圧電振動素子、圧電振動子、電子デバイス、及び電子機器
【課題】基本波で高周波、且つ小型であり、主振動のＣＩ値が小さく、スプリアスのＣＩ値比の大きな圧電振動素子を得る。
【解決手段】圧電振動素子１は、薄肉の振動領域１２、及び振動領域１２の一辺を除いた三辺に沿って一体化されたコ字状の厚肉支持部を有する圧電基板１０と、振動領域１２の表面及び裏面に夫々配置された励振電極２５ａ、２５ｂと、リード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。厚肉支持部は、振動領域１２を挟んで対向配置された第１の支持部１４、及び第２の支持部１６と、第１及び第２の支持部の基端部間を連設する第３の支持部１８と、を備えている。第２の支持部１４は、振動領域１２の一辺に連設し第２の傾斜部１４ｂと、第２の傾斜部１４ｂの他端縁に連設する厚肉の第２の支持部本体１４ａと、を備え、第２の支持部１４には、少なくとも一つの応力緩和用のスリット２０が貫通形成されている。
【解決手段】圧電振動素子１は、薄肉の振動領域１２、及び振動領域１２の一辺を除いた三辺に沿って一体化されたコ字状の厚肉支持部を有する圧電基板１０と、振動領域１２の表面及び裏面に夫々配置された励振電極２５ａ、２５ｂと、リード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。厚肉支持部は、振動領域１２を挟んで対向配置された第１の支持部１４、及び第２の支持部１６と、第１及び第２の支持部の基端部間を連設する第３の支持部１８と、を備えている。第２の支持部１４は、振動領域１２の一辺に連設し第２の傾斜部１４ｂと、第２の傾斜部１４ｂの他端縁に連設する厚肉の第２の支持部本体１４ａと、を備え、第２の支持部１４には、少なくとも一つの応力緩和用のスリット２０が貫通形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚みすべり振動モードを励振する圧電振動子に関し、特に所謂逆メサ型構造を有する圧電振動素子、圧電振動子、電子デバイス、及び本発明に係る圧電振動子を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカット水晶振動子は、励振する主振動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、圧電発振器、電子機器等の多方面で使用されている。
特許文献１には、主面の一部に凹陥部を形成して高周波化を図った、所謂逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。水晶基板のＺ’軸方向の長さが、Ｘ軸方向の長さより長い、所謂Ｚ’ロング基板を用いている。
特許文献２には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉支持部が連設され、コ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。更に、水晶振動片は、ＡＴカット水晶基板のＸ軸とＺ’軸を、夫々Ｙ’軸を中心に−１２０°〜＋６０°の範囲で回転させてなる面内回転ＡＴカット水晶基板であり、振動領域を確保し、且つ量産性に優れた（多数個取り）構造であるという。
【０００３】
特許文献３、４には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉支持部が連設され、コ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されており、水晶振動片は水晶基板のＸ軸方向の長さがＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロング基板が用いられている。
特許文献５には、矩形状の薄肉の振動部の隣接する二辺に各々厚肉支持部が連設され、Ｌ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。水晶基板にはＺ’ロング基板が用いられている。
しかしながら、特許文献５においては、
Ｌ字状の厚肉部を得るために、特許文献５の図１（ｃ）、（ｄ）に記載されているように線分αと、線分βに沿って厚肉部を削除しているが、当該削除はダイシング等の機械加工で削除することを前提としているため、切断面にチッピングやクラック等のダメージを負い、超薄部が破損してしまう問題がある。また、振動領域にスプリアスの原因となる不要振動の発生やＣＩ値の増加等の問題が発生する。
特許文献６には、薄肉の振動部の一辺のみに厚肉支持部が連設された逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。
【０００４】
特許文献７には、水晶基板の両主面であって表裏面で対向するように凹陥部を形成することにより、高周波化を図った逆メサ構造のＡＴカット振動子が開示されている。水晶基板にはＸロング基板が用いられ、凹陥部に形成された振動領域の平坦性が確保された領域に励振電極が設けられ構造が提案されている。
ところで、ＡＴカット水晶振動子の振動領域に励振される厚み滑り振動モードは、弾性定数の異方性により振動変位分布がＸ軸方向に長径を有する楕円状になることが知られている。特許文献８には、圧電基板の表裏両面に表裏対称に配置された一対のリング状電極を有する厚みすべり振動を励振する圧電振動子が開示されている。リング状電極が対称零次モードのみを励起し、それ以外の非調和高次モードをほとんど励起しないように、リング状電極の外周の径と内周の径との差を設定したものである。
【０００５】
特許文献９には、圧電基板、及び圧電基板の表裏に設ける励振電極の形状を、共に長円形状にした圧電振動子が開示されている。
特許文献１０には、水晶基板の長手方向（Ｘ軸方向）の両端部、及び電極のＸ軸方向の両端部の形状を共に半楕円状とし、且つ楕円の長軸対短軸の比（長軸／短軸）を、ほぼ１．２６とした水晶振動子が開示されている。
特許文献１１には、楕円の水晶基板上に楕円の励振電極を形成した水晶振動子が開示されている。長軸対短軸の比は、１．２６：１が望ましいが、製造寸法のバラツキ等を考慮すると、１．１４〜１．３９：１の範囲程度が実用的であるという。
【０００６】
特許文献１２には、厚みすべり圧電振動子のエネルギー閉じ込め効果をより改善するために、振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた構造の圧電振動子が開示されている。
ところで、圧電振動子の小型化を図る際に、接着剤に起因する残留応力により、電気的特性の劣化や周波数エージング不良が生じる。特許文献１３には、矩形平板状のＡＴカット水晶振動子の振動部と支持部との間に、切り欠きやスリットを設けた水晶振動子が開示されている。このような構造を用いることにより、残留応力が振動領域へ広がるのを抑制できるという。
特許文献１４には、マウント歪（応力）を改善（緩和）するために、逆メサ型圧電振動子の振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた振動子が開示されている。特許文献１５には、逆メサ型圧電振動子の支持部にスリット（貫通孔）を設けることにより、表裏面の電極の導通を確保した圧電振動子が開示されている。
【０００７】
特許文献１６には、厚みすべり振動モードのＡＴカット水晶振動子の支持部に、スリットを設けることにより、高次輪郭系の不要モードを抑圧した水晶振動子が開示されている。
また、特許文献１７には、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の薄肉の振動部と、厚肉の保持部との連設部、即ち傾斜面を有する残渣部に、スリットを設けることにより、スプリアスを抑圧する振動子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１６５７４３公報
【特許文献２】特開２００９−１６４８２４公報
【特許文献３】特開２００６−２０３７００公報
【特許文献４】特開２００２−１９８７７２公報
【特許文献５】特開２００２−０３３６４０公報
【特許文献６】特開２００１−１４４５７８公報
【特許文献７】特開２００３−２６４４４６公報
【特許文献８】特開平２−０７９５０８号公報
【特許文献９】特開平９−２４６９０３号公報
【特許文献１０】特開２００７−１５８４８６公報
【特許文献１１】特開２００７−２１４９４１公報
【特許文献１２】実開昭６１−１８７１１６号公報
【特許文献１３】特開平９−３２６６６７号公報
【特許文献１４】特開２００９−１５８９９９公報
【特許文献１５】特開２００４−２６０６９５公報
【特許文献１６】特開２００９−１８８４８３公報
【特許文献１７】特開２００３−０８７０８７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、圧電デバイスの小型化、高周波化、並びに高性能化に対する要求は強い。しかしながら、前述のごとき構造の圧電振動子は、主振動のＣＩ値、近接するスプリアスＣＩ値比（＝ＣＩｓ／ＣＩｍ、ここでＣＩｍは主振動のＣＩ値、ＣＩｓはスプリアスのＣＩ値で、規格の１例は１．８以上）等が要求を満たせないという問題があることが判明した。
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたもので、高周波化（１００〜５００ＭＨｚ帯）を図ると共に、主振動のＣＩ値を低減し、スプリアスＣＩ値比等の電気的要求を満たした圧電振動素子、圧電振動子、電子デバイス、及び本発明の圧電振動子を用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
［適用例１］本発明に係る圧電振動素子は、矩形の振動領域、及び該振動領域と一体化された前記振動領域の厚みよりも厚い支持部を有する圧電基板と、前記振動領域の表面及び裏面に夫々配置された励振電極と、該各励振電極から前記支持部上に夫々延在して設けられたリード電極と、を備えた圧電振動素子であって、前記支持部は、前記振動領域の四辺のうち１辺を開放するように、前記振動領域を挟んで対向配置された第１の支持部、及び第２の支持部と、該第１及び第２の支持部の基端部間を連設する第３の支持部と、を備え、前記第２の支持部は、前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する第２の傾斜部と、該第２の傾斜部の前記他方の端縁に連設する第２の支持部本体と、を備え、前記第２の支持部には、少なくとも一つのスリットが設けられていることを特徴とする圧電振動素子である。
【００１２】
高周波の基本波圧電振動素子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、且つ主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１３】
［適用例２］また、圧電振動素子は、前記スリットは、前記第２の傾斜部と前記第２の支持部本体との境界部に沿って前記第２の支持部本体に配置され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。
【００１４】
圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性の優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１５】
［適用例３］また、圧電振動素子は、前記スリットは、前記第２の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置され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。
【００１６】
スリットの形成が容易になり、圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、及びＣＩ温度特性の優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１７】
［適用例４］また、圧電振動素子は、前記スリットは、前記第２の支持部本体に配置された第１のスリットと、前記第２の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置された第２のスリットと、を備え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。
【００１８】
圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを、よりよく抑圧することができるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１９】
［適用例５］また、圧電振動素子は、前記振動領域の一方の主面と、前記第１、第２及び第３の支持部の夫々の一方の面とは、同一面であることを特徴とする適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子である。
【００２０】
圧電基板を一方の面からのみエッチングして振動領域を形成することにより、元の基板の切断角度を保持した振動領域を形成することが可能となり、周波数温度特性の優れた、高周波の基本波圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２１】
［適用例６］また、圧電振動素子は、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方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸を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た水晶基板であることを特徴とする適用例１乃至５の何れか一項に記載の圧電振動素子ある。
【００２２】
温度特性の良好な圧電振動素子が得られるという効果がる。
【００２３】
［適用例７］前記水晶基板がＡＴカット水晶基板であることを特徴とする適用例６に記載の圧電振動素子である。
【００２４】
圧電基板に水晶ＡＴカット水晶基板を用いることにより、フォトリソグラフィー及びエッチングに関する永年の実績・経験が活用できるので、圧電基板の量産が可能であるのみならず、高精度のエッチングができ、圧電振動素子の歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
【００２５】
［適用例８］本発明の圧電振動子は、適用例１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該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ことを特徴とする厚みすべり振動圧電振動子である。
【００２６】
高周波の基本波圧電振動子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の抑圧が可能であるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がる。更に、主振動のＣＩ値を小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動子が得られ、且つ容量比の小さな圧電振動子が得られるという効果がある。
【００２７】
［適用例９］本発明の電子デバイスは、請求項１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、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ことを特徴とする電子デバイスである。
【００２８】
上記のように圧電デバイス（例えば電圧制御型圧電発振器）を構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波（例えば４９０ＭＨｚ帯）の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。また、圧電デバイスは基本波の圧電振動素子１を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅の広く、Ｓ／Ｎ比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
【００２９】
［適用例１０］また、電子デバイスは、前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする電子デバイスことを特徴とする電子デバイスである。
【００３０】
上記のように圧電デバイスを構成することにより、圧電発振器、温度補償型圧電発振器、及び電圧制御型圧電発振器等の圧電デバイスを構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器、周波数温度特性に優れた温度補償圧電発振器、周波数が安定で可変範囲の広く且つＳ／Ｎ比（信号雑音比）の良好な電圧制御型圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。
