JP2013143682A - Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibration element manufacturing method, piezoelectric vibrator, electronic device, and electronic apparatus - Google Patents

Piezoelectric vibration element, piezoelectric vibration element manufacturing method, piezoelectric vibrator, electronic device, and electronic apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a piezoelectric vibration element which has a high frequency fundamental wave and is compact, and which has a small main vibration CI value and a large spurious to CI value ratio.SOLUTION: A piezoelectric vibration element 1 comprises: a piezoelectric substrate 10 having a thin vibration region 12 and a thick portion integrated with three sides except one side of the vibration region 12; excitation electrodes 25a and 25b respectively disposed on the surface and the reverse side of the vibration region 12; and lead electrodes 27a and 27b. The thick portion consists of a first thick portion 14 and a second thick portion 16 oppositely disposed across the vibration region 12 and a third thick portion 18 continuously formed between the base ends of the first and the second thick portions. The second thick portion 16 includes an inclined portion 16b continuous to one side of the vibration region 12, a body of second thick portion 16a continuous to the other side of the inclined portion 16b, and at least one stress relief slit 20.

Description

本発明は、厚みすべり振動モードを励振する圧電振動子に関し、特に所謂逆メサ型構造を有する圧電振動素子、圧電振動素子の製造方法、圧電振動子、電子デバイス、及び本発明に係る圧電振動子を用いた電子機器に関する。   The present invention relates to a piezoelectric vibrator that excites a thickness shear vibration mode, and in particular, a piezoelectric vibration element having a so-called inverted mesa structure, a method for manufacturing the piezoelectric vibration element, a piezoelectric vibrator, an electronic device, and a piezoelectric vibrator according to the present invention. The present invention relates to an electronic device using the.

ＡＴカット水晶振動子は、励振する主振動の振動モードが厚みすべり振動であり、小型化、高周波数化に適し、且つ周波数温度特性が優れた三次曲線を呈するので、圧電発振器、電子機器等の多方面で使用されている。
特許文献１には、主面の一部に凹陥部を形成して高周波化を図った、所謂逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。水晶基板のＺ’軸方向の長さが、Ｘ軸方向の長さより長い、所謂Ｚ’ロング基板を用いている。
特許文献２には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉支持部（厚肉部）が連設され、コ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。更に、水晶振動片は、ＡＴカット水晶基板のＸ軸とＺ’軸を、夫々Ｙ’軸を中心に−１２０°〜＋６０°の範囲で回転させてなる面内回転ＡＴカット水晶基板であり、振動領域を確保し、且つ量産性に優れた（多数個取り）構造であるという。 AT-cut quartz resonators have thickness shear vibration as the main vibration mode to be excited, and are suitable for miniaturization and higher frequency, and exhibit a cubic curve with excellent frequency temperature characteristics. Used in many ways.
Patent Document 1 discloses an AT-cut crystal resonator having a so-called inverted mesa structure in which a concave portion is formed on a part of a main surface to increase the frequency. A so-called Z ′ long substrate is used in which the length in the Z′-axis direction of the quartz substrate is longer than the length in the X-axis direction.
Patent Document 2 discloses an AT-cut quartz having an inverted mesa structure in which a thick support portion (thick portion) is connected to each of three sides of a rectangular thin-walled vibrating portion, and a thick portion is provided in a U-shape. An oscillator is disclosed. Further, the quartz crystal resonator piece is an in-plane rotated AT-cut quartz substrate formed by rotating the X-axis and the Z′-axis of the AT-cut quartz substrate in the range of −120 ° to + 60 ° around the Y′-axis, It is said to be a structure that secures a vibration region and is excellent in mass productivity (multiple picking).

特許文献３、４には、矩形状の薄肉の振動部の三辺に各々厚肉支持部が連設され、コ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されており、水晶振動片は水晶基板のＸ軸方向の長さがＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロング基板が用いられている。
特許文献５には、矩形状の薄肉の振動部の隣接する二辺に各々厚肉支持部が連設され、Ｌ字状に厚肉部が設けられた逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。水晶基板にはＺ’ロング基板が用いられている。
しかしながら、特許文献５においては、Ｌ字状の厚肉部を得るために、特許文献５の図１（ｃ）、（ｄ）に記載されているように線分αと、線分βに沿って厚肉部を削除しているが、当該削除はダイシング等の機械加工で削除することを前提としているため、切断面にチッピングやクラック等のダメージを負い、超薄部が破損してしまう問題がある。また、振動領域にスプリアスの原因となる不要振動の発生やＣＩ値の増加等の問題が発生する。
特許文献６には、薄肉の振動部の一辺のみに厚肉支持部が連設された逆メサ構造のＡＴカット水晶振動子が開示されている。 In Patent Documents 3 and 4, there is an AT-cut crystal resonator having an inverted mesa structure in which a thick support portion is connected to each of three sides of a rectangular thin vibration portion and a thick portion is provided in a U-shape. The so-called X long substrate in which the length in the X-axis direction of the crystal substrate is longer than the length in the Z′-axis direction is used for the quartz crystal resonator element.
Patent Document 5 discloses an AT-cut quartz crystal resonator having an inverted mesa structure in which a thick support portion is connected to two adjacent sides of a rectangular thin vibration portion and a thick portion is provided in an L shape. It is disclosed. A Z ′ long substrate is used as the quartz substrate.
However, in Patent Document 5, in order to obtain an L-shaped thick portion, as described in FIGS. 1 (c) and 1 (d) of Patent Document 5, along the line segment α and the line segment β. The thick part is deleted, but the deletion is based on the premise that it will be deleted by machining such as dicing, so the chipping or cracking damage will occur on the cut surface, and the ultra thin part will be damaged. There is. In addition, problems such as generation of unnecessary vibration that causes spurious noise and an increase in CI value occur in the vibration region.
Patent Document 6 discloses an AT-cut crystal resonator having an inverted mesa structure in which a thick support portion is provided continuously only on one side of a thin vibration portion.

特許文献７には、水晶基板の両主面であって表裏面で対向するように凹陥部を形成することにより、高周波化を図った逆メサ構造のＡＴカット振動子が開示されている。水晶基板にはＸロング基板が用いられ、凹陥部に形成された振動領域の平坦性が確保された領域に励振電極が設けられ構造が提案されている。
ところで、ＡＴカット水晶振動子の振動領域に励振される厚み滑り振動モードは、弾性定数の異方性により振動変位分布がＸ軸方向に長径を有する楕円状になることが知られている。特許文献８には、圧電基板の表裏両面に表裏対称に配置された一対のリング状電極を有する厚みすべり振動を励振する圧電振動子が開示されている。リング状電極が対称零次モードのみを励起し、それ以外の非調和高次モードをほとんど励起しないように、リング状電極の外周の径と内周の径との差を設定したものである。 Patent Document 7 discloses an AT-cut vibrator having an inverted mesa structure in which a concave portion is formed so as to be opposed to each other on both main surfaces and front and back surfaces of a quartz substrate. An X long substrate is used as the quartz substrate, and a structure is proposed in which excitation electrodes are provided in a region where the flatness of the vibration region formed in the recessed portion is ensured.
By the way, it is known that the thickness-shear vibration mode excited in the vibration region of the AT-cut crystal resonator has an elliptical shape in which the vibration displacement distribution has a major axis in the X-axis direction due to the anisotropy of the elastic constant. Patent Document 8 discloses a piezoelectric vibrator that excites thickness-shear vibration having a pair of ring-shaped electrodes arranged symmetrically on the front and back surfaces of a piezoelectric substrate. The difference between the outer peripheral diameter and the inner peripheral diameter of the ring electrode is set so that the ring electrode excites only the symmetrical zero-order mode and hardly excites the other nonharmonic higher-order modes.

特許文献９には、圧電基板、及び圧電基板の表裏に設ける励振電極の形状を、共に長円形状にした圧電振動子が開示されている。
特許文献１０には、水晶基板の長手方向（Ｘ軸方向）の両端部、及び電極のＸ軸方向の両端部の形状を共に半楕円状とし、且つ楕円の長軸対短軸の比（長軸／短軸）を、ほぼ１．２６とした水晶振動子が開示されている。
特許文献１１には、楕円の水晶基板上に楕円の励振電極を形成した水晶振動子が開示されている。長軸対短軸の比は、１．２６：１が望ましいが、製造寸法のバラツキ等を考慮すると、１．１４〜１．３９：１の範囲程度が実用的であるという。 Patent Document 9 discloses a piezoelectric vibrator in which the shape of a piezoelectric substrate and excitation electrodes provided on the front and back surfaces of the piezoelectric substrate are both elliptical.
Patent Document 10 discloses that both ends of the quartz substrate in the longitudinal direction (X-axis direction) and both ends of the electrode in the X-axis direction are semi-elliptical, and the ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse (long) A crystal resonator having an axis / short axis) of approximately 1.26 is disclosed.
Patent Document 11 discloses a crystal resonator in which an elliptical excitation electrode is formed on an elliptical crystal substrate. The ratio of the major axis to the minor axis is preferably 1.26: 1, but considering the variation in manufacturing dimensions, the range of 1.14 to 1.39: 1 is practical.

特許文献１２には、厚みすべり圧電振動子のエネルギー閉じ込め効果をより改善するために、振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた構造の圧電振動子が開示されている。
ところで、圧電振動子の小型化を図る際に、接着剤に起因する残留応力により、電気的特性の劣化や周波数エージング不良が生じる。特許文献１３には、矩形平板状のＡＴカット水晶振動子の振動部と支持部との間に、切り欠きやスリットを設けた水晶振動子が開示されている。このような構造を用いることにより、残留応力が振動領域へ広がるのを抑制できるという。
特許文献１４には、マウント歪（応力）を改善（緩和）するために、逆メサ型圧電振動子の振動部と支持部との間に切り欠きやスリットを設けた振動子が開示されている。特許文献１５には、逆メサ型圧電振動子の支持部にスリット（貫通孔）を設けることにより、表裏面の電極の導通を確保した圧電振動子が開示されている。 Patent Document 12 discloses a piezoelectric vibrator having a structure in which a notch or a slit is provided between a vibrating part and a support part in order to further improve the energy confinement effect of the thickness-slip piezoelectric vibrator.
By the way, when the piezoelectric vibrator is reduced in size, the residual stress caused by the adhesive causes deterioration of electrical characteristics and frequency aging failure. Patent Literature 13 discloses a crystal resonator in which a notch or a slit is provided between a vibrating portion and a support portion of a rectangular flat plate AT-cut crystal resonator. By using such a structure, it is possible to suppress the residual stress from spreading to the vibration region.
Patent Document 14 discloses a vibrator in which a notch or a slit is provided between a vibrating portion and a support portion of an inverted mesa piezoelectric vibrator in order to improve (relax) mount strain (stress). . Patent Document 15 discloses a piezoelectric vibrator in which conduction between electrodes on the front and back surfaces is ensured by providing a slit (through hole) in a support portion of an inverted mesa piezoelectric vibrator.

特許文献１６には、厚みすべり振動モードのＡＴカット水晶振動子の支持部に、スリットを設けることにより、高次輪郭系の不要モードを抑圧した水晶振動子が開示されている。
また、特許文献１７には、逆メサ型ＡＴカット水晶振動子の薄肉の振動部と、厚肉の保持部との連設部、即ち傾斜面を有する残渣部に、スリットを設けることにより、スプリアスを抑圧する振動子が開示されている。 Patent Document 16 discloses a crystal resonator that suppresses an unnecessary mode of a higher-order contour system by providing a slit in a support portion of an AT-cut crystal resonator in a thickness shear vibration mode.
Further, in Patent Document 17, a spurious structure is provided by providing a slit in a connecting portion of a thin vibrating portion of an inverted mesa AT-cut crystal resonator and a thick holding portion, that is, a residue portion having an inclined surface. A vibrator that suppresses the above is disclosed.

特開２００４−１６５７４３号公報JP 2004-165743 A 特開２００９−１６４８２４号公報JP 2009-164824 A 特開２００６−２０３７００号公報JP 2006-203700 A 特開２００２−１９８７７２号公報JP 2002-198772 A 特開２００２−０３３６４０号公報JP 2002-033640 A 特開２００１−１４４５７８号公報JP 2001-144578 A 特開２００３−２６４４４６号公報JP 2003-264446 A 特開平２−０７９５０８号公報JP-A-2-079508 特開平９−２４６９０３号公報JP 9-246903 A 特開２００７−１５８４８６号公報JP 2007-158486 A 特開２００７−２１４９４１号公報JP 2007-214941 A 実開昭６１−１８７１１６号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-187116 特開平９−３２６６６７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-326667 特開２００９−１５８９９９号公報JP 2009-158999 A 特開２００４−２６０６９５号公報JP 2004-260695 A 特開２００９−１８８４８３号公報JP 2009-188483 A 特開２００３−０８７０８７号公報JP 2003-087087 A

近年、圧電デバイスの小型化、高周波化、並びに高性能化に対する要求は強い。しかしながら、前述のごとき構造の圧電振動子は、主振動のＣＩ値、近接するスプリアスＣＩ値比（＝ＣＩｓ／ＣＩｍ、ここでＣＩｍは主振動のＣＩ値、ＣＩｓはスプリアスのＣＩ値で、規格の１例は１．８以上）等が要求を満たせないという問題があることが判明した。
そこで、本発明は上記問題の少なくとも一部を解決するためになされたもので、高周波化（１００〜５００ＭＨｚ帯）を図ると共に、主振動のＣＩ値を低減し、スプリアスＣＩ値比等の電気的要求を満たした圧電振動素子、圧電振動素子の製造方法、圧電振動子、電子デバイス、及び本発明の圧電振動子を用いた電子機器を提供することにある。 In recent years, there has been a strong demand for miniaturization, high frequency, and high performance of piezoelectric devices. However, the piezoelectric vibrator having the above-described structure has the CI value of the main vibration and the adjacent spurious CI value ratio (= CIs / CIm, where CIm is the CI value of the main vibration, and CIs is the CI value of the spurious. It has been found that there is a problem that one example cannot satisfy the requirement.
Therefore, the present invention has been made to solve at least a part of the above-described problems, and aims to increase the frequency (100 to 500 MHz band), reduce the CI value of the main vibration, and increase the electrical ratio such as the spurious CI value ratio. An object of the present invention is to provide a piezoelectric vibration element that satisfies the requirements, a method for manufacturing the piezoelectric vibration element, a piezoelectric vibrator, an electronic device, and an electronic apparatus using the piezoelectric vibrator of the present invention.

本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   The present invention can be realized as the following forms or application examples.

［適用例１］本発明に係る圧電振動素子は、振動領域、及び前記振動領域と一体化された前記振動領域の厚みよりも厚い厚肉部を含む圧電基板と、前記振動領域の表面及び裏面に夫々配置されている励振電極と、前記励振電極から前記厚肉部上に延在して設けられているリード電極と、を備え、前記厚肉部は、前記振動領域の一部を開放するように、前記振動領域を挟んで配置されている第１の厚肉部、及び第２の厚肉部と、前記第１の厚肉部及び第２の厚肉部の基端部間を連設している第３の厚肉部と、を備え、前記第２の厚肉部は、前記振動領域に連設している一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する傾斜部と、前記傾斜部の前記他方の端縁に連設する厚肉本体と、を備え、前記第２の厚肉部には、スリットが設けられていることを特徴とする。   [Application Example 1] A piezoelectric vibration element according to the present invention includes a vibration substrate, a piezoelectric substrate including a thick portion thicker than the vibration region integrated with the vibration region, and a front surface and a back surface of the vibration region. And a lead electrode extending from the excitation electrode on the thick portion, and the thick portion opens a part of the vibration region. As described above, the first thick portion and the second thick portion disposed with the vibration region interposed therebetween are connected to the base end portions of the first thick portion and the second thick portion. A third thick portion provided, and the second thick portion has a thickness as it is separated from one end edge connected to the vibration region toward the other end edge. An inclined portion that increases, and a thick-walled main body that is connected to the other end edge of the inclined portion, and the second thick-walled portion includes a slip portion. Wherein the is provided.

高周波の基本波圧電振動素子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、且つ主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。
［適用例２］また、前記振動領域は、矩形であり、前記振動領域の４辺のうち１辺が開放されていることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。 The high-frequency fundamental wave piezoelectric vibration element is miniaturized and the spread of stress due to adhesion and fixation can be suppressed. Therefore, it has excellent frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics, and is capable of suppressing main vibration. There is an effect that a piezoelectric vibration element having a small CI value and a ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, a large CI value ratio can be obtained.
Application Example 2 In the piezoelectric vibration element according to Application Example 1, the vibration area is rectangular, and one of four sides of the vibration area is open.

振動領域の４辺のうち１辺が開放されているため、その方向の肉厚部が形成されない。このため、圧電振動素子を小型化することが可能となる。   Since one side of the four sides of the vibration region is open, a thick portion in that direction is not formed. For this reason, it becomes possible to reduce the size of the piezoelectric vibration element.

［適用例３］また、前記スリットは、前記傾斜部と前記厚肉本体との境界部に沿って前記厚肉本体に配置されていることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。   [Application Example 3] In the piezoelectric vibration element according to Application Example 1, wherein the slit is disposed in the thick-walled body along a boundary portion between the inclined portion and the thick-walled body. is there.

圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性の優れた圧電振動素子が得られるという効果がある。   Since it is possible to suppress the spread of stress generated when the piezoelectric vibration element is bonded and fixed, there is an effect that a piezoelectric vibration element having excellent frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics can be obtained.

