(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】P2023097794
(43)【公開日】2023-07-10
(54)【発明の名称】圧電振動素子及び圧電デバイス
(51)【国際特許分類】
H03H 9/02 20060101AFI20230703BHJP
H03B 5/32 20060101ALI20230703BHJP
【FI】
H03H9/02 K
H03H9/02 N
H03B5/32 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021214104
(22)【出願日】2021-12-28
(71)【出願人】
【識別番号】000006633
【氏名又は名称】京セラ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100135828
【弁理士】
【氏名又は名称】飯島 康弘
(72)【発明者】
【氏名】太田 正明
(72)【発明者】
【氏名】阿部 信孝
(72)【発明者】
【氏名】楠木 孝男
(72)【発明者】
【氏名】植田 貴博
(72)【発明者】
【氏名】後藤 正彦
(72)【発明者】
【氏名】阿多利 仁
【テーマコード(参考)】
5J079
5J108
【Fターム(参考)】
5J079AA04
5J079BA02
5J079CB02
5J079FA24
5J079HA08
5J108AA04
5J108BB02
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5J108CC10
5J108DD02
5J108EE03
5J108EE18
5J108GG03
5J108GG20
(57)【要約】
【課題】計測温度を圧電体の温度に近づけることが容易化される圧電振動素子を提供する。
【解決手段】水晶素子1は、水晶ブランク3と、2つの励振電極7と、2つの引出電極9と、感温膜11と、を有している。水晶ブランク3は、第1領域部3c及び第2領域部3dを有している。2つの励振電極7は、第1領域部3cの表面に重なっている。2つの引出電極9は、2つの励振電極7から引き出されている。感温膜11は、第2領域部3dの表面に重なっている部分を有している。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1領域部及び第2領域部を有している圧電体と、
前記第1領域部の表面に重なっている部分を有している2つの励振電極と、
前記2つの励振電極から引き出されている2つの引出電極と、
前記第2領域部の表面に重なっている部分を有している感温膜と、
を有している圧電振動素子。
【請求項2】
前記圧電体は、板状部を有しており、
前記板状部の平面視において前記第1領域部及び前記第2領域部は前記板状部の互いに異なる部位であり、
前記2つの励振電極は、前記第1領域部を厚さ方向に挟んで互いに対向しており、
前記第2領域部は、前記板状部の平面視において前記2つの励振電極の外側に位置している
請求項1に記載の圧電振動素子。
【請求項3】
前記2つの引出電極は、前記板状部の平面透視において前記2つの励振電極から第1側へ引き出されており、
前記感温膜は、前記2つの引出電極よりも前記第1側に位置している部分を有している
請求項2に記載の圧電振動素子。
【請求項4】
前記感温膜は、前記板状部の平面透視において前記2つの引出電極の少なくとも一方に重複する部分を有している
請求項2又は3に記載の圧電振動素子。
【請求項5】
前記板状部は、
厚さ方向の両側に面している第1面及び第2面と、
前記板状部の平面視において前記第1領域部と前記第2領域部との間に位置している緩衝部と、を有しており、
前記緩衝部は、前記第1面の凹部、前記第2面の凹部、前記第1面の凸部、前記第2面の凸部及び貫通孔の少なくとも1つを含んでいる
請求項2~4のいずれか1項に記載の圧電振動素子。
【請求項6】
前記第1領域部及び前記第2領域部は、前記圧電体を厚さ方向に見たときに互いに異なる部位であり、
前記第2領域部の厚さが、前記第1領域部の厚さよりも厚い
請求項1~5のいずれか1項に記載の圧電振動素子。
【請求項7】
請求項1~6のいずれか1項に記載の圧電振動素子と、
前記圧電振動素子を保持しているパッケージと、
を有している圧電デバイス。
【請求項8】
前記圧電振動素子は、前記パッケージの所定面に対向した状態で、前記所定面と前記圧電振動素子との間に介在する接合材によって前記所定面に接合されており、
前記感温膜は、前記圧電体の、前記所定面とは反対側の面に位置する部分を有している
請求項7に記載の圧電デバイス。
【請求項9】
前記圧電振動素子は、前記パッケージの所定面に対向した状態で、前記所定面と前記圧電振動素子との間に介在する接合材によって前記所定面に接合されており、
前記感温膜は、前記圧電体の、前記所定面の側の面に位置する部分を有している
請求項7に記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、圧電振動素子、及び当該圧電振動素子を有する圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
水晶振動子及び水晶発振器等の圧電デバイスが知られている(例えば下記特許文献参照)。このような圧電デバイスは、水晶振動素子等の圧電振動素子と、圧電振動素子を保持しているパッケージとを有している。圧電振動素子は、圧電体(例えば水晶ブランク)と、圧電体に重なる2つの励振電極と、2つの励振電極から引き出されている2つの引出電極とを有している。2つの引出電極は、例えば、パッケージが有しているパッドと導電性の接合材によって接合されることによって、パッケージに対する圧電振動素子の実装に寄与する。
【0003】
上記のような圧電デバイスとして、サーミスタ等の感温素子を有しているものが知られている。感温素子が検出した温度は、例えば、温度変化に起因する圧電振動素子の特性変化を補償することに利用される。
【0004】
感温素子は、パッケージに実装されている。例えば、特許文献1では、パッケージは、第1凹部と、当該第1凹部とは反対側に開口する第2凹部とを有している。圧電振動素子は、第1凹部に収容されて、第1凹部の底面に実装される。また、第1凹部は、蓋体によって塞がれて密閉される。感温素子は、チップ型の部品であり、第2凹部に収容されて、第2凹部の底面に実装される。具体的には、感温素子の2つの端子と、第2凹部の底面に位置している2つのパッドとが導電性の接合材によって接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
例えば、計測温度を圧電体の温度に近づけることが容易化される圧電振動素子及び圧電デバイスが提供されることが待たれる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様に係る圧電振動素子は、第1領域部及び第2領域部を有している圧電体と、前記第1領域部の表面に重なっている部分を有している2つの励振電極と、前記2つの励振電極から引き出されている2つの引出電極と、前記第2領域部の表面に重なっている部分を有している感温膜と、を有している。
【0008】
本開示の一態様に係る圧電デバイスは、上記圧電振動素子と、前記圧電振動素子を保持しているパッケージと、を有している。
【発明の効果】
【0009】
上記の構成によれば、例えば、計測温度を圧電体の温度に近づけることが容易化される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図3】第1実施形態に係る水晶素子の利用例としての水晶デバイスの分解斜視図。
【
図7】第2実施形態に係る水晶素子の利用例としての水晶デバイスの断面図。
【
図11】第5実施形態に係る水晶素子を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。以下の説明で用いられる図は模式的なものである。従って、例えば、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。図面同士において同一の部材の寸法比率も一致しない。また、細部の図示が省略されることがあり、一部の形状が誇張されて図示されることがある。ただし、上記は、実際の寸法比率が図面のとおりとされてもよいこと、及び図面から形状及び寸法比率等の特徴が抽出されてよいことを否定するものではない。
【0012】
図面には、便宜上、直交座標系D1-D2-D3を付すことがある。実施形態に係る圧電振動素子及び圧電デバイスは、いずれの方向が上下方向又は水平方向とされてもよい。ただし、便宜上、+D3側を上方とした表現をすることがある。また、平面視又は平面透視は、特に断りが無い限り、D3方向に平行に見ることを指す。
【0013】
相対的に後に説明される態様(実施形態及び変形例)の説明においては、基本的に、先に説明された態様との相違点についてのみ述べる。特に言及が無い事項は、先に説明された態様と同様とされたり、類推されたりしてよい。先に説明された態様の説明は、矛盾等が生じない限り、後に説明される態様に援用されてよい。複数の態様において、互いに対応する部材については、便宜上、相違点があっても同一の符号を付すことがある。
【0014】
平面形状の縁部を指す用語としての「辺」は、一般に、多角形の縁部(換言すれば直線)を指すが、実施形態の説明では、便宜上、多角形でなくてもよい形状の縁部(例えば曲線状であってもよい縁部)に用いられることがある。同様に、「長辺」及び「短辺」は、一般に、長方形の辺を指すが、実施形態の説明では、便宜上、長方形以外の縁部に用いられることがある。「平行」は、通常、直線同士の距離が一定である関係を指すが、実施形態の説明では、便宜上、直線でなくてよい線(例えば曲線)同士の距離が一定である関係に用いられることがある。
【0015】
矩形又は矩形状というとき、特に断りが無い限り、角部が面取りされているなど、厳密に正方形又は狭義の長方形でなくてもよいものとする。矩形以外の多角形についても同様である。
【0016】
<第1実施形態>
(水晶素子の概要)
図1は、第1実施形態に係る水晶素子1(圧電振動素子の一例)の斜視図である。
図2は、
図1とは反対側から水晶素子1を見た斜視図である。
【0017】
水晶素子1は、例えば、交流電圧が印加されることによって振動を生じるものである。この振動は、例えば、一定の周波数で信号強度(例えば電圧及び/又は電流)が振動する発振信号の生成に利用される。換言すれば、水晶素子1は、例えば、水晶振動子又は水晶発振器に含まれるものである。発振信号の周波数は任意である。
【0018】
水晶素子1は、例えば、水晶ブランク3(圧電体の一例)と、水晶ブランク3に重なっている(少なくとも)2つの導体パターン5(図示の例では第1導体パターン5A及び第2導体パターン5Bの2つ)と、を有している。2つの導体パターン5は、互いに短絡されていない。各導体パターン5は、例えば、励振電極7と、励振電極7から引き出されている引出電極9とを有している。すなわち、水晶素子1は、1対の励振電極7と、当該1対の励振電極7と接続されている1対の引出電極9とを有している。
【0019】
1対の引出電極9は、水晶素子1の実装に寄与する。具体的には、例えば、後述する
図4に示すように、引出電極9とパッケージ103の第1パッド113とが、導電性の接合材105によって接合されることにより、水晶素子1がパッケージ103に実装される。なお、水晶素子1は、パッケージ103以外の部材(例えば回路基板)に実装されてもよいが、実施形態の説明では、便宜上、パッケージ103に実装されることを前提とした表現をすることがある。パッケージ103を介して1対の引出電極9に交流電圧が印加されると、1対の励振電極7によって水晶ブランク3に交流電圧(電界)が印加される。これにより、水晶ブランク3は振動する。
【0020】
水晶素子1は、さらに、
図1に示すように、感温膜11を有している。感温膜11は、温度を計測するための素子であり、例えば、薄膜サーミスタ等によって構成されている。感温膜11の位置は任意である。例えば、水晶ブランク3は、励振電極7の少なくとも一部(図示の例では全部)が位置している第1領域部3c(+D1側の部分)と、第1領域部3cと直接的又は間接的につながっている第2領域部3d(-D1側の部分)とを有している。図示の例では、第1領域部3cと第2領域部3dとは、1つ以上(図示の例では2つ)の連結部3eを介して間接的につながっている。感温膜11は、第2領域部3dに位置する部分を有している。図示の例では、感温膜11の全体が、第2領域部3dに重なっている。感温膜11によって計測された温度は、例えば、温度変化に起因する水晶素子1(水晶ブランク3)の特性変化を補償することに利用される。
