JP2012142974A - メサ型圧電振動片、メサ型圧電振動デバイス、発振器、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数可変感度を高くするとともに、不要な振動を抑圧したメサ型振動片およびこれを用いたメサ型振動デバイスを提供する。
【解決手段】メサ型振動片１０は、肉厚部１４および肉薄部１６を有している。励振電極２２は、肉厚部１４の主面と、メサ型振動片１０に励起される主振動の変位方向に肉厚部１４から延設した方向にある肉薄部１６の主面とに設けてある。そして主振動の変位方向における励振電極２２の一方の端部、肉厚部１４の一方の端部、肉厚部１４の他方の端部、および励振電極２２の他方の端部は、不要振動の腹の位置に配設してある。そして隣り合う端部同士では、不要振動の腹の向きが互い違いになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動エネルギーの閉じ込め効果を有するメサ型振動片およびこれを用いたメサ型振動デバイスに関するものである。

メサ型の振動片は、肉厚部および肉薄部が一体に形成された素板を有している。肉厚部は振動エネルギーを閉じ込める箇所となっており、この主面に励振電極が設けてある。また肉薄部は、肉厚部の周囲に設けてあり、この肉薄部の外形を形成する短辺の両端にそれぞれマウント電極が設けてある。そして励振電極とマウント電極は１対１に導通している。

ところで特許文献１に開示されたメサ型の振動片は、べべリングやコンベックス形状の振動片に比べて容量比γが低下するので、この容量比γの低下を防止するために、振動部の主面よりも面積の広い励振電極を設けている。すなわち文献１に記載されたメサ型の圧電振動片は、振動部および周辺部を有しており、振動部の主面および振動部に隣接した周辺部の主面の一部に励振電極を設けている。

また特許文献２に開示されたメサ型の水晶振動片は、基本波振動での容量比γ（容量比γ＝並列容量Ｃ０／等価直列容量Ｃ１）を大きくすることを目的にしたものである。この水晶振動片は、振動部とその周囲に設けた周辺部を有しており、この振動部の主面と振動部に隣接した周辺部の主面とに励振電極を設けている。特許文献２では、このような構成にすると並列容量Ｃ０を増加できるのに対し、励振電極の対向面積が一定なので、等価直列容量Ｃ１に変化はなく一定に維持されて、基本波振動での容量比γを大きくできるとしている。

また特許文献３に開示されたメサ型水晶振動片は、振動部の主面よりも小さな励振電極を、この励振電極の主面に設けている。そしてメサ型水晶振動片では、スプリアスを低減するために、不要振動である屈曲振動を抑圧している。この屈曲振動は、振動部の長辺の寸法と励振電極の長辺の寸法とを所定の値に設定することにより抑圧している。
特開２００５−９４４１０号公報 特開２００６−１０８９４９号公報 特開２００６−３４００２３号公報

本願の発明者は、振動部の主面よりも小さな励振電極を設けたメサ型振動片と、振動部の主面よりも大きな励振電極を設けたメサ型振動片とを作製し、２つのメサ型振動片を用いて容量比γの測定を行った。前述した特許文献１，２では、励振電極の面積を大きくすることにより容量比γを大きくしたとしている。ところが測定結果は、励振電極の面積を大きくして並列容量Ｃ０を大きくすると、これに伴って等価直列容量Ｃ１も大きくなり、容量比γが各メサ型振動片で同じになった。すなわち励振電極が振動部の主面よりも小さい場合と大きい場合とのいずれにおいても、容量比γは同じであった。このような測定結果から、特許文献１，２の記載に基づいてメサ型振動片を作製しても、特許文献１，２に記載されるような容量比γの大きなメサ型振動片を得ることができなかった。

またメサ型振動片を発振させるには、容量比γが小さい方が良い。すなわちメサ型振動片は、コルピッツ発振回路を用いて発振させる場合が多く、このときメサ型振動片の誘導性領域を使用している。ところがメサ型振動片が誘導性となる周波数範囲は共振周波数に対して極めて狭く、容量比γによってほぼ決まる。このため容量比γの大きいメサ型振動片は、極めて狭い周波数範囲の中でインダクタンスが急激に変わるので、発振させ難くなってしまう。なお容量比γの小さいメサ型振動片では周波数範囲が広がるので、インダクタンスが緩やかに変わり、発振させ易くなる。

また負荷容量変化の増加分に対する周波数変化の増加分として定義される周波数可変感度は、メサ型振動片の等価定数、すなわち等価直列容量Ｃ１と容量比γに依存している。そして周波数可変感度は、等価直列容量Ｃ１に比例し、容量比γに反比例している。したがって容量比γの大きいメサ型振動片は周波数可変感度が低くなるので、負荷容量に対する周波数変化の幅が小さくなってしまう。

また前述した特許文献３は、振動部の主面よりも小さな励振電極を設けた場合において、振動部および励振電極の長辺寸法を所定の値に設定して屈曲振動を抑圧したものであり、振動部の主面よりも大きな励振電極を設けた場合について開示したものでない。

