(57)【要約】【課題】  製造が簡単でコストが安くできる圧電デバイスでありながら、周波数調整できる圧電デバイスを提供する。【解決手段】  圧電デバイス（１００）は、励振電極が形成された圧電振動片（１３０）と、圧電振動片を載置するベース（１２０）と、ベースの表面に第１面積を有し電振動片に電気的に接続したコンデンサ素子（１２４ｃｉ、１２４ｃｏ）と、ベースの表面に第２面積を有し圧電振動片に電気的に接続した抵抗素子（１２４ｒｄ、１２４ｒｆ）と、を備える。コンデンサ素子の第１面積の一部が、レーザにより切断又は除去可能であることが好ましい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振電極が形成された圧電振動片と、
前記圧電振動片を載置するベースと、
前記ベースの表面に第１面積を有し、前記圧電振動片に電気的に接続したコンデンサ素子と、
前記ベースの表面に第２面積を有し、前記圧電振動片に電気的に接続した抵抗素子と、
を備える圧電デバイス。
【請求項２】
前記コンデンサ素子の前記第１面積の一部が、レーザにより切断又は除去可能である請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記コンデンサ素子の前記第１面積に対向するように誘電体もしくはセラミックを介して配線電極が形成されている請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記コンデンサ素子の配線電極は、前記圧電振動片に電気的に接続した櫛型形状の第１配線電極と前記圧電振動片に電気的に接続し前記第１配線電極に対向した櫛型形状の第２配線電極とを含む請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記抵抗素子の前記第２面積の一部が、レーザにより除去可能である請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記抵抗素子は、発振回路用の帰還抵抗及び前記圧電振動片への電流を制限する制限抵抗の一方又は両方であり、前記コンデンサ素子は、前記圧電振動片の発振周波数を調整する入力及び出力コンデンサの一方又は双方である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスに係り、特に周波数調整用のコンデンサ等を備えた圧電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶振動子又は水晶発振子などを用いた圧電デバイスは、通信機器や映像装置、計測機器などの多くの電子機器に使用されている。これらの電子機器は、高性能化とともに小型化され、搭載する圧電デバイスも高性能化と小型化が強く要求されている。これらの圧電デバイスはその製造工程の途中で周波数の変動が発生するため、圧電デバイスを封止した後に、発振周波数を測定し、発振周波数が所定の発振周波数となるように周波数調整を行っている。例えば特許文献１においては、パッケージの中に圧電デバイスと発振回路基板を封止し、発振回路基板の底部に形成した透孔からリアクタンスパターン等をレーザでトリミング加工することで、周波数調整をしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０４６３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の圧電デバイスはベースに透孔及び窓を形成する必要があるため、その製造方法が複雑になる。一方、周波数を厳密に調整しなくても所定範囲内に周波数調整できれば良い圧電デバイスの要求も多い。
そこで、製造が簡単でコストが安くできる圧電デバイスでありながら、周波数調整できる圧電デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態の圧電デバイスは、励振電極が形成された圧電振動片と、圧電振動片を載置するベースと、ベースの表面に第１面積を有して形成され圧電振動片に電気的に接続したコンデンサ素子と、ベースの表面に第２面積を有する抵抗素子として形成され圧電振動片に電気的に接続した抵抗素子と、を備える。
【０００６】
またコンデンサ素子の第１面積の一部が、レーザにより切断又は除去可能である。また  コンデンサ素子の第１面積に対向するように誘電体もしくはセラミックを介して配線電極が形成されていてもよい。さらに、コンデンサ素子の配線電極は、圧電振動片に電気的に接続した櫛型形状の第１配線電極と圧電振動片に電気的に接続し第１配線電極に対向した櫛型形状の第２配線電極とを含んでもよい。
