(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短冊状の圧電片からなる振動板と、
この振動板の両面側に夫々当該振動板に対して対向しかつ離間して設けられ、当該振動板に電圧を印加するための電極が振動板側に形成された第１の電極板及び第２の電極板と、
前記振動板、第１の電極板及び第２の電極板を片持ちで支持するための支持部と、を備え、
前記振動板における振動領域と支持部により支持される支持領域との間に、当該振動領域及び支持領域を弾性的に分離するための分離部が形成されていることを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記分離部は、前記振動板に形成された貫通孔、段差部、凹部及び凸部の中から選択されたものであ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】
前記支持部は、振動板と第１の電極板及び第２の電極板との間に夫々介在し、振動板と電極板との間の離間距離を規制する離間用中間部材を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動子。
【請求項４】
前記離間用中間部材は、振動板の幅方向に伸びる棒状体であることを特徴とする請求項３記載の圧電振動子。
【請求項５】
前記支持部は、第１の電極板における振動板とは反対側の面から第２の電極板における振動板とは反対側の面に亘って配置され、前記振動板、第１の電極板及び第２の電極板の組立体に対して接着手段により固定されたコ字型部材を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の圧電振動子。
【請求項６】
前記第１の電極板における振動板とは反対側の面には、振動板側の電極に接続された引き出し電極が設けられ、前記コ字型部材はこの引き出し電極を第２の電極板における振動板とは反対側の面に設けられた端子に電気的に引き出すための導電路を兼用していることを特徴とする請求項５記載の圧電振動子。
【請求項７】
前記コ字型部材は第１の電極板に設けられた電極と第２の電極板側に設けられた端子とを電気的に接続するための引き出し用導電路を兼用していることを特徴とする請求項６記載の圧電振動子。
【請求項８】
第１の電極板及び第２の電極板は、誘電体により構成された板状体に電極をなす電極膜が形成されて構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の圧電振動子。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一つに記載の圧電振動子が収容されたパッケージと、このパッケージに設けられ、第１の電極及び第２の電極に電気的に接続された外部端子と、を備えたことを特徴とする電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い周波数安定度を有する圧電振動子と、これを用いた電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電振動素である水晶振動子は、板状の水晶片の表裏両面に金、銀あるいはアルミニウム等の金属を例えば蒸着して電極を形成し、電極の重量を調整して固有振動数を調整しているが、この水晶振動子
は振動部である水晶片に直接電極が形成されている。このため電極による生じる応力が水晶片に直接伝わるので、電極の弾性疲労により電極の応力が経時的に変化し、この結果周波数安定度の劣化が起こってしまう。また副振動が発生しやすく、発振周波数のＳ/Ｎ比が悪い要因の一つにもなっている。
【０００３】
一方、ユーザーからはより一層高い周波数安定度を持った水晶振動子が求められており、メーカー側はその対応に苦慮している。高い周波数安定度が得られる水晶振動子としはＢＶＡ振動子と称する水晶振動子が知られている（非特許文献１）。この水晶振動子は、図１１（ａ）に示すように主振動部用水晶片１０を電極部用水晶片１１,１２で挟み、前記電極部用水晶片１１,１２に夫々隙間１３,１４を介して電極１５,１６を設けて構成される。また前記主振動部用水晶片１０は、図１１（ｂ）に示すように周波数の安定度を高めるために凸レンズ形状に形成された主振動部１７と、この主振動部１７の外周縁を所定の間隔をあけて支持する支持部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄと、これら支持部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに連結された枠部１９とで構成される。このような構成にすることで、電極１５,１６の振動により生じる応力が主振動部１７に直接伝わらないため、電極の応力変化による周波数安定度の劣化が防止され、性能の面では極めて優れている。その用途としては電子共鳴を利用した極めて高い周波数安定度を有する原子発振器等と併用されるか、あるいは原子発振器に近い用途に単独で使用される。
