圧電振動片
【課題】電極の断線を防止するとともに、スプリアス振動を抑制する。
【解決手段】水晶振動片２の基板２１に、励振を行う励振電極８１，８２と、外部電極と電気的に接続する保持電極８３，８４と、励振電極８１，８２を保持電極８３，８４に引き出す袖電極８５，８６とが形成されている。励振電極８１，８２は、基板２１の両主面３２，３３に形成され、基板２１の両主面２２，２３に形成された励振電極８１，８２により電極領域が構成されている。電極領域は、励振電極８１，８２が対向する対向電極部８７と、励振電極８１，８２が対向しない無対向電極部８８と、から構成されている。対向電極部８７の周囲に、対向電極部８７に連なって無対向電極部８８が配される。
【解決手段】水晶振動片２の基板２１に、励振を行う励振電極８１，８２と、外部電極と電気的に接続する保持電極８３，８４と、励振電極８１，８２を保持電極８３，８４に引き出す袖電極８５，８６とが形成されている。励振電極８１，８２は、基板２１の両主面３２，３３に形成され、基板２１の両主面２２，２３に形成された励振電極８１，８２により電極領域が構成されている。電極領域は、励振電極８１，８２が対向する対向電極部８７と、励振電極８１，８２が対向しない無対向電極部８８と、から構成されている。対向電極部８７の周囲に、対向電極部８７に連なって無対向電極部８８が配される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＡＴカット水晶振動片などの厚み振動系の圧電振動片を用いた圧電振動子では、発振周波数の高周波化が進められている。この圧電振動子に用いる圧電振動片は、発振周波数の高周波化に対応させるために、その振動領域が薄肉成形された逆メサ構造となり、薄肉成形された振動領域の両主面に薄膜の一対の励振電極が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された圧電振動片では、基板の両主面に、励振を行う一対の励振電極と、外部端子と電気的に接続するための保持電極と、前記一対の励振電極を前記保持電極に引き出す袖電極とが形成されている。これら一対の励振電極と保持電極と袖電極とは、同時に形成され、同じ厚さの薄膜となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６４８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に示すような圧電振動片は、逆メサ構造となっているため、その両主面に凹凸が成形されている。そのため、凹凸の段差部分などに形成された電極（励振電極、保持電極、袖電極）は、段差部分のエッジで断線する可能性がある。特に、高周波化に対応させた薄膜の電極の場合、段差部分のエッジで断線する可能性が高くなる。
【０００６】
また、圧電振動片の他の不具合として、主振動以外に別の振動モードに起因するスプリアス振動の発生が挙げられる。このスプリアス振動は、高周波になるにつれて顕在化し、特に、励振領域の厚みが薄く成形された特許文献１に示す圧電振動片においてその影響が及び易い。
【０００７】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、電極の断線を防止するとともに、スプリアス振動を抑制する圧電振動片を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片は、基板に、励振を行う複数の励振電極と、外部電極と電気的に接続する保持電極と、前記励振電極を前記保持電極に引き出す袖電極とが形成され、前記励振電極は、前記袖電極よりも薄く、複数の前記励振電極は、前記基板の両主面に形成され、前記基板の両主面に形成された複数の前記励振電極により電極領域が構成され、前記電極領域は、前記励振電極が対向する対向電極部と、前記励振電極が対向しない無対向電極部と、から構成され、前記対向電極部の周囲に、前記対向電極部に連なって前記無対向電極部が配されたことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、最も強い振動変位分布を有する主振動の発振を妨げるのを防止することが可能となる。また、前記励振電極の端部付近に振動変位分布を有するスプリアス振動（例えば厚み系の２次モードである（１，２，１）モードや（１，１，２）モード、あるいは厚み系の３次モードである（１，３，１）モードや（１，１，３）モードなど）について、前記無対向電極部が構成されるので、各スプリアスの振動変位に影響を及ぼしてスプリアス振動を抑制することが可能となる。また、高周波化に対応させるために前記励振電極を薄く設定することも可能であり、その上、前記袖電極を前記励振電極より厚くして、電極の断線を防止することが可能となり、また、スプリアス振動もより一層抑制することが可能となる。すなわち、本発明によれば、電極の断線の防止と、スプリアス振動の抑制とを同時に行うことが可能となる。
【００１０】
前記構成において、前記基板は、結晶性材料であり、前記励振電極は、略正方形に成形され、前記励振電極と前記袖電極との境界が平面視Ｖ字であってもよい。
【００１１】
この場合、直交する結晶軸方向に沿ってそれぞれ発生する各スプリアス振動を同時に抑制することが可能となる。
【００１２】
前記構成において、前記無対向電極部の厚みが、前記袖電極の厚みと同じであってもよい。
【００１３】
この場合、前記対向電極部において主として発振（励振）する主振動に影響を及ぼすことなく前記対向電極部の周囲に主振動に付随して発生しやすいスプリアスを抑制するのに好ましい。
【００１４】
前記構成において、前記袖電極は、前記保持電極よりも薄くてもよい。
【００１５】
この場合、スプリアス振動を抑制しながら、電極の断線を防止し、さらに外部電極との接合を安定させることが可能となる。
【００１６】
前記構成において、前記袖電極と前記保持電極は、前記基板上に蒸着膜が形成され、前記蒸着膜上にメッキ膜が形成されてなってもよい。
【００１７】
この場合、前記基板への前記保持電極の形成強度を高めながら、外部電極との接合強度を高めることが可能となり、さらに前記袖電極と前記保持電極とがメッキ膜により形成されるので、前記袖電極と前記保持電極との厚みを増すことが容易になり、断線防止とスプリアス振動の抑制とを同時に図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる圧電振動片によれば、電極の断線を防止するとともに、スプリアス振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる水晶振動子の内部空間を公開した概略側面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかる水晶振動片の概略平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態にかかる、電極の構成を示した水晶振動片の概略断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態にかかる水晶振動片の共振波形データである。
【図５】図５は、比較例にかかる水晶振動片の共振波形データである。
【図６】図６は、１００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極の厚みに対する主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【図７】図７は、３００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極の厚みに対する主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【図８】図８は、６００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極の厚みに対する主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【図９】図９は、本発明の他の実施の形態にかかる水晶振動片の概略平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施の形態にかかる水晶振動片の概略平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施の形態にかかる水晶振動片の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態（以下、本実施の形態という）について図面を参照して説明する。なお、以下に示す本実施の形態では、圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。
