JP2014127743A - 水晶振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】メサ型の水晶振動子において、主面部にエネルギーを閉じ込めて、良好な振動特性を得ること。
【解決手段】主面部１１と、この主面部１１を囲むと共に主面部１１よりも厚さが小さい周縁部１２とを備えたメサ型の水晶片１と、前記水晶片１の一面側の主面部１１及び他面側の主面部１１に夫々形成された一対の励振電極２１、２２とにより水晶振動子１０を構成する。前記水晶片１には、主面部１１の側壁部１３に励振電極２１、２２を囲むように全周に亘って凸部３１を設ける。水晶振動子１０にて励振される振動波や反射波は、凸部３１が形成された領域に伝播すると、伝搬方向が変化して乱反射し、次第に減衰していく。従って、水晶片１に凸部３１を設けることにより、主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーが閉じ込められ、振動特性が良好になる。
【選択図】図６

Description

本発明は、振動特性が良好な水晶振動子に関する。

ＡＴカットの水晶振動子は、温度に対する周波数安定度が優れていることから、情報や通信、センサ等の産業分野において広く利用されている。この水晶振動子は厚みすべり振動モードで励振されるが、小型化が進展すると、副振動である輪郭すべり振動のスプリアスの発生や、ディップと呼ばれる発振周波数の急激な変動現象が発生しやすくなる。

エネルギー閉じ込め型の水晶片としては、コンベックス型やべベル型、メサ型が知られているが、水晶振動子の電気的等価回路の等価定数によっては、水晶片の駆動面を平坦面にする必要があり、コンベックス型やべベル型を用いることが難しい場合がある。このことから、本発明者らは、主面部と、この主面部を囲むと共に主面部よりも厚さが小さい周縁部とを備え、主面部に主振動のエネルギーを集中させてエネルギーを閉じ込めることにより、副振動の発生を抑えるメサ型構造の水晶片に着目している。
しかしながら、水晶片の小型化がさらに進むと、メサ型構造としても前記スプリアスやディップの発生を十分に抑制することは困難であるため、さらにエネルギー閉じ込め効果の大きい構成を検討している。

特許文献１には、厚肉部と当該厚肉部の周囲に薄肉部を形成したメサ型の圧電振動片において、薄肉部の板面に複数の凹部を形成することにより不要振動を除去する構成が記載されている。また、特許文献２には、メサ型の水晶振動子において、平面的に見たときに、励振電極の周縁部に凹部を形成し、電気的等価回路の容量Ｃ１に対する静電容量Ｃ０の比（容量比）を小さくすることにより、周波数可変範囲を広くする構成が記載されている。

しかしながら、特許文献１及び特許文献２には、ディップの発生を抑制する技術については記載されていないため、これら特許文献１及び特許文献２によっても本発明の課題を解決することは困難である。

特開２００７−１８９４１４号公報（段落００２０） 特開２００７−２０８７７１号公報（段落００２０、図４）

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、エネルギー閉じ込め効果を大きくして、振動特性を良好にした水晶振動子を提供することにある。

本発明の水晶振動子は、
主面部と、この主面部を囲むと共に主面部よりも厚さが小さい周縁部とを備えたメサ型の水晶片と、
前記水晶片の一面側の主面部及び他面側の主面部に夫々形成された一対の励振電極と、
主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーを閉じ込めるために、前記水晶片に設けられた凸部及び凹部の少なくとも一方と、を備え、
前記凸部及び凹部は、前記一面側の主面部及び他面側の主面部の少なくとも一方における主面部と周縁部との境界近傍に、励振電極を囲むように全周に亘って設けられたことを特徴とする。

