(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージに圧電振動素子を搭載した圧電デバイスであって、
前記圧電振動素子は、
棒状の２本の振動脚と、
２本の前記振動脚の間に配置される中央脚と、
２本の前記振動脚の一方の端部と前記中央脚の一方の端部とをそれぞれ結合する結合部と、
前記中央脚の他方の端部と結合され、当該中央脚の長さ方向に対して０度および１８０度を除く所定角度を有すると共に、前記中央脚に対して両側に前記振動脚と干渉しない方向に延びる２つの突出部とを備え、
前記パッケージは、
当該パッケージに形成された外部接続端子と電気的に接続される少なくとも２つのマウント部と、
前記外部接続端子と電気的に絶縁された、少なくとも１つの支持部とを備え、
前記圧電振動素子は、
前記中央脚上の１つの支持点を前記支持部に支持固定し、
前記２つの突出部の内の一方の突出部上の１つの支持点と、他方の突出部上の１つの支持点とを前記マウント部に支持固定して、前記３点の支持点で前記パッケージに支持固定し、
前記突出部上の２つの導電点は、前記マウント部を介して前記パッケージに設けた外部接続端子に電気的に導通することを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記パッケージは、
前記圧電振動素子を搭載する台座を備え、
当該台座は、
前記マウント部を形成する表面に電極が形成されたマウント台と、
前記支持部を形成する突起とを備え、
前記マウント台と前記突起の少なくとも一方は前記パッケージと一体形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記マウント部および前記支持部の少なくとも一方は、前記パッケージ上に形成された薄膜またはメッキより成ることを特徴とする請求項１に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記マウント部および前記支持部と前記圧電振動素子との支持固定は、弾性を有する接着剤により成されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の圧電デバイス。
【請求項５】
前記マウント部および前記支持部と前記圧電振動素子との支持固定は、金属からなるバンプにより成されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の圧電デバイス。
【請求項６】
前記支持部と前記圧電振動素子との支持固定は、絶縁性接着剤により成されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の圧電デバイス。
【請求項７】
前記マウント部および前記支持部の少なくとも一方の断面形状が、凹状、または凸状であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の圧電デバイス。
【請求項８】
前記パッケージの構成部材が半導体から成ることを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の圧電デバイス。
【請求項９】
前記圧電振動素子は、振動部と固定部を有する音叉型水晶振動子であり、
前記振動部は前記振動脚を有し、前記固定部は前記中央脚を有することを特徴とする請求項１から８の何れか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、圧電デバイスのパッケージ構造に係るものであり、特に圧電振動素子を電気的、機械的に支持固定する電気的接点であるマウント部の他に、圧電振動素子を機械的に支持固定する支持部を有するパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯機器などの小型化、薄型化にともない、それに使われる圧電デバイスに対する小型化薄型化への要求が強くなってきている。【０００３】
図１７は従来の圧電デバイスを示す説明図である。図１７（ａ）に示すように、従来の圧電デバイス５０は、圧電振動素子５１を収容するためのキャビティ５２および外部接続端子５６と電気的に接続されている電極５７を有するマウント台５８とを有するパッケージ５３と、前記マウント台５８に形成されている電極５７に導電性接着剤５５を用いて一端部を支持固定される圧電振動素子５１と、パッケージ５３を気密に封止するためのリッド５４とで構成された構造となっている。【０００４】
図１７（ａ）に示す圧電デバイス５０の場合、圧電振動素子５１を支持固定するためのマウント部として機能する電極５７は圧電振動素子５１の重心から偏った位置に設けられている。一般的に圧電振動素子５１の固定に用いられる導電性接着剤５５は、液状のものが多いため、導電性接着剤５５を電極５７に塗布した後、圧電振動素子５１を所定の位置に搭載してから、加熱により接着剤を硬化するまでの間に、圧電振動素子５１の自重により、図１７（ｂ）に示すように、圧電振動素子５１の支持固定されない側の端が垂れ下がりやすい。【０００５】
図１７（ｂ）に示すように、圧電振動素子５１の支持固定されない側の端が垂れ下がると、パッケージ５３のキャビティ５２の底面と接触して、圧電デバイス５０の特性劣化を引き起こすため、圧電振動素子５１の端が垂れ下がっても、キャビティ５２の底面に接触しないように、パッケージ５３のマウント台５８を形成し、キャビティ５２の底面から圧電振動素子５１を離間させる構造が用いられているが、マウント台５８を設けると圧電デバイス５０の薄型化を阻害するという課題を有していた。【０００６】
このため、薄型の圧電デバイスを得るため、２つの振動脚の間に中央脚を設け、この中央脚によって圧電デバイスを支持する構成が提案されている。例えば特許文献１には２つの振動脚の間に設けた中央脚の重心の一点で支持する構成の圧電デバイスが示され、特許文献２には中央脚上の２点で支持する構成の圧電デバイスが示されている。【０００７】
図１８は特許文献２に記載されている別の従来例の圧電デバイスの構造を示す説明図である。【０００８】
