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技術 圧電振動片及び圧電振動子

出願人 エスアイアイ・クリスタルテクノロジー株式会社
発明者 皿田孝史加藤良和相田鎮範
出願日 2015年9月18日 (4年5ヶ月経過) 出願番号 2015-185774
公開日 2017年3月23日 (2年10ヶ月経過) 公開番号 2017-060125
状態 特許登録済
技術分野 圧電・機械振動子,遅延・フィルタ回路
主要キーワード 辺縁面 上地層 中央領 平面視外形 斜面下 マウント領域 頂面側 外形パターン
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年3月23日)のものです。
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図面 (7)

課題

優れた振動特性を備える小型の圧電振動片及び圧電振動子を提供する。

解決手段

圧電振動片10は、ATカット水晶基板により形成された圧電板11と、圧電板11のうち厚さ方向で対向する第1面11Aと第2面11Bとにそれぞれ形成された励振電極51A,51Bと、を備え、少なくとも第1面11Aには、励振電極51Aが形成されている頂面21と、頂面21の外周縁に接続され、頂面21を取り囲む側面22と、が形成され、側面22は、頂面21に対する傾斜角度が互いに異なり厚さ方向に連なる複数の斜面22a,22bを含み、圧電板11の面方向における複数の斜面22a,22bの外形は、頂面21から離間するものほど大きくなっている。

概要

背景

従来より、ATカット水晶基板より形成される圧電振動片は、圧電板と、圧電板の表裏面にそれぞれ形成された励振電極と、を備えている。圧電振動片は、励振電極間に電圧印加されることで、厚みすべり振動する。

ところで、上述した圧電振動片では、小型化を図ると、振動領域(励振電極が形成された部分)で発生した振動が、圧電振動片の周縁部へ伝播し易くなる。振動が圧電振動片の周縁部に伝播すると、周縁部で不要振動が誘発される。
そこで、圧電板の表裏面のうち、少なくとも一方の面にメサ部を形成した、いわゆるメサ型の圧電振動片が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。メサ型の圧電振動片では、振動領域となる圧電板の中央領域の厚みを、圧電板の周縁部の厚みよりも厚くすることができ、振動エネルギーを振動領域内に閉じ込めることが可能になる。よって、圧電振動片のクリスタルインピーダンス(以下、CI値)を低減することが可能になる。

概要

優れた振動特性を備える小型の圧電振動片及び圧電振動子を提供する。圧電振動片10は、ATカット水晶基板により形成された圧電板11と、圧電板11のうち厚さ方向で対向する第1面11Aと第2面11Bとにそれぞれ形成された励振電極51A,51Bと、を備え、少なくとも第1面11Aには、励振電極51Aが形成されている頂面21と、頂面21の外周縁に接続され、頂面21を取り囲む側面22と、が形成され、側面22は、頂面21に対する傾斜角度が互いに異なり厚さ方向に連なる複数の斜面22a,22bを含み、圧電板11の面方向における複数の斜面22a,22bの外形は、頂面21から離間するものほど大きくなっている。

目的

本発明に係る態様は、優れた振動特性を備える小型の圧電振動片及び圧電振動子を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

ATカット水晶基板により形成された圧電板と、前記圧電板のうち厚さ方向で対向する第1面と第2面とにそれぞれ形成された励振電極と、を備え、少なくとも前記第1面には、前記励振電極が形成されている頂面と、前記頂面の外周縁に接続され、前記頂面を取り囲む側面と、が形成され、前記側面は、前記頂面に対する傾斜角度が互いに異なり前記厚さ方向に連なる複数の斜面を含み、前記圧電板の面方向における前記複数の斜面の外形は、前記頂面から離間するものほど大きくなっていることを特徴とする圧電振動片

請求項2

前記厚さ方向から見た平面視で、前記圧電板は、前記ATカット水晶基板のZ´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されてい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

前記圧電板のうち前記ATカット水晶基板のZ´軸方向に離間した両端部には、前記圧電板の面方向に突出する突出部が、それぞれ形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電振動片。

請求項4

前記側面は、前記厚さ方向に沿う断面視で、内周縁と外周縁とを結ぶ仮想直線に対して前記頂面側膨出していることを特徴とする請求項1から3何れか1項に記載の圧電振動片。

請求項5

前記側面は、前記厚さ方向に沿う断面視で、内周縁と外周縁とを結ぶ仮想直線に対して前記頂面側とは反対側に窪んでいることを特徴とする請求項1から3何れか1項に記載の圧電振動片。

請求項6

前記斜面の表面粗さは、算術平均粗さRaで10nmより小さく、最大高さRyで100nmより小さいことを特徴とする請求項1から5何れか1項に記載の圧電振動片。

請求項7

前記平面視で、前記圧電板の最大長さ寸法は、2.5mm未満になっていることを特徴とする請求項1から6何れか1項に記載の圧電振動片。

請求項8

請求項1から7何れか1項に記載の圧電振動片と、前記圧電振動片が実装されるパッケージと、を備えることを特徴とする圧電振動子

技術分野

0001

本発明は、圧電振動片及び圧電振動子に関するものである。

背景技術

0002

従来より、ATカット水晶基板より形成される圧電振動片は、圧電板と、圧電板の表裏面にそれぞれ形成された励振電極と、を備えている。圧電振動片は、励振電極間に電圧印加されることで、厚みすべり振動する。

0003

ところで、上述した圧電振動片では、小型化を図ると、振動領域(励振電極が形成された部分)で発生した振動が、圧電振動片の周縁部へ伝播し易くなる。振動が圧電振動片の周縁部に伝播すると、周縁部で不要振動が誘発される。
そこで、圧電板の表裏面のうち、少なくとも一方の面にメサ部を形成した、いわゆるメサ型の圧電振動片が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。メサ型の圧電振動片では、振動領域となる圧電板の中央領域の厚みを、圧電板の周縁部の厚みよりも厚くすることができ、振動エネルギーを振動領域内に閉じ込めることが可能になる。よって、圧電振動片のクリスタルインピーダンス(以下、CI値)を低減することが可能になる。

