JP6569874B2 - 水晶振動子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子及びそ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振動子として、厚みすべり振動を主振動とする水晶振動子が広く用いられている。また、水晶振動子の一態様として、厚みすべり振動の振動エネルギーを閉じ込めるために、水晶振動素子の振動部の周辺部を振動部よりも薄くエッチング形成したメサ型構造が知られている（例えば特許文献１参照）。

このようなメサ型構造などの水晶振動子においては、不要振動の発生及びその伝搬を抑制することが重要である。特に、振動エネルギーは、水晶振動素子を保持する導電保持部材を介して伝搬する場合や、導電保持部材で反射して不要振動を水晶振動素子内に発生させる場合があることから、当該導電保持部材への振動漏れを抑制することが要求される。

特開２００８−２３６４３９号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、水晶振動素子を保持する導電保持部材への不要振動の伝搬を抑制し、振動特性の向上を図ることを目的とする。

本発明に係る水晶振動子は、水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｘ軸の回りにＺ軸から所定の角度回転させた軸を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ＡＴカットの水晶基板と、水晶基板に設けられている第１励振電極及び第２励振電極とを含む水晶振動素子と、水晶振動素子が搭載されたベース部材と、水晶振動素子を密封した内部空間を配置するようにベース部材に接続されたリッド部材とを備える。水晶基板は、第１励振電極及び第２励振電極によって励振される振動部と、振動部の外側に設けられ、振動部よりも厚さが薄い周辺部とを含む。振動部の主面にそれぞれ第１及び第２励振電極が設けられている。水晶基板は、第１方向及び第２方向を有し、第１方向及び第２方向のうち一方は長手方向であり他方は短手方向である。振動部は、第１方向における第１辺側に設けられたテーパ側面を有する。テーパ側面は、周辺部と鋭角で接するように傾斜している。第１励振電極に電気的に接続された第１導電保持部材と、第２励振電極に電気的に接続された第２導電保持部材とを介して水晶振動素子がベース部材に搭載されている。第１導電保持部材及び第２導電保持部材が、水晶基板における第１辺側において、テーパ側面と隣接する周辺部の領域を保持する。

上記構成によれば、第１励振電極に電気的に接続された導電保持部材と、第２励振電極に電気的に接続された導電保持部材は、水晶基板における第１辺側において、テーパ側面と隣接する周辺部の領域を保持する。これによれば、導電保持部材に近い位置に設けられたテーパ側面は、周辺部と鋭角で接するように傾斜しているため、不要振動をテーパ側面の鋭角側で分散させることができる。したがって、不要振動が導電保持部材に伝搬することを抑制することができる。よって、共振特性の劣化などの弊害を抑制し、振動周波数の安定化など振動特性の向上を図ることができる。

上記水晶振動子において、第１導電保持部材が、第１延出電極を介して第１励振電極に電気的に接続され、第２導電保持部材が、第２延出電極を介して第２励振電極に電気的に接続され、第１及び第２延出電極の少なくとも一つが、振動部に設けられ周辺部と鈍角で接するように傾斜している他のテーパ側面を通って設けられてもよい。

上記水晶振動子において、水晶基板の第１方向は、長手方向であってＺ´軸と平行な方向であり、水晶基板の第２方向は、短手方向であってＸ軸と平行な方向であり、テーパ側面は、長手方向における第１短辺側に設けられた短辺側テーパ側面であり、第１及び第２導電保持部材が、水晶基板における第１短辺側において、短辺側テーパ側面と隣接する周辺部の領域を保持してもよい。

上記水晶振動子において、第１及び第２励振電極のいずれかの励振電極における第１短辺側の端面は、Ｚ´軸方向において、短辺側テーパ側面と周辺部との境界と一致する位置又は当該境界よりも振動部の内側の位置に設けられてもよい。

上記水晶振動子において、短辺側テーパ側面は、振動部のＺ´軸正方向側の側面であり、第１及び第２導電保持部材が、Ｚ´軸正方向側かつＹ´軸正方向側に設けられてもよい。

上記水晶振動子において、短辺側テーパ側面は、振動部のＺ´軸負方向側の側面であり、第１及び第２導電保持部材が、Ｚ´軸負方向側かつＹ´軸負方向側に設けられてもよい。

上記水晶振動子において、水晶基板の第１方向は、短手方向であってＺ´軸と平行な方向であり、水晶基板の第２方向は、長手方向であってＸ軸と平行な方向であり、テーパ側面は、短手方向における第１長辺側に設けられた長辺側テーパ側面であり、第１及び第２導電保持部材が、水晶基板における第１長辺側において、長辺側テーパ側面と隣接する周辺部の領域を保持してもよい。

