(57)【要約】【課題】メサ型の圧電振動素子１において、励振電極３を形成した厚肉の中央部１０と、厚肉中央部の周縁に位置する薄肉部との間に段差が存在することにより、薄肉部上に形成されるリード電極と励振電極との間に断線、接続不良が発生する不具合をなくする。【解決手段】励振電極を形成する中央部の厚さが周縁部よりも厚いメサ構造の圧電基板において、該圧電基板の表裏両面側の厚肉の中央部から基板一端縁に向けて夫々延びるリード電極形成部を厚肉の突条とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振電極を形成する中央部の厚さが周縁部よりも厚いメサ構造の圧電基板において、該圧電基板の表裏両面側の厚肉の中央部から基板一端縁に向けて夫々延びるリード電極形成部を厚肉の突条としたことを特徴とするメサ構造の圧電基板。
【請求項２】
前記厚肉の中央部をはさんで前記基板一端縁と反対側の基板他端縁の少なくとも一部を厚肉部としたことを特徴とする請求項１に記載のメサ構造の圧電基板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電基板の前記厚肉の中央部の表裏両面に励振電極を形成すると共に、表裏両面側の前記リード電極形成部にリード電極を形成したことを特徴とする圧電振動素子。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電振動素子を表面実装用のパッケージ内に気密収容したことを特徴とする圧電振動子。
【請求項５】
請求項３に記載の圧電振動素子、或いは請求項４に記載の圧電振動子と、発振回路と、を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メサ構造を備えた圧電基板、この圧電基板上に電極を形成した圧電振動素子、この圧電振動素子を利用した圧電振動子、及び圧電発振器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水晶振動子、水晶発振器等の圧電デバイスは、従来から産業用、民生用電子機器の基準周波数源として広く用いられており、水晶振動子や水晶発振器の出力周波数は、水晶振動子や水晶発振器を構成する水晶振動素子の共振周波数によって決定される。水晶は物理的に安定した圧電結晶体であり、その共振周波数も極めて高い安定性を有する。特に、ＡＴカット水晶振動素子は、温度−周波数特性が優れていることから、種々の分野で多用されている。ＡＴカット水晶振動素子は、人工水晶の原石のＸ、Ｚ軸に平行な面をもつＹ板をＸ軸を中心として約３５°回転させたアングルで切り出すことにより得た水晶基板の表裏両面に夫々励振用の電極パターンを対向するように成膜したものである。その共振周波数は、水晶基板の板厚によって決定される。この水晶振動素子は、所要の支持構造を備えたパッケージ内に配置して封止することにより、一つの圧電デバイス（水晶振動子）として構成される。また、プリント基板上にチップ部品等を用いて作成した発振回路ループ中に水晶振動素子を挿入することにより、水晶発振器が構成される。
水晶基板に励振電極を形成することにより構成される水晶振動素子にあっては、質量の大きい部分に振動エネルギーが集中することを利用し、水晶基板の中央部に電極を形成することにより、電極の質量分だけ中央部の質量を増大させて、中央部にエネルギーを集中させている（閉じ込めている）。この結果、水晶振動素子をパッケージ内に支持する際に、その特性に影響を与えることなくその端縁をサポータ等によって支持することが可能となる。
【０００３】
しかし、均一な厚みを有した平板状の水晶基板を用いた水晶振動素子の中央部に閉じ込めることができるエネルギー量はたかが知れており、このため従来から、図５（ａ）及び（ｂ）の平面図、及び正面図に示す如く、水晶基板１０１の中央部の表裏両面側に夫々同一形状の凸面１０２を設けて励振電極１０５を形成する一方で、基板端縁１０３の肉厚を薄くしこの薄肉部分の両面に励振電極１０５から延びるリード電極１０６を形成したメサ形状の水晶振動素子１００が用いられている。このような形状を有した水晶基板１０１を用いた水晶振動素子１００にあっては、水晶基板の面積を小さくしながら所望の振動モードでの励振を確保できるので、各種部品類の小型化の要請に対応することができる。この種の水晶振動子に係る従来例としては、例えば特開昭５１−２４８９２号公報がある。
