JP5943186B2 - 振動片、振動子、電子デバイス、および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、振動片、振動子、電子デバイス、および電子機器に関する。

近年、小型化の傾向にある圧電振動片において、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値の低減が望まれている。ＣＩ値の低減や振動エネルギーの閉じ込めを目的として、メサ構造を採るものが知られている。

例えば特許文献１には、メサ構造を得るための基板の堀量の最適値を定めた圧電振動片が提案されている。より具体的には、特許文献１には、堀量をＭｄ、水晶基板の長辺の長さをｘ、振動部の厚みをｔとした時に、厚みｔを基準として、段差部の堀量Ｍｄの厚みｔに対する比の百分率ｙとすると、ｙ＝−１．３２×（ｘ／ｔ）＋４２．８７の関係を満足することにより、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる最小の堀量Ｍｄを選択できることが記載されている。

さらに、特許文献２には、基板の堀量の最適値のみならず、圧電振動片を実装基板に実装する際に塗布される導電性接着剤の塗布範囲における長辺の長さの範囲を規定することにより、不要モードの結合を抑制しつつＣＩ値の低下も促すことが記載されている。

また、特許文献３には、振動部の端部から励振電極の端部の長さを規定することにより、ＣＩ値の増加などの特性劣化を抑制することが記載されている。

このように、ＣＩ値は、様々な観点から低減が図られている。

特開２００７−１２４４４１号公報 特開２００８−２６３３８７号公報 特開２０１０−２８６１０号公報

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる振動片を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記振動片を有する振動子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記振動片を有する電子デバイスを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記振動片を有する電子機器を提供することにある。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
本適用例に係る振動片は、
厚みすべり振動で振動し、側面に段差が設けられている振動部と、
前記振動部の外縁に沿って配置され前記振動部の厚みよりも厚みの薄い外縁部と、
前記外縁部に設けられ、実装基板に固定するための接合剤が接合される接合領域と、
を含む多段型のメサ基板を備え、
前記多段型のメサ基板の前記厚みすべり振動の振動する方向に沿った長さをｘ、前記振動部の厚みをｔ、および前記振動部と前記接合領域との間の距離をｙとすると、前記ｙは、
−０．０１５１×（ｘ／ｔ）＋０．３４７１≦ｙ≦−０．０１２１×（ｘ／ｔ）＋０．３４７１
の範囲内にある。

このような振動片によれば、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる（詳細は後述）。

［適用例２］
本適用例に係る振動片において、
前記振動部の厚みと前記外縁部の厚みとの差をＭｄ、前記Ｍｄの前記ｔに対する比の百分率をｚとすると、
−５≦ｚ＋１．３２×（ｘ／ｔ）−４２．８７ （％）
の関係を満たしてもよい。

このような振動片によれば、さらに、ＣＩ値の低減を図ることができる。

［適用例３］
本適用例に係る振動片において、
−５≦ｚ＋１．３２×（ｘ／ｔ）−４２．８７≦５ （％）
の関係を満たしてもよい。

このような振動片によれば、エッチング食われや振動特性の悪化の可能性を低くし、良好な振動特性を得ることができる。

［適用例４］
本適用例に係る振動片において、
前記ｘの前記ｔに対する辺比（ｘ／ｔ）は、３０以下であってもよい。

このような振動片によれば、さらに、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる。

［適用例５］
本適用例に係る振動片において、
前記多段型のメサ基板は、回転Ｙカット基板であってもよい。

このような振動片によれば、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる。

［適用例６］
本適用例に係る振動子は、
本適用例に係る振動片と、
前記振動片を収容するパッケージと、
を含む。

このような振動子によれば、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる振動片を有することができる。

［適用例７］
本適用例に係る電子デバイスは、
本適用例に係る振動片と、
電子素子と、
を含む。

このような電子デバイスによれば、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる振動片を有することができる。

［適用例８］
本適用例に係る電子機器は、
本適用例に係る振動片を含む。

このような電子機器によれば、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる振動片を有することができる。

［適用例９］
本適用例に係る振動片において、
前記多段型のメサ基板は、２段型のメサ構造を有してもよい。

［適用例１０］
本適用例に係る振動片において、
前記多段型のメサ基板の１段目の前記厚みすべり振動の振動する方向に沿った長さは、前記多段型のメサ基板の２段目の前記厚みすべり振動の振動する方向に沿った長さよりも大きくてもよい。

本実施形態に係る振動素子を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る振動素子を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る振動素子を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る振動素子を模式的に示す断面図。 ＡＴカット水晶基板を模式的に示す斜視図。 振動部と固定部との間の距離Ｌｘと、ＣＩ値と、の関係を示すグラフ。 辺比（ｘ／ｔ）と、ＣＩ値の特性変化がフラットなる距離Ｌｘの最小値Ｌｘ＿ｍｉｎと、の関係を示すグラフ。 本実施形態の第１変形例に係る振動素子を模式的に示す平面図。 本実施形態の第１変形例に係る振動素子を模式的に示す断面図。 本実施形態の第２変形例に係る振動素子を模式的に示す平面図。 本実施形態の第２変形例に係る振動素子を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る振動子を模式的に示す断面図。 本実施形態の変形例に係る振動子を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る電子デバイスを模式的に示す断面図。 本実施形態の変形例に係る電子デバイスを模式的に示す断面図。 本実施形態に係る電子機器を模式的に示す平面図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 振動素子
まず、本実施形態に係る振動素子について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る振動素子１００を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る振動素子１００を模式的に示す平面図である。図３は、本実施形態に係る振動素子１００を模式的に示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、本実施形態に係る振動素子１００を模式的に示す図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

