JP2020137021A - 圧電振動片、及び圧電振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】振動腕部の先端に設けた拡幅部の重さを充分確保しつつ、振動腕部に対する拡幅部の振動追従性を向上する。【解決手段】圧電振動片６は、基部８の一端側から１対の振動腕部７が長手方向に延設されている。振動腕部７の先端には、幅方向の側面が互いに並行する平行部７１０と、振動腕部７から平行部７１０に向って幅が広がる側面テーパ部７１１で構成される拡幅部７１が延設されている。振動腕部７の長手方向には、その主面（表裏面）に、平行部７１０まで伸びる溝部７２が形成され、この溝部７２の平行部７１０側端部の底面は主面に向けて傾斜する傾斜底面部７２１が形成されている。側面テーパ部７１１と傾斜底面部７２１は、長さ方向の位置が、少なくとも一部が重複するように形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電振動片、及び圧電振動子に係り、音叉型の圧電振動片、及び圧電振動子に関する。

例えば、携帯電話や携帯情報端末機器等の電子機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等に用いられるデバイスとして、水晶等を利用した音叉型の圧電振動子が広く用いられている。この種の圧電振動子として、パッケージと蓋体で形成されるキャビティ内に圧電振動片を気密封止される。
このような圧電振動片や圧電振動子は、搭載される電子機器の小型化に伴って小型化が求められ、その対策として振動腕部の先端に幅の広い錘部を設けることで、全体の長さを短くした圧電振動片も広く使用されている（特許文献１、２）。
特許文献１では、振動腕部と錘部との結合部にテーパ部を設けることで、結合部に応力が集中することを回避している。
特許文献２では、振動腕部を中間錘部と先端錘部の２段階で拡幅している。

特許文献１では、振動腕部と錘部との結合部における応力集中を緩和することができるが、振動腕部と錘部との接続部において断面積が大きく変化するため、錘部が振動腕部の振動（振幅）に追従できず、振動が不安定になるという問題がある。
特許文献２では、錘部を２段階で拡幅することで、振動腕部に対する錘部の振動追従性は向上しているが、中間錘部の幅を先端錘部よりも狭くすることで、錘部全体の重量が減少してしまうため充分に小型化することができなかった。

特許第４３５６３６６号公報 特許第５４３４７１２号公報

本発明は、振動腕部の先端に設けた拡幅部の重さを充分確保しつつ、振動腕部に対する拡幅部の振動追従性を向上することを目的とする。

（１）請求項１に記載の発明では、基部と、前記基部から並んで延設された１対の振動腕部と、前記振動腕部における前記基部の反対側に、前記振動腕部から延設された、前記振動腕部の幅よりも広く形成された拡幅部と、前記両振動腕部における両主面のうちの少なくとも一方の主面に、長さ方向に形成されるとともに、前記拡幅部側の端部が前記拡幅部まで伸びて形成された溝部と、前記溝部の底面における、少なくとも前記拡幅部側の端部において、先端側ほど前記主面からの距離が小さくなるように厚さ方向に傾斜して形成された傾斜底面部と、前記基部と前記１対の振動腕部の外表面に形成された、前記１対の振動腕部を励振させる２系統の励振電極と、を具備したことを特徴とする圧電振動片を提供する。
（２）請求項２に記載の発明では、前記拡幅部は、幅方向の側面が互いに平行する平行部と、前記振動腕部側から前記平行部に行くほど幅が広がって形成された側面テーパ部とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片を提供する。
（３）請求項３に記載の発明では、前記側面テーパ部は、軸方向に対する角度が３０度以上６０度以下の角度に形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片を提供する。
（４）請求項４に記載の発明では、前記溝部は、前記拡幅部の前記平行部まで形成されている、ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の圧電振動片を提供する。
（５）請求項５に記載の発明では、前記溝部は、前記拡幅部の前記側面テーパ部まで形成されている、ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の圧電振動片を提供する。
（６）請求項６に記載の発明では、前記傾斜底面部は、前記側面テーパ部から開始し、前記溝部における前記拡幅部側の先端まで形成されている、ことを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の圧電振動片を提供する。
（７）請求項７に記載の発明では、前記傾斜底面部は、前記側面テーパ部よりも前記基部側から開始し、前記溝部における前記拡幅部側の先端まで形成されている、ことを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の圧電振動片を提供する。
（８）請求項８に記載の発明では、前記２系統の励振電極は、前記基部側から、少なくとも前記側面テーパ部の開始位置まで形成されている、ことを特徴とする請求項２から請求項７のうちのいずれか１の請求項に記載の圧電振動片を提供する。
（９）請求項９に記載の発明では、内側に実装部を備えたパッケージと、前記実装部に接合材を介して実装された前記請求項１から請求項８のうちのいずれか１の請求項に記載された圧電振動片と、前記実装部から前記パッケージの外部まで形成された外部電極と、を有することを特徴とする圧電振動子を提供する。

本発明によれば、両振動腕部が形成された溝部の底面における、拡幅部側の端部に厚さ方向に傾斜する傾斜底面部が形成されているので、拡幅部の重さを確保しつつ、振動腕部に対する拡幅部の振動追従性を向上することができる。

