JP6531616B2 - 水晶振動板、及び水晶振動デバイス - Google Patents

Description

本発明は、一主面に形成された第１励振電極と、他主面に形成された第２励振電極とが備えられたＡＴカット型の水晶振動板及びこの水晶振動板が備えられた水晶振動デバイスに関する。

近年、各種電子機器の動作周波数の高周波化や、パッケージの小型化（特に低背化）が進んでいる。そのため、高周波化やパッケージの小型化にともなって、水晶振動デバイスも高周波化やパッケージの小型化への対応が求められている。

特に、水晶振動デバイスのうち小型化に対応したものとしては、その筐体が直方体のパッケージで構成され、ガラスや水晶など脆性材料からなる第１封止部材及び第２封止部材と、両主面に励振電極が形成された水晶振動板とから構成され、第１封止部材と第２封止部材とが水晶振動板を介して積層して接合され、パッケージの内部に配された水晶振動板の励振電極が気密封止されている（例えば、下記する特許文献１ご参照）ものがある。このような積層形態の水晶振動デバイスでは一般的にサンドイッチ構造と称している。

特開２０１５−１２２６５２号公報

ところで、上述のようなサンドイッチ構造の水晶振動デバイスでは、水晶振動板の機能領域に、水晶振動子として励振するための振動部としての領域と、水晶振動板と封止部材とを接合して振動部を気密封止するための外枠部としての領域と、外枠部によって上記振動部の励振が妨げられないように、外枠部と振動部とを隔離するための切り抜き部としての領域と、振動部と外枠部とを接続するため連結部としての領域と、水晶振動板の配線と封止部材の配線とを電気的に接続するための配線部（配線パターンや配線用のスルーホール等）としての領域とがある。しかしながら、水晶振動デバイス（水晶振動板）の小型化とともに上述の各機能領域を確保することが困難になってきているのが現状である。

また、上述のような各領域を水晶振動板にエッチング加工する場合には、作業効率の高いウェットエッチングを用いることが一般的な工法となるが、水晶の異方性の関係で、結晶軸の方向によってエッチングレート差が生じてしまい、必要な領域に対して必要な面積で形成することが困難となっている。

特に、ウェットエッチングの手法により、上記振動部と切り抜き部と外枠部と連結部などを形成した場合、エッチングレート差の影響で、Ｚ´軸方向に沿った切り抜き部に比較して、Ｘ軸方向に沿った切り抜き部の方がより幅広の領域が貫通形成するために必要となる。このため、水晶振動板の振動部の周囲に沿って細長い切り抜き部を形成すると、Ｚ´軸に沿った振動部の端部や外枠部の端部に比較して、Ｘ軸に沿った振動部の端部や外枠部の端部の方が、切り抜き部によって面積が狭められるので、有効な領域を確保しにくくなる。以上から、ウェットエッチングにより水晶振動板の各領域の必要な面積を確保することは、水晶振動板の小型化とともにますます難易度が高まっているのが現状である。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、小型化に対応させながら水晶振動板の各機能領域が確保しやすいより信頼性の高い水晶振動板、及び水晶振動デバイスを提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、Ｚ´軸方向に長辺がありＸ軸方向に短辺がある矩形状に形成され、ＡＴカットの水晶振動板が有り、上記水晶振動板の中央部分に形成され、Ｚ´軸方向に短辺がありＸ軸方向に長辺がある矩形状に形成され、一主面に形成された第１励振電極と他主面に形成された第２励振電極とが備えられた振動部と、上記振動部の外周に形成された切り抜き部と、上記切り抜き部の外周に形成された外枠部と、上記振動部と外枠部を接続する連結部とを有し、上記連結部は、上記振動部における１つの角部のみから上記外枠部に向けて突出されている。

上記構成により、水晶振動板の長辺方向に対して振動部は短辺方向が配置されることで、水晶振動板の長辺方向の端部には振動部以外に水晶振動板として機能するための有効領域が確保できる。つまり、水晶振動子として励振するための振動部としての有効面積を狭めることなく、水晶振動板と封止部材とを接合して振動部を気密封止するための外枠部としての領域、外枠部によって上記振動部の励振が妨げられないように、外枠部と振動部とを隔離するための切り抜き部としての領域、振動部と外枠部とを接続するため連結部としての領域、水晶振動板の配線と封止部材の配線とを電気的に接続するための配線部（配線パターンや配線用のスルーホール等）としての領域など、各機能領域を必要に応じて拡大して形成することができる。結果として、水晶振動デバイスとしての小型化を実現しながら、必要な機能領域を確保することができ、振動特性を劣化させることもない。

