JP2016220180A - 圧電振動素子及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】素子搭載部材の変形が圧電振動素子の特性に及ぼす影響を低減できる圧電振動素子を提供する。【解決手段】振動素子９において、水晶片１５は、板状の本体部２１と、平面視において本体部２１の外縁から延び出て曲がる１対のフレーム部２３とを有している。また、振動素子９は、本体部２１の両主面に位置する１対の励振電極１７と、１対の励振電極１７に接続されており、１対のフレーム部２３の表面にて１対のフレーム部２３に沿って延びる１対の配線１９と、を有している。【選択図】図２

Description

本発明は、圧電振動素子、及び、当該圧電振動素子を有する圧電デバイスに関する。

圧電デバイスとして、所定の周波数で振動する発振信号を生成するための水晶振動子又は水晶発振器が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１では、水晶振動子を恒温槽に収容した、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ：oven controlled crystal oscillator）が開示されている。

水晶振動子又は水晶発振器等の水晶デバイスは、板状の水晶片の両主面に１対の励振電極が設けられて構成された水晶振動素子（圧電振動素子）を有している。水晶振動素子は、水晶デバイスのパッケージの一部を構成する素子搭載部材の実装面に実装される。具体的には、まず、水晶振動素子の一方の主面には、１対の励振電極に接続された１対の引出電極が設けられる。一方、素子搭載部材の実装面には１対の素子用パッドが設けられる。そして、水晶振動素子は、素子搭載部材の実装面に隙間を介して対向配置され、１対の引出電極と１対の素子用パッドとは、その間に配された１対の導電性のバンプによって接合される。これにより、水晶振動素子は、素子搭載部材に固定されるとともに電気的に接続される。

特開２００６−３１１４９６号公報

素子搭載部材の実装面には、種々の要因によって変形が生じるおそれがある。例えば、圧電デバイスに熱が加えられると、パッケージの部分間の熱膨張差によって素子搭載部材の実装面に反りが生じる。実装面の変形は、実装面上の１対の素子用パッドの相対位置の変化を招き、ひいては、この１対の素子用パッドに接合された圧電振動素子の変形を招く。別の観点では、圧電振動素子に意図しない応力が発生する。そして、圧電振動素子の特性変化が生じる。従って、例えば、恒温槽に収容され、比較的高温の環境下におかれる水晶振動子において、意図した周波数が得られないおそれがある。また、例えば、温度変化が大きい環境で圧電デバイスが利用される場合に、安定した特性が得られないおそれがある。

従って、素子搭載部材の変形が圧電振動素子の特性に及ぼす影響を低減できる圧電振動素子及び圧電デバイスが提供されることが好ましい。

本発明の一態様に係る圧電振動素子は、板状の本体部と、平面視において前記本体部の外縁から延び出て曲がる１対のフレーム部とを有した圧電素板と、前記本体部の両主面に位置する１対の励振電極と、前記１対の励振電極に接続されており、前記１対のフレーム部の表面にて前記１対のフレーム部に沿って延びる１対の配線と、を有している。

好適には、前記１対のフレーム部は、平面視において前記本体部の外縁に沿って延びている。

好適には、前記１対のフレーム部は、平面視において前記本体部回りに、それぞれ１／４周以上延びている。

好適には、前記１対のフレーム部は、平面視において前記本体部を合計で３／４周以上に亘って囲むように延びている。

好適には、前記本体部は、平面視において、第１辺、当該第１辺に直交する第２辺及び第３辺、及び、前記第１辺に平行な第４辺を有する矩形であり、前記１対のフレーム部の一方は、前記第１辺から延び出て、前記第１辺、前記第２辺及び前記第４辺に沿って延び、前記１対のフレーム部の他方は、前記第１辺及び前記第４辺の一方の辺から延び出て、当該一方の辺、前記第３辺、並びに、前記第１辺及び前記第４辺の他方の辺に沿って延びている。

好適には、前記１対のフレーム部は、平面視において、前記本体部から互いに同一側へ延び出てから、互いに逆回りで前記本体部回りに延び、先端同士が互いに接続されている。

本発明の一態様に係る圧電デバイスは、上記の圧電振動素子と、前記１対の配線の、前記１対のフレーム部の先端側に位置する部分と接合された１対のパッドを有する素子搭載部材と、を有している。

好適には、前記１対のフレーム部は、平面視において前記本体部回りに、それぞれ１／４周以上延びており、前記素子搭載部材は、平面視において、前記本体部の中心よりも前記１対のフレーム部の一方が前記本体部から延び出た側であって、当該一方のフレーム部と重なる位置に、前記実装面から盛り上がった台座部を有している。

上記の構成によれば、素子搭載部材の変形が圧電振動素子の特性に及ぼす影響を低減できる。

図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る水晶振動子を上面側から見た斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の水晶振動子を下面側から見た斜視図。 図１の水晶振動子を上面側から見た分解斜視図。 図１の水晶振動子を下面側から見た分解斜視図。 図１（ａ）のIV−IV線における断面図。 図５（ａ）は本発明の第２実施形態に係る水晶振動子の内部を示す平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線における断面図。 本発明の第３実施形態に係る水晶振動素子を示す平面図。 本発明の第４実施形態に係る水晶振動素子を示す平面図。 水晶振動子の応用例を示す図。

以下、本発明の実施形態に係る圧電デバイスについて、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。また、図面には、説明の便宜のために、互いに直交するＤ１軸、Ｄ２軸及びＤ３軸からなる直交座標系を付す。

圧電デバイスは、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、Ｄ３軸方向の正側を上方として、上面、下面などの用語を用いるものとする。

同一又は類似する部位乃至は部材については、「第１励振電極１７Ａ」及び「第２励振電極１７Ｂ」のように、同一の名称と、互いに異なる番号及び大文字のアルファベットとを用いて呼称することがあり、また、この場合、単に「励振電極１７」というなど、両者を区別しないことがある。

