(57)【要約】 【課題】平行電界を用いて２倍波モードで励振させることにより、容易かつ確実に高周波化を実現する。【解決手段】Ｚ´軸及びＸ軸がそれぞれ平面方向でありかつＹ´軸が厚み方向である晶系３２の回転Ｙ板により作成された圧電振動片１００を備え、圧電振動片１００の表面１０ａには、Ｚ´方向に並んでＸ方向に延びる複数の第１励振電極（第１電極）２１、２２を有し、裏面１０ｂには、第１励振電極２１、２２に対してＹ´方向に配置されかつＺ´方向に並んでＸ方向に延びる複数の第２励振電極（第２電極）５１、５２を有し、第１励振電極２１、２２及び第２励振電極５１、５２は、Ｚ´方向に隣り合う電極が異なる電位に設定されるとともに、圧電振動片１００の振動部１０を挟んでＹ´方向に対応する電極が異なる電位に設定され、第１励振電極２１、２２の間及び第２励振電極５１、５２の間において、少なくとも２倍波モードを含んで励振させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚ´軸及びＸ軸がそれぞれ平面方向でありかつＹ´軸が厚み方向である晶系３２の回転Ｙ板により作成された圧電振動片を備える圧電デバイスであって、
前記圧電振動片の表面には、前記Ｚ´方向に並んで前記Ｘ方向に延びる複数の第１電極を有し、
前記圧電振動片の裏面には、前記第１電極に対して前記Ｙ´方向に配置されかつ前記Ｚ´方向に並んで前記Ｘ方向に延びる複数の第２電極を有し、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記Ｚ´方向に隣り合う電極が異なる電位に設定されるとともに、前記圧電振動片を挟んで前記Ｙ´方向に対応する電極が異なる電位に設定され、
前記圧電振動片の前記第１電極の間及び前記第２電極の間において、少なくとも２倍波モードを含んで励振させる圧電デバイス。
【請求項２】
前記圧電振動片は、前記第１電極の間または前記第２電極の間の少なくとも一方に、厚肉のメサが形成される請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記メサが形成された部分における前記圧電振動片の厚さと、前記メサ以外の部分に対する前記メサの段差との比が、
０．０５〜０．１５
に設定される請求項２記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記第１電極及び前記第２電極が３か所以上形成される場合、前記第１電極及び前記第２電極は、前記Ｚ´方向に一定間隔で配置される請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記晶系３２の回転Ｙ板として、ＡＴカット板またはＢＴカット板が用いられる請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末や携帯電話などの電子機器では、水晶振動子や水晶発振器などの圧電デバイスが搭載されている。このような圧電デバイスは、リッドやベースで構成されたパッケージ内のキャビティーに水晶振動片などの圧電振動片を搭載して作製されている。このような圧電デバイスは、電子機器の信頼性を向上させるためにも長期安定度に優れていることが求められている。圧電デバイスの長期安定度の向上を図るため、例えば特許文献１に記載されるように、圧電振動片の所定部分をＺ（Ｚ´）方向に挟むように一対の電極を配置し、この一対の電極の間にＺ（Ｚ´）方向の電界を印加することで、圧電振動片の所定部分を振動させる構成が知られている。この構成によれば、振動部分に電極が設けられないため、電極の経時変化等の影響を受けにくくなり、長期安定度を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４６２５１３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記特許文献１のような平行電界励振型の構成においては、振動部分のＹ（Ｙ´）側表面に電極が設けられた構成（垂直電界励振型）に比べて電界効率が悪いため、ＣＩ値が高くなってしまうという問題がある。また、近年では、圧電デバイスに対して高周波化の要請もあるが、垂直電界励振型の場合、振動部の肉厚を薄くして対応せざるを得ない。しかしながら、水晶片等の圧電振動片の極薄加工が難しいだけでなく、その厚みを制御することが困難となっている。
【０００５】
以上のような事情に鑑み、本発明は、平行電界を用いて２倍波モードで励振させることにより、容易かつ確実に高周波化を実現可能とした圧電デバイス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】
本発明では、Ｚ´軸及びＸ軸がそれぞれ平面方向でありかつＹ´軸が厚み方向である晶系３２の回転Ｙ板により作成された圧電振動片を備える圧電デバイスであって、圧電振動片の表面には、Ｚ´方向に並んでＸ方向に延びる複数の第１電極を有し、圧電振動片の裏面には、第１電極に対してＹ´方向に配置されかつＺ´方向に並んでＸ方向に延びる複数の第２電極を有し、第１電極及び第２電極は、Ｚ´方向に隣り合う電極が異なる電位に設定されるとともに、圧電振動片を挟んでＹ´方向に対応する電極が異なる電位に設定され、圧電振動片の第１電極の間及び第２電極の間において、少なくとも２倍波モードを含んで励振させる。
