(57)【要約】【課題】  振動エネルギーの漏れを防ぐ。【解決手段】  所定の厚みを有する矩形形状の水晶片と、この水晶片の主面に設けられる凸部と、この凸部を覆って水晶片に設けられる励振電極と、励振電極と接続し水晶片の端部に設けられる２つ一対の接続端子と、を備え、水晶片のｍ面が形成される側の側面において、水晶の結晶面であるｍ面とＲ面と直交する面とが形成されており、接続端子が設けられる水晶片の隅部から凸部が設けられていないまでの第一範囲においてｍ面となる領域の厚み方向に占める割合が０．７〜０．８となり、凸部が設けられている部分から水晶片の他の端部までの第二範囲においてｍ面となる領域の厚み方向に占める割合が０．５となって構成されることを特徴とする。【選択図】      図１
2014230056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の厚みを有する矩形形状の水晶片と、
この水晶片の主面に設けられる凸部と、
この凸部を覆って前記水晶片に設けられる励振電極と、
前記励振電極と接続し前記水晶片の端部に設けられる２つ一対の接続端子と、
を備え、
前記水晶片のｍ面が形成される側の側面において、
水晶の結晶面であるｍ面とＲ面と直交する面とが形成されており、
前記接続端子が設けられる水晶片の隅部から前記凸部が設けられていないまでの第一範囲においてｍ面となる領域の厚み方向に占める割合が０．７〜０．８となり、
前記凸部が設けられている部分から水晶片の他の端部までの第二範囲においてｍ面となる領域の厚み方向に占める割合が０．５となって構成されることを特徴とする水晶振動素子。
【請求項２】
前記凸部が楕円形状となっていることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動素子。
【請求項３】
前記凸部が前記水晶片の両主面に設けられており、一方の主面に設けられる凸部が他方の主面に設けられる凸部と大きさが異なるように設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水晶振動素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶デバイスに用いられる水晶振動素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水晶デバイスには水晶片に励振電極となる金属膜を設けて構成された水晶振動素子が用いられている。
この水晶片は、ＡＴカットの水晶ウェハをエッチングすることで形成することができる。
ＡＴカットの水晶ウェハは、人工水晶を切断して設けられる板材であって、水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸側を向く面をＸ軸まわりにθ°回転させて新たに設定されるＸ軸、Ｙ´軸、Ｚ´軸、のうちＹ軸を向いていた面がＹ´軸を向いた状態で切断されて得られる。
切断された水晶ウェハは、表面が研磨されて所定の厚さＴで仕上げられている。
このような水晶ウェハは、両主面にマスクが設けられ、水晶片とする位置と外周枠の部分と水晶片同士又は外周枠を繋ぐ接続部以外が開口した状態となっている。
この状態で、水晶ウェハをウェットエッチングすると、水晶ウェハの厚み方向に貫通した貫通部が形成される。
この貫通部は、水晶振動素子の側面となり、所定の時間、ウェットエッチングすることによってｍ面及びＲ面と直交する面とが形成される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９３１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来より水晶振動素子は、水晶片に設けられた励振電極で生じた振動エネルギーを例えば水晶片の外縁で閉じ込めるのが理想とされる。しかしながら、水晶片が小さく設計されて水晶デバイスとされたときに、励振電極で生じた振動エネルギーが水晶片で閉じ込められずに漏れる恐れがあった。