【0021】
このように、本実施形態においては、感温膜11(感温素子)は、パッケージ103に実装されるのではなく、水晶素子1に含まれている。これにより、例えば、感温素子がパッケージ103に実装されている態様(換言すれば水晶素子1と感温素子とが離れている態様)に比較して、水晶ブランク3の温度を直接的に計測できる。ひいては、計測した温度が水晶ブランク3の温度に追従しやすくなり、温度補償の精度が向上する。また、例えば、チップ型の感温素子に代えて感温膜11(膜状の素子)を用いていることから、パッケージ103の小型化に有利であり、また、感温素子の質量が水晶素子1の振動に及ぼす影響も低減される。
【0022】
以上が第1実施形態に係る水晶素子1の概要である。以下において、第1実施形態の説明は、概略、下記の順に行う。
1.水晶素子1の本体(感温膜11を除く部分。
図1及び
図2)
1.1.水晶素子1の本体の構成の概要
1.2.水晶素子1の本体の構成要素の形状、寸法及び材料の例
1.3.第2領域部3d及び連結部3e
2.感温膜11(
図1)
2.1.感温膜11の構成の概要
2.2.感温膜11の構成と図面との対応関係
2.3.感温膜11の位置、形状及び寸法
2.4.外部電極11b(後述)の位置、形状及び寸法
3.水晶素子1の利用例(
図3及び
図4)
4.第1実施形態についてのまとめ
【0023】
なお、第1領域部3c及び第2領域部3dは水晶ブランク3の互いに異なる部位である。第1領域部3cは、2つの励振電極7の少なくとも一部が重なっている部位である。第2領域部3dは、感温膜11の少なくとも一部が重なっている部位である。この説明から理解されるように、励振電極7は、第2領域部3dに位置する部分を有していてもよいし、感温膜11は、第1領域部3cに位置する部分を有していてもよいし、励振電極7と感温膜11とは少なくとも一部同士が重複していてもよい。ただし、実施形態の説明では、便宜上、第1領域部3cは、励振電極7が位置し、感温膜11が位置しない部位であると捉えた表現を基本的に用いる。同様に、第2領域部3dは、励振電極7が位置せず、感温膜11が位置する部位であると捉えた表現を基本的に用いる。
【0024】
図1及び
図2の例では、連結部3eによって互いに連結されている2つの部位に第1領域部3c及び第2領域部3dの符号を付している。ただし、前段落の説明から理解されるように、第1領域部3cは、符号が付された範囲よりも狭い範囲、又は広い範囲として規定されてもよい。同様に、第2領域部3dは、符号が付された範囲よりも狭い範囲、又は広い範囲として規定されてもよい。ただし、連結部3eを有している実施形態の説明では、便宜上、第1領域部3c及び第2領域部3dは、連結部3eによって互いにつながれている2つの部位であると捉えた表現を基本的に用いる。
【0025】
(1.水晶素子の本体(感温膜以外の部分))
(1.1.水晶素子の本体の構成の概要)
図示の例では、水晶素子1は、いわゆるATカット型の水晶素子とされている。ATカット型の水晶素子1において、水晶ブランク3は、概略、板状の形状を有している。換言すれば、水晶ブランク3は、水晶素板である。1対の励振電極7は、板状の水晶ブランク3の第1面3a及び第2面3bに重なっている。第1面3a及び第2面3bは、板形状の最も広い面(主面)であり、別の表現では、板形状の表裏の面である。1対の引出電極9は、例えば、1対の励振電極7から水晶ブランク3の一端側(-D1側)へ引き出されている。
【0026】
ATカット型においては、1対の励振電極7によって水晶ブランク3に交流電圧が印加されることによって、いわゆる厚み滑り振動が生じる。既述のように、水晶素子1は、1対の引出電極9が接合材105によってパッケージ103に接合されることによって実装される。このとき、水晶素子1の全体又は第1領域部3c(図示の例では第1領域部3c)は、例えば、パッケージ103によって片持ち梁状に支持される。なお、水晶素子1の全体が片持ち梁状に支持される態様については後述する(
図9及び
図10)。
【0027】
図示の例以外の水晶素子としては、例えば、以下のものを挙げることができる。屈曲振動を利用する音叉型の素子。輪郭すべり振動を利用するCTカット若しくはDTカットの素子。厚み滑り振動を利用する、ATカット以外のカット角(例えばBTカット)の素子。なお、このような素子も、例えば、圧電体(例えば水晶)と、当該圧電体を励振する2つの励振電極と、当該2つの励振電極から引き出される2つの引出電極と、を有している。
【0028】
上記の例示から理解されるように、水晶素子(水晶ブランク)の形状は、板形状に限定されず、種々の形状とされてよい。例えば、音叉型の水晶ブランクは、基部と、基部から互いに並列に延びる1対の振動用の腕とを有している。各腕には、2以上の励振電極が位置する。基部は、1対の振動用の腕それぞれを片持ち梁状に支持することに寄与する。2つの引出電極は、例えば、基部及び/又は基部から延びる実装用の腕に位置しており、接合材105によってパッケージ103に接合される。
【0029】
種々の形状(板形状を含む。)の水晶素子は、例えば、全体として、薄型の形状とされてよく、別の観点では、厚さ方向(図示の例ではD3方向)を概念できる形状とされてよい。厚さ方向の寸法は、当該厚さ方向に直交するとともに互いに直交する方向(図示の例ではD1方向及びD2方向)の寸法よりも小さい。そして、薄型の水晶素子は、例えば、パッケージ103の後述する第1基板面111c(換言すれば所定面)に対向するようにしてパッケージ103に実装されてよい。この場合において、励振電極によって励振される部位(振動部)が、図示の例と同様に、片持ち梁状に支持されてよい。
【0030】
上記のように、水晶素子が第1基板面111cに対向するようにパッケージ103に実装される態様において、水晶素子は、感温膜11の構成を考慮した全体において、+D3側の面(第1面3a)及び-D3側の面(第2面3b)のいずれを第1基板面111cに対向させることも可能に構成されていてもよいし、そのように構成されていなくてもよい。例えば、水晶素子は、厚さ方向に直交する不図示の対称軸(例えば図示の例ではD1方向に平行な中心線)に関して180°回転対称の構成とされていてもよいし、そのような構成とされていなくてもよい。
【0031】
なお、本実施形態の説明では、便宜上、特に断り無く、水晶素子1がATカット型のものであること、及び/又は水晶ブランク3が水晶素板であることを前提とした表現をすることがある。また、本実施形態の説明では、主として、第1面3a及び第2面3bのうち第2面3bが第1基板面111cに対向する面として想定されている態様を例にとる。
【0032】
また、水晶ブランク3は、エッチングに対する水晶の異方性に起因して、側面等に傾斜面(別の観点では結晶面)を有していることがある。実施形態の説明では、そのような傾斜面の存在については基本的に無視する。寸法等の説明において、厳密性が要求される場合においては、その説明は、合理性を欠いたり、矛盾が生じたりしない限り、傾斜面を無視して適用されてもよいし、傾斜面を考慮して適用されてもよい。例えば、水晶ブランク3のD1方向の長さというとき、当該長さは、第1面3a又は第2面3bの長さ(結晶面を除いた長さ)であってもよいし、平面透視における最大長さ(結晶面を考慮した長さ)であってもよい。
【0033】
(1,2.水晶素子の本体の構成要素の形状、寸法及び材料の例)
図示の例のように、板状の水晶ブランク3と、水晶ブランク3の両方の主面に重なる1対の励振電極7と、1対の励振電極7から引き出される1対の引出電極9とを有する水晶素子1(ATカット型とは限らない。)において、水晶ブランク3、励振電極7及び引出電極9のより具体的な構成(平面形状等)は適宜に設定されてよい。
【0034】
例えば、感温膜11を考慮外としたときに、水晶ブランク3、1対の励振電極7及び/又は1対の引出電極9の形状は、+D3側の面(第1面3a)及び-D3側の面(第2面3b)のいずれを第1基板面111cに対向させることも可能に構成されていてもよいし、そのように構成されていなくてもよい(図示の例)。換言すれば、これらの形状は、厚さ方向に直交する不図示の対称軸(例えばD1方向に平行な中心線)に対して、180°回転対称の形状であってもよいし、そのような形状でなくてもよい。図示の例では、水晶ブランク3及び1対の励振電極7は、180°回転対称の形状であるが、1対の引出電極9は、180°回転対称の形状ではない。
【0035】
また、例えば、水晶ブランク3の全体及び/又は第1領域部3cの平面形状は、矩形状(図示の例)、円形状、楕円形状又は矩形状以外の多角形状とされてよい。また、水晶ブランク3の全体及び/又は第1領域部3cの平面形状は、多角形の任意の数の辺(例えば矩形状の1辺、2辺、3辺又は4辺)を外側に曲線状に膨らませた形状とされてもよい。また、水晶ブランク3の全体及び/又は第1領域部3cの平面形状は、一部に突起又は切欠きを有する形状であってもよい。また、例えば、水晶ブランク3の全体及び/又は第1領域部3cの平面形状は、D1方向を長手方向とする形状(D1方向の最大長さがD2方向の最大長さよりも長い形状)であってもよいし、そのような区別ができない形状であってもよい。
【0036】
また、例えば、水晶ブランク3の全体及び/又は第1領域部3cの厚さは、一定であってもよいし(図示の例)、一定でなくてもよい。後者の例としては、特に図示しないが、以下のものを挙げることができる。1対の励振電極7と重なって励振される中央の領域(メサ部)が、その外周の領域よりも厚い、いわゆるメサ型。上記とは逆に、1対の励振電極7と重なって励振される中央の領域(逆メサ部)が外周の領域よりも薄い、いわゆる逆メサ型。1対の励振電極7と重なって励振される振動部と、当該振動部の縁部の一部(例えば1辺、2辺又は3辺)に隣接し、振動部よりも厚く、1対の引出電極9が位置する固定部と、を有するもの。外周部において外周縁に近づくほど薄くなるベベル型。
【0037】
また、例えば、励振電極7の平面形状は、水晶ブランク3の全体及び/又は第1領域部3cの平面形状(又は上述したメサ部、逆メサ部若しくは振動部の平面形状。本段落において、以下、同様。)に対して、類似する形状であってもよいし(図示の例)、そのような形状でなくてもよい。前者としては、例えば、水晶ブランク3の全体及び/又は第1領域部3cの平面形状-励振電極7の平面形状が、矩形状-矩形状、円形状-円形状、又は楕円形状‐楕円形状である態様を挙げることができる。後者としては、例えば、水晶ブランク3の全体及び/又は第1領域部3cの平面形状-励振電極7の平面形状が、矩形状-円形状、矩形状-楕円形状、又は楕円形状-矩形状である態様を挙げることができる。励振電極7の平面形状が水晶ブランク3の全体及び/又は第1領域部3cの平面形状に類似するか否かに関わらず、水晶ブランク3の平面形状についての既述の説明は、矛盾等が生じない限り、励振電極7の平面形状に援用されてよい。
【0038】
各引出電極9は、例えば、励振電極7から延びる配線部9aと、配線部9aを介して励振電極7と接続されているパッド状の端子部9bとを有している。端子部9bは、パッケージ103に接合される部分であり、配線部9aの幅よりも広い幅を有している。既述のように、図示の例の水晶素子1は、当該水晶素子1の下面がパッケージ103の第1基板面111cに接合されることによってパッケージ103に支持されることが想定されている。従って、各引出電極9は、下面にのみ端子部9bを有している。上記の説明とは異なり、図示の例では、下面の端子部9bは、上面の端子部9bよりも面積(別の観点ではD1方向の長さ)が大きくされていると捉えられてもよい。もちろん、図示の例とは異なり、上面及び下面の双方に同等の大きさの端子部9bが設けられてもよい。
【0039】
配線部9a及び端子部9bの位置、形状及び寸法等は任意である。例えば、図示の例のように水晶素子1の全体又は第1領域部3c(図示の例では第1領域部3c)が所定方向(ここではD1方向)の一端において片持ち梁状に支持される態様において、配線部9aは、D1方向に平行に延びていてもよいし(図示の例)、D1方向に対して斜めに延びていてもよいし、直線状に延びていてもよいし(図示の例)、屈曲部若しくは湾曲部を有していてもよい。なお、これらのいずれの態様も、配線部9aは、励振電極7から所定方向の第1側(ここでは-D1側)に延びていると捉えられてよい。また、端子部9bは、水晶素子1の全体又は第1領域部3cの、上面及び下面の少なくとも一方の上記第1側(-D1側)の端部に位置してよい。なお、端部に位置するか否かは、合理的に判断されてよい。例えば、端子部9bの-D1側の縁部が、上面及び下面の少なくとも一方の-D1側の縁部と一致していたり、上面及び下面の少なくとも一方の-D1側の縁部に対して、端子部9bのD1方向の長さの1/2以下の距離で近接していたりする場合は、端子部9bは、端部に位置していると捉えられてよい。
