JP7061275B2 - 水晶振動素子および水晶振動子 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動素子および水晶振動子に関する。

発振装置や帯域フィルタなどに用いられる基準信号の信号源に、厚みすべり振動を主振動とする水晶振動素子が広く用いられている。このような水晶振動素子では、良好な振動特性によって等価直列抵抗値を低減すること求められている。

例えば、特許文献１には、略直方体形状の振動部と、振動の縁部に沿って振動部より上下方向の厚みが薄い周辺部とから構成されている水晶片と、振動部に設けられている略矩形形状の一対の励振電極部と、周辺部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と、励振電極部と引出部とを電気的に接続している配線部と、からなる水晶素子であって、平面視して、所定の一辺に平行な振動部の二つの辺の間の距離が、所定の一辺に平行な励振電極部の二つの辺の間の距離より、長くなっており、励振電極部が振動部の内側に設けられている水晶素子が開示されている。

特開２０１６－１５８１４７号公報

ところで、特許文献１の水晶素子は、引出部（接続電極）が水晶片の一短辺に設けられ、すなわち、水晶片と基板との接着箇所が水晶片の片側に設けられている片持構造を有する。この水晶素子を厚み方向に沿って平面視して、水晶片の長手方向にて、振動部（中央部）および励振電極部とも、接着箇所から遠い側に設けられている。具体的には、振動部（中央部）の中心は水晶片の中心よりも接着箇所から遠い側に位置しており、励振電極部の中心は振動部の中心よりもこの接着箇所から遠い側に位置している。この結果、接着箇所での接着が水晶片に与える振動の影響、すなわち、保持による振動阻害を軽減することができる。
しかしながら、励振電極部の中心が振動部の中心よりもこの接着箇所から遠い側に位置することで、励振電極部の中心が振動部の中心よりも水晶片の中心から離れる位置することになり、振動部の主面および水晶片の外縁に対して励振電極部が偏った位置に設けられていることになる。この励振電極部の位置の偏りによって、振動分布の対称性の低下等の問題が生じてしまう。また、励振電極部が振動部の主面に対して接着箇所から遠い側に位置することによって、接着箇所に近い側にある励振電極部の一辺から同側にある振動部の一辺までの距離が大きくなり、すなわち、接着箇所に近い側にある振動部の励振電極部に挟まられていない部分が広くなり、振動漏れ等が生じてしまう。
このように、振動分布の対称性の低下、振動漏れの増大等の問題が発生する。

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、良好な振動特性を得ることができる水晶振動素子および水晶振動子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、中央部と、中央部の周辺に位置し、中央部よりも厚み方向における寸法が小さい周辺部とを有する水晶片と、中央部の厚み方向の両側にある中央部主面のそれぞれに設けられている励振電極と、周辺部に設けられており、励振電極と電気的に接続されている接続電極とを備える水晶振動素子であって、水晶振動素子を平面視して、中央部主面の中央部中心は、水晶片の水晶片中心よりも接続電極から遠い側に位置しており、励振電極の励振電極中心は、中央部中心よりも接続電極に近い側に位置している。

本発明によれば、良好な振動特性を得ることができる水晶振動素子および水晶振動子を提供することが可能となる。

第１実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 第１実施形態に係る水晶振動素子の各構成の位置関係を説明するための図である。 第２実施形態に係る水晶振動素子の各構成の位置関係を説明するための図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の構成要素は同一また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形態に限定して解するべきではない。

［第１実施形態］
＜水晶振動子１＞
まず、図１および図２を参照しつつ、第１実施形態に係る水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）１を説明する。ここで、図１は、水晶振動子１の分解斜視図であり、図２は図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。なお、図２において、水晶振動素子１０の各種電極の図示は省略されている。

第１実施形態に係る水晶振動子１は、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）１０と、蓋部材２０と、基板３０とを備える。また、水晶振動子１は、導電性保持部材の一例とする導電性保持部材３６ａ，３６ｂと、接合材の一例とする封止枠３７および接合部材４０とを備える。

水晶振動素子１０が導電性保持部材３６ａ，３６ｂを介して基板３０に搭載された後に、蓋部材２０が封止枠３７および接合部材４０を介して水晶振動素子１０を覆うように基板３０と接合される。こうして、水晶振動素子１０が、蓋部材２０および基板３０によって構成される保持器の内部空間２６に収容もしくは封入される。また、第１実施形態では、水晶振動素子１０、蓋部材２０および基板３０は、水晶振動子１をこの水晶振動子１の厚み方向に沿って平面視する場合において、それぞれ矩形状をなしており、互いに長辺および短辺の向きが一致している。

水晶振動素子１０は、板状をなしている。また、水晶振動素子１０は、水晶片１１と、この水晶片１１に設けられている複数の電極とを有する。複数の電極は、励振電極１４ａ，１４ｂ、引出電極１５ａ，１５ｂおよび電極パッド１６ａ，１６ｂを含む。

第１実施形態では、水晶片１１は、ＡＴカットの水晶片であり、水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸および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´軸およびＺ´軸とした場合、Ｘ軸およびＺ´軸によって特定される面と平行な面（以下、「ＸＺ´面」とする。他の軸によって特定される面についても同様である。）を主面として人工水晶（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ）から切り出されたものである。ＡＴカットの水晶片１１を採用する水晶振動素子１０は、厚みすべり振動モードを主要振動とする。また、第１実施形態に係る水晶片１１では、厚み方向がＹ´軸方向と平行する。このＹ´軸方向に沿って水晶片１１を平面視すると、水晶片１１のＸＺ´面の形状は矩形状をなしており、長辺がＸ軸方向と平行し、短辺がＺ´軸方向に平行する。また、水晶振動素子１０の各構成の詳細について、後述する。

