(57)【要約】【課題】  低背化を図ることができるとともに、耐衝撃性に優れた圧電振動デバイスを提供することを目的とする。【解決手段】  少なくとも長辺の両端領域が面取り加工された平面視矩形状の水晶振動片３と、内部に当該水晶振動片３を収納するとともに上部に開口部を有する断面視凹状のベース４と、当該開口部を気密接合する蓋体２とで構成される表面実装型の水晶振動子１において、前記ベース４の内底部には、前記水晶振動片３の面取り加工された領域の輪郭と相似形状の凹陥部６が形成されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも長辺の両端領域が面取り加工された平面視矩形状の圧電振動片と、内部に当該圧電振動片を収納するとともに上部に開口部を有する断面視凹状のベースと、当該開口部を気密接合する蓋体とで構成される圧電振動デバイスにおいて、
前記ベース内底部には、前記圧電振動片の面取り加工された領域の輪郭形状と相似形状の凹陥部が形成されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
前記ベースが２層からなるセラミックシートで構成されていることを特徴とする圧電振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等に用いられる圧電振動デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の表面実装型水晶振動子は、例えば図６に示すように、ベース４はセラミックシートが３枚積層された構成になっており、底面のセラミックシート上面にはベース内部に形成されたビアホール（図示せず）を介して外部接続端子（図示せず）と導通した搭載パッド５が形成されている。そして前記搭載パッド５上に、水晶振動片３の一端部が導電性接合材８を介して電気的・機械的に接合される。前記接合後には、蓋体２でベース開口部が封止接合材９を介して気密接合されることによって水晶振動子１が形成される。
【０００３】
前記水晶振動片の表裏面には水晶振動片を励振させるための励振電極（図示せず）が形成され、当該励振電極下においては振動エネルギが閉じ込められて励起されるが、励振電極が形成されていない領域では振動エネルギが指数関数的に減衰する。前記励振電極が形成されない領域（以下、電極非形成領域と称す）が広い場合、振動エネルギが支持部分にまで伝播しにくいが、水晶振動子の要求仕様を満足するためには電極非形成領域を広く確保できない場合がある。また、近年の電子部品の小型化要求によって、水晶振動片も小型化が進んでいることからも、電極非形成領域を広く確保することが困難になってきている。
【０００４】
前記水晶振動片にはＡＴカット水晶振動板が用いられ、ＡＴカット水晶振動板は、発振周波数が厚みと反比例の関係にあるため、低周波数では水晶振動片の厚みは、より厚くなっている。水晶振動片の厚みが厚くなると振動領域も拡大するため、水晶振動片の支持部分に伝わる振動エネルギも大きくなり、支持によるエネルギ損失によって水晶振動子の等価直列抵抗値が高くなってしまう問題があった。
【０００５】
前記問題を解消するために、低周波の水晶振動片では水晶振動片の長辺あるいは短辺の両端領域を面取り加工することによって、支持領域を薄肉化して振動領域を減少させ、前記励振電極により、水晶振動片の中央領域に振動エネルギを閉じ込めることによって等価直列抵抗値を低下させる手法が用いられている。
【０００６】
しかしながら、両端部が面取り加工された水晶振動片を搭載パッドに導電性接合材を介して接合したときに、水晶振動片の凸部（面取り加工されていない領域）がベースの上面に接触してしまう問題があった。また、前記凸部がベースの上面に接触していない状態であっても、衝撃を受けた際に水晶振動片の自由端が変位することにより、当該凸部がベースの上面に接触してしまう問題もあった。本問題は突起状の枕を自由端の下方に配置するだけでは解消することが困難であり、本支持形態のように水晶振動子片を一端側だけで保持する形態（片持支持）の水晶振動子において特に問題となる。
【０００７】
上述の問題を解決するために、ベースの中央部に凹陥部を形成し、前記凸部が当該凹陥部に入るようにした構成の圧電振動デバイスが例えば特許文献１に開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１５９９９７号
【０００９】
しかしながら、特許文献１においてベースはシールリングを含めると３つの層から構成されているため、圧電振動子デバイスの低背化には繋がりにくい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、低背化を図ることができるとともに、耐衝撃性に優れた圧電振動デバイスを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１の発明によれば、少なくとも長辺の両端領域が面取り加工された平面視矩形状の圧電振動片と、内部に当該圧電振動片を収納するとともに上部に開口部を有する断面視凹状のベースと、当該開口部を気密接合する蓋体とで構成される圧電振動デバイスにおいて、前記ベース内底部には、前記圧電振動片の面取り加工された領域の輪郭形状と相似形状の凹陥部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
