(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する方向に突出している第一凸部および第二凸部を有する振動部および前記振動部の外縁に沿って配置され前記振動部より厚みが薄い周辺部を備え、平面視して略矩形形状となっている水晶片と、
前記第一凸部の上面および前記第二凸部の下面に設けられている一対の励振電極部と、
前記水晶片の一方の短辺に沿って並んで設けられている一対の引出部と、
一端が前記励振電極部に接続されており、他端が前記引出部に接続されている配線部と、からなる水晶素子であって、
前記水晶片を平面視して、
前記第一凸部および前記第二凸部が略矩形形状となっており、
前記水晶片の短辺に平行な前記第一凸部の辺および前記第二凸部の辺上に、前記励振電極部に電圧を印加したときに生じる屈曲振動の節部が位置しており、
前記水晶片の長辺に平行な前記第一凸部の長さと前記水晶片の長辺に平行な前記第二凸部の長さとの差が、前記屈曲振動の波長を２で割った商の整数倍となっており、
前記一方の短辺と前記一方の短辺側を向く前記第一凸部の辺との距離と、前記一方の短辺と前記一方の短辺側を向く前記第二凸部の辺との距離との差が、前記屈曲振動の波長を２で割った商の整数倍となっている
ことを特徴とする水晶素子。
【請求項２】
請求項１に記載の水晶素子であって、
前記水晶片を平面視して、
前記水晶片の他方の短辺と前記他方の短辺側を向く前記第一凸部の辺との距離と、前記他方の短辺と前記他方の短辺側を向く前記第二凸部の辺との距離との差が、前記屈曲振動の波長を２で割った商の整数倍となっている
ことを特徴とする水晶素子。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水晶素子であって、
前記水晶片の長辺に平行な第一凸部の長さが、前記水晶片の長辺に平行な第二凸部の長さよりも長くなっている
ことを特徴とする水晶素子。
【請求項４】
請求項３に記載の水晶素子であって、
前記一方の短辺と前記一方の短辺側を向く前記第一凸部の辺との距離が、前記一方の短辺と前記一方の短辺側を向く前記第二凸部の辺との距離より短くなっており、
前記水晶片の他方の短辺と前記他方の短辺側を向く前記第一凸部の辺との距離と、前記他方の短辺と前記他方の短辺側を向く前記第二凸部の辺との距離とが同じとなっている
ことを特徴とする水晶素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載の水晶素子と、
前記水晶素子が実装される素子搭載部材と、
前記素子搭載部材と接合され前記水晶素子を気密封止する蓋体と、
を有したことを特徴とする水晶デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶素子および水晶素子を有する水晶デバイスに関する。水晶デバイスは、例えば、水晶振動子または水晶発振器である。
【背景技術】
【０００２】
水晶素子は、例えば、メサ型でかつ平面視して略矩形形状の水晶片と、水晶片に設けられた金属パターンとから構成されている。金属パターンは、一対の励振電極部、一対の引出部および一対の配線部からなる。一対の励振電極部は、水晶片の両主面に設けられている。一対の引出部は、水晶素子を素子搭載部材に実装するためのものであり、素子搭載部材の搭載パッドに対向して配置されている。一対の配線部は、一端が励振電極部に接続され、他端が引出部に接続されている。水晶素子は、引出部と素子搭載部材の搭載パッドとが導電性接着剤によって電気的に接着されることにより、水晶素子が片持ち梁のように支持され、素子搭載部材に実装される。
【０００３】
このような水晶素子で用いられる水晶片は、例えば、互いに対向する方向に突出している一対の凸部を含む振動部と、振動部より厚みが薄く振動部の外縁に沿って設けられている周辺部とを有している。このとき、水晶片の長辺は、水晶片の結晶軸の一つであるＸ軸に平行となっており、水晶片の短辺は、水晶片の結晶軸の一つであるＺ軸を回転させたＺ´軸に平行となっている。水晶片は、水晶片の長辺に平行な第一凸部の長さと水晶片の長辺に平行な第二凸部の長さとが同じとなっており、平面透視したとき、第一凸部の面と第二凸部の面とが重なるように配置されている。このような水晶素子は、一対の励振電極部に電圧が印加されると、
一対の励振電極部に挟まれている振動部の一部が、逆圧電効果および圧電効果により、Ｘ軸に平行なすべりが主力変位である厚みすべり振動を開始する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一対の励振電極部に電圧が印加されたとき、水晶素子では、主振動である厚みすべり振動だけでなく、同時に、屈曲振動および輪郭振動が副次的に生じている。副次的な振動である屈曲振動および輪郭振動は、主力変位がＸ軸と平行な向きとなっており、主振動である厚みすべり振動の主力変位と同じ方向に変位しており、主振動である厚みすべり振動と結合しやすい。また、屈曲振動および輪郭振動は、厚みすべり水晶素子が小型化した場合、低い次数の振動モードで振動するため、厚みすべり振動へ与える影響が大きくなる傾向がある。近年の水晶デバイスの小型化に伴い、振動素子も小型化が進んでおり、副次的な振動である屈曲振動および輪郭振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１４６００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の水晶素子は、振動部と周辺部とで上下方向の厚みが異なっており、平面透視したときに、第一凸部の主面と第二凸部の面とが重なっている。このため、従来の水晶素子では、振動部と周辺との境界部において、副次的な振動である屈曲振動の反射のされ方が不安定となり、副次的な振動である屈曲振動が主振動である厚みすべり振動に与える影響が大きくなると同時に、第一凸部側で生じる輪郭振動と第二凸部側で生じる輪郭振動とが合成され輪郭振動が主振動である厚みすべり振動に与える影響が大きくなる。この結果、周波数安定度の悪化や、等価直列抵抗値の増大といった電気的特性が悪化してしまう虞がある。