圧電振動片の構成と、長手方向、幅方向の一部断面を表した模式図である。 振動腕部の長手方向における幅方向の断面積の変化について、傾斜底面部の有無による比較をした説明図である。 圧電振動片における、側面テーパ部と傾斜底面部との、他の位置関係を表した説明図である。 圧電振動子の分解斜視図である。 圧電振動子の側断面を表した説明図である。

以下、本発明の圧電振動片、及び圧電振動子における好適な実施形態について、図１から図５を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
本実施形態の圧電振動片６は、音叉型の圧電振動片であり、基部８の一端側から１対の振動腕部７が長手方向に延設（接続）されると共に、基部８の他端側から、接続部８１を介して振動腕部７の外側に一対の支持腕部９が形成されている。
振動腕部７の先端には、振動腕部７よりも幅が広い拡幅部７１が延設されている。拡幅部７１は、幅方向の側面が互いに並行する平行部７１０と、振動腕部７から平行部７１０に向って幅が広がる側面テーパ部７１１で構成されている。
１対の振動腕部７の長手方向には、その主面（表裏面）に、平行部７１０まで伸びる溝部７２が形成され、この溝部７２の平行部７１０側端部の底面は主面に向けて傾斜する傾斜底面部７２１が形成されている。側面テーパ部７１１と傾斜底面部７２１は、長さ方向の位置が、少なくとも一部が重複するように形成される。
本実施形態の圧電振動片６によれば、拡幅部７１の側面テーパ部７１１（幅方向のテーパ）に加えて、溝部７２の傾斜底面部７２１（厚さ方向のテーパ）を形成しているので、振動腕部７と拡幅部７１の長手方向と直交する断面積が大きく変化することが抑制され、これにより振動腕部７と拡幅部７１（錘部）間の振動の追従をスムーズにし、振動を安定化することができる。
なお、拡幅部７１の重さを充分に確保するためには、長手方向に対する側面テーパ部の角度が３０度以上６０度以下の角度、好ましくは４５度に形成される。

（２）実施形態の詳細
図１は、実施形態に係る圧電振動片６の構成と断面を表した模式図である。
圧電振動片６は、水晶やタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料から形成された、いわゆる音叉型の振動片であり、所定の電圧が印加されたときに振動するものである。本実施形態では、圧電材料として水晶を使用して形成した圧電振動片を例に説明する。

図１（ａ）に示すように、圧電振動片６は、一対の振動腕部７ａ、７ｂと、基部８と、一対の支持腕部９ａ、９ｂと、基部８と両支持腕部９ａ、９ｂとを連結する接続部８１ａ、８１ｂを備えている。
以下、振動腕部７ａ、７ｂの長さ方向（図１（ａ）の左右方向）を長手方向、振動腕部７ａ、７ｂが対向する方向（図１（ａ）の上下方向）を幅方向、圧電振動片６の厚さの方向（図１（ｂ）の上下方向）を厚さ方向という。

基部８の一端側（図面右側）には、平行して長手方向に延びる一対の振動腕部７ａ、７ｂが接続されている。
一方、基部８の他端側には、幅方向に基部８の外側まで延びる接続部８１ａ、８１ｂが接続されている。
接続部８１ａ、８１ｂにおける基部８の反対側端部には、長手方向に延びる一対の支持腕部９ａ、９ｂが接続されている。一対の支持腕部９ａ、９ｂは、幅方向において、振動腕部７ａ、７ｂの両外側に配置されている。

一対の振動腕部７ａ、７ｂは、互いに平行となるように配置されており、基部８の反対側の端部には拡幅部７１ａ、７１ｂが接続されている。一対の振動腕部７ａ、７ｂは、基部８側の端部を固定端とし、拡幅部７１ａ、７１ｂを自由端として振動する。
拡幅部７１ａ、７１ｂは、振動腕部７ａ、７ｂにおける長手方向のほぼ中央部分の幅を基準幅とした場合、この基準幅よりも両側（幅方向）に広くなるように形成されている。
この拡幅部７１ａ、７１ｂは、振動腕部７ａ、７ｂと合わせた総重量及び振動時の慣性モーメントを増大する機能を有している。これにより、振動腕部７ａ、７ｂは振動し易くなり、振動部分（振動腕部７ａ、７ｂと拡幅部７１ａ、７１ｂ）の長さを短くすることができ、小型化が図られている。

拡幅部７１ａ、７１ｂは、幅方向の側面が互いに並行する平行部７１０ａ、７１０ｂと、振動腕部７ａ、７ｂから平行部７１０ａ、７１０ｂに向って幅が広がる側面テーパ部７１１ａ、７１１ｂで構成されている。
側面テーパ部７１１ａ、７１１ｂは、後述する傾斜底面部７２１ａ、７２１ｂと共に、長手方向と直交する方向の断面積が、振動腕部７ａ、７ｂの先端と拡幅部７１ａ、７１ｂとの境界面で急変することを抑制するために形成されている。
側面テーパ部７１１ａ、７１１ｂの長手方向に対する角度は、拡幅部７１ａ、７１ｂの重さを充分に確保するために、４５度に形成されているが、４０度以上６０度以下であればよい。

