JP6840535B2

JP6840535B2 - 圧電振動素子及び圧電振動デバイス

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Publication number: JP6840535B2
Application number: JP2016253168A
Authority: JP
Inventors: 正彦後藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2021-03-10
Anticipated expiration: 2036-12-27
Also published as: JP2018107660A

Description

本開示は、圧電振動素子及び圧電振動デバイスに関する。圧電振動デバイスは、例えば、水晶振動子又は水晶発振器である。

水晶振動子又は水晶発振器等に用いられる水晶振動素子は、例えば、板状の水晶片と、水晶片の１対の主面（最も広い面。板状部材の表裏。）に重なる１対の励振電極とを有している。特許文献１では、１対の励振電極を平面透視したときに、一方の励振電極が他方の励振電極を包含しており、かつ、１対の励振電極の外縁同士の距離が一定である水晶振動素子を開示している。

特開２０１４−２３００５６号公報

特性を向上させることができる圧電振動素子及び圧電振動デバイスが提供されることが望まれる。

本開示の一態様に係る圧電振動素子は、板状の圧電片と、前記圧電片を挟んで互いに対向している第１及び第２励振電極と、を有しており、平面透視において、前記第２励振電極は、前記第１励振電極よりも広く、前記第１励振電極の全体に重なっており、前記第１励振電極の外縁から前記第２励振電極の外縁までの距離が前記第１励振電極の外縁に沿う位置によって異なっている。

一例において、前記第２励振電極の外縁は、平面透視において、前記第１励振電極の外縁のうちの所定部分に対して外側に位置するとともに前記所定部分に対して傾斜している部分を有している。

一例において、前記第１励振電極は平面視において矩形であり、前記第２励振電極の外縁は、平面透視において、前記矩形の一辺に対して外側に膨らむ曲線部分を有している。

一例において、前記第２励振電極は、平面透視において、前記矩形の互いに対向する１対の第１辺に対して外側に膨らむ１対の曲線部分と、前記矩形の互いに対向する１対の第２辺に一致する１対の直線部分と、を有している。

一例において、前記矩形は長方形であり、前記１対の第１辺が前記長方形の１対の短辺であり、前記１対の第２辺が前記長方形の１対の長辺である。

一例において、前記矩形は長方形であり、前記１対の第１辺が前記長方形の１対の長辺であり、前記１対の第２辺が前記長方形の１対の短辺である。

一例において、前記第２励振電極の外縁は、平面透視において前記矩形の４辺に対して外側に膨らむ曲線部分を有している。

本開示の一態様に係る圧電振動デバイスは、上記の圧電振動素子と、前記圧電振動素子をパッケージングしているパッケージと、を有している。

上記の構成によれば、特性を向上させることができる。

第１実施形態に係る水晶振動子の概略構成を示す分解斜視図。図１の水晶振動子の構成を示す、図１のII−II線における断面図。図３（ａ）は図１の水晶振動子の水晶振動素子を図１とは反対側から見た斜視図であり、図３（ｂ）は図１の水晶振動素子を示す平面図。図４（ａ）〜図４（ｄ）は第２〜第５実施形態に係る水晶振動素子を示す平面図。第６実施形態に係る水晶振動素子の斜視図。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図面は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。便宜上、層状の部材の表面（すなわち断面でない面）にハッチングを付すことがある。

本開示の水晶振動子又は水晶振動素子は、いずれが上方又は下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜上、図１及び図２の紙面上方（Ｙ′軸方向の正側）を上方として上面又は下面等の用語を用いることがある。また、単に平面視又は平面透視という場合においては、特に断りがない限りは、上記のように便宜的に定義した上下方向において見ることをいうものとする。

＜第１実施形態＞
（水晶振動子の全体構成）
図１は、本開示の実施形態に係る水晶振動子１（以下、「水晶」は省略することがある。）の概略構成を示す分解斜視図である。また、図２は、振動子１の構成を示す、図１のII−II線における断面図である。

振動子１は、例えば、全体として、概略、薄型の直方体状とされる電子部品である。その寸法は適宜に設定されてよい。例えば、比較的小さいものでは、長辺（Ｘ軸方向）又は短辺（Ｚ′軸方向）の長さが１〜２ｍｍであり、厚さ（Ｙ′軸方向）が０．２〜０．４ｍｍである。

振動子１は、例えば、凹部３ａが形成された素子搭載部材３と、凹部３ａに収容された水晶振動素子５（以下、「水晶」は省略することがある。）と、凹部３ａを塞ぐ蓋７とを有している。

振動素子５は、発振信号の生成に利用される振動を生じる部分である。素子搭載部材３及び蓋７は、振動素子５をパッケージングするパッケージ８を構成している。素子搭載部材３の凹部３ａは蓋７により封止され、その内部は、例えば、真空とされ、又は適宜なガス（例えば窒素）が封入されている。

素子搭載部材３は、例えば、素子搭載部材３の主体となる基体９と、振動素子５を実装するための１対の素子搭載パッド１１と、振動子１を不図示の回路基板等に実装するための複数（図示の例では４つ）の外部端子１３とを有している。

基体９は、セラミック等の絶縁材料からなり、上記の凹部３ａを構成している。素子搭載パッド１１は、金属等からなる導電層により構成されており、凹部３ａの底面に位置している。外部端子１３は、金属等からなる導電層により構成されており、基体９の下面に位置している。素子搭載パッド１１及び外部端子１３は、基体９内に配置された導体（図２。符号省略）によって互いに接続されている。蓋７は、例えば、金属から構成され、素子搭載部材３の上面にシーム溶接等により接合されている。

