JP3211757B2 - 振動子とその製造方法およびその振動子を用いた電子機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマイクロコンピュー
タの基準信号発生用などに用いられる振動子とその製造
方法およびその振動子を用いた電子機器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動子は図１５に示すように圧電
振動板１の上、下に基板２を重ね合せて重合体を形成
し、この重合体の両側と中程に電極３，４，５を形成す
ることにより製造されていた。すなわち、電極３，５が
入出力電極となり、電極４がアース電極となっており、
電極３，４及び４，５の間に形成される容量を発振子の
負荷容量として用いていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来において問題
になるのは、電極間３，４及び４，５間において短絡が
生じるということである。つまり必要な負荷容量を形成
する場合、容量値によっては、電極３，４及び４，５間
を接近させなければならないのであるが、この振動子は
極めて小さいものであるため、振動子を形成する場合、
電極３，４及び４，５間を接近させるとこの電極３，４
及び４，５間で短絡が生じることがあった。

【０００４】そこで本発明は短絡による負荷容量の不形
成を防止するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は圧電振動板の下方に容量基板と基板の一方
を、前記圧電振動板の上方に前記容量基板と前記基板の
他方を接着剤を用いて接続した重合体と、この重合体の
前面側の左、右に設けた第１、第２の入出力電極とアー
ス電極の中から選択された二つの電極と、前記重合体の
後面側に設けた前記第１、第２の入出力電極と前記アー
ス電極の内、前記前面側に選択されたもの以外の一つの
電極とを備え、前記前面側において前記二つの電極間
は、前記後面側に設けた前記電極の不形成面であり、前
記第１及び第２の入出力電極と前記アース電極の側面は
蛇行面とし、前記接着剤の一部は前記圧電振動板の外周
外へ突出させたものである。

【０００６】すなわち、このような構成とした場合、例
え振動子が小型化されたものであっても、前面に設けた
二つの電極間は十分な距離が確保されており短絡を防止
できる。また各電極の側面を蛇行面とすることにより、
前面側に設けた二つの電極間を後面側に設けた電極の不
形成面としても、実装時、はんだとの接続面積が向上す
るとともに、かみつきが強くなることにより、接続強度
は強くなるものである。さらに接着剤の一部を圧電振動
板の外周外へ突出させることにより、この突出面が車の
バンパーのごとく、振動子を大量生産する場合の衝突力
の緩和に寄与するものである。つまりこの接着剤は、基
板や圧電振動板よりも硬度がはるかに低く、軟らかいも
のであり、一部でも外部に突出させることにより、この
突出部が衝突する方が、各基板が衝突するよりも振動子
に対するダメージを緩和することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、圧電振動板の下方に容量基板と基板の一方を、前記
圧電振動板の上方に前記容量基板と前記基板の他方を接
着剤を用いて接続した重合体と、この重合体の前面側の
左、右に設けた第１、第２の入出力電極とアース電極の
中から選択された二つの電極と、前記重合体の後面側に
設けた前記第１、第２の入出力電極と前記アース電極の
内、前記前面側に選択されたもの以外の一つの電極とを
備え、前記前面側において前記二つの電極間は、前記後
面側に設けた前記電極の不形成面であり、前記第１及び
第２の入出力電極と前記アース電極の側面は蛇行面と
し、前記接着剤の一部は前記圧電振動板の外周外へ突出
させた振動子であって、例え小型化されることがあって
も電極間の短絡を防止できると共に回路基板への実装時
の接続強度は強くなり、大量生産時の衝撃を緩和するこ
とができるものである。

【０００８】また、本発明の請求項２に記載の発明は、
圧電振動体の上方に容量基板、下方に基板を重合した請
求項１に記載の振動子であって、この振動子を回路基板
上に実装した場合に容量基板側がその回路基板から最も
離れた位置となるため、この容量基板に対する回路基板
との間に発生する浮遊容量が形成されにくくなり、言い
かえればこの振動子の負荷容量は容量基板によって支配
されたものとなり、その発振は安定したものとなる。

