(57)【要約】【課題】静電耐圧特性に優れる音叉型水晶振動子を提供する。【解決手段】音叉型水晶振動子２０は、基部１１、第１の振動腕及１３ａ、第２の振動腕１３ｂ、支持腕１５、第１の励振用電極２１ａ及び第２の励振用電極２１ｂを具える。第１の励振用電極は、第１の接続パッド１９ａｘから、支持腕の主面の一部及び第１の振動腕側の側面の一部と、支持腕及び第１の振動腕の間に在る第１の股部１７ａの内底面と、基部の第１の股部の周囲の部分と、から成る領域を経由して、第１の振動腕の側面に至るように引き回してある。第２の励振用電極２１ｂは、第２の股部１７ｂ側において、第１の励振用電極同様に、引き回してある。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、該基部から平行に延びている第１の振動腕及び第２の振動腕と、これら振動腕の間に前記基部から延びている支持腕と、該支持腕の一部に設けられ第１の励振用電極及び第２の励振用電極を外部と接続するための第１の接続パッド及び第２の接続パッドと、これら接続パッドから前記２本の振動腕に引き回されている第１の励振用電極及び第２の励振用電極と、を具える音叉型水晶振動子において、
第１の励振用電極は、第１の接続パッドから、支持腕の主面の一部及び第１の振動腕側の側面の一部と、前記支持腕及び前記第１の振動腕の間に在る第１の股部の内底面と、前記基部の前記第１の股部の周囲の部分と、から成る領域を経由して、前記第１の振動腕の前記支持腕側の側面に至るよう引き回してあり、
第２の励振用電極は、第２の接続パッドから、支持腕の主面の一部及び第２の振動腕側の側面の一部と、前記支持腕及び前記第２の振動腕の間に在る第２の股部の内底面と、前記基部の前記第２の股部の周囲の部分と、から成る領域を経由して、前記第２の振動腕の前記支持腕側の側面に至るよう引き回してあることを特徴とする音叉型水晶振動子。
【請求項２】
前記第１の股部の内底面と前記第２の股部の内底面では、実質的にその全面に励振用電極を引き回してあることを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶振動子。
【請求項３】
前記第１の励振用電極は、前記引回し後、前記第１の振動腕の第１の側面及びこれと対向する第２の側面と、前記第２の振動腕の第１の主面及びこれと対向する第２の主面に引き回してあり、
前記第２の励振用電極は、前記引回し後、前記第２の振動腕の第１の側面及びこれと対向する第２の側面と、前記第１の振動腕の第１の主面及びこれと対向する第２の主面に引き回してあることを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶振動子。
【請求項４】
前記第１の接続パッド及び第２の接続パッドは前記支持腕の第１の主面に設けてあり、前記第２の接続パッドは前記支持腕の側面を経由して前記支持腕の前記第１主面とは反対面である第２の主面の第２の励振用電極に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の音叉型水晶振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極の引回し構造に特徴を有する音叉型水晶振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化に伴い、音叉型水晶振動子に対する小型化の要求が益々高まっている。音叉型水晶振動子の小型化に有利な構造の一つとして、いわゆる３本腕構造の音叉型水晶振動子がある。基部と、この基部から互いに平行に延びている２本の振動腕と、これら振動腕の間に前記基部から延びている支持腕と、を具えた音叉型水晶振動子である。
【０００３】