振動素子５は、例えば、水晶片１５と、水晶片１５に電圧を印加するための第１励振電極１７Ａ（図２）及び第２励振電極１７Ｂ（以下、これらを区別せずに単に「励振電極１７」ということがある。）と、振動素子５を１対の素子搭載パッド１１に実装するための１対の引出電極１９とを有している。

振動素子５は、概略板状であり、凹部３ａの底面に対向するように凹部３ａに収容される。そして、１対の引出電極１９が１対のバンプ２１（図２）により１対の素子搭載パッド１１に接合される。これにより、振動素子５は、素子搭載部材３に片持ち梁のように支持される。また、１対の励振電極１７は、１対の引出電極１９を介して１対の素子搭載パッド１１と電気的に接続され、ひいては、複数の外部端子１３のいずれか２つと電気的に接続される。バンプ２１は、例えば、導電性接着剤からなる。導電性接着剤は、例えば、導電性のフィラーが熱硬化性樹脂に混ぜ込まれて構成されている。

このようにして構成された振動子１は、例えば、不図示の回路基板の実装面に素子搭載部材３の下面を対向させて配置され、外部端子１３が半田などにより回路基板のパッドに接合されることによって回路基板に実装される。回路基板には、例えば、発振回路２３（図２）が構成されている。発振回路２３は、外部端子１３及び素子搭載パッド１１を介して１対の励振電極１７に交流電圧を印加して発振信号を生成する。この際、発振回路２３は、例えば、水晶片１５の厚みすべり振動のうち基本波振動を利用する。オーバートーン振動が利用されてもよい。

（水晶振動素子の構成）
水晶片１５は、例えば、いわゆるＡＴカット板である。すなわち、図１に示すように、水晶において、Ｘ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）及びＺ軸（光軸）からなる直交座標系ＸＹＺを、Ｘ軸回りに３０°以上４０°以下（一例として３５°１５′）回転させて直交座標系ＸＹ′Ｚ′を定義したときに、水晶片１５はＸＺ′平面に平行に切り出された板状である。

水晶片１５は、例えば、平板状である。すなわち、水晶片１５は、概ね全体が一定の厚さの板状とされており、特に符号を付さないが、１対の主面（符号省略）と、１対の主面を結ぶ複数の側面とを有している。主面の語は、最も広い面（板状部材の表裏）を指す。

なお、水晶片の外形がエッチングによって形成される場合、エッチングに対する水晶の異方性等によって比較的大きな誤差（系統誤差のようなもの）が生じる。当該誤差は、意図的に利用されていることもある。本開示の説明においては、このような誤差の存在は無視するものとする。例えば、実際の水晶片１５においては、側面が主面に直交せずに傾斜していたり、側面が平面にならずに外側に膨らむ形状になっていたりすることがあるが、そのような傾斜及び／又は膨らみの図示及び説明は省略する。第三者の製品が本開示の技術に関わるか否か判断する場合においてもそのような誤差は無視されてよい。なお、偶然誤差のようなものが無視されてよいことはもちろんである。

図１に示すように、水晶片１５の平面視における形状は矩形である。当該矩形は、例えば、長方形（本開示では正方形を含まないものとする。励振電極１７等についても同様。）であり、１対の長辺と、１対の長辺の両端同士を結ぶ１対の短辺とを有している。なお、本開示において、矩形又は長方形（１対の長辺及び１対の短辺を有する形状）は、角部が面取りされた形状を含むものとする（励振電極１７等についても同様。）。ＡＴカット板では、主面はＸＺ′平面に略平行な面であり、長辺はＸ軸に略平行な辺であり、短辺はＺ′軸に略平行な辺である。

水晶片１５の厚みは、厚みすべり振動についての所望の固有振動数に基づいて設定される。例えば、基本波振動を用いる場合において、固有振動数をＦ（ＭＨｚ）とすると、この固有振動数Ｆに対応する水晶片１５の厚みｔ（μｍ）を求める基本式は、ｔ＝１６７０／Ｆである。なお、実際には、水晶片１５の厚みは、励振電極１７の重さ等も考慮して、基本式の値から微調整された値とされる。

水晶片１５の各種の寸法は、等価直列抵抗の低減等の種々の観点から、シミュレーション計算及び実験等に基づいて適宜に設定されてよい。一例を挙げると、例えば、長辺の長さは５５０μｍ以上１．１ｍｍ以下、短辺の長さは３５０μｍ以上７５０μｍ以下（ただし長辺の長さより短い）、厚さは２０μｍ以上７０μｍ以下である。

１対の励振電極１７及び１対の引出電極１９は、水晶片１５の表面に重なる導電層により構成されている。導電層は、例えば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）又はＡｕ−Ａｇ合金等の金属である。導電層は、互いに材料が異なる複数の層から構成されていてもよい。導電層の厚みは適宜に設定されてよいが、一例を示すと、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下である。なお、図２等では、導電層は、その厚さが実際の厚さよりも厚く示されている。

