振动元件及其制造方法、 振子、 电子装置及电子设备 技术领域 本发明涉及一种激励厚度切变振动模式的压电振子， 尤其涉及一种具有所谓的倒 台面型结构的压电振动元件、 压电振动元件的制造方法、 压电振子、 电子装置以及使用了本 发明所涉及的压电振子的电子设备。
背景技术
由于 AT 切割水晶振子激励的主振动的振动模式为厚度切变振动， 而适用于小型 化、 高频化， 且频率温度特性呈优异的三次曲线， 因此在压电振荡器、 电子设备等多方面被 使用。
专利文献 1 中公开了一种在主面的一部分上形成凹陷部而实现了高频化的、 所谓 的倒台面型结构的 AT 切割水晶振子。使用水晶基板的 Z’ 轴方向上的长度长于 X 轴方向上 的长度的、 所谓的 Z’ 长基板。
专利文献 2 中公开了一种在矩形的薄壁振动部的三条边上分别连接设置有厚壁 支承部 （厚壁部） ， 从而以 字状设置有厚壁部的倒台面型结构的 AT 切割水晶振子。 此外， 水 晶振动片为， 使 AT 切割水晶基板的 X 轴和 Z’ 轴分别以 Y’ 轴为中心而在－ 120°～＋ 60° 的范围内旋转而成的面内旋转 AT 切割水晶基板， 并且水晶振动片为确保了振动区域， 且批 量生产性优异 （获得多个） 的结构。
专利文献 3 和 4 中公开了一种在矩形的薄壁振动部的三条边上分别连接设置有厚 壁支承部， 从而以 字状设置有厚壁部的倒台面型结构的 AT 切割水晶振子， 水晶振动片使 用水晶基板的 X 轴方向上的长度长于 Z’ 轴方向上的长度的、 所谓的 X 长基板。
专利文献 5 中公开了一种在矩形的薄壁振动部的邻接的两条边上分别连接设置 有厚壁支承部， 从而以 L 字状设置有厚壁部的倒台面型结构的 AT 切割水晶振子。水晶基板 使用 Z’ 长基板。
然而， 在专利文献 5 中， 为了获得 L 字状的厚壁部， 而像专利文献 5 的图 1（c） 、 图 1（d） 所记载的那样沿着线段 α、 和线段 β 来削除厚壁部， 但由于该削除以通过切割等机 械加工来实施削除为前提， 因此存在在切削面上产生碎屑或裂缝等的损坏， 而导致超薄部 发生损坏的问题。 此外， 还存在在振动区域上成为寄生响应的原因的无用振动的产生、 CI 值 的增加等问题。
专利文献 6 中公开了一种仅薄壁振动部的一条边上连接设置有厚壁支承部的倒 台面型结构的 AT 切割水晶振子。
专利文献 7 中公开了一种倒台面型结构的 AT 切割水晶振子， 其通过在水晶基板的 两个主面上即表背面上对置地形成凹陷部， 从而实现了高频化。并提出了下述结构， 即， 水 晶基板使用 X 长基板， 并在被形成在凹陷部中的振动区域的平坦性被确保的区域内， 设置 有激励电极。
可是， 已知在 AT 切割水晶振子的振动区域内被激励的厚度切变振动模式中， 由于 弹性常数的各向异性， 从而振动位移分布成为在 X 轴方向上具有长径的椭圆状。 专利文献 8中公开了一种激励厚度切变振动的压电振子， 其具有在压电基板的表背两个面内上表背对 称地配置有一对环状电极。以环状电极仅激励对称零阶模式， 而基本上不激励除此之外的 非谐高阶模式的方式， 来设定环状电极的外周直径与内周直径之差。
专利文献 9 中公开了一种将压电基板和设置在压电基板的表背面上的激励电极 的形状均设定为长圆形状的压电振子。
专利文献 10 中公开了一种将水晶基板的长度方向 （X 轴方向） 上的两端部、 及电 极的 X 轴方向上的两端部的形状均设定为半椭圆状， 且将椭圆的长轴与短轴的比 （长轴 / 短 轴） 设定为大致 1.26 的水晶振子。
专利文献 11 中公开了一种在椭圆的水晶基板上形成有椭圆的激励电极的水晶振 子。虽然长轴和短轴的比优选为 1.26:1， 但在考虑到制造尺寸的偏差等时， 1.14 ～ 1.39:1 的范围程度较为实用。
专利文献 12 中公开了一种下述结构的压电振子， 即， 为了进一步改善厚度切变压 电振子的能量封闭效果， 而在振动部和支承部之间设置有切口或狭缝。
可是， 在实现压电振子的小型化时， 由于因粘合剂而导致的残留应力， 将产生电特 性的恶化和频率老化不良。专利文献 13 中公开了一种在矩形平板状的 AT 切割水晶振子的 振动部和支承部之间， 设置有切口或狭缝的水晶振子。 通过使用这种结构， 从而能够抑制残 留应力向振动区域扩散的情况。 专利文献 14 中公开了一种为了改善 （缓和） 安装变形 （应力） ， 而在倒台面型压电振 子的振动部和支承部之间设置有切口或狭缝的振子。专利文献 15 中公开了一种通过在倒 台面型压电振子的支承部设置狭缝 （贯穿孔） ， 从而确保表背面的电极的导通的压电振子。
专利文献 16 中公开了一种通过在厚度切变振动模式的 AT 切割水晶振子的支承部 设置狭缝， 从而抑制高阶轮廓系统的无用模式的水晶振子。
此外， 专利文献 17 中公开了一种振子， 其通过在倒台面型 AT 切割水晶振子的薄壁 的振动部与厚壁的保持部的连接设置部、 即具有倾斜面的残渣部设置有狭缝， 从而抑制寄 生响应。
近些年来， 对压电装置的小型化、 高频化和高性能化的要求增强。然而， 明确了如 上文所述的结构的压电振子存在下述问题， 即， 主振动的 CI 值、 接近的寄生响应 CI 值比 （＝ CIs/CIm, 在此， CIm 为主振动的 CI 值， CIs 为寄生响应的 CI 值， 标准的 1 例为 1.8 以上） 等 不满足要求。
专利文献 1: 日本特开 2004-165743 号公报
专利文献 2: 日本特开 2009-164824 号公报
专利文献 3: 日本特开 2006-203700 号公报
专利文献 4: 日本特开 2002-198772 号公报
专利文献 5: 日本特开 2002-033640 号公报
专利文献 6: 日本特开 2001-144578 号公报
专利文献 7: 日本特开 2003 － 264446 号公报
专利文献 8: 日本特开平 2-079508 号公报
专利文献 9: 日本特开平 9-246903 号公报
专利文献 10: 日本特开 2007-158486 号公报
专利文献 11: 日本特开 2007-214941 号公报 专利文献 12: 日本实开昭 61-187116 号公报 专利文献 13: 日本特开平 9-326667 号公报 专利文献 14: 日本特开 2009-158999 号公报 专利文献 15: 日本特开 2004-260695 号公报 专利文献 16: 日本特开 2009-188483 号公报 专利文献 17: 日本特开 2003-087087 号公报发明内容 因此， 本发明是为了解决上述问题的至少一部分而实施的， 其目的在于， 提供一种 能够实现高频化 （100 ～ 500MHz 频带） ， 且减少主振动的 CI 值、 从而满足寄生响应 CI 值比 等的电气性的要求的压电振动元件、 压电振动元件的制造方法、 压电振子、 电子装置以及使 用本发明的压电振子的电子设备。
本发明能够作为以下的方式或应用例而实现。
应用例 1
本发明所涉及的压电振动元件的特征在于， 具备 ： 压电基板， 其包括振动区域、 及 与所述振动区域一体化且比所述振动区域的厚度厚的厚壁部 ； 激励电极， 其分别被配置在 所述振动区域的表面和背面 ； 引线电极， 其以从所述激励电极延伸至所述厚壁部上的方式 而设置， 所述厚壁部以将所述振动区域的一部分开放的方式而具备 ： 第一厚壁部和第二厚 壁部， 其隔着所述振动区域而配置 ； 第三厚壁部， 其连接设置在该第一厚壁部和该第二厚壁 部的基端部之间， 所述第二厚壁部具备 ： 倾斜部， 其厚度随着从与所述振动区域连接设置的 一侧端缘朝向另一侧端缘离开而增加 ； 厚壁主体， 其与所述倾斜部的所述另一侧端缘连接 设置， 在所述第二厚壁部上设置有狭缝。
由于高频的基波压电振动元件被小型化， 且能够抑制因粘合及固定而产生的应力 的扩散， 因此具有下述效果， 即， 可获得具有优异的频率温度特性、 CI 温度特性以及频率老 化特性， 且主振动的 CI 值较小， 从而接近的寄生响应的 CI 值相对于主振动的 CI 值之比、 即 CI 值比较大的压电振动元件。
应用例 2
此外， 在应用例 1 中所述的压电振动元件的特征在于， 所述振动区域为矩形， 所述 振动区域的四条边中的一条边被开放。
由于振动区域的四条边中的一条边被开放， 因而未形成该方向上的厚壁部。因此 能够将压电振动元件小型化。
应用例 3
