(57)【要約】【課題】周波数温度特性、周波数再現性、エージング特性の優れた高周波圧電振動素子を得る。【解決手段】圧電振動素子１は、薄肉の振動領域７、及び振動領域の三辺に沿って一体化されたコ字状の厚肉支持部８を有する圧電基板５と、振動領域に設けた励振電極２０ａ、２０ｂと、リード電極２２ａ、２２ｂと、を備えている。厚肉支持部８は、第1領域１０と、第２領域１２と、第３領域１４と、第３領域に貫通形成されたスリットと、を備えている。スリットは、第３領域１４の基端縁から第１領域１０と平行に延びて第３領域の面内で終端する第１のスリット部１７と、第１のスリット部１７の終端部から第１領域と直交する方向へ延びて第３領域第３領域１４の面内で終端する第２のスリット部１８と、を備えている。【選択図】図１
2012175405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略四角形の振動領域と、該振動領域の先端の一辺を除いた三辺に沿って一体化されたコ
字状の厚肉部と、前記振動領域の表面及び裏面に夫々配置された励振電極と、を備えた圧
電振動素子であって、
前記厚肉部は前記振動領域よりも厚肉な第１領域と第２領域と第３領域から構成され、
前記振動領域と前記厚肉部とは互いに一体の圧電基板として構成され、
前記第１領域と前記第２領域とは前記振動領域を挟んで対向配置され、
前記第３領域は前記第１領域及び第２領域の基端部間を連設し、
該第３領域は貫通形成されたスリットを有し、
前記スリットは、前記第３領域の基端縁から前記第１領域及び前記第２領域と平行な第
１の方向に直線状に延びて該第３領域内で終端する第１のスリット部と、該第１のスリッ
ト部の終端部から前記第１領域及び前記第２領域と直交する第２の方向へ直線状に延びて
該第３領域内で終端する第２のスリット部と、を備えていることを特徴とする圧電振動素
子。
【請求項２】
前記第１のスリット部は、前記第３領域の側端縁に沿って、前記第１領域側、又は前記
第２領域側に偏位しており、前記第２のスリット部は該第１のスリット部の終端部から前
記第２領域、又は第１領域に向けて延びていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振
動素子。
【請求項３】
前記第１のスリット部はその少なくとも一部が、前記第１領域、又は第２領域の長手方
向延長上に位置していることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項４】
リード電極が前記励振電極から前記振動領域の先端の一辺と対向する対向辺側の厚肉部
上、及び前記圧電基板裏面に夫々延長形成され、前記各リード電極の終端部は、前記第２
の方向の両端部に沿って前記第３領域の位置に離間配置されていることを特徴とする請求
項１乃至３の何れか一項に記載の圧電振動素子。
【請求項５】
前記第１のスリット部の前記第２の方向外側には細幅帯状の細片が位置しており、該細
片と前記第１のスリット部を間に挟んで対向する前記第３領域上とに跨った領域と、該領
域から前記第２の方向へ離間した前記第３領域を、圧電振動素子を絶縁基板上に接続固定
する際の被支持部としたことを特徴とする請求項２乃至４何れか一項に記載の圧電振動素
子。
【請求項６】
前記圧電基板は、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５の何れか
一項に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッ
ケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を励振する発振
回路を搭載したＩＣ部品と、前記圧電振動素子を気密封止すると共に前記ＩＣ部品を収容
するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項９】
請求項７に記載の圧電振動子を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電基板と、それを収容するパッケージとの夫々の膨張係数に起因する応力
を低減した圧電振動素子、圧電振動子、圧電発振器及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面実装型圧電振動子は、小型であること、高精度、高安定な周波数が得られ、経年変
化が少ない等の優れた電気的諸特性を有することから、通信用機器から民生用機器の基準
周波数源として広く用いられている。近年、機器の小型化、軽量化と共に、表面実装型圧
電振動子の更なる小型化、低背化が進められている。特に、周波数−温度特性が広温度範
囲で滑らかな３次曲線を呈し、経年変化の少ない圧電振動子の小型化は、各方面から求め
られている。
【０００３】
