において、水晶板１２は主面１３ｅ，１３ｆの一部が水晶板１２の厚み方向（Ｙ’軸方向）に突き出た凸部１５ｅ，１５ｆを有し、凸部１５ｅ，１５ｆの上面に励振電極１４ｅ，１４ｆが設けられている。このような構造は、凸部１５ｅ，１５ｆを形成するウェットエッチングと、水晶板１２の外形を形成するウェットエッチングとの、二回のエッチングによって得られる。
【００１６】
次に、水晶素子１０の構成について更に詳しく説明する。
【００１７】
水晶板１２は、ＡＴカット水晶板である。すなわち、水晶において、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）及びＺ軸（光軸）からなる直交座標系ＸＹＺを、Ｘ軸回りに３０°以上かつ５０°以下（一例として、３５°１５′）回転させて直交座標系ＸＹ’Ｚ’を定義したとき、ＸＺ’平面に平行に切り出されたウェハが水晶板１２の原材料となる。そして、長辺１１ａ，１１ｂがＸ軸に平行、短辺１１ｃ，１１ｄがＺ’軸に平行、厚み方向がＹ’軸に平行である。水晶板１２の長さ（Ｘ軸方向）は１０００μｍ以下である。
【００１８】
一対の励振電極１４ｅ，１４ｆは、金属等の導電性材料からなり、平面視して矩形状であり、両主面１３ｅ，１３ｆのそれぞれ略中央に設けられている。励振電極１４ｅ，１４ｆからは、励振に寄与しない接続用としての引出電極１４ａ，１４ｂが、長辺１１ａ，１１ｂに沿って短辺１１ｃまで延びている。つまり、引出電極１４ａは励振電極１４ｅに導通し、引出電極１４ｂは励振電極１４ｆに導通している。
【００１９】
側面１３ａは斜面部１６ａと側面部１７ａとからなり、側面１３ｂは斜面部１６ｂと側面部１７ｂとからなる。斜面部１６ａ，１６ｂが結晶面のｍ面であり、側面部１７ａ，１７ｂが結晶面のＲ面に直角な面を含む。斜面部１６ａ，１６ｂ及び側面部１７ａ，１７ｂは、ウェットエッチング時（外形加工工程）に主面１３ｅのマスク（耐食膜）と主面１３ｆのマスク（耐食膜）とをＺ’軸方向に少しずらすことによって得られる。
【００２０】
図２［Ａ］に示すように、平面視して、主面１３ｅ側の凸部１５ｅの中心は、主面１３ｅに接する長辺１１ａ，１１ｂに平行で長辺１１ａ，１１ｂ間を二等分する中心線（凸部中心１９ｅ）上に位置する。図２［Ｂ］に示すように、平面視して、主面１３ｆ側の凸部１５ｆの中心は、主面１３ｆに接する長辺１１ａ，１１ｂに平行で長辺１１ａ，１１ｂ間を二等分する中心線（凸部中心１９ｆ）上に位置する。
【００２１】
水晶素子１０は、例えば、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術及び成膜技術を用いて製造することができる。まず、凸部１５ｅ，１５ｆのパターンが描かれた保護膜を水晶ウェハ上に形成し、水晶に対してウェットエッチングをすることにより凸部１５ｅ，１５ｆを形成する（凸部形成工程）。続いて、水晶板１２の外形のパターンが描かれた保護膜を水晶ウェハ上に形成し、水晶に対してウェットエッチングをすることにより水晶板１２の外形を形成する（外形形成工程）。続いて、金属膜を水晶ウェハの全面に形成し、励振電極１４ｅ，１４ｆ等のパターンが描かれた保護膜を金属膜上に形成し、金属膜に対するエッチングをすることにより励振電極１４ｅ，１４ｆ等を形成する（電極形成工程）。最後に、水晶ウェハから各水晶素子１０を取り外す（個片化工程）。これにより、単体の水晶素子１０が得られる。なお、保護膜としては、耐食膜又はフォトレジスト膜などを用いる。
【００２２】
水晶素子１０の動作は次のとおりである。励振電極１４ｅ，１４ｆを介して、水晶板１２に交番電圧を印加する。すると、水晶板１２は、両主面１３ｅ，１３ｆが互いにずれるように厚みすべり振動を起こし、特定の周波数を発生させる。このように、水晶素子１０は、水晶板１２の圧電効果及び逆圧電効果を利用して、一定周波数の信号を出力するように動作する。
