WO2020241849A1 - 水晶素子及び水晶デバイス - Google Patents

水晶素子及び水晶デバイス Download PDF

Info

Publication number
WO2020241849A1
WO2020241849A1 PCT/JP2020/021420 JP2020021420W WO2020241849A1 WO 2020241849 A1 WO2020241849 A1 WO 2020241849A1 JP 2020021420 W JP2020021420 W JP 2020021420W WO 2020241849 A1 WO2020241849 A1 WO 2020241849A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flat plate
plate portion
vibrating
crystal element
crystal
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/021420
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
良司 松井
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
Priority to JP2021522909A priority Critical patent/JP7329592B2/ja
Priority to US17/615,165 priority patent/US20220239277A1/en
Priority to CN202080037883.7A priority patent/CN113875153A/zh
Publication of WO2020241849A1 publication Critical patent/WO2020241849A1/ja
Priority to JP2022190179A priority patent/JP2023025125A/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/05—Holders; Supports
    • H03H9/10—Mounting in enclosures
    • H03H9/1007—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices
    • H03H9/1014—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device
    • H03H9/1021—Mounting in enclosures for bulk acoustic wave [BAW] devices the enclosure being defined by a frame built on a substrate and a cap, the frame having no mechanical contact with the BAW device the BAW device being of the cantilever type
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials

