(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動領域を含む振動部、および前記振動部の厚みよりも厚い支持部を有する基板と、
前記振動領域の表裏の主面に配置された一対の励振電極と、
を備え、
前記支持部は、
前記振動部の一辺に沿って設けられた第１の支持部と、
前記振動部の前記一辺と交差している対向した２つの辺に沿って前記振動部を挟むように設けられた第２の支持部および第３の支持部と、
を備え、
前記第１の支持部の表裏の主面は前記振動部の表裏の主面よりも突設され、
前記第２の支持部の一方の主面は前記振動部の一方の主面よりも突設され、
前記第２の支持部の他方の主面と前記振動部の他方の主面とは同一面であり、
前記第３の支持部の一方の主面は前記振動部の他方の主面よりも突設され、
前記第３の支持部の他方の主面と前記振動部の一方の主面とは同一面であり、
前記第１の支持部は、パッケージに取り付けられる固定部を有することを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記基板は、
水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、
前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、
前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をＹ’軸とし、
前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、
前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であることを特徴とする請求項１に記載の振動素子。
【請求項３】
前記第２の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のプラス側にあり、
前記第３の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のマイナス側にあることを特徴とする請求項２に記載の振動素子。
【請求項４】
前記第１の支持部は、
第１の支持部本体と、
前記第一辺と前記第１の支持部本体との間に配置され、前記一辺から前記第１の支持部本体に向かって厚みが増加する第１の傾斜部と、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載の振動素子。
【請求項５】
前記第１の支持部には、
少なくとも一つのスリットが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の振動素子。
【請求項６】
前記スリットは、
前記第１の傾斜部と前記第１の支持部本体との境界部に沿って前記第１の支持部本体に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の振動素子。
【請求項７】
前記スリットは、
前記第１の傾斜部内に前記一辺から離間して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の振動素子。
【請求項８】
前記スリットは、
前記第１の支持部本体に配置された第１のスリットと、
前記第１の傾斜部内に前記一辺から離間して配置された第２のスリットと、
を備えていることを特徴とする請求項５に記載の振動素子。
【請求項９】
前記第１のスリットは、
前記第１の傾斜部と前記第１の支持部本体との境界部に沿って前記第１の支持部本体に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の振動素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のうち何れか一項に記載の振動素子と、
該振動素子を収容するパッケージと、
を備えたことを特徴とする振動子。
【請求項１１】
請求項１乃至９のうち何れか一項に記載の振動素子と、
電子部品と、
をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイス。
【請求項１２】
前記電子部品は、
可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記振動素子を励振する発振回路を前記パッケージに備えたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
請求項１０に記載の振動子を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚みすべり振動モードを励振する圧電振動子に関し、特に所謂逆メサ型構造を有する圧電振動素子、圧電振動子、電子デバイス、及び圧電振動子を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカット水晶振動子は、励振する主振動の振動モードが厚みすべり振動であり、小型化、高周波数化に適し、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、圧電発振器、電子機器等の多方面で使用されている。
特許文献１には、主面の一部に凹陥部を形成して高周波化を図った所謂逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。水晶基板のＺ’軸方向の長さが、Ｘ軸方向の長さより長い、所謂Ｚ’ロング基板を用いている。
特許文献２には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉支持部が連設され、コ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。更に、水晶振動片は、ＡＴカット水晶基板のＸ軸とＺ’軸を、夫々Ｙ’軸を中心に−１２０°〜＋６０°の範囲で回転させてなる面内回転ＡＴカット水晶基板であり、振動領域を確保し、且つ量産性に優れた（多数個取り）構造であるという。
【０００３】
特許文献３、４には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉支持部が連設され、コ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されており、水晶振動片は水晶基板のＸ軸方向の長さがＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロング基板が用いられている。
特許文献５には、矩形状の薄肉の振動部の隣接する二辺に各々厚肉支持部が連設され、Ｌ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。水晶基板にはＺ’ロング基板が用いられている。
しかしながら、特許文献５においては、Ｌ字状の厚肉部を得るために、特許文献５の図１（ｃ）、（ｄ）に記載されているように線分αと、線分βに沿って厚肉部を削除しているが、当該削除はダイシング等の機械加工で削除することを前提としているため、切断面にチッピングやクラック等のダメージを負い、超薄部が破損してしまう問題がある。また、振動領域にスプリアスの原因となる不要振動の発生やＣＩ値の増加等の問題が発生する。
特許文献６には、薄肉の振動部の一辺のみに厚肉支持部が連設された逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。
【０００４】
特許文献７には、水晶基板の両主面であって表裏面で対向するように凹陥部を形成することにより、高周波化を図った逆メサ構造のＡＴカット振動子が開示されている。水晶基板にはＸロング基板が用いられ、凹陥部に形成された振動領域の平坦性が確保された領域に励振電極が設けられ構造が提案されている。
ところで、ＡＴカット水晶振動子の振動領域に励振される厚み滑り振動モードは、弾性定数の異方性により振動変位分布がＸ軸方向に長径を有する楕円状になることが知られている。特許文献８には、圧電基板の表裏両面に表裏対称に配置された一対のリング状電極を有する厚みすべり振動を励振する圧電振動子が開示されている。リング状電極が対称零次モードのみを励起し、それ以外の非調和高次モードをほとんど励起しないように、リング状電極の外周の径と内周の径との差を設定したものである。
【０００５】
特許文献９には、圧電基板、及び圧電基板の表裏に設ける励振電極の形状を、共に長円形状にした圧電振動子が開示されている。
特許文献１０には、水晶基板の長手方向（Ｘ軸方向）の両端部、及び電極のＸ軸方向の両端部の形状を共に半楕円状とし、且つ楕円の長軸対短軸の比（長軸／短軸）を、ほぼ１．２６とした水晶振動子が開示されている。
特許文献１１には、楕円の水晶基板上に楕円の励振電極を形成した水晶振動子が開示されている。長軸対短軸の比は、１．２６：１が望ましいが、製造寸法のバラツキ等を考慮すると、１．１４〜１．３９：１の範囲程度が実用的であるという。
【０００６】
特許文献１２には、厚みすべり圧電振動子のエネルギー閉じ込め効果をより改善するために、振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた構造の圧電振動子が開示されている。
ところで、圧電振動子の小型化を図る際に、接着剤に起因する残留応力により、電気的特性の劣化や周波数エージング不良が生じる。特許文献１３には、矩形平板状のＡＴカット水晶振動子の振動部と支持部との間に、切り欠きやスリットを設けた水晶振動子が開示されている。このような構造を用いることにより、残留応力が振動領域へ広がるのを抑制できるという。
特許文献１４には、マウント歪（応力）を改善（緩和）するために、逆メサ型圧電振動子の振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた振動子が開示されている。特許文献１５には、逆メサ型圧電振動子の支持部にスリット（貫通孔）を設けることにより、表裏面の電極の導通を確保した圧電振動子が開示されている。
【０００７】
特許文献１６には、厚みすべり振動モードのＡＴカット水晶振動子の支持部に、スリットを設けることにより、高次輪郭系の不要モードを抑圧した水晶振動子が開示されている。
また、特許文献１７には、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の薄肉の振動部と、厚肉の保持部との連設部、即ち傾斜面を有する残渣部に、スリットを設けることにより、スプリアスを抑圧する振動子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１６５７４３公報
【特許文献２】特開２００９−１６４８２４公報
【特許文献３】特開２００６−２０３７００公報
【特許文献４】特開２００２−１９８７７２公報
【特許文献５】特開２００２−０３３６４０公報
【特許文献６】特開２００１−１４４５７８公報
【特許文献７】特開２００３−２６４４４６公報
【特許文献８】特開平２−０７９５０８号公報
【特許文献９】特開平９−２４６９０３号公報
【特許文献１０】特開２００７−１５８４８６公報
【特許文献１１】特開２００７−２１４９４１公報
【特許文献１２】実開昭６１−１８７１１６号公報
【特許文献１３】特開平９−３２６６６７号公報
【特許文献１４】特開２００９−１５８９９９公報
【特許文献１５】特開２００４−２６０６９５公報
【特許文献１６】特開２００９−１８８４８３公報
【特許文献１７】特開２００３−０８７０８７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、圧電デバイスの小型化、高周波化、並びに高性能化に対する要求は強い。しかしながら、小型化、高周波化を図ろうとすると、前述のごとき構造の圧電振動子は、主振動のＣＩ値、近接するスプリアスのＣＩ値比（＝ＣＩｓ／ＣＩｍ、ここでＣＩｍは主振動のＣＩ値、ＣＩｓはスプリアスのＣＩ値で、規格の１例は１．８以上）等が要求を満たせないという問題があることが判明した。特に、周波数が数百ＭＨｚという高周波になると、圧電振動素子に形成する励振電極、及びリード電極の電極膜厚が問題になる。圧電振動素子の主振動のみを閉じ込めモードにしようとすると、電極膜が薄くなり、オーミックロスが生じ、圧電振動素子のＣＩ値が大きくなるという問題があった。
