(57)【要約】【課題】ＣＩ値の低減、不要モードの結合抑制に対して特に有意な効果を奏するためのメサ掘り量を有する圧電振動片を提供する。【解決手段】上記課題を解決するための圧電振動片は、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を形成したメサ型の圧電振動片１０であって、段差部の堀量ｙは、圧電基板１２の長辺の寸法をｘ、振動部１４における圧電基板１２の厚み寸法をｔとした時に、板厚ｔを基準として、2014075848.tif 000013の関係を満足するように定められることを特徴とする。【選択図】図１
2014075848.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たメサ型の圧電振動片であって、
段差部の堀量ｙは、圧電基板の長辺の寸法をｘ、振動部における圧電基板の厚み寸法をｔとした時に、板厚ｔを基準として、
2014075848.tif 000010
の関係を満足するように定められることを特徴とするメサ型圧電振動片。
【請求項２】
辺比ｘ／ｔが３０以下であることを特徴とする請求項１に記載のメサ型圧電振動片。
【請求項３】
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たメサ型の圧電振動片であって、
長辺方向の一方の端部から段差部までの寸法をｄｘとした場合、前記圧電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塗布範囲における長辺方向寸法Ｓｘを、
2014075848.tif 000011
の範囲で定めたことを特徴とするメサ型圧電振動片。
【請求項４】
長辺方向の一方の端部から段差部までの寸法をｄｘとした場合、前記圧電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塗布範囲における長辺方向寸法Ｓｘを、
2014075848.tif 000012
の範囲で定めたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のメサ型圧電振動片。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電振動片に係り、特に振動部の厚み寸法を周辺部よりも大きくしたメサ型の圧電振動片に関する。
【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は知られている。
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他、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）が多くなると共に、基板表面にはエッチング喰われ等による孔などが形成される他、オーバーエッチングなどにより外形形状にバラツキが生ずることもあり、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に開示されている技術などがそれである。
【０００３】
特許文献１には、水晶基板の長辺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掘り量を厚み寸法の１０％〜３０％程度とすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４００２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
メサ掘り量、辺比（水晶基板の長辺寸法／厚み寸法）を上記のように定めることによれば、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ずることが知られてきている。
【０００６】
そこで、本発明では、ＣＩ値の低減、不要モードの結合抑制に対して特に有意な効果を奏するためのメサ掘り量を有する圧電振動片を提供することを目的とする。また本発明では、前記構成に加え、不要モードの結合抑制に関してさらなる優位性を得るための構成を備えた圧電振動片を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係るメサ型圧電振動片は、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たメサ型の圧電振動片であって、段差部の堀量ｙは、圧電基板の長辺の寸法をｘ、振動部における圧電基板の厚み寸法をｔとした時に、板厚ｔを基準として、
2014075848.tif 000003
の関係を満足するように定められることを特徴とする。このような構成とすることにより、堀量の割合をＣＩ値の特性変化がフラットとなる最小の値に設定することができる。このため、エッチング時間を必要最低限の時間とすることができ、エッチング喰われによる圧電振動片の形状のバラツキを抑えることができる。また、堀量を少なく抑えることができ、不要振動との結合が少ないため、振動特性の悪化を招くこと無くＣＩ値を低下させることができる。すなわち、設計余裕度の高い圧電振動片を提供することが可能となる。
【０００８】
また、上記のような特徴を有する圧電振動片は、辺比ｘ／ｔが３０以下とすることが望ましい。辺比が３０より高くなると、算出される堀量の値が著しく小さくなるため、振動部を形成する効果が、振動部を形成するための時間と工程数に見合わなくなってしまう。よって、辺比ｘ／ｔが３０以下の圧電基板に対してｙを求めて堀量を定め、振動部を形成することにより、時間と工程数に見合った効果を得ることができるようになる。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明に係るメサ型圧電振動片は、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たメサ型の圧電振動片であって、長辺方向の一方の端部から段差部までの寸法をｄｘとした場合、前記圧電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塗布範囲における長辺方向寸法Ｓｘを、