Definitions

  • the present disclosure relates to a crystal element in a thickness sliding vibration mode and a crystal device provided with this crystal element.
  • the crystal device include a crystal oscillator or a crystal oscillator.
  • the quartz element in the thickness sliding vibration mode has excitation electrodes formed of a metal film pattern formed on both main surfaces of an AT-cut quartz plate (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-34061).
  • the oscillation frequency of this crystal element is inversely proportional to the thickness of the crystal plate. That is, the higher the oscillation frequency, the thinner the crystal plate.
  • the crystal device uses the piezoelectric effect and the inverse piezoelectric effect of the crystal element to generate a specific oscillation frequency.
  • a general crystal device has a structure in which a crystal element is housed in a package and the crystal element is hermetically sealed by a lid.
  • the crystal element according to the present disclosure is When the front side is the first surface, the back side is the second surface, and the dimension in the direction of vertically penetrating the first surface and the second surface is the thickness of the two surfaces that are in a front-to-back relationship.
  • a vibrating part having a first surface and a second surface
  • a flat plate portion having a first surface and a second surface, having a thickness larger than the thickness of the vibrating portion, and located at the outer edge of the vibrating portion in a plan view
  • a fixed portion having a first surface and a second surface, having a thickness larger than the thickness of the flat plate portion, and located at the outer edge of the flat plate portion in a plan view
  • Excitation electrodes located on the first surface and the second surface of the vibrating portion
  • Mounting electrodes located on at least one of the first surface and the second surface of the fixing portion
  • a wiring electrode that electrically connects the excitation electrode and the mounting electrode, It is equipped with.
  • the crystal device according to the present disclosure is The crystal element according to the present disclosure and The substrate on which the crystal element is located and A lid that airtightly seals the crystal element together with the substrate, It is equipped with.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line Ic-Ic in FIG. It is a top view which shows the crystal plate in Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IIb-IIb in FIG. It is a top view for demonstrating the dimension example of the crystal plate of FIG. It is sectional drawing which shows the crystal plate of Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the crystal plate of Example 2.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the crystal plate of Example 3.
  • FIG. is sectional drawing which shows the crystal plate of Example 5.
  • It is a perspective view which shows the crystal device of Embodiment 2.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line IVb-IVb in FIG.
  • the crystal plate has become thinner, and the mechanical strength of the crystal plate has been decreasing.
  • the thickness of the crystal plate is about 11 ⁇ m.
  • the crystal plate is so thin that stress tends to distort the crystal plate.
  • the decrease in the electrical characteristics includes, for example, an increase in the equivalent series resistance value and a decrease in the frequency temperature characteristics (dip generation, etc.).
  • this problem is remarkable because the crystal plate is considerably thin.
  • the vibrating portion, the flat plate portion thicker than the vibrating portion and located at the outer edge of the vibrating portion, and the fixing portion thicker than the flat plate portion and located at the outer edge of the flat plate portion are provided. It is possible to realize a structure in which the outer edge of the thin vibrating portion is supported by the thick flat plate portion and the outer edge of the flat plate portion is supported by the thicker fixed portion. As a result, the mechanical strength of the quartz element can be maintained even if the vibrating portion becomes thin due to the increase in the oscillation frequency, whereby stable electrical characteristics can be ensured.
  • FIG. 1 is a plan view showing the crystal element 10
  • FIG. 2 is a plan view of the back side of the crystal element 10 seen through
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line Ic-Ic in FIG.
  • FIG. 4 is a plan view showing the crystal plate 21
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line IIb-IIb in FIG. 4
  • FIG. 6 is a plan view for explaining a dimensional example of the crystal plate 21.
  • description will be given based on these drawings.
  • the crystal element 10 of the first embodiment has a vibrating portion 11 having a first surface 111 and a second surface 112, and has a first surface 121 and a second surface 122, and has a thickness larger than the thickness of the vibrating portion 11.
  • it has a flat plate portion 12 located on the outer edge of the vibrating portion 11 in a plan view, a first surface 131 and a second surface 132, and has a thickness larger than the thickness of the flat plate portion 12, and is a flat plate in a plan view.
  • the first surface 111, 121, 131 and the second surface 112, 122, 132 may be configured as follows.
  • the first surface 121 of the flat plate portion 12 and the first surface 131 of the fixed portion 13 are on different planes.
  • the second surface 122 of the flat plate portion 12 and the second surface 132 of the fixed portion 13 are on different planes.
  • the first surface 111 of the vibrating portion 11 and the first surface 121 of the flat plate portion 12 are on different planes.
  • the second surface 112 of the vibrating portion 11 and the second surface 122 of the flat plate portion 12 are on different planes.
  • the first surfaces 111, 121, and 131 are arranged in a stepped manner, and the second surfaces 112, 122, 132, respectively, are also arranged in a stepped manner.
  • the vibrating portion 11, the flat plate portion 12, and the fixed portion 13 are substantially rectangular, and the flat plate portion 12 is located so as to surround the entire side of the rectangle of the vibrating portion 11, and one side 120 of the rectangle of the flat plate portion 12
  • the fixing portion 13 may be located only on the fixed portion 13.
  • the flat plate portion 12 is positioned so as to surround the entire side of the vibrating portion 11, the vibrating portion 11 becomes like a recess provided in the center of the flat plate portion 12.
  • the "substantially rectangular shape” includes a square or a rectangle having rounded four corners.
  • the flat plate portion 12 may surround three or two sides instead of all sides of the vibrating portion 11. In that case, the flat plate portion 12 includes the vibrating portion 11 and has a substantially rectangular shape.
  • the fixed portion 13 may be positioned so as to surround two sides, three sides, or all sides instead of one side 120 of the flat plate portion 12. In that case, the fixed portion 13 includes the flat plate portion 12 and has a substantially rectangular shape.
  • the first surface 121 and the second surface 122 of the flat plate portion 12 may have inclined surfaces 121a and 122a, which become thinner as they are separated from the fixed portion 13, respectively.
  • the inclined surfaces 121a and 122a may be either one or the other. Further, the inclined surfaces 121a and 122a are formed by wet etching if the crystal axis of the crystal plate is set as shown in the figure.
  • the crystal element 10 may further include a through hole 17 penetrating in the thickness direction between the mounting electrodes 151 and 152 and the vibrating portion 11.
  • the through holes 17 are formed on the inclined surfaces 121a and 122a.
  • the distance 114 from the center 113 of the vibrating portion 11 to the fixed portion 13 may be larger than the distance 124 from the center 123 of the flat plate portion 12 to the fixed portion 13.
  • the distance from the fixed portion 13 to the vibrating portion 11 in the flat plate portion 12 125 may be more than half and not more than twice the length direction dimension (length 115) of the vibrating portion 11.
  • the vibrating portion from the outer edge of the flat plate portion 12 in the width direction of the flat plate portion 12.
  • the distance 126 to 11 may be larger than the width direction dimension (width 116) of the vibrating portion 11.
  • the crystal element 10 operates in the thickness slip vibration mode, and the oscillation frequency (fundamental wave) is, for example, 150 MHz or more.
  • the vibrating portion 11, the flat plate portion 12, and the fixing portion 13 are composed of one crystal plate 21.
  • the excitation electrodes 141 and 142, the mounting electrodes 151 and 152 and the wiring electrodes 161, 162 are made of a metal pattern of the same material.
  • the crystal plate 21 is an AT-cut crystal plate. That is, in the crystal, the Cartesian coordinate system XYZ consisting of the X-axis (electrical axis), the Y-axis (mechanical axis) and the Z-axis (optical axis) is 30 ° or more and 50 ° or less (for example, 35 °) around the X-axis. 15') When the Cartesian coordinate system XY'Z'is defined by rotating it, the wafer cut out in parallel with the XZ'plane becomes the raw material of the crystal plate 21. The longitudinal direction of the crystal plate 21 is parallel to the X axis, the lateral direction is parallel to the Z'axis, and the thickness direction is parallel to the Y'axis.
  • the crystal plate 21 has a length 211 of 700 to 1000 ⁇ m and a width 212 of 400 ⁇ m.
  • the vibrating portion 11 has a length 115 and a width 116 of 100 ⁇ m.
  • the distance 126 from the outer edge of the flat plate portion 12 to the vibrating portion 11 is 150 ⁇ m.
  • the length 133 of the fixing portion 13 is 50 to 200 ⁇ m.
  • the pair of excitation electrodes 141 and 142 have a substantially elliptical shape in a plan view, and are provided at substantially the center of the first surface 111 and the second surface 112 of the vibrating portion 11. From the excitation electrodes 141 and 142, wiring electrodes 161, 162 for connection that do not contribute to excitation extend to the mounting electrodes 151 and 152. That is, the excitation electrode 141 conducts to the mounting electrode 151 via the wiring electrode 161 and the excitation electrode 142 conducts to the mounting electrode 152 via the wiring electrode 162.
  • the excitation electrodes 141 and 142 are not limited to a substantially elliptical shape, and may be, for example, a substantially circular shape or a substantially rectangular shape.
  • Both of the mounting electrodes 151 and 152 are located on the second surface 132 of the fixed portion 13, but at least one of them may be located on the first surface 131 of the fixed portion 13. In this case, the mounting electrodes 151 and 152 may be electrically connected to the package or the like by a wire.
  • the metal pattern constituting the excitation electrodes 141, 142 and the like forms, for example, a laminate of a base layer made of chromium (Cr) and a conductor layer made of gold (Au). That is, the base layer is located on the crystal plate 21, and the conductor layer is located on the base layer.
  • the base layer mainly plays a role of obtaining an adhesion force with the crystal plate 21.
  • the conductor layer mainly serves to obtain electrical continuity.
  • a method of forming a photoresist pattern on the crystal plate 21 after film formation and etching, and forming a photoresist pattern on the crystal plate and then forming a film examples thereof include a lift-off method and a method of covering a crystal plate with a metal mask to form a film. Sputtering or thin film deposition is used for film formation.
  • the crystal element 10 can be manufactured as follows by using, for example, a photolithography technique and an etching technique.
  • a corrosion-resistant film is provided on the entire surface of the AT-cut crystal wafer, and a photoresist is provided on the film. Subsequently, a mask on which the outer shape of the crystal plate 21 (including the through hole 17) and the pattern of the flat plate portion 12 is drawn is placed on the photoresist, and a part of the corrosion resistant film is exposed by exposure and development. In this state, wet etching is performed on the corrosion resistant film. After that, the remaining corrosion-resistant film is used as a mask, and the crystal wafer is wet-etched to form the outer shape (halfway) of the crystal plate 21 and the flat plate portion 12 (flat plate portion processing step).
  • the outer shape of the crystal plate 21 (halfway) and the vibrating portion 11 are formed (vibrating portion processing step). Subsequently, in the same manner, the outer shape (until it penetrates) of the crystal plate 21 is formed (outer shape processing step). It should be noted that etching the first surface and the second surface of the crystal plate 21 at the same time is called “double-sided etching", and etching either one of the first surface and the second surface of the crystal plate 21 is called “single-sided etching”. Double-sided etching is used in each of the above steps.
  • the remaining corrosion-resistant film is removed from the crystal wafer, and a metal film as an excitation electrode 141, 142 or the like is provided on the entire surface of the crystal wafer.
  • a photoresist mask composed of a pattern of the excitation electrodes 141, 142 and the like is formed on the metal film, and the unnecessary metal film is removed by etching to form the excitation electrodes 141 and 142 and the like.
  • a plurality of crystal elements 10 are formed on the crystal wafer by removing unnecessary photoresist. Finally, the crystal wafer is separated into individual crystal elements 10 to obtain a single crystal element 10.
  • the operation of the crystal element 10 is as follows. An alternating voltage is applied to the crystal plate 21 via the excitation electrodes 141 and 142. Then, the crystal plate 21 causes a thickness sliding vibration so that the first surface 111 and the second surface 112 are displaced from each other, and generates a specific oscillation frequency. In this way, the crystal element 10 operates so as to output a signal having a constant oscillation frequency by utilizing the piezoelectric effect and the inverse piezoelectric effect of the crystal plate 21. At this time, the thinner the crystal plate 21 (that is, the vibrating portion 11) between the excitation electrodes 141 and 141, the higher the oscillation frequency.
  • the crystal element 10 of the first embodiment has a vibrating portion 11 having a first surface 111 and a second surface 112, and a vibrating portion 11 having a first surface 121 and a second surface 122. It has a flat plate portion 12 located at the outer edge of the vibrating portion 11 in a plan view, and has a first surface 131 and a second surface 132, and has a thickness larger than the thickness of the flat plate portion 12.
  • a fixed portion 13 which is located on the outer edge of the flat plate portion 12 in a plan view, an excitation electrode 141 and 142 located on the first surface 111 and the second surface 112, and at least the first surface 131 and the second surface 132. It includes mounting electrodes 151 and 152 located on one side, and wiring electrodes 161, 162 that electrically connect the excitation electrodes 141 and 142 and the mounting electrodes 151 and 152.
