(57)【要約】【課題】十分な周波数可変量を有する電圧制御型の圧電発振器、および、それに用いる圧電振動片を提供する。【解決手段】水晶振動片１において、水晶基板の一方の主面側の第１突部５Ａ上には、駆動用の電極である第１励振電極１５Ａが設けられ、水晶基板の一端側近傍には第１外部接続電極１８Ａが設けられている。第１励振電極１５Ａと第１外部接続電極１８Ａとは、第１電極間配線１６Ａにより電気的に接続されている。同様に、水晶基板の他方の主面の第２突部５Ｂ上には、第１励振電極１５Ａの対向電極である第２励振電極１５Ｂが設けられ、水晶基板の一端側近傍の上記第１外部接続電極１８Ａと平面視で重ならない領域に設けられた第２外部接続電極１８Ｂとが、第２電極間配線１６Ｂにより電気的に接続されている。第１電極間配線１６Ａと、第２電極間配線１６Ｂとは、平面視で重なる立体交差領域１７を有している。【選択図】図１
2011147053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みすべり振動可能な圧電体基板と、
前記圧電体基板の一方の主面に形成された第１励振電極、および、前記第１励振電極と第１電極間配線により電気的に接続された第１外部接続電極と、
前記圧電体基板の他方の主面に前記第１励振電極と平面視で重なるように配置されて形成された第２励振電極、および、前記第２励振電極と第２電極間配線により電気的に接続された第２外部接続電極と、を備え、
前記第１電極間配線と前記第２電極間配線との一部が、前記圧電体基板の前記第１励振電極および前記第２励振電極が形成された部分よりも薄い部分で平面視で重なる立体交差領域を有することを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片において、
前記圧電体基板の前記第１励振電極および前記第２励振電極が形成された部分が、その周縁部に比べて肉厚なメサ型振動片であることを特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電振動片において、
前記圧電体基板の前記立体交差領域の肉厚がその他の領域よりも薄く加工されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電振動片において、
前記第１電極間配線および前記第２電極間配線の前記立体交差領域となる部分が、他の部分よりも広げて形成されていることを特徴とする圧電振動片。
【請求項５】
圧電振動片と、前記圧電振動片を発振させるための発振回路と、を有し、前記発振回路が、可変容量素子と、該可変容量素子に直列に接続されたコイルと、を含む圧電発振回路を有する圧電発振器であって、
前記圧電振動片が、
厚みすべり振動可能な圧電体基板と、
前記圧電体基板の一方の主面に形成された第１励振電極、および、前記第１励振電極と第１電極間配線により電気的に接続された第１外部接続電極と、
前記圧電体基板の他方の主面に前記第１励振電極と平面視で重なるように配置されて形成された第２励振電極、および、前記第２励振電極と第２電極間配線により電気的に接続された第２外部接続電極と、を備え、
前記第１電極間配線と前記第２電極間配線との一部が、前記圧電体基板の前記第１励振電極および前記第２励振電極が形成された部分よりも薄い部分で平面視で重なる立体交差領域を有することを特徴とする圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数制御デバイスなどとして使用される圧電発振器、および、それに用いる圧電振動片に関し、特に、電圧制御型の圧電発振器、および、それに用いる圧電振動片に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧電振動片をパッケージ内に気密封止して構成された表面実装型の圧電デバイスが広く用いられている。ここで、圧電振動片は、水晶などの圧電体基板を所定の角度および厚さに切り出した薄板が固有の共振周波数を有する特性を利用するもので、例えば、圧電体基板を所謂ＡＴカットと呼ばれるカット角にて切り出した薄板を用いた厚み滑り振動をするＡＴカット水晶振動片などが利用される。
このような水晶振動片を用いた圧電デバイスとして、例えば、水晶振動片と、その水晶振動片を発振させる発振回路を含む半導体回路素子などの電子部品とを同一パッケージ内に接合して気密封止して構成された表面実装型の水晶振動子を用いた圧電発振器としての水晶発振器が、周波数や時間などの基準源として多く用いられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、上記水晶振動子を利用した電圧制御型水晶発振器は、周波数安定度が高く、経年変化を補正し得る周波数制御ができるなどの優れた特性を有していることから、近年、移動体通信機器や伝送通信機器などの各種通信機器に広く利用されている。図７は、従来の電圧制御型水晶発振器の一例を示す回路図であり、Ｘ1は水晶振動子、Ａ1は増幅器、ＣaおよびＣbはコンデンサー、Ｄ1は可変容量ダイオード、ＩＮは制御電圧入力端子、Ｒdは制御電圧印加用抵抗、ＯＵＴは電圧制御型水晶発振器の周波数出力端子をそれぞれを表す。
