JP2014204351A - 圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】特定の斜め方向にメサを挟んで電極を配置させることによりＣＩ値を低減させ、インハーモニックモードの利用に際して高品質の圧電デバイスを提供する。【解決手段】Ｚ?軸及びＸ軸がそれぞれ平面方向でありかつＹ?軸が厚み方向である晶系３２の回転Ｙ板により作成された圧電振動片１００を有し、その表面１００ａまたは裏面１００ｂの少なくとも一方に、周辺部１３より厚肉の第１メサ１１、第２メサ１２を備え、第１メサ１１、第２メサ１２は、Ｚ?方向に複数並べた状態で形成され、一対の第１励振電極２１、３１は、一方が表面１００ａに、他方が裏面１００ｂに形成され、第１メサ１１をＺ?方向に挟み、かつＹ?方向に圧電振動片１００を挟むように斜めに配置され、その斜め方向として、Ｙ軸に対する角度が小さくなる斜め方向Ｄ１が選択される。【選択図】図１

Description

本発明は、圧電デバイスに関する。

携帯端末や携帯電話などの電子機器では、水晶振動子や水晶発振器などの圧電デバイスが搭載されている。このような圧電デバイスは、リッドやベースで構成されたパッケージ内のキャビティーに水晶振動片などの圧電振動片を搭載して作製されている。このような圧電デバイスは、電子機器の信頼性を向上させるためにも長期安定度に優れていることが求められている。圧電デバイスの長期安定度の向上を図るため、例えば特許文献１に記載されるように、圧電振動片の所定部分をＺ（Ｚ´）方向に挟むように一対の電極を配置し、この一対の電極の間にＺ（Ｚ´）方向の電界を印加することで、圧電振動片の所定部分を振動させる構成が知られている。この構成によれば、振動部分に電極が設けられないため、電極の経時変化等の影響を受けにくくなり、長期安定度を確保することができる。

ただし、上記特許文献１のような平行電界励振型の構成においては、振動部分のＹ（Ｙ´）側表面に電極が設けられた構成（垂直電界励振型）に比べて電界効率が悪いため、ＣＩ値が高くなってしまうという問題がある。一方、圧電振動片は厚みすべり振動を利用しているため、振動部分を周辺部よりも厚肉としたメサを形成させ、このメサに振動エネルギーを閉じ込めることで、振動部分の電界効率を高める構成が考えられる。

米国特許第４６２５１３８号明細書

しかしながら、平行電界励振型の圧電振動片にメサを設ける構成については、従来、研究が十分にされておらず、特にインハーモニックモードを利用した場合のＣＩ値については明確な値が得られていなかった。従って、Ｚ´軸及びＸ軸がそれぞれ平面方向でありかつＹ´軸が厚み方向である晶系３２の回転Ｙ板により作成された圧電振動片を用いて、その表面または裏面の少なくとも一方に、周辺部より厚肉のメサを備える場合、平行電界励振型の電極配置を採用してインハーモニックモードを利用する際に振動特性の良い構成を見出すことが求められていた。

以上のような事情に鑑み、本発明は、特定の斜め方向にメサを挟んで電極を配置させることによりＣＩ値を低減させ、インハーモニックモードの利用に際して高品質の圧電デバイスを提供することを目的とする。

本発明では、Ｚ´軸及びＸ軸がそれぞれ平面方向でありかつＹ´軸が厚み方向である晶系３２の回転Ｙ板により作成された圧電振動片を有し、圧電振動片の表面または裏面の少なくとも一方に、周辺部より厚肉のメサを備える圧電デバイスであって、メサは、Ｚ´方向に複数並べた状態で形成され、複数のメサのそれぞれに対応して、一対の電極のうち一方が圧電振動片の表面に形成され、他方が圧電振動片の裏面に形成され、一対の電極は、メサの一つに対してＺ´方向にメサを挟み、かつＹ´方向に圧電振動片の厚さを挟むように、斜めに配置され、一対の電極は、各電極が配置された斜め方向として、Ｙ軸に対する角度が小さくなる斜め方向が選択される。

また、複数のメサは、Ｚ´方向の幅がそれぞれ同一に形成されるものでもよい。また、一対の電極の他方と、別の一対の電極の一方とは、同極に設定されるとともに、Ｙ´方向に圧電振動片の厚さを挟んで配置されるものでもよい。また、晶系３２の回転Ｙ板として、ＡＴカット板またはＢＴカット板が用いられるものでもよい。

本発明によれば、晶系３２の回転Ｙ板により作成された圧電振動片の表面または裏面の少なくとも一方にメサを備える構成において、Ｙ軸に対する角度が小さくなる斜め方向にメサを挟んで電極を配置することにより、インハーモニックモードの利用に際して圧電振動片のＣＩ値の低減等を実現することができ、高品質の圧電デバイスを提供することができる。