また、電極膜のオーミックロスを防ぐために膜厚を厚くすると、主振動の他に多くのインハーモニック・オーバートーンモードが閉じ込めモードとなり、近接するスプリアスＣＩ値比を満たせないという問題があった。
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたもので、高周波化（１００〜５００ＭＨｚ帯）を図ると共に、主振動のＣＩ値を低減し、スプリアスＣＩ値比等の電気的要求を満たした圧電振動素子、圧電振動子、電子デバイス、及び本発明の圧電振動子を用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
振動領域を含む振動部、および前記振動部の厚みよりも厚い支持部を有する基板と、前記振動領域の表裏の主面に配置された一対の励振電極と、を備え、前記支持部は、前記振動部の一辺に沿って設けられた第１の支持部と、前記振動部の前記一辺と交差している対向した２つの辺に沿って前記振動部を挟むように設けられた第２の支持部および第３の支持部と、を備え、前記第１の支持部の表裏の主面は前記振動部の表裏の主面よりも突設され、前記第２の支持部の一方の主面は前記振動部の一方の主面よりも突設され、前記第２の支持部の他方の主面と前記振動部の他方の主面とは同一面であり、前記第３の支持部の一方の主面は前記振動部の他方の主面よりも突設され、前記第３の支持部の他方の主面と前記振動部の一方の主面とは同一面であり、前記第１の支持部は、パッケージに取り付けられる固定部を有することを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る振動素子は、前記基板は、水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であることを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る振動素子は、前記第２の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のプラス側にあり、前記第３の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のマイナス側にあることを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る振動素子は、前記第１の支持部は、第１の支持部本体と、前記第一辺と前記第１の支持部本体との間に配置され、前記一辺から前記第１の支持部本体に向かって厚みが増加する第１の傾斜部と、を有することを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る振動素子は、前記第１の支持部には、少なくとも一つのスリットが設けられていることを特徴とする。
本発明のある別の形態に係る振動素子は、前記スリットは、前記第１の傾斜部と前記第１の支持部本体との境界部に沿って前記第１の支持部本体に配置されていることを特徴とする。
発明のある別の形態に係る振動素子は、前記スリットは、前記第１の傾斜部内に前記一辺から離間して配置されていることを特徴とする。
発明のある別の形態に係る振動素子は、前記スリットは、前記第１の支持部本体に配置された第１のスリットと、前記第１の傾斜部内に前記一辺から離間して配置された第２のスリットと、を備えていることを特徴とする。
発明のある別の形態に係る振動素子は、前記第１のスリットは、前記第１の傾斜部と前記第１の支持部本体との境界部に沿って前記第１の支持部本体に配置されていることを特徴とする。
発明のある形態に係る振動子は、上記形態に係る振動素子と、該振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする。
発明のある形態に係る電子デバイスは、上記形態に係る振動素子と、電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイス。
発明のある形態に係る電子デバイスは、前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする。
発明のある形態に係る電子デバイスは、前記振動素子を励振する発振回路を前記パッケージに備えたことを特徴とする。
発明のある形態に係る電子機器は、上記形態に係る振動子を備えたことを特徴とする電子機器。
【００１１】
［適用例１］本発明に係る圧電振動素子は、振動領域を含む振動部と、当該振動部と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚い支持部と、を有する圧電基板と、前記振動領域に表裏で対向するように配置された一対の励振電極と、を有する圧電振動素子であって、前記支持部は、前記振動部の一辺に沿って設けられた第１の支持部と、前記１辺と交差し、前記振動部の主面の対向する２つの辺に沿って前記振動部を挟むように夫々設けられた第２の支持部と第３の支持部と、を備え、前記第１の支持部は、当該第２、第３の支持部の各々の一方の端部と連設し、前記第１の支持部の表裏の主面は前記振動部の表裏の主面よりも突設され、前記第２の支持部の一方の主面は前記振動部の一方の主面よりも突設され、前記第２の支持部の他方の主面と前記振動部の他方の主面とは同一面であり、前記第３の支持部の一方の主面は前記振動部の他方の主面よりも突設され、前記第３の支持部の他方の主面と前記振動部の一方の主面とは同一面であることを特徴とする圧電振動素子である。
【００１２】
この構成によれば、厚肉部の削減を図ったので、基本波を用いた高周波圧電振動素子の小型化、及び耐衝撃性の強化が図られると共に、量産化が可能となる。更に、支持部と振動領域の間に貫通スリットを形成することにより、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧できるので、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動素子が得られるという効果がある。また、励振電極と、リード電極及びパッド電極とは、夫々異種構成の金属材料が用いられ、且つ適切な膜厚で構成されているため、主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１３】
［適用例２］また圧電振動素子は、前記圧電基板は、水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。
【００１４】
この構成によれば、上記の切断角度で切り出された圧電基板を用いて、圧電振動素子を構成することにより、要求仕様の圧電振動素子を、より適したカットアングルで構成することが可能であり、且つ仕様に沿った周波数温度特性を有し、ＣＩ値が小さく、ＣＩ値比の大きな高周波圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１５】
［適用例３］また圧電振動素子は、前記第２の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のプラス側にあり、前記第３の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のマイナス側にあることを特徴とする適用例２に記載の圧電振動素子である。
【００１６】
この構成によれば、Ｘ軸方向の寸法がＺ’軸方向の寸法より大きい、所謂Ｘロングの圧電振動素子が構成できるという利点がある。
【００１７】
［適用例４］また圧電振動素子は、前記第１の支持部は、前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する第１の傾斜部と、当該第１の傾斜部の前記他方の端縁に連設する第１の支持部本体と、を有することを特徴とする適用例１乃至３のうち何れか一項に記載の圧電振動素子である。
【００１８】
この構成によれば、振動変位を振動部に閉じ込めることが可能であり、且つ振動部の保持が容易になるという効果がある。
【００１９】
［適用例５］また圧電振動素子は、前記第１の支持部には、少なくとも一つのスリットが貫通形成されていることを特徴とする適用例４に記載の圧電振動素子である。
【００２０】
この構成によれば、第１の支持部に少なくとも一つの貫通スリットを形成することにより、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧できるので、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２１】
［適用例６］また圧電振動素子は、前記スリットは、前記第１の傾斜部と前記第１の支持部本体との境界部に沿った前記第１の支持部本体内に配置されていることを特徴とする適用例５に記載の圧電振動素子である。
【００２２】
この構成によれば、第１の傾斜部と第１の支持部本体との境界部に沿った第１の支持部本体内に、貫通したスリットが設けられているので、圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができる。そのため、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性の優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２３】
［適用例７］また圧電振動素子は、前記スリットは、前記第１の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置されていることを特徴とする適用例５に記載の圧電振動素子である。
【００２４】
この構成によれば、貫通したスリットが第１の傾斜部内に、振動領域の一辺から離間して配置されているので、スリットの形成が容易であり、圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、及びＣＩ温度特性の優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２５】
［適用例８］また圧電振動素子は、前記スリットは、前記第１の支持部本体に配置された第１のスリットと、前記第１の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置された第２のスリットと、を備えていることを特徴とする適用例５に記載の圧電振動素子である。
【００２６】
この構成によれば、振動領域と被支持部との間に２個の貫通したスリットが設けられているので、圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりをよりよく抑圧することができ、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２７】
［適用例９］また圧電振動素子は、前記第１のスリットは、前記第１の傾斜部と前記第１の支持部本体との境界部に沿って前記第１の支持部本体に配置されていることを特徴とする適用例８に記載の圧電振動素子である。
【００２８】
この構成によれば、圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができ、周波数温度特性、ＣＩ温度特性に優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２９】
［適用例１０］本発明の圧電振動子は、適用例１乃至９のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子である。
【００３０】
