WO2024024614A1

WO2024024614A1 - 水晶振動板および水晶振動デバイス

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Publication number: WO2024024614A1
Application number: PCT/JP2023/026541
Authority: WO
Inventors: 宏樹藤原
Original assignee: 株式会社大真空
Priority date: 2022-07-28
Filing date: 2023-07-20
Publication date: 2024-02-01
Also published as: TW202408158A

Abstract

水晶振動板２は、外枠部２３と、外枠部２３よりも薄肉に形成された振動部２２とを備え、外枠部２３と振動部２２との間に貫通部２ａが形成され、外枠部２３よりも薄肉に形成された保持部２４によって外枠部２３と振動部２２が連結されている。外枠部２３の一方の主面における保持部２４との接続部分２５には、保持部２４と同一面に形成された平坦領域２５ｂと、平坦領域２５ｂに対し傾斜する傾斜領域２５ａとが設けられ、保持部２４の接続部分２５側の端部２４ａのうち、少なくとも貫通部２ａ側の領域２４ｂ，２４ｃは、平坦領域２５ｂに連続して設けられている。

Description

水晶振動板および水晶振動デバイス

　本発明は、水晶振動板および水晶振動デバイスに関する。

　近年、各種電子機器の動作周波数の高周波化や、パッケージの小型化（特に低背化）が進んでいる。そのため、高周波化やパッケージの小型化にともなって、水晶振動デバイス（例えば水晶振動子、水晶発振器等）も高周波化やパッケージの小型化への対応が求められている。

　小型化および低背化に適した水晶振動デバイスとして、いわゆるサンドイッチ構造の水晶振動デバイスが知られている。サンドイッチ構造の水晶振動デバイスは、その筐体が略直方体のパッケージで構成されている。このパッケージは、例えばガラスや水晶からなる第１封止部材および第２封止部材と、両主面に励振電極が形成された水晶振動板とから構成され、第１封止部材と第２封止部材とが水晶振動板を介して積層して接合される。そして、パッケージの内部（内部空間）に配された水晶振動板の振動部が第１封止部材および第２封止部材によって気密封止されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－２５２０５１号公報

　上述したようなサンドイッチ構造の水晶振動デバイスにて使用される水晶振動板は、励振電極が形成された振動部と、振動部の周囲に配置された外枠部と、振動部を外枠部に連結して保持する保持部とが、水晶板において一体形成されている。このような水晶振動板としては、加工が容易であり、且つ周波数温度特性が優れたＡＴカット型の水晶板が広く用いられる。

　このような水晶振動板では、振動部および保持部は、外枠部よりも薄肉に形成され、肉厚の外枠部と薄肉の振動部との間に貫通部が形成されている。しかし、エッチングによりこのような水晶振動板の外形形状を加工すると、水晶の異方性により厚肉の外枠部から薄肉の保持部にかけて外枠部の一部に次第に薄肉になるように傾斜領域が形成される。このような傾斜領域は、外枠部と保持部との接続部分にも形成される。このため、傾斜領域と保持部の側面（貫通部に接する面）とが交差することによって、エッチングの際、保持部の外枠部側の付け根の領域に、保持部の内部に向かう、えぐれが形成されるという問題があった。このようなえぐれが形成されると、保持部の折れの発生や、引出配線の断線や引出配線が細くなることによる高抵抗化に起因する振動部の振動特性の悪化が懸念される。

　本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、保持部の外枠部側の付け根の領域にえぐれが形成されることを抑制可能な水晶振動板および水晶振動デバイスを提供することを目的とする。

　本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、外枠部と、前記外枠部よりも薄肉に形成された振動部とを備え、前記外枠部と前記振動部との間に貫通部が形成され、前記外枠部よりも薄肉に形成された保持部によって前記外枠部と前記振動部が連結された水晶振動板であって、前記外枠部の一方の主面における前記保持部との接続部分には、前記保持部と同一面に形成された平坦領域と、前記平坦領域に対し傾斜する傾斜領域とが設けられ、前記保持部の前記接続部分側の端部のうち、少なくとも前記貫通部側の領域は、前記平坦領域に連続して設けられていることを特徴とする。

　上記構成によれば、外枠部と保持部との接続部分に平坦領域が設けられており、傾斜領域と保持部の側面とが直接交差しないので、保持部の外枠部側の付け根の領域に、エッチングの際にえぐれ部が形成されることを抑制できる。これにより、保持部の折れの発生や、引出配線の断線や高抵抗化に起因する振動部の振動特性の悪化を抑制することができる。また、外枠部と保持部の間に段差等の厚み差がある場合、厚みが薄い箇所に力（応力や衝撃）が集中するが、外枠部と保持部との接続部分に設けられた傾斜領域により、その力を徐々に弱めることができる。これにより、傾斜領域を設けることによって、外枠部から振動部への外部応力を緩和でき、保持部の折れ防止等の耐衝撃性能を向上できる。

　上記構成において、前記保持部が延在する方向に沿った長さが、前記傾斜領域よりも前記平坦領域が大きいことが好ましい。これにより、外枠部からの外部応力（例えば半田実装時の応力）を効果的に抑制することができ、発振周波数のシフトやＣＩ値の悪化を抑制することができる。

　上記構成において、前記保持部が延在する方向に沿った長さが、前記傾斜領域よりも前記平坦領域が小さいことが好ましい。これにより、振動部の振動エリアを確保したり、耐衝撃性を向上させたりすることができる。

