JP6541098B2 - 水晶振動素子及び水晶振動子並びにそれらの製造方法 - Google Patents

水晶振動素子及び水晶振動子並びにそれらの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、水晶片と、水晶片を囲む水晶の枠体とが水晶の連結部材によって連結されている水晶振動素子及び水晶振動子並びにそれらの製造方法に関する。
発振装置や帯域フィルタなどに用いられる圧電デバイスとして、圧電チップをリッド部及びベース部で挟んだ構造の圧電デバイスが広く用いられている。このような圧電チップの具体例として、例えば特許文献1には、振動部と当該振動部を囲う枠部とが1ケ所の連結部によって接合され、連結部を除く振動部の周囲と枠部との間には貫通部が設けられた構成が開示されている。当該圧電チップは、例えば全体がATカットされた水晶板で構成され、ウェットエッチングにより加工される。
特開2016−201624号公報
水晶は結晶構造の異方性を有するため、ウェットエッチングにおいて結晶方位に応じて溶解の速度が異なる。従って、水晶基板をウェットエッチングにより加工すると、例えば上記貫通部を形成する際に、溶解が水晶基板の主面の法線方向に沿って進まず、傾斜しつつ進む。従って、特許文献1に示されるように振動部のほぼ全周にわたって貫通部を形成するためには、結晶方位によっては振動部と枠部との間に比較的長い距離を確保する必要が生じる。すなわち、従来の構成において圧電チップの小型化を図ると、振動部の面積が小さくなり振動特性が劣化し得る。あるいは、適切な振動部の面積の確保を優先すると、圧電チップの外形が大きくなるという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みて発明されたものであり、本発明の目的は、振動特性の劣化を抑制しつつ小型化が可能な水晶振動素子及び水晶振動子並びにそれらの製造方法を提供することである。
本発明の一側面に係る水晶振動素子は、互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、第1主面側又は第2主面側から見た平面視において、第1方向に沿って延びる一対の長辺及び第1方向に交差する第2方向に沿って延びる一対の短辺を有する、本体部と、第1主面に設けられた第1励振電極と、第2主面に第1励振電極と対向して設けられた第2励振電極と、本体部を囲む枠部であって、本体部の第2方向の両端部において当該両端部から離れて設けられた、枠部と、本体部の一対の短辺の一方から、当該短辺の幅で第1方向に沿って延在し、本体部と枠部とを連結する第1連結部と、本体部の一対の短辺の他方から、当該短辺の幅で第1方向に沿って延在し、本体部と枠部とを連結する第2連結部と、を備え、本体部、枠部、第1連結部及び第2連結部は水晶により形成され、第1方向及び第2方向と交差する第3方向に沿った厚みにおいて、第1連結部及び第2連結部の少なくとも一方の厚みが、本体部における第1励振電極と第2励振電極とが対向する領域の厚みよりも薄い部分を有する。
本発明の一側面に係る水晶振動素子は、互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、第1主面側又は第2主面側から見た平面視において、第1方向に沿って延びる一対の長辺及び第1方向に交差する第2方向に沿って延びる一対の短辺を有する、本体部と、第1主面に設けられた第1励振電極と、第2主面に第1励振電極と対向して設けられた第2励振電極と、本体部を囲むように位置する内側面と、第1方向及び第2方向と交差する第3方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面と、を有する枠部と、本体部の一対の短辺の一方と枠部の内側面とを連結するようにして当該短辺の幅で第1方向に沿って延在し、第3方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面を有する第1連結部と、本体部の一対の短辺の他方と枠部の内側面とを連結するようにして当該短辺の幅で第1方向に沿って延在し、第3方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面を有する第2連結部と、を備え、本体部の第2方向の両端部と枠部との間において、本体部、第1連結部及び第2連結部の第1方向の長さにわたってそれぞれ第1貫通部及び第2貫通部が形成され、第1主面及び第2主面は、第3方向において、枠部の上面と下面との間に位置し、第1連結部の上面及び下面は、それぞれ、本体部から枠部に向かって第3方向における上側に向かって傾斜する傾斜部を有し、第2連結部の上面及び下面は、それぞれ、本体部から枠部に向かって第3方向における下側に向かって傾斜する傾斜部を有する。
本発明の一側面に係る水晶振動素子の製造方法は、(a)水晶の結晶軸であるX軸、Y軸、Z軸のうち、Y軸及びZ軸をX軸の周りにY軸からZ軸の方向に所定の角度回転させた軸をそれぞれY´軸及びZ´軸とした場合に、X軸及びZ´軸によって特定される面を主面とするATカットされた水晶により構成された第1基板を用意すること、(b)第1基板をウェットエッチングすることにより、互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、第1主面側又は第2主面側から見た平面視において、Z´軸方向に沿って延びる一対の長辺及びX軸方向に沿って延びる一対の短辺を有する本体部と、本体部を囲む枠部と、本体部のZ´軸方向の両端部において本体部と枠部とを連結する第1連結部及び第2連結部と、を形成すること、及び(c)第1主面に第1励振電極を形成し、第2主面に第1励振電極と対向する第2励振電極を形成すること、を含み、(b)において、本体部のX軸方向の両端部を、枠部から離し、第1連結部を、本体部の一対の短辺の一方から、当該短辺の幅でZ´軸方向に沿って枠部に至るまで延在させ、第2連結部を、本体部の一対の短辺の他方から、当該短辺の幅でZ´軸方向に沿って枠部に至るまで延在させ、Y´軸方向に沿った厚みにおいて、第1連結部及び第2連結部の少なくとも一方の厚みの少なくとも一部を、本体部における第1励振電極と第2励振電極とが対向する領域の厚みよりも薄くすること、を含む。
本発明の一側面に係る水晶振動素子の製造方法は、(a)水晶の結晶軸であるX軸、Y軸、Z軸のうち、Y軸及びZ軸をX軸の周りにY軸からZ軸の方向に所定の角度回転させた軸をそれぞれY´軸及びZ´軸とした場合に、X軸及びZ´軸によって特定される面を主面とするATカットされた水晶により構成された第1基板を用意すること、(b)第1基板をウェットエッチングすることにより、互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、第1主面側又は第2主面側から見た平面視において、Z´軸方向に沿って延びる一対の長辺及びX軸方向に沿って延びる一対の短辺を有する、本体部と、本体部を囲むように位置する内側面と、Y´軸方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面と、を有する枠部と、本体部の一対の短辺の一方と枠部の内側面とを連結するようにして当該短辺の幅でZ´軸方向に沿って延在し、Y´軸方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面を有する第1連結部と、本体部の一対の短辺の他方と枠部の内側面とを連結するようにして当該短辺の幅でZ´軸方向に沿って延在し、Y´軸方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面を有する第2連結部と、本体部のX軸方向の両端部と枠部との間において、本体部、第1連結部及び第2連結部のZ´軸方向の長さにわたってそれぞれ設けられた第1貫通部及び第2貫通部と、を形成すること、及び、(c)第1主面に第1励振電極を形成し、第2主面に第1励振電極と対向する第2励振電極を形成すること、を含み、(b)において、第1主面及び第2主面を、Y´軸方向において、枠部の上面と下面との間に位置させ、第1連結部の上面及び下面に、それぞれ、本体部から枠部に向かってY´軸方向における上側に向かって上がっていく傾斜部を形成し、第2連結部の上面及び下面に、それぞれ、本体部から枠部に向かってY´軸方向における下側に向かって下がっていく傾斜部を形成する。
本発明によれば、振動特性の劣化を抑制しつつ小型化が可能な水晶振動素子及び水晶振動子並びにそれらの製造方法を提供することができる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る水晶振動子1の分解斜視図である。 図2は、本発明の第1実施形態に係る水晶片110の主面112側から見た平面図である。 図3は、本発明の第1実施形態に係る水晶片110の主面114側から見た平面図である。 図4は、図1のIV−IV線断面図である。 図5は、本発明の第1実施形態に係る水晶振動子1の斜視図である。 図6は、本発明の第1実施形態に係る水晶振動子1の製造方法を示すフローチャートである。 図7は、水晶片と枠体との間をエッチングする場合の溶解の様子を示す断面図である。 図8は、本発明の第2実施形態に係る水晶振動素子500の断面図であり、具体的には、図4と同様の断面視において引出電極が異なる態様を示す図である。 図9は、本発明の第3実施形態に係る水晶振動素子600の断面図であり、具体的には、図4と同様の断面視において水晶片が異なる態様を示す図である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記載において同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
