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】ＣＩ値が小さく、近傍のスプリアスを抑圧した高周波の小型圧電振動素子を基本波で実現する。
【解決手段】圧電振動素子１は、矩形の振動領域１２、及び支持部１３を有する圧電基板１０と、励振電極２５ａ、２５ｂと、リード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。支持部１３は、第１の支持部１４、第２の支持部１５、第３の支持部１６及び第４の支持部と、を備えている。第２の支持部１５は、第２の傾斜部１５ｂと、第２の支持部本体１５ａと、を備えており、第２の支持部１５には、少なくとも一つのスリット２０が設けられている。
【解決手段】圧電振動素子１は、矩形の振動領域１２、及び支持部１３を有する圧電基板１０と、励振電極２５ａ、２５ｂと、リード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。支持部１３は、第１の支持部１４、第２の支持部１５、第３の支持部１６及び第４の支持部と、を備えている。第２の支持部１５は、第２の傾斜部１５ｂと、第２の支持部本体１５ａと、を備えており、第２の支持部１５には、少なくとも一つのスリット２０が設けられている。
【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の支持部が連設され、前記薄肉の振動部の一辺が露出した構造を有する逆メサ構造の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の支持部が連設され、前記薄肉の振動部の一辺が露出した構造を有する逆メサ構造の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の支持部が連設され、平面視でＬ字状に厚肉部が設けられ、前記薄肉の振動部の二辺が露出した構造を有する逆メサ構造の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の支持部が連設され前記薄肉の振動部の三辺が露出した構造を有する逆メサ構造の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特性に不良が生じることがある。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、振動領域を含む振動部と、当該振動部と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚い支持部と、を有する圧電基板と、前記振動領域に表裏で対向するように配置された一対の励振電極と、を有する圧電振動素子であって、前記支持部は、前記振動部の主面の対向する２つの辺に沿って前記振動部を挟むように夫々設けられた第１の支持部と第２の支持部と、当該第１、第２の支持部の各々の一方の端部を連設する第３の支持部と、前記第１、第２の支持部の各々の他方の端部を連設する第４の支持部と、を備え、前記第１、第２の支持部の表裏の主面は前記振動部の表裏の主面よりも突設され、前記第３の支持部の一方の主面は前記振動部の一方の主面よりも突設され、前記第３の支持部の他方の主面と前記振動部の他方の主面とは同一面であり、前記第４の支持部の一方の主面は前記振動部の他方の主面よりも突設され、前記第４の支持部の他方の主面と前記振動部の一方の主面とは同一面であることを特徴とする圧電振動素子である。
【００１２】
この構成によれば、高周波で基本波の圧電振動素子が小型化されると共に、振動領域の支持が強固となり、振動、衝撃等に強い圧電振動素子が得られるという効果がある。更に、スリットを設けることにより、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】
この構成によれば、要求仕様をより適したカットアングル及び周波数で構成することが可能であり、且つ仕様にそった周波数温度特性を有する高周波基本波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、前記第３の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のプラス側にあり、前記第４の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のマイナス側にあ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。
【００１６】
この構成によれば、上記突設部により圧電振動素子の耐衝撃性、耐振動性が強化されるという効果がある。
【００１７】
［適用例４］また圧電振動素子は、前記第２の支持部が、前記振動部と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、当該第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、を有することを特徴とする適用例１乃至３のうち何れか一項に圧電振動素子である。
【００１８】
この構成によれば、高周波で基本波の圧電振動素子が小型化されると共に、振動部の支持が強固であり、振動、衝撃等に強い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適用例４に記載の圧電振動素子である。
【００２０】
この構成によれば、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。
【００２１】
［適用例６］また圧電振動素子は、前記スリットが、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５に記載の圧電振動素子である。
【００２２】
この構成によれば、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。
【００２３】
［適用例７］また圧電振動素子は、前記スリットが、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５に記載の圧電振動素子である。
【００２４】
この構成によれば、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。
【００２５】
［適用例８］また圧電振動素子は、前記スリットが、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５に記載の圧電振動素子である。
【００２６】
この構成によれば、第２の支持部に２つのスリットを設けることにより、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、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。
【００２７】
［適用例９］また圧電振動素子は、前記第１のスリットが、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８に記載の圧電振動素子である。
【００２８】
この構成によれば、第１のスリットが第２の傾斜部と第２の支持部本体との境界部に沿って設けられることにより、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、さらに強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。
【００２９】
［適用例１０］本発明に係る圧電振動子は、適用例１乃至９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。
【００３０】
この構成によれば、高周波で基本波の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、且つ容量比の小さな圧電振動子が得られるという効果がある。
【００３１】
［適用例１１］本発明に係る電子デバイスは、適用例１乃至９のうち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である。
【００３２】
この構成によれば、客先の要求に基づいて電子デバイスを選定することにより、本発明の圧電振動素子の特徴を生かせることができ、例えば周波数再現性、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）の電子デバイスが得られるという効果がある。
【００３３】
［適用例１２］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適用例１１に記載の電子デバイスである。
【００３４】
以上のように、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を用いて電子デバイス（圧電デバイス）を構成すると、要求仕様により適した電子デバイスが、小型で且つ低コストで実現できるという効果がある。
【００３５】
［適用例１３］また電子デバイスは、前記圧電振動素子を励振する発振回路を前記パッケージに備えたことを特徴とする適用例１１又は１２に記載の電子デバイスである。
【００３６】
この構成によれば、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電子デバイスを、基本波で且つ高周波で構成することが可能となる。また、電圧制御型圧電発振器を構成すると、周波数再現性、エージング特性が優れ、基本波を用いるため周波数可変範囲も広く、且つＳ／Ｎ比（信号雑音比）の良好な電子デバイスが得られるという効果がある。
【００３７】
［適用例１４］本発明に係る電子機器は、適用例１０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である。
【００３８】
この構成によれば、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】
【００３９】
【図１】第１の実施形態例の圧電振動素子１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断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＱ−Ｑ断面を−Ｚ’方向からみた断面図。
【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】圧電振動素子の他の変形例の構成を示す平面図。
【図５】第２の実施形態例の圧電振動素子２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断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＱ−Ｑ断面を−Ｚ’方向からみた断面図。
【図６】第３の実施形態例の圧電振動素子３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断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＱ−Ｑ断面を−Ｚ’方向からみた断面図。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態例の変形例の構成を示す平面図。
【図８】本発明の圧電基板の製作工程を示す製作工程図。
【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図。
【図１０】（ａ）は圧電ウェハーに形成された凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部及び溝部のＸ軸方向の一断面の切り口（切断面）を説明する図。
【図１１】（ａ）は圧電ウェハーに形成された凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部及び溝部のＺ’軸方向の一断面の切り口を説明する断面図。
【図１２】（ａ）は第１の実施形態例の圧電振動素子１の構成を示す斜視図、（ｂ）は図１のＱ−Ｑ断面の詳細切り口図。
【図１３】第４の実施形態例の圧電振動素子のＱ−Ｑ断面の切断面を示す図。
【図１４】本発明に係る圧電振動子５の構成を示す図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は蓋部を除いた平面図。
【図１５】圧電振動子５の変形例の構成を示す図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は蓋部を除いた平面図。
【図１６】本発明に係る電子デバイス（圧電デバイス）６の縦断面図。
【図１７】本発明に係る電子デバイス（圧電デバイス）７の、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面図。
【図１８】電子デバイス７の変形例の縦断面図。
【図１９】電子機器の模式図。
【図２０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る圧電基板の変形例の斜視図。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る圧電基板の変形例の斜視図。
【図２２】本発明に係る圧電振動素子１の変形例であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は要部の拡大図であり、（ｃ）はその断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
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の構成を示す概略図である。同図（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＱ−Ｑ断面を＋Ｚ’方向からみた断面図である。
圧電振動素子１は、薄肉の振動領域１２、及び振動領域１２に連設された厚肉支持部１３を有する圧電基板１０と、振動領域１２の両主面に夫々対向して形成された励振電極２５ａ、２５ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂから夫々厚肉部支持部１３に延長形成されたリード電極２７ａ、２７ｂと、リード電極２７ａ、２７ｂの夫々の終端に接続されたパッド電極２９ａ、２９ｂと、を備えている。ここで、振動領域とは振動エネルギーが閉じ込められている領域、即ち振動エネルギーがほぼ零となる領域の内側を言い、Ｘ軸方向の振動領域の寸法と、Ｚ’軸方向の振動領域の寸法との比は周知のように、１．２６：１である。また、振動部とは振動領域とその周縁部とを含んだ圧電基板全体をいう。
【００４１】
圧電基板１０は、矩形で且つ薄肉平板状の振動領域の振動部１２と、振動部１２周縁の四辺に沿って一体化された四角い環状の厚肉支持部１３と、を備えている。
厚肉支持部１３は、振動領域１２の主面の対向する２つの辺１２ａ、１２ｂに沿って両主面側に夫々突設された第１の支持部１４、及び第２の支持部１５と、振動領域１２の一方の主面側（表面側）において第１及び第２の支持部１４、１５の夫々の一端部間を連設し且つ該表面側のみに突設された第３の支持部１６と、第３の支持部１６と対向する振動領域１２の他辺１２ｄの他方の主面側（裏面側）に沿って突設された第４の支持部１７と、を備えている。前記２つの辺１２ａ、１２ｂは前記振動領域１２を挟んで平行に配置された辺を言う。
【００４２】
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、両主面側に夫々突設されている。また、振動領域１２の一辺１２ａから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の他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。つまり、図１（ｃ）に示すように、第１の支持部１４は、振動領域１２の両主面（表面、及び裏面）に突設して形成されている。
同様に、第２の支持部１５は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｂに連設し、両主面に夫々突設されている。振動領域１２の一辺１２ｂから外側へ離間するにつれて厚みが漸増する第２の傾斜部１５ｂと、第２の傾斜部１５ｂの他端縁に連設する厚肉四角柱状の第２の支持部本体１５ａと、を備えている。つまり、第２の支持部１５は、図１（ｃ）に示すように、振動領域１２の主面の両面（表面、及び裏面）に突設して形成されている。尚、支持部本体（第１、及び第２の支持部本体１４ａ、１５ａ等）とは、Ｙ’軸に平行な厚みが一定の領域をいう。
【００４３】
第３の支持部１６は、薄肉平板状の振動領域１２の表面側において、振動領域１２の一辺１２ｃに連設し、一辺１２ｃから外側へ離間するにつれて厚みが漸増する第３の傾斜部１６ｂと、第３の傾斜部１６ｂの他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、第３の支持部１６の一方の主面は、振動領域１２の一方の主面（表面）よりも突設して形成されている。そして、前記第３の支持部１６の他方の主面と前記振動部の他方の主面とは連続的に連接されており、同一面となるよう構成されている。なお、振動領域にメサ上の突出したエネルギー閉じ込め領域がある場合についても、振動領域の周縁部の主面が前記前記第３の支持部の他方の主面と連続的に連接されており、同一面となるように構成されていればよい。