１対の励振電極１７は、水晶片１５の１対の主面に位置しており、水晶片１５を挟んで互いに対向している。励振電極１７の平面形状については後述する。

１対の引出電極１９は、例えば、１対の励振電極１７からＸ軸方向の一方側（本実施形態では＋Ｘ側）に延び出ており、水晶片１５の１対の主面のうち少なくとも一方の主面に、１対のバンプ２１と接合される１対のパッド１９ａを有している。図示の例では、１対の主面のいずれを凹部３ａの底面に対向させてもよいように、１対の引出電極１９は、１対の主面のそれぞれにおいて１対のパッド１９ａ（合計で２対のパッド１９ａ）を有している。

互いに同一の主面に位置しているとともに互いに接続されるべきパッド１９ａと励振電極１７とは、その主面に位置している配線部１９ｂによって接続されている。配線部１９ｂは、例えば、パッド１９ａよりも幅（Ｚ′方向）が小さく、概ね一定の幅でＸ軸方向に直線状に延びている。互いに異なる主面に位置し、互いに同一の励振電極１７に接続されるべき２つのパッド１９ａは、水晶片１５の側面（短辺及び／又は長辺）を介して互いに接続されている。

（励振電極の形状の詳細）
以下の説明では、第１励振電極１７Ａに係る構成の符号にＡの付加符号を付すとともに第２励振電極１７Ｂに係る構成の符号にＢの付加符号を付すことがあり、また、この場合において、適宜にＡ、Ｂを省略することがある。

図３（ａ）は、図１とは逆側から振動素子５を示す斜視図である。図３（ｂ）は、振動素子５の平面図である。図３（ｂ）では、第１励振電極１７Ａの外縁のうち、第２励振電極１７Ｂの外縁と一致していない部分を点線で示している。

図１、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、第１励振電極１７Ａと第２励振電極１７Ｂとは互いに形状（平面形状。以下同じ。）が異なっている。具体的には、例えば、以下のとおりである。

第１励振電極１７Ａの形状は矩形である。当該矩形は、例えば、長方形であり、１対の長辺（１対の長縁２９Ａ）と、１対の長辺の両端同士を結ぶ１対の短辺（自由短縁２５Ａ及び固定短縁２７Ａ）とを有している。長縁２９Ａは、例えば、水晶片１５の長辺と平行であり、自由短縁２５Ａ及び固定短縁２７Ａは水晶片１５の短辺に平行である。自由短縁２５Ａは、振動素子５の自由端側（引出電極１９とは反対側）に位置する短辺であり、固定短縁２７Ａは、振動素子５の固定端側（引出電極１９側）に位置する短辺である。

第１励振電極１７Ａは、例えば、その図形重心が水晶片１５の図形重心に対して、Ｚ′方向においては一致し、Ｘ方向においては自由端側へずれている。従って、１対の長縁２９Ａは、例えば、Ｘ軸に平行で水晶片１５の図形重心を通る中心線Ｌｘに対して線対称である。その一方で、自由短縁２５Ａ及び固定短縁２７Ａは、例えば、Ｚ′軸に平行で水晶片１５の図形重心を通る不図示の中心線に対して非対称である。ただし、これらは線対称とされてもよい。

なお、図形重心は、図形内における１次のモーメントの総和が０になる点である。本実施形態では、中心線Ｌｘは、第１励振電極１７Ａ（及び第２励振電極１７Ｂ）の中心線でもあり、以下の説明では、励振電極１７の中心線として言及することがある。

第２励振電極１７Ｂの形状は、平面透視において、第１励振電極１７Ａの１対の長縁２９Ａに一致する１対の長縁２９Ｂと、第１励振電極１７Ａの自由短縁２５Ａ及び固定短縁２７Ａに対して外側に膨らむ自由短縁２５Ｂ及び固定短縁２７Ｂとを有する形状である。従って、第２励振電極１７Ｂは、第１励振電極１７Ａよりも広く、また、第１励振電極１７Ａの全体に重なっている。

なお、矩形又は長方形の第１励振電極１７Ａの角部が面取りされている場合、平面透視において１対の長縁２９Ｂが１対の長縁２９Ａに一致する（位置、形状及び長さが同じ）か否かに関して、面取り部分は無視してよい。他の実施形態における短縁等についても同様である。

自由短縁２５Ｂは、例えば、自由短縁２５Ａに対して外側に膨らむ曲線状である。同様に、固定短縁２７Ｂは、例えば、固定短縁２７Ａに対して外側に膨らむ曲線状である。自由短縁２５Ｂ及び固定短縁２７Ｂの各曲線は、例えば、中心線Ｌｘを対称軸として線対称の形状である（ただし、固定短縁２７Ｂの引出電極１９との接続部分は除く。）。このような線対称の曲線としては、例えば、中心線Ｌｘ上に位置する不図示の点を中心とする円弧が挙げられる。円弧の半径は適宜に設定されてよい。また、自由短縁２５Ｂ及び固定短縁２７Ｂの形状は、互いに同一であってもよいし（図示の例）、互いに異なっていてもよい。

このような１対の励振電極１７では、第１励振電極１７Ａの外縁から第２励振電極１７Ｂの外縁までの距離は、第１励振電極１７Ａの外縁に沿う位置によって異なっている。ここでいう距離は、例えば、第１励振電極１７Ａの外縁上の各位置から第２励振電極１７Ｂの外縁への最短距離である。距離が位置によって異なっていることについて具体的に述べると、例えば、長縁２９Ａから長縁２９Ｂまでの距離が０であるのに対して、自由短縁２５Ａから自由短縁２５Ｂまでの距離、及び固定短縁２７Ａから固定短縁２７Ｂまでの距離は０でない。また、自由短縁２５Ａから自由短縁２５Ｂまでの距離、及び固定短縁２７Ａから固定短縁２７Ｂまでの距離はＺ′軸方向の位置に関して一定でない。

