(57)【要約】 【課題】メサを備える圧電振動片において、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５１、５２を有し、裏面には、第１励振電極に対して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励振電極７１、７２を有し、第１励振電極及び第２励振電極は、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、Ｙ´方向に対応する電極が同極に設定され、第１励振電極の間及び第２励振電極の間の少なくとも一方に、周辺部３０より厚肉の第１メサ４０が形成され、第１メサ４０の厚さＨ１と、周辺部３０に対する段差Ｄとの比Ｄ／Ｈ１が、０．４５〜０．７０に設定され、少なくとも２以上の整数倍波の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同極に設定され、
前記圧電振動片は、前記第１電極の間及び前記第２電極の間の少なくとも一方に、周辺部より厚肉のメサが形成され、
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Ｈ１と、前記周辺部に対する前記メサの段差Ｄとの比Ｄ／Ｈ１が、０．４５〜０．７０に設定され、
前記メサを含む部分において、少なくとも２以上の整数倍波のモードを含んで励振させる圧電デバイス。
【請求項２】
前記比Ｄ／Ｈ１が、０．５５〜０．７０である請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記比Ｄ／Ｈ１が、０．６５である請求項２記載の圧電デバイス。
【請求項４】
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３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】
また、圧電振動片は厚みすべり振動を利用しているため、振動部分を周辺部よりも厚肉としたメサを形成させ、このメサに振動エネルギーを閉じ込めることで、振動部分の電界効率を高める構成が考えられる。しかしながら、平行電界励振型の圧電振動片にメサを設ける構成については、研究が十分にされていないのが現状である。従って、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用いて平行電界励振型の電極配置を採用した際、その表面または裏面の一方または双方にメサを備えるときに、容易に高周波化を実現することが求められていた。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明は、メサを備える圧電振動片において、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】
【０００７】
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同極に設定され、圧電振動片は、第１電極の間及び第２電極の間の少なくとも一方に、周辺部より厚肉のメサが形成され、メサが形成された部分における圧電振動片の厚さＨ１と、周辺部に対するメサの段差Ｄとの比Ｄ／Ｈ１が、０．４５〜０．７０に設定され、メサを含む部分において、少なくとも２以上の整数倍波のモードを含んで励振させる。
【０００８】
また、比Ｄ／Ｈ１が、０．５５〜０．７０であってもよい。また、比Ｄ／Ｈ１が、０．６５であってもよい。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】
【０００９】
本発明によれば、平行電界を用いてメサを含んだ部分を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。また、２倍波平行励振の高周波化を考えた場合、振動部（メサ）周辺は肉厚を極薄にする必要があるが、そこは振動部ほど厳密な厚み制御を必要とせず、垂直電界励振のように、振動部の肉厚を極薄かつ微細な厚さ制御が不要となる。また、振動の閉じ込めとの兼ね合いで周辺部厚みを調整する場合は、励振電極をイオンビームエッチング等でトリミングする等により容易に調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｃ）は振動の様子を示す断面図である。
【図２】（ａ）は実施例及び比較例の等価直列容量を表したグラフ、（ｂ）は実施例及び比較例の評価一覧を示す表である。
【図３】（ａ）は第１変形例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）は第２変形例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４】（ａ）〜（ｄ）は第２実施形態に係る圧電振動片の振動の様子を示す断面図である。
【図５】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】
【００１１】
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。