上記水晶振動子において、長辺側テーパ側面は、振動部のＺ´軸正方向側の側面であり、第１及び第２導電保持部材が、Ｚ´軸正方向側かつＹ´軸正方向側に設けられてもよい。

上記水晶振動子において、長辺側テーパ側面は、振動部のＺ´軸負方向側の側面であり、第１及び第２導電保持部材が、Ｚ´軸負方向側かつＹ´軸負方向側に設けられてもよい。

本発明の一側面に係る水晶振動子の製造方法は、（ａ）水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｘ軸の回りにＺ軸から所定の角度回転させた軸を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ＡＴカットの水晶基板と、第１及び第２励振電極とを含む水晶を形成すること、（ｂ）水晶導電保持部材をベース部材に搭載すること、（ｃ）水晶導電保持部材を密封した内部空間を配置するようにベース部材にリッド部材を接続することを含み、水晶基板は、振動部と、振動部の外側に設けられ、振動部よりも厚さが薄い周辺部と、を含み、振動部の主面にそれぞれ第１及び第２励振電極が設けられ、水晶基板は、第１方向及び第２方向を有し、第１方向及び第２方向のうち一方は長手方向であり他方は短手方向であり、（ａ）は、振動部に、第１方向における第１辺側に設けられたテーパ側面を形成することを含み、テーパ側面は、周辺部と鋭角で接するように傾斜しており、（ｃ）は、水晶振動素子を、第１励振電極に電気的に接続された第１導電保持部材と、第２励振電極に電気的に接続された第２導電保持部材とを介してベース部材に搭載することを含み、第１及び第２導電保持部材が、水晶基板における第１辺側において、テーパ側面と隣接する周辺部の領域を保持する。

上記構成によれば、第１励振電極に電気的に接続された導電保持部材と、第２励振電極に電気的に接続された導電保持部材は、水晶基板における第１辺側において、テーパ側面と隣接する周辺部の領域を保持する。これによれば、導電保持部材に近い位置に設けられたテーパ側面は、周辺部と鋭角で接するように傾斜しているため、不要振動をテーパ側面の鋭角側で分散させることができる。したがって、不要振動が導電保持部材に伝搬することを抑制することができる。よって、共振特性の劣化などの弊害を抑制し、振動周波数の安定化など振動特性の向上を図ることができる。

上記水晶振動子の製造方法において、第１導電保持部材が、第１延出電極を介して第１励振電極に電気的に接続され、第２導電保持部材が、第２延出電極を介して第２励振電極に電気的に接続され、（ａ）は、第１及び第２延出電極を形成することを含み、第１及び第２延出電極の少なくとも一つが、振動部に設けられ周辺部と鈍角で接するように傾斜している他のテーパ側面を通って設けられてもよい。

上記水晶振動子の製造方法において、（ａ）は、水晶板ウエハを複数の水晶振動子に個片化することを含み、個片化された水晶振動子に第１及び第２励振電極を形成することを含んでもよい。

上記水晶振動子の製造方法において、（ａ）は、水晶板ウエハの複数の領域のそれぞれに第１及び第２励振電極を形成することを含み、第１及び第２励振電極を形成した後に水晶板ウエハを複数の水晶振動素子に個片化することを含んでもよい。

本発明によれば、水晶振動素子を保持する導電保持部材への不要振動の伝搬を抑制し、振動特性の向上を図ることができる。

図１は、本実施形態に係る水晶振動子を示す図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、本実施形態に係る水晶振動子を説明するための概略斜視図である。 図５は、本実施形態に係る水晶振動子を説明するための断面図である。 図６は、本実施形態に係る水晶振動子の製造方法を示すフローチャートである。 図７は、本実施形態の変形例を示す図である。 図８は、本実施形態の変形例を示す図である。 図９は、本実施形態の変形例を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。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３は、本実施形態に係る水晶振動子を説明するための図である。

本実施形態に係る水晶振動素子１００は、水晶基板１０と、水晶基板１０に形成された第１励振電極２０及び第２励振電極３０とを備える。

水晶基板１０は、ＡＴカットで形成された水晶からなる。ＡＴカットの水晶基板１０は、人工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（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）と平行な面を主面として切り出されたものである。ＡＴカット水晶基板を用いた水晶振動子は、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性を有し、また、経時変化特性にも優れている上、低コストで製造することが可能である。また、ＡＴカット水晶振動子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｍｏｄｅ）を主振動として用いられることが多い。温度特性に応じた調整を行うため、ＡＴカットを３５度１５分±１分３０秒から回転軸の方向を所定値（例えば±２分）変更することができる。

図１〜図３に示す例では、水晶基板１０は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有する。水晶基板１０は、図１に示すように、ＸＺ´面において略矩形形状をなしている。なお、図１はＹ´軸正方向側（水晶基板の表面側）の平面図であり、図２はＹ´Ｚ´面に平行な断面図（ＩＩ−ＩＩ線断面図）であり、図３はＸＹ´面に平行な断面図（ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図）である。なお、本実施形態において、長手方向及び短手方向についての結晶軸の方向は限定されるものではなく、例えば、後述するようにＸ軸方向に平行な長手方向とＺ´軸方向に平行な短手方向を有する構成を適用することもできる（後述する図８及び図９参照）。

水晶基板１０は、振動部４０と、振動部４０と厚さが異なる周辺部５０とを有する。振動部４０は、第１励振電極２０及び第２励振電極３０によって励振される部分である。例えば、図２及び図３に示すように、周辺部５０の厚さは振動部４０の厚さよりも薄い。また、周辺部５０は、振動部４０の外側に設けられている。例えば周辺部５０は、振動部４０の全周を囲むように設けられている。あるいは、周辺部５０は、振動部４０の長手方向の外側だけに設けられてもよい。

