JP7283044B2 - 振動素子及び振動子 - Google Patents

Description

本開示は、振動素子及び振動子に関する。

発振装置や帯域フィルタなどに用いられる基準信号の信号源として、圧電振動子が広く用いられている。このような圧電振動子に備えられた圧電振動素子においては、振動する領域に振動を閉じ込め、かつ外部からの応力がなるべく振動する領域に伝わらないようにすることが重要となる。例えば、下記特許文献１には、振動部に設けられた一対の励振電極と、支持部に設けられた一対のパッド電極との間に、２つの応力緩和用のスリットを備える圧電振動素子が開示されている。

特開２０１６－４０９５０号公報

上記特許文献１に開示された圧電振動素子では、一対のパッド電極が圧電振動素子の短辺方向における中央付近に形成されている。従って、一対の励振電極と一対のパッド電極との間にスリットを形成するために、当該一対の励振電極と一対のパッド電極との間にある程度の領域を確保しなければならず、水晶振動素子のサイズが大きくなるという問題がある。

本開示はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、振動素子の小型化を図りつつ、外部からの応力を緩和させる振動素子及び振動子を提供することである。

本開示の一側面に係る振動素子は、振動基板と、振動基板の厚さ方向の両側の主面にそれぞれ設けられた第１励振電極及び第２励振電極と、振動基板の主面を平面視したとき振動基板の第１方向の一方の端部に配置され、それぞれが第１励振電極及び第２励振電極のいずれかと電気的に接続された第１接続電極及び第２接続電極と、振動基板の厚さ方向に振動基板を貫通する貫通孔と、振動基板の厚さ方向に窪んだ少なくとも一つの凹部と、を備え、振動基板の主面を平面視したとき、貫通孔は、第１方向と交差する第２方向において第１接続電極と第２接続電極との間の領域に設けられ、振動基板の主面を平面視したとき、少なくとも一つの凹部は、第１方向において、第１励振電極及び第２励振電極のいずれか一方と、第１接続電極及び第２接続電極のいずれか一方との間の領域に設けられ、貫通孔の第１方向の長さは、少なくとも一つの凹部の第１方向の長さより長い。

本開示によれば、振動素子の小型化を図りつつ、外部からの応力を緩和させる振動素子及び振動子を提供することができる。

図１は、本開示の第１実施形態に係る圧電振動素子を備えた圧電振動子の分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図３Ａは、本開示の第１実施形態に係る圧電振動素子の一方の平面図である。 図３Ｂは、本開示の第１実施形態に係る圧電振動素子の他方の平面図である。 図４は、図３ＡのＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図５は、本開示の第１実施形態に係る圧電振動素子の部分拡大図である。 図６は、本開示の第１実施形態の変形例に係る圧電振動素子の平面図である。 図７は、本開示の第１実施形態の他の変形例に係る圧電振動素子の平面図である。 図８は、本開示の第１実施形態の他の変形例に係る圧電振動素子の平面図である。 図９は、図８に示すＩＸ－ＩＸ線断面図である。 図１０は、本開示の第２実施形態に係る圧電振動素子の平面図である。 図１１は、本開示の第２実施形態に係る圧電振動素子の部分拡大図である。 図１２は、本開示の第３実施形態に係る圧電振動素子の断面図である。 図１３は、本開示の第３実施形態に係る圧電振動素子の平面図である。

以下に本開示の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。

図１～図５を参照しつつ、本開示の第１実施形態に係る圧電振動素子及び圧電振動子について説明する。図１は、本開示の第１実施形態に係る圧電振動素子を備えた圧電振動子の分解斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図３Ａは、本開示の第１実施形態に係る圧電振動素子の一方の平面図である。図３Ｂは、本開示の第１実施形態に係る圧電振動素子の他方の平面図である。図４は、図３ＡのＩＶ－ＩＶ線断面図である。図５は、本開示の第１実施形態に係る圧電振動素子の部分拡大図である。

圧電振動子１は、振動子の一例である。図１に示されるように、本実施形態に係る圧電振動子１は、圧電振動素子１０Ａと、蓋部材２０と、ベース部材３０とを備える。なお、本明細書では、水晶振動素子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）を備えた水晶振動子（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）を圧電振動子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ Ｕｎｉｔ）の一例として説明する。水晶振動素子は、印加電圧に応じて振動する圧電体として水晶片（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）を利用するものである。

圧電振動素子１０Ａは、圧電基板１１を有する。圧電基板１１は、振動基板の一例であり、例えば所定の圧電材料から構成される。圧電基板１１は、少なくとも一部に振動する領域を含む振動部１１０と、振動部１１０を振動可能なように保持する保持部１１１を有する。圧電基板１１の材料は特に限定されないが、例えば所定の結晶方位を有する水晶材料から構成されてもよい。本実施形態における圧電基板１１は、ＡＴカットされた水晶片から構成されている。ＡＴカットされた水晶片は、水晶（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ）の結晶軸（Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｘｅｓ）であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸をそれぞれＹ´軸及びＺ´軸とした場合、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面（以下、「ＸＺ´面」と呼ぶ。他の軸によって特定される面についても同様である。）と平行な面を主面として人工水晶（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ）から切り出されたものである。なお、Ｘ軸、Ｚ´軸及びＹ´軸は互いに交差（本実施形態においては直交）する軸であり、以降は当該軸を用いて各構成要素を説明することもある。