図１８は、従来の圧電デバイスを示す上面図である。図１８に示すように、従来の圧電振動素子６１は、２つの振動脚６１ａの間に中央脚６１ｂを有する構造であり、この中央脚６１ｂに設けられた電極６４を、外部接続端子（図示していない）と電気的に接続された２つの導電性パッド６８に対して導電性接着剤６５などを用いて電気的および機械的に支持し固定する構造となっている。ここで、圧電振動素子６１は電極６４が形成される位置と同じ位置でパッケージに対して支持固定されている。【０００９】
この構成とすることで、図１７に示した従来例のように、圧電振動素子をパッケージに搭載した際、圧電振動素子の先端が垂れ下がり、パッケージのキャビティの底面に接触することは避けられる。【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１６３５６８号公報
【特許文献２】特開２００６−３４５５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記した従来の圧電デバイスでは、振動素子の導電電極間の絶縁性について充分な考慮が成されておらず、導電電極間でショートが発生するおそれがあるという問題がある。この導電電極間の絶縁性の問題は、圧電デバイスを中央脚を用いて支持する構成において小型化薄型化が進むに伴って顕著となる。【００１２】
例えば特許文献１に示される構成では、導電部を中央脚上に設ける構成としているため、小型化や薄型化に伴って中央脚上に導電電極を配置するスペースが狭くなるため、導電電極間の絶縁が難しくなり導電電極間でショートが発生するおそれが高まる。【００１３】
また、特許文献２の構成では、中央脚上において支持点と同じ位置に導電電極を形成する構成であるため、導電電極を形成するためのスペースが狭いという問題があり、さらに、この導電電極を形成するスペースは小型化や薄型化に伴って益々狭くなるため、導電電極間においてショートがより発生し易くなるという問題がある。【００１４】
そこで本発明は、圧電デバイスの小型化薄型化において、導電電極間の絶縁性を向上させて、導電電極間のショートの発生を低減することを目的とする。【００１５】
また、圧電デバイスの小型化薄型化において、中央脚において振動素子を支持する支持点と導電電極との干渉を回避し、導電電極間の絶縁性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の圧電デバイスは、パッケージに圧電振動素子を搭載した圧電デバイスであり、この圧電振動素子は、棒状の２本の振動脚と、２本の振動脚の間に配置される中央脚と、２本の振動脚の一方の端部と中央脚の一方の端部とをそれぞれ結合する結合部と、中央脚の他方の端部と結合され、この中央脚の長さ方向に対して０度および１８０度を除く所定角度で駆動脚と干渉しない方向に延びる突出部とを備える構成とする。【００１７】
上記した構成において、本発明の圧電振動素子のパッケージへの固定を、圧電振動素子の中央脚上の支持点で行う。また、圧電振動素子とパッケージとの電気的導通は、突出部上の２つの導電点でパッケージ側に設けた外部接続端子に電気的に接続することで行う。【００１８】
この構成とすることによって、中央脚上において、圧電デバイスを支持する支持点と導電点との間を所定距離離した位置に設けることができ、支持点と導電点との干渉を避け、導電点の電極を広いスペースに形成することができる。【００１９】
また、本発明の圧電デバイスの支持において、中央脚上において圧電振動素子の温度特性が安定となる範囲内の支持点でパッケージに支持する構成とする。【００２０】
圧電デバイスは、温度変化に伴って周波数特性が変動したり、ＣＩ値が上昇するといった、振動素子が振動する際の温度特性等の動的安定性特性が低下するという問題を有している。この動的安定性特性の問題は、圧電デバイスの小型化薄型化に伴って大きなものとなる。【００２１】
本発明の圧電デバイスは、中央脚上において圧電振動素子の温度特性が安定となる範囲内の支持点でパッケージに支持する構成とすることによって、圧電振動素子は中央脚の支持点でパッケージに支持し、この支持点の位置を圧電振動素子の温度特性が安定となる範囲内に設定することによって、圧電デバイスを小型化薄型化した場合であっても、周波数特性やＣＩ特性といった圧電デバイスの温度特性の低下を抑制することができる。【００２２】
本発明の圧電デバイスは、中央脚上の１つの支持点と突出部上の少なくとも１つの支持点の少なくとも２点の支持点においてパッケージに支持固定する構成とすることができる。【００２３】
また、本発明の圧電デバイスは、中央脚に対して両側に突出部を２つ備え、中央脚上の１つに支持点と２本の突出部の内の一方の突出部上に設けた１つの支持点と他方の突出部上に設けた１つの支持点との３点でパッケージに支持固定する構成とすることができる。【００２４】
このような構成にすれば、圧電振動素子をパッケージに搭載した後、圧電振動素子が傾いたりすることがなく、パッケージのキャビティ底面に接触することもなくなるため、圧電デバイスの特性劣化を防ぐことが可能となる。また、圧電振動素子の傾きが防止できるため、圧電振動素子の搭載部をパッケージ底面から必要以上に離間して設ける必要がなくなり、圧電デバイスを薄型化することも可能となる。【００２５】
第１の態様において、本発明の圧電デバイスは、中央脚振動モードを抑制することによって、周波数特性やＣＩ特性といった温度特性の低下を抑制することができる。【００２６】
中央脚振動モードは中央脚が主面上で屈曲振動する振動モードで、通常はＣＩ値が高いため実際の振動は起こらないが、共振周波数が圧電振動素子の基本周波数と近づきカップリングした場合には実際に振動し、ＣＩ劣化を引き起こす。中央脚の振動周波数は温度上昇と共に圧電振動素子の基本周波数に近づく特性があり、中央脚の振動周波数が圧電振動素子の基本周波数に近づくと、カップリングを起こし、圧電振動素子の安定した発振が阻害される。【００２７】