第４の支持部１７は、薄肉の振動領域１２の裏面側において、第３の支持部１６と対向するように振動領域１２の一辺１２ｄに連設し、振動領域１２の一辺１２ｄから離間するにつれて厚みが漸増する第４の傾斜部１７ｂと、第４の傾斜部１７ｂの他端縁に連設する厚肉四角柱状の第４の支持部本体１７ａと、を備えている。また、第４の支持部１７は、振動領域の裏面側において第１の支持部１４と第２の支持部１５の他端部間を連接している。つまり、第４の支持部１７の一方の主面は、振動領域１２の他方の主面（裏面）よりも突設して形成されている。そして、前記第４の支持部１７の他方の主面と前記振動部の一方の主面とは連続的に連接されており、同一面となるよう構成されている。なお、振動領域にメサ上の突出したエネルギー閉じ込め領域がある場合についても、振動領域の周縁部の主面が前記前記第４の支持部１７の他方の主面と連続的に連接されており、同一面となるように構成されていればよい。
第３の支持部１６と第４の支持部１７とは、振動領域１２の中点に対して点対称の関係にあり、第１、第２、第３及び第４の支持部は夫々の端部が連結されて、四角い環状を形成し、その中央部に振動領域１２を保持している。
【００４４】
略四角形の振動領域１２は、その周縁の四辺を第１、第２、第３、及び第４の支持部１４、１５、１６、１７に包囲されている。つまり、矩形平板状の圧電基板の両主面からエッチングを進め、両主面に対向する２つの凹陥部を形成し、小型化を図るため不要な部位をカットして、薄肉の振動領域１２を形成している。
更に、圧電基板１０は、第２の支持部１５に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。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との境界部（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。
このように、スリット２０を第２の支持本体１５ａの前記境界部（連接部）へ寄せて配置したので、第２の支持部本体１５ａの被支持部（パッド電極）２９ａの面積を広く確保することができ、塗布する導電性接着剤の径を大きくすることができる。これに対して、スリット２０が第２の支持本体１５ａの被支持部（パッド電極）２９ａ寄りに配置されると、被支持部（パッド電極）２９ａの面積が狭くなり、導電性接着剤の径を小さくしなければならない。その結果、導電性接着剤内に含まれる導電フィラーの絶対量も減り、導電性が悪化し、圧電振動素子１の共振周波数が安定しなくなり周波数変動（通称、Ｆ飛び）が発生しやすくなる虞がある。
従って、スリット２０は第２の支持本体１５ａの前記境界部（連接部）へ寄せて配置することが好ましい。
なお、第１、及び第２の支持本体１４ａ、１５ａ夫々の一方の面（表面）と、第３の支持本体１６ａの一方の面（表面）とは同一平面上にあり、第１、第２の支持本体１４ａ、１５ａ夫々の他方の面（裏面）と、第４の支持本体１７ａの面（裏面）とは同一平面上にある。
【００４５】
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。ＡＴカット水晶基板１０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、水晶から切り出された平板である。ＡＴカット水晶基板１０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１０は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板１０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。
【００４６】
圧電基板１０の一例は、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カット水晶基板である。
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。
【００４７】
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。図１（ｂ）に示すように、裏面側の励振電極２５ｂの面積は、表面側の励振電極２５ａの面積に対し、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、裏面側の励振電極２５ｂの面積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、表面側の励振電極２５ａの質量効果のみに依存する。
【００４８】
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、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。
表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１６ｂと、第３の支持部本体１６ａとを経由するリード電極２７ａにより、第２の支持部本体１５ａの表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、裏面側に形成された励振電極２５ｂは、振動領域１２上から第４の傾斜部１７ｂと、第４の支持部本体１７ａとを経由するリード電極２７ｂにより、第２の支持部本体１５ａの裏面に形成されたパッド電極２９ｂに導通接続されている。
【００４９】
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。静電容量の増加は圧電振動素子１の容量比γ（直列容量（モーショナルキャパシタンス）Ｃ１の対する並列容量（静電容量）Ｃ０の比）を悪化させる。
また、図１の実施形態例では、圧電基板１０の表裏両面に近接して夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを形成する例を示した。圧電振動素子１をパッケージに収容する際に、圧電振動素子１を裏返し、パッド電極２９ａを固定し、パッド電極２９ｂと、パッケージの電極端子とをボンディングワイヤーで接続する。このように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、圧電振動素子１のパッド電極２９ａ、２９ｂを、上記例よりも大きな間隔をあけて形成してもよい。
【００５０】
振動領域１２と、圧電振動素子１の被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、導電性接着剤を用いて圧電振動素子のパッド電極をパッケージに支持する場合には、まず第２の支持部本体１５ａの被支持部（パッド電極）２９ａに導電性接着剤を塗布し、これを反転してパッケージ等の素子搭載パッドに載置し、少し押さえる。導電性接着剤を硬化させるために高温の炉内に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、被支持部（パッド電極）２９ａ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の各線膨張係数の差により、硬化した道電性接着剤から生じる応力が被支持部（パッド電極）２９ａに伝わり、更に第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。
【００５１】
スリット２０の形成部位と圧電基板１０に生じる応力（∝歪）分布との関係は、有限要素法を用いたシミュレーションで解析するのが一般的である。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、シリコーン系、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、圧電振動素子１を離れた二カ所で支持するよりも一カ所で支持する方が、発生する応力の大きさを低減できる。目標とする４９０ＭＨｚ帯の電圧制御型圧電発振器（Voltage Controlled Crystal Oscillator：ＶＣＸＯ）用の圧電振動素子１には、一カ所支持を用いた。
つまり、パッド電極２９ａに導電性接着を塗布し、反転して収容するパッケージの素子搭載パッドに載置し、乾燥して固定・接続し、他方のパッド電極２９ｂにはボンディングワイヤーを用いて導通・接続することにした。図１（ａ）に示すように、パッド電極２９ａと、パッド電極２９ｂとは、ほぼ対向して形成されているので、一カ所支持となる。
【００５２】
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。これは周知のように、ＡＴカット水晶基板のＸ軸方向の両端に力を加えたときの周波周変化と、Ｚ’軸方向の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周変化が小さい。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、圧電振動素子としては好ましい。
また、図１に示した実施形態例では、薄肉の振動領域１２は文字通り矩形をしているが、薄肉の振動領域１２の第３の支持部１６に連接する一辺１２ｃの両端部に相当する両角隅部が面取りされていてもよい。
【００５３】
図１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、本発明の圧電指導素子１に用いる励振電極は、これに限定する必要はない。図３に示す実施形態例は、図中表面側の励振電極２５ａが円形であり、図中裏面側の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に大きな四角形である。なお、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４に示す実施形態例は、図中表面側の励振電極２５ａが楕円形であり、図中裏面側の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に面積が大きい四角形である。弾性定数の異方性によりＸ軸方向の変位分布と、Ｚ’軸方向の変位分とが異なり、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。
【００５４】
図５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５（ａ）は圧電振動素子２の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面を−Ｚ’軸方向からみた断面図である。
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を設ける位置にある。本実施例では、スリット２０が薄肉の振動領域１２の一辺１２ｂより離間した第２の傾斜部１５ｂ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、辺１２ｂに接するように第２の傾斜部１５ｂ内にスリット２０を形成するのではなく、第２の傾斜部１５ｂ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１５ｂには、振動領域１２の一辺１２ｂの端縁と連接する極細の細片１５ｂ’が残されている。換言すれば、一辺１２ａとスリット２０との間に極細の細片１５ｂ’が形成されている。
【００５５】
極細の傾斜部１５ｂ’を残した理由は次の通りである。即ち、振動領域１２に励振電極２５ａ、２５ｂを形成して高周波電圧を印加し励振すると、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。しかし、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、励振電極の膜厚を所定の厚さ以上にする必要がある。このため、プレートバック量が大きくなり、主振動に近接したインハーモニックモードがエネルギー閉じ込めモードになる。この低次のインハーモニックモードの振幅の大きさ（ＣＩ値に比例）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。つまり、図５の振動領域１２のＺ’軸方向の両端縁の形状は点対称であり、またＸ軸方向の両端縁の形状も極細の細片１５ｂ’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を抑えることができる。
【００５６】
図６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６（ａ）は圧電振動素子３の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面を−Ｚ’軸方向からみた断面図である。
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１５に２個の応力緩和用のスリットが並行に設けられている点である。即ち、第２の支持部本体１５ａの面内に第１のスリット２０ａが設けられると共に、第２の傾斜部１５ｂの面内に第２のスリット２０ｂが形成されている。第２の支持部本体１５ａの面内、及び第２の傾斜部１５ｂの面内に夫々個別のスリットを形成することは、既に説明したので、ここでは省略する。
図６（ａ）に示す平面図のように、第１のスリット２０ａ、及び第２のスリット２０ｂを単にＸ軸方向に並置するのではなく、図７（ａ）の平面図に示すように、Ｚ’軸方向に互い違いになるようにずらして配置してもよい。２個のスリット２０ａ、２０ｂを設けた圧電振動素子３の方が、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抑圧する効果を高めることが可能である。また、図７（ｂ）に示す変形例の構成は、図１、図６に夫々示すスリット２０の効果を合わせ持つようにした圧電振動素子であり、スリット２０は、第２の傾斜部１５ｂと第２の支持本体１５ａとに跨って構成されている。
【００５７】
図８は、圧電基板１０の両面に凹陥部１１、１１’を形成すると共に、圧電基板１０の外形及びスリット２０の形成に係る製造工程フローチャートである。ここでは、圧電ウェハーとして水晶ウェハーを例にし、断面図は断面のみを示す。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の水晶ウェハー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、表裏面の金属膜Ｍの上に夫々フォトレジスト膜（レジスト膜と称す）Ｒを両面に塗布する。工程Ｓ３では、露光装置とマスクパターンを用いて、表裏面の凹陥部に相当する部位のレジスト膜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、表裏面の凹陥部に相当する位置の金属膜Ｍが夫々露出する。夫々のレジスト膜Ｒから露出した各金層膜Ｍを王水等の溶液を用いて溶かして除去すると、表裏面の凹陥部に相当する位置の水晶面が露出する。
【００５８】
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、所望の厚さになるまで表裏面からエッチングする。工程Ｓ５では、所定の溶液を用いて両面のレジスト膜Ｒを剥離し、更に露出した両面の金属膜Ｍを王水等を用いて除去する。この段階で水晶ウェハー１０Ｗは、両主面に夫々少しずれて凹陥部１１、１１’が形成され、夫々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で得られた水晶ウェハー１０Ｗの両面に金属膜Ｍ（Ｃｒ＋Ａｕ）を成膜する。工程Ｓ７では、工程Ｓ６で形成された金属膜Ｍ（Ｃｒ＋Ａｕ）の両面に夫々レジスト膜Ｒを塗布する。
工程Ｓ８では、露光装置と所定のマスクパターンを用いて、圧電基板１０の外形とスリット（図示せず）とに相当する部位の各レジスト膜Ｒを表裏両面から感光し、現像して、各レジスト膜Ｒを剥離する。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。
【００５９】
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（図示せず）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ェハー１０Ｗは、圧電基板１０が支持細片で連接し、格子状に規則的に並んだ状態となる。本発明の特徴は、工程Ｓ１０に示すように、圧電基板の両主面に夫々凹陥部１１、１１’が形成されて振動領域１２となり、振動領域１２に連設された第３及び第４の支持部１６、１７が、圧電基板１０の中心に対して点対称に形成されていることである。
工程Ｓ１０が終了した後、水晶ウェハー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、例えば光学的手法を用いて計測する。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。
【００６０】
水晶ウェハー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に示す製造工程フローチャートを用いて説明する。工程Ｓ１１では、水晶ウェハー１０Ｗの表裏全面にスパッタリング等でニッケル（Ｎｉ）薄膜を成膜し、その上に金（Ａｕ）薄膜を積層して、金属膜Ｍを成膜する。次に工程Ｓ１２では、金属膜Ｍの上に夫々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、及びリード電極２７ａ、２７ｂに相当する部位のレジスト膜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上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。水晶ウェハー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。
