特開 2023-79859 水晶振動素子および水晶振動デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023079859

(43)【公開日】2023-06-08

(54)【発明の名称】水晶振動素子および水晶振動デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/09 20060101AFI20230601BHJP

   H03H 9/02 20060101ALI20230601BHJP

   H03H 9/10 20060101ALI20230601BHJP

   H03H 9/19 20060101ALI20230601BHJP

【ＦＩ】

H03H9/09

H03H9/02 A

H03H9/10

H03H9/19 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021193535

(22)【出願日】2021-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】000149734

【氏名又は名称】株式会社大真空

(74)【代理人】

【識別番号】110000947

【氏名又は名称】弁理士法人あーく事務所

(72)【発明者】

【氏名】古城 有果

【テーマコード（参考）】

5J108

【Ｆターム（参考）】

5J108CC04

5J108DD02

5J108EE03

5J108EE07

5J108EE14

5J108FF06

5J108GG03

5J108GG07

5J108GG14

5J108GG16

5J108GG17

5J108KK02

5J108KK03

5J108KK04

(57)【要約】

【課題】振動特性の変動を抑制することが可能であり、小型化を図ることが可能な水晶振動素子および水晶振動デバイスを提供する。
【解決手段】振動部１１と、振動部１１の外周と所定の間隔を隔てて設けられた枠体部１２と、所定の幅および厚さを有する金属膜からなる連結部１３，１４とを備え、連結部１３，１４を介して、振動部１１の第１、第２励振電極１１１，１１２と枠体部１２の電極１２１，１２２とが電気的に接続されるとともに、連結部１３，１４によって、振動部１１が枠体部１２に保持されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動部と、
前記振動部の外周と所定の間隔を隔てて設けられた枠体部と、
所定の幅および厚さを有する金属膜からなる連結部とを備え、
前記連結部を介して、前記振動部の電極と前記枠体部の電極とが電気的に接続されるとともに、前記連結部によって、前記振動部が前記枠体部に保持されていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項2】

請求項１に記載の水晶振動素子において、
前記枠体部は、少なくとも３辺構成になっていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項3】

請求項１または２に記載の水晶振動素子において、
前記振動部は、平面視矩形であり、前記連結部は、前記振動部の少なくとも一対の対向辺に形成されていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項4】

請求項１に記載の水晶振動素子において、
前記振動部は、平面視矩形であり、前記連結部は、前記振動部の各辺に少なくとも１つ形成されていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項5】

請求項２～４のいずれか１つに記載の水晶振動素子において、
前記振動部の１つの辺に対して複数の前記連結部が形成され、各連結部の幅および／または厚さが異なっていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項6】

請求項２～４のいずれか１つに記載の水晶振動素子において、
前記振動部の１つの辺に対して３つ以上の前記連結部が形成され、平面視で中央側の前記連結部の幅および／または厚さよりも、外側の前記連結部の幅および／または厚さの方が大きいことを特徴とする水晶振動素子。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１つに記載の水晶振動素子において、
前記連結部は、少なくともＡｕ膜を含むことを特徴とする水晶振動素子。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１つに記載の水晶振動素子において、
前記連結部における、前記振動部との接続部分、および前記枠体部との接続部分は、Ｃｒ膜またはＴｉ膜に、Ａｕ膜が積層された構成になっていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１つに記載の水晶振動素子において、
前記枠体部は、平面視矩形であり、
前記連結部が前記枠体部の内周の角部の対角となる位置に接続されることにより、前記振動部が保持されていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１つに記載の水晶振動素子において、
前記振動部は、平面視矩形であり、前記振動部の一方の主面には、長辺側のみに前記連結部が形成され、前記振動部の他方の主面には、短辺側のみに前記連結部が形成されていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１つに記載の水晶振動素子において、
前記連結部に緩衝部が設けられていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか１つに記載の水晶振動素子において、
前記連結部が、前記枠体部の側壁および／または前記振動部の側壁にも設けられていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項13】

請求項１～１２のいずれか１つに記載の水晶振動素子において、
前記振動部は、平面視矩形であり、前記連結部は、前記枠体部の内周部および前記振動部の外周部のそれぞれに金属膜が全周にわたって形成された構成になっており、
前記連結部によって前記枠体部と前記振動部とが架橋されていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項14】

請求項１～１２のいずれか１つに記載の水晶振動素子において、
前記枠体部および前記振動部の両方には、幅広の金属膜が架橋され、当該金属膜に複数の開口部が設けられることにより前記連結部が形成されていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項15】

請求項１～１４のいずれか１つに記載の水晶振動素子において、
前記枠体部の前記振動部側に、前記振動部と略同一の厚みからなり前記枠体部よりも薄肉の薄肉部が設けられていることを特徴とする水晶振動素子。

【請求項16】

請求項１～１５のいずれか１つに記載の水晶振動素子が、上側封止部材と下側封止部材とによって、気密封止されていることを特徴とする水晶振動デバイス。

【請求項17】

請求項１６に記載の水晶振動デバイスにおいて、
前記上側封止部材および前記下側封止部材には、前記水晶振動素子側に凹部がそれぞれ形成され、前記振動部がそれぞれの凹部の底面に対向していることを特徴とする水晶振動デバイス。

【請求項18】

請求項１７に記載の水晶振動デバイスにおいて、
前記各凹部の底面には、前記振動部に対向する位置に凸部が形成されていることを特徴とする水晶振動デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水晶振動素子および水晶振動デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、水晶振動デバイスでは、水晶振動素子の振動領域が、導電性接着剤を介して、あるいは、水晶振動素子に設けられた水晶の連結部を介して、パッケージに電気機械的に接続されている（例えば、特許文献１参照）。このような構成では、パッケージに外力が作用すると、振動領域に応力が伝わりやすく振動特性が変動しやすいといった問題がある。

