(57)【要約】【課題】振動特性の良好な圧電振動子、電子部品及び発振器を提供すること。【解決手段】主面部２１と周縁部２２との高さが異なるメサ型又は逆メサ型の水晶片２において、主面部２１の両面に第１の励振電極及び第２の励振電極を夫々形成し、これら第１及び第２の励振電極から放射状に伸び出すように複数の第１及び第２の引き出し電極を設け、これら第１及び第２の引き出し電極同士を夫々接続するように、第１及び第２の円弧状電極を形成する。そして前記第２の引き出し電極を、第１の引き出し電極の投影領域と重ならない位置に配置し、前記第２の円弧状電極を、第１の円弧状電極の投影領域と重ならない位置に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面部とこの主面部を囲む周縁部との高さが異なるメサ型又は逆メサ型の圧電片と、
前記圧電片の一面側における主面部及び当該圧電片の他面側における主面部に夫々形成された第１の励振電極及び第２の励振電極と、
前記圧電片の一面側における周縁部に形成され、前記第１の励振電極から放射状に伸び出し、圧電片の周方向に形成された複数の第１の引き出し電極と、
これら第１の引き出し電極同士を接続し、圧電片の中心部を中心とする円に沿って形成された第１の円弧状電極と、
前記圧電片の他面側における周縁部に形成され、前記第２の励振電極から放射状に伸び出し、圧電片の周方向に形成された複数の第２の引き出し電極と、
これら第２の引き出し電極同士を接続し、圧電片の中心部を中心としかつ前記円の直径とは異なる直径の円に沿って形成された第２の円弧状電極と、
前記第１の円弧状電極及び第２の円弧状電極に夫々電気的に接続され、外部の導電路と接続するための第１の接続用電極及び第２の接続用電極と、を備え、
前記第２の引き出し電極は、第１の引き出し電極の投影領域と重ならない位置に、前記励振電極の周方向に沿って前記第１の引き出し電極の投影領域と交互に並ぶように配置され、
前記第２の円弧状電極は、第１の円弧状電極の投影領域と重ならない位置に形成されたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記第１の引き出し電極及び第２の引き出し電極は、圧電片の周方向に沿って夫々等間隔に形成されていることを特徴とする請求項１記載の圧電振動子。
【請求項３】
前記第１の引き出し電極及び第２の引き出し電極における圧電片との接触部位の長さの和は、夫々圧電片の周方向の長さの１／２以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電振動子。
【請求項４】
パッケージと、
このパッケージ内に設けられた請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載された圧電振動子と、
前記パッケージの外面に形成され、前記圧電振動子の第１の接続用電極及び第２の接続用電極に夫々電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする電子部品。
【請求項５】
請求項４に記載の電子部品と、発振回路と、を備えたことを特徴とする発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動特性が良好な圧電振動子、この圧電振動子を備えた電子部品及び発振器の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶片を、主面部とこの主面部を囲む周縁部との高さが異なるメサ型又は逆メサ型の構造とすることにより、励振エネルギーが主面部に閉じ込められるため、この励振エネルギーを減衰させることなく引き出せば、水晶片の厚さが均一な構造に比べてクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値が低下することが知られている。
【０００３】
しかしながら、メサ型又は逆メサ型の水晶片では、引き出し電極が形成される領域と励振電極が設けられる領域との厚さが異なるので、水晶片の一面側の引き出し電極と他面側の引き出し電極とが重なると、図７に示すように、メサ型では、励振電極の主振動ｆ０の励振周波数よりも高い周波数でスプリアス振動ｆ１が発生し、逆メサ型では、前記主振動ｆ０の励振周波数より低い周波数でスプリアス振動ｆ２が発生してしまう。
【０００４】