また、本実施形態の圧電振動片６では、図示しないが、拡幅部７１ａ、７１ｂに、所定周波数の範囲内で振動するように調整（周波数調整）するための重り金属膜（粗調膜及び微調膜からなる）が形成されている。この重り金属膜を、例えばレーザ光を照射して適量だけ取り除くことで、周波数調整を行い、一対の振動腕部７ａ、７ｂの周波数をデバイスの公称周波数の範囲内に収めることができるようになっている。この重り金属膜は形成しないことも可能である。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＰ−Ｐ線に沿った断面を矢印の方向に見た圧電振動片６の断面図である。
図１（ｃ）は、図１（ａ）に示すＱ−Ｑ線に沿った断面を矢印の方向に見た振動腕部７ａ、７ｂの断面図である。
図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、一対の振動腕部７ａ、７ｂと拡幅部７１ａ、７１ｂには、一定幅の溝部７２ａ、７２ｂが長手方向に形成されている。
溝部７２ａ、７２ｂは、一対の振動腕部７ａ、７ｂと拡幅部７１ａ、７１ｂの両主面（表裏面）上において、厚さ方向に凹むとともに、基部８側から長手方向に沿って延在している。
本実施形態の溝部７２ａ、７２ｂは、振動腕部７ａ、７ｂの基端（基部８の先端側の端部）から、振動腕部７ａ、７ｂの全体と、拡幅部７１ａ、７１ｂの平行部７１０ａ、７１０ｂ（側面テーパ部７１１ａ、７１１ｂを通り拡幅部７１ａ、７１ｂの先端側）まで形成されている。
溝部７２ａ、７２ｂにより、一対の振動腕部７ａ、７ｂは、それぞれ図１（ｃ）に示すように断面Ｈ型となっている。この断面略Ｈ形の形状により、溝部７２ａ、７２ｂが形成されない場合に比べて、振動腕部７ａ、７ｂの電界効率を大きくすることができる。従って、同じ振動周波数を得る場合、圧電振動片６を小型化しても振動損失が少なくＣＩ値（クリスタルインピーダンスまたは等価直列抵抗）も低く抑えることができる。

図１（ｂ）に示すように、溝部７２ａ、７２ｂの両端には、その底面が主面に向けて傾斜することで厚さ方向のテーパ形状となる傾斜底面部７２１ａ、７２１ｂと傾斜底面部７２２ａ、７２２ｂが形成されている。本実施形態では、傾斜底面部が溝部７２ａ、７２ｂの両端側に形成されているが、少なくとも拡幅部７１ａ、７１ｂ側の傾斜底面部７２１ａ、７２１ｂが形成されていればよい。
詳細は後述するが、長さ方向に見た場合、本実施形態の傾斜底面部７２１ａ、７２１ｂの開始位置は側面テーパ部７１１ａ、７１１ｂの開始位置よりも先端側に位置し、傾斜底面部７２１ａ、７２１ｂの終了位置は側面テーパ部７１１ａ、７１１ｂの終了位置よりも先端側に位置している。

図１（ｃ）に示すように、一対の振動腕部７ａ、７ｂの外表面上（外周面）には、一対の（２系統の）励振電極９１、９２が形成されている。この励振電極９１、９２は、電圧が印加されたときに一対の振動腕部７ａ、７ｂを互いに接近又は離間する方向に所定の共振周波数で振動させる電極であり、電気的に切り離された状態で振動腕部７ａ、７ｂ上にパターニングされて形成されている。
具体的には、一方の励振電極９１が、主に一方の振動腕部７ａの溝部７２ａ内と、他方の振動腕部７ｂの側面上とに互いに電気的に接続された状態で形成されている。
また、他方の励振電極９２が、主に他方の振動腕部７ｂの溝部７２ｂ内と、一方の振動腕部７ａの側面上とに互いに電気的に接続された状態で形成されている。

圧電振動片６の一方の主面側の面（図１（ａ）の反対側の面）には、点線で示すように、支持腕部９ａ、９ｂに２系統のマウント電極９９ａ、９９ｂが形成されている。このマウント電極９９ａ、９９ｂは、図４で後述するパッケージ２に形成された実装部１４Ａ、１４Ｂに圧電振動片６をマウントする際に、電極パッド２０Ａ、２０Ｂと接合材５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂで接続される。
両マウント電極９９ａ、９９ｂと電気的に接続した２系統の引回し電極（図示しない）が接続部８１と基部８に形成されている。
そして、支持腕部９ａに形成された第１系統のマウント電極９９ａが引回し電極を介して励振電極９２（図１（ｃ）参照）と接続され、支持腕部９ｂに形成された第２系統のマウント電極９９ｂが引回し電極を介して励振電極９１と接続されている。
２系統の励振電極９１、９２は、一対のマウント電極９９ａ、９９ｂを介して電圧が印加されるようになっている。

なお、励振電極９１、９２、マウント電極９９ａ、９９ｂ、及び引回し電極は、例えば、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との積層膜であり、水晶と密着性の良いクロム膜を下地として成膜した後に、表面に金の薄膜を施したものである。但し、この場合に限られず、例えば、クロムとニクロム（ＮｉＣｒ）の積層膜の表面にさらに金の薄膜を積層してもよく、また、クロム、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）等の単層膜でもよい。

