圧電振動素子、圧電振動子、圧電発振器及び電子デバイス
【課題】屈曲振動等の輪郭振動モードとの結合がなく、且つＣＩの小さなメサ構造の圧電振動素子を得る。
【解決手段】圧電振動素子１００は、圧電基板１０と、両主面に夫々対向配置された各励振電極２０と、引出電極２２と、パッド２４と、を備えた圧電振動素子である。圧電基板１０は、中央に位置する励振部１４と、その周縁に設けられた薄肉の周辺部１２と、を有し、励振部１４の対向する２つの側面は夫々無段差状の平面であり、励振部１４の他の対向する２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有している。各パッド２４は、圧電基板１０の各角隅部と対応する位置に、圧電基板１０を支持部材に固定する支持領域２６を有し、励振電極２０は、励振部１４と周辺部１２の少なくとも一部との振動領域に跨って形成されている。
【解決手段】圧電振動素子１００は、圧電基板１０と、両主面に夫々対向配置された各励振電極２０と、引出電極２２と、パッド２４と、を備えた圧電振動素子である。圧電基板１０は、中央に位置する励振部１４と、その周縁に設けられた薄肉の周辺部１２と、を有し、励振部１４の対向する２つの側面は夫々無段差状の平面であり、励振部１４の他の対向する２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有している。各パッド２４は、圧電基板１０の各角隅部と対応する位置に、圧電基板１０を支持部材に固定する支持領域２６を有し、励振電極２０は、励振部１４と周辺部１２の少なくとも一部との振動領域に跨って形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚み振動モードの圧電振動子に関し、特に所謂メサ型構造を有する圧電振動素子、圧電振動子、圧電発振器及び電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカット水晶振動子は、その振動モードが厚みすべり振動であり、小型化、高周波数化に適し、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、電子機器等の多方面で使用されている。
特許文献１には、ベベル構造やコンベックス構造と同等に、エネルギー閉じ込め効果を発揮する、所謂、メサ型構造の圧電振動子が開示され、外形及びメサ型構造が共に円形である圧電基板も開示されている。
特許文献２には、圧電基板の外形及びメサ型構造が共に円形の圧電基板に加え、外形が短冊状のメサ型構造の圧電基板が開示されている。
【０００３】
電子機器が小型化されるにつれ、辺比（厚さに対する長辺又は短辺の比）の小さな振動子が要求されるようになってきた。辺比の小さな振動子は主振動に輪郭振動が結合し易く、主振動の電気的特性を劣化させる。
特許文献３には、ＡＴカット水晶振動子をメサ型構造で形成し、メサ部と薄肉部との境界部において、境界部の側壁が主面に対して９０°であると、励振電極から延出された引き出し電極（リード電極）が断線する虞があるという問題に対処するために成されたものであって、境界部の側壁を傾斜、又は曲面とすることによりリード電極の断線が防止できると開示されている。また、振動部分の表面の粗さを平均粗さで０．２ミクロンと小さな表面粗さとすることにより、ＣＩ値が低下し、副振動が抑圧されると開示されている。
また、特許文献４には、ＡＴカット水晶振動子をメサ型構造で形成し、メサ部の側壁を、６３°、３５°と傾斜させて、厚みすべり振動と屈曲振動との結合を抑圧した水晶振動子が開示されている。
【０００４】
特許文献５には、水晶振動素子の周波数をｆ、水晶基板の長辺（Ｘ軸）の長さをＸ、メサ部（振動部）の厚みをｔ、メサ部の長辺の長さをＭｘ、励振電極の長辺の長さをＥｘ、水晶基板の長辺方向に生じる屈曲振動の波長をλとするとき、以下の４つの式
λ／２＝（１．３３２／ｆ）−０．００２４ （１）
（Ｍｘ−Ｅｘ）／２＝λ／２ （２）
Ｍｘ／２＝（ｎ／２＋１／４）λ （但しｎは整数） （３）
Ｘ≧２０ｔ （４）
を満たすように、各パラメータｆ、Ｘ、Ｍｘ、Ｅｘを設定することにより、厚みすべり振動と屈曲振動との結合を抑制できると開示されている。
また、特許文献６には、屈曲変位成分が小さくなるのは、振動部の端縁と励振電極の端縁部分の位置を屈曲変位の腹の位置と一致するように設定した場合であり、これにより不要モードである屈曲振動を抑圧することができると開示されている。
【０００５】
特許文献７には、周波数可変感度を高くするとともに、不要な振動を抑圧したメサ型振動素子が提案されている。一般的に振動素子は、励振電極が大きくなるのに伴って等価直列容量Ｃ１も大きくなり、周波数可変感度を高くできる。励振電極を大きくしたメサ型振動素子は発振が容易であり、負荷容量に対する周波数変化の幅を広くできると開示されている。
特許文献８には、圧電基板の長辺がＸ軸方向、短辺がＺ’軸方向であり、且つメサ部の長辺がＸ軸方向、短辺（長さＭｚ）がＺ’軸方向であるメサ型振動素子の、メサ部の一方の短辺の両端部を面取りし、その長さをＭ１とするとき、Ｍｌ≧Ｍｚ／４の関係を満たすことにより、屈曲振動を抑圧できると開示されている。
【０００６】
特許文献９には、メサ型構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。Ｘ軸方向に沿うメサ部の両端部の位置をＡ、Ｄとし、メサ部上に形成された励振電極の位置をＢ、Ｃとしたときに、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄの関係を満たすようにする。各端縁Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの位置と、屈曲振動の腹の位置とを一致させる。Ａの位置にある屈曲振動の腹の振幅と、Ｂの位置にある屈曲振動の腹の振幅とが反対方向である。また、Ｂの位置にある屈曲振動の腹の振幅と、Ｃの位置にある屈曲振動の腹の振幅とが反対方向である。更に、Ｃの位置にある屈曲振動の腹の振幅と、Ｄの位置にある屈曲振動の腹の振幅とが反対方向である。つまり、屈曲振動の波長をλとすると、隣り合う端縁では、屈曲振動の腹がλ／２の奇数倍ずれていることになる。メサ部の長さをＭＬ、Ｘ軸方向に生じる屈曲振動の波長をλとすると、ＭＬとλは、ＭＬ＝（ｎ−１／２）λの関係を満たすことによりメサ型振動素子に生じる屈曲振動を抑圧でき、ＣＩを低減できると開示されている。
メサ型構造の圧電振動素子の容量比γ（等価直列容量Ｃ１に対する静電容量Ｃ０の比Ｃ０／Ｃ１）は、べべル構造、又はコンベックス構造圧電振動素子のそれと比べて大きくなる（悪化する）という問題があった。特許文献１０には、励振電極をメサ部の段差部より圧電基板の端面に向かって広げた圧電振動素子が開示されている。メサ部の段差部より外側に拡大した部分の励振電極の面積を可変することにより、圧電振動素子の容量比を任意に設定することが可能となる。その結果、べべル構造、又はコンベックス構造の圧電振動素子と同等の性能を有するメサ構造の圧電振動素子が実現できると開示されている。
【０００７】
特許文献１１には、基本波振動の容量比γを大きくし、負荷容量ＣＬの変化による発振周波数の変動を抑える圧電振動素子が開示されている。等価直列容量Ｃ１の飽和点近傍に励振電極の面積を設定して容量比γを小さくするのが一般的である。しかし、飽和点近傍以上に励振電極の面積を広げることにより、等価直列容量Ｃ１の変化は極めて小さいのに対し、静電容量Ｃ０は面積に比例して大きくなる。そのため容量比γを大きくできると開示されている。
特許文献１２には、細帯状（ストリップ状）圧電基板の中央部の表裏面に、励振電極が設けられ、この励振電極から互いに反対側の端部に向けてリード電極が延びる圧電振動子が開示されている。リード電極の形成さない面の基板は夫々研削され疑似メサ型構造とする。この圧電振動子は励振電極下に振動エネルギーを閉じ込めることができるため、ＣＩが小さく、またリード電極の断線が生じにくいと開示されている。
【０００８】
特許文献１３には、メサ型構造の圧電基板の短辺の長さをＺとし、メサ部（振動部）の厚みをｔとし、メサ部の短辺方向の電極寸法をＭｚとしたときに、
１５．６８≦Ｚ／ｔ≦１５．８４、かつ、０．７７≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８２
の関係を満たすように諸パラメータを設定することにより、不要モードを抑圧できると開示されている。
特許文献１４には、メサ型圧電振動素子が開示されている。水晶基板の長辺の長さをｘ、段差部の堀量（メサ部の高さ）をＭｄ、振動部の板厚をｔとし、板厚ｔに対する段差部の堀量Ｍｄの比をｙ（百分率）とすると、ｙが、
ｙ＝−１．３２×（ｘ／ｔ）＋４２．８７
ｙ≦３０
の関係を満足し、且つ水晶基板の振動部の板厚ｔに対する長辺の長さｘの比、即ち辺比ｘ／ｔが３０以下とすることにより、圧電振動素子の電気的特性の悪化を招くこと無く、ＣＩを低下させることができると開示されている。
特許文献１５には、メサ型構造の圧電基板のメサ部の高さ（段差部の堀量）ｙは、圧電基板の長辺の寸法をｘ、メサ部（振動部）の厚み寸法をｔとした時に、板厚ｔを基準として、次式
ｙ＝−０．８９×（ｘ／ｔ）＋３４±３（％）
を満たすように辺比ｘ／ｔを設定することにより、不要モードを抑圧できると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭５８−０４５２０５号公報
【特許文献２】特開昭５８−０４７３１６号公報
【特許文献３】実開平０６−０５２２３０号公報
【特許文献４】特開２００１−２３０６５５公報
【特許文献５】特許第４３４１５８３号
【特許文献６】特許第４３４１６７１号
【特許文献７】特開２００８−３０６５９４公報
【特許文献８】特開２００９−０６５２７０公報
【特許文献９】特開２００９−１３０５４３公報
【特許文献１０】特許第４５０６１３５号
【特許文献１１】特許第４５５８４３３号
【特許文献１２】特開２００１−２３０６５４公報
【特許文献１３】特開２０１０−０６２７２３公報
【特許文献１４】特許第４５７２８０７号
【特許文献１５】特開２００８−２６３３８７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、最近では圧電振動子に対して、容器サイズを１．６ｍｍ×１．２ｍｍ程度に小型化することが客先から求められている。このような小型の容器に搭載するメサ型構造のＡＴカット水晶振動素子のＸ辺比（厚さｔに対する長辺Ｘの比Ｘ／ｔ）は、例えば１１００（μｍ）／６５（μｍ）＝１７以下となる。このような小型圧電振動子に先行文献に開示されているような手段を適用しても、客先から要求されるＣＩ（クリスタルインピーダンス、等価抵抗Ｒ１）が得られないという問題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、Ｘ軸方向を長辺とした厚みすべりモードの圧電振動素子であって、Ｘ辺比の小さな圧電振動素子のＣＩの低減を可能としたメサ型圧電振動素子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】
【００１１】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１２】
［適用例１］本発明に係る圧電振動素子は、圧電基板と、前記圧電基板の両主面に夫々対向配置された各励振電極と、前記各励振電極から該圧電基板の一方の端部に向かって延びる引出電極と、前記各引出電極と電気的に接続され前記圧電基板の２つの角隅部に夫々形成されたパッドと、を備えた圧電振動素子であって、前記圧電基板は、中央に位置する励振部と、前記励振部の厚みより薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、前記励振部の対向する２つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の他の対向する２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有し、前記圧電基板の各角隅部の前記各パッドと対応する位置に、前記圧電基板を支持部材に固定する支持領域を有し、前記励振電極は、前記励振部と前記周辺部の少なくとも一部の振動領域とに跨って形成されていることを特徴とする圧電振動素子である。
【００１３】
以上のように、一方向に沿って厚み方向に段差部を有するメサ型構造の励振部と、励振部の周縁に連接された周辺部の一部とに励振電極を設けた圧電振動素子を構成する。振動エネルギーは主として励振部に閉じ込められるが、周辺部の一部に設けた励振電極により、圧電振動素子が励振された際に生じる電荷が、効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲等の不要モードの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１４】
［適用例２］また本発明に係る圧電振動素子は、圧電基板と、前記圧電基板の両主面に夫々対向配置された各励振電極と、前記各励振電極から該圧電基板の一方の端部に向かって延びる引出電極と、前記各引出電極と電気的に接続され前記圧電基板の２つの角隅部に夫々形成されたパッドと、を備えた圧電振動素子であって、前記圧電基板は、中央に位置する励振部と、前記励振部の厚みより薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、前記励振部の全ての側面は夫々厚み方向に段差部を有し、前記圧電基板の各角隅部の前記各パッドと対応する位置に、前記圧電基板を支持部材に固定する支持領域を有し、前記励振電極は、前記励振部と前記周辺部の少なくとも一部の振動領域とに跨って形成されていることを特徴とする圧電振動素子である。
【００１５】
以上のように、全ての側面が段差部を有するメサ型構造の励振部と励振部の周縁に連接された周辺部の一部とに励振電極を設けた圧電振動素子を構成する。振動エネルギーは、主として励振部に振動エネルギーが閉じ込められるが、周辺部の一部に設けた励振電極により、圧電振動素子が励振された際に生じる電荷が、効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲等の不要モードの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１６】
［適用例３］また本発明に係る圧電振動素子は、前記圧電基板が水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、前記水晶基板は、前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とし且つその中央に位置する励振部と、前記励振部より薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、前記励振部の前記Ｘ軸と平行な２つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の前記Ｚ’軸と平行な他の２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有していることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。
【００１７】
以上のように、Ｚ’軸と平行な２つの側面の厚み方向に段差部を有する励振部と、励振部の周縁に連接された周辺部の一部とに励振電極を設けた圧電振動素子を構成する。振動エネルギーは主として励振部に閉じ込められるが、周辺部の一部に設けた励振電極により、圧電振動素子が励振された際に生じる電荷が、励振電極により効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲等の不要モードの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１８】
［適用例４］また本発明に係る圧電振動素子は、前記圧電基板が水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、前記水晶基板は、前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とし且つその中央に位置する励振部と、前記励振部より薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、前記励振部の前記Ｘ軸と平行な２つの側面、及び前記Ｚ’軸と平行な２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有していることを特徴とする適用例２に記載の圧電振動素子である。
【００１９】
以上のように、Ｘ軸と平行な２つの側面、及び前記Ｚ’軸と平行な２つの側面に夫々厚み方向に段差部を有する励振部と励振部の周縁に連接された周辺部の一部とに励振電極を設けた圧電振動素子を構成する。振動エネルギーは主として励振部に閉じ込められるが、周辺部の一部に設けた励振電極により、圧電振動素子が励振された際に生じる電荷が、励振電極により効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲等の不要モードの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２０】
［適用例５］また本発明に係る圧電振動素子は、前記圧電基板の前記Ｘ軸に平行な方向の寸法をＸとし、前記励振部の厚みをｔとし、前記支持領域の端部と対向する前記励振電極の端部との距離をΔＸとするとき、１４≦Ｘ／ｔ≦１８、且つ、０．０４ｍｍ≦ΔＸ≦０．０６ｍｍの関係を満たすことを特徴とする適用例３又は４に記載の圧電振動素子である。
【００２１】
以上のように、圧電振動素子を構成すれば、ＣＩの低減された圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２２】
［適用例６］また本発明に係る圧電振動素子は、前記圧電基板の前記Ｚ’軸に平行な方向の寸法をＺとし、前記励振部の短辺の寸法をＭｚとし、前記励振部の厚みをｔとするとき、８≦Ｚ／ｔ≦１１、かつ、０．６≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８の関係を満たすことを特徴とする適用例３又は４に記載の圧電振動素子である。
【００２３】
以上のように、圧電振動素子を構成すれば、ＣＩの低減が図れると共に、屈曲振動等の不要振動との結合のない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２４】
［適用例７］本発明に係る圧電振動子は、適用例１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、前記圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子である。
