JP2022151106A - 圧電振動板および圧電振動デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】高周波領域でのスプリアスを抑制することが可能な圧電振動板、およびそのような圧電振動板を備えた圧電振動デバイスを提供する。【解決手段】水晶振動板１０において、振動部１１の一主面および他主面に設けられた対向する３対の金属膜１１１ａ，１１２ａが形成され、３対の金属膜１１１ａ，１１２ａのそれぞれが平面視で同一の矩形状に形成され、当該３対の金属膜１１１ａ，１１２ａによってそれぞれ振動領域が形成され、隣接する振動領域が、互いに逆向きの電位からなる電界で構成されるように、３対の金属膜１１１ａ，１１２ａが電気的に直列に接続されている。【選択図】図８

Description

本発明は、圧電振動板およびこれを備えた圧電振動デバイスに関する。

例えばＡＴカット水晶振動板等の厚みすべり振動にて動作する圧電振動板を備えた圧電振動デバイス（例えば圧電振動子、圧電発振器等）では、圧電振動板の表裏面に一対の励振電極が対向して形成され、当該励振電極に交流電圧が印加される構成になっている（例えば、特許文献１参照）。

上述したような圧電振動デバイスでは、製造誤差によって圧電振動板の振動部に生じた厚みの差（厚みムラ）等に起因して、圧電振動デバイスの主振動の近傍にスプリアスが発生する可能性がある。特に、高周波領域（例えば３００ＭＨｚ程度）では、僅かな厚みムラであったとしても、スプリアスの影響が大きくなり、圧電振動デバイスの特性に悪影響を及ぼすことが懸念される。

特開２０１０－２５２０５１号公報

本発明は上述したような実情を考慮してなされたもので、高周波領域でのスプリアスを抑制することが可能な圧電振動板、およびそのような圧電振動板を備えた圧電振動デバイスを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、厚みすべり振動にて動作する振動部を有する圧電振動板であって、前記振動部の一主面および他主面に設けられた対向する一対の金属膜が、３以上の奇数個、形成され、奇数対の金属膜のそれぞれが平面視で同一の形状に形成され、当該奇数対の金属膜によってそれぞれ振動領域が形成され、隣接する振動領域が、互いに逆向きの電位からなる電界で構成されるように、奇数対の金属膜が電気的に直列に接続されていることを特徴とする。

上記構成によれば、振動部に設けられた奇数対の金属膜が、独立した振動状態で励振する。この際、製造誤差によって振動部に発生した厚みムラ等に起因して、奇数対の金属膜が僅かに異なる周波数帯で励振する。奇数対の金属膜が電気的に直列に接続されているので、異なる周波数帯の振動が取り除かれ（減衰され）、共通する周波数帯の振動が取り出され、振動部がその共通の周波数帯で励振する。このように、振動部に設けられた奇数対の金属膜が、互いにフィルターのように動作することによって、振動部の厚みムラ等に起因する振動を取り除くことができ、高周波領域でのスプリアスを抑制することができる。これに加え、高周波領域でのＱ値を高めることができる。これにより、高周波領域において、振動部を所望の周波数帯で確実に励振させることができる。

上記構成において、前記各金属膜のうち、入力側および出力側の配線が接続される金属膜を除いて、隣接する２個の金属膜が、前記振動部の一主面および他主面のうち一方のみに設けられた接続部を介して接続されており、前記接続部の数は、金属膜の対の数よりも１だけ少なく、前記接続部は、前記振動部の一主面および他主面に交互に設けられていることが好ましい。このようにして、振動部に設けられた奇数対の金属膜を電気的に直列に接続することによって、高周波領域において、振動部を所望の周波数帯で確実に励振させることができる。

上記構成において、前記接続部は、前記振動部の中心に対して対称的な位置に設けられていることが好ましい。この構成によれば、接続部をバランスよく配置することによって、高周波領域でのスプリアス抑制効果を高めることができる。

上記構成において、前記各金属膜は、同一の厚みに形成されていることが好ましい。また、前記各金属膜は、前記振動部の外周部を除く平坦な領域に設けられていることが好ましい。振動部の外周部は、例えばエッチングによる結晶面や、機械加工による断面が現れるため、均一な厚みになりにくい。したがって、そのような外周部を避けた平坦な領域に金属膜を設けることによって、振動部に設けられた奇数対の金属膜の周波数帯をできる限り近づけることができる。これにより、高周波領域でのスプリアス抑制効果を高めることができる。

上記構成において、前記振動部と、当該振動部の外周を取り囲む外枠部と、前記振動部と前記外枠部とを連結する保持部とを備え、前記振動部と前記外枠部との間には、厚み方向に貫通する貫通部が設けられていることが好ましい。このような振動部と外枠部とが保持部によって連結された枠体付きの圧電振動板を用いた場合、圧電振動デバイスの小型化および低背化を図ることが可能であるが、そのような小型化および薄型化を図った圧電振動デバイスにおいて、高周波領域でのスプリアス抑制効果を高めることができる。

