(57)【要約】【課題】  圧電振動板への応力の影響を軽減し、周波数シフトを抑制する圧電振動デバイスを提供する。【解決手段】  平面視矩形で板状の圧電振動板２、上記圧電振動板を保持する基板３、上記基板に保持された上記前記圧電振動板を覆う蓋体を備えている。圧電振動板は薄肉の振動部とその周囲に厚肉の外枠部が形成される。振動部の両主面に形成された第１励振電極と第２励振電極、上記第１励振電極と第２励振電極とを圧電振動板の一端部にある第１辺側のみに延出する第１引出電極と第２引出電極を有する。圧電振動板の他端部側の振動部の端部にのみ貫通部を有している。圧電振動板は第１引出電極および第２引出電極と基板とが接合部材により電気的機械的に接合され、片保持されてなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視矩形で板状の圧電振動板と、上記圧電振動板を保持する基板と、上記基板に保持された上記前記圧電振動板を覆う蓋体と
を備えており、
上記圧電振動板は、上記圧電振動板の中央に形成された薄肉の振動部と、上記圧電振動板の外周に形成されるとともに上記振動部の周囲とつながった厚肉の外枠部と、上記圧電振動板の一主面で上記振動部に形成された第１励振電極と、上記圧電振動板の他主面で上記振動部に形成され上記第１励振電極と対になる第２励振電極と、上記第１励振電極を上記圧電振動板の外枠部の第１辺側のみに延出する第１引出電極と、上記第２励振電極を上記圧電振動板の外枠部の第１辺側のみに延出する第２引出電極と、上記振動部の端部のうち上記外枠部の第１辺と対向する位置の第２辺に近接する部分にのみ沿って形成された貫通部と、
を有しており、
上記圧電振動板の第１辺に形成された第１引出電極および第２引出電極と、上記基板とが接合部材により電気的機械的に接合され、上記圧電振動板の第１辺側のみが片保持されてなる
ことを特徴とする圧電振動デバイス。
【請求項２】
上記圧電振動板は、ＡＴカット水晶振動板からなり、平面視長辺が結晶軸におけるＸ軸と平行であり、平面視短辺となる上記第1辺と上記第２辺とが結晶軸におけるＺ′軸と平行である
ことを特徴とする特許請求項１記載の圧電振動デバイス。
【請求項３】
上記振動部は、平面視矩形であり、上記圧電振動板の第１辺と近接した平行な一方の辺、および上記圧電振動板の第２辺と近接した平行な他方の辺を有する、
上記貫通部は、上記振動部の他方の辺の両端部にある２つの角部に形成されており、
上記第１引出電極と上記第２引出電極とは、上記圧電振動板の第１辺の両端部にある２つの角部に形成されている
ことを特徴とする特許請求項１、または特許請求項２記載の圧電振動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動子などの圧電振動デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＡＴカット水晶振動板などの厚み振動系の圧電振動板を用いた圧電振動子では、発振周波数の高周波化が進められている。この圧電振動子に用いる圧電振動板は、発振周波数の高周波化に対応させるために、その振動部が薄肉成形された逆メサ構造となり、薄肉成形された振動部の両主面に薄膜の一対の励振電極が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された圧電振動板では、矩形の圧電振動板の両主面に振動部の励振を行う一対の励振電極と、これら励振電極を圧電振動板の一端部にまで延出する一対の引出電極とが形成されており、圧電振動板の一端部において、基板に片持ち保持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１７８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に示すような圧電振動板は、逆メサ構造となっているため、振動部の厚みが薄く形成されている。そのため、接合された基板の反りなどに伴う応力や、接合部材の応力が圧電振動板に伝わることでその応力が薄肉の振動部に伝わることがあった。この際、圧電振動板の振動部が反るように応力が伝わると、厚み振動系の圧電振動子であれば周波数が高い方にずれ、圧電振動板の振動部が引き伸ばされるように応力が伝わると、厚み振動系の圧電振動子であれば周波数が低い方にずれるといったような周波数シフトの問題が生じている。特に、このような周波数シフトの問題は、逆メサ構造の圧電振動板で、高周波化に伴い振動部が薄型化される構造ではより顕著な悪影響を受けやすくなっている。