また、振動部４０には、Ｙ´軸正方向側の第１主面に第１励振電極２０が形成され、Ｙ´軸負方向側の第２主面に第２励振電極３０が形成されている。第１及び第２励振電極２０，３０は、一対の電極として、ＸＺ´面において重なり部分を有している。振動部４０及び周辺部５０の厚さとはＹ´軸方向における距離である。振動部４０は第１及び第２励振電極２０，３０が互いに重なる部分を含み、図２及び図３の例では、振動部４０の厚さは第１及び第２主面との間の距離を指す。仮に振動部４０の厚さが一様ではなく部分的に異なる場合には、周辺部５０は、振動部４０の最も薄い部分の厚さよりも薄い。水晶振動素子１００は、第１励振電極２０及び第２励振電極３０に交番電界を印加されることで、厚みすべり振動するように構成されている。

水晶基板１０には、第１励振電極２０に電気的に接続された延出電極２２と、第２励振電極３０に電気的に接続された延出電極３２とが形成されている。延出電極２２は、図１に示すようにＹ´軸正方向側において水晶基板１０の長手方向のＺ´軸負方向側短辺に向かって延出しており、さらに周辺部５０の側面を通ってＹ´負方向側に至るように延出されている。他方、延出電極３２は、図１に示すようにＹ´軸負方向側において振動部４０のＺ´軸正方向側の短辺を通って、さらに、水晶基板１０の長手方向のＺ´軸負方向側の短辺に向かって延出されている。延出電極２２，３２はいずれも、Ｚ´軸負方向側の短辺に沿って接続電極を有しており、各接続電極には導電保持部材３４０，３４２が設けられている。これにより、水晶振動素子１００を後述するベース部材上に保持するとともに、第１及び第２励振電極２０，３０がＹ´軸負方向側かつＺ´軸負方向側において外部（ベース部材の外部電極）と電気的導通を図ることができるようになっている。

第１及び第２励振電極２０，３０を含む上記各電極は、例えば、下地をクロム（Ｃｒ）層で形成し、クロム層の表面に金（Ａｕ）層を形成してもよく、その材料は限定されるものではない。

次に、水晶基板１０の断面形状と第１及び第２励振電極２０，３０の構成について説明する。

水晶基板１０は、通常ウェットエッチングによって形成される。この場合、水晶基板１０は、ＸＺ´面における平面形状はマスク形状に倣うように形成されるが、ＸＺ´面に垂直な断面形状は、エッチング条件や水晶基板の結晶軸の向きなどに依存して形成されることになり、振動部４０の側面は、周辺部５０と所定の角度をもって接するように形成される。このような断面形状は所定のエッチング時間をかけて水晶基板１０をエッチングすることによって形成することができる。水晶基板１０は、Ｘ軸周りに１８０°回転した回転対称の形状を有しており、振動部４０の側面が傾斜する場合のその角度も回転対称性を有している。

具体的には、図２に示すように、振動部４０は、Ｙ´軸正方向側では、Ｚ´軸正方向側において短辺側テーパ側面４２を有し、他方、Ｚ´軸負方向側において短辺側テーパ側面４４を有する。ここで、短辺側テーパ側面４２は、周辺部５０と鋭角θａ１（例えば３３°以上３８°以下の範囲である。この角度はＡＴカットに回転する前の元のＺ軸に相当する。）で接するように振動部４０の内方向（すなわち、振動部４０のＹ´軸正方向側の第１主面から、Ｚ´軸方向における振動部４０の中心に向かう方向）に傾斜し、短辺側テーパ側面４４は、周辺部５０と鈍角θａ２（例えば１４２°以上１４７°以下の範囲である。この角度はＡＴカットに回転する前の元のＺ軸に相当する。）で接するように振動部４０の外方向（すなわち、振動部４０のＹ´軸正方向側の第１主面から、Ｚ´軸方向における振動部４０の中心から離れる方向）に傾斜している。

また、図２に示すように、振動部４０は、Ｙ´軸負方向側では、Ｚ´軸負方向側において短辺側テーパ側面４６を有し、他方、Ｚ´軸正方向側において短辺側テーパ側面４８を有する。ここで、短辺側テーパ側面４６は、周辺部５０と鋭角θｂ１（Ｘ軸周りに１８０°回転対称であるため、短辺側テーパ側面４２の角度と同様である。）で接するように振動部４０の内方向（すなわち、振動部４０のＹ´軸負方向側の第２主面から、Ｚ´軸方向における振動部４０の中心に向かう方向）に傾斜し、短辺側テーパ側面４８は、周辺部５０と鈍角θｂ２（Ｘ軸周りに１８０°回転対称であるため、短辺側テーパ側面４４の角度と同様である。）で接するように振動部４０の外方向（すなわち、振動部４０のＹ´軸負方向側の第２主面から、Ｚ´軸方向における振動部４０の中心から離れる方向）に傾斜している。

なお、図３に示すように、振動部４０は、Ｙ´軸正方向側及びＹ´軸負方向側において、Ｘ軸正方向側及びＸ軸負方向側に、それぞれ側面４１，４３，４５，４７を有している。これらの側面４１，４３，４５，４７は周辺部５０と略垂直（例えば８５°以上９５°以下の範囲）に近い状態で接する。延出電極３２は、Ｚ´軸の方向に沿って、振動部４０より厚みの薄い周辺部５０のＸ軸正方向側の一方表面に、側面４７から所与の距離を離して配置されている。