また、水晶振動子Ｘ1の一般的な等価回路は図８のように表される。図８において、Ｌ1は等価直列インダクタンス、Ｃ1は等価直列容量、Ｒ1は等価直列抵抗、Ｃ0は並列容量である。
水晶振動子Ｘ1からみた増幅器Ａ1を含む回路側の負荷容量（合成容量）をＣLとし、容量比をγ（Ｃ0／Ｃ1）とすると、この負荷容量ＣLによる共振周波数ｆ0の変化量Δｆ／ｆ0は周知の次式で表される。
Δｆ／ｆ0＝Ｃ0／（２γ（Ｃ0＋ＣL））
すなわち、電圧制御型水晶発振器の周波数は、発振ループ中の負荷容量によりその共振周波数が変化する。
また、可変容量ダイオードＤ1は、その２端子間に印加する逆電圧に応じて容量値が変化するダイオードである。したがって、可変容量ダイオードＤ1を発振ループ中に挿入し、その印加電圧を変化させることによって発振周波数を制御することができる。
【０００４】
また、図９は、周波数可変範囲をさらに広げるために、水晶振動子Ｘ1に直列にインダクタンスＬを接続する構成の電圧制御型水晶発振器の一例を示す回路図である。このような目的で発振ループに挿入するインダクタンスＬを一般的に伸長コイル（あるいは、単に「コイル」）と称する。これは、水晶振動子Ｘ1に直列にインダクタンスＬを接続すると、共振周波数はインダクタンスＬを挿入する以前の周波数よりも低くなるが、反共振周波数は変化しないため、共振・反共振周波数間隔が広がるという原理に基づくものである。
【０００５】
近年、光デジタル通信網や移動体通信網などの普及に伴い、より周波数安定度が高く、且つ、広い周波数可変幅の電圧制御型水晶発振器の需要が増大している。これは、例えば、網同期においてＰＬＬ（Phase Locked Loop）発振器を構成するローカル発振器として電圧制御型水晶発振器を用いた場合、これを構成する水晶振動片やその他の電子部品が経年劣化することによって周波数がシフトしても、周波数可動幅が十分に大きければ、ＰＬＬ発振器に供給される基準発振周波数に同期させることができるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３７４１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の水晶振動片を用いて上記図７の回路図に示す電圧制御型水晶発振器を用いた場合には十分な周波数可変量が得られずに、所望の周波数安定度の保持や経年劣化に対応する周波数制御ができない虞があるという課題があった。
発明者は、図９の上記回路図に示すような、水晶振動子Ｘ1に直列にインダクタンスＬ（伸長コイル）を接続する構成を含む電圧制御型水晶発振器において、水晶振動片の両主面にそれぞれ形成された励振電極から引き出された電極間配線の一部が平面視で重なる領域を設けることにより、図８に示す上記水晶振動子の等価回路における並列容量Ｃ0を増大させることにより、電圧制御型水晶発振器の周波数可変量が十分に得られることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００９】
〔適用例１〕本適用例にかかる圧電振動片は、厚みすべり振動可能な圧電体基板と、前記圧電体基板の一方の主面に形成された第１励振電極、および、前記第１励振電極と第１電極間配線により電気的に接続された第１外部接続電極と、前記圧電体基板の他方の主面に前記第１励振電極と平面視で重なるように配置されて形成された第２励振電極、および、前記第２励振電極と第２電極間配線により電気的に接続された第２外部接続電極と、を備え、前記第１電極間配線と前記第２電極間配線との一部が、前記圧電体基板の前記第１励振電極および前記第２励振電極が形成された部分よりも薄い部分で平面視で重なる立体交差領域を有することを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、圧電振動片を用いた圧電振動子において、第１励振電極および第２励振電極による圧電振動片の主振動への影響を抑えながら、立体交差領域で発生する容量（圧電振動子の等価回路における並列容量）により、圧電振動子を用いた電圧制御型の圧電発振器において周波数可変範囲を大きくすることができることを発明者は見出した。
【００１１】
〔適用例２〕上記適用例にかかる圧電振動片は、前記圧電体基板の前記第１励振電極および前記第２励振電極が形成された部分が、その周縁部に比べて肉厚なメサ型振動片であることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、従来のメサ型振動片の製造プロセスにて、電極間配線のレイアウトを考慮することのみにより、十分に大きな周波数可変量を有する電圧制御型の圧電発振器を実現する圧電振動片を製造することができる。