［適用例４］また、前記スリットは、前記傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置されていることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。   Application Example 4 In the piezoelectric vibration element according to Application Example 1, the slit is disposed in the inclined portion so as to be separated from one side of the vibration region.

スリットの形成が容易になり、圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを抑圧することができるので、周波数温度特性、及びＣＩ温度特性の優れた圧電振動素子が得られるという効果がある。   Since the slits can be easily formed and the spread of stress generated when the piezoelectric vibration element is bonded and fixed can be suppressed, a piezoelectric vibration element having excellent frequency temperature characteristics and CI temperature characteristics can be obtained. is there.

［適用例５］また、前記スリットは、前記厚肉本体に配置された第１のスリットと、前記傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置された第２のスリットと、を備えていることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。   Application Example 5 In addition, the slit includes a first slit disposed in the thick body, and a second slit disposed in the inclined portion so as to be separated from one side of the vibration region. The piezoelectric vibration element according to Application Example 1, wherein the piezoelectric vibration element is provided.

圧電振動素子を接着・固定する際に生じる応力の広がりを、よりよく抑圧することができるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動素子が得られるという効果がある。   Since it is possible to better suppress the spread of stress generated when the piezoelectric vibration element is bonded and fixed, a piezoelectric vibration element having excellent frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics can be obtained. There is an effect.

［適用例６］また、圧電振動素子は、前記振動領域の一方の主面と、前記第１、第２及び第３の厚肉部の夫々の一方の面とは、同一平面内にあることを特徴とする適用例１乃至５の何れか一項に記載の圧電振動素子である。   Application Example 6 In the piezoelectric vibration element, one main surface of the vibration region and one surface of each of the first, second, and third thick portions are in the same plane. The piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 5, characterized by:

圧電基板を一方の面からのみエッチングして振動領域を形成する場合に、元の基板の切断角度を保持した振動領域を形成することが可能となり、周波数温度特性の優れた、高周波の基本波圧電振動素子が得られるという効果がある。   When a vibration region is formed by etching a piezoelectric substrate from only one side, it is possible to form a vibration region that maintains the cutting angle of the original substrate, and a high-frequency fundamental piezoelectric device with excellent frequency-temperature characteristics. There is an effect that a vibration element is obtained.

［適用例７］また、圧電振動素子は、前記圧電基板は、水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をＹ’軸とし、前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし、前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とした水晶基板であることを特徴とする適用例１乃至６の何れか一項に記載の圧電振動素子ある。   Application Example 7 In the piezoelectric vibration element, the piezoelectric substrate includes an X axis as an electric axis that is a crystal axis of crystal, a Y axis as a mechanical axis, and a Z axis as an optical axis. Centering on the X axis of the coordinate system, the Z axis is inclined by a predetermined angle in the −Y direction of the Y axis as a Z ′ axis, and the Y axis is in the + Z direction of the Z axis. A quartz substrate that is formed by a plane parallel to the X-axis and the Z′-axis, with the axis tilted only by the Y′-axis and having a thickness in a direction parallel to the Y′-axis, and a side parallel to the X-axis The piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 6, wherein the piezoelectric vibration element is a quartz substrate having a long side and a short side parallel to the Z ′ axis.

温度特性の良好な圧電振動素子が得られるという効果がある。   There is an effect that a piezoelectric vibration element having excellent temperature characteristics can be obtained.

［適用例８］前記水晶基板がＡＴカット水晶基板であることを特徴とする適用例７に記載の圧電振動素子である。   Application Example 8 The piezoelectric vibration element according to Application Example 7, wherein the quartz crystal substrate is an AT cut quartz crystal substrate.

圧電基板に水晶ＡＴカット水晶基板を用いることにより、フォトリソグラフィー及びエッチングに関する永年の実績・経験が活用できるので、圧電基板の量産が可能であるのみならず、高精度のエッチングができ、圧電振動素子の歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。   By using a quartz AT-cut quartz substrate as a piezoelectric substrate, it is possible to utilize many years of experience and experience related to photolithography and etching, so that not only mass production of piezoelectric substrates is possible, but also high-accuracy etching, piezoelectric vibration elements The yield is significantly improved.

［適用例９］
圧電基板の表裏面のうちの一方面に振動領域を含む凹陥部を設ける工程と、前記凹陥部の一部を含む前記圧電基板を除去し、前記凹陥部の一部が開放された肉厚部を有する振動領域、及びスリットを含む外形形状を形成する工程と、前記振動領域の表裏面を含む所定の領域に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする圧電振動素子の製造方法。 [Application Example 9]
A step of providing a concave portion including a vibration region on one of the front and back surfaces of the piezoelectric substrate; and a thick portion in which the piezoelectric substrate including a part of the concave portion is removed and a part of the concave portion is opened. And a step of forming an outer shape including a slit, and a step of forming an electrode in a predetermined region including the front and back surfaces of the vibration region.

本適用例に記載の圧電振動素子の製造方法によれば、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、且つ主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子を容易に製造することができるという効果がある。   According to the method of manufacturing a piezoelectric vibration element described in this application example, the frequency temperature characteristic, the CI temperature characteristic, and the frequency aging characteristic are excellent, the CI value of the main vibration is small, and the spurious adjacent to the CI value of the main vibration is low. There is an effect that a piezoelectric vibration element having a large CI value ratio, that is, a large CI value ratio can be easily manufactured.

［適用例１０］本発明の圧電振動子は、適用例１乃至８の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする。   Application Example 10 A piezoelectric vibrator of the present invention includes the piezoelectric vibration element according to any one of application examples 1 to 8, and a package that accommodates the piezoelectric vibration element.

高周波の基本波圧電振動子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の抑圧が可能であるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がある。更に、主振動のＣＩ値を小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動子が得られ、且つ容量比の小さな圧電振動子が得られるという効果がある。   Piezoelectric vibration with excellent frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics, since the high-frequency fundamental piezoelectric vibrator is downsized and stress due to adhesion and fixation can be suppressed. There is an effect that a child is obtained. Furthermore, the CI value of the main vibration is reduced, and the ratio of the spurious CI value to the CI value of the main vibration, that is, a piezoelectric vibrator having a large CI value ratio is obtained, and a piezoelectric vibrator having a small capacitance ratio is obtained. effective.

［適用例１１］本適用例に記載の電子デバイスは、適用例１乃至８の何れか一項に記載の圧電振動素子と、電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする。   Application Example 11 An electronic device according to this application example is characterized in that the package includes the piezoelectric vibration element according to any one of Application Examples 1 to 8 and an electronic component.

上記のように圧電デバイス（例えば電圧制御型圧電発振器）を構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波（例えば４９０ＭＨｚ帯）の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。また、圧電デバイスは基本波の圧電振動素子１を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅の広く、Ｓ／Ｎ比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。   By configuring a piezoelectric device (for example, a voltage control type piezoelectric oscillator) as described above, a voltage control type piezoelectric oscillator having excellent frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, and aging characteristics, a small size and a high frequency (for example, 490 MHz band) can be obtained. There is an effect that it is. In addition, since the piezoelectric device uses the piezoelectric resonator element 1 of the fundamental wave, there is an effect that a voltage controlled piezoelectric oscillator having a small capacitance ratio, a wide frequency variable width, and a good S / N ratio can be obtained.

［適用例１２］また、前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする適用例１１に記載の電子デバイスである。   Application Example 12 In the electronic device according to Application Example 11, the electronic component is any one of a variable capacitance element, a thermistor, an inductor, and a capacitor.

上記のように電子デバイスを構成することにより、圧電発振器、温度補償型圧電発振器、及び電圧制御型圧電発振器等の電子デバイスを構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器、周波数温度特性に優れた温度補償圧電発振器、周波数が安定で可変範囲の広く且つＳ／Ｎ比（信号雑音比）の良好な電圧制御型圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。   By configuring an electronic device as described above, it is possible to configure an electronic device such as a piezoelectric oscillator, a temperature compensated piezoelectric oscillator, and a voltage-controlled piezoelectric oscillator, and a piezoelectric with excellent frequency reproducibility and aging characteristics. It is possible to obtain an oscillator, a temperature compensated piezoelectric oscillator having excellent frequency temperature characteristics, and a voltage-controlled piezoelectric oscillator having a stable frequency, a wide variable range, and a good S / N ratio (signal to noise ratio). .

［適用例１３］本適用例に記載の電子デバイスは、適用例１乃至８の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を励振する発振回路と、をパッケージに備えたことを特徴とする。   Application Example 13 An electronic device according to this application example includes a package including the piezoelectric vibration element according to any one of application examples 1 to 8 and an oscillation circuit that excites the piezoelectric vibration element. It is characterized by.

上記のように圧電デバイスを構成することにより、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器などの電子デバイスを構成することが得られるという効果がある。   By configuring the piezoelectric device as described above, it is possible to obtain an electronic device such as a piezoelectric oscillator having excellent frequency reproducibility and aging characteristics.

［適用例１２］本適用例に記載の電子機器は、適用例９に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器。   Application Example 12 An electronic device according to this application example includes the piezoelectric vibrator according to Application Example 9.

上記適用例に記載の圧電振動子を電子機器に用いることにより、高周波で周波数安定度に優れ、Ｓ／Ｎ比の良好な基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。   By using the piezoelectric vibrator described in the above application example for an electronic device, there is an effect that an electronic device including a reference frequency source having a high frequency and excellent frequency stability and a good S / N ratio can be configured.

第１の実施形態に係る圧電振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面図、（ｄ）、（ｅ）、及び（ｆ）はスリット形状の変形例を示すＱ−Ｑ断面図。It is the schematic which showed the structure of the piezoelectric vibration element which concerns on 1st Embodiment, (a) is a top view, (b) is PP sectional drawing, (c) is QQ sectional drawing, ( d), (e), and (f) are QQ sectional views showing a modified example of a slit shape. ＡＴカット水晶基板と結晶軸との関係を説明する図。The figure explaining the relationship between an AT cut quartz substrate and a crystal axis. （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、圧電振動素子の変形例の構成を示す平面図。(A), (b) and (c) is a top view which shows the structure of the modification of a piezoelectric vibration element. 第２の実施形態に係る圧電振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面図。It is the schematic which showed the structure of the piezoelectric vibration element which concerns on 2nd Embodiment, (a) is a top view, (b) is PP sectional drawing, (c) is QQ sectional drawing. 第３の実施形態に係る圧電振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＰ−Ｐ断面図、（ｃ）はＱ−Ｑ断面図、（ｄ）及び（ｅ）は他の構成例を示す平面図。It is the schematic which showed the structure of the piezoelectric vibration element which concerns on 3rd Embodiment, (a) is a top view, (b) is PP sectional drawing, (c) is QQ sectional drawing, d) And (e) is a top view which shows the other structural example. 圧電基板の製作工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing process of a piezoelectric substrate. 圧電振動素子の励振電極及びリード電極の製作工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the manufacturing process of the excitation electrode and lead electrode of a piezoelectric vibration element. （ａ）は圧電ウエハーに形成された凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部のＸ軸方向の断面図。(A) is a top view of the recessed part formed in the piezoelectric wafer, (b)-(e) is sectional drawing of the X-axis direction of a recessed part. （ａ）は圧電ウエハーに形成された凹陥部の平面図であり、（ｂ）〜（ｅ）は凹陥部のＺ’軸方向の断面図。(A) is a top view of the recessed part formed in the piezoelectric wafer, (b)-(e) is sectional drawing of the Z'-axis direction of a recessed part. 第４の実施形態に係る圧電振動子の構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は、Ｐ方向からの平面図。The structure of the piezoelectric vibrator which concerns on 4th Embodiment is shown, (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is a top view from the P direction. 第５の実施形態に係る圧電振動子の構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＰ方向からの平面図。The structure of the piezoelectric vibrator which concerns on 5th Embodiment is shown, (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is a top view from the P direction. 圧電振動子の特性を示し、（ａ）は周波数温度特性を示す図、（ｂ）はＣＩ温度特性を示す図。The characteristic of a piezoelectric vibrator is shown, (a) is a figure which shows a frequency temperature characteristic, (b) is a figure which shows CI temperature characteristic. 圧電振動子の特性を示し、（ａ）及び（ｂ）は容量比の分布特性を示す図、（ｃ）及び（ｄ）は静電容量の分布特性を示す図。The characteristics of a piezoelectric vibrator are shown, (a) And (b) is a figure which shows the distribution characteristic of a capacitance ratio, (c) And (d) is a figure which shows the distribution characteristic of an electrostatic capacitance. 圧電振動子の特性を示し、（ａ）及び（ｂ）はＣＩ値比の分布特性を示す図。The characteristic of a piezoelectric vibrator is shown, (a) And (b) is a figure which shows the distribution characteristic of CI value ratio. 圧電振動素子の変形例を示し、（ａ）及び（ｂ）は斜視図、（ｃ）は縦断面図。The modification of a piezoelectric vibration element is shown, (a) and (b) is a perspective view, (c) is a longitudinal cross-sectional view. 圧電デバイスとしての圧電振動子の特性説明図。The characteristic explanatory view of the piezoelectric vibrator as a piezoelectric device. 第６の実施形態に係る圧電デバイスの構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＰ方向からの平面図。The structure of the piezoelectric device which concerns on 6th Embodiment is shown, (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is a top view from the P direction. 第７の実施形態に係る圧電デバイスの構成を示し、（ａ）及び（ｂ）は縦断面図。The structure of the piezoelectric device which concerns on 7th Embodiment is shown, (a) And (b) is a longitudinal cross-sectional view. 圧電基板の変形例を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the modification of a piezoelectric substrate. 圧電基板の応用例を示し、（ａ）〜（ｃ）は圧電基板の構成説明図。The application example of a piezoelectric substrate is shown, (a)-(c) is a structure explanatory drawing of a piezoelectric substrate. 圧電基板の応用例を示し、（ａ）〜（ｃ）は圧電基板の構成説明図。The application example of a piezoelectric substrate is shown, (a)-(c) is a structure explanatory drawing of a piezoelectric substrate. （ａ）及び（ｂ）はマウント部の構成例を示す要部平面図、及び断面図。(A) And (b) is a principal part top view which shows the structural example of a mount part, and sectional drawing. 電子機器の模式図。FIG.

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電振動素子の構成を示す概略図である。図１（ａ）は圧電振動素子１の平面図であり、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図であり、同図（ｃ）はＱ−Ｑ断面図、（ｄ）、（ｅ）、及び（ｆ）はスリット形状の変形例を示すＱ−Ｑ断面図である。
圧電振動素子１は、薄肉の振動領域１２、及び振動領域１２に連設された厚肉の厚肉部１４、１６、１８を有する圧電基板１０と、振動領域１２の両主面に夫々表裏で対向するようにして形成された励振電極２５ａ、２５ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂから夫々厚肉部に設けられたパッド電極２９ａ、２９ｂに向けて延出されて形成されたリード電極２７ａ、２７ｂと、を備えている。 (First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the piezoelectric vibration element according to the first embodiment of the present invention. 1A is a plan view of the piezoelectric vibration element 1, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line PP, FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line Q-Q, and FIGS. And (f) are QQ cross-sectional views showing a modification of the slit shape.
The piezoelectric vibration element 1 includes a thin vibration region 12 and a piezoelectric substrate 10 having thick portions 14, 16, and 18 connected to the vibration region 12, and both main surfaces of the vibration region 12 on the front and back sides. Excitation electrodes 25a and 25b formed so as to face each other, and lead electrodes 27a and 27b formed extending from the excitation electrodes 25a and 25b toward the pad electrodes 29a and 29b provided in the thick portions, respectively It is equipped with.

圧電基板１０は、略四角形で矩形状をなし、且つ薄肉で平板状の振動領域１２と、振動領域１２の一辺を除いた三辺に沿って一体化されたコ字状の厚肉部（厚肉の支持部）１３と、を備えている。厚肉部１３は、振動領域１２を挟んで対向配置された第１の厚肉部１４、及び第２の厚肉部１６と、第１の厚肉部１４及び第２の厚肉部１６の基端部間を連設する第３の厚肉部１８と、を備えたコ字状の構成を備えている。
つまり、厚肉部１３は、振動領域１２の四辺のうち一辺（振動領域１２の一部）を開放するように、振動領域１２を挟んで対向配置された第１の厚肉部１４、及び第２の厚肉部１６と、第１の厚肉部１４及び第２の厚肉部１６の基端部間を連設する第３の厚肉部１８と、を備える。ここで、「開放する」とは、一辺が露出している場合と、一部が露出しているのではなく完全に露出している場合を含む。
なお、本明細書では凹陥部１１側を表面とし、表面の反対側の面であるフラット面を裏面とする。
第１の厚肉部１４は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ａに連設し、振動領域１２の一辺１２ａに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第１の傾斜部１４ｂと、第１の傾斜部１４ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第１の厚肉部本体１４ａと、を備えている。同様に、第２の厚肉部１６は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｂに連設し、振動領域１２の一辺１２ｂに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する傾斜部１６ｂと、傾斜部１６ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第２の厚肉部本体１６ａと、を備えている。
尚、前記厚肉本体とは、前記Ｙ’軸に平行な厚みが一定の領域をいう。 The piezoelectric substrate 10 has a substantially rectangular and rectangular shape, and has a thin and flat vibration region 12 and a U-shaped thick portion (thickness) integrated along three sides excluding one side of the vibration region 12. Meat support portion) 13. The thick portion 13 includes a first thick portion 14 and a second thick portion 16 that are disposed to face each other with the vibration region 12 interposed therebetween, and the first thick portion 14 and the second thick portion 16. A U-shaped configuration including a third thick portion 18 that continuously connects between the base end portions.
That is, the thick portion 13 includes the first thick portion 14 and the first thick portion 14 that are disposed to face each other with the vibration region 12 therebetween so as to open one side (a part of the vibration region 12) of the four sides of the vibration region 12. 2 thick portions 16, and a third thick portion 18 connecting the base end portions of the first thick portion 14 and the second thick portion 16. Here, “open” includes the case where one side is exposed and the case where a part is not exposed but completely exposed.
In the present specification, the concave portion 11 side is the front surface, and the flat surface that is the surface opposite to the front surface is the back surface.
The first thick portion 14 is connected to one side 12 a of the thin flat plate-like vibration region 12, and the thickness increases from one end edge connected to the one side 12 a of the vibration region 12 toward the other end edge. A first inclined portion 14b that gradually increases and a thick square columnar first thick portion main body 14a that is connected to the other end edge of the first inclined portion 14b are provided. Similarly, the second thick portion 16 is connected to one side 12b of the thin flat plate-like vibration region 12, and is separated from one end edge connected to the one side 12b of the vibration region 12 toward the other end edge. And a thick quadrangular columnar second thick portion main body 16a provided continuously with the other end edge of the sloping portion 16b.
The thick-walled body refers to a region having a constant thickness parallel to the Y ′ axis.