【００２３】
次に、水晶素子１０の作用及び効果について説明する。
【００２４】
水晶素子１０によれば、凸部１５ｅ，１５ｆを設けたことにより、凸部１５ｅ，１５ｆ内に振動エネルギを閉じ込められるので、ＣＩ値を低減できる。また、結晶面のｍ面である斜面部１６ａ，１６ｂと、結晶面のＲ面に直角な面を含む側面部１７ａ，１７ｂと、を備えたことにより、両端部（両側面１３ａ，１３ｂ）が実質的に薄くなるので、両端部（両側面１３ａ，１３ｂ）での振動変位が大きく減衰する。よって、凸部１５ｅ，１５ｆとの相乗作用によって、振動エネルギ閉じ込め効果が更に向上するので、ＣＩ値を更に低減できる。この効果は、水晶板１２の厚み方向（Ｙ’軸方向）において斜面部１６ａ，１６ｂの厚みと側面部１７ａ，１７ｂの厚みとが等しくなる場合に、最も大きくなる。このとき、図１［Ｂ］に示すように、水晶板１２の重心に対して左右が点対称となることにより、水晶板１２の上半分と下半分とで振動の状態が同じになるので、振動バランスを向上できる。
【００２５】
これに加え、水晶素子１０によれば、主面中心１８ｅと凸部中心１９ｅとが一致し、主面中心１８ｆと凸部中心１９ｆとが一致することにより、主面１３ｅ，１３ｆに対する凸部１５ｅ，１５ｆの占有面積を拡大できる。そのため、凸部１５ｅ，１５ｆによって振動エネルギを更に閉じ込めやすくなるので、ＣＩ値を更に低減できる。また、凸部１５ｅ，１５ｆの占有面積を拡大できることにより、凸部１５ｅ，１５ｆ上の励振電極１４ｅ，１４ｆの占有面積も拡大できるので、これによってもＣＩ値を更に低減できる。
【００２６】
その詳しい理由について、図３［Ａ］に示す本実施形態１及び図３［Ｂ］に示す比較例に基づき説明する。図３［Ａ］及び図３［Ｂ］は、図１［Ａ］におけるＩｂ−Ｉｂ線断面図を見やすくしたものである。図３［Ａ］及び図３［Ｂ］における主面中心１８ｅ，１８ｆ、凸部中心１９ｅ，１９ｆ及び素子中心２１は、図２［Ａ］及び図２［Ｂ］におけるそれらと同じ符号を用いる。
【００２７】
図３［Ａ］に示すように、本実施形態１の水晶素子１０では、主面中心１８ｅと凸部中心１９ｅとが一致し、主面中心１８ｆと凸部中心１９ｆとが一致する。素子中心２１と主面中心１８ｅ，１８ｆ及び凸部中心１９ｅ，１９ｆとは、凸部シフト量Ｗｓだけずれている。ここで、主面１３ｆに接する長辺１１ａから主面１３ｅに接する長辺１１ｂまでの距離（素子幅）をＷ、主面１３ｆに接する長辺１１ａから主面１３ｅに接する長辺１１ａまでの距離（斜面幅）をＷ１、主面１３ｅに接する長辺１１ａから凸部１５ｅまでの距離（平面幅）をＷ２とする。このとき、図３［Ａ］において、凸部１５ｅの右半分の幅は（Ｗ−Ｗ１）／２−Ｗ２となる。したがって、凸部１５ｅの全体の幅は、その右半分の幅を二倍して、Ｗ−２Ｗ２−Ｗ１となる。凸部１５ｆについても、凸部１５ｅと同様である。
【００２８】
図３［Ｂ］に示すように、比較例の水晶素子２０では、素子中心２１と凸部中心１９ｅ，１９ｆとが一致するので、凸部シフト量Ｗｓは０である。素子中心２１及び凸部中心１９ｅ，１９ｆと主面中心１８ｅ，１８ｆとは、一致していない。この点を除き、水晶素子２０の構成は水晶素子１０と同じである。つまり、水晶素子１０と同様に、主面１３ｆに接する長辺１１ａから主面１３ｅに接する長辺１１ｂまでの距離（素子幅）をＷ、主面１３ｆに接する長辺１１ａから主面１３ｅに接する長辺１１ａまでの距離（斜面幅）をＷ１、主面１３ｅに接する長辺１１ａから凸部１５ｅまでの距離（平面幅）をＷ２とする。このとき、図３［Ｂ］において、凸部１５ｅの右半分の幅はＷ／２−Ｗ２−Ｗ１となる。したがって、凸部１５ｅの全体の幅は、その右半分の幅を二倍して、Ｗ−２Ｗ２−２Ｗ１となる。凸部１５ｆについても、凸部１５ｅと同様である。
【００２９】