また、短縁に着目すると、第２励振電極１７Ｂの外縁は、平面透視において、第１励振電極１７Ａの外縁のうちの所定部分（点ではなく、線であるものとする。）の外側に位置し、前記所定部分に対して傾斜する部分を有しているということができる。具体的には、自由短縁２５Ｂは、直線状の自由短縁２５Ａに対して傾斜している部分（本実施形態では厳密には中心線Ｌｘ上の１点を除く）となっている。同様に、固定短縁２７Ｂは、直線状の固定短縁２７Ａに対して傾斜している部分（本実施形態では厳密には中心線Ｌｘ上の１点を除く）となっている。

特に図示しないが、自由短縁２５Ａ及び自由短縁２５Ｂの少なくとも一方は、Ｘ方向を伝搬方向とする屈曲振動（不要振動）による定在波の節に位置してよい。同様に、固定短縁２７Ａ及び固定短縁２７Ｂの少なくとも一方は、Ｘ方向を伝搬方向とする屈曲振動による定在波の節に位置してよい。同様に、長縁２９は、Ｚ′方向を伝搬方向とする屈曲振動による定在波の節に位置してよい。このように励振電極１７の外縁を屈曲振動の定在波の節に位置させることにより、定在波が振動素子５の特性に及ぼす影響が低減される。なお、外縁の曲線状部分（本実施形態では自由短縁２５Ｂ又は固定短縁２７Ｂ）に関して、定在波の節に位置するか否かは、例えば、長さ方向（Ｚ′方向）の中心位置を基準に判定してよい。

ここでいう定在波は、Ｘ方向又はＺ′方向を伝搬方向とする屈曲振動による定在波のうち、利用対象の厚みすべり振動と最も結合しやすいものをいい、シミュレーション計算又は実験によって求められてよい。なお、励振電極１７の外縁は、定在波の節からずれてもよく、例えば、そのずれは、定在波の波長をλとしたときに、λ／８以下又はλ／１６以下である。もちろん、そのような定在波の腹若しくは節とは無関係に外縁の位置が設定されてもよい。

以上のとおり、本実施形態では、水晶振動素子５は、板状の水晶片１５と、水晶片１５を挟んで互いに対向している１対の励振電極１７とを有している。平面透視において、第２励振電極１７Ｂは、第１励振電極１７Ａよりも広く、第１励振電極１７Ａの全体に重なっており、第１励振電極１７Ａの外縁から第２励振電極１７Ｂの外縁までの距離は、第１励振電極１７Ａの外縁に沿う位置によって異なっている。

また、別の観点では、本実施形態では、水晶振動子１は、上記のような振動素子５と、振動素子５をパッケージングしているパッケージ８とを有している。

従って、例えば、まず、不要振動である屈曲振動が振動素子５の特性に及ぼす影響を低減することが可能である。このことは、本実施形態に係る構成の振動素子５について本願発明者が行った実験によって確認されている。そのような作用が得られる理由としては、例えば、１対の励振電極１７の外縁の位置が互いに異なり、さらに、両者の距離が外縁に沿う位置に応じて変化していることから、励振電極１７の外縁の位置に依存する屈曲振動の位相等が揃うおそれが低減されることが挙げられる。屈曲振動の影響を低減できることにより、例えば、等価直列抵抗値を低減することができる。

その一方で、本実施形態に係る１対の励振電極１７における静電容量は、第２励振電極１７Ｂの形状が第１励振電極１７Ａの形状と同一である態様における静電容量に比較して、大きくは違わない。その結果、例えば、振動素子５の設計変更が容易化される。

具体的には、例えば、振動素子５を小型化する（例えば水晶片１５の長手方向の長さを１．１ｍｍ以下にする）と、不要振動である屈曲振動の影響が大きくなる。一方、屈曲振動の影響を低減するために互いに同一の形状の１対の励振電極の形状又は寸法を変更すると、水晶振動素子の電気等価定数が変化する。特に容量が変化しやすい。その結果、例えば、水晶デバイス（水晶振動子）の設計の見直しが必要になる。しかし、本実施形態では、第１励振電極１７Ａの形状及び寸法はそのままとし、第２励振電極１７Ｂの形状及び／又は寸法を調整することによって、屈曲振動の影響を低減しつつ、容量の変化を抑えることができる。その結果、水晶デバイスの設計を見直す必要性が生じるおそれが低減される。

また、本実施形態では、第２励振電極１７Ｂの外縁は、平面透視において、第１励振電極１７Ａの所定部分（２５Ａ及び／又は２７Ａ）の外側に位置するとともに前記所定部分に対して傾斜している部分（２５Ｂ及び／又は２７Ｂ）を有している。