なお、以下の説明では、ＡＴカットのＸＹ´Ｚ´軸方向を基準として水晶振動子１の各構成を説明する。また、特別な説明がない場合において、「平面視する」は、水晶振動子１（各構成）の厚み方向（Ｙ´軸方向）に沿ってこれらの構成を平面視することを意味する。二つ以上の軸方向に沿ってこれらの構成を平面視する場合は、方向を区別するために、「ＸＺ´面において」、「ＸＹ´面において」、「Ｙ´Ｚ´面において」と記載する。また、水晶振動素子１０、蓋部材２０および基板３０を平面視して、見える水晶振動素子１０、蓋部材２０および基板３０の形状をこれらの構成の「平面視形状」とする。さらに、水晶振動素子１０、蓋部材２０および基板３０が組み立てられて水晶振動子１を構成する状態を「組立状態」とすることがある。

蓋部材２０は、基板３０と接合する側に開口が形成されている箱状をなしており、平面視形状が水晶振動素子１０の平面視形状よりも大きく形成されている矩形状である。この蓋部材２０は、天面部２１と、この天面部２１の外縁から突起するように形成されている側壁部２２とを有する。また、蓋部材２０は、天面部２１、側壁部２２の内側の面によって構成される凹状の内面２４を有する。この内面２４におけるＸＹ´Ｚ´軸方向の各寸法は、水晶振動素子１０に比べて、大きく形成されている。

ここで、蓋部材２０の材質は特に限定されるものではないが、例えば金属などの導電材料で構成される。これによれば、蓋部材２０を接地電位に電気的に接続させることによりシールド機能を付加することができる。あるいは、蓋部材２０は、絶縁材料または導電材料・絶縁材料の複合構造であってもよい。

基板３０は、平板な板状をなしており、平面視形状が蓋部材２０の平面視形状よりも大きく形成されている矩形状である。また、基板３０は、水晶振動素子１０を励振可能に支持するものであり、基体３１と、この基体３１に設けられている複数の電極とを有する。複数の電極は、接続電極３３ａ，３３ｂ、ビア電極３４ａ，３４ｂおよび外部電極３５ａ乃至３５ｄを含む。

基体３１は、絶縁性セラミック、例えばアルミナである複数のシートを積層して焼結した焼結体である。あるいは、基体３１は、ガラス材料、水晶材料またはガラスエポキシ樹脂などで形成してもよい。ガラス材料は、例えば、ケイ酸塩ガラス、またはケイ酸塩以外を主成分とする材料であって、昇温によりガラス転移現象を有する材料である。水晶材料は、例えばＡＴカット水晶である。ここで、基体３１は、耐熱性材料から構成されることが好ましい。さらに、基体３１は、単層であっても複数層であってもよく、複数層である場合、最表層に形成された絶縁層を含む。

また、基体３１は、互いに対向するＸＺ´面である第１主面３２ａと、第２主面３２ｂと、基体３１のＸ軸負方向側の短辺付近にかつこの基体３１をＹ´軸方向に貫通する２つのビアホール３２ｃとを有する。組立状態において、第１主面３２ａは、蓋部材２０の内面２４に向かって、この内面２４とともに水晶振動素子１０を収容する内部空間２６を構成する。第２主面３２ｂは、図示しない水晶振動子１が実装される実装基板に向かうように構成されている。

第１主面３２ａのＸ軸負方向側の短辺付近には、接続電極３３ａ，３３ｂが設けれている。第２主面３２ｂの４つの角部には、外部電極３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが設けれている。２つのビアホール３２ｃには、ビア電極３４ａ，３４ｂが形成されている。また、外部電極３５ａは、ビア電極３４ａによって接続電極３３ａと電気的に接続され、外部電極３５ｂは、ビア電極３４ｂによって接続電極３３ｂと電気的に接続されている。このような電気的接続が図れるように、外部電極３５ａ，３５ｂは接続電極３３ａ，３３ｂに対してＹ´方向の対向位置に設けられている。

ここで、接続電極３３ａ，３３ｂおよび外部電極３５ａ乃至３５ｄは、いずれも金属膜であり、例えば下層から上層にかけてモリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層および金（Ａｕ）層が積層された構成されている。ビア電極３４ａ，３４ｂは、例えばビアホール３２ｃにモリブデンなどの金属材料を充填して形成されている。

また、接続電極３３ａは、水晶振動素子１０の電極パッド１６ａと電気的に接続するための端子であり、接続電極３３ｂは、水晶振動素子１０の電極パッド１６ｂと電気的に接続するための端子である。また、外部電極３５ａ乃至３５ｄは、図示しない実装基板と電気的に接続するための端子である。第１実施形態では、外部電極３５ａ，３５ｂは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給される入出力電極であり、外部電極３５ｃ，３５ｄは、水晶振動素子１０の入出力信号が供給されない電極である。また、外部電極３５ｃ，３５ｄには、図示しない実装基板上の他の電子素子の入出力信号も供給されない。あるいは、外部電極３５ｃ，３５ｄの少なくとも何れか一方は、接地電位が供給される接地用電極であってもよい。接地用電極である外部電極に蓋部材２０を接続することによって、蓋部材２０のシールド効果向上を図ることができる。

導電性保持部材３６ａは、水晶振動素子１０の電極パッド１６ａを基板３０の接続電極３３ａに電極に電気的に接続する。同様に、導電性保持部材３６ｂは、水晶振動素子１０の電極パッド１６ｂを基板３０の接続電極３３ｂに電極に電気的に接続する。また、導電性保持部材３６ａ，３６ｂは、例えば導電性接着剤が熱硬化して形成されたものである。第１実施形態では、導電性保持部材３６によって、水晶振動素子１０は、基板３０の第１主面３２ａに励振可能に支持されている。また、水晶片１１の電極パッド１６ａ，１６が形成されている短辺端が固定端となり、その他の端が自由端となっている。なお、導電性保持部材３６ａ，３６ｂを、区別しない場合では、「導電性保持部材３６」とする。