図1〜図5を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る水晶振動子を説明する。ここで、図1は、本発明の第1実施形態に係る水晶振動子1の分解斜視図であり、図2は、本発明の第1実施形態に係る水晶片110の主面112側から見た平面図であり、図3は、本発明の第1実施形態に係る水晶片110の主面114側から見た平面図であり、図4は、図1のIV−IV線断面図であり、図5は、本発明の第1実施形態に係る水晶振動子1の斜視図である。
図1に示されるように、本実施形態に係る水晶振動子1(Quartz Crystal Resonator Unit)は、水晶振動素子100(Quartz Crystal Resonator)と、リッド部材200と、ベース部材300と、を備える。なお、図1においては後述する外部電極が省略されている。
水晶振動素子100、リッド部材200及びベース部材300は、いずれもATカットされた水晶基板から構成されている。ATカットされた水晶基板は、水晶の結晶軸であるX軸、Y軸、Z軸のうち、Y軸及びZ軸をX軸の周りにY軸からZ軸の方向に35度15分±1分30秒回転させた軸をそれぞれY´軸及びZ´軸とした場合、X軸及びZ´軸によって特定される面と平行な面を主面として切り出されたものである。なお、X軸、Z´軸及びY´軸は互いに交差(本実施形態においては直交)する。本実施形態において、水晶振動素子は、人工水晶(Synthetic Quartz Crystal)からATカットされた水晶基板が用いられている。また、ATカットされた水晶基板を用いた水晶振動素子は、厚みすべり振動モード(Thickness Shear Vibration Mode)を主振動として用いられることが多い。以下、ATカットの軸方向を基準として水晶振動子の各構成を説明する。
水晶振動素子100は、水晶片110(Quartz Crystal Blank)と、水晶片110の外周を囲む枠体120と、水晶片110と枠体120とを連結する連結部材111a,111bと、を備える。水晶片110、枠体120及び連結部材111a,111bは、いずれもATカットされた水晶基板から形成される。以下に、図2〜図4を参照しつつ、水晶振動素子100の各構成要素について詳細に説明する。
水晶片110は、水晶振動素子100の本体部を構成し、互いに対向する2つの主面を有する平板状をなしている。具体的には、水晶片110は、Y´軸正方向側の主面112(第1主面)と、Y´軸負方向側の主面114(第2主面)を有する。なお、以下に説明する通り水晶片110と連結部材111a,111bは連続的に形成されるが、本実施形態においては説明の便宜上、水晶片110に相当する領域、すなわち、水晶振動素子100のうち連結部材111a,111b及び枠体120を含まない領域、の主面を主面112,114と呼ぶ。なお、上述の通り、水晶片110と連結部材111a,111bは、それぞれ区別されることなく連続的に形成されていてもよい。
水晶片110は、主面112側から見た平面視及び主面114側から見た平面視において、それぞれ、Z´軸(第1方向)に平行な一対の長辺(主面112,114の長辺)及びX軸(第2方向)に平行な一対の短辺(主面112,114の短辺)を有する。さらに、水晶片110はY´軸(第3方向)に平行な厚み(以下、Y´軸に平行な厚みを、単に「厚み」とも呼ぶ。)を有する。ここで、本明細書では、水晶片110の長辺、短辺及び厚み方向の辺が、それぞれ対応する軸に対して平行である態様を一例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、水晶片110の各辺が軸に沿って延びるものであればよく、軸に対して厳密に平行である態様に限られるものではない。このことは、後述する水晶片610においても同様である。水晶片110は枠体120から離れて設けられており、両者は2つの連結部材111a,111bによって連結されている。水晶片110は、所定の周波数で振動する。
枠体120は、水晶振動素子100の枠部を構成し、水晶片110の主面112側又は主面114側から見た平面視において、水晶片110のZ´X平面の外周を囲む。具体的には、枠体120は、水晶片110のZ´軸方向の両端部においては連結部材111a,111bによって水晶片110と連結され、水晶片110のX軸方向の両端部においては当該両端部から所定の隙間を有して離れるように設けられている。すなわち、図2及び図3に示されるように、水晶片110のX軸方向の両端部と枠体120との間には、それぞれ貫通部113a(第1貫通部),113b(第2貫通部)が介在している。貫通部113a,113bは、それぞれ、水晶片110と連結部材111a,111bを合わせたZ´軸方向の長さにわたって延在して設けられている。また、枠体120は、水晶片110の主面112側の上面122と、水晶片110の主面114側の下面124と、水晶片110と対向する内側面と、外側の外側面と、を有する。枠体120は、後述するリッド部材200及びベース部材300と接合される枠部を構成する。枠体120の厚みは、水晶片110の厚みより厚く、水晶振動素子100にリッド部材200及びベース部材300が接合されたときに、水晶片110が振動可能な空間が確保される。言い換えると、水晶片110の主面112及び主面114は、Y´軸方向において、枠体120の上面122と下面124との間に位置している。
連結部材111a(第1連結部),連結部材111b(第2連結部)は、水晶片110と枠体120とを連結する連結部を構成し、水晶片110のZ´軸方向の両端に配置されている。連結部材111aは、水晶片110の一対の短辺のうちZ´軸正方向側(一端側)の短辺から、当該短辺のX軸方向の長さ(以下、「幅」とも呼ぶ。)を保ちつつZ´軸正方向(第1方向)に沿って延在し、水晶片110と枠体120とを連結する。また、連結部材111bは、水晶片110の一対の短辺のうちZ´軸負方向側(他端側)の短辺から、当該短辺の幅を保ちつつZ´軸負方向(第1方向)に沿って延在し、水晶片110と枠体120とを連結する。すなわち、X軸方向の両端部に位置しZ´軸方向に沿って延びる水晶片110の両側面と、X軸方向の両端部に位置しZ´軸方向に沿って延びる連結部材111a及び連結部材111bの両側面とが、Z´軸方向に連続して延びる共通面を有するように、水晶片110及び連結部材111a,111bが連続して設けられている。このように、連結部材111a,111bのX軸方向の長さは、例えば水晶片110の短辺の長さと実質的に略同一である。連結部材111a,111bの形状の詳細について説明する前に、水晶振動素子100に形成された各電極について説明する。
図2及び図3に示されるように、水晶片110の主面112には一方の励振電極130(第1励振電極)が形成され、主面114には他方の励振電極140(第2励振電極)が形成されている。励振電極130及び励振電極140は、水晶片110を介して互いに対向して設けられ、水晶片110を介して略全体が重なり合うように配置されている。
枠体120の上面122には、励振電極130に電気的に接続された引出電極132(第1引出電極)が形成され、枠体120の下面124には励振電極140に電気的に接続された引出電極142(第2引出電極)が形成されている。引出電極132は、図2に示されるように、励振電極130から一方の連結部材111aを経由して枠体120の上面122上に引き出され、Z´軸正方向側の外側面に至るまで引き出される。一方、引出電極142は、図3に示されるように、励振電極140から他方の連結部材111bを経由して枠体120の下面124上に引き出され、Z´軸負方向側の外側面に至るまで引き出される。これにより、水晶振動素子100のZ´軸方向の両端面に、それぞれ、引出電極132,142を介して励振電極130,140と電気的に接続される外部電極を設けることができる。なお、引出電極132,142が引き出される方向はZ´軸方向の両端部に限定されない。例えば引出電極132,142が引き出される方向はX軸方向の両端部であってもよく、外部電極の形成位置に応じて適宜、引出電極132,142の引き出し方向を変更することができる。
本実施形態において、引出電極132は、図2に示されるように枠体120の上面122の全周に沿って引き出され、引出電極142は、図3に示されるように枠体120の下面124の全周に沿って引き出されている。さらに、Y´軸正方向から見た平面視において、引出電極132,142は、互いに少なくとも一部同士が重ならないように設けられている。具体的には、図2及び図3に示される例では、Z´軸正方向側の領域を除き、引出電極132は枠体120の内周付近に設けられ、引出電極142は枠体120の外周付近に設けられている。これにより、引出電極132と引出電極142の枠体120を介した距離が長く確保され、当該引出電極間に発生し得る寄生容量が低減される。従って、一方の引出電極が他方の引出電極に及ぼすノイズの影響が軽減される。
このように、引出電極132,142が水晶振動素子100の端面まで引き出されることにより、水晶振動素子100の端面を介して励振電極130,140と水晶振動子1の外部との電気的導通を図ることができる。