【００１２】
＜第１実施形態＞  
図１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）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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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の表面（＋Ｙ´側の面）には、周辺部３０より厚肉の第１メサ（メサ）４０が形成される。第１メサ４０は、例えば、振動部１０表面の中央領域を＋Ｙ´方向に突出させて形成される。第１メサ４０は、Ｙ´方向から見たときに矩形状に形成される。振動部１０のうち第１メサ４０を含む部分は、所定の波長（λ）の振動を発生させる部分である。この第１メサ４０においてＹ´方向の厚さＨ１（図１（ｂ）参照）は、所望する周波数に合わせて調整される。なお、の第１メサ（メサ）４０は、振動部１０の表面（＋Ｙ´側の面）に代えて振動部１０の裏面（−Ｙ´側の面）に形成されてもよい。
【００１７】
振動部１０の表面には、第１励振電極（第１電極）５１、５２が設けられている。第１励振電極５１、５２は、それぞれＸ方向に沿って延びており、Ｚ´方向に間隔を空けて並んで配置されている。第１励振電極５１、５２は第１メサ４０をＺ´方向に挟むように配置される。第１励振電極５１は、第１メサ４０の−Ｚ´側に配置されている。第１励振電極５２は、第１メサ４０の＋Ｚ´側に配置されている。第１励振電極５１、５２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。
【００１８】
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６１、６２が形成されている。引出電極６１は、第１励振電極５１から−Ｘ方向に引き出され、保持部２０の−Ｘ側かつ−Ｚ´側の角部まで引き出される。引出電極６２は、第１励振電極５２から−Ｘ方向に引き出され、保持部２０の−Ｘ側かつ＋Ｚ´側の角部まで引き出される。また、保持部２０は、圧電振動片１００の＋Ｘ側に配置されてもよく、引出電極６１、６２の双方または一方は＋Ｘ方向に引き出されてもよい。
【００１９】
なお、引出電極６１、６２は、第１メサ４０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４０が形成された部分は、周辺部３０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４０で生じた振動のエネルギーは、第１メサ４０に閉じ込められ、周辺部３０に拡散しにくくなる。これにより、第１メサ４０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。
【００２０】
振動部１０の裏面（−Ｙ´側の面）には、第２励振電極（第２電極）７１、７２が設けられている。第２励振電極７１、７２は、第１励振電極５１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７１は、振動部１０の−Ｚ´側に配置されている。第２励振電極７２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７１、７２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７１、７２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。
【００２１】
保持部２０の裏面（−Ｙ´側の面）には、引出電極８１、８２が形成されている。引出電極８１は、第２励振電極７１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。引出電極８２は、第２励振電極７２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。なお、引出電極６１と引出電極８１との間、及び引出電極６２と引出電極８２との間は、例えば貫通電極や保持部２０の側面に形成される金属膜等によって電気的に接続されてもよい。また、貫通電極や側面の金属膜によって接続されることに限定されない。例えば、セラミックパッケージ等に導電性ペーストにより圧電振動片１００が搭載された際、さらに導電性ペーストを上塗り等を行うことにより表面側の引出電極６１、６２と裏面側の引出電極８１、８２とを電気的に接続させてもよい。
【００２２】
第１励振電極５１、５２、第２励振電極７１、７２、及び引出電極６１、６２、８１、８２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。
【００２３】
