(57)【要約】【課題】基板の寸法を限定せずに、励振電極による振動が外部部材との接合部位へ伝播するのを抑制する。【解決手段】水晶振動片２の基板２０は圧電材料からなり、基板２０に一対の励振電極２３，２４が対向して形成され、基板２０の一対の励振電極２３，２４を形成した励振領域以外の部位に、基板２０自体に対して粘性を加える高粘性領域２７が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動片において、
基板が圧電材料からなり、
前記基板に一対の励振電極が対向して形成され、
前記基板の前記一対の励振電極を形成した励振領域以外の部位に、前記基板自体に対して粘性を加える高粘性領域が設けられたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
ＡＴカット圧電振動片であることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
【請求項３】
前記高粘性領域は、前記基板の主面端部に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片。
【請求項４】
前記高粘性領域は、前記基板の主面両端部に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片。
【請求項５】
前記高粘性領域は、前記基板の主面外周端部に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片。
【請求項６】
共振周波数は、１００ＭＨｚ以下であり、
前記高粘性領域の粘性の高さは、前記基板自体の粘性に対して約１００倍以上であることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１つに記載の圧電振動片。
【請求項７】
共振周波数は、１００ＭＨｚ以上であり、
前記高粘性領域の粘性の高さは、前記基板自体の粘性に対して約１００倍以下であることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１つに記載の圧電振動片。
【請求項８】
外部部材に保持する基部と、励振電極を形成する複数の脚部とから構成される音叉型圧電振動片であり、
前記高粘性領域は、前記基部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
【請求項９】
前記基部において前記脚部近傍の領域に対して外部部材との保持位置の粘性が高いことを特徴とする請求項８に記載の圧電振動片。
【請求項１０】
前記基板の少なくとも一主面はメサ形状からなり、このメサ形状の一部位に前記励振電極が形成され、
前記高粘性領域は、メサ形状の他部位を含むことを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか１つに記載の圧電振動片。
【請求項１１】
前記基板の少なくとも一主面は逆メサ形状からなり、この逆メサ形状の一部位に前記励振電極が形成され、
前記高粘性領域は、逆メサ形状の他部位を含むことを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか１つに記載の圧電振動片。
【請求項１２】
圧電振動デバイスにおいて、
ベースと蓋とにより本体筐体が構成され、
前記本体筐体の内部空間に、請求項１乃至１１のうち何れか１つに記載の圧電振動片が保持されるとともに気密封止されたことを特徴とする圧電振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片、及び圧電振動デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、圧電振動デバイスとして、水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等が挙げられる。ここでいう圧電振動デバイスは、ベースと蓋とからその本体筐体が構成され、本体筐体の内部に、励振電極が形成された圧電振動片（例えば、水晶振動片）を保持するとともに気密封止する（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１では、圧電振動片として水晶振動片を用いている。
【特許文献１】特開２００６−８６７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記した特許文献１に示すような水晶振動片では、励振電極による振動がベースとの接合部位（電極パッド）まで伝播する。そのため、振動がベースとの接合部位まで伝播するのを抑制するために、水晶振動片の基板に切り欠きや溝や凹部などを形成している。
【０００４】
しかしながら、現在電子部品の薄型化や小型化がすすんでおり、水晶振動片の基板に切り欠きや溝や凹部を形成する際に基板が破損したり、基板に切り欠きや溝や凹部を形成することで励振電極と電極パッドとを接続するための電極パターンの引回しが困難となっている。
【０００５】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、基板の寸法を限定せずに、励振電極による振動が外部部材（ベースの電極パッド）との接合部位へ伝播するのを抑制する圧電振動片、及び圧電振動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】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片は、圧電振動片において、基板が圧電材料からなり、前記基板に一対の励振電極が対向して形成され、前記基板の前記一対の励振電極を形成した励振領域以外の部位に、前記基板自体に対して粘性を加える高粘性領域が設けられたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、圧電材料からなる前記基板に前記一対の励振電極が対向して形成され、前記基板の前記励振領域以外の部位に、前記高粘性領域が設けられるので、前記高粘性領域によって前記励振領域における振動の伝播を抑制することが可能となる。特に、本発明は、切り欠きや溝や凹部などを形成することによる振動伝播の抑制に対して、粘性を加えることで前記基板の強度は略変わらないため、前記基板自体の強度を保持しながら、振動伝播の抑制を行うことが可能となる。