第２実施形態以降の説明において、既に説明した実施形態の構成と同一又は類似する構成については、既に説明した実施形態の構成に付した符号と同一の符号を付し、説明を省略することがある。また、既に説明した実施形態の構成に対応（類似）する構成に、既に説明した実施形態の構成と異なる符号が付された場合であっても、特に断りがない事項については、既に説明した実施形態の構成と同様であるものとする。

＜第１実施形態＞
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る水晶振動子１（以下、「水晶」を省略して「振動子１」ということがある。）を上面側から見た斜視図である。図１（ｂ）は、振動子１を下面側から見た斜視図である。

振動子１は、所定の周波数で振動する発振信号を生成するために用いられる圧電デバイスである。振動子１の大きさは適宜なものとされてよい。例えば、比較的小さいものでは、平面視における長さ（Ｄ１軸方向又はＤ２軸方向）が１〜２ｍｍであり、厚さ（Ｄ３軸方向）が０．２〜０．４ｍｍである。

振動子１（そのパッケージ３）の外形は、例えば、概略、薄型の直方体状とされている。その下面には、複数の外部端子５が設けられている。振動子１は、その下面を不図示の回路基板等の実装面に対向させて配置され、前記の実装面に設けられた複数のパッドと、複数の外部端子５とが不図示の複数のバンプ（例えば半田）によって接合されることによって実装される。そして、振動子１は、複数の外部端子５のいずれか２つに対して交流電圧が印加される。

より具体的には、例えば、振動子１の外形は、下面に下面凹部７が形成された直方体状とされている。下面凹部７の形状及び寸法は適宜に設定されてよい。例えば、下面凹部７の平面形状は、振動子１の概略矩形の下面の４辺と平行な４辺を有する概略矩形とされている。振動子１の下面のうち下面凹部７を囲む矩形の枠状部分は、４辺のうち１対の辺（Ｄ２軸方向に延びる辺）が他の１対の辺よりも幅広に形成されている。

複数の外部端子５は、例えば、少なくとも水晶振動子１の下面の４隅に設けられている。図１の例では、上記の幅広に形成された２辺のそれぞれにおいて、各辺に沿って３つ配列されて、合計で６つ設けられている。外部端子５は、例えば、層状に形成された導電性材料（例えば金属）からなる。その平面形状は適宜に設定されてよく、例えば、矩形である。

複数の外部端子５のうち、発振信号を生成するための交流電圧が印加されるのは２つである。他の外部端子５は、例えば、振動子１をバンプによって不図示の回路基板等に実装するためのものであり、電気的には浮遊状態とされるか、基準電位が付与される。また、例えば、他の外部端子５は、後述する蓋部材１３に基準電位を付与するためのものであってもよい。

なお、本実施形態の説明において、直方体乃至は矩形というとき、当該形状は、その角部が全体の形状を損なわない程度に面取りされたものを含むものとする。例えば、矩形は、１辺の長さの１／１０以下の長さで当該１辺の一端がカットされるような面取りがなされたものを含むものとする。当該面取りは、エッチング等の精度によって意図せずに生じるものであってもよいし、意図的になされたものであってもよい。その他、矩形は、エッチング等の精度によって辺が微小に湾曲したものも含むものとする。

図２は、振動子１を上面側から見た分解斜視図である。図３は、振動子１を下面側から見た分解斜視図である。

振動子１は、例えば、概略して３つの部材からなる。すなわち、振動子１は、交流電圧が印加されることにより機械的振動を生じる水晶振動素子９（以下、「水晶」を省略して、「振動素子９」ということがある。）と、振動素子９を収容する箱状の素子搭載部材１１と、素子搭載部材１１の開口を封止する蓋部材１３とを有している。なお、パッケージ３は、素子搭載部材１１及び蓋部材１３によって構成されている。パッケージ３の内部は、例えば、真空とされ、又は、窒素が封入されている。これらの具体的な構成は、例えば、以下のとおりである。

振動素子９は、例えば、水晶片１５と、水晶片１５に電圧を印加するための第１励振電極１７Ａ（図２）及び第２励振電極１７Ｂ（図３）と、振動素子９を素子搭載部材１１に実装するための第１配線１９Ａ（図２）及び第２配線１９Ｂ（図３）とを有している。第１配線１９Ａは第１励振電極１７Ａと接続されており、第２配線１９Ｂは第２励振電極１７Ｂと接続されている。

水晶片１５は、例えば、全体として一定の厚さの板状に形成されている。より具体的には、水晶片１５は、板状の本体部２１と、本体部２１から延び出る第１フレーム部２３Ａ及び第２フレーム部２３Ｂとを有している。

本体部２１は、１対の励振電極１７によって交流電圧が印加されることにより機械的振動を生じる部分である。本体部２１の平面形状は、適宜な形状とされてよく、本実施形態では、矩形である。すなわち、本体部２１の外縁は、第１辺２１ａと、当該第１辺２１ａに直交する第２辺２１ｂ及び第３辺２１ｃと、第１辺２１ａに平行な第４辺２１ｄとを有している。

１対のフレーム部２３は、素子搭載部材１１に固定されて、本体部２１を支持する。従って、本体部２１が直接に素子搭載部材１１に固定される場合に比較して、本体部２１は、弾性的に支持されることになる。

１対のフレーム部２３は、例えば、本体部２１の外縁から延び出て曲がり、本体部２１の外縁に沿って（別の観点では本体部２１回りに）延びている。これにより、振動素子９の大型化を抑制しつつ、フレーム部２３を長くして、弾性的な支持の効果を高くすることができる。

