(57)【要約】【課題】  小型化を進める上で、短絡の危険を回避しつつ負荷容量であるＣＬの変化に対して、急峻な周波数変化を生じることのないＣＬ特性に優れた圧電振動片と、圧電デバイスを提供すること。【解決手段】  基部５１と、基部から延びる複数の振動腕３５，３６と、前記基部の前記一端側より所定距離だけ離れた他端側から幅方向に延長され、かつ前記振動腕の外側において、該振動腕と同じ方向に延びる支持用アーム６１，６２と、前記各振動腕に形成された対となる駆動用の電極３７，３８と、前記駆動用の電極が、互いに距離を隔てて対向するようにそれぞれ前記基部に形成された引出し電極３７ａ，３８ａと、引出し電極が対応する前記支持用アームに引き回されることにより形成された接続用の電極とを備えており、前記基部における前記引出し電極の前記対向距離ｄを最小に設定する構成とした。【選択図】  図１
2006203763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料により形成された基部と、
前記基部の一端側から延びる複数の振動腕と、
前記基部の前記一端側より所定距離だけ離れた他端側から幅方向に延長され、かつ前記振動腕の外側において、該振動腕と同じ方向に延びる支持用アームと、
前記各振動腕に形成された対となる駆動用の電極と、
前記対となる駆動用の電極が、互いに距離を隔てて対向するようにそれぞれ前記基部に引き回されて形成された引出し電極と、
これら引出し電極が対応する前記支持用アームに引き回されることにより形成された接続用の電極と
を備えており、
前記基部の表裏面の前記引出し電極の少なくとも一方について、前記対向距離を最小に設定する構成とした
ことを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、
前記圧電振動片が、
圧電材料により形成された基部と、
前記基部の一端側から延びる複数の振動腕と、
前記基部の前記一端側より所定距離だけ離れた他端側から幅方向に延長され、かつ前記振動腕の外側において、該振動腕と同じ方向に延びる支持用アームと、
前記各振動腕に形成された対となる駆動用の電極と、
前記対となる駆動用の電極が、互いに距離を隔てて対向するようにそれぞれ前記基部に引き回されて形成された引出し電極と、
これら引出し電極が対応する前記支持用アームに引き回されることにより形成された接続用の電極と
を備えており、
前記基部の表裏面の前記引出し電極の少なくとも一方について、前記対向距離を最小に設定する構成とした
ことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項３】
圧電材料により形成された基部と、前記基部の一端側から延びる複数の振動腕と、前記基部の前記一端側より所定距離だけ離れた他端側から幅方向に延長され、かつ前記振動腕の外側において、該振動腕と同じ方向に延びる支持用アームと、前記各振動腕に形成された対となる駆動用の電極と、前記対となる駆動用の電極が、互いに距離を隔てて対向するようにそれぞれ前記基部に引き回されて形成された引出し電極と、これら引出し電極が対応する前記支持用アームに引き回されることにより形成された接続用の電極とを備える圧電振動片の特性を調整する方法であって、
前記基部の表裏面の前記引出し電極の少なくとも一方について、前記対向距離を変更することにより、負荷容量の変化に対応する周波数変化を調整する
ことを特徴とする圧電振動片の特性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片とパッケージやケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスの改良、ならびに圧電振動片の特性調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、モバイルコンピュータ、あるいはＩＣカード等の小型の情報機器や、携帯電話、自動車電話、またはページングシステム等の移動体通信機器や圧電ジャイロセンサー等において、圧電振動子や圧電発振器等の圧電デバイスが広く使用されている。
図４は、圧電デバイスに従来より用いられている圧電振動片の一例を示す概略平面図である。
【０００３】
