JP2009284457A - 圧電発振子 - Google Patents

Abstract

【課題】 発振周波数の精度が高い圧電共振子を提供する。
【解決手段】 第１圧電基板１ｃの表面に第１圧電基板１ｃを挟んで互いに対向する第１振動電極１ａおよび第２振動電極１ｂが被着されてなる圧電素子１と、第２圧電基板２ｃの一方の主面に第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂがそれぞれ被着され、一方または他方の主面に第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとの間で容量を形成するためのグランド電極が被着された容量基板２とを備え、圧電素子１が周囲に振動のための空間を確保して容量基板２に配置され、第１容量電極２ａと第１振動電極１ａとが、および第２容量電極２ｂと第２振動電極１ｂとがそれぞれ電気的に接続されている圧電発振子10である。圧電素子１に影響を与えずに容量基板２の容量を調整することができ、圧電発振子10の発振周波数を調整することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は一対の容量電極によって構成された、発振回路を構成する容量を内蔵した圧電発振子に関し、特に完成品の状態において周波数調整が可能な圧電発振子に関するものである。

従来から通信機器や電子機器にはマイクロコンピュータが広く用いられており、このようなマイクロコンピュータのクロック源として、発振のための容量を内蔵した圧電発振子が知られている。この圧電発振子は圧電素子の入力端子および出力端子とグランド電極との間に発振回路を構成する容量を接続した構造を有している。

このような圧電発振子としては、圧電基板の両主面に振動電極を形成することによって両振動電極間に圧電素子として圧電共振子を構成し、圧電基板の両主面の振動電極の近傍にそれぞれ容量電極を設けて振動電極との間に容量を形成した、容量内蔵型の圧電発振子が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。このような構造とすることによって、発振周波数が比較的安定して得られるコルピッツ型発振回路を構成する、容量を内蔵した圧電発振子とすることが可能となる。
特開平３−165614号公報

コルピッツ型発振回路を構成する圧電発振子においては、内蔵した容量の製造プロセスによるばらつきを外部から調整すれば、発振周波数の精度をさらに高めることができる。そのためには容量電極の一部を削除する等により容量を調整する方法が考えられるが、特許文献１に提案された圧電発振子であれば、容量電極に電圧を印加して容量電極間における圧電基板の圧電材料の分極度を変化させることによって容量電極間の誘電率を変化させることができ、それによって容量電極間の容量を調整することができる。

しかしながら、特許文献１に提案された圧電発振子においては、圧電共振子とともに発振回路を構成する容量が圧電材料を誘電体として利用して構成されており、圧電材料の分極度を変化させることによって容量電極間の容量を調整することが可能ではあるが、圧電共振子と同一の圧電基板上に容量電極を形成して容量が形成されているため、容量電極に電圧を印加して圧電材料の分極度を変化させようとすると、容量電極と圧電共振子の振動電極とが近接しているため、容量電極間のみの分極度を変化させようとしても、分極度の変化は容量電極間のみに留まらず、圧電共振子の分極度も変化してしまうという問題点があった。そのため、圧電共振子を構成している振動電極間の分極度が変化すると発振周波数が大きく変化してしまうので、高精度な周波数調整ができず、圧電発振子の発振周波数の精度を高くすることが難しいという問題点があった。

また、特許文献１に提案された圧電発振子では、周波数調整のために圧電基板を削り圧電基板の厚みを変えることによる調整も可能であるが、圧電基板には容量も形成されており、基板厚みを変えると容量も変化してしまうため、圧電発振子の高精度な周波数調整が困難であるという問題点があった。

本発明はこのような従来の圧電発振子における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、圧電共振子の特性に影響を与えることなく内蔵した容量の調整が可能であり、それによって発振周波数の調整が可能な、発振周波数の精度が高い圧電発振子を提供することにある。

本発明の圧電発振子は、第１圧電基板の表面に該第１圧電基板を挟んで互いに対向する第１振動電極および第２振動電極が被着されてなる圧電素子と、第２圧電基板の一方の主面に第１容量電極および第２容量電極がそれぞれ被着され、一方または他方の主面に、前記第１容量電極および前記第２容量電極との間で容量を形成するためのグランド電極が被着された容量基板とを備え、該容量基板に対して前記圧電素子がその周囲に振動のための空間を確保して配置され、前記第１容量電極と前記第１振動電極とが、および前記第２容量電極と前記第２振動電極とがそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電発振子は、上記構成において、前記グランド電極が、前記第２圧電基板の他方の主面に前記第１容量電極と前記第２容量電極とにまたがって対向して被着されていることを特徴とするものである。

また、本発明の圧電発振子は、上記構成において、前記圧電素子が前記容量基板の一方の主面に導電性接続材を介して搭載されていることを特徴とするものである。

さらに、本発明の圧電発振子は、上記構成において、前記第２圧電基板の他方の主面に、前記第１容量電極に電気的に接続された第１実装電極および前記第２容量電極に電気的に接続された第２実装電極が被着されていることを特徴とするものである。

さらに、本発明の圧電発振子は、上記構成において、前記第１圧電基板および前記第２圧電基板が同じ強誘電体材料からなることを特徴とするものである。

そして、本発明の圧電発振子は、上記構成において、前記第２圧電基板は、２層の圧電体層が積層されてなり、前記第１容量電極と他方の主面に被着された前記グランド電極との対向領域および前記第２容量電極と他方の主面に被着された前記グランド電極との対向領域において、前記圧電体層間に電気的に隔離された内部電極が配置されているとともに、該内部電極を境に上下の前記圧電体層の分極方向が逆向きであることを特徴とするものである。

そして、本発明の圧電発振子は、上記構成において、前記グランド電極が、前記第２圧電基板の一方の主面の前記第１容量電極と前記第２容量電極との間に被着されており、前記第２圧電基板の分極方向が、前記第１容量電極および前記グランド電極の間と前記第２容量電極および前記グランド電極の間とで逆向きであることを特徴とするものである。

本発明の圧電発振子によれば、第１圧電基板の表面に第１圧電基板を挟んで互いに対向する第１振動電極および第２振動電極が被着されてなる圧電素子と、第２圧電基板の一方の主面に第１容量電極および第２容量電極がそれぞれ被着され、一方または他方の主面に、前記第１容量電極および前記第２容量電極との間で容量を形成するためのグランド電極が被着された容量基板とを備え、該容量基板に対して前記圧電素子がその周囲に振動のための空間を確保して配置され、第１容量電極と第１振動電極とが、および第２容量電極と第２振動電極とがそれぞれ電気的に接続されていることから、圧電素子の入力側の端子と出力側の端子とにそれぞれ接続される第１振動電極と第２振動電極とを同電位に保ちつつ、容量基板の第１容量電極および第２容量電極とグランド電極との間に電圧を印加することができ、また圧電素子の第１圧電基板と容量を形成する容量部分の第２圧電基板とが別々の基板であるため、圧電素子の圧電材料の分極度に電圧印加による影響を与えることなく、その容量基板の圧電材料の分極度を変化させ誘電率を変化させて容量を調整することができるので、圧電素子の圧電材料の分極度を変化させず、また圧電素子の特性に影響を与えることなく圧電発振子の発振周波数を調整することができる。

また、本発明の圧電発振子によれば、グランド電極が、第２圧電基板の他方の主面に第１容量電極と第２容量電極とにまたがって対向して被着されているときには、第１容量電極および第２容量電極とグランド電極との間で容量を形成しながら、比較的広い面積で形成されるグランド電極を実装用の電極として用いることができるので十分な強度で実装することが容易になる。