圧電デバイスに用いられる圧電振動片の実施形態を示し、（ａ）は表面の平面図、（ｂ）は表面側から透過して見た裏面の平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 ＡＴカット及びＢＴカットに係る圧電振動片の構成を模式的に示す図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ圧電振動片の比較例を示す断面図である。 実施形態と比較例とを比較したもので、（ａ）はＣ１値を示すグラフであり、（ｂ）はＲ１（ＣＩ）値を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は圧電振動片の他の実施形態を示す断面図である。 圧電デバイスの実施形態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、以下の実施形態を説明するため、図面においては一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。また、図面においてハッチングした部分は金属膜を表している。

＜圧電振動片＞
図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、圧電デバイスに用いられる圧電振動片１００の実施形態を示している。この圧電振動片１００は、晶系３２に属する材料を用いて形成された回転Ｙ板が用いられる。圧電振動片の中で晶系３２に属する（点群３２に属する）材料としては、水晶、ＧａＰＯ４（リン酸ガリウム）、ランガサイト系（ＬＧＳ、ＬＧＮ、ＬＧＴ）、水晶などが知られている。晶系３２に属する材料を用いて形成された回転Ｙ板は、厚みすべり振動及び輪郭すべり振動を共に生じる。

厚みすべり振動を利用した圧電振動片としてはＡＴカット、ＢＴカットのものが、また輪郭すべり振動を利用した圧電振動片としてはＣＴカット、ＤＴカットのものが実用化されており、いずれも温度特性が優れている。厚みすべり振動と輪郭すべり振動とはお互いに結合して温度特性などを乱すが、振動片の端面を所定の角度に傾斜させることにより両振動の結合をなくすことができる。

圧電振動片１００としては、例えば、厚みすべり振動するＡＴカットの水晶振動片が用いられている。ＡＴカットは、水晶振動子等の圧電デバイスが常温付近で使用されるにあたって良好な周波数特性が得られる等の利点があり、人工水晶の３つの結晶軸である電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）及び光学軸（Ｚ軸）のうち、Ｚ軸に対してＸ軸周りに３５°１５′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。ただし、ＡＴカットに代えてＢＴカットの水晶板が用いられてもよい。なお、ＢＴカットは、Ｚ軸に対してＸ軸周りに−４９°だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。

本実施形態では、以下の各図において、ＸＹ´Ｚ´座標系を用いて図中の方向を説明する。このＸＹ´Ｚ´座標系において、Ｘ軸は水晶の結晶軸に一致し、Ｙ´軸及びＺ´軸は、圧電振動片１００を切り出すときの切り出し方向に相当する。本実施形態では、圧電振動片１００がＡＴカットの水晶片であるため、Ｙ´軸及びＺ´軸は結晶軸の機械軸（Ｙ軸）及び光学軸（Ｚ軸）からそれぞれ３５°１５′傾いた軸に一致する。このＸＹ´Ｚ´座標系においては、圧電振動片の表面に平行な平面がＸＺ´平面である。このＸＺ´平面において圧電振動片の長手方向をＸ方向と表記し、Ｘ方向に直交する方向をＺ´方向と表記する。ＸＺ´平面に垂直な方向はＹ´方向と表記する。また、Ｘ方向、Ｙ´方向及びＺ´方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が＋方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。

圧電振動片１００は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、矩形板状に形成されている。圧電振動片１００は、Ｘ方向に長手となり、Ｚ´方向に短手となるように形成されている。圧電振動片１００は、Ｙ´方向が厚み方向となっている。この圧電振動片１００は、振動部１０と、保持部２０とを備えている。

振動部１０は、所定の波長（λ）の振動を発生させる部分である。振動部１０は、圧電振動片１００のうち＋Ｘ側に配置されている。振動部１０は、圧電振動片１００の表面１００ａ側に突出する複数の第１メサ１１及び第２メサ１２を有している。第１メサ１１及び第２メサ１２は、例えば、図１（ｃ）に示すように、周辺部１３のＹ´方向の厚さＨに対して大きな、厚さＨ´に形成される。第１メサ１１及び第２メサ１２は、全体に亘って厚さが均一に形成されている。なお、第１メサ１１及び第２メサ１２は、圧電振動片１００の表面１００ａ側に形成されていることに限定されない。例えば、第１メサ１１及び第２メサ１２が圧電振動片１００の裏面１００ｂに形成されてもよく、表面１００ａ及び裏面１００ｂの双方に形成されてもよい。

第１メサ１１及び第２メサ１２は、平面視（Ｙ´方向から見たとき）において矩形状に形成されている。第１メサ１１及び第２メサ１２は、Ｚ´方向において所定の間隔を空けて並んで配置されている。第１メサ１１及び第２メサ１２は、Ｘ方向に長手となり、Ｚ´方向に短手となるように形成されている。第１メサ１１及び第２メサ１２は、Ｚ´方向の寸法（幅）、Ｘ軸方向の寸法（長さ）がそれぞれ同一となるように形成されている。なお、第１メサ１１及び第２メサ１２が同一形状であることに限定されず、異なった形状であってもよい。

振動部１０のうち第１メサ１１及び第２メサ１２が形成された部分は、周辺部１３よりも振動の波長が大きく（周波数が小さく）なる。この場合、第１メサ１１及び第２メサ１２で生じた振動のエネルギーは、それぞれ第１メサ１１及び第２メサ１２に閉じ込められ、周辺部１３に拡散しにくくなる。これにより、第１メサ１１及び第２メサ１２で発生した振動の減衰が抑制されるため、振動部１０において効率的に振動を発生させることが可能となっている。

