JP5796355B2 - Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibrator, electronic device, and electronic apparatus - Google Patents

Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibrator, electronic device, and electronic apparatus Download PDF

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本発明は、厚みすべり振動モードを励振する圧電振動子に関し、特に所謂逆メサ型構造を有する圧電振動素子、圧電振動子、電子デバイス、及び本発明に係る圧電振動子を用いた電子機器に関する。   The present invention relates to a piezoelectric vibrator that excites a thickness shear vibration mode, and more particularly, to a piezoelectric vibration element, a piezoelectric vibrator, an electronic device having a so-called inverted mesa structure, and an electronic apparatus using the piezoelectric vibrator according to the present invention.

ATカット水晶振動子は、励振する主振動の振動モードが厚みすべり振動であり、小型化、高周波数化に適し、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、圧電発振器、電子機器等の多方面で使用されている。
特許文献1には、主面の一部に凹陥部を形成して高周波化を図った、所謂逆メサ構造のATカット水晶振動子が開示されている。水晶基板のZ’軸方向の長さが、X軸方向の長さより長い、所謂Z’ロング基板を用いている。
特許文献2には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉支持部が連設され、コ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のATカット水晶振動子が開示されている。更に、水晶振動片は、ATカット水晶基板のX軸とZ’軸を、夫々Y’軸を中心に−120°〜+60°の範囲で回転させてなる面内回転ATカット水晶基板であり、振動領域を確保し、且つ量産性に優れた(多数個取り)構造であるという。
AT-cut quartz resonators have thickness shear vibration as the main vibration mode to be excited, and are suitable for miniaturization and higher frequency, and exhibit a cubic curve with excellent frequency temperature characteristics. Used in many ways.
Patent Document 1 discloses an AT-cut crystal resonator having a so-called inverted mesa structure in which a concave portion is formed on a part of a main surface to increase the frequency. A so-called Z ′ long substrate is used in which the length in the Z′-axis direction of the quartz substrate is longer than the length in the X-axis direction.
Patent Document 2 discloses an AT-cut crystal resonator having an inverted mesa structure in which a thick support portion is connected to each of three sides of a rectangular thin-walled vibration portion and a thick portion is provided in a U-shape. ing. Further, the quartz crystal resonator piece is an in-plane rotated AT-cut quartz substrate formed by rotating the X-axis and the Z′-axis of the AT-cut quartz substrate in the range of −120 ° to + 60 ° around the Y′-axis, It is said to be a structure that secures a vibration region and is excellent in mass productivity (multiple picking).

特許文献3、4には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉支持部が連設され、コ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のATカット水晶振動子が開示されており、水晶振動片は水晶基板のX軸方向の長さがZ’軸方向の長さより長い、所謂Xロング基板が用いられている。
特許文献5には、矩形状の薄肉の振動部の隣接する二辺に各々厚肉支持部が連設され、L字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のATカット水晶振動子が開示されている。水晶基板にはZ’ロング基板が用いられている。
しかしながら、特許文献5においては、
L字状の厚肉部を得るために、特許文献5の図1(c)、(d)に記載されているように線分αと、線分βに沿って厚肉部を削除しているが、当該削除はダイシング等の機械加工で削除することを前提としているため、切断面にチッピングやクラック等のダメージを負い、超薄部が破損してしまう問題がある。また、振動領域にスプリアスの原因となる不要振動の発生やCI値の増加等の問題が発生する。
特許文献6には、薄肉の振動部の一辺のみに厚肉支持部が連設された逆メサ構造のATカット水晶振動子が開示されている。
In Patent Documents 3 and 4, there is an AT-cut crystal resonator having an inverted mesa structure in which a thick support portion is connected to each of three sides of a rectangular thin vibration portion and a thick portion is provided in a U-shape. The so-called X long substrate in which the length in the X-axis direction of the crystal substrate is longer than the length in the Z′-axis direction is used for the quartz crystal resonator element.
Patent Document 5 discloses an AT-cut quartz crystal resonator having an inverted mesa structure in which a thick support portion is connected to two adjacent sides of a rectangular thin vibration portion and a thick portion is provided in an L shape. It is disclosed. A Z ′ long substrate is used as the quartz substrate.
However, in Patent Document 5,
In order to obtain an L-shaped thick portion, the thick portion is deleted along the line segment α and the line segment β as described in FIGS. 1C and 1D of Patent Document 5. However, since the deletion is based on the premise that the deletion is performed by machining such as dicing, there is a problem that the cut surface is damaged by chipping or cracks, and the ultrathin portion is damaged. In addition, problems such as generation of unnecessary vibration that causes spurious noise and an increase in CI value occur in the vibration region.
Patent Document 6 discloses an AT-cut crystal resonator having an inverted mesa structure in which a thick support portion is provided continuously only on one side of a thin vibration portion.

特許文献7には、水晶基板の両主面であって表裏面で対向するように凹陥部を形成することにより、高周波化を図った逆メサ構造のATカット振動子が開示されている。水晶基板にはXロング基板が用いられ、凹陥部に形成された振動領域の平坦性が確保された領域に励振電極が設けられ構造が提案されている。
ところで、ATカット水晶振動子の振動領域に励振される厚み滑り振動モードは、弾性定数の異方性により振動変位分布がX軸方向に長径を有する楕円状になることが知られている。特許文献8には、圧電基板の表裏両面に表裏対称に配置された一対のリング状電極を有する厚みすべり振動を励振する圧電振動子が開示されている。リング状電極が対称零次モードのみを励起し、それ以外の非調和高次モードをほとんど励起しないように、リング状電極の外周の径と内周の径との差を設定したものである。
Patent Document 7 discloses an AT-cut vibrator having an inverted mesa structure in which a concave portion is formed so as to be opposed to each other on both main surfaces and front and back surfaces of a quartz substrate. An X long substrate is used as the quartz substrate, and a structure is proposed in which excitation electrodes are provided in a region where the flatness of the vibration region formed in the recessed portion is ensured.
By the way, it is known that the thickness-shear vibration mode excited in the vibration region of the AT-cut crystal resonator has an elliptical shape in which the vibration displacement distribution has a major axis in the X-axis direction due to the anisotropy of the elastic constant. Patent Document 8 discloses a piezoelectric vibrator that excites thickness-shear vibration having a pair of ring-shaped electrodes arranged symmetrically on the front and back surfaces of a piezoelectric substrate. The difference between the outer peripheral diameter and the inner peripheral diameter of the ring electrode is set so that the ring electrode excites only the symmetrical zero-order mode and hardly excites the other nonharmonic higher-order modes.

特許文献9には、圧電基板、及び圧電基板の表裏に設ける励振電極の形状を、共に長円形状にした圧電振動子が開示されている。
特許文献10には、水晶基板の長手方向(X軸方向)の両端部、及び電極のX軸方向の両端部の形状を共に半楕円状とし、且つ楕円の長軸対短軸の比(長軸/短軸)を、ほぼ1.26とした水晶振動子が開示されている。
特許文献11には、楕円の水晶基板上に楕円の励振電極を形成した水晶振動子が開示されている。長軸対短軸の比は、1.26:1が望ましいが、製造寸法のバラツキ等を考慮すると、1.14〜1.39:1の範囲程度が実用的であるという。
Patent Document 9 discloses a piezoelectric vibrator in which the shape of a piezoelectric substrate and excitation electrodes provided on the front and back surfaces of the piezoelectric substrate are both elliptical.
Patent Document 10 discloses that both ends of the quartz substrate in the longitudinal direction (X-axis direction) and both ends of the electrode in the X-axis direction are semi-elliptical, and the ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse (long) A crystal resonator having an axis / short axis) of approximately 1.26 is disclosed.
Patent Document 11 discloses a crystal resonator in which an elliptical excitation electrode is formed on an elliptical crystal substrate. The ratio of the major axis to the minor axis is preferably 1.26: 1, but considering the variation in manufacturing dimensions, the range of 1.14 to 1.39: 1 is practical.

特許文献12には、厚みすべり圧電振動子のエネルギー閉じ込め効果をより改善するために、振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた構造の圧電振動子が開示されている。
ところで、圧電振動子の小型化を図る際に、接着剤に起因する残留応力により、電気的特性の劣化や周波数エージング不良が生じる。特許文献13には、矩形平板状のATカット水晶振動子の振動部と支持部との間に、切り欠きやスリットを設けた水晶振動子が開示されている。このような構造を用いることにより、残留応力が振動領域へ広がるのを抑制できるという。
特許文献14には、マウント歪(応力)を改善(緩和)するために、逆メサ型圧電振動子の振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた振動子が開示されている。特許文献15には、逆メサ型圧電振動子の支持部にスリット(貫通孔)を設けることにより、表裏面の電極の導通を確保した圧電振動子が開示されている。
Patent Document 12 discloses a piezoelectric vibrator having a structure in which a notch or a slit is provided between a vibrating part and a support part in order to further improve the energy confinement effect of the thickness-slip piezoelectric vibrator.
By the way, when the piezoelectric vibrator is reduced in size, the residual stress caused by the adhesive causes deterioration of electrical characteristics and frequency aging failure. Patent Literature 13 discloses a crystal resonator in which a notch or a slit is provided between a vibrating portion and a support portion of a rectangular flat plate AT-cut crystal resonator. By using such a structure, it is possible to suppress the residual stress from spreading to the vibration region.
Patent Document 14 discloses a vibrator in which a notch or a slit is provided between a vibrating portion and a support portion of an inverted mesa piezoelectric vibrator in order to improve (relax) mount strain (stress). . Patent Document 15 discloses a piezoelectric vibrator in which conduction between electrodes on the front and back surfaces is ensured by providing a slit (through hole) in a support portion of an inverted mesa piezoelectric vibrator.

特許文献16には、厚みすべり振動モードのATカット水晶振動子の支持部に、スリットを設けることにより、高次輪郭系の不要モードを抑圧した水晶振動子が開示されている。
また、特許文献17には、逆メサ型ATカット水晶振動子の薄肉の振動部と、厚肉の保持部との連設部、即ち傾斜面を有する残渣部に、スリットを設けることにより、スプリアスを抑圧する振動子が開示されている。
Patent Document 16 discloses a crystal resonator that suppresses an unnecessary mode of a higher-order contour system by providing a slit in a support portion of an AT-cut crystal resonator in a thickness shear vibration mode.
Further, in Patent Document 17, a spurious structure is provided by providing a slit in a connecting portion of a thin vibrating portion of an inverted mesa AT-cut crystal resonator and a thick holding portion, that is, a residue portion having an inclined surface. A vibrator that suppresses the above is disclosed.

特開2004−165743公報JP 2004-165743 A 特開2009−164824公報JP 2009-164824 A 特開2006−203700公報JP 2006-203700 A 特開2002−198772公報JP 2002-198772 A 特開2002−033640公報JP 2002-033640 A 特開2001−144578公報JP 2001-144578 A 特開2003−264446公報JP 2003-264446 A 特開平2−079508号公報JP-A-2-079508 特開平9−246903号公報JP 9-246903 A 特開2007−158486公報JP 2007-158486 A 特開2007−214941公報JP 2007-214941 A 実開昭61−187116号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-187116 特開平9−326667号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-326667 特開2009−158999公報JP 2009-158999 A 特開2004−260695公報JP 2004-260695 A 特開2009−188483公報JP 2009-188483 A 特開2003−087087公報JP 2003-087087 A

近年、圧電デバイスの小型化、高周波化、並びに高性能化に対する要求は強い。しかしながら、前述のごとき構造の圧電振動子は、主振動のCI値、近接するスプリアスCI値比(=CIs/CIm、ここでCImは主振動のCI値、CIsはスプリアスのCI値で、規格の1例は1.8以上)等が要求を満たせないという問題があることが判明した。
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたもので、高周波化(100〜500MHz帯)を図ると共に、主振動のCI値を低減し、スプリアスCI値比等の電気的要求を満たした圧電振動素子、圧電振動子、電子デバイス、及び本発明の圧電振動子を用いた電子機器を提供することにある。
In recent years, there has been a strong demand for miniaturization, high frequency, and high performance of piezoelectric devices. However, the piezoelectric vibrator having the above-described structure has the CI value of the main vibration and the adjacent spurious CI value ratio (= CIs / CIm, where CIm is the CI value of the main vibration, and CIs is the CI value of the spurious. It has been found that there is a problem that one example cannot satisfy the requirement.
Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and has achieved high frequency (100 to 500 MHz band), reduced the CI value of the main vibration, and satisfied electrical requirements such as a spurious CI value ratio. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric vibration element, a piezoelectric vibrator, an electronic device, and an electronic apparatus using the piezoelectric vibrator of the present invention.