また、振動部の周囲に沿って切り抜き部をウェットエッチングの手法により形成した場合であっても、水晶振動板の長辺と振動部の短辺をＺ´軸とし、水晶振動板の短辺と振動部の長辺をＸ軸として設定していることで、Ｘ軸に沿った切り抜き部の領域を少なくすることができるため、切り抜き部によって振動部の端部や外枠部の端部の面積が狭められることが抑制できる。

また、上記連結部は、上記振動部における１つの角部のみから上記外枠部に向けて突出されており、このような構成によると、振動部がＸ軸方向に沿う辺の中央位置で保持されず、水晶振動板を圧電振動させた場合、振動部の外周端部の中でより振動減衰領域である１つの角部のみで保持されるため、連結部から外枠部に向けての振動漏れが少なくなり、より効率的に圧電振動させることができる。また、連結部を２つとした場合と比較して、振動部への応力のかかり具合を低減できるので、応力による周波数シフトを低減して安定して水晶振動板を圧電振動させることができる。

また、上記水晶振動板の前記一主面を覆う第１封止部材と、上記水晶振動板の前記他主面を覆う第２封止部材とが備えられていてもよい。

このような構成によると、水晶振動板を第１封止部材と第２封止部材とで挟まれた構造であるので、比較的に小型の水晶振動デバイスとすることができる。また、上述した水晶振動板が備えられているので、水晶振動板の振動部以外に外枠部における配線部（配線パターンや上下に配置される各封止部材との接続用のスルーホールなど）を形成するための必要な面積を確保することができ、かつ連結部を形成する領域も必要な面積も確保することできる。結果として、水電振動板における振動部や各封止部材との接合部の有効面積を狭めることがないので、振動特性や気密性を妨げることがなく、水電振動デバイスとしての小型化を実現しながら性能を劣化させることもない。

以上により、本発明では、小型化に対応させながら水晶振動板の各機能領域が確保しやすいより信頼性の高い水晶振動板、及び水晶振動デバイスを提供することができる。

図１は、本発明に係る水晶振動子の一実施形態の各構成を示した概略構成図である。 図２は、本実施形態に係る水晶振動子の第１封止部材の概略平面図である。 図３は、本実施形態に係る水晶振動子の第１封止部材の概略底面図である。 図４Ａは、本発明に係る水晶振動板の第１実施形態の概略平面図である。 図４Ｂは、本発明に係る水晶振動板の第１実施形態の他の例の概略平面図である。 図５は、本発明に係る水晶振動板の第１実施形態の概略底面図である。 図６Ａは、図４Ａに示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図６Ｂは、図４Ｂに示すＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図６Ｃは、本発明に係る水晶振動板の別の例の断面図である。 図７は、本実施形態に係る水晶振動子の第２封止部材の概略平面図である。 図８は、本実施形態に係る水晶振動子の第２封止部材の概略底面図である。 図９は、本発明に係る水晶振動板の第２実施形態の概略平面図である。 図１０は、本発明に係る水晶振動板の第２実施形態の別の例の概略平面図である。

以下、本発明に係る水晶振動デバイスについて、図面を参照にしながら説明する。

−第１実施形態の水晶振動デバイスの構成−
本発明に係る水晶振動デバイス１の構成を、図１を参照しながら説明する。図１は、水晶振動子の一実施形態の各構成を示した概略構成図である。

本発明に係る水晶振動デバイス１は、例えば、水晶振動子であって、水晶振動板２と、水晶振動板２の一主面２ａを覆って気密封止する第１封止部材３と、水晶振動板２の他主面２ｂを覆って気密封止する第２封止部材４と、を備えている。水晶振動デバイス１において、水晶振動板２と第１封止部材３とが接合されており、水晶振動板２と第２封止部材４とが接合されている。

すなわち、水晶振動デバイス１は、第１封止部材３と水晶振動板２との間の内部空間１３、及び水晶振動板２と第２封止部材４との間の内部空間１３が気密封止されたサンドイッチ構造のパッケージ１２とされている（図１参照）。

水晶振動デバイス１のパッケージサイズは、１．０×０．８ｍｍであり、小型化と低背化とを図ったものである。また、小型化に伴い、本パッケージ１２では、キャスタレーションを形成せずに、後述する貫通孔（第１貫通孔ｈ１、第２貫通孔ｈ２、第３貫通孔ｈ３）を用いて電極の導通を図っている。

