(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の圧電基板の短辺のほぼ中央に切り欠き部を形成した厚みすべりモードを主振動とする圧電振動子であって、前記切り欠き部の両側に位置する突出部をパッケージに接着固定した際に前記主振動以外の不要振動モードの発生を抑圧するよう前記切り欠き部の寸法を設定しており、前記切り欠き部の深さＬを前記不要振動モードの波長λに対して０＜Ｌ≦λ／４としたことを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記切り欠き部の両脇に位置する突出部の幅Ｗをそれぞれ前記圧電基板の短辺の幅Ｗ０に対してW0／４以下としたことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電振動子に関し、特に、スプリアス特性に優れた圧電振動子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より圧電振動子として例えば水晶振動子は、その高いＱ値によって高精度及び、高安定に周波数を制御することが可能である。
水晶振動子として代表的なＡＴカット水晶基板は厚みすべり振動を主振動とするものであるが、通常、有限のＡＴカット水晶基板には励振した時に出現する振動モードとして主振動の厚みすべり振動の他にも数多くの副振動モード発生する。これら副振動（以下スプリアスという）の存在は水晶振動子の周波数選択性及び、周波数安定性を悪化させる原因となる為、水晶振動子の周波数安定性向上を実現する上でスプリアスを抑制することは重要である。
従来、スプリアスの抑制を考慮した水晶振動子として例えば図４に示すようなものがある。
同図に示すように、水晶基板１０１の表裏面の中心部に振動部を兼ねた励振電極１０２を設けて、該励振電極１０２をリード電極１０３により水晶基板１０１の端部まで延長し、該端部を導電性接着剤１０４を用いパッケージ内に設けたランドパターン１０５に固定した水晶振動子に於いて、主振動モード近傍に発生するスプリアスの抑制手段として前記水晶基板１０１の表面の主振動領域以外の適所に例えばシリコン系接着剤等を点または線状に塗布してアブソーバー１０６を形成した構成としている。
このような構成により、前記水晶基板１０１に発生するスプリアスモードの振動エネルギーは前記アブソーバー１０６の質量付加により減衰される為、スプリアス特性に優れた水晶振動子を得ることが可能となる。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４にて説明したスプリアス抑制方法はスプリアスモードの中でも主振動の高次モード（以下、インハーモニックという）の抑制には有効であるが、主振動である高い厚みすべり振動とは異なる屈曲振動モードの抑制には十分な効果が得られない。
従って、前記主振動モードと屈曲振動モードとが結合を起こし易い水晶振動子を用いた水晶発振器は、十分な周波数安定度が得られないという問題がある。
例えば、水晶振動子の前記厚みすべり振動である主振動モードの周波数は温度変化に伴い滑らかな三次曲線となるよう変化するが、ある温度点で前記主振動にスプリアスモードである前記屈曲振動モードが結合した場合、周波数が急激に変化し周波数ジャンプを生じることがあり、その結果、水晶振動子の周波数温度特性は不連続となり、十分な周波数安定度が得られないという問題が発生する。
この様な不具合は、例えば温度補償回路のコンダクタンス値を水晶振動子の三次関数的な温度特性を相殺するよう変化させるのみならず、屈曲振動モードによる周波数ジャンプをも相殺するよう変化させればよいが、コンダクタンス値を急激に変化させることは困難であり実現されなかった。
従って、周波数ジャンプを起こす水晶振動子は破棄しなければならず、これにより水晶振動子の歩留りの悪化が生じると共に、低価格化が十分に達成されないという問題を生じていた。
また、製造直後には周波数ジャンプが発生しなくとも、経年変化により発生する場合があり、この様な不具合を発生する水晶振動子を移動体通信機器に使用した場合、突然に通信状態が切断されるという問題を発生していた。
