JP2012191559A - 水晶振動片及び水晶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 インダクタを水晶デバイスのサポート台座に形成する水晶デバイスを提供する。
【解決手段】 実装面に形成された一対の外部電極（５１，５２）と実装面の反対側の底面に形成され外部電極に導通する一対の第１接続電極（３５）とを有するベース（１０）を備える。ベースにはサポート部材（４０）が載置される。サポート部材は、第１面に形成され第１接続と接続する一対の第２接続電極（３６）と、第１面の反対面に形成された一対の第３接続電極（３７）と、第２接続部と第３接続部とを導通する一対の配線電極（３２）とを有する。水晶デバイスは、励振電極とこの励振電極に導通する引出電極とを有するとともに、第３接続電極に塗布された接着剤（１５）を介して引出電極がサポート部材に固定される水晶振動片（２０）と、を備える。一対の配線電極の少なくとも一方は、流れる電流によって形成される磁場にエネルギーを蓄えるインダクタを形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水晶振動片を支えるサポート台座にインダクタを備えた水晶デバイスに関する。

例えばＡＴカットなどの厚みすべり振動の水晶デバイスは、一般に水晶振動片の表裏面に一対の励振電極を正対向して形成し、当該励振電極に交番電圧を印加する構成である。水晶振動片の両主面には励振電極と、励振電極から引き出された引出電極と、引出電極を実装端子（パッケージの外側に形成された端子）と導通するためのパッケージ内部の接続電極とが形成されている。水晶振動片は表裏どちらでもパッケージ内の接続電極に接続できるように、引出電極は表裏面に形成されている。

水晶デバイスの周波数を調整しやすくするために、水晶デバイスが実装されるプリント基板に伸長コイルを水晶デバイスに直列に実装している。周波数可変量を増やす伸長コイルはディスクリート部品のため、プリント基板の実装スペースが少なくなってしまう。また、伸長コイルはインダクタンス値の偏差の幅が大きく周波数偏差のばらつきの要因になっている。このような問題点を解決するため、特許文献１は、水晶振動片の励振電極への引出電極にパターンコイルを設ける技術を開示している。

また特許文献２に開示される水晶振動片は、パッケージベースにサポート台座を介して保持している。このサポート台座は水晶振動片がベースに固定される際の応力や、パッケージングの際の応力が水晶振動片にかかることを抑制している。

特開平９−１６２６８１号公報 特開２００７−１９５１３８号公報

しかしながら、特許文献１による方法ではパターンコイルの領域を大きくすると励振電極を小さくせざるを得ない。これでは水晶振動片の振動領域の振動特性が悪化するおそれがある。その一方でサポート台座は水晶振動片を支える役目だけに特化しており、周波数可変量を増やす機能としては使用されていなかった。

本発明は、水晶デバイスの周波数を可変するインダクタを水晶デバイスのサポート台座に形成することによってスペースを小さくした水晶デバイスを提供することを目的とする。

第１観点の水晶デバイスは、実装面に形成された一対の外部電極と実装面の反対側の底面に形成され外部電極に導通する一対の第１接続電極とを有するベースを備える。またベースにサポート部材が載置される。サポート部材は、第１面に形成され第１接続と接続する一対の第２接続電極と、第１面の反対面に形成された一対の第３接続電極と、第２接続部と第３接続部とを導通する一対の配線電極とを有する。また水晶デバイスは、励振電極とこの励振電極に導通する引出電極とを有するとともに、第３接続電極に塗布された接着剤を介して引出電極がサポート部材に固定される水晶振動片と、を備える。そして一対の配線電極の少なくとも一方は、流れる電流によって形成される磁場にエネルギーを蓄えるインダクタを形成する。

第２の観点の水晶デバイスは、一対の配線電極は第１面に形成される。また、一対の配線電極の少なくとも一方は、第１面又は第２面で渦巻き状に形成されている。また、一対の配線電極の両方が第１面及び第２面で渦巻き状に形成されていてもよい。さらに、サポート部材は矩形形状であり、第３接続電極が矩形形状の角隅に設けられている。