これら励振電極９１、９２、マウント電極９９ａ、９９ｂ、及び、引回し電極の形成は従来と同様にして行われる。すなわち、各電極を形成する前の圧電振動片６の、溝部７２ａ、７２ｂ内を含めた全体に電極材料を成膜する。この成膜は、電極材料の蒸着やスパッタリングによる。
そして、励振電極９１、９２、マウント電極９９ａ、９９ｂ、引回し電極を形成する部分を残し、それ以外の部分をフォトリソグラフにより取り除くことで、２系統の電極ラインが形成される。

次に、拡幅部７１ａ、７１ｂの側面テーパ部７１１ａ、７１１ｂと、溝部７２ａ、７２ｂの傾斜底面部７２１ａ、７２１ｂとの位置関係について説明する。
図２は、振動腕部７ａ、７ｂと拡幅部７１ａ、７１ｂの長手方向における、幅方向の断面積の変化について、傾斜底面部の有無による比較をした説明図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、溝部７２ａ、７２ｂに傾斜底面部が無い場合、図２（ｄ）〜（ｆ）は溝部７２ａ、７２ｂに傾斜底面部７２１ａ、７２１ｂが形成された本実施形態の場合を表している。また、図２において、（ａ）と（ｄ）は図１（ａ）に対応し、（ｂ）と（ｅ）は図１（ｂ）に対応した拡大図である。また図２（ｃ）、（ｆ）は、それぞれ長さ方向の各位置における断面積の変化を表したものである。
図２に示すように、長手方向における、側面テーパ部７１１ａ、７１１ｂの開始位置を位置Ａ、終了位置を位置Ｂ、傾斜底面部７２１ａ、７２１ｂの開始位置（主面と平行な溝部７２ａ、７２ｂの底面との境界部）を位置Ｃ、傾斜底面部７２１ａ、７２１ｂの終了位置（拡幅部側端部）又は傾斜底面部を形成しない場合の溝部７２ａ、７２ｂの端部を位置Ｄとして、各々の位置関係を表すものとする。

なお、以下図２と図３の説明では、振動腕部７ａ、７ｂや拡幅部７１ａ、７１ｂ等は幅方向の中心に対して対称に形成されているため、ａ、ｂの区別をせずに説明する。
図２（ｃ）に示すように、傾斜底面部が無い溝部７２が拡幅部７１の平行部７１０まで形成されている場合、側面テーパ部７１１と平行部７１０との境界部である位置Ｂと、溝部７２の先端部７２９の位置Ｄにおいて、断面積が急変している。このため、振動腕部７と拡幅部７１（錘部）間の振動の追従がスムーズに行われず、振動が安定化しない。

なお、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、位置Ｂにおける断面積の急変は、側面テーパ部７１１の平行部７１０側の端部の幅が、平行部７１０の幅よりも狭いことが原因である。そこで、図２（ａ）に示す、側面テーパ部７１１を長手方向に延長し、側面テーパ部７１１の最大幅を平行部７１０の幅と同一幅にすることで、断面積の急変の程度を下げることができる。
しかし、平行部７１０の基部８側端部の角を（図２（ａ）参照）、側面テーパ部７１１の延長線上でカットすることになり、拡幅部７１の重さを充分に確保するという観点から避けることが好ましい。

これに対して、本実施形態では、図２（ｄ）、（ｅ）に示すように、位置Ｂの長手方向の前後にわたって、傾斜底面部７２１が形成されているため、図２（ｆ）に示すように、位置Ｂにおける断面積の急変が抑制されている。
また、傾斜底面部７２１の平行部７１０側の先端位置（テーパの終了位置）が主面と一致しているため、位置Ｄにおいても断面積の急変が抑制されている。
但し、傾斜底面部７２１の先端位置が主面よりも低い位置で終了していてもよい。この場合には、溝部７２の先端部、すなわち位置Ｄでの断面積が変化するが、溝部７２の幅が平行部７１０の幅よりも狭いため、傾斜底面部が無い場合の位置Ｂや位置Ｄ（図２（ｃ）参照）に比べて僅かである。

以上説明したように、本実施形態の圧電振動片６によれば、溝部７２に傾斜底面部が無い場合（図２（ｃ））に比べ、傾斜底面部７２１を形成することで、拡幅部７１による充分な重量を確保したうえで、長手方向に沿った各断面積が大きく変化することが抑制され（図２（ｆ））、これにより振動腕部７と拡幅部７１（錘部）間の振動の追従をスムーズにし、振動を安定化することができる。
また、傾斜底面部７２１の開始位置Ｃが、側面テーパ部７１１の開始位置Ａよりも位置Ｂ側に位置している。すなわち、傾斜底面部７２１による傾斜が開始する位置Ｃ（以下、開始位置Ｃという。他も同様。）が、振動腕部７よりも拡幅部７１側に位置している。これにより、振動腕部７の全長にわたって、図１（ｃ）に示す溝部７２の深さを確保することができる。その結果、振動腕部７の振動に寄与する、溝部７２の内側側面の励振電極９１、９２の面積を減すことがない。なお、傾斜底面部７２１の開始位置Ｃを、側面テーパ部７１１の開始位置Ａと一致させても、同様の効果を得ることができる。