【０００７】
本実施形態の抵抗素子の第２面積の一部が、レーザにより除去可能にしてもよい。
また抵抗素子は、電流及び信号を帰還させ、圧電振動片の発振を継続させる帰還抵抗もしくは圧電振動片への電流を制限する制限抵抗である。また、コンデンサ素子は、圧電振動片の発振周波数を調整する入力又は出力コンデンサの一方又は双方である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態の圧電デバイスは、製造が簡単でコストが安くできる圧電デバイスでありながら、周波数調整できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は、第１実施形態の圧電デバイス１００の斜視図である。  （ｂ）は、圧電デバイス１００からリッド１１０を取り外した斜視図である。
【図２】（ａ）は、第１パッケージ１２０であり、図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。  （ｂ）は、第１パッケージ１２０の平面図である。
【図３】第１パッケージに形成された電気回路素子ＥＣＣの回路図である。
【図４】（ａ）は、第２パッケージ２２０であり、図２（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。  （ｂ）は、第２パッケージ２２０の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１１】
本実施形態では、水晶振動片１３０には例えばＡＴカットの水晶板が用いられる。ＡＴカットの水晶振動片は、水晶のＹ面（ＸＺ面）を水晶のＸ軸を回転中心として−Ｙ軸方向に３５度程度回転させたＹ′面を主面とする水晶片である。以下の説明では、ＡＴカットの水晶板の軸方向を基準とし、傾斜された新たな軸をＹ’軸及びＺ’軸として用いる。以下、第１実施形態から第３実施形態において同様である。
【００１２】
（第１実施形態）
＜圧電デバイス１００の構成＞
図１（ａ）は、圧電デバイス１００の斜視図である。圧電デバイス１００は、主に、第１パッケージ１２０と、第１パッケージ１２０内に載置される水晶振動片１３０と、水晶振動片１３０を第１パッケージ１２０内に密封するリッド１１０と、により構成されている。リッド１１０は、コバール等の金属からなる平面板であり、第１パッケージ１２０に接合される。圧電デバイス１００の外形は略直方体形状に形成されている。圧電デバイス１００は、表面実装型の圧電デバイスであり、実装端子１２５がプリント基板等（不図示）にハンダで固定される。
【００１３】
図１（ｂ）は、リッド１１０が取り外された圧電デバイス１００の斜視図である。第１パッケージ１２０は例えばセラミックにより形成され、第１パッケージ１２０の内部には水晶振動片１３０を載置するための空間であるキャビティ１２１が形成されている。第１パッケージ１２０の＋Ｙ’軸側の面のキャビティ１２１の周囲には、リッド１１０に接合される接合面１２２が形成されている。また、第１パッケージ１２０の−Ｙ’軸側の面である実装面１２６ａには、例えば４つの実装端子１２５が形成されている。キャビティ１２１内の＋Ｙ’軸側の面である底面１２６ｂには配線電極などが形成され、またキャビティ１２１内にその配線電極に接続された接合パッド１２３ａ，１２３ｂが形成されている。
【００１４】
図１（ｂ）では、キャビティ１２１に形成される接合パッド１２３ａ及び第２接合パッド１２３ｂ上に水晶振動片１３０が載置されている状態が示されている。水晶振動片１３０は両主面に励振電極１３１が形成されており、水晶振動片１３０の−Ｘ軸側の辺の両端に励振電極１３１から引出電極１３３が引き出されている。水晶振動片１３０の＋Ｙ’軸側の面に形成される励振電極１３１は水晶振動片１３０の−Ｘ軸側の辺の−Ｚ’軸側の端に形成される引出電極１３３に電気的に接続される。また、水晶振動片１３０の−Ｙ’軸側の面に形成される励振電極１３１は水晶振動片１３０の−Ｘ軸側の辺の＋Ｚ’軸側の端に形成される引出電極１３３に電気的に接続される。励振電極１３１及び引出電極１３３は、例えば水晶振動片１３０にクロム（Ｃｒ）層と、クロム層の上に金（Ａｕ）層とからなる。
【００１５】
＜第１パッケージ＞
