(57)【要約】【課題】励振電極部および振動部によって、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させた水晶片を用いた水晶素子、および水晶デバイスを提供する。【解決手段】略直方体形状の振動部１２２と、振動部１２２の縁部に沿って振動部より上下方向の厚みが薄い周辺部１２３とから構成されている水晶片１２１と、振動部１２２に設けられている略矩形形状の一対の励振電極部１２５と、周辺部１２３の所定の一辺に沿って並んで設けられている一対の引出部１２７と、励振電極部１２５と引出部１２７とを電気的に接続している配線部１２６と、からなる水晶素子１２０であって、平面視して、所定の一辺に平行な振動部１２２の二つの辺の間の距離Ｄ１３が、所定の一辺に平行な励振電極部１２５の二つの辺の間の距離Ｄ１２より、長くなっており、励振電極部１２５が振動部１２２の内側に設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略直方体形状の振動部と、前記振動部の縁部に沿って前記振動部より上下方向の厚みが薄い周辺部とから構成されている平面視して矩形状の水晶片と、
前記水晶片の前記振動部に設けられている略矩形形状の一対の励振電極部と、
前記水晶片の前記周辺部の所定の一辺に沿って並んで設けられている一対の引出部と、
前記励振電極部と前記引出部とを電気的に接続している配線部と、
からなる水晶素子であって、
前記水晶素子を平面視して、
前記所定の一辺に平行な前記振動部の二つの辺の間の距離が、前記所定の一辺に平行な前記励振電極部の二つの辺の間の距離より、長くなっており、
前記励振電極部が前記振動部の内側に設けられている
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、
前記水晶素子を平面視して、
露出している前記振動部を挟むように位置している前記水晶片の前記所定の一辺に平行な前記振動部の辺と前記水晶片の前記所定の一辺に平行な前記励振電極部の辺との距離が、５μｍ以上５５μｍ以下となっている
ことを特徴とする水晶素子。
【請求項３】
請求項１および請求項２に記載の水晶素子であって、
前記水晶片の前記所定の一辺の中心を通る仮想垂線に対し、前記水晶片、前記振動部、および、前記励振電極部が線対称となっている
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、
前記水晶素子を平面視して、
前記励振電極部の中心が前記振動部の中心と重なっており、
前記水晶片の中心が前記振動部の中心より前記水晶片の前記所定の一辺側に位置している
ことを特徴とする水晶素子。
【請求項５】
請求項３に記載の水晶素子であって、
前記水晶素子を平面視して、
前記振動部の中心が、前記励振電極部の中心より前記水晶片の前記所定の一辺側に位置しており、
前記水晶片の中心が、前記振動部の中心より前記水晶片の前記所定の一辺側に位置している
ことを特徴とする水晶素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５に記載の水晶素子と、
前記水晶素子の前記引出部に固着されている導電性接着剤と、
前記導電性接着剤によって前記水晶素子を実装している基板と、
前記基板と接合され、前記水晶素子を気密封止している蓋体と、
からなる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、水晶素子であって、特に、メサ型の水晶片を用いた水晶素子と、この水晶素子が実装されている水晶デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶素子は、例えば、水晶片、励振電極部、引出部、および、配線部から構成されている。水晶片は、振動部と周辺部とからなり、略直方体形状の振動部の縁部に沿って周辺部が一体的に設けられている。このとき、振動部と周辺部の上下方向の厚みは異なっており、振動部の上下方向の厚みが周辺部の上下方向の厚みより厚くなっている。このような水晶片は、互いに直交しているＸ軸とＹ軸とＺ軸とかなる結晶軸を有した水晶部材を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、振動部および周辺部が一体となるように形成している。励振電極部は、電圧を印加することで、励振電極部に挟まれている水晶片の一部分を振動させるためのものである。また、励振電極部は、水晶素子を平面視したときに、その外縁部が周辺部まで位置するように、振動部の全面を覆うように、設けられている。引出部は、水晶片の外部から電圧を印加させるためのものであり、水晶素子を平面視したとき、水晶片の所定の一辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。配線部は、引出部と励振電極部とを電気的に接続させるためのものであり、一端が引出部に接続され、他端が励振電極部に接続されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、水晶片を用いた水晶素子の別の一例として、水晶素子を平面視して、略矩形形状の振動部の四隅が丸みを帯びているものもある。水晶片を用いた水晶素子を実装した水晶デバイスは、例えば、水晶素子、基板、および、蓋体からなり、この基板と蓋体とが接合され、接合により基板と蓋体とで形成される空間内に、基板の上面に実装されている水晶素子が気密封止された構造となっている。このとき、水晶素子は、水晶素子の引出部と基板の上面に設けられている搭載パッドとが導電性接着剤によって、接着されることで、基板の上面に実装されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９４４１０号公報
【特許文献２】特開２００９−２６７８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の水晶素子で用いる水晶片は、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部材から、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、振動部および周辺部が一体となるように水晶片を形成している。従って、従来の水晶素子で用いる水晶片では、結晶軸との位置関係によってエッチングされる速度が異なるために、振動部の縁部に互いに傾斜角度の異なる傾斜面が形成されてしまう。このため、従来の水晶素子では、平面視して、励振電極の外縁部が周辺部に位置するように振動部の全面に励振電極部を設けているので、励振電極部に電圧が印加されたとき、振動部の縁部に傾斜された面にも電圧が印加されることとなり、それぞれ傾斜面ごとに異なった状態で電圧が印加され不要振動が生じてしまう虞がある。この結果、従来の水晶素子では、不要振動により、等価直列抵抗値が大きくなってしまう虞がある。
【０００６】
また、振動部の四隅に丸みを帯びさせた水晶片を用いた従来の水晶素子では、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水晶片を形成すると、結晶軸との位置関係によってエッチング速度が異なるために、振動部の四隅の形状が丸みを帯びず複雑な形状となってしまう。このため、従来の水晶素子では、振動部内で振動したときに、振動部の縁部において、振動が複雑となり、等価直列抵抗値が大きくなってしまう虞がある。
【０００７】
本発明では、励振電極部および振動部によって、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させた水晶片を用いた水晶素子、および水晶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】
【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、略直方体形状の振動部と、振動部の縁部に沿って振動部より上下方向の厚みが薄い周辺部とから構成されている水晶片と、水晶片の振動部に設けられている略矩形形状の一対の励振電極部と、水晶片の周辺部の所定の一辺に沿って並んで設けられている一対の引出部と、励振電極部と引出部とを電気的に接続している配線部と、からなる水晶素子であって、水晶素子を平面視して、所定の一辺に平行な振動部の二つの辺の間の距離が、所定の一辺に平行な励振電極部の二つの辺の間の距離より、長くなっており、励振電極部が振動部の内側に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る水晶素子は、引出部が設けられている水晶片の所定の一辺に平行な振動部の二辺間の距離が、水晶片の所定の一辺に平行な励振電極部の二辺間の距離より、長くなっており、励振電極部が振動部の内側に設けられている。従って、本発明に係る水晶素子では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、振動部および周辺部が一体となるように水晶片を形成し、振動部の外縁部に傾斜面が形成されていても、この傾斜面に励振電極部がないため、傾斜面に電圧が印加されることがなく不要振動が発生する量を低減させることが可能となる。このため、本発明に係る水晶素子は、不要振動により等価直列抵抗の値が大きくなることを低減させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る水晶素子で用いる水晶片は、水晶素子を平面視したとき、従来の水晶素子の振動部のように四隅が丸みを帯びておらず、振動部の四隅が単純な形になっているので、振動部の四隅において振動部の反射や減衰のされ方が従来と比較して複雑になることを減衰させることができる。このため、本発明に係る水晶素子は、従来の水晶素子のように振動部の四隅において振動が複雑になっていることによる等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る水晶素子の平面図である。
