JP2012191299A - Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibrator, piezoelectric oscillator, and electronic device - Google Patents

Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibrator, piezoelectric oscillator, and electronic device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide means that prevents excitation electrodes from having contact with upper and lower surfaces of a package when a small piezoelectric vibration element is mounted on the package.SOLUTION: A piezoelectric vibration element 100 includes: a piezoelectric substrate 10; excitation electrodes 20 that are arranged on both main surfaces of the piezoelectric substrate 10 so as to face each other; lead-out electrodes 22; and pads 24. The piezoelectric substrate 10 has: an excitation portion 14 positioned in the center thereof; and a peripheral portion 12 that is thinner than the excitation portion 14 and is formed around the excitation portion 14. Two opposite side surfaces of the excitation portion 14 are flat surfaces, respectively, with no bump, and other two opposite surfaces of the excitation portion 14 have respective bumps in a thickness direction. At least one projection 11 that is perpendicular to a direction of the main surfaces of the piezoelectric substrate 10 is provided on both of the main surfaces in a range where vibration displacement is sufficiently damped when the piezoelectric vibration element 100 is excited.

Description

本発明は、厚み振動モードの圧電振動子に関し、特に所謂メサ型の構造を有する圧電振動素子、圧電振動子、圧電発振器及び電子デバイスに関する。   The present invention relates to a thickness vibration mode piezoelectric vibrator, and more particularly to a piezoelectric vibration element, a piezoelectric vibrator, a piezoelectric oscillator, and an electronic device having a so-called mesa structure.

ATカット水晶振動素子を用いた水晶振動素子は、その振動モードが厚みすべり振動であり、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、電子機器等の多方面で使用されている。
特許文献1には、エネルギー閉じ込め効果が、ベベル構造やコンベックス構造と同程度の効果を有する、所謂、メサ型構造の圧電振動子(ATカット水晶振動子)が開示されている。
辺比(厚さに対する辺の長さの比)の小さな厚みすべり振動子は、辺比が適切に設定されないと、圧電基板の輪郭寸法に起因する輪郭振動(屈曲振動等)が主振動に結合し、主振動の特性を劣化させることが知られている。
特許文献2には、ATカット水晶振動子をメサ型構造で形成し、メサ部と薄肉部との境界の境界において、境界部の側壁が主面に対して90°であると励振電極から延出された引き出し電極(リード電極)が断線してしまうという問題に鑑みてなされたものであって、前記境界部の側壁を傾斜または曲面とすることにより、前記リード電極の断線を防止することができることが開示されている。また、振動部分の表面のあらさを、平均粗さで0.2ミクロンと小さな表面粗さとすることにより、CI値が低下し、副振動が抑圧されると開示されている。
また、特許文献3には、ATカット水晶振動子をメサ型構造で形成し、メサ部の側壁を、63°、35°と傾斜させて、厚みすべり振動と屈曲振動との結合を抑圧した水晶振動子が開示されている。
A crystal resonator element using an AT-cut crystal resonator element is used in various fields such as electronic equipment because its vibration mode is a thickness-shear vibration and exhibits a cubic curve having excellent frequency temperature characteristics.
Patent Document 1 discloses a so-called mesa-type piezoelectric vibrator (AT-cut crystal vibrator) in which the energy confinement effect is similar to that of a bevel structure or a convex structure.
If the side ratio (ratio of the length of the side to the thickness) is small, if the side ratio is not set appropriately, contour vibrations (bending vibration, etc.) due to the contour dimensions of the piezoelectric substrate will be coupled to the main vibration. However, it is known to deteriorate the characteristics of the main vibration.
In Patent Document 2, an AT-cut quartz resonator is formed with a mesa structure, and at the boundary of the boundary between the mesa portion and the thin-walled portion, it extends from the excitation electrode when the side wall of the boundary portion is 90 ° with respect to the main surface. In view of the problem that the extracted lead electrode (lead electrode) is disconnected, it is possible to prevent disconnection of the lead electrode by making the side wall of the boundary portion inclined or curved. It is disclosed that it can be done. Further, it is disclosed that the surface roughness of the vibration part is reduced to a surface roughness as small as 0.2 microns in average roughness, thereby reducing the CI value and suppressing side vibrations.
Patent Document 3 discloses a crystal in which an AT-cut quartz crystal resonator is formed with a mesa structure, and the side wall of the mesa portion is inclined at 63 ° and 35 ° to suppress the coupling between thickness shear vibration and bending vibration. An oscillator is disclosed.

特許文献4には、水晶振動素子の周波数をf、水晶基板の長辺(X軸)の長さをX、メサ部(振動部)の厚みをt、メサ部の長辺の長さをMx、励振電極の長辺の長さをEx、水晶基板の長辺方向に生じる屈曲振動の波長をλとするとき、以下の4つの式、
λ/2=(1.332/f)−0.0024 (1)
(Mx−Ex)/2=λ/2 (2)
Mx/2=(n/2+1/4)λ(但しnは整数) (3)
X≧20t (4)
を満たすように各パラメータf、X、Mx、Exを設定することにより、厚みすべり振動と屈曲振動との結合を抑制できると開示されている。
In Patent Document 4, the frequency of the quartz resonator element is f, the length of the long side (X axis) of the quartz substrate is X, the thickness of the mesa portion (vibrating portion) is t, and the length of the long side of the mesa portion is Mx. When the length of the long side of the excitation electrode is Ex and the wavelength of the bending vibration generated in the long side direction of the quartz substrate is λ, the following four formulas:
λ / 2 = (1.332 / f) −0.0024 (1)
(Mx−Ex) / 2 = λ / 2 (2)
Mx / 2 = (n / 2 + 1/4) λ (where n is an integer) (3)
X ≧ 20t (4)
It is disclosed that the coupling between the thickness shear vibration and the bending vibration can be suppressed by setting the parameters f, X, Mx, and Ex so as to satisfy the above.

特許文献5には、メサ型構造の圧電基板のメサ部の高さ(段差部の堀量)yは、圧電基板の長辺の寸法をx、メサ部(振動部)の厚み寸法をtとした時に、板厚tを基準として、次式
y=−0.89×(x/t)+34±3(%)
を満たすように辺比を設定することにより、不要モードを抑圧できると開示されている。
特許文献6には、メサ型構造の圧電基板の短辺の長さをZとし、メサ部(振動部)の厚みをtとし、メサ部の短辺方向の電極寸法をMzとしたときに、
15.68≦Z/t≦15.84、かつ、0.77≦Mz/Z≦0.82
の関係を満たすように諸パラメータを設定することにより、不要モードを抑圧できると開示されている。
In Patent Document 5, the height of the mesa portion of the mesa-type piezoelectric substrate (the step height) y is the length of the long side of the piezoelectric substrate x, and the thickness of the mesa portion (vibration portion) is t. The following formula y = −0.89 × (x / t) + 34 ± 3 (%)
It is disclosed that the unnecessary mode can be suppressed by setting the side ratio to satisfy the above.
In Patent Document 6, when the length of the short side of the mesa-type piezoelectric substrate is Z, the thickness of the mesa part (vibration part) is t, and the electrode dimension in the short side direction of the mesa part is Mz,
15.68 ≦ Z / t ≦ 15.84 and 0.77 ≦ Mz / Z ≦ 0.82
It is disclosed that the unnecessary mode can be suppressed by setting various parameters so as to satisfy the above relationship.

しかし、更に辺比の小さな圧電振動子では、振動変位がX軸の端部で十分には減衰せずに、端面で不要な屈曲モードなどを励起し、これが主振動と結合するという課題があった。
特許文献7には、メサ構造を多段とすることにより、主振動の振動エネルギーをより完全に閉じ込めることが可能になる旨が開示されている。
特許文献8には、断面形状がコンベックス形状の圧電基板を、想定するコンベックス形状の包絡線に沿って階段形状に構成することにより、近似的に置き換えが可能であり、さらに、階段状の側面を斜面とすればより近似度合いが増すと開示されている。
However, in the piezoelectric vibrator having a smaller side ratio, the vibration displacement is not sufficiently attenuated at the end of the X axis, and an unnecessary bending mode is excited at the end face, which is coupled with the main vibration. It was.
Patent Document 7 discloses that the vibration energy of the main vibration can be more completely confined by using a multi-stage mesa structure.
In Patent Document 8, a piezoelectric substrate having a convex cross-sectional shape can be approximately replaced by constructing a stepped shape along an assumed convex-shaped envelope. It is disclosed that the degree of approximation increases if it is a slope.

特許文献9、特許文献10には、メサ型構造の圧電基板のメサ部を多段とすることにより、主振動のエネルギー閉じ込め効果を高め、不要モードを抑圧することができると開示されている。
特許文献11には、メサ型構造の段差部を導電性接着剤の流れ止めとし、メサ部への接着剤の流入防止を図ったメサ型振動デバイスが開示されている。このように、特許文献7乃至特許文献11には、圧電基板のメサ構造を多段メサ構造とし、エネルギー閉じ込めを深くすることが、主振動と屈曲振動との結合の抑圧に有用であると開示されている。
Patent Document 9 and Patent Document 10 disclose that the mesa portion of a piezoelectric substrate having a mesa structure can be multi-staged to increase the energy confinement effect of main vibration and suppress unnecessary modes.
Patent Document 11 discloses a mesa vibration device in which a step portion of a mesa structure is used as a flow stopper for a conductive adhesive to prevent the adhesive from flowing into the mesa portion. As described above, Patent Documents 7 to 11 disclose that it is useful to suppress the coupling between the main vibration and the bending vibration by making the mesa structure of the piezoelectric substrate a multi-stage mesa structure and deepening the energy confinement. ing.

最近の小型圧電振動子にあっては、メサ型構造の圧電振動素子を表面実装用のパッケージ内に収容し蓋部材で密閉する際に、圧電振動素子の一方の端縁部分を導電性接着剤を用いてパッケージ内の素子搭載パッドに接着固定し、前記一方の端縁部分と対向する他方の端縁部分を自由端とする、所謂片持ち方式で支持するが、パッケージ形状が小さいため、必要量の導電性接着剤を用いることができずに接着力の低下を起こしやすく、圧電振動素子の主面が傾いて励振電極がパッケージ内底面に接触して作動不良を起こすという問題があった。
特許文献12には、レーザーを用いた多段メサ型構造のATカット水晶振動子の製造方法が開示されている。
また、特許文献13には、振動部がメサ型構造で、メサ部を挟んだ薄肉部の一端縁を厚肉突起部とし、これと対向する側の他端縁の少なくとも一部を厚肉突起部とした構造の圧電振動素子が開示されている。導電性接着剤を用いて他端縁の厚肉突起部をパッケージの素子搭載パッドに搭載した場合に、一端縁に設けた厚肉突起部がパッケージのキャビティー空間内に留まるか、パッケージ内の底面に当接するか、又は蓋部材に当接するかの何れかとなる。このため、メサ部に形成した励振電極がパッケージ内の底面、又は蓋部材に接触する虞がなく、圧電振動素子の振動が阻害されないため、安定した特性が得られると開示されている。
In recent small piezoelectric vibrators, when a piezoelectric vibration element having a mesa structure is accommodated in a surface mounting package and sealed with a lid member, one end portion of the piezoelectric vibration element is electrically conductive adhesive. It is supported by a so-called cantilever system in which the other edge part opposite to the one edge part is used as a free end, but it is necessary because the package shape is small. The amount of the conductive adhesive cannot be used, so that the adhesive force is liable to decrease, and the main surface of the piezoelectric vibration element is inclined to cause the excitation electrode to contact the bottom surface of the package, resulting in malfunction.
Patent Document 12 discloses a method of manufacturing an AT-cut quartz crystal resonator having a multistage mesa structure using a laser.
Patent Document 13 discloses that the vibrating portion has a mesa structure, one end edge of a thin portion sandwiching the mesa portion is a thick protrusion portion, and at least a part of the other end edge on the opposite side is a thick protrusion portion. A piezoelectric vibration element having a structure as a part is disclosed. When a thick protrusion on the other end edge is mounted on the device mounting pad of the package using a conductive adhesive, the thick protrusion provided on the one end edge remains in the cavity space of the package or Either contact with the bottom surface or contact with the lid member. For this reason, it is disclosed that there is no possibility that the excitation electrode formed in the mesa portion contacts the bottom surface or the lid member in the package, and the vibration of the piezoelectric vibration element is not hindered, so that stable characteristics can be obtained.

ところが、水晶振動素子の振動変位エネルギーは、励振電極の中央で最大で、中央から周辺に離れるにつれて減衰する。振動変位エネルギーが同値である部分をプロットすると、中央を中心とする略相似形の複数の等力線と称される楕円が描かれる。特許文献13の水晶振動素子では、長手方向(X軸方向)の一端縁に設けた厚肉突起部は、励振電極とパッケージとの当接防止の機能は有するが、水晶振動素子の振動変位エネルギーの一部は、一端縁に設けた厚肉突起部と干渉することによって損失するという問題があった。この損失は、水晶振動素子を小型化するほど影響度が大きくなり、水晶振動子の電気的特性を安定化させることが難しいという課題があった。
特許文献14には、片持ち支持される一端部と対向する他端部に突起部を設けたメサ型構造の圧電振動素子が開示されている。突起部は、他端部の幅方向中央部を除く角部の少なくとも1箇所に設けられている。メサ型構造の圧電振動素子の中央から最も離れている角部に突起部を設け、この突起部を収容部材と当接させるようにする。これによって、圧電振動素子が小型化されても、電気的特性の安定した圧電振動子が得られると開示されている。
However, the vibration displacement energy of the crystal resonator element is maximum at the center of the excitation electrode and attenuates as the distance from the center increases. When a portion where the vibration displacement energy is equal is plotted, an ellipse called a plurality of substantially similar contour lines centering on the center is drawn. In the crystal resonator element of Patent Document 13, the thick protrusion provided at one end edge in the longitudinal direction (X-axis direction) has a function of preventing contact between the excitation electrode and the package, but the vibration displacement energy of the crystal resonator element There is a problem that a part of is lost due to interference with a thick protrusion provided at one end edge. This loss has a greater effect as the crystal resonator element is made smaller, and there is a problem that it is difficult to stabilize the electrical characteristics of the crystal resonator.
Patent Document 14 discloses a piezoelectric vibration element having a mesa structure in which a protrusion is provided on the other end opposite to one end supported in a cantilever manner. The protrusion is provided at at least one corner of the other end excluding the central portion in the width direction. Protrusions are provided at the corners farthest from the center of the mesa-type piezoelectric vibration element, and the protrusions are brought into contact with the housing member. Accordingly, it is disclosed that a piezoelectric vibrator having stable electrical characteristics can be obtained even if the piezoelectric vibration element is downsized.

特開昭58−047316号公報JP 58-047316 A 実開平06−052230号公報Japanese Utility Model Publication No. 06-052230 特開2001−230655公報JP 2001-230655 A 特許第4341583号Japanese Patent No. 4341585 特開2008−263387公報JP 2008-263387 A 特開2010−062723公報JP 2010-062723 A 特開平02−057009号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-057009 特許第3731348号Japanese Patent No. 3731348 特開2008−236439公報JP 2008-236439 A 特開2010−109527公報JP 2010-109527 A 特開2009−130543公報JP 2009-130543 A 特許第4075893号Patent No. 4075893 特開2004−200777公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-200777 特開2010−114620公報JP 2010-114620 A

しかしながら、長辺方向をX軸(水晶の結晶軸の一つである電気軸)と平行な方向とする多段メサ型構造の水晶基板を用いた厚みすべり振動素子では、X辺比(厚さtに対する長辺の寸法Xの比X/t)が小さい状態、例えばX/t=17以下となると、厚みすべり振動と、Z’軸(水晶の結晶軸の一つである光学軸を前記X軸を中心軸として所定の角度だけ回転させたときの軸)に平行な方向の輪郭振動(屈曲振動等)と、の結合が生じるという問題があった。
また、多段メサ型構造の水晶振動素子の端部に設けたパッドを、パッケージの内底面に形成した素子搭載パッドに搭載し、導電性接着剤で導通・固定して水晶振動子を構成する。このとき、素子搭載パッドに塗布する導電性接着の量や、その粘性により水晶振動素子の両主面とパッケージの底面とを並行に保つのが難しく、パッケージの底面や密封用の蓋部材に、水晶振動素子の励振電極が接触し、水晶振動子の電気的特性が劣化するという問題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、厚さ対長辺比が小さく、且つ長辺方向に多段メサ構造を形成した圧電基板の励振部に励振電極を設けた厚みすべり圧電振動素子であって、厚みすべり振動と、Z’軸方向の輪郭振動(屈曲振動等)と、の結合を抑圧すると共に、圧電基板の端部の表裏に圧電基板の主面と直交する突起部を夫々形成した圧電振動素子と、これを用いた圧電振動子、及び圧電デバイスを実現することを目的とする。
However, in a thickness shear vibration element using a quartz substrate having a multistage mesa structure in which the long side direction is parallel to the X axis (an electric axis that is one of crystal axes of the crystal), the X side ratio (thickness t When the ratio X / t of the long side dimension X with respect to is small, for example, X / t = 17 or less, the thickness-shear vibration and the Z ′ axis (the optical axis that is one of the crystal axes of the crystal is the X axis). There is a problem that coupling with contour vibrations (bending vibrations, etc.) in a direction parallel to the axis (when the shaft is rotated by a predetermined angle) is generated.
In addition, a pad provided at an end portion of a crystal resonator element having a multi-stage mesa structure is mounted on an element mounting pad formed on the inner bottom surface of the package, and is made conductive and fixed with a conductive adhesive to constitute a crystal resonator. At this time, it is difficult to keep both the main surface of the quartz crystal vibration element and the bottom surface of the package in parallel due to the amount of conductive adhesive applied to the element mounting pad and its viscosity. There is a problem that the excitation electrode of the crystal resonator element comes into contact with each other and the electrical characteristics of the crystal resonator are deteriorated.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is a thickness-sliding piezoelectric element in which an excitation electrode is provided on an excitation part of a piezoelectric substrate having a small thickness to long side ratio and a multi-stage mesa structure formed in the long side direction. A vibration element that suppresses the coupling between thickness-shear vibration and contour vibration (bending vibration, etc.) in the Z′-axis direction, and protrusions orthogonal to the principal surface of the piezoelectric substrate on the front and back of the end portion of the piezoelectric substrate It is an object of the present invention to realize a piezoelectric vibration element in which each is formed, a piezoelectric vibrator using the same, and a piezoelectric device.