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[形態1]本発明に係る圧電振動素子は、矩形の振動領域、及び前記振動領域と一体化された前記振動領域の厚さよりも厚い支持部を有する圧電基板と、前記振動領域の表面及び裏面の夫々に配置された一対の励振電極と、一対の前記励振電極の夫々から延在し、平面視で、前記振動領域及び前記支持部に配置しているリード電極と、を備えた圧電振動素子であって、前記支持部は、平面視で、前記振動領域の四辺のうち1辺を開放するように、前記振動領域を挟んで配置している第1の支持部及び第2の支持部と、前記第1の支持部及び前記第2の支持部の基端部間を接続している第3の支持部と、を備え、前記第2の支持部は、前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かうにつれて厚さが増加する第2の傾斜部と、前記第2の傾斜部の前記他方の端縁に接続している第2の支持部本体と、平面視で、前記第2の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置している少なくとも一つのスリットと、を有することを特徴とする圧電振動素子である。
高周波の基本波圧電振動素子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、CI温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、且つ主振動のCI値が小さく、主振動のCI値に対する近接したスプリアスのCI値の比、即ちCI値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。また、スリットの形成が容易になり、圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、及びCI温度特性の優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
[形態2]本発明に係る圧電振動素子は、矩形の振動領域、及び前記振動領域と一体化された前記振動領域の厚みよりも厚い支持部、を有する圧電基板と、前記振動領域の表面及び裏面の夫々に配置された一対の励振電極と、一対の前記励振電極の夫々から延在し、平面視で、前記振動領域及び前記支持部に配置しているリード電極と、を備えた圧電振動素子であって、前記支持部は、平面視で、前記振動領域の四辺のうち1辺を開放するように、前記振動領域を挟んで配置している第1の支持部及び第2の支持部と、前記第1の支持部及び前記第2の支持部の基端部間を接続している第3の支持部と、を備え、前記第2の支持部は、前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かうにつれて厚さが増加する第2の傾斜部と、前記第2の傾斜部の前記他方の端縁に接続している第2の支持部本体と、平面視で、前記第2の支持部本体に配置されている第1のスリットと、平面視で、前記第2の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置している第2のスリットと、を有することを特徴とする圧電振動素子である。
高周波の基本波圧電振動素子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、CI温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、且つ主振動のCI値が小さく、主振動のCI値に対する近接したスプリアスのCI値の比、即ちCI値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。また、圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを、よりよく抑圧することができるため、周波数再現性、周波数温度特性、CI温度特性、及び周波数エージング特性に優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
[形態3]また、圧電振動素子は、前記振動領域の一方の主面と、前記第1の支持部、前記第2の支持部、及び前記第3の支持部の夫々の一方の面とは、同一面であることを特徴とする形態1または2に記載の圧電振動素子である。
圧電基板を一方の面からのみエッチングして振動領域を形成することにより、元の基板の切断角度を保持した振動領域を形成することが可能となり、周波数温度特性の優れた、高周波の基本波圧電振動素子が得られるという効果がある。
[形態4]また、圧電振動素子は、前記圧電基板は、水晶の結晶軸である電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系の前記X軸を中心として、前記Z軸を前記Y軸の−Y方向へ所定の角度だけ傾けた軸をZ’軸とし、前記Y軸を前記Z軸の+Z方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をY’軸とし、前記X軸と前記Z’軸に平行な面で構成され、前記Y’軸に平行な方向を厚さとし、前記X軸に平行な辺を長辺とし、前記Z’軸に平行な辺を短辺とした水晶基板であることを特徴とする形態1乃至3の何れか一項に記載の圧電振動素子ある。
温度特性の良好な圧電振動素子が得られるという効果がある。
[形態5]前記水晶基板がATカット水晶基板であることを特徴とする形態4に記載の圧電振動素子である。
圧電基板に水晶ATカット水晶基板を用いることにより、フォトリソグラフィー及びエッチングに関する永年の実績・経験が活用できるので、圧電基板の量産が可能であるのみならず、高精度のエッチングができ、圧電振動素子の歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
[形態6]本発明に係る圧電振動子は、形態1乃至5の何れか一項に記載の圧電振動素子と、前記圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子である。
高周波の基本波圧電振動子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の抑圧が可能であるため、周波数再現性、周波数温度特性、CI温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がる。更に、主振動のCI値を小さく、主振動のCI値に対する近接したスプリアスのCI値の比、即ちCI値比の大きな圧電振動子が得られ、且つ容量比の小さな圧電振動子が得られるという効果がある。
[形態7]本発明に係る電子デバイスは、請求項1乃至5の何れか一項に記載の圧電振動素子と、電子部品と、前記圧電振動素子及び前記電子部品とを収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする電子デバイスである。
上記のように圧電デバイス(例えば電圧制御型圧電発振器)を構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波(例えば490MHz帯)の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。また、圧電デバイスは基本波の圧電振動素子1を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅の広く、S/N比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
[形態8]また、電子デバイスは、前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする形態7に記載の電子デバイスである。
上記のように圧電デバイスを構成することにより、圧電発振器、温度補償型圧電発振器、及び電圧制御型圧電発振器等の圧電デバイスを構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器、周波数温度特性に優れた温度補償圧電発振器、周波数が安定で可変範囲の広く且つS/N比(信号雑音比)の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
[形態9]
また、電子デバイスは、形態1乃至5の何れか一項に記載の圧電振動素子と、前記圧電振動素子を励振する発振回路と、前記圧電振動素子及び前記発振回路を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする電子デバイスである。
上記のように圧電デバイスを構成することにより、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器が得られるという効果がある。
[形態10]本発明に係る電子機器は、形態6に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器である。
本発明に係る圧電振動子を電子機器に用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、S/N比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。
[適用例1]本発明に係る圧電振動素子は、矩形の振動領域、及び該振動領域と一体化された前記振動領域の厚みよりも厚い支持部を有する圧電基板と、前記振動領域の表面及び裏面に夫々配置された励振電極と、該各励振電極から前記支持部上に夫々延在して設けられたリード電極と、を備えた圧電振動素子であって、前記支持部は、前記振動領域の四辺のうち1辺を開放するように、前記振動領域を挟んで対向配置された第1の支持部、及び第2の支持部と、該第1及び第2の支持部の基端部間を連設する第3の支持部と、を備え、前記第2の支持部は、前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する第2の傾斜部と、該第2の傾斜部の前記他方の端縁に連設する第2の支持部本体と、を備え、前記第2の支持部には、少なくとも一つのスリットが設けられていることを特徴とする圧電振動素子である。
[Embodiment 1] A piezoelectric vibration element according to the present invention includes a rectangular vibration region, a piezoelectric substrate having a support portion thicker than the vibration region integrated with the vibration region, and a front surface and a back surface of the vibration region. And a lead electrode extending from each of the pair of excitation electrodes and arranged in the vibration region and the support portion in plan view. The support portion includes a first support portion and a second support portion that are disposed across the vibration region so as to open one side of the four sides of the vibration region in plan view. A first support portion and a third support portion connecting the base end portions of the second support portion, and the second support portion is connected to one side of the vibration region. A second inclined portion whose thickness increases from one edge toward the other edge; A second support portion main body connected to the other end edge of the second inclined portion, and at least disposed in the second inclined portion apart from one side of the vibration region in plan view. A piezoelectric vibration element having a single slit.
The high-frequency fundamental wave piezoelectric vibration element is miniaturized and the spread of stress due to adhesion and fixation can be suppressed. Therefore, it has excellent frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics, and is capable of suppressing main vibration. There is an effect that a piezoelectric vibration element having a small CI value and a ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, a large CI value ratio can be obtained. In addition, since the slits can be easily formed and the spread of stress generated when the piezoelectric vibration element is bonded and fixed can be suppressed, the piezoelectric vibration element having excellent frequency temperature characteristics and CI temperature characteristics can be obtained. There is.
[Mode 2] A piezoelectric vibration element according to the present invention includes a piezoelectric substrate having a rectangular vibration region and a support portion that is integrated with the vibration region and is thicker than the thickness of the vibration region, a surface of the vibration region, and Piezoelectric vibration comprising a pair of excitation electrodes disposed on each of the back surfaces and a lead electrode extending from each of the pair of excitation electrodes and disposed in the vibration region and the support portion in plan view 1st support part and 2nd support part which are elements, Comprising: The said support part is arrange | positioned on both sides of the said vibration area | region so that one side may be open | released in four sides of the said vibration area | region in planar view And a third support part connecting between the base ends of the first support part and the second support part, and the second support part is connected to one side of the vibration region. A second inclined portion whose thickness increases from one end edge to the other end edge; A second support portion body connected to the other end edge of the second inclined portion; and a first slit disposed in the second support portion body in a plan view; and a plan view. And a second slit disposed in the second inclined portion so as to be separated from one side of the vibration region.
The high-frequency fundamental wave piezoelectric vibration element is miniaturized and the spread of stress due to adhesion and fixation can be suppressed. Therefore, it has excellent frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics, and is capable of suppressing main vibration. There is an effect that a piezoelectric vibration element having a small CI value and a ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, a large CI value ratio can be obtained. In addition, it is possible to better suppress the spread of stress that occurs when the piezoelectric vibration element is bonded and fixed, so that the piezoelectric vibration element is excellent in frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics. There is an effect that it is.
[Mode 3] In the piezoelectric vibration element, one main surface of the vibration region and one surface of each of the first support portion, the second support portion, and the third support portion are The piezoelectric vibration element according to the first or second aspect, which is the same surface.
By etching the piezoelectric substrate from only one side to form a vibration region, it is possible to form a vibration region that maintains the cutting angle of the original substrate, and a high-frequency fundamental piezoelectric device with excellent frequency-temperature characteristics. There is an effect that a vibration element is obtained.
[Mode 4] In addition, in the piezoelectric vibration element, the piezoelectric substrate has orthogonal coordinates including an X axis as an electric axis that is a crystal axis of quartz, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis. Centering on the X axis of the system, the Z axis is inclined by a predetermined angle in the −Y direction of the Y axis as a Z ′ axis, and the Y axis is only in the + Z direction of the Z axis by the predetermined angle. The inclined axis is the Y ′ axis, the plane is parallel to the X axis and the Z ′ axis, the direction parallel to the Y ′ axis is the thickness, the side parallel to the X axis is the long side, 4. The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein the piezoelectric vibration element is a quartz crystal substrate having a side parallel to the Z ′ axis as a short side.
There is an effect that a piezoelectric vibration element having excellent temperature characteristics can be obtained.
[Mode 5] The piezoelectric vibration element according to mode 4, wherein the quartz substrate is an AT-cut quartz substrate.
By using a quartz AT-cut quartz substrate as a piezoelectric substrate, it is possible to utilize many years of experience and experience related to photolithography and etching, so that not only mass production of piezoelectric substrates is possible, but also high-accuracy etching, piezoelectric vibration elements The yield is significantly improved.
[Mode 6] A piezoelectric vibrator according to the present invention includes the piezoelectric vibration element according to any one of forms 1 to 5 and a package that houses the piezoelectric vibration element. It is a child.
Piezoelectric vibration with excellent frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics, since the high-frequency fundamental piezoelectric vibrator is downsized and stress due to adhesion and fixation can be suppressed. The effect is that a child is obtained. Furthermore, the CI value of the main vibration is reduced, and the ratio of the spurious CI value to the CI value of the main vibration, that is, a piezoelectric vibrator having a large CI value ratio is obtained, and a piezoelectric vibrator having a small capacitance ratio is obtained. effective.
[Mode 7] An electronic device according to the present invention includes the piezoelectric vibration element according to any one of claims 1 to 5, an electronic component, and a package that accommodates the piezoelectric vibration element and the electronic component. An electronic device is provided.
By configuring a piezoelectric device (for example, a voltage control type piezoelectric oscillator) as described above, a voltage control type piezoelectric oscillator having excellent frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, and aging characteristics, a small size and a high frequency (for example, 490 MHz band) can be obtained. There is an effect that is. In addition, since the piezoelectric device uses the piezoelectric resonator element 1 of the fundamental wave, there is an effect that a voltage controlled piezoelectric oscillator having a small capacitance ratio, a wide frequency variable width, and a good S / N ratio can be obtained.
[Mode 8] The electronic device according to mode 7, wherein the electronic component is any one of a variable capacitance element, a thermistor, an inductor, and a capacitor.
By configuring the piezoelectric device as described above, it is possible to configure a piezoelectric device such as a piezoelectric oscillator, a temperature-compensated piezoelectric oscillator, and a voltage-controlled piezoelectric oscillator, and a piezoelectric having excellent frequency reproducibility and aging characteristics. An oscillator, a temperature compensated piezoelectric oscillator excellent in frequency temperature characteristics, and a voltage-controlled piezoelectric oscillator having a stable frequency, a wide variable range, and a good S / N ratio (signal noise ratio) can be obtained.
[Form 9]
An electronic device includes the piezoelectric vibration element according to any one of forms 1 to 5, an oscillation circuit that excites the piezoelectric vibration element, and a package that houses the piezoelectric vibration element and the oscillation circuit. An electronic device characterized by the above.
By configuring the piezoelectric device as described above, there is an effect that a piezoelectric oscillator having excellent frequency reproducibility and aging characteristics can be obtained.
[Mode 10] An electronic device according to the present invention is an electronic device including the piezoelectric vibrator according to mode 6.
By using the piezoelectric vibrator according to the present invention for an electronic device, there is an effect that an electronic device including a reference frequency source having a high frequency and excellent frequency stability and a good S / N ratio can be configured.
Application Example 1 A piezoelectric vibration element according to the present invention includes a rectangular vibration region, a piezoelectric substrate having a support portion thicker than the vibration region integrated with the vibration region, a surface of the vibration region, and Piezoelectric vibration elements each including an excitation electrode disposed on a back surface and a lead electrode provided on each of the excitation electrodes so as to extend on the support portion, wherein the support portion includes the vibration region. Between the first support portion and the second support portion, which are opposed to each other with the vibration region interposed therebetween so as to open one side of the four sides, and the base end portions of the first and second support portions A second support portion, and the thickness of the second support portion increases as the distance from one end edge connected to one side of the vibration region increases toward the other end edge. A second support portion main body provided continuously with the second inclined portion and the other end edge of the second inclined portion , Wherein the the second support portions, a piezoelectric vibrating element, characterized in that at least one slit is provided.

高周波の基本波圧電振動素子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、CI温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、且つ主振動のCI値が小さく、主振動のCI値に対する近接したスプリアスのCI値の比、即ちCI値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。   The high-frequency fundamental wave piezoelectric vibration element is miniaturized and the spread of stress due to adhesion and fixation can be suppressed. Therefore, it has excellent frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics, and is capable of suppressing main vibration. There is an effect that a piezoelectric vibration element having a small CI value and a ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, a large CI value ratio can be obtained.

[適用例2]また、圧電振動素子は、前記スリットは、前記第2の傾斜部と前記第2の支持部本体との境界部に沿って前記第2の支持部本体に配置されていることを特徴とする適用例1に記載の圧電振動素子である。   Application Example 2 In the piezoelectric vibration element, the slit is disposed in the second support portion main body along a boundary portion between the second inclined portion and the second support portion main body. It is a piezoelectric vibration element as described in application example 1 characterized by these.

圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、CI温度特性、及び周波数エージング特性の優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。   Since the spread of stress generated when the piezoelectric vibration element is bonded and fixed can be suppressed, there is an effect that a piezoelectric vibration element having excellent frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics can be obtained.

[適用例3]また、圧電振動素子は、前記スリットは、前記第2の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置されていることを特徴とする適用例1に記載の圧電振動素子である。   [Application Example 3] In the piezoelectric vibration element according to Application Example 1, the slit is disposed in the second inclined portion so as to be separated from one side of the vibration region. It is.

スリットの形成が容易になり、圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、及びCI温度特性の優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。   Since the slit can be easily formed and the spread of stress generated when the piezoelectric vibration element is bonded and fixed can be suppressed, there is an effect that a piezoelectric vibration element having excellent frequency temperature characteristics and CI temperature characteristics can be obtained. .

[適用例4]また、圧電振動素子は、前記スリットは、前記第2の支持部本体に配置された第1のスリットと、前記第2の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置された第2のスリットと、を備えていることを特徴とする適用例1に記載の圧電振動素子である。   Application Example 4 In the piezoelectric vibration element, the slit is disposed apart from one side of the vibration region in the second inclined portion and the first slit disposed in the second support body. The piezoelectric vibration element according to Application Example 1, wherein the piezoelectric vibration element includes a second slit.

圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを、よりよく抑圧することができるため、周波数再現性、周波数温度特性、CI温度特性、及び周波数エージング特性に優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。   Since it is possible to better suppress the spread of stress that occurs when the piezoelectric vibration element is bonded and fixed, the piezoelectric vibration element can be obtained with excellent frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics. effective.

[適用例5]また、圧電振動素子は、前記振動領域の一方の主面と、前記第1、第2及び第3の支持部の夫々の一方の面とは、同一面であることを特徴とする適用例1乃至4の何れか一項に記載の圧電振動素子である。   Application Example 5 In the piezoelectric vibration element, one main surface of the vibration region and one surface of each of the first, second, and third support portions are the same surface. The piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 4.

圧電基板を一方の面からのみエッチングして振動領域を形成することにより、元の基板の切断角度を保持した振動領域を形成することが可能となり、周波数温度特性の優れた、高周波の基本波圧電振動素子が得られるという効果がある。   By etching the piezoelectric substrate from only one side to form a vibration region, it is possible to form a vibration region that maintains the cutting angle of the original substrate, and a high-frequency fundamental piezoelectric device with excellent frequency-temperature characteristics. There is an effect that a vibration element is obtained.

[適用例6]また、圧電振動素子は、前記圧電基板は、水晶の結晶軸である電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系の前記X軸を中心として、前記Z軸を前記Y軸の−Y方向へ所定の角度だけ傾けた軸をZ’軸とし、前記Y軸を前記Z軸の+Z方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をY’軸とし、前記X軸と前記Z’軸に平行な面で構成され、前記Y’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、前記X軸に平行な辺を長辺とし、前記Z’軸に平行な辺を短辺とした水晶基板であることを特徴とする適用例1乃至5の何れか一項に記載の圧電振動素子ある。   Application Example 6 In the piezoelectric vibration element, the piezoelectric substrate includes an X axis as an electric axis that is a crystal axis of quartz, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis. Centering on the X axis of the coordinate system, the Z axis is inclined by a predetermined angle in the −Y direction of the Y axis as a Z ′ axis, and the Y axis is in the + Z direction of the Z axis. A quartz substrate that is formed by a plane parallel to the X-axis and the Z′-axis, with the axis tilted only by the Y′-axis and having a thickness in a direction parallel to the Y′-axis, and a side parallel to the X-axis The piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 5, wherein the piezoelectric vibration element is a quartz substrate having a long side and a side parallel to the Z ′ axis as a short side.

温度特性の良好な圧電振動素子が得られるという効果がる。   There is an effect that a piezoelectric vibration element having excellent temperature characteristics can be obtained.

[適用例7]前記水晶基板がATカット水晶基板であることを特徴とする適用例6に記載の圧電振動素子である。   Application Example 7 The piezoelectric vibration element according to Application Example 6, wherein the quartz substrate is an AT-cut quartz substrate.

圧電基板に水晶ATカット水晶基板を用いることにより、フォトリソグラフィー及びエッチングに関する永年の実績・経験が活用できるので、圧電基板の量産が可能であるのみならず、高精度のエッチングができ、圧電振動素子の歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。   By using a quartz AT-cut quartz substrate as a piezoelectric substrate, it is possible to utilize many years of experience and experience related to photolithography and etching, so that not only mass production of piezoelectric substrates is possible, but also high-accuracy etching, piezoelectric vibration elements The yield is significantly improved.