【図２】図１のＣＬ１１での断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る水晶素子であって、位置関係を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る水晶素子において、第四距離と、等価直列抵抗値との関係を実験した実験結果を示したグラフである。
【図５】図４とは大きさの異なる第一実施形態に係る水晶素子において、第四距離と、等価直列抵抗値との関係を実験した実験結果を示したグラフである。
【図６】本発明の第一実施形態の変形例に係る水晶デバイスの斜視図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面における断面図である。
【図８】本発明の第二実施形態に係る水晶素子の平面図である。
【図９】図８のＣＬ２１での断面図である。
【図１０】本発明の第二実施形態に係る水晶素子であって、位置関係を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第一実施形態）
第一実施形態に係る水晶素子１２０は、図１〜図３に示したように、安定した機械振動を得ることができ、電子機器等の基準信号を発信するためのものである。水晶素子１２０は、振動部１２２、周辺部１２３からなる水晶片１２１と、この水晶片１２１の表面に設けられており、励振電極部１２５、配線部１２６および引出部１２７からなる金属パターン１２４と、から構成されている。また、水晶素子１２０を水晶デバイスに用いる場合、図６および図７に示すように、水晶素子１２０の金属パターン１２４の一部、具体的には、引出部１２７が、導電性接着剤１４０によって基板１１０の上面に設けられている搭載パッド１１１と電気的に接着され、水晶素子１２０が基板１１０の上面に実装される。その後、基板１１０と蓋体１３０とが接合されて、基板１１０と蓋体１３０とで形成される凹部１３３内に、基板１１０の上面に実装されている水晶素子１２０が気密封止される。
【００１３】
水晶片１２１は、図１〜図３に示したように、振動部１２２と、振動部１２２の縁部に沿って振動部１２２より上下方向の厚みが薄い周辺部１２３と、から構成されている。また、水晶片１２１は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、振動部１２２および周辺部１２３が一体的に形成されている。水晶片１２１は、上面を平面視して、略矩形形状となっている。
【００１４】
ここで、図１および図３に示すように、水晶片１２１の上面を平面視して、水晶片１２１の一方の短辺の中点Ｍ１１を通過する垂線を仮想垂線ＣＬ１１とする。
【００１５】
水晶片１２１は、図１に示したように、水晶片１２１の上面を平面視して、この仮想垂線ＣＬ１１に対し線対称となっている。また、水晶片１２１は、水晶片１２１の上面を平面視して、この仮想垂線ＣＬ１１上に、水晶片１２１の中心Ｃ１１が位置している。
【００１６】
振動部１２２は、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、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ている水晶部材が用いられている。振動部１２２は、略直方体形状に形成されている。このとき、振動部１２２の主面は、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに回転させた面と平行となっている。例えば、振動部１２２の主面は、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに約３７°回転させた面と、平行となっている。
【００１７】
ここで、図７に示したように、水晶素子１２０を基板１１０に実装したとき、基板１１０の上面を向く振動部１２２の面を振動部１２２の下面とし、この振動部１２２の下面と反対側を向く振動部１２２の面を振動部１２２の上面とする。また、この振動部１２２の上面および振動部１２２の下面を振動部１２２の主面とする。
【００１８】
振動部１２２は、水晶片１２１を平面視して、水晶片１２１の一方の短辺の中心Ｍ１１を通過する垂線（仮想垂線ＣＬ１１）に対して、線対称となっている。また、振動部１２２は、水晶片１２１を平面視して、振動部１２２の中心Ｃ１２が仮想垂線ＣＬ１１上に位置している。このとき、振動部１２２の中心Ｃ１２と水晶片１２１の中心Ｃ１１は重なっておらず、水晶片１２１の中心Ｃ１１が振動部１２２の中心Ｃ１２と比較して、水晶片１２１の一方の短辺側に位置している。従って、水晶片１２１の上面を平面視して、振動部１２２の中心Ｃ１２から水晶片１２１の一方の短辺までの距離は、水晶片１２１の中心Ｃ１１から水晶片１２１の一方の短辺までの距離よりも長くなっている。このような構成にすることで、図７に示したように、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、導電性接着剤１４０で水晶素子１２０を接着する箇所を水晶片１２１の一方の短辺の両端部にすることで、導電性接着剤１４０により接着される部分から振動部１２２の中心C２２までの距離を長くすることができ、導電性接着剤１４０による影響、具体的には、導電性接着剤１４０が接着することによる振動部１２０の振動阻害をより低減させることが可能となる。この結果、導電性接着剤１４０で接着することにより等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００１９】
振動部１２２は、その両主面に一対の励振電極部１２５（１２５ａ，１２５ｂ）が設けられている。振動部１２２は、この一対の励振電極部１２５に電圧が印加されると、励振電極部１２５に挟まれている振動部１２２の一部分が逆圧電効果および圧電効果により所定の周波数で厚みすべり振動をする。一般的に、厚みすべり振動の周波数は、振動部１２２の上下方向の厚みによって厚みすべり振動のしやすさが異なるため、振動部１２２の上下方向の厚みによって決定される。従って、３０ＭＨｚ以下のような低い周波数帯で厚みすべり振動させる場合、厚みすべり振動をさせるためには、３０ＭＨｚより高い周波数帯で厚みすべり振動させる場合と比較し、振動エネルギーを要することとなる。このため、高い周波数帯で厚みすべり振動させる場合と比較し、励振電極部１２５で挟まれていない振動部にまで、振動漏れが生じている。
【００２０】
周辺部１２３（１２３ａ、１２３ｂ）は、励振電極部１２５に電圧を印加したときに振動部１２２へ振動エネルギーを集中させつつ、水晶素子１２０を基板１１０に実装したときに実装による厚みすべり振動への影響を低減させるためのものである。周辺部１２３は、振動部１２２に沿って、環状に設けられており、その上下方向の厚みが振動部１２２の上下方向の厚みより薄くなっている。周辺部１２３は、図１〜図３に示したように、振動部の外縁に沿って設けられている傾斜部１２３ａと、傾斜部１２３ａの外縁に沿って設けられている平板部１２３ｂと、から構成されている。
【００２１】
傾斜部１２３ａは、振動部１２２の外縁に沿って設けられている。また、傾斜部１２３ａは、その上下方向の厚みが振動部１２２から平板部１２３ｂにかけて徐々に薄くなっている。傾斜部１２３ａは、結晶軸の位置関係によってエッチングされやすさが異なることを利用し、振動部と平板部との間に形成されている。このように、振動部１２２と平板部１２３ｂとの間に傾斜部１２３ａを設けることで、導電性接着剤１４０を用いて水晶素子１２０を基板１１０に実装する際に、平板部１２３ｂを導電性接着剤１４０で接着することによる振動部１２２への影響を軽減させることができる。なお、ここで、それぞれの結晶軸との位置関係によってエッチングされやすさが異なるため、水晶素子１２０を平面視したとき、傾斜部１２３ａの幅全て同じとなっておらず、場所によって異なっている。本実施形態では、図で説明をしやすくするために、傾斜部１２３ａの幅が全て同じとなっている状態を図示している。
【００２２】
平板部１２３ｂは、傾斜部１２３ａの外縁に沿って設けられている。また、平板部１２３ｂは、その上下方向の厚みが、振動部１２２の上下方向の厚みより薄くなっている。傾斜部１２３ａと平板部１２３ｂとからなる周辺部１２３の表面には、配線部１２６および引出部１２７が設けられている。
【００２３】