また、振動部１０の表面（圧電振動片１００の表面１００ａ）には、第１励振電極２１、第２励振電極２２、及びダミー電極２３が設けられている。第１励振電極２１、第２励振電極２２、及びダミー電極２３は、第１メサ１１及び第２メサ１２と同様にＸ方向に沿って延びており、Ｚ´方向に並んで配置されている。第１励振電極２１は、第１メサ１１の−Ｚ´側に配置されている。第２励振電極２２は、Ｚ´方向において第１メサ１１と第２メサ１２との間に配置されている。ダミー電極２３は、第２メサ１２の＋Ｚ´側に配置されている。従って、第１メサ１１は、第１励振電極２１と第２励振電極２２とで挟まれており、第２メサ１２は、第２励振電極２２とダミー電極２３とで挟まれている。なお、ダミー電極２３は、他の電極には電気的に接続されない構成となっている。

また、振動部１０の裏面（圧電振動片１００の裏面１００ｂ）には、第１励振電極３１、第２励振電極３２、及びダミー電極３３が設けられている。第１励振電極３１、第２励振電極３２、及びダミー電極３３は、第１励振電極２１等と同様にＸ方向に沿って延びており、Ｚ´方向に並んで配置されている。第１励振電極３１は、第２励振電極２２とＹ´方向に重なるように、Ｚ´方向において第１メサ１１と第２メサ１２との間の対向領域に配置されている。第２励振電極３２は、ダミー電極２３とＹ´方向に重なるように、第２メサ１２の＋Ｚ´側の対向領域に配置されている。ダミー電極３３は、第１励振電極２１とＹ´方向に重なるように、第１メサ１１の−Ｚ´側の対向領域に配置されている。ダミー電極３３は、他の電極には接続されない構成となっている。

したがって、図１（ｃ）に示すように、一対の第１励振電極２１及び第１励振電極３１は、第１メサ１１を斜め方向に挟むように配置されている。つまり、第１励振電極２１及び第１励振電極３１は、複数のメサのうちの一つである第１メサ１１に対してＺ´方向に第１メサ１１を挟み、かつＹ´方向に圧電振動片１００の厚さを挟むように斜めに配置されている。

また、一対の第２励振電極２２及び第２励振電極３２は、第２メサ１２を斜め方向に挟むように配置されている。つまり、第２励振電極２２及び第２励振電極３２は、複数のメサのうちの一つである第２メサ１２に対してＺ´方向に第２メサ１２を挟み、かつＹ´方向に圧電振動片１００の厚さを挟むように斜めに配置されている。

また、本実施形態では、第１メサ１１及び第２メサ１２の表面（Ｙ´側の面）には、電極が配置されていない構成となっている。第１メサ１１及び第２メサ１２の表面に電極が配置される場合、電極が経時劣化等によって変化すると、第１メサ１１及び第２メサ１２で生じる振動の周波数などに影響が及ぶため、長期的に安定した振動が得にくくなる場合がある。これに対して、圧電振動片１００では、第１メサ１１及び第２メサ１２の表面に電極が設けられないため、電極の経時劣化等の影響を受けにくくなり、長期安定度を確保することができる構成となっている。

保持部２０は、圧電振動片１００の−Ｘ側に配置されている。ただし、保持部２０は、圧電振動片１００の＋Ｘ側に配置されてもよい。保持部２０の表面（Ｙ´側の面）及び裏面（−Ｙ´側の面）には、引出電極１４〜１７が形成されている。引出電極１４、１５は、保持部２０の表面（圧電振動片１００の表面１００ａ）に配置されている。引出電極１４は、第１励振電極２１から−Ｘ方向に引き出されて、保持部２０の−Ｘ側かつ−Ｚ´側の角部まで引き出される。引出電極１５は、第２励振電極２２から−Ｘ方向に引き出されて、保持部２０の−Ｘ側の端部であって、Ｚ´方向の中央部まで引き出される。

引出電極１６、１７は、保持部２０の裏面に配置されている。保持部２０の裏面（圧電振動片１００の裏面１００ｂ）に配置されている。引出電極１６は、第１励振電極３１から−Ｘ方向に引き出されて、保持部２０の−Ｘ側の端部であって、Ｚ´方向の中央部まで引き出される。なお、引出電極１６は、圧電振動片１００の側面を介して引出電極１５に電気的に接続されてもよい。引出電極１７は、第２励振電極３２から−Ｘ方向に引き出されて、保持部２０の−Ｘ側かつ＋Ｚ´側の角部まで引き出される。なお、引出電極１７は、圧電振動片１００の表面１００ａや、裏面１００ｂ、側面等を介して引出電極１４に電気的に接続されてもよい。

第１励振電極２１、３１、第２励振電極２２、３２、ダミー電極２３、３３、引出電極１４〜１７は、導電性の金属膜が用いられる。金属膜としては、例えば、水晶材に対する各電極の密着性を向上させる役割を有する下地層としてクロム（Ｃｒ）や、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、あるいはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）や、ニッケルチタン（ＮｉＴｉ）、ニッケルタングステン（ＮｉＷ）合金を成膜し、その上に金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）を成膜した２層または３層などの積層構造が採用される。

