JP2005229389A - 圧電振動片、圧電振動片の製造方法、圧電振動子、及び圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 主振動の伝播を抑制するための溝の外側には、電極膜などが無く、水晶面が露出しているため、露出した水晶面同士が加工中に接触する、或いは、加工装置に接触する、等により露出した水晶面、特に水晶面と水晶片の端面とのコーナー部に、欠け（チッピング）や微小な割れ（クラック）などを発生させ、耐衝撃性が劣化するという課題を有していた。
【解決手段】 厚みすべり振動を主振動とする圧電基板と、前記圧電基板の表裏の面に形成され、前記圧電基板を励振させる励振電極と、前記励振電極の外縁に沿って周状に形成された溝部と、前記溝部の外縁から前記圧電基板の外周端までの領域に形成され、前記励振電極と電気的に絶縁された浮き電極と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電振動片の外周部へ厚みすべり振動が伝播することを防止するための溝を有する圧電振動片の、励振電極等の薄膜の形成に関するものである。

ＡＴカット水晶振動子の主振動である厚みすべり振動は、振動片の中央部が振動する如く励振電極の配置などが決められているが、中央部で振動する厚みすべり振動は、振動片の外周部へ伝播する。
振動片は、振動片の外周部をセラミック等から形成される収納器に固着されて保持される。この固着された部位から、伝播した振動が収容器に漏洩する。前述の、伝播した振動の漏洩が主振動である厚みすべり振動に影響して、クリスタルインピーダンス（以下、「ＣＩ値」という。）が低下したり、他の振動モードを誘発し発振周波数の安定性を低下させたりする。

前述の厚みすべり振動の振動片外周部への伝播を抑制するために、図１２に示すように、振動片２００の圧電基板の一例としての水晶片１００の主面１０１上に設けられた励振電極１０２をほぼ囲み、励振電極１０２と図示しない収容器などに固着される振動片２００の外周部１０４との間に、溝１０５を設けて振動を減衰させることによって、振動片外周部への厚みすべり振動の伝播を抑制する方法が開示されている（特許文献１、特許文献２）。

前述の従来からの振動片の製造方法について、図１３に示す工程フロー図に沿って説明する。

先ず、図１３（ａ）に示す圧電基板１００（本例では、一例として水晶片で説明し、以下「水晶片」という。）を用意する。

次に、図１３（ｂ）に示すように、水晶片１００の表裏の主面に溝形成用マスク１１０を重ねられる。溝形成用マスク１１０は、溝１１３に該当する部分を残した穴開け形状となっており、このマスク１１０に向かって耐蝕層形成用の金属材料が蒸着されるとマスク１１０の穴開け部に対応する水晶面には金属材料が付着する。

次に、図１３（ｃ）に示すように、水晶片１００から溝形成用マスク１１０を除去すると金属材料からなる耐蝕層１１１が形成されており、溝１１３を形成すべき部分１１２には耐蝕層１１１が存在せず、水晶面が露出している。

次に、図１３（ｄ）の水晶片１００をエッチングすることにより、水晶片の露出している部分１１２が所定量エッチングされて、水晶片１００に所望の溝１１３が形成される。さらに、耐蝕層１１１を除去し、図１３（ｅ）に示すように溝を有した水晶片１００ａが露出する。

次に、図１３（ｆ）に示すように、水晶片１００ａの表裏に電極形成用マスク１１４を重ね、蒸着、或いはスパッタリングなどによって、電極材料が供給され、電極マスク１１４の電極に該当する部分に空いた穴部分の水晶面に、電極材料を固着する。
続いて、電極マスク１１４を除去することにより、図１３（ｇ）に示すように、表裏の面に、振動の伝播を抑制するための溝１１３と水晶片を励振するための励振電極などの電極１１５を有する水晶片１００ｂを形成する。

特開２００１−２５７５５８号公報 特開平９−９３０７６号公報

しかしながら、前述の背景技術に示した方法によれば、振動片の溝の外側には、電極膜などが無く、水晶面が露出している。水晶は、脆性材料であり衝撃、振動などに弱いため、露出した水晶面同士が加工中に接触する、或いは、加工装置に接触する、等により露出した水晶面、特に水晶面と水晶片の端面とのコーナー部に、欠け（チッピング）や微小な割れ（クラック）などを発生させることがある。前述の、コーナー部の、欠け（チッピング）や微小な割れ（クラック）は、外部からの振動、衝撃などが加わった時に応力集中を起こし振動片の破壊を発生させ、換言すれば、耐衝撃性が劣化するという課題を有していた。

かかる問題を解決するために、厚みすべり振動を主振動とする圧電基板と、前記圧電基板の表裏の面に形成され、前記圧電基板を励振させる励振電極と、前記励振電極の外縁に沿って周状に形成された溝部と、前記溝部の外縁から前記圧電基板の外周端までの領域に形成され、前記励振電極と電気的に絶縁された浮き電極と、を有することを特徴とする。
本発明の圧電振動片によれば、励振電極、及び溝部を除く領域に浮き電極が形成されているため、表裏の面における圧電基板面の露出する部分が皆無となり、圧電基板面同士が直接接触する、或いは、圧電基板面が加工装置に直接接触することを防止できるため、圧電基板の欠け、割れ等を防止でき、圧電振動片の耐衝撃性を向上することができる。

