JP2014147091A - 圧電振動片および圧電振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】多段型メサ構造を有する圧電振動片であって、ＣＩ値の低減を図ることができる圧電振動片を提供する。
【解決手段】本発明に係る圧電振動片は、ＡＴカット水晶基板からなり、Ｙ´軸に平行な方向を厚み方向とする圧電基板１０と、圧電基板１０の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極２０と、を含み、圧電基板２０は、Ｘ軸に平行な辺を長辺とし、Ｚ´軸に平行な辺を短辺とする矩形の励振部１４と、励振部１４より小さい厚みを有し、励振部１４の周辺に形成された周辺部１２と、を有し、励振部１４のＸ軸に平行な方向に延びる側面１４ａ，１４ｂの各々は、１つの平面内にあり、励振部１４のＺ´軸に平行な方向に延びる側面１４ｃ，１４ｄの各々は、段差を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動片および圧電振動子に関する。

ＡＴカット圧電振動片は、温度特性に優れた厚みすべり振動モードを主共振として使用されている。このようなＡＴカット振動片は、機械加工やフォトリソグラフィー法によって加工されている。

特許文献１には、ベベル構造やコンベックス構造と同等のエネルギー閉じ込め効果を発揮する、いわゆるメサ型の厚みすべり振動を行う圧電振動子が開示されている。

近年、振動片のサイズを小型化する傾向が強まり、益々、辺比の小さい振動子の必要性が高まってきている。一般的に、辺比の小さな振動子は 振動子の輪郭に起因するモード（輪郭振動）の影響を受けやすく、その振動との結合により厚みすべりモードを抑制してしまう。

特許文献２には、メサ型のＡＴカット水晶振動子において、メサ部と周辺の薄肉部との境界において、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、境界部の側壁を傾斜または曲面とすることにより、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。

特許文献３には、メサ型のＡＴカット水晶振動子において、メサ部と周辺の薄肉部との境界の側壁部を、垂直（９０°）ではなく、６３°、３５°と傾斜させていくと、主振動である厚みすべり振動と屈曲振動との結合を抑圧することができることが開示されている。

特許文献４には、輪郭振動である屈曲モードの振動をメサ寸法およびメサ電極間を適正な間隔にすることによって、厚みすべりモードと屈曲モードの結合を抑制できることが開示されている。

特許文献５には、メサ型のＡＴカット水晶振動子において、段差部の堀量を適正な値にすることによって、不要モードを抑圧できることが開示されている。

特許文献６には、メサ型のＡＴカット水晶振動子において、圧電基板の短辺の寸法、および振動部における短辺の寸法を適正な値にすることにより、不要モードを抑圧できることが開示されている。

特許文献７には、メサ部を多段とすることにより、主振動のエネルギーをより効率よく閉じ込めることを可能にすることが開示されている。

特許文献８には、断面形状が階段形状である振動子が開示されており、このような階段形状は、振動子部分を保護するレジスト寸法を段階的に変えてエッチングなどの化学的加工やサンドブラストなどの機械的加工を用いれば製造することができることが開示されている。

特許文献９には、厚肉中央部と薄肉周辺部との段差を複数段の階段状に形成することに
より、レジストパターンの形状および電極材料の十分な厚さでの成膜が容易になり、さらに、厚膜中央部がコンベックス形状に近づくので、エネルギー閉じ込め効果を高めることができることが開示されている。

特許文献１０には、多段型メサ構造の振動片において、段差部を導電性接着剤の流れ止めとして活用して、メサ部への接着剤の流入を抑止することが開示されている。

特許文献１１には、多段型メサ構造を有する外形を、フォトリソグラフィーにより水晶基材をエッチングすることによって精密に形成することが開示されている。

特許文献１２には、レーザーを用いてメサを形成する多段メサ型ＡＴカット水晶振動子の製造方法が開示されている。

以上のように、特許文献７〜１２には、強いエネルギー閉じ込め効果により屈曲モードとの結合を抑制する構造として、メサの段数を増やした多段型メサ構造が提案されている。

特開昭５８−４７３１６号公報 実開平０６−５２２３０号公報 特開２００１−２３０６５５号公報 特許第４３４１５８３号公報 特開２００８−２６３３８７号公報 特開２０１０−６２７２３号公報 特開平０２−５７００９号公報 特許第３７３１３４８号公報 特開２００８−２３６４３９号公報 特開２００９−１３０５４３号公報 特開２０１０−１０９５２７号公報 特許第４０７５８９３号公報

