(57)【要約】【課題】ＣＩ値の低減、不要モードの結合抑制に対して優位な効果を奏するための振動部の短辺寸法を特定したＡＴカット水晶振動片を提供する。【解決手段】上記課題を解決するためのＡＴカット水晶振動片は、厚み滑り振動を主振動とする圧電基板１２の板面に、周辺部１６よりも厚み寸法の大きい振動部１４を形成したＡＴカット水晶振動片であって、前記圧電基板１２の短辺の寸法をＺとし、前記振動部１４における前記圧電基板１２の厚み寸法をｔとし、前記振動部１４における短辺の寸法をＭｚとした場合に、１５．６８≦Ｚ／ｔ≦１５．８４、かつ、０．７７≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８２の関係を満足するように定められていることを特徴とする。【選択図】図１
2010062723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み滑り振動を主振動とする圧電基板の板面に、周辺部よりも厚み寸法の大きい振動部を形成し、前記圧電基板および前記振動部の長辺を水晶結晶のＸ軸方向とし、前記圧電基板および前記振動部の短辺が前記Ｘ軸方向に対して直交する方向に沿ったＡＴカット水晶振動片であって、
前記圧電基板の短辺の寸法をＺとし、前記振動部における前記圧電基板の厚み寸法をｔとし、前記振動部における短辺の寸法をＭｚとした場合に、
１５．６８≦Ｚ／ｔ≦１５．８４、かつ、０．７７≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８２
の関係を満足するように定められていることを特徴とするＡＴカット水晶振動片。
【請求項２】
前記振動部の中心から振動片を実装基板に実装する際に塗布される導電性接着剤の外周までの最短距離をＬとした場合に、
７＜Ｌ／ｔ＜２１
の関係を満足するように定め、かつ、前記導電性接着剤が前記振動部に接触していないことを特徴とする請求項１に記載のＡＴカット水晶振動片。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＡＴカット水晶振動片をパッケージの内部に実装し封止したことを特徴とするＡＴカット水晶振動子。
【請求項４】
請求項３に記載のＡＴカット水晶振動子と、集積回路素子とにより、発振回路を形成したことを特徴とする発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に振動部の厚み寸法を周辺部よりも大きくしたＡＴカット水晶振動片、ＡＴカット水晶振動子及び発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型化、薄型化の傾向にある近年の圧電振動片において、振動エネルギーの閉じ込め、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の低減を目的として、メサ構造を採るものが知られている。
【０００３】
ここで、メサ構造とは、その特性が適正に作用した場合には上記のように振動エネルギーの閉じ込め、ＣＩ値の低減といった効果を奏するほか、不要モードの重畳を低減することを可能とする。しかし、メサ構造を得るための基板の掘り量が適正範囲を超えてしまうと、再び不要モードの重畳（結合）が多くなるとともに、基板表面にはエッチング喰われ（結晶欠陥の進行）等による孔などが形成されるほか、オーバーエッチングなどにより外形形状にばらつきが生じることもあり、振動特性にも悪影響を及ぼすこととなる。そこで、メサ構造を得るための基板の掘り量の最適値を定めた圧電振動片の提供が提案されてきている。例えば特許文献１、２に開示されている技術などがそれである。
【０００４】
特許文献１には、水晶基板の長片寸法を基板の厚み寸法の２０倍以上とし、メサ構造を得るための基板の堀り量を厚み寸法の１０％〜３０％程度とすることが記載されている。特許文献１のようにメサ掘り量、辺比（水晶基板の長辺寸法／厚み寸法）を定めると、確かにＣＩ値の低減、不要モード結合の抑制効果を期待することができる。しかし、ＣＩ値の低減、不要モードの結合抑制といった効果は、上記要件に合致していれば一律に奏することができる訳ではなく、辺比とメサ掘り量との関係により多寡が生じることが知られてきている。
