(第一実施形態)
第一実施形態に係る厚みすべり水晶素子120(以下、「厚みすべり」を省略して「水晶素子120」とする。)は、図1〜図3に示したように、安定した機械振動を得ることができ、電子機器等の基準信号を発信するためのものである。水晶素子120は、振動部122および周辺部123からなる水晶片121と、この水晶片121の表面に設けられている金属パターン124と、から構成されている。このとき、金属パターン124は、一対の励振電極部125、一対の引出部126および一対の配線部127から構成されている。
次に、このような水晶素子120を水晶デバイスとして用いる場合、図4および図5に示したように、水晶素子120は、水晶素子120の金属パターン124の一部、具体的には、引出部126が、導電性接着剤140によって基板部110の上面に設けられている搭載パッド111と電気的に接着され、基板部110の上面に実装される。この基板部110の上面に実装された水晶素子120は、基板部110と蓋体130とで形成される空間、具体的には、蓋体130の凹部131内に、収納され気密封止される。このとき、基板部110と蓋体130とは接合部材150により接合されている。基板部110の下面に設けられている外部端子112の所定の二つが基板部110の上面に設けられている搭載パッド111と電気的に接続されており、結果、基板部110の下面に設けられている外部端子112の所定の二つと水晶素子130の金属パターン124とが導電性接着剤140を介して電気的に接続された状態となっている。
水晶片121は、安定した機械振動をする圧電材料が用いられ、例えば、互いに直交しているX軸とY軸とZ軸とからなる結晶軸を有している水晶部材が用いられる。また、水晶片121は、図1および図3に示したように、水晶片121の上面を平面視して、略矩形形状となっており、長辺がX軸と平行となっており、短辺がZ´軸と平行となっている。また、水晶片121は、図1〜図3に示したように、振動部122と、振動部122の縁部に沿って振動部122より上下方向の厚みが薄い周辺部123と、から構成されている。水晶片121は、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって、振動部122および周辺部123が一体的に形成されている。
ここで、図1および図3に示したように、水晶片121の上面を平面視して、水晶片121の一方の短辺の中点M11を通過する垂線を仮想垂線CL11とする。仮想垂線CL11は、水晶片121の長辺と平行になっており、X軸と平行となっている。また、水晶片121の一方の短辺を、一対の引出部126が縁部に沿って並んで設けられている水晶片121の所定の一辺とする。また、この水晶片121の他方の短辺を水晶片121の所定の他の一辺とする。
水晶片121は、水晶片121の上面を平面視して、仮想垂線CL11に対してほぼ線対称となっている。また、水晶片121は、水晶片121の上面を平面視して、水晶片121の中心C11が仮想垂線CL11上に位置している。
ここで、「ほぼ線対称」とは、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により水晶片121を形成しているため、結晶軸との位置関係によってエッチング残渣が生じ完全な線対称とならない。このため、本実施形態では、「ほぼ線対称」とは、水晶片121の上面を平面視したとき、エッチング残渣を含まない水晶片121の外縁となる部分で線対称となっている状態のことを指している。
振動部122は、周辺部123と一体的に形成されている。振動部122は、振動部122の上面および振動部122の下面(振動部122の両主面)が、水晶部材の結晶軸のX軸およびZ軸に平行となっている面を、X軸を中心に、X軸の負の方向を見て反時計回りに回転させた面と平行となっている。振動部122の上面および振動部122の下面は、例えば、水晶部材のX軸およびZ軸に平行な面を、X軸を中心に、X軸の負の方向を見て反時計回りに、30〜50°回転させた面と平行となっている。
ここで、図5に示したように、水晶素子120を水晶デバイスとして用いる場合に、水晶素子120を基板部110に実装したとき、基板部110の上面を向く振動部122の面を振動部122の下面とし、振動部122の下面と反対側を向く振動部122の面を振動部122の上面とする。また、振動部122の上面および振動部122の下面を振動部122の両主面とする。
振動部122は、水晶片121の上面を平面視して、略矩形形状となっており、仮想垂線CL11(水晶片121の一方の短辺の中心M11を通過する一方の短辺の垂線)に対して、線対称となっている。振動部122の中心C12は、水晶片121の上面を平面視して、仮想垂線CL11上に位置しており、水晶片121の中心C11と重ならない位置に位置している。このとき、水晶片121の中心C11が振動部122の中心C12と比較して、水晶片121の一方の短辺側に位置している。従って、水晶片121の上面を平面視して、振動部122の中心C12から一方の短辺までの距離は、水晶片121の中心C11から一方の短辺までの距離と比較して、長くなっている。このような構成にすることで、図5に示したように、水晶素子120を水晶デバイスとして用いる場合、水晶片121の一方の短辺の両端部が導電性接着剤140により接着される状態となるため、導電性接着剤140から振動部121の中心C12までの距離を、水晶片の中心と振動部の中心とが一致している場合と比較して、長くすることができる。このため、導電性接着剤140により接着することによる振動部122の振動阻害を低減させることができ、振動阻害による等価直列抵抗が大きくなるといった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
振動部122は、その両主面に金属パターン124、具体的には、一対の励振電極部125が設けられている。従って、金属パターン124に電圧を印加し水晶片121の一部を振動させる場合、振動部122の一部が最も振動する構成となっている。金属パターン124に電圧が印加されたとき、一対の励振電極部125に挟まれている振動部122の一部には、主振動である厚みすべり振動と副次的な振動である屈曲振動とが生じている。厚みすべり振動は、主力変位がX軸に平行な向きとなっている。屈曲振動は、厚みすべり振動と同じく、主力変位がX軸と平行な向きとなっている。また、屈曲振動は、水晶片121のX軸に平行な向きの長さと関係しており、X軸に平行な向きの長さが小さくなることで、屈曲振動の振動次数が低くなる。一般的に、屈曲振動の振動次数が低い程、厚みすべり振動は、屈曲振動の影響を受けやすくなる。