なお、内部空間１３は、図１に示すようにパッケージ１２の平面視一端側（平面視左側）に偏って位置する。

以下、各構成について詳述する。

・第１封止部材
本発明に係る水晶振動デバイス１の第１封止部材３について図２及び３を参照しながら説明する。図２は、第１封止部材の概略平面図、図３は、第１封止部材の概略底面図である。

第１封止部材３には、曲げ剛性（断面二次モーメント×ヤング率）が１０００［Ｎ・ｍｍ^２］以下の材料が用いられている。具体的には、第１封止部材３は、図２、３に示すように、１枚のガラスウエハ又は水晶ウエハから形成された直方体の基板であり、一主面３ａ側を上面とし、他主面３ｂ（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として成形されている。

この第１封止部材３の他主面３ｂには、水晶振動板２に接合するための封止側第１接合パターン３１が内部空間１３を囲うように設けられている。本形態では、例えば、封止側第１接合パターン３１は、図３に示すように第１封止部材３の他主面３ｂの平面視左側に偏って位置する。封止側第１接合パターン３１の線幅は、全ての位置において同一幅とされる。

この封止側第１接合パターン３１は、第１封止部材３上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。なお、本実施形態では、下地ＰＶＤ膜には、Ｔｉ（若しくはＣｒ）が用いられ、電極ＰＶＤ膜にはＡｕが用いられている。また、封止側第１接合パターン３１は、非Ｓｎパターンである。

・水晶振動板
本発明に係る水晶振動板２の実施形態について図４〜６を参照しながら説明する。図４Ａは、水晶振動板の第１実施形態の概略平面図、図４Ｂは、水晶振動板の第１実施形態の他の例の概略平面図、図５は、水晶振動板の第１実施形態の概略底面図、図６Ａは、図４Ａに示すＡ−Ａ線に沿う断面図、図６Ｂは、図４Ｂに示すＢ−Ｂ線に沿う断面図、図６Ｃは、水晶振動板の別の例の断面図である。

本実施形態に係る水晶振動板２は、矩形状の水晶板を水晶の結晶軸であるＸ軸の周りに３５°１５´回転させて加工したＡＴカット型の水晶であって、振動部２１と、連結部２２と、外枠部２３と、切り抜き部２４とを備えている（図４Ａ及び５参照）。なお、本明細書において、人工水晶の結晶軸を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とし、Ｘ軸の周りに３５°１５´回転させたＡＴカット型の水晶のＹ軸及びＺ軸をそれぞれ、Ｙ´軸、Ｚ´軸とする。

また、本実施形態に係る水晶振動板２では、Ｚ´軸方向に長辺Ｌ１，Ｌ２がありＸ軸方向に短辺Ｗ１，Ｗ２がある略矩形状に形成されている。

図示例では、矩形状の水晶板を切り抜いて形成した切り抜き部（水晶板が貫通している貫通部）２４を有しており、当該切り抜き部２４は、平面視逆凹形状体ｋ１と、平面視長方形状体ｋ２とから構成されている。これらの切り抜き部２４として構成される平面視逆凹形状体ｋ１と平面視長方形状体ｋ２とは、後述する振動部２１の外周に沿って形成されている。さらに、図４、図５に示すように、平面視逆凹形状体ｋ１の切り抜き部２４は、Ｘ軸に沿った部分ｋ１２とｋ１３と、Ｚ´軸に沿った部分ｋ１１とを有し、平面視逆凹形状体ｋ２の切り抜き部２４は、Ｚ´軸に沿った部分ｋ２１のみを有している。水晶振動板２は、圧電材料である水晶からなり、その両主面（一主面２ａ、他主面２ｂ）が平坦平滑面（鏡面加工）とされている。

振動部２１は、電圧の印加により圧電振動する略矩形状のものである。また、本実施形態に係る振動部２１では、Ｚ´軸方向に短辺Ｗ３，Ｗ４がありＸ軸方向に長辺Ｌ３，Ｌ４がある略矩形状に形成されている。なお、振動部２１の形状は、ウェットエッチングによって形成された場合は、角部が面取りされて、直角でなくてもよい。振動部２１の一主面２ａ及び他主面２ｂに、それぞれ振動部２１に電圧を印加するための第１励振電極２１１及び第２励振電極２１２が形成されている。振動部２１における第１励振電極２１１及び第２励振電極２１２が形成された位置には、振動部２１の中央の領域の厚みがその周囲の領域に比べて厚くされたメサ構造２１３が形成されていてもよい（図６Ａ参照）。この場合、メサ構造２１３において中央部の水晶振動板２の厚みが厚いため、圧電振動の閉じ込め効果を向上させることができる。

