WO2016181882A1 - 水晶振動素子及び水晶振動子 - Google Patents

水晶振動素子及び水晶振動子 Download PDF

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WO2016181882A1
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axis
excitation electrode
short side
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short
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Inventor
開田　弘明
徹 木津
上　慶一
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/19—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator consisting of quartz

Definitions

  • the present invention relates to a crystal resonator element and a crystal resonator.
  • a quartz vibrator having a thickness shear vibration as a main vibration is widely used.
  • a mesa structure is known in which the peripheral portion of the vibration portion of the crystal resonator element is etched thinner than the vibration portion in order to confine the vibration energy of the thickness shear vibration (for example, a patent) Reference 1).
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to suppress the occurrence of unnecessary vibrations and improve the vibration characteristics.
  • the crystal resonator element when the X ′ axis, the Y axis, and the Z axis, which are crystal axes of crystal, are rotated about the X axis by a predetermined angle from the Z axis, It includes an AT-cut quartz substrate cut out with a plane parallel to the plane specified by the axis and the Z′-axis as a main surface, and a first excitation electrode and a second excitation electrode provided on the quartz substrate.
  • the quartz substrate includes a vibrating portion excited by the first excitation electrode and the second exciting electrode, and a peripheral portion that is provided outside the vibrating portion and is thinner than the vibrating portion.
  • the short direction is a direction parallel to the Z ′ axis
  • the short direction is a direction parallel to the X axis
  • the vibration part is provided on the first short side in the long direction. It has a short side taper side surface, the short side taper side surface is inclined so as to be in contact with the peripheral part at an acute angle, and an excitation electrode is formed on the main surface adjacent to the short side taper side surface in the vibration part.
  • the end face on the first short side of the excitation electrode was provided in the Z′-axis direction at a position coinciding with the boundary between the short side taper side surface and the peripheral portion or at a position inside the vibrating portion from the boundary.
  • the end face of the excitation electrode is provided at a position that coincides with the boundary between the short side taper side surface and the peripheral portion, or at a position inside the vibrating portion from the boundary.
  • the portion of the excitation electrode that exceeds the above boundary is a portion that does not contribute to the original vibration, and thus, by regulating the position of the end face of the excitation electrode, the resonance characteristics are deteriorated due to the occurrence of unnecessary vibration. Can be suppressed.
  • the end face of the excitation electrode is provided at a position that coincides with the boundary between the short side taper side surface and the peripheral part, the overlapping part of the excitation electrodes formed on both main surfaces of the vibration part should be enlarged. Therefore, vibration efficiency can be improved.
  • the area of the overlapping portion between the excitation electrodes is smaller than that applied to the long side taper side surface. It can be increased, and the deterioration of the resonance characteristics can be suppressed.
  • the tapered side surface on the short side is a side surface on the Z′-axis positive direction side of the vibrating portion
  • the excitation electrode includes a first excitation electrode formed on the main surface on the Y′-axis positive direction side.
  • the end face on the Z′-axis positive direction side of the first excitation electrode is provided in the Z′-axis direction at a position that coincides with the boundary between the short-side tapered side surface and the peripheral portion or at a position inside the vibrating portion with respect to the boundary. May be.
  • the short side taper side surface is a side surface on the Z′-axis negative direction side of the vibration unit
  • the excitation electrode includes a second excitation electrode formed on the main surface on the Y′-axis negative direction side.
  • the end surface of the second excitation electrode on the negative side in the Z′-axis is provided in the Z′-axis direction at a position that coincides with the boundary between the short-side tapered side surface and the peripheral portion, or at a position inside the vibrating portion with respect to the boundary. May be.
  • a crystal resonator according to one aspect of the present invention includes a base member, a lid member connected to the base member so as to form a sealed internal space, and the crystal resonator element housed in the internal space. .
  • the crystal resonator element since the crystal resonator element is provided, it is possible to suppress deterioration of resonance characteristics due to occurrence of unnecessary vibration.