振動部122は、その外縁に沿って周辺部123(123a,123b)が設けられている。周辺部123は、金属パターン124に電圧を印加したときに振動部122へ振動エネルギーを集中させつつ、水晶素子120を基板部110に実装したときに実装による厚みすべり振動へ影響を低減させるためのものである。周辺部123は、振動部122の縁部に沿って環状に設けられており、その上下方向の厚みが振動部122の上下方向の厚みより薄くなっている。周辺部123は、図1〜図3に示したように、振動部122の外縁に沿って設けられている傾斜部123aと、傾斜部123aの外縁に沿って設けられている平板部123bと、から構成されている。
傾斜部123aは、振動部122の外縁に沿って設けられている。また、傾斜部123aは、その上下方向の厚みが振動部122から平板部123bに向かうにつれて徐々に薄くなっている。傾斜部123aは、結晶軸の軸方向によってエッチングのされやすさが異なることを利用し、振動部122と平板部123bとの間に形成している。このように、振動部122と平板部123bとの間に傾斜部123aを設けることで、導電性接着剤140を用いて水晶素子120を基板部110に実装する際に、平板部123bを導電性接着材140で接着することによる振動部122への影響を低減させることができる。なお、水晶片121の上面を平面視したときの傾斜部123aの幅はすべて同じ幅とはなっておらず、場所によって異なっている。また、傾斜部123aの傾斜角度も、場所によって異なっている。本実施形態の図面では、説明を簡略させるために、水晶片121を平面視したとき、傾斜部123aの幅が同じとなっている状態を図示し、説明している。
水晶片121は、振動部122の両主面に励振電極部125が設けられているので、金属パターン124に電圧を印加したとき、逆圧電効果および圧電効果により励振電極部125に挟まれている部分が最も振動する。このとき、水晶片121は、励振電極部125に挟まれている部分だけでなく、励振電極部125に挟まれている部分から挟まれていない部分へ振動が伝搬している状態、つまり、振動エネルギーが漏れているとなっている。水晶片121は、振動部122と、振動部122より上下方向の厚みが薄い周辺部123と、から構成されているので、金属パターン124に電圧を印加し水晶片121の一部を振動させたときに、振動の状態を、振動部122と周辺部123との境界部分において振動状態を大きく変化させることが可能となる。従って、このような構成にすることで、平板状の水晶片を用いた場合と比較して、振動部122にのみ振動エネルギーが漏れる量を低減させることができる。この結果、このような水晶片121を用いた水晶素子120では、振動エネルギーの漏れにより等価直列抵抗値が大きくなるといった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
水晶片121は、水晶片121の上面を平面視したとき、水晶片121の所定の一辺に平行な振動部122の辺上に、振動部122で生じる屈曲振動の節が位置しており、水晶片121の一方の短辺に平行な振動部122の二辺の距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。別の観点では、水晶片121の上面を平面視したとき、X軸に平行な振動部122の長さが、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、金属パターン124に電圧を印加したとき、振動部122と周辺部123との境界部分に副次的な振動である屈曲振動の節となるようにすることができる。このため、振動部122と周辺部123との境界部分において屈曲振動の反射等の影響を低減させることが可能となり、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性が悪化することを低減させることができる。
また、水晶片121は、水晶片121の上面を平面視したとき、水晶片121の一方の短辺と水晶片121の一方の短辺を向く振動部122の辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、金属パターン124に電圧を印加し、副次的な振動である屈曲振動が水晶片121の一方の短辺にまで生じた場合であっても、水晶片121の一方の短辺に沿った縁部に屈曲振動の節が位置するようにすることができる。このため、水晶片121の一方の短辺に沿った縁部において副次的な振動である屈曲振動の反射等の影響を低減させることが可能となり、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性が悪化することを低減させることができる。また、水晶片121で振動が生じているときの振動エネルギーに着目した場合、水晶片121の一方の短辺に沿った縁部に副次的な振動である屈曲振動の節が位置することは、例えば、副次的な振動である屈曲振動の腹が位置する場合と比較して、屈曲振動の振動エネルギーを振動部122により集中させることができるため、振動部122により大きな振動エネルギーを集中させることができる。さらに、振動部122の縁部に沿って環状に形成されて周辺部123で振動エネルギーをより低減させることもできる。特に、傾斜部123aでの振動エネルギーを低減させることができることにより、傾斜部123aの形状に基く屈曲振動の反射における主振動である厚みすべり振動への影響をより低減させ、電気的特性が悪化することをより低減させることが可能となる。
また、水晶片121は、水晶片121の上面を平面視したとき、水晶片121の一方の短辺と水晶片121の一方の短辺を向く振動部122の辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、金属パターン124に電圧を印加し、副次的な振動である屈曲振動が水晶片121の一方の短辺にまで生じた場合であっても、水晶片121の一方の短辺に沿った縁部に屈曲振動の節が位置するようにすることができる。このため、このような水晶片121を水晶デバイスとして用いる場合、水晶片121の一方の短辺の両端部が導電性接着剤140で接着されることとなるので、金属パターン124に電圧を印加したときに、副次的な振動である屈曲振動により導電性接着剤140に加わる応力を低減させることが可能となる。この結果、導電性接着剤140に応力が加わることによる導通不良を低減させることができる。