【０００６】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、圧電振動板への応力の影響を軽減し、周波数シフトを抑制する圧電振動デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、平面視矩形で板状の圧電振動板と、上記圧電振動板を保持する基板と、上記基板に保持された上記前記圧電振動板を覆う蓋体とを備えており、上記圧電振動板は、上記圧電振動板の中央に形成された薄肉の振動部と、上記圧電振動板の外周に形成されるとともに上記振動部の周囲とつながった厚肉の外枠部と、上記圧電振動板の一主面で上記振動部に形成された第１励振電極と、上記圧電振動板の他主面で上記振動部に形成され上記第１励振電極と対になる第２励振電極と、上記第１励振電極を上記圧電振動板の外枠部の第１辺側のみに延出する第１引出電極と、上記第２励振電極を上記圧電振動板の外枠部の第１辺側のみに延出する第２引出電極と、上記振動部の端部のうち上記外枠部の第１辺と対向する位置の第２辺に近接する部分にのみ沿って形成された貫通部とを有しており、上記圧電振動板の第１辺に形成された第１引出電極および第２引出電極と、上記基板とが接合部材により電気的機械的に接合され、上記圧電振動板の第１辺側のみが片保持されてなる。
【０００８】
本発明の構成によれば、圧電振動板の第１辺側のみに形成された第１引出電極および第２引出電極と基板とが接合部材により電気的機械的に接合されて、圧電振動板の第１辺側のみが片保持されるとともに、圧電振動板の第１辺と対向する第２辺に近接する振動部の端部のうち上記外枠部の第１辺と対向する位置の第２辺に近接する部分にのみ沿って形成された貫通部を有しているため、圧電振動板の自由端である第２辺側に大きな応力を逃すだけでなく、同じ自由端の第２辺側であり厚肉の外枠部と薄肉の振動部の境界部分に形成された貫通部でさらに細かな応力を段階的に緩和することができる。加えて、基板と圧電振動板との固定端である第１辺側には貫通部を形成していないので、圧電振動板の固定端に近い位置に貫通部を形成することによる圧電振動板の機械的な強度を弱めることもない。結果として、接合された基板の反りなどに伴う応力や接合部材の応力などが圧電振動板に伝わったとしても、薄肉の振動部におけるこれらの応力の悪影響を軽減することができるため、周波数変動を伴う問題も抑制できる。圧電振動デバイスとしての耐衝撃性能を劣化させることもない。
【０００９】
また、上述の構成に加えて、上記圧電振動板は、ＡＴカット水晶振動板からなり、平面視長辺が結晶軸におけるＸ軸と平行であり、平面視短辺となる上記第1辺と上記第２辺とが結晶軸におけるＺ′軸と平行であってもよい。
【００１０】
本発明の構成によれば、上述の作用効果に加えて、ＡＴカット水晶振動子の振動変位の大きなＸ軸方向に対して、圧電振動板の第１辺側と第２辺側とを隔離することで、振動部の面積を縮小させることなく応力抑制のための貫通部を構成することができる。
【００１１】
また、上述の構成に加えて、上記振動部は、平面視矩形であり、上記圧電振動板の第１辺と近接した平行な一方の辺、および上記圧電振動板の第２辺と近接した平行な他方の辺を有する、上記貫通部は、上記振動部の他方の辺の両端部にある２つの角部に形成されており、上記第１引出電極と上記第２引出電極とは、上記圧電振動板の第１辺の両端部にある２つの角部に形成されていてもよい。
【００１２】
本発明の構成によれば、上述の作用効果に加えて、圧電振動板の外枠部が各辺方向で交わり、応力の集中点となる振動部の他方の辺の両端部にある２つの角部に貫通部を形成することで、振動部の面積を縮小させることなく応力抑制効果を高めることができる。しかも、応力が伝わる起点となる第１引出電極と上記第２引出電極とを圧電振動板の第１辺の両端部にある２つの角部に形成しているので、圧電振動板へ伝わる応力も圧電振動板の短辺と長辺に均等に分散させることができる。つまり、振動部へ伝わる外部からの応力も和らげられ、貫通部と組み合わせることで、より効果的に応力による悪影響を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧電振動板への応力の影響を軽減し、周波数シフトを抑制する圧電振動デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態にかかる水晶振動子の概略構成を示した平面図である。