しなしながら、長辺の伸びる方向がＸ軸に平行な多段型メサ構造の厚みすべり圧電振動片において、特にＸ辺比の小さな圧電振動片では、厚みすべり振動と輪郭振動等の不要モードとの結合し、ＣＩ（Crystal Impedance）値が増加してしまうことが明らかとなった。

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、多段型メサ構造を有する圧電振動片であって、ＣＩ値の低減を図ることができる圧電振動片を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧電振動片を含む圧電振動子を提供することにある。

本発明に係る圧電振動片は、
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ＡＴカット
水晶基板からなり、前記Ｙ´軸に平行な方向を厚み方向とする圧電基板と、
前記圧電基板の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極と、
を含み、
前記圧電基板は、
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する矩形の励振部と、
前記励振部より小さい厚みを有し、前記励振部の周辺に形成された周辺部と、
を有し、
前記励振部の前記Ｘ軸に平行な方向に延びる側面の各々は、１つの平面内にあり、
前記励振部の前記Ｚ´軸に平行な方向に延びる側面の各々は、段差を有する。

このような圧電振動片によれば、Ｚ´軸に平行な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、ＣＩ値の低減を図ることができる（詳細は後述）。

本発明に係る圧電振動片において、
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、
８≦Ｚ／ｔ≦１１、かつ、０．６≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８の関係を満たしてもよい。

このような圧電振動片によれば、よりＣＩ値の低減を図ることができる。

本発明に係る圧電振動片において、
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、
Ｘ／ｔ≦１７の関係を満たしてもよい。

このような圧電振動片によれば、小型化を図りつつ、ＣＩ値の低減を図ることができる。

本発明に係る圧電振動片において、
前記励振部は、
第１部分と、前記第１部分より小さい厚みを有する第２部分と、を有し、
前記Ｚ´軸方向に延びる側面の前記段差は、前記第１部分および前記第２部分の厚みの差によって形成されていてもよい。

このような圧電振動片によれば、ＣＩ値の低減を図ることができる。

本発明に係る圧電振動片において、
前記励振部は、前記第２部分より小さい厚みを有する第３部分を、さらに有し、
前記Ｚ´軸方向に延びる側面の前記段差は、前記第１部分、前記第２部分、および前記第３部分の厚みの差によって形成されていてもよい。

このような圧電振動片によれば、より強いエネルギー閉じ込め効果を有することができる。

本発明に係る圧電振動子は、
本発明に係る圧電振動片と、
前記圧電振動片が収容されたパッケージと、
を含む。

このような圧電振動子によれば、本発明に係る圧電振動片を有するため、ＣＩ値の低減
を図ることができる。

本実施形態に係る圧電振動片を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る圧電振動片を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る圧電振動片を模式的に示す断面図。 ＡＴカット水晶基板を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る圧電振動片の製造方法を模式的に示す平面図および断面図。 本実施形態に係る圧電振動片の製造方法を模式的に示す平面図および断面図。 本実施形態に係る圧電振動片の製造方法を模式的に示す平面図および断面図。 本実施形態に係る圧電振動片の製造方法を模式的に示す平面図および断面図。 本実施形態に係る圧電振動片の製造方法を模式的に示す平面図および断面図。 本実施形態に係る圧電振動片の製造方法を模式的に示す平面図および断面図。 本実施形態に係る圧電振動片の製造方法を模式的に示す平面図および断面図。 本実施形態の変形例に係る圧電振動片を模式的に示す平面図。 本実施形態の変形例に係る圧電振動片を模式的に示す断面図。 本実施形態の変形例に係る圧電振動片を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る圧電振動子を模式的に示す断面図。 比較例の圧電振動片を模式的に示す平面図および断面図。 ＣＩ値の分布を示すグラフ。 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。

以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の例を説明するものである。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も含む。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。

