JP2014168128A

JP2014168128A - 水晶振動素子

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Publication number: JP2014168128A
Application number: JP2013038828A
Authority: JP
Inventors: Kohei Sasaoka; 康平笹岡; Koichi Iwata; 浩一岩田
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-09-11
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: JP6084068B2

Abstract

【課題】安定した低いＣＩ値を実現する。
【解決手段】平板状の水晶片と、この水晶片の両主面に設けられる励振電極と、この水晶片の一方の端部に設けられ、励振電極と接続する引き回しパターンとを備え、水晶片の主面に楕円形状の凸部が設けられ、励振電極が凸部全体を跨ぐように水晶片上に設けられて凸部の短径側の一部が露出し、かつ、水晶片の短辺側を向く辺が曲線状に形成されて、長辺側を向く辺が直線状に形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、水晶デバイスに用いられる水晶振動素子に関する。

従来より、水晶デバイスには水晶片に金属膜からなる励振電極を設けて構成された水晶振動素子が用いられている。
この水晶片は、例えば、ＡＴカットの水晶ウェハを従来周知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いることで形成することができる。
このような水晶振動素子は、四角形に形成され主面に凸部が形成された水晶片と、この水晶片の両主面中央に設けられる楕円形状の励振電極と、この励振電極と接続され水晶片の一方の端部に設けられる引き回しパターンとから構成されている。
ここで、水晶片の主面には四角形状の凸部が設けられており、この凸部の平面中心が水晶片の平面中心に合わせて設けられている。
また、励振電極は、水晶片に設けられた凸部の平面内に設けられており、平面中心を凸部の平面中心と一致させた位置に設けられている（例えば、特許文献１参照）。
なお、凸部と励振電極とが楕円形状となる水晶振動素子も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００９−１３５８３０号公報特開２０１２‐７４８６０号公報

水晶振動素子は、励振電極で振動エネルギーを最大にして、水晶片の縁付近で振動エネルギーを閉じ込めるのが理想状態となる。
しかしながら、水晶片に楕円形状の凸部を形成した上に励振電極を形成した場合、温度変化によるＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）の変動が発生しやすくなっていた。この変動は、ＣＩディップと呼ばれ、周波数温度特性をグラフ化した場合に、所定の温度範囲においてＣＩ値変動が大きく現れた状態となる。

そこで、本発明は、安定した低いＣＩ値を実現する水晶振動素子を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、水晶振動素子であって、平板状の水晶片と、この水晶片の両主面に設けられる励振電極と、この水晶片の一方の端部に設けられ、前記励振電極と接続する引き回しパターンとを備え、前記水晶片の主面に楕円形状の凸部が設けられ、前記励振電極が前記凸部を跨ぐように前記水晶片上に設けられて前記凸部の短径側の一部が露出し、かつ、水晶片の短辺側を向く辺が曲線状に形成されて、長辺側を向く辺が直線状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記凸部上に跨いで設けられる前記励振電極が、前記楕円形状の短径側を直線に形成した形状で構成されることを特徴とする。

また、本発明は、前記励振電極が、前記楕円形状の短径側を直線に形成した形状で構成され、
前記楕円形状の前記凸部と前記励振電極の直線状の辺とが交差する一方の交点と楕円形状の前記凸部の平面中心とを結ぶ第一の直線と、前記楕円形状の前記凸部と前記励振電極の直線状の辺とが交差する他方の交点と楕円形状の前記凸部の平面中心とを結ぶ第二直線とがなす角度θが、７２°≦θ≦８０°となるように前記励振電極が設けられていることを特徴とする。

このような水晶振動素子では、水晶片の両主面に設けられる楕円形状の凸部上に水晶片の短辺側を向く辺が曲線状に形成されて、長辺側を向く辺が直線状に形成されている励振電極が跨いで形成されているので、温度変化によるＣＩ値（クリスタルインピーダンス値）の変動が発生せず、安定したＣＩ値温度特性を得ることができた。

