JP4352464B2

JP4352464B2 - 水晶振動板および水晶振動子

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Publication number: JP4352464B2
Application number: JP2005211928A
Authority: JP
Inventors: 基任萩原
Original assignee: Daishinku Corp
Current assignee: Daishinku Corp
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2025-07-21
Also published as: JP2006060798A

Description

本発明は水晶振動子に用いるＡＴカット水晶振動板等の厚み系振動モードをもちいる薄板状水晶振動板および当該水晶振動板を用いた水晶振動子に関するものである。

水晶振動子はモバイル通信機器、電子機器分野等に用いられ、特にＡＴカット水晶振動板を用いた水晶振動子は周波数温度特性が比較的安定しているので、汎用されている。周知のとおり、ＡＴカット水晶振動板はその外周端部をコンベックス加工あるいはベベル加工等の面取り処理を施すことにより、水晶振動板中央部分の励振領域で励起された振動エネルギーは外周端部において減衰させることができる。このような構成の水晶振動板の表裏面に励振電極を形成し、パッケージに格納する。パッケージとの接合は導電性接合材により水晶振動板の端部を電気的機械的に接続して行う。特開２００３−１７４３５３号（特許文献１）はこのような面取り処理を行った水晶振動板が開示されている。特許文献１においては、四角形状の四辺の各々に対応する縁部の厚さが漸減するように形成された漸減部を形成することにより、端部において振動エネルギーの損失を抑制することで、水晶振動子の直列抵抗値を小さくしている。

ところで電子機器は小型化が進んでおり、これに従って水晶振動子も小型化が要求されている。このように水晶振動子の小型化すなわち水晶振動板が小型化された場合、上述のような面取り処理を行ったとしても、振動エネルギーが十分には減衰しきれず、直列抵抗値を悪化させてしまうことがあった。例えば共振周波数が３５ＭＨｚ以下の水晶振動子においてはこのような影響が現れ、特に１６ＭＨz以下の低周波領域においては、直列抵抗値の悪化がより顕著に現れていた。
特開２００３−１７４３５３号

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型化した場合でも直列抵抗値等の特性を良好に保つことのできる水晶振動板を提供するとともに、当該水晶振動板を用いた特性の良好な水晶振動子を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明者は、水晶振動板の面取り構成について、鋭意工夫検証を行った結果、矩形状水晶振動板の短辺と長辺および矩形四隅領域の面取り量を好適に調整すること等により、小型化された水晶振動板においても効率よく振動エネルギーを減衰させることを見いだしたものであり、次の各構成により上記課題を解決するものである。

すなわち請求項１に示すように、平面視略矩形状の薄板状ＡＴカット水晶振動板であって、当該水晶振動板の長辺方向の稜部と短辺方向の各々の稜部が面取りされた構成であるとともに、前記矩形の四隅において表裏主面が近接した稜部を形成し、かつ、水晶振動板の長辺方向両端であって、短辺の中央部分の厚さをｂ、水晶振動板の短辺方向両端であって長辺中央部分の厚さをｃとしたとき、ｃ／ｂが１〜１.４の範囲にあることを特徴としている。

本発明によれば、矩形の四隅の面取り加工量を多くし、表面と裏面が近接する稜部を当該四隅端部に形成している。これにより水晶振動板の中央部分に対して、四隅領域においては急激にその厚さが減少している構成となる。このような構成により水晶振動板の中央部分で励振された振動エネルギーを極めて効率的に減衰させることができる。また当該構成に付加して、水晶振動板の長辺方向や短辺方向に沿ったそれぞれの稜部が各々面取りされる構成としている。このようなそれぞれの稜部の面取り構成により、四隅領域の厚さを急激に減少させたことによる振動エネルギー減衰効果をより効果的に発揮させることができ、相乗的な減衰効果を得ることができる。

水晶振動板の周縁部分を面取りすることにより、周縁部分の振動エネルギー減衰効果が得られることは周知事項であるが、本発明のような四隅領域において表裏主面の厚さを急激に減少させ、表裏が近接した構成であって、面取り量が明確に開示されているものはない。面取り量が過小であると振動エネルギーが周縁部分に残ることになり、また面取り量が過大であると、励振領域自体を減少させてしまうことになり、いずれの場合も、当該水晶振動板の直列抵抗値悪化が懸念される。そこで本発明者は四隅領域において表裏主面の厚さを急激に減少させ、表裏を近接させた構成において、各領域の面取り量に対する直列抵抗の変化について調べた。なお、直列抵抗の測定にあたっては、図１２に示すように、試作した水晶振動板の表裏面に矩形状の励振電極および引出電極を形成し、アッセンブリした状態でインピーダンスアナライザ、ネットワークアナライザを用いて測定を行う。これら励振電極および引出電極は水晶振動板に接して約３０オングストロームのＣｒ層が形成され、その上面に約２０００〜３０００オングストロームのＡｕ層が形成された複数層構成である。なお、これら膜構成は後述する検証実験においても適用している。