本発明の水晶デバイスによれば、周波数可変量を増加でき、周波数を容易に調整することができる。またこの水晶デバイスは小型化の要望に応えることができる。

（ａ）は、リッド５を取り除いた状態の第１水晶デバイス１００の平面図である。 （ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 （ｃ）は、サポート台座４０の平面図である。 インダクタンスの違いにより周波数可変量が変わることを示す図である。 （ａ）は、リッド５を取り除いた状態の第２水晶デバイス１１０の平面図である。 （ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。 （ａ）は、サポート台座５０の平面図である。 （ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。 （ａ）は、リッド５を取り除いた状態の第３水晶デバイス１２０の平面図である。 （ｂ）は、図５（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。 （ｃ）は、サポート台座６０−１の平面図である。 （ａ）は、サポート台座６０−１の表面の平面図である。 （ｂ）は、サポート台座６０−１の裏面の平面図である。 （ｃ）は、図６（ａ）のＥ−Ｅ’断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態では、水晶振動片としてＡＴカットの水晶振動片が使われている。ＡＴカットの水晶振動片は、ＡＴカットの水晶振動片の主面が人工水晶の結晶軸（ＸＹＺ）のＹ軸に対して、Ｘ軸を中心としてＺ軸からＹ軸方向に３５度１５分傾斜されている。以下の実施形態で示す水晶デバイス１００〜１２０は、その長辺方向をｘ軸方向、短辺方向をｚ’軸方向、上下方向をｙ’軸方向としている。このため、リッド、ベース及びＡＴカットの水晶振動片についても同様な軸方向として説明する。

（第１実施形態）
＜第１水晶デバイス１００の構成＞
図１(ａ)は、リッド５を取り除いた状態の第１実施例の第１水晶デバイス１００の平面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、（ｃ）は、サポート台座４０の平面図である。図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第１水晶振動デバイス１００は、ＡＴカット水晶振動片２０と、ＡＴカット水晶振動片２０を支持するサポート台座４０と、サポート台座４０を保持するベース１０と、気密封止するためのリッド５とで構成されている。第１水晶振動デバイス１００は、ベース１０とリッド５とで形成された空間に、ＡＴカット水晶振動片２０を装着している。

図１（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＡＴカット水晶振動片２０は、Ｙ方向両端部がベベル又はコンベクス等の端面処理がなされており、その第１主面に第１励振電極２５が第２主面に第２励振電極２６が形成されている。第１励振電極２５は引出電極２１と電極パッド２３とに接続しており、第２励振電極２６も第２主面側に形成された引出電極２２と電極パッド２４とに接続している。第２主面側の電極は、理解しやすくするため点線で描かれている。これらに交番電流（交互に入れ替わる正負の電流）が加えられるとＡＴカット水晶振動片２０は所定の周波数で振動する。

図１に示されるＡＴカット水晶振動片２０は、端面加工された低周波の振動片であるが、サポート台座４０に端面処理の無い高周波のＡＴカット水晶振動片２０を導電性接着剤１５でサポート台座４０に固定してもよい。そのほかに逆メサタイプのＡＴカット水晶振動片も同様にサポート台座４０に固定することができる。

図１（ａ）に示されたようにリッド５は、ベース１０の枠部セラミック層１１の上端に形成された封止材１９の上に載置され、ＡＴカット水晶振動片２０を収納するキャビティが形成される。また、キャビティは不活性ガスで満たされたり又は真空状態に密封されたりする。

ベース１０は例えばセラミックからなり、複数枚のセラミックシートを積層して箱状になった状態で焼結される。ベース１０の内面底部には一対の第１接続電極３５が形成され、ベース１０の外側底部には外部電極５１，５２が形成される。第１接続電極３５と外部電極５１、５２とは導通している。このようなベース１０を使用することにより、第１水晶振動デバイス１００は表面実装（ＳＭＤ：Surface Mount Device）できるタイプとなる。ベース１０の大きさは、例えばｘ方向の長さが２．０ｍｍ程度、ｚ‘方向の長さが１．６ｍｍ程度である。

サポート台座４０は矩形形状の水晶からできている。図１（ｂ）に示されるように、サポート台座４０はＡＴカット水晶振動片２０を載置する一対の凸部１８を角隅に有する。サポート台座４０の大きさは、Ｙ方向の長さが１．４ｍｍ程度、Ｘ方向の長さが１．０ｍｍ程度である。サポート台座４０の厚み（Ｚ方向）は約０．１６ｍｍである。また凸部１８を高さはサポート台座４０の上面から０．０６ｍｍ程度である。

サポート台座４０は一対の凸部１８の上面に第３接続電極３７、３８を備える。図１（ｃ）に示されるように、サポート台座４０の上面に第１配線電極３２と第３接続電極３７とスルーホール電極２８とを備える。サポート台座４０の側面及び底面に第２接続電極３６を備える。