従って、例えば、より屈曲振動が振動素子５の特性に及ぼす影響を低減することができる。具体的には、例えば、第２励振電極１７Ｂの外縁の前記傾斜している部分（２５Ｂ及び／又は２７Ｂ）は、第１励振電極１７Ａの直線部分（２５Ａ及び／又は２７Ａ）に直交する方向の位置が、前記直線部分に沿う方向の位置に対して徐々に変化していることになるから、前記直線部分に直交する方向に伝搬する屈曲振動の位相等が揃うおそれがより確実に低減される。また、例えば、水晶片１５の外縁に対して、前記直線部分及び前記傾斜している部分の少なくとも一方が傾斜することになるから、水晶片１５の外縁と励振電極１７の外縁との距離も徐々に変化することになり、当該距離に依存する屈曲振動が低減される。

また、本実施形態では、第１励振電極１７Ａは平面視において矩形である。第２励振電極１７Ｂの外縁は、平面透視において、前記矩形の一辺に対して外側に膨らむ曲線部分（２５Ｂ及び／又は２７Ｂ）を有している。

従って、例えば、比較的一般的な形状である第１励振電極１７Ａに対して、上述した各種の作用乃至は効果を得ることができる。その結果、例えば、本実施形態の有用性が向上する。また、例えば、一般に、厚みすべり振動のエネルギーの分布（エネルギーの等高線）は、励振電極１７を中心とする楕円形となるから、第２励振電極１７Ｂが外側に膨らむ曲線部分を有していることにより、第２励振電極１７Ｂの形状をエネルギーの分布に近づけることができる。その結果、例えば、効率的にエネルギーの閉じ込め効果を得ることができる。

また、本実施形態では、第２励振電極１７Ｂは、平面透視において、第１励振電極１７Ａの矩形の互いに対向する１対の第１辺（２５Ａ及び２７Ｂ）に対して外側に膨らむ１対の曲線部分（２５Ｂ及び２７Ｂ）と、前記矩形の互いに対向する１対の第２辺（２９Ａ）に一致する１対の直線部分（２９Ｂ）と、を有している。

従って、例えば、第２励振電極１７Ｂの外縁全体を第１励振電極１７Ａの外縁全体に対してずらす態様（この態様も本開示に係る技術に含まれる）に比較して、１対の励振電極が互いに同一形状である態様からの調整量が抑えられる。その結果、例えば、デバイス（振動子１）の設計を見直す必要性が生じるおそれを低減できる。その一方で、例えば、１対の第１辺（２５Ａ及び２７Ｂ）に直交する方向に伝搬する屈曲振動の影響を重点的に低減することができる。従って、例えば、当該方向における屈曲振動の影響が大きい場合において好適に特性を向上させることができる。

また、本実施形態では、前記１対の第１辺が１対の短辺（２５Ａ及び２７Ａ）であり、前記１対の第２辺が１対の長辺（２９Ｂ）である。

従って、例えば、短辺に直交する方向の屈曲振動の影響を重点的に低減することができる。また、例えば、長辺を外側に膨らむ曲線状にする態様（この態様も本開示に係る技術に含まれる。図４（ａ）参照）に比較して、曲率半径を小さくできるから、第１励振電極１７Ａの外縁から第２励振電極１７Ｂの外縁までの距離の変化に対して容量の変化を小さくしやすい。その結果、例えば、デバイスの設計の見直しの必要性が生じるおそれを低減しつつ、特性を向上させる効果が得やすくなる。なお、本願発明者が行った実験では、自由短縁２５Ｂ及び固定短縁２７Ｂを外側に膨らむ曲線状にした方が、１対の長縁２９Ｂを外側に膨らむ曲線状にする場合よりも等価直列抵抗値を小さくすることができた。

また、本実施形態では、水晶片１５は平板状である。このような水晶片１５においては、メサ型の水晶片（図５参照）等に比較して、水晶片１５の外縁付近へエネルギーが漏れて励振電極１７の外側で不要な振動が生じやすい。従って、励振電極１７の形状が互いに異なることによる不要振動の抑制効果が現れやすい。

＜第２実施形態＞
図４（ａ）は、第２実施形態に係る振動素子２０５を示す、図３（ｂ）と同様の平面図である。

振動素子２０５は、第２励振電極の形状のみが第１実施形態の振動素子５と相違する。具体的には、振動素子２０５の第２励振電極２１７Ｂは、短縁ではなく、長縁が外側に膨らむ形状とされている。すなわち、第２励振電極２１７Ｂは、平面透視において、第１励振電極１７Ａの１対の自由短縁２５Ａ及び固定短縁２７Ａに一致する自由短縁２２５Ｂ及び固定短縁２２７Ｂと、第１励振電極１７Ａの１対の長縁２９Ａに対して外側に膨らむ１対の長縁２２９Ｂとを有している。

具体的には、例えば、長縁２２９Ｂは、長縁２９Ａに対して外側に膨らむ曲線状である。当該曲線は、例えば、第１励振電極１７Ａ（又は第２励振電極１７Ｂ）の図形重心を通り、Ｚ′軸に平行な中心線Ｌｚを対称軸として線対称の形状である。このような線対称の曲線としては、例えば、中心線Ｌｚ上に位置する不図示の点を中心とする円弧が挙げられる。円弧の半径は適宜に設定されてよい。１対の長縁２２９Ｂの形状は、例えば、互いに同一である。ただし、１対の長縁２２９Ｂの形状は互いに異なっていてもよい。