また、さらに、前記励振電極と接続され、前記圧電振動片を支持するための支持電極と、前記溝部と接続され、前記支持電極を囲む凹部と、を有することとしてもよい。

また、前記励振電極の厚みが、前記浮き電極の厚みより厚いことが望ましい。
このようにすれば、励振電極を重ねて形成することにより、励振電極を形成している部分における励振電極を含む圧電振動片の厚みが、他の薄膜層を形成している部分における薄膜層を含む圧電振動片の厚みより厚くなる。厚みすべり振動の伝播は、共振周波数の高い方（圧電基板の薄い）から低い方（圧電基板の厚い）へ伝播するが、低い方から高い方へは伝播しにくいことから、振動の伝播を抑制することができる。

また、前記励振電極は、複数の電極層で形成されることとしてもよい。

また、前記励振電極と接続され、前記圧電基板を支持する支持電極を有し、前記圧電基板は、前記励振電極、及び前記浮き電極が形成される第一の面と、前記支持電極が形成される第二の面とを有し、前記第一の面を形成する部分の前記圧電基板の厚みが、前記第二の面を形成する部分の前記圧電基板の厚みより厚いことが望ましい。
このようにすれば、励振電極が形成されている部分の圧電基板の厚みが、支持電極が形成されている部分の圧電基板の厚みより厚くなる。厚みすべり振動の伝播は、共振周波数の高い方（圧電基板の薄い）から低い方（圧電基板の厚い）へ伝播するが、低い方から高い方へは伝播しにくいことから、振動の伝播を抑制することができる。即ち、支持電極の部分で圧電基板を固着することによる厚みすべり振動の特性への影響の発生を防止することが可能となる。

また、前記第二の面は、前記圧電振動片を支持する方向の前記溝部の外縁から前記圧電振動片の外周端までの領域に形成されていることとしてもよい。

また、前記第二の面は、前記溝部と接続し、前記第一の面から、前記溝部の深さとほぼ等しい深さの段差を有することが望ましい。
このようにすれば、溝部と第二の面とを同時に形成することが可能となり、製造工程が減少して圧電基板の製造単価を下げることができる。

また、前記励振電極、及び浮き電極は、同じ材料で形成されていることが望ましい。
このようにすれば、励振電極の形成と浮き電極の形成とを同時に行うことが可能となり、加工工程の短縮を図ることができる。

また、前記励振電極、及び前記浮き電極は、金で形成されていることとしてもよい。

また、前記励振電極と前記浮き電極とは異なる材料で形成されており、前記励振電極を形成する材料の密度が前記浮き電極を形成する材料の密度より高いことが望ましい。
このようにすれば、密度の高い材料で形成された励振電極の部分の共振周波数が、密度の低い材料で形成された浮き電極の部分の共振周波数より低くなる。厚みすべり振動の伝播は、共振周波数の高い方（圧電基板の薄い）から低い方（圧電基板の厚い）へ伝播するが、低い方から高い方へは伝播しにくいことから、振動の伝播を抑制することができる。

また、前記溝部は、複数の溝を有することが望ましい。
このようにすれば、振動片のすべての方向に対して厚みすべり振動を主面の中心部から外周部に向かって段階的に減衰させることができることから、急激な振動の減衰による主振動の電気的特性の影響を防止することができる。

本発明に係る圧電振動片の製造方法は、厚みすべり振動を主振動とする圧電基板の表裏の面に、前記厚みすべり振動の前記圧電基板の中心部から外周部への伝播を抑制するための溝部を有する圧電振動片の製造方法であって、前記圧電基板の表裏の面に、少なくとも前記圧電基板を励振させるための励振電極、及び、前記励振電極と不接続な浮き電極に対応する窓開け部を有する第一のマスクを設け、前記第一のマスク上から金属層を形成する第１の工程と、前記第一のマスクを除去し、前記金属層のうち前記第一のマスクの窓開き部に形成された、前記励振電極、及び、前記浮き電極を露出させる第２の工程と、前記励振電極、及び、前記浮き電極を第二のマスクとして、前記励振電極の外縁に沿って周状に形成され、前記厚みすべり振動の前記圧電基板の中心部から外周部への伝播を抑制するための溝部を、前記圧電基板に形成する第３の工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、圧電基板上に形成された励振電極、及び、浮き電極を第二のマスクとして、圧電基板に溝部を形成するため、溝部形成のためのマスクを新たに用意することが不要となり、マスクコストの削減が図られ、さらには工程数も削減できることから、振動片のコストの低減を図ることができる。