　上記構成において、前記外枠部の他方の主面における前記保持部との接続部分には、前記保持部と同一面に形成された平坦領域と、前記外枠部の端部領域とが設けられ、前記保持部の前記接続部分側の端部は、前記平坦領域と接続されていることが好ましい。この場合、前記外枠部の前記他方の主面における前記端部領域の少なくとも一部を、前記外枠部の前記一方の主面における前記傾斜領域と平面視で重畳する位置に設けることによって、外枠部からの外部応力（例えば半田実装時の応力）の影響を軽減することができ、耐衝撃性を向上させることができる。また、前記外枠部の前記他方の主面における前記平坦領域の少なくとも一部を、前記外枠部の前記一方の主面における前記平坦領域と平面視で重畳する位置に設けることによって、外枠部からの外部応力の影響を軽減することができ、外枠部における応力バランスを改善することができる。

　また、本発明は、上記いずれかの構成の水晶振動板を備えた水晶振動デバイスであってもよく、前記水晶振動板の前記振動部の一主面側を覆う第１封止部材と、前記水晶振動板の前記振動部の他主面側を覆う第２封止部材とが備えられ、前記第１封止部材と前記水晶振動板とが接合され、かつ前記第２封止部材と前記水晶振動板とが接合されることによって、前記水晶振動板の前記振動部が封止されることを特徴とする。上記構成の水晶振動板を備えた水晶振動デバイスによれば、上述した水晶振動板の作用効果と同様の作用効果が得られる。すなわち、振動部と外枠部とが保持部によって連結された枠体付きの水晶振動板を用いた場合、水晶振動デバイスの小型化および低背化を図ることが可能であるが、そのような小型化および薄型化を図った水晶振動デバイスにおいて、保持部の外枠部側の付け根の領域にえぐれが形成されることを抑制できる。

　本発明の水晶振動板および水晶振動デバイスによれば、外枠部と保持部との接続部分に平坦領域が設けられており、傾斜領域と保持部の側面とが直接交差しないので、保持部の外枠部側の付け根の領域に、エッチングの際にえぐれ部が形成されることを抑制できる。これにより、保持部の折れの発生や、引出配線の断線や高抵抗化に起因する振動部の振動特性の悪化を抑制することができる。

本発明の実施の形態にかかる水晶発振器の各構成を模式的に示す概略構成図である。水晶発振器の第１封止部材の第１主面側の概略平面図である。水晶発振器の第１封止部材の第２主面側の概略平面図である。水晶発振器の水晶振動板の第１主面側の概略平面図である。水晶発振器の水晶振動板の第２主面側の概略平面図である。水晶発振器の第２封止部材の第１主面側の概略平面図である。水晶発振器の第２封止部材の第２主面側の概略平面図である。水晶振動板の第２主面側の構成を模式的に示す概略平面図である。図８のＤ１－Ｄ１線断面図である。水晶振動板の保持部と外枠部との接続部分の第２主面側の構成を示す斜視図である。変形例１にかかる水晶振動板の第２主面側の構成を模式的に示す概略平面図である。変形例２にかかる水晶振動板の第１主面側の構成を模式的に示す概略平面図である。図１２のＤ２－Ｄ２線断面図である。他の実施の形態にかかる水晶発振器の音叉型水晶振動板の第２主面側の概略平面図である。変形例３にかかる水晶振動板の第１主面側の構成を模式的に示す概略平面図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の実施の形態では、本発明を適用する水晶振動デバイスが水晶発振器である場合について説明する。なお、本発明が適用可能な水晶振動デバイスは水晶発振器に限定されるものではなく、水晶振動子に本発明を適用してもよい。

　本実施の形態にかかる水晶発振器１０１は、図１に示すように、水晶振動板２、第１封止部材３、第２封止部材４、およびＩＣチップ５を備えて構成されている。この水晶発振器１０１では、水晶振動板２と第１封止部材３とが接合され、水晶振動板２と第２封止部材４とが接合されることによって、略直方体のサンドイッチ構造のパッケージ１２が構成される。また、第１封止部材３における水晶振動板２との接合面と反対側の主面に、ＩＣチップ５が搭載される。電子部品素子としてのＩＣチップ５は、水晶振動板２とともに発振回路を構成する１チップ集積回路素子である。

　水晶振動板２では、一方の主面である第１主面２１１に第１励振電極２２１が形成され、他方の主面である第２主面２１２に第２励振電極２２２が形成されている。そして、水晶発振器１０１においては、水晶振動板２の両主面（第１主面２１１、第２主面２１２）のそれぞれに第１封止部材３および第２封止部材４が接合されることで、パッケージ１２の内部空間が形成され、内部空間に第１励振電極２２１および第２励振電極２２２を含む振動部２２（図４、図５参照）が気密封止されている。

　本実施の形態にかかる水晶発振器１０１は、例えば、１．０×０．８ｍｍのパッケージサイズであり、小型化と低背化とを図ったものである。また、小型化に伴い、パッケージ１２では、キャスタレーションを形成せずに、後述する貫通孔を用いて電極の導通を図っている。

　次に、水晶発振器１０１における水晶振動板２、第１封止部材３および第２封止部材４の各部材について、図１～図７を用いて説明する。なお、ここでは、接合されていないそれぞれ単体として構成されている各部材について説明を行う。

