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JP2013046085A - Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibrator, electronic device, and electronic device - Google Patents

Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibrator, electronic device, and electronic device Download PDF

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JP2013046085A JP2011180187A JP2011180187A JP2013046085A JP 2013046085 A JP2013046085 A JP 2013046085A JP 2011180187 A JP2011180187 A JP 2011180187A JP 2011180187 A JP2011180187 A JP 2011180187A JP 2013046085 A JP2013046085 A JP 2013046085A
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修 石井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact high-frequency piezoelectric vibration element that has a small CI value and suppresses nearby spurious frequencies while using a fundamental wave.SOLUTION: A piezoelectric vibration element 1 includes: a piezoelectric substrate 10 that has a rectangular vibration region 12 and a support portion 13; excitation electrodes 25a and 25b; and lead electrodes 27a and 27b. The support portion 13 includes a first support portion 14, a second support portion 15, and a third support portion 16. The second support portion 15 is provided with at least one slit 20. The excitation electrodes 25a and 25b and the lead electrodes 27a and 27b are made of different materials and have different thicknesses.

Description

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。   The present invention relates to a piezoelectric vibrator that excites a thickness shear vibration mode, and more particularly, to a piezoelectric vibration element, a piezoelectric vibrator, an electronic device, and an electronic device using the piezoelectric vibrator having a so-called inverted mesa structure.

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。
AT-cut quartz resonators have thickness shear vibration as the main vibration mode to be excited, and are suitable for miniaturization and higher frequency, and exhibit a cubic curve with excellent frequency temperature characteristics. Used in many ways.
Patent Document 1 discloses an AT-cut crystal resonator having a so-called inverted mesa structure in which a concave portion is formed on a part of a main surface to increase the frequency. A so-called Z ′ long substrate is used in which the length in the Z′-axis direction of the quartz substrate is longer than the length in the X-axis direction.
Patent Document 2 discloses an AT-cut quartz resonator having an inverted mesa structure in which a thick support portion is connected to three sides of a rectangular thin vibration portion, and one side of the thin vibration portion is exposed. Is disclosed. Further, the quartz crystal resonator piece is an in-plane rotated AT-cut quartz substrate formed by rotating the X-axis and the Z′-axis of the AT-cut quartz substrate in the range of −120 ° to + 60 ° around the Y′-axis, It is said to be a structure that secures a vibration region and is excellent in mass productivity (multiple picking).

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。
In Patent Documents 3 and 4, an AT-cut crystal having an inverted mesa structure in which a thick support portion is connected to three sides of a rectangular thin vibration portion, and one side of the thin vibration portion is exposed. A resonator is disclosed, and a so-called X long substrate in which the length in the X-axis direction of the quartz crystal substrate is longer than the length in the Z′-axis direction is used as the quartz crystal resonator element.
In Patent Document 5, a thick support portion is connected to two adjacent sides of a rectangular thin vibration portion, and a thick portion is provided in an L shape in plan view. An AT-cut crystal resonator having an inverted mesa structure having a structure in which two sides are exposed is disclosed. A Z ′ long substrate is used as the quartz substrate.
However, in Patent Document 5, in order to obtain an L-shaped thick portion, as described in FIGS. 1 (c) and 1 (d) of Patent Document 5, along the line segment α and the line segment β. The thick part is deleted, but the deletion is based on the premise that it will be deleted by machining such as dicing, so the chipping or cracking damage will occur on the cut surface, and the ultra thin part will be damaged. There is. In addition, problems such as generation of unnecessary vibration that causes spurious noise and an increase in CI value occur in the vibration region.
Patent Document 6 discloses an AT-cut crystal resonator having an inverted mesa structure having a structure in which a thick support portion is connected to only one side of a thin vibration portion and three sides of the thin vibration portion are exposed. Yes.

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。
Patent Document 7 discloses an AT-cut vibrator having an inverted mesa structure in which a concave portion is formed so as to be opposed to each other on both main surfaces and front and back surfaces of a quartz substrate. An X long substrate is used as the quartz substrate, and a structure is proposed in which excitation electrodes are provided in a region where the flatness of the vibration region formed in the recessed portion is ensured.
By the way, it is known that the thickness-shear vibration mode excited in the vibration region of the AT-cut crystal resonator has an elliptical shape in which the vibration displacement distribution has a major axis in the X-axis direction due to the anisotropy of the elastic constant. Patent Document 8 discloses a piezoelectric vibrator that excites thickness-shear vibration having a pair of ring-shaped electrodes arranged symmetrically on the front and back surfaces of a piezoelectric substrate. The difference between the outer peripheral diameter and the inner peripheral diameter of the ring electrode is set so that the ring electrode excites only the symmetrical zero-order mode and hardly excites the other nonharmonic higher-order modes.

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。
Patent Document 9 discloses a piezoelectric vibrator in which the shape of a piezoelectric substrate and excitation electrodes provided on the front and back surfaces of the piezoelectric substrate are both elliptical.
Patent Document 10 discloses that both ends of the quartz substrate in the longitudinal direction (X-axis direction) and both ends of the electrode in the X-axis direction are semi-elliptical, and the ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse (long) A crystal resonator having an axis / short axis) of approximately 1.26 is disclosed.
Patent Document 11 discloses a crystal resonator in which an elliptical excitation electrode is formed on an elliptical crystal substrate. The ratio of the major axis to the minor axis is preferably 1.26: 1, but considering the variation in manufacturing dimensions, the range of 1.14 to 1.39: 1 is practical.

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。
Patent Document 12 discloses a piezoelectric vibrator having a structure in which a notch or a slit is provided between a vibrating part and a support part in order to further improve the energy confinement effect of the thickness-slip piezoelectric vibrator.
By the way, when the piezoelectric vibrator is miniaturized, there is a case where the electrical characteristics are deteriorated or the frequency aging characteristics are deteriorated due to the residual stress caused by the adhesive. Patent Literature 13 discloses a crystal resonator in which a notch or a slit is provided between a vibrating portion and a support portion of a rectangular flat plate AT-cut crystal resonator. By using such a structure, it is possible to suppress the residual stress from spreading to the vibration region.
Patent Document 14 discloses a vibrator in which a notch or a slit is provided between a vibrating portion and a support portion of an inverted mesa piezoelectric vibrator in order to improve (relax) mount strain (stress). . Patent Document 15 discloses a piezoelectric vibrator in which conduction between electrodes on the front and back surfaces is ensured by providing a slit (through hole) in a support portion of an inverted mesa piezoelectric vibrator.

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。
Patent Document 16 discloses a crystal resonator that suppresses an unnecessary mode of a higher-order contour system by providing a slit in a support portion of an AT-cut crystal resonator in a thickness shear vibration mode.
Further, in Patent Document 17, a spurious structure is provided by providing a slit in a connecting portion of a thin vibrating portion of an inverted mesa AT-cut crystal resonator and a thick holding portion, that is, a residue portion having an inclined surface. A vibrator that suppresses the above is disclosed.

特開2004−165743公報JP 2004-165743 A 特開2009−164824公報JP 2009-164824 A 特開2006−203700公報JP 2006-203700 A 特開2002−198772公報JP 2002-198772 A 特開2002−033640公報JP 2002-033640 A 特開2001−144578公報JP 2001-144578 A 特開2003−264446公報JP 2003-264446 A 特開平2−079508号公報JP-A-2-079508 特開平9−246903号公報JP 9-246903 A 特開2007−158486公報JP 2007-158486 A 特開2007−214941公報JP 2007-214941 A 実開昭61−187116号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-187116 特開平9−326667号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-326667 特開2009−158999公報JP 2009-158999 A 特開2004−260695公報JP 2004-260695 A 特開2009−188483公報JP 2009-188483 A 特開2003−087087公報JP 2003-087087 A

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。特に、周波数が数百MHzという高周波になると、圧電振動素子に形成する励振電極、及びリード電極の電極膜厚が問題になる。圧電振動素子の主振動のみを閉じ込めモードにしようとすると、電極膜が薄くなり、オーミックロスが生じ、圧電振動素子のCI値が大きくなるという問題があった。
また、電極膜のオーミックロスを防ぐために膜厚を厚くすると、主振動の他に多くのインハーモニック・モードが閉じ込めモードとなり、近接するスプリアスCI値比を満たせないという問題があった。
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。
In recent years, there has been a strong demand for miniaturization, high frequency, and high performance of piezoelectric devices. However, the piezoelectric vibrator having the above-described structure has the CI value of the main vibration and the adjacent spurious CI value ratio (= CIs / CIm, where CIm is the CI value of the main vibration, and CIs is the CI value of the spurious. It has been found that there is a problem that one example cannot satisfy the requirement. In particular, when the frequency is as high as several hundred MHz, the film thickness of the excitation electrode and the lead electrode formed on the piezoelectric vibration element becomes a problem. When only the main vibration of the piezoelectric vibration element is set to the confinement mode, there is a problem that the electrode film becomes thin, ohmic cross occurs, and the CI value of the piezoelectric vibration element increases.
In addition, when the film thickness is increased in order to prevent ohmic crossing of the electrode film, there is a problem in that many in-harmonic modes other than the main vibration become a confinement mode and the adjacent spurious CI value ratio cannot be satisfied.
Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problem, and has achieved high frequency (100 to 500 MHz band), reduced the CI value of the main vibration, and satisfied electrical requirements such as a spurious CI value ratio. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric vibration element, a piezoelectric vibrator, an electronic device, and an electronic apparatus using the piezoelectric vibrator of the present invention.

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。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[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、当該一対の励振電極に電気的に接続され、前記支持部上に夫々延在して設けられたリード電極と、を有する圧電振動素子であって、前記励振電極の膜厚をt1とし、前記リード電極の膜厚をt2としたとき、t1<t2を満足することを特徴とする圧電振動素子である。   Application Example 1 A piezoelectric vibration element according to the present invention includes a piezoelectric substrate having a vibration part including a vibration region, a pair of excitation electrodes disposed so as to face the vibration region on both sides, and the pair of excitation electrodes. And a lead electrode provided to extend on the support portion, and the thickness of the excitation electrode is t1, and the thickness of the lead electrode is The piezoelectric vibration element is characterized by satisfying t1 <t2 when t2.

この構成によると、励振電極のプレートバック(周波数低下量)適切に設定するとともに、リード電極のオーミックロスを低減し、ワイヤボンディングに耐えられるリード電極とすることができるという効果がある。   According to this configuration, there is an effect that the excitation electrode plateback (frequency reduction amount) can be set appropriately, the ohmic cross of the lead electrode can be reduced, and the lead electrode can withstand wire bonding.

[適用例2]また圧電振動素子は、前記リード電極が、前記励振電極と電気的に接続され、膜厚がt1となる第1のリード電極と、前記支持部上に設けられ、膜厚がt2の第2のリード電極と、を電気的に接続して構成されていることを特徴とする適用例1に記載の圧電振動素子である。   Application Example 2 In the piezoelectric vibration element, the lead electrode is provided on the support portion, the first lead electrode having a thickness t1 that is electrically connected to the excitation electrode, and has a film thickness. The piezoelectric vibration element according to Application Example 1, wherein the piezoelectric vibration element is configured by electrically connecting a second lead electrode of t2.

この構成によると、膜厚t1の励振電極と同じ厚さの第1のリード電極とが、適切なプレートバック量に設定されると共に、リード電極の膜厚t2がオーミックロスのない膜厚に設定されることにより、圧電振動素子のCI値が小さくなるという効果がある。   According to this configuration, the first lead electrode having the same thickness as the excitation electrode having the film thickness t1 is set to an appropriate plate back amount, and the film thickness t2 of the lead electrode is set to a film thickness having no ohmic cross. As a result, the CI value of the piezoelectric vibration element is reduced.

[適用例3]また圧電振動素子は、前記リード電極が、前記第1のリード電極と前記第2のリード電極とが、少なくとも一部の領域で重畳するように構成されていることを特徴とする適用例1又は2に記載の圧電振動素子である。   Application Example 3 In the piezoelectric vibration element, the lead electrode is configured such that the first lead electrode and the second lead electrode overlap at least in a part of the region. The piezoelectric vibration element according to Application Example 1 or 2.

この構成によると、第1のリード電極と第2のリード電極とが一部の部分で積層されており、励振電極とリード電極との導通不良がなく、CI値を小さくすることができると共に、スプリアスの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。   According to this configuration, the first lead electrode and the second lead electrode are laminated in part, there is no conduction failure between the excitation electrode and the lead electrode, the CI value can be reduced, There is an effect that a piezoelectric vibration element with less spurious can be obtained.

[適用例4]また圧電振動素子は、前記リード電極が、前記圧電基板上に順に第1の層と第2の層を積層してなり、前記励振電極は、前記圧電基板上に順に第3の層と第4の層を積層してなる、ことを特徴とする適用例1乃至3のうち何れか一項に記載の圧電振動素子である。   Application Example 4 In the piezoelectric vibration element, the lead electrode is formed by sequentially stacking a first layer and a second layer on the piezoelectric substrate, and the excitation electrode is formed on the piezoelectric substrate in a third order. The piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein the first layer and the fourth layer are stacked.

この構成によると、リード電極の一部の積層部分は、リード電極による第1の層と第2の層が順に積層され、次に励振電極による第3の層と第4の層が順に積層されているので、積層部の導通性は十分である。その上、リード電極と圧電基板との接着力は強くなり、ワイヤボンディングに十分に耐えられるという効果がある。   According to this configuration, in a part of the laminated portion of the lead electrode, the first layer and the second layer are sequentially laminated, and then the third layer and the fourth layer are sequentially laminated by the excitation electrode. Therefore, the conductivity of the laminated part is sufficient. In addition, the adhesive force between the lead electrode and the piezoelectric substrate is increased, and there is an effect that it can sufficiently withstand wire bonding.

[適用例5]また圧電振動素子は、前記リード電極の一部の領域は、圧電基板上に順に前記第1の層、前記第2の層、前記第3の層、前記第4の層を積層してなることを特徴とする適用例2又は3に記載の圧電振動素子である。   Application Example 5 In the piezoelectric vibration element, the first electrode, the second layer, the third layer, and the fourth layer are sequentially formed on the piezoelectric substrate in a part of the lead electrode. 4. The piezoelectric vibration element according to Application Example 2 or 3, wherein the piezoelectric vibration element is laminated.

この構成によれば、リード電極の一部の積層部分は、第1の層、第2の層、第3の層、第4の層が順に積層されており、積層部分の強度、導電性は十分であり、CI値の小さな圧電振動素子がえられるという効果がある。   According to this configuration, the first layer, the second layer, the third layer, and the fourth layer are sequentially stacked in a part of the stacked portion of the lead electrode, and the strength and conductivity of the stacked portion are There is an effect that a piezoelectric vibration element which is sufficient and has a small CI value can be obtained.

[適用例6]また圧電振動素子は、前記第2の層と前記第4の層の材料は金であることを特徴とする適用例4又は5に記載の圧電振動素子である。   Application Example 6 In the piezoelectric vibration element according to Application Example 4 or 5, the material of the second layer and the fourth layer is gold.

この構成によれば、リード電極の一部の積層部分の第2の層と第4の層には、材料として金が使われており、導電性、経年変化の点で極めて優れているという利点がある。   According to this configuration, the second layer and the fourth layer of a part of the laminated portion of the lead electrode use gold as a material, and are advantageous in terms of conductivity and aging. There is.

[適用例7]また圧電振動素子は、前記第1の層と前記第3の層の材料は、ニッケル又はクロムであることを特徴とする適用例4乃至6のうち何れか一項に記載の圧電振動素子である。   Application Example 7 In the piezoelectric vibration element, the material of the first layer and the third layer is nickel or chrome, according to any one of application examples 4 to 6, wherein the material is nickel or chromium. It is a piezoelectric vibration element.

この構成によれば、リード電極の一部の積層部分の第1の層と第3の層には、材料としてニッケル又はクロムが使われており、圧電基板との接着性と、各層間の付着力性とに優れているという利点がある。   According to this configuration, nickel or chromium is used as the material for the first layer and the third layer of a part of the laminated portion of the lead electrode, and the adhesion to the piezoelectric substrate and the attachment between the layers are increased. There is an advantage that it is excellent in wearability.

[適用例8]また圧電振動素子は、前記圧電基板が、前記振動部と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚い第1の支持部、第2の支持部、及び第3の支持部を有することを特徴とする適用例1乃至7のうち何れか一項に記載の圧電振動素子である。   Application Example 8 In the piezoelectric vibration element, the first support portion, the second support portion, and the third support portion in which the piezoelectric substrate is integrated with the vibration portion and is thicker than the thickness of the vibration portion. It is a piezoelectric vibration element as described in any one of the application examples 1 thru | or 7 characterized by having.