また、水晶片121は、水晶片121の上面を平面視したとき、水晶片121の所定の一辺と、所定の一辺に平行な所定の他の一辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。つまり、水晶片121は、水晶片121の上面を平面視したとき、水晶片121の短辺間の距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、金属パターン124に電圧を印加し、副次的な振動である屈曲振動が水晶片121の短辺にまで生じた場合であって、水晶片121の端部に屈曲振動の節となるようにすることができる。このため、水晶片121の端部(水晶片121の短辺に沿った縁部)において、屈曲振動の反射等の影響を低減させることが可能となり、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性が悪化することを低減させることができる。
また、水晶片121は、水晶片121の上面を平面視して、振動部121の中心C12と、水晶片121の所定の一辺に平行な振動部122の辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、金属パターン124に電圧を印加し、副次的な振動である屈曲振動が生じた場合、水晶片121の所定の一辺に平行な振動部122の辺に沿った縁部および振動部122の中心C12の中心付近に、屈曲振動の節となるようにすることができる。金属パターン124に電圧を印加したとき、金属パターン124に挟まれている部分、具体的には、励振電極部125に挟まれている振動部122の部分が最も振動する構成となっているので、主振動である厚みすべり振動は、励振電極部125に挟まれている振動部122の部分が最も振動することとなっているので、振動部122の中心C12の中心付近に屈曲振動の節となる位置に設けることにより、副次的な振動である屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減させることが可能となる。この結果、副次的な振動である屈曲振動の影響で、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることができる。
ここで、水晶片121の各寸法について説明する。水晶片121は、平面視して、略矩形形状となっており、長辺の寸法が、0.5〜3.2mmとなっており、短辺の寸法が、0.2〜2.5mmとなっている。振動部122は、平面視して、略矩形形状となっており、水晶片121の長辺に平行な寸法(X軸に平行な寸法)が、0.3〜2.7mmとなっており、水晶片121の短辺に平行な寸法(Z´軸に平行な寸法)が0.2〜2.4mmとなっている。また、振動部122は、その上下方向の厚みが、30〜167μmとなっている。周辺部123の一部である平板部23bは、その上下方向の厚みが、27.30〜151.82μmとなっている。
ここで、このような水晶片121の形成方法について説明する。このような水晶片121の形成方法は、例えば、水晶ウエハ用意工程、第一エッチング工程および第二エッチング工程から構成される。水晶ウエハ用意工程では、まず、互いに直交しているX軸とY軸とZ軸とからなる結晶軸を有した水晶ウエハを用意する。このとき、水晶ウエハの上下方向の厚みは、振動部122の上下方向の厚みとなっている。また、水晶ウエハのカットアングルは、水晶ウエハの両主面が振動部122の両主面と同じアングルとなるようになっている。従って、水晶ウエハの主面は、X軸とZ軸とに平行になっている面を、X軸を中心に、X軸の負の方向を見て反時計回りに所定の角度回転させた面と平行となっている。第一エッチング工程では、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術が用いられる。まず、所定の水晶ウエハウエハの両主面上に保護金属膜が設けられ、この保護金属膜上に感光性レジストが塗付され、所定のパターンに露光、現像される。その後、所定のエッチング溶液に浸漬させ、露出している水晶ウエハをエッチングする。最後に、水晶ウエハに残っている感光性レジストおよび保護金属膜を剥離させる。このとき、水晶ウエハは、平面視して略矩形形状の水晶板の一部が水晶ウエハに連結された状態となっている。第二エッチング工程では、第一エッチング工程後の水晶ウエハの両主面に保護金属膜を設け、保護金属膜上に感光性レジストを塗布し、所定のパターンに露光、現像する。その後、所定のエッチング溶液に浸漬させ、水晶ウエハをエッチングする。このとき、水晶ウエハの水晶片121となる部分の周辺部123となる部分がエッチングされ、振動部122と周辺部123とからなる水晶片121の一部が水晶ウエハに連結された状態となっている。このようにすることで、水晶片121となる部分の一部が連結されている水晶ウエハを形成することができる。なお、ここでは、第二エッチング工程で周辺部123となる部分をエッチングし水晶片121となる部分を形成しているが、第一エッチン工程で周辺部123となる部分をエッチングしてもよい。
このような水晶片121に設けられている金属パターン124は、水晶片121の外部から電圧を印加するためのものである。金属パターン124は、励振電極部125、引出部126および配線部127から構成されている。金属パターン124は、一層となっていてもよいし、複数の金属層が積層されていてもよい。金属パターン124は、特に図示しないが、例えば、第一金属層と、第一金属層上に積層されている第二金属層と、からなる。第一金属層は、水晶と密着性のよい金属が用いられ、例えば、ニッケル、クロム、ニクロムまたはチタンのいずれか一つが用いられる。水晶と密着性のよい金属を用いることで、水晶に密着しにくい金属材料を第二金属層に用いることが可能となる。第二金属層は、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低く、安定した金属材料が用いられる。第二金属層は、例えば、金、金を含む合金、銀、銀を含む合金のいずれか一つが用いられる。このように、金属材料の中で比較的、電気抵抗率が低い金属材料を用いることで、金属パターン124自身の電気抵抗を低くすることができ、この結果、水晶素子120の等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。また、安定した金属材料を用いることで、水晶素子120の周囲の環境と反応、具体的には、酸化または硫化し、反応により金属パターン124の重さが変化し、水晶素子120の周波数が変化することを低減させることが可能となる。