より具体的には、例えば、１対のフレーム部２３は、まず、本体部２１の第１辺２１ａから第１辺２１ａに直交する方向に延び出る。別の観点では、１対のフレーム部２３は、本体部２１の外縁から互いに同一の方向へ延び出る。次に、１対のフレーム部２３は、互いに逆方向へ屈曲し、本体部２１の第１辺２１ａ、第２辺２１ｂ又は第３辺２１ｃ、及び、第４辺２１ｄに沿って延びる。この際、例えば、１対のフレーム部２３は、各辺に対して平行に延びている。そして、１対のフレーム部２３の先端同士は、互いに接続されている。

このように、本実施形態では、各フレーム部２３は、本体部２１回りに１／２周近く（従って１／４周以上）に亘って延び、１対のフレーム部２３全体として、本体部２１を囲むように延びている。なお、１対のフレーム部２３が合計で３／４周以上に亘って延びている場合、フレーム部２３は、本体部２１に対して、本体部２１から延び出た側とは概ね反対側まで延びているから、１対のフレーム部２３は、平面視において本体部を囲んでいるといってよい。また、１対のフレーム部２３は、矩形の本体部２１の各辺に平行に延びて、先端が接続されていることから、全体として矩形の枠状に形成されている。

なお、フレーム部２３が本体部２１回りに何周分延びているかは、例えば、平面視において、本体部２１の中心（例えば図形重心）からフレーム部２３の根元へ引いた直線と、前記の中心からフレーム部２３の先端へ引いた直線との角度によって判定してよい。すなわち、本体部２１の中心回りの、フレーム部２３の根元から先端までの中心角によって判定してよい。この判定の際、フレーム部２３の位置は、例えば、中心線（延びる方向に直交する断面の図形重心を連ねた線）を基準に判定してよい。

例えば、１本のフレーム部２３は、上記の中心角が９０°以上であれば、１／４周以上に亘って延びているといえる。また、例えば、各フレーム部２３の中心角の、２本のフレーム部２３での合計が２７０°以上であれば、１対のフレーム部２３は、合計で３／４周以上に亘って延びているといえる。

フレーム部２３の幅は、適宜に設定されてよい。フレーム部２３の幅は、例えば、その長さ全体に亘って、概ね一定とされている。フレーム部２３の幅は、例えば、フレーム部２３が本体部２１を支持可能な強度を有する幅以上とされる。この際、もちろん、本体部２１の単純な重量だけでなく、本体部２１の振動や振動子１に加えられる加速度（許容範囲のもの）が加味される。また、フレーム部２３の幅は、例えば、本体部２１の短辺（別の観点では最小の直径）の１／２未満とされる。これ以上の幅だと、フレーム部２３の長さにもよるが、本体部２１を直接的に素子搭載部材１１に固定する場合に比較した弾性的な支持の効果があまり期待できなくなるからである。

フレーム部２３の内縁と本体部２１の外縁との距離も適宜に設定されてよい。本実施形態では、フレーム部２３の内縁と本体部２１の外縁とは平行であり、両者の距離は、各辺において一定である。この距離は、例えば、本体部２１が励振されたときに、本体部２１がフレーム部２３に当接しない距離以上とされる。また、この距離は、振動子１に加速度（許容範囲のもの）が加えられたときに、本体部２１がフレーム部２３に当接しない距離以上とされてもよいし、逆に、当該距離未満とされてもよい。前者の場合は、当接による本体部２１の破損が抑制され、後者の場合は、フレーム部２３を本体部２１のストッパとして機能させることにより、本体部２１とフレーム部２３との接続部に過大な応力が加えられることを抑制できる。なお、本実施形態では、第４辺２１ｄにおける距離は、他の辺における距離よりも短くされている。

１対のフレーム部２３の根元部分（第１辺２１ａから延び出る部分）は、互いに結合されている。これにより、例えば、根元部分における応力集中が抑制される。ただし、このような結合部分は形成されなくてもよい。この結合部分の幅は、例えば、フレーム部２３の大部分の幅（一定の幅）を基準として、フレーム部２３の１本分の幅よりも大きく、２本分の幅よりも小さい。また、結合部分からの分岐部分には、外周面に切り欠きが形成されている。この切り欠きにより、１対のフレーム部２３の独立性が向上する。ただし、この切り欠きは形成されていなくてもよい。

フレーム部２３の先端側（第４辺２１ｄ側）の外周面には、外側へ突出する突起が形成されている。この突起は、例えば、素子搭載部材１１の内周面に突き当てられ、振動素子９の位置決めに寄与する。及び／又は、突起は、振動素子９の向きを画像認識によって特定するときの目印となる。ただし、このような突起は設けられなくてもよい。

励振電極１７及び配線１９は、水晶片１５の表面に形成された導電層からなる。導電層（後述する他の導電層も同様）は、例えば、金属からなり、また、２種以上の導電層が積層されて構成されていてもよい。

１対の励振電極１７は、例えば、本体部２１の両主面の中央側に位置しており、本体部２１を挟んで対向している。１対の励振電極１７は、例えば、互いに同一の形状及び大きさであり、平面視において完全に重なっている。励振電極１７の形状は、適宜な形状とされてよく、本実施形態では、本体部２１の４辺と平行な４辺を有する矩形とされている。

第１配線１９Ａは、例えば、第１励振電極１７Ａから延びて第１フレーム部２３Ａの表面を第１フレーム部２３Ａに沿って延びている。同様に、第２配線１９Ｂは、例えば、第２励振電極１７Ｂから延びて第２フレーム部２３Ｂの表面を第２フレーム部２３Ｂに沿って延びている。そして、１対の配線１９の先端は、素子搭載部材１１の後述する素子用パッド２９（図２）に電気的に接続される。これにより、１対の励振電極１７は、素子搭載部材１１の配線と電気的に接続される。