振動素子１００は、図１〜図４に示すように、振動片１０と、励振電極２０ａ，２０ｂと、接続電極２２と、マウント電極２４と、を含むことができる。

振動片１０は、振動部１２ａおよび外縁部１２ｂを有するメサ構造のメサ基板１２を含んで構成されている。メサ基板１２としては、例えば、圧電基板を用いる。より具体的には、ＡＴカット水晶基板などの回転Ｙカット基板を用いる。

ここで、図５は、ＡＴカット水晶基板２を模式的に示す斜視図である。水晶等の圧電材料は、一般的に三方晶系であり、図５に示すような結晶軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を有する。Ｘ軸は電気軸であり、Ｙ軸は機械軸であり、Ｚ軸は光学軸である。回転Ｙカット基板は、ＸＺ平面を、Ｘ軸周りに角度θだけ回転させた平面に沿って、圧電材料（例えば、人工水晶）から切り出された平板である。ここで、例えば、ＡＴカット水晶基板２の場合は、θ＝３５°１５′である。また、Ｙ軸およびＺ軸もＸ軸周りにθ回転させて、それぞれＹ´軸およびＺ´軸とする。したがって、回転Ｙカット基板は、結晶軸（Ｘ，Ｙ´，Ｚ´）軸を有する。θ＝３５°１５′であるＡＴカット水晶基板２は、Ｙ´軸に直交するＸＺ´面（Ｘ軸およびＺ´軸を含む面）が主面（励振面）となり、厚みすべり振動を主振動として振動することができる。このＡＴカット水晶基板２を加工して、メサ基板１２を得ることができる。

すなわち、メサ基板１２は、例えば、図５に示すように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Ｘ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ´軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ´軸とし、Ｘ軸とＺ´軸に平行な面で構成され、Ｙ´軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなる。

なお、メサ基板１２は、ＡＴカット水晶基板に限定されない。例えば、θ＝−４９°（図５に示すθの矢印方向とは反対に４９°回転）とすることにより、ＢＴカット水晶基板を得ることができる。また、水晶の結晶のＹ軸に直交する面をＸ軸を中心にして約３３°回転し、さらにこの回転した位置からＺ軸を中心にして約２２°回転した面から切り出すことにより、ＳＣカット水晶基板を得ることができる。

メサ基板１２の形状は、図２に示すように平面視において（Ｙ´軸方向から見て）、矩形である。メサ基板１２の長辺は、水晶結晶のＸ軸に沿って形成され、メサ基板１２の短辺は、水晶結晶のＸ軸と直交するＺ´軸に沿って形成されている。

メサ基板１２は、図３に示すように、第１主面１３ａと、第２主面１３ｂと、を有している。主面１３ａ、１３ｂは、ＸＺ´平面に平行な面である。図示の例では、第１主面１３ａは、＋Ｙ´軸方向を向く面であり、第２主面１３ｂは、−Ｙ´軸方向を向く面である。

メサ基板１２は、多段型のメサ構造を有している。図示の例では、メサ基板１２は、２段型のメサ構造を有している。すなわち、メサ基板１２は、第１主面１３ａよりも＋Ｙ´軸方向に位置し、高さ（Ｙ´軸方向における第１主面１３ａとの間の距離）が異なる２つの面を有している。さらに、メサ基板１２は、第２主面１３ｂよりも−Ｙ´軸方向に位置し、高さ（Ｙ´軸方向における第２主面１３ｂとの間の距離）が異なる２つの面を有している。

メサ基板１２が２段型のメサ構造であることによって、振動素子１００は、高いエネルギー閉じ込め効果を有することができる。なお、メサ基板１２は、多段型のメサ構造であれば、２段型のメサ構造に限定されず、例えば、３段型のメサ構造であってもよい。

メサ基板１２は、２段型のメサ構造のうち、第１主面１３ａ側の１段目を構成する第１部分１４ａおよび２段目を構成する第２部分１６ａと、第２主面１３ｂ側の１段目を構成する第１部分１４ｂおよび２段目を構成する第２部分１６ｂと、を有している。メサ１２は、第１部分１４ａおよび第２部分１６ａと、第１部分１４ｂおよび第２部分１６ｂと、によって、図３に示すように、振動部１２ａのＸ軸方向の側面（端部）が階段形状となり、段差が形成される。すなわち、振動部１２ａのＸ軸方向の側面には、段差が設けられている。第１部分１４ａおよび第３部分１４ｂのＸ軸方向（メサ基板１２の長辺と平行な方向）の長さＭ１は、第２部分１６ａおよび第４部分１６ｂのＸ軸方向の長さＭ２よりも大きい。

