WO2023181487A1 - 水晶振動素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

水晶振動素子（１０２）は、互いに対向する一対の主面（１１２，１１４）を有する水晶片（１１０）と、水晶片（１１０）の一対の主面（１１２，１１４）に設けられた一対の励振電極（１２０，１３０）とを備え、水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸について、Ｚ軸を回転軸としてＸ軸及びＹ軸を回転角φで回転させた軸をそれぞれＸ'軸及びＹ'軸とし、Ｘ'軸を回転軸としてＹ'軸及びＺ軸を回転角θで回転させた軸をそれぞれＹ''軸及びＺ'軸としたとき、水晶片（１１０）の一対の主面（１１２，１１４）のそれぞれは、Ｙ''軸に垂直であり、水晶片（１１０）の一対の主面（１１２，１１４）を平面視したときにＸ軸とＸ'軸とが成す角をψとしたとき、ψ＝α×φ×θ、及びα＝±０．０１６５±０．０１６の関係が成り立つ。

Description

水晶振動素子及びその製造方法

　本発明は、水晶振動素子及びその製造方法に関する。

　移動通信端末、通信基地局、家電などの各種電子機器において、タイミングデバイス、センサ又は発振器等の用途に水晶振動素子が用いられている。水晶振動素子は、一対の主面を有する水晶片と、水晶片の一対の主面に設けられた一対の励振電極を備える。

　例えば、特許文献１には、水晶のＹ軸に垂直な面を水晶のＺ軸を回転中心としてφ度回転し、さらにその状態から水晶のＸ軸を回転中心としてθ度回転して生じるＸ′軸に沿う辺を第１の辺とし、Ｚ′軸に沿う辺を第２の辺とする平面形状が四角形状の２回回転の水晶片、を備えた水晶振動素子が開示されている。

　特許文献２には、水晶の結晶軸であるＺ軸を中心にして水晶の結晶軸であるＸ軸を１５度から２５度の範囲で回転したＸ’軸及び前記Ｘ’軸を中心にして前記Ｚ軸を３３度から３４度の範囲で回転したＺ’軸に平行な一対の主面を有する水晶片、を備えた水晶振動素子が開示されている。

特開２０２１－７８０６２号公報 特開２０１７－１９２０３２号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の水晶振動素子においては、水晶をθ度回転させるときに、水晶を傾けて角度測定する必要がるため、角度測定装置や水晶切断装置の機構が複雑になる場合があった。このため、水晶片の角度精度が低下し、副振動の増大によるＥＳＲ値の増大や、所定の温度範囲における周波数の温度変化の増大が生じる可能性があった。

　また、特許文献２に記載の水晶振動素子においては、水晶片の主面を平面視したときにＸ軸とＸ’軸とが成す角度が大きいため、副振動が増加して主振動と結合することでＥＳＲ値が悪化するという問題が生じていた。

　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、周波数の温度変化が小さくＥＳＲ値の低い水晶振動素子及びその簡便な製造方法を提供することである。

　本発明の一態様に係る水晶振動素子は、互いに対向する一対の主面を有する水晶片と、前記水晶片の前記一対の主面に設けられた一対の励振電極とを備え、水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸について、前記Ｚ軸を回転軸として前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸を回転角φで回転させた軸をそれぞれＸ’軸及びＹ’軸とし、前記Ｘ’軸を回転軸として前記Ｙ’軸及びＺ軸を回転角θで回転させた軸をそれぞれＹ’’軸及びＺ’軸としたとき、前記水晶片の前記一対の主面のそれぞれは、前記Ｙ’’軸に垂直であり、前記水晶片の前記一対の主面を平面視したときに前記Ｘ軸と前記Ｘ’軸とが成す角をψとしたとき、ψ＝α×φ×θ、及びα＝±０．０１６５±０．０１６の関係が成り立つ。

