JP2024076422A - 圧電振動片、圧電振動子および発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた振動特性を有する圧電振動片を提供する。【解決手段】圧電振動片３は、基部、および基部から延出する第１振動腕３１を有する圧電板３０と、圧電板３０の外表面に配置された電極膜と、を備える。第１振動腕３１は、基部から延出する腕部３６、および腕部３６の腕部先端３６ｔに接続され、腕部３６よりも幅広に形成された錘部３７を有する。第１振動腕３１には、圧電板３０の厚さ方向に凹むとともに腕部３６の延在方向に沿って延びる溝部６０がさらに形成されている。電極膜は、溝部６０の溝内部を覆い、第１振動腕３１に電界を発生させる励振電極４２を有する。溝部６０は、一定の幅で腕部３６の延在方向に沿って延びるストレート部６１と、ストレート部６１の錘部３７側の端部から錘部３７側の先端方向に拡幅しながら延びる溝部拡幅部６３と、を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、圧電振動片、圧電振動子および発振器に関するものである。

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、水晶等を利用した圧電振動子が用いられる。この種の圧電振動子として、水晶等の圧電材料により形成された圧電板と、圧電板の外表面に配置され、圧電板に励振用の駆動電圧を印加する２系統の励振電極と、を備えた圧電振動片を、キャビティが形成されたパッケージ内に気密封止したものが知られている。

圧電振動片として、並んで配置された一対の振動腕と、一対の振動腕の基端部同士を連結する基部と、を有する圧電板を備えたものがある。このような圧電振動片では、励振電極が振動腕の外表面に配置され、２系統の励振電極間に駆動電圧が印加されることで、各振動腕が基部との連結部分を起点にして互いに接近・離間する方向に所定の共振周波数で振動する。

さらに、上記構成を有する圧電振動片において、クリスタルインピーダンス（以下、「ＣＩ値」という。）を低減させるために、振動腕に溝部が形成されたものが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。この種の圧電振動片では、２系統の励振電極が振動腕の側面と溝部内とに分けて配置され、２系統の励振電極間に駆動電圧が印加された際の振動腕の内部の電界効率を高めている。

特開２０１５－１４９７５１号公報 特開２０２０－１３７０２１号公報

ところで、溝部をウェットエッチングなどの異方性エッチングにより形成すると、溝部の長手方向両端部にエッチング残りが形成される場合がある。溝部にエッチング残りが生じると、溝部内に配置された励振電極と、振動腕の側面に配置された励振電極と、による電界が小さくなり、逆圧電効果が低減する。その結果、ＣＩ値が上昇する。

また、圧電振動片の小型化を目的とし、振動腕の先端に幅広に形成された錘部を連設することで、全体の長さの短縮を図る場合がある。この場合、振動腕と錘部との結合部の周囲には、振動腕の外表面および錘部の外表面によって２以上の方向から囲まれた空間の隅部が形成される。このような空間の隅部には、溝部の端部と同様にエッチング残りによる異形部が、振動腕の側面から突出するように形成される。これにより、溝部内に配置された励振電極と、振動腕の側面に配置された励振電極と、の間隔が異形部の存在によって広がり、電界効率の低下に伴って逆圧電効果が低減する。その結果、ＣＩ値が上昇する。したがって、従来の圧電振動片にあっては、電界効率を高めて振動特性を向上させるという点で改善の余地がある。

そこで本発明は、優れた振動特性を有する圧電振動片、並びにその圧電振動片を備えた圧電振動子および発振器を提供するものである。

本発明の第１の態様に係る圧電振動片は、基部、および前記基部から延出する振動腕を有する圧電板と、圧電板の外表面に配置された電極膜と、を備え、前記振動腕は、前記基部から延出する腕部、および前記腕部の腕部先端に接続され、前記腕部よりも幅広に形成された錘部を有し、前記振動腕には、前記圧電板の厚さ方向に凹むとともに前記腕部の延在方向に沿って延びる溝部がさらに形成され、前記電極膜は、前記溝部の溝内部を覆い、前記振動腕に電界を発生させる励振電極を有し、前記溝部は、一定の幅で前記腕部の前記延在方向に沿って延びるストレート部と、前記ストレート部の前記錘部側の端部から前記錘部側の先端方向に拡幅しながら延びる溝部拡幅部と、を有する。

第１の態様によれば、溝部がその先端まで一定の幅で延びる従来構成と比較して、溝部における錘部側の端部の側面と振動腕の側面との間隔を縮小することができる。これにより、励振電極に駆動電圧を印加した際に振動腕に発生する電界が、溝部の錘部側の先端周辺でエッチング残りによって減少することを緩和できる。すなわち、従来の圧電振動片と比較して、圧電振動片の電界効率を高めて振動特性を向上させることができる。したがって、優れた振動特性を有する圧電振動片を提供できる。

本発明の第２の態様に係る圧電振動片は、上記第１の態様に係る圧電振動片において、前記溝部は、前記腕部から前記錘部まで延設されていてもよい。

第２の態様によれば、溝部のうちエッチング残りが形成されやすい端部が錘部に配置されるので、腕部には溝部のうちエッチング残りが形成されにくい箇所を配置できる。これにより、溝部の周囲のうち電界効率の高い箇所が腕部に位置するので、圧電振動片の振動特性をより一層向上させることができる。