この構成によれば、振動部より厚い支持部を有しており、厚い支持部により圧電振動素子の支持・固定が容易になるという効果がある。更に、励振電極及びリード電極を適切な膜厚に設定すると、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。更に、基本波を用いた高周波圧電振動素子が小型化されるという利点がある。   According to this configuration, the support portion is thicker than the vibration portion, and the piezoelectric support element can be easily supported and fixed by the thick support portion. Further, when the excitation electrode and the lead electrode are set to appropriate film thicknesses, a piezoelectric vibration element having a small CI value of the main vibration and a large ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, a large CI value ratio is obtained. There is an effect that it is. Furthermore, there is an advantage that the high-frequency piezoelectric vibration element using the fundamental wave is reduced in size.

[適用例9]また圧電振動素子は、前記振動領域の少なくとも1辺が開放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。   [Application Example 9] The piezoelectric vibration element according to Application Example 8, wherein at least one side of the vibration region is open.

この構成によれば、1辺が開放されているため、圧電振動素子が小型化されると共に、CI値の小さな圧電振動素子が得られるという効果がある。   According to this configuration, since one side is open, the piezoelectric vibration element can be reduced in size and a piezoelectric vibration element having a small CI value can be obtained.

[適用例10]また圧電振動素子は、前記支持部が、前記一辺に沿って配置された前記第2の支持部を備え、前記第2の支持部の主面は前記振動部の少なくとも何れかの主面よりも突設されていることを特徴とする適用例9に記載の圧電振動素子である。   Application Example 10 In the piezoelectric vibration element, the support portion includes the second support portion disposed along the one side, and a main surface of the second support portion is at least one of the vibration portions. The piezoelectric vibration element according to Application Example 9, wherein the piezoelectric vibration element is protruded from the main surface of the piezoelectric vibration element.

この構成によれば、振動部の厚さより第2の支持部の厚さの方が厚いため、第2の支持部を支持・固定することにより、振動部の支持は堅牢であり、且つ高周波の圧電振動素子が得られるという効果がある。   According to this configuration, since the thickness of the second support portion is larger than the thickness of the vibration portion, by supporting and fixing the second support portion, the support of the vibration portion is robust and high-frequency is supported. There is an effect that a piezoelectric vibration element can be obtained.

[適用例11]また圧電振動素子は、前記第2の支持部は、前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する第2の傾斜部と、当該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8乃至10のうち何れか一項に圧電振動素子である。   Application Example 11 In the piezoelectric vibration element, the thickness of the second support portion increases as the distance from one end edge connected to one side of the vibration region toward the other end increases. The piezoelectric vibration element according to any one of application examples 8 to 10, further comprising an inclined portion and a second support portion main body provided continuously with the other end edge of the inclined portion.

この構成によれば、振動領域に第2の傾斜部の一方(薄い方)が連設し、第2の傾斜部の他方(厚い方)には第2の支持本体が連設された構成であり、圧電振動素子の保持による応力は、ほぼ第2の支持本体と第2の傾斜部で吸収されるため、CI値が小さく、滑らかな3次曲線の周波数温度特性を有する圧電振動素子が得られるという効果がある。   According to this configuration, one (thinner side) of the second inclined portion is continuously provided in the vibration region, and the second support body is continuously provided on the other (thicker side) of the second inclined portion. In addition, since the stress due to holding the piezoelectric vibration element is almost absorbed by the second support body and the second inclined portion, a piezoelectric vibration element having a small CI value and a smooth cubic curve frequency temperature characteristic is obtained. There is an effect that it is.

[適用例12]また圧電振動素子は、前記圧電基板は、水晶の結晶軸である電気軸としてのX軸と、機械軸としてのY軸と、光学軸としてのZ軸と、からなる直交座標系の前記X軸を中心として、前記Z軸を前記Y軸の−Y方向へ所定の角度だけ傾けた軸をZ’軸とし、前記Y軸を前記Z軸の+Z方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をY’軸とし、前記X軸と前記Z’軸に平行な面で構成され、前記Y’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であることを特徴とする適用例1乃至11のうち何れか一項に圧電振動素子である。   Application Example 12 In the piezoelectric vibration element, the piezoelectric substrate includes an orthogonal coordinate including an X axis as an electric axis that is a crystal axis of quartz, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis. Centering on the X axis of the system, the Z axis is inclined by a predetermined angle in the −Y direction of the Y axis as a Z ′ axis, and the Y axis is only in the + Z direction of the Z axis by the predetermined angle. Application examples 1 to 3, wherein the tilted axis is a quartz substrate having a Y′-axis, a plane parallel to the X-axis and the Z′-axis, and having a thickness parallel to the Y′-axis. 11 is a piezoelectric vibration element.

この構成によれば、圧電基板が上述のように形成されることにより、要求仕様をより適したカットアングルで構成することが可能となり、且つ仕様に沿った周波数温度特性を有し、CI値が小さく、CI値比の大きな高周波圧電振動素子が得られるという効果がある。   According to this configuration, the piezoelectric substrate is formed as described above, so that the required specification can be configured with a more suitable cut angle, and has a frequency-temperature characteristic according to the specification, and the CI value is There is an effect that a high-frequency piezoelectric vibration element having a small CI value ratio can be obtained.

[適用例13]また圧電振動素子は、前記圧電基板が、第4の支持部を備え、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10乃至12のうち何れか一項に圧電振動素子である。   Application Example 13 In the piezoelectric vibration element, the piezoelectric substrate includes a fourth support portion, and a protruding portion of the fourth support portion is on the negative side of the Z ′ axis. Any one of Application Examples 10 to 12 is a piezoelectric vibration element.

この構成によれば、振動部と連設してZ’軸のマイナス側に突設部を設けたので、外部からの振動、衝撃に堅牢な圧電振動素子が得られるという効果がある。   According to this configuration, since the projecting portion is provided on the negative side of the Z ′ axis so as to be connected to the vibrating portion, there is an effect that a piezoelectric vibrating element that is robust against external vibration and impact can be obtained.

[適用例14]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貫通形成されていることを特徴とする適用例8乃至12のうち何れか一項に圧電振動素子である。   [Application Example 14] In the piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 8 to 12, in which at least one slit is formed through the second support portion. It is.

この構成によれば、第2の支持部にスリットを設けることにより、導電性接着剤等を用いて第2の支持部を固定する際に生じる応力の広がりを、スリットにより抑圧するという効果がある。   According to this configuration, by providing the slit in the second support portion, there is an effect of suppressing the spread of stress generated when the second support portion is fixed using a conductive adhesive or the like by the slit. .

[適用例15]本発明の圧電振動子は、適用例1乃至14の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子である。   Application Example 15 A piezoelectric vibrator according to the present invention includes the piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 14 and a package that accommodates the piezoelectric vibration element. It is a vibrator.

この構成によれば、励振電極及びリード電極が上記のように構成された圧電振動素子を用いているため、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子が得られるという効果がある。更に、高周波圧電振動子が小型化されると共に、圧電振動素子を支持する部位が一点であり、且つ支持部と振動領域の間にスリットを設けることによ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た圧電振動子が得られるという効果がる。   According to this configuration, since the excitation electrode and the lead electrode use the piezoelectric vibration element configured as described above, the CI value of the main vibration is small, and the ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration is small. That is, there is an effect that a piezoelectric vibrator having a large CI value ratio can be obtained. Furthermore, the size of the high-frequency piezoelectric vibrator is reduced, and the part that supports the piezoelectric vibration element is a single point. By providing a slit between the support portion and the vibration region, the stress caused by the conductive adhesive is reduced. Since it can be made small, there is an effect that a piezoelectric vibrator excellent in frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics can be obtained.

[適用例16]本発明の電子デバイスは、適用例1乃至14の何れか一項に記載の圧電振動素子と、電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイスである。   Application Example 16 An electronic device of the present invention is an electronic device characterized in that the package includes the piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 14 and an electronic component.

この構成によれば、圧電振動素子と、電子部品とを用いて電子デバイス(圧電デバイス)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、小型で且つ高周波の電子デバイスが得られるという効果がある。   According to this configuration, an electronic device (piezoelectric device) is configured by using the piezoelectric vibration element and the electronic component, so that the frequency reproducibility, the frequency temperature characteristic, and the aging characteristic are excellent, and a small and high frequency electronic device can be obtained. There is an effect that it is obtained.

[適用例17]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16に記載の電子デバイスである。   Application Example 17 In the electronic device according to Application Example 16, the electronic component is any one of a variable capacitance element, a thermistor, an inductor, and a capacitor.

この構成によれば、本発明の圧電振動素子と、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)を構成することにより、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。   According to this configuration, an electronic device (piezoelectric device) is configured by using any one of the piezoelectric vibration element of the present invention and a variable capacitance element, a thermistor, an inductor, and a capacitor. However, there is an effect that it can be realized in a small size and at a low cost.

[適用例18]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パッケージに備えたことを特徴とする適用例16又は17に記載の電子デバイスである。   Application Example 18 In the electronic device according to Application Example 16 or 17, the electronic device includes an oscillation circuit that excites the piezoelectric vibration element in a package.

この構成によれば、励振電極及びリード電極が上記のように構成された圧電振動素子と、発振回路とを用いて、電子デバイス(圧電デバイス)を構成することにより、高周波の圧電発振器、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が、構成できる。更に、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。   According to this configuration, an electronic device (piezoelectric device) is configured by using the piezoelectric vibration element in which the excitation electrode and the lead electrode are configured as described above and the oscillation circuit, so that a high-frequency piezoelectric oscillator and temperature compensation are achieved. Electronic devices such as piezoelectric piezoelectric oscillators and voltage controlled piezoelectric oscillators can be configured. Furthermore, when a voltage-controlled piezoelectric oscillator is configured, an electronic device having excellent frequency reproducibility and aging characteristics, a wide frequency variable range due to the use of a fundamental wave, and an excellent S / N ratio (signal-to-noise ratio) can be obtained. effective.

[適用例19]適用例15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。   Application Example 19 An electronic apparatus comprising the piezoelectric vibrator according to Application Example 15.

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。   According to this configuration, by using the piezoelectric vibrator of the present invention for an electronic device, there is an effect that an electronic device including a reference frequency source having a high frequency and excellent frequency stability and a good S / N ratio can be configured. .

本発明に係る圧電振動素子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軸方向からみた図、(c)はQ−Q断面を+Z’軸方向からみた図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which showed the structure of the piezoelectric vibration element 1 which concerns on this invention, (a) is a top view, (b) is the figure which looked at PP cross section from + X-axis direction, (c) is QQ The figure which looked at the cross section from + Z 'axis direction. ATカット水晶基板と結晶軸との関係を説明する図。The figure explaining the relationship between an AT cut quartz substrate and a crystal axis. (a)はリード電極とパッド電極の構成を示す平面図であり、(b)は励振電極の構成を示す平面図。(A) is a top view which shows the structure of a lead electrode and a pad electrode, (b) is a top view which shows the structure of an excitation electrode. 圧電振動素子1の変形例の構成を示す平面図。FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a modification of the piezoelectric vibration element 1. 圧電振動素子1の他の変形例の構成を示す平面図。FIG. 6 is a plan view showing a configuration of another modification of the piezoelectric vibration element 1. 圧電振動素子1の他の変形例の構成を示す平面図。FIG. 6 is a plan view showing a configuration of another modification of the piezoelectric vibration element 1. 圧電振動素子1の、(a)は他の変形例の構成を示す平面図であり、(b)は他の変形例の構成を示す平面図。(A) is a top view which shows the structure of another modification of the piezoelectric vibration element 1, (b) is a top view which shows the structure of another modification. 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P−P断面を−X軸方向からみた断面図であり、(d)はQ−Q断面を+Z’方向からみた断面図。It is the schematic which showed the structure of the piezoelectric vibration element 2 of 2nd Example, (a) is a top view, (b) is sectional drawing which looked at the PP cross section from + X-axis direction, (c) is a cross-sectional view of the PP cross section viewed from the −X axis direction, and (d) is a cross sectional view of the QQ cross section viewed from the + Z ′ direction. 本発明の圧電基板の製造工程図。The manufacturing process figure of the piezoelectric substrate of this invention. 本発明の圧電振動素子の励振電極及びリード電極の製造工程図。The manufacturing process figure of the excitation electrode and lead electrode of the piezoelectric vibration element of this invention. (a)は第2の実施形態に係る圧電振動子2の斜視図であり、(b)はQ−Q縦断面図。(A) is a perspective view of the piezoelectric vibrator 2 which concerns on 2nd Embodiment, (b) is QQ longitudinal cross-sectional view. (a)は本発明に係る圧電振動子5の縦断面図であり、(b)は平面図。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the piezoelectric vibrator 5 according to the present invention, and (b) is a plan view. 電子デバイス(圧電デバイス)6の縦断面図。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of an electronic device (piezoelectric device) 6. (a)は電子デバイス(圧電デバイス)7の縦断面図であり、(b)は平面図。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the electronic device (piezoelectric device) 7, (b) is a top view. 電子デバイス(圧電デバイス)7の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the electronic device (piezoelectric device) 7. FIG. 電子機器の模式図。FIG. (a)、(b)、(c)は変形例に係る圧電基板の構成説明図。(A), (b), (c) is structure explanatory drawing of the piezoelectric substrate which concerns on a modification. (a)、(b)、(c)は他の変形例に係る圧電基板の構成説明図。(A), (b), (c) is structure explanatory drawing of the piezoelectric substrate which concerns on another modification. 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。It is a modification of the piezoelectric vibration element 1 which concerns on this invention, (a) is a top view, (b) is an enlarged view of the principal part, (c) is the sectional drawing.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る圧電振動素子1の構成を示す概略図である。図1(a)は圧電振動素子1の平面図であり、同図(b)はP−P断面を+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1は、薄肉の振動領域を含む振動部12、及び振動領域12に連設された厚肉の支持部14、15、16を有する圧電基板10と、振動領域12の両主面(表裏面)に夫々対向するようにして形成された励振電極25a、25bと、励振電極25a、25bから夫々厚肉部に設けられたパッド電極29a、29bに向けて延出されて形成されたリード電極27a、27bと、を備えている。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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a piezoelectric vibration element 1 according to an embodiment of the present invention. 1A is a plan view of the piezoelectric vibration element 1, FIG. 1B is a cross-sectional view of the PP cross section viewed from the + X-axis direction, and FIG. 1C is a cross-sectional view of the QQ cross-section of −Z. 'It is a sectional view seen from the axial direction.
The piezoelectric vibration element 1 includes a piezoelectric substrate 10 having a vibrating portion 12 including a thin vibrating region, and thick support portions 14, 15, 16 connected to the vibrating region 12, and both main surfaces of the vibrating region 12 ( Excitation electrodes 25a and 25b formed so as to face the front and back surfaces, and leads formed by extending from the excitation electrodes 25a and 25b toward the pad electrodes 29a and 29b provided in the thick portions, respectively. Electrodes 27a and 27b. Here, the vibration region means a region where the vibration energy is confined, that is, the inside of the region where the vibration energy is almost zero, and the size of the vibration region in the X-axis direction and the size of the vibration region in the Z′-axis direction are As is well known, the ratio is 1.26: 1. Further, the vibration part refers to the entire piezoelectric substrate including the vibration area and its peripheral part.

圧電基板10は、矩形状をなし、且つ薄肉で平板状の振動領域12と、振動領域12の一辺を除いた三辺に沿って一体化された厚肉の支持部(支持部)13(14、15、16)と、前記振動領域12の一辺が露出した構造を備えている。厚肉の支持部13は、振動領域12を挟んで対向配置された第1の支持部14、及び第2の支持部15と、第1及び第2の支持部14、15の基端部間を連設する第3の支持部16と、を備え、平面視でコ字状(U字状)の構造を有している。
つまり、厚肉の支持部13は、振動領域12の四辺のうち1辺を開放するように、振動領域12を挟んで対向配置された第1の支持部14、及び第2の支持部15と、第1及び第2の支持部14、15の基端部間を連設する第3の支持部16と、を備える。ここで、「開放する」とは、一辺が露出している場合と、一部が露出しているのではなく完全に露出している場合と、を含む。
The piezoelectric substrate 10 has a rectangular, thin and flat vibration region 12 and a thick support portion (support portion) 13 (14) integrated along three sides excluding one side of the vibration region 12. , 15, 16) and a structure in which one side of the vibration region 12 is exposed. The thick support portion 13 includes a first support portion 14 and a second support portion 15 that are arranged to face each other with the vibration region 12 interposed therebetween, and a base end portion between the first and second support portions 14 and 15. And a third support portion 16 that is continuously provided, and has a U-shaped structure in plan view.
That is, the thick support portion 13 includes the first support portion 14 and the second support portion 15 that are disposed to face each other with the vibration region 12 therebetween so as to open one side of the four sides of the vibration region 12. , And a third support portion 16 that connects between the base end portions of the first and second support portions 14 and 15. Here, “open” includes a case where one side is exposed and a case where a part is not exposed but completely exposed.