2014075848.tif 000004
の範囲で定めたものであっても良い。このような範囲で接合範囲Ｓｘを定めることによれば、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可能となる。
また、上記構成は、上述した特徴を有するメサ型圧電振動片に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るメサ型圧電振動片の形状を示す図である。
【図２】振動部の形成による屈曲モードの抑圧効果を示す図である。
【図３】ある辺比のメサ型圧電振動片における堀量とＣＩ値との関係を示すグラフである。
【図４】複数の辺比のメサ型圧電振動片における堀量とＣＩ値との関係を示すグラフである。
【図５】辺比、メサ堀量を同一とし、幅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６】辺比の異なるメサ型圧電振動片において、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値を示すグラフである。
【図７】本発明に係るメサ型圧電振動片における第１の応用形態を示す図である。
【図８】本発明に係るメサ型圧電振動片における第２の応用形態を示す図である。
【図９】支持部の固定範囲の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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のメサ型圧電振動片に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。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。
図１は本発明に係るメサ型圧電振動片（以下、単に圧電振動片と称す）１０の形態を示す図である。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。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、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の各辺部と平行に形成されており、振動部１４の板厚ｔと周辺部１６の板厚ｔ´との差である堀量Ｍｄは、板厚ｔの３０％以下とすることが一般的である。
【００１２】
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良い。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（図２参照）。具体的には、数式１で示すような既知の範囲で示すことができる。なお、数式１においてλは屈曲モードの周期を示し、Ｍｘは振動部における長辺寸法を示す。
【００１３】
【数１】
2014075848.tif 000005
【００１４】
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。また、振動部１４の長辺寸法Ｍｘと、励振電極１８の長辺寸法Ｅｘとの関係が、数式２で示す関係を満足する場合に不要モードである屈曲振動の抑制効果を得ることも知られている（図２参照）。
【００１５】
【数２】
2014075848.tif 000006
【００１６】
このような構成の圧電振動片１０について、振動部１４を形成する際の圧電基板１２の堀量ＭｄとＣＩ値との関係について、実験とシミュレーションを実施した結果、図３に示すような傾向を導き出すことができた。図３に示された傾向によると、圧電振動片１０のＣＩ値は、堀量Ｍｄの割合を増加させることにより低下する傾向にあるが、堀量Ｍｄがある値（図３では約１５％）に達すると、それ以降は堀量Ｍｄの割合を増加させてもＣＩ値の特性変化はほとんど無く、略フラットな状態となることを読み取ることができる。なお、図３に示す堀量ＭｄとＣＩ値との関係は、圧電基板１２の長辺寸法ｘに対する辺比ｘ／ｔが２１．３、すなわち振動部１４の板厚寸法ｔに対する長辺寸法ｘの比が２１．３の圧電振動片に関するものである。
【００１７】
本願発明者等は、上記のような傾向を調査していく上で、堀量ＭｄとＣＩ値との関係には図４に示すような傾向があることも見出した。図４は、辺比ｘ／ｔを１６．２から２６．３までの間で異ならせた圧電振動片について、堀量Ｍｄを種々変化させた場合における堀量ＭｄとＣＩ値との関係を示す図である。図４から読みとれるように、辺比ｘ／ｔはＭｄとＣＩ値との関係に影響をおよぼし、辺比ｘ／ｔが小さいほどＣＩ値の特性変化がフラットとなるＭｄの割合が大きくなるということを読み取ることができる。
【００１８】
図１に示すような、いわゆるメサ型の圧電振動片１０を形成する場合、まず、ウエハ（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エハをエッチングすることで、ウエ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１４）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エハ主面に電極膜を構成する金属膜（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、外形形状の形成と同様にしてエッチングを施し、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、ウエハから切り離されることで個片化される。