励振電極部125は、振動部122に電圧を印加するためのものである。励振電極部125は、一対となっており、振動部122の両主面に互いに対向するように設けられている。従って、一対の励振電極部125に電圧が印加されると、一対の励振電極部125に挟まれている振動部122の一部分が最も振動することとなる。特に、主振動である厚みすべり振動は、水晶素子120を平面視して、励振電極部125の中心C13で最も振動変位が大きくなっている。
励振電極部125は、水晶素子120の上面を平面視して、略矩形形状となっている。また、励振電極部125の大きさは、振動部122の上面の大きさより小さくなっており、振動部122の一部が露出した状態となっている。
励振電極部125の中心C13は、水晶素子120の上面を平面視して、仮想垂線CL11(水晶片121の所定の一辺の中点M11を通過する所定の一辺の垂線)上に位置しつつ、振動部122の中心C12と重なる位置に位置している。従って、励振電極部125の中心C13は、水晶素子120の上面を平面視したとき、水晶片121の中心C11とは重なる位置に位置しておらず、励振電極部125の中心C13から水晶片121の所定の一辺までの距離が水晶片121の中心C11から水晶片121の所定の一辺までの距離と比較して長くなるように位置している。このような構成にすることで、水晶片121の一方の短辺の両端部を導電性接着剤140で接着し、水晶素子120を水晶デバイスとして用いる場合、最も振動変位の大きい励振電極部125の中心を導電性接着剤140で接着される部分から離れるようにすることができる。この結果、導電性接着剤140による影響、具体的には、導電性接着剤140で接触することによる主振動である厚みすべり振動への振動阻害を低減させることができ、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
励振電極部125は、水晶素子120の上面を平面視して、仮想垂線CL11(水晶片121の一方の短辺の中点M11を通過する一方の短辺の垂線)に対し、線対称となっている。このような構成にすることで、励振電極部125に電圧を印加したとき、励振電極部125に蓄えられる電荷も仮想垂線CL11に対し線対称となり、励振電極部125に挟まれている振動部122の一部を振動させるための振動エネルギーを仮想垂線CL11に対し線対称に分布させることができる。このため、励振電極部125に電圧を印加したとき、振動バランス(振動の状態)を仮想垂線CL11に対し線対称となるように分布させることができ、印加する電圧に対し効率よく振動させることができ、等価直列抵抗値が大きくなるといった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
引出部126は、水晶素子120を水晶デバイスとして用いる場合、基板部110に実装するためのものである。引出部126は、水晶素子120を水晶デバイスとして用いる場合、基板部110の上面に設けられている搭載パッド111に、導電性接着剤140により接着されている。引出部126は、一対となっており、水晶片121の下面の所定の一辺の縁部に沿って二つ並んで設けられている。また、引出部126は、水晶素子120の下面を平面視したとき、略矩形形状となっている。
配線部127は、励振電極部125と引出部126とを電気的に接続するためのものである。配線部127は、水晶片121の表面に設けられている。
水晶素子120は、水晶素子120の上面を平面視して、水晶片121の所定の一辺に平行な励振電極部125の二辺間の距離が、金属パターン124に電圧を印加したときに振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、水晶片121の所定の一辺に平行な励振電極部125の辺の縁部に、屈曲振動の節となるようにすることができる。従って、金属パターン124に電圧を印加したとき、励振電極部125に挟まれている振動部122の一部と励振電極部125に挟まれていない、つまり、露出している振動部122の一部との境界では、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化しているので、振動状態の変化する境界部分に屈曲振動の節となる部分が位置するようにしている。このため、副次的な振動である屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減させることができ、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
また、水晶素子120は、水晶素子120の上面を平面視したとき、励振電極部125が振動部122の内側に設けられ、振動部122の一部が露出しており、露出している振動部122を挟むように位置している励振電極部125と振動部122の辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、水晶素子120の長辺(X軸)に平行な向きで水晶素子120を断面視したとき、励振電極部125の縁部および振動部122の縁部を屈曲振動の節となるようにすることができる。従って、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、励振電極部125が設けられている部分と励振電極部125が設けられていない部分の境界部分、および、振動部122と周辺部123との境界部分に、屈曲振動の節となる部分が位置することとなる。このため、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、励振電極部125が設けられている部分と励振電極部125が設けられていない部分の境界部分、および、振動部122と周辺部123との境界部分において、副次的な振動による屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減することが可能となる。この結果、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