【０００７】
また、圧電振動片は、第１電極の間または第２電極の間の少なくとも一方に、厚肉のメサが形成されてもよい。また、メサが形成された部分における圧電振動片の厚さと、メサ以外の部分に対するメサの段差との比が、０．０５〜０．１５に設定されてもよい。また、第１電極及び第２電極が３か所以上形成される場合、第１電極及び第２電極は、Ｚ´方向に一定間隔で配置されてもよい。また、晶系３２の回転Ｙ板として、ＡＴカット板またはＢＴカット板が用いられてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、平行電界を用いて２倍波モードで励振させることにより、垂直電界により励振させる場合に振動部の肉厚を極薄に作成する必要がなく、容易かつ確実に高周波化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る圧電デバイスに用いられる圧電振動片の一例を示し、（ａ）は表面の平面図、（ｂ）は表面を透過して見たときの裏面の平面図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）は振動の様子を示す断面図である。
【図３】第２実施形態に係る圧電デバイスに用いられる圧電振動片の一例を示す断面図、（ｂ）はその変形例に係る圧電振動片の一例を示す断面図である。
【図４】第３実施形態に係る圧電デバイスに用いられる圧電振動片の一例を示す断面図である。
【図５】第４実施形態に係る圧電デバイスに用いられる圧電振動片の一例を示す断面図である。
【図６】第５実施形態に係る圧電デバイスに用いられる圧電振動片の一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】圧電デバイスの実施形態の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては、実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。また、図面においてハッチングした部分は金属膜を表している。
【００１１】
＜第１実施形態＞  
図１及び図２は、圧電デバイスに用いられる圧電振動片１００の実施形態の一例を示している。この圧電振動片１００を用いた圧電デバイスについては後述する。他の実施形態及び変形例についても同様である。圧電振動片１００は、晶系３２に属する材料を用いて形成された回転Ｙ板が用いられる。圧電振動片の中で晶系３２に属する（点群３２に属する）材料としては、水晶、ＧａＰＯ４（リン酸ガリウム）、ランガサイト系（ＬＧＳ、ＬＧＮ、ＬＧＴ）、水晶などが知られている。晶系３２に属する材料を用いて形成された回転Ｙ板は、厚みすべり振動及び輪郭すべり振動を共に生じる。
【００１２】
厚みすべり振動を利用した圧電振動片としてはＡＴカット、ＢＴカットのものが、また輪郭すべり振動を利用した圧電振動片としてはＣＴカット、ＤＴカットのものが実用化されており、いずれも温度特性が優れている。厚みすべり振動と輪郭すべり振動とはお互いに結合して温度特性などを乱すが、振動片の端面を所定の角度に傾斜させることにより両振動の結合をなくすことができる。
【００１３】
圧電振動片１００としては、例えば、厚みすべり振動するＡＴカットの水晶振動片が用いられている。ＡＴカットは、水晶振動子等の圧電デバイスが常温付近で使用されるにあたって良好な周波数特性が得られる等の利点があり、人工水晶の３つの結晶軸である電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）及び光学軸（Ｚ軸）のうち、Ｚ軸に対してＸ軸周りに３５°１５′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。ただし、ＡＴカットに代えてＢＴカットの水晶板が用いられてもよい。なお、ＢＴカットは、Ｚ軸に対してＸ軸周りに−４９°だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。
【００１４】
本実施形態では、以下の各図において、ＸＹ´Ｚ´座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹ´Ｚ´座標系において、Ｘ軸は水晶の結晶軸に一致し、Ｙ´軸及びＺ´軸は、圧電振動片１００を切り出すときの切り出し方向に相当する。本実施形態では、圧電振動片１００がＡＴカットの水晶片であるため、Ｙ´軸及びＺ´軸は結晶軸の機械軸（Ｙ軸）及び光学軸（Ｚ軸）からそれぞれ３５°１５′傾いた軸に一致する。このＸＹ´Ｚ´座標系においては、圧電振動片の表面に平行な平面がＸＺ´平面である。このＸＺ´平面において圧電振動片の長手方向をＸ方向と表記し、Ｘ方向に直交する方向をＺ´方向と表記する。ＸＺ´平面に垂直な方向はＹ´方向と表記する。また、Ｘ方向、Ｙ´方向及びＺ´方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。
【００１５】
