振動片および振動子
【課題】膜厚変化に伴う周波数温度特性の変化を利用して従来よりも良好な周波数温度特
性を得ることのできる振動片を提供する。
【解決手段】周波数温度依存性を有する振動体１１の表面に、ヤング率または熱膨張係数
の温度特性曲線上に変曲点または極値を有する温度特性補正部２４ａ，２４ｂを設け、温
度特性補正部２４ａ，２４ｂにおけるヤング率が極値となる温度が、振動体１１の動作温
度範囲内にあることを特徴とする。ここで、前記極値となる温度は、ネール温度とするこ
とが望ましい。また、温度特性補正部２４ａ，２４ｂは、ＣｒまたはＣｒ合金により構成
すると良い。さらに、振動体１１に設けた温度特性補正部２４ａ，２４ｂは、それらのヤ
ング率が極値となる温度を互いに異ならせると良い。
性を得ることのできる振動片を提供する。
【解決手段】周波数温度依存性を有する振動体１１の表面に、ヤング率または熱膨張係数
の温度特性曲線上に変曲点または極値を有する温度特性補正部２４ａ，２４ｂを設け、温
度特性補正部２４ａ，２４ｂにおけるヤング率が極値となる温度が、振動体１１の動作温
度範囲内にあることを特徴とする。ここで、前記極値となる温度は、ネール温度とするこ
とが望ましい。また、温度特性補正部２４ａ，２４ｂは、ＣｒまたはＣｒ合金により構成
すると良い。さらに、振動体１１に設けた温度特性補正部２４ａ，２４ｂは、それらのヤ
ング率が極値となる温度を互いに異ならせると良い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動片、およびこれを実装した振動子に係り、特に周波数温度特性の良好な振
動片および振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数温度依存性を有する振動体において、周波数温度特性を改善する事は長きに亙る
課題とされてきた。特に、周波数温度特性を示す曲線が２次関数的に変化することが知ら
れている水晶を用いた屈曲振動片では、その周波数温度特性を改善するための種々の技術
が開示されている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示されている技術は、音叉型振動片に関する技術であり、振動腕
の屈曲方向をＸＹ′面、Ｙ′Ｚ′面の２方向とし、１つの屈曲振動片により２つの屈曲振
動を生じさせ、これらを結合させることでいずれか１方の振動の周波数温度特性を改善さ
せるというものである。
【０００４】
また、特許文献２に開示されている技術は、やはり音叉型振動片に関するものであり、
従来コンタクトメタルとしてＡｕやＡｇの下層に形成されていたＣｒの膜厚を所定の範囲
で厚くすることで、Ｃｒ形成部分に生ずる応力が振動特性に影響を与え、周波数温度特性
が改善されるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５４−４０５８９号公報
【特許文献２】特開２００５−１３６４９９号公報
【非特許文献】
【０００６】
図３の引用元は以下の通りです。
【非特許文献１】R.Street, ”Elasticity and Anelasticity of Chromium”, Physical Review Letters, Vol.10, No.6, pp.210-211, 1963. 図４の引用元は以下の通りです。
【非特許文献２】D.F.McMorrow, J.Jensen, H.M.Ronnow, ”Magnetism in Metals”, Mat.Fys.Medd.Dan.Vid.Selsk.45(1997). http://ntserv.fys.ku.dk/Jens/book/Allansympc.PDfから入手できます。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記技術によれば確かに、周波数温度特性の改善を見ることができる。しかし、特許文
献１に開示されている技術は２つの振動を結合するものであり、各振動の制御が困難であ
るという問題が生ずる。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている技術は、周波数温度特性が改善される原因が不明確
であり、さらなる温度特性改善への可能性を確認することができないといった問題があっ
た。
【０００９】
そこで本発明では、金属膜の膜厚の変化により周波数温度特性が改善される要因を究明
し、膜厚変化に伴う周波数温度特性の変化を利用して従来よりも良好な周波数温度特性を
得ることのできる振動片、およびこれを実装した振動子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述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］周波数温度依存性を有する振動体の表面に、ヤング率と熱膨張係数の少な
くとも一方の温度特性曲線上に変曲点と極値の少なくとも一方を有する温度特性補正部が
設けられ、前記温度特性補正部におけるヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点
となる温度と極値となる温度の少なくとも一方が、前記振動体の動作温度範囲内にあるこ
とを特徴とする振動片。
このような特徴を有する振動片であれば、膜厚変化に伴う周波数温度特性の変化を利用
して、従来よりも良好な周波数温度特性を持つ振動片を製造することが可能となる。
【００１２】
［適用例２］適用例１に記載の振動片であって、前記変曲点の温度と前記極値となる温
度の少なくとも一方が、ネール温度であることを特徴とする振動片。
ネール温度は反強磁性体が常磁性状態へ転移する温度であるため、ヤング率の極値が現
れることとなり、周波数温度特性の改善を確実に成すことができる。
【００１３】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の振動片であって、前記温度特性補正部が
ＣｒまたはＣｒ合金からなることを特徴とする振動片。
Ｃｒは、従来よりコンタクトメタルとして採用されてきているため、このような特徴を
有する振動片であれば、製造工程における負担が少ない。
【００１４】
［適用例４］適用例１乃至適用例３のいずれか一項に記載の振動片であって、前記振動
体に、前記温度特性補正部を２つ有し、それらにおけるヤング率と熱膨張係数の少なくと
も一方が変曲点となる温度と極値となる温度の少なくとも一方を互いに異ならせることを
特徴とする振動片。
このような特徴を有する振動片によれば、各温度特性補正部における変曲点または極値
となる温度において周波数温度特性の補正効果を得ることができる。よって、周波数温度
特性をより向上させることができる。
【００１５】
［適用例５］適用例４に記載の振動片であって、２つの前記温度特性補正部におけるヤ
ング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点となる温度または極値となる温度の相違は
、前記温度特性補正部を構成する金属の膜厚の違いにより生じさせることを特徴とする振
動片。
このような特徴を有する振動片によれば、温度特性補正部としての材質を１つとしつつ
、２つの温度帯において温度特性補正効果を得ることができる。よって、高い周波数温度
特性改善効果を得ることができる。
【００１６】
［適用例６］適用例４に記載の振動片であって、前記温度特性補正部を合金または合金
と前記合金における主体となる金属から成るものとし、２つの前記温度特性補正部におけ
るヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点となる温度または極値となる温度の相
違は、合金を構成する主体となる金属に対する他の金属の含有率の違いまたは前記合金と
当該合金における主体となる金属とにより生じさせることを特徴とする振動片。
このような特徴を有する振動片であっても２つの温度帯において温度特性補正効果を得
ることができる。よって、高い周波数温度特性改善効果を得ることができる。
【００１７】
［適用例７］適用例１乃至適用例６のいずれか一項に記載の振動片であって、一の振動
体の表面に形成した前記温度特性補正部の上面に他の振動体を接合し、２つの振動体によ
り前記温度特性補正部を挟み込んだことを特徴とする振動片。
このような特徴を有する振動片によれば、温度特性補正部が外部に晒されることとなら
ないため、経時変化による周波数温度特性の劣化等を抑制することができる。
【００１８】
［適用例８］適用例１乃至適用例７のいずれか一項に記載の振動片であって、前記振動
体の主振動を屈曲振動としたことを特徴とする振動片。
屈曲振動は、励振電極形成面に、当該励振電極を引っ張りあるいは圧縮する方向への歪
みを生じさせるため、膜応力の影響に伴う周波数温度特性の補正効果が大きい。
【００１９】
［適用例９］適用例１乃至適用例７のいずれか一項に記載の振動片であって、前記振動
