(57)【要約】【課題】中央部から周縁部に行くにつれて薄くなる圧電素板を有する圧電振動素子において、引き出し電極の断線や剥がれを防ぐ。【解決手段】圧電振動素子１０は、中央部２３から周縁部２４１〜２４４に行くにつれて薄くなる圧電素板２０と、圧電素板２０に電圧を印加する励振電極３１１，３１２と、外部に電気的に接続する外部接続電極３２１，３２２と、励振電極３１１と外部接続電極３２１とを電気的に接続する引き出し電極３３１と、励振電極３１２と外部接続電極３２２とを電気的に接続する引き出し電極３３２と、を備えている。引き出し電極３３１，３３２は中央部２３側の内側線３４と周縁部２４１，２４２，２４４側の外側線３５とによって挟まれた形状であり、内側線は中央部２３側から周縁部２４１，２４２，２４４側へ凸となる曲線である。【選択図】図１
2018050211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部から周縁部に行くにつれて厚みが薄くなる四角形状の圧電素板と、
前記中央部に設けられるとともに前記圧電素板に電圧を印加する励振電極と、
前記周縁部側に設けられるとともに外部に電気的に接続する外部接続電極と、
前記周縁部側に設けられるとともに前記励振電極と前記外部接続電極とを電気的に接続する引き出し電極と、
を備えた圧電振動素子であって、
前記引き出し電極は前記中央部側の内側線と前記周縁部側の外側線とによって挟まれた形状であり、
前記内側線は前記中央部側から前記周縁部側へ凸となる曲線である、
ことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
前記内側線とともに前記外側線も、前記中央部側から前記周縁部側へ凸となる曲線である、
請求項１記載の圧電振動素子。
【請求項３】
前記圧電素板は前記四角形の四つの頂点が円弧状であり、前記内側線と前記外側線と前記頂点とが同心円弧である、
請求項２記載の圧電振動素子。
【請求項４】
前記曲線は、前記圧電素板において同じ前記厚みの箇所を結んだ線である、
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の圧電振動素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスなどの電子部品に使用される圧電振動素子に関し、詳しくは中央部から周縁部に行くにつれて薄くなる圧電素板を有する圧電振動素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリスタルインピーダンスを低下させるため、圧電素板の形状を中央部から周縁部に行くにつれて薄くした圧電振動素子が知られている（例えば特許文献１、２参照）。その種の圧電振動素子の一例を関連技術１として説明する。
【０００３】
図３は関連技術１の圧電振動素子を示し、図３［Ａ］は平面図、図３［Ｂ］は図３［Ａ］におけるIIIｂ−IIIｂ線断面図、図３［Ｃ］は図３［Ａ］におけるIIIｃ−IIIｃ線断面図、図３［Ｄ］は背面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【０００４】
圧電振動素子７０は、表裏関係にある第一主面８１及び第二主面８２を有する四角形状の圧電素板８０と、圧電素板８０に電圧を印加する励振電極９１１，９１２と、外部に電気的に接続する外部接続電極９２１，９２２と、励振電極９１１と外部接続電極９２１とを電気的に接続する引き出し電極と９３１と、励振電極９１２と外部接続電極９２２とを電気的に接続する引き出し電極９３２と、を備えている。そして、圧電素板８０は、中央部８３から周縁部８４１〜８４４に行くにつれて厚みｔが薄くなる加工（ベベル加工）が施されている。これに伴い、圧電素板８０の四隅は丸みを帯びている。圧電素板８０をこのような形状にすると、圧電素板８０の中央部８３に振動エネルギが閉じ込められるので、クリスタルインピーダンスを低下させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０３４１７６号公報