本発明は上記の問題を解決する為になされたものであって、振動子の主振動モードと結合し易い屈曲振動モードを抑制することにより、良好な周波数温度特性得られる圧電振動子を低価格で提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する為に、本発明に係わる請求項１記載の圧電振動子は、矩形の圧電基板の短辺のほぼ中央に切り欠き部を形成した厚みすべりモードを主振動とする圧電振動子であって、前記切り欠き部の両側に位置する突出部をパッケージに接着固定した際に前記主振動以外の不要振動モードの発生を抑圧するよう前記切り欠き部の寸法を設定しており、前記切り欠き部の深さＬを前記不要振動モードの波長λに対して０＜Ｌ≦λ／４としたことを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の圧電振動子は、請求項１に記載の発明に加え、前記切り欠き部の両脇に位置する突出部の幅Wをそれぞれ前記圧電基板の短辺の幅W0に対してW0／４以下としたことを特徴としている。
【０００７】
【本発明の実施の形態】
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。
図１は本発明に基づく水晶基板１の一実施例の構造図を示すものである。
同図（ａ）は外観斜視図を示すものであり、同図（ｂ）は上面構成図を示したものである。
同図に示すようにＡＴカット水晶振動子１は長手方向をＸとした場合、矩形の水晶基板であってＸ方向の両端部のほぼ中央にはそれぞれ切り欠き部２を形成したものである。
本願発明者は上述するように上記構成のＡＴカット水晶振動子について詳細な有限要素法解析を行い水晶振動子１を同図（ｂ）に示すように前記水晶基板１の中央部に位置する領域Ａと、その両脇に位置する領域Ｂとに分けた時、各領域の端部に於いて、屈曲振動モードの振動波の反射の様相が異なるとの知見を得、これを利用することにより、前記領域Ｂに屈曲振動モードの振動エネルギーを集中させることが可能となることを見出したのである。
即ち、先に説明した通り、水晶基板等の圧電基板には多数の振動モードが発生し、これら振動モードは、それぞれが異なる波長を有する為、基板端部での振動波の反射の様相も各々で異なってくる。
そこで、主振動モードと、スプリアスモードである屈曲振動モードとの波長の違いに応じて前記切り欠き部２の深さLの寸法と、該切り欠き部２の両脇に位置する突出部の幅Wの寸法とを適切に設定することにより、前記領域Ｂに屈曲振動波の振動エネルギーを集中させることが可能となる。
そして更に、前記切り欠き部２の両脇に位置する突出部を後述するように支持部としてセラミック容器に固定することにより、前記屈曲モードの振動エネルギーを抑圧することが可能である。
一方、前記領域Ａには主振動である厚みすべり振動の振動エネルギーが残存する為、励振電極を領域Ａに配置することにより所望の信号を得ることが可能である。
【０００８】
以下、図１に示す構成の水晶振動子につき有限要素法を用いて解析した結果を従来の水晶基板の場合の解析結果と対比させながら詳細に説明する。
図２は前記水晶基板１に発生する屈曲振動モードの振動エネルギーの分布を示す解析結果である。
図５は図４に示す従来の水晶基板１０１についての解析結果を示すものである。図２（ａ）及び図５（ａ）はＹ軸方向からみた屈曲振動モードの変位図を示すものである。
図２（ｂ）及び図５（ｂ）はＸ軸方向からみた屈曲振動モードの変位図を示すものである。
以上の何れの図も図中の線の疎密により振動エネルギーの伝搬の様子が表わされており、線が密に描かれている部分であるほど振動エネルギーがより集中していることを示している。
尚、解析に用いた水晶基板の寸法については水晶基板１０１はＸ寸法４００μｍ、Ｙ寸法１００μｍ、Ｚ寸法４００μｍとし、また、水晶基板１は上記の寸法に加え、±Ｚ方向の端部に屈曲振動モードの波長λに対してＸ軸方向にλ／８の長さの突出部を設けたものである。
【０００９】
図２（ａ）に示すように水晶基板１のＺ−Ｘ面に分布する屈曲振動モードの振動エネルギーは基板のＺ軸方向両端に位置する領域Ｂに集中して伝搬していることがわかる。
更に、図２（ｂ）に示すようにＺ−Ｙ面に分布する振動エネルギーも基板の両端に位置する領域Ｂに集中しており、Ｙ軸方向への変位量も大きい。
これに対して、図５（ａ）に示すように端部に切り欠き部２を設けない水晶基板１０１ではＺ−Ｘ面に屈曲振動モードの振動エネルギーが基板全体に一様に伝搬していると共に、図５（ｂ）に示すようにＹ方向の基板の変位量は、全域に亙って一様に生じている。