また、前記溝部を形成した前記圧電基板の表裏の面に、少なくとも前記励振電極を覆う重ね電極に対応する第三のマスクを設け、前記第三のマスク上から第二の金属層を形成する第４の工程と、前記第三のマスクを除去し、前記第二の金属層のうち前記励振電極を覆う重ね電極を露出させる第５の工程と、を有することとしてもよい。
このようにすれば、励振電極の厚みが、浮き電極の厚みより厚い構成の圧電振動片を製造することができる。従って、励振電極が形成された部分の圧電振動片の厚みが、浮き電極を形成した圧電振動片の部分の厚みより厚くなる。即ち、励振電極が形成された部分の共振周波数が、浮き電極を形成した部分の共振周波数より低くなる。厚みすべり振動の伝播は、共振周波数の高い方（圧電基板の薄い）から低い方（圧電基板の厚い）へ伝播するが、低い方から高い方へは伝播しにくいことから、振動の伝播を抑制することができる。

また、前記第三のマスクは、前記重ね電極と前記重ね電極と接続する支持電極とに対応する窓開け部を有し、前記第５の工程は、前記重ね電極と前記支持電極とを形成することとしてもよい。

また、上述の本発明に係る圧電振動片と、前記圧電振動片を固着して接続を行う保持部と、を有することを特徴とする圧電振動子を提供することも可能となる。

また、上述の本発明に係る圧電振動片と、前記圧電振動片を駆動するための回路部と、前記圧電振動片及び前記回路部を固着して接続を行う固着部を有する保持部と、を有することを特徴とする圧電発振器を提供することも可能となる。

本発明に係る圧電振動片の最良の形態について、以下に図面を用いて説明する。なお、本発明は、後述の実施例に限定されるものではない。

本発明の圧電振動片の一実施例としての、励振電極の外縁に沿った溝の外側に浮き電極を形成した水晶片を図１を用いて説明する。図１は、実施例１を説明するための水晶振動片の概略図であり、図１（ａ）は、水晶振動片の斜視図、図１（ｂ）は、水晶振動片の平面図、図１（ｃ）は、水晶振動片の図１（ｂ）に示すＡ−Ａ´断面図である。

圧電基板の一例として、共振周波数２７ＭＨｚ、Ｘ辺比３３、Ｚ´辺比２１の水晶振動片（以下、「振動片」という。）１０を用いて説明する。本例の振動片１０のＹ´及びＺ´軸は、ＩＥＣ基準に従った結晶軸の定義におけるＸ軸回りに＋Ｘ方向に向かって時計回りに３５．２５度回転してなる新座標軸に対応している。振動片１０は、Ｙ´軸方向に厚み２ｂを有し、Ｚ´軸に直交するＸ軸方向を振動片１０の長手寸法２ａ（本例では、振動片１０の支持方向）、及びＸ軸に直交するＺ´軸方向を振動片１０の幅寸法２ｃとする主面３２を表裏に有する矩形平板状の水晶基板１１（以下、「水晶片１１」という。）である。

水晶片１１の表裏に設けられた主面１２には、主面１２の中心部１３を囲み、水晶片１１の外形形状にほぼ沿った周状の、内側の溝１４（溝幅ｗ１）及び外側の溝１５（溝幅ｗ２）の２つの溝が設けられている。内側の溝１４及び外側の溝１５は、それぞれ溝の幅を５０μｍ、深さを３μｍに形成している。
なお、溝１４、及び溝１５の深さを同じにすることにより、溝の加工をエッチングなどにより、二つの溝を同時に形成することが可能となる。

溝１４の内側には、励振電極１６が形成され、励振電極１６と引き出し電極１７によって接続される支持電極１８、２１が形成されている。水晶片１１は、表裏が対称構成になっており、本例において、支持電極１８は、表の主面に形成された励振電極１６ａと接続され、さらに導通電極２２ａによって裏面に設けられた支持電極（図示せず）に接続されている。なお、支持電極２１は、表面と同様に裏面の励振電極１６ｂから接続する導通電極２２ｂによって表面に接続されている。

外側の溝１５の周囲には、浮き電極２０が形成されている。なお、浮き電極２０は、外側の溝１５の周囲から、水晶片１１の支持電極の形成される方向以外の外周端に達する領域に形成される。

内側の溝１４は、励振電極１６から接続される引き出し電極１７の両側、及び支持電極１８、２１の周囲の浮き電極２０のない部分２４にも形成されて凹部を構成している。

本例によれば、励振電極１６、及び溝部１４，１５を除く領域に浮き電極２０が形成されているため、圧電基板面の表裏の面が露出する部分が皆無となり、圧電基板面同士が直接接触する、或いは、圧電基板面が加工装置に直接接触することを防止できるため、圧電基板の欠け、割れ等を防止でき、圧電振動片の耐衝撃性を向上することができる。
さらに、励振電極１６を囲む概周状に複数の溝１４、１５を設けることにより、振動片のすべての方向に対して厚みすべり振動を主面の中心部から主面の外周部に向かって段階的に減衰させることが可能となる。従って、主振動に近い部分の急激な振動の減衰を起こすことなく、振動片の外周部を固定しても主振動である厚みすべり振動に影響のない値まで振動を減衰することが可能となる。