しかし、メサ型の水晶振動素子にあっては、凸面１０２の外周が急激な段差となっているため、励振電極１０５とリード電極１０６との境界部で断線が発生しやすく、これが信頼性を低下させる原因となっている。
【０００４】
また、図６に示す如くこの水晶振動素子１００を表面実装用のパッケージ１１０の凹所内に収容して水晶振動子等の圧電デバイスを構築する場合には、薄肉の基板端縁１０３の一方１０３ａをパッケージ内底面に設けた内部端子１１１上に導電性接着剤１１２を用いてほぼ水平な片持ち状態で支持する必要がある。この際、水晶基板１０１の励振電極１０５を形成した凸面１０２がパッケージ内底面に接触して自由振動を制限されることがないように、一方の基板端縁１０３ａの下面と内部端子１１１との間の接着剤厚を十分に厚くしておく必要がある。なお、導電性接着剤１１２は樹脂製接着剤中に銀粒子を混練した構成を備えており、水晶振動素子１００の端縁１０３ａを支持した状態で加熱炉内で加熱されることにより一旦軟化し、徐々に硬化するが、軟化した際に水晶振動素子はその自重により初期高さ位置よりも内部端子１１１側へ変位する。このため、この下方への変位分を考慮して内部端子１１１上の導電性接着剤１１２の量を多めに塗布するが、接着剤量が過剰な場合には加熱溶融時に軟化した接着剤が近接配置された他の内部端子１１１、或いはリード電極１０６側に展開してブリッジを起こす虞があるため、使用可能な接着剤量には限度がある。
【０００５】
このように、基板端縁１０３ａの下面と内部端子１１１との間に塗布し得る接着剤量には限界があるにも拘わらず、水晶基板の端縁１０３ａの下面は、水晶基板の下面側の凸面１０２よりも、段差分だけ上側に待避しているため、端縁１０３ａの下面に塗布可能な最大量の接着剤を塗布して内部端子１１１との間を接続したとしても、下方に突出した凸面１０２に形成した励振電極とパッケージ内底面との間の距離は近接した状態となる。加熱時に水晶振動素子が下方に変位した場合には、更に近接する。また、パッケージの低背化によって凹所深さが浅くなっているため、下側の凸面１０２とパッケージ内底面との間の間隔を必要以上に拡大することも困難である。
従って、従来のメサ型水晶振動素子を用いた表面実装型の水晶振動子にあっては、水晶振動素子の薄肉の端縁を導電性接着剤によってパッケージ内底面の内部端子上に接続して片持ち支持する場合に、パッケージの凹所を浅くして薄型化を図ることに大きな限界があった。
【特許文献１】特開昭５１−２４８９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、メサ型の圧電振動素子において、励振電極を形成した厚肉の中央部と、厚肉中央部の周縁に位置する薄肉部との間に段差が存在することにより、薄肉部上に形成されるリード電極と励振電極との間に断線、接続不良が発生する不具合をなくすることを一つの目的とする。
また、メサ型の圧電振動素子を表面実装用のパッケージ内に気密封止した構造の圧電デバイスにおいて、薄肉の基板端縁を導電性接着剤によってパッケージ内底面の内部端子上に片持ち支持した場合に、使用可能な接着剤量に限界があることに起因して励振電極を形成した基板凸面がパッケージ内底面に接触して作動不良を起こす等の不具合を解消することを他の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明に係るメサ構造の圧電基板は、励振電極を形成する中央部の厚さが周縁部よりも厚いメサ構造の圧電基板において、該圧電基板の表裏両面側の厚肉の中央部から基板一端縁に向けて夫々延びるリード電極形成部を厚肉の突条としたことを特徴とする。
従来のメサ型の圧電基板は、励振電極を形成する中央部を凸面とし、周縁部を薄肉としてこの薄肉部の面にリード電極を形成していた、このため、厚肉部上面に形成される励振電極と、リード電極との接続部が段差部となり、電極膜の付着不良による断線や、接続不良が発生し、不良品が発生する原因となっていた。本実施形態では、厚肉の中央部からリード電極を形成するための突条を基板端縁に向けて引き出したので、励振電極とリード電極が連続した平坦面上に位置することとなり、段差に起因した断線等の不具合が発生する余地がなくなる。