本発明の第３の態様に係る圧電振動片は、上記第１の態様または第２の態様に係る圧電振動片において、前記錘部は、前記腕部先端から拡幅しながら延びるテーパ部と、前記テーパ部から前記テーパ部よりも大きな幅で延びる幅広部と、を有し、前記溝部の前記錘部側の溝部先端は、前記幅広部よりも前記腕部側に位置していてもよい。

第３の態様によれば、幅広部に溝部が形成されて幅広部の体積が減少することを回避できるので、幅広部を設けたことで振動時の慣性モーメントが増大することの効果が低減することを抑制できる。

本発明の第４の態様に係る圧電振動片は、上記第１の態様から第３の態様のいずれかの態様に係る圧電振動片において、前記溝部拡幅部の側面は、曲面であってもよい。

第４の態様によれば、溝部の内側に形成される角部の数や鋭さを低減できる。これにより、溝部内での角部の欠けや、角部に応力集中が発生することを抑制できる。したがって、圧電振動片において不要振動の発生を抑制して所望の振動特性を安定的に確保することができる。

本発明の第５の態様に係る圧電振動片は、上記第１の態様から第４の態様のいずれかの態様に係る圧電振動片において、前記圧電板は、前記腕部の前記錘部側の端部から前記腕部の幅方向に突出しているとともに前記錘部に接続した一対のエッチング残りを有し、前記溝部拡幅部は、平面視で前記ストレート部の中心線に対して非対称に形成され、かつ前記一対のエッチング残りのうち平面視で面積が大きいエッチング残り側に前記中心線に対して大きく形成されていてもよい。

第５の態様によれば、平面視の面積が大きいエッチング残り側で、平面視の面積が小さいエッチング残り側よりも電界が減少しやすいところ、溝部拡幅部がストレート部の中心線に対して面積が大きいエッチング残り側に大きく形成されるので、電界の減少を緩和できる。したがって、一対のエッチング残りが非対称に形成されている場合に、圧電振動片の振動特性を効果的に向上させることができる。

本発明の第６の態様に係る圧電振動片は、上記第１の態様から第５の態様のいずれかの態様に係る圧電振動片において、前記溝部は、前記錘部側に向かうに従い浅くなる浅瀬部を有し、前記溝部拡幅部は、前記浅瀬部に形成されていてもよい。

第６の態様によれば、浅瀬部の形成箇所において溝部の所望の深さを確保できず電界が減少しやすいところ、浅瀬部に溝部拡幅部が形成されることで、電界の減少を緩和できる。したがって、溝部の端部にエッチング残りとして浅瀬部が形成されている場合に、圧電振動片の振動特性を効果的に向上させることができる。

本発明の第７の態様に係る圧電振動子は、上記第１の態様から第６の態様のいずれかの態様に係る圧電振動片と、前記圧電振動片を気密封止するパッケージと、を備える。

第７の態様によれば、優れた振動特性を備える圧電振動子が得られる。

本発明の第８の態様に係る発振器は、上記第７の態様に係る圧電振動子を備え、前記圧電振動子は、発振子として集積回路に電気的に接続されている。

第８の態様によれば、高精度な周波数信号が出力される発振器を得ることができる。

本発明によれば、優れた振動特性を有する圧電振動片、並びにその圧電振動片を備えた圧電振動子および発振器を提供することができる。

実施形態に係る発振器を示す図である。 実施形態に係る圧電振動子の外観斜視図である。 封口板を取り外した状態を示す圧電振動子の平面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に相当する断面図である。 実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。 第１実施形態に係る圧電振動片の平面図である。 第１実施形態に係る圧電板の一部を示す拡大平面図である。 図６のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。 図６のＩＸ－ＩＸ線に沿う断面図である。 第２実施形態に係る圧電板の一部を示す拡大平面図であって、図７に相当する図である。 第３実施形態に係る圧電板の一部を示す拡大平面図であって、図７に相当する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。

（実施形態の発振器）
図１は、実施形態に係る発振器を示す図である。
図１に示すように、発振器１００は、基板１０１、電子部品１０２、集積回路１０３、および圧電振動子１を備える。電子部品１０２は、例えばキャパシタなどであり、基板１０１に実装されている。集積回路１０３は、発振器用であり、基板１０１に実装されている。集積回路１０３は、圧電振動子１および電子部品１０２のそれぞれと、図示略の配線を介して電気的に接続されている。圧電振動子１は、例えば、基板１０１において集積回路１０３の近傍に実装される。圧電振動子１は、発振子として機能する。圧電振動子１については後述する。発振器１００の少なくとも一部は、適宜、図示しない樹脂によりモールドされていてもよい。

発振器１００は、圧電振動子１に電力が供給されると、圧電振動子１の圧電振動片３（図５参照）が振動する。圧電振動片３の振動は、圧電振動片３が有する圧電特性により、電気信号へ変換される。この電気信号は、圧電振動子１から集積回路１０３へ出力される。集積回路１０３は、圧電振動子１から出力された電気信号に各種処理を実行することで、周波数信号を生成する。

