(57)【要約】  封止構造のコスト及び部品点数の増大を招くことなく、温度変化による水分の付着による振動特性の劣化が生じ難い、安価な圧電振動部品を得る。  パッケージ２内に圧電振動素子１０が収納され、かつ封止されており、圧電振動素子１０の体積をＶｅ、パッケージ２内の封止空間の容積から圧電振動子１０の体積Ｖｅを減算して得られた内部空間容積をＶｐとしたときに、Ｖｅ／Ｖｐが下記の式（１）を満たす圧電振動部品１。  式（１）：Ｖｅ／Ｖｐ＞（Ｓｅ×Ｍ）／｛（Ｓｐ＋Ｓｅ）×２．７２｝  ただし、Ｓｅは圧電振動素子の表面積であり、Ｓｐは上記パッケージ材の内部の圧電振動素子を除いた状態におけるパッケージ内の表面積を示し、Ｍは、使用温度がＴであり、相対湿度が１００％ＲＨである場合の単位容積当り最大水分質量（μｇ／ｍｍ３）をいうものとする。
2009072351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液密封止された空間を有するパッケージと、
前記パッケージの封止された空間内に収納された圧電振動素子とを備え、
前記圧電振動素子の体積をＶｅ、前記パッケージの前記空間の容積から前記圧電振動子の体積Ｖｅを減算して得られたパッケージ内の容積をＶｐとしたときにＶｅ／Ｖｐが、下記の式（１）を満たすことを特徴とする、圧電振動部品。
式（１）：Ｖｅ／Ｖｐ＞（Ｓｅ×Ｍ）／｛（Ｓｐ＋Ｓｅ）×２．７２｝
ただし、Ｓｅは圧電振動素子の表面積であり、Ｓｐは上記パッケージの内部の圧電振動素子を除いた状態におけるパッケージ内部の空間の表面積を示し、Ｍは、使用温度がＴであり、相対湿度が１００％ＲＨである場合の下記の式（２）で表わされる単位容積当り最大水分質量（μｇ／ｍｍ３）をいうものとする。
式（２）：Ｍ＝２１７×｛６．１１×１０−Ａ／（２７３．１５＋Ｔ）｝／１０００
ただし、Ａ＝７．５×Ｔ／（２３７．３＋Ｔ）である。
【請求項２】
前記パッケージが、第１のパッケージ材と、第１のパッケージ材に接合されて、第１，第２のパッケージ材内に前記封止された空間を形成する第２のパッケージ材と、第１，第２のパッケージ材を接合している接合剤とを備える、請求項１に記載の圧電振動部品。
【請求項３】
前記接合剤が、前記空間を液密封止する絶縁性接着剤からなる、請求項１または２に記載の圧電振動部品。
【請求項４】
前記第１のパッケージ材が、平板状のパッケージ材であり、前記第２のパッケージ材が、該第１のパッケージ材上に接合されており、下方に開いた開口部を有するキャップ材である、請求項３に記載の圧電振動部品。
【請求項５】
前記圧電振動子が、圧電単結晶である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電振動部品。
【請求項６】
前記圧電単結晶が水晶である、請求項５に記載の圧電振動部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振子や帯域フィルタなどに用いられる圧電振動部品に関し、より詳細には、パッケージ内に形成された封止空間に圧電振動子が収納されている圧電振動部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
発振子や帯域フィルタとして、圧電振動部品が広く用いられている。圧電振動部品では、圧電振動素子がパッケージ内に収納され、かつ該パッケージの収納空間が封止されている。これは、圧電振動素子に他の部材が接触することを防止したり、圧電振動素子が収納されている空間を封止して、耐環境特性を高めるためである。【０００３】
特許文献１には、図５に示す圧電振動部品が開示されている。圧電振動部品１０１では、圧電振動素子１０２が、パッケージ１０３に収納されている。パッケージ１０３は、上方に開いた開口を有する第１のパッケージ材１０４と、第１のパッケージ材１０４の開口を閉成するように固定された平板状の第２のパッケージ材１０５とを有する。第１のパッケージ材１０４の上面に、半田等からなる金属接合層１０６を介して、第２のパッケージ材１０５が接合され、それによってパッケージ１０３内が気密封止されている。【０００４】