【０００８】
前記構成において、ＡＴカット圧電振動片であってもよい。
【０００９】
この場合、メインとなる主振動に対して副振動（高次輪郭振動など）によるスプリアス振動を抑えることが可能となる。また、前記基板の材質を可変させるので、前記基板の外形変形による副振動のスプリアス振動の抑制に対して、当該圧電振動片の小型化に好適である。
【００１０】
具体的に、上記した特許文献１に示すような水晶振動片では、主振動の周波数に対して、副振動の周波数が接近することでカップリングを起こし、このカップリングにより周波数のディップ現象が起こる。このディップ現象により水晶振動片の直列共振抵抗値が増大し、その結果、水晶振動片の発振が停止状態となる。水晶振動片の主振動エネルギーを閉じ込めてディップ現象を回避するために、水晶振動片の寸法公差を抑えたり、水晶振動片の基板をベベル加工やコンベックス加工しているが、この基板のベベル加工やコンベックス加工は、厚みを有する基板に対して有効であるが近年の圧電振動片の薄型化や小型化に伴う薄型の基板に対して行うことは難しい。これに対して、本発明によれば、薄型や小型の圧電振動片であっても、水晶振動片の寸法公差を限定したりせずに、または前記基板のベベル加工やコンベックス加工などの圧電振動片の加工を行なわずにディップ現象を回避することが可能となる。
【００１１】
前記構成において、前記高粘性領域は、前記基板の主面端部に設けられてもよい。
【００１２】
この場合、前記高粘性領域が前記基板の主面端部に設けられるので、副振動によるスプリアス振動を抑制することが可能となる。
【００１３】
前記構成において、前記高粘性領域は、前記基板の主面両端部に設けられてもよい。
【００１４】
この場合、前記高粘性領域が前記基板の主面両端部に設けられるので、副振動によるスプリアス振動を抑制するとともに、前記基板の外部部材への保持バラツキを抑制して保持バランスを良くことが可能となる。
【００１５】
前記構成において、前記高粘性領域は、前記基板の主面外周端部に設けられてもよい。
【００１６】
この場合、前記高粘性領域が前記基板の主面外周端部に設けられるので、前記基板の主面外周端部のいずれの位置において外部部材との保持接合を行った場合であっても、副振動によるスプリアス振動を抑制するとともに、前記基板の外部部材への保持バラツキを抑制して保持バランスを良くことが可能となる。その結果、前記基板の外部部材への保持位置の自由度を上げることが可能となる。
【００１７】
前記構成において、共振周波数は、１００ＭＨｚ以下であり、前記高粘性領域の粘性の高さは、前記基板自体の粘性に対して約１００倍以上であってもよい。
【００１８】
この場合、共振周波数は、１００ＭＨｚ以下であり、前記高粘性領域の粘性の高さは、前記基板自体の粘性に対して約１００倍以上であるので、共振周波数が１００ＭＨｚ以下である時の副振動によるスプリアス振動の抑制を行うことが可能となる。特に、Ｑ値を一定の低い値としてスプリアス振動の抑制を行うことが可能となる。そのため、前記基板に用いる材料によって異なるＱ値だけでなく、同一材料における若干異なるＱ値にも対応でき、いずれの材料であってもＱ値を一定の低い値にすることが可能となる。
【００１９】
前記構成において、共振周波数は、１００ＭＨｚ以上であり、前記高粘性領域の粘性の高さは、前記基板自体の粘性に対して約１００倍以下であってもよい。
【００２０】
この場合、共振周波数は、１００ＭＨｚ以上であり、前記高粘性領域の粘性の高さは、前記基板自体の粘性に対して約１００倍以下であるので、共振周波数が１００ＭＨｚ以上である時の副振動によるスプリアス振動の抑制を行うことが可能となる。特に、Ｑ値を一定の低い値としてスプリアス振動の抑制を行うことが可能となる。そのため、前記基板に用いる材料によって異なるＱ値だけでなく、同一材料における若干異なるＱ値にも対応でき、いずれの材料であってもＱ値を一定の低い値にすることが可能となる。
【００２１】
前記構成において、外部部材に保持する基部と、励振電極を形成する複数の脚部とから構成される音叉型圧電振動片であり、前記高粘性領域は、前記基部に設けられてもよい。
【００２２】
この場合、当該圧電振動片が音叉型圧電振動片であり、前記高粘性領域が前記基部に設けられるので、前記基板の外部部材への保持バラツキを抑制して保持バランスを良くことが可能となる。特に、外部部材への保持を行なっている部分に粘性を加えることで保持する部分へ伝わる振動の影響を抑制することが可能となる。
【００２３】
前記構成において、前記基部において前記脚部近傍の領域に対して外部部材との保持位置の粘性が高くてもよい。
【００２４】
この場合、前記基部において前記脚部近傍の領域に対して外部部材との保持位置の粘性が高いので、当該音叉型圧電振動片の振動阻害を抑え、かつ、外部部材への保持を安定させることが可能となる。特に、前記基部の各部位における粘性を段階的に可変させることで、当該音叉型圧電振動片の振動阻害を抑えるとともに外部部材への保持安定を行うことが可能となる。
【００２５】
前記構成において、前記基板の少なくとも一主面はメサ形状からなり、このメサ形状の一部位に前記励振電極が形成され、前記高粘性領域は、メサ形状の他部位を含んでもよい。
【００２６】
この場合、前記基板の少なくとも一主面はメサ形状からなり、このメサ形状の一部位に前記励振電極が形成され、前記高粘性領域はメサ形状の他部位を含むので、前記メサ形状の成形時および前記励振電極による振動時における前記基板の破損を防止することが可能となる。
