(57)【要約】      （修正有）【課題】低いＣＩ値を実現するために振動エネルギーの漏れを軽減する水晶振動素子の提供。【解決手段】平板状の水晶片１と、この水晶片の両主面に設けられる楕円形状の励振電極２と、この水晶片の一方の端部に設けられ、励振電極と接続する引き回しパターン３とを備え、水晶片の主面に楕円形状の凸部１ａが設けられ、励振電極が凸部全体を覆いつつ、励振電極の楕円の中心Ｃ３が前記凸部の楕円の中心Ｃ２から離れ、楕円の長径と短径の長さ比率を長径／短径としたとき、前記励振電極の楕円の長さ比率が前記凸部の長さ比率と同じ比率で構成されている水晶振動素子１０。【選択図】図１
2014030116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の水晶片と、
この水晶片の両主面に設けられる楕円形状の励振電極と、
この水晶片の一方の端部に設けられ、前記励振電極と接続する引き回しパターンとを備え、
前記水晶片の主面に楕円形状の凸部が設けられ、
前記励振電極が前記凸部全体を覆いつつ、前記励振電極の楕円の中心が前記凸部の楕円の中心から離れていることを特徴とする水晶振動素子。
【請求項２】
前記励振電極の楕円の中心が、前記水晶片に設けられる引き回しパターンが設けられる端部とは反対側の端部の方向に前記凸部の楕円の中心から離れ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】
楕円の長径と短径の長さ比率を長径／短径としたとき、
前記励振電極の楕円の長さ比率が前記凸部の長さ比率と同じ比率で構成され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。
【請求項４】
前記励振電極の楕円形状が、凸部の楕円形状の縁から外周縁までの距離が等間隔となる形状とな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。
【請求項５】
平板状の水晶片と、
この水晶片の両主面に設けられ楕円形状の短径側の曲線部を切除して直線状に形成した形状の励振電極と、
この水晶片の一方の端部に設けられ、前記励振電極と接続する引き回しパターンとを備え、
前記水晶片の主面に楕円形状の凸部が設けられ、
前記励振電極が前記凸部全体を覆いつつ、前記励振電極の平面中心が前記凸部の楕円の中心から離れていることを特徴とする水晶振動素子。
【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、例えば、ＡＴカットの水晶ウェハを従来周知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いることで形成することができる。
このような水晶振動素子は、四角形に形成された水晶片と、この水晶片の両主面中央に設けられる四角形状の励振電極と、この励振電極と接続され水晶片の一方の端部に設けられる引き回しパターンとから構成されている。
ここで、水晶片の主面には四角形状の凸部が設けられており、この凸部の平面中心が水晶片の平面中心より水晶片の端部側に寄せて設けられていた。
また、励振電極は、水晶片に設けられた凸部を覆うように設けられており、平面中心を凸部の平面中心と一致させた位置に設けられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５０６１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水晶振動素子は、励振電極で振動エネルギーを最大にして、水晶片の縁付近で振動エネルギーを閉じ込めるのが理想状態となる。
しかしながら、従来の水晶振動素子は、水晶片に設けられた凸部の平面中央で振動エネルギーが最大となるが、この凸部の平面中央が水晶片の端部側に寄っているため、十分に振動エネルギーを閉じ込めることができず、ＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）が高くなるという現象を起こしていた。
【０００５】
そこで、本発明は、低いＣＩ値を実現するために振動エネルギーの漏れを軽減する水晶振動素子を提供することを課題とする。
【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、平板状の水晶片と、この水晶片の両主面に設けられる楕円形状の励振電極と、この水晶片の一方の端部に設けられ、前記励振電極と接続する引き回しパターンとを備え、前記水晶片の主面に楕円形状の凸部が設けられ、前記励振電極が前記凸部全体を覆いつつ、前記励振電極の楕円の中心が前記凸部の楕円の中心から離れていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前記励振電極の楕円の中心が、前記水晶片に設けられる引き回しパターンが設けられる端部とは反対側の端部の方向に前記凸部の楕円の中心から離れていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、楕円の長径と短径の長さ比率を長径／短径としたとき、前記励振電極の楕円の長さ比率が前記凸部の長さ比率と同じ比率で構成されていても良い。