【００３１】
［適用例１１］
また、電子デバイスは、適用例１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を励振する発振回路と、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。
【００３２】
上記のように圧電デバイスを構成することにより、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。
【００３３】
［適用例１２］本発明の電子機器は、適用例７に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器ことを特徴とする電子機器である。
【００３４】
本発明の圧電振動子を電子機器の用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、Ｓ／Ｎ比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る圧電振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面図。
【図２】ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明する図。
【図３】圧電振動素子の変形例の構成を示す平面図。
【図４】圧電振動素子の変形例の構成を示す平面図。
【図５】圧電振動素子の変形例の構成を示す平面図。
【図６】第２の実施形態例の圧電振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面図。
【図７】第３の実施形態例の圧電振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面図、（ｄ）は平面図、（ｅ）は他の構成例の平面図。
【図８】本発明の圧電基板の製作工程を示す説明図。
【図９】本発明の圧電振動素子の励振電極及びリード電極の製作工程を示す説明図。
【図１０】（ａ）は圧電ウエハーに形成された凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部のＸ軸方向の断面図。
【図１１】（ａ）は圧電ウエハーに形成された凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部のＺ’軸方向の断面図。
【図１２】（ａ）（ｂ）は、本発明に係る実施形態の圧電振動子の構成を示す断面図、及び平面図である。
【図１３】圧電振動子の、（ａ）は周波数温度特性を示す図であり、（ｂ）はＣＩ温度特性を示す図。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は容量比の分布特性を示す図。
【図１５】（ａ）、（ｂ）は静電容量の分布特性を示す図。
【図１６】（ａ）、（ｂ）はＣＩ値比の分布特性を示す図。
【図１７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る圧電振動子の斜視図、（ｃ）は縦断面図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る圧電デバイスの縦断面図、及び平面図。
【図１９】本発明の実施形態に係る圧電デバイスの特性説明図である。
【図２０】（ａ）及び（ｂ）は本発明の圧電デバイスの縦断面図、及び平面図である。
【図２１】圧電デバイスの縦断面図。
【図２２】圧電デバイスの縦断面図。
【図２３】圧電デバイスの縦断面図。
【図２４】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の他の実施形態に係る圧電基板の構成説明図。
【図２５】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の他の実施形態に係る圧電基板の構成説明図。
【図２６】（ａ）及び（ｂ）はマウント部の構成例を示す要部平面図、及び断面図である。
【図２７】電子機器の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る圧電振動素子１の構成を示す概略図である。図１（ａ）は圧電振動素子１の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面図、（ｄ）と（ｅ）は外観斜視図、（ｆ）はＯ−Ｏ断面図である。
圧電振動素子１は、薄肉の振動領域１２、及び振動領域１２に連設された厚肉の支持部１４、１６、１８を有する圧電基板１０と、振動領域１２の両主面に夫々表裏で対向するようにして形成された励振電極２５ａ、２５ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂから夫々厚肉部に設けられたパッド電極２９ａ、２９ｂに向けて延出されて形成されたリード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。
【００３７】
圧電基板１０は、略四角形で矩形状をなし、且つ薄肉で平板状の振動領域１２と、振動領域１２の一辺を除いた三辺に沿って一体化されたコ字状の厚肉支持部（支持部）１３（１４、１６、１８）と、を備えている。厚肉支持部１３は、振動領域１２を挟んで対向配置された第１の支持部１４、及び第２の支持部１６と、第１及び第２の支持部１４、１６の基端部間を連設する第３の支持部１８と、を備えたコ字状の構成を備えている。
つまり、厚肉支持部は、振動領域の四辺のうち１辺を開放する
ように、振動領域を挟んで対向配置された第１の支持部、及び第２の支持部と、第１及び第２の支持部の基端部間を連設する第３の支持部と、を備える。ここで、「開放する」とは、一辺が露出している場合と、一部が露出しているのではなく完全に露出している場合を含む。
なお、本明細書では凹陥部１１側を表面とし、フラット面を裏面とする。
第１の支持部１４は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ａに連設し、振動領域１２の一辺１２ａに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第１の傾斜部１４ｂと、第１の傾斜部１４ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第１の支持部本体１４ａと、を備えている。同様に、第２の支持部１６は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｂに連設し、振動領域１２の一辺１２ｂに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第２の傾斜部１６ｂと、第２の傾斜部１６ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第２の支持部本体１６ａと、を備えている。
尚、前記支持部本体とは、前記Ｙ’軸に平行な厚みが一定の領域をいう。
【００３８】
第３の支持部１８は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｃに連設し、振動領域１２の一辺１２ｃに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第３の傾斜部１８ｂと、第３の傾斜部１８ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第３の支持部本体１６ａと、を備えている。つまり、薄肉の振動領域１２は、三辺を第１、第２、及び第３の支持部１４、１６、１８に囲まれ、且つ他の一辺が開放された凹陥部１１となっている。
なお、振動領域１２の一方の主面と、第１、第２及び第３の支持部１４、１６、１８の夫々の一方の面とは、同一平面上、即ち図１に示す座標軸のＸ−Ｚ’平面上にあり、この面（図１（ｂ）の下面側）を平坦面といい、反対側の面（図１（ｂ）の上面側）を凹陥面という。
更に、圧電基板１０は、第２の支持部１６に少なくとも一つの応力緩和用のスリットが貫通形成されている。図１に示した実施形態例では、スリット２０は第２の傾斜部１６ｂと第２の支持部本体１６ａとの連接部に沿って第２の支持部本体１６ａの面内に形成されている。
【００３９】
水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図２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。そして水晶基板は、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が圧電振動素子として用いられる。例えば、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１０は、図２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。
尚、本発明に係る圧電基板は、前記角度θが略３５°１５′のＡＴカットに限定されるものではなく、厚みすべり振動を励振するＢＴカット、等の圧電基板にも広く適用できるのは言うまでもない。
【００４０】
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を駆動する励振電極２５ａ、２５ｂは、図１に示す実施形態例では四角形状であり、振動領域１２のほぼ中央部の表裏両面に対向して形成されている。この際、平坦面側（図１（ｂ）の裏面側）の励振電極２５ｂの大きさは、凹陥面側（図１（ｂ）の上面側）の励振電極２５ａの大きさに対し、十分に大きく設定する。これは、励振電極の質量効果によるエネルギー閉じ込め係数を、必要以上に大きくしないためである。つまり、平坦面側の励振電極２５ｂを十分に大きくすることにより、プレートバック量Δ（＝（ｆｓ−ｆｅ）／ｆｓ、ここでｆｓは圧電基板のカットオフ周波数、ｆｅは圧電基板全面に励振電極を付着した場合の周波数）は、凹陥面側の励振電極２５ａの質量効果のみに依存する。
【００４１】
励振電極２５ａ、２５ｂは、蒸着装置、あるいはスパッター装置等を用いて、例えば、下地にニッケル（Ｎｉ）を成膜し、その上に金（Ａｕ）を重ねて成膜する。金（Ａｕ）の厚さは、オーミックロスが大きくならない範囲で、主振動のみを閉じ込めモード（Ｓ０）とし、斜対称インハーモニックモード（Ａ０、Ａ１・・）及び対称インハーモニックモード（Ｓ１、Ｓ３・・）を、閉じ込めモードとしないことが望ましい。しかし、例えば、４９０ＭＨｚ帯の圧電振動素子では、電極膜厚のオーミックロスを避けるように成膜すると、低次のインハーモニックモードがある程度、閉じ込められることは避けられない。
凹陥面側に形成した励振電極２５ａは、振動領域１２上から第３の傾斜部１８ｂと、第３の支持部本体１８ａとを経由するように励振電極２５ａから延出して配置されたリード電極２７ａにより、第２の支持部本体１６ａの上面に形成されたパッド電極２９ａに導通接続されている。また、平坦面側に形成された励振電極２５ｂは、圧電基板１０の端縁部を経由するリード電極２７ｂにより、第２の支持部本体１６ａの裏面（下面）に形成されたパッド電極２９ｂと導通接続されている。
【００４２】
図１（ａ）に示した実施形態例は、リード電極２７ａ、２７ｂの引出し構造の一例であり、リード電極２７ａは他の支持部を経由してもよい。ただ、リード電極２７ａ、２７ｂの長さは最短であることが望ましく、リード電極２７ａ、２７ｂ同志が圧電基板１０を挟んで交差しないように配慮することにより静電容量の増加を抑えることが望ましい。
また、図１の実施形態例では、圧電基板１０の表裏（上下）面に夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを形成する例を示したが、圧電振動素子１をパッケージに収容する際に、図Ｘ（下図）に示すように圧電振動素子１を裏返し、パッド電極２９ａとパッケージの端子電極Ａとを導電性接着剤で機械的に固定・電気的に接続し、パッド電極２９ｂとパッケージの端子電極Ｂとをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続するとよい。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
更に、下図に示すように、前記パッケージの内部に、圧電振動素子１を駆動するための発振回路、例えばＩＣチップを搭載し、当該ＩＣチップと電気的に接続された電極パッドと前記端子電極ＡやＢと電気的に接続することにより圧電発振器を構成するようにしてもよい。導電性接着剤で固定・接続し、パッド電極２９ｂとパッケージに搭載する前記ＩＣチップの接続端子とをボンディングワイヤーで接続するとよい。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
また、圧電基板１０の裏面側に間隔をあけて夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを併置してもよい。下図に示すように、導電性接着剤を用いてパッド電極２９ａ、２９ｂと、圧電振動素子１を収容するパッケージの端子電極との導通接続を図る場合は、パッド電極２９ａ、２９ｂが圧電基板の裏面側に間隔をあけて併置されている構成の方が望ましい。
【００４３】
振動領域１２と、圧電振動素子１の支持部であるパッド電極２９ａ、２９ｂとの間にスリット２０を設ける理由は、導電性接着剤の硬化時に発生する応力の広がりを防止することにある。
即ち、圧電振動素子をパッケージに導電性接着剤により支持する場合には、まず第２の支持部本体１６ａの被支持部（パッド電極）２９ａに導電性接着剤を塗布し、これをパッケージ等の端子電極に載置し、少し押さえる。導電性接着剤を硬化させるために高温で所定の時間保持する。高温状態では第２の支持部本体１６ａ、及びパッケージも共に膨張し、接着剤も一時的に軟化するので、第２の支持部本体１６ａには応力は生じない。導電性接着剤が硬化した後、第２の支持部本体１６ａ、及びパッケージが冷却してその温度が常温（２５℃）に戻ると、導電性接着剤、パッケージ、及び第２の支持部本体１６ａの各線膨張係数との差により、硬化した道電性接着剤から生じる応力が、第２の支持部本体１６ａから第１及び第３の支持部１４、１８、振動領域１２へと広がる。この応力の広がりを防止するために、応力緩和用のスリット２０を設けている。
【００４４】
圧電基板１０に生じる応力（∝歪）分布を求めるために、有限要素法を用いてシミュレーションを行うのが一般的である。振動領域１２における応力が少ない程、周波数温度特性、周波数再現性、周波数エージング特性の優れた圧電振動素子が得られる。
導電性接着剤としては、シリコン系、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等があるが、圧電振動素子１の脱ガスによる周波数経年変化を考慮に入れて、ポリイミド系の導電性接着剤を用いる。ポリイミド系の導電性接着剤は硬いので、離れた二カ所を支持するよりも一カ所支持の方が発生する応力の大きさを低減できるので、１００〜５００ＭＨｚの高周波数帯のうち、例えば４９０ＭＨｚ帯の電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）用の圧電振動素子１には、一カ所での支持する構造を用いた。つまり、パッド電極２９ｂは導電性接着を用いてパッケージの端子電極Ａに機械的に固定すると共に電気的にも接続し、他方のパッド電極２９ａはパッケージの端子電極Ｂとボンディングワイヤーを用いて電気的に接続することにした。
また、図１に示した圧電基板１０は、Ｘ軸方向の長さがＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロングとした。これは、圧電基板１０が導電性接着剤等で固定・接続される際に応力が生じるが、周知のように、ＡＴカット水晶基板のＸ軸方向に沿った両端に力を加えたときの周波周変化と、Ｚ’軸方向に沿った両端に同じ力を加えたときの周波周変化と、を比べると、Ｚ’軸方向の両端に力を加えたときの方が、周波数変化が小さい。つまり、支持点はＺ’軸方向に沿って設ける方が応力による周波数変化は小さくなり、好ましい。
【００４５】
図３は、図１に示した実施形態に係る圧電振動素子の変形例であり、ここでは平面図のみを示す。図１に示した実施形態例では、薄肉の振動領域１２は文字通り四角形（矩形状）をしているが、図３に示す実施形態例では、薄肉の振動領域１２の第３の支持部１８に対応する一辺１２ｃの両端部に相当する両角隅部が面取りされている点が異なる。このように、薄肉の振動領域１２が文字通り四角形の圧電基板１０に対して、図３に記載された実施形態例のように、振動領域１２の角部が面取りされた構造の圧電基板１０については、略四角形の概念の中に含まれるものとする。
【００４６】
図１、図３の実施形態例では、励振電極２５ａ、２５ｂの形状として四角形、つまり正方形、または矩形（Ｘ軸方向を長辺とする）の例を示したが、これに限定する必要はない。図４に示す実施形態例は、凹陥面側（表面側）の励振電極２５ａが円形であり、平坦面側（裏面側）の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に大きな四角形である。なお、平坦面側（裏面側）の励振電極２５ｂも十分に大きな円形であってもよい。
