(57)【要約】【課題】等価直列抵抗値が大きくなることを低減させつつ、水晶素子の電気的特性を向上させることができる水晶素子を提供する。【解決手段】振動部１２１ａと、振動部１２１ａの外縁に沿って設けられ、振動部１２１ａより上下方向の厚みが徐々に薄くなっている第一緩衝部１２１ｂと、第一緩衝部１２１ｂの外縁に沿って設けられ、振動部１２１ａより上下方向の厚みが薄い第一枠部１２１ｃと、第一枠部１２１ｃの外縁に沿って設けられ、第一枠部１２１ｃより上下方向の厚みが徐々に薄くなっている第二緩衝部１２１ｄと、第二緩衝部１２１ｄの外縁に沿って設けられ第一枠部１２１ｃより上下方向の厚みが薄い第二枠部１２１ｅと、からなり、平面視して略矩形形状となっている水晶片１２１と、振動部１２１ａに設けられている励振電極部１２３と、励振電極部１２３から水晶片１２１の外縁まで延設されている接続配線部１２４と、を備えている。【選択図】図５
2018088656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略直方体形状の振動部と、
平面視して前記振動部の外縁に沿って設けられ、前記振動部より上下方向の厚みが徐々に薄くなっている第一緩衝部と、
前記第一緩衝部の外縁に沿って設けられ、前記振動部より上下方向の厚みが薄い第一枠部と、
前記第一枠部の外縁に沿って設けられ、前記第一枠部より上下方向の厚みが徐々に薄くなっている第二緩衝部と、
前記第二緩衝部の外縁に沿って設けられ前記第一枠部より上下方向の厚みが薄い第二枠部と、
からなり、平面視して略矩形形状となっている水晶片と、
前記振動部の両主面に設けられている一対の励振電極部と、
前記励振電極部から前記水晶片の外縁まで延設されている配線部と、
前記配線部の端部に接続され前記第二枠部の下面に設けられている一対の接続部と、
を備えていることを特徴とする水晶素子。
【請求項２】
請求項１に記載の水晶素子であって、
平面視して、
前記励振電極部の外縁と前記振動部の主面の外縁とが重なっている
ことを特徴とする水晶素子。
【請求項３】
請求項１および請求項２に記載の水晶素子であって、
前記振動部の上下方向の厚みをｔとし、
水晶の周波数定数をＫｆとし、
前記振動部の周波数をＦ０とすると、
Ｆ０＝Ｋｆ／ｔ
を満たしており、
前記励振電極部を設けた後の周波数をＦ１とすると、
４．００≦（Ｆ０−Ｆ１）／Ｆ１×１００≦４．４０
を満たしている
ことを特徴とする水晶素子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に記載の水晶素子であって、
前記水晶片の長辺に沿って断面視して、
前記振動部の主面と前記第一緩衝部の面とがなす角度が鈍角となっており、
前記第一緩衝部の面と前記第一枠部の主面とがなす角度が鈍角となっており、
前記第一枠部の主面と前記第二緩衝部の面とがなす角度が鈍角となっており、
前記第二緩衝部の面と前記第二枠部の主面とがなす角度が鈍角となっている
ことを特徴とする水晶素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載の水晶素子と、
導電性接着剤によって前記水晶素子の前記接続部と電気的に接着される搭載パッドを有した基体と、
前記基体と接合され前記水晶素子を気密封止している蓋体と、
を備えていることを特徴とする水晶デバイス。
【請求項６】
請求項５に記載の水晶デバイスであって、
前記導電性接着剤が、前記第二枠部および前記第二緩衝部と前記搭載パッドとの間に位置している
ことを特徴とする水晶素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶素子およびこの水晶素子を有する水晶デバイスに関する。水晶デバイスは、例えば、水晶振動子または水晶発振器である。
【背景技術】
【０００２】
水晶素子は、例えば、平面視して略矩形形状の水晶片と、水晶片に設けられている金属パターンと、から構成されている。水晶片は、例えば、略直方体形状の振動部、振動部の外縁に沿って設けられ、振動部より上下方向の厚みが徐々に薄くなっている傾斜部、および、傾斜部の外縁に沿って設けられ、振動部より上下方向の厚みが薄くなっている枠部から構成されている。金属パターンは、振動部の両主面に設けられており、振動部の主面より内側に設けられている励振電極部、励振電極部から水晶片の外縁まで延設されている配線部、および、配線部に接続し枠部の下面に一対で設けられている接続部から構成されている（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２０１６―１５８１４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水晶素子では、金属パターンに交番電圧を印加し励振電極部に挟まれている部分を振動させた際に、励振電極部に挟まれている部分の振動が漏れ伝搬し、等価直列抵抗値が大きくなり、電気的特性が悪化する虞がある。特に、水晶素子の小型化、例えば、水晶片の長辺が９２０μｍ以下のような場合には、漏れ伝搬した量が励振電極部に挟まれている部分の振動に対してその割合が大きくなるため、等価直列抵抗値が大きく、電気的特性が悪化してしまう虞がある。