第３の厚肉部１８は、薄肉平板状の振動領域１２の一辺１２ｃに連設し、振動領域１２の一辺１２ｃに連接する一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが漸増する第３の傾斜部１８ｂと、第３の傾斜部１８ｂの前記他方の端縁に連設する厚肉四角柱状の第３の厚肉部本体１８ａと、を備えている。つまり、薄肉の振動領域１２は、三辺を第１、第２、及び第３の厚肉部１４、１６、１８に囲まれ、且つ他の一辺が開放された凹陥部１１となっている。
なお、振動領域１２の一方の主面と、第１、第２及び第３の厚肉部１４、１６、１８の夫々の一方の面とは、同一平面上、即ち図１に示す座標軸のＸ−Ｚ’平面上にあり、この面（図１（ｂ）の下面側）を平坦面といい、反対側の面（図１（ｂ）の上面側）を凹陥面という。 The third thick portion 18 is connected to one side 12c of the vibration region 12 having a thin flat plate shape, and the thickness increases from one edge connected to the one side 12c of the vibration region 12 toward the other edge. A gradually increasing third inclined portion 18b and a thick quadrangular columnar third thick portion main body 18a connected to the other end edge of the third inclined portion 18b are provided. That is, the thin vibration region 12 is a recessed portion 11 that is surrounded on the three sides by the first, second, and third thick portions 14, 16, and 18, and the other one side is open.
Note that one main surface of the vibration region 12 and one surface of each of the first, second, and third thick portions 14, 16, and 18 are on the same plane, that is, the X of the coordinate axis shown in FIG. It is on the −Z ′ plane, and this surface (the lower surface side in FIG. 1B) is referred to as a flat surface, and the opposite surface (the upper surface side in FIG. 1B) is referred to as a concave surface.

更に、圧電基板１０は、第２の厚肉部１６に少なくとも一つの応力緩和用のスリット２０が貫通形成されている。図１に示した実施形態では、スリット２０は傾斜部１６ｂと第２の厚肉部本体１６ａとの連接部に沿って第２の厚肉部本体１６ａの面内に形成されている。
なお、スリット２０は、図１（ｃ）に示すような貫通形成されたものに限らず底部を有した溝状のスリットであってもよい。溝状のスリットについて詳述すると、例えば、図１（ｄ）に示すように、第２の厚肉部１６の表面側から形成されて底部を有する第１のスリット２０ａ、及び第２の厚肉部１６の裏面側から形成されて底部を有する第２のスリット２０ｂの、表裏両面側から設けられたスリットで構成されてもよい。また、図１（ｅ）に示すように、第２の厚肉部１６の表面側から形成されて底部を有する第３のスリット２０ｃで構成されてもよい。また、図１（ｄ）に示すように、第２の厚肉部１６の裏面側から形成されて底部を有する第４のスリット２０ｄが設けられている構成でもよい。
ここで説明したスリット２０の形状は、以降説明する他の実施形態、変形例、および応用例においても適用可能である。 Further, in the piezoelectric substrate 10, at least one stress relaxation slit 20 is formed through the second thick portion 16. In the embodiment shown in FIG. 1, the slit 20 is formed in the surface of the second thick portion main body 16 a along the connecting portion between the inclined portion 16 b and the second thick portion main body 16 a.
The slit 20 is not limited to a through-hole formed as shown in FIG. 1C, and may be a groove-shaped slit having a bottom. The groove-shaped slit will be described in detail. For example, as shown in FIG. 1D, the first slit 20a having the bottom formed from the surface side of the second thick portion 16 and the second thick wall are formed. The second slit 20b formed from the back surface side of the portion 16 and having the bottom portion may be formed by slits provided from both the front and back surfaces. Moreover, as shown in FIG.1 (e), it may be comprised from the 3rd slit 20c which is formed from the surface side of the 2nd thick part 16, and has a bottom part. Moreover, as shown in FIG.1 (d), the structure provided with the 4th slit 20d which is formed from the back surface side of the 2nd thick part 16, and has a bottom part may be sufficient.
The shape of the slit 20 described here can be applied to other embodiments, modifications, and application examples described below.

水晶等の圧電材料は三方晶系に属し、図２に示すように互いに直交する結晶軸Ｘ、Ｙ、Ｚを有する。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、夫々電気軸、機械軸、光学軸と呼称される。そして水晶基板は、ＸＺ面をＸ軸の回りに所定の角度θだけ回転させた平面に沿って、水晶から切り出された平板が圧電振動素子として用いられる。例えば、ＡＴカット水晶基板１０１の場合は、θは略３５°１５′である。なお、Ｙ軸及びＺ軸もＸ軸の周りにθ回転させて、夫々Ｙ’軸、及びＺ’軸とする。従って、ＡＴカット水晶基板１０１は、直交する結晶軸Ｘ、Ｙ’、Ｚ’を有する。ＡＴカット水晶基板１０１は、厚み方向がＹ’軸であって、Ｙ’軸に直交するＸＺ’面（Ｘ軸及びＺ’軸を含む面）が主面であり、厚みすべり振動が主振動として励振される。このＡＴカット水晶基板１０１を加工して、圧電基板１０を得ることができる。
即ち、圧電基板１０は、図２に示すようにＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）、Ｚ軸（光学軸）からなる直交座標系のＸ軸を中心として、Ｚ軸をＹ軸の−Ｙ方向へ傾けた軸をＺ’軸とし、Ｙ軸をＺ軸の＋Ｚ方向へ傾けた軸をＹ’軸とし、Ｘ軸とＺ’軸に平行な面で構成され、Ｙ’軸に平行な方向を厚みとするＡＴカット水晶基板からなる。
なお、本発明に係る圧電基板は、前記角度θが略３５°１５′のＡＴカットに限定されるものではなく、厚みすべり振動を励振するＢＴカット、等の圧電基板にも広く適用できるのは言うまでもない。 A piezoelectric material such as quartz belongs to the trigonal system and has crystal axes X, Y, and Z orthogonal to each other as shown in FIG. The X axis, the Y axis, and the Z axis are referred to as an electric axis, a mechanical axis, and an optical axis, respectively. In the quartz substrate, a flat plate cut out from the quartz is used as a piezoelectric vibration element along a plane obtained by rotating the XZ plane around the X axis by a predetermined angle θ. For example, in the case of the AT-cut quartz substrate 101, θ is approximately 35 ° 15 ′. Note that the Y-axis and the Z-axis are also rotated by θ around the X-axis to be the Y′-axis and the Z′-axis, respectively. Accordingly, the AT-cut quartz crystal substrate 101 has crystal axes X, Y ′, and Z ′ that are orthogonal to each other. The AT-cut quartz crystal substrate 101 has a thickness direction of the Y ′ axis, an XZ ′ plane (a plane including the X axis and the Z ′ axis) orthogonal to the Y ′ axis is a main surface, and a thickness shear vibration is a main vibration. Excited. The AT-cut quartz substrate 101 can be processed to obtain the piezoelectric substrate 10.
That is, as shown in FIG. 2, the piezoelectric substrate 10 is centered on the X axis of an orthogonal coordinate system composed of an X axis (electrical axis), a Y axis (mechanical axis), and a Z axis (optical axis), and the Z axis is the Y axis. The axis tilted in the −Y direction is the Z ′ axis, the Y axis is the Y ′ axis is the axis tilted in the + Z direction of the Z axis, and is composed of surfaces parallel to the X and Z ′ axes. It consists of an AT-cut quartz substrate with the thickness in the parallel direction.
The piezoelectric substrate according to the present invention is not limited to the AT cut with the angle θ of approximately 35 ° 15 ′, but can be widely applied to a piezoelectric substrate such as a BT cut that excites thickness shear vibration. Needless to say.

圧電基板１０は、図１（ａ）に示すように、Ｙ’軸に平行な方向（以下、「Ｙ’軸方向」という）を厚み方向として、Ｘ軸に平行な方向（以下、「Ｘ軸方向」という）を長辺とし、Ｚ’軸に平行な方向（以下、「Ｚ’軸方向」という）を短辺とする矩形の形状を有する。
圧電基板１０を駆動する励振電極２５ａ、２５ｂは、図１に示す実施形態では四角形状であり、振動領域１２のほぼ中央部の表裏両面（表裏の主面）に対向して形成されている。この際、フラット面側（以下、「平坦面側」とも記し、図１（ｂ）の裏面側である。）の励振電極２５ｂの大きさは、凹陥面側（図１（ｂ）の上面側）の励振電極２５ａの大きさに対し、十分に大きく設定する。これは、励振電極の質量効果によるエネルギー閉じ込め係数を、必要以上に大きくしないためである。つまり、平坦面側の励振電極２５ｂを十分に大きくすることにより、プレートバック量Δ（＝（ｆｓ−ｆｅ）／ｆｓ、ここでｆｓは圧電基板のカットオフ周波数、ｆｅは圧電基板全面に励振電極を付着した場合の周波数）は、凹陥面側の励振電極２５ａの質量効果のみに依存する。 As shown in FIG. 1A, the piezoelectric substrate 10 has a direction parallel to the X axis (hereinafter referred to as “X axis”) with a direction parallel to the Y ′ axis (hereinafter referred to as “Y ′ axis direction”) as a thickness direction. It has a rectangular shape having a long side as a “direction” and a short side as a direction parallel to the Z ′ axis (hereinafter referred to as “Z ′ direction”).
In the embodiment shown in FIG. 1, the excitation electrodes 25 a and 25 b that drive the piezoelectric substrate 10 have a quadrangular shape, and are formed so as to face both the front and back surfaces (main surfaces of the front and back surfaces) of the substantially central portion of the vibration region 12. At this time, the size of the excitation electrode 25b on the flat surface side (hereinafter also referred to as “flat surface side” and the back surface side in FIG. 1B) is the concave surface side (the upper surface side in FIG. 1B). The excitation electrode 25a is set to a sufficiently large size. This is because the energy confinement coefficient due to the mass effect of the excitation electrode is not increased more than necessary. That is, by sufficiently increasing the excitation electrode 25b on the flat surface side, the plate back amount Δ (= (fs−fe) / fs, where fs is the cutoff frequency of the piezoelectric substrate, and fe is the excitation electrode on the entire surface of the piezoelectric substrate. The frequency when the is attached depends only on the mass effect of the excitation electrode 25a on the concave surface side.

励振電極２５ａ、２５ｂは、蒸着装置、あるいはスパッター装置等を用いて、例えば、下地にニッケル（Ｎｉ）を成膜し、その上に金（Ａｕ）を重ねて成膜する。金（Ａｕ）の厚さは、オーミックロスが大きくならない範囲で、主振動のみを閉じ込めモード（Ｓ０）とし、斜対称インハーモニックモード（Ａ０、Ａ１・・）及び対称インハーモニックモード（Ｓ１、Ｓ３・・）を、閉じ込めモードとしないことが望ましい。しかし、例えば、４９０ＭＨｚ帯の圧電振動素子では、電極膜厚のオーミックロスを避けるように成膜すると、低次のインハーモニックモードがある程度、閉じ込められることは避けられない。
凹陥面側に形成した励振電極２５ａは、振動領域１２上から第３の傾斜部１８ｂと、第３の厚肉部本体１８ａとを経由するように励振電極２５ａから延出して配置されたリード電極２７ａにより、第２の厚肉部本体１６ａの上面に形成されたパッド電極２９ａに導通接続されている。また、平坦面側に形成された励振電極２５ｂは、圧電基板１０の端縁部を経由するリード電極２７ｂにより、第２の厚肉部本体１６ａの裏面（下面）に形成されたパッド電極２９ｂと導通接続されている。 The excitation electrodes 25a and 25b are formed by depositing, for example, nickel (Ni) on a base and superposing gold (Au) thereon using a vapor deposition apparatus or a sputtering apparatus. The thickness of the gold (Au) is within a range in which the ohmic cross does not increase, and only the main vibration is set as the confinement mode (S0), and the oblique symmetric inharmonic mode (A0, A1,...) And the symmetric inharmonic mode (S1, S3,. •)) should not be in confinement mode. However, for example, in the case of a piezoelectric vibration element in a 490 MHz band, it is inevitable that a low-order inharmonic mode is confined to some extent when a film is formed so as to avoid ohmic crossing of the electrode film thickness.
The excitation electrode 25a formed on the concave surface side is a lead electrode that extends from the excitation electrode 25a so as to pass through the third inclined portion 18b and the third thick portion main body 18a from above the vibration region 12. 27a is conductively connected to a pad electrode 29a formed on the upper surface of the second thick part main body 16a. The excitation electrode 25b formed on the flat surface side is connected to the pad electrode 29b formed on the back surface (lower surface) of the second thick portion main body 16a by the lead electrode 27b passing through the edge portion of the piezoelectric substrate 10. Conductive connection.

図１（ａ）に示した実施形態は、リード電極２７ａ、２７ｂの引出し構造の一例であり、リード電極２７ａは他の厚肉部を経由してもよい。ただ、リード電極２７ａ、２７ｂの長さは最短であることが望ましく、リード電極２７ａ、２７ｂ同志が圧電基板１０を挟んで交差しないように配慮することにより静電容量の増加を抑えることが望ましい。
また、図１の実施形態では、圧電基板１０の表裏（上下）面に夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを形成する例を示したが、圧電振動素子１をパッケージに収容する際に、圧電振動素子１を裏返し、パッド電極２９ａとパッケージの端子電極とを導電性接着剤で機械的に固定・電気的に接続し、パッド電極２９ｂとパッケージの端子電極とをボンディングワイヤーを用いて電気的に接続するとよい。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
更に、前記パッケージの内部に、圧電振動素子１を駆動するための発振回路、例えばＩＣチップを搭載し、当該ＩＣチップと電気的に接続された電極パッドと前記端子電極と電気的に接続することにより圧電発振器を構成するようにしてもよい。導電性接着剤で固定・接続し、パッド電極２９ｂとパッケージに搭載する前記ＩＣチップの接続端子とをボンディングワイヤーで接続するとよい。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。
また、圧電基板１０の裏面側に間隔をあけて夫々パッド電極２９ａ、２９ｂを並置してもよい。導電性接着剤を用いてパッド電極２９ａ、２９ｂと、圧電振動素子１を収容するパッケージの端子電極との導通接続を図る場合は、パッド電極２９ａ、２９ｂが圧電基板の裏面側に間隔をあけて並置されている構成の方が望ましい。 The embodiment shown in FIG. 1A is an example of a lead-out structure of the lead electrodes 27a and 27b, and the lead electrode 27a may pass through another thick part. However, it is desirable that the length of the lead electrodes 27a and 27b is the shortest, and it is desirable to suppress the increase in capacitance by considering that the lead electrodes 27a and 27b do not intersect with each other with the piezoelectric substrate 10 interposed therebetween.
In the embodiment of FIG. 1, an example is shown in which the pad electrodes 29 a and 29 b are formed on the front and back (upper and lower) surfaces of the piezoelectric substrate 10, respectively, but when the piezoelectric vibration element 1 is housed in a package, the piezoelectric vibration element 1. The pad electrode 29a and the package terminal electrode are mechanically fixed and electrically connected with a conductive adhesive, and the pad electrode 29b and the package terminal electrode are electrically connected using a bonding wire. . Thus, when the site | part which supports the piezoelectric vibration element 1 becomes one point, it is possible to make small the stress resulting from a conductive adhesive.
Furthermore, an oscillation circuit for driving the piezoelectric vibration element 1, for example, an IC chip is mounted inside the package, and the terminal pad electrode is electrically connected to the electrode pad electrically connected to the IC chip. A piezoelectric oscillator may be configured by the above. It is preferable to fix and connect with a conductive adhesive, and to connect the pad electrode 29b and the connection terminal of the IC chip mounted on the package with a bonding wire. Thus, when the site | part which supports the piezoelectric vibration element 1 becomes one point, it is possible to make small the stress resulting from a conductive adhesive.
In addition, the pad electrodes 29a and 29b may be juxtaposed on the back surface side of the piezoelectric substrate 10 with a space therebetween. When conducting connection between the pad electrodes 29a and 29b and the terminal electrode of the package housing the piezoelectric vibration element 1 using a conductive adhesive, the pad electrodes 29a and 29b are spaced apart from the back side of the piezoelectric substrate. A juxtaposed configuration is preferred.