本出願の発明者は、中央脚振動モードの発生は、中央脚と振動脚とを結合する結合部と、中央脚上の支持点との間の距離に依存し、支持点を結合部に近づけることによって中央脚振動モードの発生が抑制されることを見出した。これは、結合部と支持点との距離が短いほど中央脚モードの共振周波数を高くなるため、十分に短くしておけば通常使用する温度範囲においては、基本周波数とカップリングすることはないためである。【００２８】
本発明の圧電デバイスは、第１の態様において、中央脚上の支持点の結合部から位置を、中央脚の振動周波数が振動脚の基本振動周波数の振動周波数が接近することによって生じる、振動脚と中央脚との振動共振を誘起する距離よりも近づけた位置とし、この支持点の位置を温度特性の安定範囲として、安定範囲内に支持点を設定することによって中央脚振動モードの発生を抑制し、温度特性の低下を抑制する。【００２９】
また、本発明の圧電デバイスは、第１の態様において、中央脚上の支持点と結合部との距離を、温度に対する中央脚の振動周波数変動特性において、許容温度範囲内において中央脚の振動周波数が振動脚の基本振動周波数に最も接近したときに、振動脚と中央脚との振動共振を誘起する距離よりも近づいた位置とし、この位置を温度特性の安定範囲とすることによって、中央脚振動モードの発生を抑制して周波数特性やＣＩ特性といった温度特性の低下を抑制する。【００３０】
また、第２の態様において、本発明の圧電デバイスは、中央脚上の支持位置に対する振動脚の振動周波数変動特性に基づいて、圧電デバイスの周波数特性やＣＩ特性といった温度特性の低下を抑制することができる。【００３１】
本発明の圧電デバイスは、第２の態様において、中央脚上の支持点の結合部からの位置を、中央脚上の支持位置に対する振動脚の振動周波数変動特性において振動周波数の変動が十分無視できる距離の位置とし、この位置を温度特性の安定範囲とすることによって、周波数特性やＣＩ特性といった温度特性の低下を抑制する。【００３２】
また、本発明の圧電デバイスは、第２の態様において、中央脚上の支持点の結合部からの位置を、中央脚上の支持位置に対するＣＩ値の上昇が十分無視できる距離まで離した位置とし、中央脚支持によるＣＩ値の上昇を抑制する。【００３３】
本発明圧電デバイスは、上記した第１の態様と第２の態様とを組み合わせた態様とすることができる。【００３４】
本発明の圧電デバイスは、中央脚上の支持点の位置を、支持点と結合部との距離が、中央脚の振動周波数と振動脚の基本振動周波数との振動周波数が接近することによる振動脚と中央脚との振動共振を誘起する距離よりも近づいた位置であり、かつ、中央脚上の支持位置に対する振動脚の振動周波数変動特性において、振動周波数の変動が十分無視できる距離の位置とし、この位置を温度特性の安定範囲とすることによって、周波数特性やＣＩ特性といった温度特性の低下を抑制する。【００３５】
また、本発明の圧電デバイスは、中央脚上の支持点の位置を、支持点と結合部との距離が、中央脚の振動周波数と振動脚の基本振動周波数との振動周波数が接近することによる振動脚と中央脚との振動共振を誘起する距離よりも近づいた位置であり、かつ、中央脚上の支持位置に対するＣＩ値の上昇が十分無視できる距離の位置とし、温度特性の低下を抑制し、中央脚支持によるＣＩ値の上昇も抑制する。【００３６】
本発明の圧電デバイスは、圧電振動素子のパッケージへの支持固定を、パッケージに形成された外部接続端子と電気的に接続される少なくとも２つのマウント部と、外部接続端子と電気的に絶縁された少なくとも１つの支持部で成すことができ、マウント部と支持部とによって圧電振動素子をパッケージに支持固定する。【００３７】
このような構成にすれば、支持部が外部接続電極とは電気的に絶縁された構造となっており、外部からの不要な電気的信号などが圧電振動素子に到達するのを防ぐことが可能となる。【００３８】
本発明の圧電デバイスは、圧電振動素子を搭載するための台座を備え、台座は、マウント部を形成する表面に電極が形成されたマウント台と、支持部を形成する突起とを備える。マウント台と突起の少なくとも一方はパッケージと一体形成される構造とすることができる。【００３９】
このような構成にすれば、マウント台および支持部となる突起を、パッケージのキャビティ形成と連続して加工することが可能であり、パッケージの生産効率を向上させることが可能となる。【００４０】
本発明の圧電デバイスは、マウント部および支持部の少なくとも一方を、パッケージ上に形成された薄膜またはメッキよりなる構造とすることができる。【００４１】
このような構成にすれば、マウント部および支持部の段差加工が不要であるため、圧電デバイスをより薄型にすることが可能となる。【００４２】
本発明の圧電デバイスは、マウント部および支持部と、圧電振動素子との支持固定を、弾性を有する接着剤により成すことができる。【００４３】
このような構成にすれば、圧電振動素子への衝撃力に対して、弾性を有している接着剤が衝撃を吸収することができるので、耐落下衝撃特性など圧電デバイスの信頼性を向上させることが可能となる。【００４４】
本発明の圧電デバイスは、マウント部および支持部と、圧電振動素子との支持固定を、金属からなるバンプにより成すことができる。【００４５】
このような構成にすれば、圧電振動素子とマウント部あるいは支持部とを支持固定するための固定部材が金属材料となるため、固定部材からの脱ガス発生が抑えられ、特性の安定した圧電デバイスを提供することが可能となる。【００４６】
本発明の圧電デバイスは、マウント部および支持部の少なくとも一方の断面形状を凹状、または凸状の構造とすることができる。【００４７】
このような構成にすれば、圧電振動素子とマウント部あるいは支持部との支持固定に用いる接着剤に余剰が生じても、圧電振動素子とマウント部あるいは支持部に設けられている凹状または凸状部分との隙間に接着剤を溜めることができ、接着剤の流れ出しなどによる電気的な短絡や、圧電振動素子の汚染防止部分への付着を防止することが可能となる。【００４８】
本発明の圧電デバイスは、支持部の表面が絶縁物で覆われた構造とすることができる。【００４９】
このような構成にすれば、支持部が導電性を有する材料で構成されていても、圧電振動素子との電気的絶縁を確保することができる。【００５０】