【０００５】
本発明では、水晶素子が小型化された場合においても、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させ、電気的特性を向上させることができる水晶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】
本発明に係る水晶素子は、略直方体形状の振動部と、平面視して振動部の外縁に沿って設けられ、振動部より上下方向の厚みが徐々に薄くなっている第一緩衝部と、第一緩衝部の外縁に沿って設けられ、振動部より上下方向の厚みが薄い第一枠部と、第一枠部の外縁に沿って設けられ、第一枠部より上下方向の厚みが徐々に薄くなっている第二緩衝部と、第二緩衝部の外縁に沿って設けられ第一枠部より上下方向の厚みが薄い第二枠部と、からなり、平面視して略矩形形状となっている水晶片と、振動部の両主面に設けられている一対の励振電極部と、
励振電極部から前記水晶片の外縁まで延設されている配線部と、配線部の端部に接続され前記第二枠部の下面に設けられている一対の接続部と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る水晶素子は、略直方体形状の振動部と、平面視して振動部の外縁に沿って設けられ、振動部より上下方向の厚みが徐々に薄くなっている第一緩衝部と、第一緩衝部の外縁に沿って設けられ、振動部より上下方向の厚みが薄い第一枠部と、第一枠部の外縁に沿って設けられ、第一枠部より上下方向の厚みが徐々に薄くなっている第二緩衝部と、第二緩衝部の外縁に沿って設けられ第一枠部より上下方向の厚みが薄い第二枠部と、からなり、平面視して略矩形形状となっている水晶片と、振動部の両主面に設けられている一対の励振電極部と、
励振電極部から前記水晶片の外縁まで延設されている配線部と、配線部の端部に接続され前記第二枠部の下面に設けられている一対の接続部と、を備えている。このような構成にすることで、励振電極部、配線部および接続部に交番電圧を印加し励振電極部に挟まれている部分を振動させた際に、励振電極部に挟まれている部分の振動が、励振電極部に挟まれていない部分へ漏れ伝搬する量を低減させることが可能となる。このため、励振電極部に挟まれている部分から振動が漏れ伝搬することによる等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることができ、
電気的特性が悪化することを抑制させることが可能となる。このような構成は、水晶素子が小型化された場合においても、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることができ、電気的特性が悪化することを抑制させることが可能としている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る水晶デバイスの斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図３】図２のＢ部の部分拡大図である。
【図４】（ａ）は、本実施形態に係る水晶素子の上面の平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る水晶素子の下面を上面から平面透視した平面図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ断面における断面図である。
【図６】図５のＤ部の部分拡大図である。
【図７】実施例におけるプレートバック量と等価直列抵抗値との関係を示した関係図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施形態に係る水晶デバイスの斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面における断面図である。図３は、図２のＢ部の部分拡大図である。図４は、本実施形態に係る水晶素子の平面図である。図５は、図４のＣ−Ｃ断面における断面図であり、図６は、図５は、図５のＤ部の部分拡大図である。
【００１０】
（水晶デバイスの概略構成）
水晶デバイスは、例えば、全体として略直方体形状となっている電子部品である。水晶デバイスは、例えば、長辺または短辺の長さが、０．６ｍｍ〜２．０ｍｍであり、上下方向の厚さが、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍとなっている。
【００１１】
水晶デバイスは、例えば、凹部が形成されている基体１１０と、凹部に収容された水晶素子１２０と、凹部を塞ぐ蓋体１３０と、基体１１０に水晶素子１２０を接着実装するための導電性接着剤１４０と、から構成されている。