【０００９】本発明の請求項３に記載の発明は、基板の
底面に、第１、第２の入出力電極とアース電極のそれぞ
れの延長電極を設けた請求項１に記載の振動子であっ
て、基板の底面側にそれぞれ第１、第２の入出力電極と
アース電極の延長電極を形成しているために、回路基板
上に実装した場合の実装性が極めて良好なものとなる。
すなわち、この振動子を回路基板上に実装する場合に
は、この振動子の前面側の第１、第２の入出力電極と後
面側のアース電極との間ではんだなどを用いて電気的、
機械的な接続を行うわけであるが、延長電極を形成して
いるために、回路基板に実装した場合、極めて実装性の
よいものとなる。

【００１０】本発明の請求項４に記載の発明は、基板の
誘電率を容量基板の誘電率よりも小さくした請求項１に
記載の振動子であって、基板の誘電率が小さいことか
ら、この振動子を回路基板上に実装した場合に、振動子
の回路基板に対する浮遊容量が形成されにくいものであ
る。

【００１１】本発明の請求項５に記載の発明は、容量基
板の内部に容量形成用の容量電極を設けた請求項１に記
載の振動子であって、その内部に容量電極を設けている
ために、容量基板の上面側に容量電極が表出せず、これ
によって、この容量電極に対する回路基板又は、他の部
品間による浮遊容量が発生しにくいものになるととも
に、この振動子をその基板側を下面側にして実装基板に
実装した場合は、この容量基板の上面側に容量電極が表
出していないために、その上面に他の部品が設けられた
場合でも、他の部品間での電気的な短絡も起きにくくな
るものである。

【００１２】本発明の請求項６に記載の発明は、圧電振
動板の表裏面に振動電極を有し、この圧電振動板に重合
される容量基板の容量電極の内、前記振動電極に近接す
る容量電極をアース電極に接続した請求項５に記載の振
動子であって、このように形成した場合は、振動電極と
容量電極の間に浮遊容量が形成されてしまっても、その
浮遊容量は容量電極間に形成される容量に対して、並列
に接続されたものとなり、圧電振動子の振動の劣化を防
止することができる。

【００１３】すなわちこの容量電極のうち、振動電極と
は離れた側の容量電極をアース電極に接続した場合、圧
電振動板の振動電極とそれに近接する容量電極間に浮遊
容量が形成された場合は圧電振動子と並列に浮遊容量が
接続されたものとなり、振動子の発振特性を劣化させる
こととなるが、上述のごとく振動電極に近接する容量電
極をアース電極に接続すれば、その浮遊容量は、その容
量電極間に形成される容量に対して並列接続されること
になるため、振動子の発振は安定したものとなるのであ
る。

【００１４】本発明の請求項７に記載の発明は、アース
電極を、第１、第２の入出力電極よりも大きくした請求
項１に記載の振動子であって、これは回路基板上に実装
した場合のずれを防止するためのものである。

【００１５】すなわち重合体の前面側には第１、第２の
入出力電極が形成され、後面側にはアース電極が設けら
れるので、その面積は前面側の第１、第２の入出力電極
の方が大きくなりがちであって、このようになると回路
基板上に実装した場合、はんだによって第１、第２の入
出力電極を引っ張る力が大きくなり、その結果回路基板
上で振動子のずれが発生する。そのため、それを防止す
べくアース電極を第１、第２の入出力電極よりも大きく
することにより、できるだけ回路基板に実装したときの
はんだの張力の差を小さくしようとしたものである。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】又、本発明の請求項８に記載の発明は、接
着剤を枠形状とした請求項１に記載の振動子であって、
接着剤が枠形状になっているため、振動子外周全面に接
着剤の突出が容易であり、この枠で囲まれた外方部分、
すなわち振動電極部分は、この接着剤と上下基板によっ
て包囲されていることになり、外部からの異物の侵入を
防止することができる。