【００２５】
以上のように、圧電振動子を構成すれば、本発明に係る圧電振動素子を備えているので、ＣＩの小さな圧電振動子が得られるという効果がある。
【００２６】
［適用例８］本発明に係る圧電発振器は、適用例１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を駆動する発振回路と、絶縁基板と、を備えたことを特徴とする圧電発振器である。
【００２７】
以上のように、絶縁基板上に本発明に係るＣＩの小さな圧電振動素子と、発振回路とが搭載され、且つ絶縁基板上の空間が密封された圧電発振器が構成されるので、小型化されると共に、発振電流が小さくでき、低消費電力化が図られるという効果がある。
【００２８】
［適用例９］また本発明に係る圧電発振器は、適用例７に記載の圧電振動子と、該圧電振動子を駆動する発振回路と、を備えたことを特徴とする圧電発振器である。
【００２９】
以上のように圧電発振器を構成すれば、本発明に係るＣＩの小さな圧電振動子を備えており、発振周波数が安定であると共に発振回路の電流を小さくできるので、圧電発振器の消費電力を低減することができるという効果がある。
【００３０】
［適用例１０］また本発明に係る圧電発振器は、前記発振回路はＩＣに搭載されていることを特徴とする適用例８又は９に記載の圧電発振器である。
【００３１】
以上のように圧電発振器を構成すれば、発振回路がＩＣ化されていることにより、圧電発振器が小型化されると共に、信頼性も向上するという効果がある。
【００３２】
［適用例１１］本発明に係る電子デバイスは、適用例１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、少なくとも一つ以上の電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイスである。
【００３３】
以上のように、本発明の圧電振動素子と電子部品とで電子デバイスを構成するので、ＣＩの小さな圧電振動素子を有する電子デバイスが構成でき、多方面の用途に利用できるという効果がある。
【００３４】
［適用例１２］また本発明に係る電子デバイスは、適用例１１に記載の電子デバイスにおいて、前記電子部品が、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうちのいずれかであることを特徴とする電子デバイスである。
【００３５】
以上のように、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つの電子部品と、圧電振動素子とを用いて電子デバイスを構成るので、電子機器を構成するに当たって有用なデバイスとなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るメサ型構造の圧電振動素子の構成を示した概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図。
【図２】図１（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図。
【図３】水晶の結晶軸Ｘ、Ｙ、ＺをＸ軸の回りにθ回転してできた新直交軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’軸とＡＴカット水晶基板との関係を示す図。
【図４】メサ型構造の圧電振動素子の構成を示す平面上に、振動変位エネルギーの等しい点を結んでできた等力線を重ね書きした図。
【図５】メサ型構造の圧電振動素子の、電極面積ＳとＣＩとの関係を示す図。
【図６】メサ型構造の圧電振動素子の平面図に励振電極の寸法Ｌｅ、支持領域−励振電極間の寸法ΔＸ等を記入した図。
【図７】メサ型構造の圧電振動素子の、支持領域−励振電極間の寸法ΔＸとＣＩとの関係を示す図。
【図８】ＡＴカット水晶基板の表裏面に耐蝕膜を形成した断面図。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は本実施形態の圧電振動素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１０】（ａ）乃至（ｃ）は本実施形態の圧電振動素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１１】他の実施形態のメサ型構造の圧電振動素子の概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図。
【図１２】図１１（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図。
【図１３】他の実施形態のメサ型構造の圧電振動素子の概略平面図。
【図１４】（ａ）は図１３のＰ１−Ｐ１断面図、（ｂ）は図１３のＱ１−Ｑ１断面図。
【図１５】他の実施形態のメサ型構造の圧電振動素子の概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図。
【図１６】図１５（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図。
【図１７】本実施形態に係る圧電振動子を模式的に示した断面図。
【図１８】（ａ）は電子デバイスの実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は変形例の実施形態を示す断面図。
【図１９】圧電発振器の実施形態を示す断面図。
【図２０】（ａ）は他の実施形態の圧電発振器の断面図であり、（ｂ）は他の実施形態の圧電発振器の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明を図面に示した実施形態に基づいて詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例を含む。なお、以下の実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３８】
１．圧電振動素子
まず、本実施形態に係る圧電振動素子について、図面を参照しながら説明する。図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る圧電振動素子１００の構成を示す概略図である。図１（ａ）は、圧電振動素子１００の平面図であり、図１（ｂ）は、同図（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図ある。図２は、図１（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図である。
本発明の圧電振動素子１００は、中央に位置する多段メサ構造の励振部１４、及び励振部１４の周縁に連設形成された薄肉の周辺部１２を有する圧電基板１０と、励振部１４の両主面上の全域、及び励振部１４に連接する周辺部１２の少なくとも一部に夫々対向配置された導体膜から成る励振電極２０と、各励振電極２０から圧電基板１０の一方の端縁に向かって夫々延びる引出電極２２と、各引出電極２２の端部であり且つ圧電基板１０の２つの角隅部に夫々形成されたパッド２４と、各パッド２４を形成した圧電基板の各角隅部（パッドの領域内）に設けられて圧電基板を支持部材に固定する支持領域２６と、を概略備えている。
励振部１４は圧電基板の中央部を矩形状に両主面方向へ夫々突出させることにより形成した厚肉部であり、周辺部１２は励振部１４の外周側面の少なくとも一部の厚み方向中間部から外径方向へ張出し形成されている。
【００３９】
圧電基板１０は、その中央に位置し主たる振動領域となる励振部１４と、励振部１４より薄肉で励振部１４の周縁に沿って形成された、従たる振動領域となる周辺部１２と、を有している。つまり、振動領域は後述するように、励振部１４と、周辺部１２の一部に跨っている。
平面形状がほぼ矩形である励振部１４の対向する２つの側面（長手方向に沿った両側面）は夫々無段差状の１つの平面であり、励振部１４の他の対向する２つの側面（短辺方向に沿った２つの側面）は夫々厚み方向に段差部を有した構造をしている。各励振電極２０に交番電圧を印加すると、圧電振動素子１００は固有の振動周波数で励振される。
【００４０】
水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図３に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。ＡＴカット水晶基板１０１は、ＸＺ面をＸ軸の回りに角度θだけ回転させた平面に沿って水晶原石から切り出された平板である。ＡＴカット水晶基板１０１の場合は、θは略３５°１５′である。なお、Ｙ軸及びＺ軸もＸ軸の周りにθ回転させて、夫々Ｙ’軸、及びＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板１０１は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板１０１は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸及びＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。このＡＴカット水晶基板１０１を加工して、圧電基板１０を得ることができる。
即ち、圧電基板１０１は、図３に示すようにＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなる。
【００４１】
圧電基板１０は、図１（ａ）に示すように、Ｙ’軸に平行な方向（以下、「Ｙ’軸方向」という）を厚み方向として、Ｘ軸に平行な方向（以下、「Ｘ軸方向」という）を長辺とし、Ｚ’軸に平行な方向（以下、「Ｚ’軸方向」という）を短辺とする矩形の形状を有する。圧電基板１０は、励振部１４と、励振部１４の周縁に沿って形成された周辺部１２と、を有する。ここで、「矩形の形状」とは、文字通りの矩形状と、各角部が面取りされた略矩形をも含むものとする。
周辺部１２は、図１、図２に示すように、励振部１４の周面（側面）の少なくとも一部に形成され、励振部１４より小さい厚み（薄肉）を有する。
【００４２】
図１、図２の実施形態に示すように本例に係る励振部１４は、その全周を周辺部１２に囲まれており、周辺部１２のＹ’軸方向の厚みよりも大きい厚み（厚肉）を有する。即ち、励振部１４は、図１（ｂ）及び図２に示すように、周辺部１２に対してＹ’軸方向に突出している。図示の例では、励振部１４は周辺部１２に対して、＋Ｙ’軸側と−Ｙ’軸側とに突出している。励振部１４は、例えば対称の中心となる点（図示せず）を有し、この中心点に関して点対称となる形状を有することができる。
励振部１４は、図１（ａ）に示すように、Ｘ軸方向を長辺とし、Ｚ’軸方向を短辺とする矩形の形状を有する。即ち、励振部１４はＸ軸に平行な辺を長辺とし、Ｚ’軸に平行な辺を短辺としている。そのため、励振部１４は、Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂと、Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄと、を有する。即ち、Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂの長手方向は、Ｘ軸方向であり、Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄの長手方向は、Ｚ’軸方向である。図示の例では、側面１４ａ、１４ｂのうち、側面１４ａが＋Ｚ’軸側の側面であり、側面１４ｂが−Ｚ’軸側の側面である。また、側面１４ｃ、１４ｄのうち、側面１４ｃが−Ｘ軸側の側面であり、側面１４ｄが＋Ｘ軸側の側面である。
【００４３】
Ｘ軸方向に延びる側面１４ａは、例えば図１（ｂ）に示すように、周辺部１２に対して、＋Ｙ’軸側と＋Ｙ’軸側とに夫々突出して形成されている。このことは側面１４ｂ、１４ｃ、１４ｄについても同様である。Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂの各々は、図１（ｂ）に示すように１つの平面内にある無段差状となっている。即ち、＋Ｙ’軸側の側面１４ａは、１つの平面内であり、−Ｙ’軸側の側面１４ａは、１つの平面内である。同様に、＋Ｙ’軸側の側面１４ｂは、１つの平面内であり、−Ｙ’軸側の側面１４ｂは、１つの平面内である。
なお、本発明に係る記載において、「１つの平面内」とは、励振部１４の側面が平坦な面である場合と、水晶の結晶の異方性の分だけ凹凸を有する場合と、を含む。即ち、フッ酸を含む溶液をエッチング液としてＡＴカット水晶基板を加工すると、励振部１４の側面は水晶結晶のＲ面が露出して、ＸＹ’面と平行な場合と、水晶結晶のｍ面が露出して、水晶の結晶異方性の分だけ凹凸を有する場合とがある。本発明に係る記載では、このような水晶結晶のｍ面による凹凸を有する側面についても「１つの平面内」にあるとしている。便宜上、図１（ａ）及び図２（ａ）では、ｍ面による凹凸は省略している。
【００４４】
Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄの各々は、図２に示すように、段差を有する。励振部１４は、中央に位置する最大厚みを有した第１部分１５と、第１部分１５より小さい厚みを有する第２部分１６と、を有し、側面１４ｃ、１４ｄの段差は、第１部分１５及び第２部分１６の各厚みの差によって形成されている。図示の例では、側面１４ｃ、１４ｄは、第１部分１５のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、第２部分１６のＸＺ’面に平行な面と、第２部分１６のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、によって構成される。
このように励振部１４は、厚みの異なる２種類の部分１５、１６を有しており、圧電振動素子１００は、所謂２段型メサ構造を有していると言える。圧電振動素子１００は、厚みすべり振動を主振動として振動し、励振部１４が２段型メサ構造であることによって、エネルギー閉じ込め効果を有することができる。
【００４５】
本発明に係る圧電振動素子１００の特徴は、図１、図２の実施形態に示すように、励振電極２０が、２段メサ型構造の励振部１４の対向する表裏面と、励振部１４の段差部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの各側面と、段差部１４ａ〜１４ｄの各側面に連接された周辺部１２の少なくとも一部の対向する表裏面とに形成されていることである。このように、周辺部１２の少なくとも一部に励振電極２０を広げることにより、後述するように、励振された際に発生する電荷をより効率的に集めることが可能となり、より性能のよい圧電振動素子にすることができる。つまり、圧電振動素子１００のＣＩを小さくすることが可能となる。
【００４６】
図４は、圧電振動素子１００の平面図上に圧電振動素子１００が励振された際に生じる振動変位エネルギー（振動変位の二乗とその位置の質量との積）が、等しい点を結んでできる等力線分布を一点鎖線で示している。中央に位置する等力線のエネルギーレベルが一番高く、外側に位置する等力線程そのエネルギーレベルは低くなっている。図４に示す圧電振動素子１００の例では、励振部１４がＸ軸方向に長い矩形状をしているので、等力線分布はＸ軸方向の長径が長く、Ｚ’軸方向の短径が短い楕円形状となる。振動変位の大きさは励振部１４の中心部で最大で、中心部から離間するにつれて小さくなる。即ち、励振電極２０上ではＸ軸方向、Ｚ’軸方向ともほぼ余弦上に分布し、励振電極２０のない圧電基板上では指数関数的に減衰する。振動領域は、励振部１４と、励振部１４に連接する周辺部１２に楕円形状に広がっているので、励振部１４上にのみ励振電極を設けた構成の圧電振動素子では、圧電基板１０に励起される電荷を十分に集められない（ピックアップできない）。励振部１４に連接する周辺部１２の少なくとも一部に励振電極２０を配置し、圧電基板１０に励起される電荷を集めるように構成した圧電振動素子１００の方が、圧電振動素子としての性能がよい。
【００４７】
圧電振動子の性能は、一般的に電気機械結合係数ｋ２で評価される。つまり、電気機械結合係数ｋ２が大きい程、電気−機械の変換効率がよい。容量比γはｋ２に反比例するので、性能が良い程、容量比γが小さくなる。ここで、容量比γは静電容量Ｃ０と直列共振容量Ｃ１との比Ｃ０／Ｃ１で表わされる。また、圧電振動子の性能評価指標としてＱ／γも用いられる。
一方、発生する電荷は歪Ｓｔに比例する。歪Ｓｔは振動変位を座標位置で微分したものである。つまり、発生する電荷は、圧電基板１０の振動変位に応じて変化する。励振電極２０における振動変位は、励振電極２０の中心で頂点となる余弦状である。つまり、励振電極２０の端部では振動変位は、中心部に比べて小さくなる。励振電極２０を必要以上に大きくしても、効率よく電荷を集めることはできない。
【００４８】
図５は、１６１２サイズ（１．６ｍｍ×１．２ｍｍ）のパッケージに収容する圧電基板として、Ｘ軸方向の寸法Ｘが１１００μｍ、厚さｔが６５μｍのメサ型構造のＡＴカット水晶基板を用い、励振電極の面積Ｓを変化させたときのＣＩを測定した図である。この実験によると、面積Ｓが小さいと水晶振動子のＣＩは大きく、面積Ｓが大きくなるに応じてＣＩが小さくなり、更に面積Ｓを大きくするとＣＩが大きくなることが分かった。つまり、水晶基板の寸法を決めるとＣＩを最小にする電極面積Ｓが存在することが実験的に分かった。
更に、水晶基板１０のＸ軸方向の寸法と、励振電極２０の寸法との関係を調べるべく、実験を重ねた。図６は、図１（ａ）に示した圧電振動素子１００の平面図に各部の寸法を記入し、励振電極２０は斜線を付して示している。つまり、励振電極２０は、励振部１４と、励振部２０に連接する周辺部１２の一部とに跨って配置されている。水晶基板１０のＸ軸方向寸法をＸとし、励振電極２０のＸ軸方向寸法をＬｅとする。図６の例では、励振電極２０は、励振部１４の全域と、周辺部１２の一部とに跨っている。水晶基板１０の各パッド２４内に設けた支持領域２６（水晶基板１０を、導電性接着剤等を用いて支持部材に固定する領域）の大きさをＡｄとし、支持領域２６の水晶基板１０の中央寄り端部と、支持領域２６と対向する励振電極２０の端部２０ｂとの距離をΔＸとする。
【００４９】
図７は、距離ΔＸとメサ型構造の水晶振動子のＣＩとの関係を示す図である。距離ΔＸが小さいとＣＩは大きく、距離ΔＸを大きくするに応じてＣＩは小さくなり、更に距離ΔＸを大きくしていくとＣＩは大きくなる。