特許文献１には、水晶片の保持構造に起因する歪を抑止し、振動特性及び耐衝撃性を改
善したＡＴカット水晶振動子が開示されている。水晶片は、高周波化を図るため平板状圧
電基板の一部に凹部を形成し、該凹部内の平坦部を振動部としている。水晶片は、振動領
域と保持用端部との間に幅方向の両側から切り欠き部が設けられている。振動部に形成さ
れた励振電極から延出した引出電極は、切り欠き部を経由して水晶片の保持用端部まで延
在している。水晶振動子は、容器本体の段差部に設けられた端子電極に導電性接着剤を塗
布し、この上に保持用端部を載置し、接続・固定するよう構成される。
容器本体と水晶片との熱膨張差に起因する応力は、導電性接着剤の塗布された部分に集
中して歪みが生じる。しかし、生じた応力は、切り欠き部によって遮断され振動領域には
伝達しない。その結果、周波数温度特性等の電気的特性を良好に維持することができると
開示されている。
【０００４】
特許文献２には、水晶振動部と、これを保持する保持部材と、両者間を連結する柱状の
サポート部材と、から成り、サポート部材の一端を水晶振動部に、他端を保持部材に夫々
連結して構成したＡＴカット水晶振動子が開示されている。
また、特許文献３には、円形状の振動部と、この振動部と同心のリング状の支持部と、
振動部と支持部とを連結する橋梁部と、からなる水晶振動子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８８１３８公報
【特許文献２】特開昭５９−２１８０１９号公報
【特許文献３】特開２００７−３６９６９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１には概略の形状しか開示されておらず、これによって小型圧
電振動素子の振動部の形状、切欠き部の形状、水晶片の保持用端部の形状寸法を正確に決
定することは極めて難しい。
また、特許文献２に開示された構成を用い、圧電振動素子の小型化を図る場合、圧電基
板に振動部を囲むコ字状のスリットを形成する必要がある。スリットを形成するには、お
およそ基板の板厚以上のスリット幅が必要となるため、振動部が小さくなり、そのため水
晶振動素子のＣＩ値（クリスタルインピーダンス）が大きくなるという問題があった。
また、特許文献３に開示された構成を矩形状の圧電基板に適用すると、上述した振動部
が小さくなり、そのため水晶振動素子のＣＩ値が大きくなるという問題が生じる。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、圧電振動子の小型化を図ると共に
、圧電基板とパッケージとの線膨張係数の差に起因して生じる応力を抑圧し、良好な温度
特性と、エージング特性を有する圧電振動素子、圧電振動子、圧電発振器、及びこれらを
用いた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本発明に係る圧電振動素子は、略四角形の振動領域と、該振動領域の先端
の一辺を除いた三辺に沿って一体化されたコ字状の厚肉部と、前記振動領域の表面及び裏
面に夫々配置された励振電極と、を備えた圧電振動素子であって、前記厚肉部は前記振動
領域よりも厚肉な第１領域と第２領域と第３領域から構成され、前記振動領域と前記厚肉
部とは互いに一体の圧電基板として構成され、前記第１領域と前記第２領域とは前記振動
領域を挟んで対向配置され、前記第３領域は前記第１領域及び第２領域の基端部間を連設
し、該第３領域は貫通形成されたスリットを有し、前記スリットは、前記第３領域の基端
縁から前記第１領域及び前記第２領域と平行な第１の方向に直線状に延びて該第３領域内
で終端する第１のスリット部と、該第１のスリット部の終端部から前記第１領域及び前記
第２領域と直交する第２の方向へ直線状に延びて該第３領域内で終端する第２のスリット
部と、を備えていることを特徴とする圧電振動素子である。
【０００９】
圧電基板の振動領域を薄肉化して高周波化を図ると、圧電基板を固定するパッケージ側
の支持部からの応力（∝歪）をより受け易い。そこで、振動領域を支持する１つの領域上
であって、被支持部と振動領域との間に、Ｌ字状に圧電基板を貫通する第１及び第２のス
リット部を設けることにより、被支持部に起因し振動領域まで伝達される応力を大幅に低
減することができるという効果がある。この結果、圧電振動素子の高周波化が実現でき、
周波数温度特性、周波数再現性、エージング特性が改善されるという効果がある。
【００１０】
［適用例２］また、圧電振動素子は、前記第１のスリット部は、前記第３領域の側端縁
に沿って、前記第１領域側、又は前記第２領域側に偏位しており、前記第２のスリット部
は該第１のスリット部の終端部から前記第２領域、又は第１領域に向けて延びていること
を特徴とする適用例１に記載の振動圧電振動素子である。
【００１１】