本実施形態では、第１励振電極２０に電気的に接続された導電保持部材３４０と、第２励振電極３０に電気的に接続された導電保持部材３４２は、水晶基板１０におけるＺ´軸負方向側において短辺側テーパ側面４６と隣接する周辺部５０の領域を保持する。これによれば、図１及び図２に示すように、導電保持部材３４０，３４２に近い位置に設けられた短辺側テーパ側面４６は、周辺部５０と鋭角で接するように振動部４０の内方向に傾斜しているため、不要振動を短辺側テーパ側面４６の鋭角側で分散させることができる。したがって、不要振動が導電保持部材３４０，３４２に伝搬することを抑制することができる。よって、共振特性の劣化などの弊害を抑制し、振動周波数の安定化など振動特性の向上を図ることができる。

また、上記実施形態では図１〜図３に示すように、水晶基板１０は、Ｚ´軸方向に平行な長手方向と、Ｘ軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有しているため、導電保持部材３４０，３４２に対して不要振動が伝搬され難くなっており、より効果的に不要振動の伝搬を抑制することができる。

また、図２に示すように、第１励振電極２０のＺ´軸正方向側の端面は、Ｚ´軸方向において、短辺側テーパ側面４２と周辺部５０との境界Ｂと一致する位置又は当該境界Ｂよりも振動部４０の内側の位置に設けられていてもよい。図２に示す例では、第１励振電極２０のＺ´軸正方向側の端面は、Ｙ´軸正方向側において境界Ｂよりも距離ｄ２だけ振動部４０の内側に位置している。言い換えれば、図２に示す例では、第１励振電極２０のＺ´軸正方向側の端面は、振動部４０のＹ´軸正方向側の主面の外縁（Ｚ´軸正方向側の外縁）よりも距離ｄ１（ｄ１＞ｄ２）だけ振動部４０の内側に位置している。このような構成によれば、不要振動の発生を抑制することができるため、不要振動が導電保持部材に伝搬することをさらに抑制することができる。

また、第２励振電極３０についても上記第１励振電極２０と同様の構成を有しており、第２励振電極３０のＺ´軸負方向側の端面は、Ｚ´軸方向において、短辺側テーパ側面４６と周辺部５０との境界Ｂ´と一致する位置又は当該境界Ｂ´よりも振動部４０の内側の位置に設けられていてもよい。図２に示す例では、第２励振電極３０のＺ´軸負方向側の端面は、Ｙ´軸負方向側において境界Ｂ´よりも距離ｄ２´だけ振動部４０の内側に位置している。言い換えれば、図２に示す例では、第２励振電極３０のＺ´軸負方向側の端面は、振動部４０のＹ´軸負方向側の主面の外縁（Ｚ´軸負方向側の外縁）よりも距離ｄ１´（ｄ１´＞ｄ２´）だけ振動部４０の内側に位置している。

なお、上記について、第１及び第２励振電極２０，３０は互いに同様の構成を有していてもよい（例えば距離ｄ１＝ｄ１´かつ距離ｄ２＝ｄ２´）。これにより、励振電極の構成も含めて、水晶基板に回転対称性を持たせることができる。あるいは、第１及び第２励振電極２０，３０は、上記距離が異なるなど、互いに異なる構成を有していても構わない。

このように図２に示す例においては、励振電極の端面が、短辺側テーパ側面（長手方向における一方の短辺側に設けられ、かつ、周辺部と鋭角で接するように振動部の内方向に傾斜する側面）と周辺部５０との境界と一致する位置、又は当該境界よりも振動部４０の内側の位置に設けられている。励振電極のうち上記境界を越える部分は、本来の振動に寄与しない部分であるため、このように、励振電極の端面の位置を規制することにより、不要振動の発生に起因する共振特性の劣化を抑制することができる。このような弊害は、小型化が進むとより顕著となるため、本実施形態は、小型の水晶振動素子１００に特に効果的である。また、励振電極の端面が、上記短辺側テーパ側面と周辺部５０との境界Ｂと一致する位置に設けられる場合、振動部４０の両方の主面に形成された各励振電極同士の重なり部を大きくすることができるため、併せて振動効率の向上を図ることができる。また、上記構成によれば、上記励振電極の構成を短辺側テーパ側面に対して適用するため、長辺側テーパ側面に対して適用する場合に比べて、励振電極同士の重なり部分の面積を大きくすることができ、共振特性の劣化を抑制することができる。

なお、上記においては、水晶の結晶軸（Ｘ、Ｙ´、Ｚ´）とその正方向及び負方向の特定は一例にすぎず、水晶振動素子の構成を理解するにあたり限定して解されるべきではない。例えば、水晶の結晶軸（Ｘ、Ｙ´、Ｚ´）をＸ軸の周りに１８０°回転させた水晶基板（各軸の正負方向も逆になる。）も、同様な形状（傾斜角度が１８０°回転した形状となる。）を有するところ、かかる構成に本実施形態で説明した内容を適用してもよい。