ＡＴカットされた水晶片を用いた水晶振動素子は、広い温度範囲で高い周波数安定性を有し、経時変化特性に優れている上、低コストで製造することが可能である。ＡＴカットされた水晶片を用いた水晶振動素子は、厚みすべり振動モード（Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｓｈｅａｒ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ）を主振動として用いられることが多い。

圧電基板１１は、平板状をなしており、その厚さ方向の両側に第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂを有する。第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂは、ＸＺ´面と平行かつ互いに対向し、Ｘ軸に平行な長辺とＺ´軸に平行な短辺を有する矩形状をなしている。圧電基板１１は、第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂの長辺側に、ＸＹ´面と平行かつ互いに対向する第１側面１３ａ及び第２側面１３ｂを有する。以下、圧電基板１１の長辺が延びるＸ軸方向（第１方向）を単に「長辺方向」とも呼び、短辺が延びるＺ´軸方向（第２方向）を単に「短辺方向」とも呼び、Ｙ´軸方向を「厚さ方向」とも呼ぶ。また、第１主面１２ａと第２主面１２ｂを特に区別する必要がないときは、これらをまとめて「主面」とも呼ぶ。

なお、圧電基板１１は水晶片に限定されるものではなく、例えば圧電単結晶、圧電セラミック、圧電薄膜、又は圧電高分子膜などの任意の圧電材料によって形成された圧電体片であってもよい。圧電単結晶は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）を含む。圧電セラミックは、例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ_xＴｉ_1-x）Ｏ３；ＰＺＴ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、メタニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ₂Ｏ₆）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂）タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ランガサイト（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄）、及び五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）などを含む。圧電薄膜は、例えば石英及びサファイアなどの基板上に上記の圧電セラミックをスパッタリング法などによって成膜したものを含む。圧電高分子膜は、例えばポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及びフッ化ビニリデン／三フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））などを含む。上記の各種圧電材料は、互いに積層されていてもよく、他の部材に積層されてもよい。さらに、圧電基板１１は圧電体片に限られず、圧電性を有しない又は圧電性の小さい絶縁体材料によって形成された振動基板であってもよく、半導体材料や導電体材料によって形成された振動基板であってもよい。

圧電基板１１には、第１励振電極１４ａ、第２励振電極１４ｂ、第１引出電極１５ａ、第２引出電極１５ｂ、第１接続電極１６ａ、第２接続電極１６ｂ、貫通孔１７、第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂが設けられる。

第１励振電極１４ａは、圧電基板１１の第１主面１２ａに設けられている（図３Ａ参照）。第２励振電極１４ｂは、圧電基板１１の第２主面１２ｂに設けられている（図３Ｂ参照）。これらの第１励振電極１４ａと第２励振電極１４ｂは略全体が重なり合うように、圧電基板１１を挟んで互いに対向して配置されている。第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂが配置された領域は、圧電基板１１の振動部１１０に含まれる。なお、本実施形態において第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂは、圧電基板１１の第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂの長辺及び短辺からそれぞれ所定の間隔を空けて設けられているが、これらの励振電極は、圧電基板の主面の長辺及び短辺の少なくともいずれか一方に接して設けられてもよい。

第１引出電極１５ａは、第１励振電極１４ａと第１接続電極１６ａを電気的に接続する電極である。第２引出電極１５ｂは、第２励振電極１４ｂと第２接続電極１６ｂを電気的に接続する電極である。第１引出電極１５ａは、圧電基板１１の第１主面１２ａにおいて、貫通孔１７と第１側面１３ａとの間を、第１励振電極１４ａから第１接続電極１６ａに向かって長辺方向に引き出されて設けられている。第２引出電極１５ｂは、圧電基板１１の第２主面１２ｂにおいて、貫通孔１７と第２側面１３ｂとの間を、第２励振電極１４ｂから第２接続電極１６ｂに向かって長辺方向に引き出されて設けられている。第１引出電極１５ａと第２引出電極１５ｂは、いずれも圧電基板１１の保持部１１１に配置されている。

第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂは、それぞれ、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂをベース部材３０に形成された電極と電気的に接続させるための電極である。第１接続電極１６ａは、圧電基板１１の長辺方向の一方（本実施形態では、保持部１１１側）の端部において、圧電基板１１の第１主面１２ａから第１側面１３ａを経由して第２主面１２ｂに至るように引き回されている。同様に、第２接続電極１６ｂは、圧電基板１１の長辺方向の一方の端部において、圧電基板１１の第２主面１２ｂから第２側面１３ｂを経由して第１主面１２ａに至るように引き回されている。すなわち、第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂは、いずれも圧電基板１１の一部を厚み方向に挟むように設けられる。また、圧電基板１１の主面を平面視したとき、第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂは、短辺方向の両端に設けられている。