更に、第1の支持部14は、薄肉平板状の振動領域12の一辺12aに連設し、振動領域12の一辺12aに連接する一方の端縁(内側端縁)から他方の端縁(外側端縁)に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第1の傾斜部14bと、第1の傾斜部14bの前記他方の端縁に連設する厚肉で四角柱状の第1の支持部本体14aと、を備えている。同様に、第2の支持部15は、薄肉平板状の振動領域12の一辺12bに連設し、振動領域12の一辺12bに連接する一方の端縁(内側端縁)から他方の端縁(外側端縁)に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第2の傾斜部15bと、第2の傾斜部15bの前記他方の端縁に連設する厚肉で四角柱状の第2の支持部本体15aと、を備えている。   Further, the first support portion 14 is connected to one side 12a of the thin flat plate-like vibration region 12, and from one edge (inner edge) connected to the one side 12a of the vibration region 12 to the other edge (outer side). A first inclined portion 14b having a thickness that gradually increases as the distance from the first inclined portion 14b increases, and a thick, quadrangular columnar first support portion main body 14a that is connected to the other edge of the first inclined portion 14b And. Similarly, the second support portion 15 is connected to one side 12b of the thin flat plate-like vibration region 12 and is connected from one end (inner end) to the other end ( A second inclined portion 15b whose thickness gradually increases as it is separated toward the outer edge, and a thick, quadrangular prism-shaped second support portion main body that is connected to the other end of the second inclined portion 15b. 15a.

更に、第3の支持部16は、薄肉平板状の振動領域12の一辺12cに連設し、振動領域12の一辺12cに連接する一方の端縁(内側端縁)から他方の端縁(外側端縁)に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第3の傾斜部16bと、第3の傾斜部16bの前記他方の端縁に連設する厚肉で四角柱状の第3の支持部本体16aと、を備えている。
つまり、薄肉の振動領域12は、三辺を第1、第2、及び第3の支持部14、15、16に囲まれ、且つ他の一辺が開放された凹陥部11を構成している。
第2の支持部15には、少なくとも一つの応力緩和用のスリット20が貫通形成されている。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15bと第2の支持部本体15aとの境界部に沿って第2の支持部本体15aの面内に形成されている。
なお、支持部本体(14a、15a、16a)とは、Y’軸に平行な厚みが一定である領域をいう。振動領域12の一方の主面と、第1、第2及び第3の支持部14、15、16の夫々の一方の面とは、同一平面上、即ち図1に示す座標軸のX−Z’平面と平行な平面上にあり、この一方の主面(図1(b)の下面側)をフラット面(平坦面)といい、他方の主面である反対側の面(図1(b)の上面側)を凹陥面という。凹陥部11側を表面とし、フラット面を裏面とする。
Further, the third support portion 16 is connected to the one side 12c of the thin flat plate-like vibration region 12, and from one end edge (inner end edge) connected to the one side 12c of the vibration region 12 to the other end (outer side). A third inclined portion 16b having a thickness that gradually increases as it is separated toward the edge), and a thick, quadrangular columnar third support portion main body 16a that is connected to the other end edge of the third inclined portion 16b. And.
That is, the thin vibration region 12 constitutes the recessed portion 11 that is surrounded on the three sides by the first, second, and third support portions 14, 15, and 16 and that is open on the other side.
At least one stress relaxation slit 20 is formed through the second support portion 15. In the embodiment shown in FIG. 1, the slit 20 is formed in the plane of the second support portion main body 15a along the boundary between the second inclined portion 15b and the second support portion main body 15a.
The support body (14a, 15a, 16a) refers to a region having a constant thickness parallel to the Y ′ axis. One main surface of the vibration region 12 and one surface of each of the first, second, and third support portions 14, 15, and 16 are on the same plane, that is, XZ ′ of the coordinate axis shown in FIG. It is on a plane parallel to the plane, and this one main surface (the lower surface side of FIG. 1 (b)) is called a flat surface (flat surface), and the other main surface is the opposite surface (FIG. 1 (b)). The upper surface side) is called a concave surface. The recessed portion 11 side is the front surface, and the flat surface is the back surface.

水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図2に示すように互いに直交する結晶軸X、Y、Zを有する。X軸、Y軸、Z軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。そして水晶基板は、XZ面をX軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が圧電基板として用いられる。例えば、ATカット水晶基板の場合は、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。   A piezoelectric material such as quartz belongs to the trigonal system and has crystal axes X, Y, and Z orthogonal to each other as shown in FIG. The X axis, the Y axis, and the Z axis are referred to as an electric axis, a mechanical axis, and an optical axis, respectively. The quartz substrate is a flat plate cut out from the quartz crystal along a plane obtained by rotating the XZ plane about the X axis by a predetermined angle θ. For example, in the case of an AT cut quartz substrate, θ is approximately 35 ° 15 ′. Note that the Y-axis and the Z-axis are also rotated by θ around the X-axis to be the Y′-axis and the Z′-axis, respectively. Accordingly, the AT cut quartz crystal substrate 10 has orthogonal crystal axes X, Y ′, and Z ′. The AT-cut quartz substrate 10 has a thickness direction of the Y ′ axis, an XZ ′ plane (a plane including the X axis and the Z ′ axis) orthogonal to the Y ′ axis is a main surface, and thickness shear vibration is the main vibration. Excited.

即ち、圧電基板10は、図2に示すようにX軸(電気軸)、Y軸(機械軸)、Z軸(光学軸)からなる直交座標系のX軸を中心として、Z軸をY軸の−Y方向へ傾けた軸をZ’軸とし、Y軸をZ軸の+Z方向へ傾けた軸をY’軸とし、X軸とZ’軸に平行な面で構成され、Y’軸に平行な方向を厚みとするATカット水晶基板である。
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。
なお、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。
That is, as shown in FIG. 2, the piezoelectric substrate 10 is centered on the X axis of an orthogonal coordinate system composed of an X axis (electrical axis), a Y axis (mechanical axis), and a Z axis (optical axis), and the Z axis is the Y axis. The axis tilted in the −Y direction is the Z ′ axis, the Y axis is the Y ′ axis is the axis tilted in the + Z direction of the Z axis, and is composed of surfaces parallel to the X and Z ′ axes. This is an AT-cut quartz substrate having a thickness in a parallel direction.
As shown in FIG. 1A, the piezoelectric substrate 10 has a direction parallel to the X axis (hereinafter referred to as “X axis”) with a direction parallel to the Y ′ axis (hereinafter referred to as “Y ′ axis direction”) as a thickness direction. It has a rectangular shape having a long side as a “direction” and a short side as a direction parallel to the Z ′ axis (hereinafter referred to as “Z ′ direction”).
The piezoelectric substrate according to the present invention is not limited to the AT cut with the angle θ of approximately 35 ° 15 ′, but can be applied to a wide variety of piezoelectric substrates such as a BT cut that excites thickness shear vibration. Yes.

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(上面、及び下面両面)に対向して形成されている。この際、フラット面側(図1(b)の裏面側)の励振電極25bの面積の大きさは、凹陥面側(図1(b)の表面側)の励振電極25aの大きさに対し、十分に大きく設定する。これは、励振電極の質量効果によるエネルギー閉じ込め係数を、必要以上に大きくしないためである。つまり、裏面側(下面側)の励振電極25bを十分に大きくすることにより、プレートバック量Δ(=(fs−fe)/fs、ここでfsは圧電基板のカットオフ周波数、feは圧電基板全面に励振電極を付着した場合の周波数)は、表面側(上面側)の励振電極25aの質量効果のみに依存する。   In the embodiment shown in FIG. 1, the excitation electrodes 25 a and 25 b that drive the piezoelectric substrate 10 have a quadrangular shape, and are formed to face both the front and back surfaces (upper surface and lower surface both surfaces) of the substantially central portion of the vibration region 12. Yes. At this time, the size of the area of the excitation electrode 25b on the flat surface side (the back surface side in FIG. 1B) is larger than the size of the excitation electrode 25a on the concave surface side (the surface side in FIG. 1B). Set it large enough. This is because the energy confinement coefficient due to the mass effect of the excitation electrode is not increased more than necessary. That is, by sufficiently increasing the excitation electrode 25b on the back side (lower side), the plate back amount Δ (= (fs−fe) / fs, where fs is the cutoff frequency of the piezoelectric substrate and fe is the entire surface of the piezoelectric substrate. The frequency when the excitation electrode is attached to the surface depends only on the mass effect of the excitation electrode 25a on the surface side (upper surface side).

励振電極25a、25bは、蒸着装置、あるいはスパッター装置等を用いて、例えば、下地にニッケル(Ni)を成膜し、その上に金(Au)を重ねて成膜する。金(Au)の厚さは、オーミックロスが大きくならない範囲で、主振動(S0)のみを閉じ込めモードとし、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帯という極めて高い高周波帯の圧電振動素子を構成しようとすると、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閉じ込めモードになることは避けられない。
表面側に形成した励振電極25aから延出したリード電極27a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とを経由して、第2の支持部本体15aの上面に形成されたパッド電極29aに導通接続されている。また、裏面側に形成された励振電極25bから延出したリード電極27bは、圧電基板10の裏面の端縁部を経由して、第2の支持部本体15aの裏面に形成されたパッド電極29bと導通接続されている。
The excitation electrodes 25a and 25b are formed by depositing, for example, nickel (Ni) on a base and superposing gold (Au) thereon using a vapor deposition apparatus or a sputtering apparatus. The thickness of the gold (Au) is such that only the main vibration (S0) is confined in the range in which the ohmic cross does not increase, and the obliquely symmetric inharmonic mode (A0, A1,...) And the symmetric inharmonic mode (S1, S3). It is desirable not to set confinement mode. However, for example, if an extremely high frequency band piezoelectric vibration element such as the 490 MHz band is to be constructed, if the film is formed so as to avoid ohmic crossing of the electrode film thickness, it is unavoidable that the low-order inharmonic mode becomes a confinement mode. Absent.
The lead electrode 27a extended from the excitation electrode 25a formed on the front surface side passes through the third inclined portion 16b and the third support portion main body 16a from the vibration region 12, and the second support portion main body 15a. Is electrically connected to a pad electrode 29a formed on the upper surface of the substrate. In addition, the lead electrode 27b extending from the excitation electrode 25b formed on the back surface side passes through the edge of the back surface of the piezoelectric substrate 10 and the pad electrode 29b formed on the back surface of the second support body 15a. And continuity connection.

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る。リード27a、27bの膜厚t2は、振動領域の振動モードに影響を及ぼさないので、オーミックロスが無く、且つワイヤボンディングに適するように厚くする方がよい。つまり、表面側(上面側)の励振電極25aの厚さをt1とするとき、t1<t2を満たすようにリード電極27a、27bを構成する。図1(a)の下の右側には励振電極25a、25bのU−Uで示す部分の膜構成の拡大断面図を示す。下地にニッケル膜25n、その上に金の膜25gを積層して形成されている。また、図1(a)の下の中央にはリード電極27aのS−Sで示す部分の膜構成の拡大断面図を示す。一層目にクロム膜27c、二層目に金の膜27g、三層目にニッケル膜27n、四層目に金の膜27gが積層されて形成されている。これは、膜厚t2の第2のリード電極(リード電極27a、27b)を先に形成し、次の工程で、膜厚t1の励振電極25aを形成するので、リード電極27a、27bの先端部と、励振電極25a、25bから延びる第1のリード電極(引出部)と、が重なるために形成されて、四層構成になる。つまり、第2のリード電極(リード電極27a、27b)は、圧電基板12上に順に第1の層(クロム膜)27cと第2の層(金膜)27gを形成し、その上に励振電極25aから延びる第1のリード電極(引出部)の第3の層(ニッケル膜)27nと、第4の層(金の膜)27gが積層されて形成される。
また、図1(a)の下の左側にリード電極27aのR−Rで示す部分の膜構成の拡大断面図を示す。下地にクロム膜27c、その上に金の膜25gを積層して形成されている。
リード電極27aは他の支持部を経由してもよい。ただ、リード電極27a、27bの長さは最短であることが望ましく、リード電極27a、27b同志が圧電基板10を挟んで交差しないように配慮することにより静電容量の増加を抑えることが望ましい。
また、図1の実施形態例では、圧電基板10の表裏面に対向して夫々パッド電極29a、29bを形成する例を示した。パッド電極29a、29bは、リード電極27a、27bと同じ工程で同時に形成されるので、その膜厚はt2となる。圧電振動素子1をパッケージに収容する際に、後述するように、圧電振動素子1を裏返し、パッド電極29aとパッケージの素子搭載パッドとを導電性接着剤で機械的に固定・電気的に接続し、パッド電極29bとパッケージの電極端子とをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続する。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。
The embodiment shown in FIG. 1A is an example of a lead-out structure of the lead electrodes 27a and 27b. Since the film thickness t2 of the leads 27a and 27b does not affect the vibration mode in the vibration region, it is preferable to increase the film thickness so that there is no ohmic cross and is suitable for wire bonding. That is, when the thickness of the excitation electrode 25a on the surface side (upper surface side) is t1, the lead electrodes 27a and 27b are configured to satisfy t1 <t2. An enlarged cross-sectional view of the film configuration of the portion indicated by UU of the excitation electrodes 25a and 25b is shown on the right side below FIG. A nickel film 25n is formed on the base, and a gold film 25g is stacked thereon. In addition, an enlarged cross-sectional view of the film configuration of the portion indicated by SS of the lead electrode 27a is shown in the lower center of FIG. A chromium film 27c is formed on the first layer, a gold film 27g on the second layer, a nickel film 27n on the third layer, and a gold film 27g on the fourth layer. This is because the second lead electrodes (lead electrodes 27a and 27b) having the film thickness t2 are formed first, and the excitation electrode 25a having the film thickness t1 is formed in the next step, so that the tip portions of the lead electrodes 27a and 27b are formed. And the first lead electrode (leading portion) extending from the excitation electrodes 25a and 25b are formed so as to overlap with each other, and has a four-layer configuration. That is, the second lead electrodes (lead electrodes 27a and 27b) are formed by sequentially forming a first layer (chromium film) 27c and a second layer (gold film) 27g on the piezoelectric substrate 12, and an excitation electrode thereon. A third layer (nickel film) 27n of the first lead electrode (leading portion) extending from 25a and a fourth layer (gold film) 27g are laminated.
In addition, an enlarged cross-sectional view of the film configuration of the portion indicated by RR of the lead electrode 27a is shown on the lower left side of FIG. A chromium film 27c is formed on the base, and a gold film 25g is stacked thereon.
The lead electrode 27a may pass through another support part. However, it is desirable that the length of the lead electrodes 27a and 27b is the shortest, and it is desirable to suppress the increase in capacitance by considering that the lead electrodes 27a and 27b do not intersect with each other with the piezoelectric substrate 10 interposed therebetween.
Further, in the embodiment example of FIG. 1, an example in which the pad electrodes 29 a and 29 b are formed facing the front and back surfaces of the piezoelectric substrate 10, respectively. Since the pad electrodes 29a and 29b are simultaneously formed in the same process as the lead electrodes 27a and 27b, the film thickness thereof is t2. When the piezoelectric vibration element 1 is accommodated in the package, as described later, the piezoelectric vibration element 1 is turned over, and the pad electrode 29a and the element mounting pad of the package are mechanically fixed and electrically connected with a conductive adhesive. The pad electrode 29b and the electrode terminal of the package are electrically connected using a bonding wire. Thus, when the site | part which supports the piezoelectric vibration element 1 becomes one point, it is possible to make small the stress resulting from a conductive adhesive.