次に、図4を参照しつつ、連結部材111a,111bの形状の詳細について説明する。図4に示されるように、連結部材111a,111bは、それぞれ、Y´軸方向の厚みHa,Hbが水晶片110における励振電極130と励振電極140とが対向する領域のY´軸方向の厚みHcよりも薄い部分を有している。
具体的には、連結部材111aは、水晶片110の主面112側(以下、Y´軸正方向側(一方側)を「上方向」とも呼ぶ。)の上面116aと、水晶片110の主面114側(以下、Y´軸負方向側(他方側)を「下方向」とも呼ぶ。)の下面118aを有する。連結部材111aの上面116aは、水晶片110から枠体120に向かって、主面112に対して上方向に傾斜する傾斜部を有する。また、連結部材111aの下面118aは、水晶片110から枠体120に向かって、主面114に対して上方向に傾斜する傾斜部を有する。このように、下面118aが上方向(Y´軸正方向)に傾斜することにより、連結部材111aの厚みHaが水晶片110の厚みHcより薄い部分が形成される。
また、連結部材111bは、上方向の上面116bと、下方向の下面118bを有する。連結部材111bの上面116bは、水晶片110から枠体120に向かって、主面112に対して下方向に傾斜する傾斜部を有する。また、連結部材111bの下面118bは、水晶片110から枠体120に向かって、主面114に対して下方向に傾斜する傾斜部を有する。このように、上面116bが下方向(Y´軸負方向)に傾斜することにより、連結部材111bの厚みHbが水晶片110の厚みHcより薄い部分が形成される。
さらに具体的には、連結部材111aの上面116aは、水晶片110の主面112から枠体120の上面122にかけて、主面112に接続し上方向に開口する凹状をなす傾斜部116axにより主面112と枠体120の上面122とが接続される形状を有する。また、連結部材111aの下面118aは、水晶片110の主面114から枠体120の内側面にかけて、下方向に開口する凹状をなす傾斜部118axと、水晶片110の主面114と平行な平面状をなす平面部118ayと、により主面114と枠体120の内側面とが接続される形状を有する。また、連結部材111bの上面116bは、水晶片110の主面112から枠体120の内側面にかけて、主面112に接続し上方向に開口する凹状をなす傾斜部116bxと、水晶片110の主面112と平行な平面状をなす平面部116byと、により主面112と枠体120の内側面とが接続される形状を有する。また、連結部材111bの下面118bは、水晶片110の主面114から枠体120の下面124にかけて、主面114に接続し下方向に開口する凹状をなす傾斜部118bxにより主面114と枠体120の下面124とが接続される形状を有する。言い換えると、傾斜部116axと傾斜部116bxは、下側に向かって凹んだ湾曲形状をなし、傾斜部118axと傾斜部118bxは、上側に向かって凹んだ湾曲形状をなす。これにより、連結部材111a,111bは、水晶振動素子100の内側から外側にかけて、厚みが単調減少した後に、単調増加する形状を有する。なお、連結部材111aの上面116aと枠体120の上面122とは、両者の境界が曲面状をなすように接続されていてもよい。このような境界の形状は、連結部材111aの下面118aと水晶片110の主面114との境界、連結部材111bの上面116bと水晶片110の主面112との境界、及び連結部材111bの下面118bと枠体120の下面124との境界においても同様である。また、上面116a,116b及び下面118a,118bのいずれか又は全てが平面である変形例、又は平面及び曲面の組み合わせによって構成されている変形例によっても本発明を実施できる。
また、図4に示される例では、水晶片110、連結部材111a,111b及び枠体120は、Y´Z´平面における水晶片110の中心(図示しない)を基準に点対称となる形状を備えている。すなわち、上面116aと下面118bは同様の形状を有し、下面118aと上面116bは同様の形状を有している。
上述の構成により、水晶片110と連結部材111a,111bの厚み、及び連結部材111a,111bと枠体120の厚みは、両者の境界において異なることとなる。これにより、水晶片110が連結部材111a,111bによって枠体120に支持されつつ、水晶片110における振動が連結部材111a,111bを介して枠体120側に漏れ出ることが抑制される。従って、振動を水晶片110の内部に閉じ込めることができる。
また、上面116aが水晶片110のZ´軸正方向側(第1方向の一方側)の短辺に接続された部分、すなわち、水晶片110の主面112と連結部材111aの上面116aの境界付近、における上面116aの傾斜角は、下面118aが水晶片110のZ´軸正方向側(第1方向の一方側)の短辺に接続された部分、すなわち、水晶片110の主面114と連結部材111aの下面118aの境界付近、における下面118aの傾斜角に比べて小さい。言い換えると、上面116aは、枠体120に向かって緩やかに上方向に傾斜し、枠体120の上面122と連続的に接続されている。他方、下面118aは、X軸方向に沿って延出する境界から枠体120に向かって上方向に湾曲し、枠体120の内側面と直交するように接続されている。このように、水晶片110の主面112から連結部材111aの上面116aを経由して枠体120の上面122に至るまでの角度変化は、水晶片110の主面114から連結部材111aの下面118a及び枠体120の内側面を経由して枠体120の下面124に至るまでの角度変化よりも小さい。
同様に、下面118bが水晶片110のZ´軸負方向側(第1方向の他方側)の短辺に接続された部分、すなわち、水晶片110の主面114と連結部材111bの下面118bの境界付近、における下面118bの傾斜角は、上面116bが水晶片110のZ´軸負方向側(第1方向の他方側)の短辺に接続された部分、すなわち、水晶片110の主面112と連結部材111bの上面116bの境界付近、における上面116bの傾斜角に比べて小さい。言い換えると、下面118bは、枠体120に向かって緩やかに下方向に傾斜し、枠体120の下面124と連続的に接続されている。他方、上面116bは、X軸方向に延出する境界から枠体120に向かって下方向に湾曲し、枠体120の内側面と直交するように接続されている。このように、水晶片110の主面114から連結部材111bの下面118bを経由して枠体120の下面124に至るまでの角度変化は、水晶片110の主面112から連結部材111bの上面116b及び枠体120の内側面を経由して枠体120の上面122に至るまでの角度変化よりも小さい。
このような連結部材111a,111bの形状において、上述の引出電極132,142は、それぞれ、水晶片110の主面112,114に対する傾斜角が小さい方の面(上面116a及び下面118b)を経由して枠体120の外側面に引き出されている。これにより、引出電極が下面118a及び上面116bを経由する構成に比べて、連結部材と枠体との境界、及び枠体の内側面と枠体の上面又は下面との境界において直角に引き出されることが回避される。従って、引出電極の熱収縮や応力の集中により引出電極が断線する可能性を低減させることができる。
次に、図1に戻り、リッド部材200及びベース部材300について説明する。リッド部材200及びベース部材300は、いずれもパッケージ部材の一例であり、水晶振動素子100の一部(少なくとも水晶片110を含む)を収容するように水晶振動素子100に接合されている。水晶振動素子100、リッド部材200及びベース部材300は、各部材の厚みを見た平面視においてそれぞれ略同一の平面形状、例えば矩形状、を有している。
リッド部材200は、水晶片110の一方の主面112側に配置され、ベース部材300は、水晶片110の他方の主面114側に配置され、リッド部材200、水晶振動素子100及びベース部材300はこの順番で積層され、3層構造をなしている。
図1に示されるように、リッド部材200及びベース部材300は、平板状をなしている。リッド部材200は水晶振動素子100の枠体120の上面122の全周に接合され、ベース部材300は水晶振動素子100の枠体120の下面124の全周に接合されている。これにより、水晶片110及び連結部材111a,111bが、密封された内部空間であるキャビティに封止される。
なお、リッド部材200及びベース部材300の材質は特に限定されるものではないが、本実施形態においては水晶振動素子100と同一材料かつ同一カットであるATカットされた人工水晶から構成されている。これにより、接合される各部材が同一材料であるため、リッド部材200と枠体120の上面122、及びベース部材300と枠体120の下面124は、接着剤、金属ロウ材、又はガラス接合材などの接合部材を用いることなく、互いに直接接合することができる。なお、接合部材の適用を排除する意図ではなく、リッド部材200、枠体120及びベース部材300は接合部材を介して接合されてもよい。また、リッド部材200及びベース部材300として水晶以外の材料が用いられてもよい。例えばガラス材料又はガラス繊維にエポキシ系樹脂を含浸させたガラスエポキシ樹脂などで形成されてもよい。また、リッド部材200及びベース部材300の形状は平板状に限られない。
次に、外部電極について、図5を参照しつつ説明する。図5に示されるように、本実施形態に係る水晶振動子1には、端面(水晶振動素子100、リッド部材200及びベース部材300の各端面)及び底面(ベース部材300における水晶振動素子100とは反対側の面)に外部電極410,420,430,440が形成されている。