【図２】図１のＸ―Ｘ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態にかかる水晶振動子の概略構成を示した平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施例では、圧電振動デバイスとして水晶振動子に本発明を適用した場合を示す。図１は本発明の実施形態にかかる水晶振動子の概略構成を示した平面図であり、図２はＸ―Ｘ線に沿った断面図、図３は本発明の他の実施形態にかかる水晶振動子の概略構成を示した平面図である。
【００１６】
本実施例にかかる水晶振動子１では、図１に示すように、水晶振動板２（本発明でいう圧電振動板）と、この水晶振動板２を片保持するベース基板３と、ベース基板３に保持した水晶振動板２を気密封止するための図示しない蓋体とが設けられている。
【００１７】
ベース基板３は、図１に示すように、底部３１と、この底部３１から上方に延出した壁部３２とから構成される箱状体に形成されている。このベース基板３は、セラミック材料からなる平面視矩形状の一枚板上に、セラミック材料の直方体が積層して凹状に一体的に焼成されている。
【００１８】
また、壁部３２は、底部３１の表面外周に沿って成形されている。壁部３２の上面は、蓋体との接合領域（封止部３２１）であり、この接合領域には、蓋体と接合するための図示しない封止部材（例えば、メタライズ層や金属リング材等）が設けられている。
【００１９】
また、このベース基板３の底部３１には、水晶振動板２の励振電極２０１，２０２それぞれと電気機械的に接合するための複数の電極パッド３３，３４が形成されている。これら電極パッドは、ベース基板３の外周裏面に形成される端子電極（図示省略）にそれぞれ電気的に接続されている。これら端子電極から外部部品や外部機器と接続される。これらの端子電極および電極パッドは、タングステン、モリブデンなどのメタライズ材料を印刷した後にベース基板３と一体的に焼成して形成される。そして、これらの端子電極および電極パッドのうち一部のものについては、メタライズ上部にニッケルメッキが形成され、その上部に金メッキが形成されて構成される。
【００２０】
蓋体は、例えば金属材料やセラミック材料などからなり一枚板に成形されている。この蓋体は、下面に封止材（ろう材、メッキ材、ガラス材等）が形成されており、シームやビームなどの溶接手法、ガラス封止材や金属ろう材などによる雰囲気加熱手法によりベース基板３に接合されて気密封止され、蓋体とベース基板３とによる水晶振動子１のパッケージが構成される。
【００２１】
水晶振動板２は、図１に示すように、ＡＴカット水晶基板からなり、平面視矩形で板状の直方体形状からなり、平面視長辺が結晶軸におけるＸ軸と平行であり、平面視短辺が結晶軸におけるＺから所定角度傾いたＺ′軸と平行なるように構成されている。この水晶振動板２の基板の両主面には、水晶振動板２の高周波化に対応するため板面の中央に平面視矩形の凹部２１，２２が形成されており、水晶振動板２の板面中央には薄肉の振動部２３を有し、水晶振動板２の板面外周囲には振動部２３の周囲とつながった厚肉の外枠部２４とを有している。また、平面視矩形の凹部２１，２２については、例えば水晶振動板２の各辺と平行になるように、各辺が結晶軸におけるＸ軸とＺ′軸と平行なるように構成されている。
【００２２】
水晶振動板２（外枠部２４）には、対向する２辺である第１辺２４１（本発明の圧電振動板の第１辺）と、これに対向する位置には第２辺２４２（本発明の圧電振動板の第２辺）とを有しており、水晶振動板２（外枠部２４）の４隅には、角部２４１１，２４１２，２４２１，２４２２を有している。また、水晶振動板２（外枠部２４）の第１辺２４１の一端部分が角部２４１１となり、第１辺２４１の他端部分が角部２４１２となるとともに、水晶振動板２（外枠部２４）の第２辺２４２の一端部分が角部２４２１となり、第２辺２４２の他端部分が角部２４２２となるようにそれぞれ配置構成されている。なお、第１辺２４１（本発明の圧電振動板の第１辺）と第２辺２４２（本発明の圧電振動板の第２辺）とは、Ｚ′軸と平行なるように構成されており、水晶振動板２のＸ軸方向の一端部と他端部で対向している。
【００２３】