また、本発明の他の水晶振動子は、
主面部と、この主面部を囲むと共に主面部よりも厚さが小さい周縁部とを備えたメサ型の水晶片と、
前記水晶片の一面側の主面部及び他面側の主面部に夫々形成された一対の励振電極と、
主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーを閉じ込めるために、前記水晶片の一面側の励振電極及び他面側の励振電極の少なくとも一方の外縁に全周に亘って設けられ、励振電極を構成する電極膜により覆われた凸部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、主面部と、この主面部を囲むと共に主面部よりも厚さが小さい周縁部とを備え、主面部に励振電極が形成されたメサ型の水晶振動子において、主面部と周縁部との境界近傍に、励振電極を囲むように全周に亘って、凸部及び凹部の少なくとも一方を設けている。水晶振動子にて励振される振動波や反射波は、凸部や凹部が形成された領域に伝播すると、伝搬方向が変化して乱反射し、伝搬しようとする振動波が互いに作用して、次第に減衰していく。従って、水晶片に前記凸部や凹部を設けることにより、主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーが閉じ込められ、振動特性が良好になる。

また、本発明の他の発明によれば、水晶片の一面側の励振電極及び他面側の励振電極の少なくとも一方の外縁に全周に亘って、励振電極を構成する電極膜により覆われた凸部を設けているので、この凸部により、主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーが閉じ込められ、振動特性が良好になる。

水晶振動子の一例を示す側面図である。 水晶振動子を示す平面図と、厚みすべり振動の変位量と水晶片上の位置との関係を示す特性図である。 水晶振動子を示す側面図と、振動波の変位量と水晶片上の位置との関係を示す特性図である。 水晶振動子の第１の実施の形態の一例を示す側面図である。 水晶振動子を示す平面図である。 水晶振動子を示す斜視図である。 水晶振動子の第１の実施の形態の他の例を示す側面図である。 水晶振動子を示す平面図である。 水晶振動子を示す斜視図である。 水晶振動子の第１の実施の形態のさらに他の例を示す側面図である。 水晶振動子を示す平面図である。 水晶振動子を示す斜視図である。 水晶振動子の第１の実施の形態のさらに他の例を示す側面図である。 水晶振動子を示す平面図である。 水晶片に設けられる凸部の一例を示す斜視図である。 水晶片に設けられる凸部の一例を示す斜視図である。 水晶片に設けられる凸部の一例を示す斜視図である。 水晶片に設けられる凸部の一例を示す斜視図である。 水晶振動子の第２の実施の形態の一例を示す側面図である。 水晶振動子を示す平面図である。 水晶振動子を示す斜視図である。 水晶振動子の第２の実施の形態の他の例を示す側面図である。 水晶振動子を示す平面図である。 水晶振動子の第２の実施の形態のさらに他の例を示す側面図である。 水晶振動子の第２の実施の形態のさらに他の例を示す側面図である。 水晶振動子を含む電子部品の一例を示す縦断側面図である。 水晶振動子のさらに他の例を示す側面図である。 水晶振動子を示す平面図である。 実施例の結果を示す特性図である。 実施例の結果を示す特性図である。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の水晶振動子の概要について、図１〜図３を参照しながら説明する。先ず、本発明のメサ型水晶振動子１０の基本構成について、図１及び図２に基づいて説明する。図１及び図２中１はＡＴカットの水晶片１であり、この水晶片１は、主面部１１と、この主面部１１を囲み、主面部１１よりも厚さが小さい周縁部１２と、を備えたメサ型に構成されている。この例では主面部１１は例えば平面形状が正方形状に構成され、周縁部１２は平面形状が矩形状に構成されている。周縁部１２の長辺方向をＺ´方向、短辺方向をＸ方向として説明を進める。

前記水晶片１の一面側における主面部１１には第１の励振電極２１が形成され、当該水晶片１の他面側における主面部１２には第２の励振電極２２が形成されている。これら第１及び第２の励振電極２１、２２は、互いに同じ形状に構成され、主面部１１を介して対向するように設けられている。例えば第１及び第２の励振電極２１、２２は、主面部１１とほぼ同じ大きさか僅かに小さい矩形状に形成されている。図中２３は第１の励振電極２１の引出電極、２４は第２の励振電極２３の引出電極であり、これら引出電極２３、２４は、水晶片１の端部領域に引き回されている。こうして、水晶片１と第１及び第２の励振電極２１、２２とにより、水晶振動子１０が構成されている。