【００１２】
基体１１０の凹部は、蓋体１３０によって封入され、その内部は、例えば、真空とされ、または、適当なガス（例えば、窒素）が封入されている。
【００１３】
基体１１０は、例えば、基体１１０の主体となる基板部１１０ａと、基板部１１０ａの上面の縁部に沿って設けられている枠部１１０ｂと、水腫素子１２０を実装するための搭載パッド１１１と、水晶デバイスを不図示の回路基板等に実装するための外部端子１１２と、からなる。基体１１０は、基板部１１０ａの上面に沿って枠状の枠部１１０ｂが設けられ、凹部が形成されている。
【００１４】
基板部１１０ａおよび枠部１１０ｂは、セラミック材料等の絶縁材料からなる。搭載パッド１１１および外部端子１１２は、例えば、金属等からなる導電層により構成されており、基板部１１０ａ内に配置された導体（図示せず）によって互いに電気的に接続されている。蓋体１３０は、例えば、金属から構成され、基体１１０、具体的には、枠部１１０ｂの上面にシーム溶接等に接合される。
【００１５】
水晶素子１２０は、水晶片１２１と金属パターン１２２とから構成されている。金属パターン１２２は、例えば、水晶片１２１に電圧を印加するための、一対の励振電極部１２３と、水晶素子１２０を搭載パッド１１１に実装するための一対の接続配線部１２４と、からなる。
【００１６】
水晶片１２１は、いわゆるＡＴカット水晶片である。すなわち、水晶において、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光軸）からなる直交座標系ＸＹＺを、Ｘ軸回りに３０°以上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板状である。
【００１７】
金属パターン１２２は、金属等からなる導電性材料により構成されている。一対の励振電極部１２３は、例えば、水晶片１２１の両主面の中央部に設けられている。一対の接続配線部１２４は、接続部１２４ａと配線部１２４ｂとからなる。接続部１２４ａは、例えば、水晶片１２１の一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。配線部１２４ｂは、例えば、水晶片１２１の長辺に平行となっているように励振電極部１２３から接続部１２４ｂまで延設されている。
【００１８】
水晶素子１２０は、主面を基体１１０の基板部１１０ａの上面に対向させて、基体１１０の凹部内に収容される。接続配線部１２４の接続部１２４ａは、基体１１０の基板部１１０ａに設けられている搭載パッド１１１に導電性接着剤１４０により接着される。これにより、水晶素子１２０は、基体１１０の基板部１１０ａに設けられている搭載パッド１１１と電気的に接続され、ひいては、基体１１０の基板部１１０ａ内に配置された導体（不図示）によって、基体１１０に設けられている外部端子１１２と電気的に接続されている。
【００１９】
このようにして構成された水晶デバイスは、例えば、不図示の回路基板の実装面に基体１１０の（基板部１１０ａの）の下面に対向させて、外部端子１１２が半田などにより回路基板の実装パッド（図示せず）に接合されることによって回路基板に実装される。回路基板には、例えば、発振回路が構成されている。発振回路は、外部端子１１２、基板部１１０ａ内に配置された導体（図示せず）、搭載パッド１１１、導電性接着剤１４０および接続配線部１２４を介して励振電極部１２３に交番電圧を印加して、発振信号を生成する。このとき、発振回路は、例えば、水晶片１２１の厚みすべり振動のうち基本波振動を利用する。
【００２０】
（水晶素子の形状）
図４は、本実施形態に係る水晶素子の平面図である。図５は、図４のＣ−Ｃ断面における断面図であり、図６は、図５は、図５のＤ部の部分拡大図である。
【００２１】
本実施形態では、水晶素子１２０を基体１１０に実施した場合に、基体１１０の基板部１１０ａの上面と略平行となっている面を主面とし、水晶素子１２０から基体１１０の基板部１１０ａへ向かう向きを下方向、基体１１０の基板部１１０ａから水晶素子１２０へ向かう向きを上方向として説明する。
【００２２】
水晶素子１２０は、水晶片１２１と金属パターン１２２とから構成されている。
【００２３】
水晶片１２１は、平面視して、略矩形形状となっており、その主面は、Ｘ軸に平行な長辺およびＺ´軸に平行な短辺を有する矩形である。このような水晶片１２１は、Ｘ軸方向を長手方向とし、Ｙ´軸方向を上下厚み方向としている。また、水晶片１２１は、振動部１２１ａ、第一緩衝部１２１ｂ、第一枠部１２１ｃ、第二緩衝部１２１ｄ、および第二枠部１２１ｅから構成されている。水晶片１２１は、二段のメサを有したメサ型となっている。このような構成にすることで、平板状の水晶片を用いた場合の水晶素子と比較して、エネルギー閉じ込め効果を向上させることができ、ひいては、等価直列抵抗値を小さくすることができる。
【００２４】