１． 圧電振動片
まず、本実施形態に係る圧電振動片について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る圧電振動片１００を模式的に示す平面図である。図２および図３は、本実施形態に係る圧電振動片１００を模式的に示す断面図である。なお、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

圧電振動片１００は、図１〜図３に示すように、圧電基板１０と、励振電極２０と、を含む。

圧電基板１０は、ＡＴカット水晶基板からなる。図４は、ＡＴカット水晶基板１０１を模式的に示す斜視図である。

水晶等の圧電材料は、一般的に三方晶系であり、図４に示すような結晶軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を有する。Ｘ軸は電気軸であり、Ｙ軸は機械軸であり、Ｚ軸は光学軸である。ＡＴカッ
ト水晶基板１０１は、ＸＺ平面を、Ｘ軸周りに角度θだけ回転させた平面に沿って、圧電材料（例えば、人工水晶）から切り出された平板である。ここで、θ＝３５°１５′である。なお、Ｙ軸およびＺ軸もＸ軸周りにθ回転させて、それぞれＹ´軸およびＺ´軸とする。したがって、ＡＴカット水晶基板１０１は、結晶軸（Ｘ，Ｙ´，Ｚ´）軸を有する。ＡＴカット水晶基板１０１は、Ｙ´軸に直交するＸＺ´面（Ｘ軸およびＺ´軸を含む面）が主面（励振面）となり、厚み滑り振動を主振動として振動することができる。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。

すなわち、圧電基板１０は、図４に示すように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。

圧電基板１０は、図１に示すように、Ｙ´軸に平行な方向（以下「Ｙ´軸方向」ともいう）を厚み方向として、Ｘ軸に平行な方向（以下「Ｘ軸方向」ともいう）を長辺とし、Ｚ´軸に平行な方向（以下「Ｚ´軸方向」ともいう）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、周辺部１２と、励振部１４と、を有する。

周辺部１２は、図１に示すように、励振部１４の周辺に形成されている。周辺部１２は、励振部１４より小さい厚みを有する。

励振部１４は、図１に示すように周辺部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を有する。すなわち、励振部１４は、図２および図３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´側と−Ｙ´側とに突出している。励振部１４（圧電基板１０）は、例えば、対称の中心となる点（図示せず）を有し、該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。すなわち、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。すなわち、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´側の側面であり、側面１４ｂが−Ｚ´側の側面である。また、側面１４ｃ，１４ｄのうち、側面１４ｃが−Ｘ側の側面であり、側面１４ｄが＋Ｘ側の側面である。

Ｘ軸方向に延びる側面１４ａは、例えば、図２に示すように、周辺部１２に対して、＋Ｙ´側と−Ｙ´側とに形成されている。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２に示すように、１つの平面内にある。すなわち、＋Ｙ´側の側面１４ａは、１つの平面内にあり、−Ｙ´側の側面１４ａは、１つの平面内にある。同様に、＋Ｙ´側の側面１４ｂは、１つの平面内にあり、−Ｙ´側の側面１４ｂは、１つの平面内にある。

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、水晶の結晶異方性の分だけ凹凸を有する場合と、を含む。すなわち、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´面と平行な面となる場合と、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および図２では、ｍ面による凹凸の図示を省略している。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。

Ｚ´軸方向に延びる側面１４ｃ，１４ｄの各々は、図３に示すように、段差を有する。励振部１４は、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および第２部分１６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、によって構成されている。

図１および図３に示すように、例えば、第２部分１６は、第１部分１５をＸ軸方向から挟むように形成されている。そのため、図２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、圧電振動片１００は、２段型のメサ構造を有しているといえる。

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、圧電振動片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１４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、かつ、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制することができ、よりＣＩ値の低減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不要モードとの結合は、一般的に、圧電振動片が小さいほど発生しやすい。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片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不要モードとの結合を抑制できる。
Ｘ／ｔ≦１７ ・・・ （２）

励振電極２０は、励振部１４に形成されている。図２および図３に示す例では、励振電極２０は、励振部１４を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（例えばＸＺ´平面に平行な面）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と接続されている。パッド２４は、例えば、圧電振動片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、およびパッド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。