【００１３】
〔適用例３〕上記適用例にかかる圧電振動片は、前記圧電体基板の前記立体交差領域の肉厚がその他の領域よりも薄く加工されていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、圧電体基板の立体交差領域に相当する部位を薄く加工することのみにより、十分に大きな周波数可変量を有する電圧制御型の圧電発振器を実現する圧電振動片を製造することができる。
【００１５】
〔適用例４〕上記適用例にかかる圧電振動片は、前記第１電極間配線および前記第２電極間配線の前記立体交差領域となる部分が、他の部分よりも広げて形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、立体交差領域にて効率的に大きな容量（並列容量）を得ることができるので、水晶振動片を用いた電圧制御型の水晶発振器の周波数可変範囲を広げる効果をより顕著に得ることができる。
【００１７】
〔適用例５〕本適用例にかかる圧電発振器は、圧電振動片と、前記圧電振動片を発振させるための発振回路と、を有し、前記発振回路が、可変容量素子と、該可変容量素子に直列に接続されたコイルと、を含む圧電発振回路を有し、前記圧電振動片が、厚みすべり振動可能な圧電体基板と、前記圧電体基板の一方の主面に形成された第１励振電極、および、前記第１励振電極と第１電極間配線により電気的に接続された第１外部接続電極と、前記圧電体基板の他方の主面に前記第１励振電極と平面視で重なるように配置されて形成された第２励振電極、および、前記第２励振電極と第２電極間配線により電気的に接続された第２外部接続電極と、を備え、前記第１電極間配線と前記第２電極間配線との一部が、前記圧電体基板の前記第１励振電極および前記第２励振電極が形成された部分よりも薄い部分で平面視で重なる立体交差領域を有することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、第１励振電極および第２励振電極による圧電振動片の主振動への影響を抑えながら、立体交差領域で発生する容量（圧電振動子の等価回路における並列容量）により、十分に大きな周波数可変範囲を有する電圧制御型の圧電発振器を提供することができることを発明者は見出した。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は、電圧制御型圧電発振器にかかる圧電振動片としての水晶振動片の一実施形態を上側からみて模式的に説明する平面図、（ｂ）は、水晶振動片を下側からみて模式的に説明する平面図、（ｃ）は、（ａ）のＡ−Ａ線模式平面図。
【図２】（ａ）は、本発明にかかる水晶振動子の一実施形態を模式的に説明する平面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】（ａ）は、従来の電圧制御型水晶発振器における制御電圧−可変量（周波数変化量）と、本発明の電圧制御型水晶発振器における制御電圧−可変量の実施例を説明するグラフ、（ｂ）は、比較表。
【図４】（ａ）は、水晶振動片の変形例１の１つのバリエーションを説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。
【図５】（ａ）は、水晶振動片の変形例１の他のバリエーションを説明する概略平面図、（ｂ）は、（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。
【図６】水晶振動片の変形例２を説明する概略平面図。
【図７】従来の圧電発振器としての電圧制御型水晶発振器の一例を説明する回路図。
【図８】水晶振動子の等価回路の一例を説明する回路図。
【図９】電圧制御型水晶発振器の他の例を説明する回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、圧電振動片としての水晶振動片、および、それを用いた圧電発振器としての電圧制御型水晶発振器について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態の電圧制御型水晶発振器に含まれる水晶振動子に用いられる水晶振動片１を模式的に説明するものであり、図１（ａ）は上側からみた平面図、（ｂ）は下側からみた平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
また、図２は、上記水晶振動片を用いた水晶振動子の一実施形態を説明するものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、（ａ）において、水晶振動子の内部の構成を説明する便宜上、水晶振動子の上部に接合される蓋体としてのリッド３０の一部を切り欠いて図示している。