外部電極410,420,430,440は、励振電極130及び励振電極140のいずれかの励振電極に電気的に接続され、水晶振動子1の外部との電気的導通を図るとともに実装性を確保する。具体的には、外部電極410は、水晶振動子1の端面のうち引出電極132が引き出された側の面F1に設けられている。一方、外部電極420は、水晶振動子1の端面のうち引出電極142が引き出された側の面F2に設けられている。また、外部電極430は、外部電極410と電気的に接続され、水晶振動子1の底面F3(Y´軸負方向側の面)に設けられ、外部電極440は、外部電極420と電気的に接続され、水晶振動子1の底面F3に設けられている。このように、水晶振動子1は、励振電極130に電気的に接続された外部電極410,430と、励振電極140に電気的に接続された外部電極420,440を有する。当該構成において、外部電極410,430及び外部電極420,440を介して、水晶振動素子100の励振電極130と励振電極140との間に交流電圧が印加されることにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードで水晶片110を振動させ、当該振動に伴う共振特性を得ることができる。
上述の構成により、本実施形態に係る水晶振動子1は、例えば特許文献1に開示される構成(以下、「従来構成」とも呼ぶ。)に比べて、水晶片110のZ´軸方向の両端部に貫通部を設ける必要が無いため、水晶片110の面積を適切に確保することができる。また、水晶片110のX軸方向の両端部には貫通部113a,113bが形成され、さらに連結部材111a,111bの厚みは、それぞれ、水晶片110の厚みより薄い部分を有している。これにより、振動の漏れを抑制し、振動を水晶片110の内部に閉じ込めることができる。従って、振動特性の劣化を抑制しつつ水晶振動子1の小型化を図ることができる。
また、連結部材111a,111bが、それぞれ、水晶片110の短辺と実質的に略同一の幅で水晶片110から枠体120に連結されることにより、従来構成に比べて外部からの衝撃に対する連結部材の強度が向上する。
また、水晶振動子1によれば、ビア電極を形成することなく、引出電極132,142によって励振電極130及び励振電極140を外部の電極と電気的に接続することができる。従って、ビア電極を備える構成に比べて製品の接続信頼性が向上する。
さらに、水晶振動子1によれば、引出電極132,142が、それぞれ、緩やかに傾斜して枠体120に接続される面を経由して枠体120の外側面に引き出される。従って、引出電極が直角に引き出される構成に比べて、引出電極の断線の可能性が低減する。
なお、本実施形態においては、引出電極132,142がそれぞれ枠体120の上面122及び下面124における全周に沿うように形成されているが、これら引出電極の配置は特に限定されない。すなわち、引出電極132,142は、枠体120のいずれかの外側面に接するまで引き出されていればよく、枠体120の上面122又は下面124の全周に沿わなくてもよい。
また、枠体120の厚みは、水晶片110の厚みより厚くなくてもよく、例えば水晶片の厚みと同一であってもよい。その場合、リッド部材及びベース部材における水晶振動素子と接合される側の面に、Y´軸方向に窪んだ凹部が設けられることにより、水晶片が振動可能な空間が確保されてもよい。
また、本実施形態においては、連結部材111a,111bの双方が、水晶片110の厚みよりも薄い部分を有しているが、2つの連結部材の少なくとも一方が水晶片110の厚みよりも薄い部分を有していればよい。また、水晶片110と連結部材111a,111bとの境界、及び連結部材111a,111bと枠体120との境界は、連続的に形成されていてもよく、あるいはY´軸方向に段差が設けられていてもよい。
次に、図6のフローチャートに基づいて、図7を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る水晶振動子1の製造方法について説明する。ここで、図6は、本発明の第1実施形態に係る水晶振動子1の製造方法を示すフローチャートであり、図7は、水晶片と枠体との間をエッチングする場合の溶解の様子を示す断面図である。なお、本明細書では、ウエハ状態でパッケージングを行うウエハレベルパッケージング技術を適用して水晶振動子を製造する方法を例として説明する。また、以下では、複数の水晶振動子1に個片化する前の状態における構成要素のうち、個片化した後の状態と同一の構成要素は、説明の便宜上同一の用語及び符号を用いて説明する。
まず、第1基板を用意する(S10)。第1基板は、複数の水晶振動素子100を形成するための基板である。本実施形態において、第1基板は例えばATカットされた人工水晶により構成された水晶基板である。
次に、フォトリソグラフィー及びウェットエッチングにより第1基板に水晶片110、枠体120、連結部材111a,111b及び貫通部113a,113bを形成する(S20)。本実施形態においては、水晶片110の主面112,114の長辺がZ´軸と平行となり、短辺がX軸と平行となり、水晶片110の厚みがY´軸と平行となるように、複数の水晶振動素子100を配置する。具体的には、第1基板にマスクを形成し、ウェットエッチングにより第1基板を溶解することにより、水晶片110、枠体120、連結部材111a,111b及び貫通部113a,113bを形成する。
ここで、水晶基板は結晶異方性を有するため、溶解の速度が結晶方位に応じて異なる。具体的には、水晶基板の主面の法線方向(すなわち、水晶基板の厚み方向)に加工したい場合、Y´X平面と平行な断面においては、溶解が当該法線と平行に進行しやすいが、Y´Z´平面と平行な断面においては、マスクの開口部の下側において溶解が当該法線方向には進行せず、Z´軸方向に傾いて進行する。例えば、図7に示されるように、仮に水晶片10と枠体20との間に貫通部を設けたい場合、Y´軸方向の両側の主面からエッチングを開始すると、エッチングは水晶基板の主面との成す角がθ度である傾斜面30a,30bを形成するように進行する。例えばATカットのカット角が35度の場合は、当該角度θは約35度である。水晶のY軸を法線にもつ傾斜面30a,30bは、Z´軸およびX軸を法線にもつ面に比べて、エッチングレートが低い。そのため、傾斜面30a,30bの溶解の進行が遅くなり、Z´軸方向に溶解が進行することとなる。
すなわち、図7に示されるように、水晶片10と枠体20との間が貫通する直前における水晶片10と枠体20との間の距離Lは、水晶片10と枠体20の厚みが等しいと仮定した場合の水晶基板の厚みをHとすると、L=H/tanθで表される。言い換えると、水晶片10と枠体20との間の距離LがL>H/tanθを満たさなければ貫通部は形成されない。従って、仮に水晶片と枠体との間のほぼ全周にわたって貫通部を設けようとすると、水晶片のZ´軸方向の両端部における水晶片と枠体との距離LはL>H/tanθを満たすこととなり、当該貫通部を設けない構成に比べて、水晶片と枠体との間の距離が長くなる。すなわち、水晶振動素子の小型化を優先すると水晶片の面積が小さくなり、水晶片の面積の確保を優先すると水晶振動素子の外形が大きくなるという問題がある。
一方、本実施形態においては、ウェットエッチングの溶解が法線方向に進行しやすい方向には貫通部113a,113bを設け、当該溶解が傾斜する方向には貫通部を設けずに水晶基板の厚みを薄くするに留め、水晶片110と枠体120との間の連結部材111a,111bとして残す。すなわち、本実施形態においては、連結部材111a,111bのZ´軸方向の長さをそれぞれL1、L2とし(図4参照)、水晶片110の厚みをH1とすると、L1<H1/tanθ及びL2<H1/tanθが成立する。これにより、水晶片の面積を適切に確保しつつ、水晶振動素子100の小型化を図ることができる。
図6に戻り、スパッタリングによって導電性材料を成膜し、励振電極130,140及び引出電極132,142を形成する(S30)。引出電極132,142の形成位置については、上述の水晶振動素子100と同様であるため説明を省略する。
次に、第2基板及び第3基板を用意する(S40)。第2基板は、複数のリッド部材200を形成するための基板であり、第3基板は、複数のベース部材300を形成するための基板である。なお、第2基板及び第3基板は、例えばATカットされた人工水晶により構成された水晶基板である。
次に、第1基板の上面(水晶片110に励振電極130が形成された側)に第2基板を接合し、第1基板の下面(水晶片110に励振電極140が形成された側)に第3基板を接合し、積層部材を得る(S50)。すなわち、第3基板、第1基板及び第2基板を、この順番でY´軸方向に積層し接合する。この際、第1基板の枠体120の上面又は下面における全周に第2基板及び第3基板が接合される。このように、第2基板及び第3基板を接合することにより、第1基板における複数の水晶片110が封止される。なお、第1基板、第2基板及び第3基板のいずれもが水晶基板である場合、分子間力による接合力が高まり、封止性が向上する。
次に、積層部材を切り出して、複数の個片を得る(S60)。ダイシング又はワイヤーカットなどによって積層部材をY´軸方向に切り出し、水晶振動子ごとに個片化する。
その後、各個片に外部電極を形成する(S70)。水晶振動子の端面及び底面に、例えばスパッタ法、真空蒸着法又はめっき法を適宜組み合わせて外部電極を形成する。外部電極を形成することにより、水晶振動子の実装性が確保される。