上述の構成により、第１励振電極１４ａは、第１引出電極１５ａを介して第１接続電極１６ａに電気的に接続される。第２励振電極１４ｂは、第２引出電極１５ｂを介して第２接続電極１６ｂに電気的に接続される。なお、第１接続電極１６ａが圧電基板１１の第２主面１２ｂに引き回されることにより、第１接続電極１６ａと第２接続電極１６ｂが圧電振動素子１０Ａのベース部材３０と対向する側の主面に配置されることとなる。従って、圧電振動素子１０Ａをベース部材３０に搭載する際に、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂをベース部材３０に形成された電極と電気的に接続させやすくなる。

また、本実施形態では、第１励振電極１４ａ、第２励振電極１４ｂ、第１引出電極１５ａ、第２引出電極１５ｂ、第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂが、いずれもＸ軸を基準に線対称となるように形成されている。これにより、圧電基板１１の両主面間で電極の配置の区別がなくなる。従って、圧電振動素子１０Ａをベース部材３０に搭載する際にＹ´軸方向の向きを考慮する必要がなくなり、製造工程が簡易化される。

なお、第１励振電極１４ａ、第２励振電極１４ｂ、第１引出電極１５ａ、第２引出電極１５ｂ、第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂの配置やパターン形状は限定されるものではなく、他の部材との電気的接続を考慮して適宜変更されてもよい。

貫通孔１７、第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂは、いずれも圧電振動素子１０Ａの振動を振動部１１０に閉じ込め、かつ圧電振動素子１０Ａの外部から印加される応力を緩和させるため、圧電基板１１の保持部１１１に設けられている。貫通孔１７は、圧電基板１１を厚さ方向に貫通する孔である。第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂは、いずれも圧電基板１１を貫通せず、厚さ方向に窪んだ溝である。第１凹部１８ａは、圧電基板１１の第１主面１２ａから第２主面１２ｂに向かって窪み、第２凹部１８ｂは、圧電基板１１の第２主面１２ｂから第１主面１２ａに向かって窪んでいる。なお、貫通孔１７が貫通する方向、並びに第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂが窪む方向は、圧電基板１１の主面と直交する方向（すなわち、Ｙ´軸方向）に限られず、主面に対して斜めの角度を有する方向も含むものとする。貫通孔１７、第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂの配置及び大きさの詳細については後述する。

蓋部材２０及びベース部材３０は、圧電振動素子１０Ａを収容するための保持器（ケース又はパッケージ）の構成の一部である。

蓋部材２０は、接合部材４０を介してベース部材３０に接合される。本実施形態において蓋部材２０は、ベース部材３０に向かって開口した窪みを有する。蓋部材２０は、ベース部材３０の第１主面３２ａに対向する矩形状の天面部２１と、開口の全周に亘って天面部２１の主面の法線方向に延在する側壁部２２を有する（図２参照）。当該側壁部２２のベース部材３０と対向する端面が、接合部材４０を介してベース部材３０に接合されることにより、圧電振動素子１０Ａが内部空間に収容される。なお、蓋部材はベース部材に接合されたときに圧電振動素子１０Ａを内部空間に収容することができる形状であればよく、その形状は特に限定されない。

蓋部材２０の材質は特に限定されないが、例えば、金属などの導電材料で構成されてもよい。この場合、蓋部材２０にシールド機能を付加することができ、さらに蓋部材２０に接地電位を供給することによりシールド機能の向上を図ることができる。あるいは、蓋部材２０は、絶縁材料又は導電材料・絶縁材料の複合構造であってもよい。

ベース部材３０は、圧電振動素子１０Ａを励振可能に保持するものである。ベース部材３０は、例えば、基体３１、第１電極パッド３３ａ、第２電極パッド３３ｂ、第１ビア電極３４ａ、第２ビア電極３４ｂ、第１外部電極３５ａ、第２外部電極３５ｂ、第３外部電極３５ｃ、第４外部電極３５ｄ、第１導電性保持部材３６ａ、第２導電性保持部材３６ｂ及び封止枠３７を有する。

基体３１は、平板状をなし、ＸＺ´面に平行かつ互いに対向する矩形状の第１主面３２ａ及び第２主面３２ｂを有する。

第１電極パッド３３ａ及び第２電極パッド３３ｂは、基体３１の第１主面３２ａに設けられている。圧電振動素子１０Ａがベース部材３０に搭載される際に、第１電極パッド３３ａ及び第２電極パッド３３ｂは、それぞれ、第１導電性保持部材３６ａ及び第２導電性保持部材３６ｂを介して圧電振動素子１０Ａの第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂに電気的に接続される。これにより、圧電振動素子１０Ａでは、圧電基板１１の保持部１１１側が固定端であり、振動部１１０側が自由端となる。なお、第１導電性保持部材３６ａ及び第２導電性保持部材３６ｂは、導電性接着剤が熱硬化して形成されたものである。