図５に示す実施形態例は、凹陥面側（表面側）の励振電極２５ａが楕円形であり、平坦面側（裏面側）の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に大きな四角形である。弾性定数の異方性によりＸ軸方向の変位分布と、Ｚ’軸方向の変位分が異なり、変位分布をＸ−Ｚ’平面に平行な面で切った切断面は、楕円形になる。そのため、楕円形状の励振電極２５ａを用いた場合が最も効率よく、圧電振動素子１を駆動できる。即ち、圧電振動素子１の容量比γ（＝Ｃ０／Ｃ１、ここで、Ｃ０は静電容量、Ｃ１は直列共振容量）を最小にできる。また、励振電極２５ａは長円形であってもよい。
【００４７】
図６は、第２の実施形態に係る圧電振動素子２の構成を示す概略図である。図６（ａ）は圧電振動素子２の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面図である。
圧電振動素子２が図１に示す圧電振動素子１と異なる点は、応力緩和用のスリット２０を設ける位置である。本例では、スリット２０は、薄肉の振動領域１２の一辺１２ｂの端縁より離間した第２の傾斜部１６ｂ内に形成されている。振動領域１２の一辺１２ｂに沿って、スリット２０の一方の端縁が一辺１２ｂに接するように第２の傾斜部１６ｂ内にスリット２０を形成するのではなく、第２の傾斜部１６ｂの両端縁より離間してスリット２０を設けている。つまり第２の傾斜部１６ｂには、振動領域１２の一辺１２ｂの端縁と連接する極細の傾斜部１６ｂｂが残されている。換言すれば、一辺１２ａとスリット２０との間に極細の傾斜部１６ｂｂが形成されている。
【００４８】
極細の傾斜部１６ｂｂを残した理由は次の通りである。即ち、振動領域１２に配置された励振電極２５ａ、２５ｂに高周波電圧を印加することにより振動領域１２を励振すると、主振動（Ｓ０）の他にインハーモニックモード（Ａ０、Ｓ１、Ａ１、Ｓ２・）が励振される。望ましいのは主振動（Ｓ０）モードのみを閉じ込めモードとし、他のインハーモニックモードは伝搬モード（非閉じ込めモード）とすることであるが、振動領域１２が薄く成り、その基本波周波数が数百ＭＨｚとなると、電極膜のオーミックロスを避けるため、励振電極は所定の厚さ以上にする必要がある。このため、前記励振電極の厚みを前記所定の厚さ以上とした場合に、主振動に近接した低次のインハーモニックモードが励振されることになる。本願発明者は、この低次のインハーモニックモードの振幅の大きさを抑制するには、インハーモニックモードの定在波が成り立つ条件を妨げるようにすればよいことに思い至った。つまり、図６の振動領域１２のＺ’軸方向の両端縁の形状は非対称であり、またＸ軸方向の両端縁の形状も細片１６ｂｂを残したことにより非対称となり、低次のインハーモニックモード定在波の振幅は抑えられることを実現した。
【００４９】
図７は、第３の実施形態に係る圧電振動素子３の構成を示す概略図である。図７（ａ）は圧電振動素子３の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面図であり、同図（ｄ）は平面図である。
圧電振動素子３が、図１に示す圧電振動素子１と異なる点は、第２の支持部本体１６ａの面内に第１のスリット２０ａを設けると共に、第２の傾斜部１６ｂの面内に第２のスリット２０ｂを形成して、２個の応力緩和用のスリットを設けた点である。第２の支持部本体１６ａの面内、及び第２の傾斜部１６ｂの面内に夫々個別のスリットを形成する目的は、前述の通り既に説明しているので、ここでは省略する。
第１のスリット２０ａ、及び第２のスリット２０ｂを、図７（ａ）に示す平面図のようにＸ軸方向に並置するのではなく、図７（ｄ）に示す如くＺ’軸方向に互いに離れるように段差状に配置してもよい
。２個のスリット２０ａ、２０ｂを設けた方が、導電性接着剤に起因して生じる応力を、振動領域１２まで広げないようにすることが可能である。
【００５０】
図８、図９は、圧電基板１０の凹陥部１１、外形及びスリット２０の形成に係る製造工程を示すフローチャートである。ここでは、圧電ウエハーとして水晶ウエハーを例にして説明する。工程Ｓ１では、両面がポリッシュ加工された所定の厚さ、例えば８０μｍの水晶ウエハー１０Ｗを、十分に洗浄し、乾燥した後、表裏面にスパッタリング等により、クロム（Ｃｒ）を下地にし、その上に金（Ａｕ）を積層した金属膜（耐蝕膜）Ｍを夫々成膜する。
工程Ｓ２では、表裏の金属膜Ｍの上に夫々フォトレジスト膜（レジスト膜と称す）Ｒを全面に塗布する。工程Ｓ３では、マスクパターンと露光装置を用いて、凹陥部に相当する位置のレジスト膜Ｒを露光する。感光したレジスト膜Ｒを現像して感光したレジスト膜を剥離すると、凹陥部に相当する位置の金属膜Ｍが露出する。レジスト膜Ｒから露出した金層膜Ｍを王水等の溶液を用いて溶かして除去すると、凹陥部に相当する位置の水晶面が露出する。
【００５１】
工程Ｓ４では、露出した水晶面をフッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液を用いて所望の厚さまでエッチングする。工程Ｓ５では所定の溶液を用いてレジスト膜Ｒを剥離し、更に露出した金属膜Ｍを、王水等を用いて除去する。この段階で水晶ウエハー１０Ｗは、一方の面に凹陥部１１が格子状に規則的に並んだ状態となる。工程Ｓ６では、工程Ｓ５で得られた水晶ウエハー１０Ｗの両面に金属膜（Ｃｒ＋Ａｕ）Ｍを成膜する。工程Ｓ７では工程Ｓ６で形成された金属膜（Ｃｒ＋Ａｕ）Ｍの両面にレジスト膜Ｒを塗布する。
工程Ｓ８では、所定のマスクパターンと露光装置を用いて、圧電基板１０の外形とスリット２０に相当する位置のレジスト膜Ｒを両面から感光し、現像して剥離する。更に、露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。
【００５２】
工程Ｓ９では露出した水晶面をフッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液を用いてエッチングし、圧電基板１０の外形とスリット２０を形成する。工程Ｓ１０では、残ったレジスト膜Ｒを剥離し、露出した余分の金属膜Ｍを溶かして除去する。この段階では水晶ウエハー１０Ｗは、圧電基板１０が支持細片で連接し、格子状に並んだ状態となる。本発明の特徴は、工程Ｓ８とＳ９に示すように、凹陥部１１の振動領域１２一部と、振動領域１２に連設された第４の支持部１９とをエッチングにより取り除いたことである。これにより、圧電基板の小型化が図られる。詳細については後述する。
工程Ｓ１０が終了した後、水晶ウエハー１０Ｗに格子状に規則的に並んだ各圧電基板１０の振動領域１２の厚さを、例えば光学的に計測する。計測した各振動領域１２の厚さが所定の厚さより厚い場合には、夫々厚さの微調整を行って所定の厚さの範囲に入るようにする。
【００５３】
水晶ウエハー１０Ｗに形成された各圧電基板１０の振動領域１２の厚さを、所定の厚さの範囲内に調整した後、各圧電基板１０に励振電極２５ａ、２５ｂ、及びリード電極２７ａ、２７ｂを形成する手順を、図９を用いて説明する。工程Ｓ１１では、水晶ウエハー１０Ｗの表裏全面にスパッタリング等でニッケル（Ｎｉ）を成膜し、その上に金（Ａｕ）を積層して金属膜Ｍを成膜する。次に工程Ｓ１２では、金属膜Ｍの上にレジストを塗布しレジスト膜Ｒを成膜する。工程Ｓ１３では、マスクパターンＭｋを用いて励振電極２５ａ、２５ｂ、リード電極２７ａ、２７ｂに相当する位置のレジスト膜Ｒを露光する。工程Ｓ１４では、感光したレジスト膜Ｒを現像して不要のレジスト膜Ｒを、溶液を用いて剥離する。次に、レジスト膜Ｒが剥離して露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。工程Ｓ１５では、金属膜Ｍに残った不要のレジスト膜Ｒを剥離すると、各圧電基板１０上には励振電極２５ａ、２５ｂ、及びリード電極２７ａ、２７ｂ等が形成されている。水晶ウエハー１０Ｗに連接するハーフエッチングされた支持細片を折り取りすることにより、分割された圧電振動素子１が得られる。
【００５４】
ところで、水晶をウェットエッチングすると、Ｚ軸に沿ってエッチングが進行していくが、各結晶軸の方向に応じてエッチングの速度が変わってくるという水晶特有のエッチング異方性を有している。従って、当該エッチングの異方性により現出するエッチング面は、各結晶軸の方向に応じて違いが現れることは、これまでエッチング異方性を研究テーマにした数多くの学術論文や先行特許文献において論じられてきた。しかしながら、このような背景があるにもかかわらず、水晶のエッチング異方性について明確に系統立てられた資料がなく、ナノ加工技術的側面が非常に強いためにエッチングの諸条件（エッチング溶液の種類や、エッチングレート、エッチング温度、等）の違いによるものなのか、文献によっては、現出する結晶面に相異があるものも多々見受けられるのが現状である。
そこで、本願発明者は、本発明に係る圧電振動素子をフォトリソグラフィー技法とウェットエッチング技法を用いて製造するに当たり、エッチングシミュレーションと試作実験、並びにナノレベルでの表面分析と観察を繰り返し、本発明に係る圧電振動子は以下の態様をなることが判明したので、以下詳細に説明をする。
【００５５】
図１０、図１１は、エッチングにより形成される、ＡＴカット水晶ウエハー１０Ｗ上の凹陥部１１の断面形状を説明する図である。
図１０（ａ）は、図１０の工程Ｓ５における水晶ウエハー１０Ｗの平面図である。この段階では、水晶ウエハー１０Ｗの一方の面に凹陥部１１が格子状で且つ規則的に形成されている。図１０（ｂ）は、Ｘ軸方向の断面図であり、凹陥部１１の各壁面は垂直の壁面ではなく傾斜面を呈している。つまり、−Ｘ軸方向の壁面は傾斜面Ｘ１を形成し、＋Ｘ軸方向の壁面は傾斜面Ｘ２を形成している。Ｘ軸に直交する溝を形成すると、溝の断面の壁面Ｘ３は楔型を呈する。図１０（ｃ）〜（ｅ）は凹陥部１１の壁面Ｘ１、Ｘ２、及び溝部の壁面Ｘ３の拡大図である。−Ｘ軸方向の壁面は、図１０（ｃ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し略６２度の傾斜でエッチングされる。＋Ｘ軸方向の壁面は、図１０（ｄ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し直交（９０度）して少しエッチングが進むが、その後は緩やかな傾斜でエッチングが進行する。Ｘ軸方向に沿う凹陥部１１の底面は、水晶ウエハーの元の平面と平行にエッチングされる。つまり、振動領域１２は表裏面が平行の平板状となる。
図１０（ｅ）は、水晶ウエハー１０Ｗに形成した折り取り用の溝部の断面図である。Ｘ軸に直交して形成された溝部の断面は楔型を呈している。これは溝部の壁面Ｘ３が、−Ｘ軸方向の壁面Ｘ１と、＋Ｘ軸方向の壁面Ｘ２とで形成されるために、楔型となるのである。
凹陥部１１が形成された面に電極を設ける場合は、＋Ｘ軸方向に形成される壁面Ｘ２の垂直の壁面に注意する必要がある。電極膜の断裂が起り易いので避ける方が望ましい。
【００５６】
図１１は圧電基板１０に形成された凹陥部１１の、特にＺ’軸方向の断面図の壁面を説明する図である。図１１（ａ）は、水晶ウエハー１０Ｗの平面図である。図１１（ｂ）は、水晶ウエハー１０ＷのＺ’軸方向の断面図であり、−Ｚ’軸方向の壁面は傾斜面Ｚ１を形成し、＋Ｚ’軸方向の壁面は傾斜面Ｚ２を形成する。Ｚ’軸に直交する溝部を形成すると、溝部の断面の壁面Ｚ３は楔型を呈する。
図１１（ｃ）〜（ｅ）は凹陥部１１の壁面Ｚ１、Ｚ２、及ぶ溝部の壁面Ｚ３の拡大図である。−Ｚ’軸方向の壁面は、図１１（ｃ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し比較的緩やかな傾斜でエッチングされる。＋Ｚ’軸方向の壁面Ｚ２は、図１１（ｄ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し急な傾斜面Ｚ２ａでエッチングされるが、その後は緩やかな傾斜面Ｚ２ｂでエッチングが進行し、その後はより緩やかな傾斜面Ｚ２ｃとなる。図１１（ｅ）はＺ’軸方向に直交して形成した溝部の断面図で、楔型断面Ｚ３となる。この溝部は、水晶ウエハー１０Ｗに折り取り用の溝部である。この溝部の壁面Ｚ３が、−Ｚ’軸方向の壁面Ｚ１と、＋Ｚ’軸方向の壁面Ｚ２の中、壁面Ｚ２ａと壁面Ｚ２ｂとで形成されるために、ほぼ楔型の断面を呈するのである。Ｘ軸方向、Ｚ’軸方向に折り取り用溝部を形成すると、その断面形状は楔型となり、折り取りが容易である。
本発明の特徴の１つは、図１１（ｄ）に示すように、振動領域１１うちＺｃで示す一点鎖線の図中右側の、元の平面と平行でない緩やかな傾斜面Ｚ２ｃを、第４の支持部１９と共にエッチングにより取り去ることにより、圧電基板の小型化を図ったことである。
更に、前記緩やかな傾斜面Ｚ２ｃを前記第４の支持部１９と共に削除することを前提として製造方法を確立しているので、振動領域となる平坦な超薄部の面積を、先行技術として掲げた従来の如きＸ軸に沿って振動領域の両端に存在する厚肉部を備えた構造に比べて大きく確保することを実現したので、振動領域に励振される厚み滑り振動モードにおいて、弾性定数の異方性により振動変位分布がＸ軸方向に長径を有する楕円状となることを十分に考慮して、設計することが可能となるため、長軸対短軸の比を、１．２６：１が望ましいが、製造寸法のバラツキ等を考慮して、１．１４〜１．３９：１の範囲程度となるように十分設計可能となった。
更に、図１７に示すように、圧電振動素子１の外形において、Ｘ軸に交わる端面にも傾斜面が現出し、Ｘ軸の（−）側の端面には傾斜面（１）が現出し、（＋）側の単面には傾斜面（２）が現出することが判明し、傾斜面（１）と傾斜面（２）のＸＹ’平面に平行な断面において、その形状は異なっていることも判明した。
また、傾斜面（１）、（２）共に、圧電基板の主表面と交わる付近には、図１０（ｂ）、（ｅ）に示すような＋Ｘ軸方向に形成される壁面Ｘ２の垂直の壁面は現出していない。この理由は、凹陥部１１を形成するのに必要なエッチング時間に比べて、傾斜面（１）と傾斜面（２）の形成時間は圧電基板（水晶基板）を表裏からエッチングを開始し、表裏が貫通するまでエッチングするので、エッチング時間が十分に長いためにオーバーエッチングの作用により、垂直の壁面が現出しないのである。
傾斜面（１）を構成する傾斜面ａ１、ａ２は、Ｘ軸に対してほぼ対称関係にあることが判明した。
傾斜面（２）を構成する傾斜面ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４においては、ｂ１とｂ４、ｂ２とｂ３とが、各々Ｘ軸に対してほぼ対称関係にあることが判明した。
更に、傾斜面ａ１、ａ２のＸ軸に対する傾斜角度αは、傾斜面ｂ１、ａ４のＸ軸に対する傾斜角度βに比べて、
β＜α
の関係にあることが分かった。
【００５７】
図１２（ａ）（ｂ）は、本発明に係る実施形態の圧電振動子５の構成を示す断面図である。圧電振動子５は、例えば上記の圧電振動素子１と、圧電振動素子１を収容するパッケージとを備えている。パッケージは、矩形の箱状に形成されているパッケージ本体４０と、金属、セラミック、ガラス等から成る蓋部材４９とから成る。
パッケージ本体４０は、図１３に示すように、第１の基板４１と、第２の基板４２と、第３の基板４３とを積層して形成されており、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートを成形し箱状とした後で、焼結して形成されている。実装端子４５は、第１の基板４１の外部底面に複数形成されている。第３の基板４３は中央部が除去された環状体であり、第３の基板４３の上部周縁に例えばコバール等の金属シールリング４４が形成されている。
【００５８】
第３の基板４３と第２の基板４２とにより、圧電振動素子１を収容する凹部が形成されている。第２の基板４２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。
素子搭載パッド４７の位置は、圧電振動素子１を載置した際に第２の支持部本体１４ａに形成したパッド電極２９ａに対応するように配置されている。
【００５９】
圧電振動子５の構成は、パッケージ本体４０の素子搭載パッド４７に導電性接着剤３０、例えば脱ガスの少ないポリイミド系接着剤を適量塗布し、その上に圧電振動素子１のパッド電極２９ａとパッケージの端子電極Ａ（パッド４７）とを１点支持にて載置して荷重をかけて機械的に固定すると共に電気的に接続する。導電性接着剤３０の特性として、接着剤３０に起因する応力（∝歪）の大きさは、シリコン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤の順で大きくなる。また、脱ガスは、ポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤、シリコン系接着剤の順で大きくなる。
そして、パッド電極２９ｂとパッケージの端子電極Ｂとをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続するとよい。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