【００２０】本発明の請求項９に記載の発明は、下面側
に複数の第１、第２の入出力電極用延長部と複数のアー
ス電極用延長部を印刷形成した大板状の基板上面側に、
接着剤を介して大板状の圧電振動板を重ね、次にこの圧
電振動板の上面側に、大板状の容量基板を重ねて重合体
を形成する第１の工程と、次にこの重合体を反転させた
後に基板側から切断して個片の振動子を形成する第２の
工程と、その後各個片となった振動子の前面側に第１、
第２の入出力電極、後面側にアース電極を形成する第３
の工程とを備え、前記第１の工程において前記接着剤を
前記圧電振動板の外周外へ突出させた振動子の製造方法
であって、重合体を形成した後に、これを反転させ基板
側より切断して、個片の振動子を形成する場合、基板側
には、あらかじめ第１、第２の入出力電極の延長電極
と、アース電極の延長電極が印刷形成されているため、
この個片の切断に当たり、前記延長電極がその切断に従
って、その重合体の下方部にすり降ろされたような状態
で切断が行われることとなる。この結果個片となった振
動子の前面側に第１、第２の入出力電極、後面にアース
電極を形成する場合、あらかじめ設けていた延長電極と
の間の電気的接続がすり降ろされた部分により、確実に
なされるものである。また圧電振動板の外部に接着剤の
一部を突出させることにより、大量生産時の衝突による
ダメージを緩和することができる。

【００２１】また、本発明の請求項１０に記載の発明
は、第１、第２の入出力電極用延長部とアース電極用延
長部の少なくとも一方は、Ａｇ、またはＡｇ−Ｐｄの印
刷により形成した請求項９に記載の振動子の製造方法で
あって、個片への切断時にその一部が下方にすり降ろさ
れやすくなる。よって後の工程によって第１、第２の入
出力電極及びアース電極を重合体の前面、後面に形成す
る場合に、すり降ろされた部分によって両者の電気的接
続を確実にするものである。

【００２２】本発明の請求項１１に記載の発明は、請求
項５〜請求項８のいずれか一つに記載の振動子を、その
基板側が下方側となるように回路基板上に実装した電子
機器であって、この場合、この電子機器の高さを低くす
ることが可能となるものである。すなわち振動子の基板
側を下方となるように実装したとしても、その最も上側
の容量基板は、その内部に容量電極を設けており、容量
基板の上面側に容量電極を設けていないため、この振動
子の上面に他の部品があったとしても、その間で短絡が
起きず、短絡防止のための絶縁シートなどを実装する必
要がないため、振動子に対して他の部品を接近して配置
することが可能となるので、電子機器の高さを低くし、
小型化できるのである。

【００２３】以下実施形態を添付図面により説明する。 （実施の形態１）図１において６はチタン酸鉛を主成分
とする誘電体で形成した圧電振動板で、その上、下面に
は図３に示すごとく、円形の振動電極７がＡｇあるいは
Ｃｕ，Ｎｉ等、スパッタや蒸着可能な金属により形成さ
れており、この形成時に引出電極８も同時に形成され、
その延長部に接続電極９が同時に形成されている。

【００２４】また、この圧電振動板６の下面側には、ア
ルミナで形成された基板１０が、接着剤１１によって固
定されている。さらに圧電振動板６の上面側には、同じ
く接着剤１１を介して容量基板１２が接着固定されてい
る。すなわち、圧電振動板６、基板１０、容量基板１２
が接着剤１１により重ね合さった重合体となっているも
のである。そしてこの重合体の前面側の両サイドには第
１、第２の入出力電極１３，１４が形成されており、一
方この重合体の後面側にはアース電極１５が、前記第
１、第２の入出力電極１３，１４間の対応する部分に設
けられているのである。前記容量基板１２はチタン酸マ
グネシウムを主成分とする誘電体で形成されたものであ
って、その内層には図２、図４、図５に示す容量電極１
６，１７が形成されている。すなわちこれらの容量電極
１６，１７は図４、図５に示すごとく対向させるための
平面部を持ったものにおいて、その一方が引き出された
形状となっており、まず容量電極１６は、後面側に引き
出された後アース電極１５と電気的に接続されている。

