JP4541983B2 - 圧電振動子 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子に関し、特に高周波で良好な圧電振動特性を得られる圧電振動子に関する。

近年では、移動体通信機器等の機器類の著しい小型化に伴い、これら機器に用いられる圧電振動子等の電子部品についても更なる小型化が求められている。現在では、２．５ｍｍ×２．０ｍｍの外形サイズの圧電振動子が主流になっており、それ以下のサイズの圧電振動子も開発されている。電子部品の一つである圧電振動子に使用される圧電振動素子は、圧電素板の表裏主面上に、圧電素板を励振させる励振電極と、圧電振動素子を収納する絶縁性容器に形成される電極パッドとの接続をとるための引出電極とを形成して構成されている。圧電振動素子形状として小型化に有利な短冊形状が主流となってきた。

図３は、従来技術の一例として、各種電極を形成した圧電振動素子の外周部を絶縁性容器体で挟む形態で圧電振動素子の振動領域を気密封止した圧電振動子の幅方向の断面図である。即ち、圧電振動子３０は、圧電振動素子３１の上下にそれぞれ容器体３２及び３３が貼り合わされており、貼り合わされた容器体３２及び３３及び圧電振動素子の厚み方向の側面には、２つ容器体主面上にまで至る外部接続用電極端子３４が形成されている。圧電振動素子３１の表裏両主面には励振用電極３５が形成されており、容器体には圧電振動素子の共振振動を妨げないように、圧電振動素子に対向する面に凹部３６及び３７が形成されている。

前述のような圧電振動子については、以下のような文献が開示されている。

特開２００３−１４２７４８号公報 特開２００１−２４４７７５号公報

尚、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

近年では、上述した小型化と同時に圧電振動子の高周波化も進み、例えば、圧電素材として水晶を用い、振動モードとして厚みすべり振動モードで振動するよう形成した圧電振動素子の場合では、圧電振動素子の厚みを数百ｎｍ〜数μｍとするような圧電振動素子を使用する場合がある。

上述したような厚みの圧電振動素子を従来のような構造の圧電振動子に用いた場合、その製造工程において、圧電振動素子を上下より挟む形態で形成する容器体のそれぞれの凹部内で微少ではあるが気圧の差が生じてしまう。圧電振動素子の厚みが十分に厚い場合では無視できる気圧差ではあるが、圧電振動素子の厚みが高周波化により薄くなると、気圧差により圧電振動素子に不要な応力（歪）が加わってしまう。

この応力による影響より、圧電振動素子の圧電振動特性が悪化する場合がある。又、凹部内の気圧差は個々の製品或いは製造時期によって微妙に数値が異なっており、よって圧電振動素子に加わる応力も個別或いはロット差が生じる。このことから、圧電振動子の生産工程において、個々の振動子で圧電振動特性にバラツキが生じ、安定した高品質が得られず、製品歩留まりを高く維持できない恐れがある。

本発明は前述した問題点を解決するために成されたものであり、表裏両主面にそれぞれ励振用電極、及び該励振用電極より主面上に引き出され、且つ引き出され主面とは反対側の主面上まで延設された引出電極とを有する圧電振動素子と、該圧電振動素子と対向する主面に、該励振用電極が開口部に位置する第１の凹部を形成した、該圧電振動素子と概略同外周形状の第１の容器体と、該圧電振動素子と対向する一方の主面に、該励振用電極が開口部に位置する第２の凹部を形成し、且つ他方の主面側に外部接続用電極端子が形成され、該外部接続用電極端子が該一方の主面に形成された該引出電極と電気的に接続した素子接続用電極と導通する、該圧電振動素子と概略同外周形状の第２の容器体とがそれぞれ組み合い配置されて、第１の凹部及び第２の凹部により形成された内部空間が気密となるよう該第１の容器体、該第２の容器体及び圧電振動素子を接合してなる圧電振動子において、該圧電振動素子の該第１の凹部の開口部及び該第２の凹部の開口部に露出した両主面間に、貫通孔が形成され、該貫通孔の形成位置が、該励振用電極から最も遠くなる位置に形成されていることを特徴とする圧電振動子である。

従って、本発明の圧電振動子により、圧電振動素子の第１の凹部の開口部及び第２の凹部の開口部に露出した両主面間に貫通孔を形成することで、第１の凹部及び圧電振動素子の一方の主面により形成される内部空間の気圧と、第２の凹部及び圧電振動素子の他方の主面により形成される内部空間の気圧とを同じにすることができ、小型化高周波化が進み、薄片化が著しく進んだ圧電振動素子を用いた圧電振動子でも、圧電振動素子に気圧差によって生じる応力が生じず、この応力が加わることによる圧電振動素子の圧電振動特性の悪化はなくなる。

又、気圧差のよる応力が発生しないことから、圧電振動子の生産工程において、個々の振動子で圧電振動特性にバラツキが生じず、安定した高品質が得られ、製品歩留まりを高く維持できる。

因って、上記作用により本発明は、小型化高周波化の進行に対応しつつ、特性の悪化がなく且つ製造歩留まりが良好な圧電振動子を提供する効果を奏する。

以下に、本発明における圧電振動子の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明における圧電振動子を、圧電振動子の一形態である水晶振動子で例示した概略分解斜視図である。図２は、図１記載の水晶振動子を組み立てた後、図１に記した仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の概略断面図である。尚、各図では、説明を明りょうにするため構造体の一部を図示せず、また寸法も一部誇張して図示している。特に各部分における厚み寸法は著しく誇張して図示している場合がある。