振動部１２１ａは、例えば、ＸＺ´平面に平行な一対の主面を有する薄型直方体であり、その主面は、Ｘ軸に平行な長辺およびＺ´軸に平行な短辺を有する矩形である。振動部１２１ａの主面には、励振電極部１２３が設けられており、この励振電極部１２３に交番電圧を印加すると、励振電極部１２３に挟まれている振動部１２１ａが逆圧電効果および圧電効果により主振動である厚みすべり振動する。このとき、水晶片１２１には、振動である厚みすべり振動の他に、副次的な振動として、屈曲振動および輪郭振動が生じている。
【００２５】
第一緩衝部１２１ｂは、振動部１２１ａの外縁に沿って設けられている。従って、第一緩衝部１２１ｂは、水晶片１２１を平面視すると、枠状となっている。また、第一緩衝部１２１ｂは、その上下方向の厚みが、振動部１２１ａ側から外縁に向かうにつれて徐々に薄くなっている。言い換えると、第一緩衝部１２１ｂは、振動部１２１ａと第一枠部１２１ｃとの間に位置しており、その上下方向の厚みが、振動部１２１ａから第一枠部１２１ｃにかけて徐々に薄くなっている。また、水晶片１２１をＸ軸に平行な向き（水晶片１２１の長辺に平行な向き）で断面視したとき、
振動部１２１ａの主面と第一緩衝部１２１ｂの面とがなす角度は、図６に示したように、９０°よりも大きい角度、つまり、鈍角となっており、例えば、１３５°〜１７０°の所定の角度となっている。また、第一緩衝部１２１ｂの面と後述する第二枠部１２１ｃの面とがなす角度は、図６に示したように、９０°よりも大きい角度、つまり、鈍角となっており、例えば、１３５°〜１７０°の所定の角度となっている。
【００２６】
第一枠部１２１ｃは、第一緩衝部１２１ｂの外縁に沿って設けられており、水晶片１２１を平面視すると、枠状となっている。また、第一枠部１２１ｃは、その上下方向の厚みが、振動部１２１ａの上下方向の厚みよりも薄くなっており、第一緩衝部１２１ｂの上下方向の厚みが最も薄い部分と同じ厚みとなっている。また、基板部１１０ａの上面側を向く第一枠部１２１ｃの面は、振動部１２１ａの主面と略平行となっている。ここで、基板部１１０ａの上面側を向く第一枠部１２１ｃの面を第一枠部１２１ｃの下面とし、この第一枠部１２１ｃの下面と反対側を向く第一枠部１２１ｃの面を第一枠部１２１ｃの上面とする。
【００２７】
第二緩衝部１２１ｄは、第一枠部１２１ｃの外縁に沿って設けられている。また、第二緩衝部１２１ｄは、その上下方向の厚みが、第一枠部１２１ｃ側から外縁に向かうにつれて徐々に薄くなっている。言い換えると、第二緩衝部１２１ｄは、第一枠部１２１ｃと第二枠部１２１ｅとの間に位置しており、その上下方向の厚みが、第一枠部１２１ｃから第二枠部１２１ｅにかけて徐々に薄くなっている。また、水晶片１２１をＸ軸に平行な向き（水晶片１２１の長辺に平行な向き）で断面視したとき、第一枠部１２１ｃと第二緩衝部１２１ｄの面とがなす角度は、
図６に示したように、９０°より大きい鈍角となっており、例えば、１３５°〜１７０°の所定の角度となっている。また、第二緩衝部１２１ｄの面と、口述する第二枠部１２１ｅの面とがなす角度は、９０°よりも大きい角度、つまり、鈍角となっており、例えば、１３５°〜１７０°の所定の角度となっている。
【００２８】
第二枠部１２１ｅは、第二緩衝部１２１ｄの外縁に沿って設けられており、水晶片１２１を平面視して、枠状となっている。また、第二枠部１２１ｅは、その上下方向の厚みが第一枠部１２１ｃの上下方向の厚みよりも薄くなっており、第二緩衝部１２１ｄの上下方向の厚みが最も薄い部分と同じ厚みとなっている。また、基板部１１０ａの上面側を向く第二枠部１２１ｅの面は、振動部１２１ａの主面と略平行となっている。ここで、基板部１１０ａ側を向く第二枠部１２１ｅの面を第二枠部１２１ｅの下面とし、この第二枠部１２１ｅの面と反対側を向く第二枠部１２１ｅの面を第二枠部１２１ｅの上面とする。
【００２９】
このような水晶片１２１に設けられている金属パターン１２２は、水晶素子１２０の外部から交番電圧を印加するためのものである。金属パターン１２２は、一層となっていてもよいし、複数の金属層が積層されていてもよい。金属パターン１２２は、特に図示しないが、例えば、第一金属層と、第一金属層上に積層されている第二金属層とからなる。第一金属層は、水晶と密着性のよい金属が用いられ、例えば、ニッケル、クロム、ニクロムまたはチタンのいずれか一つが用いられる。第一金属層に水晶と密着性のよい金属を用いることで、水晶と密着しにあくい金属を第二金属層に用いることができる。
第二金属層は、金属材料の中で電気抵抗率が低く、安定した材料が用いられ、例えば、金、金を含む合金、銀または銀を含む合金のいずれか一つが用いられる。電気抵抗率が比較的低い材料を用いることで、金属パターン１２２自身の抵抗率を小さくすることができ、この結果、水晶素子１２０の等価直列抵抗値が大きくなることを低減できる。また、安定して金属材料を用いることで、水晶素子１２０が存在する周囲の空気と反応し金属パターン１２２の重さが変化し水晶素子１２０の周波数が変化することを低減させることができる。