此外， 在应用例 1 中所述的压电振动元件的特征在于， 所述狭缝沿着所述倾斜部 与所述厚壁主体的边界部， 而被配置在所述厚壁主体上。
由于能够抑制在粘合并固定压电振动元件时所产生的应力的扩散， 因此具有下述 效果， 即， 可获得具有优异的频率温度特性、 CI 温度特性以及频率老化特性的压电振动元 件。
应用例 4
此外， 在应用例 1 中所述的压电振动元件的特征在于， 所述狭缝从所述振动区域 的一条边离开而被配置在所述倾斜部内。
由于狭缝的形成较为容易， 并能够抑制在粘合并固定压电振动元件时所产生的应 力的扩散， 因此具有下述效果， 即， 可获得具有优异的频率温度特性和 CI 温度特性的压电 振动元件。
应用例 5
此外， 在应用例 1 中所述的压电振动元件的特征在于， 所述狭缝具备 ： 第一狭缝， 其被配置在所述厚壁主体上 ； 第二狭缝， 其从所述振动区域的一条边离开而被配置在所述 倾斜部内。
由于能够进一步良好地抑制在粘合并固定压电振动元件时所产生的应力的扩散， 因此具有下述效果， 即， 可获得具有优异的频率再现性、 频率温度特性、 CI 温度特性以及频 率老化特性的压电振动元件。
应用例 6
此外， 应用例 1 至 5 中任一例所述的压电振动元件的特征在于， 压电振动元件中， 所述振动区域的一个主面与所述第一厚壁部、 所述第二厚壁部和所述第三厚壁部各自的一 个面位于同一平面内。 在仅从一个面对压电基板进行蚀刻而形成振动区域的情况下， 能够形成保持了原 始的基板的切割角度的振动区域， 从而具有下述效果， 即， 可获得频率温度特性优异的高频 的基波压电振动元件。
应用例 7
此外， 应用例 1 至 6 中任一例所述的压电振动元件的特征在于， 压电振动元件中， 所述压电基板为如下的水晶基板， 即， 将由构成水晶的结晶轴的、 作为电轴的 X 轴、 作为机 械轴的 Y 轴、 和作为光学轴的 Z 轴形成的直角坐标系中的所述 X 轴作为中心， 而将使所述 Z 轴向所述 Y 轴的－ Y 方向倾斜预定的角度而成的轴设定为 Z’ 轴， 并将使所述 Y 轴向所述 Z 轴的＋ Z 方向倾斜所述预定的角度而成的轴设定为 Y’ 轴， 所述水晶基板由与所述 X 轴和所 述 Z’ 轴平行的面构成， 且以与所述 Y’ 轴平行的方向为厚度方向， 并且以与所述 X 轴平行的 边为长边， 以与所述 Z’ 轴平行的边为短边。
具有可获得温度特性良好的压电振动元件的效果。
应用例 8
在应用例 7 中所述的压电振动元件的特征在于， 所述水晶基板为 AT 切割水晶基 板。
由于压电基板使用 AT 切割水晶基板， 从而能够活用与光刻法和蚀刻有关的长期 的实际成果和经验， 因此具有下述效果， 即， 不仅能够大批量生产压电基板， 还能够实施高 精度的蚀刻， 从而大幅度地改善了压电振动元件的成品率。
应用例 9
一种压电振动元件的制造方法， 其特征在于， 包括 ： 在压电基板的表背面中的一个 面上设置包含振动区域的凹陷部的工序 ； 将包含所述凹陷部的一部分的所述压电基板去 除， 而形成包含振动区域及狭缝的外形形状的工序， 所述振动区域具有所述凹陷部的一部 分被开放的厚壁部 ； 在包含所述振动区域的表背面的预定的区域内形成电极的工序。
根据本应用例所述的压电振动元件的制造方法， 具有下述效果， 即， 能够容易地制 造具有优异的频率温度特性、 CI 温度特性以及频率老化特性， 且主振动的 CI 值小， 从而接 近的寄生响应的 CI 值相对于主振动的 CI 值之比、 即 CI 值比较大的压电振动元件。
应用例 10
本发明的压电振子的特征在于， 具备应用例 1 至 8 中任一例所述的压电振动元件、 和对该压电振动元件进行收纳的封装件。
由于高频的基波压电振子被小型化， 且能够抑制因粘合及固定而产生的应力的扩 散， 因此具有下述效果， 即， 可获得具有优异的频率再现性、 频率温度特性、 CI 温度特性以及 频率老化特性的压电振子。而且， 还具有下述效果， 即， 可获得减少了主振动的 CI 值， 从而 接近的寄生响应的 CI 值相对于主振动的 CI 值之比、 即 CI 值比较大的压电振子， 并且可获 得容量比较小的压电振子。
应用例 11
本应用例所记载的电子装置的特征在于， 在封装件内具备应用例 1 至 8 中任一例 所述的压电振动元件、 及电子部件。
通过如上文所述这样构成压电装置 （例如电压控制型压电振荡器） ， 从而具有下述 效果， 即， 可获得具有优异的频率再现性、 频率温度特性、 频率老化特性， 小型且高频 （例如 490MHz 频带） 的电压控制型压电振荡器。此外， 具有下述效果， 即， 由于压电装置使用基波 的压电振动元件 1， 因此可获得容量比较小、 频率可变幅度较广、 S/N 比良好的电压控制型 压电振荡器。 应用例 12
此外， 在应用例 11 中所述的电子装置的特征在于， 所述电子部件为可变容量元 件、 热敏电阻、 电感器、 电容器中的任一种。
通过如上文所述这样构成电子装置， 从而能够构成压电振荡器、 温度补偿型压电 振荡器以及电压控制型压电振荡器等的电子装置， 由此具有下述效果， 即， 可构成频率再现 性、 老化特性优异的压电振荡器， 频率温度特性优异的温度补偿型压电振荡器， 频率稳定、 可变范围较广且 S/N 比 （信噪比） 良好的电压控制型压电振荡器。
应用例 13
本应用例记载的电子装置的特征在于， 在封装件内具备应用例 1 至 8 中任一例所 述的压电振动元件、 及对该压电振动元件进行激励的振荡电路。
通过如上文所述这样构成压电装置， 从而具有可构成频率再现性和老化特性优异 的压电振荡器等的电子装置的效果。
应用例 14
本应用例所述的电子设备的特征在于， 具备应用例 10 所述的压电振子。
通过将上述应用例所述的压电振动器应用在电子设备中， 从而具有能够构成具备 高频且频率稳定度优异、 S/N 比良好的基准频率源的电子设备的效果。
附图说明
图 1（a） ～图 1（f） 为表示第一实施方式所涉及的压电振动元件的结构的示意图， 图 1（a） 为俯视图， 图 1（b） 为 P-P 剖视图， 图 1（c） 为 Q-Q 剖视图， 图 1（d） 、 图 1（e） 和图 1（f） 为表示狭缝形状的改变例的 Q-Q 剖视图。
图 2 为对 AT 切割水晶基板和结晶轴的关系进行说明的图。
图 3（a） 、 图 3（b） 和图 3（c） 为表示压电振动元件的改变例的结构的俯视图。
图 4（a） ～图 4（c） 为表示第二实施方式所涉及的压电振动元件的结构的示意图， 图 4（a） 为俯视图， 图 4（b） 为 P-P 剖视图， 图 4（c） 为 Q-Q 剖视图。
图 5（a） ～图 5（e） 为表示第三实施方式所涉及的压电振动元件的结构的示意图， 图 5（a） 为俯视图， 图 5（b） 为 P-P 剖视图， 图 5（c） 为 Q-Q 剖视图， 图 5（d） 和图 5（e） 为表示其他结构例的俯视图。
图 6 为表示压电基板的制造工序的说明图。
图 7 为表示压电振动元件的励振电极和引线电极的制作工序的说明图。
图 8（a） 为被形成在压电晶片上的凹陷部的俯视图， 图 8（b） ～图 8（e） 为凹陷 部的 X 轴方向上的剖视图。
图 9（a） 为被形成在压电晶片上的凹陷部的俯视图， 图 9（b） ～图 9（e） 为凹陷 部的 Z’ 轴方向上的剖视图。
图 10（a） 和图 10（b） 图示了第四实施方式所涉及的压电振子的结构， 图 10（a） 为纵剖视图， 图 10（b） 为从 P 方向观察时的俯视图。 图 11（a） 和图 11（b） 图示了第五实施方式所涉及的压电振子的结构， 图 11（a） 为纵剖视图， 图 11（b） 为从 P 方向观察时的俯视图。
图 12（a） 和图 12（b） 图示了压电振子的特性， 图 12（a） 为表示频率温度特性的 图， 图 12（b） 为表示 CI 温度特性的图。
图 13（a） ～图 13（d） 图示了压电振子的特性， 图 13（a） 和图 13（b） 为表示容 量比的分布特性的图， 图 13（c） 和图 13（d） 为表示静电容量的分布特性的图。
图 14（a） 和图 14（b） 图示了压电振子的特性， 图 14（a） 和图 14（b） 为表示 CI 值比的分布特性的图。
图 15（a） ～图 15（c） 图示了压电振动元件的改变例， 图 15（a） 和图 15（b） 为 立体图， 图 15（c） 为纵剖视图。