【0003】

そこで、振動領域（振動部）を複数のワイヤを用いて枠体部に保持させた水晶振動素子が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。この構成では、外部からの振動や衝撃が直接、振動部に伝わることを防ぐことが可能であり、振動特性の急激な変動を抑えることが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－２５２０５１号公報

【特許文献2】特開２０１２－４６２５号公報

【特許文献3】特開２０１９－４７３７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上述したワイヤ用いた構成では、複数のワイヤ架橋による応力の影響（互いに引っ張り合う）を受け、振動特性が変動する可能性がある。また、ワイヤ接続用パッドの形成領域を確保する必要があるため、小型化が困難になることが懸念される。

【0006】

本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、振動特性の変動を抑制することが可能であり、しかも、小型化を図ることが可能な水晶振動素子および水晶振動デバイスを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、水晶振動素子であって、振動部と、前記振動部の外周と所定の間隔を隔てて設けられた枠体部と、所定の幅および厚さを有する金属膜からなる連結部とを備え、前記連結部を介して、前記振動部の電極と前記枠体部の電極とが電気的に接続されるとともに、前記連結部によって、前記振動部が前記枠体部に保持されていることを特徴とする。

【0008】

上記構成によれば、振動部と枠体部との間に空間が形成され、振動部が枠体部から分離されるので、振動部に作用する熱や、外力等による環境応力を低減することができ、振動特性の変動を抑制することができる。また、複数のワイヤを用いて振動部を支持する構成に比べて、ワイヤ同士が互いに引っ張り合うことによる応力の影響を振動部が受けないため、振動特性の変動を抑制することができる。さらに、振動部および枠体部にワイヤ接続用パッドの形成領域を確保することが不要になるため、小型化を図ることができる。

【0009】

上記構成において、前記枠体部は、少なくとも３辺構成になっていることが好ましい。この構成によれば、枠体部の少なくとも３辺によって振動部を保持することで、連結部による振動部の保持の安定性を確保することができる。

【0010】

上記構成において、前記振動部は、平面視矩形であり、前記連結部は、前記振動部の少なくとも一対の対向辺に形成されていることが好ましい。この構成によれば、枠体部に対し、振動部が傾いたり、回転する動作が生じにくくなり、連結部による振動部の保持の安定性を高めることができる。

【0011】

上記構成において、前記振動部は、平面視矩形であり、前記連結部は、前記振動部の各辺に少なくとも１つ形成されていることが好ましい。この構成によれば、連結部による振動部の保持の安定化を図ることができる。

【0012】

上記構成において、前記振動部の１つの辺に対して複数の前記連結部が形成され、各連結部の幅および／または厚さが異なっていることが好ましい。この構成によれば、外側の連結部の幅、厚さが大きく、内側の連結部の幅、厚さが小さい場合、内側の連結部に作用する応力を逃がしやすく、振動部の耐衝撃性が向上するので、連結部が破断することを抑制することができる。

【0013】

上記構成において、前記振動部の１つの辺に対して３つ以上の前記連結部が形成され、平面視で中央側の前記連結部の幅および／または厚さよりも、外側の前記連結部の幅および／または厚さの方が大きいことが好ましい。この構成によれば、外側の連結部の幅、厚さが大きく、内側の連結部の幅、厚さが小さいので、内側の連結部に作用する応力を逃がしやすく、振動部の耐衝撃性が向上するため、連結部の破断を抑制することができる。

【0014】

上記構成において、前記連結部は、少なくともＡｕ膜を含むことが好ましい。この構成によれば、Ａｕの延性および展性により、連結部による振動部の保持強度が低下しにくくなり、連結部の環境変化や経年変化を抑制することができる。

【0015】

上記構成において、前記連結部における、前記振動部との接続部分、および前記枠体部との接続部分は、Ｃｒ膜またはＴｉ膜に、Ａｕ膜が積層された構成になっていることが好ましい。この構成によれば、ＣｒまたはＴｉは水晶との密着性が良好なため、連結部と振動部との接合強度、および連結部と枠体部との接合強度を向上させることができる。

【0016】

上記構成において、前記枠体部は、平面視矩形であり、前記連結部が前記枠体部の内周の角部の対角となる位置に接続されることにより、前記振動部が保持されていることが好ましい。この構成によれば、振動部の中心に対する回転モーメントの大きい部位である枠体部の内周の角部が連結部によって保持されるので、振動部の回転する動作が抑制される。これにより、連結部による振動部の保持の安定性を向上させることができる。

【0017】

上記構成において、前記振動部は、平面視矩形であり、前記振動部の一方の主面には、長辺側のみに前記連結部が形成され、前記振動部の他方の主面には、短辺側のみに前記連結部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、一方の主面には、振動部の短辺側に連結部が形成されず、また、他方の主面には、振動部の長辺側に連結部が形成されないので、ウェットエッチングによって振動部の外形加工を行う際、そのエッチング加工を精度よく行うことができる。

【0018】

上記構成において、前記連結部に緩衝部が設けられていることが好ましい。この構成によれば、連結部が弾性的に伸縮可能になっており、振動部の耐衝撃性を向上させることができる。

【0019】

上記構成において、前記連結部が、前記枠体部の側壁および／または前記振動部の側壁にも設けられていることが好ましい。この構成によれば、連結部と、枠体部および／または振動部との接合強度を向上させることができ、外部衝撃が加わった場合でも、連結部の破断を抑制することができる。

【0020】

上記構成において、前記振動部は、平面視矩形であり、前記連結部は、前記枠体部の内周部および前記振動部の外周部のそれぞれに金属膜が全周にわたって形成された構成になっており、前記連結部によって前記枠体部と前記振動部とが架橋されていることが好ましい。この構成によれば、外部衝撃が加わった際、連結部の一部が断線した場合であっても、略全周にわたって形成された金属膜により電気的接続を確保することができ、信頼性を高めることができる。

【0021】

上記構成において、前記枠体部および前記振動部の両方には、幅広の金属膜が架橋され、当該金属膜に複数の開口部が設けられることにより前記連結部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、複数の開口部が設けられた連結部によって連結部に作用する応力を緩和することができる。