振動領域12と、圧電振動素子1の支持部であるパッド電極29a、29bとの間にスリット20を設ける理由は、導電性接着剤の硬化時に発生する応力の広がりを防止することにある。即ち、圧電振動素子をパッケージに導電性接着剤により支持・固定する場合には、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で所定の時間保持する。高温状態では第2の支持部本体15a、及びパッケージも共に膨張し、接着剤も一時的に軟化するので、第2の支持部本体15a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15a、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15aの各線膨張係数との差により、硬化した道電性接着剤から生じる応力が、第2の支持部本体15aから第1及び第3の支持部14、16、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。
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。
The reason why the slit 20 is provided between the vibration region 12 and the pad electrodes 29a and 29b that are the support portions of the piezoelectric vibration element 1 is to prevent the spread of stress generated when the conductive adhesive is cured. That is, when the piezoelectric vibration element is supported and fixed to the package by the conductive adhesive, first, the conductive adhesive is applied to the supported portion (pad electrode) 29a of the second supporting portion main body 15a, and this is applied to the package. Place it on the element mounting pad etc. and press it down a little. In order to cure the conductive adhesive, it is held at a high temperature for a predetermined time. In the high temperature state, the second support portion main body 15a and the package are both expanded, and the adhesive is also softened temporarily. Therefore, no stress is generated in the second support portion main body 15a. After the conductive adhesive is cured, when the second support portion main body 15a and the package are cooled and the temperature returns to room temperature (25 ° C.), the conductive adhesive, the package, and the second support portion main body 15a. Due to the difference from the respective linear expansion coefficients, the stress generated from the cured electroconductive adhesive spreads from the second support portion main body 15 a to the first and third support portions 14 and 16 and the vibration region 12. In order to prevent the spread of the stress, a slit 20 for stress relaxation is provided.
Thus, since the slit 20 is disposed close to the boundary portion (joining portion) of the second support body 15a, a large area of the supported portion (pad electrode) 29a of the second support portion body 15a is ensured. The diameter of the conductive adhesive to be applied can be increased. On the other hand, when the slit 20 is disposed closer to the supported portion (pad electrode) 29a of the second support body 15a, the area of the supported portion (pad electrode) 29a is reduced, and the diameter of the conductive adhesive is reduced. Must be reduced. As a result, the absolute amount of the conductive filler contained in the conductive adhesive is also reduced, the conductivity is deteriorated, the resonance frequency of the piezoelectric vibration element 1 is not stabilized, and the frequency fluctuation (commonly referred to as F jump) is likely to occur. There is.
Therefore, it is preferable that the slit 20 is arranged close to the boundary portion (joint portion) of the second support body 15a.

圧電基板10に生じる応力(∝歪)分布を求めるために、有限要素法を用いてシミュレーションを行うのが一般的である。振動領域12における応力が少ない程、周波数温度特性、周波数再現性、周波数エージング特性の優れた圧電振動素子が得られる。
導電性接着剤としては、シリコン系、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等があるが、圧電振動素子1の脱ガスによる周波数経年変化を考慮に入れて、ポリイミド系の導電性接着剤を用いる。ポリイミド系の導電性接着剤は硬いので、離れた二カ所を支持するよりも一カ所支持の方が発生する応力の大きさを低減できる。このため、100〜500MHzの高周波数帯、例えば490MHz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、一カ所支持の構造を用いた。つまり、パッド電極29aは導電性接着を用いてパッケージの素子搭載パッドに機械的に固定すると共に、電気的にも接続し、他方のパッド電極29bはパッケージの電極端子とボンディングワイヤーを用いて電気的に接続することにした。
In order to obtain the stress (strain) distribution generated in the piezoelectric substrate 10, a simulation is generally performed using a finite element method. As the stress in the vibration region 12 is reduced, a piezoelectric vibration element having excellent frequency temperature characteristics, frequency reproducibility, and frequency aging characteristics can be obtained.
Examples of the conductive adhesive include silicon-based, epoxy-based, polyimide-based, and bismaleimide-based adhesives. A polyimide-based conductive adhesive is used in consideration of frequency aging due to degassing of the piezoelectric vibration element 1. . Since the polyimide-based conductive adhesive is hard, it is possible to reduce the magnitude of the stress generated by one support rather than two distant places. Therefore, a single-supported structure is used for the piezoelectric vibration element 1 for a voltage controlled piezoelectric oscillator (VCXO) of a high frequency band of 100 to 500 MHz, for example, 490 MHz. That is, the pad electrode 29a is mechanically fixed to the element mounting pad of the package using conductive bonding and is also electrically connected, and the other pad electrode 29b is electrically connected using the electrode terminal of the package and the bonding wire. Decided to connect to.

また、図1に示した圧電基板10の外形は、X軸方向の長さがZ’軸方向の長さより長い、所謂Xロングとした。これは、圧電基板10が導電性接着剤等で固定・接続される際に応力が生じるが、周知のように、ATカット水晶基板のX軸方向に沿った両端に力を加えたときの周波周変化と、Z’軸方向に沿った両端に同じ力を加えたときの周波周変化と、を比べると、Z’軸方向の両端に力を加えたときの方が、周波数変化が小さい。つまり、支持点はZ’軸方向に沿って設ける方が応力による周波数変化は小さくなり、好ましい。   Further, the outer shape of the piezoelectric substrate 10 shown in FIG. 1 is a so-called X-long in which the length in the X-axis direction is longer than the length in the Z′-axis direction. This is because stress occurs when the piezoelectric substrate 10 is fixed and connected with a conductive adhesive or the like. As is well known, the frequency when force is applied to both ends along the X-axis direction of the AT-cut quartz substrate is known. Comparing the circumferential change with the frequency circumferential change when the same force is applied to both ends along the Z′-axis direction, the frequency change is smaller when the force is applied to both ends in the Z′-axis direction. That is, it is preferable to provide the support points along the Z′-axis direction because the frequency change due to stress is reduced.

本発明の特徴は、励振電極25a、25b、リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bの構成にある。図3(a)は、圧電基板10上に形成されたリード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bの構成を示す平面図である。リード電極27aは、表面の励振電極25aの端縁から延在され、第3の支持部16の表面を経由し、第2の支持部15の中央部の表面に設けられたパッド電極29aに連設するように形成されている。また、リード電極27bは、裏面の励振電極25bの端縁から延在され、裏面の端部を経由し、第2の支持部15の中央部の裏面に設けられたパッド電極29bに連設するように形成されている。リード電極27a、27bは、夫々クロム(Cr)の薄膜から成る第1層と、この第1層上に積層された金(Au)の薄膜から成る第2層と、を備えている。リード電極27aの一部27aAのR−R断面を拡大した図を左側に示すように、第2の支持本体15aの表面側(上面側)にクロムの薄膜27cを下地とし、この上に金の薄膜27gを積層成膜してリード電極27aを構成する。リード電極27bについても同様である。
また、第2の支持部15の中央部の表裏面に設けられたパッド電極29a、29bは、夫々クロム(Cr)の薄膜から成る第1層と、この第1層上に積層された金(Au)の薄膜から成る第2層と、を備えている。パッド電極29aの一部29aAのT−T断面を拡大した図を下部に示すように、第2の支持本体15aの表面側(上面側)にクロムの薄膜29cを下地とし、この上に金の薄膜29gを積層成膜してパッド電極29aを構成する。パッド電極29bについても同様である。
リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bは、同一工程で形成されるため、膜厚の一例は、第1層のクロム(Cr)の薄膜が100Å(1Å=0.1nm(ナノメートル))、金(Au)の薄膜が2000Åと厚く形成されている。このため、リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bのオーミックロスは生ぜず、ボンディング強度も十分である。
なお、クロム(Cr)薄膜と金(Au)薄膜との間に、他の金属膜を挟んだ構成でもよい。
A feature of the present invention is the configuration of the excitation electrodes 25a and 25b, the lead electrodes 27a and 27b, and the pad electrodes 29a and 29b. FIG. 3A is a plan view showing the configuration of the lead electrodes 27 a and 27 b and the pad electrodes 29 a and 29 b formed on the piezoelectric substrate 10. The lead electrode 27 a extends from the edge of the excitation electrode 25 a on the surface, passes through the surface of the third support portion 16, and continues to the pad electrode 29 a provided on the center surface of the second support portion 15. It is formed to be installed. The lead electrode 27b extends from the edge of the excitation electrode 25b on the back surface, and is connected to the pad electrode 29b provided on the back surface of the center portion of the second support portion 15 via the end portion of the back surface. It is formed as follows. Each of the lead electrodes 27a and 27b includes a first layer made of a chromium (Cr) thin film and a second layer made of a gold (Au) thin film laminated on the first layer. As shown on the left side of the enlarged view of the RR cross section of a part 27aA of the lead electrode 27a, a chromium thin film 27c is used as an underlayer on the surface side (upper surface side) of the second support body 15a, and a gold film is formed thereon. The lead electrode 27a is formed by laminating the thin film 27g. The same applies to the lead electrode 27b.
The pad electrodes 29a and 29b provided on the front and back surfaces of the central portion of the second support portion 15 are each composed of a first layer made of a thin film of chromium (Cr) and gold laminated on the first layer ( And a second layer made of a thin film of Au). As shown in the lower part of the enlarged view of the TT cross section of a part 29aA of the pad electrode 29a, a chromium thin film 29c is used as a base on the surface side (upper surface side) of the second support body 15a, and a gold film is formed thereon. A thin film 29g is laminated to form a pad electrode 29a. The same applies to the pad electrode 29b.
Since the lead electrodes 27a and 27b and the pad electrodes 29a and 29b are formed in the same process, an example of the film thickness is that the first layer of chromium (Cr) thin film is 100 mm (1 mm = 0.1 nm (nanometer)). ), A gold (Au) thin film is formed as thick as 2000 mm. For this reason, the ohmic cross of the lead electrodes 27a and 27b and the pad electrodes 29a and 29b does not occur, and the bonding strength is sufficient.
Note that another metal film may be sandwiched between a chromium (Cr) thin film and a gold (Au) thin film.

図3(b)は、前工程で形成されたリード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bと整合するように、圧電基板10上に形成された励振電極25a、25bの構成を示す平面図である。表面に励振電極25aが形成され、裏面に励振電極25aより十分に大きな励振電極25bが形成される。
ここで、励振電極25a、25bの形成においては、前工程で先に形成したリード電極27a、27bと少なくとも一部が重なり合うように励振電極25a、25bを形成する。例えば、図3(b)に示すように、励振電極25aは、端部から延在されたリード電極の一部分27cを有している。当該リード電極の一部分27cが、リード電極27aの表面に重なり合うように構成されている。このように構成することにより、励振電極25aとリード電極27aとを電気的に確実に接続することができ、導通不良をきたすことを防止することができる。裏面側(フラット面側)に形成する励振電極25bについても同様な構成としている。
又は、前工程で先に形成するリード電極27bの一部分が、励振電極25bの領域に入り込む(重なり合う)ように形成してもよい。その際、共振周波数を決定するプレートバック量は、前記表面側である凹陥側の主面に形成される励振電極25aの質量効果のみに依存しているので、プレートバック量が設計値から変化しないように、リード電極27bの一部分が、励振電極25aと圧電基板10を挟んで重ならないように、励振電極25aの外形よりも外側に位置するように構成する。
励振電極25a、25bの構成の一例は、ニッケル(Ni)の薄膜から成る第1層と、この第1層上に積層された金(Au)の薄膜から成る第2層と、を備えている。膜厚の一例は、第1層のニッケル(Ni)の薄膜が70Åであり、金(Au)の薄膜が600Åである。
なお、ニッケル(Ni)薄膜と金(Au)薄膜の間に他の金属膜を挟んだ構成でもよい。
FIG. 3B is a plan view showing the configuration of the excitation electrodes 25a and 25b formed on the piezoelectric substrate 10 so as to be aligned with the lead electrodes 27a and 27b and the pad electrodes 29a and 29b formed in the previous step. It is. An excitation electrode 25a is formed on the front surface, and an excitation electrode 25b sufficiently larger than the excitation electrode 25a is formed on the back surface.
Here, in forming the excitation electrodes 25a and 25b, the excitation electrodes 25a and 25b are formed so as to at least partially overlap the lead electrodes 27a and 27b previously formed in the previous step. For example, as shown in FIG. 3B, the excitation electrode 25a has a portion 27c of the lead electrode extending from the end. A portion 27c of the lead electrode is configured to overlap the surface of the lead electrode 27a. By configuring in this way, the excitation electrode 25a and the lead electrode 27a can be electrically and reliably connected, and it is possible to prevent conduction failure. The excitation electrode 25b formed on the back side (flat surface side) has the same configuration.
Or you may form so that a part of lead electrode 27b previously formed in a previous process may enter into the field of excitation electrode 25b (overlap). At this time, since the plate back amount that determines the resonance frequency depends only on the mass effect of the excitation electrode 25a formed on the main surface on the concave side that is the surface side, the plate back amount does not change from the design value. As described above, a part of the lead electrode 27b is configured to be located outside the outer shape of the excitation electrode 25a so as not to overlap with the excitation electrode 25a sandwiching the piezoelectric substrate 10 therebetween.
An example of the configuration of the excitation electrodes 25a and 25b includes a first layer made of a nickel (Ni) thin film and a second layer made of a gold (Au) thin film laminated on the first layer. . As an example of the film thickness, the nickel (Ni) thin film of the first layer is 70 mm, and the gold (Au) thin film is 600 mm.
Note that another metal film may be sandwiched between a nickel (Ni) thin film and a gold (Au) thin film.

圧電基板10の振動領域12の基本波周波数を490MHzという極めて周波数の高い高周波数帯とした場合、リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bと、励振電極25a、25bとの夫々の電極材料、及び電極膜厚を異ならせる理由を以下に説明する。リード電極27a、27b、パッド電極29a、29b、及び励振電極25a、25bを、例えば第1層に70Åのニッケル(Ni)の薄膜、第2層に600Åの金(Au)の薄膜で構成すると、主振動は十分に閉じ込めモードとなり、そのクリスタルインピーダンス(CI;等価抵抗)も小さくなるが、リード電極27a、27bの金(Au)の膜厚が薄いために薄膜のオーミックロスが生じる虞がある。更に、パッド電極29a、29bを、第1層に70Åのニッケル(Ni)の薄膜、第2層に600Åの金(Au)の薄膜で形成すると、ワイヤボンディングを行う際にボンディングの強度不足となる。   When the fundamental frequency of the vibration region 12 of the piezoelectric substrate 10 is set to a very high frequency band of 490 MHz, the electrode materials of the lead electrodes 27a and 27b, the pad electrodes 29a and 29b, and the excitation electrodes 25a and 25b, respectively. The reason why the electrode film thickness is made different will be described below. When the lead electrodes 27a and 27b, the pad electrodes 29a and 29b, and the excitation electrodes 25a and 25b are composed of, for example, a 70-thick nickel (Ni) thin film in the first layer and a 600-thick gold (Au) thin film in the second layer, Although the main vibration is sufficiently confined and its crystal impedance (CI; equivalent resistance) is also small, there is a risk of thin film ohmic crossing due to the thin gold (Au) film of the lead electrodes 27a and 27b. Further, if the pad electrodes 29a and 29b are formed of a 70-thick nickel (Ni) thin film as the first layer and a 600-thick gold (Au) thin film as the second layer, the bonding strength is insufficient when wire bonding is performed. .

また、リード電極27a、27b、パッド電極29a、29b、及び励振電極25a、25bを、例えば第1層に70Åのクロム(Cr)の薄膜、第2層に600Åの金(Au)の薄膜で構成すると、金(Au)の薄膜が薄いため、熱によりクロム(Cr)が金(Au)の薄膜に拡散し、主振動のCIが大きくなるという虞が生じる。また、第1層に70Åのニッケル(Ni)の薄膜、第2層に600Åの金(Au)の薄膜で形成されたパッド電極29a、29bでは、ボンディングの強度が不足する。   The lead electrodes 27a and 27b, the pad electrodes 29a and 29b, and the excitation electrodes 25a and 25b are composed of, for example, a 70-thin chromium (Cr) thin film in the first layer and a 600-thin gold (Au) thin film in the second layer. Then, since the thin film of gold (Au) is thin, chromium (Cr) is diffused into the thin film of gold (Au) by heat, and there is a concern that the CI of the main vibration increases. Also, the pad electrodes 29a and 29b formed of a 70-thick nickel (Ni) thin film on the first layer and a 600-thick gold (Au) thin film on the second layer have insufficient bonding strength.