体の主振動を輪郭振動としたことを特徴とする振動片。
輪郭振動も、励振電極形成面に、当該励振電極に対して引っ張りと圧縮を同時に付加す
るような歪み、または滑り運動による歪を生じさせるため、膜応力の影響に伴う周波数温
度特性の補正効果が大きい。
【００２０】
［適用例１０］適用例１乃至適用例９のいずれか一項に記載の振動片であって、前記振
動体と前記温度特性補正部との間に絶縁膜を介在させたことを特徴とする振動片。
このような特徴を有する振動片であっても、ヤング率または熱膨張係数の変曲点または
極値を示す温度において生ずる圧縮応力や伸張応力が振動体表面に影響を与える。よって
、周波数温度特性の改善効果を得ることができる。
【００２１】
［適用例１１］適用例１乃至適用例１０のいずれか一項に記載の振動片をパッケージ内
部に実装したことを特徴とする振動子。
このような特徴を有する振動子によれば、広い温度範囲において良好な周波数温度特性
を得ることができる信頼性の高い振動子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態に係る振動片の構成を示す図である。
【図２】温度特性補正部としてのＣｒの膜厚変化に対する周波数温度特性の変化を示すグラフである。
【図３】Ｃｒのヤング率の変化と温度との関係を示すグラフである。
【図４】Ｃｒのネール温度の変化と合金化における金属の含有率との関係を示すグラフである。
【図５】第２の実施形態に係る振動片の特徴部分としての振動腕の構成を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る振動片の特徴部分を示す図である。
【図７】第４の実施形態に係る振動片の特徴部分としての振動腕の構成を示す図である。
【図８】厚み滑り振動を主振動とする振動片の例を示す図である。
【図９】弾性表面波を主振動とする振動片の第１の形態を示す図である。
【図１０】弾性表面波を主振動とする振動片の第２の形態を示す図である。
【図１１】弾性表面波を主振動とする振動片の第３の形態を示す図である。
【図１２】発明に係る振動子の断面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の振動片および振動子に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。
まず、図１を参照して、本発明の振動片に係る第１の実施形態について説明する。なお
、図１において、図１（Ａ）は振動片の平面図であり、図１（Ｂ）は同じ（Ａ）における
Ａ−Ａ断面を示す図である。
【００２４】
本実施形態に係る振動片１０は、周波数温度依存性を有する振動体を構成する素子片と
して水晶を例に挙げて説明する。また、振動モードとしては、屈曲振動を主振動とする音
叉型の形態を例に挙げて説明することとする。
【００２５】
本実施形態に係る振動片１０は、振動体１１と、この振動体１１に形成された金属膜１
６とより成る。振動体１１は圧電効果を奏する水晶で構成され、基部１２と、この基部１
２から延設された一対の振動腕１４ａ，１４ｂとを有する、いわゆる音叉型の体を成す。
金属膜１６は、下地層となる温度特性補正部２４ａ，２４ｂと、表面層となる電極部とよ
り成る。なお電極部は、振動を励起するための励振電極、１８ａ，１８ｂ、駆動信号や検
出信号を入出力するための入出力電極２２ａ，２２ｂ、および励振電極１８ａ，１８ｂと
入出力電極２２ａ，２２ｂとを接続する引出し電極２０ａ，２０ｂとから成る。
【００２６】
本実施形態では、温度特性補正部２４ａ，２４ｂをクロム（Ｃｒ）で構成し、電極部は
金（Ａｕ）で構成している。Ｃｒは、振動体１１として採用する水晶に対する密着性が良
好で、コンタクトメタルとしても優れているからである。また、金（Ａｕ）は電気抵抗が
極めて低く、安定しており、酸化等の影響を受け難く、経年劣化による性質変化が少ない
からである。
【００２７】
Ｃｒが温度特性補正部２４ａ，２４ｂとしての役割を果たす事は、実験により得られた
図２からも読み取ることができる。実験は、図２に示すように、Ａｕの膜厚を一定（５０
０Å）としてＣｒの膜厚を１５００Å（図２（Ａ））、２０００Å（図２（Ｂ））、２５
００Å（図２（Ｃ））と変化させることにより、振動子としての周波数温度特性がどのよ
うに変化するかを記録したものである。周波数温度特性の変化の様子としては、Ｃｒの膜
厚を厚くして行くことにより、頂点温度の左側、すなわち頂点温度よりも低い温度側にお
いて、周波数変動量が少なくなっていることが読み取れる。
【００２８】
ここで、振動子の共振周波数は、振動体１１における振動部の長さ、幅、厚さ、振動体
１１を構成する物質の密度、境界条件、および弾性定数等の要素から算出することができ
る。そして、振動部に形成した金属膜の膜厚の変化に起因して振動子の共振周波数が変動
する要素としては、弾性定数を挙げることができる。弾性定数を構成する要素のうち、温
度変化により振動子の共振周波数が変動する要素としてヤング率や熱膨張係数が存在する
。このため、振動子の共振周波数の温度依存は、ヤング率や熱膨張係数の変化によっても
、もたらされるものであることが考えられる。
【００２９】
以下、Ｃｒの膜厚の変化に伴う低温側における周波数温度特性の改善に関して考察する
。
図３は、固体Ｃｒのヤング率の変化を示すグラフである。図３からも読み取れるように
、Ｃｒのヤング率は、１２０Ｋ（スピンフリップ温度：ヤング率が変曲点になる温度）と
３１０Ｋ（ネール温度：ヤング率が極値になる温度）において急激な変化を示すことが解
る。なお、Ｃｒのヤング率は、１２０Ｋのスピンフリップ温度において変曲点を有し、３
１０Ｋのネール温度において極値を有する。
【００３０】
振動子の動作温度範囲を−５５℃〜＋１２５℃、好適には−４０℃〜＋８５℃とした場
合、１２０Ｋは−１５３℃であり、３１０Ｋは＋３７℃であるから、Ｃｒにおいてはネー
ル温度が振動子の動作温度範囲内に存在するといえる。ここでネール温度とは、反強磁性
体が常磁性体状態へ転移する温度をいう。なお、反強磁性とは、隣り合うスピンがそれぞ
れ反対方向を向いて整列し、全体として磁気モーメントを持たない物性の磁性である。ま
た、常磁性とは、外部磁場がないときには磁化を持たず、磁場を印加するとその方向に弱
く磁化する磁性である。つまり、ヤング率の急激な変化は、磁性体の状態転移に伴って生
ずるものであるといえる。
【００３１】
そして、反強磁性体は、ネール温度において常磁性体からの転移を受けることで磁気モ
ーメントが消失することにより、大きな体積変化を生じさせることが知られていることよ
り、反強磁性体におけるネール温度では、熱膨張係数にも変化がもたらされるということ
ができる。
【００３２】
Ｃｒは、膜厚の相違による圧縮応力、および伸張応力の変化に伴い、ネール温度が変化
することが知られている。具体的には、固体Ｃｒに比して薄膜化されたＣｒのネール温度
は、数十℃の範囲で低温側へシフトするのである。しかしながら図２を参酌すると、図２
（Ａ）では周波数変動量の改善は見ることができず、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）と膜厚を厚
くする毎に周波数変動量の改善される温度範囲の中心が頂点温度に近づいているように読
み取れる。この事は、薄膜化したＣｒの膜厚を厚くすることにより、ネール温度が高温側
へシフトしているとも読み取ることができる。つまり、Ｃｒの膜厚を１５００Å以下とし
た場合には、ネール温度は振動子の動作温度範囲よりも低温側へ急激にシフトしていると
考えられる。
【００３３】
そして、Ｃｒの薄膜化に伴うネール温度の急激な低下には、以下のような現象も起因し
ていると考える。ここで、ＣｒとＡｕの間、すなわち温度特性補正部２４ａ，２４ｂと電
極部（図１（Ｂ）の場合は励振電極１８ａ，１８ｂ）との間には、ＡｕがＣｒ層に拡散し
た合金層が存在する。ここで図４に示すＣｒの合金化に伴うネール温度の変化を参酌する
と、Ａｕの含有率の増加は、Ｃｒのネール温度の低下を招くことを読み取ることができる
。
【００３４】
つまり、Ｃｒの膜厚が薄い場合には、拡散するＡｕの割合、すなわち合金層におけるＡ
ｕの含有率が高くなるため、単純にＣｒを薄膜化した場合よりもネール温度が低下したと
考えられる。そして、Ｃｒの膜厚を厚くした場合には、Ａｕの含有率は当然に下がり、合
金化されない層も生ずることとなるため、ネール温度が上昇し、Ｃｒの膜厚を２５００Å
とした場合には、ネール温度が０℃近傍に至ったものと考えられる。なお、上記実験から
は、Ｃｒの膜厚を２０００Å以上とすることで、温度特性補正部としての効果、すなわち
周波数温度特性改善効果を奏するということが言える。
【００３５】
以上の点より、温度特性補正部２４ａ，２４ｂは、膜厚の変化や合金化によりヤング率
が極値となる温度（Ｃｒの場合はネール温度）が変化することが解る。そこで本実施形態
に係る振動片１０では図１（Ｂ）に示すように、振動腕１４ａ，１４ｂの表裏面と側面、