また、本発明の圧電発振子によれば、圧電素子が容量基板の一方の主面に導電性接続材を介して搭載されているときには、容量基板と圧電素子とをその導電性接続材を介して両者の間に圧電素子の振動に必要な空間を確保した状態で一体化でき、圧電素子の搭載面積を小さくすることができるので一層の小型化が可能である。

また、本発明の圧電発振子によれば、第２圧電基板の他方の主面に、第１容量電極に電気的に接続された第１実装電極および第２容量電極に電気的に接続された第２実装電極が被着されているときには、圧電発振子を実装する際にワイヤボンディング等を用いることなく、第１実装電極および第２実装電極によって表面実装することができるので、本発明の圧電発振子を実装する電子回路や回路モジュール等の製造工程を簡略化することができる。

また、第２圧電基板を実装基板上に表面実装することができるため、第２圧電基板が実装基板上に強固に固定されることにより、第２圧電基板に圧電材料を用いていることによって生じる第２圧電基板の圧電振動を小さく抑えることができる。これにより、圧電素子に生じる圧電振動に容量基板で生じる圧電振動が重なることによって発生する圧電発振子の異常発振を抑制することができる。

また、本発明の圧電発振子によれば、第１圧電基板および第２圧電基板が同じ強誘電体材料からなるときには、第１圧電基板と第２圧電基板との熱膨張係数が等しいものとなり、第１圧電基板および第２圧電基板に加わる熱量の変化によって第１圧電基板および第２圧電基板が膨張・収縮しても第１圧電基板および第２圧電基板間の膨張量・収縮量が等しく、第１圧電基板および第２圧電基板間の熱応力を小さく抑えることができるので、第１圧電基板と第２圧電基板とに異なる強誘電体材料を用いた場合に比べて、熱応力による破損が少ない信頼性の高い圧電発振子となる。

また、本発明の圧電発振子によれば、第２圧電基板が、２層の圧電体層が積層されてなり、第１容量電極と他方の主面に被着されたグランド電極との対向領域および第２容量電極と他方の主面に被着されたグランド電極との対向領域において、圧電体層間に電気的に隔離された内部電極が配置されているとともに、この内部電極を境に上下の圧電体層の分極方向が逆向きであるときには、第１容量電極とグランド電極との間および第２容量電極とグランド電極との間に電位差が発生したときの第２圧電基板は、第２圧電基板の２層の圧電体層のうちの一方が伸びるときには他方が縮むことになり、２層の圧電体層のそれぞれの厚みの変化量が相殺されて全体的には厚みの変化が小さくなるので、第２圧電基板の圧電振動を小さく抑えることができる。これにより、第２圧電基板の圧電振動による、周波数−インピーダンス特性における所望の周波数以外での不要なピークの発生を抑制することができるものとなる。

また、本発明の圧電発振子によれば、グランド電極が、第２圧電基板の一方の主面の第１容量電極と第２容量電極との間に被着されており、第２圧電基板の分極方向が、第１容量電極およびグランド電極の間と第２容量電極およびグランド電極の間とで逆向きであるときには、第１圧電基板を励振するため、第１容量電極と第２容量電極との間に電圧を印加したときの第２圧電基板は、第２圧電基板の圧電体層の第１容量電極およびグランド電極の間と第２容量電極およびグランド電極の間とのうちの一方が伸びるときは他方が縮むことになり、圧電体層に平行な方向の変化量が相殺されて全体的には圧電体層に平行な方向の変化が小さくなるので、第２圧電基板の圧電振動を小さく抑えることができる。これにより、第２圧電基板の圧電振動による、周波数−インピーダンス特性における所望の周波数以外での不要なピークの発生を抑制することができるものとなる。

以下に、本発明の圧電発振子について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明の圧電発振子の実施の形態の一例を示す外観斜視図であり、図２は図１の圧電発振子10のＡ−Ａ’線断面図である。

これらの図に示す圧電発振子10は、基本的な構成として、容量基板２上に搭載された圧電素子１が、容量基板２と圧電素子１を覆うように容量基板２に取着されたケース３で封止されたものとなっている。

圧電素子１は、例えば、第１圧電基板１ｃの上下面に第１振動電極１ａおよび第２振動電極１ｂが被着されて構成されている。第１圧電基板１ｃは、例えば、長さが0.4ｍｍ〜４ｍｍ程度、幅が0.2ｍｍ〜３ｍｍ程度、厚みが40μｍ〜１ｍｍ程度の四角形状の平板として形成され、厚み方向、幅方向もしくは長さ方向に分極処理されたものである。第１圧電基板１ｃの材料としては、例えば、チタン酸鉛，チタン酸ジルコン酸鉛，ニオブ酸ナトリウム，ニオブ酸カリウム，ビスマス層状化合物等を基材とする圧電セラミックスや、水晶，タンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶を用いて形成することができる。

第１振動電極１ａは、この例では第１圧電基板１ｃの上面の中央部分から一方の端部にわたる領域に形成されたものであり、第２振動電極１ｂは、この例では第１圧電基板１ｃの下面の中央部分から他方の端部にわたる領域に形成されたものである。第１振動電極１ａおよび第２振動電極１ｂの材料としては、例えば、金，銀，銅，アルミニウム等の金属を用いることができ、それぞれ第１圧電基板１ｃの表面に0.1μｍ〜３μｍ程度の厚みに被着される。このような圧電素子１は、両端部から第１振動電極１ａおよび第２振動電極１ｂ間に電圧を印加したとき、第１振動電極１ａと第２振動電極１ｂとが対向する領域において、特定の周波数で厚み縦振動もしくは厚みすべり振動の圧電振動を発生させる。

ケース３は、容量基板２とともに形成した空間に収納している圧電素子１を外部からの物理的な影響や化学的な影響から保護する機能と、容量基板２とともに形成した空間内への水等の異物の浸入を防ぐための気密封止機能を有している。このようなケース３の材料としては、例えば、樹脂，ガラス，セラミックス等を用いることができる。本発明の圧電発振子10においては、ケース３にはエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂材料を用いており、さらに、無機フィラーを25〜80質量％の割合で含有させて容量基板２との熱膨張係数の差を小さくして、温度変化によってケース３と容量基板２との間に生じる熱膨張・熱収縮の差を小さくすることにより、信頼性を向上させている。

次に、図３（ａ）は図１の圧電発振子10のケース３を下方から見た外観斜視図であり、図３（ｂ）は図１の圧電発振子10からケース３を取り除いた状態の外観斜視図である。図２および図３(ｂ)に示すように、本例の圧電発振子10においては、前述の圧電素子１が、両方の端部に形成された導電性接続材７ａ，７ｂを用いて容量基板２の上面に形成された第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂと電気的に接続され、かつ固定されたものとなっている。

導電性接続材７ａ，７ｂは、容量基板２と圧電素子１との間に介在することによって、容量基板２の上面と圧電素子１との間に所定の空間（間隙）を確保する機能も有している。このような導電性接続材７ａ，７ｂとしては、例えば半田や導電性接着剤等が用いられ、例えば、半田であれば、銅，錫，銀からなる鉛を含まない半田材料等を用いる。また導電性接着剤であれば、銀，銅，ニッケル等の導電性粒子を75〜95質量％含有したエポキシ系の導電性樹脂等を用いる。また、弾性に優れる点から、シリコーン系の樹脂からなる導電性樹脂等も好適に用いられる。