[適用例8]本発明の圧電振動子は、適用例1乃至7の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子ことを特徴とする厚みすべり振動圧電振動子である。   Application Example 8 A piezoelectric vibrator according to the present invention includes the piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 7, and a package that accommodates the piezoelectric vibration element. A thickness shear vibration piezoelectric vibrator characterized by a vibrator.

高周波の基本波圧電振動子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の抑圧が可能であるため、周波数再現性、周波数温度特性、CI温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がる。更に、主振動のCI値を小さく、主振動のCI値に対する近接したスプリアスのCI値の比、即ちCI値比の大きな圧電振動子が得られ、且つ容量比の小さな圧電振動子が得られるという効果がある。   Piezoelectric vibration with excellent frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics, since the high-frequency fundamental piezoelectric vibrator is downsized and stress due to adhesion and fixation can be suppressed. The effect is that a child is obtained. Furthermore, the CI value of the main vibration is reduced, and the ratio of the spurious CI value to the CI value of the main vibration, that is, a piezoelectric vibrator having a large CI value ratio is obtained, and a piezoelectric vibrator having a small capacitance ratio is obtained. effective.

[適用例9]本発明の電子デバイスは、請求項1乃至7の何れか一項に記載の圧電振動素子と、電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイスことを特徴とする電子デバイスである。   Application Example 9 An electronic device according to the present invention is an electronic device characterized in that the package includes the piezoelectric vibration element according to any one of claims 1 to 7 and an electronic component. It is an electronic device.

上記のように圧電デバイス(例えば電圧制御型圧電発振器)を構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波(例えば490MHz帯)の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。また、圧電デバイスは基本波の圧電振動素子1を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅の広く、S/N比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。   By configuring a piezoelectric device (for example, a voltage control type piezoelectric oscillator) as described above, a voltage control type piezoelectric oscillator having excellent frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, and aging characteristics, a small size and a high frequency (for example, 490 MHz band) can be obtained. There is an effect that it is. In addition, since the piezoelectric device uses the piezoelectric resonator element 1 of the fundamental wave, there is an effect that a voltage controlled piezoelectric oscillator having a small capacitance ratio, a wide frequency variable width, and a good S / N ratio can be obtained.

[適用例10]また、電子デバイスは、前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする電子デバイスことを特徴とする電子デバイスである。   Application Example 10 Further, the electronic device is an electronic device characterized in that the electronic component is any one of a variable capacitance element, a thermistor, an inductor, and a capacitor.

上記のように圧電デバイスを構成することにより、圧電発振器、温度補償型圧電発振器、及び電圧制御型圧電発振器等の圧電デバイスを構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器、周波数温度特性に優れた温度補償圧電発振器、周波数が安定で可変範囲の広く且つS/N比(信号雑音比)の良好な電圧制御型圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。   By configuring the piezoelectric device as described above, it is possible to configure a piezoelectric device such as a piezoelectric oscillator, a temperature-compensated piezoelectric oscillator, and a voltage-controlled piezoelectric oscillator, and a piezoelectric having excellent frequency reproducibility and aging characteristics. It is possible to obtain an oscillator, a temperature compensated piezoelectric oscillator having excellent frequency temperature characteristics, and a voltage-controlled piezoelectric oscillator having a stable frequency, a wide variable range, and a good S / N ratio (signal to noise ratio). .

[適用例11]
また、電子デバイスは、適用例1乃至7の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を励振する発振回路と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイスである。
[Application Example 11]
An electronic device is an electronic device comprising a package including the piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 7 and an oscillation circuit that excites the piezoelectric vibration element.

上記のように圧電デバイスを構成することにより、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。   By configuring the piezoelectric device as described above, it is possible to obtain a piezoelectric oscillator having excellent frequency reproducibility and aging characteristics.

[適用例12]本発明の電子機器は、適用例7に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器ことを特徴とする電子機器である。   Application Example 12 An electronic device according to the present invention is an electronic device including the piezoelectric vibrator described in Application Example 7, and is an electronic device.

本発明の圧電振動子を電子機器の用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、S/N比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。   By using the piezoelectric vibrator of the present invention in an electronic device, there is an effect that an electronic device having a reference frequency source having a high frequency and excellent frequency stability and a good S / N ratio can be configured.

本発明に係る圧電振動素子の構造を示した概略図であり、(a)は平面図であり、(b)はP−P断面図、(c)はQ−Q断面図。It is the schematic which showed the structure of the piezoelectric vibration element which concerns on this invention, (a) is a top view, (b) is PP sectional drawing, (c) is QQ sectional drawing. ATカット水晶基板と結晶軸との関係を説明する図。The figure explaining the relationship between an AT cut quartz substrate and a crystal axis. 圧電振動素子の変形例の構成を示す平面図。The top view which shows the structure of the modification of a piezoelectric vibration element. 圧電振動素子の変形例の構成を示す平面図。The top view which shows the structure of the modification of a piezoelectric vibration element. 圧電振動素子の変形例の構成を示す平面図。The top view which shows the structure of the modification of a piezoelectric vibration element. 第2の実施形態例の圧電振動素子の構造を示した概略図であり、(a)は平面図であり、(b)はP−P断面図、(c)はQ−Q断面図。It is the schematic which showed the structure of the piezoelectric vibration element of the example of 2nd Embodiment, (a) is a top view, (b) is PP sectional drawing, (c) is QQ sectional drawing. 第3の実施形態例の圧電振動素子の構造を示した概略図であり、(a)は平面図であり、(b)はP−P断面図、(c)はQ−Q断面図、(d)は平面図、(e)は他の構成例の平面図。It is the schematic which showed the structure of the piezoelectric vibration element of the example of 3rd Embodiment, (a) is a top view, (b) is PP sectional drawing, (c) is QQ sectional drawing, d) is a plan view, and (e) is a plan view of another configuration example. 本発明の圧電基板の製作工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing process of the piezoelectric substrate of this invention. 本発明の圧電振動素子の励振電極及びリード電極の製作工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing process of the excitation electrode and lead electrode of the piezoelectric vibration element of this invention. (a)は圧電ウエハーに形成された凹陥部の平面図であり、(b)〜(e)は凹陥部のX軸方向の断面図。(A) is a top view of the recessed part formed in the piezoelectric wafer, (b)-(e) is sectional drawing of the X-axis direction of a recessed part. (a)は圧電ウエハーに形成された凹陥部の平面図であり、(b)〜(e)は凹陥部のZ’軸方向の断面図。(A) is a top view of the recessed part formed in the piezoelectric wafer, (b)-(e) is sectional drawing of the Z'-axis direction of a recessed part. (a)(b)は、本発明に係る実施形態の圧電振動子の構成を示す断面図、及び平面図である。(A) (b) is sectional drawing and the top view which show the structure of the piezoelectric vibrator of embodiment which concerns on this invention. 圧電振動子の、(a)は周波数温度特性を示す図であり、(b)はCI温度特性を示す図。(A) of a piezoelectric vibrator is a figure which shows a frequency temperature characteristic, (b) is a figure which shows CI temperature characteristic. (a)、(b)は容量比の分布特性を示す図。(A), (b) is a figure which shows the distribution characteristic of a capacity | capacitance ratio. (a)、(b)は静電容量の分布特性を示す図。(A), (b) is a figure which shows the distribution characteristic of an electrostatic capacitance. (a)、(b)はCI値比の分布特性を示す図。(A), (b) is a figure which shows the distribution characteristic of CI value ratio. (a)及び(b)は本発明の他の実施形態に係る圧電振動子の斜視図、(c)は縦断面図である。(A) And (b) is a perspective view of the piezoelectric vibrator which concerns on other embodiment of this invention, (c) is a longitudinal cross-sectional view. (a)及び(b)は本発明に係る圧電デバイスの縦断面図、及び平面図。(A) And (b) is a longitudinal cross-sectional view of the piezoelectric device which concerns on this invention, and a top view. 本発明の実施形態に係る圧電デバイスの特性説明図である。It is characteristic explanatory drawing of the piezoelectric device which concerns on embodiment of this invention. (a)及び(b)は本発明の圧電デバイスの縦断面図、及び平面図である。(A) And (b) is the longitudinal cross-sectional view and top view of the piezoelectric device of this invention. 圧電デバイスの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of a piezoelectric device. 圧電デバイスの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of a piezoelectric device. 圧電デバイスの縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of a piezoelectric device. (a)(b)及び(c)は本発明の他の実施形態に係る圧電基板の構成説明図。(A) (b) And (c) is a structure explanatory view of a piezoelectric substrate concerning other embodiments of the present invention. (a)(b)及び(c)は本発明の他の実施形態に係る圧電基板の構成説明図。(A) (b) And (c) is a structure explanatory view of a piezoelectric substrate concerning other embodiments of the present invention. (a)及び(b)はマウント部の構成例を示す要部平面図、及び断面図である。(A) And (b) is a principal part top view which shows the structural example of a mount part, and sectional drawing. 電子機器の模式図。FIG.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る圧電振動素子1の構成を示す概略図である。図1(a)は圧電振動素子1の平面図であり、同図(b)はP−P断面図であり、同図(c)はQ−Q断面図、(d)と(e)は外観斜視図、(f)はO−O断面図である。
圧電振動素子1は、薄肉の振動領域12、及び振動領域12に連設された厚肉の支持部14、16、18を有する圧電基板10と、振動領域12の両主面に夫々表裏で対向するようにして形成された励振電極25a、25bと、励振電極25a、25bから夫々厚肉部に設けられたパッド電極29a、29bに向けて延出されて形成されたリード電極27a、27bと、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a piezoelectric vibration element 1 according to an embodiment of the present invention. 1A is a plan view of the piezoelectric vibration element 1, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line PP, FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line Q-Q, and FIGS. External perspective view, (f) is an OO cross-sectional view.
The piezoelectric vibration element 1 has a thin vibration region 12 and a piezoelectric substrate 10 having thick support portions 14, 16, 18 connected to the vibration region 12, and both main surfaces of the vibration region 12 are opposed to each other. Excitation electrodes 25a and 25b formed as described above, and lead electrodes 27a and 27b formed by extending from the excitation electrodes 25a and 25b toward the pad electrodes 29a and 29b provided in the thick portions, It has.

圧電基板10は、略四角形で矩形状をなし、且つ薄肉で平板状の振動領域12と、振動領域12の一辺を除いた三辺に沿って一体化されたコ字状の厚肉支持部(支持部)13(14、16、18)と、を備えている。厚肉支持部13は、振動領域12を挟んで対向配置された第1の支持部14、及び第2の支持部16と、第1及び第2の支持部14、16の基端部間を連設する第3の支持部18と、を備えたコ字状の構成を備えている。
つまり、厚肉支持部は、振動領域の四辺のうち1辺を開放する
ように、振動領域を挟んで対向配置された第1の支持部、及び第2の支持部と、第1及び第2の支持部の基端部間を連設する第3の支持部と、を備える。ここで、「開放する」とは、一辺が露出している場合と、一部が露出しているのではなく完全に露出している場合を含む。
なお、本明細書では凹陥部11側を表面とし、フラット面を裏面とする。
第1の支持部14は、薄肉平板状の振動領域12の一辺12aに連設し、振動領域12の一辺12aに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第1の傾斜部14bと、第1の傾斜部14bの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第1の支持部本体14aと、を備えている。同様に、第2の支持部16は、薄肉平板状の振動領域12の一辺12bに連設し、振動領域12の一辺12bに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第2の傾斜部16bと、第2の傾斜部16bの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第2の支持部本体16aと、を備えている。
尚、前記支持部本体とは、前記Y’軸に平行な厚みが一定の領域をいう。
The piezoelectric substrate 10 has a substantially rectangular and rectangular shape, and a thin and flat vibration region 12 and a U-shaped thick support portion integrated along three sides excluding one side of the vibration region 12 ( Support portion) 13 (14, 16, 18). The thick-walled support portion 13 is formed between the first support portion 14 and the second support portion 16 that are opposed to each other with the vibration region 12 interposed therebetween, and the base end portions of the first and second support portions 14 and 16. A U-shaped configuration including a third support portion 18 provided continuously.
That is, the thick-walled support portion includes the first support portion, the second support portion, and the first and second support portions that are disposed to face each other across the vibration region so as to open one of the four sides of the vibration region. And a third support portion provided continuously between the base end portions of the support portions. Here, “open” includes the case where one side is exposed and the case where a part is not exposed but completely exposed.
In this specification, the concave portion 11 side is the front surface, and the flat surface is the back surface.
The first support portion 14 is connected to one side 12a of the thin flat plate-like vibration region 12, and the thickness gradually increases from one end edge connected to the one side 12a of the vibration region 12 toward the other end edge. A first inclined portion 14b, and a thick quadrangular columnar first support portion main body 14a connected to the other end of the first inclined portion 14b. Similarly, the second support portion 16 is connected to the one side 12b of the thin flat plate-like vibration region 12 and is separated from the one end edge connected to the one side 12b of the vibration region 12 toward the other end edge. A second inclined portion 16b having a gradually increasing thickness and a thick quadrangular columnar second support portion main body 16a provided continuously to the other end edge of the second inclined portion 16b are provided.
In addition, the said support part main body means the area | region where the thickness parallel to the said Y 'axis | shaft is constant.

第3の支持部18は、薄肉平板状の振動領域12の一辺12cに連設し、振動領域12の一辺12cに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第3の傾斜部18bと、第3の傾斜部18bの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第3の支持部本体16aと、を備えている。つまり、薄肉の振動領域12は、三辺を第1、第2、及び第3の支持部14、16、18に囲まれ、且つ他の一辺が開放された凹陥部11となっている。
なお、振動領域12の一方の主面と、第1、第2及び第3の支持部14、16、18の夫々の一方の面とは、同一平面上、即ち図1に示す座標軸のX−Z’平面上にあり、この面(図1(b)の下面側)を平坦面といい、反対側の面(図1(b)の上面側)を凹陥面という。
更に、圧電基板10は、第2の支持部16に少なくとも一つの応力緩和用のスリットが貫通形成されている。図1に示した実施形態例では、スリット20は第2の傾斜部16bと第2の支持部本体16aとの連接部に沿って第2の支持部本体16aの面内に形成されている。
The third support portion 18 is connected to one side 12c of the thin flat plate-like vibration region 12, and gradually increases in thickness as it is separated from one end edge connected to the one side 12c of the vibration region 12 toward the other end edge. And a third support portion body 16a having a thick quadrangular prism shape connected to the other end edge of the third inclined portion 18b. That is, the thin vibration region 12 is a recessed portion 11 that is surrounded on the three sides by the first, second, and third support portions 14, 16, and 18 and is open on the other side.
Note that one main surface of the vibration region 12 and one surface of each of the first, second, and third support portions 14, 16, and 18 are on the same plane, that is, the X-axis of the coordinate axis shown in FIG. It is on the Z ′ plane, and this surface (the lower surface side in FIG. 1B) is called a flat surface, and the opposite surface (the upper surface side in FIG. 1B) is called a concave surface.
Further, in the piezoelectric substrate 10, at least one stress relaxation slit is formed through the second support portion 16. In the embodiment shown in FIG. 1, the slit 20 is formed in the surface of the second support portion main body 16a along the connecting portion between the second inclined portion 16b and the second support portion main body 16a.