図７は、距離ΔＸと圧電振動素子１００のＣＩとの関係を示すΔＸ−ＣＩ曲線である。ΔＸ−ＣＩ曲線は、２つの性質の異なるメカニズムを示す曲線、つまり単調に減少する曲線Ａと、単調に増大する曲線Ｂとから構成されていると推測した。曲線Ａで表わされるＣＩは、距離ΔＸの増加と応じて減少している。このメカニズムは、次のように考えられる。励振電極２０上の振動変位分布はほぼ余弦状であり、励振電極２０のない周辺部１２の振動変位は、励振電極２０の端部２０ｂからの距離を変数とし指数関数的に減少する。支持領域２６は、この領域に導電性接着剤等を塗布し、水晶基板１０をパッケージ等の支持部材に固定する部位である。励振電極２０の端部２０ｂから急激に減少しつつある振動変位エネルギーは、支持領域２６まで到達し、支持領域２６に塗布された接着剤に吸収され漏洩し、消散する。つまり、距離ΔＸが大きい程、支持領域２６の端部（図面の右端）に到達する振動エネルギーは小さく、漏洩するエネルギーも小さくなる。その結果、水晶振動子のＱ値が大きく、ＣＩが小さくなる。
これと逆に、距離ΔＸが小さいと、支持領域２６の端部（図面の右端）に到達する振動エネルギーは大きく、漏洩するエネルギーが大きくなって、Ｑ値が小さくなる。このため、ＣＩが大きくなる。ＣＩは、距離ΔＸの増大に応じて単調に減少する曲線Ａとなる。
【００５０】
一方、曲線Ｂについては次のように考えられる。内部損失のみで決まる水晶振動子のＱ値は、周波数ｆに反比例して減少することは、よく知られている。周波数の範囲がそれ程大きくない場合、Ｘ軸方向の寸法が１．１ｍｍ程度の水晶基板１０では、形状寸法を決めると、励振電極の寸法を大幅に変化させない限り、Ｑ値はほぼ一定な値と考えられる。また、水晶振動子の等価直列インダクタンス（モーショナルインダクタンス）Ｌ１は、水晶基板の厚さｔの三乗に比例し、電極面積に反比例することも周知のことである。
励振電極１０を、図６に示すように、中心線Ｃｎに対し、対称に配置するものとする。ここで、水晶基板１０を固定する接着剤の影響が無視できる程度に、理想的に支持・固定された場合について考える。距離ΔＸが小さい程、つまり励振電極２０の寸法Ｌｅが大きい程、水晶基板１０に励起される電荷を集められる。振動変位は、励振部１４の中央を頂点として余弦状に分布するので、励振電極２０の端部での電荷収集効率は、悪くなる。従って、励振電極２０は大きければよいというものではない。
励振電極２０の大きさに応じて決まる等価直列容量Ｃ１と、励振電極２０の大きさに比例して決まる静電容量Ｃ０と、の比Ｃ０／Ｃ１である容量比γは、最適な励振電極２０の大きさがある。等価直列インダクタンスＬ１と等価直列容量Ｃ１とは、ω０２＝１／（Ｌ１・Ｃ１）の関係にあるので、励振電極２０の寸法Ｌｅを大きくすると直列インダクタンスＬ１は小さく成る。Ｑ値をほぼ一定とすると、水晶振動子のＣＩは小さくなる。即ち、励振電極２０を大きく（寸法Ｌｅを大きくする）すると、つまりΔＸを小さくすると、ＣＩは小さくなる。
【００５１】
しかし、振動変位は周辺部１２の周縁では小さくなるので、その部位で励起される電荷は小さく、そこに電極を設けても効率的ではない。また、支持・固定部からの漏洩も考慮する必要がある。距離ΔＸ大きくしていくと、励振電極２０の寸法Ｌｅは小さくなってくるが、水晶基板１０に励起される電荷を最も効率的に集める励振電極２０の寸法Ｌｅがある。つまり、容量比γを最小にする寸法Ｌｅがある。更に、距離ΔＸ大きくしていくと、寸法Ｌｅが小さくなり、直列インダクタンスＬ１が大きくなる。Ｑ値をほぼ一定であるとすると、ＣＩが大きくなることに相当する。従って、図７の曲線Ｂの単調増大曲線で示すように、距離ΔＸの増加に応じてＣＩが大きくなることは説明できる。
つまり、水晶基板１０の寸法を決めた場合に、水晶振動子のＣＩに着目すると、支持領域２６からの距離ΔＸには、ＣＩを小さくする範囲があることになる。図７からは、ＣＩを６８Ωとすると、ΔＸの範囲は、０．０４ｍｍ≦ΔＸ≦０．０６ｍｍである。このΔＸの範囲は、Ｘ辺比Ｘ／ｔとして、１４≦Ｘ／ｔ≦１８の範囲で実験したが、同様の結果を得た。
【００５２】
また、メサ型構造の圧電振動素子１００として、圧電基板１０のＺ’軸方向の寸法（短辺の寸法）をＺとし、励振部１４の短辺の寸法をＭｚとし、励振部１４の厚み（励振部１４の第１部分１５の厚み）をｔとすると、下記式（１）の関係を満たすことが好ましい。
８≦Ｚ／ｔ≦１１、且つ０．６≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８ （１）
これにより、厚みすべり振動と輪郭振動等の不要モードとの結合を抑圧することができ、ＣＩの低減と周波数温度特性の改善を図ることができる。（詳細は後述）。このような厚みすべり振動と輪郭振動との結合は、一般的に圧電基板の面積が小さいほど抑圧するのが難しい。そのため、例えば圧電基板１０のＸ軸方向の寸法（長辺の寸法）をＸとした場合に、下記式（２）の関係を満たすような小型の圧電振動素子１００において、上記式（１）の関係を同時に満たすように設計すると、より顕著に厚みすべり振動と輪郭振動との結合を抑圧することができる。
Ｘ／ｔ≦１８ （２）
励振電極２０は、励振部１４と、励振部１４に連接する周辺部１２の少なくとも一部に形成されている。図１（ｂ）及び図２の実施形態例では、励振電極２０は励振部１４の表裏と、励振部１４に連接する周辺部１２の表裏の一部に挟んで形成されている。励振電極２０は、圧電基板１０の振動領域を励振するように作用する。
【００５３】
本実施形態に係る圧電振動素子１００は、例えば以下の特徴的な効果を発揮する。
図１、２の実施形態例に示すように、一方向（Ｚ’軸方向）に沿って厚み方向に段差部を有するメサ型構造の励振部１４と、励振部１４の周縁に連接された周辺部１２の少なくとも一部とに励振電極２０を設けた圧電振動素子１００を構成する。振動エネルギーは主として励振部１４に閉じ込められるが、周辺部１２の一部に設けた励振電極２０により、圧電振動素子が励振された際に生じる電荷が効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られると共に、周波数温度特性が優れ、厚みすべり振動とＺ’軸方向の輪郭振動との結合を抑制された圧電振動素子１００が得られるという効果がある。
【００５４】
また、図６、図７に示したように、Ｘ辺比Ｘ／ｔの範囲が１４≦Ｘ／ｔ≦１８である圧電振動子１００に対しては、支持領域２６の端部と対向する励振電極２０の端部２０ｂとの距離をΔＸとするとき、０．０４ｍｍ≦ΔＸ≦０．０６ｍｍの関係を満たすように、圧電振動素子１００を構成することにより、圧電振動素子１００のＣＩを小さくすることができるという効果がある。
また、圧電振動素子１００によれば、上述の通り、圧電基板１０の短辺寸法Ｚ、励振部１４の短辺寸法Ｍｚ、及び励振部１４の第１部分１５の厚みｔを式（１）の関係を満たすように設定することにより、厚みすべり振動とＺ’軸方向の輪郭振動との結合を抑制され、ＣＩの小さな圧電振動素子１００が得られるという効果がある。
【００５５】
２．圧電振動素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電振動素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図７乃至図９は、本実施形態に係る圧電振動素子１００の製造工程を模式的に示す図である。なお、図５乃至図９は、図２に対応している。つまり、Ｚ’軸方向から見た断面図を示している。
図８に示すように、ＡＴカット水晶基板１０１の表裏主面（ＸＺ’平面に平行な面）に耐蝕膜３０を形成する。耐蝕膜３０は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などによりクロム及び金をこの順で積層した後、このクロム及び金をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によって行われる。耐蝕膜３０は、ＡＴカット水晶基板１０１を加工する際に、エッチング液となるフッ酸を含む溶液に対して耐蝕性を有する。
【００５６】
図９（ａ）に示すように、耐蝕膜３０上にポジ型のフォトレジスト膜を塗布した後、このフォトレジスト膜を露光及び現像して、所定の形状を有するレジスト膜４０を形成する。レジスト膜４０は、耐蝕膜３０の一部を覆うように形成される。
次に、図９（ｂ）に示すように、マスクＭを用いて再度レジスト膜４０の一部を露光して、感光部４２を形成する。即ち、マスクＭをＹ’軸方向から見てレジスト膜４０の外縁の内側に配置して露光を行う。
次に、図９（ｃ）に示すように、耐蝕膜３０をマスクとしてＡＴカット水晶基板１０１をエッチングする。エッチングは、例えば、フッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液をエッチング液として行われる。これにより、圧電基板１０の外形（Ｙ’軸方向から見たときの形状）が形成される。
【００５７】
次に、図１０（ａ）に示すように、レジスト膜４０をマスクとして、所定のエッチング液で耐蝕膜３０をエッチングした後、さらに、上述の混合液をエッチング液として、ＡＴカット水晶基板１０１を所定の深さまでハーフエッチングすると、励振部１４の外形が形成される。
次に、図１０（ｂ）に示すように、レジスト膜４０の感光部４２を現像して除去する。これにより、耐蝕膜３０の一部が露出する。なお、感光部４２を現像する前に、例えば、真空又は減圧雰囲気下で放電により形成された酸素プラズマによって、レジスト膜４０の表面に形成された変質層（図示せず）をアッシングする。これにより、確実に感光部４２を現像して除去することができる。
次に、図１０（ｃ）に示すように、レジスト膜４０をマスクとして、所定のエッチング液で耐蝕膜３０の露出部分をエッチング除去した後、さらに、上述の混合液をエッチング液としてＡＴカット水晶基板１０１を所定の深さまでハーフエッチングする。これにより、Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄの各々に段差を形成することができる。また、図示しないが、Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂの各々に段差を形成することができる。
【００５８】
以上の工程により、周辺部１２及び励振部１４を有する圧電基板１０を形成することができる。
レジスト膜４０及び耐蝕膜３０を除去した後、例えばスパッタ法や真空蒸着法などにより、クロム及び金をこの順で積層した後、このクロム及び金をパターニングすることによって、圧電基板１０に励振電極２０、引出電極２２、及びパッド２４が形成される。つまり、図１、図２の実施の形態に示すように、励振電極２０は、励振部１４の全域と、励振部１４に連接する周辺部１２の一部の領域とに設けられた圧電振動素子が形成される。
【００５９】
以上の工程により、本実施形態に係る圧電振動素子１００を製造することができる。
圧電振動素子１００の製造方法によれば、励振部１４の外形を形成するために用いたレジスト膜４０を現像して感光部を除去した後、再度レジスト膜４０を用いてＡＴ水晶基板１０１をエッチングして励振部１４を形成することができる。そのため、精度よく２段型メサ構造の励振部１４を形成することができる。
例えば、励振部１４を形成するために２回のレジスト膜を塗布する場合（例えば、第１レジスト膜を用いて励振部の外形を形成した後、第１のレジスト膜を剥離し、新たに第２レジスト膜を塗布して励振部の側面を露出する場合）は、第１のレジスト膜と第２のレジスト膜との間で合わせずれが生じ、励振部１４を精度よく形成できないことがある。圧電振動素子１００の製造方法では、このような問題を解決することができる。
【００６０】
３．圧電振動素子の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る圧電振動素子について、図面を参照しながら説明する。図１１（ａ）は、本実施形態の変形例に係る圧電振動素子１１０を模式的に示す平面図である。図１１（ｂ）は、（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図である。図１２は、図１１（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図である。以下、本実施形態の変形例に係る圧電振動素子１１０において、本実施形態に係る１００の構成部材と同様な構造、機能を有する部材については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６１】
本発明に係る圧電振動素子１１０は、中央に位置する多段メサ構造の励振部１４、及び励振部１４の周縁に連設形成された薄肉の周辺部１２を有する圧電基板１０と、励振部１４の両主面上に夫々対向配置された励振電極２０と、各励振電極２０から圧電基板１０の端部に向かって延びる引出電極２２と、引出電極２２の端部であり且つ圧電基板１０の２つの角隅部に夫々形成されたパッド２４と、を概略備えている。
励振部１４は、圧電基板の略中央部を両主面方向へ突出させた厚肉部であり、周辺部１２は、励振部１４の外周側面の少なくとも一部の厚み方向中間部から外径方向へ張出し形成されている。本例に係る周辺部１２は、励振部１４の全外周側面から鍔状に張出し形成されている。
【００６２】
圧電基板１０は、その中央に位置し主たる振動領域となる励振部１４と、励振部１４より薄肉で励振部１４の全周縁に沿って鍔状に形成された周辺部１２と、を有している。平面形状がほぼ矩形である励振部１４の全ての側面は夫々厚み方向に段差部を有した構造をしている。即ち、図１１（ｂ）、図１２に示すように、圧電基板１０は、側面から見て全ての側面が階段状をした励振部１４と、励振部１４の厚さの中央部の周囲に連接された周辺部１２と、を有した圧電基板である。
図１１、図１２に示すように、本実施形態例に係る励振部１４は、全ての側面が段差状であって、その全周を周辺部１２に囲まれており、周辺部１２のＹ’軸方向の厚みよりも大きい厚み（厚肉）を有する。即ち、励振部１４は、図１１（ｂ）及び図１２に示すように、周辺部１２に対してＹ’軸方向両方向に突出している。図示の例では、励振部１４は周辺部１２に対して、＋Ｙ’軸側と−Ｙ’軸側とに突出している。また、励振部１４は、例えば対称の中心となる点（図示せず）を有し、この中心点に関して点対称（平面的、立体的に点対称）となる形状を有することができる。
【００６３】
励振部１４は、図１１（ａ）に示すように、Ｘ軸方向を長辺とし、Ｚ’軸方向を短辺とする矩形の形状を有する。即ち、励振部１４はＸ軸に平行な辺を長辺とし、Ｚ’軸に平行な辺を短辺としている。そのため、励振部１４は、Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂと、Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄと、を有する。即ち、Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂの長手方向は、Ｘ軸方向であり、Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄの長手方向は、Ｚ’軸方向である。図示の例では、側面１４ａ、１４ｂのうち、側面１４ａが＋Ｚ’軸側の側面であり、側面１４ｂが−Ｚ’軸側の側面である。また、側面１４ｃ、１４ｄのうち、側面１４ｃが−Ｘ軸側の側面であり、側面１４ｄが＋Ｘ軸側の側面である。
図１１及び図１２に示すように、励振部１４は、最も厚い第１部分１５と、第１部分１５より小さい厚みを有する第２部分１６と、を有する。第１部分１５は、図１１に示すように、Ｘ軸に平行な方向を長辺とし、Ｚ’軸に平行な方向を短辺とする矩形の形状を有する。第２部分１６は、第１部分１５の周囲に形成されている。
【００６４】
励振部１４の側面１４ａ、１４ｂの段差は、第１部分１５及び第２部分１６の各厚みの差によって形成されている。図示の例では、側面１４ａ、１４ｂは、第１部分１５のＸＹ’平面に平行な面と、第２部分１６のＸＺ’面に平行な面と、第２部分１６のＸＹ’平面に平行な面と、によって構成される。同様に、励振部１４の側面１４ｃ、１４ｄの段差は、第１部分１５及び第２部分１６の各厚みの差によって形成され、第１部分１５のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、第２部分１６のＸＺ’面に平行な面と、第２部分１６のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、によって構成される。
このように励振部１４は、厚みの異なる２種類の部分１５、１６を有しており、圧電振動素子１００は、２段型のメサ構造を有していると言える。励振部１４は、厚みすべり振動を主振動として振動することができる。
図１１、図１２の実施形態例のように、Ｘ軸と平行な２つの側面、及び前記Ｚ’軸と平行な２つの側面に夫々厚み方向に段差部を有する励振部１４と励振部１４の周縁に連接された周辺部１２の少なくとも一部とに励振電極２０を設けた圧電振動素子１１０を構成する。振動エネルギーは、主として励振部１４に振動エネルギーが閉じ込められるが、周辺部１２の一部に設けた励振電極２０により、圧電振動素子１１０が励振された際に生じる電荷が効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲等の不要モードの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００６５】
図１３は、本実施形態の他の変形例に係る圧電振動素子１２０を模式的に示す平面図である。図１４（ｂ）は、図１３のＰ１−Ｐ１断面図であり、図１４（ｂ）は、図１３のＱ１−Ｑ１断面図である。
圧電振動素子１２０では、３段のメサ構造を有する。即ち、圧電振動素子１２０の励振部１４は、第１部分１５、第２部分１６に加え、第２部分１６より厚みの小さい第３部分１７を有する。第３部分１７は、第１部分１５、及び第２部分１６をＸ軸方向から挟むように形成されている。
Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄの段差は、図１４（ｂ）に示すように、第１部分１５、第２部分１６、及び第３部分１７の厚みの差によって形成されている。図示の例では、側面１４ｃ、１４ｄは、第１部分１５のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、第２部分１６のＸＺ’平面に平行な面と、第２部分１６のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、第３部分１７のＸＺ’平面に平行な面と、第３部分１７のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、によって構成されている。
【００６６】