【特許文献２】特開２０１６−０７２９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
引き出し電極９３１は、励振電極９１１と外部接続電極９２１とを直線状に繋いでいる。つまり、引き出し電極９３１が圧電素板８０の長手方向に延び、外部接続電極９２１が圧電素板８０の短手方向に延びているので、引き出し電極９３１と外部接続電極９２１との繋ぎ目９４１付近が直角になっている。そして、その繋ぎ目９４１付近では、圧電素板８０の外形が円弧状になっているため、引き出し電極９３１の幅が狭くなってしまい、引き出し電極９３１の断線や剥がれが生じるおそれがあった。引き出し電極９３２についても、繋ぎ目９４２付近で、引き出し電極９３２の断線や剥がれが生じるおそれがあった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、中央部から周縁部に行くにつれて薄くなる圧電素板を有する圧電振動素子において、引き出し電極の断線や剥がれを防ぐことにより、その歩留まりや信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る圧電振動素子は、
中央部から周縁部に行くにつれて厚みが薄くなる四角形状の圧電素板と、
前記中央部に設けられるとともに前記圧電素板に電圧を印加する励振電極と、
前記周縁部側に設けられるとともに外部に電気的に接続する外部接続電極と、
前記周縁部側に設けられるとともに前記励振電極と前記外部接続電極とを電気的に接続する引き出し電極と、
を備えた圧電振動素子であって、
前記引き出し電極は前記中央部側の内側線と前記周縁部側の外側線とによって挟まれた形状であり、
前記内側線は前記中央部側から前記周縁部側へ凸となる曲線である、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、中央部から周縁部に行くにつれて薄くなる圧電素板を有する圧電振動素子において、励振電極と外部接続電極とを接続する引き出し電極が中央部側から周縁部側へ凸となる曲線状になることにより、引き出し電極と外部接続電極との繋ぎ目付近において引き出し電極の幅が狭くなることを抑えられるので、引き出し電極の断線や剥がれを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１の圧電振動素子を示し、図１［Ａ］は平面図、図１［Ｂ］は図１［Ａ］におけるＩｂ−Ｉｂ線断面図、図１［Ｃ］は図１［Ａ］におけるＩｃ−Ｉｃ線断面図、図１［Ｄ］は背面図である。
【図２】図２［Ａ］は図１［Ａ］の部分拡大図、図２［Ｂ］は実施形態１の圧電振動素子を用いた圧電デバイスを示す断面図である。
【図３】関連技術１の圧電振動素子を示し、図３［Ａ］は平面図、図３［Ｂ］は図３［Ａ］におけるIIIｂ−IIIｂ線断面図、図３［Ｃ］は図３［Ａ］におけるIIIｃ−IIIｃ線断面図、図３［Ｄ］は背面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。
【００１２】
図１は実施形態１の圧電振動素子を示し、図１［Ａ］は平面図、図１［Ｂ］は図１［Ａ］におけるＩｂ−Ｉｂ線断面図、図１［Ｃ］は図１［Ａ］におけるＩｃ−Ｉｃ線断面図、図１［Ｄ］は背面図である。図２［Ａ］は図１［Ａ］の部分拡大図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態１の圧電振動素子１０は、中央部２３から周縁部２４１〜２４４に行くにつれて厚みｔが薄くなる四角形状の圧電素板２０と、中央部２３に設けられるとともに圧電素板２０に電圧を印加する励振電極３１１，３１２と、周縁部２４１側に設けられるとともに外部に電気的に接続する外部接続電極３２１，３２２と、周縁部２４４側に設けられるとともに励振電極３１１と外部接続電極３２１とを電気的に接続する引き出し電極３３１と、周縁部２４２側に設けられるとともに励振電極３１２と外部接続電極３２２とを電気的に接続する引き出し電極３３２と、を備えている。圧電素板２０は、表裏関係にある第一主面２１及び第二主面２２を有する。