請求項１に関連する検証
検証には複数の周波数のＡＴカット水晶振動板を用いたが、その外形寸法は長辺（Ｘ軸方向）が１．８〜２．２ｍｍ、短辺（ｚ‘軸方向）１．１〜１．６ｍｍである。また水晶振動板に形成された励振電極寸法は長辺が１．１〜１．５ｍｍ、短辺が１〜１．３ｍｍである。なお、水晶振動板および励振電極の外形寸法は周知のとおり、輪郭系等のスプリアス振動モードに深く関連するので、当該モードとのカップリングを避けるために適宜周波数毎に上記範囲で各外形寸法を調整している。また、以下で使用する各記号は図２で示す各部位の寸法を示している。図２は水晶振動板の平面図であり、ａは水晶振動板の振動領域となる中央部分Ａの厚さ寸法、ｂは水晶振動板の長辺方向両端であって短辺の中央部分Ｂの厚さ寸法、ｃは水晶振動板の短辺方向両端であって長辺中央部分Ｃの厚さ寸法、ｄは水晶振動板の四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０．１ｍｍ内側に入った部分Ｄの厚さ寸法である。なお、これらＡ乃至Ｄの位置はこれらの近傍領域も含む。また図２においてこれらＡ乃至Ｄは丸囲み表示されている。

検証に用いたサンプルＡ−１の水晶振動板は、その共振周波数が９．８ＭＨｚであり、ｃ／ａが約０．５５、ｄ／ａが０．０のサンプルについてｃ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。また同じくサンプルＡ−２として、その共振周波数が１０．１３５ＭＨｚのものについて検証を行った。このｃ／ａは約０．７、ｄ／ａが約０．０４であり、ｃ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。また同じくサンプルＢ−１として、共振周波数が１３．３６３ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ａは約０．５８、ｄ／ａが約０．１であり、ｃ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。またサンプルＣ−１として、共振周波数が１６．３８４ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ａは約０．８３、ｄ／ａが約０．３であり、ｃ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。またサンプルＤ−１として、共振周波数が２２．５ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ａは約０．８３、ｄ／ａが約０．６５であり、ｃ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。さらにサンプルＤ−２として共振周波数が３２ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ａは約０．９８、ｄ／ａが０．９６であり、ｃ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。

図３は上記各サンプルの直列抵抗値の推移を示すグラフである。各サンプルは共振周波数が異なるため、直列抵抗値の絶対値は異なり、低周波数ほど直列抵抗値は高くなるが、いずれも各サンプルで若干のバラツキはあるものの、ｃ／ｂが１〜１．４の範囲において良好な値を示し、その範囲外においてはいずれも直列抵抗値が悪化（上昇）する傾向を示していることが理解できる。

以上の検証実験により、ＡＴカット水晶振動板の長辺方向の稜部と短辺方向の各々の稜部が面取りされた構成であるとともに、前記矩形の四隅において表裏主面が近接した構成において、ｃ／ｂが１〜１.４の範囲により、良好な直列抵抗を得ることができる。またより好ましくは、ｃ／ｂが１．０２〜１．２５の範囲であるとさらに直列抵抗値が良好であり、好ましい範囲となる。

前述のとおり、ｃ／ｂが１〜１.４の範囲であれば良好な直列抵抗値を得ることができるが、検証実験を進めるなかで、特に３５ＭＨｚ以下の比較的低周波の周波数帯においては、前述のｄ寸法がその直列抵抗値に影響を与え、特にｄ／ｂが所定の範囲である場合に特に良好な直列抵抗値を得ることができることを発明者は知見した。

請求項２は請求項１記載の水晶振動板において、共振周波数が９.８ＭＨｚ以上１５ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板の場合に、図２に示すように、前記水晶振動板の長辺方向両端であって、短辺の中央部分の厚さをｂ（但し、ｂおよびｄは水晶振動板中央部分の厚さａ未満、以降も同じ）、水晶振動板の四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側部分の厚さをｄとしたとき、ｄ／ｂが０以上０．２８未満の範囲にある構成を開示している。

また請求項３は請求項１記載の水晶振動板において、共振周波数が１５ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板の場合に、前記水晶振動板の長辺方向両端であって、短辺の中央部分の厚さをｂ、水晶振動板の四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側部分の厚さをｄとしたとき、ｄ／ｂが０．２８以上０．５未満の範囲にある構成を開示している。