振動領域１２と、圧電振動素子１の厚肉部であるパッド電極２９ａ、２９ｂとの間にスリット２０を設ける理由は、導電性接着剤の硬化時に発生する応力の広がりを防止することにある。
即ち、圧電振動素子１をパッケージに導電性接着剤により支持する場合には、まず第２の厚肉部本体１６ａのパッド電極２９ａ（被支持部）に導電性接着剤を塗布し、これをパッケージ等の端子電極に載置し、少し押さえる。導電性接着剤を硬化させるために高温で所定の時間保持する。高温状態では第２の厚肉部本体１６ａ、及びパッケージも共に膨張し、接着剤も一時的に軟化するので、第２の厚肉部本体１６ａには応力は生じない。導電性接着剤が硬化した後、第２の厚肉部本体１６ａ、及びパッケージが冷却してその温度が常温（２５℃）に戻ると、導電性接着剤、パッケージ、及び第２の厚肉部本体１６ａの各線膨張係数との差により、硬化した道電性接着剤から生じる応力が、第２の厚肉部本体１６ａから第１及び第３の厚肉部１４、１８、振動領域１２へと広がる。この応力の広がりを防止するために、応力緩和用のスリット２０を設けている。 The reason why the slit 20 is provided between the vibration region 12 and the pad electrodes 29a and 29b which are thick portions of the piezoelectric vibration element 1 is to prevent the spread of stress generated when the conductive adhesive is cured.
That is, when the piezoelectric vibration element 1 is supported on the package by the conductive adhesive, first, the conductive adhesive is applied to the pad electrode 29a (supported portion) of the second thick portion main body 16a, and this is applied to the package. Place it on the terminal electrode, etc. In order to cure the conductive adhesive, it is held at a high temperature for a predetermined time. In the high temperature state, both the second thick part main body 16a and the package expand and the adhesive temporarily softens, so that no stress is generated in the second thick part main body 16a. After the conductive adhesive is cured, when the second thick portion main body 16a and the package are cooled and the temperature returns to room temperature (25 ° C.), the conductive adhesive, the package, and the second thick portion Due to the difference from each linear expansion coefficient of the main body 16a, the stress generated from the cured electroconductive adhesive is transferred from the second thick portion main body 16a to the first and third thick portions 14, 18 and the vibration region 12. spread. In order to prevent the spread of the stress, a slit 20 for stress relaxation is provided.

圧電基板１０に生じる応力（∝歪）分布を求めるために、有限要素法を用いてシミュレーションを行うのが一般的である。振動領域１２における応力が少ない程、周波数温度特性、周波数再現性、周波数エージング特性の優れた圧電振動素子が得られる。
導電性接着剤としては、シリコーン系、エポキシ系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等があるが、圧電振動素子１の脱ガスによる周波数経年変化を考慮に入れて、ポリイミド系の導電性接着剤を用いる。ポリイミド系の導電性接着剤は硬いので、離れた二カ所を支持するよりも一カ所支持の方が発生する応力の大きさを低減できるので、１００〜５００ＭＨｚの高周波数帯のうち、例えば４９０ＭＨｚ帯の電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）用の圧電振動素子１には、一カ所での支持する構造を用いた。つまり、パッド電極２９ｂは導電性接着を用いてパッケージの端子電極Ａに機械的に固定すると共に電気的にも接続し、他方のパッド電極２９ａはパッケージの端子電極Ｂとボンディングワイヤーを用いて電気的に接続することにした。
また、図１に示した圧電基板１０は、Ｘ軸方向の長さがＺ’軸方向の長さより長い、所謂Ｘロングとした。これは、圧電基板１０が導電性接着剤等で固定・接続される際に応力が生じるが、周知のように、ＡＴカット水晶基板のＸ軸方向に沿った両端に力を加えたときの周波数変化と、Ｚ’軸方向に沿った両端に同じ力を加えたときの周波数変化と、を比べると、Ｚ’軸方向の両端に力を加えたときの方が、周波数変化が小さい。つまり、支持点はＺ’軸方向に沿って設ける方が応力による周波数変化は小さくなり、好ましい。 In order to obtain the stress (strain) distribution generated in the piezoelectric substrate 10, a simulation is generally performed using a finite element method. As the stress in the vibration region 12 is reduced, a piezoelectric vibration element having excellent frequency temperature characteristics, frequency reproducibility, and frequency aging characteristics can be obtained.
Examples of the conductive adhesive include silicone-based, epoxy-based, polyimide-based, and bismaleimide-based. A polyimide-based conductive adhesive is used in consideration of frequency aging due to degassing of the piezoelectric vibration element 1. . Since the polyimide-based conductive adhesive is hard, it can reduce the magnitude of the stress generated by supporting one place rather than supporting two separate places. For example, in the high frequency band of 100 to 500 MHz, for example, the 490 MHz band The piezoelectric vibration element 1 for the voltage controlled piezoelectric oscillator (VCXO) of FIG. That is, the pad electrode 29b is mechanically fixed and electrically connected to the terminal electrode A of the package using conductive bonding, and the other pad electrode 29a is electrically connected to the terminal electrode B of the package using the bonding wire. Decided to connect to.
Further, the piezoelectric substrate 10 shown in FIG. 1 has a so-called X-long in which the length in the X-axis direction is longer than the length in the Z′-axis direction. This is because stress occurs when the piezoelectric substrate 10 is fixed and connected with a conductive adhesive or the like, but as is well known, the frequency when force is applied to both ends along the X-axis direction of the AT-cut quartz substrate. Comparing the change and the frequency change when the same force is applied to both ends along the Z′-axis direction, the frequency change is smaller when the force is applied to both ends in the Z′-axis direction. That is, it is preferable to provide the support points along the Z′-axis direction because the frequency change due to stress is reduced.

（圧電振動素子の変形例）
図３は、図１に示した実施形態に係る圧電振動素子１の変形例であり、ここでは平面図のみを示す。図１に示した実施形態では、薄肉の振動領域１２は文字通り四角形（矩形状）をしているが、図３（ａ）に示す変形例では、薄肉の振動領域１２の第３の厚肉部１８に対応する一辺１２ｃの両端部に相当する両角隅部が面取りされている点が異なる。このように、薄肉の振動領域１２が文字通り四角形の圧電基板１０に対して、図３（ａ）に記載された変形例のように、振動領域１２の角部が面取りされた構造の圧電基板１０については、略四角形の概念の中に含まれるものとする。 (Modified example of piezoelectric vibration element)
FIG. 3 is a modification of the piezoelectric vibration element 1 according to the embodiment shown in FIG. 1, and only a plan view is shown here. In the embodiment shown in FIG. 1, the thin vibration region 12 is literally rectangular (rectangular), but in the modification shown in FIG. 3A, the third thick portion of the thin vibration region 12 is used. 18 in that both corners corresponding to both ends of one side 12c corresponding to 18 are chamfered. Thus, the piezoelectric substrate 10 having a structure in which the corners of the vibration region 12 are chamfered as in the modification described in FIG. Is included in the concept of a substantially square.

図１、図３（ａ）の変形例では、励振電極２５ａ、２５ｂの形状として四角形、つまり正方形、または矩形（Ｘ軸方向を長辺とする）の例を示したが、これに限定する必要はない。図３（ｂ）に示す変形例は、凹陥面側（表面側）の励振電極２５ａが円形であり、平坦面側（裏面側）の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に大きな四角形である。なお、平坦面側（裏面側）の励振電極２５ｂも十分に大きな円形であってもよい。
図３（ｃ）に示す変形例は、凹陥面側（表面側）の励振電極２５ａが楕円形であり、平坦面側（裏面側）の励振電極２５ｂは、励振電極２５ａより十分に大きな四角形である。弾性定数の異方性によりＸ軸方向の変位分布と、Ｚ’軸方向の変位量が異なり、変位分布をＸ−Ｚ’平面に平行な面で切った切断面は、楕円形になる。そのため、楕円形状の励振電極２５ａを用いた場合が最も効率よく、圧電振動素子１を駆動できる。即ち、圧電振動素子１の容量比γ（＝Ｃ０／Ｃ１、ここで、Ｃ０は静電容量、Ｃ１は直列共振容量）を最小にできる。また、励振電極２５ａは長円形であってもよい。 In the modified examples of FIGS. 1 and 3A, the excitation electrodes 25a and 25b have a quadrilateral shape, that is, a square shape or a rectangular shape (the long side is in the X-axis direction). There is no. In the modification shown in FIG. 3B, the excitation electrode 25a on the concave surface side (front surface side) is circular, and the excitation electrode 25b on the flat surface side (back surface side) is a quadrangle sufficiently larger than the excitation electrode 25a. . The excitation electrode 25b on the flat surface side (back surface side) may also be a sufficiently large circle.
In the modification shown in FIG. 3C, the excitation electrode 25a on the concave surface side (front surface side) is an ellipse, and the excitation electrode 25b on the flat surface side (back surface side) is a square that is sufficiently larger than the excitation electrode 25a. is there. Due to the anisotropy of the elastic constant, the displacement distribution in the X-axis direction and the displacement amount in the Z′-axis direction are different, and the cut surface obtained by cutting the displacement distribution along a plane parallel to the XZ ′ plane is elliptical. Therefore, the piezoelectric vibration element 1 can be driven most efficiently when the elliptical excitation electrode 25a is used. That is, the capacitance ratio γ (= C0 / C1, where C0 is the capacitance and C1 is the series resonance capacitance) of the piezoelectric vibration element 1 can be minimized. The excitation electrode 25a may be oval.

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る圧電振動素子の構成を示す概略図である。図４（ａ）は圧電振動素子の平面図であり、図４（ｂ）はＰ−Ｐ断面図であり、図４（ｃ）はＱ−Ｑ断面図である。
圧電振動素子２が図１に示す圧電振動素子１と異なる点は、応力緩和用のスリット２０を設ける位置である。本例では、スリット２０は、薄肉の振動領域１２の一辺１２ｂの端縁より離間した傾斜部１６ｂ内に形成されている。振動領域１２の一辺１２ｂに沿って、スリット２０の一方の端縁が一辺１２ｂに接するように傾斜部１６ｂ内にスリット２０を形成するのではなく、傾斜部１６ｂの両端縁より離間してスリット２０を設けている。つまり傾斜部１６ｂには、振動領域１２の一辺１２ｂの端縁と連接する極細の傾斜部１６ｂｂが残されている。換言すれば、一辺１２ａとスリット２０との間に極細の傾斜部１６ｂｂが形成されている。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the configuration of the piezoelectric vibration element according to the second embodiment. 4A is a plan view of the piezoelectric vibration element, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line PP, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line QQ.
The piezoelectric vibrating element 2 is different from the piezoelectric vibrating element 1 shown in FIG. 1 in the position where the stress relaxation slit 20 is provided. In this example, the slit 20 is formed in the inclined portion 16 b that is separated from the edge of the one side 12 b of the thin vibration region 12. Rather than forming the slit 20 in the inclined portion 16b so that one edge of the slit 20 is in contact with the one side 12b along the one side 12b of the vibration region 12, the slit 20 is separated from both end edges of the inclined portion 16b. Is provided. That is, in the inclined portion 16b, an extremely fine inclined portion 16bb connected to the edge of the one side 12b of the vibration region 12 is left. In other words, an extremely fine inclined portion 16bb is formed between the side 12a and the slit 20.

極細の傾斜部１６ｂｂを残した理由は次の通りである。即ち、振動領域１２に配置された励振電極２５ａ、２５ｂに高周波電圧を印加することにより振動領域１２を励振すると、主振動（Ｓ０）の他にインハーモニックモード（Ａ０、Ｓ１、Ａ１、Ｓ２、・・・）が励振される。望ましいのは主振動（Ｓ０）モードのみを閉じ込めモードとし、他のインハーモニックモードは伝搬モード（非閉じ込めモード）とすることであるが、振動領域１２が薄くなり、その基本波周波数が数百ＭＨｚとなると、電極膜のオーミックロスを避けるため、励振電極は所定の厚さ以上にする必要がある。このため、前記励振電極の厚みを前記所定の厚さ以上とした場合に、主振動に近接した低次のインハーモニックモードが励振されることになる。本願発明者は、この低次のインハーモニックモードの振幅の大きさを抑制するには、インハーモニックモードの定在波が成り立つ条件を妨げるようにすればよいことに思い至った。つまり、図４の振動領域１２のＺ’軸方向の両端縁の形状は非対称であり、またＸ軸方向の両端縁の形状も細片１６ｂｂを残したことにより非対称となり、低次のインハーモニックモード定在波の振幅は抑えられることを実現した。   The reason for leaving the ultra-fine inclined portion 16bb is as follows. That is, when the vibration region 12 is excited by applying a high frequency voltage to the excitation electrodes 25a and 25b arranged in the vibration region 12, in addition to the main vibration (S0), the inharmonic mode (A0, S1, A1, S2,.・ ・) Is excited. Desirably, only the main vibration (S0) mode is set as a confinement mode, and the other inharmonic modes are set as propagation modes (non-confinement mode). However, the vibration region 12 becomes thin, and its fundamental frequency is several hundred MHz. Then, in order to avoid ohmic cross of the electrode film, the excitation electrode needs to have a predetermined thickness or more. For this reason, when the thickness of the excitation electrode is not less than the predetermined thickness, a low-order inharmonic mode close to the main vibration is excited. The inventor of the present application has come to realize that in order to suppress the magnitude of the amplitude of the low-order inharmonic mode, it is only necessary to prevent the condition that the standing wave of the inharmonic mode is established. That is, the shape of both end edges in the Z′-axis direction of the vibration region 12 in FIG. 4 is asymmetric, and the shape of both end edges in the X-axis direction is also asymmetric by leaving the strip 16bb, and the lower-order inharmonic mode. We realized that the amplitude of the standing wave was suppressed.

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る圧電振動素子の構成を示す概略図である。図５（ａ）は圧電振動素子の平面図であり、図５（ｂ）はＰ−Ｐ断面図であり、図５（ｃ）はＱ−Ｑ断面図であり、図５（ｄ）は平面図である。
圧電振動素子３が、図１に示す圧電振動素子１と異なる点は、第２の厚肉部本体１６ａの面内に第１のスリット２０ａを設けると共に、傾斜部１６ｂの面内に第２のスリット２０ｂを形成して、２個の応力緩和用のスリットを設けた点である。第２の厚肉部本体１６ａの面内、及び傾斜部１６ｂの面内に夫々個別のスリット（第１のスリット２０ａ、第２のスリット２０ｂ）を形成する目的は、前述の通り既に説明しているので、ここでは省略する。
第１のスリット２０ａ、及び第２のスリット２０ｂを、図５（ａ）に示す平面図のようにＸ軸方向に並置するのではなく、図５（ｄ）、或いは図５（ｅ）に示す如くＺ’軸方向に互いに離れるように段差状に配置してもよい。２個のスリット２０ａ、２０ｂを設けた方が、導電性接着剤に起因して生じる応力を、振動領域１２まで広げないようにすることが可能である。 (Third embodiment)
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the configuration of the piezoelectric vibration element according to the third embodiment. 5A is a plan view of the piezoelectric vibration element, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line PP, FIG. 5C is a cross-sectional view taken along the line QQ, and FIG. FIG.
The piezoelectric vibrating element 3 is different from the piezoelectric vibrating element 1 shown in FIG. 1 in that a first slit 20a is provided in the surface of the second thick portion main body 16a and a second in the surface of the inclined portion 16b. The slit 20b is formed and two stress relaxation slits are provided. The purpose of forming individual slits (the first slit 20a and the second slit 20b) in the surface of the second thick portion main body 16a and in the surface of the inclined portion 16b has already been described as described above. Therefore, it is omitted here.
The first slit 20a and the second slit 20b are not juxtaposed in the X-axis direction as in the plan view shown in FIG. 5A, but are shown in FIG. 5D or FIG. 5E. In this way, they may be arranged in steps so as to be separated from each other in the Z′-axis direction. The provision of the two slits 20 a and 20 b can prevent the stress caused by the conductive adhesive from spreading to the vibration region 12.

図６、図７は、圧電基板１０の凹陥部１１、外形及びスリット２０の形成に係る製造工程を説明する工程フローの断面図である。ここでは、圧電ウエハーとして水晶ウエハーを例にして説明する。工程Ｓ１では、両面がポリッシュ加工された所定の厚さ、例えば８０μｍの水晶ウエハー１０Ｗを、十分に洗浄し、乾燥した後、表裏面にスパッタリング等により、クロム（Ｃｒ）を下地にし、その上に金（Ａｕ）を積層した金属膜（耐蝕膜）Ｍを夫々成膜する。
工程Ｓ２では、表裏の金属膜Ｍの上に夫々フォトレジスト膜（以下、「レジスト膜」と称す。）Ｒを全面に塗布する。工程Ｓ３では、マスクパターンと露光装置を用いて、凹陥部１１に相当する位置のレジスト膜Ｒを露光する。感光したレジスト膜Ｒを現像して感光したレジスト膜を剥離すると、凹陥部１１に相当する位置の金属膜Ｍが露出する。レジスト膜Ｒから露出した金層膜Ｍを王水等の溶液を用いて溶かして除去すると、凹陥部１１に相当する位置の水晶面が露出する。 6 and 7 are cross-sectional views of a process flow for explaining a manufacturing process relating to the formation of the recessed portion 11, the outer shape, and the slit 20 of the piezoelectric substrate 10. Here, a quartz wafer will be described as an example of the piezoelectric wafer. In step S1, a quartz wafer 10W having a predetermined thickness, eg, 80 μm, whose both surfaces are polished is sufficiently washed and dried, and then chromium (Cr) is ground on the front and back surfaces by sputtering or the like. A metal film (corrosion resistant film) M in which gold (Au) is laminated is formed.
In step S2, a photoresist film (hereinafter referred to as a “resist film”) R is applied on the entire surface of the front and back metal films M. In step S3, the resist film R at a position corresponding to the recessed portion 11 is exposed using a mask pattern and an exposure apparatus. When the exposed resist film R is developed and the exposed resist film is peeled off, the metal film M at a position corresponding to the recessed portion 11 is exposed. When the gold layer film M exposed from the resist film R is dissolved and removed using a solution such as aqua regia, the crystal plane at the position corresponding to the recessed portion 11 is exposed.