【００６１】
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、この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。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い。小型圧電振動素子を製作するには、今後ますますナノ加工技術が必要とされる。しかしながら、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と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、観察とを繰り返し、本発明に係る圧電振動子は以下の態様となることが判明したので、以下詳細に説明をする。
【００６２】
図１０、図１１は、エッチングにより形成される、ＡＴカット水晶ウェハー１０Ｗの両面の凹陥部１１、１１’の断面形状を説明する図である。図１０（ａ）は、図８の工程Ｓ５における水晶ウェハー１０Ｗの平面図である。この段階では、水晶ウェハー１０Ｗの上下両面に凹陥部１１、１１’が格子状で且つ規則的に形成されている。図１０（ｂ）は、Ｘ軸方向の切断面（切り口）であり、上側の凹陥部１１、及び下側の凹陥部１１’の各壁面は垂直の壁面ではなく傾斜壁面を呈している。つまり、上側の凹陥部１１の−Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ１を形成し、＋Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ２を形成している。また、下側の凹陥部１１’の−Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ２を形成し、＋Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ１を形成している。各傾斜壁面は振動領域１２の中心に対し点対称にエッチングされる。このように、エッチングの進行は結晶軸方向に異方性を有するので、エッチング用開口部は上下面で少しずらして配置するのが一般的である。
【００６３】
図１０（ｃ）〜（ｅ）は、凹陥部１１、１１’の壁面Ｘ１、Ｘ２、及び溝部の壁面Ｘ３の拡大図である。上側の凹陥部１１の−Ｘ軸方向の傾斜壁面Ｘ１は、図１０（ｃ）に示すように、水晶ウェハー１０Ｗの平面に対し略６２度の傾斜でエッチングされる。また、＋Ｘ軸方向の傾斜壁面Ｘ２は、水晶ウェハー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。下側の凹陥部１１’の−Ｘ軸方向の壁面は、傾斜壁面Ｘ２となり、−Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ１となる。つまり、上側の凹陥部１１の傾斜壁面と、下側の凹陥部１１’の傾斜壁面とは、振動領域１２の中心に対し点対称の関係にある。
上側の凹陥部１１の底面と、下側の凹陥部１１’との底面により形成される振動領域１２の両面は、水晶ウェ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は表裏面が平行な平板状となる。
【００６４】
図１０（ｄ）は、圧電基板１０の外形、及びスリット２０を示す断面図である。図８の工程Ｓ９のエッチング工程で外形、及びスリット２０が形成され、−Ｘ軸方向（図中左方）の端部に、第１の支持部本体１４ａ、及び第１の傾斜部１４ｂからなる第１の支持部１４が形成され、＋Ｘ軸方向（図中左右方）の端部に、第２の支持部本体１５ａ、及び第２の傾斜部１５ｂからなる第２の支持部１５が形成される。第２の支持部本体１５ａの面内にはスリット２０が形成されている。
図１０（ｅ）は、水晶ウェハー１０Ｗに形成した折り取り用の溝部の断面図で、図８の工程Ｓ９におけるエッチング工程で形成される。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。これは基板１０の上側の溝部の壁面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。基板１０の下側の溝部は、ほぼ振動領域１２の中心に関し、上側の溝と点対称に形成される。
凹陥部１１、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。
【００６５】
図１１は、圧電基板１０に形成された表側、及び裏側凹陥部１１、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、図８の工程Ｓ５における水晶ウェハー１０Ｗの平面図である。図１１（ｂ）は、水晶ウェハー１０Ｗの上側凹陥部１１、及び下側凹陥部１１’のＺ’軸方向に沿った切断面（切り口）である。上側凹陥部１１の−Ｚ’軸方向の壁面は傾斜壁面Ｚ１が形成され、＋Ｚ’軸方向の壁面は傾斜壁面Ｚ２が形成される。下側凹陥部１１’はほぼ振動領域１２の中心に関し、上側凹陥部１１と点対称の関係に形成される。つまり、下側凹陥部１１’ の−Ｚ’軸方向の壁面は、傾斜壁面Ｚ２が形成され、＋Ｚ’軸方向の壁面は傾斜壁面Ｚ１が形成される。
【００６６】
図１１（ｃ）〜（ｅ）は上側、及び下側凹陥部１１、１１’の壁面Ｚ１、Ｚ２、及び溝部の壁面Ｚ３の拡大図である。上側凹陥部１１の−Ｚ’軸方向の壁面は、図１１（ｃ）の図中左方に示すように、水晶ウェハー１０Ｗの平面に対し比較的緩やかな傾斜でエッチングされ、傾斜壁面Ｚ１となる。＋Ｚ’軸方向の壁面は、図１１（ｃ）の図中右方に示すように、傾斜壁面Ｚ２を呈する。つまり、はじめ水晶ウェハー１０Ｗの平面に対し急な傾斜壁面Ｚ２ａでエッチングされるが、その後は緩やかな傾斜壁面Ｚ２ｂでエッチングが進行する。下側凹陥部１１’のＺ’軸方向に沿った壁面は、ほぼ振動領域１２の中心に関し、上側凹陥部１１と点対称な関係になる。
図１１（ｄ）は外形加工が施された後の圧電基板１０の外形断面図であり、同図（ｃ）の２つの破線Ｚｃ１、Ｚｃ２の所からエッチングにより外形加工されたものである。図８の工程Ｓ９のエッチング工程で外形が形成され、−Ｚ’軸方向（図中左方）の端部に第３の支持部本体１６ａ及び第３の傾斜部１６ｂからなる第３の支持部１６が形成され、＋Ｚ’軸方向（図中左右方）の端部に第４の支持部本体１７ａ及び第４の傾斜部１７ｂからなる第４の支持部１７が形成される。第３の支持部１６と第４の支持部１７とは、振動領域１２の中心に関しほぼ点対称に形成される。
【００６７】
図１１（ｅ）はＺ’軸方向に直交して形成した上側、及び下側溝部の断面図で、共に楔型断面Ｚ３を呈する。この上側、及び下側の溝部は、水晶ウェハー１０Ｗに折り取り用の溝部である。上側溝部の壁面Ｚ３は、上側凹陥部１１の−Ｚ’軸方向の壁面Ｚ１と、＋Ｚ’軸方向の壁面Ｚ２（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。下側溝部の壁面Ｚ３は、上側溝部の壁面と中心に関してほぼ対称に形成される。
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。
本発明の特徴は、圧電基板１０の両主面よりエッチングを進め、両主面に夫々対向する凹陥部１１、１１’を形成して振動領域１２とした点にあり、エッチングに要する加工時間を半減することが可能となった。また、図１１（ｄ）に示すように、Ｚｃ１、Ｚｃ２で示す２つの破線の図中外側を共にエッチングにより取り去ることにより、圧電基板の小型化が図れたことも特徴の一つである。圧電基板１０の両主面よりエッチングを進めるので、圧電基板１０の夫々の主面からエッチングにより掘られる深さを浅くすることができるので、製造時に、ウェハー内の各個片がレイアウトされている領域間で、或いはウェハー間において、薄肉となる振動部の厚みのバラツキを低減することができた。この理由として、圧電基板１０をエッチング溶液の中に長時間、浸していると、エッチング溶液内での溶液の濃度に差が生じる虞があり、当該濃度差に起因して、圧電基板１０に対するエッチングの均一性が保てなくなる虞があり、ウェハー内の各個片がレイアウトされている領域間で、或いはウェハー間で前記振動部の厚みのバラツキが発生してしまい、厚みの制御が困難となる問題があるからである。
【００６８】
更に、図１１（ｃ）、（ｄ）に示すように、振動領域として不要な図中両端部を削除することを前提として製造方法を確立した。先行技術として掲げた従来の厚肉部を備えた構造に比べて、振動領域となる平坦な超薄部の面積を確保しながらも、圧電振動素子１のサイズを小型化することを実現できた。
また、更に前述したように、ＡＴカット水晶基板のＸ軸方向の両端に力を加えた（実装に起因した応力・歪みを前記力として説明している）ときの周波周変化と、Ｚ’軸方向の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の周波周変化量を小さくできるため、圧電基板１０のＸ軸方向の長さをＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロングとしたので、Ｘ軸方向に振動部の面積を広く確保することができた。
また、本発明に係る圧電振動素子１の振動部の全周に亘って、振動部の主面に対して表裏のうちの少なくともどちらか一方には厚肉の支持部を設けているので、振動部の端部が外部に露出することがないので、圧電振動素子１の製造時や、圧電振動素子１を容器に実装し、圧電振動子を製造する過程、等で圧電振動素子１を何かにぶつけてしまう等による圧電振動素子１の耐衝撃性等の信頼性の観点でも、強度を高く維持しているので、信頼性を高く維持することができている。
この結果、振動領域に励振される厚み滑り振動モードの変位分布が、弾性定数の異方性により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り、長軸対短軸の比を、１．２６：１、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。
【００６９】
図１２は、図１に示した圧電振動素子１の詳細な図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は図１（ａ）におけるＱ−Ｑ断面の切り口である。図１２（ｂ）に示すように、圧電振動素子１の外形では、Ｘ軸に交わる端面に傾斜面が現出し、−Ｘ軸側の端面には傾斜面１が現出し、＋Ｘ軸側の端面には傾斜面２が現出している。傾斜面１と傾斜面２のＸＹ’平面に平行な断面形状が、異なっていることが判明した。
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を形成するのに要するエッチング時間に比べて、傾斜面１と傾斜面２の形成に要する時間は、圧電基板（水晶基板）を表裏からエッチングし、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、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り、傾斜面２を構成する傾斜面ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４では、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と、傾斜面ｂ１、ｂ４のＸ軸に対する傾斜角度βとは、β＜αの関係にあることが分かった。
【００７０】
図１３に示した実施形態例の圧電振動素子４は、図１に示した圧電振動素子１の変形例であり、第２の支持部本体１５ａの外端部寄りの一部１５ａ’の厚みをエッチング等により薄くした構造をしている。この理由は第２の支持部本体１５ａ’に形成したパッド電極２９ｂと、外部の電極端子とをボンディングワイヤーＢＷで接続する際に、ボンディングワイヤーの頂点部分が、被せる蓋部材に接触しないようにするためである。
【００７１】
図１、図５、図６、図７の実施形態例に示すように、高周波の圧電振動素子が小型化されると共に、振動領域の支持が強固であり、振動、衝撃等に強い圧電振動素子が得られるという効果がある。更に、スリットを設けることにより、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。
また、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。
図６の実施形態例に示すように、第２の支持部に２つのスリットを設けることにより、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、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。
また、図１、図５、図６のように振動領域に接してその端部に突設部を設けることにより圧電振動素子の耐衝撃性、耐振動性が強化されるという効果がある。
【００７２】
Ｘ軸の周りに回転した圧電基板を形成することにより、要求仕様をより適したカットアングル及び周波数で構成することが可能であり、且つ仕様にそった周波数温度特性を有する高周波基本波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技術及びエッチング技法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、高精度の圧電基板が得られ、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。
また、図１に示すように、第２の支持部１５が、振動部と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１５ｂと、この第２の傾斜部１５の他方の端縁に連設する第２の支持部本体１５ａと、を有するように構成すれば、高周波で基本波の圧電振動素子が小型化されると共に、振動部の支持が強固であり、振動、衝撃等に強い圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００７３】
図１４は、本発明に係る実施形態の圧電振動子５の構成を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図であり、同図（ｂ）は蓋部材を除いた平面図である。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１４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。
【００７４】
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（キャビティ）が形成される。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。
圧電振動子５を固定する際にはまず、圧電振動素子１のパッド電極２９ａに導電性接着剤３０を塗布し、これを反転してパッケージ本体４０の素子搭載パッド４７に載置して荷重をかける。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、シリコーン系接着剤、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、シリコーン系接着剤の順で大きくなる。導電性接着剤３０としては経年変化を考慮して脱ガスの少ないポリイミド系接着剤を用いることにした。
【００７５】
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内に所定の時間入れる。導電性接着剤３０を硬化させた後、表面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体４０の電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで導通接続する。図１４（ｂ）に示すように、圧電振動素子１をパッケージ本体４０に支持・固定する部分は、一カ所であるため、支持固定により生じる応力の大きさは小さくすることが可能となる。
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。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、蓋部材４９を載置し、真空中か窒素Ｎ２ガス中で蓋部材４９を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、又は窒素Ｎ２ガス等の不活性ガスで充填して、圧電振動子５は完成される。
パッド電極２９ｂとパッケージの電極端子４８とをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続している。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。
【００７６】