　水晶振動板２は、図４、図５に示すように、水晶からなる圧電基板であって、その両主面（第１主面２１１，第２主面２１２）が平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。本実施の形態では、水晶振動板２として、厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶板が用いられている。図４、図５に示す水晶振動板２では、水晶振動板２の両主面２１１，２１２が、ＸＺ´平面とされている。このＸＺ´平面において、水晶振動板２の短手方向（短辺方向）に平行な方向がＸ軸方向とされ、水晶振動板２の長手方向（長辺方向）に平行な方向がＺ´軸方向とされている。なお、ＡＴカットは、人工水晶の３つの結晶軸である電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）、および光学軸（Ｚ軸）のうち、Ｚ軸に対してＸ軸周りに３５°１５′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。ＡＴカット水晶板では、Ｘ軸は水晶の結晶軸に一致する。Ｙ´軸およびＺ´軸は、水晶の結晶軸のＹ軸およびＺ軸からそれぞれ３５°１５′傾いた軸に一致する。Ｙ´軸方向およびＺ´軸方向は、ＡＴカット水晶板を切り出すときの切り出し方向に相当する。

　水晶振動板２の両主面２１１，２１２には、一対の励振電極（第１励振電極２２１，第２励振電極２２２）が形成されている。水晶振動板２は、略矩形に形成された振動部２２と、この振動部２２の外周を取り囲む外枠部２３と、振動部２２と外枠部２３とを連結することで振動部２２を保持する保持部２４とを有している。すなわち、水晶振動板２は、振動部２２、外枠部２３および保持部２４が一体的に設けられた構成となっており、外枠部２３と振動部２２との間に貫通部２ａ（図８参照）が形成されている。

　本実施の形態では、保持部２４は、振動部２２と外枠部２３との間の１箇所のみに設けられている。また、振動部２２および保持部２４は、外枠部２３よりも薄肉に形成されている。このような外枠部２３と保持部２４との厚みの違いにより、外枠部２３と保持部２４の圧電振動の固有振動数が異なることになり、保持部２４の圧電振動に外枠部２３が共鳴しにくくなる。なお、保持部２４の形成箇所は１か所に限定されるものではなく、保持部２４は、振動部２２と外枠部２３との間の２箇所（例えば、－Ｚ´軸方向の両側）に設けられていてもよい。

　保持部２４は、振動部２２の＋Ｘ方向かつ－Ｚ´方向に位置する１つの角部のみから、－Ｚ´方向に向けて外枠部２３まで延びている（突出している）。このように、振動部２２の外周端部のうち、圧電振動の変位が比較的小さい角部に保持部２４が設けられているので、保持部２４を角部以外の部分（辺の中央部）に設けた場合に比べて、保持部２４を介して圧電振動が外枠部２３に漏れることを抑制することができ、より効率的に振動部２２を圧電振動させることができる。また、保持部２４を２つ以上設けた場合に比べて、振動部２２に作用する応力を低減することができ、そのような応力に起因する圧電振動の周波数シフトを低減して圧電振動の安定性を向上させることができる。

　第１励振電極２２１は振動部２２の第１主面２１１側に設けられ、第２励振電極２２２は振動部２２の第２主面２１２側に設けられている。第１励振電極２２１，第２励振電極２２２には、これらの励振電極を外部電極端子に接続するための引出配線（第１引出配線２２３，第２引出配線２２４）が接続されている。第１引出配線２２３は、第１励振電極２２１から引き出され、保持部２４を経由して、外枠部２３に形成された接続用接合パターン２７に繋がっている。第２引出配線２２４は、第２励振電極２２２から引き出され、保持部２４を経由して、外枠部２３に形成された接続用接合パターン２８に繋がっている。このように、保持部２４の第１主面２１１側に第１引出配線２２３が形成され、保持部２４の第２主面２１２側に第２引出配線２２４が形成されている。

　水晶振動板２の両主面（第１主面２１１，第２主面２１２）には、水晶振動板２を第１封止部材３および第２封止部材４に接合するための振動側封止部がそれぞれ設けられている。第１主面２１１の振動側封止部としては、第１封止部材３に接合するための振動側第１接合パターン２５１が形成されている。また、第２主面２１２の振動側封止部としては、第２封止部材４に接合するための振動側第２接合パターン２５２が形成されている。振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２は、外枠部２３に設けられており、平面視で環状に形成されている。第１励振電極２２１，第２励振電極２２２は、振動側第１接合パターン２５１および振動側第２接合パターン２５２とは電気的に接続されていない。

　また、水晶振動板２には、図４、図５に示すように、第１主面２１１と第２主面２１２との間を貫通する５つの貫通孔が形成されている。具体的には、４つの第１貫通孔２６１は、外枠部２３の４隅（角部）の領域にそれぞれ設けられている。第２貫通孔２６２は、外枠部２３であって、振動部２２のＺ´軸方向の一方側（図４、図５では、＋Ｚ´方向側）に設けられている。第１貫通孔２６１の周囲には、それぞれ接続用接合パターン２５３が形成されている。また、第２貫通孔２６２の周囲には、第1主面２１１側では接続用接合パターン２５４が、第２主面２１２側では接続用接合パターン２８が形成されている。

　第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２には、第１主面２１１と第２主面２１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第１貫通孔２６１および第２貫通孔２６２それぞれの中央部分は、第１主面２１１と第２主面２１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。

