JP2018164194A - 水晶素子および水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】副次的な振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減させ、電気的特性を向上させることができる水晶素子および水晶デバイスを提供する。【解決手段】水晶素子１２０は、略直方体形状の振動部１２１ａ、および、振動部１２１ａの外縁に沿って設けられ上下方向の厚みが振動部１２１ａの上下方向の厚みより薄い周辺部１２１ａからなる水晶片１２１と、振動部１２１ａに設けられている励振電極部１２３、および、励振電極部１２３から水晶片１２１の一方の短辺の縁部まで延設されている接続配線部１２４からなる金属パターン１２２と、を備えている水晶素子１２０であって、平面視して、水晶片１２１の短辺の長さと水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺の長さとが同じとなっており、水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さが、水晶片１２１の長辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さよりも長くなっている。【選択図】図４

Description

本発明は、水晶素子およびこの水晶素子を有する水晶デバイスに関する。水晶デバイスは、例えば、水晶振動子または水晶発振器である。

水晶素子は、例えば、平面視して、略矩形形状の水晶片と、水晶片に設けられている金蔵パターンと、から構成されている。水晶片は、例えば、平面視して略矩形となっており、略直方体形状の振動部と、振動部の外縁に沿って設けられ振動部よりも上下方向の厚みが薄い周辺部と、からなる。金属パターンは、振動部の両主面に設けられている励振電極部と、励振電極部から水晶片の一方の短辺の縁部に向かって延設されている接続配線部と、からなる。このような励振電極部は、水晶素子を平面視して、水晶片の長辺に平行な励振電極部の長さが、水晶片の短辺に平行な励振電極部の長さより長くなっている（例えば、特許文献１）。

特開２０１４―０３１１４号公報

金属パターンに交番電圧を印加したとき、主振動である厚みすべり振動が生じると同時に、副次的な振動、具体的には、屈曲振動および輪郭すべり振動も生じている。水晶素子が小型化、例えば、水晶片の長辺の長さが９２０μｍ以下のような場合には、副次的な振動が主振動である厚みすべり振動と結合しやすくなり、電気的特性が低下する虞がある。

本発明では、副次的な振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減させ、電気的特性を向上させることができる水晶素子および水晶デバイスを提供することを目的とする。

本発明における水晶素子は、平面視して略矩形となっており、略直方体形状の振動部、および、振動部の外縁に沿って設けられ上下方向の厚みが振動部の上下方向の厚みより薄い周辺部からなる水晶片と、振動部の両主面に設けられている励振電極部、および、励振電極部から水晶片の一方の短辺の縁部まで延設されている接続配線部からなる金属パターンと、を備えている水晶素子であって、平面視して、水晶片の短辺の長さと水晶片の短辺に平行な振動部の辺の長さとが同じとなっており、水晶片の短辺に平行な励振電極部の辺の長さが、水晶片の長辺に平行な励振電極部長さよりも長くなっていることを特徴とする。

本発明における水晶素子は、平面視して略矩形となっており、略直方体形状の振動部、および、振動部の外縁に沿って設けられ上下方向の厚みが振動部の上下方向の厚みより薄い周辺部からなる水晶片と、振動部の両主面に設けられている励振電極部、および、励振電極部から水晶片の一方の短辺の縁部まで延設されている接続配線部からなる金属パターンと、を備えている水晶素子であって、平面視して、水晶片の短辺の長さと水晶片の短辺に平行な振動部の辺の長さとが同じとなっており、水晶片の短辺に平行な励振電極部の辺の長さが、水晶片の長辺に平行な励振電極部長さよりも長くなっている。このようにすることで、副次的な振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減させることができ、電気的特性を向上させることができる。

本実施形態に係る水晶デバイスの斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面における断面図である。 本実施形態に係る水晶素子の斜視図である。 本実施形態に係る水晶素子の上面の平面図である。 本実施形態に係る水晶素子の下面を上面側から平面透視した平面図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図面は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。便宜上、層状の部分の表面（すなわち断面でない面）にハッチングを付すことがある。

本開示の水晶デバイスおよび水晶素子は、いずれも上方または下方とされてよいものであるが、以下では、便宜上、図１および図２の紙面上方を上方とし、上面または下面等の用語を用いることがある。また、単に平面視または平面透視という場合において、特に断りがない限りは、上記のように便宜的に定義した上下方向においてみることとする。

図１および図２は、本実施形態に係る水晶デバイスに関する図である。図１は、本実施形態に係る水晶デバイスの斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面における断面図である。図３〜図５は、本実施形態に係る水晶素子に関する図である。図３は、本実施形態に係る水晶素子の斜視図である。図４は、本実施形態に係る水晶素子の上面の平面図であり、図５は、本実施形態に係る水晶素子の下面を上面側から平面透視した平面図である。

