JP7008401B2

JP7008401B2 - 水晶振動素子及び水晶振動デバイス

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Publication number: JP7008401B2
Application number: JP2016232095A
Authority: JP
Inventors: 雅俊湯村; 正彦後藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2036-11-30
Also published as: JP2018088658A

Description

本開示は、圧電振動素子及び圧電振動デバイスに関する。圧電振動デバイスは、例えば、水晶振動子又は水晶発振器である。

水晶振動子又は水晶発振器等に用いられる水晶振動素子は、例えば、板状の水晶片と、水晶片の１対の主面（最も広い面。板状部材の表裏。）に重なる１対の励振電極とを有している。板状の水晶片としては、いわゆるメサ型のものが知られている。メサ型の水晶片は、１対の励振電極が設けられるメサ部と、メサ部よりも薄く、平面視においてメサ部を囲む外周部とを有している。特許文献１では、メサ部の平面形状が楕円とされた水晶振動素子が開示されている。

特開２０１４－３０１１３号公報

特性を向上させることができる圧電振動素子及び圧電振動デバイスが提供されることが望まれる。

本開示の一態様に係る圧電振動素子は、メサ部、及び前記メサ部よりも薄く、かつ平面視において前記メサ部を囲む外周部を有している水晶片と、前記メサ部の両主面に重なっている１対の励振電極と、を有しており、前記外周部の外縁は、１対の長辺及び１対の短辺を有しており、前記メサ部は、平面視において、前記１対の短辺の内側にて前記１対の短辺に沿って延びている１対の短縁と、前記１対の長辺の内側にて前記１対の長辺に沿って延びている１対の長縁と、を有しており、前記１対の短縁は、前記１対の短辺に平行な直線状であり、前記１対の長縁は、平面視において外側に膨らむ形状である。

一例において、前記１対の励振電極それぞれは、平面視において、前記１対の短縁の内側にて前記１対の短縁に沿って延びている１対の第２短縁と、前記１対の長縁の内側にて前記１対の長縁に沿って延びている１対の第２長縁と、を有しており、前記１対の第２短縁は、前記１対の短辺に平行な直線状であり、前記１対の第２長縁は、前記１対の長辺に平行な直線状である。

一例において、前記１対の励振電極それぞれは、平面視において、前記１対の短縁の内側にて前記１対の短縁に沿って延びている１対の第２短縁と、前記１対の長縁の内側にて前記１対の長縁に沿って延びている１対の第２長縁と、を有しており、前記１対の第２短縁は、前記１対の短辺に平行な直線状であり、前記１対の第２長縁は、平面視において外側に膨らむ形状である。

一例において、前記圧電片をその長手方向に伝搬する屈曲振動による定在波の波長をλ_Ｌとしたときに、前記１対の短縁それぞれが、前記長手方向に伝搬する屈曲振動による定在波のいずれかの節から１／８λ_Ｌ未満の範囲に位置している。

一例において、前記圧電片をその短手方向に伝搬する屈曲振動による定在波の波長をλ_Ｗとしたときに、前記１対の長縁それぞれの中央部分が、前記短手方向に伝搬する屈曲振動による定在波のいずれかの節から１／８λ_Ｗ未満の範囲に位置している。

一例において、前記１対の長縁それぞれは、前記１対の短縁に平行で前記１対の短縁からの距離が等しい線を対称軸として線対称な曲線状である。

一例において、前記圧電振動素子は、前記１対の励振電極と接続されている１対の引出電極を更に有しており、前記１対の引出電極それぞれは、前記メサ部から前記長縁及び前記短縁のうち前記短縁のみを経由して前記外周部へ延びている。

本開示の一態様に係る圧電振動デバイスは、上記の圧電振動素子と、前記圧電振動素子をパッケージングしているパッケージと、を有している。

上記の構成によれば、特性を向上させることができる。

第１実施形態に係る水晶振動子の概略構成を示す分解斜視図。図１の水晶振動子の構成を示す、図１のII－II線における断面図。図３（ａ）は図１の水晶振動子の水晶振動素子を示す平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のIIIｂ－IIIｂ線における断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のIIIｃ－IIIｃ線における断面図。第２実施形態に係る水晶振動素子の斜視図。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図面は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。便宜上、層状の部材の表面（すなわち断面でない面）にハッチングを付すことがある。

本開示の水晶振動子又は水晶振動素子は、いずれが上方又は下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜上、図１及び図２の紙面上方（＋Ｙ′軸方向）を上方として上面又は下面等の用語を用いることがある。また、単に平面視又は平面透視という場合においては、特に断りがない限りは、上記のように便宜的に定義した上下方向において見ることをいうものとする。

＜第１実施形態＞
（水晶振動子の全体構成）
図１は、本開示の実施形態に係る水晶振動子１（以下、「水晶」は省略することがある。）の概略構成を示す分解斜視図である。また、図２は、振動子１の構成を示す、図１のII－II線における断面図である。