本発明の圧電デバイスは、支持部と圧電振動素子との支持固定を、絶縁性接着剤により成すことができる。【００５１】
このような構成にすれば、支持部が導電性を有する材料で構成されていても、圧電振動素子との電気的絶縁を確保することができる。【００５２】
本発明の圧電デバイスは、パッケージの構成部材が半導体から成る構造とすることができる。【００５３】
このような構成にすれば、半導体のフォトリソプロセスにより、ウエハ単位の一括処理が可能となり、圧電デバイスの大量処理ができるので製造コストを低減することができる。【００５４】
本発明の圧電デバイスは、圧電振動素子が振動部と固定部を有する音叉型水晶振動子で構成することができる。【００５５】
このような構成にすれば、圧電振動素子の振動部以外を支持固定することができるので、特性の安定した圧電デバイスを作製することが可能となる。【００５６】
本発明の圧電デバイスは、圧電振動素子を棒状の２本の振動脚と、２本の振動脚の間に配置される中央脚と、２本の前記振動脚の一方の端部と中央脚の一方の端部とをそれぞれ結合する結合部と、前記結合部と結合されていない中央脚の端部と結合する固定脚とした音叉型水晶振動子で構成することができる。【００５７】
このような構成にすれば、圧電振動素子の振動部以外を支持固定することができるので、特性の安定した圧電デバイスを作製することが可能となる。【００５８】
本発明の圧電デバイスは、音叉型水晶振動子の固定脚が２つのマウント部により支持固定され、中央脚が支持部により支持固定されている構成とすることができる。【００５９】
このような構成にすれば、圧電振動素子の振動部以外を支持固定でき、さらに効果的に圧電振動素子の傾きを防止することができ、圧電デバイスの特性劣化を防ぐことが可能となる。【００６０】
本発明の圧電デバイスは、圧電振動素子がＡＴカット水晶振動子で構成することができる。【００６１】
このような構成にすれば、ＡＴカット水晶振動子の発振周波数を利用して、高周波帯域の圧電デバイスを提供することが可能となる。【００６２】
本発明の態様によれば、同一直線上にない少なくとも３点で圧電振動素子をパッケージに支持固定するので、圧電振動素子をパッケージに搭載した後、圧電振動素子が傾いたりすることがなく、圧電振動素子がパッケージに接触することがなく、また、圧電振動素子の搭載部をパッケージ底面から必要以上に離間して設ける必要がないため、特性劣化が発生せず、薄型の圧電デバイスを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００６３】
本発明によれば、圧電振動素子を安定して支持するとともに、導電電極間のショートの発生を低減し、圧電デバイスの小型化・薄型化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明における一実施例における圧電デバイスの圧電振動素子を説明するための図である。
【図２】本発明における一実施例における圧電デバイスを説明するための図である。
【図３】本発明における他の実施例における圧電デバイスを説明するための図である。
【図４】本発明における他の実施例における圧電デバイスを説明するための図である。
【図５】本発明における実施例の作用例を説明するための図である。
【図６】本発明における他の実施例における圧電デバイスを説明するための図である。
【図７】本発明の圧電デバイスの構成による耐衝撃性の向上を説明するための図である。
【図８】本発明の圧電デバイスの構成による耐衝撃性の向上を説明するための図である。
【図９】本発明の圧電デバイスにおいて、中央脚上に支持点の位置について温度特性が安定となる範囲内を説明するための図である。
【図１０】本発明の圧電振動素子の温度特性例を説明するための図である。
【図１１】圧電振動素子の基本周波数および中央脚振動モードの周波数の温度変化を説明するための図である。
【図１２】圧電振動素子の中央脚振動モードの周波数の温度変化を説明するための図である。
【図１３】圧電振動素子の中央脚支持の影響を説明するための図である。
【図１４】本発明の圧電振動素子の構成例を説明するための図である。
【図１５】本発明の圧電振動素子の構成例を説明するための図である。
【図１６】本発明の圧電振動素子の変形例について説明するための図である。
【図１７】従来例における圧電デバイスを説明するための図である。
【図１８】従来例における圧電デバイスを説明するための図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  圧電振動素子
１ａ  振動脚
１ｂ  中央脚
１ｃ 突出部
１c1 突出部
１c2 膨出部
１ｄ 結合部
１ｅ 錘
１e1 粗調部
１e2 微調部
１ｆ 支持点
１ｇ 導電部
１ｈ  電極
１０  圧電デバイス
１１  圧電振動素子
１１ａ  振動脚
１１ｂ  中央脚
１１ｃ  突出部
１２  キャビティ
１３  パッケージ
１４  フタ
１５ａ、１５ｂ  固定部材
１６  外部接続電極
１７  電極
１８  マウント台
１９  支持部
２０  圧電デバイス
２１  圧電振動素子
２１ａ  振動脚
２１ｂ  中央脚
２１ｃ  突起部
２２  キャビティ
２３  パッケージ
２４  フタ
２５ａ、２５ｂ  固定部材
２６  外部接続電極
２８  マウント台
２９ 支持部
３１  貫通電極
３７  電極
３８  マウント台
４１  圧電振動素子
４３  凹部
４４  凸部
４５  固定部材
４８  マウント部
５０  圧電デバイス
５１  圧電振動素子
５２  キャビティ
５３  パッケージ
５４  リッド
５５  導電性接着剤
５６  外部接続電極
５７  電極
５８  マウント台
６１  圧電振動素子
６１ａ  振動脚
６１ｂ  中央脚
６２  キャビティ
６３  パッケージ
６４  電極
６５  導電性接着剤
６６  導電性パッド
Ａ-Ｅ  支持位置
α  範囲
β  範囲
γ  範囲
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
本発明の実施形態について図面を用いて説明する。【００６７】