また、本実施形態では、振動部１０の第１メサ４０を含む部分に電極が配置されていない構成となっている。第１メサ４０等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、第１メサ４０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１（ｂ）に示すように、第１メサ４０が形成された部分は、周辺部３０の厚さＨに対して大きくなり、厚さＨ１となっている。なお、厚さＨ１は主厚ともいう。これにより、第１メサ４０の表面と周辺部３０の表面との段差Ｄが形成される。厚さＨ１と段差Ｄとの比Ｄ／Ｈ１は、
０．４５〜０．７０
に設定される。なお、第１メサ４０は、全体に亘って厚さが均一に形成されることが望ましい。
【００２５】
また、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１励振電極５１、５２と第２励振電極７１、７２とは、それぞれＹ´方向に重なるように配置されている。また、図１（ｂ）に示すように、第１励振電極５１と第２励振電極７１とが同極（電極ｉｎ）となるように、また、第１励振電極５２と第２励振電極７２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５１から第１励振電極５２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７１から第２励振電極７２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、電界の方向はほぼ同一である。これにより、振動部１０のうち第１メサ４０を含む部分は、図１（ｃ）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むことがあるが、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。
【００２６】
図２（ａ）は、実施例１〜６及び比較例ａ〜ｄの等価直列容量を表したグラフである。これら実施例１〜６及び比較例ａ〜ｄは第１メサ４０の厚さＨ１と段差Ｄとの比であるＤ／Ｈ１を変化させたときの等価直列容量の値（Ｃ１）を示すグラフである。なお、図２（ａ）において、横軸は上記した比Ｄ／Ｈ１の値であり、縦軸は、比Ｄ／Ｈ１＝０．５０（実施例２）の等価直列容量を基準としたＣ１比が用いられる。なお、比Ｄ／Ｈ１＝０．５０のものでは、Ｃ１値が０．００１４６（単位：ｆＦ）となっている。
【００２７】
なお、実施例１は、比Ｄ／Ｈ１＝０．４５である。実施例２は、比Ｄ／Ｈ１＝０．５０である。実施例３は、比Ｄ／Ｈ１＝０．５５である。実施例４は、比Ｄ／Ｈ１＝０．６０である。実施例５は、比Ｄ／Ｈ１＝０．６５である。実施例６は、比Ｄ／Ｈ１＝０．７０である。また、比較例ａは、比Ｄ／Ｈ１＝０．３５である。比較例ｂは、比Ｄ／Ｈ１＝０．４０である。比較例ｃは、比Ｄ／Ｈ１＝０．７５である。比較例ｄは、比Ｄ／Ｈ１＝０．８０である。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、実施例１では、Ｃ１比が０．８２４である。実施例２は、上記のように基準であるためＣ１比が１．０００である。実施例３では、Ｃ１比が１．２２９である。実施例４では、Ｃ１比が１．０５５である。実施例５では、Ｃ１比が１．９４９である。実施例６では、Ｃ１比が１．１６２である。一方、比較例ａでは、Ｃ１比が０．４９１である。比較例ｂでは、Ｃ１比が０．６９３である。比較例ｃでは、Ｃ１比が０．７３９である。比較例ｄでは、Ｃ１比が０．９８７である。図２（ａ）のグラフから、比較例ａ、ｂは等価直列容量が低く、振動特性が良くないことが確認される。すなわち、厚さＨ１と段差Ｄとの比Ｄ／Ｈ１が０．４５より小さいと振動特性が良くない。また、比Ｄ／Ｈ１が０．５５〜０．８０までが不連続となっているが、例えばスプリアスの影響が考えられる。
【００２９】
図２（ｂ）は、実施例及び比較例の評価一覧を示す表である。この表中の所見及び評価は、実施例１〜６及び比較例ａ〜ｄのそれぞれにおいてＦＥＭ（有限要素法）により解析した結果に基づいて行っている。図２（ｂ）に示すように、比較例ａでは、２倍波の振動変位（断面）になっていない。従って、評価が×となる。同様に、比較例ｂでは、２倍波の振動変位（断面）になっていない。従って、評価が×となる。一方、実施例１では、２倍波の振動変位（断面）になっているが、振動の閉じ込めが不足する可能性がある。従って、評価が○となる。同様に、実施例２では、２倍波の振動変位（断面）になっているが、振動の閉じ込めが不足する可能性がある。従って、評価が○となる。
【００３０】
実施例３では、２倍波の振動変位（断面）になっている。従って、評価が◎となる。同様に、実施例４〜６では、２倍波の振動変位（断面）になっている。従って、評価が◎となる。また、比較例ｃでは、２倍波の振動変位（断面）になっていない。また、１波長共振からずれているようにも見える。従って、評価が×となる。同様に、比較例ｄでは、２倍波の振動変位（断面）になっていない。また、１波長共振からずれているようにも見える。従って、評価が×となる。
【００３１】
以上から、厚さＨ１と段差Ｄとの比Ｄ／Ｈ１を０．４５〜０．７０に設定することにより、２倍波で振動させることができる。また、比Ｄ／Ｈ１を０．５５〜０．７０に設定することにより、確実に２倍波で振動させることができる。さらに、比Ｄ／Ｈ１を０．６５とすることにより、より一層確実に２倍波で振動させることができる。