音叉型水晶振動子の場合、周知の通り、電気的に分離されている第１の励振用電極と第２の励振用電極とを、各振動腕の主面及び側面からなる合計８つの面に所定通りに引き回す必要がある。また、３本腕構造の音叉型水晶振動子の場合、第１の励振用電極及び第２の励振用電極各々の一部を支持腕上に配置して、この部分をパッケージとの接続パッドとして使用する構造が採られる。このような構造の例が、例えば特許文献１の図５、特許文献２の図１等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１６３５６８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５９０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この出願に係る発明者も３本腕構造の音叉型水晶振動子の研究を進めており、支持腕及び２本の振動腕への第１の励振用電極及び第２の励振用電極の引回し等に関しても検討を進めてきた。その際、これら励振用電極の引回し方次第で、音叉型水晶振動子の静電耐圧特性に大きな違いが生じることを見出した（後述の実施例、比較例参照）。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は、静電耐圧特性に優れる音叉型水晶振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的の達成を図るため、この発明の音叉型水晶振動子は、基部と、この基部から互いに平行に延びている第１及び第２の振動腕と、これら振動腕の間に前述の基部から延びている支持腕と、この支持腕の一部に設けられ第１の励振用電極及び第２の励振用電極を外部と接続するための第１の接続パッド及び第２の接続パッドと、これら接続パッドから前述の２本の振動腕に引き回されている第１の励振用電極及び第２の励振用電極と、を具える。
然も、第１の励振用電極は、第１の接続パッドから、支持腕の主面の一部及び第１の振動腕側の側面の一部と、前記支持腕及び前記第１の振動腕の間に在る第１の股部の内底面と、前記基部の前記第１の股部の周囲の部分と、から成る領域を経由して、前記第１の振動腕の前記支持部側の側面に至るよう引き回してある。
また、第２の励振用電極は、第２の接続パッドから、支持腕の主面の一部及び第２の振動腕側の側面の一部と、前記支持腕及び前記第２の振動腕の間に在る第２の股部の内底面と、前記基部の前記第２の股部の周囲の部分と、から成る領域を経由して、前記第２の振動腕の前記支持部側の側面に至るよう引き回してある。
【発明の効果】
【０００７】
この出願に係る発明者の検討によれば、３本腕構造の音叉型水晶振動子の場合、接着パッドから励振用電極側を見た際に、励振用電極が振動子主面から股部内に引き回される領域が静電気により破壊され易い領域（弱点領域）になることが判明した（図５参照）。この発明の音叉型水晶振動子によれば、この弱点領域に励振用電極を広く引き回した構造が得られるので、静電耐圧特性に優れる音叉型水晶振動子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、３本腕構造の音叉型水晶振動子の一般的な構造を説明する図である。
【図２】３本腕構造の音叉型水晶振動子の励振用電極の構造例を説明する図である。
【図３】（Ａ）は実施例の音叉型水晶振動子の要部を説明する図、（Ｂ）は比較例の音叉型水晶振動子の要部を説明する図である。
【図４】（Ａ）は実施例の音叉型水晶振動子の静電耐圧特性を説明する図、（Ｂ）は比較例の音叉型水晶振動子の静電耐圧特性を説明する図である。
【図５】比較例の音叉型水晶振動子の静電気で破壊される箇所を説明するＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照してこの発明の音叉型水晶振動子の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる形状、寸法、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１０】