振動子１は、例えば、全体として、概略、薄型の直方体状とされる電子部品である。その寸法は適宜に設定されてよい。例えば、比較的小さいものでは、長辺（Ｘ軸方向）又は短辺（Ｚ′軸方向）の長さが１～２ｍｍであり、厚さ（Ｙ′軸方向）が０．２～０．４ｍｍである。

振動子１は、例えば、凹部３ａが形成された素子搭載部材３と、凹部３ａに収容された水晶振動素子５（以下、「水晶」は省略することがある。）と、凹部３ａを塞ぐ蓋７とを有している。

振動素子５は、発振信号の生成に利用される振動を生じる部分である。素子搭載部材３及び蓋７は、振動素子５をパッケージングするパッケージ８を構成している。素子搭載部材３の凹部３ａは蓋７により封止され、その内部は、例えば、真空とされ、又は適宜なガス（例えば窒素）が封入されている。

素子搭載部材３は、例えば、素子搭載部材３の主体となる基体９と、振動素子５を実装するための１対の素子搭載パッド１１と、振動子１を不図示の回路基板等に実装するための複数（図示の例では４つ）の外部端子１３とを有している。

基体９は、セラミック等の絶縁材料からなり、上記の凹部３ａを構成している。素子搭載パッド１１は、金属等からなる導電層により構成されており、凹部３ａの底面に位置している。外部端子１３は、金属等からなる導電層により構成されており、基体９の下面に位置している。素子搭載パッド１１及び外部端子１３は、基体９内に配置された導体（図２。符号省略）によって互いに接続されている。蓋７は、例えば、金属から構成され、素子搭載部材３の上面にシーム溶接等により接合されている。

振動素子５は、例えば、水晶片１５と、水晶片１５に電圧を印加するための１対の励振電極１７と、振動素子５を１対の素子搭載パッド１１に実装するための１対の引出電極１９とを有している。

振動素子５は、概略板状であり、凹部３ａの底面に対向するように凹部３ａに収容される。そして、１対の引出電極１９が１対のバンプ２１（図２）により１対の素子搭載パッド１１に接合される。これにより、振動素子５は、素子搭載部材３に片持ち梁のように支持される。また、１対の励振電極１７は、１対の引出電極１９を介して１対の素子搭載パッド１１と電気的に接続され、ひいては、複数の外部端子１３のいずれか２つと電気的に接続される。バンプ２１は、例えば、導電性接着剤からなる。導電性接着剤は、例えば、導電性のフィラーが熱硬化性樹脂に混ぜ込まれて構成されている。

このようにして構成された振動子１は、例えば、不図示の回路基板の実装面に素子搭載部材３の下面を対向させて配置され、外部端子１３が半田などにより回路基板のパッドに接合されることによって回路基板に実装される。回路基板には、例えば、発振回路２３（図２）が構成されている。発振回路２３は、外部端子１３及び素子搭載パッド１１を介して１対の励振電極１７に交流電圧を印加して発振信号を生成する。この際、発振回路２３は、例えば、水晶片１５の厚みすべり振動のうち基本波振動を利用する。オーバートーン振動が利用されてもよい。

（水晶振動素子の構成）
水晶片１５は、例えば、いわゆるＡＴカット板である。すなわち、図１に示すように、水晶において、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）及びＺ軸（光軸）からなる直交座標系ＸＹＺを、Ｘ軸回りに３０°以上４０°以下（一例として３５°１５′）回転させて直交座標系ＸＹ′Ｚ′を定義したときに、水晶片１５はＸＺ′平面に平行に切り出された板状である。

水晶片１５は、板状であるから、特に符号を付さないが、１対の主面と、１対の主面の外縁同士をつなぐ複数（本実施形態では４つ）の側面を有している。主面は、最も広い面（板状部材の表裏）を指す。

なお、水晶片の外形がエッチングによって形成される場合、エッチングに対する水晶の異方性等によって比較的大きな誤差（系統誤差のようなもの）が生じる。当該誤差は、意図的に利用されていることもある。本開示の説明においては、このような誤差の存在は無視するものとする。例えば、実際の水晶片１５においては、側面が主面に直交せずに傾斜していたり、側面が平面にならずに外側に膨らむ形状になっていたりすることがあるが、そのような傾斜及び／又は膨らみの図示及び説明は省略する。第三者の製品が本開示の技術に関わるか否か判断する場合においてもそのような誤差による差異は無視されてよい。なお、偶然誤差のようなものが無視されてよいことはもちろんである。

水晶片１５の平面視における外縁の形状は長方形（ここでは正方形を含まない。）である。すなわち、水晶片１５（その主面）は、１対の長辺１５ｎと、１対の長辺１５ｎの両端同士を結ぶ１対の短辺１５ｓとを有している。なお、本開示において、長方形（１対の長辺及び１対の短辺を有する形状）は、特に断りがない限り、角部が面取りされた形状を含むものとする。ＡＴカット板では、例えば、長辺１５ｎはＸ軸に略平行な辺であり、短辺１５ｓはＺ′軸に略平行な辺である。