【０００４】
上述した前記主振動用水晶片１０は、一つの水晶片から機械的に切り出し、そして凸レンズ形状の主振動部１７及び支持部１８を加工形成している。また前記電極部用水晶片１１,１２は、同様に一つの水晶片から機械的に切り出し、そして電極部用水晶片１１,１２の一方の面に主振動部１７と電極部用水晶片１１,１２との間に隙間１３,１４を形成するための凹部を加工形成している。しかしながら、このような加工形成は長い処理時間と特殊技能を有し、コストが極めて高い。また近年、ＢＶＡ振動子の小型化が求められており、上述した水晶振動子で小型化を図るにあたって凸レンズ形状の主振動部１７及び支持部１８などを加工形成することが極めて困難である。
【０００５】
【非特許文献１】A COST-EFFECTIVE TIME AND FREQUENCY REFERENCE (Vincent Candelier, Gerard Marotel, Didier Thorax, and Claude Trialoup)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高い周波数安定度を得ることができると共に、小型化を図る上で好適である新規な水晶振動子を提供することにある。また他の目的はこの水晶振動子を用いた電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る圧電振動子は、短冊状の圧電片からなる振動板と、
この振動板の両面側に夫々当該振動板に対して対向しかつ離間して設けられ、当該振動板に電圧を印加するための電極が振動板側に形成された第１の電極板及び第２の電極板と、
前記振動板、第１の電極板及び第２の電極板を片持ちで支持するための支持部と、を備え、
前記振動板における振動領域と支持部により支持される支持領域との間に、当該振動領域及び支持領域を弾性的に分離するための分離部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
この発明のより具体的な態様を列挙する。  
前記支持部は、振動板と第１の電極板及び第２の電極板との間に夫々介在し、振動板と電極板との間の離間距離を規制する離間用中間部材を含む。この離間用中間部材は、振動板の幅方向に伸びる棒状体である。
【０００９】
前記支持部は、第１の電極板における振動板とは反対側の面から第２の電極板における振動板とは反対側の面に亘って配置され、前記振動板、第１の電極板及び第２の電極板の組立体に対して接着手段により固定されたコ字型部材を含む。前記第１の電極板における振動板とは反対側の面には、振動板側の電極に接続された引き出し電極が設けられ、前記コ字型部材はこの引き出し電極を第２の電極板における振動板とは反対側の面に設けられた端子に電気的に引き出すための導電路を兼用している。この場合、前記コ字型部材は第１の電極板に設けられた電極と第２の電極板側に設けられた端子とを電気的に接続するための引き出し用導電路を兼用している。また第１の電極板及び第２の電極板は、誘電体により構成された板状体に電極をなす電極膜が形成されて構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、短冊状の圧電片からなる振動板の両面側に、振動板に電圧を印加するための電極が形成された一対の電極板を夫々当該振動板に対して離間して設け、これら振動板及び一対の電極板を片持ちで支持しているため、電極の応力が振動板に影響しないため、長期間に亘って高い周波数安定度が得られ、また副振動が発生しにくい。そして振動板における振動領域と支持部により支持される支持領域との間に、当該振動領域及び支持領域を弾性的に分離するための分離部例えば貫通孔を形成すれば、支持部に発生する応力が振動領域に伝わることが抑えられるので、振動領域の平坦性が維持でき、このため周波数の長期安定度への悪影響を抑えることができる。また振動板が短冊状であり、片持ちの支持構造を採用しているので、加工がしやすく、そのため容易に小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の圧電振動子である水晶振動子に係る実施の形態は、図１から図３に示すように短冊状の圧電片である厚みすべり水晶片からなる振動板１の両面側に、夫々例えば当該振動板１のサイズと同じサイズの第１の電極板２及び第２の電極板３を当該振動板１に離間して対向して配置し、これら振動板１及び電極板２、３を例えば短冊形状の短辺側にて片持ちで支持するように構成されている。振動板１は例えば等価厚みが１μｍ〜３００μｍ、例えば１８５μｍの厚さに設定されている。図面では振動板１及び電極板２、３の厚さは誇張して記載してある。振動板１の一縁側（短辺側の縁部）において、当該振動板１の一面と第１の電極板２との間、及び当該振動板１の他面と第２の電極板３との間には、夫々当該振動板１の幅方向（短辺方向）に沿って伸びる角型の棒状体である離間用中間部材４、４が介在している。これら離間用中間部材４、４は、振動板１と第１の電極板２、３との離間距離を規制する役割を有し、この離間距離は、電極板２、３により形成される電界が振動板１に印加されるに十分に小さい距離とされ、例えば５０μｍ以下例えば２０μｍに設定される。