（水晶デバイスの概略）
水晶デバイスは、全体として、略直方体形状となっている電子部品である。水晶デバイスは、例えば、長辺または短辺の長さが０．６ｍｍ〜２．０ｍｍであり、上下方向の厚さが０．２ｍｍ〜１．５ｍｍとなっている。

水晶デバイスは、例えば、凹部が形成されている基体１１０と、凹部に収容された水晶素子１２０と、凹部を塞ぐ蓋体１３０と、基体１１０に水晶素子１２０を実装するためのバンプ（本実施形態では導電性接着剤１４０）と、からなる。

水晶素子１２０は、発振信号が生成される振動を生じる部分である。基体１１０および蓋体１３０は、水晶素子１２０を収容する空間を有している。基体１１０の凹部は、蓋体１３０により封止され、その内部は、例えば、真空とされ、または、適当なガス（例えば、窒素）が封入されている。

基体１１０は、例えば、基体１１０の主体となる基板部１１０ａと、水晶素子１２０を実装するため一対の搭載パッド１１１と、水晶デバイスを不図示の回路基板等に実装するための複数の外部端子１１２と、を有している。

基体１１０は、主体となる基板部１１０ａと、基板部１１０ａの上面の縁部に沿って設けられている枠状の枠部１１０ｂと、から構成されており、凹部が形成されている。搭載パッド１１１は、金属等からなる導電層により構成されており、凹部の底面に位置している搭載パッド１１１と基板部１１０ａの下面に設けられている外部端子１１２とは、基板部１１０ａ内に配置された導体（図示せず）によって互いに電気的に接続されている。蓋体１３０は、例えば、金属から構成され、基体１１０の上面にシーム溶接等により接合されている。

水晶素子１２０は、例えば、水晶片１２１と、水晶片１２１に交番電圧を印加するための金属パターン１２２と、を有している。金属パターン１２２は、水晶片１２１の量旬面の中央付近に設けられている一対の励振電極部１２３、および、励振電極部１２３から水晶片１２１の縁部まで延設されている接続配線部１２４からなる。

水晶素子１２０は、概略板状であり、その主面が、基体１１０の凹部の底面、具体的には、基板部１１０ａの上面に対向するように、凹部内に収容される。そして、一対の接続配線部１２４の一部、具体的には、接続部１２４ａが、一対のバンプ（本実施形態では導電性接着剤１４０）により、一対の搭載パッド１１１に電気的に接続される。これにより、水晶素子１２０は、基体１１０の基板部１１０ａに片持ち梁のように支持される。また、一対の励振電極部１２３は、一対の接続配線部１２４、バンプ（本実施形態では導電性接着剤１４０）を介して搭載パッド１１１と電気的に接続され、ひいては、複数の外部端子１１２のいずれか二つと電気的に接続される。
バンプは、例えば、導電性接着剤１４０である。導電性接着剤１４０は、例えば、導電性フィラーが熱硬化性樹脂に混ぜ込まれて構成されている。

このようにして構成された水晶デバイスは、例えば、不図示の回路基板の実装面に基体１１０の下面を対向させて配置され、外部端子１１２が半田などにより回路基板のパッド（図示せず）に接合されることによって回路基板に実装される。回路基板には、例えば、発振回路が構成されている。発振回路は、外部端子１１２および搭載パッド１１１を介して、一対の励振電極部１２３に交番電圧を印加し、発振信号を生成する。この際、発振回路は、例えば、水晶片１２１の厚みすべり振動のうち基本波振動を利用する。オーバートーン振動が利用されてもよい。

（水晶素子の概略構成）
図３は、本実施形態に係る水晶素子の斜視図である。図４は、本実施形態に係る水晶素子の上面の平面図であり、図５は、本実施形態に係る水晶素子の下面を上面側から平面透視した平面図である。

本実施形態では、水晶素子１２０を基体１１０に実装した場合、基体１１０の基板部１１０ａの上面と略平行となっている面を、主面とする。また、水晶素子１２０から基板部１１０ａへ向かう向きを下方向とし、基板部１１０ａから水晶素子１２０へ向かう向きを上方向とする。

また、基板部１１０ａ側を向く水晶素子１２０の主面を水晶素子１２０の下面とし、水晶素子１２０の下面と反対側を向く水晶素子１２０の主面を水晶素子１２０の上面とする。

また、振動部１２１ａの面のうち基板部１１０ａの上面と平行となっている振動部１２１ａの面を振動部１２１ａの主面とする。そして、基板部１１０ａ側を向く振動部１２１ａの主面を振動部１２１ａの下面とする。また、振動部１２１ａの下面と反対側を向く振動部１２１ａの主面を振動部１２１ａの上面とする。