【0022】

上記構成において、前記枠体部の前記振動部側に、前記振動部と略同一の厚みからなり前記枠体部よりも薄肉の薄肉部が設けられていることが好ましい。この構成によれば、薄肉部と振動部との高低差がなくなり、連結部に不要なテンションが作用しにくくなることから、安定した電気的接続を確保することができ、信頼性を高めることができる。

【0023】

また、本発明は、水晶振動デバイスであって、上記構成の水晶振動素子が、上側封止部材と下側封止部材とによって、気密封止されていることを特徴とする。この構成によれば、上記構成の水晶振動素子を備えた水晶振動デバイスにおいても、上記構成の水晶振動素子と同様の効果が得られる。

【0024】

上記構成において、前記上側封止部材および前記下側封止部材には、前記水晶振動素子側に凹部がそれぞれ形成され、前記振動部がそれぞれの凹部の底面に対向していることが好ましい。この構成によれば、振動部の可動領域を確保することができ、振動部が外部衝撃等により微小に動いた場合であっても上側封止部材や下側封止部材に接触することを抑制できる。

【0025】

上記構成において、前記各凹部の底面には、前記振動部に対向する位置に凸部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、外部衝撃等によって振動部の励振電極が形成された領域に対しては各凹部によって可動領域を確保しつつ、各凹部の底面に振動部の励振電極が形成されていない領域に対向する位置に凸部を設けることによって、振動部の鉛直方向の変位量を抑制することができる。その結果、連結部の破断を抑制することができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、振動特性の変動を抑制することができ、しかも、小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本実施形態にかかる水晶振動子の概略構成を示す分解斜視図である。

【図2】図１の水晶振動子の水晶振動板の第２主面側を示す斜視図である。

【図3】図１のＡ１－Ａ１線断面図である。

【図4】変形例１にかかる水晶振動板の第１主面側を示す斜視図である。

【図5】図４の水晶振動板の第２主面側を示す斜視図である。

【図6】変形例２にかかる水晶振動板の第１主面側を示す平面図である。

【図7】変形例３にかかる水晶振動板の第１主面側を示す平面図である。

【図8】変形例４にかかる水晶振動板の連結部を示す断面図である。

【図9】変形例５にかかる水晶振動板の連結部を示す断面図である。

【図10】変形例６にかかる水晶振動板の第１主面側を示す平面図である。

【図11】変形例７にかかる水晶振動板の第１主面側を示す平面図である。

【図12】変形例８にかかる水晶振動板の第１主面側を示す平面図である。

【図13】変形例９にかかる水晶振動板の第１主面側を示す平面図である。

【図14】変形例１０にかかる水晶振動板を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、本発明を適用する水晶振動デバイスが水晶振動子である場合について説明する。

【0029】

まず、本実施形態にかかる水晶振動子１００の基本的な構造について説明する。水晶振動子１００は、図１～図３に示すように、水晶振動板（水晶振動素子）１０と、水晶からなる上側封止部材２０および下側封止部材３０とを備えて構成されている。水晶振動子１００では、水晶振動板１０と上側封止部材２０とがシール部１１５によって接合され、水晶振動板１０と下側封止部材３０とがシール部１１６によって接合されることにより、略直方体の三枚重ね構造のパッケージが構成される。水晶振動板１０の両主面のそれぞれに上側封止部材２０および下側封止部材３０が接合されることによってパッケージの内部空間（キャビティ）１１０が形成され、この内部空間１１０に水晶振動板１０の振動部（振動領域）１１が気密封止されている。詳細には、上側封止部材２０の水晶振動板１０に対向する面に形成された凹部２１と、下側封止部材３０の水晶振動板１０に対向する面に形成された凹部３１とによって、水晶振動板１０の振動部１１を収容可能な内部空間１１０が形成されている。凹部２１，３１の底面には、凸部２２，３２が形成されている。なお、水晶振動子１００は、外部に設けられる外部回路基板（実装基板）に、例えば半田等を用いて搭載可能になっている。

【0030】

本実施形態にかかる水晶振動板（水晶振動素子）１０は、図１、図２に示すように、水晶からなる圧電基板であって、その両主面（第１主面１０１、第２主面１０２）が平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。本実施形態では、水晶振動板１０として、厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶板が用いられている。本実施形態の水晶振動板１０では、水晶振動板１０の両主面１０１，１０２が、ＸＺ´平面とされている。このＸＺ´平面において、水晶振動板１０の短手方向（短辺方向）に平行な方向がＺ´軸方向とされ、水晶振動板１０の長手方向（長辺方向）に平行な方向がＸ軸方向とされている。なお、ＡＴカットは、人工水晶の３つの結晶軸である電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）、および光学軸（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。ＡＴカット水晶板では、Ｘ軸は水晶の結晶軸に一致する。Ｙ´軸およびＺ´軸は、水晶の結晶軸のＹ軸およびＺ軸からそれぞれ概ね３５°１５′傾いた（この切断角度はＡＴカット水晶振動板の周波数温度特性を調整する範囲で多少変更してもよい）軸に一致する。Ｙ´軸方向およびＺ´軸方向は、ＡＴカット水晶板を切り出すときの切り出し方向に相当する。

【0031】

水晶振動板１０は、平面視で略矩形に形成された振動部１１と、振動部１１の外周と所定の間隔を隔てて設けられた枠状の枠体部１２と、所定の幅および厚さを有する金属膜からなる連結部１３，１４とを備えている。振動部１１に形成された励振電極１１１，１１２と、枠体部１２に形成された電極１２１，１２２とが、連結部１３，１４（図１、図２では、連結部１３ａ，１４ａ）を介して電気的に接続されている。振動部１１と枠体部１２とは、金属膜である連結部１３，１４を介して電気的かつ機械的に繋がっているが、同一の素材である水晶としては一体的に繋がっておらず、振動部１１と枠体部１２との間には、環状の空間が設けられている。