【００１２】
図１、２中の上側の第１の電極板２は、誘電体例えば水晶片２０と、この水晶片２０の振動板１側の全面から振動板１とは反対側の面における一方の側縁部に亘って形成された電極膜とを備えている。なお電極膜は図示の便宜上、多点を付して示している。この電極膜のうち振動板１側の全面の部分が励振電極２１として作用し、反対側の面の部分が引き出し電極２２の役割を有する。ここで便宜上、前記一方の側縁側を右側、他方の側縁側を左側として説明を進める。図１、２中の下側の第２の電極板３についても、誘電体例えば水晶片３０と、この水晶片３０の振動板１側の全面から振動板１とは反対側の面における左の側縁部（他方の側縁部）に亘って形成された電極膜（斜線部分）とを備えている。この電極膜のうち振動板１側の全面の部分が励振電極３１として作用し、反対側の面の部分が引き出し電極３２の役割を持つものである。
【００１３】
図中５は、少なくとも表面が導電体からなる例えば金属からなるコ字型部材であり、このコ字型部材５の上端側の屈曲面が第１の電極板２の引き出し電極２２と重なって接触すると共に、下端側の屈曲面が第２の電極板３における振動板１とは反対側の面に接触するように、振動板１及び電極板２、３の組立体と当該コ字型部材５とが噛み合っている状態となっている。そしてコ字型部材５と組立体との間には導電性接着剤が介在しており、このため引き出し電極２２からコ字型部材５の下側の屈曲面まで導電路が形成され、当該下側の角型の屈曲面が本発明の水晶振動子の一方の端子２３を構成する。
【００１４】
また図中６は、少なくとも表面が導電体からなる例えば金属からなるＬ字型部材であり、このＬ字型部材６は前記組立体の端面から第２の電極板３における引き出し電極３２に亘って伸びるように当該組立体に導電性接着剤を介して接着されている。このＬ字型部材６の下面は引き出し電極３２と重なっていて角型をなしており、この角型部分は本発明の水晶振動子の他方の端子３３を構成する。
【００１５】
こうして振動板１及び両電極板２、３は離間用中間部材４、４を介して離間された状態となり、更にコ字型部材５を導電性接着剤を介して組立体に嵌め込むことにより当該振動板１及び両電極板２、３が片持ちで支持された格好になる。この例では、離間用中間部材４、４、コ字型部材５及びＬ字型部材６は、振動板１及び電極板２、３を片持ちで支持する支持部をなすものである。  
またコ字型部材５と電極２２との接合あるいはＬ字型部材６と電極３２との接合については、導電性接着剤に限られるものではなく、他の手法例えば共晶合金の形成という手法であってもよい。なおＬ字型部材６は、組立体の接合強度を大きくする役割と他方の端子３３を構成する役割とを有するが、本発明ではＬ字型部材６の代わりに平坦板を用い、この平坦板を引き出し電極３２に重ねることにより端子３３を構成するようにしてもよい。  
前記振動板１の支持部分の近傍には、支持領域（離間用中間部材４と接している領域）による応力が振動領域に影響を及ぼさないようにするために、弾性的な分離部である３つの長方形状の貫通孔７が形成されている。即ちこの貫通孔７は、振動領域と支持領域とを区分し、支持領域の不要応力を振動領域に伝達しないようにしている。また前記この例では振動板１における前記支持部により支持される領域、この例では離間用中間部材４と接触している領域よりも振動領域側（支持部から見て先端側）に形成されているが、離間用中間部材４と接触している領域にまで入り込む場合には、離間用中間部材４は、貫通孔７が設けられたことによる振動板１の強度不足を補うための補強部材としての役割も持つことになる。
【００１６】
以上のような水晶振動子は次のようにして製造することができる。図４は水晶ウエハ１００の一部分を示しており、水晶ウエハ１００に短冊状の振動板１をウエットエッチングにより形成すると共に、同様にして第１の電極板２及び第２の電極板３のうちの電極保持体に相当する水晶片２０、３０についても同様にして水晶ウエハから形成する。水晶片２０、３０についてはスパッタリングなどにより既述のようにして電極膜を形成しておく。そして例えば振動板１に離間用中間部材４を接着した後、振動板１及び電極板２、３を水晶ウエハから切り取り、これらを重ね合わせ、その後にこの組み立て体に対してコ字型部材５とＬ字型部材６とを接着する。
【００１７】