  • the fixing portion 13 it is possible to realize a structure in which the outer edge of the thin vibrating portion 11 is supported by the thick flat plate portion 12 and the outer edge of the thick flat plate portion 12 is supported by the thicker fixing portion 13.
  • a quartz element having no flat plate portion and consisting of a vibrating portion and a fixed portion is used as a comparative example.
  • stress is concentrated on the boundary between the thin vibrating portion and the thick fixed portion, and the thin vibrating portion is likely to be distorted. Therefore, as the frequency increases, the vibrating portion becomes thinner, and the vibrating portion becomes more easily distorted.
  • the crystal element 10 since the stress generated between the vibrating portion 11 and the fixing portion 13 is dispersed or absorbed by the flat plate portion 12, the vibrating portion 11 is not easily distorted even if the vibrating portion 11 becomes thin.
  • the stress source includes gravity or tension of a metal pattern.
  • the vibrating portion 11 is considerably thin, so care must be taken for damage during mounting. According to the crystal element 10, the handleability can be improved by mounting the crystal element 10 on the package by the fixing portion 13 thicker than the flat plate portion 12.
  • the first surfaces 111, 121, 131 are arranged in a staircase pattern, and the second surfaces 112, 122, 132 are also arranged in a staircase pattern.
  • the front side and the back side of the crystal plate 21 have the same structure. Therefore, for example, the tension of the metal pattern on the front side and the tension of the metal pattern on the back side cancel each other out, so that the distortion of the vibrating portion 11 can be further suppressed. Further, since the flat plate portion 12 and the vibrating portion 11 can be formed by double-sided etching, the etching time per step can be shortened to about half that of single-sided etching.
  • the vibration state is the same in the upper half and the lower half of the crystal plate 21, so that the vibration balance can be improved and CI (crystal impedance) can be improved. ) The value can be reduced.
  • the vibrating portion 11, the flat plate portion 12, and the fixing portion 13 are substantially rectangular, and the flat plate portion 12 is located so as to surround the entire side of the rectangle of the vibrating portion 11, and only on one side 120 of the rectangle of the flat plate portion 12.
  • the fixing portion 13 is located.
  • the first surface 121 of the flat plate portion 12 has an inclined surface 121a that becomes thinner as it is separated from the fixed portion 13, or the second surface 122 of the flat plate portion 12 is inclined that becomes thinner as it is separated from the fixed portion 13. It has a surface 122a.
  • the thickness of the flat plate portions 12 (inclined surfaces 121a, 122a) in the vicinity of the fixed portion 13 gradually increases toward the fixed portion 13. Therefore, the stress transmitted from the fixed portion 13 side to the vibrating portion 11 side is absorbed or dispersed by the inclined surfaces 121a and 122a (gentle steps), so that the distortion of the vibrating portion 11 can be further suppressed.
  • the vibration generated in the vibrating portion 11 is gradually attenuated toward the fixed portion 13, the influence of the vibration reflected by the fixed portion 13 on the vibrating portion 11 is reduced. Therefore, the cross-sectional shape of the flat plate portion 12 in the vicinity of the fixed portion 13 suppresses the influence of the fixed portion 13 on the vibration of the vibrating portion 11, so that the CI value can be reduced.
  • the inclined surfaces 121a and 122a may be either one, but the effect is further increased by using both.
  • a through hole 17 penetrating in the thickness direction is further provided between the mounting electrodes 151 and 152 and the vibrating portion 11.
  • the stress transmitted from the fixed portion 13 side to the vibrating portion 11 side is absorbed or dispersed by the through hole 17, the distortion of the vibrating portion 11 can be further suppressed.
  • the strain generated in the flat plate portion 12 can be reduced, and the strain generated in the vibrating portion 11 can also be reduced.
  • the CI value can be reduced by confining the vibration energy of the vibrating portion 11 by the through hole 17.
  • by forming the through holes 17 on the inclined surfaces 121a and 122a these effects are enhanced in combination with the actions of the inclined surfaces 121a and 122a.
  • the distance 114 from the center 113 of the vibrating portion 11 to the fixed portion 13 is larger than the distance 124 from the center 123 of the flat plate portion 12 to the fixed portion 13. In this case, since the vibrating portion 11 is separated from the fixing portion 13, the influence of stress when the fixing portion 13 is fixed to the package can be reduced.
  • the distance 125 from the fixed portion 13 to the vibrating portion 11 in the flat plate portion 12 is more than half and less than twice the length 115 of the vibrating portion 11.
  • the distance 125 is less than half the length 115 of the vibrating portion 11, it is easily affected by the stress from the fixing portion 13.
  • the distance 125 exceeds twice the length 115 of the vibrating portion 11, the flat plate portion 12 is easily distorted, so that the vibrating portion 11 is also easily distorted.
  • the distance 126 from the outer edge of the flat plate portion 12 to the vibrating portion 11 in the width direction of the flat plate portion 12 is larger than the width 116 of the vibrating portion 11. In this case, since the width direction of the vibrating portion 11 can be supported by a sufficient flat plate portion 12, the distortion generated in the vibrating portion 11 can be further reduced.
  • ⁇ Other Examples> 7 to 11 are cross-sectional views showing crystal plates 21 to 25 of Examples 1 to 5, respectively.
  • description will be given based on these drawings.
  • Quartz plates having various cross-sectional shapes can be obtained depending on whether the flat plate portion and the vibrating portion in the first embodiment are formed by double-sided etching or single-sided etching. These quartz plates will be described as Examples 1 to 5 of the first embodiment.
  • the crystal plate 21 of Example 1 shown in FIG. 7 is the same as that shown in FIGS. 3 and 5.
  • the same reference numerals as those of the crystal plate 21 are used for the portions corresponding to the components of the crystal plate 21.
  • the first surface 121 of the flat plate portion 12 and the first surface 131 of the fixed portion 13 have different flat surfaces, and the second surface 122 of the flat plate portion 12 and the fixed portion 13 are formed.
  • the second surface 132 of the above becomes a different plane.
  • the first surface 121 of the flat plate portion 12 and the first surface 131 of the fixed portion 13 are flush with each other, and the second surface 122 of the flat plate portion 12 and the fixed portion 13 are formed.
  • the second surface 132 of the above becomes a different plane.
  • the second surface 122 of the flat plate portion 12 and the second surface 132 of the fixed portion 13 are on the same plane, and the first surface 121 of the flat plate portion 12 and the first surface 131 of the fixed portion 13 are on different planes.
  • the vibrating portion 11 When the vibrating portion 11 is formed by double-sided etching, the first surface 111 of the vibrating portion 11 and the first surface 121 of the flat plate portion 12 have different flat surfaces, and the second surface 112 of the vibrating portion 11 and the flat plate portion 12 The second surface 122 of the above becomes a different plane.
  • the vibrating portion 11 When the vibrating portion 11 is formed by single-sided etching, the first surface 111 of the vibrating portion 11 and the first surface 121 of the flat plate portion 12 are on the same flat surface, and the second surface 112 of the vibrating portion 11 and the flat plate portion 12 The second surface 122 of the above becomes a different plane.
  • the second surface 112 of the vibrating portion 11 and the second surface 122 of the flat plate portion 12 are on the same plane, and the first surface 111 of the vibrating portion 11 and the first surface 121 of the flat plate portion 12 are on different planes. Become.
  • both the flat plate portion 12 and the vibrating portion 11 are formed by double-sided etching.
  • three times of etching of (double-sided etching of the flat plate portion 12 + double-sided etching of the outer shape) ⁇ (double-sided etching of the vibrating part 11 + double-sided etching of the outer shape) ⁇ double-sided etching of the outer shape are required.
  • the flat plate portion 12 is formed by double-sided etching
  • the vibrating portion 11 is formed by single-sided etching. In this case, it is sufficient to perform two etchings (double-sided etching of the flat plate portion 12 + double-sided etching of the outer shape) ⁇ (single-sided etching of the vibrating part 11 + double-sided etching of the outer shape).
  • the vibrating portion 11 is formed on the first surface 121 of the flat plate portion 12, but the vibrating portion 11 may be formed on the second surface 122 of the flat plate portion 12. Even in that case, if the crystal plate is inverted, the cross-sectional shape becomes the same as that of the second embodiment.
  • the flat plate portion 12 is formed by single-sided etching, and the vibrating portion 11 is formed by double-sided etching. In this case, it is sufficient to perform two etchings (single-sided etching of the flat plate portion 12 + double-sided etching of the outer shape) ⁇ (double-sided etching of the vibrating part 11 + double-sided etching of the outer shape).
  • the flat plate portion 12 is formed on the second surface 132 side of the fixed portion 13, but the flat plate portion 12 may be formed on the first surface 131 side of the fixed portion 13. Even in that case, if the crystal plate is inverted, the cross-sectional shape becomes the same as that of the third embodiment (the same applies to the fourth and fifth embodiments).
  • the crystal plate 24 of Example 4 shown in FIG. 10 is formed by single-sided etching of both the flat plate portion 12 and the vibrating portion 11. In this case, it is sufficient to perform two etchings (single-sided etching of the flat plate portion 12 + single-sided etching of the outer shape) ⁇ (single-sided etching of the vibrating part 11 + double-sided etching of the outer shape).
  • the crystal plate 25 of Example 5 shown in FIG. 11 is formed by single-sided etching of both the flat plate portion 12 and the vibrating portion 11, similarly to the crystal plate 24 of Example 4.
  • the vibrating portion 11 is formed on the first surface 121 of the flat plate portion 12
  • the vibrating portion 11 is formed on the second surface 122 of the flat plate portion 12.
  • two etchings of (single-sided etching of the flat plate portion 12 + single-sided etching of the outer shape) ⁇ (single-sided etching of the vibrating part 11 + double-sided etching of the outer shape) may be sufficient.
  • the configuration, action, and effect of the crystal element provided with the crystal plates 21 to 25 of each embodiment are the same as those of the crystal element of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a perspective view showing the crystal device 60
  • FIG. 13 is a sectional view taken along line IVb-IVb in FIG.
  • the crystal device provided with the crystal element of the first embodiment will be described as the crystal device 60 of the second embodiment based on these figures.
  • the crystal device 60 of the second embodiment airtightly seals the crystal element 10 of the first embodiment, the base 61 on which the crystal element 10 is located, and the base 61 together with the base 61. It includes a lid 62 and.
  • the substrate 61 also called a package, is composed of a substrate 61a and a frame body 61b. The space surrounded by the upper surface of the substrate 61a, the inner surface of the frame 61b, and the lower surface of the lid 62 serves as the accommodating portion 63 of the crystal element 10.
  • the crystal element 10 outputs a reference signal used in, for example, an electronic device.
  • the crystal device 60 includes a substrate 61a having a pair of electrode pads 61d on the upper surface and four external terminals 61c on the lower surface, a frame body 61b located along the outer peripheral edge of the upper surface of the substrate 61a, and a pair of electrode pads.
  • a crystal element 10 mounted on the 61d via a conductive adhesive 61e, and a lid 62 for airtightly sealing the crystal element 10 together with the frame body 61b are provided.
  • the substrate 61a and the frame 61b are made of a ceramic material such as alumina ceramics or glass ceramics, and are integrally formed to form the substrate 61.
  • the base 61 and the lid 62 are substantially rectangular in plan view.
  • the external terminal 61c, the electrode pad 61d, and the lid 62 are electrically connected to each other via a conductor formed inside or on the side surface of the base 61. More specifically, the external terminals 61c are located at the four corners of the lower surface of the substrate 61a. Two of them, the external terminals 61c, are electrically connected to the crystal element 10, and the remaining two external terminals 61c are electrically connected to the lid 62.
  • the external terminal 61c is used for mounting on a printed wiring board of an electronic device or the like.
  • the crystal element 10 has a crystal plate 21, an excitation electrode 141 formed on the upper surface of the crystal plate 21, and an excitation electrode 142 formed on the lower surface of the crystal plate 21. Then, the crystal element 10 is bonded onto the electrode pad 61d via the conductive adhesive 61e, and plays a role of oscillating a reference signal of an electronic device or the like by stable mechanical vibration and a piezoelectric effect.
  • the electrode pads 61d are for mounting the crystal element 10 on the substrate 61, and a pair of electrode pads 61d are adjacent to each other along one side of the substrate 61a.
  • the pair of electrode pads 61d are connected to the mounting electrodes 151 and 152, respectively, so that one end of the crystal element 10 is a fixed end and the other end of the crystal element 10 is a free end separated from the upper surface of the substrate 61a.
  • the crystal element 10 is fixed on the substrate 61a with a cantilever support structure.
  • the conductive adhesive 61e contains, for example, a conductive powder as a conductive filler in a binder such as a silicone resin.
  • the lid 62 is made of, for example, an alloy containing at least one of iron, nickel, and cobalt, and is joined to the frame 61b by seam welding or the like to be in a vacuum state or filled with nitrogen gas or the like. Is airtightly sealed.
  • the crystal device 60 stable electrical characteristics can be exhibited by providing the crystal element 10.
  • the crystal device 60 is mounted on the surface of a printed circuit board constituting an electronic device by fixing the bottom surface of the external terminal 61c to the printed circuit board by soldering, gold (Au) bumps, conductive adhesive, or the like. ..
  • the crystal device 60 is used as an oscillation source in various electronic devices such as smartphones, personal computers, watches, game machines, communication devices, and in-vehicle devices such as car navigation systems.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