このような製造方法により、上述の通り振動特性の劣化を抑制しつつ小型化を図ることができる水晶振動子1を製造することができる。また、第1基板において、水晶片110の主面112,114の長辺がZ´軸に平行となり、短辺がX軸に平行となるように水晶振動素子100を配置することにより、エッチングの異方性を利用して貫通部113a,113b及び連結部材111a,111bの傾斜部を形成することができる。従って、簡易な製造工程により、振動を水晶片110に閉じ込めつつ小型化が可能な水晶振動素子100を形成することができる。
なお、ウェットエッチングの代わりにドライエッチングによれば、水晶基板の主面の法線方向に沿ってエッチングすることもできるが、ドライエッチングはウェットエッチングに比べてエッチングレートが低く、かつ平面内にウエハを1枚ずつ並べて加工する必要がある。すなわち、ウェットエッチングによれば、ドライエッチングによる場合に比べて短時間で水晶基板を加工することができ、かつ量産性に優れる。なお、ドライエッチングによる加工の適用を排除する意図ではない。
次に、図8を参照しつつ、本発明の第2実施形態に係る水晶振動素子を説明する。ここで、図8は、本発明の第2実施形態に係る水晶振動素子500の断面図であり、具体的には、図4と同様の断面視において引出電極が異なる態様を示す図である。以下の説明においては、上述した第1実施形態と異なる点について述べる。
図8に示されるように、本実施形態に係る水晶振動素子500は、図4に示される水晶振動素子100に比べて、引出電極が引き出される方向が異なる。具体的には、励振電極130に電気的に接続された引出電極532は、連結部材111bの上面116bを経由して、枠体120のZ´軸負方向側の外側面に至るまで引き出されている。また、励振電極140に電気的に接続された引出電極542は、連結部材111aの下面118aを経由して、枠体120のZ´軸正方向側の外側面に至るまで引き出されている。このように、引出電極が引き出される方向は、図4に示される引出電極132,142の方向に限られない。
上述の構成においても、水晶振動素子500は水晶振動素子100と同様の効果を得ることができる。
次に、図9を参照しつつ、本発明の第3実施形態に係る水晶振動素子を説明する。ここで、図9は、本発明の第3実施形態に係る水晶振動素子600の断面図であり、具体的には、図4と同様の断面視において水晶片が異なる態様を示す図である。
図4に示される水晶振動素子100においては、水晶片110が平板状をなしているが、図9に示される水晶振動素子600においては、水晶片610がメサ形状をなしている。具体的には、水晶片610は、X軸方向及びZ´軸方向の中央を含む中央部615と、XZ´平面の平面視において当該中央部615の周辺に位置し、当該中央部615より厚みが薄い周辺部617とを含む。水晶片610の中央部615は、Y´軸正方向側の主面612(第1主面)と、Y´軸負方向側の主面614(第2主面)を有する。また、水晶片610は全体として、主面612側又は主面614側から見た平面視において、Z´軸に平行な一対の長辺及びX軸に平行な一対の短辺を有する。
連結部材611a,611bは、図4に示される連結部材111a,111bと同様に、水晶片610のZ´軸方向の両端部における上記一対の短辺、すなわち、水晶片610の周辺部617と連結部材611a,611bとの境界、から、当該短辺の幅を保ちつつZ´軸方向に延在して水晶片610と枠体120とを連結する。また、中央部615の主面612には励振電極630が形成され、主面614には励振電極640が形成されている。さらに、励振電極630に電気的に接続された引出電極632と、励振電極640に電気的に接続された引出電極642がそれぞれ形成されている。なお、連結部材611aの上面616a及び下面618a、連結部材611bの上面616b及び下面618b、励振電極630,640、並びに引出電極632,642の構成は、それぞれ、図4に示される連結部材111aの上面116a及び下面118a、連結部材111bの上面116b及び下面118b、励振電極130,140、並びに引出電極132,142の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。このように、水晶片の形状は厚みが一様な平板状に限られず、厚みが異なる領域を有していてもよい。
上述の構成により、水晶振動素子600は、連結部材611a,611bの厚みが、水晶片610における周辺部617の厚みよりも薄い部分を有し、水晶振動素子100と同様の効果を得ることができる。また、水晶振動素子600においては、水晶片610がメサ形状をなすことにより、水晶振動素子100に比べて振動の閉じ込めの強度が増し、振動特性が向上する。
なお、周辺部617は、主面612の平面視において中央部615の四方を囲むように全周辺に位置していてもよい。あるいは、周辺部617は水晶片610のZ´軸方向の両端部に位置し、X軸方向の両端部においては中央部615が当該両端に至るまで延在していてもよい。
上述の水晶振動子は、例えばタイミングデバイスに適用されてもよく、あるいは荷重センサに適用されてもよい。水晶振動子が、長辺方向(Z´軸方向)の荷重を計測する荷重センサとして用いられた場合、計測に係わる長辺方向においては水晶片が連結部材を介して枠体120と連結され、計測に係わらない短辺方向(X軸方向)においては、水晶片と枠体との間に貫通部が設けられることとなる。従って、荷重の計測の感度を維持しつつ、枠体から水晶片に伝わる短辺方向の応力等の外乱による影響を低減できる。
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。水晶振動素子100(500,600)は、水晶片110と、励振電極130,140と、水晶片110を囲む枠体120と、水晶片110と枠体120を連結する連結部材111a,111bと、を備え、連結部材111a,111bは、それぞれ、水晶片110の短辺の幅で水晶片110から枠体120に延在しており、連結部材111a,111bの少なくとも一方の厚みが、水晶片110における励振電極130と励振電極140とが対向する領域の厚みよりも薄い部分を有する。これにより、水晶振動素子100(500,600)は、水晶片110のZ´軸方向の両端部に貫通部を設ける必要が無いため、例えば従来構成に比べて水晶片110の面積を適切に確保することができる。また、連結部材111a,111bの厚みが、それぞれ、水晶片110の厚みより薄い部分を有するため、振動を水晶片110の内部に閉じ込めることができる。従って、振動特性の劣化を抑制しつつ水晶振動子の小型化を図ることができる。さらに、連結部材111a,111bが、それぞれ、水晶片110の短辺の幅で枠体120に連結されることにより、従来構成に比べて外部からの衝撃に対する強度が向上する。
また、水晶振動素子600における水晶片610は、中央部615と、中央部615の周辺に位置する周辺部617と、を含み、中央部615の厚みは、周辺部617の厚みより厚く、連結部材611a,611bの少なくとも一方の厚みが、水晶片610の周辺部617の厚みよりも薄い部分を有する。このように、水晶片610がメサ形状をなすことにより、水晶振動素子100に比べて振動の閉じ込めの強度が増し、振動特性が向上する。
また、水晶振動素子100(500,600)は、励振電極130,140とそれぞれ電気的に接続され、連結部材111a,111bの一方を経由して枠体120の外側面に至るまで引き出された引出電極132,142を備える。これにより、ビア電極を形成することなく、励振電極130,140を外部の電極と電気的に接続することができる。従って、ビア電極を備える構成に比べて製品の接続信頼性が向上する。
また、水晶振動素子100(500,600)において、連結部材111aの下面118aは、水晶片110から枠体120に向かって、主面114に対して上方向に傾斜する傾斜部を有し、連結部材111bの上面116bは、水晶片110から枠体120に向かって、主面112に対して下方向に傾斜する傾斜部を有する。これにより、水晶片110と連結部材111a,111bの厚み、及び連結部材111a,111bと枠体120の厚みが、両者の境界において異なる。従って、水晶片110における振動が連結部材111a,111bを介して枠体120側に漏れ出ることが抑制される。
また、連結部材111aの上面116a及び連結部材111bの下面118bの形状は、特に限定されないが、例えば連結部材111aの上面116aは、水晶片110から枠体120に向かって、主面112に対して上方向に傾斜するとともに枠体120の上面122に至るまで延在する傾斜部を有し、連結部材111bの下面118bは、水晶片110から枠体120に向かって、主面114に対して下方向に傾斜するとともに枠体120の下面124に至るまで延在する傾斜部を有していてもよい。
また、水晶振動素子100(600)において、連結部材111aの上面116aにおける水晶片110との境界付近における傾斜角は、連結部材111aの下面118aにおける水晶片110との境界付近における傾斜角に比べて小さく、連結部材111bの下面118bにおける水晶片110との境界付近における傾斜角は、連結部材111bの上面116bにおける水晶片110との境界付近における傾斜角に比べて小さく、引出電極132は、連結部材111aの上面116aを経由して枠体120の上面側のZ´軸方向の外側面に至るまで引き出され、引出電極142は、連結部材111bの下面118bを経由して枠体120の下面側のZ´軸方向の外側面に至るまで引き出されている。これにより、引出電極132,142が直角に引き出されることが回避される。従って、引出電極の熱収縮や応力の集中による断線の可能性を低減させることができる。