本発明は、周波数可変感度を高くするとともに、不要な振動を抑圧したメサ型振動片を提供することを目的とする。また本発明は、このメサ型振動片を用いたメサ型振動デバイスを提供することを目的とする。

本発明に係るメサ型振動片は、肉厚部と、この肉厚部に隣接して設けた肉薄部とを備えた素板を有し、肉厚部の主面と、素板に励振される主振動の変位方向に沿って肉厚部の主面から延長した方向の肉薄部の主面とに励振電極を設け、主振動の変位方向における励振電極の一方の端部と、肉厚部の一方の端部と、肉厚部の他方の端部と、励振電極の他方の端部とをそれぞれ不要振動の腹となる位置に配設し、励振電極の一方の端部に不要振動の一方の方向に凸となる腹を配設し、肉厚部の一方の端部に不要振動の他方の方向に凸となる腹を配設し、肉厚部の他方の端部に不要振動の一方の方向に凸となる腹を配設し、励振電極の他方の端部に不要振動の他方の方向に凸となる腹を配設したことを特徴としている。メサ型振動片は、励振電極が大きくなるのに伴って等価直列容量Ｃ１も大きくなるので、等価直列容量Ｃ１に比例する周波数可変感度を高くできる。これによりメサ型振動片を発振させ易くでき、負荷容量に対する周波数変化の幅を広くできる。また隣り合う端部同士では、不要振動の腹の向きが互い違いになっている。これによりメサ型振動片は、不要な振動を抑圧できる。

また本発明に係るメサ型振動片は、肉厚部と、この肉厚部に隣接して設けた肉薄部とを備えた素板を有し、肉厚部の主面と、素板に励振される主振動の変位方向に沿って肉厚部の主面から延長した方向の肉薄部の主面とに励振電極を設け、主振動の変位方向における励振電極の一方の端部と、肉厚部の一方の端部と、肉厚部の他方の端部と、励振電極の他方の端部とをこの順に素板に配設し、励振電極の一方の端部と肉厚部の一方の端部との間の距離をＬ４とし、肉厚部の他方の端部と励振電極の他方の端部との間の距離をＬ５とし、不要振動の波長をλとすると、
Ｌ４＝（ｍλ／２）±０．０５λ （ｍは正の整数）
Ｌ５＝（ｐλ／２）±０．０５λ （ｐは正の整数）
Ｌ４−Ｌ５＝ｑ×λ （ｑは整数）
の各関係を満たしていることを特徴としている。メサ型振動片は、励振電極が大きくなるのに伴って等価直列容量Ｃ１も大きくなるので、等価直列容量Ｃ１に比例する周波数可変感度を高くできる。これによりメサ型振動片を発振させ易くでき、負荷容量に対する周波数変化の幅を広くできる。また隣り合う端部同士では、不要振動の腹の向きが互い違いになっている。これによりメサ型振動片は、不要な振動を抑圧できる。

また本発明に係るメサ型振動片は、肉厚部の一方の端部と他方の端部との間の距離をＬ１とすると、
Ｌ１＝（ｎ＋１／２）λ （ｎは正の整数）
の関係を満たしていることを特徴としている。これにより主振動の変位方向における肉厚部の端部同士では、不要振動の腹の凸になる方向が異なる。よってメサ型振動片は、不要な振動を抑圧できる。

また本発明に係るメサ型振動片は、励振電極における一方の端部と他方の端部との距離をＬ２とし、肉厚部の厚さをｔとすると、このＬ２とｔは、Ｌ２／ｔ≦１１の関係を満たすことを特徴としている。このＬ２／ｔ≦１１の関係を満たす範囲で励振電極を広げれば、容量比γを小さくでき、この容量比γに反比例する周波数可変感度を高くできる。これによりメサ型振動片を発振させ易くでき、負荷容量に対する周波数変化の幅を広くできる。またＬ２／ｔ≦１１の関係を満たせば、このメサ型振動片を支持しているマウント部によって、メサ型振動片に生じる主振動に損失が増えることを防止できる。

そして前述した素板は、水晶結晶から切り出されたＡＴカット水晶素板であり、肉薄部は、肉厚部の周囲に設けてあり、主振動は、水晶結晶のＸ軸方向に変位する厚み滑り振動であり、不要振動は屈曲振動であることを特徴としている。これによりＡＴカット水晶素板を用いたメサ型振動片は、主振動である厚み滑り振動に対して不要振動である屈曲振動を抑圧できる。

また本発明に係るメサ型振動デバイスは、前述したメサ型振動片をパッケージに収容したことを特徴としている。これによりメサ型振動片を安定して発振させることができ、またメサ型振動片を電子機器に搭載できる。

以下に、本発明に係るメサ型振動片およびメサ型振動デバイスの実施形態について説明する。図１はメサ型振動片の説明図である。ここで図１（Ａ）はメサ型振動片の平面図であり、図１（Ｂ）は側面図である。メサ型振動片１０は、素板１２を有している。この素板１２は、肉厚部１４と、この肉厚部１４よりも薄くなった肉薄部１６とを有している。肉薄部１６は、肉厚部１４に隣接して、且つ、肉厚部１４の高さ方向の中央部に設けてある。