水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図2に示すように互いに直交する結晶軸X、Y、Zを有する。X軸、Y軸、Z軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。そして水晶基板は、XZ面をX軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が圧電振動素子として用いられる。例えば、ATカット水晶基板101の場合は、θは略35°15′である。なお、Y軸及びZ軸もX軸の周りにθ回転させて、夫々Y’軸、及びZ’軸とする。従って、ATカット水晶基板101は、直交する結晶軸X、Y’、Z’を有する。ATカット水晶基板101は、厚み方向がY’軸であって、Y’軸に直交するXZ’面(X軸及びZ’軸を含む面)が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。このATカット水晶基板101を加工して、圧電基板10を得ることができる。
即ち、圧電基板10は、図2に示すようにX軸(電気軸)、Y軸(機械軸)、Z軸(光学軸)からなる直交座標系のX軸を中心として、Z軸をY軸の−Y方向へ傾けた軸をZ’軸とし、Y軸をZ軸の+Z方向へ傾けた軸をY’軸とし、X軸とZ’軸に平行な面で構成され、Y’軸に平行な方向を厚みとするATカット水晶基板からなる。
尚、本発明に係る圧電基板は、前記角度θが略35°15′のATカットに限定されるものではなく、厚みすべり振動を励振するBTカット、等の圧電基板にも広く適用できるのは言うまでもない。
A piezoelectric material such as quartz belongs to the trigonal system and has crystal axes X, Y, and Z orthogonal to each other as shown in FIG. The X axis, the Y axis, and the Z axis are referred to as an electric axis, a mechanical axis, and an optical axis, respectively. In the quartz substrate, a flat plate cut out from the quartz is used as a piezoelectric vibration element along a plane obtained by rotating the XZ plane around the X axis by a predetermined angle θ. For example, in the case of the AT-cut quartz substrate 101, θ is approximately 35 ° 15 ′. Note that the Y-axis and the Z-axis are also rotated by θ around the X-axis to be the Y′-axis and the Z′-axis, respectively. Accordingly, the AT-cut quartz crystal substrate 101 has crystal axes X, Y ′, and Z ′ that are orthogonal to each other. The AT-cut quartz crystal substrate 101 has a thickness direction of the Y ′ axis, an XZ ′ plane (a plane including the X axis and the Z ′ axis) orthogonal to the Y ′ axis is a main surface, and a thickness shear vibration is a main vibration. Excited. The AT-cut quartz substrate 101 can be processed to obtain the piezoelectric substrate 10.
That is, as shown in FIG. 2, the piezoelectric substrate 10 is centered on the X axis of an orthogonal coordinate system composed of an X axis (electrical axis), a Y axis (mechanical axis), and a Z axis (optical axis), and the Z axis is the Y axis. The axis tilted in the −Y direction is the Z ′ axis, the Y axis is the Y ′ axis is the axis tilted in the + Z direction of the Z axis, and is composed of surfaces parallel to the X and Z ′ axes. It consists of an AT-cut quartz substrate with the thickness in the parallel direction.
The piezoelectric substrate according to the present invention is not limited to the AT cut with the angle θ of approximately 35 ° 15 ′, but can be widely applied to a piezoelectric substrate such as a BT cut that excites thickness shear vibration. Needless to say.

圧電基板10は、図1(a)に示すように、Y’軸に平行な方向(以下、「Y’軸方向」という)を厚み方向として、X軸に平行な方向(以下、「X軸方向」という)を長辺とし、Z’軸に平行な方向(以下、「Z’軸方向」という)を短辺とする矩形の形状を有する。
圧電基板10を駆動する励振電極25a、25bは、図1に示す実施形態例では四角形状であり、振動領域12のほぼ中央部の表裏両面に対向して形成されている。この際、平坦面側(図1(b)の裏面側)の励振電極25bの大きさは、凹陥面側(図1(b)の上面側)の励振電極25aの大きさに対し、十分に大きく設定する。これは、励振電極の質量効果によるエネルギー閉じ込め係数を、必要以上に大きくしないためである。つまり、平坦面側の励振電極25bを十分に大きくすることにより、プレートバック量Δ(=(fs−fe)/fs、ここでfsは圧電基板のカットオフ周波数、feは圧電基板全面に励振電極を付着した場合の周波数)は、凹陥面側の励振電極25aの質量効果のみに依存する。
As shown in FIG. 1A, the piezoelectric substrate 10 has a direction parallel to the X axis (hereinafter referred to as “X axis”) with a direction parallel to the Y ′ axis (hereinafter referred to as “Y ′ axis direction”) as a thickness direction. It has a rectangular shape having a long side as a “direction” and a short side as a direction parallel to the Z ′ axis (hereinafter referred to as “Z ′ direction”).
In the embodiment shown in FIG. 1, the excitation electrodes 25 a and 25 b that drive the piezoelectric substrate 10 have a quadrangular shape, and are formed so as to face both the front and back surfaces of the substantially central portion of the vibration region 12. At this time, the size of the excitation electrode 25b on the flat surface side (the back surface side in FIG. 1B) is sufficiently larger than the size of the excitation electrode 25a on the concave surface side (the upper surface side in FIG. 1B). Set larger. This is because the energy confinement coefficient due to the mass effect of the excitation electrode is not increased more than necessary. That is, by sufficiently increasing the excitation electrode 25b on the flat surface side, the plate back amount Δ (= (fs−fe) / fs, where fs is the cutoff frequency of the piezoelectric substrate, and fe is the excitation electrode on the entire surface of the piezoelectric substrate. The frequency when the is attached depends only on the mass effect of the excitation electrode 25a on the concave surface side.

励振電極25a、25bは、蒸着装置、あるいはスパッター装置等を用いて、例えば、下地にニッケル(Ni)を成膜し、その上に金(Au)を重ねて成膜する。金(Au)の厚さは、オーミックロスが大きくならない範囲で、主振動のみを閉じ込めモード(S0)とし、斜対称インハーモニックモード(A0、A1・・)及び対称インハーモニックモード(S1、S3・・)を、閉じ込めモードとしないことが望ましい。しかし、例えば、490MHz帯の圧電振動素子では、電極膜厚のオーミックロスを避けるように成膜すると、低次のインハーモニックモードがある程度、閉じ込められることは避けられない。
凹陥面側に形成した励振電極25aは、振動領域12上から第3の傾斜部18bと、第3の支持部本体18aとを経由するように励振電極25aから延出して配置されたリード電極27aにより、第2の支持部本体16aの上面に形成されたパッド電極29aに導通接続されている。また、平坦面側に形成された励振電極25bは、圧電基板10の端縁部を経由するリード電極27bにより、第2の支持部本体16aの裏面(下面)に形成されたパッド電極29bと導通接続されている。
The excitation electrodes 25a and 25b are formed by depositing, for example, nickel (Ni) on a base and superposing gold (Au) thereon using a vapor deposition apparatus or a sputtering apparatus. The thickness of the gold (Au) is within a range in which the ohmic cross does not increase, and only the main vibration is set as the confinement mode (S0), and the oblique symmetric inharmonic mode (A0, A1...) And the symmetric inharmonic mode (S1, S3. •)) should not be in confinement mode. However, for example, in the case of a piezoelectric vibration element in a 490 MHz band, it is inevitable that a low-order inharmonic mode is confined to some extent when a film is formed so as to avoid ohmic crossing of the electrode film thickness.
The excitation electrode 25a formed on the concave surface side is a lead electrode 27a arranged so as to extend from the excitation electrode 25a so as to pass through the third inclined portion 18b and the third support body 18a from above the vibration region 12. Thus, the pad electrode 29a formed on the upper surface of the second support body 16a is conductively connected. The excitation electrode 25b formed on the flat surface side is electrically connected to the pad electrode 29b formed on the back surface (lower surface) of the second support body 16a by the lead electrode 27b passing through the edge portion of the piezoelectric substrate 10. It is connected.

図1(a)に示した実施形態例は、リード電極27a、27bの引出し構造の一例であり、リード電極27aは他の支持部を経由してもよい。ただ、リード電極27a、27bの長さは最短であることが望ましく、リード電極27a、27b同志が圧電基板10を挟んで交差しないように配慮することにより静電容量の増加を抑えることが望ましい。
また、図1の実施形態例では、圧電基板10の表裏(上下)面に夫々パッド電極29a、29bを形成する例を示したが、圧電振動素子1をパッケージに収容する際に、図X(下図)に示すように圧電振動素子1を裏返し、パッド電極29aとパッケージの端子電極Aとを導電性接着剤で機械的に固定・電気的に接続し、パッド電極29bとパッケージの端子電極Bとをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続するとよい。このように圧電振動素子1を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
更に、下図に示すように、前記パッケージの内部に、圧電振動素子1を駆動するための発振回路、例えばICチップを搭載し、当該ICチップと電気的に接続された電極パッドと前記端子電極AやBと電気的に接続することにより圧電発振器を構成するようにしてもよい。導電性接着剤で固定・接続し、パッド電極29bとパッケージに搭載する前記ICチップの接続端子とをボンディングワイヤーで接続するとよい。このように圧電振動素子1を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
また、圧電基板10の裏面側に間隔をあけて夫々パッド電極29a、29bを併置してもよい。下図に示すように、導電性接着剤を用いてパッド電極29a、29bと、圧電振動素子1を収容するパッケージの端子電極との導通接続を図る場合は、パッド電極29a、29bが圧電基板の裏面側に間隔をあけて併置されている構成の方が望ましい。
The embodiment shown in FIG. 1A is an example of a lead-out structure of the lead electrodes 27a and 27b, and the lead electrode 27a may pass through another support portion. However, it is desirable that the length of the lead electrodes 27a and 27b is the shortest, and it is desirable to suppress the increase in capacitance by considering that the lead electrodes 27a and 27b do not intersect with each other with the piezoelectric substrate 10 interposed therebetween.
In the embodiment shown in FIG. 1, the pad electrodes 29 a and 29 b are formed on the front and back (upper and lower) surfaces of the piezoelectric substrate 10. However, when the piezoelectric vibrating element 1 is accommodated in the package, FIG. As shown in the figure below, the piezoelectric vibration element 1 is turned over, the pad electrode 29a and the terminal electrode A of the package are mechanically fixed and electrically connected with a conductive adhesive, and the pad electrode 29b and the terminal electrode B of the package are connected to each other. May be electrically connected using a bonding wire. Thus, when the site | part which supports the piezoelectric vibration element 1 becomes one point, it is possible to make small the stress resulting from a conductive adhesive.
Further, as shown in the figure below, an oscillation circuit for driving the piezoelectric vibration element 1, for example, an IC chip, is mounted inside the package, and the electrode pads and the terminal electrodes A electrically connected to the IC chip. Alternatively, the piezoelectric oscillator may be configured by being electrically connected to B and B. It is preferable to fix and connect with a conductive adhesive, and to connect the pad electrode 29b and the connection terminal of the IC chip mounted on the package with a bonding wire. Thus, when the site | part which supports the piezoelectric vibration element 1 becomes one point, it is possible to make small the stress resulting from a conductive adhesive.
Further, the pad electrodes 29a and 29b may be arranged on the back surface side of the piezoelectric substrate 10 with a space therebetween. As shown in the figure below, when conductive connection is used between the pad electrodes 29a and 29b and the terminal electrode of the package housing the piezoelectric vibration element 1, the pad electrodes 29a and 29b are connected to the back surface of the piezoelectric substrate. It is desirable to have a configuration in which they are juxtaposed on the side.

振動領域12と、圧電振動素子1の支持部であるパッド電極29a、29bとの間にスリット20を設ける理由は、導電性接着剤の硬化時に発生する応力の広がりを防止することにある。
即ち、圧電振動素子をパッケージに導電性接着剤により支持する場合には、まず第2の支持部本体16aの被支持部(パッド電極)29aに導電性接着剤を塗布し、これをパッケージ等の端子電極に載置し、少し押さえる。導電性接着剤を硬化させるために高温で所定の時間保持する。高温状態では第2の支持部本体16a、及びパッケージも共に膨張し、接着剤も一時的に軟化するので、第2の支持部本体16aには応力は生じない。導電性接着剤が硬化した後、第2の支持部本体16a、及びパッケージが冷却してその温度が常温(25℃)に戻ると、導電性接着剤、パッケージ、及び第2の支持部本体16aの各線膨張係数との差により、硬化した道電性接着剤から生じる応力が、第2の支持部本体16aから第1及び第3の支持部14、18、振動領域12へと広がる。この応力の広がりを防止するために、応力緩和用のスリット20を設けている。
The reason why the slit 20 is provided between the vibration region 12 and the pad electrodes 29a and 29b that are the support portions of the piezoelectric vibration element 1 is to prevent the spread of stress generated when the conductive adhesive is cured.
That is, when the piezoelectric vibration element is supported on the package by the conductive adhesive, first, the conductive adhesive is applied to the supported portion (pad electrode) 29a of the second support portion main body 16a, and this is applied to the package or the like. Place it on the terminal electrode and hold it down a little. In order to cure the conductive adhesive, it is held at a high temperature for a predetermined time. In the high temperature state, both the second support part main body 16a and the package expand, and the adhesive also softens temporarily. Therefore, no stress is generated in the second support part main body 16a. After the conductive adhesive is cured, when the second support body 16a and the package are cooled and the temperature returns to room temperature (25 ° C.), the conductive adhesive, the package, and the second support body 16a. Due to the difference from the respective linear expansion coefficients, the stress generated from the cured electroconductive adhesive spreads from the second support portion body 16a to the first and third support portions 14 and 18 and the vibration region 12. In order to prevent the spread of the stress, a slit 20 for stress relaxation is provided.

圧電基板10に生じる応力(∝歪)分布を求めるために、有限要素法を用いてシミュレーションを行うのが一般的である。振動領域12における応力が少ない程、周波数温度特性、周波数再現性、周波数エージング特性の優れた圧電振動素子が得られる。
導電性接着剤としては、シリコン系、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等があるが、圧電振動素子1の脱ガスによる周波数経年変化を考慮に入れて、ポリイミド系の導電性接着剤を用いる。ポリイミド系の導電性接着剤は硬いので、離れた二カ所を支持するよりも一カ所支持の方が発生する応力の大きさを低減できるので、100〜500MHzの高周波数帯のうち、例えば490MHz帯の電圧制御型圧電発振器(VCXO)用の圧電振動素子1には、一カ所での支持する構造を用いた。つまり、パッド電極29bは導電性接着を用いてパッケージの端子電極Aに機械的に固定すると共に電気的にも接続し、他方のパッド電極29aはパッケージの端子電極Bとボンディングワイヤーを用いて電気的に接続することにした。
また、図1に示した圧電基板10は、X軸方向の長さがZ’軸方向の長さより長い、所謂Xロングとした。これは、圧電基板10が導電性接着剤等で固定・接続される際に応力が生じるが、周知のように、ATカット水晶基板のX軸方向に沿った両端に力を加えたときの周波周変化と、Z’軸方向に沿った両端に同じ力を加えたときの周波周変化と、を比べると、Z’軸方向の両端に力を加えたときの方が、周波数変化が小さい。つまり、支持点はZ’軸方向に沿って設ける方が応力による周波数変化は小さくなり、好ましい。
In order to obtain the stress (strain) distribution generated in the piezoelectric substrate 10, a simulation is generally performed using a finite element method. As the stress in the vibration region 12 is reduced, a piezoelectric vibration element having excellent frequency temperature characteristics, frequency reproducibility, and frequency aging characteristics can be obtained.
Examples of the conductive adhesive include silicon-based, epoxy-based, polyimide-based, and bismaleimide-based adhesives. A polyimide-based conductive adhesive is used in consideration of frequency aging due to degassing of the piezoelectric vibration element 1. . Since the polyimide-based conductive adhesive is hard, it can reduce the magnitude of the stress generated by supporting one place rather than supporting two separate places. For example, in the high frequency band of 100 to 500 MHz, for example, the 490 MHz band The piezoelectric vibration element 1 for the voltage controlled piezoelectric oscillator (VCXO) of FIG. That is, the pad electrode 29b is mechanically fixed and electrically connected to the terminal electrode A of the package using conductive bonding, and the other pad electrode 29a is electrically connected to the terminal electrode B of the package using the bonding wire. Decided to connect to.
Further, the piezoelectric substrate 10 shown in FIG. 1 has a so-called X-long in which the length in the X-axis direction is longer than the length in the Z′-axis direction. This is because stress occurs when the piezoelectric substrate 10 is fixed and connected with a conductive adhesive or the like. As is well known, the frequency when force is applied to both ends along the X-axis direction of the AT-cut quartz substrate is known. Comparing the circumferential change with the frequency circumferential change when the same force is applied to both ends along the Z′-axis direction, the frequency change is smaller when the force is applied to both ends in the Z′-axis direction. That is, it is preferable to provide the support points along the Z′-axis direction because the frequency change due to stress is reduced.

図3は、図1に示した実施形態に係る圧電振動素子の変形例であり、ここでは平面図のみを示す。図1に示した実施形態例では、薄肉の振動領域12は文字通り四角形(矩形状)をしているが、図3に示す実施形態例では、薄肉の振動領域12の第3の支持部18に対応する一辺12cの両端部に相当する両角隅部が面取りされている点が異なる。このように、薄肉の振動領域12が文字通り四角形の圧電基板10に対して、図3に記載された実施形態例のように、振動領域12の角部が面取りされた構造の圧電基板10については、略四角形の概念の中に含まれるものとする。   FIG. 3 is a modification of the piezoelectric vibration element according to the embodiment shown in FIG. 1, and only a plan view is shown here. In the embodiment shown in FIG. 1, the thin vibration region 12 is literally rectangular (rectangular), but in the embodiment shown in FIG. 3, the third support portion 18 of the thin vibration region 12 The difference is that the corners corresponding to both ends of the corresponding side 12c are chamfered. As described above, the piezoelectric substrate 10 having a structure in which the corners of the vibration region 12 are chamfered as shown in FIG. It shall be included in the concept of a substantially square.