容量基板２は、第２圧電基板２ｃの一方の主面（本例では上面）に第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂがそれぞれ被着され、第２圧電基板２ｃの他方の主面（本例では下面）に、第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとにまたがって対向するグランド電極６が被着された構造となっている。

本例のように第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６とが第２圧電基板２ｃを介して対向する場合は、第１容量電極２ａおよびグランド電極６が対向する領域と第２容量電極２ｂおよびグランド電極６が対向する領域とは、面積が等しくなるように設定されることにより、それぞれの対向する領域で得られる静電容量が等しくなる。また、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６とが第２圧電基板２ｃを介して対向する場合は、第１容量電極２ａおよびグランド電極６が対向する領域と第２容量電極２ｂおよびグランド電極６が対向する領域とを大きくできるので、容量を大きく形成することができる。なお、それぞれの対向する領域で得られる静電容量は、圧電発振子10が接続されてともに発振回路を構成する増幅回路素子の特性によって定められる。

第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂには、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂの中央側の側辺部から容量基板２の中央部に向かって伸びる容量形成部２ｅが設けられており、この容量形成部２ｅが容量基板２の下面中央に形成されたグランド電位のグランド電極６との間で静電容量を得られるように構成されている。なお、このグランド電位のグランド電極６は、第２圧電基板２ｃの側面に到達して厚み方向に伸びるように容量基板２の側部に形成された側部グランド電極６ａと電気的に接続されている。

図４は本例の圧電発振子10の等価回路図である。図４に示すように、本例の圧電発振子10は、圧電素子１（圧電共振子）の両端に容量基板２においてグランドとの間で静電容量が形成された容量素子が接続されて圧電共振回路が構成されており、例えば、通信機器や電子機器に用いられるマイクロコンピュータのクロック源に用いる発振部品とすることができる。

本例の圧電発振子10においては、容量基板２を構成する第２圧電基板２ｃは、例えば、長さが0.6ｍｍ〜５ｍｍ程度、幅が0.5ｍｍ〜４ｍｍ程度、厚みが0.05ｍｍ〜１ｍｍ程度の四角形状の平板として形成された、誘電率が高い基板である。第２圧電基板２ｃの材料には、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛，ニオブ酸ナトリウム，ニオブ酸カリウム，ビスマス層状化合物等を基材として分極処理を行なった圧電セラミックスを用いることができる。

本例の圧電発振子10においては、第１容量電極２ａ、第２容量電極２ｂおよびグランド電極６は、グランド電極６が、第２圧電基板２ｃの他方の主面に第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとにまたがって対向して被着されている。このように第１容量電極２ａ，第２容量電極２ｂおよびグランド電極６を形成することにより、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６との間で必要な容量を形成しながら、第２圧電基板２ｃの他方の主面（下面）に比較的広い面積で形成されるグランド電極６を実装用の電極として用いることができ、十分な強度で強固に実装することが容易な圧電発振子10になる。

また、第１容量電極２ａ，第２容量電極２ｂ，グランド電極６の材料としては、金，銀，銅，アルミニウム等の金属粉末を樹脂中に分散させてなる導電性樹脂や、それら金属粉末にガラス等の添加物を加えて焼き付けた厚膜導体等を用いることができる。例えば、導電性フィラーとして金，銀，銅，ニッケル等の金属粉末をエポキシ樹脂中に分散させた導電性樹脂ペーストを準備しておいて、この導電性樹脂ペーストを第２圧電基板２ｃに対して上下面の所定の部位に、例えばスクリーン印刷法やローラー転写法等を用いて塗布した後に、加熱や紫外線照射により樹脂を硬化させることによって形成することができる。

本例の圧電発振子10によれば、第１圧電基板１ｃの表面に第１圧電基板１ｃを挟んで互いに対向する第１振動電極１ａおよび第２振動電極１ｂが被着されてなる圧電素子１と、第２圧電基板２ｃの一方の主面に第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂがそれぞれ被着され、他方の主面に、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとの間で容量を形成するためのグランド電極６が被着された容量基板２とを備え、容量基板２に圧電素子１が導電性接続材７ａ，７ｂを介して搭載されることによって容量基板２に対して圧電素子１がその周囲に振動のための空間を確保して配置され、第１容量電極２ａと第１振動電極１ａとが導電性接続材７ａを介して、および第２容量電極２ｂと第２振動電極１ｂとが導電性接続材７ｂを介してそれぞれ電気的に接続されていることから、圧電素子１の入力側の端子（例えば第１振動電極１ａ）と出力側の端子（例えば第２振動電極１ｂ）とを同電位に保ちつつ、容量基板２の第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６との間に電位差が発生するように電圧を印加できるので、圧電素子１の第１圧電基板１ｃの圧電材料の分極度に影響を与えることなく容量基板２中の第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６とが容量を形成する容量形成部２ｅのみの第２圧電基板２ｃの圧電材料に分極度を変化させることが可能となるため、容量形成部２ｅの分極度を変化させることによって誘電率を変化させて容量値を変化させることができ、それにより圧電素子１の特性を変化させることなく圧電発振子10の発振周波数を調整することができる。

また、本例の圧電発振子10によれば、圧電素子１が容量基板２の一方の主面に導電性接続材７ａ，７ｂを介して搭載されるときには、容量基板２と圧電素子１とを導電性接続材７ａ，７ｂを介して微小な間隙を有して振動のための空間を確保した状態で積み重ねて一体化できるので、圧電素子１の搭載面積を小さくすることができ、効率的な小型化が可能である。

なお、本例の圧電発振子10においては、導電性接続材７ａ，７ｂを介さずに圧電素子１と容量基板２とを電気的に接続する構造としては、例えば第２振動電極１ｂが第１圧電基板１ｃの端部の上面に回りこんで形成されたものとし、第１圧電基板１ｃの下面の両端部を容量基板２の上面と絶縁性の接合部材で固定して、第１圧電基板１ｃの上面の第１振動電極１ａおよび第２振動電極１ｂを第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとワイヤボンディングにより接続する構造がある。

また、本例の圧電発振子10によれば、第１圧電基板１ｃおよび第２圧電基板２ｃが同じ強誘電体材料からなるときには、第１圧電基板１ｃと第２圧電基板２ｃとの熱膨張係数が等しいものとなり、第１圧電基板１ｃおよび第２圧電基板２ｃに加わる熱量の変化によって第１圧電基板１ｃおよび第２圧電基板２ｃが膨張・収縮しても両圧電基板１ｃ・２ｃ間の膨張量・収縮量が等しくなり、第１圧電基板１ｃおよび第２圧電基板２ｃ間の応力を小さく抑えることができるので、第１圧電基板１ｃと第２圧電基板２ｃとに異なる強誘電体材料を用いた場合に比べて、熱履歴による破損が少なく信頼性の高い圧電発振子10となる。

このように第１圧電基板１ｃおよび第２圧電基板２ｃの材料を同じ強誘電体材料（圧電材料）とし、第１圧電基板１ｃと第２圧電基板２ｃとの熱膨張係数を等しくすることで、信頼性が高く、かつ高周波領域の共振特性を重視する場合には、第１圧電基板１ｃは高周波領域の共振特性に優れるチタン酸鉛（ＰＴ）が好適であり、第２圧電基板２ｃにもチタン酸鉛（ＰＴ）を用いる。第１圧電基板１ｃと第２圧電基板２ｃとに同じ強誘電体材料を用いることにより、第１圧電基板１ｃと第２圧電基板２ｃとの間に熱履歴によって発生する応力を小さく抑えることができる。