即ち、図１及び図２において、矩形薄板状の外形形状の水晶素板の表裏主面上は、水晶素板のほぼ中央に略矩形の励振用電極１１が表裏主面で対向するように蒸着法或いはスパッタリング法により形成されており、この励振用電極１１から水晶素板の一方の短辺方向へ延設した引出電極１２が形成された水晶振動素子１０を用意する。尚、この水晶振動素子１０を構成する水晶素板は、人工水晶体よりＡＴカットアングルで切り出し外形加工されたものであり、例えば、厚みすべり基本波振動モードで３００ＭＨｚ近辺の振動を得る場合では、水晶振動素子１０を構成する水晶素板の厚み寸法は約５．５μｍにまで加工される。

このような形態の水晶振動素子１０において、後述する第１の容器体１４に形成された第１の凹部１５、及び第２の容器体１６に形成された第２の凹部１７の各開口部に露出する両主面のうち、励振用電極１１が形成された振動領域より最も離れた位置に、水晶振動素子１０の両主面間を貫通する貫通孔１３が形成されている。この貫通孔１３はフォトリソグラフィ法により形成されており、両主面における開口部の大きさは、圧電振動素子１１の圧電振動特性に影響を与えない程度の大きさで形成される。

このような形態の水晶振動素子１０において、水晶振動素子１０の一方の主面と対向する主面に第１の凹部１５を形成した、ガラスを形成材料とする第１の容器体１４と、水晶振動素子１０の他方の主面と対向する一方の主面に第２の凹部１７を形成し、且つ他方の主面側に複数個の外部接続用電極端子１８を形成したガラスを形成材料とする第２の容器体１６とが、水晶振動素子１０を間に挟むような形態でそれぞれ組み合い配置されている。

このとき、第１の容器体１４における第１の凹部１５を囲う側壁部頂面、及び第２の容器体１６における第２の凹部１７を囲う側壁部頂面と、水晶振動素子１０の表裏主面とは直接接合されており、第１の凹部１５及び第２の凹部１７と水晶振動素子１０により形成された、内部に励振用電極１１及び引出電極１２の一部を内包した内部空間が気密に形成される。尚、第２の容器体１６を水晶振動素子１０に接合したとき、水晶振動素子１０の励振用電極１１と、第２の容器体１６の外部接続用電極端子１８とが、引出電極１２，素子接続用電極１９に導通し且つ外部接続用電極端子１８とも接続している第２の容器体１６内の角部側面に形成した電極より電気的に接続している。

このような形態の水晶振動子を形成することにより、圧電振動素子１０の第１の凹部１５の開口部及び第２の凹部１７の開口部に露出した両主面間に貫通孔１３を形成することで、第１の凹部１５及び圧電振動素子１０の一方の主面により形成される内部空間の気圧と、第２の凹部１７及び圧電振動素子１０の他方の主面により形成される内部空間の気圧とを同じにすることができ、小型化高周波化が進み、薄片化が著しく進んだ圧電振動素子１０を用いた圧電振動子でも、圧電振動素子１０に両凹部内の気圧差によって生じる応力が生じず、この応力が加わることによる圧電振動素子１０の圧電振動特性の悪化はなくなる。

更に、本実施例における水晶振動子を構成する絶縁基板１７の材質が、水晶振動素子１０を形成する材料と同じ水晶材（更に同じカットアングルで形成されている）であることにより、水晶振動素子１０と素子保持基板１４の熱膨張率の違いによる加熱時に固着接合部分に生じる熱ストレスの発生が抑制でき、そのストレスによる水晶振動子の諸特性の悪化を防止できる。

上記実施例では、圧電振動素子及び絶縁基板の材質として水晶を用いた場合を開示したが、本発明は実施例開示の材質に限定されるものではなく、他にタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム又は圧電セラミックスなどを使用した場合でも本発明は有効である。又、上記実施例では貫通孔１３の形成個数が１個の場合を開示したが、圧電振動素子１０の圧電振動特性に影響が無い範囲で形成個数を増やしても構わない。

図１は、本発明における圧電振動子を、圧電振動子の一形態である水晶振動子で例示した概略分解斜視図である。 図２は、図１記載の水晶振動子を組み立てた後、図１に記した仮想切断線Ａ１−Ａ２で切断した場合の概略断面図である。 図３は、従来の水晶振動子の一形態を示す断面図である。

符号の説明

１０・・・水晶振動素子（圧電振動素子）
１１・・・励振用電極
１２・・・引出電極
１３・・・貫通孔
１４・・・第１の容器体
１５・・・第１の凹部
１６・・・第２の容器体
１７・・・第２の凹部
１８・・・外部接続用端子電極
１９・・・素子接続用電極

Claims (1)

1. 表裏両主面にそれぞれ励振用電極、及び該励振用電極より主面上に引き出され、且つ引き出され主面とは反対側の主面上まで延設された引出電極とを有する圧電振動素子と、
   該圧電振動素子と対向する主面に、該励振用電極が開口部に位置する第１の凹部を形成した、該圧電振動素子と概略同外周形状の第１の容器体と、
   該圧電振動素子と対向する一方の主面に、該励振用電極が開口部に位置する第２の凹部を形成し、且つ他方の主面側に外部接続用電極端子が形成され、該外部接続用電極端子が該一方の主面に形成された該引出電極と電気的に接続した素子接続用電極と導通する、該圧電振動素子と概略同外周形状の第２の容器体とが
   それぞれ組み合い配置されて、第１の凹部及び第２の凹部により形成された内部空間が気密となるよう該第１の容器体、該第２の容器体及び圧電振動素子を接合してなる圧電振動子において、
   該圧電振動素子の該第１の凹部の開口部及び該第２の凹部の開口部に露出した両主面間に、貫通孔が形成され、
   該貫通孔の形成位置が、該励振用電極から最も遠くなる位置に形成されていることを特徴とする圧電振動子。

Images