工程Ｓ４では、露出した水晶面をフッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液を用いて所望の厚さまでエッチングする。工程Ｓ５では所定の溶液を用いてレジスト膜Ｒを剥離し、更に露出した金属膜Ｍを、王水等を用いて除去する。この段階で水晶ウエハー１０Ｗは、一方の面に凹陥部１１が格子状に規則的に並んだ状態となる。
なお、前述の工程Ｓ１から工程Ｓ５までが、振動領域１２を含む凹陥部１１を設ける工程に相当する。 In step S4, the exposed quartz surface is etched to a desired thickness using a mixed liquid of hydrofluoric acid (hydrofluoric acid) and ammonium fluoride. In step S5, the resist film R is removed using a predetermined solution, and the exposed metal film M is removed using aqua regia or the like. At this stage, the quartz wafer 10W is in a state in which the recessed portions 11 are regularly arranged in a lattice pattern on one surface.
The above-described steps S1 to S5 correspond to the step of providing the recessed portion 11 including the vibration region 12.

工程Ｓ６では、工程Ｓ５で得られた水晶ウエハー１０Ｗの両面に金属膜（Ｃｒ＋Ａｕ）Ｍを成膜する。工程Ｓ７では工程Ｓ６で形成された金属膜（Ｃｒ＋Ａｕ）Ｍの両面にレジスト膜Ｒを塗布する。
工程Ｓ８では、所定のマスクパターンと露光装置を用いて、圧電基板１０の外形とスリット２０に相当する位置のレジスト膜Ｒを両面から感光し、現像して剥離する。更に、露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。 In step S6, a metal film (Cr + Au) M is formed on both surfaces of the quartz wafer 10W obtained in step S5. In step S7, a resist film R is applied to both surfaces of the metal film (Cr + Au) M formed in step S6.
In step S8, the outer shape of the piezoelectric substrate 10 and the resist film R at a position corresponding to the slit 20 are exposed from both sides using a predetermined mask pattern and an exposure apparatus, developed and peeled off. Further, the exposed metal film M is removed by dissolving with a solution such as aqua regia.

工程Ｓ９では露出した水晶面をフッ化水素酸（フッ酸）とフッ化アンモニウムとの混合液を用いてエッチングし、圧電基板１０の外形とスリット２０を形成する。なお、スリット２０を、水晶ウエハー１０Ｗの表裏両面側から、それぞれ底部を有する形状（図１（ｄ）参照）で形成する場合には、スリット２０に対応する位置のレジスト膜Ｒの幅を減少させることによって起こるエッチング速度の変化などを用いることにより形成することができる。工程Ｓ１０では、残ったレジスト膜Ｒを剥離し、露出した余分の金属膜Ｍを溶かして除去する。この段階では水晶ウエハー１０Ｗは、圧電基板１０が支持細片で連接し、格子状に並んだ状態となる。
前述の工程Ｓ６から工程Ｓ１０までが、凹陥部１１の一部が開放された肉厚部を有する振動領域１２、及びスリット２０を含む外形形状を形成する工程に相当する。
本実施形態の特徴は、工程Ｓ８と工程Ｓ９に示すように、凹陥部１１の振動領域１２の一部と、振動領域１２に連設された第４の厚肉部１９とをエッチングにより取り除いたことである。これにより、圧電基板の小型化が図られる。詳細については後述する。 In step S9, the exposed quartz surface is etched using a mixed liquid of hydrofluoric acid (hydrofluoric acid) and ammonium fluoride to form the outer shape of the piezoelectric substrate 10 and the slit 20. When the slit 20 is formed in a shape having a bottom (see FIG. 1D) from both the front and back sides of the quartz wafer 10W, the width of the resist film R at the position corresponding to the slit 20 is reduced. It can be formed by using a change in etching rate caused by the above. In step S10, the remaining resist film R is peeled off, and the exposed excess metal film M is dissolved and removed. At this stage, the quartz-crystal wafer 10W is in a state where the piezoelectric substrates 10 are connected by supporting strips and are arranged in a lattice pattern.
Steps S6 to S10 described above correspond to the step of forming the outer shape including the vibration region 12 having the thick portion where the recessed portion 11 is partially opened and the slit 20.
The feature of this embodiment is that, as shown in steps S8 and S9, a part of the vibration region 12 of the recessed portion 11 and the fourth thick portion 19 connected to the vibration region 12 are removed by etching. That is. Thereby, size reduction of a piezoelectric substrate is achieved. Details will be described later.

工程Ｓ１０が終了した後、水晶ウエハー１０Ｗに格子状に規則的に並んだ各圧電基板１０の振動領域１２の厚さを、例えば光学的に計測する。計測した各振動領域１２の厚さが所定の厚さより厚い場合には、夫々厚さの微調整を行って所定の厚さの範囲に入るようにする。   After step S10 is completed, the thickness of the vibration region 12 of each piezoelectric substrate 10 regularly arranged in a lattice pattern on the quartz wafer 10W is optically measured, for example. When the measured thickness of each vibration region 12 is thicker than a predetermined thickness, the thickness is finely adjusted so as to fall within the predetermined thickness range.

水晶ウエハー１０Ｗに形成された各圧電基板１０の振動領域１２の厚さを、所定の厚さの範囲内に調整した後、各圧電基板１０に励振電極２５ａ、２５ｂ、及びリード電極２７ａ、２７ｂを形成する手順を、図７を用いて説明する。
工程Ｓ１１では、水晶ウエハー１０Ｗの表裏全面にスパッタリング等でニッケル（Ｎｉ）を成膜し、その上に金（Ａｕ）を積層して金属膜Ｍを成膜する。次に工程Ｓ１２では、金属膜Ｍの上にレジストを塗布しレジスト膜Ｒを成膜する。
工程Ｓ１３では、マスクパターンＭｋを用いて励振電極２５ａ、２５ｂ、リード電極２７ａ、２７ｂに相当する位置のレジスト膜Ｒを露光する。工程Ｓ１４では、感光したレジスト膜Ｒを現像して不要のレジスト膜Ｒを、溶液を用いて剥離する。次に、レジスト膜Ｒが剥離して露出した金属膜Ｍを王水等の溶液で溶かして除去する。
工程Ｓ１５では、金属膜Ｍに残った不要のレジスト膜Ｒを剥離すると、各圧電基板１０上には励振電極２５ａ、２５ｂ、及びリード電極２７ａ、２７ｂ等が形成されている。水晶ウエハー１０Ｗに連接するハーフエッチングされた支持細片を折り取りすることにより、分割された圧電振動素子１が得られる。
前述の、工程Ｓ１１から工程Ｓ１５までが、振動領域１２の表裏面を含む所定の領域に電極を形成する工程に相当する。 After adjusting the thickness of the vibration region 12 of each piezoelectric substrate 10 formed on the quartz wafer 10W within a predetermined thickness range, the excitation electrodes 25a and 25b and the lead electrodes 27a and 27b are attached to each piezoelectric substrate 10. A forming procedure will be described with reference to FIG.
In step S11, nickel (Ni) is formed on the entire front and back surfaces of the quartz wafer 10W by sputtering or the like, and gold (Au) is stacked thereon to form a metal film M. Next, in step S12, a resist is applied on the metal film M to form a resist film R.
In step S13, the resist film R at a position corresponding to the excitation electrodes 25a and 25b and the lead electrodes 27a and 27b is exposed using the mask pattern Mk. In step S14, the exposed resist film R is developed to remove the unnecessary resist film R using a solution. Next, the metal film M exposed by peeling off the resist film R is dissolved and removed with a solution such as aqua regia.
In step S15, when the unnecessary resist film R remaining on the metal film M is peeled off, excitation electrodes 25a and 25b, lead electrodes 27a and 27b, and the like are formed on each piezoelectric substrate 10. By dividing the half-etched support strip connected to the quartz wafer 10W, the divided piezoelectric vibration element 1 is obtained.
Steps S11 to S15 described above correspond to the step of forming electrodes in a predetermined region including the front and back surfaces of the vibration region 12.

ところで、水晶をウェットエッチングすると、Ｚ軸に沿ってエッチングが進行していくが、各結晶軸の方向に応じてエッチングの速度が変わってくるという水晶特有のエッチング異方性を有している。従って、当該エッチングの異方性により現出するエッチング面は、各結晶軸の方向に応じて違いが現れることは、これまでエッチング異方性を研究テーマにした数多くの学術論文や先行特許文献において論じられてきた。しかしながら、このような背景があるにもかかわらず、水晶のエッチング異方性について明確に系統立てられた資料がなく、ナノ加工技術的側面が非常に強いためにエッチングの諸条件（エッチング溶液の種類や、エッチングレート、エッチング温度、等）の違いによるものなのか、文献によっては、現出する結晶面に相異があるものも多々見受けられるのが現状である。
そこで、本願発明者は、本発明に係る圧電振動素子をフォトリソグラフィー技法とウェットエッチング技法を用いて製造するに当たり、エッチングシミュレーションと試作実験、並びにナノレベルでの表面分析と観察を繰り返し、本発明に係る圧電振動子は以下の態様をなることが判明したので、以下詳細に説明をする。 By the way, when the crystal is wet-etched, the etching proceeds along the Z-axis, but has an etching anisotropy peculiar to the crystal in which the etching rate varies depending on the direction of each crystal axis. Therefore, the etching surface that appears due to the anisotropy of the etching appears to differ depending on the direction of each crystal axis. Has been discussed. However, despite this background, there is no clearly organized data on the etching anisotropy of quartz, and the nanofabrication technical aspects are so strong that the etching conditions (types of etching solutions) Depending on the literature, there are many cases where there are differences in the crystal planes appearing, depending on the difference in the etching rate and etching temperature.
Therefore, the inventor of the present application repeatedly performed etching simulation and prototype experiment, and nano-level surface analysis and observation in manufacturing the piezoelectric vibration element according to the present invention using the photolithography technique and the wet etching technique. Such a piezoelectric vibrator has been found to have the following modes, and will be described in detail below.

図８、及び図９は、エッチングにより形成される、ＡＴカット水晶ウエハー１０Ｗ上の凹陥部１１の断面形状を説明する図である。
図８（ａ）は、図６の工程Ｓ５における水晶ウエハー１０Ｗの平面図である。この段階では、水晶ウエハー１０Ｗの一方の面に凹陥部１１が格子状で且つ規則的に形成されている。図８（ｂ）は、Ｘ軸方向の断面図であり、凹陥部１１の各壁面は垂直の壁面ではなく傾斜面を呈している。つまり、−Ｘ軸方向の壁面は傾斜面Ｘ１を形成し、＋Ｘ軸方向の壁面は傾斜面Ｘ２を形成している。Ｘ軸に直交する溝を形成すると、溝の断面の壁面Ｘ３は楔型を呈する。図８（ｃ）〜（ｅ）は凹陥部１１の壁面Ｘ１、Ｘ２、及び溝部の壁面Ｘ３の拡大図である。−Ｘ軸方向の壁面は、図８（ｃ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し略６２度の傾斜でエッチングされる。＋Ｘ軸方向の壁面は、図８（ｄ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し直交（９０度）して少しエッチングが進むが、その後は緩やかな傾斜でエッチングが進行する。Ｘ軸方向に沿う凹陥部１１の底面は、水晶ウエハーの元の平面と平行にエッチングされる。つまり、振動領域１２は表裏面が平行の平板状となる。
図８（ｅ）は、水晶ウエハー１０Ｗに形成した折り取り用の溝部の断面図である。Ｘ軸に直交して形成された溝部の断面は楔型を呈している。これは溝部の壁面Ｘ３が、−Ｘ軸方向の壁面Ｘ１と、＋Ｘ軸方向の壁面Ｘ２とで形成されるために、楔型となるのである。
凹陥部１１が形成された面に電極を設ける場合は、＋Ｘ軸方向に形成される壁面Ｘ２の垂直の壁面に注意する必要がある。電極膜の断裂が起り易いので避ける方が望ましい。 8 and 9 are views for explaining the cross-sectional shape of the recessed portion 11 on the AT-cut quartz crystal wafer 10W formed by etching.
FIG. 8A is a plan view of the crystal wafer 10W in step S5 of FIG. At this stage, the concave portions 11 are regularly formed in a lattice shape on one surface of the quartz wafer 10W. FIG. 8B is a cross-sectional view in the X-axis direction, and each wall surface of the recessed portion 11 is not a vertical wall surface but an inclined surface. That is, the wall surface in the −X axis direction forms the inclined surface X1, and the wall surface in the + X axis direction forms the inclined surface X2. When a groove perpendicular to the X axis is formed, the wall surface X3 of the cross section of the groove has a wedge shape. FIGS. 8C to 8E are enlarged views of the wall surfaces X1 and X2 of the recessed portion 11 and the wall surface X3 of the groove portion. The wall surface in the −X-axis direction is etched with an inclination of approximately 62 degrees with respect to the plane of the crystal wafer 10W, as shown in FIG. As shown in FIG. 8D, the wall surface in the + X axis direction is perpendicular to the plane of the crystal wafer 10W (90 degrees) and the etching proceeds slightly, but thereafter, the etching proceeds with a gentle inclination. The bottom surface of the recess 11 along the X-axis direction is etched in parallel with the original plane of the crystal wafer. That is, the vibration region 12 has a flat plate shape whose front and back surfaces are parallel.
FIG. 8E is a cross-sectional view of a groove portion for breaking formed in the quartz wafer 10W. The cross section of the groove formed perpendicular to the X axis has a wedge shape. This is because the wall surface X3 of the groove portion is formed by the wall surface X1 in the −X axis direction and the wall surface X2 in the + X axis direction, so that it becomes a wedge shape.
When providing an electrode on the surface on which the recessed portion 11 is formed, it is necessary to pay attention to the vertical wall surface of the wall surface X2 formed in the + X axis direction. It is desirable to avoid the electrode film because it tends to tear.

図９は圧電基板１０に形成された凹陥部１１の、特にＺ’軸方向断面の壁面を説明する図である。図９（ａ）は、水晶ウエハー１０Ｗの平面図である。図９（ｂ）は、水晶ウエハー１０ＷのＺ’軸方向の断面図であり、−Ｚ’軸方向の壁面は傾斜面Ｚ１を形成し、＋Ｚ’軸方向の壁面は傾斜面Ｚ２を形成する。Ｚ’軸に直交する溝部を形成すると、溝部の断面の壁面Ｚ３は楔型を呈する。
図９（ｃ）〜（ｅ）は凹陥部１１の壁面Ｚ１、Ｚ２、及ぶ溝部の壁面Ｚ３の拡大図である。−Ｚ’軸方向の壁面は、図９（ｃ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し比較的緩やかな傾斜でエッチングされる。＋Ｚ’軸方向の壁面Ｚ２は、図９（ｄ）に示すように、水晶ウエハー１０Ｗの平面に対し急な傾斜面Ｚ２ａでエッチングされるが、その後は緩やかな傾斜面Ｚ２ｂでエッチングが進行し、その後はより緩やかな傾斜面Ｚ２ｃとなる。図９（ｅ）はＺ’軸方向に直交して形成した溝部の断面図で、楔型断面Ｚ３となる。この溝部は、水晶ウエハー１０Ｗの折り取り用の溝部である。この溝部の壁面Ｚ３が、−Ｚ’軸方向の壁面Ｚ１と、＋Ｚ’軸方向の壁面Ｚ２の中、壁面Ｚ２ａと壁面Ｚ２ｂとで形成されるために、ほぼ楔型の断面を呈するのである。Ｘ軸方向、Ｚ’軸方向に折り取り用溝部を形成すると、その断面形状は楔型となり、折り取りが容易である。 FIG. 9 is a view for explaining the wall surface of the recess 11 formed in the piezoelectric substrate 10, particularly in the Z′-axis direction cross section. FIG. 9A is a plan view of the quartz wafer 10W. FIG. 9B is a cross-sectional view of the quartz wafer 10W in the Z′-axis direction. The wall surface in the −Z′-axis direction forms an inclined surface Z1, and the wall surface in the + Z′-axis direction forms an inclined surface Z2. When the groove portion orthogonal to the Z ′ axis is formed, the wall surface Z3 of the cross section of the groove portion has a wedge shape.
FIGS. 9C to 9E are enlarged views of the wall surfaces Z1 and Z2 of the recessed portion 11 and the wall surface Z3 of the groove portion. The wall surface in the −Z′-axis direction is etched with a relatively gentle inclination with respect to the plane of the crystal wafer 10 </ b> W, as shown in FIG. As shown in FIG. 9D, the wall surface Z2 in the + Z′-axis direction is etched with a steeply inclined surface Z2a with respect to the plane of the crystal wafer 10W, but thereafter, etching proceeds with a gently inclined surface Z2b. After that, the inclined surface Z2c becomes gentler. FIG. 9E is a cross-sectional view of a groove portion formed perpendicular to the Z′-axis direction, which is a wedge-shaped cross section Z3. This groove portion is a groove portion for breaking the crystal wafer 10W. Since the wall surface Z3 of the groove is formed of the wall surface Z1 in the -Z 'axis direction and the wall surface Z2 in the + Z' axis direction, the wall surface Z2a and the wall surface Z2b have a substantially wedge-shaped cross section. If the groove for folding is formed in the X-axis direction and the Z′-axis direction, the cross-sectional shape becomes a wedge shape, and the folding is easy.