本実施形態に係る圧電振動片１００は、例えば、以下の特徴を有する。

圧電振動片１００によれば、励振部１４のＸ軸方向に延びる側面１４ａ，１４ｂの各々は、１つの平面内にあり、励振部１４のＺ´軸方向に延びる側面１４ｃ，１４ｄの各々は、段差を有する。これにより、励振部１４のＸ軸方向に延びる側面の各々が１つの平面内
にない圧電振動片（後述の図１６参照）に比べて、ＣＩ値の低減を図ることができる（詳細は後述）。

圧電振動片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、および励振部１４の厚みｔを式（１）の関係とすることにより、よりＣＩ値の低減を図ることができる。

圧電振動片１００によれば、上述のとおり、Ｘ辺比（Ｘ／ｔ）を式（２）の関係とすることにより、小型化を図りつつ、ＣＩ値の低減を図ることができる。

２． 圧電振動片の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電振動片の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５〜図１１は、本実施形態に係る圧電振動片１００の製造工程を模式的に示す図である。なお、図５〜図１１において、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

図５に示すように、ＡＴカット水晶振動板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、クロムおよび金をこの順で積層した後、該クロムおよ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、フォトリソグラフー技術およ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、ポジ型のフォトレジスト膜を塗布した後、該フォトレジスト膜を露光および現像して、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。

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。すなわち、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。

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、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。

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の外形が形成される。

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、真空または減圧雰囲気下で放電により作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。

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、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。

以上の工程により、周辺部１２および励振部１４を有する圧電基板１０を形成することができる。

図１〜図３に示すように、レジスト膜４０および耐蝕膜３０を除去した後、圧電基板１０に、励振電極２０、引出電極２２、およびパッド２４を形成する。励振電極２０、引出電極２２、およびパッド２４は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などにより、クロムおよび金をこの順で積層した後、該クロムおよび金をパターニングすることによって形成される。

以上の工程により、本実施形態に係る圧電振動片１００を製造することができる。

圧電振動片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４２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レジスト膜と第２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。圧電振動片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。

３． 圧電振動片の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る圧電振動片について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態の変形例に係る圧電振動片２００を模式的に示す平面図である。図１３および図１４は、本実施形態の変形例に係る圧電振動片２００を模式的に示す断面図である。なお、図１３は、図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図であり、図１４は、図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。以下、本実施形態の変形例に係る圧電振動片２００において、本実施形態に係る圧電振動片１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

圧電振動片１００の例では、図１〜図３に示すように、厚みの異なる第１部分１５および第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、圧電振動片２００では、図１２〜図１４に示すように、３段型のメサ構造を有する。すなわち、圧電振動片２００の励振部１４は、第１部分１５および第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および図１４に示す例では、第３部分１７は、第１部分１５および第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１４に示すように、第１部分１５、第２部分１６、および第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。

圧電振動片２００は、圧電振動片１００の製造方法を適用して製造することができる。すなわち、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およびＡＴカット水晶基板１０１をエッチングする。次に、例えば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および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段型のメサ構造を有する圧電振動片２００を製造することができる。

圧電振動片２００によれば、２段型のメサ構造を有する圧電振動片１００に比べて、より強いエネルギー閉じ込め効果を有することができる。

なお、上述の例では、３段型のメサ構造を有する圧電振動片２００について説明したが、本願に係る発明では、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。

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１５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。

圧電振動子３００は、図１５に示すように、本発明に係る圧電振動片（図示の例では圧電振動片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内に圧電振動片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、ガラスが挙げられる。キャビティー５２は、圧電振動片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に設置されることができる。

圧電振動片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、圧電振動片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。

なお、図示はしないが、パッケージ５０には、圧電振動片１００を制御するため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てもよい。

圧電振動子３００によれば、本発明に係る圧電振動片を有するので、ＣＩ値の低減を図ることができる。

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． 圧電振動片の構成
実施例１として、図１〜図３に示す２段型のメサ構造を有する圧電振動片１００を用いた。実施例１では、フッ酸を含む溶液によるウェットエッチングによりＡＴカット水晶板を加工し、周辺部１２および励振部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（すなわち、Ｘ辺比Ｘ／ｔを１７）とし、圧電基板１０の短辺の寸法Ｚを０．６２９ｍｍ（すなわち、Ｚ辺比Ｚ／ｔを９．７）とし、励振部１２の短辺の寸法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。