圧電振動片１００は、図１（ａ）に示すように、矩形の板状に形成されている。圧電振動片１００は、Ｘ方向に長手となり、Ｚ´方向に短手となるように形成されている。圧電振動片１００は、Ｙ´方向が厚み方向となっている。この圧電振動片１００は、振動部１０と、保持部２０とを備えている。振動部１０は、所定の波長（λ）の振動を発生させる部分である。振動部１０は、圧電振動片１００のうち、Ｘ軸方向において保持部２０（接着側）から離れた＋Ｘ側に配置されている。振動部１０のＹ´方向の厚さは、所望する周波数に合わせて調整される。
【００１６】
振動部１０の表面（＋Ｙ側の面））１０ａには、第１励振電極（第１電極）２１、２２が設けられている。第１励振電極２１、２２は、それぞれＸ方向に沿って延びており、Ｚ´方向に並んで配置されている。振動部１０は、第１励振電極２１、２２とで挟まれた振動領域Ｗを有している。第１励振電極２１は、振動部１０の−Ｚ´側に配置されている。第１励振電極２２は、Ｚ´方向に離間して振動部１０の＋Ｚ´側に配置されている。第１励振電極２１、２２それぞれの長さ及び幅は任意に設定される。また、第１励振電極２１、２２は同一の長さ及び幅に形成されているが異なっていてもよい。
【００１７】
保持部２０は、圧電振動片１００の−Ｘ側に配置されている。保持部２０の表面（＋Ｙ´側の面）には、引出電極３１、３２が形成されている。引出電極３１は、第１励振電極２１から−Ｘ方向に引き出された後、＋Ｚ´側に折り曲げられて形成される。引出電極３２は、第１励振電極２２から−Ｘ方向に引き出された後、−Ｚ´側に折り曲げられて形成される。保持部２０には、引出電極３１、３２に対応して、Ｙ´方向に貫通する貫通電極４１、４２がそれぞれ形成される。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、振動部１０の裏面（−Ｙ側の面）１０ｂには、第２励振電極（第２電極）５１、５２が設けられている。第２励振電極５１、５２は、第１励振電極２１等と同様にＸ方向に沿って延びており、Ｚ´方向に並んで配置されている。第２励振電極５１は、振動部１０の＋Ｚ´側に配置されている。第２励振電極５２は、Ｚ´方向に離間して振動部１０の−Ｚ´側に配置されている。第２励振電極５１、５２のそれぞれの長さ及び幅は任意に設定される。また、第２励振電極５１、５２は同一の長さ及び幅に形成されているが異なっていてもよい。
【００１９】
保持部２０の裏面（−Ｙ´側の面）には、引出電極６１、６２が形成されている。引出電極６１は、第２励振電極５１から−Ｘ方向に引き出されて、保持部２０の−Ｘ側かつ＋Ｚ´側の角部まで引き出される。さらに、引出電極６１は、貫通電極４１に対応する領域にも引き出される。引出電極６２は、第２励振電極５２から−Ｘ方向に引き出されて、保持部２０の−Ｘ側かつ−Ｚ´側の角部まで引き出される。さらに、引出電極６２は、貫通電極４２に対応する領域にも引き出される。
【００２０】
貫通電極４１によって引出電極３１と引出電極６１とは電気的に接続される。これにより、第１励振電極２１と第２励振電極５１とは同極となる。また、貫通電極４２によって引出電極３２と引出電極６２とは電気的に接続される。これにより、第１励振電極２２と第２励振電極５２とは同極となる。なお、引出電極３１と引出電極６１との接続や、引出電極３２と引出電極６２との接続は、貫通電極４１、４２を用いることに限定されず、圧電振動片１００の側面を介した金属膜により接続してもよい。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、第１励振電極２１、２２と第２励振電極５１、５２とは、それぞれＹ´方向に重なるように、振動領域Ｗを挟んで配置されている。従って、図２（ａ）に示すように第１励振電極２１、２２と第２励振電極５１、５２とは、圧電振動片１００の断面を見た場合に四角形に配置された状態となっている。また、Ｙ´方向に配置された第１励振電極２１と第２励振電極５１、及び第１励振電極２２と第２励振電極５２とは、それぞれ異なる電位となるように設定される。
【００２２】
第１励振電極２１、２２、第２励振電極５１、５２、及び引出電極３１、３２、６１、６２は、導電性の金属膜が用いられる。金属膜としては、例えば、水晶材に対する各電極の密着性を向上させる役割を有する下地層としてクロム（Ｃｒ）や、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、あるいはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）や、ニッケルチタン（ＮｉＴｉ）、ニッケルタングステン（ＮｉＷ）合金を成膜し、その上に金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）を成膜した２層または３層などの積層構造が採用される。貫通電極４１、４２は、銅メッキや導電性のペーストが充填されて形成される。
【００２３】