【0040】
水晶素子1の寸法は任意である。ただし、厚み滑り振動を利用する水晶素子1においては、水晶ブランク3の厚さ(本段落においては、特に断りがない限り、励振電極7が重なっている部分における厚さ。)は、発振信号の周波数を決定する因子となっている。例えば、公知のように、ATカットの水晶素子においては、基本的には、f=1.67×n/tの関係が成り立つ。ここで、fは周波数(MHz)、nは利用される振動の次数、t(mm)は厚さである。水晶素子1は、基本波モードを利用するものであってもよいし、オーバートーンモードを利用するものであってもよい。
【0041】
以下に、水晶素子1(又は水晶ブランク3)の寸法の範囲の例を挙げる。水晶素子1の全体又は第1領域部3cの長手方向(D1方向)における長さは、500μm以上1500μm以下とされてよい。水晶素子1の全体又は第1領域部3cの短手方向(D2方向)における長さは300μm以上800μm以下とされてよい(ただし、水晶素子1のD1方向における長さよりも短い。)。水晶素子1の厚さは、5μm以上100μm以下とされてよい。以上は、比較的小型なATカット型の水晶素子1を想定した寸法の範囲の例であるが、他の種々の水晶素子の寸法の例として参照されても構わない。
【0042】
導体パターン5の材料は、例えば、金属とされてよい。金属としては、例えば、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、金(Au)若しくは銀(Ag)又はこれらの少なくとも1つを主成分とする合金を挙げることができる。導体パターン5は、単一の材料からなる1層の導体層によって構成されていてもよいし、互いに異なる材料からなる複数の導体層が積層されて構成されていてもよい。導体パターン5は、例えば、その面積全体に亘って材料の構成が同じであってもよいし、領域によって材料の構成が異なっていてもよい。
【0043】
なお、水晶素子は、種々の構成であってよいこと(例えば水晶ブランク3が板状でなくてもよいこと)を述べた。音叉型の水晶素子から理解されるように、励振電極の数は、2つとは限られず、3つ以上であってもよい。ただし、同電位とされる2以上の励振電極は、1つの励振電極として捉えられてもよい。また、互いに異なる電位が付与される2つの励振電極は、水晶ブランクの厚さ方向の両面に位置するものに限定されず、例えば、少なくとも一方が側面(例えば音叉型の腕の側面)に位置するものであってもよい。別の観点では、2つの励振電極は、水晶ブランクのうちの、互いに異なる方向(例えば反対方向又は互いに交差(例えば直交)する方向)に面している2つの面に位置してよい。引出電極は、より複雑な経路で延びる配線部を含んでいてもよい。
【0044】
(1.3.第2領域部及び連結部)
既述のように、第2領域部3dは、少なくとも1つ(
図1及び
図2の例では2つ)の連結部3eによって第1領域部3cとつながっている。なお、このように捉えるのではなく、第1領域部3cと第2領域部3dとの間に貫通孔からなる緩衝部13が位置していると捉えることもできる。図示の例では、緩衝部13は、第1領域部3cから第2領域部3dへの方向(D1方向)に交差(例えば直交)する方向(D2方向)に延びるスリット(貫通孔の一種)によって構成されている。また、図示の例では、複数(3つ)の緩衝部13が直列に配列されている。なお、D3方向の両側のスリットは、別の観点では切欠きである。
【0045】
緩衝部13は、例えば、感温膜11の質量が第1領域部3cにおける振動に及ぼす影響を低減することに寄与する。別の観点では、連結部3eは、第1領域部3cの熱を感温膜11に伝えることに寄与する。
【0046】
図1及び
図2の例では、第1領域部3cは、一般的な片持ち梁状に支持される水晶素子又はこれに類似する水晶素子と同様の構成とされている。そして、水晶素子1は、そのような第1領域部3cに対して第2領域部3d及び連結部3eが付け足された構成とされている。換言すれば、2つの引出電極9の全体(別の観点では端子部9b)は第1領域部3cに位置している。
【0047】
第2領域部3dの位置、形状及び寸法は任意である。
図1及び
図2の例では、第2領域部3dは、第1領域部3cに対して、励振電極7に対して引出電極9が位置する側(-D1側)に位置している。また、第2領域部3dは、概ね一定の幅で、第1領域部3cの4つの縁部の1つの縁部(1辺)に沿って(例えば平行に)延びている。別の観点では、第2領域部3dは、第1領域部3cから第2領域部3dへの方向(D1方向)に交差(例えば直交)する方向(D2方向)を長手方向とする長方形である。第2領域部3dの、第1領域部3cの1つの縁部に沿う方向(ここではD2方向)の長さは、上記1つの縁部の長さに対して、短くてもよいし、同等でもよいし(図示の例)、長くてもよい。第2領域部3dの幅(ここではD1方向の長さ)は任意である。
【0048】
既に述べたように、水晶素子1の全体及び/又は第1領域部3cの平面形状は、矩形状以外の種々の形状とされてよい。このことから理解されるように、第2領域部3dの全体の形状、又は第2領域部3dの第1領域部3c側の縁部の形状が、第1領域部3cの縁部に沿う(例えば平行な)形状である態様において、第2領域部3dの形状は、矩形状に限定されない。例えば、第2領域部3dの形状は、全体が曲線状に延びる形状であってよい。また、例えば、第2領域部3dにおいて、第1領域部3c側(ここでは+D1側)の縁部は曲線状であるとともに、その反対側(ここでは-D1側)の縁部は直線状(D2方向の両側ほど幅が広くなる形状)であってもよい。
【0049】
図示の例とは異なり、第2領域部3dの形状は、第1領域部3cの第2領域部3d側の縁部を長手方向とする形状でなくてもよい。例えば、第2領域部3dにおいて、第2領域部3dの幅(D1方向の長さ)は、第1領域部3cの第2領域部3d側の1つの縁部の長さよりも大きくされてよい。また、例えば、第2領域部3dの長さ(D2方向)は、第1領域部3cの第2領域部3d側の1つの縁部の長さよりも短くされて、第2領域部3dの幅以下とされてもよい。さらに、第2領域部3dの形状は、第1領域部3cの第2領域部3d側(ここでは-D1側)の縁部の形状に沿っていると捉えることが難しい形状であっても構わない。例えば、第1領域部3cが円形状又は楕円状であり、第2領域部3dが正方形状であってもよい。
【0050】
第2領域部3dの寸法の一例を挙げる。第2領域部3dの、第1領域部3cから第2領域部3dへの方向(ここではD1方向)の長さ(例えば最小幅、平均幅又は最大幅)は、第1領域部3cの上記方向(ここではD1方向)の長さ、上記方向に直交する方向(ここではD2方向)の長さ、又は第1領域部3cの短手方向(短手方向が特定できない場合は適宜な方向)の最大長さに対して、1/20以上、1/10以上、1/5以上、1/3以上又は1/2以上とされてよく、また、2倍以下、1倍以下、1/2以下又は1/3以下とされてよい。上記の下限と上限とは、矛盾しないように任意のもの同士が組み合わされてもよい。また、第2領域部3dの面積は、第1領域部3cの面積の1/20以上、1/10以上、1/5以上、1/3以上、1/2以上、1倍以上又は2倍以上とされてよく、また、5倍以下、2倍以下、1倍以下、1/2以下又は1/3以下とされてよい。上記の下限と上限とは、矛盾しないように任意のもの同士が組み合わされてもよい。本段落の上記の説明において、第1領域部3cの語は、励振電極7に置換されてもよい。
【0051】
連結部3eの数、位置、形状及び寸法は任意である。例えば、連結部3eの数は、1つ以上の任意の数とされてよい。また、例えば、連結部3eの位置は、第1領域部3cの縁部に沿う方向(ここではD2方向)において、第2領域部3dの中央であってもよいし、端部であってもよいし、中央と端部との間(図示の例)であってもよい。連結部3eにおいて、長さ(第1領域部3cから突出する長さ)と幅(第1領域部3cの縁部に沿う方向の長さ)とは、いずれが大きくてもよいし、互いに同等であってもよく、図示の例では、幅が長さよりも大きい。また、連結部3eは、幅が一定であってもよいし、一定でなくてもよい。
【0052】
別の観点では、緩衝部13の数、位置、形状及び寸法は任意である。例えば、緩衝部13の数は、1つ以上の任意の数とされてよい。第2領域部3dの形状の既述の説明から理解されるように、図示の例では、緩衝部13は、概ね一定の幅で、第1領域部3cの縁部に沿って(より詳細には平行に)延びている。より詳細には、緩衝部13は、直線状に延びている。また、第2領域部3dの形状の既述の説明から理解されるように、緩衝部13は、直線状に限定されないし、一定の幅の形状に限定されない。例えば、緩衝部13は、一定の幅で曲線状に延びていてもよいし、幅が変化していてもよい。
【0053】
平面視において緩衝部13が延びる方向に直交する断面(ここではD1-D3平面に平行な断面)において、緩衝部13の形状及び寸法は任意である。例えば、緩衝部13は、一定の幅で水晶ブランク3を貫通していてもよいし、+D3側ほど、-D3側ほど、又はD3方向の中途位置側ほど、幅が狭くなっていてもよい。また、後述する変形例(
図15)から理解されるように、緩衝部13は、適宜な方向に延びてよい。そして、緩衝部13の断面形状及び/又は寸法は、緩衝部13がいずれの方向に延びるかによって相違していてもよい。緩衝部13の幅(例えば最小幅、最大幅又は平均幅)は、水晶ブランク3の厚さ(例えば最小厚、最大厚又は平均厚)に対して、小さくてもよいし、同等でもよいし、大きくてもよい。
【0054】
(2.感温膜)
(2.1.感温膜の構成の概要)
感温膜11の種類(別の観点では温度の検出原理)は任意であり、例えば、サーミスタ、測温抵抗体、熱電対又はダイオードであってよい。各種の温度センサの具体的な構成も任意である。なお、実施形態の説明では、便宜上、特に断り無く、感温膜11がサーミスタである態様を例に取った表現をすることがある。
【0055】
なお、感温膜11がチップ型の感温素子でないことは、技術常識に基づいて合理的に判断されてよい。例えば、感温膜11は、成膜対象(水晶ブランク3)に重なる1以上の層によって構成されており、一方で、チップ型の感温素子は、パッケージングされている構成が接合材(例えばバンプ)によって実装される。別の観点では、感温膜11の絶対的な厚さ、又は水晶ブランク3の厚さに対する相対的な厚さは、必ずしも極めて薄いことを要しない。
【0056】
特に図示しないが、感温膜11がサーミスタである態様を例に取り、その具体的な構成が種々のものとされてよいことについて述べる。
【0057】
サーミスタは、例えば、基本的な構成要素として、温度により抵抗値が変化する抵抗膜を有している。抵抗膜の材料は、例えば、酸化物(例えば複合酸化物)又は窒化物(例えば複合窒化物)とされてよい。酸化物又は窒化物は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、アルミニウム(Al)、鉄(Fe)及びクロム(Cr)の1つ以上を含んでよい。抵抗膜は、例えば、単一の材料からなる1層の膜のみを有していてもよいし、互いに異なる材料からなる2層以上の膜を有していてもよい。また、抵抗膜は、平面視において、その全体に亘って材料の構成が同じであってもよいし、領域によって材料の構成が異なっていてもよい。
【0058】
上記の抵抗膜は、水晶ブランク3の表面(導体パターン5の非配置領域)に直接的に重なっていてもよいし、絶縁膜を介して重なっていてもよい。また、抵抗膜は、絶縁膜を介して導体パターン5(例えば引出電極9)に重なる部分を有していてもよいし、そのような部分を有していなくてもよい。前者の態様において、絶縁膜は、抵抗膜の全体に重なっていてもよいし、抵抗膜のうち導体パターン5に重なる部分を含む一部にのみ重なっていてもよい。絶縁膜は、例えば、抵抗膜の抵抗率よりも高い抵抗率を有している。
【0059】
絶縁膜の材料は任意であり、例えば、無機材料であってもよいし、有機材料であってもよいし、両者の組み合わせであってもよい。無機材料としては、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)及び窒化ケイ素(Si3N4)が挙げられる。有機材料としては種々の樹脂(例えばエポキシ系樹脂又はシリコーン系樹脂)が挙げられる。絶縁膜は、例えば、単一の材料からなる1層の膜のみを有していてもよいし、互いに異なる材料からなる2層以上の膜を有していてもよい。また、絶縁膜は、平面視において、その全体に亘って材料の構成が同じであってもよいし、領域によって材料の構成が異なっていてもよい。