また、本発明は、前記励振電極の楕円形状が、凸部の楕円形状の縁から外周縁までの距離が等間隔となる形状となっていても良い。
【０００９】
また、本発明は、水晶振動素子であって、平板状の水晶片と、この水晶片の両主面に設けられ楕円形状の短径側の曲線部を切除して直線状に形成した形状の励振電極と、この水晶片の一方の端部に設けられ、前記励振電極と接続する引き回しパターンとを備え、前記水晶片の主面に楕円形状の凸部が設けられ、前記励振電極が前記凸部全体を覆いつつ、前記励振電極の平面中心が前記凸部の楕円の中心から離れていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
このような水晶振動素子では、前記励振電極が前記凸部全体を覆いつつ、励振電極の楕円の中心が、凸部の楕円の中心より離れているので、水晶片の一方の端部側で厚み変化が急激になり、他方の端部側でゆるやかな厚み変化となるため、励振電極で生じる振動エネルギーが厚み変化が急激となるところでエネルギー閉じ込めが急激に起こり、ゆるやかな厚み変化となるところでゆるやかなエネルギー閉じ込めとなることにより振動エネルギーが漏れにくくなり、低いＣＩ値とすることができる。
【００１１】
また、このような水晶振動素子では、前記励振電極の楕円の中心が、引き回しパターンが設けられる水晶片の端部とは反対側の端部の方向に前記凸部の楕円の中心から離れているので、引き回しパターンが設けられている側の水晶片の端部側で、凸部の厚さと励振電極の厚さとが重なる部分から励振電極の厚みの部分までの距離が短くなって急激な厚みの変化となりつつ、反対側の水晶片の端部で凸部の厚みと励振電極の厚みが重なる部分から励振電極の厚みの部分の距離が反対側より長いため、緩やかな厚みの変化となっている。これにより、振動エネルギーは、引き回しパターンが設けられた端部側で急勾配のエネルギー閉じ込めとなり、反対側の端部側で緩やかな勾配のエネルギー閉じ込めとなる。したがって、振動エネルギーが水晶片の端部側で閉じ込められやすくなり、振動エネルギーの漏れを軽減することができる。これによって、低いＣＩ値となる水晶振動素子を実現することができる。
【００１２】
また、このような水晶振動素子では、励振電極の長径と短径の長さ比率（＝長径／短径）が凸部の長さ比率と同じ比率で構成されているので、凸部上の励振電極で生じる振動が凸部から外れた励振電極で生じる振動と近似するため、振動エネルギーが閉じ込めされやすくなり、振動エネルギー漏れが生じにくくなる。これにより、低いＣＩ値とすることができる。
また、このような水晶振動素子では、前記励振電極が楕円形状が、凸部の楕円形状の縁から外周縁までの距離が等間隔となる形状となっているため、励振電極の楕円形状の中心から楕円形状の凸部の中心が離れて配置されても、凸部上の励振電極で生じる振動が凸部から外れた励振電極で生じる振動と近似するため、振動エネルギーが閉じ込めされやすくなり、振動エネルギー漏れが生じにくくなる。これにより、低いＣＩ値とすることができる。
【００１３】
また、このような水晶振動素子では、励振電極が楕円形状の短径側の曲線部を切除して直線状に形成した形状となり、かつ、凸部全体を覆いつつ、平面中心が前記凸部の楕円の中心から離れているので、引き回しパターンが設けられている側の水晶片の端部側で、凸部の厚さと励振電極の厚さとが重なる部分から励振電極の厚みの部分までの距離が短くなって急激な厚みの変化となりつつ、反対側の水晶片の端部で凸部の厚みと励振電極の厚みが重なる部分から励振電極の厚みの部分の距離が反対側より長いため、緩やかな厚みの変化となっている。これにより、振動エネルギーは、引き回しパターンが設けられた端部側で急勾配のエネルギー閉じ込めとなり、反対側の端部側で緩やかな勾配のエネルギー閉じ込めとなる。したがって、振動エネルギーが水晶片の端部側で閉じ込められやすくなり、振動エネルギーの漏れを軽減することができる。これによって、低いＣＩ値となる水晶振動素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は本発明の第一の実施形態に係る水晶振動素子の一例を示す模式図であり、（ｂ）は構成要素の位置関係の一例を示す模式図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第二の実施形態に係る水晶振動素子の一例を示す模式図であり、（ｂ）は構成要素の位置関係の一例を示す模式図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第三の実施形態に係る水晶振動素子の一例を示す模式図であり、（ｂ）は構成要素の位置関係の一例を示す模式図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、水晶片の主面という場合、水晶片に現れる平面のうち最も広い面とこの広い面と並行する面を主面とする。
【００１６】
（第一の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本発明の第一の実施形態に係る水晶振動素子１０は、四角形状の水晶片１とこの水晶片１の両主面に設けられる励振電極２と、この励振電極２と接続し水晶片１の一方の端部へ引き回されている引き回しパターン３とから構成されている。