【００１９】
ここで、圧電基板１２の表面には、結晶異常による欠陥など、エッチングレートの異なる箇所が存在することより、外形形成の過程において堀量Ｍｄを得るためのエッチング時間を長くした場合には、結晶欠陥の進行（エッチング喰われ）により周辺部１６の板面に貫通孔が形成されてしまったり、保護膜の劣化により圧電基板１２の外形形状が崩れたりすることがある。結晶欠陥や外形形状の崩れは、個々の基板毎に状態が異なることとなる。このため、エッチング時間が延長されることにより、エッチング喰われ等の影響が大きくなり、形成される圧電振動片１０の特性のバラツキが大きくなることとなる。
【００２０】
また、堀量Ｍｄを設けることにより、主要モード（厚み滑り振動）を振動部１４に集中させることができ、不要モード（例えば屈曲振動）の結合を抑制することが可能となる一方で、堀量Ｍｄの割合がある範囲を超えた場合には、振動部１４自体が単離した振動片とみなされ、振動部１４自体に不要モードが発生し、不要モードの結合割合が増加するという傾向にある。
【００２１】
このため、堀量Ｍｄとして、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる最少の値を選択することができれば、エッチング喰われの影響や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１０を得ることができるものと考えられる。
【００２２】
上述した傾向から推察すると、辺比が高くなった場合（例えば図４における辺比２６．３の場合）、メサ堀量Ｍｄを５％程度とした場合であってもＣＩ値の低減効果は十分に期待することができると考えることができる。しかし、本願発明者等は、ＣＩ値の低減を図ることのできる範囲のメサ堀量であっても、堀量が十分でない場合、圧電基板１２の幅寸法（短辺寸法）Ｚ’を変化させた際に不要モードの結合が増大する可能性があることを見出した。
【００２３】
例えば図５に示す例は、辺比２８の圧電基板を使用した場合のシミュレーションであり、図５（Ａ）はメサ堀量Ｍｄを５％とした場合におけるＣＩ値と温度との関係を示す図であり、図５（Ｂ）はメサ堀量Ｍｄを１０％とした場合におけるＣＩ値と温度との関係を示す図である。そして、図５（Ａ）、（Ｂ）においてそれぞれ、図中左側に配置したグラフ（グラフａ）から右側に配置したグラフ（グラフｄ）にかけて圧電基板の幅寸法を増大させていった場合の関係を示している。
【００２４】
図５によると特に、メサ堀量Ｍｄが十分でない場合には、幅寸法を小さくした場合（図５（Ａ）ａ）と、幅寸法を大きくした場合（図５（Ａ）ｄ）に、不要モードの結合が顕著に表れることが判る。また、図５（Ａ）に比べ、図５（Ｂ）では、ａからｄのいずれの幅寸法の場合であっても、温度変化に伴うＣＩ値の変化が小さくなっており、温度変化に伴うＣＩ値の上昇が低減されていることも読み取ることができる。つまり、ＣＩ値の低下、不要モードの結合抑制を広い範囲で維持しながら実現するためには、必要十分なメサ堀量Ｍｄの選定が必要となるのである。
【００２５】
そこで、本願発明者等はさらに鋭意研究を重ね、図６に示す関係を見出した。図６は、辺比ｘ／ｔ毎に堀量Ｍｄを変化させてＣＩ値の変化を調べた際における、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量Ｍｄの最小値Ｍｄ＿ｍｉｎを示すグラフである。辺比ｘ／ｔとＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量Ｍｄの最小値Ｍｄ＿ｍｉｎとの関係は、図６からも読みとれるように、略比例関係にあるといえる。数式上堀量の最小値Ｍｄ＿ｍｉｎをｙで示すと、堀量の最小値ｙは、板厚ｔを基準として、
【００２６】
【数３】
2014075848.tif 000007
と表すことができる。すなわち、板厚ｔのｙ％の厚みが堀量Ｍｄの最小値ということである。したがって、本実施形態に係るメサ型の圧電振動片１０は、堀量Ｍｄの割合として、数式１の関係を満たす圧電振動片である。
【００２７】
なお、図６に示すグラフは、
【００２８】
【数４】
2014075848.tif 000008
とした場合の例を示すグラフである。
【００２９】
以上より、数式１に基づいて堀量Ｍｄを定めることにより、圧電振動片のＣＩ値を低減することができる。また、数式１によって算出される堀量の最小値Ｍｄ＿ｍｉｎは、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、堀量増大に伴う振動特性の悪化や、エッチング喰われによる形状のバラツキを低減することができる。また、Ｍｄ＿ｍｉｎはＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、これに基づいて堀量を定めることにより、エッチングによる加工時間を短縮することができ、生産性を増すことができる。さらに、堀量増大に伴って２極化する傾向にある良否の製品を、良品として平均化することが可能となるため、歩留りの向上にも寄与することとなる。また、Ｍｄ＿ｍｉｎは、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、不要モードの結合が少なく設計余裕度の高い圧電振動片とすることができる。
【００３０】