【００２２】
〔水晶振動片〕
まず、水晶振動片１について説明する。
図１（ａ）において、水晶振動片１は、水晶ブロックから所謂ＡＴカットと呼ばれるカット角で切り出した水晶基材を所定の形状に成形した圧電体基板としての水晶基板を基材として用いている。本実施形態の水晶振動片１は、矩形平板状の水晶基板の両主面の一部が突出して肉厚部分となる第１および第２突部５Ａ，５Ｂを有した所謂メサ形状を呈している。
【００２３】
メサ形状の水晶基板の一方の主面側の第１突部５Ａ上には、駆動用の電極である第１励振電極１５Ａが設けられている。また、水晶基板の一端側近傍には第１外部接続電極１８Ａが設けられている。第１励振電極１５Ａと第１外部接続電極１８Ａとは、第１電極間配線１６Ａにより電気的に接続されている。
これと同様に、図１（ｂ）に示すように、水晶基板の他方の主面の第２突部５Ｂ上には、第１励振電極１５Ａの対向電極である第２励振電極１５Ｂが設けられ、水晶基板の一端側近傍の上記第１外部接続電極１８Ａと平面視で重ならない領域に設けられた第２外部接続電極１８Ｂとが、第２電極間配線１６Ｂにより電気的に接続されている。
メサ形状の水晶基板において、第１および第２励振電極１５Ａ，１５Ｂが設けられた第１および第２突部５Ａ，５Ｂからなる肉厚部分は、水晶振動片１の振動部となる。また、第１および第２外部接続電極１８Ａ，１８Ｂが形成された水晶基板の一端側近傍は、水晶振動片１をパッケージ２０に接合する際の接合部（支持部）となる。
【００２４】
第１励振電極１５Ａと第１外部接続電極１８Ａとを接続する第１電極間配線１６Ａと、第２励振電極１５Ｂと第２外部接続電極１８Ｂとを接続する第２電極間配線１６Ｂとは、平面視で重なる立体交差領域１７を有している。この立体交差領域１７は、詳細は後述するが、水晶振動片１を用いた電圧制御型水晶発振器において、容量を効率的に発生させることにより、電圧制御型水晶発振器の周波数可変範囲を広げる効果を奏する。
【００２５】
なお、第１および第２励振電極１５Ａ，１５Ｂ、第１および第２外部接続電極１８Ａ，１８Ｂ、第１および第２電極間配線１６Ａ，１６Ｂなどの電極や配線は、水晶基板（水晶ウェハー）をエッチングしてメサ型の水晶振動片１の外形を形成した後に、蒸着またはスパッタリングにより、例えばニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）を下地層として、その上に例えば金（Ａｕ）による金属膜を成膜し、その後フォトリソグラフィを用いてパターニングすることにより形成することができる。
【００２６】
〔水晶振動子〕
次に、上記水晶振動片１を用いた水晶振動子について説明する。
図２に示すように、本実施形態の水晶発振器には、パッケージ２０内に水晶振動片１および水晶振動片１を駆動させる駆動回路を含む半導体回路素子としてのＩＣチップ４０が接合されて封止された、表面実装が可能な所謂ＳＭＤ（Surface Mount Device）タイプの水晶振動子１０を用いることができる。小型化・薄型化の進展がめざましいＳＭＤタイプの水晶振動子１０は、電圧制御型水晶発振器の小型、薄型化を図るのに有利である。また、表面実装部品として規格化されているＳＭＤタイプの水晶振動子１０は、例えば、基板に接合した水晶振動片を筒状のキャップで覆うことにより封止するタイプの水晶振動子のように、外部接続用のリード線を外部基板の接続端子形状に合わせて切断したり成形したりする必要がなく、外部基板への搭載の自動化も図りやすいので、実装工程の簡略化や低コスト化に有利である。
【００２７】
パッケージ２０は、略矩形の平板状の第１層基板２１と、その第１層基板２１上に順次積層された略矩形フレーム状の第２層基板２２、第３層基板２３、および第４層基板２４を有し、さらに、第４層基板２４上には、略矩形フレーム状のシールリング２９を有している。略矩形フレーム状の第２層基板２２〜第４層基板２４の開口部の大きさが上方にいくに従って小さくなることにより、パッケージ２０には、第１層基板２１の上面側を凹底部分とし、第２層基板２２〜第４層基板２４側に開口した段差を有する凹部が形成されている。
【００２８】
このようなパッケージ２０の凹部において、凹部の凹底部分となる第１層基板２１上にはダイパッド２６が設けられている。また、パッケージ２０の外底面となる第１層基板２１のダイパッド２６が設けられた面とは異なる側の面には、外部基板との接合に供する外部実装端子２５が設けられている。
また、第２層基板２２によりダイパッド２６を平面視で囲むように形成される段差上には、後述するＩＣチップ４０の複数の電極パッド４５と対応して接続されるＩＣ接続端子２７が設けられている。
さらに、第３層基板２３により第２層基板２２上に形成される段差上には、水晶振動片１が接合される複数の振動片接続端子２８が設けられている。