なお、前述の実施例１では、励振電極と引き出し電極によって接続する支持電極を有する構成で説明したが、引き出し電極、支持電極を設けず、励振電極の外縁に沿って溝を周状に形成し、溝の外周から振動片の外周端までの領域に浮き電極を形成する構成としてもよく、前述と同様な効果を有する。

上述の実施例１の圧電振動片の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、実施例２の製造方法を示す工程フロー図である。

図２（ａ）に示す水晶片１１を用意し、図２（ｂ）に示すように、水晶片１１の表裏の面に、電極形成用金属マスク２３（以下「金属マスク２３」という。）を密着させる。続いて、金属マスク２３が密着された水晶片１１の表裏の面に、電極材料の一例としての、金（Ａｕ）を真空蒸着２４によって固着する。金属マスク２３の、水晶片の励振電極、引き出し電極、支持電極、及び、浮き電極に相当する部分には、貫通孔、所謂窓開け部が形成されており、真空蒸着された金は、水晶片１１に直接固着される。

続いて、水晶片１１からマスク２３を除去すると、図２（ｃ）に示すように、前述の工程で直接水晶片に金が固着した部分が露出し、励振電極２５、浮き電極２６、引き出し電極（図示せず）、支持電極（図示せず）を形成する。

続いて、励振電極２５、浮き電極２６、引き出し電極（図示せず）、支持電極（図示せず）を溝形成用マスクとして、水晶片３１にエッチング加工を行い、図２（ｄ）に示すように、溝部２７を形成する。

本例によれば、溝形成用マスクにそれぞれの電極を用いるため、従来例のような、溝形成用マスクを別に用意してのエッチング加工を行うことが不要となる。従って、マスク作成費用の削減、加工工程の短縮などにより振動片の加工コストを下げることが可能となり、安価な水晶片を提供することができる。

また、前述の実施例２では、励振電極を初めとする諸電極の形成に、金属マスクを用いる方法を説明したが、金属マスクに限らず、フォトレジスト等を用いての、所謂、フォトリソ加工を行って形成したマスクを用いてもよく同様な効果を有する。

本発明の圧電振動片の一実施例としての二重構造の励振電極を有する水晶片を、図３に沿って説明する。図３は、実施例３を説明するための水晶振動片の概略図であり、図３（ａ）は、水晶振動片の斜視図、図３（ｂ）は、水晶振動片の平面図、図３（ｃ）は、水晶振動片の図３（ｂ）に示すＡ−Ａ´断面図である。

圧電基板の一例として、共振周波数２７ＭＨｚ、Ｘ辺比３３、Ｚ´辺比２１の振動片１０を用いて説明する。本例の振動片１０のＹ´及びＺ´軸は、ＩＥＣ基準に従った結晶軸の定義におけるＸ軸回りに＋Ｘ方向に向かって時計回りに３５．２５度回転してなる新座標軸に対応している。振動片１０は、Ｙ´軸方向に厚み２ｂを有し、Ｚ´軸に直交するＸ軸方向を振動片１０の長手寸法２ａ（本例では、振動片１０の支持方向）、及びＸ軸に直交するＺ´軸方向を振動片１０の幅寸法２ｃとする主面３２を表裏に有する矩形平板状の水晶基板３１（以下、「水晶片」３１という。）である。

水晶片３１の表裏に設けられた主面３２には、主面３２の中心部３３を囲み、水晶片３１の外形形状にほぼ沿った周状の、内側の溝３４及び外側の溝３５の２つの溝が設けられている。内側の溝３４及び外側の溝３５は、それぞれ溝の幅を５０μｍ、深さを３μｍに形成している。

溝３４の内側には、励振電極３９が形成されている。ここで、励振電極３９は２層の金属層で構成されており、第一の励振電極３６ａが水晶片３１の表面に形成され、第一の励振電極３６ａを覆い形成される第二の励振電極３６ｂから構成される。第二の励振電極３６ｂには、引き出し電極４０によって接続される支持電極４１、４２が接続されている。水晶片３１の表裏は、Ｘ軸に平行で水晶片３１の中心を通る軸に関して回転対称構成になっており、本例において、支持電極４１は、表の主面に形成された励振電極３９と接続され、さらに導通電極４３によって裏面に設けられた支持電極４１ｂに接続されている。他の支持電極４２は、導通電極４４により、図示しない裏面の支持電極、及び接続電極と接続し、さらに、裏面の励振電極３９（表面と同じように、第一の励振電極３６ａを覆い形成される第二の励振電極３６ｂから構成される）に接続されている。

内側の溝３４と外側の溝３５との間と、両端を含む外側の溝３５の外周側の辺から水晶片３１外周までの領域には、第一の励振電極３６ａの形成と同時に形成された浮き電極３７，３８が形成されている。