【００６０】
パッケージ本体４０に搭載された圧電振動子１の導電性接着剤３０を硬化させるために所定の温度の高温炉に所定の時間入れる必要がある。アニール処理を施した後、励振電極２５ａ、２５ｂに質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。蓋部材４９を、パッケージ本体４０の上面に形成したシールリング４４上にシーム溶接して密封する。または、パッケージ本体４０の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材４９を載置し、溶融して密着する方法もある。パッケージのキャビティ内は真空にするか、窒素Ｎ２等の不活性ガスを充填して、圧電振動子５を完成する。
以上の圧電振動子５の実施の形態例では、パッケージ本体４０に積層板を用いた例を説明したが、パッケージ本体４０に単層セラミック板を用い、蓋体に絞り加工を施したキャップを用いて圧電振動子を構成してもよい。
【００６１】
図１３（ａ）（ｂ）は、本発明に係る圧電振動子５の電気的特性の一例を示す図である。共振周波数は、一例として基本波モードで共振周波数を１２３ＭＨｚ帯とした。この周波数帯は、電圧制御型圧電発振器（Voltage Controlled Crystal Oscillator：ＶＣＸＯ）用の水晶振動子を意図して開発されたものである。図１３（ａ）は温度範囲が−４０℃〜８５℃における圧電振動子５の周波数温度特性であり、同図（ｂ）同温度範囲の圧電振動子５のＣＩ（クリスタルインピーダンス）温度特性である。図１３（ａ）の周波数温度特性は、滑らかな三次曲線を呈しており、要求された規格を満たしている。また、図１３（ｂ）のＣＩ温度特性も全温度範囲に亘って、ＣＩディップ等もなく良好な特性を呈している。
【００６２】
図１４（ａ）は、本発明の圧電振動子５の容量比γの分布を表わしており、γの平均値は２７３、標準偏差σは１８という値が得られた。図１４（ｂ）は従来の圧電振動子の容量比γの分布を表わし、γの平均値は２９６、標準偏差σは２６という値であった。
図１５（ａ）は、本発明の圧電振動子５の静電容量Ｃ０の分布を表わし、Ｃ０の平均値は１．８０（ｐＦ）、標準偏差σは０．０１という値が得られた。図１５（ｂ）は従来の圧電振動子の静電容量Ｃ０の分布を表わし、Ｃ０の平均値は１．８８、標準偏差σは０．０２という値であった。
図１６（ａ）は、本発明の圧電振動子５のスプリアスＣＩ値比（＝ＣＩｓ／ＣＩｍ、ＣＩｍは主振動のＣＩ値、ＣＩｓは主振動に近接した最も大きなスプリアスのＣＩ値）の分布を表わし、図１６（ｂ）は、従来の圧電振動子のスプリアスＣＩ値比の分布を表わしている。
図１４、図１５、及び図１６より明らかなように、容量比γ、静電容量Ｃ０、及びスプリアスＣＩ値比とも、従来の如き圧電振動子より、本発明に係る圧電振動子５の方が優れていることが分かった。しかも、本発明に係る圧電振動子５は小型化も実現されている。
【００６３】
図１に示すように、高周波の基本波圧電振動素子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧することができるので、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、且つ主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、圧電基板を一方の面からのみエッチングして振動領域を形成することにより、元の基板の切断角度を保持した振動領域を形成することが可能となり、周波数温度特性の優れた高周波の基本波圧電振動素子が得られるという効果がある。また、図４に示すように第２の傾斜部１４ｂにスリット２０を形成すると、容易にスリットが貫通できるという効果もある。
【００６４】
圧電基板に水晶ＡＴカット水晶基板を用いることにより、永年のフォトリソグラフィー技法及びエッチング技法に関する実績・経験が活用できるので、圧電基板の量産が可能であるのみならず、高精度のエッチングができ、圧電振動素子の歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
図１３に示すように圧電振動子を構成すると、高周波の基本波圧電振動子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の抑圧が可能であるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がる。更に、主振動のＣＩ値を小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られ、且つ容量比γの小さな圧電振動子が得られるという効果がある。
【００６５】
次に、共振周波数について更に高周波化を試み、４９１（ＭＨｚ）帯の圧電振動子を試作し、評価を行った。
下表は４９１（ＭＨｚ）の圧電振動子のサンプルを３個製作し、それぞれのサンプルについて等価回路定数を測定した値である。容量比γ、静電容量Ｃ０、等、十分良好な電気的特性が得られていることが確認された。
【表１】
本発明に係る４９１（ＭＨｚ）の圧電振動子を用いてＶＣＸＯを製作した。図１８は、そのＶＣＸＯの周波数温度特性の評価結果である。滑らかな三次曲線を呈しており、要求された規格を満たしており、全温度範囲に亘ってディップ等もなく良好な特性が得られている。
【００６６】
図２０は、本発明の実施の形態の電子デバイスの一種である圧電発振器６の構成を示す断面図である。圧電発振器６は、パッケージ本体４０及び蓋部材４９と、圧電振動素子１と、圧電振動素子１を励振する発振回路を搭載したＩＣ部品５１と、電圧により容量が変化する可変容量素子、温度より抵抗が変化するサーミスタ、インダクタ等の電子部品５２と、を備えている。
パッケージ本体４０の素子搭載パッド４７に導電性接着剤（ポリイミド系）３０を塗布し、この上に圧電振動素子１を載置してパッド電極２９ａとの導通を図る。他方のパッド電極２９ｂは、パッケージ本体４０の他の端子パッドにボンディングワイヤーにて接続し、ＩＣ部品５１の１つの端子との導通を図る。ＩＣ部品５１及び電子部品５２をパッケージ本体４０上の所定の位置に固定・接続する。パッケージ本体４０を真空、あるいは窒素等の不活性気体で満たし、パッケージ本体４０を蓋部材４９で密封して圧電発振器６を完成する。
【００６７】
図２０の実施形態に示した圧電発振器６は同一圧電基板上に圧電振動素子１、ＩＣ部品５１及び電子部品を配置したが、図２１の実施形態の圧電発振器７は、Ｈ型のパッケージ本体６０を用い、上部に圧電振動素子１を収容し、キャビティ内部を真空、又は窒素Ｎ２ガスで満たし、蓋部材４９で封止する。図２１において、下部の収納部には圧電振動素子１を励振する発振回路、増幅回路等を搭載したＩＣ部品５１と、可変容量素子、及び必要に応じてインダクタ、サーミスタ、コンデンサー等の電子部品５２と、を金属バンプ（Ａｕバンプ）６８等の接続手段を介して、パッケージ本体６０の端子６７に導通・接続する。本発明に係る圧電発振器７は、圧電振動素子１と、ＩＣ部品５１及び電子部品５２とを分離しているために、圧電発振器７の周波数エージングに優れている。
更に、図２２においては、下部の収納部には少なくとも一以上の電子部品を備える構造としても良い。例えば、前記電子部品としては、サーミスタ、コンデンサー、リアクタンス素子等を適用することができ、圧電振動素子を周波数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。
【００６８】
図２０、図２１、図２２に示すように、圧電デバイス（例えば電圧制御型圧電発振器）を構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波（例えば４９０ＭＨｚ帯）の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。また、圧電デバイスは基本波の圧電振動素子１を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅の広く、Ｓ／Ｎ比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
また、圧電デバイスとして圧電発振器、温度補償型圧電発振器、及び電圧制御型圧電発振器等を構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器、周波数温度特性に優れた温度補償圧電発振器、周波数が安定で可変範囲の広く且つＳ／Ｎ比（信号雑音比）の良好な電圧制御型圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。
また、図２４は、圧電基板の厚肉支持部の外周側面に傾斜面を形成した構成例である。
【００６９】
［変形実施形態］
図２４（ａ）の実施形態における圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部と、前記薄肉部の周縁に設けられ、当該薄肉部よりも厚い厚肉部とを備えた圧電基板１０であって、圧電基板においては、厚肉支持部１３には、縁辺の方向に緩衝部Ｓを介してマウント部Ｍが横並びで接続され、緩衝部は、マウント部と厚肉支持部との間にスリット２０を有し、マウント部は、マウント部と緩衝部と厚肉支持部との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、面取り部２１を有していることを特徴とする。
図２４（ｂ）の圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部と、薄肉部の周縁に設けられ、薄肉部よりも厚い厚肉支持部１３とを備えた圧電基板１０であって、厚肉支持部には、緩衝部Ｓを介してマウント部Ｍが横並びで接続され、緩衝部は、マウント部と厚肉支持部との間にスリット２０を有し、マウント部は、マウント部と緩衝部と厚肉支持部との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に切欠き部２２を有し、スリットの長手方向は直交方向と平行であり、マウント部の直交方向の幅を、スリットの長手方向の幅より狭く、スリットの長手方向の両端部は、マウント部の両端部よりも緩衝部の直交方向の外周寄りにあることを特徴とする。
図２４（ｃ）の圧電基板は、振動領域１２を有する薄肉部と、薄肉部の周縁に設けられた厚肉支持部１３とを備えた圧電基板１０であって、厚肉支持部１３には、緩衝部Ｓとマウント部Ｍが順に連結され、緩衝部は、マウント部と厚肉支持部との間にスリット２０を有し、マウント部は、マウント部と緩衝部と厚肉支持部との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、切欠き部２２を有していることを特徴とする。
【００７０】
図２５は、図２４の構造に対し、２点支持の形態をとることを特徴としている。
なお、図２４、図２５においては、厚肉支持部１３の各支持部１４、１６、１８の内壁に傾斜部が図示されておらず、また厚肉支持部１３の外側の側壁面には図１３に示した如き傾斜面が図示されていないが、これらの傾斜部、傾斜面は対応する部位に形成される。
なお、図２４、図２５中の各符号は、上記各実施形態の同じ符号が示す部位と対応している。
【００７１】
［変形実施例 その２］
更に、図２６（ａ）（ｂ）の実施形態はマウント部の構成を示しており、このマウント部Ｍにおいては、接着強度を向上させるために凹凸状とすることによって面積を稼いでいる。
図２７は本発明に係る電子機器の構成を示す概略構成図である。電子機器８は上記の圧電振動子６を備えている。圧電振動子６を用いた電子機器８として、伝送機器等が挙げられる。これらの電子機器８において圧電振動子６は、基準信号源、あるいは電圧可変型圧電発振器（ＶＣＸＯ）等として用いられ、小型で、特性の良好な電子機器を提供できる。
本発明の圧電振動子を電子機器に用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、Ｓ／Ｎ比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある
【符号の説明】
【００７２】
１、２、３…圧電振動素子、６、７…圧電デバイス、８…電子機器、１０…圧電基板、１０Ｗ…水晶ウエハー、１１…凹陥部、１２…振動領域、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…振動領域の一辺、１３…厚肉支持部、１４…第１の支持部、１４ａ…第１の支持部本体、１４ｂ…第１の傾斜部、１６…第２の支持部、１６ａ…第２の支持部本体、１６ｂｂ …細片、１６ｂ…第２の傾斜部、１８…第３の支持部、１８ａ…第３の支持部本体、１８ｂ…第３の傾斜部、１９…第４の支持部、２０…スリット、２０ａ…第１のスリット、２０ｂ…第２のスリット、２５ａ、２５ｂ…励振電極、２７ａ、２７ｂ…リード電極、２９ａ、２９ｂ…パッド電極、３０…導電性接着剤、４０…パッケージ本体、４１…第１の基板、４２…第２の基板、４３…第３の基板、４４…シールリング、４５…実装端子、４６…導体、４７…素子搭載パッド、４９…蓋部材、５１…ＩＣ部品、５２電子部品、６０…パッケージ本体、６１…蓋部材、６５…実装端子、６６…導体、６７…部品端子、６８…金属バンプ（Ａｕバンプ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚みすべり振動モードを励振する圧電振動子に関し、特に所謂逆メサ型構造を有する圧電振動素子、圧電振動子、電子デバイス、及び本発明に係る圧電振動子を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＴカット水晶振動子は、励振する主振動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、圧電発振器、電子機器等の多方面で使用されている。
特許文献１には、主面の一部に凹陥部を形成して高周波化を図った、所謂逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。水晶基板のＺ’軸方向の長さが、Ｘ軸方向の長さより長い、所謂Ｚ’ロング基板を用いている。
特許文献２には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉支持部が連設され、コ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。更に、水晶振動片は、ＡＴカット水晶基板のＸ軸とＺ’軸を、夫々Ｙ’軸を中心に−１２０°〜＋６０°の範囲で回転させてなる面内回転ＡＴカット水晶基板であり、振動領域を確保し、且つ量産性に優れた（多数個取り）構造であるという。
【０００３】
特許文献３、４には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉支持部が連設され、コ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されており、水晶振動片は水晶基板のＸ軸方向の長さがＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロング基板が用いられている。
特許文献５には、矩形状の薄肉の振動部の隣接する二辺に各々厚肉支持部が連設され、Ｌ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。水晶基板にはＺ’ロング基板が用いられている。
しかしながら、特許文献５においては、
Ｌ字状の厚肉部を得るために、特許文献５の図１（ｃ）、（ｄ）に記載されているように線分αと、線分βに沿って厚肉部を削除しているが、当該削除はダイシング等の機械加工で削除することを前提としているため、切断面にチッピングやクラック等のダメージを負い、超薄部が破損してしまう問題がある。また、振動領域にスプリアスの原因となる不要振動の発生やＣＩ値の増加等の問題が発生する。
特許文献６には、薄肉の振動部の一辺のみに厚肉支持部が連設された逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。
【０００４】
特許文献７には、水晶基板の両主面であって表裏面で対向するように凹陥部を形成することにより、高周波化を図った逆メサ構造のＡＴカット振動子が開示されている。水晶基板にはＸロング基板が用いられ、凹陥部に形成された振動領域の平坦性が確保された領域に励振電極が設けられ構造が提案されている。
ところで、ＡＴカット水晶振動子の振動領域に励振される厚み滑り振動モードは、弾性定数の異方性により振動変位分布がＸ軸方向に長径を有する楕円状になることが知られている。特許文献８には、圧電基板の表裏両面に表裏対称に配置された一対のリング状電極を有する厚みすべり振動を励振する圧電振動子が開示されている。リング状電極が対称零次モードのみを励起し、それ以外の非調和高次モードをほとんど励起しないように、リング状電極の外周の径と内周の径との差を設定したものである。
【０００５】