また、第１部分１５、第２部分１６、及び第３部分１７から成る励振部１４は、第３部分１７の周縁に沿って、第３部分１７の厚みより薄い周辺部１２が形成されている。励振部１４及び周辺部１２の一部に表裏対向して形成された励振電極２０、各励振電極２０からの引出電極２２、及び各引出電極２２の終端である２つのパッド２４も、圧電振動素子１００と同様に形成されている。圧電振動素子２００は、圧電振動素子１００の製造方法を適用して製造することができる。圧電振動素子１２０によれば、２段型のメサ構造を有する圧電振動素子１００に比べて、エネルギー閉じ込め効果をより高めることができる。更に、主として励振部１４に振動エネルギーが閉じ込められると共に、本発明の励振電極２０により、圧電振動素子１２０が励振された際に生じる電荷が励振電極により効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲振動等の不要モードとの結合の少ない圧電振動素子１２０が得られるという効果がある。
【００６７】
図１５（ａ）は、本実施形態の他の変形例に係る圧電振動素子１３０を模式的に示す平面図であり、図１５（ｂ）は、（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図である。図１６は、図１５（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図である。
圧電振動素子１３０では、３段のメサ構造を有する圧電振動素子である。即ち、圧電振動素子１３０の励振部１４は、第１部分１５、第２部分１６に加え、第２部分１６より厚みの小さい第３部分１７を有する。第３部分１７は、第２部分１６の周縁を囲むように形成されている。励振部１４は、その周縁、即ち第３部分１７の側面の厚み方向中央部周縁に、周辺部１２が一体的に連接されている。励振部１４の両主面上と周辺部１２の一部に表裏対向して形成された励振電極２０、各励振電極２０からの引出電極２２、及び各引出電極２２の終端である２つのパッド２４も、圧電振動素子１００と同様に形成されている。
圧電振動素子１３０は、圧電振動素子１００の製造方法を適用して製造することができる。圧電振動素子１３０によれば、２段型のメサ構造を有する圧電振動素子１１０に比べて、エネルギー閉じ込め効果をより高めることができる。主として励振部１４に振動エネルギーが閉じ込められると共に、本発明の励振電極２０により、圧電振動素子１２０が励振された際に生じる電荷が励振電極により効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲振動等の不要モードとの結合の少ない圧電振動素子１２０が得られるという効果がある。
なお、上述の例では、３段型のメサ構造を有する圧電振動素子１２０、１３０について説明したが、本願に係る発明は多段型のメサ構造において、メサ構造の段数（段差の数）は特に限定されない。
【００６８】
４．圧電振動子
次に、本実施形態に係る圧電振動子について、図面を参照しながら説明する。図１７は、本実施形態に係る圧電振動子２００を模式的に示す断面図である。
図１７は、圧電振動子２００の構成を示す長手方向（Ｘ軸方向）の断面図であり、図２に示した圧電振動素子１００の断面図と同様な位置における断面図である。圧電振動子２００は、図１７に示すように、本発明に係る圧電振動素子（図示の例では圧電振動素子１００であるが、圧電振動素子１１０、１２０、１３０でも同様である）と、パッケージ５０と、を含む。
【００６９】
パッケージ５０は、キャビティー５２内に圧電振動素子１００を収容することができる。パッケージ５０の材質としては、例えば、セラミック、ガラス等が挙げられる。キャビティー５２は、圧電振動素子１００が動作するための空間となる。キャビティー５２は密閉され、減圧空間や不活性ガス雰囲気とされる。
圧電振動素子１００は、パッケージ５０のキャビティー５２内に収容されている。図示の例では、圧電振動素子１００は、支持領域２６内に正確に導電性接着剤６０を塗布し、片持ち梁状にキャビティー５２内に固定されている。導電性接着剤６０としては、例えば、半田、銀ペースト等を用いることができる。
図１７の実施形態に示すように、圧電振動子２００によれば、本発明に係る圧電振動素子１００を有するので、屈曲振動等の不要振動との結合がなく、且つＣＩの小さい圧電振動子２００が得られるという効果がある。
【００７０】
５．電子デバイスと圧電発振器
次に、本実施形態に係る電子デバイスと圧電発振器について、図面を参照しながら説明する。
図１８（ａ）は、本発明の電子デバイス４００に係る実施形態の一例の断面図である。電子デバイス４００は、本発明の圧電振動素子１００（図２１（ａ）では圧電振動素子１００を示したが、本発明の他の圧電振動素子であってもよい）と、感温素子であるサーミスタ５８と、圧電振動素子１００及びサーミスタ５８を収容するパッケージ５０と、を概略備えている。パッケージ５０は、パッケージ本体５０ａと、蓋部材５０ｃとを備えている。パッケージ本体５０ａは、上面側に圧電振動素子１００を収容するキャビティー５２が形成され、下面側にサーミスタ５８を収容する凹部５４ａが形成されている。キャビティー５２の内底面の端部に複数の素子搭載用パッド５５ａが設けられ、各素子搭載用パッド５５ａは内部導体５７で複数の実装端子５３と導通接続されている。素子搭載用パッド５５ａに圧電振動素子１００を載置し、各パッド２４と各素子搭載用パッド５５ａとを、導電性接着剤６０を介して電気的に接続し、固定する。パッケージ本体５０ａの上部には、コバール等からなるシールリングリング５０ｂが焼成されており、このシールリングリング５０ｂに蓋部材５０ｃを載置し、抵抗溶接機を用いて溶接し、キャビティー５２を気密封止する。キャビティー５２内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。
一方、パッケージ本体５０ａの下面側中央には凹部５４ａが形成され、凹部５４ａの上面には電子部品搭載用パッド５５ｂが焼成されている。サーミスタ５８は、電子部品搭載用パッド５５ｂに半田等を用いて搭載される。電子部品搭載用パッド５５ｂは、内部導体５７で複数の実装端子５３と導通接続されている。
【００７１】
図１８（ｂ）は、同図（ａ）の変形例の電子デバイス４１０であって、電子デバイス４００と異なる点は、パッケージ本体５０ａのキャビティー５２底面に凹部５４ｂが形成され、この凹部５４ｂの底面に焼成された電子部品搭載パッド５５ｂに、金属バンプ等を介してサーミスタ５８が接続されている構成である。電子部品搭載パッド５５ｂは実装端子５３と導通されている。つまり、圧電振動素子１００と感温素子のサーミスタ５８とが、キャビティー５２内に収容され、気密封止されている。
以上では、圧電振動素子１００とサーミスタ５８とをパッケージ５０に収容した例を説明したが、パッケージ５０収容する電子部品としては、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つを収容した電子デバイスを構成することが望ましい。
【００７２】
図１８（ａ）、（ｂ）に示す実施形態例は、圧電振動素子１００とサーミスタ５８とをパッケージ５０に収容した例である。このように構成すると、感温素子のサーミスタ５８が圧電振動素子１００の極めて近くに位置しているので、圧電振動素子１００の温度変化を素早く感知することができるという効果がある。また、本発明の圧電振動素子と上記の電子部品とで電子デバイスを構成することにより、ＣＩの小さな圧電振動素子を有する電子デバイスが構成できるので、多方面の用途に利用できるという効果がある。
【００７３】
本発明に係る圧電振動素子を使用した圧電振動子のパッケージに対して、圧電振動子を駆動し、増幅する発振回路を搭載したＩＣ部品を組み付けることにより、圧電発振器を構築することができる。
図１９は、本発明の圧電発振器５００に係る実施形態の一例の断面図である。圧電発振器５００は、本発明の圧電振動素子１００（図１９では圧電振動素子１００を示したが、本発明の他の圧電振動素子であってもよい）と、単層の絶縁基板７０と、圧電振動素子１００を駆動するＩＣ（半導体素子）８８と、圧電振動素子１００及びＩＣ８８を含む絶縁基板７０の表面空間を気密封止する凸状の蓋部材８０と、を概略備えている。絶縁基板７０は、表面に圧電振動素子１００及びＩＣ８８を搭載するための複数の素子搭載パッド７４ａ、電子部品搭載パッド７４ｂを有すると共に、裏面に外部回路との接続用の実装端子７６を備えている。素子搭載パッド７４ａ及び電子部品搭載パッド７４ｂと実装端子７６とは、絶縁基板７０を貫通する導体７８により導通されている。更に、絶縁基板７０表面に形成された導体配線（図示せず）により、素子搭載パッド７４ａと電子部品搭載パッド７４ｂとは導通が図られている。金属バンプ等を用いてＩＣ８８を電子部品搭載パッド７４ｂに搭載した後、素子搭載パッド７４ａに導電性接着剤６０を塗布し、その上に圧電振動素子１００のパッド２４を載置し、恒温槽内で硬化させて導通・固定を図る。凸状の蓋部材８０と絶縁基板７０とは、絶縁基板７０の上面周縁に塗布した低融点ガラス８５によって密封される。このとき、封止工程を真空中で行うことにより内部を真空にすることができる。
【００７４】
図２０（ａ）は、本発明の他の実施形態の圧電発振器５１０の断面図である。圧電発振器５１０は、本発明の圧電振動素子１００と、パッケージ本体９０と、圧電振動素子１００を駆動するＩＣ８８と、圧電振動素子１００を気密封止する蓋部材９０ｃと、を概略備えている。パッケージ本体９０は、圧電振動素子１００を収容するキャビティー５２を有する上部９０ａと、ＩＣ８８を収容する凹部９０ｄを有する下部９０ｂとから成る、所謂Ｈ型構造のパッケージ本体である。圧電振動素子１００は、キャビティー５２底部の端部に形成された素子搭載パッド７４ａに、導電性接着剤６０を塗布し、この上に載置し、熱硬化することにより導通・固定される。ＩＣ８８は、パッケージ本体９０の下面側の凹部９０ｄの上面に形成された電子部品搭載パッド７４ｂに、金属バンプ７９により接続・固定される。素子搭載パッド７４ａ及び電子部品搭載パッド７４ｂは、内部導体７８により導通接続されている。パッケージ本体９０の上部に焼成されたシールリング（図示せず）に蓋部材９０ｃを載置し、抵抗溶接機等を用いて溶接し、気密封止する。キャビティー５２内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。
【００７５】
図２０（ｂ）は、本発明の他の実施形態の圧電発振器５２０の断面図である。圧電発振器５２０は、本発明の圧電振動子３００と、パッケージ本体９０と、圧電振動子３００を駆動するＩＣ８８と、圧電振動子３００気密封止する蓋部材９０ｃと、を概略備えている。パッケージ本体９０は、圧電振動子３００を収容するキャビティー５２を有する上部９０ａと、ＩＣを収容する凹部９０ｄを有する下部９０ｂとから成る、所謂Ｈ型構造のパッケージ本体である。圧電振動子３００は、キャビティー５２底部の両端部に形成された素子搭載パッド７４ａに載置され、半田又は金属バンプ等により接続固定される。ＩＣ８８は、パッケージ本体９０の下面側の凹部９０ｄの上面に形成された素子搭載パッド７４ｂに、金属バンプ７９により接続・固定される。素子搭載パッド７４ａ及び電子部品搭載パッド７４ｂは、内部導体７８により導通されている。パッケージ本体９０の上部に焼成されたシールリング（図示せず）に蓋部材９０ｃを載置し、抵抗溶接機を用いて溶接する。圧電振動素子は二重に気密封止されている。
ＩＣ８８は、圧電振動子３００を駆動する発振回路と、圧電振動子３００の周囲の温度を感知する感温素子と、圧電振動子３００の周波数温度特性を補償する補償回路と、電圧可変容量素子等を含むことができる。
【００７６】
図１９の実施形態の圧電発振器５００は、パッケージ内に本発明に係るＣＩが小さな圧電振動素子１００と、ＩＣ（発振回路を含む）８８とを備えており、圧電発振器が小型化されると共に、発振回路の発振電流を小さくできるので、低消費電力化が図れるという効果がある。
図２０（ａ）の実施形態の圧電発振器５１０は、パッケージ内に本発明に係るＣＩが小さな圧電振動素子１００と、ＩＣ（発振回路を含む）８８とを備えており、圧電発振器低消費電力化が図れるという効果がある。更に、ＩＣ８８を外部より調整可能することができるため、より周波数温度特性が優れ、多機能の圧電発振器を構成できるという効果がある。
図２０（ｂ）の実施形態の圧電発振器５２０は、パッケージに収容した圧電振動子３００を用いているので、エージング等の周波数安定度が優れ、多機能で信頼性のある圧電発振器を構成できるという効果がある。
【００７７】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
なお、上述した圧電発振器等の電子デバイスにおいては、圧電振動子に半導体素子（ＩＣ）に代表される電子部品を備えた構成として説明したが、少なくとも一以上の電子部品を備えることが好適である。そして前記電子部品としては、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子等を適用することができ、圧電振動片を発振源として用いた電子デバイスを構築することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０…圧電基板、１１…突起部、１１ａ、１１ｂ…突起部分、１２…周辺部、１４…励振部、１４ａ、１４ｂ…Ｘ軸方向に延びる側面、１４ｃ、１４ｄ…Ｚ’軸方向に延びる側面、１５…第１部分、１６…第２部分、１７…第３部分、２０…励振電極、２２…引出電極、２４…パッド、２６…支持領域、３０…耐蝕膜、４０…レジスト膜、４２…感光部、５０…パッケージ、５０ａ、９０…パッケージ本体、５０ｂ…シールリングリング、５０ｃ、８０、９０ｃ…蓋部材、５２…キャビティー、５３…実装端子、５４ａ、５４ｂ、９０ｄ…凹部、５５ａ、７４ａ…素子搭載用パッド、５５ｂ、７４ｂ…電子部品搭載用パッド、５７…内部導体、５８…サーミスタ、６０…導電性接着剤、７０…絶縁基板、７６…実装端子、７８…導体、７９金…属バンプ、８５…低融点ガラス、８８…ＩＣ（半導体素子）、１００、１１０、１２０、１３０…圧電振動素子、１０１…ＡＴカット水晶基板、２００…圧電振動子、４００、４１０…電子デバイス、５００、５１０、５２０…圧電発振器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚み振動モードの圧電振動子に関し、特に所謂メサ型構造を有する圧電振動素子、圧電振動子、圧電発振器及び電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカット水晶振動子は、その振動モードが厚みすべり振動であり、小型化、高周波数化に適し、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、電子機器等の多方面で使用されている。
特許文献１には、ベベル構造やコンベックス構造と同等に、エネルギー閉じ込め効果を発揮する、所謂、メサ型構造の圧電振動子が開示され、外形及びメサ型構造が共に円形である圧電基板も開示されている。
特許文献２には、圧電基板の外形及びメサ型構造が共に円形の圧電基板に加え、外形が短冊状のメサ型構造の圧電基板が開示されている。
【０００３】
電子機器が小型化されるにつれ、辺比（厚さに対する長辺又は短辺の比）の小さな振動子が要求されるようになってきた。辺比の小さな振動子は主振動に輪郭振動が結合し易く、主振動の電気的特性を劣化させる。
特許文献３には、ＡＴカット水晶振動子をメサ型構造で形成し、メサ部と薄肉部との境界部において、境界部の側壁が主面に対して９０°であると、励振電極から延出された引き出し電極（リード電極）が断線する虞があるという問題に対処するために成されたものであって、境界部の側壁を傾斜、又は曲面とすることによりリード電極の断線が防止できると開示されている。また、振動部分の表面の粗さを平均粗さで０．２ミクロンと小さな表面粗さとすることにより、ＣＩ値が低下し、副振動が抑圧されると開示されている。
また、特許文献４には、ＡＴカット水晶振動子をメサ型構造で形成し、メサ部の側壁を、６３°、３５°と傾斜させて、厚みすべり振動と屈曲振動との結合を抑圧した水晶振動子が開示されている。
【０００４】
特許文献５には、水晶振動素子の周波数をｆ、水晶基板の長辺（Ｘ軸）の長さをＸ、メサ部（振動部）の厚みをｔ、メサ部の長辺の長さをＭｘ、励振電極の長辺の長さをＥｘ、水晶基板の長辺方向に生じる屈曲振動の波長をλとするとき、以下の４つの式
λ／２＝（１．３３２／ｆ）−０．００２４ （１）
（Ｍｘ−Ｅｘ）／２＝λ／２ （２）
Ｍｘ／２＝（ｎ／２＋１／４）λ （但しｎは整数） （３）
Ｘ≧２０ｔ （４）
を満たすように、各パラメータｆ、Ｘ、Ｍｘ、Ｅｘを設定することにより、厚みすべり振動と屈曲振動との結合を抑制できると開示されている。
また、特許文献６には、屈曲変位成分が小さくなるのは、振動部の端縁と励振電極の端縁部分の位置を屈曲変位の腹の位置と一致するように設定した場合であり、これにより不要モードである屈曲振動を抑圧することができると開示されている。
【０００５】
特許文献７には、周波数可変感度を高くするとともに、不要な振動を抑圧したメサ型振動素子が提案されている。一般的に振動素子は、励振電極が大きくなるのに伴って等価直列容量Ｃ１も大きくなり、周波数可変感度を高くできる。励振電極を大きくしたメサ型振動素子は発振が容易であり、負荷容量に対する周波数変化の幅を広くできると開示されている。
特許文献８には、圧電基板の長辺がＸ軸方向、短辺がＺ’軸方向であり、且つメサ部の長辺がＸ軸方向、短辺（長さＭｚ）がＺ’軸方向であるメサ型振動素子の、メサ部の一方の短辺の両端部を面取りし、その長さをＭ１とするとき、Ｍｌ≧Ｍｚ／４の関係を満たすことにより、屈曲振動を抑圧できると開示されている。
【０００６】
特許文献９には、メサ型構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。Ｘ軸方向に沿うメサ部の両端部の位置をＡ、Ｄとし、メサ部上に形成された励振電極の位置をＢ、Ｃとしたときに、Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄの関係を満たすようにする。各端縁Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの位置と、屈曲振動の腹の位置とを一致させる。Ａの位置にある屈曲振動の腹の振幅と、Ｂの位置にある屈曲振動の腹の振幅とが反対方向である。また、Ｂの位置にある屈曲振動の腹の振幅と、Ｃの位置にある屈曲振動の腹の振幅とが反対方向である。更に、Ｃの位置にある屈曲振動の腹の振幅と、Ｄの位置にある屈曲振動の腹の振幅とが反対方向である。つまり、屈曲振動の波長をλとすると、隣り合う端縁では、屈曲振動の腹がλ／２の奇数倍ずれていることになる。メサ部の長さをＭＬ、Ｘ軸方向に生じる屈曲振動の波長をλとすると、ＭＬとλは、ＭＬ＝（ｎ−１／２）λの関係を満たすことによりメサ型振動素子に生じる屈曲振動を抑圧でき、ＣＩを低減できると開示されている。