また、容量基板２で高い静電容量を必要とするのであれば、例えば第１圧電基板１ｃには高周波領域での共振特性に優れる材料であるチタン酸鉛（ＰＴ）を用い、第２圧電基板２ｃには比誘電率の高いチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの強誘電体材料を用いるのが適当である。

本例の圧電発振子10においては、第２圧電基板２ｃの上面に形成された第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂには、それぞれ第２圧電基板２ｃの側面へ最短距離で到達する延出部２ｄが設けられ、延出部２ｄが容量基板２の側面に形成された入出力端子電極２ｆと電気的に接続されている。これにより、第２圧電基板２ｃの上面に形成された第１容量電極２ａは、延出部２ｄおよび入出力端子電極２ｆを介して、第２圧電基板２ｃの下面に形成された第１実装電極４と最短距離で接続され、第２圧電基板２ｃの上面に形成された第２容量電極２ｂは、延出部２ｄおよび入出力端子電極２ｆを介して、第２圧電基板２ｃの下面に形成された第２実装電極５と最短距離で接続されるため、第１容量電極２ａと第１実装電極４とを、および第２容量電極２ｂと第２実装電極５とをそれぞれ低インダクタンスかつ低抵抗で接続することができる。また、上述のように構成した圧電発振子10を実装する際には、ワイヤボンディング等を用いることなく第１実装電極４および第２実装電極５によって表面実装することができるので、圧電発振子10を実装する電子回路や回路モジュール等の製造工程を簡略化することができる。

また、容量基板２の下面には、第２圧電基板２ｃを間に挟んで第１容量電極２ａの延出部２ｄと略対向する領域に位置して第１実装電極４が被着されており、容量基板２の厚み方向に伸びるように容量基板２の側面に形成された入出力端子電極２ｆおよび延出部２ｄを介して、第１容量電極２ａと電気的に接続されている。

また、容量基板２の下面には、第２圧電基板２ｃを間に挟んで第２容量電極２ｂの延出部２ｄと略対向する領域に位置して第２実装電極５が被着されており、容量基板２の厚み方向に伸びるように容量基板２の側面に形成された入出力端子電極２ｆおよび延出部２ｄを介して、第２容量電極２ｂと電気的に接続されている。

本例の圧電発振子10によれば、このように第２圧電基板２ｃの他方の主面（下面）に、第１容量電極２ａに電気的に接続された第１実装電極４および第２容量電極２ｂに電気的に接続された第２実装電極５が被着されていることから、圧電発振子10を回路基板等の実装基板に実装する際に、実装基板等との電気的接続のためにワイヤボンディング等を用いることなく第１実装電極４および第２実装電極５によって表面実装できるので、この圧電発振子10を実装する電子回路や回路モジュール等の製造工程を簡略化することができる。また、第２圧電基板２ｃの他方の主面（下面）に形成されている第１実装電極４および第２実装電極５とグランド電極６とによって実装基板上に表面実装される場合には、実装基板上に強固に固定されることとなるので、これにより、第２圧電基板２ｃに圧電材料を用いたことにより生じる圧電振動を小さく抑えることができる。これにより、圧電素子１に生じている圧電振動に、容量基板２で生じる圧電振動が重なる場合でも、圧電発振子10の異常発振を抑制することができる。

なお、容量基板２（第２圧電基板２ｃ）の下面に形成された第１実装電極４および第２実装電極５ならびにグランド電極６は、特に導電性樹脂を用いて形成されているときには、外部回路を構成する回路基板等から容量基板２に加わる応力をこれら電極によって緩和して容量基板２を不測の破壊等から保護する機能を持たせることができるので、信頼性の点で好ましいものとなる。

以上のような本発明の圧電発振子は、例えば、以下のような方法により製造することができる。

最初の工程では、圧電素子１および容量基板２を準備する。

第１圧電基板１ｃおよび第２圧電基板２ｃは、例えば、原料粉末にバインダを加えてプレスする方法、あるいは原料粉末を水や分散剤と共にボールミルを用いて混合した後に乾燥し、バインダ，溶剤，可塑剤等を加えてドクターブレードを用いて成型する方法等によってグリーンシート状として、これを1100℃〜1400℃程度のピーク温度で焼成して基板を形成した後に、25℃〜200℃程度の温度にて厚み方向に１ｋＶ／ｍｍ〜６ｋＶ／ｍｍ程度の電圧をかけて分極処理を施すことによって形成する。

第１圧電基板１ｃの上下面に形成される第１振動電極１ａおよび第２振動電極１ｂは、例えば、真空蒸着法，ＰＶＤ法，スパッタリング法等を用いて第１圧電基板１ｃの上下面に金属膜を被着し、厚みが１μｍ〜10μｍ程度のフォトレジスト膜をそれぞれの金属膜上にスピンコート法等を用いて形成した後に、フォトエッチングによってパターニングすることによって、第１圧電基板１ｃの上下面に形成する。これにより圧電素子１を作製し準備する。

第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂ，第１実装電極４および第２実装電極５，グランド電極６は、導電性樹脂を用いる場合であれば、例えば、導電性フィラーとして銀，銅，ニッケル等の金属粉末を75〜95質量％程度の量でエポキシ樹脂中に分散させた導電性樹脂ペーストを準備しておいて、この導電性樹脂ペーストを第２圧電基板２ｃに対して上下面の所定の部位に、例えばスクリーン印刷法やローラー転写法等を用いて塗布した後に加熱や紫外線照射により樹脂を硬化させることによって形成することができる。これらの電極の厚みは、例えば10μｍ〜60μｍ程度とすればよい。また、半田付け性向上のために、これら電極の表面に銅，ニッケル，錫，金等を用いてメッキ膜を被着してもよい。以上のようにして容量基板２を作製し準備する。

次の工程では、容量基板２上に、導電性接着剤からなる導電性接続材７ａ，７ｂを用いて圧電素子１を搭載する。

導電性接続材７ａ，７ｂは、金属粉末を樹脂中に分散させてなる接着剤を用いて、この導電性接着剤をディスペンサ等を用いて第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂ上に塗布しておいて、この上に、第１容量電極２ａ上の導電性接続材７ａに第１振動電極１ａを、第２容量電極２ｂ上の導電性接続材７ｂに第２振動電極１ｂをそれぞれ接続するように圧電素子１を載せ、加熱または紫外線照射により導電性接着剤の樹脂を硬化させる。このとき、導電性接着剤が硬化する前の状態で、導電性接続材７ａ，７ｂが圧電素子１のそれぞれの端部において第１圧電基板１ｃの下面側から上面側へと回り込むようにしておくことにより、導電性接続材７ａが第１振動電極１ａに電気的に接続し、導電性接続材７ｂが第２振動電極１ｂに確実に電気的に接続することができる。

次の工程では、圧電素子１を覆うようにして、ケース３の下側の凹部３ａの開口周縁面３ｂを容量基板２の上面に接合する。

ケース３は、無機フィラーを樹脂中に分散させて成る熱硬化性樹脂の射出成形により予め作製して準備しておく。準備しておいたケース３の下側の開口周縁面３ｂに熱硬化性の絶縁性接着剤を塗布し、圧電素子１が凹部３ａの内側に位置するようにしてケース３を容量基板２の上面に載せる。しかる後に、ケース３または容量基板２を加熱することにより絶縁性接着剤を100〜150℃に温度上昇させて硬化させ、ケース３を容量基板２の上面に接合する。これにより、基本的に圧電発振子10が作製される。