【００２７】
前記構成において、前記基板の少なくとも一主面は逆メサ形状からなり、この逆メサ形状の一部位に前記励振電極が形成され、前記高粘性領域は、逆メサ形状の他部位を含んでもよい。
【００２８】
この場合、前記基板の少なくとも一主面は逆メサ形状からなり、この逆メサ形状の一部位に前記励振電極が形成され、前記高粘性領域は逆メサ形状の他部位を含むので、前記逆メサ形状の成形時および前記励振電極による振動時における前記基板の破損を防止することが可能となる。
【００２９】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動デバイスは、圧電振動デバイスにおいて、ベースと蓋とにより本体筐体が構成され、前記本体筐体の内部空間に、上記した本発明にかかる圧電振動片が保持されるとともに気密封止されたことを特徴とする。
【００３０】
本発明によれば、前記本体筐体の内部空間に、上記した本発明にかかる圧電振動片が保持されるとともに気密封止されるので、前記高粘性領域によって前記励振領域における振動の伝播を抑制した本発明にかかる圧電振動片の安定保持を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、基板の寸法を限定せずに、励振電極による振動が外部部材との接合部位へ伝播するのを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
【実施例１】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施例では、圧電振動デバイスとしてＡＴカット水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。
【００３４】
本実施例にかかるＡＴカット水晶振動子１（以下、水晶振動子という）は、図１に示すように、平面視矩形に成形されたＡＴカット水晶振動片２（本発明でいう圧電振動片であり、以下、水晶振動片という）と、この水晶振動片２を保持するベース３と、ベース３に保持した水晶振動片２を気密封止するための蓋（図示省略）とからなる。なお、蓋は、セラミック材料からなり、平面視矩形状の一枚板に成形されている。
【００３５】
この水晶振動子１では、図１に示すように、ベース３と蓋とが図示しない金属ろう材（例えば、金と錫とからなる合金材料）を用いて加熱溶融接合されて本体筐体が構成され、この本体筐体内に内部空間６が形成される。この内部空間６のベース３上に、水晶振動片２が保持されるとともに、本体筐体の内部空間６が気密封止されている。なお、内部空間６において、ベース３と水晶振動片２とは金属バンプからなる導電性バンプ８（本実施例ではＡｕからなる導電性バンプ）を用いてＦＣＢ（Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ  ＢｏｎＤｉｎｇ）法により超音波接合されるとともに電気的に接続されている。
【００３６】
次に、この水晶振動子１の各構成について説明する。
【００３７】
ベース３は、図１に示すように、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板の底部３１と、この底部３１上に積層したセラミック材料の堤部３２とから構成される箱状体に形成され、これら底部３１と堤部３２とが断面凹状に一体的に焼成されている。また、堤部３２は、底部３１の上面外周に沿って成形されている。この堤部３２の上面（端面）は、蓋との接合領域３３である。また、このベース３の外周には、四隅にキャスタレーション（図示省略）が形成されている。そして、このベース３の表面３５には、水晶振動片２の励振電極２３，２４（下記参照）と電気的に接続する電極パッド３６１，３６２が形成されている。これら電極パッド３６１，３６２は、それぞれに対応した接続電極（図示省略）及びキャスタレーションを介して、ベース３の裏面（図示省略）に形成される端子電極（図示省略）に電気的に接続されている。これら端子電極から外部部品や外部機器と接続される。なお、これらの電極パッド３６１，３６２、端子電極、及び接続電極は、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース３と一体的に焼成して形成される。そして、これら電極パッド３６１，３６２、端子電極、及び接続電極のうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルコバルトメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。
【００３８】
水晶振動片２は、図１に示すように、圧電材料であるＡＴカット水晶板の基板２０からなり、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形されている。この水晶振動片２の両主面２１，２２には、それぞれ一対となる励振電極２３，２４と、これらの励振電極２３，２４を外部電極（本実施例では、ベース３の電極パッド３６１，３６２）と電気的に接続するために励振電極２３，２４から引き出された引出電極２５，２６とが形成されている。一対の励振電極２３，２４は両主面２１，２２に対向して形成され、主面端部２０１へ振動を与えないように（主面端部２０１まで励振しないように）励振電極２３，２４を主面中央領域に置く。また、これらの励振電極２３，２４及び引出電極２５，２６は、例えば、水晶振動板側からクロム、金の順に、あるいはクロム、金、クロムの順に、あるいはクロム、銀、クロムの順に積層して形成されている。そして、水晶振動片２の引出電極２５，２６とベース３の電極パッド３６１，３６２とが、導電性バンプ８により電気機械的に接合され、図１に示すように、水晶振動片２はベース３に片保持されている。