　水晶振動板２において、第１励振電極２２１、第２励振電極２２２、第１引出配線２２３，第２引出配線２２４、第１接合パターン２５１、振動側第２接合パターン２５２、および接続用接合パターン２５３，２５４，２７，２８は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、水晶振動板２の両主面２１１，２１２上に物理的気相成長させて形成された下地膜と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜とから形成することができる。なお、本実施の形態では、下地膜には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、接合膜にはＡｕが用いられている。

　第１封止部材３は、図２、図３に示すように、１枚の水晶ウエハから形成された直方体の基板であり、この第１封止部材３の第２主面３１２（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。この第１封止部材３の第１主面３１１（ＩＣチップ５を搭載する面）には、図２に示すように、発振回路素子であるＩＣチップ５を搭載する搭載パッドを含む６つの電極パターン３７が形成されている。ＩＣチップ５は、金属バンプ（例えばＡｕバンプ等）３８（図１参照）を用いて電極パターン３７に、ＦＣＢ（Ｆｌｉｐ　Ｃｈｉｐ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）法により接合される。

　第１封止部材３には、図２、図３に示すように、６つの電極パターン３７のそれぞれと接続され、第１主面３１１と第２主面３１２との間を貫通する６つの貫通孔が形成されている。具体的には、４つの第３貫通孔３２２が、第１封止部材３の４隅（角部）の領域に設けられている。第４，第５貫通孔３２３，３２４は、図２、図３のＡ２方向およびＡ１方向にそれぞれ設けられている。なお、図２、図３、図６、図７のＡ１およびＡ２方向は、図４、図５の－Ｚ´方向および＋Ｚ´方向にそれぞれ一致し、図２、図３、図６、図７のＢ１およびＢ２方向は、図４、図５の－Ｘ方向および＋Ｘ方向にそれぞれ一致する。

　第３貫通孔３２２および第４，第５貫通孔３２３，３２４には、第１主面３１１と第２主面３１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第３貫通孔３２２および第４，第５貫通孔３２３，３２４それぞれの中央部分は、第１主面３１１と第２主面３１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。

　第１封止部材３の第２主面３１２には、水晶振動板２に接合するための封止側第１封止部としての封止側第１接合パターン３２１が形成されている。封止側第１接合パターン３２１は、平面視で環状に形成されている。

　また、第１封止部材３の第２主面３１２では、第３貫通孔３２２の周囲には、それぞれ接続用接合パターン３４が形成されている。第４貫通孔３２３の周囲には接続用接合パターン３５１が、第５貫通孔３２４の周囲には接続用接合パターン３５２が形成されている。さらに、接続用接合パターン３５１に対して第１封止部材３の長軸方向の反対側（Ａ２方向側）には接続用接合パターン３５３が形成されており、接続用接合パターン３５１と接続用接合パターン３５３とは配線パターン３３によって接続されている。なお、接続用接合パターン３５３は、接続用接合パターン３５２とは接続されていない。

　第１封止部材３において、封止側第１接合パターン３２１、接続用接合パターン３４，３５１～３５３、および配線パターン３３は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第１封止部材３の第２主面３１２上に物理的気相成長させて形成された下地膜と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜とから形成することができる。なお、本実施の形態では、下地膜には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、接合膜にはＡｕが用いられている。

　第２封止部材４は、図６、図７に示すように、１枚の水晶ウエハから形成された直方体の基板であり、この第２封止部材４の第１主面４１１（水晶振動板２に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。この第２封止部材４の第１主面４１１には、水晶振動板２に接合するための封止側第２封止部としての封止側第２接合パターン４２１が形成されている。封止側第２接合パターン４２１は、平面視で環状に形成されている。

　第２封止部材４の第２主面４１２（水晶振動板２に面しない外方の主面）には、外部に電気的に接続する４つの外部電極端子４３が設けられている。外部電極端子４３は、第２封止部材４の４隅（角部）にそれぞれ位置する。

　第２封止部材４には、図６、図７に示すように、第１主面４１１と第２主面４１２との間を貫通する４つの貫通孔が形成されている。具体的には、４つの第６貫通孔４４は、第２封止部材４の４隅（角部）の領域に設けられている。第６貫通孔４４には、第１主面４１１と第２主面４１２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、貫通孔それぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第６貫通孔４４それぞれの中央部分は、第１主面４１１と第２主面４１２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。また、第２封止部材４の第１主面４１１では、第６貫通孔４４の周囲には、それぞれ接続用接合パターン４５が形成されている。

　第２封止部材４において、封止側第２接合パターン４２１、および接続用接合パターン４５は、同一のプロセスで形成することができる。具体的には、これらは、第２封止部材４の第１主面４１１上に物理的気相成長させて形成された下地膜と、当該下地膜上に物理的気相成長させて積層形成された接合膜とから形成することができる。なお、本実施の形態では、下地膜には、Ｔｉ（もしくはＣｒ）が用いられ、接合膜にはＡｕが用いられている。

　上記構成の水晶振動板２、第１封止部材３、および第２封止部材４を含む水晶発振器１０１では、水晶振動板２と第１封止部材３とが振動側第１接合パターン２５１および封止側第１接合パターン３２１を重ね合わせた状態で拡散接合され、水晶振動板２と第２封止部材４とが振動側第２接合パターン２５２および封止側第２接合パターン４２１を重ね合わせた状態で拡散接合されて、図１に示すサンドイッチ構造のパッケージ１２が製造される。これにより、パッケージ１２の内部空間、つまり、振動部２２の収容空間が気密封止される。

