JP5742868B2 - 音叉型水晶振動片、及び水晶振動デバイス - Google Patents

Description

本発明は、音叉型水晶振動片、及び水晶振動デバイスに関する。

音叉型水晶振動片の１つとして、基部とこの基部から突出された２つの脚部とからなる音叉型水晶振動片がある（例えば、特許文献１参照）。このような音叉型水晶振動片には、異電位で構成された一対の励振電極が２つの脚部に形成されている。この音叉型水晶振動片を、ベースと蓋とから構成された本体筐体の内部空間に気密封止することにより、音叉型水晶振動デバイスが構成される（例えば、特許文献１参照。）。この音叉型水晶振動片では、脚部に溝部が形成され、溝部を脚部に形成することで土手部が脚部に成形される。この溝部の形成によりＣＩ値を低下させることができる。溝部の幅を拡げることで土手部の幅が減らされ、電解効率が向上するので、更にＣＩ値を減少させることができる。しかし、脚部を振動させるには、必要最低限の土手部の幅が必要であり、脚部の寸法に応じて溝幅、土手部の幅にも限界がある。つまり、溝部の幅を広げることによるＣＩ値の低下には限界がある。また、従来では、水晶の異方性エッチングにより脚部の側面に先が尖った突起が生じるが、この突起により、脚部の厚み方向で溝の内面電極と脚部の側面電極間の距離が変化することになり、振動効率が下がる。

特開２０１２−２１７１４０号公報

ところで、近年、音叉型水晶振動片は小型化がすすめられており、音叉型水晶振動片の小型化にともない、溝部を形成した脚部に対して励振電極を形成することが難しくなってきている。

また、従来では、土手部の幅を十分に確保でき、良好な発振を行うことができたが、音叉型水晶振動片を小型化すると土手部の幅が狭くなる。その結果、一対の励振電極のギャップが極端に狭くなり、ギャップが極端に狭くなることで、発振が不安定になり、また、剛性の低下により他の発振モードが発生する場合がある。

そこで、上記課題を解決するために、本発明は、溝部を形成した脚部が設けられた音叉型水晶振動片について、脚部の幅に対して溝部の幅を大きくしても安定した発振を行うことができる音叉型水晶振動片、及び水晶振動デバイスを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる音叉型水晶振動片は、結晶方位を有する水晶片からなり、基部と、前記基部から一方向に突出した一対の脚部と、が設けられ、前記各脚部の少なくとも一主面に溝部と土手部とが形成され、前記土手部は前記溝部の形成により成形され、前記土手部の幅は（音叉型水晶振動片の）厚み方向に沿って異なり、前記土手部は、幅の広い厚肉部と、幅の狭い薄肉部とから構成され、前記溝部は、前記脚部の幅方向の中心に対して偏って形成され、前記溝部では、前記幅方向の断面視形状において、前記溝部の最下点から前記脚部の両側面までの長さが同じであることを特徴とする。

本発明によれば、溝部を形成した脚部が設けられた音叉型水晶振動片について、脚部の幅に対して溝部の幅を大きくしても安定した発振を行うことが可能となる。具体的には、前記土手部が前記薄肉部と前記厚肉部とから構成されるので、前記土手部の幅を実質的に厚くすることが可能となり、その結果、別の振動モードの発生（スプリアスの発生）を抑制して、安定した発振を行うことが可能となる。また、従来の音叉型水晶振動片によれば、溝部の幅を拡げることでＣＩ値の低下を図ることができるが、一方で脚部側面の形状を平坦にしておくと土手部の幅を全体的に狭くさせることになり、その結果、剛性の低下を招く。そのため、従来の音叉型水晶振動片では、溝部の幅を拡げてＣＩ値の低下を図った形態において、振動に必要な土手部の幅を確保することが難しい。しかしながら、本発明によれば、前記構成により、溝部の幅を拡げてＣＩ値の低下を図り、さらに振動に必要な土手部の幅を確保することが可能となる。

また、本発明によれば、前記土手部が前記厚肉部と前記薄肉部とから構成されるので、前記厚肉部により、当該音叉型水晶振動片の小型化を図りながら、剛性強化を図ることも可能となり、その結果、安定した振動を得ることが可能となり、発振周波数の増加を抑制することが可能となる。また、前記薄肉部により、当該音叉型水晶振動片の小型化を図りながら、ＣＩ値を低下させることが可能となる。このように、前記土手部が前記厚肉部と前記薄肉部とから構成されることで、前記厚肉部によって剛性を維持しつつ前記脚部の幅に対して前記溝部の幅を大きくすることが可能となり、発振周波数の増加を抑えながらＣＩ値を低下させた小型の当該音叉型水晶振動片を実現することが可能となる。

この場合、前記溝部は、前記脚部の幅方向の中心に対して偏って形成されても、前記溝部の最下点から前記脚部の両側面までの長さが同じとなり、前記厚肉部により、前記幅方向の断面視形状において、前記溝部の左右の重量バランスが良好となる。その結果、振動の安定化を図ることが可能となる。

なお、ここでいう「偏る」とは、溝部が前記脚部の幅方向の中心に対して偏って形成されていればよく、前記溝部（前記溝部の内面）から脚部の両側面までの距離（脚部の主面に形成される土手の寸法）が同じにならなければよい。

この場合、当該音叉型水晶振動片が水晶片からなり、前記脚部の両主面に形成された前記溝部の内面では、前記主面に対して全ての側面を直角形成することができない。この構成であっても、前記溝部が、前記脚部の前記幅方向の中心に対して偏って形成されることで、各前記脚部の重量バランスを保つのに有効な構成とすることができる。例えば、前記溝部を構成する複数の面の大きさが異なる構成によれば、前記最下点が前記脚部の中心に位置することは少なく、前記脚部において重量バランスが悪い。そのため、前記溝部を前記脚部の幅方向の中心に対して偏って形成して、重量バランスを良くすることが可能となる。つまり、前記脚部では、前記幅方向の断面視形状において、断面視左右の断面積の差異を小さくすることが可能となり、前記差異を小さくすることで重量バランスを良くすることが可能となる。