【０００７】
本発明では、第一凸部および第二凸部を有した水晶片において、屈曲振動および輪郭振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を抑え、電気的特性が悪化することを低減させることができる水晶素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した課題を解決するために、本発明に係る水晶素子は、互いに対向する方向に突出している第一凸部および第二凸部を有する振動部および記振動部の外縁に沿って配置され振動部より厚みが薄い周辺部を備え、平面視して略矩形形状となっている水晶片と、第一凸部の上面および第二凸部の下面に設けられている一対の励振電極部と、水晶片の一方の短辺に沿って並んで設けられている一対の引出部と、一端が励振電極部に接続されており、他端が引出部に接続されている配線部と、からなる水晶素子であって、水晶片を平面視して、第一凸部および第二凸部が略矩形形状となっており、水晶片の短辺に平行な第一凸部の辺および第二凸部の辺上に、励振電極部に電圧を印加したときに生じる屈曲振動の節部が位置しており、水晶片の長辺に平行な第一凸部の長さと水晶片の長辺に平行な第二凸部の長さとの差が、屈曲振動の波長を２で割った商の整数倍となっており、一方の短辺と一方の短辺側を向く第一凸部の辺との距離と、一方の短辺と一方の短辺側を向く第二凸部の辺との距離との差が、屈曲振動の波長を２で割った商の整数倍となっている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る水晶素子は、互いに対向する方向に突出している第一凸部および第二凸部を有する振動部および記振動部の外縁に沿って配置され振動部より厚みが薄い周辺部を備え、平面視して略矩形形状となっている水晶片と、第一凸部の上面および第二凸部の下面に設けられている一対の励振電極部と、水晶片の一方の短辺に沿って並んで設けられている一対の引出部と、一端が励振電極部に接続されており、他端が引出部に接続されている配線部と、からなる水晶素子であって、水晶片を平面視して、第一凸部および第二凸部が略矩形形状となっており、水晶片の短辺に平行な第一凸部の辺および第二凸部の辺上に、励振電極部に電圧を印加したときに生じる屈曲振動の節部が位置しており、水晶片の長辺に平行な第一凸部の長さと水晶片の長辺に平行な第二凸部の長さとの差が、屈曲振動の波長を２で割った商の整数倍となっており、一方の短辺と一方の短辺側を向く第一凸部の辺との距離と、一方の短辺と一方の短辺側を向く第二凸部の辺との距離との差が、屈曲振動の波長を２で割った商の整数倍となっている。従って、本発明に係る水晶素子では、副次的な振動である屈曲振動の節部が第一凸部と第二凸部の辺上に位置させることで、副次的な振動である屈曲振動の振動状態が異なる振動部と周辺部との境界部分における屈曲振動の反射の影響を低減させることが可能となると同時に、第一凸部で生じる副次的な振動である輪郭振動と第二凸部で生じる副次的な振動である輪郭振動とを分散させることができ、副次的な振動である屈曲振動および輪郭振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を軽減させることが可能となる。この結果、副次的な振動である屈曲振動および輪郭振動により電気的特性が悪化することを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る水晶デバイスの斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図３】（ａ）は、本実施形態に係る水晶素子の上面の平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る水晶素子の下面を上面から平面透視した平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面における水晶片の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本実施形態に係る水晶デバイスの斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面における断面図である。図３（ａ）は、本実施形態に係る水晶素子の上面の平面図であり、図３（ｂ）は、本実施形態に係る水晶素子の下面を上面から平面透視した平面図である。また、図４は、図３のＢ−Ｂ断面における水晶片の断面図である。
【００１２】
（水晶デバイスの概略構成）
水晶デバイスは、例えば、全体として略直方体形状となっている電子部品である。水晶デバイスは、例えば、長辺または短辺の長さが、０．６ｍｍ〜２．０ｍｍであり、上下方向の厚さが、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍとなっている。
【００１３】
水晶デバイスは、例えば、凹部が形成されている素子搭載部材１１０と、凹部に収容されている水晶素子１２０と、凹部を塞ぐ蓋体１３０と、素子搭載部材１１０に水晶素子１２０を接着実装するための導電性接着剤１４０と、から構成されている。
【００１４】