図４に示すように、振動部１２ａのＺ´軸方向の側面（端部）は、階段形状となっていない。すなわち、Ｚ´軸方向における第１部分１４ａと第２部分１６ａとの端面は、面一であり、Ｚ´軸方向における第３部分１４ｂと第４部分１６ｂとの端面は、面一である。

図３に示す例では、第１部分１４ａと第３部分１４ｂとは、メサ基板１２の中心を通るＸＺ´平面に関して、対称に配置されている。同様に、第２部分１６ａおよび第４部分１６ｂは、メサ基板１２の中心を通るＸＺ´平面に関して、対称に配置されている。

第１部分１４ａ、第２部分１６ａ、第３部分１４ｂ、および第４部分１６ｂの平面形状は、図２に示すように、Ｘ軸に沿った辺を長辺とし、Ｚ´軸に沿った辺を短辺とする矩形である。第１部分１４ａ、第２部分１６ａ、第３部分１４ｂ、および第４部分１６ｂは、振動部１２ａを構成することができる。

振動部１２ａは、メサ基板１２のうち、外縁部１２ｂの厚みｔ´よりも大きい厚みを有する部分である。具体的には、振動部１２ａは、厚みｔ´よりも大きい厚みｔ１を有する部分、および厚みｔ１よりも大きい厚みｔ２を有する部分を有している。振動部１２ａは、厚みすべり振動が励振され、厚みすべり振動を主振動として振動することができる。このとき、厚みすべり振動はＸ軸方向に沿って振動することとなる。

振動部１２ａは、図２に示すように平面視において、外縁部１２ｂに囲まれている。振動部１２ａの平面形状は、図２に示すように、Ｘ軸に沿った辺を長辺とし、Ｚ´軸に沿った辺を短辺とする矩形である。

外縁部１２ｂは、平面視において、振動部１２ａの外縁に沿って（周辺に）配置されている。外縁部１２ｂは、振動部１２ａの厚みよりも薄い厚みを有している。より具体的には、外縁部１２ｂは、振動部１２ａの厚みよりも小さい厚みｔ´を有している。外縁部１２ｂは、振動素子１００を実装基板４０に固定（接合）する際に、接合剤３０によって固定される固定部１８を有している。図３に示す例では、固定部１８は、接合剤３０のマウント電極２４との接触面３２の上方に位置する部分である。すなわち、固定部１８は、図２に示すように平面視において、接触面３２と重なる部分である。固定部１８は、例えば、振動部１２ａよりも＋Ｘ軸方向に設けられている。固定部１８の平面形状は、特に限定されないが、例えば、長方形である。

外縁部１２ｂの固定部１８には、振動素子１００を実装基板４０に固定（接合）するための接合剤３０が接合される接合領域１９が設けられている。図３に示す例では、接合領域１９には、マウント電極２４を介して、接合剤３０が接合されている。接合領域１９は、固定部１８の下面（第２主面１３ｂ）である。

なお、便宜上、図１では、接合剤３０および実装基板４０の図示を省略し、図２および図４では、実装基板４０の図示を省略している。

振動部１２ａおよび外縁部１２ｂを有するメサ基板１２は、板状の圧電基板（図示せず）の、振動部１２ａとなる部分を保護膜（図示せず）で覆い、外縁部１２ｂとなる部分をケミカルエッチング（エッチング）することによって形成される。さらに、第２部分１６ａおよび第４部分１６ｂとなる部分を保護膜で覆い、第１部分１４ａおよび第３部分１４ｂとなる部分をケミカルエッチングすることによって、２段型のメサ構造を有するメサ基板１２を形成することができる。

ここで、メサ基板１２の長辺の長さ（メサ基板１２の厚みすべり振動の振動する方向に沿った長さ）をｘ、振動部１２ａの厚みをｔ、振動部１２ａと接合領域１９との間の距離Ｌｘをｙとすると、ｙは、
−０．０１５１×（ｘ／ｔ）＋０．３４７１≦ｙ≦−０．０１２１×（ｘ／ｔ）＋０．３４７１
の範囲内にある。式（１）を満たすことにより、振動片１０は、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる（詳細は後述）。なお、振動部１２ａと接合領域１９との間の距離Ｌｘは、振動部１２ａと接合領域１９との間の最短距離であって、Ｘ軸方向における距離を表している。また、振動部１２ａの厚みｔは、振動部１２の最大の厚み（図３に示す例では厚みｔ２）を表している。

また、メサ構造を得るためのメサ基板１２の堀量（振動部１２ａの厚みｔと外縁部１２ｂの厚みｔ´との差）をＭｄとすると、堀量Ｍｄの、振動部１２ａの厚みｔに対する比の百分率ｚは、
ｚ＝−１．３２×（ｘ／ｔ）＋４２．８７ （％） （２）
の関係を満たすことが望ましい。

