(57)【要約】      （修正有）【課題】圧電素子の有する振動変位エネルギーの損失を抑止し且つ小型化及び低コスト化に対応した表面実装型圧電デバイスを提供する。【解決手段】一方端部に延在するリード電極７ｂと電気的に接続する励振電極７ａを表裏面夫々に備える略矩形状の水晶振動素子１と、上面に形成した凹陥部３の内底面の一方端部に突設する台座２ａを備えると共に他方端部の両隅夫々に突設する略三角柱状の枕部２ｂを備えるセラミック配線板２と、凹陥部３を封止する蓋体４と、を備え、セラミック配線板２の台座２ａの上面に形成された電極パッド５に導電性接着剤６を介して水晶振動素子１のリード電極７ｂを片持ち支持し導通固定すると共に台座２ａより若干高い前記枕部２ｂで水晶振動素子１の他方端部、即ち自由端部の両隅を下方から支持することで水晶振動素子１が略水平の姿勢で実装されており、水晶振動素子１を収容した凹陥部３を蓋体４により気密封止する構造とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略矩形状の圧電素子と、
上面に前記圧電素子を収容するための凹陥部を備える容器と、
前記凹陥部を閉止する蓋体と、を備え、
前記凹陥部に前記圧電素子の長辺方向の一方端部を片持ち支持し導通固定した構造の圧電デバイスであって、
前記圧電素子の長辺方向の他方端部の両隅部近傍のみを支持することを特徴とする圧電デバイス。
【請求項２】
前記圧電素子の隅部夫々を支持する位置が該圧電素子の長辺方向の中心線に対してほぼ対称であることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
【請求項３】
前記圧電素子の隅部夫々を支持する部材を前記凹陥部の内底面に配設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電デバイス。
【請求項４】
前記凹陥部の内底面に発振回路を構成する電子部品を配置し、前記圧電素子と電気的に接続したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電発振器。
【請求項５】
前記容器の下面に発振回路を構成する電子部品をを配置し、前記圧電素子と電気的に接続したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電発振器。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電デバイスと、発振回路を構成する電子部品を実装したプリント配線板と、を備え、
該圧電デバイスと該プリント配線板とを上下位置に配置すると共に両者を電気的且つ機械的に接続したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項７】
前記電子部品がワンチップＩＣであることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は小型化及び低コスト化に対応するための圧電デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴う低価格化および小型化の急激な進展により、これらの通信機器に使用される水晶振動子、水晶発振器に対しても低価格化、小型化の要求が高まっている。
【０００３】
従来の表面実装型水晶振動子としては、例えば特開平７−１９４５３５号公報で提案されたようなものがあり、図７（ａ）は蓋体を省略した状態の表面実装型水晶振動子の上面図、図７（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
同図に示すように従来の水晶振動子９０は、略矩形状の水晶振動素子９１と、上面の一方端部に電極パッド９３を備えると共に他方端部に突設する略長方体の枕部９２ａを備える平板状のセラミック配線板９２と、セラミック配線板９２の上面に実装される水晶振動素子９１を包囲する箱状の蓋体９４と、を備え、
前記水晶振動素子９１の一方端部を導電性接着剤９５を介して前記電極パッド９３に片持ち支持し導通固定すると共に、水晶振動素子９１の他方端部、即ち自由端部を前記枕部９２ａにより下方から支持しており、前記蓋体９４により水晶振動素子９１を含むセラミック配線板９２の上面を気密封止する構造となっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１９４５３５号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