本発明の実施形態に係る水晶振動素子の一例を示す模式図である。（ａ）は角度θ＝０°のときのＣＩ値温度特性を示すグラフであり、（ｂ）は角度θ＝３７°のときのＣＩ値温度特性を示すグラフであり、（ｃ）は角度θ＝７２°のときのＣＩ値温度特性を示すグラフであり、（ｄ）は角度θ＝８０°のときのＣＩ値温度特性を示すグラフであり、（ｅ）は角度θ＝９９°のときのＣＩ値温度特性を示すグラフである。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各構成要素について、状態をわかりやすくするために、誇張して図示している。また、水晶片の主面という場合、水晶片に現れる平面のうち最も広い面とこの広い面と並行する面を主面とする。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る水晶振動素子１０は、四角形状で凸部が設けられた水晶片１とこの水晶片１の両主面に設けられる励振電極２と、この励振電極２と接続し水晶片１の一方の端部へ引き回されている引き回しパターン３とから構成されている。
この本発明の実施形態に係る水晶振動素子１０は、水晶片１の長辺の中心を通る中心線ＣＬ１と水晶片１の短辺の中心を通る中心線ＣＬ２との交点が水晶片１の平面中心Ｃ１であり、凸部の平面中心Ｃ２と水晶片の平面中心Ｃ１とが一致させて形成され、励振電極２の平面中心Ｃ３が水晶片１の引き回しパターンが設けられない短辺側にずらして形成されている。

水晶片１は、例えばＡＴカットの水晶ウェハから四角形状でかつ平板状に形成されている。
なお、この水晶片１は、長辺がＸ軸と平行であり、短辺がＺ´軸と平行であり、厚みがＹ´軸方向と平行に形成されている。
また、この水晶片１の主面には、凸部１ａが設けられている。この凸部１ａの平面中心Ｃ２は、平面視における水晶片１の投影面の中心Ｃ１と一致させた状態で位置させている。

また、凸部１ａは、楕円形状に形成されており、楕円の長径を水晶片１０の長辺と平行となり、楕円の短径を水晶片１０の短辺と平行となるように設けられる。
この水晶片１は、従来周知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いて形成することができる。なお、水晶片１は、側面に水晶の結晶面が形成されていても良い。
なお、水晶片１は、引き回しパターン３が設けられる端部をＸ軸の＋Ｘ方向とし、反対側の端部を−Ｘ方向としている。

図１に示すように、励振電極２は、前記凸部１ａの短径側の一部が露出されつつ凸部１ａを跨ぐように水晶片１上に設けられている。この励振電極２は、水晶片１の短辺側を向く辺が曲線状に形成されて、水晶片１の長辺側を向く辺が直線状に形成されている。
前記凸部１ａ上に跨いで設けられるこの励振電極２は、楕円形状を基に成形して形成しても良く、楕円形状のうち短径側を直線に形成した形状で構成しても良い。

このとき、励振電極２は、楕円形状の短径側を直線に形成した形状で構成され、楕円形状の凸部１ａと励振電極２の直線状の辺とが交差する一方の交点と楕円形状の凸部１ａの平面中心Ｃ２とを結ぶ第一の直線と、楕円形状の凸部１ａと励振電極２の直線状の辺とが交差する他方の交点と楕円形状の凸部１ａの平面中心Ｃ２とを結ぶ第二直線とがなす角度θが、７２°≦θ≦８０°となるように設けられている。

これら２つの直線がなす角度θが小さくなると、励振電極２は凸部１ａの露出部分を小さくさせることとなる。このとき、角度θが７２°よりも小さくなると、振動させる領域が水晶片１の縁側に近づいてしまい、不要な振動を発生させてＣＩディップが発生すると考えられる。
また、これら２つの直線がなす角度θが大きくなると、励振電極２は凸部１ａの露出部分を大きくさせることとなる。このとき、角度θが８０°よりも大きくなると励振電極２が細くなり、所定の周波数で振動させることができなくなる。

よって、これら２つの直線がなす角度θが７２°≦θ≦８０°となることで低いＣＩ値でＣＩディップの発生を抑えた安定したＣＩ値温度特性を得ることができる。
また、励振電極２は、水晶片１の両主面に設けられ、それぞれ対向するように設けられている。

