(57)【要約】【課題】  表面実装型圧電振動子において、実装時や特性測定時などで外部より力が加わって場合でも特性が安定し、また、経時変化の少ない圧電振動子を提供する。【解決手段】  励振電極が形成されている圧電振動片と、前記圧電振動片を囲むように前記圧電振動片の基端部を介して一体に形成されている枠体とからなる圧電振動板と、前記圧電振動板の上下両面に接合され、前記圧電振動片を気密封止する一対の蓋体と、を有する圧電振動子であって、前記励振電極に外部からの電気を通電させるための引出電極を前記基端部に形成し、前記引出電極を前記基端部の中心部に配置した圧電振動子とした。これにより、一対の蓋体と圧電振動片の接合により発生する応力に起因する圧電振動子の特性変化を抑制する。  【選択図】  図１
2006229446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振電極が形成されている圧電振動片と、前記圧電振動片を囲むように前記圧電振動片の基端部を介して一体に形成されている枠体とからなる圧電振動板と、前記圧電振動板の上下両面に接合され、前記圧電振動片を気密封止する一対の蓋体と、を有する圧電振動子であって、
前記励振電極に外部からの電気を通電させるための引出電極が前記基端部に形成され、
前記引出電極が前記基端部の中心部に配置されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記引出電極が前記基端部の上下両面に形成され、且つ、前記引出電極が上下両面で対称に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項３】
前記引出電極の幅が前記基端部の幅の半分以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電振動子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の圧電振動子を発振子として集積回路に接続したことを特徴とする発振器。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の圧電振動子を計時部に接続したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電振動子に関し、特に圧電振動片とそれを囲む枠体とを有する圧電振動板の上下両面に一対の蓋体を接合してなる圧電振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業製品の製造に不可欠な電子素子として圧電振動子があり、その圧電振動子の中でも特に温度特性が良いものとして、水晶振動片を気密容器に封入した水晶振動子がある。
【０００３】
水晶は圧電体であり、電圧を印可すると圧電効果により伸縮する性質を有しており、これを共振回路のフィードバック回路に組み込むと極めて正確で安定した発振を行う。
【０００４】
この性質を利用して、水晶振動子は時計での時間計測、電子制御回路の基準信号の発生など、あらゆる電子製品で利用される。
【０００５】
水晶振動子には、リード線が配設されたリードタイプのものや、チップコンデンサーのようにパッケージをプリント基板に実装する表面実装タイプのものなどがある。この表面実装型水晶振動子の従来例について、以下に図面を参照して説明する。
【０００６】
図５は、圧電振動板を有する表面実装型水晶振動子の全体構成を示す分解斜視図である。図６は、図５に示した表面実装型水晶振動子における圧電振動板の詳細を示す図であり、図６（ａ）は、圧電振動板の上面を示す図、図６（ｂ）は、下面を示す図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＢ−Ｂ’における断面図である。
【０００７】
図５に示すように、表面実装型水晶振動子は、熱膨張係数や加工性などから選択されたガラス部材で構成された一対の蓋体１４、１５と、水晶を材料として圧電振動片１２と圧電振動片１２の周囲を囲む枠体１３とからなる圧電振動板１１とから構成される。
【０００８】