次に、図４及び図５を参照して、本実施形態に係る水晶振動子を説明する。ここで、図４は、本実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図であり、図５は図４のＶ−Ｖ線である。なお、図４においては、水晶振動素子１００は簡略化して図示している。

本実施形態に係る水晶振動子１は、上記水晶振動素子１００と、リッド部材２００と、ベース部材３００とを備える。リッド部材２００及びベース部材３００は、水晶振動素子１００を収容するためのケース又はパッケージである。

リッド部材２００は、ベース部材３００の第１面３０２に対向するように開口された凹部２０４を有する。また、リッド部材２００は、凹部２０４の開口縁部２０２を有する。リッド部材２００は、金属材料、絶縁材料又はそれらの複合材料のいずれで形成されてもよい。また、リッド部材２００の外形形状、凹部２０４の形状、あるいは開口縁部２０２の態様はいずれも限定されるものではない。例えば、開口縁部は、凹部開口中心から開口縁に向かって開口縁から突出するフランジ部であってもよい。

ベース部材３００は、略矩形の外形形状を有し、第１面３０２に水晶振動素子１００が設けられる。ベース部材３００は、セラミックで形成されてもよい。図５に示すように、リッド部材２００及びベース部材３００の両者が接合されることによって、水晶振動素子１００が、リッド部材２００の凹部２０４とベース部材３００とによって囲まれた内部空間（キャビティ）２０６に密封封止される。リッド部材２００及びベース部材３００の両者は、所望の接着材料（例えば低融点ガラスや樹脂接着剤など）２１０によって接合されている。また、図５に示すように、水晶振動素子１００は、接続電極（導電保持部材３４０，３４２が設けられている。）が配置された一方端が固定端となるように、リッド部材２００及びベース部材３００に支持され、水晶振動素子１００の他方端が自由端となっている。

図４に示すように、ベース部材３００は、各コーナー部にそれぞれ形成された外部電極３３０，３３２，３３４，３３６を有する。各外部電極３３０〜３３６は、水晶振動素子１００が実装される第１面３０２から、ベース部材３００の側面を通って、ベース部材３００の第２面３０４（第１面３０２と反対の面）にかけて連続して形成されている。より詳細には、ベース部材３００は、それぞれのコーナー部の一部が円筒曲面状（又はキャスタレーション形状）に切断して形成された側面（切り欠き部）を有しており、各外部電極３３０〜３３６は、水晶振動素子１００が実装される第１面３０２から、このような円筒曲面状に切断して形成された側面を通って、ベース部材３００の第２面３０４にかけて連続して形成されている。なお、ベース部材３００のコーナー部の形状は上記に限定されるものではない。

また、ベース部材３００に形成された複数の外部電極３３０〜３３６のうち、いずれか一つの外部電極３３０は、第１面３０２に形成された接続電極３２０に延出電極３２０ａを介して電気的に接続され、他の一つの外部電極３３２は、第１面３０２に形成された接続電極３２２に延出電極３２２ａを介して電気的に接続され、残りの２つの外部電極３３４，３３６は上記接続電極とは電気的に接続されていないダミー電極として構成されている。また、ベース部材３００の接続電極３２０，３２２は、それぞれ導電保持部材３４０，３４２を介して、水晶振動素子１００の接続電極（図１参照）に電気的に接続されている。水晶振動素子１００に電気的に接続された２つの外部電極３３０，３３２は、ベース部材３００の平面視において対向する位置に設けられてもよい。

なお、接続電極及び外部電極について、それらの電極の個数、電極の配置及びパターン形状は特に限定されるものではなく、適宜自由に設計することができる。

こうして、ベース部材３００に外部電極３３０〜３３６が形成されることによって、水晶振動素子１００が設けられた第１面３０２から、水晶振動子１の実装面側である第２面３０４へ、電気的導通を図ることができる。このような水晶振動子１においては、外部電極３３０，３３２を介して、水晶振動素子１００における一対の励振電極の間に交流電圧を印加することにより、厚みすべりモードで水晶基板が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。

本実施形態に係る水晶振動子１によれば、上記した水晶振動素子１００を備えるので、既に説明したとおり振動効率及び振動特性の向上を図ることができる。

次に、図６のフローチャートに基づいて本実施形態に係る水晶振動子の製造方法を説明する。

まず、水晶板ウエハを用意する（Ｓ１０）。具体的には、水晶材料を人工水晶又は天然水晶の原石からＡＴカットの主面を有するウエハ状にカットすることによって水晶板ウエハを形成することができる。水晶板ウエハは、水晶基板１０に対応する複数の領域を有する。

次に、水晶板ウエハにエッチング処理工程及び励振電極の形成工程を行う（Ｓ１１）。具体的には、水晶板ウエハの各面にレジスト（例えばポジ型レジスト）を形成し、レジストを露光及び現像することにより、レジストをマスクとして、水晶材を所定形状にパターニングする。このエッチング工程は複数回行われ、これによって図２及び図３に示すような、水晶基板１０に対応する領域のそれぞれに、振動部４０及び当該振動部４０よりも薄い周辺部５０を形成することができる。このとき、延出電極２２を延出するための周辺部５０の側面も形成する。次に、振動部４０の両方の主面には、メタルパターンをマスクとして、金属膜（例えばＣｒ膜及びＡｕ膜）をスパッタ等で作製することで、第１及び第２励振電極２０，３０、及び、各接続電極を含む延出電極２２，３２（延出電極２２は周辺部５０の側面に延出している）が形成される。また、振動部４０の各側面は、上述したとおり所定のテーパ側面となっている。