上記のような構成の振動素子２０５においても、第２励振電極２１７Ｂは、平面透視において、第１励振電極１７Ａよりも広く、第１励振電極１７Ａの全体に重なっている。第１励振電極１７Ａの外縁から第２励振電極２１７Ｂの外縁までの距離は、第１励振電極１７Ａの外縁に沿う位置によって異なっている。また、長縁に着目すると、第２励振電極２１７Ｂの外縁は、平面透視において、第１励振電極１７Ａの所定部分（２９Ａ）の外側に位置し、当該直線部分に対して傾斜する部分（２２９Ｂ）を有している。

なお、第１実施形態と同様に、自由短縁２２５Ｂ及び固定短縁２２７Ｂは、Ｘ方向に伝搬する屈曲振動による定在波の節（当該節からλ／８又はλ／１６の範囲内）に位置してよい。また、長縁２２９Ｂ（そのうちの例えばＸ方向における中央位置）は、Ｚ′方向に伝搬する屈曲振動による定在波の節（当該節からλ／８又はλ／１６の範囲内）に位置してよい。

以上のとおり、本実施形態においても、平面透視において、第２励振電極２１７Ｂは、第１励振電極１７Ａよりも広く、第１励振電極１７Ａの全体に重なっており、第１励振電極１７Ａの外縁から第２励振電極２１７Ｂの外縁までの距離は、第１励振電極１７Ａの外縁に沿う位置によって異なっている。

従って、例えば、第１実施形態と同様の効果が得られる。例えば、屈曲振動が特性に及ぼす影響を低減することができ、その一方で、容量の変化を抑えることができる。

また、本実施形態では、第２励振電極２１７Ｂは、第１励振電極１７Ａの１対の短辺（２５Ａ及び２７Ａ）に一致する１対の直線部分（２２５Ｂ及び２２７Ｂ）と、第１励振電極１７Ａの１対の長辺（２９Ａ）に対して外側に膨らむ１対の曲線部分（２２９Ｂ）とを有している。

従って、例えば、長辺に直交する方向の屈曲振動の影響を重点的に低減することができる。また、例えば、固定短縁２２７Ｂと引出電極１９との距離が固定短縁２７Ａと同様に確保されることから、例えば、固定短縁２２７Ｂと引出電極１９との間で形成される電界によって意図しないスプリアスが生じるおそれが低減される。

＜第３実施形態＞
図４（ｂ）は、第３実施形態に係る振動素子３０５を示す、図３（ｂ）と同様の平面図である。

振動素子３０５は、第２励振電極の形状のみが第１実施形態の振動素子５と相違する。具体的には、振動素子３０５の第２励振電極３１７Ｂは、第１実施形態の自由短縁２５Ｂ及び固定短縁２７Ｂと、第２実施形態の１対の長縁２２９Ｂとを有している。

別の観点では、第２励振電極３１７Ｂの外縁は、その全体（厳密には第１励振電極１７Ａの頂点除く）が第１励振電極１７Ａの外縁に対して外側に膨らむ曲線状となっている。なお、自由短縁２５Ｂ及び固定短縁２７Ｂと、１対の長縁２２９Ｂとの接続点における変化をよりなだらかにしてもよい。換言すれば、第２励振電極３１７Ｂは、楕円形（必ずしも数学上の楕円でなくてよい）又は円形であってもよい。また、第２励振電極３１７Ｂの外縁は、第１励振電極１７Ａの頂点から離れていてもよい。

以上のとおり、本実施形態においても、平面透視において、第２励振電極３１７Ｂは、第１励振電極１７Ａよりも広く、第１励振電極１７Ａの全体に重なっており、第１励振電極１７Ａの外縁から第２励振電極３１７Ｂの外縁までの距離は、第１励振電極１７Ａの外縁に沿う位置によって異なっている。

また、本実施形態では、第２励振電極３１７Ｂの外縁は、平面透視において前記矩形の４辺に対して外側に膨らむ曲線部分（２５Ｂ、２７Ｂ及び２２９Ｂ）を有している。

従って、例えば、Ｘ方向に伝搬する屈曲振動及びＺ′方向に伝搬する屈曲振動のいずれの影響も低減することができる。また、例えば、第２励振電極３１７Ｂの形状が厚みすべり振動のエネルギーの分布の形状により近づくことになり、よりエネルギーの閉じ込め効果が向上する。

＜第４実施形態＞
図４（ｃ）は、第４実施形態に係る振動素子４０５を示す、図３（ｂ）と同様の平面図である。

振動素子４０５は、第２励振電極の形状のみが第１実施形態の振動素子５と相違する。具体的には、振動素子４０５の第２励振電極４１７Ｂは、第１実施形態の自由短縁２５Ｂ及び１対の長縁２９Ｂと、第２実施形態の固定短縁２２７Ｂとを有している。すなわち、第２励振電極４１７Ｂは、第１励振電極１７Ａに対して、自由短縁２５Ｂのみが外側に膨らむ形状となっている。

このような構成においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。例えば、屈曲振動が特性に及ぼす影響を低減することができ、その一方で、容量の変化を抑えることができる。

また、第２励振電極４１７Ｂの外縁のうち、第１励振電極１７Ａの１辺に対応する部分のみを外側に膨らませることから、例えば、容量の変化を抑制する効果が高い。また、例えば、固定短縁２２７Ｂと引出電極１９との距離が固定短縁２７Ａと同様に確保されることから、例えば、固定短縁２２７Ｂと引出電極１９との間で形成される電界によって意図しないスプリアスが生じるおそれが低減される。