水晶片１５（振動素子５）は、いわゆるメサ型とされており、メサ部３１と、平面視においてメサ部３１を囲み、１対の主面間（Ｙ′軸方向）の厚みがメサ部３１よりも薄い外周部３３とを有している。このような形状により、例えば、エネルギー閉じ込め効果が向上する。

メサ部３１の形状は、例えば、互いに平行な１対の主面を有する板状である。ＡＴカット板においては、メサ部３１の主面はＸＺ′平面に平行である。メサ部３１の平面形状は、図１に示すように、長方形の１対の長辺を外側へ膨らませたような形状（樽形状）となっている。すなわち、メサ部３１において、水晶片１５の１対の短辺１５ｓの内側にて１対の短辺１５ｓに沿って延びている１対のメサ短縁３１ｓは、１対の短辺１５ｓに平行な直線状であり、水晶片１５の１対の長辺１５ｎの内側にて１対の長辺１５ｎに沿って延びて１対のメサ短縁３１ｓの両端同士を結んでいる１対のメサ長縁３１ｎは、外側に膨らむ形状である。本開示の技術は、このようなメサ部３１の形状を特徴の一つとしている。

外周部３３の形状は、例えば、メサ部３１を無視すると、互いに平行な１対の主面を有する板状である。ＡＴカット板においては、外周部３３の主面は概ねＸＺ′平面に平行である。外周部３３の外縁の形状は、上述した水晶片１５全体としての外縁の形状について説明したとおりである。外周部３３の内縁の形状は、基本的にはメサ部３１の外縁の形状と同様である。

平面視において、メサ部３１は、例えば、水晶片１５（外周部３３）の外縁に対して、Ｚ′軸方向においては中心に位置し、Ｘ軸方向においては一方側（引出電極１９とは反対側）にずれて位置している。ただし、メサ部３１は、Ｘ軸方向において水晶片１５の中心に位置してもよい。

Ｙ′軸方向において外周部３３は、メサ部３１の中央に位置している。すなわち、メサ部３１の外周部３３からの高さ（水晶片１５をメサ型にするための外周部３３における掘り込み量）は、水晶片１５の１対の主面同士で同等である。

メサ部３１の厚みは、厚みすべり振動についての所望の固有振動数に基づいて設定される。例えば、基本波振動を用いる場合において、固有振動数をＦとすると、この固有振動数Ｆに対応するメサ部３１の厚みｔを求める基本式は、ｔ＝１６７０／Ｆである。なお、実際には、メサ部３１の厚みは、励振電極１７の重さ等も考慮して、基本式の値から微調整された値とされる。

外周部３３の厚みは、エネルギー閉じ込め効果の観点などから適宜に設定される。例えば、水晶片１５の１対の主面の一方側における、メサ部３１の主面と外周部３３の主面との高さの差（外周部３３における掘り込み量）は、メサ部３１の厚みの５％以上１５％以下であり、例えば１０％程度である。

水晶片１５の各種の寸法は、等価直列抵抗の低減等の種々の観点から、シミュレーション計算及び実験等に基づいて適宜に設定されてよい。一例を挙げると、例えば、長辺１５ｎの長さは６００μｍ以上１ｍｍ以下、短辺１５ｓの長さは５００μｍ以上７００μｍ以下（ただし長辺１５ｎの長さより短い）、メサ部３１の厚みは４０μｍ以上７０μｍ以下、メサ部３１の長さ（１対のメサ短縁３１ｓ間の距離）は４５０μｍ以上７５０μｍ以下（ただし長辺１５ｎの長さより短い）、メサ短縁３１ｓの長さは４００μｍ以上６５０μｍ以下（ただし短辺１５ｓの長さ及び１対のメサ短縁３１ｓ間の距離より短い）である。

１対の励振電極１７及び１対の引出電極１９は、水晶片１５の表面に重なる導電層により構成されている。導電層は、例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）又はＡｕ－Ａｇ合金等の金属である。導電層は、互いに材料が異なる複数の層から構成されていてもよい。導電層の厚みは適宜に設定されてよいが、一例を示すと、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下である。なお、図２等では、導電層は、その厚さが実際の厚さよりも厚く示されている。

１対の励振電極１７は、水晶片１５の１対の主面に位置している。１対の励振電極１７は、例えば、互いに同一の形状であり、平面透視においてその全体同士が重なっている。図１に示すように、励振電極１７の形状は長方形である。すなわち、励振電極１７は、長辺及び短辺を有している。より詳細には、励振電極１７において、１対のメサ短縁３１ｓの内側にて１対のメサ短縁３１ｓに沿って延びている１対の電極短縁１７ｓ（短辺）は、水晶片１５の１対の短辺１５ｓに平行な直線状であり、１対のメサ長縁３１ｎの内側にて１対のメサ長縁３１ｎに沿って延びて１対の電極短縁１７ｓの両端同士を結んでいる１対の電極長縁１７ｎは、水晶片１５の１対の長辺１５ｎに平行な直線状である。