一対の蓋体１４、１５には、それぞれ凹部１６、１７が形成されており、これらの凹部１６、１７により、圧電振動片１２が振動するための空洞が形成される。なお、圧電振動片１２の下面側に接合される蓋体１５には、この表面実装型水晶振動子と外部との電気的接続を行うための外部電極接続部１８が４箇所の角部に設けられている。但し、４箇所のうちの２箇所は、外部のプリント基板などにハンダ付け固定するためのダミー端子となっている。
【０００９】
また、圧電振動板１１の表面には、図６に示すようにアルミニウムやその合金などで構成された励振電極２１と引出電極２２と接合膜２３が、上面下面共に形成されている。励振電極２１は圧電振動片１２を励振する働き、引出電極２２は励振により得られる電気信号を外部に取り出す働きをする。接合膜２３は、圧電振動片１２を囲む枠体１３の形状にほぼ倣って形成され、蓋体１４、１５と圧電振動板１１を接合し気密封止する働きを持っている。
【００１０】
このように表面実装型の水晶振動子に関する技術として、水晶振動子を陽極接合により製造する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
圧電振動子は、上下一対の蓋体１４、１５と圧電振動板１１とを接合することにより形成される。蓋体１４、１５と圧電振動板１１の接合は、接合膜２３と、引出電極２２の接合膜２３に近い部分の一部とで行われる。
【００１２】
接合膜２３と引出電極２２は、アルミニウムやその合金などで構成された形成された金属膜である。また、一対の蓋体１４、１５は、双方ともソーダライムガラスやパイレックスガラスなどからなる。
【００１３】
上述した表面実装型水晶振動子の接合方法としては、主に直接接合や陽極接合などが用いられるが、異なる材質を貼り合わせる場合には、接合面に応力が発生する。例えば、シリコンとそのシリコンに線膨張係数を合わせて作られたパイレックスガラスの陽極接合においても、常温付近での線膨張係数はほぼ一致しているが、実際に陽極接合をする高い温度では、線膨張係数に差が生じ、実際に使用する温度範囲にまで冷却されると接合界面には応力が発生する。
【００１４】
図６に示された圧電振動板１１においても、圧電振動板１１上に形成された金属膜である接合膜２３と、引出電極２２の接合膜２３に近い部分の一部とが、蓋体１４、１５と陽極接合技術により接合される。
【００１５】
蓋体１４、１５の材質は、上述したようにガラスから形成され、線膨張係数は接合する面内では均一と考えられるが、圧電振動板１１は水晶からなり、結晶方位によって線膨張係数が異なる。そのため、接合面全体で線膨張係数を合わせることは困難であり、接合面に応力が発生する。
【００１６】
また、前述した線膨張係数の差は、接合時に蓋体１４、１５や圧電振動板１１を加熱することにより更に大きな応力を発生させることになる。このように、接合面に発生した応力は圧電振動片１２の基端部２５に加わり、振動に悪影響を与える。
【００１７】
水晶からなる圧電振動板１１の線膨張係数は、ソーダライムガラスやパイレックスガラスなどからなる蓋体１４、１５の線膨張係数よりも大きい。従って、図６に示すような接合膜２３と引出電極２２が設けられた圧電振動板１１で、図６（ｃ）のB−B’面の断面図に示される部分まで蓋体１４、１５が接合される際に接合温度まで加熱され、その後に常温まで温度が下げられた場合には、圧電振動板１１が蓋体１４、１５よりも大きく縮まろうとする。そのため、圧電振動板１１の上下両面の引出電極２２に矢印Ｄと矢印Ｄ’と矢印Eと矢印Ｅ’の力が加わる。この場合、上下面の引出電極２２の矢印方向の互いの間隔が広い程、加熱時における変位の絶対量が大きくなり、接合界面に加わる力が大きくなる。この力は圧電振動片１２の基端部２５に加わり、圧電振動片１２の振動に悪影響を与える。
【００１８】
具体的には、実装や特性測定する場合等のように外部より力が更に加わった場合に、発振周波数や等価直列抵抗値が定まらない、または、変化するなどの特性劣化を引き起こす。また、接合面の応力が時間の経過とともに開放されることによって、特性が変化するといった問題もある。
【００１９】
また、基端部２５の形状が異なる場合においても、引出電極２２が上下面で互いに非対称の位置に形成されている場合には、同じような悪影響が起こる。この例を図７に示す。図７は、圧電振動板の別の例を示した図であり、図７（ａ）は、圧電振動板の上面を示す図、図７（ｂ）は、下面を示す図である。
【００２０】