水晶振動板２の一主面の凹部２１には、水晶振動板２の第１辺２４１に近接する平行な第３辺２１１（本発明の一方の辺）と、これに対向するとともに水晶振動板２の第２辺２４２に近接する平行な第４辺２１２（本発明の他方の辺）とを有しており、水晶振動板２の凹部２１の４隅には、角部２１１１，２１１２，２１２１，２１２２を有している。また、凹部２１の第３辺２１１の一端部分が角部２１１１となり、第３辺２１１の他端部分が角部２１１２となるとともに、凹部２１の第４辺２１２の一端部分が角部２１２１となり、第４辺２１２の他端部分が角部２１２２となるようにそれぞれ配置構成されている。なお、第３辺２１１と第４辺２１２とは、Ｚ′軸と平行なるように構成されている。
【００２４】
水晶振動板２の他主面の凹部２２には、水晶振動板２の第１辺２４１に近接する平行な第５辺２２１（本発明の一方の辺）と、これに対向するとともに水晶振動板２の第２辺２４２に近接する平行な第６辺２２２（本発明の他方の辺）とを有しており、水晶振動板２の凹部２２の４隅には、角部２２１１，２２１２，２２２１，２２２２を有している。また、凹部２２の第５辺２２１の一端部分が角部２２１１となり、第５辺２２１の他端部分が角部２２１２となるとともに、凹部２２の第６辺２２２の一端部分が角部２２２１となり、第６辺２２２の他端部分が角部２２２２となるようにそれぞれ配置構成されている。なお、第５辺２２１と第６辺２２２とは、Ｚ′軸と平行なるように構成されている。
【００２５】
水晶振動板２の一主面で凹部２１の内部中央付近（振動部２３）には第１励振電極２０１が形成され、水晶振動板２の他主面で凹部２２の内部中央付近（振動部２３）には第２励振電極２０２が形成される。第１励振電極２０１と第２励振電極２０２とは、外部電極（本実施例では、ベース基板３の電極パッド３３，３４）と電気機械的に接合するために、第１引出電極２０３と第２引出電極２０４とにより延出されている。第１引出電極２０３は、第１励振電極２０１を水晶振動板２（外枠部２４）の第１辺２４１の一端部である角部２４１１付近のみに延出している（第１辺側のみに延出するとともに第１辺の両端部にある２つの角部の１つに形成している）。第２引出電極２０４は、第２励振電極２０２を水晶振動板２（外枠部２４）の第１辺２４１の他端部である角部２４１２付近のみに延出している（第１辺側のみに延出するとともに第１辺の両端部にある２つの角部の１つに形成している）。
【００２６】
なお、これらの第１励振電極２０１と第２励振電極２０２と第１引出電極２０３と第２引出電極２０４とは、フォトリソグラフィ法により形成され、例えば、基板側からクロム、金（Ｃｒ−Ａｕ）の順に、あるいはニッケル、金（Ｎｉ−Ａｕ）の順に積層して形成されている。
【００２７】
また、水晶振動板２の振動部２３の端部のうち第２辺２４２に近接する部分にのみ沿って形成された貫通部２５を有している。本形態では、図１に示すように、水晶振動板２の振動部２３の端部となる凹部２１の端部と凹部２２の端部のうち、水晶振動板２の第２辺２４２に近接する凹部２１の角部２１２１，２１２２と凹部２２の角部２２２１，２２２２にのみ形成された貫通部２５１，２５２を有している。貫通部２５１は、凹部２１の角部２１２１から凹部２２の角部２２２１にかけて貫通するように構成されており、貫通部２５２は、凹部２１の角部２１２２から凹部２２の角部２２２２２にかけて貫通するように構成されている。なお、図１では貫通部の外周端部の形状を応力の集中点をなくすことができるうえでより望ましい弧状の貫通孔として形成しており、但し、貫通部の形状としては、弧状のものに限らず、振動部２３の構造に合わせて多角形状のものも含めて他の形状で形成してもよい。円弧・楕円形状などが好ましい。また、貫通部２５１と貫通部２５２とは、水晶振動板２の短辺方向に線対称に配置している。
【００２８】
なお、貫通部２５については、図１の形態に限らず、図３に示すように、水晶振動板２の振動部２３の端部となる凹部２１の端部と凹部２２の端部のうち、水晶振動板２の第２辺２４２に近接する凹部２１の第４辺２１２（本発明の他方の辺）と、凹部２２の第６辺２２２（本発明の他方の辺）にのみ沿って形成された略矩形状の一条の貫通部２５３を構成してもよい。貫通部２５３は、凹部２１の第４辺２１２（本発明の他方の辺）から凹部２２の第６辺２２２（本発明の他方の辺）にかけて貫通するように構成されている。
【００２９】
水晶振動板２の第１辺２４１の一端部２４１１（角部２４１１）に形成された第１引出電極とベース基板３の電極パッド３３、および水晶振動板２の第１辺２４１の他端部２４１２（角部２４１２）に形成された第２引出電極とベース基板３の電極パッド３４とが接合部材Ｂにより電気的機械的に接合され、水晶振動板２の第１辺２４１のみがベース基板３に片保持されている。
【００３０】