　本発明の他の一態様に係る水晶振動素子の製造方法は、互いに対向する一対の主面を有する水晶片と、前記水晶片の前記一対の主面に設けられた一対の励振電極とを備える水晶振動素子の製造方法であって、結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する水晶を準備することと、前記Ｚ軸を回転軸として前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸を回転角φで回転させたＸ’軸及びＹ’軸を特定することと、前記Ｘ’軸に垂直な面で前記水晶を切断することと、前記Ｘ’軸を回転軸として前記Ｙ’軸及びＺ軸を回転角θで回転させたＹ’’軸及びＺ’軸を特定することと、前記Ｙ’’軸に垂直な面で前記水晶を切断することとを含み、前記水晶片の前記一対の主面のそれぞれは、前記Ｙ’’軸に垂直であり、前記水晶片の前記一対の主面を平面視したときに前記Ｘ軸と前記Ｘ’軸とが成す角をψとしたとき、ψ＝α×φ×θ、及びα＝±０．０１６５±０．０１６の関係が成り立つ。

　本発明によれば、周波数の温度変化が小さくＥＳＲ値の低い水晶振動素子及びその簡便な製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。 図１に示した水晶振動子の断面図である。 図１に示した水晶片の角度を説明するための図である。 回転角φと周波数温度特性との関係を説明するためのグラフである。 回転角θと周波数温度特性との関係を説明するためのグラフである。 回転角φと電気機械結合係数との関係を説明するためのグラフである。 本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の製造方法の一部を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の製造方法を説明するための図である。

　以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一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、本発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。

＜水晶振動子＞
　まず、図１～図２を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る水晶振動子１００の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る水晶振動子の分解斜視図である。図２は、図１に示した水晶振動子の断面図である。

　水晶振動子１００は、水晶振動素子１０２と、蓋部材１４０と、ベース部材１５０と、接合部材１９０とを備えている。水晶振動素子１０２は、ベース部材１５０と蓋部材１４０との間に設けられている。ベース部材１５０及び蓋部材１４０は、水晶振動素子１０２を収容するための保持器を構成している。図１及び図２に示した例では、ベース部材１５０が平板状を成しており、蓋部材１４０の凹部に水晶振動素子１０２が収容されている。但し、水晶振動素子１０２のうち少なくとも励振される部分が保持器に収容されれば、ベース部材１５０及び蓋部材１４０の形状は上記に限定されるものではない。例えば、ベース部材１５０は、蓋部材１４０の側に凹部を有してもよく、ベース部材１５０及び蓋部材１４０の両方が互いに対向する側に凹部を有してもよい。

　水晶振動素子１０２は、圧電効果により電気エネルギーと機械エネルギーとを変換可能な電気機械エネルギー変換素子である。水晶振動素子１０２は、水晶片１１０と、一対の励振電極を構成する第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０と、一対の引出電極を構成する第１引出電極１２２及び第２引出電極１３２と、一対の接続電極を構成する第１接続電極１２４及び第２接続電極１３４とを備えている。

　水晶片１１０は、互いに対向する上面１１２及び下面１１４を有している。上面１１２は、ベース部材３０に対向する側とは反対側、すなわち後述する蓋部材１４０の天壁部１４１に対向する側に位置している。下面１１４は、ベース部材１５０に対向する側に位置している。上面１１２及び下面１１４は長方形状をなしている。上面１１２及び下面１１４は、水晶片１１０の一対の主面に相当する。

　水晶片１１０を用いた水晶振動素子１０の主要振動は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｓｈｅａｒ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅ）である。なお、図１及び図２に示す例において、水晶片１１０の上面１１２及び下面１１４は平面状に設けられているが、これに限定されるものではない。上面１１２及び下面１１４は、メサ形状、逆メサ形状、コンベックス形状又はベベル形状に設けられてもよい。

　第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０は、水晶片１１０に電圧を印加する。第１励振電極１２０は水晶片１１０の上面１１２に設けられ、第２励振電極１３０は、水晶片１１０の下面１１４に設けられている。第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０は、水晶片１１０を挟んで互いに対向している。水晶片１１０の上面１１２を平面視したとき、第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０は、それぞれ矩形状をなしており、互いの略全体が重なり合うように配置されている。

　なお、水晶片１１０の上面１１２を平面視したときの第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０のそれぞれの平面形状は矩形状に限定されるものではない。第１励振電極１２０及び第２励振電極１３０のそれぞれの平面形状は、多角形状、円形状、楕円形状又はこれらの組合せであってもよい。