発振器１００は、例えば、時計用の単機能発振器、コンピューターなどの各種装置の動作タイミングを制御するタイミング制御装置、時刻あるいはカレンダーなどを提供する装置などに応用できる。集積回路１０３は、発振器１００に要求される機能に応じて構成され、いわゆるＲＴＣ（リアルタイムクロック）モジュールを含んでいてもよい。

（実施形態の圧電振動子）
図２は、実施形態に係る圧電振動子の外観斜視図である。図３は、封口板を取り外した状態を示す圧電振動子の平面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に相当する断面図である。図５は、実施形態に係る圧電振動子の分解斜視図である。
図２から図５に示すように、圧電振動子１は、いわゆる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。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３と、を備えている。なお、圧電振動子１は、直方体状を呈している。本実施形態では、平面視において圧電振動子１の長手方向を長手方向Ｌといい、短手方向を幅方向Ｗといい、これら長手方向Ｌおよび幅方向Ｗに対して直交する方向を厚さ方向Ｔという。

パッケージ２は、パッケージ本体５と、パッケージ本体５に接合されるとともに、パッケージ本体５との間にキャビティＣを形成する封口板６と、を備えている。
パッケージ本体５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は、厚さ方向Ｔから見た平面視で長方形状を呈するセラミックス製の基板とされている。第１ベース基板１０の上面は、キャビティＣの底部を構成する。第１ベース基板１０の下面には、一対の外部電極２１Ａ，２１Ｂが長手方向Ｌに間隔をあけて形成されている。外部電極２１Ａ，２１Ｂは、例えば蒸着やスパッタリング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により構成されている。

第２ベース基板１１は、平面視外形が第１ベース基板１０と同形状を呈するセラミックス製の基板であって、第１ベース基板１０上に重ねられた状態で焼結等によって一体的に接合されている。なお、各ベース基板１０，１１に用いられるセラミックス材料としては、例えばアルミナ製のＨＴＣＣ（Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）や、ガラスセラミックス製のＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ－Ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）等を用いることが可能である。

図３から図５に示すように、第２ベース基板１１には、第２ベース基板１１を厚さ方向Ｔに貫通する貫通部１１ａが形成されている。貫通部１１ａは、平面視で角丸長方形状を呈している。貫通部１１ａの内側面において、幅方向Ｗの両側に位置する部分には、幅方向Ｗの内側に向けて突出する実装部１４Ａ，１４Ｂが各別に形成されている。なお、実装部１４Ａ，１４Ｂは、第２ベース基板１１における長手方向Ｌの中央部分に位置している。

実装部１４Ａ，１４Ｂ上には、圧電振動片３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。電極パッド２０Ａ，２０Ｂは、上述した外部電極２１Ａ，２１Ｂと同様に、例えば蒸着やスパッタリング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により構成されている。電極パッド２０Ａ，２０Ｂおよび外部電極２１Ａ，２１Ｂは、各ベース基板１０，１１を厚さ方向Ｔで貫通する図示しない貫通配線を介して互いにそれぞれ導通している。

各ベース基板１０，１１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の厚さ方向Ｔの全体に亘って形成されている。各ベース基板１０，１１は、例えばウエハ状のセラミックス基板を２枚重ねて接合した後、両セラミックス基板を貫通する複数のスルーホールを行列状に形成し、各スルーホールを基準としながら両セラミックス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、上述した切欠部１５が構成される。

シールリング１２は、各ベース基板１０，１１の外形よりも一回り小さい導電性の枠状部材であって、第２ベース基板１１の上面に接合されている。具体的に、シールリング１２は、銀ロウ等のロウ材やはんだ材等による焼付けによって第２ベース基板１１上に接合、または第２ベース基板１１上に形成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は、第２ベース基板１１（貫通部１１ａ）の内側面とともにキャビティＣの側壁を構成する。なお、図示の例において、シールリング１２の内側面は、第２ベース基板１１の内側面と面一に配置されている。

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、セラミックス製とされている各ベース基板１０，１１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、ベース基板１０，１１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６は、導電性基板からなり、シールリング１２上に接合されてパッケージ本体５内を気密に封止している。そして、シールリング１２、封口板６、および各ベース基板１０，１１により画成された空間は、気密封止されたキャビティＣを構成する。

圧電振動片３は、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。圧電振動片３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圧電板３０を備える。圧電板３０は、一対の振動腕３１，３２および一対の支持腕３３，３４を有する。圧電振動片３は、キャビティＣ内において、導電性接着剤により支持腕３３，３４がパッケージ２の実装部１４Ａ，１４Ｂに支持されることで、パッケージ２に実装されている。これにより、圧電振動片３は、キャビティＣ内において振動腕３１，３２がベース基板１０，１１から浮いた状態で支持される。振動腕３１，３２の外表面には、所定の電圧が印加されたときに一対の振動腕３１，３２を振動させる２系統の励振電極４１，４２（図６参照）が配置されている。