この水晶振動子１では、ベース基板３（本発明でいう基板）と蓋体とが接合されてパッケージが構成され、ベース基板３と蓋体とが接合されてパッケージの内部空間が形成される。この際、図１に示すように、ベース基板３と水晶振動板２とは、接合部材Ｂにより電気的機械的に接合される。本形態では接合部材Ｂとして金メッキバンプを用いた例を説明している。なお、この接合部材Ｂとしては、金メッキバンプに限らず、他の金属材料からなる導電性バンプを用いてもよく、シリコーン樹脂などからなる導電性樹脂接合剤やろう材を用いてもよい。その後、ベース基板３の上に水晶振動板２が片保持される搭載された状態で、ベース基板３（本発明でいう基板）と図示しない蓋体とが接合されてパッケージの内部空間内に水晶振動板２が気密封止され、水晶振動子（圧電振動デバイス）の完成となる。
【００３１】
以上、説明したとおり、本実施形態に係る水晶振動子では、第１引出電極２０３は第１励振電極２０１を水晶振動板２（外枠部２４）の第１辺２４１の一端部２４１１である角部２１１１付近のみに延出し、第２引出電極２０４は、第２励振電極２０２を水晶振動板２（外枠部２４）の第１辺２４１の他端部２４１２である角部２１１２付近のみに延出するとともに、ベース基板３と水晶振動板２とは、水晶振動板の第１辺２４１の両端部のみで接合部材Ｂにより電気的機械的に接合され片保持されている。加えて、水晶振動板２の振動部２３の端部のうち第２辺２４２に近接する部分にのみ沿って形成された貫通部２５１，２５２、あるいは一条の貫通部２５３を有している。
このため、水晶振動板２の自由端である第２辺２４２側に大きな応力を逃すだけでなく、同じ自由端の第２辺２４２側であり厚肉の外枠部２４と薄肉の振動部２３の境界部分に形成された貫通部２５１，２５２、あるいは一条の貫通部２５３でさらに細かな応力を段階的に緩和することができる。加えて、ベース基板３と水晶振動板２との固定端である第１辺２４１には貫通部２５１，２５２、あるいは一条の貫通部２５３を形成していないので、水晶振動板２の固定端に近い位置に貫通部を形成することによる水晶振動板２の機械的な強度を弱めることもない。
【００３２】
特に、図１に示す形態では、水晶振動板２の外枠部２４が各辺方向（Ｘ軸とＺ′軸）で交わり、応力の集中点となる凹部２１（振動部２３）の端部の第４辺２１２と凹部２２（振動部２３）の第６辺２２２の両端部にある２つの角部に貫通部２５１，２５２を形成することで、振動部２３の面積を縮小させることなく応力抑制効果を高めることができる。
しかも、応力が伝わる起点となる第１引出電極２０３と第２引出電極２０４とを水晶振動板２の第１辺２４１の両端部にある２つの角部２１１１と角部２１１２の近辺に形成しているので、水晶振動板２へ伝わる応力も水晶振動板２の短辺と長辺に均等に分散させることができる。つまり、振動部２３へ伝わる外部からの応力も和らげられ、貫通部２５１，２５２と組み合わせることで、より効果的に応力による悪影響を抑制することができる。
【００３３】
結果として、接合部材Ｂにより接合されたベース基板３の反りなどに伴う応力や接合部材Ｂとの結合応力などが水晶振動板２に伝わったとしても、薄肉の振動部２３におけるこれらの応力の悪影響を軽減することができるため、周波数変動を伴う問題も抑制できる。水晶振動子としての耐衝撃性能を劣化させることもない。
【００３４】
また、ＡＴカット水晶振動板２の振動変位の大きなＸ軸方向に対して、水晶振動板の第１辺２４１側と第２辺２４２側とを隔離することで、振動２３部の面積を縮小させることなく応力抑制のための貫通部２５１，２５２、あるいは一条の貫通部２５３を構成することができる。
【００３５】
なお、上記に示した本発明の実施形態及び実施例はいずれも本発明を具体化した例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。上記各実施形態では、圧電振動デバイスを水晶振動子としたが、水晶振動子以外の圧電振動デバイス（例えば、水晶発振器など）にも本発明を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、水晶振動子などの圧電振動デバイスに適用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  水晶振動子
２  水晶振動板
３  ベース基板
Ｂ  導電性バンプ
【図１】
2017108320.tif 000003
【図２】
2017108320.tif 000004
【図３】
2017108320.tif 000005