JP7302618B2 - 水晶振動子およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＣカット水晶振動板を備えた水晶振動子およびその製造方法に関する。

従来、恒温槽型水晶発振器に用いられる水晶振動子として、ＳＣカット水晶振動板を備えた水晶振動子（以下、「ＳＣカット水晶振動子」とも言う）が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。ＳＣカット水晶振動子は、ＡＴカット水晶振動板を備えた水晶振動子と同様の３次曲線状の温度特性を有し、温度変化の緩やかな変極点が９４℃付近にある。

特許第３１９４４４２号公報 国際公開第２００５／００８８８７号

上述のようなＳＣカット水晶振動子は、主振動（基本波）のＣモードの振動以外に、Ｂモードの振動を生じる。矩形のＳＣカット水晶振動板の場合、Ｂモードの発振周波数は、Ｃモードの発振周波数の略１．０９倍であり、また、Ｂモードの等価抵抗（以下、「ＣＩ」と言う）は、ＣモードのＣＩに略等しいか、場合によってはそれよりも小さい。このため、特に対策を行わなかった場合、ＳＣカット水晶振動子がＢモードで発振してしまう可能性があり、信頼性を欠くことになる。

本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、主振動のＣモードで確実に発振させることが可能な信頼性の高い水晶振動子およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、ＳＣカット水晶振動板を備えた水晶振動子であって、前記ＳＣカット水晶振動板は、振動部と、当該振動部の外周側に設けられた外枠部とを備え、前記振動部と前記外枠部との間には、当該ＳＣカット水晶振動板の厚み方向に貫通する貫通部が設けられた構成になっており、前記振動部の前記貫通部側の端部には、厚み方向に突出し、前記振動部の振動面に対し傾斜する傾斜面が設けられており、前記傾斜面の裏側の部分には、前記傾斜面の突出する方向に傾斜する第２の傾斜面が形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、傾斜面によって水晶振動子のＢモードでの発振が抑制されるので、主振動（基本波）であるＣモードでの発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子を提供することができる。

また、前記傾斜面の裏側の部分には、前記傾斜面の突出する方向に傾斜する第２の傾斜面が形成されており、傾斜面および第２の傾斜面によって、水晶振動子のＢモードでの発振が効果的に抑制されるので、主振動であるＣモードでの発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子を提供することができる。

上記構成において、前記傾斜面のＳＣカット水晶振動板の結晶軸（例えばＺ軸）に沿った第１方向の幅が、前記振動部の第１方向の幅に対し、１０％以上であることが好ましい。この構成によれば、所定の幅を有する傾斜面によって、水晶振動子のＢモードでの発振が抑制され、主振動であるＣモードでの発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子を提供することができる。

上記構成において、前記傾斜面は、前記振動部のＳＣカット水晶振動板のＺ軸方向の端部に設けられ、且つＳＣカット水晶振動板のＸ軸方向に沿って延びていることが好ましい。この構成によれば、ＳＣカット水晶振動板のＺ軸方向に沿って所定の幅を有する傾斜面によって、水晶振動子のＢモードでの発振が抑制され、主振動であるＣモード発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子を提供することができる。

また、本発明は、ＳＣカット水晶振動板を備えた水晶振動子の製造方法であって、前記ＳＣカット水晶振動板の片面に対する周波数調整エッチングの後に、振動部の端部に貫通部を形成する外形エッチングを行って、前記振動部の前記貫通部側の端部に、厚み方向に突出し、前記振動部の振動面に対し傾斜する傾斜面を形成し、前記傾斜面の裏側の部分には、前記傾斜面の突出する方向に傾斜する第２の傾斜面を形成することを特徴とする。

上記構成によれば、ＳＣカット水晶振動板の片面に対する周波数調整エッチングによって、水晶の異方性により振動部の振動面に対して傾斜する傾斜面が現れる。水晶振動子のサイズが小さいほど、貫通部の幅が小さくなり、貫通部を形成するための外形エッチングのエッチング量が小さくなる。このため、外形エッチングの後において、周波数調整エッチングによって形成された傾斜面が、振動部の端部に残存する。この傾斜面によって水晶振動子のＢモードでの発振を抑制することができ、主振動であるＣモードでの発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子を提供することができる。

上記構成において、前記傾斜面のＳＣカット水晶振動板の結晶軸（例えばＺ軸）に沿った第１方向の幅が、前記振動部の第１方向の幅に対し、１０％以上であることが好ましい。この構成によれば、外形エッチングの後に振動部の端部に形成された傾斜面によって、水晶振動子のＢモードでの発振を抑制することができ、主振動であるＣモード発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子を提供することができる。