【００３０】
金属パターン１２２は、励振電極部１２３、および、接続部１２４ａと配線部１２４ｂとからなる接続配線部１２４から構成されている。
【００３１】
励振電極部１２３は、振動部１２１ａに交番電圧を印加するためのものである。励振電極部１２３は、一対となっており、振動部１２１ａの両主面に設けられている。このとき、水晶素子１２０を平面視して、振動部１２１ａの外縁と励振電極部１２３の外縁とは一致している。
【００３２】
接続配線部１２４は、接続部１２４ａと配線部１２４ｂとから構成されており、水晶素子１２０の外部から励振電極部１２３に交番電圧を印加するためのものである。
【００３３】
接続部１２４ａは、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、基体１１０に実装するためのものであり、基体１１０の基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１と導電性接着剤１４０によって電気的に接着される。接続部１２４ａは、一対となっており、基体１１０の基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１と対向する位置であって、水晶片１２１の（振動部１２１ａに対して）Ｘ軸の正の方向に位置しているＺ´軸に平行な辺に沿って二つ並んで設けられている。別の観点では、接続部１２４ａは、第二枠部１２１ｅの下面であって、
（振動部１２１ａに対して）Ｘ軸の正の方向に位置しているＺ´軸に平行な辺に沿って二つ並んで設けられているといえる。
【００３４】
また、接続部１２４ａは、水晶素子１２０の下面を上面側から平面透視したとき、第二枠部１２１ｅおよび第二緩衝部１２１ｄに設けられている。従って、本実施形態に係る水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、搭載パッド１１１と接続部１２４ａとの間に設けられている導電性接着剤１４０は、図３に示したように、第二枠部１２１ｅと搭載パッド１１１との間、および、第二緩衝部１２１ｄと搭載パッド１１１との間に位置していると言える。
【００３５】
配線部１２４ｂは、接続部１２４ａと励振電極部１２３とを電気的に接続させるための、ものであり、一端が励振電極部１２３に接続され他端が接続部１２４ａに接続されている。別の観点では、配線部１２４ａは、励振電極部１２３から接続部１２４ａが設けられている水晶片１２１の外縁（第二枠部１２１ｅの縁部）にまで延設されているといえる。
【００３６】
また、配線部１２４ｂは、水晶素子１２０を平面視して、水晶片１２１の長辺（Ｘ軸）に平行となっている。従って、配線部１２４ｂは、振動部１２１ａに対してＸ軸の正の方向側に位置している第一緩衝部１２１ｂ、第一枠部１２１ｃ、第二緩衝部１２１ｄを跨るように、第二枠部１２１ｅまで延設されている。
【００３７】
このような水晶素子１２０は、略直方体形状の振動部１２１ａと、平面視して振動部１２１ａの外縁に沿って設けられ、振動部１２１ａより上下方向の厚みが徐々に薄くなっている第一緩衝部１２１ｂと、第一緩衝部１２１ｂの外縁に沿って設けられ、振動部１２１ａより上下方向の厚みが薄い第一枠部１２１ｃと、第一枠部１２１ｃの外縁に沿って設けられ、第一枠部１２１ｃより上下方向の厚みが徐々に薄くなっている第二緩衝部１２１ｄと、第二緩衝部１２１ｄの外縁に沿って設けられ第一枠部１２１ｃより上下方向の厚みが薄い第二枠部１２１ｅと、からなり、
平面視して略矩形形状となっている水晶片１２１と、振動部１２１ａの両主面に設けられている一対の励振電極部１２３と、励振電極部１２３から水晶片１２１の外縁まで延設されている配線部１２４ｂと、配線部１２４ｂの端部に接続され第二枠部１２１ｅの下面に設けられている一対の接続部１２４ａと、を備えている。
【００３８】
このようにすることで、励振電極部１２３、配線部１２４ｂおよび接続部１２４ａに交番電圧を印加し励振電極部１２３に挟まれている部分を振動させた際に、励振電極部１２３に挟まれている部分の振動が、励振電極部に挟まれている部分から挟まれていない部分へ漏れ伝搬するときに、第一緩衝部１２１ｂおよび第二緩衝部１２１ｄによって、第一枠部１２１ｃおよび第二枠部１２１ｅへ伝搬する量を低減させることができる。このため、励振電極部１２３に挟まれている部分から振動が漏れ伝搬することによる等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となり、
電気的特性が悪化することを抑制させることができる。また、このように、金属パターン１２２の一部、具体的には、接続配線部１２４を第二枠部１２１ｅの下面に設けることにより、励振電極部１２３に交番電圧を印加したときに生じる副次的な振動である屈曲振動を、金属パターン１２２の一部が錘の役割を果たすために、低減させることができる。この結果、副次的な振動である屈曲振動が主振動である厚みすべり振動と結合し、等価直列抵抗値が大きくなり電気的特性が悪化することを抑制することが可能となる。