また、本実施形態では、振動部１０の振動領域Ｗに電極が配置されていない構成となっている。振動領域Ｗに電極が配置される場合、電極が経時劣化等によって変化すると、振動の周波数などに影響が及ぶため、長期的に安定した振動が得にくくなる場合がある。これに対して、圧電振動片１００では、振動領域Ｗに電極が設けられないため、電極の経時劣化等の影響を受けにくくなり、長期安定度を確保することができる構成となっている。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、第１励振電極２１と第２励振電極５１とが同極（電極ｉｎ）となるように、また、第１励振電極２２と第２励振電極５２とが同極（電極ｏｕｔ）となるように電気的に接続される。その結果、第１励振電極２１から第１励振電極２２へ向けてＸＺ´平面とほぼ平行の電界Ｅ１が生じ、また、第２励振電極５１から第２励振電極５２へ向けてＸＺ´平面とほぼ平行の電界Ｅ２が生じることになる。電界Ｅ１と電界Ｅ２とでは、電界の方向が異なる。これにより、圧電振動片１００の振動領域Ｗは、図２（ｂ）に示すように２倍波のＳ０モードで振動する。なお、基本波等の他のモードの振動も含まれるが、取り出した信号をフィルタに掛けることにより２倍波モードを取り出すことは可能である。
【００２５】
このように、第１実施形態によれば、２倍波モードで励振させることにより、垂直電界励振型のように振動部の厚さを薄くすることなく、高い周波数を容易に取り出すことができる。従って、振動部の厚さ制御が容易となり、高い周波数に対応した圧電デバイスを容易に製造することができる。
【００２６】
＜第２実施形態＞
第２実施形態について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、第２実施形態に係る圧電振動片２００の一例を示す平面図である。図３（ａ）は、圧電振動片２００のＹ´Ｚ´断面図であり、第１実施形態の図２（ａ）に相当する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。また、この圧電振動片２００は、ＡＴカットの水晶片が用いられている。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、圧電振動片２００は、振動部１０の表面１０ａに第１メサ（メサ）７１を有している。第１メサ７１は、例えば、振動領域Ｗ（図１（ａ）参照）に対応する部分を＋Ｙ´方向に突出させて形成される。第１メサ７１は、Ｙ´方向から見たときに矩形状に形成される。第１励振電極２１、２２は第１メサ７１をＺ´方向に挟むように配置される。なお、引出電極３１、３２は、第１メサ７１を避けるようにして配置される。振動部１０のうち第１メサ７１が形成された部分は、周辺部よりも振動の波長が大きく（周波数が小さく）なる。その結果、第１メサ７１で生じた振動のエネルギーは、第１メサ７１に閉じ込められ、周辺部に拡散しにくくなる。これにより、第１メサ７１で発生した振動の減衰が抑制されるため、振動部１０において効率的に振動を発生させることが可能となっている。
【００２８】
また、第１メサ７１が形成された部分は、他の部分の厚さＨに対して大きくなり、厚さＨ１となっている。これにより、第１メサ７１の表面と他の表面１０ａとの段差Ｄ１が形成される。厚さＨ１と段差Ｄ１との比（Ｄ１／Ｈ１）は、
０．０５〜０．１５
に設定される。０．０５より小さいと振動の閉じ込め効果が小さくなる。また、０．１５より大きいと、振動の閉じ込めは向上するが、屈曲系などの副振動が増えるので、等価直列容量Ｃ１が小さく、かつ等価直列抵抗ＣＩが大きくなり、振動特性が劣化する。なお、第１メサ７１は、全体に亘って厚さが均一であることが望ましいが、部分的に厚さが異なってもよい。
【００２９】
この圧電振動片２００は、第１実施形態の圧電振動片１００と同様に、第１励振電極２１等に電圧をかけることにより、電界Ｅ１、Ｅ２といった平行電界を生じさせ、２倍波のＳ０モードで振動する。このように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に２倍波モードで励振させるので、高い周波数を容易に取り出すことができる。さらに、第１メサ７１によって振動が第１メサ７１に閉じ込められるので、振動の減衰が抑制され、効率よく振動させることができる。
【００３０】
＜変形例＞
第２実施形態の変形例について図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ｂ）は、変形例に係る圧電振動片３００の一例を示す平面図である。図３（ｂ）は、圧電振動片３００のＹ´Ｚ´断面図であり、第１実施形態の図２（ａ）に相当する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。また、この圧電振動片３００は、ＡＴカットの水晶片が用いられている。
【００３１】
図３（ｂ）に示すように、圧電振動片３００は、振動部１０の表面１０ａに第１メサ（メサ）７１が形成されるだけでなく、振動部１０の裏面１０ｂにも第２メサ７２が形成される。第２メサ７２は、第１メサ７１と同様に、例えば、振動領域Ｗ（図１（ａ）参照）に対応する部分を−Ｙ´方向に突出させて形成される。第２メサ７２は、Ｙ方向から見たときに矩形状に形成される。従って、第１メサ７１と第２メサ７２とは、Ｙ方向から見たときに同一の形状及び配置となっている。第２励振電極５１、５２は第２メサ７２をＺ´方向に挟むように配置される。なお、引出電極６１、６２は、第２メサ７２を避けるようにして配置される。
【００３２】