  • FIG. 1 is a diagram showing a crystal resonator element according to this embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view for explaining the crystal resonator according to the present embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the crystal resonator according to this embodiment.
  • 1 to 3 are diagrams for explaining the crystal resonator element according to this embodiment.
  • the crystal resonator element 100 includes a crystal substrate 10 and a first excitation electrode 20 and a second excitation electrode 30 that are formed on the crystal substrate 10 and face each other with the crystal substrate 10 interposed therebetween.
  • the quartz substrate 10 is made of quartz formed by AT cut.
  • the AT-cut quartz substrate 10 rotates the Y-axis and Z-axis among the X-axis, Y-axis, and Z-axis, which are crystal axes of artificial quartz, around the X-axis by 35 degrees 15 minutes in the direction from the Y-axis to the Z-axis.
  • the Y ′ axis and the Z ′ axis are used as the axes
  • the surfaces specified by the X axis and the Z ′ axis hereinafter referred to as “XZ ′ surfaces”.
  • XZ ′ surfaces The same applies to the surfaces specified by other axes. Is cut out with a plane parallel to the main plane.
  • a quartz resonator element using an AT-cut quartz substrate has extremely high frequency stability over a wide temperature range, is excellent in aging characteristics, and can be manufactured at low cost.
  • the AT-cut crystal resonator element often uses a thickness shear vibration mode as a main vibration.
  • the direction of the rotation axis can be changed by a predetermined value (for example, ⁇ 2 minutes) from 35 degrees 15 minutes ⁇ 1 minute 30 seconds.
  • the quartz substrate 10 has a longitudinal direction parallel to the Z′-axis direction, a short direction parallel to the X-axis direction, and a thickness direction parallel to the Y′-axis direction.
  • the quartz substrate 10 has a substantially rectangular shape on the XZ ′ plane.
  • 1 is a plan view on the Y′-axis positive direction side (the surface side of the quartz substrate)
  • FIG. 2 is a cross-sectional view (II-II line cross-sectional view) parallel to the Y′Z ′ plane.
  • Is a cross-sectional view (III-III cross-sectional view) parallel to the XY ′ plane.
  • the quartz substrate 10 has a vibrating part 40 and a peripheral part 50 provided outside the vibrating part 40.
  • the vibration part 40 is a part excited by the first excitation electrode 20 and the second excitation electrode 30.
  • the thickness of the peripheral portion 50 is thinner than the thickness of the vibrating portion 40.
  • the peripheral portion 50 is provided outside the vibrating portion 40.
  • the peripheral part 50 may be provided so as to surround the entire circumference of the vibration part 40.
  • the peripheral portion 50 may be provided only on the outer side in the longitudinal direction of the vibrating portion 40.
  • the first excitation electrode 20 is formed on the first main surface on the Y′-axis positive direction side
  • the second excitation electrode 30 is formed on the second main surface on the Y′-axis negative direction side.
  • the first and second excitation electrodes 20 and 30 have overlapping portions in a plan view of the XZ ′ plane as a pair of electrodes.
  • the thicknesses of the vibration part 40 and the peripheral part 50 are distances in the Y′-axis direction.
  • the vibration part 40 includes a portion where the first and second excitation electrodes 20 and 30 overlap each other. In the example of FIGS. 2 and 3, the thickness of the vibration part 40 is the distance between the first and second main surfaces. Point to.
  • the peripheral part 50 may be thinner than the thickness of the thinnest part of the vibration part 40.
  • the crystal resonator element 100 is configured to undergo thickness shear vibration when an alternating electric field is applied to the first excitation electrode 20 and the second excitation electrode 30.
  • an extension electrode 22 electrically connected to the first excitation electrode 20 and an extension electrode 32 electrically connected to the second excitation electrode 30 are formed on the quartz substrate 10.
  • the extended electrode 22 extends toward the short side of the Z′-axis negative direction in the longitudinal direction of the quartz substrate 10 on the Y′-axis positive direction side, and further passes through the side surface of the peripheral portion 50.