【００２１】
−水晶振動子１−
本実施の形態にかかる水晶振動子１は、１００ＭＨｚ以上の高周波型水晶振動子であり、図１に示すように、ＡＴカット水晶からなる水晶振動片２（本発明でいう圧電振動片）と、この水晶振動片２を保持し、水晶振動片２を気密封止するための第１封止部材３と、第１封止部材３に保持した水晶振動片２を気密封止するための第２封止部材４と、が設けられている。
【００２２】
この水晶振動子１では、第１封止部材３と第２封止部材４とからパッケージが構成され、第１封止部材３と第２封止部材４とが、封止材５により接合されて、気密封止された内部空間１１が形成される。この内部空間１１では、水晶振動片２が、第１封止部材３に導電性バンプ６を用いてＦＣＢ法（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）により電気機械的に超音波接合されている。なお、導電性バンプ６には、非流動性部材のメッキバンプが用いられている。この導電性バンプ６に保持電極８３，８４の一部を用いている。この場合、導電性バンプ６の形成工程を簡略化することができ、コストダウンを図ることができる。なお、本実施の形態では、導電性バンプ６に保持電極８３，８４の一部を用いているが、これに限定されるものではなく、後述するメッキ形成された保持電極８３，８４の上部に別途導電性バンプ６を形成してもよい。また、導電性バンプ６としてメッキバンプを用いているが、金属スタッドバンプなど他の導電性バンプを用いてもよい。
【００２３】
次に、この水晶振動子１の各構成について、図１〜３を用いて説明する。
【００２４】
−第１封止部材３−
第１封止部材３は、セラミックからなり、図１に示すように、底部３１と、第１封止部材３の一主面３２の主面外周に沿って底部３１から上方に延出した壁部３４と、から構成された箱状体に成形されている。この第１封止部材３は、セラミックの一枚板上にセラミックの直方体を積層して凹状に一体焼成してなる。
【００２５】
この第１封止部材３の壁部３４の天面は、第２封止部材４との接合面とされ、接合面には、第２封止部材４と接合するために用いる封止材５の一部となる接合膜（図示省略）が形成されている。本実施の形態にかかる接合膜は、第１封止部材３の天面（第２封止部材４との接合面）にＷやＭｏのメタライズ層が形成され、このメタライズ層の上にＮｉやＡｕのメッキ層が積層された薄膜からなる。
【００２６】
この第１封止部材３には、底部３１と壁部３４とによって囲まれたキャビティ３５が形成され、このキャビティ３５は、平面視略矩形状に形成されている。
【００２７】
この第１封止部材３の筐体裏面（他主面３３）の四隅には、キャスタレーション３６が形成されている。これらキャスタレーション３６は、筐体側面に形成され、第１封止部材３の他主面３３の四隅に沿って形成されている。
【００２８】
この第１封止部材３には、水晶振動片２の励振電極８１，８２それぞれと電気機械的に接合する電極パッド７１，７２と、外部部品や外部機器などと電気的に接続する外部端子電極７３，７４と、電極パッド７１と外部端子電極７３、および電極パッド７２と外部端子電極７４を電気的に接続させる配線パターン７５とが、形成されている。これら電極パッド７１，７２と外部端子電極７３，７４と配線パターン７５とにより第１封止部材３の電極７が構成される。電極パッド７１，７２は、第１封止部材３のキャビティ３５の平面視で短辺方向に対向する隅部であって、第１封止部材３の長手方向の一端部に形成されている。外部端子電極７３，７４は、キャスタレーション３６に形成されている。
【００２９】
この第１封止部材３には、水晶振動片２の励振電極８１，８２をキャビティ３５内からキャビティ３５外へ導通させるためのビア３７が形成されている。このビア３７を介して、配線パターン７５が、第１封止部材３の一主面３２の電極パッド７１，７２から他主面３３の外部端子電極７３，７４にかけてパターン形成されている。また、ビア３７の内部には、Ｃｕから構成される導通部材７６が充填されている。
【００３０】
−第２封止部材４−
第２封止部材４は、金属材料からなり、平面視矩形状の直方体の一枚板に成形されている。この第２封止部材４の下面の外周は、第１封止部材との接合面とされ、接合面には、第１封止部材３と接合するために用いる封止材５の一部となる接合膜（図示省略）が形成されている。本実施の形態にかかる接合膜は、第２封止部材４の下面（第１封止部材３との接合面）にＡｇローなどのろう材からなる。
【００３１】
−水晶振動片２−
水晶振動片２は、結晶性材料である厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶片の基板２１からなる。水晶振動片２の外形は、図２，３に示すように、平面視略矩形状（両主面２２，２３が略矩形状に形成された）の直方体となっている。また、水晶振動片２は、両主面２２，２３の長辺がＸ軸に沿って、また、両主面２２，２３の短辺がＺ’軸に沿って成形されている。
【００３２】
この水晶振動片２には、振動領域を構成する振動部２４と、外部電極である第１封止部材３の電極パッド７１，７２と電気機械的に接合する枠部２５とが設けられている。枠部２５は、振動部２４を囲むように振動部２４の外周に設けられ、振動部２４と枠部２５とが一体成形されて基板２１が構成される。振動部２４の両主面２２，２３はエッチング成形され、枠部２５に対して薄肉化されている。
【００３３】
この水晶振動片２の基板２１には、励振を行う一対の励振電極８１，８２と、第１封止部材３の電極パッド７１，７２と電気機械的に接合する保持電極８３，８４と、一対の励振電極８１，８２を保持電極８３，８４に引き出す袖電極８５，８６とが形成され、一対の励振電極８１，８２は、袖電極８５，８６により引出されて保持電極８３，８４にそれぞれ電気的に接続されている。また、一対の励振電極８１，８２は袖電極８５，８６よりも薄く、袖電極８５，８６は保持電極８３，８４よりも薄い。これら一対の励振電極８１，８２と保持電極８３，８４と袖電極８５，８６とにより水晶振動片２の電極８が構成される。
【００３４】
一対の励振電極８１，８２は、図２，３に示すように、同形状であって同一面積の平面視略正方形状に成形され、基板２１の両主面２２，２３の振動部２４の平面視中央にそれぞれ形成されている。励振電極８１は、各辺がＸ軸とＺ’軸に沿って形成されている。励振電極８２は、各辺がＸ軸とＺ’軸とに沿わずに形成され、励振電極８１，８２の中心を中心点として励振電極８１に対して平面視的に（主面２２，２３上において）２０°〜７０°の範囲で回転させた配置となっている。なお、本実施の形態では、励振電極８２は励振電極８１に対して４５°に回転させた配置となっている。このように、励振電極８２が励振電極８１に対して回転させた配置となっている場合、平面視同形状の略正方形の一対の励振電極８１，８２の各隅部では、対向する励振電極８１，８２の電極領域が存在しないことになる。このように、一対の励振電極８１，８２の各隅部は、対向しない電極領域（下記する無対向電極部８８参照）として構成されるので、励振電極８１，８２の端部付近に振動変位分布を有するスプリアス振動、例えば厚み系の２次モードである（１，２，１）モードや（１，１，２）モード、あるいは厚み系の３次モードである（１，３，１）モードや（１，１，３）モードなどについては、振動変位に影響して最も効率的に抑制される。
【００３５】
これら一対の励振電極８１，８２は、基板２１上にＣｒ，Ａｕが順に蒸着形成されたＣｒ−Ａｕ膜（蒸着膜）により構成される。一対の励振電極８１，８２の厚さ寸法は、それぞれ０．０３μｍ〜０．０８μｍの範囲に設定され、本実施の形態では、一対の励振電極８１，８２の厚さ寸法は０．０５μｍである。なお、励振電極８１，８２の厚さ寸法は、０．０３μｍ〜０．０８μｍの範囲内であれば異なる寸法であってもよい。
【００３６】
袖電極８５，８６は、振動部２４の両主面２２，２３に対向せずにそれぞれ形成されている。これら袖電極８５，８６は、励振電極８１，８２を構成するＣｒ−Ａｕ膜（蒸着膜）上に、さらにＡｕからなるＡｕ膜（メッキ膜）がメッキ形成されたＣｒ−Ａｕ膜により構成される。袖電極８５，８６の厚さ寸法は、それぞれ０．５μｍ〜４．０μｍの範囲に設定され、本実施の形態では、袖電極８５，８６の厚さ寸法は１μｍである。なお、袖電極８５，８６の厚さ寸法は、０．５μｍ〜４．０μｍの範囲内であれば異なる寸法であってもよい。