しかしながら、この溝部が、前記脚部の前記幅方向の中心に対して偏って形成されることのみでは、各前記脚部の重量バランスを保つのに最適な手段とならない。つまり、前記脚部の前記幅方向の中心に対して最大限に偏って形成しても重量バランスを保つまで前記脚部の重量を均一にすることができない。この現象は、特に、現在、当該音叉型水晶振動片が小型化される傾向にあることに関係し、従前のように大きいサイズの音叉型水晶振動片では重量バランスは考慮しなくてもバランスを保つことができたが、小型化された当該音叉型水晶振動片では、前記脚部も小型化や狭小化されてしまい、小型や狭小の前記脚部に溝部を形成すると重量のバランスが崩れる。このように、従前の音叉型水晶振動片では考えられなかった課題が、小型化することで生じる。

これに対して、本発明では、前記溝部が、前記脚部の前記幅方向の中心に対して偏って形成されることと、前記溝部では、前記幅方向の断面視形状において、前記溝部の最下点から前記脚部の両側面までの長さが同じとなることとを特徴的な構成とする。本構成によれば、前記水晶片からなり、前記溝部が、前記脚部の幅方向の中心に対して偏って形成された構成に対して、さらに、重量バランスを保つよう重量補正を行うことが可能となる。これは、当該音叉型水晶振動片が前記水晶片を用いることに関係し、前記溝部の複数の面からなる側面は傾斜面を有し、側面（複数の面）の傾斜面の面積差は異なる。そのため、前記溝部を形成することによって前記脚部の重量バランスが崩れることになるが、本発明によれば、前記溝部では、前記幅方向の断面視形状において、前記溝部の最下点から前記脚部の両側面までの長さが同じとなるので、前記脚部の重量バランスが崩れるのを防止することが可能となる。

その結果、重量バランスを保つことが可能となり、前記脚部に形成された溝部形状によって特性（ＣＩ値など）に影響が及ぶのを抑えることが可能となる。

具体的には、本発明によれば、水晶片からなり、前記脚部各々には前記溝部が前記脚部の幅方向の中心に対して偏って形成され、前記溝部では、幅方向の断面視形状において、前記溝部の最下点から前記脚部の両側面までの長さが同じとなるので、各前記脚部に対して重量バランスが崩れるのを抑えることが可能となる。

また、本構成によれば、前記溝部の位置を前記脚部の幅方向の中心に対して偏らせて前記脚部における前記幅方向の左右の重量バランスをとることが可能となる。さらに、前記溝部では、幅方向の断面視形状において、前記溝部の最下点から前記脚部の両側面までの長さが同じとなるので、側面（複数の面）の斜面の面積差を小さくすることが可能となる。その結果、重量バランスが良好となる。

なお、これに対して、従前の音叉型水晶振動片では、脚部における左右の斜面の面積差が大きく異なるので、溝部を挟んだ脚部左右の厚みが異なる。このため、脚部の左右では異なる周波数の振動を引き起こすことになり、結果として振動バランスを崩す。

また、本発明と異なり、溝部に底面が存在している場合、最下点の位置がはっきりせずに重量バランスが崩れるが、本発明によれば、このような問題は生じない。なお、本発明によれば、底面が存在せずに前記最下点のみが存在する。

また、従来の、脚部各々に溝部が形成された音叉型水晶振動片では、励振に必要な主振動だけではなく、他の振動モード（縦振動モードなど）が発生する。これは、従来の構成では、溝部の最下点もしくは底面が、脚部の幅方向の中心に対して大きく偏って形成されることに関係しており、また、溝部の内面（側面）が、主面に対して傾斜した傾斜面となることに起因するものである。

これに対して、本発明によれば、前記脚部各々には、前記溝部が、前記幅方向の中心に対して偏って形成され、前記溝部では、前記幅方向の断面視形状において、前記溝部の最下点から前記脚部の両側面までの長さが同じとなるので、前記幅方向の断面視形状において前記溝部の内面のうち側面の形状を対称とする、もしくは対称に近付けることになる。また、従来の音叉型水晶振動片に比べて、前記溝部の内面のうち傾斜面を１つ以上減らすことが可能となる。つまり、前記溝部の内面の１つ以上を減らすことで、他の傾斜面の構成比率（面積）を変化させ、かつ、減らした面によって、前記溝部の最下点を前記脚部の中央に位置付けることが可能となる。

その結果、減らした傾斜面に起因した他の振動モード（縦振動モードなど）の発生を抑えることが可能となる。音叉型水晶振動片の特性が劣化することを抑えて、例えばＣＩ値を下げたり、ＣＩ値の上昇を抑えることが可能となる。

ところで、現在、音叉型水晶振動片を搭載する水晶振動子もしくは発振器などの水晶振動デバイスのパッケージサイズが小さくなる傾向にあり（例えば、パッケージサイズ：２．０ｍｍ×１．２ｍｍ以下、音叉型水晶振動片の全長（長手方向となる前記脚部の突出方向の寸法）：１．５ｍｍ以下）、小型化に伴って音叉型水晶振動片の振動にスプリアスが発生し易くなることを発明者は確認した。一方、従来から、音叉型水晶振動片ではスプリアスの発生が殆ど無く、スプリアス抑制を考慮することは無かったが、現在の小型の音叉型水晶振動片に対してはスプリアス抑制も検討する必要がある。このスプリアスの発生について、本発明によれば、前記溝部の側面の傾斜面を減らしたり、傾斜面の緩急差を減ずることでスプリアス抑制を行うことが可能であり、その結果、スプリアス抑制によってＣＩ値を低下させることが可能となる。本発明は、小型の音叉型水晶振動片に最適である。また、スプリアス発生によって発振する周波数の値（主振動の値）が変わることも防止することが可能となる。