  • Y ′ is extended to the negative direction side.
  • the extended electrode 32 passes through the short side on the Z′-axis positive direction side of the vibrating portion 40 on the Y′-axis negative direction side, and further, the Z′-axis in the longitudinal direction of the quartz substrate 10. It extends toward the short side on the negative direction side.
  • Each of the extension electrodes 22 and 32 has a connection electrode along the short side on the Z′-axis negative direction side, and conductive holding members 340 and 342 are provided on each connection electrode. Accordingly, the crystal resonator element 100 is held on a base member to be described later, and the first and second excitation electrodes 20 and 30 are electrically connected to the outside on the Y′-axis negative direction side and the Z′-axis negative direction side. Be able to.
  • Each of the electrodes including the first and second excitation electrodes 20 and 30 may be formed, for example, by forming a base with a chromium (Cr) layer and forming a gold (Au) layer on the surface of the chromium layer. It is not limited.
  • the quartz substrate 10 is usually formed by wet etching.
  • the quartz substrate 10 is formed so that the planar shape in the XZ ′ plane follows the mask shape, but the cross-sectional shape perpendicular to the XZ ′ plane depends on the etching conditions, the orientation of the crystal axis of the quartz substrate, and the like.
  • the side surface of the vibration part 40 is formed so as to be in contact with the peripheral part 50 at a predetermined angle.
  • Such a cross-sectional shape can be formed by etching the quartz substrate 10 over a predetermined etching time.
  • the quartz substrate 10 has a rotationally symmetric shape rotated by 180 ° around the X axis, and the angle when the side surface of the vibration unit 40 is inclined also has rotational symmetry.
  • the vibration unit 40 has a short side taper side surface 42 on the Z′-axis positive direction side and the Z′-axis negative direction side on the Y′-axis positive direction side. And has a short side taper side surface 44.
  • the short side taper side surface 42 has an acute angle ⁇ a1 (for example, a range of 33 ° to 38 °. This angle corresponds to the original Z axis before rotating to AT cut).
  • Inclined inward of the vibrating part 40 that is, a direction from the first main surface on the Y′-axis positive direction side of the vibrating part 40 toward the center of the vibrating part 40 in the Z′-axis direction
  • the taper side surface 44 is in contact with the peripheral portion 50 at an obtuse angle ⁇ a2 (for example, a range of 142 ° or more and 147 ° or less. This angle corresponds to the original Z axis before rotating to the AT cut). (Ie, a direction away from the center of the vibration part 40 in the Z′-axis direction) from the first main surface on the Y′-axis positive direction side of the vibration part 40.
  • the vibrating portion 40 has a short side taper side surface 46 on the Z′-axis negative direction side on the Y′-axis negative direction side, and a short side on the Z′-axis positive direction side. It has a side taper side surface 48.
  • the short side taper side surface 46 is in contact with the peripheral portion 50 at an acute angle ⁇ b1 (similar to the angle of the short side taper side surface 42 since it is 180 ° rotationally symmetric about the X axis).
  • the vibration unit 40 includes side surfaces 41, 43, 45, 47. These side surfaces 41, 43, 45, and 47 are in contact with the peripheral portion 50 in a state of being substantially perpendicular (for example, in a range of 85 ° to 95 °).
  • the extension electrode 32 is arranged along the Z′-axis direction at a given distance from the side surface 47 on one surface on the X-axis positive direction side of the peripheral portion 50 that is thinner than the vibrating portion 40. .
  • the end surface on the Z′-axis positive direction side of the first excitation electrode 20 is located at a position that coincides with the boundary B between the short-side tapered side surface 42 and the peripheral portion 50 in the Z′-axis direction or from the boundary B. Is also provided at a position inside the vibrating section 40.
  • the end face on the Z′-axis positive direction side of the first excitation electrode 20 is positioned inside the vibrating portion 40 by a distance d2 from the boundary B on the Y′-axis positive direction side.