圧電振動素子１０２は、水晶または圧電セラミックスからなる圧電板１０７を有する。圧電板１０７の上面に、第１の励振電極１０８が形成されており、下面に第２の励振電極１０９が形成されている。圧電振動素子１０２は、導電性接着剤１１０により、第１のパッケージ材１０４にその一端が固定されている。すなわち、圧電振動素子１０２は、片もち梁の態様で第１のパッケージ材１０４に固定されている。【０００５】
上記圧電振動部品１０１では、内部が気密封止されている。従って、空気中の湿気等が侵入し難く、経時による圧電振動部品１０１の特性の劣化を抑制することができる。【０００６】
一般に、圧電振動素子１０２などの圧電素子では、温度変化等により空気中の水分が素子表面に付着すると、質量付加により圧電素子のＱ値が低下したり、共振抵抗が上昇したりする。特に、水晶などの圧電単結晶からなる圧電板１０７を用いた場合、上記質量付加によりＱ値の低下や共振抵抗の上昇が生じやすい。そのため、圧電振動部品１０１において、特性が劣化しやすく、甚だしき場合には発振停止に至ることがあった。【０００７】
そこで、下記の特許文献２には、図６に示す圧電振動部品１２１が開示されている。圧電振動部品１２１では、圧電振動素子１０２がパッケージ材１２２内に収納されている。パッケージ材１２２は、平板状の第１のパッケージ材１２３と、第１のパッケージ材１２３上に絶縁性接着剤１２４を介して接合された金属キャップ１２５とを有する。第１のパッケージ材１２３の上面に第１のパッケージ材１２３と一体にあるいは別体に支持材１２６が設けられている。この支持材１２６の上面に端子電極１２７が形成されており、該端子電極１２７に、導電性接着剤１２８を介して圧電振動素子１０２の一端が連結されている。【０００８】
圧電振動部品１２１においても、パッケージ１２２内の空間は封止されているものの、図５に示した金属接合層１０６を用いた場合に比べて封止性が低かった。従って、空気中の水分等がパッケージ外からパッケージ内に侵入するおそれがある。そこで、圧電振動部品１２１では、収納空間内に乾燥剤１２９が配置されている。乾燥剤１２９により、侵入してきた水分が吸収され、圧電振動素子１０２の表面への温度変化による結露を抑制することができるとされている。
【特許文献１】特開２００２−１９８７４１号公報
【特許文献２】特開平９−３６６９１号公報
【特許文献３】特開平６−３１４９２８号公報
【発明の開示】
【０００９】
上記のように、圧電振動部品１０１では、パッケージ１０２内を気密封止するために金属接合層１０６が用いられていた。そのため、安価な絶縁性接着剤等の樹脂による封止構造に比べて、コストが高くつき、かつ製造工程が煩雑になりがちであった。
【００１０】
これに対して、図６に示した圧電振動部品１２１では、安価な絶縁性接着剤１２４を用いてパッケージ内の空間の封止が果たされていた。そのためコストを低減することができる。
【００１１】
しかしながら、絶縁性接着剤１２４を用いた封止構造では、パッケージ外からパッケージ内へ空気中の水分等が侵入しやすかった。従って、温度変化による結露によって圧電振動子１０２の表面に水分が付着しがちであった。その結果、図６に示したように、乾燥剤１２９を配置しなければならなかった。従って、部品点数が増大し、製造工程が煩雑化し、かつパッケージ内の空間が乾燥剤１２９を配置する分だけ大きくならざるを得なかった。
【００１２】
加えて、乾燥剤１２９を配置した構造では、乾燥剤１２９の吸湿能力を越えると、やはり圧電振動子１０２の表面に水分が付着しがちであった。すなわち、一定時間以上、高湿度環境下に圧電振動部品１２１が配置されると、やはり結露が生じ、共振抵抗が上昇したり、発振停止に至ることがあった。
【００１３】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、封止構造のコスト及び部品点数の増大を招くことなく、温度変化による圧電振動素子表面への水分の付着による特性の劣化や発振停止などを抑制することができる、安価な圧電振動部品を提供することにある。
【００１４】
本発明に係る圧電振動部品は、液密封止された空間を有するパッケージと、前記パッケージの封止された空間内に収納された圧電振動素子とを備え、前記圧電振動素子の体積をＶｅ、前記パッケージの内部の上記空間の容積から前記圧電振動子の体積Ｖｅを減算して得られたパッケージ内の容積をＶｐとしたときにＶｅ／Ｖｐが、下記の式（１）を満たすことを特徴とする。