ところで、中央部の厚さが小さい逆メサ型の水晶振動片を備えた水晶振動子については、特許文献１に記載されている。当該特許文献１の図２は、従来の水晶振動子の構成を示している。この例では水晶片の両面に励振電極が形成され、表面側の引き出し電極と、裏面側の引き出し電極とが、水晶片の長さ方向において互いに対向するように引き出されて設けられている。従って引き出し電極の重なりがないため、スプリアス振動の発生を抑えることができるが、励振電極の一部に引き出し電極が接続され、励振エネルギーが局所的に引き出されるため、電荷分布が偏ってしまい、前記励振エネルギーが引き出し電極の抵抗により減衰し、結果としてＣＩ値が高くなってしまう。また水晶片の長さ方向の一端側と他端側との両方が固定されるため、振動が起こりにくく、振動特性が悪化してしまう。  また、特許文献１の図１の構成では、水晶振動子の一端側を固定し、他端側を自由端とすることにより、振動特性を良好に維持している。しかしながら、この構成においても、引き出し電極に僅かな重なり部分が発生するため、さらに引き出し電極の重なりを低減する構成を検討している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３１６５号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情の下になされたものであり、その目的は、メサ型又は逆メサ型の圧電振動子において、ＣＩ値が低く、スプリアス振動を低減できる圧電振動子、この圧電振動子を用いた電子部品及び発振器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧電振動子は、主面部とこの主面部を囲む周縁部との高さが異なるメサ型又は逆メサ型の圧電片と、
前記圧電片の一面側における主面部及び当該圧電片の他面側における主面部に夫々形成された第１の励振電極及び第２の励振電極と、
前記圧電片の一面側における周縁部に形成され、前記第１の励振電極から放射状に伸び出し、圧電片の周方向に形成された複数の第１の引き出し電極と、
これら第１の引き出し電極同士を接続し、圧電片の中心部を中心とする円に沿って形成された第１の円弧状電極と、
前記圧電片の他面側における周縁部に形成され、前記第２の励振電極から放射状に伸び出し、圧電片の周方向に形成された複数の第２の引き出し電極と、
これら第２の引き出し電極同士を接続し、圧電片の中心部を中心としかつ前記円の直径とは異なる直径の円に沿って形成された第２の円弧状電極と、
前記第１の円弧状電極及び第２の円弧状電極に夫々電気的に接続され、外部の導電路と接続するための第１の接続用電極及び第２の接続用電極と、を備え、
前記第２の引き出し電極は、第１の引き出し電極の投影領域と重ならない位置に、前記励振電極の周方向に沿って前記第１の引き出し電極の投影領域と交互に並ぶように配置され、
前記第２の円弧状電極は、第１の円弧状電極の投影領域と重ならない位置に形成されたことを特徴とする。
【０００８】
前記圧電振動子は、前記第１の引き出し電極及び第２の引き出し電極が、圧電片の周方向に沿って夫々等間隔に形成されることが好ましい。また前記第１の引き出し電極及び第２の引き出し電極における圧電片との接触部位の長さの和は、夫々圧電片の周方向の長さの１／２以下であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の電子部品は、パッケージと、
このパッケージ内に設けられた前記圧電振動子と、
前記パッケージの外面に形成され、前記圧電振動子の第１の接続用電極及び第２の接続用電極に夫々電気的に接続された外部電極と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の発振器は、前記電子部品と、発振回路と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、メサ型又は逆メサ型の圧電片を用い、主面部の両面に夫々設けられた第１及び第２の励振電極から、複数の第１及び第２の引き出し電極を放射状に伸び出すように等間隔で形成し、第１の円弧状電極により第１の引き出し電極同士を電気的に接続し、第２の円弧状電極により第２の引き出し電極同士を電気的に接続している。このため主面部における周方向の電界分布（電気エネルギー分布）の均一性が高く、結果としてＣＩ値を低減することができる。
【００１２】
また、メサ型又は逆メサ型の圧電振動子において、第１及び第２の引き出し電極を互いの投影領域が重ならない位置に配置し、第１及び第２の円弧状電極を互いの投影領域が重ならない位置に形成することにより、スプリアス振動を低減することができる。このように、ＣＩ値及びスプリアス振動が低減できるので、振動特性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る水晶振動子を示す平面図及び断面図並びに底面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水晶振動子を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る水晶振動子の製造方法を示す概略断面図である。