封止枠３７は、接合材の一例であり、接合部材４０とともに蓋部材２０と基板３０とを接合する。また、封止枠３７は、第１主面３２ａに形成され、平面視する場合において、接続電極３３ａ，３３ｂを囲むように接続電極３３ａ，３３ｂの外側に形成されている矩形の枠状をなしている。この封止枠３７は、導電性を有する金属膜などの材料、例えばモリブデン（Ｍｏ）層またはモリブデン（Ｍｏ）層、ニッケル（Ｎｉ）層および金（Ａｕ）層の積層によって構成されている。

接合部材４０は、接合材の一例であり、封止枠３７とともに蓋部材２０と基板３０とを接合する。また、接合部材４０は、封止枠３７上に設けられている。この接合部材４０は、例えばろう部材であり、金（Ａｕ）‐錫（Ｓｎ）共晶合金等によって構成されている。こうして、蓋部材２０と基板３０とを金属接合とする。金属接合によれば、蓋部材２０と基板３０との封止性を向上させることができる。なお、接合部材４０は、導電材料に限らず、例えば低融点ガラスなどのガラス接着材料または樹脂接着剤などの絶縁性材料であってもよい。これによれば、金属に比べて酸化の影響が小さく、また加熱温度を抑えることができ、製造プロセスの簡易化を図ることができる。

第１実施形態に係る水晶振動子１においては、基板３０の外部電極３５ａ，３５ｂを介して、水晶振動素子１０の一対の励振電極１４ａ，１４ｂの間に交番電界を印加することにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードによって水晶片１１（後述する中央部１１ａ）が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。

＜水晶振動素子１０＞
続いて、図１および図２を参照しつつ、第１実施形態に係る水晶振動素子１０の各構成について詳細に説明する。第１実施形態に係る水晶振動素子１０は、ＡＴカットの水晶片１１と、この水晶片１１に形成されている一対の励振電極１４ａ，１４ｂ、電極パッド１６ａ，１６ｂおよび引出電極１５ａ，１５ｂとを備える。

水晶片１１は、板状部材であり、メサ型構造をなしている。この水晶片１１は、メサ部分を構成している中央部１１ａと、この中央部１１ａよりも厚み方向における寸法が小さい周辺部１１ｂとを有する。中央部１１ａおよび周辺部１１ｂは、一体となっている。また、水晶片１１は、厚み方向の両側に、第１主面１２aと、第２主面１２ｂとを有する。第１主面１２aは、後述する中央部主面１１１aおよび周辺部主面１１２aからなり、第２主面１２ｂは、後述する中央部主面１１１ｂおよび周辺部主面１１２ｂからなる。第１実施形態では、ＸＹ´面において、中央部１１ａは、周辺部１１ｂの厚み方向の両側から突起する凸状をなしている。中央部１１ａおよび周辺部１１ｂの厚みは、均一である。また、ＸＺ´面において、中央部１１ａは水晶片１１の外縁に対して略中央側に形成されており、周辺部１１ｂは中央部１１ａを囲むように中央部１１ａの周囲に形成されている。

中央部１１ａは、直方体をなしており、互いに対向するＸＺ´面である中央部主面１１１ａ，１１１ｂと、中央部主面１１１に対して垂直に形成されている側面１３ａとを有する。中央部１１ａを平面視する場合において、中央部主面１１１は、矩形状をなしており、長辺がＸ軸方向に平行し、短辺がＺ´軸方向に平行する。すなわち、中央部主面１１１の長辺は、水晶片１１の長辺と平行であり、中央部主面１１１の短辺は、水晶片１１の短辺と平行である。なお、中央部主面１１１ａ，１１１ｂを区別しない場合では、「中央部主面１１１」とする。

周辺部１１ｂは、板状をなしており、互いに対向するＸＺ´面である周辺部主面１１２ａ，１１２ｂと、周辺部主面１１２に対して垂直に形成されている側面１３ｂとを有する。周辺部１１ｂを平面視する場合において、周辺部主面１１２の外縁は、水晶片１１の外縁であり、周辺部主面１１２の内縁は、中央部主面１１１の外縁と重なっている。すなわち、周辺部主面１１２の内縁は、中央部１１ａの側面１３ａと接続している。なお、周辺部主面１１２ａ，１１２ｂを区別しない場合では、「周辺部主面１１２」とする。

一対の励振電極１４ａ，１４ｂは、電圧が印加されることで中央部１１ａを厚みすべり振動をさせるための電極であり、それぞれの励振電極１４ａ，１４ｂは互いに同じ構成をなしている。また、励振電極１４ａ，１４ｂは、中央部１１ａを挟んで互いに対向するように中央部主面１１１ａ，１１１ｂに設けられている。言い換えれば、励振電極１４ａ，１４ｂは、平面視する場合において、実質的に全体が重なり合うように配置されている。このため、以下の説明では、中央部主面１１１ａに設けられている励振電極１４（励振電極１４ａ）を中心に説明し、中央部主面１１１ｂに設けられている励振電極１４ｂの説明を省略する。なお、一対の励振電極１４ａ，１４ｂを区別しない場合では、「励振電極１４」とする。

励振電極１４は、平面視する場合において、中央部主面１１１の平面視形状よりもが小さく形成されている矩形状をなしており、長辺がＸ軸方向に平行し、短辺がＺ´軸方向に平行する。すなわち、励振電極１４の長辺は、水晶片１１の長辺（または中央部主面１１１の長辺）と平行であり、励振電極１４の短辺は、水晶片１１の短辺（または中央部主面１１１の短辺）と平行である。また、励振電極１４は、中央部主面１１１の内側に、すなわち中央部主面１１１の各辺から隙間をおいて配置されている。