本発明の特徴の１つは、図９（ｄ）に示すように、振動領域１２のうちＺｃで示す一点鎖線の図中右側の、元の平面と平行でない緩やかな傾斜面Ｚ２ｃを、第４の厚肉部１９と共にエッチングにより取り去ることにより、圧電基板の小型化を図ったことである。
更に、前記緩やかな傾斜面Ｚ２ｃを前記第４の厚肉部１９と共に削除することを前提として製造方法を確立しているので、振動領域１２となる平坦な超薄部の面積を、先行技術として掲げた従来の如きＸ軸に沿って振動領域１２の両端に存在する厚肉部を備えた構造に比べて大きく確保することを実現した。したがって、振動領域１２に励振される厚み滑り振動モードにおいて、弾性定数の異方性により振動変位分布がＸ軸方向に長径を有する楕円状となることを十分に考慮して、設計することが可能となるため、長軸対短軸の比を、１．２６：１が望ましいが、製造寸法のバラツキ等を考慮して、１．１４〜１．３９：１の範囲程度となるように十分設計可能となった。 One of the features of the present invention is that, as shown in FIG. 9 (d), a gentle inclined surface Z2c that is not parallel to the original plane on the right side of the dotted line indicated by Zc in the vibration region 12 is a fourth feature. This is because the piezoelectric substrate is miniaturized by removing it together with the thick portion 19 by etching.
Further, since the manufacturing method has been established on the premise that the gently inclined surface Z2c is deleted together with the fourth thick portion 19, the area of the flat ultrathin portion that becomes the vibration region 12 is determined as the prior art. Compared to the conventional structure having thick wall portions existing at both ends of the vibration region 12 along the X-axis as described above, it is ensured to be secured. Therefore, in the thickness-shear vibration mode excited in the vibration region 12, it is possible to design with sufficient consideration that the vibration displacement distribution becomes an ellipse having a major axis in the X-axis direction due to the anisotropy of the elastic constant. Therefore, the ratio of the major axis to the minor axis is preferably 1.26: 1. However, considering the variation in manufacturing dimensions, etc., it is sufficiently designed to be in the range of 1.14 to 1.39: 1. It has become possible.

更に、図１５に示すように、圧電振動素子１の外形において、Ｘ軸に交わる端面にも傾斜面が現出し、Ｘ軸の（−）側の端面には傾斜面（１）が現出し、（＋）側の単面には傾斜面（２）が現出することが判明し、傾斜面（１）と傾斜面（２）のＸＹ’平面に平行な断面において、その形状は異なっていることも判明した。なお、図１５は、圧電振動素子の変形例を示しており、（ａ）及び（ｂ）は斜視図、（ｃ）は縦断面図である。
また、傾斜面（１）、（２）共に、圧電基板１０の主表面と交わる付近には、図８（ｂ）、（ｅ）に示すような＋Ｘ軸方向に形成される壁面Ｘ２の垂直の壁面は現出していない。この理由は、凹陥部１１を形成するのに必要なエッチング時間に比べて、傾斜面（１）と傾斜面（２）の形成時間は圧電基板（水晶基板）１０を表裏からエッチングを開始し、表裏が貫通するまでエッチングするので、エッチング時間が十分に長いためにオーバーエッチングの作用により、垂直の壁面が現出しないのである。
傾斜面（１）を構成する傾斜面ａ１、ａ２は、Ｘ軸に対してほぼ対称関係にあることが判明した。
傾斜面（２）を構成する傾斜面ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４においては、ｂ１とｂ４、ｂ２とｂ３とが、各々Ｘ軸に対してほぼ対称関係にあることが判明した。
更に、傾斜面ａ１、ａ２のＸ軸に対する傾斜角度αは、傾斜面ｂ１、ａ４のＸ軸に対する傾斜角度βに比べて、β＜αの関係にあることが分かった。 Furthermore, as shown in FIG. 15, in the outer shape of the piezoelectric vibration element 1, an inclined surface appears on the end surface that intersects the X axis, and an inclined surface (1) appears on the (−) side end surface of the X axis, It is found that the inclined surface (2) appears on the single surface on the (+) side, and the shapes of the inclined surface (1) and the inclined surface (2) are different in the cross section parallel to the XY ′ plane. It was also found out. FIG. 15 shows a modification of the piezoelectric vibration element, in which (a) and (b) are perspective views, and (c) is a longitudinal sectional view.
Further, both the inclined surfaces (1) and (2) are perpendicular to the wall surface X2 formed in the + X-axis direction as shown in FIGS. 8B and 8E in the vicinity where they intersect with the main surface of the piezoelectric substrate 10. The walls are not visible. The reason for this is that, compared to the etching time required to form the recessed portion 11, the time for forming the inclined surface (1) and the inclined surface (2) starts etching the piezoelectric substrate (quartz substrate) 10 from the front and back, Since the etching is performed until the front and back sides penetrate, the vertical wall surface does not appear due to the overetching action because the etching time is sufficiently long.
It has been found that the inclined surfaces a1 and a2 constituting the inclined surface (1) are substantially symmetrical with respect to the X axis.
In the inclined surfaces b1, b2, b3, and b4 constituting the inclined surface (2), it has been found that b1 and b4 and b2 and b3 are substantially symmetrical with respect to the X axis.
Furthermore, it was found that the inclination angle α of the inclined surfaces a1 and a2 with respect to the X axis has a relationship of β <α as compared with the inclination angle β of the inclined surfaces b1 and a4 with respect to the X axis.

（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態に係る圧電振動子の構成を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＰの方向から見た平面図である。
圧電振動子５は、例えば上記の圧電振動素子１と、圧電振動素子１を収容するパッケージとを備えている。パッケージは、矩形の箱状に形成されているパッケージ本体４０と、金属、セラミック、ガラス等から成る蓋部材４９とから成る。
パッケージ本体４０は、図１０に示すように、第１の基板４１と、第２の基板４２と、第３の基板４３とを積層して形成されており、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートを成形し箱状とした後で、焼結して形成されている。実装端子４５は、第１の基板４１の外部底面に複数形成されている。第３の基板４３は、中央部が除去された環状体であり、第３の基板４３の上部周縁に、例えばコバール等の金属シールリング４４が形成されている。 (Fourth embodiment)
10A and 10B show the configuration of the piezoelectric vibrator according to the fourth embodiment, where FIG. 10A is a cross-sectional view, and FIG. 10B is a plan view seen from the direction P shown in FIG.
The piezoelectric vibrator 5 includes, for example, the above-described piezoelectric vibration element 1 and a package that accommodates the piezoelectric vibration element 1. The package includes a package main body 40 formed in a rectangular box shape and a lid member 49 made of metal, ceramic, glass, or the like.
As shown in FIG. 10, the package body 40 is formed by laminating a first substrate 41, a second substrate 42, and a third substrate 43, and an aluminum oxide ceramic as an insulating material. -It is formed by forming a green sheet into a box and then sintering it. A plurality of mounting terminals 45 are formed on the outer bottom surface of the first substrate 41. The third substrate 43 is an annular body from which the central portion is removed, and a metal seal ring 44 such as Kovar is formed on the upper peripheral edge of the third substrate 43.

第３の基板４３と第２の基板４２とにより、圧電振動素子１を収容する凹部が形成されている。第２の基板４２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。
素子搭載パッド４７の位置は、圧電振動素子１を載置した際に第２の厚肉部本体１６ａに形成したパッド電極２９ａに対応するように配置されている。 The third substrate 43 and the second substrate 42 form a recess that accommodates the piezoelectric vibration element 1. A plurality of element mounting pads 47 that are electrically connected to the mounting terminals 45 by conductors 46 are provided at predetermined positions on the upper surface of the second substrate 42.
The position of the element mounting pad 47 is arranged so as to correspond to the pad electrode 29a formed on the second thick portion main body 16a when the piezoelectric vibration element 1 is placed.

圧電振動子５の構成は、パッケージ本体４０の素子搭載パッド４７に導電性接着剤３０、例えば脱ガスの少ないポリイミド系接着剤を適量塗布し、その上に圧電振動素子１のパッド電極２９ａとパッケージの端子電極（パッド４７）とを１点支持にて載置して荷重をかけて機械的に固定すると共に電気的に接続する。導電性接着剤３０の特性として、導電性接着剤３０に起因する応力（∝歪）の大きさは、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤の順で大きくなる。また、脱ガスは、ポリイミド系接着剤、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤の順で大きくなる。
そして、パッド電極２９ｂとパッケージの端子電極４８とをボンディングワイヤーＢＷを用いて電気的に接続するとよい。このように圧電振動素子１を支持する部位が一点になると、導電性接着剤に起因して生じる応力を小さくすることが可能である。 The piezoelectric vibrator 5 is configured by applying an appropriate amount of a conductive adhesive 30, for example, a polyimide-based adhesive with less degassing, to the element mounting pad 47 of the package body 40, and the pad electrode 29 a of the piezoelectric vibrating element 1 and the package thereon. The terminal electrode (pad 47) is placed with one point of support and is mechanically fixed under load and electrically connected. As a characteristic of the conductive adhesive 30, the magnitude of stress (strain) due to the conductive adhesive 30 increases in the order of a silicone-based adhesive, an epoxy-based adhesive, and a polyimide-based adhesive. Further, degassing increases in the order of polyimide adhesive, epoxy adhesive, and silicone adhesive.
The pad electrode 29b and the terminal electrode 48 of the package may be electrically connected using the bonding wire BW. Thus, when the site | part which supports the piezoelectric vibration element 1 becomes one point, it is possible to make small the stress resulting from a conductive adhesive.

パッケージ本体４０に搭載された圧電振動素子１の導電性接着剤３０を硬化させるために所定の温度の高温炉に所定の時間入れる必要がある。アニール処理を施した後、励振電極２５ａ、２５ｂに質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。蓋部材４９を、パッケージ本体４０の上面に形成したシールリング４４上にシーム溶接して密封する。または、パッケージ本体４０の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材４９を載置し、溶融して密着する方法もある。パッケージのキャビティ内は真空にするか、窒素Ｎ2等の不活性ガスを充填して、圧電振動子５を完成する。
以上の圧電振動子５の実施形態では、パッケージ本体４０に積層板を用いた例を説明したが、パッケージ本体４０に単層セラミック板を用い、蓋体に絞り加工を施したキャップを用いて圧電振動子を構成してもよい。 In order to cure the conductive adhesive 30 of the piezoelectric vibration element 1 mounted on the package body 40, it is necessary to put it in a high temperature furnace at a predetermined temperature for a predetermined time. After the annealing treatment, the frequency is adjusted by adding mass to the excitation electrodes 25a and 25b or reducing the mass. The lid member 49 is sealed by seam welding on a seal ring 44 formed on the upper surface of the package body 40. Alternatively, there is also a method in which the lid member 49 is placed on the low melting point glass applied to the upper surface of the package body 40 and melted and adhered. The package cavity is evacuated or filled with an inert gas such as nitrogen N 2 to complete the piezoelectric vibrator 5.
In the embodiment of the piezoelectric vibrator 5 described above, an example in which a laminated plate is used for the package body 40 has been described. However, a piezoelectric element is formed using a cap that uses a single-layer ceramic plate for the package body 40 and a lid body that is drawn. An oscillator may be configured.

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る圧電振動子について図１１を用いて説明する。図１１は、圧電振動子の構成を示し、図１１（ａ）は断面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示すＰの方向から見た平面図である。なお、圧電振動子５ａは、前述の圧電振動子５の一部を変形させた構成であるため、圧電振動子５との違いについて説明し、圧電振動子５と同じ構成部位については同一符号を付けて説明を省略する。
圧電振動子５ａに用いられている圧電振動素子１には、その表裏面に励振電極２５ａ、２５ｂが形成されている。励振電極２５ａ、２５ｂは、振動領域１２のほぼ中央部の表裏両面に対向して形成されている。励振電極２５ａは、リード電極２７ａにより、第２の厚肉部本体１６ａの表面に形成されたパッド電極２９ａに導通接続されている。また、励振電極２５ｂは、リード電極２７ｂにより、第２の厚肉部本体１６ａの裏面に形成されたパッド電極２９ｂに導通接続されている。なお、パッド電極２９ａとパッド電極２９ｂとは、平面視で離間するように配置（並置）されている。
また、パッド電極２９ｂは、図示しないが第２の厚肉部本体１６ａの側面を通り第２の厚肉部本体１６ａの表面まで延在している。そして、圧電振動素子１は、第２の厚肉部本体１６ａの表面まで延在したパッド電極２９ｂ及びパッド電極２９ａがパッケージ本体４０の素子搭載パッド４７に導電性接着剤３０によって機械的に固定されると共に電気的に接続されている。
この構成では、パッド電極２９ａとパッド電極２９ｂとが圧電振動素子１の平面視で離間し、且つ同一面（裏面）に設けられているため、圧電振動素子１の素子搭載パッド４７への固定を導電性接着剤３０のみで行うことが可能となる。 (Fifth embodiment)
Next, a piezoelectric vibrator according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. 11 shows the configuration of the piezoelectric vibrator, FIG. 11A is a cross-sectional view, and FIG. 11B is a plan view seen from the direction P shown in FIG. 11A. Since the piezoelectric vibrator 5a has a configuration in which a part of the piezoelectric vibrator 5 is deformed, differences from the piezoelectric vibrator 5 will be described, and the same components as those of the piezoelectric vibrator 5 will be denoted by the same reference numerals. A description will be omitted.
Excitation electrodes 25a and 25b are formed on the front and back surfaces of the piezoelectric vibration element 1 used in the piezoelectric vibrator 5a. The excitation electrodes 25a and 25b are formed to face both the front and back surfaces of the substantially central portion of the vibration region 12. The excitation electrode 25a is electrically connected to the pad electrode 29a formed on the surface of the second thick portion main body 16a by the lead electrode 27a. The excitation electrode 25b is conductively connected to the pad electrode 29b formed on the back surface of the second thick portion main body 16a by the lead electrode 27b. Note that the pad electrode 29a and the pad electrode 29b are arranged (arranged) so as to be separated from each other in plan view.
Further, although not shown, the pad electrode 29b extends through the side surface of the second thick part main body 16a to the surface of the second thick part main body 16a. In the piezoelectric vibration element 1, the pad electrode 29 b and the pad electrode 29 a extending to the surface of the second thick part main body 16 a are mechanically fixed to the element mounting pad 47 of the package main body 40 by the conductive adhesive 30. And electrically connected.
In this configuration, the pad electrode 29a and the pad electrode 29b are separated from each other in a plan view of the piezoelectric vibration element 1 and are provided on the same surface (back surface), so that the piezoelectric vibration element 1 is fixed to the element mounting pad 47. It becomes possible to carry out only with the conductive adhesive 30.

図１２（ａ）、図１２（ｂ）は、本発明に係る圧電振動子５、５ａの電気的特性の一例を示す図である。共振周波数は、一例として基本波モードで共振周波数を１２３ＭＨｚ帯とした。この周波数帯は、電圧制御型圧電発振器（Voltage Controlled Crystal Oscillator：ＶＣＸＯ）用の水晶振動子を意図して開発されたものである。図１２（ａ）は温度範囲が−４０℃〜８５℃における圧電振動子５、５ａの周波数温度特性であり、図１２（ｂ）同温度範囲の圧電振動子５、５ａのＣＩ（クリスタルインピーダンス）温度特性である。図１２（ａ）の周波数温度特性は、滑らかな三次曲線を呈しており、要求された規格を満たしている。また、図１２（ｂ）のＣＩ温度特性も全温度範囲に亘って、ＣＩディップ等もなく良好な特性を呈している。   FIGS. 12A and 12B are diagrams showing an example of the electrical characteristics of the piezoelectric vibrators 5 and 5a according to the present invention. As an example, the resonance frequency is a fundamental wave mode and the resonance frequency is set to 123 MHz. This frequency band was developed with the intention of a crystal resonator for a voltage-controlled piezoelectric oscillator (VCXO). 12A shows frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrators 5 and 5a in the temperature range of −40 ° C. to 85 ° C. FIG. 12B shows the CI (crystal impedance) of the piezoelectric vibrators 5 and 5a in the same temperature range. It is a temperature characteristic. The frequency-temperature characteristic shown in FIG. 12A exhibits a smooth cubic curve and satisfies the required standard. In addition, the CI temperature characteristic of FIG. 12B also exhibits good characteristics without CI dip over the entire temperature range.