【００３９】
また、水晶振動片２には、図１に示すように、基板２０の励振電極２３，２４を形成した励振領域以外の部位に、基板２０自体に対して粘性を加える高粘性領域２７が設けられている。具体的に、この高粘性領域２７は、基板２０のＸ方向（長手方向）の主面両端部２０１に設けられている。また、この高粘性領域２７は、金属材料（例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌが挙げられ、これ以外にＬｉ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｓｎ，Ｗ，Ｐｔ，Ｐｂ等）のイオン注入及び熱拡散によって分子レベルで基板２０の中に金属材料を浸透させて構成する。なお、ここでいう基板２０の粘性とは、基板２０のねばる性質のことをいい、粘性を加えていない部位（本実施例では励振領域）において圧電特性を有したまま、基板２０のＸ方向（長手方向）の主面両端部２０１の材質を可変させることができる。そして、基板２０に粘性を加えることにより、水晶振動片２のＱ値を変化させてＱ値を低下させることができ、特に、Ｑ値を低い値で一定にすることができる。ところで、本実施例では、ＦＣＢにより水晶振動片２をベース３にＡｕからなる導電性バンプ８を介して接合するので、金属材料にＡｕを用いて水晶の基板２０にイオン注入および熱拡散を行なうことが好適である。
【００４０】
次に、上記したＡＴカット水晶振動片２の基板２０に設けた高粘性領域２７について様々な観点から実験を行なった。以下に実験結果を参照して高粘性領域２７について説明する。
【００４１】
まず、高粘性領域２７の特性のうち、発振周波数（Freq）に対する水晶のＱ値の関係を図２，３に示す。図２，３に示す実験では、一対の励振電極２３，２４を形成した基板２０全面に対して高粘性領域２７を設けた水晶振動片（図４に示す実験１）と、一対の励振電極２３，２４を形成した基板２０に対して高粘性領域２７を設けていない水晶振動片（図５に示す実験２）とを用いている。なお、図３は、図２のうち発振周波数を１０〜７０ＭＨｚに限定したものである。
【００４２】
図２，３に示すように、実験１では、発振周波数が増えるにともなって水晶のＱ値が反比例して下がっていく。これに対して、実験２では、発振周波数の変動に関係なく基板２０の粘性度を変えて水晶のＱ値を一定の低い値（０．１５×１０4）に抑えている。
【００４３】
次に、高粘性領域２７の特性のうち、発振周波数（Freq）に対する水晶の主振動（Main）のＱ値と、水晶の副振動（Spurious）のＱ値と、高粘性領域２７で用いる粘性材料の粘性係数Ｗｖとの関係を図６，７に示す。なお、図７は、図６のうち発振周波数を１０〜７０ＭＨｚに限定したものである。ここでいう粘性係数Ｗｖとは、基板２０に水晶を用いた基板２０の粘性係数Ｗｖを１とした時の粘性材料の粘性比率のことをいい、例えば粘性係数Ｗｖ＝２００とは高粘性領域２７の粘性の高さが基板２０自体の粘性に対して２００倍であることをいう。図６，７に示す実験では、上記した本実施例と同様に、基板２０の励振電極２３，２４を形成した励振領域以外の部位に高粘性領域２７を設けた実験３（図８参照）を用いている。なお、実施３では、図１に示す本実施例とは若干異なり、図８に示すように基板２０のＸ方向（長手方向）の両主面端面２０３を除く主面両端部２０１に高粘性領域２７が設けられている。
【００４４】
実験３では、図６，７に示すように、各発振周波数（Freq）において副振動（Spurious）のＱ値を１×１０4に抑えるように高粘性領域２７で用いる粘性材料の粘性係数Ｗｖを設定したものである。また、実験３では、発振周波数が増えるにともなって水晶の主振動(Main)のＱ値が反比例して下がっていく。
【００４５】
上記した実験１〜３から明らかなように、本発明によれば、Ｑ値は圧電材料からなる基板２の素材によって異なるが、素材に関係になく（同一素材でもＱ値は多少なりとも異なる）Ｑ値を低い値で一定にすることができる。
【００４６】
また、上記した実験３から、共振周波数を１００ＭＨｚ以下に設定する場合、高粘性領域の粘性の高さ（粘性係数Ｗｖ）は、基板２０自体の粘性に対して約１００倍以上に設定することが望まれる。この場合、共振周波数が１００ＭＨｚ以下である時の副振動によるスプリアス振動の抑制を行うことができる。特に、Ｑ値を一定の低い値としてスプリアス振動の抑制を行うことができる。このことから、基板２０に用いる材料によって異なるＱ値だけでなく、同一材料における若干異なるＱ値にも対応でき、いずれの材料であってもＱ値を一定の低い値にすることができる。
【００４７】
また、上記した実験３から、共振周波数を１００ＭＨｚ以上に設定する場合、高粘性領域の粘性の高さ（粘性係数Ｗｖ）は、基板２０自体の粘性に対して約１００倍以下に設定することが望まれる。この場合、共振周波数が１００ＭＨｚ以上である時の副振動によるスプリアス振動の抑制を行うことができる。特に、Ｑ値を一定の低い値としてスプリアス振動の抑制を行うことができる。このことから、基板２０に用いる材料によって異なるＱ値だけでなく、同一材料における若干異なるＱ値にも対応でき、いずれの材料であってもＱ値を一定の低い値にすることができる。
【００４８】
また、上記した実験２，３を用いて、粘性係数Ｗｖを、１，３０，１００，２００としたときの、基板２０の長手方向の寸法／厚さ方向の寸法（ａ／ｂ）に対する発振周波数偏差を測定した。その測定データを図９，１０に示す。また、図１０は、図９のうち共振周波数偏差の範囲を±４ｐｐｍに限定したものである。なお、共振周波数は３９．８３ＭＨｚとする。この図９，１０から明らかなように、粘性係数Ｗｖを、１，３０，１００，２００に上げていくことで共振周波数偏差を抑えることができる。特に、粘性係数Ｗｖ＝１と、粘性係数Ｗｖ＝３０，１００，２００との差異は明白である。
【００４９】