一対の第１励振電極２１、３１、第２励振電極２２、３２のそれぞれは、各電極が配置された斜め方向として、Ｙ軸に対する角度が小さくなる斜め方向が選択される。この斜め方向について説明する。図２は、ＡＴカット及びＢＴカットに係る圧電振動片を結晶軸に対応させた姿勢で示す模式図である。なお、図２においては、Ｙ´軸を省略して表している。また、図２に示す圧電振動片１００ＡはＡＴカットされたものであり、圧電振動片１００ＢはＢＴカットされたものである。

図２に示すように、ＡＴカットの圧電振動片１００Ａは、メサ１１Ａが形成されるとともに、メサ１１ＡをＺ´方向に挟みかつ圧電振動片１００ＡをＹ´方向に挟む第１励振電極２１Ａ、３１Ａ及び第２励振電極２２Ａ、３２Ａが形成されている。このうち、第１励振電極２１Ａは、メサ１１Ａに対して−Ｚ´側に配置され、第１励振電極３１Ａはメサ１１Ａに対して＋Ｚ´側に配置されている。この一対の第１励振電極２１Ａ、３１Ａは、メサ１１Ａを斜めに挟む配置の方向として斜め方向Ｄ１となっている。

一方、第２励振電極２２Ａは、メサ１１Ａに対して＋Ｚ´側に配置され、第２励振電極３１Ａはメサ１１Ａに対して−Ｚ´側に配置されている。この一対の第２励振電極２２Ａ、３２Ａは、メサ１１Ａを斜めに挟む配置の方向として斜め方向Ｄ２となっている。斜め方向Ｄ１、Ｄ２について、Ｙ軸となす角度θ１、θ２は、図２に示すように、θ１＜θ２となっている。

水晶など晶系３２に属する材料により作成された圧電振動片は、電気変位方向がＸ軸及びＹ軸に存在している。このため、Ｙ軸に近い方向に電界をかけることで電界効率が高くなり、ＣＩ値の減少や、等価直列容量の増加など、振動特性を向上させることができる。従って、ＡＴカットについては、図２に示すように、斜め方向Ｄ２より斜め方向Ｄ１の方がＹ軸とのなす角度が小さいので電界効率が高く、ＣＩ値を小さくできる。

また、ＢＴカットの圧電振動片１００Ｂは、メサ１１Ｂが形成されるとともに、メサ１１ＢをＺ´方向に挟みかつ圧電振動片１００ＢをＹ´方向に挟む第１励振電極２１Ｂ、３１Ｂ及び第２励振電極２２Ｂ、３２Ｂが形成されている。このうち、第１励振電極２１Ｂは、メサ１１Ｂに対して−Ｚ´側に配置され、第１励振電極３１Ｂはメサ１１Ｂに対して＋Ｚ´側に配置されている。この一対の第１励振電極２１Ｂ、３１Ｂは、メサ１１Ｂを斜めに挟む配置の方向として斜め方向Ｄ３となっている。

一方、第２励振電極２２Ｂは、メサ１１Ｂに対して＋Ｚ´側に配置され、第２励振電極３２Ｂはメサ１１Ｂに対して−Ｚ´側に配置されている。この一対の第２励振電極２２Ｂ、３２Ｂは、メサ１１Ｂを斜めに挟む配置の方向として斜め方向Ｄ４となっている。斜め方向Ｄ３、Ｄ４について、Ｙ軸となす角度θ３、θ４は、図２に示すように、θ３＞θ４となっている。

ＢＴカットにおいても、一対の電極が配置された方向は、電界が生じる方向であり、この電界が生じる方向がＹ軸（機械軸）に近いほど電界効率が高くなって振動特性が向上する。従って、斜め方向Ｄ３より斜め方向Ｄ４の方がＹ軸とのなす角度が小さいため電界効率が高い。従って、ＢＴカットにおいては、ＡＴカットと反対の斜め方向Ｄ４の電極の配置が振動特性を向上させることとなる（図３（ｂ）の圧電振動片３００参照）。

図１に示す圧電振動片１００では、第１励振電極２１、３１、第２励振電極２２、３２のそれぞれがＹ軸となす角度θ１となるように、斜め方向Ｄ１が選択されて配置されている。すなわち、図１（ｃ）に示すように、第１励振電極２１と第２励振電極３２とが同極（電極ｏｕｔ）となるように、また、第１励振電極３１と第２励振電極２２とが同極（電極ｉｎ）となるように電気的に接続される。その結果、第１励振電極３１から第１励振電極２１へ向けて電界Ｅ１が斜め方向Ｄ１に生じ、また、第２励振電極２２から第２励振電極３２へ向けて電界Ｅ２が斜め方向Ｄ１に生じることになる。これにより、圧電振動片１００は、インハーモニックモードの利用に際して振動特性を向上させることができる。