素子搭載部材１１０の凹部は、蓋体１３０によって封止され、その内部は、例えば、真空とされ、または適当なガス（例えば、窒素）が封入されている。
【００１５】
素子搭載部材１１０は、例えば、素子搭載部材１１０の主体となる基板部１１０ａと、基板部１１０ａの上面の縁部に沿って設けられている枠部１１０ｂと、水晶素子１２０を実装するための搭載パッド１１１と、水晶デバイスを不図示の回路基板部等に実装するための外部端子１１２と、からなる。素子搭載部材１１０には、基板部１１０ａの上面の縁部に沿って枠状の枠部１１０ｂが設けられ、凹部が形成されている。
【００１６】
基板部１１０ａおよび枠部１１０ｂは、セラミック材料等の絶縁材料からなる。搭載パッド１１１および外部端子１１２は、例えば、金属等からなる導電層により構成されており、基板部１１０ａ内に配置された導体（図示せず）によって互いに電気的に接続されている。蓋体１３０は、例えば、金属から構成され、素子搭載部材１１０、具体的には、枠部１１０ｂの上面にシーム溶接等により接合されている。
【００１７】
水晶素子１２０は、例えば、水晶片１２１に電圧を印加するための、一対の励振電極１２２ａと、水晶素子１２０を搭載パッド１１１に実装するための一対の引出部１２２ｂと、励振電極部１２２ａと引出部１２２ｂとを電気的に接続されるための配線部１２２ｃと、を有している。
【００１８】
水晶片１２１は、いわゆるＡＴカット水晶片である。すなわち、水晶において、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光軸）からなる直交座標系ＸＹＺを、Ｘ軸まわりに３０°以上５０°以下（一例として、３５°１５′）回転させて直交座標系ＸＹ´Ｚ´を定義したとき、ＸＺ´平面に平行に切り出された板状である。
【００１９】
一対の励振電極部１２２ａおよび一対の引出部１２２ｂは、金属等からなる導電性材料により構成されている。一対の励振電極部１２２ａは、例えば、水晶片１２１の両主面の中央側に設けられている。一対の配線部１２２ｃは、例えば、励振電極部１２２ａからＸ軸方向の一方向側（例えば、−Ｘ方向側）に延びている。一対の引出部１２２ｂは、水晶片１２１の所定の一辺の端部に沿って設けられており、一対の配線部１２２ｃと接続されている。
【００２０】
水晶素子１２０は、主面を素子搭載部材１１０の基板部１１０ａの上面に対向させて、素子搭載部材１１０の凹部内に収容される。引出部１２２ｂは、素子搭載部材１１０の基板部１１０ａに設けられている搭載パッド１１１に導電性接着剤１４０により接着されている。これにより、水晶素子１２０は、素子搭載部材１１０に片持ち梁のように支持されている。また、一対の励振電極部１２２ａは、素子搭載部材１１０の一対の搭載パッド１１１と電気的に接続され、ひいては、素子搭載部材１１０の外部端子１１２のいずれか二つと電気的に接続されている。
【００２１】
このようにして構成された水晶デバイスは、例えば、不図示の回路基板の実装面に素子搭載部材の下面を対向させて配置され、外部端子１１２が半田などにより回路基板の実装パッドに接合されることによって回路基板に実装される。回路基板には、例えば、発振回路が構成されている。発振回路は、外部端子１１２および搭載パッド１１１を介して一対の励振電極部１２２ａに交番電圧を印加して発振信号を生成する。このとき、発振回路は、例えば、水晶片１２１に厚みすべり振動のうち基本波振動を利用する。
【００２２】
（水晶素子の形状）
図３（ａ）は、本実施形態に係る水晶素子１２０の上面を平面視した平面図であり、図３（ｂ）は、本実施形態に係る水晶素子１２０の下面を上面から平面透視した平面図である。また、図４は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面における水晶片１２１の断面図であり、本実施形態に係る水晶素子１２０の断面図である。
【００２３】
本実施形態では、水晶素子１２０を素子搭載部材１１０に実装した場合に、素子搭載部材１１０の基板部１１０ａの上面と略平行となっている面を主面とし、水晶素子１２０から素子搭載部材１１０の基板部１１０ａに向かう向きを下方向、素子搭載部材１１０の基板部１１０ａから水晶素子１２０へ向かう向きを上方向として説明する。
【００２４】
素子搭載部材１１０の基板部１１０ａを向く水晶素子１２０の面を水晶素子１２０の下面とし、水晶素子１２０の下面と反対側を向く水晶素子１２０の面を水晶素子１２０の上面とする。また、水晶素子１２０の上面および水晶素子１２０の下面を水晶素子１２０の主面とする。同様に、基板部１１０ａを向く水晶片１２１の面を水晶片１２１の下面とし、水晶片１２１の下面と反対側を向く水晶片１２１の面を水晶片１２１の上面とする。また、水晶片１２１の上面および水晶片１２１の下面を水晶片１２１の主面とする。同様に、基板部１１０ａを向く振動部１２１ａの面を振動部１２１ａの下面とし、
振動部１２１ａの下面と反対側を向く振動部１２１ａの面を振動部１２１ａの上面とする。また、振動部１２１ａの上面および振動部１２１ａの下面を振動部１２１ａの主面とする。
【００２５】
また、後述する振動部１２１ａに備えられている凸部（Ｍ１、Ｍ２）であって、基板部１１０ａと反対側に突出している凸部を第一凸部Ｍ１とし、基板部１１０ａ側に突出している凸部を第二凸部Ｍ２とする。このとき、基板部１１０ａの上面と略平行となっている第一凸部Ｍ１の面を第一凸部Ｍ１の主面とし、基板部１１０ａの上面と略平行となっている第二凸部Ｍ２の面を第二凸部Ｍ２の主面とする。
【００２６】