水晶振動子とは水晶振動素子の圧電現象を利用するデバイスであるので、前記水晶振動素子９１の自由端部と前記セラミック配線板９２との間に所望の間隙が形成できるように片持ち支持するのが望ましいが、水晶振動素子９１の実装精度及び歩留り等を考慮すると前記枕部９２ａで水晶振動素子９１の自由端部を下方から支持する方法が現実的ではあるが、枕部９２ａの形状や支持する位置等が適切か否か不明であった。
【０００６】
そこで従来の水晶振動子９０における水晶振動素子９１の他方端部の下方からの支持方法が適切か否かを検証するため、水晶振動子として主に利用される略矩形状の厚みすべり振動素子の振動変位エネルギーをＦＥＭによる解析をした。
振動変位エネルギーとは圧電現象により振動素子が任意の直交軸に対して振動して動いている量を示す振動変位をエネルギー換算して表現したものであって、エネルギー換算することで任意の点でどのくらいの変位が有るか把握するための計算値である。
【０００７】
図９は厚み滑り振動素子の振動変位エネルギー分布の模式図であって、ＦＥＭ解析の結果、振動素子１００の長辺方向（図中Ｘ軸方向）の振動変位エネルギーは、例えばＢ−Ｂ断面の振動変位エネルギー分布に示されるように、振動素子１００の略中央で振動変位エネルギーが最大となり短辺端部に行くほど振動変位エネルギーは減衰する、また振動素子１００の短辺方向（図中Ｚ軸方向）の振動変位エネルギーは、例えばＡ−Ａ断面の振動変位エネルギー分布に示されるように、振動素子１００の略中央で振動変位エネルギーが最大となり長辺端部に行くほど振動変位エネルギーは減衰することが解析できた。
このＸ、Ｚ軸方向夫々の振動変位エネルギー分布を合成、即ち振動変位エネルギーが同値を示す位置でプロットすると、振動素子１００の略中央に中心を有する複数の略相似する楕円（以下「等力線」と示す。）、例えば等力線１０１が導き出されることから、厚み滑り振動素子の振動変位エネルギーは該振動素子の略中心をピークに該振動素子の周縁部に向かって減衰するのが確認できた。
【０００８】
前述の振動変位エネルギー分布の解析結果から、従来の水晶振動子９０では略長方体の前記枕部９２ａにより前記水晶振動素子９１の自由端部を該自由端部と平行に短辺方向の全幅にわたって支持することで、図７（ａ）に示すように枕部９２ａが振動変位エネルギーの等力線９９の一部に干渉することで水晶振動素子９１から抽出できる振動変位エネルギーを余計に損失していることが確認できた。
【０００９】
そこで前記枕部９２ａによる支持位置を水晶振動素子９１の自由端部周縁近傍にする方法が発想されるが、前記セラミック配線板９２の製造ばらつきや水晶振動素子９１の実装精度によって、例えば図８（ａ）に示すように、前記電極パッド９３と前記枕部９２ａとの間隙が広くなった場合或いは水晶振動素子９１の実装位置が電極パッド９３方向にずれた場合（図示せず）には、前記水晶振動素子９１の自由端部が脱落して水晶振動素子９１とセラミック配線板９２とが干渉してしまい、また図８（ｂ）に示すように、電極パッド９３と枕部９２ａとの間隙が狭くなった場合或いは水晶振動素子９１の実装位置が枕部９２ａ方向にずれた場合（図示せず）には、水晶振動素子９１の中心寄りで支持するようになってしまい、水晶振動素子９１の振動変位エネルギーの更なる損失が発生する。
【００１０】
また水晶振動子の小型化、即ち小型化されたセラミック配線板に小型化された水晶振動素子を高精度に実装しなければならないことから、前述のように前記セラミック配線板９２の製造ばらつきや水晶振動素子９１の実装精度に起因する水晶振動素子９１の振動変位エネルギーの損失が顕著となり、水晶振動子の小型化という仕様を満足することができない。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、小型化及び低コスト化に対応した表面実装型圧電デバイスを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係わる請求項１記載の発明は、略矩形状の圧電素子と、上面に前記圧電素子を収容するための凹陥部を備える容器と、