图 16 为作为压电装置的压电振子的特性说明图。
图 17（a） 和图 17（b） 图示了第六实施方式所涉及的压电装置的结构， 图 17（a） 为纵剖视图， 图 17（b） 为从 P 方向观察时的俯视图。
图 18（a） 和图 18（b） 图示了第七实施方式所涉及的压电装置的结构， 图 18（a） 和图 18（b） 为纵剖视图。
图 19 为表示压电基板的改变例的纵剖视图。
图 20（a） ～图 20（c） 表示压电基板的应用例， 图 20（a） ～图 20（c） 为压电基 板的结构说明图。
图 21（a） ～图 21（c） 表示压电基板的应用例， 图 21（a） ～图 21（c） 为压电基 板的结构说明图。
图 22（a） 和图 22（b） 为表示安装部的结构例的主要部分的俯视图和剖视图。
图 23 为电子设备的模式图。
具体实施方式
第一实施方式
以下， 根据附图， 对本发明的实施方式进行详细说明。图 1（a） ～图 1（f） 为表示 本发明第一实施方式所涉及的压电振动元件的结构的示意图。图 1（a） 为压电振动元件 1 的俯视图， 图 1（b） 为 P-P 剖视图， 图 1（c） 为 Q-Q 剖视图， 图 1（d） 、 图 1（e） 和图 1（f） 为表示狭缝形状的改变例的 Q-Q 剖视图。
压电振动元件 1 具备 ： 压电基板 10， 其具有薄壁的振动区域 12、 及与振动区域 12 连接设置的厚壁的厚壁部 14、 16、 18 ； 激励电极 25a、 25b， 其以正反对置的方式而分别被形 成在振动区域 12 的两个主面上 ； 引线电极 27a、 27b， 其从激励电极 25a、 25b 朝向分别被设 置在厚壁部上的衬垫电极 29a、 29b 而延伸形成。
压电基板 10 具备 ： 振动区域 12， 其以大致四方形构成矩形， 薄壁且为平板状 ； 厚壁 部 （厚壁的支承部） 13， 其为 字状， 并沿着振动区域 12 的除一条边之外的三条边而被一体 化。厚壁部 13 具有 字状的结构， 该 字状的结构具备隔着振动区域 12 而对置配置的第一 厚壁部 14 和第二厚壁部 16、 以及连接设置在第一厚壁部 14 和第二厚壁部 16 的基端部之间 的第三厚壁部 18。
也就是说， 厚壁部 13 以将振动区域 12 的四条边中的一条边 （振动区域 12 的一部 分） 开放的方式， 而具备隔着振动区域 12 对置配置的第一厚壁部 14 和第二厚壁部 16、 以及 连接设置在第一厚壁部 14 和第二厚壁部 16 的基端部之间的第三厚壁部 18。在此， “开放” 包括一条边露出的情况、 及不是局部露出而是完全露出的情况。
并且， 在本说明书中， 以凹陷部 11 侧为表面， 以表面相反侧的面即平面为背面。
第一厚壁部 14 具备 ： 第一倾斜部 14b， 其连接设置在薄壁平板状的振动区域 12 的 一条边 12a 上， 且厚度随着从与振动区域 12 的一条边 12a 连接的一侧端缘朝向另一侧端缘 离开而逐渐增加 ； 第一厚壁部主体 14a， 其为厚壁四方柱状， 且连接设置在第一倾斜部 14b 的上述另一侧端缘。同样地， 第二厚壁部 16 具备 ： 倾斜部 16b， 其连接设置在薄壁平板状的 振动区域 12 的一条边 12b 上， 且厚度随着从与振动区域 12 的一条边 12b 连接的一侧端缘 朝向另一侧端缘离开而逐渐增加 ； 第二厚壁部主体 16a， 其为厚壁四方柱状， 且连接设置在 倾斜部 16b 的上述另一侧端缘。
此外， 上述厚壁部主体是指， 与上述 Y’ 轴平行的厚度为固定的区域。
第三厚壁部 18 具备 ： 第三倾斜部 18b， 其连接设置在薄壁平板状的振动区域 12 的 一条边 12c 上， 且厚度随着从与振动区域 12 的一条边 12c 连接的一侧端缘朝向另一侧端缘 离开而逐渐增加 ； 第三厚壁部主体 18a， 其为厚壁四方柱状， 且连接设置在第三倾斜部 18b 的上述另一侧端缘。也就是说， 薄壁的振动区域 12 成为三条边被第一厚壁部 14、 第二厚壁 部 16 和第三厚壁部 18 包围， 且另一条边被开放的凹陷部 11。
并且， 振动区域 12 的一个主面与第一厚壁部 14、 第二厚壁部 16 和第三厚壁部 18 各自的一个面处于同一平面上， 即图 1（a） ～图 1（f） 所示的坐标轴的 X-Z’ 平面上， 将该 面 （图 1（b） 的下表面侧） 称作平坦面， 而将相反侧的面 （图 1（b） 的上表面侧） 称作凹陷面。
而且， 压电基板 10 在第二厚壁部 16 上贯穿形成有至少一个应力缓和用的狭缝 20。 在图 1（a） ～图 1（f） 所示实施方式中， 狭缝 20 沿着倾斜部 16b 和第二厚壁部主体 16a 的 连接部而被形成在第二厚壁部主体 16a 的面内。并且， 狭缝 20 并不局限于如图 1（c） 所示的被贯穿形成的狭缝， 也可以为具有底 部的槽状狭缝。对槽状的狭缝进行详细叙述， 例如， 如图 1（d） 所示， 也可以由从第二厚壁 部 16 的表面侧被形成且具有底部的第一狭缝 20a、 和从第二厚壁部 16 的背面侧被形成且具 有底部的第二狭缝 20b 这种从表背两面侧设置的狭缝构成。此外， 如图 1（e） 所示， 也可以 由从第二厚壁部 16 的表面侧被形成且具有底部的第三狭缝 20c 构成。另外， 如图 1（f） 所 示， 也可以由从第二厚壁部 16 的背面侧被形成且具有底部的第四狭缝 20d 构成。
在此说明的狭缝 20 的形状也可以应用于以下说明的其他实施方式、 改变例和应 用例中。
水晶等的压电材料属于三方晶系， 从而如图 2 所示， 具有相互正交的结晶轴 X、 Y、 Z。X 轴、 Y 轴、 Z 轴分别被称作电轴、 机械轴、 光学轴。而且水晶基板将沿着使 XZ 面绕 X 轴 旋转预定的角度 θ 而成的平面， 从水晶中切出的平板用作压电振动元件。例如， 在 AT 切割 水晶基板 101 的情况下， θ 为大致 35° 15′。并且， Y 轴和 Z 轴也绕 X 轴旋转 θ， 而分别 形成为 Y’ 轴和 Z’ 轴。因此， AT 切割水晶基板 101 具有正交的结晶轴 X、 Y’ 、 Z’ 。AT 切割水 晶基板 101 中， 厚度方向为 Y’ 轴， 与 Y’ 轴正交的 XZ’ 面 （包含 X 轴和 Z’ 轴的面） 为主面， 厚 度切变振动作为主振动而被激励。对该 AT 切割水晶基板 101 进行加工， 从而能够获得压电 基板 10。 即， 压电基板 10 由如下的 AT 切割水晶基板构成， 即， 如图 2 所示， 将由 X 轴 （电轴） 、 Y轴 （机械轴） 、 Z轴 （光学轴） 构成的直角坐标系中的 X 轴作为中心， 而将使 Z 轴向 Y 轴的－ Y 方向倾斜而成的轴设定为 Z’ 轴， 并将使 Y 轴向 Z 轴的＋ Z 方向倾斜而成的轴设定为 Y’ 轴， 所述 AT 切割水晶基板由与 X 轴和 Z’ 轴平行的面构成， 且以与 Y’ 轴平行的方向为厚度 方向。
并且， 本发明所涉及的压电基板并不局限于上述角度 θ 为大致 35° 15′的 AT 切 割， 当然也可以广泛应用于激励厚度切变振动的 BT 切割等的压电基板。
如图 1（a） 所示， 压电基板 10 以与 Y’ 轴平行的方向 （以下， 称作 “Y’ 轴方向” ） 为 厚度方向， 并具有矩形形状， 该矩形以与 X 轴平行的方向 （以下， 称作 “X 轴方向” ） 为长边， 并 以与 Z’ 轴平行的方向 （以下， 称作 “Z’ 轴方向” ） 为短边。
对压电基板 10 进行驱动的激励电极 25a、 25b 在图 1（a） ～图 1（f） 所示的实施 方式中为四方形形状， 并在振动区域 12 的大致中央部的表背两面 （表背主面） 上对置形成。 此时， 平面侧 （以下， 也称作 “平坦面侧” ， 为图 1（b） 的背面侧） 的激励电极 25b 的大小， 相 对于凹陷面侧 （图 1（b） 的上表面侧） 的激励电极 25a 的大小， 被设定得足够大。其原因在 于， 为了不使因激励电极的质量效应导致的能量封闭系数大到所需值以上。 也就是说， 通过 充分增大平坦面侧的激励电极 25b， 从而板后退 （plate back） 量 Δ（＝ （fs － fe） /fs， 在 此， fs 为压电基板的截止频率， fe 为将激励电极附着在压电基板整个面上的情况下的频率） 仅依赖于凹陷面侧的激励电极 25a 的质量效应。