上記した本実施例にかかる水晶振動片２によれば、圧電材料からなる基板２０の一対の励振電極２３，２４を対向して形成した励振領域以外の部位に、基板２０自体に対して粘性を加える高粘性領域２７が設けられたので、高粘性領域２７によって励振領域における振動の伝播を抑制することができる。特に、切り欠きや溝や凹部などを形成することによる振動伝播の抑制に対して、粘性を加えることで基板２０の強度は略変わらないので基板２０自体の強度を保持しながら、振動伝播の抑制を行うことができる。
【００５０】
また、本実施例によれば、メインとなる主振動に対して副振動（高次輪郭振動など）によるスプリアス振動を抑えることができる。また、基板２０の材質を可変させるので、基板２０の外形変形による副振動のスプリアス振動の抑制に対して、水晶振動片２の小型化に好適である。また、本実施例では、励振電極２３，２４が対向している励振領域に高粘性領域２７を設けないので、主振動に直接影響を受けない。なお、ここでいう振動は、励振電極２３，２４の寸法に関係している。
【００５１】
具体的に、上記した特許文献１に示すような水晶振動片では、メインとなる主振動の周波数に対して、副振動の周波数が接近することでカップリングを起こし、このカップリングにより周波数のディップ現象が起こる。このディップ現象により水晶振動片の直列共振抵抗値が増大し、その結果、水晶振動片の発振が停止状態となる。水晶振動片の主振動エネルギーを閉じ込めてディップ現象を回避するために、水晶振動片の寸法公差を抑えたり、水晶振動片の基板をベベル加工やコンベックス加工しているが、この基板のベベル加工やコンベックス加工は、厚みを有する基板に対して有効であるが近年の圧電振動片の薄型化や小型化に伴う薄型の基板に対して行うことは難しい。
【００５２】
これに対して、本実施例によれば、薄型や小型の圧電振動片であっても、水晶振動片２の寸法公差を限定したりせずに、または基板２０のベベル加工やコンベックス加工などの圧電振動片の加工を行なわずにディップ現象を回避することができる。特に、本実施例に示すように、平面視長方形の水晶振動片２の主面中央領域に励振電極２３，２４を形成し、基板２０のＸ方向（長手方向）の主面両端部２０１に粘性を加えた高粘性領域２７を設けることでカップリングやジャンプ現象やディップ現象を抑えることができる。その結果、水晶振動片２の主振動の振動漏れを無くすことができる。
【００５３】
また、高粘性領域２７は基板２０のＸ方向（長手方向）の主面両端部２０１に設けられるので、副振動によるスプリアス振動を抑制するとともに、基板２０の外部部材（本実施例では電極パッド３６１，３６２）への保持バラツキを抑制して保持バランスを良くことができる。
【００５４】
また、上記した本実施例にかかる水晶振動子１によれば、高粘性領域によって励振領域における振動の伝播を抑制した本実施例にかかる水晶振動片２を保持することができ、水晶振動片２の保持安定を図ることができる。
【００５５】
なお、本実施例では、圧電材料として水晶を用いているが、水晶以外の圧電材料（例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）など）であってもよい。
【００５６】
また、本実施例では、基板２０の両主面２１，２２にイオン注入及び熱拡散を行なって高粘性領域２７を基板２０に設けているが、これに限定されるものではない。例えば、基板２０の一主面２１もしくは他主面２２にイオン注入を行なって高粘性領域２７を基板２０に設けてもよく、この場合、高粘性領域２７がイオン注入を行なった主面側だけに設けられてもよい。または、熱拡散を行うか否かを任意に設定してもよい。または、イオン注入を行なわずに熱拡散のみを行ってもよい。
【００５７】
また、本実施例では、導電性バンプ８を用いて水晶振動片２をベース３（電極パッド３６１，３６２）に接合しているが、これは本体筐体の小型化に好適な例であり、これに限定されるものではなく、シリコーン系樹脂などの導電性接着剤を用いてもよい。
【００５８】
また、本発明は、本実施例に限定されるものではなく、水晶振動片やＩＣ等を一体的に収納した水晶発振器にも適用することができる。また、本発明は、水晶フィルタや、ＳＡＷフィルタにも適用できる。
【００５９】
また、本実施例では、水晶振動片２に、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形された基板２０を用いているが、基板２０の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、水晶振動片２の基板２０が、図１１，１２に示す形状であってもよい。図１１に示す水晶振動片２では、基板２０の両主面２１，２２がその外方に凸状に形成されたメサ形状（凸部２８２）からなり、このメサ形状２８２の一部位に励振電極２３，２４が形成され、高粘性領域２７はメサ形状２８２を含まない主面端部２０１に形成される。また、図１２に示す水晶振動片２では、基板２０の両主面２１，２２がその外方に凸状に形成されたメサ形状（凸部２８２）からなり、このメサ形状２８２の一部位に励振電極２３，２４が形成され、高粘性領域２７はメサ形状２８２の他部位を含む。図１２に示す水晶振動片２によれば、更にメサ形状２８２の成形時および励振電極２３，２４による振動時における基板２０の破損を防止することができる。
【００６０】
また、本実施例では、水晶振動片２に、平面視矩形上の一枚板の直方体に成形された基板２０を用いているが、基板２０の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、水晶振動片２の基板２０が、図１３，１４に示す形状であってもよい。図１３に示す水晶振動片２では、基板２０の両主面２１，２２がその外方に凸状に形成された逆メサ形状（凹部２８１）からなり、この逆メサ形状２８１の一部位に励振電極２３，２４が形成され、高粘性領域２７は逆メサ形状２８１を含まない主面端部２０１に形成される。図１４に示す水晶振動片２では、基板２０の両主面２１，２２がその内方に凹状に形成された逆メサ形状（凹部２８１）からなり、この逆メサ形状２８１の一部位に励振電極２３，２４が形成され、高粘性領域２７は逆メサ形状２８１の他部位を含む。図１４に示す水晶振動片２によれば、更に逆メサ形状２８１の成形時および励振電極２３，２４による振動時における基板２０の破損を防止することができる。