そして図１に例示するメサ型振動片１０は、素板１２としてＡＴカットされた水晶素板を用いている。この図１に示すメサ型振動片１０は、素板１２の長辺が水晶結晶のＸ軸に、短辺が水晶結晶のＺ’軸に、高さが水晶結晶のＹ’軸にそれぞれ沿っている。ここでＺ’軸およびＹ’軸は、水晶結晶のＺ軸およびＹ軸をＸ軸回りにそれぞれ約３５°回転させた軸である。このようなメサ型振動片１０では、主振動として、Ｘ軸に沿った方向に変位する厚み滑り振動が生じる。なお素板１２には、水晶素板を用いるばかりでなく、他の圧電材料で形成した素板１２を用いることもできる。メサ型振動片１０は、圧電材料で形成した圧電素板を用いると、メサ型圧電振動片と呼ばれることがある。そして圧電材料として水晶を用いた場合では、メサ型振動片１０はメサ型水晶振動片と呼ばれることがある。このような素板１２、すなわち肉厚部１４およびこれの周囲に設けた肉薄部１６は、フォトリソグラフィおよびエッチングを用いた加工により形成できる。

またメサ型振動片１０は、素板１２の表面に電極パターン２０を有している。電極パターン２０は、励振電極２２、マウント電極２４および接続電極２６を有している。励振電極２２は、肉厚部１４の主面に設けるとともに、肉厚部１４からＸ軸に沿った方向の肉厚部１４の側面および肉薄部１６の主面の一部にまで延設してある。すなわち励振電極２２は、肉厚部１４と、この肉厚部１４に隣接している肉薄部１６の主面とに設けてある。このため励振電極２２は、肉厚部１４の主面の面積よりも広くなっている。またマウント電極２４は、肉薄部１６の角部に設けてあり、メサ型振動片１０における１つの短辺の両端に設けてある。すなわちマウント電極２４は、メサ型振動片１０の基端側３０の両角部にそれぞれ設けてある。このマウント電極２４は、各角部において、肉薄部１６の両主面（上面および下面）と側面に設けてある。そして２つあるマウント電極２４のうちの一方は、接続電極２６を介して、素板１２の上面に設けた励振電極２２と導通している。また他方のマウント電極２４は、接続電極２６を介して、素板１２の下面に設けた励振電極２２と導通している。

なお電極パターン２０は、素板１２の表面に金属膜を設けることで形成できる。すなわち電極パターン２０は、素板１２の表面にマスクを被せておき、蒸着やスパッタ等の成膜法により、前記マスクの開口部に露出した素板１２の上に電極材料（金属）を成膜することにより形成できる。この金属としては、例えば金を用いることができる。この場合、金と素板１２の密着性を向上させる下地金属を設けることができ、例えば下地金属としてクロムやニッケルを用いることができる。したがって電極パターン２０が表面金属膜／下地金属膜／素板の積層構成になるときは、例えば金／クロム／素板の形態になったり、金／ニッケル／素板の形態になったりする。

そしてメサ型振動片１０は、主振動以外の不要な振動を抑圧するために、肉厚部１４の寸法および励振電極２２の寸法を所定の値に設定している。なお不要振動は、Ｘ軸方向に伝搬する屈曲振動である。図２はメサ型振動片の寸法を説明する図である。ここで図２に示す波線は、屈曲振動の振動様態を示している。メサ型振動片１０には、Ｘ軸方向における励振電極２２の一方の端部２２ａ（破線Ａで示す位置）、肉厚部１４の一方の端部１４ａ（破線Ｂで示す位置）、肉厚部１４の他方の端部１４ｂ（破線Ｃで示す位置）および励振電極２２の他方の端部２２ｂ（破線Ｄで示す位置）がこれらの順に、メサ型振動片１０の基端側３０から先端側３２に向けてＸ軸方向に沿って配設してある。そしてメサ型振動片１０は、屈曲振動が生じるならば、この屈曲振動の腹と各端部とを合わせるように、Ｘ軸方向の肉厚部１４および励振電極２２の寸法を設定している。

具体的には、図２に示す場合、破線Ａで示す位置にある励振電極２２の一方の端部２２ａは、屈曲振動における上に凸になった腹と重なっている。また破線Ｂで示す位置にある肉厚部１４の一方の端部１４ａは、屈曲振動における下に凸になった腹と重なっている。また破線Ｃで示す位置にある肉厚部１４の他方の端部１４ｂは、屈曲振動における上に凸になった腹と重なっている。また破線Ｄで示す位置にある励振電極２２の他方の端部２２ｂは、屈曲振動における下に凸になった腹と重なっている。なお屈曲振動における腹の凸になる方向は、前述したものと逆の場合もある。