激励电极 25a、 25b 使用蒸镀装置或阴极真空喷镀装置等， 例如将镍 （Ni） 成膜为基 底， 再在其上重叠金 （Au） 并进行成膜。金 （Au） 的厚度优选在欧姆损耗不会变大的范围内， 且仅将主振动作为封闭模式 （S0） ， 而不将斜对称非谐模式 （A0、 A1…） 和对称非谐模式 （S1、 S3…） 作为封闭模式。然而， 例如， 在 490MHz 频带的压电振动元件中， 当以避免电极膜厚的 欧姆损耗的方式成膜时， 低阶的非谐模式在某种程度上被封闭将是不可避免的。
形成在凹陷面侧的激励电极 25a 通过引线电极 27a 而与被形成在第二厚壁部主体 16a 的上表面上的衬垫电极 29a 导通连接， 所述引线电极 27a 以从振动区域 12 上起经由第 三倾斜部 18b 和第三厚壁部主体 18a 的方式， 而从激励电极 25a 延伸配置。此外， 形成在平 坦面侧的激励电极 25b 通过经由压电基板 10 的端缘部的引线电极 27b， 而与被形成在第二 厚壁部主体 16a 的背面 （下表面） 上的衬垫电极 29b 导通连接。
图1 （a） 所示实施方式为引线电极 27a、 27b 的引出结构的一个示例， 引线电极 27a 也可以经由其他厚壁部。但是， 引线电极 27a、 27b 的长度优选为最短， 且优选通过考虑到引 线电极 27a、 27b 彼此不隔着压电基板 10 而交叉， 从而抑制静电容量的增加。
此外， 在图 1（a） ～图 1（f） 的实施方式中， 虽然例示了在压电基板 10 的表背 （上 下） 面上分别形成衬垫电极 29a、 29b 的示例， 但在将压电振动元件 1 收纳在封装件内时， 可 以将压电振动元件 1 翻过来， 用导电性粘合剂对衬垫电极 29a 和封装件的端子电极进行机 械固定及电连接， 并使用接合线而对衬垫电极 29b 和封装件的端子电极进行电连接。当像 这样支承压力振动元件 1 的部位为一点时， 则能够减小因导电性粘合剂而产生的应力。
而且， 也可以通过在上述封装件的内部搭载用于驱动压电振动元件 1 的振荡电 路， 例如 IC 芯片， 并将和该 IC 芯片电连接的电极衬垫与上述端子电极电连接， 从而构成压 电振荡器。可以用导电性粘合剂对衬垫电极 29a 和封装件的端子电极进行固定并连接， 并 用接合线对衬垫电极 29b 和搭载在封装件内的上述 IC 芯片的连接端子进行连接。当像这 样支承压力振动元件 1 的部位为一点时， 则能够减小因导电性粘合剂而产生的应力。 此外， 也可以隔开间距， 而将衬垫电极 29a、 29b 并排设置在压电基板 10 的背面侧。 当使用导电性粘合剂而实现衬垫电极 29a、 29b 与收纳压电振动元件 1 的封装件的端子电极 之间的导通连接时， 优选将衬垫电极 29a、 29b 以隔开间距的方式并排设置在压电基板的背 面侧。
在振动区域 12、 和压电振动元件 1 的厚壁部即衬垫电极 29a、 29b 之间设置狭缝 20 的理由为， 防止在导电性粘合剂固化时产生的应力的扩散。
即， 在利用导电性粘合剂而将压电振动元件 1 支承在封装件内的情况下， 首先， 将 导电性粘合剂涂布在第二厚壁部主体 16a 的衬垫电极 29a（被支承部） 上， 然后将其载置在 封装件等的端子电极上， 并稍微进行按压。 为了使导电性粘合剂固化， 而在高温下保持预定 的时间。由于在高温状态下， 第二厚壁部主体 16a 和封装件一起膨胀， 粘合剂也暂时软化， 因此在第二厚壁部主体 16a 中不会产生应力。 在导电性粘合剂固化后， 第二厚壁部主体 16a 和封装件冷却， 并且其温度返回至常温 （25℃） 时， 由于导电性粘合剂、 封装件和第二厚壁部 主体 16a 的各自线膨胀系数的差异， 由固化后的导电性粘合剂产生的应力从第二厚壁部主 体 16a 向第一厚壁部 14 和第三厚壁部 18、 振动区域 12 扩散。为了防止该应力的扩散， 而设 置应力缓和用的狭缝 20。
为了求出在压电基板 10 上产生的应力 （∝变形） 分布， 一般使用有限元法进行模 拟。振动区域 12 中的应力越小， 越可获得频率温度特性、 频率再现性、 频率老化特性优异的 压电振动元件。
虽然作为导电性粘合剂， 存在硅酮类、 环氧类、 聚酰亚胺类、 双马来酰亚胺类等， 但 考虑到由压电振动元件 1 的脱气导致的频率随时间变化， 而使用聚酰亚胺类的导电性粘合 剂。 由于聚酰亚胺类的导电性粘合剂较硬， 与对分开的两个部位进行支承相比， 支承一个部
位能够降低产生的应力的大小， 因此在 100 ～ 500MHz 的高频带中的例如 490MHz 频带的电 压控制型压电振荡器 （VCXO） 用的压电振动元件 1 上， 使用了支承一个部位的结构。也就是 说， 衬垫电极 29b 使用导电性粘合剂而与封装件的端子电极 A 机械固定并电连接， 另一个衬 垫电极 29a 使用接合线而与封装件的端子电极 B 电连接。
此外， 图 1（a） ～图 1（f） 所示的压电基板 10 中， X 轴方向上的长度长于 Z’ 轴方 向上的长度， 即形成所谓的 X 长。这是因为， 虽然压电基板 10 在用导电性粘合剂等被固定 并连接时产生应力， 但众所周知， 当对将力施加在 AT 切割水晶基板的沿着 X 轴方向的两端 上时的频率变化、 和将相同的力施加在沿着 Z’ 轴方向的两端上时的频率变化进行比较时， 将力施加在 Z’ 轴方向上的两端上时， 频率变化更小。也就是说， 支承点沿着 Z’ 轴方向设置 时由应力导致的频率变化更小， 因此， 优选如此设置。
压电振动元件的改变例
图 3（a） ～图 3（c） 为图 1（a） ～图 1（f） 所示的实施方式所涉及的压电振动元 件 1 的改变例， 在此仅图示俯视图。在图 1（a） ～图 1（f） 所示的实施方式中， 薄壁的振动 区域 12 如字面所述呈四方形 （矩形形状） 。但在图 3（a） 所示的改变例中， 在如下方面有所 不同， 即， 相当于薄壁的振动区域 12 中的与第三厚壁部 18 对应的、 一条边 12c 的两端部的 两个角部被倒角。如此， 相对于薄壁的振动区域 12 如字面所述为四方形的压电基板 10， 如 图 3（a） 所记载的改变例那样， 振动区域 12 的角部被倒角的结构的压电基板 10 包含在大 致四方形的概念中。 在图 1（a） ～图 1（f） 的实施方式、 图 3（a） 的改变例中， 虽然作为激励电极 25a、 25b 的形状， 例示了四方形、 即正方形或矩形 （以 X 轴方向为长边） 的示例， 但并不需要局限 于此。图 3（b） 所示的改变例中， 凹陷面侧 （表面侧） 的激励电极 25a 为圆形， 平坦面侧 （背 面侧） 的激励电极 25b 为充分大于激励电极 25a 的四方形。并且， 平坦面侧 （背面侧） 的激 励电极 25b 也可以为足够大的圆形。
图 3（c） 所示的改变例中， 凹陷面侧 （表面侧） 的激励电极 25a 为椭圆形， 平坦面 侧 （背面侧） 的激励电极 25b 为充分大于激励电极 25a 的四方形。因弹性常数的各向异性， X 轴方向上的位移分布和 Z’ 轴方向上的位移量不同， 用与 X-Z’ 平面平行的面剖切位移分布 后的剖面为椭圆形。因此， 在使用椭圆形形状的激励电极 25a 的情况下， 能够最高效地驱动 压电振动元件 1。即， 能够使压电振动元件 1 的容量比 γ（＝ C0/C1， 在此， C0 为静电容量， C1 为串联共振容量） 最小。此外， 激励电极 25a 也可以为长圆形。
第二实施方式
图 4（a） ～图 4（c） 为表示第二实施方式所涉及的压电振动元件的结构的示意图， 图 4（a） 为压电振动元件的俯视图， 图 4（b） 为 P-P 剖视图， 图 4（c） 为 Q-Q 剖视图。
压电振动元件 2 与图 1（a） ～图 1（f） 所示压电振动元件 1 的不同之处在于， 设 置应力缓和用的狭缝 20 的位置。在本示例中， 狭缝 20 被形成在从薄壁的振动区域 12 的一 条边 12b 的端缘离开的倾斜部 16b 内。并不是沿着振动区域 12 的一条边 12b， 以狭缝 20 的 一侧端缘与一条边 12b 相接的方式将狭缝 20 形成在倾斜部 16b 内， 而是以从倾斜部 16b 的 两个端缘离开的方式来设置狭缝 20。也就是说， 在倾斜部 16b 内， 残留有与振动区域 12 的 一条边 12b 的端缘连接的极细的倾斜部 16bb。换言之， 在一条边 12b 和狭缝 20 之间形成有 极细的倾斜部 16bb。