式（２）を満たすことにより、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる最小の堀量Ｍｄの値を選択することができる。すなわち、堀量Ｍｄが大きいほど、ＣＩ値は低減する傾向にあるが、堀量Ｍｄを形成するためのエッチング時間を長くすると、エッチング箇所以外の箇所に形成した保護膜が劣化し、エッチング食われが生じることがある。エッチング食われは、保護膜の状態やメサ基板の状態に応じて異なる傾向を示すため、エッチング食われの影響によりメサ基板形状のばらつきが大きくなることがある。また、エッチング時間が長くなることにより、製造コストが高くなることがある。さらに、主振動モードに対する不要モードの結合は、堀量Ｍｄの増加に伴うＣＩ値の低下と逆の傾向を示す。このため、堀量Ｍｄを増加させた場合には、主モードである厚みすべりモードに不要モードである屈曲モード等が乗りやすくなるため、振動特性の悪化を招く可能性がある。したがって、堀量Ｍｄとして、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる最小の値を選択することができれば、上述したエッチング食われや振動特性の悪化の可能性を低くし、良好な振動特性を得ることができる。

ここで、堀量Ｍｄの、振動部１２ａの厚みｔに対する比の百分率ｚは、式（２）から算出される値より５％小さくても、十分にＣＩ値の低減を図ることができる。したがって、ｚは、
−５≦ｚ＋１．３２×（ｘ／ｔ）−４２．８７ （％） （３）
の関係を満たしていればよい。

さらに、堀量Ｍｄの、振動部１２ａの厚みｔに対する比の百分率ｚは、式（２）から算出される値より５％大きくても、エッチング食われが生じることや、主振動モードに対して不要モードが結合することを、十分に抑制することができる。したがって、ｚは、
−５≦ｚ＋１．３２×（ｘ／ｔ）−４２．８７≦５ （％） （４）
の関係を満たしていればよい。

なお、式（２）は、辺比ｘ／ｔ（振動部１２ａの厚みｔに対する、メサ基板１２の長辺の長さｘを表す比）ごとに堀量Ｍｄを変化させてＣＩ値の変化を解析する実験を行い、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる堀量Ｍｄの最小値Ｍｄ＿ｍｉｎを求めることにより、算出された式である。式（２）は、メサ構造を有する振動片であれば、メサ構造の段数に限定されずに、適応することができる。

また、辺比ｘ／ｔは、３０以下であることが望ましい。辺比ｘ／ｔが３０を超えると、Ｍｄ＿ｍｉｎの値は、著しく小さくなるため、基板をメサ型に形成する必要が無くなる。すなわち、基板をメサ型に形成しなくても、低いＣＩ値を有することができる。したがって、辺比ｘ／ｔが３０以下である基板をメサ型に形成することにより、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる。

第１励振電極２０ａおよび第２励振電極２０ｂは、振動部１２ａの表面に設けられている。より具体的には、第１励振電極２０ａは、第２部分１６ａの表面に設けられ、第２励振電極２０ｂは、第４部分１６ｂの表面に設けられている。図２に示すように平面視において、第１励振電極２０ａは、第２部分１６ａの外縁の内側に設けられ、第２励振電極２０ｂは、第４部分１６ｂの外縁の内側に設けられている。図３および図４に示す例では、励振電極２０ａ，２０ｂは、振動部１２ａを挟んで設けられている。励振電極２０ａ，２０ｂの中心は、例えば、平面視において、振動部１２ａの中心と重なっている。励振電極２０ａ，２０ｂは、振動部１２ａに電圧を印加することができる。

励振電極２０ａ，２０ｂは、接続電極２２を介して、マウント電極２４と接続されている。マウント電極２４は、固定部１８（外縁部１２ｂ）の接合領域１９に設けられている。マウント電極２４は、接合剤３０と接することができる。図２に示す例では、マウント電極２４の平面形状は、接合剤３０のマウント電極２４との接触面３２の平面形状と同じである。

励振電極２０ａ，２０ｂ、接続電極２２、およびマウント電極２４としては、例えば、メサ基板１２側から、クロム、金をこの順で積層したものを用いる。励振電極２０ａ，２０ｂ、接続電極２２、およびマウント電極２４は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法により形成される。

接合剤３０は、振動素子１００を実装基板４０に固定（接合）することができる。図３に示す例では、接合剤３０は、振動片１０の外縁部１２ｂに設けられたマウント電極２４と、実装基板４０に設けられた端子４２と、を接合している。接合剤３０としては、導電性接着剤を用いることができ、より具体的には、接着剤３０としては、銀ペーストを用いることができる。

実装基板４０は、振動素子１００が接合される（実装される）基板である。実装基板４０の形状は、振動素子１００が接合されることができれば、特に限定されない。より具体的には、実装基板４０としては、パッケージを構成するパッケージベース４０（例えば後述する図１２参照）を用いることができる。

本実施形態に係る振動素子１００（振動片１０）は、例えば、以下の特徴を有する。

振動片１０によれば、式（１）を満たすことができる。これにより、振動片１０は、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる（詳細は後述）。

振動片１０によれば、式（３）を満たすことができ、さらに、式（４）を満たすことができる。これにより、振動片１０は、上述のとおり、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる最小の値を選択することができる。その結果、振動片１０は、エッチング食われや振動特性の悪化の可能性を低くし、良好な振動特性を得ることができる。