１．３本腕構造の音叉型水晶振動子の構造
先ず、本発明の理解を深めるため、３本腕構造の音叉型水晶振動子の基本的な構造について説明する。図１（Ａ）はその平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）中のＰ−Ｐ線に沿った断面を音叉の頭部側から見た図である。なお、図１は、音叉型水晶振動子の水晶片に着目した図であり、水晶片を収納・固定する容器や水晶片に設けてある励振用電極等の図示は省略してある。
【００１１】
この音叉型水晶振動子１０は、基部１１と、第１の振動腕１３ａ及び第２の振動腕１３ｂと、支持腕１５と、溝１３ｃと、励振用電極（図２参照）と、を具えている。
第１の振動腕１３ａ及び第２の振動腕１３ｂは、基部１１から互いに平行に延びている。また、この場合の第１の振動腕１３ａ及び第２の振動腕１３ｂ各々は、その先端部の幅が他の部分より広くなっている。また、溝１３ｃは、第１の振動腕１３ａ、第２の振動腕１３ｂ各々の表裏両面に所定の深さで設けてある。なお、溝１３ｃは音叉型水晶振動子に駆動信号の電界を効率的に印加するためのものである。以下の図２、図３では溝の図示を省略する。また、支持腕１５は、第１の振動腕１３ａと、第２の振動腕１３ｂとの間に、基部１１から、これら振動腕に平行な状態で延びている。従って、支持部１５と第１の振動腕１３ａとの間に第１の股部１７ａが形成され、支持部１１と第２の振動腕１３ｂとの間に第２の股部１７ｂが形成される。
【００１２】
このような音叉型水晶振動子１０では、図１（Ｂ）に示すように、第１の振動腕１３ａ及び第２の振動腕１３ｂ各々の主面及び側面の合計８面に対し、所定の交番電界を印加することにより屈曲振動が起こる。すなわち、ある時刻において、図１（Ｂ）の例のように＋、−で示した極性で電界を振動腕に加え、次の時刻に図１（Ｂ）の場合とは反対極性で電界を振動腕に加えることで、屈曲振動が起こる。
【００１３】
このような屈曲振動を生じさせるため、第１の振動腕１３ａ及び第２の振動腕１３ｂに対して、励振用電極を配置している。これについて、図２を参照して説明する。図２は、音叉型水晶振動子１０を展開した図に当たる。すなわち、図２の展開図を紙面の横方向に折りたたみ、Ｑと示した２箇所をつなぎ合わせると、音叉の形になる趣旨の展開図である。この図２において、１９ａを付した実線は第１の励振用電極であり、１９ｂを付した破線は第２の励振用電極である。これら励振用電極１９ａ、１９ｂ各々は、実際は、所定の幅を持っているが、図２では実践や破線で示してある。また、これら励振用電極は、振動腕１３ａ、１３ｂの側面にも配置されるが、振動腕の側面に設ける部分については、図示の都合上、振動腕１３ａ、１３ｂの脇に実線や破線を沿わせた体裁で示してある。
【００１４】
この図２から分かるように、第１の励振用電極１９ａは、支持腕１１の第１の主面１５ａ上の第１の接続パッド１９ａｘから、第１の振動腕１３ａの第１の側面及びこれと対向する第２の側面、並びに、第２の振動腕１３ｂの第１の主面及びこれと対向する第２の主面に引き回してある。また、第２の励振用電極１９ｂは、支持腕１１の第１の主面１５ａから、支持腕１５の側面を経由して支持腕１５の第２の主面１５ｂに至った後、第２の振動腕１３ｂの第１の側面及びこれと対向する第２の側面、並びに、第１の振動腕１３ａの第１の主面及びこれと対向する第２の主面に引き回してある。
このような３本腕構造の音叉型水晶振動子の構造は、水晶振動子のパッケージサイズで言って、例えば１．６ｍｍ×１．０ｍｍのサイズ以下のもの、いわゆる１６１０サイズ以下の音叉型水晶振動子に適用して好適である。以下の実施例や比較例の試料も１６１０サイズで検討している。もちろん、このサイズは一例である。
【００１５】
２．励振用電極の引回し構造と静電耐圧特性について
次に、励振用電極の引回し構造が音叉型水晶振動子の静電耐圧特性に影響することについて、図３〜図５を参照して説明する。