すなわち電圧を印加する際に電位が異なることとなる金属膜１６において、温度特性補正
部２４ａ，２４ｂの膜厚を異ならせる構成とした。
【００３６】
このような構成とすることにより、１つの振動体１１に対してネール温度の異なる２つ
（２種類）の温度特性補正部２４ａ，２４ｂを備えることとなる。これにより、振動子の
周波数温度特性の改善は、それぞれの温度特性補正部２４ａ，２４ｂにおけるネール温度
にて成されることとなる。よって、動作温度範囲内における周波数変動量は、１種類の温
度特性補正部により補正される場合よりもさらに小さくなり、周波数温度特性を示す曲線
をよりフラットなものとすることができる。
【００３７】
また、本発明によれば、上記のように周波数温度特性が改善される原因が明確となった
ため、シミュレーションによる振動特性の解析が可能となり、開発コストの削減を図るこ
とが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の振動片に係る第２の実施形態について、図５を参照して説明する。なお
、本実施形態に係る振動片の殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る振動片と同様
である。よって、その機能を同一とする箇所については図面に同一符号を付して詳細な説
明を省略すると共に、振動片の全体構造については、図１（Ａ）に示した図を援用するこ
ととする。
【００３９】
本実施形態に係る振動片１０は、屈曲部において電位の異なる電極部の下地層を構成す
る温度特性補正部２４ａ，２６を、異なる種類の金属により構成したことを特徴としてい
る。
【００４０】
ここで、２種類の温度特性補正部２４ａ，２６は、ヤング率の極値が振動子における周
波数温度特性の頂点温度よりも高温側に位置するものと、低温側に位置するものとするこ
とが望ましい。第１の実施形態で温度特性補正部として使用したＣｒは、ヤング率の極値
であるネール温度が周波数温度特性の頂点温度よりも低温側に位置していた。このため、
周波数温度特性はもっぱら、頂点温度よりも低温側で改善されることとなっていた。この
ため、ヤング率の極値が周波数温度特性の頂点温度よりも高温側に位置する部材を温度特
性補正部材の１つとして採用することによれば、周波数温度特性の頂点温度よりも高温側
においても、周波数温度特性の改善を図ることができると考えられるからである。
【００４１】
具体的には、振動腕１４ａの表裏面に形成される励振電極１８ａの下地層を構成する温
度特性補正部２４ａをＣｒとした場合、振動腕１４ａの側面に形成される励振電極１８ｂ
の下地層を構成する温度特性補正部２６は二酸化クロム（ＣｒＯ２）とするのである。
【００４２】
ここで、ＣｒＯ２は、強磁性体であるため、ヤング率が極値を示す温度はキュリー温度
と称される。なお、キュリー温度とは、強磁性体が常磁性体に変化する転移温度である。
ＣｒＯ２のキュリー温度は３８６Ｋ（１１３℃）であるため、図２に示した周波数温度特
性の頂点温度（約３０℃）よりも高温側に位置し、かつ振動子の動作温度範囲を−５５℃
〜＋１２５℃としたならば、その範囲内に入る温度である。よって、このような組み合わ
せで温度特性補正部２４ａ，２６を構成した場合、周波数温度特性における頂点温度の高
温側と低温側の双方で周波数変動量の減少を促すことができ、動作温度範囲内の全範囲に
おいて周波数温度特性を改善することができる。
【００４３】
なお、ＣｒＯ２のキュリー温度は、膜厚の調整、およびＡｕとの合金化により低温化し
た場合には、−４０℃〜＋８５℃の動作温度範囲内に入れることもできると考えられる。
また、本実施形態に係る２種類の温度特性補正部２４ａ，２６は、Ｃｒを主体とした合
金であって、その合金の含有率を異ならせた物質であっても良い。図４に示すように、金
属の含有率の違いにより、ヤング率が極値を示す温度が変化するからである。
【００４４】
次に、本発明の振動片に係る第３の実施形態について、図６を参照して説明する。なお
、本実施形態に係る振動片もその殆どの構成を上述した第１、第２の実施形態に係る振動
片と同一とする。よってその機能を同一とする箇所には図１と同一符号を付して詳細な説
明は省略することとする。また、図６は、図１における金属膜を省略して示している。
【００４５】
本実施形態に係る振動片１０は、温度特性補正部２４ａ，２４ｂの配置範囲に特徴を有
する。具体的には、本実施形態に係る振動片１０は、屈曲部である振動腕１４ａ，１４ｂ
における最も歪みの大きい箇所のみに温度特性補正部２４ａ，２４ｂとしてのＣｒ、ある
いはＣｒを主体とした合金を設けた点を特徴とする。
【００４６】
Ｃｒは電気抵抗が大きいため、コンタクトメタルとして採用する場合にはできるだけ薄
く形成することが望ましい。共振回路の抵抗が小さい方が、振動子としてのＱ値を高くす
ることができるからである。これに対し上述したように、従来コンタクトメタルとして用
いてきたＣｒは、その膜厚を厚くすることにより周波数温度特性の改善に寄与することと
なる。
【００４７】
これらの事象を参酌した場合、Ｑ値の向上と周波数温度特性の改善との双方に最も効果
的と考えられる構成は、最も歪みの大きな箇所のみに温度特性補正部２４ａ，２４ｂを配
置し、その他の箇所には薄膜のＣｒ、あるいはＣｒを主体とした合金を設けるようにする
ことである。よって本実施形態では、音叉型振動片において最も歪みの大きくなる箇所で
ある振動腕１４ａ，１４ｂの基部１２側端部のみに温度特性補正部２４ａ，２４ｂを配置
する構成とした。
【００４８】
なお、金属膜を構成する電極部（励振電極１８ａ，１８ｂ、引き出し電極２０ａ，２０
ｂ、入出力電極２２ａ，２２ｂ）として、振動体１１である水晶との密着性の良い部材、
例えばアルミ（Ａｌ）等を採用する場合には、コンタクトメタルを形成する必要性は無く
なる。このような場合には、図６のように温度特性補正部２４ａ，２４ｂを形成した後、
電極部を直接形成すれば良い。
【００４９】
次に、本発明の振動片に係る第４の実施形態について、図７を参照して説明する。なお
、図７には、本実施形態に係る振動片の特徴部分を示す振動腕の断面形状のみを示し、他
の構成要素については図１（Ａ）の符号を援用することとする。
【００５０】
本実施形態に係る振動片１０は、温度特性補正部２８の配置形態に特徴を有する。具体
的には、上記実施形態ではいずれも温度特性補正部を電極部の下地層として形成していた
。これに対し本実施形態に係る振動片１０では、振動腕１４ａ（１４ｂ）を構成する一方
の振動体１１ａと他方の振動体１１ｂの中間層として温度特性補正部２８を配置している
。
【００５１】
図７に示すように、本実施形態に係る振動片１０では、振動腕１４ａ，１４ｂを構成す
る一方の振動体１１ａと他方の振動体１１ｂの間に、温度特性補正部２８を形成している
。形成方法としては、薄肉化した２つの振動体１１ａ，１１ｂの対向面のいずれか一方に
温度特性補正部２８を形成し、２つの振動体１１ａ，１１ｂを接合し、外表面に金属膜１
６を形成するというものである。
【００５２】
２つの振動体１１ａ，１１ｂの接合方法としては、直接接合や金属接合などによれば良
い。なお、振動腕１４ａ（１４ｂ）のみを薄肉化し、薄肉化した振動腕１４ａ（１４ｂ）
に温度特性補正部２８を形成し、振動腕１４ａ（１４ｂ）と同じ形状の水晶片を接合する
という構成としても良い。
【００５３】
このように、一方の振動体１１ａの表面に形成した温度特性補正部２８を、他方の振動
体１１ｂで挟み込んだ場合であっても、温度特性補正部２８としての機能を発揮し、周波
数温度特性を改善することができる。なお、温度特性補正部を一方の振動体１１ａまたは
他方の振動体１１ｂの対向面全面に亙って設ける場合には、短絡を防止するために温度特
性補正部の外周にＳｉＯ２等による絶縁膜を形成すると良い。
【００５４】
上記実施形態ではいずれも、主振動を屈曲振動とし、振動片の形態を音叉型として説明
した。しかしながら本発明に係る振動片の形態はこれに限られるものでは無い。
【００５５】
例えば、主振動を厚み滑り振動とした場合には、図８に示すような振動片とすれば良い
。具体的には、ＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出された平板状の振動体４１と、金
属膜４２とから構成される。金属膜４２は、電極部と電極部の下地層を成す温度特性補正
部５０とから成る。なお電極部は、励振電極４４、入出力電極４８、および引出し電極４
６とに分別することができ、励振電極４４は振動体４１の表裏における主面の対応する位
置に形成される。また、温度特性補正部５０は、励振電極４４を構成する電極部の下地層
のみに設ける構成としても良い。
【００５６】
このような構成の振動片４０において温度特性補正部５０を構成する部材としては、上
記種々の実施形態と同様に、Ｃｒ、あるいはＣｒを主体とした合金とすれば良い。また、
電極部を構成する部材としては、Ａｕとすれば良い。なおこのような構成の振動片４０に