【００１４】
そして、図２［Ａ］に示すように、引き出し電極３３１は中央部２３側の内側線３４と周縁部２４１，２４４側の外側線３５とによって挟まれた形状であり、内側線３４は中央部２３側から周縁部２４１，２４４側へ凸となる曲線である。また、内側線３４とともに外側線３５も、中央部２３側から周縁部２４１，２４４側へ凸となる曲線である、としてもよい。
【００１５】
圧電素板２０は四角形の四つの頂点２５１〜２５４が円弧状であり、内側線３４と外側線３５と頂点２５１とが同心円弧である、としてもよい。この場合は、中心Ｏから頂点２５１までの半径をＲ１、中心Ｏから外側線３５までの半径をＲ２、中心Ｏから内側線３４までの半径をＲ３すると、Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３となる。なお、頂点２５１〜２５４は、周縁部２４１〜２４４に含まれる、すなわち周縁部２４１〜２４４の一部である。
【００１６】
内側線３４及び外側線３５の曲線は、圧電素板２０において同じ厚みｔの箇所を結んだ線である、としてもよい。換言すると、引き出し電極３３１は、圧電素板２０の第一主面２１において同じ厚みｔの箇所を結んだ曲線に合わせて形成してもよい。例えば、内側線３４と外側線３５と頂点２５１とが同心円弧である場合、内側線３４及び外側線３５の曲線は、圧電素板２０において同じ厚みｔの箇所を結んだ線になる。
【００１７】
以上、主に引き出し電極３３１について説明したが、引き出し電極３３２についても引き出し電極３３１と同様である。内側線３４及び外側線３５は、中央部２３側から周縁部２４１，２４４側へ凸となる曲線であれば、円弧状以外にも楕円弧状、放物線状、双曲線状、二次曲線状など、どのような形状でもよい。ここでいう「曲線」は、数学的に言えば、尖点（頂点）を持たない「滑らかな曲線」をいうものとし、言い換えれば、曲線上の任意の点で微分可能な曲線すなわち「可微分曲線」をいうものとする。
【００１８】
次に、圧電振動素子１０の構成について更に詳しく説明する。
【００１９】
本実施形態１の圧電振動素子１０は、厚みすべり水晶振動素子である。圧電素板２０は、ＡＴカット板の水晶片からなる短冊薄型形状である。より詳しく言えば、圧電素板２０は、互いに直交する結晶軸Ｘ，Ｙ，Ｚにおいて、ＸＺ面をＸ軸を中心に３５．２５度（３５度１５分）だけ回転させた平面に沿って切り出されたものであり、Ｘ軸方向を長手方向（長さ方向）、Ｚ’軸方向を短手方向（幅方向）、Ｙ’軸方向を厚みｔ方向とする。
【００２０】
圧電素板２０の寸法例は次のとおりである。長さが２．２ｍｍ、幅が１．５ｍｍ、中央部２３の厚みｔが０．２１ｍｍ、半径Ｒ１が０．５ｍｍである。このとき、主振動の周波数は８ＭＨｚ（低周波帯）となる。
【００２１】
圧電素板２０の第一主面２１及び第二主面２２並びに頂点２５１〜２５４には、バレル加工の際に使用した加工容器の内面形状が転写されている。そのため、圧電素板２０は、ほぼ平坦に形成された中央部２３から各周縁部２４１〜２４４側に向かって徐々に厚みｔが薄くなる形状に加工されている。
【００２２】
励振電極３１１、外部接続電極３２１及び引き出し電極３３１と、励振電極３１２、外部接続電極３２２及び引き出し電極３３２とは、互いに電気的に絶縁されている。励振電極３１１は第一主面２１に設けられ、第一主面２１において引き出し電極３３１によって外部接続電極３２１に接続されている。外部接続電極３２１は、第一主面２１から頂点２５１を跨いで第二主面２２まで延びている。励振電極３１２は第二主面２２に設けられ、第二主面２２において引き出し電極３３２によって外部接続電極３２２に接続されている。外部接続電極３２２は、第二主面２２から頂点２５２を跨いで第一主面２１まで延びている。励振電極３１１と励振電極３１２とは、どちらも同じ面積の四角形からなり、圧電素板２０を厚みｔ方向に挟んで向き合っている。換言すると、励振電極３１１，３１２は中央部２３に設けられ、外部接続電極３２１，３２２は頂点２５１，２５２側に設けられ、引き出し電極３３１，３３２は周縁部２４４，２４２側に設けられている。