＜第５実施形態＞
図４（ｄ）は、第５実施形態に係る振動素子５０５を示す、図３（ｂ）と同様の平面図である。

振動素子５０５は、第２励振電極の形状のみが第１実施形態の振動素子５と相違する。具体的には、振動素子５０５の第２励振電極５１７Ｂは、第１実施形態の固定短縁２７Ｂ及び１対の長縁２９Ｂと、第２実施形態の自由短縁２２５Ｂとを有している。すなわち、第２励振電極５１７Ｂは、第１励振電極１７Ａに対して、固定短縁２７Ｂのみが外側に膨らむ形状となっている。

＜第６実施形態＞
図５は、第６実施形態に係る振動素子６０５を示す、図１の一部に相当する斜視図である。

振動素子６０５は、水晶片の形状のみが第２実施形態の振動素子２０５と相違する。具体的には、振動素子６０５の水晶片６１５は、いわゆるメサ型とされている。第１励振電極１７Ａ（ここでは不図示）、第２励振電極２１７Ｂ及び引出電極１９は、基本的に第２実施形態のものと同様である。ただし、振動素子６０５がメサ型であることによって、引出電極１９は段差を有している。振動素子６０５がメサ型であることに応じて具体的な寸法が適宜に設定されてよいことはもちろんである。

メサ型である水晶片６１５は、メサ部６３１と、平面視においてメサ部６３１を囲み、１対の主面間（Ｙ′軸方向）の厚みがメサ部６３１よりも薄い外周部６３３とを有している。このような形状により、例えば、エネルギー閉じ込め効果が向上する。

メサ部６３１の形状は、例えば、互いに平行な１対の主面を有する板状である。メサ部６３１の平面形状は、例えば、矩形（例えば長方形）である。ただし、メサ部６３１の平面形状は、例えば、楕円形又は長円形（長方形の短辺を円弧にした形状）であってもよい。

外周部６３３の形状は、例えば、メサ部６３１を無視すると、互いに平行な１対の主面を有する板状である。外周部６３３の外縁の形状は、水晶片６１５全体としての平面形状であり、また、第１実施形態における水晶片１５の平面形状と同様である。すなわち、外周部６３３（水晶片６１５）は、例えば、長方形である。

平面視において、メサ部６３１は、例えば、水晶片６１５（外周部６３３）の外縁に対して、Ｚ′軸方向においては中心に位置し、Ｘ軸方向においては一方側（引出電極１９とは反対側）にずれて位置している。ただし、メサ部６３１は、Ｘ軸方向において水晶片１５の中心に位置してもよい。

Ｙ′軸方向において外周部６３３は、メサ部６３１の中央に位置している。すなわち、メサ部６３１の外周部６３３からの高さ（水晶片６１５をメサ型にするための外周部６３３における掘り込み量）は、水晶片６１５の１対の主面同士で同等である。

メサ部６３１の厚みは、第１実施形態における水晶片１５の厚みと同様に、厚みすべり振動についての所望の固有振動数に基づいて設定される。外周部６３３の厚みは、エネルギー閉じ込め効果の観点などから適宜に設定される。例えば、水晶片６１５の１対の主面の一方側における、メサ部６３１の主面と外周部６３３の主面との高さの差（外周部６３３における掘り込み量）は、メサ部６３１の厚みの５％以上１５％以下であり、例えば２０％程度である。

水晶片６１５の各種の寸法は、第１実施形態と同様に、適宜に設定されてよい。一例を挙げると、水晶片６１５の長辺の長さは５５０μｍ以上１．１ｍｍ以下、水晶片６１５の短辺の長さは３５０μｍ以上７５０μｍ以下（ただし長辺の長さより短い）、メサ部６３１の厚みは２０μｍ以上７０μｍ以下、メサ部６３１の長辺の長さは４００μｍ以上７５０μｍ以下（ただし水晶片６１５の長辺の長さより短い）、メサ部６３１の短辺の長さは３００μｍ以上６５０μｍ以下（ただし、水晶片６１５の短辺の長さ及びメサ部６３１の長辺の長さより短い）である。

平面視において、第１励振電極１７Ａ及び第２励振電極２１７Ｂは、メサ部６３１よりも小さく、メサ部６３１の主面に収まっている。また、１対の引出電極１９は、パッド１９ａが外周部６３３に位置しており、配線部１９ｂは、メサ部６３１から外周部６３３に亘っている。なお、第２励振電極２１７Ｂ、又は第１励振電極１７Ａ及び第２励振電極２１７Ｂは、メサ部６３１よりも広くてもよい。

なお、ここでは、第２実施形態の第２励振電極２１７Ｂをメサ型の水晶片６１５に組み合わせる態様を例にとって説明したが、第２励振電極２１７Ｂに代えて、他の実施形態の第２励振電極（１７Ｂ、３１７Ｂ、４１７Ｂ及び５１７Ｂ）が組み合わされても構わない。

また、本実施形態では、一対の第１辺が一対の長辺であり、一対の第２辺が一対の短辺となっていてもよい。このような構成においても、第一実施形態と同様の効果が得られる。例えば、屈曲振動が特性に及ぼす影響を低減することができる。また、このようにすることで、第１励振電極と第２励振電極とで挟まれたメサ部６３１の主振動である厚みすべり振動が、第１励振電極と第２励振電極とで挟まれている部分から漏れ伝搬した振動がメサ部６３１の側面で反射し、この漏れ伝搬しメサ部６３１の側面で反射した振動が主振動である厚みすべり振動と結合し等価直列抵抗値が大きくなることを低減させることができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