また請求項４は請求項１記載の水晶振動板において、共振周波数が２０ＭＨｚ以上３５ＭＨｚ以下のＡＴカット水晶振動板の場合に、前記水晶振動板の長辺方向両端であって、短辺の中央部分の厚さをｂ、水晶振動板の四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側部分の厚さをｄとしたとき、ｄ／ｂが０．５以上１．０以下の範囲にある構成を開示している。

次に請求項２乃至請求項４に関する検証について説明する。検証には複数の周波数のＡＴカット水晶振動板を用いたが、その外形寸法は長辺（Ｘ軸方向）が１．８〜２．２ｍｍ、短辺（ｚ‘軸方向）１．１〜１．６ｍｍである。また水晶振動板に形成された励振電極寸法は長辺が１．１〜１．５ｍｍ、短辺が１〜１．３ｍｍである。なお、前述のとおり、ｂは水晶振動板の長辺方向両端であって、かつ短辺の中央部分Ｂの厚さ寸法、ｄは水晶振動板の四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０．１ｍｍ内側に入った部分Ｄの厚さ寸法である。

請求項２に関連する検証
検証に用いたサンプルＥの水晶振動板は、その共振周波数が９．８ＭＨｚであり、ｃ／ｂが約１．２のサンプルについてｄ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。また同じくサンプルＦとして、共振周波数が１２ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．１であり、ｄ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。またサンプルＧとして、共振周波数が１４．３１８ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．１であり、ｄ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。

図４は上記各サンプル（共振周波数が９.８ＭＨｚ以上１５ＭＨｚ未満水晶振動板）の直列抵抗値の推移を示すグラフである。各サンプルは共振周波数が異なるため、直列抵抗値の絶対値は異なるが、いずれも各サンプルで若干のバラツキはあるものの、ｄ／ｂが０〜０．２８未満の範囲において良好な値を示し、その範囲外においてはいずれも直列抵抗値が悪化する傾向を示していることが理解できる。なお、面取り量が大きい場合はｄ寸法が０になるため、ｄ／ｂも０になる。上記検証例ではサンプルＥについてはｄ／ｂが０となる場合があることを示している。

請求項３に関連する検証
また１５ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ未満の周波数についてもｄ／ｂを変化させた場合について検証を行った。検証に用いたサンプルＨの水晶振動板は、その共振周波数が１５．３６０ＭＨｚであり、ｃ／ｂが約１．０５のサンプルについてｄ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。また同じくサンプルＩとして、共振周波数が１８．５４３ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．１であり、ｄ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。またサンプルＪとして、共振周波数が２０ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．０３であり、ｄ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。

図５は上記各サンプル（共振周波数が１５ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板）の直列抵抗値の推移を示すグラフである。各サンプルは共振周波数が異なるため、直列抵抗値の絶対値は異なるが、いずれも各サンプルで若干のバラツキはあるものの、ｄ／ｂが０．２８〜０．５未満の範囲において良好な値を示し、その範囲外においてはいずれも直列抵抗値が悪化する傾向を示していることが理解できる。

請求項４に関連する検証
また２０ＭＨｚ以上３５ＭＨｚ以下の周波数についてもｄ／ｂを変化させた場合について検証を行った。検証に用いたサンプルＪ２の水晶振動板は、その共振周波数が２１．４ＭＨｚであり、ｃ／ｂが約１．０５のサンプルについてｄ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。また同じくサンプルＪ３として、共振周波数が２６ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．１であり、ｄ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。またサンプルＪ４として、共振周波数が３２ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．０であり、ｄ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。またサンプルＪ５として、共振周波数が３５ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．０であり、ｄ／ｂを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。

図６は上記各サンプル（共振周波数が２０ＭＨｚ以上３５ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板）の直列抵抗値の推移を示すグラフである。各サンプルは共振周波数が異なるため、直列抵抗値の絶対値は異なるが、いずれも各サンプルで若干のバラツキはあるものの、ｄ／ｂが０．５〜１．０の範囲において良好な値を示し、その範囲外においてはいずれも直列抵抗値が悪化する傾向を示していることが理解できる。

本発明はさらに、請求項１の構成についてｄ／ａとの関係についても開示している。すなわち請求項５に示すように、共振周波数が９.８ＭＨｚ以上１２ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板において、前記水晶振動板の中央部分の厚さをａ、水晶振動板の四隅領域であって、四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側の厚さをｄとしたとき、ｄ／ａが０〜０．２未満（但し、ｄは水晶振動板中央部分の厚さａ未満、以降も同じ）の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の水晶振動板である。