先行技術

0004

特開2013−197826号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、特許文献1に開示される構成では、メサ部の側面が階段状に形成されているため、各段差境界部分や、メサ部の頂面と側面との境界部分、圧電板のうちメサ部よりも外側に位置する部分とメサ部の側面との境界部分、等で角度が大きく切り替わっている。この場合、振動領域で発生する振動が圧電板の外周に向けて伝播する際に、上述した各境界部分でスプリアス振動が誘発される。その結果、圧電振動片の振動特性が低下するという課題がある。

0006

本発明に係る態様は、優れた振動特性を備える小型の圧電振動片及び圧電振動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

0007

(1)本発明に係る一態様の圧電振動片は、ATカット水晶基板により形成された圧電板と、前記圧電板のうち厚さ方向で対向する第1面と第2面とにそれぞれ形成された励振電極と、を備え、少なくとも前記第1面には、前記励振電極が形成されている頂面と、前記頂面の外周縁に接続され、前記頂面を取り囲む側面と、が形成され、前記側面は、前記頂面に対する傾斜角度が互いに異なり前記厚さ方向に連なる複数の斜面を含み、前記圧電板の面方向における前記複数の斜面の外形は、前記頂面から離間するものほど大きくなっていることを特徴とする。
上記(1)の態様によれば、圧電板の面方向における側面(斜面)の外形が頂面から離間するものほど大きくなっているため、厚さ方向で隣り合う面同士が垂直に交わる階段状の側面に比べて、厚さ方向で隣り合う面同士がなす角度を緩やかにすることができる。そのため、厚さ方向で隣り合う面の境界部分において、不要振動が誘発されるのを抑制できる。
また、頂面と側面との境界部分、及び圧電板のうち側面の外側に連なる部分と側面との境界部分のうち、少なくとも一方の境界部分での傾斜角度が、側面が頂面に対して一様な傾斜角度で形成されている場合に比べて緩やかになる。そのため、少なくとも一方の境界部分において、不要振動が誘発されるのを抑制できる。
その結果、CI値を低減して、振動特性を向上させることができる。

0008

(2)上記(1)の態様において、前記厚さ方向から見た平面視で、前記圧電板は、前記ATカット水晶基板のZ´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されていてもよい。
上記(2)の場合、圧電板を小型化した場合であっても低いCI値を維持できる。
すなわち、ATカット水晶基板はX軸とZ´軸で構成される。このような構成のもと、ATカット水晶基板が厚み滑り振動をしているとき、X軸とZ´軸では電気偏極が生じる。電気偏極は電荷偏りであり、X軸では正弦波状、Z´軸では直線状になる。電気偏極が直線状になるZ´軸を長辺とすることで、最も強い電荷が生じる辺を長くすることができる。強い電荷が生じる領域が広がれば、よりCI値は低くなる。したがって、Z´軸を長辺とすることでより低いCI値を維持することが可能となる。

0009

(3)上記(1)又は(2)の態様において、前記圧電板のうち前記ATカット水晶基板のZ´軸方向に離間した両端部には、前記圧電板の面方向に突出する突出部が、それぞれ形成されていてもよい。
上記(3)の場合、パッケージに圧電振動片を実装するためのマウント領域として、突出部を利用することで、振動領域(励振電極が形成されている部分)とマウント領域との間の間隔を確保できる。これにより、振動領域で発生する振動エネルギーがマウント領域を経て実装部材やパッケージに伝播するのを抑制し、振動漏れを抑制できる。また、圧電板と実装部材との付着面積を確保できるので、実装部材と圧電板との接合強度を確保できる。

0010

(4)上記(1)から(3)何れか1つの態様において、前記側面は、前記厚さ方向に沿う断面視で、内周縁と外周縁とを結ぶ仮想直線に対して前記頂面側膨出していてもよい。
上記(4)の場合、例えば、側面が圧電板の外周端面に連なる場合に、頂面と側面との境界部分、及び圧電板の外周端面と側面との境界部分の双方での境界部分での傾斜角度が、側面が頂面に対して一様な傾斜角度で形成されている場合に比べて緩やかになる。そのため、これらの境界部分において不要振動が誘発されるのを抑制できる。

0011

(5)上記(1)から(3)何れか1つの態様において、前記側面は、前記厚さ方向に沿う断面視で、内周縁と外周縁とを結ぶ仮想直線に対して前記頂面側とは反対側に窪んでいてもよい。
上記(5)の場合、例えば、圧電板のうち側面の外側に側面を取り囲む辺縁部を形成した場合に、側面と辺縁部との境界部分での傾斜角度が、側面が頂面に対して一様な傾斜角度で形成されている場合に比べて緩やかになる。そのため、この境界部分において不要振動が誘発されるのを抑制できる。

0012

(6)上記(1)から(5)何れか1つの態様において、前記斜面の表面粗さは、算術平均粗さRaで10nmより小さく、最大高さRyで100nmより小さくてもよい。
上記(6)の場合、圧電板表面の凹凸を小さくできるので、凹凸部分で不要振動が誘発されるのを抑制できる。その結果、更なる振動特性の向上を図ることができる。

0013

(7)上記(1)から(6)何れか1つの態様において、前記平面視で、前記圧電板の最大長さ寸法は、2.5mm未満になっていてもよい。
上記(7)の場合、圧電振動片が小型であっても、上述の境界部分において不要振動が誘発されるのを抑制できる。

0014

(8)本発明に係る一態様の圧電振動子は、上記(1)から(7)何れか1つの態様の圧電振動片と、前記圧電振動片が実装されるパッケージと、を備えることを特徴とする。
上記(8)の態様によれば、上述した圧電振動片を備えているため、優れた振動特性を備える小型の圧電振動子を得ることができる。