【００３９】
水晶素子１２０が小型化された場合、具体的には、水晶片１２１の長辺が９２０μｍ以下のような場合においては、励振電極部１２３に挟まれている部分が少ないため励振電極部１２３に挟まれている部分の振動が小さいので、励振電極部１２３に挟まれている部分の振動が漏れ伝搬するとその影響が大きくなる傾向があるため、前述したような構成を用いることにより、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となり、電気的特性が悪化することを抑制させることができる。
また、水晶素子１２０が小型化された場合には、副次的な振動である屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響が大きくなる傾向にあるが、本実施形態では、金属パターン１２２の一部により副次的な振動である屈曲振動を抑制しているので、上述したような効果がより顕著となる。
【００４０】
また、このような水晶素子１２０は、平面視して、励振電極部１２３の外縁と振動部１２１ａの主面の外縁とが重なっている。別の観点では、振動部１２１ａの両主面の全面に励振電極部１２３を設けているといえる。
【００４１】
このようにすることで、励振電極部１２３に交番電圧を印加したとき、主振動である厚みすべり振動が振動部１２１ａにおいて生じることとなり、励振電極部の外縁が振動部の外縁より内側に位置している場合と比較すると、第一傾斜部１２１ａにおいて減衰させることができ、その結果、励振電極部１２３に挟まれている部分の振動が漏れ伝搬する量をより低減させることが可能となる。従って、このような構成にすることで、励振電極部１２３に挟まれている振動が、漏れ伝搬する量を低減させることができ、
等価直列抵抗値が大きくなることをより低減させ、電気的特性が悪化することを抑制させることが可能となる。
【００４２】
また、このようにすることで、従来の水晶素子、具体的には、一段のメサ型であって励振電極部の外縁が振動部の外縁よりも内側に位置している水晶素子と比較して、励振電極部１２３の上下方向の厚みを薄くすることが可能となる。従来の水晶素子においては、励振電極部に挟まれている部分の振動が漏れ伝搬する量を低減させるために、励振電極部の上下方向の厚みを５０００Å〜８０００Åとしていたのに対して、このような構成、具体的には、メサを二段とし励振電極部１２３の外縁と振動部１２１ａの外縁とを一致させることで、
同様に漏れ伝搬する量を低減させているので、励振電極部１２３の上下方向の厚みを薄くすることができている。この結果、励振電極部１２３の上下方向の厚みが薄くすることができるので、励振電極部１２３を設ける際および設けた後に、励振電極部１２３の膜質が変化する量を低減させることが可能となり、励振電極部１２３の膜質が変化することによる電気的特性の悪化を抑制させることができる。
【００４３】
また、このような水晶素子１２０は、水晶片１２１の長辺に沿って（水晶片１２１のＸ軸方向に沿って）断面視して、振動部１２１ａの主面と第一緩衝部１２１ｂの面とがなす角度が鈍角となっており、第一緩衝部１２１ｂの面と第一枠部１２１ｃの主面とがなす角度が鈍角となっており、第一枠部１２１ｃの主面と第二緩衝部１２１ｄの面とがなす角度が鈍角となっており、第二緩衝部１２１ｄの面と第二枠部１２１ｅの主面とがなす角度が鈍角となっている。
【００４４】
このようにすることで、励振電極部１２３に交番電圧を印加したとき、励振電極部１２３に挟まれている部分から漏れ伝搬した振動が、第一緩衝部１２１ｂの面および第二緩衝部１２１ｄの面に反射する量を低減させることができ、励振電極部１２３に挟まれている部分の振動に与える影響を低減させることが可能となる。この結果、励振電極部１２３に挟まれている部分の振動が、励振電極部１２３に挟まれている部分から漏れ伝搬し第一傾斜部１２１ｂの面および第二傾斜部１２１ｄの面で反射した振動により受ける影響を低減させることができ、
等価直列抵抗値が大きくなることを低減させ、電気的特性が悪化することを抑制させることが可能となる。
【００４５】
また、このようにすることで、励振電極部１２３から水晶片１２１の外縁に向かって延設する配線部１２４ｂが、振動部１２１ａ、第一緩衝部１２１ｂ、第一枠部１２１ｃ、第二緩衝部１２１ｄおよび第二枠部１２１ｅとの境界部において部分的に断線することを低減させることができる。この結果、配線部１２４ｂが部分的に断線し等価直列抵抗値が大きくなることを低減させ、電気的特性が悪化することを抑制させることが可能となる。
【００４６】
このような水晶デバイスは、このような水晶素子１２０と導電性接着剤１４０によって水晶素子１２０の接続部１２４ａと電気的に接着される搭載パッド１１１を有した基体１１０と、基体１１０と接合された水晶素子１２０を気密封止している蓋体１３０と、を備えている。