なお、枠体の厚みは特に限定されないが、例えば枠体120の厚みは、水晶片110の励振電極130と励振電極140とが対向する領域の厚みと同一であるか、又は当該厚みよりも厚くなっていてもよい。また、連結部材111aの下面118a及び連結部材111bの上面116bは、例えば枠体120の内側面と直交するように接続されていてもよい。
また、水晶振動素子100(500,600)は、水晶片110と、励振電極130,140と、水晶片110を囲む枠体120と、水晶片110と枠体120を連結する連結部材111a,111bと、を備え、連結部材111a,111bは、それぞれ、水晶片110の短辺の幅で水晶片110から枠体120に延在しており、水晶片110のX軸方向の両端部と枠体120との間において、水晶片110及び連結部材111a,111bのZ´軸方向の長さにわたってそれぞれ貫通部113a,113bが形成され、連結部材111aの上面及び下面は、それぞれ、水晶片110から枠体120に向かって上側に向かって傾斜する傾斜部を有し、連結部材111bの上面及び下面は、それぞれ、水晶片110から枠体120に向かって下側に向かって傾斜する傾斜部を有する。これにより、水晶振動素子100(500,600)は、水晶片110のZ´軸方向の両端部に貫通部を設ける必要が無いため、例えば従来構成に比べて水晶片110の面積を適切に確保することができる。また、連結部材111a,111bの上面及び下面が、それぞれ傾斜部を有することにより、連結部材111a,111bの厚みが、水晶片110の厚みより薄い部分を有するため、振動を水晶片110の内部に閉じ込めることができる。従って、振動特性の劣化を抑制しつつ水晶振動子の小型化を図ることができる。さらに、連結部材111a,111bが、それぞれ、水晶片110の短辺の幅で枠体120に連結されることにより、従来構成に比べて外部からの衝撃に対する強度が向上する。
また、連結部材の形状は特に限定されないが、例えば連結部材111a,111bのそれぞれの上面及び下面が、湾曲形状を有していてもよい。具体的には、例えば、連結部材111aの上面116aの傾斜部は、下側に向かって凹んだ湾曲形状をなし、連結部材111aの下面118aの傾斜部は、上側に向かって凹んだ湾曲形状をなし、連結部材111bの上面116bの傾斜部は、下側に向かって凹んだ湾曲形状をなし、連結部材111bの下面118bの傾斜部は、上側に向かって凹んだ湾曲形状をなしていてもよい。
また、水晶振動素子100(500,600)は、ATカットされた水晶により構成され、水晶片110の長辺はZ´軸と平行であり、短辺はX軸と平行であり、厚みはY´軸と平行である。これにより、水晶振動素子100(500,600)をウェットエッチングにより加工すれば、エッチングの異方性を利用して貫通部113a,113b及び連結部材111a,111bを形成することができる。従って、簡易な製造工程により、水晶振動素子100(500,600)を形成することができる。
また、水晶振動素子100(500,600)においては、連結部材111aのZ´軸方向の長さをL1とし、連結部材111bのZ´軸方向の長さをL2とし、水晶片110における励振電極130と励振電極140とが対向する領域の厚みをH1とし、水晶振動素子のカット角をθとすると、L1<H1/tanθ及びL2<H1/tanθが成立する。これにより、水晶片110の面積を適切に確保しつつ、水晶振動素子の小型化を図ることができる。
また、水晶振動子1は、例えば、水晶振動素子100(500,600)と、枠体120に接合されたリッド部材200及びベース部材300と、を備える。これにより、水晶片110及び連結部材111a,111bが、空間の内部に封止される。
また、水晶振動子1は、水晶振動素子100(500,600)及びベース部材300の端面に形成され、励振電極130,140とそれぞれ電気的に接続された外部電極410,420,430,440をさらに備える。これにより、水晶振動子1の外部との電気的導通を図るとともに実装性を確保することができる。
また、水晶振動子1において、リッド部材200及びベース部材300はATカットされた水晶により構成されている。これにより、接着剤やガラス接合材などの接合部材を用いることなく、ベース部材300、水晶振動素子100(500,600)及びリッド部材200を互いに直接接合することができる。
また、水晶振動素子100(500,600)の製造方法は、(a)ATカットされた水晶により構成された第1基板を用意すること、(b)第1基板をウェットエッチングすることにより、互いに対向する主面112,114を有する水晶片110と、水晶片110を囲む枠体120と、水晶片110のZ´軸方向の両端部において水晶片110と枠体120とを連結する連結部材111a,111bと、を形成すること、及び(c)主面112に励振電極130を形成し、主面114に励振電極140を形成すること、を含み、上記(b)において、水晶片110のX軸方向の両端部を枠体120から離し、連結部材111a,111bを、それぞれ、水晶片110の一対の短辺から当該短辺の幅で枠体120に至るまで延在させ、連結部材111a,111bの少なくとも一方の厚みの少なくとも一部を、水晶片110における励振電極130と励振電極140とが対向する領域の厚みよりも薄くすること、を含む。これにより、エッチングの異方性を利用して、貫通部113a,113b及び連結部材111a,111bを形成することができる。従って、簡易な製造工程により、水晶振動素子100(500,600)を形成することができる。
また、水晶振動素子100(500,600)において、連結部材111a,111bは、それぞれ、上面と下面を有し、上記(b)において、第1基板をウェットエッチングすることにより、連結部材111aの下面118aに、水晶片110から枠体120に向かって、主面114に対して上方向に傾斜する傾斜部を形成し、連結部材111bの上面116bに、水晶片110から枠体120に向かって、主面112に対して下方向に傾斜する傾斜部を形成する。これにより、エッチングの異方性を利用して、水晶片110と連結部材111a,111bの厚み、及び連結部材111a,111bと枠体120の厚みを、両者の境界において異ならせることができる。従って、水晶片110における振動が連結部材111a,111bを介して枠体120側に漏れ出ることが抑制される。
また、水晶振動素子100(500,600)において、枠体120は上面122と下面124を有し、例えば上記(b)において、第1基板をウェットエッチングすることにより、連結部材111aの上面116aに、水晶片110から枠体120に向かって、主面112に対して上方向に傾斜するとともに枠体120の上面122に至るまで延在する傾斜部を形成し、連結部材111bの下面118bに、水晶片110から枠体120に向かって、主面114に対して下方向に傾斜するとともに枠体120の下面に至るまで延在する傾斜部を形成してもよい。
また、上記(b)において、連結部材111aの上面116aの水晶片110との境界付近における傾斜角を、連結部材111aの下面118aの水晶片110との境界付近における傾斜角に比べて小さくし、連結部材111bの下面118bの水晶片110との境界付近における傾斜角を、連結部材111bの上面116bの水晶片110との境界付近における傾斜角に比べて小さくし、上記(c)は、励振電極130と電気的に接続され、連結部材111aの上面116aを経由して枠体120の上面側のZ´軸方向の外側面に至るまで引き出された引出電極132と、励振電極140と電気的に接続され、連結部材111bの下面118bを経由して枠体120の下面側のZ´軸方向の外側面に至るまで引き出された引出電極142と、を形成することをさらに含む。これにより、引出電極132,142が直角に引き出されることが回避される。従って、引出電極の熱収縮や応力の集中による断線の可能性を低減させることができる。
また、水晶振動素子100(500,600)の製造方法は、(a)ATカットされた水晶により構成された第1基板を用意すること、(b)第1基板をウェットエッチングすることにより、互いに対向する主面112,114を有する水晶片110と、水晶片110を囲む枠体120と、水晶片110のZ´軸方向の両端部において水晶片110と枠体120とを連結する連結部材111a,111bと、水晶片110のX軸方向の両端部と枠体120との間において、水晶片110及び連結部材111a,111bのZ´軸方向の長さにわたってそれぞれ設けられた貫通部113a,113bと、を形成すること、及び(c)主面112に励振電極130を形成し、主面114に励振電極140を形成すること、を含み、上記(b)において、主面112,114を、Y´軸方向において、枠体120の上面122と下面124との間に位置させ、連結部材111aの上面116a及び下面118aに、それぞれ、水晶片110から枠体120に向かってY´軸方向における上側に向かって上がっていく傾斜部を形成し、連結部材111bの上面116b及び下面118bに、それぞれ、水晶片110から枠体120に向かってY´軸方向における下側に向かって下がっていく傾斜部を形成する。これにより、エッチングの異方性を利用して、貫通部113a,113b及び連結部材111a,111bを形成することができる。従って、簡易な製造工程により、水晶振動素子100(500,600)を形成することができる。