上記構成において、前記傾斜面は、前記振動部のＳＣカット水晶振動板のＺ軸方向の端部に設けられ、且つＳＣカット水晶振動板のＸ軸方向に沿って延びていることが好ましい。この構成によれば、外形エッチングの後に振動部のＺ軸方向の端部に形成された傾斜面によって、水晶振動子のＢモードでの発振を抑制することができ、主振動であるＣモードでの発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子を提供することができる。

本発明によれば、傾斜面によって水晶振動子のＢモードでの発振が抑制されるので、主振動であるＣモードでの発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子を提供することができる。

図１は、本実施形態にかかる水晶振動子の各構成を模式的に示した概略構成図である。 図２は、水晶振動子の第１封止部材の第１主面側の概略平面図である。 図３は、水晶振動子の第１封止部材の第２主面側の概略平面図である。 図４は、水晶振動子の水晶振動板の第１主面側の概略平面図である。 図５は、水晶振動子の水晶振動板の第２主面側の概略平面図である。 図６は、水晶振動子の第２封止部材の第１主面側の概略平面図である。 図７は、水晶振動子の第２封止部材の第２主面側の概略平面図である。 図８は、図４のＡ１－Ａ１線断面図である。 図９は、本実施形態にかかる水晶振動子の製造方法の概略を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本実施形態にかかる水晶振動子１００の基本的な構造を説明する。水晶振動子１００は、図１に示すように、水晶振動板１０、第１封止部材２０、および第２封止部材３０を備えて構成されている。この水晶振動子１００では、水晶振動板１０と第１封止部材２０とが接合され、水晶振動板１０と第２封止部材３０とが接合されることによって、略直方体のサンドイッチ構造のパッケージが構成される。すなわち、水晶振動子１００においては、水晶振動板１０の両主面のそれぞれに第１封止部材２０および第２封止部材３０が接合されることでパッケージの内部空間（キャビティ）が形成され、この内部空間に振動部１１（図４、図５参照）が気密封止される。

本実施形態にかかる水晶振動子１００は、例えば、１．０×０．８ｍｍのパッケージサイズであり、小型化と低背化とを図ったものである。水晶振動子１００は、外部に設けられる外部回路基板（図示省略）に半田を介して電気的に接続されるようになっている。

次に、上記した水晶振動子１００における水晶振動板１０、第１封止部材２０および第２封止部材３０の各部材について、図１～図７を用いて説明する。なお、ここでは、接合されていないそれぞれ単体として構成されている各部材について説明を行う。図２～図７は、水晶振動板１０、第１封止部材２０および第２封止部材３０のそれぞれの一構成例を示しているに過ぎず、これらは本発明を限定するものではない。

水晶振動板１０は、図４、図５に示すように、水晶からなる圧電基板であって、その両主面（第１主面１０１，第２主面１０２）が平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。本実施形態では、水晶振動板１０として、ＳＣカット水晶板が用いられている。図４、図５に示す水晶振動板１０では、水晶振動板１０の両主面１０１，１０２が、ＸＺ平面とされている。このＸＺ平面において、水晶振動板１０の短手方向（短辺方向）に平行な方向がＸ軸方向とされ、水晶振動板１０の長手方向（長辺方向）に平行な方向がＺ軸方向とされている。ＳＣカットは、水晶の３つの結晶軸である電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）、および光学軸（Ｚ軸）のうち、例えばＹ軸に直交する面をＸ軸を中心にして約３３°回転し、さらにこの回転した位置からＺ軸を中心にして約２２°回転した面から切り出す加工手法である。なお、図４、図５等に示すＸ軸方向、Ｚ軸方向は、便宜上、ＳＣカット水晶板を切り出すときの切り出し方向（上記２回の回転後の各結晶軸の方向）としている（Ｙ軸方向も同様）。なお、上述した切断角度は一例であり、一般的なＳＣカットの切断角度の範囲において他の角度であってもよい。例えばＹ軸に直交する面をＸ軸を中心にして回転する角度を約３３～３５°とし、さらにこの回転した位置からＺ軸を中心にして回転する角度を約２２～２４°とすることが可能である。