また、周辺部１２１ｂの面のうち基板部１１０ａの面と略平行となっている面を周辺部１２１ｂの主面とする。具体的には、周辺部１２１ｂの平板部となる部分が周辺部１２１ｂの主面に該当している。基板部１１０ａの上面側を向く周辺部１２１ｂの主面を周辺部１２１ｂの下面とし、周辺部１２１ｂの下面と反対側を向く周辺部１２１ｂの主面を周辺部１２１ｂの上面とする。

また、本実施形態においては、水晶素子１２０の下面と水晶片１２１の下面とを同一の意味で用いており、同様に、水晶素子１２０の上面と水晶片１２１の上面とを同一の意味で用いている。

水晶素子１２０は、水晶片１２１と金属パターン１２２とから構成されている。

水晶片１２１は、いわゆるＡＴカット板である。すなわち、水晶において、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光軸）からなる直交座標系ＸＹＺ系を、Ｘ軸回りに３０°以上５０°以下（一例として、３５°１５′）回転させて、直交座標系ＸＹ´Ｚ´系を定義したとき、水晶片１２１の主面は、ＸＺ´平面と平行となっている。

水晶片１２１は、略直方体形状の振動部１２１ａと、振動部１２１ａの縁部に沿って設けられ振動部１２１ａより上下方向の厚みが薄い周辺部１２１ｂと、から構成されている。

振動部１２１ａは、例えば、ＸＺ´平面に平行な一対の主面を有する略薄型直方体であり、その主面は、Ｘ軸に平行な長辺およびＺ´軸に平行な短辺を有する矩形である。この振動部１２１ａの主面には、金属パターン１２２の一部、具体的には、励振電極部１２３が設けられている。金属パターン１２２に交番電圧を印加すると、励振電極部１２３に挟まれている振動部１２１ａの一部が、逆圧電効果および圧電効果により振動する。このとき、水晶片１２１では、主振動である厚みすべり振動および副次的な振動が生じる。

周辺部１２１ｂは、図示しないが、平板部と中間部とからなる。平板部は、周辺部１２１ｂにおいて、振動部１２１ａの主面と略平行となっている面を有している部分である。そして、当該平板部の上下方向の厚みは、振動部１２１ａの上下方向の厚みと比較して薄くなっている。

中間部は、図示していないが、水晶片１２１を平面視したとき、振動部１２１ａと平板部との間に位置している。そして、当該中間部の上下方向の厚みは、振動部１２１ａから平板部にかけて徐々に薄くなっている。従って、本実施形態では、特に図示しないが、水晶片１２１を、Ｘ軸およびＹ´軸に平行な面で断面視したとき、振動部１２１ａと平板部との間に位置している斜面を含んでいる部分が、この周辺部１２１ｂの中間部に相当することとなる。

従って、水晶片１２１は、メサ型の形状となっている。このように水晶片１２１をメサ型の形状にすることで、平板状の水晶片を用いた場合と比較して、エネルギー閉じ込めを向上させることができ、主振動である厚みすべり振動が励振電極部１２３に挟まれている部分から漏れ伝搬する量を低減させることが可能となり、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させつつ電気的特性を向上させることができる。

また、このようにメサ型の水晶片１２１を用いることによって、平板状の水晶片を用いた場合と比較して、副次的な振動の一つである輪郭すべり振動を抑制させることができ、副次的な振動と主振動である厚みすべり振動とが結合することによる電気的特性の低下を、抑制することができる。つまり、このような形状にすることで、電気的特性を向上させることが可能となる。

水晶片１２１は、平面視して、略矩形となっており、その主面は、例えば、Ｘ軸に平行な長辺およびＺ´軸に平行な短辺を有する矩形となっている。このような水晶片１２１は、Ｘ軸方向を長手方向とし、Ｙ´軸方向を上下厚み方向とする。

ここで、水晶片１２１の外形がエッチングによって形成される場合、エッチングに対する水晶の異方性等によって比較的大きな誤差（系統誤差のようなもの）が生じる。当該誤差は、意図的に利用されていることもある。本開示の説明においては、このような誤差の存在は、無視するものとする。例えば、実際の水晶片１２１においては、側面が主面に直交せず傾斜していたり、側面が平面にならず外側に膨らむ形状となっていたりすることがあるが、そのような傾斜および／または膨らみの図示および説明は省略する。第三者の製品が本開示の技術に係るか否かを判断する場合においても、そのような誤差は無視されてよい。
なお、偶然誤差のようなものが無視されてよいことはもちろんである。周辺部１２１ｂにおける中間部および平板部を特に区別し図示しないのもこのためである。