第１ビア電極３４ａ及び第２ビア電極３４ｂは、基体３１を厚さ方向に貫通するビアホール内に形成されている。

第１外部電極３５ａ、第２外部電極３５ｂ、第３外部電極３５ｃ及び第４外部電極３５ｄは、基体３１の第２主面３２ｂのそれぞれの角部に設けられ、実装基板（不図示）の端子と電気的に接続される。また、第１電極パッド３３ａ及び第２電極パッド３３ｂは、それぞれ、第１ビア電極３４ａ及び第２ビア電極３４ｂを介して第１外部電極３５ａ及び第２外部電極３５ｂに電気的に接続される。これにより、第１外部電極３５ａ及び第２外部電極３５ｂから、第１ビア電極３４ａ及び第２ビア電極３４ｂ、第１電極パッド３３ａ及び第２電極パッド３３ｂ、並びに第１導電性保持部材３６ａ及び第２導電性保持部材３６ｂを経由して、圧電振動素子１０Ａの第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂにそれぞれ電圧を印加することができる。本実施形態では、ベース部材３０の一方の短辺付近に配置された第１外部電極３５ａ及び第２外部電極３５ｂは、圧電振動素子１０Ａの入出力信号が供給される入出力電極であり、ベース部材３０の他方の短辺付近に配置された第３外部電極３５ｃ及び第４外部電極３５ｄは、圧電振動素子１０Ａの入出力信号が供給されないダミー電極である。このようなダミー電極には、圧電振動子１が実装される実装基板（不図示）上の他の電子素子の入出力信号のいずれも供給されなくてもよく、あるいは例えば接地電位が供給されてもよい。

なお、第１電極パッド３３ａ、第２電極パッド３３ｂ、第１ビア電極３４ａ、第２ビア電極３４ｂ、第１外部電極３５ａ、第２外部電極３５ｂ、第３外部電極３５ｃ及び第４外部電極３５ｄの配置関係は上記例に限定されるものではない。

封止枠３７は、基体３１の第１主面３２ａを平面視したとき矩形の枠状をなしており、導電材料により構成されている。

接合部材４０は、ベース部材３０の封止枠３７と蓋部材２０の側壁部２２の端面との間に全周に亘って設けられている。蓋部材２０は、接合部材４０及び封止枠３７を介してベース部材３０に接合される。

このように、蓋部材２０とベース部材３０の両者が封止枠３７及び接合部材４０を介して接合されることによって、圧電振動素子１０Ａが蓋部材２０とベース部材３０によって囲まれた内部空間（キャビティ）に封止される。なお、当該内部空間の圧力は、大気圧力よりも低圧な真空状態であれば、圧電振動素子１０Ａに形成された各種電極の酸化による経時変化などが低減できるため好ましい。

上述のとおり構成される圧電振動子１においては、第１外部電極３５ａ及び第２外部電極３５ｂを介して、圧電振動素子１０Ａの第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂに交番電界が印加される。これにより、厚みすべり振動モードなどの所定の振動モードによって圧電基板１１の振動部１１０が振動し、当該振動に伴う共振特性が得られる。

次に、貫通孔１７、第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂの構成の詳細について説明する。図５に示されるように、貫通孔１７は、圧電基板１１の保持部１１１のうち短辺方向の中央付近に配置されている。より具体的には、貫通孔１７は、圧電基板１１の主面を平面視したとき、長辺方向においては第１励振電極１４ａ（又は第２励振電極１４ｂ）と圧電基板１１の長辺方向の保持部１１１側の端部との間の領域であって、短辺方向においては第１接続電極１６ａと第２接続電極１６ｂとの間の領域に配置されている。なお、例えば「短辺方向における第１接続電極１６ａと第２接続電極１６ｂとの間の領域」とは、二次元平面において第１接続電極１６ａと第２接続電極１６ｂに挟まれた領域に限られず、第２方向において第１接続電極１６ａと第２接続電極１６ｂとの間であれば、第１方向にずれた領域も含むものとする。貫通孔１７の形状は特に限定されないが、本実施形態では、圧電基板１１の第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂにおける開口部が矩形状を有する形状である。

第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂは、貫通孔１７より短辺方向における外側に設けられている。第１凹部１８ａは、圧電基板１１の第１主面１２ａを平面視したとき、長辺方向においては第１励振電極１４ａと第２接続電極１６ｂとの間の領域であって、短辺方向においては貫通孔１７を挟んで第１引出電極１５ａと異なる側（すなわち、第２接続電極１６ｂ側）に設けられている。また、第２凹部１８ｂは、圧電基板１１の第２主面１２ｂを平面視したとき、長辺方向においては第２励振電極１４ｂと第１接続電極１６ａとの間の領域であって、短辺方向においては貫通孔１７を挟んで第２引出電極１５ｂと異なる側（すなわち、第１接続電極１６ａ側）に設けられている。また、第１凹部１８ａは、貫通孔１７から圧電基板１１の第２側面１３ｂに至るまで短辺方向に延在して設けられている。第２凹部１８ｂは、貫通孔１７から圧電基板１１の第１側面１３ａに至るまで短辺方向に延在して設けられている。このように、各凹部が貫通孔１７から圧電基板１１の一方の側面に至るまで延在して設けられることにより、各凹部が貫通孔及び側面に至るまで延在しない構成に比べて、振動部１１０への振動の閉じ込めの効果及び圧電基板１１の外部から印加される応力の緩和の効果の向上が見込まれる。