メサ型構造の圧電振動素子の容量比γ（等価直列容量Ｃ１に対する静電容量Ｃ０の比Ｃ０／Ｃ１）は、べべル構造、又はコンベックス構造圧電振動素子のそれと比べて大きくなる（悪化する）という問題があった。特許文献１０には、励振電極をメサ部の段差部より圧電基板の端面に向かって広げた圧電振動素子が開示されている。メサ部の段差部より外側に拡大した部分の励振電極の面積を可変することにより、圧電振動素子の容量比を任意に設定することが可能となる。その結果、べべル構造、又はコンベックス構造の圧電振動素子と同等の性能を有するメサ構造の圧電振動素子が実現できると開示されている。
【０００７】
特許文献１１には、基本波振動の容量比γを大きくし、負荷容量ＣＬの変化による発振周波数の変動を抑える圧電振動素子が開示されている。等価直列容量Ｃ１の飽和点近傍に励振電極の面積を設定して容量比γを小さくするのが一般的である。しかし、飽和点近傍以上に励振電極の面積を広げることにより、等価直列容量Ｃ１の変化は極めて小さいのに対し、静電容量Ｃ０は面積に比例して大きくなる。そのため容量比γを大きくできると開示されている。
特許文献１２には、細帯状（ストリップ状）圧電基板の中央部の表裏面に、励振電極が設けられ、この励振電極から互いに反対側の端部に向けてリード電極が延びる圧電振動子が開示されている。リード電極の形成さない面の基板は夫々研削され疑似メサ型構造とする。この圧電振動子は励振電極下に振動エネルギーを閉じ込めることができるため、ＣＩが小さく、またリード電極の断線が生じにくいと開示されている。
【０００８】
特許文献１３には、メサ型構造の圧電基板の短辺の長さをＺとし、メサ部（振動部）の厚みをｔとし、メサ部の短辺方向の電極寸法をＭｚとしたときに、
１５．６８≦Ｚ／ｔ≦１５．８４、かつ、０．７７≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８２
の関係を満たすように諸パラメータを設定することにより、不要モードを抑圧できると開示されている。
特許文献１４には、メサ型圧電振動素子が開示されている。水晶基板の長辺の長さをｘ、段差部の堀量（メサ部の高さ）をＭｄ、振動部の板厚をｔとし、板厚ｔに対する段差部の堀量Ｍｄの比をｙ（百分率）とすると、ｙが、
ｙ＝−１．３２×（ｘ／ｔ）＋４２．８７
ｙ≦３０
の関係を満足し、且つ水晶基板の振動部の板厚ｔに対する長辺の長さｘの比、即ち辺比ｘ／ｔが３０以下とすることにより、圧電振動素子の電気的特性の悪化を招くこと無く、ＣＩを低下させることができると開示されている。
特許文献１５には、メサ型構造の圧電基板のメサ部の高さ（段差部の堀量）ｙは、圧電基板の長辺の寸法をｘ、メサ部（振動部）の厚み寸法をｔとした時に、板厚ｔを基準として、次式
ｙ＝−０．８９×（ｘ／ｔ）＋３４±３（％）
を満たすように辺比ｘ／ｔを設定することにより、不要モードを抑圧できると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭５８−０４５２０５号公報
【特許文献２】特開昭５８−０４７３１６号公報
【特許文献３】実開平０６−０５２２３０号公報
【特許文献４】特開２００１−２３０６５５公報
【特許文献５】特許第４３４１５８３号
【特許文献６】特許第４３４１６７１号
【特許文献７】特開２００８−３０６５９４公報
【特許文献８】特開２００９−０６５２７０公報
【特許文献９】特開２００９−１３０５４３公報
【特許文献１０】特許第４５０６１３５号
【特許文献１１】特許第４５５８４３３号
【特許文献１２】特開２００１−２３０６５４公報
【特許文献１３】特開２０１０−０６２７２３公報
【特許文献１４】特許第４５７２８０７号
【特許文献１５】特開２００８−２６３３８７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、最近では圧電振動子に対して、容器サイズを１．６ｍｍ×１．２ｍｍ程度に小型化することが客先から求められている。このような小型の容器に搭載するメサ型構造のＡＴカット水晶振動素子のＸ辺比（厚さｔに対する長辺Ｘの比Ｘ／ｔ）は、例えば１１００（μｍ）／６５（μｍ）＝１７以下となる。このような小型圧電振動子に先行文献に開示されているような手段を適用しても、客先から要求されるＣＩ（クリスタルインピーダンス、等価抵抗Ｒ１）が得られないという問題があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、Ｘ軸方向を長辺とした厚みすべりモードの圧電振動素子であって、Ｘ辺比の小さな圧電振動素子のＣＩの低減を可能としたメサ型圧電振動素子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】
【００１１】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１２】
［適用例１］本発明に係る圧電振動素子は、圧電基板と、前記圧電基板の両主面に夫々対向配置された各励振電極と、前記各励振電極から該圧電基板の一方の端部に向かって延びる引出電極と、前記各引出電極と電気的に接続され前記圧電基板の２つの角隅部に夫々形成されたパッドと、を備えた圧電振動素子であって、前記圧電基板は、中央に位置する励振部と、前記励振部の厚みより薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、前記励振部の対向する２つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の他の対向する２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有し、前記圧電基板の各角隅部の前記各パッドと対応する位置に、前記圧電基板を支持部材に固定する支持領域を有し、前記励振電極は、前記励振部と前記周辺部の少なくとも一部の振動領域とに跨って形成されていることを特徴とする圧電振動素子である。
【００１３】
以上のように、一方向に沿って厚み方向に段差部を有するメサ型構造の励振部と、励振部の周縁に連接された周辺部の一部とに励振電極を設けた圧電振動素子を構成する。振動エネルギーは主として励振部に閉じ込められるが、周辺部の一部に設けた励振電極により、圧電振動素子が励振された際に生じる電荷が、効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲等の不要モードの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１４】
［適用例２］また本発明に係る圧電振動素子は、圧電基板と、前記圧電基板の両主面に夫々対向配置された各励振電極と、前記各励振電極から該圧電基板の一方の端部に向かって延びる引出電極と、前記各引出電極と電気的に接続され前記圧電基板の２つの角隅部に夫々形成されたパッドと、を備えた圧電振動素子であって、前記圧電基板は、中央に位置する励振部と、前記励振部の厚みより薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、前記励振部の全ての側面は夫々厚み方向に段差部を有し、前記圧電基板の各角隅部の前記各パッドと対応する位置に、前記圧電基板を支持部材に固定する支持領域を有し、前記励振電極は、前記励振部と前記周辺部の少なくとも一部の振動領域とに跨って形成されていることを特徴とする圧電振動素子である。
【００１５】
以上のように、全ての側面が段差部を有するメサ型構造の励振部と励振部の周縁に連接された周辺部の一部とに励振電極を設けた圧電振動素子を構成する。振動エネルギーは、主として励振部に振動エネルギーが閉じ込められるが、周辺部の一部に設けた励振電極により、圧電振動素子が励振された際に生じる電荷が、効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲等の不要モードの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１６】
［適用例３］また本発明に係る圧電振動素子は、前記圧電基板が水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、前記水晶基板は、前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とし且つその中央に位置する励振部と、前記励振部より薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、前記励振部の前記Ｘ軸と平行な２つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の前記Ｚ’軸と平行な他の２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有していることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。
【００１７】
以上のように、Ｚ’軸と平行な２つの側面の厚み方向に段差部を有する励振部と、励振部の周縁に連接された周辺部の一部とに励振電極を設けた圧電振動素子を構成する。振動エネルギーは主として励振部に閉じ込められるが、周辺部の一部に設けた励振電極により、圧電振動素子が励振された際に生じる電荷が、励振電極により効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲等の不要モードの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１８】
［適用例４］また本発明に係る圧電振動素子は、前記圧電基板が水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、前記水晶基板は、前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とし且つその中央に位置する励振部と、前記励振部より薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、前記励振部の前記Ｘ軸と平行な２つの側面、及び前記Ｚ’軸と平行な２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有していることを特徴とする適用例２に記載の圧電振動素子である。
【００１９】
以上のように、Ｘ軸と平行な２つの側面、及び前記Ｚ’軸と平行な２つの側面に夫々厚み方向に段差部を有する励振部と励振部の周縁に連接された周辺部の一部とに励振電極を設けた圧電振動素子を構成する。振動エネルギーは主として励振部に閉じ込められるが、周辺部の一部に設けた励振電極により、圧電振動素子が励振された際に生じる電荷が、励振電極により効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲等の不要モードの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２０】
［適用例５］また本発明に係る圧電振動素子は、前記圧電基板の前記Ｘ軸に平行な方向の寸法をＸとし、前記励振部の厚みをｔとし、前記支持領域の端部と対向する前記励振電極の端部との距離をΔＸとするとき、１４≦Ｘ／ｔ≦１８、且つ、０．０４ｍｍ≦ΔＸ≦０．０６ｍｍの関係を満たすことを特徴とする適用例３又は４に記載の圧電振動素子である。
【００２１】
以上のように、圧電振動素子を構成すれば、ＣＩの低減された圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２２】
［適用例６］また本発明に係る圧電振動素子は、前記圧電基板の前記Ｚ’軸に平行な方向の寸法をＺとし、前記励振部の短辺の寸法をＭｚとし、前記励振部の厚みをｔとするとき、８≦Ｚ／ｔ≦１１、かつ、０．６≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８の関係を満たすことを特徴とする適用例３又は４に記載の圧電振動素子である。
【００２３】
以上のように、圧電振動素子を構成すれば、ＣＩの低減が図れると共に、屈曲振動等の不要振動との結合のない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２４】
［適用例７］本発明に係る圧電振動子は、適用例１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、前記圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子である。
【００２５】
以上のように、圧電振動子を構成すれば、本発明に係る圧電振動素子を備えているので、ＣＩの小さな圧電振動子が得られるという効果がある。
【００２６】
［適用例８］本発明に係る圧電発振器は、適用例１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を駆動する発振回路と、絶縁基板と、を備えたことを特徴とする圧電発振器である。
【００２７】
以上のように、絶縁基板上に本発明に係るＣＩの小さな圧電振動素子と、発振回路とが搭載され、且つ絶縁基板上の空間が密封された圧電発振器が構成されるので、小型化されると共に、発振電流が小さくでき、低消費電力化が図られるという効果がある。
【００２８】
［適用例９］また本発明に係る圧電発振器は、適用例７に記載の圧電振動子と、該圧電振動子を駆動する発振回路と、を備えたことを特徴とする圧電発振器である。
【００２９】
以上のように圧電発振器を構成すれば、本発明に係るＣＩの小さな圧電振動子を備えており、発振周波数が安定であると共に発振回路の電流を小さくできるので、圧電発振器の消費電力を低減することができるという効果がある。
【００３０】
［適用例１０］また本発明に係る圧電発振器は、前記発振回路はＩＣに搭載されていることを特徴とする適用例８又は９に記載の圧電発振器である。
【００３１】
以上のように圧電発振器を構成すれば、発振回路がＩＣ化されていることにより、圧電発振器が小型化されると共に、信頼性も向上するという効果がある。
【００３２】
［適用例１１］本発明に係る電子デバイスは、適用例１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、少なくとも一つ以上の電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイスである。
【００３３】
以上のように、本発明の圧電振動素子と電子部品とで電子デバイスを構成するので、ＣＩの小さな圧電振動素子を有する電子デバイスが構成でき、多方面の用途に利用できるという効果がある。
【００３４】
［適用例１２］また本発明に係る電子デバイスは、適用例１１に記載の電子デバイスにおいて、前記電子部品が、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうちのいずれかであることを特徴とする電子デバイスである。
【００３５】
以上のように、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つの電子部品と、圧電振動素子とを用いて電子デバイスを構成るので、電子機器を構成するに当たって有用なデバイスとなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るメサ型構造の圧電振動素子の構成を示した概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図。
【図２】図１（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図。
【図３】水晶の結晶軸Ｘ、Ｙ、ＺをＸ軸の回りにθ回転してできた新直交軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’軸とＡＴカット水晶基板との関係を示す図。
【図４】メサ型構造の圧電振動素子の構成を示す平面上に、振動変位エネルギーの等しい点を結んでできた等力線を重ね書きした図。
【図５】メサ型構造の圧電振動素子の、電極面積ＳとＣＩとの関係を示す図。
【図６】メサ型構造の圧電振動素子の平面図に励振電極の寸法Ｌｅ、支持領域−励振電極間の寸法ΔＸ等を記入した図。
【図７】メサ型構造の圧電振動素子の、支持領域−励振電極間の寸法ΔＸとＣＩとの関係を示す図。
【図８】ＡＴカット水晶基板の表裏面に耐蝕膜を形成した断面図。
【図９】（ａ）乃至（ｃ）は本実施形態の圧電振動素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１０】（ａ）乃至（ｃ）は本実施形態の圧電振動素子の製造方法を模式的に示す断面図。
【図１１】他の実施形態のメサ型構造の圧電振動素子の概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図。
【図１２】図１１（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図。
【図１３】他の実施形態のメサ型構造の圧電振動素子の概略平面図。
【図１４】（ａ）は図１３のＰ１−Ｐ１断面図、（ｂ）は図１３のＱ１−Ｑ１断面図。
【図１５】他の実施形態のメサ型構造の圧電振動素子の概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図。
【図１６】図１５（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図。
【図１７】本実施形態に係る圧電振動子を模式的に示した断面図。
【図１８】（ａ）は電子デバイスの実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は変形例の実施形態を示す断面図。
【図１９】圧電発振器の実施形態を示す断面図。
【図２０】（ａ）は他の実施形態の圧電発振器の断面図であり、（ｂ）は他の実施形態の圧電発振器の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明を図面に示した実施形態に基づいて詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例を含む。なお、以下の実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３８】
１．圧電振動素子
まず、本実施形態に係る圧電振動素子について、図面を参照しながら説明する。図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る圧電振動素子１００の構成を示す概略図である。図１（ａ）は、圧電振動素子１００の平面図であり、図１（ｂ）は、同図（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図ある。図２は、図１（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図である。