【００１５】
式（１）：Ｖｅ／Ｖｐ＞（Ｓｅ×Ｍ）／｛（Ｓｐ＋Ｓｅ）×２．７２｝
ただし、Ｓｅは圧電振動素子の表面積であり、Ｓｐは上記パッケージの内部の圧電振動素子を除いた状態におけるパッケージ内部の上記空間の表面積を示し、Ｍは、使用温度がＴであり、相対湿度が１００％ＲＨである場合の下記の式（２）で表わされる単位容積当り最大水分質量（μｇ／ｍｍ３）をいうものとする。
【００１６】
式（２）：Ｍ＝２１７×｛６．１１×１０−Ａ／（２７３．１５＋Ｔ）｝／１０００
ただし、Ａ＝７．５×Ｔ／（２３７．３＋Ｔ）である。
【００１７】
本発明に係る圧電振動部品におけるパッケージ構造は特に限定されるわけではない。本発明のある特定の局面では、前記パッケージが、第１のパッケージ材と、第１のパッケージ材に接合されて、第１，第２のパッケージ材に前記封止された空間を形成する第２のパッケージ材と、第１，第２のパッケージ材を接合している接合剤とを備えている。その場合には、第１のパッケージ材と第２のパッケージ材とを接合剤を介して接合することにより、パッケージを容易に形成することができる。好ましくは、接合剤として、空間を液密封止する絶縁性接着剤が用いられ、その場合には、金属接合層の形成等に比べて安価に封止構造を形成することができる。
【００１８】
また、本発明の他の特定の局面では、前記第１のパッケージ材が、平板状のパッケージ材であり、前記第２のパッケージ材が、該第１のパッケージ材上に接合されており、下方に開いた開口部を有するキャップ材である。その場合には、平板状の第１のパッケージ材上に圧電振動部品を実装した後に、第１のパッケージ材上に下方に開いた開口部を有するキャップ材を接合するだけで、容易にかつ効率良く、本発明に係る圧電振動部品を製造することができる。
【００１９】
上記圧電振動素子は、様々な圧電材料により形成し得るが、本発明の他の特定の局面では、圧電振動素子は圧電単結晶を備える。圧電単結晶、特に水晶を用いた場合、前述したように、質量付加によるＱ値や共振抵抗の変動が生じやすい。従って、質量付加による特性変化についての感度が高い水晶などの圧電単結晶を用いて圧電振動素子が形成されている場合、本発明により、Ｑ値の低下や共振抵抗の上昇等をより効果的に抑制することができる。
（発明の効果）
【００２０】
本発明に係る圧電振動部品では、パッケージ内の上記容積Ｖｐに対する圧電振動素子の体積Ｖｅの比であるＶｅ／Ｖｐが式（１）を満たすようにパッケージ及び圧電振動素子が形成されているため、温度変化等による圧電振動素子表面への水分の付着による共振抵抗の上昇等が生じ難い。すなわち、本発明に係る圧電振動部品では、たとえパッケージ内にパッケージ外からの水分が侵入したとしても、Ｖｅ／Ｖｐが上記特定の範囲とされているため、圧電振動素子への水分の付着量が特性にあまり影響を与えない程度に制限される。従って、安価な樹脂封止構造を採用した場合であっても、共振抵抗の変化等の特性の劣化を著しく小さくすることが可能となる。
【００２１】
よって、乾燥剤を配置したりする複雑な構成を必要とすることなく、かつコストの上昇を招くことなく、圧電振動部品の周囲の温度変化による特性の劣化を抑制でき、例えば圧電発振子等においては、発振停止といった致命的な不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る圧電振動部品の正面断面図及び側面断面図である。
【図２】図２は、図１に示した実施形態の圧電振動部品の分解斜視図である。
【図３】図３は、図１に示した実施形態で用いられている圧電振動素子における付着水分量と共振抵抗変化率との関係を示す図である。
【図４】図４は、パッケージ構造の変形例を説明するための分解斜視図である。
【図５】図５は、従来の圧電振動部品の一例を示す正面断面図である。
【図６】図６は、従来の圧電振動部品の他の例を示す正面断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１…圧電振動部品
２…パッケージ