この構成によれば、厚肉部を削減した圧電基板を用いたため、高周波の基本波圧電振動子が小型化される。更に、圧電振動素子を支持する部位が一点であるので、接着・固定に起因する応力の低減が可能となり、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がる。更に、励振電極と、リード電極及びパッド電極とは、夫々異種構成の金属材料が用いられ、且つ適切な膜厚で構成されているため、主振動のＣＩ値を小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動子が得られ、且つ容量比の小さな圧電振動子が得られるという効果がある。
【００３１】
［適用例１１］本発明の電子デバイスは、適用例１乃至９のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイスである。
【００３２】
この構成によれば、圧電振動素子と電子部品（例えばサーミスタ）とを、パッケージに収容した電子デバイスを構成する。感温素子であるサーミスタが圧電振動素子の極めて近くに配置されているので、圧電振動素子の温度変化を素早く感知できるという効果がある。また、電子部品を内蔵することにより、使用する機器側の負担を軽減できるという効果がある。
【００３３】
［適用例１２］また電子デバイスは、前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする適用例９に記載の電子デバイスである。
【００３４】
この構成によれば、電子部品に可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかを用いて電子デバイス（圧電デバイス）を構成すると、要求仕様の電子デバイスに適したデバイスが、小型で且つ低コストで実現できるという効果がある。
【００３５】
［適用例１３］また電子デバイスは、前記圧電振動素子を励振する発振回路をパッケージに備えたことを特徴とする適用例１１又は１２に記載の電子デバイスである。
【００３６】
この構成によれば、圧電デバイス、例えば電圧制御型圧電発振器を上記のように構成すると、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波（例えば４９０ＭＨｚ帯）の圧電デバイスが得られるという効果がある。また、圧電デバイスは基本波の圧電振動素子を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅が広がる。更に、Ｓ／Ｎ比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
また、圧電デバイスとして圧電発振器、温度補償型圧電発振器等を構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性、周波数温度特性に優れた圧電発振器を構成することができるという効果がある。
【００３７】
［適用例１４］本発明の電子機器は、適用例１０に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器である。
【００３８】
この構成によれば、本発明の圧電振動子を電子機器に用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、Ｓ／Ｎ比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る圧電振動素子１の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＰ−Ｐ断面を−Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｄ）はＱ−Ｑ断面を＋Ｚ’軸方向からみた断面図。
【図２】ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明する図。
【図３】（ａ）はリード電極とパッド電極の構成を示す平面図であり、（ｂ）は励振電極の構成を示す平面図。
【図４】圧電振動素子１の変形例の構成を示す平面図。
【図５】圧電振動素子１の他の変形例の構成を示す平面図。
【図６】第２の実施形態の圧電振動素子２の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＰ−Ｐ断面を−Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｄ）はＱ−Ｑ断面を＋Ｚ’軸方向からみた断面図。
【図７】第３の実施形態の圧電振動素子３の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＰ−Ｐ断面を−Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｄ）はＱ−Ｑ断面を＋Ｚ’軸方向からみた断面図。
【図８】圧電振動素子３の変形例の構成を示す平面図。
【図９】圧電振動素子１の変形例の構成を示す平面図。
【図１０】本発明の圧電基板の概略製造工程図。
【図１１】本発明の圧電振動素子の励振電極及びリード電極の概略製造工程図。
【図１２】（ａ）は圧電ウエハーに形成された各凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部のＸ軸方向の断面図。
【図１３】（ａ）は圧電ウエハーに形成された各凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部のＺ’軸方向の断面図。
【図１４】（ａ）は図１に示す圧電振動子１の詳細斜視図であり、（ｂ）はＱ−Ｑ縦断面図（切断面のみを示す図）である。
【図１５】第４の実施形態例の圧電振動素子４の縦断面の切断面を示す図。
【図１６】（ａ）は本発明に係る圧電振動子５の縦断面図であり、（ｂ）は平面図。
【図１７】電子デバイス（圧電デバイス）６の縦断面図。
【図１８】（ａ）は電子デバイス（圧電デバイス）７の縦断面図であり、（ｂ）は平面図。
【図１９】電子デバイス（圧電デバイス）７の変形例の縦断面図。
【図２０】電子機器の模式図。
【図２１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は変形例に係る圧電基板の構成説明図。
【図２２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は他の変形例に係る圧電基板の構成説明図。
【図２３】本発明に係る圧電振動素子１の変形例であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は要部の拡大図であり、（ｃ）は要部の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る圧電振動素子１の構成を示す概略図である。図１（ａ）は圧電振動素子１の平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＰ−Ｐ断面を−Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｄ）はＱ−Ｑ断面を＋Ｚ’軸方向からみた断面図である。
圧電振動素子１は、矩形で薄肉の振動領域１２、及び振動領域１２と一体化され振動領域１２よりも厚い支持部１３を有する圧電基板１０と、振動領域１２の表面及び裏面（両主面）に夫々配置された励振電極２５ａ、２５ｂと、各励振電極２５ａ、２５ｂから夫々支持部１３に設けられたパッド電極２９ａ、２９ｂに向けて夫々延在して設けられたリード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。
【００４１】
圧電基板１０は、薄肉で矩形平板状の振動領域を含む振動部１２と、振動領域１２の四辺のうち三辺と連設する支持部１３と、を備えている。ここで、振動領域とは振動エネルギーが閉じ込められている領域、即ち振動エネルギーがほぼ零となる領域を言い、X軸方向の振動領域の寸法と、Ｚ’軸方向の振動領域の寸法との比は周知のように、１．２６：１である。また、振動部とは振動領域とその周縁部とを含んだ圧電基板全体をいう。
支持部１３は、振動部１２の一辺１２ａに沿って連設され且つ両主面側に夫々突設（突出）した第１の支持部１４と、振動領域１２の一辺１２ａの一端部と連続する他の一辺１２ｂに沿って連設され、且つ振動領域１２の一方の主面側（表面側）において、第１の支持部１４の一端部と連設された第２の支持部１５と、を備えている。更に、支持部１３は、振動領域１２の一辺１２ａの他端部と連続する他の一辺１２ｃに沿って連設され、且つ振動領域１２の他方の主面側（裏面側）において、第１の支持部１４の他端部と連設された第３の支持部１６と、を備えている。つまり、圧電基板１０は、振動領域１２の三辺１２ａ、１２ｂ、１２ｃに沿って一体化されたコ字状の厚肉の支持部１３（１４、１５、１６）を備えており、第２の支持部１５と第３の支持部１６とは、振動領域１２の重心に関して点対称に配置されている。前記２つの辺１２ａ、１２ｂは対向し、前記振動領域１２を挟んで平行に配置されている。
第２の支持部１５の一方の主面は、振動部１２の一方の主面（表面）よりも突設して形成されている。そして、前記第２の支持部１５の他方の主面と前記振動部の他方の主面とは連続的に連接されており、同一面となるよう構成されている。なお、振動領域にメサ上の突出したエネルギー閉じ込め領域がある場合についても、振動領域の周縁部の主面が前記前記第３の支持部の他方の主面と連続的に連接されており、同一面となるように構成されていればよい。
第３の支持部１６の一方の主面は、振動部１２の他方の主面（裏面）よりも突設して形成されている。そして、前記第３の支持部１６の他方の主面と前記振動部の一方の主面とは連続的に連接されており、同一面となるよう構成されている。なお、振動領域にメサ上の突出したエネルギー閉じ込め領域がある場合についても、振動領域の周縁部の主面が前記前記第３の支持部１６の他方の主面と連続的に連接されており、同一面となるように構成されていればよい。
【００４２】
第１の支持部１４は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ａに連設し、振動領域１２の一辺１２ａに連接する一方の端縁（内側端縁）から他方の端縁（外側端縁）に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第１の傾斜部１４ｂと、第１の傾斜部１４ｂの前記他方の端縁（外側端縁）に連設する厚肉四角柱状の第１の支持部本体１４ａと、を備えている。同様に、第２の支持部１５は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｂに連設し、振動領域１２の一辺１２ｂに連接する一方の端縁（内側端縁）から他方の端縁（外側端縁）に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第２の傾斜部１５ｂと、第２の傾斜部１５ｂの前記他方の端縁（外側端縁）に連設する厚肉四角柱状の第２の支持部本体１５ａと、を備えている。
また、第３の支持部１６は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｃに連設し、振動領域１２の一辺１２ｃに連接する一方の端縁（内側端縁）から他方の端縁（外側端縁）に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第３の傾斜部１６ｂと、第３の傾斜部１６ｂの前記他方の端縁（外側端縁）に連設する厚肉四角柱状の第３の支持部本体１６ａと、を備えている。
そして、第１の支持部１４には少なくとも一つのスリットが貫通形成されている。
【００４３】
第１及び第２の支持部１４、１５の夫々の一方の面（表面側）は、同一平面上、即ち図１に示す座標軸のＸ−Ｚ’平面上にあり、第１の支持部１４の他方の面（裏面側）と第３の支持部１６の裏面とは、同一平面上（Ｘ−Ｚ’平面上）にある。