【００２３】
励振電極３１１，３１２、外部接続電極３２１，３２２及び引き出し電極３３１，３３２の材質は、例えば下地のクロム（Ｃｒ）と表面の金（Ａｕ）との積層膜である。この積層膜は第一主面２１及び第二主面２２にスパッタや蒸着によって成膜され、フォトリソグラフィ及びエッチングによって各電極にパターニングされる。
【００２４】
次に、図２［Ｂ］に基づき、圧電振動素子１０を用いた圧電デバイス４０について説明する。
【００２５】
圧電デバイス４０は、圧電振動素子１０と、内面５１に圧電振動素子１０を搭載する素子搭載部材５０と、素子搭載部材５０とともに圧電振動素子１０を封止する蓋部材６０と、を備えた水晶振動子である。素子搭載部材５０は、表裏関係にある内面５１及び外面５２を有し、内面５１に圧電振動素子１０を搭載する。蓋部材６０は、圧電振動素子１０を収容する凹部空間４１を、素子搭載部材５０とともに形成する。二つの素子用パッド５３は、素子搭載部材５０の内面５１上に設けられ、二つの素子用パッド５３にそれぞれ導電性接着剤５４を介して電気的及び機械的に接続することにより、圧電振動素子１０を片持ち梁状に固定する。つまり、圧電デバイス４０は、圧電振動素子１０が素子搭載部材５０に搭載された状態で、素子搭載部材５０と蓋部材６０とがガラス封止材やろう材（どちらも図示せず）などによって接合され、圧電振動素子１０が凹部空間４１内に気密封止された構造を有する。以下に、更に詳しく説明する。
【００２６】
素子搭載部材５０は、表裏の関係にある内面５１及び外面５２と、内面５１側に設けられた凹部空間４１及び二つの素子用パッド５３と、外面５２側に設けられた四つの外部接続端子５７と、を有する。素子用パッド５３と外部接続端子５７とは電気的に導通している。また、素子搭載部材５０は、例えば積層セラミックス及び金属枠などからなり、基板部５５と枠部５６とを有する。枠部５６は、基板部５５の内面５１側の周縁に沿って環状に設けられている。換言すると、素子搭載部材５０は、凹部空間４１の底面となる内面５１側に素子用パッド５３が設けられ、内面５１の反対側となる外面５２側に外部接続端子５７が設けられている。
【００２７】
素子用パッド５３は、例えばタングステン等のメタライズに金メッキ等を施した導体からなり、圧電振動素子１０の外部接続電極３２１，３２２に対向する位置に設けられ、導電性接着剤５４によって外部接続電極３２１，３２２に電気的に接続される。外面５２の四隅の突端面には、それぞれ外部接続端子５７が設けられている。外部接続端子５７には、例えば、周波数制御端子、接地端子、出力端子、電源電圧端子などがある。なお、素子用パッド５３及び外部接続端子５７は、図示しない内部配線によって相互にかつ電気的に接続されている。
【００２８】
導電性接着剤５４は、例えば銀ペーストなどからなり、硬化前は流動性を有する。詳しく言えば、導電性接着剤５４は、シリコーン樹脂等のバインダの中に導電フィラとして導電性粉末を含有するものである。
【００２９】
蓋部材６０は、素子搭載部材５０の枠部５６上端に重ねられ、凹部空間４１を密閉する。また、蓋部材６０は、例えばコバール（Kovar）などの金属からなり、長方形の平板となっている。つまり、蓋部材６０は、素子搭載部材５０へ封止材などにより接合され、気密封止された凹部空間４１を形成する。凹部空間４１は、本実施形態１では素子搭載部材５０側に形成しているが、蓋部材６０側に形成してもよい。
【００３０】
次に、圧電振動素子１０の作用及び効果について説明する。
【００３１】