１対の引出電極１９は、例えば、１対のバンプ２１と接合される１対のパッド１９ａと、当該１対のパッド１９ａと１対の励振電極１７とを接続する１対の配線部１９ｂ（図１）とを有している。

１対のパッド１９ａは、振動素子５の１対の主面の少なくとも一方に設けられる。なお、図示の例では、振動素子５は、１対の主面のいずれを凹部３ａの底面に対向させてもよいように、Ｘ軸回りに１８０°回転対称に形成されており、１対の引出電極１９は、１対の主面のそれぞれにおいて１対のパッド１９ａ（合計で２対のパッド１９ａ）を有している。１対のパッド１９ａは、例えば、１対の短辺１５ｓのうちの一方に沿って配列されている。この１対のパッド１９ａが配置される側の短辺１５ｓは、例えば、１対の短辺１５ｓのうち＋Ｘ側の短辺１５ｓである。もちろん－Ｘ側の短辺１５ｓであってもよい。１対のパッド１９ａは、配線部１９ｂの幅方向において配線部１９ｂよりも幅広に形成されている。

配線部１９ｂは、例えば、電極長縁１７ｎ及び電極短縁１７ｓのうち電極短縁１７ｓのみから延び出ている。また、配線部１９ｂは、例えば、メサ長縁３１ｎ及びメサ短縁３１ｓのうちメサ短縁３１ｓのみを介してメサ部３１の主面から外周部３３の主面へ延びている。なお、１対の主面の一方の主面に位置する励振電極１７と他方の主面に位置するパッド１９ａとは、水晶片１５の側面（短辺１５ｓに位置する側面及び／又は長辺１５ｎに位置する側面）を介して接続されている。

（メサ部の平面形状の詳細）
図３（ａ）は、振動素子５を示す平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のIIIｂ－IIIｂ線における断面図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のIIIｃ－IIIｃ線における断面図である。なお、図３（ｂ）及び図３（ｃ）では、水晶片１５の断面は、ハッチングが付されずに示されている。

１対のメサ長縁３１ｎは、上記のように外側に膨らむ形状である。別の観点では、メサ長縁３１ｎは、その端部側部分よりも中央側部分が外周部３３の長辺１５ｎに近い。具体的には、例えば、メサ長縁３１ｎは、外側に膨らむ曲線からなる。当該曲線は、例えば、１対のメサ短縁３１ｓに平行で１対のメサ短縁３１ｓからの距離が等しい線Ｌ１（図３（ａ））を仮定したときに（距離Ｄ１＝距離Ｄ２）、当該線Ｌ１を対称軸として線対称の形状である。このような長さ方向に線対称な曲線としては、例えば、線Ｌ１上に位置する点Ｐ１を中心とする円弧が挙げられる。なお、図３（ａ）では、図示の都合上、点Ｐ１は円弧状のメサ長縁３１ｎの正確な中心とはなっていない。

水晶片１５（メサ部３１）の両主面に交流電圧を印加すると、水晶片１５においては、利用対象の厚みすべり振動だけでなく、不要振動としての屈曲振動も生じる。その結果、例えば、図３（ｂ）に示すように、水晶片１５の長手方向を伝搬方向とする屈曲振動による定在波３１Ｌ（長手方向に腹及び節が配列される定在波）が生じる。及び／又は、図３（ｃ）に示すように、水晶片１５の短手方向を伝搬方向とする屈曲振動による定在波３１Ｗ（短手方向に腹及び節が配列される定在波）が生じる。

ここで、定在波３１Ｌは、水晶片１５の長手方向を伝搬方向とする屈曲振動による定在波のうち利用対象の厚みすべり振動と最も結合しやすいものとする。同様に、定在波３１Ｗは、水晶片１５の短手方向を伝搬方向とする屈曲振動による定在波のうち利用対象の厚みすべり振動と最も結合しやすいものとする。定在波３１Ｌの波長λ_Ｌ及び定在波３１Ｗの波長λ_Ｗ（μｍ）は、例えば、シミュレーション計算又は実験によって求められてよい。

なお、周波数温度特性は、例えば、温度変化に対する水晶片の固有振動数（振動素子の発振周波数）の変化量よって示される。ＡＴカット板においては、固有振動数の変化量は、概ね、温度を変数とする３次関数となる。

図３（ｂ）において点線Ｌ２で示すように、メサ短縁３１ｓは、定在波３１Ｌの節に一致している。なお、メサ短縁３１ｓの位置は、節の位置（点線Ｌ２）から若干ずれていてもよい。そのずれ量は、例えば、λ_Ｌ／８以下又はλ_Ｌ／１６以下である。