次に、傾斜底面部７２１の形成位置に関する変形例について説明する。
図３は、圧電振動片６における、側面テーパ部７１１に対する傾斜底面部７２１の他の位置関係を表した断面拡大図による説明図である。この図３では、図２で説明したと同様に、側面テーパ部７１１の開始位置を位置Ａ、終了位置を位置Ｂ、傾斜底面部７２１の開始位置を位置Ｃ、終了位置を位置Ｄとして表示している。
図３（ａ）は第１変形例について表したものである。図２で説明した実施形態では、傾斜底面部７２１の開始位置Ｃが、側面テーパ部７１１の領域Ａ〜Ｂ内に位置するのに対し、第１変形例では、開始位置Ｃを、側面テーパ部７１１の開始位置Ａよりも基部８側としたものである。すなわち、第１変形例では、振動腕部７から、溝部７２の側面テーパ部７１１が開始するようにしたものである。
傾斜底面部７２１の終了位置Ｄは実施形態と同じ位置である。
この第１変形例によれば、実施形態に比べて傾斜底面部７２１の間隔（位置Ｃ〜位置Ｄの距離）を長くし、その傾斜を緩やかにすることができる。また、側面テーパ部７１１の開始位置Ａ前後における断面積の変化を緩やかにすることができる。
但し、第１変形例における、位置Ｃが位置Ａから大きく離れると、振動腕部７先端（拡幅部７１側端部）における溝部７２の深さが浅くなるので、位置Ｃから位置Ａまでの距離は、側面テーパ部７１１の長さ（位置Ａと位置Ｂ間の距離）の５割以下、好ましくは１割以下の範囲で選択される。

図３（ｂ）は第２変形例について表したものである。
この第２変形例では、傾斜底面部７２１の開始位置Ｃが位置Ａよりも手前（基部８側）に位置し、終了位置Ｄが位置Ｂよりも手前側に位置する場合である。すなわち、傾斜底面部７２１による傾斜が、側面テーパ部７１１の開始位置Ａよりも手前（基部８側）で開始し、側面テーパ部７１１の終了位置Ｂよりも手前で終了するようにしている場合である。
図３（ｃ）は第３変形例について表したものである。
この第３変形例では、傾斜底面部７２１の開始位置Ｃ、終了位置Ｄと、側面テーパ部７１１の開始位置Ａ、終了位置Ｂとが一致するように傾斜底面部７２１を形成した場合である。
図３（ｄ）は、第４変形例について表したものである。
この第４変形例では、傾斜底面部７２１の開始位置Ｃが実施形態と同様に位置Ａよりも先端側（拡幅部７１側）に位置し、終了位置Ｄが側面テーパ部７１１の終了位置Ｂよりも基部８側に位置する場合である。

これら第２変形例から第４変形例によれば、傾斜底面部７２１の傾斜により断面積が徐々に増加するため、傾斜底面部が形成されずに同一深さの溝部７２が位置Ｄまで形成される場合に比べて、側面テーパ部７１１の終了位置Ｂ前後における断面積の変化量を小さくすることができる。

以上説明した各実施形態及び変形例の圧電振動片６は、従来と同様にエッチング処理により形成する。そして、エッチング処理を行う際に形成するマスクの位置により傾斜底面部７２１の開始位置Ｃと終了位置Ｄを調整する。

次に、圧電振動片６を実装した圧電振動子１について説明する。
図４は、上述した実施形態又は変形例に係るサイドアーム型の圧電振動片６を備えた圧電振動子１の分解斜視図である。
図４に示すように、本実施形態の圧電振動子１は、内部に気密封止されたキャビティＣを有するパッケージ２と、キャビティＣ内に収容された圧電振動片６と、を備えたセラミックパッケージタイプの表面実装型振動子である。
パッケージ２は、概略直方体状に形成され、パッケージ本体３と封口板４とを備えている。封口板４は、パッケージ本体３に接合されることで、パッケージ本体３との間にキャビティＣを形成する。
パッケージ本体３は、互いに重ね合わされた状態で接合された第１ベース基板１０および第２ベース基板１１と、第２ベース基板１１上に接合されたシールリング１２と、を備えている。

第１ベース基板１０および第２ベース基板１１の四隅には、平面視１／４円弧状の切欠部１５が、両ベース基板１０、１１の厚み方向の全体にわたって形成されている。これら第１ベース基板１０および第２ベース基板１１は、例えばウエハ状のセラミック基板を２枚重ねて接合した後、両セラミック基板を貫通する複数のスルーホールを行列状に形成し、その後、各スルーホールを基準としながら両セラミック基板を格子状に切断することで作製される。その際、スルーホールが４分割されることで、切欠部１５となる。

なお、第１ベース基板１０および第２ベース基板１１はセラミック製としたが、その具体的なセラミック材料としては、例えばアルミナ製のＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）や、ガラスセラミック製のＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）等が挙げられる。