残留极细的倾斜部 16bb 的理由如下。即， 当通过将高频电压施加于被配置在振动 区域 12 内的激励电极 25a、 25b， 来激励振动区域 12 时， 除主振动 （S0） 之外， 非谐模式 （A0、 S1、 A1、 S2、…） 也被激励。虽然， 优选为 , 仅将主振动设为封闭模式 （S0） ， 而其他非谐模式 成为传播模式 （非封闭模式） ， 但在振动区域 12 较薄， 从而其基本频率为几百 MHz 时， 为了避 免电极膜的欧姆损耗， 激励电极需要形成为预定的厚度以上。 因此， 在将上述激励电极的厚 度设定为上述预定的厚度以上的情况下， 接近主振动的低阶非谐模式被激励。本发明人为 了抑制该低阶非谐模式的振幅的大小， 想到只需破坏非谐模式的驻波成立的条件即可。也 就是说， 图 4（a） ～图 4（c） 的振动区域 12 的 Z’ 轴方向上的两端缘的形状为非对称， 而且 X 轴方向上的两端缘的形状也由于残留了细片 16bb 而非对称， 从而实现了对低阶的非谐模 式驻波的振幅的抑制。
第三实施方式
图 5（a） ～图 5（e） 为表示第三实施方式所涉及的压电振动元件的结构的示意图， 图 5（a） 为压电振动元件的俯视图， 图 5（b） 为 P-P 剖视图， 图 5（c） 为 Q-Q 剖视图。图 5 （d） 为俯视图
压电振动元件 3 与图 1（a） ～图 1（f） 所示的压电振动元件 1 的不同之处在于， 在 第二厚壁部主体 16a 的面内设置第一狭缝 20a， 且在倾斜部 16b 的面内形成第二狭缝 20b， 从而设置有两个应力缓和用的狭缝。在第二厚壁部主体 16a 的面内、 和倾斜部 16b 的面内 分别形成单独的狭缝 （第一狭缝 20a、 第二狭缝 20b） 的目的如前所述， 已经作了说明， 因此 在此省略。
也可以不像图 5（a） 所示俯视图那样在 X 轴方向上并排设置第一狭缝 20a 及第二 狭缝 20b， 而是如图 5（d） 或 5（e） 所示那样， 以在 Z’ 轴方向上相互离开的方式配置成台阶 状。设置两个狭缝 20a、 20b 时， 更能够使因导电性粘合剂而产生的应力不扩散到振动区域 12。
图 6、 图 7 为对与压电基板 10 的凹陷部 11、 外形和狭缝 20 的形成有关的制造工序 进行说明的工序流程的剖视图。 在此， 作为压电晶片， 以水晶晶片为例进行说明。 在工序 S1 中， 对两个面被抛光加工到预定的厚度、 例如 80μm 的水晶晶片 10W 进行充分清洗、 干燥后， 在表背面上通过阴极真空喷镀而分别对金属膜 （耐蚀膜） M 进行膜， 所述金属膜 M 通过将铬 （Cr） 形成为基底， 并在其上层叠金 （Au） 而形成。
在工序 S2 中， 将光刻胶膜 （以下， 称作 “抗蚀剂膜” ） R 全面涂布在表背面的金属膜 M 上。在工序 S3 中， 使用掩模图案和曝光装置， 而对相当于凹陷部 11 的位置处的抗蚀剂膜 R 进行曝光。 当对感光后的抗蚀剂膜 R 进行显影并剥离感光了的抗蚀剂膜时， 相当于凹陷部 11 的位置处的金属膜 M 露出。当使用王水等的溶液将从抗蚀剂膜 R 中露出的金属膜 M 溶解 并去除时， 将露出相当于凹陷部 11 的位置处的水晶面。
在工序 S4 中， 使用氢氟酸 （氟酸） 和氟化铵的混合液， 将露出的水晶面蚀刻至所需 的厚度。在工序 S5， 使用预定的溶液而剥离抗蚀剂膜 R， 并使用王水等将进一步露出的金属 膜 M 去除。 在该阶段， 水晶晶片 10W 处于凹陷部 11 以网格状规律地排列在一个面上的状态。 并且， 从上述工序 S1 至 S5 相当于设置包含振动区域 12 在内的凹陷部 11 的工序。
在工序 S6 中， 在工序 S5 获得的水晶晶片 10W 的两个面上对金属膜 （Cr ＋ Au） M进 行成膜。在工序 S7 中， 在工序 S6 所形成的金属膜 （Cr ＋ Au） M 的两个面上涂布抗蚀剂膜 R。在工序 S8 中， 使用预定的掩模图案和曝光装置， 而从两面对相当于压电基板 10 的 外形和狭缝 20 的位置处的抗蚀剂膜 R 进行感光， 并显影且剥离。而且， 使用王水等溶液来 溶解并去除所露出的金属膜 M。
在工序 S9 中， 使用氢氟酸 （氟酸） 和氟化铵的混合液， 对露出的水晶面进行蚀刻， 从 而形成压电基板 10 的外形和狭缝 20。并且， 在从水晶晶片 10W 的表背两面侧， 以分别具有 底部的形状 （参照图 1（d） ） 来形成狭缝 20 的情况下， 能够通过利用由于使与狭缝 20 相对 应的位置处的抗蚀剂膜 R 的宽度减少而引起的蚀刻速度的变化等， 来形成狭缝 20。在工序 S10 中， 剥离残留的抗蚀剂膜 R， 溶解并除去所露出的多余的金属膜 M。在该阶段， 水晶晶片 10W 处于压电基板 10 由支承细片连接并排列成网格状的状态。
从上述工序 S6 至工序 S10 相当于形成包含振动区域 12 和狭缝 20 的外形形状的 工序， 所述振动区域 12 具有凹陷部 11 的一部分被开放的厚壁部。
如工序 S8 和工序 S9 所示， 本实施方式的特征为， 通过蚀刻来除去凹陷部 11 的振 动区域 12 的一部分、 和与振动区域 12 连接设置的第四厚壁部 19。 由此， 实现了压电基板的 小型化。后文将进行详细叙述。
在工序 S10 结束后， 对在水晶晶片 10W 上以网格状规律地排列的各个压电基板 10 的振动区域 12 的厚度进行例如光学测量。在所测量的各个振动区域 12 的厚度厚于预定的 厚度的情况下， 分别进行对厚度的微调， 以使其进入预定的厚度的范围。
使用图 7 对将被形成在水晶晶片 10W 上的各个压电基板 10 的振动区域 12 的厚度 调节到预定的厚度的范围内后， 在各个压电基板 10 上形成激励电极 25a、 25b 和引线电极 27a、 27b 的顺序进行说明。
在工序 S11 中， 通过阴极真空喷镀等， 而在水晶晶片 10W 的表面和背面整个面上对 镍 （Ni） 进行成膜， 并在其上层叠金 （Au） 以对金属膜 M 进行成膜。然后在工序 S12 中， 在金 属膜 M 上涂布抗蚀剂以对抗蚀剂膜 R 进行成膜。
在工序 S13， 使用掩模图案 Mk， 而对相当于激励电极 25a、 25b 和引线电极 27a、 27b 的位置处的抗蚀剂膜 R 进行曝光。在工序 S14 中， 对感光后的抗蚀剂膜 R 进行显影， 并使用 溶液将不需要的抗蚀剂膜 R 剥离。然后， 使用王水等的溶液将剥离抗蚀剂膜 R 而露出的金 属膜 M 溶解并去除。
在工序 S15 中， 将残留在金属膜 M 上的不需要的抗蚀剂膜 R 剥离， 从而在各个压电 基板 10 上形成激励电极 25a、 25b 和引线电极 27a、 27b。通过将连接在水晶晶片 10W 上的被 实施了半蚀刻的支承细片折断， 从而获得被分割了的压电振动元件 1。
上述工序 S11 至工序 S15 相当于在包含振动区域 12 的表背面在内的预定的区域 上形成电极的工序。
可是， 虽然当对水晶进行湿蚀刻时， 沿着 Z 轴而进行蚀刻， 但具有蚀刻的速度对应 于各个结晶轴的方向而发生变化的这种水晶特有的蚀刻各向异性。因而， 通过该蚀刻的各 向异性而呈现出的蚀刻面根据各个结晶轴的方向而显现出差异的现象， 已在迄今为止以蚀 刻各向异性为研究课题的大量的学术论文和现有专利文献中进行了论述。然而， 尽管已具 有这种背景， 但针对水晶的蚀刻各向异性， 现状为， 尚无明确制订系统的资料， 由于纳米加 工技术方面非常发达因此由于蚀刻的各种条件 （蚀刻溶液的种类、 蚀刻速率、 蚀刻温度等） 的不同而导致的蚀刻各向异性， 或者根据文献， 也经常发现在呈现出的结晶面中存在差异的情况。 因此， 本申请发明人在使用光刻法和湿蚀刻法来制造本发明所涉及的压电振动元 件时， 反复进行蚀刻模拟和试制实验， 以及纳米级的表面分析和观察， 由于明确了本发明所 涉及的压电振子成为以下形态， 因而以下进行详细说明。
图 8（a） ～图 8（e） 和图 9（a） ～图 9（e） 为对利用蚀刻而被形成的、 AT 切割水 晶晶片 10W 上的凹陷部 11 的截面形状进行说明的图。