電極パッド１６ａ，１６ｂは、接続電極の一例であり、水晶振動素子１０を基板３０（接続電極３３ａ，３３ｂ）に電気的に接続するための端子である。また、電極パッド１６ａおよび電極パッド１６ｂは、水晶片１１（周辺部１１ｂ）の周辺部主面１１２ｂのＸ軸負方向側の短辺に沿って配列されている。こうして、水晶振動素子１０では、水晶片１１の電極パッド１６ａ，１６ｂが設けられている短辺端が固定端となり、その他の端が自由端となっている。すなわち、水晶振動素子１０（水晶片１１）は、片持構成を有する。なお、以下の説明では、電極パッド１６ａ，１６ｂを区別しない場合では、「電極パッド１６」とし、電極パッド１６ａ，１６ｂが設けられている位置を「保持位置」とすることもある。

引出電極１５ａは、励振電極１４ａを電極パッド１６ａに電気的に接続するための電極であり、引出電極１５ｂは、励振電極１４ｂを電極パッド１６ｂに電気的に接続するための電極である。具体的には、引出電極１５ａは、第１主面１２ａにある励振電極１４ａと第２主面１２ｂにある電極パッド１６ａとを連結するように形成され、引出電極１５ｂは、第２主面１２ｂにある励振電極１４ｂおよび電極パッド１６ｂを連結するように形成されている。なお、引出電極１５ａ，１５ｂを区別しない場合では、「引出電極１５」とする。

ここで、励振電極１４、引出電極１５および電極パッド１６の材料は特に限定されるものではないが、例えば、下地としてクロム（Ｃｒ）層を有し、クロム層の表面にさらに金（Ａｕ）層を有していてもよい。

＜水晶振動素子１０の各構成の位置関係＞
続いて、図３を参照しつつ、第１実施形態に係る水晶片１１の外縁、中央部１１ａおよび励振電極１４の位置関係について詳細に説明する。図３は、第１実施形態に係る水晶振動素子１０の各構成の位置関係を説明するための図である。

ところで、このような水晶片１１と基板３０とを接着する保持位置が水晶片１１の片側に形成されている片持構造を有する水晶振動素子１０では、振動特性を向上するために、保持による振動阻害を軽減することが考えられる。この振動阻害の軽減を実現するために、中央部１１ａおよび励振電極１４とも電極パッド１６（保持位置）から遠い側に位置する構成、すなわち、中央部１１ａが水晶片１１の外縁に対して保持位置から遠い側に設けられ、励振電極１４が中央部主面１１１において保持位置から遠い側に設けられる構成が採用されることがある。
しかしながら、このような構成では、平面視すると、励振電極１４の中心が中央部主面１１１の中心よりも水晶片１１の外縁の中心からより離れた位置にあり、励振電極１４が中央部主面１１１および水晶片１１の外縁の中心からより偏った位置にある。この励振電極１４の位置の偏りによって、振動分布の対称性が低下する問題が生じてしまう。また、励振電極１４が中央部主面１１１に対して保持位置から遠い側に位置することによって、保持位置に近い側にある励振電極１４の短辺から同側にある中央部主面１１１の短辺までの距離が大きくなり、振動漏れ等が生じてしまう。このような振動分布の対称性の低下や振動漏れの増大等の問題が発生すると、振動特性が悪化してしまう。
これに対して、第１実施形態に係る水晶振動素子１０は、後述するような簡易な構成を用いて、保持による振動阻害を軽減するとともに、振動分布の対称性の向上および振動漏れの減少を実現し、良好な振動特性を得ることを可能としている。

以下では、説明上の便宜のために、電極パッド１６に近い側にある、水晶片１１の外縁、中央部主面１１１および励振電極１４の一方側の短辺をそれぞれ「水晶片短辺Ｓ１」、「中央部短辺Ｓ３」および「励振電極短辺Ｓ５」とする。これに対して、電極パッド１６から遠い側にある、水晶片１１の外縁、中央部主面１１１および励振電極１４の他方側の短辺をそれぞれ「水晶片短辺Ｓ２」、「中央部短辺Ｓ４」および「励振電極短辺Ｓ６」とする。なお、水晶片短辺Ｓ１は、第１水晶片辺の一例であり、水晶片短辺Ｓ２は、第２水晶片辺の一例である。中央部短辺Ｓ３は、第１中央部辺の一例であり、中央部短辺Ｓ４は、第２中央部辺の一例である。また、励振電極短辺Ｓ５は、第１励振電極辺の一例であり、励振電極短辺Ｓ６は、第２励振電極辺の一例である。
また、水晶振動素子１０を平面視する場合において、水晶片１１の外縁の平面視形状の中心（図心）を「水晶片中心Ｃ１」とし、中央部主面１１１の平面視形状の中心（図心）を「中央部中心Ｃ２」とし、励振電極１４の平面視形状の中心（図心）を「励振電極中心Ｃ３」とする。なお、水晶片中心Ｃ１、中央部中心Ｃ２および励振電極中心Ｃ３を「中心Ｃ１～Ｃ３」と総称することもある。
さらに、水晶片短辺Ｓ１の中点と水晶片短辺Ｓ２の中点とを連結する仮想線を「仮想線Ｓ１２」とし、水晶片１１の対向する一対の長辺の中点を連結する仮想線を「仮想線Ｓ２１」とする。なお、第１実施形態では、仮想線Ｓ１２と仮想線Ｓ２１との交点は、水晶片中心Ｃ１となる。