【００４７】
本実施形態に係る水晶素子１２０は、前述したように、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させ、電気的特性が悪化することを抑制することができる。このため、このような水晶素子１２０を用いた水晶デバイスにおいても、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させ、電気的特性が悪化することを抑制することが可能となる。
【００４８】
このような水晶デバイスは、導電性接着剤１４０が、第二枠部１２１ｅおよび第二緩衝部１２１ｄと搭載パッド１１１との間に位置している。より具体的に説明すると、導電性接着剤１４０は、第二枠部１２１ａの下面に設けられている接続部１２４ａの一部と基体１１０の基板部１１０ａに設けられている搭載パッド１１１との間、および、第二緩衝部１２１ｄに設けられている接続部１２４ａの一部と基体１１０の基板部１１０ａに設けられている搭載パッド１１１との間に位置している。別の観点では、導電性接着剤１４０は、水晶素子１２０の第二枠部１２１ｅおよび第二緩衝部１２１ｄと搭載パッド１１１とを接着しているといえる。
【００４９】
このようにすることで、第二枠部１２１の下面と搭載パッド１１１とを導電性接着剤１４０で接着した場合と比較して、水晶素子１２０と基板部１１０ａとの接着強度を確保することができる。この結果、水晶デバイスが落下した場合であっても、水晶素子１２０と基板部１１０ａとの接着状態が変化することにより電気的特性が変化することを低減することを抑制することが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態では、金属パターン１２２の一部が第二枠部１２１ｅおよび第二緩衝部１２１ｄに設けられている水晶素子１２０を導電性接着剤１４０により接着している。従って、導電性接着剤１４０を用いて水晶素子１２０を接着する際、導電性接着剤１４０は、第二枠部１２１ｅの下面から第二緩衝部１２１ｄへ濡れ拡がることなるが、本実施形態に係る水晶素子１２０を用いることにより、金属パターン１２２が設けられている第二枠部１２１ｅおよび第二緩衝部１２１ｄの面と、
金属パターン１２２が設けられていない第一枠部１２１ｃの面との面状態を異なっているので、第二枠部１２１ｅの下面から第二緩衝部１２１ｄへ濡れ拡がった導電性接着剤１４０が第一枠部１２１ｃの下面へ濡れ拡がる量を低減させることができる。また、第一枠部１２１ｃと第二緩衝部１２１ｄの面とのなす角度が鈍角となっていることから、第二枠部１２１ｅから第二緩衝部１２１ｄへ濡れ拡がった導電性接着剤１４０は、第一枠部１２１ｃの下面へ濡れ拡がらず、重力により基板部１１０ａ側へ落下させることも可能となる。
つまり、このような水晶素子１２０を用いることで、導電性接着剤１４０が第一枠部１２１ｃの下面へ濡れ拡がる量を低減させることができ、ひいては、振動部１２１ａの下面に設けられている励振電極部１２３へ導電性接着剤１４０が濡れ拡がる量を低減させることができ、この結果、導電性接着剤１４０が励振電極部１２３に付着することによる電気的特性の悪化を抑制させることが可能となる。
【００５１】
（実施例）
前記した水晶素子１２０を種々の寸法で実際に作製し、その等価直列抵抗値を調べる実験を行った。その結果、水晶片１２１の長辺の長さ（Ｘ軸に平行な長さ）を６５０μｍ〜９２０μｍの所定の値にした場合、振動部１２１ａの上下方向の厚みをｔとし、水晶の周波数定数をＫｆとし、振動部１２１ａの周波数をＦ０とすると、Ｆ０＝Ｋｆ／ｔを満たしており、励振電極部１２３を設けた後の周波数をＦ１とすると、４．００≦（Ｆ０−Ｆ１）／Ｆ１×１００≦４．４０を満たしていることが望ましいことが分かった。
以下では、その実験に関して比較的好ましい結果（比較的小さい等価直列抵抗値）が得られたときの、プレートバック量と等価直列抵抗値との関係を示す。
【００５２】
ここで、プレートバック量とは、水晶片１２１に金属パターン１２２（励振電極部１２３および接続配線部１２４）を設ける前後での周波数変化量を金属パターン１２２を設ける前の周波数で割った値の百分率を示したものである。つまり、前述している下記の式がプレートバック量を示す式となっているといえる。
プレートバック量＝（Ｆ０−Ｆ１）／Ｆ１×１００
【００５３】
本実施例では、金属パターン１２２の上下方向の厚みを変化させることでプレートバック量を変化させたときの等価直列抵抗値を測定している。なお、このとき、金属パターン１２２の上下方向の厚みおよび振動部１２１ａの上下方向の厚み以外の各寸法については、等価直列抵抗値を考慮した経験的に好適な値を用いている。
【００５４】