なお、これらの各振動片接続端子２８やＩＣ接続端子２７、あるいは外部実装端子２５などの各端子は、第１層基板２１〜第３層基板２３に形成された図示しない引き回し配線またはスルーホールなどの層内配線により、それぞれ対応する端子どうしが接続されて回路配線を形成している。
【００２９】
なお、パッケージ２０の第１層基板２１〜第４層基板２４は、セラミックス絶縁材料などからなる。また、パッケージ２０に設けられた振動片接続端子２８、ＩＣ接続端子２７、外部実装端子２５、および、それらを電気的に接続する配線パターンまたは層内配線パターンなどは、一般に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属配線材料をセラミックス絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより形成される。
【００３０】
図２（ａ），（ｂ）において、水晶振動片１を駆動振動させるための駆動回路を含む半導体回路素子としてのＩＣチップ４０は、パッケージ２０の凹部の凹底部分に設けられたダイパッド２６上に、例えばろう材あるいは接着剤（図示せず）によって接着・固定されている。また、本実施形態では、ＩＣチップ４０とパッケージ２０とが、ワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。すなわち、ＩＣチップ４０に設けられた複数の電極パッド４５と、パッケージ２０の対応するＩＣ接続端子２７とが、ボンディングワイヤー３７により接続されている。
【００３１】
水晶振動片１は、その水晶振動片１の保持部となる一端側近傍に設けられた外部接続電極１８Ａ，１８Ｂと、パッケージ２０の第３層基板２３に設けられた対応する振動片接続端子２８とを位置合わせした状態で、例えば導電性接着剤３９などの接合部材により接合されている。これにより、水晶振動片１は、パッケージ２０と接合された外部接続電極１８Ａ，１８Ｂ側の反対側を自由端として第１層基板２１と接触しないように隙間を空けた状態で、外部接続電極１８Ａ，１８Ｂが設けられた保持部を固定端として片持ち支持されている。
なお、接合部材として用いられる導電性接着剤３９は、一般に、ポリイミド、シリコン系、またはエポキシ系などの樹脂に、銀（Ａｇ）フィラメント、またはニッケル（Ｎｉ）粉を混入したものが使用される。また、水晶振動片１を接合する接合部材は導電性接着剤３９に限らず、半田などの他の接合部材を用いることもできる。
【００３２】
水晶振動片１が接合されたパッケージ２０の第４層基板２４上には、蓋体としてのリッド３０が接合されている。本実施形態では、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）等の金属製のリッド３０が、鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金などをフレーム状に型抜きして形成されたシールリング２９を介してシーム溶接されている。なお、リッド３０には、上記した金属以外に、セラミックス、あるいはガラスなどを用いることができ、例えばガラス製のリッド３０を用いた場合には、低融点ガラスを接合部材として用いるなど、リッド３０の材料に応じて適宜に接合部材を選定し、パッケージ２０とリッド３０との接合を行うことができる。
【００３３】
パッケージ２０およびリッド３０によって形成されるキャビティーは、水晶振動片１が動作するための空間となる。このキャビティーは、本実施形態の水晶振動子１０において、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止することができる。例えば、キャビティー内を減圧空間にして密閉封止する場合には、パッケージ２０の図示しない封止孔に固形の封止材を配置させた状態で真空チャンバー内に入れ、所定の真空度まで減圧させて水晶振動子１０の内側から出るガスを封止孔から排出させた後、固形の封止材を溶融してから固化させることにより封止孔を閉塞させて封止する。これにより、パッケージ２０の凹部内に接合された水晶振動片１およびＩＣチップ４０を気密封止することができる。
なお、封止材の材料としては、完成した水晶振動子１０を外部実装基板に実装する際のリフロー温度よりも高い温度を融点として有したものが望ましく、例えば、金と錫（Ｓｎ）との合金、あるいは、金とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金などを用いることができる。
【００３４】
〔電圧制御型水晶発振器〕
次に、上記水晶振動子１０を備えた電圧制御型水晶発振器について説明する。