【００６１】
また、本実施例では、高粘性領域２７は基板２０の主面両端部２０１に設けられているが、これに限定されるものではなく、基板２０の少なくともいずれか一方の主面端部に設けられていればよく、または、図１５に示すように、基板２０の主面外周端部２０２に設けられてもよい。図１５に示す水晶振動片２の場合、基板２０の主面外周端部２０２のいずれの位置において外部部材（本実施例では電極パッド３６１，３６２）との保持接合を行った場合であっても、副振動によるスプリアス振動を抑制するとともに、基板２０の外部部材（本実施例では電極パッド３６１，３６２）への保持バラツキを抑制して保持バランスを良くことができる。その結果、基板２０の外部部材（本実施例では電極パッド３６１，３６２）への保持位置の自由度を上げることができる。また、基板２０の主面外周端部２０２だけでなく、高粘性領域２７が、基板２０のＺ方向（短手方向）の主面両端部２０１に設けられてもよい。なお、本実施例でいう基板２０の主面端部２０１とは、基板２０の主面端面２０３を含むか否かは限定されるものではなく、基板２０の主面端面２０３を含むか否かは任意に設定可能である。そのため、図８に示す水晶振動片２は本実施例の範囲内である。
【００６２】
また、本実施例では、高粘性領域２７は基板２０の主面両端部２０１一面に設けられているが、これに限定されるものではなく、高粘性領域２７は基板２０の主面両端部２０１にドット状に設けられてもよい。なお、ここでいうドット状とは、基板２０平面視において円状や矩形状などのポイント形状のことをいう。
【００６３】
ところで、上記した本実施例では、圧電振動片としてＡＴカット水晶振動片２を用いているが、これに限定されるものではなく、音叉型水晶振動片であっても本実施例と同様の本発明の作用効果を有する。以下、圧電振動片として音叉型水晶振動片を用いた例を示す。
【実施例２】
【００６４】
以下、本発明の他の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施例では、圧電振動デバイスとして音叉型水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。
【００６５】
本実施例にかかる音叉型水晶振動子１（以下、水晶振動子という）では、図１６に示すように、フォトリソグラフィ法で成形された音叉型水晶振動片２（本発明でいう音叉型圧電振動片であり、以下、水晶振動片という）と、この水晶振動片２を保持するベース３と、ベース３に保持した水晶振動片２を気密封止するための蓋（図示省略）と、が設けられている。なお、蓋は、金属材料からなり、平面視矩形状の一枚板に成形されている。
【００６６】
この水晶振動子１では、ベース３と蓋とが接合されて本体筐体が構成されている。これらベース３と蓋とが金属材料やガラス材などのろう材（図示省略）を介して接合され、この接合により本体筐体の内部空間６が形成されている。そして、この本体筐体の内部空間６内のベース３上に導電性バンプ８を介して水晶振動片２が保持接合されているとともに、本体筐体の内部空間６が気密封止されている。この際、図１６に示すように、ベース３と水晶振動片２とは導電性バンプ８を用いてＦＣＢ法により超音波接合されるとともに電気的に接続されている。
【００６７】
次に、この水晶振動子１の各構成について説明する。
【００６８】
ベース３は、図１６に示すように、底部３１と、この底部３１から上方に延出した堤部３２とから構成される箱状体に形成されている。このベース３は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料の直方体が積層して凹状に一体的に焼成されている。また、堤部３２は、図１６に示す底部３１の表面外周に沿って成形されている。この堤部３２の上面は蓋との接合領域３３とされる。そして、ベース３の内部空間６における側壁には段部３９が形成され、この段部３９上に電極パッド３６１，３６２が形成され、これら電極パッド３６１，３６２上に水晶振動片２が片保持して設けられる。これら電極パッド３６１，３６２は、それぞれに対応した引回電極３８を介して、ベース１１の裏面などの外周面に形成される端子電極（図示省略）に電気的に接続され、これら端子電極が外部部品や外部機器の外部電極に接続される。なお、これら電極パッド３６１，３６２、引回電極３８、端子電極は、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース１１と一体的に焼成して形成される。そして、これら電極パッド３６１，３６２、引回電極３８、端子電極のうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。
【００６９】
次に、内部空間６に配された水晶振動片２の各構成について説明する。
【００７０】
水晶振動片２は、図１６に示すように、異方性材料の水晶片である水晶素板（図示省略）から、ウェットエッチング形成された水晶Ｚ板である。そのため、この水晶振動片２は量産に好適である。この水晶振動片２の基板２０は、振動部である２本の脚部２８ａ，２８ｂ（第１脚部２８ａ，第２脚部２８ｂともいう）と基部２９とから構成された外形からなり、２本の脚部２８ａ，２８ｂが基部２９の一端部（具体的に一端面２９１）から突出して形成されている。また、この水晶振動片２には、基部２９の一端面の隣接する２本の脚部２８ａ，２８ｂの間には、２本の隣接する脚部２８ａ，２８ｂから連続した曲面が形成されている。
【００７１】