上記構成において、前記振動部と、当該振動部の外周を取り囲み、当該振動部よりも厚肉に形成された厚肉部とを備えていることが好ましい。この構成によれば、高周波化に対応させるために振動部を薄肉に形成した場合であっても、振動部の外周側に厚肉部が存在するため、振動部の機械的強度を確保することができる。

上記構成において、前記各金属膜は、金、銀、またはアルミニウムからなることが好ましい。この構成によれば、Ａｕ（金）は、３００ＭＨｚ以下の周波数領域、および３００ＭＨｚ以上５００ＭＨｚ以下の周波数領域における共振に適した電極荷重を有しており、圧晶振動板の各金属膜の材料として好適に用いることができる。また、Ａｌ（アルミニウム）は、３００ＭＨｚ以上５００ＭＨｚ以下の周波数領域、および５００ＭＨｚ以上の周波数領域における共振に適した電極荷重を有しており、圧晶振動板の各金属膜の材料として好適に用いることができる。

また、本発明は、上記いずれかの構成の圧電振動板を備えた圧電振動デバイスであってもよく、前記圧電振動板の前記振動部の一主面側を覆う第１封止部材と、前記圧電振動板の前記振動部の他主面側を覆う第２封止部材とが備えられ、前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、かつ前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されることによって、前記圧電振動板の前記振動部が気密封止されることを特徴とする。上記構成の圧電振動板を備えた圧電振動デバイスによれば、上述した圧電振動板の作用効果と同様の作用効果が得られる。すなわち、振動部と外枠部とが連結部によって連結された枠体付きの圧電振動板を用いた場合、圧電振動デバイスの小型化および低背化を図ることが可能であるが、そのような小型化および薄型化を図った圧電振動デバイスにおいて、高周波領域でのスプリアス抑制効果を高めることができる。

本発明によれば、高周波領域でのスプリアスを抑制することが可能な圧電振動板、およびそのような圧電振動板を備えた圧電振動デバイスを提供することができる。

本実施形態にかかる水晶振動子の各構成を模式的に示した概略構成図である。 水晶振動子の第１封止部材の第１主面側の概略平面図である。 水晶振動子の第１封止部材の第２主面側の概略平面図である。 本実施形態にかかる水晶振動板の第１主面側の概略平面図である。 本実施形態にかかる水晶振動板の第２主面側の概略平面図である。 水晶振動子の第２封止部材の第１主面側の概略平面図である。 水晶振動子の第２封止部材の第２主面側の概略平面図である。 水晶振動板の振動部の第１主面に設けられた金属膜を示す概略平面図である。 水晶振動板の振動部の第２主面に設けられた金属膜を示す概略平面図である。 図８のＸ１－Ｘ１線断面図である。 変形例１にかかる金属膜を示す図８相当図である。 変形例１にかかる金属膜を示す図９相当図である。 変形例２にかかる金属膜を示す図８相当図である。 変形例２にかかる金属膜を示す図９相当図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、本発明を適用する圧電振動デバイスが水晶振動子である場合について説明する。

まず、本実施形態にかかる水晶振動子１００の基本的な構造を説明する。水晶振動子１００は、図１に示すように、水晶振動板（圧電振動板）１０、第１封止部材２０、および第２封止部材３０を備えて構成されている。この水晶振動子１００では、水晶振動板１０と第１封止部材２０とが接合され、水晶振動板１０と第２封止部材３０とが接合されることによって、略直方体のサンドイッチ構造のパッケージが構成される。すなわち、水晶振動子１００においては、水晶振動板１０の両主面のそれぞれに第１封止部材２０および第２封止部材３０が接合されることでパッケージの内部空間（キャビティ）が形成され、この内部空間に振動部１１（図４、図５参照）が気密封止される。

本実施形態にかかる水晶振動子１００は、例えば、１．０×０．８ｍｍのパッケージサイズであり、小型化と低背化とを図ったものである。また、小型化に伴い、パッケージでは、キャスタレーションを形成せずに、後述するスルーホールを用いて電極の導通を図っている。また、水晶振動子１００は、外部に設けられる外部回路基板（図示省略）に半田を介して電気的に接続されるようになっている。

次に、上記した水晶振動子１００における水晶振動板１０、第１封止部材２０および第２封止部材３０の各部材について、図１～図７を用いて説明する。なお、ここでは、接合されていないそれぞれ単体として構成されている各部材について説明を行う。図２～図７は、水晶振動板１０、第１封止部材２０および第２封止部材３０のそれぞれの一構成例を示しているに過ぎず、これらは本発明を限定するものではない。