上記構成によると、前記ベースの内底部には、前記圧電振動片の面取り加工された領域の輪郭形状と相似形状の凹陥部が形成されているため、圧電振動片をベース内底部に接触することなく支持することができる。
【００１３】
また、上記構成によると、前記凹陥部の形状が圧電振動片の面取り加工された領域の輪郭形状と相似形状であるため、圧電振動片とベース内底部との間に一定の間隙を確保することができるため、衝撃を受けて圧電振動片が撓んだ場合であっても圧電振動片とベース内底部との接触を抑制することができる。
【００１４】
なお、前記圧電振動片と前記ベースとの相対位置関係は、面取り加工された圧電振動片の凸部が前記凹陥部の内部に入るような構成、すなわちベース内底部の上面ラインより下方に前記圧電振動片の凸部が位置していれば、圧電振動デバイスの低背化により有効となる。
【００１５】
また、前記面取り加工は前記圧電振動片の長辺方向のみに限らず短辺方向についても行うことによって、短辺方向における前記圧電振動片とベース内底部との接触も抑制することができる。
【００１６】
さらには、前記面取り加工は前記圧電振動片の両端領域だけに限らず、当該圧電振動片の主面中央まで、すなわち圧電振動片の主面までが削られた状態まで加工された状態であってもよく、この場合、圧電振動片の形状は、いわゆるコンベックス形状となる。コンベックス形状の圧電振動片であっても、前記凹陥部の形状は圧電振動片の面取り加工された領域の輪郭形状と相似形状であるので、圧電振動片とベース内底部との間に一定の間隙を確保することができ、衝撃を受けて圧電振動片が撓んだ場合であっても圧電振動片とベース内底部との接触を抑制することができる。
【００１７】
なお、コンベックス形状に加工される圧電振動片は、低周波帯の圧電振動片の中でもさらに厚みが厚くなるため、圧電振動片の凸部とベース内底部との接触が懸念されるが、凹陥部を形成することにより、前記接触を回避することができ、本発明の構成が特に有効に機能する。
【００１８】
また、前記前記面取り加工は前記圧電振動片の両端領域だけ限らず、圧電振動片の主面を残して当該圧電振動片の中央近傍までの領域だけが面取り加工された状態であってもよい。本形状の圧電振動片の場合、前記圧電振動片の主面部分は残存しているため、凹陥部の形状は当該水晶振動片の面取り加工領域の形状に相似した傾斜面を有する形状となる。この場合、凹陥部形成によるベースの質量減少が、前記コンベックス形状の圧電振動片の場合よりも少なくなる（浅くすることができる）ので、ベース剛性が向上する。
【００１９】
さらに、本形状の圧電振動片の場合、コンベックス形状の圧電振動片に比べ、圧電振動片の厚みは薄くなるため、圧電振動片をより上方に配置することができるので圧電振動片と凹陥部との間隙をより多く形成することが可能となる。これにより、圧電振動片の凸部とベース内底部との接触抑制に有効となる。
【００２０】
さらに、前記面取り加工は圧電振動片の両面（表裏）に限定されるものではなく、片面だけが面取り加工された形状であっても適用可能である。
【００２１】
また、請求項２によれば、前記ベースは２層からなるセラミックシートで構成されているので、従来のベースと比較して層数を減少させることができ、圧電振動デバイスの低背化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、低背化を図ることができるとともに、耐衝撃性に優れた圧電振動デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明による実施形態について、表面実装型の水晶振動子を例にとり、図１乃至図３とともに説明する。図１は本発明の実施形態を示す水晶振動子の分解斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。なお、図１乃至図３において、水晶振動片の表裏面に形成される電極（詳細は後述）および、ベース底面（裏面）に形成される外部接続端子と、当該外部接続端子とベース内部の搭載パッドとを電気的接続するためのビアホールの記載は省略している。
【００２４】
本実施形態で適用される水晶振動子１は、図１に示すように平面視矩形状のベース４と、水晶振動片３と、平面視矩形状の蓋体２とから構成されている。
【００２５】
図１において前記水晶振動片３は、平面視矩形状のＡＴカット水晶板であり、本実施形態では低周波の水晶振動片が使用されている。また、前記水晶振動片３は表裏面が両凸レンズ形状（バイコンベックス）になるまで長辺および短辺が面取り加工されている。
【００２６】