　この際、上述した接続用接合パターン同士も重ね合わせられた状態で拡散接合される。そして、接続用接合パターン同士の接合により、水晶発振器１０１では、第１励振電極２２１、第２励振電極２２２、ＩＣチップ５および外部電極端子４３の電気的導通が得られるようになっている。

　具体的には、第１励振電極２２１は、第１引出配線２２３、接続用接合パターン２７と接続用接合パターン３５３との接合部、配線パターン３３、接続用接合パターン３５１、第４貫通孔３２３内の貫通電極、および電極パターン３７を順に経由して、ＩＣチップ５に接続される。第２励振電極２２２は、第２引出配線２２４、接続用接合パターン２８、第２貫通孔２６２内の貫通電極、接続用接合パターン２５４と接続用接合パターン３５２との接合部、第５貫通孔３２４内の貫通電極、および電極パターン３７を順に経由して、ＩＣチップ５に接続される。また、ＩＣチップ５は、電極パターン３７、第３貫通孔３２２内の貫通電極、接続用接合パターン３４と接続用接合パターン２５３との接合部、第１貫通孔２６１内の貫通電極、接続用接合パターン２５３と接続用接合パターン４５との接合部、および第６貫通孔４４内の貫通電極を順に経由して、外部電極端子４３に接続される。

　そして、上述のようにして製造されたサンドイッチ構造のパッケージ１２では、第１封止部材３と水晶振動板２とは、１．００μｍ以下のギャップを有し、第２封止部材４と水晶振動板２とは、１．００μｍ以下のギャップを有する。つまり、第１封止部材３と水晶振動板２との間の接合材の厚みが、１．００μｍ以下であり、第２封止部材４と水晶振動板２との間の接合材の厚みが、１．００μｍ以下（具体的には、本実施の形態のＡｕ－Ａｕ接合では０．１５μｍ～１．００μｍ）である。なお、比較として、Ｓｎを用いた従来の金属ペースト封止材では、５μｍ～２０μｍとなる。

　本実施の形態では、上記構成の水晶振動板２において、振動部２２および保持部２４は、外枠部２３よりも薄肉に形成されており、保持部２４は、Ｚ´軸方向に延在している。外枠部２３の一方の主面（ここでは、第２主面２１２）における保持部２４との接続部分２５には、保持部２４と同一面に形成された平坦領域２５ｂと、平坦領域２５ｂに対し傾斜する傾斜領域２５ａとが設けられ、保持部２４の接続部分２５側の端部２４ａのうち、少なくとも貫通部２ａ側の領域２４ｂ，２４ｃは、平坦領域２５ｂに連続して設けられている。以下、この点について、図４、図５、図８～図１０を参照して説明する。なお、図８～図１０では、水晶振動板２に形成される電極や貫通孔等の図示を省略している。

　ここで、水晶振動板２は、矩形状の水晶板に対し、周波数調整エッチングおよび外形形成エッチングの２種類のエッチング工程を行うことによって、図４、図５、図８に示すような外形形状に形成される。周波数調整エッチングでは、水晶発振器１０１の発振周波数を所定の値とするために、振動部２２および保持部２４の厚みを調整する。外形形成エッチングでは、矩形状の水晶板に貫通部２ａ（図８参照）を形成し、振動部２２、外枠部２３および保持部２４の外形形状を形成する。また、水晶振動板２における貫通孔も外形形成エッチングにおいて形成される。

　エッチングによって上述のような水晶振動板２の外形形状を形成すると、水晶の異方性により厚肉の外枠部２３から薄肉の保持部２４にかけて外枠部２３の一部に次第に薄肉になるように傾斜領域が形成される。このような傾斜領域では、レジストが真直ぐにならなかったり、平坦領域と比較して塗布量がバラつきやすいため、パターンが正確に形成されず、エッチング後にガタついている部分が生じる。このため、傾斜領域と保持部２４の側面（貫通部２ａに接する面）とが交差することによって、外形形成エッチングの際、保持部２４の外枠部２３側の付け根の領域に、保持部２４の内部に向かう、えぐれが形成されるという問題があった。

　そこで、本実施の形態では、図８～図１０に示すように、外枠部２３と保持部２４との接続部分２５に、保持部２４の第２主面２１２と同一の平面に形成された平坦領域２５ｂを形成するようにしている。平坦領域２５ｂは、周波数調整エッチングの際に保持部２４の第２主面２１２と同一面になるように形成される。このような平坦領域２５ｂを設けることによって、外形形成エッチングの際に、貫通部２ａとともに、外枠部２３と保持部２４との接続部分２５に傾斜領域２５ａが形成されるが、傾斜領域２５ａと保持部２４の側面（±Ｘ方向側の側面）とが直接交差しないようになっている。

　より具体的には、図８に示すように、保持部２４の－Ｚ´方向側の端部２４ａは、平面視で略矩形の平坦領域２５ｂに接続されており、平坦領域２５ｂが傾斜領域２５ａに接続されている。保持部２４と傾斜領域２５ａとの間に平坦領域２５ｂが介在されている。保持部２４の接続部分２５側の端部（－Ｚ´方向側の端部）２４ａでは、－Ｘ方向側の領域２４ｂから＋Ｘ方向側の領域２４ｃまでの全ての領域が、平坦領域２５ｂに接続されている。保持部２４の接続部分２５側の端部２４ａのＸ軸方向の幅よりも、平坦領域２５ｂのＸ軸方向の幅のほうが大きくなっている。平坦領域２５ｂは、貫通部２ａに接する側の外枠部２３の内側端部の一部に形成されており、平坦領域２５ｂおよび傾斜領域２５ａに対応する形状の凹部が外枠部２３に設けられている。平坦領域２５ｂの±Ｘ方向側の端部は、傾斜領域２６ａ，２６ｂに接続されている。