【００１７】
水晶片１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えばＡＴカットの水晶ウェハから四角形状でかつ平板状に形成されており、長辺側の側面にｍ面１ｂが設けられている。
また、この水晶片１の主面には、凸部１ａが設けられている。この凸部１ａの平面中心Ｃ２は、水晶片１を平面視で見たときの主面とｍ面１ｂとを含んだ平面の中心Ｃ１と一致させて状態で位置させている。なお、この凸部１ａは、後述する励振電極２に覆われた状態となる。
【００１８】
また、凸部１ａは、楕円形状に形成されており、楕円の長径を水晶片１０の長辺と平行させ、楕円の短径を水晶片１０の短辺と平行させている。
この水晶片１は、従来周知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて形成することができる。これにより設けられた水晶片１は、長辺側の側面にｍ面１ｂが形成された状態となる。つまり、ｍ面１ｂは、水晶をエッチングしたときに側面側に生じる結晶面である。
なお、水晶片１は、引き回しパターン３が設けられる端部をＸ軸の＋Ｘ方向とし、反対側の端部を−Ｘ方向としている。また、この水晶片１は、長辺がＸ軸と平行であり、短辺がＺ´軸と平行であり、厚みがＹ´軸方向と平行に形成されている。
【００１９】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、励振電極２は、楕円形状となっており、楕円の短径側の縁が水晶片１のｍ面１ｂにかからないように、平面中心Ｃ３を平面視における水晶片１の投影面の中心Ｃ１から引き回しパターン３が設けられる水晶片１の端部とは反対側の端部の方向に離れて設けられている。つまり、水晶片１を平面視で見たときの主面とｍ面１ｂとを含んだ平面の中心Ｃ１と励振電極２の平面中心Ｃ３とがずれた状態となっている。
水晶片１を平面視で見たときの主面とｍ面１ｂとを含んだ平面の中心とは、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、水晶片１の長辺の中心を通る中心線ＣＬ１と、水晶片１の平面視における短辺の中心を通る中心線ＣＬ２とが交差する点でもある。
また、励振電極２は、水晶片１の両主面に設けられ、それぞれ対向するように設けられている。
ここで、楕円形状の長径と短径の長さ比率＝長径／短径とする。
このとき、励振電極２の長さ比率は、楕円形状の凸部１ａの長さ比率と同じ比率で構成されている。
【００２０】
引き回しパターン３は、水晶片１の一方の端部に設けられ、励振電極２と接続している。この引き回しパターン３は、水晶片１の主面の縁に沿って設けられている。
【００２１】
例えば、引き回しパターン３は、２つ一対の接続パッド３ａと引き回し配線３ｂとから構成されている。接続パッド３ａは、水晶片１の両主面の角部に並んで設けられており、１つの接続パッド３ａが一方の主面に設けられた励振電極２と引き回し配線３ｂを介して接続し、他の接続パッド３ａが他方の主面に設けられた励振電極２と引き回し配線３ｂを介して接続している。
また、引き回し配線３ｂは、水晶片１の主面の縁に沿って直線で形成されており、励振電極２から接続パッド３ａまで設けられている。
【００２２】
ここで、励振電極２は、図１（ｂ）に示すように、凸部１ａ上にない部分の水晶片１ａの短辺の中心線ＣＬ２上の長さにおいて、水晶片１の引き回しパターン３が設けられる一方の端部側の部分の長さＤ２が、水晶片１の反対側の端部側の部分の長さＤ１より短くなっている。
このとき、長さＤ１は、長さＤ２の４倍から６倍の長さとなっているのが良い。
これにより、長さＤ１側、つまり、引き回しパターン３が設けられている側の水晶片１の端部側とは反対側の端部側で緩やかな厚みの変化となりつつ緩やかな勾配のエネルギー閉じ込めとすることができる。また、長さＤ２側、つまり、引き回しパターン３が設けられている側の水晶片１の端部側で急勾配のエネルギー閉じ込めとすることができる。
【００２３】
水晶振動素子は、励振電極で振動エネルギーを最大にして、水晶片１の縁付近で振動エネルギーを閉じ込めるのが理想状態となる。
このように、本発明の第二の実施形態に係る水晶振動素子１１によると、励振電極２の楕円の中心Ｃ３は、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、引き回しパターン３が設けられる水晶片１の端部とは反対側の端部の方向に凸部１ａの楕円の中心Ｃ２から離れているので、引き回しパターン３が設けられている側の水晶片１の端部側で、凸部１ａの厚さと励振電極２の厚さとが重なる部分から励振電極２の厚みの部分までの距離が短くなって急激な厚みの変化となりつつ、反対側の水晶片１の端部で凸部１ａの厚みと励振電極２の厚みが重なる部分から励振電極２の厚みの部分の距離が反対側より長いため、緩やかな厚みの変化となっている。
これにより、振動エネルギーは、引き回しパターン３が設けられた端部側で急勾配のエネルギー閉じ込めとすることができ、反対側の端部側で緩やかな勾配のエネルギー閉じ込めとすることができる。したがって、振動エネルギーが水晶片の端部側で閉じ込められやすくなり、振動エネルギーの漏れを軽減することができる。