水晶振動板１０の両主面１０１，１０２には、一対の励振電極（第１励振電極１１１，第２励振電極１１２）が形成されている。水晶振動板１０は、略矩形に形成された振動部１１と、この振動部１１の外周を取り囲む外枠部１２と、振動部１１と外枠部１２とを連結することで振動部１１を保持する保持部１３とを有している。すなわち、水晶振動板１０は、振動部１１、外枠部１２および保持部１３が一体的に設けられた構成となっている。保持部１３は、振動部１１の＋Ｘ方向かつ－Ｚ方向に位置する１つの角部のみから、－Ｚ方向に向けて外枠部１２まで延びている（突出している）。振動部１１と外枠部１２との間には、貫通部（スリット）１０ａが形成されている。本実施形態では、水晶振動板１０には、振動部１１と外枠部１２とを連結する保持部１３が１つのみ設けられており、貫通部１０ａが振動部１１の外周囲を囲うように連続して形成されている。

第１励振電極１１１は振動部１１の第１主面１０１側に設けられ、第２励振電極１１２は振動部１１の第２主面１０２側に設けられている。第１励振電極１１１，第２励振電極１１２には、これらの励振電極を外部電極端子に接続するための引出配線（第１引出配線１１３，第２引出配線１１４）が接続されている。第１引出配線１１３は、第１励振電極１１１から引き出され、保持部１３を経由して、外枠部１２に形成された接続用接合パターン１４に繋がっている。第２引出配線１１４は、第２励振電極１１２から引き出され、保持部１３を経由して、外枠部１２に形成された接続用接合パターン１５に繋がっている。

水晶振動板１０の両主面（第１主面１０１，第２主面１０２）には、水晶振動板１０を第１封止部材２０および第２封止部材３０に接合するための振動板側封止部がそれぞれ設けられている。第１主面１０１の振動板側封止部としては振動板側第１接合パターン１２１が形成されており、第２主面１０２の振動板側封止部としては振動板側第２接合パターン１２２が形成されている。振動板側第１接合パターン１２１および振動板側第２接合パターン１２２は、外枠部１２に設けられており、平面視で環状に形成されている。

また、水晶振動板１０には、図４、図５に示すように、第１主面１０１と第２主面１０２との間を貫通する５つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第１スルーホール１６１は、外枠部１２の４隅（角部）の領域にそれぞれ設けられている。第２スルーホール１６２は、外枠部１２であって、振動部１１のＺ軸方向の一方側（図４、図５では、－Ｚ方向側）に設けられている。第１スルーホール１６１の周囲には、それぞれ接続用接合パターン１２３が形成されている。また、第２スルーホール１６２の周囲には、第１主面１０１側では接続用接合パターン１２４が、第２主面１０２側では接続用接合パターン１５が形成されている。

第１スルーホール１６１および第２スルーホール１６２には、第１主面１０１と第２主面１０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第１スルーホール１６１および第２スルーホール１６２それぞれの中央部分は、第１主面１０１と第２主面１０２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。振動板側第１接合パターン１２１の外周縁は、水晶振動板１０（外枠部１２）の第１主面１０１の外周縁に近接して設けられている。振動板側第２接合パターン１２２の外周縁は、水晶振動板１０（外枠部１２）の第２主面１０２の外周縁に近接して設けられている。なお、本実施形態では、第１主面１０１と第２主面１０２との間を貫通する５つのスルーホールが形成されている例を挙げたが、スルーホールを形成せずに、第１封止部材２０の側面の一部を切り欠き、当該切り欠かれた領域の内壁面に電極が被着したキャスタレーションを形成してもよい（第２封止部材３０についても同様）。

第１封止部材２０は、図２、図３に示すように、１枚の水晶板から形成された直方体の基板であり、この第１封止部材２０の第２主面２０２（水晶振動板１０に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。なお、第１封止部材２０は振動部を有するものではないが、水晶振動板１０と同様にＳＣカット水晶板を用いることで、水晶振動板１０と第１封止部材２０の熱膨張率を同じにすることができ、水晶振動子１００における熱変形を抑制することができる。また、第１封止部材２０におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の向きも水晶振動板１０と同じとされている。第１封止部材２０は、ＳＣカットやＡＴカット以外の切断角度の水晶板やガラスを用いてもよい（第２封止部材３０についても同様）。