また、図６から読み取れるように、辺比ｘ／ｔが３０を越えると、Ｍｄ＿ｍｉｎの値は著しく小さくなる傾向にあるため、圧電基板をメサ型に形成する必要性が無くなる。このため、上記のような圧電振動片を製造する際には、辺比ｘ／ｔが３０以下の圧電基板を用いると良い。これにより、製品としての圧電振動片は、製造に費やす時間と工程数に見合った効果を奏するものとすることができ、圧電振動片の過剰な大型化も防ぐことができる。
【００３１】
なお、圧電振動片を搭載した圧電振動子自体の小型化が要求される近年では、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）に対応させた図７や図８に示すような構成の圧電振動片１０ａ，１０ｂに対しても、本発明に係る要件を適用することで、同様な効果を得ることができる。
【００３２】
すなわち、周辺部１６よりも厚み寸法の大きな枠部２２により圧電振動片１０ａ，１０ｂにおける周辺部１６や振動部１４を支持するような形態であっても、本実施形態に係る圧電振動片ということができるのである。なお、図７、図８において、破線で示す部位は、ＣＳＰ構造の圧電振動子を構成する場合における封止板である。なお、図７、図８では、支持部と接続電極の記載を省略している。また、ｄｘの設定は、周辺部１６の端部を基準として定めれば良い。
【００３３】
次に、本発明のメサ型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、不要モードの抑制を研究、シミュレーションしていく過程において、ＣＩ値の低減と、不要モードの抑制といった効果は、圧電振動片１０を実装基板等へ固定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やす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）でのＣＩ値の低下といった効果を得つつ、不要モードの抑圧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（図９参照）。
【００３４】
そこで本実施形態では、実装基板等に対する圧電振動片の長辺方向における固定範囲Ｓｘ（図１参照）の適正値について定めることとする。なお、本実施形態において、支持部を有する側の端部から、振動部１４（段差部）までの長辺方向寸法をｄｘとする。
【００３５】
図９（Ａ）は、Ｓｘを０．１未満とした場合におけるある値のＣＩ値と温度との関係を示す図である。図９（Ａ）からも読みとれるように、ＣＩ値は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。
【００３６】
一方、図９（Ｂ）は、Ｓｘをｄｘ−０．０５よりも大きくした場合におけるある値のＣＩ値と温度との関係を示す図である。図９（Ｂ）からは、図９（Ａ）と比べ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値の上昇が目立つ。このように、Ｓｘの値を０．１未満、あるいはｄｘ−０．０５より大きい値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、０．１≦Ｓｘ＜ｄｘ−０．０５の範囲におけるある値をＳｘとした図※（特に図※（Ｂ））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ていることを読み取ることができる。
【００３７】
よって、支持部における接合範囲Ｓｘは、
【００３８】
【数５】
2014075848.tif 000009
の範囲で定めることが望ましい。このような範囲で接合範囲Ｓｘを定めることによれば、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可能となるからである。
【００３９】
上記実施形態では、メサ堀量Ｍｄと、接合範囲Ｓｘについて適正な値を設定することの効果をそれぞれ個別に検証、説明していた。しかしながら、上記Ｍｄ、Ｓｘ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、両者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。すなわち、圧電振動片を作成するにあたり、支持部の固定寸法Ｓｘを数式５に基づいて定め、メサ堀量Ｍｄを数式３に基づいて定めるのである。
【００４０】
このような形態の圧電振動片によれば、上述したＭｄの設定範囲、Ｓｘの設定範囲におけるそれぞれの好適な効果を奏することが可能となる。ここで、周波数毎のエネルギー閉じ込めの効果、すなわち圧電基板１２のサイズとＣＩ値等との関係は、基板サイズに関わらずメサ堀量Ｍｄにより定められるため、基板サイズによりＳｘの設定範囲が大きく変化するということは無い。
【００４１】
なお、上記実施形態では、圧電振動片の形態を矩形としていたが、例えば台形や楕円形など、矩形以外の形態とした場合であっても同様な効果を得ることができると考えられる。図１に示したように、圧電基板の幅Ｚ’を変えた場合であっても、ＣＩ値の低減に対して同様な傾向を得ることができたからである。
【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。
【図１】
2014075848.tif 000014
【図２】
2014075848.tif 000015
【図３】
2014075848.tif 000016
【図４】
2014075848.tif 000017
【図５】
2014075848.tif 000018
【図６】
2014075848.tif 000019
【図７】
2014075848.tif 000020
【図８】
2014075848.tif 000021
【図９】