ＡＴカットの水晶振動子１０は、厚みすべり振動を主振動とするが、輪郭すべり振動の副振動が発生する。図２は厚みすべり振動の変位量と水晶片１の長辺方向の位置との関係も示しており、図示のように主振動は、励振電極２１、２２の近傍で変位量が大きくなる。

この実施の形態では、主振動とは異なる振動を低減して、主面部にエネルギーを閉じ込めるために、水晶片１に凸部及び凹部の少なくとも一方を設けている。この凸部及び凹部は、前記一面側の主面部１１及び他面側の主面部１１の少なくとも一方において、主面部１１と周縁部１２との境界近傍に、励振電極２１、２２を囲むように全周に亘って設けられる。この凸部及び凹部について、図３に凸部３を設ける場合を例にして示す。また、図３には、水晶振動子１０によって励振される振動波を模式的に示しており、縦軸は変位量、横軸は水晶片１の長辺方向の位置である。図３中、Ａは主振動（厚みすべり振動）に起因するピークであり、Ｂは副振動（輪郭すべり振動）に起因するピークである。

前記凸部や凹部は、例えば海岸の防波堤に設置される消波ブロックと同じ役割を果たすものである。つまり、水晶振動子１０にて励振される振動波や反射波が凸部や凹部が形成された領域に伝播すると、当該領域は表面が荒れているので、伝搬方向が変化して乱反射する。そして、伝搬しようとする振動波が互いに作用して、次第に減衰していき、消散する。従って、水晶片１に凸部や凹部を設けることにより、振動波や反射波のエネルギーが吸収される。

前記主振動とは異なる振動とは副振動である輪郭すべり振動であり、この輪郭すべり振動は、メサ型の水晶片１では、主面部１１の中心部の振動変位は小さく、主面部１１の外縁での振動変位が大きくなる。従って、凸部又は凹部を主面部１１と周縁部１２との境界近傍に設けることにより、輪郭すべり振動のエネルギーが吸収されて副振動の発生が抑えられ、また反射波の影響が抑制される。また、前記凸部又は凹部は励振電極２１、２２の周囲に全周に亘って設けられているので、励振電極２１、２２の周方向において、副振動の減衰の程度が揃えられる。これにより、励振電極２１、２２から漏出する、主振動とは異なる振動のエネルギーが低減され、主振動のエネルギーの閉じ込め効果が高くなって、良好な振動特性を確保することができる。つまり、輪郭すべり振動のスプリアスの発生や、厚みすべり振動モードと輪郭すべり振動との結合によるディップの発生を抑制することができる。従って、水晶片に前記凸部や凹部を設けることにより、主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーが閉じ込められ、振動特性が良好になる。

前記凸部３や凹部は、図３に示すように、振動波のピークＡとピークＢとの間の谷の位置や、副振動のピークＢの位置近傍に設けることが好ましいが、本発明者らは、主面部１１と周縁部１２との境界近傍に設けることにより、輪郭すべり振動を抑制することができると捉えている。また、主面部１１と周縁部１２との境界近傍とは、主面部１１における励振電極２１、２２の外側領域や、主面部１１の側壁部１３、周縁部１２における主面部１１の側壁部１３近傍をいう。さらに凸部や凹部は、水晶片１の一面側及び他面側のいずれか一方に設けるようにしてもよい。

続いて、水晶振動子１０に設けられる凸部及び凹部の構成について図４〜図１８を参照して具体的に説明するが、図１及び図２の水晶振動子１０と同様の構成部分については同符号を付し、説明を省略する。図４〜図６に示す水晶振動子１０Ａは、主面部１１に凸部３１を設けた例である。図５では、図１及び図２の主面部１１に相当する領域を一点鎖線にて示している。また、図６では引出電極２３、２４を省略している（図９、図１２、図２１も同様に引出電極を省略している）。

この例の水晶振動子１０Ａには、主面部１１の側壁部１３に、全周に亘って三角柱状の凸部３１が設けられている。これにより水晶片１を平面的に見たときに、主面部１１のエッジ（外縁）部分に、凸部分４１と凹部分４２とが互いに違いに配列された波状領域４３が形成される。この例では、波状領域４３は、平面的に見たときにノコギリ歯状に構成されている。またこの波状領域４３は、平面的に見たときに、例えばその凸部分４１の外端（周縁部側の端）から凹部分４２の内端（主面部側の端）の間のいずれかの領域が、図３に示す主振動のピークＡと副振動のピークＢとの間に収まるように形成される。