第１封止部材２０の第１主面２０１（水晶振動板１０に面しない外方の主面）には、図２に示すように、配線用の第１、第２端子２２，２３と、シールド用（アース接続用）の金属膜２８とが形成されている。配線用の第１、第２端子２２，２３は、水晶振動板１０の第１、第２励振電極１１１，１１２と、第２封止部材３０の外部電極端子３２とを電気的に接続するための配線として設けられている。第１、第２端子２２，２３は、Ｚ軸方向の両端部に設けられており、第１端子２２が、＋Ｚ方向側に設けられ、第２端子２３が、－Ｚ方向側に設けられている。第１、第２端子２２，２３は、Ｘ軸方向に延びるように形成されている。第１端子２２および第２端子２３は、略矩形状に形成されている。金属膜２８は、第１、第２端子２２，２３の間に設けられており、第１、第２端子２２，２３とは所定の間隔を隔てて配置されている。金属膜２８は、第１封止部材２０の第１主面２０１の第１、第２端子２２，２３が形成されていない領域のうち、ほとんど全ての領域に設けられている。金属膜２８は、第１封止部材２０の第１主面２０１の＋Ｘ方向の端部から－Ｘ方向の端部にわたって設けられている。

第１封止部材２０には、図２、図３に示すように、第１主面２０１と第２主面２０２との間を貫通する６つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第３スルーホール２１１が、第１封止部材２０の４隅（角部）の領域に設けられている。第４，第５スルーホール２１２，２１３は、図２、図３の＋Ｚ方向および－Ｚ方向にそれぞれ設けられている。

第３スルーホール２１１および第４，第５スルーホール２１２，２１３には、第１主面２０１と第２主面２０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第３スルーホール２１１および第４，第５スルーホール２１２，２１３それぞれの中央部分は、第１主面２０１と第２主面２０２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。そして、第１封止部材２０の第１主面２０１の対角に位置する２つの第３スルーホール２１１，２１１（図２、図３の＋Ｘ方向かつ＋Ｚ方向の角部に位置する第３スルーホール２１１と、－Ｘ方向かつ－Ｚ方向の角部に位置する第３スルーホール２１１）の貫通電極同士が、金属膜２８によって電気的に接続されている。また、－Ｘ方向かつ＋Ｚ方向の角部に位置する第３スルーホール２１１の貫通電極と、第４スルーホール２１２の貫通電極とが、第１端子２２によって電気的に接続されている。＋Ｘ方向かつ－Ｚ方向の角部に位置する第３スルーホール２１１の貫通電極と、第５スルーホール２１３の貫通電極とが、第２端子２３によって電気的に接続されている。

第１封止部材２０の第２主面２０２には、水晶振動板１０に接合するための封止部材側第１封止部としての封止部材側第１接合パターン２４が形成されている。封止部材側第１接合パターン２４は、平面視で環状に形成されている。また、第１封止部材２０の第２主面２０２では、第３スルーホール２１１の周囲に接続用接合パターン２５がそれぞれ形成されている。第４スルーホール２１２の周囲には接続用接合パターン２６１が、第５スルーホール２１３の周囲には接続用接合パターン２６２が形成されている。さらに、接続用接合パターン２６１に対して第１封止部材２０の長軸方向の反対側（－Ｚ方向側）には接続用接合パターン２６３が形成されており、接続用接合パターン２６１と接続用接合パターン２６３とは配線パターン２７によって接続されている。封止部材側第１接合パターン２４の外周縁は、第１封止部材２０の第２主面２０２の外周縁に近接して設けられている。

第２封止部材３０は、図６、図７に示すように、１枚の水晶板から形成された直方体の基板であり、この第２封止部材３０の第１主面３０１（水晶振動板１０に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。なお、第２封止部材３０においても、水晶振動板１０と同様にＳＣカット水晶板を用い、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の向きも水晶振動板１０と同じとすることが望ましい。

この第２封止部材３０の第１主面３０１には、水晶振動板１０に接合するための封止部材側第２封止部としての封止部材側第２接合パターン３１が形成されている。封止部材側第２接合パターン３１は、平面視で環状に形成されている。封止部材側第２接合パターン３１の外周縁は、第２封止部材３０の第１主面３０１の外周縁に近接して設けられている。

第２封止部材３０の第２主面３０２（水晶振動板１０に面しない外方の主面）には、水晶振動子１００の外部に設けられる外部回路基板に電気的に接続する４つの外部電極端子３２が設けられている。外部電極端子３２は、第２封止部材３０の第２主面３０２の４隅（隅部）にそれぞれ位置する。外部電極端子３２は、平面視で、水晶振動子１００のパッケージの内部空間に沿ってそれぞれ設けられており、略Ｌ字状に形成されている。外部電極端子３２は、平面視で、上述した水晶振動板１０の外枠部１２と重複する位置に設けられている。