【００３７】
保持電極８３，８４は、振動部２４から枠部２５に亘って形成されている。これら保持電極８３，８４は、袖電極８５，８６を構成するＣｒ−Ａｕ膜上に、さらにＡｕからなるＡｕ膜（メッキ膜）がメッキ形成されたＣｒ−Ａｕ膜により構成される。保持電極８３，８４の厚さ寸法は、それぞれ０．５μｍ〜１０．０μｍの範囲に設定され、本実施の形態では、保持電極８３，８４の厚さ寸法は２μｍである。なお、保持電極８３，８４の厚さ寸法は、０．５μｍ〜１０．０μｍの範囲内であれば異なる寸法であってもよい。
【００３８】
上記の構成の電極８では、励振電極８１，８２が基板２１の両主面２２，２３に形成され、基板２１の両主面２２，２３に形成された励振電極８１，８２により電極領域が構成されている。電極領域は、励振電極８１，８２が対向する対向電極部８７と、励振電極８１，８２が対向しない無対向電極部８８と、から構成されている。ここでいう無対向電極部８８は、対向電極部８７の周囲に、対向電極部８７に連なって（連続して）形成される。
【００３９】
なお、一対の励振電極８１，８２の無対向電極部８８と袖電極８５，８６との境界２７は、振動部２４に位置し、図２に示すようにＸ軸（水晶振動片２の長手方向）とＺ’軸（水晶振動片２の短手方向）に沿って形成された平面視Ｌ字もしく平面視Ｖ字となる。また、袖電極８５，８６と保持電極８３，８４との境界２８は、振動部２４に位置し、図２に示すようにＸ軸（水晶振動片２の長手方向）とＺ’軸（水晶振動片２の短手方向）に沿って形成された平面視Ｌ字となる。
【００４０】
−水晶振動子１の製造−
上記した構成からなる水晶振動子１では、図１〜３に示すように、第１封止部材３と水晶振動片２とは、導電性バンプ６を介してＦＣＢ法により電気機械的に超音波接合される。この接合により、水晶振動片２の励振電極８１，８２が、袖電極８５，８６、保持電極８３，８４、導電性バンプ６を介して第１封止部材３の電極パッド７１，７２に電気機械的に接合され、第１封止部材３に水晶振動片２が搭載される。そして、水晶振動片２が搭載された第１封止部材３に、第２封止部材４が、封止材５を介して溶接や加熱溶融などにより接合され、水晶振動片２を気密封止した水晶振動子１が製造される。
【００４１】
−共振波形−
次に、上記の本実施の形態にかかる水晶振動片２を搭載した水晶振動子１の共振波形を計測し、その共振波形データを図４に示す。なお、図４に示す水晶振動子２として、６２２ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子を用いた。
【００４２】
また、本実施の形態の比較例として、本実施の形態にかかる水晶振動片２に対して、一対の励振電極８１，８２と保持電極８３，８４と袖電極８５，８６との構成が異なり、一対の励振電極８１，８２と保持電極８３，８４と袖電極８５，８６とが同じ厚さである水晶振動片を搭載した水晶振動子を用い、その共振波形データを図５に示す。
【００４３】
図４，５に示すように、共振波形データから、本実施の形態にかかる水晶振動子１は、比較例の水晶振動子に比べて、主振動の直列共振抵抗値（ＣＩ値）が低く、スプリアス振動（スプリアスＣＩ）を抑制していることがわかる。
【００４４】
−袖電極８５，８６−
また、上記の本実施の形態にかかる水晶振動片２を搭載した水晶振動子１について、袖電極８５，８６の厚みを可変させ（それぞれ０．５μｍ〜４．０μｍ）、その時の主振動のＣＩ値と、スプリアスのＣＩ値とを測定し、これらＣＩ値の比（ＣＩ比）を算出した。その結果を、図６〜８に示す。
【００４５】
図６は、１００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極８５，８６の厚みに対する、主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【００４６】
図７は、３００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極８５，８６の厚みに対する、主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【００４７】
図８は、６００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極８５，８６の厚みに対する、主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【００４８】
図６〜８に示すように、袖電極８５，８６の厚みが増すにつれて、主振動のＣＩ値が下がり、ＣＩ比が上がることが分かる。また、図６〜８から、発振周波数が高い方がＣＩ値を抑制できることが分かる。また、図６〜８から、いずれの発振周波数であっても同様の特性となることが分かる。これらのことから、発振周波数を高く設定し、袖電極８５，８６を厚くして、主振動のＣＩ値を抑えてＣＩ比を上げることが望ましい。
【００４９】
しかしながら、袖電極８５，８６を厚くすると、他の不具合が生じる。例えば、袖電極８５，８６を形成する際に基板２１に応力がかかるが、この応力は袖電極８５，８６などの電極の厚みに関係する。具体的には、袖電極８５，８６を厚くすると、基板２１に必要以上の応力がかかり、その結果、エージング特性などの水晶振動子１の特性を悪化させることになる。本実施の形態にかかる水晶振動片２では、袖電極８５，８６の厚さがそれぞれ４．０μｍを超えると、エージング特性などの水晶振動子１の特性が悪化し始める。
【００５０】
また、袖電極８５，８６の厚さをそれぞれ０．５μｍ未満にすると、主振動のＣＩ値が上がり、ＣＩ比が下がるだけでなく、袖電極８５，８６が断線する可能性がある。
【００５１】
上記のことから、袖電極８５，８６の厚さは、それぞれ０．５〜４．０μｍに設定することが好ましい。
【００５２】
−本実施の形態の作用効果−
本実施の形態によれば、一対の励振電極８１，８２の中心付近が対向して形成されるので（対向電極部８７参照）、励振電極８１，８２の中心付近に最も強い振動変位分布を有する主振動の発振を妨げることはない。また、一対の励振電極８１，８２の隅部が対向して形成されていないので（無対向電極部８８参照）、励振電極８１，８２の端部付近（具体的には隅部付近）に振動変位分布を有するスプリアス振動（例えば厚み系の２次モードである（１，２，１）モードや（１，１，２）モード、あるいは厚み系の３次モードである（１，３，１）モードや（１，１，３）モードなど）の各スプリアスの振動変位に影響を及ぼし、スプリアス振動を抑制する。なお、両主面２２，２３の励振電極８１，８２は、その中心が重なる位置に形成されていることが好ましいが、製造誤差などにより多少ずれているものであっても同様の効果が期待できる。
【００５３】
また、両主面２２，２３の励振電極８１，８２が同形状に形成されているので、水晶振動片２に形成される励振電極８１，８２の面積を大型化させることなく、励振電極８１，８２の中心付近の振動領域を確保しながら、励振電極８１，８２の隅部付近の各スプリアスの振動領域を縮小させる構成とすることができる。すなわち、水晶振動片２の小型化を図りながら、主振動の発振を妨げることなくスプリアス振動を抑制することができる。
【００５４】
詳説すると、本実施の形態にかかる水晶振動片２によれば、基板２１に励振電極８１，８２と保持電極８３，８４と袖電極８５，８６とが形成され、励振電極８１，８２は、基板２１の両主面２２，２３に対向して形成され、かつ、励振電極８１，８２は、袖電極８５，８６よりも薄く、励振電極８１，８２のうち対向する電極領域によって対向電極部８７が構成され、励振電極８１，８２のうち対向しない電極領域によって無対向電極部８８が構成され、対向電極部８７の周囲に、対向電極部８７に連なって無対向電極部８８が配されるので、最も強い振動変位分布を有する主振動の発振を妨げるのを防止することができる。また、励振電極８１，８２の端部付近に振動変位分布を有するスプリアス振動（例えば厚み系の２次モードである（１，２，１）モードや（１，１，２）モード、あるいは厚み系の３次モードである（１，３，１）モードや（１，１，３）モードなど）について、無対向電極部８８が構成されるので、各スプリアスの振動変位に影響を及ぼしてスプリアス振動を抑制することができる。また、高周波化に対応させるために励振電極８１，８２を薄く設定することもでき、その上、袖電極８５，８６を励振電極８１，８２より厚くして、電極８の断線を防止することができ、また、スプリアス振動もより一層抑制することができる。すなわち、本実施の形態にかかる水晶振動片２によれば、電極８の断線の防止と、スプリアス振動の抑制とを同時に行うことができる。