【0060】
また、抵抗膜は、パッケージ103によって構成される空間(別の観点では後述する凹部R1の内部)に露出していてもよいし、絶縁性の被覆膜によって覆われていてもよい。被覆膜は、例えば、抵抗膜の抵抗率よりも高い抵抗率を有している。被覆膜は、種々の目的で設けられてよい。例えば、被覆膜は、抵抗膜又は後述する電極を保護することに寄与してよい。当該保護は、例えば、腐食からの保護の他、水晶素子1の周波数を調整するために励振電極7を削るレーザー光からの保護が挙げられる。また、被覆膜は、抵抗膜を周囲の空間から断熱して、抵抗膜の温度を水晶ブランク3の温度に追従しやすくすることに寄与してもよい。被覆膜の材料は任意である。例えば、前段落における絶縁膜の材料の説明は、被覆膜に援用されてよい。
【0061】
抵抗膜は、適宜な配置及び形状の1対の印加電極によって電圧が印加されてよい。例えば、1対の印加電極は、平面視において抵抗膜の長手方向(又は短手方向)の両端に位置し、抵抗膜に対して長手方向(又は短手方向)に電圧を印加してよい。この態様において、1対の印加電極のうち少なくとも抵抗膜に接続される部分は、抵抗膜の下面(水晶ブランク3側)に重なっていてもよいし、抵抗膜の上面に重なっていてもよい。また、1対の印加電極は、抵抗膜を厚さ方向に挟んで対向し、抵抗膜に対して厚さ方向に電圧を印加してもよい。1対の印加電極は、抵抗膜の上面又は下面に重なるとともに、互いに噛み合っている1対の櫛歯電極であってもよい。なお、上記の種々の態様において、抵抗膜の下面に重なっている少なくとも1つの印加電極と、水晶ブランク3との間には、既述の絶縁膜(又は他の絶縁膜)が介在していてもよいし、介在しなくてもよい。
【0062】
印加電極の材料は任意である。例えば、印加電極の材料の少なくとも一部は、導体パターン5の材料の少なくとも一部と同じであってもよいし、異なっていてもよい。いずれにせよ、既述の導体パターン5の材料の説明(金属の具体例、異なる材料の層の有無、異なる材料の領域の有無等)は、印加電極の材料の説明に援用されてよい。後述する外部電極11b及び中継導体の材料も同様である。
【0063】
(2.2.感温膜の構成と図面との対応関係)
上記の説明から理解されるように、感温膜11は、種々の構成(例えば、抵抗膜、絶縁膜、被覆膜及び印加電極)を有してよい。
図1(並びに他の図面)においては、以下のように、感温膜11の構成が示されている。
【0064】
図1(並びに他の図面)において、感温膜11は、膜本体11aと、1対の外部電極11bとを有している。膜本体11aは、例えば、1対の外部電極11bを介して電圧が印加される。また、別の観点では、膜本体11aは、温度に応じた強度の信号を1対の外部電極11bの少なくとも一方から出力する。
【0065】
膜本体11aは、例えば、上記のサーミスタを例に取った説明から理解されるように、温度検出に直接的に寄与する機能部(例えばサーミスタでは抵抗膜)のみを有していてもよいし、当該機能部に重なる絶縁膜、被覆膜、印加電極及び/又は次段落で述べる中継導体を有していてもよい。
【0066】
外部電極11bは、例えば、感温膜11がサーミスタである態様を例に取ると、抵抗膜に直接的に電圧を印加する(抵抗膜に直接に接している)印加電極の一部又は全部であってもよいし、印加電極と電気的に接続されている電極であってもよい。後者の態様において、外部電極11bは、例えば、印加電極と一部同士が互いに重なることによって直接的に印加電極と接続されていてもよいし、中継導体(例えば印加電極及び外部電極11bの双方と異なる導体層)を介して間接的に印加電極と接続されていてもよい。
【0067】
また、別の観点では、1対の外部電極11bは、
図1において、その全体が示されていると捉えられてもよいし、一部が示されていると捉えられてもよい。後者の場合において、上記一部は、例えば、被覆膜によって覆われている1対の外部電極11bのうち、被覆膜から露出している部分であってよい。また、上記一部は、1対の外部電極11bのうちパッケージ103との接続に寄与する部分が抽出されて(1対の外部電極11bの他の部分も露出しているが、図面では図示が省略されて)示されていると捉えられてもよい。
【0068】
具体例を挙げると、例えば、感温膜11は、既述のように、平面視における所定方向(例えば機能部(抵抗膜)が延びている方向)の両側において機能部に重なる1対の印加電極を有していてよい。この場合において、図示されている1対の外部電極11bは、例えば、1対の印加電極の全体であってもよいし、1対の印加電極のうち一部(露出部分又は抽出部分)であってもよいし、1対の印加電極と直接に又は間接に接続されている1対の端子であってもよい。
【0069】
また、例えば、感温膜11は、既述のように、抵抗膜を厚さ方向に挟んでいる1対の印加電極を有してよい。この場合において、図示されている1対の外部電極11bは、1対の印加電極の一部(露出部分又は抽出部分)であってもよいし、1対の印加電極と直接に又は間接に接続されている1対の端子であってもよい。前者の態様において、1対の外部電極11bは、一方の印加電極の平面視における端部と、他方の印加電極の平面視における端部とであってよい。
【0070】
また、例えば、感温膜11は、既述のように、1対の印加電極として、1対の櫛歯電極を有してよい。図示されている1対の外部電極11bは、1対の櫛歯電極を含む1対の導体パターンの一部(露出部分又は抽出部分)であってもよいし、1対の櫛歯電極と直接に又は間接に接続されている1対の端子であってもよい。より詳細には、1対の櫛歯電極は、例えば、互いに対向する1対のバスバーと、各バスバーから他方のバスバーへ延びる複数の電極指とを有してよい。上記の1対の導体パターンの一部は、例えば、1対のバスバーから延びる部分であってよい。また、上記の1対の端子は、例えば、1対のバスバーに直接又は間接に接続されていてよい。
【0071】
なお、平面視において、感温膜11の形状と1対の櫛歯電極の配置との関係は任意である。例えば、図示の例のように感温膜11の少なくとも一部(
図1の例においては全部)が長手方向及び短手方向を有する形状(本段落において第1形状という。)である場合においては、1対のバスバーが長手方向に延び、複数の電極指が短手方向に延びるように1対の櫛歯電極が配置されてよい。感温膜11が複数の第1形状を有している態様においては、各第1形状に1対の櫛歯電極が設けられてよい。
【0072】
(2.3.感温膜の位置、形状及び寸法)
感温膜11の第2領域部3dにおける位置、形状及び寸法は任意である。なお、感温膜11の位置、形状及び寸法の説明は、矛盾等が生じない限り、膜本体11aの位置、形状及び寸法に援用されてもよい。膜本体11aの位置、形状及び寸法は、上記のサーミスタの例から理解されるように、膜本体11aが機能部(サーミスタでは抵抗膜)のみからなる態様では機能部の位置、形状及び寸法であり、また、膜本体11aが他の部分(絶縁膜、被覆膜、印加電極及び/又は中継導体)を含む態様では、機能部及び他の部分の全体の位置、形状及び寸法である。ただし、感温膜11の位置、形状及び寸法の説明は、矛盾等が生じない限り、膜本体11aが機能部以外の他の部分を含む態様において、機能部、又は機能部及びその直上の他の部分の組み合わせの、位置、形状及び寸法に援用されてもよい。
【0073】
感温膜11は、例えば、水晶ブランク3の第1面3a(パッケージ103の第1基板面111cと対向する側とは反対側の面)に位置している。また、感温膜11の平面形状は、例えば、矩形状であり、より詳細には、
図1の例では、正方形を含まない長方形である。感温膜11の長手方向の長さ(例えば最大長さ)は、感温膜11の短手方向の長さ(例えば最大幅)に対して比較的長く(例えば2倍以上)、感温膜11の形状は、長尺形状であるということができる。別の観点では、感温膜11は、第2領域部3dの複数の縁部(4辺)と平行な複数の縁部(4辺)を有する形状である。第2領域部3dの縁部と感温膜11の縁部との距離は、4組の縁部で同じであってもよいし、縁部の組によって異なっていてもよい。また、
図1の例では、感温膜11は、第2領域部3dの+D3側の面の大部分(例えば8割以上の面積)に重なっている。
【0074】
ただし、図示の例とは異なり、感温膜11の平面形状は、矩形状でなくてもよいし、長尺形状でなくてもよい。例えば、感温膜11の平面形状は、正方形状、円形状、楕円形状又は多角形状であってもよいし、長方形の短辺を曲線状にしたような形状であってもよい。また、別の観点では、感温膜11の縁部は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよいし、屈曲部、湾曲部及び/又は段差部を有していてもよい。さらに別の観点では、感温膜11は、長さ方向の位置に応じて幅が変化していてもよい。
【0075】
また、別の観点では、感温膜11の縁部は、第2領域部3dの縁部と平行でなくてもよい。例えば、第2領域部3dの第1領域部3c側(ここでは+D1側)の縁部が第1領域部3c側を凹とする曲線状である態様において、感温膜11の第1領域部3c側の縁部が直線状であってもよい。同様に、第2領域部3dの第1領域部3c側とは反対側(ここでは-D1側)の縁部が第1領域部3c側を凹とする曲線状である態様において、感温膜11の第1領域部3c側とは反対側の縁部が直線状であってもよい。
【0076】
感温膜11の寸法の一例を挙げる。感温膜11の、第1領域部3cから第2領域部3dへの方向(ここではD1方向)の長さ(例えば最小幅、平均幅又は最大幅。以下、本段落において同様。)は、第2領域部3dの上記方向(ここではD1方向)の長さ(例えば最小幅、平均幅又は最大幅。以下、本段落において同様。)に対して、1/10以上、1/5以上、1/3以上、1/2以上又は2/3以上とされてよく、また、1倍以下、2/3以下、1/2以下又は1/3以下とされてよい。上記の下限と上限とは、矛盾しないように任意のもの同士が組み合わされてもよい。
【0077】
前段落の説明は、第1領域部3cから第2領域部3dへの方向の長さの語を、第1領域部3cから第2領域部3dへの方向に直交する方向(ここではD2方向)の長さの語に置換して、又は第2領域部3dに沿う長さ(例えば曲線状の第2領域部3dの中心線に沿う長さ)の語に置換して、異なる方向の寸法に援用されてもよい。また、前段落の説明は、第1領域部3cから第2領域部3dへの方向の長さの語を面積の語に置換して、面積の上限及び/又は下限に援用されてもよい。先に、第2領域部3dの寸法の例について、第1領域部3c(又は励振電極7)との対比において説明した。その説明における第2領域部3dの上限及び/又は下限の例から任意のものを選択して求めた第2領域部3dの寸法を前段落に適用して、第1領域部3c又は励振電極7との対比において、感温膜11の寸法の例を導き出してもよい。
【0078】
図示の例では、感温膜11は、第2領域部3dの概ね全体に広がっている。従って、感温膜11の幾何中心は、第2領域部3dの幾何中心と概ね一致している。ただし、感温膜11の幾何中心は、第2領域部3dの幾何中心に対して、第1領域部3cから第2領域部3dの方向(ここではD1方向)及び/又は第1領域部3cの第2領域部3d側の縁部に沿う方向(ここではD2方向)においてずれていてもよい。
【0079】
感温膜11は、その領域全体に亘って概ね一定の厚さを有していてもよいし、互いに厚さが異なる複数の領域を有していてもよい。感温膜11の上面は、例えば、平面状であってもよいし、曲面状であってもよいし、凹凸を有する形状であってもよい。凹凸を有する形状としては、高さが互いに異なる複数の平面を有する形状が挙げられる。このような形状としては、例えば、抵抗膜及び/又は中継導体の有無がこれらを覆う被覆膜の上面に現れた形状が挙げられる。
【0080】
感温膜11の具体的な厚さは任意である。例えば、感温膜11の最大厚さ又は平均厚さは、水晶ブランク3の最小厚さ、平均厚さ又は最大厚さに対して、1/300以上、1/200以上、1/100以上、1/50以上、1/30以上、1/10以上、1/5以上又は1/2以上であってよく、また、2倍以下、1倍以下、1/5以下、1/10以下又は1/100以下であってよい。上記の下限と上限とは、矛盾が生じないように任意のもの同士が組み合わされてもよい。また、感温膜11の厚さは、例えば、0.05μm以上、0.1μm以上、1μm以上、5μm以上又は10μm以上とされてよく、また、100μm以下、50μm以下又は10μm以下とされてよい。上記の下限と上限とは、矛盾が生じないように任意のもの同士が組み合わされてもよい。