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、この圧電振動板１１の圧電振動片１２の基端部２５は、図６に示した圧電振動片１２の基端部２５と比較して幅寸法が大きく形成されている。このように、基端部２５の形状が図６の圧電振動板１１とは異なるが、引出電極２２も上下面で互いに非対称の位置に形成されている。従って、この図７に示した圧電振動板１１の圧電振動片１２も、図６に示した圧電振動片１２と同じように振動に悪影響を与える。
【特許文献１】特開２０００−３４１０６５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
そこで、本発明の目的は、表面実装型圧電振動子において、実装時や特性測定時などで外部より力が加わって場合でも特性が安定し、また、経時変化の少ない圧電振動子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記目的を達成するために、第１の発明は、励振電極が形成されている圧電振動片と、前記圧電振動片を囲むように前記圧電振動片の基端部を介して一体に形成されている枠体とからなる圧電振動板と、前記圧電振動板の上下両面に接合され、前記圧電振動片を気密封止する一対の蓋体と、を有する圧電振動子であって、前記励振電極に外部からの電気を通電させるための引出電極が前記基端部に形成され、前記引出電極が前記基端部の中心部に配置されている圧電振動子とした。
【００２３】
また、第２の発明は、前記引出電極が前記基端部の上下両面に形成され、且つ、前記引出電極が上下両面で対称に設けられている圧電振動子とした。
【００２４】
また、第３の発明は、前記引出電極の幅が前記基端部の幅の半分以下である圧電振動子とした。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、表面実装型圧電振動子において、一対の蓋体と圧電振動板を接合することにより発生する応力に起因する圧電振動子の特性変化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（１）実施の形態の概要
圧電振動板の圧電振動片における上下面の引出電極を圧電振動子の中心線上に、且つ、上下対称に形成する。更に、引出電極の幅を前記圧基端部の半分以下の幅として形成する。
【００２７】
このような形状に引出電極を設けた表面実装型圧電振動子は、一対の蓋体と圧電振動板を接合することにより発生する応力に起因する圧電振動子の特性変化を抑制することができる。
（２）実施の形態の詳細
以下に本発明を実施するにあたっての好適な例について、図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明に係る圧電振動子の圧電振動板の第１実施形態を示す図であり、図１（ａ）は、圧電振動板の上面を示す図、図１（ｂ）は、下面を示す図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’における断面図である。
【００２９】
圧電振動板１は、以下のように形成される。
【００３０】
人工水晶の原石より所望の大きさと切断角度により切断し、その後に、表面を研磨し、圧電振動板１の基となるウェハを形成する。
【００３１】
次に、ウェハ上に圧電振動片２や枠体３の外形を公知のフォトリソグラフィー技術、エッチング技術、成膜技術などを組合せて形成する。
【００３２】
更に、前述したように形成された外形に合せ、励振電極４と引出電極６と接合膜７（枠体３の表面）を公知のフォトリソグラフィー技術、エッチング技術、成膜技術などを組合せて形成する。このようにして圧電振動板１が形成される。
【００３３】
本実施例１では、図１（ｃ）に示すように、引出電極６を基端部５の中心線上に配置し、且つ、上下対称の位置になるように形成した。
【００３４】
ここで、蓋体の製造方法について簡単に説明するが、蓋体に関する各部の名称等は、図５に示した分解斜視図における一対の蓋体１４、１５と同じであるため、図５も参照しながら以下に説明する。
【００３５】
蓋体１４、１５も、圧電振動板１と同様に、公知のフォトリソグラフィー技術、エッチング技術、成膜技術などを組合せて形成する。エッチングで使用するエッチング液など各工程での諸条件については、蓋体１４、１５の材質などによって適宜選択することにより実現可能である。