また、水晶素子120は、水晶素子120の上面を平面視したとき、引出部126が略矩形形状となっており、所定の一辺に平行な引出部126の二辺のうち振動部122側に位置している引出部126の一辺と、所定の一辺に平行な振動部122の二辺のうち引出部126側に位置している振動部122の一辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。言い換えると、水晶素子120は、水晶素子120の上面を平面視したとき、水晶片121の所定の一辺に平行な辺であって、振動部122側を向く引出部126の辺と引出部126側を向く振動部122の辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、水晶素子120を水晶デバイスとて用いる場合に、引出部126が導電性接着剤140で接着されるので、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する、引出部126が設けられている平板部123bと引出部126が設けられていない平板部123bとの境界部分に、屈曲振動の節となる位置がくるようにすることができる。従って、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、引出部126が設けられている部分と引出部126が設けられていない部分の境界部分の境界部分に、屈曲振動の節となる部分が位置することとなる。このため、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、引出部126が設けられている平板部123bと引出部126が設けられていない平板部123bとの境界部分において、副次的な振動による屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減することが可能となる。この結果、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
ここで、第一実施形態では、図3に示したように、水晶素子120を平面視して、水晶片121の所定の一辺に平行な振動部122の二辺間の距離を第一距離D11とする。また、水晶素子120の上面を平面視して、水晶片121の所定の一辺と、所定の一辺に平行な振動部122の二辺のうち所定の一辺側に位置している振動部122の一辺との距離を第二距離D12とする。また、水晶素子120の上面を平面視して、水晶片121の所定の一辺と、所定の一辺に平行な所定の他の一辺との距離を第三距離D13とする。また、水晶素子120の下面を平面視して、引出部126が略矩形形状となっており、所定の一辺に平行な引出部126の二辺のうち振動部122側に位置している引出部126の一辺と、所定の一辺に平行な振動部122の二辺のうち引出部126側に位置している振動部122の一辺との距離を第四距離D14とする。また、水晶素子120の上面を平面視して、水晶片121の中心C11が振動部122の中心C12より水晶片121の所定の一辺側に位置しており、振動部122の中心C12と水晶片121の所定の一辺に平行な振動部122の辺との距離を第五距離D15とする。また、水晶片121の所定の一辺に平行な励振電極部125の二辺間の距離を第六距離D16とする。また、水晶素子120を平面視して、励振電極部125が振動部122の内側に設けられ、振動部122の一部が露出しており、露出している振動部122を挟むように位置している励振電極部125と振動部122の辺との距離を第七距離D17とする。
第一実施形態に係る水晶素子120は、略直方体形状の振動部122と、振動部122の縁部に沿って振動部122の縁部に沿って振動部122より上下方向の厚みが薄い周辺部123とから構成され、平面視して略矩形形状の水晶片121と、振動部122に設けられている一対の励振電極部125と、水晶片121の所定の一辺に沿って並んで設けられている一対の引出部126と、励振電極部125と引出部126とを電気的に接続している配線部127と、からなる水晶素子120であって、水晶素子120を平面視して、水晶片121の所定の一辺に平行な振動部122の辺上に、振動部122で生じる屈曲振動の節が位置しており、水晶片121の所定の一辺に平行な振動部122の二辺間の距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。言い換えると、第一距離D11が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このような構成にすることで、引出部126および配線部127を介して励振電極部125に電圧を印加したとき、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、振動部122と周辺部123との境界部分に、屈曲振動の節となる部分が位置するようにすることとなる。従って、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、振動部122と周辺部123との境界部分において、副次的な振動である屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減させることができ、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶素子120は、水晶素子120の上面を平面視して、水晶片121の所定の一辺と、所定の一辺に平行な振動部122の二辺のうち所定の一辺側に位置している振動部122の一辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。言い換えると、第二距離D12が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。つまり、第一実施形態に係る水晶素子120は、水晶素子120の上面を平面視して、水晶片121の所定の一辺と、水晶片121の所定の一辺に近接している振動部122の一辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このような構成にすることで、引出部126および配線部127を介して励振電極部125に電圧を印加したとき、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、水晶片121の所定の一辺の縁部に、屈曲振動の節となる部分が位置するようにすることができる。従って、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、水晶片121の所定の一辺の縁部において、副次的な振動である屈曲振動が水晶片121の側面に反射し、厚みすべり振動へ与える影響を低減させることができ、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶素子120は、水晶素子120の上面を平面視して、水晶片121の所定の一辺と、所定の一辺に平行な所定の他の一辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。