【0032】

図１～図３に示すように、振動部１１の両主面には、平面視で略矩形に形成された一対の励振電極（第１励振電極１１１、第２励振電極１１２）が形成されている。連結部１３は、水晶振動板１０の第１主面１０１側に複数形成されている。複数の連結部１３は、振動部１１の短辺方向（Ｚ´軸方向）で対向する一対の対向辺に設けられている。複数の連結部１３は、振動部１１の短辺方向に沿って設けられており、振動部１１と枠体部１２とに跨るように配置されている。複数の連結部１３は、振動部１１の長辺方向（Ｘ軸方向）に所定の間隔を隔てて配置されている。

【0033】

複数の連結部１３のうち、１つの連結部（中央に位置する連結部）１３ａの一端が振動部１１の第１励振電極１１１に接続されており、この連結部１３ａの他端が枠体部１２に形成された電極１２１に接続されている。電極１２１は、枠体部１２に形成されたスルーホール１２３内の電極、および下側封止部材３０に形成されたスルーホール３５内の電極を介して、下側封止部材３０の底面（パッケージの底面）に形成された外部接続端子３４に電気的に接続されている。なお、下側封止部材３０の底面には、一対の外部接続端子３４が所定の間隔を隔てて設けられている。一対の外部接続端子３４は、下側封止部材３０の長辺方向（Ｘ軸方向）に沿って設けられている。

【0034】

連結部１４は、水晶振動板１０の第２主面１０２側に複数形成されている。複数の連結部１４は、振動部１１の長辺方向（Ｘ軸方向）で対向する一対の対向辺に設けられている。複数の連結部１４は、振動部１１の長辺方向に沿って設けられており、振動部１１と枠体部１２とに跨るように配置されている。複数の連結部１４は、振動部１１の短辺方向（Ｚ´軸方向）に所定の間隔を隔てて配置されている。また、振動部１１の短辺方向の一辺にも連結部１４ａが設けられている。この連結部１４ａの一端が振動部１１の第２励振電極１１２に接続されており、この連結部１４ａの他端が枠体部１２に形成された電極１２２に接続されている。電極１２１は、下側封止部材３０に形成されたスルーホール３６内の電極を介して、下側封止部材３０の底に形成された外部接続端子３４に電気的に接続されている。

【0035】

複数の連結部１３，１４は、同じ厚さに形成されている。連結部１３は、第１励振電極１１１に接続される連結部１３ａを除いて、同じ幅（Ｘ軸方向の幅）であり、かつ同じ長さ（Ｚ´軸方向の幅）に形成されている。連結部１３ａは、それ以外の連結部１３よりもＺ´軸方向の幅が大きくなっている。連結部１４は、第２励振電極１１２に接続される連結部１４ａを除いて、同じ幅（Ｚ´軸方向の幅）であり、かつ同じ長さ（Ｘ軸方向の幅）に形成されている。連結部１４ａは、それ以外の連結部１４よりもＺ´軸方向の幅が大きくなっている。

【0036】

第１、第２励振電極１１１，１１２、電極１２１，１２２、および連結部１３，１４は、複数の金属膜が水晶振動板１０上に積層されて構成されている。例えば、第１、第２励振電極１１１，１１２、および電極１２１，１２２は、水晶振動板１０上に、下地膜としてのＴｉ（チタン）膜またはＣｒ（クロム）膜が、蒸着またはスパッタリングにより形成され、その下地膜上にＡｕ（金）膜が、蒸着またはスパッタリングにより形成された構成になっている。連結部１３，１４は、下地膜としてのＴｉ（チタン）膜またはＣｒ（クロム）膜が除去されることによって、Ａｕ（金）膜により形成された構成になっている。水晶振動板１０に形成される電極および金属膜を同一の構成とすれば、電極および金属膜を同時にパターニングでき、好ましい。

【0037】

なお、水晶振動板１０の振動部１１および枠体部１２は、１枚の水晶素板からウェットエッチングによって形成される。具体的には、ウェットエッチングによって振動部１１の外形形成を行う際に、振動部１１と枠体部１２との間に空間を形成し、振動部１１と枠体部１２とを分離するようにしている。そして、ウェットエッチングの際に用いたメタルマスクの一部を残し、さらに、下地膜を除去することによって、Ａｕ膜からなる連結部１３，１４を形成し、連結部１３，１４によって、振動部１１を枠体部１２に保持させるようにしている。

【0038】

連結部１３，１４は、水晶振動板１０の外周縁に形成されたシール部１１５，１１６に電気的に接続しない位置に設けられている。また、シール部１１５，１１６および連結部１３，１４は、連結部１３ａ，１４ａを除いて、第１、第２励振電極１１１，１１２に電気的に接続しない位置に設けられている。シール部１１５，１１６は、水晶振動子１００において、水晶振動板１０の振動部１１を気密封止するために設けられており、平面視で、環状に形成されている。シール部１１５は、水晶振動板１０の第１主面１０１の外周縁に形成された環状のＡｕ膜と、上側封止部材２０の外周縁に形成された環状のＡｕ膜とが拡散接合（Ａｕ－Ａｕ接合）することによって形成される。シール部１１６は、水晶振動板１０の第２主面１０２の外周縁に形成された環状のＡｕ膜と、下側封止部材３０の外周縁に形成された環状のＡｕ膜とが拡散接合（Ａｕ－Ａｕ接合）することによって形成される。

【0039】

本実施形態では、上述したように、水晶振動板１０において、所定の幅および厚さを有する金属膜からなる連結部１３，１４を介して、振動部１１の第１、第２励振電極１１１，１１２と枠体部１２の電極１２１，１２２とが電気的に接続されるとともに、連結部１３，１４によって振動部１１が枠体部１２に保持されている。