おいて、温度特性補正部５０は、振動体４１の表裏面において0異なるネール温度、ある
いはキュリー温度を示す材質としても良い。
【００５７】
また、主振動を弾性表面波とした場合には、図９に示すような振動片（弾性表面波素子
片）とすれば良い。なお、図９において、図９（Ａ）は弾性表面波素子片を示す平面図で
あり、図９（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【００５８】
弾性表面波素子片６０は、例えばＳＴカットと呼ばれる素子片を振動体６１とし、当該
振動体６１の一方の主面に、励振電極としてのＩＤＴ６４や入出力電極６８、および反射
器６６としての役割を担う金属膜６２を構成する。金属膜は、下地層をＣｒ、あるいはＣ
ｒを主体とした合金により構成した温度特性補正部７０とし、表面層をＡｌで構成すれば
良い。
【００５９】
また、弾性表面波素子片６０における第２の形態としては、図１０に断面形状を示すよ
うなものを挙げることができる。具体的には、ＩＤＴ６４や反射器６６等をＡｌで形成し
、Ａｌで形成した電極指６４ａ間、あるいは反射器６６におけるストリップ６６ａ間にＣ
ｒ、あるいはＣｒを主体とした合金膜を配置し、これを温度特製補正部７０とするという
ものである。なおＣｒ膜とＡｌ膜との間には、短絡を防止するための隙間を設ける必要が
ある。
【００６０】
さらに、弾性表面波素子片６０における第３の形態としては、図１１に断面形状を示す
ものを挙げることができる。具体的には、ＩＤＴ６４や反射器等６６をＡｌで形成し、Ａ
ｌにより構成した金属膜上にＳｉＯ２膜７２を形成することで電極指６４ａ間における短
絡防止を図る。そして、形成したＳｉＯ２膜７２上にＣｒ、あるいはＣｒを主体とした合
金により構成される膜を温度特性補正部７０とするというものである。このような構成と
した場合であっても、ネール温度、あるいはキュリー温度における圧縮応力、および伸張
応力の変化は、ＳｉＯ２膜７２を介して振動体６１に影響を与え、周波数温度特性の改善
に寄与することができる。
【００６１】
また、輪郭振動であるラーメモードの振動を主振動とする振動片の構成については、振
動体としてＬＱ１ＴカットやＬＱ２Ｔカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶片を
用いれば、金属膜の形成形態として厚み滑り振動を主振動とする振動片と同様な形態を採
ることで、本発明の振動片の一部とすることができる。
【００６２】
なお、このような振動モードを主振動とする振動片の他にも、捻り振動や境界波（スト
ンリー波やメルフェル・ツルヌワ波）などを主振動とする振動片も、上記のようにして金
属膜を構成することで、本発明の一部とみなすことができる。
【００６３】
また、上記実施形態では振動体として水晶を用いたが、周波数温度特性の改善に関し、
上記実施形態と同様な効果を得ることができるものであれば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐ
ｂＺｒＴｉＯ３）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ
Ｏ３）、リチウムトリボレート（ＬｉＢ３Ｏ５）、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）等の圧電体
や、半導体であっても良い。
【００６４】
また上記実施形態では、温度特性補正部を構成する金属としてＣｒやＣｒを主体とした
合金を例に挙げて説明したが、キュリー温度やネール温度が振動子の動作温度範囲内にあ
るものであれば、他の部材を用いても良い。
【００６５】
次に、本発明に係る振動子について、図１２を参照して説明する。
本実施形態に係る振動子１００は、上述した振動片１０（４０，６０）のいずれかと、
この振動片１０を収容するパッケージ１１０、およびパッケージ１１０の開口部を封止す
るリッド１２０とを主な構成要素としている。
【００６６】
パッケージ１１０は、セラミックグリーンシート等を積層して焼成した箱体であり、凹
状に形成されたキャビティ内部には、振動片１０を実装するための内部実装電極１１２が
形成されている。パッケージ１１０の外部には、底面に、外部実装端子１１４が形成され
ている。外部実装端子１１４は、図示しないスルーホール等を介して、内部実装電極１１
２と電気的に接続されている。
【００６７】
リッド１２０は、本実施形態の場合には平板状を成す。構成部材としては、金属または
ガラスが採用されることが多い。いずれの部材を採用する場合であっても、線膨張係数が
パッケージ１１０の構成部材と近似したものを採用することが望ましい。
【００６８】
上記のような構成のパッケージ１１０に対し、振動片１０を実装する。振動片１０の実
装には、導電性接着剤１１６を用いる。導電性接着剤１１６を内部実装電極１１２に塗布
し、塗布した導電性接着剤１１６に対して振動片１０の入出力電極を接合させるのである
。
【００６９】
振動片１０を実装したパッケージ１１０の開口部を封止する際、リッド１２０は接合部
材１１８を介して接合される。接合部材１１８は、リッド１２０を構成する部材により異
なる。例えばリッド１２０が金属であった場合、接合部材１１８には低融点金属で構成さ
れたシールリングを用いる。一方、リッドがガラスであった場合、接合部材１１８には低
融点ガラスを採用する。
このような構成の振動子は、周波数温度特性が改善され、広い温度範囲において高い信
頼性を持つ振動子とすることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０………振動片、１１………振動体、１２………基部、１４ａ，１４ｂ………振動腕
、１６………金属膜、１８ａ，１８ｂ………励振電極、２０ａ，２０ｂ………引き出し電
極、２２ａ，２２ｂ………入出力電極、２４ａ，２４ｂ………温度特性補正部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動片、およびこれを実装した振動子に係り、特に周波数温度特性の良好な振
動片および振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数温度依存性を有する振動体において、周波数温度特性を改善する事は長きに亙る
課題とされてきた。特に、周波数温度特性を示す曲線が２次関数的に変化することが知ら
れている水晶を用いた屈曲振動片では、その周波数温度特性を改善するための種々の技術
が開示されている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示されている技術は、音叉型振動片に関する技術であり、振動腕
の屈曲方向をＸＹ′面、Ｙ′Ｚ′面の２方向とし、１つの屈曲振動片により２つの屈曲振
動を生じさせ、これらを結合させることでいずれか１方の振動の周波数温度特性を改善さ
せるというものである。
【０００４】
また、特許文献２に開示されている技術は、やはり音叉型振動片に関するものであり、
従来コンタクトメタルとしてＡｕやＡｇの下層に形成されていたＣｒの膜厚を所定の範囲
で厚くすることで、Ｃｒ形成部分に生ずる応力が振動特性に影響を与え、周波数温度特性
が改善されるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５４−４０５８９号公報
【特許文献２】特開２００５−１３６４９９号公報
【非特許文献】
【０００６】
図３の引用元は以下の通りです。
【非特許文献１】R.Street, ”Elasticity and Anelasticity of Chromium”, Physical Review Letters, Vol.10, No.6, pp.210-211, 1963. 図４の引用元は以下の通りです。
【非特許文献２】D.F.McMorrow, J.Jensen, H.M.Ronnow, ”Magnetism in Metals”, Mat.Fys.Medd.Dan.Vid.Selsk.45(1997). http://ntserv.fys.ku.dk/Jens/book/Allansympc.PDfから入手できます。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記技術によれば確かに、周波数温度特性の改善を見ることができる。しかし、特許文
献１に開示されている技術は２つの振動を結合するものであり、各振動の制御が困難であ
るという問題が生ずる。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている技術は、周波数温度特性が改善される原因が不明確
であり、さらなる温度特性改善への可能性を確認することができないといった問題があっ
た。
【０００９】
そこで本発明では、金属膜の膜厚の変化により周波数温度特性が改善される要因を究明
し、膜厚変化に伴う周波数温度特性の変化を利用して従来よりも良好な周波数温度特性を
