(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状に形成されたＡＴカットの水晶基板の板面に、周辺部よりも厚み寸法の大きい振動部を有するメサ型圧電振動片であって、
段差部の堀量をＭｄ、水晶基板の長辺の長さをｘ、振動部の板厚をｔとした時に、前記板厚ｔを基準として、前記段差部の堀量Ｍｄの前記板厚ｔに対する比の百分率をｙとすると、
前記ｙが、ｙ＝−１．３２×（ｘ／ｔ）＋４２．８７、及びｙ≦３０の関係を満足し、且つ前記水晶基板の長辺の長さｘの前記振動部の板厚ｔに対する辺比ｘ／ｔが３０以下であることを特徴とするメサ型圧電振動片。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電振動片に係り、特に振動部の厚み寸法を周辺部よりも大きくしたメサ型の
圧電振動片に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より製造されているＡＴカット水晶振動片は、質量の大きい部分に振動エネルギー
が集中するという特性を利用し、圧電基板の中央に励振電極を形成するというものであっ
た。このような構成とすることにより、圧電基板の周辺部を支持する構造を採った場合で
あっても振動特性に影響をおよぼすことが無く、所望の振動モードでの励振を確保できた
。しかし、圧電振動片を実装する振動子や発振器に対する小型化の要請が強くなる中で、
その核となる圧電振動片も小型化が要求されるようになった。圧電基板の面積が小さくな
ると、基板内における質量差が少なくなるため、振動エネルギーを振動部に集中させるこ
とが困難となった。そこで、振動部に振動エネルギーを閉じ込めることを目的として、圧
電基板の板面に周辺部よりも板厚の厚い振動部を形成した、メサ型やベベル型、コンベッ
クス型等の圧電振動片が開発された。例えば、特許文献１に記載されている圧電振動片が
それである。
【特許文献１】実開平６−５２２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
メサ型の圧電振動片は、ベベル型やコンベックス型の圧電振動片のようにテーパ構造や
曲面構造では無く、単純な段差構造を採っているため、エッチングによる加工が可能であ
り量産に適している。しかしながら、メサ型の圧電振動片の場合、振動部と周辺部との境
界が段差により明確に区切られているため、この段差の位置によっては屈曲モード等の不
要モードが主モードである厚み滑りモードに乗ってしまい、振動特性が悪化するというこ
とが生じることがある。また、メサ型の圧電振動片では、振動部と周辺部との段差を大き
くすることによりＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が低下するという傾向があること
が知られているが、段差を形成するための堀量を大きくしすぎると振動部に不要振動が生
じやすくなるということがある。また、堀量を大きくするためにエッチング時間を長くし
た場合、保護膜の劣化に伴うエッチング食われが生じることがある。すなわち、エッチン
グされるべきでない部位までもエッチングされてしまうという現象が生じてしまう。そし
て、エッチング食われの影響により製造される圧電振動片の形状にもバラツキが生じるこ
ととなる。
そこで、本発明では、上記問題を解決し、圧電基板の大きさに適したメサ堀量（堀量）
を選定したメサ型圧電振動片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】
【０００４】
上記目的を達成するための本発明に係るメサ型圧電振動片は、矩形状に形成されたＡＴカットの水晶基板の板面に、周辺部よりも厚み寸法の大きい振動部を有するメサ型圧電振動片であって、段差部の堀量をＭｄ、水晶基板の長辺の長さをｘ、振動部の板厚をｔとした時に、板厚ｔを基準として、前記段差部の堀量Ｍｄの前記板厚ｔに対する比の百分率をｙとすると、前記ｙが、ｙ＝−１．３２×（ｘ／ｔ）＋４２．８７、及びｙ≦３０の関係を満足し、且つ前記水晶基板の長辺の長さｘの前記振動部の板厚ｔに対する辺比ｘ／ｔが３０以下であることを特徴とする。このような構成とすることにより、堀量の割合をＣＩ値の特性変化がフラットとなる最小の値に設定することができる。このため、エッチング時間を必要最低限の時間とすることができ、エッチング食われによる圧電振動片の形状のバラツキを抑えることができる。また、堀量を少なく抑えることができ、不要振動との結合が少ないため、振動特性の悪化を招くこと無くＣＩ値を低下させることができる。すなわち、設計余裕度の高い圧電振動片を提供することが可能となる。
【０００５】
また、上記のような構成のメサ型圧電振動片においては、辺比ｘ／ｔを３０以下とする
ことが望ましい。辺比が３０より高くなると、算出される堀量の値が著しく小さくなるた