　平坦領域２５ｂは、周波数調整エッチングの際に形成される矩形状の開口部を、平坦領域２５ｂに対応する領域だけ外枠部２３側へセットバックすることによって形成される。この際、外枠部２３側へのセットバック量は、２０μｍ以上であることが好ましい。そして、外形形成エッチングによって、貫通部２ａとともに、外枠部２３の貫通部２ａ側の領域（＋Ｚ´方向側の領域）に傾斜領域２５ａ，２６ａ，２６ｂが形成されるが、保持部２４が形成される領域では、保持部２４は、傾斜領域２５ａに、直接接続されず、平坦領域２５ｂを介して接続される。なお、保持部２４が－Ｚ´方向に接続された本実施の形態の構成では、傾斜領域２５ａ，２６ａ，２６ｂは、水晶振動板２の第２主面２１２側に形成されるが、水晶振動板２の第１主面２１１側には形成されないようになっている。

　本実施の形態によれば、外枠部２３と保持部２４との接続部分２５に平坦領域２５ｂが設けられており、傾斜領域２５ａと保持部２４の側面（±Ｘ方向側の側面）とが直接交差しないので、保持部２４の外枠部２３側の付け根の領域に、エッチングの際にえぐれ部が形成されることを抑制できる。これにより、保持部２４の折れの発生や、第２引出配線２２４（図５参照）の断線や高抵抗化に起因する振動部２２の振動特性の悪化を抑制することができる。また、外枠部２３と保持部２４の間に段差等の厚み差がある場合、厚みが薄い箇所に力（応力や衝撃）が集中するが、外枠部２３と保持部２４との接続部分２５に設けられた傾斜領域２５ａにより、その力を徐々に弱めることができる。これにより、傾斜領域２５ａを設けることによって、外枠部２３から振動部２２への外部応力を緩和でき、保持部２４の折れ防止等の耐衝撃性能を向上できる。

　ここで、平坦領域２５ｂの保持部２４が延在する方向（Ｚ´軸方向）に沿った長さＬｂは、少なくとも１μｍあればよく、水晶振動板２の小型化を実現しつつ、振動部２２の面積を確保するため、１μｍ～３０μｍであることが好ましい。この場合、平坦領域２５ｂのＺ´軸方向の長さＬｂを、傾斜領域２５ａのＺ´軸方向の長さＬａよりも大きくすることによって、外枠部２３からの外部応力（例えば半田実装時の応力）を効果的に抑制することができ、発振周波数のシフトやＣＩ値の悪化を抑制することができる。このような寸法関係（Ｌｂ＞Ｌａ）は、例えば発振周波数が４８ＭＨｚ等の比較的低周波の水晶発振器１０１において有効である。

　一方、平坦領域２５ｂのＺ´軸方向の長さＬｂを、傾斜領域２５ａのＺ´軸方向の長さＬａよりも小さくすることによって、振動部２２の振動エリアを確保したり、耐衝撃性を向上させたりすることができる。このような寸法関係（Ｌｂ＜Ｌａ）は、例えば発振周波数が６０ＭＨｚ以上の比較的高周波の水晶発振器１０１において有効である。

　傾斜領域２５ａの平坦領域２５ｂに対する傾斜角度α１は、例えば２８°とすることが可能であるが、ＡＴカット水晶振動板の場合、２５°～３５°であることが好ましい。

　本実施の形態では、水晶振動板２は、振動部２２と、当該振動部２２の外周を取り囲む外枠部２３と、振動部２２と外枠部２３とを連結する保持部２４とを備え、振動部２２と外枠部２３との間には、厚み方向に貫通する貫通部２ａが設けられている構成になっている。このような振動部２２と外枠部２３とが保持部２４によって連結された枠体付きの水晶振動板２を用いた場合、水晶発振器１０１の小型化および低背化を図ることが可能であるが、そのような小型化および薄型化を図った水晶発振器１０１においても、上述した水晶振動板２の作用効果と同様の作用効果が得られる。

　本発明は、その精神や主旨または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

　上記実施の形態では、水晶振動板として、厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶振動板を用いたが、それ以外の水晶振動板（例えばＳＣカット水晶振動板、Ｚカット水晶振動板（水晶Ｚ板）等）を用いてもよい。例えば、図１４に示すようなＺカット水晶振動板を用いた音叉型水晶振動板にも、本発明を適用可能である。

　図１４に示す音叉型水晶振動板６は、音叉形状に形成された振動部６２と、この振動部６２の外周を取り囲む外枠部６３と、振動部６２と外枠部６３とを連結することで振動部６２を保持する保持部６４とを備えた構成になっている。音叉型水晶振動板６は、振動部６２、外枠部６３および保持部６４が一体的に設けられた構成となっており、外枠部６３と振動部６２との間に貫通部６ａが形成されている。なお、図１４では、音叉型水晶振動板６の第２主面６１２側を示している。また、振動部６２に形成される第１、第２励振電極や、第１、第２励振電極に接続される引出配線の図示を省略している。