前記凹陥部を閉止する蓋体と、を備え、前記凹陥部に前記圧電素子の長辺方向の一方端部を片持ち支持し導通固定した構造の圧電デバイスであって、前記圧電素子の長辺方向の他方端部の両隅部近傍のみを支持することを特徴とする。
【００１３】
また請求項２記載の発明は、請求項１において、前記圧電素子の隅部夫々を支持する位置が該圧電素子の長辺方向の中心線に対してほぼ対称であることを特徴とする。
【００１４】
また請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれかにおいて、前記圧電素子の隅部夫々を支持する部材を前記凹陥部の内底面に配設したことを特徴とする。
【００１５】
また請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記凹陥部の内底面に発振回路を構成する電子部品を配置し、前記圧電素子と電気的に接続したことを特徴とする。
【００１６】
また請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記容器の下面に発振回路を構成する電子部品をを配置し、前記圧電素子と電気的に接続したことを特徴とする。
【００１７】
また請求項６記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電デバイスと、発振回路を構成する電子部品を実装したプリント配線板と、を備える圧電発振器であって、該圧電デバイスと該プリント配線板とを上下位置に配置すると共に両者を電気的且つ機械的に接続したことを特徴とする。
【００１８】
また請求項７記載の発明は、請求項４乃至６のいずれかにおいて、前記電子部品がワンチップＩＣであることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図示した本発明の実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
【００２０】
図１（ａ）は本発明の実施の形態の表面実装型水晶振動子を示す上面図であって金属蓋を省略したもので、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ縦断面図である。
同図に示すように、一方端部に延在するリード電極７ｂと電気的に接続する励振電極７ａを表裏面夫々に備える略矩形状の水晶振動素子１と、上面に形成した凹陥部３の内底面の一方端部に突設する台座２ａを備えると共に他方端部の両隅夫々に突設する略三角柱状の枕部２ｂを備えるセラミック配線板２と、前記凹陥部３を封止する蓋体４と、を備え、
前記セラミック配線板２の台座２ａの上面に形成された電極パッド５に導電性接着剤６を介して前記水晶振動素子１のリード電極７ｂを片持ち支持し導通固定すると共に台座２ａより若干高い前記枕部２ｂで水晶振動素子１の他方端部、即ち自由端部の両隅を下方から支持することで水晶振動素子１が略水平の姿勢で実装されており、水晶振動素子１を収容した凹陥部３を蓋体４により気密封止する構造となっている。
【００２１】
図２は本発明実施形態の枕部の配置説明図であって、
前記枕部２ｂは、該枕部２ｂの上面に備える前記水晶振動素子１の自由端部を支持する領域２１夫々が水晶振動素子１の短辺の二等分線、即ち長辺方向の中心線で略線対称となる位置に配設されている。
さらに枕部２ｂは、対向配置された該枕部２ｂ夫々の斜辺１２ｂで構成されたハ字状の開口２３が水晶振動素子１の前記リード電極７ｂを前記導電性接着剤６で導通固定する領域２２に交差する等力線、例えば等力線２４（導電性接着剤６により振動変位エネルギーを消失しているので等力線２４と同位置の架空線）の接線と略一致し且つ該等力線２４の外側になるように配設されている。
望ましくは前記領域２１夫々の面積が前記領域２２夫々の面積と略一致するように配設されることで、水晶振動素子１の振動変位エネルギーの損失を軽減できる。
【００２２】
図３は本発明実施形態における変形枕部の上面図であって、前記枕部２ｂの上面の形状は前述の条件に一致するものであれば、図３（ａ）に示すように２個の略菱形の枕部３１や、図３（ｂ）に示すように夫々が等力線と接線を共有する略１／４楕円形の枕部３２と該枕部３２と線対称形の枕部３３との組合せや、図３（ｃ）に示すように直角三角形が連設し且つ斜辺部が相対するように配置された略コ字状の枕部３３でも構わない。