また、励振電極２の長さ比率は、楕円形状の凸部１ａの長さ比率と同じ比率で構成されているので、凸部１ａ上の励振電極２で生じる振動が凸部１ａから外れた励振電極２で生じる振動と近似するため、振動エネルギーが閉じ込めされやすくなり、振動エネルギー漏れが生じにくくなる。
これによって、低いＣＩ値となる水晶振動素子を実現することができる。
【００２４】
（第二の実施形態）
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の第二の実施形態に係る水晶振動素子１１は、励振電極の楕円形状が、凸部の楕円形状の縁から外周縁までの距離が等間隔となる形状となっている点で第一の実施形態と異なる。
【００２５】
励振電極２の楕円形状において、凸部１ａの楕円形状の縁から励振電極２の楕円形状の外周縁までの距離が等間隔となるとは、励振電極２の楕円形状と凸部１ａの楕円形状との形状の大きさを比較した際に、励振電極２の楕円形状の中心と凸部１ａの楕円形状の中心と一致させたと仮定したとき、凸部１ａの外周から励振電極２の外周までの距離において、長径方向の距離と短径方向の距離とが同じ距離になる形状をいう。
したがって、このような形状において、本発明の実施形態に係る水晶振動素子１１は、励振電極２の楕円形状の中心が凸部１ａの中心から引き回しパターン３が設けられる端部とは反対側の水晶片の端部側に離れて設けられている。
このように構成しても第一の実施形態と同様の効果を奏する。
【００２６】
（第三の実施形態）
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の第三の実施形態に係る水晶振動素子１２は、励振電極の形状が、楕円形状の短径側の曲線部を切除して直線状に形成した形状となっている点で第一の実施形態と異なる。
【００２７】
励振電極２は、例えば、２つの平行する２辺とこれら２辺とつながる曲線部とで形成されている。
この曲線部は、楕円形状の１部となっており、所定の曲率で形成されている。
また、２つの平行する２辺は、前記楕円形状の短径側を切り欠いて形成される。つまり、この２辺は、楕円形状の長径と並行した状態となっている。
【００２８】
このような水晶振動素子１２は、引き回しパターンが設けられている側の水晶片の端部側で、凸部の厚さと励振電極の厚さとが重なる部分から励振電極の厚みの部分までの距離が短くなって急激な厚みの変化となりつつ、反対側の水晶片の端部で凸部の厚みと励振電極の厚みが重なる部分から励振電極の厚みの部分の距離が反対側より長いため、緩やかな厚みの変化となっている。これにより、振動エネルギーは、引き回しパターンが設けられた端部側で急勾配のエネルギー閉じ込めとなり、反対側の端部側で緩やかな勾配のエネルギー閉じ込めとなる。したがって、振動エネルギーが水晶片の端部側で閉じ込められやすくなり、振動エネルギーの漏れを軽減することができる。これによって、低いＣＩ値となる水晶振動素子を実現することができる。
【００２９】
また、励振電極の短径側は、直線状の２辺となっているが、この短径側は水晶片１の側面がｍ面１ｂとなっているので、水晶片の厚みが外側に向かって薄くなるように変化しているため、振動のエネルギー閉じ込めができるようになっている。
したがって、振動エネルギーが水晶片の側面側で閉じ込められやすくなり、振動エネルギーの漏れを軽減することができる。これによって、低いＣＩ値となる水晶振動素子を実現することができる。
【００３０】
また、このような水晶振動素子では、励振電極が楕円形状の短径側の極線部を切除して直線状に形成した形状となり、かつ、凸部全体を覆いつつ、平面中心が前記凸部の楕円の中心から離れているので、引き回しパターンが設けられている側の水晶片の端部側で、凸部の厚さと励振電極の厚さとが重なる部分から励振電極の厚みの部分までの距離が短くなって急激な厚みの変化となりつつ、反対側の水晶片の端部で凸部の厚みと励振電極の厚みが重なる部分から励振電極の厚みの部分の距離が反対側より長いため、緩やかな厚みの変化となっている。これにより、振動エネルギーは、引き回しパターンが設けられた端部側で急勾配のエネルギー閉じ込めとなり、反対側の端部側で緩やかな勾配のエネルギー閉じ込めとなる。したがって、振動エネルギーが水晶片の端部側で閉じ込められやすくなり、振動エネルギーの漏れを軽減することができる。これによって、低いＣＩ値となる水晶振動素子を実現することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、水晶片にｍ面が設けられていれば、ＡＴカットに限定されず、種々のカットアングルの水晶片を用いることができる。
また、励振電極は、水晶片に形成されるｍ面にかかるように設けても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１０，１１，１２  水晶振動素子
１      水晶片
１ｂ    ｍ面
２      励振電極
３      引き回しパターン
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３  中心
【図１】
2014030116.tif 000003
【図２】
2014030116.tif 000004
【図３】
2014030116.tif 000005