【００５５】
また、基板２１は、結晶性材料であり、励振電極８１，８２は、略正方形に成形され、励振電極８１，８２と袖電極８５，８６との境界２７が平面視Ｖ字であるので、直交する結晶軸方向に沿ってそれぞれ発生する各スプリアス振動を同時に抑制することができる。
【００５６】
また、袖電極８５，８６は、保持電極８３，８４よりも薄いので、スプリアス振動を抑制しながら、電極８の断線を防止し、さらに外部電極（電極パッド７１，７２）との接合を安定させることができる。
【００５７】
また、袖電極８５，８６と保持電極８３，８４とは、基板２１上に蒸着膜が形成され、蒸着膜上にメッキ膜が形成されてなるので、基板２１への保持電極８３，８４の形成強度を高めながら、外部電極（電極パッド７１，７２）との接合強度を高めることができ、さらに袖電極８５，８６と保持電極８３，８４とがメッキ膜により形成されるので、袖電極８５，８６と保持電極８３，８４との厚みを増すことが容易になり、断線防止とスプリアス振動の抑制とを同時に図ることができる。
【００５８】
−他の実施の形態−
なお、本実施の形態では、圧電振動デバイスとして水晶振動子を適用しているが、これに限定されるものではなく、圧電振動を行う圧電振動片の励振電極を気密封止する圧電振動デバイスであれば、他のデバイスであってもよく、例えば水晶発振器であってもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、第１封止部材３にセラミックを用い、第２封止部材４に金属材料を用いているが、第１封止部材３および第２封止部材４の材料は、これに限定されるものではなく任意に設定可能であり、第１封止部材３および第２封止部材４にガラスなどを用いてもよい。
【００６０】
また、本実施の形態では、第１封止部材３に搭載した水晶振動片２を第２封止部材４によって封止する水晶振動子１のパッケージを構成しているが、これに限定されるものではなく、第１封止部材と水晶振動片と第２封止部材とを積層したサンドイッチ構造の水晶振動子のパッケージであってもよい。このサンドイッチ構造の水晶振動子では、第１封止部材と水晶振動片とが封止材を介して接合されて、水晶振動片の他主面に形成された励振電極が第１封止部材と水晶振動片とによって気密封止され、水晶振動片と第２封止部材とが封止材を介して接合されて、水晶振動片の一主面に形成された励振電極が水晶振動片と第２封止部材とによって気密封止される。
【００６１】
また、本実施の形態では、水晶振動片２の基板２１は、枠部２５を振動部２４に対して厚肉化しているが、これに限定されるものではなく、枠部２５の厚みを振動部２４の厚みと同じ寸法にしてもよい。
【００６２】
また、本実施の形態では、第１封止部材３の電極パッド７１，７２と水晶振動片２の保持電極８３，８４とが電気機械的に接合しているが、これに限定されるものではなく、第１封止部材３の電極パッド７１，７２と水晶振動片２の保持電極８３，８４とが電気的に接続されていれば、第１封止部材３と水晶振動片２との機械的な接合は他で行ってもよい。
【００６３】
また、本実施の形態では、袖電極８５，８６と保持電極８３，８４との境界２８は、平面視Ｌ字となっているが、これに限定されるものではなく、任意の形状であってもよい。また、袖電極８５，８６と保持電極８３，８４との境界２８は、振動部２４に位置しているが、これは好適な例であり、枠部２５に位置してもよい。
【００６４】
また、本実施の形態では、水晶振動片２の外形を、平面視略矩形状の一枚板の直方体としているが、これに限定されるものではなく、例えば、図９に示すように、枠部２５に切り欠き部２６が設けられてもよい。この図９に示す他の実施の形態では、水晶振動片２の対向する長辺から短辺方向（±Ｚ’軸方向）に沿って切り欠くことにより、切り欠き部２６が基板２１に設けられている。そのため、水晶振動片２の振動部２４に対して導電性バンプ６の接合による応力歪の悪影響を取り除くことができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、一対の励振電極８１，８２の無対向電極部８８は、袖電極８５，８６よりも薄いが、これに限定されるものではなく、図１０に示すように、無対向電極部８８の厚みが、袖電極８５，８６の厚みと同じであってもよい。この場合、対向電極部８７において主として発振（励振）する主振動に影響を及ぼすことなく対向電極部８７の周囲に主振動に付随して発生しやすいスプリアスを抑制するのに好ましい。
【００６６】
また、本実施の形態では、同形状であって同一面積の平面視略正方形状に成形された一対の励振電極８１，８２を用いているが、一対の励振電極８１，８２のうち端面において無対向となる無対向電極部８８が構成されていれば、一対の励振電極８１，８２の形状は任意に設定可能である。例えば、図１１に示すように一対の励振電極８１，８２の大きさが異なっても良い。図１１に示す他の実施の形態の場合、励振電極８１の外周全てが励振電極８２と対向しない無対向電極部８８が構成されている。
【００６７】
また、本実施の形態では、一対の励振電極８１，８２が基板２１の両主面２２，２３に対向して形成されているが、励振電極の数はこれに限定されるものではなく任意の数でよく、複数の励振電極が対向して形成されていればよい。例えば、基板２１の一主面２２に１つの励振電極が形成され、他主面２３に２つの励振電極が形成され、一主面２２に形成された１つの励振電極と、他主面２３に形成された２つの励振電極とが、対向して形成されてもよい。
【００６８】
なお、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、上述の実施例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。本発明の範囲は特許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、特許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。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、特に水晶振動片に好適である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 水晶振動子
１１ 内部空間
２ 水晶振動片
２１ 基板
２２，２３ 主面
２４ 振動部
２５ 枠部
２６ 切り欠き部
３ 第１封止部材
３１ 底部
３２，３３ 主面
３４ 壁部
３５ キャビティ
３６ キャスタレーション
３７ ビア
４ 第２封止部材
５ 封止材
６ 導電性バンプ
７ 第１封止部材の電極
７１，７２ 電極パッド
７３，７４ 外部端子電極
７５ 配線パターン
７６ 導通部材
８ 水晶振動片の電極
８１，８２ 励振電極
８３，８４ 保持電極
８５，８６ 袖電極
８７ 対向電極部
８８ 無対向電極部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＡＴカット水晶振動片などの厚み振動系の圧電振動片を用いた圧電振動子では、発振周波数の高周波化が進められている。この圧電振動子に用いる圧電振動片は、発振周波数の高周波化に対応させるために、その振動領域が薄肉成形された逆メサ構造となり、薄肉成形された振動領域の両主面に薄膜の一対の励振電極が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された圧電振動片では、基板の両主面に、励振を行う一対の励振電極と、外部端子と電気的に接続するための保持電極と、前記一対の励振電極を前記保持電極に引き出す袖電極とが形成されている。これら一対の励振電極と保持電極と袖電極とは、同時に形成され、同じ厚さの薄膜となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６４８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に示すような圧電振動片は、逆メサ構造となっているため、その両主面に凹凸が成形されている。そのため、凹凸の段差部分などに形成された電極（励振電極、保持電極、袖電極）は、段差部分のエッジで断線する可能性がある。特に、高周波化に対応させた薄膜の電極の場合、段差部分のエッジで断線する可能性が高くなる。