言い換えると、振動領域１２の一方の主面（裏面）と、第２の支持部１５の一方の面（裏面）とは、同一平面上にあり、振動領域１２の他方の主面（表面）と、第３の支持部１６の一方の面（表面）とは、同一平面上にある。つまり、不要な厚肉部を低減している。
また、第１の支持部１４は、振動領域１２の表裏面（両面）に突設され、第２及び第３の支持部１５、１６は、夫々が振動領域１２の重点に対し点対称となるように、圧電基板の片面側にのみに突設されている。
そして、第１の支持部１４には、少なくとも一つの応力緩和用のスリット２０が、振動領域１２と、被支持部であるパッド電極２９ａ、２９ｂとの間に、Ｚ’方向に沿って貫通形成されている。図１に示した実施形態例では、スリット２０は、第１の傾斜部１４ｂと第１の支持部本体１４ａとの境界部（連接部）に沿って、第１の支持部本体１４ａ内に形成されている。
なお、支持部本体（１４ａ、１５ａ、１６ａ）とは、Ｙ’軸方向の厚みが一定の領域をいう。
【００４４】
水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図２に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。そして、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された水晶基板が圧電振動素子用として用いられる。例えば、ＡＴカット水晶基板１０の場合は、角度θが略３５°１５′である。なお、Ｙ軸及びＺ軸もＸ軸の周りにθ回転させて、夫々Ｙ’軸、及びＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板１０は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板１０は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸及びＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。
【００４５】
即ち、圧電基板１０は、図２に示すようにＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板である。
圧電基板１０は、図１（ａ）に示すように、Ｙ’軸に平行な方向（以下、「Ｙ’軸方向」という）を厚み方向として、Ｘ軸に平行な方向（以下、「Ｘ軸方向」という）を長辺とし、Ｚ’軸に平行な方向（以下、「Ｚ’軸方向」という）を短辺とする矩形の形状を有する。
なお、圧電基板１０は矩形状に限定されるものではなく、四角形状であってもよい。また、本発明に係る圧電基板は、前記角度θが略３５°１５′のＡＴカットに限定されるものではなく、厚みすべり振動を励振するＢＴカット等の圧電基板にも広く適用できるのは言うまでもない。
【００４６】
圧電基板１０を駆動する励振電極２５ａ、２５ｂは、図１に示す実施形態例では四角形状であり、振動領域１２のほぼ中央部の表裏両面（上面、及び下面両面）に対向して形成されている。裏面側の励振電極２５ｂの面積の大きさは、表面側の励振電極２５ａの大きさに対し、十分に大きく、且つ励振電極２５ａが面積内に納まる大きさに設定する。これは、励振電極の質量効果によるエネルギー閉じ込め係数を、必要以上に大きくしないためである。つまり、裏面側の励振電極２５ｂを十分に大きくすることにより、プレートバック量Δ（＝（ｆｓ−ｆｅ）／ｆｓ、ここでｆｓは圧電基板のカットオフ周波数、ｆｅは圧電基板全面に励振電極を付着した場合の周波数）は、表面側（上面側）の励振電極２５ａの質量効果のみに依存する。
【００４７】
励振電極２５ａ、２５ｂは、蒸着装置、あるいはスパッター装置等を用いて、例えば、下地にニッケル（Ｎｉ）薄膜を成膜し、その上に金（Ａｕ）薄膜を重ねて成膜する。金（Ａｕ）薄膜の厚さは、オーミックロスが大きくならない範囲で、主振動（Ｓ０）のみを閉じ込めモードとし、斜対称インハーモニック・オーバートーンモード（Ａ０、Ａ１・・）、及び対称インハーモニック・オーバートーンモード（Ｓ１、Ｓ３・・）を、閉じ込めモードとしないことが望ましい。しかし、例えば、４９０ＭＨｚ帯の圧電振動素子では、電極膜厚のオーミックロスを避けるように成膜すると、低次のインハーモニック・オーバートーンモードが閉じ込めモードになることは避けられない。
表面側に形成した励振電極２５ａから延出したリード電極２７ａは、振動領域１２上から第２の傾斜部１５ｂと、第２の支持部本体１５ａとを経由して、第１の支持部本体１４ａの表面（上面）に形成されたパッド電極２９ａに導通接続されている。また、裏面側に形成された励振電極２５ｂから延出したリード電極２７ｂは、振動領域１２上から第３の傾斜部１６ｂと、第３の支持部本体１６ａとを経由して、第１の支持部本体１４ａの裏面に形成されたパッド電極２９ｂに導通接続されている。
【００４８】
図１（ａ）に示した実施形態例は、リード電極２７ａ、２７ｂの引出し構造の一例である。ただ、リード電極２７ａ、２７ｂの長さは最短であることが望ましく、リード電極２７ａ、２７ｂ同志が圧電基板１０を挟んで交差しないように配慮し、静電容量の増加を抑えることが望ましい。
また、図１の実施形態例では、圧電基板１０の表裏面に対向して夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを形成する例を示した。圧電振動素子１をパッケージに収容する際に、後述するように、圧電振動素子１を裏返し、パッド電極２９ａとパッケージの素子搭載パッドとを導電性接着剤で機械的に固定・接続し、反転し表面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージの電極端子とをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続することを想定している。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、支持・固定に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
【００４９】
振動領域１２と、圧電振動素子１の被支持部であるパッド電極２９ａ、２９ｂとの間に貫通形成されたスリット２０を設ける理由は、導電性接着剤の硬化時に発生する応力の広がりを防止することにある。
即ち、圧電振動素子をパッケージに導電性接着剤により接着・固定する場合には、まず第１の支持部本体１４ａの被支持部（パッド電極）２９ａに導電性接着剤を塗布し、これをパッケージ等の素子搭載パッドに載置し、加重をかける。導電性接着剤を硬化させるために高温で所定の時間保持する。高温状態では第１の支持部本体１４ａ、及びパッケージも共に膨張し、接着剤も一時的に軟化するので、第１の支持部本体１４ａには応力は生じない。導電性接着剤が硬化し、第１の支持部本体１４ａ、及びパッケージが冷却して、その温度が常温（２５℃）に戻ると、導電性接着剤、パッケージ、及び第１の支持部本体１４ａの各線膨張係数の差により、硬化した道電性接着剤から応力が生じる。この応力は、第１の支持部本体１４ａから第２及び第３の支持部１５、１６へ伝わり、第１、第２、及び第３の傾斜部１４ｂ、１５ｂ、１６ｂから振動領域１２へと伝わる。この応力の広がりを防止するために、被支持部（パッド電極２９ａ）と振動領域１２との間に応力緩和用のスリット２０を設けている。
【００５０】
圧電基板１０に生じる応力（∝歪）分布を求めるためには、有限要素法を用いてシミュレーションを行うのが一般的である。振動領域１２における応力が少ない程、周波数温度特性、周波数再現性、周波数エージング特性等の優れた圧電振動素子が得られる。
導電性接着剤としては、シリコン系、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等が一般に用いられているが、脱ガスによる圧電振動素子１の周波数経年変化を考慮して、ポリイミド系の導電性接着剤を用いた。ポリイミド系の導電性接着剤は硬いので、離れた二カ所を支持する（２点支持）よりも一カ所支持の方が、発生する応力の大きさを低減できる。このため、１００〜５００ＭＨｚの高周波数帯、例えば４９０ＭＨｚの電圧制御型圧電発振器（Voltage Controlled Crystal Oscillator：ＶＣＸＯ）用の圧電振動素子１には、一カ所支持（一点支持）構造を用いた。つまり、後述するように、パッド電極２９ａは導電性接着を用いてパッケージの素子搭載パッドに機械的に固定すると共に、電気的にも接続し、他方のパッド電極２９ｂはパッケージの電極端子とボンディングワイヤーを用いて電気的に接続することにした。
【００５１】
また、図１に示した圧電基板１０は、振動領域１２のＸ軸方向の長さがＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロングとした。これは、圧電基板１０が導電性接着剤等で接着・固定される際に応力が生じるが、周知のように、ＡＴカット水晶基板のＸ軸方向の両端に圧力を加えたときの周波周変化と、Ｚ’軸方向の両端に同じ圧力を加えたときの周波周変化と、を比べると、Ｚ’軸方向の両端に圧力を加えたときの方が、周波数変化が小さい。つまり、支持点はＺ’軸方向に沿って設ける方が応力による周波数変化は小さくなり、好ましい。
【００５２】
図３（ａ）は、圧電基板１０上に形成されたリード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂの配置、構成を示す平面図であり、同図（ｂ）は励振電極２５ａ、２５ｂの配置、構成を示す平面図である。リード電極２７ａは、表面側の想定する励振電極２５ａの端縁から延在され、第２の支持部１５の表面を経由し、第１の支持部１４の中央部の表面に設けられたパッド電極２９ａに接続するように形成する。また、リード電極２７ｂは、裏面側の想定する励振電極２５ｂの端縁から延在され、裏面側の第３の支持部１６の裏面を経由し、第１の支持部１４の中央部の裏面に設けられたパッド電極２９ｂに接続するように形成する。
リード電極２７ａ、２７ｂは、夫々クロム（Ｃｒ）の薄膜から成る第１層と、この第１層上に積層された金（Ａｕ）の薄膜から成る第２層と、を備えている。リード電極２７ａの一部２７ＡのＲ−Ｒ断面を拡大した図を、左側の破線円２７Ａの中に示す。リード電極２７ａは、第２の支持本体１５ａ、及び第１の支持本体１４ａの表面側（上面側）にクロム（Ｃｒ）の薄膜２７ｃを下地とし、この上に金（Ａｕ）の薄膜２７ｇを積層成膜して、構成する。リード電極２７ｂについても同様に構成する。
【００５３】
また、第１の支持部１４の中央部の表裏面に設けられたパッド電極２９ａ、２９ｂは、夫々クロム（Ｃｒ）の薄膜から成る第１層と、この第１層上に積層された金（Ａｕ）の薄膜から成る第２層と、を備えている。パッド電極２９ａの一部２９ＡのＴ−Ｔ断面を拡大した図を、下部の破線円２９Ａの中に示す。パッド電極２９ａは、第１の支持本体１４ａの表面側（上面側）にクロム（Ｃｒ）の薄膜２９ｃを下地とし、この上に金（Ａｕ）の薄膜２９ｇを積層成膜して構成する。パッド電極２９ｂについても同様に構成する。
リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂは、同一工程で形成されるため、膜厚の一例は、第１層目のクロム（Ｃｒ）の薄膜が１００Å（１Å＝０．１ｎｍ（ナノメートル））、第２層目の金（Ａｕ）の薄膜が２０００Åと厚く形成されている。このため、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂのオーミックロスは生ぜず、ボンディング強度も十分である。
なお、クロム（Ｃｒ）薄膜と金（Ａｕ）薄膜との間に、他の金属膜を挟んだ構成でもよい。
【００５４】