前記構成において、前記脚部の幅方向の断面視形状において、前記厚肉部の断面視形状が台形となり、前記溝部の最下点がある位置の幅方向に前記厚肉部があってもよい。

この場合、前記厚肉部の断面視形状が台形となり、前記溝部の最下点がある位置の幅方向に前記厚肉部があるので、前記溝部に形成する励振電極と前記両側面に配する励振電極とを前記土手部を介して対向とさせることが可能となり、その結果、振動効率を良くしてＣＩ値を低下させることが可能となる。

前記構成において、前記厚肉部の台形の天面が、前記溝部の面と対向するように配されてもよい。この場合、前記厚肉部の台形の天面が、前記溝部の面と対向するように配されるので、平行電極を形成することが可能となり、最も理想的な電荷効率を得ることが可能となる。特に、前記厚肉部を台形形状とすることで、前記土手部の一部の領域を屈曲方向に対して一定の厚みとすることが可能となり、他の振動モード（縦振動モードなど）の発生を抑制してＣＩ値の低下を見込める。

また、本発明にかかる音叉型水晶振動片は、基部と、前記基部から一方向に突出した一対の脚部と、が設けられ、前記各脚部の少なくとも一主面に溝部と土手部とが形成され、前記土手部は前記溝部の形成により成形され、前記土手部の幅は厚み方向に沿って異なり、前記土手部は、幅の広い厚肉部と、幅の狭い薄肉部とから構成され、前記脚部の幅方向の断面視形状において、前記厚肉部の断面視形状が台形となり、前記溝部の最下点がある位置の幅方向に前記厚肉部があり、前記厚肉部の台形の天面が、前記溝部の側面と対向するように配されたことを特徴とする。本発明においても、前記構成の音叉型水晶振動片と同様の効果が得られる。

前記構成において、前記脚部の両主面には、それぞれ一主面側の溝部と他主面側の溝部が形成され、一主面側の溝部と他主面側の溝部とでは、突出方向の断面視形状において、前記最下点が対向位置にあってもよい。

この場合、前記一主面側の前記溝部と前記他主面側の前記溝部とでは、突出方向の断面視形状において、前記最下点が対向位置にあるので、各前記脚部の厚さ方向に対して重量バランスが崩れるのを抑えることが可能となる。その結果、重量バランスが崩れることによる他の振動モード（縦振動モードなど）の発生を抑えることが可能となり、当該音叉型水晶振動片の特性が劣化することを抑えて、例えばＣＩ値を下げたり、ＣＩ値の上昇を抑えることが可能となる。つまり、低いＣＩ値を実現することが可能となる。

上記の目的を達成するため、本発明にかかる水晶振動デバイスは、本発明にかかる音叉型水晶振動片を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、本発明にかかる音叉型水晶振動片が設けられているので、上記の本発明にかかる音叉型水晶振動片と同様の作用効果を有する。

本発明によれば、溝部を形成した脚部が設けられた音叉型水晶振動片に対して、土手部の幅が狭くなっても安定した発振を行うことが可能となる。特に、小型化した際の音叉型水晶振動片に有効である。

図１は、本実施の形態にかかる水晶振動子の内部を公開した図であり、水晶振動片が搭載されたベースの概略平面図である。また、図１では、水晶振動片の概略平面図を示す。 図２は、図１に示す水晶振動片の概略裏面図である。 図３は、図２に示す水晶振動片の素板のＡ−Ａ線断面図である。 図４は、図２に示す水晶振動片の素板の一部（脚部の基端側）を拡大した水晶振動片の素板の一部拡大概略平面図である。 図５は、図４に対応する従来の水晶振動片の素板の一部拡大概略平面図である。 図６は、図３に対応した本実施の他の形態にかかる水晶振動片の素板の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施の形態では、圧電振動片の素板材料として水晶を用い、さらに水晶振動デバイスとして音叉型水晶振動子を用いた形態を示す。しかしながら、これは好適な実施の形態であり、本発明は、音叉型水晶振動子に限定されるものではなく、音叉型水晶振動片を設けた音叉型水晶振動デバイスであればよく、例えば、水晶発振器であってもよい。

本実施の形態にかかる音叉型水晶振動子１（以下、水晶振動子という）は、図１，２に示すように、フォトリソグラフィ法で成形された音叉型水晶振動片２（以下、水晶振動片という）と、水晶振動片２を搭載するベース３と、ベース３に搭載した（保持した）水晶振動片２を本体筐体内に気密封止するための蓋（図示省略）とが設けられて構成されている。

この水晶振動子１では、ベース３と蓋とが接合されて本体筐体が構成されている。具体的には、ベース３と蓋とが封止材（図示省略）を介して接合され、この接合により本体筐体の内部空間１１が形成されている。そして、この本体筐体の内部空間１１内のベース３上に、導電性バンプ６１を介して水晶振動片２が保持接合されているとともに、本体筐体の内部空間１１が気密封止されている。この際、水晶振動片２の金属膜９３（下記参照）、先端金属膜９６（下記参照）、および凹部９５（下記参照）がベース３に対面した状態で、水晶振動片２がベース３に配され、金属材料（例えば金）等からなる導電性バンプ６１を用いたＦＣＢ（Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ｂｏｎｄｉｎｇ）法により水晶振動片２がベース３に電気機械的に超音波接合される。