本発明の圧電振動素子１００は、中央に位置する多段メサ構造の励振部１４、及び励振部１４の周縁に連設形成された薄肉の周辺部１２を有する圧電基板１０と、励振部１４の両主面上の全域、及び励振部１４に連接する周辺部１２の少なくとも一部に夫々対向配置された導体膜から成る励振電極２０と、各励振電極２０から圧電基板１０の一方の端縁に向かって夫々延びる引出電極２２と、各引出電極２２の端部であり且つ圧電基板１０の２つの角隅部に夫々形成されたパッド２４と、各パッド２４を形成した圧電基板の各角隅部（パッドの領域内）に設けられて圧電基板を支持部材に固定する支持領域２６と、を概略備えている。
励振部１４は圧電基板の中央部を矩形状に両主面方向へ夫々突出させることにより形成した厚肉部であり、周辺部１２は励振部１４の外周側面の少なくとも一部の厚み方向中間部から外径方向へ張出し形成されている。
【００３９】
圧電基板１０は、その中央に位置し主たる振動領域となる励振部１４と、励振部１４より薄肉で励振部１４の周縁に沿って形成された、従たる振動領域となる周辺部１２と、を有している。つまり、振動領域は後述するように、励振部１４と、周辺部１２の一部に跨っている。
平面形状がほぼ矩形である励振部１４の対向する２つの側面（長手方向に沿った両側面）は夫々無段差状の１つの平面であり、励振部１４の他の対向する２つの側面（短辺方向に沿った２つの側面）は夫々厚み方向に段差部を有した構造をしている。各励振電極２０に交番電圧を印加すると、圧電振動素子１００は固有の振動周波数で励振される。
【００４０】
水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図３に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。ＡＴカット水晶基板１０１は、ＸＺ面をＸ軸の回りに角度θだけ回転させた平面に沿って水晶原石から切り出された平板である。ＡＴカット水晶基板１０１の場合は、θは略３５°１５′である。なお、Ｙ軸及びＺ軸もＸ軸の周りにθ回転させて、夫々Ｙ’軸、及びＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板１０１は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板１０１は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸及びＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。このＡＴカット水晶基板１０１を加工して、圧電基板１０を得ることができる。
即ち、圧電基板１０１は、図３に示すようにＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなる。
【００４１】
圧電基板１０は、図１（ａ）に示すように、Ｙ’軸に平行な方向（以下、「Ｙ’軸方向」という）を厚み方向として、Ｘ軸に平行な方向（以下、「Ｘ軸方向」という）を長辺とし、Ｚ’軸に平行な方向（以下、「Ｚ’軸方向」という）を短辺とする矩形の形状を有する。圧電基板１０は、励振部１４と、励振部１４の周縁に沿って形成された周辺部１２と、を有する。ここで、「矩形の形状」とは、文字通りの矩形状と、各角部が面取りされた略矩形をも含むものとする。
周辺部１２は、図１、図２に示すように、励振部１４の周面（側面）の少なくとも一部に形成され、励振部１４より小さい厚み（薄肉）を有する。
【００４２】
図１、図２の実施形態に示すように本例に係る励振部１４は、その全周を周辺部１２に囲まれており、周辺部１２のＹ’軸方向の厚みよりも大きい厚み（厚肉）を有する。即ち、励振部１４は、図１（ｂ）及び図２に示すように、周辺部１２に対してＹ’軸方向に突出している。図示の例では、励振部１４は周辺部１２に対して、＋Ｙ’軸側と−Ｙ’軸側とに突出している。励振部１４は、例えば対称の中心となる点（図示せず）を有し、この中心点に関して点対称となる形状を有することができる。
励振部１４は、図１（ａ）に示すように、Ｘ軸方向を長辺とし、Ｚ’軸方向を短辺とする矩形の形状を有する。即ち、励振部１４はＸ軸に平行な辺を長辺とし、Ｚ’軸に平行な辺を短辺としている。そのため、励振部１４は、Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂと、Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄと、を有する。即ち、Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂの長手方向は、Ｘ軸方向であり、Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄの長手方向は、Ｚ’軸方向である。図示の例では、側面１４ａ、１４ｂのうち、側面１４ａが＋Ｚ’軸側の側面であり、側面１４ｂが−Ｚ’軸側の側面である。また、側面１４ｃ、１４ｄのうち、側面１４ｃが−Ｘ軸側の側面であり、側面１４ｄが＋Ｘ軸側の側面である。
【００４３】
Ｘ軸方向に延びる側面１４ａは、例えば図１（ｂ）に示すように、周辺部１２に対して、＋Ｙ’軸側と＋Ｙ’軸側とに夫々突出して形成されている。このことは側面１４ｂ、１４ｃ、１４ｄについても同様である。Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂの各々は、図１（ｂ）に示すように１つの平面内にある無段差状となっている。即ち、＋Ｙ’軸側の側面１４ａは、１つの平面内であり、−Ｙ’軸側の側面１４ａは、１つの平面内である。同様に、＋Ｙ’軸側の側面１４ｂは、１つの平面内であり、−Ｙ’軸側の側面１４ｂは、１つの平面内である。
なお、本発明に係る記載において、「１つの平面内」とは、励振部１４の側面が平坦な面である場合と、水晶の結晶の異方性の分だけ凹凸を有する場合と、を含む。即ち、フッ酸を含む溶液をエッチング液としてＡＴカット水晶基板を加工すると、励振部１４の側面は水晶結晶のＲ面が露出して、ＸＹ’面と平行な場合と、水晶結晶のｍ面が露出して、水晶の結晶異方性の分だけ凹凸を有する場合とがある。本発明に係る記載では、このような水晶結晶のｍ面による凹凸を有する側面についても「１つの平面内」にあるとしている。便宜上、図１（ａ）及び図２（ａ）では、ｍ面による凹凸は省略している。
【００４４】
Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄの各々は、図２に示すように、段差を有する。励振部１４は、中央に位置する最大厚みを有した第１部分１５と、第１部分１５より小さい厚みを有する第２部分１６と、を有し、側面１４ｃ、１４ｄの段差は、第１部分１５及び第２部分１６の各厚みの差によって形成されている。図示の例では、側面１４ｃ、１４ｄは、第１部分１５のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、第２部分１６のＸＺ’面に平行な面と、第２部分１６のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、によって構成される。
このように励振部１４は、厚みの異なる２種類の部分１５、１６を有しており、圧電振動素子１００は、所謂２段型メサ構造を有していると言える。圧電振動素子１００は、厚みすべり振動を主振動として振動し、励振部１４が２段型メサ構造であることによって、エネルギー閉じ込め効果を有することができる。
【００４５】
本発明に係る圧電振動素子１００の特徴は、図１、図２の実施形態に示すように、励振電極２０が、２段メサ型構造の励振部１４の対向する表裏面と、励振部１４の段差部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの各側面と、段差部１４ａ〜１４ｄの各側面に連接された周辺部１２の少なくとも一部の対向する表裏面とに形成されていることである。このように、周辺部１２の少なくとも一部に励振電極２０を広げることにより、後述するように、励振された際に発生する電荷をより効率的に集めることが可能となり、より性能のよい圧電振動素子にすることができる。つまり、圧電振動素子１００のＣＩを小さくすることが可能となる。
【００４６】
図４は、圧電振動素子１００の平面図上に圧電振動素子１００が励振された際に生じる振動変位エネルギー（振動変位の二乗とその位置の質量との積）が、等しい点を結んでできる等力線分布を一点鎖線で示している。中央に位置する等力線のエネルギーレベルが一番高く、外側に位置する等力線程そのエネルギーレベルは低くなっている。図４に示す圧電振動素子１００の例では、励振部１４がＸ軸方向に長い矩形状をしているので、等力線分布はＸ軸方向の長径が長く、Ｚ’軸方向の短径が短い楕円形状となる。振動変位の大きさは励振部１４の中心部で最大で、中心部から離間するにつれて小さくなる。即ち、励振電極２０上ではＸ軸方向、Ｚ’軸方向ともほぼ余弦上に分布し、励振電極２０のない圧電基板上では指数関数的に減衰する。振動領域は、励振部１４と、励振部１４に連接する周辺部１２に楕円形状に広がっているので、励振部１４上にのみ励振電極を設けた構成の圧電振動素子では、圧電基板１０に励起される電荷を十分に集められない（ピックアップできない）。励振部１４に連接する周辺部１２の少なくとも一部に励振電極２０を配置し、圧電基板１０に励起される電荷を集めるように構成した圧電振動素子１００の方が、圧電振動素子としての性能がよい。
【００４７】
圧電振動子の性能は、一般的に電気機械結合係数ｋ２で評価される。つまり、電気機械結合係数ｋ２が大きい程、電気−機械の変換効率がよい。容量比γはｋ２に反比例するので、性能が良い程、容量比γが小さくなる。ここで、容量比γは静電容量Ｃ０と直列共振容量Ｃ１との比Ｃ０／Ｃ１で表わされる。また、圧電振動子の性能評価指標としてＱ／γも用いられる。
一方、発生する電荷は歪Ｓｔに比例する。歪Ｓｔは振動変位を座標位置で微分したものである。つまり、発生する電荷は、圧電基板１０の振動変位に応じて変化する。励振電極２０における振動変位は、励振電極２０の中心で頂点となる余弦状である。つまり、励振電極２０の端部では振動変位は、中心部に比べて小さくなる。励振電極２０を必要以上に大きくしても、効率よく電荷を集めることはできない。
【００４８】
図５は、１６１２サイズ（１．６ｍｍ×１．２ｍｍ）のパッケージに収容する圧電基板として、Ｘ軸方向の寸法Ｘが１１００μｍ、厚さｔが６５μｍのメサ型構造のＡＴカット水晶基板を用い、励振電極の面積Ｓを変化させたときのＣＩを測定した図である。この実験によると、面積Ｓが小さいと水晶振動子のＣＩは大きく、面積Ｓが大きくなるに応じてＣＩが小さくなり、更に面積Ｓを大きくするとＣＩが大きくなることが分かった。つまり、水晶基板の寸法を決めるとＣＩを最小にする電極面積Ｓが存在することが実験的に分かった。
更に、水晶基板１０のＸ軸方向の寸法と、励振電極２０の寸法との関係を調べるべく、実験を重ねた。図６は、図１（ａ）に示した圧電振動素子１００の平面図に各部の寸法を記入し、励振電極２０は斜線を付して示している。つまり、励振電極２０は、励振部１４と、励振部２０に連接する周辺部１２の一部とに跨って配置されている。水晶基板１０のＸ軸方向寸法をＸとし、励振電極２０のＸ軸方向寸法をＬｅとする。図６の例では、励振電極２０は、励振部１４の全域と、周辺部１２の一部とに跨っている。水晶基板１０の各パッド２４内に設けた支持領域２６（水晶基板１０を、導電性接着剤等を用いて支持部材に固定する領域）の大きさをＡｄとし、支持領域２６の水晶基板１０の中央寄り端部と、支持領域２６と対向する励振電極２０の端部２０ｂとの距離をΔＸとする。
【００４９】
図７は、距離ΔＸとメサ型構造の水晶振動子のＣＩとの関係を示す図である。距離ΔＸが小さいとＣＩは大きく、距離ΔＸを大きくするに応じてＣＩは小さくなり、更に距離ΔＸを大きくしていくとＣＩは大きくなる。
図７は、距離ΔＸと圧電振動素子１００のＣＩとの関係を示すΔＸ−ＣＩ曲線である。ΔＸ−ＣＩ曲線は、２つの性質の異なるメカニズムを示す曲線、つまり単調に減少する曲線Ａと、単調に増大する曲線Ｂとから構成されていると推測した。曲線Ａで表わされるＣＩは、距離ΔＸの増加と応じて減少している。このメカニズムは、次のように考えられる。励振電極２０上の振動変位分布はほぼ余弦状であり、励振電極２０のない周辺部１２の振動変位は、励振電極２０の端部２０ｂからの距離を変数とし指数関数的に減少する。支持領域２６は、この領域に導電性接着剤等を塗布し、水晶基板１０をパッケージ等の支持部材に固定する部位である。励振電極２０の端部２０ｂから急激に減少しつつある振動変位エネルギーは、支持領域２６まで到達し、支持領域２６に塗布された接着剤に吸収され漏洩し、消散する。つまり、距離ΔＸが大きい程、支持領域２６の端部（図面の右端）に到達する振動エネルギーは小さく、漏洩するエネルギーも小さくなる。その結果、水晶振動子のＱ値が大きく、ＣＩが小さくなる。
これと逆に、距離ΔＸが小さいと、支持領域２６の端部（図面の右端）に到達する振動エネルギーは大きく、漏洩するエネルギーが大きくなって、Ｑ値が小さくなる。このため、ＣＩが大きくなる。ＣＩは、距離ΔＸの増大に応じて単調に減少する曲線Ａとなる。
【００５０】
一方、曲線Ｂについては次のように考えられる。内部損失のみで決まる水晶振動子のＱ値は、周波数ｆに反比例して減少することは、よく知られている。周波数の範囲がそれ程大きくない場合、Ｘ軸方向の寸法が１．１ｍｍ程度の水晶基板１０では、形状寸法を決めると、励振電極の寸法を大幅に変化させない限り、Ｑ値はほぼ一定な値と考えられる。また、水晶振動子の等価直列インダクタンス（モーショナルインダクタンス）Ｌ１は、水晶基板の厚さｔの三乗に比例し、電極面積に反比例することも周知のことである。
励振電極１０を、図６に示すように、中心線Ｃｎに対し、対称に配置するものとする。ここで、水晶基板１０を固定する接着剤の影響が無視できる程度に、理想的に支持・固定された場合について考える。距離ΔＸが小さい程、つまり励振電極２０の寸法Ｌｅが大きい程、水晶基板１０に励起される電荷を集められる。振動変位は、励振部１４の中央を頂点として余弦状に分布するので、励振電極２０の端部での電荷収集効率は、悪くなる。従って、励振電極２０は大きければよいというものではない。
励振電極２０の大きさに応じて決まる等価直列容量Ｃ１と、励振電極２０の大きさに比例して決まる静電容量Ｃ０と、の比Ｃ０／Ｃ１である容量比γは、最適な励振電極２０の大きさがある。等価直列インダクタンスＬ１と等価直列容量Ｃ１とは、ω０２＝１／（Ｌ１・Ｃ１）の関係にあるので、励振電極２０の寸法Ｌｅを大きくすると直列インダクタンスＬ１は小さく成る。Ｑ値をほぼ一定とすると、水晶振動子のＣＩは小さくなる。即ち、励振電極２０を大きく（寸法Ｌｅを大きくする）すると、つまりΔＸを小さくすると、ＣＩは小さくなる。
【００５１】
しかし、振動変位は周辺部１２の周縁では小さくなるので、その部位で励起される電荷は小さく、そこに電極を設けても効率的ではない。また、支持・固定部からの漏洩も考慮する必要がある。距離ΔＸ大きくしていくと、励振電極２０の寸法Ｌｅは小さくなってくるが、水晶基板１０に励起される電荷を最も効率的に集める励振電極２０の寸法Ｌｅがある。つまり、容量比γを最小にする寸法Ｌｅがある。更に、距離ΔＸ大きくしていくと、寸法Ｌｅが小さくなり、直列インダクタンスＬ１が大きくなる。Ｑ値をほぼ一定であるとすると、ＣＩが大きくなることに相当する。従って、図７の曲線Ｂの単調増大曲線で示すように、距離ΔＸの増加に応じてＣＩが大きくなることは説明できる。
つまり、水晶基板１０の寸法を決めた場合に、水晶振動子のＣＩに着目すると、支持領域２６からの距離ΔＸには、ＣＩを小さくする範囲があることになる。図７からは、ＣＩを６８Ωとすると、ΔＸの範囲は、０．０４ｍｍ≦ΔＸ≦０．０６ｍｍである。このΔＸの範囲は、Ｘ辺比Ｘ／ｔとして、１４≦Ｘ／ｔ≦１８の範囲で実験したが、同様の結果を得た。
【００５２】
また、メサ型構造の圧電振動素子１００として、圧電基板１０のＺ’軸方向の寸法（短辺の寸法）をＺとし、励振部１４の短辺の寸法をＭｚとし、励振部１４の厚み（励振部１４の第１部分１５の厚み）をｔとすると、下記式（１）の関係を満たすことが好ましい。
８≦Ｚ／ｔ≦１１、且つ０．６≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８ （１）
これにより、厚みすべり振動と輪郭振動等の不要モードとの結合を抑圧することができ、ＣＩの低減と周波数温度特性の改善を図ることができる。（詳細は後述）。このような厚みすべり振動と輪郭振動との結合は、一般的に圧電基板の面積が小さいほど抑圧するのが難しい。そのため、例えば圧電基板１０のＸ軸方向の寸法（長辺の寸法）をＸとした場合に、下記式（２）の関係を満たすような小型の圧電振動素子１００において、上記式（１）の関係を同時に満たすように設計すると、より顕著に厚みすべり振動と輪郭振動との結合を抑圧することができる。
Ｘ／ｔ≦１８ （２）
励振電極２０は、励振部１４と、励振部１４に連接する周辺部１２の少なくとも一部に形成されている。図１（ｂ）及び図２の実施形態例では、励振電極２０は励振部１４の表裏と、励振部１４に連接する周辺部１２の表裏の一部に挟んで形成されている。励振電極２０は、圧電基板１０の振動領域を励振するように作用する。
【００５３】
本実施形態に係る圧電振動素子１００は、例えば以下の特徴的な効果を発揮する。
図１、２の実施形態例に示すように、一方向（Ｚ’軸方向）に沿って厚み方向に段差部を有するメサ型構造の励振部１４と、励振部１４の周縁に連接された周辺部１２の少なくとも一部とに励振電極２０を設けた圧電振動素子１００を構成する。振動エネルギーは主として励振部１４に閉じ込められるが、周辺部１２の一部に設けた励振電極２０により、圧電振動素子が励振された際に生じる電荷が効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られると共に、周波数温度特性が優れ、厚みすべり振動とＺ’軸方向の輪郭振動との結合を抑制された圧電振動素子１００が得られるという効果がある。
【００５４】
また、図６、図７に示したように、Ｘ辺比Ｘ／ｔの範囲が１４≦Ｘ／ｔ≦１８である圧電振動子１００に対しては、支持領域２６の端部と対向する励振電極２０の端部２０ｂとの距離をΔＸとするとき、０．０４ｍｍ≦ΔＸ≦０．０６ｍｍの関係を満たすように、圧電振動素子１００を構成することにより、圧電振動素子１００のＣＩを小さくすることができるという効果がある。
また、圧電振動素子１００によれば、上述の通り、圧電基板１０の短辺寸法Ｚ、励振部１４の短辺寸法Ｍｚ、及び励振部１４の第１部分１５の厚みｔを式（１）の関係を満たすように設定することにより、厚みすべり振動とＺ’軸方向の輪郭振動との結合を抑制され、ＣＩの小さな圧電振動素子１００が得られるという効果がある。
【００５５】