また、本実施形態では、図４および図５に示したように、水晶片１２１の平面視における形状が矩形となっている。当該矩形は、長方形（本開示では正方形を含むものとする。正方形の場合には、所定の一辺を長辺とし、所定の一辺に接続している所定の他の一辺を短辺とする。励振電極部１２３においては、正方形は含まないものとする。）であり、一対の長辺と、一対の長辺の両端を結ぶ短辺とを有している。なお、本開示においては、矩形または長方形は、角部が面取りされた形状を含むものとする（励振電極部１２３についても同様）。水晶片１２１では、例えば、主面は、ＸＺ´平面に略平行な面であり、長辺はＸ軸に平行な辺であり、短辺はＺ´軸に平行な辺であり。

水晶片１２１における振動部１２１ａの上下方向の厚みは、厚みすべり振動について所望の固有振動数（本実施形態では、振動周波数と説明する場合もある。）に基づいて設定される。例えば、厚みすべり振動の基本波振動を用いる場合において、固有振動数をＦ（ＭＨｚ）とすると、この固有振動数Ｆに対応する振動部１２１ａの上下方向の厚みｔ（μｍ）を求める基本式は、ｔ＝１６７０／Ｆである。なお、実際には、水晶片１２１における振動部１２１ａの上下方向の厚みは、励振電極部１２３の重さ等も考慮して、基本式の値から微調整された値となる。

また、このような水晶片１２１は、接続配線部１２４の接続部１２４ａが並んで設けられている水晶片１２１の所定の一辺を含む側面を平面視（断面視）したとき、水晶片１２１の所定の一辺を含む側面に、凹部１２５が形成されている。

水晶片１２１の所定の一辺を含む側面に形成されている凹部１２５は、例えば、第一凹部１２５ａ、第二凹部１２５ｂおよび第三凹部１２５ｃからなる。第一凹部１２５ａは、水晶片１２１の所定の一辺の一端側であって水晶片１２１の下面に連なるように形成されている。第二凹部１２５ｂは、水晶片１２１の所定の一辺の他端側であって水晶片１２１の下面に連なるように形成されている。第三凹部１２５ｃは、例えば、水晶片１２１の所定の一辺の中点を通過しつつ水晶片１２１の上面および水晶片１２１の下面に連なるように形成されている。

このように、接続配線部１２４の接続部１２４ａが並んで設けられている水晶片１２１の所定の一辺を含む側面に凹部１２５を形成することで、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、接続部１２４ａがバンプ（本実施形態では導電性接着剤１４０）により接合（接着）されることとなるので、第一凹部１２５ａおよび第二凹部１２５ｂが形成されている水晶片１２１の所定の一辺の両端部が接合（接着）されることとなる。別の観点では、凹部１２５が形成されている側面の両端部をバンプ（本実施形態では導電性接着剤１４０）により固定することができるといえる。
このため、接続部１２４ａが設けられていない水晶片１２１の所定の他の一辺を含む側面に凹部を形成する場合と比較して、副次的な振動の一つである屈曲振動の発生をより抑制させることが可能となる。この結果、副次的な振動の一つである屈曲振動が、主振動である厚みすべり振動に与える影響を低減でき、電気的特性を向上させることができる。

水晶片１２１の各種寸法の一例は、例えば、長辺の長さが５５０μｍ〜９２０μｍ、短辺の長さが３５０μｍ〜７５０μｍ、上下方向の厚みが２０μｍ〜７０μｍとなっている。

このような水晶片１２１に設けられている金属パターン１２２は、水晶素子１２０の外部から交番電圧を印加するためのものである。金属パターン１２２は、一層となっていてもよいし、複数の金属層が積層されていてもよい。

本実施形態では、金属パターン１２２は、例えば、特に図示しないが、第一金属層、第一金属層上に積層されている第二金属層とからなる。

第一金属層は、水晶と密着性のよい金属が用いられ、例えば、ニッケル、クロム、ニクロムまたはチタンのいずれか一つが用いられる。第一金属層に水晶と密着性のよい金属を用いることで、水晶と密着しにくい金属を第二金属層に用いることができる。

第二金属層は、金属材料の中で電気抵抗率が低く、安定した材料が用いられ、例えば、金、金を主成分とする合金、銀または銀を主成分とする合金のいずれか一つが用いられる。電気抵抗率が低い金属を第二金属層に用いることで、金属パターン１２２自身の抵抗率を小さくすることができ、この結果、水晶素子１２０の等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。また、安定した金属材料を用いることで、水晶素子１２０の存在する周囲の空気と金属パターン１２２とが反応し金属パターン１２２の重さが変化し水晶素子１２０の周波数が変化し電気的特性が変化することを低減させることができる。