そして、水晶板ウエハを複数の水晶振動素子１００に個片化する（Ｓ１２）。その後、個片化された水晶振動素子１００を、導電保持部材３４０，３４２を介してベース部材３００に搭載し（Ｓ１３）、ベース部材３００にリッド部材２００を設け（Ｓ１４）、こうして、水晶振動素子１００を密封した内部空間に配置した水晶振動子１を製造することができる。

なお、本実施形態に係る水晶振動子の製造方法は、上記に限定されるものではなく様々な態様を適用することができる。例えば、エッチング工程及び励振電極の形成工程は、水晶ウエハを個片化する前に行う場合に限らず、水晶板ウエハを個片化した後に行ってもよい。また、水晶板ウエハの個片化は、複数の領域を区画するダイシングラインをダイシングすることによって行ってもよいし、枠体にスリットをまたいで連結された連結部を切り取ることによって行ってもよいし、あるいは両面からのエッチングで貫通穴を形成することによって行ってもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。以下、図７〜図９を参照しつつ、本実施形態の変形例について説明する。なお、以下の説明においては上記内容と異なる点を説明する。

図７は、本実施形態の変形例に係る水晶振動子を説明する図であり、水晶振動素子４００と導電保持部材３５０との位置関係を示している。水晶振動素子４００は、既に説明した図２に示した水晶基板を、水晶の結晶軸（Ｘ、Ｙ´、Ｚ´）をＸ軸の周りに１８０°回転させたものであり、図２の構成とは、導電保持部材３５０が設けられている位置が異なっている。

具体的には、この水晶振動素子４００は、振動部４４０及び周辺部４５０を有し、振動部４４０は、テーパ側面４４２，４４４，４４６，４４８を有している。これらのテーパ側面は、水晶基板の結晶軸の向きなどに依存することは既に説明したとおりであり、各テーパ側面の傾斜の角度等については上記説明した内容を適用することができる。本変形例においては、第１励振電極４２０に電気的に接続された導電保持部材（図示しない）と、第２励振電極４３０に電気的に接続された導電保持部材３５０は、水晶基板４１０におけるＺ´軸正方向側において短辺側テーパ側面４４２と隣接する周辺部４５０を保持しており、本変形例においても、共振特性の劣化などの弊害を抑制し、振動周波数の安定化など振動特性の向上を図ることができる。

図８及び図９は、本実施形態の他の変形例に係る水晶振動子を説明する図であり、具体的には、図８は、水晶振動素子５００におけるＹ´軸正方向側の平面図であり、図９は水晶振動素子５００におけるＹ´Ｚ´面に平行な断面図（ＩＸ−ＩＸ線断面図）である。図８及び図９に示す変形例では、水晶基板５１０は、Ｘ軸方向に平行な長手方向と、Ｚ´軸方向に平行な短手方向と、Ｙ´軸方向に平行な厚さ方向を有する。すなわち、本変形例は、図１及び図２の構成とは、長手方向及び短手方向の結晶軸の採り方が異なっている。

水晶基板５１０は、振動部５４０と、周辺部５５０とを有する。振動部５４０には、Ｙ´軸正方向側の第１主面に第１励振電極５２０が形成され、Ｙ´軸負方向側の第２主面に第２励振電極５３０が形成されている。

水晶基板５１０には、第１励振電極５２０に電気的に接続された延出電極５２２と、第２励振電極５３０に電気的に接続された延出電極５３２とが形成されている。延出電極５２２は、図８に示すようにＹ´軸正方向側において水晶基板５１０の長手方向のＺ´軸負方向側長辺に向かって延出しており、さらに周辺部５５０の側面を通ってＹ´負方向側に至るように延出されている。他方、延出電極５３２は、図８に示すようにＹ´軸負方向側において振動部５４０のＺ´軸正方向側の長辺を通って、さらに、水晶基板５１０の長手方向のＺ´軸負方向側の長辺に向かって延出されている。延出電極５２２，５３２はいずれも、Ｚ´軸負方向側の長辺に沿って接続電極を有しており、各接続電極には導電保持部材３６０，３６２が設けられている。

図９に示すように、振動部５４０は、Ｙ´軸正方向側では、Ｚ´軸正方向側において長辺側テーパ側面５４２を有し、他方、Ｚ´軸負方向側において長辺側テーパ側面５４４を有する。ここで、長辺側テーパ側面５４２は、周辺部５５０と鋭角θ´ａ１（例えば３３°以上３８°以下の範囲である。この角度はＡＴカットに回転する前の元のＺ軸に相当する。）で接するように振動部５４０の内方向（すなわち、振動部５４０のＹ´軸正方向側の第１主面から、Ｚ´軸方向における振動部５４０の中心に向かう方向）に傾斜し、長辺側テーパ側面５４４は、周辺部５５０と鈍角θ´ａ２（例えば１４２°以上１４７°以下の範囲である。この角度はＡＴカットに回転する前の元のＺ軸に相当する。）で接するように振動部５４０の外方向（すなわち、振動部５４０のＹ´軸正方向側の第１主面から、Ｚ´軸方向における振動部５４０の中心から離れる方向）に傾斜している。