【０００５】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、振動エネルギーの漏れを防ぐ水晶振動素子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】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、水晶振動素子であって、所定の厚みを有する矩形形状の水晶片と、この水晶片の主面に設けられる凸部と、この凸部を覆って前記水晶片に設けられる励振電極と、前記励振電極と接続し前記水晶片の端部に設けられる２つ一対の接続端子と、を備え、前記水晶片のｍ面が形成される側の側面において、水晶の結晶面であるｍ面とＲ面と直交する面とが形成されており、前記接続端子が設けられる水晶片の隅部から前記凸部が設けられていないまでの第一範囲においてｍ面となる領域の厚み方向に占める割合が０．７〜０．８となり、前記凸部が設けられている部分から水晶片の他の端部までの第二範囲においてｍ面となる領域の厚み方向に占める割合が０．５となって構成されることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前記凸部が楕円形状となっていることを特徴とする。また、本発明は、前記凸部が前記水晶片の両主面に設けられており、一方の主面に設けられる凸部が他方の主面に設けられる凸部と大きさが異なるように設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
このような水晶振動素子によれば、水晶片のｍ面が形成される側の側面において、水晶の結晶面であるｍ面とＲ面と直交する面とが形成されており、接続端子が設けられる水晶片の隅部から凸部が設けられていないまでの第一範囲においてｍ面となる領域の厚み方向に占める割合が０．７〜０．８となり、凸部が設けられている部分から水晶片の他の端部までの第二範囲においてｍ面となる領域の厚み方向に占める割合が０．５となって構成されるので、接続端子側での振動エネルギーのエネルギー閉じ込めが大きくなり、振動漏れを防ぐことができる。
【０００９】
また、このような水晶振動素子によれば、凸部が楕円形状となっているので、励振電極で発生する振動の伝播の速さに近似した形状となるので、凸部での不要振動の発生を防ぐことができる。また、凸部が水晶片の両主面に設けられ、一方の主面に設けられる凸部が他方の主面に設けられる凸部と大きさが異なるように設けられているので、凸部での振動エネルギーの閉じ込めを大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る水晶振動素子の一例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る水晶振動素子と従来の水晶振動素子とのＣＩ値を比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために誇張して図示している。また、水晶片に対して最も広い平面とこの平面と並行となる面を主面とし、この主面を囲む面を側面とする。
【００１２】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る水晶振動素子１０は、水晶片１１、凸部１２、励振電極１３、接続端子１４とから主に構成されている。
【００１３】
凸部１２は、図１及び図２に示すように、後述する水晶片１１の主面の面中心に設けられる。また、この凸部１２は楕円形状となっており、楕円中心が水晶片１１の主面の面中心に一致し、楕円の長径が水晶片１１の長辺と並行となるように設けられている。
ここで、水晶片１１の一方の主面に設けられる凸部１２は、他方の主面に設けられる凸部１２と大きさが異なるように設けられている。例えば、図２及び図３に示すように、形状は同じ楕円形状となっているが、一方の主面に設けられる凸部１２の楕円形状は、他方の主面に設けられる凸部の楕円形状よりも平面積が小さく形成されている。
【００１４】
励振電極１３は、図１及び図２に示すように、楕円形状となっており凸部１２を覆って水晶片１１に設けられる。この励振電極１３は、水晶片１１の両主面に対向するように設けられている。また、楕円形状の励振電極１３は、水晶片１１の長辺と楕円の長径とが平行となるように水晶片１１に設けられる。
【００１５】
接続端子１４は、図１に示すように、２つ一対で用いられ、励振電極１３と接続し水晶片１１の一方の端部に設けられる。一方の接続端子１４は、水晶片１１の一方の主面に設けられた励振電極１３と接続し、他方の接続端子１４は、水晶片１１の他方の主面に設けられた励振電極１３と接続している。