　第１引出電極１２２は第１励振電極１２０と第１接続電極１２４とを電気的に接続し、第２引出電極１３２は、第２励振電極１３０と第２接続電極１３４とを電気的に接続する。第１引出電極１２２は水晶片１１０の上面１１２から下面１１４にわたって設けられ、第２引出電極１３２は水晶片１１０の下面１１４に設けられている。

　第１接続電極１２４及び第２接続電極１３４は、水晶振動素子１０２をベース部材１５０に電気的に接続する。第１接続電極１２４及び第２接続電極１３４は、水晶片１１０の下面１１４の一方の短辺の両端部に設けられている。

　第１励振電極１２０、第１引出電極１２２及び第１接続電極１２４は、一体的に設けられている。第２励振電極１３０、第２引出電極１３２及び第２接続電極１３４も同様である。これら水晶振動素子１０２の電極は、例えば、下地層と表面層とをこの順に積層して設けられる多層構造である。例えば、下地層は水晶片１１０との密着性が良好なクロム（Ｃｒ）層であり、表面層は化学的安定性の良好な金（Ａｕ）層である。

　ベース部材１５０は、水晶振動素子１０２を励振可能に保持している。ベース部材１５０は、基体１５１と、接続電極１６０，１６２と、引出電極１６４，１６６と、外部電極１７０，１７２，１７４，１７６と、導電性保持部材１８０，１８２とを備えている。

　基体１５１は、厚さ方向において互いに対向する上面１５２及び下面１５４を有する板状の絶縁体である。上面１５２及び下面１５４は、基体１５１の一対の主面に相当する。上面１５２は、水晶振動素子１０２及び蓋部材１４０に対向する側に位置し、水晶振動素子１０２が搭載される搭載面に相当する。リフロー等の熱履歴によって基体１５１から水晶振動素子１０２に作用する熱応力を抑制する観点から、基体１５１は耐熱性材料によって構成されることが好ましい。同様の観点から、基体１５１は、水晶片１１０に近い熱膨張率を有する材料によって設けられてもよい。基体１５１は、例えば、セラミック基板、ガラス基板又は水晶基板によって設けられる。

　基体１５１のコーナー部は、その一部が円筒曲面状（キャスタレーション形状とも呼ばれる。）に切断して形成された切り欠き側面を有している。なお、基体１５１のコーナー部の形状はこれに限定されるものではなく、切り欠きの形状は平面状であってもよいし、切り欠きがなく、略直角のコーナー部が残っていてもよい。

　接続電極１６０，１６２は、水晶振動素子１０２に電気的に接続される。接続電極１６０は水晶振動素子１０２の接続電極１２４に電気的に接続され、接続電極１６２は、水晶振動素子１０２の接続電極１３４に接続される。

　引出電極１６４は接続電極１６０と外部電極１７０とを電気的に接続し、引出電極１６６は接続電極１６２と外部電極１７２とを電気的に接続している。引出電極１６４，１６６は、基体１５１の上面１５２に設けられている。

　外部電極１７０，１７２は水晶振動素子１０２を外部基板に電気的に接続するための外部端子である。外部電極１７０は水晶振動素子１０２の第１励振電極１２０を外部基板に電気的に接続し、外部電極１７２は水晶振動素子１０２の第２励振電極１３０を外部基板に電気的に接続する。一例として、外部電極１７４，１７６のうち一方は、蓋部材１４０を接地する接地電極であり、他方は水晶振動素子１０２とは電気的に接続されていないダミー電極である。外部電極１７０，１７２，１７４，１７６のそれぞれは、基体１５１の４つのコーナー部に設けられた切り欠き側面から下面１５４にわたって連続的に設けられている。図１に示す例において、外部電極１７０と外部電極１７２とは基体１５１の上面１５２における対角に位置し、外部電極１７４と外部電極１７６とは基体１５１の上面１５２における別の対角に位置している。但し、外部電極１７０，１７２，１７４，１７６は上記に限定されるものではない。外部電極１７４，１７６は両方とも接地電極であってもよく、両方ともダミー電極であってもよい。外部電極１７４，１７６は省略されてもよい。外部電極１７４は外部電極１７０，１７２のうち一方と電気的に接続されてもよく、外部電極１７６は外部電極１７０，１７２のうち他方と電気的に接続されてもよい。