【０００５】
そこで本願発明者等は特許文献２のように、メサ構造を得るための基板の堀り量ｙの最適値を圧電基板の長辺の寸法ｘ、振動部における圧電基板の厚み寸法ｔに基づいて定めたメサ型圧電振動片を提案している。
【特許文献１】特開２００６−３４００２３号公報
【特許文献２】特願２００７−１０４２８１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２では、メサ掘量ｙの最適値を圧電基板の長辺寸法ｘ等により規定し、不要モードのうち特に屈曲振動を抑圧することができる。しかしながら、圧電基板の長辺寸法ｘを特定するのみでは、ＣＩの温度特性を抑制し、かつフラット化することが困難だった。また不要モードのうち一例として輪郭振動を抑圧することは困難であると考えられる。
【０００７】
そこで本発明では、ＣＩ値の低減、不要モードを抑制して特に優位な効果を奏する構成を備えたＡＴカット水晶振動片、ＡＴカット水晶振動子及び発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
〔適用例１〕本発明のＡＴカット水晶振動片は、厚み滑り振動を主振動とする圧電基板の板面に、周辺部よりも厚み寸法の大きい振動部を形成し、前記圧電基板および前記振動部の長辺を水晶結晶のＸ軸方向とし、前記圧電基板および前記振動部の短辺が前記Ｘ軸方向に対して直交する方向に沿ったメサ型の圧電振動片であって、前記圧電基板の短辺の寸法をＺとし、前記振動部における前記圧電基板の厚み寸法をｔとし、前記振動部における短辺の寸法をＭｚとした場合に、１５．６８≦Ｚ／ｔ≦１５．８４、かつ、０．７７≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８２の関係を満足するように定められていることを特徴とするＡＴカット水晶振動片。
【０００９】
このように圧電基板の短辺寸法Ｚを特定する構成とすることにより、ＣＩ値を低減して温度特性をフラット化することができる。また、特定温度における不要モードのうち特に輪郭振動を効果的に抑制することができる。
〔適用例２〕前記振動部の中心から振動片を実装基板に実装する際に塗布される導電性接着剤の外周までの最短距離をＬとした場合に、７＜Ｌ／ｔ＜２１の関係を満足するように定め、かつ、前記導電性接着剤が前記振動部に接触していないことを特徴とする適用例１に記載のＡＴカット水晶振動片。
【００１０】
このような構成とすることにより、ＣＩ値を全体的に低減して、特定温度領域における不要モードを抑制することができる。
〔適用例３〕本発明のＡＴカット水晶振動片は、適用例１または適用例２に記載のＡＴカット水晶振動片をパッケージの内部に実装し封止したことを特徴とするＡＴカット水晶振動子。
【００１１】
このような構成とすることにより、上記効果を奏するＡＴカット水晶振動子を提供することができる。
〔適用例４〕本発明の発振器は、適用例３に記載のＡＴカット水晶振動子と、集積回路素子とにより発振回路を形成したことを特徴とする発振器。
このような構成とすることにより、上記効果を奏する発振器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のＡＴカット水晶振動片、ＡＴカット水晶振動子及び発振器に係る実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明の一部の実施形態に過ぎない。
【００１３】
図１は本発明のＡＴカット水晶振動片（以下、単に圧電振動片という）１０の形状を示す図である。なお図１（Ａ）は、圧電振動片の平面形状を示す図であり、図１（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ断面を示す図である。
【００１４】