図３（ｂ）は、前工程で形成されたリード電極２７ａ、２７ｂと整合するように、圧電基板１０上に形成した励振電極２５ａ、２５ｂの配置、構成を示す平面図である。圧電基板１０の表面側に励振電極２５ａを形成し、裏面側に励振電極２５ａの面積より十分に大きく、且つ励振電極２５ａが面積内に納まる励振電極２５ｂを形成する。励振電極２５ａ、２５ｂの構成の一例は、ニッケル（Ｎｉ）の薄膜から成る第１層と、この第１層上に積層された金（Ａｕ）の薄膜から成る第２層と、を備えている。励振電極２５ａ、２５ｂの一部、破線円のＵ−Ｕ断面図を、右側の破線円内に示す。振動領域１２の表裏面の第一層目にニッケル（Ｎｉ）の薄膜２５ｎが成膜され、第二層目に金（Ａｕ）の薄膜２５ｇが、積層して成膜されている。膜厚の一例は、第１層目のニッケル（Ｎｉ）の薄膜が７０Åであり、第２層目の金（Ａｕ）の薄膜が６００Åである。
なお、ニッケル（Ｎｉ）薄膜と、金（Ａｕ）薄膜との間に他の金属膜を挟んだ構成でもよい。
【００５５】
リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂとの夫々の電極材料、及び電極膜厚を異ならせる理由を以下に説明する。圧電基板１０の振動領域１２の基本波周波数を、例えば４９０ＭＨｚとする。リード電極２７ａ、２７ｂ、パッド電極２９ａ、２９ｂ、及び励振電極２５ａ、２５ｂを、例えば第１層目に７０Åのニッケル（Ｎｉ）の薄膜、第２層目に６００Åの金（Ａｕ）の薄膜で構成したとする。主振動は十分に閉じ込めモードとなり、そのクリスタルインピーダンス（ＣＩ；等価抵抗）は、小さくなることが期待される。しかし、リード電極２７ａ、２７ｂの金（Ａｕ）の膜厚が薄いために、薄膜のオーミックロスが生じ、圧電振動素子１のＣＩ値が大きくなる虞がある。更に、パッド電極２９ａ、２９ｂが、７０Åのニッケル（Ｎｉ）の薄膜と、６００Åの金（Ａｕ）の薄膜との構成では、ワイヤボンディングの強度不足を来たす虞がある。
【００５６】
また、リード電極２７ａ、２７ｂ、パッド電極２９ａ、２９ｂ、及び励振電極２５ａ、２５ｂを、例えば第１層目に７０Åのクロム（Ｃｒ）の薄膜、第２層目に６００Åの金（Ａｕ）の薄膜で構成したとすると、金（Ａｕ）の薄膜が薄いため、熱によりクロム（Ｃｒ）が金（Ａｕ）の薄膜内に拡散し、薄膜のオーミックロスが生じ、主振動のＣＩが大きくなる虞がある。
【００５７】
そこで、本発明では、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂとの形成工程を分離し、且つ夫々の電極薄膜の材料、及び膜厚を、夫々の薄膜の機能に最適になるように設定することにした。つまり、励振電極２５ａ、２５ｂは、主振動を閉じ込めモードとし、近接したインハーモニック・オーバートーンモードはできるだけ伝搬モード（非閉じ込めモード）となるように、例えば励振電極２５ａ、２５ｂの膜厚をニッケル（Ｎｉ）７０Å、金６００Åと薄く設定した。一方、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂは、細いリード電極の膜抵抗を低減し、且つボンディングの接着強度を高めるべく、クロム（Ｃｒ）の膜厚を１００Å、金（Ａｕ）の膜厚を２０００Åと厚めに設定した。
上記の膜厚は一例であり、この数値に限定するものではなく、振動領域１２の周波数の違いに応じて変更される。要は、エネルギー閉じ込め理論と、薄膜のオーミックロスとを考慮して、励振電極２５ａ、２５ｂには、最適膜厚のニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）の積層膜を用いればよい。また、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂの膜厚は、薄膜のオーミックロスと、ボンディング強度とを考慮して、必要な厚さのクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）の積層膜を用いればよい。
励振電極２５ａ、２５ｂ、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂの製造方法については後述する。
【００５８】
図１の実施形態例では、励振電極２５ａ、２５ｂの形状として四角形、つまり正方形、または矩形（Ｘ軸方向を長辺とする）の例を示したが、これに限定する必要はない。図４に示す実施形態例は、表面側の励振電極２５ａが円形であり、裏面側の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａの面積より十分に大きく、且つ励振電極２５ａがその面積内に納まる四角形の電極である。また、裏面側の励振電極２５ｂは、面積の十分に大きな円形であってもよい。
図５に示す実施形態例は、表面側の励振電極２５ａが楕円形であり、裏面側の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａの面積より十分に大きく、且つ励振電極２５ａがその面積内に納まる四角形の電極である。圧電基板が水晶の場合、弾性定数の異方性によりＸ軸方向の変位分布と、Ｚ’軸方向の変位分が異なり、変位分布をＸ−Ｚ’平面に平行な面で切った切断面は、楕円形になる。そのため、楕円形状の励振電極２５ａを用いた場合が最も効率よく、圧電振動素子１を駆動できる。即ち、圧電振動素子１の容量比γ（＝Ｃ０／Ｃ１、ここで、Ｃ０は静電容量、Ｃ１は直列共振容量）を最小にできる。また、励振電極２５ａは長円形であってもよい。また、裏面側の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａの面積より十分に大きく、且つ励振電極２５ａがその面積内に納まる円形、楕円形、長円等であってもよい。
【００５９】
図６は、第２の実施形態に係る圧電振動素子２の構成を示す概略図である。図６（ａ）は圧電振動素子２の平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＰ−Ｐ断面を−Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｄ）はＱ−Ｑ断面を＋Ｚ’軸方向からみた断面図である。
圧電振動素子２が、図１に示す圧電振動素子１と異なる点は、応力緩和用のスリット２０を設ける位置にある。本例では、スリット２０は、薄肉の振動領域１２の一辺１２ａの端縁より離間した第１の傾斜部１４ｂ内に貫通形成設されている。振動領域１２の一辺１２ａに沿って、スリット２０の一方の端縁が一辺１２ａに接するように、第１の傾斜部１４ｂ内にスリット２０を形成するのではなく、第１の傾斜部１４ｂの両端縁より離間してスリット２０を設けている。つまり第１の傾斜部１４ｂには、振動領域１２の一辺１２ａの端縁と連接する極細の傾斜部１４ｂｂが残されている。換言すれば、一辺１２ａとスリット２０との間に極細の傾斜部１４ｂｂが形成されている。
【００６０】
極細の傾斜部１４ｂｂを残した理由は次の通りである。即ち、振動領域１２に配置された励振電極２５ａ、２５ｂに高周波電圧を印加して振動領域１２を励振すると、主振動（Ｓ０）の他にインハーモニック・オーバートーンモード（Ａ０、Ｓ１、Ａ１、Ｓ２・）が励振される。望ましくは、主振動（Ｓ０）モードのみを閉じ込めモードとし、他のインハーモニック・オーバートーンモードは伝搬モード（非閉じ込めモード）とすることである。しかし、振動領域１２が薄く成り、その基本波周波数が数百ＭＨｚと高くなると、電極膜のオーミックロスを避けるため、励振電極は所定の厚さ以上にする必要がある。このため、前記励振電極の厚みを前記所定の厚さ以上とした場合に、主振動に近接した低次のインハーモニック・オーバートーンモードが閉じ込めモードになる。本願発明者は、この低次のインハーモニック・オーバートーンモードの振幅の大きさ（ＣＩ）を抑制するには、インハーモニック・オーバートーンモードの定在波が成り立つ条件を、妨げるようにすればよいことに思い至った。つまり、図６の振動領域１２のＸ軸方向の両端縁の形状が、細片１４ｂｂを残したため非対称となり、低次のインハーモニック・オーバートーンモードの定在波の振幅が、抑えられることが判明した。
【００６１】
図７は、第３の実施形態に係る圧電振動素子３の構成を示す概略図である。図７（ａ）は圧電振動素子３の平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＰ−Ｐ断面を−Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｄ）はＱ−Ｑ断面を＋Ｚ’軸方向からみた断面図である。
圧電振動素子３が、図１に示す圧電振動素子１と異なる点は、２個の応力緩和用のスリットを設けた点にある。つまり、第１の支持部本体１４ａ内に、第１のスリット２０ａが貫通形成されていると共に、第１の傾斜部１４ｂ内に、第２のスリット２０ｂが貫通形成されている。第１の支持部本体１４ａ内、及び第２の傾斜部１４ｂ内に夫々個別のスリットを設ける目的は、既に説明しているので、ここでは省略する。
【００６２】
図８は、図７に示した圧電振動素子３の変形例の構成を示す平面図である。第１のスリット２０ａは、第１の支持部本体１４ａ内に貫通形成設され、第２のスリット２０ｂは、第１の傾斜部１４ｂ内に貫通形成されている。しかし、第１のスリット２０ａ、及び第２のスリット２０ｂは、図７（ａ）に示す平面図のように、Ｘ軸方向に並置するのではなく、Ｚ’軸方向に互いに離れるように段差状に配置されている点が、圧電振動素子３と異なる。２個のスリット２０ａ、２０ｂを設けることにより、導電性接着剤に起因して生じる応力を、振動領域１２まで広げないようにすることができる。
【００６３】
図９は、図１に示した実施形態例の圧電振動素子１の変形例の構成を示す平面図である。リード電極２７ａは、表面の励振電極２５ａの端縁から延在され、第２の支持部１５の表面（上面）を経由し、第１の支持部１４の中央部の表面に設けられたパッド電極２９ａに接続する構成である。また、リード電極２７ｂは、裏面側の励振電極２５ｂの端縁から延在され、第３の支持部１６の裏面側を経由し、第１の支持部１４の中央部の裏面側に設けられたパッド電極２９ｂに連設する構成である。図１に示した実施形態例の圧電振動素子１と異なる点は、パッド電極２９ａ、２９ｂが配置される位置にある。パッド電極２９ａ、２９ｂは第１の支持部本体１４ａの表面に、互いに離れて設けられている。パッド電極２９ｂは、裏面に形成されたリード電極２７ｂと導通するように、圧電基板１０の端縁に跨って導体薄膜が形成されている。表面側のパッド電極２９ａ、２９ｂに導電性接着剤を塗布し、これを反転してパッケージの素子搭載パッドに載置する際に、容易に導通が図られるように、パッド電極２９ａ、２９ｂが構成されている。
【００６４】
図１０は、圧電基板１０の凹陥部１１、１１’、外形及びスリットの形成に係る概略製造工程図である。ここでは、圧電ウエハーとして水晶ウエハーを例にし、図は断面のみを示す。工程Ｓ１では、両面がポリッシュ加工された所定の厚さ、例えば８０μｍの水晶ウエハー１０Ｗを、十分に洗浄し、乾燥した後、表裏面にスパッタリング等により、クロム（Ｃｒ）を下地にし、その上に金（Ａｕ）を積層した金属膜（耐蝕膜）Ｍを夫々成膜する。
工程Ｓ２では、表裏面の金属膜Ｍの上に夫々フォトレジスト膜（レジスト膜と称す）Ｒを両面に塗布する。工程Ｓ３では、露光装置とマスクパターンを用いて、表裏面の凹陥部に相当する部位のレジスト膜Ｒを露光する。感光したレジスト膜Ｒを現像して、感光したレジスト膜を剥離すると、表裏面の凹陥部に相当する位置の金属膜Ｍが夫々露出する。夫々のレジスト膜Ｒから露出した各金層膜Ｍを王水等の溶液を用いて溶かして除去すると、表裏面の凹陥部に相当する位置の水晶面が露出する。
【００６５】
工程Ｓ４では、露出した水晶面をフッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液を用いて、所望の厚さになるまで表裏両面からエッチングする。工程Ｓ５では、所定の溶液を用いて両面のレジスト膜Ｒを剥離し、更に露出した両面の金属膜Ｍを王水等を用いて除去する。この段階で大面積の母材としての水晶ウエハー１０Ｗは、表裏両面に凹陥部１１、１１’が格子状に規則的に並んだ状態となる。工程Ｓ６では、工程Ｓ５で得られた水晶ウエハー１０Ｗの両面に金属膜Ｍ（Ｃｒ＋Ａｕ）を成膜する。工程Ｓ７では、工程Ｓ６で形成された金属膜Ｍ（Ｃｒ＋Ａｕ）の両面に夫々レジスト膜Ｒを塗布する。