第２封止部材３０には、図６、図７に示すように、第１主面３０１と第２主面３０２との間を貫通する４つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第６スルーホール３３は、第２封止部材３０の４隅（角部）の領域に設けられている。第６スルーホール３３には、第１主面３０１と第２主面３０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、第６スルーホール３３それぞれの内壁面に沿って形成されている。このように第６スルーホール３３の内壁面に形成された貫通電極によって、第１主面３０１に形成された電極と、第２主面３０２に形成された外部電極端子３２とが導通されている。また、第６スルーホール３３それぞれの中央部分は、第１主面３０１と第２主面３０２との間を貫通した中空状態の貫通部分となっている。また、第２封止部材３０の第１主面３０１では、第６スルーホール３３の周囲には、それぞれ接続用接合パターン３４が形成されている。

上記構成の水晶振動板１０、第１封止部材２０、および第２封止部材３０を含む水晶振動子１００では、水晶振動板１０と第１封止部材２０とが振動板側第１接合パターン１２１および封止部材側第１接合パターン２４を重ね合わせた状態で拡散接合され、水晶振動板１０と第２封止部材３０とが振動板側第２接合パターン１２２および封止部材側第２接合パターン３１を重ね合わせた状態で拡散接合されて、図１に示すサンドイッチ構造のパッケージが製造される。これにより、パッケージの内部空間、つまり、振動部１１の収容空間が気密封止される。

この際、上述した接続用接合パターン同士も重ね合わせられた状態で拡散接合される。そして、接続用接合パターン同士の接合により、水晶振動子１００では、第１励振電極１１１、第２励振電極１１２、外部電極端子３２の電気的導通が得られるようになっている。具体的には、第１励振電極１１１は、第１引出配線１１３、配線パターン２７、第４スルーホール２１２、第１端子２２、第３スルーホール２１１、第１スルーホール１６１、および第６スルーホール３３を順に経由して、外部電極端子３２に接続される。第２励振電極１１２は、第２引出配線１１４、第２スルーホール１６２、第５スルーホール２１３、第２端子２３、第３スルーホール２１１、第１スルーホール１６１、および第６スルーホール３３を順に経由して、外部電極端子３２に接続される。また、金属膜２８は、第３スルーホール２１１、第１スルーホール１６１、および第６スルーホール３３を順に経由して、アース接続（グランド接続、外部電極端子３２の一部を利用）されている。

水晶振動子１００において、各種接合パターンは、複数の層が水晶板上に積層されてなり、その最下層側からＴｉ（チタン）層とＡｕ（金）層とが蒸着またはスパッタリングにより形成されているものとすることが好ましい。また、水晶振動子１００に形成される他の配線や電極も、接合パターンと同一の構成とすれば、接合パターンや配線および電極を同時にパターニングでき、好ましい。

上述のように構成された水晶振動子１００では、水晶振動板１０の振動部１１を気密封止する封止部（シールパス）１１５，１１６は、平面視で、環状に形成されている。シールパス１１５は、上述した振動板側第１接合パターン１２１および封止部材側第１接合パターン２４の拡散接合（Ａｕ－Ａｕ接合）によって形成され、シールパス１１５の外縁形状および内縁形状が略八角形に形成されている。同様に、シールパス１１６は、上述した振動板側第２接合パターン１２２および封止部材側第２接合パターン３１の拡散接合（Ａｕ－Ａｕ接合）によって形成され、シールパス１１６の外縁形状および内縁形状が略八角形に形成されている。

このように拡散接合によってシールパス１１５，１１６が形成された水晶振動子１００において、第１封止部材２０と水晶振動板１０とは、１．００μｍ以下のギャップを有し、第２封止部材３０と水晶振動板１０とは、１．００μｍ以下のギャップを有する。つまり、第１封止部材２０と水晶振動板１０との間のシールパス１１５の厚みが、１．００μｍ以下であり、第２封止部材３０と水晶振動板１０との間のシールパス１１６の厚みが、１．００μｍ以下（具体的には、本実施の形態のＡｕ－Ａｕ接合では０．１５μｍ～１．００μｍ）である。なお、比較例として、Ｓｎを用いた従来の金属ペースト封止材では、５μｍ～２０μｍとなる。

本実施形態では、上記構成の水晶振動子１００において、水晶振動板１０は、振動部１１と外枠部１２との間には、水晶振動板１０の厚み方向に貫通する貫通部１０ａが設けられた構成になっており、振動部１１の貫通部１０ａ側の端部には、厚み方向に突出する突起部（突出部）１１ａが形成され、突起部１１ａには、振動部１１の振動面１１ｂに対し傾斜する傾斜面１１ｃが設けられている。この点について、図４、図５、図８を参照して説明する。