図３は、図１に示す圧電振動片１００（斜め方向Ｄ１：Ａ０モード）に対して、比較例に係る圧電振動片２００、３００、４００の構成を示す図である。図３（ａ）〜（ｃ）は圧電振動片２００〜４００のＹ´Ｚ´断面図であり、図１（ｃ）に相当する。また、これら圧電振動片２００〜４００は、いずれもＡＴカットが用いられている。なお、図３において、図１と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。

図３（ａ）は、圧電振動片２００（平行方向：Ａ０モード）の構成を示している。圧電振動片２００は、振動部１０に第１メサ１１及び第２メサ１２が形成されている点では、圧電振動片１００と同一構成である。一方、圧電振動片２００は、表面２００ａにのみ励振電極２２１、２２２、２２３が形成され、裏面２００ｂには励振電極が形成されていない点で、圧電振動片１００とは構成が異なっている。圧電振動片２００は、３つの励振電極のうちＺ´方向の中央に配置された励振電極２２１と、その±Ｚ´方向にそれぞれ配置された励振電極２２２、２２３との間で電圧を印加する。この場合、励振電極２２１から励振電極２２２、２２３へ向けてＺ´方向に平行な方向Ｅ２１、Ｅ２２に電界が生じる。

図３（ｂ）は、圧電振動片３００（斜め方向Ｄ２：Ａ０モード）の構成を示している。圧電振動片３００は、振動部１０に第１メサ１１及び第２メサ１２が形成されており、表面３００ａ及び裏面３００ｂに３つずつＹ´方向に対向する電極が配置されている点では、圧電振動片１００と同一構成である。表面３００ａの励振電極３２１と、裏面３００ｂの励振電極３３２とが同極となっており、表面３００ａの＋Ｚ´側に配置された励振電極３２２と、裏面３００ｂの−Ｚ´側に配置された励振電極３３１とが同極となっている。なお、電極３２３、３３３は、ダミー電極である。

従って、一対の電極である励振電極３２１、３３１間には電界Ｅ３１が生じ、その方向は図２で示す斜め方向Ｄ２となっている。同様に、励振電極３２２、３３２間には電界Ｅ３２が生じ、同じく図２で示す斜め方向Ｄ２となっている。

図３（ｃ）は、圧電振動片４００（平行方向両面電極Ａ０モード）の構成を示している。圧電振動片４００は、振動部１０に第１メサ１１及び第２メサ１２が形成されており、表面４００ａ及び裏面４００ｂに３つずつＹ´方向に対向する電極が配置されている点では、圧電振動片１００と同一構成である。この圧電振動片４００は、圧電振動片３００の電極３２３、３３３を励振電極として用いた点が相違する。表面４００ａの励振電極４２１と裏面４００ｂの励振電極４３２とが同極となっており、表面４００ａの励振電極４２２、４２３と、裏面４００ｂの励振電極４３１、４３３とが同極となっている。

従って、励振電極４２１、４２３間には電界Ｅ４１が生じ、その方向は図３（ａ）と同様の平行方向（Ｚ´方向）となっている。同様に、励振電極４２１、４２２間には電界Ｅ４３が生じ、同じく平行方向（Ｚ´方向）となっている。さらに、励振電極４３２、４３１間には電界Ｅ４２が生じ、その方向は平行方向（Ｚ´方向）となっている。同様に、励振電極４３２、４３３間には電界Ｅ４４が生じ、同じく平行方向（Ｚ´方向）となっている。

図４は、圧電振動片１００と、比較例の圧電振動片２００〜４００とについて、（ａ）は等価直列容量を示すグラフであり、（ｂ）はＣＩ値を示すグラフである。図４（ａ）及び（ｂ）において、横軸の（１）〜（５）について説明すると、（１）は圧電振動片２００のデータ、（２）は圧電振動片１００のデータ、（３）は参考例として圧電振動片３００のデータ、（４）は圧電振動片４００のデータ、（５）はメサが１つであって平行電界励振させる圧電振動片についてのデータである。図４（ａ）の縦軸は、等価直列容量（単位ｆＦ）を示している。また、図４（ｂ）の縦軸はＣＩ値（単位Ω）を示している。

図４（ａ）に示すように、等価直列容量（Ｃ１）は、（１）については０．０７５ｆＦ程度であり、（２）については０．０９５ｆＦ程度であり、（３）については０．０６３ｆＦ程度であり、（４）については０．０８３ｆＦ程度であり、（５）については０．０３８ｆＦ程度であった。すなわち、本実施形態に係る圧電振動片１００が、最も高い値を示した。

一方、図４（ｂ）に示すように、ＣＩ値（Ｒ１）は、（１）については１１５０Ω程度であり、（２）については９９０Ω程度であり、（３）については１３５０Ω程度であり、（４）については１１５０Ω程度であり、（５）については２１５０Ω程度であった。すなわち、本実施形態に係る圧電振動片１００が、最も低い値を示した。

このように、圧電振動片１００のように、一対の励振電極の配置を斜め方向Ｄ１とすることが、インハーモニックモードの利用に際して振動特性に優れることが確認された。なお、圧電振動片４００は、表面側及び裏面側に平行方向（Ｚ´方向）の電界を生じさせるが、この形態と比較しても、斜め方向Ｄ１に励振電極を配置させる方が電界効率が良いためと推察される。