第１ベース基板１０の上面は、キャビティＣの底面に相当する。
第２ベース基板１１は、第１ベース基板１０に重ねられており、第１ベース基板１０に対して焼結などにより結合されている。すなわち、第２ベース基板１１は、第１ベース基板１０と一体化されている。
なお、後述するように第１ベース基板１０と第２ベース基板１１の間には、両ベース基板１０、１１に挟まれた状態で接続電極（図示せず）が形成されている。

第２ベース基板１１には、貫通部１１ａが形成されている。貫通部１１ａは、四隅が丸みを帯びた平面視長方形状に形成されている。貫通部１１ａの内側面は、キャビティＣの側壁の一部を構成している。貫通部１１ａの幅方向で対向する両側の内側面には、内方に突出する実装部１４Ａ、１４Ｂが設けられている。実装部１４Ａ、１４Ｂは、貫通部１１ａの長手方向略中央に形成されている。実装部１４Ａ、１４Ｂは、貫通部１１ａの長手方向の長さの１／３以上の長さに形成されている。

シールリング１２は、第１ベース基板１０および第２ベース基板１１の外形よりも一回り小さい導電性の枠状部材であり、第２ベース基板１１の上面に接合されている。具体的には、シールリング１２は、銀ロウ等のロウ材や半田材等による焼付けによって第２ベース基板１１上に接合、あるいは、第２ベース基板１１上に形成（例えば、電解メッキや無電解メッキの他、蒸着やスパッタ等により）された金属接合層に対する溶着等によって接合されている。

シールリング１２の材料としては、例えばニッケル基合金等が挙げられ、具体的にはコバール、エリンバー、インバー、４２−アロイ等から選択すれば良い。特に、シールリング１２の材料としては、セラミック製とされている第１ベース基板１０および第２ベース基板１１に対して熱膨張係数が近いものを選択することが好ましい。例えば、第１ベース基板１０および第２ベース基板１１として、熱膨張係数６．８×１０−６／℃のアルミナを用いる場合には、シールリング１２としては、熱膨張係数５．２×１０−６／℃のコバールや、熱膨張係数４．５〜６．５×１０−６／℃の４２−アロイを用いることが好ましい。

封口板４は、シールリング１２上に重ねられた導電性基板であり、シールリング１２に対する接合によってパッケージ本体３に対して気密に接合されている。そして、封口板４、シールリング１２、第２ベース基板１１の貫通部１１ａ、および第１ベース基板１０の上面により画成された空間が、気密に封止されたキャビティＣとして機能する。

封口板４の溶接方法としては、例えばローラ電極を接触させることによるシーム溶接や、レーザ溶接、超音波溶接等が挙げられる。また、封口板４とシールリング１２との溶接をより確実なものとするため、互いになじみの良いニッケルや金等の接合層を、少なくとも封口板４の下面と、シールリング１２の上面とにそれぞれ形成することが好ましい。

第２ベース基板１１の実装部１４Ａ、１４Ｂの上面には、圧電振動片６との接続電極である一対の電極パッド２０Ａ、２０Ｂが形成されている。また、第１ベース基板１０の下面には、一対の外部電極２１Ａ、２１Ｂがパッケージ２の長手方向に間隔をあけて形成されている。電極パッド２０Ａ、２０Ｂおよび外部電極２１Ａ、２１Ｂは、例えば蒸着やスパッタ等で形成された単一金属による単層膜、または異なる金属が積層された積層膜である。
電極パッド２０Ａ、２０Ｂと外部電極２１Ａ、２１Ｂとは、第２ベース基板１１の実装部１４Ａ、１４Ｂに形成された第２貫通電極２２Ａ、２２Ｂ、第１ベース基板１０と第２ベース基板１１の間に形成された接続電極（図示せず）、及び、第１ベース基板１０に形成された第１貫通電極（図示せず）を介して互いにそれぞれ導通している。

圧電振動片６は、一対の支持腕部９ａ、９ｂにより実装部１４Ａ、１４Ｂ上に実装された状態で、気密封止されたパッケージ２のキャビティＣ内に収容されている。
すなわち、図４に示すように、圧電振動片６は、支持腕部９ａ、９ｂに設けられた各マウント電極９９ａ、９９ｂ（図１（ａ）参照）が、実装部１４Ａ、１４Ｂ上の電極パッド２０Ａ、２０Ｂ（上面にメタライズ層が形成されている場合は該メタライズ層）にそれぞれ接合材５１ａ、５１ｂを介して電気的および機械的に接合されている。
このように、本実施形態の圧電振動片６は、支持腕部９ａ、９ｂのそれぞれが、その長さ方向（長手方向）の２箇所で実装部１４Ａ、１４Ｂ上に接合保持（２点支持）される。

接合材５１ａ、５１ｂは、導電性を有し、かつ接合初期の段階において流動性を持ち、接合後期の段階において固化して接合強度を発現する性質を有するものが使用され、例えば、銀ペースト等の導電性接着剤や、金属バンプ等の使用が好適である。
接合材５１ａ、５１ｂが導電性接着剤により構成されている場合、塗布装置の移動ヘッドに支持されたディスペンサノズルにより塗布される。
本実施形態では、各接合材のサイズは圧電振動子１のサイズによるが、例えば、幅１．０ｍｍ×長さ１．２ｍｍの小型の圧電振動子１の場合、半径０．１ｍｍ程度に塗布される。