発明の効果

0015

本発明に係る態様によれば、優れた振動特性を備える小型の圧電振動片及び圧電振動子を提供することができる。

図面の簡単な説明

0016

第1実施形態に係る圧電振動片を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のIb−Ib線に相当する部分断面図である。
第1実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。
図2のIII−III線に相当する断面図である。
第1実施形態に係る圧電振動片の製造工程の手順を示す断面図である。
第2実施形態に係る圧電振動片を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のVb−Vb線に相当する部分断面図である。
圧電振動片の他の構成を示す部分断面図である。

実施例

0017

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

0018

[第1実施形態]
最初に、第1実施形態の圧電振動片及び圧電振動子について説明する。
図1は、第1実施形態に係る圧電振動片10を示す図である。図1(a)は圧電振動片10の平面図であり、図1(b)は図1(a)のIb−Ib線に相当する部分断面図である。図2は、第1実施形態に係る圧電振動子1の分解斜視図である。図3は、図2のIII−III線に相当する断面図である。
図1図3に示すように、圧電振動片10は、圧電板11と、励振電極51A,51B(第1励振電極51A,第2励振電極51B)と、マウント電極13A,13Bと、引き回し配線16A,16Bと、を備える。

0019

圧電板11は、ATカット水晶基板により形成され、励振電極51A,51Bによる印加電圧により、厚みすべりモードで振動する。
ここで、ATカットは、人工水晶結晶軸である電気軸(X軸)、機械軸(Y軸)及び光学軸(Z軸)の3つの結晶軸のうち、Z軸に対してX軸周りに35度15分だけ傾いた方向(Z´軸方向)に切り出す加工手法である。ATカットによって切り出された圧電板11を有する圧電振動片10は、周波数温度特性が安定しており、構造や形状が単純で加工が容易であり、CI値が低いという利点がある。
なお、以下の説明において、各図の構成を説明する際には、XY´Z´座標系を用いる。このXY´Z´座標系のうち、Y´軸はX軸及びZ´軸に直交する軸である。また、X軸方向、Y´軸方向及びZ´軸方向は、図中矢印方向を+方向とし、矢印とは反対の方向を−方向として説明する。

0020

圧電板11は、Y´軸方向から見た平面視で、Z´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている。圧電板11は、厚さ方向がY´軸方向に沿って形成されている。圧電板11は、Y´軸方向+側に第1面11Aと、Y´軸方向−側に第2面11Bと、XZ´平面外側に第1面11Aと第2面11Bとを接続する外周端面11Cと、を有している。
なお、本実施形態において、圧電板11は、最大長さ寸法(本実施形態ではZ´軸方向の寸法)が2.5mm未満になっている。

0021

図1図3に示すように、圧電板11の第1面11Aは、中央部に形成された第1メサ部(メサ部)20と、第1メサ部20の周囲を取り囲む辺縁面24と、を含む。また、圧電板11の第2面11Bは、中央部に形成された第2メサ部(メサ部)30と、第2メサ部30の周囲を取り囲む辺縁面34と、を含む。
なお、適宜に、Y´軸方向から見た平面視でメサ部20,30より外側の圧電板11の部分(辺縁面24,辺縁面34,外周端面11Cを含む圧電板11の部分)を、辺縁部40と呼ぶ。

0022

第1メサ部20は、第1面11Aの中央部において、Y´軸方向+側に膨出している。第1メサ部20は、第1頂面(頂面)21と、第1頂面21の周囲を取り囲む第1側面22(側面)と、を有する。
第1頂面21は、XZ´軸方向に延在する平坦面となっている。第1頂面21の外形は、Y´軸方向から見た平面視において、Z´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている。

0023

第1側面22は、第1頂面21と辺縁面24とを接続している。第1側面22の外形は、Y´軸方向から見た平面視において、第1頂面21を取り囲む矩形枠状に形成されている。第1側面22のうち、内周縁は第1頂面21の外周縁の各辺に連続して形成され、外周縁は辺縁面24の内周縁に連続して形成されている。第1側面22は、Z´軸方向+側を向く面と、Z´軸方向−側を向く面と、X軸方向−側を向く面と、X軸方向+側を向く面と、を含んでいる。第1側面22の各面はそれぞれ、第1頂面21の外周縁から外側(+Z´軸方向、−Z´軸方向、−X軸方向、+X軸方向)に向かうに従い、−Y´軸方向に向かって延在している。

0024

ここで、第1側面22は、Y´軸方向において、第1頂面21に対する傾斜角度が互いに異なる複数の斜面(第1斜面上段22a,第1斜面下段22b)が連なって形成されている。この場合、第1側面22は、Y´軸方向に沿う断面視において、内周縁と外周縁とを結ぶ仮想直線L1に対してY´軸方向+側に膨出している。
第1斜面上段22aは、その内周縁が第1頂面21の外周縁の各辺に接続されている。第1斜面上段22aは、第1頂面21に対する傾斜角度が20°未満に設定されている。

0025

第1斜面下段22bは、平面視において、第1斜面上段22aの周囲を取り囲んでいる。第1斜面下段22bは、その内周縁が第1斜面上段22aの外周縁に接続されている。一方、第1斜面下段22bの外周縁は、辺縁面24の内周縁に接続されている。第1斜面下段22bは、第1頂面21に対する傾斜角度が第1斜面上段22aの傾斜角度よりも大きくなっている。この場合、第1斜面下段22bは、第1斜面上段22aに対する傾斜角度が20°未満に設定されている。

0026

このように、各第1斜面22a,22bは、Y´軸方向−側に位置するものほど、XZ´軸方向の外形が大きくなっている。なお、第1斜面上段22a及び第1斜面下段22bは、幅寸法(Y´軸方向から見た平面視において、内周縁から外周縁までの距離)がそれぞれ同等になっている。但し、第1斜面上段22a及び第1斜面下段22bの幅寸法は、適宜変更が可能である。