2014075848.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月13日(2014.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み滑り振動で振動する振動部、及び前記振動部よりも厚みが薄く、前記振動部の外縁に沿って前記振動部に一体的に設けられている周辺部を含む素板と、
前記振動部の主面に設けられている励振電極と、
を含み、
前記厚み滑り振動の振動方向に沿った前記素板の寸法をｘとし、
前記振動部の厚み寸法をｔとし、
前記振動方向に沿った前記振動部の寸法をＭｘとし、
前記振動方向に沿って前記素板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、
Ｍｘ＝２×（ｎ／２＋１／４）×λ、但しｎは正の整数、
を満足し、
前記ｔと前記周辺部の厚みの差を前記ｔで割り、百分率で表した値をｙとしたとき、
ｙ＝−０．８９×（ｘ／ｔ）＋３４±３    （％）
１６．２≦ｘ／ｔ≦２６．３、但しｘ／ｔ≧２０の範囲を除く、
を満足していることを特徴とする振動片。
【請求項２】
請求項１において、
前記素板がＡＴカット水晶で構成されていることを特徴とする振動片。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記振動方向と交差する前記素板の一方の端部から前記段差部までの寸法をｄｘとし、前記素板と実装基板とを固定している接着剤の前記振動方向に沿った寸法をＳｘとしたとき、
０．１≦Ｓｘ＜ｄｘ−０．０５  （ｍｍ）
を満足していることを特徴とする振動片。
【請求項４】
厚み滑り振動で振動する振動部、及び前記振動部よりも厚みが薄く、前記振動部の外縁に沿って前記振動部に一体的に設けられている周辺部と、前記周辺部を囲う枠部と、を含む素板と、
前記振動部の第１主面と前記第１主面に対向する第２主面とに設けられている励振電極と、
を含み、
前記厚み滑り振動の振動方向に沿った前記素板の寸法をｘとし、
前記振動部の厚み寸法をｔとし、
前記振動方向に沿った前記振動部の寸法をＭｘとし、
前記振動方向に沿って前記素板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、
Ｍｘ＝２×（ｎ／２＋１／４）×λ、但しｎは正の整数、
を満足し、
前記ｔと前記周辺部の厚みの差を前記ｔで割り、百分率で表した値をｙとしたとき、
ｙ＝−０．８９×（ｘ／ｔ）＋３４±３    （％）
１６．２≦ｘ／ｔ≦２６．３、但しｘ／ｔ≧２０の範囲を除く、
を満足していることを特徴とする振動片。
【請求項５】
請求項４における振動片と前記枠部を封止する封止板とを備えていることを特徴とする振動子。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は振動片および振動子に係り、特に振動部の厚み寸法を周辺部よりも大きくしたメサ型の振動片および振動子に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
そこで、本発明では、ＣＩ値の低減、不要モードの結合抑制に対して特に有意な効果を奏するためのメサ掘り量を有する圧電振動片を提供することを目的とする。また本発明では、前記構成に加え、不要モードの結合抑制に関してさらなる優位性を得るための構成を備えた振動片および振動子を提供することも目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明のある実施形態に係る振動片は、厚み滑り振動で振動する振動部、及び前記振動部よりも厚みが薄く、前記振動部の外縁に沿って前記振動部に一体的に設けられている周辺部を含む素板と、前記振動部の主面に設けられている励振電極と、を含み、前記厚み滑り振動の振動方向に沿った前記素板の寸法をｘとし、前記振動部の厚み寸法をｔとし、前記振動方向に沿った前記振動部の寸法をＭｘとし、前記振動方向に沿って前記素板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、
Ｍｘ＝２×（ｎ／２＋１／４）×λ、但しｎは正の整数、
を満足し、
前記ｔと前記周辺部の厚みの差を前記ｔで割り、百分率で表した値をｙとしたとき、
ｙ＝−０．８９×（ｘ／ｔ）＋３４±３    （％）
１６．２≦ｘ／ｔ≦２６．３、但しｘ／ｔ≧２０の範囲を除く、
を満足していることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記素板がＡＴカット水晶で構成されていることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、前記振動方向と交差する前記素板の一方の端部から前記段差部までの寸法をｄｘとし、前記素板と実装基板とを固定している接着剤の前記振動方向に沿った寸法をＳｘとしたとき、
０．１≦Ｓｘ＜ｄｘ−０．０５  （ｍｍ）
を満足していることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動片は、厚み滑り振動で振動する振動部、及び前記振動部よりも厚みが薄く、前記振動部の外縁に沿って前記振動部に一体的に設けられている周辺部と、前記周辺部を囲う枠部と、を含む素板と、前記振動部の第１主面と前記第１主面に対向する第２主面とに設けられている励振電極と、を含み、前記厚み滑り振動の振動方向に沿った前記素板の寸法をｘとし、前記振動部の厚み寸法をｔとし、前記振動方向に沿った前記振動部の寸法をＭｘとし、前記振動方向に沿って前記素板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、
Ｍｘ＝２×（ｎ／２＋１／４）×λ、但しｎは正の整数、
を満足し、
前記ｔと前記周辺部の厚みの差を前記ｔで割り、百分率で表した値をｙとしたとき、
ｙ＝−０．８９×（ｘ／ｔ）＋３４±３    （％）