なお、振動部１１２ａの上面および第一凸部Ｍ１の主面は同一の意味で用いており、水晶素子１２０の上面および水晶片１２１の上面は同一の意味で用いている。また、水晶素子１２０の上面、水晶片１２１の上面、振動部１２１ａの上面および第一凸部Ｍ１の主面は、同一平面上に位置している。また、振動部１２１ａの下面および第二凸部１２２ｂの主面は、同一の意味で用いている。また、水晶素子１２０の下面、水晶片１２１の下面、振動部１２１ａの下面および第二凸部Ｍ２の主面は、同一平面上に位置している。
【００２７】
水晶素子１２０は、第一凸部Ｍ１および第二凸部Ｍ２を備えた水晶片１２１と、励振電極部１２２ａ、引出部１２２ｂおよび配線部１２２ｃからなる金属パターン１２２と、から構成されている。
【００２８】
水晶片１２１は、いわゆるメサ型のものであり、互いに対向する方向に突出している第一凸部Ｍ１および第二凸部Ｍ２を有する振動部１２１ａ、傾斜部１２１ｂおよび周辺部１２１ｃから構成されている。このような形状にすることにより、平板状の水晶片を用いた場合と比較して、エネルギー閉じ込め効果を向上させることができ、ひいては、等価直列抵抗値を小さくすることができる。水晶片１２１の形状は、平面視すると、略矩形形状となっており、その主面は、Ｘ軸に平行な長辺およびＺ´軸に平行な短辺を有する矩形である。このような水晶片１２１は、Ｘ軸方向を長手方向としている。
【００２９】
振動部１２１ａは、例えば、ＸＺ´平面に平行な一対の主面を有する薄型直方体であり、その主面は、Ｘ軸に平行な長辺およびＺ´軸に平行な短辺を有する矩形である。この振動部１２１ａの両主面（第一凸部Ｍ１の主面および第二凸部Ｍ２の主面）には、一対の励振電極部１２２ａが設けられている。この一対の励振電極部１２２ａに交番電圧を印加すると、逆圧電効果および圧電効果により、励振電極部１２２ａに挟まれている振動部１２２ａの一部を厚みすべり振動させることができる。このとき、この厚みすべり振動は、励振電極部１２２ａに挟まれている部分から励振電極部１２２ａに挟まれていない
振動部１２１ａの外縁へも厚みすべり振動が伝搬している。また、厚みすべり振動だけでなく、副次的な振動として、屈曲振動および輪郭振動も生じている。
【００３０】
前述したように、本実施形態では、振動部１２１ａに備えられている凸部であって、基板部１１０ａと反対側に突出している凸部を第一凸部Ｍ１とし、基板部１１０ａ側に突出している凸部を第二凸部Ｍ２としている。
【００３１】
第一凸部Ｍ１は、振動部１２２ａの一部であり、素子搭載部材１１０に実装したときに、上側に突出している凸部である。第一凸部Ｍ１は、図３（ａ）に示したように、水晶片１２１の上面を平面視したときに、Ｘ軸に平行な長辺およびＺ´軸に平行な短辺を有する矩形となっている。また、第一凸部Ｍ１の外縁に沿って傾斜部１２１ｂが設けられている。また、第一凸部Ｍ１は、図４に示したように水晶素子１２０をＸ軸方向に断面視した場合、第一凸部Ｍ１の両端部に、金属パターン１２２に交番電圧を印加した際に主振動である厚みすべり振動でなく副次的な振動として生じる屈曲振動の節が位置している。
【００３２】
ここで、水晶片１２１の一方の短辺（一対の引出部１２２ｂが設けられている水晶片１２１の短辺）側を向く第一凸部Ｍ１の辺ａ１と水晶片１２１の他方の短辺側を向く第一凸部Ｍ１の辺ａ２との距離を、第一距離Ｍｘｕとする。別の観点では、第一距離Ｍｘｕは、水晶片１２１の長辺に平行な第一凸部Ｍ１の長さである。
【００３３】
第二凸部Ｍ２は、振動部１２２ａの一部であり、素子搭載部材１１０に実装したときに、下側（基板部１１０ａ側）に突出している凸部である。第二凸部Ｍ２は、図３（ｂ）に示したように、水晶片１２１の下面を上面側から平面透視したときに、Ｘ軸に平行な長辺およびＺ´軸に平行な短辺を有する矩形となっている。また、第二凸部Ｍ２の外縁に沿って傾斜部１２１ｂが設けられている。また、第二凸部Ｍ２は、図４に示したように水晶素子１２０をＸ軸方向に断面視した場合、第二凸部Ｍ２の両端部に、
金属パターン１２２に交番電圧を印加した際に主振動である厚みすべり振動でなく副次的な振動として生じる屈曲振動の節が位置している。
【００３４】
ここで、水晶片１２１の一方の短辺（一対の引出部１２２ｂが設けられている水晶片１２１の短辺）側を向く第二凸部Ｍ２の辺ａ３と水晶片１２１の他方の短辺側を向く第二凸部Ｍ２の辺ａ４との距離を、第二距離Ｍｘｄとする。別の観点では、第二距離Ｍｘｄは、水晶片１２１の長辺に平行な第二凸部Ｍ２の長さである。
【００３５】
傾斜部１２１ｂは、水晶片１２１を平面視して、振動部１２１ａの縁部に沿って設けられている。傾斜部１２１ｂは、図４に示したように、振動部１２１ａから周辺部１２１ｃにかけて、その上下方向の厚みが徐々に薄くなっている。
【００３６】
周辺部１２１ｃは、水晶片１２１を平面視して、傾斜部１２１ｂの外縁に沿って設けられている。周辺部１２１ｃの上下方向の厚みは、振動部１２１ａの上下方向の厚み（第一凸部Ｍ１の主面から第二凸部Ｍ２の主面までの距離）と比較して薄くなっている。
【００３７】
ここで、副次的な振動として生じる輪郭振動および屈曲振動について説明する。輪郭振動および屈曲振動は、主力変位がＸ軸と平行な向きとなっており、主振動である厚みすべり振動の主力変位と同じ方向に変位している。屈曲振動は、振動部１２２ａの上下方向の厚みに依存している。また、輪郭振動は、ＸＺ´平面の寸法に依存している。
【００３８】
このような水晶片は、前述したように、水晶片１２１の短辺に平行な第一凸部Ｍ１の辺ａ１、ａ２および第二凸部Ｍ２の辺ａ３、ａ４上に、励振電極部１２２ａに電圧を印加したときに生じる屈曲振動の節部が位置している。このようにすることで、振動状態の異なる振動部１２１ａと傾斜部１２１ｂおよび周辺部１２１ｃとの境界部分における屈曲振動の反射の影響を低減させることができる。また、このような水晶片１２１は、第一距離Ｍｘｕ（水晶片１２１の長辺に平行な第一凸部Ｍ１の長さ）と第二距離Ｍｘｄ（水晶片１２１の長辺に平行な第二凸部Ｍ２の長さ）とが異なっており、