図１（ｂ）に示されるように、サポート台座４０は、ベース１０の第１接続電極３５に塗布した２点の導電性接着剤１３と、サポート台座４０の中央又はベース１０に塗布された１点のベース用接着剤１６とによって固定されている。また、ＡＴカット水晶振動片２０とサポート台座４０とは、導電性接着剤１５を用いて固定されている。

この固定に際しては、例えば、サポート台座４０はベース３上に塗布した２点の導電性接着剤１３と１点のベース用接着剤１６との上に載置した状態で、導電性接着剤１３とベース用接着剤１６とが硬化させられる。ベース１０とＡＴカット水晶振動片２０とサポート台座４０とは、導電性接着剤１５及び導電性接着剤１３を用いて電気的機械的に接合し、ベース用接着剤１６により接合する。

これにより、サポート台座４０を介して第３接続電極３７から外部電極５１までが接合され、ＡＴカット水晶振動片２０の引出電極２１と第１電極パッド２３とはベース１０の外部電極５１に電気的に接続される。

また、図１（ｃ）に示されるように、サポート台座４０には、渦巻き状に形成された第１配線電極３２が形成されている。第１配線電極３２は、一端に第２接続電極３７で他端にスルーホール電極２８が接続されている。スルーホール電極２８はサポート台座４０の表裏を貫通する。これら第１接続電極３５、第２接続電極３６、第３接続電極３７，３８、第１配線電極３２及びスルーホール電極２８はクロム層の上に金層を重ねた金属層からなる。
なお、サポート台座４０の上面に形成された第１配線電極３２及びスルーホール電極２８は、導電性接着剤１５の流れ込みによる短絡を防ぐため絶縁被膜などの不図示の保護膜が形成されてもよい。

このような構成であるため、第３接続電極３７からサポート台座４０に電流が流れる場合には、以下のように電流が流れる。
サポート台座４０の第３接続電極３７に入った電流は、渦巻き状の第１配線電極３２を流れる。第１配線電極３２の電流の向きは、矢印で示されるように反時計回りに流れる。その電流はスルーホール電極２８及びを通って第１接続電極３５に流れる。第１接続電極３５に入った電流は、図示されていない回路を通り外部電極５２へ流れる。サポート台座４０の第１配線電極３２の電流は一定の方向を向いて流れる。第１配線電極３２の電流の向きは、同じ電流の向きになりインダクタンスが強められる。

図２は、渦巻き状の第１配線電極３２の有無に起因してインダクタンスの違いが生じ、そのインダクタンスの違いにより周波数可変量が変わることを示す図である。縦軸に周波数変化量Δｆ（ｐｐｍ）を示し、横軸に電圧Ｖｃ（Ｖ）を示す。渦巻き状の第１配線電極３２がない場合の計算結果を点線で示し、１００ｎＨ（ヘンリー）相当の渦巻き状の第１配線電極３２を形成した場合の計算結果を実線で示した。図に示す通り、周波数変化量Δｆ（ｐｐｍ）は、１００ｎＨの第１配線電極３２を形成した場合において第１配線電極３２がない場合の１．５倍に増加する。第１配線電極３２は発振回路の負荷容量を直列にするための伸長コイルの役目を有する。

（第２実施形態）
＜第２水晶デバイス１１０の構成＞
図３(ａ)は、リッド５を取り除いた状態の第２実施例の第２水晶デバイス１１０の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。第１実施形態と同じ構成要件には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第２水晶振動デバイス１１０は、ＡＴカット水晶振動片２０と、セラミックパッケージ１０と、気密封止するためのガラスから成るリッド５とで構成されている。第２水晶振動デバイス１１０は、ベース１０とリッド５とで形成された空間に、ＡＴカット水晶振動片２０を装着している。ＡＴカット水晶振動片２０は、第１実施形態と同じ機能のため同じ符号を付して重複する説明を省略する。第１水晶デバイス１００と第２水晶デバイス１１０との違いは、サポート台座４０に代わり別のサポート台座５０が用いられている点である。

ベース１０の内面底部には第１接続電極３５が形成され、ベース１０の外側底部には外部電極５１，５２が形成される。一対の第１接続電極３５と外部電極５１、５２とは導通している。第１接続電極３５の位置は、後述するスルーホール電極２８，２９の位置に対応する位置に形成されている。