本実施形態にかかる水晶振動板１０は、図４、図５に示すように、水晶からなる圧電基板であって、その両主面（第１主面１０１、第２主面１０２）が平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。本実施形態では、水晶振動板１０として、厚みすべり振動を行うＡＴカット水晶板が用いられている。図４、図５に示す水晶振動板１０では、水晶振動板１０の両主面１０１，１０２が、ＸＺ´平面とされている。このＸＺ´平面において、水晶振動板１０の短手方向（短辺方向）に平行な方向がＸ軸方向とされ、水晶振動板１０の長手方向（長辺方向）に平行な方向がＺ´軸方向とされている。なお、ＡＴカットは、人工水晶の３つの結晶軸である電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）、および光学軸（Ｚ軸）のうち、Ｚ軸に対してＸ軸周りに３５°１５′だけ傾いた角度で切り出す加工手法である。ＡＴカット水晶板では、Ｘ軸は水晶の結晶軸に一致する。Ｙ´軸およびＺ´軸は、水晶の結晶軸のＹ軸およびＺ軸からそれぞれ概ね３５°１５′傾いた（この切断角度はＡＴカット水晶振動板の周波数温度特性を調整する範囲で多少変更してもよい）軸に一致する。Ｙ´軸方向およびＺ´軸方向は、ＡＴカット水晶板を切り出すときの切り出し方向に相当する。

水晶振動板１０の両主面１０１，１０２には、一対の励振電極（第１励振電極１１１、第２励振電極１１２）が形成されている。水晶振動板１０は、略矩形に形成された振動部１１と、この振動部１１の外周を取り囲む外枠部１２と、振動部１１と外枠部１２とを連結することで振動部１１を保持する保持部１３とを有している。すなわち、水晶振動板１０は、振動部１１、外枠部１２および保持部１３が一体的に設けられた構成となっている。保持部１３は、振動部１１の＋Ｘ方向かつ－Ｚ´方向に位置する１つの角部のみから、－Ｚ´方向に向けて外枠部１２まで延びている（突出している）。そして、振動部１１と外枠部１２との間には、水晶振動板１０の厚み方向に貫通する貫通部（スリット）１０ａが設けられている。本実施形態では、水晶振動板１０には、振動部１１と外枠部１２とを連結する保持部１３が１つのみ設けられており、貫通部１０ａが振動部１１の外周囲を囲うように連続して形成されている。

第１励振電極１１１は振動部１１の第１主面１０１側に設けられ、第２励振電極１１２は振動部１１の第２主面１０２側に設けられている。本実施形態では、第１、第２励振電極１１１，１１２それぞれが３個の金属膜（電極膜）１１１ａ，１１２ａを有しており、３対の金属膜１１１ａ，１１２ａによってそれぞれ振動領域が形成されるようになっている。このような第１、第２励振電極１１１，１１２を有する振動部１１の詳細については後述する。

第１励振電極１１１、第２励振電極１１２には、これらの励振電極を外部電極端子に接続するため入出力用の引出配線（第１引出配線１１３、第２引出配線１１４）が接続されている。入力側の第１引出配線１１３は、第１励振電極１１１から引き出され、保持部１３を経由して、外枠部１２に形成された接続用接合パターン１４に繋がっている。出力側の第２引出配線１１４は、第２励振電極１１２から引き出され、保持部１３を経由して、外枠部１２に形成された接続用接合パターン１５に繋がっている。

水晶振動板１０の両主面（第１主面１０１、第２主面１０２）には、水晶振動板１０を第１封止部材２０および第２封止部材３０に接合するための振動板側封止部がそれぞれ設けられている。第１主面１０１の振動板側封止部としては振動板側第１接合パターン１２１が形成されており、第２主面１０２の振動板側封止部としては振動板側第２接合パターン１２２が形成されている。振動板側第１接合パターン１２１および振動板側第２接合パターン１２２は、外枠部１２に設けられており、平面視で環状に形成されている。

また、水晶振動板１０には、図４、図５に示すように、第１主面１０１と第２主面１０２との間を貫通する５つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第１スルーホール１６１は、外枠部１２の４隅（角部）の領域にそれぞれ設けられている。第２スルーホール１６２は、外枠部１２であって、振動部１１のＺ´軸方向の一方側（図４、図５では、－Ｚ´方向側）に設けられている。第１スルーホール１６１の周囲には、それぞれ接続用接合パターン１２３が形成されている。また、第２スルーホール１６２の周囲には、第１主面１０１側では接続用接合パターン１２４が、第２主面１０２側では接続用接合パターン１５が形成されている。

第１スルーホール１６１および第２スルーホール１６２には、第１主面１０１と第２主面１０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第１スルーホール１６１および第２スルーホール１６２それぞれの中央部分は、第１主面１０１と第２主面１０２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。振動板側第１接合パターン１２１の外周縁は、水晶振動板１０（外枠部１２）の第１主面１０１の外周縁に近接して設けられている。振動板側第２接合パターン１２２の外周縁は、水晶振動板１０（外枠部１２）の第２主面１０２の外周縁に近接して設けられている。なお、本実施形態では、第１主面１０１と第２主面１０２との間を貫通する５つのスルーホールが形成されている例を挙げたが、スルーホールを形成せずに、第１封止部材２０の側面の一部を切り欠き、当該切り欠かれた領域の内壁面に電極が被着したキャスタレーションを形成してもよい（第２封止部材３０についても同様）。