本実施形態の圧電振動片１０は、厚み滑り振動を主振動とする圧電基板１２の板面に、周辺部１６よりも板厚の厚い振動部１４を形成したメサ型のものである。具体的には、本実施形態に係る圧電振動片１０を構成する圧電基板１２は、ＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶片であり、その外形形状は、および振動部１４の形状は矩形に形成されている。また振動部１４の各辺部は、外形形状を成す圧電基板１２の各辺部と並行に形成されている。なお上記圧電振動片１０は、圧電基板１２および振動部１４の長辺を水晶結晶のＸ軸方向とし、圧電基板１２および振動部１４の短辺をＸ軸方向に対して直交する方向に沿って形成している。
【００１５】
ここで振動部１４は、周辺部１６に伝搬する不要モード（例えば屈曲モード）の振幅の腹の部分に、周辺部１６との境界を成す段差部が位置するように形成するとよい。このような構成とすることにより不要モードを抑圧することができ、振動特性を良好に保つことができるからである。
【００１６】
このような形状の圧電基板１２の振動部１４には、励振電極１８が形成されており、周辺部１６における一方の端部には支持部２０が形成されている。そして前記励振電極１８と支持部２０との間には、接続電極１９が引き回されている。
【００１７】
次に図１に示すような圧電振動片の形成方法について説明する。まず、ウェハ（不図示）の主面上にレジスト膜等の保護膜を形成し、露光・現像を施すことで複数の個片領域を形成したマスクを形成する。このマスクを利用してウェハをエッチングすることで、ウェハ上に複数の圧電基板の外形形状を形成する。なお、メサ部（振動部）は、マスクの形成、エッチングの工程を段階的に行うことで形成することができる。個片単位の圧電基板の外形形状を形成した後、蒸着やスパッタ等の技術を利用してウェハ主面に電極膜を形成する金属膜（例えばクロムを下地とした金）を形成する。その後、金属膜上に保護膜を形成し、電極形状を形成し、外形形状の形成と同様にエッチングを施し、所望する電極パターンを得る。このようにしてバッチ処理された圧電基板は、ウェハから切り離されることで個片化される。
【００１８】
このような構成の圧電振動片１０について、本願発明者等は、圧電基板１２の短辺寸法Ｚおよび振動部１４の短辺寸法Ｍｚを変化させてＣＩ値および温度との関係について図２に示すような知見を得た。
【００１９】
図２は圧電基板の短辺寸法Ｚと振動部の短辺寸法Ｍｚを変化させた場合におけるＣＩ値と温度との関係を示すグラフである。なお本実施形態の圧電基板１２は、振動部１４の板厚寸法ｔがｔ＝６１．８５μｍの圧電基板を使用している。
【００２０】
ここで振動部１４の板厚寸法ｔに対する短辺寸法Ｚの比（Ｚ／ｔ）は、板厚寸法ｔ＝６１．８５μｍで固定し、短辺寸法Ｚを変えてＺ／ｔ＝１５．６０，１５．６８，１５．７６，１５．８４とした。また圧電基板１２の短辺寸法Ｚに対する振動部１４の短辺寸法Ｍｚの比（Ｍｚ／Ｚ）は、圧電基板１２の短辺寸法Ｚを固定し、振動部１４の短辺寸法Ｍｚを変えてＭｚ／Ｚ＝０．７１，０．７７，０．８２，０．８７とした。図２はこのようなＺ／ｔとＭｚ／Ｚの各４種の辺比をそれぞれ組み合わせたＡ１〜Ｄ４までのサンプルを作成し、各サンプルの温度とＣＩ値の関係をグラフ化したものである。
【００２１】
なお説明の便宜上、Ｍｚ／Ｚ＝０．７１のとき、Ｚ／ｔ＝１５．６０〜１５．８４のグラフをＡ１〜Ａ４とし、Ｍｚ／Ｚ＝０．７７のとき、Ｚ／ｔ＝１５．６０〜１５．８４のグラフをＢ１〜Ｂ４とし、Ｍｚ／Ｚ＝０．８２のとき、Ｚ／ｔ＝１５．６０〜１５．８４のグラフをＣ１〜Ｃ４とし、Ｍｚ／Ｚ＝０．８７のとき、Ｚ／ｔ＝１５．６０〜１５．８４のグラフをＤ１〜Ｄ４とする。また各グラフの縦軸はＣＩ値（Ω）を示し、横軸は温度（℃）をそれぞれ示している。
【００２２】
ここで本実施形態のＣＩ値の良好な温度特性は、一例として、温度−４０℃〜＋１２０℃におけるＣＩ値が６５Ω以下で、かつ、−４０℃〜＋１２０℃におけるＣＩ値の最大値と最小値の差が２０Ω以下の範囲に設定している。これはＣＩ値が小さいほど振動片として安定しているためである。また、ＣＩ値の最大値と最小値の差が２０Ω以下の範囲であればバラツキが少なく、一定の特性を得ることができるためである。