また、内側の溝３４は、励振電極３９から接続される引き出し電極４０の両側から、支持電極を設ける振動片の支持部分４５に形成される凹部とつながっている。

本例によれば、実施例１の効果に加え、さらに励振電極３９を２つの金属層（第一の励振電極３６ａ、第二の励振電極３６ｂ）で形成するため、一つの金属層から形成される浮き電極３７、３８より励振電極３９の方が厚みを大きくすることができる。換言すれば、励振電極３９の形成された部分の水晶振動片の方が、浮き電極３７、３８の形成された部分の振動片より厚みが大きくなる。厚みすべり振動の伝播は、共振周波数の高い方（圧電基板の薄い）から低い方（圧電基板の厚い）へ伝播することから、本例の構成では、水晶振動片の中心部から外周部への振動の伝播を抑制することができる。

なお、前述では、二重構造の励振電極を用いて説明したが、これに限らず、励振電極は、特性に影響が出ない範囲であれば、さらに多層構造で構成してもよい。

実施例４では、上述の実施例３に示す、二重構造の励振電極を持った圧電振動片の製造方法について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の製造方法を示す工程フロー図である。

図４（ａ）に示す水晶片３１を用意し、図４（ｂ）に示すように、水晶片３１の表裏の面に、電極形成用金属マスク５０を密着させる。続いて、電極形成用金属マスク５０が密着された水晶片３１の表裏の面に、電極材料の一例として金（Ａｕ）を真空蒸着５２によって固着する。電極形成用金属マスク５０の、水晶片の第一の励振電極、及び、浮き電極に相当する部分には、貫通孔、所謂窓開け部が形成されており、真空蒸着された金は、水晶片３１に直接固着される。

続いて、水晶片３１から電極形成用マスク５０を除去すると、図４（ｃ）に示すように、前述の工程で直接水晶片に金が固着した部分が露出し、第一の励振電極５３、浮き電極５４，５５を形成する。

続いて、第一の励振電極５３、及び浮き電極５４，５５を溝形成用マスクとして、水晶片にエッチング加工を行い、図４（ｄ）に示すように、溝部５６ａ及び溝部５６ａと接続する凹部５６ｂを形成する。

続いて、図４（ｅ）に示すように、再び、水晶片３１の表裏の面に、第二の励振電極、接続電極、導通電極、及び支持電極の形成用金属マスク５７（以下、「第二の電極層形成用マスク」という。）を密着させる。続いて、第二の電極層形成用マスク５７が密着された水晶片３１の表裏の面に、電極材料の一例として金（Ａｕ）を真空蒸着５８によって固着する。第二の電極層形成用マスク５７には、第二の励振電極、接続電極、導通電極、及び支持電極に相当する部分には、貫通孔、所謂窓開け部が形成されており、真空蒸着された金は、水晶片３１及び第一の励振電極５３に直接固着される。

続いて、水晶片３１から第二の電極層形成用マスク５７を除去すると、図４（ｆ）に示すように、前述の工程で水晶片、及び、第一の励振電極に金が固着した部分が露出し、第一の励振電極５３、に重ねて形成された第二の励振電極５９、第二の励振電極５９に接続する接続電極６０、接続電極と接続する支持電極６１、及び図示しない導通電極を形成する。
上述の製造方法を取ることにより、励振電極の部分のみ二重構造の電極となり、他の電極の部分より厚い電極構造が得られる。

なお、前述の実施例４では、接続電極、支持電極及び導通電極の形成を、第二の励振電極の形成と同時に行うことで説明したが、これに限らず、接続電極、支持電極及び導通電極の形成を、第一の励振電極の形成と同時に行うことも可能である。この場合、第二の励振電極の形成の際は、他の電極の形成は行わず、第二の励振電極のみの形成となる。

本例によれば、励振電極の厚みを、浮き電極等他の電極の厚みより厚くした圧電振動片を製造することができる。厚みすべり振動の伝播は、共振周波数の高い方（圧電基板の薄い）から低い方（圧電基板の厚い）へ伝播することから、本例の構成では、励振電極が形成された部分の圧電振動片の厚みが、浮き電極を形成した圧電振動片の部分の厚みより大きいため、振動の伝播が発生しない。即ち、励振電極の形成された部分の主振動が浮き電極の形成された外周部への伝播を抑制することができる圧電振動片を提供することができる。

また、前述の実施例４では、電極形成用マスク、及び第二の電極層形成用マスクは金属マスクを用いる方法を用いて説明したが、電極形成用マスク、及び第二の電極層形成用マスクは、金属マスクに限らず、フォトレジスト等を用いての、所謂、フォトリソ加工を行って形成したマスクを用いてもよい。
＜変形例＞

水晶片に形成する厚みすべり振動の伝播を抑制するための溝部の変形例を、図５、図６、図７、図８、及び図９を用いて説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、溝部は、周状に設けられた溝幅ｗ３の複数の溝の一部に溝を有していない構成でも良い。図５（ａ）は、４つのコーナー部Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４に溝がない構成であり、図５（ｂ）は、Ｚ´軸方向の一部に溝がない部分Ｆを有する構成である。なお、溝がない部分は、振動の減衰に影響がなければ、位置、個数は任意に設定することができる。