２−１．実施例及び比較例の音叉型水晶振動子の構造
図３（Ａ）は実施例の音叉型水晶振動子を説明する平面図、図３（Ｂ）は比較例の音叉型水晶振動子３０を説明する平面図である。いずれの図も、励振用電極の特徴部分に着目した図であって、図２中のＲを付した部分に相当する部分を示した平面図である。
【００１６】
図３（Ａ）に示したように、実施例の音叉型水晶振動子２０では、第１の励振用電極２１ａは、第１の接続パッド１９ａｘから、支持腕１５の主面の一部及び第１の振動腕側の側面の一部と、支持腕１５及び第１の振動腕１３ａの間に在る第１の股部１７ａの内底面と、基部１１の第１の股部１７ａの周囲の部分と、から成る領域を経由して、第１の振動腕１３ａの支持腕１５側の側面に至るよう引き回してある。すなわち、実施形態の場合では、第１の股部１７ａの輪郭線Ｍ（図中に破線で示す）を越えて、支持腕１５の側面の一部と第１の股部１７ａの内底面に及んで、励振用電極１９ａを設けてある。
【００１７】
なお、実施例の音叉型水晶振動子２０では、第１の励振用電極２１ａの、支持腕１５の主面上に設けた部分の幅Ｗ１は、３０μｍとした。また、励振用電極２１ａの、基部１１の第１の股部１７ａの周囲の部分の幅Ｗ２は、５０μｍとした。また、励振用電極２１ａの、支持腕１５の側面や第１の股部１７ａの内底面に設ける部分は、この音叉型水晶振動子の厚さ方向（図３（Ａ）の紙面に垂直な方向）においてほぼ全部が励振用電極となるようにした。
なお、上記の電極幅等であるが、実験では上記の値としたが、発明者の検討によれば、幅Ｗ１については、少なくとも３０μｍが良い。また、幅Ｗ２であるが、支持腕の側面や股部の内底面にも電極を設ける本発明の効果を考慮すれば、５０μｍもいらず、製造上の都合を考慮して２０μｍ以上あれば良い。また、励振用電極２１ａの、支持腕の側面や第１の股部１７ａの底面に設ける部分は、この音叉型水晶振動子の厚さ方向（図３（Ａ）の紙面に垂直な方向）においてほぼ全部でなくとも、厚さ方向の少なくとも半分であれば良い。また、支持腕１５の側面に励振用電極を引き回す際に、支持腕の側面のどこまでの部分を利用するかは、第１の股部の内底面に設ける励振用電極との接続が確実に行えるような寸法とすれば良い。これに限られないが股部の底からの距離Ｌ１（図３（Ａ）参照）を少なくとも５０μｍ、好ましくは少なくとも１００μｍ程度とするのが良い。
また、第２の励振用電極２１ｂについても、音叉の反対側の面において、第２の股部１７ａの輪郭線を越えて、支持腕１５の側面の一部と第２の股部１７ｂの内底面に及んで、設けてある。電極幅、支持腕側面や第２の股部１７ｂの内底面の電極の形成領域の詳細は第１の励振用電極と同様にするのが良い。
【００１８】
一方、比較例の音叉型水晶振動子３０では、図３（Ｂ）に示したように、第１の励振用電極１９ａは、第１の接続パッド１９ａｘから、支持腕１５の主面の一部と、基部１１の一部とを経由して、第１の振動腕１３ａの支持腕１５側の側面に至るよう引き回してある。すなわち、比較例の場合では、第１の励振用電極１９ａは、支持腕１５の主面の一部と、基部１１の主面であって第１の股部１７ａから距離Ｓだけ離れた領域と、第１の股部１７ａの第１の振動腕１３ａ側の隅部（図中Ｗ３で示した部分）とを経由して、第１の振動腕１３ａの支持腕１５側の側面に至るよう引き回してある。従って、比較例の音叉型水晶振動子３０では、第１及び第２の励振用電極１９ａ、１９ｂを、支持腕１５の側面や第１及び第２の股部１７ａ、１７ｂの内底面を利用することなく引き回した構造となっている。
なお、比較例の音叉型水晶振動子３０では、第１の励振用電極１９ａの、支持腕１５の主面上に設けた部分の幅Ｗ１は、３０μｍとした。また、励振用電極１９ａの、基部１１の第１の股部１７ａの周囲の部分の幅Ｗ４は、２０μｍとした。また、上述した幅Ｗ３は２０μｍとした。