言い換えると、第三距離D13が振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このような構成にすることで、引出部126および配線部127を介して励振電極部125に電圧を印加したとき、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、水晶片121の所定の一辺および所定の他の一辺(水晶片121のZ´軸に平行な二辺)の縁部に、屈曲振動の節となる部分が位置するようにすることができる。従って、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、水晶片121の所定の一辺および水晶片121の所定の他の一辺(水晶片121のZ´軸に平行な二辺)の縁部において、副次的な振動である屈曲振動が水晶片121の側面で反射し、厚みすべり振動へ与える影響を低減させることができ、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶素子120は、水晶素子120の下面を平面視して、引出部126が略矩形形状となっており、所定の一辺に平行な引出部126の二辺のうち振動部122側に位置している引出部126の一辺と、所定の一辺に平行な振動部122の二辺のうち引出部126側に位置している振動部122の一辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。言い換えると、第四距離D14が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。
前述したように、第一実施形態に係る水晶素子120は、水晶デバイスとして用いる場合、水晶片121の下面の所定の一辺に並んで設けられている一対の引出部126が導電性接着剤140により接着されることとなる。従って、第一実施形態に係る水晶素子120は、水晶デバイスとして用いる場合、引出部126が設けられている平板部123bの一部分と引出部126が設けられていない平板部123bの一部分との境界において、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化することとなる。このため、前述したように、所定の一辺に平行な引出部126の二辺のうち振動部122側に位置している引出部126の一辺と、所定の一辺に平行な振動部122の二辺のうち引出部126側に位置している振動部122の一辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍とすることで、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する境界部分、具体的には、引出部126が設けられている平板部123bと引出部126が設けられていない平板部123bとの境界部分に、屈曲振動の節となる位置がくるようにすることができる。従って、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、引出部126が設けられている部分と引出部126が設けられていない部分の境界部分に、屈曲振動の節となる部分が位置することとなる。このため、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、引出部126が設けられている平板部123bと引出部126が設けられていない平板部123bとの境界部分において、副次的な振動による屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減することが可能となる。この結果、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶素子120は、水晶素子120の上面を平面視して、水晶片121の中心C11が振動部122の中心C12より水晶片121の所定の一辺側に位置しており、振動部122の中心C12と水晶片121の所定の一辺に平行な振動部122の辺との距離が振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。言い換えると、第五距離D15が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このように、水晶素子120の上面を平面視して、水晶片121の中心C11が振動部122の中心C12より水晶片121の所定の一辺側に位置させることで、水晶片121の上面を平面視して、振動部122の中心C12から一方の短辺までの距離は、水晶片121の中心C11から一方の短辺までの距離と比較して、長くすることができる。このため、第一実施形態に係る水晶素子120を水晶デバイスとして用いる場合、水晶片121の一方の短辺の両端部が導電性接着剤140により接着される状態となるため、導電性接着剤140から振動部121の中心C12までの距離を、水晶片の中心と振動部の中心とが一致している場合と比較して、長くすることができる。この結果、導電性接着剤140により接着することによる振動部122の振動阻害を低減させることができ、振動阻害による等価直列抵抗が大きくなるといった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶素子120は、水晶片121の上面を平面視して、振動部121の中心C12と、水晶片121の所定の一辺に平行な振動部122の辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、金属パターン124に電圧を印加し、副次的な振動である屈曲振動が生じた場合、水晶片121の所定の一辺に平行な振動部122の辺に沿った縁部および振動部122の中心C12の中心付近に、屈曲振動の節となるようにすることができる。金属パターン124に電圧を印加したとき、金属パターン124に挟まれている部分、具体的には、励振電極部125に挟まれている振動部122の部分が最も振動する構成となっているので、主振動である厚みすべり振動は、励振電極部125に挟まれている振動部122の部分が最も振動することとなっているので、振動部122の中心C12の中心付近に屈曲振動の節となる位置に設けることにより、副次的な振動である屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減させることが可能となる。この結果、副次的な振動である屈曲振動の影響で、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることができる。