このように振動部１２２と、振動部１２２より上下方向の厚みが薄い周辺部１２３と、からなる水晶片１２１を用いることで、振動部１２２の一部分を逆圧電効果および圧電効果で厚みすべり振動させたときに、振動部１２２と周辺部１２３とで厚みすべり振動の振動状態が大きく異なる状態にすることができる。従って、このような構成にすることで、平板状の水晶片を用いた場合と比較して、振動部１２２のみに振動エネルギーをより集中させることが可能となる。この結果、このような水晶片１２１を用いた水晶素子１２０では、振動エネルギーの分散または漏れにより等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００２４】
ここで、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、０．５ｍｍ〜３．２ｍｍとなっており、短辺の寸法が、０．２ｍｍ〜２．５ｍｍとなっている。振動部１２２は、平面視して、略矩形形状となっており、水晶片１２１の長辺に平行な寸法が、０．３ｍｍ〜２．７ｍｍとなっており、水晶片１２１の短辺に平行な寸法が、０．２ｍｍ〜２．４ｍｍとなっている。また、振動部１２２は、その上下方向の厚みが、３０μｍ〜１６７μｍとなっている。周辺部１２３の一部である平板部１２３ｂは、その上下方向の厚みが、２７．３０μｍ〜１５１．８２μｍとなっている。
【００２５】
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、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１２２の上下方向の厚みとなっている。また、水晶ウエハの主面が振動部１２２の主面と同じカットアングルとなるようになっている。従って、水晶ウエハの主面は、Ｘ軸とＺ軸とに平行となっている面を、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。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付され、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、振動部１２２となる部分にのみ感光性レジストおよび保護金属膜が残っている。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１２３の平板部１２３ｂの上下方向の厚みと同じになるまで、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。第二エッチング工程では、第一エッチング工程後の水晶ウエハの両主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、水晶片１２１となる部分には感光性レジストおよび保護金属膜が残っている。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される。
【００２６】
水晶片１２１に設けられている金属パターン１２４は、水晶片１２１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１２４は、励振電極部１２５、配線部１２６および引出部１２７から構成されている。金属パターン１２４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１２４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、ニ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、水晶に密着しにくい金属材料であっても、第二金属層に用いることができる。第二金属層は、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低く、安定した金属材料が用いられる。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、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低い金属材料を用いることで、金属パターン１２４自身の電気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可能となる。また、このように、安定した金属材料を用いることで、周囲の酸素と酸化し、その分だけ金属パターン１２４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可能となる。
【００２７】
励振電極部１２５（１２５ａ，１２５ｂ）は、振動部１２２に電圧を印加するためのものである。励振電極部１２５は、一対となっており、振動部１２２の上面に一方の励振電極部１２５ａが設けられ、振動部１２２の下面に振動部１２２を挟んで一方の励振電極部１２５ａと対向するように他方の励振電極部１２５ｂが設けられている。励振電極部１２５は、水晶素子１２０を平面視して、略矩形形状となっている。
【００２８】
図１および図３に示したように、励振電極部１２５ａは、水晶素子１２０を平面視して、水晶片１２１の一方の短辺の中点Ｍ１１を通過する垂線（仮想垂線ＣＬ１１）に対し、線対称となっている。このような構成にすることで、励振電極部１２５に電圧を印加したとき、励振電極部１２５に蓄えられる電荷が仮想垂線ＣＬ１１に対し線対称となり、励振電極部１２５に挟まれている水晶片１２１の一部を厚みすべり振動させるための振動エネルギーを、仮想垂線ＣＬ１１に対して線対称に分布させることができる。従って、本実施形態では、振動エネルギーを仮想垂線ＣＬ１１に対し線対称に分布させることができるため、仮想垂線に対し左右の振動バランスを向上させることができる。このため、仮想垂線ＣＬ１１に対し左右の振動バランスの低下により等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００２９】
また、図１および図３に示したように、励振電極部１２５ａは、水晶素子１２０を平面視して、その励振電極部１２５の中心Ｃ１３が仮想垂線ＣＬ１１上に位置しつつ、振動部１２２の中心Ｃ１２と重なる位置に位置している。従って、励振電極部１２５の中心Ｃ１３は、水晶片１２１の中心Ｃ１１と異なる位置にあり、水晶片１２１の一方の短辺より離れた位置に位置している。このような構成にすることで、図６に示したように、水晶片１２１の一方の短辺の両端部を導電性接着剤１４０で接着し、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、励振電極部１２５で挟まれている振動部１２２の一部分を、水晶片１２１の一方の短辺より離れた位置にすることができる。励振電極部１２５に電圧が印加されたときに励振電極部１２５に挟まれている振動部１２２の一部分が最も振動する構成となっているので、この励振電極部１２５に挟まれている振動部１２２の一部分をより導電性接着剤１４０で接着される部分より、遠くすることができる。この結果、導電性接着剤１４０による影響、具体的には、導電性接着剤１４０の接着による振動阻害、を低減させることができ、導電性接着剤１４０で接着することによる等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００３０】
図１および図３に示したように、励振電極部１２５ａは、水晶素子１２０を平面視したとき、水晶片１２１の長辺に平行な励振電極部１２３の長さが、水晶片１２１の長辺に平行な振動部１２２の長さより短くなっている。従って、水晶素子１２２を平面視したとき、近接している水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２５ａの辺と水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２２の辺との間には、振動部１２２の一部分が露出した状態となっている。また、水晶素子１２０を平面視して、振動部１２２の中心Ｃ１２と励振電極部１２５ａの中心Ｃ１３が重なる位置に位置しているので、近接する水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２５ａの辺と水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２２の辺との長さは、同じ長さとなっている。
【００３１】
ここで、図３に示したように、水晶片１２１の長辺の長さを第一距離Ｄ１１とし、水晶片１２１の長辺に平行な振動部１２２の長さを第二距離Ｄ１２とし、水晶片１２１の長辺に平行な励振電極部１２５ａの長さを第三距離Ｄ１３とする。また、露出している振動部１２２を挟むように位置している二辺間の長さ、具体的には、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２２の辺と水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２５ａの辺との長さを、第四距離Ｄ１４とする。
【００３２】
つまり、図１および図３に示したように、励振電極部１２５ａは、水晶素子１２０を平面視したとき、振動部１２２の内縁側に位置するように設けられている。励振電極部１２５に振動部１２２の上下方向で挟まれている振動部１２２の一部分が圧電効果および逆圧電効果により振動するので、このような構成にすることで、励振電極部１２５に挟まれている振動部１２２の一部分が振動するときに、励振電極部１２５ａの外縁から振動部１２２の外縁に向かって振動漏れが生じ、この漏れでた振動が、振動部１２２の外縁に設けられている傾斜部１２３ａの傾斜面で反射した場合であっても、励振電極部１２５ａが平面視して振動部１２２の内縁側に位置するように設けられているので、振動部１２２の縁部に設けられている傾斜部１２３ａの影響を低減させることが可能となる。この結果、振動部１２２の縁部に設けられている傾斜部１２３ａの影響、具体的には、傾斜部１２３ａによる振動阻害による等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００３３】