【０００６】
また、圧電振動片の他の不具合として、主振動以外に別の振動モードに起因するスプリアス振動の発生が挙げられる。このスプリアス振動は、高周波になるにつれて顕在化し、特に、励振領域の厚みが薄く成形された特許文献１に示す圧電振動片においてその影響が及び易い。
【０００７】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、電極の断線を防止するとともに、スプリアス振動を抑制する圧電振動片を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる圧電振動片は、基板に、励振を行う複数の励振電極と、外部電極と電気的に接続する保持電極と、前記励振電極を前記保持電極に引き出す袖電極とが形成され、前記励振電極は、前記袖電極よりも薄く、複数の前記励振電極は、前記基板の両主面に形成され、前記基板の両主面に形成された複数の前記励振電極により電極領域が構成され、前記電極領域は、前記励振電極が対向する対向電極部と、前記励振電極が対向しない無対向電極部と、から構成され、前記対向電極部の周囲に、前記対向電極部に連なって前記無対向電極部が配されたことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、最も強い振動変位分布を有する主振動の発振を妨げるのを防止することが可能となる。また、前記励振電極の端部付近に振動変位分布を有するスプリアス振動（例えば厚み系の２次モードである（１，２，１）モードや（１，１，２）モード、あるいは厚み系の３次モードである（１，３，１）モードや（１，１，３）モードなど）について、前記無対向電極部が構成されるので、各スプリアスの振動変位に影響を及ぼしてスプリアス振動を抑制することが可能となる。また、高周波化に対応させるために前記励振電極を薄く設定することも可能であり、その上、前記袖電極を前記励振電極より厚くして、電極の断線を防止することが可能となり、また、スプリアス振動もより一層抑制することが可能となる。すなわち、本発明によれば、電極の断線の防止と、スプリアス振動の抑制とを同時に行うことが可能となる。
【００１０】
前記構成において、前記基板は、結晶性材料であり、前記励振電極は、略正方形に成形され、前記励振電極と前記袖電極との境界が平面視Ｖ字であってもよい。
【００１１】
この場合、直交する結晶軸方向に沿ってそれぞれ発生する各スプリアス振動を同時に抑制することが可能となる。
【００１２】
前記構成において、前記無対向電極部の厚みが、前記袖電極の厚みと同じであってもよい。
【００１３】
この場合、前記対向電極部において主として発振（励振）する主振動に影響を及ぼすことなく前記対向電極部の周囲に主振動に付随して発生しやすいスプリアスを抑制するのに好ましい。
【００１４】
前記構成において、前記袖電極は、前記保持電極よりも薄くてもよい。
【００１５】
この場合、スプリアス振動を抑制しながら、電極の断線を防止し、さらに外部電極との接合を安定させることが可能となる。
【００１６】
前記構成において、前記袖電極と前記保持電極は、前記基板上に蒸着膜が形成され、前記蒸着膜上にメッキ膜が形成されてなってもよい。
【００１７】
この場合、前記基板への前記保持電極の形成強度を高めながら、外部電極との接合強度を高めることが可能となり、さらに前記袖電極と前記保持電極とがメッキ膜により形成されるので、前記袖電極と前記保持電極との厚みを増すことが容易になり、断線防止とスプリアス振動の抑制とを同時に図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる圧電振動片によれば、電極の断線を防止するとともに、スプリアス振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる水晶振動子の内部空間を公開した概略側面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかる水晶振動片の概略平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態にかかる、電極の構成を示した水晶振動片の概略断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態にかかる水晶振動片の共振波形データである。
【図５】図５は、比較例にかかる水晶振動片の共振波形データである。
【図６】図６は、１００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極の厚みに対する主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【図７】図７は、３００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極の厚みに対する主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【図８】図８は、６００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極の厚みに対する主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【図９】図９は、本発明の他の実施の形態にかかる水晶振動片の概略平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の他の実施の形態にかかる水晶振動片の概略平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の他の実施の形態にかかる水晶振動片の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態（以下、本実施の形態という）について図面を参照して説明する。なお、以下に示す本実施の形態では、圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。
【００２１】
−水晶振動子１−
本実施の形態にかかる水晶振動子１は、１００ＭＨｚ以上の高周波型水晶振動子であり、図１に示すように、ＡＴカット水晶からなる水晶振動片２（本発明でいう圧電振動片）と、この水晶振動片２を保持し、水晶振動片２を気密封止するための第１封止部材３と、第１封止部材３に保持した水晶振動片２を気密封止するための第２封止部材４と、が設けられている。
【００２２】
この水晶振動子１では、第１封止部材３と第２封止部材４とからパッケージが構成され、第１封止部材３と第２封止部材４とが、封止材５により接合されて、気密封止された内部空間１１が形成される。この内部空間１１では、水晶振動片２が、第１封止部材３に導電性バンプ６を用いてＦＣＢ法（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）により電気機械的に超音波接合されている。なお、導電性バンプ６には、非流動性部材のメッキバンプが用いられている。この導電性バンプ６に保持電極８３，８４の一部を用いている。この場合、導電性バンプ６の形成工程を簡略化することができ、コストダウンを図ることができる。なお、本実施の形態では、導電性バンプ６に保持電極８３，８４の一部を用いているが、これに限定されるものではなく、後述するメッキ形成された保持電極８３，８４の上部に別途導電性バンプ６を形成してもよい。また、導電性バンプ６としてメッキバンプを用いているが、金属スタッドバンプなど他の導電性バンプを用いてもよい。
【００２３】
次に、この水晶振動子１の各構成について、図１〜３を用いて説明する。
【００２４】
−第１封止部材３−
第１封止部材３は、セラミックからなり、図１に示すように、底部３１と、第１封止部材３の一主面３２の主面外周に沿って底部３１から上方に延出した壁部３４と、から構成された箱状体に成形されている。この第１封止部材３は、セラミックの一枚板上にセラミックの直方体を積層して凹状に一体焼成してなる。
【００２５】
この第１封止部材３の壁部３４の天面は、第２封止部材４との接合面とされ、接合面には、第２封止部材４と接合するために用いる封止材５の一部となる接合膜（図示省略）が形成されている。本実施の形態にかかる接合膜は、第１封止部材３の天面（第２封止部材４との接合面）にＷやＭｏのメタライズ層が形成され、このメタライズ層の上にＮｉやＡｕのメッキ層が積層された薄膜からなる。