同様に、図３（ｃ）において点線Ｌ３で示すように、メサ長縁３１ｎの所定部分は、定在波３１Ｗの節に一致している。なお、所定部分は、例えば、メサ長縁３１ｎの中央部分（線Ｌ１上の部分）、又はメサ長縁３１ｎのうち最も外側に位置する部分（本実施形態では両者は同一）である。また、所定部分の位置は、節の位置（点線Ｌ３）から若干ずれていてもよい。そのずれ量は、例えば、λ_Ｗ／８以下又はλ_Ｗ／１６以下である。

なお、特に図示しないが、メサ短縁３１ｓに代えて、又は加えて、電極短縁１７ｓが定在波３１Ｌの節からλ_Ｌ／８以下又はλ_Ｌ／１６以下の範囲に位置してもよい。同様に、メサ長縁３１ｎに代えて、又は加えて、電極長縁１７ｎが定在波３１Ｗの節からλ_ｗ／８以下又はλ_Ｗ／１６以下の範囲に位置してもよい。

以上のとおり、本実施形態では、振動素子５は、メサ部３１及び外周部３３を有している水晶片１５と、メサ部３１の両主面に重なっている１対の励振電極１７と、を有している。外周部３３は、メサ部３１よりも薄く、平面視においてメサ部３１を囲んでいる。また、外周部３３の外縁は、長辺１５ｎ及び短辺１５ｓを有している。メサ部３１は、平面視において、１対の短辺１５ｓの内側にて１対の短辺１５ｓに沿って延びている１対のメサ短縁３１ｓと、１対の長辺１５ｎの内側にて１対の長辺１５ｎに沿って延びている１対のメサ長縁３１ｎと、を有している。１対のメサ短縁３１ｓは、１対の短辺１５ｓに平行な直線状であり、１対のメサ長縁３１ｎは、平面視において外側に膨らむ形状である。

また、別の観点では、本実施形態に係る振動子１は、上記のような振動素子５と、振動素子５をパッケージングしているパッケージ８とを有している。

従って、長辺１５ｎとメサ長縁３１ｎとの距離ｄ１（図３（ａ））は、水晶片１５の長手方向の位置によって異なる。その結果、例えば、距離ｄ１に依存する定在波（上記の定在波３１Ｗとは別のもの）が水晶片１５の長手方向の比較的長い範囲に亘って生じるおそれが低減される。ひいては、例えば、特定の温度において等価直列抵抗の上昇が生じたり、及び／又は振動素子５の周波数温度特性に局所的な乱れが生じたりするおそれを低減できる。

さらに、メサ部３１が楕円形状ではなく、樽形状であることから、例えば、まず、長方形のメサ部を設計し、その特性をさらに向上させるように本開示のメサ部３１を設計することができる。従って、例えば、長方形のメサ部の寸法に関して、最適値が求められているとき、又はこれらの値の変更では特性改善が困難なときに特性をさらに向上させることができる。別の観点では、長方形のメサ部のノウハウを利用することができる。

また、本実施形態では、１対の励振電極１７それぞれは、平面視において、１対のメサ短縁３１ｓの内側にて１対のメサ短縁３１ｓに沿って延びている１対の電極短縁１７ｓと、１対のメサ長縁３１ｎの内側にて１対のメサ長縁３１ｎに沿って延びている１対の電極長縁１７ｎと、を有している。１対の電極短縁１７ｓは、水晶片１５の１対の短辺１５ｓに平行な直線状であり、１対の電極長縁１７ｎは、、水晶片１５の１対の長辺１５ｎに平行な直線状である。

従って、電極長縁１７ｎとメサ長縁３１ｎとの距離ｄ２（図３（ａ））は、水晶片１５の長手方向の位置によって異なる。その結果、例えば、距離ｄ２に依存する定在波（上記の定在波３１Ｗとは別のもの）が水晶片１５の長手方向の比較的長い範囲に亘って生じるおそれが低減される。ひいては、例えば、特定の温度において等価直列抵抗の上昇が生じたり、及び／又は振動素子５の周波数温度特性に局所的な乱れが生じたりするおそれを低減できる。

さらに、長方形のメサ部に対しては長方形の励振電極が設けられることが一般的であるから、その一般的な組み合わせに基づいて、メサ長縁３１ｎの膨らみのみを微調整して特性を向上させることができる。すなわち、上述した、長方形のメサ部についての設計のノウハウを利用しやすいという効果が増大する。

また、本実施形態では、水晶片１５をその長手方向に伝搬する屈曲振動による定在波３１Ｌの波長をλ_Ｌとしたときに、１対のメサ短縁３１ｓそれぞれが、定在波３１Ｌの節から１／８λ_Ｌ以内の範囲に位置している。

従って、例えば、メサ短縁３１ｓが定在波３１Ｌの腹に位置する態様（当該態様も本開示に係る技術に含まれる）に比較して、メサ短縁３１ｓにおける定在波３１Ｌによる振動は小さい。その結果、例えば、定在波３１Ｌが厚みすべり振動と結合して振動素子５の周波数温度特性に影響を及ぼすおそれが低減される。