このとき、水晶素子１２０を平面視して、露出している振動部１２２を挟むように位置している二辺間の長さ、具体的には、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２２の辺と水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２５ａの辺との長さ（第四距離Ｄ１４）は、５μｍ以上５５μｍ以下であることが望ましい。第四距離Ｄ１４が０μｍ以上でかつ５μｍより小さい場合、励振電極部１２５に電圧を印加したとき、励振電極部１２５で振動部１２２の上下方向で挟まれている部分から挟まれていない部分へ振動漏れが生じ、その漏れた振動が振動部１２２の外縁に沿って設けられている傾斜部１２３ａで反射し、励振電極部１２５で挟まれている部分の振動を阻害してしまい、等価直列抵抗値が大きくなる虞がある。第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合、水晶素子１２０の小型化に伴い振動部１２２の大きさも小さくなり、その結果、励振電極部１２５ａの大きさも小さくなってしまう。このため、励振電極部１２５に蓄えられる電荷の量も減り、励振電極部１２５で振動部１２２の上下方向で挟まれている振動部１２２を振動させるための振動エネルギーが不足し、等価直列抵抗値が大きくなってしまう虞がある。従って、第四距離Ｄ１４は、５μｍ以上５５μｍ以下であることが望ましい。
【００３４】
ここで、水晶素子１２０を基板１１０に実装したときの等価直列抵抗値と第四距離Ｄ１４との関係を実験した実験結果を、図４および図５に示す。なお、図４と図５とは、水晶片および振動部の大きさが異なっている。
【００３５】
図４に示した実験に用いた水晶振動子は、次のような水晶素子１２０を基板１１０に導電性接着剤１４０を用いて実装したものである。この水晶振動子は、第四距離Ｄ１４を−３０〜８０μｍの範囲で数値ごとに１０個ずつ作製した。なお、このとき、基板１１０と蓋体１３０とは、接合されていない状態となっている。水晶素子１２０の振動周波数が、２４ＭＨｚとなっており、水晶素子１２０を平面視したとき、水晶片１２１の長辺が０．７９０ｍｍ、水晶片１２１の短辺が０．５４０ｍｍ、水晶片１２１の長辺に平行な振動部１２２の長さが０．５６０ｍｍ、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２２の長さが０．４３６ｍｍとなっている。また、振動部１２２の上下方向の厚みが、６９．５８μｍとなっている。
【００３６】
図４の縦軸は、１０個の水晶振動子の等価直列抵抗値の平均値を示している。図４の横軸は、第四距離Ｄ１４となっている。なお、図４において、第四距離Ｄ１４が０より小さい場合とは、水晶素子１２０を平面視して、励振電極部１２５の外縁より内側に振動部１２２の外縁が位置している場合である。本実施形態中では、第四距離Ｄ１４を振動部１２２の露出している部分の長さと定義しているため、０より小さい第四距離Ｄ１４は実際には存在していないこととなるが、水晶素子を平面視して励振電極部の外縁が振動部の外縁より大きくなっている従来技術との比較をするために、図４中では、近接する水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２２の辺と水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２５ａの辺との長さとして説明している。第四距離Ｄ１４が０となっている場合とは、水晶素子１２０を平面視したときに、励振電極部１２５ａの外縁と振動部１２２の外縁とが重なっている場合である。第四距離Ｄ１４が０より小さい場合とは、水晶素子１２０を平面視したときに、励振電極部１２５ａの外縁より内側に振動部１２２の外縁が位置している場合である。第四距離Ｄ１４が０より大きい場合とは、水晶素子１２０を平面視したときに、振動部１２２の外縁より内側に振動部１２２の外縁が位置している場合である。
【００３７】
図４に示すように、第四距離Ｄ１４が５μｍ以上かつ５５μｍ以下となっている場合、水晶デバイスが実装され組み込まれる電子機器等の発振回路において、発振しやすさの一つの目安である等価直列抵抗値１００Ω以下となっていることがわかる。また、第四距離Ｄ１４が５μｍ以上かつ５５μｍ以下となっている場合、第四距離Ｄ１４の変化量に対し等価直列抵抗値の変化量が、第四距離Ｄ１４が５μｍより小さい、または、第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合と比較して、小さくなっている。
【００３８】
第四距離Ｄ１４が５μｍより小さい場合には、等価直列抵抗値が１００Ωより大きくなっている。また、第四距離Ｄ１４が５μｍより小さい場合、第四距離Ｄ１４の変化量に対し等価直列抵抗値の変化が、第四距離Ｄ１４が５μｍ以上かつ５５μｍ以下となっている場合と比較して、大きくなっている。
【００３９】
第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合には、等価直列抵抗値が１００Ωより大きくなっている。また、第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合、第四距離Ｄ１４の変化量に対し等価直列抵抗値の変化が、第四距離Ｄ１４が５μｍ以上かつ５５μｍ以下となっている場合と比較して、大きくなっている。
【００４０】
従って、第四距離Ｄ１４を５μｍ以上かつ５５μｍ以下とすることで、等価直列抵抗値をより低減させることが可能となることがわかる。また、第四距離Ｄ１４を５μｍ以上かつ５５μｍ以下とすることで、第四距離Ｄ１４の変化量に対し等価直列抵抗値の変化量を、第四距離Ｄ１４が５μｍより小さい場合、または、第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合と比較して、小さくすることができる。このため、第四距離Ｄ１４を５μｍ以上かつ５５μｍ以下とすることで、第四距離Ｄ１４が５μｍより小さい場合、または、第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合と比較して、第四距離Ｄ１４の微小変化に対し等価直列抵抗値の変化量を低減させることができるので、振動部１２２に対する励振電極部１２５ａの位置ずれによる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。
【００４１】
また、図５に示した実験に用いた水晶振動子は、水晶素子１２０の水晶片１２１の大きさ、および、振動部１２２の大きさが、図４に示した実験に用いた水晶振動子と異なる。図５に示した実験に用いた水晶振動子は、次のような水晶素子１２０を基板１１０の導電性接着剤１４０を用いて実装したものである。このとき、基板１１０と蓋体１３０とは、接合されていない状態となっている。水晶素子１２０の振動周波数が、２７．１ＭＨｚとなっており、水晶素子１２０を平面視したとき、水晶片１２１の長辺が０．７３０ｍｍ、水晶片１２１の短辺が０．５３０ｍｍ、水晶片１２１の長辺に平行な振動部１２２の長さが０．４８５ｍｍ、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２２の長さが０．４２５ｍｍとなっている。また、振動部１２２の上下方向の厚みが、６１．６２μｍとなっている。なお、図５の縦軸は、図４と同様に、第四距離Ｄ１４を−３０〜８０μｍの範囲で数値ごとに１０個作製した水晶振動子の等価直列抵抗値の平均値を示しており、図５の横軸は、第四距離Ｄ１４を示している。
【００４２】
図５に示すように、第四距離Ｄ１４が５μｍ以上かつ５５μｍ以下となっている場合、さらに発振しやすい等価直列抵抗値７５Ω以下となっていることがわかる。また、第四距離Ｄ１４が５μｍ以上かつ５５μｍ以下となっている場合、第四距離Ｄ１４の変化量に対し等価直列抵抗値の変化量が、第四距離Ｄ１４が５μｍより小さい、または、第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合と比較して、小さくなっている。
【００４３】
第四距離Ｄ１４が５μｍより小さい場合には、等価直列抵抗値が７５Ωより大きくなっている。また、第四距離Ｄ１４が５μｍより小さい場合、第四距離Ｄ１４の変化量に対し等価直列抵抗値の変化が、第四距離Ｄ１４が５μｍ以上かつ５５μｍ以下となっている場合と比較して、大きくなっている。
【００４４】
第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合には、等価直列抵抗値が７５Ωより大きくなっている。また、第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合、第四距離Ｄ１４の変化量に対し等価直列抵抗値の変化が、第四距離Ｄ１４が５μｍ以上かつ５５μｍ以下となっている場合と比較して、大きくなっている。