３…ケース基板（第１のパッケージ材）
４…キャップ（第２のパッケージ材）
５…絶縁性接着剤
６，７…電極ランド
６ａ…接続配線パターン
８，９…端子電極
１０…圧電振動素子
１０ａ…圧電板
１０ｂ…端縁
１１…第１の励振電極
１２…第１の引き出し電極
１４…接続電極
１５…第２の励振電極
１６…第２の引き出し電極
１７…導電性接着剤
２０…支持材
２１，２２…ダミー電極
３０…パッケージ
３１…第１のパッケージ材
３１ａ…収納凹部
３２…蓋材
３３…絶縁性接着剤
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ、本発明を具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。【００２５】
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る圧電振動部品の正面断面図及び側面断面図であり、図２はその分解斜視図である。圧電振動部品１は、パッケージ２を有する。パッケージ２は、第１のパッケージ材としての平板状のケース基板３と、第２のパッケージ材としての金属からなるキャップ４とを有する。ケース基板３は、本実施形態では、アルミナからなる。もっとも、ケース基板３は、アルミナ以外の他の絶縁性セラミックスにより形成されていてもよく、合成樹脂等の他の絶縁性材料により形成されていてもよい。さらには、金属板などの表面に絶縁層を形成した複合材によりケース基板３が形成されてもよい。【００２６】
キャップ４は、金属からなるが、合成樹脂表面を金属膜で被覆してなる複合材により形成されていてもよい。さらには、キャップ４は、絶縁性セラミックスや合成樹脂などの絶縁性材料により形成されてもよい。好ましくは、金属、あるいは、表面が金属膜で被覆された複合材からなるキャップ４を用いることにより、パッケージ２内を電磁シールドすることができる。【００２７】
キャップ４は、下方に開いた開口を有する。この開口の縁が、絶縁性接着剤５を介してケース基板３に接合されている。それによって、パッケージ２内が液密封止されている。絶縁性接着剤５は、本実施形態では、エポキシ樹脂系接着剤からなり、比較的安価であり、パッケージ２内の空間を液密封止する。このような液密封止を果たす絶縁性接着剤５は、例えば特許文献１に記載のような気密封止を果たす金属接合層１０６に比べて安価である。従って、絶縁性接着剤５を用いることにより、封止構造のコストを低減することができる。【００２８】
図２に示すように、ケース基板３の上面には、電極ランド６，７が形成されている。電極ランド６は、接続配線パターン６ａを介してケース基板３の一方のコーナー部に設けられた第１の端子電極８に電気的に接続されている。第１の端子電極８は、ケース基板３の一つのコーナー部において、上面からコーナー部を切欠いて形成された円筒曲面状の側面及びケース基板３の下面に至るように形成されている。他方、電極ランド７は、上記端子電極８が設けられているコーナー部とは対角線方向とは対角線方向において反対側に位置するコーナー部に設けられた端子電極９に連ねられている。端子電極９は、ケース基板３の上面からケース基板３のコーナー部を切欠くことにより形成された円筒曲面状の側面部分からケース基板３の下面に至っている。【００２９】
なお、ケース基板３の上面には、支持材２０が形成されている。支持材２０は、ケース基板３の上面から突出されており、上面がケース基板３の上面と平行な方向とされている。支持材２０は、適宜の絶縁性材料からなる。支持材２０は、ケース基板３と一体に形成されていてもよく、支持材２０は、ケース基板３の上面に接着剤等により接合されて形成されてもよい。【００３０】
上記端子電極８，９が形成されているコーナー部分以外の残りのコーナー部に、ダミー電極２１，２２が形成されている。ダミー電極２１，２２は、必ずしも必要ではないが、各コーナー部において切欠により形成された円筒曲面状側面部からケース基板３の上面及び下面に至るように形成されている。【００３１】
上記電極ランド６、接続配線パターン６ａ、端子電極８、電極ランド７、端子電極９及びダミー電極２１，２２が、適宜の導電性材料からなる。これらの電極の形成に際しては、めっき、スパッタリング、蒸着もしくは焼付等の適宜の薄膜形成法により形成することができる。【００３２】