図において、圧電振動片１は、水晶などの圧電材料をエッチングすることにより、図示する外形を形成するもので、パッケージ（図示せず）等に取付けられる矩形の基部２と、基部２から図において上方に延長された一対の振動腕３，４を備えており、これら振動腕の主面（表裏面）に長溝５，６が形成されている（特許文献１参照）。
長溝５，６内には、駆動用の電極としての励振電極７，８が形成されており、励振電極７，８は、長溝５，６内と、各振動腕の側面とに形成され、各振動腕について長溝内の電極と、側面に設けた電極が対となるようにされている。そして、各励振電極７，８は、それぞれ引出し電極７ａ，８ａとして、基部２に引き回されている。
【０００４】
そして、引出し電極７ａ，８ａは、図示しないパッケージ側に塗布された導電性接着剤９，９の上に載置されて、接合されるようになっている。
このような圧電振動片１においては、励振電極７，８を介して駆動電圧が印加されると、各振動腕３，４の先端部を近接・離間するようにして、屈曲振動することにより、所定の周波数の信号が取り出されるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６１５７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５は圧電振動片を用いて形成される水晶振動子の等価回路を示している。図において、Ｌ１は振動子の固有のインダクタンス、Ｃ１は固有の容量、Ｃ０は誘電体としての圧電材料を電極で挟んだコンデンサとしての容量である。損失としての抵抗成分Ｒ１はクリスタルインピーダンス（ＣＩ）と呼ばれる。
このような等価回路においては、周波数ｆとの関係で、次式が成立する。
ｆ＝１／２π・１／（Ｌ１・Ｃ１）−１／２・・・・・式１
ここで、周波数ｆを一定に維持して、圧電振動片１を小型化しようとすると、Ｌ１は振動腕の質量に対応するので、Ｃ１を大きくしなければならない。
【０００７】
図６は圧電振動片（水晶振動片）を実装する際に、負荷容量ＣＬを決めて使用する状態を示す図であり、この負荷容量ＣＬの変動は、図５の容量Ｃ１を変更することに相当する。そして、負荷容量ＣＬの値は、実装の都合などにより、多少の変動を持って決定され使用されるのが実際である。
ここで、負荷容量ＣＬの変化もしくは変動に対して、周波数ｆの変化量をここではＣＬ特性と呼ぶ。ＣＬ特性は容量Ｃ１を変更することにより変化するが、例えば、Ｃ１を小さくしようとすることは、上述したように圧電振動片１の小型化、特に、長手方向の寸法を小型化して、現行の圧電振動片１をさらに小型にしようとする上で障害となるので、選択することができない。
【０００８】
そこで、図５の容量Ｃ０を変更することにより、ＣＬ特性を調整することができる。
この場合、容量Ｃ０は、図４の引出し電極７ａ，８ａの対向距離ｄを変更することによって行うことができると考えられ、特に、対向距離ｄを小さくすることによって、ＣＬ特性における周波数の変化の緩急を改善して、急激な周波数変化を緩和することができる。
しかしながら、従来の圧電振動片１は、図４に示すように、導電性接着剤９，９によりパッケージに接合されることから、引出し電極７ａ，８ａの対向距離ｄを小さくすると、導電性接着剤９，９同士が触れて、短絡の危険があり、このような調整手段を用いることができない。
特に、圧電振動片１の小型化が進むと、基部２自体の幅寸法も可能な限り小さくされていることから、引出し電極７ａ，８ａの対向距離ｄを小さくすることは、一層、短絡の危険を生じさせることにつながる。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、小型化を進める上で、短絡の危険を回避しつつ負荷容量であるＣＬの変化に対して、急峻な周波数変化を生じることのないＣＬ特性に優れた圧電振動片と、圧電デバイスならびに圧電振動片の特性調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、第１の発明にあっては、圧電材料により形成された基部と、前記基部の一端側から延びる複数の振動腕と、前記基部の前記一端側より所定距離だけ離れた他端側から幅方向に延長され、かつ前記振動腕の外側において、該振動腕と同じ方向に延びる支持用アームと、前記各振動腕に形成された対となる駆動用の電極と、前記対となる駆動用の電極が、互いに距離を隔てて対向するようにそれぞれ前記基部に引き回されることにより形成された引出し電極と、これら引出し電極が対応する前記支持用アームに引き回されることにより形成された接続用の電極とを備えており、前記基部の表裏面の前記引出し電極の少なくとも一方について、前記対向距離を最小に設定する構成とした圧電振動片により、達成される。