そして、次の工程では、圧電発振子10の側面に、入出力端子電極２ｆおよび側部グランド電極６ａを形成する。

入出力端子電極２ｆおよび側部グランド電極６ａは、金属粉末を樹脂中に分散させた導電性樹脂ペーストを準備しておいて、この導電性樹脂ペーストを圧電発振子10の側面（容量基板２の側面およびケース３の側面）に、例えばスクリーン印刷法やローラー転写法等を用いて塗布し、しかる後に、加熱や紫外線照射により樹脂を硬化させることによって形成することができる。また、入出力端子電極２ｆの形成においては、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂの延出部２ｄが第２圧電基板２ｃの側面に達した露出部と、第１実装電極４および第２実装電極５が第２圧電基板２ｃの側面に達した端部とを覆うように、第２圧電基板２ｃの側面からケース３の側面にかけて導電性樹脂ペーストを塗布し、側部グランド電極６ａの形成においては、グランド電極６が第２圧電基板２ｃの側面に達した端部を覆うように、第２圧電基板２ｃの側面からケース３の側面にかけて導電性ペーストを塗布する。

なお、ケース３の下側の凹部３ａの開口周縁面３ｂの外周を、容量基板２の上面の外周よりも内側に位置するようにしておけば、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂの延出部２ｄの露出部を大きく確保することができるので、入出力端子電極２ｆと第１容量電極２ａの延出部２ｄとの電気的な接続および第２容量電極２ｂの延出部２ｄとの電気的な接続を安定して行なうことができる。

このようにして得られた圧電発振子10について、前述の方法により製造した本例の圧電発振子10の第１振動電極１ａと第２振動電極１ｂとが同電位となるように第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂに同電位の電圧を印加し、圧電素子１に印加される電圧によって第１振動電極１ａと第２振動電極１ｂとの間に電位差が生じないように、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６との間にのみ電位差を発生させ、第２圧電基板２ｃの圧電材料の分極度を変化させて誘電率を変化させる。また、容量基板２中の第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６との間に分極処理の際に印加した電圧と逆向きの電圧を印加することで、一旦、分極処理を行なった圧電基板の分極度を小さくすることもできる。このように本発明の圧電発振子によれば、組立工程の後に、圧電素子１の特性に影響を与えずに容量基板２の容量を調整して、圧電発振子10の発振周波数を精密に調整することができる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更や改良等が可能である。

例えば、前述の本発明の圧電発振子の一例において、容量基板２に形成される第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂ，第１実装電極４，第２実装電極５，グランド電極６，入出力端子電極２ｆおよび側部グランド電極６ａは、同じ組成の導電性樹脂を用いて形成しても構わない。この場合には、容量基板２の一方の主面および他方の主面に形成されている各電極の熱膨張係数が同じであるため、容量基板２の一方の主面および他方の主面の各電極の熱膨張・熱収縮の差は少なくなり、容量基板２の変形を小さくして熱履歴による破損を防ぐことができる。

また、前述の本発明の圧電発振子の一例において、ケース３と容量基板２とは絶縁性接着剤を用いて接合しているが、接着剤を用いない方法で接合することも可能である。例えば、ケース３の材料として接着性を有する樹脂を用いることにより、ケース３の開口周縁面３ｂを溶解させることが可能な溶剤を開口周縁面３ｂ全体に滴下してケース３の開口周縁面３ｂを溶解させておいて、この溶解した樹脂によりケース３を容量基板２と接合することができる。この場合には、接合部分でのケース３と容量基板２との熱膨張・熱収縮の差が接着剤を用いて接合した場合に比べて小さくなり、ケース３が容量基板２から取れにくくなる。

また、容量基板２は、第２圧電基板２ｃの一方の主面に第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとが並べて被着され、同一主面上に第２グランド電極６ｂが第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとのギャップ間で容量を形成するように並べて被着されている構造としてもよい。このような構造とした場合には、圧電素子１とグランド電極６とが容量基板２上で重ならないため、圧電素子１の第１振動電極１ａまたは第２振動電極１ｂとグランド電極６との間で容量が形成されることがなくなるので、圧電素子１と容量基板２とが互いに影響を及ぼしにくくなるため、精度の高い周波数調整ができる圧電発振子10となる。

また、本例の圧電発振子10における圧電素子１と容量基板２の接続方法としては、圧電素子１が容量基板２上に導電性接続材７ａ，７ｂを介して積み重ねられて電気的に接続されているが、圧電素子１と容量基板２とが実装基板上の離れた位置に配置されて、配線を用いて接続されていてもよい。このように配置した場合には、圧電素子１とグランド電極６との間に微小な容量が形成されることがなくなるので、圧電素子１と容量基板２との間で互いに及ぼし合う影響が小さくなるため、精度の高い周波数調整ができる圧電発振子10となる。

また、前述の本発明の圧電発振子の一例において、第２圧電基板２ｃは、集合基板の段階で厚み方向、幅方向もしくは長さ方向に分極処理された圧電基板を用いているが、第１容量電極２ａ，第２容量電極２ｂおよびグランド電極６が被着された後で、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂを同電位に保ちつつ、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６との間に電位差が発生するように電圧を印加して第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとの間のみに部分的に分極処理を施してもよい。

また、前述の本発明の圧電発振子の一例において、第２圧電基板２ｃは、集合基板の段階で厚み方向、幅方向もしくは長さ方向に分極処理された圧電基板を用いているが、容量基板２上に圧電素子１を実装した後で、容量基板２の第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６との間に電位差が発生するように電圧を印加して第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとの間のみに部分的に分極処理を施してもよい。

また、図９は本発明の圧電発振子の実施の形態の他の例を示す断面図である。本例においては前述した圧電発振子の実施の形態の一例と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素については同一の符号を用いて重複する説明を省略する。

図９に示す例の圧電発振子20の容量基板22は、第２圧電基板２ｃの一方の主面に第１容量電極２ａ，グランド電極６ｂ，第２容量電極２ｂが並べて被着されており、第１容量電極２ａおよびグランド電極６ｂの間で形成される容量はそれぞれの電極間に存在している第２圧電基板２ｃの一方の主面付近で形成され、第２容量電極２ｂおよびグランド電極６ｂの間で形成される容量はそれぞれの電極間に存在している第２圧電基板２ｃの一方の主面付近で形成されている。グランド電極６ｂは、側部グランド電極６ａと接続されて、第２圧電基板２ｃの他方の主面に形成されているグランド電極６と接続されている。

このような図９に示す例の圧電発振子20によれば、第１容量電極２ａ，第２容量電極２ｂおよびグランド電極６ｂを同じ製造工程で同時に被着できるため、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６との間の位置にずれが生じないため、精度の高い周波数調整ができる圧電発振子20となる。

また、このような図９に示す例の圧電発振子20によれば、第２圧電基板２ｃの一方の主面に被着された第１容量電極２ａ，第２容量電極２ｂおよびグランド電極６ｂと第２圧電基板２ｃの他方の主面に被着された第１実装電極４，第２実装電極５およびグランド電極６との位置にずれが生じたとしても、第１容量電極２ａおよびグランド電極６間に形成される容量と第１実装電極４，グランド電極６ｂ間に形成される容量との合計と、第２容量電極２ｂ，グランド電極６間に形成される容量と第２実装電極５，グランド電極６ｂ間に形成される容量との合計との比は常に一定であり、容量を比較的調整しやすいので、精度の高い周波数調整ができる圧電発振子20となる。