次に、この水晶振動子１の各構成について説明する。

ベース３は、図１に示すように、底部３１と、この底部３１から上方に延出した堤部３２とから構成される箱状体に形成されている。また、堤部３２は、２層が積層されてなり、内部空間１１に段部３３が設けられる。このベース３は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料の直方体が積層して凹状に一体的に焼成されている。また、堤部３２は、図１に示す底部３１の平面視外周に沿って成形されている。この堤部３２の上面には、蓋と接合するためのメタライズ層３４（封止材の一部）が設けられている。なお、メタライズ層３４は、例えば、タングステン層、あるいはモリブデン層上にニッケル，金の順でメッキした構成からなる。

また、セラミック材料が積層して凹状に一体的に焼成されたベース３では、その内部空間１１における長手方向の一端部及び長手方向に沿った端部の一部に段部３３が形成されている。段部３３のうち長手方向の一端部に、図１に示すように、一対の電極パッド３５が形成され、これら電極パッド３５上に、水晶振動片２に形成された導電性バンプ６１を介して水晶振動片２が搭載保持されている。これらの電極パッド３５は、それぞれに対応した引回電極（図示省略）を介して、ベース３の裏面に形成される端子電極（図示省略）に電気的に接続され、端子電極が外部部品や外部機器の外部電極に接続される。なお、これら電極パッド３５、引回電極、及び端子電極は、タングステン、モリブデン等のメタライズ材料を印刷した後にベース３と一体的に焼成して形成される。そして、これら電極パッド３５、引回電極、及び端子電極のうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。

蓋は、例えば金属材料からなり、平面視矩形状の一枚板に成形されている。この蓋の下面には、封止材の一部が形成されている。この蓋は、シーム溶接やビーム溶接、加熱溶融接合等の手法により封止材を介してベース３に接合され、これにより、蓋とベース３とによる水晶振動子１の本体筐体が構成される。

次に、ベース３と蓋とによる水晶振動子１の本体筺体の内部空間１１に配された水晶振動片２について説明する。

水晶振動片２は、結晶方位を有する異方性材料の水晶Ｚ板（素板）からなる水晶ウエハ（図示省略）から成形された水晶片である。水晶振動片２の基板４外形は、フォトリソグラフィ技術（フォトリソ工法）を用いて、レジストまたは金属膜をマスクとして例えばウエットエッチングによって一括的（一体的）に成形されている。

この水晶振動片２の基板４（素板）は、図１，２に示すように、振動部である２本一対の脚部５１，５２（第１脚部５１及び第２脚部５２）と、これら脚部５１，５２が一端面６２から突出して設けられた基部６とを含む外形を有する。

基部６は、図１に示すように、平面視左右対称形状とされ、第１脚部５１及び第２脚部５２よりも幅広に形成されている。基部６には、図１，２に示すように、ベース３の電極パッド３５に接合するための２つの導電性バンプ６１（本発明でいうバンプ）が電界メッキ形成されている。導電性バンプ６１は、基部６の他主面４２の両端付近に夫々設けられている。

一対の脚部５１，５２は、図１，２に示すように、基部６の一端面６２から突出して隙間部７を介して並設されている。なお、ここでいう隙間部７は、一端面６２の幅方向の中央位置（中央領域）に設けられている。

次に、２本の脚部５１，５２（第１脚部５１及び第２脚部５２）について、図面（図１，２）を用いて詳説する。

２本の脚部５１，５２では、夫々先端部９が他の部位に比べて幅広に形成され、先端部９の先端面９１の両端部９２が面取り成形（テーパー形成）されている。また、両主面４１，４２に、脚部５１，５２の突出方向（図１に示すＹ軸方向）に延びる溝部５３が形成され、水晶振動片２の小型化により劣化するＣＩ値の改善を行う。ここでいう溝部５３に関して、一主面４１側の溝部５３と他主面４２側の溝部５３とが、脚部５１，５２の幅方向の中心に対して偏って夫々形成されている。

図１〜３に示すように、第１脚部５１に形成された一主面４１側の溝部５３及び他主面４２側の溝部５３は、ウエットエッチングにより凹状に成形され、内面５３１が図３に示すように複数の面（側面５３２など）から構成される。

また、一主面４１側の溝部５３と他主面４２側の溝部５３とでは、図３に示すように、最下点５３３が対向位置にあり、図１，２に示す第１脚部５１の長手方向（突出方向）の断面視形状（図２に示すＡ−Ａ線断面形状）において、線対称となる形状となる。

また、図３に示すように、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（図１，２に示すＸ軸方向）の断面視形状が概略Ｈ型形状となっている。水晶振動片２では、図１，２に示すように、平面視もしくは裏面視の両主面４１，４２上において、第１脚部５１及び第２脚部５２各々には、溝部５３が、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心に対して偏って形成されている。なお、ここでいう「偏る」ことは、溝部５３が、両主面４１，４２上において第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心に対して偏って形成されていればよい。

また、溝部５３は、図３に示す第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）において、最下点５３３を挟んで第１面５４（側面５３２と第１傾斜面５４１）と第２面５５（側面５３２と第２傾斜面５５１と第３傾斜面５５２）とから内面５３１が形成されている。第１面５４の幅方向の幅寸法に対して第２面５５の幅方向の幅寸法の比率Ｒが、１≦Ｒ≦１．３となり、第１面５４の幅方向の幅寸法と第２面５５の幅方向の幅寸法とが同一（略同一を含む）になる。なお、ここでいうＲ＝１．３は、例えば、製造誤差などによって生じる誤差寸法の数値の上限であり、１．３＜Ｒ（例えば、Ｒ＝１．３５、１．５６、１．８６、２．３３など）の時は、本課題を解決することができない。また、本実施の形態では、第１面５４の幅方向の幅寸法と第２面５５の幅方向の幅寸法とは、５０：５０〜４７：５３の比とされ、具体的な第１面５４と第２面５５との幅寸法は、例えばそれぞれ１９．７，２２．３μｍである。このように、本実施の形態にかかる第１脚部５１及び第２脚部５２において、溝部５３では、図３に示すＸ軸方向の断面視形状において、溝部５３の最下点５３３から両側面までの幅方向の寸法（Ｗ１，Ｗ２）の長さが同じである。