【００１１】
第１の発明の構成によれば、圧電振動片は、前記基部からさらに延長して設けた支持用アームを有しており、この支持用アームを利用して、パッケージなどの収容容器に接合されることができる。このため、本発明の圧電振動片では、前記基部が接合に関与しないので、前記基部において、互いに距離を隔てて対向するように引き回された引出し電極には、導電性接着剤などの電気的、機械的結合を行うための手段が付着することがない。このため、前記基部において互いに対向して配置される前記引出し電極の対向距離を小さくして、電極同士を近接させても、電極の短絡の危険がなく、負荷容量の変化に対応した周波数変化を緩やかなものとすることができる。この場合、基部の表面と裏面に前記引出し電極が同じように形成されているので、表裏面の一方について引出し電極同士のの対向距離を小さくしてもよく、両面において、引出し電極同士のの対向距離を小さくしてもよい。
【００１２】
また、上記目的は、第２の発明にあっては、パッケージまたはケース内に圧電振動片を収容した圧電デバイスであって、前記圧電振動片が、圧電材料により形成された基部と、前記基部の一端側から延びる複数の振動腕と、前記基部の前記一端側より所定距離だけ離れた他端側から幅方向に延長され、かつ前記振動腕の外側において、該振動腕と同じ方向に延びる支持用アームと、前記各振動腕に形成された対となる駆動用の電極と、前記対となる駆動用の電極が互いに距離を隔てて対向するようにそれぞれ前記基部に引き回されることにより形成された引出し電極と、これら引出し電極が、対応する前記支持用アームに引き回されて形成された接続用の電極とを備えており、前記基部の表裏面の前記引出し電極の少なくとも一方について、前記対向距離を最小に設定する構成とした圧電デバイスにより、達成される。
第２の発明の構成によれば、第１の発明の構成において説明したのと同様の原理により、圧電デバイスの電極の短絡の危険を生じることなく、負荷容量の変化に対応した周波数変化を緩やかなものとすることができる。
【００１３】
また、上記目的は、第３の発明にあっては、圧電材料により形成された基部と、前記基部の一端側から延びる複数の振動腕と、前記基部の前記一端側より所定距離だけ離れた他端側から幅方向に延長され、かつ前記振動腕の外側において、該振動腕と同じ方向に延びる支持用アームと、前記各振動腕に形成された対となる駆動用の電極と、前記対となる駆動用の電極が、互いに距離を隔てて対向するようにそれぞれ前記基部に引き回されて形成された引出し電極と、これら引出し電極が対応する前記支持用アームに引き回されることにより形成された接続用の電極とを備える圧電振動片の特性を調整する方法であって、前記基部の表裏面の前記引出し電極の少なくとも一方について、前記対向距離を変更することにより、負荷容量の変化に対応する周波数変化を調整する圧電振動片の特性調整方法によっても、達成される。
第３の発明の構成によれば、前記基部における前記引出し電極の前記対向距離を最小に設定するだけでなく、前記対向距離を調整することにより、ＣＬ特性をコントロールする手法を含むものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１および図２は、本発明の圧電デバイスの実施形態を示しており、図１はその概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線切断端面図である。
これらの図において、圧電デバイス３０は、圧電振動子を構成した例を示しており、この圧電デバイス３０は、基体であるパッケージ５７内に圧電振動片３２を収容している。
パッケージ５７は、図１および図２に示すように、例えば、矩形の箱状に形成されている。具体的には、パッケージ５７は、第１の基板５５と第２の基板５６とを積層して形成されており、例えば、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラミックグリーンシートを成形して図示の形状とした後で、焼結して形成されている。