この事について換言すると、以下のようになる。まず肉厚部１４の一方の端部１４ａから他方の端部１４ｂまでの距離をＬ１、励振電極２２の一方の端部２２ａから他方の端部２２ｂまでの距離をＬ２、素板１２のＸ軸方向の寸法をＬ３、励振電極２２の一方の端部２２ａから肉厚部１４の一方の端部１４ａまでの距離をＬ４、肉厚部１４の他方の端部１４ｂから励振電極２２の他方の端部２２ｂまでの距離をＬ５とする。そして励振電極２２の一方の端部２２ａと肉厚部１４の一方の端部１４ａとの間の関係、および肉厚部１４の他方の端部１４ｂと励振電極２２の他方の端部２２ｂとの間の関係は、下式（１）を満たすようになっている。
Ｌ２−Ｌ１＝ｎλ±０．１λ ・・・（１）
ここでｎは正の整数、λは屈曲振動の波長である。このλは、λ＝２．６／Ｆ（Ｆはメサ型振動片１０に生じる厚み滑り振動の共振周波数）の関係を満たすようになっている。

また式（１）に示す関係は、好ましくは、下式（２）に示すＬ４、下式（３）に示すＬ５および下式（４）を同時に満たすようにすればよい。
Ｌ４＝（ｍλ／２）±０．０５λ ・・・（２）
Ｌ５＝（ｐλ／２）±０．０５λ ・・・（３）
Ｌ４−Ｌ５＝ｑ×λ ・・・・・・・・（４）
ここでｍ，ｐは正の整数であり、ｑは整数である。

このような関係を満たすように、励振電極２２の一方の端部２２ａと肉厚部１４の一方の端部１４ａとの間の寸法Ｌ４、および肉厚部１４の他方の端部１４ｂと励振電極２２の他方の端部２２ｂとの間の寸法Ｌ５を設定すると、これらの間Ｌ４，Ｌ５が屈曲振動の半波長を奇数倍した寸法を有することとなる。

また肉厚部１４の一方の端部１４ａと他方の端部１４ｂとの間の寸法Ｌ１も、屈曲振動の半波長を奇数倍した寸法を有していればよい。すなわち肉厚部１４の一方の端部１４ａと他方の端部１４ｂとの間の寸法Ｌ１は、下式（５）の関係を満たしていればよい。
Ｌ１＝（ｎ＋１／２）λ ・・・（５）
ここでｎは正の整数である。

このような前述した関係を満たすように、肉厚部１４の寸法および励振電極２２の寸法を設定することにより、屈曲振動を抑圧している。

そして、このようなメサ型振動片１０を実際に作製するとともに、従来技術で説明したメサ型の振動片も実際に作製して、各振動片の並列容量Ｃ０、等価直列容量Ｃ１、容量比γおよび周波数可変感度を測定し、これらを比較した。図３は本実施形態に係るメサ型振動片と従来技術に係るメサ型の振動片とを比較した測定結果を示す表である。ここで図３（Ａ）は各振動片の寸法を示した表であり、図３（Ｂ）は各振動片の測定結果を示した表である。

本実施形態で説明しているメサ型振動片１０（本発明）は、Ｘ軸方向における肉厚部１４の寸法（メサ寸法）が励振電極２２の寸法（電極寸法）よりも小さくなっている。そして本発明に示すメサ型振動片１０は、図３（Ａ）のように、Ｘ軸方向における素板１２の寸法（振動片長辺寸法）Ｌ３が１．５［ｍｍ］、肉厚部１４の寸法Ｌ１が０．８０［ｍｍ］、励振電極２２の寸法Ｌ２が０．９６［ｍｍ］、肉厚部１４の厚みｔが１００［μｍ］、肉薄部１６の厚みｔ’が８０［μｍ］、片側当たりの励振電極２２の膜厚が表面金属膜（金（Ａｕ））で０．２［μｍ］、下地金属膜（クロム（Ｃｒ））で０．００５［μｍ］になっている。このときのメサ型振動片１０の共振周波数が１６［ＭＨｚ］になっている。

これに対し、従来技術に係るメサ型の振動片（従来）は、Ｘ軸方向における肉厚部１４の寸法（メサ寸法）が励振電極の寸法（電極寸法）よりも大きくなっている。そして従来に示す振動片は、図３（Ａ）のように、肉厚部の寸法Ｌ１が０．９６［ｍｍ］、励振電極の寸法Ｌ２が０．８０［ｍｍ］になっている。また従来に示す振動片は、振動片長辺寸法Ｌ３、肉厚部の厚みｔ、肉薄部の厚みｔ’、片側当たりの励振電極の膜厚および共振周波数は、本発明に示すメサ型振動片１０と同じになっている。したがって本発明に示すメサ型振動片１０と、従来のメサ型の振動片とは、肉厚部の寸法Ｌ１と励振電極の寸法Ｌ２を入れ換えた形態になっている。