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]本発明に係る圧電振動素子は、圧電基板と、前記圧電基板の両主面の振動領域に夫々対向配置された各励振電極と、前記各励振電極から該圧電基板の一方の端部に向かって延びる引出電極と、前記引出電極と電気的に接続され前記圧電基板の2つの角隅部に夫々形成されたパッドと、を備えた圧電振動素子であって、前記圧電基板は、中央に位置する励振部と、前記励振部の厚みより薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、前記励振部の対向する2つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の他の対向する2つの側面は夫々厚み方向に段差部を有し、前記励振部が励振されたときに振動変位が十分に減衰する領域の両主面上に、突起部を少なくとも一つ備えていることを特徴とする圧電振動素子である。   Application Example 1 A piezoelectric vibration element according to the present invention includes a piezoelectric substrate, excitation electrodes disposed opposite to the vibration regions of both main surfaces of the piezoelectric substrate, and one of the piezoelectric substrates from each excitation electrode. A piezoelectric vibration element comprising: an extraction electrode extending toward an end; and a pad electrically connected to the extraction electrode and formed at each of two corners of the piezoelectric substrate. And an excitation part located in the center and a peripheral part that is thinner than the thickness of the excitation part and provided at the periphery of the excitation part, and the two opposing side surfaces of the excitation part are stepless flat surfaces, respectively. The other two opposite side surfaces of the excitation part have step portions in the thickness direction, and protrusions are formed on both main surfaces in a region where vibration displacement is sufficiently attenuated when the excitation part is excited. A piezoelectric vibration element comprising at least one part

上記のように圧電振動素子を構成すると、厚みすべり振動と、無段差状の平面に直交する方向の輪郭振動等の不要モードと、の結合を抑制でき、CI値を低減することができるという効果がある。また、上記のように圧電基板上であって振動変位が十分に減衰する領域の両主面上に突起部を設けることにより、パッケージに実装する際に、励振部に形成した励振電極とパッケージの内側の面が接触する虞がのぞかれると言う効果がある。   When the piezoelectric vibration element is configured as described above, it is possible to suppress the coupling between the thickness shear vibration and the unnecessary mode such as the contour vibration in the direction orthogonal to the stepless plane, and the CI value can be reduced. There is. In addition, by providing protrusions on both main surfaces of the piezoelectric substrate on which the vibration displacement is sufficiently attenuated as described above, when mounting on the package, the excitation electrode formed on the excitation unit and the package There is an effect that there is a possibility that the inner surface comes into contact.

[適用例2]また圧電振動素子は、前記圧電基板が、水晶の結晶軸である、電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系の前記X軸を中心として、前記Z軸を前記Y軸の−Y方向へ傾けた軸をZ’軸とし、前記Y軸を前記Z軸の+Z方向へ傾けた軸をY’軸とし、前記X軸と前記Z’軸に平行な面で構成され、前記Y’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、前記水晶基板は、前記X軸に平行な辺を長辺とし前記Z’軸に平行な辺を短辺とし且つその中央に位置する励振部と、前記励振部より薄肉で前記励振部の周縁に形成された周辺部と、を有し、前記励振部の前記X軸と平行な2つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の前記Z’軸と平行な他の2つの側面は夫々厚み方向に段差部を有していることを特徴とする適用例1に記載の圧電振動素子である。   Application Example 2 In the piezoelectric vibration element, the piezoelectric substrate includes a crystal axis of quartz, an X axis as an electric axis, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis. Centering on the X axis of the coordinate system, the Z axis is tilted in the −Y direction of the Y axis as the Z ′ axis, and the Y axis is tilted in the + Z direction of the Z axis as the Y ′ axis. A quartz substrate having a plane parallel to the X-axis and the Z′-axis and having a thickness in a direction parallel to the Y′-axis. The quartz substrate has a side parallel to the X-axis as a long side. An excitation part having a side parallel to the Z ′ axis as a short side and located at the center thereof, and a peripheral part formed thinner at the periphery of the excitation part than the excitation part, and the excitation part The two side surfaces parallel to the X axis are stepless planes, and the other two side surfaces parallel to the Z ′ axis of the excitation unit are thicker. A piezoelectric vibrating element according to Application Example 1, characterized in that has a step portion.

上記のように水晶を用いて圧電振動素子を構成すると、圧電振動素子の周波数温度特性が優れていると共に、厚みすべり振動とZ’軸方向の輪郭振動との結合を抑制でき、CI値を低減することができるという効果がある。また、上記のように圧電基板上であって振動変位が十分に減衰する領域の両主面上に突起部を設けることにより、パッケージに実装する際に、励振部に形成した励振電極とパッケージの内側の面が接触する虞がのぞかれるという効果がある。   When the piezoelectric vibration element is configured using quartz as described above, the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibration element is excellent, and the coupling between the thickness shear vibration and the contour vibration in the Z′-axis direction can be suppressed, and the CI value is reduced. There is an effect that can be done. In addition, by providing protrusions on both main surfaces of the piezoelectric substrate on which the vibration displacement is sufficiently attenuated as described above, when mounting on the package, the excitation electrode formed on the excitation unit and the package There is an effect that a possibility that the inner surface comes into contact is excluded.

[適用例3]また圧電振動素子は、前記突起部が、前記圧電基板の前記各パッドと対向する側の角隅部に設けられていること特徴とする適用例1又は2に記載の圧電振動素子である。   Application Example 3 In the piezoelectric vibration element, the piezoelectric vibration according to Application Example 1 or 2, wherein the protrusion is provided at a corner portion of the piezoelectric substrate facing the pads. It is an element.

上記のように、圧電基板の角隅部に突起部を設けると、圧電基板上に励起される主振動の厚みすべり振動の振動変位が十分に減衰しているので、その動作を阻害することなく、電気的特性には変化はない。しかも、突起部を有する圧電振動素子をパッケージに実装する際に、励振部に形成した励振電極とパッケージの内側の面とが接触する虞が除かれるので、圧電振動子を製作する際に、歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。   As described above, when the protrusions are provided at the corners of the piezoelectric substrate, the vibration displacement of the thickness shear vibration of the main vibration excited on the piezoelectric substrate is sufficiently attenuated, so that the operation is not hindered. There is no change in electrical characteristics. In addition, when mounting a piezoelectric vibration element having a protrusion on a package, the possibility of contact between the excitation electrode formed on the excitation portion and the inner surface of the package is eliminated. Is greatly improved.

[適用例4]また圧電振動素子は、前記突起部が、前記圧電基板の前記パッドと対向する前記Z’軸に沿った端縁に沿って設けられていることを特徴とする適用例2に記載の圧電振動素子である。   Application Example 4 Further, in the piezoelectric vibration element, in the application example 2, the protrusion is provided along an edge along the Z ′ axis facing the pad of the piezoelectric substrate. It is a piezoelectric vibration element of description.

上記のように、圧電基板上のZ’軸に沿った端縁に沿って突起部を形成すると、エッチング等により突起部に多少の変形が生じてもその機能、即ちパッケージに実装する際に、励振電極とパッケージの内側の面とが接触する虞を除くという機能を損なうことはないので、圧電振動子を製作する際に、歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。   As described above, when the protrusion is formed along the edge along the Z ′ axis on the piezoelectric substrate, even if the protrusion is slightly deformed by etching or the like, its function, that is, when mounted on the package, Since the function of eliminating the possibility of contact between the excitation electrode and the inner surface of the package is not impaired, there is an effect that the yield is greatly improved when the piezoelectric vibrator is manufactured.

[適用例5]また圧電振動素子は、前記突起部が、前記圧電基板の前記パッドと対向する前記Z’軸に沿った端縁に沿って設けられた第1の突起部分と、該第1の突起部分の長手方向両端部から夫々前記X軸に沿った方向へ屈曲して連設された第2の突起部分と、を備えていることを特徴とする適用例2に記載の圧電振動素子である。   Application Example 5 In the piezoelectric vibration element, the protrusion includes a first protrusion portion provided along an edge along the Z ′ axis facing the pad of the piezoelectric substrate, and the first protrusion portion. And a second projecting portion that is continuously bent from both ends in the longitudinal direction of the projecting portion in the direction along the X-axis. It is.

上記のように、圧電基板の端部にコ字状の突起部を形成すると、圧電振動素子がパッケージにX軸方向に回転して接着固定されても、励振電極がパッケージの内側の面に接触する虞がなく、圧電振動子を製作する際に、歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。   As described above, when the U-shaped protrusion is formed at the end of the piezoelectric substrate, the excitation electrode contacts the inner surface of the package even when the piezoelectric vibration element rotates and adheres to the package in the X-axis direction. There is no risk that the yield will be greatly improved when the piezoelectric vibrator is manufactured.

[適用例6]また圧電振動素子は、表裏の突起部の各厚みと周辺部の厚みを合計した厚みが、前記励振部の厚さと等しいこと特徴とする適用例1乃至5の何れかに記載の圧電振動素子である。   [Application Example 6] The piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 5, wherein the total thickness of the front and back protrusions and the thickness of the peripheral part is equal to the thickness of the excitation part. This is a piezoelectric vibration element.

上記のように、前記励振部の厚さと、表裏の突起部の各厚みと周辺部の厚みを合計した厚みと、を等しくすることにより圧電基板の製造が容易であると共に、励振電極がパッケージの内側の面に接触する虞がなく、圧電振動子を製作する際に、歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。   As described above, by making the thickness of the excitation portion equal to the total thickness of the thicknesses of the protrusions on the front and back sides and the thickness of the peripheral portion, it is easy to manufacture the piezoelectric substrate, and the excitation electrode is formed on the package. There is no risk of contact with the inner surface, and the yield is greatly improved when the piezoelectric vibrator is manufactured.

[適用例7]また圧電振動素子は、前記圧電基板の前記Z’軸に平行な方向の寸法をZとし、前記励振部の短辺の寸法をMzとし、前記励振部の厚みをtとするとき、8≦Z/t≦11、かつ、0.6≦Mz/Z≦0.8の関係を満たすことを特徴とする適用例2乃至5の何れか一項に記載の圧電振動素子である。   Application Example 7 In the piezoelectric vibration element, the dimension of the piezoelectric substrate in the direction parallel to the Z′-axis is Z, the dimension of the short side of the excitation unit is Mz, and the thickness of the excitation unit is t. The piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 2 to 5, wherein a relationship of 8 ≦ Z / t ≦ 11 and 0.6 ≦ Mz / Z ≦ 0.8 is satisfied. .

このように圧電振動素子を構成すれば、よりCI値の低減が図れると共に、励振電極とパッケージの内側の面との接触がないので、圧電振動子を製作する際に、歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。   If the piezoelectric vibration element is configured in this way, the CI value can be further reduced, and since there is no contact between the excitation electrode and the inner surface of the package, the yield is greatly improved when the piezoelectric vibrator is manufactured. There is an effect that.

[適用例8]また圧電振動素子は、前記圧電基板の前記X軸に平行な方向の寸法をXとするとき、X/t≦17の関係を満たすことを特徴とする適用例2乃至6の何れか一項に記載の圧電振動素子である。   Application Example 8 In addition, in the piezoelectric vibration element, the relationship of X / t ≦ 17 is satisfied, where X is a dimension in the direction parallel to the X axis of the piezoelectric substrate. It is a piezoelectric vibration element as described in any one.

このように圧電振動素子を構成すれば、小型化を図りつつ、CI値の低減が図れると共に、励振電極とパッケージの内側の面との接触がないので、圧電振動子を製作する際に、歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。   By configuring the piezoelectric vibration element in this way, it is possible to reduce the CI value while reducing the size, and since there is no contact between the excitation electrode and the inner surface of the package, the yield is reduced when the piezoelectric vibrator is manufactured. Is greatly improved.

[適用例9]本発明に係る圧電振動子は、適用例1乃至8のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、前記圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子である。   Application Example 9 A piezoelectric vibrator according to the present invention includes the piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 8, and a package that accommodates the piezoelectric vibration element. This is a piezoelectric vibrator.

以上のように圧電振動子を構成すれば、本発明に係る圧電振動素子を備えているので、CI値の低減が図れると共に、励振電極とパッケージの内側の面との接触がないので、圧電振動子を製作する際に、歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。   If the piezoelectric vibrator is configured as described above, since the piezoelectric vibration element according to the present invention is provided, the CI value can be reduced and the excitation electrode and the inner surface of the package are not in contact with each other. When producing a child, the yield is greatly improved.

[適用例10]本発明に係る圧電発振器は、適用例1乃至8のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を駆動する発振回路と、パッケージと、を備えたことを特徴とする圧電発振器である。   Application Example 10 A piezoelectric oscillator according to the present invention includes the piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 8, an oscillation circuit that drives the piezoelectric vibration element, and a package. A piezoelectric oscillator characterized by the following.

以上のように圧電発振器を構成すれば、パッケージ内に本発明に係るCI値が小さな圧電振動素子と、発振回路とが備えられており、圧電発振器が小型化されると共に、発振回路の発振電流を小さくできるので、低消費電力化が図れるという効果がある。   If the piezoelectric oscillator is configured as described above, the package includes the piezoelectric vibration element having a small CI value according to the present invention and the oscillation circuit, and the piezoelectric oscillator is downsized and the oscillation current of the oscillation circuit is reduced. Therefore, there is an effect that power consumption can be reduced.

[適用例11]本発明に係る圧電発振器は、適用例9に記載の圧電振動子と、該圧電振動子を駆動する発振回路と、を備えたことを特徴とする圧電発振器である。   Application Example 11 A piezoelectric oscillator according to the present invention includes the piezoelectric vibrator according to Application Example 9 and an oscillation circuit that drives the piezoelectric vibrator.

以上のように圧電発振器を構成すれば、本発明に係るCI値が小さな圧電振動子を備えており、発振周波数が安定であると共に発振回路の電流を小さくできるので、圧電発振器の消費電力を低減することができるという効果がある。   If the piezoelectric oscillator is configured as described above, the piezoelectric vibrator having a small CI value according to the present invention is provided, and the oscillation frequency is stable and the current of the oscillation circuit can be reduced, so that the power consumption of the piezoelectric oscillator is reduced. There is an effect that can be done.

[適用例12]本発明に係る圧電発振器は、前記発振回路がICに搭載されていることを特徴とする適用例10又は11に記載の圧電発振器である。   Application Example 12 The piezoelectric oscillator according to the application example 10 or 11 is characterized in that the oscillation circuit according to the present invention is mounted on an IC.

以上のように圧電発振器を構成すれば、発振回路がIC化されることにより、圧電発振器が小型化されると共に、信頼性も向上するという効果がある。   If the piezoelectric oscillator is configured as described above, since the oscillation circuit is made into an IC, the piezoelectric oscillator can be reduced in size and the reliability can be improved.