その差が、副次的な振動である屈曲振動の波長λを２で割った商の整数倍となっている。つまり、（Ｍｘｕ−Ｍｘｄ）＝λ×（ｎ＋１）／２（ｎ：整数）となっているといえる。このようにすることで、副次的な振動である屈曲振動および輪郭振動が分散させることができ、かつ、屈曲振動の節となる部分が第一凸部Ｍ１および第二凸部Ｍ２の両端部に位置するようにすることができる。このため、このような水晶片１２１を用いることで、副次的な振動である屈曲振動の振動状態が異なる振動部１２１ａと傾斜部１２１ｂを含む周辺部１２１ｃとの境界部分における屈曲振動の反射の影響を低減させることが可能となると同時に、
第一凸部Ｍ１で生じる副次的振動である輪郭振動と第二凸部Ｍ２で生じる副次的な振動である輪郭振動とを分散させることができ、副次的な振動である屈曲振動および輪郭振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を軽減させることが可能となる。この結果、副次的な振動である屈曲振動および輪郭振動により電気的特性が悪化することを低減させることができる。
【００３９】
また、水晶片１２１は、水晶片１２１を平面視して、水晶片１２１の一方の短辺と一方の短辺側を向く第一凸部Ｍ１の辺ａ１との距離Ｄ１と、水晶片１２１の一方の短辺と一方の短辺側を向く第二凸部Ｍ２の辺ａ３との距離Ｄ３との差が、屈曲振動の波長λを２で割った商の整数倍となっている。従って、このような水晶素子１２０は、（Ｄ３―Ｄ１）＝（ｎ＋１）×λ／２（ｎは整数）を満たしているといえる。このようにすることで、副次的な振動である屈曲振動が、水晶片１２１の一方の短辺（引出部１２２ｂが設けられている水晶片１２１の短辺）側へ漏れ伝搬したとしても、
水晶片１２１の一方の短辺上に屈強振動の節となる部分を位置するようにすることができ、水晶片１２１の一方の短辺側の縁部において屈曲振動が反射し、主振動である厚みすべり振動に与える影響を低減させることができる。この結果、この結果、副次的な振動である屈曲振動により電気的特性が悪化することを低減させることができる。
【００４０】
また、このような水晶片１２１は、水晶片１２１を平面視して、水晶片１２１の他方の短辺と他方の短辺側を向く第一凸部Ｍ１の辺ａ２との距離Ｄ２と、水晶片１２１の他方の短辺と他方の短辺側を向く第二凸部Ｍ２の辺ａ４との距離Ｄ４との差が、屈曲振動の波長λを２で割った商の整数倍となっている。従って、このような水晶素子１２０は、（Ｄ４―Ｄ２）＝ｎ×λ／２（ｎは整数）を満たしているといえる。このようにすることで、副次的な振動である屈曲振動が、水晶片１２１の他方の短辺側へ漏れ伝搬したとしても、水晶片１２１の他方の短辺上に屈曲振動の節となる部分が位置するようにすることができ、
水晶片１２１の他方の短辺側の縁部において屈曲振動が反射し、主振動である厚みすべり振動に与える影響を低減させることができる。この結果、この結果、副次的な振動である屈曲振動により電気的特性が悪化することを低減させることができる。
【００４１】
また、このような水晶片１２１は、第一距離Ｍｘｕ（水晶片１２１の長辺に平行な第一凸部Ｍ１の長さ）が、第二距離Ｍｘｄ（水晶片１２１の長辺に平行な第二凸部Ｍ２の長さ）よりも長くなっている。従って、このような水晶素子１２０は、Ｍｘｕ＞Ｍｘｄとなっている。つまり、水晶素子１２０を素子搭載部材１１０に実装した場合に、素子搭載部材１１０の基板部１１０ａ側の凸部（第二凸部Ｍ２）の大きさが小さくなっているといえる。水晶デバイスとして用いる場合、水晶片１２１の周辺部１２１ｃの下面側に導電性接着剤１４０が接着されることとなるので、
このようにすることで、第二凸部Ｍ２と導電性接着剤１４０とをより遠ざけることが可能となる。このため、このような水晶片１２１を水晶デバイスに用いた場合に、導電性接着剤１４０により主振動である厚みすべり振動の振動が阻害されることを低減させることができ、電気的特性が悪化することをより低減させることができる。
【００４２】
また、水晶片１２１は、水晶片１２１の一方の短辺と水晶片１２１の一方の短辺側を向く第一凸部Ｍ１の辺ａ１との距離Ｄ１が、水晶片１２１の一方の短辺と水晶片１２１の一方の短辺側を向く第二凸部Ｍ２の辺ａ３との距離より短くなっており、水晶片１２１の他方の短辺と水晶片１２１の他方の短辺側を向く第一凸部Ｍ１の辺ａ２との距離Ｄ２と、水晶片１２１の他方の短辺と水晶片１２１の他方の短辺側を向く第二凸部Ｍ２の辺ａ４との距離Ｄ４とが同じとなっている。
従って、このような水晶片１２１は、（Ｄ３−Ｄ１）＞０となっており、かつ、（Ｄ２−Ｄ４）＝０となっているといえる。このようにすることで、水晶片１２１の一方の端部側においては、屈曲振動の厚みすべり振動への影響を低減させると同時に導電性接着剤１４０の厚みすべり振動への影響を抑えつつ、水晶片１２１の他方の端部側においては、屈曲振動の厚みすべり振動への影響を低減させることができる。この結果、電気的特性が悪化することを低減させることができる。
【００４３】
ここで、このような水晶片１２１の形成方法について説明する。このような水晶片１２１の形成方法は、例えば、水晶ウエハ用意工程、第一エッチング工程および第二エッチング工程から構成される。水晶ウエハ用意工程では、まず、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とからなる結晶軸を有した水晶ウエハを用意する。このとき、水晶ウエハの上下方向の厚みは、振動部１２１ａの上下方向の厚みと同じとなっている。また、水晶ウエハの主面が振動部１２１ａの主面と同じカットアングルとなっている。従って、水晶ウエハの主面は、Ｘ軸とＺ軸と平行になっている面を、
Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに所定の角度回転させた面と平行となっている。
【００４４】
第一エッチング工程では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術が用いられる。まず、水晶ウエハの両主面上に保護金属膜が設けられ、この保護金属膜上に感光性レジストが塗布され、所定のパターンに露光・現像される。このとき、水晶ウエハを平面視すると、水晶片１２１となる部分には感光性レジストが残っている。その後、所定のエッチング溶液に浸漬させ、水晶ウエハをエッチングする。上述したようにすることで、複数の水晶片１２１がその一部が連結された状態で水晶ウエハ内に形成することができる。
【００４５】
第二エッチング工程では、水晶ウエハの両種面に保護金属膜を設け、保護金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光・現像する。このとき、水晶ウエハを平面視すると、振動部１２１ａとなる部分には感光性レジストが残っており、傾斜部１２１ｂおよび周辺部１２１ｃとなる部分には感光性レジストが残っていない。その後、所定のエッチング溶液に浸漬させ、エッチングされた水晶ウエハの上下方向の厚みが周辺部１２１ｃの上下方向の厚みとなるまで、水晶ウエハをエッチングする。最後に水晶ウエハに残っている感光性レジストおよび保護金属膜を剥離させる。なお、本実施形態では、水晶片１２１となる部分の外形を形成し振動部１２１ａとなる部分を形する場合について説明しているが、振動部１２１ａとなる部分を形成した後、水晶片１２１となる部分の外形を形成してもよい。
【００４６】
次に、水晶片１２１の各寸法の実施例について説明する。水晶片１２１は、平面視して、略矩形形状となっており、長辺の寸法が、０．４ｍｍ〜１．０ｍｍとなっており、短辺の寸法が、０．３ｍｍ〜０．７ｍｍとなっている。第一凸部Ｍ１の主面は、略矩形となっており、水晶片１２１の長辺に平行な寸法が０．２ｍｍ〜０．８ｍｍとなっており、水晶片１２１の短辺に平行な寸法が０．２ｍｍ〜０．６ｍｍとなっている。第二凸部Ｍ２の主面は、略矩形となっており、水晶片１２１に長辺に平行な寸法が、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍとなっており、
水晶片１２１の短辺に平行な寸法が０．２ｍｍ〜０．６ｍｍとなっている。第一凸部Ｍ１の主面から第二凸部Ｍ２の主面までの距離（振動部１２１ａの上下方向の厚み）は、３０μｍ〜７０μｍとなっている。また、周辺部１２１ｃの上下方向の厚みは、１０μｍ〜６５μｍとなっている。
【００４７】
このような水晶片１２１に設けられている金属パターン１２２は、水晶素子１２０の外部から電圧を印加するためのものである。金属パターン１２２は、一層となっていてもよいし、複数の金属層が積層されていてもよい。金属パターン１２２は、特に図示しないが、例えば、第一金属層と、第一金属層上に積層されている第二金属層と、からなる。第一金属層は、水晶と密着性のよい金属が用いられ、例えば、ニッケル、クロムまたはチタンのいずれか一つが用いられる。水晶と密着性のよい金属を用いることで、水晶と密着しにくい金属材料を第二金属層に用いることができる。
第二金属層は、例えば、金、金を含む合金、銀または銀を含む合金のいずれか一つが用いられる。このように第二金属層は、金属材料の中で電気抵抗が比較的低く、安定した材料が用いられる。電気抵抗率が比較的低い材料を用いることで、金属パターン１２２自身の抵抗率を低くすることができ、この結果、水晶素子１２０の等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることができる。また、安定した金属材料を第二金属層に用いることで、水晶素子１２０が存在する周囲の空気と反応し金属パターン１２２の重さが変化し水晶素子１２０の周波数が変化することを低減させることができる。
【００４８】
励振電極部１２２ａは、振動部１２１ａに電圧を印加するためのものである。励振電極部１２２ａは、一対となっている。励振電極部１２１ａは、水晶素子１２０を平面視して、略矩形形状となっており、励振電極部１２２ａの外縁が振動部１２２ａの外縁より内側に位置するように設けられている。一方の励振電極部１２２ａは、振動部１２１ａの上面（第一凸部Ｍ１の主面）に設けられており、他方の励振電極部１２２ａは、振動部１２１ａの下面（第二凸部Ｍ２の主面）に設けられている。
【００４９】
引出部１２２ｂは、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、素子搭載部材１１０に実装するためのものである。引出部１２２ｂは、素子搭載部材１１０の基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１と導電性接着剤１４０によって電気的に接着される。また、引出部１２２ｂは、一対となっており、水晶片１２１の所定の一辺に沿って二つ並んで設けられている。
【００５０】
配線部１２２ｃは、励振電極部１２２ａと引出部１２２ｂとを電気的に接続するためのものであり、水晶片１２１の表面に設けられている。配線部１２２ｃは、一端が励振電極部１２２ａに接続されており、他端が引出部１２２ｂに接続されている。また、配線部１２２ｃは、例えば、励振電極部１２２ａからＸ軸に平行な向きでかつ−Ｘ軸方向に延びるように設けられている。
【００５１】