0027

第2メサ部30は、第2面11Bの中央部において、Y´軸方向−側に膨出している。第2メサ部30は、第2頂面(頂面)31と、第2頂面31の周囲を取り囲む第2側面32(側面)と、を有する。
第2頂面31は、XZ´軸方向に延在する平坦面となっている。第2頂面31の外形は、Y´軸方向から見た平面視において、Z´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている。

0028

第2側面32は、第2頂面31と辺縁面34とを接続している。第2側面32の外形は、Y´軸方向から見た平面視において、第2頂面31を取り囲む矩形枠状に形成されている。第2側面32のうち、内周縁は第2頂面31の外周縁の各辺に連続して形成され、外周縁は辺縁面34の内周縁に連続して形成されている。第2側面32は、Z´軸方向+側を向く面(不図示)と、Z´軸方向−側を向く面(不図示)と、X軸方向−側を向く面と、X軸方向+側を向く面と、を含んでいる。第2側面32の各面はそれぞれ、第2頂面31の外周縁から外側(+Z´軸方向、−Z´軸方向、−X軸方向、+X軸方向)に向かうに従い、+Y´軸方向に向かって延在している。

0029

ここで、第2側面32は、Y´軸方向において、第2頂面31に対する傾斜角度が互いに異なる複数の斜面(第2斜面上段32a,第2斜面下段32b)が連なって形成されている。この場合、第2側面32は、Y´軸方向に沿う断面視において、内周縁と外周縁とを結ぶ仮想直線L2に対してY´軸方向−側に膨出している。
第2斜面上段32aは、その内周縁が第2頂面31の外周縁の各辺に接続されている。第2斜面上段32aは、第2頂面31に対する傾斜角度が20°未満に設定されている。

0030

第2斜面下段32bは、平面視において、第2斜面上段32aの周囲を取り囲んでいる。第2斜面下段32bは、その内周縁が第2斜面上段32aの外周縁に接続されている。一方、第2斜面下段32bの外周縁は、辺縁面34の内周縁に接続されている。第2斜面下段32bは、第2頂面31に対する傾斜角度が第2斜面上段32aの傾斜角度よりも大きくなっている。この場合、第2斜面下段32bは、第2斜面上段32aに対する傾斜角度が20°未満に設定されている。

0031

このように、各第2斜面32a,32bは、Y´軸方向+側に位置するものほど、XZ´軸方向の外形が大きくなっている。なお、第2斜面上段32a及び第2斜面下段32bは、幅寸法(Y´軸方向から見た平面視において、内周縁から外周縁までの距離)がそれぞれ同等になっている。但し、第2斜面上段32a及び第2斜面下段32bの幅寸法は、適宜変更が可能である。

0032

第1頂面21の外周縁と第2頂面31の外周縁とは、Y´軸方向から見た平面視において重なるように形成されている。また、第1側面22(第1斜面上段22a,第1斜面下段22b)の外周縁と、第2側面32(第2斜面上段32a,第2斜面下段32b)の外周縁とは、Y´軸方向から見た平面視においてそれぞれ重なるように形成されている。
なお、メサ部20,30(頂面21,31及び側面22,32(斜面22a,22b,32a,32b)の平面視外形は、適宜変更可能である。

0033

第1励振電極51Aは、Y´軸方向から見た平面視において、Z´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている。第1励振電極51Aは、第1頂面21に形成されている。

0034

第2励振電極51Bは、Y´軸方向から見た平面視において、Z´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている。第2励振電極51Bは、第2頂面31に形成されている。

0035

第1励振電極51Aと第2励振電極51Bとは、Y´軸方向から見た平面視において重なるように形成されている。
なお、励振電極51A,51Bの平面視外形は、頂面21,31の平面視外形に合わせて、適宜変更可能である。

0036

また、励振電極51Aが、第1面11Aにおいて、第1主面21及び第1側面22(第1斜面上段22aまたは第1斜面下段22b)に亘って形成され、励振電極51Bが、第2面11Bにおいて、第2主面31及び第2側面32(第2斜面上段32aまたは第2斜面下段32b)に亘って形成されていてもよい。
この構成によれば、主面のみに励振電極が形成されている場合に比べて励振電極の面積を確保できる。その結果、CI値を低減して、振動特性を向上させることができる。
この場合、励振電極51Aの外周縁が辺縁面24上まで配置され、励振電極51Bの外周縁が辺縁面34上まで配置されていてもよい。

0037

一対のマウント電極13A,13Bは、圧電板11のうちX軸方向の一端部であってZ´軸方向に離間した両端部にそれぞれ形成されている。

0038

マウント電極13Aは、圧電板11のX軸方向+側かつZ´軸方向+側に位置する角部において、第1面11A、第2面11B及び外周端面11Cに亘って形成されている。マウント電極13Aは、圧電板11の第1面11A上において、引き回し配線16Aを介して励振電極51Aに接続されている。

0039

マウント電極13Bは、圧電板11のX軸方向+側かつZ´軸方向−側に位置する角部において、第1面11A、第2面11B及び外周端面11Cに亘って形成されている。マウント電極13Bは、圧電板11の第2面11B上において、引き回し配線16B(図1参照)を介して励振電極51Bに接続されている。
なお、マウント電極13Bは、少なくとも第2面11B側の面に形成されていれば構わない。

0040

ここで、励振電極51A,51B、マウント電極13A,13B、及び引き回し配線16A,16Bは、金等の金属の単層膜や、クロム等の金属を下地層とし、金等の金属を上地層とした積層膜等で形成されている。

0041

(圧電振動子)
次いで、圧電振動片10を備える圧電振動子1について説明する。
図2に示すように、本実施形態の圧電振動子1は、パッケージ5のキャビティCの内部に圧電振動片10を収容したものである。パッケージ5は、ベース基板2とリッド基板3とを重ね合わせて形成されている。なお、ベース基板2及びリッド基板3は、ともにセラミック材料等により形成されている。