図５は、上述の水晶振動子（符号２００を割り当てる）をパッケージ化した電子部品であり、上面が開口している扁平な角型の例えばセラミックスからなるパッケージ本体８１と蓋８２とからなるパッケージ８内に水晶振動子２００が収納されている。パッケージ８の底部に幅方向に離間して形成された２個の電極９１（図５（ａ）では１個しか見えない）と水晶振動子２００側の端子２３、３３とが例えば導電性接着剤により接着されている。この電極９１は、パッケージ８の底部を貫通する導電路９３を通じて当該底部の下面(外面)に設けられた２個の電極パッド（図５（ｂ）参照）に電気的に接続されている。なお９５、９５は水晶振動子２００における電極パッド９４とは反対側の縁部付近を支持するためのダミー電極である。図６はこの電子部品を示す分解斜視図であり、蓋体８２には排気孔を構成するリング体８３が設けられている。このリング体８３を介してパッケージ８内が真空排気され、当該リング体８３を塞ぐことによりパッケージ８内が真空雰囲気に保持される。なお排気孔としてはリング体８３の代わりに蓋体８２に穿設した孔であってもよい。このように構成すれば、パッケージ８内の雰囲気中における残留ガス成分特に水分量が低減されるため、振動板１や電極２１、３１への残留ガス成分の吸着が抑えられ、周波数の長期安定性能が良好になる。
【００１８】
このような水晶振動子では、次のような作用、効果がある。振動板１と離間している励振電極２１、３１間に電極パッド９４、９４を介して直流電圧が印加されると、前記離間距離は電界を振動板１に印加するために十分小さいので、振動板（水晶片）１が発振する。そして励振電極２１、３１は振動板１から離れていることから、励振電極２１、３１の振動による応力が振動板１に対して直接伝わらないため、高い周波数長期安定度が得られる。  
そして振動板１に貫通孔７を設けて支持領域と振動領域とを分離したため、支持部による応力が振動領域影響を及ぼすことが低減され、即ち振動領域の平坦性が維持でき、このため周波数の長期安定度への悪影響を抑えることができる。また振動板１が短冊状であり、片持ちの支持構造を採用しているので、加工がしやすく、そのため容易に小型化を図ることができる。
【００１９】
また振動板１において支持領域と振動領域とを弾性的に分離するための分離部としては、貫通孔７に限らず図７に示すように、振動板１の短辺と平行で振動領域側の厚さが支持部側よりも厚くなるように構成された段差部７１であってもよいし、あるいは振動板１の短辺と平行に伸びる溝部や凸条部であってもよい。そしてまた電極板２、３にも同様に分離部を設けてもよい。図８の例では電極板２、３の各々に、既述の実施の形態で示した振動板１の貫通孔に対応する位置に同様に貫通孔７２を設けた例を示してある。また離間用中間部材４、４とコ字型部材５とが一体化していてもよい。なお振動板の長辺側にて片持ちで支持するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る水晶振動子を示す断面図及び底面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る水晶振動子を示す分解斜視図及び斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る水晶振動子を示す分解斜視図及び斜視図である。
【図４】前記水晶振動子の製造工程の一部を示す図である。
【図５】前記水晶振動子を用いた電子部品を示す断面図及び平面図である。
【図６】前記電子部品を示す分解斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る水晶振動子を示す分解斜視図及び斜視図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態に係る水晶振動子を示す分解斜視図及び斜視図である。
【図９】従来の水晶振動子を示す概略断面図及び概略要部平面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１        振動板
２        第１の電極板
３        第２の電極板
２１、３１    励振電極
２２、３２    引き出し電極板
４        離間用中間部材
５        コ字型部材
６        Ｌ字型部材
７        貫通孔
７１      段差部
８        パッケージ
２００    水晶振動子
【図１】
0005198135.tif 000002
【図２】
0005198135.tif 000003
【図３】
0005198135.tif 000004
【図４】
0005198135.tif 000005
【図５】
0005198135.tif 000006
【図６】
0005198135.tif 000007
【図７】
0005198135.tif 000008
【図８】
0005198135.tif 000009
【図９】
0005198135.tif 000010