２本の脚部５１，５２夫々には、異電位で構成された第１励振電極８１及び第２励振電極８２と、これら第１励振電極８１及び第２励振電極８２をベース３の電極パッド３５に電気的に接合させるために第１励振電極８１及び第２励振電極８２から引き出された引出電極８３，８４とが形成されている。引出電極８３，８４は、基部６と、第１励振電極８１及び第２励振電極８２よりも２本の脚部５１，５２の先端側の部位に形成される。

第１励振電極８１は、第１脚部５１の両主面４１，４２と、第２脚部５２の両方の側面４３（両側面４３）とに形成され、引出電極８３により導通される。同様に、第２励振電極８２は、第２脚部５２の両主面４１，４２と、第１脚部５１の両方の側面４３（両側面４３）とに形成され、引出電極８４により導通される。

第１励振電極８１及び第２励振電極８２の一部は、溝部５３の内部（内面５３１）に形成されている。このため、水晶振動片２を小型化しても第１脚部５１及び第２脚部５２の振動損失が抑制され、ＣＩ値を低く抑えることができる。

本実施の形態にかかる水晶振動片２は、従来の水晶振動片に対して、一主面４１側の溝部５３と他主面４２側の溝部５３とが、脚部５１，５２の幅方向の中心に対して偏って夫々形成された形状において、一主面４１側の溝部５３の最下点５３３が、脚部５１，５２の幅方向の中央に位置し、他主面４２側の溝部５３の最下点５３３が、脚部５１，５２の幅方向の中央に位置する。この本実施の形態にかかる水晶振動片２によれば、従来の水晶振動片に対して最下点５３３の長さが長くなり、側面５３２の数が減る。

本実施の形態にかかる水晶振動片２によれば、水晶片からなり、第１脚部５１及び第２脚部５２の両主面４１，４２に形成された溝部５３の内面５３１では、一主面４１（もしくは他主面４２）に対して全ての側面５３２を直角形成することができない。この構成であっても、溝部５３が、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心に対して偏って形成されることで、各第１脚部５１及び第２脚部５２の重量バランスを保つのに有効な構成とすることができる。

例えば、溝部５３を構成する複数の面の大きさが異なる構成によれば、最下点５３３が脚部５１，５２の中心に位置することは少なく、脚部５１，５２において重量バランスが悪い。そのため、溝部５３を脚部５１，５２の幅方向の中心に対して偏って形成して、重量バランスを良くすることができる。つまり、脚部５１，５２では、幅方向の断面視形状において、断面視左右の断面積の差異を小さくすることができ、前記差異を小さくすることで重量バランスを良くすることができる（例えば、特許第４００１０２９号公報の図９（Ｂ）参照）。

しかしながら、溝部５３が、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心に対して偏って形成されることのみでは、各第１脚部５１及び第２脚部５２の重量バランスを保つのに最適な手段とならない。つまり、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心に対して最大限に偏って形成しても重量バランスを保つまで第１脚部５１及び第２脚部５２の重量を均一にすることができない。この現象は、特に、現在、水晶振動片２が小型化される傾向にあることに関係し、従来のように大きいサイズの音叉型水晶振動片では重量バランスは考慮しなくてもバランスを保つことができたが、小型化された水晶振動片２では、第１脚部５１及び第２脚部５２も小型化や狭小化されてしまい、小型や狭小の第１脚部５１及び第２脚部５２に溝部５３を形成すると重量のバランスが崩れる。このように、従来の音叉型水晶振動片では考えられなかった課題が、小型化することで生じる。

これに対して、本実施の形態では、溝部５３が、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心に対して偏って形成されることと、溝部５３では、幅方向（Ｘ軸方向）の断面視形状において、溝部５３の最下点５３３から脚部の両側面までの長さがＷ１とＷ２が同じとなることとを特徴的な構成とする。本実施の形態によれば、溝部５３の最下点５３３から脚部の両側面までの長さがＷ１とＷ２が同じとなることで、水晶片からなり、溝部５３が、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心に対して偏って形成された構成に対して、さらに、重量バランスを保つよう重量補正を行うことができる。これは、水晶振動片２に水晶片を用いることに関係し、溝部５３の複数の面からなる側面５３２は傾斜面を有し、側面５３２（複数の面）の傾斜面の角度（幅寸法）は異なる。そのため、溝部５３を形成することによって脚部（第１脚部５１及び第２脚部５２）の重量バランスが崩れることになるが、本実施の形態によれば、溝部５３では、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の断面視形状において、溝部５３の最下点５３３から脚部の両側面までの長さがＷ１とＷ２が同じとなるので、脚部（第１脚部５１及び第２脚部５２）の重量バランスが崩れるのを防止することができる。

具体的には、本実施の形態によれば、水晶片からなり、第１脚部５１及び第２脚部５２各々には溝部５３が、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心に対して偏って形成され、溝部５３では、図３に示す幅方向（Ｘ軸方向）の断面視形状において、溝部５３の最下点５３３から脚部の両側面までの長さがＷ１とＷ２が同じとなるので、各第１脚部５１及び第２脚部５２に対して重量バランスが崩れるのを抑えることができる。

溝部５３の位置を第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心に対して偏らせて第１脚部５１及び第２脚部５２における幅方向（Ｘ軸方向）の左右の重量バランスをとることができる。さらに、溝部５３では、第１脚部５１及び第２脚部５２における幅方向（Ｘ軸方向）の断面視形状において、溝部５３の最下点５３３から脚部の両側面までの長さがＷ１とＷ２が同じとなるので、側面５３２（複数の面）の斜面の面積差（Ｘ軸方向の幅寸法差）を小さくすることができる。