振動片１０によれば、辺比ｘ／ｔは、３０以下である。上述のとおり、辺比ｘ／ｔが３０を超えると、Ｍｄ＿ｍｉｎの値は、著しく小さくなるため、基板をメサ型に形成する必要が無くなる。したがって、辺比ｘ／ｔが３０以下である基板をメサ型に形成することにより、さらに、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる。

２． 実験例
次に、実験例について説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。

本願発明者等は、図１〜図４に示した振動素子１００を用いて実験を行い、振動部１２ａと接合領域１９との間の距離Ｌｘと、ＣＩ値と、の関係について図６に示すような傾向を見出した。図６によると、振動素子１００（振動片１０）のＣＩ値は、距離Ｌｘを大きくすることにより低下する傾向にあるが、距離Ｌｘがある値に達すると、それ以降は距離Ｌｘを大きくしてもＣＩ値の特性変化は、略フラットな状態となることがわかる。図６では、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる距離Ｌｘの最小値Ｌｘ＿ｍｉｎは、０．０４ｍｍであった。すなわち、図６に示す例では、距離Ｌｘを０．０４ｍｍとすることにより、振動片１０は、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる。例えば、距離Ｌｘを０．１０ｍｍとしても、振動片１０は、０．０４ｍｍと同等のＣＩ値を有することができるが、０．０４ｍｍに比べて距離Ｌｘの値が大きいので、その分小型化を図ることができない。なお、図６に示す距離ＬｘとＣＩ値との関係は、辺比ｘ／ｔが２０（周波数２４ＭＨｚ）の振動片１０に関するものである。

図６に示すように、距離Ｌｘが小さいほどＣＩ値が増加する理由としては、例えば、距離Ｌｘが小さいほど接合剤３０によって固定されている影響が、振動部１２ａに及びやすく、振動部１２ａの主振動（厚みすべり振動）の閉じ込め効果が小さくなるためだと考えられる。

なお、本実験例では、接合領域１９のＸ軸方向の大きさＳｘを一定とし、メサの１段目（第１部分１４ａおよび第３部分１４ｂ）の−Ｘ軸方向の端部とメサの２段目（第２部分１６ａおよび第４部分１６ｂ）の−Ｘ軸方向の端部との間の距離ｄ１を一定とし、メサの１段目の＋Ｘ軸方向の端部とメサの２段目の＋Ｘ軸方向の端部との間の距離ｄ２を一定とし、メサの２段目の＋Ｘ軸方向の端部と励振電極２０の＋Ｘ軸方向の端部との間の距離ｄ３を一定とし、メサの２段目の−Ｘ軸方向の端部と励振電極２０の−Ｘ軸方向の端部との間の距離ｄ４を一定として、距離Ｌｘを変化させた。さらに、本実験例では、第１部分１４ａ、第２部分１６ａ、第３部分１４ｂ、第４部分１６ｂ、および励振電極２０ａ，２０ｂの中心が、平面において重なる状態で、距離Ｌｘを変化させた。また、本実験例では、メサ基板１２として、ＡＴカット水晶基板を用い、式（２）を満たす堀量Ｍｄの２段メサ構造を形成した。また、本実験例では、接合剤３０として、銀ペーストの導電性接着剤を用いた。また、本実験例では、メサ基板１２および振動部１２ａの平面形状を、Ｘ軸に沿った長辺を有する矩形とし、接合剤３０を振動部１２ａよりも＋Ｘ軸方向に配置した。

本願発明者等は、さらに、図７に示す関係を見出した。図７は、辺比ｘ／ｔごとに距離Ｌｘを変化させてＣＩ値の変化を調べた際における、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる距離Ｌｘの最小値Ｌｘ＿ｍｉｎを示すグラフである。より具体的には、辺比ｘ／ｔ＝１５．８８、１７．００、１８．００、２０．００となる振動片１０を用いた。表１は、各振動片１０の周波数Ｆ、メサ基板１２の長辺の長さｘ、メサの１段目の大きさＭ１、辺比ｘ／ｔ、およびＬｘ＿ｍｉｎ示したものである。

辺比ｘ／ｔとＬｘ＿ｍｉｎとの関係は、図７から読みとれるように、略比例関係にあるといえる。数式上Ｌｘ＿ｍｉｎをｙで示すと、ＣＩ値の特性変化がフラットとなる距離Ｌｘの最小値ｙは、
ｙ＝−０．０１３６×（ｘ／ｔ）＋０．３４７１±０．００１５×（ｘ／ｔ） （１´）
と表すことができる。すなわち、式（１´）を満たすことにより、振動片１０は、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる。

式（１´）において、右辺の「±０．００１５×（ｘ／ｔ）」は、誤差を示している。例えば、図７に示すように、辺比ｘ／ｔが１５．８８の振動片１０は、Ｌｘ＿ｍｉｎが、０．１ｍｍの場合と０．１６ｍｍの場合があり、この２つの差を誤差として、辺比ｘ／ｔで標準化させた値が「±０．００１５×（ｘ／ｔ）」である。

式（１´）は、
−０．０１５１×（ｘ／ｔ）＋０．３４７１≦ｙ≦−０．０１２１×（ｘ／ｔ）＋０．３４７１ （１）
と表すことができる。すなわち、式（１）を満たすことにより、振動片１０は、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる。