0042

ベース基板2は、平面視で矩形状に形成された底壁部2aと、底壁部2aの周縁部から+Y´軸方向に立設された側壁部2bと、を備えている。
側壁部2bは、底壁部2aの周縁部における全周に亘って形成されている。
底壁部2aのうち、Y´軸方向+側に位置する面(底壁部表面)には、一対の内部電極7が形成されている。一対の内部電極7は、Z´軸方向に離間して形成されている。また、底壁部2aのうち、Y´軸方向−側に位置する面(底壁部裏面)には、一対の外部電極(不図示)が形成されている。そして、内部電極7及び外部電極は、底壁部2aを厚さ方向に貫通する貫通電極(不図示)により電気的に接続されている。なお、内部電極7と外部電極との接続形態はこれに限定されるものではなく、例えば、セラミックシートの面方向に延出する配線を介して、内部電極7と外部電極とを接続する形態であってもよい。

0043

リッド基板3は、平面視矩形の板状に形成されている。リッド基板3の周縁部は、ベース基板2の側壁部2bの端面に+Y´軸方向から接着される。
ベース基板2の底壁部2a及び側壁部2bとリッド基板3とで囲まれた領域に、キャビティCが形成されている。

0044

図3に示すように、キャビティCには、圧電振動片10が収容されている。
圧電振動片10は、導電ペースト等の実装部材9を介して、ベース基板2の底壁部2aに実装される。より具体的には、ベース基板2の底壁部2aに形成された一対の内部電極7に対して、圧電振動片10の対応するマウント電極13A,13Bが第2面11B側から実装される。これにより、圧電振動片10は、パッケージ5に機械的に保持されると共に、マウント電極13A,13Bと内部電極7とがそれぞれ導通された状態となっている。

0045

(製造方法)
次に、図4を参照して、圧電振動片10の製造方法について説明する。
図4は、圧電振動片10の製造工程の手順を示す断面図である。
以下の説明では、ATカット水晶基板(以下、単にウエハSという。)から複数の圧電振動片10を一括で形成する方法について説明する。
また、以下の説明では、ウエハSの片面(Y´軸方向+側の面)にのみメサ部(第1メサ部20)を形成する工程を示すが、ウエハSの両面(Y´軸方向+側の面及びY´軸方向−側の面)にメサ部(第1メサ部20及び第2メサ部30)を同時に形成してもよい。

0046

まず、水晶ランバート原石をATカットして一定の厚みとしたウエハを、ラッピングして粗加工した後、加工変質層エッチングで取り除く。この後、ポリッシュ等の鏡面研磨加工を行なって所定の厚みのウエハSを準備する。
以下の説明において、適宜に、上述した圧電板11の第1面11Aに相当する面を、ウエハSの表面と呼ぶ。

0047

次に、図4(a)に示すように、ウエハSの表面をドライエッチング加工する(ドライエッチング工程)。
ドライエッチング工程では、例えばウエハSの表面のうち、第1斜面上段22aに相当する部分と、第2斜面下段22bに相当する部分と、に対して図示しないマスク等を用いてそれぞれドライエッチングを施す。このとき、第1斜面上段22aに相当する部分に対するエッチング強度と、第1斜面下段22bに相当する部分に対するエッチング強度と、を異ならせてドライエッチングを行う。
ドライエッチングとしては、例えばリアクティブイオンエッチングRIE)や、逆スパッタ等を選択できる。
この工程により、ウエハSの表面が平坦化される。このとき、ウエハSの表面粗さは、JIS B 0031に規格化されている算術平均粗さRaで例えば10nm未満(Ra<10nm)、最大高さRyで例えば100nm未満(Ry<100nm)に形成されることが好ましい。
なお、ドライエッチングの範囲や強度は、後述するウエハSに側面22(斜面22a,22b)を形成するエッチング工程(図4(e)、メサ部形成工程)において、側面22(第1斜面上段22a,第1斜面下段22b)が形成できる範囲や強度で少なくとも施されていれば、特に限定されない。また、第1斜面上段22aに相当する部分と、第2斜面下段22bに相当する部分と、でエッチングの回数や時間を異ならせても構わない。

0048

次に、図4(b)に示すように、ウエハSにエッチング保護膜80とフォトレジスト膜81とをそれぞれ成膜する(成膜工程)。
エッチング保護膜80は、例えば、クロム(Cr)を数10nm成膜したエッチング保護膜と、金(Au)を数10nm成膜したエッチング保護膜とが、順次積層された積層膜である。
この工程においては、まず、ウエハSの表面に、順次、エッチング保護膜80を、それぞれスパッタリング法蒸着法等により成膜する。
次いで、エッチング保護膜80上に、スピンコート法等によりレジスト材料を塗布して、フォトレジスト膜81を形成する。
本実施形態で用いるレジスト材料としては、環化ゴム(例えば、環化イソプレン)を主体にしたゴムネガレジストが好適に用いられている。ゴム系ネガレジストは、環化ゴムを有機溶剤に溶解し、さらにビスアジド感光剤を加えて、ろ過し、不純物を除去することで精製されたものである。

0049

次に、図4(c)に示すように、フォトレジスト膜81に、メサ部20の平面視外形に対応するフォトマスク81aを形成する(フォトマスク形成工程)。
具体的には、まずメサ部20の平面視外形に対応する外形パターンが形成された露光用マスクを用いて、ウエハS上に形成されたフォトレジスト膜81を露光する。その後、フォトレジスト膜81を現像する。
これにより、フォトレジスト膜81に、フォトマスク81aが形成される。