第１領域、又は第２領域側の第３領域の側端縁に沿った位置に第１のスリット部を偏位
させることにより、圧電基板の被支持部から発生する応力が、第１のスリット部によって
遮断されるため、振動領域に生じる応力を低減することができるという効果がある。
【００１２】
［適用例３］また、圧電振動素子は、前記第１のスリット部はその少なくとも一部が、
前記第１領域、又は第２領域の長手方向延長上に位置していることを特徴とする適用例１
に記載の圧電振動素子である。
【００１３】
第１のスリット部を第１領域、又は第２領域の長手方向延長上に位置させることにより
、圧電基板の被支持部から発生する応力が第１のスリット部によって遮断され、第１領域
、又は第２領域へは伝達されず、振動領域に生じる応力を低減することができるという効
果がある。
【００１４】
［適用例４］また、圧電振動素子は、リード電極が前記励振電極から前記振動領域の先
端の一辺と対向する対向辺側の厚肉部上、及び前記圧電基板裏面に夫々延長形成され、前
記各リード電極の終端部は、前記第２の方向の両端部に沿って前記第３領域の位置に離間
配置されていることを特徴とする適用例１乃至３の何れか一項に記載の圧電振動素子であ
る。
【００１５】
各リード電極の終端部を第３領域の第２の方向（幅方向）の両端部に沿った位置に離間
配置させることにより、圧電基板の被支持部から発生する応力が第１及び第２のスリット
部に遮られ、第３領域の周縁を経由して振動領域まで伝達されるので、振動領域の応力が
大幅に低減できるという効果がある。
【００１６】
［適用例５］また、圧電振動素子は、前記第１のスリット部の前記第２の方向外側には
細幅帯状の細片が位置しており、該細片と前記第１のスリット部を間に挟んで対向する前
記第３領域上とに跨った領域と、該領域から前記第２の方向へ離間した前記第３領域を、
圧電振動素子を絶縁基板上に接続固定する際の被支持部としたことを特徴とする適用例２
乃至４何れか一項に記載の圧電振動素子である。
【００１７】
第１のスリット部の外側の細片に生じる応力は極めて小さいので、この細片と、第１の
スリット部を間に挟んで対向する第３領域上と、に跨った領域を一方の被支持部とし、こ
の被支持部と離間した第３領域上を他方の被支持部とすることにより、振動領域に生じる
応力レベルを最小レベルに保持したまま、耐衝撃性を改善することができるという効果が
ある。
【００１８】
［適用例６］また、圧電振動素子は、前記圧電基板は、ＡＴカット水晶基板であること
を特徴とする適用例１乃至５の何れか一項に記載の圧電振動素子である。
【００１９】
ＡＴカット水晶基板を用いて上記のような圧電基板を形成し、この圧電基板に励振電極
を成膜して圧電振動素子を構成することにより、周波数温度特性が良好であり、周波数再
現性、エージング特性の優れた高周波の圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００２０】
［適用例７］本発明に係る圧電振動子は、適用例１乃至６の何れか一項に記載の圧電振
動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電振動
子である。
【００２１】
上記の圧電振動素子をパッケージに収容することにより、周波数温度特性、周波数再現性
、エージング特性に優れ、小型で且つ高周波の基本波圧電振動子が得られるという効果が
ある。
【００２２】
［適用例８］本発明に係る圧電発振器は、適用例１乃至６の何れか一項に記載の圧電振
動素子と、該圧電振動素子を励振する発振回路を搭載したＩＣ部品と、前記圧電振動素子
を気密封止すると共に前記ＩＣ部品を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする
圧電発振器である。
【００２３】
上記の圧電振動素子と、ＩＣ部品と、パッケージと、を備えた圧電発振器を構成するこ
とにより、周波数温度特性、周波数再現性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波の
圧電発振器が得られるという効果がある。また、電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）を構
成すると、圧電振動素子が基本波で形成されているため周波数可変幅が広く、周波数温度
特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高周波のＶＣＸＯが得られるという効果がある
。
【００２４】
［適用例９］本発明に係る電子機器は、適用例７に記載の圧電振動子を備えたことを特
徴とする電子機器である。
【００２５】
上記の圧電振動子を備えた電極機器を構成することにより、高周波で且つ周波数安定度