また同様に前述の条件に一致するものであれば、前記枕部２ｂとしてコンデンサ等の表面実装型電子部品を配設して代用しても構わない。
そして、この表面実装型電子部品を当該水晶振動子を発振器に用いる場合に発振回路を構成する部品の一部とすれば発振器の小型化に寄与する。
【００２３】
図４は第２の本発明実施形態における枕部の詳細図であって、図４（ａ）はベベル形状の水晶振動素子の実装を示す模式上面図、図４（ｂ）はそのＡ−Ａ縦断面図である。
以上では略矩形状の前記水晶振動素子１を用いて本発明を説明したが、ベベル形状の水晶振動素子（以下「ベベル素板」と示す。）４１でも同様な効果が得られる。周知のようにベベル素板４１は該ベベル素板４１の両主面の略中央に中心を有する同心円の等高線、例えば図４（ａ）に示す４６〜４８等が得られる。
上面の形状が略Ｊ字状の枕部４２と該枕部４２と線対称形の枕部４３夫々の湾曲辺が対向するように配置することで略Ｕ字状の枕部が形成され該略Ｕ字状の枕部を前記等高線４８の線上に沿って配置することで、ベベル素板４１の自由端部（図４における右側）を線接触による支持となり振動変位エネルギーの損失がほぼ回避できる。
両面又は下面が球面加工されたコンベックス形状の水晶振動素子においても同様な効果が得られる。
【００２４】
図５は本発明実施形態における枕部の作用効果説明図であって、前記セラミック配線板２の製造ばらつきや水晶振動素子１の実装精度により所定の位置に該水晶振動素子１が実装できなくとも、例えば図５（ａ）で示すように、水晶振動素子１の実装位置が前記枕部２ｂ方向にずれた場合或いは電極パッドと枕部２ｂとの間隙が狭くなった場合（図示せず）には、枕部２ｂの開口２３が等力線５１の接線と略一致することで最低限の振動変位エネルギーの損失で回避できる。
また例えば図５（ｂ）に示すように、水晶振動素子１の実装位置が枕部２ｂと反対の方向にずれた場合或いは電極パッドと枕部２ｂとの間隙が広くなった場合（図示せず）には、枕部２ｂ夫々の隅部で支持されるので水晶振動素子１の自由端部が脱落することがない。
【００２５】
図６は、本発明実施形態としての表面実装型水晶発振器の縦断面構成図であって、図６（ａ）はシングルシール型水晶発振器の縦断面構成図、図６（ｂ）はダブルシール型水晶発振器、図６（ｃ）はＨ型水晶発振器である。
図６（ａ）に示すようにシングルシール型水晶発振器は、前記水晶振動素子１と、前記セラミック配線板２と、前記蓋体４と、水晶振動素子１の発振を制御する回路と温度補償回路とを構成する電子部品６２と、を備え、
前記セラミック配線板２の前記凹陥部３の内底面に突設する前記台座２ａと前記枕部２ｂとの間隙に露出する内底面に前記電子部品６２を実装し、前記台座２ａの上面に形成された前記電極パッド５に前記導電接着剤６を介して前記水晶振動素子１の一方端部を片持ち支持し導通固定すると共に枕部２ｂで水晶振動素子１の自由端部の両隅を下方から支持することで水晶振動素子１が略水平の姿勢で実装しており、水晶振動素子１を収容した凹陥部３を前記蓋体４により気密封止する構造を有する水晶発振器である。
【００２６】
図６（ｂ）に示すようにダブルシール型水晶発振器は、本発明による水晶振動子６１と、前記電子部品６２と、該電子部品６２を収容する凹陥部６４を上面に有するセラミックパッケージ６３と、を備え、
前記凹陥部６４の内底面に前記電子部品６２を実装し前記水晶振動子６１により該凹陥部６４を閉止する構造を有する水晶発振器である。
【００２７】
図６（ｃ）に示すようにＨ型水晶発振器は、下面に第一の凹陥部７２を形成する枠状脚部を配置し且つ上面に形成する第二の凹陥部７３の内底面の一方端部に突設する前記台座２ａを備えると共に他方端部の両隅夫々に突設する略三角錐状の前記枕部２ｂを備えるたセラミックパッケージ７１と、前記第二の凹陥部７３に収容する水晶振動素子１と、前記第一の凹陥部７２に収容する前記電子部品６２と、第一の凹陥部７２を封止する前記蓋体４と、を備え、
前記第一の凹陥部７２の内底面に前記電子部品６２を実装し、前記台座２ａの上面に形成された前記電極パッド５に前記導電接着剤６を介して前記水晶振動素子１の一方端部を片持ち支持し導通固定すると共に枕部２ｂで水晶振動素子１の自由端部の両隅を下方から支持することで水晶振動素子１を略水平の姿勢で実装しており、前記蓋体４により第二の凹陥部７３を封止する構造を有する水晶発振器である。