【００３２】
このように、第１実施形態によれば、平行電界を用いて第１メサ４０を含んだ部分を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のように振動部の肉厚を極薄に作成することなく、容易かつ確実に高周波化を実現することができる。従って、面倒な振動部の厚さ制御が不要となり、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。
【００３３】
＜変形例＞
上記した実施形態の変形例について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、第１変形例に係る圧電振動片２００の一例を示す断面図である。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１（ｂ）に相当する。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。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。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、圧電振動片２００は、振動部１０の表面の２か所に第１メサ（メサ）１４０がＺ´方向に並んで形成される。この２か所の第１メサ１４０は、同一形状に形成されるが、異なる形状であってもよい。第１メサ１４０のそれぞれは、第１実施形態の第１メサ４０と同様に、周辺部３０に対して段差Ｄに設定される。また、第１メサ１４０が形成された部分は、それぞれ厚さＨ１となっている。なお、厚さＨ１と段差Ｄとの比Ｄ／Ｈ１が０．４５〜０．７０に設定される点は、第１実施形態と同様である。
【００３５】
振動部１０の表面には、第１メサ１４０を挟んで３個の第１励振電極１５１、１５２、１５３が形成され、裏面にも同じく３個の第２励振電極１７１、１７２、１７３が形成されている。第１励振電極１５１〜１５３及び第２励振電極１７１〜１７３は、図１に示す第１及び第２励振電極５１、７１等と同様に、それぞれＸ方向に沿って延びるように形成される。第１励振電極１５１〜１５３及び第２励振電極１７１〜１７３のそれぞれの長さ及び幅は任意に設定される。図３（ａ）では、第１励振電極１５１〜１５３及び第２励振電極１７１〜１７３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。
【００３６】
さらに、第１励振電極１５１〜１５３及び第２励振電極１７１〜１７３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１５１〜１５３及び第２励振電極１７１〜１７３は、Ｙ´方向にそれぞれ同極となるように接続されている。また、第１励振電極１５１〜１５３及び第２励振電極１７１〜１７３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１５１、１５３及び第２励振電極１７１、１７３は、ｉｎ側に接続され、第１励振電極１５２及び第２励振電極１７２は、ｏｕｔ側に接続される。
【００３７】
これにより、図３（ａ）に示すように、第１励振電極１５１、１５２間には電界Ｅ１１が生じ、第２励振電極１７１、１７２間には電界Ｅ１２が生じる。また、第１励振電極１５２、１５３間には電界Ｅ１３が生じ、第２励振電極１７２、１７３間には電界Ｅ１４が生じる。この電界Ｅ１１〜Ｅ１４は、ＸＺ´平面とほぼ平行に生じる。電界Ｅ１１と電界Ｅ１２とでは、電界の方向がほぼ同一である。同様に、電界Ｅ１３と電界Ｅ１４とでは、電界の方向がほぼ同一である。ただし、電界Ｅ１１、Ｅ１２と電界Ｅ１３、Ｅ１４とでは、電界の方向が異なる。これにより、圧電振動片２００は、２倍波のＡ０モードで振動する。
【００３８】
このように、圧電振動片２００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３（ａ）では、３個ずつの第１励振電極１５１〜１５３及び第２励振電極１７１〜１７３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励振電極をそれぞれ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。
【００３９】
図３（ｂ）は、第２変形例に係る圧電振動片３００の一例を示す断面図である。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１（ｂ）に相当する。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。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。
【００４０】