金属パターン１２２は、励振電極部１２３および接続配線部１２４から構成されている。接続配線部１２４は、接続部１２４ａと配線部１２４ｂからなる。

励振電極部１２３は、水晶片１２１に交番電圧を印加するためのものである。励振電極部１２３は、一対となっており、水晶片１２１の両主面の中央付近、具体的には、振動部１２１ａの中央部に、互いが対向するように設けられている。励振電極部１２３は、平面視して、略矩形となっている。

接続配線部１２４は、接続部１２４ａと配線部１２４ｂとからなり、水晶素子１２０の外部から励振電極部１２３に交番電圧を印加するためのものである。

接続部１２４ａは、水晶素子１２０を水晶デバイスとして用いる場合、基体１１０に実装するためのものであり、基体１１０の基板部１１０ａの上面に設けられている搭載パッド１１１とバンプ（本実施形態では導電性接着剤１４０）によって電気的に接続される。接続部１２４ａは、一対となっており、基板部１１０ａの搭載パッド１１１と対向する位置であって、水晶片１２１の一方の短辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。

また、接続部１２４ａは、例えば、平面視して、振動部１２１ａに対して、＋Ｘ軸方向側に位置している水晶片１２１の一方の短辺の縁部に沿って設けられている。従って、水晶片１２１の一方の短辺は、振動部１２１ａに対して＋Ｘ軸方向側に位置している水晶片１２１の短辺となる。このようにすることで、振動部１２１ａに対して−Ｘ軸方向側に接続部１２４ａを設けた場合と比較して、水晶素子１２０の周波数温度特性を向上させることができる。

配線部１２４ｂは、接続部１２４ａと励振電極部１２３とを電気的に接続するためのものであり、一端が励振電極部１２３に接続されており、他端が接続部１２４ａに接続されている。また、配線部１２４ｂは、別の観点では、励振電極部１２３から接続部１２４ａまで延設されているといえる。また、配線部１２４ｂは、例えば、水晶片１２１の長辺と平行となるように延設されている。

このように接続配線部１２４を設けることで、励振電極部１２３から接続部１２４ａまでの配線部１２４ｂの長さを短くすることができ、配線部１２４ｂ自身の抵抗を小さくすることが可能となる。ひいては、水晶素子１２０の等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることができる。

このような水晶素子１２０は、前述したように、金属パターン１２２に交番電圧を印加すると、主振動である厚みすべり振動と、副次的な振動とが生じる。この副次的な振動には、主振動である厚みすべり振動のメインの振動変位が同方向となっている輪郭すべり振動および屈曲振動の少なくとも二つが存在している。

主振動である厚みすべり振動は、すべり振動変位がＸ軸と変更な向きとなっており、励振電極部１２３の中央部での歪が最大となっている。これは、金属パターン１２２に交番電圧を印加したときの、励振電極部１２３における電荷分布がＸ軸に平行な向きでｓｉｎ分布、Ｚ´軸に平行な向きで一定分布となっているためである。従って、励振電極部１２３における電荷分布は、蒲鉾状の分布となっているといえる。
主振動である厚みすべり振動は、励振電極部１２３に電荷をより多く蓄積させることができる程、厚みすべり振動がしやすくなる。励振電極部１２３に電荷をより多く蓄積させる方法として、印加する交番電圧を大きくする、または、励振電極部１２３の面積を大きくすると言った方法がある。主振動である厚みすべり振動をしやすくすることで、等価直列抵抗値が大きくなることを低減できるだけでなく、電気的特性を向上させることが可能となる。

副次的な振動の一つに、輪郭すべり振動がある。輪郭すべり振動は、すべり振動の振動変位が、主振動である厚みすべり振動のメインの振動変位と同じ方向となっている。つまり、輪郭すべり振動のメインの振動変位は、Ｘ軸と平行な方向となっている。

また、前述した輪郭すべり振動とは異なる副次的な振動として、屈曲振動がある。屈曲振動の振動変位は、主振動である厚みすべり振動のメインの振動変位と同じ方向となっている。つまり、屈曲振動のメインの振動変位は、Ｘ軸と平行な方向となっている。

このような水晶素子１２０は、平面視して、振動部１２１ａが略矩形となっている。このとき、振動部１２１ａの所定の二辺はＸ軸に平行な二辺となっており、この振動部１２１ａの所定の二辺に接続している所定の他の二辺はＺ´軸に平行な二辺となっている。従って、振動部１２１ａの所定の二辺は、水晶片１２１の長辺に平行な振動部１２１ａの辺であり、振動部１２１ａの所定の他の二辺は、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺である。