　導電性保持部材１８０，１８２は、ベース部材１５０と水晶振動素子１０２とを電気的に接続するとともに、水晶振動素子１０２を機械的に保持している。導電性保持部材１８０は、水晶振動素子１０２の第１接続電極１２４と、ベース部材１５０の接続電極１６０とを電気的に接続している。導電性保持部材１８２は、水晶振動素子１０２の第２接続電極１３４と、ベース部材１５０の接続電極１６２とを電気的に接続している。導電性保持部材１８０，１８２は、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等を含む導電性接着剤の硬化物である。導電性保持部材１８０，１８２の主成分は、例えばシリコーン樹脂である。導電性保持部材１８０，１８２は導電性粒子を含んでおり、当該導電性粒子としては例えば銀（Ａｇ）を含む金属粒子が用いられる。

　導電性保持部材１８０，１８２の主成分は、シリコーン樹脂に限定されるものではなく、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂などであってもよい。また、導電性保持部材１８０，１８２に含まれる導電性粒子は、銀粒子に限定されるものではなく、その他の金属、導電性セラミック、導電性有機材料などによって形成されてもよい。導電性保持部材１８０，１８２は、導電性高分子を含んでもよい。

　蓋部材１４０は、天壁部１４１と、天壁部１４１の外縁部からベース部材１５０に向かって延出する側壁部１４２とを有している。天壁部１４１は水晶振動素子１０２を挟んでベース部材１５０と対向し、側壁部１４２は間隔を空けて水晶振動素子１０２を囲んでいる。蓋部材１４０の材質は、望ましくは導電材料であり、さらに望ましくは気密性の高い金属材料である。蓋部材１４０が導電材料で構成されることによって、内部空間１０１への電磁波の出入りを低減する電磁シールド機能が蓋部材１４０に付与される。熱応力の発生を抑制する観点から、蓋部材１４０の材質は、ベース部材１５０に近い熱膨張率を有する材料であることが望ましく、例えば常温付近での熱膨張率がガラスやセラミックと広い温度範囲で一致するＦｅ－Ｎｉ－Ｃｏ系合金である。蓋部材１４０は、図示しない接地部材によって、外部電極１７４，１７６の少なくとも一方に電気的に接続されている。

　接合部材１９０は、ベース部材１５０と蓋部材１４０とを接合し、水晶振動素子１０２が収容された内部空間１０１を封止する。接合部材１９０は、ベース部材１５０の外縁部の全周に亘って枠状に設けられており、蓋部材１４０の側壁部１４２の先端部とベース部材１５０の上面１５２によって挟まれている。接合部材１９０は絶縁材料によって設けられている。接合部材１９０は、例えば、エポキシ系、ビニル系、アクリル系、ウレタン系又はシリコーン系の樹脂を含む有機系接着剤によって設けられる。接合部材１９０の材質は、有機系接着剤に限定されるものではなく、水ガラスなどを含むケイ素系接着剤や、セメントなどを含むカルシウム系接着剤などの無機系接着剤によって設けられてもよい。接合部材１９０の材質は、低融点ガラス（例えば鉛ホウ酸系や錫リン酸系等）であってもよい。

　次に、図３～図６を参照しつつ、水晶片１１０のより詳細な構成について説明する。図３は、図１に示した水晶片の角度を説明するための図である。図４は、回転角φと周波数温度特性との関係を説明するためのグラフである。図５は、回転角θと周波数温度特性との関係を説明するためのグラフである。図６は、回転角φと電気機械結合係数との関係を説明するためのグラフである。

　水晶片１１０の主面１１２，１１４は、Ｙ’’軸に垂直なＺ’Ｘ’面である。水晶片１１０は、人工水晶（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ｑｕａｒｔｚ　Ｃｒｙｓｔａｌ）の結晶体を切断及び研磨加工して得られる水晶基板（例えば、水晶ウェハ）をエッチング加工することで形成される。