また、図９に示すように、振動部５４０は、Ｙ´軸負方向側では、Ｚ´軸負方向側において長辺側テーパ側面５４６を有し、他方、Ｚ´軸正方向側において長辺側テーパ側面５４８を有する。ここで、長辺側テーパ側面５４６は、周辺部５５０と鋭角θ´ｂ１（Ｘ軸周りに１８０°回転対称であるため、長辺側テーパ側面５４２の角度と同様である。）で接するように振動部５４０の内方向（すなわち、振動部５４０のＹ´軸負方向側の第２主面から、Ｚ´軸方向における振動部５４０の中心に向かう方向）に傾斜し、長辺側テーパ側面５４８は、周辺部５５０と鈍角θ´ｂ２（Ｘ軸周りに１８０°回転対称であるため、長辺側テーパ側面５４４の角度と同様である。）で接するように振動部５４０の外方向（すなわち、振動部５４０のＹ´軸負方向側の第２主面から、Ｚ´軸方向における振動部５４０の中心から離れる方向）に傾斜している。

本変形例においても、第１励振電極５２０に電気的に接続された導電保持部材３６０と、第２励振電極５３０に電気的に接続された導電保持部材３６２は、水晶基板５１０におけるＺ´軸負方向側において長辺側テーパ側面５４６と隣接する周辺部５５０の領域を保持する。これによれば、図８及び図９に示すように、振動部５４０の側面のうち、導電保持部材３６０，３６２に近い位置側に設けられた側面は、周辺部５５０と鋭角で接するように振動部５４０の内方向に傾斜した長辺側テーパ側面５４６であるため、長辺側テーパ側面５４６の鋭角側で振動が分散され、導電保持部材３６０，３６２まで振動が漏れ出ることを抑制することができる。したがって共振特性の劣化などの弊害を抑制し、振動周波数の安定化など振動特性の向上を図ることができる。

なお、水晶の結晶軸（Ｘ、Ｙ´、Ｚ´）をＸ軸の周りに１８０°回転させた水晶基板（各軸の正負方向も逆になる。）も、同様な形状（側面の鋭角及び鈍角の形状）を有するところ、かかる構成に本変形例で説明した内容を適用してもよい。言い換えれば、導電保持部材３６０，３６２が、Ｙ´軸正方向側かつＺ´軸正方向側において、長辺側テーパ側面５４２と隣接する周辺部５５０の領域を保持してもよい。

また、上記実施形態では、第１及び第２励振電極が振動部の主面の外縁からギャップ（間隔）を空けて設けられた態様を説明したが、変形例として、第１及び第２励振電極の少なくとも一つが少なくとも一辺において振動部４０の主面の外縁に至るまで拡がって設けられていてもよい。

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
１０ 水晶基板
２０ 第１励振電極
３０ 第２励振電極
４０ 振動部
４２ 短辺側テーパ側面
４６ 短辺側テーパ側面
５０ 周辺部
１００ 水晶振動素子
２００ リッド部材
３００ ベース部材
４００ 水晶振動子
３５０ 導電保持部材
３５２ 導電保持部材
３６０ 導電保持部材
３６２ 導電保持部材
４００ 水晶振動素子
４１０ 水晶基板
４２０ 第１励振電極
４３０ 第２励振電極
４４０ 振動部
４４２ 短辺側テーパ側面
４４６ 短辺側テーパ側面
４５０ 周辺部
５００ 水晶振動素子
５１０ 水晶基板
５２０ 第１励振電極
５３０ 第２励振電極
５４０ 振動部
５４２ 長辺側テーパ側面
５４６ 長辺側テーパ側面
５５０ 周辺部

Claims (11)