[適用例13]本発明に係る電子デバイスは、適用例1乃至8のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、少なくとも一つ以上の電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイスである。   Application Example 13 An electronic device according to the present invention is characterized in that a package includes the piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 8 and at least one electronic component. It is an electronic device.

以上のように電子デバイスを構成すれば、本発明の圧電振動素子と電子部品とで電子デバイスを構成するので、CIの小さな圧電振動素子を有する電子デバイスが構成できるので、多方面の用途に利用できるという効果がある。   If the electronic device is configured as described above, the electronic device is configured by the piezoelectric vibration element and the electronic component of the present invention, and thus an electronic device having a piezoelectric vibration element with a small CI can be configured. There is an effect that can be done.

[適用例14]本発明に係る電子デバイスは、適用例13に記載の前記電子部品が、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうちのいずれかであることを特徴とする電子デバイスである。   Application Example 14 An electronic device according to the present invention is an electronic device characterized in that the electronic component according to Application Example 13 is any one of a thermistor, a capacitor, a reactance element, and a semiconductor element.

以上のように電子デバイスを構成すれば、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つの電子部品と、圧電振動素子とを用いて電子デバイスを構成るので、電子機器にとって有用なデバイスとなるという効果がある。   If an electronic device is configured as described above, an electronic device is configured using at least one electronic component among a thermistor, a capacitor, a reactance element, and a semiconductor element, and a piezoelectric vibration element. There is an effect of becoming.

本発明に係るメサ構造の圧電振動素子を示した概略図であって、(a)は平面図であり、(b)はP1−P1断面図であり、(c)はP2−P2断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which showed the piezoelectric vibration element of the mesa structure which concerns on this invention, Comprising: (a) is a top view, (b) is P1-P1 sectional drawing, (c) is P2-P2 sectional drawing. (a)は、図1のQ1−Q1断面図であり、(b)は図1のQ2−Q2断面図。(A) is Q1-Q1 sectional drawing of FIG. 1, (b) is Q2-Q2 sectional drawing of FIG. メサ構造の圧電振動素子の平面上に、振動変位エネルギーの等しい点を結んでできた等力線を重ね書きした図。FIG. 3 is a diagram in which isobaric lines formed by connecting points having equal vibration displacement energy on the plane of a mesa structure piezoelectric vibration element are overwritten. 水晶の結晶軸X、Y、ZをX軸の回りにθ回転してできた新直交軸X、Y’、Z’軸とATカット水晶基板との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the new orthogonal axis | shaft X, Y ', Z' axis | shaft formed by theta rotation of the crystal axes X, Y, and Z of quartz around the X-axis, and an AT cut quartz substrate. (a)乃至(c)は本実施形態の圧電振動素子の製造方法を模式的に示す平面図及び断面図。(A) thru | or (c) are the top views and sectional drawings which show typically the manufacturing method of the piezoelectric vibration element of this embodiment. (a)乃至(c)は本実施形態の圧電振動素子の製造方法を模式的に示す平面図及び断面図。(A) thru | or (c) are the top views and sectional drawings which show typically the manufacturing method of the piezoelectric vibration element of this embodiment. (a)乃至(c)は本実施形態の圧電振動素子の製造方法を模式的に示す平面図及び断面図。(A) thru | or (c) are the top views and sectional drawings which show typically the manufacturing method of the piezoelectric vibration element of this embodiment. (a)乃至(c)は本実施形態の圧電振動素子の製造方法を模式的に示す平面図及び断面図。(A) thru | or (c) are the top views and sectional drawings which show typically the manufacturing method of the piezoelectric vibration element of this embodiment. (a)乃至(d)は本実施形態の圧電振動素子の製造方法を模式的に示す平面図及び断面図。(A) thru | or (d) are the top views and sectional drawings which show typically the manufacturing method of the piezoelectric vibration element of this embodiment. (a)乃至(d)は本実施形態の圧電振動素子の製造方法を模式的に示す平面図及び断面図。(A) thru | or (d) are the top views and sectional drawings which show typically the manufacturing method of the piezoelectric vibration element of this embodiment. (a)乃至(d)は本実施形態の圧電振動素子の製造方法を模式的に示す平面図及び断面図。(A) thru | or (d) are the top views and sectional drawings which show typically the manufacturing method of the piezoelectric vibration element of this embodiment. (a)乃至(c)は本実施形態の変形例に係る、(a)は平面図であり、(b)はP4−P4断面図であり、(c)はP5−P5断面図。(A) thru | or (c) are based on the modification of this embodiment, (a) is a top view, (b) is P4-P4 sectional drawing, (c) is P5-P5 sectional drawing. (a)は、図12のQ6−Q6断面図であり、(b)は図12のQ7−Q7断面図。(A) is Q6-Q6 sectional drawing of FIG. 12, (b) is Q7-Q7 sectional drawing of FIG. 本実施形態の他の変形例に係る、(a)は平面図であり、(b)はQ2−Q2断面図。(A) is a top view concerning other modification of this embodiment, (b) is Q2-Q2 sectional drawing. 本実施形態の他の変形例に係る、(a)は平面図であり、(b)はQ1−Q1断面図。(A) is a top view concerning other modification of this embodiment, (b) is Q1-Q1 sectional drawing. 本実施形態の他の変形例に係る、(a)は平面図であり、(b)はQ2−Q2断面図。(A) is a top view concerning other modification of this embodiment, (b) is Q2-Q2 sectional drawing. 本実施形態に係る圧電振動子を模式的に示した断面図であり、(a)は長手方向中央部の断面図であり、(b)は長手方向端部の断面図、(c)、(d)は説明用の断面図。It is sectional drawing which showed typically the piezoelectric vibrator which concerns on this embodiment, (a) is sectional drawing of a longitudinal direction center part, (b) is sectional drawing of a longitudinal direction edge part, (c), ( d) is a sectional view for explanation. (a)及び(b)は比較例の圧電振動素子を模式的に示した平面図及び断面図。(A) And (b) is the top view and sectional drawing which showed typically the piezoelectric vibration element of the comparative example. (a)及び(b)はCI値の分布を示すグラフで示した図。(A) And (b) is the figure shown with the graph which shows distribution of CI value. Mz(励振部の短辺の寸法)/Z(圧電基板の短辺の寸法)とCI値との関係を示すグラフで示した図。The figure shown with the graph which shows the relationship between Mz (dimension of the short side of an excitation part) / Z (dimension of the short side of a piezoelectric substrate), and CI value. (a)は電子デバイスの実施形態を示す断面図であり、(b)は変形例の実施形態を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows embodiment of an electronic device, (b) is sectional drawing which shows embodiment of a modification. (a)は圧電発振器の実施形態を示す断面図であり、(b)は変形例の実施形態を示す断面図であり、(c)は他の変形例の実施形態を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows embodiment of a piezoelectric oscillator, (b) is sectional drawing which shows embodiment of a modification, (c) is sectional drawing which shows embodiment of another modification.

以下、本発明を図面に示した実施形態に基づいて詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例を含む。なお、以下の実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments at all, and includes various modifications that are implemented within a range that does not change the gist of the present invention. Note that not all of the configurations described in the following embodiments are indispensable constituent requirements of the present invention.

1.圧電振動素子
まず、本実施形態に係る圧電振動素子について、図面を参照しながら説明する。図1及び図2は、本発明の一実施形態に係る圧電振動素子100の構成を示す概略図である。図1(a)は、圧電振動素子100の平面図であり、図1(b)は、同図(a)のP1−P1断面図であり、図1(c)は、同図(a)のP2−P2断面図である。図2(a)は、図1(a)のQ1−Q1断面図であり、図2(b)は、図1(a)のQ2−Q2断面図、又はQ2’−Q2’断面図である。
本発明の圧電振動素子100は、中央に位置する多段メサ構造の励振部14、及び励振部14の周縁に連設形成された薄肉の周辺部12を有する圧電基板10と、励振部14の両主面上に夫々対向配置された励振電極20と、各励振電極20から圧電基板10の端部に向かって延びる引出電極22と、引出電極22の端部であり且つ圧電基板10の2つの角隅部に夫々形成されたパッド24と、を概略備えている。
励振部14は圧電基板の中央部を両主面方向へ突出させた厚肉部であり、周辺部12は励振部14の外周側面の少なくとも一部の厚み方向中間部から外径方向へ張出し形成されている。
1. Piezoelectric Vibration Element First, a piezoelectric vibration element according to this embodiment will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are schematic views showing the configuration of a piezoelectric vibration element 100 according to an embodiment of the present invention. 1A is a plan view of the piezoelectric vibration element 100, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line P1-P1 in FIG. 1A, and FIG. It is P2-P2 sectional drawing of. 2A is a Q1-Q1 cross-sectional view of FIG. 1A, and FIG. 2B is a Q2-Q2 cross-sectional view of FIG. 1A, or a Q2′-Q2 ′ cross-sectional view. .
The piezoelectric vibration element 100 according to the present invention includes a piezoelectric substrate 10 having a multi-stage mesa structure excitation portion 14 located in the center, and a thin peripheral portion 12 continuously formed at the periphery of the excitation portion 14, and both the excitation portions 14. Excitation electrodes 20 disposed opposite to each other on the main surface, an extraction electrode 22 extending from each excitation electrode 20 toward the end of the piezoelectric substrate 10, and two ends of the extraction electrode 22 and the two corners of the piezoelectric substrate 10 And a pad 24 formed at each corner.
The excitation part 14 is a thick part in which the central part of the piezoelectric substrate protrudes in both main surface directions, and the peripheral part 12 is formed to project from the intermediate part in the thickness direction of at least a part of the outer peripheral side surface of the excitation part 14 in the outer diameter direction. Has been.

圧電基板10は、その中央に位置し主たる振動領域となる励振部14と、励振部14より薄肉で励振部14の周縁に沿って形成された周辺部12と、を有している。平面形状がほぼ矩形である励振部14の対向する2つの側面(長手方向に沿った両側面)は夫々無段差状の1つの平面であり、励振部14の他の対向する2つの側面(短辺方向に沿った2つの側面)は夫々厚み方向に段差部を有した構造をしている。
各励振電極20に交番電圧を印加すると、圧電振動素子100は固有の振動周波数で励振される。励振された振動変位が十分に減衰する領域の周辺部12の表裏面には、圧電基板10の主面方向と直交する突起部11が少なくとも各一個形成されている。
突起部11は、図1、図2に示した例では、圧電基板10の2つの角隅部(図1(a)の左側)に夫々形成されたパッド24と対向する角隅部(図1(a)の右側)に表裏各2個形成されている。即ち、圧電基板10の周辺部12の角隅部に、周辺部12の表裏面に形成された突起部11が各2個設けられている。表裏の突起部11の厚さと周辺部12の厚さとの合計は、励振部14の中央の厚さと等しく構成することができる。
The piezoelectric substrate 10 has an excitation part 14 that is located at the center and serves as a main vibration region, and a peripheral part 12 that is thinner than the excitation part 14 and is formed along the periphery of the excitation part 14. The two opposing side surfaces (both side surfaces along the longitudinal direction) of the excitation unit 14 having a substantially rectangular plane shape are each a stepless flat surface, and the other two opposite side surfaces (short) of the excitation unit 14 are short. Each of the two side surfaces along the side direction has a structure having a stepped portion in the thickness direction.
When an alternating voltage is applied to each excitation electrode 20, the piezoelectric vibration element 100 is excited at a specific vibration frequency. At least one protrusion 11 perpendicular to the main surface direction of the piezoelectric substrate 10 is formed on the front and rear surfaces of the peripheral portion 12 in the region where the excited vibration displacement is sufficiently attenuated.
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the protrusion 11 has a corner (see FIG. 1) that faces the pad 24 formed on each of the two corners (left side of FIG. 1A) of the piezoelectric substrate 10. Two pieces each on the front and back sides are formed on the right side of (a). That is, two protrusions 11 formed on the front and back surfaces of the peripheral portion 12 are provided at each corner of the peripheral portion 12 of the piezoelectric substrate 10. The sum of the thicknesses of the protrusions 11 on the front and back sides and the thickness of the peripheral part 12 can be configured to be equal to the thickness at the center of the excitation part 14.

図3は、圧電振動素子100の平面図上に、圧電振動素子100が励振された際に生じる振動変位エネルギー(振動変位の二乗とその位置の質量との積)が等しい点を結んでできる等力線を一点鎖線で示している。図3に示す圧電振動素子100では、励振部14がX軸方向に長い矩形状をしているので、等力線はX軸方向の長径が大きく、Z’軸方向の短径が小さい楕円状となる。振動変位の大きさは励振部14の中心部で最大で、中心部から離間するにつれて小さくなる。即ち、励振電極20上ではX軸方向、Z’軸方向とも余弦上に分布し、励振電極20のない領域では指数関数的に減衰する。
図1に示す圧電振動素子100では、突起部11は振動変位エネルギーが十分に減衰した領域、即ち周辺部12の角隅部に設けている。このため、突起部11を設けても、圧電振動素子100の振動変位部に影響を及ぼすことはほぼない。つまり、圧電振動素子100の電気的特性は何ら変わる所はない。
FIG. 3 is formed on the plan view of the piezoelectric vibration element 100 by connecting the points where the vibration displacement energy (product of the square of the vibration displacement and the mass of the position) generated when the piezoelectric vibration element 100 is excited is equal. The force line is indicated by a one-dot chain line. In the piezoelectric vibration element 100 shown in FIG. 3, since the excitation unit 14 has a rectangular shape that is long in the X-axis direction, the contour lines have an elliptical shape with a large major axis in the X-axis direction and a minor minor axis in the Z′-axis direction. It becomes. The magnitude of the vibration displacement is maximum at the central portion of the excitation unit 14 and decreases as the distance from the central portion increases. That is, both the X-axis direction and the Z′-axis direction are distributed on the cosine on the excitation electrode 20, and are attenuated exponentially in a region where the excitation electrode 20 is not present.
In the piezoelectric vibration element 100 shown in FIG. 1, the protrusion 11 is provided in a region where vibration displacement energy is sufficiently attenuated, that is, in a corner portion of the peripheral portion 12. For this reason, even if the protrusion 11 is provided, the vibration displacement portion of the piezoelectric vibration element 100 is hardly affected. That is, the electrical characteristics of the piezoelectric vibration element 100 are not changed at all.

ところで、水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図4に示すように互いに直交する結晶軸X、Y、Zを有する。X軸、Y軸、Z軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸を呼称される。ATカット水晶基板101は、XZ面をX軸の回りに角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板である。ATカット水晶基板101の場合は、θは略35°15′である。なお、Y軸及びZ軸をX軸の周りにθ回転させ、夫々Y’軸、及びZ’軸とする。従って、ATカット水晶基板101は、直交する結晶軸X、Y’、Z’を有する。ATカット水晶基板101は、厚み方向がY’軸であって、Y’軸に直交するXZ’面(X軸及びZ’軸を含む面)が主面であり、厚みすべり振動が励振される。このATカット水晶基板101を加工して、圧電基板10を得ることができる。
即ち、圧電基板101は、図4に示すようにX軸(電気軸)、Y軸(機械軸)、Z軸(光学軸)からなる直交座標系のX軸を中心として、Z軸をY軸の−Y方向へ傾けた軸をZ’軸とし、Y軸をZ軸の+Z方向へ傾けた軸をY’軸とし、X軸とZ’軸に平行な面で構成され、Y’軸に平行な方向を厚みとするATカット水晶基板からなる。
By the way, piezoelectric materials such as quartz belong to the trigonal system and have crystal axes X, Y, and Z orthogonal to each other as shown in FIG. The X axis, the Y axis, and the Z axis are referred to as an electric axis, a mechanical axis, and an optical axis, respectively. The AT-cut quartz crystal substrate 101 is a flat plate cut out from quartz along a plane obtained by rotating the XZ plane around the X axis by an angle θ. In the case of the AT-cut quartz substrate 101, θ is approximately 35 ° 15 ′. Note that the Y-axis and the Z-axis are rotated by θ around the X-axis to be the Y′-axis and the Z′-axis, respectively. Accordingly, the AT-cut quartz crystal substrate 101 has crystal axes X, Y ′, and Z ′ that are orthogonal to each other. The AT-cut quartz substrate 101 has a thickness direction of the Y ′ axis, and an XZ ′ plane (a plane including the X axis and the Z ′ axis) orthogonal to the Y ′ axis is a main surface, and thickness shear vibration is excited. . The AT-cut quartz substrate 101 can be processed to obtain the piezoelectric substrate 10.
That is, as shown in FIG. 4, the piezoelectric substrate 101 is centered on the X axis of an orthogonal coordinate system composed of an X axis (electric axis), a Y axis (mechanical axis), and a Z axis (optical axis), and the Z axis is the Y axis. The axis tilted in the −Y direction is the Z ′ axis, the Y axis is the Y ′ axis is the axis tilted in the + Z direction of the Z axis, and is composed of surfaces parallel to the X and Z ′ axes. It consists of an AT-cut quartz substrate with the thickness in the parallel direction.