　図３に示すように、水晶片１１０の上面１１２は、Ｘ’軸方向と平行な長辺と、Ｚ’軸方向と平行な短辺とを有する長方形状をなしている。また、水晶片１１０は、Ｙ’’軸方向と平行な厚みを有する板状である。ここで、Ｘ’軸、Ｙ’’軸及びＺ’軸は、水晶の結晶軸（Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ａｘｅｓ）を基に規定される。具体的には、Ｘ’軸及びＹ’軸は、水晶の結晶軸（Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ａｘｅｓ）であるＺ軸を回転軸として、水晶の結晶軸であるＸ軸及びＹ軸を回転角φで回転させた軸である。また、Ｙ’’軸及びＺ’軸は、Ｘ’軸を回転軸として、Ｙ’軸及びＺ軸を回転角θで回転させた軸である。なお、Ｘ軸が水晶の電気軸（極性軸）、Ｙ軸が水晶の機械軸、Ｚ軸が水晶の光学軸に相当する。

　水晶片１１０の上面１１２を平面視したとき、Ｘ軸とＸ’軸とが成す角をψとしたとき、ψ＝α×φ×θ、及びα＝±０．０１６５±０．０１６の関係が成り立つ。このような角度の水晶片１１０を用いることで、良好な周波数温度特性を有し副振動の発生を抑制可能な水晶振動素子１０２を設けることが可能となる。なお、角ψは、Ｘ軸をＹ’’軸に沿って上面に投影した軸と、Ｘ’軸とが成す角と言い換えることができる。

　Ｚ軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、１度≦φ≦１４度の関係が成り立つ。図４に示すように、回転角φを変化させると、周波数温度曲線が高温側又は低温側にシフトする。１度≦φ≦１４度の場合、φ＝０度の場合に比べて、周波数温度曲線が高温側にシフトする。このため、高温域での周波数の変化が抑制される。また、図６に示すように、回転角φを変化させると、φ＝０度をピークとして電気機械結合係数ｋが低下し、副振動が増大する。１度≦φ≦１４度の関係が成り立つことで、電気機械結合係数ｋの低下が抑制され、副振動の抑制によりＥＳＲ値が低く抑えられる。

　Ｘ’軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、望ましくは３０度≦θ≦４０度の関係が成り立つ。図５に示すように、回転角θを変化させると、周波数温度曲線が変曲点を中心に回転する。３０度≦θ≦４０度の場合、θ＝０度の場合に比べて、周波数温度曲線が時計回りに回転する。このため、低温域及び高温域での周波数の変化が抑制される。１度≦φ≦１４度且つ３０度≦θ≦４０度とすることで、水晶振動素子１０２の保証温度を高温側に広げることができる。

＜製造方法＞
　次に、図７～図９を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子１０２の製造方法について説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の製造方法の一部を示すフローチャートである。図８及び図９は、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の製造方法を説明するための図である。

　まず、水晶ＸＴ０を用意する（Ｓ１１０）。水晶ＸＴ０は、Ｚ軸に垂直なＸＹ面でカットされた水晶結晶である。

　次に、水晶ＸＴ０のＸ’軸及びＹ’軸を特定し（Ｓ１２０）、ＺＸ’面、Ｙ’Ｚ面で水晶ＸＴ０を切断する（Ｓ１３０）。回転ステージの載置面に一方のＸＹ面が当接し、他方のＸＹ面が上向きになるよう、回転ステージ上に水晶ＸＴ０を載せる。次に、他方のＸＹ面を測定面として、Ｘ線方位測定装置によって水晶ＸＴ０の結晶方位を測定しつつ、載置面の面内方向で回転ステージを回転させる。これにより、水晶ＸＴ０のＸ’軸方向及びＹ’軸方向を特定する。次に、回転ステージの載置面に垂直に設けられた水晶切断装置の刃によって、回転ステージ上の水晶ＸＴ０をＸ’軸及びＹ’軸に沿って切断する。これにより、図８に示すように、水晶ＸＴ０から水晶ＸＴ１が切り出される。なお、ステップＳ１３０では、この後のステップＳ１４０においてＸ線方位測定装置の測定面となるＹ’Ｚ面で水晶ＸＴ０が切断されてさえいればよく、ＺＸ’面で水晶ＸＴ０を切断しなくてもよい。なお、このような水晶の結晶方位測定及び切断加工の詳細については、Ｗ．Ｌ．　Ｂｏｎｄ及びＪ．Ａ．　Ｋｕｓｔｅｒｓによって、３１ｔｈ　Ａｎｎｕａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ（１９７７年６月１－３日）において発表された「ＭＡＫＩＮＧ　ＤＯＵＢＬＹ　ＲＯＴＡＴＥＤ　ＱＵＡＲＴＺ　ＰＬＡＴＥＳ」という論文（２００５年１２月５日にＩＥＥＥ　Ｘｐｌｏｒｅに追加）を参照することができ、本実施形態における回転角の数値は同論文に準じて測定されたものである。