め、振動部を形成する効果が、振動部を形成するための時間と工程数に見合わなくなって
しまう。よって、辺比ｘ／ｔが３０以下の圧電基板に対してｙを求めて堀量を定め、振動
部を形成することにより、時間と工程数に見合った効果を得ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明のメサ型圧電振動片に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に
説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明の一部の実施形態に過ぎない。
【０００７】
図１は本発明に係るメサ型圧電振動片１０の形態を示す図である。なお、図１（Ａ）は
圧電振動片の平面形状を示す図であり、図１（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ断面を示す図で
ある。本実施形態の圧電振動片１０は、矩形に形成された圧電基板１２の板面に、周辺部
１６よりも板厚の厚い振動部１４を形成したメサ型のものである。具体的には、振動部１
４の各辺部は圧電基板１２の各辺部と平行に形成されており、振動部１４の板厚ｔと周辺
部の板厚ｔ´との差である堀量Ｍｄは、板厚ｔの３０％以下とされている。振動部１４は
、周辺部１６との境界となる段差部が、圧電基板１２に生じる不要モード（屈曲モード等
）の腹の位置にくるように形成されている。このような構成とすることにより不要モード
を抑圧することができ、振動特性を良好に保つことができる（図２参照）。このような形
状の圧電基板１２の振動部１４には、励振電極１８が形成されており、励振電極１８から
周辺部１６の支持部にかけて引出電極２０が形成されている。
【０００８】
このような構成の圧電振動片１０について、振動部１４を形成する際の圧電基板１２の
堀量ＭｄとＣＩ値との関係について、本願発明者等は種々の実験とシミュレーションを実
施し、図３に示すような傾向を見出した。図３に示された傾向によると、圧電振動片１０
のＣＩ値は、堀量Ｍｄを増加させることにより低下する傾向にあるが、堀量Ｍｄがある値
（図３では１５％）に達すると、それ以降は堀量Ｍｄを増加させてもＣＩ値の特性変化は
略フラットな状態となるのである。図３に示す堀量ＭｄとＣＩ値との関係は、圧電基板の
長辺ｘに対する辺比ｘ／ｔ、すなわち板厚ｔに対する長辺ｘの長さを表す比が２１．３の
圧電振動片に関するものである。
【０００９】
本願発明者等は、上記のような傾向を調査していく上で、堀量ＭｄとＣＩ値との関係に
は図４に示すような傾向があることも見出した。図４は、辺比ｘ／ｔを１６．２から２６
．３までの間で異ならせた圧電振動片について、堀量Ｍｄを種々変化させた場合における
堀量ＭｄとＣＩ値との関係を示す図である。図４から読みとれるように、辺比ｘ／ｔはＭ
ｄとＣＩ値との関係に影響をおよぼし、辺比ｘ／ｔが小さいほどＣＩ値の特性変化がフラ
ットとなるＭｄの値が大きくなるということが判る。
【００１０】
図１に示すような、いわゆるメサ型の圧電振動片１０を形成する場合、振動部１４とな
る部位を保護膜で覆い、周辺部１６となる部位をケミカルエッチング（エッチング）する
という方法で形状を整えることが一般的である。ここで、振動部１４を形成するために周
辺部１６をエッチングする場合、堀量Ｍｄを得るためのエッチング時間を長くすると、エ
ッチング箇所以外の箇所に施した保護膜が劣化し、エッチング食われが生じることがある
。そして、エッチング食われは、保護膜の状態や基板の状態に応じて個々に異なる傾向を
示すため、このエッチング食われの影響により基板形状のバラツキが大きくなることがあ
る。さらに、主要モードに対する不要モードの結合は、堀量Ｍｄの増加に伴うＣＩ値の低
下と逆の傾向を示す。このため、堀量Ｍｄを増加させた場合には、主モードである厚み滑
りモードに不要モードである屈曲モード等が乗りやすくなるため、振動特性の悪化を招く
可能性がある。このため、堀量Ｍｄとしては、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる最小の
値を選択することができれば、上述したエッチング食われや振動特性の悪化の可能性を低
くし、良好な振動特性を得ることができると考えられる。
【００１１】
そこで、本願発明者等はさらに鋭意研究を重ね、図５に示す関係を見出した。図５は、
辺比ｘ／ｔ毎に堀量Ｍｄを変化させてＣＩ値の変化を調べた際における、ＣＩ値の特性変
化がフラットとなる堀量Ｍｄの最小値Ｍｄ＿ｍｉｎを示すグラフである。辺比ｘ／ｔとＣ
Ｉ値の特性変化がフラットとなる堀量Ｍｄの最小値Ｍｄ＿ｍｉｎとの関係は、図５からも
読みとれるように、略比例関係にあるといえる。数式上堀量の最小値Ｍｄ＿ｍｉｎをｙで
示すと、堀量の最小値ｙは、板厚ｔを基準として、
【数１】
0004572807.tif 000002