比較例としては、図１６に示す圧電振動片１０００を用いた。なお、図１６において、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

比較例１では、励振部１０１４を、図１６（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と同様の形状に形成した。なお、図１６に示した、周辺部１０１２、励振電極１０２０、引出電極１０２２、およびパッド１０２４は、それぞれ、図１〜図３に示した、周辺部１２、励振電極２０、引出電極２２、およびパッド２４に対応している。

５．２． ＣＩ値の分布測定結果
上述の実施例１および比較例１を、それぞれ２００個ずつ形成し、これらをパッケージに収容してＣＩ値（室温）を測定した。図１７は、測定個数に対するＣＩ値を示したグラフであり、図１７（ａ）は実施例１の測定結果であり、図１７（ｂ）は比較例１の測定結果である。すなわち、図１７は、実施例１および比較例１におけるＣＩ値の分布を示している。

図１７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値が低いことがわかった。さらに、実施例１は、比較例１に比べて、ＣＩ値のばらつきが小さいことがわかった。すなわち、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。

５．３． Ｍｚ／Ｚに対するＣＩ値評価
実施例１の圧電振動片において、励振部１４の厚みｔを０．０６５ｍｍ、および励振部１４の短辺の寸法Ｍｚ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、圧電振動片をパッケージに収容して行った。図１８は、Ｍｚ／ＺとＣＩ値との関係を示したグラフである。

図１８より、Ｍｚ／Ｚが０．６以上０．８以下の範囲では、ＣＩ値は６０Ω程度と低いことがわかった。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、かつ、Ｍｚ／Ｚの範囲を０．６≦Ｍ１ｚ／Ｚ≦０．８とすることにより（すなわち、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わかった。これは、式（１）を満たすようにＺ／ｔおよびＭｚ／Ｚを設計することにより、いっそう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（すなわちＭｚ／Ｚ＝０．６）圧
電振動片、およびＭｚを０．４８ｍｍとしＺを０．６ｍｍとした（すなわちＭｚ／Ｚ＝０．８）圧電振動片についてもＣＩ値を測定したところ、ともに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。

以上の実験例は、図１〜図３に示した２段型のメサ構造を有する圧電振動片について行ったが、本実験結果は、例えば図１２〜１４に示したような多段型のメサ構造を有する圧電振動片にも適用することができる。

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、方法および結果が同一の構成、あるいは目的およ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作用効果を奏する構成また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。

１０ 圧電基板、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、
５２ キャビティー、６０ 導電性接着剤、１００ 圧電振動片、
１０１ ＡＴカット水晶基板、２００ 圧電振動片、３００ 圧電振動子

Claims (6)

1. 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ＡＴカット水晶基板からなり、前記Ｙ´軸に平行な方向を厚み方向とする圧電基板と、
   前記圧電基板の両主面の振動領域に表裏で対向するように配置された励振電極と、
   を含み、
   前記圧電基板は、
   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する矩形の励振部と、
   前記励振部より小さい厚みを有し、前記励振部の周辺に形成された周辺部と、
   を有し、
   前記励振部の前記Ｘ軸に平行な方向に延びる側面の各々は、１つの平面内にあり、
   前記励振部の前記Ｚ´軸に平行な方向に延びる側面の各々は、段差を有する、圧電振動片。
2. 請求項１において、
   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、
   ８≦Ｚ／ｔ≦１１、かつ、０．６≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８の関係を満たす、圧電振動片。
3. 請求項２において、
   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、
   Ｘ／ｔ≦１７の関係を満たす、圧電振動片。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記励振部は、
   第１部分と、前記第１部分より小さい厚みを有する第２部分と、を有し、
   前記Ｚ´軸方向に延びる側面の前記段差は、前記第１部分および前記第２部分の厚みの差によって形成されている、圧電振動片。
5. 請求項４において、
   前記励振部は、前記第２部分より小さい厚みを有する第３部分を、さらに有し、
   前記Ｚ´軸方向に延びる側面の前記段差は、前記第１部分、前記第２部分、および前記第３部分の厚みの差によって形成されている、圧電振動片。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の圧電振動片と、
   前記圧電振動片が収容されたパッケージと、
   を含む、圧電振動子。