【００４５】
従って、第四距離Ｄ１４を５μｍ以上かつ５５μｍ以下とすることで、等価直列抵抗値をより低減させることが可能となることがわかる。また、第四距離Ｄ１４を５μｍ以上かつ５５μｍ以下とすることで、第四距離Ｄ１４の変化量に対し等価直列抵抗値の変化量を、第四距離Ｄ１４が５μｍより小さい場合、または、第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合と比較して、小さくすることができる。このため、第四距離Ｄ１４を５μｍ以上かつ５５μｍ以下とすることで、第四距離Ｄ１４が５μｍより小さい場合、または、第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合と比較して、第四距離Ｄ１４の微小変化に対し等価直列抵抗値の変化量を低減させることができるので、振動部１２２に対する励振電極部１２５ａの位置ずれによる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。
【００４６】
図４および図５に示した実験結果からも、等価直列抵抗値をさらに低減させるためには、第四距離Ｄ１４を、５μｍ以上かつ５５μｍ以下にすることが有効であるといえる。
【００４７】
配線部１２６（１２６ａ、１２６ｂ）は、一対となっており、励振電極部１２５に電圧を印加させるためのものであり、水晶片１２１の表面に設けられている。一方の配線部１２６ａは、一端が水晶片１２１の上面に設けられている励振電極部１２５ａに接続され、他端が水晶片１２１の一方の短辺まで延設されている。また、一方の配線部１２６ａは、他端が一方の引出部１２７ａに接続されている。他方の配線部１２６ｂは、一端が水晶片１２１の下面に設けられている励振電極部１２５ｂ接続され、他端が水晶片１２１の一方の短辺まで延設されている。また、他方の配線部１２６ｂは、他端が他方の引出部１２７ｂに接続されている。
【００４８】
引出部１２７（１２７ａ、１２７ｂ）は、配線部１２６に接続されており、配線部１２６を介して励振電極部１２５に電圧を印加するためのものである。引出部１２７は、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、導電性接着剤１４０によって、基板１１０の上面に設けられている搭載パッド１１１と電気的に接着される。引出部１２７は、一対となっており、水晶素子１２０の下面を平面視して、水晶片１２０の一方の短辺に沿って二つ並んで設けられている。
【００４９】
ここで、励振電極部１２５、配線部１２６および引出部１２７からなる金属パターン１２４を形成する方法について説明する。ここでは、励振電極部１２５、配線部１２６および引出部１２７を、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、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状態の水晶ウエハを用意し、この水晶ウエハの両主面上に金属パターン１２４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。このとき、現像後、感光性レジストは、金属パターン１２４となる部分、具体的には、励振電極部１２５、配線部１２６および引出部１２７となる部分に残っている状態となっている。最後に、残っている感光性レジストを除去することで、水晶ウエハの水晶片１２１に励振電極部１２５、配線部１２６および引出部１２７からなる金属パターン１２４が形成される。なお、励振電極部１２５、配線部１２６、引出部１２７をそれぞれ別々に形成してもよいし、フォトリグラフィー技術およびエッチング技術でなく、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スパッタリング技術または蒸着技術を組み合わせて形成してもよい。
【００５０】
第一実施形態に係る水晶素子１２０は、略直方体形状の振動部１２２と、振動部１２２の縁部に沿って振動部１２２より上下方向の厚みが薄い周辺部１２３と、から構成されている水晶片１２１と、水晶片１２１の振動部１２２に設けられている略矩形形状の一対の励振電極部１２５（１２５ａ，１２５ｂ）と、水晶片１２１の周辺部の所定の一辺に沿って並んで設けられている一対の引出部１２７（１２７ａ，１２７ｂ）と、励振電極部１２５と引出部１２７とを電気的に接続している配線部１２６（１２６ａ，１２６ｂ）と、からなる水晶素子１２０であって、水晶素子１２０を平面視して、水晶片１２１の所定の一辺に平行な振動部１２２の二つの辺の間の距離が、水晶片１２１の所定の一辺に平行な励振電極部１２５ａの二つの辺の間の距離より、長くなっており、励振電極部１２５ａが振動部１２２の内側に設けられている。
【００５１】
言い換えると、第一実施形態に係る水晶素子１２０は、水晶素子１２０を平面視して、水晶片１２１の長辺に平行な励振電極部１２５ａの長さ（第三距離Ｄ１３）が、水晶片１２１の長辺に平行な振動部１２２の長さ（第二距離Ｄ１２）より短くなっており、励振電極部１２５ａが振動部１２２の内縁側に設けられている状態となっている。このような構成にすることで、励振電極部１２５に電圧を印加したときに、励振電極部１２５に振動部１２２の上下方向で挟まれている振動部１２２の一部分が圧電効果および逆圧電効果により振動するので、励振電極部１２５に振動部１２２の上下方向で挟まれている振動部１２２の一部分が振動するときに、水晶素子１２０を平面視して励振電極部１２５ａの外縁から振動部１２２の外縁に向かって振動漏れが生じ、この漏れた振動が振動部１２２の外縁に設けられている傾斜部１２３ａの面で反射した場合であっても、励振電極部１２５ａが振動部１２２の内縁側に位置するように設けられているので、振動部１２２の縁部に設けられている傾斜部１２３ａの影響を低減させることが可能となる。この結果、振動部１２２の縁部に設けられている傾斜部１２３ａの影響、具体的には、傾斜部１２３ａによる振動阻害による等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００５２】
また、第一実施形態に係る水晶素子１２０は、水晶素子１２０を平面視して、露出している振動部１２２を挟むように位置している振動部１２２と励振電極部１２５ａの二辺間の距離、具体的には、水晶片１２１の所定の一辺に平行な振動部１２２の辺と水晶片１２１の所定の一辺に平行な励振電極部１２５ａの辺との距離が、５μｍ以上５５μｍ以下となっている。仮に、第四距離Ｄ１４が５μｍより小さい場合、励振電極部１２５に電圧を印加したとき、励振電極部１２５で振動部１２２の上下方向で挟まれている部分から挟まれていない部分へ振動漏れが生じ、その漏れた振動が振動部１２２の外縁に沿って設けられている傾斜部１２３ａで反射し、励振電極部１２５で振動部１２２の上下方向で挟まれている部分の振動を阻害してしまい、等価直列抵抗値が大きくなる虞がある。また、第四距離Ｄ１４が５５μｍより大きい場合、水晶素子１２０の小型化に伴い振動部１２２の大きさが小さくなるので、励振電極部１２５ａの大きさも小さくなってしまう。このため、励振電極部１２５ａに蓄えられる電荷の量も減り、励振電極部１２５ａで挟まれている振動部１２２を振動させるための振動エネルギーが不足し、等価直列抵抗値が大きくなってしまう虞がある。従って、第四距離Ｄ１４を５μｍ以上５５μｍ以下にすることで、等価直列抵抗値が大きくなることを更に低減させることができる。
【００５３】
また、第一実施形態に係る水晶素子１２０は、水晶素子１２０を平面視して、水晶片１２１の所定の一辺の中心Ｍ１１を通る仮想垂線ＣＬ１１に対し、水晶片１２１、振動部１２２および励振電極部１２５ａが線対称となっている。このような構成にすることで、励振電極部１２５に電圧を印加させ、励振電極部１２５に振動部の上下方向で挟まれている振動部１２２の一部分を逆圧電効果および圧電効果により振動させたとき、水晶片１２１および振動部１２２を仮想垂線ＣＬ１１に対し線対称にすることで、仮想垂線ＣＬ１１に対し質量も線対称となるようにすることができ、励振電極部１２５ａを仮想垂線ＣＬ１１に対し線対称にすることで、振動エネルギー分布、具体的には、励振電極部１２５ａに蓄えられる電荷の分布も線対称となるようにすることができる。従って、第一実施形態に係る水晶素子１２０は、励振電極部１２５ａに電圧を印加させたときに、仮想垂線ＣＬ１１に対し振動バランスを向上させることが可能となる。このため、第一実施形態に係る水晶素子１２０は、振動バランスにより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。
【００５４】