図３（ｂ）に示すように、圧電振動片３００は、振動部１０の表面の３か所に第１メサ（メサ）２４０がＺ´方向に並んで形成される。この３か所の第１メサ２４０は、同一形状に形成されるが、それぞれ異なる形状であってもよい。第１メサ２４０のそれぞれは、第１実施形態の第１メサ４０と同様に、周辺部３０に対して段差Ｄに設定される。また、第１メサ２４０が形成された部分は、それぞれ厚さＨ１となっている。なお、厚さＨ１と段差Ｄとの比Ｄ／Ｈ１が０．４５〜０．７０に設定される点は、第１実施形態と同様である。
【００４１】
振動部１０の表面には、第１メサ２４０を挟んで４個の第１励振電極２５１、２５２、２５３、２５４が形成され、裏面にも同じく４個の第２励振電極２７１、２７２、２７３、２７４が形成されている。第１励振電極２５１〜２５４及び第２励振電極２７１〜２７４は、図１に示す第１及び第２励振電極５１、７１等と同様に、それぞれＸ方向に沿って延びるように形成される。第１励振電極２５１〜２５４及び第２励振電極２７１〜２７４のそれぞれの長さ及び幅は任意に設定される。図３（ｂ）では、第１励振電極２５１〜２５４及び第２励振電極２７１〜２７４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。
【００４２】
さらに、第１励振電極２５１〜２５４及び第２励振電極２７１〜２７４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２５１〜２５４及び第２励振電極２７１〜２７４は、Ｙ´方向にそれぞれ同極となるように接続されている。また、第１励振電極２５１〜２５４及び第２励振電極２７１〜２７４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２５１、２５３及び第２励振電極２７１、２７３は、ｉｎ側に接続され、第１励振電極２５２、２５４及び第２励振電極２７２、２７４は、ｏｕｔ側に接続される。
【００４３】
これにより、図３（ｂ）に示すように、第１励振電極２５１、２５２間には電界Ｅ２１が生じ、第２励振電極２７１、２７２間には電界Ｅ２２が生じる。第１励振電極２５２、２５３間には電界Ｅ２３が生じ、第２励振電極２７２、２７３間には電界Ｅ２４が生じる。第１励振電極２５３、２５４間には電界Ｅ２５が生じ、第２励振電極２７３、２７４間には電界Ｅ２６が生じる。この電界Ｅ２１〜Ｅ２６は、ＸＺ´平面とほぼ平行に生じる。電界Ｅ２１、Ｅ２２、Ｅ２５、Ｅ２６は、電界の方向がほぼ同一である。同様に、電界Ｅ２３、Ｅ２４は、電界の方向がほぼ同一である。ただし、電界Ｅ２１等と電界Ｅ２３等とでは、電界の方向が異なる。これにより、圧電振動片３００は、２倍波のＳ１モードで振動する。
【００４４】
このように、圧電振動片３００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３（ｂ）では、４個ずつの第１励振電極２５１〜２５４及び第２励振電極２７１〜２７４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。
【００４５】
＜第２実施形態＞
第２実施形態について図４を用いて説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、第２実施形態に係る圧電振動片４００、４００ａ、５００、５００ａの一例を示す断面図である。図４（ａ）〜（ｄ）は、圧電振動片４００、４００ａ、５００、５００ａのＹ´Ｘ断面図であり、第１実施形態の図１（ｃ）に相当する。なお、図４では励振電極５１等を記載しているが、圧電振動片４００等のＹ´Ｚ´断面（図１（ｂ）参照）での励振電極５１等を表している。また、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４００、４００ａ、５００、５００ａは、ＡＴカットの水晶片が用いられている。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、圧電振動片４００は、第１メサ４０ａの高さを段差Ｄの２倍とした状態を示している。これにより、第１メサ４０ａを含んだ部分の厚さはＨ１＋Ｄであり、周辺部３０に対して段差がＤ＋Ｄ＝２Ｄとなる。この場合、第１メサ４０ａの部分は３倍波の波長を含んで振動する。また、図４（ｂ）に示すように、圧電振動片４００ａは、表面に第１メサ４０が形成されるとともに、裏面に第２メサ４１が形成される。この第２メサ４１は、第１メサ４０と同様に、周辺部３０に対して段差Ｄである。従って、第１メサ４０と第２メサ４１とを合わせると、周辺部３０に対して段差がＤ＋Ｄ＝２Ｄとなる。この場合も圧電振動片４００と同様に、第１メサ４０及び第２メサ４１の部分は３倍波の波長を含んで振動する。
【００４７】
続いて、図4（ｃ）に示すように、圧電振動片５００は、第１メサ４０ｂの高さを段差Ｄの３倍とした状態を示している。これにより、第１メサ４０ｂを含んだ部分の厚さはＨ１＋Ｄ＋Ｄであり、周辺部３０に対して段差がＤ＋Ｄ＋Ｄ＝３Ｄとなる。この場合、第１メサ４０ｂの部分は４倍波の波長を含んで振動する。また、図４（ｄ）に示すように、圧電振動片５００ａは、表面に第１メサ４０ａが形成されるとともに、裏面に第２メサ４１が形成される。これにより、第１メサ４０ａと第２メサ４１とを合わせると、周辺部３０に対して段差がＤ＋Ｄ＋Ｄ＝３Ｄとなる。この場合も圧電振動片５００と同様に、第１メサ４０ａ及び第２メサ４１の部分は４倍波の波長を含んで振動する。