図１３（ａ）は、本発明の圧電振動子５、５ａの容量比γの分布を表わしており、γの平均値は２７３、標準偏差σは１８という値が得られた。図１３（ｂ）は従来の圧電振動子の容量比γの分布を表わし、γの平均値は２９６、標準偏差σは２６という値であった。
図１３（ｃ）は、本発明の圧電振動子５、５ａの静電容量Ｃ０の分布を表わし、Ｃ０の平均値は１．８０（ｐＦ）、標準偏差σは０．０１という値が得られた。図１３（ｄ）は従来の圧電振動子の静電容量Ｃ０の分布を表わし、Ｃ０の平均値は１．８８、標準偏差σは０．０２という値であった。
図１４（ａ）は、本発明の圧電振動子５、５ａのスプリアスＣＩ値比（＝ＣＩｓ／ＣＩｍ、ＣＩｍは主振動のＣＩ値、ＣＩｓは主振動に近接した最も大きなスプリアスのＣＩ値）の分布を表わし、図１４（ｂ）は、従来の圧電振動子のスプリアスＣＩ値比の分布を表わしている。
図１３、及び図１４より明らかなように、容量比γ、静電容量Ｃ０、及びスプリアスＣＩ値比とも、従来の圧電振動子より、本発明に係る圧電振動子５、５ａの方が優れていることが分かった。しかも、本発明に係る圧電振動子５、５ａは小型化も実現されている。 FIG. 13A shows the distribution of the capacitance ratio γ of the piezoelectric vibrators 5 and 5a according to the present invention. The average value of γ is 273, and the standard deviation σ is 18. FIG. 13B shows the distribution of the capacitance ratio γ of the conventional piezoelectric vibrator. The average value of γ is 296, and the standard deviation σ is 26.
FIG. 13C shows the distribution of the electrostatic capacitance C0 of the piezoelectric vibrators 5 and 5a of the present invention. The average value of C0 is 1.80 (pF), and the standard deviation σ is 0.01. It was. FIG. 13D shows the distribution of the capacitance C0 of the conventional piezoelectric vibrator. The average value of C0 is 1.88 and the standard deviation σ is 0.02.
FIG. 14A shows the spurious CI value ratio (= CIs / CIm, CIm is the CI value of the main vibration, and CIs is the largest spurious CI value close to the main vibration) of the piezoelectric vibrators 5 and 5a of the present invention. FIG. 14B shows a distribution of spurious CI value ratios of the conventional piezoelectric vibrator.
As apparent from FIGS. 13 and 14, the piezoelectric vibrators 5 and 5a according to the present invention are superior to the conventional piezoelectric vibrator in terms of the capacitance ratio γ, the capacitance C0, and the spurious CI value ratio. I found out. Moreover, the piezoelectric vibrators 5 and 5a according to the present invention are also downsized.

図１に示すように、高周波の基本波圧電振動素子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の広がりを抑圧することができるので、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れ、且つ主振動のＣＩ値が小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られるという効果がある。
また、圧電基板を一方の面からのみエッチングして振動領域を形成することにより、元の基板の切断角度を保持した振動領域を形成することが可能となり、周波数温度特性の優れた高周波の基本波圧電振動素子が得られるという効果がある。また、図４に示すように傾斜部１６ｂにスリット２０を形成すると、容易にスリットが貫通できるという効果もある。 As shown in FIG. 1, since the high-frequency fundamental piezoelectric vibration element can be miniaturized and the spread of stress due to adhesion / fixation can be suppressed, frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, In addition, there is an effect that a piezoelectric vibration element having excellent frequency aging characteristics and a small CI value of the main vibration and a ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, a large CI value ratio can be obtained.
In addition, by forming the vibration region by etching the piezoelectric substrate from only one surface, it becomes possible to form a vibration region that maintains the cutting angle of the original substrate, and a high-frequency fundamental wave with excellent frequency-temperature characteristics. There is an effect that a piezoelectric vibration element can be obtained. In addition, when the slit 20 is formed in the inclined portion 16b as shown in FIG. 4, there is an effect that the slit can be easily penetrated.

圧電基板に水晶ＡＴカット水晶基板を用いることにより、永年のフォトリソグラフィー技法及びエッチング技法に関する実績・経験が活用できるので、圧電基板の量産が可能であるのみならず、高精度のエッチングができ、圧電振動素子の歩留まりが大幅に改善されるという効果がある。
図１０、及び図１１に示すように圧電振動子を構成すると、高周波の基本波圧電振動子が小型化されると共に、接着・固定に起因する応力の抑圧が可能であるため、周波数再現性、周波数温度特性、ＣＩ温度特性、及び周波数エージング特性に優れた圧電振動子が得られるという効果がある。更に、主振動のＣＩ値を小さく、主振動のＣＩ値に対する近接したスプリアスのＣＩ値の比、即ちＣＩ値比の大きな圧電振動素子が得られ、且つ容量比γの小さな圧電振動子が得られるという効果がある。 By using a quartz AT-cut quartz substrate as a piezoelectric substrate, the results and experience of photolithographic techniques and etching techniques for many years can be utilized, so that not only mass production of piezoelectric substrates is possible, but also high-precision etching is possible. There is an effect that the yield of the vibration element is greatly improved.
When the piezoelectric vibrator is configured as shown in FIG. 10 and FIG. 11, the high frequency fundamental wave piezoelectric vibrator can be miniaturized and stress due to adhesion / fixation can be suppressed. There is an effect that a piezoelectric vibrator excellent in frequency temperature characteristics, CI temperature characteristics, and frequency aging characteristics can be obtained. Furthermore, the CI value of the main vibration is reduced, a ratio of the CI value of the adjacent spurious to the CI value of the main vibration, that is, a piezoelectric vibration element having a large CI value ratio, and a piezoelectric vibrator having a small capacitance ratio γ can be obtained. There is an effect.

次に、共振周波数について更に高周波化を試み、４９１（ＭＨｚ）帯の圧電振動子を試作し、評価を行った。
下表は４９１（ＭＨｚ）の圧電振動子のサンプルを３個製作し、それぞれのサンプルについて等価回路定数を測定した値である。容量比γ、静電容量Ｃ０、等、十分良好な電気的特性が得られていることが確認された。 Next, the resonance frequency was further increased, and a 491 (MHz) band piezoelectric vibrator was prototyped and evaluated.
The table below shows the values obtained by fabricating three 491 (MHz) piezoelectric vibrator samples and measuring the equivalent circuit constant for each sample. It was confirmed that sufficiently good electrical characteristics such as a capacity ratio γ and a capacitance C0 were obtained.

Figure 2013143682
Figure 2013143682

本発明に係る４９１（ＭＨｚ）の圧電振動子を用いてＶＣＸＯを製作した。図１６は、そのＶＣＸＯの周波数温度特性の評価結果である。滑らかな三次曲線を呈しており、要求された規格を満たしており、全温度範囲に亘ってディップ等もなく良好な特性が得られている。   A VCXO was manufactured using a 491 (MHz) piezoelectric vibrator according to the present invention. FIG. 16 shows an evaluation result of frequency temperature characteristics of the VCXO. It exhibits a smooth cubic curve, meets the required standards, and has good characteristics without dip over the entire temperature range.

（第６の実施形態）
図１７は、第６の実施形態に係る電子デバイスの一種である圧電発振器の構成を示す断面図であり、（ａ）は正断面図、（ｂ）は（ａ）のＰ方向から見た平面図である。
圧電発振器６は、３層の基材４１、４２、４３で構成されたパッケージ本体４０及び蓋部材４９と、圧電振動素子１と、圧電振動素子１を励振する発振回路を搭載したＩＣ部品５１と、電圧により容量が変化する可変容量素子、温度より抵抗が変化するサーミスタ、インダクタ等の電子部品５２と、を備えている。
パッケージ本体４０の素子搭載パッド４７に導電性接着剤（ポリイミド系）３０を塗布し、この上に圧電振動素子１を載置してパッド電極（図示せず）との導通を図る。他方のパッド電極は、パッケージ本体４０の他の端子パッドにボンディングワイヤーＢＷにて接続し、ＩＣ部品５１の１つの端子との導通を図る。ＩＣ部品５１及び電子部品５２をパッケージ本体４０上の所定の位置に固定・接続する。パッケージ本体４０の裏面（実装面）には、実装端子４５が形成されている。実装端子４５は、パッケージ本体４０の内部に設けられたそれぞれの端子と接続配線４５によって導通接続されている。
パッケージ本体４０を真空、あるいは窒素等の不活性気体で満たし、パッケージ本体４０を蓋部材４９で密封して圧電発振器６を完成する。 (Sixth embodiment)
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration of a piezoelectric oscillator which is a kind of electronic device according to the sixth embodiment, where (a) is a front cross-sectional view, and (b) is a plane viewed from the P direction of (a). FIG.
The piezoelectric oscillator 6 includes a package main body 40 and a lid member 49 constituted by three layers of base materials 41, 42, 43, the piezoelectric vibration element 1, and an IC component 51 on which an oscillation circuit for exciting the piezoelectric vibration element 1 is mounted. And an electronic component 52 such as a variable thermistor whose capacitance changes with voltage, a thermistor whose resistance changes with temperature, and an inductor.
A conductive adhesive (polyimide) 30 is applied to the element mounting pad 47 of the package body 40, and the piezoelectric vibration element 1 is placed thereon to conduct with a pad electrode (not shown). The other pad electrode is connected to the other terminal pad of the package main body 40 by a bonding wire BW, so as to conduct with one terminal of the IC component 51. The IC component 51 and the electronic component 52 are fixed and connected to predetermined positions on the package body 40. A mounting terminal 45 is formed on the back surface (mounting surface) of the package body 40. The mounting terminal 45 is electrically connected to each terminal provided inside the package body 40 by a connection wiring 45.
The package body 40 is filled with an inert gas such as vacuum or nitrogen, and the package body 40 is sealed with a lid member 49 to complete the piezoelectric oscillator 6.

（第７の実施形態）
図１８を用いて第７の実施形態に係る電子デバイスの一種である圧電発振器の構成を説明する。図１８は、第７の実施形態に係る圧電デバイスの構成を示し、（ａ）及び（ｂ）は圧電発振器の縦断面図で ある。
図１７に示した第６の実施形態に係る圧電発振器６は、同一圧電基板上に圧電振動素子１、ＩＣ部品５１及び電子部品を配置したが、図１８（ａ）の第７の実施形態に係る圧電発振器７は、Ｈ型のパッケージ本体６０を用い、上部に圧電振動素子１を収容し、キャビティ内部を真空、又は窒素Ｎ2ガスで満たし、蓋部材４９で封止する。図１８（ａ）において、下部の収納部には圧電振動素子１を励振する発振回路、増幅回路等を搭載したＩＣ部品５１と、可変容量素子、及び必要に応じてインダクタ、サーミスタ、コンデンサー等の電子部品５２と、を金属バンプ（Ａｕバンプ）６８等の接続手段を介して、パッケージ本体６０の端子６７に導通・接続する。本発明に係る圧電発振器７は、圧電振動素子１と、ＩＣ部品５１及び電子部品５２とを分離しているために、圧電発振器７の周波数エージングに優れている。
更に、図１８（ｂ）に示すように、下部の収納部には少なくとも一以上の電子部品Ｔｈを備える構造としても良い。例えば、電子部品Ｔｈとしては、サーミスタ、コンデンサー、リアクタンス素子等を適用することができ、圧電振動素子を周波数発振源として用いた電子デバイスを構築することができる。 (Seventh embodiment)
The configuration of a piezoelectric oscillator which is a kind of electronic device according to the seventh embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 18 shows the configuration of the piezoelectric device according to the seventh embodiment, wherein (a) and (b) are longitudinal sectional views of the piezoelectric oscillator.
In the piezoelectric oscillator 6 according to the sixth embodiment shown in FIG. 17, the piezoelectric vibration element 1, the IC component 51, and the electronic component are arranged on the same piezoelectric substrate, but the seventh embodiment of FIG. The piezoelectric oscillator 7 uses an H-type package body 60, accommodates the piezoelectric vibration element 1 in the upper part, fills the inside of the cavity with vacuum or nitrogen N 2 gas, and seals it with a lid member 49. In FIG. 18A, the lower housing portion includes an IC component 51 on which an oscillation circuit, an amplification circuit, and the like for exciting the piezoelectric vibration element 1 are mounted, a variable capacitance element, and an inductor, thermistor, capacitor, and the like as necessary. The electronic component 52 is electrically connected to and connected to the terminal 67 of the package body 60 through connection means such as a metal bump (Au bump) 68. Since the piezoelectric oscillator 7 according to the present invention separates the piezoelectric vibration element 1 from the IC component 51 and the electronic component 52, the piezoelectric oscillator 7 is excellent in frequency aging.
Further, as shown in FIG. 18B, the lower storage portion may have at least one electronic component Th. For example, a thermistor, a capacitor, a reactance element, or the like can be applied as the electronic component Th, and an electronic device using a piezoelectric vibration element as a frequency oscillation source can be constructed.

図１７、図１８（ａ）、図１８（ｂ）に示すように、圧電デバイス（例えば電圧制御型圧電発振器）を構成することにより、周波数再現性、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波（例えば４９０ＭＨｚ帯）の電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。また、圧電デバイスは基本波の圧電振動素子１を用いているので、容量比が小さく、周波数可変幅の広く、Ｓ／Ｎ比の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効果がある。
また、圧電デバイスとして圧電発振器、温度補償型圧電発振器、及び電圧制御型圧電発振器等を構成することが可能であり、周波数再現性、エージング特性が優れた圧電発振器、周波数温度特性に優れた温度補償圧電発振器、周波数が安定で可変範囲の広く且つＳ／Ｎ比（信号雑音比）の良好な電圧制御型圧電発振器を構成することが得られるという効果がある。 As shown in FIG. 17, FIG. 18 (a), FIG. 18 (b), by configuring a piezoelectric device (for example, a voltage-controlled piezoelectric oscillator), the frequency reproducibility, frequency temperature characteristics, and aging characteristics are excellent, and the size is small. In addition, there is an effect that a voltage controlled piezoelectric oscillator having a high frequency (for example, 490 MHz band) can be obtained. In addition, since the piezoelectric device uses the piezoelectric resonator element 1 of the fundamental wave, there is an effect that a voltage controlled piezoelectric oscillator having a small capacitance ratio, a wide frequency variable width, and a good S / N ratio can be obtained.
In addition, piezoelectric devices such as piezoelectric oscillators, temperature compensated piezoelectric oscillators, and voltage controlled piezoelectric oscillators can be configured as piezoelectric devices. Piezoelectric oscillators with excellent frequency reproducibility and aging characteristics, temperature compensation with excellent frequency temperature characteristics The piezoelectric oscillator has an effect that it is possible to obtain a voltage-controlled piezoelectric oscillator having a stable frequency, a wide variable range, and a good S / N ratio (signal to noise ratio).

図１９は、圧電基板の変形例を示す縦断面図であり、圧電基板の厚肉部に段部を形成するとともに厚肉部の外周側面に傾斜面を形成した構成例である。
図１９に示す圧電基板１０ａは、前述の実施形態で説明した構成と同様に、薄肉の振動領域１２、及び振動領域１２に連設された厚肉の第１の厚肉部本体１４ａ、および第２の厚肉部本体１６ａが設けられている。なお本図では、第３の厚肉部本体は省略している。振動領域１２の両主面には、夫々表裏で対向するようにして形成された励振電極２５ａ、２５ｂと、励振電極２５ａ、２５ｂから夫々厚肉部１４、１６に設けられたパッド電極２９ａ、２９ｂに向けて延出されて形成されたリード電極（図示せず）と、が設けられている。なお、第２の厚肉部本体１６ａの図示上面側（励振電極２５ｂが設けられている側）には、一方の主面から段差を有して形成された段部１６ａ’が形成されており、前述のパッド電極２９ｂは段部１６ａ’の表面に設けられている。そして、パッド電極２９ｂはボンディングワイヤーＢＷによって図示しないパッケージの端子電極と電気的に接続されている。また、圧電基板１０ａの厚肉部１６ａの外周側面には、傾斜面１３ｂが形成されている。 FIG. 19 is a longitudinal sectional view showing a modified example of the piezoelectric substrate, and is a configuration example in which a step portion is formed in the thick portion of the piezoelectric substrate and an inclined surface is formed on the outer peripheral side surface of the thick portion.
The piezoelectric substrate 10a shown in FIG. 19 has a thin vibration region 12, a thick first thick portion main body 14a connected to the vibration region 12, and a first structure similar to the configuration described in the above embodiment. Two thick part main bodies 16a are provided. In the figure, the third thick part main body is omitted. Excitation electrodes 25a and 25b formed on both main surfaces of the vibration region 12 so as to face each other, and pad electrodes 29a and 29b provided on the thick portions 14 and 16 from the excitation electrodes 25a and 25b, respectively. And a lead electrode (not shown) formed so as to extend toward the surface. In addition, a stepped portion 16a ′ formed with a step from one main surface is formed on the upper surface side of the second thick portion main body 16a in the figure (the side where the excitation electrode 25b is provided). The pad electrode 29b described above is provided on the surface of the step portion 16a ′. The pad electrode 29b is electrically connected to a terminal electrode of a package (not shown) by a bonding wire BW. Moreover, the inclined surface 13b is formed in the outer peripheral side surface of the thick part 16a of the piezoelectric substrate 10a.