また請求項６に示すように、共振周波数が１２ＭＨｚ以上１５ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板において、前記水晶振動板の中央部分の厚さをａ、水晶振動板の四隅領域であって、四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側の厚さをｄとしたとき、ｄ／ａが０.０１〜０.４未満の範囲にあることを特徴とする請求項２記載の水晶振動板である。

また請求項７に示すように、共振周波数が１５ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板において、前記水晶振動板の中央部分の厚さをａ、水晶振動板の四隅領域であって、四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側の厚さをｄとしたとき、ｄ／ａが０.２〜０.５５未満の範囲にあることを特徴とする請求項２記載の水晶振動板である。

また請求項８に示すように、共振周波数が２０ＭＨｚ以上３５ＭＨｚ以下のＡＴカット水晶振動板において、前記水晶振動板の中央部分の厚さをａ、水晶振動板の四隅領域であって、四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側の厚さをｄとしたとき、ｄ／ａが０.５〜１.０の範囲にあることを特徴とする請求項２記載の水晶振動板である。

上記請求項５乃至請求項８についての検証を行った。検証には複数の周波数のＡＴカット水晶振動板を用いたが、その外形寸法は長辺（Ｘ軸方向）が１．８〜２．２ｍｍ、短辺（ｚ‘軸方向）１．１〜１．６ｍｍである。また水晶振動板に形成された励振電極寸法は長辺が１．１〜１．５ｍｍ、短辺が１〜１．３ｍｍである。なお、前述のとおり、ａは水晶振動板の振動領域となる中央部分Ａの厚さ寸法、ｄは水晶振動板の四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０．１ｍｍ内側に入った部分Ｄの厚さ寸法である。

請求項５に関連する検証
検証に用いたサンプルＫの水晶振動板は、その共振周波数が９．８ＭＨｚであり、ｃ／ｂが約１．２のサンプルについてｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。また同じくサンプルＬとして、共振周波数が１０．１３５ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．２であり、ｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。またサンプルＭとして、共振周波数が１１．５ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．１であり、ｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。

図７は上記各サンプルの直列抵抗値の推移を示すグラフである。各サンプルは共振周波数が異なるため、直列抵抗値の絶対値は異なるが、いずれも各サンプルで若干のバラツキはあるものの、ｄ／ａが０〜０．２の範囲において良好な値を示し、その範囲外においてはいずれも直列抵抗値が悪化する傾向を示していることが理解できる。なお、面取り量が大きい場合はｄ寸法が０になるため、ｄ／ａも０になる。上記検証例ではサンプルＫとＬについてはｄ／ａが０となる場合があることを示している。

請求項６に関連する検証
検証に用いたサンプルＮの水晶振動板は、その共振周波数が１２ＭＨｚであり、ｃ／ｂが約１．１のサンプルについてｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。また同じくサンプルＯとして、共振周波数が１３ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．１であり、ｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。またサンプルＰとして、共振周波数が１４．７４５ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．１５であり、ｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。

図８は上記各サンプルの直列抵抗値の推移を示すグラフである。各サンプルは共振周波数が異なるため、直列抵抗値の絶対値は異なるが、いずれも各サンプルで若干のバラツキはあるものの、ｄ／ａが０．０１〜０．４未満の範囲において良好な値を示し、その範囲外においてはいずれも直列抵抗値が悪化する傾向を示していることが理解できる。

請求項７に関連する検証
検証に用いたサンプルＱの水晶振動板は、その共振周波数が１５ＭＨｚであり、ｃ／ｂが約１．２のサンプルについてｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。また同じくサンプルＲとして、共振周波数が１６．３８４ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．０５であり、ｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。またサンプルＳとして、共振周波数が１８．５４３ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．１であり、ｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。さらにサンプルＴとして、振周波数が２０ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．０４であり、ｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。

図９は上記各サンプルの直列抵抗値の推移を示すグラフである。各サンプルは共振周波数が異なるため、直列抵抗値の絶対値は異なるが、いずれも各サンプルで若干のバラツキはあるものの、ｄ／ａが０．２〜０．５５の範囲において良好な値を示し、その範囲外においてはいずれも直列抵抗値が悪化する傾向を示していることが理解できる。

請求項８に関連する検証
また２０ＭＨｚ以上３５ＭＨｚ以下の周波数についてもｄ／ｂを変化させた場合について検証を行った。検証に用いたサンプルＵの水晶振動板は、その共振周波数が２１．４ＭＨｚであり、ｃ／ｂが約１．２のサンプルについてｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。また同じくサンプルＸとして、共振周波数が２６ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．１であり、ｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。またサンプルＹとして、共振周波数が３２ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．０であり、ｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。またサンプルＺとして、共振周波数が３５ＭＨｚのものについて検証を行った。ｃ／ｂは約１．０であり、ｄ／ａを変化させた場合の直列抵抗値の推移について調べた。