１６．２≦ｘ／ｔ≦２６．３、但しｘ／ｔ≧２０の範囲を除く、
を満足していることを特徴とする。
本発明のある別の実施形態に係る振動子は、本発明の振動片と前記枠部を封止する封止板とを備えていることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
以下、本発明の振動片および振動子に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。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。
図１は本発明に係るメサ型圧電振動片（以下、単に圧電振動片と称す）１０の形態を示す図である。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。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、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の各辺部と平行に形成されており、振動部１４の板厚寸法ｔと周辺部１６の板厚寸法ｔ´との差を板厚寸法ｔに対する百分率で表した値であるメサ堀量Ｍｄは、３０％以下とすることが一般的である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
このような構成の圧電振動片１０について、振動部１４を形成する際の圧電基板１２のメサ堀量ＭｄとＣＩ値との関係について、実験とシミュレーションを実施した結果、図３に示すような傾向を導き出すことができた。図３に示された傾向によると、圧電振動片１０のＣＩ値は、メサ堀量Ｍｄの割合を増加させることにより低下する傾向にあるが、メサ堀量Ｍｄがある値（図３では約１５％）に達すると、それ以降はメサ堀量Ｍｄの割合を増加させてもＣＩ値の特性変化はほとんど無く、略フラットな状態となることを読み取ることができる。なお、図３に示すメサ堀量ＭｄとＣＩ値との関係は、圧電基板１２の長辺寸法ｘに対する辺比ｘ／ｔが２１．３、すなわち振動部１４の板厚寸法ｔに対する長辺寸法ｘの比が２１．３の圧電振動片に関するものである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本願発明者等は、上記のような傾向を調査していく上で、メサ堀量ＭｄとＣＩ値との関係には図４に示すような傾向があることも見出した。図４は、辺比ｘ／ｔを１６．２から２６．３までの間で異ならせた圧電振動片について、メサ堀量Ｍｄを種々変化させた場合におけるメサ堀量ＭｄとＣＩ値との関係を示す図である。図４から読みとれるように、辺比ｘ／ｔは、メサ堀量ＭｄとＣＩ値との関係に影響をおよぼし、辺比ｘ／ｔが小さいほどＣＩ値の特性変化がフラットとなるメサ堀量Ｍｄの割合が大きくなるということを読み取ることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
ここで、圧電基板１２の表面には、結晶異常による欠陥など、エッチングレートの異なる箇所が存在することより、外形形成の過程においてメサ堀量Ｍｄを得るためのエッチング時間を長くした場合には、結晶欠陥の進行（エッチング喰われ）により周辺部１６の板面に貫通孔が形成されてしまったり、保護膜の劣化により圧電基板１２の外形形状が崩れたりすることがある。結晶欠陥や外形形状の崩れは、個々の基板毎に状態が異なることとなる。このため、エッチング時間が延長されることにより、エッチング喰われ等の影響が大きくなり、形成される圧電振動片１０の特性のバラツキが大きくなることとなる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、メサ堀量Ｍｄを設けることにより、主要モード（厚み滑り振動）を振動部１４に集中させることができ、不要モード（例えば屈曲振動）の結合を抑制することが可能となる一方で、メサ堀量Ｍｄの割合がある範囲を超えた場合には、振動部１４自体が単離した振動片とみなされ、振動部１４自体に不要モードが発生し、不要モードの結合割合が増加するという傾向にある。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
このため、メサ堀量Ｍｄとして、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる最少の値を選択することができれば、エッチング喰われの影響や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１０を得ることができるものと考えられる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
そこで、本願発明者等はさらに鋭意研究を重ね、図６に示す関係を見出した。図６は、辺比ｘ／ｔ毎にメサ堀量Ｍｄを変化させてＣＩ値の変化を調べた際における、ＣＩ値の特性変化がフラットとなるメサ堀量Ｍｄの最小値Ｍｄ＿ｍｉｎを示すグラフである。辺比ｘ／ｔとＣＩ値の特性変化がフラットとなるメサ堀量Ｍｄの最小値Ｍｄ＿ｍｉｎとの関係は、図６からも読みとれるように、略比例関係にあるといえる。数式上堀量の最小値Ｍｄ＿ｍｉｎをｙで示すと、堀量の最小値ｙは、板厚寸法ｔを基準として、
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
【数３】
2014075848.tif 000023
と表すことができる。すなわち、板厚寸法ｔのｙ％の厚みがメサ堀量Ｍｄの最小値ということである。したがって、本実施形態に係るメサ型の圧電振動片１０は、メサ堀量Ｍｄの割合として、数式１の関係を満たす圧電振動片である。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