図２（ａ）及び（ｂ）は、圧電デバイス１００において、リッド１１０及び水晶振動片１３０が載置されていない状態である。図２（ａ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａで示された位置における、第１パッケージ１２０の断面図である。図２（ｂ）は、圧電デバイス１００からリッド１１０及び水晶振動片１３０を取り外した平面図である。
【００１６】
第１パッケージ１２０は、図２に示されるように、第１パッケージ１２０は３つの層により形成されている。セラミックからなる第１層１２０ａは平面状に形成されている。また、第１層１２０ａの−Ｙ’軸側の面は実装面１２６ａであり、実装端子１２５が形成される。環状の第２層１２０ｂが第１層１２０ａの＋Ｙ’軸側に配置される。環状の第２層１２０ｂは環状の内側の一部に台座１２８が設けられている。そして環状の中央部はキャビティ１２１を形成する空間を形成する。環状の第３層１２０ｃが第２層１２０ｂの＋Ｙ’軸側に配置される。第３層１２０ｃも環状であり、その中央にキャビティ１２１を形成する空間を形成する。また、第３層１２０ｃの＋Ｙ’軸側の面には接合面１２２が形成されている。接合面１２２は、リッド１１０が不図示の接合リングを介して接合される面である。
【００１７】
図２（ａ）に示されるように、第１パッケージ１２０の実装面１２６ａ（−Ｙ’軸側の面）に、実装端子１２５が形成される。実装面１２６ａの反対側の面である底面１２６ｂに（＋Ｙ’軸側の面）に配線電極１２４ｃｉ、１２４ｃｏ（図２（ｂ）を参照）が配置されている。これら配線電極１２４ｃｉの一方及び１２４ｃｏの一方は、第１パッケージ１２０の四隅から凹んだキャスタレーション１２７を介して、それぞれ実装端子１２５に電気的に接続されている。また配線電極１２４ｃｉの他方及び１２４ｃｏの他方はそれぞれ接合パッド１２３ａ，１２３ｂに電気的に接続されている。接合パッド１２３ａ，１２３ｂは台座１２８の上面（＋Ｙ’軸側の面）に形成され、配線電極１２４ｃｉ、１２４ｃｏに、ビア配線１２９（図２（ａ）を参照）を介して電気的に接続されている。接合パッド１２３ａ，１２３ｂと配線電極１２４ｃｉ、１２４ｃｏとは、台座１２８を貫通するビア配線１２９の代わりに、台座１２８の側面上に形成された配線で電気的に接続しても良い。なお、水晶振動片１３０の引出電極１３３と接合パッド１２３ａ，１２３ｂとを電気的に接続するために、接合パッド１２３ａ，１２３ｂ上には、導電接着剤ＣＥが塗布される。
【００１８】
一対の配線電極１２４ｃｉは、複数の櫛歯を有する櫛歯形状に形成され、互いの櫛歯が他方の櫛歯間に入るように対向して配置されている。同様に、一対の配線電極１２４ｃｏは、複数の櫛歯を有する櫛歯形状に形成され、互いの櫛歯が他方の櫛歯間に入るように配置されている。そしてガラス又はプラスチック等の粉末を混合した誘電体ペーストＤＥが一対の配線電極１２４ｃｉ間に及び一対の配線電極１２４ｃｉの間に塗布されて硬化されている。一対の配線電極１２４ｃｉ及び一対の配線電極１２４ｃｏは水晶振動片１３０の発振周波数を調整する一対のコンデンサ素子Ｃｉ，Ｃｏの役目を有する。一方の櫛歯と他方の櫛歯との間に必ずしも誘電体ＤＥが設けられていなくても良いが、コンデンサ素子としての静電容量を大きくする場合には誘電体ＤＥが設けられていた方が好ましい。
【００１９】
また接合パッド１２３ａから配線電極１２４ｃｏまでの途中には抵抗ペースト１２４ｒｄが塗布されて硬化されている。抵抗素子１２４ｒｄは水晶振動片１３０へ過大電流が流れないようにする制限抵抗の役目、また負性抵抗条件調整等のため設けられている。また、接合パッド１２３ａから配線電極１２４ｃｏまでの配線と接合パッド１２３ａから配線電極１２４ｃｏまで配線との間に、抵抗ペースト１２４ｒｆが塗布されて硬化されている。抵抗素子１２４ｒｆは水晶振動片１３０の発振を継続させる帰還抵抗の役目で設けられている。抵抗素子１２４ｒｄ用の抵抗ペーストと、抵抗素子１２４ｒｆ用の抵抗ペーストとは、同じ材料であっても良いし異なる材料であってもよい。後述するように、両者の抵抗値は大きく異なるので、違う材料であることが好ましい。
【００２０】
第１パッケージ１２０に形成される接合パッド１２３ａ，１２３ｂ、配線電極１２４ｃｉ，１２４ｃｏ及び実装端子１２５等の電極は、例えばセラミック上に形成されたタングステン層、及びその上に形成されるクロムニッケル層又は金層により構成できる。
【００２１】
＜第１パッケージの周波数調整＞