【００２５】また、容量電極１７は、前面側に引き出さ
れて、第１、第２の入出力電極１３，１４に接続されて
いるものである。このうち、アース電極１５に接続され
た容量電極１６は図２に示すごとく、振動電極７に近接
した側であって、これは後に詳細に説明するが、この容
量電極１６と振動電極７で形成される浮遊容量によっ
て、圧電振動板６の振動が低下するのを防止するための
対策である。すなわち、以上の構成を取ることによっ
て、等価回路で表現すると図６に示すごとく、発振回路
が形成されることとなる。すなわち、図６に示すごと
く、圧電振動板６に対して容量電極１６，１７によって
形成される２つの容量がその入出力側に接続された状態
となっている。

【００２６】ここまでは一般的な等価回路であるが、こ
こで重要なことは、上述したごとく、振動電極７に近接
する側の容量電極１６をアース電極１５に接続したこと
である。

【００２７】図２にもどって説明を続けると、振動電極
７とこれに近接する容量電極１６との間に形成される浮
遊容量は図６において、容量電極１６，１７間に形成さ
れる容量に対して並列接続されたものになる。すなわ
ち、この浮遊容量は非常に小さなものであるため容量電
極１６，１７に対して並列接続された状態となるのであ
るならば、この容量電極１６，１７で形成される容量値
を大きく変動させてしまうことにはならない。よって、
圧電振動板６の振動というものは、極めて安定したもの
となるのであるが、これを逆に図２において、容量電極
１６が第１、第２の入出力電極１３，１４に接続された
状態となると、浮遊容量は図６において振動電極７と容
量電極１７間に形成され、圧電振動板６に対して並列接
続された状態となる。こうなると、圧電振動板６に対し
てバイパスができることとなり、振動子の発振特性を著
しく低下させてしまうこととなる。

【００２８】さて図２にもどって説明を続けるならば、
圧電振動板６の外周の上、下面にはそれぞれ枠状の接着
剤１１が設けられており、これによって同図２に示すご
とく、その振動電極７部分にはその上下に十分な振動空
間が形成されており、よって、振動阻害が起きることは
ない。なお、この枠状に形成された接着剤１１はその一
部がこれら基板１０、圧電振動板６、容量基板１２を重
合させた後の加圧を行うことで一部が外方に突出した状
態となっている。この突出部分が、他の素子との間にお
けるバンパーの効果を果すことになるのである。すなわ
ち、この接着剤１１は重合体を構成する三つのものより
も硬度はやわらかく、よって、大量生産する場合など
に、振動子が接触する場合にこの突出した接着剤１１が
衝突するとそれらにおいて、損傷を与えることが少なく
なるのである。

【００２９】さて、そのように形成された振動子の下面
側、すなわち図１において基板１０の裏面側にも、それ
ぞれ第１、第２の入出力電極１３，１４の延長電極１３
ａ，１４ａ及び図２においては図示されていないアース
電極１５のための延長電極１５ａが形成されており、こ
れらはそれぞれ第１、第２の入出力電極１３，１４とア
ース電極１５に電気的に接続されているのである。

【００３０】さて、次にその製造方法について説明す
る。図８は個片となった振動子を示し、図７は８個の振
動子を作る場合において、大板状の圧電振動板６Ａ、容
量基板１２Ａ、基板１０Ａを、これも枠体の連続体であ
る大板状の接着剤１１Ａとともに重合させた後に、図７
における破線部分で切断を行うことによって図８に示す
個片を得るのである。

【００３１】なお、図７に示すごとく、大板状の基板１
０Ａの表面には延長電極１３ａ，１４ａ及び１５ａが印
刷により形成されておりこれらも同じく破線部分で切断
されることによって図８に示すごとく、個片となった際
にそれぞれ基板１０へ下面側に形成されるのである。こ
の場合に重要なことは、図７に示すごとく、三者を重ね
合せた後の切断は、大板状の基板１０Ａを上面側にして
切断を行うことである。すなわち、このように上面側に
して切断を行えば、その切断時にＡｇまたはＡｇ−Ｐｄ
で形成した延長電極１３ａ，１４ａ，１５ａの一部がそ
の切断とともに下方にすり降ろされた状態となる。そこ
で、このすり降ろされた部分に、図１に示すごとく、そ
れぞれ第１、第２の入出力電極１３，１４及びアース電
極１５がスパッタで形成されれば、このすり降ろされた
部分を介して確実に第１、第２の入出力電極１３，１４
及びアース電極１５とそれぞれの延長電極１３ａ，１４
ａ，１５ａが接続されることになるのである。