また、本実施形態では、水晶片１５をその短手方向に伝搬する屈曲振動による定在波３１Ｗの波長をλ_Ｗとしたときに、１対のメサ長縁３１ｎそれぞれの中央部分が、定在波３１Ｗの節から１／８λ_Ｗ以内の範囲に位置している。

従って、例えば、メサ長縁３１ｎの中央部分が定在波３１Ｗの腹に位置する態様（当該態様も本開示に係る技術に含まれる）に比較して、メサ長縁３１ｎの中央部分における定在波３１Ｗによる振動は小さい。その結果、例えば、定在波３１Ｗが水晶片１５の長手方向中央における厚みすべり振動と結合して振動素子５の周波数温度特性に影響を及ぼすおそれが低減される。

また、本実施形態では、１対のメサ長縁３１ｎそれぞれは、１対のメサ短縁３１ｓに平行で１対のメサ短縁３１ｓからの距離が等しい線Ｌ１を対称軸として線対称な曲線状である。

ここで、振動エネルギーの分布の形状（エネルギーの等高線の形状）は、励振電極１７の中心（図形重心：そのまわりでの一次モーメントが０であるような点）を中心とする円乃至は楕円となる。従って、メサ長縁３１ｎの形状を上記のようにすることによって、励振電極１７の形状を振動エネルギーの分布の形状に近づけることができ、効率的にエネルギー閉じ込め効果を得ることができる。

また、本実施形態では、振動素子５は、１対の励振電極１７と接続されている１対の引出電極１９を更に有している。１対の引出電極１９（配線部１９ｂ）それぞれは、メサ部３１からメサ長縁３１ｎ及びメサ短縁３１ｓのうちのメサ短縁３１ｓのみを経由して外周部３３へ延びている。

従って、例えば、１対の引出電極１９がメサ長縁３１ｎ及びメサ短縁３１ｓの双方又はメサ長縁３１ｎのみを経由する態様（これらの態様も本開示に係る技術に含まれる）に比較して、メサ長縁３１ｎの膨らみを変えても、引出電極１９直下におけるメサ部３１の面積は変化しない。ひいては、引出電極１９が水晶片１５に印加する電界が振動に及ぼす影響の変化が抑制される。その結果、例えば、メサ長縁３１ｎの設計変更によって意図しないスプリアスが生じるおそれが低減され、設計変更が容易化される。

また、本実施形態では、水晶片１５は、ＡＴカット水晶片であり、１対のパッド１９ａは、＋Ｘ側の短辺１５ｓに沿って配列されている。

従って、振動素子５は、＋Ｘ側を固定端として片持ち梁状に支持される。この場合、例えば、振動素子５が－Ｘ側を固定端として片持ち梁状に支持される態様（当該態様も本開示に係る技術に含まれる）に比較して、周波数温度特性を向上させることができる。その結果、メサ長縁３１ｎを膨らむ形状にすることによる特性向上の効果と相俟って、周波数温度特性に優れた振動素子５を実現することができる。

＜第２実施形態＞
以下の説明では、第１実施形態の構成と同一又は類似する構成については、第１実施形態の構成に付した符号を付すことがあり、また、説明を省略することがある。第１実施形態の構成に対応する（類似する）構成について、第１実施形態の構成とは異なる符号を付した場合においても、特に断りがない事項については、第１実施形態の構成と同様である。

図４は、第２実施形態に係る水晶振動素子２０５を示す斜視図である。

振動素子２０５は、例えば、第１実施形態の振動素子５と同様に、素子搭載部材３及び蓋７とを含むパッケージ８によってパッケージされて水晶振動子を構成するものである。

振動素子２０５は、励振電極の形状のみが第１実施形態の振動素子５と相違する。具体的には、第１実施形態の励振電極１７が長方形であったのに対して、本実施形態の励振電極２１７は、長方形の１対の長辺を外側へ膨らませたような形状（樽形状）となっている。すなわち、励振電極２１７において、１対のメサ短縁３１ｓの内側にて１対のメサ短縁３１ｓに沿って延びている１対の電極短縁２１７ｓは、水晶片１５の１対の短辺１５ｓ（１対のメサ短縁３１ｓ）に平行な直線状であり、１対のメサ長縁３１ｎの内側にて１対のメサ長縁３１ｎに沿って延びて１対の電極短縁２１７ｓの両端同士を結んでいる１対の電極長縁２１７ｎは、外側に膨らむ形状である。

具体的には、例えば、電極長縁２１７ｎは、外側に膨らむ曲線からなる。当該曲線は、例えば、１対の電極短縁２１７ｓに平行で１対の電極短縁２１７ｓからの距離が等しい線（以下、便宜上、図３（ａ）の線Ｌ１の符号を参照する。）を仮定したときに、当該線Ｌ１を対称軸として線対称の形状である。このような長さ方向に線対称な曲線としては、例えば、線Ｌ１上に位置する点を中心とする円弧が挙げられる。