このような構成では、主面部１１の側壁部１３に波状領域４３が形成されており、水晶片１には、主面部１１と周縁部１２との境界において、励振電極２１、２２を囲むように凹凸が形成された状態になる。この波状領域４３では、既述のように、副振動や反射波のエネルギーが吸収されるため、主面部１１における主振動のエネルギーの閉じ込め効果が高くなる。
前記ノコギリ歯状の波状領域４３の波面の周期を、主振動とは異なる振動である輪郭すべり振動や高調波の周期と揃えるように構成することにより、前記主振動とは異なる振動の駆動を抑圧することができる。また、波面の周期を、主振動である厚みすべり振動の周期と揃えるように構成することにより、主面部１１にエネルギーを閉じ込めるようにしてもよい。さらに、波面の周期を、主振動である厚みすべり振動の周期と揃えずに、主面部１１から副振動のエネルギーを放出させて、凹凸による乱反射を利用して、副振動のエネルギーを減衰させるようにしてもよい。
ここでは、主面部１１の側壁部１３に凸部３１を設けて前記波状領域４３を形成すると説明したが、側壁部１３に凹部を形成して波状領域を形成するようにしてもよいし、前記側壁部１３に凸部と凹部とを形成して波状領域を形成するようにしてもよい。

また、図７〜図９に示す水晶振動子１０Ｂは、周縁部１２における主面部１１の側壁部１３の近傍に主面部１１の全周に亘って、凹部３２を形成した例である。前記凹部３２は、周縁部１２を厚さ方向に沿って切断したときの断面形状が、一つの頂点が下方側を向く三角形状に形成されている。これにより水晶片１の厚さ方向に沿った切断面で見れば、主面部１１の外縁（エッジ）近傍に、凸部分４４と凹部分４５とが互いに違いに配列されたノコギリ歯状の波状領域４６が形成される。例えば波状領域４６は、図３に示す振動波の主振動のピークＡと副振動のピークＢとの間に、少なくともその一部が位置するように形成される。

このような構成では、周縁部１２における主面部１１の近傍に波状領域４６が形成されており、水晶片１には、主面部１１と周縁部１２との境界において、励振電極２１、２２を囲むように凹凸が形成された状態になる。この波状領域４６では、既述のように、副振動や反射波のエネルギーが吸収されるため、主面部における主振動のエネルギーの閉じ込め効果が高くなる。

さらに、図１０〜図１２に示す水晶振動子は、主面部１１における励振電極２１、２２の外側に凹部３３を形成した例である。この例では、主面部１１の外縁近傍に、主面部１１の全周に亘って凹部３３が形成されている。この凹部３３は、例えば主面部１１を厚さ方向に沿って切断したときの断面形状が、一つの頂点が下方側を向く三角形状に形成されている。これにより水晶片１の厚さ方向に沿った切断面で見れば、主面部１１の外縁近傍に、凸部分４７と凹部分４８とが互いに違いに配列されたノコギリ歯状の波状領域４９が形成される。この波状領域４９は、例えば図３に示す振動波の主振動のピークＡと副振動のピークＢとの間に少なくともその一部が位置するように形成される。また、特性に影響がない範囲であれば、波状領域４９の一部が励振電極２１、２２の形成領域に入りこむ構成であってもよい。

このような構成では、主面部１１のエッジに波状領域４９が形成されており、水晶片１には、主面部１１と周縁部１２との境界において、励振電極２１、２２を囲むように凹凸が形成された状態になる。この波状領域４９では、既述のように、副振動や反射波のエネルギーが吸収されるため、主面部における主振動のエネルギーの閉じ込め効果が高くなる。
図７〜図９に示す水晶振動子１０Ｂ、図１０〜図１２に示す水晶振動子１０Ｃにおいては、ノコギリ歯状の波状領域４６、４９の波面の周期を、主振動とは異なる振動である輪郭すべり振動や高調波の周期と揃えるように構成することにより、前記主振動とは異なる振動の駆動を抑圧することができる。また、波面の周期を、主振動である厚みすべり振動の周期と揃えるように構成することにより、主面部１１にエネルギーを閉じ込めるようにしてもよい。さらに、波面の周期を、主振動である厚みすべり振動の周期と揃えずに、主面部１１から副振動のエネルギーを放出させて、凹凸による乱反射を利用して、副振動のエネルギーを減衰させるようにしてもよい。