上記ケース基板３上に圧電振動素子１０が導電性接着剤１７を用いて接合される。導電性接着剤１７としては、特に限定されるわけではないが、本実施形態では、エポキシ樹脂系接着剤にＡｇからなるフィラーを含有させた導電性接着剤が用いられている。導電性接着剤１７により圧電振動素子１０が片もち梁態様で支持されている。【００３３】
圧電振動素子１０は、図２に示すように、圧電板１０ａを有する。本実施形態では、圧電板１０ａはＡＴカットで形成された水晶からなる。もっとも、圧電板１０ａは、水晶以外の圧電単結晶により形成されていてもよい。さらに、圧電板１０ａは、圧電単結晶ではなく、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスにより形成されていてもよい。【００３４】
圧電板１０ａの上面には、第１の励振電極１１が形成されている。第１の励振電極１１に連ねられて、第１の引き出し電極１２が形成されている。【００３５】
第１の引き出し電極１２は、圧電板１０ａの導電性接着剤１７により接合されている側に位置している端縁１０ｂに至るように延ばされている。第１の引き出し電極１２は、圧電板１０ａの側面に至っており、さらに、圧電板１０ａの下面に形成された接続電極１４に電気的に接続されている。【００３６】
他方、圧電板１０ａの下面においては、第１の励振電極１１と圧電板１０ａを介して重なり合うように第２の励振電極１５が形成されている。第２の励振電極１５に連ねられて、第２の引き出し電極１６が形成されている。【００３７】
圧電振動素子１０では、第１，第２の励振電極１１，１５間に交流電圧を印加することにより、厚みすべりモードで圧電振動素子１０が振動し、該振動に伴う共振特性が得られる。なお、圧電振動素子１０の実装を容易とするために、圧電振動素子１０の自由端近傍において自由端よりも内側に前述した支持材２０が設けられている。【００３８】
支持材２０の上面と、圧電振動素子１０との間には、ギャップＡが設けられている。ギャップＡは必ずしも設けられずともよいが、支持材２０を設けることにより、圧電振動素子１０を支持材６に固定する際の作業を容易に行うことができる。すなわち、圧電振動素子１０の先端側がケース基板３に衝突したりすることを防止することができるとともに、組み立てに際し圧電振動素子１０を正しい向きに配置することが容易となる。もっとも、支持材２０は必ずしも設けられずともよい。【００３９】
ケース基板３の上面の電極ランド６が、導電性接着剤１７により、上記接続電極１４に接合されている。また、電極ランド７に圧電振動素子１０の第２の引き出し電極１６が同じく導電性接着剤１７により接合されている。【００４０】
従って、端子電極８，９が前述した円筒曲面状の側面部から下面に至るように形成されているので、圧電振動部品１は、ケース基板３の下面側から、プリント回路基板などに表面実装することが可能とされている。【００４１】
上記励振電極１１，１５を含む各電極及び配線パターンは、本実施形態では、下地がクロムであり、表面層が金からなるが、他の適宜の金属もしくは合金により、これらの金属を形成することができる。【００４２】
本実施形態の圧電振動部品１の特徴は、圧電振動素子１０の体積をＶｅ、パッケージ２内の空間の容積から圧電振動素子１０の体積Ｖｅを減算して得られたパッケージ内の容積をＶｐとしたときに、Ｖｅ／Ｖｐが下記の式（１）を満たすことにある。【００４３】
式（１）：Ｖｅ／Ｖｐ＞（Ｓｅ×Ｍ）／｛（Ｓｐ＋Ｓｅ）×２．７２｝
ただし、Ｓｅは圧電振動素子の表面積であり、Ｓｐは上記パッケージの内部の圧電振動素子を除いた状態におけるパッケージ内の上記空間の表面積を示し、Ｍは、使用温度がＴであり、相対湿度が１００％ＲＨである場合の下記の式（２）で表わされる単位容積当り最大水分質量（μｇ／ｍｍ３）をいうものとする。【００４４】
式（２）：Ｍ＝２１７×｛６．１１×１０−Ａ／（２７３．１５＋Ｔ）｝／１０００
ただし、Ａ＝７．５×Ｔ／（２３７．３＋Ｔ）である。【００４５】