そこで本発明では、リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bと、励振電極25a、25bとの形成工程を分離し、且つ夫々の電極薄膜の材料、及び膜厚を、夫々の薄膜の機能に最適になるように設定することにした。つまり、励振電極25a、25bは、主振動を閉じ込めモードとし、近接したインハーモニックモードはできるだけ伝搬モード(非閉じ込めモード)となるように、例えば電極膜厚をニッケル70Å、金600Åと薄く設定した。一方、リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bは、細いリード電極の膜抵抗を低減すべく、クロム(Cr)の膜厚100Å、金(Au)の膜厚2000Åと厚く設定した。
即ち、励振電極25a、25bは、一層目に70Åのニッケル(Ni)と、二層目に600Åの金(Au)とで構成され、励振電極25aから延在されたリード電極の一部分27cとリード電極27a、励振電極25bから延在されたリード電極の一部分27dとリード電極27bとが一部の領域で重なる部分は一層目に膜厚100Åのクロム(Cr)と、二層目に膜厚2000Åの金(Au)と、三層目に膜厚70Åのニッケル(Ni)と、四層目に膜厚600Åの金(Au)と、が積層された4層構造とした構成となる。この場合も、クロム(Cr)と金(Au)との間、又はニッケル(Ni)と金(Au)との間に他の金属の薄膜を挟んだ構成でもよい。
上記の膜厚は一例でありこの数値に限定するものではない。励振電極25a、25bに、エネルギー閉じ込め理論と、薄膜のオーミックロスとを考慮して、最適の膜厚のニッケル(Ni)及び金(Au)の積層膜を用いた。また、リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bの膜厚は、薄膜のオーミックロスとボンディング強度とを考慮して、必要な厚さのクロム(Cr)と金(Au)の積層膜を用いた。
励振電極25a、25b、リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bの製造方法については後述する。
Therefore, in the present invention, the formation process of the lead electrodes 27a and 27b, the pad electrodes 29a and 29b, and the excitation electrodes 25a and 25b is separated, and the material and film thickness of each electrode thin film are changed to the function of each thin film. We decided to set it to be optimal. That is, for the excitation electrodes 25a and 25b, for example, the electrode film thickness is set as thin as 70 mm nickel and 600 mm gold so that the main vibration is in the confinement mode and the adjacent in-harmonic mode is in the propagation mode (unconfined mode) as much as possible. On the other hand, the lead electrodes 27a and 27b and the pad electrodes 29a and 29b were set to be thick with a chromium (Cr) film thickness of 100 mm and a gold (Au) film thickness of 2000 mm to reduce the film resistance of the thin lead electrode.
That is, the excitation electrodes 25a and 25b are composed of 70 Å nickel (Ni) in the first layer and 600 金 gold (Au) in the second layer, and the lead electrode portion 27c extending from the excitation electrode 25a and the lead. A portion of the lead electrode 27b extending from the electrode 27a and the excitation electrode 25b and a portion where the lead electrode 27b overlaps in a part of the region is chromium (Cr) having a thickness of 100 mm in the first layer and a thickness of 2000 mm in the second layer. The structure is a four-layer structure in which a gold (Au) film having a thickness of 70 mm and a gold film having a film thickness of 600 mm are formed as a fourth layer. Also in this case, a structure in which a thin film of another metal is sandwiched between chromium (Cr) and gold (Au) or between nickel (Ni) and gold (Au) may be used.
The above film thickness is an example and is not limited to this value. In consideration of energy confinement theory and thin film ohmic cross, a multilayer film of nickel (Ni) and gold (Au) having an optimum film thickness was used for the excitation electrodes 25a and 25b. The lead electrodes 27a and 27b and the pad electrodes 29a and 29b are made of a laminated film of chromium (Cr) and gold (Au) having a required thickness in consideration of the thin film ohmic cross and bonding strength. Using.
A method for manufacturing the excitation electrodes 25a and 25b, the lead electrodes 27a and 27b, and the pad electrodes 29a and 29b will be described later.

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)とした例を示したが、これに限定する必要はない。図4に示す実施形態例は、表面側の励振電極25aが円形であり、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5に示す実施形態例は、表面側の励振電極25aが楕円形であり、裏面側の励振電極25bは、励振電極25aより十分に大きな四角形である。弾性定数の異方性によりX軸方向の変位分布と、Z’軸方向の変位分が異なり、変位分布をX−Z’平面に平行な面で切った切断面は、楕円形になる。そのため、楕円形状の励振電極25aを用いた場合が最も効率よく、圧電振動素子1を駆動できる。即ち、圧電振動素子1の容量比γ(=C0/C1、ここで、C0は静電容量、C1は直列共振容量)を最小にできる。また、励振電極25aは長円形であってもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, an example in which the excitation electrodes 25a and 25b are quadrangular, that is, square or rectangular (the long side is the X-axis direction) is shown, but it is not necessary to be limited to this. In the embodiment shown in FIG. 4, the excitation electrode 25a on the front surface side is circular, and the excitation electrode 25b on the back surface side is a quadrangle sufficiently larger than the excitation electrode 25a. Note that the excitation electrode 25b on the back side may also be a sufficiently large circle.
In the embodiment shown in FIG. 5, the excitation electrode 25a on the front surface side is an ellipse, and the excitation electrode 25b on the back surface side is a quadrangle sufficiently larger than the excitation electrode 25a. The displacement distribution in the X-axis direction differs from the displacement in the Z′-axis direction due to the anisotropy of the elastic constant, and a cut surface obtained by cutting the displacement distribution along a plane parallel to the XZ ′ plane is elliptical. Therefore, the piezoelectric vibration element 1 can be driven most efficiently when the elliptical excitation electrode 25a is used. That is, the capacitance ratio γ (= C0 / C1, where C0 is the capacitance and C1 is the series resonance capacitance) of the piezoelectric vibration element 1 can be minimized. The excitation electrode 25a may be oval.

図6は、図1に示す圧電振動素子1の変形例の構成を示す概略平面図である。図6の変形例が、図1に示す圧電振動素子1と異なる点は、応力緩和用のスリット20を設ける位置である。本例では、スリット20は、薄肉の振動領域12の一辺12bの端縁より離間した第2の傾斜部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の一方の端縁が一辺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傾斜部15bbが残されている。換言すれば、一辺12aとスリット20との間に極細の傾斜部15bbが形成されている。   FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of a modification of the piezoelectric vibration element 1 shown in FIG. The modification of FIG. 6 differs from the piezoelectric vibration element 1 shown in FIG. 1 in the position where the stress relaxation slit 20 is provided. In this example, the slit 20 is formed in the second inclined portion 15 b that is separated from the edge of the one side 12 b of the thin vibration region 12. Rather than forming the slit 20 in the second inclined portion 15b so that one edge of the slit 20 is in contact with the one side 12b along the one side 12b of the vibration region 12, both end edges of the second inclined portion 15b are formed. The slit 20 is provided further apart. That is, in the second inclined portion 15b, an extremely thin inclined portion 15bb connected to the edge of the one side 12b of the vibration region 12 is left. In other words, an extremely fine inclined portion 15bb is formed between the side 12a and the slit 20.

図7(a)、(b)は、夫々図1に示す圧電振動素子1の他の変形例の構成を示す概略平面図である。図7(a)の変形例が、図1に示す圧電振動素子1と異なる点は、第2の支持部本体15aの面内に第1のスリット20aを設けると共に、第2の傾斜部15bの面内に第2のスリット20bを形成して、2個の応力緩和用のスリットを設けた点である。第1のスリット20a、及び第2のスリット20bを、図7(a)に示す平面図のようにX軸方向に並置するのではなく、Z’軸方向に互いに離れるように段差状に配置してもよい。2個のスリット20a、20bを設けた方が、導電性接着剤に起因して生じる応力を、振動領域12まで広げないようにすることが可能である。
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。
FIGS. 7A and 7B are schematic plan views showing configurations of other modified examples of the piezoelectric vibration element 1 shown in FIG. The modification of FIG. 7A is different from the piezoelectric vibration element 1 shown in FIG. 1 in that the first slit 20a is provided in the surface of the second support portion main body 15a and the second inclined portion 15b. The second slit 20b is formed in the plane, and two stress relaxation slits are provided. The first slit 20a and the second slit 20b are not juxtaposed in the X-axis direction as shown in the plan view of FIG. 7A, but are arranged in steps so as to be separated from each other in the Z′-axis direction. May be. The provision of the two slits 20 a and 20 b can prevent the stress caused by the conductive adhesive from spreading to the vibration region 12.
The configuration of the modification shown in FIG. 7B is a piezoelectric vibration element that has the effect of the slit 20 shown in FIG. 1 and FIG. 6, respectively. The slit 20 includes the second inclined portion 15b. The second support main body 15a is straddled.

図8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8(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P−P断面を−X軸方向から見た断面図であり、同図(d)はQ−Q断面を+Z’軸方向からみた断面図である。図1を参照し、同図と同じ機能の部分には同一符号を付して説明する。
圧電振動素子2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。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the configuration of the piezoelectric vibration element 2 according to the second embodiment. FIG. 8A is a plan view of the piezoelectric vibration element 2, FIG. 8B is a cross-sectional view of the PP cross section viewed from the + X axis direction, and FIG. It is sectional drawing seen from the axial direction, The figure (d) is sectional drawing which looked at the QQ cross section from + Z 'axial direction. With reference to FIG. 1, parts having the same functions as those in FIG.
The piezoelectric vibration element 2 includes a thin vibration region 12, a piezoelectric substrate 10 having a thick support portion 13 connected to the vibration region 12, and excitation electrodes formed to face both main surfaces of the vibration region 12. 25a, 25b, lead electrodes 27a, 27b formed to extend from the excitation electrodes 25a, 25b to the thick portion support portion 13, respectively, and pad electrodes 29a, 29b connected to the terminal ends of the lead electrodes 27a, 27b, It has.

圧電基板10は、矩形で且つ薄肉平板状の振動領域12と、振動領域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の夫々の両端部間を連設する突設された第3の支持部16と、前記第3の支持部16と対向する振動領域12の一辺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。
The piezoelectric substrate 10 includes a rectangular and thin flat plate-like vibration region 12 and a square annular thick support portion 13 integrated along four sides of the periphery of the vibration region 12.
The thick support portion 13 includes a first support portion 14 and a second support portion 15 that protrude from both main surfaces along two opposite sides 12a and 12b of the main surface of the vibration region 12, respectively. A third support portion 16 that protrudes from the first main surface side (front surface side) of the vibration region 12 so as to be connected between both end portions of the first and second support portions 14 and 15, and the third support portion. And a fourth support portion 17 projecting along the other main surface side (rear surface side) of one side 12d of the vibration region 12 facing the support portion 16.

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、両主面に夫々突設されている。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8(d)に示すように、第1の支持部14は、振動領域12の両主面側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、両主面側に夫々突設されている。振動領域12の一辺12bから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。
The first support portion 14 is connected to one side 12a of the thin flat plate-like vibration region 12 and protrudes from both main surfaces. A first inclined portion 14b having a thickness that gradually increases as it is separated from one side 12a of the vibration region 12, a first support portion main body 14a having a thick quadrangular column shape that is connected to the other end edge of the first inclined portion 14b, It has. That is, as shown in FIG. 8D, the first support portion 14 is formed so as to project from both main surface sides of the vibration region 12.
Similarly, the second support portion 15 is connected to one side 12b of the thin flat plate-like vibration region 12 and protrudes from both main surfaces. A second inclined portion 15b having a thickness that gradually increases as it is separated from one side 12b of the vibration region 12, a second support portion main body 15a having a thick quadrangular column shape that is connected to the other end of the second inclined portion 15b, It has.

第3の支持部16は、薄肉平板状の振動領域12の表面側に、一辺12cに連設し、振動領域12の一辺12cから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は、振動領域12の一方の主面側(表面側)に突設して形成されている。
また、第4の支持部17は、薄肉の振動領域12の裏面側に、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。
第3の支持部16と第4の支持部17とは、振動領域12の中点に関し、点対称の関係にあり、第1、第2、第3及び第4の支持部14、15、16及び17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を保持するように構成されている。
なお、支持部本体(第1の支持部本体14a〜第4の支持部本体17a)とは、Y’軸に平行な厚みが一定の領域をいう。
The third support portion 16 is provided on the surface side of the thin flat plate-like vibration region 12 so as to be connected to the one side 12c, and the third inclined portion 16b whose thickness gradually increases as the distance from the one side 12c increases. And a thick quadrangular columnar third support portion main body 16a provided continuously with the other end edge of the three inclined portions 16b. That is, the third support portion 16 is formed so as to protrude from one main surface side (surface side) of the vibration region 12.
Further, the fourth support portion 17 is connected to the one side 12d of the vibration region 12 so as to face the third support portion 16 on the back side of the thin vibration region 12, and from the one side 12d of the vibration region 12 A fourth inclined portion 17b having a thickness that gradually increases as it is separated from each other, and a fourth support portion main body 17a having a thick quadrangular prism shape that is connected to the other end edge of the fourth inclined portion 17b are provided.
The third support portion 16 and the fourth support portion 17 have a point-symmetric relationship with respect to the midpoint of the vibration region 12, and the first, second, third, and fourth support portions 14, 15, 16 are provided. And 17 are configured such that their end portions are connected to form a square annular shape, and the vibration region 12 is held in the center thereof.
The support body (the first support body 14a to the fourth support body 17a) refers to a region having a constant thickness parallel to the Y ′ axis.

薄肉の振動領域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表裏両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削除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8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。また、図6、図7の実施形態と同様な部位に応力緩和用のスリットを形成する例は、同様であるので説明を省略する。
なお、第1、及び第2の支持本体14a、15a夫々の表面と、第3の支持本体16aの表面と、は同一平面上にあり、第1、第2の支持本体14a、15a夫々の裏面と、第4の支持本体1aの裏面とは同一平面上にある。
The thin vibration region 12 is surrounded by first, second, third, and fourth support portions 14, 15, 16, and 17 on the four sides of the periphery. That is, etching is performed from both front and back sides of a rectangular flat plate-shaped piezoelectric substrate, two concave portions facing both main surfaces are formed, and unnecessary portions are removed to form a thin vibration region 12 for miniaturization. ing.
Further, in the piezoelectric substrate 10, at least one stress relaxation slit 20 is formed through the second support portion 15. In the embodiment shown in FIG. 8, the slit 20 is formed in the plane of the second support portion main body 16a along the boundary portion (connecting portion) between the second inclined portion 16b and the second support portion main body 16a. Has been. Moreover, since the example which forms the slit for stress relaxation in the site | part similar to embodiment of FIG. 6, FIG. 7 is the same, description is abbreviate | omitted.
The surfaces of the first and second support bodies 14a and 15a and the surface of the third support body 16a are on the same plane, and the back surfaces of the first and second support bodies 14a and 15a. And the back surface of the 4th support main body 1a exists on the same plane.

図8に示す圧電振動素子2の励振電極25a、25b、リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bの構成も、図1の圧電振動素子1のそれと同様な構成になっている。即ち、リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bと、励振電極25a、25bとの形成工程を分離し、且つ夫々の薄膜の材料、及び膜厚が、夫々の薄膜の機能に最適になるように設定されている。リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bは、一層目に100Åのクロム(Cr)と、二層目に2000Åの金(Au)とで構成されている。
即ち、励振電極25a、25bは、一層目に70Åのニッケル(Ni)と、二層目に600Åの金(Au)とで構成され、励振電極25aから延在されたリード電極の一部分27cとリード電極27a、励振電極25bから延在されたリード電極の一部分27dとリード電極27bとが一部の領域で重なる部分は一層目に膜厚100Åのクロム(Cr)と、二層目に膜厚2000Åの金(Au)と、三層目に膜厚70Åのニッケル(Ni)と、四層目に膜厚600Åの金(Au)と、が積層された4層構造とした構成となる。この場合も、クロム(Cr)と金(Au)との間、又はニッケル(Ni)と金(Au)との間に他の金属の薄膜を挟んだ構成でもよい。
この場合も、クロム(Cr)と金(Au)との間、又はニッケル(Ni)と金(Au)との間に他の金属の薄膜を挟んだ構成でもよい。
また、励振電極25a、25bの形状については、図4、及び図5の圧電振動素子1のそれと同様な形状でもよく、また応力緩和用のスリットについても、図6、及び図7と同様な位置に少なくとも1つ形成されていてもよい。
The configuration of the excitation electrodes 25a and 25b, the lead electrodes 27a and 27b, and the pad electrodes 29a and 29b of the piezoelectric vibration element 2 shown in FIG. 8 is the same as that of the piezoelectric vibration element 1 shown in FIG. That is, the formation process of the lead electrodes 27a and 27b, the pad electrodes 29a and 29b, and the excitation electrodes 25a and 25b is separated, and the material and film thickness of each thin film are optimized for the function of each thin film. Is set to The lead electrodes 27a and 27b and the pad electrodes 29a and 29b are composed of 100 ク ロ ム chromium (Cr) in the first layer and 2000 金 gold (Au) in the second layer.
That is, the excitation electrodes 25a and 25b are composed of 70 Å nickel (Ni) in the first layer and 600 金 gold (Au) in the second layer, and the lead electrode portion 27c extending from the excitation electrode 25a and the lead. A portion of the lead electrode 27b extending from the electrode 27a and the excitation electrode 25b and a portion where the lead electrode 27b overlaps in a part of the region is chromium (Cr) having a thickness of 100 mm in the first layer and a thickness of 2000 mm in the second layer. The structure is a four-layer structure in which a gold (Au) film having a thickness of 70 mm and a gold film having a film thickness of 600 mm are formed as a fourth layer. Also in this case, a structure in which a thin film of another metal is sandwiched between chromium (Cr) and gold (Au) or between nickel (Ni) and gold (Au) may be used.
Also in this case, a structure in which a thin film of another metal is sandwiched between chromium (Cr) and gold (Au) or between nickel (Ni) and gold (Au) may be used.
Further, the shape of the excitation electrodes 25a and 25b may be the same as that of the piezoelectric vibration element 1 in FIGS. 4 and 5, and the stress relaxation slits are also in the same positions as in FIGS. At least one of them may be formed.

