JP3102869B2 - 超薄板圧電共振子の構造 - Google Patents

超薄板圧電共振子の構造

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は基本波振動によって数十乃至数100MHzに及ぶ
高い共振周波数を得ることのできる超薄板圧電共振子の
機械的強度の改善に関する。
（従来の技術） 近年、各種電子機器、通信機器においては、高周波化
と高い周波数安定度の要求が厳しくなっているが、従来
より圧電デバイス（振動子、フィルタ）として多用され
てきた一般のATカット水晶共振子は温度−周波数特性は
極めて優れているもののその共振周波数は板厚に反比例
するため、製造技術及び機械的強度の観点より30MHz程
度が限界であった。
又、ATカット水晶振動子の高周波成分を抽出して基本
波共振周波数の奇数倍の周波数を得る所謂オーバートー
ン発振手段も広く用いられているが、発振回路にLC同調
回路等コイルを必要とするため発振回路を半導体集積回
路化する上で不都合がある上、容量比が大きく且つイン
ピーダンスレベルが高いため発振が困難な場合が生ずる
という欠陥があった。
一方、インタディジタル・トランスジューサ電極の電
極指ピッチによって発振周波数が決定される弾性表面波
共振子は、フォトリソグラフィ技術の進歩によって1GHz
程度の出力まで可能となってはきたが、これに使用し得
る圧電基板の温度−周波数特性がATカット水晶に比して
著しく劣るという問題があった。
上述の如き問題を解決するため、第４図（ａ）（ｂ）
に示すごとき圧電共振子が提案されている。
即ち、ATカット水晶ブロック１の片面のほぼ中央部に
機械加工又はエッチングによる凹陥部５を形成するとと
もに、凹陥部５の底面に位置する振動部２の厚さを、例
えば100MHzの基本波共振周波数を得んとするならば約16
μｍとする。
斯くの如く構成した水晶片ブロック１の凹陥部５を設
けた側には超薄板状の振動部２表面、前記凹陥部５を包
囲する厚肉の環状囲繞部（リブ）３表面及び前記両者を
結合する環状囲繞部内壁面の全面に導電性薄膜を蒸着し
て全面電極12とするとともに、その裏面の平坦面中央部
には部分電極14を形成する。
上述した如く構成する水晶振動子は従来、実験室にお
ける第５図に示す如く中央に凹状の収納空所10を設けた
セラミック等のケース11内に前記凹陥部５をケース底面
に向けて固定するのが常識的且つ有利であろう。この
際、環状囲繞部３の凹陥形成側の一周縁平面3aを該部に
線状に塗布した導電性接着剤15を介してケース底面に露
出し、前記ケース11の壁を気密貫通して外部リード18に
接続する導電性膜16と機械的に接着固定すると共に電気
的に接続する。
このように水晶振動子１を、その一縁3aのみで支持す
る構造（以下、片持ち構造と称する）とし、固定縁3a表
面と対向する他縁3b表面を金属膜16表面と単に接触した
状態にするか或は金属膜16表面との間にわずかの間隙を
残した自由な状態で浮かせるようにすれば当該共振子の
振動の自由を束縛することが少ないので、共振子のＱの
劣化、ケース封止前後の周波数の変動を防止すると共に
量産時の温度−周波数特性のバラツキを小さくすること
ができる。
又、共振子の振動の自由を極力確保するためには共振
子平坦面の電極14はこれから水晶ブロック端部に延びる
電極リード部とワイヤボンディングによってケースの段
部20上に形成したパッド21と接続するのが望ましい。こ
のパッド21はケース内部を気密貫通する導体23を介して
ケース底面に形成した他の外部リード24と接続するもの
であることはいうまでもない。
このような圧電デバイスは共振子１のケースへの収納
完了後に、ケース開口を蓋25にて気密封止して完成する
ものである。
このような構成を有する超薄板の圧電デバイスは内蔵
する水晶共振子１を環状囲繞部の一縁3a表面において片
持ち状態で保持するのが常識的であると考えられるた
め、振動、衝撃が加わった場合、固定縁の周りにフラッ
ピングを生じ環状囲繞部に加わる負荷に耐えられず、第
４図（ａ）に示した如き方向にクラックが発生し易いと
いう欠点があった。
（発明の目的） 本発明は上述したような超薄板圧電共振子の保持構造
に由来する欠点を除去すべくなされたものであって、水
晶等の圧電共振子ブロック表面に形成した凹陥部周縁の
厚肉の環状囲繞部によって振動部の外周を保持するよう
にした片持ち保持した場合に生じ易い共振子の破損を防
止することができる超薄圧電共振子の構造を提供するこ
とを目的する。
（発明の概要） 上記目的を達成するため本発明は、超薄肉の振動部の
外周を一体的に支持する厚肉の環状囲繞部を有する圧電
共振子において、前記環状囲繞部の相対向する一対の幅
員を、これらと直交する前記環状囲繞部のケースに保持
固定すべき一縁からこれと対向する縁に向けて漸減せし
めたものである。
（発明の実施例） 以下、添付図面に示した好適な実施例に基づいて本発
明を詳細に説明する。
第１図（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明に係る圧電共
振子の第１の実施例を示す斜視図、平面図及び図（ａ）
の図（ａ）のＡ−Ａ断面図であって、矩形状の水晶ブロ
ック１の表面中央部にエッチング或は機械研磨等の方法
によって鞍形の平面形状を有する凹陥部５を形成するこ
とによって凹陥部底面に超薄肉の振動部２を形成すると
ともに、振動部２の周縁部に一体形成した厚肉の環状囲
繞部（リブ）３の接着剤を塗布すべき一縁3aと直交する