突起部１１ａは、振動部１１の－Ｚ軸方向側の端部に設けられており、振動部１１の振動面１１ｂに対し厚み方向に突出している。図８の例では、突起部１１ａは、振動部１１の振動面１１ｂよりも上方側（例えば＋Ｙ方向側）に突出している。突起部１１ａは、Ｘ軸方向に沿って延びており、振動部１１の＋Ｘ軸方向側の端部から－Ｘ軸方向側の端部にわたって設けられている。

突起部１１ａの表面（図８の上面）は、振動部１１の振動面１１ｂ（ＸＺ平面）に対し所定の角度で傾斜する傾斜面１１ｃになっている。なお、傾斜面１１ｃには、曲率を帯びている斜面や、段状の斜面や、微小な屈曲部を有している斜面も含まれる。また、突起部１１ａの裏面側（図８の下面側）には、厚み方向に凹む凹部が設けられており、傾斜面１１ｃと同じ方向に傾斜する第２の傾斜面１１ｄになっている。なお、第２の傾斜面１１ｄは、傾斜面１１ｃとは異なる角度で傾斜しているが、同じ角度で傾斜していてもよい。また、図８の例では、振動部１１の＋Ｚ軸方向側（図８の左側）の端部にも、振動部１１の振動面１１ｂに対し傾斜する傾斜面が設けられているが、厚み方向に突出する突起部は設けられていない。

突起部１１ａは、振動部１１の振動面１１ｂの部分に対し、貫通部１０ａ側にＬ２の距離だけ突出している。言い換えれば、突起部１１ａの水晶振動板１０の結晶軸に沿った第１方向（この場合、Ｚ軸方向）の幅が、Ｌ２になっている。突起部１１ａのＺ軸方向に沿った幅Ｌ２が、振動部１１のＺ軸方向の幅Ｌ１に対し、１０～３０％になっている。この幅Ｌ２は、１．０×０．８ｍｍのサイズの水晶振動板１０の場合、例えば６０～７０μｍになり、振動部１１のＺ軸方向の幅Ｌ１は、例えば５５０～５７０μｍになる。なお、貫通部１０ａのＺ軸方向に沿った幅は、１．０×０．８ｍｍのサイズの水晶振動板１０の場合、例えば５０～６０μｍになる。

上述のような傾斜面１１ｃを有する水晶振動子１００の製造方法について、図９を参照して説明する。図９は、水晶振動子１００の製造工程の一部を示しており、ウエハ状態の水晶振動板１０に対する工程を示している。

図９に示すように、水晶振動子１００の製造工程において、水晶振動板１０のウエハに対して、周波数調整エッチング工程、外形エッチング工程、および電極形成工程が行われる。周波数調整エッチング工程は、水晶振動板１０のウエハに対し、ウエットエッチングによって水晶振動板１０の厚みを調整して発振周波数の調整を行う工程である。周波数調整エッチングは、水晶振動板１０のウエハの片面に対して行われる。なお、周波数調整エッチングは、水晶振動板１０のウエハの両面に対して行ってもよい。

周波数調整エッチングにより、水晶振動板１０のウエハに上述した突起部１１ａとなる部分が現れる。なお、本実施形態では、周波数調整エッチング工程の前工程において、周波数調整エッチング工程で片面がエッチングされる側とは反対側の面に予め溝ｂ１を形成している。このような溝ｂ１を周波数調整エッチング工程の前に形成しておくことによって、周波数調整エッチング工程において、Ｚ軸方向に沿った幅が微小な貫通部１０ａを確実に貫通させることができる。

外形エッチング工程は、水晶振動板１０のウエハに対し、ウエットエッチングによって水晶振動板１０に振動部１１の外形を形成する工程である。外形エッチングは、水晶振動板１０のウエハの片面（周波数調整エッチングを行った面）に対して行われる。外形エッチングにより、水晶振動板１０のウエハに上述した貫通部１０ａが形成され、振動部１１と外枠部１２が貫通部１０ａによって区画される。この際、周波数調整エッチングによって形成された突起部１１ａとなる部分が、振動部１１の貫通部１０ａ側の端部に残存する。

電極形成工程は、振動部１１、外枠部１２、貫通部１０ａ等が形成された水晶振動板１０のウエハに対し、スパッタリングおよびフォトリソグラフィによって、上述した第１、第２励振電極１１１，１１２等を振動部１１に形成する工程である。