【００２８】
前記電子部品６２は、ディスクリート部品からなる回路素子であってもワンチップＩＣでも構わない。
【００２９】
前記電極パッド５は前記台座２ａを削除、即ち台座２ａを備える凹陥部の内底面の直接形成し且つ該台座２ａに片持ち支持された前記水晶振動素子１が略水平の姿勢になるように前記枕部２ｂの高さを低くしたものでも構わない。
【００３０】
以上では水晶を用いて本発明を説明したが、本発明は水晶のみに限定するものではなくランガサイト、四方酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料に適用できることは云うまでもない。
【００３１】
このように構成することにより、小型化及び低コスト化に対応した表面実装型圧電デバイスが得られる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１乃至２記載の発明によれば、水晶振動素子の実装精度及び歩留り等を考慮した水晶振動素子の自由端部の最適な支持位置が得られるという効果を有する。
【００３３】
請求項３記載の発明によれば、水晶振動素子が有する振動変位エネルギーの最低限の損失で該水晶振動素子の自由端部の支持できる位置が得られるという効果を有する。
【００３４】
請求項４乃至５記載の発明によれば、水晶振動素子が有する振動変位エネルギーが損失しない該水晶振動素子の自由端部の支持位置が得られるという効果を有する。
【００３５】
請求項１乃至６のいずれかに記載の発明によれば、セラミック配線板の製造ばらつきや水晶振動素子の実装精度により所定の位置に該水晶振動素子が実装できなくとも、枕部の斜辺を該水晶振動素子の振動変位エネルギー分布の等力線の接線と略一致させることで最低限の振動変位エネルギーの損失で回避できる。
また少なくとも前記枕部の隅部で支持されるので水晶振動素子の自由端部が脱落しないという効果を有する。
【００３６】
請求項７乃至１０のいずれかに記載の発明によれば、小型化及び低コスト化を実現した表面実装型圧電発振器を提供できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態としての表面実装型水晶振動子の構成図。
（ａ）金属蓋を省略した状態の上面図。
（ｂ）Ａ−Ａ縦断面図。
【図２】本発明の実施の形態における枕部の配置説明図。
【図３】本発明の実施の形態における変形枕部の上面図。
【図４】本発明の実施の第二の形態における枕部の詳細図。
（ａ）上面図
（ｂ）Ａ−Ａ縦断面図。
【図５】本発明の実施の形態における枕部の作用効果説明図。
【図６】本発明の実施の形態としての表面実装型水晶発振器の縦断面構成図。
（ａ）シングルシール型水晶発振器
（ｂ）ダブルシール型水晶発振器
（ｃ）Ｈ型水晶発振器
【図７】従来の表面実装型水晶振動子の構成図。
（ａ）金属蓋を省略した状態の上面図。
（ｂ）Ａ−Ａ縦断面図。
【図８】従来の枕部の課題説明図。
【図９】振動変位エネルギー分布の模式図。
【符号の説明】
１…水晶振動素子    ２…セラミック配線板    ２ａ…台座    ２ｂ…枕部
３…凹陥部    ４…蓋体    ５…電極パッド    ６…導電性接着剤
７ａ…励振電極    ７ｂ…リード電極    １２ｂ…斜辺    ２１…領域
２２…領域    ２３…開口    ２４…等力線    ３１〜３３…枕部
４１…ベベル素板    ４２〜４３…枕部    ４６〜４８…等高線
５１…等力線    ６１…水晶振動子    ６２…電子部品
６３…セラミックパッケージ    ６４…凹陥部    ７１…セラミックパッケージ
７２…第一の凹陥部    ７３…第二の凹陥部    ９０…水晶振動子
９１…水晶振動素子    ９２…セラミック配線板    ９２ａ…枕部
９３…電極パッド    ９４…蓋体    ９５…導電性接着剤    ９９…等力線
１００…振動素子    １０１…等力線
【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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