(57)【要約】【課題】リード電極や圧電基板の支持部であるパッド電極より、振動エネルギーの漏洩を、従来の圧電振動子と比べて更に低減した圧電振動素子の構造を提供する。【解決手段】水晶振動素子７は、所定のサイズにＡＴカットされた水晶基板８のほぼ中央部の表裏面に、励振電極９ａ、及び９ｂを形成し、該励振電極９ａからは、リード電極１０ａ及びパッド電極１１ａとを導出し、一方、励振電極９ｂからは、リード電極１０ｂと側面電極１２を介してパッド電極１１ｂとを導出している。本実施例においては、水晶基板８の長辺を起点とし短辺と平行に水晶基板の中央に向かい、励振電極９ａ、９ｂの側面に接して４箇所の切り込み１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄを設けた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面形状が略長方形を呈する圧電基板の両主表面のほぼ中央に略長方形の励振電極を形成し、各励振電極から圧電基板の一方の短辺に向かって延出するリード電極と圧電基板の前記短辺近傍に配置したパッド電極とを有する圧電振動素子であって、
前記圧電基板には各長辺を起点とし短辺と平行に延びる２本ずつの切り込みが形成されており、該切り込みはいずれもその一方の側縁が前記励振電極のいずれか一辺と接するように配置されていることを特徴とする圧電振動素子の構造。
【請求項２】
平面形状が略長方形を呈する圧電基板の両主表面のほぼ中央に略長方形の励振電極を形成し、各励振電極から圧電基板の一方の短辺に向かって延出するリード電極と圧電基板の前記短辺近傍に配置したパッド電極とを有する圧電振動素子であって、
前記圧電基板には短辺と平行に延びる２つの貫通孔が形成されており、該貫通孔はそれぞれ前記励振電極の対向する二辺と接するように配置されていることを特徴とする圧電振動素子の構造。
【請求項３】
平面形状が略長方形を呈する圧電基板の両主表面のほぼ中央に略長方形の励振電極を形成し、各励振電極から圧電基板の一方の短辺に向かって延出するリード電極と圧電基板の前記短辺近傍に配置したパッド電極とを有する圧電振動素子であって、
前記圧電基板の少なくとも一方の主表面には各長辺のほぼ中央を起点とし短辺と平行に延びる２条の突起部が圧電基板と一体的に形成されており、該突起部は前記励振電極の領域にまで達していることを特徴とする圧電振動素子の構造。
【請求項４】
前記圧電基板が、ＡＴカット水晶基板である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振動素子の構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電振動素子の構造に関し、特に圧電基板に設けたパッド電極（支持部）からの振動エネルギーの漏洩が低減するよう圧電基板の形状を改善した圧電振動素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上面に凹部を有するパッケージの内底面に水晶振動素子等の圧電振動素子を収容し、パッケージの開口部を蓋にて気密封止した構造の圧電振動子は、各種通信機器の基準周波数発生源等として広く使用されている。
一般に水晶振動子は、ＡＴカットされた水晶基板を用い、エネルギー閉じ込め型の水晶振動子として機能するよう構成され、水晶基板のほぼ中央部の表裏面に所定の面積を有する励振用の電極を対向して形成する。そこで、前記励振用の電極間に外部から電圧を印加すると、励振電極の質量付加効果により所定の振動エネルギーの閉じ込めがおこり、該振動エネルギーは、水晶基板に対して励振電極の中心部を頂点に所定の変位分布を構成する。
【０００３】
図７は、従来の水晶振動素子の外観例を示す図である。水晶振動素子１は、所定のサイズにＡＴカットされた水晶基板２のほぼ中央部の表裏面に、所定の面積を有する励振電極３ａ、及び３ｂを形成し、該励振電極３ａからは、リード電極４ａ及びパッド電極５ａとを導出し、一方、励振電極３ｂからは、リード電極４ｂと側面電極６を介してパッド電極５ｂとを導出している。本水晶振動素子１は、図７に示す如く、励振電極対を水晶基板のほぼ中央部に形成しており、リード電極や水晶基板の支持部であるパッド電極より、振動エネルギーが漏洩しにくい構造となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、携帯電話機等の移動体通信機器の普及に伴い、水晶振動子の更なる高性能化の要求が高まっている。