水晶素子は、第一面及び第二面を有する振動部と、第一面及び第二面を有し、振動部の厚みよりも大きい厚みを有し、平面視して振動部の外縁に位置する平板部と、第一面及び第二面を有し、平板部の厚みよりも大きい厚みを有し、平面視して平板部の外縁に位置する固定部と、振動部の第一面及び第二面に位置する励振電極と、固定部の第一面及び第二面の少なくとも一方に位置する搭載電極と、励振電極と搭載電極とを電気的に接続する配線電極と、を備えている。

Description

水晶素子及び水晶デバイス
　本開示は、厚みすべり振動モードの水晶素子、及び、この水晶素子を備えた水晶デバイスに関する。水晶デバイスとしては、例えば水晶振動子又は水晶発振器などが挙げられる。
　厚みすべり振動モードの水晶素子は、ＡＴカットの水晶板の両主面に、金属膜パターンからなる励振電極を形成したものである（例えば特開２０１６－３４０６１号公報参照）。この水晶素子の発振周波数は、水晶板の厚みに反比例する。つまり、発振周波数が高いほど、水晶板は薄くなる。
　水晶デバイスは、水晶素子の圧電効果及び逆圧電効果を利用して、特定の発振周波数を発生させる。一般的な水晶デバイスは、パッケージ内に水晶素子を収容し、これを蓋体によって気密封止した構造である。
　本開示に係る水晶素子は、
　表裏関係にある二面のうち表側を第一面とし裏側を第二面とし、前記第一面及び前記第二面を垂直に貫く方向の寸法を厚みとしたとき、
　第一面及び第二面を有する振動部と、
　第一面及び第二面を有し、前記振動部の厚みよりも大きい厚みを有し、平面視して前記振動部の外縁に位置する平板部と、
　第一面及び第二面を有し、前記平板部の厚みよりも大きい厚みを有し、平面視して前記平板部の外縁に位置する固定部と、
　前記振動部の前記第一面及び前記第二面に位置する励振電極と、
　前記固定部の前記第一面及び前記第二面の少なくとも一方に位置する搭載電極と、
　前記励振電極と前記搭載電極とを電気的に接続する配線電極と、
　を備えたものである。
　本開示に係る水晶デバイスは、
　本開示に係る水晶素子と、
　前記水晶素子が位置する基体と、
　前記水晶素子を前記基体とともに気密封止する蓋体と、
　を備えたものである。
実施形態１の水晶素子を示す平面図である。 図１の水晶素子における裏側を透視して見た平面図である。 図１におけるＩｃ－Ｉｃ線断面図である。 実施形態１における水晶板を示す平面図である。 図４におけるIIｂ－IIｂ線断面図である。 図４の水晶板の寸法例を説明するための平面図である。 実施例１の水晶板を示す断面図である。 実施例２の水晶板を示す断面図である。 実施例３の水晶板を示す断面図である。 実施例４の水晶板を示す断面図である。 実施例５の水晶板を示す断面図である。 実施形態２の水晶デバイスを示す斜視図である。 図１２におけるIVｂ－IVｂ線断面図である。
　近年、水晶素子の発振周波数が高くなるにつれて、水晶板が薄くなることにより、水晶板の機械的強度が低下しつつある。例えば、発振周波数が１５０ＭＨｚでは、水晶板の厚みは１１μｍ程度となる。この場合、水晶板があまりに薄いため、応力により水晶板に歪が生じやすくなる。水晶板に歪が生じると、振動部分の振動バランスが低下することにより、水晶素子の電気的特性が低下する。この電気的特性の低下には、例えば等価直列抵抗値の増大、周波数温度特性の低下（ディップの発生等）などがある。特に発振周波数が１５０ＭＨｚ以上の水晶素子では、水晶板がかなり薄いので、この問題が顕著である。
　本開示に係る水晶素子によれば、振動部と、振動部よりも厚く振動部の外縁に位置する平板部と、平板部よりも厚く平板部の外縁に位置する固定部とを備えたことにより、薄い振動部の外縁を厚い平板部が支え、平板部の外縁をより厚い固定部が支える構造を実現できる。その結果、発振周波数が高くなることによって振動部が薄くなっても、水晶素子の機械的強度を維持でき、これにより安定した電気的特性を確保できる。
　以下、添付図面を参照しながら、本開示を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いることにより適宜説明を省略する。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。
＜実施形態１＞
　図１は水晶素子１０を示す平面図、図２は水晶素子１０における裏側を透視して見た平面図、図３は図１におけるＩｃ－Ｉｃ線断面図である。図４は水晶板２１を示す平面図、図５は図４におけるIIｂ－IIｂ線断面図、図６は水晶板２１の寸法例を説明するための平面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
　表裏関係にある二面のうち表側を「第一面」とし裏側を「第二面」とし、第一面及び第二面を垂直に貫く方向の寸法を「厚み」とする。本実施形態１の水晶素子１０は、第一面１１１及び第二面１１２を有する振動部１１と、第一面１２１及び第二面１２２を有し、振動部１１の厚みよりも大きい厚みを有し、平面視して振動部１１の外縁に位置する平板部１２と、第一面１３１及び第二面１３２を有し、平板部１２の厚みよりも大きい厚みを有し、平面視して平板部１２の外縁に位置する固定部１３と、振動部１１の第一面１１１及び第二面１１２に位置する励振電極１４１，１４２と、固定部１３の第一面１３１及び第二面１３２の少なくとも一方に位置する搭載電極１５１，１５２と、励振電極１４１，１４２と搭載電極１５１，１５２とを電気的に接続する配線電極１６１，１６２と、を備えている。
　第一面１１１，１２１，１３１及び第二面１１２，１２２，１３２は、次のように構成してもよい。平板部１２の第一面１２１と固定部１３の第一面１３１とは、異なる平面上にある。平板部１２の第二面１２２と固定部１３の第二面１３２とは、異なる平面上にある。振動部１１の第一面１１１と平板部１２の第一面１２１とは、異なる平面上にある。振動部１１の第二面１１２と平板部１２の第二面１２２とは、異なる平面上にある。つまり、振動部１１、平板部１２及び固定部１３は、それぞれの第一面１１１，１２１，１３１が階段状に並び、それぞれの第二面１１２，１２２，１３２も階段状に並んでいる。
　平面視して、振動部１１、平板部１２及び固定部１３が略矩形状であり、振動部１１の矩形の全辺を囲むように平板部１２が位置し、平板部１２の矩形の一辺１２０のみに固定部１３が位置する、としてもよい。振動部１１の全辺を囲むように平板部１２が位置すると、振動部１１は平板部１２の中央に設けられた凹部のようになる。ここで「略矩形」には、正方形、又は、四隅が丸みを帯びた矩形なども含まれる。また、平板部１２は、振動部１１の全辺ではなく、三辺又は二辺を囲むようにしてもよい。その場合、平板部１２は振動部１１を含んで略矩形状となる。固定部１３は、平板部１２の一辺１２０ではなく、二辺、三辺又は全辺を囲むように位置してもよい。その場合、固定部１３は平板部１２を含んで略矩形状となる。
　平板部１２の第一面１２１及び第二面１２２は、それぞれ、固定部１３から離れるにつれて厚みが薄くなる傾斜面１２１ａ，１２２ａを有する、としてもよい。傾斜面１２１ａ，１２２ａは、どちらか一方としてもよい。また、傾斜面１２１ａ，１２２ａは、水晶板の結晶軸を図示するように設定すれば、ウェットエッチングによって形成される。
　水晶素子１０は、搭載電極１５１，１５２と振動部１１との間に厚み方向に貫く貫通孔１７を更に備える、としてもよい。本実施形態１では、貫通孔１７が傾斜面１２１ａ，１２２ａに形成されている。
　図４及び図６において、平面視して、平板部１２の中心１２３から固定部１３までの距離１２４よりも、振動部１１の中心１１３から固定部１３までの距離１１４が大きい、としてもよい。
　図４及び図６において、平面視して、固定部１３が位置する平板部１２の一辺１２０に垂直な方向を長さ方向としたとき、平板部１２における固定部１３から振動部１１までの距離１２５は、振動部１１の長さ方向の寸法（長さ１１５）の半分以上かつ二倍以下である、としてもよい。
　図４及び図６において、平面視して、固定部１３が位置する平板部１２の一辺１２０に平行な方向を幅方向としたとき、平板部１２の幅方向において平板部１２の外縁から振動部１１までの距離１２６は、振動部１１の幅方向の寸法（幅１１６）よりも大きい、としてもよい。
　次に、水晶素子１０について更に詳しく説明する。
　水晶素子１０は、厚みすべり振動モードで動作し、発振周波数（基本波）が例えば１５０ＭＨｚ以上である。振動部１１、平板部１２及び固定部１３は、一個の水晶板２１からなる。励振電極１４１，１４２、搭載電極１５１，１５２及び配線電極１６１，１６２は、同じ材料の金属パターンからなる。
　水晶板２１は、ＡＴカット水晶板である。すなわち、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°以上かつ５０°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、ＸＺ’平面に平行に切り出されたウェハが水晶板２１の原材料となる。そして、水晶板２１の長手方向がＸ軸に平行、短手方向がＺ’軸に平行、厚み方向がＹ’軸に平行である。
　図６において、寸法の一例を示せば、次のようになる。水晶板２１は、長さ２１１が７００～１０００μｍ、幅２１２が４００μｍである。振動部１１は、長さ１１５及び幅１１６ともに１００μｍである。平板部１２の外縁から振動部１１までの距離１２６は、１５０μｍである。固定部１３の長さ１３３は、５０～２００μｍである。