图8 （a） 为图 6 的工序 S5 中的水晶晶片 10W 的俯视图。在该阶段， 凹陷部 11 以网 格状且规律地被形成在水晶晶片 10W 的一个面上。图 8（b） 为 X 轴方向上的剖视图， 凹陷 部 11 的各个壁面不是垂直的壁面， 而是呈倾斜面。也就是说， － X 轴方向上的壁面形成倾 斜面 X1， ＋ X 轴方向上的壁面形成倾斜面 X2。当形成与 X 轴正交的槽时， 槽的截面的壁面 X3 呈楔型。图 8（c） ～ 8（e） 为凹陷部 11 的壁面 X1、 X2 及槽部的壁面 X3 的放大图。如 图 8（c） 所示， － X 轴方向的壁面以相对于水晶晶片 10W 的平面倾斜大致 62°的方式被蚀 刻。如图 8（d） 所示， 虽然＋ X 轴方向上的壁面以与水晶晶片 10W 的平面正交 （90 度） 的方 式进行少量蚀刻， 但之后以缓和的倾斜进行蚀刻。沿着 X 轴方向的凹陷部 11 的底面以与水 晶晶片的原始的平面平行的方式被蚀刻。也就是说， 振动区域 12 成为表背面平行的板状。
图 8（e） 为形成在水晶晶片 10W 上的折断用的槽部的剖视图。与 X 轴正交形成的 槽部的截面呈楔型。由于槽部的壁面 X3 由－ X 轴方向上的壁面 X1 和＋ X 轴方向上的壁面 X2 形成， 因而形成为楔型。
在将电极设置在形成有凹陷部 11 的面上的情况下， 需要注意被形成＋ X 轴方向上 的壁面 X2 的垂直的壁面。由于容易引起电极膜的断裂， 因而优选避开。
图 9（a） ～图 9（e） 为对被形成在压电基板 10 上的凹陷部 11 的、 特别是 Z’ 轴方 向截面的壁面进行说明的图。图 9（a） 为水晶晶片 10W 的俯视图， 图 9（b） 为水晶晶片 10W 的 Z’ 轴方向上的剖视图， － Z’ 轴方向上的壁面形成倾斜面 Z1， ＋ Z’ 轴方向上的壁面形成 倾斜面 Z2。当形成与 Z’ 轴正交的槽部时， 槽部的截面的壁面 Z3 呈楔型。
图 9（c） ～图 9（e） 为凹陷部 11 的壁面 Z1、 Z2 及槽部的壁面 Z3 的放大图。如图 9（c） 所示， － Z’ 轴方向上的壁面相对于水晶晶片 10W 的平面， 而以比较缓和的倾斜被蚀 刻。如图 9（d） 所示， 虽然＋ Z’ 轴方向上的壁面 Z2 相对于水晶晶片 10W 的平面， 而陡峭的 倾斜面 Z2a 被蚀刻， 但之后以缓和的倾斜面 Z2b 进行蚀刻， 然后成为更加缓和的倾斜面 Z2c。 图 9（e） 为与 Z’ 轴方向正交而形成的槽部的剖视图， 成为楔型截面 Z3。该槽部为水晶晶片 10W 的折断用的槽部。由于该槽部的壁面 Z3 由－ Z’ 轴方向上的壁面 Z1、 ＋ Z’ 轴方向上的 壁面 Z2 中的壁面 Z2a 和 Z2b 形成， 因而呈大致楔型的截面。当在 X 轴方向、 Z’ 轴方向上形 成折断用槽部时， 其截面形状将成为楔型， 从而容易折断。
本发明的一个特征为， 如图 9（d） 所示， 通过利用蚀刻而将位于振动区域 12 中由 Zc 表示的单点划线的图中右侧的、 和原始的平面不平行的缓和的倾斜面 Z2c 与第四厚壁部 19 一起去除， 从而实现了压电基板的小型化。
而且， 由于以将上述缓和的倾斜面 Z2c 和上述第四厚壁部 19 一起削除为前提， 而 确定制造方法， 因此实现了如下情况， 即， 与作为现有技术而披露的、 一直以来具备沿着 X 轴而位于振动区域 12 的两端的厚壁部的结构相比， 确保成为振动区域 12 的平坦的超薄部 的面积较大。因此， 由于能够在充分考虑到在振动区域 12 被激励的厚度切变振动模式中，
因弹性常数的各向异性， 从而振动位移分布成为在 X 轴方向上具有长径的椭圆形状的情况 的条件下， 而进行设计， 因此虽然长轴与短轴之比优选为 1.26:1， 但考虑到制造尺寸的偏差 等， 能够充分设计为在 1.14 ～ 1.39:1 的范围程度内。
此外， 如图 15（a） ～图 15（c） 所示， 明确在压电振动元件 1 的外形中， 在与 X 轴 相交的端面也显现出倾斜面， 在 X 轴的 （－） 侧的端面显现出倾斜面 （1） ， 在 （＋） 侧的端面呈 现出倾斜面 （2） ， 并且也明确了在倾斜面 （1） 和倾斜面 （2） 的与 XY’ 平面平行的截面中， 其 形状有所不同。并且， 图 15（a） ～图 15（c） 图示了压电振动元件的改变例， 图 15（a） 和 图 15（b） 为立体图， 图 15（c） 为纵剖视图。
在倾斜面 （1） 和倾斜面 （2） 上， 于与压电基板 10 的主表面相交的附近， 均未显现出 如图 8（b） 、 8（e） 所示的、 被形成在＋ X 轴方向上的壁面 X2 的垂直的壁面。其理由如下， 即， 与用于形成凹陷部 11 所需要的蚀刻时间相比， 倾斜面 （1） 和倾斜面 （2） 的形成时间为， 从表面和背面开始对压电基板 （水晶基板） 10 进行蚀刻， 直至贯穿表面和背面为止的时间， 由于蚀刻时间足够长， 因此通过过度蚀刻的作用， 从而不会呈现出垂直的壁面。
明确了构成倾斜面 （1） 的倾斜面 a1、 a2 具有相对于 X 轴大致对称的关系。
明确了在构成倾斜面 （2） 的倾斜面 b1、 b2、 b3、 b4 中， b1 和 b4、 b2 和 b3 分别具有 相对于 X 轴大致对称的关系。 而且， 可知倾斜面 a1、 a2 相对于 X 轴的倾斜角度 α 与倾斜面 b1、 b4 相对于 X 轴的 倾斜角度 β 相比， 满足 β ＜ α 的关系。
第四实施方式
图 10（a） 和图 10（b） 表示第四实施方式所涉及的压电振子的结构， 图 10（a） 为 剖视图， 图 10（b） 为从图 10（a） 所示的 P 方向观察时的俯视图。
压电振子 5 例如具备上述的压电振动元件 1、 和收纳该压电振动元件 1 的封装件， 封装件通过被形成为矩形箱状的封装件主体 40、 盖部件 49 而构成， 所述盖部件 49 由金属、 陶瓷、 玻璃等构成。
如图 10（a） 和图 10（b） 所示， 封装件主体 40 通过对第一基板 41、 第二基板 42、 第 三基板 43 进行层叠而形成， 且通过对作为绝缘材料的氧化铝质的陶瓷生片进行成形而制 成箱状之后， 进行烧结而形成。安装端子 45 在第一基板 41 的外部底面上形成有多个。第 三基板 43 为中央部被去除了的环状体， 在第三基板 43 的上部边缘上， 形成有例如科瓦铁镍 钴合金等的金属密封环 44。
利用第三基板 43 和第二基板 42， 而形成收纳压电振动元件 1 的凹部。 在第二基板 42 的上表面的预定的位置处， 设置有通过导体 46 而与安装端子 45 电导通的多个元件搭载 衬垫 47。
元件搭载衬垫 47 的位置被配置为， 在载置了压电振动元件 1 时与第二厚壁部主体 16a 上所形成的衬垫电极 29a 对应。
压电振子 5 的结构为， 将导电性粘合剂 30、 例如脱气较少的聚酰亚胺类粘合剂适 量涂布在封装件主体 40 的元件搭载衬垫 47 上， 并以单点支承的方式将压电振动元件 1 的 衬垫电极 29a 载置在其上， 施加载荷从而对压电振动元件 1 的衬垫电极 29a 和封装件的端 子电极 （衬垫 47） 进行机械固定并电连接。作为导电性粘合剂 30 的特性， 因导电性粘合剂 30 而产生的应力 （∝变形） 的大小按照硅酮类粘合剂、 环氧类粘合剂、 聚酰亚胺类粘合剂的
顺序而增大。此外， 脱气按照聚酰亚胺类粘合剂、 环氧类粘合剂、 硅酮类粘合剂的顺序而增 大。
而且， 也可以使用接合线 BW 对衬垫电极 29b 和封装件的端子电极 48 进行电连接。 当以此种方式， 支承压电振动元件 1 的部位成为一点时， 将能够减小因导电性粘合剂而产 生的应力。
为了使被搭载在封装件主体 40 上的压电振动元件 1 的导电性粘合剂 30 固化， 需 要将其放置在预定温度的高温炉内预定时间。 实施了退火处理后， 通过向激励电极 25a、 25b 附加重量， 或者减轻重量， 从而实施频率调节。将盖部件 49 缝焊在被形成于封装件主体 40 的上表面上的密封环 44 上而实施密封。或者， 还存在如下方法， 即， 将盖部件 49 载置于被 涂布在封装件主体 40 的上表面上的低熔点玻璃上， 并进行熔融而紧贴的方法。将封装件的 腔内抽真空， 或填充氮气 N2 等的惰性气体， 从而制成压电振子 5。
虽然在上述的压电振子 5 的实施方式中， 对封装件主体 40 使用了层叠板的示例进 行了说明， 但封装件主体 40 也可以使用单层陶瓷板， 而盖体使用实施了拉深加工的罩， 从 而构成压电振子。
第五实施方式