  • the end surface on the Z′-axis positive direction side of the first excitation electrode 20 is the outer edge of the main surface on the Y′-axis positive direction side of the vibration unit 40 (the outer edge on the Z′-axis positive direction side). ) Is located inside the vibrating part 40 by a distance d1 (d1> d2).
  • the second excitation electrode 30 has the same configuration as the first excitation electrode 20, and the end surface on the Z′-axis negative direction side of the second excitation electrode 30 is on the short side in the Z′-axis direction. It is provided at a position that coincides with the boundary B ′ between the tapered side surface 46 and the peripheral portion 50 or at a position inside the vibrating portion 40 with respect to the boundary B ′.
  • the end surface of the second excitation electrode 30 on the Z′-axis negative direction side is positioned on the inner side of the vibration unit 40 by a distance d2 ′ from the boundary B ′ on the Y′-axis negative direction side.
  • the end surface on the Z′-axis negative direction side of the second excitation electrode 30 is the outer edge of the main surface on the Y′-axis negative direction side of the vibrating portion 40 (the outer edge on the Z′-axis negative direction side). ), The distance d1 ′ (d1 ′> d2 ′) is located inside the vibrating part 40.
  • the end surface of the excitation electrode has a short side taper side surface (provided on one short side in the longitudinal direction and is in contact with the peripheral part at acute angles ⁇ a1 and ⁇ b1). (A side surface inclined in a direction) and the boundary between the peripheral portion 50 or a position inside the vibrating portion 40 with respect to the boundary.
  • the portion of the excitation electrode that exceeds the above boundary is a portion that does not contribute to the original vibration, and thus, by regulating the position of the end face of the excitation electrode, the resonance characteristics are deteriorated due to the occurrence of unnecessary vibration. Can be suppressed.
  • the present embodiment is particularly effective for the small-sized quartz crystal resonator element 100.
  • the end face of the excitation electrode is provided at a position that coincides with the boundary B between the short side taper side face and the peripheral portion 50, the overlapping portion of the excitation electrodes formed on both main surfaces of the vibration part 40 Therefore, vibration efficiency can be improved.
  • the configuration of the excitation electrode is applied to the short side taper side surface, the area of the overlapping portion between the excitation electrodes is smaller than that applied to the long side taper side surface. It can be increased, and the deterioration of the resonance characteristics can be suppressed.
  • the conductive holding member 340 electrically connected to the first excitation electrode 20 and the conductive holding member 342 electrically connected to the second excitation electrode 30 are short on the Z′-axis negative direction side of the quartz substrate 10. You may hold
  • FIG. 1 and FIG. 2 the short side taper side surface 46 provided at a position close to the conductive holding members 340 and 342 includes the inside of the vibration part 40 so as to contact the peripheral part 50 at an acute angle. Since it is inclined in the direction, unnecessary vibration can be dispersed on the acute angle side of the short side taper side surface 46. Therefore, it is possible to suppress unnecessary vibration from propagating to the conductive holding members 340 and 342. Therefore, adverse effects such as deterioration of resonance characteristics can be suppressed, and vibration characteristics such as stabilization of vibration frequency can be improved.
  • the crystal axes (X, Y ′, Z ′) of the crystal and the positive direction and the negative direction are only examples, and should be understood in a limited manner in understanding the configuration of the crystal resonator element. is not.
  • a crystal substrate (the positive and negative directions of each axis are also reversed) obtained by rotating crystal axes (X, Y ′, Z ′) of quartz by 180 ° around the X axis has a similar shape (an inclination angle is 180).
  • the contents described in this embodiment may be applied to such a configuration.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the crystal resonator according to the present embodiment
  • FIG. 5 is a VV line of FIG.
  • the crystal resonator element 100 is illustrated in a simplified manner.
  • the crystal resonator 1 includes the crystal resonator element 100, a lid member 200, and a base member 300.
  • the lid member 200 and the base member 300 are cases or packages for housing the crystal resonator element 100.