図５は、図４に示すパッケージ２に圧電振動片６を実装した圧電振動子１の、長手方向に沿った断面図で、図１（ａ）のＶ−Ｖ線に沿った断面を矢印の方向に見た断面図である。但し、第１貫通電極２３Ｂを表すため、当該部分での断面位置をずらしている。
第２ベース基板１１の実装部１４Ａ、１４Ｂの実装面（封口板４に対向する側の面）には、ほぼ全面にわたって電極パッド２０Ａ、２０Ｂが形成されている。
一方、第１ベース基板１０の外側底面には、長手方向（Ｙ方向）の両端側に、短手方向（Ｘ方向）に延びる外部電極２１Ａ、２１Ｂが形成されている。
これら電極パッド２０Ａ、２０Ｂ、及び外部電極２１Ａ、２１Ｂは、例えば蒸着やスパッタ等で形成された単一金属による単層膜、または異なる金属が積層された積層膜であり、電極パッド２０Ａと外部電極２１Ａが互いに導通し、電極パッド２０Ｂと外部電極２１Ｂが互いに導通している。

すなわち、図５に示すように、第１ベース基板１０には、外部電極２１Ｂに導通し、第１ベース基板１０を厚さ方向に貫通する第１貫通電極２３Ｂが形成されている。さらに、第２ベース基板１１の実装部１４Ｂの略中央（図４参照）には、電極パッド２０Ｂに導通し、実装部１４Ｂを厚さ方向に貫通する第２貫通電極２２Ｂが形成されている。そして、第１ベース基板１０と第２ベース基板１１（実装部１４Ｂ）との間には、第１貫通電極２３Ｂと第２貫通電極２２Ｂとを接続する接続電極２４Ｂが形成されている。
このように、電極パッド２０Ｂと外部電極２１Ｂとは、第２貫通電極２２Ｂ、接続電極２４Ｂ、及び第１貫通電極２３Ｂを介して互いに導通している。

一方、図５に点線で示すように、第１ベース基板１０には外部電極２１Ａに導通し、第１ベース基板１０を厚さ方向に貫通する第１貫通電極２３Ａが形成され、第２ベース基板１１の実装部１４Ａの略中央（図４参照）には、電極パッド２０Ａに導通し、実装部１４Ａを厚さ方向に貫通する第２貫通電極２２Ａが形成されている。そして、第１ベース基板１０と第２ベース基板１１（実装部１４Ａ）との間には、第１貫通電極２３Ａと第２貫通電極２２Ａとを接続する接続電極２４Ａが形成されている。
このように、電極パッド２０Ａと外部電極２１Ａとは、第２貫通電極２２Ａ、接続電極２４Ａ、及び第１貫通電極２３Ａを介して互いに導通している。

なお、両接続電極２４Ａ、２４Ｂは、第１貫通電極２３Ａ、２３Ｂと、第２貫通電極２２Ａ、２２Ｂを直線的に接続させる形状ではなく、キャビティＣ内での露出を避けるため、第２ベース基板１１と第１ベース基板１０とが当接する領域に沿って形成されている。

圧電振動片６は、一対の支持腕部９ａ、９ｂにより実装部１４Ａ、１４Ｂ上に実装された状態で、気密封止されたパッケージ２のキャビティＣ内に収容されている。
すなわち、図５、図１（ａ）に示すように、圧電振動片６は、支持腕部９ａ、９ｂに形成された各マウント電極９９ａ、９９ｂが、実装部１４Ａ、１４Ｂ上の電極パッド２０Ａ、２０Ｂ（上面にメタライズ層が形成されている場合は該メタライズ層）にそれぞれ接合材５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂによって、電気的および機械的に接合されている。
このように、本実施形態の圧電振動片６は、支持腕部９ａ、９ｂのそれぞれが、その長さ方向の２箇所で実装部１４Ａ、１４Ｂ上に接合保持（２点支持）される。但し、支持腕部９ａ、９ｂは、それぞれ２箇所で実装部１４Ａ、１４Ｂ上に接合される必要がなく、中央の１箇所でもよい。この場合の接合材は、図４、図５と同一サイズとして中央に形成する場合、中央に楕円形で形成する場合、接合材５１ａと５２ａ、５１ｂと５２ｂを繋げた長円形に形成する場合等、各種方法が考えられる。また、３箇所以上に塗布接着してもよい。
接合材５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、シリコーン系の導電性接着剤が使用され、塗布装置の移動ヘッドに支持されたディスペンサノズルにより電極パッド２０Ａ、２０Ｂ上に塗布される。