また、第２の励振用電極１９ｂについても、音叉の反対側の面において、支持腕１５の主面の一部と、基部１１の主面であって第２の股部１７ｂから距離Ｓだけ離れた領域と、第２の股部１７ｂの第２の振動腕１３ｂ側の隅部とを経由して、第２の振動腕１３ｂの支持腕１５側の側面に至るよう引き回してある。
【００１９】
２−２．静電耐圧試験結果
実施例及び比較例の音叉型水晶振動子それぞれに対し、静電耐圧試験（ＥＳＤ試験）を実施して、本発明の効果を確認した。なお、試験に用いた試料は、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示した音叉型水晶振動子を所定のセラミックパッケージに実装し、真空封止したものである。実施例、比較例いずれも試験に用いたサンプル数は１０個である。
静電耐圧試験として、ＪＥＤＥＣにより規格化されているＪＥＳＤ２２−Ａ１１４のＨＢＭ（人体モデル）試験を実施した。この試験は、上記真空封止した音叉型水晶振動子の外部端子に規格化された条件で電圧を印加し、かつ、印加電圧を順次に上げ、その際の試料での周波数変化量（Δｆ／ｆ）とクリスタルインピダンス（ＣＩ）変化量（ΔＣＩ）とにより、耐圧評価するものである。印加電圧は１００Ｖ、２００Ｖ、３００Ｖ、４００Ｖ、５００Ｖの５条件とした。各電圧毎で電圧を５回印加した、その都度、周波数変化、ＣＩ変化を測定し、規格を割ったものを不良とした。印加電圧の上限を５００Ｖとした理由は、要求仕様の関係からである。
【００２０】
図４（Ａ）は、実施例の音叉型水晶振動子の静電耐圧試験結果を示した図であり、図４（Ｂ）は、比較例の音叉型水晶振動子の静電耐圧試験結果を示した図である。両図を比較して明らかなように、実施例では不良発生はゼロであるのに対し、比較例では印加電圧が２００Ｖの水準から不良が発生しており、実施例は比較例より各段に優れることが理解できる。
また、図５は、比較例の試料であって静電耐圧試験で不良となった試料を開封し、不良原因をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により特定した写真である。なお、試料（実製品）は水晶の結晶軸のエッチング異方性から、股部の形状は略Ｖ字かつ複雑な形状になる。図１等では股部は簡略した形状で示しているが、ＳＥＭで観察される実製品の形状は、図１等で示した形状と異なる点を付記する。
【００２１】
図５中の破線円で囲んだ部分３１が、励振用電極１９ａの、静電気により破壊された部分である。この場合の励振用電極は、クロムと金の２層の薄膜で構成しているが、これら金属が静電気によって溶融飛散していることが分かる。不良となったいずれの試料でも、破壊箇所は図５の箇所と同じであることから、接着パッドから励振用電極１９ａ側を見た際に、励振用電極が振動子主面から股部１７ａ内に引き回される領域が、静電耐圧の弱点領域になることが理解できる。実施例の結果から、本発明の励振用電極の引回し構造によれば、この弱点領域を補うことができることが理解できる。
【符号の説明】
【００２２】
１０:３本腕構造の音叉型水晶振動子、  １１：基部、    １３ａ：第１の振動腕、
１３ｂ：第２の振動腕、               １５：支持腕、  １７ａ：第１の股部、
１７ｂ：第２の股部、                  １９ａ：第１の励振用電極
１９ｂ：第２の励振用電極、          
２０：実施例の音叉型水晶振動子        ２１ａ：実施例の第１の励振用電極
２１ｂ：実施例の第１の励振用電極、    Ｍ：本発明の特徴部分
Ｗ１〜Ｗ４：励振用電極の各部の幅
３０：比較例の音叉型水晶振動子
Ｓ：励振用電極の縁と第１の股部との離間距離
３１：励振用電極の静電気により破壊された箇所
【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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