引き回しパターン３は、水晶片１の一方の端部に設けられ、励振電極２と接続している。この引き回しパターン３は、水晶片１の主面の縁に沿って設けられている。

例えば、引き回しパターン３は、２つ一対の接続パッド３ａと引き回し配線３ｂとから構成されている。接続パッド３ａは、水晶片１の両主面の角部に並んで設けられており、１つの接続パッド３ａが一方の主面に設けられた励振電極２と引き回し配線３ｂを介して接続し、他の接続パッド３ａが他方の主面に設けられた励振電極２と引き回し配線３ｂを介して接続している。
また、引き回し配線３ｂは、水晶片１の主面の縁に沿って直線で形成されており、励振電極２から接続パッド３ａまで設けられている。

ここで、楕円形状の凸部１ａと励振電極２の直線状の辺とが交差する一方の交点と楕円形状の凸部１ａの平面中心Ｃ２とを結ぶ第一の直線と、楕円形状の凸部１ａと励振電極２の直線状の辺とが交差する他方の交点と楕円形状の凸部１ａの平面中心Ｃ２とを結ぶ第二直線とがなす角度θを「２直線のなす角度」という。

このとき、実施例１は２直線のなす角度θが７２°であり、実施例２は２直線のなす角度θが８０°であり、比較例１は２直線のなす角度θが０°であり、比較例２は２直線のなす角度θが３７°であり、比較例３は２直線のなす角度θが９９°である。

実施例１は、２直線のなす角度θが７２°であり、図２（ｃ）に示すように、ＣＩ値を縦軸とし温度を横軸としたとき、−４０℃〜１００℃の間において、５０Ω〜６０Ωの間で変動してはいるが、ＣＩ値の急な変動は起きておらず、安定したＣＩ値温度特性となった。

実施例２は、２直線のなす角度θが８０°であり、図２（ｄ）に示すように、ＣＩ値を縦軸とし温度を横軸としたとき、−４０℃〜１００℃の間において、４０Ω前後で変動してはいるが、ＣＩ値の急な変動は起きておらず、安定したＣＩ値温度特性となった。

比較例１は２直線のなす角度θが０°であり、図２（ａ）に示すように、ＣＩ値を縦軸とし温度を横軸としたとき、−４０℃〜１００℃の間において４０Ω前後で変動しており、温度が−２０〜−１０℃の間でＣＩ値の急な変動が起きているのが確認できる。

比較例２は２直線のなす角度θが３７°であり、図２（ｂ）に示すように、ＣＩ値を縦軸とし温度を横軸としたとき、−４０℃〜１００℃の間において３０Ω〜４０Ωの間で変動しており、温度が−３０〜−２０℃の間でＣＩ値の急な変動が起きているのが確認できる。

比較例３は２直線のなす角度θが９９°であり、図２（ｅ）に示すように、ＣＩ値を縦軸とし温度を横軸としたとき、−４０℃〜１００℃の間において３０Ω〜８０Ωの間で変動しており、温度が−３０〜１００℃の間でＣＩ値の急な変動が起きているのが確認できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。

１０水晶振動素子
１水晶片
１ａ凸部
２励振電極
３引き回しパターン
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３平面中心

Claims

平板状の水晶片と、
この水晶片の両主面に設けられる励振電極と、
この水晶片の一方の端部に設けられ、前記励振電極と接続する引き回しパターンとを備え、
前記水晶片の主面に楕円形状の凸部が設けられ、
前記励振電極が前記凸部を跨ぐように前記水晶片上に設けられて前記凸部の短径側の一部が露出し、かつ、水晶片の短辺側を向く辺が曲線状に形成されて、長辺側を向く辺が直線状に形成されていることを特徴とする水晶振動素子。
前記凸部上に跨いで設けられる前記励振電極が、前記楕円形状の短径側を直線に形成した形状で構成されることを特徴とする請求項１に記載の水晶振動素子。
前記励振電極が、前記楕円形状の短径側を直線に形成した形状で構成され、
前記楕円形状の前記凸部と前記励振電極の直線状の辺とが交差する一方の交点と楕円形状の前記凸部の平面中心とを結ぶ第一の直線と、
前記楕円形状の前記凸部と前記励振電極の直線状の辺とが交差する他方の交点と楕円形状の前記凸部の平面中心とを結ぶ第二直線とがなす角度θが、
７２°≦θ≦８０°
となるように前記励振電極が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の水晶振動素子。