しかしながら、従来の水晶振動子は、前述したようにリード電極や水晶基板の支持部であるパッド電極より、振動エネルギーが漏洩しにくい構造となっているものの、水晶振動子の高周波化や高Ｑ値化を進める上には、励振電極に生じた主振動の振動エネルギーが、支持部等から漏洩する量を更に低減する必要がある。例えば、特開平１１−３５５０８８号公報には励振電極の周囲の圧電基板に貫通孔を形成したものが開示されているが、その貫通孔の位置等については詳細に検討されていない。
そこで、本発明は上述したような問題を解決するために為されたものであって、リード電極や圧電基板の支持部であるパッド電極より、振動エネルギーの漏洩を、従来の圧電振動子と比べて更に低減した圧電振動素子の構造を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係わる圧電振動素子の構造は、以下の構成をとる。
請求項１記載の圧電振動素子の構造は、平面形状が略長方形を呈する圧電基板の両主表面のほぼ中央に略長方形の励振電極を形成し、各励振電極から圧電基板の一方の短辺に向かって延出するリード電極と圧電基板の前記短辺近傍に配置したパッド電極とを有する圧電振動素子であって、前記圧電基板には各長辺を起点とし短辺と平行に延びる２本ずつの切り込みが形成されており、該切り込みはいずれもその一方の側縁が前記励振電極のいずれかの一辺と接するように配置されるよう構成する。
【０００６】
請求項２記載の圧電振動素子の構造は、平面形状が略長方形を呈する圧電基板の両主表面のほぼ中央に略長方形の励振電極を形成し、各励振電極から圧電基板の一方の短辺に向かって延出するリード電極と圧電基板の前記短辺近傍に配置したパッド電極とを有する圧電振動素子であって、前記圧電基板には短辺と平行に延びる２つの貫通孔が形成されており、該貫通孔はそれぞれ前記励振電極の対向する二辺と接するように配置されるよう構成する。
【０００７】
請求項３記載の圧電振動素子の構造は、平面形状が略長方形を呈する圧電基板の両主表面のほぼ中央に略長方形の励振電極を形成し、各励振電極から圧電基板の一方の短辺に向かって延出するリード電極と圧電基板の前記短辺近傍に配置したパッド電極とを有する圧電振動素子であって、前記圧電基板の少なくとも一方の主表面には各長辺のほぼ中央を起点とし短辺と平行に延びる２条の突起部が圧電基板と一体的に形成されており、該突起部は前記励振電極の領域にまで達するよう構成する。
【０００８】
請求項４記載の圧電振動子の基板構造は、前記圧電基板が、ＡＴカット水晶基板であるよう構成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明においては、リード電極や水晶基板の支持部であるパッド電極より、振動エネルギーが漏洩することを低減させるため、水晶基板に所定の加工を加えた。第一の実施例においては、水晶基板に、各長辺を起点として短辺方向に励振電極の一辺と接するように切り込みを設け、振動エネルギーの漏洩を低減した。第二の実施例においては、水晶基板に、短辺と平行に励振電極の対向する二辺と接するよう貫通孔を設け、振動エネルギーの漏洩を低減した。一方、第三の実施例においては、水晶基板の長辺のほぼ中心を起点とし、短辺と平行に延びる突起部を圧電基板と一体的に形成し、振動エネルギーの漏洩を低減した。
【００１０】
図１は、本発明に係る水晶振動素子の構造の第一の実施例を示す外観図である。水晶振動素子７は、所定のサイズにＡＴカットされた水晶基板８のほぼ中央部の表裏面に、所定の面積を有する励振電極９ａ、及び９ｂを形成し、該励振電極９ａからは、リード電極１０ａ及びパッド電極１１ａとを導出し、一方、励振電極９ｂからは、リード電極１０ｂと側面電極１２を介してパッド電極１１ｂとを導出している。本実施例においては、水晶基板８の長辺方向から水晶基板の中央に向かい、励振電極９ａ、９ｂの側面に接して４箇所の切り込み１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１３ｄを設けた。
【００１１】
そこで、本実施例に示したような水晶基板に設けた４箇所の切り込みが、振動エネルギーの漏洩の低減にどのように影響を与えるかを認識するため、有限要素法による振動解析を行い、４箇所のｘ方向の切り込みの幅ｄを変化させて、その時の振動変位をシミュレーションにより求めた。