【００１５】
パッケージ５７は、図２に示すように、第２の基板５６の内側の材料を除去することで、内部空間Ｓのスペースを形成している。この内部空間Ｓが圧電振動片３２を収容するための収容空間である。そして、第１の基板５５に形成した電極部３１，３１の上に、導電性接着剤４３，４３を用いて、圧電振動片３２の支持用アーム６１，６２の後述する接続用電極の形成箇所を載置して接合している。
【００１６】
なお、電極部３１，３１はパッケージ裏面の実装端子４１と導電スルーホールなどで接続されている。パッケージ５７は、圧電振動片３２を収容した後で、透明なガラス製の蓋体４０が封止材５８を用いて接合されることにより、気密に封止されている。これにより、蓋体４０を封止した後で、外部からレーザ光を照射して圧電振動片３２の電極などをトリミングして、周波数調整できるようになっている。
【００１７】
圧電振動片３２は、例えば水晶で形成されており、水晶以外にもタンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電材料を利用することができる。この圧電振動片３２は、図１に示すように、基部５１と、この基部５１の一端（図において右端）から、右方に向けて、二股に別れて平行に延びる一対の振動腕３５，３６を備えている。
各振動腕３５，３６の主面の表裏には、好ましくは、それぞれ長さ方向に延びる長溝３３，３４をそれぞれ形成し、図１および図２に示すように、この長溝内に駆動用の電極である励振電極３７，３８が設けられている。
尚、この実施形態では、各振動腕３５，３６の先端部は、ややテーパ状に次第に拡幅されることにより、重量増加され、錘の役割を果たすようにされている。これにより、振動腕の屈曲振動がされやすくなっている。
【００１８】
また、圧電振動片３２は、その基部５１の振動腕を形成した一端より、図１において、基部長さに対応する所定距離だけ隔てた他端（図において左端）において、基部５１の幅方向に延長され、かつ振動腕３５，３６の両外側の位置で、各振動腕３５，３６の延びる方向（図１において右方向）に、これら振動腕３５，３６と平行に延びている支持用アーム６１，６２を備えている。
このような圧電振動片３２の音叉状の外形と、各振動腕に設ける長溝は、それぞれ例えば水晶ウエハなどの材料をフッ酸溶液などでウエットエッチングしたり、ドライエッチングすることにより精密に形成することができる。
【００１９】
励振電極３７，３８は、長溝３３，３４内と、各振動腕の側面とに形成され、各振動腕について長溝内の電極と、側面に設けた電極が対となるようにされている。そして、各励振電極３７，３８は、それぞれ引出し電極３７ａ，３８ａとして、基部５１に引き回され、該基部５１の表面と裏面とに、それぞれ同じ構成で形成されている。さらに、引出し電極３７ａ，３８ａは、各支持用アーム６１，６２の表裏面に延長されて、接続用電極６３，６４とされている。
ここで、基部５１においては、対となる引出し電極３７ａ，３８ａは電極間距離Ｄを隔てて互いに対向することにより電気的に分離されている。
【００２０】
これにより、圧電デバイス３０を実装基板などに実装した場合に、外部からの駆動電圧が、実装端子４１から、電極部３１，３１を介して圧電振動片３２の各支持用アーム６１，６２の各接続用電極６３，６４および基部５１の各引出し電極３７ａ，３８ａに伝えられ、各励振電極３７，３８に伝えられるようになっている。
そして、長溝３３，３４内の励振電極に駆動電圧が印加されることによって、駆動時に、各振動腕の長溝が形成された領域の内部の電界効率を高めることができるようになっている。
【００２１】
また、好ましくは、基部５１には、基部５１の振動腕側の端部から十分離れた位置において、両側縁に、基部５１の幅方向の寸法を部分的に縮幅して形成した凹部もしくは切り込み部７１，７２を設けている。切り込み部７１，７２の深さは、例えば、それぞれ近接する振動腕３５，３６の外側の側縁と一致する程度まで縮幅されると好ましい。
これにより、振動腕３５，３６が屈曲振動する際に振動漏れが基部５１側に漏れ、支持用アーム６１，６２に伝搬することを抑制し、ＣＩ値を低く抑えることができる。
【００２２】
ここで、本実施形態では、基部５１の表面及び裏面の少なくとも一方において、互いに対向している引出し電極３７ａ，３８ａの図１に示す電極間距離Ｄが最小となるように設定されている。