励振電極25aのプレートバック(周波数低下量)適切に設定すると共に、リード電極27a、27bの膜厚をオーミックロスを低減するように設定することにより、ワイヤボンディングに耐えられるリード電極とすることができるという効果がある。
また、膜厚t1の励振電極25aと同じ厚さの第1のリード電極とが、適切なプレートバック量に設定されると共に、リード電極27a、27bの膜厚t2がオーミックロスのない膜厚に設定されることにより、圧電振動素子のCI値が小さくなるという効果がある。
また、第1のリード電極(引出)と第2のリード電極27aとが一部の部分で積層されており、励振電極25aとリード電極27aとの導通不良がなく、CI値を小さくすることができると共に、スプリアスの少ない圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、リード電極27aの一部の積層部分は、リード電極27aによる第1の層と第2の層が順に積層され、次に励振電極25aによる第3の層と第4の層が順に積層されているので、積層部の導通性は十分である。その上、リード電極と圧電基板との接着力は強くなり、ワイヤボンディングに十分に耐えられるという効果がある。
また、リード電極27aの一部の積層部分は、第1の層、第2の層、第3の層、第4の層が順に積層されており、積層部分の強度、導電性は十分であり、CI値の小さな圧電振動素子がえられるという効果がある。リード電極27aの一部の積層部分の第1の層と第3の層には、材料としてニッケル又はクロムが使われており、圧電基板との接着性と、各層間の付着力性とに優れているという利点がある。
また、リード電極27aの一部の積層部分の第2の層と第4の層には、材料として金が使われており、導電性、経年変化の点で極めて優れているという利点がある。
By appropriately setting the plate back (frequency reduction amount) of the excitation electrode 25a and setting the film thickness of the lead electrodes 27a and 27b so as to reduce ohmic cross, a lead electrode that can withstand wire bonding can be obtained. There is an effect.
In addition, the first lead electrode having the same thickness as the excitation electrode 25a having the film thickness t1 is set to an appropriate plate back amount, and the film thickness t2 of the lead electrodes 27a and 27b is set to a film thickness having no ohmic cross. By being set, the CI value of the piezoelectric vibration element is reduced.
In addition, the first lead electrode (lead) and the second lead electrode 27a are partially laminated so that there is no conduction failure between the excitation electrode 25a and the lead electrode 27a, and the CI value can be reduced. In addition, there is an effect that a piezoelectric vibration element with less spurious can be obtained.
Further, in a part of the laminated portion of the lead electrode 27a, the first layer and the second layer are sequentially laminated by the lead electrode 27a, and then the third layer and the fourth layer are sequentially laminated by the excitation electrode 25a. Therefore, the conductivity of the laminated part is sufficient. In addition, the adhesive force between the lead electrode and the piezoelectric substrate is increased, and there is an effect that it can sufficiently withstand wire bonding.
In addition, the first layer, the second layer, the third layer, and the fourth layer are sequentially stacked in a part of the stacked portion of the lead electrode 27a, and the strength and conductivity of the stacked portion are sufficient. There is an effect that a piezoelectric vibration element having a small CI value can be obtained. Nickel or chromium is used as the material for the first layer and the third layer of a part of the laminated portion of the lead electrode 27a, and is excellent in adhesion to the piezoelectric substrate and adhesion between the layers. There is an advantage that.
Further, gold is used as a material for the second layer and the fourth layer of a part of the laminated portion of the lead electrode 27a, and there is an advantage that it is extremely excellent in terms of conductivity and aging.

振動部より厚い第1〜第4支持部14〜17(図8)を有しており、厚い支持部により圧電振動素子の支持・固定が容易になるという効果がある。更に、励振電極25a、25b及びリード電極27a、27bを適切な膜厚に設定すると、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。更に、基本波を用いた高周波圧電振動素子が小型化されるという利点がある。また、図1のように、1辺が開放されているため、圧電振動素子が小型化されると共に、CI値の小さな圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、図1のように振動部12の厚さより第2の支持部15の厚さの方が厚いため、第2の支持部15を支持・固定することにより、振動部12の支持は堅牢であり、且つ高周波の圧電振動素子が得られるという効果がある。また、振動領域12に第2の傾斜部15bの一方(薄い方)が連設し、第2の傾斜部15bの他方(厚い方)には第2の支持本体15aが連設された構成であり、圧電振動素子の保持による応力は、ほぼ第2の支持本体15aと第2の傾斜部15bで吸収されるため、CI値が小さく、滑らかな3次曲線の周波数温度特性を有する圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、図2のように、圧電基板が形成されることにより、要求仕様をより適したカットアングルで構成することが可能となり、且つ仕様に沿った周波数温度特性を有し、CI値が小さく、CI値比の大きな高周波圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、図8のように、振動部12と連設してZ’軸のマイナス側に突設部17を設けたので、外部からの振動、衝撃に堅牢な圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、第2の支持部15にスリット20を設けることにより、導電性接着剤等を用いて第2の支持部15を固定する際に生じる応力の広がりを、スリット20により抑圧するという効果がある。
The first to fourth support parts 14 to 17 (FIG. 8) are thicker than the vibration part, and the thick support part has an effect that the piezoelectric vibration element can be easily supported and fixed. Further, when the excitation electrodes 25a and 25b and the lead electrodes 27a and 27b are set to appropriate film thicknesses, the CI value of the main vibration is small, and the ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, the CI value ratio There is an effect that a large piezoelectric vibration element can be obtained. Furthermore, there is an advantage that the high-frequency piezoelectric vibration element using the fundamental wave is reduced in size. Further, as shown in FIG. 1, since one side is open, the piezoelectric vibration element can be reduced in size and a piezoelectric vibration element having a small CI value can be obtained.
Further, as shown in FIG. 1, since the thickness of the second support portion 15 is thicker than the thickness of the vibration portion 12, the support of the vibration portion 12 is robust by supporting and fixing the second support portion 15. In addition, there is an effect that a high-frequency piezoelectric vibration element can be obtained. Further, one of the second inclined portions 15b (thinner one) is connected to the vibration region 12, and the second support body 15a is connected to the other (thicker one) of the second inclined portions 15b. In addition, since the stress due to the holding of the piezoelectric vibration element is substantially absorbed by the second support body 15a and the second inclined portion 15b, the piezoelectric vibration element has a small CI value and a smooth frequency curve frequency temperature characteristic. Is effective.
Further, as shown in FIG. 2, by forming the piezoelectric substrate, it is possible to configure the required specification with a more suitable cut angle, and it has a frequency temperature characteristic according to the specification, and the CI value is small. There is an effect that a high-frequency piezoelectric vibration element having a large CI value ratio can be obtained.
Further, as shown in FIG. 8, since the projecting portion 17 is provided on the negative side of the Z ′ axis so as to be connected to the vibrating portion 12, an effect of obtaining a piezoelectric vibrating element that is robust against external vibration and impact can be obtained. is there.
Moreover, by providing the slit 20 in the second support portion 15, there is an effect that the slit 20 suppresses the spread of stress generated when the second support portion 15 is fixed using a conductive adhesive or the like. .

図8に示す第2の実施形態に係る圧電振動素子2を構成する圧電基板10の製造方法を、図9に示す製造工程図を用いて説明する。図9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(図示されず)の形成に係る製造工程図である。ここでは、圧電ウェハーとして水晶ウェハーを例にし、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。
A method for manufacturing the piezoelectric substrate 10 constituting the piezoelectric vibration element 2 according to the second embodiment shown in FIG. 8 will be described with reference to the manufacturing process diagram shown in FIG. FIG. 9 is a manufacturing process diagram relating to the formation of the recesses 11 and 11 ′ on both surfaces of the piezoelectric substrate 10 and the formation of the outer shape and slits (not shown) of the piezoelectric substrate 10. Here, a quartz wafer is taken as an example of the piezoelectric wafer, and the drawing shows only a cross section. In step S1, a quartz wafer 10W having a predetermined thickness polished on both sides, for example, 80 μm, is sufficiently washed and dried, and then chromium (Cr) is ground on the front and back surfaces by sputtering or the like. A metal film (corrosion resistant film) M in which gold (Au) is laminated is formed.
In step S2, a photoresist film (referred to as a resist film) R is applied to both surfaces of the metal film M on the front and back surfaces. In step S3, the resist film R in a portion corresponding to the recessed portions on the front and back surfaces is exposed using an exposure apparatus and a mask pattern. When the exposed resist film R is developed and the exposed resist film is peeled off, the metal films M at positions corresponding to the recessed portions on the front and back surfaces are exposed. When the gold layer films M exposed from the respective resist films R are dissolved and removed using a solution such as aqua regia, the crystal planes at positions corresponding to the recessed portions on the front and back surfaces are exposed.

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(図示されず)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。
In step S4, the exposed quartz surface is etched from the front and back surfaces using a mixed liquid of hydrofluoric acid (hydrofluoric acid) and ammonium fluoride until a desired thickness is obtained. In step S5, the resist films R on both sides are peeled off using a predetermined solution, and the exposed metal films M on both sides are removed using aqua regia or the like. At this stage, the quartz wafer 10W is slightly shifted on both main surfaces to form the recessed portions 11 and 11 ′, and the quartz wafers 10W are regularly arranged in a lattice shape. In step S6, a metal film M (Cr + Au) is formed on both surfaces of the quartz wafer 10W obtained in step S5. In step S7, a resist film R is applied to both surfaces of the metal film M (Cr + Au) formed in step S6.
In step S8, each resist film R in a portion corresponding to the outer shape of the piezoelectric substrate 10 and a slit (not shown) is exposed from both the front and back surfaces using an exposure apparatus and a predetermined mask pattern, and developed to develop each resist. The film R is peeled off. Further, the exposed metal film M is removed by dissolving with a solution such as aqua regia.

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10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。
In step S9, the exposed quartz surface is etched using a mixed liquid of hydrofluoric acid (hydrofluoric acid) and ammonium fluoride to form the outer shape of the piezoelectric substrate 10 and a slit. In step S10, the remaining resist film R is peeled off, and the exposed excess metal film M is dissolved and removed. At this stage, the crystal wafer 10W is in a state where the piezoelectric substrates 10 are connected by supporting strips and are regularly arranged in a lattice shape. The feature of the present invention is that, as shown in step S <b> 10, recesses 11 and 11 ′ are formed on both principal surfaces of the piezoelectric substrate 10 to form a vibration region 12, and third and fourth connected to the vibration region 12. The support portions 16 and 17 are formed point-symmetrically with respect to the center of the piezoelectric substrate 10.
After step S10 is completed, the thickness of the vibration region 12 of each piezoelectric substrate 10 regularly arranged in a lattice pattern on the quartz wafer 10W is measured using, for example, an optical technique. When the measured thickness of each vibration region 12 is thicker than a predetermined thickness, the thickness is finely adjusted so as to fall within the predetermined thickness range.

次に、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10に示す製造工程図を用いて説明する。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クロム(Cr)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13では、リード電極、及びパッド電極用のマスクパターンMkを用いて、リード電極、及びパッド電極に相当する部位のレジスト膜Rを露光する。次の工程S14では、レジスト膜Rを現像し、不要のレジスト膜Rを剥離する。この剥離により露出した金属膜Mを王水等の溶液で溶かして除去する。リード電極、及びパッド電極の部分はそのまま残しておく。   Next, after adjusting the thickness of the vibration region 12 of each piezoelectric substrate 10 formed on the quartz wafer 10W within a predetermined thickness range, the excitation electrodes 25a and 25b and the lead electrode 27a are applied to each piezoelectric substrate 10. , 27b will be described with reference to the manufacturing process diagram shown in FIG. In step S11, a chromium (Cr) thin film is formed on the entire front and back surfaces of the quartz wafer 10W by sputtering or the like, and a gold (Au) thin film is stacked thereon to form a metal film M. Next, in step S12, a resist is applied to each of the metal films M to form a resist film R. In step 13, the resist film R in a portion corresponding to the lead electrode and the pad electrode is exposed using the mask pattern Mk for the lead electrode and the pad electrode. In the next step S14, the resist film R is developed, and the unnecessary resist film R is peeled off. The metal film M exposed by the peeling is dissolved and removed with a solution such as aqua regia. The lead electrode and pad electrode portions are left as they are.

次の工程S15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。工程S15の図では、煩雑さを避けるため、金属膜とレジスト膜(M+R)を、記号Cを用いて表わしている。更に、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。そして、励振電極用のマスクパターンMkを用いて励振電極25a、25bに相当する部位のレジスト膜Rを露光する。工程S16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。次の工程S17では、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S18では、符号Cを(M+R)に戻して表わし、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(Ni+Au)の励振電極25a、25bと、(Cr+Au)のリード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bが形成されている(工程S19)。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2が得られる。
本発明の第2の実施形態に係る圧電振動素子2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。
In the next step S15, a nickel (Ni) thin film is formed on the entire front and back surfaces of the quartz wafer 10W by sputtering or the like, and a gold (Au) thin film is laminated thereon to form a metal film M. In the drawing of step S15, the metal film and the resist film (M + R) are represented by the symbol C in order to avoid complication. Further, a resist is applied on the metal film M to form a resist film R. Then, the resist film R corresponding to the excitation electrodes 25a and 25b is exposed using the excitation electrode mask pattern Mk. In step S16, the exposed resist film R is developed to remove the unnecessary resist film R using a solution. In the next step S17, the metal film M exposed by peeling off the resist film R is dissolved and removed with a solution such as aqua regia. In step S18, the reference C is returned to (M + R), and when the unnecessary resist film R remaining on the metal film M is peeled off, (Ni + Au) excitation electrodes 25a, 25b and ( Cr + Au) lead electrodes 27a and 27b and pad electrodes 29a and 29b are formed (step S19). By dividing the half-etched support strip connected to the crystal wafer 10W, the divided piezoelectric vibration element 2 is obtained.
The piezoelectric vibration element 2 according to the second embodiment of the present invention is characterized in that etching is advanced from both main surfaces of the piezoelectric substrate 10 to form concave portions 11 and 11 ′ opposite to both main surfaces, respectively, and the vibration region 12. Therefore, the processing time required for etching can be halved. In addition, as shown in FIG. 11D, one of the features is that the piezoelectric substrate can be miniaturized by removing both the outer sides of the two broken lines indicated by Zc1 and Zc2 by etching. Since etching proceeds from both main surfaces of the piezoelectric substrate 10, the depth dug by etching from the respective main surfaces of the piezoelectric substrate 10 can be reduced, so that regions in which individual pieces in the wafer are laid out at the time of manufacture It was possible to reduce the variation in thickness of the vibrating portion that was thin between the wafers or between the wafers. The reason for this is that if the piezoelectric substrate 10 is immersed in the etching solution for a long time, the concentration of the solution in the etching solution may be different, and the etching of the piezoelectric substrate 10 is caused by the concentration difference. There is a possibility that the uniformity of the vibration may not be maintained, and the thickness of the vibrating part may vary between regions where the individual pieces in the wafer are laid out or between wafers, making it difficult to control the thickness. Because there is.