［圧電振動素子の構成例］
図１は本実施例における圧電デバイスが備える圧電振動素子を説明するための平面図である。図１において、圧電振動素子１は、互いに平行に配置された２本の振動脚１ａと、２本の振動脚１ａの間に平行に配置された中央脚１ｂの３本の脚を有し、これら３本の脚は、それぞれの一方の端部を結合部１ｄで結合して一体に形成される。【００６８】
振動脚１ａの他方に端部には周波数調整用の錘１ｅが形成される。この錘１ｅは、例えば振動脚１ａの幅を広くすることによって形成することができる。この錘は、圧電振動素子１を小型化することによる振動周波数の上昇を抑えて、所定の周波数に下げるものである。音叉型の圧電振動素子の共振周波数ｆは、振動脚の幅をＷ、振動脚の長さをＬとしたとき、ｆ∝Ｗ／Ｌ2で表されるため、圧電振動素子１のサイズ縦横同じ比率で縮小すると、共振周波数は上昇する。この構成において、振動脚の先端に錘を付加することによって共振周波数を下げることができる。【００６９】
また、この錘１ｅの周波数調整は、粗調部１e1と微調部１e2の２つの調整部で構成することができる。粗調部１e1は、例えばレーザ光の照射によって粗調部１e1に設けた銀を除去して質量調整を行うことができる。また、微調部１e2は、例えばスパッタによって表面を削除して質量調整を行うことができる。【００７０】
中央脚１ｂの上には、パッケージに支持するための１つの支持点１ｆを備える。この支持点１ｆの位置は、中央脚１ｂ上において圧電振動素子１の温度特性が安定となる範囲内に設定する。この圧電振動素子の温度特性が安定となる範囲内に設定する支持点１ｆの位置については後に説明する。【００７１】
圧電振動素子１は、中央脚１ｂの他方に端部において、中央脚の長さ方向と異なる方向に突出した突出部１ｃを備える。この突出部１ｃには、圧電振動素子１と外部との間を電気的に接続する導電部１ｇが設けられる。【００７２】
［圧電デバイスの実施例］
次に、図２〜図４を用いて圧電デバイスの実施例について説明する。【００７３】
図２は本実施例における圧電デバイスを説明するための説明図であり、図２（ａ）は本実施例における圧電デバイスを上面から見た平面図、図２（ｂ）は本実施例における圧電デバイスを図２（ａ）のＡ−Ａ’から見た断面図である。なお、図２（ａ）は図２（ｂ）におけるフタを取り除いた状態で図示している。【００７４】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例の圧電デバイス１０は、振動脚１１ａと、中央脚１１ｂと、突出部１１ｃとからなる音叉型の圧電振動素子１１と、圧電振動素子１１を収容するためのキャビティ１２を有し、キャビティ１２と反対面に外部接続電極１６を有するパッケージ１３と、このパッケージ１３を封止するためのフタ１４とを含んで構成されている。【００７５】
また、パッケージ１３には圧電振動素子１１を搭載するためのマウント台１８と、圧電振動素子１１を支持固定するための支持部１９となる突起が形成されている。マウント台１８と支持部１９はパッケージ１３と一体形成されている。圧電振動素子１１は、パッケージ１３と一体で形成されているマウント台１８上および支持部１９上に、例えばシリコーン系導電性接着剤など弾性を有する固定部材１５ａ、１５ｂを用いて支持固定された構造となっている。
【００７６】
なお、マウント台１８は表面（上面）に電極１７を有し、この電極１７はパッケージ１３の表裏面を導通させる貫通電極３１を通して外部接続電極１６と電気的に接続される構造となっている。したがって、この電極１７は圧電振動素子１１をパッケージ１３に支持固定するためのマウント部として機能する。また、支持部１９は外部接続電極とは電気的に絶縁された構造となっており、外部からの不要な電気的信号などが圧電振動素子１１に到達するのを防いでいる。【００７７】
図２に示す構造では、圧電振動素子１１の中央脚１１ｂは支持部１９に対して固定部材１５ｂを用いて支持固定され、突出部１１ｃは中央脚１１ｂの幅よりも広い位置に設けられた２ヶ所のマウント台１８の表面に形成された電極１７に対して固定部材１５ａを用いて支持固定されている。つまり、圧電振動素子１１は、マウント部である２つの電極１７と支持部１９の同一直線上にない３点によりパッケージ１３に支持固定する。これにより、圧電振動素子１１はパッケージ１３に対して静的に安定した状態で取り付けられる。【００７８】
圧電振動素子１１を安定した状態でパッケージ１３に搭載することが可能となり、マウント台１８に支持固定されていない圧電振動素子１１の突出部１１ｃと対向する側の部分がパッケージ１３のキャビティ１２の底面に接触することがなくなり、また、圧電振動素子１１の中央脚１１ｂを中心軸として傾いて、振動脚１１ａがパッケージ１３のキャビティ１２の底面に接触することもなくなり、圧電デバイスの特性劣化が発生しなくなる。【００７９】
図３は本発明の第２の実施例を示す説明図であり、図３（ａ）は第２の実施例における圧電デバイスを上面から見た平面図、図３（ｂ）は第２の実施例における圧電デバイスを図３（ａ）のＡ−Ａ’から見た断面図である。なお、図３（ａ）は図３（ｂ）におけるフタを取り除いた状態で図示している。【００８０】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施例の圧電デバイス２０は、振動脚２１ａと、中央脚２１ｂと、突起部２１ｃとからなる音叉型の圧電振動素子２１と、圧電振動素子２１を収容するためのキャビティ２２を有し、キャビティ２２と反対面に外部接続電極２６を有するパッケージ２３と、このパッケージ２３を封止するためのフタ２４とを含んで構成され、圧電振動素子２１は、パッケージ２３が有するキャビティ２２の底面に成膜やメッキなどの手法により形成されているマウント部２８および支持部２９に、例えばシリコーン系導電性接着剤など弾性を有する固定部材２５ａ、２５ｂを用いて支持固定された構造となっている。【００８１】