前記面取り加工（以下ベベル加工と称す）は、まず複数個の水晶振動片と、一定の粒度分布に分級された研磨材とを、胴体部分が円筒状で両端部分には半球が溶接されたカプセル状の金属容器（以下パイプと称す）の内部に封入し、前記パイプを、高速回転する円形のドラムの外周部に取り付けられた複数の槽の中に取り付ける。なお、前記槽は円筒状であり、内部に複数本のパイプを収容できる構造となっている。
【００２７】
前記複数の槽はドラムが回転（公転）することによって、当該ドラムの回転方向とは逆方向に回転（自転）する機構となっている。前記ドラムを所定条件で回転させると槽中のパイプも回転するのでパイプ内部の水晶振動片と研磨材も回転する。ここで前記ドラムの回転速度は、遠心力によって水晶振動片と研磨材とがパイプ内壁面に押し付けられた状態のまま回転しない速度に設定されているので、パイプ内壁面と水晶振動片と研磨材との間で滑りが発生することによって、往復運動が繰り返される。本往復運動によって前記パイプ内壁の曲面が水晶振動片に転写され、水晶振動片の長辺および短辺の端部がベベル加工される。
【００２８】
図１に示すように、ベベル加工された前記水晶振動片３の表裏面には当該水晶振動片３を駆動させるための励振電極３１ａと、当該励振電極から引き出される引き出し電極３１ｂと、当該引き出し電極３１ｂと接続し，水晶振動片３の一端部両側に形成される一対のパッド電極３１ｃとが形成される。これらの電極は水晶上に下から順に、クロム（Ｃｒ），金（Ａｕ），クロム（Ｃｒ）の膜構成で蒸着法等によって成膜される。なお、前記電極の膜構成は、これに限定されるものではなく、例えば水晶上に下から順にＣｒ，Ａｕ、あるいは水晶上に下から順に、Ｃｒ，Ａｇ（銀）、または水晶上に、Ｃｒ，Ａｇ，Ｃｒの順で構成されたものであってもよい。
【００２９】
図２においてベース４は、アルミナセラミック材料から成る２枚のセラミックグリーンシートから構成され、第１のシート（底板）４ａの上に、第２のシート（上板）４ｂが積層されて一体的に焼成されている。なお、前記第２のシート４ｂは枠状に形成される。
【００３０】
図１において、前記ベース４の上部は開口しており、枠状の前記第２のシート４ｂの堤部上面４１は平坦な状態になっており、当該堤部上面４１には周状のガラス層４１ａが形成されている。
【００３１】
前記第１のシート４ａの上面一端側には一対の搭載パッド５が並列して形成されているとともに、当該搭載パッド５はベース底面（裏面）に形成されている外部接続端子（図示せず）と、ビアホール（図示せず）を介して電気的に接続されている。
【００３２】
なお、前記搭載パッド５と前記外部接続端子との電気的接続は、ベース４の外周上下部の４角にキャスタレーションを形成することによって行ってもよい。
【００３３】
図３に示すように前記第１のシート４ａの上面（ベース内底部）には、前記水晶振動片３のベベル加工された領域の輪郭形状と相似形状の凹陥部６が形成されている。前記凹陥部６の断面から見た形状は、前記水晶振動片３のベベル加工された領域の輪郭形状に相似した曲面状になっているため、前記水晶振動片３とベース４とは一定の間隙を維持でき、衝撃を受けた際にも水晶振動片３とベース４の内底部との接触を抑制することができる。
【００３４】
前記凹陥部６は前記第１のシート４ａの上面（ベース内底部）の、前記水晶振動片３の当該ベベル加工部の曲面の頂点と、前記凹陥部６の最深部とがほぼ一致する位置に形成されている。
【００３５】
前記凹陥部６は、セラミックグリーンシートの所定の位置に、凸曲面状の先端部を有する金型でプレスすることによって形成される（第１のシート）。そして凹陥部６が形成されたセラミックグリーンシート（第１のシート）の上に、前記第２のシート４ｂを積層して一体的に焼成することによってベース４が成形される。
【００３６】
なお、前記凹陥部６の形成は前述の金型によるプレス加工の工法だけに限定されるものではなく、例えばセラミックグリーンシートの一体焼成完了後の機械研削によって形成してもよい。この場合、例えば先端部に砥石を具備したペン形状の研削ツール（グラインダー）が使用される。
【００３７】
前述した凹陥部６は前記水晶振動片３のベベル加工領域の輪郭形状および水晶振動片３の厚みに対応した任意の深さで形成されるが、ベース４の剛性確保の点から第１のシート４ａの厚みの３分の１程度までの深さであることが好ましい。
【００３８】
本実施形態において、前記水晶振動片３の自由端側の下方には、衝撃を受けた際の前記自由端の変位量を抑制するための突起状の枕部は形成されていない構成となっているが、枕部が形成されていない場合であっても、衝撃によって前記自由端が下方に大きく撓んでも前記凹陥部６によって水晶振動片３とのクリアランスが確保されているので、ベース４の内底部への接触を抑制することができる。
【００３９】
なお、本実施形態では表裏面ともに凸状のバイコンベックス形状であるが、片面のみが凸状のプラノコンベックス形状にベベル加工されている場合に対しても適用可能である。