図３に示すように、第１実施形態では、水晶振動素子１０（ここでは、水晶片１１の第２主面１２ｂ）を平面視する場合において、水晶片１１の外縁、中央部主面１１１（中央部１１ａ）および励振電極１４は、それぞれの平面視形状が矩形状をなしており、互いに長辺（短辺）が平行するように配置されている。また、これらの構成の平面視形状では、励振電極１４が中央部主面１１１（中央部１１ａ）の内側に形成されており、中央部主面１１１（中央部１１ａ）が水晶片１１の外縁の内側に形成されている。

また、水晶片１１の外縁、中央部主面１１１（中央部１１ａ）および励振電極１４の平面視形状は、仮想線Ｓ１２に対して、線対称となっている。言い換えれば、水晶片中心Ｃ１、中央部中心Ｃ２および励振電極中心Ｃ３は、仮想線Ｓ１２に形成されている。

一方、水晶片１１の外縁、中央部主面１１１（中央部１１ａ）および励振電極１４の平面視形状は、仮想線Ｓ２１に対して、線対称となっていない。言い換えれば、水晶片中心Ｃ１、中央部中心Ｃ２および励振電極中心Ｃ３は、仮想線Ｓ２１に形成されておらず、すなわち、中心Ｃ１～Ｃ３が重なるように形成されていない。第１実施形態では、水晶振動素子１０を平面視して、仮想線Ｓ１２方向（長辺と平行する方向）にて、中央部中心Ｃ２は、水晶片中心Ｃ１よりも電極パッド１６（保持位置）から遠い側に位置しており、励振電極中心Ｃ３は、中央部中心Ｃ２よりも電極パッド１６（保持位置）に近い側に位置している。このような構成によれば、励振電極中心Ｃ３が水晶片中心Ｃ１に近づくことが可能となり、また、これに伴い励振電極短辺Ｓ５と中央部短辺Ｓ３との距離が縮むことが可能となる。この結果、振動分布の対称性の向上および振動漏れの減少を実現することができる。

詳しく説明すると、励振電極中心Ｃ３は、中央部中心Ｃ２と水晶片中心Ｃ１との間の領域に位置することが好ましい。ここで、「中央部中心Ｃ２と水晶片中心Ｃ１との間の領域」とは、水晶振動素子１０を平面視して、中央部中心Ｃ２を通過しかつ水晶片短辺Ｓ２と平行する仮想線Ｓ２３と、水晶片中心Ｃ１を通過しかつ水晶片短辺Ｓ２と平行する仮想線Ｓ１３との間の領域をいう。なお、第１実施形態では、仮想線Ｓ１３と仮想線Ｓ２１とは重なっている。また、この「中央部中心Ｃ２と水晶片中心Ｃ１との間の領域」は、中央部中心Ｃ２を通過する仮想線２３を含まず、水晶片中心Ｃ１を通過する仮想線Ｓ１３（Ｓ２１）を含む。このため、第１実施形態では、励振電極中心Ｃ３は、中央部中心Ｃ２と水晶片中心Ｃ１とを連結する連結線上（仮想線Ｓ１２の一部であり、中央部中心Ｃ２の位置を除き、水晶片中心Ｃ１の位置を含む）の任意位置に位置することが可能となっている。言い換えれば、励振電極中心Ｃ３は、中央部中心Ｃ２および水晶片中心Ｃ１の両者とも近づく位置に、あるいは、中央部中心Ｃ２に近づくかつ水晶片中心Ｃ１と重なる位置に位置することが可能となる。また、これに伴い、励振電極短辺Ｓ５と中央部短辺Ｓ３との距離が縮むことが可能となる。この結果、振動分布の対称性の向上および振動漏れの減少を実現することができる。

さらに、励振電極１４の励振特性（例えば、中央部主面１１１以外の部分への励振抑制や、中央部主面１１１の励振範囲の確保等）を向上するとともに、より振動分布の対称性の向上および振動漏れの減少を実現するために、励振電極短辺Ｓ５から中央部短辺Ｓ３の距離が１２μｍ以上２１μｍ以下の範囲に属するように、励振電極中心Ｃ３が配置されることがより好ましい。

［第２実施形態］
続いて、図４を参照しつつ、第２実施形態に係る水晶片１１の外縁、中央部１１ａおよび励振電極１４の位置関係について詳細に説明する。図４は、第２実施形態に係る水晶振動素子１０の各構成の位置関係を説明するための図である。
第２実施形態は、第１実施形態と異なり、中心Ｃ１～Ｃ３の位置関係を着目せず、水晶振動素子１０の各構成の外縁における位置関係を着目して、水晶振動素子１０の各構成の位置関係を捉える実施形態である。また、第２実施形態では、第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点、すなわち水晶振動素子１０の各構成の位置関係のみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については言及しない。

以下では、説明上の便宜のために、水晶振動素子１０を平面視する場合において、中央部短辺Ｓ３から水晶片短辺Ｓ１までの距離を「第１距離Ｌ１」とし、中央部短辺Ｓ４から水晶片短辺Ｓ２までの距離を「第２距離Ｌ２」とし、励振電極短辺Ｓ５から水晶片短辺Ｓ１までの距離を「第３距離Ｌ３」とし、励振電極短辺Ｓ６から水晶片短辺Ｓ２までの距離を「第４距離Ｌ４」とする。また、この第３距離Ｌ３と第１距離Ｌ１との差、すなわち励振電極短辺Ｓ５から中央部短辺Ｓ３の距離を「第５距離Ｌ５」とし、第４距離Ｌ４と第２距離Ｌ２との差、すなわち励振電極短辺Ｓ６から中央部短辺Ｓ４の距離を「第６距離Ｌ６」とする。