また、水晶振動子1の製造方法は、例えば、水晶振動素子100(500,600)の製造方法を含み、(d)リッド部材200を形成するための第2基板を用意すること、(e)ベース部材300を形成するための第3基板を用意すること、(f)励振電極130側において枠体120にリッド部材200が接合されるように、第1基板と第2基板を接合すること、及び(g)励振電極140側において枠体120にベース部材300が接合されるように、第1基板と第3基板を接合すること、をさらに含んでいてもよい。
なお、以上説明した各実施形態においては、ATカットされた水晶振動素子の一例として、水晶片がZ´軸に平行な長辺及びX軸に平行な短辺を有する態様を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えばZ´軸に平行な短辺及びX軸に平行な長辺を有するATカットされた水晶振動素子であってもよい。あるいは、ATカットとは異なる例えばBTカット等の水晶基板を有する水晶振動素子を用いてもよい。
なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更/改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
1 水晶振動子
100,500,600 水晶振動素子
110,610 水晶片
111a,111b,611a,611b 連結部材
113a,113b 貫通部
120 枠体
130,140,630,640 励振電極
132,142,532,542,632,642 引出電極
200 リッド部材
300 ベース部材
410,420,430,440 外部電極

Claims (24)

  1. 互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、前記第1主面側又は前記第2主面側から見た平面視において、第1方向に沿って延びる一対の長辺及び前記第1方向に交差する第2方向に沿って延びる一対の短辺を有する、本体部と、
    前記第1主面に設けられた第1励振電極と、
    前記第2主面に前記第1励振電極と対向して設けられた第2励振電極と、
    前記本体部を囲む枠部であって、前記本体部の前記第2方向の両端部において当該両端部から離れて設けられた、枠部と、
    前記本体部の前記一対の短辺の一方から、当該短辺の幅で前記第1方向に沿って延在し、前記本体部と前記枠部とを連結する第1連結部と、
    前記本体部の前記一対の短辺の他方から、当該短辺の幅で前記第1方向に沿って延在し、前記本体部と前記枠部とを連結する第2連結部と、
    を備え、
    前記本体部、前記枠部、前記第1連結部及び前記第2連結部は水晶により形成され、
    前記第1方向及び前記第2方向と交差する第3方向に沿った厚みにおいて、前記第1連結部及び前記第2連結部の少なくとも一方の厚みが、前記本体部における前記第1励振電極と前記第2励振電極とが対向する領域の厚みよりも薄い部分を有する、
    水晶振動素子。
  2. 前記本体部は、前記第1主面側又は前記第2主面側から見た平面視において、前記第1方向及び前記第2方向における中央を含む中央部と、前記中央部の周辺に位置する周辺部と、を含み、
    前記第3方向に沿った厚みにおいて、前記中央部の厚みは、前記周辺部の厚みより厚く、
    前記第1連結部及び前記第2連結部の少なくとも一方の厚みが、前記本体部における前記周辺部の厚みよりも薄い部分を有する、
    請求項1に記載の水晶振動素子。
  3. 前記第1励振電極と電気的に接続され、前記第1連結部又は前記第2連結部のいずれか一方を経由して前記枠部の外側面に至るまで引き出された第1引出電極と、
    前記第2励振電極と電気的に接続され、前記第1連結部又は前記第2連結部のいずれか他方を経由して前記枠部の外側面に至るまで引き出された第2引出電極と、
    をさらに備える、
    請求項1又は2に記載の水晶振動素子。
  4. 前記第1連結部及び前記第2連結部は、それぞれ、前記第1主面側の上面と、前記第2主面側の下面と、を有し、
    前記第1連結部の前記下面は、前記本体部から前記枠部に向かって、前記第2主面に対して上方向に傾斜する傾斜部を有し、
    前記第2連結部の前記上面は、前記本体部から前記枠部に向かって、前記第1主面に対して下方向に傾斜する傾斜部を有する、
    請求項3に記載の水晶振動素子。
  5. 前記枠部は、前記本体部の前記第1主面側の上面と、前記本体部の前記第2主面側の下面と、を有し、
    前記第1連結部の前記上面は、前記本体部から前記枠部に向かって、前記第1主面に対して上方向に傾斜するとともに前記枠部の前記上面に至るまで延在する傾斜部を有し、
    前記第2連結部の前記下面は、前記本体部から前記枠部に向かって、前記第2主面に対して下方向に傾斜するとともに前記枠部の前記下面に至るまで延在する傾斜部を有する、
    請求項4に記載の水晶振動素子。
  6. 前記第1連結部の前記上面における前記本体部の前記第1方向の一方側の短辺に接続された部分の傾斜角は、前記第1連結部の前記下面における前記本体部の前記第1方向の一方側の短辺に接続された部分の傾斜角に比べて小さく、
    前記第2連結部の前記下面における前記本体部の前記第1方向の他方側の短辺に接続された部分の傾斜角は、前記第2連結部の前記上面における前記本体部の前記第1方向の他方側の短辺に接続された部分の傾斜角に比べて小さく、
    前記第1引出電極は、前記第1連結部の前記上面を経由して前記枠部の前記上面側の前記第1方向の外側面に至るまで引き出され、
    前記第2引出電極は、前記第2連結部の前記下面を経由して前記枠部の前記下面側の前記第1方向の外側面に至るまで引き出された、
    請求項5に記載の水晶振動素子。
  7. 前記枠部における前記第3方向に沿った厚みは、前記本体部における前記第1励振電極と前記第2励振電極とが対向する領域の厚みと同一であるか、又は当該厚みよりも厚くなっており、
    前記第1連結部の前記下面は、前記枠部の内側面と直交するように接続され、
    前記第2連結部の前記上面は、前記枠部の内側面と直交するように接続された、
    請求項6に記載の水晶振動素子。
  8. 互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、前記第1主面側又は前記第2主面側から見た平面視において、第1方向に沿って延びる一対の長辺及び前記第1方向に交差する第2方向に沿って延びる一対の短辺を有する、本体部と、
    前記第1主面に設けられた第1励振電極と、
    前記第2主面に前記第1励振電極と対向して設けられた第2励振電極と、
    前記本体部を囲むように位置する内側面と、前記第1方向及び前記第2方向と交差する第3方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面と、を有する枠部と、
    前記本体部の前記一対の短辺の一方と前記枠部の前記内側面とを連結するようにして当該短辺の幅で前記第1方向に沿って延在し、前記第3方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面を有する第1連結部と、
    前記本体部の前記一対の短辺の他方と前記枠部の前記内側面とを連結するようにして当該短辺の幅で前記第1方向に沿って延在し、前記第3方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面を有する第2連結部と、
    を備え、
    前記本体部の前記第2方向の両端部と前記枠部との間において、前記本体部、前記第1連結部及び前記第2連結部の前記第1方向の長さにわたってそれぞれ第1貫通部及び第2貫通部が形成され、
    前記第1主面及び前記第2主面は、前記第3方向において、前記枠部の前記上面と前記下面との間に位置し、
    前記第1連結部の前記上面及び前記下面は、それぞれ、前記本体部から前記枠部に向かって前記第3方向における上側に向かって傾斜する傾斜部を有し、
    前記第2連結部の前記上面及び前記下面は、それぞれ、前記本体部から前記枠部に向かって前記第3方向における下側に向かって傾斜する傾斜部を有する、
    水晶振動素子。
  9. 前記第1連結部及び前記第2連結部のそれぞれの前記上面及び前記下面は、湾曲形状を有する、
    請求項8に記載の水晶振動素子。
  10. 前記第1連結部の前記上面の前記傾斜部は、前記第3方向における下側に向かって凹んだ湾曲形状をなし、
    前記第1連結部の前記下面の前記傾斜部は、前記第3方向における上側に向かって凹んだ湾曲形状をなし、
    前記第2連結部の前記上面の前記傾斜部は、前記第3方向における下側に向かって凹んだ湾曲形状をなし、
    前記第2連結部の前記下面の前記傾斜部は、前記第3方向における上側に向かって凹んだ湾曲形状をなす、
    請求項9に記載の水晶振動素子。
  11. 前記第1連結部の前記下面は、前記枠部の前記内側面と直交するように接続され、
    前記第2連結部の前記上面は、前記枠部の前記内側面と直交するように接続された、
    請求項8から10のいずれか一項に記載の水晶振動素子。
  12. 前記本体部は、前記第1主面側又は前記第2主面側から見た平面視において、前記第1方向及び前記第2方向における中央を含む中央部と、前記中央部の周辺に位置する周辺部と、を含み、