請求項２の発明は、請求項１において、前記厚肉の中央部をはさんで前記基板一端縁と反対側の基板他端縁の少なくとも一部を厚肉部としたことを特徴とする。
パッケージ内に圧電振動素子の一端縁を導電性接着剤により片持ち支持した場合、圧電振動素子の他端側が下方に傾斜すると、中央の凸部上に位置する励振電極がパッケージ内底面に当接して自由振動を妨げられ、特性が不安定化、悪化する虞がある。そこで、本発明では、圧電振動素子の他端縁に厚肉部を設けて、圧電振動素子の傾斜時にこの厚肉部がパッケージ内底面に当接するように構成したので、厚肉の中央部がパッケージ内底面に当接する虞を皆無にすることが出来る。
請求項３の発明に係る圧電振動素子は、請求項１又は２に記載の圧電基板の前記厚肉の中央部の表裏両面に励振電極を形成すると共に、表裏両面側の前記リード電極形成部にリード電極を形成したことを特徴とする。
請求項４の発明に係る圧電振動子は、請求項３に記載の圧電振動素子を表面実装用のパッケージ内に気密収容したことを特徴とする。
請求項５の発明に係る圧電発振器は、請求項３に記載の圧電振動素子、或いは請求項４に記載の圧電振動子と、発振回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した実施の形態により詳細に説明する。
なお、以下の実施形態では圧電振動素子の一例として水晶振動素子について説明する。
図１（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の外観斜視図、平面図、及び側面図であり、図２はこの水晶振動素子をパッケージ内に収容した構成を備えた表面実装型水晶振動子の断面図である。
図１に示した水晶振動素子１は、励振電極を形成する中央部の厚さが周縁部よりも厚いメサ型の水晶基板２の表裏両面上に夫々励振電極３及びリード電極４を夫々形成した構成を備えている。
この圧電基板２は、その形状に特徴を有しており、図示のように、圧電基板の表裏両面側の厚肉の中央部（凸面）１０（１０ａ、１０ｂ）から一方の基板端縁２Ａに向けて夫々延びる細幅帯状のリード電極形成部１１（１１ａ、１１ｂ）を厚肉の突条とした構成が特徴的である。各厚肉中央部１０の上面とリード電極形成部１１の上面は、共に平坦であり、無段状に連続している。各リード電極形成部１１ａ、１１ｂは基板端縁にて一旦終端しているが、対応する反対側面には夫々短尺のリード電極形成部１１ａ’、１１ｂ’が形成されている。
各厚肉中央部１０ａ、１０ｂの平坦な上面には夫々励振電極３ａ、３ｂを形成するとともに、各励振電極３ａ、３ｂからのびるリード電極４ａ、４ｂを上面が平坦なリード電極形成部１１ａ、１１ｂ上に連続形成している。このため、従来のメサ型水晶振動子における段差部における断線が発生する余地がない。また、断線に至らない電極膜の塗布不良状態における電気抵抗値の増大という不具合も発生しない。
また、各リード電極形成部１１ａ、１１ｂのリード電極４ａ、４ｂは基板端面を経て反対側の短尺のリード電極形成部１１ａ’、１１ｂ’の上面にまで連続して延在している。このため、水晶振動素子１の何れの面をパッケージ内底面側に向けた状態でも搭載が可能となる。
なお、水晶振動素子１の製造手順としては、圧電基板の表裏両面を図示の如き形状にエッチング等によって加工してから、所定のマスクを用いて厚肉中央部１０及びリード電極形成部１１上に電極膜を蒸着等によって形成してもよいし、圧電基板をエッチングする前に、励振電極及びリード電極に相当する電極膜を蒸着等によって形成しておき、これらの電極膜をマスクとして他の部位をエッチングにより薄肉化してもよい。
【０００９】
図２に示すように、この水晶振動素子１を、表面実装用のセラミックパッケージ２１内に搭載して気密封止することにより、水晶振動子２０が完成する。
パッケージ２１は、上面に凹所２２を有した容器本体２３と、容器本体２３の周壁上面に固定される金属蓋３０と、を備えている。容器本体２３は、その外底面に表面実装用の実装端子２５を有すると共に、凹所２２の内底面に実装端子２５と導通した内部端子２６を備えている。
水晶振動素子１は、下側のリード電極形成部１１ｂと１１ａ’に夫々形成したリード電極４ｂ、４ａ’を、パッケージ内底面に設けた２つの内部端子２６に対して導電性接着剤２７を用いて電気的機械的に接続することにより、水晶振動素子１を容器内底面に片持ち支持される。