サポート台座５０の上面に第１配線電極３２と第２配線電極３３とスルーホール電極２８、２９（図４（ａ）参照）とを備える。第１配線電極３２及び第２配線電極３３は、渦巻き状に形成されている。

図４（ａ）は、サポート台座５０の平面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。図４（ｂ）には第１接続電極３５の仮想線及び導電性接着剤１３の仮想線が示されている。

サポート台座５０の上面に第１配線電極３２及び第２配線電極３３並びにスルーホール電極２８、２９が形成されている。第１配線電極３２及び第２配線電極３３は、＋ｚ’軸方向から−ｚ’軸方向に見て、ともに外側から内側へ時計回りの渦巻き状に形成されている。

サポート台座５０に渦巻き状に形成された第１配線電極３２は、一端に第３接続電極３７が他端にスルーホール電極２８が接続されている。スルーホール電極２８は、サポート台座５０表裏面を貫通している。この第２配線電極３３は、一端に第３接続電極３８で他端にスルーホール電極２９が接続されている。スルーホール電極２９は、サポート台座５０の表裏面を貫通している。図４（ｂ）に示されるように、スルーホール電極２８及び２９の下端（本明細書では第２接続電極３６と同じ役割）は第１接続電極３５に導電性接着剤１３で接続される。

このような構成であるため、第３接続電極３７，３８からサポート台座５０に電流が流れる場合には、以下のように電流が流れる。なお、第３接続電極３７，３８には交番電流が印加される。このため第３接続電極３７，３８にはプラス電位、マイナス電位が交互に印加される。ここでは第３接続電極３７がマイナス電位である場合を説明する。

まずサポート台座５０の第３接続電極３７に入った電流の向きは、矢印で示されるように第１配線電極３２を時計回りに流れる。そして電流はスルーホール電極２８を通って一方の第１接続電極３５に流れる。他方の第１接続電極３５に入った電流は、スルーホール電極２９から第２配線電極３３に流れる。第２配線電極３３の電流の向きは矢印に示されるように反時計回りに流れる。そして電流は第３接続電極３８を介してＡＴカット水晶振動片２０へ流れる。サポート台座４０の第１配線電極３２の電流は渦巻き状に同じ向きになりインダクタンスが強められる。第２配線電極３３の電流も同様にインダクタンスが強められる。ここで、第１配線電極３２と第２配線電極３３との電流の向きは、サポート台座５０の中央領域では同じ向きになっている。このため、第１配線電極３２と第２配線電極３３とはインダクタンスが強められる。

（第３実施形態）
＜第３水晶デバイス１２０の構成＞
図５（ａ）は、リッド５を取り除いた状態の第３水晶デバイス１２０の平面図であり、（ｂ）は、図５（ａ）のＤ−Ｄ’断面図であり、（ｃ）は、サポート台座６０−１の平面図である。第１実施形態と同じ構成要件には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

図５（ａ）及び（ｂ）に示されるように、第３水晶振動デバイス１２０も、ＡＴカット水晶振動片２０と、セラミックパッケージ１０と、リッド５とで構成されている。第３水晶振動デバイス１２０は、ベース１０とリッド５とで形成された空間に、ＡＴカット水晶振動片２０を装着している。ＡＴカット水晶振動片２０及びベース１０は、第１実施形態と同じ機能のため同じ符号を付して重複する説明を省略する。第１水晶デバイス１００と第３水晶デバイス１２０との違いは、サポート台座４０に代わりに別のサポート台座６０が用いられている点である。図５（ｂ）は、理解を助けるため、サポート台座６０が分離されて描かれている。

サポート台座６０は第１サポート台座６０−１と第２サポート台座６０−２の二層からなる。図５に示されるように、第１サポート台座６０−１の上面に第１配線電極３２と第３接続電極３７，３８とが形成される。第１サポート台座６０−１の下面に第２配線電極３３が形成されている。第１配線電極３２と第２配線電極３３とは第１サポート台座６０−１を貫通するスルーホール電極２８を介して電気的に接続している。第１配線電極３２と第２配線電極３３とは渦巻き状に形成されている。第２サポート台座６０−２は、側面及び底面に第２接続電極３６を備える。第１サポート台座６０−１と第２サポート台座６０−２とは低融点ガラスなどの絶縁体で接合されている。