【００１６】
水晶片１１は、図１に示すように、所定の厚みを有する矩形形状に形成されている。この水晶片１１は、例えば、接続端子１４が設けられる端部から反対側の端部までの方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向と直交する方向をＺ軸方向としており、Ｚ軸方向が水晶片１１の幅Ｗ寸法となっている。
このＸ軸方向と平行でありＺ軸方向と直交する水晶片１１の側面には、ｍ面が形成されている。このｍ面が形成される側の側面において、水晶の結晶面であるｍ面とＲ面と直交する面とが形成されている。
このｍ面及びＲ面と直交する面は、板状に形成された水晶ウェハをウェットエッチングすることで形成される。
【００１７】
ここで、ｍ面が形成される水晶片１１の側面において、接続端子１４が設けられる水晶片１１の隅部から凸部１２が設けられていないまでの範囲を第一範囲Ｄ１とし、凸部１２が設けられている部分から水晶片１１の他の端部までの範囲を第二範囲Ｄ２とする。
第一領域Ｄ１は、最も外側に位置する凸部１２の先端から水晶片の一方の隅部までの範囲であって、凸部１２が形成されていない平面部分を指す。
第二領域Ｄ２は、第一領域Ｄ１の境界の基準となった最も外側に位置する凸部１２の先端から水晶片１１の他方の隅部までの範囲であって、最も外側に位置する凸部１２と他の水晶片１１の平面部分とを指す。
【００１８】
このとき、図１〜図３に示すように、ｍ面は、第一範囲Ｄ１と第二範囲Ｄ２とで側面に占める割合が異なっている。
まず、接続端子１４が設けられる水晶片１１の隅部から凸部１２が設けられていないまでの第一範囲Ｄ１において、ｍ面Ｆ１ａは、水晶片１１の厚みを「１」としたとき、ｍ面Ｆ１ａとなる領域の厚み方向に占める割合が０．７〜０．８となっている。
【００１９】
つまり、水晶片１１の当該側面を正面から見たとき、ｍ面Ｆ１ａ及びＲ面と直交する面Ｆ２ａは厚みの方向に分割された状態で視認できる。この厚み方向に分割された状態において、水晶片１１の厚みを「１」としたとき、ｍ面Ｆ１ａが厚み方向に占める割合を０．７〜０．８となっている。
【００２０】
また凸部１２が設けられている部分から水晶片１１の他の端部までの第二範囲Ｄ２において、ｍ面Ｆ１ｂは、水晶片１１の厚みを「１」としたとき、ｍ面Ｆ１ｂとなる領域の厚み方向に占める割合が０．５となっている。
【００２１】
つまり、水晶片１１の当該側面を正面から見たとき、ｍ面Ｆ１ｂ及びＲ面と直交する面Ｆ２ｂは厚みの方向に分割された状態で視認できる。この厚み方向に分割された状態において、水晶片１１の厚みを「１」としたとき、ｍ面Ｆ１ｂが厚み方向に占める割合を０．５となっている。
【００２２】
したがって、このような第一範囲Ｄ１におけるｍ面Ｆ１ａは、第二範囲Ｄ２のｍ面Ｆ１ｂよりも面積が広いため、エネルギー閉じ込めの効果を大きくすることができる。
また第一範囲Ｄ１が水晶片１１の接続端子１４が設けられる側にしてｍ面Ｆ１ａが他のｍ面Ｆ１ｂよりも広くしたことで接続端子１４からの振動漏れを防ぎつつ第一範囲Ｄ１のｍ面Ｆ１ａでエネルギー閉じ込めを大きくしてさらに振動漏れを防ぐことができる。
【００２３】
次に、本発明の実施形態に係る水晶振動素子１０は、以下のようにして製造することができる。
【００２４】
まず、水晶ウェハについて説明する。
ＡＴカットの水晶ウェハは、人工水晶を切断して設けられる板材であって、水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸側を向く面をＸ軸まわりにθ°回転させて新たに設定されるＸ軸、Ｙ´軸、Ｚ´軸、のうちＹ軸を向いていた面がＹ´軸を向いた状態で切断されて得られる。切断された水晶ウェハは、表面が研磨されて所定の厚さＴ（μｍ）で仕上げられている。
なお、Ｘ軸及びＺ´軸と並行となる平面を主面とする。
【００２５】
水晶ウェハに凸部を有する水晶片を設ける方法は種々提案されているが、例えば、以下のように水晶ウェハに凸部を有する水晶片を設ける。
【００２６】
まず、水晶ウェハに耐食膜を設け、耐食膜の上にフォトレジスト膜を設ける。
水晶片となる部分を残して隣り合う水晶片となる部分の間が貫通したマスクを水晶ウェハに重ねて露光・現像を行う。感光したフォトレジストを剥離し、露出した耐食膜を除去する。水晶ウェハの表面が露出した状態で、ウェットエッチングにより露出部分を所定の厚さまで除去する。