また、図10は本発明の圧電発振子の実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。本例においては、前述した圧電発振子の実施の形態の一例と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素については同一の符号を用いて重複する説明を省略する。

図10に示す例の圧電発振子30は、第２圧電基板32ｃが２層の圧電体層32ｆ，32ｇが積層されてなり、一方の主面に被着された第１容量電極２ａと他方の主面に被着されたグランド電極６との対向領域Ｓ１、および一方の主面に被着された第２容量電極２ｂと他方の主面に被着されたグランド電極６との対向領域Ｓ２において、圧電体層間32ｆ−32ｇに他の電極２ａ，２ｂ，６とは電気的に隔離された内部電極32ｈが配置されているとともに、この内部電極32ｈを境に上下の圧電体層32ｆ，32ｇにおける分極方向が圧電体層32ｆ，32ｇの厚み方向の上下に逆向きとなっている。例えば、圧電体層32ｆが圧電体32ｆの厚み方向の上向きに分極されているときには、圧電体層32ｇが圧電体層32ｇの厚み方向の下向きに分極されている。

図10に示す例の圧電発振子30によれば、それぞれの対向領域Ｓ１，Ｓ２において、第１容量電極２ａとグランド電極６との間、および第２容量電極２ｂとグランド電極６との間のそれぞれに、圧電体層32ｆ，32ｇを誘電体層とする２つのコンデンサが直列接続された構成となっており、それら直列接続された２つのコンデンサにおける電界の向きは、圧電体層32ｆ，32ｇの厚み方向の上向きまたは下向きであり、２つのコンデンサにおいて同じである。その上で、対向領域Ｓ１，Ｓ２における圧電体層32ｆ，32ｇの分極方向を内部電極32ｈを境にして上下で厚み方向の上下に逆向きにしているので、対向領域Ｓ１，Ｓ２において第１容量電極２ａとグランド電極６との間および第２容量電極２ｂとグランド電極６との間に電圧を印加すると、内部電極32ｈを境にした上下の圧電体層32ｆ，32ｇのうち一方が伸びて他方が縮むことになる。例えば、圧電体層32ｆが圧電体層32ｆの厚み方向に伸びて、圧電体層32ｇが圧電体層32ｇの厚み方向に縮むことになる。すなわち、第１容量電極２ａとグランド電極６との間、および第２容量電極２ｂとグランド電極６との間に電圧を印加したときの第２圧電基板32ｃは、第２圧電基板32ｃの２層の圧電体層32ｆ，32ｇのうちの一方がその厚み方向に伸びるときには他方がその厚み方向に縮むことになり、２層の圧電体層32ｆ，32ｇのそれぞれの厚みの変化量が相殺されて全体的には厚みの変化が小さくなるので、第２圧電基板32ｃの厚み方向に振動するような圧電振動を小さく抑えることができる。したがって、第２圧電基板32ｃの圧電振動による、周波数−インピーダンス特性における所望の周波数以外での不要なピークの発生を抑制することができるものとなる。

また、本例の圧電発振子30においては、グランド電極６の位置が、第２圧電基板32ｃを厚み方向に見て、第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとの間隙領域と重なる構造になっている。このため、実装上の理由などからグランド電極６の面積を大きくすることができないときには、対向領域Ｓ１，Ｓ２の面積を大きくすることが困難である。本例の圧電発振子30によれば、配置場所に制約が無い内部電極32ｈを圧電体層間32ｆ−32ｇに配置することにより、第１容量電極２ａと内部電極32ｈとが対向する面積、第２容量電極２ｂと内部電極32ｈが対向する面積およびグランド電極６と内部電極32ｈとが対向する面積を十分に確保することができるので、大きな容量を得ることができるようになって容量の選択範囲が広くなり、発振周波数を設定しやすい圧電発振子30とすることが可能となる。

なお、本例の圧電発振子30においては、少なくとも対向領域Ｓ１，Ｓ２において内部電極32ｈを境に上下の圧電体層32ｆ，32ｇの分極方向が逆向きとなっている必要があるというものであり、第２圧電基板32ｃ全体において圧電体層間32ｆ−32ｇを境に上下の圧電体層32ｆ，32ｇの分極方向が逆向きとなるようにしてもよい。また、内部電極32ｈは、図10に示す構造においては対向領域Ｓ１とＳ２とにわたって一体的に、かつ対向領域Ｓ１，Ｓ２よりも広めに形成されているが、対向領域Ｓ１，Ｓ２のそれぞれに分離させて独立したものを配置する構成としてもよい。

このような第２圧電基板32ｃは、例えば、前述した第１圧電基板１ｃおよび第２圧電基板２ｃを作製する方法により、圧電体層32ｆとしての上側基板およびこの上側基板とは分極方向が逆向きの圧電体層32ｇとしての下側基板を作製しておいて、上側基板の上面に第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂを被着するとともに、下側基板の上面に内部電極32ｈを、下面にグランド電極６，第１実装電極４および第２実装電極５を被着して、これら上側基板および下側基板をプリプレグを介して貼り合わせ、加熱してこのプリプレグを硬化させて圧電体層32ｆと32ｇとを一体化させることにより作製することができる。

また、図11は本発明の圧電発振子の実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。本例においては、前述した圧電発振子の実施の形態の一例と異なる点のみについて説明し、同様の構成要素については同一の符号を用いて重複する説明を省略する。

図11に示す例の圧電発振子40は、グランド電極６ｂが、第２圧電基板２ｃの一方の主面の第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとの間に被着されており、第２圧電基板２ｃの分極方向が、第１容量電極２ａおよびグランド電極６ｂの間の容量形成領域Ｓ３と第２容量電極２ｂおよびグランド電極６ｂの間の容量形成領域Ｓ４とで第２圧電基板２ｃの主面に平行な方向において逆向きとなっている。例えば、容量形成領域Ｓ３では、第２圧電基板２ｃの主面に平行にグランド電極６ｂ側から第１容量電極２ａ側に向かう方向に分極され、容量形成領域Ｓ４では主面に平行にグランド電極６ｂ側から第２容量電極２ｂ側に向かう方向に分極されている。

図11に示す例の圧電発振子40によれば、第１容量電極２ａおよびグランド電極６ｂの間と第２容量電極２ｂおよびグランド電極６ｂの間それぞれにおける電界の向きはいずれも同じである。例えば、第２圧電基板２ｃの主面に平行に第１容量電極２ａから第２容量電極２ｂに向かう方向に電界がかかっている。その上で、容量形成領域Ｓ３，Ｓ４における第２圧電基板２ｃの分極方向を第２圧電基板２ｃの主面に平行な方向で逆向きにしているので、容量形成領域Ｓ３，Ｓ４において第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとの間に電位差が発生すると、容量形成領域Ｓ３，Ｓ４のうち一方が伸びて他方が縮むことになる。例えば、容量形成領域Ｓ３の分極方向と電界の向きとが同じになり、容量形成領域Ｓ４の分極方向と電界の向きとが互いに逆向きになるときには、容量形成領域Ｓ３が第２圧電基板２ｃの主面に平行な方向に伸びて、容量形成領域Ｓ４が第２圧電基板２ｃの主面に平行な方向に縮むことになる。すなわち、第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとの間に電圧を印加したときの第２圧電基板２ｃは、上述したように、容量形成領域Ｓ３と容量形成領域Ｓ４のうち分極方向と電界の向きとが同じ方向になる側では第２圧電基板２ｃの主面に平行な方向に伸びて、分極方向と電界の向きとが逆方向になる側では第２圧電基板２ｃの主面に平行な方向に縮むこととなり、それぞれの分極方向の変化量が相殺されて全体的には変化が小さくなるので、第２圧電基板２ｃの主面に平行な向きの圧電振動を小さく抑えることができる。したがって、第２圧電基板２ｃの圧電振動による、周波数−インピーダンス特性における所望の周波数以外での不要なピークの発生を抑制することができるものとなる。