また、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺の長さは、水晶片１２１の長辺に平行な長さ振動部１２１ａの長さと比較すると長くなっている。

また、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺の長さは、水晶片１２１の短辺の長さと同じ長さとなっている。従って、水晶素子１２０を平面視したとき、周辺部１２１ｂは、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの二辺の縁部に沿って設けられた状態となっている。

また、水晶素子１２０を平面視して、水晶片１２１の短辺に平行な接続部１２４ａの辺であって振動部１２１ａ側を向く接続部１２４３ａの辺から、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺であって接続部１２４ａ側を向く振動部１２１ａの辺までの距離が、水晶
辺１２１の長辺に平行な振動部１２１ａの長さ以上の長さとなっている。

また、水晶素子１２０を平面視して、励振電極部１２３は、略矩形となっている。このとき、励振電極部１２３の長辺はＺ´軸に平行となっており、励振電極部１２３の短辺はＸ軸に平行となっている。従って、励振電極部１２３の長辺は水晶片１２１の短辺に平行となっており、励振電極部１２３の短辺は水晶片１２１の長辺に平行となっている。
言い換えると、水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さは、水晶片１２１の長辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さよりも長くなっているといえる。

また、水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さは、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺と同じ長さとなっている。前述したように、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺の長さが水晶片１２１の短辺と同じ長さになっているので、水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さは、水晶片１２１の短辺と同じ長さとなっているといえる。

また、水晶片１２１の長辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さは、水晶片１２１の長辺に平行な振動部１２１ａの辺の長さよりも短くなっている。

ここで、水晶片１２１の短辺の長さをＷｏ、水晶片１２１の長辺の長さをＬｏ、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの長さをＷｍ、水晶片１２１の長辺に平行な振動部１２１ａの長さをＬｍ、水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２３の長さをＷｅ、水晶片１２１の長辺に平行は励振電極部１２３の長さをＬｅとする。
また、水晶片１２１の短辺に平行な接続部１２４ａの辺であって振動部１２１ａ側を向く接続部１２４ａの辺から、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺であって接続部１２４ａ側を向く振動部１２１ａの辺までの距離を、Ｄとする。

前述したように、Ｌｏ、Ｗｏ、Ｌｍ、Ｗｍ、Ｌｅ、ＷｅおよびＤを定義したとき、本実施形態に係る水晶素子１２０は、次の関係が成り立っている。
Ｌｏ＞Ｗｏ
Ｌｍ＜Ｗｍ
Ｌｅ＜Ｗｅ
Ｌｅ＜Ｌｍ＜Ｌｏ
Ｗｅ＝Ｗｍ＝Ｗｏ
Ｄ≧Ｌｍ

以上のことから、本実施形態に係る水晶素子１２０は、平面視して略矩形となっており、略直方体形状の振動部１２１ａ、および、振動部１２１ａの外縁に沿って設けられ上下方向の厚みが振動部１２１ａの上下方向の厚みより薄い周辺部１２１ｂからなる水晶片１２１と、振動部１２１ａの両主面に設けられている励振電極部１２３、および、励振電極部１２３から水晶片１２１の一方の短辺の縁部まで延設されている接続配線部１２４からなる金属パターン１２２と、を備えている水晶素子１２０であって、
平面視して、水晶片１２１の短辺の長さと水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺の長さとが同じとなっており、水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さが、水晶片１２１の長辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さよりも長くなっている。

従って、前述しように、水晶片１２１の短辺の長さをＷｏ、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺の長さをＷｍとし、水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さをＷｅとし、水晶片１２１の長辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さをＬｅとすると、本実施形態に係る水晶素子１２０は、Ｗｏ＝ＷｍでかつＷｅ＞Ｌｅを満たしている。

前述したように、金属パターン１２２に交番電圧を印加したとき、水晶片１２１では、主振動である厚みすべり振動と、副次的な振動が生じている。副次的な振動には、輪郭すべり振動と屈曲振動の少なくとも二つの振動があるが、これらの振動は、振動変位が主振動である厚みすべり振動のメインの振動変位と同じ方向となっている。
つまり、本実施形態に係る水晶素子１２０では、励振電極部１２３になるべく多くの電荷を蓄積させ主振動である厚みすべり振動を生じやすくしつつ、副次的な振動である輪郭振動および屈曲振動が生じにくくしている。