圧電基板10は、図1(a)に示すように、Y’軸に平行な方向(以下、「Y’軸方向」という)を厚み方向として、X軸に平行な方向(以下、「X軸方向」という)を長辺とし、Z’軸に平行な方向(以下、「Z’軸方向」という)を短辺とする矩形の形状を有することができる。圧電基板10は、励振部14と、励振部14の周縁に沿って形成された周辺部12と、を有する。ここで、「矩形の形状」とは、文字通り矩形状と、矩形の角部が面取りされた形も含むものとする。
周辺部12は、図1、図2に示すように、励振部14の周面(側面)の少なくとも一部に形成され、励振部14より小さい厚み(薄肉)を有する。
As shown in FIG. 1A, the piezoelectric substrate 10 has a direction parallel to the X axis (hereinafter referred to as “X axis”) with a direction parallel to the Y ′ axis (hereinafter referred to as “Y ′ axis direction”) as a thickness direction. It is possible to have a rectangular shape having a long side as a “direction” and a short side as a direction parallel to the Z ′ axis (hereinafter referred to as “Z ′ axis direction”). The piezoelectric substrate 10 has an excitation part 14 and a peripheral part 12 formed along the periphery of the excitation part 14. Here, the “rectangular shape” includes literally a rectangular shape and a shape in which a corner portion of the rectangle is chamfered.
As shown in FIGS. 1 and 2, the peripheral portion 12 is formed on at least a part of the peripheral surface (side surface) of the excitation portion 14 and has a thickness (thin wall) smaller than the excitation portion 14.

図1、図2に示すように本例に係る励振部14は、その全周を周辺部12に囲まれており、周辺部12のY’軸方向の厚みよりも大きい厚み(厚肉)を有する。即ち、励振部14は、図1(b)及び図2(a)に示すように、周辺部12に対してY’軸方向に突出している。図示の例では、励振部14は周辺部12に対して、+Y’軸側と−Y’軸側とに突出している。励振部14は、例えば対称の中心となる点(図示せず)を有し、この中心点に関して点対称となる形状を有することができる。
励振部14は、図1(a)に示すように、X軸方向を長辺とし、Z’軸方向を短辺とする矩形の形状を有する。即ち、励振部14はX軸に平行な辺を長辺とし、Z’軸に平行な辺を短辺としている。そのため、励振部14は、X軸方向に延びる側面14a、14bと、Z’軸方向に延びる側面14c、14dと、を有する。即ち、X軸方向に延びる側面14a、14bの長手方向は、X軸方向であり、Z’軸方向に延びる側面14c、14dの長手方向は、Z’軸方向である。図示の例では、側面14a、14bのうち、側面14aが+Z’軸側の側面であり、側面14bが−Z’軸側の側面である。また、側面14c、14dのうち、側面14cが−X軸側の側面であり、側面14dが+X軸側の側面である。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the excitation unit 14 according to this example is surrounded by the peripheral part 12 on the entire circumference, and has a thickness (thickness) larger than the thickness of the peripheral part 12 in the Y′-axis direction. Have. That is, the excitation unit 14 protrudes in the Y′-axis direction with respect to the peripheral portion 12 as shown in FIGS. 1B and 2A. In the illustrated example, the excitation unit 14 protrudes toward the + Y ′ axis side and the −Y ′ axis side with respect to the peripheral portion 12. The excitation unit 14 may have, for example, a point (not shown) that is a center of symmetry and a shape that is point-symmetric with respect to the center point.
As shown in FIG. 1A, the excitation unit 14 has a rectangular shape with the long side in the X-axis direction and the short side in the Z′-axis direction. That is, the excitation unit 14 has a side parallel to the X axis as a long side and a side parallel to the Z ′ axis as a short side. Therefore, the excitation unit 14 has side surfaces 14a and 14b extending in the X-axis direction and side surfaces 14c and 14d extending in the Z′-axis direction. That is, the longitudinal direction of the side surfaces 14a and 14b extending in the X-axis direction is the X-axis direction, and the longitudinal direction of the side surfaces 14c and 14d extending in the Z′-axis direction is the Z′-axis direction. In the illustrated example, of the side surfaces 14a and 14b, the side surface 14a is a side surface on the + Z ′ axis side, and the side surface 14b is a side surface on the −Z ′ axis side. Of the side surfaces 14c and 14d, the side surface 14c is a side surface on the −X axis side, and the side surface 14d is a side surface on the + X axis side.

X軸方向に延びる側面14aは、例えば図1(b)に示すように、周辺部12に対して、+Y’軸側と+Y’軸側とに夫々突出して形成されている。このことは側面14b、14c、14dについても同様である。X軸方向に延びる側面14a、14bの各々は、図1(b)に示すように1つの平面内にある無段差状となっている。即ち、+Y’軸側の側面14aは、1つの平面内であり、−Y’軸側の側面14aは、1つの平面内である。同様に、+Y’軸側の側面14bは、1つの平面内であり、−Y’軸側の側面14bは、1つの平面内である。
なお、本発明に係る記載において、「1つの平面内」とは、励振部14の側面が平坦な面である場合と、水晶の結晶の異方性の分だけ凹凸を有する場合と、を含む。即ち、フッ酸を含む溶液をエッチング液としてATカット水晶基板を加工すると、励振部14の側面は水晶結晶のR面が露出して、XY’面と平行な場合と、水晶結晶のm面が露出して、水晶の結晶異方性の分だけ凹凸を有する場合とがある。本発明に係る記載では、このような水晶結晶のm面による凹凸を有する側面についても「1つの平面内」にあるとしている。便宜上、図1(a)及び図2(a)では、m面による凹凸は省略している。なお、レーザーによってATカット水晶基板を加工することにより、水晶結晶のR面のみを露出することも可能である。
For example, as shown in FIG. 1B, the side surface 14a extending in the X-axis direction is formed so as to protrude from the peripheral portion 12 on the + Y′-axis side and the + Y′-axis side. The same applies to the side surfaces 14b, 14c, and 14d. Each of the side surfaces 14a and 14b extending in the X-axis direction has a stepless shape in one plane as shown in FIG. That is, the side surface 14a on the + Y′-axis side is in one plane, and the side surface 14a on the −Y′-axis side is in one plane. Similarly, the side surface 14b on the + Y′-axis side is in one plane, and the side surface 14b on the −Y′-axis side is in one plane.
In the description according to the present invention, “in one plane” includes the case where the side surface of the excitation unit 14 is a flat surface and the case where the crystal portion has irregularities corresponding to the anisotropy of crystal. . That is, when an AT-cut quartz substrate is processed using a solution containing hydrofluoric acid as an etchant, the side surface of the excitation unit 14 exposes the R plane of the quartz crystal and is parallel to the XY ′ plane, and the m plane of the quartz crystal is It may be exposed and have irregularities corresponding to the crystal anisotropy of quartz. In the description according to the present invention, such a side surface having irregularities due to the m-plane of the quartz crystal is also “in one plane”. For convenience, in FIG. 1 (a) and FIG. 2 (a), unevenness due to the m-plane is omitted. It is also possible to expose only the R plane of the quartz crystal by processing the AT-cut quartz substrate with a laser.

Z’軸方向に延びる側面14c、14dの各々は、図2(a)に示すように、段差を有する。励振部14は、中央に位置する最大厚みを有した第1部分15と、第1部分15より小さい厚みを有する第2部分16と、を有し、側面14c、14dの段差は、第1部分15及び第2部分16の各厚みの差によって形成されている。図示の例では、側面14c、14dは、第1部分15のY’Z’平面に平行な面と、第2部分16のXZ’面に平行な面と、第2部分16のY’Z’平面に平行な面と、によって構成される。   Each of the side surfaces 14c and 14d extending in the Z′-axis direction has a step as shown in FIG. The excitation unit 14 includes a first portion 15 having a maximum thickness located at the center, and a second portion 16 having a thickness smaller than the first portion 15, and the step between the side surfaces 14 c and 14 d is defined by the first portion. 15 and the second portion 16 are formed by differences in thickness. In the illustrated example, the side surfaces 14 c and 14 d are formed by a plane parallel to the Y′Z ′ plane of the first portion 15, a plane parallel to the XZ ′ plane of the second portion 16, and a Y′Z ′ of the second portion 16. And a plane parallel to the plane.

図1(a)及び図2(a)に示すように、例えば第2部分16は、第1部分15をX軸方向両側から挟むように形成されている。そのため、図1(b)に示すように、X軸方向に延びる側面14a、14bは、第1部分15の側面によって形成されている。このように励振部14は、厚みの異なる2種類の部分15、16を有しており、圧電振動素子100は、2段型(多段型)のメサ構造を有していると言える。   As shown in FIGS. 1A and 2A, for example, the second portion 16 is formed so as to sandwich the first portion 15 from both sides in the X-axis direction. Therefore, as illustrated in FIG. 1B, the side surfaces 14 a and 14 b extending in the X-axis direction are formed by the side surfaces of the first portion 15. Thus, the excitation unit 14 has two types of portions 15 and 16 having different thicknesses, and it can be said that the piezoelectric vibration element 100 has a two-stage (multi-stage) mesa structure.

励振部14は、厚みすべり振動を主振動として振動することができる。励振部14が2段型のメサ構造であることによって、圧電振動素子100は、エネルギー閉じ込め効果を有することができる。
ここで、圧電基板10のZ’軸方向の寸法(短辺の寸法)をZとし、励振部14の短辺の寸法をMzとし、励振部の厚み(励振部14の第1部分15の厚み)をtとすると、下記式(1)の関係を満たすことが好ましい。
8≦Z/t≦11、且つ0.6≦Mz/Z≦0.8 (1)
これにより、厚みすべり振動と輪郭振動等の不要モードとの結合を抑圧することができ、CI値の低減と周波数温度特性の改善を図ることができる。(詳細は後述)。このような厚みすべり振動と輪郭振動との結合は、一般的に圧電基板の面積が小さいほど抑圧するのが難しい。そのため、例えば圧電基板10のX軸方向の寸法(長辺の寸法)をXとした場合に、下記式(2)の関係を満たすような小型の圧電振動素子100において、上記式(1)の関係を満たすように設計すると、より顕著に厚みすべり振動と輪郭振動との結合を抑圧することができる。
X/t≦17 (2)
The excitation unit 14 can vibrate with the thickness shear vibration as the main vibration. The piezoelectric vibration element 100 can have an energy confinement effect because the excitation unit 14 has a two-stage mesa structure.
Here, the dimension (short side dimension) in the Z′-axis direction of the piezoelectric substrate 10 is Z, the short side dimension of the excitation unit 14 is Mz, and the thickness of the excitation unit (the thickness of the first portion 15 of the excitation unit 14). ) Is t, it is preferable to satisfy the relationship of the following formula (1).
8 ≦ Z / t ≦ 11 and 0.6 ≦ Mz / Z ≦ 0.8 (1)
Thereby, the coupling between the thickness shear vibration and the unnecessary mode such as the contour vibration can be suppressed, and the CI value can be reduced and the frequency temperature characteristic can be improved. (Details will be described later). Such coupling between the thickness shear vibration and the contour vibration is generally difficult to suppress as the area of the piezoelectric substrate is smaller. Therefore, for example, in a small piezoelectric vibration element 100 that satisfies the relationship of the following formula (2), where X is the dimension in the X-axis direction (long side dimension) of the piezoelectric substrate 10, the formula (1) When designed to satisfy the relationship, the coupling between the thickness shear vibration and the contour vibration can be suppressed more remarkably.
X / t ≦ 17 (2)

励振電極20は励振部14に形成されている。図1(b)及び図2(a)に示す例では、励振電極20は励振部14を表裏に挟んで形成されている。より具体的には、励振電極20は、圧電基板10の両主面(XZ’面に平行な面)の振動領域(励振部14)に、表裏で対向するように配置されている。励振電極20は励振部14に電圧を印加することができる。励振電極20は、例えば引出電極22を介してパッド24と接続している。パッド24は、例えば圧電振動素子100を駆動するためのICチップ(図示せず)と電気的に接続されている。励振電極20、引出電極22、及びパッド24の材質としては、例えば、圧電基板10側からクロム、金をこの順で積層したものを用いることができる。   The excitation electrode 20 is formed on the excitation unit 14. In the example shown in FIG. 1B and FIG. 2A, the excitation electrode 20 is formed with the excitation part 14 sandwiched between the front and back. More specifically, the excitation electrode 20 is disposed so as to face the vibration region (excitation part 14) of both main surfaces (surfaces parallel to the XZ ′ surface) of the piezoelectric substrate 10 on both sides. The excitation electrode 20 can apply a voltage to the excitation unit 14. The excitation electrode 20 is connected to the pad 24 via the extraction electrode 22, for example. The pad 24 is electrically connected to an IC chip (not shown) for driving the piezoelectric vibration element 100, for example. As materials for the excitation electrode 20, the extraction electrode 22, and the pad 24, for example, a material obtained by laminating chromium and gold in this order from the piezoelectric substrate 10 side can be used.

本実施形態に係る圧電振動素子100は、例えば以下の特徴を有する。
厚みすべり振動と、無段差状の平面と直交する方向の輪郭振動等の不要モードとの結合を抑制でき、CI値を低減することができるという効果がある。(詳細は後述)また、圧電基板上の振動変位が十分に減衰する領域の両主面上に突起部11を設けることにより、パッケージに実装する際に、励振部に形成した励振電極とパッケージの内側の面が接触する虞がなくなると言う効果がある
また、図1に示す実施形態例のように、水晶を用いて圧電振動素子を構成すると、圧電振動素子の周波数温度特性が優れていると共に、厚みすべり振動と、Z’軸方向の輪郭振動との結合を抑制でき、CI値を低減することができるという効果がある。また、圧電基板上であって振動変位が十分に減衰する領域の両主面上に突起部を設けることにより、パッケージに実装する際に、励振部に形成した励振電極とパッケージの内側の面が接触する虞がなくなるという効果がある。
The piezoelectric vibration element 100 according to this embodiment has the following features, for example.
Coupling between thickness shear vibration and unnecessary modes such as contour vibration in a direction orthogonal to the stepless plane can be suppressed, and the CI value can be reduced. (Details will be described later) Further, by providing the projections 11 on both main surfaces of the region where the vibration displacement on the piezoelectric substrate is sufficiently attenuated, when mounting the package, the excitation electrode formed on the excitation unit and the package There is an effect that there is no possibility that the inner surface comes into contact. Further, when the piezoelectric vibration element is configured using crystal as in the embodiment shown in FIG. 1, the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibration element is excellent. The coupling between the thickness shear vibration and the contour vibration in the Z′-axis direction can be suppressed, and the CI value can be reduced. In addition, by providing protrusions on both main surfaces of the piezoelectric substrate on which the vibration displacement is sufficiently attenuated, when mounting on the package, the excitation electrode formed on the excitation unit and the inner surface of the package There is an effect that there is no risk of contact.

図1に示す実施形態例のように、圧電基板10のパッド24と対向する周辺部12の角隅部に突起部11が設けられているので、圧電基板10上に励起される主振動の厚みすべり振動の振動変位が十分に減衰しており、その動作を阻害することなく、電気的特性には変化はない。しかも、突起部11を有する圧電振動素子100をパッケージに実装する際に、励振部に形成した励振電極とパッケージの内側の面とが接触する虞が除かれるので、圧電振動子を製作する際に、歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
また、圧電振動素子100によれば、上述のとおり、圧電基板10の短辺の寸法Z、励振部14の短辺の寸法Mz、及び励振部14の厚みtを式(1)の関係を満たすようにすることにより、CI値の低減を図ることができる。
圧電振動素子100によれば、上述のとおり、X辺比(X/t)を式(2)の関係を満たすようにすることにより、小型化を図りつつCI値の低減を図ることができる。
As in the embodiment shown in FIG. 1, since the protrusions 11 are provided at the corners of the peripheral portion 12 facing the pads 24 of the piezoelectric substrate 10, the thickness of the main vibration excited on the piezoelectric substrate 10. The vibration displacement of the sliding vibration is sufficiently attenuated, and the electrical characteristics are not changed without impeding the operation. In addition, when the piezoelectric vibration element 100 having the protrusion 11 is mounted on the package, the possibility that the excitation electrode formed on the excitation portion and the inner surface of the package come into contact with each other is eliminated. The yield is greatly improved.
Further, according to the piezoelectric vibration element 100, as described above, the dimension Z of the short side of the piezoelectric substrate 10, the dimension Mz of the short side of the excitation unit 14, and the thickness t of the excitation unit 14 satisfy the relationship of Expression (1). By doing so, the CI value can be reduced.
According to the piezoelectric vibration element 100, as described above, the CI value can be reduced while reducing the size by satisfying the relationship of the X side ratio (X / t) of the formula (2).