また、図７〜図９に示す水晶振動子１０Ｂ、図１０〜図１２に示す水晶振動子１０Ｃにおいては、主面部１１や周縁部１２に凸部を形成して波状領域を形成するようにしてもよいし、主面部１１や周縁部１２に凸部と凹部とを形成して波状領域を形成するようにしてもよい。

また、図１３及び図１４に示す水晶振動子１０Ｄは、周縁部１２に凸部をなす突起５１を設けた例である。この突起５１は、周縁部１２における主面部１１の側壁部１３の近傍に、主面部１１の全周に亘って、互いに間隔を開けて多数設けられている。この突起５１は、例えば図１５〜図１８に示すように、円柱状や円錐状、四角柱状や三角柱状等に構成され、例えば前記図３に示す振動波の主振動のピークＡと副振動のピークＢとの間に位置するように設けられる。

このような構成では、周縁部１２と主面部１１の境界において、励振電極２１、２２を囲むように突起５１が設けられているので、この突起５１により形成される凹凸により、副振動や反射波のエネルギーが吸収されるため、主面部における主振動のエネルギーの閉じ込め効果が高くなる。
前記突起５１は周縁部１２のみならず主面部１１の側壁部１３や主面部１１のエッジ近傍に設けるようにしてもよい。また、図３に示すように、励振電極２１、２２を２重や３重に囲むように配列してもよい。

続いて、図４〜図１４に示す水晶振動子１０Ａ〜１０Ｄの製造方法について簡単に説明する。先ず、切り出された一枚の水晶基板例えば水晶ウエハを研磨加工して洗浄した後に、主面部１１以外の領域をエッチングにより掘り下げ、メサ構造を形成する。このエッチングは、ウェットエッチング又はドライエッチングである。ウェットエッチングにより形成する場合には、例えば水晶基板の両面に金属膜を形成し、この金属膜上にポジレジスト膜を形成する。次いでこのポジレジスト膜に所定のパターンを露光し、現像して、ＫＩ（ヨウ化カリウム）溶液に浸漬、メタルエッチングすることにより、金属膜とレジスト膜とが積層されたマスクパターンを形成する。次いで表面にマスクパターンが形成された水晶基板をフッ酸溶液に浸漬することによりエッチングして、水晶基板にメサ構造を形成する。

また、ドライエッチングにより形成する場合には、例えば水晶基板の表面に上述のウェットエッチングと同様の手法にてマスクパターンを形成する。次いで表面にマスクパターンが形成された水晶基板を例えばＣＨＦ_３ガス等のエッチングガスを用いてエッチングして、水晶基板にメサ構造を形成する。

次いで、水晶基板に例えばＣｒの上にＡｕを積層した金属膜を例えばスパッタリングや真空蒸着法により成膜し、この金属膜の上にレジストパターンを形成した後、ＫＩ溶液に浸漬して、電極パターンを形成する。この後、ダイシングソーを用いてダイシングラインに沿って切ることで、水晶基板から水晶振動子が１個ずつ切り分けられていくことにより、水晶振動子が完成する。
（第２の実施の形態）
この実施の形態は、水晶片１の一面側の励振電極２１及び他面側の励振電極２２の少なくとも一方の外縁に全周に亘って、励振電極２１、２２を構成する電極膜により覆われた凸部を形成するものである。水晶振動子にて励振される振動波や反射波は、凸部が形成された領域に伝播すると、乱反射し、伝搬しようとする振動波が互いに作用して、次第に減衰していくため、副振動の発生が抑制される。また、励振電極２１、２２が主面部１１よりも大きく構成され、副振動の発生領域まで電極膜により被覆されることになる。このため、電極膜の粘性によって、副振動が伝播しにくい状態になり、結果として副振動の発生が抑えられる。さらに、前記凸部は励振電極２１（２２）の外縁に全周に亘って設けられているので、励振電極２１（２２）の周方向において、副振動の減衰の程度が揃えられる。従って、水晶片に前記凸部を設けることにより、主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーが閉じ込められ、振動特性が良好になる。