このように、水晶素子１０によれば、凸部１５ｅ，１５ｆの幅を比較例よりもＷ１だけ拡大できる。凸部１５ｅ，１５ｆ上の励振電極１４ｅ，１４ｆの面積もその分拡大できる。
【００３０】
また、図１［Ｂ］、図２［Ａ］及び図２［Ｂ］に示すように、主面１３ｅに接する長辺１１ａから凸部１５ｅまでの距離Ｗｅａと、主面１３ｅに接する長辺１１ｂから凸部１５ｅまでの距離Ｗｅｂとが等しく、主面１３ｆに接する長辺１１ａから凸部１５ｆまでの距離Ｗｆａと、主面１３ｆに接する長辺１１ｂから凸部１５ｆまでの距離Ｗｆｂとが等しい。これにより、主面１３ｅ，１３ｆ上の構造が左右（Ｚ’軸方向）対称になるので、厚みねじれ振動が起こった場合の振動バランスを向上できる。
【００３１】
図４に、水晶素子１０について凸部シフト量ＷｓとＣＩ値との関係の一例を示す。凸部シフト量Ｗｓとは、図２［Ａ］、図２［Ｂ］及び図３［Ａ］にあるように、素子中心２１に対して凸部中心１９ｅ，１９ｆがどのくらいずれているか、を示す指標である。凸部シフト量Ｗｓが０である場合が、図３［Ｂ］に示す比較例である。この比較例の状態から凸部シフト量Ｗｓを大きくしていくと、凸部中心１９ｅ，１９ｆが素子中心２１から離れ主面中心１８ｅ，１８ｆに近づき、遂には図３［Ａ］に示す本実施形態１のように凸部中心１９ｅ，１９ｆが主面中心１８ｅ，１８ｆに一致する。それ以上に凸部シフト量Ｗｓを大きくしていくと、凸部中心１９ｅ，１９ｆが素子中心２１及び主面中心１８ｅ，１８ｆの両方から離れていく。
【００３２】
図４は、凸部シフト量Ｗｓを６μｍから１８μｍまで変化させた水晶素子の試料を作成し、それらのＣＩ値を測定した結果である。本実施形態１の水晶素子１０は、凸部シフト量Ｗｓが１２μｍのものに相当する。図４に示すように、ＣＩ値は、凸部シフト量Ｗｓが６μｍから大きくなるに従い低下し、凸部シフト量Ｗｓが本実施形態１の１２μｍのときに凸部中心１９ｅ，１９ｆが主面中心１８ｅ，１８ｆに一致して最小となり、それ以上に凸部シフト量Ｗｓが大きくなると増加に転ずる。このように、凸部シフト量Ｗｓが本実施形態１の１２μｍであるときに、ＣＩ値が最小になるので、本実施形態１の効果が裏付けられた。
【００３３】
＜実施形態２＞
図５［Ａ］、図５［Ｂ］並びに図６［Ａ］及び図６［Ｂ］に示すように、本実施形態２の水晶素子３０は、凸部１５ｅ，１５ｆがそれぞれ一段目凸部１５１ｅ，１５１ｆと一段目凸部１５１ｅ，１５１ｆ上の二段目凸部１５２ｅ，１５２ｆとからなる点で、実施形態１の水晶素子１０と異なる。
【００３４】
つまり、本実施形態２では、凸部１５ｅが一段目凸部１５１ｅ及び二段目凸部１５２ｅからなる二段構造であり、凸部１５ｆが一段目凸部１５１ｆ及び二段目凸部１５２ｆとからなる二段構造である。二段目凸部１５２ｅ，１５２ｆの占有面積は一段目凸部１５１ｅ，１５１ｆの占有面積よりも小さく、一段目凸部１５１ｅ，１５１ｆ上の一部に二段目凸部１５２ｅ，１５２ｆが形成されている。このような構造は、二段目凸部１５２ｅ，１５２ｆを形成するウェットエッチングと、一段目凸部１５１ｅ，１５１ｆを形成するウェットエッチングと、水晶板１２の外形を形成するウェットエッチングとの、三回のエッチングによって得られる。主面１３ｅは、二段目凸部１５２ｅの上面、一段目凸部１５１ｅの上面、及び、凸部１５ｅ以外の平面の三つに分かれている。主面１３ｆは、二段目凸部１５２ｆの上面、一段目凸部１５１ｆの上面、及び、凸部１５ｆ以外の平面の三つに分かれている。
【００３５】
次に、水晶素子３０の効果について、シミュレーション結果に基づき説明する。まず、シミュレーションの条件を説明する。
【００３６】
図７［Ａ］の平面図において、水晶板１２は、長さＬが８４９μｍ、幅Ｗが６４０μｍである。一段目凸部１５１ｅ，１５１ｆは、長さＬｍ１が６４８μｍ、幅Ｗｍ１が５２６μｍである。二段目凸部１５２ｅ，１５２ｆは、長さＬｍ２が５９６μｍ、幅Ｗｍ２が５２６μｍ（幅Ｗｍ１と同じ）である。励振電極１４ｅ，１４ｆは、長さＬｅが６２８μｍ、幅Ｗｅが５４６μｍである。