図1、図3の実施形態例では、励振電極25a、25bの形状として四角形、つまり正方形、または矩形(X軸方向を長辺とする)の例を示したが、これに限定する必要はない。図4に示す実施形態例は、凹陥面側(表面側)の励振電極25aが円形であり、平坦面側(裏面側)の励振電極25bは、励振電極25aより十分に大きな四角形である。なお、平坦面側(裏面側)の励振電極25bも十分に大きな円形であってもよい。
図5に示す実施形態例は、凹陥面側(表面側)の励振電極25aが楕円形であり、平坦面側(裏面側)の励振電極25bは、励振電極25aより十分に大きな四角形である。弾性定数の異方性によりX軸方向の変位分布と、Z’軸方向の変位分が異なり、変位分布をX−Z’平面に平行な面で切った切断面は、楕円形になる。そのため、楕円形状の励振電極25aを用いた場合が最も効率よく、圧電振動素子1を駆動できる。即ち、圧電振動素子1の容量比γ(=C0/C1、ここで、C0は静電容量、C1は直列共振容量)を最小にできる。また、励振電極25aは長円形であってもよい。
1 and 3, the excitation electrodes 25a and 25b have a quadrilateral shape, that is, a square shape or a rectangular shape (with the long side in the X-axis direction). However, the present invention is not limited to this. . In the embodiment shown in FIG. 4, the excitation electrode 25a on the concave surface side (front surface side) is circular, and the excitation electrode 25b on the flat surface side (back surface side) is a quadrangle sufficiently larger than the excitation electrode 25a. The excitation electrode 25b on the flat surface side (back surface side) may also be a sufficiently large circle.
In the embodiment shown in FIG. 5, the excitation electrode 25a on the concave surface side (front surface side) is elliptical, and the excitation electrode 25b on the flat surface side (back surface side) is a quadrangle sufficiently larger than the excitation electrode 25a. The displacement distribution in the X-axis direction differs from the displacement in the Z′-axis direction due to the anisotropy of the elastic constant, and a cut surface obtained by cutting the displacement distribution along a plane parallel to the XZ ′ plane is elliptical. Therefore, the piezoelectric vibration element 1 can be driven most efficiently when the elliptical excitation electrode 25a is used. That is, the capacitance ratio γ (= C0 / C1, where C0 is the capacitance and C1 is the series resonance capacitance) of the piezoelectric vibration element 1 can be minimized. The excitation electrode 25a may be oval.

図6は、第2の実施形態に係る圧電振動素子2の構成を示す概略図である。図6(a)は圧電振動素子2の平面図であり、同図(b)はP−P断面図であり、同図(c)はQ−Q断面図である。
圧電振動素子2が図1に示す圧電振動素子1と異なる点は、応力緩和用のスリット20を設ける位置である。本例では、スリット20は、薄肉の振動領域12の一辺12bの端縁より離間した第2の傾斜部16b内に形成されている。振動領域12の一辺12bに沿って、スリット20の一方の端縁が一辺12bに接するように第2の傾斜部16b内にスリット20を形成するのではなく、第2の傾斜部16bの両端縁より離間してスリット20を設けている。つまり第2の傾斜部16bには、振動領域12の一辺12bの端縁と連接する極細の傾斜部16bbが残されている。換言すれば、一辺12aとスリット20との間に極細の傾斜部16bbが形成されている。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a configuration of the piezoelectric vibration element 2 according to the second embodiment. 6A is a plan view of the piezoelectric vibration element 2, FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line PP, and FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the line QQ.
The piezoelectric vibrating element 2 is different from the piezoelectric vibrating element 1 shown in FIG. 1 in the position where the stress relaxation slit 20 is provided. In this example, the slit 20 is formed in the second inclined portion 16b that is separated from the edge of the one side 12b of the thin vibration region 12. Rather than forming the slit 20 in the second inclined portion 16b so that one edge of the slit 20 is in contact with the one side 12b along one side 12b of the vibration region 12, both end edges of the second inclined portion 16b are formed. The slit 20 is provided further apart. That is, in the second inclined portion 16b, an extremely fine inclined portion 16bb connected to the edge of the one side 12b of the vibration region 12 is left. In other words, an extremely fine inclined portion 16bb is formed between the side 12a and the slit 20.

極細の傾斜部16bbを残した理由は次の通りである。即ち、振動領域12に配置された励振電極25a、25bに高周波電圧を印加することにより振動領域12を励振すると、主振動(S0)の他にインハーモニックモード(A0、S1、A1、S2・)が励振される。望ましいのは主振動(S0)モードのみを閉じ込めモードとし、他のインハーモニックモードは伝搬モード(非閉じ込めモード)とすることであるが、振動領域12が薄く成り、その基本波周波数が数百MHzとなると、電極膜のオーミックロスを避けるため、励振電極は所定の厚さ以上にする必要がある。このため、前記励振電極の厚みを前記所定の厚さ以上とした場合に、主振動に近接した低次のインハーモニックモードが励振されることになる。本願発明者は、この低次のインハーモニックモードの振幅の大きさを抑制するには、インハーモニックモードの定在波が成り立つ条件を妨げるようにすればよいことに思い至った。つまり、図6の振動領域12のZ’軸方向の両端縁の形状は非対称であり、またX軸方向の両端縁の形状も細片16bbを残したことにより非対称となり、低次のインハーモニックモード定在波の振幅は抑えられることを実現した。   The reason for leaving the ultra-fine inclined portion 16bb is as follows. That is, when the vibration region 12 is excited by applying a high-frequency voltage to the excitation electrodes 25a and 25b disposed in the vibration region 12, the inharmonic mode (A0, S1, A1, S2,...) In addition to the main vibration (S0). Is excited. Desirably, only the main vibration (S0) mode is set as the confinement mode, and the other inharmonic mode is set as the propagation mode (non-confinement mode). However, the vibration region 12 becomes thin, and the fundamental frequency thereof is several hundred MHz. Then, in order to avoid ohmic cross of the electrode film, the excitation electrode needs to have a predetermined thickness or more. For this reason, when the thickness of the excitation electrode is not less than the predetermined thickness, a low-order inharmonic mode close to the main vibration is excited. The inventor of the present application has come to realize that in order to suppress the magnitude of the amplitude of the low-order inharmonic mode, it is only necessary to prevent the condition that the standing wave of the inharmonic mode is established. That is, the shape of both end edges in the Z′-axis direction of the vibration region 12 in FIG. 6 is asymmetric, and the shape of both end edges in the X-axis direction is also asymmetric by leaving the strip 16bb, and the low-order inharmonic mode. We realized that the amplitude of the standing wave was suppressed.

図7は、第3の実施形態に係る圧電振動素子3の構成を示す概略図である。図7(a)は圧電振動素子3の平面図であり、同図(b)はP−P断面図であり、同図(c)はQ−Q断面図であり、同図(d)は平面図である。
圧電振動素子3が、図1に示す圧電振動素子1と異なる点は、第2の支持部本体16aの面内に第1のスリット20aを設けると共に、第2の傾斜部16bの面内に第2のスリット20bを形成して、2個の応力緩和用のスリットを設けた点である。第2の支持部本体16aの面内、及び第2の傾斜部16bの面内に夫々個別のスリットを形成する目的は、前述の通り既に説明しているので、ここでは省略する。
第1のスリット20a、及び第2のスリット20bを、図7(a)に示す平面図のようにX軸方向に並置するのではなく、図7(d)に示す如くZ’軸方向に互いに離れるように段差状に配置してもよい
。2個のスリット20a、20bを設けた方が、導電性接着剤に起因して生じる応力を、振動領域12まで広げないようにすることが可能である。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of the piezoelectric vibration element 3 according to the third embodiment. 7A is a plan view of the piezoelectric vibration element 3, FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line PP, FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the line Q-Q, and FIG. It is a top view.
The piezoelectric vibration element 3 is different from the piezoelectric vibration element 1 shown in FIG. 1 in that a first slit 20a is provided in the surface of the second support portion main body 16a, and a second slit portion 16b is provided in the surface of the second inclined portion 16b. The second slit 20b is formed, and two slits for stress relaxation are provided. The purpose of forming the individual slits in the surface of the second support portion main body 16a and in the surface of the second inclined portion 16b has already been described as described above, and will be omitted here.
The first slit 20a and the second slit 20b are not juxtaposed in the X-axis direction as shown in the plan view of FIG. 7A, but in the Z′-axis direction as shown in FIG. 7D. You may arrange | position in steps so that it may leave | separate. The provision of the two slits 20 a and 20 b can prevent the stress caused by the conductive adhesive from spreading to the vibration region 12.

図8、図9は、圧電基板10の凹陥部11、外形及びスリット20の形成に係る製造工程を示すフローチャートである。ここでは、圧電ウエハーとして水晶ウエハーを例にして説明する。工程S1では、両面がポリッシュ加工された所定の厚さ、例えば80μmの水晶ウエハー10Wを、十分に洗浄し、乾燥した後、表裏面にスパッタリング等により、クロム(Cr)を下地にし、その上に金(Au)を積層した金属膜(耐蝕膜)Mを夫々成膜する。
工程S2では、表裏の金属膜Mの上に夫々フォトレジスト膜(レジスト膜と称す)Rを全面に塗布する。工程S3では、マスクパターンと露光装置を用いて、凹陥部に相当する位置のレジスト膜Rを露光する。感光したレジスト膜Rを現像して感光したレジスト膜を剥離すると、凹陥部に相当する位置の金属膜Mが露出する。レジスト膜Rから露出した金層膜Mを王水等の溶液を用いて溶かして除去すると、凹陥部に相当する位置の水晶面が露出する。
FIG. 8 and FIG. 9 are flowcharts showing manufacturing steps relating to the formation of the recessed portion 11, the outer shape, and the slit 20 of the piezoelectric substrate 10. Here, a quartz wafer will be described as an example of the piezoelectric wafer. In step S1, a quartz wafer 10W having a predetermined thickness, eg, 80 μm, whose both surfaces are polished is sufficiently washed and dried, and then chromium (Cr) is ground on the front and back surfaces by sputtering or the like. A metal film (corrosion resistant film) M in which gold (Au) is laminated is formed.
In step S2, a photoresist film (referred to as a resist film) R is applied on the entire surface of the front and back metal films M, respectively. In step S3, the resist film R at a position corresponding to the recessed portion is exposed using a mask pattern and an exposure apparatus. When the exposed resist film R is developed and the exposed resist film is peeled off, the metal film M at a position corresponding to the recessed portion is exposed. When the gold layer film M exposed from the resist film R is dissolved and removed using a solution such as aqua regia, the crystal plane at the position corresponding to the recessed portion is exposed.

工程S4では、露出した水晶面をフッ化水素酸(フッ酸)とフッ化アンモニウムとの混合液を用いて所望の厚さまでエッチングする。工程S5では所定の溶液を用いてレジスト膜Rを剥離し、更に露出した金属膜Mを、王水等を用いて除去する。この段階で水晶ウエハー10Wは、一方の面に凹陥部11が格子状に規則的に並んだ状態となる。工程S6では、工程S5で得られた水晶ウエハー10Wの両面に金属膜(Cr+Au)Mを成膜する。工程S7では工程S6で形成された金属膜(Cr+Au)Mの両面にレジスト膜Rを塗布する。
工程S8では、所定のマスクパターンと露光装置を用いて、圧電基板10の外形とスリット20に相当する位置のレジスト膜Rを両面から感光し、現像して剥離する。更に、露出した金属膜Mを王水等の溶液で溶かして除去する。
In step S4, the exposed quartz surface is etched to a desired thickness using a mixed liquid of hydrofluoric acid (hydrofluoric acid) and ammonium fluoride. In step S5, the resist film R is removed using a predetermined solution, and the exposed metal film M is removed using aqua regia or the like. At this stage, the quartz wafer 10W is in a state in which the recessed portions 11 are regularly arranged in a lattice pattern on one surface. In step S6, a metal film (Cr + Au) M is formed on both surfaces of the quartz wafer 10W obtained in step S5. In step S7, a resist film R is applied to both surfaces of the metal film (Cr + Au) M formed in step S6.
In step S8, the outer shape of the piezoelectric substrate 10 and the resist film R at a position corresponding to the slit 20 are exposed from both sides using a predetermined mask pattern and an exposure apparatus, developed and peeled off. Further, the exposed metal film M is removed by dissolving with a solution such as aqua regia.

工程S9では露出した水晶面をフッ化水素酸(フッ酸)とフッ化アンモニウムとの混合液を用いてエッチングし、圧電基板10の外形とスリット20を形成する。工程S10では、残ったレジスト膜Rを剥離し、露出した余分の金属膜Mを溶かして除去する。この段階では水晶ウエハー10Wは、圧電基板10が支持細片で連接し、格子状に並んだ状態となる。本発明の特徴は、工程S8とS9に示すように、凹陥部11の振動領域12一部と、振動領域12に連設された第4の支持部19とをエッチングにより取り除いたことである。これにより、圧電基板の小型化が図られる。詳細については後述する。
工程S10が終了した後、水晶ウエハー10Wに格子状に規則的に並んだ各圧電基板10の振動領域12の厚さを、例えば光学的に計測する。計測した各振動領域12の厚さが所定の厚さより厚い場合には、夫々厚さの微調整を行って所定の厚さの範囲に入るようにする。
In step S9, the exposed quartz surface is etched using a mixed liquid of hydrofluoric acid (hydrofluoric acid) and ammonium fluoride to form the outer shape of the piezoelectric substrate 10 and the slit 20. In step S10, the remaining resist film R is peeled off, and the exposed excess metal film M is dissolved and removed. At this stage, the quartz-crystal wafer 10W is in a state where the piezoelectric substrates 10 are connected by supporting strips and are arranged in a lattice pattern. A feature of the present invention is that, as shown in steps S8 and S9, a part of the vibration region 12 of the recessed portion 11 and the fourth support portion 19 connected to the vibration region 12 are removed by etching. Thereby, size reduction of a piezoelectric substrate is achieved. Details will be described later.
After step S10 is completed, the thickness of the vibration region 12 of each piezoelectric substrate 10 regularly arranged in a lattice pattern on the quartz wafer 10W is optically measured, for example. When the measured thickness of each vibration region 12 is thicker than a predetermined thickness, the thickness is finely adjusted so as to fall within the predetermined thickness range.

水晶ウエハー10Wに形成された各圧電基板10の振動領域12の厚さを、所定の厚さの範囲内に調整した後、各圧電基板10に励振電極25a、25b、及びリード電極27a、27bを形成する手順を、図9を用いて説明する。工程S11では、水晶ウエハー10Wの表裏全面にスパッタリング等でニッケル(Ni)を成膜し、その上に金(Au)を積層して金属膜Mを成膜する。次に工程S12では、金属膜Mの上にレジストを塗布しレジスト膜Rを成膜する。工程S13では、マスクパターンMkを用いて励振電極25a、25b、リード電極27a、27bに相当する位置のレジスト膜Rを露光する。工程S14では、感光したレジスト膜Rを現像して不要のレジスト膜Rを、溶液を用いて剥離する。次に、レジスト膜Rが剥離して露出した金属膜Mを王水等の溶液で溶かして除去する。工程S15では、金属膜Mに残った不要のレジスト膜Rを剥離すると、各圧電基板10上には励振電極25a、25b、及びリード電極27a、27b等が形成されている。水晶ウエハー10Wに連接するハーフエッチングされた支持細片を折り取りすることにより、分割された圧電振動素子1が得られる。   After adjusting the thickness of the vibration region 12 of each piezoelectric substrate 10 formed on the quartz wafer 10W within a predetermined thickness range, the excitation electrodes 25a and 25b and the lead electrodes 27a and 27b are attached to each piezoelectric substrate 10. The forming procedure will be described with reference to FIG. In step S11, nickel (Ni) is formed on the entire front and back surfaces of the quartz wafer 10W by sputtering or the like, and gold (Au) is stacked thereon to form a metal film M. Next, in step S12, a resist is applied on the metal film M to form a resist film R. In step S13, the resist film R at a position corresponding to the excitation electrodes 25a and 25b and the lead electrodes 27a and 27b is exposed using the mask pattern Mk. In step S14, the exposed resist film R is developed to remove the unnecessary resist film R using a solution. Next, the metal film M exposed by peeling off the resist film R is dissolved and removed with a solution such as aqua regia. In step S15, when the unnecessary resist film R remaining on the metal film M is peeled off, excitation electrodes 25a and 25b, lead electrodes 27a and 27b, and the like are formed on each piezoelectric substrate 10. By dividing the half-etched support strip connected to the quartz wafer 10W, the divided piezoelectric vibration element 1 is obtained.