より具体的には、例えば、配線１９は、まず、本体部２１の主面上において、励振電極１７の外縁のうち本体部２１の第１辺２１ａ側（フレーム部２３が延び出る側）の部分（辺）から直線状に延び出て、本体部２１とフレーム部２３との接続部に至る。すなわち、配線１９は、励振電極１７から最短距離で接続部に至る。次に、配線１９は、フレーム部２３の表面のうち、本体部２１の、当該配線１９が設けられた主面と連続する面（第１配線１９Ａは上面、第２配線１９Ｂは下面）において、フレーム部２３に沿って延びる。従って、１対の配線１９は、基本的に、水晶片１５の互いに逆側の面に設けられている。また、配線１９は、例えば、フレーム部２３の配線１９が設けられた面の全幅に亘る幅で延びている。

そして、第１配線１９Ａは、第１フレーム部２３Ａの先端に至ると、第１フレーム部２３Ａの外周面及び内周面の少なくとも一方（本実施形態では外周面）を経由して、反対側の面（下面、素子搭載部材１１側の面）へ延びる。そして、第１配線１９Ａの先端（図３）は、第１フレーム部２３Ａの先端の下面に位置する。この先端は、素子搭載部材１１と電気的に接続される第１素子端子２５Ａを構成している。また、第２配線１９Ｂは、第２フレーム部２３Ｂの先端に先端（図３）が位置する。この先端は、素子搭載部材１１と電気的に接続される第２素子端子２５Ｂを構成している。第１素子端子２５Ａ及び第２素子端子２５Ｂは、１対のフレーム部２３の先端同士とは異なり、互いに離間している。

なお、図示の例とは異なり、第２配線１９Ｂは、第２フレーム部２３Ｂの外周面及び内周面の少なくとも一方を経由して、反対側の面（上面）へ延び、その先端が第２フレーム部２３Ｂの先端の上面に位置してもよい。すなわち、振動素子９は、上下が可逆とされていてもよい。

素子搭載部材１１は、例えば、素子搭載部材１１の主体となる基体２７と、振動素子９を実装するための１対の素子用パッド２９（図２）と、既述の複数の外部端子５とを有している。

基体２７は、絶縁材料から構成されている。絶縁材料は、例えば、セラミック又は樹脂である。基体２７は、複数部材から構成されていてもよいし、全体が一体的に形成されていてもよい。基体２７は、振動素子９を搭載且つ封止可能であれば、適宜な形状とされてよい。例えば、基体２７は、概略直方体の上面に上面凹部３１（図２）が形成され、下面に既述の下面凹部７が形成された形状とされている。

上面凹部３１は、振動素子９を収容するためのものである。その形状及び大きさは適宜に設定されてよい。本実施形態では、上面凹部３１は、その平面形状が基体２７の上面の４辺と平行な４辺を有する矩形とされ、その広さは、下面凹部７の広さよりも広くされている。

１対の素子用パッド２９は、例えば、上面凹部３１の底面（実装面）に設けられている。より具体的には、例えば、１対の素子用パッド２９は、上面凹部３１の矩形の底面の一辺に沿って並んで設けられている。素子用パッド２９は、例えば、導電層からなる。その平面形状は適宜に設定されてよく、図２の例では矩形である。

一の外部端子５と一の素子用パッド２９とは不図示の接続導体により接続され、他の一の外部端子５と他の一の素子用パッド２９とは不図示の接続導体により接続されている。接続導体は、例えば、基体２７の内部に設けられたビア導体や内層導体によって構成されている。

蓋部材１３は、例えば、概ね矩形の金属板によって構成されている。蓋部材１３は、素子搭載部材１１の、上面凹部３１を囲む枠部の上面に重ねられて接合されている。接合は、例えば、両者に設けられた金属層同士が溶接されることによりなされる。なお、蓋部材１３は、絶縁材料から構成されていてもよい。

図４は、図１（ａ）のIV−IV線における断面図である。

素子搭載部材１１は、例えば、３層の部材が積層されて構成されている。具体的には、素子搭載部材１１は、平板状の基板部２７ａと、基板部２７ａの上面側に上面凹部３１を構成する上面枠部２７ｂと、基板部２７ａの下面側に下面凹部７を構成する下面枠部２７ｃとを有している。なお、基板部２７ａの上面は、上面凹部３１の底面を構成している。

振動素子９が上面凹部３１の底面に対向して配置されると、１対の素子端子２５と１対の素子用パッド２９とが対向する。そして、両者は、その間に介在する１対のバンプ３３によって接合される。これにより、フレーム部２３が素子搭載部材１１に対して固定され、振動素子９が素子搭載部材１１に支持される。また、素子端子２５と素子用パッド２９とが電気的に接続され、ひいては、外部端子５の２つと、１対の励振電極１７とが電気的に接続される。バンプ３３は、例えば、導電性接着剤からなる。導電性接着剤は、例えば、熱硬化性樹脂に導電性フィラーを混ぜて構成されている。

以上に説明した振動素子９及び振動子１の製造方法は、これらの部材の具体的な形状に対応する部分を除いては、従来の振動素子及び振動子の製造方法と同様でよい。例えば、振動素子９は、水晶からなるウェハに対してエッチングを行って水晶片１５を形成し、蒸着又はスパッタリングによって励振電極１７及び配線１９となる金属を成膜すればよい。そして、エッチング及び金属の成膜のためのマスクのパターンを、上述した振動素子９の形状に応じたものとすればよい。

以上のとおり、本実施形態に係る振動素子９において、水晶片１５は、板状の本体部２１と、平面視において本体部２１の外縁から延び出て曲がる１対のフレーム部２３とを有している。また、振動素子９は、本体部２１の両主面に位置する１対の励振電極１７と、１対の励振電極１７に接続されており、１対のフレーム部２３の表面にて１対のフレーム部２３に沿って延びる１対の配線１９と、を有している。