第１励振電極２１１及び第２励振電極２１２は、後述する連結部２２をＺ´軸方向に延長した延長線上の領域から、振動部２１の中心方向側に離れた位置に形成されている。これにより、連結部２２をＺ´軸方向に延長した線上に、第１励振電極２１１及び第２励振電極２１２が形成されていないので、水晶振動板２が圧電振動する領域と連結部２２との間の距離を比較的長くとることができる。これにより、水晶振動板２の圧電振動が連結部２２を伝って外枠部２３に漏れることを防止し、水晶振動板２の圧電振動を振動部２１に閉じ込めることができる。

第１励振電極２１１及び第２励振電極２１２は、振動部２１上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜（Ｔｉ若しくはＣｒ）と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜（Ａｕ）とからなる。

第１励振電極２１１及び第２励振電極２１２は、当該各電極を引き出す第１引出電極２１４又は第２引出電極２１５が形成された各連結部２２、２２によって振動部２１の外に引き出されている。図示例では、一主面２ａ側は、第１励振電極２１１の角部から第１引出電極２１４が引き出されており、他主面２ｂ側は、上述した一主面２ａ側において第１引出電極２１４が引き出された方向と逆側となるように、第２励振電極２１２の角部から第２引出電極２１５が引き出されている（図６Ａ参照）。

連結部２２、２２は、矩形状の振動部２１の角部から、ＡＴカットのＺ´軸方向に突出されている。本実施形態では、連結部２２、２２は、振動部２１においてＺ´軸上に有する２つの角部２１ａからそれぞれ外枠部２３に向けて突出されており（図４Ａ及び５参照）、振動部２１と後述する外枠部２３とを接続している。図示例では、平面視左側（−Ｚ´軸方向側）の連結部２２によって、第１励振電極２１１が引き出され、底面視右側（＋Ｚ´軸方向側）の連結部２２によって第２励振電極２１２が引き出されている。

外枠部２３は、振動部２１と、切り抜き部２４（平面視逆凹形状体ｋ１と、平面視長方形状体ｋ２）との外周を取り囲むとともに連結部２２を保持するものである。一主面２ａには、第１封止部材３と接合するための振動側第１接合パターン２１６が、他主面２ｂには、第２封止部材４と接合するための振動側第２接合パターン２１７が形成されている。本形態では、例えば、振動側第１接合パターン２１６及び振動側第２接合パターン２１７は、図１に示すように、両主面２ａ、２ｂの平面視左側に偏って配置されている。

振動側第１接合パターン２１６及び振動側第２接合パターン２１７は、外枠部２３上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜（Ｔｉ若しくはＣｒ）と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜（Ａｕ）とからなり、非Ｓｎパターンである。つまり、第１励振電極２１１及び第２励振電極２１２と同一の材料を用いている。なお、振動側第１接合パターン２１６及び振動側第２接合パターン２１７は、第１励振電極２１１及び第２励振電極２１２と異なる電極材料であっても良い。

外枠部２３には、第１励振電極２１１に繋がった振動側第１接合パターン２１６を他主面２ｂ側に引き出すための第１貫通孔ｈ１が形成されている。本形態では、例えば、第１貫通孔ｈ１は、内部空間１３の外方に配され、図１に示すように両主面２ａ、２ｂの平面視他端側（平面視右側）に偏って位置し、第１貫通孔ｈ１は内部空間１３の内方に形成されていない。ここでいう内部空間１３の内方とは、接合材１１（振動側第１接合パターン２１６）上を含まずに厳密に接合材１１の内周面の内側のことをいう。

なお、外枠部２３の厚みは、連結部２２の厚みよりも厚いことが好ましい（図６Ａ参照）。この場合は、外枠部２３の厚みと連結部２２の厚みの違いにより、外枠部２３と連結部２２の圧電振動の固有振動数が異なるため、連結部２２の圧電振動に外枠部２３が共鳴しにくくなる。また、圧電振動板２と第１封止部材３との間の空間及び圧電振動板２と第２封止部材４との間の空間を広くすることができ、圧電振動板２の振動部２１と第１封止部材３及び第２封止部材４との接触を防ぐことができる。

なお、一般的に、圧電振動は、厚みが厚い部分から厚みが薄い部分へは伝搬しにくく、圧電振動を遮断する効果を奏する。

そこで、本実施形態の水晶振動板２の他の例として、図４Ｂ及び図６Ｂに示すとおり、連結部２２の厚みを振動部２１の厚みより厚くしてもよい。この場合、連結部２２と振動部２１の厚みが異なる位置に境界が形成されるため、振動部２１の圧電振動において、連結部２２を含んだ不要な振動を考慮しなくてもよい。