ところで、水晶をウェットエッチングすると、Z軸に沿ってエッチングが進行していくが、各結晶軸の方向に応じてエッチングの速度が変わってくるという水晶特有のエッチング異方性を有している。従って、当該エッチングの異方性により現出するエッチング面は、各結晶軸の方向に応じて違いが現れることは、これまでエッチング異方性を研究テーマにした数多くの学術論文や先行特許文献において論じられてきた。しかしながら、このような背景があるにもかかわらず、水晶のエッチング異方性について明確に系統立てられた資料がなく、ナノ加工技術的側面が非常に強いためにエッチングの諸条件(エッチング溶液の種類や、エッチングレート、エッチング温度、等)の違いによるものなのか、文献によっては、現出する結晶面に相異があるものも多々見受けられるのが現状である。
そこで、本願発明者は、本発明に係る圧電振動素子をフォトリソグラフィー技法とウェットエッチング技法を用いて製造するに当たり、エッチングシミュレーションと試作実験、並びにナノレベルでの表面分析と観察を繰り返し、本発明に係る圧電振動子は以下の態様をなることが判明したので、以下詳細に説明をする。
By the way, when the crystal is wet-etched, the etching proceeds along the Z-axis, but has an etching anisotropy peculiar to the crystal in which the etching rate varies depending on the direction of each crystal axis. Therefore, the etching surface that appears due to the anisotropy of the etching appears to differ depending on the direction of each crystal axis. Has been discussed. However, despite this background, there is no clearly organized data on the etching anisotropy of quartz, and the nanofabrication technical aspects are so strong that the etching conditions (types of etching solutions) Depending on the literature, there are many cases where there are differences in the crystal planes appearing, depending on the difference in the etching rate and etching temperature.
Therefore, the inventor of the present application repeatedly performed etching simulation and prototype experiment, and nano-level surface analysis and observation in manufacturing the piezoelectric vibration element according to the present invention using the photolithography technique and the wet etching technique. Such a piezoelectric vibrator has been found to have the following modes, and will be described in detail below.

図10、図11は、エッチングにより形成される、ATカット水晶ウエハー10W上の凹陥部11の断面形状を説明する図である。
図10(a)は、図10の工程S5における水晶ウエハー10Wの平面図である。この段階では、水晶ウエハー10Wの一方の面に凹陥部11が格子状で且つ規則的に形成されている。図10(b)は、X軸方向の断面図であり、凹陥部11の各壁面は垂直の壁面ではなく傾斜面を呈している。つまり、−X軸方向の壁面は傾斜面X1を形成し、+X軸方向の壁面は傾斜面X2を形成している。X軸に直交する溝を形成すると、溝の断面の壁面X3は楔型を呈する。図10(c)〜(e)は凹陥部11の壁面X1、X2、及び溝部の壁面X3の拡大図である。−X軸方向の壁面は、図10(c)に示すように、水晶ウエハー10Wの平面に対し略62度の傾斜でエッチングされる。+X軸方向の壁面は、図10(d)に示すように、水晶ウエハー10Wの平面に対し直交(90度)して少しエッチングが進むが、その後は緩やかな傾斜でエッチングが進行する。X軸方向に沿う凹陥部11の底面は、水晶ウエハーの元の平面と平行にエッチングされる。つまり、振動領域12は表裏面が平行の平板状となる。
図10(e)は、水晶ウエハー10Wに形成した折り取り用の溝部の断面図である。X軸に直交して形成された溝部の断面は楔型を呈している。これは溝部の壁面X3が、−X軸方向の壁面X1と、+X軸方向の壁面X2とで形成されるために、楔型となるのである。
凹陥部11が形成された面に電極を設ける場合は、+X軸方向に形成される壁面X2の垂直の壁面に注意する必要がある。電極膜の断裂が起り易いので避ける方が望ましい。
10 and 11 are diagrams for explaining the cross-sectional shape of the recessed portion 11 on the AT-cut quartz crystal wafer 10W formed by etching.
FIG. 10A is a plan view of the quartz wafer 10W in step S5 of FIG. At this stage, the concave portions 11 are regularly formed in a lattice shape on one surface of the quartz wafer 10W. FIG. 10B is a cross-sectional view in the X-axis direction, and each wall surface of the recessed portion 11 is not a vertical wall surface but an inclined surface. That is, the wall surface in the −X axis direction forms the inclined surface X1, and the wall surface in the + X axis direction forms the inclined surface X2. When a groove perpendicular to the X axis is formed, the wall surface X3 of the cross section of the groove has a wedge shape. FIGS. 10C to 10E are enlarged views of the wall surfaces X1 and X2 of the recessed portion 11 and the wall surface X3 of the groove portion. The wall surface in the −X-axis direction is etched with an inclination of approximately 62 degrees with respect to the plane of the crystal wafer 10W, as shown in FIG. As shown in FIG. 10D, the wall surface in the + X axis direction is orthogonal (90 degrees) to the plane of the quartz wafer 10W and etching proceeds slightly, but thereafter, etching proceeds with a gentle inclination. The bottom surface of the recess 11 along the X-axis direction is etched in parallel with the original plane of the crystal wafer. That is, the vibration region 12 has a flat plate shape whose front and back surfaces are parallel.
FIG. 10E is a cross-sectional view of a groove portion for breaking formed in the quartz wafer 10W. The cross section of the groove formed perpendicular to the X axis has a wedge shape. This is because the wall surface X3 of the groove portion is formed by the wall surface X1 in the −X axis direction and the wall surface X2 in the + X axis direction, so that it becomes a wedge shape.
When providing an electrode on the surface on which the recessed portion 11 is formed, it is necessary to pay attention to the vertical wall surface of the wall surface X2 formed in the + X axis direction. It is desirable to avoid the electrode film because it tends to tear.

図11は圧電基板10に形成された凹陥部11の、特にZ’軸方向の断面図の壁面を説明する図である。図11(a)は、水晶ウエハー10Wの平面図である。図11(b)は、水晶ウエハー10WのZ’軸方向の断面図であり、−Z’軸方向の壁面は傾斜面Z1を形成し、+Z’軸方向の壁面は傾斜面Z2を形成する。Z’軸に直交する溝部を形成すると、溝部の断面の壁面Z3は楔型を呈する。
図11(c)〜(e)は凹陥部11の壁面Z1、Z2、及ぶ溝部の壁面Z3の拡大図である。−Z’軸方向の壁面は、図11(c)に示すように、水晶ウエハー10Wの平面に対し比較的緩やかな傾斜でエッチングされる。+Z’軸方向の壁面Z2は、図11(d)に示すように、水晶ウエハー10Wの平面に対し急な傾斜面Z2aでエッチングされるが、その後は緩やかな傾斜面Z2bでエッチングが進行し、その後はより緩やかな傾斜面Z2cとなる。図11(e)はZ’軸方向に直交して形成した溝部の断面図で、楔型断面Z3となる。この溝部は、水晶ウエハー10Wに折り取り用の溝部である。この溝部の壁面Z3が、−Z’軸方向の壁面Z1と、+Z’軸方向の壁面Z2の中、壁面Z2aと壁面Z2bとで形成されるために、ほぼ楔型の断面を呈するのである。X軸方向、Z’軸方向に折り取り用溝部を形成すると、その断面形状は楔型となり、折り取りが容易である。
本発明の特徴の1つは、図11(d)に示すように、振動領域11うちZcで示す一点鎖線の図中右側の、元の平面と平行でない緩やかな傾斜面Z2cを、第4の支持部19と共にエッチングにより取り去ることにより、圧電基板の小型化を図ったことである。
更に、前記緩やかな傾斜面Z2cを前記第4の支持部19と共に削除することを前提として製造方法を確立しているので、振動領域となる平坦な超薄部の面積を、先行技術として掲げた従来の如きX軸に沿って振動領域の両端に存在する厚肉部を備えた構造に比べて大きく確保することを実現したので、振動領域に励振される厚み滑り振動モードにおいて、弾性定数の異方性により振動変位分布がX軸方向に長径を有する楕円状となることを十分に考慮して、設計することが可能となるため、長軸対短軸の比を、1.26:1が望ましいが、製造寸法のバラツキ等を考慮して、1.14〜1.39:1の範囲程度となるように十分設計可能となった。
更に、図17に示すように、圧電振動素子1の外形において、X軸に交わる端面にも傾斜面が現出し、X軸の(−)側の端面には傾斜面(1)が現出し、(+)側の単面には傾斜面(2)が現出することが判明し、傾斜面(1)と傾斜面(2)のXY’平面に平行な断面において、その形状は異なっていることも判明した。
また、傾斜面(1)、(2)共に、圧電基板の主表面と交わる付近には、図10(b)、(e)に示すような+X軸方向に形成される壁面X2の垂直の壁面は現出していない。この理由は、凹陥部11を形成するのに必要なエッチング時間に比べて、傾斜面(1)と傾斜面(2)の形成時間は圧電基板(水晶基板)を表裏からエッチングを開始し、表裏が貫通するまでエッチングするので、エッチング時間が十分に長いためにオーバーエッチングの作用により、垂直の壁面が現出しないのである。
傾斜面(1)を構成する傾斜面a1、a2は、X軸に対してほぼ対称関係にあることが判明した。
傾斜面(2)を構成する傾斜面b1、b2、b3、b4においては、b1とb4、b2とb3とが、各々X軸に対してほぼ対称関係にあることが判明した。
更に、傾斜面a1、a2のX軸に対する傾斜角度αは、傾斜面b1、a4のX軸に対する傾斜角度βに比べて、
β<α
の関係にあることが分かった。
FIG. 11 is a view for explaining the wall surface of the recessed portion 11 formed in the piezoelectric substrate 10, particularly a sectional view in the Z′-axis direction. FIG. 11A is a plan view of the quartz wafer 10W. FIG. 11B is a cross-sectional view of the quartz wafer 10W in the Z′-axis direction. The wall surface in the −Z′-axis direction forms an inclined surface Z1, and the wall surface in the + Z′-axis direction forms an inclined surface Z2. When the groove portion orthogonal to the Z ′ axis is formed, the wall surface Z3 of the cross section of the groove portion has a wedge shape.
FIGS. 11C to 11E are enlarged views of the wall surfaces Z1 and Z2 of the recessed portion 11 and the wall surface Z3 of the groove portion. The wall surface in the −Z′-axis direction is etched with a relatively gentle inclination with respect to the plane of the crystal wafer 10 </ b> W, as shown in FIG. As shown in FIG. 11D, the wall surface Z2 in the + Z′-axis direction is etched with a steeply inclined surface Z2a with respect to the plane of the crystal wafer 10W, but thereafter, etching proceeds with a gently inclined surface Z2b. After that, the inclined surface Z2c becomes gentler. FIG. 11E is a cross-sectional view of a groove portion formed orthogonal to the Z′-axis direction, which is a wedge-shaped cross-section Z3. This groove is a groove for folding the quartz crystal wafer 10W. Since the wall surface Z3 of the groove is formed of the wall surface Z1 in the -Z 'axis direction and the wall surface Z2 in the + Z' axis direction, the wall surface Z2a and the wall surface Z2b have a substantially wedge-shaped cross section. If the groove for folding is formed in the X-axis direction and the Z′-axis direction, the cross-sectional shape becomes a wedge shape, and the folding is easy.
One of the features of the present invention is that, as shown in FIG. 11 (d), a gentle inclined surface Z2c that is not parallel to the original plane on the right side of the dotted line indicated by Zc in the vibration region 11 is This is because the piezoelectric substrate is miniaturized by removing it together with the support portion 19 by etching.
Furthermore, since the manufacturing method has been established on the assumption that the gently inclined surface Z2c is deleted together with the fourth support portion 19, the area of the flat ultrathin portion that becomes the vibration region is listed as the prior art. Compared to the conventional structure with thick portions existing at both ends of the vibration region along the X axis, it has been ensured that the elastic constant is different in the thickness-shear vibration mode excited in the vibration region. Since it is possible to design with sufficient consideration that the vibration displacement distribution becomes an ellipse having a major axis in the X-axis direction due to the orientation, the ratio of the major axis to the minor axis is 1.26: 1. Although desirable, it has become possible to design sufficiently so as to be in the range of 1.14 to 1.39: 1 in consideration of variations in manufacturing dimensions and the like.
Further, as shown in FIG. 17, in the outer shape of the piezoelectric vibration element 1, an inclined surface appears on the end surface intersecting the X axis, and an inclined surface (1) appears on the (−) side end surface of the X axis, It is found that the inclined surface (2) appears on the single surface on the (+) side, and the shapes of the inclined surface (1) and the inclined surface (2) are different in the cross section parallel to the XY ′ plane. It was also found out.
Further, in the vicinity of the inclined surfaces (1) and (2) intersecting with the main surface of the piezoelectric substrate, a wall surface perpendicular to the wall surface X2 formed in the + X axis direction as shown in FIGS. 10 (b) and 10 (e). Has not appeared. This is because, compared to the etching time required to form the recessed portion 11, the time for forming the inclined surface (1) and the inclined surface (2) starts etching the piezoelectric substrate (quartz substrate) from the front and back surfaces. Since the etching is performed until the film penetrates, the etching time is sufficiently long, so that the vertical wall surface does not appear due to the over-etching action.
It has been found that the inclined surfaces a1 and a2 constituting the inclined surface (1) are substantially symmetrical with respect to the X axis.
In the inclined surfaces b1, b2, b3, and b4 constituting the inclined surface (2), it has been found that b1 and b4 and b2 and b3 are substantially symmetrical with respect to the X axis.
Furthermore, the inclination angle α of the inclined surfaces a1 and a2 with respect to the X axis is larger than the inclination angle β of the inclined surfaces b1 and a4 with respect to the X axis.
β <α
It was found that there is a relationship.

図12(a)(b)は、本発明に係る実施形態の圧電振動子5の構成を示す断面図である。圧電振動子5は、例えば上記の圧電振動素子1と、圧電振動素子1を収容するパッケージとを備えている。パッケージは、矩形の箱状に形成されているパッケージ本体40と、金属、セラミック、ガラス等から成る蓋部材49とから成る。
パッケージ本体40は、図13に示すように、第1の基板41と、第2の基板42と、第3の基板43とを積層して形成されており、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートを成形し箱状とした後で、焼結して形成されている。実装端子45は、第1の基板41の外部底面に複数形成されている。第3の基板43は中央部が除去された環状体であり、第3の基板43の上部周縁に例えばコバール等の金属シールリング44が形成されている。
12A and 12B are cross-sectional views showing the configuration of the piezoelectric vibrator 5 according to the embodiment of the present invention. The piezoelectric vibrator 5 includes, for example, the above-described piezoelectric vibration element 1 and a package that accommodates the piezoelectric vibration element 1. The package includes a package main body 40 formed in a rectangular box shape and a lid member 49 made of metal, ceramic, glass, or the like.
As shown in FIG. 13, the package body 40 is formed by laminating a first substrate 41, a second substrate 42, and a third substrate 43, and an aluminum oxide ceramic as an insulating material. -It is formed by forming a green sheet into a box and then sintering it. A plurality of mounting terminals 45 are formed on the outer bottom surface of the first substrate 41. The third substrate 43 is an annular body from which the central portion is removed, and a metal seal ring 44 such as Kovar is formed on the upper peripheral edge of the third substrate 43.