の優れた基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る圧電振動素子の構造を示した概略平面図。
【図２】（ａ）は圧電振動基板の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ−Ｐ断面図、（ｃ）は（ａ）のＱ−Ｑ断面図。
【図３】応力分布シミュレーションに用いたセラミックパッケージ、水晶基板、導電性接着剤の諸定数表で示した図。
【図４】圧電基板の平面図と発生する応力分布図。
【図５】圧電基板の平面図と発生する応力分布図。
【図６】圧電基板の平面図と発生する応力分布図。
【図７】圧電基板の斜視図と発生する応力分布図。
【図８】圧電基板の平面図と発生する応力分布図。
【図９】圧電振動子の断面図。
【図１０】圧電発振器の断面図。
【図１１】電子機器の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係る圧電振動素子１の構成を示す概略平面図である。
圧電振動素子１は、薄肉且つ略矩形の振動領域７、及びコ字状の厚肉支持部８を有する
厚み振動圧電基板（以下、圧電基板という）５と、振動領域７の対向する表面及び裏面の
両面に夫々形成された励振電極２０ａ、２０ｂと、各励振電極２０ａ、２０ｂから圧電基
板５の端部まで延在するリード電極２２ａ、２２ｂと、を概略備えている。
図２（ａ）は圧電基板５の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ−Ｐ断面図、（ｃ）は（ａ
）のＱ−Ｑ断面図である。
【００２８】
圧電基板５は、所定の角度（水晶ＡＴカット基板の場合は、約３５°１５′）で切り出
された平板状の圧電材料から成る基板を、ラッピング、ポリッシング加工し、基板の表面
粗さ、平行度、平面度を所定の精度に仕上げる。圧電基板の高周波化（例えば、基本波で
１５０ＭＨｚ）を図るため、フォトリソグラフィ技術とエッチング手法を用いて、振動領
域７と厚肉支持部８とを有する圧電基板に加工する。振動領域７の振動面のカット角精度
を維持するため、圧電基板の一方の面のみを凹部状に加工し、他方の面は元のカット面を
保持する場合が多い。
圧電基板５は、図２に示す実施の形態例のように、圧電基板５の一方の面に形成された
略四角形であり且つ薄肉の振動領域７と、振動領域７の先端の一辺７ａを除いた三辺７ｂ
、７ｃ、７ｄに沿って一体化されたコ字状の厚肉支持部８と、を有している。圧電基板５
の他方の面は、切断角度を維持した平坦面である。厚肉支持部８は、振動領域７を挟んで
対向配置された第１領域１０、及び第２領域１２と、第１及び第２領域１０、１２の基端
部間を連設する第３領域１４と、第３領域１４に貫通形成された応力緩和用のスリット１
６と、を備えている。
【００２９】
圧電基板５として、水晶ＡＴカットの水晶材料を用いた例を示したが、他のカット角、
ＳＣカット等を用いてもよい。また、他の圧電結晶、例えばタンタル酸リチウム酸、ニオ
ブ酸リチウム、ランガサイト等の圧電基板を用いてもよい。図１の実施の形態例では、結
晶軸方向を示していないが、水晶ＡＴカットの場合は、圧電基板５面に直交する方向はＹ
’軸である。第１領域１０（第２領域１２）の長手方向は、Ｘ軸、あるいはＺ’軸である
。水晶の場合にはＸ軸方向に変位し、Ｘ軸方向の変位分布がＺ’軸のそれより広いので、
Ｚ’軸の長さよりＸ軸方向を長くする場合がある。
【００３０】
応力緩和用のスリット１６は、図１、図２の実施の形態例に示すように、第３領域１４
の基端縁１４Ａから、第１及び第２領域１０、１２と平行な第１の方向に直線状に延びて
、第３領域１４の面内で終端する第１のスリット部１７と、第１のスリット部１７の終端
部から、第１及び第２領域１０、１２と直交する第２の方向（幅方向）へ直線状に延びて
、第３領域１４の面積内面内で終端する第２のスリット部１８と、を備えたＬ字型である
。
面内にスリット１６を有した第３領域１４は、振動領域７の基端縁に連接し且つ第２の
方向（幅方向）に延びる支持片本体１４ａと、第２のスリット部１８の基端縁１４Ａ側に
位置する矩形状の支持片基部１４ｃと、支持片本体１４ａの一方の端部と支持片基部１４
ｃの一方の端部間とを連接する連結片１４ｂと、支持片本体１４ａの他方の端部に連接し
且つ第１の方向に延びる細幅帯状の細片１４ｄと、を備えている。
図１、図２（ａ）に示す実施の形態例では、振動領域７の支持片本体１４ａに連接する
２つの角隅部が面取りされた例を示したが、面取りした構造も略四角形の概念の中に含ま
れるものとする。
【００３１】
スリット１６の構造について詳しく説明する。図１、図２の実施の形態に示すように、
本例に係る第１のスリット部１７は、第１領域１０の長手方向（第１の方向）延長上に位
置し、第１領域１０側である第３領域１４の側端縁に沿った位置に偏位している。そして