【0040】

本実施形態によれば、振動部１１と枠体部１２との間に内部空間１１０が形成され、振動部１１が枠体部１２から分離されるので、枠体部１２から振動部１１への熱や応力の伝達が遮断される。これにより、振動部１１に作用する熱や、外力等による環境応力を低減することができ、振動特性の変動を抑制することができる。

【0041】

ここで、複数のワイヤを用いて振動部１１を支持する構成では、複数のワイヤ架橋に起因してワイヤ同士が互いに引っ張り合うことによる応力の影響を受けたり、振動部１１および枠体部１２にワイヤ接続用パッドの形成領域を確保する必要があるため、水晶振動板１０の小型化が困難になることが懸念される。しかし、本実施形態では、そのような応力の影響を振動部１１が受けないため、振動特性の変動を抑制することができる。また、振動部１１および枠体部１２にワイヤ接続用パッドの形成領域を確保することが不要になるため、水晶振動板１０の小型化を図ることができる。

【0042】

本実施形態では、連結部１３，１４が少なくともＡｕ膜を含む構成になっているので、Ａｕの延性および展性により、連結部１３，１４による振動部１１の保持強度が低下しにくくなり、連結部１３，１４の環境変化や経年変化を抑制することができる。

【0043】

また、本実施形態では、連結部１３，１４における、振動部１１との接続部分、および枠体部１２との接続部分は、Ｃｒ膜またはＴｉ膜に、Ａｕ膜が積層された構成になっている。ＣｒまたはＴｉは水晶との密着性が良好なため、連結部１３，１４と振動部１１との接合強度、および連結部１３，１４と枠体部１２との接合強度を向上させることができる。

【0044】

本実施形態では、連結部１３，１４は、振動部１１の各辺に少なくとも１つ形成されているので、連結部１３，１４による振動部１１の保持の安定化を図ることができる。また、連結部１３，１４が、平面視で略矩形の振動部１１の少なくとも一対の対向辺に形成されているので、枠体部１２に対し、振動部１１が傾いたり、回転する動作が生じにくくなり、連結部１３，１４による振動部１１の保持の安定性を高めることができる。

【0045】

また、本実施形態では、振動部１１の１つの辺に対して３つ以上の連結部１３が形成され、平面視で中央側の連結部１３の幅および／または厚さよりも、外側の連結部１３の幅および／または厚さの方が大きくなっている。図１、図２では、５つの連結部１３が形成されており、中央に位置する連結部１３ａの幅（Ｘ軸方向の幅）よりも、それ以外の連結部１３の幅の方が大きくなっている。このように、外側の連結部１３の幅、厚さが大きく、内側の連結部１３ａの幅、厚さが小さい場合、内側の連結部１３ａに作用する応力を逃がしやすく、振動部１１の耐衝撃性が向上するので、連結部１３の破断を抑制することができる。なお、連結部１３の幅および厚さのうちいずれか一方を調整することによって、連結部１３の破断を抑制するようにしてもよい。

【0046】

なお、本実施形態にかかる水晶振動板１０を備えた水晶振動子１００においても、上記構成の水晶振動板１０と同様の効果が得られる。また、水晶振動子１００では、上側封止部材２０および下側封止部材３０には、水晶振動板１０側に凹部２１，３１がそれぞれ形成され、振動部１１がそれぞれの凹部２１，３１の底面に対向しているので、振動部１１の可動領域を確保することができ、振動部１１が外部衝撃等により微小に動いた場合であっても上側封止部材２０や下側封止部材３０に接触することを抑制できる。また、各凹部２１，３１の底面には、振動部１１に対向する位置に凸部２２，３２が形成されているので、外部衝撃等によって振動部１１の第１、第２励振電極１１１，１１２が形成された領域に対しては各凹部２１，３１によって可動領域を確保しつつ、各凹部２１，３１の底面に振動部１１の第１、第２励振電極１１１，１１２が形成されていない領域に対向する位置に凸部２２，３２を設けることによって、振動部１１の鉛直方向の変位量を抑制することができる。その結果、連結部１３，１４の破断を抑制することができる。なお、各凸部２２，３２の数は２つに限定されず、１つ、あるいは３つ以上であってもよい。

【0047】

今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0048】

上述した振動部１１の大きさ、形状や、水晶振動板１０における配置位置は一例であって、さまざまに変更することが可能である。上述した連結部１３，１４の大きさ、形状、数や、水晶振動板１０における配置位置は一例であって、さまざまに変更することが可能である。

【0049】

また、上述した振動部１１の第１、第２励振電極１１１，１１２への電気的な配線は一例であって、さまざまに変更することが可能である。上記実施形態では、スルーホール３５，３６，１２３を形成して電気的な接続を行ったが、そのようなスルーホールの代わりに、下側封止部材３０等の側面にキャスタレーションを形成し、その内壁面に電極を形成することによって電気的な接続を行ってもよい。あるいは、スルーホールとキャスタレーションとを併用してもよい。

【0050】

上記実施形態では、水晶振動子１００として、水晶振動板１０が上側封止部材２０および下側封止部材３０の間に挟まれた３枚重ね構造の水晶振動子を用いたが、これ以外の構造の水晶振動子１００を用いてもよい。例えば、凹部を有するベース（下側封止部材）の内部に水晶振動板１０を収容し、当該ベースに蓋（上側封止部材）を接合した構造の水晶振動子を用いてもよい。この場合、水晶振動板１０は、例えば導電性接着剤等によってベースに接合される。

【0051】

また、上記実施形態では、上側封止部材２０および下側封止部材３０を水晶により形成したが、例えばセラミックやガラス等によって上側封止部材２０および下側封止部材３０を形成してもよい。

【0052】

上記実施形態では、本発明を水晶振動子１００に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば水晶発振器等にも本発明を適用してもよい。