本実施形態において、貫通孔１７のＸ軸方向の長さＬｘは、第１凹部１８ａのＸ軸方向の長さ（以下、第１凹部１８ａの「幅」とも呼ぶ。）Ｌａ及び第２凹部１８ｂのＸ軸方向の長さ（以下、第２凹部１８ｂの「幅」とも呼ぶ。）Ｌｂより長い（Ｌａ，Ｌｂ＜Ｌｘ）。なお、第１凹部１８ａの幅Ｌａと第２凹部１８ｂの幅Ｌｂは同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。また、貫通孔１７のＺ´軸方向の長さＷｘは、圧電基板１１の主面を平面視したときの第１接続電極１６ａと第２接続電極１６ｂの間のＺ´軸方向の距離Ｄより短い（Ｗｘ＜Ｄ）。すなわち、圧電基板１１の保持部１１１のうち、第１接続電極１６ａと第２接続電極１６ｂとの間の領域のように、Ｘ軸方向に比較的広い空間が確保される領域には、Ｘ軸方向の長さが長い貫通孔１７が形成される。他方、第１励振電極１４ａと第２接続電極１６ｂとの間、並びに、第２励振電極１４ｂと第１接続電極１６ａとの間のように、Ｘ軸方向に確保される空間が比較的狭い領域には、幅が狭い第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂがそれぞれ形成される。貫通孔１７、第１凹部１８ａ、及び第２凹部１８ｂをこのように配置することにより、例えば特許文献１に開示されるように励振電極と接続パッドとの間にスリットを設ける構成に比べて、保持部１１１の長辺方向の長さを短くすることができる。従って、本実施形態によると、圧電振動素子１０Ａの小型化を図りつつ、圧電振動素子１０Ａの外部から印加される応力を緩和することができる。

また、例えば圧電基板が水晶部材により構成される場合に、ウェットエッチングにより貫通孔を形成しようとすると、水晶結晶が有する異方性の特性により、エッチングが水晶部材の主面と垂直には進まず、主面に対して斜めに進むことがある。従って、当該水晶部材を貫通させるためには、貫通孔の開口部を広く取らざるを得ず、保持部のサイズが大きくなりかねない。この点、本実施形態に係る第１凹部１８ａの幅Ｌａ及び第２凹部１８ｂの幅Ｌｂは、貫通孔１７のＸ軸方向の長さＬｘより短く、開口部が小さい。ここで、第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂは、圧電基板１１を貫通しておらず、エッチングが途中で止まってもよい。従って、本実施形態によると、ウェットエッチングを用いた簡易な工法により、貫通孔１７、第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂを形成することができる。

さらに、第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂの深さは、圧電基板１１の厚さ方向の中心線ｌを超えるように（すなわち、圧電基板１１の厚さの半分より深くなるように）形成されている（図５参照）。このように、第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂの深さが圧電基板１１の厚さの半分より深い場合、保持部１１１から振動部１１０に伝わる応力をより一層緩和することができる。なお、これらの凹部の深さは特に限定されず、圧電基板１１の厚さの半分以下でもよい。

また、第１凹部１８ａ及び第２凹部１８ｂは、それぞれ、圧電基板１１の保持部１１１において第１引出電極１５ａ及び第２引出電極１５ｂと異なる側に形成されている。これにより、凹部がこれらの引出電極と同じ側に形成され、凹部の内部に沿って引出電極が形成される構成に比べて、引出電極の断線が発生するリスクを低減させることができる。

加えて、例えば上記特許文献１に記載される圧電振動子は、一対のパッド電極が振動素子の両面にそれぞれ形成されるため、振動素子を基板に搭載する際に、一方のパッド電極は導電性部材により接続され、他方のパッド電極はワイヤボンディングにより接続されている。すなわち、振動素子の基板への接続において異なる２種類の工法を要する。他方、本実施形態では、第１接続電極１６ａが圧電基板１１の第２主面１２ｂまで引き回されていることにより、第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂのいずれもが、ベース部材３０と対向する側の主面に形成される。従って、本実施形態によると、導電性接着剤を用いた１種類の工法で圧電基板１１をベース部材に接続することができるため、特許文献１に開示された構成に比べて製造工程を簡易にすることができる。

なお、上述の実施形態では、第１凹部１８ａと第２凹部１８ｂとが長辺方向において同じ位置、かつ保持部１１１のうちＸ軸正方向側（すなわち、振動部１１０に近い側）に形成される例が示されているが、これらの２つの凹部は長辺方向において異なる位置に形成されてもよく、また保持部１１１のうちＸ軸負方向側に形成されてもよい。

次に、図６から図９を参照して、上記第１実施形態の様々な変形例に係る圧電振動素子１０Ｂ～１０Ｄについて説明する。図６から図８は、本開示の第１実施形態の変形例に係る圧電振動素子の平面図である。図９は、図８に示すＩＸ－ＩＸ線断面図である。なお、図６から図８は、図３Ａと同じ方向を示した平面図である。圧電振動素子１０Ｂ～１０ＤはいずれもＸ軸を基準に線対称であるため、図３Ｂと同じ方向を示した平面図を省略する。また、本実施形態以降では、上述した実施形態と対応する構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、上述した実施形態と異なる点について説明する。