圧電振動素子を有する圧電振動デバイスは、圧電振動子に限定されない。例えば、圧電振動デバイスは、圧電振動素子に加えて、圧電振動素子に電圧を印加して発振信号を生成する集積回路素子（ＩＣ：Integrated Circuit）を有する発振器であってもよい。また、例えば、圧電振動デバイス（圧電振動子）は、圧電振動素子の他に、サーミスタ等の他の電子素子を有するものであってもよい。また、圧電振動デバイスは、恒温槽付のものであってもよい。圧電振動デバイスにおいて、圧電振動素子をパッケージングするパッケージの構造は、適宜な構成とされてよい。例えば、パッケージは、上面及び下面に凹部を有する断面Ｈ型のものであってもよい。

圧電片は、水晶片に限定されない。例えば、圧電片は、水晶に金属等からなるドーパントを注入した材料からなるものであってもよい。ただし、このような水晶にドーパントを注入した材料からなる圧電片は、水晶片の一種と捉えられてもよい。また、圧電片は、例えば、セラミックからなるものであってもよい。

圧電振動素子は、厚みすべり振動を利用するものに限定されない。厚みすべり振動を利用する場合において、圧電片（水晶片）は、ＡＴカット板に限定されない。どのような振動モードを利用するものであっても、１対の励振電極の外縁の距離が変化していることによって、不要振動を低減しつつ、容量の変化を抑制することが可能である。例えば、厚みすべり振動を利用する場合において、水晶片は、ＢＴカット板であってもよい。

水晶片がＡＴカット板である場合において、第１励振電極から第２励振電極への方向と、Ｙ′軸の正負との関係は、実施形態と逆であってもよい。また、引出電極が延び出る方向と、Ｘ軸の正負との関係は、実施形態と逆であってもよい。なお、実施形態では、引出電極１９のパッド１９ａが水晶片１５の両主面に設けられ、振動素子５の１対の主面のいずれも凹部３ａの底面に対向可能であった。このことから明らかなように、第１励振電極から第２励振電極への方向と、振動素子との実装方向との関係は適宜に設定されてよい。

圧電振動素子は、１対のパッド（引出電極）が一主面に設けられて片持ち梁状に支持されるものに限定されない。例えば、１対の引出電極が１対の励振電極から互いに逆方向に延び、圧電振動素子の両端が支持されてもよい。また、圧電振動素子は、ばね端子等によって立てられた状態で支持されるものであってもよい。

第１励振電極の形状は矩形に限定されない。例えば、第１励振電極の形状は、第１〜第５実施形態で示した第２励振電極のような形状とされ、第２励振電極は、そのような形状の第１励振電極よりも広い矩形又はその他の第１励振電極とは異なる形状とされてもよい。また、例えば、１対の励振電極の双方が曲線の外縁のみからなるものであってもよい。これらの場合においても、第１励振電極の外縁から第２励振電極の外縁までの距離を第１励振電極の外縁に沿う位置によって異ならせたり、第１励振電極の外縁の所定部分に対してその外側に位置する第２励振電極の外縁の一部を前記所定部分に対して傾斜させることができる。

第２励振電極の外縁の一部が第１励振電極の外縁の直線部分に対して外側に膨らむ形状である場合において、この膨らむ形状は、円弧（曲率が全体に亘って一定の曲線）に限定されない。例えば、膨らむ形状は、一部に直線を含んでいてもよいし、曲率が長さ方向の位置によって変化していてもよい。また、膨らむ形状は、その両端の中間となる位置を通る線に対して非対称の形状であってもよい。

水晶片は、平板状のもの及びメサ型のものに限定されない。例えば、水晶片は、いわゆるコンベックス型又はべベル型のものであってもよい。なお、べベル型のものは、面取り量が小さければ、平板状の一種とされてもよい。

１…水晶振動子（圧電振動デバイス）、５…水晶振動素子（圧電振動素子）、１５…水晶片（圧電片）、１７Ａ…第１励振電極、１７Ｂ…第２励振電極。

Claims

板状の圧電片と、
前記圧電片を挟んで互いに対向している第１及び第２励振電極と、
を有しており、
平面透視において、
前記第２励振電極は、前記第１励振電極よりも広く、前記第１励振電極の全体に重なっており、
前記第１励振電極の外縁から前記第２励振電極の外縁までの距離が前記第１励振電極の外縁に沿う位置によって異なっており、
前記第１励振電極は平面視において矩形であり、
前記第２励振電極は、平面透視において、
前記矩形の互いに対向する１対の第１辺に対して外側に膨らむ１対の曲線部分と、
前記矩形の互いに対向する１対の第２辺に一致する１対の直線部分と、を有している
圧電振動素子。
前記矩形は長方形であり、
前記１対の第１辺が前記長方形の１対の短辺であり、
前記１対の第２辺が前記長方形の１対の長辺である
請求項１に記載の圧電振動素子。
前記矩形は長方形であり、
前記１対の第１辺が前記長方形の１対の長辺であり、
前記１対の第２辺が前記長方形の１対の短辺である
請求項１に記載の圧電振動素子。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電振動素子と、
前記圧電振動素子をパッケージングしているパッケージと、
を有している圧電振動デバイス。