【0053】

以下、複数の変形例を挙げて説明するが、上記実施形態と同様の部分については説明を省略し、上記実施形態と異なる部分について主に説明する。

【0054】

図４、図５に示す変形例１では、連結部１３，１４、ベースへの搭載用電極１５の構成が、上記実施形態とは主に異なる。

【0055】

図４、図５に示すように、水晶振動板１０の長辺方向（Ｘ軸方向）の一端側に一対の搭載用電極１５が設けられている。水晶振動板１０の第１主面１０１側では、複数の連結部１３が水晶振動板１０の短辺方向（Ｚ´軸方向）に沿って設けられている。複数の連結部１３は、水晶振動板１０の長辺方向のみにおいて、振動部１１と枠体部１２との間に橋架されている。複数の連結部１３のうち、１つの連結部（中央に位置する連結部）１３ａが第１励振電極１１１に接続されている。また、連結部１３ａを含む複数（図４では、３つ）の連結部１３が搭載用電極１５に接続されている。この場合、連結部１３ａを含む複数の連結部１３は、振動部１１側に形成された接続電極１６ａと、枠体部１２側に形成された接続電極１６ｂとによって電気的に接続されている。接続電極１６ａ，１６ｂは水晶振動板１０の長辺方向に沿って形成されており、接続電極１６ｂの一端が搭載用電極１５に接続されている。このように、搭載用電極１５には、複数の連結部１３が共通して接続されている。なお、接続電極１６ａを振動部１１の外周全体にわたって形成してもよい。

【0056】

水晶振動板１０の第２主面１０２側では、複数の連結部１４が水晶振動板１０の長辺方向に沿って設けられている。複数の連結部１４は、水晶振動板１０の短辺方向のみにおいて、振動部１１と枠体部１２との間に橋架されている。複数の連結部１４のうち、１つの連結部（端に位置する連結部）１４ｂには、第２励振電極１１２から延びる引出電極１６ｃが接続されている。この連結部１４ｂが搭載用電極１５に接続されている。この場合、連結部１４ｂを含む複数の連結部１４の全てが、振動部１１側に形成された接続電極１６ｄと、枠体部１２側に形成された接続電極１６ｅとによって電気的に接続されている。接続電極１６ｄ，１６ｅは水晶振動板１０の短辺方向に沿って形成されている。このように、搭載用電極１５には、複数の連結部１４が共通して接続されている。なお、接続電極１６ｄを振動部１１の外周全体にわたって形成してもよい。

【0057】

変形例１にかかる水晶振動板１０では、振動部１１は、平面視で略矩形であり、水晶振動板１０の第１主面１０１には、振動部１１の長辺側のみに連結部１３が形成され、水晶振動板１０の第２主面１０２には、振動部１１の短辺側のみに連結部１４が形成されている。この構成によれば、水晶振動板１０の第１主面１０１には、振動部１１の短辺側に連結部１３が形成されず、また、水晶振動板１０の第２主面１０２には、振動部１１の長辺側に連結部１４が形成されないので、ウェットエッチングによって振動部１１の外形加工を行う際、そのエッチング加工を精度よく行うことができる。

【0058】

また、搭載用電極１５に、複数の連結部１３，１４が共通して接続されているので、複数の連結部１３，１４のうち一部が破断したとしても、残りの連結部１３，１４によって、第１、第２励振電極１１１，１１２と、搭載用電極１５との間の電気的接続を確保することができる。

【0059】

図６に示す変形例２では、ベースへの搭載用電極１５の構成が、上記実施形態とは主に異なる。図６に示すように、水晶振動板１０の枠体部１２の四隅にベースへの搭載用電極１５が設けられている。

【0060】

図４、図５に示す水晶振動板１０をベースに搭載する際、例えば導電性接着剤によって、水晶振動板１０の搭載用電極１５がベースの搭載用パッドに接合される。搭載用電極１５は、水晶振動板１０の長辺方向（Ｘ軸方向）の一端側にのみ設けられているため、水晶振動板１０がベースに対し片持ち状態で支持されることになる。しかし、変形例２１にかかる水晶振動板１０では、水晶振動板１０の四隅に搭載用電極１５が設けられているので、ベースに対し水晶振動板１０を安定して支持させることができる。これにより、連結部１３，１４に無用な応力が作用しなくなり、振動部１１の耐衝撃性の面で好ましい。

【0061】

図７に示す変形例３では、連結部１３，１４の構成が、上記実施形態とは主に異なる。図７に示すように、水晶振動板１０の第１主面１０１側では、複数の連結部１３のうち、２つの連結部１３が水晶振動板１０の一対の対角位置に設けられている。２つの連結部１３は、振動部１１の角部と、枠体部１２の内周側の角部とにわたって設けられている。また、複数の連結部１３のうち、１つの連結部１３ａの一端が振動部１１の第１励振電極１１１に接続されており、この連結部１３ａの他端が枠体部１２に形成された電極１２１に接続されている。

【0062】

水晶振動板１０の第２主面１０２側では、複数の連結部１４のうち、２つの連結部１４が水晶振動板１０の残り一対の対角位置に設けられている。２つの連結部１４は、振動部１１の角部と、枠体部１２の内周側の角部とにわたって設けられている。また、複数の連結部１４のうち、１つの連結部１４ａの一端が振動部１１の第２励振電極１１２に接続されており、この連結部１４ａの他端が枠体部１２に形成された電極１２２に接続されている。

【0063】

変形例３にかかる水晶振動板１０では、枠体部１２は、平面視で略矩形であり、連結部１３，１４が枠体部１２の内周の角部の対角となる位置に接続されることにより、振動部１１が保持されている。この構成によれば、振動部１１の中心に対する回転モーメントの大きい部位である枠体部１２の内周の角部が連結部１３，１４によって保持されるので、振動部１１の回転する動作が抑制される。これにより、連結部１３，１４による振動部１１の保持の安定性を向上させることができる。なお、振動部１１の形状は矩形以外であってもよい。