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。
Further, as shown in FIGS. 11C and 11D, a manufacturing method was established on the premise that both end portions in the drawing which are unnecessary as a vibration region are deleted. Compared to the structure with the conventional thick portion described as the prior art, the size of the piezoelectric vibration element 1 can be reduced while ensuring the area of the flat ultrathin portion that becomes the vibration region. .
Further, as described above, the frequency change when the force is applied to both ends in the X-axis direction of the AT-cut quartz substrate (the stress / strain caused by the mounting is described as the force), and the Z′-axis By comparing the frequency change when the same force is applied to both ends in the direction, the amount of frequency change when the force is applied to both ends in the Z′-axis direction can be reduced. Since the length in the direction is so-called X-long, which is longer than the length in the Z′-axis direction, a large area of the vibration part can be secured in the X-axis direction.
Moreover, since the thick support part is provided in at least one of the front and back with respect to the main surface of a vibration part over the perimeter of the vibration part of the piezoelectric vibration element 1 which concerns on this invention, vibration Since the end of the portion is not exposed to the outside, something is necessary for the piezoelectric vibration element 1 during the manufacture of the piezoelectric vibration element 1 or the process of mounting the piezoelectric vibration element 1 on a container and manufacturing the piezoelectric vibrator Also, from the viewpoint of reliability such as impact resistance of the piezoelectric vibration element 1 due to being hit or the like, the strength is maintained high, so that the reliability can be maintained high.

図11は、図8に示した圧電振動素子2のより詳細な図であり、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11(b)に示すように、圧電振動素子2の外形では、X軸に交わる端面に傾斜面が現出する。つまり、−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。
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。
11 is a more detailed view of the piezoelectric vibration element 2 shown in FIG. 8, in which FIG. 11 (a) is a perspective view, and FIG. 11 (b) is a cut view of a QQ section in FIG. 1 (a). It is. As shown in FIG. 11B, in the outer shape of the piezoelectric vibration element 2, an inclined surface appears on the end surface intersecting the X axis. That is, the inclined surface 1 appears on the end surface on the −X axis side, and the inclined surface 2 appears on the end surface on the + X axis side. The cross-sectional shapes parallel to the XY ′ plane of the inclined surface 1 and the inclined surface 2 are different.
The inclined surfaces a1 and a2 constituting the inclined surface 1 are substantially symmetrical with respect to the X axis, and in the inclined surfaces b1, b2, b3 and b4 constituting the inclined surface 2, b1 and b4, b2 and b3 are , Each of which is found to be substantially symmetrical with respect to the X axis. Further, the inclination angle α with respect to the X axis of the inclined surfaces a1 and a2 and the inclination angle β with respect to the X axis of the inclined surfaces b1 and b4 are in a relationship of β <α.

図1、図3の実施形態例に示すように、励振電極25a、25と、リード電極27a、27b及びパッド電極29a、29bとは、夫々異種の金属材料が用いられ、且つ適切な膜厚で構成されているため、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。更に、基本波を用いた高周波圧電振動素子が小型化されると共に、支持部と振動領域の間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た圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、図1、図3、図8の実施形態例に示すように、励振電極25a、25bはニッケルと金の積層膜で、リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bはクロムと金の積層膜で形成されているため、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、ボンディングに十分耐えられる圧電振動素子が得られるという効果がある。更に、基本波を用いた高周波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。
1 and 3, the excitation electrodes 25a, 25, the lead electrodes 27a, 27b, and the pad electrodes 29a, 29b are made of different metal materials and have appropriate film thicknesses. As a result, there is an effect that a piezoelectric vibration element having a small CI value of the main vibration and a ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, a large CI value ratio can be obtained. Furthermore, the high-frequency piezoelectric vibration element using the fundamental wave is miniaturized, and by providing a slit between the support portion and the vibration region, it is possible to suppress the spread of stress due to adhesion and fixation, so that the frequency temperature characteristics, There is an effect that a piezoelectric vibration element excellent in CI temperature characteristics and frequency aging characteristics can be obtained.
1, 3, and 8, the excitation electrodes 25a and 25b are a laminated film of nickel and gold, and the lead electrodes 27a and 27b and the pad electrodes 29a and 29b are made of chromium and gold. Since it is formed of a laminated film, a piezoelectric vibration element having a small main vibration CI value and a large ratio of the CI value of adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, a large CI value ratio, which can sufficiently withstand bonding can be obtained. There is an effect. Further, the high-frequency piezoelectric vibration element using the fundamental wave is reduced in size, and the vibration region is firmly supported, so that there is an effect that a piezoelectric vibration element that is resistant to vibration, impact, and the like can be obtained.

圧電基板10が、図2の切断角度図に示すように形成されるため、要求仕様をより適したカットアングル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し、CI値が小さく、CI値比の大きな高周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、CI値が小さく、CI値比の大きな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。
Since the piezoelectric substrate 10 is formed as shown in the cutting angle diagram of FIG. 2, the required specification can be configured with a more suitable cut angle, and has a frequency temperature characteristic according to the specification. There is an effect that a high-frequency piezoelectric vibration element having a small value and a large CI value ratio can be obtained.
In addition, by using a quartz AT-cut quartz substrate as the piezoelectric substrate, it is possible to utilize the experience and experience related to photolithography technology and etching technique, so that not only mass production of piezoelectric substrates is possible, but also high-precision piezoelectric substrates can be obtained. The yield of piezoelectric resonator elements having a small CI value and a large CI value ratio is greatly improved.

図12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)は蓋部材を省略した平面図である。圧電振動子5は、例えば図8の圧電振動素子2(圧電振動素子1でもよい)と、圧電振動素子2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12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。
第3の基板43と第2の基板42とにより、圧電振動素子2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。
12A and 12B are diagrams showing the configuration of the piezoelectric vibrator 5 according to the embodiment of the present invention. FIG. 12A is a longitudinal sectional view, and FIG. 12B is a plan view in which a lid member is omitted. . The piezoelectric vibrator 5 includes, for example, the piezoelectric vibration element 2 (which may be the piezoelectric vibration element 1) illustrated in FIG. 8 and a package that accommodates the piezoelectric vibration element 2. The package includes a package main body 40 formed in a rectangular box shape and a lid member 49 made of metal, ceramic, glass, or the like.
As shown in FIG. 12, the package body 40 is formed by laminating a first substrate 41, a second substrate 42, and a third substrate 43, and an aluminum oxide ceramic as an insulating material. -Green sheet is formed into a box shape and then sintered. A plurality of mounting terminals 45 are formed on the outer bottom surface of the first substrate 41. The third substrate 43 is an annular body from which the central portion is removed, and a metal seal ring 44 such as Kovar is formed on the upper peripheral edge of the third substrate 43.
The third substrate 43 and the second substrate 42 form a recess (cavity) that accommodates the piezoelectric vibration element 2. A plurality of element mounting pads 47 that are electrically connected to the mounting terminals 45 by conductors 46 are provided at predetermined positions on the upper surface of the second substrate 42. The position of the element mounting pad 47 is arranged so as to correspond to the pad electrode 29a formed on the second support body 14a when the piezoelectric vibration element 1 is placed.

圧電振動子5を固定する際にはまず、圧電振動素子2のパッド電極29aに導電性接着剤30を塗布し、これを反転(裏返し)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、シリコン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤の順で大きくなる。また、脱ガスは、ポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤、シリコン系接着剤の順で大きくなる。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。   When fixing the piezoelectric vibrator 5, first, the conductive adhesive 30 is applied to the pad electrode 29 a of the piezoelectric vibration element 2, and this is reversed (inverted) and placed on the element mounting pad 47 of the package body 40. Apply a load. As a characteristic of the conductive adhesive 30, the magnitude of stress (strain) caused by the adhesive 30 increases in the order of a silicon-based adhesive, an epoxy-based adhesive, and a polyimide-based adhesive. In addition, degassing increases in the order of polyimide adhesive, epoxy adhesive, and silicon adhesive. As the conductive adhesive 30, it was decided to use a polyimide adhesive with little degassing in consideration of the secular change.

パッケージ本体40に搭載された圧電振動子2の導電性接着剤30を硬化させるために、所定の温度の高温炉に所定の時間入れる。導電性接着剤30を硬化させた後、反転して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12(b)に示すように、圧電振動素子2をパッケージ本体40に支持・固定する部分は、一カ所(1点)であるため、支持固定により生じる応力の大きさを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、又は窒素N2ガスの雰囲気中で蓋部材49をシーム溶接して密封し、圧電振動子5が完成する。又は、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。この場合も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が完成する。
In order to cure the conductive adhesive 30 of the piezoelectric vibrator 2 mounted on the package body 40, it is placed in a high temperature furnace at a predetermined temperature for a predetermined time. After the conductive adhesive 30 is cured, the pad electrode 29b that is inverted to the surface side and the electrode terminal 48 of the package body 40 are electrically connected by the bonding wire BW. As shown in FIG. 12B, since the piezoelectric vibration element 2 is supported / fixed to the package body 40 at one point (one point), it is possible to reduce the magnitude of the stress generated by the support fixing. It becomes.
After the annealing treatment, the frequency is adjusted by adding mass to the excitation electrodes 25a and 25b or reducing the mass. The lid member 49 is placed on the seal ring 44 formed on the upper surface of the package body 40, and the lid member 49 is sealed by seam welding in a vacuum or in an atmosphere of nitrogen N2 gas, whereby the piezoelectric vibrator 5 is completed. To do. Alternatively, there is also a method in which the lid member 49 is placed on the low melting point glass applied to the upper surface of the package body 40 and melted and adhered. Also in this case, the package cavity is evacuated or filled with an inert gas such as nitrogen N 2 gas to complete the piezoelectric vibrator 5.

図1、図8に示す夫々の圧電振動素子1、2は、圧電基板10の上下面に対向して夫々パッド電極29a、29bが形成されている。図12に示すように、圧電振動素子2をパッケージに収容する際に、圧電振動素子2を裏返し、パッド電極29aとパッケージの素子搭載パッド47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48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が小さくなる。また、パッケージに収容するに当たり、圧電振動素子2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。   In each of the piezoelectric vibration elements 1 and 2 shown in FIGS. 1 and 8, pad electrodes 29a and 29b are formed to face the upper and lower surfaces of the piezoelectric substrate 10, respectively. As shown in FIG. 12, when the piezoelectric vibration element 2 is accommodated in a package, the piezoelectric vibration element 2 is turned over, and the pad electrode 29a and the element mounting pad 47 of the package are fixed and connected with a conductive adhesive. The pad electrode 29b on the front surface side and the electrode terminal 48 of the package are connected by a bonding wire BW. Thus, when the site | part which supports the piezoelectric vibration element 1 becomes one point, the stress resulting from a conductive adhesive will become small. Further, when the piezoelectric vibrating element 2 is turned upside down and accommodated in the package and the larger excitation electrode 25b is placed on the upper surface, frequency fine adjustment of the piezoelectric vibrating element 1 is facilitated.

パッド電極29a、29bの間隔を離して形成した圧電振動素子を構成してもよい。この場合も図12で説明した圧電振動子5と同様に圧電振動子を構成することができる。また、パッド電極29a、29bを同一面上に間隔を離して形成した圧電振動素子を構成してもよい。この場合、圧電振動素子は、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。
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。
A piezoelectric vibration element formed by separating the pad electrodes 29a and 29b from each other may be configured. In this case as well, a piezoelectric vibrator can be configured similarly to the piezoelectric vibrator 5 described with reference to FIG. Moreover, you may comprise the piezoelectric vibration element which formed the pad electrodes 29a and 29b on the same surface at intervals. In this case, the piezoelectric vibration element has a structure in which conductive adhesive is applied to two places (two points) so as to achieve conduction, support and fixation. Although the structure is suitable for reducing the height, the stress caused by the conductive adhesive may be slightly increased.
In the above-described embodiment of the piezoelectric vibrator 5, an example in which a laminated plate is used for the package body 40 has been described. However, a single-layer ceramic plate is used for the package body 40, and a cap that is drawn on the lid is used. A piezoelectric vibrator may be configured.

図2、図8の実施形態例に示すように、励振電極25a、25bの電極材料と、リード電極27a、27b、及びパッド電極29a、29bの電極材料と、を異ならせ、又それらの膜厚も夫々の機能に最適なように構成した圧電振動素子1、2を用いているため、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子2が得られるという効果がある。更に、高周波圧電振動子が小型化されると共に、図12の実施形態例に示すように、圧電振動素子を支持する部位が一点であり、且つ支持部と振動領域の間にスリットを設けることにより、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た圧電振動子が得られるという効果がる。   As shown in the embodiment examples of FIGS. 2 and 8, the electrode materials of the excitation electrodes 25a and 25b are made different from the electrode materials of the lead electrodes 27a and 27b and the pad electrodes 29a and 29b, and the film thicknesses thereof are different. Since the piezoelectric vibration elements 1 and 2 configured to be optimal for each function are used, the CI value of the main vibration is small, and the ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, the CI value ratio Large piezoelectric vibrator 2 can be obtained. Further, the high-frequency piezoelectric vibrator is reduced in size, and as shown in the embodiment of FIG. 12, the portion for supporting the piezoelectric vibration element is one point, and a slit is provided between the support portion and the vibration region. Since the stress caused by the conductive adhesive can be reduced, a piezoelectric vibrator having excellent frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics can be obtained.

図13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2(圧電振動素子1でもよい)と、電子部品の1つであり、感温素子であるサーミスタThと、圧電振動素子2、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、外部下面側にサーミスタ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2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44が焼成されており、このシールリング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。裏面の凹部32に半田ボール等を用いてサーミスタThの端子を接続して、電子デバイス6を完成する。   FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the piezoelectric device 6 according to the present invention. The electronic device 6 is one of the piezoelectric vibration element 2 (which may be the piezoelectric vibration element 1) of the present invention and an electronic component, and houses the thermistor Th that is a temperature-sensitive element, the piezoelectric vibration element 2, and the thermistor Th. And a package. The package includes a package main body 40 a and a lid member 49. The package body 40a has a cavity 31 for accommodating the piezoelectric vibration element 1 on the upper surface side, and a recess 32 for accommodating the thermistor Th on the outer lower surface side. A plurality of element mounting pads 47 are provided at the end of the inner bottom surface of the cavity 31, and each element mounting pad 47 is electrically connected to the plurality of mounting terminals 45 by an internal conductor 46. The conductive adhesive 30 is applied to the pad electrode 29 a of the piezoelectric vibration element 2, and this is reversed and placed on the element mounting pad 47. A seal ring 44 made of Kovar or the like is fired on the upper portion of the package main body 40a. A lid member 49 is placed on the seal ring 44 and welded using a resistance welding machine or the like to hermetically seal the cavity 31. To do. The cavity 31 may be evacuated or filled with an inert gas. The terminal of the thermistor Th is connected to the concave portion 32 on the back surface using a solder ball or the like to complete the electronic device 6.

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2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。
In the above embodiment example, the concave portion 32 is formed on the outer lower surface side of the package body 40a and the electronic component is mounted. However, the concave portion 32 is formed on the inner bottom surface of the package body 40a and the electronic component is mounted. May be.
Moreover, although the example which accommodated the piezoelectric vibration element 2 and the thermistor Th in the package 40a was demonstrated, as an electronic component accommodated in the package 40a, at least one of a thermistor, a capacitor | condenser, a reactance element, and a semiconductor element is accommodated. It is desirable to construct an electronic device.

図13に示す実施形態例のように、圧電振動素子2とサーミスタThとをパッケージ40aに収容した電子デバイス6を構成すると、感温素子のサーミスタThが圧電振動素子2の極めて近くに配置されているので、圧電振動素子2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。
When the electronic device 6 in which the piezoelectric vibration element 2 and the thermistor Th are accommodated in the package 40a is configured as in the embodiment shown in FIG. 13, the thermistor Th as the temperature sensitive element is arranged very close to the piezoelectric vibration element 2. Therefore, there is an effect that a temperature change of the piezoelectric vibration element 2 can be quickly detected. Moreover, since an electronic device is comprised with the piezoelectric vibration element of this invention and said electronic component, since a high frequency and a small electronic device can be comprised, there exists an effect that it can utilize for various uses.
In addition, when an electronic device (piezoelectric device) is configured using any one of a variable capacitance element, thermistor, inductor, and capacitor as an electronic component, an electronic device suitable for the required specifications can be realized in a small size and at low cost. effective.