電圧制御型水晶発振器は、上記背景技術の説明で参照した図８および図９を用いて説明することができる。すなわち、電圧制御型水晶発振器は、図９の回路図に示すように、ＩＮで表す制御電圧入力端子と、ＯＵＴで表す周波数出力端子との間に、制御電圧印加用抵抗Ｒd、可変容量ダイオードＤ1、水晶振動子Ｘ1、インダクタンスいわゆるコイル（伸長コイル）Ｌ、コンデンサーＣa，Ｃb、増幅器Ａ1を有している。ここで、可変容量ダイオードＤ1は、その２端子間に印加する逆電圧に応じて容量値が変化するダイオードである。したがって、可変容量ダイオードＤ1を発振ループ中に挿入し、その印加電圧を変化させることによって発振周波数を制御することができる。
さらに、図９に示す回路図の電圧制御型水晶発振器では、水晶振動子Ｘ1に直列にコイルＬが接続されていることにより、共振周波数はインダクタンスＬを挿入する以前の周波数よりも低くなるが、反共振周波数は変化しないため、共振・反共振周波数間隔が広がるという原理に基づいて、電圧制御型水晶発振器の周波数可変範囲をさらに広げることを可能にしている。
【００３５】
ここで、水晶振動子Ｘ1の一般的な等価回路は図８のように表され、図中、Ｌ1は等価直列インダクタンス、Ｃ1は等価直列容量、Ｒ1は等価直列抵抗、Ｃ0は並列容量である。水晶振動子Ｘ1からみた増幅器Ａ1を含む回路側の負荷容量（合成容量）をＣLとし、容量比をγ（Ｃ0／Ｃ1）とすると、この負荷容量ＣLによる共振周波数ｆ0の変化量Δｆ／ｆ0は、周知の次式で表される。
Δｆ／ｆ0＝Ｃ0／（２γ（Ｃ0＋ＣL））
すなわち、電圧制御型水晶発振器の周波数は、発振ループ中の負荷容量によりその共振周波数が変化する。
さらに、本実施形態の電圧制御型水晶発振器では、図１に示す水晶振動片１の、第１電極間配線１６Ａと第２電極間配線１６Ｂとが水晶基板を挟んで平面視で重なる立体交差領域１７には容量が発生する。この立体交差領域１７に容量が発生することにより、図８に示す水晶振動子の等価回路における並列容量Ｃ0が見かけ上大きくなったことと同等になり、その結果、電圧制御型水晶発振器の周波数可変範囲を大きくすることができることを発明者は見出した。しかも、本実施形態のメサ形状の水晶振動片１においては、立体交差領域１７の水晶基板の肉厚が、第１および第２突部５Ａ，５Ｂにおいて第１励振電極１５Ａおよび第２励振電極１５Ｂとが平面視で重なるように設けられた振動部に比して薄いので、振動部で発生させる水晶振動片１の主振動への影響を抑えながら効率的に容量を発生させることができる。
【００３６】
（実施例）
以下、実施例に基づく本発明の効果を説明するが、本発明は以下の実施例およびその効果に限定されるものではない。
【００３７】
図３は、従来（従来品）の電圧制御型水晶発振器における制御電圧−可変量（周波数変化量）と、本発明（実施例）の電圧制御型水晶発振器における制御電圧−可変量を示すものであり、（ａ）はグラフ、（ｂ）は比較表である。
ここで、従来品とは、図９に示す回路図と同様な回路構成において、水晶振動片の両主面に対向させて設けられた各励振電極と、各励振電極と対応して設けられた各外部接続電極とを電気的に接続する電極間配線とが平面視で重ならないように配線された（立体交差領域がないように配線された）水晶振動片を用いたものである。
【００３８】
一方、本実施例の電圧制御型水晶発振器は、図９に示す回路構成にて、水晶振動子Ｘ1に上記実施形態の立体交差領域１７を有する水晶振動片１を用いたものである。
なお、従来および実施例の電圧制御型水晶発振器のいずれにおいても、水晶振動子（Ｘ1）の等価直列容量は略同一値のものを用いて、印加する制御電圧と周波数変化量（可変量）の関係を確認した。
その結果、図９に示すような水晶振動子に直列にコイル（インダクタンス）Ｌを挿入した回路構成の電圧制御型水晶発振器においては、図３（ｂ）に示すように、水晶振動子（Ｘ1）の等価回路における並列容量Ｃ0（図８を参照）が大きくなって、等価直列容量Ｃ1と並列容量Ｃ0との容量比γが大きくなり、図３（ａ）に示すように、従来品に比して本実施例の電圧制御型水晶発振器の周波数可変範囲が大きくなることを確認した。
【００３９】
上記実施形態で説明した水晶振動片およびそれを用いた水晶発振器は、以下の変形例として実施することも可能である。
【００４０】
（変形例１）
上記実施形態の電圧制御型水晶発振器に用いる水晶振動片１は、水晶基板の第１および第２突部５Ａ，５Ｂが設けられた肉厚部分を振動部としたメサ形状のものを用いた。これに限らず、本発明の水晶振動片では、水晶振動子の等価回路において並列容量を大きくする立体交差領域を、水晶基板の振動部よりも肉薄な部分に設ける構成とすればよく、例えば、以下説明する変形例１のバリエーションを挙げることができる。
図４および図５は、水晶振動片の変形例のバリエーションを説明するものである。なお、図４および図５において、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
まず、図４は、水晶振動片の変形例１の１つのバリエーションを説明するものであり、（ａ）が概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