【0064】

図８に示す変形例４では、連結部１３に緩衝部が設けられている（連結部１４も同様）。図８（ａ）では、連結部１３の中央部の断面形状が円形になっており、連結部１３の中央部の幅（平面視での幅）が、その両側の部分の幅よりも大きくなっている。図８（ｂ）では、連結部１３の幅（平面視での幅）が大きい部分と、小さい部分とが繰り返し設けられている。図８（ｃ）では、連結部１３の中央部が中空形状になっている。図８（ｄ）では、連結部１３の中央部の幅（平面視での幅）が、その両側の部分の幅よりも小さくなっている。

【0065】

変形例４にかかる水晶振動板１０では、連結部１３，１４は、その長さ方向の中央部の幅および／または厚さが、その両側の部分よりも大きくなっている。あるいは、連結部１３，１４は、その長さ方向の中央部の幅および／または厚さが、その両側の部分よりも小さくなっている。これにより、連結部１３，１４が柔軟性を有しており、弾性的に伸縮可能になっているため、振動部１１の耐衝撃性を向上させることができる。

【0066】

図９に示す変形例５では、連結部１３が、枠体部１２の側壁に設けられた連結部１３ｃおよび振動部１１の側壁に設けられた１３ｄも含む構成になっている（連結部１４も同様）。変形例５にかかる水晶振動板１０では、連結部１３，１４が、枠体部１２の側壁および振動部１１の側壁にも一体的に設けられているので、連結部１３，１４と、振動部１１および枠体部１２との接合強度を向上させることができ、外部衝撃が加わった場合でも、連結部１３，１４の破断を抑制することができる。なお、枠体部１２の側壁および振動部１１の側壁のいずれか一方に連結部１３，１４を設ける構成としてもよい。

【0067】

図１０に示す変形例６では、枠体部１２の構成が、上記実施形態とは主に異なる。図１０に示すように、枠体部１２は、３辺構成になっており、水晶振動板１０の長辺方向（Ｘ軸方向）の一端側が開放されている。このように、枠体部１２の少なくとも３辺によって振動部１１を保持することで、連結部１３，１４による振動部１１の保持の安定性を確保することができる。

【0068】

なお、枠体部１２の開放端の近傍に設けられる連結部１３の幅（Ｘ軸方向の幅）および／または厚さが、それ以外の連結部１３の幅および／または厚さよりも大きくなっており、枠体部１２の開放端の近傍に設けられる連結部１３の破断を抑制することができる。

【0069】

図１１に示す変形例７では、連結部１３，１４の構成が、上記実施形態とは主に異なる。図１１に示すように、水晶振動板１０の第１主面１０１側では、平面視で中央側の連結部１３の幅（Ｘ軸方向の幅）および／または厚さよりも、外側の連結部１３の幅および／または厚さの方が大きくなっている。詳細には、中央側に向かうほど、連結部１３の幅が段階的に小さくなっている。

【0070】

また、水晶振動板１０の第２主面１０２側では、平面視で中央側の連結部１４の幅（Ｚ´軸方向の幅）および／または厚さよりも、外側の連結部１４の幅および／または厚さの方が大きくなっている。

【0071】

変形例７にかかる水晶振動板１０では、外側の連結部１３，１４の幅、厚さを大きく、内側の連結部１３，１４の幅、厚さを小さくすることによって、内側の連結部１３，１４に作用する応力を逃がしやすく、振動部１１の耐衝撃性が向上するので、連結部１３，１４の破断を抑制することができる。また、枠体部１２の内周の角部の近傍の連結部１３，１４の幅、厚さが大きくなっており、振動部１１の中心に対する回転モーメントの大きい部位の連結部１３，１４の幅、厚さが大きくなっているので、振動部１１の回転する動作が抑制される。これにより、連結部１３，１４による振動部１１の保持の安定性を向上させることができる。なお、連結部１３，１４の幅および厚さのうちいずれか一方を調整することによって、連結部１３，１４の破断を抑制するようにしてもよい。

【0072】

図１２に示す変形例８では、連結部１３，１４の構成が、上記実施形態とは主に異なる。図１２に示すように、連結部１３，１４が屈曲部を有する構成になっている。連結部１３，１４は、その長さ方向の中央部に屈曲部を有しており、屈曲部が曲率を有する形状に形成されている。連結部１４では、隣り合う連結部１４の屈曲部同士が相互に連結されている。連結部１３，１４は、例えば、平面視で「く」字状、Ｘ字状、網目状等に形成されている。

【0073】

水晶振動板１０の第１主面１０１側では、複数の連結部１３は、振動部１１側に形成された接続電極１６ａと、枠体部１２側に形成された接続電極１６ｂとによって電気的に互いに接続されている。接続電極１６ａ，１６ｂは水晶振動板１０の長辺方向（Ｘ軸方向）に沿って形成されている。このように、接続電極１６ａ，１６ｂによって、複数の連結部１３が第１励振電極１１１に共通して接続されている。

【0074】

水晶振動板１０の第２主面１０２側では、複数の連結部１４は、振動部１１側に形成された接続電極１６ｄと、枠体部１２側に形成された接続電極１６ｅとによって電気的に互いに接続されている。接続電極１６ｄ，１６ｅは水晶振動板１０の短辺方向（Ｚ´軸方向）に沿って形成されている。このように、接続電極１６ｄ，１６ｅによって、複数の連結部１４が第２励振電極１１２に共通して接続されている。

【0075】

変形例８にかかる水晶振動板１０では、連結部１３，１４は、応力が作用すると、弾性的に伸縮可能になっているため、連結部１３，１４の破断を抑制することができ、振動部１１の耐衝撃性を向上させることができる。しかも、連結部１３，１４の屈曲部が曲率を有する形状になっているので、連結部１３，１４の破断をより確実に抑制することができる。また、第１、第２励振電極１１１，１１２に、複数の連結部１３，１４が共通して接続されているので、複数の連結部１３，１４のうち一部が破断したとしても、残りの連結部１３，１４によって、第１、第２励振電極１１１，１１２と、枠体部１２の電極１２１，１２２との間の電気的接続を確保することができる。