圧電振動子１を作動させるには、外部電極２１Ａ，２１Ｂ（図２参照）に所定の電圧が印加する。すると、励振電極４１，４２に電流が流れ、励振電極４１，４２間に電界が発生する。各振動腕３１，３２は、励振電極４１，４２間に発生する電界による逆圧電効果によって例えば互いに接近・離間する方向に所定の共振周波数で振動する。そして、各振動腕３１，３２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等に用いられる。

（第１実施形態の圧電振動片）
第１実施形態の圧電振動片３について詳述する。
図６は、第１実施形態に係る圧電振動片の平面図である。なお図６では、電極膜４０の一部を破断して図示している。
図６に示すように、圧電振動片３は、圧電板３０と、圧電板３０の外表面に配置された電極膜４０と、を備える。

圧電板３０は、水晶のランバート原石を、水晶結晶軸として互いに直交するＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）に対して所定の角度でスライスしてウエハとし、このウエハをエッチングにより成形することで形成されている。以下の説明において、圧電振動片３の構成を説明する際には、Ｘ軸、Ｙ′軸およびＺ′軸が互いに直交する座標系を用いる。Ｚ′軸は、Ｚ軸をＸ軸回りに－５°～＋１０°の範囲内で回転させた軸である。Ｙ′軸は、Ｘ軸を回転軸としてＺ軸およびＹ軸を含む平面内でＺ軸と同じ角度でＹ軸を回転させたときの軸である。Ｘ軸方向、Ｙ′軸方向およびＺ′軸方向は、図中矢印方向を＋側とし、矢印とは反対の方向を－側として説明する。そして、本実施形態の圧電板では、Ｚ′軸方向が圧電板３０の厚さ方向に一致している。なお以下の説明において用いる「幅」の用語について、Ｚ′軸方向から見た平面視で任意の方向に延びる部分において、平面視で前記任意の方向に直交する方向の大きさを意味する。

圧電板３０は、基部３５と、基部３５からＹ′軸方向の＋側に延出する一対の振動腕３１，３２（第１振動腕３１および第２振動腕３２）と、基部３５に対してＸ軸方向の＋側および－側に位置する一対の支持腕３３，３４（第１支持腕３３および第２支持腕３４）と、を備えている。圧電板３０は、後述するエッチング残りを除き、表裏対称、かつ平面視でＹ′軸方向に延びる仮想線に対して線対称に形成されている。

第１振動腕３１および第２振動腕３２は、Ｘ軸方向に並んで平行に配置されている。各振動腕３１，３２は、基部３５側の基端を固定端とし、先端を自由端として互いに接近・離間する方向に振動する。振動腕３１，３２のそれぞれは、基部３５から延出する腕部３６と、腕部３６の腕部先端３６ｔ（図７参照）に接続され、腕部３６の少なくとも一部よりも幅広に形成された錘部３７と、を有する。腕部３６は、腕部先端３６ｔから振動腕３１，３２の基端に向けて一定の幅でＹ′軸方向の－側に延びている。本実施形態では、腕部３６の基端部は、基部３５との接続部からＹ′軸方向の中途部までＹ′軸方向の＋側に向かうに従い幅を狭めながら延びている。ただし、腕部３６は、腕部先端３６ｔから基端まで全長にわたって一定の幅で延びていてもよい。

錘部３７は、振動腕３１，３２の先端に位置する。錘部３７は、各腕部先端３６ｔからＹ′軸方向の＋側に延びている。錘部３７は、腕部３６の幅の中心を通る中心線ＣＬ１，ＣＬ２に対して、平面視で線対称に形成されている。錘部３７の全体は、腕部先端３６ｔよりもＸ軸方向の両側に大きく形成されている。

図７は、第１実施形態に係る圧電板の一部を示す拡大平面図である。なお図７では、電極膜４０の一部である励振電極４１，４２を仮想線で示している。
図６および図７に示すように、錘部３７は、腕部３６の少なくとも一部（本実施形態では腕部３６の全体）よりも大きい一定の幅でＹ′軸方向に延びる幅広部３８と、腕部先端３６ｔと幅広部３８とを接続する連結部３９（テーパ部）と、を備える。幅広部３８は、連結部３９よりも大きな幅でＹ′軸方向に延びている。連結部３９は、腕部先端３６ｔから幅広部３８に向かって拡幅しながらＹ′軸方向の＋側に延びている。このように、各腕部３６の腕部先端３６ｔに錘部３７を連設することで、振動腕３１，３２の質量および振動時の慣性モーメントを増大させることができ、錘部を有しない圧電振動片と比較して各振動腕３１，３２の長さを短縮できる。