【００３７】
図７［Ｂ］の断面図において、水晶板１２の厚みに対する凸部１５ｅ，１５ｆの厚みの割合は２４％である。この割合は、凸部１５ｅ，１５ｆの厚みをそれぞれｄ、水晶板１２の凸部１５ｅ，１５ｆを含む厚みをＴとしたとき、２ｄ／Ｔ×１００で与えられる。凸部厚み比は、一段目凸部１５１ｅ，１５１ｆの厚みをｄ１、二段目凸部１５２ｅ，１５２ｆの厚みをｄ２としたとき、ｄ１：ｄ２で与えられる。
【００３８】
ＰＢ（プレートバック）量は５．４％である。このＰＢ量は、励振電極１４ｅ，１４ｆが付着された場合の水晶素子１０のカットオフ周波数をｆｏ、励振電極１４ｅ，１４ｆが付着されていない場合の水晶素子１０のカットオフ周波数をｆｓとしたとき、（ｆｓ−ｆｏ）／ｆｏ×１００で与えられ、励振電極１４ｅ，１４ｆの質量が大きいほど大きい値になる。水晶素子３０の発振周波数（基本波）は２４ＭＨｚである。
【００３９】
以上の条件下で、凸部シフト量Ｗｓを０〜２６．９μｍまで変化させ、かつ、凸部厚み比を３：７〜７：３まで変化させ、ＣＩ値及びＰＡＤ変位をシミュレーションにより求めた。本実施形態２の水晶素子３０では、凸部シフト量Ｗｓが１７．９μｍであり、このときに凸部中心１９ｅ，１９ｆが主面中心１８ｅ，１８ｆに一致する。ＰＡＤ変位とは、水晶素子３０が動作中に引出電極１４ａ，１４ｂが振動する大きさに対応し、小さいほど振動漏れが少ない。
【００４０】
図８［Ａ］に示すように、凸部シフト量Ｗｓが１７．９μｍのときにＣＩ値が最小になり、凸部厚み比が５：５〜７：３のときにＣＩ値が安定する傾向が得られた。図８［Ｂ］に示すように、凸部シフト量Ｗｓが１７．９μｍのときにＰＡＤ変位が最小になり、凸部厚み比が５：５〜７：３のときにＰＡＤ変位が安定する傾向が得られた。つまり、一段目凸部１５１ｅ，１５１ｆの厚みをｄ１、二段目凸部１５２ｅ，１５２ｆの厚みをｄ２としたとき、１≦ｄ１／ｄ２≦７／３が成り立つようにしてもよい。
【００４１】
水晶素子３０によれば、実施形態１の効果に加え、凸部１５ｅ，１５ｆを二段構造とすることにより、振動エネルギ閉じ込め効果が更に向上するので、ＣＩ値を更に低減できる。本実施形態２のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。
【００４２】
＜実施形態３＞
図９［Ａ］及び図９［Ｂ］に示すように、本実施形態３の水晶デバイス５０は、実施形態１の水晶素子１０と、水晶素子１０が位置する基体５１と、水晶素子１０を基体５１とともに気密封止する蓋体５２と、を備えている。水晶素子１０の代わりに、実施形態２の水晶素子３０を用いてもよい。基体５１は、パッケージとも呼ばれ、基板５１ａと枠体５１ｂとからなる。基板５１ａの上面と枠体５１ｂの内側面と蓋体５２の下面とによって囲まれた空間が、水晶素子１０の収容部５３となる。水晶素子１０は、例えば、電子機器等で使用する基準信号を出力する。
【００４３】
換言すると、水晶デバイス５０は、上面に一対の電極パッド５１ｄ及び下面に四つの外部端子５１ｃを有する基板５１ａと、基板５１ａの上面の外周縁に沿って位置する枠体５１ｂと、一対の電極パッド５１ｄに導電性接着剤５１ｅを介して実装される水晶素子１０と、水晶素子１０を枠体５１ｂとともに気密封止する蓋体５２と、を備えている。
【００４４】
基板５１ａ及び枠体５１ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラスセラミックス等のセラミック材料からなり、一体的に形成されて基体５１となる。基体５１及び蓋体５２は、平面視して概ね矩形状である。外部端子５１ｃと電極パッド５１ｄ及び蓋体５２とは、基体５１の内部又は側面に形成された導体を介して電気的に接続される。詳しく言えば、基板５１ａの下面の四隅に外部端子５１ｃがそれぞれ位置する。それらのうちの二つの外部端子５１ｃが水晶素子１０に電気的に接続され、残りの二つの外部端子５１ｃが蓋体５２に電気的に接続される。外部端子５１ｃは、電子機器等のプリント配線板などに実装するために用いられる。