このような図11に示す例の容量基板42として、第２圧電基板２ｃの長さを3.2ｍｍ、幅を1.2ｍｍ、厚みを0.3ｍｍとし、グランド電極６ｂと第１容量電極２ａとの間隔およびグランド電極６ｂと第２容量電極２ｂとの間隔をそれぞれ0.2ｍｍとし、下面に形成したグランド電極６と第１実装電極４と第２実装電極５の間隔を0.8ｍｍとした容量基板42を作製し測定を行なった。第１実装電極４と第２実装電極５をグランドとし、グランド電極６ｂに25℃で、0.75ｋＶの直流電圧（分極電圧）を20秒印加し、分極を行なった。その後、インピーダンスアナライザーを用いて周波数−インピーダンス特性の測定を行なった。図12は、第２圧電基板２ｃのみのインピーダンス波形を示すグラフである。グラフの描くカーブは滑らかなものとなっており、共振に伴う不要なピークの発生が有効に抑えられていることが確認できた。

また、本例の圧電発振子40は、グランド電極６ｂが、第２圧電基板２ｃの一方の主面の第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとの間に被着されていることから、グランド電極６ｂの面積を大きくすることにより、第１容量電極２ａおよびグランド電極２ｂの間と第２容量電極２ｂおよびグランド電極６ｂの間とのそれぞれの間隔（ギャップ）を小さくすることができる。したがって、グランド電極６ｂの面積を大きくしたときには、第１容量電極２ａおよびグランド電極６ｂの間の間隔（ギャップ）と第２容量電極２ｂおよびグランド電極６ｂの間の間隔（ギャップ）とを狭くすることができるので、大きな容量を得ることができるようになって、容量の選択範囲が広くなり、発振周波数を設定しやすい圧電発振子40とすることが可能となる。

また、上述した第１容量電極２ａおよびグランド電極２ｂの間と第２容量電極２ｂおよびグランド電極６ｂの間とのそれぞれの間隔を樹脂で覆ったときには、第１容量電極２ａおよびグランド電極２ｂの間と第２容量電極２ｂおよびグランド電極６ｂの間とのそれぞれでのショートを防止することができる。

このような第２圧電基板２ｃは、グランド電極６ｂを、第２圧電基板２ｃの一方の主面の第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとの間に被着した後、第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂを同電位として、これらの電極とグランド電極６ｂとの間に電圧を印加することによって、第２圧電基板２ｃの分極方向が、第１容量電極２ａおよびグランド電極６ｂの間の容量形成領域Ｓ３と第２容量電極２ｂおよびグランド電極６ｂの間の容量形成領域Ｓ４とで逆向きとなるよう分極を行なうことにより作製する。

本発明の圧電発振子として図１に示す例の圧電発振子10のサンプルを作製し、発振周波数の分極電圧に対する依存性を測定した。

圧電素子１としては、チタン酸鉛を主成分とし、長さが1.0ｍｍ、幅が0.2ｍｍ、厚みが40μｍの直方体状の第１圧電基板１ｃの長辺方向に分極処理した、厚み滑り振動モードの基本波を使用するエネルギー閉じ込め型の圧電素子１を用いた。また、ケース３としては、エポキシ樹脂中に全体の80質量％を占める無機フィラーとしての二酸化珪素の粉末および全体の３質量％を占めるアルミナ珪酸ガラスの粉末を分散させてなる絶縁性樹脂を射出成形することにより、下側に複数の凹部３ａを設けた集合ケース部材として加工した。

容量基板２としては、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする分極処理した長さが0.6ｍｍ、幅が0.5ｍｍ、厚みが0.05ｍｍの四角形状の平板を多数個取りする集合基板を作製し、エポキシ樹脂中に全体の85質量％を占める銀粉末を分散させて成る導電性樹脂を用いて、上面に第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂを被着し、下面に第１実装電極４，第２実装電極５およびグランド電極６を被着した。また、容量基板２の上面の第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂの厚みは15μｍを目標値として形成した。また、分極処理は1.5ｋＶ／ｍｍの直流電圧を25℃，電圧印加時間30分間の条件で、第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとを接地し、グランド電極６に分極電圧を印加することで、グランド電極６と第１容量電極２ａとの間およびグランド電極６と第２容量電極２ｂとの間に電位差を発生させることにより行なった。以下では、分極電圧の印加方向はグランド電極６から第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂに向かう方向を順方向とし、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂからグランド電極６に向かう方向を逆方向とする。

準備した容量基板２の上面のそれぞれの第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂ上に、シリコーン樹脂中に全体の80質量％を占める銀粉末を分散させた導電性接続材７ａ，７ｂをディスペンサを使って塗布し、さらにこの上にそれぞれ圧電素子１を載せ、しかる後に導電性接続材７ａ，７ｂを硬化させることにより、容量基板２上に圧電素子１を搭載した。これによって、搭載される圧電素子１の振動が阻害されない程度の高さを導電性接続材７ａ，７ｂで確保した。次に、ケース３の下側の開口周縁面３ｂにエポキシ樹脂からなる絶縁性接着剤を塗布し、それぞれの圧電素子１が対応する凹部３ａの内側に位置するようにしてケース３を容量基板２の集合体である集合容量基板の上面に載せ、しかる後に、160℃に加熱しながらケース３を下方に向かって0.2ＭＰａで40分間加圧することにより、絶縁性接着剤を硬化させた。

そして、接合された集合ケース部材および集合容量基板を圧電発振子10の境界に沿ってダイシングソーを使って個々の圧電発振子10に切断し、切断することにより露出した圧電発振子10の側面に入出力端子電極２ｆおよび側部グランド電極６ａを形成することにより、本発明の圧電発振子のサンプルを作製した。

上記の方法により製造された本発明の圧電発振子のサンプルについて、完成品の状態で第１容量電極２ａと第２容量電極２ｂとを接地しつつ、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６との間に、最初に−1.5ｋＶ／ｍｍ〜＋2.5ｋＶ／ｍｍの直流電圧を25℃，電圧印加時間各１秒間の条件で印加し、容量形成部２ｅの第２圧電基板２ｃに対して分極処理を行なったときの、容量基板２の分極電圧に対する容量値の変化，容量基板２の容量値に対する圧電発振子10の発振周波数の周波数変化率およびその結果としての容量基板２の分極電圧に対する圧電発振子10の発振周波数の周波数変化率を測定した結果を、それぞれ図６，図７および図８の線図に示す。なお、このとき第１振動電極１ａおよび第２振動電極１ｂには同電位の分極電圧が印加されるため、圧電素子１の分極率に変化は見られなかった。

図６は、分極電圧の印加による容量基板２の容量値の変化を示す線図である。横軸は印加した分極電圧（単位：ｋＶ／ｍｍ）を、縦軸は容量基板２の容量値（単位：ｐＦ）を表し、特性曲線は分極電圧の印加に伴う容量基板２の容量値の変化の様子を示している。図６に示す結果から分かるように、分極電圧を変化させることにより、その電圧の大きさ（第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６との間の電位差に相当）に応じて容量基板２の容量値が変化していることが分かる。