また、本実施形態に係る振動子１は、上記のような振動素子９と、素子搭載部材１１とを有している。素子搭載部材１１は、１対の配線１９の、１対のフレーム部２３の先端側に位置する部分（素子端子２５）と接合された１対の素子用パッド２９を有している。なお、フレーム部の先端側は、例えば、フレーム部２３の先端から、フレーム部２３の全長の１／３の範囲内、より好ましくは１／４の範囲内である。

従って、１対のフレーム部２３によって弾性的に本体部２１が支持されるように振動素子９が素子搭載部材１１に固定され、且つ、１対の励振電極１７が１対の素子用パッド２９に電気的に接続される。その結果、例えば、熱によって素子搭載部材１１が変形して、１対の素子用パッド２９の相対位置が変化しても、その変化量の一部は変形しやすい１対のフレーム部２３によって吸収される。これにより、本体部２１に生じる変形（応力）が緩和され、ひいては、本体部２１の特性変化が抑制される。素子搭載部材１１の変形が本体部２１の特性変化に及ぼす影響が緩和されることから、例えば、比較的高熱の環境下で振動子１を利用しても、実際の周波数特性が意図した周波数特性からずれることが抑制される。また、例えば、温度変化が比較的大きい環境下で振動子１を利用しても、周波数特性が不安定になることが抑制される。

さらに、フレーム部２３は、本体部２１から延び出て曲がっていることから、単に本体部２１から直線的に延びている場合に比較して、フレーム部２３の長さを確保しつつ、振動素子９の大型化を抑制できる。

当該効果は、特に、１対のフレーム部２３が平面視において本体部２１の外縁に沿って延びている場合に顕著となる。なお、フレーム部２３が本体部２１の外縁に沿って延びているか否かの判定については、後述の第４実施形態の説明において述べる。

また、本実施形態では、１対のフレーム部２３は、平面視において本体部２１回りに、それぞれ１／４周以上延びている。

従って、各フレーム部２３は比較的長く、弾性的な支持の効果が大きくなる。具体的には、フレーム部２３は、本体部２１の１／４周以上に亘って延びている場合、少なくとも延び出た側とは反対側へ向かうまで延びていることになる。別の観点では、フレーム部２３は、本体部２１から延び出てから、その延び出た方向（Ｄ１軸方向の正側）に交差する方向（Ｄ２軸方向）へ延び、さらに、延び出た側とは反対側（Ｄ１軸方向の負側）へ延びている。従って、Ｄ２軸方向及びＤ１軸方向の双方に関して、フレーム部２３の長さを確保することができる。その結果、フレーム部２３は、素子搭載部材１１の実装面（上面凹部３１の底面）の種々の方向の変形を吸収しやすくなる。

また、本実施形態では、本体部２１は、平面視において、第１辺２１ａ、当該第１辺２１ａに直交する第２辺２１ｂ及び第３辺２１ｃ、及び、第１辺２１ａに平行な第４辺２１ｄを有する矩形である。一方、第１フレーム部２３Ａは、第１辺２１ａから延び出て、第１辺２１ａ、第２辺２１ｂ及び第４辺２１ｄに沿って延びている。第２フレーム部２３Ｂは、第１辺２１ａから延び出て、第１辺２１ａ、第３辺２１ｃ及び第４辺２１ｄに沿って延びている。別の観点では、１対のフレーム部２３は、平面視において本体部２１を合計で３／４周以上に亘って囲むように延びている。

従って、例えば、各フレーム部２３は、本体部２１の１／４周よりも更に長く、弾性的な支持の効果が大きくなる。より具体的には、各フレーム部２３は、本体部２１から延び出てから、Ｄ２軸方向に本体部２１の半径程度で延び、その後、Ｄ１軸方向へ本体部２１の直径程度で延びる。これだけだと、Ｄ２軸方向の長さがＤ１軸方向の長さに比較して短くなりがちである。しかし、ここで更に、Ｄ２軸方向に延びる部分（第４辺２１ｄに沿う部分）が確保されることにより、Ｄ１軸方向及びＤ２軸方向の双方について、十分な長さが確保される。

また、本実施形態では、１対のフレーム部２３は、平面視において、本体部２１から互いに同一側へ延び出てから、互いに逆回りで本体部２１回りに延び、先端同士が互いに接続されている。

従って、例えば、フレーム部２３は、本体部２１の周囲に目一杯に長さが確保されることになり、振動素子９の大型化を抑制しつつ、弾性的な支持の効果を最大限にすることができる。また、例えば、１対のフレーム部２３は、先端同士が接続されていることにより先端同士の相対的な変位が抑制される。その結果、本体部２１に生じる変形（応力）が緩和される。また、例えば、２本のフレーム部２３は、先端同士が接続されていることにより互いに強度が補強される。その結果、例えば、振動素子９を搬送したり、実装したりするときに、フレーム部２３が折れるおそれが低減される。

＜第２実施形態＞
図５（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る水晶振動子２０１の内部を示す平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線における断面図である。なお、図５（ａ）では、便宜上、一部の部材（２９、２３０）の表面（すなわち断面でない面）に斜線のハッチングを付している。

水晶振動子２０１は、第１実施形態と同様に、振動素子２０９と、振動素子２０９を収容する素子搭載部材２１１及び蓋部材１３（図５（ｂ））とを有している。ただし、振動素子の形状、及び、素子搭載部材の構成が第１実施形態と相違する。具体的には、以下のとおりである。

振動素子２０９は、フレーム部の長さが第１実施形態の振動素子９と相違する。具体的には、振動素子２０９（水晶片２１５）の第１フレーム部２２３Ａ及び第２フレーム部２２３Ｂは、第１実施形態のフレーム部２３よりも短い。１対のフレーム部２２３の先端は、本体部２１の４隅側のうち、１対のフレーム部２２３が延び出た側とは反対側（第４辺２１ｄ側）の２つの隅側に位置している。