、第２のスリット部１８は、第１のスリット部１７の終端部から第２領域に向け、振動領
域７寄りを第２の方向（幅方向）に延び、第３領域１４の面内にて終端している。つまり
、第３領域１４は、振動領域７の辺７ｃに連接する支持片本体１４ａと、第２領域１２側
に偏位し支持片本体１４ａと支持片基部１４ｃとを連接する連結片１４ｂと、厚肉支持部
８の端部に位置する支持片基部１４ｃと、第２領域１２側に偏位して設けられた細幅帯状
の細片１４ｄと、を有している。
なお、第１のスリット部１７が、第２領域１２の長手方向の延長上に位置し、且つ第２
領域１２側であり、第３領域１４の側端縁に沿った位置に偏位した構成としてもよく、上
記と同様な機能を有する。
【００３２】
励振電極２０ａ、２０ｂは、図１の実施の形態例に示すように、薄肉の振動領域７の対
向する表面及び裏面に夫々配置されている。励振電極２０ａから第３領域１４へ向けて延
びるリード電極２２ａは、振動領域７の先端縁の一辺７ａと対向する対向辺側の厚肉支持
部８上を経て支持片基部１４ｃの基端縁１４Ａまで延長形成されている。他方の平坦面側
に形成された励振電極２０ｂから第３領域１４へ向けて延びるリード電極２２ｂは、圧電
基板５の裏面の平坦面を経て、支持片本体１４ａの裏面、支持片基部１４ｃの裏面を経由
して支持片基部１４ｃの基端縁１４Ａまで延長形成されている。
図１の実施の形態例では、円形の励振電極２０ａ、２０ｂの例を示したが、必ずしも円
形である必要はなく、他の形状、例えば矩形であってもよい。また、電極材質の一例を示
すと、下地にクロムＣｒ、その上に金Ａｕの電極膜である。
【００３３】
圧電振動素子１の各リード電極２２ａ、２２ｂの終端部は、図１の実施の形態例に示す
ように、第３領域１４の幅方向（第２の方向）両端部に沿った位置に離間配置され、圧電
振動子のパッケージを構成する絶縁基板（図示せず）上に形成された素子搭載パッド（図
示せず）に導電性接着剤２５ａ、２５ｂ等を介して接着・固定される。
また、圧電振動素子１の第１のスリット部１７の幅方向外側（図１の上方）には、細幅
帯状の細片１４ｄが形成されている。細片１４ｄと、第１のスリット部１７を間に挟んで
対向する第３領域の基部１４ｃの端縁１４Ａ面上とに跨って導電性接着剤２５ｂを塗布し
、一方のリード電極（図１の実施例では２２ｂ）の終端部２２Ｂとの間の導通を図るよう
に構成してもよい。このように、支持片基部１４ｃと細片１４ｄとの両方で圧電基板５を
支持するので、耐衝撃の強い圧電振動素子１が得られる。
【００３４】
図１の実施の形態に示すように、圧電振動素子１の支持片基部１４ｃの２カ所の被支持
部２５ａ、２５ｂを、絶縁基板上に導電性接着剤等を用いて接着・固定する。接着剤を硬
化させるには高温、例えば１８０℃以上に所定の時間保持する必要がある。高温状態では
圧電基板５も絶縁基板も共に膨張し、接着剤も一時的に軟化するので、圧電基板５には応
力は生じていない。接着剤が硬化した後、圧電基板５と絶縁基板との温度が、常温（２５
℃）に戻ると、絶縁基板の線膨張係数と、圧電基板５の線膨張係数との差により、接着・
固定から発生する応力が、圧電基板５の振動領域７に広がる。
この圧電基板に生じる応力（∝歪）分布を求めるために、有限要素法を用いてシミュレ
ーションを行った。振動領域における応力が少ない程、周波数温度特性、周波数再現性、
エージング特性の優れた圧電振動素子が得られる。
圧電振動素子を表面実装用のパッケージ（絶縁基板と蓋体から成る）内に気密的に収容
することによって圧電振動子が構成される。圧電振動子をマザーボード等に搭載し、リフ
ロー炉を通す際に、圧電振動子は２９０℃程度の温度に曝されるので、シミュレーション
では温度を２９０℃から２５℃に下げた際に圧電基板に生じる応力分布を、解析すること
にした。解析に用いたセラミックＰＫＧ、水晶、接着剤（エポキシ系）の諸定数は、図３
に示した数値を用いた。エポキシ系接着剤を用いた理由は後述するように、歪は大きくな
く、脱ガスが比較的少ないからである。
【００３５】
圧電基板５に生じる応力の大きさ（応力レベル）は、図の複雑化を避けるため、最大応
力レベルＩから最小応力レベルＶの五段階（Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ）で表示するこ
とにする。
初めに、図４の平面図に示すように、圧電基板５は、振動領域７と、振動領域７の先端
の一辺７ａを除いた三辺７ｂ、７ｃ、７ｄに沿って連接されたコ字状の厚肉支持部（第１
領域１０、第２領域１２、第３領域１４）８と、を有している。更に、支持片本体１４ａ
の中央部に連接した細幅帯状の連結片１４ｂと、連結片１４ｂの他方の端縁に連接した矩
形状領域基部１４ｃと、を有し一体的に形成された圧電基板について応力分布のシミュレ
ーションを行った。
図４の実線、破線、一点鎖線で示すように、支持片基部１４ｃはほぼ全領域が最大応力