図１０は上記各サンプルの直列抵抗値の推移を示すグラフである。各サンプルは共振周波数が異なるため、直列抵抗値の絶対値は異なるが、いずれも各サンプルで若干のバラツキはあるものの、ｄ／ａが０．５〜１．０の範囲において良好な値を示し、その範囲外においてはいずれも直列抵抗値が悪化する傾向を示していることが理解できる。

上述の水晶振動板において、請求項９に示すように、前記矩形の四隅が曲率を有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の水晶振動板であってもよい。なお、当該曲率は水晶振動板の平面視四隅に形成しても良いし、断面でみて稜部分に曲率を設ける構成であってもよい。

請求項９によれば、水晶振動板の四隅において稜が形成されやすいが、このような場合四隅に曲率を形成することにより、機械的強度を向上させるとともに、面取りによるエネルギー減衰効果をより効率的に発揮させることができる。

また請求項１０に示すように、水晶振動板がＡＴカット水晶板であり、長辺方向が水晶結晶軸のＸ軸に、短辺方向がＺ‘軸に沿った構成であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の水晶振動板であってもよい。

本発明は上述の水晶振動板をパッケージに収納した水晶振動子についても提案している。すなわち、請求項１１に示すように、請求項１乃至１０のいずれかに記載の水晶振動板の表裏面に励振電極を形成するとともに、当該水晶振動板をパッケージに収納し、前記矩形の四隅を当該パッケージの保持領域として導電接合したことを特徴とする水晶振動子である。

水晶振動板には表裏に励振電極を形成するとともに、当該励振電極から引出電極を水晶振動板端部に導出し、パッケージ等と電気的機械的接続を行う。当該接続は導電フィラーの入った樹脂接着剤で行うことが多いが、その接着領域によって水晶振動子の特性に影響を与える。本発明によれば、水晶振動板の表裏主面が近接した稜部を矩形の四隅に形成し、当該四隅部分で樹脂接着剤により導電接合を行っている。これにより、振動領域の振動エネルギーを十分減衰させることのできる四隅の稜部を支持領域とすることができ、支持による悪影響を受けることのない水晶振動子を得ることができる。

本発明によれば、矩形状水晶振動板の短辺と長辺の面取り量あるいは矩形四隅領域の面取り量の関係を好適に調整すること等により、小型化された水晶振動板においても効率よく振動エネルギーを減衰させることができる。よって、水晶振動板が小型化された場合でも直列抵抗値等の特性を良好に保つことのできる水晶振動板を得ることができ、特に比較的低周波領域の直列抵抗値を良好にすることができる。

以下、本発明による好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明による第１の実施の形態を共振周波数が１０．１３５ＭＨｚの水晶振動板を例にとり図１とともに説明する。図１は本実施の形態を示す斜視図である。

水晶振動板１は、水熱合成法により育成された人工水晶から周知のＡＴカット切断方位で切り出された薄板状で矩形のＡＴカット水晶振動板であり、その外形寸法は長辺寸法２．２ｍｍ、短辺寸法１．６ｍｍで、厚さａは約０．１８９ｍｍである。なお、図１においてはその厚さを強調して記載している。また本実施の形態においては長辺方向を水晶結晶軸のＸ軸に、短辺方向をＺ‘軸方向にとっており、このような薄板状の水晶振動板の各稜を面取りしている。図２は水晶振動板の平面図であるが、図中Ａは水晶振動板の振動領域となる中央部分を示し、Ｂは水晶振動板の長辺方向中央部であって、かつ短辺方向端部を示している。またＣは水晶振動板の短辺方向中央部であって、かつ短辺方向端部を示し、Ｄは水晶振動板の四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０．１ｍｍ内側に入った部分を示している。上記Ａの領域を除いて、Ｂ，ＣそしてＤ近傍の四隅端のそれぞれの部位における全ての稜部分を面取り加工する。本実施の形態においては、四隅端は表裏面による稜が形成された状態にまで面取り加工されており、またＢ部分の厚さｂは０．１０４ｍｍ、Ｃ部分の厚さｃは０．１１ｍｍ、そしてＤ部分の厚さｄは０．００８ｍｍとなっている。従って、ｃ／ｂは１．０６７、ｄ／ｂは０．０７７、そしてｄ／ａは０．０４２となっている。当該水晶振動板に矩形状の電極形成を行い、前述と同様の特性測定を行った結果、水晶振動板を用いた水晶振動子の直列抵抗値は１５０Ωであった。なお、矩形状の電極はその寸法が長辺１．３ｍｍ、短辺１．２ｍｍ、その厚さは下地Ｃｒ層が約３０オングストローム、上層のＡｕ層が３０００オングストロームで設定している。