図７に示すように、腕部３６の腕部先端３６ｔに腕部３６よりも幅広の錘部３７が連接されていることで、腕部先端３６ｔのＸ軸方向外側には、腕部３６の側面３６ｓと、錘部３７の側面と、によって画成された空間の隅部５０が形成されている。圧電板３０は、平面視で隅部５０を埋めるように配置された突出部５１をさらに有する。突出部５１は、圧電板３０を異方性エッチング（ウェットエッチング）により形成する際に生じるエッチング残りである。突出部５１は、各腕部３６の錘部３７側の端部を挟んでＸ軸方向の両側に一対形成されている。突出部５１は、腕部３６の錘部３７側の端部の側面からＸ軸方向の外側に突出している。突出部５１は、錘部３７に接続している。突出部５１は、腕部３６および錘部３７から離れるに従いＺ′軸方向の厚みが薄くなるように形成されている。突出部５１は、腕部３６の側面からＸ軸方向の外側かつ錘部３７側に延びる端縁５１ａを有しており、Ｚ′軸方向に沿う任意断面の形状が端縁５１ａを頂点とする二等辺三角形となるように形成されている。突出部５１の外表面は、水晶結晶の自然結晶面である。各腕部３６に接続する一対の突出部５１は、平面視で腕部３６の中心線ＣＬ１，ＣＬ２に対して非対称に形成されている。一対の突出部５１のうちＸ軸方向の＋側の突出部５１の平面視の面積は、一対の突出部５１のうちＸ軸方向の－側の突出部５１の平面視の面積よりも大きい。

図６に示すように、各支持腕３３，３４は、平面視でＬ字状を呈し、基部３５および振動腕３１，３２をＸ軸方向の外側から囲んでいる。具体的に、各支持腕３３，３４は、基部３５におけるＸ軸方向の両端面からＸ軸方向の外側に向けて突設された後、Ｙ′軸方向の＋側に延びている。第１支持腕３３は、第１振動腕３１に対して第２振動腕３２の反対側に配置されている。第２支持腕３４は、第２振動腕３２に対して第１振動腕３１の反対側に配置されている。

図８は、図６のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
図６および図８に示すように、各振動腕３１，３２には、溝部６０が形成されている。溝部６０は、圧電板３０のＺ′軸方向を向く両主面上において、Ｚ′軸方向に凹んでいる。溝部６０は、腕部３６の基端近傍から振動腕３１，３２の先端に向けてＹ′軸方向の＋側に延びている。

図７に示すように、溝部６０は、腕部３６から錘部３７まで延びている。溝部６０における錘部３７側の溝部先端６０ｔは、錘部３７の幅広部３８よりも腕部３６側位置する。図示の例では、溝部６０の溝部先端６０ｔは、錘部３７の連結部３９と幅広部３８との境界上に設けられている。ただし、例えば、溝部６０の溝部先端６０ｔは、錘部３７の連結部３９に位置していてもよい。

図６および図７に示すように、溝部６０は、一定の幅でＹ′軸方向に沿って延びるストレート部６１と、ストレート部６１の錘部３７側の端部から溝部６０の溝部先端６０ｔに向かって拡幅しながら延びる溝部拡幅部６３と、を有する。ストレート部６１は、溝部６０のうちＹ′軸方向の中途部６０ｍから基部３５側の端部まで設けられている。なお、溝部６０における基部３５側の端部は、平面視で丸みを帯びていてもよい。ストレート部６１は、その幅の中心を通る中心線が腕部３６の中心線ＣＬ１，ＣＬ２と一致するように延びている。

溝部拡幅部６３は、中途部６０ｍから溝部先端６０ｔにわたって設けられている。溝部拡幅部６３は、平面視でストレート部６１の中心線に対して線対称に形成されている。溝部拡幅部６３をＸ軸方向の外側から画成する一対の側面６３ｓは、平面である。溝部拡幅部６３の全体は、錘部３７の連結部３９に形成されている。溝部拡幅部６３のＹ′軸方向の＋側の端部は、錘部３７の連結部３９と幅広部３８との境界上に設けられている。溝部拡幅部６３のＹ′軸方向の－側の端部は、腕部３６と錘部３７との境界上に設けられている。ただし、溝部拡幅部６３のＹ′軸方向の－側の端部は、錘部３７の連結部３９に設けられていてもよい。溝部拡幅部６３のＹ′軸方向の－側の端部は、ストレート部６１と溝部拡幅部６３との接続部であって、溝部６０の中途部６０ｍである。なお、溝部拡幅部６３は、連結部３９から腕部３６にわたって設けられていてもよい。溝部拡幅部６３の側面６３ｓは、連結部３９の隣り合う側面３９ｓと平行に延びている。

図９は、図６のＩＸ－ＩＸ線に沿う断面図である。
図６、図７および図９に示すように、溝部６０は、両端部に設けられた浅瀬部６５を有する。浅瀬部６５は、Ｙ′軸方向の外側に向かうに従い浅くなる。浅瀬部６５を画成する底面６５ｂは、異方性エッチングにより形成された結晶面であり、平面状に形成されている。なお浅瀬部６５を画成する底面６５ｂは、１つの傾斜面によって構成されていてもよいし、複数の傾斜面によって形成されていてもよい。溝部６０の錘部３７側の端部に設けられた先端側の浅瀬部６５には、溝部拡幅部６３が形成されている。図示の例では、溝部拡幅部６３の全体が先端側の浅瀬部６５に形成されている。ただし、先端側の浅瀬部６５の全体が溝部拡幅部６３に形成されていてもよい。