得ることのできる振動片、およびこれを実装した振動子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述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］周波数温度依存性を有する振動体の表面に、ヤング率と熱膨張係数の少な
くとも一方の温度特性曲線上に変曲点と極値の少なくとも一方を有する温度特性補正部が
設けられ、前記温度特性補正部におけるヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点
となる温度と極値となる温度の少なくとも一方が、前記振動体の動作温度範囲内にあるこ
とを特徴とする振動片。
このような特徴を有する振動片であれば、膜厚変化に伴う周波数温度特性の変化を利用
して、従来よりも良好な周波数温度特性を持つ振動片を製造することが可能となる。
【００１２】
［適用例２］適用例１に記載の振動片であって、前記変曲点の温度と前記極値となる温
度の少なくとも一方が、ネール温度であることを特徴とする振動片。
ネール温度は反強磁性体が常磁性状態へ転移する温度であるため、ヤング率の極値が現
れることとなり、周波数温度特性の改善を確実に成すことができる。
【００１３】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の振動片であって、前記温度特性補正部が
ＣｒまたはＣｒ合金からなることを特徴とする振動片。
Ｃｒは、従来よりコンタクトメタルとして採用されてきているため、このような特徴を
有する振動片であれば、製造工程における負担が少ない。
【００１４】
［適用例４］適用例１乃至適用例３のいずれか一項に記載の振動片であって、前記振動
体に、前記温度特性補正部を２つ有し、それらにおけるヤング率と熱膨張係数の少なくと
も一方が変曲点となる温度と極値となる温度の少なくとも一方を互いに異ならせることを
特徴とする振動片。
このような特徴を有する振動片によれば、各温度特性補正部における変曲点または極値
となる温度において周波数温度特性の補正効果を得ることができる。よって、周波数温度
特性をより向上させることができる。
【００１５】
［適用例５］適用例４に記載の振動片であって、２つの前記温度特性補正部におけるヤ
ング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点となる温度または極値となる温度の相違は
、前記温度特性補正部を構成する金属の膜厚の違いにより生じさせることを特徴とする振
動片。
このような特徴を有する振動片によれば、温度特性補正部としての材質を１つとしつつ
、２つの温度帯において温度特性補正効果を得ることができる。よって、高い周波数温度
特性改善効果を得ることができる。
【００１６】
［適用例６］適用例４に記載の振動片であって、前記温度特性補正部を合金または合金
と前記合金における主体となる金属から成るものとし、２つの前記温度特性補正部におけ
るヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点となる温度または極値となる温度の相
違は、合金を構成する主体となる金属に対する他の金属の含有率の違いまたは前記合金と
当該合金における主体となる金属とにより生じさせることを特徴とする振動片。
このような特徴を有する振動片であっても２つの温度帯において温度特性補正効果を得
ることができる。よって、高い周波数温度特性改善効果を得ることができる。
【００１７】
［適用例７］適用例１乃至適用例６のいずれか一項に記載の振動片であって、一の振動
体の表面に形成した前記温度特性補正部の上面に他の振動体を接合し、２つの振動体によ
り前記温度特性補正部を挟み込んだことを特徴とする振動片。
このような特徴を有する振動片によれば、温度特性補正部が外部に晒されることとなら
ないため、経時変化による周波数温度特性の劣化等を抑制することができる。
【００１８】
［適用例８］適用例１乃至適用例７のいずれか一項に記載の振動片であって、前記振動
体の主振動を屈曲振動としたことを特徴とする振動片。
屈曲振動は、励振電極形成面に、当該励振電極を引っ張りあるいは圧縮する方向への歪
みを生じさせるため、膜応力の影響に伴う周波数温度特性の補正効果が大きい。
【００１９】
［適用例９］適用例１乃至適用例７のいずれか一項に記載の振動片であって、前記振動
体の主振動を輪郭振動としたことを特徴とする振動片。
輪郭振動も、励振電極形成面に、当該励振電極に対して引っ張りと圧縮を同時に付加す
るような歪み、または滑り運動による歪を生じさせるため、膜応力の影響に伴う周波数温
度特性の補正効果が大きい。
【００２０】
［適用例１０］適用例１乃至適用例９のいずれか一項に記載の振動片であって、前記振
動体と前記温度特性補正部との間に絶縁膜を介在させたことを特徴とする振動片。
このような特徴を有する振動片であっても、ヤング率または熱膨張係数の変曲点または
極値を示す温度において生ずる圧縮応力や伸張応力が振動体表面に影響を与える。よって
、周波数温度特性の改善効果を得ることができる。
【００２１】
［適用例１１］適用例１乃至適用例１０のいずれか一項に記載の振動片をパッケージ内
部に実装したことを特徴とする振動子。
このような特徴を有する振動子によれば、広い温度範囲において良好な周波数温度特性
を得ることができる信頼性の高い振動子とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態に係る振動片の構成を示す図である。
【図２】温度特性補正部としてのＣｒの膜厚変化に対する周波数温度特性の変化を示すグラフである。
【図３】Ｃｒのヤング率の変化と温度との関係を示すグラフである。
【図４】Ｃｒのネール温度の変化と合金化における金属の含有率との関係を示すグラフである。
【図５】第２の実施形態に係る振動片の特徴部分としての振動腕の構成を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る振動片の特徴部分を示す図である。
【図７】第４の実施形態に係る振動片の特徴部分としての振動腕の構成を示す図である。
【図８】厚み滑り振動を主振動とする振動片の例を示す図である。
【図９】弾性表面波を主振動とする振動片の第１の形態を示す図である。
【図１０】弾性表面波を主振動とする振動片の第２の形態を示す図である。
【図１１】弾性表面波を主振動とする振動片の第３の形態を示す図である。
【図１２】発明に係る振動子の断面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の振動片および振動子に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。
まず、図１を参照して、本発明の振動片に係る第１の実施形態について説明する。なお
、図１において、図１（Ａ）は振動片の平面図であり、図１（Ｂ）は同じ（Ａ）における
Ａ−Ａ断面を示す図である。
【００２４】
本実施形態に係る振動片１０は、周波数温度依存性を有する振動体を構成する素子片と
して水晶を例に挙げて説明する。また、振動モードとしては、屈曲振動を主振動とする音
叉型の形態を例に挙げて説明することとする。
【００２５】
本実施形態に係る振動片１０は、振動体１１と、この振動体１１に形成された金属膜１
６とより成る。振動体１１は圧電効果を奏する水晶で構成され、基部１２と、この基部１
２から延設された一対の振動腕１４ａ，１４ｂとを有する、いわゆる音叉型の体を成す。
金属膜１６は、下地層となる温度特性補正部２４ａ，２４ｂと、表面層となる電極部とよ
り成る。なお電極部は、振動を励起するための励振電極、１８ａ，１８ｂ、駆動信号や検
出信号を入出力するための入出力電極２２ａ，２２ｂ、および励振電極１８ａ，１８ｂと
入出力電極２２ａ，２２ｂとを接続する引出し電極２０ａ，２０ｂとから成る。
【００２６】
本実施形態では、温度特性補正部２４ａ，２４ｂをクロム（Ｃｒ）で構成し、電極部は
金（Ａｕ）で構成している。Ｃｒは、振動体１１として採用する水晶に対する密着性が良
好で、コンタクトメタルとしても優れているからである。また、金（Ａｕ）は電気抵抗が
極めて低く、安定しており、酸化等の影響を受け難く、経年劣化による性質変化が少ない
からである。
【００２７】
Ｃｒが温度特性補正部２４ａ，２４ｂとしての役割を果たす事は、実験により得られた
図２からも読み取ることができる。実験は、図２に示すように、Ａｕの膜厚を一定（５０
０Å）としてＣｒの膜厚を１５００Å（図２（Ａ））、２０００Å（図２（Ｂ））、２５
００Å（図２（Ｃ））と変化させることにより、振動子としての周波数温度特性がどのよ
うに変化するかを記録したものである。周波数温度特性の変化の様子としては、Ｃｒの膜
厚を厚くして行くことにより、頂点温度の左側、すなわち頂点温度よりも低い温度側にお
いて、周波数変動量が少なくなっていることが読み取れる。
【００２８】