なお、図７に示す直線（誤差を記載しない関係式）は、
ｙ＝−０．０１３６×（ｘ／ｔ）＋０．３４７１・・・（５）
と表すことができる。
なお、本実験例では、メサ基板１２としてＡＴカット水晶基板を用いたが、本実験例は、ＡＴカット水晶基板以外の圧電基板を用いた場合にも適用することができる。ただし、基板の加工、すなわちメサ加工の容易性等の側面から、メサ基板１２としては、水晶基板を用いることが望ましい。

また、本実験例では、接合剤３０として銀ペーストを用いたが、本実験例は、銀ペースト以外の導電性接着剤を用いた場合にも適用することができる。

また、本実験例では、２段型のメサ構造を有する振動片１０を用いたが、本実験例は、２段以上の多段型のメサ構造にも適用することができる。

また、本実験例では、平面視において、励振電極２０ａ，２０ｂがそれぞれ第２部分１６ａおよび第４部分１６ｂの外縁の内側に設けられている振動片１０を用いたが、本実験例は、励振電極２０ａ，２０ｂの外縁の内側に振動部１２ａが設けられている振動片（後述する振動素子２００参照）にも適用することができる。

また、本実験例では、振動部１２ａのＺ´軸方向の端部は、階段形状となっていない振動片１０を用いたが、本実験例は、Ｚ´軸方向の端部は、階段形状となっている振動片（後述する振動片３００参照）についても適用することができる。

３． 振動素子の変形例
３．１． 第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例に係る振動素子について、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態の第１変形例に係る振動素子２００を模式的に示す平面図である。図９は、本実施形態の第１変形例に係る振動素子２００を模式的に示す図８のＩＸ−ＩＸ線断面図である。なお、便宜上、図８では、実装基板４０の図示を省略している。以下、振動素子２００において、振動素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

振動素子１００では、図２に示すように平面視において、第１励振電極２０ａは、第２部分１６ａの外縁の内側に設けられ、第２励振電極２０ｂは、第４部分１６ｂの外縁の内側に設けられていた。これに対し、振動素子２００では、図８に示すように平面視において、第１励振電極２０ａの外縁の内側に、第１部分１４ａおよび第２部分１６ａが設けられ、第２励振電極２０ｂの外縁の内側に、第３部分１４ｂおよび第４部分１６ｂが設けられている。すなわち、振動素子２００では、励振電極２０ａ，２０ｂは、図８および図９に示すように、振動部１２ａの表面を完全に覆って設けられている。

振動素子２００によれば、振動素子１００と同様に、式（１）を満たすことにより、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる。さらに、振動素子２００によれば、振動素子１００に比べて、容量比γを大きくすることができる。なお、容量比γとは、励振電極２０ａ，２０ｂの寸法（大きさ）で決まる容量Ｃ_０を、振動片１０の実質的な振動領域で決まる容量Ｃ_１で除したものである。

３．２． 第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例に係る振動素子について、図面を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態の第２変形例に係る振動素子３００を模式的に示す平面図である。図１１は、本実施形態の第２変形例に係る振動素子３００を模式的に示す図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。なお、便宜上、図１０および図１１では、実装基板４０の図示を省略している。以下、振動素子３００において、振動素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

振動素子１００では、図２および図４に示すように、振動部１２ａのＺ´軸方向の側面（端部）は、階段形状となっていなかった。すなわち、Ｚ´軸方向における第１部分１４ａと第２部分１６ａとの端面は、面一であり、Ｚ´軸方向における第３部分１４ｂと第４部分１６ｂとの端面は、面一であった。

これに対し、振動素子３００では、図１０および図１１に示すように、振動部１２ａのＺ´軸方向の側面（端部）は、階段形状となり、段差が形成される。すなわち、第１部分１４ａのＺ´軸方向の長さは、第２部分１６ａのＺ´軸方向の長さよりも大きく、第３部分１４ｂのＺ´軸方向の長さは、第４部分１６ｂのＺ´軸方向の長さよりも大きい。

振動素子３００によれば、振動素子１００と同様に、式（１）を満たすことにより、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる。

４． 振動子
次に、本実施形態に係る振動子について、図面を参照しながら説明する。図１２は、本実施形態に係る振動子４００を模式的に示す断面図である。

振動子４００は、図１２に示すように、本発明に係る振動片と、パッケージ５５と、を含む。より具体的には、振動子４００は、本発明に係る振動素子を含む。以下では、本発明に係る振動素子として、振動片１０を備えた振動素子１００を用いた例について説明する。

パッケージ５５は、振動素子１００を収容している。パッケージ５５は、パッケージベース（実装基板）４０と、リッド５０と、を有することができる。

パッケージベース４０には、凹部４８が形成され、凹部４８内に振動素子１００が配置されている。パッケージベース４０の平面形状は、凹部４８内に振動素子１００を配置することができれば、特に限定されない。パッケージベース４０としては、例えば、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、水晶、ガラス、シリコンなどの材料を用いる。