図１に示す圧電振動素子１は、圧電基板１０の上下面に近接して夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを形成している。圧電振動素子１をパッケージに収容する際に、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とを導電性接着剤で固定・接続する。表面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージの電極端子とをボンディングワイヤーＢＷで接続する。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、パッケージに収容するに当たり、圧電振動素子１を裏返して、より大きな励振電極２５ｂを上面にすると、圧電振動素子１の周波数微調が容易となる。
【００７７】
図１５は、他の実施形態の圧電振動子５の構成を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図であり、同図（ｂ）は蓋部材を除いた平面図である。図１５（ｂ）の平面図に示すように、パッド電極２９ａ、２９ｂの間隔を離して、同一面に配置する。図１４に示した実施形態例と異なる点は、圧電振動子１の支持の方法である。図１４の実施形態例では一カ所支持であるのに対し、図１５の実施形態例では圧電振動素子１の一方の面の第２の支持部１５の２カ所（２点）に導電性接着剤を塗布して、導通と支持・固定を図るようにした構造である。低背化に適した構造であるが、導電性接着剤に起因する応力が少し大きくなる虞がある。そこで、第３の実施形態である図６や図７に示すようなスリットを２つ設けた圧電振動素子を採用することで、前記応力の振動領域への影響を抑圧できることが期待できる。または、導電性接着剤の硬度が比較的硬い場合には、導電性接着剤を塗布する「２カ所（２点）」の中心間距離を狭めることにより、前記２点間で生じる実装に係る歪み（応力）を低減させる手法もある。また一方、導電性接着剤の硬度が比較的柔らかい、シリコーン系接着剤を用いることにより、導電性接着剤に緩衝性を持たせ、前記２点間で生じる実装に係る歪み（応力）を低減させる手法もある。
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。
【００７８】
図１４の実施形態例に示すように、高周波の圧電振動子１が小型化されると共に、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できる。この結果、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５が得られるという効果がある。
また、図１５の実施形態例に示すように、二点支持の圧電振動子を構成することにより、低背化した圧電振動子５を得ることができるという効果がある。スリットを２つ設けることで二点支持に起因した支持応力の振動部への影響を抑圧できる。
【００７９】
図１６は、本発明に係る圧電デバイス６の実施形態を示す縦断面図である。電子デバイス６は、本発明の圧電振動素子１（図１６では圧電振動素子１の例を示したが、本発明の他の圧電振動素子であってもよい）と、電子部品の１つであり、温度センサーとしての感温素子であるサーミスタＴｈと、圧電振動素子１及びサーミスタＴｈを収容するパッケージと、を概略備えている。パッケージは、パッケージ本体４０ａと、蓋部材４９とを備えている。パッケージ本体４０ａは、上面側に圧電振動素子１を収容するキャビティ３１が形成され、外部裏面側にサーミスタＴｈを収容する凹部３２が形成されている。キャビティ３１の内底面の端部に複数の素子搭載用パッド４７が設けられ、各素子搭載用パッド４７は内部導体４６で複数の実装端子４５と導通接続されている。圧電振動素子１のパッド電極２９ａに導電性接着剤３０を塗布し、これを反転し、素子搭載用パッド４７に載置する。パッケージ本体４０ａの上部には、コバール等からなるシールリングリング４４が焼成されており、このシールリングリング４４に蓋部材４９を載置し、抵抗溶接機等を用いて溶接し、キャビティ３１を気密封止する。キャビティ３１内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。
【００８０】
以上の実施形態例では、パッケージ本体４０ａの外部下面側に凹部３２を形成し、電子部品を搭載した例を説明したが、パッケージ本体４０ａの内部底面に凹部３２を形成し、電子部品を搭載してもよい。
また、圧電振動素子１とサーミスタＴｈとをパッケージ４０ａに収容した例を説明したが、パッケージ４０ａに収容する電子部品としては、サーミスタ、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つを収容して電子デバイスを構成することが望ましい。
【００８１】
図１６に示す実施形態例は、圧電振動素子１とサーミスタＴｈとをパッケージ４０ａ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Ｔｈが圧電振動素子１の極めて近くに位置されているので、圧電振動素子１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、高周波、且つ小型の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。
また、電子部品に可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかを用いて電子デバイス（圧電デバイス）を構成すると、要求仕様により適した電子デバイスが、小型で且つ低コストで実現できるという効果がある。
【００８２】
図１７は、本発明の実施形態例に係る電子デバイスの一種である圧電発振器７の構成を示す図であって、同図（ａ）は縦断面図であり、同図（ｂ）は蓋部材を除いた平面図ある。圧電発振器７は、パッケージ本体４０ｂ、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、温度に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の少なくとも１つと、を備えている。
圧電振動素子１のパッド電極２９ａに導電性接着剤（ポリイミド系）３０を塗布し、これを反転してパッケージ本体４０ｂの素子搭載パッド４７に載置し、パッド電極２９ａと素子搭載パッド４７との導通を図る。上面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体４０ｂの他の電極端子４８とをボンディングワイヤーにて接続し、ＩＣ部品５１の１つの電極端子５５との導通を図る。ＩＣ部品５１をパッケージ本体４０ｂの所定の位置に固定し、ＩＣ部品５１の端子と、パッケージ本体４０ｂの電極端子５５とをボンディングワイヤーＢＷにて接続する。また、電子部品５２は、パッケージ本体４０ｂの所定に位置に載置し、金属バンプ等を用いて接続する。パッケージ本体４０ｂ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４０ｂを蓋部材４９で密封して圧電発振器７を完成する。
パッド電極２９ａとパッケージの電極端子とをボンディングワイヤーＢＷで接続する工法は、圧電振動素子１を支持する部位が一点になり、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、パッケージに収容するに当たり、圧電振動素子１を裏返して、より大きな励振電極２５ｂを上面にしたので、電子デバイス（圧電発振器）７の周波数微調が容易となる。
【００８３】
図１７の実施形態に示した圧電発振器７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１８に示した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、上部に形成したキャビティ３１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６１で密封する。下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。
本発明の電子デバイス（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、圧電振動素子１を単独で気密封止しているために、圧電発振器７の周波数エージングに優れている。
【００８４】
図１７、図１８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、基本波圧電振動素子を用いているため周波数可変幅を広く、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。
【００８５】
図１９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５を備えている。圧電振動子５を用いた電子機器８としては、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。
図１９の模式図に示すように、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。
【００８６】
［変形実施形態］
圧電振動素子の実装に起因した応力を更に軽減、抑圧する手法として、以下に示すごとき構造を採用することができる。
図２０（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Ｆが横並びで接続され、緩衝部Ｓ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Ｆは、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３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２０（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１３には、緩衝部Ｓを介してマウント部Ｆが横並びで接続され、緩衝部Ｓは、マウント部Ｆと厚肉支持部１３との間にスリット２０を有し、マウント部は、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３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２０の長手方向は直交方向と平行であり、マウント部Ｆ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Ｆの両端部よりも緩衝部Ｓの直交方向の外周寄りにあることを特徴とする。
図２０（ｃ）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Ｆが順に連結され、緩衝部Ｓは、マウント部Ｆと厚肉支持部１３との間にスリット２０を有し、マウント部Ｆは、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３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。
【００８７】
図２１は、図２０の構造に対し、２点支持、即ちマウント部Ｆ１、及びマウント部Ｆ２の形態をとることを特徴としている。
なお、図２０、図２１においては、厚肉支持部１３の各支持部１４、１５、１６の内壁に傾斜部が図示されている一方で、また厚肉支持部１３の外側の側壁面には図１２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、傾斜面は図１２に示しているように対応する部位に形成されることになる。
なお、図２０、図２１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。
【００８８】
［変形実施例 その２］
更に、図２２（ａ）は圧電振動素子１の平面図であり、同図（ｂ）は圧電振動素子１のパッド電極２９ａ（マウント部Ｆ）の実施形態例の拡大図平面図を示し、同図（ｃ）はマウント部Ｆの断面図を示している。このマウント部Ｆ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。
【符号の説明】
【００８９】
１、２、３、４…圧電振動素子、５、圧電振動子、６、７…圧電デバイス、８…電子機器、１０…圧電基板、１０Ｗ…水晶ウェハー、１１、１１’…凹陥部、１２…振動領域、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…振動領域の一辺、１３…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、１５…第２の支持部、１５ａ…第２の支持部本体、１５ｂ…第２の傾斜部、１５ｂ’…極細片、１６…第３の支持部、１６ａ…第３の支持部本体、１６ｂ…第３の傾斜部、１７…第４の支持部、１７ａ…第４の支持部本体、１７ｂ…第４の傾斜部、２０…スリット、２０ａ…第１のスリット、２０ｂ…第２のスリット、２１…面取り部、２２…切欠き部、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、３１…キャビティ、３２…凹部、３３…電子部品搭載用パッド、４０、４０ａ、４０ｂ…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、４８…電極端子、４９…蓋部材、５１…ＩＣ部品、５２電子部品、５５…電極端子、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）、Ｔｈ…サーミスタ、Ｆ、Ｆ１、Ｆ２…マウント部、Ｓ…緩衝部
【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の支持部が連設され、前記薄肉の振動部の一辺が露出した構造を有する逆メサ構造の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の支持部が連設され、前記薄肉の振動部の一辺が露出した構造を有する逆メサ構造の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の支持部が連設され、平面視でＬ字状に厚肉部が設けられ、前記薄肉の振動部の二辺が露出した構造を有する逆メサ構造の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の支持部が連設され前記薄肉の振動部の三辺が露出した構造を有する逆メサ構造の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特性に不良が生じることがある。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、振動領域を含む振動部と、当該振動部と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚い支持部と、を有する圧電基板と、前記振動領域に表裏で対向するように配置された一対の励振電極と、を有する圧電振動素子であって、前記支持部は、前記振動部の主面の対向する２つの辺に沿って前記振動部を挟むように夫々設けられた第１の支持部と第２の支持部と、当該第１、第２の支持部の各々の一方の端部を連設する第３の支持部と、前記第１、第２の支持部の各々の他方の端部を連設する第４の支持部と、を備え、前記第１、第２の支持部の表裏の主面は前記振動部の表裏の主面よりも突設され、前記第３の支持部の一方の主面は前記振動部の一方の主面よりも突設され、前記第３の支持部の他方の主面と前記振動部の他方の主面とは同一面であり、前記第４の支持部の一方の主面は前記振動部の他方の主面よりも突設され、前記第４の支持部の他方の主面と前記振動部の一方の主面とは同一面であることを特徴とする圧電振動素子である。
【００１２】
この構成によれば、高周波で基本波の圧電振動素子が小型化されると共に、振動領域の支持が強固となり、振動、衝撃等に強い圧電振動素子が得られるという効果がある。更に、スリットを設けることにより、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】
この構成によれば、要求仕様をより適したカットアングル及び周波数で構成することが可能であり、且つ仕様にそった周波数温度特性を有する高周波基本波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、前記第３の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のプラス側にあり、前記第４の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のマイナス側にあ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。
【００１６】
この構成によれば、上記突設部により圧電振動素子の耐衝撃性、耐振動性が強化されるという効果がある。
【００１７】
［適用例４］また圧電振動素子は、前記第２の支持部が、前記振動部と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、当該第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、を有することを特徴とする適用例１乃至３のうち何れか一項に圧電振動素子である。
【００１８】
この構成によれば、高周波で基本波の圧電振動素子が小型化されると共に、振動部の支持が強固であり、振動、衝撃等に強い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適用例４に記載の圧電振動素子である。