また、溝部は、図５（ｃ）に示すように、周状に設けられた複数の溝の幅は一定でなくてもよく、部分的に幅の広い部分が有っても良い。図５（ｃ）によれば、外周側の溝Ｏでは、Ｚ´軸方向に沿って設けられる溝の幅がＸ軸に沿って設けられる溝の幅よりも大きい構成であり、中心部側の溝Ｉでは、Ｚ´軸方向に沿って設けられる溝の幅がＸ軸に沿って設けられる溝の幅よりも小さい構成となっている。
また、溝の幅が辺の途中で部分的に大きくなっている部分Ｑを有してもよく、さらに図示しないが、溝の幅が部分的に小さくなっている部分を有してもよい。

また、図６に示すように、溝８が振動片１０の中心部を囲むように周状に設けられており、急激な減衰を避けなければならない方向（本例では、支持方向）における溝８にほぼ沿った位置（本例では、溝８の外周側）に、溝幅ｗ４の溝９、及び、溝１０を設ける構成も用いることができる。

また、溝部を構成する複数の溝のうちの、最も振動片の外周側にある溝の幅を、振動片の厚み（Ｙ´方向寸法）よりも大きくすることで、振動の伝播を完全に抑制することが可能となる。

なお、溝９及び溝１０は、振動片１０の外周に達しておらず、振動片１０内にそれぞれの溝の端を有することがよい。これにより、振動片外周部の厚みを確保することと、振動片１０の端面に達した溝部に起こる応力集中を防止することによって、外部からの衝撃等による振動片の破壊（割れ、クラック）を防ぐことができる。

また、図７に示すように、振動片１０の中心部に近い溝３、振動片１０の外周部に近い溝５、溝３と溝５との中間に位置する溝４の３つの溝を有し、振動片の中心部に近い２つの溝、即ち、溝３と溝４の間隔Ｌ３が、振動片の外周部に近い２つの溝、即ち、溝４と溝５の間隔Ｌ４より大きく（Ｌ３＞Ｌ４）形成してもよい。

同様に、図示しないが、溝が４つ以上設けられた場合は、溝と溝との間隔を、振動片１０の中心部から外周部に向かって順次小さくなるように形成してもよい。

振動の減衰は、溝と溝との間隔を大きくする、即ち、減衰が起こらない領域を大きくすることにより、減衰の早さがゆっくりとなる。
本例のように、振動領域に近接する部分での溝と溝との間隔を大きく形成し、外周部に向かって順次小さくするように形成することにより、振動変位の大きい、即ち、主振動に近接する領域での振動の減衰はゆっくりとなり、急激な振動の減衰を起こすことなく外周部に向かって徐々に減衰を行う。したがって、主振動である厚みすべり振動の電気特性に影響させることなく外周部への振動の伝播を抑制することができる。

また、図８に示すように、振動片１０の中心部に近い溝６の溝幅Ｓ６が、振動片１０の外周に近い溝７の溝幅Ｓ７よりも小さく（Ｓ６＜Ｓ７）形成されてもよい。

同様に、溝が３個以上の複数設けられる場合は、溝の溝幅が、振動片１０の中心部から外周部に向かって順次大きくなるように形成する。

振動の減衰は、溝幅が小さければ小さいほど、当該溝による減衰を小さくすることができるため、主振動領域に近接する溝の幅を最も小さく形成し、外周部に向かって順次大きくするように形成することにより、振動変位の大きな主振動に近接する部分での減衰を小さく開始し、順次主振動の影響が小さくなる外周側に近づくにつれて溝幅を大きくして完全な減衰を図ることができる。したがって、主振動に近接する領域での急激な振動の減衰を防止することができるため、主振動である厚みすべり振動の電気特性に影響させることなく外周部への振動の伝播を完全に抑制することができる。

また、図９に示すように、溝の幅寸法２ｗを振動片の厚み寸法２ｂよりも大きくすることにより、一つの溝の構成においても、厚みすべり振動の外周部への伝播を防止することができる。

なお、前述までの説明では、短冊型（矩形形状）の振動片を用いて説明したが、外形形状が円形の振動片、外形形状が正方形の振動片等他の形状の振動片形状においても同様な構成を用いることができる。

また、溝は主面の表裏に設けることで説明したがこれに限らず、片面に設ける構成でも同様な効果を有している。

また、上述の実施例、及び応用例の説明に用いた図では、周状の溝が、直線で振動片の外形形状に平行で形成される例で表されているが、これに限らず、曲線形状などの非直線形状でもよく、さらには、振動片の外形には平行でなくても構わない。

また、励振電極の材料を浮き電極の材料より密度の高い材料とすることで、振動の伝播を抑制することが可能となる。例えば、励振電極の材料に密度１９．３の金（Ａｕ）を用い、浮き電極の材料に密度１０．５の銀（Ａｇ）を用いる。また、励振電極の材料に密度１０．５の銀（Ａｇ）を用い、浮き電極の材料に密度２．７のアルミ（Ａｌ）を用いることもできる。