【００２３】
まずＭｚ／Ｚ＝０．７１のとき、グラフＡ１〜Ａ４に示すように、Ｚ／ｔを変化させた場合、いずれもＣＩ値は常温で６０Ω以上となる高い傾向にあり、かつ主振動モードの厚み滑り振動に対する不要モードの結合によって、ある温度での局所的なＣＩ値上昇が生じている。例えばグラフＡ３では５０℃以上、特に９０℃以上で著しいＣＩ値上昇が見られるが、これは、主振動モードに対する不要モードの結合によるものである。
【００２４】
また、Ｍｚ／Ｚ＝０．８７のとき、Ｄ１〜Ｄ４に示すように、全体的にＣＩ値が高い傾向にあるか、または不要モードの著しい結合が生じている。例えばグラフＤ２では−１０℃〜＋２０℃において１００Ω以上のＣＩ値となっているが、これは主振動モードに対する不要モードの結合によるものである。グラフＤ３とＤ４に見られる８０℃付近のＣＩ値上昇も不要モードの結合によるものである。
【００２５】
次にＭｚ／Ｚ＝０．７７のとき、短辺寸法Ｚが小さいＢ１（Ｚ／ｔ＝１５．６０）の場合、０℃以下の低温領域でＣＩ値は高くなるが、０℃以上ではＣＩ値が６０Ω以下となり低下するとともに、特性変化も略フラット、すなわちＣＩ値の最大値と最小値の差が２０Ω以下となる。またＢ２〜Ｂ４（Ｚ／ｔ＝１５．６８〜１５．８４）の場合、ＣＩ値はいずれも６５Ω以下となり、高温域でわずかながらの不要モードの結合が生じているが、特性変化は略フラットとなる。
【００２６】
またＭｚ／Ｚ＝０．８２のとき、短辺寸法Ｚが小さいＣ１（Ｚ／ｔ＝１５．６０）の場合、ＣＩ値は全体的に高い傾向にあり、かつ０℃付近で不要モードの結合が生じている。一方、Ｃ２〜Ｃ４（Ｚ／ｔ＝１５．６８〜１５．８４）の場合、短辺寸法Ｚを変化させてもＣＩ値は常温で略４０Ω、−４０℃〜＋１２０℃で６０Ω以下となっており、低温領域から高温領域に亘って全体的に低減かつ特性変化は略フラットとなる。
【００２７】
上述した傾向から推察すると、ＣＩ値を低減化して温度特性をフラットな状態とし、かつ不要モードを抑圧可能な圧電基板の短辺寸法Ｚおよび振動部の短辺寸法Ｍｚの範囲は、グラフＢ２〜Ｂ４およびＣ２〜Ｃ４の範囲、
すなわち１５．６８≦Ｚ／ｔ≦１５．８４、かつ、
０．７７≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８２に設定するとよい。
【００２８】
またグラフＢ２〜Ｂ４およびＣ２〜Ｃ４の範囲は、いずれもＣＩ値の良好な温度特性の範囲である、−４０℃〜＋１２０℃におけるＣＩ値が６５Ω以下で、かつ、−４０℃〜＋１２０℃におけるＣＩ値の最大値と最小値の差が２０Ω以下の範囲を満たしている。
【００２９】
このような範囲に設定することにより、ＣＩ値を低減化して、かつ特性変化がフラットとなる範囲を選択することができる。さらに不要モードの結合を抑えることができ、良好な振動特性を持った圧電振動片を得ることができる。
【００３０】
次に、本発明の圧電振動片について、他の側面からＣＩ値の低減、不要モードの抑制を図った場合について説明する。本願発明者等は、メサ型圧電振動片についてのＣＩ値の低減、不要モードの抑制といった効果は、圧電振動片１０を実装基板等へマウントする際の形態によっても変化することを見出した。つまり、実装基板等に対する圧電振動片１０の固定状態が弱い場合には、ＣＩ値の低下は良好であるが不要モードが乗り易くなるという傾向がある。このような傾向の中、本願発明者等は固定状態を所定の範囲に定めた場合には、使用範囲（常温）のＣＩ値の低下といった効果を得つつ、不要モードの抑制といった効果も得ることができる範囲を見出したのである。
【００３１】
そこで本実施形態では、図３に示すように圧電基板を平面視した振動部１４の中心Ｃから導電性接着剤２２の外周までの最短距離をＬと規定する。そして振動部１４の板厚寸法ｔに対して、振動部１４の中心Ｃから導電性接着剤２２の外周までの最短距離Ｌの比Ｌ／ｔの適正範囲について定めることとする。
【００３２】
図４は振動部の板厚寸法ｔに対する振動部の中心Ｃから導電性接着剤の外周までの最短距離Ｌの比Ｌ／ｔを変化させた場合におけるＣＩ値と温度の関係を示すグラフである。