（１）本実施形態１において、引き出し電極３３１は中央部２３側の内側線３４と周縁部２４１，２４４側の外側線３５とによって挟まれた形状であり、内側線３４は中央部２３側から周縁部２４１，２４４側へ凸となる曲線である。引き出し電極３３２についても同様である。したがって、本実施形態１によれば、中央部２３から周縁部２４１〜２４４に行くにつれて薄くなる圧電素板２０を有する圧電振動素子１０において、励振電極３１１，３１２と外部接続電極３２１，３２２とを接続する引き出し電極３３１，３３２が中央部２３側から周縁部２４１，２４２，２４４側へ凸となる曲線状になることにより、引き出し電極３３１，３３２と外部接続電極３２１，３２２との繋ぎ目付近において引き出し電極３３１，３３２の幅ｗ（図２［Ａ］）が狭くなることを抑えられるので、引き出し電極３３１，３３２の断線や剥がれを防ぐことができる。ここで、引き出し電極３３１，３３２の幅ｗとは、内側線３４と外側線３５との間の距離、すなわち引き出し電極３３１，３３２を通る電流に直交する方向の引き出し電極３３１，３３２の寸法である。
【００３２】
（２）内側線３４とともに外側線３５も、中央部２３側から周縁部２４１，２４４側へ凸となる曲線である場合は、引き出し電極３３１，３３２の幅ｗが概ね一定になる。そのため、引き出し電極３３１，３３２の幅ｗが狭くなることだけではなく広くなることも抑えられるので、圧電振動素子１０の周波数特性への影響も排除できる。その理由は、引き出し電極３３１，３３２の幅ｗが広くなると、圧電素板２０に不要な電圧が印加されるからである。
【００３３】
（３）圧電素板２０の四つの頂点２５１〜２５４が円弧状であり、内側線３４と外側線３５と頂点２５１とが同心円弧である場合は、引き出し電極３３１，３３２の幅ｗ（＝Ｒ２−Ｒ３）が完全に一定になる。そのため、引き出し電極３３１，３３２の幅ｗが狭くなることだけではなく広くなることも確実に抑えられるので、圧電振動素子１０の周波数特性への影響を完全に排除できる。
【００３４】
（４）内側線３４及び外側線３５の曲線が圧電素板２０において同じ厚みｔの箇所を結んだ線である場合は、引き出し電極３３１，３３２の断線や剥がれをより防ぐことができる。このことは、本発明者が実験的に明らかにしたことであるが、その理由については次のように考えられる。引き出し電極３３１，３３２は、第一主面２１及び第二主面２２にスパッタや蒸着によって成膜され、フォトリソグラフィ及びエッチングによってパターニングされる。この成膜やパターニングは、平面では均一に行われても、引き出し電極３３１，３３２が形成される曲面や斜面では不均一になりやすい。つまり、圧電素板２０の厚みｔに応じて、電極膜の密着力が変化することになる。そのため、電極膜の側端の内側線及び外側線が異なる厚みｔの箇所に縦断的に形成されると、密着力の弱い部分から断線や剥がれが発生しやすくなる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、前述の水晶の他に、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの圧電セラミックスを圧電素材として用いた圧電振動素子に利用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
＜実施形態１＞
１０  圧電振動素子
２０  圧電素板
２１  第一主面
２２  第二主面
２３  中央部
２４１，２４２，２４３，２４４  周縁部
２５１，２５２，２５３，２５４  頂点
３１１，３１２  励振電極
３２１，３２２  外部接続電極
３３１，３３２  引き出し電極
３４  内側線
３５  外側線
４０  圧電デバイス
４１  凹部空間
５０  素子搭載部材
５１  内面
５２  外面
５３  素子用パッド
５４  導電性接着剤
５５  基板部
５６  枠部
５７  外部接続端子
６０  蓋部材
Ｏ  中心
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  半径
ｔ  厚み
ｗ  幅
＜関連技術１＞
７０  圧電振動素子
８０  圧電素板
８１  第一主面
８２  第二主面
８３  中央部
８４１，８４２，８４３，８４４  周縁部
９１１，９１２  励振電極
９２１，９２２  外部接続電極
９３１，９３２  引き出し電極
９４１，９４２  繋ぎ目
【図１】
2018050211.tif 000003
【図２】
2018050211.tif 000004
【図３】
2018050211.tif 000005