図１９〜図２１に示す水晶振動子１０Ｅは、主面部１１の一面側の励振電極７１、他面側の励振電極７２は、主面部１１の表面部から側壁部１３を被覆して、その外縁が周縁部１２における主面部１１の側壁部１３の近傍に位置するように形成されている。図２０中、７３は一面側の励振電極７１の引出電極、７４は他面側の励振電極７２の引出電極である。そして、一面側の励振電極７１及び他面側の励振電極７２の外縁に全周に亘って、励振電極を構成する電極膜により覆われた凸部６１が形成され、この凸部６１は、周縁部１２における主面部１１の近傍に配置されている。前記凸部６１は、例えば励振電極２１、２２を構成する電極膜を積層して形成され、前記凸部６１を平面的に見たときに、当該凸部６１の外縁は波状に形成される。但し、凸部６１は水晶により形成し、その表面に電極膜を被覆するように構成してもよい。
また、図２２及び図２３に示す水晶振動子１０Ｆでは、主面部１１の表面部のみに励振電極７１，７２が形成され、これら励振電極７１、７２の外縁に全周に亘って、凸部６２が設けられている。従って、凸部６２は主面部１１の外縁近傍に配置されている。また、凸部６２は、平面的に見たときに、当該凸部６２の外縁が波状になるように形成されている。この凸部６２は、例えば励振電極２１、２２を構成する電極膜を積層して形成してもよいし、凸状部分を水晶により形成し、その表面に電極膜を被覆するように構成してもよい。
図１９〜図２１に示す凸部６１や、図２３に示す凸部６２は、その外縁がノコギリ歯状の波状に形成されるが、この波面の周期を、主振動とは異なる振動である輪郭すべり振動や高調波の周期と揃えるように構成することにより、前記主振動とは異なる振動の駆動を抑圧することができる。また、波面の周期を、主振動である厚みすべり振動の周期と揃えるように構成することにより、主面部１１にエネルギーを閉じ込めるようにしてもよいこ。さらに、波面の周期を、主振動である厚みすべり振動の周期と揃えずに、主面部１１から副振動のエネルギーを放出させて、凹凸による乱反射を利用して、副振動のエネルギーを減衰させるようにしてもよい。

さらに、図２４に示す水晶振動子１０Ｇのように、凸部６３を、水晶片１の厚さ方向に沿って切断したときの断面が略三角形状になるように形成するようにしてもよい。さらにまた、図２５に示す水晶振動子１０Ｈのように、凸部６４は、主面部１１の側壁部１３に位置するように形成してもよい。

図１９〜図２５に示す水晶振動子１０Ｅ〜１０Ｈにおいては、凸部は振動波や反射波の乱反射を起こすように形成すればよく、凸部の形状は上述の例に限らない。また、水晶片１の一面側の励振電極２１及び他面側の励振電極２２の少なくとも一方の外縁に凸部が形成されていればよい。さらに、励振電極２１に形成される凸部と、励振電極２２に形成される凸部とは、互いに形状や配設個所が異なる構成であってもよい。凸部により振動波や反射波が乱反射されれば、振動波や反射波が散乱し、減衰するからである。

続いて、上述の水晶振動子を組み込んだ電子部品について、図１３に示す水晶振動子１０Ｄを設ける場合を例にして、図２６を参照して説明する。図２６中８は前記水晶振動子が収納されるパッケージであり、例えばセラミックスよりなるベース体８１と、金属製の蓋体８２と、から構成されている。これらベース体８１と蓋体８２とは、例えば溶接材からなるシール材によりシーム溶接され、その内部が真空状態となっている。前記ベース体８１は水晶片１の周縁部１２を支持する台座部８３を備え、前記周縁部１２は台座部８３に導電性接着剤８４により固定されている。引出電極２３、２４は、夫々台座部８３及びベース体８１に設けられた個別の導電路８５、８５（一方は図示せず）を介して、ベース体８１の底面に形成された個別の外部電極８６、８６（一方は図示せず）に夫々接続されている。例えばこの電子部品と、発振回路の回路部品を配線基板に搭載することにより、水晶発振器が構成される。