図３に示す第２の実施例においては、マウント部２８を導電性を有する材料で形成することにより、図２に示す第１の実施例に記載されている電極１７が形成されたマウント台１８は不要となり、製造工程を簡略化することができる。なお、第２の実施例では、マウント部２８はパッケージ２３の表裏面を導通させる貫通電極（図示せず）により外部接続電極２６と電気的に接続された構造となっている。また、支持部２９は外部接続電極とは電気的に絶縁された構造となっており、外部からの不要な電気的信号などが圧電振動素子２１に到達するのを防いでいる。【００８２】
図２では、マウント台１８の１ヶ所に対して、マウント部として機能する電極１７を１ヶ所設ける場合を示したが、図４に示すように、一つのマウント台３８に対して、圧電振動素子を支持固定する電極３７が２ヶ所ある構造としても良い。【００８３】
図２、図３では、圧電振動素子１１、２１を収容する空間を設けるために、パッケージ１３、２３のみがキャビティ１２、２２を有する構造を示したが、圧電振動素子１１、２１を収容する空間を設けるためには、フタ、あるいはフタとパッケージの双方がキャビティを有する構造であっても良い。【００８４】
また、図２、図３の説明では、固定部材として、シリコーン系導電性接着剤の場合を示したが、固定部材はこのシリコーン系導電性接着剤に限るものではなく、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属からなるバンプを用いても良い。金属からなるバンプを用いる場合、固定部材からの脱ガス発生が抑えられ、圧電デバイスの特性の経時劣化を抑えることができる。【００８５】
なお、支持部に用いる固定部材としては、電気的に絶縁性を有する接着剤を使用すれば、圧電振動素子とパッケージとの絶縁の確保はより確実となり、不要な電気信号が圧電振動素子に届くことをより確実に防ぐことが可能となる。また、支持部の表面を絶縁膜で覆った構造としても同様な効果を得ることが可能となる。【００８６】
本発明の圧電デバイスにおいて、中央脚において中央脚上の一点と突出部とによってパーケージに対して支持する構成とすることによって、圧電振動素子をより安定した支持を行うことができる。なお、図５（ａ）は図１７（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。図５（ｂ）は図５（ａ）における圧電振動素子が傾いた状態を示す断面図である。【００８７】
このように、中央脚の一点のみにおいて支持を行う場合には、圧電振動素子６１をパッケージ６３に搭載したとき、図５（ｂ）に示すように、中央脚を中心軸として圧電振動素子６１が傾斜して、振動脚６１ａがパッケージ６３のキャビティ６２の底面に接触し、圧電デバイスと特性が劣化するという問題が発生する。【００８８】
これに対して、本発明の圧電デバイスの上記態様によれば、中央脚において、中央脚上の一点に加えて突出部によって支持する構成とすることによって、圧電振動素子をより安定させて支持することができる。【００８９】
図２から図４では、圧電振動素子が音叉型水晶振動子の場合で示したが、支持部をマウント部と対向する辺に相対する部分に設ければ、矩形状のＡＴカット振動子に適用することも可能である。【００９０】
図６は、本発明の実施例におけるマウント部の断面構造についての説明図である。【００９１】
図６（ａ）はマウント部４８の上部断面形状が平坦な場合、図６（ｂ）はマウント部４８の上部断面形状が凹形状の場合、図６（ｃ）はマウント部４８の上部断面形状が凸形状の場合を示している。【００９２】
図６（ａ）のようにマウント部４８の上部断面形状が平坦な場合、固定部材４５の量が過分にあると、圧電振動素子４１の上面に乗り上げたり、マウント部４８から垂れたりして特性劣化を発生させる可能性がある。これに対して、図６（ｂ）に示す凹部４３のようにマウント部４８の上部断面形状が凹形状となっていれば、過分の固定部材４５がこの凹部４３に溜まって圧電振動素子４１の上面に乗り上げたり、マウント部４８から垂れたりすることがなくなる。また、図６（ｃ）に示す凸部４４のようにマウント部４８の上部断面形状が凸形状となっていれば、圧電振動素子４１とマウント部材４８との間の空間を広く確保することができ、過分の固定部材４５は表面張力により圧電振動素子４１とマウント部材４８との間の空間にとどめられる。【００９３】
なお、図６ではマウント部について示したが、図２から図４に示した支持部についても、図６に示した構造と同様な構造にすることで、同様の効果を得ることが可能となる。【００９４】
図２から図６では、支持部の外形が圧電振動素子の中央脚の幅より大きい場合で示してあるが、支持部の外形は圧電振動素子の中央脚の幅と同等、あるいは小さくても何ら問題ない。【００９５】
本発明の圧電デバイスに用いるパッケージの作製においては、パッケージの母材としてシリコーン（Ｓｉ）ウエハなどの半導体からなる基板を用いることができる。半導体の基板を用いることで、半導体のフォトリソプロセスを利用でき、ウエハ単位の一括処理が可能で、パッケージにマウント台や支持部を容易に形成することが可能となり、製造コストを低減することも可能となる。【００９６】
［圧電デバイスの耐衝撃性］
次に、本発明の圧電デバイスの構成による耐衝撃性の向上について、図６，７を用いて説明する。【００９７】
図７，８は、本発明の圧電デバイスにおいて、周波数変動とＣＩ値変動の耐衝撃性の実験結果例を３点支持と２点支持とを比較して示している。【００９８】
この実験例では、圧電デバイスを７５ｃｍの高さから硬質の木板上に３回落下させたときの自由落下試験による周波数変動Δｆ（図７に示す）およびＣＩ値変動（図８に示す）を、２点支持の場合と比較して示している。図７（ａ）、図８（ａ）は２点支持の場合を示し、図７（ｂ）、図８（ｂ）は３点支持の場合を示している。【００９９】
いずれの実験結果例においても、３点支持の構成は、２点支持の構成よりも周波数変動幅およびＣＩ値の変動幅が小さく、耐衝撃性が向上したことを示している。【０１００】
［圧電デバイスの温度特性］
次に、本発明の圧電デバイスの温度特性について、図９〜図１３を用いて説明する。本発明の圧電デバイスが備える圧電振動素子は、中央脚上に支持点の位置を温度特性が安定となる範囲内に設置することによって、周波数特性やＣＩ特性といった圧電デバイスの温度特性の低下を抑制する。【０１０１】