その結果、重量バランスが良好となる。なお、これに対して、従来の音叉型水晶振動片では、脚部における左右の斜面の面積差が大きく異なるので、溝部を挟んだ脚部左右の厚みが異なる。このため、脚部の左右では異なる周波数の振動を引き起こすことになり、結果として振動バランスを崩す。

また、本実施の形態と異なり、溝部に底面が存在している場合、最下点の位置がはっきりせずに重量バランスが崩れるが、本実施の形態によれば、このような問題は生じない。なお、本実施の形態によれば、底面が存在せずに最下点５３３のみが存在する。

また、従来の、脚部各々に溝部が形成された音叉型水晶振動片では、励振に必要な主振動だけではなく、他の振動モード（縦振動モードなど）が発生する。これは、従来の構成では、溝部の最下点もしくは底面が、脚部の幅方向の中心に対して大きく偏って形成されることに関係しており、また、溝部の内面が、主面に対して傾斜した傾斜面となることに起因する。

これに対して、本実施の形態によれば、第１脚部５１及び第２脚部５２各々には、溝部５３が、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心に対して偏って形成され、溝部５３では、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の断面視形状において、溝部５３の最下点５３３から脚部の両側面までの長さがＷ１とＷ２が同じとなるので、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の断面視形状において溝部５３の内面５３１のうち側面５３２の形状をほぼ対称になる。また、従来の音叉型水晶振動片に比べて、溝部５３の内面のうち傾斜面を１つ以上減らすことができる。つまり、溝部５３の内面の１つ以上を減らすことで、他の傾斜面の構成比率（面積）を変化させ、かつ、減らした面によって、溝部５３の最下点５３３を脚部５１，５２の中央に位置付けることができる。

その結果、減らした傾斜面に起因した他の振動モード（縦振動モードなど）の発生を抑えることができる。

ところで、現在、水晶振動片２を搭載する水晶振動子１もしくは発振器（図示省略）などの水晶振動デバイスのパッケージサイズが小さくなる傾向にあり（例えば、パッケージサイズ：２．０ｍｍ×１．２ｍｍ以下、水晶振動片２の全長（長手方向となる第１脚部５１及び第２脚部５２の突出方向の寸法）：１．５ｍｍ以下）、小型化に伴って水晶振動片２の振動にスプリアスが発生し易くなることを発明者は確認した。一方、従来から、水晶振動片２ではスプリアスの発生が殆ど無く、スプリアス抑制を考慮することは無かったが、現在の小型の水晶振動片２に対してはスプリアス抑制も検討する必要がある。このスプリアスの発生について、本実施の形態によれば、溝部５３の側面５３２の傾斜面を減らしたり、傾斜面の緩急差を減ずることでスプリアス抑制を行うことができ、その結果、スプリアス抑制によってＣＩ値を低下させることができる。本実施の形態は、小型の水晶振動片２に最適である。また、スプリアス発生によって発振する周波数の値（主振動の値）が変わることも防止することができる。

また、一主面４１側の溝部５３と他主面４２側の溝部５３とでは、突出方向の断面視形状において、最下点５３３が対向位置にあるので、各第１脚部５１及び第２脚部５２の厚さ方向に対して重量バランスが崩れるのを抑えることができる。その結果、重量バランスが崩れることによる他の振動モード（縦振動モードなど）の発生を抑えることができ、水晶振動片２の特性が劣化することを抑えて、例えばＣＩ値を下げたり、ＣＩ値の上昇を抑えることができる。

上記のように溝部５３を脚部５１，５２に形成することで、脚部５１，５２には土手部５６が成形される。つまり、脚部５１，５２には、溝部５３と土手部５６とが同時に形成される。

土手部５６は、幅方向が厚み方向で異なる第１土手部５６１と、幅方向が厚み方向で略変わらない第２土手部５６２とから構成される。なお、第１土手部５６１と第２土手部５６２は、ともに溝部５３の側面５３２と脚部５１，５２の側面とを有する。

第１脚部５１及び第２脚部５２の主面（一主面４１，他主面４２）上において、第１土手部５６１は、第２土手部５６２に対して、溝部５３（溝部５３の側面５３２）から脚部（第１脚部５１及び第２脚部５２）の両側面４３までの距離が短い（幅が狭い）。

第１土手部５６１は、幅の広い厚肉部５６３と、幅の狭い薄肉部５６４とから構成される。本実施の形態では、土手部５６の幅は、脚部５１，５２の厚み方向に沿って異なり、脚部５１，５２の主面４１，４２側に位置する土手部５６の先端部５６５側の幅が狭く、脚部５１，５２の厚み方向の中央に位置する土手部５６の基端部５６６側の幅が広く、薄肉部５６４から厚肉部５６３にかけて漸次幅寸法が可変するように第１土手部５６１（具体的には、脚部５１，５２の側面４３）がテーパー成形される。そのため、第１土手部５６１では、テーパー形状の部位を厚肉部５６３に含めると、図３に示す第１土手部５６１の厚肉部５６３の断面視形状が台形となり台形の上面（天面）にあたる脚部５１，５２の側面４３と、下面にあたる溝部５３の側面５３２とが第１土手部５６１を介して対向している。このテーパーは、脚部５１，５２夫々の側面５３２に成形されている。なお、薄肉部５６４では、脚部５１，５２の側面４３と溝部５３の側面５３２とが第１土手部５６１を介して対向している。

第２土手部５６２では、脚部５１，５２の側面４３が略テーパー成形されず、平坦面に成形されている。第２土手部５６２に対応する脚部５１，５２の側面４３と、第１土手部５６１の厚肉部５６３の台形の天面は、平行関係にある。