以上において、本発明の水晶振動子は、図２７及び図２８に示すように、主面部９１と、この主面部９１を囲み、主面部９１よりも厚さが小さい中間部９２と、この中間部９２を囲み、中間部９２よりも厚さが小さい周縁部９３と、を備えたメサ型構造としてもよい。９４、９５は励振電極、９４ａ、９５ａは引出電極である。図２７及び図２８には、円柱状の水晶よりなる凸部（突起）９６を中間部９２及び周縁部９３に設ける場合を例にして示しているが、凸部９６や凹部を、励振電極２１、２２を囲むように全周に亘って設ける構成であれば、どの位置に形成してもよい。また、水晶片の一面側及び他面側の少なくとも一方に設ける構成であればよい。

本発明の第１の実施の形態では、凸部や凹部は、主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーを閉じ込めるために水晶片に設けられるものである。このため、前記一面側の主面部及び他面側の主面部の少なくとも一方における主面部と周縁部との境界近傍に、励振電極を囲むように全周に亘って設ける構成であって、前記目的を達成する構成であれば、凸部や凹部の形状や配置箇所は適宜選択可能である。例えば前記水晶片の一面側及び他面側のいずれか一方に凸部及び凹部のいずれか一方を設けるようにしてもよい。また、上述の凸部３１と凹部３２，３３や、突起５１を組み合わせて設けるようにしてもよいし、主面部と周縁部に夫々凸部又は凹部を設けるようにしてもよい。さらに、水晶片の一面側に設けられた凸部又は凹部と、水晶片の他面側に設けられた凸部又は凹部とは、互いに形状が異なるものであってもよいし、必ずしも水晶片を介して対向する位置に設ける場合に限らない。
同様に発明の第２の実施の形態では、主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーを閉じ込めるために、励振電極の外縁に凸部を設けている。このため、前記一面側の主面部及び他面側の主面部の少なくとも一方において、励振電極の外縁に全周に亘って設ける構成であって、前記目的を達成する構成であれば、凸部の形状や配置箇所は適宜選択可能である。例えば上述の凸部６１〜６４の複数を組み合わせて設けるようにしてもよい。

また、水晶片に凸部や凹部を形成することにより波状領域を形成する場合や、励振電極の外縁を波状に構成する場合でいう「波状」は、ノコギリ歯状でもよいし、曲線状であってもよい。また、波状の凸状部分と凹状部分とは互いに連続的に接続されていなくてもよく、例えば凸状部分（凹状部分）とこれに隣接する凸状部分（凹状部分）との間が略平坦であってもよい。

（実施例）
図２７に示す構成のメサ型の水晶振動子を、ＡＴカットの水晶片をエッチングすることにより形成し、ディップの発生について検証した。周縁部は、長辺方向（Ｚ´方向）が５ｍｍ、短辺方向（Ｘ方向）が２．５ｍｍの矩形状、主面部は、Ｚ´方向及びＸ方向の長さが夫々１．０ｍｍの正方形状に夫々構成した。主面部の表面部と中間部の表面部との距離は約３μｍ、中間部の表面部と周縁部の表面部との距離は約３μｍに夫々設定した。そして、平面的に見て主面部の周縁に波状領域が形成されるように、主面部の側壁部に図６に示す形状の凸部をエッチングにより形成した。また、励振電極はＣｒ膜とＡｕ膜との積層膜により構成し、その大きさは主面部と同様に１．０ｍｍ×１．０ｍｍ、厚さは１００ｎｍに設定した。