【００３２】次に図９、図１０は他の実施形態を示し、
この実施形態においては、アース電極１５の延長電極１
５ａを短くしたものである。すなわち、図８に示すもの
では、個片に切断した場合にもその横方向一杯に延長電
極１５ａが形成されるようにしたが、この実施形態で
は、図９、図１０に示すごとく、延長電極１５ａが、そ
の中程にだけ設けられるようにしたものである。

【００３３】図１１、図１２は他の実施形態を示し、こ
の実施形態では、容量基板１２に形成する容量電極１６
ａ，１７ａを平面配置したものである。すなわち、図
１、図２に示した実施形態においては、容量電極１６，
１７を上下に誘電体を介して対向させたものであるが、
図１１、図１２においては、これらの容量電極１６ａ，
１７ａを図１２に示すごとく平面状に配置し、それらの
間で容量が形成されるようにしたものである。もちろ
ん、この実施形態においても圧電振動板６の振動電極７
と近接する容量電極１６ａをアース電極１５と電気的に
接続するようにしている。

【００３４】図１３は、さらにその他の実施形態を示
し、この実施形態においては、容量電極１６ａの中程を
くり抜いた形をしたものである。すなわち、このように
平面配置した場合には、容量電極１６ａ，１７ａにおい
て、主に容量形成するのはそれらが対向する辺の近傍部
分であって、特に１６ａの中程の部分は容量形成には関
係ないものとなるので、下方の振動電極７との浮遊容量
形成を防ぐためにもこの部分はくり抜いておいた方が望
ましい。

【００３５】（実施の形態２）図１４は本発明の上記実
施形態による振動子をハードディスクドライブに実装し
た一実施形態を示す要部断面図である。振動子は回路基
板１８上にはんだ１９によりその基板１０側を下にして
実装されており、その上部には、ハードディスクのディ
スクユニット２０が近接している。すなわち、この実施
形態においては振動子の上面側に電極が表出していない
ため、たとえ振動子の上部に近接するディスクユニット
２０が接触しても電気的な短絡は起きにくくなり、極め
て近接して位置させることができる上、図１６に示すよ
うな従来必要であった振動子とディスクユニット２０の
間の絶縁シート２１なども設ける必要がないため、ハー
ドディスクのディスクユニット２０の高さを低くするこ
とが可能となる。この効果は、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等
の他の電子機器においても同様に得ることができ、電子
機器の高さを低くし、小型化することが可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明においては、例え振
動子が小型化されたものであっても、前面に設けた二つ
の電極間は十分な距離が確保されており短絡を防止でき
る。また各電極の側面を蛇行面とすることにより、前面
側に設けた二つの電極間を後面側に設けた電極の不形成
面としても、実装時、はんだとの接続面積が向上すると
ともに、かみつきが強くなることにより、接続強度は強
くなるものである。また接着剤の一部を圧電振動板の外
周外へ突出させることにより、この突出面が車のバンパ
ーのごとく、振動子を大量生産する場合の衝突力の緩和
に寄与するものである。つまりこの接着剤は、基板や圧
電振動板よりも硬度がはるかに低く、軟らかいものであ
り、一部でも外部に突出させることにより、この突出部
が衝突する方が、各基板が衝突するよりも振動子に対す
るダメージを緩和することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における振動子の斜視図