以下， 使用图 11（a） 和图 11（b） 对第五实施方式所涉及的压电振子进行说明。图 11（a） 和图 11（b） 表示压电振子的结构， 图 11（a） 为剖视图， 图 11（b） 为从图 11（a） 所 示的 P 方向观察时的俯视图。并且， 由于压电振子 5a 为使上述压电振子 5 的局部变形后的 结构， 因此对与压电振子 5 的不同之处进行说明， 而对与压电振子 5 相同的结构部位标注相 同的符号， 并省略其说明。
在压电振子 5a 中所使用的压电振动元件 1 上， 于其表背面上形成有激励电极 25a、 25b。激励电极 25a、 25b 对置地形成在振动区域 12 的大致中央部的表背两面上。激励电极 25a 通过引线电极 27a 而与被形成在第二厚壁部主体 16a 的表面上的衬垫电极 29a 导通连 接。此外， 激励电极 25b 通过引线电极 27b 而与被形成在第二厚壁部主体 16a 的背面上的 衬垫电极 29b 导通连接。并且， 衬垫电极 29a 和衬垫电极 29b 以在俯视观察时分离的方式 而配置 （并排设置） 。
此外， 虽然未图示， 但衬垫电极 29b 从第二厚壁部主体 16a 的侧面通过， 而延伸至 第二厚壁部主体 16a 的表面。而且， 压电振动元件 1 中， 延伸至第二厚壁部主体 16a 的表面 的衬垫电极 29b、 和衬垫电极 29a 利用导电性粘合剂 30， 而被机械地固定在封装件主体 40 的元件搭载衬垫 47 上， 且与元件搭载衬垫 47 电连接。
在该结构中， 由于衬垫电极 29a 和衬垫电极 29b 在俯视观察压电振动元件 1 时分 离， 且被设置在同一面 （背面） 上， 因此能够仅利用导电性粘合剂 30 来实施向压电振动元件 1 的元件搭载衬垫 47 的固定。
图 12（a） 、 图 12（b） 为表示本发明所涉及的压电振子 5、 5a 的电特性的一个示例 的图。对于共振频率， 作为一个示例， 在基波模式中将共振频率设定为 123MHz 频带。该频 带为实现电压控制型压电振荡器 （Voltage Controlled Crystal Oscillator:VCXO） 用的 水晶振子而被开发的频带。图 12（a） 为温度范围在－ 40℃～ 85℃内的压电振子 5、 5a 的 频率温度特性， 图 12（b） 为相同温度范围内的压电振子 5、 5a 的 CI（crystal impedance ： 晶体阻抗） 温度特性。图 12（a） 的频率温度特性呈平滑的三次曲线， 从而满足所要求的标准。此外， 图 12（b） 的 CI 温度特性也在整个温度范围内， 没有 CI 倾角等， 而呈现良好的特 性。
图 13（a） 表示本发明的压电振子 5、 5a 的容量比 γ 的分布， 可得到 γ 的平均值 为 273， 标准偏差 σ 为 18 这一值。图 13（b） 表示现有的压电振子的容量比 γ 的分布， γ 的平均值为 296， 标准偏差 σ 为 26 这一值。
图 13（c） 表示本发明的压电振子 5、 5a 的静电容量 C0 的分布， 可得到 C0 的平均 值为 1.80（pF） ， 标准偏差 σ 为 0.01 这一值。图 13（d） 表示现有的压电振子的静电容量 C0 的分布， C0 的平均值为 1.88， 标准偏差 σ 为 0.02 这一值。
图 14（a） 表示本发明的压电振子 5、 5a 的寄生响应 （spurious） CI 值比 （＝ CIs/ CIm,CIm 为主振动的 CI 值， CIs 为接近主振动的最大的寄生响应的 CI 值） 的分布， 图 14 （b） 表示现有的压电振子的寄生响应 CI 值比的分布。
从图 13（a） ～图 13（d） 和图 14（a） 、 图 14（b） 可明确， 与现有的压电振子相比， 本发明所涉及的压电振子 5、 5a 的容量比 γ、 静电容量 C0 以及寄生响应 CI 值比均更为优 异。而且， 本发明所涉及的压电振子 5、 5a 也实现了小型化。
如图 1（a） ～图 1（f） 所示， 由于高频的基波压电振动元件被小型化， 且能够抑 制因粘合及固定而导致的应力的扩散， 因此具有下述效果， 即， 可获得具有优异的频率再现 性、 频率温度特性、 CI 温度特性以及频率老化特性， 且主振动的 CI 值较小， 从而接近的寄生 响应的 CI 值相对于主振动的 CI 值之比、 即 CI 值比较大的压电振动元件。
此外， 还具有下述效果， 即通过仅从一个面对压电基板进行蚀刻而形成振动区域， 从而能够形成保持了原始的基板的切割角度的振动区域， 由此可获得频率温度特性优异的 高频的基波压电振动元件。此外， 如图 4（a） ～图 4（c） 所示， 当在倾斜部 16b 上形成狭缝 20 时， 也具有狭缝能够轻易地贯穿的效果。
通过在压电基板中使用 AT 切割水晶基板， 从而能够活用与光刻法技术和蚀刻技 术有关的长期的实际成果和经验， 因此具有下述效果， 即， 不仅能够大批量生产压电基板， 还能够实施高精度的蚀刻， 从而大幅度地改善了压电振动元件的成品率。
当如图 10（a） 和图 10（b） 以及图 11（a） 和图 11（b） 所示这样构成压电振子 时， 高频的基波压电振子被小型化， 且能够抑制因粘合及固定而导致的应力， 因此具有下述 效果， 即， 可获得具有优异的频率再现性、 频率温度特性、 CI 温度特性以及频率老化特性的 压电振子。而且， 还具有下述效果， 即， 可获得减小了主振动的 CI 值， 从而接近的寄生响应 的 CI 值相对于主振动的 CI 值之比、 即 CI 值比较大的压电振动元件， 且可获得容量比 γ 较 小的压电振子。
接下来， 对共振频率尝试更高频率， 而试制 491（MHz） 频带的压电振子， 并进行评 价。
下表为， 制造三个 491（MHz） 的压电振子的样品， 并对各个样品测定了等效电路常 数的值。确认了， 可获得容量比 γ、 静电容量 C0 等十分良好的电特性。
表1
使用本发明所涉及的 491 （MHz） 的压电振子来制造 VCXO。图 16 为该 VCXO 的频率 温度特性的评价结果。呈平滑的三次曲线， 从而满足所要求的标准， 在整个温度范围内， 没 有倾角等， 从而可获得良好的特性。
第六实施方式
图 17（a） 和图 17（b） 为表示第六实施方式所涉及的电子装置的一种即压电振荡 器的结构的剖视图， 图 17（a） 为主剖视图， 图 17（b） 为从图 17（a） 的 P 方向观察时的俯 视图。
压电振荡器 6 具备 ： 通过 3 层基材 41、 42、 43 而构成的封装件主体 40 及盖部件 49 ； 压电振动元件 1 ； 搭载了对压电振动元件 1 进行激励的振荡电路的 IC 部件 51 ； 容量根据电 压而发生变化的可变容量元件、 电阻根据温度而发生变化的热敏电阻、 电感器等电子部件 52。
将导电性粘合剂 （聚酰亚胺类） 30 涂布在封装件主体 40 的元件搭载衬垫 47 上， 并 将压电振动元件 1 载置在其上而实现与衬垫电极 （未图示） 的导通。另一个衬垫电极通过接 合线 BW 而与封装件主体 40 的其他端子衬垫连接， 从而实现与 IC 部件 51 的一个端子的导 通。将 IC 部件 51 和电子部件 52 固定并连接在封装件主体 40 上的预定的位置处。在封装 件主体 40 的背面 （封装面） 上形成有安装端子 45。安装端子 45 通过连接配线 46 而与被设 置在封装件主体 40 的内部的各个端子导通连接。
将封装件主体 40 抽真空， 或向封装件主体 40 内填充氮气等的惰性气体， 并用盖部 件 49 来密封封装件主体 40， 从而制成压电振荡器 6。
第七实施方式
使用图 18（a） 和图 18（b） 对第七实施方式所涉及的电子装置的一种即压电振荡 器的结构进行说明。图 18（a） 和图 18（b） 表示第七实施方式所涉及的压电装置的结构， 图 18（a） 和图 18（b） 为压电振荡器的纵剖视图。