図６に示すように、電極膜４０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、クロム膜上に金の薄膜を積層したものである。ただし、電極膜４０の膜構成はこれに限定されず、例えば、クロムとニクロム（ＮｉＣｒ）との積層膜上にさらに金の薄膜を積層しても構わないし、クロムやニッケル、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の単層膜でも構わない。

電極膜４０は、励振電極４１，４２と、マウント電極４３，４４と、接続配線４５Ａ，４５Ｂと、を備える。
図６から図８に示すように、励振電極４１，４２は、振動腕３１，３２の外表面上に２系統設けられている。各励振電極４１，４２は、互いに電気的に絶縁されるようにパターニングされている。励振電極４１，４２は、第１励振電極４１および第２励振電極４２を有する。第１励振電極４１は、第１振動腕３１のＸ軸方向を向く両側面上と、第２振動腕３２の溝部６０の溝内部と、に形成されている。第１励振電極４１は、第１振動腕３１の腕部３６から連結部３９にわたる部分に設けられている。第１励振電極４１は、第１振動腕３１に設けられた一対の突出部５１の全体を覆っている。第１励振電極４１は、第２振動腕３２の溝部６０を画成する面の全体を覆っている。第２励振電極４２は、第１振動腕３１の溝部６０の溝内部と、第２振動腕３２の両側面上と、に形成されている。第２励振電極４２は、第２振動腕３２の腕部３６から連結部３９にわたる部分に設けられている。第２励振電極４２は、第２振動腕３２に設けられた一対の突出部５１の全体を覆っている。第２励振電極４２は、第１振動腕３１の溝部６０を画成する面の全体を覆っている。励振電極４１，４２は、励振電極４１，４２間に所定の駆動電圧が印加されたときに、各振動腕３１，３２に電界を発生させて、各振動腕３１，３２をＸ軸方向に振動させる。

図６に示すように、マウント電極４３，４４は、圧電振動片３をパッケージ２に実装する際のマウント部として設けられている。マウント電極４３，４４は、支持腕３３，３４の先端部における主面（裏面）上に設けられている。具体的に、マウント電極４３，４４は、第１支持腕３３に配置された第１マウント電極４３と、第２支持腕３４に配置された第２マウント電極４４と、を備える。第１マウント電極４３は、第１励振電極４１に電気的に接続されている。第２マウント電極４４は、第２励振電極４２に電気的に接続されている。マウント電極４３，４４は、導電性接着剤を介してパッケージ２の電極パッド２０Ａ，２０Ｂに電気的に接続される。

接続配線４５Ａ，４５Ｂは、振動腕３１，３２の先端側で励振電極４１同士または励振電極４２同士を接続している。接続配線４５Ａ，４５Ｂは、第１励振電極４１に接続された第１接続配線４５Ａと、第２励振電極４２に接続された第２接続配線４５Ｂと、を有する。第１接続配線４５Ａは、第１振動腕３１における溝部６０よりも先端側で、第１振動腕３１の両側面上の第１励振電極４１同士を電気的に接続している。第２接続配線４５Ｂは、第２振動腕３２における溝部６０よりも先端側で、第２振動腕３２の両側面上の第２励振電極４２同士を電気的に接続している。

以上に説明したように、本実施形態の圧電振動片３は、溝部６０が一定の幅でＹ′軸方向に延びるストレート部６１と、ストレート部６１の錘部３７側の端部から錘部３７側の溝部先端６０ｔの方向に拡幅しながら延びる溝部拡幅部６３と、を有するように形成されている。この構成によれば、溝部がその先端まで一定の幅で延びる従来構成と比較して、溝部６０を画成する側面のうち溝部６０の錘部３７側の端部の側面（溝部拡幅部６３の側面６３ｓ）と振動腕３１，３２の側面との間隔を縮小することができる。これにより、励振電極４１，４２に駆動電圧を印加した際に振動腕３１，３２に発生する電界が、溝部先端６０ｔの周辺でエッチング残りによって減少することを緩和できる。すなわち、従来の圧電振動片と比較して、圧電振動片３の電界効率を高めて振動特性を向上させることができる。したがって、優れた振動特性を有する圧電振動片３を提供できる。

また、溝部６０の開口面積が溝部拡幅部６３において拡大されるので、溝部６０をウェットエッチングにより形成する際にエッチング液が溝部６０の溝部拡幅部６３に入り込みやすくなる。これにより、溝部６０の錘部３７側の端部内にエッチング残りが形成されにくくなる。したがって、振動腕３１，３２に発生する電界がエッチング残りによって減少することを抑制できる。

また、溝部６０は、振動腕３１，３２それぞれの腕部３６から錘部３７まで延設されている。この構成によれば、溝部６０のうちエッチング残りが形成されやすい端部が錘部３７に配置されるので、腕部３６には溝部６０のうちエッチング残りが形成されにくい箇所を配置できる。これにより、溝部６０の周囲のうち電界効率の高い箇所が腕部３６に位置するので、圧電振動片３の振動特性をより一層向上させることができる。

溝部先端６０ｔは、錘部３７の幅広部３８よりも腕部３６側に位置する。この構成によれば、幅広部３８に溝部が形成されて幅広部３８の体積が減少することを回避できるので、幅広部３８を設けたことで振動時の慣性モーメントが増大することの効果が低減することを抑制できる。