このような１対のフレーム部２２３の形状に対応して、１対の配線１９の先端（素子端子２５（図５（ｂ））は、当該２つの隅側に位置している。また、素子搭載部材２１１は、１対の素子用パッド２９を上面凹部３１の底面の２つの隅側に有している。そして、本体部２１の２つの隅側において、１対の素子端子２５と１対の素子用パッド２９とが１対のバンプ３３によって接合されている。

なお、２つの隅側に位置するか否かは、例えば、本体部２１が矩形であれば、その対角線上に位置するか否かによって判定されてよい。また、本体部２１の互いに直交する２辺（例えば第２辺２１ｂ及び第４辺２１ｄ）を延長した２つの線（例えば点線Ｌ１及びＬ２）に囲まれる領域に、少なくとも一部が位置するか否かによって判定されてよい。

このように、１対のフレーム部２２３の先端（１対の素子端子２５及び素子用パッド２９）が本体部２１の２つの隅側に位置している場合においては、振動素子２０９の、素子搭載部材２１１に対する１対の固定位置の距離が互いに離れる。従って、例えば、バンプ３３の量の誤差等によって振動素子２０９が傾くおそれが低減される。すなわち、安定して振動素子２０９の実装がなされる。

１対のフレーム部２２３は、第１実施形態と同様に、根元において互いに結合されて１本となっている。ただし、第１実施形態とは異なり、外周面に切り欠きは形成されていない。ただし、切り欠きが形成されていてもよい。また、１対のフレーム部２２３は、第１実施形態と異なり、外周面に突起が形成されていない。ただし、突起が形成されていてもよい。

素子搭載部材２１１は、１対のフレーム部２２３と重なる位置に、１対の台座パッド２３０を有している。別の観点では、素子搭載部材２１１は、上面凹部３１の底面から盛り上がる台座部を有している。台座パッド２３０は、例えば、素子用パッド２９と同様の構成とされている。すなわち、台座パッド２３０は、上面凹部３１の底面に設けられた金属層により構成され、その高さは、素子用パッド２９と同一である。ただし、素子用パッド２９よりも高くされたり、低くされたりしてもよい。台座パッド２３０の平面形状及び広さは適宜に設定されてよく、図５の例では、素子用パッド２９と概ね同様の形状及び広さとされている。

台座パッド２３０は、例えば、本体部２１の中心よりもフレーム部２２３が延び出た側であって、フレーム部２２３と重なる位置に設けられている。より具体的には、例えば、台座パッド２３０は、フレーム部２２３のうちの、第１辺２１ａ側から第４辺２１ｄ側へ延びる部分の、第１辺２１ａ側の部分に重なる。換言すれば、台座パッド２３０は、フレーム部２２３のうちの、フレーム部２２３が本体部２１から延び出た側とは反対側へ延びる部分の、前記の延び出た側の部分に重なる。第４辺２１ｄ側へ延びる部分の第１辺２１ａ側（延び出た側）は、例えば、平面視における本体部２１の図形中心よりも第１辺２１ａ側であればよいが、好ましくは、第１辺２１ａ側の端部である。

なお、台座パッド２３０は、電気的に浮遊状態とされてもよいし、基準電位が付与されてもよい。また、台座パッド２３０は、自己と重なる配線１９と同じ電位が付与されてもよい。配線１９と対向する台座パッド２３０（図５の例では、第２配線１９Ｂと対向する台座パッド２３０）は、その対向する配線１９と同電位とされることが好ましい。

このように台座パッド２３０が設けられていると、上面凹部３１の底面が台座パッド２３０で補強され、素子搭載部材２１１の変形が抑制される。また、振動素子２０９を実装するとき、振動素子２０９の素子端子２５側とは反対側が低くなるような傾斜が生じても、フレーム部２２３が台座パッド２３０に支持されることによって、傾斜が抑制される。その結果、バンプ３３の振動素子２０９に対する接合状態のばらつきが抑制される。

バンプ３３が硬化して収縮すると、振動素子２０９は、バンプ３３とは反対側（台座パッド２３０側）が浮き上がり、台座パッド２３０から離れる。従って、台座パッド２３０は、振動素子２０９の振動に悪影響を及ぼすことはない。仮に振動素子２０９が台座パッド２３０から浮き上がらないとしても、本体部２１が台座パッド２３０に支持されるのではなく、フレーム部２２３が台座パッド２３０に支持されることから、台座パッド２３０が本体部２１の振動に及ぼす影響は低減される。

＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態に係る振動素子３０９を示す平面図である。

この振動素子３０９（水晶片３１５）では、第１フレーム部３２３Ａ及び第２フレーム部３２３Ｂは、本体部２１から互いに反対側に延び出ている。また、その延び出た後、１対のフレーム部３２３は、本体部２１を同一の周回方向へ延びている。各フレーム部３２３の長さは、例えば、１／２周近く（従って１／４周以上）であり、１対のフレーム部３２３全体で、本体部２１の概ね全体を囲んでいる（合計で３／４周以上に亘って延びている。）。別の観点では、第１及び第２実施形態では、１対のフレーム部は線対称に設けられていたのに対して、本実施形態では、１対のフレーム部３２３は、回転対称に設けられている。

このような構成のフレーム部３２３であっても、第１及び第２実施形態と同様に、本体部２１を弾性的に支持することができる。

＜第４実施形態＞
図７は、第４実施形態に係る振動素子４０９を示す平面図である。

この振動素子４０９（水晶片４１５）では、平面視において本体部４２１が円形に形成されている。また、励振電極４１７（第１励振電極４１７Ａのみ図示）は、本体部４２１と同様に、円形に形成されている。その他は、他の実施形態と同様である。例えば、第１フレーム部４２３Ａ及び第２フレーム部４２３Ｂは、第１及び第２実施形態と同様に、本体部４２１から互いに同一方向へ延び出てから、本体部４２１を囲むように、また、本体部４２１に沿って延びている。