また、図５は、本変形例１の他のバリエーションを説明するものであり、（ａ）が概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【００４１】
まず、変形例１の水晶振動片の１つめのバリエーションについて説明する。
図４において、本変形例の１つめのバリエーションである水晶振動片５１は、矩形平板状の水晶基板の一方の主面側には、第１励振電極１５Ａが設けられ、水晶基板の一端側近傍に設けられた第１外部接続電極１８Ａと第１電極間配線１６Ａにより電気的に接続されている。
同様に、水晶基板の他方の主面側には、第１励振電極１５Ａの対向電極である第２励振電極１５Ｂが設けられ、水晶基板の一端側近傍の上記第１外部接続電極１８Ａと平面視で重ならない領域に設けられた第２外部接続電極１８Ｂと、第２電極間配線１６Ｂにより電気的に接続されている。
【００４２】
水晶基板の一方の主面側において、第１励振電極１５Ａと第１外部接続電極１８Ａとの間の第１電極間配線１６Ａの一部を含む領域には凹部５５Ａが設けられている。また、水晶基板の他方の主面側において、第２励振電極１５Ｂと第２外部接続電極１８Ｂとの間の第２電極間配線１６Ｂの一部を含み、かつ、凹部５５Ａと平面視で重なる領域には、凹部５５Ｂが設けられている（図４（ｂ）を併せて参照）。
第１励振電極１５Ａと第１外部接続電極１８Ａとを接続する第１電極間配線１６Ａと、第２励振電極１５Ｂと第２外部接続電極１８Ｂとを接続する第２電極間配線１６Ｂとは、凹部５５Ａおよび凹部５５Ｂにおいて、平面視で重なる立体交差領域１７を有している。
【００４３】
この構成によれば、凹部５５Ａおよび凹部５５Ｂにおいて第１電極間配線１６Ａと第２電極間配線１６Ｂとが平面視で重なる立体交差領域１７が、第１励振電極１５Ａおよび第２励振電極１５Ｂが形成された水晶基板の振動部よりも肉薄な部分で形成される。これにより、振動部の主振動への影響を抑えながら、立体交差領域１７で対向する第１電極間配線１６Ａと第２電極間配線１６Ｂによって発生する容量（図８における並列容量Ｃ0）を見かけ上大きくする効果を奏するので上記実施形態と同様な効果が得られ、水晶振動片５１を用いた電圧制御型水晶発振器の周波数可変範囲を広げる効果を奏する。
【００４４】
次に、変形例１の水晶振動片の他のバリエーションについて説明する。
図５において、本変形例の他のバリエーションである水晶振動片６１は、矩形平板状の水晶基板の一方の主面側に形成された凹部６５Ａ内に第１励振電極１５Ａが設けられ、水晶基板の一端側近傍に設けられた第１外部接続電極１８Ａと第１電極間配線１６Ａにより電気的に接続されている。
同様に、水晶基板の他方の主面側に形成された凹部６５Ｂ内には、第１励振電極１５Ａの対向電極である第２励振電極１５Ｂが設けられ、水晶基板の一端側近傍の上記第１外部接続電極１８Ａと平面視で重ならない領域に設けられた第２外部接続電極１８Ｂと、第２電極間配線１６Ｂにより電気的に接続されている。
このように、第１および第２励振電極１５Ａ，１５Ｂが形成された水晶振動片６１の主振動部に凹部６５Ａ，６５Ｂを設けることによって、水晶振動片６１の振動部が動きやすくなって効率的に振動することが可能になりＣＩ値を下げることができることが一般に知られている。
【００４５】
水晶基板の一方の主面側において、第１励振電極１５Ａと第１外部接続電極１８Ａとの間の第１電極間配線１６Ａの一部を含む領域には凹部７５Ａが設けられている。また、水晶基板の他方の主面側において、第２励振電極１５Ｂと第２外部接続電極１８Ｂとの間の第２電極間配線１６Ｂの一部を含み、かつ、凹部７５Ａと平面視で重なる領域には、凹部７５Ｂが設けられている（図５（ｂ）を併せて参照）。これらの凹部７５Ａおよび凹部７５Ｂは、第１および第２励振電極１５Ａ，１５Ｂが形成された水晶基板の凹部６５Ａ，６５Ｂよりも浅く形成されている。これにより、凹部７５Ａおよび凹部７５Ｂの各凹底面での水晶基板の肉厚が、第１および第２励振電極１５Ａ，１５Ｂが形成された凹部６５Ａおよび凹部６５Ｂの各凹底面の水晶基板の肉厚よりも肉薄になっている。
そして、その凹部７５Ａおよび凹部７５Ｂにおいて、第１励振電極１５Ａと第１外部接続電極１８Ａとを接続する第１電極間配線１６Ａと、第２励振電極１５Ｂと第２外部接続電極１８Ｂとを接続する第２電極間配線１６Ｂとは、平面視で重なる立体交差領域１７を有している。
【００４６】
この構成によれば、凹部７５Ａおよび凹部７５Ｂにおいて第１電極間配線１６Ａと第２電極間配線１６Ｂとが平面視で重なる立体交差領域１７が、第１励振電極１５Ａおよび第２励振電極１５Ｂが形成された水晶基板の振動部よりも肉薄な部分で形成されるので、振動部の主振動への影響を抑えながら、立体交差領域１７で対向する第１電極間配線１６Ａと第２電極間配線１６Ｂによって発生する容量（図８における並列容量Ｃ0）を見かけ上大きくする効果を奏し、その結果、水晶振動片６１を用いた電圧制御型水晶発振器の周波数可変範囲を広げる効果を得ることができる。しかも、第１および第２励振電極１５Ａ，１５Ｂが形成された水晶振動片６１の主振動部に凹部６５Ａ，６５Ｂを設けることによって水晶振動片６１の振動部が効率的に振動することが可能になりＣＩ値を下げることができる。