このような寸法にして作製した各振動片の並列容量Ｃ０、等価直列容量Ｃ１、容量比γおよび周波数可変感度は、図３（Ｂ）に示す測定結果になった。すなわち本発明に示すメサ型振動片１０は、並列容量Ｃ０が０．７５［ｐＦ］、等価直列容量Ｃ１が１．７５［ｆＦ］、容量比γが４２８、周波数可変感度が１１．４２［ｐｐｍ／ｐＦ］（負荷容量ＣＬ＝８［ｐＦ］近傍において）となった。これに対し、従来に示す振動片は、並列容量Ｃ０が０．６６［ｐＦ］、等価直列容量Ｃ１が１．５４［ｆＦ］、容量比γが４２８、周波数可変感度が１０．２６［ｐｐｍ／ｐＦ］（負荷容量ＣＬ＝８［ｐＦ］近傍において）となった。このような図３（Ｂ）に示す測定結果から分かるように、励振電極２２の面積を大きくして並列容量Ｃ０が大きくなるのに伴って、等価直列容量Ｃ１も大きくなり、容量比γが一定となった。そして励振電極２２の面積が大きくなると、周波数可変感度も高くなった。

そして測定結果より、容量比γと励振電極２２の寸法Ｌ２との関係は図４に示すようになる。図４は容量比γと励振電極の寸法Ｌ２との関係を示すグラフである。この図４から分かるように、励振電極２２の寸法Ｌ２が大きくなると、ある寸法αまでは容量比γが減少していき（領域１）、この寸法αを超えると容量比γが大きくなる（領域２）。これは励振電極２２を大きくしていくと並列容量Ｃ０は増加していくのに対し、等価直列容量Ｃ１は最初に並列容量Ｃ０よりも大きな割合で増加していくが、その後に飽和するので、図４に示すように容量比γが下に凸になるグラフとなる。そして容量比γが単調減少の傾向にある領域１においては、励振電極２２の寸法Ｌ２と肉厚部１４の寸法Ｌ１をＬ１＜Ｌ２にすること、すなわち図１，２を用いて説明した励振電極２２と肉厚部１４の関係にすることにより、従来のメサ型の振動片のようにメサ寸法＞電極寸法とした場合に比べて、等価直列容量Ｃ１を大きくできる。したがって周波数可変感度もその分大きくする事が可能となる。なお領域２は、振動漏れにより特性が悪化するので、設計としては好ましくない。

メサ型振動片１０が図４に示す領域１の状態になるには、Ｘ軸方向における関係が次のようになっていればよい。すなわち前述した図３に示す本発明の場合（共振周波数Ｆが１６［ＭＨｚ］）では、まず素板１２のＸ軸方向の寸法Ｌ３（１．５［ｍｍ］）からマウント部の寸法を引く。このマウント部は、メサ型振動片１０を後述するパッケージに搭載したときに、メサ型振動片１０を支持する部分である。したがって、まずマウント電極２４に接合する導電性接着剤のＸ軸方向の寸法（マウント部寸法：一般的に０．２〜０．３［ｍｍ］）を素板寸法Ｌ３から引けばよい。さらに、この引いた後の寸法から、マウント電極２４の端部２４ａ（図１（Ａ）参照）と励振電極２２の一方の端部２２ａとの間、および励振電極２２の他方の端部２２ｂと素板１２の先端側３２との間の合計寸法計０．２［ｍｍ］を引く。このようにして得た寸法が、励振電極２２の寸法Ｌ２の最大値となればよい。つまりマウント寸法を０．２［ｍｍ］とすると、励振電極２２の寸法Ｌ２が、Ｌ２≦１．１［ｍｍ］となれば、メサ型振動片１０が領域１の状態になる。そして、この関係を肉厚部１４の厚みｔで基準化するとＬ２／ｔ≦１１になる。なお、この場合、Ｘ軸方向における励振電極２２の中央部と肉厚部１４の中央部とを一致または略一致させておく。これにより前記導電性接着剤でメサ型振動片１０を支持している部分（前記マウント部）の影響が見え難くなり、また前記の不等式で決まる範囲で励振電極２２の寸法Ｌ２を大きくすると、容量比γが小さくなる。

以上説明したように、メサ型振動片１０は、肉厚部１４の主面から肉薄部１６の主面の一部に励振電極２２を延設した。このためメサ型振動片１０は、この励振電極２２の面積を大きくしたのに伴って等価直列容量Ｃ１も大きくなるので、等価直列容量Ｃ１に比例する周波数可変感度を高くできる。また励振電極２２を大きくしていくと、容量比γが変動する。したがってＬ２／ｔ≦１１の関係を満たす範囲で励振電極２２を広げれば、容量比γを小さくでき、この容量比γに反比例する周波数可変感度を高くできる。これによりメサ型振動片１０を発振させ易くでき、負荷容量に対する周波数変化の幅を広くできる。またＬ２／ｔ≦１１の関係を満たせば、このメサ型振動片１０を支持している前記マウント部によって、メサ型振動片１０に生じる主振動に損失が増えることを防止できる。

またメサ型振動片１０は、肉厚部１４の端部１４ａ，１４ｂおよび励振電極２２の端部２２ａ，２２ｂを屈曲振動の腹の位置に合わせており、且つ、隣り合う端部同士で腹の凸になる方向が異なっている。すなわちメサ型振動片１０は、隣り合う端部同士の間が屈曲振動の半波長に相当する分（半波長の奇数倍）だけ離れている。したがってメサ型振動片１０は、不要な振動である屈曲振動を抑圧できる。そしてシミュレーションを行った結果、一例としては、屈曲振動のエネルギーが厚み滑り主振動のエネルギーに対して５％以下にまで抑圧できた。