この際、導電性接着剤２７は、下面側の厚肉中央部１０ｂと同等の高さに位置する下側のリード電極形成部１１ｂと１１ａ’の下面に塗布されるため、必要最低限の塗布量によって、水晶振動素子を十分な高さ位置に保持することができる。即ち、本実施形態では水晶基板の薄肉の端縁に接着剤を塗布するのではなく、水晶振動素子の厚肉中央部１０ｂの下面に形成した励振電極３ｂを、凹所内底面から十分に離間した状態で水平に支持することが可能となり、水晶振動素子の姿勢が多少下方へ傾斜したとしても、励振電極３ｂと凹所内底面との接触を防止することが可能となる。
なお、上記の如くリード電極形成部を厚肉に構成し、この部分とパッケージ内の内部端子とを導電性接着剤により片持ち支持した場合にも、水晶振動素子が大きく下向き傾斜した場合には、励振電極３ｂが凹所内底面と接触する虞がないとはいえない。
【００１０】
図３はこのような不具合に対処するための水晶振動素子の構成例であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は正面図である。また、図４はこの水晶振動素子を用いた水晶振動子のパッケージ構成を示す断面図である。なお、図１、及び図２と同一部分には同一符号を付して説明する。
この実施形態に係る水晶振動素子１は、圧電基板２の厚肉中央部１０をはさんで基板一端縁２Ａと反対側の基板他端縁２Ｂの少なくとも一部を厚肉部１５とした構成が特徴的である。
このように、導電性接着剤２７によって内部端子２６上に一端縁２Ａの厚肉部を支持した場合に、反対側の他端縁２Ｂに厚肉部１５を設けておけば、パッケージ内において水晶振動素子が下向きに傾斜した場合に、厚肉部１５だけが凹所内底面と当接するため、励振電極３及び中央厚肉部下面が凹所内底面と接触して自由振動を阻害されることがなくなり、安定した特性を維持することが出来る。
なお、本発明の水晶振動素子、或いは水晶振動子は、図示しない発振回路等を構成する回路部品と組み合わせることにより、表面実装用の水晶発振器を構築することができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、メサ型の圧電振動素子において、励振電極を形成した厚肉の中央部と、厚肉中央部の周縁に位置する薄肉部との間に段差が存在することにより、薄肉部上に形成されるリード電極と励振電極との間に断線、接続不良が発生する不具合をなくすることができる。
また、メサ型の圧電振動素子を表面実装用のパッケージ内に気密封止した構造の圧電デバイスにおいて、薄肉の基板端縁を導電性接着剤によってパッケージ内底面の内部端子上に片持ち支持した場合に、使用可能な接着剤量に限界があることに起因して励振電極を形成した基板凸面がパッケージ内底面に接触して作動不良を起こす等の不具合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係る水晶振動素子の外観斜視図、側面図、及び平面図。
【図２】水晶振動素子をパッケージ内に収容した構成を備えた表面実装型水晶振動子の断面図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る水晶振動素子の構成例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図。
【図４】水晶振動素子を用いた水晶振動子のパッケージ構成を示す断面図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は従来例に係る圧電振動素子の構成図。
【図６】従来の圧電振動子の欠点を説明する図。
【符号の説明】
１  水晶振動素子（圧電振動素子）、２  水晶基板（圧電基板）、３、３ａ、３ｂ  励振電極、４、４ａ、４ｂ  リード電極、１０、１０ａ、１０ｂ  厚肉中央部、１１、１１ａ、１１ｂ  リード電極形成部、２０  水晶振動子（圧電振動子）、２１  パッケージ、２２  凹所、２３  容器本体、２５  実装端子、２６
内部端子、２７  導電性接着剤、３０  金属蓋。
【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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