　次に、水晶ＸＴ１のＹ’’軸及びＺ’軸を特定し（Ｓ１４０）、Ｘ’Ｙ’’面、Ｚ’Ｘ’面で水晶ＸＴ１を切断する（Ｓ１５０）。ステップＳ１２０と同様、回転ステージの載置面上に載置した水晶ＸＴ１のＹ’Ｚ面をＸ線方位測定装置の測定面とし、水晶ＸＴ１のＹ’’軸方向及びＺ’軸方向を特定する。また、ステップＳ１３０と同様に、回転ステージ上の水晶ＸＴ１をＹ’’軸及びＺ’軸に沿って切断する。このとき、水晶ＸＴ１から、基板状の複数の水晶ＸＴ２が切り出される。

　この後、例えばエッチング加工によって１枚の水晶ＸＴ２の中に複数の水晶片１１０が造形され、励振電極等が設けられて、水晶振動素子１０２の集合基板となる。このとき、エッチング加工によって、複数の水晶片１１０のそれぞれにメサ形状、逆メサ形状、コンベックス形状又はベベル形状等の形状を付与してもよい。最後に、集合基板が個片化され、水晶振動素子１０２となる。なお、複数の水晶片１１０を水晶ＸＴ２の中に造形する方法はエッチング加工に限定されるものではなく、機械切削等による加工であってもよい。また、複数の水晶片１１０のそれぞれに形状を付与する方法はエッチング加工に限定されるものではなく、化学機械研磨等による加工であってもよい。複数の水晶片１１０のそれぞれに形状を付与する加工は、励振電極等を設ける前に実施されてもよく、励振電極等を設けた後に実施されてもよい。

　以上のように、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子１０２において、Ｚ軸を回転軸としてＸ軸及びＹ軸を回転角φで回転させた軸をそれぞれＸ’軸及びＹ’軸とし、Ｘ’軸を回転軸としてＹ’軸及びＺ軸を回転角θで回転させた軸をそれぞれＹ’’軸及びＺ’軸とし、水晶片１１０の一対の主面１１２，１１４を平面視したときにＸ軸とＸ’軸とが成す角をψとしたとき、ψ＝α×φ×θ、及びα＝±０．０１６５±０．０１６の関係が成り立つ。

　これによれば、周波数の温度変化が小さくＥＳＲ値の低い水晶振動素子１０２が提供される。

　上記の一態様として、Ｚ軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、１度≦φ≦１４度の関係が成り立つ。

　これによれば、高温域での周波数の変化を抑制することができる。また、電気機械結合係数ｋの低下が抑制され、副振動の抑制によりＥＳＲ値を低く抑えることができる。

　上記の一態様として、Ｘ’軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、３０度≦θ≦４０度の関係が成り立つ。

　これによれば、低温域及び高温域での周波数の変化を抑制することができる。

　上記の一態様として、水晶片１１０の一対の主面１１２，１１４のそれぞれは、Ｘ’軸及びＺ’軸と平行な辺を有する矩形状である。

　これによれば、水晶振動子１００の内部空間１０１を効率的に活用して水晶片１１０の大きさを最大化することができる。このため、ＥＳＲ値を低く抑えることができる。

　また、本発明の他の一実施形態に係る水晶振動素子１０２の製造方法は、水晶ＸＴ１のＹ’’軸及びＺ’軸を特定することと、Ｚ’Ｙ’面、Ｚ’Ｘ’面で水晶ＸＴ１を切断することと、水晶ＸＴ１のＹ’’軸及びＺ’軸を特定することと、Ｚ’Ｙ’面、Ｚ’Ｘ’面で水晶ＸＴ１を切断することとを含む。