また他の水晶振動板の寸法例として、共振周波数が１２ＭＨｚの水晶振動板であって、その外形寸法は長辺寸法２．２ｍｍ、短辺寸法１．５ｍｍであり、厚さａが約０．１５ｍｍの水晶振動板を例示する。本例においては、四隅端は表裏面が近接することによる稜が形成された状態にまで面取り加工されており、図１１に示すように平面でみて四隅端が面取りされ、曲率が形成された状態となっている。またＢ部分の厚さｂは０．０９４ｍｍ、Ｃ部分の厚さｃは０．１０３ｍｍ、そしてＤ部分の厚さｄは０．０２４ｍｍとなっている。従って、ｃ／ｂは１．０９６、ｄ／ｂは０．２５５、そしてｄ／ａは０．１６０となっている。当該水晶振動板に矩形状の電極形成を行い、前述と同様の特性測定を行った結果、水晶振動板を用いた水晶振動子の直列抵抗値は１００Ωであった。なお、矩形状の電極はその寸法が長辺１．２ｍｍ、短辺１．１ｍｍ、その厚さは下地Ｃｒ層が約３０オングストローム、上層のＡｕ層が２０００オングストロームで設定している。

さらに他の水晶振動板の寸法例として、共振周波数が１８．５４３ＭＨｚの水晶振動板であって、その外形寸法は長辺寸法１．９ｍｍ、短辺寸法１．１５ｍｍであり、厚さａが約０．１０２ｍｍの水晶振動板を例示する。本例においては、四隅端は表裏面が近接することによる稜が形成された状態にまで面取り加工されており、図１１に示すように平面でみて四隅端が面取りされ、曲率が形成された状態となっている。またＢ部分の厚さｂは０．０７８ｍｍ、Ｃ部分の厚さｃは０．０８５ｍｍ、そしてＤ部分の厚さは０．０３ｍｍとなっている。従って、ｃ／ｂは１．０８９、ｄ／ｂは０．３８５、そしてｄ／ａは０．２９４となっている。当該水晶振動板に矩形状の電極形成を行い、前述と同様の特性測定を行った結果、水晶振動板を用いた水晶振動子の直列抵抗値は８０Ωであった。なお、矩形状の電極の構成は上記１２ＭＨｚのものとほぼ同様の設定としている。

さらに他の水晶振動板の寸法例として、共振周波数が２１．４ＭＨｚの水晶振動板であって、その外形寸法は長辺寸法１．９ｍｍ、短辺寸法１．３０ｍｍであり、厚さ約０．０９２ｍｍの水晶振動板を例示する。本例においても、四隅端は表裏面が近接することによる稜が形成された状態にまで面取り加工されており、図１１に示すように平面でみて四隅端が面取りされ、曲率が形成された状態となっている。またＢ部分の厚さｂは０．０７３ｍｍ、Ｃ部分の厚さｃは０．０７７ｍｍ、そしてＤ部分の厚さｄは０．０６ｍｍとなっている。従って、ｃ／ｂは１．０５、ｄ／ｂは０．８２２、そしｄ／ａは０．６５２となっている。当該水晶振動板に電極形成を行い、前述と同様の特性測定を行った結果、水晶振動板を用いた水晶振動子の直列抵抗値は８０Ωであった。

また他の水晶振動板の寸法例として、共振周波数が３２ＭＨｚの水晶振動板であって、その外形寸法は長辺寸法１．８ｍｍ、短辺寸法１．２５ｍｍであり、厚さ約０．０５６ｍｍの水晶振動板を例示する。本例においても、四隅端は表裏面が近接することによる稜が形成された状態にまで面取り加工されており、図１１に示すように平面でみて四隅端が面取りされ、曲率が形成された状態となっている。またＢ部分の厚さｂは０．０５５ｍｍ、Ｃ部分の厚さｃは０．０５５ｍｍ、そしてＤ部分の厚さｄは０．０５４ｍｍとなっている。従って、ｃ／ｂは１．０、ｄ／ｂは０．９８、そしｄ／ａは０．９６となっている。当該水晶振動板に電極形成を行い、前述と同様の特性測定を行った結果、水晶振動板を用いた水晶振動子の直列抵抗値は８０Ωであった。