図４に示すように、第２実施形態では、水晶振動素子１０（ここでは、水晶片１１の第２主面１２ｂ）を平面視して、中央部１１ａ（中央部主面１１１）は、水晶片１１の外縁に対して、この水晶片１１の外縁における中央位置の保持位置と対向する位置により側、すなわち、中央位置の水晶片短辺Ｓ２により側（図３の中央の上方により側）に設けられている。言い換えれば、中央部１１ａ（中央部主面１１１）は、中央部主面１１１に係る第１距離Ｌ１が第２距離Ｌ２よりも大きくなるように設けられている。また、励振電極１４は、中央部主面１１１に対して、この中央部主面１１１における中央位置の保持位置により側、すなわち、中央位置の水晶片短辺Ｓ１（中央部短辺Ｓ３）により側（図３の中央の下方により側）に設けられている。言い換えれば、励振電極１４は、励振電極１４に係る第３距離Ｌ３が第４距離Ｌ４よりも大きく、また第４距離Ｌ４と同じくなるように設けられている。このような構成によれば、水晶振動素子１０を平面視すると、励振電極１４が、水晶片１１の外縁に対して中央位置または中央位置に近い位置、かつ中央部主面１１１の中央位置に近い位置に配置されることになる。また、この配置にと伴い、第５距離Ｌ５が縮むことが可能となる。この結果、振動分布の対称性（の向上および振動漏れの減少を実現することができる。

また、第２実施形態では、励振電極１４は、中央部主面１１１の各辺から隙間をおいて配置されている。すなわち、励振電極１４は、励振電極１４に係る第３距離Ｌ３が第１距離Ｌ１よりも大きくなるように、かつ励振電極１４に係る第４距離Ｌ４が第２距離Ｌ２よりも大きくなるように設けられている。ここで、励振電極短辺Ｓ５から中央部短辺Ｓ３の第５距離Ｌ５、すなわち第３距離Ｌ３と第１距離Ｌ１との差が、１２μｍ以上２１μｍ以下であることが好ましい。これによって、励振電極１４によって励振される振動分布の非対称性が低減され、非対称性に起因する振動漏れが低減できる。

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。
本発明の一実施形態に係る水晶振動素子１０では、中央部１１ａと、中央部１１ａよりも厚み方向における寸法が小さい周辺部１１ｂとを有する水晶片１１と、中央部１１ａの厚み方向の両側にある中央部主面１１１のそれぞれに設けられている励振電極１４と、周辺部１１ｂに設けられており、励振電極１４と電気的に接続されている電極パッド１６とを備える水晶振動素子１０であって、水晶振動素子１０を平面視して、中央部主面１１１の中央部中心Ｃ２は、水晶片１１の水晶片中心Ｃ１よりも電極パッド１６から遠い側に位置しており、励振電極１４の励振電極中心Ｃ３は、中央部中心Ｃ２よりも電極パッド１６に近い側に位置している。
上記構成によれば、簡易な構成を有する水晶振動素子を用いても、保持による振動阻害を軽減するとともに、振動分布の対称性の向上および振動漏れの減少を実現し、良好な振動特性を得ることができる。

また、上記構成において、水晶振動素子１０を平面視して、励振電極中心Ｃ３は、中央部中心Ｃ２と水晶片中心Ｃ１との間の領域に位置する。
上記構成によれば、振動分布の対称性を向上することによって、良好な振動特性を得ることができる。

また、上記構成において、励振電極１４は、水晶振動素子１０を平面視して、少なくとも電極パッド１６に近い側にある外縁である励振電極短辺Ｓ５の一部が中央部主面１１１の内側に配置されている。
上記構成によれば、中央部主面以外の部分が励振されることを抑制することができる。

また、上記構成において、水晶振動素子１０を平面視して、励振電極の外縁と、電極パッド１６に近い側に形成されている前記中央部主面の外縁との最小距離は１２μｍ以上２１μｍ以下である。
上記構成によれば、励振特性を向上することができるとともに、より振動分布の対称性の向上および振動漏れの減少を実現することができる。

また、上記構成において、水晶振動素子１０を平面視して、水晶片１１、中央部主面１１１および励振電極１４はいずれも矩形状である。
上記構成によれば、振動分布の対称性を向上することができる。

また、上記構成において、水晶振動素子１０を平面視して、水晶片中心Ｃ１と、励振電極中心Ｃ３と、中央部中心Ｃ２とは一直線である仮想線Ｓ１２に形成されている。
上記構成によれば、短辺方向の振動分布の対称性を向上することができる。

また、本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子１０では、中央部１１ａと、中央部１１ａよりも厚み方向における寸法が小さい周辺部１１ｂとを有する水晶片１１と、中央部１１ａの厚み方向の両側にある中央部主面１１１のそれぞれに設けられている励振電極１４と、周辺部１１ｂに形成され、励振電極１４と電気的に接続されている電極パッド１６とを備える水晶振動素子１０であって、水晶振動素子１０を平面視して、水晶片１１、中央部主面１１１および励振電極１４はいずれも矩形状であり、中央部主面１１１は、電極パッド１６に近い側にある中央部短辺Ｓ３と、電極パッド１６から遠い側に中央部短辺Ｓ３と対向するように設けられている中央部短辺Ｓ４とを有し、中央部短辺Ｓ３から電極パッド１６に近い側にある水晶片短辺Ｓ１までの第１距離Ｌ１は、中央部短辺Ｓ４から水晶片短辺Ｓ１と対向する水晶片短辺Ｓ２までの第２距離Ｌ２よりも大きく設けられており、励振電極１４は、電極パッド１６に近い側にある励振電極短辺Ｓ５と、電極パッド１６から遠い側に励振電極短辺Ｓ５と対向するように設けられている励振電極短辺Ｓ６とを有し、励振電極短辺Ｓ５から水晶片短辺Ｓ１の第３距離Ｌ３は、励振電極短辺Ｓ６から水晶片短辺Ｓ２まで第４距離Ｌ４よりも大きい、または第４距離Ｌ４と同じである。
上記構成によれば、簡易な構成を有する水晶振動素子を用いても、保持による振動阻害を軽減するとともに、振動分布の対称性の向上および振動漏れの減少を実現し、良好な振動特性を得ることができる。