なお前述した実施形態では、肉厚部１４および励振電極２２の平面形状が矩形になっている形態について説明した。しかし本発明は、この形態に限定されることはなく、肉厚部１４および励振電極２２の平面形状が円形や楕円形、台形になっている形態であってもよい。

また図１等を用いて説明したメサ型振動片１０は、素板１２の両主面に肉厚部１４を設けた形態である。しかし本発明は、この形態に限定されることはなく、素板１２のいずれか一方の主面に肉厚部１４を設けたプラノメサ型振動片であってもよい。

また図１等を用いて説明したメサ型振動片１０は、肉厚部１４の主面よりもＸ軸方向に大きくなった励振電極２２を備えた形態である。しかし本発明では、肉厚部１４の主面よりもＺ’軸方向にも大きくなった励振電極２２を備えた形態であってもよい。

次に、メサ型振動デバイスについて説明する。図５はメサ型振動デバイスの断面図である。この図５では、メサ型振動片１０に設けた電極パターンの記載を省略している。メサ型振動デバイス４０は、前述したメサ型振動片１０をパッケージ４２に収容している。具体的には、メサ型振動デバイス４０は、パッケージ４２を有している。このパッケージ４２は、パッケージベース４４および蓋体５４を有している。パッケージベース４４は、上方に向けて開口した凹陥部４６を備えており、この凹陥部４６の底面に一対のパッケージ側マウント電極４８を備えている。またパッケージベース４４の裏面には外部端子５０が設けてあり、パッケージ側マウント電極４８と１対１に導通している。パッケージ側マウント電極４８の上には導電性接着剤５２が塗布してあり、この導電性接着剤５２の上にメサ型振動片１０の前記マウント部３６を配設している。このときパッケージ側マウント電極４８とメサ型振動片１０のマウント電極２４とが、導電性接着剤５２を介して１対１に接続している。そしてパッケージベース４４の上面に蓋体５４が接合して、凹陥部４６を気密封止している。

このようなメサ型振動デバイス４０により、メサ型振動片１０を電子機器に搭載することができる。なおメサ型振動デバイス４０は、前述したようなメサ型振動子の形態ばかりでなく、メサ型振動片１０とともに発振回路等をパッケージ４２内に収容したメサ型発振器の形態にすることもできる。

メサ型振動片の説明図である。 メサ型振動片の寸法を説明する図である。 本実施形態に係るメサ型振動片と従来技術に係るメサ型の振動片とを比較した測定結果を示す表である。 容量比γと励振電極の寸法Ｌ２との関係を示すグラフである。 メサ型振動デバイスの断面図である。

１０………メサ型振動片、１２………素板、１４………肉厚部、１６………肉薄部、２０………電極パターン、２２………励振電極、２４………マウント電極、４０………メサ型振動デバイス、４２………パッケージ。