また、本実施形態の水晶振動板２の別の例として、図６Ｃに示すとおり、連結部２２の厚みを振動部２１のメサ構造２１３の厚みより厚くしてもよい。この場合は、連結部２２の厚みがメサ構造２１３の厚みよりも厚いので、連結部２２の振動と振動部２１との振動とが共鳴し難く、振動部２１の振動エネルギーが連結部へ伝達して損失することを効率的に防ぐことができる。

・第２封止部材
本発明に係る水晶振動デバイスの第２封止部材について図７及び８を参照しながら説明する。図７は、水晶振動子の第２封止部材の概略平面図、図８は、水晶振動子の第２封止部材の概略底面図である。

第２封止部材４には、曲げ剛性（断面二次モーメント×ヤング率）が１０００［Ｎ・ｍｍ^２］以下の材料が用いられている。具体的には、第２封止部材４は、図７に示すように、１枚のガラスウエハ又は水晶ウエハから形成された直方体の基板であり、この第２封止部材４の一主面４ａ（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として成形されている。

第２封止部材４の一主面４ａには、水晶振動板２に接合するための封止側第２接合パターン４１が内部空間１３を囲うように設けられている。本形態では、例えば、封止側第２接合パターン４１は、図１、図７に示すように第２封止部材４の一主面４ａの平面視左側に偏って位置する。封止側第２接合パターン４１の線幅は、全ての位置において同一幅とされる。

封止側第２接合パターン４１は、第２封止部材４上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。

なお、本実施形態では、下地ＰＶＤ膜には、Ｔｉ（若しくはＣｒ）が用いられ、電極ＰＶＤ膜にはＡｕが用いられている。また、封止側第２接合パターン４１は、非Ｓｎパターンである。

第２封止部材４の他主面４ｂには、外部に電気的に接続する一対の外部電極端子（一外部電極端子４２ａ、他外部電極端子４２ｂ）が設けられている（図８参照）。なお、外部電極端子は２つに限定されるものではなく、３つ以上であっても良い。

一外部電極端子４２ａは、振動側第１接合パターン２１６を介して第１励振電極２１１に電気的に直接接続され、他外部電極端子４２ｂは、振動側第２接合パターン２１７を介して第２励振電極２２２に電気的に直接接続される。

一外部電極端子４２ａ、他外部電極端子４２ｂは、図８に示すように第２封止部材４の他主面４ｂの平面視長手方向両端にそれぞれ位置する。これら一対の外部電極端子（一外部電極端子４２ａ、他外部電極端子４２ｂ）は、他主面４ｂ上に物理的気相成長させて形成された下地ＰＶＤ膜と、下地ＰＶＤ膜上に物理的気相成長させて積層形成された電極ＰＶＤ膜とからなる。

なお、外部電極端子（一外部電極端子４２ａ、他外部電極端子４２ｂ）の下地ＰＶＤ膜の厚みは、上記の振動側第１接合パターン２１６、振動側第２接合パターン２１７、封止側第１接合パターン３１、封止側第２接合パターン４１、の各下地ＰＶＤ膜の厚みに対して厚い。また、一外部電極端子４２ａ及び他外部電極端子４２ｂは、第２封止部材４の他主面４ｂのうち１／３以上の領域をそれぞれ占めている。

また、第２封止部材４には、図１，７，８に示すように、２つの貫通孔（第２貫通孔ｈ２と第３貫通孔ｈ３）が形成されている。本形態では、例えば、第２貫通孔ｈ２及び第３貫通孔ｈ３は、内部空間１３の外方に配され、図７に示すように、第２貫通孔ｈ２は、両主面（一主面４ａ，他主面４ｂ）の平面視右側に位置し、第３貫通孔ｈ３は、平面視左上側に位置する。すなわち、第２貫通孔ｈ２及び第３貫通孔ｈ３は、内部空間１３の内方に形成されていない。

ここでいう内部空間１３の内方とは、接合材１１（封止側第２接合パターン４１）上を含まずに厳密に接合材１１の内周面の内側のことをいう。

−第１実施形態の水晶振動デバイスの製造方法−
次に、上述した水晶振動板２、第１封止部材３、第２封止部材４を用いて水晶振動デバイス１を製造する方法について説明する。