【0081】
(2.4.外部電極の位置、形状及び寸法)
図示の例では、1対の外部電極11bは、膜本体11aの配置領域内に位置している。例えば、外部電極11bは、膜本体11aを構成するいずれかの構成要素(例えば、機能部(抵抗膜))に重なっている。ただし、外部電極11bは、膜本体11aの配置領域の外部に位置していてもよい。さらに、引出電極9から理解されるように、外部電極11bは、膜本体11aが位置する面(ここでは第1面3a)とは別の面(側面及び/又は第2面3b)に位置していてもよい(位置する部分を有していてもよい。)。この場合において、外部電極11bは、例えば、第2領域部3dの側面(図示の例では、-D2側の面、+D2側の面、-D1側の面及び/又は+D1側の面)を経由してよい。また、第2領域部3dを厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられている場合は、外部電極11bは、当該貫通孔を経由してもよい。
【0082】
既述のように、膜本体11aの構造は、種々のものとされてよい。例えば、機能部(サーミスタでは抵抗膜)に電圧を印加する印加電極と外部電極11bとの間には両者を電気的に接続する中継導体が介在してよい。さらに、印加電極、中継導体及び外部電極11bの少なくとも2つは、絶縁体を介して立体交差してもよいし、印加電極と外部電極11bとの間に2以上(例えば2層以上)の中継導体が介在してもよい。このことから理解されるように、外部電極11bが膜本体11aの配置領域内に位置する態様においても、外部電極11bの位置、形状及び寸法は、機能部の位置、形状及び寸法に関わらずに、任意の位置、形状及び寸法とすることが可能である。
【0083】
図示の例では、1対の外部電極11bは、感温膜11(又は膜本体11a。以下、矛盾等が生じない限り、本段落及び次段落において同様。)が延びる方向(別の観点では長手方向)の互いに異なる領域に位置している。ただし、図示の例とは異なり、例えば、1対の外部電極11bは、感温膜11の幅方向において並んでいてもよい。また、図示の例では、1対の外部電極11bは、感温膜11の両端に位置している。図示以外の態様としては、例えば、1対の外部電極11bの少なくとも一方が感温膜11のその延在方向中央に位置する態様、及び1対の外部電極11bの双方が感温膜11の一端に位置する態様が挙げられる。
【0084】
外部電極11bの平面形状は、矩形状(図示の例)又は円形状等の種々の形状とされてよい。また、外部電極11bの寸法も任意である。例えば、上記の位置の説明からも理解されるように、感温膜11の幅方向における外部電極11bの長さは、感温膜11の幅の1/2以上であってもよいし、1/2以下であってもよい。また、感温膜11の長手方向における外部電極11bの長さと、感温膜11の幅方向における外部電極11bの長さとは、いずれが大きくてもよいし、同等であってもよい。
【0085】
(3.水晶素子の利用例)
図3は、水晶素子1の利用例としての水晶デバイス101の分解斜視図である。
図4は、
図3のIV-IV線における断面図である。
【0086】
水晶デバイス101は、例えば、全体として略直方体形状となっている電子部品である。水晶デバイスの寸法は、適宜な大きさとされてよい。一例を挙げると、長辺又は短辺の長さは、0.6mm以上2.0mm以下であり、上下方向の厚さは、0.2mm以上1.5mm以下である。水晶デバイス101は、例えば、その下面を不図示の実装基体(例えば回路基板)の上面に対向させて表面実装される。
【0087】
水晶デバイス101は、例えば、水晶振動子として構成されている。水晶デバイス101は、例えば、水晶素子1と、当該水晶素子1を保持しているパッケージ103とを有している。パッケージ103は、例えば、水晶素子1の保護に寄与するとともに、水晶素子1と上記の不図示の実装基体との電気的接続に寄与する。
【0088】
パッケージ103は、例えば、水晶素子1を支持する基体107と、基体107に接合されて水晶素子1を封止する蓋体109と、を有している。パッケージ103の内部空間は、例えば、真空とされ、又は適当なガス(例えば、窒素)が封入されている。基体107は、例えば、絶縁部材111と、絶縁部材111に位置している種々の導体とを有している。
【0089】
絶縁部材111は、水晶素子1を収容する凹部R1を有する形状とされている。別の観点では、絶縁部材111は、平板状の基板部111aと、基板部111aの上面の縁部に沿って設けられている枠部111bとを有している。基板部111a及び枠部111bの材料は任意であり、例えば、セラミックである。基板部111aは、凹部R1の底面を構成する第1基板面111cと、水晶デバイス101の底面を構成する第2基板面111dとを有している。
【0090】
基体107が有している導体としては、例えば、以下のものが挙げられる。水晶素子1と電気的に接続される2つの第1パッド113及び2つの第2パッド115。水晶デバイス101を実装基体に実装するための4つの外部端子117。上記の4つのパッド(113及び115)と、4つの外部端子117とを接続する4つの配線導体119。
【0091】
第1パッド113は、接合材105によって引出電極9と接合される。これにより、水晶素子1が固定されるとともに、励振電極7が外部端子117と電気的に接続される。第2パッド115は、ボンディングワイヤ121によって感温膜11の外部電極11bと接続される。これにより、感温膜11が外部端子117と電気的に接続される。
【0092】
第1パッド113及び第2パッド115は、第1基板面111cに重なる導体層(例えば金属)によって構成されている。これらのパッドの位置、形状及び寸法は任意である。例えば、2つの第1パッド113は、基板部111aの長手方向の一端側(-D1側)において、基板部111aの短手方向に並んでいる。2つの第2パッド115は、基板部111aの長手方向の他端側(+D1側)において、基板部111aの短手方向に並んでいる。
【0093】
図示の例では、2つの外部電極11bが水晶素子1の-D1側の端部に位置しているのに対して、2つの第2パッド115は、水晶素子1に対して+D1側に位置している。すなわち、両者は比較的離れている。ただし、両者は比較的近い位置に配置されていてもよい。例えば、例えば、図示の例とは異なり、少なくとも1つの第2パッド115は、第1基板面111cの長手方向の中央側に位置していたり、第1パッド113に隣接していたり、第1パッド113よりも+D1側に位置していたりしてもよい。
【0094】
外部端子117は、第2基板面111dに重なる導体層(例えば金属)によって構成されている。外部端子117の位置、形状及び寸法は任意である。例えば、4つの外部端子117は、第2基板面111dの4隅に位置している。
【0095】
2つの第1パッド113に接続される2つの外部端子117と2つの第2パッド115に接続される2つの外部端子117との位置関係は任意である。例えば、図示の例のように、前者の2つの外部端子117は、基板部111aの長手方向の一方側(-D1側)に位置し、後者の2つの外部端子117は、基板部111aの長手方向の他方側(+D2側)に位置してよい。また、例えば、前者の2つの外部端子117は、互いに対角に位置し、後者の2つの外部端子117は、互いに対角に位置してよい。
【0096】
配線導体119の構成は種々のものとされてよい。例えば、配線導体119は、基板部111aを貫通するビア導体を有していてもよいし、第1基板面111c、第2基板面111d、基板部111aの内部、及び/又は基板部111aの側面(キャスタレーションの内面を含む)に重なる層状導体を有していてもよいし、ビア導体及び層状導体の双方を有していてもよい。図示の例では、配線導体119は、ビア導体のみによって構成されている。
【0097】
接合材105及びボンディングワイヤ121の材料等は任意である。例えば、接合材105は、導電性接着剤からなる。導電性接着剤は、金属からなるフィラーを混ぜ込んだ熱硬化性樹脂によって構成されている。外部電極11bの位置及び第2パッド115の位置が任意であることから理解されるように、ボンディングワイヤ121の経路は任意である。例えば、ボンディングワイヤ121は、水晶素子1の上面から第1基板面111cへ至る過程において、水晶素子1の+D1側、-D1側、-D2側及び+D2側のいずれを経由してもよい。
【0098】
特に図示しないが、水晶素子1とボンディングワイヤ121との接合位置においては、水晶素子1の下方に水晶素子1を支持する支持部材が位置していてもよい。このような支持部材は、ボンディングワイヤ121と水晶素子1とを接続するときに水晶素子1が傾き過ぎる蓋然性を低減できる。支持部材は、例えば、絶縁性(又は導電性)の接着剤によって構成されていてよく、また、水晶素子1に密着していてもよいし、密着していなくてもよい。
【0099】
蓋体109は、例えば、絶縁体又は金属からなる平板状の部材である。蓋体109の基体107に対する接合方法も任意である。例えば、両者は、シーム溶接によって接合されてよい。図示の例では、シーム溶接に利用される金属層123及び125が図示されている。蓋体109が金属からなり、かつ感温膜11に接続される外部端子117の1つが基準電位用のものである態様においては、当該1つの外部端子117は、不図示の配線導体119を介して蓋体109と接続されてもよい。
【0100】
水晶素子1は、上記の利用例の他、種々の態様で利用されてよい。
【0101】
例えば、水晶素子1を含む水晶デバイス(圧電デバイス)は、水晶素子1に加えて、水晶素子1に電圧を印加して発振信号を生成する集積回路素子(IC:Integrated Circuit)を有する発振器であってもよい。また、水晶デバイスは、水晶素子1及びIC以外の電子素子を備えていてもよい。
【0102】
上記から理解されるように、水晶デバイスが有するパッドの数及び外部端子の数は任意であり、また、複数のパッド及び複数の外部端子の接続関係も任意である。例えば、発振器においては、水晶素子1(引出電極9及び外部電極11b)は、外部端子ではなく、ICに電気的に接続されてよい。
【0103】
圧電デバイスにおいて、水晶素子1をパッケージングするパッケージの構造は、適宜な構成とされてよい。例えば、パッケージは、上面及び下面に凹部を有する断面H型のものであってもよい。この場合、下面の凹部には、例えば、上記のICが実装されてよい。また、パッケージは、基板状の基体(凹部を有していない基体)と、基体に被せられるキャップ状の蓋体とで構成されるものであってもよい。また、例えば、圧電デバイス(パッケージ)は、恒温槽を有するものであってもよい。
【0104】
(4.第1実施形態についてまとめ)
以上のとおり、実施形態に係る圧電振動素子(水晶素子1)は、圧電体(水晶ブランク3)と、(少なくとも)2つの励振電極7と、(少なくとも)2つの引出電極9と、感温膜11と、を有している。水晶ブランク3は、第1領域部3c及び第2領域部3dを有している。2つの励振電極7は、第1領域部3cの表面に重なっている。2つの引出電極9は、2つの励振電極7から引き出されている。感温膜11は、第2領域部3dの表面に重なっている部分(図示の例では感温膜11の全部)を有している。
【0105】
従って、例えば、既述のように、計測温度を水晶ブランク3の温度に追従させることが容易化される効果、水晶デバイス101の小型化の効果、及び感温膜11の質量が水晶素子1の振動に及ぼす影響の低減の効果が奏される。
【0106】
水晶ブランク3は、板状部(図示の例では水晶ブランク3の全部)を有してよい。板状部の平面視において第1領域部3c及び第2領域部3dは前記板状部の互いに異なる部位であってよい。2つの励振電極7は、第1領域部3cを厚さ方向に挟んで互いに対向していてよい。第2領域部3dは、板状部の平面視において2つの励振電極7の外側に位置していてよい。
【0107】
この場合、例えば、水晶ブランク3は、2つの励振電極7の間の領域(振動部)の振動が意図されている。従って、感温膜11が、2つの励振電極7よりも外側の領域に位置する部分を有することによって、感温膜11の面積を確保しつつ、感温膜11の質量が振動部の振動に及ぼす影響を低減できる。
【0108】
2つの引出電極9は、板状部(本実施形態では水晶ブランク3の全部)の平面透視において2つの励振電極7から第1側(-D1側)へ引き出されていてよい。感温膜11は、2つの引出電極9よりも第1側に位置する部分(図示の例では感温膜11の全部)を有していてよい。
【0109】