第１封止部材２０は、図２、図３に示すように、１枚のＡＴカット水晶板から形成された直方体の基板であり、この第１封止部材２０の第２主面２０２（水晶振動板１０に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。なお、第１封止部材２０は振動部を有するものではないが、水晶振動板１０と同様にＡＴカット水晶板を用いることで、水晶振動板１０と第１封止部材２０の熱膨張率を同じにすることができ、水晶振動子１００における熱変形を抑制することができる。また、第１封止部材２０におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ´軸の向きも水晶振動板１０と同じとされている。

第１封止部材２０の第１主面２０１（水晶振動板１０に面しない外方の主面）には、図２に示すように、配線用の第１、第２端子２２，２３と、シールド用（アース接続用）の金属膜２８とが形成されている。配線用の第１、第２端子２２，２３は、水晶振動板１０の第１、第２励振電極１１１，１１２と、第２封止部材３０の外部電極端子３２とを電気的に接続するための配線として設けられている。第１、第２端子２２，２３は、Ｚ´軸方向の両端部に設けられており、第１端子２２が、＋Ｚ´方向側に設けられ、第２端子２３が、－Ｚ´方向側に設けられている。第１、第２端子２２，２３は、Ｘ軸方向に延びるように形成されている。第１端子２２および第２端子２３は、略矩形状に形成されている。

金属膜２８は、第１、第２端子２２，２３の間に設けられており、第１、第２端子２２，２３とは所定の間隔を隔てて配置されている。金属膜２８は、第１封止部材２０の第１主面２０１の第１、第２端子２２，２３が形成されていない領域のうち、ほとんど全ての領域に設けられている。金属膜２８は、第１封止部材２０の第１主面２０１の＋Ｘ方向の端部から－Ｘ方向の端部にわたって設けられている。

第１封止部材２０には、図２、図３に示すように、第１主面２０１と第２主面２０２との間を貫通する６つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第３スルーホール２１１が、第１封止部材２０の４隅（角部）の領域に設けられている。第４、第５スルーホール２１２，２１３は、図２、図３の＋Ｚ´方向および－Ｚ´方向にそれぞれ設けられている。

第３スルーホール２１１および第４、第５スルーホール２１２，２１３には、第１主面２０１と第２主面２０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、スルーホールそれぞれの内壁面に沿って形成されている。また、第３スルーホール２１１および第４、第５スルーホール２１２，２１３それぞれの中央部分は、第１主面２０１と第２主面２０２との間を貫通した中空状態の貫通部分となる。そして、第１封止部材２０の第１主面２０１の対角に位置する２つの第３スルーホール２１１，２１１（図２、図３の＋Ｘ方向かつ＋Ｚ´方向の角部に位置する第３スルーホール２１１と、－Ｘ方向かつ－Ｚ´方向の角部に位置する第３スルーホール２１１）の貫通電極同士が、金属膜２８によって電気的に接続されている。また、－Ｘ方向かつ＋Ｚ´方向の角部に位置する第３スルーホール２１１の貫通電極と、第４スルーホール２１２の貫通電極とが、第１端子２２によって電気的に接続されている。＋Ｘ方向かつ－Ｚ´方向の角部に位置する第３スルーホール２１１の貫通電極と、第５スルーホール２１３の貫通電極とが、第２端子２３によって電気的に接続されている。

第１封止部材２０の第２主面２０２には、水晶振動板１０に接合するための封止部材側第１封止部としての封止部材側第１接合パターン２４が形成されている。封止部材側第１接合パターン２４は、平面視で環状に形成されている。また、第１封止部材２０の第２主面２０２では、第３スルーホール２１１の周囲に接続用接合パターン２５がそれぞれ形成されている。第４スルーホール２１２の周囲には接続用接合パターン２６１が、第５スルーホール２１３の周囲には接続用接合パターン２６２が形成されている。さらに、接続用接合パターン２６１に対して第１封止部材２０の長軸方向の反対側（－Ｚ´方向側）には接続用接合パターン２６３が形成されており、接続用接合パターン２６１と接続用接合パターン２６３とは配線パターン２７によって接続されている。封止部材側第１接合パターン２４の外周縁は、第１封止部材２０の第２主面２０２の外周縁に近接して設けられている。

第２封止部材３０は、図６、図７に示すように、１枚のＡＴカット水晶板から形成された直方体の基板であり、この第２封止部材３０の第１主面３０１（水晶振動板１０に接合する面）は平坦平滑面（鏡面加工）として形成されている。なお、第２封止部材３０においても、水晶振動板１０と同様にＡＴカット水晶板を用い、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ´軸の向きも水晶振動板１０と同じとすることが望ましい。

この第２封止部材３０の第１主面３０１には、水晶振動板１０に接合するための封止部材側第２封止部としての封止部材側第２接合パターン３１が形成されている。封止部材側第２接合パターン３１は、平面視で環状に形成されている。封止部材側第２接合パターン３１の外周縁は、第２封止部材３０の第１主面３０１の外周縁に近接して設けられている。