上記の通り、本実施の形態にかかる第１脚部５１及び第２脚部５２において、溝部５３では、図３に示すＸ軸方向の断面視形状において、溝部５３の最下点５３３から両側面までの寸法（Ｗ１，Ｗ２）の長さが同じであり、また溝部５３の最下点５３３が脚部５１，５２の中央に位置する。これは、溝部５３が、第１脚部５１及び第２脚部５２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心に対して偏って形成され、第１土手部５６１に対して第２土手部５６２の方が広幅である（幅寸法が長い）ことと、第１土手部５６１が厚肉部５６３と薄肉部５６４とから構成され、溝部５３の最下点５３３がある位置の幅方向に厚肉部５６３があることとに関係し、溝部５３の最下点５３３から両側面までの寸法（Ｗ１，Ｗ２）の長さが同一となる。

また、本実施の形態では、２本の脚部５１，５２の少なくとも一主面（本実施の形態では、他主面４２）のみにおいて、引出電極８３，８４が形成された部位（励振に関わる部位）よりも先端側の先端部９に、金属膜９３が電界メッキ形成されている。金属膜９３は、第１励振電極８１、第２励振電極８２、および引出電極８３，８４に対して非導通状態となっている。また、２本の脚部５１，５２の少なくとも一主面（本実施の形態では、他主面４２）において、金属膜９３の周りの基板４が露出されている。

さらに、先端部９の金属膜９３よりも先端側に、発振周波数の微調整用の先端金属膜９６が電界メッキ形成されている。この先端金属膜９６に関して、面取りされた部位（先端面９１の両端部９２）および先端部９の両主面４１，４２にも先端金属膜９６が形成されている。この先端金属膜９６は、第１励振電極８１、第２励振電極８２、および引出電極８３，８４に対して導通状態となり、金属膜９３に対して非導通状態となる。

上記の構成からなる水晶振動片２では、結晶方位を有する異方性材料の水晶Ｚ板からなる水晶ウエハ（図示省略）を用いて、フォトリソグラフィ技術（フォトリソ工法）により、レジストをマスクとして例えばウエットエッチングによって、水晶振動片２の基板４外形を成形する。

基板４の素板を成形した後に、フォトリソ工法により、レジストをマスクとして例えばウエットエッチングによって、第１励振電極８１、第２励振電極８２、引出電極８３，８４、金属膜９３、および先端金属膜９６を電界メッキ形成する（金属膜形成工程）。

金属膜形成工程では、第１励振電極８１、第２励振電極８２、引出電極８３，８４、および先端金属膜９６に対して金属膜９３が非導通状態になるように、２本の脚部５１，５２の先端部９の少なくとも一主面（他主面４２）において、周り（周辺部９４）が基板４素板になるようにアイランドの金属膜９３を形成する。

金属膜形成工程後に、外部に電気的に接続するための導電性バンプ６１を電界メッキ形成する。

そして、必要に応じて先端金属膜をイオンパーシャルにより除去し、発振周波数の微調整を行い、水晶振動片２の周波数調整を終える。

上記製造工程により製造され、上記構成を有する水晶振動片２の素板（基板４）は、図３，４に示す形に成形される。本実施の形態にかかる水晶振動片２では、図３，４から明らかなように、水晶振動片２の脚部５１，５２の基部６側の素板形状は左右対称のバランスの良い形状となる。

本実施の形態にかかる水晶振動片２および水晶振動子１によれば、溝部５３を形成した脚部５１，５２が設けられた水晶振動片２について、脚部５１，５２の幅に対して溝部５３の幅を大きくしても安定した発振を行うことができる。具体的には、第１土手部５６１が厚肉部５６３と薄肉部５６４とから構成されるので、第１土手部５６１の幅を実質的に厚くすることができ、その結果、別の振動モードの発生（スプリアスの発生）を抑制して、安定した発振を行うことができる。また、従来の音叉型水晶振動片によれば、溝部の幅を拡げることでＣＩ値の低下を図ることができるが、一方で脚部側面の形状を平坦にしておくと土手部の幅を全体的に狭くさせることになり、その結果、剛性の低下を招く。そのため、従来の音叉型水晶振動片では、溝部の幅を拡げてＣＩ値の低下を図った形態において、振動に必要な土手部の幅を確保することが難しい。これに対して、本実施の形態にかかる水晶振動片２および水晶振動子１によれば、溝部５３の幅を拡げてＣＩ値の低下を図り、さらに振動に必要な土手部５６の幅を確保することができる。

また、本実施の形態にかかる水晶振動片２および水晶振動子１によれば、第１土手部５６１が厚肉部５６３と薄肉部５６４とから構成されるので、厚肉部５６３により、水晶振動片２の小型化を図りながら、剛性強化を図ることもでき、その結果、安定した振動を得ることができ、発振周波数の増加を抑制することができる。また、薄肉部５６４により、水晶振動片２の小型化を図りながら、ＣＩ値を低下させることができる。このように、厚肉部５６３と薄肉部５６４とから構成されることで、厚肉部５６３によって剛性を維持しつつ脚部５１，５２の幅に対して溝部５３の幅を大きくすることができ、発振周波数の増加を抑えながらＣＩ値を低下させた小型の水晶振動片２を実現することができる。

また、溝部５３が脚部５１，５２の幅方向の中心に対して偏って形成されても、溝部５３の最下点５３３から脚部５１，５２の両側面４３までの長さが同じとなり、厚肉部５６３により、幅方向の断面視形状において、溝部５３の左右の重量バランスが良好となる。その結果、振動の安定化を図ることができる。

また、厚肉部５６３の断面視形状が台形となり、溝部５３の最下点５３３がある位置の幅方向に厚肉部５６３があるので、溝部５３に形成する励振電極８２と両側面４３に配する励振電極８１とを第１土手部５６１を介して対向とさせることができ、その結果、振動効率を良くしてＣＩ値を低下させることができる。