基部２９は一組の脚部２８ａ，２８ｂと略同様の幅寸法から設定されている。また、この基部２９には、図１６に示すように、当該基部２９の側面２０４から脚部２８ａ，２８ｂの突出方向に対して垂直方向に延出する延出部２９３が設けられている。これら延出部２９３と脚部２８ａ，２８ｂとは連続して成形され、脚部２８ａ，２８ｂから延出部２９３にかけて基板２０の側面２０４が曲面（Ｒ面）形成されている。
【００７２】
また、図２に示すように、水晶振動片２の外形のうち側面２０４は両主面２１，２２に対して傾斜して成形されている。これは、水晶振動片２を湿式でエッチング成形する際に基板２０材料の結晶方向（Ｘ，Ｙ方向）へのエッチングスピードが異なることに起因している。
【００７３】
また、２つの脚部２８ａ，２８ｂの側面両主面２１，２２は、水晶振動片２の小型化により劣化する直列共振抵抗値を改善させるために、逆メサ形状からなる（凹部２８１が形成されている）。
【００７４】
この水晶振動片２の表面（両主面２１，２２および側面２０４）には、異電位で構成された２つの励振電極２３，２４（第１励振電極２３，第２励振電極２６ｂともいう）と、これらの励振電極２３，２４を電極パッド３６１，３６２に電気的に接続させるために励振電極２３，２４から引き出された引出電極２５，２６とが設けられている。なお、本実施例でいう引出電極２５，２６は、２つの励振電極２３，２４から引き出された電極パターンのことをいう。
【００７５】
また、２つの励振電極２３，２４の一部は、凹部２８１の内部に形成されている。このため、水晶振動片２を小型化しても脚部２８ａ，２８ｂの振動損失が抑制され、直列共振抵抗値を低く抑えることができる。第１の励振電極２３は、第１脚部２８ａの両主面２１，２２と凹部２８１に形成された第１主面電極と、第２脚部２８ｂの両側面２０４に形成された第２側面電極とにより構成される。そして、これら第１主面電極と第２側面電極とが引き回されて接続され、励振電極２３は引出電極２５に引き出されている。同様に、第２の励振電極２６ｂは、第２脚部２８ｂの両主面２１，２２と凹部２８１に形成された第２主面電極と、第１脚部２８ａの両側面２０４に形成された第１側面電極とにより構成される。そして、これら第２主面電極と第１側面電極とが引き回されて接続され、励振電極２４は引出電極２６に引き出されている。
【００７６】
上記した水晶振動片２の励振電極２３，２４、及び引出電極２５，２６は、例えば、クロムの下地電極層と、金の上部電極層とから構成された積層薄膜である。これらの薄膜は、真空蒸着法等の手法により全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成される。なお、上記した引出電極２５，２６のみを、例えば、クロムの下地電極層と、金の中間電極層と、クロムの上部電極層と、から構成された積層薄膜としてもよい。この薄膜は、真空蒸着法等の手法により全面に形成された後、フォトリソグラフィ法によりメタルエッチングして所望の形状に形成され、クロムの上部電極層のみが部分的にマスクして真空蒸着法等の手法により形成される。また、励振電極２３，２４、及び引出電極２５，２６がクロム，金の順に形成されているが、例えば、クロム，銀の順や，クロム，金，クロムの順や，クロム，銀，クロムの順等であってもよい。また、上記した下地電極層をニッケルに変えてもよく、例えば、ニッケル，金の順や、ニッケル，銀の順、ニッケル，金，クロムの順、ニッケル，銀，クロムの順であってもよい。
【００７７】
また、水晶振動片２の基部２９には、図１６に示すように、基板２０自体に対して粘性を加える高粘性領域２７が設けられている。基板２０の励振電極２３，２４を形成した励振領域（脚部２８ａ，２８ｂ）以外の部位に、基板２０自体に対して粘性を加える高粘性領域２７が設けられている。具体的に、基部２０において脚部２８ａ，２８ｂ近傍の領域（一端面２９１側の基部２９の領域）に対して外部部材との保持位置の粘性が高くなるように高粘性領域２７が設けられている。また、この高粘性領域２７は、金属材料（例えば、Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌが挙げられ、これ以外にＬｉ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｓｎ，Ｗ，Ｐｔ，Ｐｂ等）や金属材料以外の材料（例えばＢ，Ｎ，Ｏ，Ｓｉ，Ｐ等）のイオン注入及び熱拡散によって分子レベルで基板２０の中に金属材料を浸透させて構成する。なお、ここでいう基板２０の粘性とは、基板２０のねばる性質のことをいい、粘性を加えていない部位（本実施例では励振領域である脚部２８ａ，２８ｂ）において圧電特性を有したまま、基板２０のＹ方向（長手方向）の基部２０の材質を可変させることができる。ところで、本実施例では、ＦＣＢにより水晶振動片２をベース３にＡｕからなる導電性バンプ８を介して接合するので、金属材料にＡｕを用いて水晶の基板２０にイオン注入および熱拡散を行なうことが好適である。
【００７８】
上記した本実施例にかかる水晶振動片２によれば、脚部２８ａ，２８ｂ（励振領域）以外の部位である基部２９に、基板２０自体に対して粘性を加える高粘性領域２７が設けられたので、高粘性領域２７によって励振領域における振動の伝播を抑制することができる。特に、基部２９に切り欠きや溝や凹部などを形成することによる振動伝播の抑制に対して、粘性を加えることで基部２９の強度は略変わらないので基部２９自体の強度を保持しながら、振動伝播の抑制を行うことができる。
【００７９】
また、上記した実施例によれば、高粘性領域２７が基部２９に設けられるので、基板２０の外部部材（本実施例では電極パッド３６１，３６２）への保持バラツキを抑制して保持バランスを良くことができる。特に、外部部材（本実施例では電極パッド３６１，３６２）への保持を行なっている部分（基部２９）に粘性を加えることで基部２９へ伝わる振動の影響を抑制することができる。