ここで、振動子の共振周波数は、振動体１１における振動部の長さ、幅、厚さ、振動体
１１を構成する物質の密度、境界条件、および弾性定数等の要素から算出することができ
る。そして、振動部に形成した金属膜の膜厚の変化に起因して振動子の共振周波数が変動
する要素としては、弾性定数を挙げることができる。弾性定数を構成する要素のうち、温
度変化により振動子の共振周波数が変動する要素としてヤング率や熱膨張係数が存在する
。このため、振動子の共振周波数の温度依存は、ヤング率や熱膨張係数の変化によっても
、もたらされるものであることが考えられる。
【００２９】
以下、Ｃｒの膜厚の変化に伴う低温側における周波数温度特性の改善に関して考察する
。
図３は、固体Ｃｒのヤング率の変化を示すグラフである。図３からも読み取れるように
、Ｃｒのヤング率は、１２０Ｋ（スピンフリップ温度：ヤング率が変曲点になる温度）と
３１０Ｋ（ネール温度：ヤング率が極値になる温度）において急激な変化を示すことが解
る。なお、Ｃｒのヤング率は、１２０Ｋのスピンフリップ温度において変曲点を有し、３
１０Ｋのネール温度において極値を有する。
【００３０】
振動子の動作温度範囲を−５５℃〜＋１２５℃、好適には−４０℃〜＋８５℃とした場
合、１２０Ｋは−１５３℃であり、３１０Ｋは＋３７℃であるから、Ｃｒにおいてはネー
ル温度が振動子の動作温度範囲内に存在するといえる。ここでネール温度とは、反強磁性
体が常磁性体状態へ転移する温度をいう。なお、反強磁性とは、隣り合うスピンがそれぞ
れ反対方向を向いて整列し、全体として磁気モーメントを持たない物性の磁性である。ま
た、常磁性とは、外部磁場がないときには磁化を持たず、磁場を印加するとその方向に弱
く磁化する磁性である。つまり、ヤング率の急激な変化は、磁性体の状態転移に伴って生
ずるものであるといえる。
【００３１】
そして、反強磁性体は、ネール温度において常磁性体からの転移を受けることで磁気モ
ーメントが消失することにより、大きな体積変化を生じさせることが知られていることよ
り、反強磁性体におけるネール温度では、熱膨張係数にも変化がもたらされるということ
ができる。
【００３２】
Ｃｒは、膜厚の相違による圧縮応力、および伸張応力の変化に伴い、ネール温度が変化
することが知られている。具体的には、固体Ｃｒに比して薄膜化されたＣｒのネール温度
は、数十℃の範囲で低温側へシフトするのである。しかしながら図２を参酌すると、図２
（Ａ）では周波数変動量の改善は見ることができず、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）と膜厚を厚
くする毎に周波数変動量の改善される温度範囲の中心が頂点温度に近づいているように読
み取れる。この事は、薄膜化したＣｒの膜厚を厚くすることにより、ネール温度が高温側
へシフトしているとも読み取ることができる。つまり、Ｃｒの膜厚を１５００Å以下とし
た場合には、ネール温度は振動子の動作温度範囲よりも低温側へ急激にシフトしていると
考えられる。
【００３３】
そして、Ｃｒの薄膜化に伴うネール温度の急激な低下には、以下のような現象も起因し
ていると考える。ここで、ＣｒとＡｕの間、すなわち温度特性補正部２４ａ，２４ｂと電
極部（図１（Ｂ）の場合は励振電極１８ａ，１８ｂ）との間には、ＡｕがＣｒ層に拡散し
た合金層が存在する。ここで図４に示すＣｒの合金化に伴うネール温度の変化を参酌する
と、Ａｕの含有率の増加は、Ｃｒのネール温度の低下を招くことを読み取ることができる
。
【００３４】
つまり、Ｃｒの膜厚が薄い場合には、拡散するＡｕの割合、すなわち合金層におけるＡ
ｕの含有率が高くなるため、単純にＣｒを薄膜化した場合よりもネール温度が低下したと
考えられる。そして、Ｃｒの膜厚を厚くした場合には、Ａｕの含有率は当然に下がり、合
金化されない層も生ずることとなるため、ネール温度が上昇し、Ｃｒの膜厚を２５００Å
とした場合には、ネール温度が０℃近傍に至ったものと考えられる。なお、上記実験から
は、Ｃｒの膜厚を２０００Å以上とすることで、温度特性補正部としての効果、すなわち
周波数温度特性改善効果を奏するということが言える。
【００３５】
以上の点より、温度特性補正部２４ａ，２４ｂは、膜厚の変化や合金化によりヤング率
が極値となる温度（Ｃｒの場合はネール温度）が変化することが解る。そこで本実施形態
に係る振動片１０では図１（Ｂ）に示すように、振動腕１４ａ，１４ｂの表裏面と側面、
すなわち電圧を印加する際に電位が異なることとなる金属膜１６において、温度特性補正
部２４ａ，２４ｂの膜厚を異ならせる構成とした。
【００３６】
このような構成とすることにより、１つの振動体１１に対してネール温度の異なる２つ
（２種類）の温度特性補正部２４ａ，２４ｂを備えることとなる。これにより、振動子の
周波数温度特性の改善は、それぞれの温度特性補正部２４ａ，２４ｂにおけるネール温度
にて成されることとなる。よって、動作温度範囲内における周波数変動量は、１種類の温
度特性補正部により補正される場合よりもさらに小さくなり、周波数温度特性を示す曲線
をよりフラットなものとすることができる。
【００３７】
また、本発明によれば、上記のように周波数温度特性が改善される原因が明確となった
ため、シミュレーションによる振動特性の解析が可能となり、開発コストの削減を図るこ
とが可能となる。
【００３８】
次に、本発明の振動片に係る第２の実施形態について、図５を参照して説明する。なお
、本実施形態に係る振動片の殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係る振動片と同様
である。よって、その機能を同一とする箇所については図面に同一符号を付して詳細な説
明を省略すると共に、振動片の全体構造については、図１（Ａ）に示した図を援用するこ
ととする。
【００３９】
本実施形態に係る振動片１０は、屈曲部において電位の異なる電極部の下地層を構成す
る温度特性補正部２４ａ，２６を、異なる種類の金属により構成したことを特徴としてい
る。
【００４０】
ここで、２種類の温度特性補正部２４ａ，２６は、ヤング率の極値が振動子における周
波数温度特性の頂点温度よりも高温側に位置するものと、低温側に位置するものとするこ
とが望ましい。第１の実施形態で温度特性補正部として使用したＣｒは、ヤング率の極値
であるネール温度が周波数温度特性の頂点温度よりも低温側に位置していた。このため、
周波数温度特性はもっぱら、頂点温度よりも低温側で改善されることとなっていた。この
ため、ヤング率の極値が周波数温度特性の頂点温度よりも高温側に位置する部材を温度特
性補正部材の１つとして採用することによれば、周波数温度特性の頂点温度よりも高温側
においても、周波数温度特性の改善を図ることができると考えられるからである。
【００４１】
具体的には、振動腕１４ａの表裏面に形成される励振電極１８ａの下地層を構成する温
度特性補正部２４ａをＣｒとした場合、振動腕１４ａの側面に形成される励振電極１８ｂ
の下地層を構成する温度特性補正部２６は二酸化クロム（ＣｒＯ２）とするのである。
【００４２】
ここで、ＣｒＯ２は、強磁性体であるため、ヤング率が極値を示す温度はキュリー温度
と称される。なお、キュリー温度とは、強磁性体が常磁性体に変化する転移温度である。
ＣｒＯ２のキュリー温度は３８６Ｋ（１１３℃）であるため、図２に示した周波数温度特
性の頂点温度（約３０℃）よりも高温側に位置し、かつ振動子の動作温度範囲を−５５℃
〜＋１２５℃としたならば、その範囲内に入る温度である。よって、このような組み合わ
せで温度特性補正部２４ａ，２６を構成した場合、周波数温度特性における頂点温度の高
温側と低温側の双方で周波数変動量の減少を促すことができ、動作温度範囲内の全範囲に
おいて周波数温度特性を改善することができる。
【００４３】
なお、ＣｒＯ２のキュリー温度は、膜厚の調整、およびＡｕとの合金化により低温化し
た場合には、−４０℃〜＋８５℃の動作温度範囲内に入れることもできると考えられる。
また、本実施形態に係る２種類の温度特性補正部２４ａ，２６は、Ｃｒを主体とした合
金であって、その合金の含有率を異ならせた物質であっても良い。図４に示すように、金
属の含有率の違いにより、ヤング率が極値を示す温度が変化するからである。
【００４４】
次に、本発明の振動片に係る第３の実施形態について、図６を参照して説明する。なお
、本実施形態に係る振動片もその殆どの構成を上述した第１、第２の実施形態に係る振動
片と同一とする。よってその機能を同一とする箇所には図１と同一符号を付して詳細な説
明は省略することとする。また、図６は、図１における金属膜を省略して示している。
【００４５】
本実施形態に係る振動片１０は、温度特性補正部２４ａ，２４ｂの配置範囲に特徴を有
する。具体的には、本実施形態に係る振動片１０は、屈曲部である振動腕１４ａ，１４ｂ
における最も歪みの大きい箇所のみに温度特性補正部２４ａ，２４ｂとしてのＣｒ、ある
いはＣｒを主体とした合金を設けた点を特徴とする。
【００４６】