　一対の励振電極１４１，１４２は、平面視して略楕円形であり、振動部１１の第一面１１１及び第二面１１２のそれぞれ略中央に設けられている。励振電極１４１，１４２からは、励振に寄与しない接続用としての配線電極１６１，１６２が、搭載電極１５１，１５２まで延びている。つまり、励振電極１４１は配線電極１６１を経て搭載電極１５１に導通し、励振電極１４２は配線電極１６２を経て搭載電極１５２に導通している。なお、励振電極１４１，１４２は、略楕円形に限らず、例えば略円形又は略矩形などであってもよい。
　搭載電極１５１，１５２は、両方とも固定部１３の第二面１３２に位置しているが、少なくとも一方が固定部１３の第一面１３１に位置するようにしてもよい。この場合、搭載電極１５１，１５２は、ワイヤによってパッケージ等に電気的に接続するようにしてもよい。
　励振電極１４１，１４２等を構成する金属パターンは、例えば、クロム（Ｃｒ）からなる下地層と、金（Ａｕ）からなる導体層と、の積層体を成している。つまり、水晶板２１上に下地層が位置し、下地層上に導体層が位置している。下地層は、主に水晶板２１との密着力を得る役割を果たす。導体層は、主に電気的導通を得る役割を果たす。
　金属パターンの製造工程としては、金属膜を設けることを成膜というと、水晶板２１に成膜後にフォトレジストパターンを形成してエッチングする方法、水晶板にフォトレジストパターンを形成後に成膜してリフトオフする方法、又は、水晶板をメタルマスクで覆い成膜する方法などが挙げられる。成膜には、スパッタ又は蒸着などが用いられる。
　水晶素子１０は、例えば、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて次のように製造することができる。
　まず、ＡＴカットの水晶ウェハ全面に耐食膜を設け、その上にフォトレジストを設ける。続いて、そのフォトレジストの上に水晶板２１の外形（貫通孔１７を含む。）及び平板部１２のパターンが描かれたマスクを重ね、露光及び現像をすることにより一部の耐食膜を露出させ、この状態で耐食膜に対するウェットエッチングをする。その後、残った耐食膜をマスクにして、水晶ウェハに対してウェットエッチングをすることにより、水晶板２１の外形（途中まで）及び平板部１２を形成する（平板部加工工程）。続いて、同様にして、水晶板２１の外形（途中まで）及び振動部１１を形成する（振動部加工工程）。続いて、同様にして、水晶板２１の外形（貫通するまで）を形成する（外形加工工程）。なお、水晶板２１の第一面及び第二面を同時にエッチングすることを「両面エッチング」、水晶板２１の第一面及び第二面のどちらか一方をエッチングすることを「片面エッチング」という。上記各工程では、両面エッチングを用いている。
　その後、残った耐食膜を水晶ウェハから除去し、励振電極１４１，１４２等となる金属膜を水晶ウェハ全面に設ける。続いて、励振電極１４１，１４２等のパターンからなるフォトレジストマスクを金属膜上に形成し、不要な金属膜をエッチングによって除去することにより、励振電極１４１，１４２等を形成する。その後、不要なフォトレジストを除去することにより、水晶ウェハに複数の水晶素子１０を形成する。最後に、この水晶ウェハから各水晶素子１０に個片化することで、単体の水晶素子１０が得られる。
　水晶素子１０の動作は次のとおりである。励振電極１４１，１４２を介して、水晶板２１に交番電圧を印加する。すると、水晶板２１は、第一面１１１及び第二面１１２が互いにずれるように厚みすべり振動を起こし、特定の発振周波数を発生させる。このように、水晶素子１０は、水晶板２１の圧電効果及び逆圧電効果を利用して、一定の発振周波数の信号を出力するように動作する。このとき、励振電極１４１，１４１間の水晶板２１（すなわち振動部１１）の板厚が薄いほど、高い発振周波数となる。
　次に、水晶素子１０の作用及び効果について説明する。
　（１）本実施形態１の水晶素子１０は、前述したように、第一面１１１及び第二面１１２を有する振動部１１と、第一面１２１及び第二面１２２を有し、振動部１１の厚みよりも大きい厚みを有し、平面視して振動部１１の外縁に位置する平板部１２と、第一面１３１及び第二面１３２を有し、平板部１２の厚みよりも大きい厚みを有し、平面視して平板部１２の外縁に位置する固定部１３と、第一面１１１及び第二面１１２に位置する励振電極１４１，１４２と、第一面１３１及び第二面１３２の少なくとも一方に位置する搭載電極１５１，１５２と、励振電極１４１，１４２と搭載電極１５１，１５２とを電気的に接続する配線電極１６１，１６２と、を備えている。
　本実施形態１の水晶素子１０によれば、振動部１１と、振動部１１よりも厚く振動部１１の外縁に位置する平板部１２と、平板部１２よりも厚く平板部１２の外縁に位置する固定部１３とを備えたことにより、薄い振動部１１の外縁を厚い平板部１２が支え、厚い平板部１２の外縁をより厚い固定部１３が支える構造を実現できる。その結果、発振周波数が高くなることによって振動部１１が薄くなっても、水晶素子１０の機械的強度を維持でき、これにより安定した電気的特性を確保できる。
　ここで、水晶素子１０の効果の一例を具体的に説明する。平板部が無く、振動部と固定部とからなる水晶素子を比較例とする。この比較例では、薄い振動部と分厚い固定部との境界に応力が集中して、薄い振動部に歪みが生じやすい。そのため、高周波数化に伴い振動部が更に薄くなることにより、振動部がますます歪みやすくなる。これに対し、水晶素子１０では、振動部１１と固定部１３との間に生じた応力が平板部１２で分散又は吸収されるので、振動部１１が薄くなっても振動部１１が歪にくい。なお、応力源としては、重力又は金属パターンの張力などがある。
　また、発振周波数が特に１５０ＭＨｚ以上の水晶素子１０では、振動部１１がかなり薄いので、実装時の破損等に注意を要する。水晶素子１０によれば、平板部１２よりも厚い固定部１３によってパッケージに実装することにより、取り扱い性を向上できる。
　（２）第一面１１１，１２１，１３１が階段状に並び、第二面１１２，１２２，１３２も階段状に並ぶ。この場合は、水晶板２１の表側と裏側とで同じような構造になる。よって、例えば表側の金属パターンの張力と裏側の金属パターンの張力とが打ち消し合うことにより、振動部１１の歪みをより一層抑制できる。また、平板部１２及び振動部１１を両面エッチングで形成できるので、一工程あたりのエッチング時間を片面エッチングの約半分に短縮できる。
　また、水晶板２１の表側と裏側とで上下対称構造にすれば、これらの効果がより大きくなる。これに加え、水晶板２１の重心に対して上下が対称となることにより、水晶板２１の上半分と下半分とで振動の状態が同じになるので、振動バランスを向上でき、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値を低減できる。
　（３）振動部１１、平板部１２及び固定部１３が略矩形状であり、振動部１１の矩形の全辺を囲むように平板部１２が位置し、平板部１２の矩形の一辺１２０のみに固定部１３が位置する。振動部１１が略矩形状である場合は、振動部１１が略円形状又は楕円形状である場合に比べて、ウェットエッチングで振動部１１を形成したときのエッチング残渣を管理しやすい。振動部１１が略矩形状であれば、振動部１１の外縁に露出する結晶面が単純になるので、エッチング残差の形状も単純になるからである。その結果、振動部１１の外縁における配線電極１６１，１６２の断線を低減できる。また、振動部１１の全辺を囲むように平板部１２が位置する場合は、薄い振動部１１の全辺を厚い平板部１２で支持できるので、振動部１１に生じる歪みをより低減できる。
　（４）平板部１２の第一面１２１は固定部１３から離れるにつれて厚みが薄くなる傾斜面１２１ａを有する、又は、平板部１２の第二面１２２は固定部１３から離れるにつれて厚みが薄くなる傾斜面１２２ａを有する。この場合は次の効果を奏する。固定部１３近傍の平板部１２（傾斜面１２１ａ，１２２ａ）における厚みが、固定部１３へ向かって徐々に大きくなる。そのため、固定部１３側から振動部１１側へ伝わる応力が、傾斜面１２１ａ，１２２ａ（緩やかな段差）によって吸収又は分散されるので、振動部１１の歪みをより抑制できる。また、振動部１１で発生した振動は固定部１３へ向かうにつれて徐々に減衰するので、固定部１３で反射する振動による振動部１１への影響が軽減される。よって、固定部１３近傍の平板部１２の断面形状により、振動部１１の振動に対する固定部１３の影響を抑えられるので、ＣＩ値を低減できる。傾斜面１２１ａ，１２２ａは、どちらか一方としてもよいが、両方とすることにより、更に効果が増す。
　（５）搭載電極１５１，１５２と振動部１１との間に、厚み方向に貫く貫通孔１７を更に備える。この場合、固定部１３側から振動部１１側へ伝わる応力が、貫通孔１７によって吸収又は分散されるので、振動部１１の歪みをより抑制できる。換言すると、固定部１３をパッケージに固定したときに、平板部１２に生じる歪みを低減でき、ひいては振動部１１に生じる歪みも低減できる。また、貫通孔１７が振動部１１の振動エネルギを閉じ込めることにより、ＣＩ値を低減できる。更に、貫通孔１７を傾斜面１２１ａ，１２２ａに形成することにより、傾斜面１２１ａ，１２２ａの作用と相俟って、これらの効果が大きくなる。