第3の基板43と第2の基板42とにより、圧電振動素子1を収容する凹部が形成されている。第2の基板42の上面の所定の位置には、導体46により実装端子45と電気的に導通する複数の素子搭載パッド47が設けられている。
素子搭載パッド47の位置は、圧電振動素子1を載置した際に第2の支持部本体14aに形成したパッド電極29aに対応するように配置されている。
The third substrate 43 and the second substrate 42 form a recess that accommodates the piezoelectric vibration element 1. A plurality of element mounting pads 47 that are electrically connected to the mounting terminals 45 by conductors 46 are provided at predetermined positions on the upper surface of the second substrate 42.
The position of the element mounting pad 47 is arranged so as to correspond to the pad electrode 29a formed on the second support body 14a when the piezoelectric vibration element 1 is placed.

圧電振動子5の構成は、パッケージ本体40の素子搭載パッド47に導電性接着剤30、例えば脱ガスの少ないポリイミド系接着剤を適量塗布し、その上に圧電振動素子1のパッド電極29aとパッケージの端子電極A(パッド47)とを1点支持にて載置して荷重をかけて機械的に固定すると共に電気的に接続する。導電性接着剤30の特性として、接着剤30に起因する応力(∝歪)の大きさは、シリコン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤の順で大きくなる。また、脱ガスは、ポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤、シリコン系接着剤の順で大きくなる。
そして、パッド電極29bとパッケージの端子電極Bとをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続するとよい。このように圧電振動素子1を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
The piezoelectric vibrator 5 is configured by applying an appropriate amount of a conductive adhesive 30, for example, a polyimide-based adhesive with less degassing, to the element mounting pad 47 of the package body 40, and then the pad electrode 29a of the piezoelectric vibration element 1 and the package. The terminal electrode A (pad 47) is placed with one point of support, is loaded and fixed mechanically and is electrically connected. As a characteristic of the conductive adhesive 30, the magnitude of stress (strain) caused by the adhesive 30 increases in the order of a silicon-based adhesive, an epoxy-based adhesive, and a polyimide-based adhesive. In addition, degassing increases in the order of polyimide adhesive, epoxy adhesive, and silicon adhesive.
The pad electrode 29b and the terminal electrode B of the package may be electrically connected using a bonding wire. Thus, when the site | part which supports the piezoelectric vibration element 1 becomes one point, it is possible to make small the stress resulting from a conductive adhesive.

パッケージ本体40に搭載された圧電振動子1の導電性接着剤30を硬化させるために所定の温度の高温炉に所定の時間入れる必要がある。アニール処理を施した後、励振電極25a、25bに質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。蓋部材49を、パッケージ本体40の上面に形成したシールリング44上にシーム溶接して密封する。または、パッケージ本体40の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材49を載置し、溶融して密着する方法もある。パッケージのキャビティ内は真空にするか、窒素N2等の不活性ガスを充填して、圧電振動子5を完成する。
以上の圧電振動子5の実施の形態例では、パッケージ本体40に積層板を用いた例を説明したが、パッケージ本体40に単層セラミック板を用い、蓋体に絞り加工を施したキャップを用いて圧電振動子を構成してもよい。
In order to cure the conductive adhesive 30 of the piezoelectric vibrator 1 mounted on the package body 40, it is necessary to put it in a high temperature furnace at a predetermined temperature for a predetermined time. After the annealing treatment, the frequency is adjusted by adding mass to the excitation electrodes 25a and 25b or reducing the mass. The lid member 49 is sealed by seam welding on a seal ring 44 formed on the upper surface of the package body 40. Alternatively, there is also a method in which the lid member 49 is placed on the low melting point glass applied to the upper surface of the package body 40 and melted and adhered. The package cavity is evacuated or filled with an inert gas such as nitrogen N 2 to complete the piezoelectric vibrator 5.
In the above-described embodiment of the piezoelectric vibrator 5, an example in which a laminated plate is used for the package body 40 has been described. However, a single-layer ceramic plate is used for the package body 40, and a cap that is drawn on the lid is used. A piezoelectric vibrator may be configured.

図13(a)(b)は、本発明に係る圧電振動子5の電気的特性の一例を示す図である。共振周波数は、一例として基本波モードで共振周波数を123MHz帯とした。この周波数帯は、電圧制御型圧電発振器(Voltage Controlled Crystal Oscillator:VCXO)用の水晶振動子を意図して開発されたものである。図13(a)は温度範囲が−40℃〜85℃における圧電振動子5の周波数温度特性であり、同図(b)同温度範囲の圧電振動子5のCI(クリスタルインピーダンス)温度特性である。図13(a)の周波数温度特性は、滑らかな三次曲線を呈しており、要求された規格を満たしている。また、図13(b)のCI温度特性も全温度範囲に亘って、CIディップ等もなく良好な特性を呈している。   FIGS. 13A and 13B are diagrams showing an example of electrical characteristics of the piezoelectric vibrator 5 according to the present invention. As an example, the resonance frequency is a fundamental wave mode and the resonance frequency is set to 123 MHz. This frequency band was developed with the intention of a crystal resonator for a voltage-controlled piezoelectric oscillator (VCXO). 13A shows the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator 5 in the temperature range of −40 ° C. to 85 ° C., and FIG. 13B shows the CI (crystal impedance) temperature characteristics of the piezoelectric vibrator 5 in the same temperature range. . The frequency-temperature characteristic shown in FIG. 13A exhibits a smooth cubic curve and satisfies the required standard. Further, the CI temperature characteristic of FIG. 13B also exhibits good characteristics without CI dip over the entire temperature range.

図14(a)は、本発明の圧電振動子5の容量比γの分布を表わしており、γの平均値は273、標準偏差σは18という値が得られた。図14(b)は従来の圧電振動子の容量比γの分布を表わし、γの平均値は296、標準偏差σは26という値であった。
図15(a)は、本発明の圧電振動子5の静電容量C0の分布を表わし、C0の平均値は1.80(pF)、標準偏差σは0.01という値が得られた。図15(b)は従来の圧電振動子の静電容量C0の分布を表わし、C0の平均値は1.88、標準偏差σは0.02という値であった。
図16(a)は、本発明の圧電振動子5のスプリアスCI値比(=CIs/CIm、CImは主振動のCI値、CIsは主振動に近接した最も大きなスプリアスのCI値)の分布を表わし、図16(b)は、従来の圧電振動子のスプリアスCI値比の分布を表わしている。
図14、図15、及び図16より明らかなように、容量比γ、静電容量C0、及びスプリアスCI値比とも、従来の如き圧電振動子より、本発明に係る圧電振動子5の方が優れていることが分かった。しかも、本発明に係る圧電振動子5は小型化も実現されている。
FIG. 14A shows the distribution of the capacity ratio γ of the piezoelectric vibrator 5 of the present invention, and an average value of 273 and a standard deviation σ of 18 were obtained. FIG. 14B shows the distribution of the capacitance ratio γ of the conventional piezoelectric vibrator. The average value of γ is 296, and the standard deviation σ is 26.
FIG. 15A shows the distribution of the electrostatic capacitance C0 of the piezoelectric vibrator 5 of the present invention. The average value of C0 is 1.80 (pF), and the standard deviation σ is 0.01. FIG. 15B represents the distribution of the capacitance C0 of the conventional piezoelectric vibrator, and the average value of C0 is 1.88 and the standard deviation σ is 0.02.
FIG. 16A shows the distribution of the spurious CI value ratio (= CIs / CIm, CIm is the CI value of the main vibration, and CIs is the CI value of the largest spurious close to the main vibration) of the piezoelectric vibrator 5 of the present invention. FIG. 16B shows a distribution of spurious CI value ratios of the conventional piezoelectric vibrator.
As is apparent from FIGS. 14, 15 and 16, the capacitance ratio γ, the capacitance C0, and the spurious CI value ratio are both higher in the piezoelectric vibrator 5 according to the present invention than in the conventional piezoelectric vibrator. I found it excellent. Moreover, the piezoelectric vibrator 5 according to the present invention is also downsized.

図1に示すように、高周波の基本波圧電振動素子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧することができるので、周波数再現性、周波数温度特性、CI温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、且つ主振動のCI値が小さく、主振動のCI値に対する近接したスプリアスのCI値の比、即ちCI値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、圧電基板を一方の面からのみエッチングして振動領域を形成することにより、元の基板の切断角度を保持した振動領域を形成することが可能となり、周波数温度特性の優れた高周波の基本波圧電振動素子が得られるという効果がある。また、図4に示すように第2の傾斜部14bにスリット20を形成すると、容易にスリットが貫通できるという効果もある。
As shown in FIG. 1, since the high-frequency fundamental piezoelectric vibration element can be miniaturized and the spread of stress due to adhesion / fixation can be suppressed, frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, In addition, there is an effect that a piezoelectric vibration element having excellent frequency aging characteristics and a small CI value of the main vibration and a ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, a large CI value ratio can be obtained.
In addition, by forming the vibration region by etching the piezoelectric substrate from only one surface, it becomes possible to form a vibration region that maintains the cutting angle of the original substrate, and a high-frequency fundamental wave with excellent frequency-temperature characteristics. There is an effect that a piezoelectric vibration element can be obtained. Moreover, as shown in FIG. 4, when the slit 20 is formed in the 2nd inclination part 14b, there exists an effect that a slit can penetrate easily.

圧電基板に水晶ATカット水晶基板を用いることにより、永年のフォトリソグラフィー技法及びエッチング技法に関する実績・経験が活用できるので、圧電基板の量産が可能であるのみならず、高精度のエッチングができ、圧電振動素子の歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
図13に示すように圧電振動子を構成すると、高周波の基本波圧電振動子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の抑圧が可能であるため、周波数再現性、周波数温度特性、CI温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がる。更に、主振動のCI値を小さく、主振動のCI値に対する近接したスプリアスのCI値の比、即ちCI値比の大きな圧電振動素子が得られ、且つ容量比γの小さな圧電振動子が得られるという効果がある。
By using a quartz AT-cut quartz substrate as a piezoelectric substrate, the results and experience of photolithographic techniques and etching techniques for many years can be utilized, so that not only mass production of piezoelectric substrates is possible, but also high-precision etching is possible. There is an effect that the yield of the vibration element is greatly improved.
When the piezoelectric vibrator is configured as shown in FIG. 13, the high-frequency fundamental piezoelectric vibrator can be miniaturized and the stress caused by adhesion / fixation can be suppressed, so that frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, There is an effect that a piezoelectric vibrator excellent in CI temperature characteristics and frequency aging characteristics can be obtained. Furthermore, the CI value of the main vibration is reduced, a ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, a piezoelectric vibration element having a large CI value ratio, and a piezoelectric vibrator having a small capacitance ratio γ can be obtained. There is an effect.

次に、共振周波数について更に高周波化を試み、491(MHz)帯の圧電振動子を試作し、評価を行った。
下表は491(MHz)の圧電振動子のサンプルを3個製作し、それぞれのサンプルについて等価回路定数を測定した値である。容量比γ、静電容量C0、等、十分良好な電気的特性が得られていることが確認された。

Figure 0005796355

本発明に係る491(MHz)の圧電振動子を用いてVCXOを製作した。図18は、そのVCXOの周波数温度特性の評価結果である。滑らかな三次曲線を呈しており、要求された規格を満たしており、全温度範囲に亘ってディップ等もなく良好な特性が得られている。 Next, the resonance frequency was further increased, and a 491 (MHz) band piezoelectric vibrator was prototyped and evaluated.
The table below shows the values obtained by fabricating three 491 (MHz) piezoelectric vibrator samples and measuring the equivalent circuit constant for each sample. It was confirmed that sufficiently good electrical characteristics such as a capacity ratio γ and a capacitance C0 were obtained.
Figure 0005796355

A VCXO was manufactured using a 491 (MHz) piezoelectric vibrator according to the present invention. FIG. 18 shows the evaluation results of the frequency temperature characteristics of the VCXO. It exhibits a smooth cubic curve, meets the required standards, and has good characteristics without dip over the entire temperature range.

図20は、本発明の実施の形態の電子デバイスの一種である圧電発振器6の構成を示す断面図である。圧電発振器6は、パッケージ本体40及び蓋部材49と、圧電振動素子1と、圧電振動素子1を励振する発振回路を搭載したIC部品51と、電圧により容量が変化する可変容量素子、温度より抵抗が変化するサーミスタ、インダクタ等の電子部品52と、を備えている。
パッケージ本体40の素子搭載パッド47に導電性接着剤(ポリイミド系)30を塗布し、この上に圧電振動素子1を載置してパッド電極29aとの導通を図る。他方のパッド電極29bは、パッケージ本体40の他の端子パッドにボンディングワイヤーにて接続し、IC部品51の1つの端子との導通を図る。IC部品51及び電子部品52をパッケージ本体40上の所定の位置に固定・接続する。パッケージ本体40を真空、あるいは窒素等の不活性気体で満たし、パッケージ本体40を蓋部材49で密封して圧電発振器6を完成する。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing a configuration of a piezoelectric oscillator 6 which is a kind of electronic device according to an embodiment of the present invention. The piezoelectric oscillator 6 includes a package main body 40 and a lid member 49, a piezoelectric vibration element 1, an IC component 51 on which an oscillation circuit for exciting the piezoelectric vibration element 1 is mounted, a variable capacitance element whose capacitance changes according to voltage, and resistance from temperature. And a thermistor and an electronic component 52 such as an inductor.
A conductive adhesive (polyimide) 30 is applied to the element mounting pad 47 of the package body 40, and the piezoelectric vibration element 1 is placed on the conductive adhesive (polyimide system) 30 so as to be electrically connected to the pad electrode 29a. The other pad electrode 29 b is connected to the other terminal pad of the package body 40 with a bonding wire, so as to conduct with one terminal of the IC component 51. The IC component 51 and the electronic component 52 are fixed and connected to predetermined positions on the package body 40. The package body 40 is filled with an inert gas such as vacuum or nitrogen, and the package body 40 is sealed with a lid member 49 to complete the piezoelectric oscillator 6.

図20の実施形態に示した圧電発振器6は同一圧電基板上に圧電振動素子1、IC部品51及び電子部品を配置したが、図21の実施形態の圧電発振器7は、H型のパッケージ本体60を用い、上部に圧電振動素子1を収容し、キャビティ内部を真空、又は窒素N2ガスで満たし、蓋部材49で封止する。図21において、下部の収納部には圧電振動素子1を励振する発振回路、増幅回路等を搭載したIC部品51と、可変容量素子、及び必要に応じてインダクタ、サーミスタ、コンデンサー等の電子部品52と、を金属バンプ(Auバンプ)68等の接続手段を介して、パッケージ本体60の端子67に導通・接続する。本発明に係る圧電発振器7は、圧電振動素子1と、IC部品51及び電子部品52とを分離しているために、圧電発振器7の周波数エージングに優れている。
更に、図22においては、下部の収納部には少なくとも一以上の電子部品を備える構造としても良い。例えば、前記電子部品としては、サーミスタ、コンデンサー、リアクタンス素子等を適用することができ、圧電振動素子を周波数発振源として用いた電子デバイスを構築することができる。
In the piezoelectric oscillator 6 shown in the embodiment of FIG. 20, the piezoelectric vibration element 1, the IC component 51, and the electronic component are arranged on the same piezoelectric substrate. However, the piezoelectric oscillator 7 of the embodiment of FIG. The piezoelectric vibration element 1 is accommodated in the upper portion, the inside of the cavity is filled with vacuum or nitrogen N 2 gas, and sealed with the lid member 49. In FIG. 21, an IC component 51 on which an oscillation circuit and an amplifier circuit for exciting the piezoelectric vibration element 1 are mounted, a variable capacitance element, and an electronic component 52 such as an inductor, a thermistor, and a capacitor as necessary. Are connected and connected to the terminal 67 of the package main body 60 through connection means such as a metal bump (Au bump) 68. Since the piezoelectric oscillator 7 according to the present invention separates the piezoelectric vibration element 1 from the IC component 51 and the electronic component 52, the piezoelectric oscillator 7 is excellent in frequency aging.
Further, in FIG. 22, the lower storage portion may include at least one electronic component. For example, a thermistor, a capacitor, a reactance element, or the like can be applied as the electronic component, and an electronic device using a piezoelectric vibration element as a frequency oscillation source can be constructed.