また、第一実施形態に係る水晶素子１２０は、水晶素子１２０を平面視して、励振電極部１２５ａの中心Ｃ１３が振動部１２２の中心Ｃ１２と重なっており、水晶片１２１の中心Ｃ１１が振動部１２２の中心Ｃ１２より水晶片１２１の所定の一辺側に位置している。このとき、水晶片１２１の所定の一辺の縁部には、一対の引出端子１２７（１２７ａ，１２７ｂ）が二つ並んで設けられている。従って、第一実施形態に係る水晶素子１２０では、励振電極部１２５ａの中心Ｃ１３が水晶片１２１の中心Ｃ１１と異なる位置にあり、励振電極部１２５ａおよび振動部１２２の中心Ｃ１２，Ｃ１３が、引出部１２７が設けられている水晶片１２１の所定の一辺より離れた位置に、位置していることとなる。このため、水晶素子１２０の引出部１２７を導電性接着剤１４０で接着し水晶デバイスとして用いる場合、振動部１２２を、水晶片１２１の所定の一辺より離れた位置にすることができる。この結果、励振電極部１２５に電圧が印加されたとき、圧電効果および逆圧電効果により振動する振動部１２２を、導電性接着剤１４０で接着されている部分より遠ざけることが可能となり、導電性接着剤１４０の接着による振動阻害を低減させることができ、振動阻害による等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００５５】
（変形例）
第一実施形態の変形例では、第一実施形態に係る水晶素子１２０を用いた水晶デバイスについて説明する。第一実施形態の変形例に係る水晶デバイスは、図６および図７に示したように、第一実施形態に係る水晶素子１２０と、この水晶素子１２０を実装している基板１１０と、基板１１０と接合され水晶素子１２０を気密封止している蓋体１３０と、基板１１０に水晶素子１２０を実装するための導電性接着剤１４０と、から主に構成されている。
【００５６】
基板１１０は、水晶素子１２０を実装するためのものである。基板１１０は、図６および図７に示したように、例えば、平板状の矩形形状に形成されており、一方の主面に一対の搭載パッド１１１が設けられ、他方の主面に複数の外部端子１１２が設けられている。また、基板１１０には、一対の搭載パッド１１１と所定の外部端子１１２とを電気的に接続するための配線パターン（図示せず）が設けられている。基板１１０は、例えば、アルミナセラミックス、または、ガラスーセラミックス等のセラミック材料である絶縁層からなっている。基板１１０は、絶縁層を一層で用いたものであっても、絶縁層を複数積層させたものであってもよい。
【００５７】
ここで、図面に合わせて、外部端子１１２が設けられている基板１１０の他方の主面を基板１１０の下面とし、この基板１１０の下面と反対側を向く基板１１０の一方の主面を基板１１０の上面とする。
【００５８】
搭載パッド１１１は、水晶素子１２０を基板１１０に実装するためのものである。搭載パッド１１１は、基板１１０の上面に設けられており、例えば、基板１１０の上面を平面視したとき、基板１１０の短辺に沿って二つ並んで配置されている。
【００５９】
外部端子１１２は、電子機器等のマザーボードに実装するためのものであり、電子機器等のマザーボードに実装する際、マザーボード上にある所定の実装パッド（図示せず）に半田等により、接続固着されている。外部端子１１２は、例えば、四つ設けられており、基板１１０の下面の四隅に一つずつ設けられている。外部端子１１２のうち所定の二つは、基板１１０に設けられている配線パターン（図示せず）によって、基板１１０の上面に設けられている一対の搭載パッド１１１と電気的に接続されている。基板１１０の大きさは、例えば、基板の上面を平面視して、長辺の寸法が、０．６５〜５．０ｍｍとなっており、短辺の寸法が、０．４〜３．２ｍｍとなっている。
【００６０】
ここで、基板１１０の作製方法について説明する。基板１１０がアルミナセラミックスからなる場合、まず、所定のセラミック材料粉末に適当な有機溶剤等を添加し混合して得た複数のセラミックグリーンシートを準備する。また、セラミックグリーンシートの表面、または、セラミックグリーンシートに打ち抜き設けていた貫通孔内に、従来周知のスクリーン印刷法を用いて導体パターンとなる位置に所定の導電ペーストを塗布する。複数の絶縁層が積層されている場合には、次に、セラミックグリーンシートを積層させプレス加工し、高温で焼成する。焼成後、導体パターンの所定の部位、具体的には、搭載パッド１１１、外部端子１１２および配線パターン（図示せず）となる部分に、ニッケルメッキ、または、金メッキを施すことにより基板が作成される。また、導電ペーストは、例えば、タングステン、モリブデン、銅、銀またはパラジウム等の金属粉末の焼結体等から構成されている。
【００６１】
導電性接着剤１４０は、水晶素子１２０を基板１１０の上面に実装するためのものである。導電性接着剤１４０は、シリコーン系の樹脂バインダーの中に導電フィラーとしての導電性粉末が含有されているものである。導電性粉末としては、アルミニウム、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、銀、チタン、ニッケルまたはニッケル鉄のいずれか、或いは、これらを組み合わせたものを含むものを用いられる。また、バインダーとしては、例えば、シリコーン系の樹脂、エポキシ系の樹脂、ポリイミド系の樹脂またはビスマレイミド系の樹脂が用いられる。
【００６２】
導電性接着剤１４０は、搭載パッド１１１上に塗布され、搭載パッド１１１と水晶素子１２０の引出部１２７（１２７ａ，１２７ｂ）とを電気的に接続させている。導電性接着剤１４０は、例えば、加熱硬化されたとき、樹脂バインダーが収縮し、導電フィラー同士がより近接する特性を有しているので、加熱硬化することで、搭載パッド１１１と水晶素子１２０の引出部１２７とを接着しつつ、電気的に接続することができる。このため、導電性接着剤１４０が加熱硬化し固化するとき、導電性接着剤１４０が収縮する。従って、導電性接着剤１４０が加熱硬化し固化するときには、導電性接着剤１４０が接触している搭載パッド１１１および水晶素子１２０の引出部１２７には、それぞれから導電性接着剤１４０に向かう向きに応力が加わることとなる。
【００６３】
蓋体１３０は、基板１１０の上面と接合部材１５０により接合されて、基板１１０の上面に実装されている水晶素子１２０を気密封止するためのものである。また、蓋体１３０は、封止基部１３１と封止枠部１３２とから構成されている。また、蓋体１３０は、封止基部１３１の下面に封止枠部１３２が設けられており、封止基部１３１の下面と封止枠部１３２の内壁面とで凹部１３３が形成されている。
【００６４】
封止基部１３１は、例えば、略直方体形状となっており、その主面の大きさが、水晶片１２１の主面の大きさより大きく、かつ、基板１１０の上面より小さくなっている。封止枠部１３２は、枠部１３２ａおよび鍔部１３２ｂから構成されている。枠部１３２ａは、蓋体１３０に凹部１３３を形成するためのものであり、封止基部１３１の下面の外縁に沿って設けられている。凹部１３３内には、基部１３１の上面に実装されている水晶素子１２０が収容される。鍔部１３２ｂは、蓋体１３０と基板１１０とが接合する面積を確保し接合強度を上げるためのものである。鍔部１３２ｂは、枠部１３２ａの外周縁に沿って環状で、かつ、枠部１３２ａの外縁側へ延設されている。封止基部１３１および封止枠部１３２は、例えば、鉄、ニッケルまたはコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなり、一体的に形成されている。このような蓋体１３０は、真空状態にある凹部１３３、または、窒素ガスなどが充填された凹部１３３を気密封止するためのものである。具体的には、蓋体１３０は、所定の雰囲気中で、封止枠部１３２の下面（枠部１３２ａの下面および鍔部１３２ｂの下面）と基板１１０の上面との間に設けられた接合部材１５０とに熱が加えられることで、接合部材１５０が溶融され、封止枠部１３２の下面と基板１１０の上面とが溶融接合される。
【００６５】
ここで、蓋体１３０の作製方法について説明する。蓋体１３０の作製には、例えば、従来周知のプレス加工が用いられる。矩形形状の平板を準備し、蓋体１３０の凹部１３３と同じ形状となっている凸部と凹部とを有した一対の金型で平板を挟み加圧し、封止基部１３１および封止枠部１３２が設けられ凹部１３３が形成される。このようにして、蓋体１３０は、プレス加工を用いて平板を塑性加工し、作製している。
【００６６】
接合部材１５０は、蓋体１３０の封止枠部１３２の下面と基板１１０の上面との間、具体的には、枠部１３２ａの下面と基板１１０の上面との間および鍔部１３２ｂの下面と基板１１０の上面との間に設けられており、蓋体１３０と基板１１０とを接合するためのものである。接合部材１５０は、例えば、ガラスの場合には、３００〜４００℃で溶融するガラスであり、例えば、バナジウムを含有した低融点ガラス、または、酸化鉛系ガラスから構成されている。酸化鉛系ガラスの組成は、酸化鉛、フッ化鉛、二酸化チタン、酸化ニオブ、酸化ホウ素。酸化亜鉛、酸化第二鉄、酸化銅および酸化カルシウムから構成されている。
【００６７】
次に、接合部材１５０を用いて、蓋体１３０と基板１１０とを接合する方法について説明する。接合部材１５０の原料となるガラスは、バインダーと溶剤とが加えられたペースト状であり、溶融された後、固化されることで他の部材と接着する。接合部材１５０は、例えば、ガラスフリットペーストをスクリーン印刷法で封止枠部１３２の下面、具体的には、枠部１３２ａの下面および鍔部１３２ｂの下面に塗布され乾燥されることで設けられている。
【００６８】
また、接合部材１５０は、例えば、絶縁性樹脂の場合には、エポキシ系の樹脂またはポリイミド系の樹脂から構成されている。このとき、絶縁性樹脂は、蓋体１３０の封止枠部１３２の下面に塗布される。絶縁性樹脂が塗付された蓋体１３０は、封止枠部１３２の下面と基板１１０の上面とで絶縁性樹脂を挟むように載置される。その後、絶縁性樹脂を加熱硬化させて、蓋体１３０と基板１１０とを接合している。
【００６９】