これは、次の理由による。
図３は、横軸に負荷容量（ＣＬ）の値をとり、縦軸に周波数変化ΔＦ（Δｆ）をとり、負荷容量の変動に対応した周波数変化の度合いを次式（式２）によりグラフ化したものである。
Δｆ／ｆ＝Ｃ１／２（Ｃ０＋ＣＬ）・・・・式２
（なお、ｆ（Ｆ）は「周波数」、Δｆ（Ｆ）は「周波数変化量」、Ｃ１は「固有の容量」、Ｃ０は誘電体としての圧電材料を電極で挟んだコンデンサとしての容量で、ここでは「電極間容量」である）
【００２３】
図３において、曲線Ａは図１の電極間距離Ｄを従来と同様に０．１５０ｍｍ程度としたものであり、この時の電極間容量Ｃ０は比較的小さく、１．００ｐＦ（ピコファラド）である。曲線Ｂは電極間距離Ｄを最小にし、例えば０．０３０ｍｍ程度としたもので、この時の電極間容量Ｃ０は最も大きくなり、２．００ｐＦである。
図示されているように、電極間距離Ｄを小さくすると、電極間容量Ｃ０は大きくなり、負荷容量ＣＬの変化（変動）に対して、周波数変化を緩やかにすることができる。すなわち、負荷容量ＣＬが変化しても周波数変化をより小さくすることができる。このような効果は、図３から、負荷容量ＣＬが、１２ｐＦよりも小さい場合に特に顕著である。
【００２４】
ここで、図１に示した電極間距離Ｄは、圧電振動片３２の表裏において、必ずしも同じである必要はない。すなわち、必要により表裏面の電極間距離Ｄを異ならせて、上述の調整を行っても良い。
また、このことは、電極間距離Ｄを変化させることにより、ＣＬ特性を変更することができ、電極間距離Ｄを変化させることで、電極間容量Ｃ０を変更でき、それによって、ＣＬ特性を調整する手法を得られることになる。
【００２５】
そして、このような手法は、本実施形態の圧電振動片３２が、上述したように、支持用アーム６１，６２を利用して、パッケージ５７などの収容容器に接合することにより、はじめて可能となる。
すなわち、この実施形態の圧電振動片３２では、図４で説明した従来の圧電振動片１と異なり、基部５１において、互いに距離を隔てて対向するように引き回された引出し電極３７ａ，３８ａには、導電性接着剤４３が付着することがない。このため、引出し電極３７ａ，３８ａの対向距離ｄを小さくして、電極同士を近接させても、電極の短絡の危険がなく、負荷容量ＣＬの変化に対応した周波数変化ΔＦを緩やかなものとすることができるものである。
【００２６】
本発明は上述の実施形態に限定されない。実施形態や変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略し、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
また、この発明は、箱状のパッケージに圧電振動片を収容したものに限らず、シリンダー状の容器に圧電振動片を収容したもの、圧電振動片をジャイロセンサーとして機能するようにしたもの、さらには、圧電振動子、圧電発振器等の名称にかかわらず、圧電振動片を利用したあらゆる圧電デバイスに適用することができる。さらに、圧電振動片３２では、一対の振動腕を形成しているが、これに限らず、振動腕は３本でも、４本以上でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の圧電デバイスの実施形態を示す概略平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線切断端面図。
【図３】図１の圧電デバイスに使用される圧電振動片（圧電デバイス）の負荷容量ＣＬ−周波数変化ΔＦの関係を示すグラフ。
【図４】従来の圧電振動片の概略平面図。
【図５】圧電振動片（水晶振動子）の等価回路。
【図６】圧電振動片（水晶振動子）の実装状態を示す図。
【符号の説明】
【００２８】
３０・・・圧電デバイス、３２・・・圧電振動片、３３，３４・・・長溝、３５，３６・・・振動腕、３７ａ，３８ａ・・・引出し電極、６１，６２・・・支持用アーム、Ｄ・・・電極間距離
【図１】
2006203763.tif 000003
【図２】
2006203763.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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