【００４７】
（変形例２）
上記実施形態および変形例１の水晶振動片１，５１，６１において、水晶基板の各主面の電極間配線１６Ａ，１６Ｂの立体交差領域１７は、その対向面積を大きくすることによって、水晶振動片を用いた電圧制御型水晶発振器の周波数可変範囲をより大きく広げる効果を奏する。
図６は、水晶振動片の変形例２を説明する概略平面図である。なお、本変形例２では、上記実施形態の水晶振動片１と同じメサ形状の水晶振動片を一例として説明することとし、図６において、上記実施形態と同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図６において、本変形例２の水晶振動片７１は、矩形平板状の水晶基板の両主面の一部が突出して肉厚部分となる第１突部５Ａおよび第２突部（不図示）を有した所謂メサ形状を呈している。
メサ形状の水晶基板の一方の主面側の第１突部５Ａ上には第１励振電極１５Ａが設けられ、水晶基板の一端側近傍には第１外部接続電極１８Ａが設けられている。第１励振電極１５Ａと第１外部接続電極１８Ａとは、第１電極間配線１６Ａにより電気的に接続されている。
同様に、水晶基板の他方の主面側の突部（第２突部）には、第１励振電極１５Ａの対向電極である第２励振電極１５Ｂ（図１を参照）が設けられ、水晶基板の一端側近傍の上記第１外部接続電極１８Ａと平面視で重ならない領域に設けられた第２外部接続電極１８Ｂと、第２電極間配線１６Ｂにより電気的に接続されている。
【００４９】
第１励振電極１５Ａと第１外部接続電極１８Ａとを接続する第１電極間配線１６Ａは、意図的に面積を広くして形成されたランド部７７を有している。同様に、第２励振電極１５Ｂと第２外部接続電極１８Ｂとを接続する第２電極間配線１６Ｂは、第１電極間配線１６Ａのランド部７７と平面視で重なる配置および形状のランド部（図中、ランド部７７の下方に隠れて図示できず）を有し、これらの各ランド部７７が平面視で重なる立体交差領域１７´が形成されている。
【００５０】
この構成によれば、立体交差領域１７´が大きく得られるので、立体交差領域１７´にて効率的に大きな並列容量（Ｃ0）が得られることにより、水晶振動片７１を用いた電圧制御型水晶発振器の周波数可変範囲を広げる効果をより顕著に得ることができる。
【００５１】
以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
【００５２】
例えば、上記実施形態および変形例では、圧電体基板として水晶基板を用いた水晶振動片１，５１，６１，７１、および、それを用いた水晶振動子を備えた電圧制御型水晶発振器について説明した。これに限らず、水晶以外に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウム、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの薄膜圧電材料を積層させて構成された圧電体材料からなる圧電振動片を用いることもできる。
【００５３】
また、上記実施形態および変形例で説明した特定の形態、例えば、水晶振動片１，５１，６１，７１、あるいはパッケージ２０などの形状は限定されるものではない。例えば、パッケージ２０は、上記実施形態で説明した積層構造を有するものに限らず、機械加工などにより一体化した形のものを使用してもよい。
同様に、各電極、配線、端子などの位置や形状についても上記実施形態およびに限定されない。
【符号の説明】
【００５４】
１，５１，６１，７１…圧電振動片としての水晶振動片、５Ａ…第１突部、５Ｂ…第２突部、１０…圧電振動子としての水晶振動子、１５Ａ…第１励振電極、１５Ｂ…第２励振電極、１６Ａ…第１電極間配線、１６Ｂ…第２電極間配線、１７，１７´…立体交差領域、１８Ａ…第１外部接続電極、１８Ｂ…第２外部接続電極、２０…パッケージ、２１…第１層基板、２２…第２層基板、２３…第３層基板、２４…第４層基板、２５…外部実装端子、２６…ダイパッド、２７…ＩＣ接続端子、２８…振動片接続端子、２９…シールリング、３０…リッド、３７…ボンディングワイヤー、３９…導電性接着剤、４０…ＩＣチップ、４５…複数の電極パッド、５１…水晶振動片、５５Ａ，５５Ｂ…凹部、６５Ａ，６５Ｂ…凹部、７５Ａ，７５Ｂ…凹部、７７…ランド部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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