Ｃｒは電気抵抗が大きいため、コンタクトメタルとして採用する場合にはできるだけ薄
く形成することが望ましい。共振回路の抵抗が小さい方が、振動子としてのＱ値を高くす
ることができるからである。これに対し上述したように、従来コンタクトメタルとして用
いてきたＣｒは、その膜厚を厚くすることにより周波数温度特性の改善に寄与することと
なる。
【００４７】
これらの事象を参酌した場合、Ｑ値の向上と周波数温度特性の改善との双方に最も効果
的と考えられる構成は、最も歪みの大きな箇所のみに温度特性補正部２４ａ，２４ｂを配
置し、その他の箇所には薄膜のＣｒ、あるいはＣｒを主体とした合金を設けるようにする
ことである。よって本実施形態では、音叉型振動片において最も歪みの大きくなる箇所で
ある振動腕１４ａ，１４ｂの基部１２側端部のみに温度特性補正部２４ａ，２４ｂを配置
する構成とした。
【００４８】
なお、金属膜を構成する電極部（励振電極１８ａ，１８ｂ、引き出し電極２０ａ，２０
ｂ、入出力電極２２ａ，２２ｂ）として、振動体１１である水晶との密着性の良い部材、
例えばアルミ（Ａｌ）等を採用する場合には、コンタクトメタルを形成する必要性は無く
なる。このような場合には、図６のように温度特性補正部２４ａ，２４ｂを形成した後、
電極部を直接形成すれば良い。
【００４９】
次に、本発明の振動片に係る第４の実施形態について、図７を参照して説明する。なお
、図７には、本実施形態に係る振動片の特徴部分を示す振動腕の断面形状のみを示し、他
の構成要素については図１（Ａ）の符号を援用することとする。
【００５０】
本実施形態に係る振動片１０は、温度特性補正部２８の配置形態に特徴を有する。具体
的には、上記実施形態ではいずれも温度特性補正部を電極部の下地層として形成していた
。これに対し本実施形態に係る振動片１０では、振動腕１４ａ（１４ｂ）を構成する一方
の振動体１１ａと他方の振動体１１ｂの中間層として温度特性補正部２８を配置している
。
【００５１】
図７に示すように、本実施形態に係る振動片１０では、振動腕１４ａ，１４ｂを構成す
る一方の振動体１１ａと他方の振動体１１ｂの間に、温度特性補正部２８を形成している
。形成方法としては、薄肉化した２つの振動体１１ａ，１１ｂの対向面のいずれか一方に
温度特性補正部２８を形成し、２つの振動体１１ａ，１１ｂを接合し、外表面に金属膜１
６を形成するというものである。
【００５２】
２つの振動体１１ａ，１１ｂの接合方法としては、直接接合や金属接合などによれば良
い。なお、振動腕１４ａ（１４ｂ）のみを薄肉化し、薄肉化した振動腕１４ａ（１４ｂ）
に温度特性補正部２８を形成し、振動腕１４ａ（１４ｂ）と同じ形状の水晶片を接合する
という構成としても良い。
【００５３】
このように、一方の振動体１１ａの表面に形成した温度特性補正部２８を、他方の振動
体１１ｂで挟み込んだ場合であっても、温度特性補正部２８としての機能を発揮し、周波
数温度特性を改善することができる。なお、温度特性補正部を一方の振動体１１ａまたは
他方の振動体１１ｂの対向面全面に亙って設ける場合には、短絡を防止するために温度特
性補正部の外周にＳｉＯ２等による絶縁膜を形成すると良い。
【００５４】
上記実施形態ではいずれも、主振動を屈曲振動とし、振動片の形態を音叉型として説明
した。しかしながら本発明に係る振動片の形態はこれに限られるものでは無い。
【００５５】
例えば、主振動を厚み滑り振動とした場合には、図８に示すような振動片とすれば良い
。具体的には、ＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出された平板状の振動体４１と、金
属膜４２とから構成される。金属膜４２は、電極部と電極部の下地層を成す温度特性補正
部５０とから成る。なお電極部は、励振電極４４、入出力電極４８、および引出し電極４
６とに分別することができ、励振電極４４は振動体４１の表裏における主面の対応する位
置に形成される。また、温度特性補正部５０は、励振電極４４を構成する電極部の下地層
のみに設ける構成としても良い。
【００５６】
このような構成の振動片４０において温度特性補正部５０を構成する部材としては、上
記種々の実施形態と同様に、Ｃｒ、あるいはＣｒを主体とした合金とすれば良い。また、
電極部を構成する部材としては、Ａｕとすれば良い。なおこのような構成の振動片４０に
おいて、温度特性補正部５０は、振動体４１の表裏面において0異なるネール温度、ある
いはキュリー温度を示す材質としても良い。
【００５７】
また、主振動を弾性表面波とした場合には、図９に示すような振動片（弾性表面波素子
片）とすれば良い。なお、図９において、図９（Ａ）は弾性表面波素子片を示す平面図で
あり、図９（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【００５８】
弾性表面波素子片６０は、例えばＳＴカットと呼ばれる素子片を振動体６１とし、当該
振動体６１の一方の主面に、励振電極としてのＩＤＴ６４や入出力電極６８、および反射
器６６としての役割を担う金属膜６２を構成する。金属膜は、下地層をＣｒ、あるいはＣ
ｒを主体とした合金により構成した温度特性補正部７０とし、表面層をＡｌで構成すれば
良い。
【００５９】
また、弾性表面波素子片６０における第２の形態としては、図１０に断面形状を示すよ
うなものを挙げることができる。具体的には、ＩＤＴ６４や反射器６６等をＡｌで形成し
、Ａｌで形成した電極指６４ａ間、あるいは反射器６６におけるストリップ６６ａ間にＣ
ｒ、あるいはＣｒを主体とした合金膜を配置し、これを温度特製補正部７０とするという
ものである。なおＣｒ膜とＡｌ膜との間には、短絡を防止するための隙間を設ける必要が
ある。
【００６０】
さらに、弾性表面波素子片６０における第３の形態としては、図１１に断面形状を示す
ものを挙げることができる。具体的には、ＩＤＴ６４や反射器等６６をＡｌで形成し、Ａ
ｌにより構成した金属膜上にＳｉＯ２膜７２を形成することで電極指６４ａ間における短
絡防止を図る。そして、形成したＳｉＯ２膜７２上にＣｒ、あるいはＣｒを主体とした合
金により構成される膜を温度特性補正部７０とするというものである。このような構成と
した場合であっても、ネール温度、あるいはキュリー温度における圧縮応力、および伸張
応力の変化は、ＳｉＯ２膜７２を介して振動体６１に影響を与え、周波数温度特性の改善
に寄与することができる。
【００６１】
また、輪郭振動であるラーメモードの振動を主振動とする振動片の構成については、振
動体としてＬＱ１ＴカットやＬＱ２Ｔカットと呼ばれるカット角で切り出された水晶片を
用いれば、金属膜の形成形態として厚み滑り振動を主振動とする振動片と同様な形態を採
ることで、本発明の振動片の一部とすることができる。
【００６２】
なお、このような振動モードを主振動とする振動片の他にも、捻り振動や境界波（スト
ンリー波やメルフェル・ツルヌワ波）などを主振動とする振動片も、上記のようにして金
属膜を構成することで、本発明の一部とみなすことができる。
【００６３】
また、上記実施形態では振動体として水晶を用いたが、周波数温度特性の改善に関し、
上記実施形態と同様な効果を得ることができるものであれば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐ
ｂＺｒＴｉＯ３）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ
Ｏ３）、リチウムトリボレート（ＬｉＢ３Ｏ５）、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）等の圧電体
や、半導体であっても良い。
【００６４】
また上記実施形態では、温度特性補正部を構成する金属としてＣｒやＣｒを主体とした
合金を例に挙げて説明したが、キュリー温度やネール温度が振動子の動作温度範囲内にあ
るものであれば、他の部材を用いても良い。
【００６５】
次に、本発明に係る振動子について、図１２を参照して説明する。
本実施形態に係る振動子１００は、上述した振動片１０（４０，６０）のいずれかと、
この振動片１０を収容するパッケージ１１０、およびパッケージ１１０の開口部を封止す
るリッド１２０とを主な構成要素としている。
【００６６】
パッケージ１１０は、セラミックグリーンシート等を積層して焼成した箱体であり、凹
状に形成されたキャビティ内部には、振動片１０を実装するための内部実装電極１１２が
形成されている。パッケージ１１０の外部には、底面に、外部実装端子１１４が形成され
ている。外部実装端子１１４は、図示しないスルーホール等を介して、内部実装電極１１
２と電気的に接続されている。
【００６７】
リッド１２０は、本実施形態の場合には平板状を成す。構成部材としては、金属または
ガラスが採用されることが多い。いずれの部材を採用する場合であっても、線膨張係数が
パッケージ１１０の構成部材と近似したものを採用することが望ましい。
【００６８】
上記のような構成のパッケージ１１０に対し、振動片１０を実装する。振動片１０の実