振動部１０のうち第１メサ７１及び第２メサ７２が形成された部分は、周辺部よりも振動の波長が大きく（周波数が小さく）なる。その結果、第１メサ７１及び第２メサ７２で生じた振動のエネルギーは、第１メサ７１及び第２メサ７２に閉じ込められ、第２実施形態と比較してより一層周辺部に拡散しにくくなる。これにより、第１メサ７１及び第２メサ７２で発生した振動の減衰が抑制されるため、振動部１０において効率的に振動を発生させることが可能となっている。
【００３３】
また、第１メサ７１及び第２メサ７２が形成された部分は、他の部分の厚さＨに対して大きくなり、厚さＨ２となっている。これにより、第１メサ７１の表面の段差Ｄ１に加えて振動部１０の裏面１０ｂには段差Ｄ２が形成される。厚さＨ２と段差Ｄ１＋Ｄ２との比（（Ｄ１＋Ｄ２）／Ｈ２）は、第１実施形態と同様に、
０．０５〜０．１５
に設定される。０．０５より小さいと振動の閉じ込め効果が小さくなる。また、０．１５より大きいと、振動の閉じ込めは向上するが、屈曲系などの副振動が増えるので、等価直列容量Ｃ１が小さく、かつ等価直列抵抗ＣＩが大きくなり、振動特性が劣化する。
【００３４】
ただし、２つの段差Ｄ１、Ｄ２を加えているので、１つの段差を小さく設定することが可能である。なお、第２メサ７２は、全体に亘って厚さが均一であることが望ましいが、部分的に厚さが異なってもよい。また、第１メサ７１と第２メサ７２とが同一の段差（Ｄ１＝Ｄ２）とすることにより、Ｘ軸周り（２回対称軸）の対称性を保つことが可能となり、スプリアスを軽減することができる。ただし、同一の段差とすることに限定されず、異なってもよい。
【００３５】
この圧電振動片３００は、第１及び第２実施形態の圧電振動片１００、２００と同様に、第１励振電極２１等に電圧をかけることにより、電界Ｅ１、Ｅ２といった平行電界を生じさせ、２倍波のＳ０モードで振動する。このように、変形例によれば、第１実施形態と同様に２倍波モードで励振させるので、高い周波数を容易に取り出すことができる。さらに、第１メサ７１及び第２メサ７２によって振動が第１メサ７１及び第２メサ７２に閉じ込められるので、振動の減衰が抑制され、効率よく振動させることができる。また、振動部１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂにメサが形成されるので、各メサの段差を小さくしても第１実施形態と同様に振動を閉じ込めることができる。また、振動部１０の両面にメサが形成されることにより、片面にメサが形成されることと比べて工数が増えるが、Ｘ軸周り（２回対称軸）の対称性を保ち、スプリアスの発生を軽減できる。
【００３６】
＜第３実施形態＞
第３実施形態について図４を用いて説明する。図４は、第３実施形態に係る圧電振動片４００の一例を示す平面図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図４は、圧電振動片４００のＹ´Ｚ´断面図であり、図２（ａ）に相当する。また、この圧電振動片４００は、ＡＴカットの水晶片が用いられている。
【００３７】
図４に示すように、圧電振動片４００は、振動部１０の表面１０ａに３個の第１励振電極１２１、１２２、１２３が形成され、裏面１０ｂに同じく３個の第２励振電極１５１、１５２、１５３が形成されている。第１励振電極１２１〜１２３及び第２励振電極１５１〜１５３は、図１に示す第１及び第２励振電極２１、５１等と同様に、それぞれＸ方向に沿って延びており、Ｚ´方向に間隔Ｌ１で並んで配置されている。第１励振電極１２１〜１２３及び第２励振電極１５１〜１５３のそれぞれの長さ及び幅は任意に設定される。図４では、第１励振電極１２１〜１２３及び第２励振電極１５１〜１５３は、同一の長さ及び幅に形成されているが異なっていてもよい。
【００３８】
さらに、第１励振電極１２１〜１２３及び第２励振電極１５１〜１５３は、Ｙ´方向にそれぞれ重なるように配置される。また、第１励振電極１２１〜１２３及び第２励振電極１５１〜１５３は、Ｙ´方向に異なる電位となるように接続されている。また、第１励振電極１２１〜１２３及び第２励振電極１５１〜１５３のそれぞれは、Ｚ´方向に隣り合う電極と異なる電位となるように設定される。すなわち、第１励振電極１２１、１２３及び第２励振電極１５２は、ｉｎ側に接続され、第１励振電極１２２及び第２励振電極１５１、１５３は、ｏｕｔ側に接続される。
【００３９】
これにより、図４に示すように、第１励振電極１２１、１２２間には電界Ｅ１１が生じ、第１励振電極１２２、１２３間には電界Ｅ１２が生じる。また、第２励振電極１５１、１５２間には電界Ｅ２１が生じ、第２励振電極１５２、１５３間には電界Ｅ２２が生じる。この電界Ｅ１１〜Ｅ２１は、ＸＺ´平面とほぼ平行に生じる。電界Ｅ１１と電界Ｅ１２とでは、電界の方向が異なる。同様に、電界Ｅ２１と電界Ｅ２２とでは、電界の方向が異なる。これにより、圧電振動片４００は、２倍波のＡ０モードで振動する。
【００４０】