ディップの検証については、π回路法を適用して直列共振周波数と直列抵抗の温度特性を測定することにより行った。直列共振周波数や直列抵抗の温度変化について測定し、このデータにばらつきがあればディップが発生することを意味する。測定時要件については、温度範囲は−４０℃〜＋１２５℃、温度ステップは２．５℃とし、駆動電流はディップの発生を強調できるように２ｍＡ±１０％とした。

直列共振周波数の温度特性の測定結果について図２９に示す。この図２９は、直列共振周波数の測定データについて４次の回帰分析を行い、この結果得られた回帰式と測定値との差分（ｄＦ／Ｆ）をプロットしたグラフである。図中横軸は温度、縦軸は前記差分を示している。この結果、急激な周波数変化は確認できず、ディップの発生は見られなかった。

また、直列抵抗の温度特性の測定結果について図３０に示す。この図３０は、直列抵抗の測定データの平均値を求め、この平均値と測定値との差分（ｄＲ／Ｒ）をプロットしたグラフである。図中横軸は温度、縦軸は前記差分を示している。この結果からも、急激な周波数変化は確認できず、ディップの発生は見られなかった。等価回路定数を測定した結果、Ｃ１＝３．５９ｆＦ、Ｒ１＝２７Ω、Ｑ＝６１２４４であった。
以上により、メサ型の水晶片において、主面部と周縁部との境界近傍に、励振電極を囲むように全周に亘って凸部を設けることにより、主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーを閉じ込めることができ、ディップの発生が抑えられることが理解される。

１ 水晶片
１０ 水晶振動子
１１、９１ 主面部
１２、９３ 周縁部
１３ 側壁部
９２ 中間部
２１、７１、９４ 第１の励振電極
２２、７２、９５ 第２の励振電極
２３、２４、７３、７４、９４ａ、９５ａ 引出電極
３、３１、６１、６２、６３、６４ 凸部
３２、３３ 凹部
４１、４５、４７ 凸状部分
４２、４４、４８ 凹状部分
４３、４６、４９ 波状領域
５１、９６ 突起

Claims (10)

1. 主面部と、この主面部を囲むと共に主面部よりも厚さが小さい周縁部とを備えたメサ型の水晶片と、
   前記水晶片の一面側の主面部及び他面側の主面部に夫々形成された一対の励振電極と、
   主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーを閉じ込めるために、前記水晶片に設けられた凸部及び凹部の少なくとも一方と、を備え、
   前記凸部及び凹部は、前記一面側の主面部及び他面側の主面部の少なくとも一方における主面部と周縁部との境界近傍に、励振電極を囲むように全周に亘って設けられたことを特徴とする水晶振動子。
2. 前記凸部及び凹部は水晶片をエッチングすることにより形成されることを特徴とする請求項１記載の水晶振動子。
3. 前記凸部及び凹部は主面部における励振電極の外側に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の水晶振動子。
4. 前記凸部及び凹部は主面部の側壁部に形成されることを特徴とする請求項３記載の水晶振動子。
5. 前記凸部及び凹部は周縁部における主面部の側壁部近傍に形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の水晶振動子。
6. 前記凸部及び凹部の少なくとも一方を水晶片に設けることにより、水晶片に凸部分と凹部分とが互い違いに配列された波状領域を形成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の水晶振動子。
7. 主面部と、この主面部を囲むと共に主面部よりも厚さが小さい周縁部とを備えたメサ型の水晶片と、
   前記水晶片の一面側の主面部及び他面側の主面部に夫々形成された一対の励振電極と、
   主振動とは異なる振動を抑えて主面部にエネルギーを閉じ込めるために、前記水晶片の一面側の励振電極及び他面側の励振電極の少なくとも一方の外縁に全周に亘って設けられ、励振電極を構成する電極膜により覆われた凸部と、を備えたことを特徴とする水晶振動子。
8. 前記凸部は、前記電極膜を積層して形成されることを特徴とする請求項７記載の水晶振動子。
9. 前記凸部は、主面部の表面部、主面部の側壁部及び周縁部における主面部の近傍の少なくとも一つに位置することを特徴とする請求項７又は８記載の水晶振動子。
10. 前記凸部を平面的に見たときに、当該凸部の外縁は波状に形成されることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一つに記載の水晶振動子。

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