第一実施形態の変形例に係る水晶デバイスは、第一実施形態に係る水晶素子１２０と、水晶素子１２０の引出部１２７（１２７ａ，１２７ｂ）に固着されている導電性接着剤１４０と、導電性接着剤１４０によって水晶素子１２０を実装している基板１１０と、基板１１０と接合され、水晶素子１２０を気密封止している蓋体１３０と、からなる。このような構成にすることで、第一実施形態に係る水晶素子により等価直列抵抗値を低減させることができるので、水晶デバイス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。
【００７０】
（第二実施形態）
以下、第二実施形態に係る水晶素子２２０および水晶デバイスについて説明する。なお、第二実施形態に係る水晶素子２２０および水晶デバイスと同様の部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００７１】
第二実施形態は、図８および図１０に示したように、水晶素子２２０を平面視したときに、振動部２２２の中心Ｃ２２と励振電極部２２５ａの中心Ｃ２３とが重なっていない点において、第一実施形態と異なる。
【００７２】
水晶片２２１は、振動部２２２と、振動部２２２の縁部に沿って振動部２２２より上下方向の厚みが薄い周辺部２２３と、から構成されている。また、水晶片２２１は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、振動部２２２および周辺部２２３が一体的に形成されている。水晶片２２１は、上面を平面視して、略矩形形状となっている。
【００７３】
ここで、水晶片２２１の上面を平面視して、水晶片２２１の一方の短辺の中点Ｍ２１を通過する垂線を仮想垂線ＣＬ２１とする。
【００７４】
水晶片２２１は、図８および図１０に示したように、水晶片２２１の上面を平面視して、この仮想垂線ＣＬ２１に対し線対称となっている。また、水晶片２２１は、水晶片２２１の上面を平面視して、この仮想垂線ＣＬ２１上に、水晶片２２１の中心Ｃ２１が位置している。
【００７５】
振動部２２２は、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、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ている水晶部材が用いられている。振動部２２２は、略直方体形状に形成されている。このとき、振動部２２２の主面は、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに回転させた面と平行となっている。例えば、振動部２２２の主面は、Ｘ軸およびＺ軸に平行となっている面を、Ｘ軸を中心に、Ｘ軸の負の方向を見て反時計回りに約３７°回転させた面と、平行となっている。
【００７６】
ここで、説明をしやすくするために、水晶素子２２０を基板１１０に実装したとき、基板１１０の上面を向く振動部２２２の面を振動部２２２の下面とし、この振動部２２２の下面と反対側を向く振動部２２２の面を振動部２２２の上面とする。また、この振動部２２２の上面および振動部２２２の下面を振動部２２２の主面とする。
【００７７】
振動部２２２は、水晶片２２１を平面視して、水晶片２２の一方の短辺の中点Ｍ２１を通過する垂線（仮想垂線ＣＬ２１）に対して、線対称となっている。また、振動部２２２は、水晶片２２１を平面視して、振動部２２２の中心Ｃ２２が仮想垂線ＣＬ２１上に位置している。このとき、振動部２２２の中心Ｃ２２と水晶片２２１の中心Ｃ２１は重なっておらず、水晶片２２１の中心Ｃ２１が振動部２２２の中心Ｃ２２と比較して、水晶片２２１の一方の短辺側に位置している。従って、水晶素子２２０を平面視して、振動部２２２の中心Ｃ２２から水晶片２２１の一方の短辺までの距離は、水晶片２２１の中心Ｃ２１から水晶片２２１の一方の短辺までの距離よりも長くなっている。このような構成にすることで、水晶素子２２０を水晶デバイスとして用いる場合、導電性接着剤１４０で水晶素子２２０を接着する箇所を水晶片２２１の一方の短辺の両端部にすることで、導電性接着剤１４０による影響をより低減させることが可能となる。この結果、導電性接着剤１４０による影響、具体的には、導電性接着剤１４０の保持による振動部２２２の振動阻害、を低減させることができ、導電性接着剤１４０で接着することによる等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００７８】
振動部２２２は、その両主面に一対の励振電極部２２５（２２５ａ、２２５ｂ）が設けられている。振動部２２２は、この一対の励振電極部２２５に電圧が印加されると、励振電極部２２５に振動部２２２の上下方向で挟まれている振動部２２２の一部分が逆圧電効果および圧電効果により所定の周波数で厚みすべり振動をする。一般的に、厚みすべり振動の周波数は、振動部２２２の上下方向の厚みによって厚みすべり振動のしやすさが異なるため、振動部２２２の上下方向の厚みによって決定される。従って、３０ＭＨｚ以下のような低い周波数帯で厚みすべり振動させる場合、厚みすべり振動をさせるためには、３０ＭＨｚより高い周波数帯で厚みすべり振動させる場合と比較し、振動エネルギーを要することとなる。このため、高い周波数帯で厚みすべり振動させる場合と比較し、励振電極部２２５で挟まれていない振動部２２２にまで、振動漏れが生じている。
【００７９】
周辺部２２３は、励振電極部２２５に電圧を印加したときに振動部２２５へ振動エネルギーを集中させつつ、水晶素子２２０を基板１１０に実装したときに実装による厚みすべり振動への影響を低減させるためのものである。周辺部２２３は、振動部２２３に沿って、環状に設けられており、その上下方向の厚みが振動部２２２の上下方向の厚みより薄くなっている。周辺部２２３は、振動部の外縁に沿って設けられている傾斜部２２３ａと、傾斜部の外縁に沿って設けられている平板部２２３ｂと、から構成されている。
【００８０】
傾斜部２２３ａは、振動部２２２の外縁に沿って設けられている。また、傾斜部２２３ａは、その上下方向の厚みが振動部２２２から平板部２２３ｂにかけて徐々に薄くなっている。傾斜部２２３ａは、結晶軸の位置関係によってエッチングされやすさが異なることを利用し、振動部２２２と平板部２２３ｂとの間に形成されている。このように、振動部２２２と平板部２２３ｂとの間に傾斜部２２３ａを設けることで、導電性接着剤１４０を用いて水晶素子２２０を基板１１０に実装する際に、平板部２２３ｂを導電性接着剤１４０で接着することによる振動部２２２への影響を軽減させることができる。
【００８１】
平板部２２３ｂは、傾斜部２２３ａの外縁に沿って設けられている。また、平板部２２３ｂは、その上下方向の厚みが、振動部２２２の上下方向の厚みより薄くなっている。傾斜部２２３ａと平板部２２３ｂとからなる周辺部２２３の表面には、配線部２２６（２２６ａ，２２６ｂ）および引出部２２７（２２７ａ，２２７ｂが設けられている。
【００８２】
本実施形態では、振動部２２２と、振動部２２２より上下方向の厚みが薄い周辺部２２３と、からなる水晶片２２１を用いることで、振動部２２２の一部分を逆圧電効果および圧電効果で厚みすべり振動させたときに、振動部２２２と周辺部２２３とで厚みすべり振動の振動状態が大きく異なる状態にすることができる。従って、このような構成にすることで、平板状の水晶片を用いた場合と比較して、振動部２２２のみに振動エネルギーをより集中させることが可能となる。この結果、このような水晶片２２１を用いた水晶素子２２０では、振動エネルギーの分散または漏れにより等価直列廷億値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００８３】
ここで、水晶片２２１の各寸法の実施例について説明する。水晶片２２１は、平面視して、略矩形形状となっており、長辺の寸法が、０．５０ｍｍ〜３．２０ｍｍとなっており、短辺の寸法が、０．２０ｍｍ〜２．５０ｍｍとなっている。振動部２２２は、平面視して、略矩形形状となっており、水晶片２２１の長辺に平行な寸法が、０．３０ｍｍ〜２．７０ｍｍとなっており、水晶片２２１の短辺に平行な寸法が、０．２０ｍｍ〜２．４０ｍｍとなっている。また、振動部２２２は、その上下方向の厚みが、３０μｍ〜１６７μｍとなっている。周辺部２２３の一部である平板部は、その上下方向の厚みが、２７．３μｍ〜１５１．８２μｍとなっている。
【００８４】
水晶片２２１に設けられている金属パターン２２４は、水晶片２２１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２２４は、励振電極部２２５（２２５ａ，２２５ｂ）、配線部２２６（２２６ａ，２２６ｂ）および引出部２２７（２２７ａ，２２７ｂ）から構成されている。金属パターン２２４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。
【００８５】
励振電極部２２５（２２５ａ，２２５ｂ）は、振動部２２２に電圧を印加するためのものである。励振電極部２２５は、一対となっており、一方の励振電極部２２５ａが振動部２２２の上面に設けられており、他方の励振電極部２２５ｂが振動部２２２の下面であって、振動部２２２を挟むように一方の励振電極部２２５ｂと対向する位置に設けられている。励振電極部２２５は、水晶素子２２０を平面視して、略矩形形状となっている。
【００８６】