【００８０】
また、音叉型水晶振動片２において高粘性領域２７を基部２９に設けることで、基部２９に溝や凹部をつくって振動伝播を抑えるのと同様の作用効果を得ることができる。特に、高周波化に伴い水晶振動片２の薄型化がすすみ、基板２０の外形変形がし難くなるので、高粘性領域２７を基部２９に設けることがより好ましい。
【００８１】
また、基部２９において脚部２８ａ，２８ｂ近傍（基部２９の一端面２９１側）の領域に対して外部部材との保持位置の粘性が高いので、当該音叉型圧電振動片の振動阻害を抑え、かつ、外部部材（本実施例では電極パッド３６１，３６２）への保持を安定させることができる。特に、基部２９の各部位における粘性を段階的に可変させてもよく、この場合、水晶振動片２の振動阻害を抑えるとともに外部部材（本実施例では電極パッド３６１，３６２）への保持安定を行うことができる。
【００８２】
上記した本実施例にかかる水晶振動子１によれば、高粘性領域によって励振領域における振動の伝播を抑制した本実施例にかかる水晶振動片２を保持することができ、水晶振動片２の保持安定を図ることができる。
【００８３】
なお、本実施例では、脚部を２つとしているが、これに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。
【００８４】
また、本実施例では、導電性バンプを２つとしているが、これに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。
【００８５】
また、本実施例でいう凹部２８１は、図１６に示すような断面凹形状としているが、これに限定されるものではなく、貫通部であってもよく、窪み部であってもよい。
【００８６】
また、本実施例では、脚部２８ａ，２８ｂに凹部２８１を形成しているが、これは好適な例でありこれに限定されるものではなく、脚部２８ａ，２８ｂに凹部が形成されていなくてもよい。
【００８７】
また、本実施例では、ストレートタイプの水晶振動片２に延出部２９３を設けた構成としているが、これは好適な例でありこれに限定されるものではなく、延出部２９３が脚部２８ａ，２８ｂと連続して成形されずに単独で設けられてもよい。
【００８８】
なお、本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、圧電振動片、及び圧電振動デバイスに適用でき、特に圧電基板の材料に水晶を用いたものが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１は、本実施例１にかかる、ベースに保持した水晶振動片を公開したＡＴカット水晶振動子の概略平面図である。
【図２】図２は、水晶振動片の高粘性領域の特性のうち、発振周波数に対する水晶のＱ値の関係を示したグラフ図である。
【図３】図３は、図２の発振周波数の範囲を限定したグラフ図である。
【図４】図４は、実験１の水晶振動片の概略構成図である。
【図５】図５は、実験２の水晶振動片の概略構成図である。
【図６】図６は、水晶振動片の高粘性領域の特性のうち、発振周波数に対する水晶の主振動のＱ値と、水晶の副振動のＱ値と、高粘性領域で用いる粘性材料の粘性係数Ｗｖとの関係を示したグラフ図である。
【図７】図７は、図６の発振周波数の範囲を限定したグラフ図である。
【図８】図８は、実験３の水晶振動片の概略構成図である。
【図９】図９は、水晶振動片の基板の長手方向の寸法／厚さ方向の寸法に対する発振周波数偏差の関係を示したグラフ図である。
【図１０】図１０は、発振周波数偏差の範囲を限定したグラフ図である。
【図１１】図１１は、本実施例の他の例にかかる、メサ形状からなる水晶振動片の概略構成図である。図１１（ａ）は、その概略平面図である。図１１（ｂ）は、その概略側面図である。
【図１２】図１２は、本実施例の他の例にかかる、メサ形状からなる水晶振動片の概略構成図である。図１２（ａ）は、その概略平面図である。図１２（ｂ）は、その概略側面図である。
【図１３】図１３は、本実施例の他の例にかかる、逆メサ形状からなる水晶振動片の概略構成図である。図１３（ａ）は、その概略平面図である。図１３（ｂ）は、その概略側面図である。
【図１４】図１４は、本実施例の他の例にかかる、逆メサ形状からなる水晶振動片の概略構成図である。図１４（ａ）は、その概略平面図である。図１４（ｂ）は、その概略側面図である。
【図１５】図１５は、本実施例の他の例にかかる、高粘性領域を基板の主面外周端部に設けた水晶振動片の概略平面図である。
【図１６】図１６は、本実施例２にかかる、ベースに保持した水晶振動片を公開した音叉型水晶振動子の概略平面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  水晶振動子
２  水晶振動片
２０  基板
２０１  主面端部
２０２  主面外周端部
２３，２４  励振電極
２７  高粘性領域
２８１  凹部
２８２  凸部
２８ａ，２８ｂ  脚部
２９  基部
３  ベース
３６１，３６２  電極パッド
６  内部空間
【図１】
2008154181.tif 000003
【図２】
2008154181.tif 000004
【図３】
2008154181.tif 000005
【図４】
2008154181.tif 000006
【図５】
2008154181.tif 000007
【図６】
2008154181.tif 000008
【図７】
2008154181.tif 000009
【図８】
2008154181.tif 000010
【図９】
2008154181.tif 000011
【図１０】
2008154181.tif 000012
【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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