以上より、数式１に基づいてメサ堀量Ｍｄを定めることにより、圧電振動片のＣＩ値を低減することができる。また、数式１によって算出される堀量の最小値Ｍｄ＿ｍｉｎは、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、堀量増大に伴う振動特性の悪化や、エッチング喰われによる形状のバラツキを低減することができる。また、最小値Ｍｄ＿ｍｉｎはＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、これに基づいて堀量を定めることにより、エッチングによる加工時間を短縮することができ、生産性を増すことができる。さらに、堀量増大に伴って２極化する傾向にある良否の製品を、良品として平均化することが可能となるため、歩留りの向上にも寄与することとなる。また、最小値Ｍｄ＿ｍｉｎは、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、不要モードの結合が少なく設計余裕度の高い圧電振動片とすることができる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
また、図６から読み取れるように、辺比ｘ／ｔが３０を越えると、最小値Ｍｄ＿ｍｉｎの値は著しく小さくなる傾向にあるため、圧電基板をメサ型に形成する必要性が無くなる。このため、上記のような圧電振動片を製造する際には、辺比ｘ／ｔが３０以下の圧電基板を用いると良い。これにより、製品としての圧電振動片は、製造に費やす時間と工程数に見合った効果を奏するものとすることができ、圧電振動片の過剰な大型化も防ぐことができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
そこで本実施形態では、実装基板等に対する圧電振動片の長辺方向における固定寸法Ｓｘ（図１参照）の適正値について定めることとする。なお、本実施形態において、支持部を有する側の端部から、振動部１４（段差部）までの長辺方向寸法をｄｘとする。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
図９（Ａ）は、固定寸法Ｓｘを０．１未満とした場合におけるある値のＣＩ値と温度との関係を示す図である。図９（Ａ）からも読みとれるように、ＣＩ値は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。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
一方、図９（Ｂ）は、固定寸法Ｓｘをｄｘ−０．０５よりも大きくした場合におけるある値のＣＩ値と温度との関係を示す図である。図９（Ｂ）からは、図９（Ａ）と比べ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値の上昇が目立つ。このように、固定寸法Ｓｘの値を０．１未満、あるいはｄｘ−０．０５より大きい値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、０．１≦Ｓｘ＜ｄｘ−０．０５の範囲におけるある値を固定寸法Ｓｘとした図９（特に図９（Ｂ））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ていることを読み取ることができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
よって、支持部における固定寸法Ｓｘは、
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
【数５】
2014075848.tif 000024
の範囲で定めることが望ましい。このような範囲で固定寸法Ｓｘを定めることによれば、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可能となるからである。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
上記実施形態では、メサ堀量Ｍｄと、固定寸法Ｓｘについて適正な値を設定することの効果をそれぞれ個別に検証、説明していた。しかしながら、上記Ｍｄ、Ｓｘ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、両者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。すなわち、圧電振動片を作成するにあたり、支持部の固定寸法Ｓｘを数式５に基づいて定め、メサ堀量Ｍｄを数式３に基づいて定めるのである。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
このような形態の圧電振動片によれば、上述したメサ堀量Ｍｄの設定範囲、固定寸法Ｓｘの設定範囲におけるそれぞれの好適な効果を奏することが可能となる。ここで、周波数毎のエネルギー閉じ込めの効果、すなわち圧電基板１２のサイズとＣＩ値等との関係は、基板サイズに関わらずメサ堀量Ｍｄにより定められるため、基板サイズにより固定寸法Ｓｘの設定範囲が大きく変化するということは無い。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2014075848.tif 000025
【手続補正２６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2014075848.tif 000026
【手続補正２７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2014075848.tif 000027