本実施形態によれば、突起部１１ａの傾斜面１１ｃによって水晶振動子１００のＢモードでの発振が抑制されるので、主振動（基本波）であるＣモードでの発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子１００を提供することができる。ここで、ＳＣカット水晶振動子１００の主振動であるＣモードでの発振は、主に振動部１１の平坦な部分（振動面１１ｂの部分）で行われ、突起部１１ａの存在によって、Ｃモードでの発振が影響を受けることは少ない。一方、副振動であるＢモードでの発振に対しては突起部１１ａの存在が大きく影響し、水晶振動子１００のチップサイズが小さいほど突起部１１ａの影響が大きくなる。突起部１１ａの傾斜面１１ｃにより、Ｂモードでの発振のＣＩが大きくなり（悪化し）、Ｂモードでの発振が抑制される。その結果、突起部１１ａによって影響を受けにくいＣモードでの発振を確実に行わせることができる。

また、突起部１１ａの傾斜面１１ｃの裏側の部分には、傾斜面１１ｃの突出する方向に傾斜する第２の傾斜面１１ｄが形成されているので、突起部１１ａの傾斜面１１ｃと第２の傾斜面１１ｄによって、水晶振動子１００のＢモードでの発振が効果的に抑制されるので、主振動であるＣモードでの発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子１００を提供することができる。

本実施形態では、突起部１１ａの水晶振動板１０のＺ軸方向の幅Ｌ２が、振動部１１のＺ軸方向の幅Ｌ１に対し、１０～３０％になっているので、所定の幅Ｌ２を有する突起部１１ａの傾斜面１１ｃによって、水晶振動子１００のＢモードでの発振が抑制され、主振動であるＣモードでの発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子１００を提供することができる。なお、突起部１１ａの水晶振動板１０のＺ軸方向の幅Ｌ２が、振動部１１のＺ軸方向の幅Ｌ１に対し、１０％よりも小さくなると、水晶振動子１００のチップサイズに対して突起部１１ａの影響が小さくなり、Ｂモードでの発振の抑制効果を充分に得ることができなくなる。一方、突起部１１ａの水晶振動板１０のＺ軸方向の幅Ｌ２が、振動部１１のＺ軸方向の幅Ｌ１に対し、３０％よりも大きくなると、その分、振動部１１の平坦な部分（振動面１１ｂの部分）が小さくなるので、主振動であるＣモードでの発振への悪影響が大きくなる。

また、突起部１１ａは、振動部１１の－Ｚ軸方向側の端部に設けられており、Ｘ軸方向に沿って延びているので、Ｚ軸方向に沿って所定の幅Ｌ２を有する突起部１１ａの傾斜面１１ｃによって、水晶振動子１００のＢモードでの発振が抑制され、主振動であるＣモード発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子１００を提供することができる。

さらに、上述したような突起部１１ａを有する水晶振動子１００の製造方法によれば、水晶振動板１０の片面に対する周波数調整エッチングによって、水晶の異方性により振動部１１の振動面１１ｂに対して傾斜する傾斜面１１ｃが現れる。水晶振動子１００のサイズが小さいほど、貫通部１０ａの幅が小さくなり、貫通部１０ａを形成するための外形エッチングのエッチング量が小さくなる。このため、外形エッチングの後において、周波数調整エッチングによって形成された傾斜面１１ｃが、突起部１１ａとして振動部１１の端部に残存する。なお、本発明の実施形態において、突起部１１ａのＹ軸方向における高さ（最大厚み）は、外枠部１２の高さ（厚み）よりも小さくなっている。この突起部１１ａによって水晶振動子１００のＢモードでの発振を抑制することができ、主振動であるＣモードでの発振を確実に行わせることができ、信頼性の高い水晶振動子１００を提供することができる。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

上記実施形態では、水晶振動板１０が、振動部１１と外枠部１２とを連結する保持部１３が１つのみ設けられ、貫通部１０ａが振動部１１の外周囲を囲うように連続して形成された構成であったが、振動部１１と外枠部１２との間に貫通部１０ａが設けられた構成であればよく、水晶振動板１０の構成はさまざまに変更することが可能である。例えば、水晶振動板１０を、振動部１１と外枠部１２とを連結する保持部１３が２つ以上設けられた構成としてもよい。

上述した突起部１１ａの形状は一例であって、振動部１１の振動面１１ｂに対し傾斜する傾斜面１１ｃが設けられた形状であればよく、突起部１１ａの形状はさまざまに変更することが可能である。