1. 水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、前記Ｘ軸の回りに前記Ｚ軸から所定の角度回転させた軸をＺ´軸とした場合、前記Ｘ軸及び前記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ＡＴカットの水晶基板と、前記水晶基板に設けられている第１励振電極及び第２励振電極とを含む水晶振動素子と、
   前記水晶振動素子が搭載されたベース部材と、
   前記水晶振動素子を密封した内部空間を配置するようにベース部材に接続されたリッド部材と
   を備え、
   前記水晶基板は、前記第１励振電極及び前記第２励振電極によって励振される振動部と、当該振動部の外側に設けられ、当該振動部よりも厚さが薄い周辺部とを含み、前記振動部の主面にそれぞれ前記第１及び第２励振電極が設けられ、
   前記水晶基板は、前記Ｚ´軸と平行な方向である第１方向及び前記Ｘ軸と平行な方向である第２方向を有し、前記第１方向及び第２方向のうち一方は長手方向であり他方は短手方向であり、
   前記振動部は、前記第１方向における第１辺側に設けられたテーパ側面を有し、当該テーパ側面は、前記周辺部と鋭角で接するように傾斜しており、
   前記水晶振動素子は、前記第１励振電極に電気的に接続された第１導電保持部材と、前記第２励振電極に電気的に接続された第２導電保持部材とを介して前記ベース部材に搭載され、
   前記第１導電保持部材が、第１延出電極を介して前記第１励振電極に電気的に接続され、
   前記第２導電保持部材が、第２延出電極を介して前記第２励振電極に電気的に接続され、
   前記第１及び第２延出電極のいずれもが、前記振動部に設けられ前記周辺部と鈍角で接するように傾斜している他のテーパ側面を通って設けられ、
   前記第１及び第２導電保持部材が、前記水晶基板における前記第１辺側において、前記テーパ側面と隣接する前記周辺部の領域を保持する、水晶振動子。
2. 前記水晶基板の前記第１方向は、前記長手方向であり、
   前記水晶基板の前記第２方向は、前記短手方向であり、
   前記テーパ側面は、前記長手方向における第１短辺側に設けられた短辺側テーパ側面であり、
   前記第１及び第２導電保持部材が、前記水晶基板における前記第１短辺側において、前記短辺側テーパ側面と隣接する前記周辺部の領域を保持する、請求項１記載の水晶振動子。
3. 前記第１及び第２励振電極のいずれかの励振電極における前記第１短辺側の端面は、前記Ｚ´軸方向において、前記短辺側テーパ側面と前記周辺部との境界と一致する位置又は当該境界よりも前記振動部の内側の位置に設けられた、請求項２記載の水晶振動子。
4. 前記短辺側テーパ側面は、前記振動部のＺ´軸正方向側の側面であり、
   前記第１及び第２導電保持部材が、Ｚ´軸正方向側かつＹ´軸正方向側に設けられた、
   請求項２又は３記載の水晶振動子。
5. 前記短辺側テーパ側面は、前記振動部のＺ´軸負方向側の側面であり、
   前記第１及び第２導電保持部材が、Ｚ´軸負方向側かつＹ´軸負方向側に設けられた、
   請求項２又は３記載の水晶振動子。
6. 前記水晶基板の前記第１方向は、前記短手方向であり、
   前記水晶基板の前記第２方向は、前記長手方向であり、
   前記テーパ側面は、前記短手方向における第１長辺側に設けられた長辺側テーパ側面であり、
   前記第１及び第２導電保持部材が、前記水晶基板における前記第１長辺側において、前記長辺側テーパ側面と隣接する前記周辺部の領域を保持する、請求項１記載の水晶振動子。
7. 前記長辺側テーパ側面は、前記振動部のＺ´軸正方向側の側面であり、
   前記第１及び第２導電保持部材が、Ｚ´軸正方向側かつＹ´軸正方向側に設けられた、
   請求項６記載の水晶振動子。
8. 前記長辺側テーパ側面は、前記振動部のＺ´軸負方向側の側面であり、
   前記第１及び第２導電保持部材が、Ｚ´軸負方向側かつＹ´軸負方向側に設けられた、
   請求項６記載の水晶振動子。
9. （ａ）水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、前記Ｘ軸の回りに前記Ｚ軸から所定の角度回転させた軸をＺ´軸とした場合、前記Ｘ軸及び前記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ＡＴカットの水晶基板と、第１及び第２励振電極とを含む水晶振動素子を形成すること、
   （ｂ）前記水晶振動素子をベース部材に搭載すること、
   （ｃ）前記水晶振動素子を密封した内部空間を配置するようにベース部材にリッド部材を接続すること
   を含み、
   前記水晶基板は、振動部と、当該振動部の外側に設けられ、当該振動部よりも厚さが薄い周辺部とを含み、前記振動部の主面にそれぞれ前記第１及び第２励振電極が設けられ、
   前記水晶基板は、前記Ｚ´軸と平行な方向である第１方向及び前記Ｘ軸と平行な方向である第２方向を有し、前記第１方向及び第２方向のうち一方は長手方向であり他方は短手方向であり、
   前記（ａ）は、前記振動部に、前記第１方向における第１辺側に設けられたテーパ側面を形成することを含み、当該テーパ側面は、前記周辺部と鋭角で接するように傾斜しており、
   前記（ｃ）は、前記水晶振動素子を、前記第１励振電極に電気的に接続された第１導電保持部材と、前記第２励振電極に電気的に接続された第２導電保持部材とを介して前記ベース部材に搭載することを含み、前記第１及び第２導電保持部材が、前記水晶基板における前記第１辺側において、前記テーパ側面と隣接する前記周辺部の領域を保持し、前記第１導電保持部材が、第１延出電極を介して前記第１励振電極に電気的に接続され、前記第２導電保持部材が、第２延出電極を介して前記第２励振電極に電気的に接続され、
   前記（ａ）は、前記第１及び第２延出電極を形成することを含み、前記第１及び第２延出電極のいずれもが、前記振動部に設けられ前記周辺部と鈍角で接するように傾斜している他のテーパ側面を通って設けられている、水晶振動子の製造方法。
10. 前記（ａ）は、水晶板ウエハを複数の前記水晶振動子に個片化することを含み、個片化された前記水晶振動素子に前記第１及び第２励振電極を形成することを含む、請求項９記載の水晶振動子の製造方法。
11. 前記（ａ）は、水晶板ウエハの複数の領域のそれぞれに前記第１及び第２励振電極を形成することを含み、前記第１及び第２励振電極を形成した後に前記水晶板ウエハを複数の前記水晶振動素子に個片化することを含む、請求項９記載の水晶振動子の製造方法。

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