第２封止部材３０の第２主面３０２（水晶振動板１０に面しない外方の主面）には、水晶振動子１００の外部に設けられる外部回路基板に電気的に接続する４つの外部電極端子３２が設けられている。外部電極端子３２は、第２封止部材３０の第２主面３０２の４隅（隅部）にそれぞれ位置する。

第２封止部材３０には、図６、図７に示すように、第１主面３０１と第２主面３０２との間を貫通する４つのスルーホールが形成されている。具体的には、４つの第６スルーホール３３は、第２封止部材３０の４隅（角部）の領域に設けられている。第６スルーホール３３には、第１主面３０１と第２主面３０２とに形成された電極の導通を図るための貫通電極が、第６スルーホール３３それぞれの内壁面に沿って形成されている。このように第６スルーホール３３の内壁面に形成された貫通電極によって、第１主面３０１に形成された電極と、第２主面３０２に形成された外部電極端子３２とが導通されている。また、第６スルーホール３３それぞれの中央部分は、第１主面３０１と第２主面３０２との間を貫通した中空状態の貫通部分となっている。また、第２封止部材３０の第１主面３０１では、第６スルーホール３３の周囲には、それぞれ接続用接合パターン３４が形成されている。

上記構成の水晶振動板１０、第１封止部材２０、および第２封止部材３０を含む水晶振動子１００では、水晶振動板１０と第１封止部材２０とが振動板側第１接合パターン１２１および封止部材側第１接合パターン２４を重ね合わせた状態で拡散接合され、水晶振動板１０と第２封止部材３０とが振動板側第２接合パターン１２２および封止部材側第２接合パターン３１を重ね合わせた状態で拡散接合されて、図１に示すサンドイッチ構造のパッケージが製造される。これにより、パッケージの内部空間、つまり、振動部１１の収容空間が気密封止される。

この際、上述した接続用接合パターン同士も重ね合わせられた状態で拡散接合される。そして、接続用接合パターン同士の接合により、水晶振動子１００では、第１励振電極１１１、第２励振電極１１２、外部電極端子３２の電気的導通が得られるようになっている。具体的には、第１励振電極１１１は、第１引出配線１１３、配線パターン２７、第４スルーホール２１２、第１端子２２、第３スルーホール２１１、第１スルーホール１６１、および第６スルーホール３３を順に経由して、外部電極端子３２に接続される。第２励振電極１１２は、第２引出配線１１４、第２スルーホール１６２、第５スルーホール２１３、第２端子２３、第３スルーホール２１１、第１スルーホール１６１、および第６スルーホール３３を順に経由して、外部電極端子３２に接続される。また、金属膜２８は、第３スルーホール２１１、第１スルーホール１６１、および第６スルーホール３３を順に経由して、アース接続（グランド接続、外部電極端子３２の一部を利用）されている。

水晶振動子１００において、各種接合パターンは、複数の層が水晶板上に積層されてなり、その最下層側からＴｉ（チタン）層とＡｕ（金）層とが蒸着またはスパッタリングにより形成されているものとすることが好ましい。また、水晶振動子１００に形成される他の配線や電極も、接合パターンと同一の構成とすれば、接合パターンや配線および電極を同時にパターニングでき、好ましい。一方、水晶振動板１０の振動部１１の第１、第２励振電極１１１，１１２（金属膜１１１ａ，１１２ａ）は、Ａｌ（アルミニウム）層が蒸着またはスパッタリングにより形成された構成になっている。

上述のように構成された水晶振動子１００では、水晶振動板１０の振動部１１を気密封止する封止部（シールパス）１１５，１１６は、平面視で、環状に形成されている。シールパス１１５は、上述した振動板側第１接合パターン１２１および封止部材側第１接合パターン２４の拡散接合（Ａｕ－Ａｕ接合）によって形成され、シールパス１１５の外縁形状および内縁形状が略八角形に形成されている。同様に、シールパス１１６は、上述した振動板側第２接合パターン１２２および封止部材側第２接合パターン３１の拡散接合（Ａｕ－Ａｕ接合）によって形成され、シールパス１１６の外縁形状および内縁形状が略八角形に形成されている。

このように拡散接合によってシールパス１１５，１１６が形成された水晶振動子１００において、第１封止部材２０と水晶振動板１０とは、１．００μｍ以下のギャップを有し、第２封止部材３０と水晶振動板１０とは、１．００μｍ以下のギャップを有する。つまり、第１封止部材２０と水晶振動板１０との間のシールパス１１５の厚みが、１．００μｍ以下であり、第２封止部材３０と水晶振動板１０との間のシールパス１１６の厚みが、１．００μｍ以下（具体的には、本実施形態のＡｕ－Ａｕ接合では０．１５μｍ～１．００μｍ）である。なお、比較例として、Ｓｎを用いた従来の金属ペースト封止材では、５μｍ～２０μｍとなる。