Ｖｅ／Ｖｐが式（１）を満たすため、以下に述べるように、本実施形態によれば、温度変化によって圧電振動素子１０に水分が付着したとしても、パッケージ２内の上記空間に存在し得る水分量が制限されているため、共振抵抗の上昇などの特性の劣化などが生じ難い。すなわち、本発明は、温度変化による結露を是認した上で、上記パッケージ２内の空間に存在する水分量を一定以下と限定することにより、温度変化による水分の侵入を抑制したり、パッケージ２内の水分を吸収する乾燥剤を用いることなく、特性の劣化を抑制したことに特徴を有する。これをより具体的に説明する。【００４６】
いま、パッケージ２内の容積Ｖｐに貯蔵される最大水分量は、圧電振動部品の使用温度Ｔ℃とした場合、Ｖｐ×Ｍ（μｇ）となる。すなわち、使用温度Ｔ℃が使用最高温度である場合、最大水分質量はＶｐ×Ｍ（μｇ）………式（３）（ただし、Ｔは使用最高温度）となる。【００４７】
この最大水分質量の水分の全てが結露した場合、圧電振動素子１０の表面に付着する水分の質量は、式（３）の水分質量にＳｅ／（Ｓｅ＋Ｓｐ）を乗じたものとなる。ここで、Ｓｅは、圧電振動素子１０の表面積であり、Ｓｐはパッケージ２内の圧電振動素子１０を取り除いた状態における封止空間の表面積である。従って、Ｓｅ／（Ｓｅ＋Ｓｐ）は、圧電振動素子１０の表面積Ｓｅの、パッケージ２内の空間の全ての表面積に対する割合となる。【００４８】
上記のように、最大水分質量の水分の全てが結露した場合の圧電振動素子１０の表面に付着する水分質量は下記の式（４）で表わされることとなる。【００４９】
Ｖｐ×Ｍ×ＳＥ／（Ｓｅ＋Ｓｐ）〔μｇ〕………式（４）
発振回路における発振余裕度は、すなわち、発振停止に至らない余裕度は、圧電振動素子の負性抵抗値で表わされる。例えば、「水晶デバイスの解説と応用」第５３〜第５４頁（ＱＩＡＪ発行）に示されているように、発振回路は負性抵抗値＜共振抵抗の状態で発振停止となる。負性抵抗値は、少なくとも、上記共振抵抗の５倍程度必要であるとされている。現実の発振回路では、この基準に基づき、負性抵抗値が共振抵抗の５倍以上となるように設定されている。従って、水分が透過する液密封止構造を用いたパッケージ２においても、圧電振動素子１０に付着した水分による共振抵抗増加分が元の負性抵抗値の４００％未満であれば、発振停止は生じないことになる。【００５０】
他方、圧電振動素子においては、付着水分質量の変化により、共振抵抗は直線的に変化する。これを図３に示す。図３は、圧電板１０ａが水晶からなる圧電振動素子１０における付着水分質量と、共振抵抗変化率との関係を示す図である。図３から明らかなように、付着水分質量に対し、共振抵抗変化率が直線的に変化することがわかる。そして、水分の付着により共振抵抗が５倍となる付着水分量、すなわち共振抵抗変化率が＋４００％となる付着水分量は、２．７２×Ｖｅ〔μｇ〕であることがわかる。【００５１】
よって、共振抵抗が５倍となる付着水分量＞圧電振動素子１０の表面に付着する水分質量とするには、次の式（５）を満たせばよい。２．７２×Ｖｅ＞Ｖｐ×Ｍ×Ｓｅ／（Ｓｅ＋Ｓｐ）………式（５）
式（５）を変形すると、上述した式（１）となる。従って、式（１）を満たすようにＶｅ／Ｖｐを決定すれば、温度変化により水分がパッケージ外からパッケージ内に侵入していたとしても、収納される最大水分質量が限定されるため、発振停止を確実に防止することができる。よって、安価な封止構造である液密封止構造を採用した場合でも、発振が停止しないことがわかる。【００５２】
次に、具体的な実験例につき説明する。【００５３】
上記圧電振動部品１として、前述した材料で各部材を構成し、各構成部品の寸法は以下のとおりとした。【００５４】
ケース基板３＝長さ２．０ｍｍ×幅１．６ｍｍ×厚み０．２８ｍｍ
圧電振動素子１０の寸法＝長さＬｅ１．３ｍｍ×幅Ｗｅ０．９ｍｍ×厚さＴｅ３３μｍ
この寸法により、発振周波数が５０ＭＨｚの圧電発振子としての圧電振動部品１を作製した。【００５５】
圧電振動素子１０の表面積Ｓｅ＝（Ｌｅ×Ｗｅ＋Ｗｅ×Ｔｅ＋Ｌｅ×Ｔｅ）×２＝３．３９ｍｍ２
ちなみにＶｅ＝Ｌｅ×Ｗｅ×Ｔｅ＝０．０３９
キャップ９の内寸：長さＬｐ１．６２ｍｍ×幅Ｗｐ１．２２ｍｍ×深さＤｐ０．２３ｍｍ
パッケージ２の内部有効空間容積Ｖｐ＝Ｌｐ×Ｗｐ×Ｄｐ−Ｖｅ＝０．４１６ｍｍ３