図２は、本発明に係わる水晶振動素子の構造において、第一の実施例における振動解析の結果をグラフに示す。本振動解析に用いたモデルは、水晶基板の厚み寸法が１２８μｍ、ｘ方向寸法が２０４８μｍ、ｚ方向寸法が１２８０μｍのＡＴカット水晶基板に、ｘ方向寸法が１４００μｍ、ｚ方向の寸法が９６０μｍの領域を有した励振電極を形成し、励振電極の厚みは水晶換算で１μｍとした。そこで、水晶基板に切り込みを設けた結果、ｚ方向に残留する水晶基板の寸法ｌを１２８μｍとし、４箇所のｘ方向の切り込みの幅ｄを変化させて振動変位分布を計算した。図２の縦軸は、水晶基板の中心部の振動変位で他の位置での振動変位を割り算した結果である規格化振動変位を示し、横軸は、励振電極の中心部から水晶基板のｘ方向への距離を示す。
【００１２】
図２に示す如く、水晶基板に４箇所の切込みを設けることで、従来の形状の水晶基板と比べて端部での振動変位が減少している。又、シミュレーションの結果、ｘ方向の切り込みの幅ｄを３２μｍとした時に、水晶基板端部での振動変位が最も減少するという結果が得られた。
従って、水晶振動子を設計する際に、等価インピーダンスが決められており励振電極の面積に対して制限が与えられている場合等においても、水晶基板に４箇所の切込みを設けることにより、リード電極やパッド電極から振動エネルギーが漏洩することを低減することが可能となる。又、ｘ方向の切り込みの幅ｄを３２μｍに近い寸法とすることで、リード電極やパッド電極から振動エネルギーが漏洩することをさらに低減することが可能となる。
【００１３】
図３は、本発明に係る水晶振動素子の構造の第二の実施例を示す外観図である。水晶振動素子１４は、所定のサイズにＡＴカットされた水晶基板１５のほぼ中央部の表裏面に、所定の面積を有する励振電極１６ａ、及び１６ｂを形成し、該励振電極１６ａからは、リード電極１７ａ及びパッド電極１８ａとを導出し、一方、励振電極１６ｂからは、リード電極１７ｂと側面電極１９を介してパッド電極１８ｂとを導出している。本実施例においては、水晶基板１５に形成した前記励振電極１６ａ、１６ｂの両短辺側に接して、励振電極１６ａ、１６ｂの短辺と同一長さで所定の幅を有した２箇所の貫通孔２０ａ、２０ｂを設けた。
【００１４】
そこで、本実施例に示したような水晶基板に設けた２箇所の貫通孔が、振動エネルギーの漏洩の低減にどのように影響を与えるかを認識するため、有限要素法による振動解析を行い、２箇所のｘ方向の貫通孔の幅ｄを変化させて、その時の振動変位をシミュレーションにより求めた。
図４は、本発明に係わる水晶振動素子の構造において、第二の実施例における振動解析の結果をグラフに示す。本振動解析に用いたモデルは、第一の実施例における振動解析と同様に、水晶基板の厚み寸法が１２８μｍ、ｘ方向寸法が２０４８μｍ、ｚ方向寸法が１２８０μｍのＡＴカット水晶基板に、ｘ方向寸法が１４００μｍ、ｚ方向の寸法が９６０μｍの領域を有した励振電極を形成し、励振電極の厚みは水晶換算で１μｍとした。そこで、貫通孔のｚ方向の寸法を９６０μｍとし、２箇所のｘ方向の貫通孔の幅ｄを変化させて振動変位分布を計算した。図４の縦軸は、水晶基板の中心部の振動変位で他の位置での振動変位を割り算した結果である規格化振動変位を示し、横軸は、励振電極の中心部から水晶基板のｘ方向への距離を示す。
【００１５】
図４に示す如く、水晶基板に２箇所の貫通孔を設けることで、従来の形状の水晶基板と比べて端部での振動変位が減少している。又、シミュレーションの結果、ｘ方向の切り込みの幅ｄは、何れの寸法にしても水晶基板端部での振動変位の差が認められなかった。
従って、水晶振動子を設計する際に、等価インピーダンスが決められており励振電極の面積に対して制限が与えられている場合等においても、水晶基板に２箇所の貫通孔を設けることにより、リード電極やパッド電極から振動エネルギーが漏洩することを低減することが可能となる。
【００１６】
図５は、本発明に係る水晶振動素子の構造の第三の実施例を示す外観図である。水晶振動素子２１は、所定のサイズにＡＴカットされた水晶基板２２のほぼ中央部の表裏面に、所定の面積を有する励振電極２３ａ、及び２３ｂを形成し、該励振電極２３ａからは、リード電極２４ａ及びパッド電極２５ａとを導出し、一方、励振電極２３ｂからは、リード電極２４ｂと側面電極２６を介してパッド電極２５ｂとを導出している。本実施例においては、水晶基板２２の表裏面の両長辺方向中央部を起点とし夫々水晶基板の短辺と平行に中心部に向かい、水晶基板２２の表裏面の夫々に計４箇所の所定の長さの突起部２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄを設けた。
【００１７】
そこで、本実施例に示したような水晶基板に設けた４箇所の突起部が、振動エネルギーの漏洩の低減にどのように影響を与えるかを認識するため、有限要素法による振動解析を行い、４箇所の突起部の厚みｄを変化させて、その時の振動変位をシミュレーションにより求めた。