【００２０】
この構成によれば、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。
【００２１】
［適用例６］また圧電振動素子は、前記スリットが、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５に記載の圧電振動素子である。
【００２２】
この構成によれば、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。
【００２３】
［適用例７］また圧電振動素子は、前記スリットが、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５に記載の圧電振動素子である。
【００２４】
この構成によれば、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。
【００２５】
［適用例８］また圧電振動素子は、前記スリットが、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５に記載の圧電振動素子である。
【００２６】
この構成によれば、第２の支持部に２つのスリットを設けることにより、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、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。
【００２７】
［適用例９］また圧電振動素子は、前記第１のスリットが、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８に記載の圧電振動素子である。
【００２８】
この構成によれば、第１のスリットが第２の傾斜部と第２の支持部本体との境界部に沿って設けられることにより、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、さらに強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。
【００２９】
［適用例１０］本発明に係る圧電振動子は、適用例１乃至９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。
【００３０】
この構成によれば、高周波で基本波の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、且つ容量比の小さな圧電振動子が得られるという効果がある。
【００３１】
［適用例１１］本発明に係る電子デバイスは、適用例１乃至９のうち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である。
【００３２】
この構成によれば、客先の要求に基づいて電子デバイスを選定することにより、本発明の圧電振動素子の特徴を生かせることができ、例えば周波数再現性、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）の電子デバイスが得られるという効果がある。
【００３３】
［適用例１２］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適用例１１に記載の電子デバイスである。
【００３４】
以上のように、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を用いて電子デバイス（圧電デバイス）を構成すると、要求仕様により適した電子デバイスが、小型で且つ低コストで実現できるという効果がある。
【００３５】
［適用例１３］また電子デバイスは、前記圧電振動素子を励振する発振回路を前記パッケージに備えたことを特徴とする適用例１１又は１２に記載の電子デバイスである。
【００３６】
この構成によれば、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電子デバイスを、基本波で且つ高周波で構成することが可能となる。また、電圧制御型圧電発振器を構成すると、周波数再現性、エージング特性が優れ、基本波を用いるため周波数可変範囲も広く、且つＳ／Ｎ比（信号雑音比）の良好な電子デバイスが得られるという効果がある。
【００３７】
［適用例１４］本発明に係る電子機器は、適用例１０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である。
【００３８】
この構成によれば、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】
【００３９】
【図１】第１の実施形態例の圧電振動素子１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断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＱ−Ｑ断面を−Ｚ’方向からみた断面図。
【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】圧電振動素子の他の変形例の構成を示す平面図。
【図５】第２の実施形態例の圧電振動素子２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断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＱ−Ｑ断面を−Ｚ’方向からみた断面図。
【図６】第３の実施形態例の圧電振動素子３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断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＱ−Ｑ断面を−Ｚ’方向からみた断面図。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態例の変形例の構成を示す平面図。
【図８】本発明の圧電基板の製作工程を示す製作工程図。
【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図。
【図１０】（ａ）は圧電ウェハーに形成された凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部及び溝部のＸ軸方向の一断面の切り口（切断面）を説明する図。
【図１１】（ａ）は圧電ウェハーに形成された凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部及び溝部のＺ’軸方向の一断面の切り口を説明する断面図。
【図１２】（ａ）は第１の実施形態例の圧電振動素子１の構成を示す斜視図、（ｂ）は図１のＱ−Ｑ断面の詳細切り口図。
【図１３】第４の実施形態例の圧電振動素子のＱ−Ｑ断面の切断面を示す図。
【図１４】本発明に係る圧電振動子５の構成を示す図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は蓋部を除いた平面図。
【図１５】圧電振動子５の変形例の構成を示す図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は蓋部を除いた平面図。
【図１６】本発明に係る電子デバイス（圧電デバイス）６の縦断面図。
【図１７】本発明に係る電子デバイス（圧電デバイス）７の、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面図。
【図１８】電子デバイス７の変形例の縦断面図。
【図１９】電子機器の模式図。
【図２０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る圧電基板の変形例の斜視図。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る圧電基板の変形例の斜視図。
【図２２】本発明に係る圧電振動素子１の変形例であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は要部の拡大図であり、（ｃ）はその断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
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の構成を示す概略図である。同図（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、（ｃ）はＱ−Ｑ断面を＋Ｚ’方向からみた断面図である。
圧電振動素子１は、薄肉の振動領域１２、及び振動領域１２に連設された厚肉支持部１３を有する圧電基板１０と、振動領域１２の両主面に夫々対向して形成された励振電極２５ａ、２５ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂから夫々厚肉部支持部１３に延長形成されたリード電極２７ａ、２７ｂと、リード電極２７ａ、２７ｂの夫々の終端に接続されたパッド電極２９ａ、２９ｂと、を備えている。ここで、振動領域とは振動エネルギーが閉じ込められている領域、即ち振動エネルギーがほぼ零となる領域の内側を言い、Ｘ軸方向の振動領域の寸法と、Ｚ’軸方向の振動領域の寸法との比は周知のように、１．２６：１である。また、振動部とは振動領域とその周縁部とを含んだ圧電基板全体をいう。
【００４１】
圧電基板１０は、矩形で且つ薄肉平板状の振動領域の振動部１２と、振動部１２周縁の四辺に沿って一体化された四角い環状の厚肉支持部１３と、を備えている。
厚肉支持部１３は、振動領域１２の主面の対向する２つの辺１２ａ、１２ｂに沿って両主面側に夫々突設された第１の支持部１４、及び第２の支持部１５と、振動領域１２の一方の主面側（表面側）において第１及び第２の支持部１４、１５の夫々の一端部間を連設し且つ該表面側のみに突設された第３の支持部１６と、第３の支持部１６と対向する振動領域１２の他辺１２ｄの他方の主面側（裏面側）に沿って突設された第４の支持部１７と、を備えている。前記２つの辺１２ａ、１２ｂは前記振動領域１２を挟んで平行に配置された辺を言う。
【００４２】
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、両主面側に夫々突設されている。また、振動領域１２の一辺１２ａから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の他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。つまり、図１（ｃ）に示すように、第１の支持部１４は、振動領域１２の両主面（表面、及び裏面）に突設して形成されている。
同様に、第２の支持部１５は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｂに連設し、両主面に夫々突設されている。振動領域１２の一辺１２ｂから外側へ離間するにつれて厚みが漸増する第２の傾斜部１５ｂと、第２の傾斜部１５ｂの他端縁に連設する厚肉四角柱状の第２の支持部本体１５ａと、を備えている。つまり、第２の支持部１５は、図１（ｃ）に示すように、振動領域１２の主面の両面（表面、及び裏面）に突設して形成されている。尚、支持部本体（第１、及び第２の支持部本体１４ａ、１５ａ等）とは、Ｙ’軸に平行な厚みが一定の領域をいう。
【００４３】
第３の支持部１６は、薄肉平板状の振動領域１２の表面側において、振動領域１２の一辺１２ｃに連設し、一辺１２ｃから外側へ離間するにつれて厚みが漸増する第３の傾斜部１６ｂと、第３の傾斜部１６ｂの他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、第３の支持部１６の一方の主面は、振動領域１２の一方の主面（表面）よりも突設して形成されている。そして、前記第３の支持部１６の他方の主面と前記振動部の他方の主面とは連続的に連接されており、同一面となるよう構成されている。なお、振動領域にメサ上の突出したエネルギー閉じ込め領域がある場合についても、振動領域の周縁部の主面が前記前記第３の支持部の他方の主面と連続的に連接されており、同一面となるように構成されていればよい。
第４の支持部１７は、薄肉の振動領域１２の裏面側において、第３の支持部１６と対向するように振動領域１２の一辺１２ｄに連設し、振動領域１２の一辺１２ｄから離間するにつれて厚みが漸増する第４の傾斜部１７ｂと、第４の傾斜部１７ｂの他端縁に連設する厚肉四角柱状の第４の支持部本体１７ａと、を備えている。また、第４の支持部１７は、振動領域の裏面側において第１の支持部１４と第２の支持部１５の他端部間を連接している。つまり、第４の支持部１７の一方の主面は、振動領域１２の他方の主面（裏面）よりも突設して形成されている。そして、前記第４の支持部１７の他方の主面と前記振動部の一方の主面とは連続的に連接されており、同一面となるよう構成されている。なお、振動領域にメサ上の突出したエネルギー閉じ込め領域がある場合についても、振動領域の周縁部の主面が前記前記第４の支持部１７の他方の主面と連続的に連接されており、同一面となるように構成されていればよい。
第３の支持部１６と第４の支持部１７とは、振動領域１２の中点に対して点対称の関係にあり、第１、第２、第３及び第４の支持部は夫々の端部が連結されて、四角い環状を形成し、その中央部に振動領域１２を保持している。
【００４４】
略四角形の振動領域１２は、その周縁の四辺を第１、第２、第３、及び第４の支持部１４、１５、１６、１７に包囲されている。つまり、矩形平板状の圧電基板の両主面からエッチングを進め、両主面に対向する２つの凹陥部を形成し、小型化を図るため不要な部位をカットして、薄肉の振動領域１２を形成している。
更に、圧電基板１０は、第２の支持部１５に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。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との境界部（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。
このように、スリット２０を第２の支持本体１５ａの前記境界部（連接部）へ寄せて配置したので、第２の支持部本体１５ａの被支持部（パッド電極）２９ａの面積を広く確保することができ、塗布する導電性接着剤の径を大きくすることができる。これに対して、スリット２０が第２の支持本体１５ａの被支持部（パッド電極）２９ａ寄りに配置されると、被支持部（パッド電極）２９ａの面積が狭くなり、導電性接着剤の径を小さくしなければならない。その結果、導電性接着剤内に含まれる導電フィラーの絶対量も減り、導電性が悪化し、圧電振動素子１の共振周波数が安定しなくなり周波数変動（通称、Ｆ飛び）が発生しやすくなる虞がある。
従って、スリット２０は第２の支持本体１５ａの前記境界部（連接部）へ寄せて配置することが好ましい。
なお、第１、及び第２の支持本体１４ａ、１５ａ夫々の一方の面（表面）と、第３の支持本体１６ａの一方の面（表面）とは同一平面上にあり、第１、第２の支持本体１４ａ、１５ａ夫々の他方の面（裏面）と、第４の支持本体１７ａの面（裏面）とは同一平面上にある。
【００４５】
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。ＡＴカット水晶基板１０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、水晶から切り出された平板である。ＡＴカット水晶基板１０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１０は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板１０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。
【００４６】
圧電基板１０の一例は、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カット水晶基板である。
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。
【００４７】
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。図１（ｂ）に示すように、裏面側の励振電極２５ｂの面積は、表面側の励振電極２５ａの面積に対し、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、裏面側の励振電極２５ｂの面積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、表面側の励振電極２５ａの質量効果のみに依存する。
【００４８】
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、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。
表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１６ｂと、第３の支持部本体１６ａとを経由するリード電極２７ａにより、第２の支持部本体１５ａの表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、裏面側に形成された励振電極２５ｂは、振動領域１２上から第４の傾斜部１７ｂと、第４の支持部本体１７ａとを経由するリード電極２７ｂにより、第２の支持部本体１５ａの裏面に形成されたパッド電極２９ｂに導通接続されている。