なお、１対のフレーム部４２３は、本体部４２１の外縁に平行ではない。しかし、１対のフレーム部４２３が全体として本体部４２１を囲んでいることなどから、全体としては、フレーム部４２３が本体部４２１の外縁に沿っていることを把握できる。このように、フレーム部が本体部回りに延びているような場合は、局部的にフレーム部が本体部の外縁に対して大きく傾斜していたとしても、フレーム部が本体部の外縁に沿って延びているといえる。すなわち、フレーム部が本体部の外縁に沿っているか否かは、その全体形状と技術常識に照らして判定してよい。

仮に、フレーム部が図７の点線Ｌ５で示す位置までの長さのものだったとしても、そのフレーム部は、本体部４２１の外縁と成す角度が比較的小さいことから、本体部４２１の外縁に沿って延びていると捉えることができる。このように、フレーム部が本体部回りに延びているといえないほどに短い等の場合は、フレーム部（延び出た部分を除く）が本体部の外縁に沿っているか否かは、フレーム部と本体部の外縁とが成す角度が所定の角度範囲内か否かで判定してよい。例えば、４５°以内であれば、フレーム部は本体部の外縁に沿っていると判定してよい。なお、フレーム部及び本体部の外縁の一方又は双方が曲線状のときは、同一の中心角の範囲で平均の方向を比較すればよい。

なお、図５の点線Ｌ４でフレーム部２２３が途切れている場合は、本体部２１の外縁とフレーム部２２３とは平行であるから、当然に、フレーム部は本体部２１の外縁に沿っているといえる。

＜振動子の利用例＞
図８は、振動子１を有するＯＣＸＯ１０１の構成を示す断面図である。すなわち、図８は、振動子１の利用例を示している。なお、図８では、第１実施形態の振動子１を例にとっているが、他の実施形態の振動子（振動素子）であっても構わない。

ＯＣＸＯ１０１は、例えば、振動子１と、振動子１が実装される実装基板１０３とを有している。また、ＯＣＸＯ１０１は、実装基板１０３に実装される振動子１以外の電子部品として、例えば、ＩＣ１０５及びヒータ１０７を有している。さらに、ＯＣＸＯ１０１は、上記の各部品を収容する槽１０９と、槽１０９から露出する外部端子１１１とを有している。

実装基板１０３は、例えば、リジッド式のプリント配線基板によって構成されている。振動子１は、その複数の外部端子５と、実装基板１０３の主面に設けられた複数の振動子用パッド１１３とが、半田等からなるバンプ１１５によって接合されることにより、実装基板１０３に固定されるとともに電気的に接続されている。

ＩＣ１０５は、例えば、振動子１に電圧を印加して発振信号を生成するためのものであり、発振回路を含んで構成されている。ＩＣ１０５は、例えば、その複数のＩＣ端子１１７と、実装基板１０３の主面に設けられた複数のＩＣ用パッド１１９とが、半田等からなるバンプ１２１によって接合されることにより、実装基板１０３に固定されるとともに電気的に接続されている。ＩＣ１０５の実装位置は、適宜な位置とされてよい。図８の例では、ＩＣ１０５は、その上面側の一部が振動子１の下面凹部７に収容される位置に実装されている。

ヒータ１０７及び槽１０９は、振動子１の周囲の雰囲気を一定の温度に保つためのものであり、恒温槽１２３を構成している。ヒータ１０７は、例えば、実装基板１０３の、振動子１が実装された主面とは反対側の主面において、振動子１と重なる位置に実装されている。槽１０９は、金属乃至はセラミック等の適宜な材料から構成され、振動子１等が実装された実装基板１０３を収容している。槽１０９の内部は、好ましくは密閉されており、また、空気乃至は他のガス（例えば窒素）が存在する。

特に図示しないが、槽１０９内には温度センサ（ＩＣに内蔵されたものであってもよい）が設けられている。ヒータ１０７は、その温度センサの検出値が一定の値となるように、不図示のＩＣによってフィードバック制御される。これにより、槽１０９内の温度は一定に保たれる。なお、振動子１の周囲の雰囲気は、恒温槽１２３によって一定に保たれるが、ＩＣ１０５は、温度補償回路を有するものであってもよい。

外部端子１１１は、例えば、金属からなるピンである。その一端は、実装基板１０３に挿通されて固定されているとともに、電気的に接続されている。これにより、外部端子１１１は、実装基板１０３を介してＩＣ１０５等に電気的に接続されている。また、外部端子１１１の他端は、槽１０９から延び出ている。ＯＣＸＯ１０１は、この外部端子１１１の延び出た他端が不図示の回路基板に挿通されて半田付けされることなどにより、回路基板に実装される。

このように、実施形態の振動子１等は、ＯＣＸＯに利用されてよい。恒温槽内に配置された振動子は、通常の振動子に比較して高温下で使用されることになる。しかし、実施形態の振動子１等は、熱によって素子搭載部材１１が変形しても、その変形が振動素子９等に及ぼす影響が従来に比較して小さい。従って、意図した周波数特性が得られやすい。

なお、以上の実施形態において、水晶振動子１及び２０１は、それぞれ、圧電デバイスの一例である。水晶振動素子９、２０９、３０９及び４０９は、それぞれ、圧電振動素子の一例である。水晶片１５、２１５、３１５及び４１５は、それぞれ、圧電素板の一例である。台座パッド２３０は、台座部の一例である。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

圧電デバイスは、水晶振動子等の圧電振動子に限定されず、例えば、発振回路を有する圧電発振器であってもよいし、図８に示したように恒温槽付の発振器であってもよい。また、圧電振動子は、サーミスタ等の振動素子以外の電子素子を有していてもよい。圧電体（圧電素板）は、水晶に限定されず、例えば、セラミックであってもよい。