【００２６】
この第１封止部材３には、底部３１と壁部３４とによって囲まれたキャビティ３５が形成され、このキャビティ３５は、平面視略矩形状に形成されている。
【００２７】
この第１封止部材３の筐体裏面（他主面３３）の四隅には、キャスタレーション３６が形成されている。これらキャスタレーション３６は、筐体側面に形成され、第１封止部材３の他主面３３の四隅に沿って形成されている。
【００２８】
この第１封止部材３には、水晶振動片２の励振電極８１，８２それぞれと電気機械的に接合する電極パッド７１，７２と、外部部品や外部機器などと電気的に接続する外部端子電極７３，７４と、電極パッド７１と外部端子電極７３、および電極パッド７２と外部端子電極７４を電気的に接続させる配線パターン７５とが、形成されている。これら電極パッド７１，７２と外部端子電極７３，７４と配線パターン７５とにより第１封止部材３の電極７が構成される。電極パッド７１，７２は、第１封止部材３のキャビティ３５の平面視で短辺方向に対向する隅部であって、第１封止部材３の長手方向の一端部に形成されている。外部端子電極７３，７４は、キャスタレーション３６に形成されている。
【００２９】
この第１封止部材３には、水晶振動片２の励振電極８１，８２をキャビティ３５内からキャビティ３５外へ導通させるためのビア３７が形成されている。このビア３７を介して、配線パターン７５が、第１封止部材３の一主面３２の電極パッド７１，７２から他主面３３の外部端子電極７３，７４にかけてパターン形成されている。また、ビア３７の内部には、Ｃｕから構成される導通部材７６が充填されている。
【００３０】
−第２封止部材４−
第２封止部材４は、金属材料からなり、平面視矩形状の直方体の一枚板に成形されている。この第２封止部材４の下面の外周は、第１封止部材との接合面とされ、接合面には、第１封止部材３と接合するために用いる封止材５の一部となる接合膜（図示省略）が形成されている。本実施の形態にかかる接合膜は、第２封止部材４の下面（第１封止部材３との接合面）にＡｇローなどのろう材からなる。
【００３１】
−水晶振動片２−
水晶振動片２は、結晶性材料である厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶片の基板２１からなる。水晶振動片２の外形は、図２，３に示すように、平面視略矩形状（両主面２２，２３が略矩形状に形成された）の直方体となっている。また、水晶振動片２は、両主面２２，２３の長辺がＸ軸に沿って、また、両主面２２，２３の短辺がＺ’軸に沿って成形されている。
【００３２】
この水晶振動片２には、振動領域を構成する振動部２４と、外部電極である第１封止部材３の電極パッド７１，７２と電気機械的に接合する枠部２５とが設けられている。枠部２５は、振動部２４を囲むように振動部２４の外周に設けられ、振動部２４と枠部２５とが一体成形されて基板２１が構成される。振動部２４の両主面２２，２３はエッチング成形され、枠部２５に対して薄肉化されている。
【００３３】
この水晶振動片２の基板２１には、励振を行う一対の励振電極８１，８２と、第１封止部材３の電極パッド７１，７２と電気機械的に接合する保持電極８３，８４と、一対の励振電極８１，８２を保持電極８３，８４に引き出す袖電極８５，８６とが形成され、一対の励振電極８１，８２は、袖電極８５，８６により引出されて保持電極８３，８４にそれぞれ電気的に接続されている。また、一対の励振電極８１，８２は袖電極８５，８６よりも薄く、袖電極８５，８６は保持電極８３，８４よりも薄い。これら一対の励振電極８１，８２と保持電極８３，８４と袖電極８５，８６とにより水晶振動片２の電極８が構成される。
【００３４】
一対の励振電極８１，８２は、図２，３に示すように、同形状であって同一面積の平面視略正方形状に成形され、基板２１の両主面２２，２３の振動部２４の平面視中央にそれぞれ形成されている。励振電極８１は、各辺がＸ軸とＺ’軸に沿って形成されている。励振電極８２は、各辺がＸ軸とＺ’軸とに沿わずに形成され、励振電極８１，８２の中心を中心点として励振電極８１に対して平面視的に（主面２２，２３上において）２０°〜７０°の範囲で回転させた配置となっている。なお、本実施の形態では、励振電極８２は励振電極８１に対して４５°に回転させた配置となっている。このように、励振電極８２が励振電極８１に対して回転させた配置となっている場合、平面視同形状の略正方形の一対の励振電極８１，８２の各隅部では、対向する励振電極８１，８２の電極領域が存在しないことになる。このように、一対の励振電極８１，８２の各隅部は、対向しない電極領域（下記する無対向電極部８８参照）として構成されるので、励振電極８１，８２の端部付近に振動変位分布を有するスプリアス振動、例えば厚み系の２次モードである（１，２，１）モードや（１，１，２）モード、あるいは厚み系の３次モードである（１，３，１）モードや（１，１，３）モードなどについては、振動変位に影響して最も効率的に抑制される。
【００３５】
これら一対の励振電極８１，８２は、基板２１上にＣｒ，Ａｕが順に蒸着形成されたＣｒ−Ａｕ膜（蒸着膜）により構成される。一対の励振電極８１，８２の厚さ寸法は、それぞれ０．０３μｍ〜０．０８μｍの範囲に設定され、本実施の形態では、一対の励振電極８１，８２の厚さ寸法は０．０５μｍである。なお、励振電極８１，８２の厚さ寸法は、０．０３μｍ〜０．０８μｍの範囲内であれば異なる寸法であってもよい。
【００３６】
袖電極８５，８６は、振動部２４の両主面２２，２３に対向せずにそれぞれ形成されている。これら袖電極８５，８６は、励振電極８１，８２を構成するＣｒ−Ａｕ膜（蒸着膜）上に、さらにＡｕからなるＡｕ膜（メッキ膜）がメッキ形成されたＣｒ−Ａｕ膜により構成される。袖電極８５，８６の厚さ寸法は、それぞれ０．５μｍ〜４．０μｍの範囲に設定され、本実施の形態では、袖電極８５，８６の厚さ寸法は１μｍである。なお、袖電極８５，８６の厚さ寸法は、０．５μｍ〜４．０μｍの範囲内であれば異なる寸法であってもよい。
【００３７】
保持電極８３，８４は、振動部２４から枠部２５に亘って形成されている。これら保持電極８３，８４は、袖電極８５，８６を構成するＣｒ−Ａｕ膜上に、さらにＡｕからなるＡｕ膜（メッキ膜）がメッキ形成されたＣｒ−Ａｕ膜により構成される。保持電極８３，８４の厚さ寸法は、それぞれ０．５μｍ〜１０．０μｍの範囲に設定され、本実施の形態では、保持電極８３，８４の厚さ寸法は２μｍである。なお、保持電極８３，８４の厚さ寸法は、０．５μｍ〜１０．０μｍの範囲内であれば異なる寸法であってもよい。
【００３８】
上記の構成の電極８では、励振電極８１，８２が基板２１の両主面２２，２３に形成され、基板２１の両主面２２，２３に形成された励振電極８１，８２により電極領域が構成されている。電極領域は、励振電極８１，８２が対向する対向電極部８７と、励振電極８１，８２が対向しない無対向電極部８８と、から構成されている。ここでいう無対向電極部８８は、対向電極部８７の周囲に、対向電極部８７に連なって（連続して）形成される。
【００３９】
なお、一対の励振電極８１，８２の無対向電極部８８と袖電極８５，８６との境界２７は、振動部２４に位置し、図２に示すようにＸ軸（水晶振動片２の長手方向）とＺ’軸（水晶振動片２の短手方向）に沿って形成された平面視Ｌ字もしく平面視Ｖ字となる。また、袖電極８５，８６と保持電極８３，８４との境界２８は、振動部２４に位置し、図２に示すようにＸ軸（水晶振動片２の長手方向）とＺ’軸（水晶振動片２の短手方向）に沿って形成された平面視Ｌ字となる。
【００４０】
−水晶振動子１の製造−
上記した構成からなる水晶振動子１では、図１〜３に示すように、第１封止部材３と水晶振動片２とは、導電性バンプ６を介してＦＣＢ法により電気機械的に超音波接合される。この接合により、水晶振動片２の励振電極８１，８２が、袖電極８５，８６、保持電極８３，８４、導電性バンプ６を介して第１封止部材３の電極パッド７１，７２に電気機械的に接合され、第１封止部材３に水晶振動片２が搭載される。そして、水晶振動片２が搭載された第１封止部材３に、第２封止部材４が、封止材５を介して溶接や加熱溶融などにより接合され、水晶振動片２を気密封止した水晶振動子１が製造される。
【００４１】
−共振波形−