【図４】本発明の他の例に係る水晶振動子を示す平面図及び断面図並びに底面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電子部品を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る発振器の概略を示す説明図である。
【図７】メサ型及び逆メサ型の水晶片のスプリアス振動を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態に係る圧電振動子である水晶振動子の構造について図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は、前記水晶振動子の平面図、図１（ｂ）は図１のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は、前記水晶振動子の底面図である。この水晶振動子は、主面部２１と、この主面部２１を囲む周縁部２２との高さが異なる圧電片である水晶片２を備えている。この例では主面部２１は円形に構成され、周縁部２２は矩形状に構成されている。この例の水晶片２はメサ型であり、主面部２１の方が周縁部２２のよりも高くなっている。例えば主面部２１の直径Ｌ１は例えば０．５ｍｍφ程度、主面部２１の厚さＬ２は例えば５０μｍ程度、周縁部２２の厚さＬ３は例えば４０μｍ程度に夫々設定されている。なお図１中２０は主面部２１の輪郭を示す線である。
【００１５】
前記水晶片２の一面側（表面側）における主面部２１には、第１の励振電極３１が形成され、当該水晶片２の他面側（裏面側）における主面部２１には第２の励振電極３２が形成されている。これら第１及び第２の励振電極３１，３２は、互いに同じ形状に構成され、互いに主面部２１を介して対向するように設けられている。この例では第１及び第２の励振電極３１，３２は、例えば主面部２１とほぼ同じ大きさか僅かに小さい、主面部２１の中心部を中心とする円形状に形成されている。
【００１６】
また、水晶片２の一面側における周縁部２２には、前記第１の励振電極３１から放射状に伸び出すように、水晶片２の周方向に等間隔に複数例えば８個の同じ形状の第１の引き出し電極４１が形成されている。これら引き出し電極４１は励振電極３１に接続される辺４３ａよりも外縁４４の方が大きい扇形状に形成され、複数の引き出し電極４１における励振電極３１に接続される辺４３ａの長さの合計は、励振電極３１の円周の長さの１／２の長さ以下になるように設定されている。
【００１７】
さらに、水晶片２の一面側は、これら第１の引き出し電極４１同士を接続するように、水晶片２の中心部を中心とする円に沿って形成された第１の円弧状電極５１を備えている。この例では８個の第１の引き出し電極４１が８個の第１の円弧状電極５１により接続されていることになる。
【００１８】
一方、水晶片２の他面側における周縁部２２においても、前記第２の励振電極３２から放射状に伸び出すように、水晶片２の周方向に等間隔に複数例えば８個の同じ形状の第２の引き出し電極４２が形成されている。複数の引き出し電極４２における励振電極３２に接続される辺４３ｂの長さの合計は、励振電極３２の円周の長さの１／２の長さ以下になるように設定されている。
【００１９】
また、水晶片２の他面側にも、第２の引き出し電極４２同士を接続するように、水晶片２の中心部を中心としかつ前記円の直径とは異なる直径の円に沿って第２の円弧状電極５２が形成されており、この例においても８個の第２の引き出し電極４２が８個の第２の円弧状電極５２により接続されることになる。
【００２０】
図２に、第１及び第２の引き出し電極４１，４２、第１及び第２の円弧状電極５１，５２の配置例について示す。この図は水晶片２の一面側から見た平面図であり、第２の引き出し電極４２及び第２の円弧状電極５２の投影領域については点線で示している。このように、前記第１の引き出し電極４１は、第２の引き出し電極４２の投影領域とは互いに重ならない位置に配置され、前記第１の円弧状電極５１は第２の円弧状電極５２の投影領域とは重ならない位置に形成されている。
【００２１】
このため、この例では、第２の引き出し電極４２は、第１の引き出し電極４１よりも径方向の長さが大きくなるように形成され、第１の円弧状電極５１の外側に第２の円弧状電極５２が形成されている。つまり、第１の円弧状電極５１は、水晶片２の中心部Ｏを中心とする半径Ｒ１の円に沿って形成され、第２の円弧状電極５２は、前記中心部Ｏを中心とする半径Ｒ１よりも大きい半径Ｒ２の円に沿って形成されている。
【００２２】
また、これら第１の引き出し電極４１と第２の引き出し電極４２とは、位相を合わせたときに、周方向の寸法が重なる形状に構成されている。つまり第２の引き出し電極４２を回転させたとすれば、８個の第１の引き出し電極４１と８個の第２の引き出し電極４２とが、周方向において互いに重なるように、周方向の形状が同じになるように形成されている。
【００２３】