このように構成された圧電振動子１を作動させる場合には、外部電極２１Ａ、２１Ｂに所定の電圧を印加する。外部電極２１Ａ、２１Ｂに所定の電圧が印加されると、２系統の励振電極９１、９２に電流が流れ、２系統の励振電極９１、９２間に発生する電界による逆圧電効果によって、一対の振動腕部７ａ、７ｂは、例えば互いに接近、離間する方向（幅方向）に所定の共振周波数で振動する。一対の振動腕部７ａ、７ｂの振動は、時刻源、制御信号のタイミング源やリファレンス信号源などとして用いられる。

以上説明した圧電振動子１は、電波時計、携帯電話や携帯情報端末機器には、時刻源や制御信号等のタイミング源、リファレンス信号源等として、また、ジャイロセンサなどの計測機器等として使用される。

本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、圧電振動片６を用いた圧電振動子１として、セラミックパッケージタイプの表面実装型振動子について説明したが、圧電振動片６を、ガラス材によって形成されるベース基板およびリッド基板が陽極接合によって接合されるガラスパッケージタイプの圧電振動子１に適用することも可能である。
また、説明した実施形態の電極パッド２０は、実装部１４のほぼ全面に形成されているが、接合材（導電性接着剤）に対応する領域に形成されていればよい。
また説明した実施形態では、いわゆるサイドアーム型の圧電振動片６を例に説明したが、基部８に直接接続される１本の支持腕部を、振動腕部７ａと振動腕部７ｂの間に形成した、いわゆるセンターアーム型の圧電振動片に適用することも可能である。すなわち、センターアーム型の圧電振動片においても、実施形態及び各変形例で説明したように、振動腕部７ａ、７ｂ先端の拡幅部７１ａ、７１ｂに側面テーパ部７１１を形成すると共に、溝部７２ａ、７２ｂに傾斜底面部７２１ａ、７２１ｂを形成する。

また、本実施形態では、圧電振動片６のサイズとして、幅０．６ｍｍ、長さ１．０ｍｍを例に説明したが、他のサイズでもよい。すなわち、圧電振動子１のサイズに応じたサイズの圧電振動子６が使用される。
例えば、幅０．８ｍｍ×長さ１．０ｍｍサイズの圧電振動子１に使用する圧電振動片６の場合には、サイドアーム型であれば、例えば幅０．５ｍｍ、長さ０．７ｍｍの圧電振動片６が使用される。

また、説明した実施形態では、溝部７２ａ、７２ｂが両主面に形成される場合について説明したが、何れか一方の主面に形成するようにしてもよい。

１ 圧電振動子
２ パッケージ
３ パッケージ本体
４ 封口板
６ 圧電振動片
７ 振動腕部
７１ 拡幅部
７１０ 平行部
７１１ 側面テーパ部
８ 基部
９ 支持腕部
１０ 第１ベース基板
１１ 第２ベース基板
１２ シールリング
１４ 実装部
２０ 電極パッド
２１ 外部電極
２２ 第２貫通電極
２３ 第１貫通電極
２４ 接続電極
５１、５２ 接合材
７２ 溝部
７２１、７２２ 傾斜底面部
８１ 接続部
９１、９２ 励振電極
９９ マウント電極

Claims (9)

1. 基部と、
   前記基部から並んで延設された１対の振動腕部と、
   前記振動腕部における前記基部の反対側に、前記振動腕部から延設された、前記振動腕部の幅よりも広く形成された拡幅部と、
   前記両振動腕部における両主面のうちの少なくとも一方の主面に、長さ方向に形成されるとともに、前記拡幅部側の端部が前記拡幅部まで伸びて形成された溝部と、
   前記溝部の底面における、少なくとも前記拡幅部側の端部において、先端側ほど前記主面からの距離が小さくなるように厚さ方向に傾斜して形成された傾斜底面部と、
   前記基部と前記１対の振動腕部の外表面に形成された、前記１対の振動腕部を励振させる２系統の励振電極と、
   を具備したことを特徴とする圧電振動片。
2. 前記拡幅部は、幅方向の側面が互いに平行する平行部と、前記振動腕部側から前記平行部に行くほど幅が広がって形成された側面テーパ部とを備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記側面テーパ部は、軸方向に対する角度が３０度以上６０度以下の角度に形成されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の圧電振動片。
4. 前記溝部は、前記拡幅部の前記平行部まで形成されている、
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の圧電振動片。
5. 前記溝部は、前記拡幅部の前記側面テーパ部まで形成されている、
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の圧電振動片。
6. 前記傾斜底面部は、前記側面テーパ部から開始し、前記溝部における前記拡幅部側の先端まで形成されている、
   ことを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の圧電振動片。
7. 前記傾斜底面部は、前記側面テーパ部よりも前記基部側から開始し、前記溝部における前記拡幅部側の先端まで形成されている、
   ことを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１の請求項に記載の圧電振動片。
8. 前記２系統の励振電極は、前記基部側から、少なくとも前記側面テーパ部の開始位置まで形成されている、
   ことを特徴とする請求項２から請求項７のうちのいずれか１の請求項に記載の圧電振動片。
9. 内側に実装部を備えたパッケージと、
   前記実装部に接合材を介して実装された前記請求項１から請求項８のうちのいずれか１の請求項に記載された圧電振動片と、
   前記実装部から前記パッケージの外部まで形成された外部電極と、
   を有することを特徴とする圧電振動子。

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