図５（ｂ）に示されるように、サポート台座６０は、ベース１０の第１接続電極３５に塗布した２点の導電性接着剤１３とベース１０の底面に塗布された１点のベース用接着剤１６とによって固定されている。これにより、サポート台座６０を介して第３接続電極３７から外部電極５１，５２までが接合され、ＡＴカット水晶振動片２０の引出電極２１と第１電極パッド２３とはベース１０の外部電極５１に電気的に接続される。

図５（ｃ）は、第１配線電極３２と第２配線電極３３との電流の向きを示している。また裏面の第２配線電極３３は点線で描かれている。第１配線電極３２と第２配線電極３３との電流の向きは、反時計回りである。図６に第１配線電極３２と第２配線電極３３とを表裏に分けて描いている。

図６（ａ）は、サポート台座６０−１の表面の平面図であり、（ｂ）は、サポート台座６０−１の裏面の平面図であり、（ｃ）は、図６（ａ）のＥ−Ｅ’断面図である。図６（ａ）に示されるように、第１配線電極３２は渦巻き状に形成されている。スルーホール電極２８は、サポート台座６０−１の表裏面を貫通し、サポート台座６０−１の下面の第２配線電極３３に接続されている（図６（ｃ）参照）。そして図６（ｂ）に示されるように、第２配線電極３３も渦巻き状に形成されている。

このような構成であるため、第３接続電極３７からサポート台座６０に電流が流れてくる場合には、以下のように電流が流れる。

まず、サポート台座６０−１の第３接続電極３７と第１配線電極３２とに入った電流の向きは、矢印で示されるように反時計回りに流れる。その電流はスルーホール電極２８を通って第２配線電極３３に流れる。図６（ｂ）では電流の向きは時計回りであるが図５（ｃ）に示されるように同一方向から見れば反時計回りである。第２配線電極３３に入った電流は、第３接続電極３８を介して外部電極５２へ流れる。ここで、第１配線電極３２と第２配線電極３３との電流の向きは同じ向きになっている。このため、第１配線電極３２と第２配線電極３３とはインダクタンスが強められる。

以上、本発明の好適実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記各実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。例えば、上記実施形態ではＡＴカット水晶振動片で説明したが、水晶の切断方向は、ＢＴカット、ＳＣカット、ＩＴカットなどの切断方向でもよい。また、音叉型水晶振動片(未図示)を用い、導電性接着剤１５を使用しないで、非導電性接着剤で水晶振動片を固定するとともに第２接続電極４１、４２と音叉型水晶振動片とをワイヤーボンディングで接続してもよい。

５ リッド
１０ ベース
１１ 枠部セラミック層
１３、１５ 導電性接着剤
１６ ベース用接着剤
１８ 凸部
１９ 封止材
２０ ＡＴカット水晶振動片
２１，２２ 引出電極
２３，２４ 第１電極パッド、第２電極パッド
２５，２６ 第１励振電極、第２励振電極
２８，２９ スルーホール電極
３２，３３ 第１配線電極、第２配線電極
３５ 第1接続電極
３６ 第２接続電極
３７、３８ 第３接続電極
４０，５０，６０（６０−１，６０−２） サポート台座
５１，５２ 外部電極
１００，１１０、１２０ 第１、第２、第３水晶デバイス

Claims (5)

1. 実装面に形成された一対の外部電極と前記実装面の反対側の底面に形成され前記外部電極に導通する一対の第１接続電極とを有するベースと、
   前記第１面に形成され前記第１接続と接続する一対の第２接続電極と、前記第１面の反対面に形成された一対の第３接続電極と、前記第２接続部と前記第３接続部とを導通する一対の配線電極とを有し、前記ベース上に固定されるサポート部材と、
   励振電極とこの励振電極に導通する引出電極とを有するとともに、前記第３接続電極に塗布された接着剤を介して前記引出電極が前記サポート部材に固定される水晶振動片と、を備え、
   前記一対の配線電極の少なくとも一方は、流れる電流によって形成される磁場にエネルギーを蓄えるインダクタを形成する水晶デバイス。
2. 前記一対の配線電極は前記第１面に形成される請求項１に記載の水晶デバイス。
3. 前記一対の配線電極の少なくとも一方は、前記第１面又は前記第２面で渦巻き状に形成されている請求項１又は請求項２に記載の水晶デバイス。
4. 前記一対の配線電極の両方は、前記第１面及び前記第２面で渦巻き状に形成されている請求項１又は請求項２に記載の水晶デバイス。
5. 前記サポート部材は矩形形状であり、前記第３接続電極は前記矩形形状の角隅に設けられている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水晶デバイス。