【００４９】
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。静電容量の増加は圧電振動素子１の容量比γ（直列容量（モーショナルキャパシタンス）Ｃ１の対する並列容量（静電容量）Ｃ０の比）を悪化させる。
また、図１の実施形態例では、圧電基板１０の表裏両面に近接して夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを形成する例を示した。圧電振動素子１をパッケージに収容する際に、圧電振動素子１を裏返し、パッド電極２９ａを固定し、パッド電極２９ｂと、パッケージの電極端子とをボンディングワイヤーで接続する。このように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、圧電振動素子１のパッド電極２９ａ、２９ｂを、上記例よりも大きな間隔をあけて形成してもよい。
【００５０】
振動領域１２と、圧電振動素子１の被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、導電性接着剤を用いて圧電振動素子のパッド電極をパッケージに支持する場合には、まず第２の支持部本体１５ａの被支持部（パッド電極）２９ａに導電性接着剤を塗布し、これを反転してパッケージ等の素子搭載パッドに載置し、少し押さえる。導電性接着剤を硬化させるために高温の炉内に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、被支持部（パッド電極）２９ａ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の各線膨張係数の差により、硬化した道電性接着剤から生じる応力が被支持部（パッド電極）２９ａに伝わり、更に第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。
【００５１】
スリット２０の形成部位と圧電基板１０に生じる応力（∝歪）分布との関係は、有限要素法を用いたシミュレーションで解析するのが一般的である。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、シリコーン系、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、圧電振動素子１を離れた二カ所で支持するよりも一カ所で支持する方が、発生する応力の大きさを低減できる。目標とする４９０ＭＨｚ帯の電圧制御型圧電発振器（Voltage Controlled Crystal Oscillator：ＶＣＸＯ）用の圧電振動素子１には、一カ所支持を用いた。
つまり、パッド電極２９ａに導電性接着を塗布し、反転して収容するパッケージの素子搭載パッドに載置し、乾燥して固定・接続し、他方のパッド電極２９ｂにはボンディングワイヤーを用いて導通・接続することにした。図１（ａ）に示すように、パッド電極２９ａと、パッド電極２９ｂとは、ほぼ対向して形成されているので、一カ所支持となる。
【００５２】
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。これは周知のように、ＡＴカット水晶基板のＸ軸方向の両端に力を加えたときの周波周変化と、Ｚ’軸方向の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周変化が小さい。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、圧電振動素子としては好ましい。
また、図１に示した実施形態例では、薄肉の振動領域１２は文字通り矩形をしているが、薄肉の振動領域１２の第３の支持部１６に連接する一辺１２ｃの両端部に相当する両角隅部が面取りされていてもよい。
【００５３】
図１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、本発明の圧電指導素子１に用いる励振電極は、これに限定する必要はない。図３に示す実施形態例は、図中表面側の励振電極２５ａが円形であり、図中裏面側の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に大きな四角形である。なお、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４に示す実施形態例は、図中表面側の励振電極２５ａが楕円形であり、図中裏面側の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に面積が大きい四角形である。弾性定数の異方性によりＸ軸方向の変位分布と、Ｚ’軸方向の変位分とが異なり、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。
【００５４】
図５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５（ａ）は圧電振動素子２の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面を−Ｚ’軸方向からみた断面図である。
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を設ける位置にある。本実施例では、スリット２０が薄肉の振動領域１２の一辺１２ｂより離間した第２の傾斜部１５ｂ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、辺１２ｂに接するように第２の傾斜部１５ｂ内にスリット２０を形成するのではなく、第２の傾斜部１５ｂ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１５ｂには、振動領域１２の一辺１２ｂの端縁と連接する極細の細片１５ｂ’が残されている。換言すれば、一辺１２ａとスリット２０との間に極細の細片１５ｂ’が形成されている。
【００５５】
極細の傾斜部１５ｂ’を残した理由は次の通りである。即ち、振動領域１２に励振電極２５ａ、２５ｂを形成して高周波電圧を印加し励振すると、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。しかし、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、励振電極の膜厚を所定の厚さ以上にする必要がある。このため、プレートバック量が大きくなり、主振動に近接したインハーモニックモードがエネルギー閉じ込めモードになる。この低次のインハーモニックモードの振幅の大きさ（ＣＩ値に比例）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。つまり、図５の振動領域１２のＺ’軸方向の両端縁の形状は点対称であり、またＸ軸方向の両端縁の形状も極細の細片１５ｂ’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を抑えることができる。
【００５６】
図６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６（ａ）は圧電振動素子３の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面を＋Ｘ軸方向からみた断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面を−Ｚ’軸方向からみた断面図である。
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１５に２個の応力緩和用のスリットが並行に設けられている点である。即ち、第２の支持部本体１５ａの面内に第１のスリット２０ａが設けられると共に、第２の傾斜部１５ｂの面内に第２のスリット２０ｂが形成されている。第２の支持部本体１５ａの面内、及び第２の傾斜部１５ｂの面内に夫々個別のスリットを形成することは、既に説明したので、ここでは省略する。
図６（ａ）に示す平面図のように、第１のスリット２０ａ、及び第２のスリット２０ｂを単にＸ軸方向に並置するのではなく、図７（ａ）の平面図に示すように、Ｚ’軸方向に互い違いになるようにずらして配置してもよい。２個のスリット２０ａ、２０ｂを設けた圧電振動素子３の方が、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抑圧する効果を高めることが可能である。また、図７（ｂ）に示す変形例の構成は、図１、図６に夫々示すスリット２０の効果を合わせ持つようにした圧電振動素子であり、スリット２０は、第２の傾斜部１５ｂと第２の支持本体１５ａとに跨って構成されている。
【００５７】
図８は、圧電基板１０の両面に凹陥部１１、１１’を形成すると共に、圧電基板１０の外形及びスリット２０の形成に係る製造工程フローチャートである。ここでは、圧電ウェハーとして水晶ウェハーを例にし、断面図は断面のみを示す。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の水晶ウェハー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、表裏面の金属膜Ｍの上に夫々フォトレジスト膜（レジスト膜と称す）Ｒを両面に塗布する。工程Ｓ３では、露光装置とマスクパターンを用いて、表裏面の凹陥部に相当する部位のレジスト膜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、表裏面の凹陥部に相当する位置の金属膜Ｍが夫々露出する。夫々のレジスト膜Ｒから露出した各金層膜Ｍを王水等の溶液を用いて溶かして除去すると、表裏面の凹陥部に相当する位置の水晶面が露出する。
【００５８】
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、所望の厚さになるまで表裏面からエッチングする。工程Ｓ５では、所定の溶液を用いて両面のレジスト膜Ｒを剥離し、更に露出した両面の金属膜Ｍを王水等を用いて除去する。この段階で水晶ウェハー１０Ｗは、両主面に夫々少しずれて凹陥部１１、１１’が形成され、夫々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で得られた水晶ウェハー１０Ｗの両面に金属膜Ｍ（Ｃｒ＋Ａｕ）を成膜する。工程Ｓ７では、工程Ｓ６で形成された金属膜Ｍ（Ｃｒ＋Ａｕ）の両面に夫々レジスト膜Ｒを塗布する。
工程Ｓ８では、露光装置と所定のマスクパターンを用いて、圧電基板１０の外形とスリット（図示せず）とに相当する部位の各レジスト膜Ｒを表裏両面から感光し、現像して、各レジスト膜Ｒを剥離する。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。
【００５９】
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（図示せず）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ェハー１０Ｗは、圧電基板１０が支持細片で連接し、格子状に規則的に並んだ状態となる。本発明の特徴は、工程Ｓ１０に示すように、圧電基板の両主面に夫々凹陥部１１、１１’が形成されて振動領域１２となり、振動領域１２に連設された第３及び第４の支持部１６、１７が、圧電基板１０の中心に対して点対称に形成されていることである。
工程Ｓ１０が終了した後、水晶ウェハー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、例えば光学的手法を用いて計測する。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。
【００６０】
水晶ウェハー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に示す製造工程フローチャートを用いて説明する。工程Ｓ１１では、水晶ウェハー１０Ｗの表裏全面にスパッタリング等でニッケル（Ｎｉ）薄膜を成膜し、その上に金（Ａｕ）薄膜を積層して、金属膜Ｍを成膜する。次に工程Ｓ１２では、金属膜Ｍの上に夫々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、及びリード電極２７ａ、２７ｂに相当する部位のレジスト膜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上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。水晶ウェハー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。
【００６１】
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、この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。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い。小型圧電振動素子を製作するには、今後ますますナノ加工技術が必要とされる。しかしながら、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と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、観察とを繰り返し、本発明に係る圧電振動子は以下の態様となることが判明したので、以下詳細に説明をする。
【００６２】
図１０、図１１は、エッチングにより形成される、ＡＴカット水晶ウェハー１０Ｗの両面の凹陥部１１、１１’の断面形状を説明する図である。図１０（ａ）は、図８の工程Ｓ５における水晶ウェハー１０Ｗの平面図である。この段階では、水晶ウェハー１０Ｗの上下両面に凹陥部１１、１１’が格子状で且つ規則的に形成されている。図１０（ｂ）は、Ｘ軸方向の切断面（切り口）であり、上側の凹陥部１１、及び下側の凹陥部１１’の各壁面は垂直の壁面ではなく傾斜壁面を呈している。つまり、上側の凹陥部１１の−Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ１を形成し、＋Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ２を形成している。また、下側の凹陥部１１’の−Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ２を形成し、＋Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ１を形成している。各傾斜壁面は振動領域１２の中心に対し点対称にエッチングされる。このように、エッチングの進行は結晶軸方向に異方性を有するので、エッチング用開口部は上下面で少しずらして配置するのが一般的である。
【００６３】
図１０（ｃ）〜（ｅ）は、凹陥部１１、１１’の壁面Ｘ１、Ｘ２、及び溝部の壁面Ｘ３の拡大図である。上側の凹陥部１１の−Ｘ軸方向の傾斜壁面Ｘ１は、図１０（ｃ）に示すように、水晶ウェハー１０Ｗの平面に対し略６２度の傾斜でエッチングされる。また、＋Ｘ軸方向の傾斜壁面Ｘ２は、水晶ウェハー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。下側の凹陥部１１’の−Ｘ軸方向の壁面は、傾斜壁面Ｘ２となり、−Ｘ軸方向の壁面は傾斜壁面Ｘ１となる。つまり、上側の凹陥部１１の傾斜壁面と、下側の凹陥部１１’の傾斜壁面とは、振動領域１２の中心に対し点対称の関係にある。
上側の凹陥部１１の底面と、下側の凹陥部１１’との底面により形成される振動領域１２の両面は、水晶ウェ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は表裏面が平行な平板状となる。
【００６４】
図１０（ｄ）は、圧電基板１０の外形、及びスリット２０を示す断面図である。図８の工程Ｓ９のエッチング工程で外形、及びスリット２０が形成され、−Ｘ軸方向（図中左方）の端部に、第１の支持部本体１４ａ、及び第１の傾斜部１４ｂからなる第１の支持部１４が形成され、＋Ｘ軸方向（図中左右方）の端部に、第２の支持部本体１５ａ、及び第２の傾斜部１５ｂからなる第２の支持部１５が形成される。第２の支持部本体１５ａの面内にはスリット２０が形成されている。
図１０（ｅ）は、水晶ウェハー１０Ｗに形成した折り取り用の溝部の断面図で、図８の工程Ｓ９におけるエッチング工程で形成される。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。これは基板１０の上側の溝部の壁面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。基板１０の下側の溝部は、ほぼ振動領域１２の中心に関し、上側の溝と点対称に形成される。
凹陥部１１、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。
【００６５】
図１１は、圧電基板１０に形成された表側、及び裏側凹陥部１１、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、図８の工程Ｓ５における水晶ウェハー１０Ｗの平面図である。図１１（ｂ）は、水晶ウェハー１０Ｗの上側凹陥部１１、及び下側凹陥部１１’のＺ’軸方向に沿った切断面（切り口）である。上側凹陥部１１の−Ｚ’軸方向の壁面は傾斜壁面Ｚ１が形成され、＋Ｚ’軸方向の壁面は傾斜壁面Ｚ２が形成される。下側凹陥部１１’はほぼ振動領域１２の中心に関し、上側凹陥部１１と点対称の関係に形成される。つまり、下側凹陥部１１’ の−Ｚ’軸方向の壁面は、傾斜壁面Ｚ２が形成され、＋Ｚ’軸方向の壁面は傾斜壁面Ｚ１が形成される。