この場合、例えば、感温膜11は、他の領域に位置している態様(当該態様も本開示に係る技術に含まれる。)に比較して、振動が意図されている振動部(2つの励振電極7の間の領域)から距離的に離れている。また、感温膜11と振動部との間には、パッケージ103に固定されて振動が規制される引出電極9の領域が介在している。このような事情から、感温膜11の質量が振動部の振動に及ぼす影響が低減される。その結果、例えば、感温膜11の質量の誤差に起因して水晶素子1の特性に誤差が生じる蓋然性が低減される。別の観点では、感温膜11の設計の自由度が向上する。
【0110】
圧電体(水晶ブランク3)は、板状部(本実施形態では水晶ブランク3の全部)の平面視において第1領域部3cと第2領域部3dとの間に位置している緩衝部13を有していてよい。緩衝部13は、例えば、貫通孔を含んでいてよい。
【0111】
この場合、例えば、既述のように、第1領域部3cの振動に感温膜11の質量が及ぼす影響が低減される。その結果、例えば、水晶素子1の設計が容易化される。また、感温膜11の質量の誤差に起因して水晶素子1の特性に誤差が生じる蓋然性が低減される。また、別の観点では、感温膜11の設計の自由度が向上する。
【0112】
本実施形態に係る水晶デバイス101は、上記のような圧電振動素子(水晶素子1)と、水晶素子1を保持しているパッケージ103と、を有している。これにより、感温膜11を有している水晶素子1による種々の効果が奏される。
【0113】
水晶素子1は、パッケージ103の所定面(第1基板面111c)に対向した状態で、第1基板面111cと水晶素子1との間に介在する接合材105によって第1基板面111cに接合されていてよい。感温膜11は、水晶ブランク3の第1基板面111cとは反対側の面(+D3側の面)に位置する部分を有していてよい。
【0114】
この場合、例えば、水晶素子1を接合材105によって基体107に固定した後、かつ蓋体109によって凹部R1を塞ぐ前において、周波数調整のために第1面3a上の励振電極7が削られる態様において、感温膜11も共に削られてよい。これにより、例えば、意図されていない応力の変化が励振電極7の領域のみに生じる(応力分布が不均一になる)蓋然性が低減されることが期待される。当該効果は、緩衝部13が設けられていない態様において特に期待される。また、例えば、感温膜11の質量変化も周波数調整に利用することが可能となり、調整可能な幅が広がることが期待される。また、例えば、第1面3a上に感温膜11の外部電極11bが位置する態様においては、感温膜11とパッケージ103との電気的接続にボンディングワイヤ121を利用することができる。後述する接合材127(
図7)を用いる態様に比較して、感温膜11の電気的接続が水晶素子1の振動に及ぼす影響が低減される。当該効果は、緩衝部13が設けられていない態様において特に期待される。
【0115】
<第2実施形態>
図5及び
図6は、第2実施形態に係る水晶素子201を示す斜視図である。これらの図は、第1実施形態の
図1及び
図2に対応している。
【0116】
第1実施形態に係る水晶素子1においては、感温膜11は、水晶ブランク3の第1面3a(+D3側の面。実装後に基板部111aとは反対側に面する面)に位置していた。これに対して、第2実施形態においては、感温膜11は、第2面3b(-D3側の面)に位置している。その他の事項に関しては、水晶素子201は、基本的に、水晶素子1と同様である。
【0117】
図7は、第2実施形態に係る水晶素子201の利用例としての水晶デバイス101Aを示す断面図である。この図は、第1実施形態の
図6に対応している。
【0118】
水晶デバイス101Aでは、水晶素子201の下面に位置している感温膜11(より詳細には
図6に示す外部電極11b)と、パッケージ103の第2パッド115とが導電性の接合材127によって接合されている。これにより、感温膜11と外部端子117とが電気的に接続されている。
【0119】
第2パッド115は、少なくとも一部が外部電極11bの少なくとも一部と対向している。本実施形態では、外部電極11bは、引出電極9よりも-D1側に位置しており、ひいては、第2パッド115は、第1パッド113よりも-D1側に位置している。
【0120】
接合材127の材料は任意である。例えば、接合材127の材料は、接合材105の材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、接合材127の材料は、導電性接着剤であってもよいし、はんだ(鉛フリーはんだを含む)であってもよい。なお、ボンディングワイヤ121(
図4)と接合材127との相違に応じて、第2パッド115及び外部電極11bの構成は、第1実施形態と第2実施形態とで異なっていてもよい。
【0121】
既述のように、第1実施形態の水晶素子1は、膜本体11a(例えばその機能部)が水晶ブランク3の第1面3aに位置する一方で、外部電極11bが第2面3bに位置していてもよい。従って、接合材127による接合は、第1実施形態のように第1面3aに膜本体11a(その一部又は全部)を有する構成に適用することも可能である。逆に、ボンディングワイヤ121による接合は、第2実施形態のように第2面3bに膜本体11a(その一部又は全部)を有する構成に適用することも可能である。さらに、一方の外部電極11bにはボンディングワイヤ121を用い、他方の外部電極11bには接合材127を用いるなど、ボンディングワイヤ121及び接合材127を組み合わせることも可能である。
【0122】
以上のとおり、本実施形態においても、水晶素子201は、第1領域部3cに位置する2つの励振電極7と、2つの励振電極7から引き出されている2つの引出電極9と、第2領域部3dに重なっている感温膜11と、を有している。従って、第1実施形態と同様の効果が奏される。
【0123】
水晶素子201は、パッケージ103の所定面(第1基板面111c)に対向した状態で、第1基板面111cと水晶素子1との間に介在する接合材105(及び/又は接合材127)によって第1基板面111cに接合されていてよい。感温膜11は、水晶ブランク3の第1基板面111cの面(第2面3b)に位置する部分を有していてよい。
【0124】
この場合、例えば、水晶素子201の実装後、かつ蓋体109による封止前に、周波数調整のために第1面3a上の励振電極7が削られる態様において、感温膜11が共に削られる蓋然性が低減される。その結果、例えば、感温膜11の機能部(サーミスタでは抵抗膜)が露出している態様において、機能部の特性変化が生じる蓋然性が低減される。別の観点では、機能部を覆う保護膜を設ける必要性が低減される。
【0125】
<第3実施形態>
図8は、第3実施形態に係る水晶素子301を示す斜視図である。この図は、第1実施形態の
図1に対応している。
【0126】
水晶素子301は、端的に言えば、第1実施形態と第2実施形態との組み合わせである。すなわち、感温膜11は、第1面3a上に位置する部分と第2面3b上に位置する部分との双方を有している。また、図示の例では、感温膜11は、上記の2つの部分を接続するために水晶ブランク3(より詳細には第2領域部3d)の側面(-D2側の面、+D2側の面、-D1側の面及び/又は+D1側の面)に位置する部分も有している。2つの外部電極11bのそれぞれは、水晶ブランク3の第1面3a及び第2面3b(並びに側面)のいずれの面上に位置してもよい。図示の例では、第1実施形態と同様に、2つの外部電極11bの双方が第1面3a上に位置している。
【0127】
図示の例とは異なり、例えば、感温部11は、第1面3a上の部分と第2面3b上の部分とが接続されておらず、それぞれに2つの外部電極11bが設けられていてもよい。また、例えば、膜本体11aの機能部(サーミスタでは抵抗膜)は、第1面3a上の部分と第2面3b上の部分とで接続されておらず、導体は、第1面3a上の部分と第2面3b上の部分とで接続され、2つの外部電極11bのみが設けられてもよい。また、例えば、第2領域部3dを厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられている場合は、当該貫通孔(例えばスリット)を経由して、第1面3a上の部分と第2面3b上の部分とが接続されていてもよい。
【0128】
第1及び第2実施形態の説明は、本実施形態に援用されてよい。感温膜11において、第1面3aに位置する部分の形状と第2面3bに位置する部分の形状とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。別の観点では、両者は大部分(例えば各部分の面積の8割以上同士)が重なっていてもよいし、大部分が重なっていなくてもよい。
【0129】
感温膜11において、第1面3aの部分と第2面3bの部分とを接続する部分の位置、形状及び寸法も任意である。例えば、第1面3a及び第2面3bの一方の面に位置する部分の4辺のうち、任意の1つ、2つ、3つ又は4つにおいて接続がなされてよい。また、例えば、長辺の全体に亘って接続がなされたり、当該長辺の一部においてのみ接続がなされたりしてよい。
【0130】
以上のとおり、本実施形態においても、水晶素子301は、第1領域部3cに位置する2つの励振電極7と、2つの励振電極7から引き出されている2つの引出電極9と、第2領域部3dに重なっている感温膜11と、を有している。従って、第1実施形態と同様の効果が奏される。
【0131】
<第4実施形態>
図9及び
図10は、第4実施形態に係る水晶素子401を示す斜視図である。これらの図は、第1実施形態の
図1及び
図2に対応している。
【0132】
第1実施形態では、第1領域部3cは、一般的な片持ち梁状に支持される水晶素子又はこれに類似する水晶素子と同様の構成とされ、第2領域部3dは、そのような第1領域部3cに対して付け足された部分とされた。一方、水晶素子401においては、その全体が一般的な片持ち梁状に支持される水晶素子又はこれに類似する水晶素子において緩衝部13を設けた構成とされている。
【0133】
別の観点では、引出電極9の端子部9bは、水晶ブランク403において、第1領域部403cではなく、第2領域部403dに位置している。励振電極7と端子部9bとは、連結部403eに位置している配線部9aによって接続されている。図示の例では、配線部9aは、連結部403eの上面又は下面に位置している。配線部9aは、連結部403eの側面等にも位置してよい。
【0134】
感温膜11は、例えば、第2領域部403dの上面(第1面403a。実装後にパッケージ103の基板部111aとは反対側となる面)に位置している。平面透視において、感温膜11は、第2領域部403dの下面(第2面403b)に位置している2つの引出電極9(例えば端子部9b)の少なくとも一方(図示の例では双方)と一部同士が重複している。また、感温膜11は、2つの引出電極9(例えば配線部9a)の少なくとも一方のうち第2領域部403dの上面に位置する部分に対して、重なっていてもよいし(図示の例)、重なっていなくてもよい。既述のように、前者の態様においては、機能膜(サーミスタでは抵抗膜)と引出電極9との間に絶縁膜が介在してよい。
【0135】
特に図示しないが、感温膜11の一部又は全部は、端子部9b(別の観点では接合材105)を避けて、第2領域部403dの下面(第2面403b)に位置していてもよい。この場合、第2領域部403dは、図示の例よりも、D2方向、及び/又は-D1方向に広くされていてもよい。なお、後述する変形例(
図15)から理解されるように、第2領域部は、種々の形状で(種々の方向に)面積が確保されてよい。
【0136】
水晶素子401は、第1又は第2実施形態と同様に実装されてよい。具体的には、水晶素子401は、2つの引出電極9が導電性の接合材105によって第1パッド113に接合されることによって片持ち梁状に支持されてよい。感温膜11は、ボンディングワイヤ121によって第2パッド115に電気的に接続されてよい。図示の例とは異なり、第2領域部403dの下面に外部電極11bが位置している態様においては、感温膜11は、接合材127によって第2パッド115に電気的に接続されてよい。
【0137】
以上のとおり、本実施形態においても、水晶素子401は、第1領域部403cに位置する2つの励振電極7と、2つの励振電極7から引き出されている2つの引出電極9と、第2領域部403dに重なっている感温膜11と、を有している。従って、第1実施形態と同様の効果が奏される。
【0138】
2つの引出電極9は、板状部(図示の例では水晶ブランク403の全部)の平面透視において2つの引出電極9の少なくとも一方に重複する部分を有していてよい。なお、ここでいう重複は、第1面403aにおける直接的な重なりであってもよいし、引出電極9のうち第2面403bに位置する部分に対する間接的な重なりであってもよい。