【００３６】
次に、上述した圧電振動板１と一対の蓋体１４、１５を用い、圧電振動子を形成する場合について説明する。
【００３７】
背景技術のところで説明したことと同様に、圧電振動子は上下一対の蓋体１４、１５と圧電振動板１を接合することにより形成される。蓋体１４、１５と圧電振動板１の接合は接合膜７と、引出電極６の接合膜７に近い部分の一部とで行われる。
【００３８】
接合方法としては、主に直接接合や陽極接合などが用いられるが、異なる材質を張り合わせる場合には、接合面に応力が発生する。
【００３９】
図１に示す圧電振動板１においても、圧電振動板１上にアルミニウムやその合金などで構成され形成された金属膜である接合膜７と、引出電極６の接合膜７に近い部分の一部とが、ソーダライムガラスやパイレックスガラスなどからなる蓋体１４、１５と、陽極接合技術により接合される。
【００４０】
蓋体１４、１５の材質は上述したようにガラスから形成され、線膨張係数は接合する面内では均一と考えられるが、圧電振動板１は水晶からなり結晶方位によって線膨張係数が異なる。そのため、接合面全体で線膨張係数を合わせることは困難であり、接合した場合に接合面に応力が発生する。また、前述した線膨張係数の差は、接合時に蓋体１４、１５や圧電振動板１を加熱することにより更に大きな応力を発生させることになる。このように、接合面７に発生した応力は圧電振動片２の基端部５に加わり、振動に悪影響を与える。
【００４１】
そこで、接合により発生する応力の悪影響を如何に抑えるかが課題である。
【００４２】
水晶からなる圧電振動板１の線膨張係数は、ソーダライムガラスやパイレックスガラスなどからなる蓋体１４、１５よりｍｐ線膨張係数が大きい。そのため、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すような接合膜７と引出電極６が設けられた圧電振動板１で、図１（ｃ）のＡ−Ａ’面の断面図に示される部分まで接合される際に、接合温度まで加熱され、その後に常温まで温度が下げられた場合には、圧電振動板１が蓋体１４、１５より大きく縮まろうとする。
【００４３】
しかし、この場合、上下両面の引出電極６がそれぞれ基端部５の中心線上に配置され、且つ、上下対称になるように形成されているため、圧電振動板１の上下面に加わる応力は上下対称で且つ小さいものとなる。引出電極６の線幅は狭ければ狭いほど接合界面に加わる力は小さくなる。よって、基端部５に加わる力が最小化され、振動に与える影響を抑えることが出来る。引出電極６の幅寸法は、基端部５の幅寸法の半分以下、すなわち２分の１以下とすることが好ましい。
【００４４】
これは、実装時などのように、外部より力が加わることにより発振周波数や等価直列抵抗値が変化する、などといった特性劣化を抑制することになる。
【実施例２】
【００４５】
次に、本発明に係る第２実施例について、図２を参照して説明する。
【００４６】
図２は、本発明に係る圧電振動子の圧電振動板の第２実施形態を示す図であり、図２（ａ）は、圧電振動板の上面を示す図、図２（ｂ）は、下面を示す図である。
【００４７】
図２に示すように、この圧電振動板１における圧電振動片２の基端部５は、第１実施例に示した圧電振動片２の基端部５と比較して、くびれ部がなく、幅寸法が大きく形成されている。しかしながら、この基端部５の上下両面に形成された引出電極６は、双方ともその位置が基端部５の中心線上に配置され、且つ、互いに上下対称となっている。そのため、圧電振動板１の上下面に加わる応力は上下対称で且つ小さいものとなる。
【００４８】
また、基端部５の幅寸法が大きく形成されていても、引出電極６の線幅は狭ければ狭いほど接合界面に加わる力は小さくなる。よって、基端部５に加わる力が最小化され、振動に与える影響を抑えることが出来る。引出電極６の幅寸法は、基端部５の幅寸法の半分以下、すなわち２分の１以下とすることが好ましい。
【実施例３】
【００４９】
図３は、本発明に係る発振器の構成を示す概略模式図であり、上述した表面実装型圧電振動子を利用した表面実装型圧電発振器の平面図を示している。
【００５０】