【００４８】
なお、図４（ｄ）では、第１メサ４０ａの段差を２Ｄとし、かつ第２メサ４１の段差をＤとしているが、これとは逆に、第１メサ４０ａの段差をＤとし（すなわち第１メサ４０とし）、かつ第２メサ４１の段差を２Ｄとしてもよい。また、上記した第１メサ４０ａ、４０ｂのように、段差Ｄの２倍や３倍に限定されず、段差Ｄの４倍以上として、２以上の整数倍波のモード（例えば４倍波や５倍波など）を含んで振動させてもよい。また、第２メサ４１の段差Ｄ（または段差２Ｄ以上）を加えて、第１メサ４０等の段差とともに段差を４Ｄ以上としてもよい。
【００４９】
＜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５に示すように、圧電デバイス６００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。
【００５０】
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１３１が形成される。キャビティー１３１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。
【００５１】
ベース１１０の凹部１１１には、圧電振動片１００の引出電極６１、６２、８１、８２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、例えば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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、８１、８２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６００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、４００ａ、５００、５００ａが用いられてもよい。
【００５４】
次に、圧電デバイス６００の製造方法について説明する。この圧電デバイス６００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。
【００５５】
続いて、振動部１０の表面及び裏面に、第１励振電極５１、５２及び第２励振電極７１、７２が形成される。この第１励振電極５１等と同時に引出電極６１、６２、８１、８２が形成される。これら第１励振電極５１等や引出電極６１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５１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。
【００５６】
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。
【００５７】
ベースウェハは、キャビティー１３１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。ベースウェハの貫通孔は、例えば銅めっき等により充填して貫通電極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蒸着や真空蒸着により、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。
【００５８】
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５１、５２及び第２励振電極７１、７２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６００が完成する。
【００５９】
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。
【００６０】
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、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る。
【００６１】
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】
【００６２】
Ｈ、Ｈ１…厚さ
Ｄ…段差
１０…振動部
３０…周辺部
５１、５２、１５１、１５２、１５３、２５１、２５２、２５３、２５４…第１励振電極（第１電極）
７１、７２、１７１、１７２、１７３、２７１、２７２、２７３、２７４…第２励振電極（第２電極）
４０、４０ａ、４０ｂ、１４０、２４０…第１メサ（メサ）
４１…第２メサ（メサ）
１００、２００、３００、４００、４００ａ、５００、５００ａ…圧電振動片
６００…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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