【0139】
上記のような場合、例えば、感温膜11は、その全体が引出電極9(又は端子部9b)よりも励振電極7側に位置している態様(当該態様も本開示に係る技術に含まれる。)に比較して、パッケージ103に固定されて振動が規制される領域、及び/又はその周囲に位置する部分を有している。従って、感温膜11の質量が励振電極7の領域における振動に及ぼす影響が低減される。その結果、例えば、感温膜11の質量の誤差に起因して水晶素子1の特性に誤差が生じる蓋然性が低減される。別の観点では、感温膜11の設計の自由度が向上する。
【0140】
<第5実施形態>
図11は、第5実施形態に係る水晶素子501を示す斜視図である。この図は、第1実施形態の
図1に対応している。また、
図12は、
図11のXII-XII線における断面図である。
【0141】
水晶素子501は、水晶ブランクの構成が第1実施形態の水晶素子1と相違する。具体的には、水晶素子501の水晶ブランク503は、第2領域部503dの厚さが、第1領域部503cの厚さよりも厚くなっている。第2領域部503dが厚くされていることによって、例えば、水晶ブランク503の単位面積当たりの質量に感温膜11の単位面積当たりの質量が占める割合が低減される。これにより、例えば、感温膜11の質量が第1領域部503cにおける振動に及ぼす影響が低減される。当該効果は特に緩衝部13が設けられていない態様において有効である。
【0142】
なお、
図11及び
図12では、第1実施形態と同様に、感温膜11が第1面503aに位置している態様が例示されている。図示の例とは異なり、感温膜11の一部又は全部は、第2面503bに位置していてもよい(既述の第2及び第3実施形態参照)。また、
図11及び
図12では、第1実施形態と同様に、引出電極9の端子部9b(不図示)が第1領域部503cに位置している態様が例示されている。図示の例とは異なり、端子部9bは、第2領域部503dに位置していてもよい(既述の第4実施形態参照)。
【0143】
図12に示すように、第1領域部503cと第2領域部503dとを連結する連結部503e(
図11では第2領域部503dに隠れて不図示。換言すれば、第1領域部503cと第2領域部503dとの間の中間領域部)は、第1領域部503cの厚さから第2領域部503dの厚さへ徐々に厚さが変化していてよい。別の観点では、連結部503eは、傾斜面を有していてもよい。傾斜面の角度は、任意の大きさとされてよく、また、エッチングに対する水晶の異方性に起因して現れる結晶面の角度によって規定されてもよい。特に図示しないが、傾斜面には、相対的に薄い領域から相対的に厚い領域に亘る凹部が位置していてもよい。このような凹部は、例えば、両領域に跨る導体層の形成を容易化することに寄与し得る。図示の例とは異なり、連結部503eの一部又は全部の厚さは、第1領域部503c又は第2領域部503dの厚さと同じであってもよい。
【0144】
図示の例では、第2領域部503dは、第1領域部503cに対して、第1面503aが面している側(+D3側)、及び第2面503bが面している側(-D3側)の双方に厚くなっている。図示の例とは異なり、第2領域部503dは、+D3側のみ、又は-D3側のみに厚くなっていてもよい。換言すれば、第2領域部503dは、基板部111a側(-D3側)及び基板部111aとは反対側(+D3側)の一方に厚くなっていてもよいし、双方に厚くなっていてもよい。また、第2領域部503dが、基板部111a側又は基板部111aとは反対側に厚くなっている態様において、感温膜11は、厚くなっている側に位置していてもよいし、厚くなっていない側に位置していてもよい。
【0145】
第2領域部503dが第1領域部503cに対して、厚さ方向の一方のみに厚くなっており、厚くなっている側のみに感温膜11が位置している態様においては、例えば、第1領域部503cと感温膜11との間に介在する水晶ブランク503の質量が大きくなる。その結果、例えば、既述の感温膜11の質量が第1領域部503cの振動に及ぼす影響が低減される効果が向上する。逆に、厚くなっていない側にのみに感温膜11が位置している態様においては、例えば、第1領域部503cと感温膜11との間に介在する水晶ブランク503の質量が小さくなるから、計測温度を第1領域部503cの温度に追従させる効果が向上する。第2領域部503dが両側(+D3側及び-D3側)に厚くなっている態様、及び/又は感温膜11が両側に位置している態様においては、例えば、上記の効果が調和される。
【0146】
図示の例のように第2領域部503dが両側(+D3側及び-D3側)に厚くなっている態様において、+D3側に厚くなっている部分の平面形状と、-D3側に厚くなっている部分の平面形状とは、例えば、概ね一致する。ただし、両者は異なっていてもよい。また、+D3側へ厚くなっている量と、-D3側へ厚くなっている量とは、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。なお、実施形態で説明する第2領域部503dの厚みは、特に断りが無い限り、+D3側の面から-D3側の面までの厚さであり、+D3側及び-D3側の一方又は双方に厚くなっている態様に適用されてよい。
【0147】
第2領域部503dの厚さと、第1領域部503cの厚さとの差又は比率は任意である。例えば、第2領域部503dの厚さは、第1領域部503cの厚さに対して、1.5倍以上、2倍以上、3倍以上、5倍以上又は10倍以上とされてよく、20倍以下、10倍以下、5倍以下又は3倍以下とされてよい。上記の下限と上限とは、矛盾しないように任意のもの同士が組み合わされてもよい。また、第2領域部503dの厚さと、第1領域部503cの厚さとの差は、例えば、5μm以上、10μm以上、20μm以上又は30μm以上とされてよく、100μm以下、50μm以上又は30μm以下とされてよい。上記の下限と上限とは、矛盾しないように任意のもの同士が組み合わされてもよい。
【0148】
以上のとおり、本実施形態においても、水晶素子501は、第1領域部503cに位置する2つの励振電極7と、2つの励振電極7から引き出されている2つの引出電極9と、第2領域部503dに重なっている感温膜11と、を有している。従って、第1実施形態と同様の効果が奏される。
【0149】
第1領域部503c及び第2領域部503dは、水晶ブランク503を厚さ方向に見たときに互いに異なる部位であってよい。第2領域部503dの厚さは、第1領域部503cの厚さよりも厚くされていてよい。
【0150】
この場合、例えば、既述のように、第1領域部503cの振動に感温膜11の質量が及ぼす影響が低減される。その結果、例えば、水晶素子501の設計が容易化される。また、感温膜11の質量の誤差に起因して水晶素子501の特性に誤差が生じる蓋然性が低減される。また、別の観点では、感温膜11の設計の自由度が向上する。
【0151】
なお、本実施形態のように、第2領域部503dを第1領域部503cよりも厚くする構成は、板形状以外の形状を有する水晶ブランクに適用されてもよい。本実施形態の構成は、厚さを概念できる水晶ブランクであれば、種々の平面形状と組み合わされてよい。例えば、音叉型の水晶ブランクにおいて、第2領域部(例えば基部)が第1領域部(基部から延びる振動用の腕)よりも厚くされてよい。
【0152】
<変形例>
以下では、概略以下の順で、種々の変形例について述べる。
・緩衝部13の平面形状に係る変形例(
図13(a)及び
図13(b))
・緩衝部13の断面形状に係る変形例(
図14(a)及び
図14(b))
・第2領域部3d及び連結部3eに係る変形例(
図15)
【0153】
(緩衝部の平面形状に係る変形例)
図13(a)は、変形例に係る水晶素子401Aを示す平面図である。
図13(b)は、他の変形例に係る水晶素子401Bを示す平面図である。
【0154】
なお、これらの図において、水晶素子401A及び401Bの構成は、第4実施形態(
図9及び
図10)を想定した寸法比率で示されている。また、感温膜11は、第1面403a(+D3側の面)に位置する態様が例示されている。図示の例とは異なり、ここで示す緩衝部13の変形例は、第1~第3及び第5実施形態に適用されてよい。
【0155】
図13(a)に示す水晶素子401Aでは、緩衝部13Aの平面形状は円形状とされている。そして、互いに同一の形状及び寸法の複数の緩衝部13Aが、第1領域部403cから第2領域部403dへの方向(D1方向)に交差(例えば直交)する方向(D2方向)に一定のピッチで配列されている。別の観点では、複数の連結部403eが一定のピッチで配列されている。なお、図示の例とは異なり、複数の緩衝部13A(複数の連結部3e)の形状及び寸法は、互いに同一でなくてもよい。複数の緩衝部13Aのピッチは均等でなくてもよい。
【0156】
緩衝部13Aの平面形状は、換言すれば、長尺形状でない形状であり、さらには、長手方向及び短手方向が区別できない形状である。このような形状としては、円形状の他、例えば、正方形状、正方形以外の正多角形状が挙げられる。また、別の観点では、緩衝部13Aにおいて、D2方向の長さは、例えば、D1方向の長さに対して、1/2以上2倍以下とされてよい。緩衝部13A(連結部403e)の数は、例えば、比較的多数とされてよく、より詳細には、4つ以上又は5つ以上とされてよい。隣り合う緩衝部13Aの間隔(連結部403eの幅)は、例えば、配列方向(D2方向)における緩衝部13Aの長さの1/2以上2倍以下とされてよい。
【0157】
感温膜11は、第2領域部403dの概ね全体に亘っている。別の観点では、感温膜11のD2方向における配置範囲は、複数の緩衝部13A(複数の連結部403e)の配列範囲と概ね重複している。例えば、感温膜11のD2方向の長さは、複数の緩衝部13Aの配列長さ(+D2側の緩衝部13Aの+D2側の位置から-D2側の緩衝部13Aの-D2側の位置までの長さ)に対して、2/3以上又は4/5以上とされてよく、また、1.5倍以下又は1.2倍以下とされてよい。上記の下限と上限とは、任意のもの同士が組み合わされてもよい
【0158】
このような構成においては、例えば、第1領域部403cの縁部に沿って延びている感温膜11に対して複数の連結部403eが均等に位置する。その結果、第1領域部403cの熱を感温膜11に均等に伝えることができる。その結果、計測温度を第1領域部403cの温度に追従させる効果の向上が期待される。
【0159】
図13(b)に示す水晶素子401Bでは、緩衝部13Bは、第1領域部403cから第2領域部403dへの方向(D1方向)に交差(例えば直交)する方向(D2方向)において、第1領域部403cの幾何中心及び/又は励振電極7の幾何中心を避けるように配置されている。具体的には、2つの緩衝部13Bは、上記幾何中心に対してD2方向の両側に位置している。なお、各緩衝部13Bの平面形状は任意であり、例えば、実施形態と同様に、長尺形状(スリット状)である。
【0160】
別の観点では、水晶ブランク403は、D2方向の位置が第1領域部403cの幾何中心及び/又は励振電極7の幾何中心と重複する連結部403e(3つの連結部403eのうち中央のもの)を有している。この中央の連結部403eの幾何中心のD2方向の位置は、例えば、第1領域部403cの幾何中心及び/又は励振電極7の幾何中心と一致してよい。中央の連結部403eの幅は比較的広くされてよい。例えば、中央の連結部403eの幅は、例えば、励振電極7の幅に対して、1/2以上又は2/3以上とされてよく、1.2倍以下、1倍以下又は9/10以下とされてよい。上記の下限と上限とは任意のもの同士が組み合わされてもよい。
【0161】
感温膜11のD2方向における長さは、例えば、上記の中央の連結部403eのD2方向における長さと概ね同等とされている。そして、両者の長さの少なくとも一方の全部は、他方の長さの少なくとも一部に重複している。例えば、前者は、後者に対して、2/3以上又は4/5以上とされてよく、また、1.5倍以下又は1.2倍以下とされてよい。上記の下限と上限とは、任意のもの同士が組み合わされてもよい。
【0162】
このような構成においては、例えば、第1領域部403cのうち励振電極7と重なる領域の熱が感温膜11の全体に伝わりやすい。その結果、計測温度を第1領域部403cの温度に追従させる効果の向上が期待される。
【0163】
図14(a)及び
図14(b)は、緩衝部13の変形例を示す断面図である。これらの図は、例えば、
図4の一部に対応している。
【0164】
なお、これらの図において、水晶素子1C及び1Dの構成は、第1実施形態(
図1及び