　振動部６２は、Ｙ´軸方向に沿って延びる２本の脚部６２ａ，６２ｂと、脚部６２ａ，６２ｂの端部が接続される基部６２ｃとを備えた構成になっている。脚部６２ａ，６２ｂは、基部６２ｃの－Ｙ´方向側の端部から、－Ｙ´方向に向けて延びている。脚部６２ａ，６２ｂの第１主面および第２主面６１２には、それぞれ凹部６２ｄ，６２ｅが形成されており、脚部６２ａ，６２ｂの断面形状が略Ｈ字状に形成されている。保持部６４は、振動部６２と外枠部６３との間の１箇所のみに設けられている。保持部６４は、振動部６２の基部６２ｃの＋Ｙ´方向の端部において、基部６２ｃのＸ軸方向の中央部から、＋Ｙ´方向に向けて外枠部６３まで延びている。

　そして、振動部６２および保持部６４は、外枠部６３よりも薄肉に形成されており、保持部６４は、Ｙ´軸方向に延在している。外枠部６３の一方の主面（ここでは、第２主面６１２）における保持部６４との接続部分６５には、保持部６４と同一面に形成された平坦領域６５ｂと、平坦領域６５ｂに対し傾斜する傾斜領域６５ａとが設けられている。保持部６４の接続部分６５側の端部６４ａのうち、少なくとも貫通部６ａ側の領域６４ｂ，６４ｃは、平坦領域６５ｂに連続して設けられている。具体的には、図１４に示すように、保持部６４の－Ｙ´方向側の端部６４ａは、平面視で略矩形の平坦領域６５ｂに接続されており、平坦領域６５ｂが傾斜領域６５ａに接続されている。保持部６４と傾斜領域６５ａとの間に平坦領域６５ｂが介在されている。なお、外枠部６３の他方の主面（第１主面）側における保持部６４との接続部分６５に、平坦領域および傾斜領域を設けてもよい。

　上記実施の形態では、平坦領域２５ｂは、貫通部２ａに接する側の外枠部２３の内側端部の一部のみに形成されたが、例えば図１１の変形例１に示すように、貫通部２ａに接する側の外枠部２３の内側端部の全体にわたって平坦領域２５ｂを形成してもよい。

　上記実施の形態において、例えば図１２、図１３の変形例２に示すように、外枠部２３の他方の主面（ここでは、第１主面２１１）における保持部２４との接続部分２５に、保持部２４と同一面に形成された平坦領域２５ｃと、外枠部２３の端部領域２３ａとが設けられ、保持部２４の接続部分２５側の端部２４ａが、平坦領域２５ｃと接続されていてもよい。

　図１２、図１３に示す変形例２では、外枠部２３と保持部２４との接続部分２５に、保持部２４の第１主面２１１と同一の平面に形成された平坦領域２５ｃが形成されている。平坦領域２５ｃは、周波数調整エッチングの際に保持部２４の第１主面２１１と同一面になるように形成される。保持部２４の－Ｚ´方向側の端部２４ａは、平面視で略三角形状の平坦領域２５ｃに接続されている。保持部２４の接続部分２５側の端部（－Ｚ´方向側の端部）２４ａの一部の領域が、平坦領域２５ｃに接続されている。保持部２４の接続部分２５側の端部２４ａのＸ軸方向の幅よりも、平坦領域２５ｃのＸ軸方向の幅のほうが小さくなっている。

　平坦領域２５ｃは、貫通部２ａに接する側の外枠部２３の内側端部の一部に形成されており、平坦領域２５ｃに対応する略三角形状の凹部が外枠部２３に設けられている。なお、保持部２４が－Ｚ´方向に接続された本構成では、図８の例とは異なり、外枠部２３の第１主面２１１側には、平坦領域２５ｃに繋がる傾斜領域は設けられておらず、平坦領域２５ｃは垂直方向に延びる壁面（段差面）に接続されている。平坦領域２５ｃは、この壁面を介して、外枠部２３の端部領域２３ａに接続されている。

　ここで、図１３に示すように、外枠部２３の端部領域２３ａの少なくとも一部が、外枠部２３の第２主面２１２における傾斜領域２５ａと平面視で重畳する位置に設けられている構成としてもよい。この構成によれば、外枠部２３からの外部応力（例えば半田実装時の応力）の影響を軽減することができ、耐衝撃性を向上させることができる。

　また、平坦領域２５ｃの少なくとも一部が、平坦領域２５ｂと平面視で重畳する位置に設けられている構成としてもよい。このよう構成によれば、外枠部２３からの外部応力の影響を軽減することができ、外枠部２３における応力バランスを改善することができる。

　また、図１２、図１３に示す変形例２では、保持部２４の第１主面２１１と同一の平面に形成された平坦領域２５ｃが、貫通部２ａに接する側の外枠部２３の内側端部の一部のみに形成されたが、図１５に示す変形例３のように、貫通部２ａに接する側の外枠部２３の内側端部の半部以上の部分にわたって平坦領域２５ｄを形成してもよい。この変形例３では、平坦領域２５ｄに対応する略台形状の凹部が外枠部２３に設けられており、平坦領域２５ｄが、図１２、図１３の平坦領域２５ｃよりも大きくなっている。これにより、保持部２４の第１主面２１１と外枠部２３との交点部分２５ｅが平坦領域２５ｄに含まれるので、この交点部分２５ｅに複雑な結晶面が形成されにくくなり、保持部２４のクラック等を抑制できる。