次に、圧電振動片１００の製造方法について説明する。
先ず、圧電振動片１００は、圧電ウェハから個々の圧電振動片１００を取り出す多面取りが行われる。圧電ウェハは、水晶結晶体からＡＴカットにより所定の厚さで切り出され、エッチングや研磨等により厚さが調整された後に表面が洗浄される。次に、フォトリソグラフィ技術や、エッチング、サンドブラスト等により圧電振動片１００の表面１００ａの一部が除去されて第１メサ１１及び第２メサ１２が形成される。

次に、圧電振動片１００の表面１００ａにおいて、第１メサ１１及び第２メサ１２を挟むように、励振電極２１、２２、及びダミー電極２３が形成される。同時に、圧電振動片１００の裏面１００ｂにおいて、励振電極２１等と対向するように、励振電極３１、３２、及びダミー電極３３が形成される。この励振電極２１等と同時に、引出電極１４、１５、１６、１７が形成される。これら励振電極２１等、ダミー電極２３等、及び引出電極１４等は、導電性の金属膜により形成される。この金属膜は、メタルマスクを用いたスパッタリングや真空蒸着等によりニッケルクロム等の下地層が成膜され、次いで金等の主電極層が成膜されて形成される。なお、メタルマスク等を用いることに代えて、フォトリソグラフィ法及びエッチング等によりパターニングされてもよい。この励振電極２１等の形成後、圧電ウェハをスクライブラインに沿ってダイシングすることにより、個々の圧電振動片１００が完成する。

このように、圧電振動片１００によれば、ＡＴカット等の晶系３２の回転Ｙ板を用いた圧電振動片の第１及び第２メサ１１、１２に対して、Ｙ軸に対する角度が小さくなる斜め方向Ｄ１に挟んで励振電極２１等を配置しているため、インハーモニックモードの利用に際してＣＩ値の低減等を実現することができる。なお、圧電振動片１００がＢＴカットを用いる場合は、第１及び第２メサ１１、１２を図２に示す斜め方向Ｄ４に挟むように励振電極２１等を配置させる。これにより、ＡＴカットと同様にＣＩ値が低く、また等価直列容量を大きくすることができる。

なお、圧電振動片１００としては、図１に示すものに限定されない。例えば、振動部と、振動部を囲んだ枠部と、振動部と枠部とを連結するアンカー部とにより構成されたＡＴカットの圧電振動片が用いられてもよい。この場合、振動部に複数のメサが形成され、各メサのそれぞれを斜め方向Ｄ１で挟むように励振電極が形成される。

＜圧電振動片の変形例＞
図５は、図１に示す圧電振動片１００に対して、変形例に係る圧電振動片５００、６００、７００の構成を示す図である。図５（ａ）〜図５（ｃ）は、圧電振動片５００〜７００のＹ´Ｚ´断面図であり、図１（ｃ）に相当する。また、これら圧電振動片５００〜７００は、いずれもＡＴカットが用いられている。

図５（ａ）は、圧電振動片５００（斜め方向Ｄ１：Ａｎモード[ｎ＝１、２、…]）の構成を示している。圧電振動片５００は、振動部５１０にｍ個（ｍ＝２ｎ＋２）のメサが形成されており、表面５００ａ及び裏面５００ｂのそれぞれにｍ個の励振電極が設けられている。なお、電極５２０、５３０はダミー電極である。メサ５１１、５１２、・・・、５１（ｍ−１）、５１ｍのそれぞれに対応して、一対の励振電極（５２１、５３１）、（５２２、５３２）、・・・、（５２ｍ、５３ｍ）が形成される。これら一対の励振電極５２１、５３１等は、図５（ａ）に示すように、それぞれの電界Ｅ５１、Ｅ５２、・・・、Ｅ５（ｍ−１）、Ｅ５ｍの方向が図２に示す斜め方向Ｄ１となるようにｉｎまたはｏｕｔに接続されている。

例えば、圧電振動片５００がＡ１モードの場合、ｍは２×１＋２＝４で、４個のメサ５１１、５１２、５１３、５１４が形成され、それぞれに対応して、一対の励振電極（５２１、５３１）、（５２２、５３２）、（５２３、５３３）、（５２４、５３４）が形成される。このとき、一対の励振電極５２１、５３１等は、電界Ｅ５１、Ｅ５２、Ｅ５３、Ｅ５４が、それぞれ斜め方向Ｄ１となるように同極に接続される。

図５（ｂ）は、圧電振動片６００（斜め方向Ｄ１：Ｓ１モード）の構成を示している。圧電振動片６００は、振動部６１０に３個のメサ６１１、６１２、６１３が形成されている。また、表面６００ａ及び裏面６００ｂのそれぞれに、メサ６１１、６１２、６１３に対応して励振電極６２１、６２２、６２３、６３１、６３２、６３３が設けられている。なお、電極６２０、６３０はダミー電極である。一対の励振電極６２１、６３１等は、それぞれの電界Ｅ６１、Ｅ６２、Ｅ６３の方向が図２に示す斜め方向Ｄ１となるようにｉｎまたはｏｕｔに接続されている。