と表すことができる。すなわち、板厚ｔのｙ％の厚みが堀量Ｍｄの最小値ということであ
る。したがって、本実施形態に係るメサ型の圧電振動片１０は、堀量Ｍｄの割合として、
数式１の関係を満たす圧電振動片である。なお、図５に破線で示す直線は、
【数２】
0004572807.tif 000003
の関係式を表すものである。
【００１２】
次に、本願発明者等は、上記数式１に示した関係式を実証するために、辺比ｘ／ｔが２
５の圧電基板をメサ型に形成する場合について、堀量Ｍｄを板厚ｔを基準として３．５％
から５０％まで変化させた場合の振動モードの変化を調べた。その結果を図６に示す。
【００１３】
数式１に辺比ｘ／ｔの値２５を代入してＭｄ＿ｍｉｎを算出すると、５％から１５％、数式２に代入すると９．７８％という値を得ることができる。このため、図６においては、Ｍｄが３．５％の場合は、堀量Ｍｄが若干足りなく、１０％から２０％程度までの間は、振動部に振動エネルギーを閉じ込めることができており、比較的良好な振動特性を示していることがわかる。しかし、堀量Ｍｄが３０％を越えると、屈曲モードが振動部に生じ、主モードである厚み滑りモードに屈曲モードが結合し、振動特性が著しく悪化していることがうかがえる。
【００１４】
以上より、数式１に基づいて堀量Ｍｄを定めることにより、圧電振動片のＣＩ値を低減
することができる。また、数式１によって算出される堀量の最小値Ｍｄ＿ｍｉｎは、ＣＩ
値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、堀量増大に伴う振動特性の悪化
や、エッチング食われによる形状のバラツキを低減することができる。また、Ｍｄ＿ｍｉ
ｎはＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、これに基づいて堀量を
定めることにより、エッチングによる加工時間を短縮することができ、生産性を増すこと
ができる。さらに、堀量増大に伴って２極化する傾向にある良否の製品を、良品として平
均化することが可能であるため、歩留りの向上にも寄与することとなる。また、Ｍｄ＿ｍ
ｉｎは、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値であるため、不要モードの結合
が少ない設計余裕度の高い圧電振動片とすることができる。
【００１５】
また、図５から読み取れるように、辺比ｘ／ｔが３０を越えると、Ｍｄ＿ｍｉｎの値は
著しく小さくなるため、圧電基板をメサ型に形成する必要性が無くなる。このため、上記
のような圧電振動片を製造する際には、辺比ｘ／ｔが３０以下の圧電基板を用いると良い
。これにより、製品としての圧電振動片は、製造に費やす時間と工程数に見合った効果を
奏するものとすることができる。
【００１６】
また、図６から読み取れるように、堀量Ｍｄが３０％を越えると上述したような不要モ
ードの抑圧効果を得ることができなくなってしまうことがあるため、堀量Ｍｄは３０％以
下とすると良い。
【００１７】
なお、本発明を実証するためのデータとして紹介した図３から図６のデータは、圧電基
板材料として水晶を用いて実験、及びシミュレーションを行ったデータである。また、上
記説明では、特に示していないが、本発明は、圧電基板として水晶以外の圧電材料を用い
た場合にも適用することができると考えられる。ただし、圧電基板の加工、すなわちメサ
加工の容易性等の側面から、圧電基板材料としては、水晶を用いることが望ましいと考え
られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るメサ型圧電振動片の形状を示す図である。
【図２】振動部の形成による屈曲モードの抑圧効果を示す図である。
【図３】ある辺比のメサ型圧電振動片における堀量とＣＩ値との関係を示すグラフである。
【図４】複数の辺比のメサ型圧電振動片における堀量とＣＩ値との関係を示すグラフである。
【図５】辺比の異なるメサ型圧電振動片において、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量の最小値を示すグラフである。
【図６】辺比２５のメサ型圧電振動片の堀量を変化させた場合における振動変位を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１９】
１０………圧電振動片、１２………圧電基板、１４………振動部、１６………周辺部、１
８………励振電極、２０………引出電極
【図１】
0004572807.tif 000004
【図２】
0004572807.tif 000005
【図３】
0004572807.tif 000006
【図４】
0004572807.tif 000007
【図５】
0004572807.tif 000008
【図６】
0004572807.tif 000009