本発明の圧電振動片を用いた圧電振動子を、図１０に示し説明する。図１０は、本発明の圧電振動子の概略図であり、図１０（ａ）は、圧電振動子の斜視図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す圧電振動子の正面断面図である。

本発明の圧電振動子６５は、保持部の一例としての、セラミック製のパッケージ（収納容器）６６の内の基台６７に、厚みすべり振動を発生させるために任意の形状で形成された励振電極６８と、励振電極から接続される外部接続のための支持電極６９と、厚みすべり振動の外周部への伝播を抑制するための励振電極６８を囲む概周状の溝７１と、溝７１の外周側に設けられた浮き電極７５、７６とを、主面に形成した圧電振動片７０が導電性接着剤７２などにより電気的接続を取りながら固定されている。ここで、パッケージ６６の底部７３は、圧電振動片７０が固定接続される基台６７以外の部分は圧電振動片７０に接しないように窪み構造となっている。さらに、蓋体７４がパッケージ６６の上面に接合されて気密性を保持する構成となっている。

本発明によれば、振動片の中心部を囲む概周状の溝により振動片のすべての方向の外周部において、主振動である厚みすべり振動に影響のない値まで振動を減衰することが可能な圧電振動片を用いることにより、該振動片の外周部をパッケージに固定接続しても、主振動の特性に影響ない安定した振動を継続できる、或いは、周波数可変を大きく取れるなど振動特性のよい圧電振動子を提供することができる。

本発明の圧電振動片を用いた圧電発振器を、図１１に示し説明する。図１１は、本発明の圧電振動器の概略図であり、図１１（ａ）は、圧電発振器の斜視図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す圧電発振器の正面断面図である。

本発明の圧電発振器８０は、保持部の一例としての、セラミック製のパッケージ（収納容器）８１の内の圧電振動片８７の固着部である基台８２に、厚みすべり振動を発生させるために任意の形状で形成された励振電極８４と、励振電極８４から接続される外部接続のための支持電極８５と、厚みすべり振動の外周部への伝播を抑制するための励振電極８４を囲む概周状の溝８６と、溝８６の外周側に設けられた浮き電極９２、９３とを、表裏に設けた主面に形成した圧電振動片８７が導電性接着剤８８などにより電気的接続を取りながら固定されている。さらに、該パッケージ８１の底部８９には、圧電振動片８７と電気的に接続された、少なくとも圧電振動片８７を動作させる機能を有する動作回路部９０が固定されている。ここで、パッケージ８１の底部８９は、圧電振動片が固定接続される基台８２以外の部分は圧電振動片８７と動作回路部９０が接しないような深さを持った窪み構造となっている。さらに、パッケージ８１の内に固着された圧電振動片８７、及び動作回路部９０は、パッケージ８１の上面に接合される蓋体９１によって気密性を持って収納される。

なお、前述の実施例においては、支持電極を振動片の長手方向（支持方向）の一方の端付近に設ける例を用いて説明したが、一方の端だけでなく、他の一方端共に、支持電極を設ける構成でもよい。

本例によれば、振動片の中心部を囲む概周状の溝により振動片のすべての方向の外周部において、主振動である厚みすべり振動に影響のない値まで振動を減衰することが可能な圧電振動片を用いることにより、該振動片の外周部をパッケージに固定接続しても、主振動の特性に影響ない安定した振動を継続できる、或いは、周波数可変を大きく取れるなど振動特性のよい圧電発振器を提供することができる。

本発明の実施例１の水晶振動片を説明するための概略図。 本発明の実施例２における水晶振動片の製造方法を示す工程フロー図。 本発明の実施例３における水晶振動片を説明するための概略図。 本発明の実施例４における二重構造の励振電極を有する水晶振動片の製造方法を示す工程フロー図。 本発明の水晶振動片の溝形状の変形例を示す概略図。 本発明の水晶振動片の溝形状の変形例を示す概略図。 本発明の水晶振動片の溝形状の変形例を示す概略図。 本発明の水晶振動片の溝形状の変形例を示す概略図。 本発明の水晶振動片の溝形状の変形例を示す概略図。 本発明の実施例５における圧電振動子を示す概略図。 本発明の実施例６における圧電発振器を示す概略図。 従来の圧電振動片を示す概略図。 従来の水晶振動片の製造方法を示す工程フロー図。

符号の説明

１０…水晶振動片、１１…水晶基板（水晶片）、１２…水晶基板の表裏の主面、
１３…主面の中心部、１４…内側の溝、１５…外側の溝、１６…励振電極、
１６ａ…表面の励振電極、１６ｂ…裏面の励振電極、１７…接続電極、
１８…支持電極、１９…溝と溝間の浮き電極、
２０…外周部の浮き電極、２１…支持電極、２２ａ…導通電極、２２ｂ…導通電極、
Ｘ…結晶軸におけるＸ軸方向（振動片の支持方向）、
Ｙ´…Ｘ軸回りに所定量回転したＹ軸方向（振動片の厚み方向）、
Ｚ´…Ｘ軸回りに所定量回転したＺ軸方向（振動片の幅方向）、
２ａ…Ｘ軸方向における振動片の外形寸法（振動片支持方向寸法）、
２ｂ…Ｙ軸方向における振動片の厚み寸法、
２ｃ…Ｚ軸方向における振動片の外形寸法（振動片の幅寸法）
ｗ１…内側の溝の幅、ｗ２…外側の溝の幅
６５…圧電振動子、８０…圧電発振器。