第１封止部材３と水晶振動板２との接合は、水晶振動板２の振動側第１接合パターン２１６と第１封止部材３の封止側第１接合パターン３１とを重ね合わせた状態で行う。

第２封止部材４と水晶振動板２との接合も同様に、水晶振動板２の振動側第２接合パターン２１７と第２封止部材４の封止側第２接合パターン４１とを重ね合わせた状態で行う。

第１封止部材３と水晶振動板２との接合及び第１封止部材３と水晶振動板２との接合は、各接合パターンを重ね合わせることにより拡散接合されて接合される。接合方法に拡散接合を用いることによって、接着剤等を用いて接合する際に生じるガスの発生等を防止することができるが、接着剤などの公知の接合専用材を用いてもよい。

このようにして製造された製造されたパッケージ１２では、第１封止部材３と水晶振動板２とは、１．００μｍ以下のギャップを有し、第２封止部材４と水晶振動板２とは、１．００μｍ以下のギャップを有する。つまり、第１封止部材３と水晶振動板２との間の接合材１１の厚みが、１．００μｍ以下であり、第２封止部材４と水晶振動板２との間の接合材１１の厚みが、１．００μｍ以下（具体的には、本実施形態のＡｕ−Ａｕ接合では０．１５μｍ〜１．００μｍ）である。なお、比較として、Ｓｎを用いた従来の金属ペースト封止材では、５μｍ〜２０μｍとなる。

−第１実施形態の水晶振動デバイスの作用効果−
以上、説明したとおり、本実施形態に係る水晶振動板２は、連結部２２が振動部２１の角部２１ａからＡＴカットのＺ´軸方向に突出し、外枠部２３で保持されているので、従来の水晶振動板と異なり、圧電振動の変位が大きいＸ軸方向に沿った振動部２１の中央位置で振動部２１が保持されていない。従って、水晶振動板２を圧電振動させた場合、振動効率が高くて効率的に圧電振動させることができる。

また、水晶振動板２の振動部２１が、振動減衰領域であるＺ´軸上に有する２つの角部２１ａからそれぞれ連結部２２を介して外枠部２３に保持されているので、連結部２２から外枠部２３に向けての振動漏れが少なくなる。振動部２１の振動変位方向であるＸ軸方向と直交するＺ´軸方向に連結部２２が延出しているため、振動部２１における振動漏れの影響が生じにくい。以上によりより効率的に圧電振動させることができる。

また、ウェットエッチング手法により、Ｚ´軸方向に沿った連結部２２を形成することで、Ｘ軸方向などに沿ったものと比較して、連結部２２の幅（Ｘ軸方向）方向にエッチングレート差の影響が生じにくいので、連結部２２の幅をコントロールして形成しやすい。他方で、連結部２２の長さ方向（Ｚ´方向）については、エッチングレート差の影響が強いため、連結部２２の幅（Ｘ軸方向）方向と比較して切り抜き部２４が幅広に形成されることから、連結部２２の長さを長く形成しやすく、振動漏れの影響を低減しやすい構造とできる。

さらに、ウェットエッチング手法により、Ｚ´軸方向に沿った連結部２２を形成することで、連結部２２の断面形状を水晶振動板２の厚み方向の中心線に対して線対称形状とすることができ、振動部２１に対して不要な応力が加わりにくい構成とできる。

また、本実施形態では、連結部２２を振動部２１の２つの角部のうち＋Ｘ軸側の角部に形成しているため、エッチングレート差によって生じる振動部２１の角部の欠けを抑制することができる。

さらに、水晶振動板２の各主面に形成された第１励振電極２１１と、第２励振電極２１２の配線パターンを、２つの角部２１ａから突出された連結部２２によってそれぞれ独立して配置できるため、配線パターン間の寄生容量を抑えることができ、周波数可変量低減を防ぐことができる。

また、水晶振動板２の長辺Ｌ１，Ｌ２（Ｚ´軸方向）に対して振動部２１は短辺Ｗ３，Ｗ４（Ｚ´軸方向）が配置されることで、水晶振動板２の長辺Ｌ１，Ｌ２の両端部には振動部２１以外に水晶振動板として機能するための、連結部２２や外枠部２３などの有効領域の面積が確保できる。このため、水晶振動板２の外枠部２３における配線部（第１貫通孔ｈ１、及び第２封止部材の第２貫通孔ｈ２、第３貫通孔ｈ３と接続するための配線領域等）を形成するための必要な面積を確保することができ、かつ連結部２２を形成する領域も必要な面積も確保することできる。結果として、水晶振動板２における振動部２１の有効面積を狭めることがないので、振動特性や気密性を妨げることがなく、水晶振動デバイス１としての小型化を実現しながら性能を劣化させることもない。