0050

次に、図4(d)に示すように、エッチング保護膜80に、フォトマスク81aに対応する(メサ部20の平面視外形に対応する)メサ部マスク80aを形成する(メサ部マスク形成工程)。
具体的には、フォトマスク81aが形成されたフォトレジスト膜81をマスクとして、マスクされていないエッチング保護膜80にエッチング加工を行ない、エッチング保護膜80を選択的に除去する。その後、フォトレジスト膜81を剥離する。なお、フォトレジスト膜81を残存させても構わない。
メサ部マスク形成工程におけるエッチング加工には、エッチング保護膜80とフォトレジスト膜81が形成されたウエハSを、薬液に浸漬して行うウェットエッチング方式を用いることができる。例えば、エッチング保護膜80が、金(Au)からなる場合には、薬液としてヨウ素を用いてエッチングすることができる。

0051

次に、図4(e)に示すように、ウエハSの表面に、メサ部マスク80aに対応する第1メサ部20を形成する(メサ部形成工程)。
具体的には、メサ部マスク80aが形成されたエッチング保護膜80をマスクとして、ウエハSの表面のうちマスクされていない部分(以下、単に露出面という。)にエッチング加工を行う。
メサ部形成工程におけるエッチング加工には、メサ部マスク80aが形成されたウエハSを、薬液に浸漬して行うウェットエッチング方式を用いることができる。例えば、薬液としてフッ酸を用いてエッチングすることができる。

0052

ここで、通常、水晶のウェットエッチングでは、水晶特有のエッチング異方性によって、特定の角度を有する自然結晶面が現れる。そのため、ウエハSの表面のうち、メサ部マスク80aによりマスクされている部分(以下、マスク面という)では、エッチングが進行することはほとんどみられない。
しかしながら、本実施形態では、メサ部形成工程においてウエハSにエッチング加工を行う前に、ウエハSに第1側面22(第1斜面上段22a,第1斜面下段22b)に応じたドライエッチング加工を行っている。そのため、メサ部形成工程におけるウェットエッチングが、ウエハSのマスク面の外周部分にまで進行し、ウエハSのマスク面に、自然結晶面の角度に依存しない緩やかな傾斜角度を有する側面(上述した第1メサ部20の第1側面22(第1斜面上段22a,第1斜面下段22b)に相当)が形成される。

0053

このように、メサ部形成工程におけるエッチング加工では、ウエハSの露出面に加え、マスク面の外周部分もエッチングされる。
これにより、ウエハSの表面には、ウエハSのうち、露出面を底面とし、マスク面の外周部分を内側面とする凹部82が形成される。このとき、凹部82の内側面は、上述したドライエッチング工程での処理に応じて傾斜角度の異なる複数の斜面22a,22bが形成される。具体的に、凹部82の内側面は、マスク面の中央部(マスク面のうちエッチングされていない部分)に対して緩やかな角度θ(0°<θ<20°)で交差する第1斜面上段22aと、第1斜面上段22aに対して緩やかな角度θ(0°<θ<20°)で交差する第1斜面下段22bと、を含んで形成される。

0054

次に、図4(f)に示すように、エッチング保護膜80を除去するエッチング加工を行なう。
以上の工程により、ウエハSの表面(Y´軸方向+側の面)にメサ部(第1メサ部20)が形成されたウエハSが得られる。

0055

この後、ウエハSの両面(Y´軸方向+側の面及びY´軸方向−側の面)にメサ部(第1メサ部20及び第2メサ部30)が形成されたウエハSを、圧電板11の外形にエッチングし、ウエハSから個片化することで、圧電振動片10が得られる。

0056

なお、上記に示した圧電振動片10の製造方法では、第1メサ部20(凹部82)をエッチングにより形成した後に、圧電板11の外形をエッチングにより形成したが、これに限らない。圧電板11の外形をエッチングにより形成した後に、第1メサ部20をエッチングにより形成してもよい。

0057

以上のように、本実施形態の圧電振動片10は、ATカット水晶基板により形成された圧電板11と、圧電板11のうち厚さ方向で対向する第1面11Aと第2面11Bとにそれぞれ形成された励振電極51A,51Bと、を備え、第1面11Aには、第1励振電極51Aが形成されている第1頂面21と、第1頂面21の外周縁に接続され、第1頂面21を取り囲む第1側面22と、が形成され、第2面11Bには、第2励振電極51Bが形成されている第2頂面31と、第2頂面31の外周縁に接続され、第2頂面31を取り囲む第2側面32と、が形成され、第1側面22は、第1頂面21に対する傾斜角度が互いに異なり厚さ方向に連なる第1斜面上段22a,第1斜面下段22bを含み、第2側面32は、第2頂面31に対する傾斜角度が互いに異なり厚さ方向に連なる第2斜面上段32a,第2斜面下段32bを含み、圧電板11の面方向における斜面22a,22b,32a,32bの外形は、頂面21,31から離間するものほど大きくなっている構成とした。
この構成によれば、圧電板11の面方向における側面22,32(斜面22a,22b,32a,32b)の外形が頂面21,31から離間するものほど大きくなっているため、厚さ方向で隣り合う面同士が垂直に交わる階段状の側面に比べて、厚さ方向で隣り合う面同士がなす角度を緩やかにすることができる。そのため、厚さ方向で隣り合う面の境界部分において、不要振動が誘発されるのを抑制できる。
また、頂面21,31と側面22,32(斜面22a,32a)との境界部分、及び圧電板11のうち側面22,32(斜面22b,32b)の外側に連なる部分と側面22,32(斜面22b,32b)との境界部分のうち、少なくとも一方の境界部分での傾斜角度が、側面が頂面に対して一様な傾斜角度で形成されている場合に比べて緩やかになる。そのため、これらの境界部分のうち少なくとも一方において、不要振動が誘発されるのを抑制できる。
その結果、CI値を低減して、振動特性を向上させることができる。