この例では、第１の引き出し電極４１と第２の引き出し電極４２とを夫々径方向の長さが互いに異なるように形成したが、前記第１の引き出し電極４１を、第２の引き出し電極４２の投影領域とは互いに重ならない位置に配置し、前記第１の円弧状電極５１を第２の円弧状電極５２の投影領域とは重ならない位置に形成できれば、第１の引き出し電極４１と、第２の引き出し電極４２とは、周方向及び径方向の形状が同じになるように構成してもよい。
【００２４】
前記第１及び第２の励振電極３１，３２、第１の引き出し電極４１及び第２の引き出し電極４２、第１の円弧状電極５１及び第２の円弧状電極５２は例えばクロム（Ｃｒ）の上に金（Ａｕ）を積層した金属膜により形成されている。なお図１においては、説明の便宜上、これら励振電極３１、引き出し電極４１、円弧状電極５１同士の間、及び励振電極３２、引き出し電極４２、円弧状電極５２同士の間は実線を引き、互いを区別しているが、実際には一体に形成されている。
【００２５】
前記第１の円弧状電極５１には外部の導電路と接続するために第１の接続用電極６１が電気的に接続され、第２の円弧状電極５２には外部の導電路と接続するために第２の接続用電極６２が電気的に接続されている。これら、第１及び第２の円弧状電極５１，５２も例えばＣｒの上にＡｕを積層した金属膜により形成されている。
【００２６】
このような水晶振動子の発振動作は、外部の導電路、第１及び第２の接続用電極６１，６２、第１及び第２の円弧状電極５１，５２、第１及び第２の引き出し電極４１，４２を介して第１及び第２の励振電極３１，３２に電圧が印加されることで起こる。
【００２７】
次に、図１に示す水晶振動子の製造方法について図３を参照しながら間単に説明する。なお、図３は一枚の水晶基板のある一部分に作成される一個の水晶振動子について説明したものである。先ず、切り出された一枚の水晶基板７例えば水晶ウエハを研磨加工して洗浄した後に（図３（ａ））、図３（ｂ）に示すように、主面部２１以外の領域をエッチングにより掘り下げ、メサ構造を形成する。このエッチングは、ウェットエッチング又はドライエッチングにより形成される。ウェットエッチングにより形成する場合には、次のようにして行われる。例えば水晶基板７の両面に金属膜を形成し、この金属膜上にポジレジスト膜を形成する。次いでこのポジレジスト膜に所定のパターンを露光し、現像して、ＫＩ（ヨウ化カリウム）溶液に浸漬、メタルエッチングすることにより、金属膜とレジスト膜とが積層されたマスクパターンを形成する。次いで表面にマスクパターンが形成された水晶基板７をフッ酸溶液に浸漬することによりエッチングして、水晶基板７にメサ構造を形成する。
【００２８】
また、ドライエッチングにより形成する場合には、例えば水晶基板７の表面に上述のウェットエッチングと同様の手法にてマスクパターンを形成する。次いで表面にマスクパターンが形成された水晶基板７を例えばＣＨＦ３ガス等のエッチングガスを用いてエッチングして、水晶基板７にメサ構造を形成する。
【００２９】
次いで、図３（ｃ）に示すように、水晶基板７の全面にＣｒの上にＡｕを積層した金属膜７１を、例えばスパッタリングや真空蒸着法により成膜する。次いで、この金属膜７１の上にレジストパターンを形成した後、ＫＩ溶液に浸漬して、図１（ａ），（ｃ）に示すような、電極パターンを形成する（図３（ｄ））。これにより、水晶基板７の一面側には、第１の励振電極３１、第１の引き出し電極４１及び第１の円弧状電極５１、第１の接続用電極６１が一体として形成され、水晶基板７の他面側には、第２の励振電極３２、第２の引き出し電極４２及び第２の円弧状電極５２、第２の接続用電極６２が一体として形成される。この後、ダイシングソーを用いてダイシングラインに沿って切ることで、水晶基板７から水晶振動子が１個ずつ切り分けられていくことにより、図１に示す水晶振動子が完成する（図３（ｅ））。
【００３０】
上述の水晶片２は、図４に示すように、逆メサ型であってもよく、この逆メサ型の水晶片２を用いた水晶振動子では、主面部２１の高さが周縁部２２よりも低いこと以外は、上述のメサ型の水晶片２を用いた水晶振動子と同様である。なお図４（ａ）は水晶振動子の平面図、図４（ｂ）はＢ−Ｂ断面図、図４（ｃ）は底面図を夫々示している。
【００３１】
続いて、上述の水晶振動子を組み込んだ電子部品について、図５を参照して説明する。図５中８は前記水晶振動子が収納されるパッケージであり、このパッケージ８は、セラミックス例えばガラス又は水晶により構成されたベース体８１と、金属製の蓋体８２とから構成されている。これらベース体８１と蓋体８２とは、例えば溶接材からなるシール材によりシーム溶接され、その内部が真空状態となっている。
【００３２】