パッケージベース４０の第１面（図示の例では凹部４８の内側の底面）４０ａには、第１端子４２が設けられている。第１端子４２には、接合剤（導電性接着剤）３０が設けられ、第１端子４２と第１励振電極２０ａとは、電気的に接続されている。

パッケージベース４０の第２面（第１面４０ａと反対側の面）４０ｂには、電子機器などの外部部材に実装される際に用いられる第２端子４４ａ，４４ｂが設けられている。第２端子４４ａは、パッケージベース４０を貫通するコンタクト部（図示せず）を介して、第１端子４２に接続されていてもよい。これにより、第２端子４４ａと第１励振電極２０ａとを電気的に接続することができる。

なお、第１面４０ａには、図示しない端子が設けられており、該端子と第２励振電極２０ｂとは、電気的に接続されていてもよい。そして、該端子と、第２端子４４ｂとは、パッケージベース４０を貫通するコンタクト部（図示せず）を介して、接続されていてもよい。これにより、第２端子４４ｂと第２励振電極２０ｂとを電気的に接続することができる。

第１端子４２および第２端子４４ａ，４４ｂとしては、例えば、タングステンなどのメタライス層に、ニッケル、金などの皮膜をめっきなどの方法により積層した金属膜を用いる。

リッド５０は、パッケージベース４０の凹部４８を覆って設けられている。図示の例では、リッド５０の形状は、板状である。リッド５０としては、例えば、パッケージベース４０と同じ材料や、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼などの金属を用いる。リッド５０は、例えば、シームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材６０を介して、パッケージベース４０に接合されている。

パッケージベース４０の気密に封止された凹部４８内は、減圧された真空状態（真空度の高い状態）または、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。

振動子４００は、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる振動片１０を有することができる。

５． 振動子の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る振動子について、図面を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態の変形例に係る振動子５００を模式的に示す断面図である。以下、振動子５００において、振動子４００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

振動子４００では、図１２に示すように、パッケージベース４０に凹部４８が設けられていた。これに対し、振動子５００では、図１３に示すように、パッケージベース４０には、凹部４８が設けられておらず、パッケージベース４０は、平板状の形状を有している。

振動子５００では、リッド５０は、全周につば部５２が設けられたキャップ状（容器状）の形状を有しており、その内側の空間５４に、振動素子１００を収容することができる。つば部５２は、接合部材６０を介して、パッケージベース４０に接合されている。リッド５０としては、例えば、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼などの金属を用いる。

振動子５００によれば、振動子４００に比べて、パッケージベース４０に凹部４８を設けなくてよいため、その分パッケージベース４０の製造が容易となり、製造コストを削減することができる。

６． 電子デバイス
次に、本実施形態に係る電子デバイスについて、図面を参照しながら説明する。図１４は、本実施形態に係る電子デバイス６００を模式的に示す断面図である。

電子デバイス６００は、図１４に示すように、本発明に係る振動片と、電子素子７０と、を含む。より具体的には、電子デバイス６００は、本発明に係る振動子を含む。以下では、本発明に係る振動子として、振動片１０を備えた振動子４００を用いた例について説明する。

電子素子７０は、パッケージ５５に収容されている。より具体的には、電子素子７０は、パッケージベース４０に設けられた凹部４８内に配置されている。電子素子７０としては、例えば、振動片１０を駆動する発振回路を備えたＩＣチップを用いる。さらに、ＩＣチップは、振動片１０の温度変化に伴う周波数変動を補正する温度補償回路を備えていてもよい。電子素子７０として発振回路を備えたＩＣチップを用いる場合、電子デバイス６００は、発振器として機能することができる。なお、電子素子７０は、上記のようなＩＣチップに限定されず、例えば、サーミスター、コンデンサー、リアクタンス素子であってもよい。

電子素子７０は、バンプ７２を介して、パッケージベース４０の第１面４０ａに設けられた第３端子４６と電気的に接続されている。第３端子４６は、例えば、図示しない配線によって、第１端子４２と接続されている。これにより、電子素子７０と第１励振電極２０ａとを電気的に接続することができる。また、電子素子７０は、図示しない配線によって、第２励振電極２０ｂと電気的に接続されていてもよい。

バンプ７２としては、例えば、金、ニッケルなど金属バンプを用いる。第３端子４６としては、例えば、タングステンなどのメタライス層に、ニッケル、金などの皮膜をめっきなどの方法により積層した金属膜を用いる。

なお、図示はしないが、電子素子７０は、バンプ７２の変わりに、ワイヤーによって、第３端子４６と電気的に接続されていてもよい。

電子デバイス６００によれば、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる振動片１０を有することができる。

７． 電子デバイスの変形例
次に、本実施形態の変形例に係る電子デバイスについて、図面を参照しながら説明する。図１５は、本実施形態の変形例に係る電子デバイス７００を模式的に示す断面図である。以下、電子デバイス７００において、電子デバイス６００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

電子デバイス６００では、図１４に示すように、電子素子７０は、パッケージベース４０の第１面４０ａ側に設けられ、パッケージベース４０に設けられた凹部４８内に配置されていた。これに対し、電子デバイス７００では、電子素子７０は、図１５に示すように、パッケージベース４０の第２面４０ｂが底面となる凹部４９内に設けられている。電子デバイス７００では、パッケージベース４０は、略Ｈ型の形状を有することができる。