本発明は、振動エネルギーの閉じ込め効果を有するメサ型圧電振動片、メサ型圧電振動デバイス、発振器、及び電子機器に関するものである。

上記目的を達成するための本発明のある実施形態に係るメサ型振動片は、厚み滑り振動を主振動として励振する肉厚部と、前記肉厚部の厚みよりも厚みが薄く少なくとも前記主振動の変位方向に沿って配置されている肉薄部と、を含む素板と、前記肉厚部の主面と前記肉薄部の主面に設けられている励振電極と、を含み、前記主振動の変位方向に沿って前記素板に生じる屈曲振動の腹となる位置に、前記主振動の変位方向における前記励振電極の一方の端部と、前記肉厚部の一方の端部と、前記肉厚部の他方の端部と、前記励振電極の他方の端部とが、それぞれ配置されており、前記主振動の変位方向に沿って隣り合う前記端部同士は前記屈曲振動の腹の向きが互い違いになり、前記肉厚部の外形は、平面視で、矩形、円形、楕円形及び台形の少なくとも何れかであることを特徴としている。
本発明の別のある実施形態に係るメサ型圧電振動片は、厚み滑り振動を主振動として励振する肉厚部と、前記肉厚部の厚みよりも厚みが薄く、少なくとも前記主振動の変位方向に沿って配置されている肉薄部と、を含む素板と、前記肉厚部の主面と前記肉薄部の主面に設けられている励振電極と、を含み、前記主振動の変位方向における前記励振電極の一方の端部と、前記肉厚部の一方の端部と、前記肉厚部の他方の端部と、前記励振電極の他方の端部とが、順に前記素板に配置されており、前記励振電極の前記一方の端部と前記肉厚部の前記一方の端部との間の距離をＬ４とし、前記肉厚部の前記他方の端部と前記励振電極の前記他方の端部との間の距離をＬ５とし、前記主振動の変位方向に沿って前記素板に生じる屈曲振動の波長をλとしたとき、（ｍλ／２）−０．０５λ≦Ｌ４≦（ｍλ／２）＋０．０５λ、但し、ｍは正の整数、（ｐλ／２）−０．０５λ≦Ｌ５≦（ｐλ／２）＋０．０５λ、但し、ｐは正の整数、Ｌ４−Ｌ５＝ｑ×λ、但し、ｑは整数、を満たし、前記肉厚部の外形は、平面視で、矩形、円形、楕円形及び台形の少なくとも何れかであることを特徴としている。
本発明の別のある実施形態に係るメサ型圧電振動片は、前記励振電極は、前記肉厚部の主面と、前記肉厚部を基点として、前記主振動の変位方向に沿った方向及び前記主振動の変位方向に対して直交する方向の肉薄部の主面と、に設けられていることを特徴としている。
本発明の別のある実施形態に係るメサ型圧電振動片は、前記肉厚部の前記一方の端部と前記他方の端部との間の距離をＬ１としたとき、Ｌ１＝（ｎ＋１／２）λ、但し、ｎは正の整数、を満たしていることを特徴としている。
本発明の別のある実施形態に係るメサ型圧電振動片は、前記励振電極における前記一方の端部と前記他方の端部との距離をＬ２とし、前記肉厚部の厚さをｔとしたとき、Ｌ２／ｔ≦１１を満たしていることを特徴としている。
本発明の別のある実施形態に係るメサ型圧電振動片は、前記素板は水晶素板であることを特徴としている。
本発明の別のある実施形態に係るメサ型圧電振動片は、前記水晶素板はＡＴカット水晶素板であることを特徴としている。
本発明の別のある実施形態に係るメサ型圧電振動片は、前記主振動の変位方向は、水晶結晶のＸ軸方向であることを特徴としている。
本発明のある実施形態に係るメサ型圧電振動デバイスは、前記メサ型圧電振動片と、前記メサ型圧電振動片を収容するパッケージと、を含むことを特徴としている。
本発明のある実施形態に係る発振器は、前記メサ型圧電振動片と、発振回路と、を備えていることを特徴としている。
本発明のある実施形態に係る電子機器は、前記メサ型圧電振動片を備えていることを特徴としている。
［適用例１］適用例１に係るメサ型振動片は、肉厚部と、この肉厚部に隣接して設けた肉薄部とを備えた素板を有し、肉厚部の主面と、素板に励振される主振動の変位方向に沿って肉厚部の主面から延長した方向の肉薄部の主面とに励振電極を設け、主振動の変位方向における励振電極の一方の端部と、肉厚部の一方の端部と、肉厚部の他方の端部と、励振電極の他方の端部とをそれぞれ不要振動の腹となる位置に配設し、励振電極の一方の端部に不要振動の一方の方向に凸となる腹を配設し、肉厚部の一方の端部に不要振動の他方の方向に凸となる腹を配設し、肉厚部の他方の端部に不要振動の一方の方向に凸となる腹を配設し、励振電極の他方の端部に不要振動の他方の方向に凸となる腹を配設したことを特徴としている。メサ型振動片は、励振電極が大きくなるのに伴って等価直列容量Ｃ１も大きくなるので、等価直列容量Ｃ１に比例する周波数可変感度を高くできる。これによりメサ型振動片を発振させ易くでき、負荷容量に対する周波数変化の幅を広くできる。また隣り合う端部同士では、不要振動の腹の向きが互い違いになっている。これによりメサ型振動片は、不要な振動を抑圧できる。

［適用例２］適用例２に係るメサ型振動片は、肉厚部と、この肉厚部に隣接して設けた肉薄部とを備えた素板を有し、肉厚部の主面と、素板に励振される主振動の変位方向に沿って肉厚部の主面から延長した方向の肉薄部の主面とに励振電極を設け、主振動の変位方向における励振電極の一方の端部と、肉厚部の一方の端部と、肉厚部の他方の端部と、励振電極の他方の端部とをこの順に素板に配設し、励振電極の一方の端部と肉厚部の一方の端部との間の距離をＬ４とし、肉厚部の他方の端部と励振電極の他方の端部との間の距離をＬ５とし、不要振動の波長をλとすると、
Ｌ４＝（ｍλ／２）±０．０５λ （ｍは正の整数）
Ｌ５＝（ｐλ／２）±０．０５λ （ｐは正の整数）
Ｌ４−Ｌ５＝ｑ×λ （ｑは整数）
の各関係を満たしていることを特徴としている。メサ型振動片は、励振電極が大きくなるのに伴って等価直列容量Ｃ１も大きくなるので、等価直列容量Ｃ１に比例する周波数可変感度を高くできる。これによりメサ型振動片を発振させ易くでき、負荷容量に対する周波数変化の幅を広くできる。また隣り合う端部同士では、不要振動の腹の向きが互い違いになっている。これによりメサ型振動片は、不要な振動を抑圧できる。

［適用例３］適用例３に係るメサ型振動片は、肉厚部の一方の端部と他方の端部との間の距離をＬ１とすると、
Ｌ１＝（ｎ＋１／２）λ （ｎは正の整数）
の関係を満たしていることを特徴としている。これにより主振動の変位方向における肉厚部の端部同士では、不要振動の腹の凸になる方向が異なる。よってメサ型振動片は、不要な振動を抑圧できる。