図５（ｃ）は、圧電振動片７００（斜め方向Ｄ１：Ｓｐモード[ｐ＝２、３、…]）の構成を示している。圧電振動片７００は、振動部７１０にｑ個（ｑ＝２ｐ＋１）のメサが形成されており、表面７００ａ及び裏面７００ｂのそれぞれにｑ個の励振電極が設けられている。なお、電極７２０、７３０はダミー電極である。メサ７１１、７１２、・・・、７１（ｑ−１）、５１ｑのそれぞれに対応して、一対の励振電極（７２１、７３１）、（７２２、７３２）、・・・、（７２ｑ、７３ｑ）が形成される。これら一対の励振電極７２１、７３１等は、図５（ｃ）に示すように、それぞれの電界Ｅ７１、Ｅ７２、・・・、Ｅ７（ｑ−１）、Ｅ７ｑの方向が図２に示す斜め方向Ｄ１となるようにｉｎまたはｏｕｔに接続されている。

例えば、圧電振動片７００がＳ２モードの場合、ｑは２×２＋１＝５で、５個のメサ７１１、７１２、７１３、７１４、７１５が形成され、それぞれに対応して、一対の励振電極（７２１、７３１）、（７２２、７３２）、（７２３、７３３）、（７２４、７３４）、（７２５、７３５）が形成される。このとき、一対の励振電極７２１、７３１等は、電界Ｅ７１、Ｅ７２、Ｅ７３、Ｅ７４、Ｅ７５が、それぞれ斜め方向Ｄ１となるように同極に接続される。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、圧電振動片１００よりもメサの数が多くなった場合であっても、一対の励振電極を斜め方向Ｄ１に配置させることにより、ＣＩ値が低く、等価直列容量の大きな圧電振動片５００〜７００が得られる。なお、これら圧電振動片５００〜７００の製造方法は、圧電振動片１００と同様である。また、これら圧電振動片５００〜７００がＢＴカットを用いる場合は、一対の励振電極を図２に示す斜め方向Ｄ４に配置させることにより、ＣＩ値が低く、等価直列容量を大きくすることができる。

＜圧電デバイス＞
次に、圧電デバイスの実施形態について説明する。図６に示すように、圧電デバイス８００は、圧電振動片１００と、この圧電振動片１００が搭載されるベース１１０と、ベース１１０との間で圧電振動片１００を封止するリッド１２０とを有している。圧電振動片１００としては、図１に示す圧電振動片１００が用いられている。ベース１１０及びリッド１２０は、例えばガラスやセラミックスなどの材料が用いられる。また、リッド１２０としては金属板が用いられてもよい。

ベース１１０は、矩形の板状に形成されており、表面（＋Ｙ側の面）に形成された凹部１１１と、凹部１１１を囲む接合面１１２とを有している。接合面１１２は、リッド１２０と対向する。リッド１２０は、同じく矩形の板状に形成されており、裏面（−Ｙ側の面）１２１の一部がベース１１０の接合面１１２と対向する。ベース１１０とリッド１２０とは、例えば接合材を介して接合されているが、接合材を用いずに直接接合させてもよい。ベース１１０とリッド１２０と接合させることにより、圧電振動片１００を収容するためのキャビティー１４０が形成される。

ベース１１０の凹部１１１には、圧電振動片１００の引出電極１５、１６に接続される接続電極１１４が形成されている。また、ベース部１１０をＹ´方向に貫通する貫通電極１１５が形成されている。ベース１１０の裏面（−Ｙ´側の面）には、四隅のそれぞれに矩形状の外部電極１１６、及びダミー電極１１６ａが形成されている。外部電極１１６は、基板に実装される際の一対の実装端子として用いられる。なお、ダミー電極１１６ａは、他の電極と電気的な接続はない。接続電極１１４と外部電極１１６とは、貫通電極１１５によって電気的に接続される。

接続電極１１４及び外部電極１１６、１１６ａは、導電性の金属膜が用いられる。金属膜としては、例えば、下地層としてクロム（Ｃｒ）や、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、あるいはニッケルクロム（ＮｉＣｒ）や、ニッケルチタン（ＮｉＴｉ）、ニッケルタングステン（ＮｉＷ）合金を成膜し、その上に金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）を成膜した積層構造が採用される。貫通電極１１５は、ベース１１０の貫通孔を銅メッキ等により充填して形成される。

圧電振動片１００は、導電性接着剤１３０を介してベース１１０に搭載されている。導電性接着剤１３０を介して、ベース１１０の接続電極１１４と圧電振動片１００の引出電極１４、１５、１６、１７とがそれぞれ電気的に接続される。なお、図示しないが、引出電極１４、１７は同極の接続電極１１４に接続され、引出電極１５、１６は同極の接続電極１１４に接続される。また、引出電極１４、１７は、個別に導電性接着剤１３０により接続電極１１４に接続される。引出電極１５、１６は１つの導電性接着剤１３０により接続電極１１４に接続される。従って、圧電振動片１００は、３箇所の導電性接着剤１３０によってベース部１１０に固定され、キャビティー１４０内に収容された状態となる。