パッケージ２内の収納空間の表面積Ｓｐ＝（Ｌｐ×Ｗｐ＋Ｗｐ×Ｄｐ＋Ｌｐ×Ｄｐ）×２＝５．２６ｍｍ２
Ｖｅ／Ｖｐ＝０．０９４＞（Ｓｅ×Ｍ）／（Ｓｐ＋Ｓｅ）×２．７２＝０．０５１
使用最高温度Ｔ℃は８５℃とした。従って、上記式（２）より、Ｍの値は０．３５２となる。【００５６】
本実施例の圧電振動部品１について、８５℃の温度で相対湿度１００％の条件に１６８時間維持した後、−５５℃の温度で相対湿度０％に冷却し、その状態で圧電振動部品１を動作させた。その結果、発振停止は認められなかった。これは、使用最高温度Ｔ℃及び相対湿度１００％で貯蔵される水分の全てがパッケージ２内で結露したとしても、共振抵抗が５倍未満となるため、発振停止が生じないことを意味する。【００５７】
よって、水晶などの温度変化による付加質量の変化に対する感度が高い圧電単結晶を用いた場合においても、安価な封止構造を用いて特性の劣化や発振停止等を確実に防止することができる。従来、水晶のような温度変化などの外的要因に敏感に反応し特性が変化する材料を用いた場合には、高価な気密封止構造を採用しなければならないと考えられていた。これに対し、本発明によれば、パッケージ内への水分の侵入を是認し、ただし該パッケージ内に存在し得る水分量を限定することにより、安定な周波数特性を実現することが可能とされている。【００５８】
なお、上記実施形態では、平板状のケース基板３からなる第１のパッケージ材と、下方に開いた開口を有するキャップ４からなる第２のパッケージ材が用いられていたが、他のパッケージ構造を用いてもよい。例えば、図４に示すように、絶縁性セラミックスや合成樹脂などからなり、上方に開いた収納凹部３１ａを有する第１のパッケージ材３１と、第２のパッケージ材としての平板状の蓋材３２とを絶縁性接着剤３３を介して接合したパッケージ３０であってもよい。【００５９】
さらに、本発明において、第１，第２のパッケージ材以外のさらに他のパッケージ材を組み合わせてパッケージを構成してもよく、また内部空間に収納される圧電振動子の支持態様についても片もち梁態様のものに限定されるものではない。さらに、収納される圧電振動素子についても、帯域フィルタなどを構成する圧電振動素子であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月25日(2009.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液密封止された空間を有するパッケージと、
前記パッケージの封止された空間内に収納された圧電振動素子とを備え、
前記圧電振動素子の体積をＶｅ、前記パッケージの前記空間の容積から前記圧電振動子の体積Ｖｅを減算して得られたパッケージ内の容積をＶｐとしたときにＶｅ／Ｖｐが、下記の式（１）を満たすことを特徴とする、圧電振動部品。
式（１）：Ｖｅ／Ｖｐ＞（Ｓｅ×Ｍ）／｛（Ｓｐ＋Ｓｅ）×２．７２｝
ただし、Ｓｅは圧電振動素子の表面積であり、Ｓｐは上記パッケージの内部の圧電振動素子を除いた状態におけるパッケージ内部の空間の表面積を示し、Ｍは、使用温度がＴであり、相対湿度が１００％ＲＨである場合の下記の式（２）で表わされる単位容積当り最大水分質量（μｇ／ｍｍ３）をいうものとする。
式（２）：Ｍ＝２１７×｛６．１１×１０Ａ／（２７３．１５＋Ｔ）｝／１０００
ただし、Ａ＝７．５×Ｔ／（２３７．３＋Ｔ）である。
【請求項２】
前記パッケージが、第１のパッケージ材と、第１のパッケージ材に接合されて、第１，第２のパッケージ材内に前記封止された空間を形成する第２のパッケージ材と、第１，第２のパッケージ材を接合している接合剤とを備える、請求項１に記載の圧電振動部品。
【請求項３】
前記接合剤が、前記空間を液密封止する絶縁性接着剤からなる、請求項１または２に記載の圧電振動部品。
【請求項４】
前記第１のパッケージ材が、平板状のパッケージ材であり、前記第２のパッケージ材が、該第１のパッケージ材上に接合されており、下方に開いた開口部を有するキャップ材である、請求項３に記載の圧電振動部品。
【請求項５】
前記圧電振動子が、圧電単結晶である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電振動部品。