また、第一実施形態に係る水晶素子120は、水晶素子120の上面を平面視して、励振電極部125が略矩形形状となっており、水晶片121の所定の一辺に平行な励振電極部125の二辺間の距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。言い換えると、第六距離D16が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、水晶片121の所定の一辺に平行な励振電極部125の辺の縁部に、屈曲振動の節となるようにすることができる。つまり、金属パターン124に電圧を印加したとき、励振電極部125に挟まれている振動部122の一部と励振電極部125に挟まれていない、つまり、露出している振動部122の一部との境界では、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化しているので、振動状態の変化する境界部分に屈曲振動の節となる部分が位置するようにしている。このため、副次的な振動である屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減させることができ、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
また、第一実施形態に係る水晶素子120は、水晶素子120を平面視して、励振電極部125が振動部122の内側に設けられ、振動部122の一部が露出しており、露出している振動部122を挟むように位置している励振電極部125と振動部122の辺との距離が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。言い換えると、第七距離D17が、振動部122で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、水晶素子120の長辺(X軸)に平行な向きで水晶素子120を断面視したとき、励振電極部125の縁部および振動部122の縁部を屈曲振動の節となるようにすることができる。従って、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、励振電極部125が設けられている部分と励振電極部125が設けられていない部分の境界部分、および、振動部122と周辺部123との境界部分に、屈曲振動の節となる部分が位置することとなる。このため、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、励振電極部125が設けられている部分と励振電極部125が設けられていない部分の境界部分、および、振動部122と周辺部123との境界部分において、副次的な振動による屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減することが可能となる。この結果、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
(第二実施形態)
第二実施形態に係る水晶素子220は、図6および図8に示したように、水晶素子220の上面を平面視したとき、励振電極部225の中心C23と振動部222の中心C22とが重なっていない点で第一実施形態と異なる。
第二実施形態に係る水晶片221は、図6〜図8に示したように、第一実施形態と同様に、振動部222および周辺部223から構成されている。
第二実施形態に係る金属パターン224は、励振電極部225、引出部226および配線部227から構成されている。引出部226および配線部227は、第一実施形態と同様の構成となっておいる。
励振電極部225は、振動部222に電圧を印加するためのものである。励振電極部225は、一対となっており、振動部222の両主面に互いが対向するように設けられている。従って、一対の励振電極部225に電圧が印加されると、一対の励振電極部225に挟まれている振動部222の一部分が最も振動することとなる。特に、主振動である厚みすべり振動は、水晶素子220を平面視して、励振電極部225の中心C23で最も振動変位が大きくなっている。
励振電極部225は、水晶素子220の上面を平面視して、略矩形形状となっている。このとき、水晶素子220の上面を平面視して、水晶片221の所定の一辺に平行な励振電極部225の二辺間の距離が、金属パターン224に電圧を印加したとき振動部222で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、水晶片221の所定の一辺に平行な励振電極225の辺の縁部に、屈曲振動の節となる部分が位置するようにすることができる。つまり、金属パターン224に電圧を印加したとき、励振電極部225に挟まれている振動部222の一部と励振電極部225で挟まれていない振動部222の一部(露出している振動部222の一部)との境界部分では、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化しているので、振動状態が変化する境界部分に屈曲振動の節となる部分を位置するようにすることができる。このため、副次的な振動である屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減させることができ、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
また、励振電極部225の大きさは、振動部222の上面の大きさより小さくなっており、振動部222の一部が露出した状態となっている。このとき、露出している振動部222を挟むように位置している励振電極部225と振動部222の辺の距離が、振動部222で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、水晶素子220の長辺(X軸)に平行な向きで水晶素子220を断面視したとき、励振電極部225の縁部および振動部222の縁部を屈曲振動の節となるようにすることができる。従って、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、励振電極部225が設けられている部分と励振電極部225が設けられていない部分の境界部分、および、振動部222と周辺部223との境界部分に、屈曲振動の節となる部分が位置することとなる。このため、主振動である厚みすべり振動の振動状態が変化する部分、具体的には、励振電極部225が設けられている部分と励振電極部225が設けられていない部分の境界部分、および、振動部222と周辺部223との境界部分において、副次的な振動による屈曲振動が主振動である厚みすべり振動へ与える影響を低減することが可能となる。この結果、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