  • the lid member 200 has a recess 204 that is opened to face the first surface 302 of the base member 300. Further, the lid member 200 has an opening edge 202 of the recess 204.
  • the lid member 200 may be formed of any of a metal material, an insulating material, or a composite material thereof. Further, the outer shape of the lid member 200, the shape of the recess 204, or the mode of the opening edge 202 is not limited.
  • the opening edge may be a flange that protrudes from the opening edge toward the opening edge from the center of the recess opening.
  • the base member 300 has a substantially rectangular outer shape, and the crystal resonator element 100 is provided on the first surface 302.
  • the base member 300 may be formed of ceramic.
  • the quartz resonator element 100 is surrounded by the recess 204 of the lid member 200 and the base member 300. Hermetically sealed. Both the lid member 200 and the base member 300 are joined by a desired adhesive material (for example, low-melting glass or resin adhesive) 210.
  • the quartz resonator element 100 includes the lid member 200 and the base so that one end where the connection electrode (conducting holding members 340 and 342 are provided) is a fixed end. The other end of the crystal resonator element 100 is supported by the member 300 and is a free end.
  • the base member 300 has external electrodes 330, 332, 334, and 336 formed at the respective corners.
  • Each of the external electrodes 330 to 336 passes from the first surface 302 on which the crystal resonator element 100 is mounted, through the side surface of the base member 300 to the second surface 304 of the base member 300 (the surface opposite to the first surface 302). It is formed continuously.
  • the base member 300 has a side surface (notch portion) formed by cutting a part of each corner portion into a cylindrical curved surface shape (or a castellation shape).
  • 336 to 336 are continuously formed from the first surface 302 on which the crystal resonator element 100 is mounted to the second surface 304 of the base member 300 through the side surface formed by cutting into a cylindrical curved surface. ing.
  • the shape of the corner portion of the base member 300 is not limited to the above.
  • any one of the plurality of external electrodes 330 to 336 formed on the base member 300 is electrically connected to the connection electrode 320 formed on the first surface 302 via the extension electrode 320a.
  • the other external electrode 332 connected is electrically connected to the connection electrode 322 formed on the first surface 302 via the extension electrode 322a, and the remaining two external electrodes 334 and 336 are connected to the connection electrode.
  • the connection electrodes 320 and 322 of the base member 300 are electrically connected to the connection electrodes (see FIG. 1) of the crystal resonator element 100 via the conductive holding members 340 and 342, respectively.
  • the two external electrodes 330 and 332 electrically connected to the crystal resonator element 100 may be provided at positions facing each other in plan view of the base member 300.
  • connection electrodes and the external electrodes are not particularly limited, and can be freely designed as appropriate.
  • the crystal resonator 1 since the crystal resonator element 100 described above is provided, it is possible to improve the vibration efficiency and the vibration characteristics as already described.
  • each embodiment described above is for facilitating understanding of the present invention, and is not intended to limit the present invention.
  • the present invention can be changed / improved without departing from the spirit thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
  • those obtained by appropriately modifying the design of each embodiment by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.
  • each element included in each embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate.
  • each element included in each embodiment can be combined as much as technically possible, and combinations thereof are included in the scope of the present invention as long as they include the features of the present invention.