レベルＩとなる。細幅帯状の連結片１４ｂは、支持片基部１４ｃ寄りの略１／３の領域が
応力レベルＩＩであり、振動領域７寄りの略２／３の領域と、支持片本体１４ａの中央部
分の領域とが応力レベルＩＩＩとなる。支持片本体１４ａの中央部と連接する振動領域７
の一部は応力レベルＩＶであり、振動領域７の大半は応力レベルＶであることがシミュレ
ーションの結果判明した。図４に示した形状の圧電基板では、振動領域７の支持片本体１
４ａの中央部寄りの一部に、応力レベルＩＶの領域が生じることが、シミュレーションの
結果、分かった。
【００３６】
次に、図５に示すように、圧電基板５は、振動領域７と、振動領域７の先端の一辺７ａ
を除いた三辺７ｂ、７ｃ、７ｄに沿って連接されたコ字状の厚肉支持部（第１領域１０、
第２領域１２、支持片本体１４ａ）８と、を有している。更に、支持片本体１４ａの中央
部に連接した細幅帯状の連結片１４ｂと、連結片１４ｂの他方の端縁に連接した矩形状の
支持片基部１４ｃと、第１領域１０と支持片本体１４ａとの連結部、及び第２領域１２と
支持片本体１４ａとの連結部に、夫々第１領域１０及び第２領域１２の長手方向に夫々延
びる細片１４ｄと、を有し一体的に形成された圧電基板５について、応力分布のシミュレ
ーションを行った。
図５の実線、破線、一点鎖線で示すように、支持片基部１４ｃは、ほぼ全領域が最大応
力レベルＩとなる。細幅帯状の連結片１４ｂは、支持片基部１４ｃ寄りの略２／３の領域
が応力レベルＩＩであり、残りの略１／３の領域と、支持片本体１４ａの中央部分の領域
とが応力レベルＩＩＩである。支持片本体１４ａの中央部と連接する振動領域７の一部は
応力レベルＩＶであり、振動領域７の大半は応力レベルＶであることが、シミュレーショ
ンの結果判明した。図５に示した形状の圧電基板５では、振動領域７の支持片本体１４ａ
の中央部寄りの一部に、応力レベルＩＶの領域が生じることがシミュレーションの結果分
かった。
【００３７】
次に、図１、２の実施の形態例で説明した形状の圧電基板について、応力分布のシミュ
レーションを行った。図６に示すように、支持片基部１４ｃは全領域が最大応力レベルＩ
となる。応力分布は細幅帯状の連結片１４ｂに集中しており、最大応力レベルＩから最大
応力レベルＩＶまでが、この連結片１４ｂの小さい領域に連続して集中している。つまり
、支持片基部１４ｃ寄りの略１／５の領域が応力レベルＩであり、続く連結片１４ｂの略
１／５の領域が応力レベルＩＩである。連結片１４ｂの残りの略３／５の領域は、応力レ
ベルＩＩＩと応力レベルＩＶの領域となる。支持片本体１４ａ、第１領域、第２領域、及
び振動領域７は応力レベルＶとなることが、シミュレーションの結果判明した。
図４から図６では、圧電基板５上の応力分布を平面図で示したが、応力分布は三次元で
計算されており、図７は応力分布を斜視図で示した図である。細幅帯状の連結片１４ｂの
厚さ方向でも、応力レベルＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶは、ほぼ連結片１４ｂ内の小さな領域に連
続して集中しており、支持片本体１４ａ、第１領域、第２領域、及び振動領域７は応力レ
ベルＶである。つまり、連結片１４ｂ内で応力が急激に減少していることが分かる。
【００３８】
図８に示す圧電基板５は、振動領域７と、振動領域７の三辺に沿って連接されたコ字状
の第１領域１０、第２領域１２、及び支持片本体１４ａと、を有している。更に、他の一
辺の中央部に連接した細幅帯状の連結片１４ｂと、連結片１４ｂの他方の端縁に連接した
枠状（フレーム状）の支持片１５と、を有し一体的に形成された圧電基板である。枠状の
支持片１５は、４個の支持片１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄの端部同志が互いに連接
して枠状を呈している。枠状の支持片１５の幅広の支持片１５ａ上の二カ所で固定する構
造になっている。
図８の実線、破線、一点鎖線で示すように、幅広の支持片１５ａの大半は最大応力レベ
ルＩである。幅広の支持片１５ａの両端部寄りに夫々応力レベルＩＩ、と応力レベルＩＩ
Ｉとが連続し、幅広の支持片１５ａの両端部に連接する支持片１５ｃ、１５ｄでは応力レ
ベルＩＩＩとＩＶとが混在する。幅広の支持片１５ａと対向する支持片１５ｂの両端部と
接続する支持片１５ｃ、１５ｄ上では、応力が応力レベルＶとなる領域が存在する。連結
片１４ｂに連接する薄肉の支持片１５ｂ上では、連結片１４ｂに連接する領域の応力は応
力レベルＶであるが、この領域を挟んで両側には夫々応力レベルＩＶとなる領域があるこ
とが判明した。
【００３９】
他の形状の圧電基板についても応力分布のシミュレーションを行ったが、その中で、図
６、図８の形状の圧電基板が、振動領域７の全てで応力分布が応力レベルＶとなることが