【図２】同断面図

【図３】図１に示す圧電振動板の斜視図

【図４】同容量基板の平面断面図

【図５】同平面断面図

【図６】本発明の一実施形態における振動子の等価回路
図

【図７】本発明の一実施形態における振動子の製造方法
を説明するための斜視図

【図８】本発明の一実施形態における振動子の製造方法
を説明するための斜視図

【図９】本発明の他の実施形態における振動子の製造方
法を説明するための斜視図

【図１０】同斜視図

【図１１】本発明の他の実施形態における振動子の断面
図

【図１２】図１１に示す容量基板の平面断面図

【図１３】本発明のさらに他の実施形態における容量基
板の平面断面図

【図１４】本発明の一実施形態における電子機器の要部
断面図

【図１５】従来の振動子の斜視図

【図１６】従来の電子機器の要部断面図

【符号の説明】

６ 圧電振動板 ６Ａ 圧電振動板 ７ 振動電極 ８ 引出電極 ９ 接続電極 １０ 基板 １０Ａ 基板 １１ 接着剤 １２ 容量基板 １２Ａ 容量基板 １３ 第１の入出力電極 １３ａ 延長電極 １４ 第２の入出力電極 １４ａ 延長電極 １５ アース電極 １５ａ 延長電極 １６ 容量電極 １６ａ 容量電極 １７ 容量電極 １７ａ 容量電極 １８ 回路基板 １９ はんだ ２０ ディスクユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−258107（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−30638（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−86330（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−25830（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H03H 3/00 H03H 9/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動板の下方に容量基板と基板の一
   方を、前記圧電振動板の上方に前記容量基板と前記基板
   の他方を接着剤を用いて接続した重合体と、この重合体
   の前面側の左、右に設けた第１、第２の入出力電極とア
   ース電極の中から選択された二つの電極と、前記重合体
   の後面側に設けた前記第１、第２の入出力電極と前記ア
   ース電極の内、前記前面側に選択されたもの以外の一つ
   の電極とを備え、前記前面側において前記二つの電極間
   は、前記後面側に設けた前記電極の不形成面であり、前
   記第１及び第２の入出力電極と前記アース電極の側面は
   蛇行面とし、前記接着剤の一部は前記圧電振動板の外周
   外へ突出させた振動子。
2. 【請求項２】 圧電振動板の上方に容量基板、下方に基
   板を重合した請求項１に記載の振動子。
3. 【請求項３】 基板の底面には、第１、第２の入出力電
   極とアース電極のそれぞれの延長電極を設けた請求項１
   に記載の振動子。
4. 【請求項４】 基板の誘電率を容量基板の誘電率よりも
   小さくした請求項１に記載の振動子。
5. 【請求項５】 容量基板は、その内部に容量形成用の容
   量電極を設けた請求項１に記載の振動子。
6. 【請求項６】 圧電振動板は、その表裏面に振動電極を
   有し、この圧電振動板に重合される容量基板の容量電極
   の内、前記振動電極に近接する容量電極をアース電極に
   接続した請求項５に記載の振動子。
7. 【請求項７】 アース電極は、第１、第２の入出力電極
   よりも大きくした請求項１に記載の振動子。
8. 【請求項８】 接着剤は枠形状とした請求項１に記載の
   振動子。
9. 【請求項９】 下面側に複数の第１、第２の入出力電極
   用延長部とアース電極用延長部を印刷形成した大板状の
   基板上面側に、接着剤を介して大板状の圧電振動板を重
   ね、次にこの圧電振動板の上面側に、接着剤を介して大
   板状の容量基板を重ねて重合体を形成する第１の工程
   と、次にこの重合体を反転させた後に基板側から切断し
   て個片の振動子を形成する第２の工程と、その後各個片
   となった振動子の前面側に第１、第２の入出力電極、後
   面側にアース電極を形成する第３の 工程とを備え、前記
   第１の工程において前記接着剤を前記圧電振動板の外周
   外へ突出させた振動子の製造方法。
10. 【請求項１０】 第１、第２の入出力電極用延長部とア
    ース電極用延長部の少なくとも一方は、Ａｇ、またはＡ
    ｇ−Ｐｄの印刷により形成した請求項９に記載の振動子
    の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項５〜請求項８のいずれか一つに
    記載の振動子を、その基板側が下方側となるように回路
    基板上に実装した電子機器。