また、水晶振動板２をウェットエッチングなどの手法により、振動部２１と切り抜き部２４と外枠部２３と連結部２２などを形成した場合、エッチングレート差の影響でＸ軸方向に比較してＺ´軸方向の方が切り抜き部２４を形成するのに幅広の領域が必要となる。
つまり、水晶振動板の振動部２１の周囲に沿って細長い切り抜き部２４（図４、図５では、平面視逆凹形状体ｋ１のうちＸ軸に沿った部分ｋ１２とｋ１３、平面視逆凹形状体ｋ１のうちＺ´軸に沿った部分ｋ１１、平面視長方形状体ｋ２のうちＺ´軸に沿った部分ｋ２１）を形成する場合には、Ｘ軸に沿った切り抜き部（図４、図５では、ｋ１２とｋ１３）の方が、これと直交する幅方向であるＺ´軸方向にエッチングレート差が生じるために、Ｚ´軸に沿った切り抜き部２４（図４、図５では、ｋ１１とｋ２１）よりも幅の太い切り抜き部２４となり、水晶振動板２における有効面積が確保しにくくなる。

本発明では、水晶振動板の長辺Ｌ１，Ｌ２（Ｚ´軸方向）の両端部には振動部２１以外に水晶振動板として機能するための有効領域の面積が確保されているとともに、水晶振動板２の長辺Ｌ１，Ｌ２と振動部２１の短辺Ｗ３，Ｗ４をＺ´軸とし、水晶振動板２の短辺Ｗ１，Ｗ２と振動部２１の長辺Ｌ３，Ｌ４をＸ軸として設定している。このため、エッチングレート差が生じるために幅が太く形成されるＸ軸に沿った切り抜き部２４（図４、図５では、ｋ１２とｋ１３）を水晶振動板２の短辺Ｗ１，Ｗ２とし、エッチングレート差が生じにくく幅が太くなりにくいＺ´軸に沿った切り抜き部２４（図４、図５では、ｋ１１とｋ２１）を水晶振動板２の長辺Ｌ１，Ｌ２とすることができる。結果として、エッチングレート差が生じにくく幅が太くなりにくいＺ´軸に沿った切り抜き部２４（図４、図５では、ｋ１１とｋ２１）によって水晶振動板の振動部２１などの有効面積が削減されるのが抑制できる。

また、本形態の構成によると、水晶振動板２を第１封止部材３と第２封止部材４とで挟まれた構造であるので、比較的に小型の水晶振動デバイス１とすることができる。上述した水晶振動板２が備えられているので、水晶振動板２の振動部２１以外に外枠部における配線部（配線パターンや上下に配置される各封止部材との接続用のスルーホールなど）を形成するための必要な面積を確保することができ、かつ連結部２２を形成する領域も必要な面積も確保することできる。結果として、水電振動板２における振動部２１や各封止部材３，４との接合部の有効面積を狭めることがないので、振動特性や気密性を妨げることがなく、水電振動デバイス１としての小型化を実現しながら性能を劣化させることもない。

−第２実施形態の水晶振動デバイスの構成−
次に、第２実施形態の水晶振動デバイスの構成について、図９を参照しながら説明する。なお、本実施形態は、水晶振動板２における連結部２２の位置及び数が異なるだけであるので、以下、その相違点についてのみ説明し、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明の一部を省略する。

・水晶振動板
第２実施形態では、上記実施形態と同様に、水晶振動板２のＺ´軸方向に長辺Ｌ１，Ｌ２がありＸ軸方向に短辺Ｗ１，Ｗ２がある略矩形状に形成されており、かつ振動部２１のＺ´軸方向に短辺Ｗ３，Ｗ４がありＸ軸方向に長辺Ｌ３，Ｌ４がある略矩形状に形成されている。

第２実施形態の水晶振動板２の連結部２２は、振動部２１における１つの角部２１ａのみからＡＴカットのＺ´軸方向に突出し外枠部２３に向けて突出されている。この場合、水晶振動板の振動部２１が、１つの角部２１ａのみから外枠部２３に向けて突出された連結部２２を介して外枠部２３に保持されているので、連結部２２の数を少なくして効率的に振動部２１を保持することができる。

また、第２実施形態の切り抜き部２４は、一角部のみが接続されていない平面視略ロ字状体ｋ３から構成されている。この平面視略ロ字状体ｋ３は、図９に示すように、振動部２１の外周に沿って形成されており、Ｘ軸に沿った部分ｋ３２とｋ３３、Ｚ´軸に沿った部分ｋ３１とｋ３４とを有している。