図９は、中央脚上に支持点の位置について温度特性が安定となる範囲内を説明するための図である。【０１０２】
本発明は、圧電デバイスの温度特性である周波数特性やＣＩ値特性が中央脚上の支持点の位置に依存するという知見に基づいて、中央脚上に設ける支持点の位置を所定範囲内に設定することによって、周波数特性やＣＩ値特性等の温度特性を安定なものとする。【０１０３】
より詳細には、圧電デバイスの温度特性を悪化させる要因として中央脚振動モードの温度による周波数変動があり、この周波数変動は中央脚上の支持点の位置に依存すること、また、ＣＩ値変動も中央脚上の支持点の位置に依存することに基づいて、安定な温度特性を得ることができる中央脚上の支持点の位置の範囲内に支持点を設ける。【０１０４】
中央脚振動モードの周波数変動は中央脚振動モードの振動を実際に引き起こす要因となる。この中央脚振動モードは中央脚の共振周波数が圧電振動素子の基本周波数とカップリングすることによって誘起され、実際に振動する振動状態である。中央脚の共振周波数は温度上昇と共に下降し、圧電振動素子の基本周波数に近づく特性があり、中央脚の振動周波数が圧電振動素子の基本周波数に近づくと、カップリングによって振動が誘起され、圧電振動素子の安定した発振が阻害され、振動周波数が変動する。【０１０５】
本発明の圧電振動素子は、振動周波数の変動特性が中央脚と振動脚との結合部と中央脚上の支持点との間の距離に依存し、支持点が結合部に近づくと中央脚振動モードの発生が抑制されることに基づいて、結合部から所定の距離範囲の位置に支持点を設定することによって中央脚振動モードの発生を抑制して、安定した温度特性を得る。【０１０６】
また、本発明の圧電振動素子は、中央脚支持に影響したＣＩ値の上昇が中央脚と振動脚との結合部と中央脚上の支持点との間の距離に依存し、支持点が結合部から離れるとＣＩ値の上昇が抑制されることに基づいて、結合部からの所定の距離範囲を超えた位置に支持点を設定することによってＣＩ値の上昇を抑制して、安定したＣＩ値特性を得る。【０１０７】
図９において、範囲αは中央脚振動モードの発生が抑制される範囲を示し、範囲βは中央脚支持の影響によるＣＩ値の上昇が抑制される範囲を示し、範囲γは範囲αと範囲βの２つの範囲が共通に存在する範囲を示している。【０１０８】
範囲α内に支持点を設定することによって、中央脚上の結合部からの支持点の位置を、温度に対する中央脚の振動周波数変動特性において、許容温度範囲内において中央脚の振動周波数が振動脚の基本振動周波数に最も接近したときに、振動脚と中央脚との振動共振を誘起する距離よりも近づいた位置とし、この位置を温度特性の安定範囲とすることによって、中央脚振動モードの発生を抑制して周波数特性やＣＩ特性といった温度特性の低下を抑制することができる。【０１０９】
範囲β内に支持点を設定することによって、中央脚上の支持点の位置を、中央脚上の支持点と結合部との距離が、中央脚上の支持位置に対するＣＩ値の上昇が、十分無視できるまで結合部から離した距離の位置とし、中央脚支持によるＣＩ値の悪化を抑制することができる。【０１１０】
範囲αと範囲βが共通して存在する範囲γは、中央脚振動モードの発生とＣＩ値の上昇が共に抑制される範囲となる。【０１１１】
図１０は本発明の圧電振動素子の温度特性例を説明するための図である。図１０（ｂ）に示す周波数特性とＣＩ値の温度特性では、周波数特性（df/f）は50℃の付近で周波数が不安定となって発振不良が発生し、ＣＩ値は２０℃付近を境に急激に上昇している。一般に、圧電デバイスでは、圧電デバイスの小形化に伴って、温度変化に伴って周波数特性が変動したり、ＣＩ値が上昇するといった、振動素子が振動する際の動的安定性である温度特性が低下するという問題を有している。【０１１２】
圧電デバイスの圧電振動素子は、温度変化による周波数変動が小さく、また、ＣＩ値上昇が小さいことが望ましく、圧電デバイスの小形化に伴う周波数特性やＣＩ特性といった圧電デバイスの温度特性の低下を抑制することが求められる。【０１１３】
このような必要性に対し、本発明の圧電デバイスによれば、中央脚上の支持点の結合部からの位置を範囲γ内に設定することによって、図１０（ａ）に示すように周波数特性およびＣＩ値特性を共に安定させることができる。【０１１４】
図１１、１２は圧電振動素子の基本周波数および中央脚振動モードの周波数の温度変化を説明するための図である。【０１１５】
中央脚振動モードの共振周波数は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように温度上昇に伴って圧電振動素子の基本周波数に接近する特性がある。図１１（ｂ）は中央脚振動モードと基本周波数の温度特性を示している。ここで、中央脚の振動周波数（図１１（ｂ）中の破線で示す）は温度上昇と共に低下する傾向を示すため、基本周波数と接近して交差する。【０１１６】
この中央脚振動モードの共振振動周波数が基本周波数に接近すると、カップリングによって中央脚振動モードの振動が誘起される。この中央脚振動モードでは、中央脚も揺れ振動を起こして不安定な状態となり、圧電振動素子は安定して発振することができなくなる。なお、基本周波数に接近していない場合、中央脚はほとんど振動しない。【０１１７】
図１２は、中央脚の振動周波数の支持点位置依存を説明するための図である。図１２（ａ）において、各支持位置Ａ〜Ｅは図９に示す支持点の位置を示し、支持位置Ａ〜支持位置Ｄは結合部からの距離が順に遠くなる位置である、なお、支持位置Ｅは中央脚上の支持点がない場合を示している。【０１１８】
図１２（ａ）に示すように、各支持点での中央脚振動モード周波数の温度特性は、温度上昇と共に下降する線形特性を示し、支持点の位置が結合部から遠いほど周波数は低くなり基本周波数に近く、支持点の位置が結合部に近いほど周波数は高くなり基本周波数から離れている。これから、支持位置Ｄおよび支持位置Ｅでは中央脚振動モードの振動が誘起される傾向が強く、支持位置Ａ，Ｂ，Ｃでは中央脚振動モードの振動が誘起される傾向が弱いと云える。【０１１９】