Claims (16)

1. 厚みすべり振動を主振動とする圧電基板と、
   前記圧電基板の表裏の面に形成され、前記圧電基板を励振させる励振電極と、
   前記励振電極の外縁に沿って周状に形成された溝部と、
   前記溝部の外縁から前記圧電基板の外周端までの領域に形成され、前記励振電極と電気的に絶縁された浮き電極と、
   を有することを特徴とする圧電振動片。
2. 請求項１に記載の圧電振動片であって、
   前記励振電極と接続され、前記圧電振動片を支持するための支持電極と、
   前記溝部と接続され、前記支持電極を囲む凹部と、
   を有することを特徴とする圧電振動片。
3. 請求項１に記載の圧電振動片であって、
   前記励振電極の厚みが、前記浮き電極の厚みより厚いことを特徴とする圧電振動片。
4. 請求項３に記載の圧電振動片であって、
   前記励振電極は、複数の電極層で形成されることを特徴とする圧電振動片。
5. 請求項１に記載の圧電振動片であって、
   前記励振電極と接続され、前記圧電基板を支持する支持電極を有し、
   前記圧電基板は、前記励振電極、及び前記浮き電極が形成される第一の面と、前記支持電極が形成される第二の面とを有し、
   前記第一の面を形成する部分の前記圧電基板の厚みが、前記第二の面を形成する部分の前記圧電基板の厚みより厚いことを特徴とする圧電振動片。
6. 請求項５に記載の圧電振動片であって、
   前記第二の面は、前記圧電振動片を支持する方向の前記溝部の外縁から前記圧電振動片の外周端までの領域に形成されていることを特徴とする圧電振動片。
7. 請求項５に記載の圧電振動片であって、
   前記第二の面は、前記溝部と接続し、前記第一の面から、前記溝部の深さとほぼ等しい深さの段差を有することを特徴とする圧電振動片。
8. 請求項１、請求項３、又は請求項５のいずれか１項に記載の圧電振動片であって、
   前記励振電極、及び前記浮き電極は、同じ材料で形成されていることを特徴とする圧電振動片。
9. 請求項８に記載の圧電振動片であって、
   前記励振電極、及び前記浮き電極は、金で形成されていることを特徴とする圧電振動片。
10. 請求項１、請求項３、又は、請求項５のいずれか１項に記載の圧電振動片であって、
    前記励振電極と前記浮き電極とは異なる材料で形成されており、前記励振電極を形成する材料の密度が前記浮き電極を形成する材料の密度より高いことを特徴とする圧電振動片。
11. 請求項１、請求項３、又は、請求項５のいずれか１項に記載の圧電振動片であって、
    前記溝部は、複数の溝を有することを特徴とする圧電振動片。
12. 厚みすべり振動を主振動とする圧電基板の表裏の面に溝部を有する圧電振動片の製造方法であって、
    前記圧電基板の表裏の面に、少なくとも前記圧電基板を励振させる励振電極、及び、前記励振電極と不接続な浮き電極に対応する窓開け部を有する第一のマスクを設け、前記第一のマスク上から金属層を形成する第１の工程と、
    前記第一のマスクを除去し、前記金属層のうち前記第一のマスクの窓開き部に形成された、前記励振電極、及び、前記浮き電極を露出させる第２の工程と、
    前記励振電極、及び、前記浮き電極を第二のマスクとして、前記励振電極の外縁に沿って周状に形成される溝部を、前記圧電基板に形成する第３の工程と、
    を有することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
13. 請求項１２に記載の圧電振動片の製造方法であって、
    前記溝部を形成した前記圧電基板の表裏の面に、少なくとも前記励振電極を覆う重ね電極に対応する第三のマスクを設け、前記第三のマスク上から第二の金属層を形成する第４の工程と、
    前記第三のマスクを除去し、前記第二の金属層のうち前記励振電極を覆う重ね電極を露出させる第５の工程と、
    を有することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
14. 請求項１３に記載の圧電振動片の製造方法であって、
    前記第三のマスクは、前記重ね電極と前記重ね電極と接続する支持電極とに対応する窓開け部を有し、
    前記第５の工程は、前記重ね電極と前記支持電極とを形成することを特徴とする圧電振動片の製造方法。
15. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の圧電振動片と、
    前記圧電振動片を固着して接続を行う保持部と、
    を有することを特徴とする圧電振動子。
16. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の圧電振動片と、
    前記圧電振動片を駆動するための回路部と、
    前記圧電振動片及び前記回路部を固着して接続を行う固着部を有する保持部と、
    を有することを特徴とする圧電発振器。
    
    

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