このように、圧電振動片４００によれば、上記した圧電振動片１００等と同様に、２倍波モードで励振させるので、高い周波数を容易に取り出すことができる。なお、図４では、３個ずつの第１励振電極１２１〜１２３及び第２励振電極１５１〜１５３を用いて２倍波のＡ０モードで振動させているが、第１励振電極及び第２励振電極を５個、７個・・・と奇数個配置させることにより、２倍波のＡ１モード、Ａ２モード・・・で振動させてもよい。また、図３（ａ）に示すような第１メサ７１が第１励振電極１２１〜１２３の間のいずれか、または全てに形成されてもよく、図３（ｂ）に示すような第２メサ７２が第２励振電極１５１〜１５３の間のいずれか、または全てに形成されてもよい。
【００４１】
＜第４実施形態＞
第４実施形態について図５を用いて説明する。図５は、第４実施形態に係る圧電振動片５００の一例を示す平面図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図５は、圧電振動片５００のＹ´Ｚ´断面図であり、図２（ａ）に相当する。また、この圧電振動片５００は、ＡＴカットの水晶片が用いられている。
【００４２】
図５に示すように、圧電振動片５００は、振動部１０の表面１０ａに４個の第１励振電極２２１、２２２、２２３、２２４が形成され、裏面１０ｂに同じく４個の第２励振電極２５１、２５２、２５３、２５４が形成されている。第１励振電極２２１〜２２４及び第２励振電極２５１〜２５４は、図１に示す第１及び第２励振電極２１、５１等と同様に、それぞれＸ方向に沿って延びており、Ｚ´方向に間隔Ｌ２で並んで配置されている。第１励振電極２２１〜２２４及び第２励振電極２５１〜２５４のそれぞれの長さ及び幅は任意に設定される。図５では、第１励振電極２２１〜２２４及び第２励振電極２５１〜２５４は、同一の長さ及び幅に形成されているが異なっていてもよい。
【００４３】
さらに、第１励振電極２２１〜２２４及び第２励振電極２５１〜２５４は、Ｙ´方向にそれぞれ重なるように配置される。また、第１励振電極２２１〜２２４及び第２励振電極２５１〜２５４は、Ｙ´方向に異なる電位となるように接続されている。また、第１励振電極２２１〜２２４及び第２励振電極２５１〜２５４のぞれぞれは、Ｚ´方向に隣り合う電極と異なる電位となるように設定される。すなわち、第１励振電極２２１、２２３及び第２励振電極２５１、２５３は、ｉｎ側に接続され、第１励振電極２２２、２２４及び第２励振電極２５２、２５４は、ｏｕｔ側に接続される。
【００４４】
これにより、図５に示すように、第１励振電極２２１、２２２間には電界Ｅ３１が生じ、第１励振電極２２２、２２３間には電界Ｅ３２が生じ、第１励振電極２２３、２２４間には電界Ｅ３３が生じる。また、第２励振電極２５１、２５２間には電界Ｅ４１が生じ、第２励振電極２５２、２５３間には電界Ｅ４２が生じ、第２励振電極２５３、２５４間には電界Ｅ４３が生じる。この電界Ｅ３１〜Ｅ３３及びＥ４１〜Ｅ４３は、ＸＺ´平面とほぼ平行に生じる。電界Ｅ３１とＥ３３とは電界の方向が同一で、これらと電界Ｅ３２とは電界の方向が異なる。また、電界Ｅ４１とＥ４３とは電界の方向が同一で、これらと電界Ｅ４２とは電界の方向が異なる。これにより、圧電振動片５００は、２倍波のＳ１モードで振動する。
【００４５】
このように、圧電振動片５００によれば、上記した圧電振動片１００等と同様に、２倍波モードで励振させるので、高い周波数を容易に取り出すことができる。なお、図５では、４個ずつの第１励振電極２２１〜２２４及び第２励振電極２５１〜２５４を用いて２倍波のＳ１モードで振動させているが、第１励振電極及び第２励振電極を６個、８個・・・と偶数個配置させることにより、２倍波のＳ２モード、Ｓ３モード・・・で振動させてもよい。また、図３（ａ）に示すような第１メサ７１が第１励振電極２２１〜２２４の間のいずれか、または全てに形成されてもよく、図３（ｂ）に示すような第２メサ７２が第２励振電極２５１〜２５４の間のいずれか、または全てに形成されてもよい。
【００４６】
＜第５実施形態＞
第５実施形態について図６を用いて説明する。図６は、第５実施形態に係る圧電振動片６００の一例を示す平面図である。なお、以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。図６（ａ）は、圧電振動片６００の平面図であり、図１（ａ）に相当する。図６（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った圧電振動片６００のＹ´Ｚ´断面図であり、図２（ａ）に相当する。また、この圧電振動片６００は、ＡＴカットの水晶片が用いられている。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、圧電振動片６００は、振動部１０の表面１０ａに第１メサ７１を挟んで２個の第１励振電極３２１、３２２が形成され、裏面１０ｂに同じく２個の第２励振電極３５１、３５２が形成されている。第１励振電極３２１、３２２及び第２励振電極３５１、３５２は、図１に示す第１及び第２励振電極２１、５１等と同様に、それぞれＸ方向に沿って延びており、Ｚ´方向に並んで配置されている。第１励振電極３２１、３２２及び第２励振電極３５１、３５２は、Ｙ´方向にそれぞれ重なるように配置され、Ｙ´方向に異なる電位となるように接続されている。また、第１励振電極３２１及び第２励振電極３５１は、ｉｎ側に接続され、第１励振電極３２２及び第２励振電極３５２は、ｏｕｔ側に接続される。
【００４８】