0058

また、本実施形態では、Y´軸方向から見た平面視で、圧電板11は、ATカット水晶基板のZ´軸方向を長手方向とする矩形状に形成されている構成とした。
この構成によれば、圧電板を小型化した場合であっても低いCI値を維持できる。
すなわち、ATカット水晶基板はX軸とZ´軸で構成される。このような構成のもと、ATカット水晶基板が厚み滑り振動をしているとき、X軸とZ´軸では電気偏極が生じる。電気偏極は電荷の偏りであり、X軸では正弦波状、Z´軸では直線状になる。電気偏極が直線状になるZ´軸を長辺とすることで、最も強い電荷が生じる辺を長くすることができる。強い電荷が生じる領域が広がれば、よりCI値は低くなる。したがって、Z´軸を長辺とすることでより低いCI値を維持することが可能となる。

0059

また、本実施形態では、第1側面22は、Y´軸方向に沿う断面視で、内周縁(第1斜面上段22aの内周縁)と外周縁(第1斜面下段22bの外周縁)とを結ぶ仮想直線に対して第1頂面21側に膨出し、第2側面32は、Y´軸方向に沿う断面視で、内周縁(第2斜面上段32aの内周縁)と外周縁(第2斜面下段32bの外周縁)とを結ぶ仮想直線に対して第2頂面31側に膨出している構成とした。
この構成によれば、例えば、側面22,32(斜面22b,32b)が圧電板11の外周端面11Cに連なる場合に、頂面21と側面22(斜面22a)との境界部分、頂面31と側面32(斜面32a)との境界部分、圧電板11の外周端面11Cと側面22(斜面22b)との境界部分、及び圧電板11の外周端面11Cと側面32(斜面32b)での境界部分での傾斜角度が、側面が頂面に対して一様な傾斜角度で形成されている場合に比べて緩やかになる。そのため、これらの境界部分において不要振動が誘発されるのを抑制できる。

0060

また、本実施形態では、斜面22a,22b,32a,32bの表面粗さは、算術平均粗さRaで10nmより小さく、最大高さRyで100nmより小さくなっている。
この構成によれば、圧電板表面の凹凸を小さくできるので、凹凸部分で不要振動が誘発されるのを抑制できる。その結果、更なる振動特性の向上を図ることができる。

0061

そして、本実施形態の圧電振動子1は、上述した圧電振動片10を備えているため、優れた振動特性を備える小型の圧電振動子1を得ることができる。

0062

なお、本実施形態では、Y´軸方向から見た平面視で、圧電板11の最大長さ寸法は、2.5mm未満になっている。
この構成によれば、圧電振動片10が小型であっても、上述の境界部分において不要振動が誘発されるのを抑制できる。

0063

[第2実施形態]
次に、第2実施形態の圧電振動子及び圧電振動片について説明する。
図5は、第2実施形態に係る圧電振動片110を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のVb−Vb線に相当する部分断面図である。
図5に示す圧電振動片110は、圧電板11に、突出部112A,112Bと、メサ部20´と、を形成した点で、第1実施形態の圧電振動片10と異なっている。
なお、以下の説明では、上述した第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

0064

図5に示すように、本実施形態の圧電振動片110の圧電板111は、第1実施形態と同様の辺縁部40に加え、突出部(第1突出部112A及び第2突出部112B)と、を有している。また、圧電板111は、第1実施形態のメサ部20,30に代えて、メサ部20´,30´を有している。
なお、メサ部30´は、メサ部20´と同様の構成であるため、説明や図示を適宜に省略している。

0065

メサ部20´は、圧電板111の第1面111Aにおいて、第1実施形態のメサ部20の斜面22a,22b間の接続角度と異なる接続角度で接続された斜面22a´,22b´によって取り囲まれている。メサ部30´(不図示)は、圧電板111の第2面111Bにおいて、第1実施形態のメサ部30の斜面32a,32b間の接続角度と異なる接続角度で接続する斜面32a´,32b´(不図示)によって取り囲まれている。
なお、以下便宜的に、メサ部20,30をコンベックス型メサ部、メサ部20´,30´を山型メサ部と呼ぶことがある。

0066

第1側面22´は、Y´軸方向に沿う断面視において、内周縁と外周縁とを結ぶ仮想直線L1に対してY´軸方向−側に窪んでいる。
第1斜面上段22a´は、その内周縁が第1頂面21´の外周縁の各辺に接続されている。

0067

第1斜面下段22b´は、平面視において、第1斜面上段22a´の周囲を取り囲んでいる。第1斜面下段22b´は、その内周縁が第1斜面上段22a´の外周縁に接続されている。一方、第1斜面下段22b´の外周縁は、辺縁面24の内周縁に接続されている。第1斜面下段22b´は、第1頂面21´に対する傾斜角度が第1斜面上段22a´の傾斜角度よりも小さくなっている。この場合、第1斜面下段22b´は、第1斜面上段22a´に対する傾斜角度が20°未満に設定されている。

0068

このように、各第1斜面22a´,22b´は、Y´軸方向−側に位置するものほど、XZ´軸方向の外形が大きくなっている。なお、第1斜面上段22´a及び第1斜面下段22b´は、幅寸法(Y´軸方向から見た平面視において、内周縁から外周縁までの距離)がそれぞれ同等になっている。但し、第1斜面上段22´a及び第1斜面下段22b´の幅寸法は、適宜変更が可能である。
なお、各斜面22a´,22b´は、上述した第1実施形態と同様にドライエッチング工程でのドライエッチングの強度や範囲、回数等を適宜調整することで形成できる。

0069

第1突出部112Aは、平面視で平行四辺形に形成されている。第1突出部112Aは、辺縁部40のX軸方向+側かつZ´軸方向+側の角部から、+X軸方向に向かうに従い+Z´軸方向に向かうようXZ´軸方向に延在している。
第1突出部112Aには、第1マウント電極113Aが形成されている。第1マウント電極113Aは、第1突出部112Aの表面全体(第1面111A、第2面111B及び外周端面111C)に亘って形成されている。第1マウント電極113Aは、圧電板111の第1面111A上(第1突出部112AのY´軸方向+側の面上)において、引き回し配線116Aを介して圧電板111の第1頂面21に形成された第1励振電極51Aに接続されている。