【００６６】
図１１（ｃ）〜（ｅ）は上側、及び下側凹陥部１１、１１’の壁面Ｚ１、Ｚ２、及び溝部の壁面Ｚ３の拡大図である。上側凹陥部１１の−Ｚ’軸方向の壁面は、図１１（ｃ）の図中左方に示すように、水晶ウェハー１０Ｗの平面に対し比較的緩やかな傾斜でエッチングされ、傾斜壁面Ｚ１となる。＋Ｚ’軸方向の壁面は、図１１（ｃ）の図中右方に示すように、傾斜壁面Ｚ２を呈する。つまり、はじめ水晶ウェハー１０Ｗの平面に対し急な傾斜壁面Ｚ２ａでエッチングされるが、その後は緩やかな傾斜壁面Ｚ２ｂでエッチングが進行する。下側凹陥部１１’のＺ’軸方向に沿った壁面は、ほぼ振動領域１２の中心に関し、上側凹陥部１１と点対称な関係になる。
図１１（ｄ）は外形加工が施された後の圧電基板１０の外形断面図であり、同図（ｃ）の２つの破線Ｚｃ１、Ｚｃ２の所からエッチングにより外形加工されたものである。図８の工程Ｓ９のエッチング工程で外形が形成され、−Ｚ’軸方向（図中左方）の端部に第３の支持部本体１６ａ及び第３の傾斜部１６ｂからなる第３の支持部１６が形成され、＋Ｚ’軸方向（図中左右方）の端部に第４の支持部本体１７ａ及び第４の傾斜部１７ｂからなる第４の支持部１７が形成される。第３の支持部１６と第４の支持部１７とは、振動領域１２の中心に関しほぼ点対称に形成される。
【００６７】
図１１（ｅ）はＺ’軸方向に直交して形成した上側、及び下側溝部の断面図で、共に楔型断面Ｚ３を呈する。この上側、及び下側の溝部は、水晶ウェハー１０Ｗに折り取り用の溝部である。上側溝部の壁面Ｚ３は、上側凹陥部１１の−Ｚ’軸方向の壁面Ｚ１と、＋Ｚ’軸方向の壁面Ｚ２（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。下側溝部の壁面Ｚ３は、上側溝部の壁面と中心に関してほぼ対称に形成される。
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。
本発明の特徴は、圧電基板１０の両主面よりエッチングを進め、両主面に夫々対向する凹陥部１１、１１’を形成して振動領域１２とした点にあり、エッチングに要する加工時間を半減することが可能となった。また、図１１（ｄ）に示すように、Ｚｃ１、Ｚｃ２で示す２つの破線の図中外側を共にエッチングにより取り去ることにより、圧電基板の小型化が図れたことも特徴の一つである。圧電基板１０の両主面よりエッチングを進めるので、圧電基板１０の夫々の主面からエッチングにより掘られる深さを浅くすることができるので、製造時に、ウェハー内の各個片がレイアウトされている領域間で、或いはウェハー間において、薄肉となる振動部の厚みのバラツキを低減することができた。この理由として、圧電基板１０をエッチング溶液の中に長時間、浸していると、エッチング溶液内での溶液の濃度に差が生じる虞があり、当該濃度差に起因して、圧電基板１０に対するエッチングの均一性が保てなくなる虞があり、ウェハー内の各個片がレイアウトされている領域間で、或いはウェハー間で前記振動部の厚みのバラツキが発生してしまい、厚みの制御が困難となる問題があるからである。
【００６８】
更に、図１１（ｃ）、（ｄ）に示すように、振動領域として不要な図中両端部を削除することを前提として製造方法を確立した。先行技術として掲げた従来の厚肉部を備えた構造に比べて、振動領域となる平坦な超薄部の面積を確保しながらも、圧電振動素子１のサイズを小型化することを実現できた。
また、更に前述したように、ＡＴカット水晶基板のＸ軸方向の両端に力を加えた（実装に起因した応力・歪みを前記力として説明している）ときの周波周変化と、Ｚ’軸方向の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の周波周変化量を小さくできるため、圧電基板１０のＸ軸方向の長さをＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロングとしたので、Ｘ軸方向に振動部の面積を広く確保することができた。
また、本発明に係る圧電振動素子１の振動部の全周に亘って、振動部の主面に対して表裏のうちの少なくともどちらか一方には厚肉の支持部を設けているので、振動部の端部が外部に露出することがないので、圧電振動素子１の製造時や、圧電振動素子１を容器に実装し、圧電振動子を製造する過程、等で圧電振動素子１を何かにぶつけてしまう等による圧電振動素子１の耐衝撃性等の信頼性の観点でも、強度を高く維持しているので、信頼性を高く維持することができている。
この結果、振動領域に励振される厚み滑り振動モードの変位分布が、弾性定数の異方性により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り、長軸対短軸の比を、１．２６：１、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。
【００６９】
図１２は、図１に示した圧電振動素子１の詳細な図であり、同図（ａ）は斜視図であり、同図（ｂ）は図１（ａ）におけるＱ−Ｑ断面の切り口である。図１２（ｂ）に示すように、圧電振動素子１の外形では、Ｘ軸に交わる端面に傾斜面が現出し、−Ｘ軸側の端面には傾斜面１が現出し、＋Ｘ軸側の端面には傾斜面２が現出している。傾斜面１と傾斜面２のＸＹ’平面に平行な断面形状が、異なっていることが判明した。
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を形成するのに要するエッチング時間に比べて、傾斜面１と傾斜面２の形成に要する時間は、圧電基板（水晶基板）を表裏からエッチングし、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、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り、傾斜面２を構成する傾斜面ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４では、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と、傾斜面ｂ１、ｂ４のＸ軸に対する傾斜角度βとは、β＜αの関係にあることが分かった。
【００７０】
図１３に示した実施形態例の圧電振動素子４は、図１に示した圧電振動素子１の変形例であり、第２の支持部本体１５ａの外端部寄りの一部１５ａ’の厚みをエッチング等により薄くした構造をしている。この理由は第２の支持部本体１５ａ’に形成したパッド電極２９ｂと、外部の電極端子とをボンディングワイヤーＢＷで接続する際に、ボンディングワイヤーの頂点部分が、被せる蓋部材に接触しないようにするためである。
【００７１】
図１、図５、図６、図７の実施形態例に示すように、高周波の圧電振動素子が小型化されると共に、振動領域の支持が強固であり、振動、衝撃等に強い圧電振動素子が得られるという効果がある。更に、スリットを設けることにより、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。
また、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。
図６の実施形態例に示すように、第２の支持部に２つのスリットを設けることにより、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、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。
また、図１、図５、図６のように振動領域に接してその端部に突設部を設けることにより圧電振動素子の耐衝撃性、耐振動性が強化されるという効果がある。
【００７２】
Ｘ軸の周りに回転した圧電基板を形成することにより、要求仕様をより適したカットアングル及び周波数で構成することが可能であり、且つ仕様にそった周波数温度特性を有する高周波基本波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技術及びエッチング技法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、高精度の圧電基板が得られ、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。
また、図１に示すように、第２の支持部１５が、振動部と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１５ｂと、この第２の傾斜部１５の他方の端縁に連設する第２の支持部本体１５ａと、を有するように構成すれば、高周波で基本波の圧電振動素子が小型化されると共に、振動部の支持が強固であり、振動、衝撃等に強い圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００７３】
図１４は、本発明に係る実施形態の圧電振動子５の構成を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図であり、同図（ｂ）は蓋部材を除いた平面図である。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１４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。
【００７４】
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（キャビティ）が形成される。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。
圧電振動子５を固定する際にはまず、圧電振動素子１のパッド電極２９ａに導電性接着剤３０を塗布し、これを反転してパッケージ本体４０の素子搭載パッド４７に載置して荷重をかける。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、シリコーン系接着剤、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、シリコーン系接着剤の順で大きくなる。導電性接着剤３０としては経年変化を考慮して脱ガスの少ないポリイミド系接着剤を用いることにした。
【００７５】
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内に所定の時間入れる。導電性接着剤３０を硬化させた後、表面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体４０の電極端子４８とをボンディングワイヤーＢＷで導通接続する。図１４（ｂ）に示すように、圧電振動素子１をパッケージ本体４０に支持・固定する部分は、一カ所であるため、支持固定により生じる応力の大きさは小さくすることが可能となる。
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。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、蓋部材４９を載置し、真空中か窒素Ｎ２ガス中で蓋部材４９を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、又は窒素Ｎ２ガス等の不活性ガスで充填して、圧電振動子５は完成される。
パッド電極２９ｂとパッケージの電極端子４８とをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続している。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。
【００７６】
図１に示す圧電振動素子１は、圧電基板１０の上下面に近接して夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを形成している。圧電振動素子１をパッケージに収容する際に、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とを導電性接着剤で固定・接続する。表面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージの電極端子とをボンディングワイヤーＢＷで接続する。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、パッケージに収容するに当たり、圧電振動素子１を裏返して、より大きな励振電極２５ｂを上面にすると、圧電振動素子１の周波数微調が容易となる。
【００７７】
図１５は、他の実施形態の圧電振動子５の構成を示す図であり、同図（ａ）は縦断面図であり、同図（ｂ）は蓋部材を除いた平面図である。図１５（ｂ）の平面図に示すように、パッド電極２９ａ、２９ｂの間隔を離して、同一面に配置する。図１４に示した実施形態例と異なる点は、圧電振動子１の支持の方法である。図１４の実施形態例では一カ所支持であるのに対し、図１５の実施形態例では圧電振動素子１の一方の面の第２の支持部１５の２カ所（２点）に導電性接着剤を塗布して、導通と支持・固定を図るようにした構造である。低背化に適した構造であるが、導電性接着剤に起因する応力が少し大きくなる虞がある。そこで、第３の実施形態である図６や図７に示すようなスリットを２つ設けた圧電振動素子を採用することで、前記応力の振動領域への影響を抑圧できることが期待できる。または、導電性接着剤の硬度が比較的硬い場合には、導電性接着剤を塗布する「２カ所（２点）」の中心間距離を狭めることにより、前記２点間で生じる実装に係る歪み（応力）を低減させる手法もある。また一方、導電性接着剤の硬度が比較的柔らかい、シリコーン系接着剤を用いることにより、導電性接着剤に緩衝性を持たせ、前記２点間で生じる実装に係る歪み（応力）を低減させる手法もある。
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。
【００７８】
図１４の実施形態例に示すように、高周波の圧電振動子１が小型化されると共に、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できる。この結果、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５が得られるという効果がある。
また、図１５の実施形態例に示すように、二点支持の圧電振動子を構成することにより、低背化した圧電振動子５を得ることができるという効果がある。スリットを２つ設けることで二点支持に起因した支持応力の振動部への影響を抑圧できる。
【００７９】
図１６は、本発明に係る圧電デバイス６の実施形態を示す縦断面図である。電子デバイス６は、本発明の圧電振動素子１（図１６では圧電振動素子１の例を示したが、本発明の他の圧電振動素子であってもよい）と、電子部品の１つであり、温度センサーとしての感温素子であるサーミスタＴｈと、圧電振動素子１及びサーミスタＴｈを収容するパッケージと、を概略備えている。パッケージは、パッケージ本体４０ａと、蓋部材４９とを備えている。パッケージ本体４０ａは、上面側に圧電振動素子１を収容するキャビティ３１が形成され、外部裏面側にサーミスタＴｈを収容する凹部３２が形成されている。キャビティ３１の内底面の端部に複数の素子搭載用パッド４７が設けられ、各素子搭載用パッド４７は内部導体４６で複数の実装端子４５と導通接続されている。圧電振動素子１のパッド電極２９ａに導電性接着剤３０を塗布し、これを反転し、素子搭載用パッド４７に載置する。パッケージ本体４０ａの上部には、コバール等からなるシールリングリング４４が焼成されており、このシールリングリング４４に蓋部材４９を載置し、抵抗溶接機等を用いて溶接し、キャビティ３１を気密封止する。キャビティ３１内は真空にしてもよいし、不活性ガスを封入してもよい。
【００８０】
以上の実施形態例では、パッケージ本体４０ａの外部下面側に凹部３２を形成し、電子部品を搭載した例を説明したが、パッケージ本体４０ａの内部底面に凹部３２を形成し、電子部品を搭載してもよい。
また、圧電振動素子１とサーミスタＴｈとをパッケージ４０ａに収容した例を説明したが、パッケージ４０ａに収容する電子部品としては、サーミスタ、コンデンサー、リアクタンス素子、半導体素子のうち少なくとも一つを収容して電子デバイスを構成することが望ましい。
【００８１】
図１６に示す実施形態例は、圧電振動素子１とサーミスタＴｈとをパッケージ４０ａ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Ｔｈが圧電振動素子１の極めて近くに位置されているので、圧電振動素子１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、高周波、且つ小型の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。
また、電子部品に可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかを用いて電子デバイス（圧電デバイス）を構成すると、要求仕様により適した電子デバイスが、小型で且つ低コストで実現できるという効果がある。
【００８２】