【請求項６】
前記圧電単結晶が水晶である、請求項５に記載の圧電振動部品。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
式（２）：Ｍ＝２１７×｛６．１１×１０Ａ／（２７３．１５＋Ｔ）｝／１０００
ただし、Ａ＝７．５×Ｔ／（２３７．３＋Ｔ）である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
式（２）：Ｍ＝２１７×｛６．１１×１０Ａ／（２７３．１５＋Ｔ）｝／１０００
ただし、Ａ＝７．５×Ｔ／（２３７．３＋Ｔ）である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
他方、圧電振動素子においては、付着水分質量の変化により、共振抵抗は直線的に変化する。これを図３に示す。図３は、圧電板１０ａが水晶からなる圧電振動素子１０における付着水分質量と、共振抵抗変化率との関係を示す図である。図３において示されている通り、付着水分質量に対して共振抵抗変化率は直線的に変化する。そして、水分の付着により共振抵抗が５倍となる付着水分量、すなわち共振抵抗変化率が＋４００％となる付着水分量は、２．７２×Ｖｅ〔μｇ〕であることがわかる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2009072351.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月2日(2009.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液密封止された空間を有するパッケージと、
前記パッケージの封止された空間内に収納された圧電振動素子とを備え、
前記圧電振動素子の体積をＶｅ、前記パッケージの前記空間の容積から前記圧電振動子の体積Ｖｅを減算して得られたパッケージ内の容積をＶｐとしたときにＶｅ／Ｖｐが、下記の式（１）を満たすことを特徴とする、圧電振動部品。
式（１）：Ｖｅ／Ｖｐ＞（Ｓｅ×Ｍ）／｛（Ｓｐ＋Ｓｅ）×２．７２｝
ただし、Ｓｅは圧電振動素子の表面積であり、Ｓｐは上記パッケージの内部の圧電振動素子を除いた状態におけるパッケージ内部の空間の表面積を示し、Ｍは、使用最高温度がＴ（℃）であり、相対湿度が１００％ＲＨである場合の下記の式（２）で表わされる単位容積当り最大水分質量（μｇ／ｍｍ３）をいうものとする。
式（２）：Ｍ＝２１７×｛６．１１×１０Ａ／（２７３．１５＋Ｔ）｝／１０００
ただし、Ａ＝７．５×Ｔ／（２３７．３＋Ｔ）である。
【請求項２】
前記パッケージが、第１のパッケージ材と、第１のパッケージ材に接合されて、第１，第２のパッケージ材内に前記封止された空間を形成する第２のパッケージ材と、第１，第２のパッケージ材を接合している接合剤とを備える、請求項１に記載の圧電振動部品。
【請求項３】
前記接合剤が、前記空間を液密封止する絶縁性接着剤からなる、請求項１または２に記載の圧電振動部品。
【請求項４】
前記第１のパッケージ材が、平板状のパッケージ材であり、前記第２のパッケージ材が、該第１のパッケージ材上に接合されており、下方に開いた開口部を有するキャップ材である、請求項３に記載の圧電振動部品。
【請求項５】
前記圧電振動子が、圧電単結晶である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電振動部品。
【請求項６】
前記圧電単結晶が水晶である、請求項５に記載の圧電振動部品。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
式（１）：Ｖｅ／Ｖｐ＞（Ｓｅ×Ｍ）／｛（Ｓｐ＋Ｓｅ）×２．７２｝
ただし、Ｓｅは圧電振動素子の表面積であり、Ｓｐは上記パッケージの内部の圧電振動素子を除いた状態におけるパッケージ内部の上記空間の表面積を示し、Ｍは、使用最高温度がＴ（℃）であり、相対湿度が１００％ＲＨである場合の下記の式（２）で表わされる単位容積当り最大水分質量（μｇ／ｍｍ３）をいうものとする。
【国際調査報告】
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