図８および図１０に示すように、励振電極部２２５は、水晶素子２２０を平面視して、水晶片２２１の一方の短辺の中点Ｍ２１を通過する垂線（仮想垂線ＣＬ２１）に対し、線対称となっている。このような構成にすることで、励振電極部２２５に電圧を印加したとき、励振電極部２２５に蓄えられる電荷が仮想垂線ＣＬ２１に対し線対称となり、励振電極部２２５に挟まれている水晶片２２１の一部を厚みすべり振動させるための振動エネルギーを、仮想垂線ＣＬ２１に対して線対称に分布させることができる。従って、本実施形態では、振動エネルギーを仮想垂線ＣＬ２１に対し線対称に分布させることができるため、仮想垂線ＣＬ２１に対し左右の振動バランスを向上させることができる。このため、仮想垂線ＣＬ２１に対し左右の振動バランスの低下により等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００８７】
また、図８および図１０に示すように、励振電極部２２５は、水晶素子２２０を平面視して、その励振電極部２２５の中心Ｃ２３が仮想垂線ＣＬ２１上に位置しつつ、振動部２２２の中心Ｃ２２より水晶片２２１の他方の短辺側に位置している。従って、励振電極部２２５の中心Ｃ２３は、水晶片２２１の中心Ｃ２１および振動部２２２の中心Ｃ２２とは異なる位置にあり、水晶片２２１の中心Ｃ２１、振動部２２２の中心Ｃ２２、励振電極部２２５の中心Ｃ２３と水晶片２２１の一方の短辺との距離を比較すると、励振電極部２２５と水晶片２２１の一方の短辺の距離が最も長い。このような構成にすることで、水晶片２２１の一方の短辺の両端部を導電性接着剤１４０で接着し、水晶素子２２０を水晶デバイスとして用いる場合、励振電極部２２５で振動部２２２の上下方向で挟まれている振動部２２２の一部分を、第一実施形態より、水晶片２２１の一方の短辺から離れた位置にすることができる。励振電極部２２５に電圧が印加されときに、励振電極部２２５に振動部２２２の上下方向で挟まれている振動部２２２の一部分が最も振動する構成となっているので、この励振電極部２２５に振動部２２２の上下方向で挟まれている振動部２２２の一部分をより導電性接着剤１４０で接着される部分より、遠くすることができる。この結果、導電性接着剤１４０による影響、具体的には、導電性接着剤１４０の接着による振動阻害、を低減させることができ、導電性接着剤１４０で接着することによる等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００８８】
励振電極部２２５は、水晶素子２２０を平面視したとき、水晶片２２１の長辺に平行な励振電極部２２５の長さが、水晶片２２１の長辺に平行な振動部２２２の長さより短くなっている。従って、水晶素子２２０を平面視したとき、水晶片２２１の短辺に平行な励振電極部２２５と水晶片２２１の短辺に平行な振動部２２２との間には、振動部２２２の一部分が露出した状態となっている。このとき、水晶素子２２０を平面視して、励振電極部２２５の中心Ｃ２３と振動部２２２の中心Ｃ２２とが仮想垂線ＣＬ２１上に位置しつつ、重ならない位置に設けられているので、近接する水晶片２２１の短辺に平行な励振電極部２２５の辺と水晶片２２１の短辺に平行な振動部２２２の辺との長さは、水晶片２２１の一方の短辺側と水晶片２２１の他方の短辺側とで長さが異なっている。
【００８９】
ここで、水晶片２２１の長辺の長さを第一距離Ｄ２１とし、水晶片２２１の長辺に平行な振動部２２２の長さを第二距離Ｄ２２とし、水晶片２２１の長辺に平行な励振電極部２２５の長さを第三距離Ｄ２３とする。また、露出している振動部２２２を挟むように位置している水晶片２２１の短辺に平行な励振電極部２２５の辺と振動部２２２の辺との長さを、第四距離Ｄ２４とし、引出部２２７（２２７ａ，２２７ｂ）が二つ並んで設けられる水晶片２２１の一方の短辺側の第四距離Ｄ２４を第一間隔距離Ｄ２４ａとし、水晶片２２１の他方の短辺側の第四距離Ｄ２４を第二間隔距離Ｄ２４ｂとする。
【００９０】
つまり、励振電極部２２５は、水晶素子２２０を平面視したとき、水晶片２２１の他方の短辺側にやや寄った状態で、振動部２２２の内縁側に位置するように設けられている。従って、第一間隔距離Ｄ２４ａは、第二間隔距離Ｄ２４ｂより短くなっている。このように、励振電極部２２５を振動部２２２の内縁側に位置するように設けることで、励振電極部２２５に電圧を印加し励振電極部２２５に挟まれている振動部２２２の一部分を振動させたとき、励振電極部２２５の外縁から振動部２２２の外縁に向かう向きに振動漏れが生じ、この漏れた振動が振動部２２２の外縁に設けられている傾斜部２２３ａの面で反射した場合であっても、反射された振動が励振電極部２２５で挟まれている振動部２２２の一部分への振動を阻害することを低減させることができる。従って、振動部２２２の縁部に設けられている傾斜部２２３ａの影響を低減させることが可能となり振動部２２２の一部分への振動が阻害されることによる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。
【００９１】
このとき、振動部２２２を挟むように位置している、水晶片２２１の短辺に平行な振動部２２２の辺と励振電極部２２５の辺との長さ（第四距離Ｄ２４）は、５μｍ以上５５μｍ以下であることが望ましい。第四距離Ｄ２４が５μｍより小さい場合、励振電極部２２５に電圧を印加したとき、励振電極部２２５で挟まれている部分から挟まれていない部分へ振動漏れが生じ、その漏れた振動が振動部２２２の外縁に沿って設けられている傾斜部２２３ａで反射し、励振電極部２２５で挟まれている部分の振動を阻害してしまい、等価直列抵抗値が大きくなる虞がある。第四距離Ｄ２４が５５μｍより大きい場合、水晶素子２２０の小型化に伴い振動部２２２の大きさが小さくなるので、励振電極部２２５の大きさも小さくなってしまう。このため、励振電極部２２５に蓄えられる電荷の量も減り、励振電極部２２５で挟まれている振動部２２２を振動させるための振動エネルギーが不足し、等価直列抵抗値が大きくなってしまう虞がある。従って、第四距離Ｄ２４を５μｍ以上５５μｍ以下にすることで、更に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。
【００９２】
第二実施形態に係る水晶素子２２０は、水晶素子２２０を平面視して、振動部２２２の中心Ｃ２２が、励振電極部２２５の中心Ｃ２３より水晶片２２１の所定の一辺側に位置しており、水晶片２２１の中心Ｃ２１が、振動部２２２の中心Ｃ２２より水晶片２２１の所定の一辺側に位置している。従って、第二実施形態に係る水晶素子２２０は、水晶素子２２０を平面視して、一対の引出部２２７（２２７ａ，２２７ｂ）が並んで設けられる水晶片２２１の所定の一辺から励振電極部２２５の中心Ｃ２３までの距離、水晶片２２１の所定の一辺から振動部２２２の中心Ｃ２２までの距離、水晶片２２１の所定の一辺から水晶片２２１の中心Ｃ２１までの距離を比較した場合、水晶片２２１の所定の一辺から励振電極部２２５の中心Ｃ２３までの距離が最も長く、水晶片２２１の所定の一辺から水晶片２２１の中心Ｃ２１までの距離が最も短い。このような構成にすることで、第二実施形態に係る水晶素子２２０は、水晶素子２２０の引出部２２７を導電性接着剤１４０で接着し水晶デバイスとして用いる場合、振動部２２２を水晶片２２１の所定の一辺より離れた位置にすることができ、さらに、励振電極部２２５を水晶片２２１の所定の一辺より離れた位置にすることができる。このため、励振電極部２２５に電圧が印加されたとき、圧電効果および逆圧電効果により振動する振動部２２２の一部分を、導電性接着剤１４０で接着されている部分から、第一実施形態と比較して、更に離れた位置に設けることが可能となる。この結果、導電性接着剤１４０の接着による振動阻害を第一実施形態と比較して更に低減させることができ、振動阻害により等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
【００９３】
また、第二実施形態に係る水晶デバイスは、このような第二実施形態に係る水晶素子２２０を用いているので、第一実施形態と比較し、更に、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。
【符号の説明】
【００９４】
１１０・・・基板
１１１・・・搭載端子
１１２・・・外部端子
１２０、２２０・・・水晶素子
１２１、２２１・・・水晶片
１２２、２２２・・・振動部
１２３、２２３・・・周辺部
１２３ａ、２２３ａ・・・傾斜部
１２３ｂ、２２３ｂ・・・平板部
１２４、２２４・・・金属パターン
１２５、２２５・・・励振電極部
１２６、２２６・・・配線部
１２７、２２７・・・引出部
１３０・・・蓋体
１３１・・・封止基部
１３２・・・封止枠部
１３２ａ・・・枠部
１３２ｂ・・・鍔部
１４０・・・導電性接着剤
１５０・・・接合部材
Ｃ１１、Ｃ２１・・・水晶片の中心
Ｃ１２、Ｃ２２・・・振動部の中心
Ｃ１３、Ｃ２３・・・励振電極部の中心
ＣＬ１１、ＣＬ２１・・・仮想垂線
Ｍ１１、Ｍ２１・・・水晶片の一方の短辺の中点
Ｄ１１、Ｄ２１・・・第一距離
Ｄ１２、Ｄ２２・・・第二距離
Ｄ１３、Ｄ２３・・・第三距離
Ｄ１４、Ｄ２４・・・第四距離
【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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