【００３３】
図４（Ａ）は、Ｌ／ｔを7よりも小さく設定した場合におけるＣＩ値と温度との関係を示すグラフである。これによると不要モードの結合についてはかなり抑制されているものの、実装基板等に対する圧電振動片の固定状態の影響を強く受け、低温領域においてＣＩ値の上昇が目立っている。
【００３４】
一方、図４（Ｂ）は、Ｌ／ｔを２１よりも大きく設定した場合におけるＣＩ値と温度との関係を示すグラフである。図４（Ｂ）からも読み取れるように、ＣＩ値は４０Ω以下と非常に低く抑えることができるが使用範囲の温度領域において不要モードの結合が目立つ。
【００３５】
ここで導電性接着剤２２は振動部１４と接触していないことが望ましい。導電性接着剤２２が振動部１４と接触した場合、振動部１４における主要モード（厚み滑り振動）を抑制してしまうからである。
【００３６】
このように、Ｌ／ｔの値を７よりも小さい、あるいは２１よりも大きいといった極端な範囲に設定した場合には、不要モードの結合やＣＩ値の上昇といった好ましくない特性が生ずる場合がある。これに対し、Ｌ／ｔを
７＜Ｌ／ｔ＜２１
の範囲の場合、温度領域の変化に伴うＣＩ値の上昇、不要モードの結合が抑制されることを確認した。
【００３７】
よって、振動部の板厚寸法ｔと振動部の中心Ｃから導電性接着剤の外周までの最短距離Ｌの比Ｌ／ｔは、７＜Ｌ／ｔ＜２１の範囲であり、かつ導電性接着剤が振動部に接触していないことが望ましい。このような範囲で定めることにより、不要モードの結合を抑制しつつ、ＣＩ値の低下も促すことができる。
【００３８】
上記Ｚ／ｔ、Ｍｚ／Ｚ、Ｌ／ｔはそれぞれＣＩ値、不要モードに相互的に作用するものであるため、これらを併せて定めることにより、ＣＩ値の低減、不要モードの抑制についてのより高い効果を得ることが可能となる。
【００３９】
上記のように形成したＡＴカット水晶振動片１０は、パッケージの内部に実装して封止することにより、ＡＴカット水晶振動子として使用することができる。具体的には図３に示すように、パッケージ３０はセラミック材料等で形成することができ、キャビティ３２の底面には実装電極３４を形成してある。そして、実装電極３４の上に導電性接着剤２２を塗布し、圧電振動片１０の接続電極１９を配置して固定する。なお、パッケージ３０の上部には蓋体３６を装着してパッケージ３０内部を窒素雰囲気等に保持している。
【００４０】
また上記のように形成したＡＴカット水晶振動子は集積回路素子と組み合わせることにより発振器として使用することができる。一例として図３に示すＡＴカット水晶振動子と集積回路素子（不図示）とを、配線パターンを形成した基板上に実装することにより、発振器を形成することができる。また図３に示すパッケージ内部に圧電振動片１０とともに集積回路素子を封入することにより、発振器パッケージを形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のＡＴカット水晶振動片の形状を示す図である。
【図２】圧電基板の短辺寸法および振動部の短辺寸法を変化させた場合におけるＣＩ値と温度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明のＡＴカット水晶振動子の説明図である。
【図４】振動部の板厚寸法ｔに対する振動部の中心Ｃから導電性接着剤の外周までの最短距離Ｌの比Ｌ／ｔを変化させた場合におけるＣＩ値と温度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１０………圧電振動片、１２………圧電基板、１４………振動部、１６………周辺部、１８………励振電極、１９………接続電極、２０………支持部、２２………導電性接着剤、３０………パッケージ、３２………キャビティ、３４………実装電極、３６………蓋体。
【図１】
2010062723.tif 000003
【図２】
2010062723.tif 000004
【図３】
2010062723.tif 000005
【図４】
2010062723.tif 000006