図６に示される圧電振動素子１０Ｂ及び図７に示される圧電振動素子１０Ｃは、圧電振動素子１０Ａと比べて、圧電基板１１の主面を平面視したとき、２つの凹部の形成位置が異なる。

圧電振動素子１０Ｂにおける第１凹部１８ｃ及び第２凹部１８ｄは、圧電振動素子１０Ｂの主面を平面視したとき、圧電基板１１の長辺方向において一部が重なるように形成されている。すなわち、第１凹部１８ｃと第２凹部１８ｄは、Ｚ´軸と平行な仮想線ｍと重なるように形成されている。

圧電振動素子１０Ｃにおける第１凹部１８ｅ及び第２凹部１８ｆは、圧電振動素子１０Ｃの主面を平面視したとき、圧電基板１１の長辺方向において重ならないように形成されている。すなわち、第１凹部１８ｅと第２凹部１８ｆは、Ｚ´軸と平行な仮想線ｍと重ならないように形成されている。

このように、２つの凹部の相対的な位置関係は特に限定されない。例えば、圧電基板１１の主面を平面視したとき、２つの凹部は、各凹部を短辺方向に延長させた場合に凹部の幅の全てが重なっていてもよく、一部が重なっていてもよく、あるいは全てが重なっていなくてもよい。

図８に示される圧電振動素子１０Ｄは、圧電振動素子１０Ａと比べて、２つの凹部の開口部の大きさが異なる。

第１凹部１８ｇは、その短辺方向の両端が貫通孔１７及び圧電基板１１の第２側面１３ｂに接せず、貫通孔１７と第２側面１３ｂとの間において圧電基板１１の内部に形成されている。第２凹部１８ｈは、その短辺方向の両端が貫通孔１７及び圧電基板１１の第１側面１３ａに接せず、貫通孔１７と第１側面１３ａとの間において圧電基板１１の内部に形成されている。

このように、第１凹部１８ｇ及び第２凹部１８ｈの大きさ及び形状は特に限定されず、凹部は貫通孔１７から一方の側面に至るまで連続的に形成されていなくてもよい。また、本実施形態においては、第１凹部１８ｇ及び第２凹部１８ｈが圧電基板１１の長辺方向における貫通孔１７の中央付近に形成されているが、これらの２つの凹部が形成される位置は貫通孔１７の当該中央付近でなくてもよい。さらに、これらの２つの凹部は、圧電振動素子１０Ｂ，１０Ｃのように、圧電基板１１の長辺方向において一部が重なっていてもよく、あるいは全部が重なっていなくてもよい。

図１０は、本開示の第２実施形態に係る圧電振動素子の平面図である。また、図１１は、本開示の第２実施形態に係る圧電振動素子の部分拡大図である。

図１０に示されるように、圧電振動素子１０Ｅは、合計４つの凹部が形成される点において圧電振動素子１０Ａと異なる。圧電振動素子１０Ｅは、第１主面１２ａから第２主面１２ｂに向かって窪んだ第１凹部１８ｉ及び第３凹部１８ｋと、第２主面１２ｂから第１主面１２ａに向かって窪んだ第２凹部１８ｊ及び第４凹部１８ｌを有する。第１凹部１８ｉ及び第２凹部１８ｊは、貫通孔１７から圧電基板１１の第２側面１３ｂに至るまで短辺方向に延在して設けられている。第３凹部１８ｋ及び第４凹部１８ｌは、貫通孔１７から圧電基板１１の第１側面１３ａに至るまで短辺方向に延在して設けられている。

圧電基板１１の主面を平面視したとき、第１凹部１８ｉと第２凹部１８ｊ、及び、第３凹部１８ｋと第４凹部１８ｌは、長辺方向に沿って並んで配置されている。具体的に、第１凹部１８ｉと第２凹部１８ｊは、圧電基板１１の主面を平面視したとき、長辺方向においては互いに重ならず、短辺方向においては少なくとも一部（本実施形態においては全部）が互いに重なるように設けられている。同様に、第３凹部１８ｋと第４凹部１８ｌは、圧電基板１１の主面を平面視したとき、長辺方向においては互いに重ならず、短辺方向においては少なくとも一部（本実施形態においては全部）が互いに重なるように設けられている。本実施形態では、第１凹部１８ｉ、第２凹部１８ｊ、第３凹部１８ｋ及び第４凹部１８ｌの窪みの深さは、いずれも圧電基板１１の厚さの半分より深い。すなわち、圧電基板１１の第１側面１３ａ側及び第２側面１３ｂ側のそれぞれにおいて、圧電基板１１の厚さ方向の中心線ｌ上に２つの凹部が介在することとなる（図１１参照）。このように、圧電振動素子１０Ｅでは、振動の伝搬方向（すなわち、Ｘ軸方向）に２つの凹部が介在するため、圧電振動素子１０Ａ～１０Ｄに比べて外部から印加される応力をさらに緩和させることができる。

なお、各凹部の深さは、必ずしも圧電基板１１の厚さの半分より深くなくてもよい。また、各凹部の短辺方向の長さはこれに限られず、圧電振動素子１０Ｄと同様に貫通孔１７から一方の側面に至るまで延在していなくてもよい。