［適用例４］適用例４に係るメサ型振動片は、励振電極における一方の端部と他方の端部との距離をＬ２とし、肉厚部の厚さをｔとすると、このＬ２とｔは、Ｌ２／ｔ≦１１の関係を満たすことを特徴としている。このＬ２／ｔ≦１１の関係を満たす範囲で励振電極を広げれば、容量比γを小さくでき、この容量比γに反比例する周波数可変感度を高くできる。これによりメサ型振動片を発振させ易くでき、負荷容量に対する周波数変化の幅を広くできる。またＬ２／ｔ≦１１の関係を満たせば、このメサ型振動片を支持しているマウント部によって、メサ型振動片に生じる主振動に損失が増えることを防止できる。

［適用例５］適用例５に係るメサ型振動片は、前述した素板は、水晶結晶から切り出されたＡＴカット水晶素板であり、肉薄部は、肉厚部の周囲に設けてあり、主振動は、水晶結晶のＸ軸方向に変位する厚み滑り振動であり、不要振動は屈曲振動であることを特徴としている。これによりＡＴカット水晶素板を用いたメサ型振動片は、主振動である厚み滑り振動に対して不要振動である屈曲振動を抑圧できる。

［適用例６］適用例６に係るメサ型振動デバイスは、前述したメサ型振動片をパッケージに収容したことを特徴としている。これによりメサ型振動片を安定して発振させることができ、またメサ型振動片を電子機器に搭載できる。

以下に、本発明に係るメサ型圧電振動片、メサ型圧電振動デバイス、発振器、及び電子機器の実施形態について説明する。図１はメサ型振動片の説明図である。ここで図１（Ａ）はメサ型振動片の平面図であり、図１（Ｂ）は側面図である。メサ型振動片１０は、素板１２を有している。この素板１２は、肉厚部１４と、この肉厚部１４よりも薄くなった肉薄部１６とを有している。肉薄部１６は、肉厚部１４に隣接して、且つ、肉厚部１４の高さ方向の中央部に設けてある。

Claims (6)

1. 肉厚部と、前記肉厚部に隣接して設けた肉薄部とを備えた素板を有し、
   前記肉厚部の主面と、前記素板に励振される主振動の変位方向に沿って前記肉厚部の主面から延長した方向の前記肉薄部の主面とに励振電極を設け、
   前記主振動の変位方向における前記励振電極の一方の端部と、前記肉厚部の一方の端部と、前記肉厚部の他方の端部と、前記励振電極の他方の端部とをそれぞれ不要振動の腹となる位置に配設し、
   前記励振電極の前記一方の端部に前記不要振動の一方の方向に凸となる腹を配設し、前記肉厚部の前記一方の端部に前記不要振動の他方の方向に凸となる腹を配設し、前記肉厚部の前記他方の端部に前記不要振動の一方の方向に凸となる腹を配設し、前記励振電極の前記他方の端部に前記不要振動の他方の方向に凸となる腹を配設した、
   ことを特徴とするメサ型振動片。
2. 肉厚部と、前記肉厚部に隣接して設けた肉薄部とを備えた素板を有し、
   前記肉厚部の主面と、前記素板に励振される主振動の変位方向に沿って前記肉厚部の主面から延長した方向の前記肉薄部の主面とに励振電極を設け、
   前記主振動の変位方向における前記励振電極の一方の端部と、前記肉厚部の一方の端部と、前記肉厚部の他方の端部と、前記励振電極の他方の端部とをこの順に前記素板に配設し、
   前記励振電極の前記一方の端部と前記肉厚部の前記一方の端部との間の距離をＬ４とし、前記肉厚部の前記他方の端部と前記励振電極の前記他方の端部との間の距離をＬ５とし、不要振動の波長をλとすると、
   Ｌ４＝（ｍλ／２）±０．０５λ （ｍは正の整数）
   Ｌ５＝（ｐλ／２）±０．０５λ （ｐは正の整数）
   Ｌ４−Ｌ５＝ｑ×λ （ｑは整数）
   の各関係を満たしていることを特徴とするメサ型振動片。
3. 前記肉厚部の前記一方の端部と前記他方の端部との間の距離をＬ１とすると、
   Ｌ１＝（ｎ＋１／２）λ （ｎは正の整数）
   の関係を満たしていることを特徴とする請求項２に記載のメサ型振動片。
4. 前記励振電極における前記一方の端部と前記他方の端部との距離をＬ２とし、前記肉厚部の厚さをｔとすると、前記Ｌ２と前記ｔは、
   Ｌ２／ｔ≦１１
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のメサ型振動片。
5. 前記素板は、水晶結晶から切り出されたＡＴカット水晶素板であり、
   前記肉薄部は、前記肉厚部の周囲に設けてあり、
   前記主振動は、前記水晶結晶のＸ軸方向に変位する厚み滑り振動であり、
   前記不要振動は屈曲振動である、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のメサ型振動片。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のメサ型振動片をパッケージに収容したことを特徴とするメサ型振動デバイス。

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