本例のように、段部１６ａ’を設けることにより、ボンディングワイヤーＢＷを接続するパッド電極２９ｂの高さが一方の主面より低くなる。圧電基板１０ａは、図示しないパッケージの被固定面にパッド電極２９ａの形成されている面が固定される。したがって、前述の被固定面から見たボンディングワイヤーＢＷのループ高さを低くすることが可能となり、本例の圧電基板１０ａを用いた圧電デバイスの低背化の効果を有している。   By providing the step portion 16a 'as in this example, the height of the pad electrode 29b connecting the bonding wire BW becomes lower than one main surface. In the piezoelectric substrate 10a, the surface on which the pad electrode 29a is formed is fixed to the fixed surface of the package (not shown). Accordingly, it is possible to reduce the loop height of the bonding wire BW as viewed from the above-described fixed surface, and the effect of reducing the height of the piezoelectric device using the piezoelectric substrate 10a of this example is obtained.

［圧電基板の応用例１］
図２０（ａ）の応用例における圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部（凹陥部１１）と、薄肉部の周縁に設けられ、当該薄肉部よりも厚い第１の厚肉部本体１４ａ、第２の厚肉部本体１６ａ、および第３の厚肉部本体１８ａから構成される厚肉部１３とを備えている。第２の厚肉部本体１６ａには、縁辺の方向に緩衝部Ｓを介してマウント部Ｍが横並びで設けられている。緩衝部Ｓは、マウント部Ｍと第２の厚肉部本体１６ａとの間にスリット２０を有し、マウント部Ｍは、マウント部Ｍと緩衝部Ｓと第２の厚肉部本体１６ａとの並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、面取り部２１を有している。 [Application example 1 of piezoelectric substrate]
The piezoelectric substrate 10 in the application example of FIG. 20A is provided on the thin portion (concave portion 11) having the vibration region 12 and the periphery of the thin portion, and the first thick portion main body 14a that is thicker than the thin portion. The second thick portion main body 16a and the thick portion 13 composed of the third thick portion main body 18a are provided. Mount portions M are provided side by side in the second thick-walled portion main body 16a with buffer portions S in the direction of the edge. The buffer portion S has a slit 20 between the mount portion M and the second thick portion main body 16a, and the mount portion M includes the mount portion M, the buffer portion S, and the second thick portion main body 16a. Chamfered portions 21 are provided at both ends in the direction orthogonal to the direction in which they are arranged.

図２０（ｂ）の圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部（凹陥部１１）と、薄肉部の周縁に設けられ、当該薄肉部よりも厚い第１の厚肉部本体１４ａ、第２の厚肉部本体１６ａ、および第３の厚肉部本体１８ａから構成される厚肉部１３とを備えている。
第２の厚肉部本体１６ａには、緩衝部Ｓを介してマウント部Ｍが横並びで接続されている。緩衝部Ｓは、マウント部Ｍと第２の厚肉部本体１６ａとの間にスリット２０を有し、マウント部Ｍは、マウント部Ｍと緩衝部Ｓと第２の厚肉部本体１６ａとの並ぶ方向に対して直交方向の両端部に切欠き部２２を有している。
スリット２０の長手方向は、前記直交方向と平行である。また、スリット２０の長手方向の幅は、マウント部Ｍの前記直交方向の幅より広く、スリット２０の長手方向の両端部が、マウント部Ｍの両端部よりも緩衝部Ｓの前記直交方向の外周寄りに設けられている。 The piezoelectric substrate 10 of FIG. 20B is provided on the thin wall portion (recessed portion 11) having the vibration region 12 and the periphery of the thin wall portion, and the first thick wall main body 14a and the second thicker than the thin wall portion. The thick part main body 16a and the thick part 13 composed of the third thick part main body 18a are provided.
Mount parts M are connected to the second thick part main body 16a side by side through the buffer part S. The buffer portion S has a slit 20 between the mount portion M and the second thick portion main body 16a, and the mount portion M includes the mount portion M, the buffer portion S, and the second thick portion main body 16a. Notches 22 are provided at both ends in the direction orthogonal to the direction of alignment.
The longitudinal direction of the slit 20 is parallel to the orthogonal direction. Further, the longitudinal width of the slit 20 is wider than the width of the mount portion M in the orthogonal direction, and both end portions of the slit 20 in the longitudinal direction are outer peripheries of the buffer portion S in the orthogonal direction than both ends of the mount portion M. It is provided near.

図２０（ｃ）の圧電基板１０は、振動領域１２を有する薄肉部（凹陥部１１）と、薄肉部の周縁に設けられ、当該薄肉部よりも厚い第１の厚肉部本体１４ａ、第２の厚肉部本体１６ａ、および第３の厚肉部本体１８ａから構成される厚肉部１３とを備えている。
第２の厚肉部本体１６ａには、緩衝部Ｓとマウント部Ｍが順に連結されている。緩衝部Ｓは、マウント部Ｍと第２の厚肉部本体１６ａとの間にスリット２０を有している。マウント部Ｍは、マウント部Ｍと緩衝部Ｓと第２の厚肉部本体１６ａとの並ぶ方向に対して直交方向の両端部に、切欠き部２２を有していることを特徴とする。 The piezoelectric substrate 10 of FIG. 20C is provided on the thin wall portion (recessed portion 11) having the vibration region 12 and the periphery of the thin wall portion, and the first thick wall main body 14a and the second thicker than the thin wall portion. The thick part main body 16a and the thick part 13 composed of the third thick part main body 18a are provided.
The buffer portion S and the mount portion M are sequentially connected to the second thick portion main body 16a. The buffer part S has a slit 20 between the mount part M and the second thick part main body 16a. The mount part M is characterized by having notches 22 at both ends in a direction orthogonal to the direction in which the mount part M, the buffer part S, and the second thick part main body 16a are arranged.

図２１は、図２０の構造に対し、２点支持の形態をとることを特徴としている。
なお、図２０、図２１においては、厚肉部１３の各厚肉部本体１４ａ、１６ａ、１８ａの内壁に傾斜部が図示されておらず、また厚肉部１３の外側の側壁面には図１９に示した如き傾斜面１３ｂが図示されていないが、これらの傾斜部、傾斜面１３ｂは対応する部位に形成される。
なお、図２０、図２１中の各符号は、上記各実施形態の同じ符号が示す部位と対応している。 FIG. 21 is characterized in that it takes the form of two-point support with respect to the structure of FIG.
20 and 21, the inclined portion is not illustrated on the inner wall of each thick portion main body 14 a, 16 a, 18 a of the thick portion 13, and the outer side wall surface of the thick portion 13 is not illustrated. Although the inclined surface 13b as shown in FIG. 19 is not illustrated, these inclined portions and the inclined surface 13b are formed in corresponding portions.
In addition, each code | symbol in FIG. 20, FIG. 21 respond | corresponds with the site | part which the same code | symbol of said each embodiment shows.

［圧電基板の応用例２］
更に、図２２（ａ）、図２２（ｂ）の応用例はマウント部の構成を示しており、図２２（ａ）は、マウント部の平面図であり、図２２（ｂ）は、Ａ−Ａ断面図である。
図２２に示すように、このマウント部Ｍにおいては、接着強度を向上させるために凹凸状で構成されている、このようにマウント部Ｍを凹凸状とすることによってマウント部Ｍの表面積が大きくなり、マウント強度を向上させることができる。 [Application example 2 of piezoelectric substrate]
Furthermore, the application examples of FIGS. 22A and 22B show the configuration of the mount portion, FIG. 22A is a plan view of the mount portion, and FIG. It is A sectional drawing.
As shown in FIG. 22, the mount portion M is configured to have an uneven shape in order to improve the adhesive strength. By making the mount portion M uneven as described above, the surface area of the mount portion M increases. The mounting strength can be improved.

（電子機器）
図２３は本発明に係る電子機器の構成を示す概略構成図である。電子機器８は上記の圧電振動子５を備えている。圧電振動子５を用いた電子機器８として、伝送機器等が挙げられる。これらの電子機器８において圧電振動子５は、基準信号源、あるいは電圧可変型圧電発振器（ＶＣＸＯ）等として用いられ、小型で、特性の良好な電子機器を提供できる。
前述のように、本発明に係る圧電振動子は、高周波で周波数安定度に優れ、Ｓ／Ｎ比の良好な基準周波数源として用いることが好適である。このため、本発明に係る圧電振動子を用いることで、例えば通信基地局などに利用可能な、高性能、高信頼性を所望される電子機器が構成できるという効果がある。 (Electronics)
FIG. 23 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an electronic apparatus according to the present invention. The electronic device 8 includes the piezoelectric vibrator 5 described above. An example of the electronic device 8 using the piezoelectric vibrator 5 is a transmission device. In these electronic devices 8, the piezoelectric vibrator 5 is used as a reference signal source, a voltage variable piezoelectric oscillator (VCXO), or the like, and can provide a small-sized electronic device having good characteristics.
As described above, the piezoelectric vibrator according to the present invention is preferably used as a reference frequency source having a high frequency and excellent frequency stability and a good S / N ratio. For this reason, by using the piezoelectric vibrator according to the present invention, there is an effect that it is possible to configure an electronic device for which high performance and high reliability are desired, which can be used for a communication base station, for example.

１、２、３…圧電振動素子、５、５ａ…圧電振動子、６、７…圧電デバイス、８…電子機器、１０…圧電基板、１０Ｗ…水晶ウエハー、１１…凹陥部、１２…振動領域、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…振動領域の一辺、１３…厚肉部、１４…第１の厚肉部、１４ａ…第１の厚肉部本体、１４ｂ…第１の傾斜部、１６…第２の厚肉部、１６ａ…第２の厚肉部本体、１６ｂｂ …細片、１６ｂ…傾斜部、１８…第３の厚肉部、１８ａ…第３の厚肉部本体、１８ｂ…第３の傾斜部、１９…第４の厚肉部、２０…スリット、２０ａ…第１のスリット、２０ｂ…第２のスリット、２５ａ、２５ｂ…励振電極、２７ａ、２７ｂ…リード電極、２９ａ、２９ｂ…パッド電極、３０…導電性接着剤、４０…パッケージ本体、４１…第１の基板、４２…第２の基板、４３…第３の基板、４４…シールリング、４５…実装端子、４６…導体、４７…素子搭載パッド、４９…蓋部材、５１…ＩＣ部品、５２…電子部品、６０…パッケージ本体、６１…蓋部材、６５…実装端子、６６…導体、６７…部品端子、６８…金属バンプ（Ａｕバンプ）。   1, 2, 3 ... piezoelectric vibration element, 5, 5a ... piezoelectric vibrator, 6, 7 ... piezoelectric device, 8 ... electronic device, 10 ... piezoelectric substrate, 10W ... crystal wafer, 11 ... recessed portion, 12 ... vibration region, 12a, 12b, 12c ... one side of the vibration region, 13 ... thick part, 14 ... first thick part, 14a ... first thick part body, 14b ... first inclined part, 16 ... second thickness Meat part, 16a ... second thick part main body, 16bb ... strip, 16b ... inclined part, 18 ... third thick part, 18a ... third thick part main body, 18b ... third inclined part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... 4th thick part, 20 ... Slit, 20a ... 1st slit, 20b ... 2nd slit, 25a, 25b ... Excitation electrode, 27a, 27b ... Lead electrode, 29a, 29b ... Pad electrode, 30 ... Conductive adhesive, 40 ... package body, 41 ... first substrate, 42 ... second substrate, 4 DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... 3rd board | substrate, 44 ... Seal ring, 45 ... Mounting terminal, 46 ... Conductor, 47 ... Element mounting pad, 49 ... Lid member, 51 ... IC component, 52 ... Electronic component, 60 ... Package main body, 61 ... Lid 65, mounting terminals, 66, conductors, 67, component terminals, 68, metal bumps (Au bumps).

Claims (14)

振動領域、及び前記振動領域と一体化され、前記振動領域の厚みよりも厚い厚肉部を含む圧電基板と、
前記振動領域の表面及び裏面に夫々配置されている励振電極と、
前記励振電極から前記厚肉部上に延在して設けられているリード電極と、を備え、
前記厚肉部は、
前記振動領域の一部を開放するように、
前記振動領域を挟んで配置されている第１の厚肉部、及び第２の厚肉部と、
該第１の厚肉部及び第２の厚肉部の基端部間を連設している第３の厚肉部と、を備え、
前記第２の厚肉部は、
前記振動領域に連設している一方の端縁から他方の端縁に向かって離間するにつれて厚みが増加する傾斜部と、
前記傾斜部の前記他方の端縁に連設している厚肉本体と、を備え、
前記第２の厚肉部には、
スリットが設けられていることを特徴とする圧電振動素子。 A piezoelectric substrate integrated with a vibration region and the vibration region, and including a thick portion thicker than a thickness of the vibration region;
Excitation electrodes respectively disposed on the front and back surfaces of the vibration region;
A lead electrode extending from the excitation electrode on the thick part, and
The thick part is
So as to open a part of the vibration region,
A first thick part and a second thick part arranged across the vibration region;
A third thick portion connecting the base portions of the first thick portion and the second thick portion, and a third thick portion,
The second thick part is
An inclined portion whose thickness increases as the distance from the one edge connected to the vibration region increases toward the other edge;
A thick body continuous with the other end edge of the inclined portion,
In the second thick part,
A piezoelectric vibration element comprising a slit. 前記振動領域は、矩形であり、
前記振動領域の４辺のうち１辺が開放されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。 The vibration area is rectangular,
The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein one side of the four sides of the vibration region is open. 前記スリットは、
前記傾斜部と前記厚肉本体との境界部に沿って前記厚肉本体に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。 The slit is
2. The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein the piezoelectric vibration element is disposed in the thick main body along a boundary portion between the inclined portion and the thick main body. 前記スリットは、
前記傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。 The slit is
The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein the piezoelectric vibration element is disposed in the inclined portion so as to be separated from one side of the vibration region. 前記スリットは、
前記厚肉本体に配置された第１のスリットと、
前記傾斜部内に前記振動領域の一辺から離間して配置された第２のスリットと、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。 The slit is
A first slit disposed in the thick-walled body;
The piezoelectric vibration element according to claim 1, further comprising: a second slit disposed in the inclined portion so as to be separated from one side of the vibration region. 前記振動領域の一方の主面と、
前記第１、第２及び第３の厚肉部の夫々の一方の面とは、
同一平面内にあることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の圧電振動素子。 One main surface of the vibration region;
One surface of each of the first, second and third thick parts is:
The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein the piezoelectric vibration element is in the same plane. 前記圧電基板は、
水晶の結晶軸である電気軸としてのＸ軸と、機械軸としてのＹ軸と、光学軸としてのＺ軸と、からなる直交座標系の前記Ｘ軸を中心として、
前記Ｚ軸を前記Ｙ軸の−Ｙ方向へ所定の角度だけ傾けた軸をＺ’軸とし、
前記Ｙ軸を前記Ｚ軸の＋Ｚ方向へ前記所定の角度だけ傾けた軸をＹ’軸とし、
前記Ｘ軸と前記Ｚ’軸に平行な面で構成され、
前記Ｙ’軸に平行な方向を厚みとする水晶基板であり、
前記Ｘ軸に平行な辺を長辺とし、
前記Ｚ’軸に平行な辺を短辺とした水晶基板であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の圧電振動素子。 The piezoelectric substrate is
Centering on the X axis of the orthogonal coordinate system consisting of the X axis as the electrical axis that is the crystal axis of the crystal, the Y axis as the mechanical axis, and the Z axis as the optical axis,
An axis obtained by inclining the Z axis by a predetermined angle in the −Y direction of the Y axis is defined as a Z ′ axis.
An axis obtained by inclining the Y axis by the predetermined angle in the + Z direction of the Z axis is a Y ′ axis,
It is composed of a plane parallel to the X axis and the Z ′ axis,
A quartz substrate having a thickness in a direction parallel to the Y ′ axis,
The side parallel to the X axis is the long side,
The piezoelectric vibration element according to claim 1, wherein the piezoelectric vibration element is a quartz substrate having a side parallel to the Z ′ axis as a short side. 前記水晶基板がＡＴカット水晶基板であることを特徴とする請求項７に記載の圧電振動素子。   The piezoelectric vibration element according to claim 7, wherein the quartz substrate is an AT-cut quartz substrate. 圧電基板の表裏面のうちの一方面に振動領域を含む凹陥部を設ける工程と、
前記凹陥部の一部を含む前記圧電基板を除去し、前記凹陥部の一部が開放された肉厚部を有する振動領域、及びスリットを含む外形形状を形成する工程と、
前記振動領域の表裏面を含む所定の領域に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする圧電振動素子の製造方法。 Providing a recess including a vibration region on one surface of the front and back surfaces of the piezoelectric substrate;
Removing the piezoelectric substrate including a part of the recessed part, forming a vibration region having a thick part where a part of the recessed part is opened, and an outer shape including a slit;
Forming an electrode in a predetermined region including the front and back surfaces of the vibration region. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子。 The piezoelectric vibration element according to any one of claims 1 to 8,
And a package for accommodating the piezoelectric vibration element. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
電子部品と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイス。 The piezoelectric vibration element according to any one of claims 1 to 8,
An electronic device comprising an electronic component and a package. 前記電子部品は、可変容量素子、サーミスタ、インダクタ、コンデンサーのうちの何れかであることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 11, wherein the electronic component is one of a variable capacitance element, a thermistor, an inductor, and a capacitor. 請求項１乃至８の何れか一項に記載の圧電振動素子と、
該圧電振動素子を励振する発振回路と、をパッケージに備えたことを特徴とする電子デバイス。 The piezoelectric vibration element according to any one of claims 1 to 8,
An electronic device comprising: an oscillation circuit for exciting the piezoelectric vibration element; and a package. 請求項９に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the piezoelectric vibrator according to claim 9.
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