従って、本実施形態に係る水晶素子１２０のように、Ｗｅ＞Ｌｅにすることで、励振電極部１２３の面積を確保しつつ、副次的な振動、具体的には、輪郭すべり振動および屈曲振動が生じる量を低減させることができる。この結果、主振動である厚みすべり振動と副次的な振動とが結合することを抑制することができ、水晶素子１２０の電気的特性を向上させることが可能となる。

また、Ｗｏ＝Ｗｍにすることにより、振動部１２１ａの主面の大きさを、より大きくすることが可能となる。前述したように、主振動である厚みすべり振動は、メインの振動変位がＸ軸に平行な向きとなっているので、励振電極部１２３に挟まれている部分の振動が漏れ伝搬に着目したとき、Ｘ軸と平行な向きで漏れ伝搬する量がＺ´軸と平行な向きで漏れ伝搬する量と比較すると少なくなっている。このため、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺の長さと水晶片１２１の短辺の長さとを同じ長さとしても、
主振動である厚みすべり振動が励振電極部１２３に挟まれている部分から漏れ伝搬したときの影響を抑制しつつ、振動部１２１ａの主面の面積を大きくすることが可能となる。振動部１２１ａの主面の大きさを大きくすることにより、振動部１２１ａの主面に設けられる励振電極部１２３の面積も大きくすることができ、この結果、主振動である厚みすべり振動を生じやすくすることが可能となり、電気的特性を向上させることができる。

特に、水晶素子１２０の小型化、具体的には、水晶片１２１の長辺の長さ９２０μｍ以下のような場合には、副次的な振動の次数が低くなるため、主振動である厚みすべり振動に副次的な振動である屈曲振動が与える影響が大きくなり、主振動である厚みすべり振動と副次的な振動とが結合しやすくなる結合がある。本実施形態に係る水晶素子１２０のような構造をとることにより、副次的な振動を抑制することができ、結果、主振動である厚みすべり振動と副次的な振動とが結合することを低減させることが可能となり、
電気的特性を向上させることができる。また、水晶素子１２０が小型化した場合において、励振電極部１２３の面積を大きくすることにより、主振動である厚みすべり振動を生じやすくすることができるため、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。つまり、本実施形態における水晶素子１２０は、水晶素子１２０が小型化した場合に、特に、有効であるといえる。

また、本実施形態に係る水晶素子１２０は、水晶片１２１の短辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さが、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺の長さと同じとなっている。つまり、本実施形態に係る水晶素子１２０は、Ｗｅ＝Ｗｍとなっている。

このようにすることで、振動部１２１ａの主面に設けられている励振電極部１２３の面積をより大きくすることができ、この結果、主振動である厚みすべり振動を生じやすくすることが可能となり、電気的特性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る水晶素子１２０は、水晶片１２１の長辺に平行な振動部１２１ａの辺の長さが、水晶片１２１の長辺に平行な励振電極部１２３の辺の長さより長くなっている。つまり、Ｌｍ＞Ｌｅとなっている。

前述しように、主振動である厚みすべり振動は、メインの振動変位がＸ軸と平行な向きとなっている。言い換えると、主振動である厚みすべり振動は、メインの振動変位が水晶片１２１の長辺と平行な向きとなっているといえる。このため、励振電極部１２３に挟まれている部分から漏れ伝搬する主振動である厚みすべり振動は、前述したようにＸ軸方向に漏れ伝搬する量がＺ´軸方向に漏れ伝搬する量と比較して多い。Ｌｍ＞Ｌｅとすることにより、励振電極部１２３からＸ軸方向に漏れ伝搬した振動が、
振動部１２１ａと周辺部１２１ｂとの境界部において反射したとしても励振電極部１２３に挟まれている部分の振動に与える影響を低減させることができる。この結果、励振電極部１２３に挟まれている部分から漏れ伝搬した主振動である厚みすべり振動と、振動部１２１ａと周辺部１２１ｂとの境界部において反射した振動とが結合することを低減させることができ、これらの振動が結合し等価直列抵抗値が大きくなることを低減させつつ、電気的特性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態に係る水晶素子１２０は、水晶片１２１の短辺から、水晶片１２１の短辺に平行な接続部１２４ａの辺であって振動部１２１ａ側を向く接続部１２４ａの辺から、水晶片１２１の短辺に平行な振動部１２１ａの辺であって接続部１２４ａ側を向く振動部１２１ａの辺までの距離が、水晶片１２１の長辺に平行な振動部１２１ａの辺の長さ以上となっている。つまり、Ｄ≧Ｌｍとなっている。