第１パッケージ１２０の底面１２６ｂには、一対の配線電極１２４ｃｉ及び一対の配線電極１２４ｃｏは、所定の静電容量になるように形成され、また制限抵抗の抵抗素子１２４ｒｄ及び帰還抵抗の抵抗素子１２４ｒｆが所定の抵抗値になるように形成されている。しかしながら、万が一、静電容量もしくは抵抗値が大きくずれていた場合には、静電容量もしくは抵抗値の調整が必要になる。
【００２２】
図２（ｂ）に示されるように、配線電極１２４ｃｉの一本の櫛歯（面積）が点Ｐ１においてレーザで切断されており、配線電極１２４ｃｏの一本の櫛歯（面積）が点Ｐ２においてレーザで切断されている。これにより、配線電極１２４ｃｉによるコンデンサ素子の静電容量Ｃｉが数ｐＦから３０ｐＦに調節され、配線電極１２４ｃｏによるコンデンサ素子の静電容量Ｃｏが数ｐＦから３０ｐＦに調節される。また、帰還抵抗の抵抗素子１２４ｒｆの領域（面積）Ｐ４がレーザで除去されており、制限抵抗の抵抗素子１２４ｒｄの領域（面積）Ｐ５がレーザで除去されている。これにより、帰還抵抗の抵抗素子１２４ｒｆの抵抗値が１ＭΩから１０ＭΩに調節され、制限抵抗の抵抗素子１２４ｒｄの抵抗値が１０Ωから数１００ＫΩに調節される。その後、接合パッド１２３ａ，１２３ｂ上に導電接着剤ＣＥが塗布され、水晶振動片１３０が載置される。その後、リッド１１０が接合面１２２に接合される。なお図示しないが、抵抗素子１２４ｒｆ及び抵抗素子１２４ｒｄをＹ’軸方向に厚く形成し、Ｙ’軸方向からみた面積は同じでままで、抵抗素子の領域表面を薄くしていくことで抵抗値を上げてもよい。
【００２３】
図３は、実施形態の圧電デバイス１００を等価回路で示した図である。実施形態の圧電デバイス１００では、入力コンデンサ１２４ｃｉ、出力コンデンサ１２４ｃｏ、帰還抵抗１２４ｒｆ及び電流制限抵抗１２４ｒｄが、第１パッケージ１２０に実装される。また、実施形態の圧電デバイス１００は、外部回路である発振回路用ＩＣ１４０、例えばインバーダＩＣ１４０に対し、水晶振動片１３０が並列接続の関係となるように、接続して使用する。従って、この圧電デバイス１００によれば、単にインバーダＩＣ１４０に接続するのみで、発振回路を構成できる。すなわち、従来は、ＩＣとさらにそれに必要な入力コンデンサ、出力コンデンサ、帰還抵抗、電流制限抵抗とが必要であったのに対し、本願の場合は、入力コンデンサ、出力コンデンサ、帰還抵抗、電流制限抵抗の接続をすることなく発振回路を構成できる。
なお、入力コンデンサ及び出力コンデンサ各々の、水晶振動片１３０と接続されている側とは反対の端子は、インバーダＩＣ１４０のグランド端子に接続する。
【００２４】
この圧電デバイス１００は、その高さが低くできるとともに（いわゆる低背化）、簡易に圧電発振回路を構成することができる。
【００２５】
（第２実施形態）
＜第２パッケージ＞
図４（ａ）及び（ｂ）は、圧電デバイス２００（不図示）において、リッド１１０及び水晶振動片１３０が載置されていない状態の第２パッケージである。図４（ａ）は、図４（ｂ）のＡ−Ａで示された位置における、第２パッケージ２２０の断面図である。図４（ｂ）は、圧電デバイス２００からリッド１１０及び水晶振動片１３０を取り外した平面図である。なお、図４（ｂ）では、本来は目視できない、配線電極２２４ｃｉ、２２４ｃｏが点線で描かれている。
【００２６】
第２パッケージ２２０は、図４に示されるように、４つの層により形成されている。セラミックからなる第１層２２０ａは平面状に形成されている。環状の第２層２２０ｂが第２層２２０ａの＋Ｙ’軸側に配置される。環状の第２層２２０ｂは環状の内側の一部に台座２２８が設けられている。そして環状の中央部はキャビティ２２１を形成する空間を形成する。環状の第３層２２０ｃが第２層２２０ｂの＋Ｙ’軸側に配置される。第３層２２０ｃも環状であり、その中央にキャビティ２２１を形成する空間を形成する。また、第３層２２０ｃの＋Ｙ’軸側の面には接合面２２２が形成されている。接合面２２２は、リッド１１０が不図示の接合リングを介して接合される面である。第１パッケージ１２０と異なり、第１層２２０ａの−Ｙ’軸側の面にはセラミックからなる第４層２２０ｄが形成されている。そして第１層２２０ａと第４層２２０ｄとの間には、配線電極２２４ｃｉが配置される。この第４層２２０ｄの−Ｙ’軸側の面は実装面２２６ａであり、実装端子２２５が形成される。
【００２７】