次に、図７は、容量基板２の容量値の変化と本実施例の圧電発振子10の周波数変化率（元の発振周波数に対する変化した発振周波数と元の発振周波数との差の比率）との関係を示す線図である。横軸は分極電圧を印加したことによって変化した容量基板２の容量値（単位：ｐＦ）を、縦軸は周波数変化率（単位：％）を表し、特性曲線は容量基板２の容量値の変化に伴う周波数変化率の変化の様子を示している。図７に示す結果から分かるように、分極電圧を変化させて容量基板２の容量値が変化することにより、圧電発振子10の周波数変化率が変化していることが分かる。

そして、図８は、分極電圧の印加による発振周波数の周波数変化率の変化を示す線図である。横軸は印加した分極電圧（単位：ｋＶ／ｍｍ）を、縦軸は圧電発振子10の発振周波数の周波数変化率（単位：％）を表し、特性曲線は分極電圧の印加に伴う周波数変化率の変化の様子を示している。図８に示す結果から分かるように、容量基板２に印加する分極電圧を変化させることにより、それに応じて周波数変化率が変化しており、圧電発振子10の発振周波数が変化していることが分かる。

以上をまとめると、本例の圧電発振子10は、分極処理を施した容量基板２上に圧電素子１を搭載していることから、負の分極電圧を印加して容量基板２の容量値を減少させて圧電発振子10の発振周波数を若干上昇させ、正の分極電圧を印加して容量基板２の容量値を増加させて圧電発振子10の発振周波数を若干減少させることが可能となっている。

すなわち完成品状態の圧電発振子10の容量基板２への分極電圧の印加により圧電発振子10の発振周波数を高くすることや低くすることが可能であり、完成品状態での圧電発振子10の発振周波数を微調整することが可能となる。

以上の結果より、本発明の圧電発振子10によれば、第１圧電基板１ｃの表面に第１圧電基板１ｃを挟んで互いに対向する第１振動電極１ａおよび第２振動電極１ｂが被着されてなる圧電素子１と、第２圧電基板２ｃの一方の主面に第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂがそれぞれ被着され、他方の主面に、第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとの間で容量を形成するためのグランド電極６が被着された容量基板２とを備え、容量基板２に対して圧電素子１がその周囲に振動のための空間を確保して配置され、第１容量電極２ａと第１振動電極１ａとが、および第２容量電極２ｂと第２振動電極１ｂとがそれぞれ電気的に接続されていることから、圧電素子１の入力側の端子（第１振動電極１ａ）と出力側の端子（第２振動電極１ｂ）とを同電位に保ちつつ、容量基板２の第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６との間に第２圧電基板２ｃの容量形成部２ｅについて分極率を変化させるための電圧を印加できるので、第１振動電極１ａおよび第２振動電極１ｂの間には電位差を発生するような電圧が印加されず、圧電素子１の圧電材料の分極度に影響を与えることなく、容量基板２中の第１容量電極２ａおよび第２容量電極２ｂとグランド電極６とが対向して容量を形成する容量形成部２ｅのみに電位差を発生させるように電圧を印加して、容量形成部２ｅの圧電材料の分極度を変化させることが可能となる。

また、圧電素子１と容量基板２とが別々の基板で構成されているため、圧電素子１には影響を及ぼさずに、容量基板２に電圧を印加して第２圧電基板２ｃの圧電材料の分極度を変化させることが可能である。

したがって、容量形成部２ｅの圧電材料の分極度を変化させることにより容量形成部２ｅの誘電率を変化させて容量値を変化させることができ、これによって、完成品の状態において精密な周波数調整ができることが確認できた。

本発明の圧電発振子の実施の形態の一例を示す外観斜視図である。 図１の圧電発振子のＡ−Ａ’線断面図である。 （ａ）は図１の圧電発振子のケースを下方から見た外観斜視図であり、（ｂ）は図１の圧電発振子のケースを取り除いた状態の外観斜視図である。 本発明の圧電発振子の実施の形態の一例の等価回路図である。 図１の圧電発振子のＢ−Ｂ’線断面図である。 容量基板への分極電圧の印加による容量基板の容量値の変化を示す線図である。 容量基板の容量値の変化による周波数変化率の変化を示す線図である。 分極電圧の印加による周波数変化率の変化を示す線図である。 本発明の圧電発振子の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の圧電発振子の実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。 本発明の圧電発振子の実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。 容量基板の周波数の変化によるインピーダンス変化を示す線図である。

符号の説明

１・・・圧電素子
１ａ・・・第１振動電極
１ｂ・・・第２振動電極
１ｃ・・・第１圧電基板
２，32，42・・・容量基板
２ａ・・・第１容量電極
２ｂ・・・第２容量電極
２ｃ，32ｃ・・・第２圧電基板
32ｆ，32ｇ・・・圧電体層
２ｄ・・・延出部
２ｅ・・・容量形成部
２ｆ・・・入出力端子電極
３・・・ケース
３ａ・・・凹部
３ｂ・・・開口周縁面
４・・・第１実装電極
５・・・第２実装電極
６，６ｂ・・・グランド電極
６ａ・・・側部グランド電極
７ａ，７ｂ・・・導電性接続材
10，20，30，40・・・圧電発振子
32ｈ・・・内部電極

Claims (7)

1. 第１圧電基板の表面に該第１圧電基板を挟んで互いに対向する第１振動電極および第２振動電極が被着されてなる圧電素子と、
   第２圧電基板の一方の主面に第１容量電極および第２容量電極がそれぞれ被着され、一方または他方の主面に、前記第１容量電極および前記第２容量電極との間で容量を形成するためのグランド電極が被着された容量基板とを備え、
   該容量基板に対して前記圧電素子がその周囲に振動のための空間を確保して配置され、前記第１容量電極と前記第１振動電極とが、および前記第２容量電極と前記第２振動電極とがそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする圧電発振子。
2. 前記グランド電極が、前記第２圧電基板の他方の主面に前記第１容量電極と前記第２容量電極とにまたがって対向して被着されていることを特徴とする請求項１記載の圧電発振子。
3. 前記圧電素子が前記容量基板の一方の主面に導電性接続材を介して搭載されていることを特徴とする請求項１記載の圧電発振子。
4. 前記第２圧電基板の他方の主面に、前記第１容量電極に電気的に接続された第１実装電極および前記第２容量電極に電気的に接続された第２実装電極が被着されていることを特徴とする請求項１記載の圧電発振子。
5. 前記第１圧電基板および前記第２圧電基板が同じ強誘電体材料からなることを特徴とする請求項３記載の圧電発振子。
6. 前記第２圧電基板は、２層の圧電体層が積層されてなり、前記第１容量電極と他方の主面に被着された前記グランド電極との対向領域および前記第２容量電極と他方の主面に被着された前記グランド電極との対向領域において、前記圧電体層間に電気的に隔離された内部電極が配置されているとともに、該内部電極を境に上下の前記圧電体層の分極方向が逆向きであることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振子。
7. 前記グランド電極が、前記第２圧電基板の一方の主面の前記第１容量電極と前記第２容量電極との間に被着されており、前記第２圧電基板の分極方向が、前記第１容量電極および前記グランド電極の間と前記第２容量電極および前記グランド電極の間とで逆向きであることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振子。

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