2.圧電振動素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電振動素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図5乃至図11は、本実施形態に係る圧電振動素子100の製造工程を模式的に示す図である。なお、図5乃至図11において、(a)は平面図であり、(b)は(a)のP3−P3断面図であり、(c)は(a)のQ3−Q3断面図である。また、図9乃至図11において、(d)はQ4−Q4、又はQ4’−Q4’断面図である。
2. Next, a method for manufacturing a piezoelectric vibration element according to this embodiment will be described with reference to the drawings. 5 to 11 are diagrams schematically showing a manufacturing process of the piezoelectric vibrating element 100 according to the present embodiment. 5 to 11, (a) is a plan view, (b) is a P3-P3 sectional view of (a), and (c) is a Q3-Q3 sectional view of (a). Moreover, in FIG. 9 thru | or FIG. 11, (d) is Q4-Q4 or Q4'-Q4 'sectional drawing.

図5に示すように、ATカット水晶基板101の表裏主面(XZ’平面に平行な面)に耐蝕膜30を形成する。耐蝕膜30は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などによりクロム及び金をこの順で積層した後、このクロム及び金をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によって行われる。耐蝕膜30は、ATカット水晶基板101を加工する際に、エッチング液となるフッ酸を含む溶液に対して耐蝕性を有する。
図6に示すように、耐蝕膜30上にポジ型のフォトレジスト膜を塗布した後、このフォトレジスト膜を露光及び現像して、所定の形状を有するレジスト膜40を形成する。レジスト膜40は、耐蝕膜30の一部を覆うように形成される。
As shown in FIG. 5, a corrosion-resistant film 30 is formed on the front and back main surfaces (surfaces parallel to the XZ ′ plane) of the AT-cut quartz crystal substrate 101. The corrosion resistant film 30 is formed by, for example, laminating chromium and gold in this order by a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like, and then patterning the chromium and gold. The patterning is performed by, for example, a photolithography technique and an etching technique. The corrosion-resistant film 30 has corrosion resistance against a solution containing hydrofluoric acid that becomes an etching solution when the AT-cut quartz crystal substrate 101 is processed.
As shown in FIG. 6, after applying a positive photoresist film on the corrosion-resistant film 30, the photoresist film is exposed and developed to form a resist film 40 having a predetermined shape. The resist film 40 is formed so as to cover a part of the corrosion resistant film 30.

次いで、図7に示すように、マスクMを用いて再度レジスト膜40の一部を露光して、感光部42を形成する。マスクMは、図7(a)に示すようにY’軸方向から見てレジスト膜40に対して交差するように配置する。即ち、マスクMのX軸方向の寸法はレジスト膜40のX軸方向の寸法より小さく、マスクMのZ’軸方向の寸法はレジスト膜40のZ’軸方向の寸法より大きい。このようなマスクMを用いて露光することにより、図7(c)に示すようにZ’軸方向から見てレジスト膜40の両側に感光部42を形成することができる。
次いで、図8に示すように、耐蝕膜30をマスクとしてATカット水晶基板101をエッチングする。エッチングは、例えば、フッ化水素酸(フッ酸)とフッ化アンモニウムとの混合液をエッチング液として行われる。これにより、図8(a)に示すように圧電基板10の外形(Y’軸方向から見たときの形状)が形成される。
Next, as shown in FIG. 7, a part of the resist film 40 is exposed again using a mask M to form a photosensitive portion 42. As shown in FIG. 7A, the mask M is disposed so as to intersect the resist film 40 when viewed from the Y′-axis direction. That is, the dimension of the mask M in the X-axis direction is smaller than the dimension of the resist film 40 in the X-axis direction, and the dimension of the mask M in the Z′-axis direction is larger than the dimension of the resist film 40 in the Z′-axis direction. By exposing using such a mask M, as shown in FIG. 7C, the photosensitive portions 42 can be formed on both sides of the resist film 40 when viewed from the Z′-axis direction.
Next, as shown in FIG. 8, the AT cut quartz crystal substrate 101 is etched using the corrosion resistant film 30 as a mask. Etching is performed using, for example, a mixed liquid of hydrofluoric acid (hydrofluoric acid) and ammonium fluoride as an etching liquid. As a result, the outer shape of the piezoelectric substrate 10 (the shape when viewed from the Y′-axis direction) is formed as shown in FIG.

次いで、図9に示すように、レジスト膜40をマスクとして、所定のエッチング液で耐蝕膜30をエッチングした後、さらに、上述の混合液をエッチング液としてATカット水晶基板101を所定の深さまでハーフエッチングする。これにより、励振部14の外形と突起部11の外形とが形成される。
次いで、図10に示すように、レジスト膜40の感光部42を現像して除去する。これにより、耐蝕膜30の一部が露出する。なお、感光部42を現像する前に、例えば、真空又は減圧雰囲気下で放電によりつくられた酸素プラズマによって、レジスト膜40の表面に形成された変質層(図示せず)をアッシングする。これにより、確実に感光部42を現像して除去することができる。
次いで、図11に示すように、レジスト膜40をマスクとして、所定のエッチング液で耐蝕膜30の露出部分をエッチング除去した後、さらに、上述の混合液をエッチング液としてATカット水晶基板101を所定の深さまでハーフエッチングする。これにより、X軸方向に延びる側面14a、14bの各々を1つの平面内に形成することができる。また、Z’軸方向に延びる側面14c、14dの各々に段差を形成することができる。また、圧電基板10の周辺部12の表裏の角隅部に、周辺部12と直交する突起部11を夫々形成することができる。
Next, as shown in FIG. 9, after etching the corrosion-resistant film 30 with a predetermined etching solution using the resist film 40 as a mask, the AT-cut quartz crystal substrate 101 is half-cut to a predetermined depth using the above-mentioned mixed solution as an etching solution. Etch. Thereby, the external shape of the excitation part 14 and the external shape of the projection part 11 are formed.
Next, as shown in FIG. 10, the photosensitive portion 42 of the resist film 40 is developed and removed. Thereby, a part of the corrosion-resistant film 30 is exposed. Before developing the photosensitive portion 42, for example, an altered layer (not shown) formed on the surface of the resist film 40 is ashed by oxygen plasma generated by discharge in a vacuum or a reduced pressure atmosphere. Thereby, the photosensitive part 42 can be reliably developed and removed.
Next, as shown in FIG. 11, using the resist film 40 as a mask, the exposed portion of the corrosion-resistant film 30 is etched away with a predetermined etching solution, and then the AT-cut quartz crystal substrate 101 is further formed with the above-mentioned mixed solution as an etching solution. Half-etch to the depth of. Thereby, each of the side surfaces 14a and 14b extending in the X-axis direction can be formed in one plane. Further, a step can be formed on each of the side surfaces 14c and 14d extending in the Z′-axis direction. In addition, protrusions 11 orthogonal to the peripheral portion 12 can be formed at the corners on the front and back sides of the peripheral portion 12 of the piezoelectric substrate 10, respectively.

以上の工程により、周辺部12、励振部14、及び突起部11を有する圧電基板10を形成することができる。
図1、図2に示すように、レジスト膜40及び耐蝕膜30を除去した後、圧電基板10に励振電極20、引出電極22、及びパッド24を形成する。励振電極20、引出電極、及びパッド24は、例えばスパッタ法や真空蒸着法などにより、クロム及び金をこの順で積層した後、このクロム及び金をパターニングすることによって形成される。
Through the above steps, the piezoelectric substrate 10 having the peripheral portion 12, the excitation portion 14, and the protrusion 11 can be formed.
As shown in FIGS. 1 and 2, after removing the resist film 40 and the corrosion-resistant film 30, the excitation electrode 20, the extraction electrode 22, and the pad 24 are formed on the piezoelectric substrate 10. The excitation electrode 20, the extraction electrode, and the pad 24 are formed by, for example, laminating chromium and gold in this order by sputtering or vacuum deposition, and then patterning the chromium and gold.

以上の工程により、本実施形態に係る圧電振動素子100を製造することができる。
圧電振動素子100の製造方法によれば、励振部14の外形を形成するために用いたレジスト膜40を現像して感光部を除去した後、再度レジスト膜40を用いてX軸方向に延びる側面14a、14bを露出することができる。ここで、感光部42を形成するためのマスクMは、X軸方向の寸法がレジスト膜40の寸法より小さく、Z’軸方向の寸法がレジスト膜40の寸法より大きい。そのため、精度よく側面14a、14bの各々を1つの平面内に形成することができる。例えば、励振部14を形成するために、2回のレジスト膜を塗布する場合(例えば、第1レジスト膜を用いて励振部の外形を形成した後、第1のレジスト膜を剥離し、新たに第2レジスト膜を塗布して励振部の側面を露出する場合)は、第1のレジスト膜と第2のレジスト膜との間で合わせずれが生じ、励振部の側面を1つの平面内に形成できないことがある。圧電振動素子100の製造方法では、このような問題を解決することができる。
また、圧電振動素子100の製造方法によれば、圧電基板10の角隅部の2つのパッド24と対向する周辺部12の角隅部に、夫々周縁部12の表裏に直交する突起部11を形成することができる。
Through the above steps, the piezoelectric vibration element 100 according to the present embodiment can be manufactured.
According to the method for manufacturing the piezoelectric vibration element 100, the resist film 40 used for forming the outer shape of the excitation unit 14 is developed to remove the photosensitive portion, and then the side surface extending in the X-axis direction using the resist film 40 again. 14a and 14b can be exposed. Here, the mask M for forming the photosensitive portion 42 has a dimension in the X-axis direction smaller than the dimension of the resist film 40 and a dimension in the Z′-axis direction larger than the dimension of the resist film 40. Therefore, each of the side surfaces 14a and 14b can be accurately formed in one plane. For example, when a resist film is applied twice to form the excitation portion 14 (for example, after forming the outer shape of the excitation portion using the first resist film, the first resist film is peeled off and When the second resist film is applied to expose the side surface of the excitation unit), misalignment occurs between the first resist film and the second resist film, and the side surface of the excitation unit is formed in one plane. There are things that cannot be done. Such a problem can be solved by the manufacturing method of the piezoelectric vibration element 100.
In addition, according to the method for manufacturing the piezoelectric vibration element 100, the protrusions 11 that are orthogonal to the front and back of the peripheral portion 12 are formed at the corner portions of the peripheral portion 12 facing the two pads 24 at the corner portions of the piezoelectric substrate 10. Can be formed.

3.圧電振動素子の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る圧電振動素子について、図面を参照しながら説明する。図12(a)は、本実施形態の変形例に係る圧電振動素子200を模式的に示す平面図である。図12(b)は、(a)のP6−P6断面図であり、図12(c)は、(a)のP7−P7断面図である。図13(a)は、図12(a)のQ6−Q6断面図であり、図13(b)は、図12(a)のQ7−Q7断面図、又はQ7’−Q7’断面図である。以下、本実施形態の変形例に係る圧電振動素子200において、本実施形態に係る100の構成部材と同様な構造、機能を有する部材については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
3. Next, a piezoelectric vibration element according to a modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 12A is a plan view schematically showing a piezoelectric vibration element 200 according to a modification of the present embodiment. 12B is a cross-sectional view taken along the line P6-P6 in FIG. 12A, and FIG. 12C is a cross-sectional view taken along the line P7-P7 in FIG. 13A is a Q6-Q6 cross-sectional view of FIG. 12A, and FIG. 13B is a Q7-Q7 cross-sectional view of FIG. 12A or a Q7′-Q7 ′ cross-sectional view. . Hereinafter, in the piezoelectric vibration element 200 according to the modification of the present embodiment, members having the same structure and function as those of the 100 constituent members according to the present embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

圧電振動素子100の例では、図1、図2に示すように、厚みの異なる第1部分15、及び第2部分16を有する2段型のメサ構造について説明した。
これに対して、圧電振動素子200では、図12、図13に示すように、3段のメサ構造を有する。即ち、圧電振動素子200の励振部14は、第1部分15、第2部分16に加え、第2部分16より厚みの小さい第3部分17を有する。図12、図13に示す例では、第3部分17は、第1部分15、及び第2部分16をX軸方向から挟むように形成されている。
Z’軸方向に延びる側面14c、14dの段差は、図13(a)に示すように、第1部分15、第2部分16、及び第3部分17の厚みの差によって形成されている。図示の例では、側面14c、14dは、第1部分15のY’Z’平面に平行な面と、第2部分16のXZ’平面に平行な面と、第2部分16のY’Z’平面に平行な面と、第3部分17のXZ’平面に平行な面と、第3部分17のY’Z’平面に平行な面と、によって構成されている。また、第1部分15、第2部分16、及び第3部分17から成る励振部14は、第3部分17の周縁に沿って、第3部分17の厚みより薄い周辺部12が形成されている。励振部14に表裏対向して形成された励振電極20、各励振電極20からの引出電極22、及び各引出電極22の終端である2つのパッド24も、圧電振動素子100と同様に形成されている。圧電基板10の角隅部に設けた2つのパッド24に対向して、周辺部12の角隅部に周辺部12に直交して表裏に夫々突起部11が形成されている。
In the example of the piezoelectric vibration element 100, the two-stage mesa structure having the first portion 15 and the second portion 16 having different thicknesses has been described as illustrated in FIGS. 1 and 2.
On the other hand, the piezoelectric vibration element 200 has a three-stage mesa structure as shown in FIGS. That is, the excitation unit 14 of the piezoelectric vibration element 200 includes a third portion 17 having a thickness smaller than that of the second portion 16 in addition to the first portion 15 and the second portion 16. In the example shown in FIGS. 12 and 13, the third portion 17 is formed so as to sandwich the first portion 15 and the second portion 16 from the X-axis direction.
The steps of the side surfaces 14c and 14d extending in the Z′-axis direction are formed by the thickness differences of the first portion 15, the second portion 16, and the third portion 17, as shown in FIG. In the illustrated example, the side surfaces 14c and 14d include a surface parallel to the Y′Z ′ plane of the first portion 15, a surface parallel to the XZ ′ plane of the second portion 16, and Y′Z ′ of the second portion 16. A plane parallel to the plane, a plane parallel to the XZ ′ plane of the third portion 17, and a plane parallel to the Y′Z ′ plane of the third portion 17 are configured. Further, in the excitation unit 14 including the first portion 15, the second portion 16, and the third portion 17, a peripheral portion 12 that is thinner than the thickness of the third portion 17 is formed along the periphery of the third portion 17. . Excitation electrodes 20 formed opposite to the excitation unit 14, the extraction electrodes 22 from the excitation electrodes 20, and the two pads 24 that are the terminal ends of the extraction electrodes 22 are also formed in the same manner as the piezoelectric vibration element 100. Yes. Opposite the two pads 24 provided at the corners of the piezoelectric substrate 10, the projections 11 are formed on the front and back surfaces of the corners 12 of the peripheral part 12 at right angles to the peripheral part 12.

圧電振動素子200は、圧電振動素子100の製造方法を適用して製造することができる。即ち、図10に示すように感光部42を現像して除去した後、再度レジスト膜40を露光して所定形状の第2感光部(図示せず)を形成する。次に、第2感光部を有するレジスト膜40をマスクとして、耐蝕膜30及びATカット水晶基板101をエッチングする。次にアッシングを行ってレジスト膜40の変質層を除去した後、第2感光部を現像して除去する。次に、第2感光部が除去されたレジスト膜40をマスクとして、耐蝕膜30及びATカット水晶基板101をエッチングする。以上の工程により、3段型のメサ構造と、圧電基板10の周辺部12の角隅部の表裏に、周辺部12と直交する突起部11を夫々形成することができる。圧電基板10に3段型のメサ構造の励振部に対向する励振電極20と、各励振電極20からの引出電極22、及び引出電極22の終端である2個のパッド24を形成することにより、圧電振動素子200を製造することができる。   The piezoelectric vibration element 200 can be manufactured by applying the method for manufacturing the piezoelectric vibration element 100. That is, as shown in FIG. 10, after developing and removing the photosensitive portion 42, the resist film 40 is exposed again to form a second photosensitive portion (not shown) having a predetermined shape. Next, the corrosion resistant film 30 and the AT-cut quartz crystal substrate 101 are etched using the resist film 40 having the second photosensitive portion as a mask. Next, ashing is performed to remove the deteriorated layer of the resist film 40, and then the second photosensitive portion is developed and removed. Next, the corrosion resistant film 30 and the AT-cut quartz substrate 101 are etched using the resist film 40 from which the second photosensitive portion has been removed as a mask. Through the above steps, the three-stage mesa structure and the protrusions 11 orthogonal to the peripheral part 12 can be formed on the front and back of the corners of the peripheral part 12 of the piezoelectric substrate 10. By forming an excitation electrode 20 facing the excitation part of the three-stage type mesa structure on the piezoelectric substrate 10, an extraction electrode 22 from each excitation electrode 20, and two pads 24 that are terminations of the extraction electrode 22, The piezoelectric vibration element 200 can be manufactured.