圧電デバイスのパッケージ（素子搭載部材や蓋体）を含めた全体の構造も適宜に変更可能である。例えば、単層基板に圧電振動素子を実装し、圧電振動素子に金属製のキャップを被せてもよい。素子搭載部材の下面凹部の底面にサーミスタ又はＩＣを実装してもよい。素子搭載部材の下面凹部を形成しないようにしてもよい。

圧電素板の本体部の形状は、矩形及び円形に限定されず、例えば、楕円形であってもよい。また、その側面は、曲面又は階段状の面によって突出する、いわゆるメサ形状とされてもよい。

フレーム部は、本体部の外縁に沿って、及び／又は、本体部回りに延びなくてもよい。例えば、フレーム部が本体部の外縁から当該外縁に直交する方向に延び出る場合、フレーム部が多少なりとも曲がれば、本体部及びフレーム部の占有面積に対してフレーム部は長くなりやすい。また、実施形態では、フレーム部は、本体部から直線状に延び出た後に屈曲し、直線状に延びた。ただし、曲がる部分は湾曲であってもよい。また、フレーム部全体が湾曲するように延びてもよい。例えば、図７のように本体部が円形の場合は、フレーム部は、本体部に対して同心円状に延びてもよい。また、フレーム部は、本体部の縁部から当該縁部に直交する方向に延び出るのではなく、斜めに延び出てもよい。

フレーム部の長さは適宜に設定されてよい。例えば、実施形態の説明において既に述べたように、図５の点線Ｌ４及び図７の点線Ｌ５までの長さであってもよい。この点線Ｌ４及びＬ５は、本体部の、フレーム部が延び出た方向に直交する方向の幅の範囲を示しており、この範囲内にフレーム部が収まると、この幅方向における振動素子の大型化が抑制される。また、例えば、フレーム部は、図５の点線Ｌ２で示す位置までの長さであってもよい。この点線Ｌ２は、本体部の、フレーム部が延び出た側とは反対側の縁部に一致する。フレーム部が、この範囲までの長さであれば、フレーム部が本体部から延び出た側とは反対側（第４辺２１ｄ側）への振動素子の大型化が抑制される。

フレーム部は、一定の幅でなくてもよい。例えば、先端側ほど徐々に細くなったり、逆に、太くなったりしてもよい。また、例えば、フレーム部は、適宜に突起乃至は切り欠きが設けられてよい。なお、フレーム部が本体部の外縁に沿っているか否か、平行であるか否か等の判定においては、突起等の比較的微小な形状は無視してよく、また、全体的に幅が変化するような場合は、中心線で判断してよい。

フレーム部は、その厚みが本体部と同一の厚みでなくてもよい。例えば、フレーム部が本体部よりも薄くなるようにし、弾性的な支持の効果を増加させてもよい。逆に、フレーム部を本体部よりも厚くして、本体部が実装面等に接触するおそれを低減してもよい。

圧電振動素子の配線と、素子搭載部材のパッドとの接合は、導電性のバンプによってなされるものに限定されない。例えば、溶接によって接合がなされてもよい。

素子搭載部材の台座部は、パッドと同様の構成に限定されない。例えば、絶縁基体の一部が盛り上がるように形成されて台座部が構成されてもよい。また、台座部が重なる位置は、フレーム部の適宜な位置とされてよく、例えば、フレーム部の根元付近であってもよい。

１…水晶振動子（圧電デバイス）、９…水晶振動素子（圧電振動素子）、１５…水晶片（圧電素板）、１７Ａ…第１励振電極、１７Ｂ…第２励振電極、１９Ａ…第１配線、１９Ｂ…第２配線、２１…本体部、２３Ａ…第１フレーム部、２３Ｂ…第２フレーム部。

Claims (8)

1. 板状の本体部と、平面視において前記本体部の外縁から延び出て曲がる１対のフレーム部とを有した圧電素板と、
   前記本体部の両主面に位置する１対の励振電極と、
   前記１対の励振電極に接続されており、前記１対のフレーム部の表面にて前記１対のフレーム部に沿って延びる１対の配線と、
   を有した圧電振動素子。
2. 前記１対のフレーム部は、平面視において前記本体部の外縁に沿って延びている
   請求項１に記載の圧電振動素子。
3. 前記１対のフレーム部は、平面視において前記本体部回りに、それぞれ１／４周以上延びている
   請求項１又は２に記載の圧電振動素子。
4. 前記１対のフレーム部は、平面視において前記本体部を合計で３／４周以上に亘って囲むように延びている
   請求項３に記載の圧電振動素子。
5. 前記本体部は、平面視において、第１辺、当該第１辺に直交する第２辺及び第３辺、及び、前記第１辺に平行な第４辺を有する矩形であり、
   前記１対のフレーム部の一方は、前記第１辺から延び出て、前記第１辺、前記第２辺及び前記第４辺に沿って延び、
   前記１対のフレーム部の他方は、前記第１辺及び前記第４辺の一方の辺から延び出て、当該一方の辺、前記第３辺、並びに、前記第１辺及び前記第４辺の他方の辺に沿って延びている
   請求項３又は４に記載の圧電振動素子。
6. 前記１対のフレーム部は、平面視において、前記本体部から互いに同一側へ延び出てから、互いに逆回りで前記本体部回りに延び、先端同士が互いに接続されている
   請求項４又は５に記載の圧電振動素子。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電振動素子と、
   前記１対の配線の、前記１対のフレーム部の先端側に位置する部分と接合された１対のパッドを有する素子搭載部材と、
   を有した圧電振動子。
8. 前記１対のフレーム部は、平面視において前記本体部回りに、それぞれ１／４周以上延びており、
   前記素子搭載部材は、平面視において、前記本体部の中心よりも前記１対のフレーム部の一方が前記本体部から延び出た側であって、当該一方のフレーム部と重なる位置に、前記実装面から盛り上がった台座部を有している
   請求項７に記載の圧電振動子。

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