【００４５】
水晶素子１０は、前述したように、水晶板１２と、水晶板１２の上面に形成された励振電極１４ｅと、水晶板１２の下面に形成された励振電極１４ｆとを有する。そして、水晶素子１０は、導電性接着剤５１ｅを介して電極パッド５１ｄ上に接合され、安定した機械振動と圧電効果により、電子機器等の基準信号を発振する役割を果たす。
【００４６】
電極パッド５１ｄは、基体５１に水晶素子１０を実装するためのものであり、基板５１ａの一辺に沿うように隣接して一対が位置する。そして、一対の電極パッド５１ｄは、それぞれ引出電極１４ａ，１４ｂを接続して水晶素子１０の一端を固定端とし、水晶素子１０の他端を基板５１ａの上面から離間した自由端とすることにより、片持ち支持構造にて水晶素子１０を基板５１ａ上に固定する。
【００４７】
導電性接着剤５１ｅは、例えば、シリコーン樹脂等のバインダーの中に、導電フィラーとして導電性粉末が含有されたものである。蓋体５２は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなり、シーム溶接などによって枠体５１ｂと接合することにより、真空状態にある又は窒素ガスなどが充填された収容部５３を気密的に封止する。
【００４８】
水晶デバイス５０によれば、ＣＩ値の小さい水晶素子１０を備えたことにより、安定した周波数特性を発揮できる。なお、図９に示すように構成された水晶デバイス５０は、はんだ付け、金（Ａｕ）バンプ又は導電性接着剤などによってプリント基板に外部端子５１ｃの底面が固定されることによって、電子機器を構成するプリント基板の表面に実装される。そして、水晶デバイス５０は、例えば、スマートフォン、パーソナルコンピュータ、時計、ゲーム機、通信機、又はカーナビゲーションシステム等の車載機器などの種々の電子機器で発振源として用いられる。
【００４９】
＜その他＞
以上、上記各実施形態を参照して本開示を説明したが、本開示はこれらに限定されるものではない。本開示の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本開示には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【符号の説明】
【００５０】
１０，２０，３０  水晶素子
１１ａ，１１ｂ  長辺
１１ｃ，１１ｄ  短辺
１２  水晶板
１３ｅ  主面（第一主面）
１３ｆ  主面（第二主面）
１３ａ  側面（第一側面）
１３ｂ  側面（第二側面）
１３ｃ  側面（第三側面）
１３ｄ  側面（第四側面）
１４ａ，１４ｂ  引出電極
１４ｅ，１４ｆ  励振電極
１５ｅ  凸部（第一凸部）
１５ｆ  凸部（第二凸部）
１５１ｅ，１５１ｆ  一段目凸部
１５２ｅ，１５２ｆ  二段目凸部
１６ａ，１６ｂ  斜面部
１７ａ，１７ｂ  側面部
１８ｅ  主面中心（第一主面中心）
１８ｆ  主面中心（第二主面中心）
１９ｅ  凸部中心（第一凸部中心）
１９ｆ  凸部中心（第二凸部中心）
２１  素子中心
５０  水晶デバイス
５１  基体
５１ａ  基板
５１ｂ  枠体
５１ｃ  外部端子
５１ｄ  電極パッド
５１ｅ  導電性接着剤
５２  蓋体
５３  収容部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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