圧電振動素子200によれば、2段型のメサ構造を有する圧電振動素子100に比べて、エネルギー閉じ込め効果をより高めることができる。また、圧電振動素子200によれば、圧電基板10の角隅部の2つのパッド24と対向する周辺部12の角隅部に、夫々周縁部12の表裏に直交する突起部11を形成したので、パッケージに実装する際に歩留まりを大幅に改善することができる。
なお、上述の例では、3段型のメサ構造を有する圧電振動素子200について説明したが、本願に係る発明は多段型のメサ構造において、励振部のX軸方向に延びる側面の各々が1つの平面内にあれば、メサ構造の段数(段差の数)は特に限定されない。
According to the piezoelectric vibration element 200, the energy confinement effect can be further enhanced as compared with the piezoelectric vibration element 100 having a two-stage mesa structure. Further, according to the piezoelectric vibration element 200, the protrusions 11 that are orthogonal to the front and back of the peripheral portion 12 are formed at the corners of the peripheral portion 12 facing the two pads 24 at the corners of the piezoelectric substrate 10, respectively. The yield can be greatly improved when mounted on a package.
In the above-described example, the piezoelectric vibration element 200 having the three-stage mesa structure has been described. However, the invention according to the present application has one multi-stage mesa structure in which each side surface extending in the X-axis direction of the excitation unit has one. As long as it is within the plane, the number of steps of the mesa structure (the number of steps) is not particularly limited.

図14(a)は、圧電振動素子の他の変形例110(圧電振動素子100をベースに示しているが圧電振動素子200をベースにしてもよい)の平面図であり、同図(b)は、(a)のQ2−Q2断面図、又はQ2’−Q2’断面図である。圧電振動素子110は、中央部にメサ構造の励振部14が形成され、励振部14の周縁には薄肉の周辺部12が形成された圧電基板10と、励振部14の表裏に対向して形成された励振電極20と、各励振電極20から圧電基板10の端部に向かって延びる引出電極22と、引出電極22の終端であるパッド24と、を備えている。また、圧電基板10の角隅部に設けた2つのパッド24と対向する周辺部12上で、Z’軸(短辺)に沿った端縁に沿って設けられた第1の突起部分11aと、第1の突起部分11aの長手方向両端部から夫々X軸に沿った方向へ屈曲して連設された第2の突起部分11bと、を備えたコ字状の突起部11が表裏に形成されている。周辺部12の厚みと表裏の突起部11の厚みとを加算した厚さは、励振部14の中央の厚さと等しくすることができる。   FIG. 14A is a plan view of another modified example 110 of the piezoelectric vibration element (shown based on the piezoelectric vibration element 100 but may be based on the piezoelectric vibration element 200). These are Q2-Q2 sectional drawing of (a), or Q2'-Q2 'sectional drawing. The piezoelectric vibration element 110 has a mesa-structured excitation portion 14 formed at the center, and a piezoelectric substrate 10 having a thin peripheral portion 12 formed at the periphery of the excitation portion 14 and the front and back surfaces of the excitation portion 14 facing each other. And an extraction electrode 22 extending from each excitation electrode 20 toward the end of the piezoelectric substrate 10, and a pad 24 that is a terminal end of the extraction electrode 22. Further, on the peripheral portion 12 facing the two pads 24 provided at the corners of the piezoelectric substrate 10, a first protruding portion 11 a provided along the edge along the Z ′ axis (short side); The U-shaped protrusions 11 are formed on the front and back sides of the first protrusions 11a and the second protrusions 11b that are continuously bent from both longitudinal ends of the first protrusions 11a in the direction along the X axis. Has been. The thickness obtained by adding the thickness of the peripheral portion 12 and the thickness of the protrusions 11 on the front and back sides can be made equal to the thickness at the center of the excitation portion 14.

図15(a)は、圧電振動素子の他の変形例120の平面図であり、同図(b)は、(a)のQ1−Q1断面図である。圧電基板10の励振部14、励振電極20、引出電極22、パッド24は、図1、図2示した圧電振動素子100と同様であるので、説明を省略する。圧電基板10の角隅部に設けた2つのパッド24と対向する周辺部12上の表裏に、Z’軸(短辺)に沿った端縁に沿って細帯状の突起部11が夫々形成されている。   FIG. 15A is a plan view of another modification 120 of the piezoelectric vibration element, and FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the line Q1-Q1 in FIG. Since the excitation part 14, the excitation electrode 20, the extraction electrode 22, and the pad 24 of the piezoelectric substrate 10 are the same as those of the piezoelectric vibration element 100 shown in FIG. 1 and FIG. On the front and back sides of the peripheral portion 12 facing the two pads 24 provided at the corners of the piezoelectric substrate 10, the strip-shaped protrusions 11 are formed along the edges along the Z ′ axis (short side), respectively. ing.

図16(a)は、圧電振動素子の他の変形例130の平面図であり、同図(b)は、(a)のQ2−Q2断面図、又はQ2’−Q2’断面図である。圧電基板10の励振部14、励振電極20、引出電極22、パッド24は、図1、図2示した圧電振動素子100と同様であるので、説明を省略する。圧電基板10の角隅部に設けた2つのパッド24と対向する周辺部12の角隅部に、且つ周辺部12に直交した表裏に、圧電基板10の長辺(X軸方向)に沿って短尺な細帯状の突起部11が夫々形成されている。   FIG. 16A is a plan view of another modification 130 of the piezoelectric vibration element, and FIG. 16B is a Q2-Q2 cross-sectional view or a Q2′-Q2 ′ cross-sectional view of FIG. Since the excitation part 14, the excitation electrode 20, the extraction electrode 22, and the pad 24 of the piezoelectric substrate 10 are the same as those of the piezoelectric vibration element 100 shown in FIG. 1 and FIG. Along the long sides (X-axis direction) of the piezoelectric substrate 10 at the corners of the peripheral portion 12 facing the two pads 24 provided at the corners of the piezoelectric substrate 10 and on the front and back orthogonal to the peripheral portion 12. Short strip-like protrusions 11 are respectively formed.

図14の実施形態例に示すように、圧電基板10の端部にコ字状の突起部11(11a、11b)を形成すると、圧電振動素子がパッケージにX軸方向に回転して接着固定されても、励振電極がパッケージの内側の面に接触する虞がなく、圧電振動子を製作する際に、歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
図15の実施形態例に示すように、圧電基板上のZ’軸に沿った端縁に沿ってその全長に渡って突起部11を形成すると、エッチング等により突起部に多少の変形が生じてもその機能、即ちパッケージに実装する際に、励振電極とパッケージの内側の面とが接触する虞を除くという機能を損なうことはないので、圧電振動子を製作する際に、歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
また、図1、図2、図12、図13、図14乃至図16の実施形態例に示すように、励振部14の厚さと、表裏の突起部11の各厚みと周辺部12の厚みを合計した厚みと、を等しくすることにより圧電基板の製造が容易であると共に、励振電極がパッケージの内側の面に接触する虞がなく、圧電振動子を製作する際に、歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
As shown in the embodiment of FIG. 14, when the U-shaped protrusion 11 (11a, 11b) is formed at the end of the piezoelectric substrate 10, the piezoelectric vibration element rotates and adheres to the package in the X-axis direction. However, there is no possibility that the excitation electrode contacts the inner surface of the package, and there is an effect that the yield is greatly improved when the piezoelectric vibrator is manufactured.
As shown in the embodiment of FIG. 15, when the protrusion 11 is formed over the entire length along the edge along the Z ′ axis on the piezoelectric substrate, some deformation occurs in the protrusion due to etching or the like. However, when it is mounted on the package, it does not impair the function of eliminating the possibility of contact between the excitation electrode and the inner surface of the package, so the yield is greatly improved when the piezoelectric vibrator is manufactured. There is an effect that.
In addition, as shown in the embodiment examples of FIGS. 1, 2, 12, 13, and 14 to 16, the thickness of the excitation portion 14, the thicknesses of the protrusions 11 on the front and back sides, and the thickness of the peripheral portion 12 are set. By making the total thickness equal, it is easy to manufacture the piezoelectric substrate, and there is no possibility that the excitation electrode contacts the inner surface of the package, so that the yield is greatly improved when the piezoelectric vibrator is manufactured. There is an effect that.

4.圧電振動子
次に、本実施形態に係る圧電振動子について、図面を参照しながら説明する。図17は、本実施形態に係る圧電振動子300を模式的に示す断面図である。
図17(a)は、圧電振動子300の構成を示す長手方向(X軸方向)の断面図であり、図2(a)に示した圧電振動素子100の断面図と同様な位置における断面図である。図17(b)は、圧電振動子300の短手方向(Z’軸方向)の端部における長手方向(X軸方向)の断面図である。圧電振動子300は、図17(a)に示すように、本発明に係る圧電振動素子(図示の例では圧電振動素子100)と、パッケージ50と、を含む。
パッケージ50は、キャビティー52内に圧電振動素子100を収容することができる。パッケージ50の材質としては、例えば、セラミック、ガラス等が挙げられる。キャビティー52は、圧電振動素子100が動作するための空間となる。キャビティー52は密閉され、減圧空間や不活性ガス雰囲気とされる。
圧電振動素子100は、パッケージ50のキャビティー52内に収容されている。図示の例では、圧電振動素子100は、導電性接着剤60を介して、片持ち梁状にキャビティー52内に固定されている。導電性接着剤60としては、例えば、半田、銀ペーストを用いることができる。
4). Next, the piezoelectric vibrator according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing the piezoelectric vibrator 300 according to the present embodiment.
17A is a cross-sectional view in the longitudinal direction (X-axis direction) showing the configuration of the piezoelectric vibrator 300, and is a cross-sectional view at the same position as the cross-sectional view of the piezoelectric vibration element 100 shown in FIG. It is. FIG. 17B is a cross-sectional view in the longitudinal direction (X-axis direction) at the end of the piezoelectric vibrator 300 in the short-side direction (Z′-axis direction). As illustrated in FIG. 17A, the piezoelectric vibrator 300 includes a piezoelectric vibration element according to the present invention (the piezoelectric vibration element 100 in the illustrated example) and a package 50.
The package 50 can accommodate the piezoelectric vibration element 100 in the cavity 52. Examples of the material of the package 50 include ceramic and glass. The cavity 52 is a space for the piezoelectric vibration element 100 to operate. The cavity 52 is hermetically sealed and has a reduced pressure space or an inert gas atmosphere.
The piezoelectric vibration element 100 is accommodated in the cavity 52 of the package 50. In the illustrated example, the piezoelectric vibration element 100 is fixed in the cavity 52 in a cantilever shape with a conductive adhesive 60 interposed therebetween. As the conductive adhesive 60, for example, solder or silver paste can be used.

図17(a)、(b)に示した図では、圧電振動素子100の両主面がパッケージ50の内底面図(又は蓋部材)と並行するように構成された例を示したが、導電性接着剤60の塗布量や粘度によっては、図17(c)に示す断面図のように、パッケージ50の内底面の方へ傾くか、逆に蓋部材の方へ反る場合がある。しかし、本発明の圧電振動素子(図示の例は圧電振動素子100)の場合は、圧電基板10の角隅部に設けたパッド24と対向する周辺部12の角隅部の表裏に突起部11を形成してあるので、圧電振動素子100がパッケージ50の内底面側に傾いた場合でも、逆に蓋部材側に反った場合でも、励振部14に形成した励振電極20が内底面、蓋部材の何れにも接触することがない。これは、図17(d)に示すように、一様な厚みの基板62の一方の側(図では左側)を基台65に接着剤60で固定した場合に、基板62が下方へ傾いても基板62の他方の側(図では右側)の下部先端Aが基台65の上面に接するが、基板62の他の部分は、基台65の上面に接しないことからも容易に理解される。
なお、図示はしないが、パッケージ50には、圧電振動素子100を発振させるためのICチップが収容されていてもよい。ICチップは、導電性接着剤60を介して、パッド24と電気的に接続されている。
図17の実施形態に示すように、圧電振動子300によれば、本発明に係る圧電振動素子100を有するので、CI値の低減を図ることができる。また、圧電振動子300によれば、圧電振動素子100のパッド24と対向する角隅部、又は対向する端縁に沿って突起部11を設けたので、圧電振動素子10をパッケージ50に収容する際に、励振電極20がパッケージ底面、又は蓋部材に接触することがないので、圧電振動子300の歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
17A and 17B illustrate an example in which both main surfaces of the piezoelectric vibration element 100 are configured to be parallel to the inner bottom view (or lid member) of the package 50. Depending on the application amount and viscosity of the adhesive 60, as shown in the cross-sectional view of FIG. 17C, the adhesive may tilt toward the inner bottom surface of the package 50, or conversely warp toward the lid member. However, in the case of the piezoelectric vibration element of the present invention (the piezoelectric vibration element 100 in the illustrated example), the protrusions 11 are formed on the front and back of the corners of the peripheral part 12 facing the pads 24 provided at the corners of the piezoelectric substrate 10. Therefore, even when the piezoelectric vibration element 100 is inclined toward the inner bottom surface side of the package 50 or when the piezoelectric vibration element 100 is warped toward the lid member side, the excitation electrode 20 formed on the excitation portion 14 is formed on the inner bottom surface and the lid member. There is no contact with any of the above. As shown in FIG. 17 (d), when one side (left side in the figure) of the substrate 62 having a uniform thickness is fixed to the base 65 with the adhesive 60, the substrate 62 is inclined downward. Although the lower end A of the other side (right side in the figure) of the substrate 62 is in contact with the upper surface of the base 65, other portions of the substrate 62 are not easily in contact with the upper surface of the base 65. .
Although not shown, the package 50 may contain an IC chip for causing the piezoelectric vibration element 100 to oscillate. The IC chip is electrically connected to the pad 24 via the conductive adhesive 60.
As shown in the embodiment of FIG. 17, according to the piezoelectric vibrator 300, since the piezoelectric vibrator 100 according to the present invention is included, the CI value can be reduced. Further, according to the piezoelectric vibrator 300, since the protrusions 11 are provided along the corners facing the pads 24 of the piezoelectric vibration element 100 or the opposing edges, the piezoelectric vibration element 10 is accommodated in the package 50. At this time, since the excitation electrode 20 does not contact the bottom surface of the package or the lid member, the yield of the piezoelectric vibrator 300 is greatly improved.

5.実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によってなんら限定されるものではない。
<5.1 圧電振動素子の構成>
実施例1として、図1、図2に示す2段型のメサ構造を有する圧電振動素子100を用いた。実施例1では、フッ酸を含む溶液によるウエットエッチングによりATカット水晶基板を加工し、周辺部12及び励振部14を有する圧電基板10を形成した。圧電基板10は、対称の中心となる点(図示せず)に関して点対称に形成した。励振部14(第1部分15)の厚みtを0.065mmとし、振動周波数を24MHzに設定した。また、圧電基板10の長辺の寸法Xを1.1mm(即ち、X辺比X/tを17)とし、圧電基板10の短辺の寸法Zを0.629mm(即ち、Z辺比Z/tを9.7)とし、励振部14の短辺寸法Mzを0.43mmとし、X軸方向に延びる側面14a、14bの各々を1つの平面内に形成した。
5. Experimental Example An experimental example is shown below to describe the present invention more specifically. The present invention is not limited by the following experimental examples.
<5.1 Configuration of Piezoelectric Vibration Element>
As Example 1, a piezoelectric vibration element 100 having a two-stage mesa structure shown in FIGS. 1 and 2 was used. In Example 1, the AT-cut quartz crystal substrate was processed by wet etching using a solution containing hydrofluoric acid to form the piezoelectric substrate 10 having the peripheral portion 12 and the excitation portion 14. The piezoelectric substrate 10 was formed point-symmetrically with respect to a point (not shown) serving as the center of symmetry. The thickness t of the excitation unit 14 (first portion 15) was 0.065 mm, and the vibration frequency was set to 24 MHz. Further, the long side dimension X of the piezoelectric substrate 10 is 1.1 mm (that is, the X side ratio X / t is 17), and the short side dimension Z of the piezoelectric substrate 10 is 0.629 mm (that is, the Z side ratio Z / t). t was set to 9.7), the short side dimension Mz of the excitation unit 14 was set to 0.43 mm, and the side surfaces 14a and 14b extending in the X-axis direction were formed in one plane.