ここで、励振電極部１２２ａ、引出部１２２ｂおよび配線部１２２ｃからなる金属パターン１２２を水晶片１２１に形成する方法について説明する。ここでは、金属パターン１２２をフォトリグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、一体的に形成する場合を例に説明する。まず、水晶片１２１となる部分が連結されている水晶ウエハを用意し、この水晶ウエハの両主面に金属パターン１２２となる金属膜を形成する。次に、この金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光・現像する。現像後には、金属パターン１２２となる部分に感光性レジストが残っている状態となっている。
その後、所定のエッチング溶液に浸漬させ、感光性レジストが残っていない部分の金属膜を除去し、最後に、残っている感光性レジストを除去する。このようにすることで、水晶片１２１の所定の部分に金属パターン１２２を形成している。なお、励振電極部１２２ａ、引出部１２２ｂおよび配線部１２２ｃを同時に形成している場合について説明しているが、それぞれ別々に形成してもよいし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いずに、スパッタリング技術または蒸着技術を用いて形成してもよいし、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術と蒸着技術またはスパッタリング技術とを組み合わせて形成してもよい。
【００５２】
従って、本実施形態では、互いに対向する方向に突出している第一凸部Ｍ１および第二凸部Ｍ２を有する振動部１２１ａおよび振動部１２１ａの外縁に沿って配置され振動部１２１ａより厚みが薄い周辺部１２１ｃを備え、平面視して略矩形形状となっている水晶片１２１と、第一凸部Ｍ１の上面および第二凸部Ｍ２の下面に設けられている一対の励振電極部１２２ａと、水晶片１２１の一方の短辺に沿って並んで設けられている一対の引出部１２２ｂと、一端が励振電極部１２２ａに接続されており、他端が引出部１２２ｂに接続されている配線部１２２ｃと、からなる水晶素子１２０であって、
水晶片１２１を平面視して、第一凸部Ｍ１および第二凸部Ｍ２が略矩形形状となっており、水晶片１２１の短辺に平行な第一凸部Ｍ１の辺ａ１、ａ２および第二凸部Ｍ２の辺ａ３、ａ４上に、励振電極部１２２ａに電圧を印加したときに生じる屈曲振動の節部が位置しており、水晶片１２１の長辺に平行な第一凸部Ｍ１の長さＭｘｕと水晶片１２１の長辺に平行な第二凸部Ｍ２の長さＭｘｄとの差が、屈曲振動の波長λを２で割った商の整数倍となっている。
【００５３】
このような水晶素子１２０は、水晶片１２１の短辺に平行な第一凸部Ｍ１の辺ａ１、ａ２および第二凸部Ｍ２の辺ａ３、ａ４上に、励振電極部１２２ａに電圧を印加したときに生じる屈曲振動の節部が位置している。このようにすることで、振動状態の異なる振動部１２１ａと傾斜部１２１ｂおよび周辺部１２１ｃとの境界部分における屈曲振動の反射の影響を低減させることができる。
【００５４】
また、このような水晶片１２１は、第一距離Ｍｘｕ（水晶片１２１の長辺に平行な第一凸部Ｍ１の長さ）と第二距離Ｍｘｄ（水晶片１２１の長辺に平行な第二凸部Ｍ２の長さ）とが異なっており、その差が、副次的な振動である屈曲振動の波長λを２で割った商の整数倍となっている。つまり、（Ｍｘｕ−Ｍｘｄ）＝λ×（ｎ＋１）／２（ｎ：整数）となっているといえる。このようにすることで、副次的な振動である屈曲振動および輪郭振動が分散させることができ、かつ、屈曲振動の節となる部分が第一凸部Ｍ１および第二凸部Ｍ２の両端部に位置するようにすることができる。
【００５５】
また、このような水晶片１２１を用いることで、副次的な振動である屈曲振動の振動状態が異なる振動部１２１ａと傾斜部１２１ｂを含む周辺部１２１ｃとの境界部分における屈曲振動の反射の影響を低減させることが可能となると同時に、第一凸部Ｍ１で生じる副次的振動である輪郭振動と第二凸部Ｍ２で生じる副次的な振動である輪郭振動とを分散させることができ、副次的な振動である屈曲振動および輪郭振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を軽減させることが可能となる。この結果、副次的な振動である屈曲振動および輪郭振動により電気的特性が悪化することを低減させることができる。
【００５６】
また、本実施形態に係る水晶素子１２０は、水晶片１２１を平面視して、水晶片１２１の一方の短辺と一方の短辺側を向く第一凸部Ｍ１の辺ａ１との距離Ｄ１と、水晶片１２１の一方の短辺と一方の短辺側を向く第二凸部Ｍ２の辺ａ３との距離Ｄ３との差が、屈曲振動の波長λを２で割った商の整数倍となっている。
【００５７】
従って、このような水晶素子１２０は、（Ｄ３―Ｄ１）＝（ｎ＋１）×λ／２（ｎは整数）を満たしているとえる。このようにすることで、副次的な振動である屈曲振動が、水晶片１２１の一方の短辺（引出部１２２ｂが設けられている水晶片１２１の短辺）側へ漏れ伝搬したとしても、水晶片１２１の一方の短辺上に屈強振動の節となる部分を位置するようにすることができ、水晶片１２１の一方の短辺側の縁部において屈曲振動が反射し、主振動である厚みすべり振動に与える影響を低減させることを低減させることができる。この結果、この結果、副次的な振動である屈曲振動により電気的特性が悪化することを低減させることができる。
【００５８】
また、本実施形態に係る水晶素子１２０は、水晶片１２１を平面視して、水晶片１２１の他方の短辺と他方の短辺側を向く第一凸部Ｍ１の辺ａ２との距離Ｄ２と、水晶片１２１の他方の短辺と他方の短辺側を向く第二凸部Ｍ２の辺ａ４との距離Ｄ４との差が、屈曲振動の波長λを２で割った商の整数倍となっている。
【００５９】