図１７は、本発明の実施形態例に係る電子デバイスの一種である圧電発振器７の構成を示す図であって、同図（ａ）は縦断面図であり、同図（ｂ）は蓋部材を除いた平面図ある。圧電発振器７は、パッケージ本体４０ｂ、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、温度に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の少なくとも１つと、を備えている。
圧電振動素子１のパッド電極２９ａに導電性接着剤（ポリイミド系）３０を塗布し、これを反転してパッケージ本体４０ｂの素子搭載パッド４７に載置し、パッド電極２９ａと素子搭載パッド４７との導通を図る。上面側になったパッド電極２９ｂと、パッケージ本体４０ｂの他の電極端子４８とをボンディングワイヤーにて接続し、ＩＣ部品５１の１つの電極端子５５との導通を図る。ＩＣ部品５１をパッケージ本体４０ｂの所定の位置に固定し、ＩＣ部品５１の端子と、パッケージ本体４０ｂの電極端子５５とをボンディングワイヤーＢＷにて接続する。また、電子部品５２は、パッケージ本体４０ｂの所定に位置に載置し、金属バンプ等を用いて接続する。パッケージ本体４０ｂ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４０ｂを蓋部材４９で密封して圧電発振器７を完成する。
パッド電極２９ａとパッケージの電極端子とをボンディングワイヤーＢＷで接続する工法は、圧電振動素子１を支持する部位が一点になり、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、パッケージに収容するに当たり、圧電振動素子１を裏返して、より大きな励振電極２５ｂを上面にしたので、電子デバイス（圧電発振器）７の周波数微調が容易となる。
【００８３】
図１７の実施形態に示した圧電発振器７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１８に示した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、上部に形成したキャビティ３１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６１で密封する。下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。
本発明の電子デバイス（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、圧電振動素子１を単独で気密封止しているために、圧電発振器７の周波数エージングに優れている。
【００８４】
図１７、図１８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、基本波圧電振動素子を用いているため周波数可変幅を広く、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。
【００８５】
図１９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５を備えている。圧電振動子５を用いた電子機器８としては、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。
図１９の模式図に示すように、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。
【００８６】
［変形実施形態］
圧電振動素子の実装に起因した応力を更に軽減、抑圧する手法として、以下に示すごとき構造を採用することができる。
図２０（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Ｆが横並びで接続され、緩衝部Ｓ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Ｆは、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３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２０（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１３には、緩衝部Ｓを介してマウント部Ｆが横並びで接続され、緩衝部Ｓは、マウント部Ｆと厚肉支持部１３との間にスリット２０を有し、マウント部は、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３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２０の長手方向は直交方向と平行であり、マウント部Ｆ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Ｆの両端部よりも緩衝部Ｓの直交方向の外周寄りにあることを特徴とする。
図２０（ｃ）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Ｆが順に連結され、緩衝部Ｓは、マウント部Ｆと厚肉支持部１３との間にスリット２０を有し、マウント部Ｆは、マウント部Ｆと緩衝部Ｓと厚肉支持部１３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。
【００８７】
図２１は、図２０の構造に対し、２点支持、即ちマウント部Ｆ１、及びマウント部Ｆ２の形態をとることを特徴としている。
なお、図２０、図２１においては、厚肉支持部１３の各支持部１４、１５、１６の内壁に傾斜部が図示されている一方で、また厚肉支持部１３の外側の側壁面には図１２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、傾斜面は図１２に示しているように対応する部位に形成されることになる。
なお、図２０、図２１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。
【００８８】
［変形実施例 その２］
更に、図２２（ａ）は圧電振動素子１の平面図であり、同図（ｂ）は圧電振動素子１のパッド電極２９ａ（マウント部Ｆ）の実施形態例の拡大図平面図を示し、同図（ｃ）はマウント部Ｆの断面図を示している。このマウント部Ｆ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。
【符号の説明】
【００８９】
１、２、３、４…圧電振動素子、５、圧電振動子、６、７…圧電デバイス、８…電子機器、１０…圧電基板、１０Ｗ…水晶ウェハー、１１、１１’…凹陥部、１２…振動領域、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…振動領域の一辺、１３…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、１５…第２の支持部、１５ａ…第２の支持部本体、１５ｂ…第２の傾斜部、１５ｂ’…極細片、１６…第３の支持部、１６ａ…第３の支持部本体、１６ｂ…第３の傾斜部、１７…第４の支持部、１７ａ…第４の支持部本体、１７ｂ…第４の傾斜部、２０…スリット、２０ａ…第１のスリット、２０ｂ…第２のスリット、２１…面取り部、２２…切欠き部、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、３１…キャビティ、３２…凹部、３３…電子部品搭載用パッド、４０、４０ａ、４０ｂ…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、４８…電極端子、４９…蓋部材、５１…ＩＣ部品、５２電子部品、５５…電極端子、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）、Ｔｈ…サーミスタ、Ｆ、Ｆ１、Ｆ２…マウント部、Ｓ…緩衝部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動領域を含む振動部と、
当該振動部と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚い支持部と、
を有する圧電基板と、
前記振動領域に表裏で対向するように配置された一対の励振電極と、
を有する圧電振動素子であって、
前記支持部は、
前記振動部の主面の対向する２つの辺に沿って前記振動部を挟むように夫々設けられた第１の支持部と第２の支持部と、
当該第１、第２の支持部の各々の一方の端部を連設する第３の支持部と、
前記第１、第２の支持部の各々の他方の端部を連設する第４の支持部と、
を備え、
前記第１、第２の支持部の表裏の主面は前記振動部の表裏の主面よりも突設され、
前記第３の支持部の一方の主面は前記振動部の一方の主面よりも突設され、
前記第３の支持部の他方の主面と前記振動部の他方の主面とは同一面であり、
前記第４の支持部の一方の主面は前記振動部の他方の主面よりも突設され、
前記第４の支持部の他方の主面と前記振動部の一方の主面とは同一面であることを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
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】
前記第３の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のプラス側にあり、
前記第４の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のマイナス側にあ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４】
前記第２の支持部は、
前記振動部と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、
当該第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、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に圧電振動素子。
【請求項５】
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請求項４に記載の圧電振動素子。
【請求項６】
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５に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
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５に記載の圧電振動素子。
【請求項８】
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５に記載の圧電振動素子。
【請求項９】
前記第１のスリットは、
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８に記載の圧電振動素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９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１１】
請求項１乃至９のうち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１２】
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請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記圧電振動素子を励振する発振回路を前記パッケージに備えたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
請求項１０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】
振動領域を含む振動部と、
当該振動部と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚い支持部と、
を有する圧電基板と、
前記振動領域に表裏で対向するように配置された一対の励振電極と、
を有する圧電振動素子であって、
前記支持部は、
前記振動部の主面の対向する２つの辺に沿って前記振動部を挟むように夫々設けられた第１の支持部と第２の支持部と、
当該第１、第２の支持部の各々の一方の端部を連設する第３の支持部と、
前記第１、第２の支持部の各々の他方の端部を連設する第４の支持部と、
を備え、
前記第１、第２の支持部の表裏の主面は前記振動部の表裏の主面よりも突設され、
前記第３の支持部の一方の主面は前記振動部の一方の主面よりも突設され、
前記第３の支持部の他方の主面と前記振動部の他方の主面とは同一面であり、
前記第４の支持部の一方の主面は前記振動部の他方の主面よりも突設され、
前記第４の支持部の他方の主面と前記振動部の一方の主面とは同一面であることを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
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】
前記第３の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のプラス側にあり、
前記第４の支持部の突設部が、前記Ｚ’軸のマイナス側にあ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４】
前記第２の支持部は、
前記振動部と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、
当該第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、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に圧電振動素子。
【請求項５】
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請求項４に記載の圧電振動素子。
【請求項６】
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５に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
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５に記載の圧電振動素子。
【請求項８】
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５に記載の圧電振動素子。
【請求項９】
前記第１のスリットは、
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８に記載の圧電振動素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９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１１】
請求項１乃至９のうち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１２】
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請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記圧電振動素子を励振する発振回路を前記パッケージに備えたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
請求項１０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２】
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【図４】
【図５】
【図６】
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【図１０】
【図１１】
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【図１３】
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【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
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【公開番号】特開２０１３−４６１８９（Ｐ２０１３−４６１８９Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８２２４５（Ｐ２０１１−１８２２４５）
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【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２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２４日（２０１１．８．２４）
【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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