図１２（ｂ）は支持位置Ａにおける振動周波数の温度変化を示し、図１２（ｃ）は支持位置Ｄにおける振動周波数の温度変化を示している。図１２（ｃ）の支持位置Ｄによる温度特性によれば、温度上昇と共に中央脚の振動周波数は基本周波数に接近する。一方、図１２（ｂ）の支持位置Ａによる温度特性によれば、温度上昇と共に中央脚の振動周波数の変化は僅かであり、基本周波数に接近する傾向は見られない。【０１２０】
したがって、支持点の結合部からの距離を、振動脚と中央脚との振動共振を誘起する距離よりも結合部側に近づけることによって、中央脚振動モードの発生を抑制し、安定した温度特性を得ることができる。【０１２１】
また、圧電デバイスが使用される許容温度範囲において、中央脚の振動周波数が振動脚の基本振動周波数に最も接近したときに、振動脚と中央脚との振動共振を誘起する距離よりも結合部側に近つけることによって、中央脚振動モードの発生を抑制し、安定した温度特性を得ることができる。【０１２２】
図１３は圧電振動素子の中央脚支持による影響を説明するための図である。図１３は、横軸を結合部と中央脚上の支持部との距離（μm）を表し、縦軸は支持が無い場合と支持がある場合の周波数差（ppm）を表している。【０１２３】
ここで、周波数差(ppm)は支持部での損失を間接的に表すものであり、支持部での損失が大きいほど大きな値となる。また、振動損失が大きいほどＣＩ値は悪化する。そのため、周波数差(ppm)は圧電振動素子のＣＩ値（等価抵抗値）を指標する値である。よって、周波数差（ｐｐｍ）を十分小さな値に抑えれば、中央脚支持の影響によるＣＩ値の上昇を防げることになる。【０１２４】
このことは、中央脚上の支持点の結合部からの位置を、周波数差（ｐｐｍ）を十分小さく、ＣＩ値の上昇を十分無視できる距離に離すことで、支持部の損失を低減させ、ＣＩ値の上昇を抑制することを示している。【０１２５】
［圧電振動素子の構成例］
次に、図１４，図１５を用いて本発明の圧電振動素子の構成例について説明する。ここでは、電極の配置、および寸法例を示している。【０１２６】
図１４は圧電振動素子の表面の一例を示し、図１５は圧電振動の裏面の一例を示し、斜線部分は表面に設けられた電極を示している。また、図１４，１５中に示す数値は、圧電振動素子の各部分のサイズをμmの単位で示している。【０１２７】
圧電振動素子の概略サイズは、全長が1364μm、中央脚の脚長は1044μmである。また、振動脚には長さ方向に沿って溝が形成されている。【０１２８】
図１５において、圧電振動素子の中央脚１ｂには電極１ｈが形成される。この電極１ｈは、圧電振動素子がキャビティ側に支持固定される面に形成される。この電極１ｈは、前記したように、中央脚上で温度特性の安定範囲内において決定した位置から、導電性接着剤の広がりを考慮した範囲に形成する。例えば300μm四方の範囲で形成する。【０１２９】
この電極１ｈは、振動素子の検出信号を取り出すための電極ではなく、電気的安定性を高めるためである。中央脚１ｂの側面（図１５には示されていない）には、検出信号を取り出すための配線が中央脚１ｂの長さ方向に沿って形成されている。【０１３０】
ここで、中央脚１ｂの支持固定は、導電部１ｇと同様に導電性接着剤を用いて行う。このような配線が形成された中央脚１ｂを導電性接着剤を用いてキャビティ側に支持固定する際に、導電性接着剤はその流動性によって配線まで流れて配線と接触する場合が生じる。このように、導電性接着剤が配線と接触する場合と、接触しない場合とでは、導電性接着剤と配線との間の浮遊容量による電気的特性が変動する。【０１３１】
そこで、本発明の圧電デバイスは、中央脚１ｂ上に導電性接着剤の付着面積よりも充分に広い面積の電極を形成し、この電極に導電性接着剤を接触させて固定することによって浮遊容量のばらつきを減らし、これによって振動子の発振周波数を安定化する。【０１３２】
なお、中央脚１ｂの固定を絶縁性接着剤で行うことで、上記のような浮遊容量の問題は発生しないが、導電部１ｇと同様に導電性接着剤を用いることで接着工程を簡略化することができる。仮に、導電部１ｇの接着に導電性接着剤を用い、中央脚１ｂの接着に絶縁性接着剤を用いた場合には、接着工程が２工程必要となり工程数が増加することになる。【０１３３】
本発明の圧電デバイスが備える圧電振動素子は図１４，１５に示したサイズに限定されるものではなく、また、中央脚の先端形状についても図１に示した形状に限定されるものではない。【０１３４】
［圧電振動素子の変形例］
次に、図１６を用いて本発明の圧電振動素子の変形例について説明する。【０１３５】
図１６（ａ）は、圧電振動素子の変形例を示す図であり、中央脚１ｂに先端に設けられた突出部１cは、中央脚１ｂに対して片側にのみ設けられた突出部１c1で形成される構成例を示している。【０１３６】
また、図１６（ｂ）は、圧電振動素子の別の変形例を示す図であり、中央脚１ｂに先端に設けられた突出部１cは、中央脚１ｂの先端側側部で膨出した膨出部１c2で形成される構成例を示している。
【図１】
0005522796.tif 000002
【図２】
0005522796.tif 000003
【図３】
0005522796.tif 000004
【図４】
0005522796.tif 000005
【図５】
0005522796.tif 000006
【図６】
0005522796.tif 000007
【図９】
0005522796.tif 000008
【図１０】
0005522796.tif 000009
【図１４】
0005522796.tif 000010
【図１５】
0005522796.tif 000011
【図１６】
0005522796.tif 000012
【図１７】
0005522796.tif 000013
【図７】
0005522796.tif 000014
【図８】
0005522796.tif 000015
【図１１】
0005522796.tif 000016
【図１２】
0005522796.tif 000017
【図１３】
0005522796.tif 000018
【図１８】
0005522796.tif 000019