上記実施形態では、第２封止部材３０の第２主面３０２の外部電極端子３２の数を４つとしたが、これに限定されるものではなく、外部電極端子３２の数を、例えば、２つ、６つ、あるいは８つ等としてもよい。また、本発明を水晶振動子１００に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば水晶発振器等にも本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、水晶振動子１００における電極の導通を、主にスルーホールを介して行ったが、水晶振動子１００のパッケージの内側壁や外側壁の壁面や、側壁に設けられたキャスタレーションを介して電極の導通を行ってもよい。

上記実施形態では、第１封止部材２０および第２封止部材３０を水晶板によって形成したが、これに限定されるものではなく、第１封止部材２０および第２封止部材３０を、例えば、ガラスまたは樹脂によって形成してもよい。

１０ 水晶振動板（ＳＣカット水晶振動板）
１０ａ 貫通部
１１ 振動部
１１ａ 突起部
１１ｂ 振動面
１１ｃ 傾斜面
１２ 外枠部
１００ 水晶振動子（ＳＣカット水晶振動子）

Claims (8)

1. ＳＣカット水晶振動板を備えた水晶振動子であって、
   前記ＳＣカット水晶振動板は、振動部と、当該振動部の外周側に設けられた外枠部とを備え、前記振動部と前記外枠部との間には、当該ＳＣカット水晶振動板の厚み方向に貫通する貫通部が設けられた構成になっており、
   前記振動部の前記貫通部側の端部には、厚み方向に突出し、前記振動部の振動面に対し傾斜する傾斜面が設けられており、
   前記傾斜面の裏側の部分には、前記傾斜面の突出する方向に傾斜する第２の傾斜面が形成されていることを特徴とする水晶振動子。
2. ＳＣカット水晶振動板を備えた水晶振動子であって、
   前記ＳＣカット水晶振動板は、振動部と、当該振動部の外周側に設けられた外枠部とを備え、前記振動部と前記外枠部との間には、当該ＳＣカット水晶振動板の厚み方向に貫通する貫通部が設けられた構成になっており、
   前記振動部の前記貫通部側の端部には、厚み方向に突出し、前記振動部の振動面に対し傾斜する傾斜面が設けられており、
   前記傾斜面は、前記振動部のＳＣカット水晶振動板のＺ軸方向の端部に設けられ、且つＳＣカット水晶振動板のＸ軸方向に沿って延びていることを特徴とする水晶振動子。
3. 請求項１に記載の水晶振動子において、
   前記傾斜面は、前記振動部のＳＣカット水晶振動板のＺ軸方向の端部に設けられ、且つＳＣカット水晶振動板のＸ軸方向に沿って延びていることを特徴とする水晶振動子。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載の水晶振動子において、
   前記傾斜面のＳＣカット水晶振動板の結晶軸に沿った第１方向の幅が、前記振動部の第１方向の幅に対し、１０％以上であることを特徴とする水晶振動子。
5. ＳＣカット水晶振動板を備えた水晶振動子の製造方法であって、
   前記ＳＣカット水晶振動板の片面に対する周波数調整エッチングの後に、振動部の端部に貫通部を形成する外形エッチングを行って、前記振動部の前記貫通部側の端部に、厚み方向に突出し、前記振動部の振動面に対し傾斜する傾斜面を形成し、
   前記傾斜面の裏側の部分には、前記傾斜面の突出する方向に傾斜する第２の傾斜面を形成することを特徴とする水晶振動子の製造方法。
6. ＳＣカット水晶振動板を備えた水晶振動子の製造方法であって、
   前記ＳＣカット水晶振動板の片面に対する周波数調整エッチングの後に、振動部の端部に貫通部を形成する外形エッチングを行って、前記振動部の前記貫通部側の端部に、厚み方向に突出し、前記振動部の振動面に対し傾斜する傾斜面を形成し、
   前記傾斜面は、前記振動部のＳＣカット水晶振動板のＺ軸方向の端部に設けられ、且つＳＣカット水晶振動板のＸ軸方向に沿って延びていることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
7. 請求項５に記載の水晶振動子の製造方法において、
   前記傾斜面は、前記振動部のＳＣカット水晶振動板のＺ軸方向の端部に設けられ、且つＳＣカット水晶振動板のＸ軸方向に沿って延びていることを特徴とする水晶振動子の製造方法。
8. 請求項５～７のいずれか１つに記載の水晶振動子の製造方法において、
   前記傾斜面のＳＣカット水晶振動板の結晶軸に沿った第１方向の幅が、前記振動部の第１方向の幅に対し、１０％以上であることを特徴とする水晶振動子の製造方法。

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