比較例としては、図18に示す圧電振動素子1000を用いた。図18(a)は平面図であり、図18(b)は、(a)のQ8−Q8断面図である。
比較例1では、励振部1014を図18(b)に示すように、X軸方向に延びる側面の各々が段差を有すること以外は、実施例1の励振部14と同様な形状に形成した。なお、図18に示した、周辺部1012、励振電極1020、引出電極1022、及びパッド1024は、夫々図1、図2に示した、周辺部12、励振電極20、引出電極22、及びパッド24に対応している。
As a comparative example, a piezoelectric vibration element 1000 shown in FIG. 18 was used. 18A is a plan view, and FIG. 18B is a Q8-Q8 cross-sectional view of FIG.
In Comparative Example 1, the excitation unit 1014 was formed in the same shape as the excitation unit 14 of Example 1 except that each side surface extending in the X-axis direction had a step as shown in FIG. Note that the peripheral portion 1012, the excitation electrode 1020, the extraction electrode 1022, and the pad 1024 shown in FIG. 18 are the peripheral portion 12, the excitation electrode 20, the extraction electrode 22, and the pad 24 shown in FIGS. It corresponds to.

<5.2 CI値の分布測定結果>
上述の実施例1及び比較例1を、夫々200個ずつ製作し、これらをパッケージに収容してCI値(室温)を測定した。図19は測定個数に対するCI値を示したグラフであり、図19(a)は実施例1の測定結果であり、図19(b)は比較例1の測定結果である。即ち、図19は、実施例1及び比較例1におけるCI値の分布を示している。
図19より、実施例1では全ての試料においてCI値は80Ω以下であり、比較例1よりCI値が低いことが分かった。さらに、実施例1では、比較例1に比べてCI値のばらつきが小さいことが分かった。即ち、励振部のX軸方向に延びる側面の各々を1つの平面内に形成することにより、CI値の低減を図ることができた。これは、X軸方向に延びる側面の各々を1つの平面内に形成することで、Z’軸方向における厚みすべり振動と輪郭振動等の不要モードとの結合を抑制できたためであると推察される。
<5.2 CI measurement result of distribution>
200 pieces of each of the above-described Example 1 and Comparative Example 1 were manufactured, and these were housed in a package, and the CI value (room temperature) was measured. FIG. 19 is a graph showing the CI value with respect to the measured number, FIG. 19A shows the measurement result of Example 1, and FIG. 19B shows the measurement result of Comparative Example 1. That is, FIG. 19 shows the CI value distribution in Example 1 and Comparative Example 1.
From FIG. 19, it was found that in all samples in Example 1, the CI value was 80Ω or less, which was lower than that in Comparative Example 1. Furthermore, in Example 1, it turned out that the dispersion | variation in CI value is small compared with the comparative example 1. FIG. That is, the CI value can be reduced by forming each of the side surfaces of the excitation unit extending in the X-axis direction in one plane. This is presumably because the formation of each side surface extending in the X-axis direction in one plane can suppress the coupling between the thickness shear vibration in the Z′-axis direction and unnecessary modes such as contour vibration. .

<5.3 Mz/Zに対するCI値評価>
実施例1の圧電振動素子において、励振部14の厚みtを0.065mm、及び励振部14の短辺Mzの寸法を0.43mmに固定し、圧電基板10の短辺の寸法Zを0.46mm、0.5mm、0.54mm、0.59mm、0.65mm、0.72mm、0.81mm、0.92mmと振って、CI値(室温)を測定した。測定は、圧電振動素子をパッケージに収容して行った。図20は、Mz/ZとCI値との関係を示したグラフである。
図20より、Mz/Zが0.6以上0.8以下の範囲では、CI値は60Ω程度と低いことが分かった。このときのZは0.54mm以上0.72mm以下であり、Z辺比(Z/t)は8以上11以下となる。以上より、Z辺比(Z/t)の範囲を8≦Z/t≦11とし、とし、且つMz/Zの範囲を0.6≦Mz/Z≦0.8とすることにより(即ち、上記式(1)を満たすことにより)、CI値の低減を図れることが分かった。これは、式(1)を満たすようにZ/t及びMz/Zを設計することにより、一層Z’軸方向における厚みすべり振動と輪郭振動等の不要モードとの結合を抑制できたためであると推察される。
なお、Mzを0.4mmとし、Zを0.65mmとした(即ち、Mz/Z=0.6)圧電振動素子、及びMzを0.48mmとし、Zを0.6mmとした(即ち、Mz/Z=0.8)圧電振動素子についてもCI値を測定したところ、共に60Ω程度であった。このことから、Mz=0.43mmの場合に限定されることなく、上記式(1)を満たす限り、CI値の低減を図ることができるといえる。
<CI value evaluation for 5.3 Mz / Z>
In the piezoelectric vibration element of Example 1, the thickness t of the excitation unit 14 is fixed to 0.065 mm, the dimension of the short side Mz of the excitation unit 14 is fixed to 0.43 mm, and the dimension Z of the short side of the piezoelectric substrate 10 is set to 0. The CI value (room temperature) was measured by shaking with 46 mm, 0.5 mm, 0.54 mm, 0.59 mm, 0.65 mm, 0.72 mm, 0.81 mm, and 0.92 mm. The measurement was performed by housing the piezoelectric vibration element in a package. FIG. 20 is a graph showing the relationship between Mz / Z and CI value.
From FIG. 20, it was found that the CI value is as low as about 60Ω in the range where Mz / Z is 0.6 or more and 0.8 or less. At this time, Z is 0.54 mm or more and 0.72 mm or less, and the Z side ratio (Z / t) is 8 or more and 11 or less. From the above, by setting the range of the Z side ratio (Z / t) to 8 ≦ Z / t ≦ 11 and the range of Mz / Z to 0.6 ≦ Mz / Z ≦ 0.8 (that is, It was found that the CI value can be reduced by satisfying the above formula (1). This is because by designing Z / t and Mz / Z so as to satisfy Equation (1), the coupling between the thickness shear vibration in the Z′-axis direction and unnecessary modes such as contour vibration can be further suppressed. Inferred.
In addition, Mz was set to 0.4 mm and Z was set to 0.65 mm (that is, Mz / Z = 0.6), and Mz was set to 0.48 mm and Z was set to 0.6 mm (that is, Mz /Z=0.8) The CI value of the piezoelectric vibrating element was measured and found to be about 60Ω. From this, it can be said that the CI value can be reduced as long as the above formula (1) is satisfied without being limited to the case of Mz = 0.43 mm.

以上の実験例は、図1、図2に示した2段型のメサ構造を有する圧電振動素子について行ったが、本実験結果は、例えば図12、図13に示したような多段メサ型のメサ構造を有する圧電振動素子にも適用することができる。   Although the above experimental example was performed on the piezoelectric vibration element having the two-stage type mesa structure shown in FIGS. 1 and 2, the result of this experiment is, for example, a multistage mesa type as shown in FIGS. 12 and 13. The present invention can also be applied to a piezoelectric vibration element having a mesa structure.

図21(a)は、本発明の電子デバイス400に係る実施形態の一例の断面図である。電子デバイス400は、本発明の圧電振動素子100(図21(a)では圧電振動素子100を示したが、本発明の他の圧電振動素子であってもよい)と、感温素子であるサーミスタ58と、圧電振動素子100及びサーミスタ58を収容するパッケージ50と、を概略備えている。パッケージ50は、パッケージ本体50aと、蓋部材50cとを備えている。パッケージ本体50aは、上面側に圧電振動素子100を収容するキャビティー52が形成され、下面側にサーミスタ58を収容する凹部54aが形成されている。キャビティー52の内底面の端部に複数の素子搭載用パッド55aが設けられ、各素子搭載用パッド55aは内部導体57で複数の実装端子53と導通接続されている。素子搭載用パッド55aに圧電振動素子100を載置し、各パッド24と各素子搭載用パッド55aとを、導電性接着剤60を介して電気的に接続し、固定する。パッケージ本体50aの上部には、コバール等からなるシールリングリング50bが焼成されており、このシールリングリング50bに蓋部材50cを載置し、抵抗溶接機を用いて溶接し、キャビティー52を気密封止する。キャビティー52内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。
一方、パッケージ本体50aの下面側中央には凹部54aが形成され、凹部54aの上面には電子部品搭載用パッド55bが焼成されている。サーミスタ58は、電子部品搭載用パッド55bに半田等を用いて搭載される。電子部品搭載用パッド55bは、内部導体57で複数の実装端子53と導通接続されている。
FIG. 21A is a cross-sectional view of an example of an embodiment according to the electronic device 400 of the present invention. The electronic device 400 includes a piezoelectric vibration element 100 of the present invention (the piezoelectric vibration element 100 is shown in FIG. 21A, but may be another piezoelectric vibration element of the present invention), and a thermistor that is a temperature-sensitive element. 58 and a package 50 that accommodates the piezoelectric vibration element 100 and the thermistor 58. The package 50 includes a package main body 50a and a lid member 50c. The package body 50a has a cavity 52 for accommodating the piezoelectric vibration element 100 on the upper surface side, and a recess 54a for accommodating the thermistor 58 on the lower surface side. A plurality of element mounting pads 55 a are provided at the end of the inner bottom surface of the cavity 52, and each element mounting pad 55 a is electrically connected to the plurality of mounting terminals 53 by an internal conductor 57. The piezoelectric vibration element 100 is placed on the element mounting pad 55 a, and each pad 24 and each element mounting pad 55 a are electrically connected and fixed via the conductive adhesive 60. A seal ring ring 50b made of Kovar or the like is fired on the upper portion of the package body 50a. A lid member 50c is placed on the seal ring ring 50b and welded by using a resistance welder, and the cavity 52 is sealed. Seal tightly. The cavity 52 may be evacuated or filled with an inert gas.
On the other hand, a recess 54a is formed in the center of the lower surface side of the package body 50a, and an electronic component mounting pad 55b is baked on the upper surface of the recess 54a. The thermistor 58 is mounted on the electronic component mounting pad 55b using solder or the like. The electronic component mounting pad 55 b is electrically connected to the plurality of mounting terminals 53 by the internal conductor 57.

図21(b)は、同図(a)の変形例の電子デバイス410であって、電子デバイス400と異なる点は、パッケージ本体50aのキャビティー52底面に凹部54bが形成され、この凹部54bの底面に焼成された電子部品搭載パッド55bに、金属バンプ等を介してサーミスタ58が接続されている所である。電子部品搭載パッド55bは実装端子53と導通されている。つまり、圧電振動素子100と感温素子のサーミスタ58とが、キャビティー52内に収容され、気密封止されている。
以上では、圧電振動素子100とサーミスタ58とをパッケージ50に収容した例を説明したが、パッケージ50収容する電子部品としては、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つを収容した電子デバイスを構成することが望ましい。
FIG. 21 (b) shows an electronic device 410 according to a modification of FIG. 21 (a), which is different from the electronic device 400 in that a recess 54b is formed on the bottom surface of the cavity 52 of the package body 50a. The thermistor 58 is connected to the electronic component mounting pad 55b fired on the bottom surface through a metal bump or the like. The electronic component mounting pad 55 b is electrically connected to the mounting terminal 53. That is, the piezoelectric vibration element 100 and the thermistor 58 of the temperature sensitive element are accommodated in the cavity 52 and hermetically sealed.
In the above, the example in which the piezoelectric vibration element 100 and the thermistor 58 are accommodated in the package 50 has been described. As an electronic component accommodated in the package 50, an electronic that accommodates at least one of a thermistor, a capacitor, a reactance element, and a semiconductor element. It is desirable to configure the device.

図21(a)、(b)に示す実施形態例は、圧電振動素子100とサーミスタ58とをパッケージ50に収容した例である。このように構成すると、感温素子のサーミスタ58が圧電振動素子100の極めて近くに位置しているので、圧電振動素子100の温度変化を素早く感知することができるという効果がある。また、本発明の圧電振動素子と上記の電子部品とで電子デバイスを構成することにより、CIの小さな圧電振動素子を有する電子デバイスが構成できるので、多方面の用途に利用できるという効果がある。   The embodiment shown in FIGS. 21A and 21B is an example in which the piezoelectric vibration element 100 and the thermistor 58 are accommodated in a package 50. With this configuration, since the thermistor 58 of the temperature sensitive element is located very close to the piezoelectric vibration element 100, there is an effect that a temperature change of the piezoelectric vibration element 100 can be quickly detected. In addition, by configuring an electronic device with the piezoelectric vibration element of the present invention and the above-described electronic component, an electronic device having a piezoelectric vibration element with a small CI can be configured, so that there is an effect that it can be used for various applications.

次に、本発明に係る圧電振動素子を使用した圧電振動子のパッケージに対して、圧電振動子を駆動し、増幅する発振回路を搭載したIC部品を組み付けることにより、圧電発振器を構築することができる。
図22(a)は、本発明の圧電発振器500に係る実施形態の一例の断面図である。圧電発振器500は、本発明の圧電振動素子100(図22(a)では圧電振動素子100を示したが、本発明の他の圧電振動素子であってもよい)と、単層の絶縁基板70と、圧電振動素子100を駆動するIC(半導体素子)88と、圧電振動素子100及びIC88を含む絶縁基板70の表面空間を気密封止する凸状の蓋部材80と、を概略備えている。絶縁基板70は、表面に圧電振動素子100及びIC88を搭載するための複数の素子搭載パッド74a、電子部品搭載パッド74bを有すると共に、裏面に外部回路との接続用の実装端子76を備えている。素子搭載パッド74a及び電子部品搭載パッド74bと実装端子76とは、絶縁基板70を貫通する導体78により、導通されている。更に、絶縁基板70表面に形成された導体配線(図示せず)により、素子搭載パッド74aと電子部品搭載パッド74bとは導通が図られている。金属バンプ等を用いてIC88を電子部品搭載パッド74bに搭載した後、素子搭載パッド74aに導電性接着剤60を塗布し、その上に圧電振動素子100のパッド24を載置し、恒温槽内で硬化させて導通・固定を図る。凸状の蓋部材80と絶縁基板70とは、絶縁基板70の上面周縁に塗布した低融点ガラス85によって密封される。このとき、封止工程を真空中で行うことにより内部を真空にすることができる。
Next, a piezoelectric oscillator can be constructed by assembling an IC component equipped with an oscillation circuit for driving and amplifying the piezoelectric vibrator to the package of the piezoelectric vibrator using the piezoelectric vibrator according to the present invention. it can.
FIG. 22A is a cross-sectional view of an example of an embodiment according to the piezoelectric oscillator 500 of the present invention. The piezoelectric oscillator 500 includes a piezoelectric vibration element 100 of the present invention (the piezoelectric vibration element 100 is shown in FIG. 22A, but may be another piezoelectric vibration element of the present invention) and a single-layer insulating substrate 70. And an IC (semiconductor element) 88 that drives the piezoelectric vibration element 100 and a convex lid member 80 that hermetically seals the surface space of the insulating substrate 70 including the piezoelectric vibration element 100 and the IC 88. The insulating substrate 70 includes a plurality of element mounting pads 74a and electronic component mounting pads 74b for mounting the piezoelectric vibration element 100 and the IC 88 on the front surface, and mounting terminals 76 for connection to an external circuit on the back surface. . The element mounting pad 74 a and the electronic component mounting pad 74 b and the mounting terminal 76 are electrically connected by a conductor 78 that penetrates the insulating substrate 70. Furthermore, the element mounting pad 74a and the electronic component mounting pad 74b are electrically connected by a conductor wiring (not shown) formed on the surface of the insulating substrate 70. After the IC 88 is mounted on the electronic component mounting pad 74b using a metal bump or the like, the conductive adhesive 60 is applied to the element mounting pad 74a, and the pad 24 of the piezoelectric vibration element 100 is mounted on the IC mounting pad 74a. Harden with to make it conductive and fixed. The convex lid member 80 and the insulating substrate 70 are sealed with a low-melting glass 85 applied to the periphery of the upper surface of the insulating substrate 70. At this time, the inside can be evacuated by performing the sealing step in a vacuum.