【００４０】
図２において蓋体２は、平面視矩形状のセラミック材料から形成されており、蓋体２の下面には周状に封止接合材９が形成されている。本実施形態では前記封止接合材として低融点ガラスが使用されている。
【００４１】
なお、蓋体２はセラミック材料以外に、コバールを母材として、その上部にニッケルめっき層、金めっき層が形成された金属性材料から構成されていてもよい。この場合、封止接合材としてＡｎ−Ｓｎ合金等の金属ろう材が使用される。
【００４２】
本実施形態では、前記水晶振動片３の一端部両側に形成される一対のパッド電極３１ｃと、ベース４の内底部の一対の搭載パッド５とが導電性接合材８を介して接合されている。前記導電性接合材として、例えばシリコーン系の導電性樹脂接合材が使用される。なお、導電性接合材はシリコーン系の導電性樹脂接合材に限定されるものではなく、シリコーン系以外にもエポキシ系などの導電性樹脂接合材を使用してもよい。前記導電性樹脂接合材による水晶振動片３と搭載パッド５との接合は、所定温度プロファイルに制御された雰囲気下で当該導電性樹脂接合材を硬化させることによって行われる。
【００４３】
前記水晶振動片３の一端部両側に形成される一対のパッド電極３１ｃと、前記ベース４の内底部の前記一対の搭載パッド５とが接合された後、前記ベースの４に前記蓋体２を被せ、所定温度の加熱により、蓋体２に形成されたガラス材を溶融させて気密封止を行う。以上により表面実装型水晶振動子１の完成となる。
【００４４】
本実施形態の変形例を、図４乃至図５を用いて説明する。図４および図５は本発明の実施形態の変形例を示す水晶振動子の長辺方向の断面図であり、前記実施形態と同様に図４乃至図５において、水晶振動片の表裏面に形成される電極および外部接続端子、ビアホールの記載は省略している。なお、前述の実施形態と同様の構成については、同番号を付して説明の一部を割愛するとともに、前述の実施形態と同様の効果を有する。
【００４５】
図４に示すように、水晶振動片３の形状はバイコンベックス形状であり、第１のシート４ａの上面には前記水晶振動片３の輪郭形状と相似形状の凹陥部６が形成されているが、当該第１のシート４ａの上面一端寄りの、水晶振動片３の自由端側の下方には絶縁材料から成る突起状の枕部７が形成されている。当該枕部７は水晶振動子１が衝撃を受けた際に、水晶振動片３の自由端の撓みを抑制するとともに、衝撃を緩和する機能を有している。このように枕部７を形成することによっても、水晶振動片３と第１のシート４ａの上面との接触を抑制することができる。
【００４６】
また、図５に示すように、水晶振動片３の両端領域だけがベベル加工されているとともに、当該水晶振動片３の両端部を導電性接合材８で保持した構成（両持支持）においても本発明は適用可能である。このような場合、前記凹陥部６の断面から見た形状は、当該水晶振動片３のベベル加工領域の形状に相似した傾斜面を有する形状となる。本構成においては、水晶振動片３の両端部が固定されているため、衝撃を受けた際の水晶振動片３の撓み量を抑制することができ、凹陥部６と前記水晶振動片３との間隙の余裕度が増すことになるため、水晶振動片３と第１のシート４ａの上面との接触回避に対してより有効となる。
【００４７】
本発明の実施形態では、封止接合材としてガラス材を例にしているが、セラミックベースと金属製の蓋体を用い、封止接合材に銀ロウ材等のロウ材を用いたレーザー封止、電子ビーム封止、雰囲気加熱処理による封止等でも適用できる。さらに本発明の実施形態では表面実装型水晶振動子を例にしているが、水晶フィルタ、水晶発振器など電子機器等に用いられる他の表面実装型の圧電振動デバイスにも適用可能である。
【００４８】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
圧電振動デバイスの量産に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態を係る水晶振動子の分解斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の形態に係る変形例を示す水晶振動子の長辺方向断面図である。
【図５】本発明の形態に係る変形例を示す水晶振動子の長辺方向断面図である。
【図６】従来の水晶振動子の例を示す長辺方向の断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    水晶振動子
２    蓋体
３    水晶振動片
４    ベース
５    搭載パッド
６    凹陥部
７    枕部
８    導電性接合材
９    封止接合材
４ａ    第１のシート
４ｂ    第２のシート
【図１】
2008236514.tif 000003
【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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