溝部６０は、錘部３７側に向かうに従い浅くなる浅瀬部６５を有し、溝部拡幅部６３は浅瀬部６５に形成されている。この構成によれば、浅瀬部６５の形成箇所において溝部６０の所望の深さを確保できず電界が減少しやすいところ、浅瀬部６５に溝部拡幅部６３が形成されることで、電界の減少を緩和できる。したがって、溝部６０の端部にエッチング残りとして浅瀬部６５が形成されている場合に、圧電振動片３の振動特性を効果的に向上させることができる。

（第２実施形態の圧電振動片）
第２実施形態の圧電振動片３について説明する。
図１０は、第２実施形態に係る圧電板の一部を示す拡大平面図であって、図７に相当する図である。
第１実施形態では、溝部拡幅部６３の側面６３ｓが平面である。これに対して第２実施形態では、溝部拡幅部６３Ａの側面６３Ａｓが凸曲面である点で、第１実施形態と異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第１実施形態と同様である。

図１０に示すように、溝部６０Ａは、第１実施形態の溝部拡幅部６３に代えて、溝部拡幅部６３Ａを有する。溝部拡幅部６３Ａは、平面視でストレート部６１の中心線に対して、平面視で略対称に形成されている。溝部拡幅部６３ＡのＹ′軸方向の－側の端部は、腕部３６に設けられている。溝部拡幅部６３ＡをＸ軸方向の外側から画成する側面６３Ａｓは、溝部６０Ａの内側に膨出した凸曲面である。具体的に、溝部拡幅部６３Ａの側面６３Ａｓは、Ｚ′軸方向に一様に延びる柱面である。溝部拡幅部６３Ａの側面６３Ａｓは、平面視で円弧状に延びている。ただし溝部拡幅部６３Ａの側面６３Ａｓの平面視形状は特に限定されない。溝部拡幅部６３Ａの側面６３Ａｓは、ストレート部６１の側面に対して接線が連続するように接続している。これにより、溝部拡幅部６３Ａの側面６３Ａｓとストレート部６１の側面との接続部に尖った角部が形成されていない。ただし、溝部拡幅部６３Ａの側面６３Ａｓは、ストレート部６１の側面に対して接線が不連続となるように接続していてもよい。

本実施形態では、第１実施形態と同様の効果を奏する。これに加え本実施形態では、溝部拡幅部６３Ａの側面６３Ａｓが凸曲面であるので、溝部６０Ａの内側に形成される角部の数や鋭さを低減できる。これにより、溝部６０Ａ内での角部の欠けや、角部に応力集中が発生することを抑制できる。したがって、圧電振動片３において不要振動の発生を抑制して所望の振動特性を安定的に確保することができる。

（第３実施形態の圧電振動片）
第３実施形態の圧電振動片３について説明する。
図１１は、第３実施形態に係る圧電板の一部を示す拡大平面図であって、図７に相当する図である。
第１実施形態では、溝部拡幅部６３が平面視で腕部３６の中心線ＣＬ１，ＣＬ２に対して略対称に形成されている。これに対して第３実施形態では、溝部拡幅部６３Ｂが平面視で腕部３６の中心線ＣＬ１，ＣＬ２に対して非対称に形成されている点で、第１実施形態と異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第１実施形態と同様である。

図１１に示すように、溝部６０Ｂは、第１実施形態の溝部拡幅部６３に代えて、溝部拡幅部６３Ｂを有する。溝部拡幅部６３Ｂは、平面視でストレート部６１の中心線（腕部３６の中心線ＣＬ１，ＣＬ２）に対して、一対の突出部５１のうち平面視の面積が大きい突出部５１側（Ｘ軸方向の＋側）により大きく拡幅するように形成されている。これにより、溝部拡幅部６３Ｂは、ストレート部６１に対してＸ軸方向の－側よりも＋側に大きく突出している。溝部拡幅部６３ＢをＸ軸方向の外側から画成する一対の側面６３Ｂｓのうち少なくともいずれか一方は、連結部３９の隣り合う側面３９ｓに対して傾斜して延びている。具体的に、溝部拡幅部６３ＢのＸ軸方向の＋側の側面６３Ｂｓは、連結部３９のＸ軸方向の＋側の側面３９ｓに対して錘部３７側に向かうに従い近付くように延びている。一方で、溝部拡幅部６３ＢのＸ軸方向の－側の側面６３Ｂｓは、連結部３９のＸ軸方向の－側の側面３９ｓと平行に延びている。ただし、溝部拡幅部６３ＢのＸ軸方向の－側の側面６３Ｂｓは、連結部３９のＸ軸方向の－側の側面３９ｓに対して錘部３７側に向かうに従い離れるように延びていてもよい。この場合、溝部拡幅部６３ＢのＸ軸方向の＋側の側面６３Ｂｓは、連結部３９のＸ軸方向の＋側の側面３９ｓと平行に延びていてもよい。