このようにすることで、接続部１２４ａと搭載パッド１１１とをバンプ（本実施形態では導電性接着剤１４０）によって電気的に接続させる場合、バンプ（本実施形態では導電性接着剤１４０）が励振電極部１２３に挟まれている部分の主振動である厚みすべり振動に与える影響を低減させることが可能となる。この結果、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させつつ、電気的特性を向上させることができる。

本実施形態に係る水晶デバイスは、本実施形態に係る水晶素子１２０と、接続配線部１２４の一部と導電性接着剤１４０により接着される搭載パッド１１１が設けられている基板部１１０ａを有している基体１１０と、基体１１０に接合される蓋体１３０と、を備えている。

本実施形態に係る水晶素子１２０は、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させつつ電気的特性を向上させることができるので、このような水晶素子１２０を実装することにより本実施形態における水晶デバイスにおいても、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させつつ電気的特性を向上させることが可能となる。

本発明は、以下の実施形態に限定されず、種々の形態で実施されてよい。

水晶素子を有するデバイスは、水晶振動子に限定されない。例えば、水晶素子に加えて水晶素子と電圧を印加して発信信号を生成する集積回路素子（ＩＣ）を有する発振器であってもよい。また、例えば、水晶デバイスは、水晶素子の他にサーミスタ等の電子素子を有するものであってもよい。また、例えば、水晶デバイスは、恒温槽付きのものであってもよい。水晶デバイスにおいて、水晶素子を実装する基体の構造は、適宜構成されてもよい。例えば、基体は、上面および下面に凹部を有する断面Ｈ型であってもよい。

水晶素子は、水晶片の所定の一辺を含む側面に、第一凹部、第二凹部および第三凹部からなる凹部が形成されている場合について説明しているが、いくつ凹部が形成されていてもよい。また、水晶片の所定の一辺を含む側面に凹部が形成されていなくともよい。

水晶素子の接続部と基体の搭載パッドとが導電性接着剤によって電気的に接続されている場合について説明しているが、水晶素子を基体の基板部上に実装しつつ接続部と搭載パッドとを電気的に接続することができれば、例えば、金属バンプを用いてもよい。

接続配線部の配線部が水晶片の長辺と平行となるように励振電極部から延設されている場合ついて説明しているが、励振電極部と接続部とを電気的に接続することができれば、配線部の形状は問わない。

１１０・・・基体
１１０ａ・・・基板部
１１１・・・搭載パッド
１１２・・・外部端子
１２０・・・水晶素子
１２１・・・水晶片
１２２・・・金属パターン
１２３・・・励振電極部
１２４・・・接続配線部
１２４ａ・・・接続部
１２４ｂ・・・配線部
１２５・・・凹部
１２５ａ・・・第一凹部
１２５ｂ・・・第二凹部
１２５ｃ・・・第三凹部
１３０・・・蓋体
１４０・・・導電性接着剤

Claims (5)

1. 平面視して略矩形となっており、略直方体形状の振動部、および、前記振動部の外縁に沿って設けられ上下方向の厚みが前記振動部の上下方向の厚みより薄い周辺部からなる水晶片と、
   前記振動部の両主面に設けられている励振電極部、および、前記励振電極部から前記水晶片の一方の短辺の縁部まで延設されている接続配線部からなる金属パターンと、
   を備えている水晶素子であって、
   平面視して、
   前記水晶片の短辺の長さと前記水晶片の短辺に平行な前記振動部の辺の長さとが同じとなっており、
   前記水晶片の短辺に平行な前記励振電極部の長さが、前記水晶片の長辺に平行な前記励振電極部の辺の長さよりも長くなっている
   ことを特徴とする水晶素子。
2. 請求項１に記載の水晶素子であって、
   前記水晶片の短辺に平行な前記励振電極部の辺の長さが、前記水晶片の短辺に平行な振動部の辺の長さと同じとなっている
   ことを特徴とする水晶素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の水晶素子であって、
   前記水晶片の長辺に平行な前記振動部の辺の長さが、前記水晶片の長辺に平行な前記励振電極部の辺の長さよりも長くなっている
   ことを特徴とする水晶素子。
4. 請求項１乃至請求項３に記載の水晶素子であって、
   前記水晶片の短辺に平行な前記接続部の辺であって前記振動部側を向く前記接続部の辺から、前記水晶片の短辺に平行な前記振動部の辺であって前記接続部側を向く前記振動部の辺までの距離が、前記水晶片の長辺に平行な前記振動部の辺の長さ以上となっている
   ことを特徴とする水晶素子。
5. 請求項１乃至請求項４に記載の水晶素子と、
   前記接続配線部の一部と導電性接着剤により接着される搭載パッドが設けられている基板部を有している基体と、
   前記基体に接合される蓋体と、
   を備えている水晶デバイス。

Images