装には、導電性接着剤１１６を用いる。導電性接着剤１１６を内部実装電極１１２に塗布
し、塗布した導電性接着剤１１６に対して振動片１０の入出力電極を接合させるのである
。
【００６９】
振動片１０を実装したパッケージ１１０の開口部を封止する際、リッド１２０は接合部
材１１８を介して接合される。接合部材１１８は、リッド１２０を構成する部材により異
なる。例えばリッド１２０が金属であった場合、接合部材１１８には低融点金属で構成さ
れたシールリングを用いる。一方、リッドがガラスであった場合、接合部材１１８には低
融点ガラスを採用する。
このような構成の振動子は、周波数温度特性が改善され、広い温度範囲において高い信
頼性を持つ振動子とすることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０………振動片、１１………振動体、１２………基部、１４ａ，１４ｂ………振動腕
、１６………金属膜、１８ａ，１８ｂ………励振電極、２０ａ，２０ｂ………引き出し電
極、２２ａ，２２ｂ………入出力電極、２４ａ，２４ｂ………温度特性補正部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数温度依存性を有する振動体の表面に、ヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方の
温度特性曲線上に変曲点と極値の少なくとも一方を有する温度特性補正部が設けられ、
前記温度特性補正部におけるヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点となる温
度と極値となる温度の少なくとも一方が、前記振動体の動作温度範囲内にあることを特徴
とする振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の振動片であって、
前記変曲点となる温度または前記極値となる温度が、ネール温度であることを特徴とす
る振動片。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の振動片であって、
前記温度特性補正部がＣｒまたはＣｒ合金からなることを特徴とする振動片。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の振動片であって、
前記振動体に、前記温度特性補正部を２つ有し、それらにおけるヤング率と熱膨張係数
の少なくとも一方が変曲点となる温度と極値となる温度の少なくとも一方を互いに異なら
せることを特徴とする振動片。
【請求項５】
請求項４に記載の振動片であって、
２つの前記温度特性補正部におけるヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点と
なる温度または極値となる温度の相違は、前記温度特性補正部を構成する金属の膜厚の違
いにより生じさせることを特徴とする振動片。
【請求項６】
請求項４に記載の振動片であって、
前記温度特性補正部を合金または合金と前記合金における主体となる金属から成るもの
とし、
２つの前記温度特性補正部におけるヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点と
なる温度または極値となる温度の相違は、合金を構成する主体となる金属に対する他の金
属の含有率の違いまたは前記合金と当該合金における主体となる金属とにより生じさせる
ことを特徴とする振動片。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の振動片であって、
一の振動体の表面に形成した前記温度特性補正部の上面に他の振動体を接合し、２つの
振動体により前記温度特性補正部を挟み込んだことを特徴とする振動片。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の振動片であって、
前記振動体の主振動を屈曲振動としたことを特徴とする振動片。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の振動片であって、
前記振動体の主振動を輪郭振動としたことを特徴とする振動片。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の振動片であって、
前記振動体と前記温度特性補正部との間に絶縁膜を介在させたことを特徴とする振動片
。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の振動片をパッケージ内部に実装したこ
とを特徴とする振動子。
【請求項１】
周波数温度依存性を有する振動体の表面に、ヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方の
温度特性曲線上に変曲点と極値の少なくとも一方を有する温度特性補正部が設けられ、
前記温度特性補正部におけるヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点となる温
度と極値となる温度の少なくとも一方が、前記振動体の動作温度範囲内にあることを特徴
とする振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の振動片であって、
前記変曲点となる温度または前記極値となる温度が、ネール温度であることを特徴とす
る振動片。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の振動片であって、
前記温度特性補正部がＣｒまたはＣｒ合金からなることを特徴とする振動片。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の振動片であって、
前記振動体に、前記温度特性補正部を２つ有し、それらにおけるヤング率と熱膨張係数
の少なくとも一方が変曲点となる温度と極値となる温度の少なくとも一方を互いに異なら
せることを特徴とする振動片。
【請求項５】
請求項４に記載の振動片であって、
２つの前記温度特性補正部におけるヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点と
なる温度または極値となる温度の相違は、前記温度特性補正部を構成する金属の膜厚の違
いにより生じさせることを特徴とする振動片。
【請求項６】
請求項４に記載の振動片であって、
前記温度特性補正部を合金または合金と前記合金における主体となる金属から成るもの
とし、
２つの前記温度特性補正部におけるヤング率と熱膨張係数の少なくとも一方が変曲点と
なる温度または極値となる温度の相違は、合金を構成する主体となる金属に対する他の金
属の含有率の違いまたは前記合金と当該合金における主体となる金属とにより生じさせる
ことを特徴とする振動片。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の振動片であって、
一の振動体の表面に形成した前記温度特性補正部の上面に他の振動体を接合し、２つの
振動体により前記温度特性補正部を挟み込んだことを特徴とする振動片。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の振動片であって、
前記振動体の主振動を屈曲振動としたことを特徴とする振動片。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の振動片であって、
前記振動体の主振動を輪郭振動としたことを特徴とする振動片。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の振動片であって、
前記振動体と前記温度特性補正部との間に絶縁膜を介在させたことを特徴とする振動片
。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の振動片をパッケージ内部に実装したこ
とを特徴とする振動子。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２２０１９３（Ｐ２０１０−２２０１９３Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９１９２６（Ｐ２００９−２９１９２６）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【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２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【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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