分かった。つまり、圧電基板に温度負荷（２９０℃から２５℃へ）をかけた場合に、振動
領域７に生じる応力が小さくなるように圧電振動素子を構成する場合に、周波数温度特性
、ヒートサイクル特性、エージング特性等が優れている。ただ、図８に示す圧電基板は振
動、衝撃等に対し、図６の圧電基板比べてよりも弱いという欠点がある。
【００４０】
図１の実施の形態例に示すように、圧電基板５の振動領域７を薄肉化して高周波化を図
ると、圧電基板５の被支持部２５（２５ａ、２５ｂ）からの応力（∝歪）をより受けて破
損し易い。そこで、振動領域７を支持する１つ領域（第３領域１４）上であって、被支持
部２５（２５ａ、２５ｂ）と振動領域７との間に、Ｌ字状に圧電基板５を貫通する第１及
び第２のスリット部１７、１８を設けることにより、被支持部２５（２５ａ、２５ｂ）に
起因し振動領域７まで伝達される応力を大幅に低減することができるという効果がある。
この結果、周波数温度特性、周波数再現性、エージング特性が改善された高周波化の圧電
振動素子１が、実現できるという効果がある。
また、第１領域１０、又は第２領域１２側の第３領域１４の側端縁に沿った位置に、第
１のスリット部１７を偏位させることにより、圧電基板の被支持部２５（２５ａ、２５ｂ
）から発生する応力が、第１のスリット部１７によって遮断されるため、振動領域７に生
じる応力を低減することができるという効果がある。
また、第１のスリット部１７を第１領域１０、又は第２領域１２の長手方向延長上に位置
させることにより、圧電基板５の被支持部２５（２５ａ、２５ｂ）から発生する応力が、
第１のスリット部１７によって遮断され、第１領域１０、又は第２領域１２へ伝達されず
、振動領域７に生じる応力を低減することができるという効果がある。
【００４１】
図１の実施の形態例に示すように、リード電極２２ａ、２２ｂの終端部を第３領域１４
の第２の方向（幅方向）の両端部に沿った位置に離間配置させることにより、圧電基板５
の被支持部２５（２５ａ、２５ｂ）から発生する応力が、第１及び第２のスリット部１７
、１８に遮られ、第３領域１４の周縁を経由して振動領域７まで伝達されるので、振動領
域７の応力が大幅に低減できるという効果がある。
また、図６の実施の形態例に示すように、第１のスリット部１７の外側の細片１４ｄに
生じる応力は極めて小さいので、この細片１４ｄと、第１のスリット１７を間に挟んで対
向する第３領域上と、に跨った領域を一方の被支持部とし、この被支持部と離間した第３
領域上を他方の被支持部とすることにより、振動領域の応力レベルを最小レベルに保持し
たまま、耐衝撃性を改善することができるという効果がある。
また、ＡＴカット水晶基板を用いて図２の実施の形態例に示す圧電基板５を形成し、こ
の圧電基板５に励振電極２０ａ、２０ｂを成膜して厚み振動圧電振動素子１を構成するこ
とにより、周波数温度特性が良好であり、周波数再現性、エージング特性の優れた高周波
の圧電振動素子が得られるという効果がある。
【００４２】
図９は、本発明に係る第２の実施の形態の圧電振動子２の構成を示す断面図である。圧
電振動子２は、上記の圧電振動素子１と、圧電振動素子１を収容するパッケージとを備え
ている。パッケージは、矩形の箱状に形成されているパッケージ本体４０と、金属、セラ
ミック、ガラス等から成る蓋部材５２とから成る。
パッケージ本体４０は、図９に示すように、第１の基板４１と、第２の基板４２と、第
３の基板４３とを積層して形成されており、絶縁材料として、酸化アルミニウム質のセラ
ミック・グリーンシートを成形し箱状とした後で、焼結して形成されている。実装端子４
５は、第１の基板４１の外部底面に複数形成されている。第３の基板４３は中央部が除去
されており、第３の基板４３の上部周縁に例えばコバール等の金属シールリング４４が形
成されている。
第３の基板４３と第２の基板４２とにより、圧電振動素子１を収容する凹部が形成され
ている。第２の基板４２の上面の所定の位置には、導体４６により実装端子４５と電気的
に導通する複数の素子搭載パッド４７が設けられている。
素子搭載パッド４７の位置は、圧電振動素子１を載置した際に支持片基部１４ｃ形成し
たリード電極端部に対応するように配置されている。
【００４３】
圧電振動子２の構成は、パッケージ本体４０の素子搭載パッド４７に導電性接着剤５０
、例えばシリコン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤、ビスマレイミド系
接着剤等の何れかを適量塗布し、その上に圧電振動素子１を載置して荷重をかける。導電
性接着剤の特性として、接着剤に起因する応力（∝歪）の大きさは、シリコン系接着剤、
エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤の順で大きくなる。また、脱ガスは、ポリイミド