また、第２励振電極３５１の＋Ｘ側の端部から−Ｚ´方向に引き出されて第１励振電極３２１の一部とＹ´方向に重なるように引出電極３６１が形成される。引出電極３６１は、圧電振動片６００の側面を介して第１励振電極３２１と電気的に接続される。この接続部分は接着領域３７１として用いられる。また、第２励振電極３５２の−Ｘ側の端部から＋Ｚ´方向に引き出されて第１励振電極３２２の一部とＹ´方向に重なるように引出電極３６２が形成される。引出電極３６２は、圧電振動片６００の側面を介して第１励振電極３２２と電気的に接続される。この接続部分は接着領域３７２として用いられる。
【００４９】
図６（ｂ）に示すように、第１励振電極３２１、３２２間には電界Ｅ５１が生じ、第２励振電極３５１、３５２間には電界Ｅ５２が生じる。この電界Ｅ５１、Ｅ５２は、ＸＺ´平面とほぼ平行に生じる。また、電界Ｅ５１とＥ５２とは電界の方向が異なる。これにより、圧電振動片６００は、２倍波のＳ０モードで振動する。
【００５０】
このように、圧電振動片６００によれば、上記した圧電振動片１００等と同様に、２倍波モードで励振させるので、高い周波数を容易に取り出すことができる。また、図６では第１メサ７１が形成されているが、形成されなくてもよい。また、図３（ｂ）に示すような第２メサ７２が第２励振電極３５１、３５２の間に形成されてもよい。圧電振動片６００は、図１に示す圧電振動片１００と異なり、第１励振電極３２１等と第２励振電極３５１等との接続に貫通電極４１等を用いていない。従って、圧電振動片に貫通孔を形成する必要がなく、製造コストを抑制できる。
【００５１】
＜圧電デバイス＞  
次に、圧電デバイスの実施形態について説明する。図７に示すように、圧電デバイス７００は、圧電振動片１００と、この圧電振動片１００が搭載されるベース１１０と、ベース１１０との間で圧電振動片１００を封止するリッド１２０とを有している。圧電振動片１００としては、図１に示す圧電振動片１００が用いられている。ベース１１０及びリッド１２０は、例えばガラスやセラミックスなどの材料が用いられる。また、リッド１２０としては金属板が用いられてもよい。
【００５２】
ベース１１０は、矩形の板状に形成されており、表面（＋Ｙ´側の面）に形成された凹部１１１と、凹部１１１を囲む接合面１１２とを有している。接合面１１２は、リッド１２０と対向する。リッド１２０は、同じく矩形の板状に形成されており、裏面（−Ｙ´側の面）の一部がベース１１０の接合面１１２と対向する。ベース１１０とリッド１２０とは、例えば接合材を介して接合されているが、接合材を用いずに直接接合させてもよい。ベース１１０とリッド１２０とを接合させることにより、圧電振動片１００を収容するためのキャビティー１４０が形成される。キャビティー１４０内は、例えば、真空雰囲気、または窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気に設定される。
【００５３】
ベース１１０の凹部１１１には、圧電振動片１００の引出電極６１、６２にそれぞれ接続される接続電極１１４が形成されている。また、ベース部１１０をＹ´方向に貫通する貫通電極１１５が形成されている。ベース１１０の裏面（−Ｙ´側の面）には、四隅のそれぞれに矩形状の外部電極１１６及びダミー電極１１６ａが形成されている。外部電極１１６は、基板に実装される際の実装端子として用いられる。なお、ダミー電極１１６ａは、他の電極と電気的な接続はない。接続電極１１４と外部電極１１６とは、貫通電極１１５によって電気的に接続される。
【００５４】
接続電極１１４、外部電極１１６、及びダミー電極１１６ａは、導電性の金属膜が用いられる。金属膜としては、例えば、下地層としてクロム（Ｃｒ）や、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、あるいはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）や、ニッケルチタン（ＮｉＴｉ）、ニッケルタングステン（ＮｉＷ）合金を成膜し、その上に金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）を成膜した積層構造が採用される。貫通電極１１５は、ベース１１０の貫通孔に対して銅メッキや導電性ペーストの充填等により形成される。
【００５５】
圧電振動片１００は、導電性接着剤１３０によりベース１１０に保持されている。また、導電性接着剤１３０を介して、ベース１１０の接続電極１１４と圧電振動片１００の引出電極６１、６２とがそれぞれ電気的に接続される。なお、この圧電デバイス７００では、図１に示す圧電振動片１００が用いられるが、これに代えて、例えば、上記した圧電振動片２００、３００、４００、５００、６００が用いられてもよい。なお、圧電振動片６００が用いられる場合、ベース１１０の接続電極１１４は圧電振動片６００に対応した位置に形成され、接着領域３７１、３７２（図６参照）に塗布される導電性接着剤１３０を介して接続される。
【００５６】