工程Ｓ８では、露光装置と所定のマスクパターンを用いて、圧電基板１０の外形とスリット（図示されず）とに相当する部位の各レジスト膜Ｒを表裏両面から感光し、現像して、各レジスト膜Ｒを剥離する。更に、露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。
【００６６】
工程Ｓ９では露出した水晶面をフッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液を用いてエッチングし、圧電基板１０の外形とスリット２０を形成する。工程Ｓ１０では、残ったレジスト膜Ｒを剥離し、露出した余分の金属膜Ｍを溶かして除去する。この段階では水晶ウエハー１０Ｗは、圧電基板１０が支持細片で連接し、格子状に規則的に並んだ状態となる。
なお、Ｘ軸に直交する断面の外形を示したが、Ｚ’軸に直交する断面の外形も両面エッチングにより加工されて、図１に示すような形状となる。
工程Ｓ１０が終了した後、水晶ウエハー１０Ｗに格子状に規則的に並んだ各圧電基板１０の振動領域１２の厚さを、例えば光学的手法を用いて計測する。計測した各振動領域１２の厚さが所定の厚さより厚い場合には、夫々厚さの微調整を行って所定の厚さの範囲に入るようにする。
【００６７】
次に、水晶ウエハー１０Ｗに形成された各圧電基板１０の振動領域１２の厚さが、所定の厚さの範囲内に調整された後、各圧電基板１０に励振電極２５ａ、２５ｂ、及びリード電極２７ａ、２７ｂを形成する手順を、図１１に示す概略製造工程図を用いて説明する。工程Ｓ１１では、水晶ウエハー１０Ｗの表裏全面にスパッタリング等でクロム（Ｃｒ）薄膜を成膜し、その上に金（Ａｕ）薄膜を積層して、金属膜Ｍを成膜する。次に工程Ｓ１２では、金属膜Ｍの上に夫々レジストを塗布し、レジスト膜Ｒを成膜する。工程１３では、リード電極、及びパッド電極用のマスクパターンＭｋを用いて、リード電極、及びパッド電極に相当する部位のレジスト膜Ｒを露光する。次の工程Ｓ１４では、レジスト膜Ｒを現像し、不要のレジスト膜Ｒを剥離する。この剥離により露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。リード電極、及びパッド電極上のレジスト膜はそのまま残しておく。
【００６８】
次の工程Ｓ１５では、水晶ウエハー１０Ｗの表裏全面にスパッタリング等でニッケル（Ｎｉ）薄膜を成膜し、その上に金（Ａｕ）薄膜を積層して、金属膜Ｍを成膜する。更に、金属膜Ｍの上にレジスト膜Ｒを塗布する。工程Ｓ１５の図では、煩雑さを避けるため、リード電極及びパッド電極用の金属膜とレジスト膜（Ｍ＋Ｒ）を、記号Ｃを用いて表わしている。そして、励振電極用のマスクパターンＭｋを用いて、励振電極に相当する部位のレジスト膜Ｒを露光する。工程Ｓ１６では、感光したレジスト膜Ｒを現像して不要のレジスト膜Ｒを、溶液を用いて剥離する。次の工程Ｓ１７では、レジスト膜Ｒが剥離して露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。工程Ｓ１８では、符号Ｃ（リード電極及びパッド電極用の金属膜とレジスト膜）を（Ｍ＋Ｒ）に戻して表わし、金属膜Ｍ上に残った不要のレジスト膜Ｒを剥離すると、各圧電基板１０上には（Ｎｉ＋Ａｕ）の励振電極２５ａ、２５ｂと、（Ｃｒ＋Ａｕ）のリード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂが形成されている（工程Ｓ１９）。水晶ウエハー１０Ｗに連接する、ハーフエッチングで形成された支持細片を、折り取りすることにより、分割された圧電振動素子が得られる。
【００６９】
ところで、水晶をウェットエッチングすると、Ｚ軸に沿ってエッチングが進行していくが、各結晶軸の方向に応じてエッチングの速度が変わってくるという水晶特有のエッチング異方性を有している。従って、当該エッチングの異方性により現出するエッチング面は、各結晶軸の方向に応じて違いが現れることは、これまでエッチング異方性を研究テーマにした数多くの学術論文や先行特許文献において論じられてきた。しかしながら、このような背景があるにもかかわらず、水晶のエッチング異方性について明確に系統立てられた資料がない。ナノ加工技術的側面が非常に強く、エッチングの諸条件（エッチング溶液の種類や、エッチングレート、エッチング温度、等）の違いによるものなのか、文献によっては、現出する結晶面に相異があるものも多々見受けられるのが現状である。
そこで、本願発明者は、本発明に係る圧電基板をフォトリソグラフィー技法とウェットエッチング技法を用いて製造するに当たり、エッチングシミュレーションと試作実験、並びにナノレベルでの表面分析と観察を繰り返し、本発明に係る圧電振動子は以下の態様となることが判明したので、以下詳細に説明をする。
【００７０】
図１２、図１３は、エッチングにより形成される、ＡＴカット水晶ウエハー１０Ｗの両面の凹陥部１１、１１’の断面形状を説明する図である。図１２（ａ）は、図１０の工程Ｓ５における水晶ウエハー１０Ｗの平面図である。この段階では、水晶ウエハー１０Ｗの上下両面に凹陥部１１、１１’が格子状で且つ規則的に形成されている。図１２（ｂ）は、Ｘ軸方向の切断面（切り口）であり、上側の凹陥部１１、及び下側の凹陥部１１’の各壁面は垂直の壁面ではなく傾斜壁面を呈している。つまり、上側の凹陥部１１の−Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ１を形成し、＋Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ２を形成している。また、下側の凹陥部１１’の−Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ２を形成し、＋Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ１を形成している。各傾斜壁面は振動領域１２の中心に対し点対称の関係にエッチングされる。このように、エッチングの進行は結晶軸方向に異方性を有するので、エッチング用開口部は上下面で少しずらして配置するのが一般的である。
【００７１】
図１２（ｃ）〜（ｅ）は、凹陥部１１、１１’の壁面Ｘ１、Ｘ２、及び溝部の壁面Ｘ３の拡大図である。上側の凹陥部１１の−Ｘ軸方向の傾斜壁面Ｘ１は、図１２（ｃ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し略６２度の傾斜でエッチングされる。また、＋Ｘ軸方向の傾斜壁面Ｘ２は、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し直交（９０度）して少しエッチングが進むが、その後は緩やかな傾斜でエッチングが進行する。下側の凹陥部１１’の−Ｘ軸方向の壁面は、傾斜壁面Ｘ２となり、＋Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ１となる。つまり、上側の凹陥部１１の傾斜壁面と、下側の凹陥部１１’の傾斜壁面とは、振動領域１２の中心に対し点対称の関係にある。
上側の凹陥部１１の底面と、下側の凹陥部１１’の底面とにより形成される振動領域１２の両面は、水晶ウエハーの元の平面と平行にエッチングされる。つまり、振動領域１２は表裏面が平行な平板状となる。
【００７２】
図１２（ｄ）は、圧電基板１０の外形、及びスリット２０を示す断面図である。図１０の工程Ｓ９のエッチング工程で外形、及びスリット２０が形成され、−Ｘ軸方向（図中左方）の振動領域１２に連接する端部は、エッチングで切断され、＋Ｘ軸方向（図中左右方）の振動領域１２に連接する端部に、第１の傾斜部１４ｂ、及び第１の支持部本体１４ａからなる第１の支持部１４が形成されて、外形が形成される。第１の支持部本体１４ａ内にはスリット２０が貫通形成される。
図１２（ｅ）は、水晶ウエハー１０Ｗに形成した折り取り用の溝部Ｘ３の断面図で、図１０の工程Ｓ９におけるエッチング工程で形成される。Ｘ軸に直交して形成された溝部Ｘ３の断面は楔型を呈している。これは基板１０の上側の溝部Ｘ３の壁面が、図１２（ｂ）の上側凹陥部１１の−Ｘ軸方向の壁面Ｘ１と、＋Ｘ軸方向の壁面Ｘ２とで形成されるために、楔型となるのである。基板１０の下側の溝部Ｘ３は、ほぼ振動領域１２の中心に関し、上側の溝Ｘ３と点対称に形成される。
凹陥部１１、１１’が形成された面に電極を設ける場合は、＋Ｘ軸方向に形成される壁面Ｘ２の垂直の壁面に注意する必要がある。電極膜の断裂が起り易いので避ける方が望ましい。
【００７３】
図１３は、圧電基板１０に形成された表側、及び裏側凹陥部１１、１１’の、特にＺ’軸方向の断面図の壁面を説明する図である。図１３（ａ）は、図１０の工程Ｓ５における水晶ウエハー１０Ｗの平面図である。図１３（ｂ）は、水晶ウエハー１０Ｗの上側凹陥部１１、及び下側凹陥部１１’のＺ’軸方向に沿った切断面（切り口）である。上側凹陥部１１の−Ｚ’軸方向の壁面は傾斜壁面Ｚ１が形成され、＋Ｚ’軸方向の壁面は傾斜壁面Ｚ２が形成される。下側凹陥部１１’は、振動領域１２の中心に関し、上側凹陥部１１とほぼ点対称の関係に形成される。つまり、下側凹陥部１１’ の−Ｚ’軸方向の壁面は、傾斜壁面Ｚ２が形成され、＋Ｚ’軸方向の壁面は傾斜壁面Ｚ１が形成される。
【００７４】
図１３（ｃ）〜（ｅ）は上側、及び下側凹陥部１１、１１’の壁面Ｚ１、Ｚ２、及び溝部Ｚ３の壁面の拡大図である。上側凹陥部１１の−Ｚ’軸方向の壁面は、図１３（ｃ）の図中左方に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し比較的緩やかな傾斜でエッチングされ、傾斜壁面Ｚ１となる。＋Ｚ’軸方向の壁面は、図１３（ｃ）の図中右方に示すように、傾斜壁面Ｚ２を呈する。つまり、はじめ水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し急な傾斜壁面Ｚ２ａでエッチングされるが、その後は緩やかな傾斜壁面Ｚ２ｂでエッチングが進行する。下側凹陥部１１’のＺ’軸方向に沿った壁面は、振動領域１２の中心に関し、上側凹陥部１１とほぼ点対称の関係になる。
図１３（ｄ）は外形加工が施された後の圧電基板１０の外形断面図であり、同図（ｃ）の２つの破線Ｚｃ１、Ｚｃ２の所からエッチングにより切断され、外形が形成される。図１０の工程Ｓ９のエッチング工程で外形が形成され、−Ｚ’軸方向（図中左方）の端部に第３の支持部本体１６ａ、及び第３の傾斜部１６ｂからなる第３の支持部１６が形成され、＋Ｚ’軸方向（図中左右方）の端部に第２の支持部本体１５ａ、及び第２の傾斜部１５ｂからなる第２の支持部１５が形成される。第２の支持部１５と第３の支持部１６とは、振動領域１２の中心に関しほぼ点対称の関係に形成される。
【００７５】
図１３（ｅ）はＺ’軸方向に直交して形成した表面側、及び裏面側の溝部Ｚ３の断面図で、共に楔型断面を呈する。この表面側、及び裏面側の溝部Ｚ３は、水晶ウエハー１０Ｗに折り取り用の溝部である。表面側の溝部Ｚ３の壁面は、表面側凹陥部１１の−Ｚ’軸方向の壁面Ｚ１と、＋Ｚ’軸方向の壁面Ｚ２（壁面Ｚ２ａと壁面Ｚ２ｂ）とで形成されるために、ほぼ楔型の断面を呈する。裏面側溝部Ｚ３の壁面は、表面側溝部の壁面と厚さの中心に関して、ほぼ点対称の関係に形成される。
Ｘ軸方向、Ｚ’軸方向に夫々折り取り用溝部Ｘ３、Ｚ３を形成すると、その断面形状は楔型となり、折り取りが容易となる。
本発明の特徴は、圧電基板１０の両主面よりエッチングを進め、両主面に夫々対向する凹陥部１１、１１’を形成して、振動領域１２とした点と、−Ｘ軸方向の支持部に相当する厚肉部をエッチングにより、削り取った点にある。更に、第２、及び第３の支持部１５、１６が、振動領域１２の両側に形成されているのではなく、互いに反対側の片側にのみ突設形成されている点にある。