本実施形態では、第１実施形態と同様の効果を奏する。これに加え本実施形態では、溝部拡幅部６３Ｂが平面視でストレート部６１の中心線に対して非対称に形成され、かつ一対の突出部５１のうち平面視で面積が大きい突出部５１側にストレート部６１の中心線に対して大きく形成されている。この構成によれば、平面視の面積が大きい突出部５１側で、平面視の面積が小さい突出部５１側よりも電界が減少しやすいところ、溝部６０Ｂの溝部拡幅部６３Ｂがストレート部６１の中心線に対して面積が大きい突出部５１側に大きく形成されるので、電界の減少を緩和できる。したがって、一対の突出部５１が非対称に形成されている場合に、圧電振動片３の振動特性を効果的に向上させることができる。

なお、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、上記実施形態では、圧電振動片３は、各支持腕３３，３４が各振動腕３１，３２の外側に配置された、いわゆるサイドアーム型の振動片であった。しかしながらこの構成に限定されず、圧電振動片は、例えば１つの支持腕が一対の振動腕の間に配置された、いわゆるセンターアーム型の振動片や、支持腕を備えていない振動片であってもよい。

また、上記第１実施形態では、溝部先端６０ｔが錘部３７の連結部３９と幅広部３８との境界上に位置しているが、この構成に限定されない。溝部先端は、錘部３７の連結部３９と幅広部３８との境界よりも腕部３６側（Ｙ′軸方向の－側）に位置していてもよい。すなわち、溝部先端は、連結部３９に位置していてもよいし、腕部３６に位置していてもよい。また、溝部先端は、錘部３７の幅広部３８に位置していてもよい。第２実施形態および第３実施形態についても同様である。

また、上記実施形態では、溝部６０，６０Ａ，６０Ｂが浅瀬部６５を有しているが、溝部に浅瀬部が形成されていなくてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、第２実施形態および第３実施形態を組み合わせて、側面が凸曲面状に形成された溝部拡幅部を、ストレート部の中心線に対して非対称に形成してもよい。

１…圧電振動子 ２…パッケージ ３…圧電振動片 ３０…圧電板 ３１…第１振動腕（振動腕） ３２…第２振動腕（振動腕） ３５…基部 ３６…腕部 ３６ｔ…腕部先端 ３７…錘部 ３８…幅広部 ３９…連結部（テーパ部） ４０…電極膜 ４１…第１励振電極（励振電極） ４２…第２励振電極（励振電極） ６０，６０Ａ，６０Ｂ…溝部 ６０ｔ…溝部先端 ６１…ストレート部 ６３，６３Ａ，６３Ｂ…溝部拡幅部 ６３ｓ，６３Ａｓ，６３Ｂｓ…溝部拡幅部の側面 ６５…浅瀬部 １００…発振器 １０３…集積回路 ＣＬ１，ＣＬ２…中心線

Claims (8)

1. 基部、および前記基部から延出する振動腕を有する圧電板と、
   圧電板の外表面に配置された電極膜と、
   を備え、
   前記振動腕は、前記基部から延出する腕部、および前記腕部の腕部先端に接続され、前記腕部よりも幅広に形成された錘部を有し、
   前記振動腕には、前記圧電板の厚さ方向に凹むとともに前記腕部の延在方向に沿って延びる溝部がさらに形成され、
   前記電極膜は、前記溝部の溝内部を覆い、前記振動腕に電界を発生させる励振電極を有し、
   前記溝部は、
   一定の幅で前記腕部の前記延在方向に沿って延びるストレート部と、
   前記ストレート部の前記錘部側の端部から前記錘部側の先端方向に拡幅しながら延びる溝部拡幅部と、
   を有する、
   圧電振動片。
2. 前記溝部は、前記腕部から前記錘部まで延設されている、
   請求項１に記載の圧電振動片。
3. 前記錘部は、
   前記腕部先端から拡幅しながら延びるテーパ部と、
   前記テーパ部から前記テーパ部よりも大きな幅で延びる幅広部と、
   を有し、
   前記溝部の前記錘部側の溝部先端は、前記幅広部よりも前記腕部側に位置する、
   請求項１または請求項２に記載の圧電振動片。
4. 前記溝部拡幅部の側面は、曲面である、
   請求項１または請求項２に記載の圧電振動片。
5. 前記圧電板は、前記腕部の前記錘部側の端部から前記腕部の幅方向に突出しているとともに前記錘部に接続した一対のエッチング残りを有し、
   前記溝部拡幅部は、平面視で前記ストレート部の中心線に対して非対称に形成され、かつ前記一対のエッチング残りのうち平面視で面積が大きいエッチング残り側に前記中心線に対して大きく形成されている、
   請求項１または請求項２に記載の圧電振動片。
6. 前記溝部は、前記錘部側に向かうに従い浅くなる浅瀬部を有し、
   前記溝部拡幅部は、前記浅瀬部に形成されている、
   請求項１または請求項２に記載の圧電振動片。
7. 請求項１または請求項２に記載の圧電振動片と、
   前記圧電振動片を気密封止するパッケージと、
   を備える圧電振動子。
8. 請求項７に記載の圧電振動子を備え、
   前記圧電振動子は、発振子として集積回路に電気的に接続されている、
   発振器。

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