図３において、表面実装型圧電振動子９１は、基板９２の所定の位置に設定され、符号９３で示される発振器用の集積回路が該水晶振動子に隣接されて設置されている。またコンデンサなどの電子部品９４も実装される。これらの各部品は、図示しない配線パターンで電気的に接続されている。表面実装型圧電振動子９１の圧電振動片の機械的振動は、水晶の持つ圧電特性により電気信号に変換されて集積回路９３に入力される。集積回路９３内では、信号処理が行われ、周波数信号が出力され発振器として機能する。これらの各構成部品は図示しない樹脂でモールドされている。集積回路９３を適切に選択することにより、時計用単機能発振器の他、当該機器や外部機器の動作日や時刻を制御したり、使用者に時刻やカレンダー情報を提供したりする機能を有する。
【００５１】
本発明の圧電振動子を用いたことで、発振器が小型化され、且つ、外部より力が加わることにより発振周波数や等価直列抵抗値が変化する、などといった特性劣化が抑制できるため、発振器を長期間高精度に維持することができる。
【実施例４】
【００５２】
次に、本発明の表面実装型圧電振動子を用いた電子機器の例について説明する。ここでは、電子機器の例として、携帯電話に代表される携帯情報機器での好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００５３】
まず前提として、本実施の形態にかかる携帯情報機器は、従来技術における腕時計を発展・改良したものである。外観は腕時計に類似し、文字盤に相当する部分に液晶ディスプレイを配し、この画面上に現在時刻等を表示させることができる。通信機として使用する時は、手首から外し、バンド部内側に内蔵されたスピーカおよびマイクロフォンによって、従来技術の携帯電話と同様の通信をおこなうことができる。しかし、従来の携帯電話と比較して、格段に小型化・軽量化され、且つ長期信頼性が要求されてきている。
【００５４】
次に、本発明の実施の形態にかかる携帯情報機器の機能的構成について図面を参照して説明する。図４は、本実施の形態にかかる携帯情報機器の構成を機能的に示すブロック図である。
【００５５】
図４において、１０１は後述する各機能部に対して電力を供給する電源部であり、具体的にはリチウムイオン二次電池によって実現される。電源部１０１には後述する制御部１０２、計時部１０３、通信部１０４、電圧検出部１０５および表示部１０８が並列に接続され、各々の機能部に対して電源部１０１から電力が供給される。
【００５６】
制御部１０２は、後述する各機能部を制御して、音声データの送信や受信、現在時刻の計測や表示等、システム全体の動作制御をおこなう。制御部１０２は、具体的にはＲＯＭにあらかじめ書き込まれたプログラムと、当該プログラムを読み出して実行するＣＰＵ、および当該ＣＰＵのワークエリアとして使用されるＲＡＭ等によって実現される。
【００５７】
計時部１０３は、発振回路、レジスタ回路、カウンタ回路、インターフェイス回路等を内蔵する集積回路及び図９に示したような音叉型水晶振動子より構成される。音叉型水晶振動子の機械的な振動は、水晶の持つ圧電特性により電気信号に変換され、トランジスタとコンデンサで形成される発振回路に入力される。発振回路の出力は２値化され、レジスタ回路とカウンタ回路により計数される。インターフェイス回路を介して制御部と信号の送受信が行われ、表示部１０７に、現在時刻や現在日付あるいはカレンダー情報が表示される。
【００５８】
通信部１０４は、従来技術の携帯電話と同様の機能を有し、無線部１０４ａ、音声処理部１０４ｂ、増幅部１０４ｃ、音声入出力部１０４ｄ、着信音発生部１０４ｅ、切替部１０４ｆ、呼制御メモリ部１０４ｇおよび電話番号入力部１０４ｈから構成される。
【００５９】
無線部１０４ａは、アンテナを介して基地局と音声データ等の各種データを送受信する。音声処理部１０４ｂは無線部１０４ａまたは後述する増幅部１０４ｃから入力した音声信号を符号化／復号化する。増幅部１０４ｃは音声処理部１０４ｂまたは後述する音声入出力部１０４ｄから入力した信号を所定のレベルまで増幅する。音声入出力部１０４ｄは具体的にはスピーカおよびマイクロフォンであり、着信音や受話音声を拡声したり、話者音声を集音したりする。
【００６０】
また、着信音発生部１０４ｅは、基地局からの呼び出しに応じて着信音を生成する。切替部１０４ｆは着信時に限って、音声処理部１０４ｂに接続されている増幅部１０４ｃを着信音発生部１０４ｅにつなぎかえることで、生成された着信音が増幅部１０４ｃを介して音声入出力部１０４ｄに出力されるようにする。