本実施形態では、水晶振動板２の長辺Ｌ１，Ｌ２に対して振動部２１は短辺Ｗ３，Ｗ４が配置されることで、水晶振動板２の長辺Ｌ１，Ｌ２の両端部には振動部２１以外に水晶振動板２として機能するための有効領域が確保できる。そこで、第２実施形態の水晶振動板２の別の例として、図１０に、有効領域の一例として、外枠部２３の面積を拡大し、外枠部２１における必要な配線部を確保したものを示している。より具体的には、外枠部２３に形成される各封止部材と接合する接合パターン（図１０では振動側第１接合パターン２１６のみ開示）の内外の有効領域には、必要な配線部（図１０では第１配線パターンｐ１、第２配線パターンｐ２、接続用の第４貫通孔ｈ４、第５貫通孔ｈ５）が形成されており、これらの配線部を経由して、第１励振電極２１１から一外部電極端子４２ａへ、第２励振電極２１２から他外部電極端子４２ｂへと引き出されている。

−第２実施形態の水晶振動デバイスの作用効果−
上述の実施形態における作用効果に加え、上記構成によると、振動部２１がＸ軸方向に沿う辺の中央位置で保持されず、水晶振動板２を圧電振動させた場合、効率的に圧電振動させることができる。また、水晶振動板２の振動部２１が、１つの角部２１ａのみから外枠部２３に向けて突出された連結部２２を介して外枠部２３に保持されているので、連結部２２の数を少なくしてより一層、外枠部２３への振動漏れを防ぐことができる。また、連結部２２を２つとした場合と比較して、応力のかかり具合を低減できるので、応力による周波数シフトを低減して安定して水晶振動板２を圧電振動させることができる。

また、Ｚ´軸方向に沿った連結部２２は、Ｘ軸方向などに沿ったものと比較して、弾性定数も高い（硬い）構成とできるため、外部から衝撃が加わったとしても、撓みにくくなり、振動部２１が第１封止部材３や第２封止部材４に接触しないように、振動部２１を確実に保持することができる。

なお、上記に示した本発明の実施形態及び実施例はいずれも本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。上記各実施形態では、水晶振動デバイスを水晶振動子としたが、水晶振動子以外の水晶振動デバイス（例えば、水晶発振器）にも本発明を適用することが可能である。

１ 水晶振動デバイス
１１ 接合材
１２ パッケージ
１３ 内部空間
２ 水晶振動板
２ａ 一主面
２ｂ 他主面
２１ 振動部
２１ａ 角部
２２ 連結部
２３ 外枠部
２４ 切り抜き部
２１１ 第１励振電極
２１２ 第２励振電極
２１３ メサ構造
２１４ 第１引出電極
２１５ 第２引出電極
２１６ 振動側第１接合パターン
２１７ 振動側第２接合パターン
ｋ１ 視逆凹形状体
ｋ２ 平面視長方形状体
ｋ３ 平面視略ロ字状体
３ 第１封止部材
３ａ 第１封止部材の一主面
３ｂ 第１封止部材の他主面
３１ 封止側第１接合パターン
４ 第２封止部材
４１ 封止側第２接合パターン
４２ａ 一外部電極端子
４２ｂ 他外部電極端子
ｈ１ 第１貫通孔
ｈ２ 第２貫通孔
ｈ３ 第３貫通孔
ｈ４ 第４貫通孔
ｈ５ 第５貫通孔
ｐ１ 第１配線パターン
ｐ２ 第２配線パターン

Claims (2)

1. Ｚ´軸方向に長辺がありＸ軸方向に短辺がある矩形状に形成され、ＡＴカットの水晶振動板があり、
   上記水晶振動板の中央部分に形成され、Ｚ´軸方向に短辺がありＸ軸方向に長辺がある矩形状に形成され、一主面に形成された第１励振電極と他主面に形成された第２励振電極とが備えられた振動部と、
   上記振動部の外周に形成された切り抜き部と、
   上記切り抜き部の外周に形成された外枠部と、
   上記振動部と外枠部を接続する連結部と、
   を有し、
   上記連結部は、上記振動部における１つの角部のみから上記外枠部に向けて突出されていること
   を特徴とする水晶振動板。
2. 請求項１に記載された水晶振動板と、
   上記水晶振動板の前記一主面を覆う第１封止部材と、
   上記水晶振動板の前記他主面を覆う第２封止部材と、
   が備えられた水晶振動デバイス。

Images