系接着剤、エポキシ系接着剤、シリコン系接着剤の順で大きくなる。エポキシ系接着剤は
、歪は大きくなく、脱ガスが比較的少ないという特徴がある。また、図１の実施の形態例
において、連結片１４ｂから遠い被支持部２５である導電性接着剤２５ａには、硬度の固
い接着剤を、連結片１４ｂに近い被支持部２５である導電性接着剤２５ｂには、硬度の柔
らかい接着剤を用いて、振動領域７に生じる応力を少なくするようにしてもとよい。
【００４４】
パッケージ本体４０に搭載された圧電振動子１の導電性接着剤２５ａ、２５ｂを硬化さ
せるために所定の温度の高温炉に所定の時間入れる。アニール処理を施した後、励振電極
２０ａ、２０ｂに質量を付加するか、又は質量を減じて周波数調整を行う。蓋部材５２を
、パッケージ本体４０の上面に形成したシールリング４４に、シーム溶接する。または、
パッケージ本体４０の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材５２を載置し、溶融して密着
する方法もある。パッケージのキャビティ内は真空にするか、窒素Ｎ２等の不活性ガスを
充填して、圧電振動子２を完成する。
以上の圧電振動子２の実施の形態例では、パッケージ本体４０に積層板を用いた例を説
明したが、パッケージ本体４０に単層セラミック板を用い、蓋体に絞り加工を施したキャ
ップを用いて圧電振動子を構成してもよい。
図１に示す実施の形態例の圧電振動素子１を、図９に示す実施の形態例のパッケージに
収容することにより、周波数温度特性、周波数再現性、エージング特性に優れ、小型で且
つ高周波の基本波圧電振動子が得られるという効果がある。
【００４５】
図１０は、本発明に係る第３の実施の形態の圧電発振器３の構成を示す断面図である。
圧電発振器３は、上記の圧電振動素子１と、圧電振動素子１を励振する発振回路を搭載し
たＩＣ部品７８と、圧電振動素子１を真空、又は窒素Ｎ２ガス封止すると共にＩＣ部品７
８を収容するパッケージ本体６０、蓋部材７５と、を備えている。
なお、図１１に示した圧電発振器３では、ＩＣ部品７８が気密封止されていない例を示
したが、ＩＣ部品７８をパッケージ内部に配置し、気密封止してもよい。
図１０の実施形態例に示すように、上記の圧電振動素子１と、ＩＣ部品と、パッケージ
と、を備えた圧電発振器３を構成することにより、周波数温度特性、周波数再現性、エー
ジング特性が優れ、小型で且つ高周波の圧電発振器３が得られるという効果がある。また
、電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）を構成すると、圧電振動素子１が基本波で形成され
ているため周波数可変幅が広く、周波数温度特性、エージング特性が優れ、小型で且つ高
周波のＶＣＸＯが得られるという効果がある。
【００４６】
図１１は本発明に係る電子機器の構成を示す概略構成図である。電子機器４は上記の第
２の実施形態で説明した圧電振動子２を備えている。圧電振動子２を用いた電子機器４と
して、携帯電話や伝送機器等が挙げられる。これらの電子機器４において圧電振動子２は
、基準信号源、あるいは電圧可変型圧電発振器（ＶＣＸＯ）等として用いられ、小型で、
特性の良好な電子機器を提供できる。
図９に示す実施形態例の圧電振動子２を備えた電極機器４を構成することにより、高周
波で周波数安定度の優れた基準周波数源を備えた電子機器が構成できるという効果がある
。
【符号の説明】
【００４７】
１…圧電振動素子、２…圧電振動子、３…圧電発振器、４…電子機器、５…圧電基板（圧
電基板）、７…振動領域、８…厚肉支持部、１０…第１領域、１２…第２領域、１４…第
３領域、１４ａ…支持片本体、１４ｂ…連結片、１４ｃ…支持片基部、１４ｄ…細片、１
６…スリット、１７…第１のスリット部、１８…第２のスリット部、２０ａ、２０ｂ…励
振電極、２２ａ、２２ｂ…リード電極、２５…被支持部、２５ａ、２５ｂ…導電性接着剤
、４０、６０…パッケージ本体、４１…第１の基板、４２…第２の基板、４３…第３の基
板、４４…金属シールリング、４５、６５…実装端子、４６、６６…導体、４７…素子搭
載パッド、５２、７５…蓋部材、５４、部品搭載パッド…６９、７６…金属バンプ７６、
７８…ＩＣ部品
【図１】
2012175405.tif 000003
【図２】
2012175405.tif 000004
【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】
2012175405.tif 000009
【図８】
2012175405.tif 000010
【図９】
2012175405.tif 000011
【図１０】
2012175405.tif 000012
【図１１】
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