つまり、圧電基板１０は、振動領域１２の一辺１２ａには、振動領域の両面に突出した第１の支持部１４が形成され、一辺１２ａに直交して連接する一辺１２ｂには、表面側に突出した支持部１５が形成され、一辺１２ｂと対向する他辺１２ｃには裏面側に突出した支持部１６が形成された圧電基板１０である。そのため、圧電基板１０が小型化されると共に、エッチングに要する加工時間を半減することが可能となった。
【００７６】
更に、図１３（ｄ）に示すように、Ｚｃ１、Ｚｃ２で示す２つの破線の図中外側を共にエッチングにより取り去ることにより、振動領域として不要な図中両端部を削除することを前提として製造方法を確立した。振動領域となる平坦な超薄部の面積を、先行技術として掲げた従来の厚肉部を備えた構造に比べて、より大きく確保することが実現できた。この結果、振動領域に励振される厚み滑り振動モードの変位分布が、弾性定数の異方性によりＸ軸方向に長径を有する楕円状となることを十分に考慮して設計することが可能となり、長軸対短軸の比を、１．２６：１、製造寸法のバラツキ等を考慮して、１．１４〜１．３９：１の範囲程度となるように十分設計可能となった。
【００７７】
図１４は、図１に示した圧電振動素子１の形状をより詳細に示した図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）はＱ−Ｑ断面の切り口である。図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電振動素子１の外形は、Ｘ軸に交わる端面に傾斜面が現出する。つまり、−Ｘ軸側の端面には、図１４（ａ）の傾斜面ａ１、ａ２（傾斜面１）が現出し、＋Ｘ軸側の端面には、図１４（ｂ）の傾斜面２が現出している。傾斜面１（ａ１、ａ２）と傾斜面２のＸＹ’平面に平行な断面形状が、異なっている。
また、傾斜面１、２共に、圧電基板の主表面と交わる付近には、図１２（ｂ）、（ｄ）に示すような＋Ｘ軸方向に形成される壁面Ｘ２の垂直の壁面は現出していない。この理由は、凹陥部１１、１１’を形成するのに必要なエッチング時間に比べて、傾斜面１（ａ１、ａ２）と傾斜面２の形成時間は、圧電基板（水晶基板）の外形が貫通するまでエッチングするので、エッチング時間が十分に長いためにオーバーエッチングの作用により、垂直の壁面が現出しないのである。
傾斜面ａ１、ａ２は、Ｘ軸に対してほぼ対称関係にあり、傾斜面２を構成する傾斜面ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４では、ｂ１とｂ４、ｂ２とｂ３とが、各々Ｘ軸に対してほぼ対称関係にあることが判明した。更に、傾斜面ａ１、ａ２のＸ軸に対する傾斜角度αと、傾斜面ｂ１、ｂ４のＸ軸に対する傾斜角度βとは、β＜αの関係にある。
【００７８】
図１５に示した実施形態例の圧電振動素子４は、図１に示した圧電振動素子１の変形例であり、第１の支持部本体１４ａの外端部寄りの一部１４ａ’の厚みをエッチング等により薄くした構造をしている。この理由は第１の支持部本体１４ａ’に形成したパッド電極２９ｂと、外部の電極端子とをボンディングワイヤーＢＷで接続する際に、ボンディングワイヤーの頂点部分が、被せる蓋部材に接触しないようにするためである。
【００７９】
図１、図６、図７の実施形態例に示すように、厚肉部の削減を図ったので、基本波を用いた高周波圧電振動素子の小型化、及び耐衝撃性の強化が図られると共に、量産化が可能となる。更に、支持部と振動領域の間に少なくとも１つのスリットを貫通形成することにより、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧できるので、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動素子が得られるという効果がある。また、図３の実施形態例に示すように、励振電極２５ａ、２５と、リード電極２７ａ、２７ｂ及びパッド電極２９ａ、２９ｂとは、夫々異種構成の金属材料、即ち励振電極２５ａ、２５ｂはニッケルと金の積層膜で形成され、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂはクロムと金の積層膜で形成されているため、主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。
また圧電振動素子１は、振動領域１２の一方の主面（裏面）と、第２の支持部１５の一方の面（裏面）とは、同一平面上にあり、振動領域１２の他方の主面（表面）と、第３の支持部１６の一方の面（表面）とは、同一平面上にあるように形成されている。このため、不要な厚肉部を削減しているので、小型化、耐衝撃性の強化に効果がある。
圧電基板を表裏両面からエッチングして振動領域を形成することにより、エッチングの時間が短縮されるという効果がある。更に、不要の厚肉部を削除することにより小型化が図られると共に、周波数温度特性の優れた、高周波の基本波圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００８０】
圧電基板１０が、図２の切断角度図に示されるように形成されるため、要求仕様の圧電振動素子を、より適したカットアングルで構成することが可能であり、且つ仕様にそった周波数温度特性を有し、ＣＩ値が小さく、ＣＩ値比の大きな高周波圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、圧電基板１０に水晶ＡＴカット水晶基板を用いることにより、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技法に関する実績・経験が活用できるので、圧電基板の量産が可能であるのみならず、高精度の圧電基板が得られ、ＣＩ値が小さく、ＣＩ値比の大きな圧電振動素子の量産が可能になるという効果がある。
【００８１】
図１６は、本発明に係る実施形態の圧電振動子５の構成を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図であり、同図（ｂ）は蓋部材を省略した平面図である。圧電振動子５は、例えば圧電振動素子１と、圧電振動素子１を収容するパッケージとを備えている。パッケージは、矩形の箱状に形成されているパッケージ本体４０と、金属、セラミック、ガラス等から成る蓋部材４９とから成る。
パッケージ本体４０は、図１６に示すように、第１の基板４１と、第２の基板４２と、第３の基板４３とを積層して形成されており、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートを成形し、箱状とした後で、焼結して形成される。実装端子４５は、第１の基板４１の外部底面に複数形成されている。第３の基板４３は中央部が除去された環状体であり、第３の基板４３の上部周縁に例えばコバール等の金属シールリング４４が形成されている。
第３の基板４３と第２の基板４２とにより、圧電振動素子１を収容する凹部（キャビティ）が形成される。第２の基板４２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。素子搭載パッド４７の位置は、圧電振動素子１を載置した際に第１の支持部本体１４ａに形成したパッド電極２９ａに対応するように配置されている。
【００８２】
パッケージ本体４０に圧電振動素子１を固定する際にはまず、圧電振動素子１のパッド電極２９ａに導電性接着剤３０を塗布し、これを反転（裏返し）して素子搭載パッド４７に載置して荷重をかける。導電性接着剤３０の特性として、接着剤３０に起因する応力（∝歪）の大きさは、シリコン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤の順で大きくなる。また、脱ガスは、ポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤、シリコン系接着剤の順で大きくなる。導電性接着剤３０としては経年変化を考慮して脱ガスの少ないポリイミド系接着剤を用いることにした。
【００８３】
パッケージ本体４０に搭載された圧電振動子１の導電性接着剤３０を硬化させるために、所定の温度の高温炉に所定の時間入れる。導電性接着剤３０を硬化させた後、反転して表面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体４０の電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで接続し、導通を図る。図１６（ｂ）に示すように、圧電振動素子１をパッケージ本体４０に支持・固定する部分は、一カ所（一点）、即ち導電性接着剤３０だけの一点であるため、支持固定により生じる応力の大きさを小さくすることが可能となる。
アニール処理を施した後、励振電極２５ｂに質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。パッケージ本体４０の上面に形成したシールリング４４上に、蓋部材４９を載置し、真空中、又は窒素Ｎ２ガスの雰囲気中で蓋部材４９をシーム溶接して密封し、圧電振動子５が完成する。又は、パッケージ本体４０の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材４９を載置し、溶融して密着する方法もある。この場合もパッケージのキャビティ内は真空にするか、又は窒素Ｎ２ガス等の不活性ガスで充填して、圧電振動子５が完成する。
なお、パッケージ本体４０に収容するに当たり、圧電振動素子１を裏返して、より大きな面積の励振電極２５ｂを表面側にすることにより、圧電振動素子１の周波数微調が容易となる。
【００８４】
また、パッド電極２９ａ、２９ｂの間隔を離して形成した圧電振動素子を用いて圧電振動子５を構成してもよい。この場合も図１６で説明した圧電振動子５と同様に圧電振動子を構成することができる。
また図９に示すように、パッド電極２９ａ、２９ｂを表面側に間隔を離して形成した圧電振動素子１を用いて圧電振動子５を構成してもよい。この場合、圧電振動素子１は、パッド電極２９ａ、２９ｂに夫々導電性接着剤を塗布して、反転してパッケージ本体４０に形成された複数の素子搭載パッド４７に載置し、加重をかけて、支持・固定する。低背化に適した構造であるが、被支持部が２点となるので、導電性接着剤に起因する応力が少し大きくなる虞がある。
以上の圧電振動子５の実施の形態例では、パッケージ本体４０に積層板を用いた例を説明したが、パッケージ本体４０に単層セラミック板を用い、蓋体に絞り加工を施したキャップを用いて圧電振動子を構成してもよい。
【００８５】
図１、図６、図７の実施形態に示す圧電振動素子１、２、３を用いて、図１６に示す圧電振動子を構成しているので、高周波の基本波圧電振動子が小型化されると共に、耐衝撃性のある圧電振動子が得られるという効果がある。更に、圧電振動素子１、２、３を支持する部位が一点であり、且つ被支持部（パッド電極２９ａ）と振動領域１２との間に少なくとも１つのスリット２０を貫通形成することにより、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることができるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がある。
また、図１、図３の実施形態例に示すように、励振電極２５ａ、２５ｂの電極材料と、リード電極２７ａ、２７ｂ、及びパッド電極２９ａ、２９ｂの電極材料と、を異ならせ、又それらの膜厚も夫々の機能に最適なように構成した圧電振動素子１、２、３を用いているため、主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動子１、２、３が得られるという効果がある。
【００８６】