図１２は、本開示の第３実施形態に係る圧電振動素子の断面図である。また、図１３は、本開示の第３実施形態に係る圧電振動素子の平面図である。なお、図１２は、図２と同じ方向を示した圧電振動子の断面図であり、図１３は、図３Ａと同じ方向を示した平面図である。圧電振動素子１０ＦはＸ軸を基準に線対称であるため、図３Ｂと同じ方向を示した平面図を省略する。

図１２に示されるように、圧電振動素子１０Ｆは、圧電基板１１がメサ型構造をなしている点において圧電振動素子１０Ａ～１０Ｅと異なる。本実施形態における圧電基板１１は、主面を平面視したときの中央を含む中央部Ｒｉｎと、当該中央部Ｒｉｎの周縁に枠上に位置する周縁部Ｒｏｕｔを有する。中央部Ｒｉｎの厚さは、周縁部Ｒｏｕｔの厚さより厚い。具体的に、圧電基板１１の第１主面１２ａ側及び第２主面１２ｂ側の両側において、中央部Ｒｉｎが周縁部ＲｏｕｔからＹ´軸正負方向に突出し、第１主面１２ａ側及び第２主面１２ｂ側の両方がメサ形状となる両面メサ型構造をなしている。このように、圧電基板１１がメサ型構造をなすことにより、中央部Ｒｉｎから周縁部Ｒｏｕｔへの振動漏れがさらに抑制される。

なお、周縁部の形状は枠状に限定されるものではなく、中央部に並ぶように中央部の両側端辺に配置されてもよく、中央部の片側端辺に配置されてもよい。また、圧電基板１１の形状は両面メサ型構造に限定されるものではなく、第１主面側又は第２主面側のいずれかがメサ形状となる片面メサ型構造であってもよいし、中央部と周縁部との厚さが連続的に変化するコンベックス形状またはベベル形状であってもよい。

以上、本開示の例示的な実施形態について説明した。振動素子１０Ａ～１０Ｆは、振動基板１１と、振動基板１１の厚さ方向の両側の主面にそれぞれ設けられた第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂと、振動基板１１の主面を平面視したとき振動基板１１の第１方向の一方の端部に配置され、それぞれが第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂのいずれかと電気的に接続された第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂと、振動基板１１の厚さ方向に振動基板１１を貫通する貫通孔１７と、振動基板１１の厚さ方向に窪んだ少なくとも一つの凹部と、を備え、振動基板１１の主面を平面視したとき、貫通孔１７は、第１方向と交差する第２方向において第１接続電極１６ａと第２接続電極１６ｂとの間の領域に設けられ、振動基板１１の主面を平面視したとき、少なくとも一つの凹部は、第１方向において、第１励振電極１４ａ及び第２励振電極１４ｂのいずれか一方と、第１接続電極１６ａ及び第２接続電極１６ｂのいずれか一方との間の領域に設けられ、貫通孔１７の第１方向の長さは、少なくとも一つの凹部の第１方向の長さより長い。これにより、保持部１１１の長辺方向の長さを短くすることができるため、振動素子の小型化を図りつつ、振動素子の外部から印加される応力を緩和することができる。

また、振動素子１０Ａ～１０Ｃ，１０Ｅ，１０Ｆにおいて、少なくとも一つの凹部は、貫通孔１７から振動基板の側面に至るように第２方向に延在する。これにより、凹部が貫通孔及び側面に至るまで延在しない構成に比べて、振動部１１０への振動の閉じ込めの効果及び保持部１１１から振動部１１０に伝わる応力の緩和の効果の向上が見込まれる。

また、振動素子１０Ａ～１０Ｆにおいて、少なくとも一つの凹部の窪みの深さは、振動基板の厚さの半分より深い。これにより、凹部の窪みの深さが振動基板の厚さの半分以下である構成に比べて、保持部１１１から振動部１１０に伝わる応力をより一層緩和することができる。

また、振動素子１０Ａ～１０Ｄ，１０Ｆは、振動基板１１の一方の主面において、第１励振電極１４ａから振動基板１１の一方の端部に向かって引き出された第１引出電極１５ａと、振動基板１１の他方の主面において、第２励振電極１４ｂから振動基板１１の一方の端部に向かって引き出された第２引出電極１５ｂと、を備え、第１凹部１８ａ，１８ｃ，１８ｅ，１８ｇと第１引出電極１５ａは、貫通孔１７を挟んで第２方向における互いに異なる側に設けられ、第２凹部１８ｂ，１８ｄ，１８ｆ，１８ｈと第２引出電極１５ｂは、貫通孔１７を挟んで第２方向における互いに異なる側に設けられている。これにより、凹部が引出電極と同じ側に形成される構成に比べて、引出電極の断線が発生するリスクを低減させることができる。

また、振動素子１０Ｅでは、振動基板１１の主面を平面視したとき、第１凹部１８ｉと第２凹部１８ｊは、第１方向においては互いに重ならず、かつ第２方向においては少なくとも一部が互いに重なるように、第１方向に沿って並んで配置され、第１凹部１８ｉの窪みの深さ及び第２凹部１８ｊの窪みの深さは、それぞれ、振動基板１１の厚さの半分より深い。これにより、振動の伝搬方向に２つの凹部が介在することとなるため、圧電振動素子１０Ａ～１０Ｄ，１０Ｆに比べて外部から印加される応力をさらに緩和させることができる。