次に、本実施形態にかかる水晶振動板１０の振動部１１について、図８～図１０を参照して説明する。図８は、水晶振動板１０の振動部１１の第１主面に設けられた金属膜１１１ａ（第１励振電極１１１）を示し、図９は、振動部１１の第２主面に設けられた金属膜１１２ａ（第２励振電極１１２）を示す。図９では、上方から透視した金属膜１１２ａを実線で示しており、金属膜１１１ａは図示していない。

図８～図１０に示すように、水晶振動板１０の振動部１１の一主面および他主面には、振動部１１を挟んで対向する一対の金属膜１１１ａ，１１２ａが形成されている。本実施形態では、振動部１１に３対の金属膜１１１ａ，１１２ａが設けられている。対向して設けられた一対の金属膜１１１ａ，１１２ａは、平面視で同一の矩形状に形成され、同一の厚みに形成されている。

振動部１１の一主面側に設けられた３個の金属膜１１１ａは、平面視で同一の矩形状に形成され、同一の厚みに形成されている。隣接する２個の金属膜１１１ａ，１１１ａは所定の間隔を隔てて配置されている。図８の右端側の金属膜１１１ａと中央の金属膜１１１ａは接続部１１１ｂを介して接続されている。接続部１１１ｂは、図８の金属膜１１１ａの上下方向の中央部に設けられている。一方、左端側の金属膜１１１ａと中央の金属膜１１１ａは接続されておらず、離間して設けられている。左端側の金属膜１１１ａには、入力側の第１引出配線１１３が接続されている。このように、各金属膜１１１ａのうち、入力側の第１引出配線１１３が接続される金属膜１１１ａを除いて、隣接する２個の金属膜１１１ａ，１１１ａが、接続部１１１ｂを介して接続されている。

また、振動部１１の他主面側に設けられた３個の金属膜１１２ａは、平面視で同一の矩形状に形成され、同一の厚みに形成されている。隣接する２個の金属膜１１２ａ，１１２ａは所定の間隔を隔てて配置されている。図９の平面視で左端側の金属膜１１２ａと中央の金属膜１１２ａは接続部１１２ｂを介して接続されている。接続部１１２ｂは、図９の金属膜１１２ａの上下方向の中央部に設けられている。一方、平面視で右端側の金属膜１１２ａと中央の金属膜１１２ａは接続されておらず、離間して設けられている。右端側の金属膜１１２ａには、出力側の第２引出配線１１４が接続されている。このように、各金属膜１１２ａのうち、出力側の第２引出配線１１４が接続される金属膜１１２ａを除いて、隣接する２個の金属膜１１２ａ，１１２ａが、接続部１１２ｂを介して接続されている。

水晶振動板１０の振動部１１に設けられた３対の金属膜１１１ａ，１１２ａは、独立した振動状態で励振する。つまり、３対の金属膜１１１ａ，１１２ａによってそれぞれ独立した振動領域が形成される。そして、隣接する振動領域が、互いに逆向きの電位からなる電界で構成されるように、３対の金属膜１１１ａ，１１２ａが電気的に直列に接続されている。この場合、中央の一対の金属膜１１１ａ，１１２ａによって形成される振動領域と、両端側の一対の金属膜１１１ａ，１１２ａによって形成される振動領域とが、逆向きの電位からなる電界で構成される。このように、３対の金属膜１１１ａ，１１２ａが独立した振動状態で励振するように、振動部１１の一主面側における隣接する金属膜１１１ａ，１１１ａの間隔、および振動部１１の他主面側における隣接する金属膜１１２ａ，１１２ａの間隔が設定されている。

本実施形態によれば、水晶振動板１０の振動部１１に設けられた３対の金属膜１１１ａ，１１２ａが、独立した振動状態で励振する。この際、製造誤差によって振動部１１に発生した厚みムラ等に起因して、３対の金属膜１１１ａ，１１２ａが僅かに異なる周波数帯で励振する。３対の金属膜１１１ａ，１１２ａが電気的に直列に接続されているので、異なる周波数帯の振動が取り除かれ（減衰され）、共通する周波数帯の振動が取り出され、振動部１１がその共通の周波数帯で励振する。このように、振動部１１に設けられた３対の金属膜１１１ａ，１１２ａが、互いにフィルターのように動作することによって、振動部１１の厚みムラ等に起因する振動を取り除くことができ、高周波領域でのスプリアスを抑制することができる。これに加え、高周波領域でのＱ値を高めることができる。これにより、高周波領域において、振動部１１を所望の周波数帯で確実に励振させることができる。