図４（ｂ）に示されるように、底面２２６ｂに（＋Ｙ’軸側の面）に配線電極２２４ｃｉの一方及び配線電極２２４ｃｏの一方が形成されている。これら配線電極２２４ｃｉの一方及び２２４ｃｏの一方は、それぞれ接合パッド２２３ａ，２２３ｂに電気的に接続されている。接合パッド２２３ａ，２２３ｂは台座２２８の上面（＋Ｙ’軸側の面）に形成され、配線電極２２４ｃｉ、２２４ｃｏに側面電極を介して電気的に接続されている。また配線電極２２４ｃｉの他方及び２２４ｃｏの他方（点線で描かれている）は、第２パッケージ２２０の四隅から凹んだキャスタレーション２２７を介して、それぞれ実装端子２２５に電気的に接続されている。
【００２８】
配線電極２２４ｃｉの一方は、複数の櫛歯を有する櫛歯形状に形成されており、配線電極２２４ｃｉの他方は、平板に形成されている。セラミックからなる第１層２２０ａが、配線電極２２４ｃｉの一方と配線電極２２４ｃｉの他方との誘電体になる。コンデンサ素子としての静電容量を増やすために、複数の櫛歯（面積）は平面視で樽形状になっており、静電容量を調整する際には、レーザで短い距離を切断できるようにしている。一対の配線電極２２４ｃｏも、一対の配線電極２２４ｃｉと同様である。一対の配線電極２２４ｃｉ及び一対の配線電極２２４ｃｏは水晶振動片１３０の発振周波数を調整する一対のコンデンサＣｉ，Ｃｏの役目を有する。なお、図示しないが、底面２２６ｂに形成された配線電極２２４ｃｉ及び配線電極２２４ｃｏは、複数の櫛歯を有する形状ではなく、双方が同じ平面形状（例えば矩形形状）であってもよい。この場合には、レーザで底面２２６ｂに形成された表面側の配線電極２２４ｃｉの所望部分を除去して、配線電極２２４ｃｉの配線電極２２４ｃｏとの対向面積を減じることによって、積静電容量を調整することができる。
【００２９】
また接合パッド２２３ａから配線電極２２４ｃｏまでの途中には制限抵抗の抵抗素子２２４ｒｄが形成されている。また、接合パッド２２３ａから配線電極２２４ｃｏまでの配線と接合パッド２２３ａから配線電極２２４ｃｏまで配線との間に、離間抵抗の抵抗素子２２４ｒｆが形成されている。抵抗素子２２４ｒｄ用の抵抗ペーストと、抵抗素子２２４ｒｆ用の抵抗ペーストとは、同じ材料であっても良いし異なる材料であってもよい。第１パッケージの抵抗素子１２４ｒｆ及び抵抗素子１２４ｒｄとは、第２パッケージの抵抗素子２２４ｒｆ及び抵抗素子２２４ｒｄの配置位置又は除去位置が異なる違いである。
【００３０】
第２パッケージ２２０に形成される接合パッド２２３ａ，２２３ｂ、配線電極２２４ｃｉ，２２４ｃｏ及び実装端子２２５等の電極は、例えばセラミック上に形成されたタングステン層、及びその上に形成されるクロムニッケル層又は金層により構成できる。
【００３１】
＜第２パッケージの周波数調整＞
第２パッケージ２２０においても、第１パッケージ１２０と同様に、レーザで配線電極２２４ｃｉもしくは配線電極２２４ｃｏの櫛歯を切断したり、制限抵抗の抵抗素子２２４ｒｄ及び帰還抵抗の抵抗素子２２４ｒｆの面積を除去したりして、静電容量もしくは抵抗値を調整する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施形態に様々な変更・変形を加えて実施することができる。本実施形態の水晶振動片１３０はＡＴカットの圧電板を用いたが、ＳＣカット、ＢＴカット等の他のカット圧電片であっても良い。さらに圧電振動片はベベル加工された圧電片であっても良い。励振部が平板上の水晶振動片を開示したが、凸形状のメサ型振動片又は凹形状の逆メサ型振動片にも適用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１００，２００  …  圧電デバイス
１１０  …  リッド
１２０，２２０  …  パッケージ
１２１，２２１  …  キャビティ  
１２２，２２２  …  接合面
１２３ａ，１２３ｂ、２２３ａ，２２３ｂ  …  接合パッド
１２４ｃｉ，１２４ｃｏ、２２４ｃｉ，２２４ｃｏ  …  配線電極（コンデンサ素子）
１２５，２２５  …  実装端子
１２６ａ，２２６ａ  …  実装面
１２６ｂ，２２６ｂ  …  パッケージ底面
１２７，２２７  …  キャスタレーション
【図１】
2020102672.tif 000003
【図２】
2020102672.tif 000004
【図３】
2020102672.tif 000005
【図４】
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