また、励振電極部225の中心C23は、水晶素子220の上面を平面視して、仮想垂線CL21(水晶片221の所定の一辺の中点M21を通過する所定の一辺の垂線)上に位置しつつ、振動部222の中心C22と異なる位置に位置している。このとき、振動部222の中心C22は、励振電極部225の中心C23より水晶片221の所定の一辺側に位置している。従って、励振電極部225の中心C23から水晶片221の所定の一辺までの距離が振動部222の中心C22から水晶片221の所定の一辺までの距離と比較して長くなっている。このため、水晶片221の一方の短辺の両端部を導電性接着材で接着し、水晶素子220を水晶デバイスとして用いる場合、最も振動変位が大きい励振電極部225の中心C23を導電性接着材で接着される部分から離れるようにすることができる。この結果、導電性接着剤による影響、具体的には、導電性接着剤で接触されたことによる主振動である厚みすべり振動への振動阻害を低減させることができ、等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることが可能となる。
このとき、水晶素子220を平面視して、振動部222の中心C22と励振電極部225の中心C23との距離が、振動部222で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、励振電極部225の中心C23および振動部222の中心C22に屈曲振動の節となる部分を位置するようにすることができる。前述したように、金属パターン224に電圧を印加したとき、主振動である厚みすべり振動の振動変位は励振電極部225の中心C23付近が最も大きいため、励振電極部225の中心C23に屈曲振動の節となる位置にすることで、副次的な振動である屈曲振動が主振動である厚みすべり振動への影響を低減させることが可能となる。この結果、この結果、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
励振電極部225は、水晶素子220の上面を平面視して、仮想垂線CL21(水晶片221の一方の短辺の中点M21を通過する一方の短辺の垂線)に対し、線対称となっている。このような構成にすることで、励振電極部225に電圧を印加したとき、励振電極部225に蓄えられる電荷も仮想垂線CL21に対し、線対称となっているので、励振電極部225に挟まれている振動部222の一部を振動させるための振動エネルギーを仮想垂線CL21に対し線対称に分布させることができる。このため、励振電極部225に電圧を印加したとき、振動バランス(振動の状態)を仮想垂線CL21に対し線対称となるように分布させることができ、印加する電圧に対し効率よく振動させることができ、等価直列抵抗値が大きくなるといった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。
ここで、第二実施形態では、図8に示したように、水晶素子220を平面視して、水晶片221の所定の一辺に平行な振動部222の二辺間の距離を第一距離D21とする。また、水晶素子220の上面を平面視して、水晶片221の所定の一辺と、所定の一辺に平行な振動部222の二辺のうち所定の一辺側に位置している振動部222の一辺との距離を第二距離D22とする。また、水晶素子220の上面を平面視して、水晶片221の所定の一辺と、所定の一辺に平行な所定の他の一辺との距離を第三距離D23とする。また、水晶素子220の下面を平面視して、引出部226が略矩形形状となっており、所定の一辺に平行な引出部226の二辺のうち振動部222側に位置している引出部226の一辺と、所定の一辺に平行な振動部222の二辺のうち引出部226側に位置している振動部222の一辺との距離を第四距離D24とする。また、水晶素子220の上面を平面視して、水晶片221の中心C21が振動部222の中心C22より水晶片221の所定の一辺側に位置しており、振動部222の中心C22と水晶片221の所定の一辺に平行な振動部222の辺との距離を第五距離D25とする。また、水晶片221の所定の一辺に平行な励振電極部225の二辺間の距離を第六距離D26とする。また、水晶素子220を平面視して、励振電極部225が振動部222の内側に設けられ、振動部222の一部が露出しており、露出している振動部222を挟むように位置している励振電極部225と振動部222の辺との距離を第七距離D27とする。また、水晶素子220を平面視して、振動部222の中心C22が、励振電極部225の中心C23より水晶片221の所定の一辺側に位置しており、励振電極部225の中心C23と水晶片221の所定の一辺に平行な振動部222の辺との振動部222の中心C22と励振電極部225の中心C23の距離を第八距離D28とする。
第二実施形態では、第一距離D21、第二距離D22、第三距離D23、第四距離D24、第五距離D25、第六距離D26および第七距離D27が、振動部222で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっているので、第一実施形態と同様の効果を奏する。
第二実施形態に係る水晶素子220は、水晶素子220を平面視して、振動部222の中心C22が、励振電極部225の中心C23より水晶片221の所定の一辺側に位置しており、励振電極部225の中心C23と水晶片221の所定の一辺に平行な振動部222の辺との振動部222の中心C22と励振電極部225の中心C23の距離が、振動部222で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。言い換えると、第八距離D18が、振動部222で生じる屈曲振動の波長の整数倍となっている。このようにすることで、励振電極部225の中心C23および振動部222の中心C22に屈曲振動の節となる部分を位置するようにすることができる。前述したように、金属パターン224に電圧を印加したとき、主振動である厚みすべり振動の振動変位は励振電極部225の中心C23付近が最も大きいため、励振電極部225の中心C23に屈曲振動の節となる位置にすることで、副次的な振動である屈曲振動が主振動である厚みすべり振動への影響を低減させることが可能となる。この結果、この結果、周波数安定度の悪化や等価直列抵抗値の増大といった電気的特性の悪化を低減させることが可能となる。