即ち、これらの結果より前記水晶基板１に発生する屈曲振動モードの屈曲波の伝搬の様相は前記切り欠き部２による屈曲波の反射に影響され変化し、これに伴い前記領域Ｂに前記屈曲振動モードの振動エネルギーが集中するものと推定される。
従って、図３（ａ）または（ｂ）に示すように該水晶基板１の前記切り欠き部２の両脇にある突出部を支持部としてセラミック容器３の段部４に導電性接着剤５を用いて固定することにより、前記領域Ｂに集中している前記屈曲振動モードの振動エネルギーが接着剤４を介して容器２へと拡散するので、屈曲振動モードを選択的に減衰させることが可能である。
尚、同図に示す前記セラミック容器３は、その内部に段部４と、該段部４の表面にあるランドパターン６とを備えており、また、水晶基板１は、その表裏面に励振電極７と、該励振電極７から前記突出部まで延長するリード電極８とを備えている。
【００１０】
更に、前記切り欠き部２の深さＬの最適値について検討した結果、屈曲振動波の波長λに対し、Ｌ＞λ／４の深さとした場合、前記切り欠き部２の両脇に位置する突出部を支持部としても前記屈曲振動モードは前記領域Ａ及びＢに独立して存在してしまう為、前記屈曲振動モードが抑制され難い。
従って、前記切り欠き部２の深さはＬの最適値は０＜Ｌ≦λ／４となる範囲にて選択することが望ましい。
また、切り欠き部２の両脇に位置する前記突出部の幅Ｗの最適値については、水晶基板１のＺ軸方向の幅をＷ０、として、Ｗ＞Ｗ０／４の範囲とした場合、屈曲振動モードは領域Ａのより中心部にまで存在し、主振動モードとスプリアスモードとの分離が十分行えない。
従って、前記突出部の幅ＷはＷ≦Ｗ０／４の範囲とすることが望ましい。
また、一実施例では圧電基板として水晶を用いて説明したが、本発明はこれに限るものでなく、ニオブ酸リチュウムまたは、タンタル酸リチュウム等の圧電材料から成る圧電基板を用いた圧電振動子であっても本発明を用いることにより一実施例と同等の機能が得られることは言うまでもない。
【００１１】
【本発明の効果】
以上説明したように発明に基づくことにより、圧電基板の端部に切り欠き部を不要モード振動波の周波数λに対し深さλ／４以下及び、そのの両脇に位置するそれぞれの前記突出部の幅Wを該切り欠き部を設ける端部の幅W0に対してW0／４以下となるよう設定して設けて、更に、前記圧電基板をパッケージに固定する際に前記切り欠き部の両脇に位置する突出部を接着固定することにより主振動である厚みすべり振動モード以外の不要モードの発生を抑圧することが可能となる為、周波数安定度の高い圧電振動子が容易に得られるという効果と共に、前記効果による圧電振動子の歩留り向上に伴う低価格な圧電振動子の提供が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく水晶基板の外観構造図を示すものである。
（ａ）本発明に基づく水晶基板の側面傾斜構造図を示すものである。
（ｂ）本発明に基づく水晶基板の上面構造図を示すものである。
【図２】本発明に基づく水晶基板の屈曲振動モードについての有限要素法の解析結果を示す振動エネルギー分布図である。
（ａ）本発明に基づく水晶基板のＺ−Ｘ面の屈曲振動エネルギーの分布図を示すものである。
（ｂ）本発明に基づく水晶基板のＺ−Ｙ面の屈曲振動エネルギーの分布図及びＹ方向の変位量を示す図である。
【図３】本発明に基づく水晶振動子の上面構造図を示すものである。
（ａ）水晶基板を片側保持した場合の構造図を示すものである。
（ｂ）水曜基板を両側保持した場合の構造図を示すものである。
【図４】従来のスプリアスモード抑制方法を用いた水晶振動子の上面構造図を示すものである。
【図５】従来の従来の四角形状の水晶基板の屈曲振動モードについての有限要素法の解析結果を示す振動エネルギー分布図である。
（ａ）従来の水晶基板のＺ−Ｘ面の屈曲振動エネルギーの分布図を示すものである。
（ｂ）従来の水晶基板のＺ−Ｙ面の屈曲振動エネルギーの分布図及びＹ方向の変位量を示す図である。
【符号の説明】
１、１０１水晶基板、２切り欠き部、３セラミック容器、４段部、５、１０４導電性接着剤、６、１０５ランドパターン、７、１０２励振電極、８、１０３リード電極、１０６アブソーバー
【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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