図14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)は蓋部材を省略した平面図ある。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2と、圧電振動素子2を励振する発振回路を搭載したIC部品51と、電圧により容量が変化する可変容量素子、温度より抵抗が変化するサーミスタ、インダクタ等の電子部品52の少なくとも1つと、を備えている。
圧電振動素子2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。反転して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の所定の位置に載置し、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で密封して電子デバイス(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48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2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。また、パッケージに収容するに当たり、圧電振動素子1を反転して、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。
FIG. 14 is a view showing a configuration of a piezoelectric oscillator 7 which is a kind of electronic device according to an embodiment of the present invention, where FIG. 14 (a) is a longitudinal sectional view and FIG. 14 (b) is a lid member. FIG. The piezoelectric oscillator 7 includes a package main body 40b, a lid member 49, a piezoelectric vibration element 2, an IC component 51 on which an oscillation circuit for exciting the piezoelectric vibration element 2 is mounted, a variable capacitance element whose capacitance varies with voltage, and temperature. And at least one of electronic components 52 such as a thermistor and an inductor whose resistance changes.
A conductive adhesive (polyimide) 30 is applied to the pad electrode 29 a of the piezoelectric vibration element 2, and this is reversed and placed on the element mounting pad 47 of the package body 40 b, and the pad electrode 29 a and the element mounting pad 47 are connected. Ensuring continuity. The pad electrode 29b that is turned upside down and is connected to the other electrode terminal 48 of the package main body 40b by a bonding wire, and electrical connection with one electrode terminal 55 of the IC component 51 is achieved. The IC component 51 is fixed at a predetermined position on the package body 40b, and the terminal of the IC component 51 and the electrode terminal 55 of the package body 40b are connected by the bonding wire BW. Further, the electronic component 52 is placed at a predetermined position of the package body 40b and connected using metal bumps or the like. The package body 40b is filled with an inert gas such as vacuum or nitrogen, and the package body 40b is sealed with a lid member 49 to complete the electronic device (piezoelectric oscillator) 7.
In the method of connecting the pad electrode 29a and the electrode terminal 48 of the package with the bonding wire BW, the part supporting the piezoelectric vibration element 2 becomes one point, and the stress caused by the conductive adhesive is reduced. Further, since the piezoelectric vibrating element 1 is inverted and the larger excitation electrode 25b is placed on the upper surface when housed in the package, fine tuning of the frequency of the electronic device (piezoelectric oscillator) 7 is facilitated.

図14の実施形態に示した電子デバイス(圧電発振器)7は、同一圧電基板上に圧電振動素子2、IC部品51及び電子部品を配置したが、図15に示した実施形態の電子デバイス(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2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2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特性が優れている。
In the electronic device (piezoelectric oscillator) 7 shown in the embodiment of FIG. 14, the piezoelectric vibration element 2, the IC component 51, and the electronic component are arranged on the same piezoelectric substrate, but the electronic device (piezoelectric) of the embodiment shown in FIG. The oscillator 7 uses an H-type package main body 60, and the piezoelectric vibration element 1 is accommodated in a cavity 31 formed in the upper part, and the inside of the cavity is filled with vacuum or nitrogen N 2 gas and sealed with a lid member 61. In the lower part, an IC component 51 on which an oscillation circuit, an amplification circuit, etc. for exciting the piezoelectric vibration element 2 are mounted, a variable capacitance element, and an electronic component 52 such as an inductor, thermistor, capacitor, etc., as needed, are provided with metal bumps (Au Conductive and connected to the terminal 67 of the package body 60 via the bumps 68.
The electronic device (piezoelectric oscillator) 7 according to the present invention separates the piezoelectric vibrating element 2 from the IC component 51 and the electronic component 52 and hermetically seals the piezoelectric vibrating element 1 alone. Excellent frequency aging characteristics.

図14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2を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅が広がる。更に、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が広く、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。
As shown in FIG. 14, by configuring a piezoelectric device (for example, a voltage controlled piezoelectric oscillator), the voltage controlled piezoelectric is excellent in frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, and aging characteristics, and is small and has a high frequency (for example, 490 MHz band). There is an effect that an oscillator can be obtained. Further, since the piezoelectric device uses the piezoelectric vibration element 2 of the fundamental wave, the capacitance ratio is small and the frequency variable width is widened. Furthermore, there is an effect that a voltage controlled piezoelectric oscillator having a good S / N ratio can be obtained.
In addition, piezoelectric devices such as piezoelectric oscillators, temperature compensated piezoelectric oscillators, and voltage controlled piezoelectric oscillators can be configured as piezoelectric devices. Piezoelectric oscillators with excellent frequency reproducibility and aging characteristics, temperature compensation with excellent frequency temperature characteristics The piezoelectric oscillator has the effect of providing a voltage controlled piezoelectric oscillator having a stable frequency, a wide variable range, and a good S / N ratio (signal-to-noise ratio).

図16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5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。   FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an electronic apparatus according to the present invention. The electronic device 8 includes the piezoelectric vibrator 5 described above. Examples of the electronic device 8 using the piezoelectric vibrator 5 include a transmission device. In these electronic devices 8, the piezoelectric vibrator 5 is used as a reference signal source, a voltage variable piezoelectric oscillator (VCXO), or the like, and can provide a small-sized electronic device having good characteristics.

図16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。   As shown in the schematic diagram of FIG. 16, by using the piezoelectric vibrator of the present invention for an electronic device, an electronic device having a reference frequency source having a high frequency and excellent frequency stability and a good S / N ratio can be configured. There is an effect.

[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17(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17(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17(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。
[Modified Embodiment]
As a technique for further reducing and suppressing the stress caused by mounting the piezoelectric vibration element, the following structure can be adopted.
The piezoelectric substrate 10 in the embodiment of FIG. 17A is a piezoelectric substrate 10 having a thin portion having a vibration region 12 and a thick portion provided on the periphery of the thin portion and thicker than the thin portion. In the piezoelectric substrate, the mount portion F is connected to the thick support portion 13 side by side through the buffer portion S in the direction of the edge, and the buffer portion S is interposed between the mount portion and the thick support portion. It has a slit 20, and the mount part F has chamfered parts 21 at both ends in a direction orthogonal to the direction in which the mount part F, the buffer part S, and the thick support part 13 are arranged. To do.
The piezoelectric substrate 10 of FIG. 17B is a piezoelectric substrate 10 having a thin portion having a vibration region 12 and a thick support portion 13 provided at the periphery of the thin portion and thicker than the thin portion. Mount portions F are connected to the meat support portion 13 side by side through the buffer portion S, and the buffer portion S has a slit 20 between the mount portion F and the thick wall support portion 13. The mounting portion F, the buffer portion S, and the thick support portion 13 have notches 22 at both ends in the direction orthogonal to the direction in which the mounting portion F, the buffer portion S, and the thick support portion 13 are arranged. The width in the orthogonal direction is narrower than the width in the longitudinal direction of the slit, and both end portions in the longitudinal direction of the slit are closer to the outer periphery in the orthogonal direction of the buffer portion S than both end portions of the mount portion F.
The piezoelectric substrate 10 of FIG. 17C is a piezoelectric substrate 10 including a thin portion having a vibration region 12 and a thick support portion 13 provided on the periphery of the thin portion. The buffer portion S and the mount portion F are sequentially connected, and the buffer portion S has a slit 20 between the mount portion F and the thick wall support portion 13, and the mount portion F includes the mount portion F and the buffer portion S. And the thick-walled support portion 13 are characterized by having cutout portions 22 at both ends in a direction perpendicular to the direction in which the thick support portions 13 are arranged.

図18は、図17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17、図18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11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17、図18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。
FIG. 18 is characterized in that it takes the form of two-point support, that is, a mount portion F1 and a mount portion F2, with respect to the structure of FIG.
In FIGS. 17 and 18, inclined portions are shown on the inner walls of the support portions 14, 15, and 16 of the thick support portion 13, while the outer side wall surface of the thick support portion 13 Although the inclined surfaces as shown in FIG. 12 are not shown, these inclined portions and inclined surfaces are formed at corresponding portions as shown in FIG.
In addition, each code | symbol in FIG. 17, FIG. 18 respond | corresponds with the site | part which the same code | symbol of said each embodiment shows.

[変形実施例その2]
更に、図19(a)は圧電振動素子2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。
[Modified Example 2]
Further, FIG. 19A is a plan view of the piezoelectric vibration element 2, and FIG. 19B is an enlarged plan view of the embodiment of the pad electrode 29a (mount portion F) of the piezoelectric vibration element 1, and FIG. FIG. 3C shows a cross-sectional view of the mount portion F. In this mount part F, the area is gained by making it uneven in order to improve the adhesive strength.

本発明は、逆メサ型振動子を例にして説明したが、これに限らず、100〜500MHzの高周波数帯の超薄状のフラットな圧電基板を備えた圧電振動子にも広く適用できることは言うまでもない。   Although the present invention has been described by taking an inverted mesa type vibrator as an example, the present invention is not limited to this, and can be widely applied to a piezoelectric vibrator including an ultrathin flat piezoelectric substrate in a high frequency band of 100 to 500 MHz. Needless to say.

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、27c、27g…リード電極、29a、29b、29c、29g…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 1, 2, 3, 4... Piezoelectric vibrating element 5, 5. Piezoelectric vibrator, 6, 7 ... Piezoelectric device, 8 ... Electronic equipment, 10 ... Piezoelectric substrate, 10W ... Quartz wafer, 11, 11 '. Vibration region, 12a, 12b, 12c, 12d ... one side of vibration region, 13 ... support portion, 14 ... first support portion, 14a ... first support portion main body, 14b ... first inclined portion, 15 ... second 15a ... second support part main body, 15b ... second inclined part, 15b '... extra fine piece, 16 ... third support part, 16a ... third support part main body, 16b ... third inclination 17, fourth support portion, 17 a, fourth support portion main body, 17 b, fourth inclined portion, 20, slit, 20 a, first slit, 20 b, second slit, 21, chamfered portion, 22 ... Notch, 25a, 25b ... Excitation electrode, 27a, 27b, 27c, 27g ... Electrode, 29a, 29b, 29c, 29g ... pad electrode, 30 ... conductive adhesive, 31 ... cavity, 32 ... recess, 33 ... pad for mounting electronic components, 40, 40a, 40b ... package body, 41 ... first , 42 ... second substrate, 43 ... third substrate, 44 ... seal ring, 45 ... mounting terminal, 46 ... conductor, 47 ... element mounting pad, 48 ... electrode terminal, 49 ... lid member, 51 ... IC Components, 52 electronic components, 55 ... electrode terminal, 60 ... package body, 61 ... lid member, 65 ... mounting terminal, 66 ... conductor, 67 ... component terminal, 68 ... metal bump (Au bump), Th ... thermistor, F, F1, F2 ... Mount part, S ... Buffer part

Claims (19)

振動領域を含む振動部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、
当該一対の励振電極に電気的に接続され、前記支持部上に夫々延在して設けられたリード電極と、
を有する圧電振動素子であって、
前記励振電極の膜厚をt1とし、
前記リード電極の膜厚をt2としたとき、
t1<t2
を満足することを特徴とする圧電振動素子。
A piezoelectric substrate having a vibration part including a vibration region;
A pair of excitation electrodes arranged to face the vibration region on the front and back sides;
A lead electrode electrically connected to the pair of excitation electrodes and provided to extend on the support part;
A piezoelectric vibration element having
The film thickness of the excitation electrode is t1,
When the film thickness of the lead electrode is t2,
t1 <t2
A piezoelectric vibration element characterized by satisfying
前記リード電極は、
前記励振電極と電気的に接続され、膜厚がt1となる第1のリード電極と、
前記支持部上に設けられ、膜厚がt2の第2のリード電極と、
を電気的に接続して構成されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動素子。
The lead electrode is
A first lead electrode electrically connected to the excitation electrode and having a thickness of t1,
A second lead electrode provided on the support and having a film thickness of t2,
The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein the piezoelectric vibration elements are electrically connected to each other.
前記リード電極は、
前記第1のリード電極と前記第2のリード電極とが、少なくとも一部の領域で重畳するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電振動素子。
The lead electrode is
3. The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein the first lead electrode and the second lead electrode are configured to overlap at least in a part of the region.
前記励振電極は、前記圧電基板上に順に第1の層と第2の層を積層してなり、
前記リード電極は、前記圧電基板上に順に第3の層と第4の層を積層してな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記載の圧電振動素子。
The excitation electrode is formed by laminating a first layer and a second layer in order on the piezoelectric substrate,
4. The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein the lead electrode is formed by sequentially stacking a third layer and a fourth layer on the piezoelectric substrate. 5.
前記一部の領域は、
圧電基板上に順に前記第3の層、前記第4の層、前記第1の層、前記第2の層を積層してなることを特徴とする請求項2又は3に記載の圧電振動素子。
The partial area is:
4. The piezoelectric vibration element according to claim 2, wherein the third layer, the fourth layer, the first layer, and the second layer are sequentially stacked on a piezoelectric substrate. 5.
前記第2の層と前記第4の層の材料は金であることを特徴とする請求項4又は5に記載の圧電振動素子。   6. The piezoelectric vibration element according to claim 4, wherein the material of the second layer and the fourth layer is gold. 前記第1の層と前記第3の層の材料は、ニッケル又はクロムであることを特徴とする請求項4乃至6のうち何れか一項に記載の圧電振動素子。   7. The piezoelectric vibration element according to claim 4, wherein a material of the first layer and the third layer is nickel or chromium. 前記圧電基板は、
前記振動部と一体化され、前記振動部の厚みよりも厚い第1の支持部、第2の支持部、及び第3の支持部を有することを特徴とする請求項1乃至7のうち何れか一項に記載の圧電振動素子。
The piezoelectric substrate is
The first support portion, the second support portion, and the third support portion that are integrated with the vibration portion and are thicker than the thickness of the vibration portion. The piezoelectric vibration element according to one item.
前記振動領域の少なくとも1辺が開放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。   The piezoelectric vibration element according to claim 8, wherein at least one side of the vibration region is open. 前記支持部は、
前記一辺に沿って配置された第2の支持部を備え、
前記第2の支持部の主面は前記振動部の少なくとも何れかの主面よりも突設されていることを特徴とする請求項9に記載の圧電振動素子。
The support part is
A second support portion disposed along the one side;
10. The piezoelectric vibration element according to claim 9, wherein a main surface of the second support portion is protruded from at least one main surface of the vibration portion.
前記第2の支持部は、
前記振動領域の一辺に連設した一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する第2の傾斜部と、
当該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8乃至10のうち何れか一項に圧電振動素子。
The second support part is
A second inclined portion that increases in thickness as it is spaced from one end edge of the vibration region toward the other end;
A second support portion main body provided continuously with the other end edge of the inclined portion;
The piezoelectric vibration element according to claim 8, wherein the piezoelectric vibration element is provided.
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乃至11のうち何れか一項に圧電振動素子。
The piezoelectric substrate is
Centering on the X axis of the orthogonal coordinate system consisting of the X axis as the electrical axis that is the crystal axis of the crystal, the Y axis as the mechanical axis, and the Z axis as the optical axis,
An axis obtained by inclining the Z axis by a predetermined angle in the −Y direction of the Y axis is a Z ′ axis,
An axis obtained by inclining the Y axis by the predetermined angle in the + Z direction of the Z axis is a Y ′ axis,
It is composed of a plane parallel to the X axis and the Z ′ axis,
The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein the piezoelectric vibration element is a quartz crystal substrate having a thickness in a direction parallel to the Y ′ axis.
前記圧電基板は、
第4の支持部を備え、
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10乃至12のうち何れか一項に圧電振動素子。
The piezoelectric substrate is
Comprising a fourth support,
13. The piezoelectric vibration element according to claim 10, wherein the projecting portion of the fourth support portion is on the negative side of the Z ′ axis.
前記第2の支持部には、
少なくとも一つのスリットが貫通形成されていることを特徴とする請求項8乃至12のうち何れか一項に圧電振動素子。
In the second support part,
The piezoelectric vibration element according to claim 8, wherein at least one slit is formed so as to penetrate therethrough.
請求項1乃至14の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
該圧電振動素子を収容するパッケージと、
を備えたことを特徴とする圧電振動子。
The piezoelectric vibration element according to any one of claims 1 to 14,
A package containing the piezoelectric vibration element;
A piezoelectric vibrator characterized by comprising:
請求項1乃至14の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイス。
The piezoelectric vibration element according to any one of claims 1 to 14,
An electronic device comprising an electronic component and a package.
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16に記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 16, wherein the electronic component is any one of a variable capacitance element, a thermistor, an inductor, and a capacitor. 前記圧電振動素子を励振する発振回路をパッケージに備えたことを特徴とする請求項16又は17に記載の電子デバイス。   18. The electronic device according to claim 16, wherein an oscillation circuit for exciting the piezoelectric vibration element is provided in a package. 請求項15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。   An electronic apparatus comprising the piezoelectric vibrator according to claim 15.
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