【0076】

また、枠体部１２の内周部および振動部１１の外周部のそれぞれに金属膜（接続電極１６ａ、１６ｂ、１６ｄ、１６ｅ）が略全周にわたって形成された構成になっており、連結部１３，１４によって枠体部１２と振動部１１とが架橋されている。この構成によれば、外部衝撃が加わった際、複数の連結部１３，１４の一部が断線した場合であっても、略全周にわたって形成された金属膜により電気的接続を確保することができ、信頼性を高めることができる。

【0077】

図１３に示す変形例９では、連結部１３，１４の構成が、上記実施形態とは主に異なる。図１３に示すように、水晶振動板１０の第１主面１０１側では、連結部１３が、水晶振動板１０の長辺方向（Ｘ軸方向）に幅広のシート状の構成になっている。連結部１３における、振動部１１と枠体部１２との間に位置する部分には、例えば円形、楕円形等の複数の貫通孔（開口部）１３ｅが形成されている。複数の貫通孔１３ｅは、水晶振動板１０の長辺方向に沿って、一列に並んで配置されている。なお、連結部１３は、例えば、上述した変形例８の複数の連結部１３および接続電極１６ａ，１６ｂが一体に形成された構成になっている。

【0078】

水晶振動板１０の第２主面１０２側では、連結部１４が、水晶振動板１０の短辺方向（Ｚ´軸方向）に幅広のシート状の構成になっている。連結部１４における、振動部１１と枠体部１２との間に位置する部分には、例えば円形、楕円形等の複数の貫通孔１４ｅが形成されている。複数の貫通孔（開口部）１４ｅは、水晶振動板１０の短辺方向に沿って、一列に並んで配置されている。なお、連結部１４は、例えば、上述した変形例８の複数の連結部１４および接続電極１６ｄ，１６ｅが一体に形成された構成になっている。

【0079】

変形例９にかかる水晶振動板１０では、枠体部１２および振動部１１の両方には、幅広の金属膜が架橋され、当該金属膜に複数の貫通孔１３ｅ，１４ｅが設けられることにより連結部１３，１４が形成される構成になっている。この構成によれば、複数の開口部１３ｅ，１４ｅが設けられた連結部１３，１４によって連結部１３，１４に作用する応力を緩和することができる。しかも、複数の貫通孔１３ｅ，１４ｅの内周が曲面であり、角部が存在しないので、連結部１３，１４に作用する応力をいっそう緩和することができる。なお、複数の貫通孔１３ｅ，１４ｅを複数列（例えば２列）に並んで配置してもよい。

【0080】

図１４に示す変形例１０では、振動部１１および枠体部１２の構成が、上記実施形態とは主に異なる。図１４に示すように、振動部１１および枠体部１２の厚さが同一ではなく、それぞれの厚さを変化させている。

【0081】

図１４（ａ）では、振動部１１の厚さが枠体部１２の厚さよりも小さくなっている（逆メサ構造）。振動部１１の厚さは全体にわたって同一になっている。枠体部１２には段差１２ａが形成されており、この段差１２ａは平面視で周状に連続して形成されている。段差１２ａは、水晶振動板１０の第１主面１０１および第２主面１０２の両方に設けられている。枠体部１２の段差１２ａよりも内周側の部分の厚さは、振動部１１の厚さと略同一になっている。枠体部１２の段差１２ａよりも外周側の部分の厚さは、振動部１１の厚さよりも大きくなっている。

【0082】

このように、枠体部１２の振動部１１側（内周側）に、振動部１１と略同一の厚みからなり枠体部１２の外周側よりも薄肉の薄肉部が設けられている。この構成によれば、枠体部１２の薄肉部と振動部１１との高低差がなくなり、連結部１３，１４に不要なテンションが作用しにくくなることから、安定した電気的接続を確保することができ、信頼性を高めることができる。

【0083】

図１４（ｂ）では、振動部１１の中央部の厚さが外周部の厚さよりも大きくなっている（メサ構造）。振動部１１には段差１１ａが形成されており、この段差１１ａは平面視で周状に連続して形成されている。段差１１ａは、水晶振動板１０の第１主面１０１および第２主面１０２の両方に設けられている。振動部１１の段差１１ａよりも内周側の中央部の厚さは、段差１２ａよりも外周側の外周部の厚さよりも大きくなっており、この振動部１１の中央部に第１、第２励振電極１１１，１１２が形成されている。枠体部１２にも段差１２ａが形成されており、この段差１２ａは平面視で周状に連続して形成されている。段差１２ａは、水晶振動板１０の第１主面１０１および第２主面１０２の両方に設けられている。枠体部１２の段差１２ａよりも内周側の部分の厚さは、振動部１１の外周部の厚さと略同一になっている。枠体部１２の段差１２ａよりも外周側の部分の厚さは、振動部１１の中央部の厚さよりも大きくなっている。

【0084】

図１４（ｃ）では、振動部１１の厚さが枠体部１２の厚さよりも小さくなっている（逆メサ構造）。振動部１１の厚さは全体にわたって同一になっている。枠体部１２には段差１２ａが形成されており、この段差１２ａは平面視で周状に連続して形成されている。段差１２ａは、上述した図１４（ａ）、図１４（ｂ）の場合とは異なり、水晶振動板１０の第１主面１０１のみに設けられており、第２主面１０２には設けられていない。枠体部１２の段差１２ａよりも内周側の部分の厚さは、振動部１１の厚さと略同一になっている。枠体部１２の段差１２ａよりも外周側の部分の厚さは、振動部１１の厚さよりも大きくなっている。水晶振動板１０の第２主面１０２側では、振動部１１の表面と枠体部１２の表面とが略同一面上に形成されている。

【符号の説明】

【0085】

１０ 水晶振動板（水晶振動素子）
１１ 振動部
１２ 枠体部
１３，１４ 連結部
１００ 水晶振動子（水晶振動デバイス）
１１１，１１２ 第１、第２励振電極
１２１，１２２ 電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】