図22(b)は、本発明の他の実施形態の圧電発振器510の断面図である。圧電発振器510は、本発明の圧電振動素子100と、パッケージ本体90と、圧電振動素子100を駆動するIC88と、圧電振動素子100を気密封止する蓋部材90cと、を概略備えている。パッケージ本体90は、圧電振動素子100を収容するキャビティー52を有する上部90aと、IC88を収容する凹部90dを有する下部90bとから成る、所謂H型構造のパッケージ本体である。圧電振動素子100は、キャビティー52底部の端部に形成された素子搭載パッド74aに、導電性接着剤60を塗布し、この上に載置し、熱硬化することにより導通・固定される。IC88は、パッケージ本体90の下面側の凹部90dの上面に形成された電子部品搭載パッド74bに、金属バンプ79により接続・固定される。素子搭載パッド74a及び電子部品搭載パッド74bは、内部導体78により導通接続されている。パッケージ本体90の上部に焼成されたシールリング(図示せず)に蓋部材90cを載置し、抵抗溶接機等を用いて溶接し、気密封止する。キャビティー52内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。   FIG. 22B is a cross-sectional view of a piezoelectric oscillator 510 according to another embodiment of the present invention. The piezoelectric oscillator 510 roughly includes the piezoelectric vibration element 100 of the present invention, a package body 90, an IC 88 that drives the piezoelectric vibration element 100, and a lid member 90c that hermetically seals the piezoelectric vibration element 100. The package body 90 is a so-called H-shaped package body composed of an upper part 90 a having a cavity 52 for accommodating the piezoelectric vibration element 100 and a lower part 90 b having a recess 90 d for accommodating the IC 88. The piezoelectric vibration element 100 is conductively fixed by applying a conductive adhesive 60 to an element mounting pad 74a formed at the end of the bottom of the cavity 52, placing it on this, and thermosetting it. The IC 88 is connected and fixed to the electronic component mounting pad 74b formed on the upper surface of the recess 90d on the lower surface side of the package body 90 by the metal bumps 79. The element mounting pad 74 a and the electronic component mounting pad 74 b are conductively connected by an internal conductor 78. A lid member 90c is placed on a fired seal ring (not shown) on the upper part of the package body 90, welded using a resistance welding machine or the like, and hermetically sealed. The cavity 52 may be evacuated or filled with an inert gas.

図22(c)は、本発明の他の実施形態の圧電発振器520の断面図である。圧電発振器520は、本発明の圧電振動子300と、パッケージ本体90と、圧電振動子300を駆動するIC88と、圧電振動子300気密封止する蓋部材90cと、を概略備えている。パッケージ本体90は、圧電振動子300を収容するキャビティー52を有する上部90aと、ICを収容する凹部90dを有する下部90bとから成る、所謂H型構造のパッケージ本体である。圧電振動子300は、キャビティー52底部の両端部に形成された素子搭載パッド74aに載置され、半田又は金属バンプ等により接続固定される。IC88は、パッケージ本体90の下面側の凹部90dの上面に形成された素子搭載パッド74bに、金属バンプ79により接続・固定される。素子搭載パッド74a及び電子部品搭載パッド74bは、内部導体78により導通されている。パッケージ本体90の上部に焼成されたシールリング(図示せず)に蓋部材90cを載置し、抵抗溶接機を用いて溶接する。圧電振動素子は二重に気密封止されている。
IC88は、圧電振動子300を駆動する発振回路と、圧電振動子300の周囲の温度を感知する感温素子と、圧電振動子300の周波数温度特性を補償する補償回路と、電圧可変容量素子等を含むことができる。
FIG. 22C is a cross-sectional view of a piezoelectric oscillator 520 according to another embodiment of the present invention. The piezoelectric oscillator 520 roughly includes the piezoelectric vibrator 300 of the present invention, a package body 90, an IC 88 that drives the piezoelectric vibrator 300, and a lid member 90c that hermetically seals the piezoelectric vibrator 300. The package body 90 is a so-called H-type package body composed of an upper part 90a having a cavity 52 for accommodating the piezoelectric vibrator 300 and a lower part 90b having a recess 90d for accommodating an IC. The piezoelectric vibrator 300 is placed on element mounting pads 74a formed at both ends of the bottom of the cavity 52, and is connected and fixed by solder, metal bumps, or the like. The IC 88 is connected and fixed by a metal bump 79 to an element mounting pad 74 b formed on the upper surface of the recess 90 d on the lower surface side of the package body 90. The element mounting pad 74 a and the electronic component mounting pad 74 b are electrically connected by the internal conductor 78. A lid member 90c is placed on a fired seal ring (not shown) on the upper portion of the package body 90 and welded using a resistance welder. The piezoelectric vibration element is hermetically sealed twice.
The IC 88 includes an oscillation circuit that drives the piezoelectric vibrator 300, a temperature sensing element that senses the temperature around the piezoelectric vibrator 300, a compensation circuit that compensates the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator 300, a voltage variable capacitance element, and the like. Can be included.

図22(a)の実施形態の圧電発振器500は、パッケージ内に本発明に係るCI値が小さな圧電振動素子100と、IC(発振回路を含む)88とを備えており、圧電発振器が小型化されると共に、発振回路の発振電流を小さくできるので、低消費電力化が図れるという効果がある。
図22(b)の実施形態の圧電発振器510は、パッケージ内に本発明に係るCI値が小さな圧電振動素子100と、IC(発振回路を含む)88とを備えており、圧電発振器低消費電力化が図れるという効果がある。更に、IC88を外部より調整可能することができるため、より周波数温度特性が優れ、多機能の圧電発振器を構成できるという効果がある。
図22(c)の実施形態の圧電発振器520は、パッケージに収容した圧電振動子300を用いているので、エージング等の周波数安定度が優れ、多機能で信頼性のある圧電発振器を構成できるという効果がある。
A piezoelectric oscillator 500 according to the embodiment of FIG. 22A includes a piezoelectric vibration element 100 having a small CI value according to the present invention and an IC (including an oscillation circuit) 88 in a package, and the piezoelectric oscillator is downsized. In addition, since the oscillation current of the oscillation circuit can be reduced, the power consumption can be reduced.
The piezoelectric oscillator 510 of the embodiment of FIG. 22B includes the piezoelectric resonator element 100 having a small CI value according to the present invention and an IC (including an oscillation circuit) 88 in the package, and the piezoelectric oscillator has low power consumption. There is an effect that can be achieved. Further, since the IC 88 can be adjusted from the outside, the frequency temperature characteristic is more excellent, and a multifunctional piezoelectric oscillator can be configured.
Since the piezoelectric oscillator 520 of the embodiment of FIG. 22C uses the piezoelectric vibrator 300 housed in a package, it is possible to configure a piezoelectric oscillator having excellent frequency stability such as aging and having multiple functions and reliability. effective.

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
なお、上述した圧電発振器等の電子デバイスにおいては、圧電振動子に半導体素子(IC)に代表される電子部品を備えた構成として説明したが、少なくとも一以上の電子部品を備えることが好適である。そして前記電子部品としては、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子等を適用することができ、圧電振動片を発振源として用いた電子デバイスを構築することができる。
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications are possible. For example, the present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same purposes and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. In addition, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
In the electronic device such as the piezoelectric oscillator described above, the piezoelectric vibrator is described as having a configuration including an electronic component typified by a semiconductor element (IC). However, it is preferable to include at least one electronic component. . As the electronic component, a thermistor, a capacitor, a reactance element, or the like can be applied, and an electronic device using a piezoelectric vibrating piece as an oscillation source can be constructed.

10…圧電基板、11…突起部、11a、11b…突起部分、12…周辺部、14…励振部、14a、14b…X軸方向に延びる側面、14c、14d…Z’軸方向に延びる側面、15…第1部分、16…第2部分、17…第3部分、20…励振電極、22…引出電極、24…パッド、30…耐蝕膜、40…レジスト膜、42…感光部、50…パッケージ、50a,90…パッケージ本体、50b…シールリングリング、50c,80,90c…蓋部材、52…キャビティー、53…実装端子、54a,54b,90d…凹部、55a,74a…素子搭載用パッド、55b,74b…電子部品搭載用パッド、57…内部導体、58…サーミスタ、60…導電性接着剤、70…絶縁基板、76…実装端子、78…導体、79金…属バンプ、85…低融点ガラス、88…IC(半導体素子)、100、110、120、130…圧電振動素子、101…ATカット水晶基板、200…圧電振動素子、300…圧電振動子、400、410…電子デバイス、500、510、520…圧電発振器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Piezoelectric substrate, 11 ... Projection part, 11a, 11b ... Projection part, 12 ... Peripheral part, 14 ... Excitation part, 14a, 14b ... Side surface extended in X-axis direction, 14c, 14d ... Side surface extended in Z'-axis direction, DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... 1st part, 16 ... 2nd part, 17 ... 3rd part, 20 ... Excitation electrode, 22 ... Extraction electrode, 24 ... Pad, 30 ... Corrosion-resistant film, 40 ... Resist film, 42 ... Photosensitive part, 50 ... Package 50a, 90 ... package main body, 50b ... seal ring ring, 50c, 80, 90c ... lid member, 52 ... cavity, 53 ... mounting terminal, 54a, 54b, 90d ... recess, 55a, 74a ... element mounting pad, 55b, 74b ... pads for mounting electronic components, 57 ... internal conductor, 58 ... thermistor, 60 ... conductive adhesive, 70 ... insulating substrate, 76 ... mounting terminal, 78 ... conductor, 79 gold ... metal bump, 85 Low melting point glass, 88 ... IC (semiconductor element), 100, 110, 120, 130 ... Piezoelectric vibration element, 101 ... AT-cut quartz substrate, 200 ... Piezoelectric vibration element, 300 ... Piezoelectric vibrator, 400, 410 ... Electronic device, 500, 510, 520 ... Piezoelectric oscillator

Claims (14)

圧電基板と、前記圧電基板の両主面の振動領域に夫々対向配置された各励振電極と、前記各励振電極から該圧電基板の一方の端部に向かって延びる引出電極と、前記引出電極と電気的に接続され前記圧電基板の2つの角隅部に夫々形成されたパッドと、を備えた圧電振動素子であって、
前記圧電基板は、中央に位置する励振部と、前記励振部の厚みより薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、
前記励振部の対向する2つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の他の対向する2つの側面は夫々厚み方向に段差部を有し、
前記励振部が励振されたときに振動変位が十分に減衰する領域の両主面上に、突起部を少なくとも一つ備えていることを特徴とする圧電振動素子。
A piezoelectric substrate; excitation electrodes disposed opposite to vibration regions of both principal surfaces of the piezoelectric substrate; an extraction electrode extending from each excitation electrode toward one end of the piezoelectric substrate; and the extraction electrode A piezoelectric vibration element comprising a pad electrically connected and formed at each of two corners of the piezoelectric substrate,
The piezoelectric substrate has an excitation part located in the center, and a peripheral part that is thinner than the thickness of the excitation part and provided at the periphery of the excitation part,
Two opposing side surfaces of the excitation unit are stepless flat surfaces, and the other two opposing side surfaces of the excitation unit each have a step portion in the thickness direction,
A piezoelectric vibration element comprising at least one protrusion on both main surfaces of a region where vibration displacement is sufficiently attenuated when the excitation unit is excited.
前記圧電基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系の前記X軸を中心として、前記Z軸を前記Y軸の−Y方向へ傾けた軸をZ’軸とし、前記Y軸を前記Z軸の+Z方向へ傾けた軸をY’軸とし、前記X軸と前記Z’軸に平行な面で構成され、前記Y’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、
前記水晶基板は、前記X軸に平行な辺を長辺とし前記Z’軸に平行な辺を短辺とし且つその中央に位置する励振部と、前記励振部より薄肉で前記励振部の周縁に形成された周辺部と、を有し、
前記励振部の前記X軸と平行な2つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の前記Z’軸と平行な他の2つの側面は夫々厚み方向に段差部を有していることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動素子。
The piezoelectric substrate is centered on the X axis of an orthogonal coordinate system consisting of an X axis as an electric axis, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis, which are crystal axes of quartz. The axis tilted in the -Y direction of the Y axis is the Z 'axis, the axis tilted in the + Z direction of the Z axis is the Y' axis, and is parallel to the X axis and the Z 'axis. A quartz substrate having a thickness in a direction parallel to the Y ′ axis,
The quartz substrate has a side parallel to the X axis as a long side and a side parallel to the Z ′ axis as a short side and is located in the center of the quartz substrate, and is thinner than the excitation unit on the periphery of the excitation unit. A formed peripheral portion, and
The two side surfaces parallel to the X axis of the excitation unit are stepless planes, and the other two side surfaces of the excitation unit parallel to the Z ′ axis each have a step portion in the thickness direction. The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein:
前記突起部は、前記圧電基板の前記各パッドと対向する他端部側の角隅部に設けられていること特徴とする請求項1又は2に記載の圧電振動素子。   3. The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein the protrusion is provided at a corner portion on the other end side facing the pads of the piezoelectric substrate. 前記突起部は、前記圧電基板の前記パッドと対向する前記Z’軸に沿った端縁に沿って設けられていることを特徴とする請求項2に記載の圧電振動素子。   3. The piezoelectric vibration element according to claim 2, wherein the protrusion is provided along an edge along the Z′-axis facing the pad of the piezoelectric substrate. 前記突起部は、前記圧電基板の前記パッドと対向する前記Z’軸に沿った端縁に沿って設けられた第1の突起部分と、該第1の突起部分の長手方向両端部から夫々前記X軸に沿った方向へ屈曲して連設された第2の突起部分と、を備えていることを特徴とする請求項2に記載の圧電振動素子。   The protrusions include a first protrusion portion provided along an edge along the Z ′ axis facing the pad of the piezoelectric substrate, and a longitudinal end portion of the first protrusion portion, respectively. The piezoelectric vibration element according to claim 2, further comprising: a second projecting portion that is bent and provided in a direction along the X axis. 前記表裏の突起部の各厚みと前記周辺部の厚みを合計した厚みが、前記励振部の厚さと等しいこと特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の圧電振動素子。   6. The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein the total thickness of the thicknesses of the front and back protrusions and the thickness of the peripheral part is equal to the thickness of the excitation part. 前記圧電基板の前記Z’軸に平行な方向の寸法をZとし、前記励振部の短辺の寸法をMzとし、前記励振部の厚みをtとするとき、
8≦Z/t≦11、かつ、0.6≦Mz/Z≦0.8の関係を満たすことを特徴とする請求項2乃至5の何れか一項に記載の圧電振動素子。
When the dimension of the piezoelectric substrate in the direction parallel to the Z ′ axis is Z, the dimension of the short side of the excitation part is Mz, and the thickness of the excitation part is t,
6. The piezoelectric vibration element according to claim 2, wherein the relationship of 8 ≦ Z / t ≦ 11 and 0.6 ≦ Mz / Z ≦ 0.8 is satisfied.
前記圧電基板の前記X軸に平行な方向の寸法をXとするとき、
X/t≦17の関係を満たすことを特徴とする請求項2乃至6の何れか一項に記載の圧電振動素子。
When the dimension of the piezoelectric substrate in the direction parallel to the X axis is X,
The piezoelectric vibration element according to claim 2, wherein a relationship of X / t ≦ 17 is satisfied.
請求項1乃至8のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、前記圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子。   A piezoelectric vibrator comprising: the piezoelectric vibration element according to claim 1; and a package that accommodates the piezoelectric vibration element. 請求項1乃至8のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を駆動する発振回路と、パッケージと、を備えたことを特徴とする圧電発振器。   A piezoelectric oscillator comprising: the piezoelectric vibration element according to claim 1; an oscillation circuit that drives the piezoelectric vibration element; and a package. 請求項9に記載の圧電振動子と、該圧電振動子を駆動する発振回路と、を備えたことを特徴とする圧電発振器。   A piezoelectric oscillator comprising the piezoelectric vibrator according to claim 9 and an oscillation circuit that drives the piezoelectric vibrator. 前記発振回路はICに搭載されていることを特徴とする請求項10又は11に記載の圧電発振器。   The piezoelectric oscillator according to claim 10 or 11, wherein the oscillation circuit is mounted on an IC. 請求項1乃至8のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、少なくとも一つ以上の電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイス。   An electronic device comprising: a package comprising the piezoelectric vibration element according to claim 1 and at least one or more electronic components. 請求項13に記載の電子デバイスにおいて、前記電子部品が、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうちのいずれかであることを特徴とする電子デバイス。   14. The electronic device according to claim 13, wherein the electronic component is one of a thermistor, a capacitor, a reactance element, and a semiconductor element.
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