また、上記構成において、第３距離Ｌ３は、第１距離Ｌ１よりも大きい。
上記構成によれば、励振電極は中央部主面の内側に形成されることとなり、中央部主面以外の部分が励振されることを抑制することができる。

また、上記構成において、第３距離Ｌ３と第１距離Ｌ１との差である第５距離Ｌ５は、１２μｍ以上２１μｍ以下である。
上記構成によれば、励振特性を向上することができるとともに、より振動分布の対称性の向上および振動漏れの減少を実現することができる。

また、上記構成において、第４距離Ｌ４は、第２距離Ｌ２よりも大きい。
上記構成によれば、中央部主面以外の部分を励振されることを抑制することができる。

また、上記構成において、第３距離Ｌ３と第１距離Ｌ１との差である第５距離Ｌ５は、第４距離Ｌ４と第２距離Ｌ２との差である第６距離Ｌ６よりも小さい。
上記構成によれば、振動の漏れを軽減することができるとともに、振動分布の対称性を向上することができる。

また、上述した何れかの水晶振動素子１０では、水晶片１１のカット角が、ＡＴカットである。
上記構成によれば、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性を得ることができる。

また、本発明の一実施形態に係る水晶振動子１では、上述した何れかの水晶振動素子１０と、水晶振動素子１０を励振可能に支持する基板３０とを備え、水晶振動素子１０は、基板３０の上に導電性保持部材３６を介して励振可能に支持される。
上記構成によれば、簡易な構成を有する水晶振動素子を用いても、保持による振動阻害を軽減するとともに、振動分布の対称性の向上および振動漏れの減少を実現し、良好な振動特性を得ることができる。

また、上記水晶振動子１において、基板３０に接合材の一例とする封止枠３７および接合部材４０を介して接合された蓋部材２０をさらに備え、水晶振動素子１０が基板３０と蓋部材２０との内部空間２６に設けられている。
上記構成によれば、簡易な構成を有する水晶振動素子を用いても、保持による振動阻害を軽減するとともに、振動分布の対称性の向上および振動漏れの減少を実現し、良好な振動特性を得ることができる。
［変形例］
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。以下では、本発明に係る変形例について説明する。

上記実施形態では、水晶片１１を、長辺がＸ軸と平行し、短辺がＺ´軸と平行するＡＴカット水晶片として説明したが、上記構成に限定されるものではなく、例えば、長辺がＺ´軸と平行し、短辺がＸ軸と平行するＡＴカット水晶片を適用してもよい。あるいは、主要振動が厚みすべり振動モードであれば、例えばＢＴカットなどのＡＴカット以外の異なるカットの水晶片であってもよい。ただし、広い温度範囲で極めて高い周波数安定性が得られるＡＴカット水晶片が最も好ましい。

上記実施形態では、水晶振動素子１０を平面視して、水晶片１１、中央部主面１１１および励振電極１４は、いずれも長辺および短辺を有する矩形状構成として説明したが、水晶片１１、中央部主面１１１および励振電極１４は四つの辺の長さが全て等しく形成されている矩形状構成、すなわち正方形状構成であってもよい。また、水晶片１１、中央部主面１１１および励振電極１４は、略矩形状構成であってもよい。ここで、略矩形状とは、水晶片１１の外縁、中央部主面１１１および励振電極１４の平面視形状は、四隅が直角以外のＲ面取り、Ｃ面取り等が加工されている形状、一部の辺が曲線である形状、全ての辺が曲線である形状などの形状を含む。さらに、水晶片１１、中央部主面１１１および励振電極１４は、略円形状、略楕円形状等の構成であってもよい。

上記実施形態では、水晶振動素子１０を平面視して、水晶片中心Ｃ１、中央部中心Ｃ２および励振電極中心Ｃ３は仮想線Ｓ１２に形成されている構成として説明したが、中心Ｃ１乃至Ｃ３が一直線に形成されていない構成であってもよい。

上記実施形態では、水晶振動素子１０を平面視して、励振電極１４の平面視形状が中央部主面１１１の平面視形状よりも小さく形成されている構成として説明したが、励振電極１４の平面視形状が中央部主面１１１の平面視形状と同じ、または中央部主面１１１の平面視形状よりも大きく形成されている構成であってもよい。

上記実施形態では、水晶片１１には、中央部１１ａの側面１３ａをＸＺ´面とのなす角度が直角である面として説明したが、この角度は特に限定されるものではなく、例えば、側面１３とＸＺ´面とのなす角度は、水晶の結晶方位に依存する所定の角度に傾斜してもよい。このような傾斜角は、例えばウェットエッチングによって形成することができる。なお、周辺部１１ｂのＹ´軸方向の厚みは同一である。

上記実施形態では、水晶片１１はメサ型構成を有するものとして説明したが、ベベル構成を有する水晶片であってもよい。このようなベベル型構造においても、振動の漏れを軽減することができる。

上記実施形態では、周辺部１１ｂは均一の厚みを有する構成として説明したが、厚みが非均一の構成であってよい。例えば、中央部分から外縁部分まで、厚みの寸法が徐々に小さくなる階段状の構成や、斜面構成などであってもよい。