このような面取り加工は、個々の水晶振動板に対し順次機械加工を行う方法であったり、複数の水晶振動板を一括して機械加工する方法であったり、さらにはフォトリソグラフィー技術を用いたエッチング処理による方法をあげることができる。例えば個々の水晶振動板に対し順次機械加工を行う方法は、矩形状の水晶振動板の一端をチャッキング装置で挟持し、平面的に回転する砥面に対し所定角度で水晶振動板の稜を接触させることにより当該稜を面取り加工することができる。チャッキング装置の反転動作あるいはチャッキング部位の切替等により、必要な全ての稜に対して面取り加工を施すことができる。本方法によれば、ＮＣ制御により必要な面取り量、面取り角度等を高精度で制御できるので、所望の特性の水晶振動板を得ることができる。

また、複数の水晶振動板を一括して機械加工する方法として、円筒状であって両端が球面の内壁を有する加工バレルを用意し、この加工バレルに水晶振動板と研磨剤を所定量混在した状態で投入し、所定時間当該加工バレルを回転かつ揺動させることにより、当該バレルの内壁曲率により水晶振動板の各稜が面取り加工される。本方法によれば、多少の加工バラツキは存在するが、全体としてほぼ均質な面取り加工を行うことができ、良好な特性の水晶振動板を得ることができる。

次にこのような水晶振動板に電極を形成し、表面実装型の水晶振動子に組み立てた構成について図１０とともに説明する。

表面実装型水晶振動子は、上部が開口した凹部を有するセラミックパッケージ２と、当該パッケージの中に収納される圧電振動板である矩形水晶振動板１と、パッケージの開口部に接合されるリッド（図示せず）とからなる。

セラミックパッケージ２はアルミナ等のセラミックと導電材料を積層した構成であり、断面でみて凹形の電子素子収納部２０を有する構成である。電子素子収納部周囲の堤部２１の上面は平坦であり、当該堤部上の全面に周状の第１の金属膜層２１ａが形成されている。当該第１の金属膜層２１ａの上面も平坦になるよう形成されており、タングステン、ニッケル、金の層構成を有している。タングステンはメタライズ技術によりセラミック焼成時に一体的に形成され、その後ニッケル、金の各層はメッキ技術により形成される。

セラミックパッケージ外周の４角には上下方向に伸長するキャスタレーションＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が形成されている。当該キャスタレーションは円弧状の切り欠きが上下方向に形成された構成であり、ウェハからの小割切断時に必要となる。

なお、第１の金属膜層２１ａはセラミックパッケージに形成されたビアホール（図示せず）あるいは前記キャスタレーション部分に形成された導電膜により、セラミックパッケージ下面（裏面）に形成された外部接続電極（図示せず）に電気的に接続され、最終的にアース接続される。

セラミックパッケージ２の内部底面の長辺方向一端には電極パッド２２，２３が形成されており、これら電極パッドは連結電極（図示せず）を介して、パッケージ外部の底面に形成された外部接続電極（図示せず）にそれぞれ入出力端子として引き出されている。また、同長辺方向他端には補助支持台２４，２５が形成されている。

前記電極パッド２２，２３間には圧電振動板であるＡＴカット水晶振動板１が搭載されている。ＡＴカット水晶振動板１には、その表裏に一対の励振電極１１，１２（裏面の１２は図示せず）が形成された構成であり、当該励振電極から引出電極１１ａ，１２ａ（裏面の１２ａは図示せず）が外周端部に引き出されている。当該引出電極１１ａ，１２ａは、水晶振動板の四隅領域すなわち本発明において急激に厚さの減少している領域に引き出されている。これら各電極はＣｒからなる下地金属層にＡｕ層とＣｒの薄膜層からなる構成である。なお、ＡＴカット水晶振動板１に示された点線は面取り状態を示している（図１参照）。

前記セラミックパッケージの電極パッド２２，２３と前記引出電極は導電性樹脂接着剤（導電フィラーを添加した樹脂接着剤）Ｓにより導電接合されている。これによりＡＴカット水晶振動板は長辺方向一端を片持ち保持される構成となっている。

セラミックパッケージ２を気密封止するリッドは平面視矩形状の平板構成である。当該リッドは、コバールからなるコア材に第２の金属膜層として金属ろう材が形成された構成であり、例えば、ニッケル層、コバールコア材、銀ろう層の多層構成であり第２の金属膜層である銀ろう層がセラミックパッケージの第１の金属膜層と接合される構成となる。

セラミックパッケージ２の電子素子収納部２０にＡＴカット水晶振動板１を格納し、電極パッド２２、２３とＡＴカット水晶振動板１の引出電極とを導電性樹脂接着剤（導電フィラーを添加した樹脂接着剤）Ｓにより導電接合する。その後、真空雰囲気中あるいは不活性ガス雰囲気中にて気密封止を行う。気密封止方法は、前述の電子ビーム等のエネルギービームであっても良いし、シーム溶接を用いた接合であっても良い。またリッドに形成された銀ろうに代えて、より融点の低いろう材を用い加熱炉等により加熱を行う雰囲気加熱方法であってもよい。