次に、上記の本実施の形態にかかる水晶振動片２を搭載した水晶振動子１の共振波形を計測し、その共振波形データを図４に示す。なお、図４に示す水晶振動子２として、６２２ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子を用いた。
【００４２】
また、本実施の形態の比較例として、本実施の形態にかかる水晶振動片２に対して、一対の励振電極８１，８２と保持電極８３，８４と袖電極８５，８６との構成が異なり、一対の励振電極８１，８２と保持電極８３，８４と袖電極８５，８６とが同じ厚さである水晶振動片を搭載した水晶振動子を用い、その共振波形データを図５に示す。
【００４３】
図４，５に示すように、共振波形データから、本実施の形態にかかる水晶振動子１は、比較例の水晶振動子に比べて、主振動の直列共振抵抗値（ＣＩ値）が低く、スプリアス振動（スプリアスＣＩ）を抑制していることがわかる。
【００４４】
−袖電極８５，８６−
また、上記の本実施の形態にかかる水晶振動片２を搭載した水晶振動子１について、袖電極８５，８６の厚みを可変させ（それぞれ０．５μｍ〜４．０μｍ）、その時の主振動のＣＩ値と、スプリアスのＣＩ値とを測定し、これらＣＩ値の比（ＣＩ比）を算出した。その結果を、図６〜８に示す。
【００４５】
図６は、１００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極８５，８６の厚みに対する、主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【００４６】
図７は、３００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極８５，８６の厚みに対する、主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【００４７】
図８は、６００ＭＨｚ帯の高周波型水晶振動子の袖電極８５，８６の厚みに対する、主振動のＣＩ値と、ＣＩ比とに関するグラフである。
【００４８】
図６〜８に示すように、袖電極８５，８６の厚みが増すにつれて、主振動のＣＩ値が下がり、ＣＩ比が上がることが分かる。また、図６〜８から、発振周波数が高い方がＣＩ値を抑制できることが分かる。また、図６〜８から、いずれの発振周波数であっても同様の特性となることが分かる。これらのことから、発振周波数を高く設定し、袖電極８５，８６を厚くして、主振動のＣＩ値を抑えてＣＩ比を上げることが望ましい。
【００４９】
しかしながら、袖電極８５，８６を厚くすると、他の不具合が生じる。例えば、袖電極８５，８６を形成する際に基板２１に応力がかかるが、この応力は袖電極８５，８６などの電極の厚みに関係する。具体的には、袖電極８５，８６を厚くすると、基板２１に必要以上の応力がかかり、その結果、エージング特性などの水晶振動子１の特性を悪化させることになる。本実施の形態にかかる水晶振動片２では、袖電極８５，８６の厚さがそれぞれ４．０μｍを超えると、エージング特性などの水晶振動子１の特性が悪化し始める。
【００５０】
また、袖電極８５，８６の厚さをそれぞれ０．５μｍ未満にすると、主振動のＣＩ値が上がり、ＣＩ比が下がるだけでなく、袖電極８５，８６が断線する可能性がある。
【００５１】
上記のことから、袖電極８５，８６の厚さは、それぞれ０．５〜４．０μｍに設定することが好ましい。
【００５２】
−本実施の形態の作用効果−
本実施の形態によれば、一対の励振電極８１，８２の中心付近が対向して形成されるので（対向電極部８７参照）、励振電極８１，８２の中心付近に最も強い振動変位分布を有する主振動の発振を妨げることはない。また、一対の励振電極８１，８２の隅部が対向して形成されていないので（無対向電極部８８参照）、励振電極８１，８２の端部付近（具体的には隅部付近）に振動変位分布を有するスプリアス振動（例えば厚み系の２次モードである（１，２，１）モードや（１，１，２）モード、あるいは厚み系の３次モードである（１，３，１）モードや（１，１，３）モードなど）の各スプリアスの振動変位に影響を及ぼし、スプリアス振動を抑制する。なお、両主面２２，２３の励振電極８１，８２は、その中心が重なる位置に形成されていることが好ましいが、製造誤差などにより多少ずれているものであっても同様の効果が期待できる。
【００５３】
また、両主面２２，２３の励振電極８１，８２が同形状に形成されているので、水晶振動片２に形成される励振電極８１，８２の面積を大型化させることなく、励振電極８１，８２の中心付近の振動領域を確保しながら、励振電極８１，８２の隅部付近の各スプリアスの振動領域を縮小させる構成とすることができる。すなわち、水晶振動片２の小型化を図りながら、主振動の発振を妨げることなくスプリアス振動を抑制することができる。
【００５４】
詳説すると、本実施の形態にかかる水晶振動片２によれば、基板２１に励振電極８１，８２と保持電極８３，８４と袖電極８５，８６とが形成され、励振電極８１，８２は、基板２１の両主面２２，２３に対向して形成され、かつ、励振電極８１，８２は、袖電極８５，８６よりも薄く、励振電極８１，８２のうち対向する電極領域によって対向電極部８７が構成され、励振電極８１，８２のうち対向しない電極領域によって無対向電極部８８が構成され、対向電極部８７の周囲に、対向電極部８７に連なって無対向電極部８８が配されるので、最も強い振動変位分布を有する主振動の発振を妨げるのを防止することができる。また、励振電極８１，８２の端部付近に振動変位分布を有するスプリアス振動（例えば厚み系の２次モードである（１，２，１）モードや（１，１，２）モード、あるいは厚み系の３次モードである（１，３，１）モードや（１，１，３）モードなど）について、無対向電極部８８が構成されるので、各スプリアスの振動変位に影響を及ぼしてスプリアス振動を抑制することができる。また、高周波化に対応させるために励振電極８１，８２を薄く設定することもでき、その上、袖電極８５，８６を励振電極８１，８２より厚くして、電極８の断線を防止することができ、また、スプリアス振動もより一層抑制することができる。すなわち、本実施の形態にかかる水晶振動片２によれば、電極８の断線の防止と、スプリアス振動の抑制とを同時に行うことができる。
【００５５】
また、基板２１は、結晶性材料であり、励振電極８１，８２は、略正方形に成形され、励振電極８１，８２と袖電極８５，８６との境界２７が平面視Ｖ字であるので、直交する結晶軸方向に沿ってそれぞれ発生する各スプリアス振動を同時に抑制することができる。
【００５６】
また、袖電極８５，８６は、保持電極８３，８４よりも薄いので、スプリアス振動を抑制しながら、電極８の断線を防止し、さらに外部電極（電極パッド７１，７２）との接合を安定させることができる。
【００５７】
また、袖電極８５，８６と保持電極８３，８４とは、基板２１上に蒸着膜が形成され、蒸着膜上にメッキ膜が形成されてなるので、基板２１への保持電極８３，８４の形成強度を高めながら、外部電極（電極パッド７１，７２）との接合強度を高めることができ、さらに袖電極８５，８６と保持電極８３，８４とがメッキ膜により形成されるので、袖電極８５，８６と保持電極８３，８４との厚みを増すことが容易になり、断線防止とスプリアス振動の抑制とを同時に図ることができる。
【００５８】
−他の実施の形態−
なお、本実施の形態では、圧電振動デバイスとして水晶振動子を適用しているが、これに限定されるものではなく、圧電振動を行う圧電振動片の励振電極を気密封止する圧電振動デバイスであれば、他のデバイスであってもよく、例えば水晶発振器であってもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、第１封止部材３にセラミックを用い、第２封止部材４に金属材料を用いているが、第１封止部材３および第２封止部材４の材料は、これに限定されるものではなく任意に設定可能であり、第１封止部材３および第２封止部材４にガラスなどを用いてもよい。
【００６０】
また、本実施の形態では、第１封止部材３に搭載した水晶振動片２を第２封止部材４によって封止する水晶振動子１のパッケージを構成しているが、これに限定されるものではなく、第１封止部材と水晶振動片と第２封止部材とを積層したサンドイッチ構造の水晶振動子のパッケージであってもよい。このサンドイッチ構造の水晶振動子では、第１封止部材と水晶振動片とが封止材を介して接合されて、水晶振動片の他主面に形成された励振電極が第１封止部材と水晶振動片とによって気密封止され、水晶振動片と第２封止部材とが封止材を介して接合されて、水晶振動片の一主面に形成された励振電極が水晶振動片と第２封止部材とによって気密封止される。