虽然图 17（a） 和图 17（b） 所示的第六实施方式所涉及的压电振荡器 6 将压电振 动元件 1、 IC 部件 51 和电子部件配置在同一压电基板上， 但图 18（a） 的第七实施方式所涉 及的压电振荡器 7 使用 H 型的封装件主体 60， 在上部收纳压电振动元件 1， 并将腔内部抽真 空， 或向腔内填充氮气 N2， 再用盖部件 61 来密封。在图 18（a） 中， 在下部收纳部内， 经由金 属凸点 （Au 凸点） 68 等的连接单元， 而将 IC 部件 51 和电子部件 52 与封装件主体 60 的端子 67 导通并连接， 其中， 所述 IC 部件 51 搭载有对压电振动元件 1 进行激励的振荡电路、 放大 电路等， 电子部件 52 包括可变容量元件， 根据需要， 还包括电感器、 热敏电阻、 电容器等。由 于本发明涉及的压电振荡器 7 将压电振动元件 1、 IC 部件 51 和电子部件 52 分开， 因此压电 振荡器 7 的频率老化较为优异。
而且， 如图 18（b） 所示， 也可以采用在下部收纳部内配备至少一个以上的电子部 件 Th 的结构。 例如， 作为电子部件 Th， 可以采用热敏电阻、 电容器、 电抗元件等， 从而能够制 造使用压电振动元件以作为频率振荡源的电子装置。
通过如图 17（a） 和图 17（b） 、 图 18（a） 和图 18（b） 所示这样构成压电装置 （例 如电压控制型压电振荡器） , 从而具有下述效果， 即可获得具有优异的频率再现性、 频率温 度特性、 老化特性， 小型且高频 （例如 490MHz 频带） 的电压控制型压电振荡器。此外， 由于压 电装置使用基波的压电振动元件 1， 因此具有下述效果， 即， 可获得容量比较小， 频率可变幅度较大， 且 S/N 比良好的电压控制型压电振荡器。
此外， 作为压电装置， 可以构成压电振荡器、 温度补偿型压电振荡器以及电压控制 型压电振荡器等， 从而具有下述效果， 即， 可构成频率再现性、 老化特性优异的压电振荡器， 频率温度特性优异的温度补偿型压电振荡器， 频率稳定、 可变范围较广且 S/N 比 （信噪比） 良 好的电压控制型压电振荡器。
图 19 为表示压电基板的改变例的纵剖视图， 且为在压电基板的厚壁部上形成台 阶部并在厚壁部的外周侧面上形成了倾斜面的结构例。
图 19 所示的压电基板 10a 与上述实施方式中说明的结构相同， 设置有薄壁的振动 区域 12、 与振动区域 12 连接设置的厚壁的第一厚壁部主体 14a 和第二厚壁部主体 16a。并 且在本图中， 省略了第三厚壁部主体。在振动区域 12 的两个主面上设置有 ： 分别以在表背 侧对置的方式而被形成的激励电极 25a、 25b ； 从激励电极 25a、 25b 分别朝向被设置在厚壁 部 16 上的衬垫电极 29a、 29b 延伸而形成的引线电极 （未图示） 。 并且， 在第二厚壁部主体 16a 的图示的上表面侧 （设置有激励电极 25b 的一侧） ， 形成有以距一个主面具有高度差的方式 而形成的台阶部 16a’ 。上述衬垫电极 29b 设置在台阶部 16a’ 的表面上。而且， 衬垫电极 29b 利用接合线 BW 而与未图示的封装件的端子电极电连接。此外， 在压电基板 10a 的厚壁 部 16a 的外周侧面上， 形成有倾斜面 13b。
通过像本示例那样设置台阶部 16a’ ， 从而与接合线 BW 相连的衬垫电极 29b 的高度 低于一个主面。压电基板 10a 的形成有衬垫电极 29a 的面被固定在未图示的封装件的被固 定面上。因此， 能够降低从上述被固定面观察时的接合线 BW 的线圈 （loop） 高度， 从而具有 使用了本示例的压电基板 10a 的压电装置的扁平化的效果。
压电基板的应用例 1
图 20（a） 的应用例中的压电基板 10 具备薄壁部 （凹陷部 11） 及厚壁部 13， 所述薄 壁部 （凹陷部 11） 具有振动区域 12， 所述厚壁部 13 通过被设置在薄壁部的边缘， 且比该薄壁 部厚的第一厚壁部主体 14a、 第二厚壁部主体 16a 和第三厚壁部主体 18a 而构成。 在第二厚 壁部主体 16a 上， 安装部 M 经由缓冲部 S 而以横向并排的方式被设置在边缘的方向上。缓 冲部 S 在安装部 M 和第二厚壁部主体 16a 之间具有狭缝 20， 安装部 M 在与安装部 M、 缓冲部 S 及第二厚壁部主体 16a 的并排方向正交的方向上的两端部， 具有倒角部 21。
图 20（b） 的压电基板 10 具备薄壁部 （凹陷部 11） 及厚壁部 13， 所述薄壁部 （凹陷 部 11） 具有振动区域 12， 所述厚壁部 13 通过被设置在薄壁部的边缘， 且比该薄壁部厚的第 一厚壁部主体 14a、 第二厚壁部主体 16a 和第三厚壁部主体 18a 而构成。
安装部 M 经由缓冲部 S 而以横向并排的方式连接在第二厚壁部主体 16a 上。缓冲 部 S 在安装部 M 和第二厚壁部主体 16a 之间具有狭缝 20， 安装部 M 在与安装部 M、 缓冲部 S 及第二厚壁部主体 16a 的并排方向正交的方向上的两端部， 具有切口部 22。
狭缝 20 的长度方向与上述正交方向平行。此外， 狭缝 20 的长度方向上的宽度大 于上述安装部 M 在上述正交方向上的宽度。与安装部 M 的两端部相比， 狭缝 20 的长度方向 上的两端部被设置在靠缓冲部 S 的上述正交方向上的外周处。
图 20（c） 的压电基板 10 具备薄壁部 （凹陷部 11） 及厚壁部 13， 所述薄壁部 （凹陷 部 11） 具有振动区域 12， 所述厚壁部 13 通过被设置在薄壁部的边缘， 且比该薄壁部厚的第 一厚壁部主体 14a、 第二厚壁部主体 16a 和第三厚壁部主体 18a 而构成。在第二厚壁部主体 16a 上顺次连接有缓冲部 S 和安装部 M。缓冲部 S 在安装部 M 和第二厚壁部主体 16a 之间具有狭缝 20。安装部 M 的特征在于， 在与安装部 M、 缓冲部 S 及 第二厚壁部主体 16a 的并排方向正交的方向上的两端部， 具有切口部 22。
图 21（a） ～图 21（c） 的特征在于， 相对于图 20（a） ～图 20（c） 的结构， 构成两 点支承的形态。
并且， 虽然在图 20（a） ～图 20（c） 、 图 21（a） ～图 21（c） 中， 在厚壁部 13 的各 个厚壁部主体 14a、 16a、 18a 的内壁上未图示倾斜部， 而且， 在厚壁部 13 的外侧的侧壁面上 未图示如图 19 所示的倾斜面 13b， 但这些倾斜部、 倾斜面 13b 被形成在对应的部位上。
并且， 图 20（a） ～图 20（c） 、 图 21（a） ～图 21（c） 中的各个符号中， 与上述各个 实施方式的相同符号所示的部位对应。
压电基板的应用例 2
而且， 图 22（a） 、 图 22（b） 的应用例图示了安装部的结构， 图 22（a） 为安装部的 俯视图， 图 22（b） 为 A-A 剖视图。
如图 22（a） 和图 22（b） 所示， 为了提高粘合强度， 该安装部 M 被构成为凹凸状， 通过像这样将安装部 M 设定为凹凸状， 从而安装部 M 的表面积增大， 由此能够使安装强度提 高。
电子设备
图 23 为表示本发明所涉及的电子设备的结构的示意结构图。电子设备 8 具备上 述的压电振子 5。作为使用了压电振子 5 的电子设备 8， 可列举传输设备等。在这些电子设 备 8 中， 压电振子 5 被用作基准信号源、 或电压控制型压电振荡器 （VCXO） 等， 从而能够提供 小型且特性良好的电子设备。如上文所述， 本发明所涉及的压电振动器被用作高频且频率 稳定度优异、 S/N 比良好的基准频率源较为理想。因此， 通过使用本发明涉及的压电振子， 具有下述效果， 即， 能够构成可用于例如通信基站等中的、 期待高性能且高可靠性的电子设 备。
符号说明
1、 2、 3 压电振动元件
5、 5a 压电振子
6、 7 压电装置
8 电子设备
10 压电基板
10W 水晶晶片
11 凹陷部
12 振动区域
12a、 12b、 12c 振动区域的一条边
13 厚壁部
14 第一厚壁部
14a 第一厚壁部主体
14b 第一倾斜部
16 第二厚壁部16a 第二厚壁部主体 16bb 细片 16b 倾斜部 18 第三厚壁部 18a 第三厚壁部主体 18b 第三倾斜部 19 第四厚壁部 20 狭缝 20a 第一狭缝 20b 第二狭缝 25a、 25b 激励电极 27a、 27b 引线电极 29a、 29b 衬垫电极 30 导电性粘合剂 40 封装件主体 41 第一基板 42 第二基板 43 第三基板 44 密封环 45 安装端子 46 导体 47 元件搭载衬垫 49 盖部件 51 IC 部件 52 电子部件 60 封装件主体 61 盖部件 65 安装端子 66 导体 67 部件端子 68 金属凸点 （Au 凸点）