次に、圧電デバイス７００の製造方法について説明する。この圧電デバイス７００は、いわゆるウェハレベルパッケージングの手法で製造される。先ず、圧電振動片１００が作成される。圧電振動片１００は、圧電ウェハから個々の圧電振動片１００を取り出す多面取りが行われる。圧電ウェハは、水晶結晶体からＡＴカットにより所定の厚さで切り出され、エッチングや研磨等により厚さが調整された後に表面が洗浄される。また、圧電ウェハには貫通電極４１、４２を形成するための貫通孔が形成される。なお、図６に示す圧電振動片６００では貫通孔の形成は不要である。
【００５７】
続いて、圧電ウェハの貫通孔に、銅めっき等により貫通電極４１、４２が形成される。次いで、振動部１０の表面１０ａ及び裏面１０ｂに、第１励振電極２１、２２及び第２励振電極５１、５２が形成される。この第１励振電極２１等と同時に引出電極３１、３２、６１、６２が形成される。これら第１励振電極２１等や引出電極３１等は、導電性の金属膜により形成される。この金属膜は、メタルマスクを用いたスパッタリングや真空蒸着等によりニッケルクロム等の下地層が成膜され、次いで金等の主電極層が成膜されて形成される。なお、メタルマスク等を用いることに代えて、フォトリソグラフィ法及びエッチング等によりパターニングされてもよい。この第１励振電極２１等の形成後、圧電ウェハをスクライブラインに沿ってダイシングすることにより、個々の圧電振動片１００が完成する。
【００５８】
ベース１１０及びリッド１２０は、圧電振動片１００と同様に、リッドウェハ及びベースウェハから個々を切り出す多面取りが行われる。これらリッドウェハ及びベースウェハとしては、例えば、ホウケイ酸ガラスやセラミックスなどが用いられる。また、圧電振動片１００と同様にＡＴカットされた水晶材が用いられてもよい。
【００５９】
ベースウェハは、キャビティー１４０を形成するための凹部１１１が、サンドブラストまたはウェットエッチングによって形成される。また、ベースウェハには、貫通電極１１５を形成するための貫通孔がサンドブラストまたはウェットエッチングによって形成される。ベースウェハは、例えば銅めっき等により貫通孔を充填して貫通電極１１５が形成される。この貫通電極１１５と電気的に接続するように、凹部１１１に接続電極１１４が形成され、裏面に外部電極１１６が形成される。同時にダミー電極１１６ａも形成される。接続電極１１４及び外部電極１１６は、例えばメタルマスク等を用いたスパッタリングや真空蒸着により、ニッケルタングステン等の下地層の上に金や銀が成膜されて形成される。
【００６０】
次に、ベースウェハの凹部１１１には、チップマウンターなどにより個々の圧電振動片１００が搬送されるとともに、導電性接着剤１３０により保持される。この導電性接着剤１３０によって、圧電振動片１００の第１励振電極２１、２２及び第２励振電極５１、５２と外部電極１１６とがそれぞれ電気的に接続される。次に、リッドウェハは、真空雰囲気下で接合材を介してベースウェハに接合される。なお、接合材を用いずに、例えば、プラズマ活性化接合法やイオンビーム活性化接合法などを用いて、直接接合されてもよい。その後、接合されたウェハをスクライブラインに沿ってダイシングすることにより、個々の圧電デバイス７００が完成する。
【００６１】
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。上記した実施形態では、圧電デバイスとして水晶振動子（圧電振動子）を示しているが、発振器であってもよい。発振器の場合は、ベース１１０にＩＣ等が搭載され、圧電振動片１００や、ベース１１０の外部電極１１６がそれぞれＩＣ等に接続される。
【００６２】
また、上記した各実施形態や変形例では、圧電振動片として矩形状のものが用いられるが、これに限定されない。例えば、圧電振動片として、例えば、振動部と、振動部を囲んだ枠部と、振動部と枠部とを連結するアンカー部とにより構成されたＡＴカットの圧電振動片が用いられてもよい。この場合、振動部の表面及び裏面のそれぞれに第１励振電極及び第２励振電極が形成される。また、振動部の表面及び裏面の一方または双方にメサが形成されてもよい。
【００６３】
なお、この枠付きの圧電振動片が用いられる場合も、ウェハレベルパッケージングの手法により製造される。先ず、リッド、ベース、及び圧電振動片は、それぞれのウェハにおいて形成される。次に、真空雰囲気下で圧電ウェハの表面にリッドウェハが接合され、圧電ウェハの裏面にベースウェハが接合され。接合されたウェハは、スクライブラインに沿ってダイシングされることにより、個々の圧電デバイスが完成する。
【符号の説明】
【００６４】
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２…厚さ
Ｄ１、Ｄ２…段差
Ｌ１、Ｌ２…間隔
１０…振動部
１０ａ…表面
１０ｂ…裏面
２１、２２、１２１、１２２、１２３、２２１、２２２、２２３、２２４、３２１、３２２…第１励振電極（第１電極）
５１、５２、１５１、１５２、１５３、２５１、２５２、２５３、２５４、３５１、３５２…第２励振電極（第２電極）
７１…第１メサ（メサ）
７２…第２メサ（メサ）
１００〜６００…圧電振動片
７００…圧電デバイス
【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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