電極長縁２１７ｎとメサ長縁３１ｎとの相対関係は適宜に設定されてよい。例えば、電極長縁２１７ｎは、メサ長縁３１ｎを内側へ平行移動させた形状であってもよいし、メサ長縁３１ｎの曲率よりも曲率が大きい又は小さい形状であってもよいし、円弧状のメサ長縁３１ｎの同心円であってもよい。電極長縁２１７ｎとメサ長縁３１ｎとのＺ′軸方向（水晶片１５の短手方向）における距離は、水晶片１５の長手方向（Ｘ軸方向）の位置に対して一定であってもよいし、変化してもよい。

外側に膨らむ電極長縁２１７ｎについても、第１実施形態の電極長縁１７ｎと同様に、メサ短縁３１ｓに代えて、又は加えて、所定部位が定在波３１Ｌの節からλ_Ｌ／８以下又はλ_Ｌ／１６以下の範囲に位置してもよい。上記の所定部位は、例えば、電極長縁２１７ｎの中央部分（線Ｌ１上の部分）、又は電極長縁２１７ｎのうち最も外側に位置する部分（本実施形態では両者は同一）である。

以上のとおり、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、１対の短辺１５ｓの内側にて１対の短辺１５ｓに沿って延びている１対のメサ短縁３１ｓは１対の短辺１５ｓに平行な直線状であり、１対の長辺１５ｎの内側にて１対の長辺１５ｎに沿って延びている１対のメサ長縁３１ｎは平面視において外側に膨らむ形状である。従って、例えば、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、メサ長縁３１ｎと長辺１５ｎとの距離に依存する定在波を生じにくくすることができ、かつ長方形のメサ部をベースとした設計が可能である。

また、本実施形態では、１対の励振電極２１７それぞれにおいて、１対の電極短縁２１７ｓは、水晶片１５の１対の短辺１５ｓに平行な直線状であり、１対の電極長縁２１７ｎは、平面視において外側に膨らむ形状である。

従って、例えば、励振電極２１７の面積を確保しやすい。また、励振電極２１７の形状が振動エネルギーの分布の形状に近づく。その結果、特性が向上することが期待される。ただし、電極長縁２１７ｎとメサ長縁３１ｎとの相対関係によっては、第１実施形態における距離ｄ２に依存する定在波の発生を抑制する効果は低下する。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

圧電振動素子を有する圧電振動デバイスは、圧電振動子に限定されない。例えば、圧電振動素子に加えて、圧電振動素子に電圧を印加して発振信号を生成する集積回路素子（ＩＣ：Integrated Circuit）を有する発振器であってもよい。また、例えば、圧電振動デバイス（圧電振動子）は、圧電振動素子の他に、サーミスタ等の他の電子素子を有するものであってもよい。また、圧電振動デバイスは、恒温槽付のものであってもよい。圧電振動デバイスにおいて、圧電振動素子をパッケージングするパッケージの構造は、適宜な構成とされてよい。例えば、パッケージは、上面及び下面に凹部を有する断面Ｈ型のものであってもよい。

圧電片は、水晶片に限定されない。例えば、圧電片は、水晶に金属等からなるドーパントを注入した材料からなるものであってもよい。ただし、このような水晶にドーパントを注入した材料からなる圧電片は、水晶片の一種と捉えられてもよい。また、圧電片は、例えば、セラミックからなるものであってもよい。

圧電振動素子は、厚みすべり振動を利用するものに限定されない。厚みすべり振動を利用する場合において、圧電片（水晶片）は、ＡＴカット板に限定されない。どのような振動モードを利用するものであっても、圧電片の直線状の長辺と、外側に膨らむメサ長縁との組み合わせによって、両者の距離に依存する定在波を生じにくくすることができる等の何かしらの効果が奏される。例えば、厚みすべり振動を利用する場合において、水晶片は、ＢＴカット板であってもよい。

圧電振動素子は、１対のパッド（引出電極）が一主面に設けられて片持ち梁状に支持されるものに限定されない。例えば、１対の引出電極が１対の励振電極から互いに逆方向に延び、圧電振動素子の両端が支持されてもよい。また、圧電振動素子は、ばね端子等によって立てられた状態で支持されるものであってもよい。

メサ長縁は、円弧（曲率が全体に亘って一定の曲線）に限定されない。例えば、メサ長縁は、一部に直線を含んでいてもよいし、曲率が長さ方向の位置によって変化していてもよい。また、例えば、メサ部は、楕円の長手方向の両端を長軸に直交する直線で切り取った形状であってもよい。メサ長縁は、１対のメサ短縁からの距離が等しい対称軸に対して線対称の形状でなくてもよい。例えば、円弧の中心は、１対のメサ短縁に平行で１対のメサ短縁の一方よりも他方に近い線上に位置していてもよい。また、その結果、１対の直線状のメサ短縁は、互いに長さが異なっていてもよい。