電子素子７０は、接着剤（図示せず）によって、第２面４０ｂに接合されていてもよい。電子素子７０は、ワイヤー７４を介して、第２面４０ｂに設けられた第３端子４６と電気的に接続されている。ワイヤー７４の材質は、例えば、金である。

なお、図示はしないが、電子素子７０は、ワイヤー７４の変わりに、バンプによって、第３端子４６と電気的に接続されていてもよい。

電子デバイス７００によれば、振動素子１００と電子素子７０とを分離し、振動素子１００を単独で気密封止しているために、良好な周波数エージング特性を有することができる。

８． 電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器について、図面を参照しながら説明する。図１６は、本実施形態に係る電子機器として、形態電話（スマートフォン）を模式的に示す平面図である。

スマートフォン８００は、本発明に係る振動片を含む。より具体的には、スマートフォン８００は、本発明に係る電子デバイスを含む。以下では、図１６に示すように、本発明に係る電子デバイスとして、振動片１０を備えた電子デバイス６００を用いた例について説明する。なお、便宜上、図１６では、電子デバイス６００を簡略化して図示している。

スマートフォン８００は、電子デバイス６００を、例えば、基準クロック発振源などのタイミングデバイスとして用いる。スマートフォン８００は、さらに、表示部（液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等）８０１、操作部８０２、および音出力部８０３（マイクロフォン等）を有することができる。スマートフォン８００は、表示部８０１に対する接触検出機構を設けることで表示部８０１を操作部として兼用してもよい。

スマートフォン８００によれば、小型化を図りつつ、ＣＩ値を低減することができる振動片１０を有することができる。

なお、スマートフォン（形態電話）８００に代表される電子機器は、上述したように、振動片１０を駆動する発振回路と、振動片１０の温度変化に伴う周波数変動を補正する温度補償回路と、を備えていることが好ましい。

これによれば、スマートフォン８００に代表される電子機器は、振動片１０を駆動する発振回路と共に、振動片１０の温度変化に伴う周波数変動を補正する温度補償回路を備えていることから、発振回路が発振する共振周波数を温度補償することができ、温度特性に優れた電子機器を提供することができる。

本発明に係る振動片を備えた電子機器は、上記スマートフォンに限らず、電子ブック、パーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、ナビゲーション装置、ベージャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器などのタイミングデバイスとして好適にも用いることができる。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

２…ＡＴカット水晶基板、１０…振動片、１２…メサ基板、１２ａ…振動部、１２ｂ…外縁部、１３ａ…第１主面、１３ｂ…第２主面、１８…固定部、１９…接合領域、２０ａ…第１励振電極、２０ｂ…第２励振電極、２２…接続電極、２４…マウント電極、３０…接合剤、３２…接触面、４０…実装基板（パッケージベース）、４０ａ…第１面、４０ｂ…第２面、４２…第１端子、４４ａ，４４ｂ…第２端子、４６…第３端子、４８…凹部、４９…凹部、５０…リッド、５２…つば部、５４…空間、５５…パッケージ、６０…接合部材、７０…電子素子、７２…バンプ、７４…ワイヤー、１００，２００，３００…振動素子、４００，５００…振動子、６００，７００…電子デバイス、８００…スマートフォン、８０１…表示部、８０２…操作部、８０３…音出力部

Claims (7)

1. 厚みすべり振動し、側面に段差が設けられている振動部と、
   前記振動部の外縁に沿って配置され前記振動部の厚みよりも厚みの薄い外縁部と、
   前記外縁部に設けられ、実装基板に固定するための導電性接着剤が接合される接合領域と、
   を含む２段型メサ構造のＡＴカット水晶基板を備え、
   前記２段型メサ構造のＡＴカット水晶基板の前記厚みすべり振動する方向に沿った長さをｘ、前記振動部の厚みをｔ、および前記振動部と前記接合領域との間の距離をｙとすると、前記ｙは、
   −０．０１５１×（ｘ／ｔ）＋０．３４７１≦ｙ≦−０．０１２１×（ｘ／ｔ）＋０．３４７１
   の範囲内にあり、
   前記振動部の、前記厚みすべり振動する方向に沿った前記側面は、階段形状となっていない、振動片。
2. 請求項１において、
   前記振動部の厚みと前記外縁部の厚みとの差をＭｄ、前記Ｍｄの前記ｔに対する比の百分率をｚとすると、
   −５≦ｚ＋１．３２×（ｘ／ｔ）−４２．８７ （％）
   の関係を満たす、振動片。
3. 請求項２において、
   −５≦ｚ＋１．３２×（ｘ／ｔ）−４２．８７≦５ （％）
   の関係を満たす、振動片。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記ｘの前記ｔに対する辺比（ｘ／ｔ）は、３０以下である、振動片。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動片と、
   前記振動片を収容するパッケージと、
   を含む、振動子。
6. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動片と、
   電子素子と、
   を含む、電子デバイス。
7. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動片を含む、電子機器。

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