特許文献９には、圧電基板、及び圧電基板の表裏に設ける励振電極の形状を、共に長円形状にした圧電振動子が開示されている。
特許文献１０には、水晶基板の長手方向（Ｘ軸方向）の両端部、及び電極のＸ軸方向の両端部の形状を共に半楕円状とし、且つ楕円の長軸対短軸の比（長軸／短軸）を、ほぼ１．２６とした水晶振動子が開示されている。
特許文献１１には、楕円の水晶基板上に楕円の励振電極を形成した水晶振動子が開示されている。長軸対短軸の比は、１．２６：１が望ましいが、製造寸法のバラツキ等を考慮すると、１．１４〜１．３９：１の範囲程度が実用的であるという。
【０００６】
特許文献１２には、厚みすべり圧電振動子のエネルギー閉じ込め効果をより改善するために、振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた構造の圧電振動子が開示されている。
ところで、圧電振動子の小型化を図る際に、接着剤に起因する残留応力により、電気的特性の劣化や周波数エージング不良が生じる。特許文献１３には、矩形平板状のＡＴカット水晶振動子の振動部と支持部との間に、切り欠きやスリットを設けた水晶振動子が開示されている。このような構造を用いることにより、残留応力が振動領域へ広がるのを抑制できるという。
特許文献１４には、マウント歪（応力）を改善（緩和）するために、逆メサ型圧電振動子の振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた振動子が開示されている。特許文献１５には、逆メサ型圧電振動子の支持部にスリット（貫通孔）を設けることにより、表裏面の電極の導通を確保した圧電振動子が開示されている。
【０００７】
特許文献１６には、厚みすべり振動モードのＡＴカット水晶振動子の支持部に、スリットを設けることにより、高次輪郭系の不要モードを抑圧した水晶振動子が開示されている。
また、特許文献１７には、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の薄肉の振動部と、厚肉の保持部との連設部、即ち傾斜面を有する残渣部に、スリットを設けることにより、スプリアスを抑圧する振動子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１６５７４３公報
【特許文献２】特開２００９−１６４８２４公報
【特許文献３】特開２００６−２０３７００公報
【特許文献４】特開２００２−１９８７７２公報
【特許文献５】特開２００２−０３３６４０公報
【特許文献６】特開２００１−１４４５７８公報
【特許文献７】特開２００３−２６４４４６公報
【特許文献８】特開平２−０７９５０８号公報
【特許文献９】特開平９−２４６９０３号公報
【特許文献１０】特開２００７−１５８４８６公報
【特許文献１１】特開２００７−２１４９４１公報
【特許文献１２】実開昭６１−１８７１１６号公報
【特許文献１３】特開平９−３２６６６７号公報
【特許文献１４】特開２００９−１５８９９９公報
【特許文献１５】特開２００４−２６０６９５公報
【特許文献１６】特開２００９−１８８４８３公報
【特許文献１７】特開２００３−０８７０８７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、圧電デバイスの小型化、高周波化、並びに高性能化に対する要求は強い。しかしながら、前述のごとき構造の圧電振動子は、主振動のＣＩ値、近接するスプリアスＣＩ値比（＝ＣＩｓ／ＣＩｍ、ここでＣＩｍは主振動のＣＩ値、ＣＩｓはスプリアスのＣＩ値で、規格の１例は１．８以上）等が要求を満たせないという問題があることが判明した。
そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたもので、高周波化（１００〜５００ＭＨｚ帯）を図ると共に、主振動のＣＩ値を低減し、スプリアスＣＩ値比等の電気的要求を満たした圧電振動素子、圧電振動子、電子デバイス、及び本発明の圧電振動子を用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
［適用例１］本発明に係る圧電振動素子は、矩形の振動領域、及び該振動領域と一体化された前記振動領域の厚みよりも厚い支持部を有する圧電基板と、前記振動領域の表面及び裏面に夫々配置された励振電極と、該各励振電極から前記支持部上に夫々延在して設けられたリード電極と、を備えた圧電振動素子であって、前記支持部は、前記振動領域の四辺のうち１辺を開放するように、前記振動領域を挟んで対向配置された第１の支持部、及び第２の支持部と、該第１及び第２の支持部の基端部間を連設する第３の支持部と、を備え、前記第２の支持部は、前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する第２の傾斜部と、該第２の傾斜部の前記他方の端縁に連設する第２の支持部本体と、を備え、前記第２の支持部には、少なくとも一つのスリットが設けられていることを特徴とする圧電振動素子である。
【００１２】
高周波の基本波圧電振動素子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、且つ主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１３】
［適用例２］また、圧電振動素子は、前記スリットは、前記第２の傾斜部と前記第２の支持部本体との境界部に沿って前記第２の支持部本体に配置され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。
【００１４】
圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性の優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１５】
［適用例３］また、圧電振動素子は、前記スリットは、前記第２の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置され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。
【００１６】
スリットの形成が容易になり、圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、及びＣＩ温度特性の優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１７】
［適用例４］また、圧電振動素子は、前記スリットは、前記第２の支持部本体に配置された第１のスリットと、前記第２の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置された第２のスリットと、を備え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。
【００１８】
圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを、よりよく抑圧することができるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れ圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００１９】
［適用例５］また、圧電振動素子は、前記振動領域の一方の主面と、前記第１、第２及び第３の支持部の夫々の一方の面とは、同一面であることを特徴とする適用例１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子である。
【００２０】
圧電基板を一方の面からのみエッチングして振動領域を形成することにより、元の基板の切断角度を保持した振動領域を形成することが可能となり、周波数温度特性の優れた、高周波の基本波圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２１】
［適用例６］また、圧電振動素子は、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方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸を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た水晶基板であることを特徴とする適用例１乃至５の何れか一項に記載の圧電振動素子ある。
【００２２】
温度特性の良好な圧電振動素子が得られるという効果がる。
【００２３】
［適用例７］前記水晶基板がＡＴカット水晶基板であることを特徴とする適用例６に記載の圧電振動素子である。
【００２４】
圧電基板に水晶ＡＴカット水晶基板を用いることにより、フォトリソグラフィー及びエッチングに関する永年の実績・経験が活用できるので、圧電基板の量産が可能であるのみならず、高精度のエッチングができ、圧電振動素子の歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
【００２５】
［適用例８］本発明の圧電振動子は、適用例１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該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ことを特徴とする厚みすべり振動圧電振動子である。
【００２６】
高周波の基本波圧電振動子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の抑圧が可能であるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がる。更に、主振動のＣＩ値を小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動子が得られ、且つ容量比の小さな圧電振動子が得られるという効果がある。
【００２７】
［適用例９］本発明の電子デバイスは、請求項１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、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ことを特徴とする電子デバイスである。
【００２８】
上記のように圧電デバイス（例えば電圧制御型圧電発振器）を構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波（例えば４９０ＭＨｚ帯）の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。また、圧電デバイスは基本波の圧電振動素子１を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅の広く、Ｓ／Ｎ比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
【００２９】
［適用例１０］また、電子デバイスは、前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする電子デバイスことを特徴とする電子デバイスである。
【００３０】
上記のように圧電デバイスを構成することにより、圧電発振器、温度補償型圧電発振器、及び電圧制御型圧電発振器等の圧電デバイスを構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器、周波数温度特性に優れた温度補償圧電発振器、周波数が安定で可変範囲の広く且つＳ／Ｎ比（信号雑音比）の良好な電圧制御型圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。
【００３１】
［適用例１１］
また、電子デバイスは、適用例１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を励振する発振回路と、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。
【００３２】
上記のように圧電デバイスを構成することにより、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。
【００３３】
［適用例１２］本発明の電子機器は、適用例７に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器ことを特徴とする電子機器である。
【００３４】
本発明の圧電振動子を電子機器の用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、Ｓ／Ｎ比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る圧電振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面図。
【図２】ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明する図。
【図３】圧電振動素子の変形例の構成を示す平面図。
【図４】圧電振動素子の変形例の構成を示す平面図。
【図５】圧電振動素子の変形例の構成を示す平面図。
【図６】第２の実施形態例の圧電振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面図。
【図７】第３の実施形態例の圧電振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面図、（ｄ）は平面図、（ｅ）は他の構成例の平面図。
【図８】本発明の圧電基板の製作工程を示す説明図。
【図９】本発明の圧電振動素子の励振電極及びリード電極の製作工程を示す説明図。
【図１０】（ａ）は圧電ウエハーに形成された凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部のＸ軸方向の断面図。
【図１１】（ａ）は圧電ウエハーに形成された凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部のＺ’軸方向の断面図。
【図１２】（ａ）（ｂ）は、本発明に係る実施形態の圧電振動子の構成を示す断面図、及び平面図である。
【図１３】圧電振動子の、（ａ）は周波数温度特性を示す図であり、（ｂ）はＣＩ温度特性を示す図。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は容量比の分布特性を示す図。
【図１５】（ａ）、（ｂ）は静電容量の分布特性を示す図。
【図１６】（ａ）、（ｂ）はＣＩ値比の分布特性を示す図。
【図１７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る圧電振動子の斜視図、（ｃ）は縦断面図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る圧電デバイスの縦断面図、及び平面図。
【図１９】本発明の実施形態に係る圧電デバイスの特性説明図である。
【図２０】（ａ）及び（ｂ）は本発明の圧電デバイスの縦断面図、及び平面図である。
【図２１】圧電デバイスの縦断面図。
【図２２】圧電デバイスの縦断面図。
【図２３】圧電デバイスの縦断面図。
【図２４】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の他の実施形態に係る圧電基板の構成説明図。
【図２５】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の他の実施形態に係る圧電基板の構成説明図。
【図２６】（ａ）及び（ｂ）はマウント部の構成例を示す要部平面図、及び断面図である。
【図２７】電子機器の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る圧電振動素子１の構成を示す概略図である。図１（ａ）は圧電振動素子１の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面図、（ｄ）と（ｅ）は外観斜視図、（ｆ）はＯ−Ｏ断面図である。
圧電振動素子１は、薄肉の振動領域１２、及び振動領域１２に連設された厚肉の支持部１４、１６、１８を有する圧電基板１０と、振動領域１２の両主面に夫々表裏で対向するようにして形成された励振電極２５ａ、２５ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂから夫々厚肉部に設けられたパッド電極２９ａ、２９ｂに向けて延出されて形成されたリード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。
【００３７】
圧電基板１０は、略四角形で矩形状をなし、且つ薄肉で平板状の振動領域１２と、振動領域１２の一辺を除いた三辺に沿って一体化されたコ字状の厚肉支持部（支持部）１３（１４、１６、１８）と、を備えている。厚肉支持部１３は、振動領域１２を挟んで対向配置された第１の支持部１４、及び第２の支持部１６と、第１及び第２の支持部１４、１６の基端部間を連設する第３の支持部１８と、を備えたコ字状の構成を備えている。