同様に、電極長縁が外側に膨らむ形状である場合において、電極長縁は、円弧（曲率が全体に亘って一定の曲線）に限定されない。例えば、外側に膨らむ電極長縁は、一部に直線を含んでいてもよいし、曲率が長さ方向の位置によって変化していてもよい。また、例えば、励振電極は、楕円の長手方向の両端を長軸に直交する直線で切り取った形状であってもよい。外側に膨らむ電極長縁は、１対の短縁からの距離が等しい対称軸に対して線対称の形状でなくてもよい。例えば、円弧の中心は、１対の電極短縁に平行で１対の電極短縁の一方よりも他方に近い線上に位置していてもよい。また、その結果、１対の直線状の電極短縁は、互いに長さが異なっていてもよい。

メサ長縁及び／又はメサ短縁は、実施形態の説明で言及したように、屈曲振動の定在波の節ではなく、腹に位置してもよい。また、屈曲振動の定在波を考慮せずにメサ長縁及び／又はメサ短縁の位置が設定されてもよい。電極長縁及び／又は電極短縁についても同様である。

１…水晶振動子（圧電振動デバイス）、５…水晶振動素子（圧電振動素子）、１５…水晶片（圧電片）、１５ｎ…長辺、１５ｓ…短辺、１７…励振電極、３１…メサ部、３１ｎ…メサ長縁、３１ｓ…メサ短縁、３３…外周部。

Claims

メサ部、及び前記メサ部よりも薄く、かつ平面視において前記メサ部を囲む外周部を有しているＡＴカットの水晶片と、
前記メサ部の両主面に重なっている１対の励振電極と、
を有しており、
前記外周部の外縁は、１対の長辺及び１対の短辺を有しており、
前記メサ部は、平面視において、
前記１対の短辺の内側にて前記１対の短辺に沿って延びている１対の短縁と、
前記１対の長辺の内側にて前記１対の長辺に沿って延びている１対の長縁と、を有しており、
前記１対の短縁は、前記１対の短辺に平行な直線状であり、
前記１対の長縁は、平面視において外側に膨らむ形状であり、
前記水晶片をその長手方向に伝搬する不要振動としての屈曲振動による定在波の波長をλ_Ｌとしたときに、前記１対の短縁それぞれが、前記長手方向に伝搬する不要振動としての屈曲振動による定在波のいずれかの節から１／８λ_Ｌ未満の範囲に位置している
水晶振動素子。
メサ部、及び前記メサ部よりも薄く、かつ平面視において前記メサ部を囲む外周部を有しているＡＴカットの水晶片と、
前記メサ部の両主面に重なっている１対の励振電極と、
を有しており、
前記外周部の外縁は、１対の長辺及び１対の短辺を有しており、
前記メサ部は、平面視において、
前記１対の短辺の内側にて前記１対の短辺に沿って延びている１対の短縁と、
前記１対の長辺の内側にて前記１対の長辺に沿って延びている１対の長縁と、を有しており、
前記１対の短縁は、前記１対の短辺に平行な直線状であり、
前記１対の長縁は、平面視において外側に膨らむ形状であり、
前記水晶片をその短手方向に伝搬する不要振動としての屈曲振動による定在波の波長をλ_Ｗとしたときに、前記１対の長縁それぞれの中央部分が、前記短手方向に伝搬する不要振動としての屈曲振動による定在波のいずれかの節から１／８λ_Ｗ未満の範囲に位置している
水晶振動素子。
前記１対の励振電極それぞれは、平面視において、
前記１対の短縁の内側にて前記１対の短縁に沿って延びている１対の第２短縁と、
前記１対の長縁の内側にて前記１対の長縁に沿って延びている１対の第２長縁と、を有しており、
前記１対の第２短縁は、前記１対の短辺に平行な直線状であり、
前記１対の第２長縁は、前記１対の長辺に平行な直線状である
請求項１又は２に記載の水晶振動素子。
前記１対の励振電極それぞれは、平面視において、
前記１対の短縁の内側にて前記１対の短縁に沿って延びている１対の第２短縁と、
前記１対の長縁の内側にて前記１対の長縁に沿って延びている１対の第２長縁と、を有しており、
前記１対の第２短縁は、前記１対の短辺に平行な直線状であり、
前記１対の第２長縁は、平面視において外側に膨らむ形状である
請求項１又は２に記載の水晶振動素子。
前記１対の長縁それぞれは、前記１対の短縁に平行で前記１対の短縁からの距離が等しい線を対称軸として線対称な曲線状である
請求項１～４のいずれか１項に記載の水晶振動素子。
前記１対の励振電極と接続されている１対の引出電極を更に有しており、
前記１対の引出電極それぞれは、前記メサ部から前記長縁及び前記短縁のうち前記短縁のみを経由して前記外周部へ延びている
請求項１～５のいずれか１項に記載の水晶振動素子。
請求項１～６のいずれか１項に記載の水晶振動素子と、
前記水晶振動素子をパッケージングしているパッケージと、
を有している水晶振動デバイス。