また、水晶振動板１０の各金属膜１１１ａ，１１２ａのうち、入力側および出力側の第１、第２引出配線１１３，１１４が接続される金属膜１１１ａ，１１２ａを除いて、隣接する２個の金属膜１１１ａ，１１１ａ（１１２ａ，１１２ａ）が、振動部１１の一主面および他主面のうち一方のみに設けられた接続部１１１ｂ（１１２ｂ）を介して接続されており、接続部１１１ｂ，１１２ｂの数は、金属膜１１１ａ，１１２ａの対の数よりも１だけ少なくなっている。そして、接続部１１１ｂ，１１２ｂは、振動部１１の一主面および他主面に交互に設けられている。本実施形態では、振動部１１の一主面および他主面に交互に設けられた２つの接続部１１１ｂ，１１２ｂによって、３対の金属膜１１１ａ，１１２ａが電気的に直列に接続されている。このようにして、振動部１１に設けられた３対の金属膜１１１ａ，１１２ａを電気的に直列に接続することによって、高周波領域において、振動部１１を所望の周波数帯で確実に励振させることができる。

また、本実施形態では、水晶振動板１０の各金属膜１１１ａ，１１２ａが、Ａｌ（アルミニウム）によって形成されている。ここで、周波数帯においてそれぞれ共振に適した電極荷重があり、例えばＡｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）等が挙げられる。３００ＭＨｚ以下の周波数領域においては、例えばＡｕ（金）等が適しており、３００ＭＨｚ以上５００ＭＨｚ以下の周波数領域においては、例えばＡｕ（金）、Ａｌ（アルミニウム）等が適している。５００ＭＨｚ以上の周波数領域においては、例えばＡｌ（アルミニウム）等が適している。つまり、Ａｕ（金）は、３００ＭＨｚ以下の周波数領域、および３００ＭＨｚ以上５００ＭＨｚ以下の周波数領域における共振に適した電極荷重を有しており、水晶振動板１０の各金属膜１１１ａ，１１２ａの材料として好適に用いることができる。また、Ａｌ（アルミニウム）は、３００ＭＨｚ以上５００ＭＨｚ以下の周波数領域、および５００ＭＨｚ以上の周波数領域における共振に適した電極荷重を有しており、水晶振動板１０の各金属膜１１１ａ，１１２ａの材料として好適に用いることができる。

また、本実施形態では、水晶振動板１０の各金属膜１１１ａ，１１２ａが、振動部１１の外周部を除く平坦な領域に設けられている。振動部１１の外周部は、例えばエッチングによる結晶面や、機械加工による断面が現れるため、均一な厚みになりにくい。したがって、そのような外周部を避けた平坦な領域に金属膜１１１ａ，１１２ａを設けることによって、振動部１１に設けられた３対の金属膜１１１ａ，１１２ａの周波数帯をできる限り近づけることができる。これにより、高周波領域でのスプリアス抑制効果を高めることができる。

本実施形態では、水晶振動板１０は、振動部１１と、当該振動部１１の外周を取り囲む外枠部１２と、振動部１１と外枠部１２とを連結する保持部１３とを備え、振動部１１と外枠部１２との間には、厚み方向に貫通する貫通部１０ａが設けられている構成になっている。このような振動部と外枠部とが保持部によって連結された枠体付きの水晶振動板１０を用いた場合、水晶振動子１００の小型化および低背化を図ることが可能であるが、そのような小型化および薄型化を図った水晶振動子１００において、高周波領域でのスプリアス抑制効果を高めることができる。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

上述した金属膜１１１ａ，１１２ａの対の数は一例であって、３以上の奇数個であれば特に限定されない。例えば、図１１、図１２に示す変形例１のように、５対の金属膜１１１ａ，１１２ａを水晶振動板１０の振動部１１の一主面および他主面に設けてもよい。あるいは、図１３、図１４に示す変形例２のように、７対の金属膜１１１ａ，１１２ａを水晶振動板１０の振動部１１の一主面および他主面に設けてもよい。図１１、図１２に示す変形例１では、振動部１１の一主面および他主面に交互に設けられた４つの接続部１１１ｂ，１１２ｂによって、５対の金属膜１１１ａ，１１２ａが電気的に直列に接続されている。図１３、図１４に示す変形例２では、振動部１１の一主面および他主面に交互に設けられた６つの接続部１１１ｂ，１１２ｂによって、７対の金属膜１１１ａ，１１２ａが電気的に直列に接続されている。

上述した金属膜１１１ａ，１１２ａの形状は一例であって、一対の金属膜１１１ａ，１１２ａが同一の形状であれば特に限定されない。例えば、金属膜１１１ａ，１１２ａの形状を、角部が曲率を帯びた略矩形状や、長円形状、楕円形状としてもよい。このような形状にすれば、金属膜１１１ａ，１１２ａが角部のない形状になるため、スプリアスの発生を抑制することができる。

また、入力側の第１引出配線１１３および出力側の第２引出配線１１４の形状は、一端から他端まで同一の幅である形状に限らず、電極膜１１１ａ，１１２ａ側の一端から、振動部１１の外周側の他端に向かってテーパ状に拡幅するような形状であってもよい。このような形状にすれば、第１、第２引出配線１１３，１１４の導通抵抗を下げつつ、その振動状態を小さく抑えることができる。