0070

第2突出部112Bは、平面視で平行四辺形に形成されている。第2突出部112Bは、辺縁部40のX軸方向+側かつZ´軸方向−側の角部から、+X軸方向に向かうに従い−Z´軸方向に向かうようXZ´軸方向に延在している。即ち、突出部112Bは、水晶結晶軸のZ´軸方向において、第1突出部112Aと離間している。
第2突出部112Bには、第2マウント電極113Bが形成されている。第2マウント電極113Bは、第2突出部112Bの表面全体(第1面111A、第2面111B及び外周端面111C)に亘って形成されている。第2マウント電極113Bは、圧電板111の第2面111B上(第2突出部112BのY´軸方向−側の面上)において、引き回し配線116Bを介して圧電板111の第2頂面31に形成された第2励振電極51Bに接続されている。
なお、マウント電極113Bは、少なくとも第2面111B側(第2突出部112BのY´軸方向−側)の面に形成されていれば構わない。

0071

ここで、マウント電極113A,113B、及び引き回し配線116A,116Bは、金等の金属の単層膜や、クロム等の金属を下地層とし、金等の金属を上地層とした積層膜等で形成されている。

0072

本実施形態においては、突出部112A,112BのY´軸方向の厚さは、メサ部20,30の頂面21,31間の離間距離と同等になっているが、辺縁部40の厚さと同等であってもよい。

0073

以上のように、本実施形態では、圧電板111のうちATカット水晶基板のZ´軸方向に離間した両端部には、圧電板111の面方向に突出する突出部112A,112Bが、それぞれ形成されている構成とした。
この構成によれば、パッケージ5に圧電振動片10を実装するためのマウント領域として、突出部112A,112Bを利用することで、振動領域(励振電極51A,51Bが形成されている部分)とマウント領域との間の間隔を確保できる。これにより、振動領域で発生する振動エネルギーがマウント領域を経て実装部材9やパッケージ5に伝播するのを抑制し、振動漏れを抑制できる。また、圧電板111と実装部材9との付着面積を確保できるので、実装部材9と圧電板111との接合強度を確保できる。

0074

なお、突出部112A,112Bは、電気的導通及び機械的強度のうち、少なくとも一方に寄与する構成であれば構わない。すなわち、突出部112A,112Bは、少なくとも一部が実装部材9に接合される構成であればよい。この場合、例えば実装部材9の一部が辺縁部40に付着してもよい。また、マウント電極113A,113Bは辺縁部40に形成されていても構わない。
また、突出部112A,112Bの平面視外形は、適宜変更が可能である。

0075

また、本実施形態では、第1側面22´は、Y´軸方向に沿う断面視で、内周縁(第1斜面上段22a´の内周縁)と外周縁(第1斜面下段22b´の外周縁)とを結ぶ仮想直線に対して第1頂面21側とは反対側に窪んでいる構成とした。
この構成によれば、例えば、圧電板111のうち第1側面22´の外側に第1側面22´を取り囲む辺縁部40を形成した場合に、第1側面22b´(第1斜面下段22b´)と辺縁部40との境界部分での傾斜角度が、側面が頂面に対して一様な傾斜角度で形成されている場合に比べて緩やかになる。そのため、この境界部分において不要振動が誘発されるのを抑制できる。

0076

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
上述した実施形態では、圧電振動片として、メサ型のうち、圧電板の第1面及び第2面にそれぞれ一段のメサ部が形成された構成について説明したが、これに限られない。例えば、メサ部を多段に形成してもよい。また、第1面及び第2面のうちの一方にメサ部が形成されている構成であってもよい。
また、圧電振動片としては、メサ型に限らず、いわゆるベベル型(辺縁部がない構成)であってもよい。
例えば、図6に示す圧電板11´ような、第1実施形態の圧電板11から辺縁部40を取り除いた構成であってもよい。

0077

また、上述した実施形態では、圧電板の第1面及び第2面に同じ型のメサ部(コンベックス型又は山型)が形成された構成について説明したが、これに限られない。例えば、圧電板の第1面及び第2面の何れか一方の面にコンベックス型メサ部を形成し、他方の面に山型メサ部を形成しても構わない。

0078

また、上述した実施形態では、メサ部の側面が2つの斜面により形成された構成について説明したが、これに限られない。例えば、メサ部の側面が3つ以上の斜面により形成された構成であっても構わない。

0079

また、上述した実施形態では、圧電板のうち、実装部材に実装される面とは反対側の面を第1面とし、実装部材に実装される側の面を第2面とした場合について説明したが、これに限られない。すなわち、圧電板のうち、実装部材に実装される側の面を第1面とし、圧電板のうち実装部材に実装される面とは反対側の面を第2面としても構わない。
また、上述した実施形態では、結晶軸におけるZ´軸方向を長手方向とする圧電板について説明したが、X軸方向を長手方向とする圧電板を用いてもよい。

0080

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

0081

1…圧電振動子
10,110…圧電振動片
11,111…圧電板
11A,111A…第1面
11B,111B…第2面
13A,113A…第1マウント電極(マウント電極)
13B,113B…第2マウント電極(マウント電極)
20…第1メサ部(メサ部)
21…第1頂面(頂面)
22…第1側面(側面)
22a…第1斜面上段(斜面)
22b…第1斜面下段(斜面)
30…第2メサ部(メサ部)
31…第2頂面(頂面)
32…第2側面(側面)
32a…第2斜面上段(斜面)
32b…第2斜面下段(斜面)
40…辺縁部
51A…第1励振電極(励振電極)
51B…第2励振電極(励振電極)
112A…第1突出部(突出部)
112B…第2突出部(突出部)

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