　（６）平板部１２の中心１２３から固定部１３までの距離１２４よりも、振動部１１の中心１１３から固定部１３までの距離１１４が大きい。この場合、振動部１１は、固定部１３から離れているので、固定部１３をパッケージに固定したときの応力の影響を低減できる。
　（７）平板部１２における固定部１３から振動部１１までの距離１２５は、振動部１１の長さ１１５の半分以上かつ二倍以下である。距離１２５が振動部１１の長さ１１５の半分未満になると、固定部１３からの応力の影響を受けやすくなる。距離１２５が振動部１１の長さ１１５の二倍を越えると、平板部１２が歪みやすくなるので、振動部１１も歪みやすくなる。
　（８）平板部１２の幅方向において平板部１２の外縁から振動部１１までの距離１２６は、振動部１１の幅１１６よりも大きい。この場合は、振動部１１の幅方向を十分な平板部１２で支持できるので、振動部１１に生じる歪みをより低減できる。
＜他の実施例＞
　図７～図１１は、それぞれ実施例１～５の水晶板２１～２５を示す断面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
　実施形態１における平板部及び振動部を、両面エッチングで形成するか、片面エッチングで形成するかによって、様々な断面形状の水晶板が得られる。これらの水晶板を実施形態１の実施例１～５として説明する。
　図７に示す実施例１の水晶板２１は、図３及び図５に示すものと同じである。以下、水晶板２２～２５において、水晶板２１の構成要素に対応する部分は、水晶板２１と同じ符号を用いる。
　平板部１２を両面エッチングで形成したときは、平板部１２の第一面１２１と固定部１３の第一面１３１とが異なる平面になり、かつ、平板部１２の第二面１２２と固定部１３の第二面１３２とが異なる平面になる。
　平板部１２を片面エッチングで形成したときは、平板部１２の第一面１２１と固定部１３の第一面１３１とが同じ平面になり、かつ、平板部１２の第二面１２２と固定部１３の第二面１３２とが異なる平面になる。又は、平板部１２の第二面１２２と固定部１３の第二面１３２とが同じ平面になり、かつ、平板部１２の第一面１２１と固定部１３の第一面１３１とが異なる平面になる。
　振動部１１を両面エッチングで形成したときは、振動部１１の第一面１１１と平板部１２の第一面１２１とが異なる平面になり、かつ、振動部１１の第二面１１２と平板部１２の第二面１２２とが異なる平面になる。
　振動部１１を片面エッチングで形成したときは、振動部１１の第一面１１１と平板部１２の第一面１２１とが同じ平面になり、かつ、振動部１１の第二面１１２と平板部１２の第二面１２２とが異なる平面になる。又は、振動部１１の第二面１１２と平板部１２の第二面１２２とが同じ平面になり、かつ、振動部１１の第一面１１１と平板部１２の第一面１２１とが異なる平面になる。
　図７に示す実施例１の水晶板２１は、平板部１２及び振動部１１の両方とも、両面エッチングで形成したものである。実施形態１で説明したように、（平板部１２の両面エッチング＋外形の両面エッチング）→（振動部１１の両面エッチング＋外形の両面エッチング）→外形の両面エッチング、の三回のエッチングが必要となる。
　図８に示す実施例２の水晶板２２は、平板部１２を両面エッチングで形成し、振動部１１を片面エッチングで形成したものである。この場合は、（平板部１２の両面エッチング＋外形の両面エッチング）→（振動部１１の片面エッチング＋外形の両面エッチング）、の二回のエッチングでよい。本実施例２では振動部１１を平板部１２の第一面１２１に形成しているが、振動部１１を平板部１２の第二面１２２に形成してもよい。その場合でも、水晶板を反転すれば本実施例２の断面形状と同じになる。
　図９に示す実施例３の水晶板２３は、平板部１２を片面エッチングで形成し、振動部１１を両面エッチングで形成したものである。この場合は、（平板部１２の片面エッチング＋外形の両面エッチング）→（振動部１１の両面エッチング＋外形の両面エッチング）、の二回のエッチングでよい。本実施例３では平板部１２を固定部１３の第二面１３２側に形成しているが、平板部１２を固定部１３の第一面１３１側に形成してもよい。その場合でも、水晶板を反転すれば本実施例３の断面形状と同じになる（実施例４、５についても同様）。
　図１０に示す実施例４の水晶板２４は、平板部１２及び振動部１１の両方とも、片面エッチングで形成したものである。この場合は、（平板部１２の片面エッチング＋外形の片面エッチング）→（振動部１１の片面エッチング＋外形の両面エッチング）、の二回のエッチングでよい。
　図１１に示す実施例５の水晶板２５は、実施例４の水晶板２４と同様に、平板部１２及び振動部１１の両方とも、片面エッチングで形成したものである。ただし、実施例４では振動部１１が平板部１２の第一面１２１に形成されているのに対し、本実施例５では振動部１１が平板部１２の第二面１２２に形成されている。この場合も、（平板部１２の片面エッチング＋外形の片面エッチング）→（振動部１１の片面エッチング＋外形の両面エッチング）、の二回のエッチングでよい。
　各実施例の水晶板２１～２５を備えた水晶素子の構成、作用及び効果は、実施形態１の水晶素子のそれらと同様である。
＜実施形態２＞
　図１２は水晶デバイス６０を示す斜視図であり、図１３は図１２におけるIVｂ－IVｂ線断面図である。以下、実施形態１の水晶素子を備えた水晶デバイスを、実施形態２の水晶デバイス６０として、これらの図に基づき説明する。
　図１２及び図１３に示すように、本実施形態２の水晶デバイス６０は、実施形態１の水晶素子１０と、水晶素子１０が位置する基体６１と、基体６１とともに水晶素子１０を気密封止する蓋体６２と、を備えている。基体６１は、パッケージとも呼ばれ、基板６１ａと枠体６１ｂとからなる。基板６１ａの上面と枠体６１ｂの内側面と蓋体６２の下面とによって囲まれた空間が、水晶素子１０の収容部６３となる。水晶素子１０は、例えば、電子機器等で使用する基準信号を出力する。
　換言すると、水晶デバイス６０は、上面に一対の電極パッド６１ｄ及び下面に四つの外部端子６１ｃを有する基板６１ａと、基板６１ａの上面の外周縁に沿って位置する枠体６１ｂと、一対の電極パッド６１ｄに導電性接着剤６１ｅを介して実装される水晶素子１０と、水晶素子１０を枠体６１ｂとともに気密封止する蓋体６２と、を備えている。
　基板６１ａ及び枠体６１ｂは、例えばアルミナセラミックス又はガラスセラミックス等のセラミック材料からなり、一体的に形成されて基体６１となる。基体６１及び蓋体６２は、平面視して概ね略矩形状である。外部端子６１ｃと電極パッド６１ｄ及び蓋体６２とは、基体６１の内部又は側面に形成された導体を介して電気的に接続される。詳しく言えば、基板６１ａの下面の四隅に外部端子６１ｃがそれぞれ位置する。それらのうちの二つの外部端子６１ｃが水晶素子１０に電気的に接続され、残りの二つの外部端子６１ｃが蓋体６２に電気的に接続される。外部端子６１ｃは、電子機器等のプリント配線板などに実装するために用いられる。
　水晶素子１０は、前述したように、水晶板２１と、水晶板２１の上面に形成された励振電極１４１と、水晶板２１の下面に形成された励振電極１４２とを有する。そして、水晶素子１０は、導電性接着剤６１ｅを介して電極パッド６１ｄ上に接合され、安定した機械振動と圧電効果により、電子機器等の基準信号を発振する役割を果たす。
　電極パッド６１ｄは、基体６１に水晶素子１０を実装するためのものであり、基板６１ａの一辺に沿うように隣接して一対が位置する。そして、一対の電極パッド６１ｄは、それぞれ搭載電極１５１，１５２を接続して水晶素子１０の一端を固定端とし、水晶素子１０の他端を基板６１ａの上面から離間した自由端とすることにより、片持ち支持構造にて水晶素子１０を基板６１ａ上に固定する。
　導電性接着剤６１ｅは、例えば、シリコーン樹脂等のバインダの中に、導電フィラとして導電性粉末が含有されたものである。蓋体６２は、例えば、鉄、ニッケル又はコバルトの少なくともいずれかを含む合金からなり、シーム溶接などによって枠体６１ｂと接合することにより、真空状態にある又は窒素ガスなどが充填された収容部６３を気密的に封止する。
　水晶デバイス６０によれば、水晶素子１０を備えたことにより、安定した電気特性を発揮できる。なお、水晶デバイス６０は、はんだ付け、金（Ａｕ）バンプ又は導電性接着剤などによってプリント基板に外部端子６１ｃの底面が固定されることによって、電子機器を構成するプリント基板の表面に実装される。そして、水晶デバイス６０は、例えば、スマートフォン、パーソナルコンピュータ、時計、ゲーム機、通信機、又はカーナビゲーションシステム等の車載機器などの種々の電子機器で発振源として用いられる。
＜その他＞
　以上、上記実施形態を参照して本開示を説明したが、本開示はこれらに限定されるものではない。本開示の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。例えば、振動部の形状は、略矩形として説明しているが、他のパターン（円形、楕円形、多角形など）であってもよい。
　この出願は２０１９年５月３０日に出願された日本出願特願２０１９－１０１７５７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (12)