なお、本発明による水晶振動板を用いた水晶振動子の構成は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば円筒形の容器に封入されたシリンダー型水晶振動子等他の形態の水晶振動子に適用してもよい。

なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形
で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎ
ず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであ
って、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属す
る変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

水晶振動子の量産に適用できる。

第１の実施形態による水晶振動板の斜視図。水晶振動板の厚さ測定部位を示す平面図。比較データを示す図。比較データを示す図。比較データを示す図。比較データを示す図。比較データを示す図。比較データを示す図。比較データを示す図。比較データを示す図。水晶振動板の面取り構成を示す平面図。水晶振動子のパッケージ開口した状態の平面図

１水晶振動板
２セラミックパッケージ
２２、２３電極パッド

Claims

平面視略矩形状の薄板状ＡＴカット水晶振動板であって、当該水晶振動板の長辺方向の稜部と短辺方向の各々の稜部が面取りされた構成であるとともに、前記矩形の四隅において表裏主面が近接した稜部を形成し、かつ、水晶振動板の長辺方向両端であって、短辺の中央部分の厚さをｂ、水晶振動板の短辺方向両端であって長辺中央部分の厚さをｃとしたとき、ｃ／ｂが１〜１.４（但し、ｂおよびｃは水晶振動板中央部分の厚さａ未満）の範囲にあることを特徴とする水晶振動板。
共振周波数が９.８ＭＨｚ以上１５ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板において、前記水晶振動板の長辺方向両端であって、短辺の中央部分の厚さをｂ、水晶振動板の四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側部分の厚さをｄとしたとき、ｄ／ｂ（但し、ｂおよびｄは水晶振動板中央部分の厚さａ未満）が０以上０．２８未満の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の水晶振動板。
共振周波数が１５ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板において、前記水晶振動板の長辺方向両端であって、短辺の中央部分の厚さをｂ、水晶振動板の四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側部分の厚さをｄとしたとき、ｄ／ｂ（但し、ｂおよびｄは水晶振動板中央部分の厚さａ未満）が０．２８以上０．５未満の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の水晶振動板。
共振周波数が２０ＭＨｚ以上３５ＭＨｚ以下のＡＴカット水晶振動板において、前記水晶振動板の長辺方向両端であって、短辺の中央部分の厚さをｂ、水晶振動板の四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側部分の厚さをｄとしたとき、ｄ／ｂ（但し、ｂおよびｄは水晶振動板中央部分の厚さａ未満）が０．５以上１．０以下の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の水晶振動板。
共振周波数が９.８ＭＨｚ以上１２ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板において、前記水晶振動板の中央部分の厚さをａ、水晶振動板の四隅領域であって、四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側の厚さをｄとしたとき、ｄ／ａが０以上０．２未満（但し、ｄは水晶振動板中央部分の厚さａ未満）の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の水晶振動板。
共振周波数が１２ＭＨｚ以上１５ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板において、前記水晶振動板の中央部分の厚さをａ、水晶振動板の四隅領域であって、四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側の厚さをｄとしたとき、ｄ／ａ（但し、ｄは水晶振動板中央部分の厚さａ未満）が０.０１以上０.４未満の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の水晶振動板。
共振周波数が１５ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ未満のＡＴカット水晶振動板において、前記水晶振動板の中央部分の厚さをａ、水晶振動板の四隅領域であって、四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側の厚さをｄとしたとき、ｄ／ａ（但し、ｄは水晶振動板中央部分の厚さａ未満）が０.２以上０.５５未満の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の水晶振動板。
共振周波数が２０ＭＨｚ以上３５ＭＨｚ以下のＡＴカット水晶振動板において、前記水晶振動板の中央部分の厚さをａ、水晶振動板の四隅領域であって、四隅端から長辺方向と短辺方向にそれぞれ０.１ｍｍ内側の厚さをｄとしたとき、ｄ／ａ（但し、ｄは水晶振動板中央部分の厚さａ未満）が０.５以上１．０未満の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の水晶振動板。
前記矩形の四隅が曲率を有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の水晶振動板。
水晶振動板がＡＴカット水晶板であり、長辺方向が水晶結晶軸のＸ軸に、短辺方向がＺ‘軸に沿った構成であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の水晶振動板。
請求項１乃至１０のいずれかに記載の水晶振動板の表裏面に励振電極を形成し、また当該励振電極を前記矩形の四隅領域に導出する引出電極を形成するとともに、当該水晶振動板をパッケージ収納し、当該パッケージの保持領域と前記引出電極とを導電接合したことを特徴とする水晶振動子。