２．圧電振動素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電振動素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図７乃至図９は、本実施形態に係る圧電振動素子１００の製造工程を模式的に示す図である。なお、図５乃至図９は、図２に対応している。つまり、Ｚ’軸方向から見た断面図を示している。
図８に示すように、ＡＴカット水晶基板１０１の表裏主面（ＸＺ’平面に平行な面）に耐蝕膜３０を形成する。耐蝕膜３０は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などによりクロム及び金をこの順で積層した後、このクロム及び金をパターニングすることによって形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術によって行われる。耐蝕膜３０は、ＡＴカット水晶基板１０１を加工する際に、エッチング液となるフッ酸を含む溶液に対して耐蝕性を有する。
【００５６】
図９（ａ）に示すように、耐蝕膜３０上にポジ型のフォトレジスト膜を塗布した後、このフォトレジスト膜を露光及び現像して、所定の形状を有するレジスト膜４０を形成する。レジスト膜４０は、耐蝕膜３０の一部を覆うように形成される。
次に、図９（ｂ）に示すように、マスクＭを用いて再度レジスト膜４０の一部を露光して、感光部４２を形成する。即ち、マスクＭをＹ’軸方向から見てレジスト膜４０の外縁の内側に配置して露光を行う。
次に、図９（ｃ）に示すように、耐蝕膜３０をマスクとしてＡＴカット水晶基板１０１をエッチングする。エッチングは、例えば、フッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液をエッチング液として行われる。これにより、圧電基板１０の外形（Ｙ’軸方向から見たときの形状）が形成される。
【００５７】
次に、図１０（ａ）に示すように、レジスト膜４０をマスクとして、所定のエッチング液で耐蝕膜３０をエッチングした後、さらに、上述の混合液をエッチング液として、ＡＴカット水晶基板１０１を所定の深さまでハーフエッチングすると、励振部１４の外形が形成される。
次に、図１０（ｂ）に示すように、レジスト膜４０の感光部４２を現像して除去する。これにより、耐蝕膜３０の一部が露出する。なお、感光部４２を現像する前に、例えば、真空又は減圧雰囲気下で放電により形成された酸素プラズマによって、レジスト膜４０の表面に形成された変質層（図示せず）をアッシングする。これにより、確実に感光部４２を現像して除去することができる。
次に、図１０（ｃ）に示すように、レジスト膜４０をマスクとして、所定のエッチング液で耐蝕膜３０の露出部分をエッチング除去した後、さらに、上述の混合液をエッチング液としてＡＴカット水晶基板１０１を所定の深さまでハーフエッチングする。これにより、Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄの各々に段差を形成することができる。また、図示しないが、Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂの各々に段差を形成することができる。
【００５８】
以上の工程により、周辺部１２及び励振部１４を有する圧電基板１０を形成することができる。
レジスト膜４０及び耐蝕膜３０を除去した後、例えばスパッタ法や真空蒸着法などにより、クロム及び金をこの順で積層した後、このクロム及び金をパターニングすることによって、圧電基板１０に励振電極２０、引出電極２２、及びパッド２４が形成される。つまり、図１、図２の実施の形態に示すように、励振電極２０は、励振部１４の全域と、励振部１４に連接する周辺部１２の一部の領域とに設けられた圧電振動素子が形成される。
【００５９】
以上の工程により、本実施形態に係る圧電振動素子１００を製造することができる。
圧電振動素子１００の製造方法によれば、励振部１４の外形を形成するために用いたレジスト膜４０を現像して感光部を除去した後、再度レジスト膜４０を用いてＡＴ水晶基板１０１をエッチングして励振部１４を形成することができる。そのため、精度よく２段型メサ構造の励振部１４を形成することができる。
例えば、励振部１４を形成するために２回のレジスト膜を塗布する場合（例えば、第１レジスト膜を用いて励振部の外形を形成した後、第１のレジスト膜を剥離し、新たに第２レジスト膜を塗布して励振部の側面を露出する場合）は、第１のレジスト膜と第２のレジスト膜との間で合わせずれが生じ、励振部１４を精度よく形成できないことがある。圧電振動素子１００の製造方法では、このような問題を解決することができる。
【００６０】
３．圧電振動素子の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る圧電振動素子について、図面を参照しながら説明する。図１１（ａ）は、本実施形態の変形例に係る圧電振動素子１１０を模式的に示す平面図である。図１１（ｂ）は、（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図である。図１２は、図１１（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図である。以下、本実施形態の変形例に係る圧電振動素子１１０において、本実施形態に係る１００の構成部材と同様な構造、機能を有する部材については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６１】
本発明に係る圧電振動素子１１０は、中央に位置する多段メサ構造の励振部１４、及び励振部１４の周縁に連設形成された薄肉の周辺部１２を有する圧電基板１０と、励振部１４の両主面上に夫々対向配置された励振電極２０と、各励振電極２０から圧電基板１０の端部に向かって延びる引出電極２２と、引出電極２２の端部であり且つ圧電基板１０の２つの角隅部に夫々形成されたパッド２４と、を概略備えている。
励振部１４は、圧電基板の略中央部を両主面方向へ突出させた厚肉部であり、周辺部１２は、励振部１４の外周側面の少なくとも一部の厚み方向中間部から外径方向へ張出し形成されている。本例に係る周辺部１２は、励振部１４の全外周側面から鍔状に張出し形成されている。
【００６２】
圧電基板１０は、その中央に位置し主たる振動領域となる励振部１４と、励振部１４より薄肉で励振部１４の全周縁に沿って鍔状に形成された周辺部１２と、を有している。平面形状がほぼ矩形である励振部１４の全ての側面は夫々厚み方向に段差部を有した構造をしている。即ち、図１１（ｂ）、図１２に示すように、圧電基板１０は、側面から見て全ての側面が階段状をした励振部１４と、励振部１４の厚さの中央部の周囲に連接された周辺部１２と、を有した圧電基板である。
図１１、図１２に示すように、本実施形態例に係る励振部１４は、全ての側面が段差状であって、その全周を周辺部１２に囲まれており、周辺部１２のＹ’軸方向の厚みよりも大きい厚み（厚肉）を有する。即ち、励振部１４は、図１１（ｂ）及び図１２に示すように、周辺部１２に対してＹ’軸方向両方向に突出している。図示の例では、励振部１４は周辺部１２に対して、＋Ｙ’軸側と−Ｙ’軸側とに突出している。また、励振部１４は、例えば対称の中心となる点（図示せず）を有し、この中心点に関して点対称（平面的、立体的に点対称）となる形状を有することができる。
【００６３】
励振部１４は、図１１（ａ）に示すように、Ｘ軸方向を長辺とし、Ｚ’軸方向を短辺とする矩形の形状を有する。即ち、励振部１４はＸ軸に平行な辺を長辺とし、Ｚ’軸に平行な辺を短辺としている。そのため、励振部１４は、Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂと、Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄと、を有する。即ち、Ｘ軸方向に延びる側面１４ａ、１４ｂの長手方向は、Ｘ軸方向であり、Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄの長手方向は、Ｚ’軸方向である。図示の例では、側面１４ａ、１４ｂのうち、側面１４ａが＋Ｚ’軸側の側面であり、側面１４ｂが−Ｚ’軸側の側面である。また、側面１４ｃ、１４ｄのうち、側面１４ｃが−Ｘ軸側の側面であり、側面１４ｄが＋Ｘ軸側の側面である。
図１１及び図１２に示すように、励振部１４は、最も厚い第１部分１５と、第１部分１５より小さい厚みを有する第２部分１６と、を有する。第１部分１５は、図１１に示すように、Ｘ軸に平行な方向を長辺とし、Ｚ’軸に平行な方向を短辺とする矩形の形状を有する。第２部分１６は、第１部分１５の周囲に形成されている。
【００６４】
励振部１４の側面１４ａ、１４ｂの段差は、第１部分１５及び第２部分１６の各厚みの差によって形成されている。図示の例では、側面１４ａ、１４ｂは、第１部分１５のＸＹ’平面に平行な面と、第２部分１６のＸＺ’面に平行な面と、第２部分１６のＸＹ’平面に平行な面と、によって構成される。同様に、励振部１４の側面１４ｃ、１４ｄの段差は、第１部分１５及び第２部分１６の各厚みの差によって形成され、第１部分１５のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、第２部分１６のＸＺ’面に平行な面と、第２部分１６のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、によって構成される。
このように励振部１４は、厚みの異なる２種類の部分１５、１６を有しており、圧電振動素子１００は、２段型のメサ構造を有していると言える。励振部１４は、厚みすべり振動を主振動として振動することができる。
図１１、図１２の実施形態例のように、Ｘ軸と平行な２つの側面、及び前記Ｚ’軸と平行な２つの側面に夫々厚み方向に段差部を有する励振部１４と励振部１４の周縁に連接された周辺部１２の少なくとも一部とに励振電極２０を設けた圧電振動素子１１０を構成する。振動エネルギーは、主として励振部１４に振動エネルギーが閉じ込められるが、周辺部１２の一部に設けた励振電極２０により、圧電振動素子１１０が励振された際に生じる電荷が効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲等の不要モードの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００６５】
図１３は、本実施形態の他の変形例に係る圧電振動素子１２０を模式的に示す平面図である。図１４（ｂ）は、図１３のＰ１−Ｐ１断面図であり、図１４（ｂ）は、図１３のＱ１−Ｑ１断面図である。
圧電振動素子１２０では、３段のメサ構造を有する。即ち、圧電振動素子１２０の励振部１４は、第１部分１５、第２部分１６に加え、第２部分１６より厚みの小さい第３部分１７を有する。第３部分１７は、第１部分１５、及び第２部分１６をＸ軸方向から挟むように形成されている。
Ｚ’軸方向に延びる側面１４ｃ、１４ｄの段差は、図１４（ｂ）に示すように、第１部分１５、第２部分１６、及び第３部分１７の厚みの差によって形成されている。図示の例では、側面１４ｃ、１４ｄは、第１部分１５のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、第２部分１６のＸＺ’平面に平行な面と、第２部分１６のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、第３部分１７のＸＺ’平面に平行な面と、第３部分１７のＹ’Ｚ’平面に平行な面と、によって構成されている。
【００６６】
また、第１部分１５、第２部分１６、及び第３部分１７から成る励振部１４は、第３部分１７の周縁に沿って、第３部分１７の厚みより薄い周辺部１２が形成されている。励振部１４及び周辺部１２の一部に表裏対向して形成された励振電極２０、各励振電極２０からの引出電極２２、及び各引出電極２２の終端である２つのパッド２４も、圧電振動素子１００と同様に形成されている。圧電振動素子２００は、圧電振動素子１００の製造方法を適用して製造することができる。圧電振動素子１２０によれば、２段型のメサ構造を有する圧電振動素子１００に比べて、エネルギー閉じ込め効果をより高めることができる。更に、主として励振部１４に振動エネルギーが閉じ込められると共に、本発明の励振電極２０により、圧電振動素子１２０が励振された際に生じる電荷が励振電極により効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲振動等の不要モードとの結合の少ない圧電振動素子１２０が得られるという効果がある。
【００６７】
図１５（ａ）は、本実施形態の他の変形例に係る圧電振動素子１３０を模式的に示す平面図であり、図１５（ｂ）は、（ａ）のＰ１−Ｐ１断面図である。図１６は、図１５（ａ）のＱ１−Ｑ１断面図である。
圧電振動素子１３０では、３段のメサ構造を有する圧電振動素子である。即ち、圧電振動素子１３０の励振部１４は、第１部分１５、第２部分１６に加え、第２部分１６より厚みの小さい第３部分１７を有する。第３部分１７は、第２部分１６の周縁を囲むように形成されている。励振部１４は、その周縁、即ち第３部分１７の側面の厚み方向中央部周縁に、周辺部１２が一体的に連接されている。励振部１４の両主面上と周辺部１２の一部に表裏対向して形成された励振電極２０、各励振電極２０からの引出電極２２、及び各引出電極２２の終端である２つのパッド２４も、圧電振動素子１００と同様に形成されている。
圧電振動素子１３０は、圧電振動素子１００の製造方法を適用して製造することができる。圧電振動素子１３０によれば、２段型のメサ構造を有する圧電振動素子１１０に比べて、エネルギー閉じ込め効果をより高めることができる。主として励振部１４に振動エネルギーが閉じ込められると共に、本発明の励振電極２０により、圧電振動素子１２０が励振された際に生じる電荷が励振電極により効率的に集められる。その結果、ＣＩの小さい圧電振動素子が得られと共に、屈曲振動等の不要モードとの結合の少ない圧電振動素子１２０が得られるという効果がある。
なお、上述の例では、３段型のメサ構造を有する圧電振動素子１２０、１３０について説明したが、本願に係る発明は多段型のメサ構造において、メサ構造の段数（段差の数）は特に限定されない。
【００６８】
４．圧電振動子
次に、本実施形態に係る圧電振動子について、図面を参照しながら説明する。図１７は、本実施形態に係る圧電振動子２００を模式的に示す断面図である。
図１７は、圧電振動子２００の構成を示す長手方向（Ｘ軸方向）の断面図であり、図２に示した圧電振動素子１００の断面図と同様な位置における断面図である。圧電振動子２００は、図１７に示すように、本発明に係る圧電振動素子（図示の例では圧電振動素子１００であるが、圧電振動素子１１０、１２０、１３０でも同様である）と、パッケージ５０と、を含む。
【００６９】
パッケージ５０は、キャビティー５２内に圧電振動素子１００を収容することができる。パッケージ５０の材質としては、例えば、セラミック、ガラス等が挙げられる。キャビティー５２は、圧電振動素子１００が動作するための空間となる。キャビティー５２は密閉され、減圧空間や不活性ガス雰囲気とされる。
圧電振動素子１００は、パッケージ５０のキャビティー５２内に収容されている。図示の例では、圧電振動素子１００は、支持領域２６内に正確に導電性接着剤６０を塗布し、片持ち梁状にキャビティー５２内に固定されている。導電性接着剤６０としては、例えば、半田、銀ペースト等を用いることができる。
図１７の実施形態に示すように、圧電振動子２００によれば、本発明に係る圧電振動素子１００を有するので、屈曲振動等の不要振動との結合がなく、且つＣＩの小さい圧電振動子２００が得られるという効果がある。
【００７０】
５．電子デバイスと圧電発振器
次に、本実施形態に係る電子デバイスと圧電発振器について、図面を参照しながら説明する。
図１８（ａ）は、本発明の電子デバイス４００に係る実施形態の一例の断面図である。電子デバイス４００は、本発明の圧電振動素子１００（図２１（ａ）では圧電振動素子１００を示したが、本発明の他の圧電振動素子であってもよい）と、感温素子であるサーミスタ５８と、圧電振動素子１００及びサーミスタ５８を収容するパッケージ５０と、を概略備えている。パッケージ５０は、パッケージ本体５０ａと、蓋部材５０ｃとを備えている。パッケージ本体５０ａは、上面側に圧電振動素子１００を収容するキャビティー５２が形成され、下面側にサーミスタ５８を収容する凹部５４ａが形成されている。キャビティー５２の内底面の端部に複数の素子搭載用パッド５５ａが設けられ、各素子搭載用パッド５５ａは内部導体５７で複数の実装端子５３と導通接続されている。素子搭載用パッド５５ａに圧電振動素子１００を載置し、各パッド２４と各素子搭載用パッド５５ａとを、導電性接着剤６０を介して電気的に接続し、固定する。パッケージ本体５０ａの上部には、コバール等からなるシールリングリング５０ｂが焼成されており、このシールリングリング５０ｂに蓋部材５０ｃを載置し、抵抗溶接機を用いて溶接し、キャビティー５２を気密封止する。キャビティー５２内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。
一方、パッケージ本体５０ａの下面側中央には凹部５４ａが形成され、凹部５４ａの上面には電子部品搭載用パッド５５ｂが焼成されている。サーミスタ５８は、電子部品搭載用パッド５５ｂに半田等を用いて搭載される。電子部品搭載用パッド５５ｂは、内部導体５７で複数の実装端子５３と導通接続されている。
【００７１】
図１８（ｂ）は、同図（ａ）の変形例の電子デバイス４１０であって、電子デバイス４００と異なる点は、パッケージ本体５０ａのキャビティー５２底面に凹部５４ｂが形成され、この凹部５４ｂの底面に焼成された電子部品搭載パッド５５ｂに、金属バンプ等を介してサーミスタ５８が接続されている構成である。電子部品搭載パッド５５ｂは実装端子５３と導通されている。つまり、圧電振動素子１００と感温素子のサーミスタ５８とが、キャビティー５２内に収容され、気密封止されている。
以上では、圧電振動素子１００とサーミスタ５８とをパッケージ５０に収容した例を説明したが、パッケージ５０収容する電子部品としては、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つを収容した電子デバイスを構成することが望ましい。
【００７２】
図１８（ａ）、（ｂ）に示す実施形態例は、圧電振動素子１００とサーミスタ５８とをパッケージ５０に収容した例である。このように構成すると、感温素子のサーミスタ５８が圧電振動素子１００の極めて近くに位置しているので、圧電振動素子１００の温度変化を素早く感知することができるという効果がある。また、本発明の圧電振動素子と上記の電子部品とで電子デバイスを構成することにより、ＣＩの小さな圧電振動素子を有する電子デバイスが構成できるので、多方面の用途に利用できるという効果がある。