従って、このような水晶素子１２０は、（Ｄ４―Ｄ２）＝ｎ×λ／２（ｎは整数）を満たしているとえる。このようにすることで、副次的な振動である屈曲振動が、水晶片１２１の他方の短辺側へ漏れ伝搬したとしても、水晶片１２１の他方の短辺上に屈曲振動の節となる部分が位置するようにすることができ、水晶片１２１の他方の短辺側の縁部において屈曲振動が反射し、主振動である厚みすべり振動に与える影響を低減させることを低減させることができる。この結果、この結果、副次的な振動である屈曲振動により電気的特性が悪化することを低減させることができる。
【００６０】
また、本実施形態に係る水晶素子１２０は、水晶片１２１の長辺に平行な第一凸部Ｍ１の長さＭｘｕが、水晶片１２１の長辺に平行な第二凸部Ｍ２の長さＭｘｄよりも長くなっている。従って、このような水晶素子１２０は、Ｍｘｕ＞Ｍｘｄとなっている。つまり、水晶素子１２０を素子搭載部材１１０に実装した場合に、素子搭載部材１１０の基板部１１０ａ側の凸部（第二凸部Ｍ２）の大きさが小さくなっているといえる。水晶デバイスとして用いる場合、水晶片１２１の周辺部１２１ｃの下面側に導電性接着剤１４０が接着されることとなるので、このようにすることで、
第二凸部Ｍ２と導電性接着剤１４０とをより遠ざけることが可能となる。このため、このような水晶片１２１を水晶デバイスに用いた場合に、導電性接着剤１４０により主振動である厚みすべり振動の振動が阻害されることを低減させることができ、電気的特性が悪化することをより低減させることができる。
【００６１】
また、本実施形態に係る水晶素子１２０は、水晶片１２１の一方の短辺と水晶片１２１の一方の短辺側を向く第一凸部Ｍ１の辺ａ１との距離Ｄ１が、水晶片１２１の一方の短辺と水晶片１２１の一方の短辺側を向く第二凸部Ｍ２の辺ａ３との距離Ｄ３より短くなっており、水晶片１２１の他方の短辺と水晶片１２１の他方の短辺側を向く第一凸部Ｍ１の辺ａ２との距離Ｄ２と、水晶片１２１の他方の短辺と水晶片１２１の他方の短辺側を向く第二凸部Ｍ２の辺ａ４との距離Ｄ４とが同じとなっている。
【００６２】
従って、このような水晶片１２１は、（Ｄ３−Ｄ１）＞０となっており、かつ、（Ｄ２−Ｄ４）＝０となっているといえる。このようにすることで、水晶片１２１の一方の端部側においては、屈曲振動の厚みすべり振動への影響を低減させると同時に導電性接着剤１４０の厚みすべり振動への影響を抑えつつ、水晶片１２１の他方の端部側においては、屈曲振動の厚みすべり振動への影響を低減させることができる。この結果、電気的特性が悪化することを低減させることができる。
【００６３】
本実施形態に係る水晶デバイスは、前述した水晶素子１２０と、水晶素子１２０が実装される素子搭載部材１１０と、素子搭載部材１１０と接合され水晶素子１２０を気密封止する蓋体１３０と、を有している。このように電気的特性が悪化することを低減させた水晶素子１２０を水晶デバイスに用いているので、水晶デバイスの電気的特性が悪化することを低減させた水晶デバイスをええることができる。
【００６４】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の形態で実施されてよい。
【００６５】
水晶素子を有するデバイスは、水晶振動子に限定されない。例えば、水晶素子に加えて、水晶素子に電圧を印加して発振信号を生成する集積回路素子を有する発振器であってもよい。また、例えば、水晶デバイスは、恒温槽付きであってもよい。水晶デバイスにおいて、水晶素子をパッケージングする素子搭載部材の構造は、適宜構成されてよい。例えば、素子搭載部材は、上面および下面に凹部を有する断面Ｈ型形状であってもよいし、平板状であってもよい。
【００６６】
水晶素子の形状および寸法は、実施形態において例示したものに限定されず、適宜設定されてもよい。励振電極部の形状は、平面視して、略矩形に限定されず、例えば、楕円形状であってもよい。
【００６７】
水晶素子の製造方法は、実施形態においてレジしたものに限定されない。本実施形態では、第一エッチング工程および第二エッチング工程を経て、水晶片となる部分を形成した後、凸部となる部分を形成している場合について説明しているが、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて形成することができれば、第一エッチング工程と第二エッチング工程を同時に行ってもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１１０・・・素子搭載部材
１１０ａ・・・基板部
１１０ｂ・・・枠部
１１１・・・搭載パッド
１１２・・・外部端子
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶片
１２１ａ・・・振動部
１２１ｂ・・・傾斜部
１２１ｃ・・・周辺部
１２２・・・金属パターン
１２２ａ・・・励振電極部
１２２ｂ・・・引出部
１２２ｃ・・・配線部
Ｍ１・・・第一凸部
Ｍ２・・・第二凸部
１３０・・・蓋体
１４０・・・導電性接着剤
ａ１・・・水晶片の一方の短辺側を向く第一凸部の辺
ａ２・・・水晶片の他方の短辺側を向く第一凸部の辺
ａ３・・・水晶片の一方の短辺側を向く第二凸部の辺
ａ４・・・水晶片の他方の短辺側を向く第二凸部の辺
Ｄ１・・・水晶片の一方の短辺からａ１までの距離
Ｄ２・・・水晶片の他方の短辺からａ２までの距離
Ｄ３・・・水晶片の一方の短辺からａ３までの距離
Ｄ４・・・水晶片の他方の短辺からａ４までの距離
Ｍｘｕ・・・第一距離
Ｍｘｄ・・・第二距離
【図１】
0006687471.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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