本実施例で用いた水晶素子１２０の寸法は、以下のようになっている。水晶片１２１のＸ軸に平行な長さは、６５０μｍ〜９２０μｍとなっている。水晶片１２１のＺ´軸に平行な長さは、５５０μｍ〜６９０μｍとなっている。振動部１２１ａのＸ軸に平行な長さとＸ軸に平行な励振電極部１２３の長さは、同じとなっており、その長さは、４５０μｍ〜５７０μｍとなっている。振動部１２１ａのＺ´軸に平行な長さとＺ´軸に平行な励振電極部１２３の長さは、同じとなっており、
その長さは、２５０μｍ〜５５０μｍとなっている。また、水晶素子１２０を平面視したとき、第一傾斜部１２１ｂおよび第二傾斜部１２１ｄの幅は、軸方向によって異なっているが、それぞれ同等の幅となるように設定している。同様に、第一枠部１２１ｃおよび第二枠部１２１ｅについては、それぞれ同等の幅となるように設定している。
【００５５】
なお、本実施例においては、水晶素子１２０の振動周波数の公差は±０．５％となっている。また、水晶片１２１の各寸法の公差は、±５μｍとなっている。水晶素子１２０を平面視したときの接続配線部１２４の各寸法の公差は、±１０μｍとなっている。水晶素子１２０を平面視して励振電極部１２３の各寸法の公差は、±５μｍとなっている。また、励振電極部１２３の上下方向の厚みの公差は、±２０Åとなっている。これらの公差範囲は、等価直列抵抗値に及ぼす影響等を考慮した一般的に許容される範囲である。
【００５６】
前述したように、本実施例では、振動部１２１ａの上下方向の厚みを一定とし、金属パターン１２２の上下方向の厚みのみを変化させたときの等価直列抵抗値を示したグラフである。図７において、「●」は、Ｆ０が２７．８ＭＨｚのときの値であり、「×」は、Ｆ０が３３．２ＭＨｚのときの値であり、「△」は、Ｆ０が３８ＭＨｚのときの値である。
【００５７】
図７では、要求される等価直列抵抗値（仕様）である等価直列抵抗値、具体的には、等価直列抵抗値が７５Ωの線を破線で示している。要求される等価直列抵抗値（仕様）は、共振周波数帯や水晶デバイスの大きさによって異なるが、共振周波数が２７．１２ＭＨｚにおいては、等価直列抵抗値が７５Ω以下であれば、移動通信機器（例えば、通信端末等）に搭載される電子回路において、実用性のある発振回路を形成することができる。
【００５８】
図７より、プレートバック量が、４．００より小さくなるに従い等価直列抵抗値が増加傾向になっていることが分かる。また、このとき、等価直列抵抗値は７５Ωより大きい値となっている。また、図７よりプレートバック量が、４．００以上かつ４．４０以下の場合には、等価直列抵抗値がほぼ一定となっており、等価直列抵抗値が７５Ω以下となっていることが分かる。また、図７よりプレートバック量が４．４０より大きくなるに従い等価直列抵抗値が増加傾向になっていることが分かる。また、このとき、等価直列抵抗値が７５Ωより大きい値となっている。
【００５９】
つまり、このような水晶素子１２０は、振動部１２１ａの上下方向の厚みをｔとし、水晶の周波数定数をＫｆとし、振動部１２１ａの周波数をＦ０とすると、Ｆ０＝Ｋｆ／ｔを満たしており、励振電極部１２３を設けた後の周波数をＦ１とすると、４．００≦（Ｆ０−Ｆ１）／Ｆ１×１００≦４．４０を満たしていることが望ましいといえる。
【００６０】
このようにすることで、水晶素子１２０の等価直列抵抗値を７５Ω以下にすることができ、より等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００６１】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００６２】
水晶素子を有する水晶デバイスは、水晶振動子に限定されない。例えば、水晶素子に加えて、水晶素子に電圧を印加して発振信号を生成する集積回路素子（ＩＣ）を有する発振器であってもよい。また、例えば、水晶素子の他に、サーミスタ等の電子素子を有するものであってもよい。また、例えば、水晶デバイスは、恒温槽付きのものであってもよい。水晶デバイスにおいて、水晶素子をパッケージングする基体の構造は、適宜構成されてもよい。例えば、基体は、上面および下面に凹部を有する断面Ｈ型のものであってもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１１０・・・基体
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・枠部
１１１・・・搭載パッド
１１２・・・外部端子
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶片
１２１ａ・・・振動部
１２１ｂ・・・第一緩衝部
１２１ｃ・・・第一枠部
１２１ｄ・・・第二緩衝部
１２１ｅ・・・第二枠部
１２２・・・金属パターン
１２３・・・励振電極部
１２４・・・接続配線部
１２４ａ・・・接続部
１２４ｂ・・・配線部
１３０・・・蓋体
１４０・・・導電性接着剤
【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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