　これによれば、良好な周波数温度特性を有し副振動の発生を抑制可能な水晶振動素子１０２を提供することができる。また、結晶方位測定装置による測定時及び水晶切断装置による加工時に水晶を傾ける必要がない。このため、水晶を傾けて結晶方位の測定や水晶の切断を行う製造方法に比べて、水晶振動素子１０２を簡便に製造することができ、水晶片１１０の角度誤差を低減することができる。

　なお、本発明の一実施形態に係る水晶振動素子は、内部空間１０１が金属封止されてもよい。すなわち、ベース部材と蓋部材とが金属材料からなる接合部材によって接合されてもよい。この場合、ベース部材の接続電極は封止部材から離間し、ベース部材の接続電極と外部電極とは例えばベース部材を貫通する貫通電極によって電気的に接続される。

　以下に、本発明の実施形態の一部又は全部を付記する。なお、本発明は以下の付記に限定されるものではない。

　本発明の一態様によれば、互いに対向する一対の主面を有する水晶片と、水晶片の一対の主面に設けられた一対の励振電極とを備え、水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸について、Ｚ軸を回転軸としてＸ軸及びＹ軸を回転角φで回転させた軸をそれぞれＸ’軸及びＹ’軸とし、Ｘ’軸を回転軸としてＹ’軸及びＺ軸を回転角θで回転させた軸をそれぞれＹ’’軸及びＺ’軸としたとき、水晶片の一対の主面のそれぞれは、Ｙ’’軸に垂直であり、水晶片の一対の主面を平面視したときにＸ軸とＸ’軸とが成す角をψとしたとき、ψ＝α×φ×θ、及びα＝±０．０１６５±０．０１６の関係が成り立つ、水晶振動素子が提供される。

　上記水晶振動素子の一態様として、Ｚ軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、１度≦φ≦１４度の関係が成り立つ。

　上記水晶振動素子の一態様として、Ｘ’軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、３０度≦θ≦４０度の関係が成り立つ。

　上記水晶振動素子の一態様として、水晶片の一対の主面のそれぞれは、Ｘ’軸及びＺ’軸と平行な辺を有する矩形状である。

　上記水晶振動素子の一態様として、主要振動は、厚みすべり振動モードである。

　上記のいずれかの態様の水晶振動素子と、ベース部材と、ベース部材に接合された蓋部材と、を備え、水晶振動素子はベース部材と蓋部材との間の内部空間に設けられた、水晶振動子が提供される。

　本発明の他の一態様によれば、互いに対向する一対の主面を有する水晶片と、水晶片の一対の主面に設けられた一対の励振電極とを備える水晶振動素子の製造方法であって、結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する水晶を準備することと、Ｚ軸を回転軸としてＸ軸及びＹ軸を回転角φで回転させたＸ’軸及びＹ’軸を特定することと、Ｘ’軸に垂直な面で水晶を切断することと、Ｘ’軸を回転軸としてＹ’軸及びＺ軸を回転角θで回転させたＹ’’軸及びＺ’軸を特定することと、Ｙ’’軸に垂直な面で水晶を切断することとを含み、水晶片の一対の主面のそれぞれは、Ｙ’’軸に垂直であり、水晶片の一対の主面を平面視したときにＸ軸とＸ’軸とが成す角をψとしたとき、ψ＝α×φ×θ、及びα＝±０．０１６５±０．０１６の関係が成り立つ、水晶振動素子の製造方法が提供される。

　上記水晶振動素子の製造方法の一態様として、Ｚ軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、１度≦φ≦１４度の関係が成り立つ。

　上記水晶振動素子の製造方法の一態様として、Ｘ’軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、３０度≦θ≦４０度の関係が成り立つ。

　上記水晶振動素子の製造方法の一態様として、Ｚ’軸に垂直な面で水晶を切断することをさらに含み、水晶片の一対の主面のそれぞれは、Ｘ’軸及びＺ’軸と平行な辺を有する矩形状である。