  1. 　表裏関係にある二面のうち表側を第一面とし裏側を第二面とし、前記第一面及び前記第二面を垂直に貫く方向の寸法を厚みとしたとき、
    　第一面及び第二面を有する振動部と、
    　第一面及び第二面を有し、前記振動部の厚みよりも大きい厚みを有し、平面視して前記振動部の外縁に位置する平板部と、
    　第一面及び第二面を有し、前記平板部の厚みよりも大きい厚みを有し、平面視して前記平板部の外縁に位置する固定部と、
    　前記振動部の前記第一面及び前記第二面に位置する励振電極と、
    　前記固定部の前記第一面及び前記第二面の少なくとも一方に位置する搭載電極と、
    　前記励振電極と前記搭載電極とを電気的に接続する配線電極と、
    　を備えた水晶素子。
  2. 　前記平板部の前記第一面と前記固定部の前記第一面とが異なる平面上にある、及び、
    　前記平板部の前記第二面と前記固定部の前記第二面とが異なる平面上にある、
    　請求項１記載の水晶素子。
  3. 　前記平板部の前記第一面と前記固定部の前記第一面とが同じ平面上にある、又は、
    　前記平板部の前記第二面と前記固定部の前記第二面とが同じ平面上にある、
    　請求項１記載の水晶素子。
  4. 　前記振動部の前記第一面と前記平板部の前記第一面とが異なる平面上にある、及び、
    　前記振動部の前記第二面と前記平板部の前記第二面とが異なる平面上にある、
    　請求項２又は３記載の水晶素子。
  5. 　前記振動部の前記第一面と前記平板部の前記第一面とが同じ平面上にある、又は、
    　前記振動部の前記第二面と前記平板部の前記第二面とが同じ平面上にある、
    　請求項２又は３記載の水晶素子。
  6. 　平面視して、前記振動部、前記平板部及び前記固定部が略矩形状であり、
    　前記振動部の前記矩形の全辺を囲むように前記平板部が位置し、
    　前記平板部の前記矩形の一辺のみに前記固定部が位置する、
    　請求項１乃至５のいずれか一つに記載の水晶素子。
  7. 　前記平板部の前記第一面及び前記第二面の少なくとも一方は、前記固定部から離れるにつれて厚みが薄くなる傾斜面を有する、
    　請求項６記載の水晶素子。
  8. 　前記搭載電極と前記振動部との間に厚み方向に貫く貫通孔を更に備えた、
    　請求項６又は７記載の水晶素子。
  9. 　平面視して、前記平板部の中心から前記固定部までの距離よりも前記振動部の中心から前記固定部までの距離が大きい、
    　請求項６乃至８のいずれか一つに記載の水晶素子。
  10. 　平面視して、前記固定部が位置する前記平板部の前記一辺に垂直な方向を長さ方向としたとき、
    　前記平板部における前記固定部から前記振動部までの距離は、前記振動部の長さ方向の寸法の半分以上かつ二倍以下である、
    　請求項６乃至９のいずれか一つに記載の水晶素子。
  11. 　平面視して、前記固定部が位置する前記平板部の前記一辺に平行な方向を幅方向としたとき、
    　前記平板部の幅方向において前記平板部の外縁から前記振動部までの距離は、前記振動部の幅方向の寸法よりも大きい、
    　請求項６乃至１０のいずれか一つに記載の水晶素子。
  12. 　請求項１乃至１１のいずれか一つに記載の水晶素子と、
    　前記水晶素子が位置する基体と、
    　前記水晶素子を前記基体とともに気密封止する蓋体と、
    　を備えた水晶デバイス。
PCT/JP2020/021420 2019-05-30 2020-05-29 水晶素子及び水晶デバイス WO2020241849A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021522909A JP7329592B2 (ja) 2019-05-30 2020-05-29 水晶素子及び水晶デバイス
US17/615,165 US20220239277A1 (en) 2019-05-30 2020-05-29 Crystal element and crystal device
CN202080037883.7A CN113875153A (zh) 2019-05-30 2020-05-29 晶体元件以及晶体装置
JP2022190179A JP2023025125A (ja) 2019-05-30 2022-11-29 水晶素子及び水晶デバイス