図20、図21、図22に示すように、圧電デバイス(例えば電圧制御型圧電発振器)を構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波(例えば490MHz帯)の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。また、圧電デバイスは基本波の圧電振動素子1を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅の広く、S/N比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
また、圧電デバイスとして圧電発振器、温度補償型圧電発振器、及び電圧制御型圧電発振器等を構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器、周波数温度特性に優れた温度補償圧電発振器、周波数が安定で可変範囲の広く且つS/N比(信号雑音比)の良好な電圧制御型圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。
また、図24は、圧電基板の厚肉支持部の外周側面に傾斜面を形成した構成例である。
As shown in FIGS. 20, 21, and 22, by configuring a piezoelectric device (for example, a voltage-controlled piezoelectric oscillator), frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, and aging characteristics are excellent, and it is small and has a high frequency (for example, a 490 MHz band). ) Is obtained. In addition, since the piezoelectric device uses the piezoelectric resonator element 1 of the fundamental wave, there is an effect that a voltage controlled piezoelectric oscillator having a small capacitance ratio, a wide frequency variable width, and a good S / N ratio can be obtained.
In addition, piezoelectric devices such as piezoelectric oscillators, temperature compensated piezoelectric oscillators, and voltage controlled piezoelectric oscillators can be configured as piezoelectric devices. Piezoelectric oscillators with excellent frequency reproducibility and aging characteristics, temperature compensation with excellent frequency temperature characteristics The piezoelectric oscillator has an effect that it is possible to obtain a voltage-controlled piezoelectric oscillator having a stable frequency, a wide variable range, and a good S / N ratio (signal to noise ratio).
FIG. 24 shows a configuration example in which an inclined surface is formed on the outer peripheral side surface of the thick support portion of the piezoelectric substrate.

[変形実施形態]
図24(a)の実施形態における圧電基板10は、振動領域12を有する薄肉部と、前記薄肉部の周縁に設けられ、当該薄肉部よりも厚い厚肉部とを備えた圧電基板10であって、圧電基板においては、厚肉支持部13には、縁辺の方向に緩衝部Sを介してマウント部Mが横並びで接続され、緩衝部は、マウント部と厚肉支持部との間にスリット20を有し、マウント部は、マウント部と緩衝部と厚肉支持部との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、面取り部21を有していることを特徴とする。
図24(b)の圧電基板10は、振動領域12を有する薄肉部と、薄肉部の周縁に設けられ、薄肉部よりも厚い厚肉支持部13とを備えた圧電基板10であって、厚肉支持部には、緩衝部Sを介してマウント部Mが横並びで接続され、緩衝部は、マウント部と厚肉支持部との間にスリット20を有し、マウント部は、マウント部と緩衝部と厚肉支持部との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に切欠き部22を有し、スリットの長手方向は直交方向と平行であり、マウント部の直交方向の幅を、スリットの長手方向の幅より狭く、スリットの長手方向の両端部は、マウント部の両端部よりも緩衝部の直交方向の外周寄りにあることを特徴とする。
図24(c)の圧電基板は、振動領域12を有する薄肉部と、薄肉部の周縁に設けられた厚肉支持部13とを備えた圧電基板10であって、厚肉支持部13には、緩衝部Sとマウント部Mが順に連結され、緩衝部は、マウント部と厚肉支持部との間にスリット20を有し、マウント部は、マウント部と緩衝部と厚肉支持部との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、切欠き部22を有していることを特徴とする。
[Modified Embodiment]
The piezoelectric substrate 10 in the embodiment of FIG. 24A is a piezoelectric substrate 10 provided with a thin part having a vibration region 12 and a thick part provided at the periphery of the thin part and thicker than the thin part. In the piezoelectric substrate, the mount portion M is connected to the thick support portion 13 side by side through the buffer portion S in the direction of the edge, and the buffer portion is a slit between the mount portion and the thick support portion. 20, and the mount portion has chamfered portions 21 at both ends in a direction orthogonal to the direction in which the mount portion, the buffer portion, and the thick support portion are arranged.
The piezoelectric substrate 10 in FIG. 24B is a piezoelectric substrate 10 including a thin portion having a vibration region 12 and a thick support portion 13 provided at the periphery of the thin portion and thicker than the thin portion. Mount portions M are connected to the meat support portion side by side through a buffer portion S. The buffer portion has a slit 20 between the mount portion and the thick wall support portion. Notches 22 at both ends in a direction orthogonal to the direction in which the portion and the thick support portion are arranged, the longitudinal direction of the slit is parallel to the orthogonal direction, and the width of the mount portion in the orthogonal direction is set to It is narrower than the width in the longitudinal direction, and both end portions in the longitudinal direction of the slit are closer to the outer periphery in the orthogonal direction of the buffer portion than both end portions of the mount portion.
The piezoelectric substrate of FIG. 24C is a piezoelectric substrate 10 that includes a thin portion having a vibration region 12 and a thick support portion 13 provided at the periphery of the thin portion. The buffer portion S and the mount portion M are connected in order, and the buffer portion has a slit 20 between the mount portion and the thick wall support portion, and the mount portion includes the mount portion, the buffer portion, and the thick wall support portion. It is characterized by having notches 22 at both ends in a direction perpendicular to the direction of alignment.

図25は、図24の構造に対し、2点支持の形態をとることを特徴としている。
なお、図24、図25においては、厚肉支持部13の各支持部14、16、18の内壁に傾斜部が図示されておらず、また厚肉支持部13の外側の側壁面には図13に示した如き傾斜面が図示されていないが、これらの傾斜部、傾斜面は対応する部位に形成される。
なお、図24、図25中の各符号は、上記各実施形態の同じ符号が示す部位と対応している。
FIG. 25 is characterized in that it takes the form of two-point support with respect to the structure of FIG.
In FIGS. 24 and 25, inclined portions are not shown on the inner walls of the support portions 14, 16, and 18 of the thick support portion 13, and the outer side wall surface of the thick support portion 13 is not illustrated. Although the inclined surface as shown in FIG. 13 is not shown, these inclined portions and inclined surfaces are formed in corresponding portions.
In addition, each code | symbol in FIG. 24, FIG. 25 respond | corresponds with the site | part which the same code | symbol of said each embodiment shows.

[変形実施例 その2]
更に、図26(a)(b)の実施形態はマウント部の構成を示しており、このマウント部Mにおいては、接着強度を向上させるために凹凸状とすることによって面積を稼いでいる。
図27は本発明に係る電子機器の構成を示す概略構成図である。電子機器8は上記の圧電振動子6を備えている。圧電振動子6を用いた電子機器8として、伝送機器等が挙げられる。これらの電子機器8において圧電振動子6は、基準信号源、あるいは電圧可変型圧電発振器(VCXO)等として用いられ、小型で、特性の良好な電子機器を提供できる。
本発明の圧電振動子を電子機器に用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、S/N比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある
[Modified Example 2]
Further, the embodiment of FIGS. 26A and 26B shows the configuration of the mount portion. In this mount portion M, an area is gained by making it uneven to improve the adhesive strength.
FIG. 27 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an electronic apparatus according to the present invention. The electronic device 8 includes the piezoelectric vibrator 6 described above. An example of the electronic device 8 using the piezoelectric vibrator 6 is a transmission device. In these electronic devices 8, the piezoelectric vibrator 6 is used as a reference signal source, a voltage variable piezoelectric oscillator (VCXO), or the like, and can provide a small-sized electronic device having good characteristics.
By using the piezoelectric vibrator of the present invention for an electronic device, there is an effect that an electronic device having a reference frequency source having a high frequency and excellent frequency stability and a good S / N ratio can be configured.

1、2、3…圧電振動素子、6、7…圧電デバイス、8…電子機器、10…圧電基板、10W…水晶ウエハー、11…凹陥部、12…振動領域、12a、12b、12c…振動領域の一辺、13…厚肉支持部、14…第1の支持部、14a…第1の支持部本体、14b…第1の傾斜部、16…第2の支持部、16a…第2の支持部本体、16bb …細片、16b…第2の傾斜部、18…第3の支持部、18a…第3の支持部本体、18b…第3の傾斜部、19…第4の支持部、20…スリット、20a…第1のスリット、20b…第2のスリット、25a、25b…励振電極、27a、27b…リード電極、29a、29b…パッド電極、30…導電性接着剤、40…パッケージ本体、41…第1の基板、42…第2の基板、43…第3の基板、44…シールリング、45…実装端子、46…導体、47…素子搭載パッド、49…蓋部材、51…IC部品、52電子部品、60…パッケージ本体、61…蓋部材、65…実装端子、66…導体、67…部品端子、68…金属バンプ(Auバンプ) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2, 3 ... Piezoelectric vibration element, 6, 7 ... Piezoelectric device, 8 ... Electronic device, 10 ... Piezoelectric substrate, 10W ... Quartz wafer, 11 ... Recessed part, 12 ... Vibration area, 12a, 12b, 12c ... Vibration area One side, 13 ... thick support part, 14 ... first support part, 14a ... first support part body, 14b ... first inclined part, 16 ... second support part, 16a ... second support part Main body, 16bb ... strip, 16b ... second inclined part, 18 ... third support part, 18a ... third support part main body, 18b ... third inclined part, 19 ... fourth support part, 20 ... Slit, 20a ... 1st slit, 20b ... 2nd slit, 25a, 25b ... Excitation electrode, 27a, 27b ... Lead electrode, 29a, 29b ... Pad electrode, 30 ... Conductive adhesive, 40 ... Package body, 41 ... first substrate 42 ... second substrate 43 ... third substrate Plate 44 ... Seal ring 45 ... Mounting terminal 46 ... Conductor 47 ... Element mounting pad 49 ... Lid member 51 ... IC component 52 Electronic component 60 ... Package body 61 ... Lid member 65 ... Mounting terminal , 66 ... Conductor, 67 ... Component terminal, 68 ... Metal bump (Au bump)

Claims (10)

矩形の振動領域、及び前記振動領域と一体化された前記振動領域の厚よりも厚い支持部、を有する圧電基板と、
前記振動領域の表面及び裏面夫々配置された一対の励振電極と、
一対の前記励振電極の夫々から延在し、平面視で、前記振動領域及び前記支持部に配置しているリード電極と、
を備えた圧電振動素子であって、
前記支持部は、平面視で、前記振動領域の四辺のうち1辺を開放するように、前記振動領域を挟んで配している第1の支持部及び第2の支持部と、前記第1の支持部及び前記第2の支持部の基端部間を接続している第3の支持部と、
を備え、
前記第2の支持部は、
前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かにつれて厚さが増加する第2の傾斜部と、
前記第2の傾斜部の前記他方の端縁に接続している第2の支持部本体と
平面視で、前記第2の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置している少なくとも一つのスリットと、を有することを特徴とする圧電振動素子。
Rectangular vibration region, and a thick support part than the thickness of the vibration region integrated with the vibration area, a piezoelectric substrate having,
A pair of excitation electrodes disposed on the front and back surfaces of each of the vibration area s,
Extending from each of the pair of excitation electrodes, lead electrodes in plan view, are arranged in the vibrating region and the supporting part,
A piezoelectric vibration element comprising:
The support portion, in plan view, the I you open one side of the four sides of the vibration region urchin, a first support portion及 beauty second supporting portion that is placed across the front Symbol vibration region a third support portion which connects the proximal end portion of the first supporting portion and the second supporting portion,
With
The second support part is
A second inclined portion which thickness increases brought from said one end edge which is provided continuously to one side of the vibration region will suited to the other end edge,
A second support portion main body connected to the other end edge of the second inclined portion ;
In plan view, the piezoelectric vibrating element, comprising and at least one slit being spaced from one side of the vibration region to the second inclined portion.
矩形の振動領域、及び前記振動領域と一体化された前記振動領域の厚みよりも厚い支持部、を有する圧電基板と、  A piezoelectric substrate having a rectangular vibration region, and a support portion that is thicker than the thickness of the vibration region integrated with the vibration region;
前記振動領域の表面及び裏面の夫々に配置された一対の励振電極と、  A pair of excitation electrodes disposed on each of the front and back surfaces of the vibration region;
一対の前記励振電極の夫々から延在し、平面視で、前記振動領域及び前記支持部に配置しているリード電極と、  A lead electrode extending from each of the pair of excitation electrodes and arranged in the vibration region and the support portion in plan view;
を備えた圧電振動素子であって、A piezoelectric vibration element comprising:
前記支持部は、平面視で、前記振動領域の四辺のうち1辺を開放するように、前記振動領域を挟んで配置している第1の支持部及び第2の支持部と、前記第1の支持部及び前記第2の支持部の基端部間を接続している第3の支持部と、  The support portion includes a first support portion and a second support portion that are disposed across the vibration region so as to open one side of the four sides of the vibration region in plan view, and the first support portion. A third support portion connecting between the support portion and the base end portion of the second support portion;
を備え、With
前記第2の支持部は、  The second support part is
前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かうにつれて厚さが増加する第2の傾斜部と、  A second inclined portion whose thickness increases from one edge connected to one side of the vibration region toward the other edge;
前記第2の傾斜部の前記他方の端縁に接続している第2の支持部本体と、  A second support portion main body connected to the other end edge of the second inclined portion;
平面視で、前記第2の支持部本体に配置されている第1のスリットと、  A first slit disposed in the second support body in plan view;
平面視で、前記第2の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置している第2のスリットと、を有することを特徴とする圧電振動素子。  And a second slit disposed in the second inclined portion so as to be separated from one side of the vibration region in plan view.
前記振動領域の一方の主面と、
前記第1の支持部前記第2の支持部、及び第3の支持部の夫々の一方の面とは、
同一面であることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電振動素子。
One main surface of the vibration region;
Said first support part, the second supporting portion, and a third respective one surface of the support part,
The piezoelectric vibrating element according to claim 1 or 2, wherein the at least one surface.
前記圧電基板は、
水晶の結晶軸である電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系の前記X軸を中心として、
前記Z軸を前記Y軸の−Y方向へ所定の角度だけ傾けた軸をZ’軸とし、
前記Y軸を前記Z軸の+Z方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をY’軸とし、
前記X軸と前記Z’軸に平行な面で構成され、
前記Y’軸に平行な方向を厚し、前記X軸に平行な辺を長辺とし、前記Z’軸に平行な辺を短辺とした水晶基板であることを特徴とする請求項1乃至の何れか一項に記載の圧電振動素子。
The piezoelectric substrate is
Centering on the X axis of the orthogonal coordinate system consisting of the X axis as the electrical axis that is the crystal axis of the crystal, the Y axis as the mechanical axis, and the Z axis as the optical axis,
An axis obtained by inclining the Z axis by a predetermined angle in the −Y direction of the Y axis is defined as a Z ′ axis.
An axis obtained by inclining the Y axis by the predetermined angle in the + Z direction of the Z axis is a Y ′ axis,
It is composed of a plane parallel to the X axis and the Z ′ axis,
Wherein Y 'and a thickness of a direction parallel to the axis, the parallel sides before Symbol X-axis and the long side, before Symbol Z', characterized in that a quartz substrate was short sides sides parallel to the axis The piezoelectric vibration element as described in any one of Claims 1 thru | or 3 .
前記水晶基板がATカット水晶基板であることを特徴とする請求項に記載の圧電振動素子。 The piezoelectric vibration element according to claim 4 , wherein the quartz substrate is an AT-cut quartz substrate. 請求項1乃至の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
前記圧電振動素子を収容するパッケージと、
を備えたことを特徴とする圧電振動子。
The piezoelectric vibration element according to any one of claims 1 to 5 ,
A package housing the piezoelectric vibrating element,
A piezoelectric vibrator characterized by comprising:
請求項1乃至の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
電子部品と、
前記圧電振動素子及び前記電子部品を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする電子デバイス。
The piezoelectric vibration element according to any one of claims 1 to 5 ,
Electronic components,
An electronic device is characterized in that and a package that accommodates the piezoelectric vibrating element and the electronic component.
前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする請求項7に記載の電子デバイス。 The electronic device according to claim 7, wherein the electronic component is any one of a variable capacitance element, a thermistor, an inductor, and a capacitor. 請求項1乃至の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
前記圧電振動素子を励振する発振回路と、
前記圧電振動素子及び前記発振回路を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする電子デバイス。
The piezoelectric vibration element according to any one of claims 1 to 5 ,
An oscillation circuit for exciting the piezoelectric vibrating element,
An electronic device is characterized in that and a package that accommodates the piezoelectric vibrating element and the oscillating circuit.
請求項に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器。 An electronic apparatus comprising the piezoelectric vibrator according to claim 6 .
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