    前記第3方向に沿った厚みにおいて、前記中央部の厚みは、前記周辺部の厚みより厚い、
    請求項8から11のいずれか一項に記載の水晶振動素子。
  13. 前記第1励振電極と電気的に接続され、前記本体部の前記第1主面及び前記第1連結部の前記上面を経由して前記枠部の外側面に至るまで引き出された第1引出電極と、
    前記第2励振電極と電気的に接続され、前記本体部の前記第2主面及び前記第2連結部の前記下面を経由して前記枠部の外側面に至るまで引き出された第2引出電極と、
    をさらに備える、
    請求項8から12のいずれか一項に記載の水晶振動素子。
  14. 前記水晶振動素子は、水晶の結晶軸であるX軸、Y軸、Z軸のうち、Y軸及びZ軸をX軸の周りにY軸からZ軸の方向に所定の角度回転させた軸をそれぞれY´軸及びZ´軸とした場合に、前記X軸及び前記Z´軸によって特定される面を前記第1主面及び前記第2主面とするATカットされた水晶により構成され、
    前記第1方向は前記Z´軸と平行であり、前記第2方向は前記X軸と平行であり、前記第3方向は前記Y´軸と平行である、
    請求項1から13のいずれか一項に記載の水晶振動素子。
  15. 前記第1連結部の前記第1方向の長さをL1とし、前記第2連結部の前記第1方向の長さをL2とし、前記本体部における前記第1励振電極と前記第2励振電極とが対向する領域の前記第3方向の長さをH1とし、前記所定の角度をθとすると、L1<H1/tanθ及びL2<H1/tanθが成立する、
    請求項14に記載の水晶振動素子。
  16. 請求項1から15のいずれか一項に記載された水晶振動素子と、
    前記本体部の前記第1主面及び前記第2主面の一方側において前記枠部に接合されたリッド部材と、
    前記本体部の前記第1主面及び前記第2主面の他方側において前記枠部に接合されたベース部材と、
    を備える、水晶振動子。
  17. 前記水晶振動子は、
    前記水晶振動素子及び前記ベース部材の端面に形成され、前記第1励振電極及び前記第2励振電極とそれぞれ電気的に接続された外部電極をさらに備える、
    請求項16に記載の水晶振動子。
  18. 前記リッド部材及び前記ベース部材がATカットされた水晶により構成された、
    請求項17に記載の水晶振動子。
  19. (a)水晶の結晶軸であるX軸、Y軸、Z軸のうち、Y軸及びZ軸をX軸の周りにY軸からZ軸の方向に所定の角度回転させた軸をそれぞれY´軸及びZ´軸とした場合に、前記X軸及び前記Z´軸によって特定される面を主面とするATカットされた水晶により構成された第1基板を用意すること、
    (b)前記第1基板をウェットエッチングすることにより、
    互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、前記第1主面側又は前記第2主面側から見た平面視において、前記Z´軸方向に沿って延びる一対の長辺及び前記X軸方向に沿って延びる一対の短辺を有する本体部と、
    前記本体部を囲む枠部と、
    前記本体部の前記Z´軸方向の両端部において前記本体部と前記枠部とを連結する第1連結部及び第2連結部と、を形成すること、及び
    (c)前記第1主面に第1励振電極を形成し、前記第2主面に前記第1励振電極と対向する第2励振電極を形成すること、を含み、
    前記(b)において、
    前記本体部の前記X軸方向の両端部を、前記枠部から離し、
    前記第1連結部を、前記本体部の前記一対の短辺の一方から、当該短辺の幅で前記Z´軸方向に沿って前記枠部に至るまで延在させ、
    前記第2連結部を、前記本体部の前記一対の短辺の他方から、当該短辺の幅で前記Z´軸方向に沿って前記枠部に至るまで延在させ、
    Y´軸方向に沿った厚みにおいて、前記第1連結部及び前記第2連結部の少なくとも一方の厚みの少なくとも一部を、前記本体部における前記第1励振電極と前記第2励振電極とが対向する領域の厚みよりも薄くすること、を含む、
    水晶振動素子の製造方法。
  20. 前記第1連結部及び前記第2連結部は、それぞれ、前記第1主面側の上面と、前記第2主面側の下面と、を有し、
    前記(b)において、前記第1基板をウェットエッチングすることにより、
    前記第1連結部の前記下面に、前記本体部から前記枠部に向かって、前記第2主面に対して上方向に傾斜する傾斜部を形成し、
    前記第2連結部の前記上面に、前記本体部から前記枠部に向かって、前記第1主面に対して下方向に傾斜する傾斜部を形成する、
    請求項19に記載の水晶振動素子の製造方法。
  21. 前記枠部は、前記本体部の前記第1主面側の上面と、前記本体部の前記第2主面側の下面と、を有し、
    前記(b)において、前記第1基板をウェットエッチングすることにより、
    前記第1連結部の前記上面に、前記本体部から前記枠部に向かって、前記第1主面に対して上方向に傾斜するとともに前記枠部の前記上面に至るまで延在する傾斜部を形成し、
    前記第2連結部の前記下面に、前記本体部から前記枠部に向かって、前記第2主面に対して下方向に傾斜するとともに前記枠部の前記下面に至るまで延在する傾斜部を形成する、
    請求項20に記載の水晶振動素子の製造方法。
  22. 前記(b)において、前記第1基板をウェットエッチングすることにより、
    前記第1連結部の前記上面における前記本体部の前記Z´軸方向の一方側の短辺に接続された部分の傾斜角を、前記第1連結部の前記下面における前記本体部の前記Z´軸方向の一方側の短辺に接続された部分の傾斜角に比べて小さくし、
    前記第2連結部の前記下面における前記本体部の前記Z´軸方向の他方側の短辺に接続された部分の傾斜角を、前記第2連結部の前記上面における前記本体部の前記Z´軸方向の他方側の短辺に接続された部分の傾斜角に比べて小さくし、
    前記(c)は、
    前記第1励振電極と電気的に接続され、前記第1連結部の前記上面を経由して前記枠部の前記上面側の前記Z´軸方向の外側面に至るまで引き出された第1引出電極と、
    前記第2励振電極と電気的に接続され、前記第2連結部の前記下面を経由して前記枠部の前記下面側の前記Z´軸方向の外側面に至るまで引き出された第2引出電極と、
    を形成することをさらに含む、
    請求項21に記載の水晶振動素子の製造方法。
  23. (a)水晶の結晶軸であるX軸、Y軸、Z軸のうち、Y軸及びZ軸をX軸の周りにY軸からZ軸の方向に所定の角度回転させた軸をそれぞれY´軸及びZ´軸とした場合に、前記X軸及び前記Z´軸によって特定される面を主面とするATカットされた水晶により構成された第1基板を用意すること、
    (b)前記第1基板をウェットエッチングすることにより、
    互いに対向する第1主面及び第2主面を有し、前記第1主面側又は前記第2主面側から見た平面視において、前記Z´軸方向に沿って延びる一対の長辺及び前記X軸方向に沿って延びる一対の短辺を有する、本体部と、
    前記本体部を囲むように位置する内側面と、前記Y´軸方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面と、を有する枠部と、
    前記本体部の前記一対の短辺の一方と前記枠部の前記内側面とを連結するようにして当該短辺の幅で前記Z´軸方向に沿って延在し、前記Y´軸方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面を有する第1連結部と、
    前記本体部の前記一対の短辺の他方と前記枠部の前記内側面とを連結するようにして当該短辺の幅で前記Z´軸方向に沿って延在し、前記Y´軸方向における上側及び下側にそれぞれ位置する上面及び下面を有する第2連結部と、
    前記本体部の前記X軸方向の両端部と前記枠部との間において、前記本体部、前記第1連結部及び前記第2連結部の前記Z´軸方向の長さにわたってそれぞれ設けられた第1貫通部及び第2貫通部と、を形成すること、及び、
    (c)前記第1主面に第1励振電極を形成し、前記第2主面に前記第1励振電極と対向する第2励振電極を形成すること、を含み、
    前記(b)において、
    前記第1主面及び前記第2主面を、前記Y´軸方向において、前記枠部の前記上面と前記下面との間に位置させ、
    前記第1連結部の前記上面及び前記下面に、それぞれ、前記本体部から前記枠部に向かって前記Y´軸方向における上側に向かって上がっていく傾斜部を形成し、
    前記第2連結部の前記上面及び前記下面に、それぞれ、前記本体部から前記枠部に向かって前記Y´軸方向における下側に向かって下がっていく傾斜部を形成する、
    水晶振動素子の製造方法。
  24. 請求項19から23のいずれか一項に記載の水晶振動素子の製造方法を含み、
    (d)リッド部材を形成するための第2基板を用意すること、
    (e)ベース部材を形成するための第3基板を用意すること、
    (f)前記第1励振電極側において前記枠部に前記リッド部材が接合されるように、前記第1基板と前記第2基板を接合すること、及び、
    (g)前記第2励振電極側において前記枠部に前記ベース部材が接合されるように、前記第1基板と前記第3基板を接合すること、をさらに含む、
    水晶振動子の製造方法。
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