次に、圧電デバイス８００の製造方法について説明する。この圧電デバイス８００は、いわゆるウェハレベルパッケージングの手法で製造される。圧電振動片１００については先に説明した手法により作成される。ベース１１０及びリッド１２０は、圧電振動片１００と同様に、リッドウェハ及びベースウェハから個々を切り出す多面取りが行われる。これらリッドウェハ及びベースウェハとしては、例えば、ホウケイ酸ガラスやセラミックスなどが用いられる。

ベースウェハは、キャビティー１４０を形成するための凹部１１１が、サンドブラストまたはウェットエッチングによって形成される。また、ベースウェハには、貫通電極１１５を形成するための貫通孔がサンドブラストまたはウェットエッチングによって形成される。ベースウェハは、例えば銅めっき等により貫通孔を充填して貫通電極１１５が形成される。この貫通電極１１５と電気的に接続するように、凹部１１１に接続電極１１４が形成され、裏面に外部電極１１６が形成される。同時にダミー電極１１６ａも形成される。接続電極１１４及び外部電極１１６は、例えばメタルマスク等を用いたスパッタリングや真空蒸着により、ニッケルタングステン等の下地層の上に金や銀が成膜されて形成される。

次に、ベースウェハの凹部１１１には、チップマウンターなどにより個々の圧電振動片１００が搬送されるとともに、導電性接着剤１３０により保持される。この導電性接着剤１３０によって、圧電振動片１００の励振電極２１、２２、３１、３２と外部電極１１６とがそれぞれ電気的に接続される。次に、リッドウェハは、真空雰囲気下で接合材を介してベースウェハに接合される。なお、接合材を用いずに、例えば、プラズマ活性化接合法やイオンビーム活性化接合法などを用いて、直接接合されてもよい。その後、接合されたウェハをスクライブラインに沿ってダイシングすることにより、個々の圧電デバイス８００が完成する。

このように、本実施形態によれば、晶系３２の回転Ｙ板により作成された圧電振動片１００の第１及び第２メサ１１、１２に対して、Ｙ軸に対する角度が小さくなる斜め方向Ｄ１に挟んで励振電極２１等が配置されるため、インハーモニックモードの利用に際してＣＩ値の低減等により高品質の圧電デバイスを提供することができる。なお、圧電デバイス８００では、圧電振動片として図１に示す圧電振動片１００を用いたが、これに代えて図５に示す圧電振動片５００、６００、７００のいずれかが用いられてもよい。

なお、圧電振動片として枠部を有するタイプを用いる場合の製造方法は、次のとおりである。上記した圧電デバイス８００と同様に、ウェハレベルパッケージングの手法で製造される。先ず、リッド、ベース、及び圧電振動片は、それぞれのウェハにおいて形成される。次に、真空雰囲気下で圧電ウェハの表面にリッドウェハが接合され、圧電ウェハの裏面にベースウェハが接合され。接合されたウェハは、スクライブラインに沿ってダイシングされることにより、個々の圧電デバイスが完成する。

以上、圧電デバイスの実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。上記した実施形態では、圧電デバイスとして水晶振動子（圧電振動子）を示しているが、発振器であってもよい。発振器の場合は、ベース１１０にＩＣ等が搭載され、圧電振動片１００の引出電極１４、１５や、ベース１１０の外部電極１１６、１１６ａがそれぞれＩＣ等に接続される。

Ｄ１〜Ｄ４…斜め方向
１０…振動部
１１…第１メサ
１２…第２メサ
１３…周辺部
２１、３１…第１励振電極（電極）
２２、３２…第２励振電極（電極）
１００〜７００…圧電振動片
１００ａ〜７００ａ…表面
１００ｂ〜７００ｂ…裏面
８００…圧電デバイス

Claims (4)

1. Ｚ´軸及びＸ軸がそれぞれ平面方向でありかつＹ´軸が厚み方向である晶系３２の回転Ｙ板により作成された圧電振動片を有し、前記圧電振動片の表面または裏面の少なくとも一方に、周辺部より厚肉のメサを備える圧電デバイスであって、
   前記メサは、前記Ｚ´方向に複数並べた状態で形成され、
   前記複数のメサのそれぞれに対応して、一対の電極のうち一方が前記圧電振動片の表面に形成され、他方が前記圧電振動片の裏面に形成され、
   前記一対の電極は、前記メサの一つに対して前記Ｚ´方向に前記メサを挟み、かつ前記Ｙ´方向に前記圧電振動片の厚さを挟むように、斜めに配置され、
   前記一対の電極は、各電極が配置された斜め方向として、Ｙ軸に対する角度が小さくなる斜め方向が選択される圧電デバイス。
2. 前記複数のメサは、前記Ｚ´方向の幅がそれぞれ同一に形成される請求項１記載の圧電デバイス。
3. 前記一対の電極の他方と、別の一対の電極の一方とは、同極に設定されるとともに、前記Ｙ´方向に前記圧電振動片の厚さを挟んで配置される請求項１または請求項２記載の圧電デバイス。
4. 前記晶系３２の回転Ｙ板として、ＡＴカット板またはＢＴカット板が用いられる請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。

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