上記実施形態では、基板３０の接続電極３３ａ，３３ｂ、ビア電極３４ａ，３４ｂおよび外部電極３５ａ～ｄの各構成の一例を説明したが、基板３０の接続電極３３ａ，３３ｂ、ビア電極３４ａ，３４ｂおよび外部電極３５ａ～ｄの各構成は上記の例に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。例えば、外部電極の個数は４つに限るものではなく、例えば対角上に配置された２つであってもよい。また、外部電極はコーナー部に配置されたものに限らず、コーナー部を除く基板３０の何れかの側面に形成されてもよい。この場合、既に説明したとおり、側面の一部を円筒曲面状に切断した切り欠き側面を形成し、コーナー部を除く当該側面に外部電極を形成してもよい。さらに、ダミー電極である他の外部電極３５ｃ，３５ｄは形成しなくてもよい。また、基板３０に第１主面３２ａから第２主面３２ｂへ引出電極を形成し、両者の電気的導通を図ってもよい。

上記実施形態では、基板３０が平板であり、蓋部材２０が凹状であることとして説明したが、基板３０および蓋部材２０の形状は水晶振動素子を内部空間に収容することができれば特に限定されるものではなく、例えば、基板３０が凹状であり、蓋部材２０が平板状であってもよい。

上記実施形態では、水晶振動素子１０は、その一方端が導電性保持部材３６ａ，３６ｂにより固定されており、その他方端が自由となっている構成として説明したが、水晶振動素子１０は、長辺および短辺の何れかの方向の両端において基板３０に固定されていてもよい。

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、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これら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…水晶振動素子、１１…水晶片、１１ａ…中央部、１１ｂ…周辺部、１２ａ…第１主面、１２ｂ…第２主面、１４、１４ａ、１４ｂ…励振電極、１６、１６ａ、１６ｂ…電極パッド、２０…蓋部材、３０…基板、１１１、１１１ａ、１１１ｂ…中央部主面、Ｃ１…水晶片中心、Ｃ２…中央部中心、Ｃ３…励振電極中心

Claims (12)

1. 中央部と、前記中央部の周辺に位置し、前記中央部よりも厚み方向における寸法が小さい周辺部と、を有する水晶片と、
   前記中央部の厚み方向の両側にある中央部主面のそれぞれに設けられている励振電極と、
   前記周辺部に設けられており、前記励振電極と電気的に接続されている接続電極と、
   を備える水晶振動素子であって、
   前記水晶振動素子を平面視して、前記中央部主面の中央部中心は、前記水晶片の水晶片中心よりも前記接続電極から遠い側に位置しており、前記励振電極の励振電極中心は、前記励振電極における前記中央部主面の範囲内の領域の中心であって、前記中央部中心よりも前記接続電極に近い側に位置している、水晶振動素子。
2. 前記水晶振動素子を平面視して、前記励振電極中心は、前記中央部中心と前記水晶片中心との間の領域に位置する、請求項１に記載の水晶振動素子。
3. 前記水晶振動素子を平面視して、前記励振電極は、少なくとも前記接続電極に近い側にある外縁の一部が前記中央部主面の内側に配置されている、請求項２に記載の水晶振動素子。
4. 前記水晶振動素子を平面視して、前記励振電極の外縁と、当該接続電極に近い側に形成されている前記中央部主面の外縁との最小距離は１２μｍ以上２１μｍ以下である、請求項３に記載の水晶振動素子。
5. 前記水晶振動素子を平面視して、前記水晶片、前記中央部主面および前記励振電極はいずれも矩形状である、請求項１乃至４の何れか一項に記載の水晶振動素子。
6. 前記水晶振動素子を平面視して、前記水晶片中心と、前記励振電極中心と、前記中央部中心とは一直線に形成されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の水晶振動素子。
7. 中央部と、前記中央部よりも厚み方向における厚みが小さい周辺部とを有する、水晶片と、
   前記中央部の厚み方向の両側にある中央部主面にそれぞれ設けられている励振電極と、
   前記周辺部に形成され、前記励振電極と電気的に接続されている接続電極と、
   を備える水晶振動素子であって、
   前記水晶振動素子を平面視して、
   前記水晶片、前記中央部主面および前記励振電極はいずれも矩形状であり、
   前記中央部主面は、前記接続電極に近い側にある第１中央部辺と、前記接続電極から遠い側に前記第１中央部辺と対向するように設けられている第２中央部辺とを有し、前記第１中央部辺から前記接続電極に近い側にある第１水晶片辺までの第１距離は、前記第２中央部辺から前記第１水晶片辺と対向する前記水晶片の第２水晶片辺までの第２距離より大きく設けられており、
   前記励振電極は、前記接続電極に近い側にある第１励振電極辺と、前記接続電極から遠い側に前記第１励振電極辺と対向するように設けられている第２励振電極辺とを有し、前記第１励振電極辺から前記第１水晶片辺までの第３距離は、前記第２励振電極辺から前記第２水晶片辺まで第４距離よりも大きい、または前記第４距離と同じであり、
   前記第４距離は、前記第２距離よりも大きく、
   前記第３距離と前記第１距離との差である第５距離は、前記第４距離と前記第２距離との差である第６距離よりも小さい、
   水晶振動素子。
8. 前記第３距離は、前記第１距離よりも大きい、請求項７に記載の水晶振動素子。
9. 前記第５距離は、１２μｍ以上２１μｍ以下である、請求項８に記載の水晶振動素子。
10. 前記水晶片のカット角が、ＡＴカットである、請求項1乃至９の何れか一項に記載の水晶振動素子。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の水晶振動素子と、
    前記水晶振動素子を励振可能に支持する基板と、
    を備え、
    前記水晶振動素子は、前記基板上に導電性保持部材を介して励振可能に支持される、水晶振動子。
12. 前記基板に接合材を介して接合された蓋部材をさらに備え、
    前記水晶振動素子が前記基板と前記蓋部材との内部空間に設けられている、請求項１１に記載の水晶振動子。

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