図１６は、本発明に係る圧電デバイス６の実施形態を示す縦断面図である。電子デバイス６は、本発明の圧電振動素子１（圧電振動素子２、３でもよい）と、電子部品の１つであり、感温素子であるサーミスタＴｈと、圧電振動素子１、及びサーミスタＴｈを収容するパッケージと、を概略備えている。パッケージは、パッケージ本体４０ａと、蓋部材４９とを備えている。パッケージ本体４０ａは、上面側に圧電振動素子１を収容するキャビティ３１が形成され、外部下面側にサーミスタＴｈを収容する凹部３２が形成されている。キャビティ３１の内底面の端部に素子搭載用パッド４７が設けられ、素子搭載用パッド４７は内部導体４６で実装端子４５と導通接続されている。圧電振動素子１のパッド電極２９ａに導電性接着剤３０を塗布し、これを反転し、素子搭載用パッド４７に載置する。反転して表面側になったパッド電極２９ｂと電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで接続する。パッケージ本体４０ａの上部には、コバール等からなるシールリング４４が焼成されており、このシールリング４４に蓋部材４９を載置し、抵抗溶接機等を用いて溶接し、キャビティ３１を気密封止する。キャビティ３１内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。裏面の凹部３２に半田ボール等を用いてサーミスタＴｈの端子を接続して、電子デバイス６を完成する。
【００８７】
以上の実施形態例では、パッケージ本体４０ａの外部下面側に凹部３２を形成し、電子部品を搭載した例を説明したが、パッケージ本体４０ａの内部底面に凹部３２を形成し、電子部品を搭載してもよい。
また、圧電振動素子２とサーミスタＴｈとをパッケージ４０ａに収容した例を説明したが、パッケージ４０ａに収容する電子部品としては、サーミスタ、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つを収容して電子デバイスを構成することが望ましい。
【００８８】
図１７に示す実施形態例のように、圧電振動素子１とサーミスタＴｈとをパッケージ４０ａに収容した電子デバイス６を構成すると、感温素子のサーミスタＴｈが圧電振動素子１の極めて近くに配置されているので、圧電振動素子１の温度変化を素早く感知することができるという効果がある。また、本発明の圧電振動素子１と上記の電子部品とで電子デバイスを構成することにより、高周波、且つ小型の電子デバイスが構成できるので、多方面の用途に利用できるという効果がある。
また、電子部品に可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかを用いて電子デバイス（圧電デバイス）を構成すると、要求仕様により適した電子デバイスが、小型で且つ低コストで実現できるという効果がある。
【００８９】
図１８は、本発明の実施形態例に係る電子デバイスの一種である圧電発振器７の構成を示す図であって、同図（ａ）は縦断面図であり、同図（ｂ）は蓋部材を省略した平面図ある。圧電発振器７は、パッケージ本体４０ｂ、及び蓋部材４９と、圧電振動素子１と、圧電振動素子１を励振する発振回路を搭載したＩＣ部品５１と、電圧により容量が変化する可変容量素子、温度より抵抗が変化するサーミスタ、インダクタ等の電子部品５２の少なくとも１つと、を備えている。
圧電振動素子１のパッド電極２９ａに導電性接着剤（ポリイミド系）３０を塗布し、これを反転してパッケージ本体４０ｂの素子搭載パッド４７に載置し、パッド電極２９ａと素子搭載パッド４７との導通を図る。反転して上面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体４０ｂの他の電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷにて接続し、ＩＣ部品５１の１つの電極端子５５との導通を図る。ＩＣ部品５１をパッケージ本体４０ｂの所定の位置に固定し、ＩＣ部品５１の端子と、パッケージ本体４０ｂの電極端子５５とをボンディングワイヤーＢＷにて接続する。また、電子部品５２は、パッケージ本体４０ｂの所定の位置に載置し、金属バンプ等を用いて接続する。パッケージ本体４０ｂを真空、あるいは窒素等の不活性気体で満たし、パッケージ本体４０ｂを蓋部材４９で密封して電子デバイス（圧電発振器）７を完成する。
パッド電極２９ｂとパッケージの電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで接続する工法は、圧電振動素子１を支持する部位が一点になり、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくする。また、パッケージに収容するに当たり、圧電振動素子１を反転して、より大きな励振電極２５ｂを上面にしたので、電子デバイス（圧電発振器）７の周波数微調が容易となる。
【００９０】
図１８の実施形態に示した電子デバイス（圧電発振器）７は、同一圧電基板上に圧電振動素子１、ＩＣ部品５１及び電子部品を配置したが、図１９に示した実施形態の電子デバイス（圧電発振器）７は、Ｈ型のパッケージ本体６０を用い、上部に形成したキャビティ３１に圧電振動素子１を収容し、キャビティ内部を真空、又は窒素Ｎ２ガスで満たし、蓋部材６１で密封する。下部には圧電振動素子１を励振する発振回路、増幅回路等を搭載したＩＣ部品５１と、可変容量素子、及び必要に応じてインダクタ、サーミスタ、コンデンサー等の電子部品５２と、を金属バンプ（Ａｕバンプ）６８を介して、パッケージ本体６０の端子６７に導通・接続する。
本例の電子デバイス（圧電発振器）７は、圧電振動素子１と、ＩＣ部品５１及び電子部品５２とを分離し、圧電振動素子１を単独で気密封止しているために、優れた周波数エージング特性を有する圧電発振器７が得られる。
【００９１】
図１８、図１９に示すように、電子デバイス、例えば電圧制御型圧電発振器を上記のように構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波（例えば４９０ＭＨｚ帯）の電子デバイスが得られるという効果がある。また、電子デバイスは基本波の圧電振動素子１を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅が広がる。更に、Ｓ／Ｎ比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
また、電子デバイスとして圧電発振器、温度補償型圧電発振器等を構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性、周波数温度特性に優れた圧電発振器を構成することができるという効果がある。
【００９２】
図２０は本発明に係る電子機器の構成を示す概略構成図である。電子機器８は上記の圧電振動子５を備えている。圧電振動子５を用いた電子機器８としては、伝送機器等が挙げられる。これらの電子機器８において圧電振動子５は、基準信号源、あるいは電圧可変型圧電発振器（ＶＣＸＯ）等として用いられ、小型で、特性の良好な電子機器を提供できる。
【００９３】
図２０の模式図に示すように、本発明の圧電振動子を電子機器に用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、Ｓ／Ｎ比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。
【００９４】
［変形実施形態］
図２１（ａ）の実施形態における圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部と、前記薄肉部の周縁に設けられ、当該薄肉部よりも厚い厚肉部とを備えた圧電基板１０であって、圧電基板においては、厚肉支持部１３には、縁辺の方向に緩衝部Ｓを介してマウント部Ｆが横並びで接続され、緩衝部Ｓは、マウント部と厚肉支持部との間にスリット２０を有し、マウント部Ｆは、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、面取り部２１を有していることを特徴とする。
図２１（ｂ）の圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部と、薄肉部の周縁に設けられ、薄肉部よりも厚い厚肉支持部１３とを備えた圧電基板１０であって、厚肉支持部１３には、緩衝部Ｓを介してマウント部Ｆが横並びで接続され、緩衝部Ｓは、マウント部Ｆと厚肉支持部１３との間にスリット２０を有し、マウント部は、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に切欠き部２２を有し、スリット２０の長手方向は直交方向と平行であり、マウント部Ｆの直交方向の幅を、スリットの長手方向の幅より狭く、スリットの長手方向の両端部は、マウント部Ｆの両端部よりも緩衝部Ｓの直交方向の外周寄りにあることを特徴とする。
図２１（ｃ）の圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部と、薄肉部の周縁に設けられた厚肉支持部１３と、を備えた圧電基板１０であって、厚肉支持部１３には、緩衝部Ｓとマウント部Ｆが順に連結され、緩衝部Ｓは、マウント部Ｆと厚肉支持部１３との間にスリット２０を有し、マウント部Ｆは、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、切欠き部２２を有していることを特徴とする。
【００９５】
図２２は、図２１の構造に対し、２点支持、即ちマウント部Ｆ１、及びマウント部Ｆ２の形態をとることを特徴としている。
なお、図２０、図２１においては、厚肉支持部１３の各支持部１４、１５、１６の内壁に傾斜部が図示されておらず、また厚肉支持部１３の外側の側壁面には図１４に示した如き傾斜面が図示されていないが、これらの傾斜部、傾斜面は対応する部位に形成される。
なお、図２０、図２１中の各符号は、上記各実施形態の同じ符号が示す部位と対応している。
【００９６】
［変形実施例  その２］
更に、図２３（ａ）は圧電振動素子２の平面図であり、同図（ｂ）は圧電振動素子１のパッド電極２９ａ（マウント部Ｆ）の実施形態例の拡大図平面図を示し、同図（ｃ）はマウント部Ｆの断面図を示している。このマウント部Ｆにおいては、接着強度を向上させるために凹凸状とすることによって面積を稼いでいる。
【符号の説明】
【００９７】
１、２、３、４…圧電振動素子、５…圧電振動子、６、７…圧電デバイス、８…電子機器、１０…圧電基板、１０Ｗ…水晶ウエハー、１１、１１’…凹陥部、１２…振動領域、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…振動領域の一辺、１３…支持部、１４…第１の支持部、１４ａ…第１の支持部本体、１４ｂ…第１の傾斜部、１４ｂｂ …極細の傾斜部、１５…第２の支持部、１５ａ…第２の支持部本体、１５ｂ…第２の傾斜部、１６…第３の支持部、１６ａ…第３の支持部本体、１６ｂ…第３の傾斜部、２０…スリット、２０ａ…第１のスリット、２０ｂ…第２のスリット、２１…面取り部、２２…切欠き部、２５ａ、２５ｂ、２５ｎ、２５ｇ…励振電極、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｇ…リード電極、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｇ…パッド電極、３０…導電性接着剤、３１…キャビティ、３２…凹部、３３…電子部品搭載用パッド、４０、４０ａ、４０ｂ…パッケージ本体、４１…第１の基板、４２…第２の基板、４３…第３の基板、４４…シールリング、４５…実装端子、４６…導体、４７…素子搭載パッド、４８…電極端子、４９…蓋部材、５１…ＩＣ部品、５２…電子部品、５５…電極端子、６０…パッケージ本体、６１…蓋部材、６５…実装端子、６６…導体、６７…部品端子、６８…金属バンプ、ＢＷ…ボンディングワイヤー、Ｔｈ…サーミスタ、Ｆ、Ｆ１、Ｆ２…マウント部、Ｓ…緩衝部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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