【００６１】
また、本実施の形態では、水晶振動片２の基板２１は、枠部２５を振動部２４に対して厚肉化しているが、これに限定されるものではなく、枠部２５の厚みを振動部２４の厚みと同じ寸法にしてもよい。
【００６２】
また、本実施の形態では、第１封止部材３の電極パッド７１，７２と水晶振動片２の保持電極８３，８４とが電気機械的に接合しているが、これに限定されるものではなく、第１封止部材３の電極パッド７１，７２と水晶振動片２の保持電極８３，８４とが電気的に接続されていれば、第１封止部材３と水晶振動片２との機械的な接合は他で行ってもよい。
【００６３】
また、本実施の形態では、袖電極８５，８６と保持電極８３，８４との境界２８は、平面視Ｌ字となっているが、これに限定されるものではなく、任意の形状であってもよい。また、袖電極８５，８６と保持電極８３，８４との境界２８は、振動部２４に位置しているが、これは好適な例であり、枠部２５に位置してもよい。
【００６４】
また、本実施の形態では、水晶振動片２の外形を、平面視略矩形状の一枚板の直方体としているが、これに限定されるものではなく、例えば、図９に示すように、枠部２５に切り欠き部２６が設けられてもよい。この図９に示す他の実施の形態では、水晶振動片２の対向する長辺から短辺方向（±Ｚ’軸方向）に沿って切り欠くことにより、切り欠き部２６が基板２１に設けられている。そのため、水晶振動片２の振動部２４に対して導電性バンプ６の接合による応力歪の悪影響を取り除くことができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、一対の励振電極８１，８２の無対向電極部８８は、袖電極８５，８６よりも薄いが、これに限定されるものではなく、図１０に示すように、無対向電極部８８の厚みが、袖電極８５，８６の厚みと同じであってもよい。この場合、対向電極部８７において主として発振（励振）する主振動に影響を及ぼすことなく対向電極部８７の周囲に主振動に付随して発生しやすいスプリアスを抑制するのに好ましい。
【００６６】
また、本実施の形態では、同形状であって同一面積の平面視略正方形状に成形された一対の励振電極８１，８２を用いているが、一対の励振電極８１，８２のうち端面において無対向となる無対向電極部８８が構成されていれば、一対の励振電極８１，８２の形状は任意に設定可能である。例えば、図１１に示すように一対の励振電極８１，８２の大きさが異なっても良い。図１１に示す他の実施の形態の場合、励振電極８１の外周全てが励振電極８２と対向しない無対向電極部８８が構成されている。
【００６７】
また、本実施の形態では、一対の励振電極８１，８２が基板２１の両主面２２，２３に対向して形成されているが、励振電極の数はこれに限定されるものではなく任意の数でよく、複数の励振電極が対向して形成されていればよい。例えば、基板２１の一主面２２に１つの励振電極が形成され、他主面２３に２つの励振電極が形成され、一主面２２に形成された１つの励振電極と、他主面２３に形成された２つの励振電極とが、対向して形成されてもよい。
【００６８】
なお、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、上述の実施例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。本発明の範囲は特許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、特許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。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、特に水晶振動片に好適である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 水晶振動子
１１ 内部空間
２ 水晶振動片
２１ 基板
２２，２３ 主面
２４ 振動部
２５ 枠部
２６ 切り欠き部
３ 第１封止部材
３１ 底部
３２，３３ 主面
３４ 壁部
３５ キャビティ
３６ キャスタレーション
３７ ビア
４ 第２封止部材
５ 封止材
６ 導電性バンプ
７ 第１封止部材の電極
７１，７２ 電極パッド
７３，７４ 外部端子電極
７５ 配線パターン
７６ 導通部材
８ 水晶振動片の電極
８１，８２ 励振電極
８３，８４ 保持電極
８５，８６ 袖電極
８７ 対向電極部
８８ 無対向電極部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動片において、
基板に、励振を行う複数の励振電極と、外部電極と電気的に接続する保持電極と、前記励振電極を前記保持電極に引き出す袖電極とが形成され、
前記励振電極は、前記袖電極よりも薄く、
複数の前記励振電極は、前記基板の両主面に形成され、前記基板の両主面に形成された複数の前記励振電極により電極領域が構成され、
前記電極領域は、複数の前記励振電極が対向する対向電極部と、複数の前記励振電極が対向しない無対向電極部と、から構成され、
前記対向電極部の周囲に、前記対向電極部に連なって前記無対向電極部が配された圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片において、
前記基板は、結晶性材料であり、
前記励振電極は、略正方形に成形され、
前記励振電極と前記袖電極との境界が平面視Ｖ字となる圧電振動片。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電振動片において、
前記無対向電極の厚みが、前記袖電極の厚みと同じである圧電振動片。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の圧電振動片において、
前記袖電極は、前記保持電極よりも薄い圧電振動片。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載の圧電振動片において、
前記袖電極と前記保持電極は、前記基板上に蒸着膜が形成され、前記蒸着膜上にメッキ膜が形成されてなる圧電振動片。
【請求項１】
圧電振動片において、
基板に、励振を行う複数の励振電極と、外部電極と電気的に接続する保持電極と、前記励振電極を前記保持電極に引き出す袖電極とが形成され、
前記励振電極は、前記袖電極よりも薄く、
複数の前記励振電極は、前記基板の両主面に形成され、前記基板の両主面に形成された複数の前記励振電極により電極領域が構成され、
前記電極領域は、複数の前記励振電極が対向する対向電極部と、複数の前記励振電極が対向しない無対向電極部と、から構成され、
前記対向電極部の周囲に、前記対向電極部に連なって前記無対向電極部が配された圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片において、
前記基板は、結晶性材料であり、
前記励振電極は、略正方形に成形され、
前記励振電極と前記袖電極との境界が平面視Ｖ字となる圧電振動片。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電振動片において、
前記無対向電極の厚みが、前記袖電極の厚みと同じである圧電振動片。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の圧電振動片において、
前記袖電極は、前記保持電極よりも薄い圧電振動片。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載の圧電振動片において、
前記袖電極と前記保持電極は、前記基板上に蒸着膜が形成され、前記蒸着膜上にメッキ膜が形成されてなる圧電振動片。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１６００９４（Ｐ２０１１−１６００９４Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７５３（Ｐ２０１０−１８７５３）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００１４９７３４）株式会社大真空 (312)
【Ｆターム（参考）】
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