前記ベース体８１は底部８１Ａと側壁部８１Ｂとの積層体からなり、底部８１Ａの表面には金属膜よりなる内部端子８３Ａ，８３Ｂが夫々形成されている。なおこれら内部端子８３Ａ，８３Ｂは、図５中Ｙ方向に並んで配列されており、図５では内部端子８３Ａは、内部端子８３Ｂの奥側に設けられている。内部端子８３Ａは第１の接続用電極６１、内部端子８３Ｂは前記第２の接続用電極６２に夫々対応するものである。さらにベース体８１の外面には側部から底部に亘って、金属膜よりなる外部端子８４Ａ，８４Ｂが夫々形成されている。これら外部端子８４Ａ、８４Ｂは、前記パッケージ８の外面に形成され、前記第１の接続用電極６１及び第２の接続用電極６２に夫々電気的に接続された外部電極に相当する。この例では、内部端子８３Ｂと外部端子８４Ｂとが電気的に接続されると共に、底部８１Ａの表面に設けられた図示しない導電路を介して内部端子８３Ａと外部端子８４Ａとが電気的に接続されている。
【００３３】
前記水晶振動子は、ベース体８１内に第１の接続用電極６１が内部端子８３Ａ、第２の接続用電極６２が内部端子８３Ｂに夫々接続された状態で、水平に収納される。この例では、第１の接続用電極６１はワイヤーボンディング８５により内部端子８３Ａに電気的に接続され、前記第２の接続用電極６２は導電性接着剤８６により内部端子８３Ｂに接続されている。こうして水晶振動子の第１の接続用電極６１は、内部端子８３Ａを介して外部端子８４Ａに電気的に接続され、第２の接続用電極６２は、内部端子８３Ｂを介して外部端子８４Ｂに電気的に接続される。
【００３４】
このような電子部品は、例えば水晶振動子をベース体８１に搭載して、接着した後、電子ビーム等で励振電極３１，３２を削って一定の周波数に制御し、次いで蓋体８２をベース体８１に真空シーム封止することにより製造される。
【００３５】
上述の実施の形態では、メサ型又は逆メサ型の水晶片２を用い、主面部２１の両面に夫々設けられた第１及び第２の励振電極３１，３２から、複数の第１及び第２の引き出し電極４１，４２を放射状に伸び出すように形成し、第１の円弧状電極５１により第１の引き出し電極４１同士を電気的に接続し、第２の円弧状電極５２により第２の引き出し電極４２同士を電気的に接続している。
【００３６】
このため主面部２１，２２における周方向の電界分布（電界エネルギー分布）の均一性が高く、この電界をそのまま引き出し電極４１，４２、円弧状電極５１，５２を介して放射状に引き出すことができて、ＣＩ値を低減することができる。この際、第１及び第２の引き出し電極４１，４２の形状を、位相を合わせたときに周方向の寸法が互いに重なるように、同じ電極パターンで形成していることから、主面部２１，２２の表裏において、電界エネルギー分布が揃えられ、電界分布（電界エネルギー分布）の周方向の均一性が高くなる。
【００３７】
なお、第１及び第２の円弧状電極５１，５２により第１及び第２の引き出し電極４１，４２同士を電気的に接続すれば、第１の接続用電極６１及び第２の接続用電極６２の形状に関わらず、放射状に均一な励振エネルギーを引き出すことができる。
【００３８】
さらに、第２の引き出し電極４２を第１の引き出し電極４１の投影領域と重ならない位置に配置すると共に、前記第２の円弧状電極５２は、第１の円弧状電極５１の投影領域と重ならない位置に形成しているので、水晶片２の一面側の電極パターンと他面側の電極パターンとの重なりが抑えられ、主振動以外のスプリアス振動を低減することができ、この結果ＣＩ値を低減することができる。
【００３９】
本発明では、図１又は図４に示す水晶振動子を、図６に示すように発振回路９０の回路部品が搭載されている配線基板９１に搭載することにより、水晶発振器９を構成するようにしてもよい。
【００４０】
また、上述の水晶片２は、主面部２１の形状は円形であることが好ましいが、周縁部２２の水晶片は、円形、だ円形、矩形のいずれでもよく、引き出し電極の個数は適宜選択可能である。さらに、円弧状電極は引き出し電極の径方向の外縁部同士を接続する構成に限らず、引き出し電極の外縁部よりも中心側同士を接続するようにしてもよい。また本発明の電子部品においては、パッケージ構造は図の例に限らず、第１の接続用電極６１を水晶片２の裏面側まで回り込ませ、当該裏面側の接続用電極６１を内部端子６３Ａに導電性接着剤により接続する構造でもよいし、スルーホールを用いて水晶振動子に電力供給するタイプの構造であってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
２    水晶片
２１  主面部
２２  周縁部
３１  第１の励振電極
３２  第２の励振電極
４１  第１の引き出し電極
４２  第２の引き出し電極
５１  第１の円弧状電極
５２  第２の円弧状電極
６１  第１の接続用電極
６２  第２の接続用電極
【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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