【００２７】
残されたフォトレジストを剥離した後に、再度、フォトレジストを水晶ウェハに設け、凸部となる部分を残して水晶片の形状に対応させた貫通部を有するマスクを水晶ウェハに重ねて露光・現像を行う。感光したフォトレジストを剥離し、露出した耐食膜を除去する。水晶ウェハの表面が露出するので、ウェットエッチングにより露出部分を所定の厚さまで除去する。これにより、水晶ウェハには、凸部を有した水晶片となる部分が複数設けられた状態となる。このときの水晶片のＸ軸と平行になる側面には、ｍ面及びＲ面と直交する面とが設けられた状態となっており、厚み方向におけるｍ面の占める割合が０．５となっている。
つまり、水晶片の厚み方向におけるｍ面の占める割合が０．５となるまでウェットエッチングを行う。
【００２８】
この状態で、第二範囲となる部分にフォトレジストを設け、再度、ウェットエッチングを行う。
これにより、水晶ウェハの露出する部分である第一範囲の部分の水晶ウェハの表面が除去されてｍ面の面積が広がっていく。厚み方向におけるｍ面の占める割合が０．７〜０．８となったところでウェットエッチングを終わらせる。
【００２９】
その後、励振電極と接続端子の形状に対応したパターンを有するマスクを水晶片が設けられた水晶ウェハに重ねて、スパッタや蒸着により、励振電極と接続端子とを水晶片に設けて水晶振動素子とする。
水晶ウェハからそれぞれの水晶振動素子を折り取り、個々の水晶振動素子とする。
このように、本発明の実施形態に係る水晶振動素子は、容易に製造することができる。
【００３０】
なお、本発明は、適宜変更が可能である。
例えば、水晶片に設けられる凸部１２は、水晶片１１の一方の主面のみに形成されていても良いし、水晶片１１の両主面に設けられる凸部１２の大きさを同じ形状で同じ平面積で設けても、本発明の実施形態と同様の効果を奏する。
【実施例】
【００３１】
次に、実施例について、説明する。
この実施例では、水晶片のＷ寸法を所定の範囲で変更した時のＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）を促成した結果を確認している。各Ｗ寸法においてＣＩ値が低い値ほど良好な状態とすることができる。
【００３２】
実施例１は、本発明の実施形態に係る水晶振動素子であって、水晶片の両主面に大きさが異なる凸部が設けられ、第一範囲の水晶片の厚み方向におけるｍ面の占める割合が０．７５、第二範囲の水晶片の厚み方向におけるｍ面の占める割合が０．５となっている水晶振動素子である（図１参照）。
【００３３】
図４に示すように、実施例１の水晶振動素子は、Ｗ寸法が６２８μｍ〜６３２μｍ，６４６μ〜６５０μｍの範囲でＣＩ値が３００Ωを下回った。また、Ｗ寸法が６３４μｍ〜６３８μｍの範囲において、６３６μｍでＣＩ値が約６００Ωとなる山形の分布となった。また、Ｗ寸法が６３８μｍ〜６４２μｍの範囲でＣＩ値が４００Ωを下回った。また、Ｗ寸法が６４２μｍ〜６４６μｍの範囲において、６４４μｍでＣＩ値が約７００Ωとなる山形の分布となった。
【００３４】
比較例１は、水晶片の両主面に大きさが異なる凸部が設けられ、第一範囲及び第二範囲の水晶片の厚み方向におけるｍ面の占める割合が０．５となっている水晶振動素子である。
【００３５】
図４に示すように、比較例１の水晶振動素子は、Ｗ寸法が６２８μｍ〜６５０μｍの範囲でＣＩ値が安定せずばらけた分布となった。また、各Ｗ寸法において、ＣＩ値が実施例１のＣＩ値を下回ることがなかった。
【００３６】
このように、実施例１の水晶振動素子は、従来の水晶振動素子よりも低いＣＩ値とすることができた。
【符号の説明】
【００３７】
１０    水晶振動素子
１１    水晶片
１２    凸部
１３    励振電極
１４    接続端子
Ｄ１    第一範囲
Ｄ２    第二範囲
Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ  ｍ面
Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ  Ｒ面に直交する面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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