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Abstract

水晶振動素子（１００）は、ＡＴカットの水晶基板（１０）を備え、水晶基板（１０）は、振動部（４０）と、振動部（４０）の外側に設けられ振動部（４０）よりも厚さが薄い周辺部（５０）とを含み、水晶基板（１０）は、長手方向及び短手方向を有し、長手方向はＺ´軸と平行な方向であり、短手方向はＸ軸と平行な方向であり、振動部（４０）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（４２）を有し、短辺側テーパ側面（４２）は、周辺部（５０）と鋭角で接するように傾斜しており、振動部（４０）には、短辺側テーパ側面（４２）に隣接する主面に励振電極（２０）が形成され、励振電極（２０）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（４２）と周辺部（５０）との境界（Ｂ）と一致する位置又は境界（Ｂ）よりも振動部（４０）の内側の位置に設けられた。

Description

水晶振動素子及び水晶振動子
　本発明は、水晶振動素子及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素子においては、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。特に近年の水晶振動素子は小型化が進んでおり、不要振動の発生は小型化が進むほど影響が大きい。
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、不要振動の発生を抑制し、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素子は、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た第１励振電極及び第２励振電極とを含んでいる。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、当該振動部よりも厚さが薄い周辺部とを含み、水晶基板は、長手方向及び短手方向を有し、長手方向はＺ´軸と平行な方向であり、短手方向はＸ軸と平行な方向であり、振動部は、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を有し、短辺側テーパ側面は、周辺部と鋭角で接するように傾斜しており、振動部には、短辺側テーパ側面に隣接する主面に励振電極が形成され、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境界よりも振動部の内側の位置に設けられた。
　上記構成によれば、励振電極の端面が、短辺側テーパ側面と周辺部との境界と一致する位置、又は境界よりも振動部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。また、励振電極の端面が、短辺側テーパ側面と周辺部との境界と一致する位置に設けられる場合、振動部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。
　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、励振電極は、Ｙ´軸正方向側の主面に形成された第１励振電極を含み、第１励振電極におけるＺ´軸正方向側の端面は、Ｚ´軸方向において、短辺側テーパ側面と周辺部との境界と一致する位置又は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´軸負方向側の側面であり、励振電極は、Ｙ´軸負方向側の主面に形成された第２励振電極を含み、第２励振電極におけるＺ´軸負方向側の端面は、Ｚ´軸方向において、短辺側テーパ側面と周辺部との境界と一致する位置又は境界よりも振動部の内側の位置に設けられてもよい。
　本発明の一側面に係る水晶振動子は、ベース部材と、密封した内部空間を構成するようにベース部材に接続されたリッド部材と、内部空間に収容された、上記水晶振動素子と、を備える。
　上記構成によれば、上記水晶振動素子を備えるので、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。
　本発明によれば、不要振動の発生を抑制し、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素子を示す図である。 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。
　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素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、水晶基板１０を介して互いに対向する第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素子は、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カット水晶振動素子は、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。
　本実施形態では、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。
　水晶基板１０は、振動部４０と、振動部４０の外側に設けられた周辺部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。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もよい。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´面の平面視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くてもよい。水晶振動素子１００は、第１励振電極２０及び第２励振電極３０に交番電界が印加されることで、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る。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。
　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る。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。
　このように本実施形態においては、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θａ１，θｂ１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、本実施形態においては、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。
　また、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の領域を保持してもよい。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。
　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。
　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。
　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

Claims (4)

  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、該水晶基板に設けられた第１励振電極及び第２励振電極とを含む水晶振動素子であって、
    　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、
    　前記水晶基板は、長手方向及び短手方向を有し、前記長手方向は前記Ｚ´軸と平行な方向であり、前記短手方向は前記Ｘ軸と平行な方向であり、
    　前記振動部は、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を有し、当該短辺側テーパ側面は、前記周辺部と鋭角で接するように傾斜しており、
    　前記振動部には、前記短辺側テーパ側面に隣接する主面に励振電極が形成され、
    　前記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、水晶振動素子。
  2. 　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、
    　前記励振電極は、Ｙ´軸正方向側の主面に形成された第１励振電極を含み、
    　前記第１励振電極における前記Ｚ´軸正方向側の端面は、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１記載の水晶振動素子。
  3. 　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、
    　前記励振電極は、Ｙ´軸負方向側の主面に形成された第２励振電極を含み、
    　前記第２励振電極における前記Ｚ´軸負方向側の端面は、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１又は２記載の水晶振動素子。
  4. 　ベース部材と、
    　密封した内部空間を構成するようにベース部材に接続されたリッド部材と、
    　前記内部空間に収容された、請求項１から３のいずれか一項に記載の水晶振動素子と、
    を備える水晶振動子。
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