つまり、厚肉支持部は、振動領域の四辺のうち１辺を開放する
ように、振動領域を挟んで対向配置された第１の支持部、及び第２の支持部と、第１及び第２の支持部の基端部間を連設する第３の支持部と、を備える。ここで、「開放する」とは、一辺が露出している場合と、一部が露出しているのではなく完全に露出している場合を含む。
なお、本明細書では凹陥部１１側を表面とし、フラット面を裏面とする。
第１の支持部１４は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ａに連設し、振動領域１２の一辺１２ａに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第１の傾斜部１４ｂと、第１の傾斜部１４ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第１の支持部本体１４ａと、を備えている。同様に、第２の支持部１６は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｂに連設し、振動領域１２の一辺１２ｂに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第２の傾斜部１６ｂと、第２の傾斜部１６ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第２の支持部本体１６ａと、を備えている。
尚、前記支持部本体とは、前記Ｙ’軸に平行な厚みが一定の領域をいう。
【００３８】
第３の支持部１８は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｃに連設し、振動領域１２の一辺１２ｃに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第３の傾斜部１８ｂと、第３の傾斜部１８ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第３の支持部本体１６ａと、を備えている。つまり、薄肉の振動領域１２は、三辺を第１、第２、及び第３の支持部１４、１６、１８に囲まれ、且つ他の一辺が開放された凹陥部１１となっている。
なお、振動領域１２の一方の主面と、第１、第２及び第３の支持部１４、１６、１８の夫々の一方の面とは、同一平面上、即ち図１に示す座標軸のＸ−Ｚ’平面上にあり、この面（図１（ｂ）の下面側）を平坦面といい、反対側の面（図１（ｂ）の上面側）を凹陥面という。
更に、圧電基板１０は、第２の支持部１６に少なくとも一つの応力緩和用のスリットが貫通形成されている。図１に示した実施形態例では、スリット２０は第２の傾斜部１６ｂと第２の支持部本体１６ａとの連接部に沿って第２の支持部本体１６ａの面内に形成されている。
【００３９】
水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図２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。そして水晶基板は、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が圧電振動素子として用いられる。例えば、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１０は、図２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。
尚、本発明に係る圧電基板は、前記角度θが略３５°１５′のＡＴカットに限定されるものではなく、厚みすべり振動を励振するＢＴカット、等の圧電基板にも広く適用できるのは言うまでもない。
【００４０】
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を駆動する励振電極２５ａ、２５ｂは、図１に示す実施形態例では四角形状であり、振動領域１２のほぼ中央部の表裏両面に対向して形成されている。この際、平坦面側（図１（ｂ）の裏面側）の励振電極２５ｂの大きさは、凹陥面側（図１（ｂ）の上面側）の励振電極２５ａの大きさに対し、十分に大きく設定する。これは、励振電極の質量効果によるエネルギー閉じ込め係数を、必要以上に大きくしないためである。つまり、平坦面側の励振電極２５ｂを十分に大きくすることにより、プレートバック量Δ（＝（ｆｓ−ｆｅ）／ｆｓ、ここでｆｓは圧電基板のカットオフ周波数、ｆｅは圧電基板全面に励振電極を付着した場合の周波数）は、凹陥面側の励振電極２５ａの質量効果のみに依存する。
【００４１】
励振電極２５ａ、２５ｂは、蒸着装置、あるいはスパッター装置等を用いて、例えば、下地にニッケル（Ｎｉ）を成膜し、その上に金（Ａｕ）を重ねて成膜する。金（Ａｕ）の厚さは、オーミックロスが大きくならない範囲で、主振動のみを閉じ込めモード（Ｓ０）とし、斜対称インハーモニックモード（Ａ０、Ａ１・・）及び対称インハーモニックモード（Ｓ１、Ｓ３・・）を、閉じ込めモードとしないことが望ましい。しかし、例えば、４９０ＭＨｚ帯の圧電振動素子では、電極膜厚のオーミックロスを避けるように成膜すると、低次のインハーモニックモードがある程度、閉じ込められることは避けられない。
凹陥面側に形成した励振電極２５ａは、振動領域１２上から第３の傾斜部１８ｂと、第３の支持部本体１８ａとを経由するように励振電極２５ａから延出して配置されたリード電極２７ａにより、第２の支持部本体１６ａの上面に形成されたパッド電極２９ａに導通接続されている。また、平坦面側に形成された励振電極２５ｂは、圧電基板１０の端縁部を経由するリード電極２７ｂにより、第２の支持部本体１６ａの裏面（下面）に形成されたパッド電極２９ｂと導通接続されている。
【００４２】
図１（ａ）に示した実施形態例は、リード電極２７ａ、２７ｂの引出し構造の一例であり、リード電極２７ａは他の支持部を経由してもよい。ただ、リード電極２７ａ、２７ｂの長さは最短であることが望ましく、リード電極２７ａ、２７ｂ同志が圧電基板１０を挟んで交差しないように配慮することにより静電容量の増加を抑えることが望ましい。
また、図１の実施形態例では、圧電基板１０の表裏（上下）面に夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを形成する例を示したが、圧電振動素子１をパッケージに収容する際に、図Ｘ（下図）に示すように圧電振動素子１を裏返し、パッド電極２９ａとパッケージの端子電極Ａとを導電性接着剤で機械的に固定・電気的に接続し、パッド電極２９ｂとパッケージの端子電極Ｂとをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続するとよい。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
更に、下図に示すように、前記パッケージの内部に、圧電振動素子１を駆動するための発振回路、例えばＩＣチップを搭載し、当該ＩＣチップと電気的に接続された電極パッドと前記端子電極ＡやＢと電気的に接続することにより圧電発振器を構成するようにしてもよい。導電性接着剤で固定・接続し、パッド電極２９ｂとパッケージに搭載する前記ＩＣチップの接続端子とをボンディングワイヤーで接続するとよい。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
また、圧電基板１０の裏面側に間隔をあけて夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを併置してもよい。下図に示すように、導電性接着剤を用いてパッド電極２９ａ、２９ｂと、圧電振動素子１を収容するパッケージの端子電極との導通接続を図る場合は、パッド電極２９ａ、２９ｂが圧電基板の裏面側に間隔をあけて併置されている構成の方が望ましい。
【００４３】
振動領域１２と、圧電振動素子１の支持部であるパッド電極２９ａ、２９ｂとの間にスリット２０を設ける理由は、導電性接着剤の硬化時に発生する応力の広がりを防止することにある。
即ち、圧電振動素子をパッケージに導電性接着剤により支持する場合には、まず第２の支持部本体１６ａの被支持部（パッド電極）２９ａに導電性接着剤を塗布し、これをパッケージ等の端子電極に載置し、少し押さえる。導電性接着剤を硬化させるために高温で所定の時間保持する。高温状態では第２の支持部本体１６ａ、及びパッケージも共に膨張し、接着剤も一時的に軟化するので、第２の支持部本体１６ａには応力は生じない。導電性接着剤が硬化した後、第２の支持部本体１６ａ、及びパッケージが冷却してその温度が常温（２５℃）に戻ると、導電性接着剤、パッケージ、及び第２の支持部本体１６ａの各線膨張係数との差により、硬化した道電性接着剤から生じる応力が、第２の支持部本体１６ａから第１及び第３の支持部１４、１８、振動領域１２へと広がる。この応力の広がりを防止するために、応力緩和用のスリット２０を設けている。
【００４４】
圧電基板１０に生じる応力（∝歪）分布を求めるために、有限要素法を用いてシミュレーションを行うのが一般的である。振動領域１２における応力が少ない程、周波数温度特性、周波数再現性、周波数エージング特性の優れた圧電振動素子が得られる。
導電性接着剤としては、シリコン系、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等があるが、圧電振動素子１の脱ガスによる周波数経年変化を考慮に入れて、ポリイミド系の導電性接着剤を用いる。ポリイミド系の導電性接着剤は硬いので、離れた二カ所を支持するよりも一カ所支持の方が発生する応力の大きさを低減できるので、１００〜５００ＭＨｚの高周波数帯のうち、例えば４９０ＭＨｚ帯の電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）用の圧電振動素子１には、一カ所での支持する構造を用いた。つまり、パッド電極２９ｂは導電性接着を用いてパッケージの端子電極Ａに機械的に固定すると共に電気的にも接続し、他方のパッド電極２９ａはパッケージの端子電極Ｂとボンディングワイヤーを用いて電気的に接続することにした。
また、図１に示した圧電基板１０は、Ｘ軸方向の長さがＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロングとした。これは、圧電基板１０が導電性接着剤等で固定・接続される際に応力が生じるが、周知のように、ＡＴカット水晶基板のＸ軸方向に沿った両端に力を加えたときの周波周変化と、Ｚ’軸方向に沿った両端に同じ力を加えたときの周波周変化と、を比べると、Ｚ’軸方向の両端に力を加えたときの方が、周波数変化が小さい。つまり、支持点はＺ’軸方向に沿って設ける方が応力による周波数変化は小さくなり、好ましい。
【００４５】
図３は、図１に示した実施形態に係る圧電振動素子の変形例であり、ここでは平面図のみを示す。図１に示した実施形態例では、薄肉の振動領域１２は文字通り四角形（矩形状）をしているが、図３に示す実施形態例では、薄肉の振動領域１２の第３の支持部１８に対応する一辺１２ｃの両端部に相当する両角隅部が面取りされている点が異なる。このように、薄肉の振動領域１２が文字通り四角形の圧電基板１０に対して、図３に記載された実施形態例のように、振動領域１２の角部が面取りされた構造の圧電基板１０については、略四角形の概念の中に含まれるものとする。
【００４６】
図１、図３の実施形態例では、励振電極２５ａ、２５ｂの形状として四角形、つまり正方形、または矩形（Ｘ軸方向を長辺とする）の例を示したが、これに限定する必要はない。図４に示す実施形態例は、凹陥面側（表面側）の励振電極２５ａが円形であり、平坦面側（裏面側）の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に大きな四角形である。なお、平坦面側（裏面側）の励振電極２５ｂも十分に大きな円形であってもよい。
図５に示す実施形態例は、凹陥面側（表面側）の励振電極２５ａが楕円形であり、平坦面側（裏面側）の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に大きな四角形である。弾性定数の異方性によりＸ軸方向の変位分布と、Ｚ’軸方向の変位分が異なり、変位分布をＸ−Ｚ’平面に平行な面で切った切断面は、楕円形になる。そのため、楕円形状の励振電極２５ａを用いた場合が最も効率よく、圧電振動素子１を駆動できる。即ち、圧電振動素子１の容量比γ（＝Ｃ０／Ｃ１、ここで、Ｃ０は静電容量、Ｃ１は直列共振容量）を最小にできる。また、励振電極２５ａは長円形であってもよい。
【００４７】
図６は、第２の実施形態に係る圧電振動素子２の構成を示す概略図である。図６（ａ）は圧電振動素子２の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面図である。
圧電振動素子２が図１に示す圧電振動素子１と異なる点は、応力緩和用のスリット２０を設ける位置である。本例では、スリット２０は、薄肉の振動領域１２の一辺１２ｂの端縁より離間した第２の傾斜部１６ｂ内に形成されている。振動領域１２の一辺１２ｂに沿って、スリット２０の一方の端縁が一辺１２ｂに接するように第２の傾斜部１６ｂ内にスリット２０を形成するのではなく、第２の傾斜部１６ｂの両端縁より離間してスリット２０を設けている。つまり第２の傾斜部１６ｂには、振動領域１２の一辺１２ｂの端縁と連接する極細の傾斜部１６ｂｂが残されている。換言すれば、一辺１２ａとスリット２０との間に極細の傾斜部１６ｂｂが形成されている。
【００４８】
極細の傾斜部１６ｂｂを残した理由は次の通りである。即ち、振動領域１２に配置された励振電極２５ａ、２５ｂに高周波電圧を印加することにより振動領域１２を励振すると、主振動（Ｓ０）の他にインハーモニックモード（Ａ０、Ｓ１、Ａ１、Ｓ２・）が励振される。望ましいのは主振動（Ｓ０）モードのみを閉じ込めモードとし、他のインハーモニックモードは伝搬モード（非閉じ込めモード）とすることであるが、振動領域１２が薄く成り、その基本波周波数が数百ＭＨｚとなると、電極膜のオーミックロスを避けるため、励振電極は所定の厚さ以上にする必要がある。このため、前記励振電極の厚みを前記所定の厚さ以上とした場合に、主振動に近接した低次のインハーモニックモードが励振されることになる。本願発明者は、この低次のインハーモニックモードの振幅の大きさを抑制するには、インハーモニックモードの定在波が成り立つ条件を妨げるようにすればよいことに思い至った。つまり、図６の振動領域１２のＺ’軸方向の両端縁の形状は非対称であり、またＸ軸方向の両端縁の形状も細片１６ｂｂを残したことにより非対称となり、低次のインハーモニックモード定在波の振幅は抑えられることを実現した。
【００４９】
図７は、第３の実施形態に係る圧電振動素子３の構成を示す概略図である。図７（ａ）は圧電振動素子３の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面図であり、同図（ｄ）は平面図である。
圧電振動素子３が、図１に示す圧電振動素子１と異なる点は、第２の支持部本体１６ａの面内に第１のスリット２０ａを設けると共に、第２の傾斜部１６ｂの面内に第２のスリット２０ｂを形成して、２個の応力緩和用のスリットを設けた点である。第２の支持部本体１６ａの面内、及び第２の傾斜部１６ｂの面内に夫々個別のスリットを形成する目的は、前述の通り既に説明しているので、ここでは省略する。
第１のスリット２０ａ、及び第２のスリット２０ｂを、図７（ａ）に示す平面図のようにＸ軸方向に並置するのではなく、図７（ｄ）に示す如くＺ’軸方向に互いに離れるように段差状に配置してもよい
。２個のスリット２０ａ、２０ｂを設けた方が、導電性接着剤に起因して生じる応力を、振動領域１２まで広げないようにすることが可能である。
【００５０】
図８、図９は、圧電基板１０の凹陥部１１、外形及びスリット２０の形成に係る製造工程を示すフローチャートである。ここでは、圧電ウエハーとして水晶ウエハーを例にして説明する。工程Ｓ１では、両面がポリッシュ加工された所定の厚さ、例えば８０μｍの水晶ウエハー１０Ｗを、十分に洗浄し、乾燥した後、表裏面にスパッタリング等により、クロム（Ｃｒ）を下地にし、その上に金（Ａｕ）を積層した金属膜（耐蝕膜）Ｍを夫々成膜する。
工程Ｓ２では、表裏の金属膜Ｍの上に夫々フォトレジスト膜（レジスト膜と称す）Ｒを全面に塗布する。工程Ｓ３では、マスクパターンと露光装置を用いて、凹陥部に相当する位置のレジスト膜Ｒを露光する。感光したレジスト膜Ｒを現像して感光したレジスト膜を剥離すると、凹陥部に相当する位置の金属膜Ｍが露出する。レジスト膜Ｒから露出した金層膜Ｍを王水等の溶液を用いて溶かして除去すると、凹陥部に相当する位置の水晶面が露出する。
【００５１】
工程Ｓ４では、露出した水晶面をフッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液を用いて所望の厚さまでエッチングする。工程Ｓ５では所定の溶液を用いてレジスト膜Ｒを剥離し、更に露出した金属膜Ｍを、王水等を用いて除去する。この段階で水晶ウエハー１０Ｗは、一方の面に凹陥部１１が格子状に規則的に並んだ状態となる。工程Ｓ６では、工程Ｓ５で得られた水晶ウエハー１０Ｗの両面に金属膜（Ｃｒ＋Ａｕ）Ｍを成膜する。工程Ｓ７では工程Ｓ６で形成された金属膜（Ｃｒ＋Ａｕ）Ｍの両面にレジスト膜Ｒを塗布する。