上述した接続部１１１ｂ，１１２ｂの位置は一例であって、上記以外の位置に接続部１１１ｂ，１１２ｂを設けてもよい。なお、接続部１１１ｂ，１１２ｂを振動部１１の中心に対して平面視で点対称となる位置に設けることで、接続部１１１ｂ，１１２ｂをバランスよく配置することができ、高周波領域でのスプリアス抑制効果を高めることができる。

上記実施形態では、水晶振動板１０は、振動部１１と、外枠部１２と、振動部１１と外枠部１２とを連結する保持部１３とを備え、振動部１１と外枠部１２との間に貫通部１０ａが設けられた構成であったが、水晶振動板をこれ以外の構成としてもよい。例えば、水晶振動板を、振動部と、当該振動部の外周を取り囲み、当該振動部よりも厚肉に形成された厚肉部とを備えている構成としてもよい。このような構成にすれば、高周波化に対応させるために振動部を薄肉に形成した場合であっても、振動部の外周側に厚肉部が存在するため、振動部の機械的強度を確保することができる。

また、水晶振動板１０に、振動部１１と外枠部１２とを連結する保持部１３が２つ以上設けられていてもよい。

上記実施形態では、本発明を水晶振動子１００に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば水晶発振器等にも本発明を適用してもよい。

上記実施形態では、水晶振動子１００として、水晶振動板１０が第１封止部材２０および第２封止部材３０の間に挟まれたサンドイッチ構造の水晶振動子を用いたが、これ以外の構造の水晶振動子１００を用いてもよい。例えば、凹部を有するベースの内部に水晶振動板１０を収容し、当該ベースに蓋を接合した構造の水晶振動子を用いてもよい。

上記実施形態では、第１封止部材２０および第２封止部材３０を水晶板によって形成したが、これに限定されるものではなく、第１封止部材２０および第２封止部材３０を、例えば、ガラスによって形成してもよい。

１０ 水晶振動板（圧電振動板）
１１ 振動部
１２ 外枠部
１３ 保持部
１００ 水晶振動子（圧電振動デバイス）
１１１ａ，１１２ａ 金属膜
１１１ｂ，１１２ｂ 接続部

Claims (10)

1. 厚みすべり振動にて動作する振動部を有する圧電振動板であって、
   前記振動部の一主面および他主面に設けられた対向する一対の金属膜が、３以上の奇数個、形成され、
   奇数対の金属膜のそれぞれが平面視で同一の形状に形成され、当該奇数対の金属膜によってそれぞれ振動領域が形成され、隣接する振動領域が、互いに逆向きの電位からなる電界で構成されるように、奇数対の金属膜が電気的に直列に接続されていることを特徴とする圧電振動板。
2. 請求項１に記載の圧電振動板において、
   前記各金属膜のうち、入力側および出力側の配線が接続される金属膜を除いて、隣接する２個の金属膜が、前記振動部の一主面および他主面のうち一方のみに設けられた接続部を介して接続されており、
   前記接続部の数は、金属膜の対の数よりも１だけ少なく、前記接続部は、前記振動部の一主面および他主面に交互に設けられていることを特徴とする圧電振動板。
3. 請求項２に記載の圧電振動板において、
   前記接続部は、前記振動部の中心に対して対称的な位置に設けられていることを特徴とする圧電振動板。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載の圧電振動板において、
   前記各金属膜は、同一の厚みに形成されていることを特徴とする圧電振動板。
5. 請求項１～４のいずれか１つに記載の圧電振動板において、
   前記各金属膜は、前記振動部の外周部を除く平坦な領域に設けられていることを特徴とする圧電振動板。
6. 請求項１～５のいずれか１つに記載の圧電振動板において、
   前記振動部と、当該振動部の外周を取り囲む外枠部と、前記振動部と前記外枠部とを連結する保持部とを備え、前記振動部と前記外枠部との間には、厚み方向に貫通する貫通部が設けられていることを特徴とする圧電振動板。
7. 請求項１～６のいずれか１つに記載の圧電振動板において、
   前記振動部と、当該振動部の外周を取り囲み、当該振動部よりも厚肉に形成された厚肉部とを備えていることを特徴とする圧電振動板。
8. 請求項１～７のいずれか１つに記載の圧電振動板において、
   前記各金属膜は、金、銀、またはアルミニウムからなることを特徴とする圧電振動板。
9. 圧電振動デバイスであって、
   請求項１～８のいずれか１つに記載の圧電振動板を備えたことを特徴とする圧電振動デバイス。
10. 請求項９に記載の圧電振動デバイスにおいて、
    前記圧電振動板の前記振動部の一主面側を覆う第１封止部材と、
    前記圧電振動板の前記振動部の他主面側を覆う第２封止部材とが備えられ、
    前記第１封止部材と前記圧電振動板とが接合され、かつ前記第２封止部材と前記圧電振動板とが接合されることによって、前記圧電振動板の前記振動部が気密封止されることを特徴とする圧電振動デバイス。

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