なお、以上説明した各実施形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定して解釈するためのものではない。本開示は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本開示にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本開示の特徴を含む限り本開示の範囲に包含される。

１…圧電振動子（振動子）、１０Ａ～１０Ｆ…圧電振動素子（振動素子）、１１…圧電基板（振動基板）、１２ａ…第１主面、１２ｂ…第２主面、１３ａ…第１側面、１３ｂ…第２側面、１４ａ…第１励振電極、１４ｂ…第２励振電極、１５ａ…第１引出電極、１５ｂ…第２引出電極、１６ａ…第１接続電極、１６ｂ…第２接続電極、１７…貫通孔、１８ａ，１８ｃ，１８ｅ，１８ｇ，１８ｉ…第１凹部、１８ｂ，１８ｄ，１８ｆ，１８ｈ，１８ｊ…第２凹部、１８ｋ…第３凹部、１８ｌ…第４凹部、２０…蓋部材、２１…天面部、２２…側壁部、３０…ベース部材、３１…基体、３２ａ…第１主面、３２ｂ…第２主面、３３ａ…第１電極パッド、３３ｂ…第２電極パッド、３４ａ…第１ビア電極、３４ｂ…第２ビア電極、３５ａ…第１外部電極、３５ｂ…第２外部電極、３５ｃ…第３外部電極、３５ｄ…第４外部電極、３６ａ…第１導電性保持部材、３６ｂ…第２導電性保持部材、３７…封止枠、４０…接合部材

Claims (8)

1. 振動基板と、
   前記振動基板の厚さ方向の両側の主面にそれぞれ設けられた第１励振電極及び第２励振電極と、
   前記振動基板の主面を平面視したとき前記振動基板の第１方向の一方の端部に配置され、それぞれが前記第１励振電極及び前記第２励振電極のいずれかと電気的に接続された第１接続電極及び第２接続電極と、
   前記振動基板の厚さ方向に前記振動基板を貫通する貫通孔と、
   前記振動基板の一方の主面から厚さ方向に窪んだ第１凹部と、前記振動基板の他方の主面から厚さ方向に窪んだ第２凹部を含む少なくとも２つの凹部と、
   を備え、
   前記振動基板の主面を平面視したとき、前記貫通孔は、前記第１方向において前記第１励振電極及び第２励振電極のいずれか一方と前記振動基板の前記一方の端部との間の領域に設けられ、かつ、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１接続電極と前記第２接続電極との間の領域に設けられ、
   前記振動基板の主面を平面視したとき、前記少なくとも２つの凹部は、前記第１方向において、前記第１励振電極及び前記第２励振電極のいずれか一方と、前記第１接続電極及び前記第２接続電極のいずれか一方との間の領域に設けられ、かつ、前記第２方向において、前記貫通孔より外側の領域に設けられ、
   前記第１凹部と前記第２凹部は、前記第２方向において前記貫通孔を挟んで互いに異なる側に設けられ、
   前記貫通孔の前記第１方向の長さは、前記少なくとも２つの凹部の前記第１方向の長さより長い、
   振動素子。
2. 前記少なくとも２つの凹部は、前記貫通孔から前記振動基板の側面に至るように前記第２方向に延在する、
   請求項１に記載の振動素子。
3. 前記少なくとも２つの凹部の窪みの深さは、前記振動基板の厚さの半分より深い、
   請求項１又は２に記載の振動素子。
4. 前記振動素子は、
   前記振動基板の前記一方の主面において、前記第１励振電極から前記振動基板の前記一方の端部に向かって引き出された第１引出電極と、
   前記振動基板の前記他方の主面において、前記第２励振電極から前記振動基板の前記一方の端部に向かって引き出された第２引出電極と、
   をさらに備え、
   前記第１凹部と前記第１引出電極は、前記第２方向において前記貫通孔を挟んで互いに異なる側に設けられ、
   前記第２凹部と前記第２引出電極は、前記第２方向において前記貫通孔を挟んで互いに異なる側に設けられた、
   請求項１に記載の振動素子。
5. 前記振動基板の主面を平面視したとき、前記第１凹部と前記第２凹部は、前記第１方向においては互いに重ならず、かつ第２方向においては少なくとも一部が互いに重なるように、前記第１方向に沿って並んで配置され、
   前記第１凹部の窪みの深さ及び前記第２凹部の窪みの深さは、それぞれ、前記振動基板の厚さの半分より深い、
   請求項１に記載の振動素子。
6. 前記振動基板が水晶により構成される、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の振動素子。
7. 前記振動基板がＡＴカットされた水晶により構成される、
   請求項６に記載の振動素子。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の振動素子と、
   前記振動素子の一方の主面が対向するように前記振動素子が搭載されたベース部材と、
   前記ベース部材に接合され、前記ベース部材とで形成される内部空間に前記振動素子を収容する蓋部材と、を備える、
   振動子。
   

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