工程Ｓ８では、所定のマスクパターンと露光装置を用いて、圧電基板１０の外形とスリット２０に相当する位置のレジスト膜Ｒを両面から感光し、現像して剥離する。更に、露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。
【００５２】
工程Ｓ９では露出した水晶面をフッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液を用いてエッチングし、圧電基板１０の外形とスリット２０を形成する。工程Ｓ１０では、残ったレジスト膜Ｒを剥離し、露出した余分の金属膜Ｍを溶かして除去する。この段階では水晶ウエハー１０Ｗは、圧電基板１０が支持細片で連接し、格子状に並んだ状態となる。本発明の特徴は、工程Ｓ８とＳ９に示すように、凹陥部１１の振動領域１２一部と、振動領域１２に連設された第４の支持部１９とをエッチングにより取り除いたことである。これにより、圧電基板の小型化が図られる。詳細については後述する。
工程Ｓ１０が終了した後、水晶ウエハー１０Ｗに格子状に規則的に並んだ各圧電基板１０の振動領域１２の厚さを、例えば光学的に計測する。計測した各振動領域１２の厚さが所定の厚さより厚い場合には、夫々厚さの微調整を行って所定の厚さの範囲に入るようにする。
【００５３】
水晶ウエハー１０Ｗに形成された各圧電基板１０の振動領域１２の厚さを、所定の厚さの範囲内に調整した後、各圧電基板１０に励振電極２５ａ、２５ｂ、及びリード電極２７ａ、２７ｂを形成する手順を、図９を用いて説明する。工程Ｓ１１では、水晶ウエハー１０Ｗの表裏全面にスパッタリング等でニッケル（Ｎｉ）を成膜し、その上に金（Ａｕ）を積層して金属膜Ｍを成膜する。次に工程Ｓ１２では、金属膜Ｍの上にレジストを塗布しレジスト膜Ｒを成膜する。工程Ｓ１３では、マスクパターンＭｋを用いて励振電極２５ａ、２５ｂ、リード電極２７ａ、２７ｂに相当する位置のレジスト膜Ｒを露光する。工程Ｓ１４では、感光したレジスト膜Ｒを現像して不要のレジスト膜Ｒを、溶液を用いて剥離する。次に、レジスト膜Ｒが剥離して露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。工程Ｓ１５では、金属膜Ｍに残った不要のレジスト膜Ｒを剥離すると、各圧電基板１０上には励振電極２５ａ、２５ｂ、及びリード電極２７ａ、２７ｂ等が形成されている。水晶ウエハー１０Ｗに連接するハーフエッチングされた支持細片を折り取りすることにより、分割された圧電振動素子１が得られる。
【００５４】
ところで、水晶をウェットエッチングすると、Ｚ軸に沿ってエッチングが進行していくが、各結晶軸の方向に応じてエッチングの速度が変わってくるという水晶特有のエッチング異方性を有している。従って、当該エッチングの異方性により現出するエッチング面は、各結晶軸の方向に応じて違いが現れることは、これまでエッチング異方性を研究テーマにした数多くの学術論文や先行特許文献において論じられてきた。しかしながら、このような背景があるにもかかわらず、水晶のエッチング異方性について明確に系統立てられた資料がなく、ナノ加工技術的側面が非常に強いためにエッチングの諸条件（エッチング溶液の種類や、エッチングレート、エッチング温度、等）の違いによるものなのか、文献によっては、現出する結晶面に相異があるものも多々見受けられるのが現状である。
そこで、本願発明者は、本発明に係る圧電振動素子をフォトリソグラフィー技法とウェットエッチング技法を用いて製造するに当たり、エッチングシミュレーションと試作実験、並びにナノレベルでの表面分析と観察を繰り返し、本発明に係る圧電振動子は以下の態様をなることが判明したので、以下詳細に説明をする。
【００５５】
図１０、図１１は、エッチングにより形成される、ＡＴカット水晶ウエハー１０Ｗ上の凹陥部１１の断面形状を説明する図である。
図１０（ａ）は、図１０の工程Ｓ５における水晶ウエハー１０Ｗの平面図である。この段階では、水晶ウエハー１０Ｗの一方の面に凹陥部１１が格子状で且つ規則的に形成されている。図１０（ｂ）は、Ｘ軸方向の断面図であり、凹陥部１１の各壁面は垂直の壁面ではなく傾斜面を呈している。つまり、−Ｘ軸方向の壁面は傾斜面Ｘ１を形成し、＋Ｘ軸方向の壁面は傾斜面Ｘ２を形成している。Ｘ軸に直交する溝を形成すると、溝の断面の壁面Ｘ３は楔型を呈する。図１０（ｃ）〜（ｅ）は凹陥部１１の壁面Ｘ１、Ｘ２、及び溝部の壁面Ｘ３の拡大図である。−Ｘ軸方向の壁面は、図１０（ｃ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し略６２度の傾斜でエッチングされる。＋Ｘ軸方向の壁面は、図１０（ｄ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し直交（９０度）して少しエッチングが進むが、その後は緩やかな傾斜でエッチングが進行する。Ｘ軸方向に沿う凹陥部１１の底面は、水晶ウエハーの元の平面と平行にエッチングされる。つまり、振動領域１２は表裏面が平行の平板状となる。
図１０（ｅ）は、水晶ウエハー１０Ｗに形成した折り取り用の溝部の断面図である。Ｘ軸に直交して形成された溝部の断面は楔型を呈している。これは溝部の壁面Ｘ３が、−Ｘ軸方向の壁面Ｘ１と、＋Ｘ軸方向の壁面Ｘ２とで形成されるために、楔型となるのである。
凹陥部１１が形成された面に電極を設ける場合は、＋Ｘ軸方向に形成される壁面Ｘ２の垂直の壁面に注意する必要がある。電極膜の断裂が起り易いので避ける方が望ましい。
【００５６】
図１１は圧電基板１０に形成された凹陥部１１の、特にＺ’軸方向の断面図の壁面を説明する図である。図１１（ａ）は、水晶ウエハー１０Ｗの平面図である。図１１（ｂ）は、水晶ウエハー１０ＷのＺ’軸方向の断面図であり、−Ｚ’軸方向の壁面は傾斜面Ｚ１を形成し、＋Ｚ’軸方向の壁面は傾斜面Ｚ２を形成する。Ｚ’軸に直交する溝部を形成すると、溝部の断面の壁面Ｚ３は楔型を呈する。
図１１（ｃ）〜（ｅ）は凹陥部１１の壁面Ｚ１、Ｚ２、及ぶ溝部の壁面Ｚ３の拡大図である。−Ｚ’軸方向の壁面は、図１１（ｃ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し比較的緩やかな傾斜でエッチングされる。＋Ｚ’軸方向の壁面Ｚ２は、図１１（ｄ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し急な傾斜面Ｚ２ａでエッチングされるが、その後は緩やかな傾斜面Ｚ２ｂでエッチングが進行し、その後はより緩やかな傾斜面Ｚ２ｃとなる。図１１（ｅ）はＺ’軸方向に直交して形成した溝部の断面図で、楔型断面Ｚ３となる。この溝部は、水晶ウエハー１０Ｗに折り取り用の溝部である。この溝部の壁面Ｚ３が、−Ｚ’軸方向の壁面Ｚ１と、＋Ｚ’軸方向の壁面Ｚ２の中、壁面Ｚ２ａと壁面Ｚ２ｂとで形成されるために、ほぼ楔型の断面を呈するのである。Ｘ軸方向、Ｚ’軸方向に折り取り用溝部を形成すると、その断面形状は楔型となり、折り取りが容易である。
本発明の特徴の１つは、図１１（ｄ）に示すように、振動領域１１うちＺｃで示す一点鎖線の図中右側の、元の平面と平行でない緩やかな傾斜面Ｚ２ｃを、第４の支持部１９と共にエッチングにより取り去ることにより、圧電基板の小型化を図ったことである。
更に、前記緩やかな傾斜面Ｚ２ｃを前記第４の支持部１９と共に削除することを前提として製造方法を確立しているので、振動領域となる平坦な超薄部の面積を、先行技術として掲げた従来の如きＸ軸に沿って振動領域の両端に存在する厚肉部を備えた構造に比べて大きく確保することを実現したので、振動領域に励振される厚み滑り振動モードにおいて、弾性定数の異方性により振動変位分布がＸ軸方向に長径を有する楕円状となることを十分に考慮して、設計することが可能となるため、長軸対短軸の比を、１．２６：１が望ましいが、製造寸法のバラツキ等を考慮して、１．１４〜１．３９：１の範囲程度となるように十分設計可能となった。
更に、図１７に示すように、圧電振動素子１の外形において、Ｘ軸に交わる端面にも傾斜面が現出し、Ｘ軸の（−）側の端面には傾斜面（１）が現出し、（＋）側の単面には傾斜面（２）が現出することが判明し、傾斜面（１）と傾斜面（２）のＸＹ’平面に平行な断面において、その形状は異なっていることも判明した。
また、傾斜面（１）、（２）共に、圧電基板の主表面と交わる付近には、図１０（ｂ）、（ｅ）に示すような＋Ｘ軸方向に形成される壁面Ｘ２の垂直の壁面は現出していない。この理由は、凹陥部１１を形成するのに必要なエッチング時間に比べて、傾斜面（１）と傾斜面（２）の形成時間は圧電基板（水晶基板）を表裏からエッチングを開始し、表裏が貫通するまでエッチングするので、エッチング時間が十分に長いためにオーバーエッチングの作用により、垂直の壁面が現出しないのである。
傾斜面（１）を構成する傾斜面ａ１、ａ２は、Ｘ軸に対してほぼ対称関係にあることが判明した。
傾斜面（２）を構成する傾斜面ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４においては、ｂ１とｂ４、ｂ２とｂ３とが、各々Ｘ軸に対してほぼ対称関係にあることが判明した。
更に、傾斜面ａ１、ａ２のＸ軸に対する傾斜角度αは、傾斜面ｂ１、ａ４のＸ軸に対する傾斜角度βに比べて、
β＜α
の関係にあることが分かった。
【００５７】
図１２（ａ）（ｂ）は、本発明に係る実施形態の圧電振動子５の構成を示す断面図である。圧電振動子５は、例えば上記の圧電振動素子１と、圧電振動素子１を収容するパッケージとを備えている。パッケージは、矩形の箱状に形成されているパッケージ本体４０と、金属、セラミック、ガラス等から成る蓋部材４９とから成る。
パッケージ本体４０は、図１３に示すように、第１の基板４１と、第２の基板４２と、第３の基板４３とを積層して形成されており、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートを成形し箱状とした後で、焼結して形成されている。実装端子４５は、第１の基板４１の外部底面に複数形成されている。第３の基板４３は中央部が除去された環状体であり、第３の基板４３の上部周縁に例えばコバール等の金属シールリング４４が形成されている。
【００５８】
第３の基板４３と第２の基板４２とにより、圧電振動素子１を収容する凹部が形成されている。第２の基板４２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。
素子搭載パッド４７の位置は、圧電振動素子１を載置した際に第２の支持部本体１４ａに形成したパッド電極２９ａに対応するように配置されている。
【００５９】
圧電振動子５の構成は、パッケージ本体４０の素子搭載パッド４７に導電性接着剤３０、例えば脱ガスの少ないポリイミド系接着剤を適量塗布し、その上に圧電振動素子１のパッド電極２９ａとパッケージの端子電極Ａ（パッド４７）とを１点支持にて載置して荷重をかけて機械的に固定すると共に電気的に接続する。導電性接着剤３０の特性として、接着剤３０に起因する応力（∝歪）の大きさは、シリコン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤の順で大きくなる。また、脱ガスは、ポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤、シリコン系接着剤の順で大きくなる。
そして、パッド電極２９ｂとパッケージの端子電極Ｂとをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続するとよい。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
【００６０】
パッケージ本体４０に搭載された圧電振動子１の導電性接着剤３０を硬化させるために所定の温度の高温炉に所定の時間入れる必要がある。アニール処理を施した後、励振電極２５ａ、２５ｂに質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。蓋部材４９を、パッケージ本体４０の上面に形成したシールリング４４上にシーム溶接して密封する。または、パッケージ本体４０の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材４９を載置し、溶融して密着する方法もある。パッケージのキャビティ内は真空にするか、窒素Ｎ２等の不活性ガスを充填して、圧電振動子５を完成する。
以上の圧電振動子５の実施の形態例では、パッケージ本体４０に積層板を用いた例を説明したが、パッケージ本体４０に単層セラミック板を用い、蓋体に絞り加工を施したキャップを用いて圧電振動子を構成してもよい。
【００６１】
図１３（ａ）（ｂ）は、本発明に係る圧電振動子５の電気的特性の一例を示す図である。共振周波数は、一例として基本波モードで共振周波数を１２３ＭＨｚ帯とした。この周波数帯は、電圧制御型圧電発振器（Voltage Controlled Crystal Oscillator：ＶＣＸＯ）用の水晶振動子を意図して開発されたものである。図１３（ａ）は温度範囲が−４０℃〜８５℃における圧電振動子５の周波数温度特性であり、同図（ｂ）同温度範囲の圧電振動子５のＣＩ（クリスタルインピーダンス）温度特性である。図１３（ａ）の周波数温度特性は、滑らかな三次曲線を呈しており、要求された規格を満たしている。また、図１３（ｂ）のＣＩ温度特性も全温度範囲に亘って、ＣＩディップ等もなく良好な特性を呈している。
【００６２】
図１４（ａ）は、本発明の圧電振動子５の容量比γの分布を表わしており、γの平均値は２７３、標準偏差σは１８という値が得られた。図１４（ｂ）は従来の圧電振動子の容量比γの分布を表わし、γの平均値は２９６、標準偏差σは２６という値であった。
図１５（ａ）は、本発明の圧電振動子５の静電容量Ｃ０の分布を表わし、Ｃ０の平均値は１．８０（ｐＦ）、標準偏差σは０．０１という値が得られた。図１５（ｂ）は従来の圧電振動子の静電容量Ｃ０の分布を表わし、Ｃ０の平均値は１．８８、標準偏差σは０．０２という値であった。
図１６（ａ）は、本発明の圧電振動子５のスプリアスＣＩ値比（＝ＣＩｓ／ＣＩｍ、ＣＩｍは主振動のＣＩ値、ＣＩｓは主振動に近接した最も大きなスプリアスのＣＩ値）の分布を表わし、図１６（ｂ）は、従来の圧電振動子のスプリアスＣＩ値比の分布を表わしている。
図１４、図１５、及び図１６より明らかなように、容量比γ、静電容量Ｃ０、及びスプリアスＣＩ値比とも、従来の如き圧電振動子より、本発明に係る圧電振動子５の方が優れていることが分かった。しかも、本発明に係る圧電振動子５は小型化も実現されている。
【００６３】
図１に示すように、高周波の基本波圧電振動素子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧することができるので、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、且つ主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、圧電基板を一方の面からのみエッチングして振動領域を形成することにより、元の基板の切断角度を保持した振動領域を形成することが可能となり、周波数温度特性の優れた高周波の基本波圧電振動素子が得られるという効果がある。また、図４に示すように第２の傾斜部１４ｂにスリット２０を形成すると、容易にスリットが貫通できるという効果もある。
【００６４】
圧電基板に水晶ＡＴカット水晶基板を用いることにより、永年のフォトリソグラフィー技法及びエッチング技法に関する実績・経験が活用できるので、圧電基板の量産が可能であるのみならず、高精度のエッチングができ、圧電振動素子の歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
図１３に示すように圧電振動子を構成すると、高周波の基本波圧電振動子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の抑圧が可能であるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がる。更に、主振動のＣＩ値を小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られ、且つ容量比γの小さな圧電振動子が得られるという効果がある。
【００６５】
次に、共振周波数について更に高周波化を試み、４９１（ＭＨｚ）帯の圧電振動子を試作し、評価を行った。
下表は４９１（ＭＨｚ）の圧電振動子のサンプルを３個製作し、それぞれのサンプルについて等価回路定数を測定した値である。容量比γ、静電容量Ｃ０、等、十分良好な電気的特性が得られていることが確認された。
【表１】
本発明に係る４９１（ＭＨｚ）の圧電振動子を用いてＶＣＸＯを製作した。図１８は、そのＶＣＸＯの周波数温度特性の評価結果である。滑らかな三次曲線を呈しており、要求された規格を満たしており、全温度範囲に亘ってディップ等もなく良好な特性が得られている。
【００６６】