縁3c.3cの幅員ｄを前記ケースに対する固定縁に近づく
に従って漸増する如く構成する。
斯くすることにより、第５図に示した片持ち構造にて
振動子をケース内に組み付けた場合においても、振動、
衝撃によって振動子１にクラックが生じることを有効に
防止しうる。
即ち、接着剤を塗布した一縁3aに向けて環状囲繞部の
側縁3cの幅ｄを漸増すると共に凹陥部幅を前記固定縁3a
に向けて徐々に狭くなるよう構成するので、これに対向
する他縁3bへ向う程水晶共振子１の質量は減少する如く
分布するのみらならず、固定縁3aへ向う程環状囲繞部の
機械的強度が増大するから、振動、衝撃による共振子の
フラッピングに起因する破損を防止する上で効果的であ
る。
尚、上記第１の実施例の他にも、これと同様の効果を
奏する構造であれば、いずれも本発明の範囲内に属する
ものである。
即ち、例えば第２図（ａ）に示す如く凹陥部５の平面
形状を台形としたり、又、同図（ｂ）のように台形の斜
縁を凹陥中央に向けて湾曲させても同様の効果を奏す
る。
即ち、第３図に示すように固定縁3aの接着部15以外に
も対向する他縁3bの隅部（角部）30、31のいずれか一方
に接着剤35を塗布してケースに固定し、共振子のフラッ
ピングを阻止するようにしてもよい。
共振子の上述した如き固定法は共振子ブロックの固定
点が増大した分だけ共振子とケースとの間の熱膨張率の
相違に起因するストレスに基づく周波数の変動等諸特性
の低下は避けられないが、要求されるスペックが比較的
緩やかな場合には充分実用に耐えるので、衝撃、振動に
よる共振子の破損の可能性の大幅な低減は上述の共振子
諸特性のわずかな劣化を補って余りあるものである。
以上、圧電共振子の凹陥部をケース底面に向けて収納
した場合についてのみ説明したが、本発明に係る超薄板
圧電共振子はその平坦面をケース底面に向けて収納する
ことも可能である。
また上記実施例では圧電共振子として水晶振動子を例
示したが、これは一例に過ぎず、本発明は水晶以外の圧
電基板を用いた振動子、フィルタ素子等に適用可能であ
る。更に、上記実施例においては、平面形状が直方体状
の圧電材料ブロックを示したが、これは共振子をバッチ
生産する際の量産性を高める必要からの便宜的な形態に
過ぎず、本発明の範囲がこの例に限定される趣旨ではな
い。従って、本発明の思想は、共振子の平面形状が円
形、多角形、その他異形のものであっても同様に適用可
能である。
（発明の効果） 本発明は以上説明した如く構成するものであるから、
殊に本発明に係る共振子をケース内に片持支持にて収納
した際、外部からの振動、衝撃によって生ずる共振子の
フラッピングに起因する破損を防止する上で著しい効果
を奏する。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）（ｂ）及び（ｃ）は本発明の第１実施例と
しての水晶振動子の構成を示す斜視図、平面図及びＡ−
Ａ断面図、第２図（ａ）（ｂ）は夫々第１図の実施例の
変形例を示す平面図、第３図は本発明の第２の実施例の
構成を示す平面図、第４図（ａ）（ｂ）及び第５図は従
来の超薄板圧電共振子の構成を示す斜視図、断面図及び
そのケースへの固定法を構成説明図である。 １……水晶振動子、２……振動部、３……環状囲繞部
（リブ）、3a……固定縁、3b……固定縁の対向縁、3c…
…側縁、５……凹陥部、15……導電性接着剤 30、31……隅部、35……導電性接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−3515（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−34494（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−27689（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−28189（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−28188（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−33521（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭62−44580（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H03H 9/00 - 9/215 H03H 9/54 - 9/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】超薄肉の振動部と、該振動部周縁を包囲す
    る厚肉の環状囲繞部とを一体的に構成した圧電共振子に
    おいて、前記環状囲繞部の相対向する一対の厚肉側縁の
    幅員を、これらと直交する前記環状囲繞部のケースに固
    定すべき一縁から該一縁と対向する他縁に向けて漸減せ
    しめたことを特徴とする超薄板圧電共振子の構造。
  2. 【請求項２】前記圧電共振子を構成する前記環状囲繞部
    の前記ケースに固定すべき前記一縁を接着剤にて固定す
    るとともに当該固定縁と対向する他縁の両端角部の少な
    くともいずれか一方を接着剤によって前記ケースに接着
    したことを特徴とする請求項（１）の超薄板圧電共振子
    の構造。
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