また、厚肉部５６３の台形の天面が、溝部５３の面と対向するように配されるので、一対の第１励振電極８１，第２励振電極８２により平行電極を形成することができ、最も理想的な電荷効率を得ることができる。特に、厚肉部５６３を台形形状とすることで、第１土手部５６１の一部の領域を屈曲方向に対して一定の厚みとすることができ、他の振動モード（縦振動モードなど）の発生を抑制してＣＩ値の低下を見込める。

また、先端部９の金属膜９３よりも先端側に、発振周波数調整用の先端金属膜９６が形成され、先端金属膜９６と金属膜９３とは、非導通状態とされるので、凹部９５形成による周波数調整後に、別途、発振周波数の微調整を行うことができる。また、先端部９の金属膜９３よりも先端側に先端金属膜９６が形成されるので、物理的な衝撃（例えば、水晶振動片２を搭載するベース３に水晶振動片２が接触するなど）に対して保護の役割を果たす。

なお、本実施の形態では、各脚部５１，５２の両主面４１，４２にそれぞれ溝部５３が形成されているが、これに限定されるものではなく、各脚部５１，５２の両主面４１，４２のうちいずれか一方の主面のみに溝部５３が形成されてもよい。この場合であっても、本実施の形態にかかる効果を有するが、両主面４１，４２に溝部５３が形成されていることが好ましい。

また、本実施の形態では、２本の脚部５１，５２の先端部９の他主面４２に金属膜９３を形成しているが、これに限定されるものではなく、脚部５１，５２の先端部９の両主面４１，４２に金属膜９３を形成してもよい。

また、土手部５６の幅に関して、図３に示す本実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図６に示すように、図３に示す形態に比べて土手部５６の先端部５６５の幅をさらに狭めてもよい。なお、図６に示す土手部５６では、第１土手部５６１及び第２土手部５６２の先端部５６５の幅が狭いが、これに限定されるものではなく、少なくとも厚肉部５６３と薄肉部５６４とを有する第１土手部５６１の先端部５６５の幅が狭くなってもよい。

また、本実施の形態では、図３に示すように、第１土手部５６１の厚肉部５６３（テーパー形状の部位を除く）にあたる側面４３が平坦面とされているが、図６に示すように外方に凸形状とされてもよい。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、溝部を形成した脚部が設けられた音叉型水晶振動片に対して有効であり、特に、小型化した際の音叉型水晶振動片に好適である。

１ 音叉型水晶振動子
１１ 内部空間
２ 音叉型水晶振動片
３ ベース
３１ 底部
３２ 堤部
３３ 段部
３４ メタライズ層
３５ 電極パッド
４ 基板
４１，４２ 両主面（一主面４１，他主面４２）
４３ 側面
５１，５２ 脚部（第１脚部５１、第２脚部５２）
５３ 溝部
５３１ 内面
５３２ 側面
５３３ 最下点
５４ 第１面
５４１ 第１傾斜面
５５ 第２面
５５１ 第２傾斜面
５５２ 第３傾斜面
５６ 土手部
５６１ 第１土手部
５６２ 第２土手部
５６３ 厚肉部
５６４ 薄肉部
５６５ 先端部
５６６ 基端部
６ 基部
６１ 導電性バンプ
６２ 一端面
７ 隙間部
８１ 第１励振電極
８２ 第２励振電極
８３，８４ 引出電極
９ 先端部
９１ 先端面
９２ 先端面の両端部
９３ 金属膜
９４ 周辺部
９５ 凹部
９６ 先端金属膜

Claims (6)

1. 音叉型水晶振動片において、
   基部と、前記基部から一方向に突出した一対の脚部と、が設けられ、
   前記各脚部の少なくとも一主面に溝部と土手部とが形成され、
   前記土手部は前記溝部の形成により成形され、
   前記土手部の幅は厚み方向に沿って異なり、前記土手部は、幅の広い厚肉部と、幅の狭い薄肉部とから構成され、
   前記溝部は、前記脚部の幅方向の中心に対して偏って形成され、
   前記溝部では、前記幅方向の断面視形状において、前記溝部の最下点から前記脚部の両側面までの長さが同じであることを特徴とする音叉型水晶振動片。
2. 請求項１に記載の音叉型水晶振動片において、
   前記脚部の幅方向の断面視形状において、前記厚肉部の断面視形状が台形となり、
   前記溝部の最下点がある位置の幅方向に前記厚肉部があることを特徴とする音叉型水晶振動片。
3. 請求項２に記載の音叉型水晶振動片において、
   前記厚肉部の台形の天面が、前記溝部の側面と対向するように配されたことを特徴とする音叉型水晶振動片。
4. 音叉型水晶振動片において、
   基部と、前記基部から一方向に突出した一対の脚部と、が設けられ、
   前記各脚部の少なくとも一主面に溝部と土手部とが形成され、
   前記土手部は前記溝部の形成により成形され、
   前記土手部の幅は厚み方向に沿って異なり、前記土手部は、幅の広い厚肉部と、幅の狭い薄肉部とから構成され、
   前記脚部の幅方向の断面視形状において、前記厚肉部の断面視形状が台形となり、
   前記溝部の最下点がある位置の幅方向に前記厚肉部があり、
   前記厚肉部の台形の天面が、前記溝部の側面と対向するように配されたことを特徴とする音叉型水晶振動片。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載の音叉型水晶振動片において、
   前記脚部の両主面には、それぞれ一主面側の溝部と他主面側の溝部が形成され、
   一主面側の溝部と他主面側の溝部とでは、突出方向の断面視形状において、前記最下点が対向位置にあることを特徴とする音叉型水晶振動片。
6. 請求項１乃至５のうちいずれか１つに記載の音叉型水晶振動片を備えた水晶振動デバイス。

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