【００６１】
なお呼制御メモリ１０４ｇは、通信の発着呼制御にかかわるプログラムを格納する。また、電話番号入力部１０４ｈは、具体的には０から９の番号キーおよびその他の若干のキーからなり、通話先の電話番号等を入力する。
【００６２】
電圧検出部１０５は、電源部１０１により制御部１０２をはじめとする各機能部に対して加えられている電圧が、所定の値を下回った場合に当該電圧降下を検出して制御部１０２に通知する。この所定の電圧値は、通信部１０４を安定して動作させるために必要な最低限の電圧としてあらかじめ設定されている値であり、例えば３Ｖ程度の電圧である。電圧検出部１０５から電圧降下の通知を受けた制御部１０２は、無線部１０４ａ、音声処理部１０４ｂ、切替部１０４ｆ、着信音発生部１０４ｅの動作を禁止する。特に、消費電力の大きな無線部１０４ａの動作停止は必須である。と同時に表示部１０７には、通信部１０４が電池残量の不足により使用不能になった旨が表示される。
【００６３】
電圧検出部１０５と制御部１０２の働きにより通信部１０４の動作を禁止し、更にその旨を表示部１０７へ表示する事が可能である。
【００６４】
本実施の形態として、通信部の機能に係る部分の電源を選択的に遮断可能な電源遮断部１０６を設ける事で、より完全な形で通信部の機能を停止させる事が出来る。
【００６５】
なお、通信部１０４が使用不能になった旨の表示は、文字メッセージによりおこなってもよいが、より直感的に、表示部１０７上の電話アイコンに×（バツ）印を付ける等の方法によってもよい
本発明の圧電振動子を携帯電子機器に使用することにより、電子機器が小型化され、且つ、外部より力が加わることにより発振周波数や等価直列抵抗値が変化する、などといった特性劣化が抑制できるため、電子機器を長期間高精度に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係る第１の実施形態を示す図であり、図１（ａ）は、圧電振動板の上面を示す図、図１（ｂ）は、下面を示す図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’における断面図である。
【図２】本発明に係る第２の実施形態を示す図であり、図２（ａ）は、圧電振動板の上面を示す図、図２（ｂ）は、下面を示す図である。
【図３】本実施の形態に係る発振器の構成を示す概略模式図である。
【図４】本実施の形態に係る電子機器の構成を機能的に示すブロック図である。
【図５】表面実装型水晶振動子の全体構成を示す分解斜視図である。
【図６】従来の圧電振動板の例を示す図であり、図６（ａ）は、圧電振動板の上面を示す図、図６（ｂ）は、下面を示す図、図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＢ−Ｂ’における断面図である。
【図７】従来の圧電振動板の別の例を示した図であり、図７（ａ）は、圧電振動板の上面を示す図、図７（ｂ）は、下面を示す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１１  圧電振動板
２、１２  圧電振動片
３、１３  枠体
４、２１  励振電極
５、２５  基端部
６、２２  引出電極
７、２３  接合膜
１４、１５  蓋体
１６、１７  凹部
１８  外部電極接続部
９１  表面実装型圧電振動子
９２  基板
９３  集積回路
９４  電子部品
１０１  電源部
１０２  制御部
１０３  計時部
１０４  通信部
１０４ａ  無線部
１０４ｂ  音声処理部
１０４ｃ  増幅部
１０４ｄ  音声入出力部
１０４ｅ  着信音発生部
１０４ｆ  切替部
１０４ｇ  呼制御メモリ部
１０４ｈ  電話番号入力部
１０５  電圧検出部
１０６  電源遮断部
１０７  表示部
【図１】
2006229446.tif 000003
【図２】
2006229446.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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【図７】
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