図2)を想定した寸法比率で示されている。また、感温膜11は、第1面3a(+D3側の面)に位置する態様が例示されている。図示の例とは異なり、ここで示す緩衝部13の変形例は、第2~第5実施形態に適用されてもよい。
【0165】
図14(a)に示す変形例では、水晶ブランク3は、緩衝部13Cとして、凹部を有している。
図14(b)に示す変形例では、水晶ブランク3は、緩衝部13Dとして、凸部を有している。緩衝部13、13A及び13Bの説明は、矛盾等が生じない限り、緩衝部13C及び13Dに援用されてよい。例えば、緩衝部13C及び13Dの平面形状は、緩衝部13、13A又は13Bの平面形状と同様とされてよい。後述する変形例(
図15)から理解されるように、緩衝部13は、種々の位置にて種々の方向に延びていてよい。緩衝部13C及び13Dの断面形状及び/又は寸法は、これらの緩衝部の位置及び延びる方向によって相違していてもよい。
【0166】
平面視において緩衝部13C(凹部)の任意の方向(例えば緩衝部13Cが溝の態様において溝が延びる方向)に直交する断面において、緩衝部13Cの形状及び寸法は任意である。例えば、緩衝部13Cは、一定の幅で水晶ブランク3を掘り下げていてもよいし、+D3側ほど、又は-D3側ほど、幅が狭くなっていてもよい。また、例えば、緩衝部13Aの断面形状は、底面を有する形状であってもよいし(図示の例)、底面を有さない形状(例えばV溝状)であってもよい。緩衝部13Cの深さ(例えば最大深さ)は、水晶ブランク3の厚さ(緩衝部13Cの位置における厚さ)に対して、1/2未満であってもよいし、1/2程度であってもよいし(図示の例)、1/2超であってもよい。
【0167】
平面視において緩衝部13D(凸部)の任意の方向(例えば緩衝部13Dが突条の態様において突条が延びる方向)に直交する断面において、緩衝部13Dの形状及び寸法は任意である。例えば、緩衝部13Dは、一定の幅で突出していてもよいし、先端ほど幅が狭くなっていてもよい。緩衝部13Dの断面形状は、頂面を有する形状であってもよいし(図示の例)、頂面を有さない形状(例えば三角形状)であってもよい。緩衝部13Dの高さ(例えば最大高さ)は、水晶ブランク3の厚さ(緩衝部13Dの位置における厚さ、又は最小厚さ若しくは最大厚さ)に対して、1/2未満であってもよいし、1/2程度であってもよいし(図示の例)、1/2超であってもよい。
【0168】
感温膜11が位置している面と緩衝部13C又は13Dが位置している面との関係は任意である。例えば、図示の例のように、感温膜11が第1面3a及び第2面3bの一方のみに位置している態様において、緩衝部13C又は13Dは、感温膜11が位置している面と同一の面(図示の例では第1面3a)に位置していてもよいし、反対側の面(図示の例では第2面3b)に位置していてもよいし、双方の面に位置していてもよい。また、例えば、感温膜11が第1面3a及び第2面3bの双方に位置している態様において、緩衝部13C又は13Dは、一方の面のみに位置していてもよいし、双方の面に位置していてもよい。
【0169】
特に図示しないが、緩衝部13(13A及び13B)、13C及び13Dは互いに組み合わされてもよい。例えば、平面視において、互いに異なる位置において、互いに異なる種類の緩衝部が設けられていてもよい。また、例えば、第1面3a及び第2面3bの一方の面に緩衝部13Cが設けられ、他方の面に緩衝部13Dが設けられていてもよい。以上のとおり、緩衝部は、第1面3aの凹部、第2面3bの凹部、第1面3aの凸部、第2面3bの凸部及び貫通孔の少なくとも1つを含んでよい。
【0170】
(第2領域部及び連結部の変形例)
図15は、第2領域部3d及び連結部3eの位置、形状及び寸法に関する種々の変形例を示す図表である。
【0171】
ここでの説明では、便宜上、第1実施形態の符号を用いる。ただし、ここでの変形例は、第2~第5実施形態に適用されてよい。
【0172】
実施形態に係る水晶素子1では、第2領域部3dは、4つの縁部を概念できる第1領域部3c(又は励振電極7)の1つの縁部に対して沿って延びる(別の観点では1つの縁部と隣り合う)形状とされた。ただし、第2領域部3dは、2以上の縁部に沿って延びる形状とされてもよい。また、第2領域部3dは、4つの縁部のいずれに対して沿っていてもよい。さらに、連結部3eの数は、任意である。
図15は、そのような第2領域部3dの位置及び形状、並びに連結部3eの位置及び形状に係る変形例の一部を例示する図表となっている。
【0173】
以下の説明では、便宜上、第2領域部3dのうち、第1領域部3cの1つの縁部に沿って延びる部分をセグメント3sということがある。
図15に示す種々の変形例において、これまでの種々の態様における第2領域部の説明は、矛盾等が生じない限り、1つのセグメント3sに援用されてもよいし、2以上のセグメント3sを有する第2領域部3dの全体に援用されてもよい。
【0174】
図の左下に示す符号から理解されるように、各マスにおいては、水晶ブランク3が模式的に示されている。また、第1領域部3c、第2領域部3d及び連結部3eを視認しやすくするために、第2領域部3dには斜線のハッチングを付し、連結部3eには水玉のハッチングを付している。
【0175】
4つの列は、セグメント3sの数が互いに異なる変形例に対応している。最上段のマス(「1」、「2」、「3」及び「4」の数字が示されているマス)には、各列におけるセグメント3sの数が示されている。複数の行(上記の最上段のマスは除く)は、連結部3eの数が互いに異なる変形例に対応している。1つのマス内には、同一の数の連結部3eの位置が互いに異なる変形例が例示されている。
【0176】
第1列においては、第2領域部3dが1つのセグメント3sを有している態様が示されている。セグメント3sの位置は、第1領域部3cの短辺側の位置であってもよいし、長辺側の位置であってもよい。また、セグメント3sが隣り合う第1領域部3cの短辺は、励振電極7に対して引出電極9側の短辺に限られず、励振電極7に対して引出電極9とは反対側の短辺であってもよい。
【0177】
第2列においては、第2領域部3dが2つのセグメント3sを有している態様が示されている。より詳細には、図示の例では、2つのセグメント3sは、1つの短辺及び1つの長辺に沿っており、また、互いに連結されている。すなわち、第2領域部3dは、L字状とされている。なお、図示の例とは異なり、複数(ここでは2つ)のセグメント3sを連結しないようにすることも可能である。この場合においては、例えば、2つのセグメント3sは、2つの長辺に沿っていたり、2つの短辺に沿っていたりしてもよい。
【0178】
第3列においては、第2領域部3dが3つのセグメント3sを有している態様が示されている。より詳細には、図示の例では、3つのセグメント3sは、第1領域部3cの1つの長辺及び2つの短辺に沿っており、また、互いに連結されている。すなわち、第2領域部3dは、U字状とされている。なお、図示の例とは異なり、U字状の第2領域部3dは、1つの短辺及び2つの長辺に沿っていてもよい。
【0179】
第4列においては、第2領域部3dが4つのセグメント3sを有している態様が示されている。別の観点では、第2領域部3dが第1領域部3cを囲む環状(枠状)である態様が示されている。なお、既述のように、複数のセグメント3sは一部において連結しないようにすることも可能である。例えば、第2領域部3dは、一部が途切れたC字状であってもよい。
【0180】
2以上のセグメント3sは、互いに同様の構成であってもよいし、互いに異なる構成であってもよい。例えば、D2方向に延びるセグメント3sと、D1方向に延びるセグメント3sとは、互いに同一の幅を有していてもよいし、互いに異なる幅を有していてもよい。また、例えば、D2方向に延びるセグメント3sと、D1方向に延びるセグメント3sとは、双方が直線状であってもよいし、一方が直線状であるのに対して他方が曲線状であってもよい。
【0181】
第1行においては、第1領域部3cと第2領域部3dとが直接につながっている態様が示されている。すなわち、水晶ブランク3は、連結部3e(別の観点では緩衝部13)を有していない。この場合の第1領域部3c及び第2領域部3dは、例えば、感温膜11の有無によって区別されてもよいし、及び/又は厚さの相違(
図11の第5実施形態を参照)によって区別されてもよい。
【0182】
第2行においては、連結部3eの数が1つである態様が示されている。連結部3eは、セグメント3sの長手方向において、セグメント3sの中央に位置していてもよいし、端部に位置していてもよい。2列~4列においては、連結部3eが第1領域部3cの短辺に位置している態様が例示されている。ただし、連結部3eは、第1領域部3cの長辺に位置することも可能である。
【0183】
第3行においては、連結部3eの数が2つである態様が示されている。2つの連結部3eは、同一のセグメント3sにつながっていてもよいし、互いに異なるセグメント3sにつながっていてもよい。上記のように、連結部3eがつながる辺は、短辺であってもよいし、長辺であってもよい。
【0184】
感温膜11は、例えば、第1面403a及び第2面403bの少なくとも一方の面において、種々の形状の第2領域部3dの概ね全体(例えば8割以上の面積)に亘って広がっていてよい。上述した第2領域部3dの説明は、矛盾等が生じない限り、感温膜11に援用されてよい。例えば、感温膜11の平面形状は、1つ以上のセグメントを有する形状として捉えられてよい。なお、第1面403a及び第2面403bの一方の面において、感温膜11が有するセグメントの数と、セグメント3sの数とを異ならせたりすることも可能である。
【0185】
感温膜11が2以上のセグメントを有している態様において、2つの外部電極11bは、例えば、1つのセグメントに位置していてもよいし、互いに異なるセグメント3sに位置していてもよい。例えば、例えば、2つの外部電極11bは、L字状又はU字状の感温膜11において、感温膜11の全体の両端に位置していてもよい。
【0186】
既述のように、第1領域部3c及び/又は励振電極7の形状は、円形状等の種々の形状とされてよい。換言すれば、第1領域部3c及び/又は励振電極7の形状は、4つの縁部(直線状に限られない)を概念できる形状とは限らない。ひいては、第2領域部3dについて、セグメント3sを概念できるとは限らない。そこで、セグメント3sの概念とは異なる概念によって、第2領域部3dの長さの変形例について述べる。
【0187】
第2領域部3dは、例えば、励振電極7又は水晶ブランク3の幾何中心回りの角度範囲において、90°以下の範囲に収まっていてもよいし、90°以上180°以下の範囲に収まっていてもよいし、180°以上270°以下の範囲に収まっていてもよいし、270°以上360°以下の範囲に収まっていてもよい。セグメント3sの説明から理解されるように、第2領域部3dが位置する角度範囲の方向は任意である。例えば、第2領域部3dが位置する角度範囲の中心の方向は、+D1方向、-D1方向、+D2方向又は-D2方向であってよい。
【0188】
以上の実施形態及び変形例において、水晶素子1、201、301、401、501、401A、401B、1C及び1Dは、それぞれ圧電振動素子の一例である。水晶デバイス101及び101Aは、それぞれ圧電デバイスの一例である。水晶ブランク3、403及び503は、それぞれ圧電体の一例である。第1基板面111cは、パッケージの所定面の一例である。
【0189】
本開示に係る技術は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【0190】
圧電振動素子は、圧電体は、水晶に限定されない。例えば、圧電体は、他の単結晶であってもよいし、多結晶からなるもの(例えばセラミック)であってもよい。なお、水晶に適宜なドーパントが添加されたものは水晶の一種と捉えられてよい。
【0191】
圧電振動素子は、発振信号を生成することを目的としたものに限定されない。例えば、圧電振動素子は、圧電式のジャイロセンサであってもよい。
【0192】
圧電振動素子のパッケージ等への実装態様は、種々のものとされてよい。例えば、圧電振動素子は、2つの引出電極に接合される2つの導電性の接合材によって両端支持されてもよい。また、例えば、圧電振動素子は、1つの引出電極に導電性の接合材が接合されるとともに、1つの引出電極にボンディングワイヤが接合されてもよい。また、圧電振動素子の一端又は両端を支持するための接合材として、引出電極の領域とは異なる領域に接合される絶縁性(導電性とすることも可能)の接合材が用いられてもよい。
【符号の説明】
【0193】
1…水晶素子(圧電振動素子)、3…水晶ブランク(圧電体)、3c…第1領域部、3d…第2領域部、7…励振電極、9…引出電極、11…感温膜、101…水晶デバイス(圧電デバイス)。