【００７３】
本発明に係る圧電振動素子を使用した圧電振動子のパッケージに対して、圧電振動子を駆動し、増幅する発振回路を搭載したＩＣ部品を組み付けることにより、圧電発振器を構築することができる。
図１９は、本発明の圧電発振器５００に係る実施形態の一例の断面図である。圧電発振器５００は、本発明の圧電振動素子１００（図１９では圧電振動素子１００を示したが、本発明の他の圧電振動素子であってもよい）と、単層の絶縁基板７０と、圧電振動素子１００を駆動するＩＣ（半導体素子）８８と、圧電振動素子１００及びＩＣ８８を含む絶縁基板７０の表面空間を気密封止する凸状の蓋部材８０と、を概略備えている。絶縁基板７０は、表面に圧電振動素子１００及びＩＣ８８を搭載するための複数の素子搭載パッド７４ａ、電子部品搭載パッド７４ｂを有すると共に、裏面に外部回路との接続用の実装端子７６を備えている。素子搭載パッド７４ａ及び電子部品搭載パッド７４ｂと実装端子７６とは、絶縁基板７０を貫通する導体７８により導通されている。更に、絶縁基板７０表面に形成された導体配線（図示せず）により、素子搭載パッド７４ａと電子部品搭載パッド７４ｂとは導通が図られている。金属バンプ等を用いてＩＣ８８を電子部品搭載パッド７４ｂに搭載した後、素子搭載パッド７４ａに導電性接着剤６０を塗布し、その上に圧電振動素子１００のパッド２４を載置し、恒温槽内で硬化させて導通・固定を図る。凸状の蓋部材８０と絶縁基板７０とは、絶縁基板７０の上面周縁に塗布した低融点ガラス８５によって密封される。このとき、封止工程を真空中で行うことにより内部を真空にすることができる。
【００７４】
図２０（ａ）は、本発明の他の実施形態の圧電発振器５１０の断面図である。圧電発振器５１０は、本発明の圧電振動素子１００と、パッケージ本体９０と、圧電振動素子１００を駆動するＩＣ８８と、圧電振動素子１００を気密封止する蓋部材９０ｃと、を概略備えている。パッケージ本体９０は、圧電振動素子１００を収容するキャビティー５２を有する上部９０ａと、ＩＣ８８を収容する凹部９０ｄを有する下部９０ｂとから成る、所謂Ｈ型構造のパッケージ本体である。圧電振動素子１００は、キャビティー５２底部の端部に形成された素子搭載パッド７４ａに、導電性接着剤６０を塗布し、この上に載置し、熱硬化することにより導通・固定される。ＩＣ８８は、パッケージ本体９０の下面側の凹部９０ｄの上面に形成された電子部品搭載パッド７４ｂに、金属バンプ７９により接続・固定される。素子搭載パッド７４ａ及び電子部品搭載パッド７４ｂは、内部導体７８により導通接続されている。パッケージ本体９０の上部に焼成されたシールリング（図示せず）に蓋部材９０ｃを載置し、抵抗溶接機等を用いて溶接し、気密封止する。キャビティー５２内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。
【００７５】
図２０（ｂ）は、本発明の他の実施形態の圧電発振器５２０の断面図である。圧電発振器５２０は、本発明の圧電振動子３００と、パッケージ本体９０と、圧電振動子３００を駆動するＩＣ８８と、圧電振動子３００気密封止する蓋部材９０ｃと、を概略備えている。パッケージ本体９０は、圧電振動子３００を収容するキャビティー５２を有する上部９０ａと、ＩＣを収容する凹部９０ｄを有する下部９０ｂとから成る、所謂Ｈ型構造のパッケージ本体である。圧電振動子３００は、キャビティー５２底部の両端部に形成された素子搭載パッド７４ａに載置され、半田又は金属バンプ等により接続固定される。ＩＣ８８は、パッケージ本体９０の下面側の凹部９０ｄの上面に形成された素子搭載パッド７４ｂに、金属バンプ７９により接続・固定される。素子搭載パッド７４ａ及び電子部品搭載パッド７４ｂは、内部導体７８により導通されている。パッケージ本体９０の上部に焼成されたシールリング（図示せず）に蓋部材９０ｃを載置し、抵抗溶接機を用いて溶接する。圧電振動素子は二重に気密封止されている。
ＩＣ８８は、圧電振動子３００を駆動する発振回路と、圧電振動子３００の周囲の温度を感知する感温素子と、圧電振動子３００の周波数温度特性を補償する補償回路と、電圧可変容量素子等を含むことができる。
【００７６】
図１９の実施形態の圧電発振器５００は、パッケージ内に本発明に係るＣＩが小さな圧電振動素子１００と、ＩＣ（発振回路を含む）８８とを備えており、圧電発振器が小型化されると共に、発振回路の発振電流を小さくできるので、低消費電力化が図れるという効果がある。
図２０（ａ）の実施形態の圧電発振器５１０は、パッケージ内に本発明に係るＣＩが小さな圧電振動素子１００と、ＩＣ（発振回路を含む）８８とを備えており、圧電発振器低消費電力化が図れるという効果がある。更に、ＩＣ８８を外部より調整可能することができるため、より周波数温度特性が優れ、多機能の圧電発振器を構成できるという効果がある。
図２０（ｂ）の実施形態の圧電発振器５２０は、パッケージに収容した圧電振動子３００を用いているので、エージング等の周波数安定度が優れ、多機能で信頼性のある圧電発振器を構成できるという効果がある。
【００７７】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
なお、上述した圧電発振器等の電子デバイスにおいては、圧電振動子に半導体素子（ＩＣ）に代表される電子部品を備えた構成として説明したが、少なくとも一以上の電子部品を備えることが好適である。そして前記電子部品としては、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子等を適用することができ、圧電振動片を発振源として用いた電子デバイスを構築することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１０…圧電基板、１１…突起部、１１ａ、１１ｂ…突起部分、１２…周辺部、１４…励振部、１４ａ、１４ｂ…Ｘ軸方向に延びる側面、１４ｃ、１４ｄ…Ｚ’軸方向に延びる側面、１５…第１部分、１６…第２部分、１７…第３部分、２０…励振電極、２２…引出電極、２４…パッド、２６…支持領域、３０…耐蝕膜、４０…レジスト膜、４２…感光部、５０…パッケージ、５０ａ、９０…パッケージ本体、５０ｂ…シールリングリング、５０ｃ、８０、９０ｃ…蓋部材、５２…キャビティー、５３…実装端子、５４ａ、５４ｂ、９０ｄ…凹部、５５ａ、７４ａ…素子搭載用パッド、５５ｂ、７４ｂ…電子部品搭載用パッド、５７…内部導体、５８…サーミスタ、６０…導電性接着剤、７０…絶縁基板、７６…実装端子、７８…導体、７９金…属バンプ、８５…低融点ガラス、８８…ＩＣ（半導体素子）、１００、１１０、１２０、１３０…圧電振動素子、１０１…ＡＴカット水晶基板、２００…圧電振動子、４００、４１０…電子デバイス、５００、５１０、５２０…圧電発振器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板と、前記圧電基板の両主面に夫々対向配置された各励振電極と、前記各励振電極から該圧電基板の一方の端部に向かって延びる引出電極と、前記各引出電極と電気的に接続され前記圧電基板の２つの角隅部に夫々形成されたパッドと、を備えた圧電振動素子であって、
前記圧電基板は、中央に位置する励振部と、前記励振部の厚みより薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、
前記励振部の対向する２つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の他の対向する２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有し、
前記圧電基板の各角隅部の前記各パッドと対応する位置に、前記圧電基板を支持部材に固定する支持領域を有し、
前記励振電極は、前記励振部と前記周辺部の少なくとも一部の振動領域とに跨って形成されていることを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
圧電基板と、前記圧電基板の両主面に夫々対向配置された各励振電極と、前記各励振電極から該圧電基板の一方の端部に向かって延びる引出電極と、前記各引出電極と電気的に接続され前記圧電基板の２つの角隅部に夫々形成されたパッドと、を備えた圧電振動素子であって、
前記圧電基板は、中央に位置する励振部と、前記励振部の厚みより薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、
前記励振部の全ての側面は夫々厚み方向に段差部を有し、
前記圧電基板の各角隅部の前記各パッドと対応する位置に、前記圧電基板を支持部材に固定する支持領域を有し、
前記励振電極は、前記励振部と前記周辺部の少なくとも一部の振動領域とに跨って形成されていることを特徴とする圧電振動素子。
【請求項３】
前記圧電基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、
前記水晶基板は、前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とし且つその中央に位置する励振部と、前記励振部より薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、
前記励振部の前記Ｘ軸と平行な２つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の前記Ｚ’軸と平行な他の２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有していることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項４】
前記圧電基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、
前記水晶基板は、前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とし且つその中央に位置する励振部と、前記励振部より薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、
前記励振部の前記Ｘ軸と平行な２つの側面、及び前記Ｚ’軸と平行な２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有していることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動素子。
【請求項５】
前記圧電基板の前記Ｘ軸に平行な方向の寸法をＸとし、前記励振部の厚みをｔとし、
前記支持領域の端部と対向する前記励振電極の端部との距離をΔＸとするとき、
１４≦Ｘ／ｔ≦１８、且つ、０．０４ｍｍ≦ΔＸ≦０．０６ｍｍの関係を満たすことを特徴とする請求項３又は４に記載の圧電振動素子。
【請求項６】
前記圧電基板の前記Ｚ’軸に平行な方向の寸法をＺとし、前記励振部の短辺の寸法をＭｚとし、前記励振部の厚みをｔとするとき、
８≦Ｚ／ｔ≦１１、かつ、０．６≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８の関係を満たすことを特徴とする請求項３又は４に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、前記圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項８】
請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を駆動する発振回路と、絶縁基板と、を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項９】
請求項７に記載の圧電振動子と、該圧電振動子を駆動する発振回路と、を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項１０】
前記発振回路はＩＣに搭載されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の圧電発振器。
【請求項１１】
請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、少なくとも一つ以上の電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイス。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電子デバイスにおいて、前記電子部品が、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうちのいずれかであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１】
圧電基板と、前記圧電基板の両主面に夫々対向配置された各励振電極と、前記各励振電極から該圧電基板の一方の端部に向かって延びる引出電極と、前記各引出電極と電気的に接続され前記圧電基板の２つの角隅部に夫々形成されたパッドと、を備えた圧電振動素子であって、
前記圧電基板は、中央に位置する励振部と、前記励振部の厚みより薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、
前記励振部の対向する２つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の他の対向する２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有し、
前記圧電基板の各角隅部の前記各パッドと対応する位置に、前記圧電基板を支持部材に固定する支持領域を有し、
前記励振電極は、前記励振部と前記周辺部の少なくとも一部の振動領域とに跨って形成されていることを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
圧電基板と、前記圧電基板の両主面に夫々対向配置された各励振電極と、前記各励振電極から該圧電基板の一方の端部に向かって延びる引出電極と、前記各引出電極と電気的に接続され前記圧電基板の２つの角隅部に夫々形成されたパッドと、を備えた圧電振動素子であって、
前記圧電基板は、中央に位置する励振部と、前記励振部の厚みより薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、
前記励振部の全ての側面は夫々厚み方向に段差部を有し、
前記圧電基板の各角隅部の前記各パッドと対応する位置に、前記圧電基板を支持部材に固定する支持領域を有し、
前記励振電極は、前記励振部と前記周辺部の少なくとも一部の振動領域とに跨って形成されていることを特徴とする圧電振動素子。
【請求項３】
前記圧電基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、
前記水晶基板は、前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とし且つその中央に位置する励振部と、前記励振部より薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、
前記励振部の前記Ｘ軸と平行な２つの側面は夫々無段差状の平面であり、前記励振部の前記Ｚ’軸と平行な他の２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有していることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項４】
前記圧電基板は、水晶の結晶軸である、電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、
前記水晶基板は、前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とし且つその中央に位置する励振部と、前記励振部より薄肉で前記励振部の周縁に設けられた周辺部と、を有し、
前記励振部の前記Ｘ軸と平行な２つの側面、及び前記Ｚ’軸と平行な２つの側面は夫々厚み方向に段差部を有していることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動素子。
【請求項５】
前記圧電基板の前記Ｘ軸に平行な方向の寸法をＸとし、前記励振部の厚みをｔとし、
前記支持領域の端部と対向する前記励振電極の端部との距離をΔＸとするとき、
１４≦Ｘ／ｔ≦１８、且つ、０．０４ｍｍ≦ΔＸ≦０．０６ｍｍの関係を満たすことを特徴とする請求項３又は４に記載の圧電振動素子。
【請求項６】
前記圧電基板の前記Ｚ’軸に平行な方向の寸法をＺとし、前記励振部の短辺の寸法をＭｚとし、前記励振部の厚みをｔとするとき、
８≦Ｚ／ｔ≦１１、かつ、０．６≦Ｍｚ／Ｚ≦０．８の関係を満たすことを特徴とする請求項３又は４に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、前記圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項８】
請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を駆動する発振回路と、絶縁基板と、を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項９】
請求項７に記載の圧電振動子と、該圧電振動子を駆動する発振回路と、を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項１０】
前記発振回路はＩＣに搭載されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の圧電発振器。
【請求項１１】
請求項１乃至６のうち何れか一項に記載の圧電振動素子と、少なくとも一つ以上の電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイス。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電子デバイスにおいて、前記電子部品が、サーミスタ、コンデンサ、リアクタンス素子、半導体素子のうちのいずれかであることを特徴とする電子デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−１９９６０２（Ｐ２０１２−１９９６０２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０４５７（Ｐ２０１１−６０４５７）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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