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019101757 2019-05-30
JP2019-101757 2019-05-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020241849A1 true WO2020241849A1 (ja) 2020-12-03

Family

ID=73553196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/021420 WO2020241849A1 (ja) 2019-05-30 2020-05-29 水晶素子及び水晶デバイス

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220239277A1 (ja)
JP (2) JP7329592B2 (ja)
CN (1) CN113875153A (ja)
WO (1) WO2020241849A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001251154A (ja) * 2000-03-07 2001-09-14 Seiko Epson Corp 圧電振動片の製造方法
JP2004040198A (ja) * 2002-06-28 2004-02-05 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 水晶振動子
JP2004048717A (ja) * 2002-05-24 2004-02-12 Seiko Epson Corp 双晶の形成方法、水晶振動片の製造方法、水晶振動片および水晶デバイス
JP2006005676A (ja) * 2004-06-17 2006-01-05 Epson Toyocom Corp 水晶振動子とその製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015109633A (ja) * 2013-10-22 2015-06-11 株式会社大真空 圧電振動素子と当該圧電振動素子を用いた圧電デバイスおよび、前記圧電振動素子の製造方法と当該圧電振動素子を用いた圧電デバイスの製造方法
CN109152198B (zh) * 2018-09-06 2020-11-03 京东方科技集团股份有限公司 一种导电胶的保护膜、电路板及显示器件的制作方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001251154A (ja) * 2000-03-07 2001-09-14 Seiko Epson Corp 圧電振動片の製造方法
JP2004048717A (ja) * 2002-05-24 2004-02-12 Seiko Epson Corp 双晶の形成方法、水晶振動片の製造方法、水晶振動片および水晶デバイス
JP2004040198A (ja) * 2002-06-28 2004-02-05 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 水晶振動子
JP2006005676A (ja) * 2004-06-17 2006-01-05 Epson Toyocom Corp 水晶振動子とその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7329592B2 (ja) 2023-08-18
JPWO2020241849A1 (ja) 2020-12-03
CN113875153A (zh) 2021-12-31
JP2023025125A (ja) 2023-02-21
US20220239277A1 (en) 2022-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2020136999A (ja) 水晶素子、水晶デバイス及び電子機器
WO2020241849A1 (ja) 水晶素子及び水晶デバイス
JP6756564B2 (ja) 水晶素子、水晶デバイスおよび水晶素子の製造方法
JP6015010B2 (ja) 振動素子、振動子、発振器および電子機器
JP6666166B2 (ja) 水晶素子および水晶デバイス
JP2017200093A (ja) 水晶デバイス
WO2021106921A1 (ja) 水晶素子、水晶デバイス及び電子機器並びに水晶素子の製造方法
JP7093316B2 (ja) 水晶素子、水晶デバイス及び電子機器
WO2023008112A1 (ja) 水晶素子及び水晶デバイス
US20230402994A1 (en) Peizoelectric element and piezoelectric device
JP7308092B2 (ja) 水晶素子、水晶デバイス及び電子機器
JP7293037B2 (ja) 水晶素子、水晶デバイス及び電子機器
JP6841892B2 (ja) 水晶素子および水晶デバイス
JP6506535B2 (ja) 圧電振動片および圧電振動子
JP7274386B2 (ja) 水晶素子、水晶デバイス及び電子機器
JP2018056668A (ja) 素子搭載部材及び圧電デバイス
JP6687471B2 (ja) 水晶素子および水晶デバイス
JP2020136998A (ja) 水晶素子、水晶デバイス及び電子機器
JP2018101920A (ja) 水晶デバイス
JP2010177984A (ja) 圧電振動子および圧電デバイス
JP2008011309A (ja) 圧電発振器
JP6787735B2 (ja) 水晶素子および水晶デバイス
JP2016195345A (ja) 圧電デバイス及びその製造方法
JP2019062252A (ja) 水晶素子、水晶デバイスおよび水晶素子の製造方法
JP2020174305A (ja) 水晶素子及び水晶デバイス

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20813723

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021522909

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20813723

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1