図６は、本発明に係わる水晶振動素子の構造において、第三の実施例における振動解析の結果をグラフに示す。本振動解析に用いたモデルは、第一の実施例における振動解析と同様に、水晶基板の厚み寸法が１２８μｍ、ｘ方向寸法が２０４８μｍ、ｚ方向寸法が１２８０μｍのＡＴカット水晶基板に、ｘ方向寸法が１４００μｍ、ｚ方向の寸法が９６０μｍの領域を有した励振電極を形成し、励振電極の厚みは水晶換算で１μｍとした。そこで、４箇所の突起部を夫々、ｚ方向の寸法を５４４μｍ、ｘ方向の寸法を６４μｍとし、突起物の厚みｄを変化させて振動変位分布を計算した。図６の縦軸は、水晶基板の中心部の振動変位で他の位置での振動変位を割り算した結果である規格化振動変位を示し、横軸は、励振電極の中心部から水晶基板のｘ方向への距離を示す。
【００１８】
図６に示す如く、水晶基板に４箇所の突起物を設けることで、従来の形状の水晶基板と比べて端部での振動変位が減少している。又、シミュレーションの結果、突起物の厚みｄは、ｄ＝２８μｍより大きくしても振動エネルギーの閉じ込めの状態はほとんど変化していない。
従って、水晶振動子を設計する際に、等価インピーダンスが決められており励振電極の面積に対して制限が与えられている場合等においても、水晶基板に４箇所の突起物を設けることにより、リード電極やパッド電極から振動エネルギーが漏洩することを低減することが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下のような優れた効果が得られる。
請求項１記載の発明は、圧電基板に切込みを設けることで、従来の形状の圧電基板と比べて端部での振動変位が減少し、圧電振動子の電気的特性の向上を図る上で大きな効果を発揮する。
【００２０】
請求項２記載の発明は、圧電基板に貫通孔を設けることで、従来の形状の圧電基板と比べて端部での振動変位が減少し、圧電振動子の電気的特性の向上を図る上で大きな効果を発揮する。
【００２１】
請求項３記載の発明は、圧電基板に突起物を設けることで、従来の形状の圧電基板と比べて端部での振動変位が減少し、圧電振動子の電気的特性の向上を図る上で大きな効果を発揮する。
【００２２】
請求項４記載の発明は、圧電基板としてＡＴカットされた水晶基板を用いることにより、周波数温度特性の優れた圧電振動子を構成することが出来、圧電振動子の電気的特性の向上を図る上で大きな効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水晶振動素子の構造の第一の実施例を示す外観図である。
【図２】本発明に係わる水晶振動素子の構造において、第一の実施例における振動解析の結果をグラフに示す。
【図３】本発明に係る水晶振動素子の構造の第二の実施例を示す外観図である。
【図４】本発明に係わる水晶振動素子の構造において、第二の実施例における振動解析の結果をグラフに示す。
【図５】本発明に係る水晶振動素子の構造の第三の実施例を示す外観図である。
【図６】本発明に係わる水晶振動素子の構造において、第三の実施例における振動解析の結果をグラフに示す。
【図７】従来の水晶振動素子の外観例を示す図である。
【符号の説明】
１・・水晶振動素子、                ２・・水晶基板、
３ａ、３ｂ・・励振電極、          ４ａ、４ｂ・・リード電極、
５ａ、５ｂ・・パッド電極、        ６・・側面電極、
７・・水晶振動素子、              ８・・水晶基板、
９ａ、９ｂ・・励振電極、        １０ａ、１０ｂ・・リード電極、
１１ａ、１１ｂ・・パッド電極、    １２・・側面電極、
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・切込み、
１４・・水晶振動素子、            １５・・水晶基板、
１６ａ、          １６ｂ・・励振電極、      １７ａ、１７ｂ・・リード電極、
１８ａ、１８ｂ・・パッド電極、    １９・・側面電極、
２０ａ、２０ｂ・・貫通孔、        ２１・・水晶振動素子、
２２・・水晶基板、                ２３ａ、２３ｂ・・励振電極、
２４ａ、２４ｂ・・リード電極、    ２５ａ、２５ｂ・・パッド電極、
２６・・側面電極、
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ・・突起物
【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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