　以上説明したように、本発明の一態様によれば、周波数の温度変化が小さくＥＳＲ値の低い水晶振動素子及びその簡便な製造方法を提供することができる。

　なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、実施形態及び／又は変形例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、実施形態及び／又は変形例が備える各要素及びその配置、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、実施形態及び変形例は例示であり、異なる実施形態及び／又は変形例で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１００…水晶振動子
１０１…内部空間
１０２…水晶振動素子
１１０…水晶片
１１２…上面
１１４…下面
１２０…第１励振電極
１３０…第２励振電極
１２２…第１引出電極
１３２…第２引出電極
１２４…第１接続電極
１３４…第２接続電極
１５０…ベース部材
１４０…蓋部材
１９０…接合部材
φ…Ｚ軸を回転軸とした回転角
θ…Ｘ’軸を回転軸とした回転角
ψ…水晶片の主面を平面視したときにＸ軸とＸ’軸とが成す角

Claims (10)

1. 　互いに対向する一対の主面を有する水晶片と、前記水晶片の前記一対の主面に設けられた一対の励振電極とを備え、
   　水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸について、前記Ｚ軸を回転軸として前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸を回転角φで回転させた軸をそれぞれＸ’軸及びＹ’軸とし、
   　前記Ｘ’軸を回転軸として前記Ｙ’軸及び前記Ｚ軸を回転角θで回転させた軸をそれぞれＹ’’軸及びＺ’軸としたとき、
   　前記水晶片の前記一対の主面のそれぞれは、前記Ｙ’’軸に垂直であり、
   　前記水晶片の前記一対の主面を平面視したときに前記Ｘ軸と前記Ｘ’軸とが成す角をψとしたとき、
   　ψ＝α×φ×θ、及び
   　α＝±０．０１６５±０．０１６
   　の関係が成り立つ、
   　水晶振動素子。
2. 　前記Ｚ軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、
   　１度≦φ≦１４度
   　の関係が成り立つ、
   　請求項１に記載の水晶振動素子。
3. 　前記Ｘ’軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、
   　３０度≦θ≦４０度
   　の関係が成り立つ、
   　請求項１又は２に記載の水晶振動素子。
4. 　前記水晶片の前記一対の主面のそれぞれは、前記Ｘ’軸及び前記Ｚ’軸と平行な辺を有する矩形状である、
   　請求項１から３のいずれか１項に記載の水晶振動素子。
5. 　主要振動は、厚みすべり振動モードである、
   　請求項１から４のいずれか１項に記載の水晶振動素子。
6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の水晶振動素子と、
   　ベース部材と、
   　前記ベース部材に接合された蓋部材と、
   　を備え、
   　前記水晶振動素子は前記ベース部材と前記蓋部材との間の内部空間に設けられた、水晶振動子。
7. 　互いに対向する一対の主面を有する水晶片と、前記水晶片の前記一対の主面に設けられた一対の励振電極とを備える水晶振動素子の製造方法であって、
   　結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する水晶を準備することと、
   　前記Ｚ軸を回転軸として前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸を回転角φで回転させたＸ’軸及びＹ’軸を特定することと、
   　前記Ｘ’軸に垂直な面で前記水晶を切断することと、
   　前記Ｘ’軸を回転軸として前記Ｙ’軸及び前記Ｚ軸を回転角θで回転させたＹ’’軸及びＺ’軸を特定することと、
   　前記Ｙ’’軸に垂直な面で前記水晶を切断することと
   を含み、
   　前記水晶片の前記一対の主面のそれぞれは、前記Ｙ’’軸に垂直であり、
   　前記水晶片の前記一対の主面を平面視したときに前記Ｘ軸と前記Ｘ’軸とが成す角をψとしたとき、
   　ψ＝α×φ×θ、及び
   　α＝±０．０１６５±０．０１６
   　の関係が成り立つ、
   　水晶振動素子の製造方法。
8. 　前記Ｚ軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、
   　１度≦φ≦１４度
   　の関係が成り立つ、
   　請求項７に記載の水晶振動素子の製造方法。
9. 　前記Ｘ’軸の正方向側から視て反時計回りを正としたとき、
   　３０度≦θ≦４０度
   　の関係が成り立つ、
   　請求項７又は８に記載の水晶振動素子の製造方法。
10. 　前記Ｚ’軸に垂直な面で前記水晶を切断することをさらに含み、
    　前記水晶片の前記一対の主面のそれぞれは、前記Ｘ’軸及び前記Ｚ’軸と平行な辺を有する矩形状である、
    　請求項７から９のいずれか１項に記載の水晶振動素子の製造方法。

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