図２０は、本発明の実施の形態の電子デバイスの一種である圧電発振器６の構成を示す断面図である。圧電発振器６は、パッケージ本体４０及び蓋部材４９と、圧電振動素子１と、圧電振動素子１を励振する発振回路を搭載したＩＣ部品５１と、電圧により容量が変化する可変容量素子、温度より抵抗が変化するサーミスタ、インダクタ等の電子部品５２と、を備えている。
パッケージ本体４０の素子搭載パッド４７に導電性接着剤（ポリイミド系）３０を塗布し、この上に圧電振動素子１を載置してパッド電極２９ａとの導通を図る。他方のパッド電極２９ｂは、パッケージ本体４０の他の端子パッドにボンディングワイヤーにて接続し、ＩＣ部品５１の１つの端子との導通を図る。ＩＣ部品５１及び電子部品５２をパッケージ本体４０上の所定の位置に固定・接続する。パッケージ本体４０を真空、あるいは窒素等の不活性気体で満たし、パッケージ本体４０を蓋部材４９で密封して圧電発振器６を完成する。
【００６７】
図２０の実施形態に示した圧電発振器６は同一圧電基板上に圧電振動素子１、ＩＣ部品５１及び電子部品を配置したが、図２１の実施形態の圧電発振器７は、Ｈ型のパッケージ本体６０を用い、上部に圧電振動素子１を収容し、キャビティ内部を真空、又は窒素Ｎ２ガスで満たし、蓋部材４９で封止する。図２１において、下部の収納部には圧電振動素子１を励振する発振回路、増幅回路等を搭載したＩＣ部品５１と、可変容量素子、及び必要に応じてインダクタ、サーミスタ、コンデンサー等の電子部品５２と、を金属バンプ（Ａｕバンプ）６８等の接続手段を介して、パッケージ本体６０の端子６７に導通・接続する。本発明に係る圧電発振器７は、圧電振動素子１と、ＩＣ部品５１及び電子部品５２とを分離しているために、圧電発振器７の周波数エージングに優れている。
更に、図２２においては、下部の収納部には少なくとも一以上の電子部品を備える構造としても良い。例えば、前記電子部品としては、サーミスタ、コンデンサー、リアクタンス素子等を適用することができ、圧電振動素子を周波数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。
【００６８】
図２０、図２１、図２２に示すように、圧電デバイス（例えば電圧制御型圧電発振器）を構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波（例えば４９０ＭＨｚ帯）の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。また、圧電デバイスは基本波の圧電振動素子１を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅の広く、Ｓ／Ｎ比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
また、圧電デバイスとして圧電発振器、温度補償型圧電発振器、及び電圧制御型圧電発振器等を構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器、周波数温度特性に優れた温度補償圧電発振器、周波数が安定で可変範囲の広く且つＳ／Ｎ比（信号雑音比）の良好な電圧制御型圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。
また、図２４は、圧電基板の厚肉支持部の外周側面に傾斜面を形成した構成例である。
【００６９】
［変形実施形態］
図２４（ａ）の実施形態における圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部と、前記薄肉部の周縁に設けられ、当該薄肉部よりも厚い厚肉部とを備えた圧電基板１０であって、圧電基板においては、厚肉支持部１３には、縁辺の方向に緩衝部Ｓを介してマウント部Ｍが横並びで接続され、緩衝部は、マウント部と厚肉支持部との間にスリット２０を有し、マウント部は、マウント部と緩衝部と厚肉支持部との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、面取り部２１を有していることを特徴とする。
図２４（ｂ）の圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部と、薄肉部の周縁に設けられ、薄肉部よりも厚い厚肉支持部１３とを備えた圧電基板１０であって、厚肉支持部には、緩衝部Ｓを介してマウント部Ｍが横並びで接続され、緩衝部は、マウント部と厚肉支持部との間にスリット２０を有し、マウント部は、マウント部と緩衝部と厚肉支持部との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に切欠き部２２を有し、スリットの長手方向は直交方向と平行であり、マウント部の直交方向の幅を、スリットの長手方向の幅より狭く、スリットの長手方向の両端部は、マウント部の両端部よりも緩衝部の直交方向の外周寄りにあることを特徴とする。
図２４（ｃ）の圧電基板は、振動領域１２を有する薄肉部と、薄肉部の周縁に設けられた厚肉支持部１３とを備えた圧電基板１０であって、厚肉支持部１３には、緩衝部Ｓとマウント部Ｍが順に連結され、緩衝部は、マウント部と厚肉支持部との間にスリット２０を有し、マウント部は、マウント部と緩衝部と厚肉支持部との並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、切欠き部２２を有していることを特徴とする。
【００７０】
図２５は、図２４の構造に対し、２点支持の形態をとることを特徴としている。
なお、図２４、図２５においては、厚肉支持部１３の各支持部１４、１６、１８の内壁に傾斜部が図示されておらず、また厚肉支持部１３の外側の側壁面には図１３に示した如き傾斜面が図示されていないが、これらの傾斜部、傾斜面は対応する部位に形成される。
なお、図２４、図２５中の各符号は、上記各実施形態の同じ符号が示す部位と対応している。
【００７１】
［変形実施例 その２］
更に、図２６（ａ）（ｂ）の実施形態はマウント部の構成を示しており、このマウント部Ｍにおいては、接着強度を向上させるために凹凸状とすることによって面積を稼いでいる。
図２７は本発明に係る電子機器の構成を示す概略構成図である。電子機器８は上記の圧電振動子６を備えている。圧電振動子６を用いた電子機器８として、伝送機器等が挙げられる。これらの電子機器８において圧電振動子６は、基準信号源、あるいは電圧可変型圧電発振器（ＶＣＸＯ）等として用いられ、小型で、特性の良好な電子機器を提供できる。
本発明の圧電振動子を電子機器に用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、Ｓ／Ｎ比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある
【符号の説明】
【００７２】
１、２、３…圧電振動素子、６、７…圧電デバイス、８…電子機器、１０…圧電基板、１０Ｗ…水晶ウエハー、１１…凹陥部、１２…振動領域、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…振動領域の一辺、１３…厚肉支持部、１４…第１の支持部、１４ａ…第１の支持部本体、１４ｂ…第１の傾斜部、１６…第２の支持部、１６ａ…第２の支持部本体、１６ｂｂ …細片、１６ｂ…第２の傾斜部、１８…第３の支持部、１８ａ…第３の支持部本体、１８ｂ…第３の傾斜部、１９…第４の支持部、２０…スリット、２０ａ…第１のスリット、２０ｂ…第２のスリット、２５ａ、２５ｂ…励振電極、２７ａ、２７ｂ…リード電極、２９ａ、２９ｂ…パッド電極、３０…導電性接着剤、４０…パッケージ本体、４１…第１の基板、４２…第２の基板、４３…第３の基板、４４…シールリング、４５…実装端子、４６…導体、４７…素子搭載パッド、４９…蓋部材、５１…ＩＣ部品、５２電子部品、６０…パッケージ本体、６１…蓋部材、６５…実装端子、６６…導体、６７…部品端子、６８…金属バンプ（Ａｕバンプ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の振動領域、及び該振動領域と一体化された前記振動領域の厚みよりも厚い支持部を有する圧電基板と、
前記振動領域の表面及び裏面に夫々配置された励振電極と、
該各励振電極から前記支持部上に夫々延在して設けられたリード電極と、
を備えた圧電振動素子であって、
前記支持部は、
前記振動領域の四辺のうち１辺を開放する
ように、
前記振動領域を挟んで対向配置された第１の支持部、及び第２の支持部と、
該第１及び第２の支持部の基端部間を連設する第３の支持部と、
を備え、
前記第２の支持部は、
前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する第２の傾斜部と、
該第２の傾斜部の前記他方の端縁に連設する第２の支持部本体と、を備え、
前記第２の支持部には、
少なくとも一つのスリットが設けられていることを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
前記スリットは、
前記第２の傾斜部と前記第２の支持部本体との境界部に沿って前記第２の支持部本体に配置され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３】
前記スリットは、
前記第２の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置され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】
前記スリットは、
前記第２の支持部本体に配置された第１のスリットと、
前記第２の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置された第２のスリットと、
を備え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５】
前記振動領域の一方の主面と、
前記第１、第２及び第３の支持部の夫々の一方の面とは、
同一面であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子。
【請求項６】
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方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、
前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸を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た水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
前記水晶基板がＡＴカット水晶基板であることを特徴とする請求項６に記載の圧電振動素子。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
該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９】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
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１０】
前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１１】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
該圧電振動素子を励振する発振回路と、
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７に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
矩形の振動領域、及び該振動領域と一体化された前記振動領域の厚みよりも厚い支持部を有する圧電基板と、
前記振動領域の表面及び裏面に夫々配置された励振電極と、
該各励振電極から前記支持部上に夫々延在して設けられたリード電極と、
を備えた圧電振動素子であって、
前記支持部は、
前記振動領域の四辺のうち１辺を開放する
ように、
前記振動領域を挟んで対向配置された第１の支持部、及び第２の支持部と、
該第１及び第２の支持部の基端部間を連設する第３の支持部と、
を備え、
前記第２の支持部は、
前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する第２の傾斜部と、
該第２の傾斜部の前記他方の端縁に連設する第２の支持部本体と、を備え、
前記第２の支持部には、
少なくとも一つのスリットが設けられていることを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
前記スリットは、
前記第２の傾斜部と前記第２の支持部本体との境界部に沿って前記第２の支持部本体に配置され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３】
前記スリットは、
前記第２の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置され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】
前記スリットは、
前記第２の支持部本体に配置された第１のスリットと、
前記第２の傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置された第２のスリットと、
を備え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５】
前記振動領域の一方の主面と、
前記第１、第２及び第３の支持部の夫々の一方の面とは、
同一面であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧電振動素子。
【請求項６】
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方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、
前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸を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た水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
前記水晶基板がＡＴカット水晶基板であることを特徴とする請求項６に記載の圧電振動素子。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
該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９】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
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１０】
前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１１】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
該圧電振動素子を励振する発振回路と、
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７に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器。
【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２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【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２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１２−２５３６３０（Ｐ２０１２−２５３６３０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５８０６（Ｐ２０１１−１２５８０６）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【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１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【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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