　上記実施の形態では、水晶振動板２に、振動部２２と外枠部２３とを連結する保持部２４が１つのみ設けられたが、保持部２４が２つ以上設けられていてもよく、この場合、それぞれの保持部２４と外枠部２３との接続部分２５について上記実施の形態の構成を適用すればよい。

　また、上記実施の形態では、保持部２４が振動部２２の角部に設けられた。詳細には、保持部２４は、振動部２２の＋Ｘ方向側かつ－Ｚ´方向側の角部から、－Ｚ´方向側に向けて延びていた。しかし、これに限らず、保持部２４が振動部２２の＋Ｘ方向側かつ＋Ｚ´方向側の角部から、＋Ｚ´方向側に向けて延びていてもよい。また、保持部２４が振動部２２の角部ではなく、振動部２２のＸ軸方向またはＺ´軸方向の中間位置に設けられていてもよい。

　上記実施の形態では、保持部２４の接続部分２５側の端部（－Ｚ´方向側の端部）２４ａでは、－Ｘ方向側の領域２４ｂから＋Ｘ方向側の領域２４ｃまでの全ての領域が、平坦領域２５ｂに接続されていた。しかし、これに限らず、保持部２４の接続部分２５側の端部２４ａの、少なくとも付け根の領域２４ｂ、２４ｃが、平坦領域２５ｂに接続されていればよく、－Ｘ方向側の領域２４ｂから＋Ｘ方向側の領域２４ｃまでの全ての領域が、平坦領域２５ｂに接続されていなくてもよい。

　上記実施の形態では、第１封止部材３および第２封止部材４を水晶板によって形成したが、これに限定されるものではなく、第１封止部材３および第２封止部材４を、例えば、ガラスによって形成してもよい。また、上記実施の形態では、Ａｕ－Ａｕ接合によって、第１封止部材３と水晶振動板２の接合、および第２封止部材４と水晶振動板２の接合を行ったが、ろう材を用いて、第１封止部材３と水晶振動板２の接合、および第２封止部材４と水晶振動板２の接合を行ってもよい。また、上記実施の形態では、水晶振動板２を第１、第２封止部材３，４により挟み込んだサンドイッチ構造の水晶振動子に本発明を適用したが、これに限定されるものではなく、例えばセラミック等の絶縁材料からなる凹状のベース基板に、水晶振動板を搭載し、リッド部材により気密封止した構造の水晶振動子にも本発明を適用可能である。

　この出願は、２０２２年７月２８日に日本で出願された特願２０２２－１２０８５９に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。

　１０１　　水晶発振器（水晶振動デバイス）
　２　　水晶振動板
　２ａ　　貫通部
　２２　　振動部
　２３　　外枠部
　２４　　保持部
　２４ａ　　接続部分側の端部
　２４ｂ，２４ｃ　　貫通部側の領域
　２５　　接続部分
　２５ａ　　傾斜領域
　２５ｂ　　平坦領域
　２１２　　第２主面

Claims

　外枠部と、前記外枠部よりも薄肉に形成された振動部とを備え、
　前記外枠部と前記振動部との間に貫通部が形成され、前記外枠部よりも薄肉に形成された保持部によって前記外枠部と前記振動部が連結された水晶振動板であって、
　前記外枠部の一方の主面における前記保持部との接続部分には、前記保持部と同一面に形成された平坦領域と、前記平坦領域に対し傾斜する傾斜領域とが設けられ、
　前記保持部の前記接続部分側の端部のうち、少なくとも前記貫通部側の領域は、前記平坦領域に連続して設けられていることを特徴とする水晶振動板。
　請求項１に記載の水晶振動板において、
　前記保持部が延在する方向に沿った長さが、前記傾斜領域よりも前記平坦領域が大きいことを特徴とする水晶振動板。
　請求項１に記載の水晶振動板において、
　前記保持部が延在する方向に沿った長さが、前記傾斜領域よりも前記平坦領域が小さいことを特徴とする水晶振動板。
　請求項１に記載の水晶振動板において、
　前記外枠部の他方の主面における前記保持部との接続部分には、前記保持部と同一面に形成された平坦領域と、前記外枠部の端部領域とが設けられ、
　前記保持部の前記接続部分側の端部は、前記平坦領域と接続されていることを特徴とする水晶振動板。
　請求項４に記載の水晶振動板において、
　前記外枠部の前記他方の主面における前記端部領域の少なくとも一部が、前記外枠部の前記一方の主面における前記傾斜領域と平面視で重畳する位置に設けられていることを特徴とする水晶振動板。
　請求項４に記載の水晶振動板において、
　前記外枠部の前記他方の主面における前記平坦領域の少なくとも一部が、前記外枠部の前記一方の主面における前記平坦領域と平面視で重畳する位置に設けられていることを特徴とする水晶振動板。
　請求項１～６のいずれか１つに記載の水晶振動板を備えた水晶振動デバイスであって、
　前記水晶振動板の前記振動部の一主面側を覆う第１封止部材と、
　前記水晶振動板の前記振動部の他主面側を覆う第２封止部材とが備えられ、
　前記第１封止部材と前記水晶振動板とが接合され、かつ前記第２封止部材と前記水晶振動板とが接合されることによって、前記水晶振動板の前記振動部が封止されることを特徴とする水晶振動デバイス。